(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム偏向配列上に入射する放射ビーム内の光線の角度分布を変更することによって所定の角度分布に従う光線を有する放射ビームを生成するための光学ビーム偏向要素であって、
所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、第１の強度分布に従う第１の強度を有する第１の光線の第１の光束を生成する第１の偏向領域（ＤＲ１）に配置された第１の偏向構造と、
前記所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分布に従う第２の強度を有する第２の光線の第２の光束を生成する、前記第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされた第２の偏向領域（ＤＲ２）に配置された第２の偏向構造と、
を含み、
前記第２の偏向領域（ＤＲ２）は、前記第１の偏向領域（ＤＲ１）に第１の方向の片側で隣接して配置され、
第３の偏向領域（ＤＲ３）が、前記第１の方向に沿って反対側に前記第１の偏向領域に隣接して配置され、該第３の偏向領域は、前記所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、前記第１及び第２の強度分布とは異なる第３の強度分布に従う第３の強度を有する第３の光線の第３の光束を生成する第３の偏向構造を含み、
前記第２の偏向構造及び前記第３の偏向構造は、前記所定の角度分布によって定められる少なくとも１つのエネルギ分布パラメータに互いに反対の方式で影響を及ぼし、
前記エネルギ分布パラメータは、
（ａ）極均整、
（ｂ）楕円率、
（ｃ）勾配、及び
（ｄ）テレセントリック性、
から構成される群から選択された少なくとも１つのエネルギ分布パラメータであり、
前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）は、屈折ではなく回折によって放射を向け直す回折構造によって形成された偏向構造を含む回折光学要素であることを特徴とする光学ビーム偏向要素。
【請求項２】
前記所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、前記第１、第２、及び第３の強度分布とは異なる第４の強度分布に従う第４の強度を有する第４の光線の第４の光束を生成する第４の偏向構造を含んで、前記第１の方向を横断する第２の方向の片側で前記第１の偏向領域（ＤＲ１）に隣接して配置された第４の偏向領域（ＤＲ４）を更に含み、該所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して該第１、第２、第３、及び第４の強度分布とは異なる第５の強度分布に従う第５の強度を有する第５の光線の第５の光束を生成する第５の偏向構造を含んで該第２の方向に沿って反対側に該第１の偏向領域（ＤＲ１）に隣接して配置された第５の偏向領域（ＤＲ５）を更に含み、
前記第４の偏向構造及び前記第５の偏向構造は、前記所定の角度分布によって定められる少なくとも１つのエネルギ分布パラメータに互いに反対の方式で影響を及ぼす、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ビーム偏向要素。
【請求項３】
前記第１及び第２の偏向構造によって生成される前記所定の光線角度分布は、前記ビーム偏向要素の遠視野内の多重極空間強度分布に対応し、
前記第１及び第２の強度分布は、強度の極均整、楕円率、勾配、及びテレセントリック性のうちの少なくとも１つにおいて異なる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学ビーム偏向要素。
【請求項４】
前記ビーム偏向要素は、第１の配列で離間した位置に配置された複数の第１の偏向領域（ＤＲ１）と、第２の配列で該第１の偏向領域（ＲＤ１）の間の離間した位置に配置された複数の第２の偏向領域（ＤＲ２）とを含み、
前記第１の配列及び前記第２の配列は、周期的ラスター配列であり、及び／又は
前記第１の配列における第１の偏向領域（ＤＲ１）の相対空間分布が、前記第２の配列における第２の偏向領域（ＤＲ２）の相対空間分布と実質的に同じである、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学ビーム偏向要素。
【請求項５】
前記光学ビーム偏向要素は、フレネルゾーン構造（ＦＲ）のアレイと、該フレネルゾーン構造の間の隙間に形成された複数の回折ＣＧＨ構造（ＣＧＨ）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学ビーム偏向要素。
【請求項６】
照明系であって、
１次光源から放出された１次放射を受光し、かつパターンを担持するマスク上に入射する照明放射を生成するように構成されて、かつ配置された複数の光学要素と、
選択された照明モードに対応して定められた空間強度分布を照明系の瞳面に生成するように構成された瞳成形ユニットを形成するいくつかの光学要素と、
を含み、
前記瞳成形ユニットは、ビーム偏向配列上に入射する放射ビーム内の光線の角度分布を変更することによって所定の角度分布に従う光線を有する放射ビームを生成するための光学ビーム偏向要素であって、所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、第１の強度分布に従う第１の強度を有する第１の光線の第１の光束を生成する第１の偏向領域（ＤＲ１）に配置された第１の偏向構造と、前記所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分布に従う第２の強度を有する第２の光線の第２の光束を生成する、前記第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされた第２の偏向領域（ＤＲ２）に配置された第２の偏向構造と、を含む光学ビーム偏向要素を含み、
前記光学ビーム偏向要素（ＢＤＥ）は、瞳平面内の照明区域の形状及び大きさ及び位置を実質的に変化させることなく照明系の前記瞳面内の所定の空間強度分布内でエネルギ分布を変更する照明系におけるエネルギ分布マニピュレータとして有効であり、
前記エネルギ分布パラメータは、
（ｅ）極均整、
（ｆ）楕円率、
（ｇ）勾配、及び
（ｈ）テレセントリック性、
から構成される群から選択された少なくとも１つのエネルギ分布パラメータであり、
前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）は、回折によって放射を向け直す回折構造によって形成された偏向構造を含む回折光学要素であることを特徴とする照明系。
【請求項７】
前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）を照明系（ＩＬＬ）の光軸（ＯＡ）を横断する少なくとも１つの方向に、入射放射ビーム（ＲＢ）に相対的に、制御可能に移動するように構成された駆動系（ＤＲＩ）であって、該入射放射ビームが、該ビーム偏向要素の１つ又はそれよりも多くの選択された領域を照明し、かつ異なる領域が、該駆動系を作動させることによってアドレス指定可能であるような前記駆動系を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の照明系。
【請求項８】
前記ビーム偏向要素の選択された領域を照明する照明スポットの配列を該ビーム偏向要素（ＢＤＥ）上に形成する複数の部分ビーム（ＰＢ）を生成するのに有効な可変配列を含み、
前記配列は、前記ビーム偏向要素上の異なる選択された領域が該配列の異なる作動モードにおいて照明されるように可変的に制御可能である、
ことを特徴とする請求項６、又は請求項７に記載の照明系。
【請求項９】
前記配列は、光源コントローラによって互いに独立して制御することができる複数の光源（ＬＳ１、ＬＳ２、．．．）を含む光源配列（ＬＳＡ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の照明系。
【請求項１０】
前記瞳成形ユニットは、入射放射ビームを前記ビーム偏向要素上に空間的に分離した照明スポットの周期的ラスター配列を形成する複数の部分ビーム（ＰＢ）に分離するように構成されたビーム分離器（ＳＥＰ）を含み、
前記ビーム分離器は、マイクロレンズアレイを含む、
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１１】
前記瞳成形ユニットは、連続的に可変の拡大率を与えるように構成されたズームレンズ群（Ｚ）を含み、
前記ズームレンズ群は、前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）と照明系の前記瞳平面（ＰILL）との間に配置される、
ことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１２】
前記瞳成形ユニットは、一方が凹で一方が凸であるアキシコン面を有する１対のアキシコン要素を含むアキシコン系（ＡＸ）を含み、
前記アキシコン要素のうちの少なくとも一方は、前記アキシコン面の間の距離を調節することを可能にするために照明系の光軸に沿って可動であり、
前記アキシコン系は、前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）と照明系の前記瞳平面（ＰILL）との間に配置される、
ことを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１３】
１次放射を生成する光源と、
前記１次放射を照明経路に沿って案内してパターンを担持するマスク上に入射する照明放射を生成する照明系と、
投影経路に沿って案内される投影放射によって前記パターンの像を感放射基板上に投影する投影対物系と、
を含み、
前記照明系は、請求項６から請求項１２のいずれか１項に従って構成される、
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１４】
照明系と投影対物系とを有する投影露光装置の結像特性を調節する方法であって、
照明系に関連付けられた光源と該照明系の瞳平面との間の放射経路に光学ビーム偏向要素（ＢＤＥ）を配置して、該瞳平面に所定の空間強度分布を生成する段階と、
第１の作動モードにおいて第１の偏向領域が、かつ第２の作動モードにおいて該第１の偏向領域とは異なる第２の偏向領域が、ビーム偏向配列上に入射する放射ビーム内の光線の角度分布を変更することによって所定の角度分布に従う光線を有する放射ビームを生成するための光学ビーム偏向要素であって、所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、第１の強度分布に従う第１の強度を有する第１の光線の第１の光束を生成する第１の偏向領域（ＤＲ１）に配置された第１の偏向構造と、前記所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有して、前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分布に従う第２の強度を有する第２の光線の第２の光束を生成する、前記第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされた第２の偏向領域（ＤＲ２）に配置された第２の偏向構造と、を含むビーム偏向要素上で照明され、それによって前記照明系の前記瞳平面内の所定の空間強度分布内のエネルギ分布が、該瞳平面内の照明区域の形状及び大きさ及び位置を実質的に変化させることなく変更されるように、該ビーム偏向要素上に入射する放射ビームと該ビーム偏向要素の間に相対変位を発生させる段階と、
を含み、
（ｉ）極均整、
（ｊ）楕円率、
（ｋ）勾配、及び
（ｌ）テレセントリック性、
から構成される群から選択された前記エネルギ分布の少なくとも１つのエネルギ分布パラメータが、前記相対変位によって変更され、
前記ビーム偏向要素（ＢＤＥ）は、回折によって放射を向け直す回折構造によって形成された偏向構造を含む回折光学要素であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ビーム偏向要素上に入射する放射ビーム内の光線の角度分布を変更することにより、所定の角度分布に従う光線を有する放射ビームを生成するための光学ビーム偏向要素に関する。本発明は、そのようなビーム偏向要素を含む照明系、及び投影露光系の結像特性を調節する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィ投影露光方法及びマイクロリソグラフィ投影露光系は、半導体構成要素及び他の微細構造の構成要素を製作するのに使用される。結像される構造のパターン、例えば、集積回路（ＩＣ）のような半導体構成要素の層の線パターンを担持又は形成するマスク（レチクル）が使用される。マスクは、投影露光系内で照明系と投影対物系の間の投影対物系の物体平面の領域に位置決めされ、照明系によって供給される照明放射で照明される。マスク及びパターンによって変更された放射は、投影対物系を通じて伝播する投影放射を形成し、この投影放射は、露光される基板上にこのパターンを結像する。基板は、通常は感放射層（フォトレジスト）を担持する。
【０００３】
マスクのパターンが照明系によって照明される際の光線の角度分布の適切な選択により、マスクによって与えられるパターンの像を改善することができ、プロセスウィンドウを拡大することができることは公知である。マスク上に入射する光線の角度分布は、通常は基板上に投影されるパターンの種類に適合される。例えば、比較的大きいサイズの特徴部は、小さいサイズの特徴部とは異なる角度分布を必要とする可能性がある。理想的には、照明系は、マスク上の照明視野の各点を良好に定められた角度分布を有する光線で照明する。
【０００４】
マスク上の点の上に入射する光線の「角度分布」という用語は、一般的に、どの照明光方向（又は角度）が照明に寄与し、マスク平面内の特定の点に向けて収束する光線束の合計エネルギが、光線束を構成する光線が伝播する様々な方向の間で如何に配分されるかを表すのに使用される。本出願に使用する「光線」という用語は、所定の方向に伝播し、ある一定量の放射エネルギを搬送する「放射束」に対応する。
【０００５】
ある一定の種類の照明系では、マスクを照明する放射の角度分布は、２次（又は実効）光源と捉えることができる照明系の瞳平面内の空間強度分布によって判断される。これらの系では、特定の照明モードは、瞳平面内の空間強度分布の形状を参照することによって一般的に表される。様々な照明モードを特徴付ける上で、１組の主要な照明モード（瞳平面内の空間強度分布の１組の主要形状に対応する）が一般的に使用される。１つの主要照明モードは、０°からある一定の最大角度までの全ての角度からのマスク点の一様な照明に対応する「従来照明」であり、この従来照明は、瞳平面内で均一な円盤形の空間強度分布を必要とする。別の一般的に使用される主要強度分布は、瞳平面内の強度分布が環状であり、瞳の中心にいかなる強度も持たない「輪帯照明」である。他の主要照明モードは、瞳平面に２つの強度の極が存在する「二重極照明」、瞳平面に４つの強度の極が存在する「四重極照明」、又は例えば、６つ、９つ、又はそれよりも多い極を有する他の多重極照明設定である。
【０００６】
本出願では、主要照明モードのうちの１つ又は主要照明モードが有する２つ又はそれよりも多くの空間強度分布の組合せに対応する照明系の瞳平面における事前選択された種類の空間強度分布を「照明設定」と呼ぶ場合がある。
【０００７】
異なる照明設定を開発するために様々な方法が提案されている。例えば、制御可能な最大角度を有する従来照明又は環状の制御可能な内側半径と外側半径とを有する輪帯照明を任意的に開発する上で、ズーム系とアキシコン系との組合せであるズームアキシコンを使用することができる。二重極型又は四重極型の照明設定を開発するために、空間フィルタ、すなわち、極が望ましい位置に開口が位置した不透過板又は他の遮光要素を使用することが提案されている。空間フィルタを使用するのは、得られる放射損失が装置の収量を低下させ、従って、所有コストを増加させるので多くの場合に望ましくない。
【０００８】
従って、照明系の瞳平面に望ましい強度分布を形成する工程において、例えば、回折光学要素（ＤＯＥ）又は屈折光学要素のような光学ビーム偏向要素を使用することが提案されている。一般的に、光学ビーム偏向要素は、照明系のビーム経路内で、照明系に関連付けられた１次放射源と実効（２次）放射源を形成する瞳平面との間に配置される。作動時には、光学ビーム偏向要素は、放射を向け直し、それによってこのビーム偏向要素上に入射する放射ビーム内の光線の角度分布を変化させて、所定の角度分布に従う光線を有する放射ビームを生成する。言い換えれば、光学ビーム偏向要素は、光学ビーム偏向要素と相互作用する放射の角度スペクトル及びエネルギ分布を制御方式で変化させる。この工程では、放射エネルギは、遮蔽されるのではなく、放射損失を最低限に抑制することができるように向け直される。瞳面の上流に光学ビーム偏向要素を位置決めし、これらの間にコンデンサーレンズ系を配置することにより、瞳面内にほぼあらゆる任意の空間強度分布を生成することができる。望ましい場合には、付加的なズームアキシコン系は、光学ビーム偏向配列によって生成される空間強度分布を少なくとも限られた範囲で変更することを可能にする。
【０００９】
欧州特許出願ＥＰ  ０  ９４９  ５４１  Ａ及びＥＰ  １  １０９  ０６７  Ａ（ＵＳ  ２００３／０２１４６４３  Ａ１に対応する）は、取りわけ、異なる領域が、例えば、四重極照明モード又は従来照明モードを形成して異なる効果を有することができ、それによって混合された又は「柔らかい」照明モードを開発することができるようにする回折光学要素を説明している。
【００１０】
ＵＳ  ２００７／００５８１５１  Ａ１は、偏光影響構造を更に含み、指定された方向に向け直された放射が定められた偏光を有することを保証する類似の回折光学要素を説明している。
【００１１】
ＵＳ  ７，２９２，３９３  Ｂ２は、異なる環状区画が異なる構造を有し、照明器の瞳平面において異なる空間照明分布を開発する回折光学要素を含む可変照明器を説明している。これらの区画は、回折光学要素を回転させることによって入射レーザビーム内に選択的に配置することができる。
【００１２】
ＵＳ  ２００７／００２４８３６  Ａ１は、マスク上に入射する光束の角度分布に組合せで影響を及ぼす３つの回折光学要素を有する照明系を説明している。
【００１３】
マスクにもたらされる照明ビーム内での定められた光線角度分布は、リソグラフィ工程において満たさなければならない複数の要件のうちの１つに過ぎない。他の要件は、１つ又はそれよりも多くのエネルギ分布パラメータを用いて特徴付けることができる光線束の光線にわたる放射エネルギ（又は強度）の分布に関する。
【００１４】
時によって照明系から要求される１つの特性は、良好な極均整である。「極均整」という用語は、瞳平面を中心で再分割する分割平面の２つの側の間で放射エネルギが如何に配分されるかを判断するパラメータを指す。極照明設定では、極均整パラメータ（ＰＢ）は、多重極照明設定の２つの直径方向に反対の極の間で放射エネルギが如何に配分されるかを定量化するのに使用することができる。
【００１５】
非常に高度な照明系から多くの場合に要求される別の特性は、良好な楕円率である。１つの定義では、「楕円率」という用語は、光軸（ｚ方向）に対して垂直な平面内でｘ方向及びｙ方向のような２つの互いに直交する方向を中心とする領域、又は中心からｘ方向とｙ方向の間の対角方向に延びる軸を中心とする領域に沿って放射エネルギが如何に配分されるかを判断するパラメータを指す。多くの場合に、楕円率は、輪帯照明設定、六角形照明設定、又は従来照明設定におけるエネルギ分布を定性化するのに使用される。
【００１６】
照明ビームの光線にわたる放射エネルギの分布を定量化するのに時によって使用される別のエネルギ分布パラメータは「勾配」で表される。勾配は、２次元エネルギ不均衡、すなわち、瞳平面内の１つの基準軸に沿った強度変化を定量化するものとして定めることができる。この軸に沿った強度変化は、基準軸に沿って変化するパラメータによって表すことができる。
【００１７】
照明区域上に入射する照明ビームの光線にわたる放射エネルギの分布を表す上で時によって使用される別のエネルギ分布パラメータは、「テレセントリック性」で表される。１つの定義では、「テレセントリック性」という用語は、「エネルギテレセントリック性」の意味に使用され、照明区域内の所定の点に向けて収束する光線束のエネルギ重心の空間内での方向（又は角度）を指す。エネルギ重心は、光線束に存在する全ての伝播方向のそれぞれの伝播方向に進むそれぞれのエネルギ量（又は強度）で重み付けした平均を表す。従って、テレセントリック性パラメータは、空間内の異なる方向が特定の点上に入射する全体強度にどの程度寄与するかという問題に関する。
【００１８】
ある平面内の照明強度のあらゆる空間分布は、上述のエネルギ分布パラメータのうちの１つ又はそれよりも多くを用いて特徴付けることができ、瞳平面内の照明強度の空間分布、又はマスク平面内の点の上に収束する光線束内の放射エネルギ（又は強度）の均整のような照明強度空間分布に関連する別の特性を定性化するのに他の定義によるエネルギ分布パラメータを使用することができることが理解される。
【００１９】
照明エネルギ分布における誤差の補正は、従来、瞳フィルタリングのような適切な減衰技術を用いて達成されている。ＵＳ  ２００８／０２８４９９８  Ａ１は、照明系によって生成される極均整誤差を補正するために、レンズの偏心との組合せで複数のラジアル方向に可動なスポークを有する可変瞳フィルタの使用を開示している。投影露光装置内で照明角度分布を適応させるのに適する可変瞳フィルタは、ＵＳ  ６，５３５，２７４  Ｂ２に開示されている。
【００２０】
結像される所定のパターンに適合された特定の照明設定を使用する構造化照明は、リソグラフィ工程の品質を大きく改善するのに役立っている。しかし、作動波長λ、像側開口数ＮＡ、及び他の工程判断パラメータのような同じ公称作動条件下で作動されるほぼ同一又は類似の投影露光系内で同じ種類のマスク及びパターンに対して同じ照明設定が使用されたとしても、計算から予想される結像処理のある一定の品質を常に得ることができるわけではないことが認識されている。例えば、大量の類似の構成要素が製造工場において製造される場合には、いくつかの投影露光系は、通常は並列で作動され、収量を高めるために公称で同じリソグラフィ工程を実行する。印刷された製品では類似の結果が予想されることになるが、同じ投影パラメータを有する同じ種類の投影系が同じ種類のパターンを担持するマスクとの組合せに使用されているにも関わらず、製品品質の変化が観察されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】ＥＰ  ０  ９４９  ５４１  Ａ
【特許文献２】ＥＰ  １  １０９  ０６７  Ａ
【特許文献３】ＵＳ  ２００３／０２１４６４３  Ａ１
【特許文献４】ＵＳ  ２００７／００５８１５１  Ａ１
【特許文献５】ＵＳ  ７，２９２，３９３  Ｂ２
【特許文献６】ＵＳ  ２００７／００２４８３６  Ａ１
【特許文献７】ＵＳ  ２００８／０２８４９９８  Ａ１
【特許文献８】ＵＳ  ６，５３５，２７４  Ｂ２
【特許文献９】ＵＳ  ２００９／００２１７１５  Ａ１
【特許文献１０】ＵＳ  ２００８／００１３０６５  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、構造化照明を使用する場合に製造される製品の品質を改善する機能を有する投影露光系及び投影露光系のための構成要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記及び他の目的に対処するために、一形態により、本発明は、請求項１の特徴を有する光学ビーム偏向要素を提供する。本発明は、請求項９の特徴を有する照明系、請求項１７の特徴を有する投影露光系、及び請求項１８の特徴を有し、投影露光系の結像特性を調節する方法を提供する。
【００２４】
この形態による光学ビーム偏向要素は、光線束内の幾何学的伝播方向（光線角度）分布を実質的に変化させることなく、光線束の光線にわたる放射エネルギ分布の微調整を可能にする。光学ビーム偏向要素の作動中に、光学ビーム偏向要素上に入射する放射ビームを１つ又はそれよりも多くの第１の偏向領域内にあるビーム偏向要素の第１の偏向構造に当てることができる。入射放射ビームの光線と第１の偏向構造との相互作用は、第１の光線が、所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を有するように射出放射の光線角度分布を生成する。一般的に、入射放射ビームに存在していなかった光線角度が、ビーム偏向要素によって生成される。例えば、光学ビーム偏向要素が、入射放射ビームの殆ど平行な放射の領域に位置決めされた場合には、ビーム偏向要素は、放射の発散を増大させることができる。
【００２５】
第１の偏向構造を出る第１の光線の第１の光束内の各第１の光線は、第１の偏向構造によって判断される特定の伝播方向、及び同じく第１の偏向構造によって判断される特定の第１の強度を有する。第１の光線の伝播方向の幾何学的光線角度分布は、光学ビーム偏向要素を設計する対象となった所定の光線角度分布によって表すことができる。第１の光線束の強度又はエネルギは、所定の光線角度分布に存在する各角度（伝播方向）と特定の第１の強度値を関連付ける第１の強度分布によって特定の方式で表される第１の光線にわたって配分される。
【００２６】
同じか又は別の作動モードにおいて、入射放射ビームは、第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされて配置された１つ又はそれよりも多くの第２の偏向領域に配置された第２の偏向構造を照明することができる。照明される場合、第２の偏向構造は、第２の光線の第２の光束を生成する。各第２の光線は、第１の偏向構造によって生成される第１の光線にも付与される所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を有する。従って、所定の光線角度分布は、ビーム偏向要素の両方の作動モードにおいて実質的に同じである。
【００２７】
しかし、第２の光線は、第１の強度分布とは大きく異なる第２の強度分布に従う第２の強度を有する。言い換えれば、光線角度分布は、入射放射ビームによって第１の偏向領域又は第２の偏向領域のいずれが照明されるかに関わらず、実質的に同じである。しかし、射出光線束内の光線にわたる放射エネルギ分布は、照明が第１の偏向領域から第２の偏向領域に（又はその逆に）シフトされる時に所定の方式で変化する。
【００２８】
光学ビーム偏向要素の効果は、光学ビーム偏向要素が、照明系の１次光源と照明系の瞳平面（又は光学ビーム偏向要素の遠視野内の平面）との間の放射ビーム経路に導入された場合に生成することができる照明設定の観点から表すことができる。光学ビーム偏向要素によって生成される角度分布は、瞳平面内（又はビーム偏向要素の遠視野内）の空間強度分布に変換される。照明設定の観点から説明すると、光学ビーム偏向要素は、第１の偏向構造が照明される時に特定の照明設定を生成し、第１の偏向構造の代わりに又はそれに加えて第２の偏向構造が照明された場合に、照明設定は実質的に変化せずに留まる。しかし、入射放射が第１の偏向構造から第２の偏向構造に（又はその逆に）シフトされた場合には、空間強度分布内の局所強度分布は、ビーム偏向要素の第１の偏向構造と第２の偏向構造の間の構造差、及び入射放射ビームを受ける第１の偏向構造と第２の偏向構造の相対面積によって定められるターゲット方式で変化する。それによって所定の照明設定においてエネルギ保存の放射エネルギ再配分が得られる。
【００２９】
本出願の関連では、照明系の瞳面内の連続的な照明ゾーンの個数及び基本的な配列がビーム偏向要素の異なる作動モードの間で変化しない場合には、同じビーム偏向要素によって生成することができる２つの異なる照明モードを「実質的に同じ設定」に対応するものとして表す。特に、照明モードが第１の照明モードから第２の照明モードに変更される時に、実質的にいかなる光線角度（放射エネルギの伝播方向）も追加されないか又は完全には消滅しない場合には、２つの設定は「実質的に同じ設定」である。
【００３０】
例えば、ビーム偏向要素の実施形態は、従来照明設定（瞳面内の円盤形の照明ゾーン）において、照明ゾーンのサイズ（半径）が、ビーム偏向要素の様々な作動モードにおいて実質的に同じに留まり、一方、極均整を改善するために、エネルギ分布を例えば分割平面の片側から他方の側に向けてシフトさせることによって実質的に変更することができるように空間強度分布を変更するように設計することができる。実質的に同じ設定の範囲で、２％又はそれ未満、１％又はそれ未満、又は０．５％又はそれ未満の程度の照明円盤半径（パラメータσ）の軽微な変化を満足できる。
【００３１】
ビーム偏向要素の実施形態が二重極照明を生成するように設計される場合には、ビーム偏向要素の異なる作動モードの間で、照明極のラジアル幅Δσが２％よりも大きく変化しない場合、かつ極の方位角方向に測定した極幅が１°よりも大きく変化しない場合に、異なる二重極設定を実質的に同じ設定と見なすことができる。
【００３２】
輪帯照明設定を生成するためにビーム偏向要素がアキシコン要素又はズームアキシコン系との組合せに使用される場合には、アキシコン要素がビーム偏向要素の異なる作動モードの間で固定位置に留まり、かつ環状のラジアル幅（Δσ）が、ビーム偏向要素の異なる作動モードの間で２％よりも大きく変化しない場合に、輪帯照明設定は「実質的に同じ設定」である。四重極照明のような他の多重極照明設定において、類似の定義が成り立つ。
【００３３】
更に本出願の関連では、第１の強度分布は、第２の強度分布と、その差が公称で同一の偏向構造を生成する時の製造公差から予想される差よりも実質的に大きい場合に異なる。
【００３４】
一方、第１の強度分布においてある一定の伝播方向にある一定の望ましい量の放射エネルギが存在する場合には、第２の強度分布が設定される場合にも同じ方向に進むある一定の有限量の放射エネルギが一般的に存在することになる。異なるモードの間の強度変化は、通常は比較的小さい。例えば、第１の強度分布における所定の放射伝播方向における強度と第２の強度分布における所定の放射伝播方向における強度とは、５０％、４０％、又は３０％又はそれ未満を上回っては異ならない。例えば、第１の強度分布においてある一定の伝播方向に進む放射が１００％の強度を有する場合には、第２の強度分布において、同じ「光線」又は伝播方向は、通常は少なくとも５０％、少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の強度を有することになり、その逆も同様である。
【００３５】
一般的に、「偏向領域」は、所定の偏向構造を有する単一のセルによって定めることができ、又は偏向構造が偏向領域のセルにおいて複数個にわたって繰り返され、偏向領域の規則的又は不規則なセルアレイを定める各々が同じ偏向構造を有する同一セルの配列によって定めることができる。偏向領域の同一セルは、横並びで配置するか又は互いから分離することができる。
【００３６】
屈折偏向構造、すなわち、光を屈折する（回折するのに反して）ように構成された偏向構造が可能である。多くの場合に、偏向構造は、屈折ではなくて回折によって放射を向け直す回折格子構造のような回折構造によって形成される方が好ましい。回折構造を使用することにより、偏向ビームにおける光線角度及び強度の非常に微細な調節が可能になる。ビーム偏向要素が回折構造を含む場合には、このビーム偏向要素を回折光学要素（ＤＯＥ）で表すことができる。特に、回折光学要素は、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）とすることができる。
【００３７】
１つのビーム偏向要素において異なる種類の偏向構造を組み合わせることができる。例えば、屈折偏向構造を回折構造と組み合わせることができる。ＣＧＨ構造とも表すコンピュータ生成ホログラム構造を含むことができる異なる種類の回折構造を組み合わせることができる。一部の実施形態では、光学ビーム偏向要素は、フレネルゾーン構造のアレイと、これらのフレネルゾーン構造の間の隙間に形成された複数の回折ＣＧＨ構造とを含む。フレネルゾーン構造は、光を高い効率で向け直すビーム偏向要素の主構造を形成することができる。フレネルゾーン構造に加えて設けられたＣＧＨ構造は、フレネルゾーン構造によって生成される基本的なエネルギ分布の修正を与えるエネルギ調節構造として利用することができる。一般的に、フレネルゾーン構造は、異なる位相厚の隣接ゾーンを通じて伝播する光線の間にターゲット方式で位相シフトを導入する位相段差構造として設計することができる。エネルギ損失が最底限に抑制されるので、位相段差フレネル構造を好ましいとすることができる。代替的に、フレネルゾーン構造は、同心ゾーン内に異なるレベルの減衰を与えるグレースケール構造として設計することができる。
【００３８】
フレネルゾーン構造のアレイと、フレネルゾーン構造の間の隙間に形成された複数の回折ＣＧＨ構造とを含むビーム偏向要素は、本出願において説明するもの以外の有利性を有することができる。例えば、そのようなビーム偏向要素は、ビーム偏向要素のどの部分区域が入射放射ビームを受けるかに依存して照明設定を変更するように構成することができる。
【００３９】
第１の偏向領域と第２の偏向領域は、互いに直接に隣接して又は空間的に分離して配置することができる。偏向領域のセル内の偏向構造は、隣接するセルの間の境界領域内にいかなる構造不連続性も存在しないように形成することができる。直近のセルの間で連続的な構造遷移が発生する場合には、不連続境界において場合によって発生する強度変化を回避することができる。隣接セルの間に構造不連続性を存在させることも可能である。一般的に、この種の構造は、隣接セル内の偏向構造を設計するのに大きい自由度を与える。
【００４０】
第２の偏向領域は、第１の偏向領域に第１の方向の片側で隣接して配置することができ、第１の偏向領域に第１の方向に沿って反対側で隣接して、第１及び第２の強度分布とは異なる第３の強度分布に従う第３の強度を有して所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有する第３の光線の第３の光束を生成する第３の偏向構造を含む第３の偏向領域を配置することができる。これらの実施形態では、入射放射ビームとビーム偏向要素の間の第１の方向と平行な相対変位は、所定の幾何学的光線角度分布内の３つ又はそれよりも多くの異なる強度分布の間で選択を行うことを可能にする。第１の偏向構造のみが照明される場合には、純粋な第１の強度分布を得ることができる。それぞれの比率の第１及び第２の偏向構造が照明される場合には、第１の強度分布と第２の強度分布の線形組合せを得ることができる。同様に、第１の偏向構造と第３の偏向構造の両方がそれぞれの面積比率で照明される場合には、第１の強度分布と第３の強度分布の線形組合せを得ることができる。
【００４１】
偏向構造のどの選択が所定の程度で照明されるかに基づいて、所定の光線角度分布内で漸次的な強度分布変化を得ることができるように、３つよりも多い異なる強度分布を生成する３つよりも多い種類の偏向領域を第１の方向に適切な順序で設けることができる。
【００４２】
一部の実施形態では、第２の偏向構造と第３の偏向構造とは、所定の環状分布に対して定められた少なくとも１つのエネルギ分布パラメータに互いに反対の方式で影響を及ぼすように設計される。例えば、第１の偏向構造のみが照明される場合には、基準極均整を生成することができる。極均整は、第１の偏向構造と第２の偏向構造と（又は第２の偏向構造のみ）が照明される場合に基準状況に対して改善することができ、それに対して第１の偏向構造と第３の偏向構造と（又は第３の偏向構造のみ）が照明される場合には、基準状況に対して低下させることができる。従って、ビーム偏向要素及び／又は入射放射ビームの第１の方向と平行な相対移動は、極均整、楕円率、又は勾配のようなそれぞれのエネルギ分布パラメータに対するマニピュレータとして利用することができる。
【００４３】
一部の実施形態では、ビーム偏向要素は、第１、第２、及び第３の強度分布とは異なる第４の強度分布に従う第４の強度を有して所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有する第４の光線の第４の光束を生成する第４の偏向構造を含む第１の偏向領域に第１の方向を横断する第２の方向の片側で隣接して配置された第４の偏向領域を更に含む。入射放射とビーム偏向要素との第２の方向に沿った相対移動は、入射放射ビームによって照明される第４の偏向構造の面積比率に依存する第４の強度分布の寄与によって全体強度分布に影響を及ぼすように利用することができるので、これらの実施形態は、ビーム偏向要素によって生成される空間強度分布内でエネルギ分布を操作するための更に別の自由度を提供する。ビーム偏向要素は、第１、第２、第３、及び第４の強度分布とは異なる第５の強度分布に従う第５の強度を有して所定の光線角度分布内の光線角度に対応する伝播方向を各々が有する第５の光線の第５の光束を生成する第５の偏向構造を含む第１の偏向領域に第２の方向に沿って反対側で隣接して配置された第５の偏向領域を更に含む。第４の偏向構造と第５の偏向構造は、所定の角度分布によって定められる少なくとも１つのエネルギ分布パラメータに互いに反対の方式で影響を及ぼすように設計することができる。
【００４４】
これらの実施形態は、第１の方向及び第２の方向の又は第１及び第２の方向によって定められる平面内のいずれかの他の方向のビーム偏向要素と入射放射ビームの相対変位によって２つの異なるエネルギ分布パラメータ（極均整、楕円率、又は勾配のような）に互いに独立して影響を及ぼすことを可能にする。
【００４５】
第１及び第２の偏向領域、並びに任意的な第３、第４、及び更に別の偏向領域の各々は、偏向構造を含むそれぞれのセルから構成されるブロック（又はセル群）を形成することができる。従って、一部の実施形態では、１つのみの連続的な第１の偏向領域、１つのみの連続的な第２の偏向領域、及び任意的に他の強度分布を生成する更に別の単一の連続的な偏向領域が存在する。
【００４６】
他の実施形態では、ビーム偏向要素は、第１の周期的ラスター配列で離間した位置に配置された複数の第１の偏向領域と、第２の周期的ラスター配列で第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされて離間した位置に配置された複数の第２の偏向領域とを含む。第２の偏向領域は、ビーム偏向要素の光学的使用区域内で１つ又はそれよりも多くの方向に第１の偏向領域と第２の偏向領域との（任意的に更に別の偏向領域との）交互配列を得るように第１の偏向領域の間に配置することができる。
【００４７】
これらの実施形態では、第１及び第２の偏向領域、並びに任意的に更に別の偏向領域の偏向構造は、ビーム偏向要素の光学的使用区域にわたって１次元又は２次元のアレイで規則的な方式で配分することができる。従って、射出放射ビームに寄与する第１の偏向領域と第２の偏向領域との面積比率を変更することができる異なる作動モードの間でシフトさせる上で、入射放射とビーム偏向要素の間の僅かな相対変位しか必要ではないように、比較的大きい有効面積の第１の偏向領域、第２の偏向領域、及び任意的な更に別の偏向領域は、比較的小さい相対距離の位置に配置することができる。
【００４８】
第１及び／又は第２の偏向領域のラスター配列は、入射放射ビームをビーム偏向要素上に空間的に分離した照明スポットの周期的ラスター配列を形成する複数の分ビームに再分割することによってアドレス可能である。
【００４９】
ビーム偏向要素が、照明系の瞳成形ユニット内に組み込まれる場合には、瞳成形ユニットは、入射放射ビームをビーム偏向要素上に空間的に分離した照明スポットの周期的ラスター配列を形成する複数の部分ビームに分離するように構成されたビーム分離器を含むことができる。ビーム偏向要素の１つの作動モードでは、全てのスポットは、例えば、第１の偏向領域のみの上に入射することができる。この場合、入射部分ビームによって第２の偏向領域のみが照明される第２の作動モードを得るために、ビーム偏向要素の小さい相対シフトを使用することができる。類似の方式で、それぞれのラスター配列に配置された任意的な更に別の偏向領域もアドレス可能である。
【００５０】
より一般論として、照明系は、ビーム偏向要素上にビーム偏向要素の選択された領域を照明する照明スポットの配列を形成する複数の部分ビームを生成するのに有効な可変配列を含むことができ、この配列は、配列の異なる作動モードにおいてビーム偏向要素上の異なる選択された領域が照明されるように可変的に制御可能である。それによって異なる偏向領域を利用するビーム偏向要素の異なる作動モードの間の選択を行うことができる。
【００５１】
便利な態様においては、照明系は、連続的か又はいくつかの部分ビームに分離することができる入射放射ビームが、ビーム偏向要素の１つ又はそれよりも多くの望ましい領域をアドレス指定するように、入射放射ビームの入射方向を横断する移動方向、例えば、照明系の光軸と垂直にビーム偏向要素を移動するように構成された駆動系を含むことができる。駆動系を作動させることによって異なる領域がアドレス可能である。代替的に、ビーム偏向要素を固定位置に有し、かつ入射放射を適宜シフト又は再配分させることが可能である。この場合、照明系に関連付けられた光源とビーム偏向要素の間に可変的に制御可能な偏向配列を配置することができる。
【００５２】
一部の実施形態では、第１及び第２の偏向構造によって生成される所定の光線角度分布は、ビーム偏向要素の遠視野内の多重極空間強度分布に対応し、第１の強度分布と第２の強度分布とは、強度の極均整、楕円率、及び勾配のうちの少なくとも１つにおいて異なる。他の実施形態の偏向構造は、多重極設定又は他の照明設定において他のエネルギ分布パラメータに影響を及ぼすように構造化することができる。例えば、輪帯照明は、比較的幅狭のラジアル幅Δσの照明環状を必要とする場合がある。環状設定の内側及び外側の半径に影響を及ぼすズームアキシコン系を有する照明系では、小さいΔσ値を提供するために、ズームアキシコン系の要素の極端な構成を必要とする場合がある。これらの条件の下では、環状ゾーンの比較的均等な照明強度を与えるのは困難である場合があることが観察されている。この事実を時として「極汚損」と呼ぶ。ビーム偏向要素の偏向構造は、主に、極汚損による強度損失を被り、通常望ましいものよりも弱い強度を受け取る環状区域内に放射を偏向することにより、この効果を打ち消すように特別に設計することができる。ビーム偏向要素の偏向構造は、比較的幅狭の環状に対応する環状光線分布を生成するように構造化することができる。この場合、アキシコン要素の極端な構成におけるアキシコン系の作動は、完全に回避するか又は実質的に低減することができる。
【００５３】
本発明はまた、１次光源から放出された１次放射を受光し、パターンを担持するマスク上に入射する照明放射を生成するように構成及び配置された複数の光学要素と、照明系の瞳面内に選択照明モードに対応して定められた空間強度分布を生成するように構成された瞳成形ユニットを形成するいくつかの光学要素とを含み、瞳成形ユニットが、本発明の態様による光学ビーム偏向要素を含む照明系にも関する。
【００５４】
本発明はまた、１次放射を生成する光源と、１次放射を照明経路に沿って案内してパターンを有するマスク上に入射する照明放射を生成する照明系と、投影経路に沿って案内される投影放射によってパターンの像を感放射基板上に投影する投影対物系とを含み、照明系が上述のように構成される投影露光装置にも関する。
【００５５】
本発明はまた、照明系と投影対物系とを有する投影露光装置の結像特性を調節する方法にも関し、本方法は、照明系に関連付けられた光源と照明系の瞳平面との間の放射経路に光学ビーム偏向要素を配置して、瞳平面に所定の空間強度分布を生成する段階と、上記又は以下に説明するように構造化されたビーム偏向要素上に入射する放射ビームとこのビーム偏向要素との間に相対変位を生成する段階とを含む。
【００５６】
この調節する方法は、照明系の他の構成要素の位置又は作動モードを修正することなく、所定の照明設定の範囲で放射強度分布を操作又は変更することを可能にする。
【００５７】
本明細書に説明するようにビーム偏向要素を利用することにより、様々な露光系の結像特性の間の不均衡を低減することが可能になる。特に、本発明はまた、各々が照明系と投影対物系とを含む第１の投影露光系と少なくとも１つの第２の投影露光系との間で結像特性を整合させる方法にも関し、照明系の各々は、照明系に関連付けられた光源と照明系の瞳平面との間の放射経路に配置されて瞳平面に所定の空間強度分布を生成する光学ビーム偏向要素を含み、第１の照明系内の第１のビーム偏向要素と第２の照明系内の第２のビーム偏向要素とは、実質的に同一構造を有し、第１のビーム偏向要素上と第２のビーム偏向要素上とで同じ領域が照明される時の構成と比較した時に第１の露光系の結像特性と第２の露光系の結像特性との間の不均衡が低減するように、第１のビーム偏向要素上に入射する第１の放射ビームは、第１の領域上に案内され、第２のビーム偏向要素上に入射する第２の放射ビームは、第１の領域とは異なる第２の領域上に案内される。
【００５８】
照明系内のビーム偏向要素は、これらのビーム偏向要素が同じ設計規則に従って製造されるという意味で同一とすることができる。従って、偏向要素の間の差は、単に製造工程によってもたらされる公差の範囲内にあると考えられる。第１の照明系内のビーム偏向要素は、第１の作動モードにおいて、特定の偏向領域又は偏向領域の一部が入射放射ビームを受けるように作動され、それに対して第２の照明系内のビーム偏向要素は、第１の露光系と第２の露光系の両方において設定された所定の光線角度分布の光線角度にわたって若干異なる全体強度分布を与える若干異なる第２の作動モードで作動される。言い換えれば、両方の露光系内のビーム偏向要素は、工程の仕様による同じ空間強度分布であるが、同じ照明設定の範囲で若干異なる強度分布を生成するのに寄与する。強度分布の間の差は、それぞれの露光系の光学性能の間の少なくとも部分的な差を補償し、それによってプリント製品内に性能差が現れないようにするように調節することができる。従って、それぞれの照明系内で若干異なる作動モードで作動される同じ種類のビーム偏向要素を用いて作業することにより、露光系におけるツール間整合を得ることができる。
【００５９】
公称で同一の露光系間の性能差は、例えば、光源における僅かな差、使用されるマスクにおける僅かな差、光学要素に使用される材料における僅かな差、及び／又は露光系の光学系内の光学要素配列における僅かな差によってもたらされる可能性がある。本明細書に説明するようにビーム偏向要素を使用することにより、製造される製品の品質に対するこれらの性能差の可能な悪影響を低減することが可能になる。それによって１つの特定の露光系に対して最適化されたリソグラフィ工程を同じ種類の他の露光系に移し換えるか、又は修正することができる。本発明の開示のビーム偏向要素を利用するマスク照明の調節は、非常に高い分解能に最適化されたリソグラフィ工程において特に有利であるとすることができる。
【００６０】
リソグラフィ工程の品質を表す１つの尺度は、基板内に生成される構造の臨界寸法の変化である。照明の照射量の変動は、結像構造の寸法の変動を招く可能性がある。具体的には、照射量が減少する時に、構造は、意図したものよりも幾分肉薄に出現する傾向を有する。同様に、高い照射量は、意図したものよりも幅広に結像する構造を招く可能性がある。いずれの場合も、寸法の変動（臨界寸法の変動又はＣＤ変動）は、仕上がったマイクロ電子デバイス内に欠陥を招く可能性がある。従って、リソグラフィ工程では、低レベルのＣＤ変動が一般的に望ましい。上記又は以下に説明するように、ビーム偏向要素を使用するツール間整合は、異なる投影露光系間のＣＤ変動の差を低減するのに使用することができる。
【００６１】
本出願では、集積回路の製造における投影露光方法及び投影露光装置の使用への特定の参照が為される。しかし、これらの方法及び装置は、集積光学系、磁気ドメインメモリのための案内及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造におけるような他の用途に対して使用することができる。
【００６２】
個々の特徴は、本発明の実施形態として単独又は組合せで実施することができ、又は他の用途分野において実施することができる。更に、これらの特徴は、本出願において保護を主張するか又は本出願の係属中に保護を主張することになるこれらの実施形態自体の権利において保護可能な有利な実施形態を表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】投影露光装置における対称軸外照明の原理を概略的に例示する図である。
【図２】様々な照明モードを略示する図である。
【図３】エネルギ分布パラメータ、すなわち、極均整（図３Ａ、図３Ｂ）、楕円率（図３Ｃ、図３Ｄ）、及び勾配（図３Ｅ、図３Ｆ）の異なる定義を概略的に例示する図である。
【図４】二重極照明モードに向けて構成された照明系の実施形態を概略的に例示する図である。
【図５】５Ａにビーム偏向要素の第１の実施形態の平面図を略示し、５Ｂにビーム偏向要素の拡大詳細を示す図である。
【図６】二重極照明設定の極均整に影響を及ぼす上で有効なビーム偏向要素の２つの作動モードを６Ａ及び６Ｂに例示する図である。
【図７】ビーム偏向要素の第２の実施形態の平面図を７Ａに示し、第２の実施形態の拡大詳細を７Ｂに示す図である。
【図８】異なる偏向領域から構成されるラスター配列を有するビーム偏向要素と、ビーム偏向要素の上流にあり、選択偏向領域に向けられた部分ビームを生成するビーム分離器とを含む照明系の瞳成形ユニットの一部分を略示する図である。
【図９】セル上に入射する放射ビームＲＢ内に含まれる放射に対する単一のセルの光学効果を示す図である。
【図１０】回折ビーム偏向要素内に形成されるセル内の異なる種類の格子構造の光学効果を示す図である。
【図１１】異なる強度分布を有する射出光線束を生成する異なる偏向構造を有する異なる種類のセルを有するビーム偏向要素を示す図である。
【図１２】後焦点面内の強度に寄与するようにいくつかのセルを照明することができる方法の例を示す図である。
【図１３】回折ビーム偏向要素が照明系におけるテレセントリック性マニピュレータとして機能することができる方法を１３Ａ及び１３Ｂに略示する図である。
【図１４】可変エネルギ分布マニピュレータとして使用することができる回折ビーム偏向要素の実施形態を示す図である。
【図１５】ビーム偏向要素を含む照明系の一部の実施形態を略示する図である。
【図１６】フレネルゾーン構造とフレネルゾーン構造の間の隙間に形成されたコンピュータ生成ホログラム構造（ＣＧＨ構造）とを含む透過ビーム偏向要素の実施形態を示す図である。
【図１７】複合光源と複数の部分ビームによって照明されるビーム偏向要素とを含む照明系の一部分の例を１７Ａ及び１７Ｂに示す図である。
【図１８】ビーム偏向要素の単独セル又はセルの部分群を入射放射の部分ビームをそれぞれのセル又はセル群上に案内することによってアドレス指定することを可能にする配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に続く好ましい実施形態の説明では、適切である場合には、異なる図に示す同様又は同一の特徴部を同じ参照識別名で表す。
【００６５】
光学リソグラフィでは、より小さい特徴部を忠実に結像することを可能にする軸外照明を使用することは公知である。この技術を使用すると、パターン化構造（パターン）を与えるマスクは、焦点深度を増大させることによって工程許容範囲が改善されるように及び／又はコントラストが改善されるように傾斜（非垂直）角で照明される。
【００６６】
図１は、軸外照明の原理を示している。投影露光系の照明系ＩＬＬは、１次光源ＬＳから１次放射を受光して照明光を形成し、ビームＢが、パターンＰＡＴを保持するマスクＭ上にビ入射する。ビームは、従来法では垂直である光軸ＯＡに対して傾いた角度γで傾斜して入射する。入射ビームＢは、マスクＭ上のパターンＰＡＴの特徴部によって回折され、これらの特徴部は、フォトレジストＲＥＳの層で被覆されたウェーハＷ上に投影対物系ＰＯによって結像されることになる。図１には、ゼロ次及び２つの１次の回折ビーム（０，±１）を示している。コヒーレントであるゼロ次と１次の一方との少なくとも一部が投影対物系ＰＯによって捕捉されてウェーハＷ上に像を形成するのに使用される場合には、改善された性能を得ることができる。
【００６７】
λが、ビームＢ内の放射の公称作動波長である時に、マスクＭ上のパターンの特徴部のピッチＰ（又は周期長）が小さい程、回折角βは、β＝λ／Ｐに従って大きくなる。特徴部のサイズが過度に小さくなり、及び／又はその密度が過度に高くなる場合には、投影対物系ＰＯの瞳が１つよりも多い回折次数をもはや捕捉することができない点に至ることになる。実際の系では、光源の部分干渉を判断し、従って、露光許容範囲、焦点深度、及び近接効果のような露光工程の性能指数に対して重要な開口角γの範囲が存在することになる。
【００６８】
角度γの分布は、有効放射源（有効光源）の強度分布、又は同等に投影対物系の瞳平面内の強度分布を考慮することによって視覚化することができる。図２は、代表的な例を示している。
【００６９】
図２Ａは、図に矢印に示しているパラメータσによって特徴付けられる単純な軸上照明モードを示している。σ（多くの場合にコヒーレンス因子とも呼ばれる）の値は、瞳の半径に対する照明強度円盤（ハッチングしている）の半径の比として従来通りに見積もられる。
【００７０】
図２Ｂは、瞳平面における空間強度分布が、瞳平面に対するフーリエ変換平面であるマスク平面における角度分布に関連することを考慮して、光源の強度分布が軸外照明の入射角度範囲を制限するように環状に拘束される輪帯照明モードを示している。環状は、瞳の半径に対する内側半径及び外側半径の比である値σi及びσoによって特徴付けることができる。
【００７１】
図２Ｃは、その使用が環状モード又はコヒーレントモードに対して改善された結像結果を場合によって与える四重極照明モードの強度分布を示している。従来そのような四重極構成を使用する場合には、投影されるマスクのパターン化構造が、ｘ軸とｙ軸に沿う直交線の部分パターンを含み、４つの極の各々が、これらのｘ軸とｙ軸によってこれらの軸の交点に定められる４つの四分円のうちのそれぞれの１つに位置するように照明が向けられることが仮定される。
【００７２】
特定の用途では、二重極照明モードが使用される。図２Ｄは、二重極モードにおける二重極照明強度分布の例を示している。このモードの２つの極Ｐ１、Ｐ２は、結像系の光軸ＯＡから外れて位置する。例示目的で、図２Ｄに例示している２つの極をｘ軸に沿って位置するように表し、これらの極は、ｙ軸と平行に延びる結像線、すなわち、２つの極を結ぶ極方位軸ＰＯＡと垂直に延びる結像線に対して最適になる。時によってｘ軸及びｙ軸をそれぞれ水平及び垂直と呼ぶが、一般的に、これらの用語は、機械の向きに対するいかなる関係も伴わない。
【００７３】
図２Ｄに例示しているように、従来系における極Ｐ１、Ｐ２の幾何学形状は、環状の方位角区画に対応することができる。最大コントラストを得るために１次の回折次数が投影対物系の開口を完全に通過しなければならないという要件に起因して、極のラジアル幅Δσ＝σo−σiと、極角Θによって定めることができる極の方位角幅（円周方向の幅）とに対して制限がもたらされる。二重極照明では、理論的に理想的なコントラスト及び焦点深度を有する２ビーム結像のための条件を発生させるために、有効光源は２つの極に拘束される。
【００７４】
瞳平面内の空間放射強度分布は、瞳平面内の放射エネルギ（又は強度）分布に敏感な１つ又はそれよりも多くのエネルギ分布パラメータによって更に特徴付けることができる。図３に関連していくつかの例を説明する。
【００７５】
図３Ａ、図３Ｂは、瞳平面を中心で再分割する分割平面ＤＰの２つの側の間で放射エネルギが如何に配分されるかの量的尺度であるパラメータ「極均整（ＰＢ）」の定義に関する。図３Ａでは、分割平面ＤＰはｘ方向に沿って延び、一方、二重極照明設定の２つの極Ｐ１、Ｐ２は、垂直なｙ方向に向けられる。極均整は、２つの瞳半域内の積分強度の間の比として定めることができる。二重極照明の場合には、対応する極均整パラメータＰＢは、最大強度を有する極の強度と最低強度を有する極の強度の間の比ＩMAX／ＩMINとして定めることができる。従って、両方の極において等しい強度は、ＰＢ＝１をもたらし、極の間の不均等な強度分布は、１とは異なる極均整値をもたらすことになる。図３Ｂでは、分割平面ＤＰは、対応する極均整パラメータＰＢが、瞳の上側半域と下側半域の間の強度比に関連するようにｙ方向に沿って延びている。このパラメータは、極内のエネルギが瞳の上側半域と下側半域にわたって均等に配分される場合には、ｙ方向の２つの極の強度の差には殆ど依存しない。しかし、ｘ方向に不均衡が存在する場合には、この不均衡は、この極均整パラメータに現れることになる。
【００７６】
図３Ｃ、３Ｄは、パラメータ「楕円率（ＥＬ）」の定義を示している。一般的に、楕円率は、瞳中心で交わる２つ又はそれよりも多くの軸を中心とする領域に沿って放射エネルギが如何に配分されるかを判断するエネルギ分布パラメータである。殆どの場合、楕円率は、瞳平面内で２つの互いに直交する方向に関するエネルギ分布を指す。図３Ｃは、水平／垂直楕円率ＥＬHVを示している。瞳は、ｘ方向とｙ方向の間で４５°に延びる分割平面によって４つの９０°四分円ＩからＩＶに再分割される。第１及び第３の四分円Ｉ及びＩＩＩは、ｙ方向を中心とし、それに対して第２及び第３の四分円ＩＩ及びＩＶは、ｘ方向を中心とする。楕円率を判断するために、四分円の各々内に含まれるエネルギが別々に積分される。次に、ＥＬHV＝（ＩI＋ＩIII）／（ＩII＋ＩIV）に従って、ｙ方向を中心とする第１の四分円内のエネルギと第３の四分円内のエネルギとの和は、ｙ方向を中心とする第２の四分円内のエネルギと第４の四分円内のエネルギとの和によって割算される。図３Ｄは、図３Ｃの四分円に対して４５°に配置された四分円内の別の定義の楕円率ＥＬSTを示している。この場合、四分円Ｉ及びＩＩＩは、ｘ方向とｙ方向の間のような中間の対角線を中心とし、楕円率値は、図３に関連して説明したものと同様に計算される。ｙ極を有する二重極照明の楕円率を判断する場合に、第２又は第４の四分円内にいかなる強度も案内されない限り、図３Ｃの水平／垂直の楕円率は、２つの極の強度の不均整に依存しないことは明らかである。しかし、楕円率ＥＬSTは、極の各々の内部のエネルギがｙ軸に関して均等に配分されない場合には、何らかの変化を示す場合がある。一般的に、楕円率は、最も多くの場合に、輪帯照明設定、六角形照明設定、又は従来照明設定におけるエネルギ分布を定量化するのに使用される。
【００７７】
図３Ｅ、３Ｆは、照明設定のエネルギ分布を表す上でエネルギ分布パラメータ「勾配（ＧＲＡＤ）」を判断することを有利とすることができる状況を示している。基本的に、勾配は、瞳平面内の１つの所定の方向に沿う強度変化として表すことができる２次元エネルギ不均衡を表す。図３Ｅの例では、強度は、負のｙ値から正のｙ値に向けて連続して増大し、勾配は、関数Ｅ（ｙ）の傾きによって表すことができる。図３Ｆでは、関数Ｅ（ｙ）は、瞳中心において最小値を有し、エネルギが、瞳の中心から縁部に向けてラジアル方向に増大することを示している。
【００７８】
図４は、二重極照明モードに向けて構成された投影露光系における照明系ＩＬＬの実施形態を略示している。１次光源ＬＳによって供給される１次放射は照明系ＩＬＬによって変換され、パターンＰＡＴを担持するマスクＭ上の照明視野ＩＦ内に入射する照明放射が供給される。放射は、パターンＰＡＴによって回折され、投影対物系（図示せず）を通じて伝播する投影放射を形成し、投影対物系は、マスクのパターンをレジスト層で被覆されたウェーハのような基板上に結像する。
【００７９】
照明系ＩＬＬは、２つの極Ｐ１とＰ２とによって特徴付けられる二重極照明設定に対応する照明系の瞳平面ＰILLにおける所定の空間強度分布によって形成される有効光源ＥＳを発生させる瞳成形ユニットＰＳＵを含む。有効光源ＥＳが形成されるＰILLは、マスクＭが位置する投影対物系の物体平面ＯＳに対するフーリエ変換面である。従って、有効光源ＥＳの空間光強度分布は、マスクＭ上に入射する照明放射の角度分布を判断する。フーリエ変換を実施するために、コンデンサー系ＣＳが設けられる。
【００８０】
投影対物系の瞳面は、照明系の瞳面ＰILLに対して光学的に共役である。従って、マスクの不在時には、有効光源ＥＳにおける強度分布と同等の空間強度分布を投影対物系の瞳面内に形成することができる。パターンを担持するマスクが照明系と投影対物系の間に挿入された場合には、投影対物系の瞳平面内の強度分布は、更にマスクパターンＰＡＴの特性に対応する回折情報を含む。
【００８１】
図４の図は、大きく簡略化したものであり、正確な縮尺のものではない。特にこれは、様々な光学ユニットを少数の光学要素のみで表すことを意味する。実際にはこれらのユニットは、有意により多くのレンズ及び他の光学要素を含むことができる。次に、照明系をより詳細に説明する。
【００８２】
約１９３ｎｍの作動波長の１次放射を放出するエキシマレーザは、１次放射源ＬＳとして機能する。他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。エキシマレーザによって放出される放射は、ビーム送出系ＢＤによって照明系ＩＬＬに案内されてビーム拡大ユニットＥＸＰに入射し、放射束は、ビーム拡大ユニット内で幾何学的光学流束を変化させることなく拡大される。ビーム拡大ユニットは、図示のようにいくつかのレンズを含むことができ、又は例えばミラー配列として達成することができる。放射は、ビーム拡大ユニットＥＸＰから矩形断面を有する実質的に平行な放射ビームＲＢとして射出する。断面のサイズは、例えば、１５ｍｍと２５ｍｍの間程度のものとすることができる。
【００８３】
ビーム拡大ユニットＥＸＰを通過した後に、放射ビームの光線は、回折光学要素（ＤＯＥ）で形成された透過光学ビーム偏向要素ＢＤＥ上に入射する。回折光学要素ＢＤＥは、放射を望ましい伝播方向にエネルギ損失を殆ど伴わずに偏向する偏向構造として機能する所定の回折格子構造を各々が有する小さいセルの２次元ラスター配列を含む。エネルギ損失は、１５％よりも少ない程度、例えば、５％と１５％の間にあるとすることができる。ビーム偏向要素は、図示の実施形態では、発散が導入されるように各入射光線を偏向する回折格子で形成された偏向構造を含む。これは、ビーム偏向要素上の各位置において、放射がある一定の角度範囲で回折されることを意味する。図４ではこの回折を２つの発散光線Ｒ１、Ｒ２に分割される軸線方向光線において略示している。すなわち、回折光学要素ＢＤＥは、入射放射の角度分布を修正し、遠視野強度分布に影響を及ぼす。
【００８４】
回折ビーム偏向要素ＢＤＥは、異なる角度分布を生成する別のビーム偏向要素で容易に置換することができるように、交換ホルダＨ内に受け取られる。ホルダＨに関連付けられた駆動系ＤＲＩは、照明系を組み込む投影露光装置の中央制御ユニットＣＵから受信される駆動信号に応答して、ホルダと、ホルダ内に受け取られるビーム偏向要素ＢＤＥとを照明系の光軸ＯＡに対して垂直な平面（ｘ−ｙ平面）内で制御可能に移動するように構成される。従って、駆動系を作動させることにより、ビーム偏向要素ＢＤＥの異なる領域を放射ビーム経路に連続的にシフトさせることができる。移動は、ｘ方向、ｙ方向におけるもの、又はｘ駆動とｙ駆動との組合せ作動に依存していずれかの横断方向におけるものとすることができる。
【００８５】
この移動は、例えば、ビーム偏向要素を傾斜させるｘ／ｙ平面内の軸の回りの回転を含むことができる。図４では、ビーム偏向要素ＢＤＥの傾斜移動を曲線双方向矢印ＴＩに示している。傾斜角は、１°又はそれよりも大きい程度、例えば、約１°と約５°の間にあるとすることができる。ビーム偏向要素が傾斜された場合には、入射放射の入射角及び照明区域を若干変更することができる。傾斜は、照明される偏向領域の有効構造を変更することができること、及び／又は入射放射に対して作用する偏向領域の空間形状及び位置をビーム偏向要素を傾斜させることによって若干変更することができることを主な理由として、放出放射のエネルギ分布を変更するのに寄与することができる。更に、正確な法線入射から逸れる回折ビーム偏向要素の緩やかな傾斜は、０次の回折次数における望ましくない強度を低減するのを促進することができることが見出されている。０次の次数におけるそのような残差強度は、例えば、位相段階回折光学要素における段差面の製造中のエッチング深さの不正確性からもたらされる可能性がある。従って、傾斜は、ビーム偏向要素によって生成される強度分布を改善することができる。
【００８６】
回折光学要素ＢＤＥは、回折ビーム偏向要素から射出する発散光線を平行化するズームレンズ群Ｚの前側焦点面ＦＦＰに位置決めされる。この場合、ズームレンズ群Ｚを調節することにより、放射束の直径を変更することができる。ズームレンズ群を出る少なくとも実質的に平行化された光線束は、次に、対向する円錐面を有するアキシコン要素の対ＡＸに入射する。両方のアキシコン要素が接触状態にある一定の場合には、アキシコン対ＡＸは、平行平面の面を有する板の効果を有する。両方のアキシコン要素が移動して離れた場合には、アキシコン要素の間の間隔は、放射エネルギのラジアル方向に外向きのシフトをもたらす。この場合、円盤の断面を有する光線束は、リング（又は環状）の断面を有する光線束に変換されることになる。アキシコン要素は、当業技術でそのように公知であるから、本明細書ではより詳細に説明しない。
【００８７】
参照識別名ＰILLは、照明系ＩＬＬの瞳平面を表す。瞳平面ＰILLの直前には、複数のマイクロレンズアレイを含むことができる光学ラスター要素ＦＤＥが配置される。光学ラスター要素ＦＤＥは、照明系瞳平面ＰILL内に複数の２次光源を生成する。２次光源は、ｘ方向とｙ方向とに沿って異なる発散を有する光を生成することができる。例えば、マスク上でスリット形状の照明視野が望ましい場合には、光学ラスター要素ＦＤＥの射出側開口数は、ｘ方向に０．２８から０．３５の範囲、ｙ方向に０．０７から０．０９の範囲にあるのものとすることができる。図４では、光学ラスター要素ＦＤＥによって導入された発散を２つの異なる２次光源から射出する発散光線Ｒ３、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ４で略示している。
【００８８】
光学ラスター要素ＦＤＥから射出する発散光線は、コンデンサー系ＣＳに入射する。コンデンサー系の前側焦点面は系瞳平面ＰILLと一致し、以下では後焦点面を中間視野平面ＩＦＰと呼ぶ。この場合、系瞳平面内の特定の２次光源から射出する発散光束は、平行光線束としてコンデンサー系ＣＳを離れ、中間視野平面ＩＦＰを完全に照明する。一方、同じ角度の下に２次光源から射出する全ての光線は、中間視野平面ＩＦＰ内の単一の点に収束することになる（図４の点描区域を参照されたい）。
【００８９】
中間視野平面ＩＦＰ内又はその近くに視野絞りＦＳが位置決めされる。結像対物系ＩＯは、中間視野平面ＩＦＰを露光作動中にマスクＭが位置決めされる像平面に対して光学的に共役にする。この像平面をマスク平面とも呼び、像平面は、その後の投影対物系（図示せず）の物体平面ＯＳに対応する。この場合、結像対物系ＩＯは、中間視野平面ＩＦＰに配置された視野絞りＦＳをマスクＭ上に結像し、少なくともｙ方向に沿って延びる短側辺において照明視野ＩＦの鮮明な縁部を保証する。
【００９０】
照明系（有効光源ＥＳ）の瞳面の軸線方向の図を示す挿入図４Ａによって示しているように、照明系は、強度がｙ方向に瞳の外縁にのみ存在するように（図２Ｄとも比較されたい）、光軸ＯＡから外れてｘ方向に対して対称に配置された２つの強度極Ｐ１、Ｐ２を有する二重極照明を与えるように構成される。この空間強度分布は、回折ビーム偏向要素ＢＤＥとズームアキシコン系ＺＡとの組合せ作用によってもたらされ、アキシコン要素は、相補円錐面の間に間隔が設けられるように分離される。回折光学要素ＢＤＥが、ｙ方向の周りの２つの楔形の角度ゾーン内に光線を偏向するのに対して、ズームアキシコン系は、光軸上にいかなる強度も存在しないように光線をラジアル方向に外向きに向け直す。この構成では、回折光学要素によって生成される光線角度分布は、極の方位角幅（極角Θ）を定める。極のラジアル位置及びラジアル幅Δσは、ズームアキシコン系の適切な分離によって調節される。
【００９１】
次に、二重極設定を生成するのに使用される光学ビーム偏向要素ＢＤＥの第１の実施形態を図５を参照してより詳細に説明する。図５Ａは、照明系の光軸と平行な方向、すなわち、入射放射ビームＲＢの光線の方向に対してほぼ平行な方向にビーム偏向要素ＢＤＥの平面図を示している。図５Ｂは、図５Ａ内で円によって示している拡大詳細図を示している。基本的にビーム偏向要素は、作動波長のレーザ放射に対して透過性を有する溶融シリカ（ＳｉＯ2）又はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）のような光学品質材料から作成された平行平面板を含む。ビーム偏向要素ＢＤＥは、屈折ではなく回折によって入射放射の経路変更を行う回折光学要素（ＤＯＥ）である。回折光学要素ＢＤＥは、基本的にエネルギ損失を伴わずに放射を望ましい伝播方向に偏向する偏向構造として機能する所定の回折格子構造を各々が有する小さい矩形セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、．．．の２次元ラスター配列を含む。矩形セルは、互いに直接に隣接し、ビーム偏向要素の光学的使用断面を間隙なしに埋める。回折セルは、回折光学要素の所定の領域を埋めるセル群を形成するように配分される。回折構造は、望ましい角度分布に基づく逆算によって生成される。そのような要素をコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）とも表す。
【００９２】
回折光学要素の中心の周りに形成された矩形の第１の偏向領域ＤＲ１は、同じ回折構造を各々が有する同一第１のセルＣ１の配列を含み、それによってこの同じ回折構造は、第１の偏向領域のセル内で複数個にわたって繰り返される。第１の偏向領域のサイズは、ビーム偏向要素が入射放射ビームを中心とする第１の作動位置に配置される場合に、入射放射が第１のセルＣ１のみを照明するように、入射放射ビームの断面形状よりもｘ方向とｙ方向の両方において幾分大きい。図５Ａでは、第１の作動位置における放射ビームのフットプリントＲＢ１を破線に示している。
【００９３】
第１のセルの各々は、回折光線において同じ光線角度分布を発生させるように構造化される。この光線角度は、幾何学的光線角度分布が瞳平面内の照明ゾーン（極）の幾何学形状を定めるように照明系の瞳平面内の光線位置に変換される。更に、回折放射の強度（エネルギ）は、第１のセル上に入射する全体強度が、第１のセルによって発生する異なる回折角又は伝播方向にわたって如何に配分されるかを表す第１の強度分布に従って様々な光線方向にわたって配分される。第１の強度分布は、２つの極Ｐ１、Ｐ２内の強度が、極の内側の全ての位置において均一な強度を有し、かつ極の外側で実質的にいかなる強度も持たないトップハット関数に基本的に対応するように定めることができる。更に、強度レベルは、両方の極内で同じであることが意図される。
【００９４】
ｙ方向に第１の偏向領域ＤＲ１の直近には、全てが基本的に同じものである第２の偏向構造を各々が有する第２のセルＣ２で構成された矩形の第２の偏向領域ＤＲ２が存在する。照明された第２のセルの組は、第１の偏向領域の第１のセルによって同様に生成される幾何学的光線角度分布に属する伝播方向を各々が有する第２の光線の第２の光束を生成する。従って、第２のセルが照明されると、回折放射は、第１及び第２の極内の同じ照明領域に向けて案内される。しかし、第２の光線は、第１の強度分布とは異なる第２の強度分布に従う第２の強度を有する。言い換えれば、第１のセルＣ１と第２のセルＣ２とは、回折光線において実質的に同じ光線角度（伝播方向）を生成するが、発生した光線角度にわたる放射エネルギの分布は、第１のセルと第２のセルとの間で異なる。
【００９５】
更に、ビーム偏向要素の右上コーナは、第３のセルＣ３内に構成された第３の偏向構造群によって形成された第３の偏向領域ＤＲ３を含む。第３のセル内の第３の偏向構造の各々は同じであり、第１のセル及び第２のセルと同じ光線角度分布を発生させる。しかし、発生した光線角度分布を有する光線にわたる強度分布は、第１及び第２の強度分布とは異なる。
【００９６】
更に、光学ビーム偏向要素は、第１の偏向領域ＤＲ１の直近でそれに対してｘ方向に横方向にオフセットされた第４の偏向領域ＤＲ４を含む。第４の偏向領域は、第４のセルＣ４内に第４の偏向構造を含み、第４のセルの各々は、第１、第２、及び第３の偏向領域によって同様に発生する光線角度分布内の伝播方向（又は光線角度）を全てが有する第４の光線の第４の光束を生成する。しかし、これらの第４の光線にわたる強度分布は、第１、第２、第３の偏向領域の強度分布とは異なる。第１の偏向領域の他の側部には、図５Ａに略示しているように更に別の偏向領域が配置される。
【００９７】
異なる偏向領域ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４等が有する異なるセル内の全ての偏向構造は、ビーム偏向要素の位置に対してフーリエ変換関係にある瞳平面内の特定の二重極空間強度分布に変換される実質的に同じ幾何学的光線角度分布を生成することは理解されるものとする。しかし、第１のセルＣ１は、回折光線において第２のセル、第３のセル、又は第４のセルとは異なる強度分布を生成する。従って、瞳平面内の照明ゾーン（極）内の空間放射強度分布を入射放射ビームによって照明されるセルの適切な個数と種類とを選択することによって変更することができる。例えば、第１の偏向領域内の第１のセルＣ１は、二重極照明の２つの極内に一様な強度分布が存在するように構造化することができる。第２の偏向構造にある第２のセルＣ２は、強度分布の楕円率ＥＬが、第１の偏向領域によって生成される楕円率と比較して低下するように構造化することができる。この状況を「ＥＬ」に示している。第３の偏向領域内の第３のセルＣ３は、第２のセルＣ２と同じ楕円率（ＥＬ-）を発生させるが、全体エネルギが極の間でシフトされ、極均整ＰＢが第１又は第２のセルによって生成される強度分布におけるものよりも小さくなる（ＰＢ-に示す）ように構造化することができる。それとは対照的に、第４の偏向領域ＤＲ４内の第４のセルＣ４は、第１の偏向領域ＤＲ１内の第１のセルと同じ空間強度分布及び楕円率値を生成するが、極にわたって異なるエネルギ分布を生成して極均整（ＰＢ-）を低下させるように構造化される。
【００９８】
当業者は、そのような光学ビーム偏向要素が有効であり、かつ瞳平面内の所定の空間強度分布内で、すなわち、瞳平面内の照明区域の形状、サイズ、及び位置を実質的に変化させることなくエネルギ分布を連続的に変更する照明系内のエネルギ分布マニピュレータとして使用することができることを理解する。これは、図５Ａの概略図面から理解することができる。第１の作動位置では、入射放射ビームは、第１の偏向領域ＤＲ１のみの上に入射し（フットプリントＲＢ１に示している）、それによって第１のセルＣ１によって生成される光線角度を有する光線の角度分布及び第１のセルにのみ対応する第１の強度分布を発生させる。ビーム偏向要素のこの中立位置で得られるエネルギ分布が、印刷された構造において不十分な結果しか生成しないことが見出された場合には、別の強度分布を生成する偏向構造が瞳平面内の強度分布の形成に寄与するように入射放射ビームに対してビーム偏向要素を横方向にシフトさせることにより、同じ極にわたるエネルギ分布を変更することができる。この例では、入射放射ビームが、第１の偏向領域ＤＲ１内の第１のセルだけではなく、第２、第３、及び第４の偏向領域内の第２のセル、第３のセル、及び第４のセルも照明するように、光学ビーム偏向要素は、ｘ−ｙ平面内でｘ方向とｙ方向とに対角線方向ＳＨに沿ってシフトされる。ビーム偏向要素の第２の作動位置における放射ビームのフットプリントＲＢ２を一点鎖線に示している。第２、第３、及び第４のセルが、この時点で入射放射ビームによって照明される単独セルの相対個数にほぼ比例する程度で瞳平面内の全体強度分布に寄与するという事実に起因して、エネルギ分布は、この時点で修正され、低い楕円率（ＥＬ-）及び低い極均整（ＰＢ-）がもたらされる。第１、第２、第３、及び第４のセルの相対寄与は、入射放射ビームに対するビーム偏向要素の移動量（及び方向）に依存して連続的に変更することができる。
【００９９】
この例示的な説明から、図５のビーム偏向要素を入射放射ビームに対する変位量における方向に基づいて、２つの異なるエネルギ分布パラメータ、すなわち、極均整ＰＢと楕円率ＥＬとを互いに独立して又は組合せで変更するように作動させることができることは明らかである。具体的には、極均整（ＰＢ）を低下させるか又は増大させるかのいずれかを行う上で、ｘ方向のみの移動を使用することができる。また、楕円率（ＥＬ）を低下させるか又は増大させるかのいずれかを行う上で、ｙ方向のみの移動を使用することができる。ｘ方向とｙ方向の間の任意の方向の移動は、極均整と楕円率の両方を適切なシフト方向とシフト長さとを選択することにより、連続的に調節可能な量だけ変更することができる。
【０１００】
図６は、ｙ方向に沿って極を有する二重極照明設定における極均整を入射放射ビームＲＢに対して回折ビーム偏向要素をシフトさせることによって如何に操作することができるかを略示している。図６Ａに示す第１の構成では、ビーム偏向要素ＢＤＥは、入射放射ビームが第１の偏向領域ＤＲ１内のセル上にのみ入射する中立位置に配置される。セルの回折偏向構造は、照明系の瞳ＰILL内に二重極照明を生成するように構造化される。上部にある部分図は、強度Ｉが２つの極Ｐ１、Ｐ２の間で如何に配分されるかを示している。この例では、左手側の第１の極Ｐ１は、右手側の第２の極Ｐ２よりも大きいエネルギを受け取る。強度の不均衡を極均整ＰＢ≠１に示している。極にわたるエネルギ分布の不均衡は、露光工程の不十分な像品質に現れる可能性がある。像品質は、２つの極にわたるエネルギ分布を修正することによって改善することができる。これを図６Ｂに略示している。この第２の構成では、ビーム偏向要素ＢＤＥは、関連付けられた駆動系ＤＲＩにより、入射放射ビームＲＢが、第１の偏向領域ＤＲ１内の第１のセルと第２の偏向領域ＤＲ２内の第２のセルの両方を第１の偏向領域ＤＲ１に対して横方向にオフセットされて照明するようにシフトされる。この領域は、瞳の右側の極により大きい強度を案内し、左手側により小さい強度を案内し、それによってある一定量の放射強度を左手側から右手側にシフトさせる偏向構造を有するセルを含む。ビーム偏向要素は、両方の極が実質的に同じ強度を受け取る位置に制御可能にシフトさせることができ、この状況を極均整ＰＢ＝１に示している。
【０１０１】
次に、回折ビーム偏向要素ＢＤＥの第２の実施形態を図７及び図８に関連して解説する。ビーム偏向要素は、入射放射ビームに対するビーム偏向要素の位置の僅かな移動により、ビーム偏向要素によって生成される空間放射分布において非常に高速の変化をもたらすように使用することができる。図７Ａに示しているように、ビーム偏向要素は、間隙なしに光学的使用区域全体を埋める直交アレイに配置された矩形の上位セルＡの２次元配列を含む。図７Ｂに示しているように、各上位セルＡは、３列３行で配置された９個のセルＣ１からＣ９のような所定の個数のセルに再分割される。各セルＣ１からＣ９は、単極設定又は四重極設定のような特定の照明設定に従って所定の光線角度分布を有する強度分布を生成する回折構造を有する。光線角度分布は、ビーム偏向要素が、入射放射ビームがビーム偏向要素上の何処に入射するかに関係なく、対応する空間強度分布形状を生成するように、上位セルＡ内の全てのセルにおいて実質的に同じである。
【０１０２】
しかし、セルの偏向構造は、所定の設定範囲のエネルギ分布に関して異なる。この目的のために、ビーム偏向要素は、上位セルＡの縁部長さに従う周期性で周期的に繰り返す偏向構造を含む。ｙ方向と平行な１つの周期性方向では楕円率ＥＬは増大が、それに対して極均整は一定である。直交ｘ方向では楕円率は一定であり、極均整が変化する。例えば、上位セルＡの左下コーナにある第１のセルＣ１は、第１の楕円率ＥＬ１及び第１の極均整ＰＢ１を発生させる。ｙ方向に隣接するセルＣ２及びＣ３内では、極均整は同じままに留まり、それに対して楕円率は、セルＣ２内の第２の楕円率ＥＬ２及びセルＣ３内の第３の楕円率ＥＬ３に変更される。上位セルＡの第１のセルＣ１に対して１つのｙ周期分オフセットされて隣接する上位セルＡの第１のセルＣ１内では、エネルギ分布パラメータＰＢ１及びＥＬ１は、第１のセルＣ１内のものと同じであり、ｙ方向の周期性を示している。ｘ方向では、類似の方式で楕円率は一定に留まり、極均整が変化する。具体的には、第４のセルＣ４は、第１の楕円率ＥＬ１及び第２の極均整ＰＢ２を生成し、第７のセルＣ７は、第１の楕円率ＥＬ１及び第３の極均整ＰＢ３を生成する。隣接する上位セルＡ内に続くセルＣ１は、第１のＣ１の構造と同一であり、ｘ方向の周期性を示している。
【０１０３】
セルＣ１、Ｃ１、Ｃ１のような同じ強度分布を与える全てのセルは、第１の周期的ラスター配列で離間した位置に配置された第１の偏向領域と見なすことができ、隣接する第２のセルは、第１の偏向領域に対して横方向にオフセットされた第２の周期的ラスター配列で離間した位置に配置された第２の偏向領域と見なすことができる。この実施形態は、第３の周期的ラスター配列で離間した位置に配置された第３の偏向領域も含む。
【０１０４】
入射放射ビームが、ラスター配列のそれぞれのセル上に照明スポットを形成する部分ビームに分離される場合には、各ラスター配列内で同じ強度分布を生成するセルを同時にアドレス可能である。図８は、そのようなビーム偏向要素ＢＤＥをアドレス指定するように構成された瞳成形ユニットのいくつかの構成要素を示している。この概略図では、第１の偏向領域ＤＲ１をハッチングに示しており、それに対して第１の偏向領域の間の空間に配置された偏向領域ＤＲ２は無地である。ビーム偏向要素ＢＤＥは、光軸ＯＡに対して垂直な平面内でビーム偏向要素をシフトさせるように構成された駆動系ＤＲＩに関連付けられた保持構造Ｈ内に受け取られる。
【０１０５】
ビーム送出によって供給される放射ビームＲＢは、拡大ユニットＥＸＰによって直径が拡大される。拡大ユニットとビーム偏向要素ＢＤＥの間にはビーム分離器ＳＥＰが配置される。ビーム分離器は、ビーム分離器ＳＥＰの照明チャンネル数に対応する個数の部分ビームＰＢに入射放射ビームを幾何学的に分割する複数の光学チャンネルを形成するレンズ又はレンズ系のラスター配列を含むマイクロレンズアレイを含む。光線が光軸ＯＡに対して基本的に平行にビーム偏向要素上に入射するように全ての部分ビーム内でほぼ共直線の光線を供給するために、ビーム分離器とビーム偏向要素の間に更に別のレンズアレイを配置することができる。ビーム偏向要素の領域内では、部分ビームは、照明される偏向領域のラスター配列に対応するビーム偏向要素の単独セルにサイズ及び位置が対応する照明スポットを形成する。
【０１０６】
図８の例では、全ての部分ビームは、２つの種類のビーム偏向領域のみを有するビーム偏向要素内で第１の偏向領域ＤＲ１を照明する。図７の実施形態では、ビーム偏向要素が、ビーム分離器によって供給される規則的なパターンの照明スポットに対して適切に位置決めされた場合に、第１のセルＣ１、Ｃ１、Ｃ１のみが部分ビームによって照明されるように、照明を再分割することができる。
【０１０７】
図示していない代替の実施形態では、ビーム分離器は、ビーム偏向要素に向けられた部分ビームをもたらす複数の透過開口を有する不透過マスクを含む。１つ又はそれよりも多くのマイクロレンズアレイのような比較的複雑で高価な光学要素を省くことができるが、通常、穿孔マスクは、多くの用途において望ましくない場合がある有意な放射損失をもたらす。
【０１０８】
交互配置（ネスト）構成にある偏向領域の周期的ラスター配列から構成される２つ又はそれよりも多くの組を有する実施形態では、望ましい幾何学的光線角度分布及び望ましい強度分布を各々が有する射出ビーム（多数の部分ビームから構成される）を生成するために、多数の単独偏向領域を同時に照明することができる。同時に、他の偏向領域が照明されるような入射ビームに対するビーム偏向要素の（又はその逆の）ごく僅かの移動により、強度分布の迅速な変更を行うことができる。入射放射ビームによって照明される偏向領域の種類を完全に変更するのにごく僅かな相対変位しか必要とされないので、この構成は、所定の照明設定の範囲で強度分布の非常に高速な変更を可能にする。
【０１０９】
図７及び図８に関連して説明した異なる効果を有する偏向領域から構成される２つ又はそれよりも多くの交互配置された周期的ラスター配列を利用するという概念は、完全に異なる照明設定が望ましい場合に、これらの照明設定の間で切り換えを行う上で利用することができる。例えば、図８の第１の偏向領域は、特定の二重極照明を生成するように構造化することができ、それに対して第２の偏向領域ＤＲ２は、四重極照明を生成するように構造化することができる。従って、ビーム偏向要素上に入射する部分ビームによって生成される照明スポットの規則的アレイに対するビーム偏向要素の僅かな移動により、二重極照明と四重極照明の間の高速な変更を提供することができる。
【０１１０】
次に、光学ビーム偏向要素の更に別の特性及び異なる実施形態におけるこれらの特性の用法を図９及びそれ以降に関連して説明する。これらの実施形態では、ビーム偏向要素ＢＤＥは、屈折ではなく回折によって入射放射の経路変更をもたらす回折光学要素（ＤＯＥ）の形態にある。従って、以下に続く説明の状況では、「ビーム偏向要素（ＢＤＥ）」という用語と「回折光学要素（ＤＯＥ）」という用語とを交換可能に使用することができる。
【０１１１】
一般的に、回折光学要素は、偏向構造上に入射する放射ビームＲＢを構成する放射を基本的にエネルギ損失なしにセル内の回折格子構造の特定の構造によって定められる望ましい伝播方向に偏向する偏向構造として有効な所定の回折格子構造を各々が有する小さいセルの２次元ラスター配列を含むことができる。ＤＯＥ内には数百個又は数千個のセルが存在することができる。図９は、ビーム偏向要素を組み込む光学系の光軸と平行なものとすることができる基準方向ＲＥＦと平行にセル上に入射する放射ビームＲＢ内に含まれる放射に対する単一のセルＣの光学効果を示している。図９の実施形態では、単独セルＣ９の照明ゾーンは、放射エネルギ又は放射強度が、放射エネルギを受け取る全ての伝播方向に同じである放射円錐として成形された光線ペンシル（光線束又は部分光線束とも呼ぶ）を生成する。図９は、いくつかの代表的な伝播方向を表す矢印を示しており、この場合、矢印の長さは、矢印によって表す対応する立体角分割区画内で伝播する放射強度に比例する。伝播方向は、空間において基準方向に対する角度を定める方向パラメータｕ（ｕ，ｖ）によって定めることができる。図９の右手側の図は、光線ペンシルによって含まれる全ての伝播方向ｕにおいて強度Ｉが非ゼロ定数Ｉ0であり、他の全ての方向において強度がゼロであることを示している。
【０１１２】
図１０は、回折ビーム偏向要素内に形成されたセルＣ１０内の異なる種類の格子構造の光学効果を示している。この実施形態では、回折格子は、異なる伝播方向の強度が伝播方向にわたって変化し、最外側光線方向の間のある一定の伝播方向がいかなる強度も全く持たない光線ペンシルをセルＣ１０が発生させるように構造化される。具体的に、放射ビームＲＢの放射は、２つの空間的に分離した光線ペンシルに回折され、各光線ペンシル内では、基準方向に対して大きい角度を有する伝播方向の強度が大きく、基準方向に近い伝播方向に向けてほぼ線形に低下する。図９及び図１０は、偏向構造によってもたらされる空間放射強度分布を偏向構造の適切な設計によってターゲット方式で選択することができることを示している。
【０１１３】
図１１のビーム偏向要素ＢＤＥによって例示的に示しているように、ビーム偏向要素は、異なる強度分布を有する射出光線束を生成する異なる偏向構造を有する異なる種類のセルを有することができる。一般的に、ビーム偏向要素は、２つ又はそれよりも多くの異なる種類のセル又は２つ又はそれよりも多くの異なるセル群を有することができ、セル群の各セルは、基本的に同じ回折構造を有する。図１１の例では、文字「Ａ」で表す回折セル（種類Ａのセル）は、伝播方向Ａ５に最大強度を伝播方向Ａ１に最低強度を有し、これらの方向の間で強度の線形低下を有する光線束を生成する。一方、セルＡから空間的に分離して位置した「Ｂ」で表すセルは、同じ伝播方向（同じ回折角）を網羅するが、異なる強度分布を有する射出光線束を生成する。具体的には、方向Ｂ５（方向Ａ５と平行な）に伝播する放射は、最低量の放射エネルギを搬送し、それに対して方向Ｂ１（方向Ａ１と平行な）に伝播する放射は、セルＢによって向け直された最大量の放射エネルギを搬送する。言い換えれば、両方のセル（種類Ａ及び種類Ｂ）は、同じ伝播方向に強度を有する光線束を生成するが、伝播方向にわたる放射強度の分布は、異なる種類のセルの間で異なる。
【０１１４】
ビーム偏向要素の異なる位置に配置された異なるセルは、光線ペンシル（光線束）が放出される光源と見なすことができ、各光線ペンシルは、それぞれの伝播方向とこの伝播方向に沿って進む強度とによって特徴付けられる。異なるセルによって放出される放射は、ビーム偏向要素から同じ伝播方向（又は角度）の下で射出する全ての光線が、ビーム偏向要素の遠視野内に位置する平面内の共通の単一の位置Ｐに収束するように、ビーム偏向要素の遠視野領域内で重なることになる。言い換えれば、ビーム偏向要素における光線角度（又は伝播方向）は、遠視野内の特定の位置（又は位置）に変換される。同時に、ビーム偏向要素上の異なる位置は、遠視野内の異なる光線角度に対応する。一般的に、ビーム偏向要素の遠視野は、ビーム偏向要素の異なる位置から射出する放射エネルギの重ね合わせによって特徴付けられる。
【０１１５】
ビーム偏向要素の異なる位置又はセルから放出される放射の正確に合致する重ね合わせは、ビーム偏向要素の下流の適切な位置に光学変換系Ｋを配置することによって達成することができる。図１１に示している配列では、ビーム偏向要素ＢＤＥのセルは、光学変換系Ｋ（焦点距離ＦKを有する）の前側焦点面ＦＦＰに配置される。この場合、異なるセルから放出される放射エネルギの正確に合致する重ね合わせが、光学変換系の後焦点面ＢＦＰ内で得られる。この配列では、後焦点面ＢＦＰを「重ね合わせ平面」で表すことができる。ＦKが光学変換系Ｋの焦点距離である時には、ビーム偏向要素ＢＤＥと重ね合わせ平面の間の距離は、光学変換系Ｋの焦点距離の２倍である。
【０１１６】
この配列では、光学変換系Ｋによって実施される変換は、フーリエ変換に対応し、ビーム偏向要素ＢＤＥ上のある放出点における特定の伝播方向範囲（立体角）が、後焦点面ＢＦＰ内の特定の照明区域ＩＡに変換されるという効果を有する。この効果は、前側焦点面内の各伝播方向が後焦点面内の特定の位置Ｐ（ｘ，ｙ）に変換されることに起因する。その結果、前側焦点面内の伝播方向の立体角は、後焦点面内の照明区域に変換される。一般的に、同じエネルギ重心伝播方向ｕ（ｕ，ｖ）を有する全ての部分光線束は、後焦点面ＢＦＰ内の同じ位置Ｐ（ｘ，ｙ）の周りの区域内に重ね合わされる。
【０１１７】
一般的に、光学変換系は、前側焦点面内の角度が後焦点面内の位置に（及びその逆に）変換され、前側焦点面内の立体角が後焦点面内の区域に（及びその逆に）変換されるようなフーリエ変換を実行する。この変換を次式によって表すことができる。
Ｐ（ｘ，ｙ）＝ＦK*ｓｉｎ  ｕ（ｘ，ｙ）
及び
ｄＲ（ｘ，ｙ）＝ＦK*ｄ  ｓｉｎ  ｕ（ｘ，ｙ）
これらの式において、ｄ  ｓｉｎ  ｕという項は、光線束のエネルギ重心からの光線束の許容範囲（又は広がり）を表し、ｓｉｎ  ｕ（ｘ，ｙ）という項は、光線束のエネルギ重心伝播方向を表す。
【０１１８】
顕著なことには、前側焦点面内の（ビーム偏向要素における）光線束の射出点の位置は、強度量だけを考慮する限り、後焦点面内の放射エネルギの重ね合わせに対していかなる影響も持たない。図１１には、これをＡ及びＢにおける別々の光線ペンシルによって後焦点面ＢＦＰ内に生成される強度分布を示す右手側の概略図によって示している。実線は、セルＡを出る放射によって生成される強度分布を表しており、破線は、セルＢを出る放射によって生成される強度分布を表している。セルＡによって生成される最大強度を有する光線Ａ５によって生成される強度寄与とセルＢによって生成される最低強度を有する光線Ｂ５の強度とは、後焦点面内の同じ位置（Ａ５＋Ｂ５）において重なることは明らかである。この重ね合わせは、光線Ａ５とＢ５とが互いと平行であり、すなわち、同じ伝播方向を有することに起因する。同様に、前側焦点面の近くで互いと平行な光線Ａ１とＢ１とは、照明区域のＡ１＋Ｂ１における下側縁部において重なる。異なるセルによって生成される全ての強度にわたる積分は、後焦点面内の照明区域内で、この実施形態では照明区域内の全ての点において均一な強度をもたらす。しかし、各位置Ｐは、異なる方向（角度）から全体強度への異なる寄与を受け取る。
【０１１９】
更に、ｚ方向に対して垂直なｘ−ｙ平面内での偏向構造（セルＡ、Ｂ）と入射放射との相対変位は、重ね合わせ平面（後焦点面ＢＦＰ）内での位置Ｐ（ｘ，ｙ）を変化させない。
【０１２０】
図１１に関連して例示的に説明した重ね合わせの原理は、ビーム偏向要素の異なる作動モードを可能にする。一般的に、後焦点面内の照明区域は、入射放射ビームによって照明されるセルからのみ放射強度を受け取る。各照明セルは、それぞれの偏向構造によって判断されるそのセルの特定の偏向特徴に従って重ね合わせに寄与する。後焦点面内の照明区域内の強度分布の特徴は、入射放射ビームＲＢによって照明されるセルの個数及び種類を選択することによって修正することができる。図１２は、いくつかのセルＣ１、Ｃ１などを後焦点面内の強度に寄与するように如何に選択することができるかの一部の例を示している。図１２Ａの例では、入射放射ビーム（ビーム偏向要素上でハッチングに示している矩形のフットプリント）は、１５個のセルを含む矩形の区域を照明する。ｘ−ｙ平面内での入射放射に対するビーム偏向要素の変位及び／又はビーム偏向要素に対する入射放射ビームの変位は、異なる組のセルをアドレス指定するのを可能にする。図１２Ｂは、寄与するセルの選択をビーム偏向要素上の２つ又はそれよりも多くの区域を照明する２つ又はそれよりも多くの部分ビームに再分割することにより、又はビーム偏向要素内のセルを照明する１つ又はそれよりも多くの更に別の光源を追加することによって達成することができることを示している。
【０１２１】
本明細書に詳細に説明する実施形態では、ビーム偏向要素の各セルは、基本的に同じ所定の光線角度分布で伝播方向を有する放射を生成する。しかし、強度分布は、所定の伝播方向（又は光線角度）分布内で、異なる種類のセルにおいて異なる。一般的に、互いに隣接するセル、隣接するセル行、又は隣接するセル列の間の強度分布の差は比較的小さく、例えば、約１％と５％の間程度である。
【０１２２】
以下に続く例は、セルによって生成される光線角度（伝播方向）分布が全てのセルにおいて同じであるが、所定の光線角度分布にある光線にわたる放射エネルギ（又は強度）分布が異なるセルの間で異なるとすることができる各々が特定の偏向構造を有する複数のセルを有するビーム偏向要素の用法を説明する。設計におけるいくつかの自由度は、これらの限定条件の下に留まる。最初に、光線束を構成する光線にわたる強度分布は、偏向構造を適切に構造化することによって調節することができる。次に、異なるセルは、射出光線束における所定の伝播方向にわたって同じか又は異なる放射エネルギ分布を有することができる。照明されるセルの各々に対して全放射流束が変化しない条件の下では、上述のことは、放射強度を所定の方式で（基本的にエネルギ損失なしに）再配分させるように偏向構造を構成することができることを意味する。
【０１２３】
次に、マイクロリソグラフィ投影露光装置における照明系のような照明系内でテレセントリック性マニピュレータとして機能することができる回折ビーム偏向要素の実施形態を図１３Ａ、図１３Ｂに関連して以下に説明する。図１３Ａは、後焦点面が前側焦点面に対するフーリエ変換平面である（図１１と比較されたい）前側焦点面ＦＦＰと後焦点面ＢＦＰとを定める焦点距離ＦKを有する光学変換系Ｋを略示している。回折ビーム偏向要素（回折光学要素）は、前側焦点面ＦＦＰに配置される。簡略化のために、３つの異なる種類のセル、すなわち、セルＡ、セルＢ、及びセルＣのみを示している。光学変換系によって定められる光軸に対して基本的に平行な放射ビームを受ける場合に、セルの各々は、照明されると、それぞれのセルによって生成される全ての伝播方向の光線を含む円錐光線束（放射円錐）を放出する。光線角度（伝播方向）分布は、全ての３つの種類のセルＡ、Ｂ、Ｃにおいて同じである。図１３Ａは、セルＡから放出された代表的な光線Ａ１、Ａ２、Ａ３、セルＢから放出された代表的な光線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及びセルＣから放出された代表的な光線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を示している。この図では、光線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１（概略図では上方に進む）は、互いに平行であり、すなわち、これらの光線は、前側焦点面の近くで同じ伝播方向を有する。同様に、光線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、互いに平行である（かつ光線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に対して傾いている）。最後に、光線Ａ３、Ｂ３、Ｃ３（図では下向き方向に進む）は、互いに平行である
【０１２４】
異なる伝播方向に進む相対強度を矢印の長さによって示している。比較的大量の放射エネルギが方向Ａ１に沿って進み、より少ない量が方向Ａ２に沿って進み、更に少ない量のエネルギが方向Ａ３に沿って進む。共通の射出点から射出する（又は共通の点に向けて収束する）光線束内に含まれる放射エネルギの分布は、「エネルギ重心光線」又は簡潔に光線束の「エネルギ重心」又は「エネルギ中心」と呼ぶことができる仮想光線によって特徴付けることができる。エネルギ重心光線は、それぞれの伝播方向に進むそれぞれのエネルギ量（又は強度）によって重み付けされた光線束に存在する全ての伝播方向の平均を表す。エネルギ重心の方向は、剛体の重心（ＣＯＧ）の位置と同様に判断することができる。
【０１２５】
上述の例に戻ると、セルＡから放出される円錐光線束にわたる放射エネルギ分布は非対称（不均整）であり、エネルギ重心ＥＣは、方向Ａ１とＡ２の間のどこかに位置する。
【０１２６】
セルＣによって生成される強度分布も非対称であるが、反対方向に非対称であり、従って、エネルギ重心光線は、光線Ｃ２とＣ３の間のどこかに進む。最後に、セルＢは、全ての伝播方向にわたって均等な放射エネルギ分布を有する光線束を生成し、従って、エネルギ重心方向は、入射放射と平行に（光線Ｂ２と平行に）延びている。
【０１２７】
図１３Ｂは、左列に円錐光線束におけるエネルギ状態を示しており、参照符号Ａ、Ｂ、及びＣは、セルＡ、Ｂ、及びＣそれぞれによって生成された放射円錐を通る断面に対応する。「＋」符号は、円錐の中心に位置する円錐の各々が有する幾何学的中心ＧＣを表す。この図では、エネルギ重心ＥＣの位置を小さい円で印している。
【０１２８】
ここで、入射放射が、全ての３つの種類のセルＡ、Ｂ、及びＣ上に入射する場合を考察する。図１１に関連して上述したように、光学変換系Ｋの上流で（前側焦点面ＦＦＰの近くの円錐先端の領域内で）ある一定の伝播方向に沿って互いと平行に進む全ての光線は、後焦点面ＢＦＰ内の同じ位置Ｐ（ｘ，ｙ）に向けて、この位置の上に入射する全体強度へのそれぞれの寄与を伴って収束することになる。従って、前側焦点面ＦＦＰ内で互いに対して横方向にオフセットされたセルＡ、Ｂ、Ｃから放出された光線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は、後焦点面ＢＦＰ内の共通点Ｐ１上に入射する。しかし、前側焦点面上の各角度が、後焦点面ＢＦＰ上の位置に変換され、前側焦点面における各位置が、後焦点面における特定の角度に変換されることに注意すると、方向Ａ１、Ｂ１、及びＣ１に進む放射は、異なる方向から（すなわち、異なる角度で）共通点Ｐ１上に入射することが明らかである。点Ｐ１上に入射する光線の相対強度に起因して、Ｐ１に向けて収束する円錐のエネルギ中心Ｅ１は、基準方向ＲＥＦに対して傾斜され、光線Ａ１に対応する方向と光線Ｂ１に対応する方向の間に位置する。図１３Ａでは、点Ｐ１上に入射する光線円錐のエネルギ中心Ｅ１を太線の破線で印している。同様にして、全く反対の方向にセルＡ、Ｂ、及びＣを出る放射（光線Ａ３、Ｂ３、及びＣ３）は、後焦点面内の点Ｐ３に向けて、それぞれの強度を伴って収束し、それによって基準方向に対してＥ１と反対の方向に傾斜されたエネルギ中心Ｅ３を有する光線円錐を生成する。点Ｐ２上に入射する光線円錐は、各々が同量のエネルギを搬送する光線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２内に含まれる放射から構成される。それぞれのエネルギ重心Ｅ２は、基準方向と平行に向けられる。
【０１２９】
この簡略化した例は、回折ビーム偏向要素が、放射のエネルギ重心に対応する角度又は方向が照明区域ＩＡにわたって変化する放射束を光学変換系Ｋの後焦点面内に生成するのに有効であることを示している。この有効性は、照明区域にわたるエネルギテレセントリック性の変化に対応する。本出願に使用する「エネルギテレセントリック性」という用語は、基準方向に対するエネルギ重心の方向の相対的な向きを特徴付けるのに使用することができる。好ましくは、基準方向は、光学変換系Ｋによって定められる光軸と平行なものとすることができる。この場合、後焦点面内の所定の位置Ｐにおけるテレセントリック性は、この位置に対応するエネルギ重心の方向と基準方向の間に定められる傾斜角ＴＣによって表すことができる。図１３の例では、テレセントリック性は、点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３を含む照明区域にわたって空間的に変化する。
【０１３０】
この例は、後焦点面（又はそれと光学的に共役な平面）における照明区域内のテレセントリック性状態を調節することを特定の目的としたエネルギ分布マニピュレータとしてビーム偏向要素を使用することができることも示している。例えば、入射放射が、種類Ａ及び種類Ｂのセル上にしか入射しないように案内される場合には、それぞれのエネルギ中心の方向は、全ての３種類のセルが照明される図１３Ａに示している状況に対してシフトすることになる。照明区域上に入射する放射を生成するのにビーム偏向要素のセルから構成される異なる部分集合を任意的に選択する効果を図１３Ｂの右列に関連して略示する。「Ａ＋Ｂ」で表す上側の円では、セルＡから放出された放射とセルＢから放出された放射との重ね合わせを幾何学的中心（「＋」記号）と純Ａ状態におけるエネルギ中心の位置との間のどこかにあるエネルギ重心に示している。同様に、下側の図「Ａ＋Ｃ」は、種類Ｂ及びＣそれぞれのセルから放出された放射の重ね合わせを有する状況を示している。
【０１３１】
ここで、可変エネルギ分布マニピュレータとして使用することができる回折ビーム偏向要素（回折光学要素）の実施形態を図１４Ａ、図１４Ｂに関連して以下に説明する。この実施形態では、様々なセル内の偏向構造は、エネルギ分布における楕円率を補正又は調節するように最適化される。図１３Ａ、図１３Ｂの図と同様に、回折光学要素は、入射放射ビームのエネルギ再配分に関して異なる特徴を有するＡ、Ｂ、及びＣという名称の３つの異なる種類のセルを有する。矢印の方向は、部分光線束内に含まれる放射エネルギの伝播方向を表し、矢印の長さは、それぞれの強度量を表す。各種類のセルは、図１４Ｂの左列にある断面に示しているように、円錐光線束を生成する。光線Ａ１、Ａ３、Ｂ１、Ｂ３、及びＣ１、Ｃ３は、ｙ−ｚ平面内の放射方向を表す。Ａ２、Ｂ２、及びＣ２という名称の矢印対は、ｙ−ｚ平面に対して垂直なｘ−ｚ平面内の放射方向を表す。例示目的でのみこれらの矢印を別々に示している。図１３Ａ、図１３Ｂの実施形態の場合と同様に、放射円錐の幾何学的中心ＧＣは、円形断面の中心に位置する。しかし、強度は、円錐内の全ての方向の間で均等に配分されない。代替的に、強度は、円錐の幾何学的中心の周りの中心領域内で一般的に高く、放射円錐の外縁に向けて全ての方向に連続的に低下する。図１４Ｂの左列に示しているように、種類Ｂのセルによって発生する立体角にわたる放射エネルギ分布は、幾何学的中心ＧＣに関して回転対称であり、すなわち、強度は、入射ビームの方向に沿って最大値を有し、全てのラジアル方向に同じ角度関数に従って徐々に低下する。一方、セルＡ及びＣによって生成される放射束内では、円錐の外縁と比較して高い強度のゾーンは、一般的に、楕円形の形状を有する。セルＡによって生成される放射束では、楕円形ゾーンの長軸は、ｘ方向に延びるのに対して、種類Ｃのセルによって生成される放射束では、楕円の長軸は、ｙ方向に向けられる。種類Ａ及びＣのセル内の偏向構造は、放射円錐の幾何学的中心ＧＣに対して２重ラジアル対称性を有するが、いかなる回転対称も持たない強度分布を有する光線束を生成する。更に、強度分布の対称性に従ってエネルギ中心ＥＣは、光線束の幾何学的中心ＧＣと常に一致する。
【０１３２】
図１３の実施形態と図１４の実施形態とを比較すると、図１４のセルの各々は、放出放射束内に対称強度分布を生成し、それに対して図１３の実施形態のセルは、エネルギ中心が、放射束の幾何学的中心に対して角度によってオフセットされる（偏心する）ような非対称強度分布を生成することに注意すべきである。
【０１３３】
本出願の関連では、偏向構造は、エネルギ重心の方向が放射束の幾何学的中心の方向と一致する場合に、放出光線束内に「対称強度分布」を生成する。一方、光線束の幾何学的中心に対応する方向と光線束のエネルギ重心に対応する方向とが一致せず、これらの方向の間に有限角を含む異なる方向に沿って位置する場合には、偏向構造を「非対称強度分布」を生成するもので表す。
【０１３４】
異なる種類の偏向セルによって生成される放射エネルギの重ね合わせの効果を光学変換系Ｋの後焦点面ＢＦＰにおける状況を示す図１４Ａの右手側に例示している。図１３Ａの場合と同様に、図１４Ａは、放射が、光学変換系Ｋの後焦点面ＢＦＰ内に位置する照明区域内の３つの空間的に分離した点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３上に如何に入射するかを略示している。光学変換系は、入射側（前側焦点面）の伝播方向（又は角度）を射出側（後焦点面）上の位置（位置）に変換するので、同じ伝播方向を有する全ての光線Ａ１、Ｂ１、及びＣ１は、ビーム偏向要素を出ると、それぞれの部分強度を伴って共通の点Ｐ１に向けて収束し、それによってセルＣがセルＡ及びＢよりも相対的に大きいエネルギに寄与することに起因してｚ方向に向けて傾いたエネルギ中心方向Ｅ１を有する収束放射円錐を発生させる。点Ｐ２に向けて収束する放射束は、エネルギ重心Ｅ２がｚ方向と平行であるようにエネルギ的に対称である。セルＣによって生成される光線Ｃ１内に含まれる相対強度と光線Ｃ３内に含まれる相対強度とが同じマグニチュードを有し、同様にセルＡによって生成される光線Ａ１内に含まれる相対強度と光線Ａ３内に含まれる相対強度とが同じマグニチュードを有することに起因して、点Ｐ３に向けて収束する光線束内のエネルギ分布は、点Ｐ１に向けて収束する光線束内のエネルギ分布と同じである。それによって点Ｐ３に向けて収束する光線束内のエネルギ重心Ｅ３の方向は、点Ｐ１に向けて収束する光線束内のエネルギ重心Ｅ１と平行になる（すなわち、Ｅ１‖Ｅ３）。言い換えれば、図１４Ａの実施形態において後焦点面上に入射する放射のテレセントリック状態は、照明区域の外縁において（Ｐ１及びＰ３において）同じである。従って、テレセントリック性は、後焦点面内の照明区域にわたって僅かしか変化しない。それとは対照的に、非対称セルによって生成される図１３の実施形態では、テレセントリック性において比較的大きい局所変化が存在する。
【０１３５】
図１４Ｂは、ビーム偏向要素内でどの種類のセルが照明されるかに依存する様々な強度重ね合わせを示している。例えば、種類Ａ及び種類Ｂのセルのみが照明される場合には、重ね合わせ強度（Ａ＋Ｂ）は、ｘ方向に長軸を伴って延びる楕円ゾーンに似る。セルＢからの放射とセルＣからの放射とを重ねることにより、ｙ方向に延びる長軸を有する楕円分布Ｂ＋Ｃがもたらされることになる。他の組合せが可能である。
【０１３６】
図１４Ｂは、生成される強度分布の形状又は形態をセル毎に徐々に変化させることができることを略示している。強度分布形状の変化は、水平方向及び／又は垂直方向に、すなわち、２次元セルアレイの行及び／又は列に沿って発生させることができる。この実施形態では、比較的高い強度を有する部分立体角領域の楕円率の特徴は、異なる種類のセルＡとＢとＣとの間で変化する。より少ない個数又はより多い個数の異なる種類のセルをビーム偏向要素に存在させることができることは言うまでもない。射出放射を生成する特定の関連において実際に照明される各種類のセルのセル種類及びセル数量に基づいて「モーフィング効果」を得ることができる。所定の放射立体角の範囲のエネルギ分布は、入射放射によってどの種類のセルが照明されるか、及び各種類のセルが何個照明されるかを選択することによって変更することができる。それによって放射エネルギが光学系を通じて伝播する際の所定の角度（又は伝播方向）範囲でエネルギ分布を変更することができるエネルギ分布マニピュレータを開発することが可能になる。
【０１３７】
図１５は、例えば、マイクロリソグラフィのための投影露光系内に使用することができる照明系の実施形態の一部を略示している。概略的なレイアウトは、図４に関連して詳細に説明した照明系ＩＬＬの対応する部分と類似のものとすることができる。簡略化の目的で、対応する構成要素又は群を同じ参照識別名で表す。図１５に示している構成要素は、エキシマレーザのような１次光源ＬＳによって放出された放射を変換し、照明系の中間視野平面ＩＦＰ内に照明区域ＩＡ（照明視野）を照明強度Ｉの分布に関して、更に、照明強度がこの照明区域上に入射する方向に関して所定の特徴を伴って生成するように組合せで機能する。
【０１３８】
図４の実施形態の場合と同様に、照明系は、照明系の瞳平面ＰILL内に所定の空間強度分布によって形成される有効光源を発生させる瞳成形ユニットＰＳＵを含む。有効光源が形成される瞳平面ＰILLは、中間視野平面ＩＦＰに対するフーリエ変換面であり、更に、中間視野平面ＩＦＰは、マイクロリソグラフィ処理のマスク（レチクル）が位置する投影対物系（図示せず）の物体平面に対して光学的に共役な位置にある。フーリエ変換を実施するために、コンデンサー系ＣＳが設けられる。中間視野平面ＩＦＰの下流の構成要素は、図４に示しているものと類似のものとすることができる。
【０１３９】
光源ＬＳによって放出された放射は、ビーム送出系ＢＤによってビーム拡大ユニットＥＸＰ内に案内され、ビーム拡大ユニットＥＸＰは、照明系の光軸ＯＡに対して基本的に平行に伝播する全ての光線を有する実質的に平行な放射から構成される射出放射ビームＲＢを形成する。放射ビームＲＢは、回折光学要素（ＤＯＥ）で形成された透過光学ビーム偏向要素ＢＤＥ上に入射する。回折光学要素は、放射を基本的にエネルギ損失なしにビーム偏向要素の光学的下流で望ましい伝播方向に偏向する偏向構造として機能する所定の回折格子構造を各々が有する小さいセルＣ１、Ｃ２のような２次元ラスター配列（行及び列）を含む。
【０１４０】
回折ビーム偏向要素ＢＤＥは、投影露光装置の制御ユニットＣＵによって制御される駆動系ＤＲＩに関連付けられた交換ホルダＨ内に受け取られる。駆動系は、光軸ＯＡに対して垂直なｘ−ｙ平面内でビーム偏向要素を入射放射ビームに対して連続的にシフトさせるように構成される。従って、回折光学要素の移動は、どの単一のセル群（又は複数のセル群）が、放射ビームに配置されるか、従って、照明区域上に入射する照明放射に寄与するかを選択することを可能にする。
【０１４１】
ビーム偏向要素は、この回折ビーム偏向要素から射出する発散放射を平行化する光学変換系Ｋの前側焦点面ＦＦＰに位置決めされる。光学変換系は、任意的に１対のアキシコン要素を有するズーム系を含むことができ、又は固定焦点距離を有し、アキシコン要素を有する又は持たない光学変換系のような異なる設計を有することができる。図１３及び図１４に関連して詳細に説明されているように、光学変換系は、フーリエ変換を実施して、光学変換系の前側焦点面内の回折光学要素を出る放射の光線角度（伝播方向）を後焦点面ＢＦＰ内の位置に変換し、前側焦点面内の位置を後焦点面ＢＦＰ内の伝播方向（角度）に変換する。
【０１４２】
視野定義要素ＦＤＥの第１のラスターアレイＲＡ１は、光学変換系の後焦点面又はその近くに配置される。第１のラスターアレイＲＡ１は、各々が正の屈折力を有するマイクロレンズＭＬの形態にある複数の第１のラスター要素を含む。ラスター要素は、行と列とで配置され、互いの間に間隙を実質的に持たずに互いに直接に隣接して配置される。図１５の子午断面図は、ｙ方向に列を構成する４つのマイクロレンズを示している。マイクロレンズは、照明区域ＩＡにおいて望ましい矩形形状に対応する１以外のアスペクト比を有する矩形形状を有する。視野定義要素は、第１のラスターアレイＲＡ１が位置する後焦点面に対するフーリエ変換平面である照明系の瞳面ＰILL又はその近くに配置された正の屈折力を有するマイクロレンズの形態にある第２のラスター要素から構成される第２のラスター配列ＲＡ２を含む。第１及び第２のラスターアレイＲＡ１及びＲＡ２は視野定義要素ＦＤＥの構成要素であり、ラスターアレイ内の対応するマイクロレンズによって定められる複数の光学チャンネルＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶを形成する。従って、視野定義要素ＦＤＥは、基本的にフライアイコンデンサーと同様に構成される。実際の実施形態では、視野定義要素は、数百の光学チャンネルのような多数の光学チャンネルを有することができる。
【０１４３】
第２のラスターアレイＲＡ２のマイクロレンズは、コンデンサー系ＣＳと共に、第１のラスターアレイＲＡ１のマイクロレンズを中間視野平面ＩＦＰ内に結像し、個々の第１のラスター要素の像は、中間視野平面内で重ね合わされる（完全に重なり合う）。それによって光学インテグレーターの光混合効果が得られる。
【０１４４】
図１３及び図１４に関連して上述したように、回折ビーム偏向要素内の偏向構造の特定の設計は、光学変換系の後焦点面ＢＦＰ内の点上に入射する放射のエネルギ重心の方向を判断することを可能にする。更に、入射方向は、どの種類のセルが照明されるか、従って、後焦点面上に入射する放射を生成するのに使用されるかを適切に選択することによって変更することができる。ここで、これらの機能が、照明区域ＩＡ内の照明強度の特徴に影響を及ぼすことを如何に可能にするかを以下に説明する。
【０１４５】
この例では、ビーム偏向要素は、図１３に関連して説明したものと類似の非対称強度分布を生成するセルを有することができる。従って、光学チャンネルＩ及びＩＩは、放射が光学チャンネルに傾斜して入射するように、エネルギ重心Ｅ１、Ｅ２の方向が光軸ＯＡとの有限角を含む放射を受ける。光軸の反対側に配置されたチャンネルＩＩＩ及びＩＶでは、エネルギ重心Ｅ３、Ｅ４の方向の上記と反対の傾斜が生成される。
【０１４６】
チャンネルの各々内に連続して配置されたマイクロレンズと、その下流に配置されたコンデンサー系のうちの関連付けられた部分とは、理想的な（収差のない）結像系を形成しない。代替的に、光学作用は、入射部分ビームが、光軸に対して基本的に平行に進むか、又は光軸に対して実質的に傾いているかに依存して異なる。光軸に対して基本的に平行に進む入射部分ビームは、照明区域内に照明区域にわたって基本的に一定の強度分布を生成することになるのに対して、入射放射が光学チャンネルに傾斜して入射する場合には、すなわち、光軸に対する有限角の下では、光学チャンネルによって与えられる強度勾配が一般的に生成されることになる。これらの効果の詳細説明は、特許出願ＵＳ  ２００９／００２１７１５  Ａ１に、特に、その図１から図６に関連して示されている。それぞれの情報は、引用によって本明細書に組み込まれている。
【０１４７】
図１５の例示的な実施形態では、光学チャンネルＩ及びＩＩを通過する放射は、照明区域内の全体強度分布に対して、最低強度値が照明区域の上側縁部にあり、最大強度値が下側縁部にある照明区域にわたる勾配（実線Ｉ＋ＩＩ）を有する部分強度に寄与することになる。一方、光軸に対して反対方向に向けて傾斜された第３及び第４のチャンネルＩＩＩ及びＩＶに入射する放射は、最大値を照明区域の上側縁部に有し、最低値を下側縁部に有する勾配（一点鎖線ＩＩＩ＋ＩＶ）を生成することになる。両方の場合に、勾配は線形とすることができる。
【０１４８】
照明区域ＩＡ内での強度の重ね合わせに起因して、照明区域にわたる全体強度は、破線Ｉ−ＩＶに示しているように、照明区域内の全ての位置にわたって一定である。しかし、照明区域内の各位置において受け取られる強度寄与は、強度が入射する照明方向（又はチャンネル）に関して照明区域にわたって変化する。例えば、上側縁部にある視野点Ｐ１は、チャンネルＩ及びＩＩからよりもチャンネルＩＩＩ及びＩＶから相対的に大きいエネルギを受け取る。下側縁部にある視野点Ｐ３では反対のことが成り立つ。中心点Ｐ２は、全てのチャンネル（すなわち、方向）から基本的に同じエネルギ寄与を受け取る。従って、照明区域内のエネルギ重心の方向（又は角度）は、照明視野にわたって空間的に変化し、これは、照明視野にわたってテレセントリック性（エネルギの）状態の空間変化が存在することを意味する。言い換えれば、照明区域内の全体強度は、照明区域にわたって基本的に一定であるが、強度の角度分布は、照明区域にわたって空間的に変化する。
【０１４９】
図１５に示している後焦点面内に入射する放射のエネルギ重心Ｅ１からＥ４の方向は、ビーム偏向要素ＢＤＥの特定の位置に対して提供した単なる例として用いたものに過ぎず、照明されるセルの選択、すなわち、偏向領域の選択に応じて発生することに注意されたい。後焦点面が照明される方向にわたるエネルギの角度分布に対する調節は、照明系の瞳平面ＰILL内の空間強度分布を変更することなく、すなわち、照明設定を変更することなく同じビーム偏向要素が有するセルの異なる組（すなわち、別の偏向領域）を照明することによって行うことができる。従って、セルの異なる組が照明されるように図１５に示している位置に対してビーム偏向要素を変位させることにより、照明区域ＩＡ上に入射する照明放射のエネルギテレセントリック性特性をターゲット方式で変更することができる（図６と比較されたい）。
【０１５０】
図１６は、エネルギ分布マニピュレータとして使用することができる透過ビーム偏向要素ＢＤＥの別の実施形態を示している。ビーム偏向要素は、同一フレネルゾーン構造の行と列とで構成された規則的な２次元アレイで配置された複数の円形フレネルゾーン構造ＦＲを含む。円形フレネルゾーン構造の間には、菱形の間隙空間が形成される。ビーム偏向要素の本体上のフレネルゾーン構造の間の隙間には、ＣＧＨ構造とも表すコンピュータ生成ホログラム構造ＣＧＨが形成される。ビーム偏向要素は、溶融シリカ又はフッ化カルシウム又は入射紫外放射に対して十分な透過性を有する別の材料で作成された板状本体を有する。フレネルゾーン構造及びＣＧＨ構造は、リソグラフィ工程のような適切な微細構造化工程によって透過性の本体の片側に形成することができる。ビーム偏向要素の全体の有利区域の５０％よりも多くが回折フレネルゾーン構造で覆われる。
【０１５１】
フレネルゾーン構造とＣＧＨ構造は、両方共に入射放射ビームからビーム偏向要素の遠視野内に円形空間強度分布を生成するのに有効な回折偏向構造である（図１６の右側を参照されたい）。従って、ビーム偏向要素が瞳成形ユニット内に適切に組み込まれると、所定のコヒーレンス因子を有する従来照明が、このビーム偏向要素によって生成される。
【０１５２】
ビーム偏向要素の照明領域を完全に覆うフレネルゾーン構造とＣＧＨ構造との組合せは、ＣＧＨ構造のみを含む回折ビーム偏向要素と比較して、ビーム偏向要素の効率（又は伝達率）を高めるのに有利であるとすることができる。これは、以下の考察から理解することができる。例えば、リングゾーン内に８段階の位相厚を有する位相段差型の回折フレネル構造は、約９４％の理論最高効率に達することができることが研究によって示されている。本明細書に使用する効率という用語は、回折ビーム内の強度比率を入射ビーム内のエネルギ比率で割算したものを表す。一方、８段階ＣＧＨ構造は、理論的に約９０％の最高効率に達する。従って、フレネルゾーン構造を使用することにより、ビーム偏向要素の全体効率（又は伝達率）が高まるように考えられている。従って、フレネルゾーン構造とＣＧＨ構造との組合せは、ＣＧＨ構造のみを有する回折ビーム偏向要素と比較した場合に、ビーム偏向要素の全体効率を高めることができる。一方、フレネルゾーン構造に加えてＣＧＨ構造を設けることにより、ビーム偏向要素によって生成される幾何学的光線角度分布内のエネルギ分布に関して高い柔軟性が与えられ、それによって例えば照明系の瞳面内の空間強度分布を微調整することが可能になる。
【０１５３】
図１７は、上記に解説した実施形態によるビーム偏向要素ＢＤＥをビーム偏向要素の特定のセル又はゾーンに各々が関連付けられた複数の部分ビームＰＢを含む入射放射を供給する特定の構成との組合せで含む照明系の一部分の２つの例を１７Ａ及び１７Ｂに示している。これらの配列の各々は、これらの図には示していない光源コントローラによって互いに独立して制御することができる複数の光源ＬＳ１、ＬＳ２、．．．などを含む光源配列ＬＳＡを含む。この実施形態では、複合光源が有する各個別光源ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３等は、点灯構成（×を書き込んだ矩形に示している）と消灯構成（空白の矩形に示している）との間で制御を行うことができる高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）である。複合光源とビーム偏向要素の間には、マイクロレンズアレイＭＬＡが、マイクロレンズアレイの単一のレンズが複数の光源のうちの１つからの放射を集光し、かつ基本的にビーム偏向要素のセル又はゾーンのうちの１つのみの上に入射する部分ビームＰＢを形成するように配置される。個別光源は、２つ又はそれよりも多くの単独セルを含むビーム偏向要素のセルの部分集合に関連付けることができる。
【０１５４】
図１７Ａに示している状況では、第１、第３、第４、及び第６の個別光源ＬＳ１、ＬＳ３、ＬＳ４、及びＬＳ６は点灯しており、それに対して他の光源ＬＳ２及びＬＳ４は消灯している。従って、ビーム偏向要素のセル又はセル群Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４、及びＣ６のみがビーム偏向要素を出る放射に寄与し、図示の瞬間に作動状態に使用される第１の偏向領域を組合せで形成する。セルＣ１、Ｃ２のような各々は、射出部分ビーム内に同じ幾何学的光線角度分布を生成するのに有効である。しかし、セル又はセル群は、幾何学的光線角度分布を構成する光線にわたる強度分布に関して異なる。従って、光学ビーム偏向要素は、所定の瞬間にどのセル群が複合光源によって照明されるかに依存するエネルギ分布マニピュレータとして有効である。
【０１５５】
図１７Ａは、全ての単独セルが同じ種類の偏向構造（例えば、回折格子、ＣＧＨ構造、又はフレネルゾーン構造）で作成されるのに対して、図１７Ｂのビーム偏向要素は、フレネルゾーン構造を有するセルと、フレネルゾーン構造の間の隙間にＣＧＨ構造を有する領域とを組み合わせる図１６に示している一般的な種類のものである。
【０１５６】
一般的に、ビーム偏向要素との組合せで、個々にアドレス可能な単独光源を有する複合光源を組み合わせる配列は、所定の設定範囲の異なるエネルギ分布の間で非常に高速に切り換えを行うことを可能にする。切り換え時間は、例えば、５ｍｓ又はそれ未満の程度のものとすることができる。この高速な切り換えは、異なる構成の間で切り換えを行うのにビーム偏向要素を機械的に移動する必要がないことに起因する。
【０１５７】
複合光源又は光源配列ＬＳＡ内での複数の発光ダイオードの使用は、単なる例に過ぎない。他の複合光源が可能である。例えば、単一の入射レーザビームからの放射は、複合光源の光源として機能する２次光源を形成するように集束させることができる複数の部分ビームに適切なビーム分離器によって分離することができる。ビーム偏向要素の単独セル又はセルの部分群は、次に、例えば、適切なシャッターを使用することによって２次光源のうちの１つ又はそれよりも多くを点灯又は消灯することにより、個々にアドレス可能である。
【０１５８】
図１８は、入射放射の部分ビームＰＢをそれぞれのセル又はセル群に案内することにより、ビーム偏向要素ＢＤＥの単独セル又はセルの部分群を別々にアドレス指定することを可能にする別の配列を示している。入射放射は、例えば、複数の個々に制御可能な発光ダイオードを含む複合光源又は光源配列ＬＳＡにより、又は共通の入射レーザビームから生成された２次光源によって供給される。単独光源の各々に関連付けられたレンズ又はレンズ群を有するマイクロレンズアレイＭＬＡは、共通の光軸に対して基本的に平行な光線を有する複数の平行な部分ビームＰＢを生成する。部分ビームの各々の全体の輝度を別々に制御するのに、部分ビームの各々に対して可変直径を有する開口を与える絞りＤを使用することができる。各部分ビームは、光入射側の光軸に対して４５°だけ傾斜した複合ミラーアレイＭＭＡが有する複数の傾斜可能ミラー要素ＭＥのうちの１つの上に案内される。複合ミラーアレイは、２次元マイクロミラーアレイを含み、マイクロミラーの各々は、個々のミラーによって反射される部分ビームの方向を制御するために、２つの方向に制御可能方式で傾斜させることができる。この種の複合ミラーアレイは当業技術で公知であり、従って、本明細書では詳細には説明しない。
【０１５９】
図１８の実施形態では、複合ミラーアレイは、所定の瞬間に光源配列の所定の単独光源によってビーム偏向要素のどの単独セル又はセルの部分群が照明され、ビーム偏向要素を出る全体の放射に寄与するかを選択することができるように、複合光源とビーム偏向要素の間に配置される。言い換えれば、各単独光源とビーム偏向要素内でアドレス可能なセルとの間で可能な可変割り当てが存在する。
【０１６０】
図１７の実施形態の場合のように、ビーム偏向要素は固定位置に装着され、射出光線束内の異なるエネルギ分布の間の切り換えは、複合ミラーアレイＭＭＡの個々のミラーの反射角を制御することによって行われる。更に、双方向矢印に示しているように、光源ＬＳ１、ＬＳ２の位置をこれらに関連付けられたマイクロレンズアレイＭＬＡのレンズ又はレンズ系に対して移動することにより、複合ミラーアレイ上に入射する部分ビームの方向及び焦点を調節することができる。図１８に例示的に示している種類の配列は、一種類のみの偏向構造（ＣＧＨ構造又はフレネルゾーン構造）を含むビーム偏向要素、又は図１６に示しているように異なる種類の偏向構造の組合せを含むビーム偏向要素との組合せに使用することができる。
【０１６１】
複合光源を含む配列は、ビーム偏向要素上に照明スポット配列を形成してビーム偏向要素の選択された領域を照明する複数の部分ビームを生成するのに有効な可変配列であり、配列が有する異なる作動モードにおいてビーム偏向要素上の異なる選択された領域が照明されるように可変的に制御可能な配列の例である。異なる偏向領域を利用するビーム偏向要素が有する異なる作動モード間の選択は、例えば、所定の時間に個別光源のうちのどれが付勢されるかを選択すること、及び／又は図１８の複合ミラーアレイのミラーのような空間光調整器の個々に制御可能な要素の特性を選択することによって行うことができる。
【０１６２】
本発明の態様を二重極照明設定を例示的に用いて詳細に説明した。二重極照明は、１つの方向にのみ延びる微細な周期的線構造を印刷するのに多くの場合に使用される。他のパターン構造に最適化された他の照明設定を生成し、修正することもできる。マイクロリソグラフィ処理において多くの場合に使用される他の典型的なマスク構造、及びこれらの構造に適合された対応する照明設定の例は、ＵＳ  ２００８／００１３０６５  Ａ１に開示されている。この文献のそれぞれの開示内容は、引用によって本出願に組み込まれている。
【０１６３】
本明細書に使用する「放射」及び「光」という用語は交換可能であり、紫外（ＵＶ）放射（例えば、約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長を有する）を含む異なる種類の電磁放射を含む。
【０１６４】
好ましい実施形態の以上の説明は、一例として提供したものである。提供した開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への明らかな様々な変形及び修正をも見出すであろう。従って、本出願人は、全てのそのような変形及び修正を特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲に収まるものとして含めることを求めるものである。
【符号の説明】
【０１６５】
ＢＤＥ  回折ビーム偏向要素
ＤＲ１  第１の偏向領域
ＤＲ２  第２の偏向領域
ＤＲＩ  駆動系
ＲＢ  入射放射ビーム
【図１】
0005608233.tif 000002
【図２】
0005608233.tif 000003
【図３Ａ】
0005608233.tif 000004
【図３Ｂ】
0005608233.tif 000005
【図３Ｃ】
0005608233.tif 000006
【図３Ｄ】
0005608233.tif 000007
【図３Ｅ】
0005608233.tif 000008
【図３Ｆ】
0005608233.tif 000009
【図４】
0005608233.tif 000010
【図５Ａ】
0005608233.tif 000011
【図５Ｂ】
0005608233.tif 000012
【図６Ａ】
0005608233.tif 000013
【図６Ｂ】
0005608233.tif 000014
【図７Ａ】
0005608233.tif 000015
【図７Ｂ】
0005608233.tif 000016
【図８】
0005608233.tif 000017
【図９】
0005608233.tif 000018
【図１０】
0005608233.tif 000019
【図１１】
0005608233.tif 000020
【図１２Ａ】
0005608233.tif 000021
【図１２Ｂ】
0005608233.tif 000022
【図１３Ａ】
0005608233.tif 000023
【図１３Ｂ】
0005608233.tif 000024
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
0005608233.tif 000027
【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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