(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ投影露光装置のための照明系用の補助モジュールであって、前記照明系は、該照明系の照明光学系の瞳面に第１の照明設定を設定する第１の光学モジュールを備え、前記補助モジュールは、
−前記照明光学系の前記第１の光学モジュール（２８）に追加して用いられ、瞳面（１２、５９）に前記第１の光学モジュール（２８）の照明設定と並んで別の照明設定を提供する第２の光学モジュール（２９）と、
−前記照明光（３）を前記第１の光学モジュール（２８）または前記第２の光学モジュール（２９）のいずれかに送るように、前記第１及び第２の光学モジュール（２８、２９）から上流の光路に位置する少なくとも一つの分離要素（９、４０、６０）と、
−前記第１の光学モジュール（２８）または前記第２の光学モジュール（２９）を通過した前記照明光（３）を前記照明領域に送るように、前記第１及び第２の光学モジュール（２８、２９）から下流の光路に位置する少なくとも一つの結合要素（３５、６８）と
を備えた補助モジュール。
【請求項２】
前記分離要素が、第１の光特性を有する光を前記第１の光学モジュール（２８）に送り、前記第１の光特性とは異なる第２の光特性を有する光を前記第２の光学モジュール（２９）に送る分離用ビームスプリッタ（９、４０）として設計されていることを特徴とする請求項１に記載の補助モジュール。
【請求項３】
前記結合要素が、前記第１及び第２の光学モジュール（２８、２９）のうち一つを通過した照明光（３、３８）を照明領域に送る結合用ビームスプリッタ（３５）として設計され、前記結合用ビームスプリッタ（３５）は、結合用ビームスプリッタ（３５）から下流の二つの光特性を有する光が一つの同一の光軸（４）に沿って進むように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の補助モジュール。
【請求項４】
切り換え可能な光特性変換器（８、３９）が、前記分離用ビームスプリッタ（９、４０）から上流の光路に位置し、光特性変換器（８、３９）に入射した照明光（３、３８）を切り換えによって第１の光特性及び／又は第２の光特性を有する光に変換することを特徴とする請求項３に記載の補助モジュール。
【請求項５】
前記光特性が偏光状態であること、及び、前記光特性変換器（８、３９）がこれに入射する照明光を切り換えによって第１の偏光状態または第２の偏光状態を有する光に変換し、前記分離用ビームスプリッタ（９、４０）および前記結合用ビームスプリッタ（３５）がそれぞれ偏光選択性のビームスプリッタとして設計されていることを特徴とする請求項４に記載の補助モジュール。
【請求項６】
偏光キューブまたはビームスプリッタ板の群からの偏光選択性のビームスプリッタ（９、３５、４０）を特徴とする請求項５に記載の補助モジュール。
【請求項７】
光特性変換器として用いられるポッケルスセル（８）を特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項８】
光特性変換器（８、３９）は、光特性の変換が１秒以内、好ましくは１ｍｓ以内、より好ましくは１００ｎｓ以内、さらに好ましくは１０ｎｓ以内で可能となるように設計されていることを特徴とする請求項７に記載の補助モジュール。
【請求項９】
光特性変換器（８、３９）は、光特性の周期的な変換が起こるように設計されていることを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項１０】
光特性変換器（８、３９）は、光特性の変換が１Ｈｚ超、好ましくは１ｋＨｚ超、さらに好ましくは１０ｋＨｚ超の切り換え周波数で起こるように設計されていることを特徴とする請求項９に記載の補助モジュール。
【請求項１１】
−前記光特性変換器が少なくとも二つの動作位置の間で移動可能な偏光変換器（７２）として設計されており、
−−前記照明光（３）が偏光変換器（７２）の第１の動作位置でこれを通過して前記第１の光学モジュール（２８）に送られ、
−−前記照明光（３）が偏光変換器（７２）の第２の動作位置でこれを通過して前記第２の光学モジュール（２９）に送られることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項１２】
前記偏光変換器が、照明光（３、３８）のビーム軸の周りを回転可能なλ／２板として設計されていることを特徴とする請求項１１に記載の補助モジュール。
【請求項１３】
−前記光特性変換器が、空間的に離れ、かつ異なって動作する少なくとも二つの偏光光学要素（７４、７５）を有する偏光変換器（７２）として設計されており、
−前記偏光変換器（７２）が少なくとも二つの動作位置の間を移動可能であり、
−−第１の動作位置では、前記照明光（３）が、前記偏光変換器（７２）の第１の偏光光学要素（７４）を通過して前記第１の光学モジュール（２８）に送られ、
−−第２の動作位置では、前記照明光（３）が、前記偏光変換器（７２）の第２の光学要素（７５）を通過して前記第２の光学モジュール（２９）に送られることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項１４】
−偏光変換器（７２）が光学活性物質で作られた少なくとも一つの光学要素から成ること、及び／又は
−空間的に離れ、かつ異なって動作する少なくとも二つの前記偏光光学要素（７４、７５）が少なくとも特定の領域において相互に隣接するかまたは徐々に結合していること、  を特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項１５】
少なくとも一つのλ／２板が前記偏光変換器（７２）の第２の偏光光学要素（７５）として用いられることを特徴とする請求項１３または１４に記載の補助モジュール。
【請求項１６】
前記分離要素（６０）が、少なくとも二つの動作位置の間で移動可能な少なくとも一つのミラー要素（６７）を含み、少なくとも第１の動作位置で前記照明光（３）を前記第１の光学モジュール（２８）に送り、少なくとも第２の動作位置で前記照明光（３）を前記第２の光学モジュール（２９）に送るものであり、前記結合要素（６８）が前記分離要素（６０）と同期して移動可能なミラー要素として設計されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【請求項１７】
前記分離要素（６０）が、回転可能に駆動可能なミラーマウント（６５）に位置する多数の個々のミラー（６７）を有することを特徴とする請求項１６に記載の補助モジュール。
【請求項１８】
前記分離要素（６０）は、透明な間隙（７１）が間にある個々のミラー（７０）を有するストリップ状ミラーフォイル（６９）として設計されていることを特徴とする請求項１６に記載の補助モジュール。
【請求項１９】
前記第２の光学モジュール（２９）を通って送られる前記照明光に対して前記第１の光学モジュール（２８）を通って送られる照明光を遅延させる光学遅延要素（８０）を特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の補助モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置用の照明光学系に関する。さらに、本発明は、このような照明光学系を備えた照明系に関する。本発明はまた、このような照明系を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置にも関する。さらに、本発明は、マイクロリソグラフィによる微細構造素子の製造方法に関する。最後に、本発明は、このような方法を用いて製造した素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子およびその他の微細構造素子をマイクロリソグラフィにより製造するための投影露光装置の性能は、基本的に投影対物レンズの結像特性によって決まる。また、画質、プロセス制御の融通性、この装置を用いた達成可能なウエハスループット、その他の性能の特徴についてもすべて、大いに、投影対物レンズの上流の照明系の特性によって決まる。投影対物レンズは、主光源、例えばレーザからの光を極力高い効率で用意し、これにより照明系の照明領域で極力均一な強度分布を作る必要がある。例えば、結像する個々のパターン、つまり、マスクまたはレチクルの構造によって決まる照明を最適なものにするために、照明系で種々の照明モードを設定可能にする必要もある。リングフィールド照明、二重極照明、あるいは四重極照明のほか、異なる度合いのコヒーレンスを用いた従来の種々の照明設定には通常、設定選択肢がある。特に、浅い角度で照明するための特殊な照明設定を用いることができ、二つのビームの干渉により領域の深度を増大させ、分解能を高めている。
【０００３】
マイクロリソグラフィの照明系は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０により知られている。
【０００４】
二つの異なる照明設定でマスクを短く照明するための多重露光には、照明設定を高速に切り換えるのが望ましい。これについて、特に、かなりの数の移動可能な光学要素が異なる照明設定間の切り換えを行うために比較的長い距離を移動しなければならない場合、様々に調整可能な瞳形成素子を備えた従来の照明系により得られる可能性には限界がある。交換可能な瞳フィルタを用いる場合、光損失は避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ  ０７４７７７２  Ａ
【特許文献２】ＵＳ  ６９００９４３  Ｂ２
【特許文献３】ＵＳ  ６２８５４４２  Ｂ１
【特許文献４】ＵＳ  ４８５１８８２
【特許文献５】ＵＳ  ４９４７０３０
【特許文献６】ＵＳ  ６６５７７８７  Ｂ１
【特許文献７】ＷＯ  ２００５／０２７２０７  Ａ１
【特許文献８】ＤＥ  １９９２１７９５  Ａ１
【特許文献９】ＵＳ  ２００６／００５５８３４  Ａ１
【特許文献１０】ＷＯ  ２００６／０４０１８４  Ａ２
【特許文献１１】ＤＥ  ４１２４３１１
【特許文献１２】ＷＯ  ２００５／０６９０８１  Ａ２
【特許文献１３】ＥＰ  １６８１７１０  Ａ１
【特許文献１４】ＷＯ  ２００５／１１６７７２  Ａ１
【特許文献１５】ＥＰ  １５８２８９４  Ａ１
【特許文献１６】ＵＳ  ４４５８９９４
【特許文献１７】ＵＳ  ５４５３８１４
【特許文献１８】ＵＳ  ２００４／０２６２５００  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの目的は、長くとも一秒の何分の一以内かでかつ光損失を実質的に生じさせることなく種々の照明設定間の高速切り換えを可能にするマイクロリソグラフィ投影露光装置用の照明系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、本発明に従い、請求項１に記載した特徴を有する照明光学系により達成される。
【０００８】
本発明によれば、特定の照明設定を作るのに事前に調整した少なくとも二つの光学モジュールを用意すれば、光学モジュール内の光学構造間の時間のかかる切り換えを省くことができ、所望通りにこれらの間での切り換えが可能となることが見出された。この光学モジュール間の切り換えは、例えば、照明光路にミラーを一時的に導入することにより、または照明光の特性を変更することにより機械的に達成可能である。これにより、環境によっては、著しく異なる照明設定が比較的小さい切り換え労力で達成可能となる。これは、労力を要する投影作業に使用できる。結合要素として、特許文献７に開示されているように、レンズ、対物レンズ、またはミラーの形状をした結合用ビームスプリッタまたは結合光学要素が用いられる。本発明によれば、例えば、縦列させた分離要素および結合要素によって、二つを超える光学モジュール間の切り換えが可能となり、これにより二つを超える異なる照明設定間の切り換えが可能となる。
【０００９】
請求項２に従って、それぞれ特定の照明設定を設定するために事前に調整した異なる光学モジュールの存在する光路間で分離用ビームスプリッタおよび結合用ビームスプリッタによる光学切り換えを行えば、二つの異なる照明設定間で切り換えるための光学要素の機械的移動を省くことができる。この場合、光路間の切り換えは、光特性を変更することにより起こる。これは、光偏光、光波長、光ビームの方向、あるいは光ビームの幾何学的位置関係でも可能である。特に、例えば縦列させた光特性変換器を用いることによって、二つを超える光特性間の切り換えも可能となる。このため、本発明による変形例の場合、二つを超える光学モジュール間の高速切り換えが可能となり、またこれをもとに二つを超える異なる照明設定間での高速切り換えが可能となる。
【００１０】
請求項３による偏光状態の切り換えは、非常に高速に、例えばほんの数ナノ秒内に行うことができる。別の方法として、切り換える光特性として光波長を用いる場合、二色性のビームスプリッタを結合用ビームスプリッタおよび分離用ビームスプリッタとして用いる。切り換える光特性として照明光のビームの方向またはビームの幾何学的位置関係を用いる場合、反射ナイフエッジ装置（reflecting knife-edge arrangement）を結合用ビームスプリッタおよび分離用ビームスプリッタとして用いることができる。
【００１１】
請求項４による偏光選択性のビームスプリッタによれば、ビームスプリッタへのエネルギー負荷および強度負荷を都合よく低下させる広い断面を有する照明光ビームが得られる。使用する照明光の波長によって、変形例で用いられる偏光キューブまたはビームスプリッタキューブをＣａＦ2または石英で作ることができる。別の方法としては、例えば、第１の偏光方向を有する光を通過させ、第２の偏光方向を有する光を反射する光学薄膜を形成したビームスプリッタ板も使用可能である。
【００１２】
請求項５によるポッケルスセルは、他の適用において偏光状態を高速に切り換えるのに満足のゆくものであることを示した。別の方法としては、ビームの幾何学的位置関係を切り換えるのに適しているカーセルも使用可能である。ビーム方向を切り換えるための光特性変換器としては音響光学変調器が使用可能であり、このビーム方向はブラッグ反射によって変更される。
【００１３】
請求項６〜８の種類の光特性変換器は、光学要素に分布させる光負荷を得るのに特によく適し、かつ共用の光源の光射出の時間特性によく適合させた光特性の切り換えを可能にする。
【００１４】
請求項９〜１２による偏光変換器は、光学要素を機械的に切り換えることにより光特性を切り換える光特性変換器の例である。この光学要素は、切り換えの前およびその後に、照明光が光学要素の同一の光学活性面を通過するように切り換え可能である。これは、例えば、単一のラムダ／２板（lambda/2 plate）が偏光変換器として用いられる際のケースである。光特性変換器の他の実施形態では、この機械的切り換えによって光学要素の種々の光学活性領域が用いられる。このような光特性変換器の制御費用は比較的安価である。
【００１５】
例えば、請求項１０の偏光変換器などの請求項１３の第２の偏光光学要素は、照明光を抽出するのに偏光光ビームスプリッタを用いることを可能にしている。請求項１３による偏光変換器の第１の偏光光学要素は、その動作位置において、第２の偏光光学要素と比較して異なって配向された光軸を有するラムダ／２板であってもよい。最も単純なケースでは、第１の偏光光学要素は、単に偏光変換器を通る自由な経路である。
【００１６】
請求項１４による分離要素の場合、二つの光学モジュール間の切り換えは、照明光の光線経路に一時的にミラーを挿入することにより得られる。この変形例は、比較的安価な制御を必要とするものである。
【００１７】
請求項１５による分離要素の例は、計測学および光学スキャナ技術で知られるものである。
【００１８】
請求項１６による分離要素は、比較的少ない移動質量で作ることができる。
【００１９】
結合要素は、請求項１５および請求項１６の分離要素に従って設計できる。
【００２０】
請求項１７によれば、第１の照明設定および第２の照明設定は通例異なっている。しかし、適用によっては、第２の照明設定は第１の照明設定と全く同一であるかまたは所定の許容範囲内で第１の照明設定と類似していることもあるため、第１の照明設定はいずれの光特性においても第２の照明設定とそれ程異なってはいない。このような場合、照明設定間の切り換えは、照明光全体の個々の部分のみがこれらの光学モジュールに作用するため、第１の光学モジュールおよび第２の光学モジュールの構成要素にかかる光学負荷を低下させることになる。本願の条件の下では、照明設定が物体または照明領域に送られる照明光の偏光についてのみ異なる場合、照明設定もまた異なっている。このような偏光の違いは、照明光学系の瞳における局所点を通過する光の偏光の種類の違いであってもよい。この場合、瞳は照明光が通過する領域であり、その瞳面は今度は照明光学系の下流の対物レンズ、特に投影対物レンズの瞳面と光学的に共役している。別の方法として、あるいは追加して、偏光の違いは、瞳の種々の局所点を越えて、瞳座標系に対する偏光の種類の空間配向分布の違いであってもよい。用語「偏光の種類」または「偏光状態」は、本書では、直線偏光及び／又は円偏光およびこれらを組み合わせたいかなる形状のもの、例えば、楕円偏光、接線偏光及び／又は放射偏光をも表すものである。例えば、第１の照明設定では、瞳全面にわたって一定の第１の照明光の直線偏光状態によって物体領域全体を照明することが可能である。第２の照明設定は、この目的のために回転軸に対して一定の角度、例えば９０°回転させた偏光を有する光を使用する。偏光分布は、この場合、上述の一定の角度で回転軸を中心に回転させる際に変化することはない。別の方法としては、第１の照明設定において第１の空間偏光分布を用いて、例えば、瞳全面にわたって同一の偏光を用いて瞳を照明し、第２の照明設定において照明光の第１の偏光方向を用いて瞳のある部分を照明し、照明光の別の偏光方向を用いて瞳の他の部分を照明することが可能である。この場合、偏光方向のみでなく瞳における偏光分布も変更される。本願の条件の下では、スカラー変数としてのこれらの強度分布及び／又はベクトル変数としてのこれらの偏光分布が瞳全面にわたって異なる場合、照明設定は異なっている。異なる偏光状態を、照明光のベクトルＥ場のベクトルに基づいて瞳のベクトル変数として表してもよい。瞳はこの場合、平面状でなくともよく、つまり、曲面を有していてもよい。このため、強度分布はスカラー変数として表され、偏光分布はこの曲面にわたるベクトル変数として表される。
【００２１】
請求項１８による照明光学系は、偏光状態、つまり、例えば偏光の種類（直線、円）及び／又は偏光方向及び／又は空間偏光分布についてのみ異なる照明設定を有しており、偏光状態を、切り換わる結像の要件、特に結像する構造の幾何学的位置関係から課される要件に適合させることができる。
【００２２】
請求項１９による光学遅延要素により、結合要素の後の光路において、第２の光学モジュールによって導光される照明光に対して第１の光学モジュールによって導光される照明光の時間的な同期化を定めることが可能となる。これは、特にパルス光源の場合、光学要素での一パルスあたりのエネルギーの蓄積を低下させるために、結合要素から光学要素への光量を時間的に均一にするのに用いることができる。これは特に、結合要素の後に照明方向または投影ビーム方向に配置された投影露光装置の光学要素、例えば、コンデンサ、ＲＥＭＡ（レチクル／マスキング）対物レンズ、レチクルまたはマスク、投影対物レンズの光学要素、液浸層、フォトレジスト、ウエハおよびウエハステージなどに当てはまる。光学遅延要素は、第１の光学モジュールの光路または第２の光学モジュールの光路に作られた光学遅延線である。光学遅延は、光学遅延要素によって調整可能であることが好ましく、これは、例えば、照明光が数回導光されているのが好ましい経路に沿って移動可能な直線摺動テーブルと、この直線摺動テーブルに固く接続されたミラー、特に逆反射ミラーとによって実現できる。別の方法として、また比較的短い遅延経路を設定するためには特に、光学遅延要素は所定の光路を有する光学的に透明なかつ光学的に高めの密度の媒質として構成されてもよい。光学遅延を同質の経路の拡大に基づいて行う光学遅延要素と光学遅延を光学的に濃度の高い媒質の光路に基づいて行う光学遅延要素との組み合わせも利用可能である。
【００２３】
本発明の別の目的は、レチクルおよび分離用ビームスプリッタの下流にある光学要素へのピーク負荷を低下させるこのような照明光学系の照明系を提案することである。
【００２４】
本目的は、本発明に従い、請求項２０に説明した特徴を有する照明系により達成される。
【００２５】
照明光パルス中に光特性を切り換えることにより、このパルスは、二つの光パルス成分に分割され、その後異なる照明設定に整形される。これは、構成要素への照明光負荷、特に、構成要素への局部負荷を有利に低下させる。光パルス源としてレーザを選択した場合は、照明光パルス中に光特性を切り換えることにより、半数のレーザ繰返し数、二倍のパルスエネルギー、二倍のパルス幅で動作することが可能となる。単一のパルスエネルギーは、この場合、各パルス電力のパルス幅での積分である。このようなレーザは、大幅に高い費用を要する繰返し数の多いレーザよりも、マイクロリソグラフィ投影露光装置において簡単に利用でき、あるいは開発でき、組み込むことができる。
【００２６】
請求項２１による照明系は、光源からの光パルスがすべて同一の光学モジュールを通るものではないため、光学モジュールに当たる平均光出力を低下させるものである。同期が適切であるとすれば、請求項１４〜１６による分離要素を、請求項１８による光特性変換器の代わりに用いることができる。この場合、例えば、分離要素は各第２の光パルスを通過させ、これらの間の光パルスを分離要素のミラー要素によって他の光学モジュールに向けて反射する。光特性変換器は、例えば、二つの連続した光パルス間で光特性が切り換わるように構成される。
【００２７】
請求項２２による照明系は、個々の光源に課される要件を低減する。少なくとも二つの光源によって発生した照明光は結合光学デバイスによって結合して照明光ビームとなり、この光ビームが照明領域を照明する。結合用ビームスプリッタまたは分離用ビームスプリッタと同種のビームスプリッタは結合を得るのに用いることができるが、これは必須ではない。別の方法としては、例えば、光源から発せられた少なくとも二つの照明光ビームを結合ミラーまたは結合レンズによって結合することも可能である。
【００２８】
請求項２３による照明系はコンパクトである。
【００２９】
請求項２４による制御系は、あらかじめ設定した種々の照明設定を用いて照明領域の照明の均衡の取れた調整を可能にするものである。これらの構成要素は、時間に均衡の取れた照明により、つまり、初めは第１の照明設定を、次に少なくとも一つの他の照明設定を用いた連続照明によって作られ、あるいは強度に均衡の取れた照明により、つまり、あらかじめ設定した強度分布を有する複数の照明設定を用いた照明領域の並行照明によって作られる。主制御系は、光学モジュール間の切り換えを行うために必要であれば、制御するために信号によって結合要素に接続することもできる。
【００３０】
請求項２５による制御系は、照明系の構成要素への信号リンクを介して相当する照明設定についての情報を獲得でき、例えば、レチクルマスキング系またはスキャン速度によって光学モジュールの調整に働きかけることによりあらかじめ設定した特定の照明設定を指定し、追加の適合を行う。
【００３１】
本発明の別の目的は、本発明の照明光学素子および本発明の照明系を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置を提供することであり、これを用いて実施可能なマイクロリソグラフィ製造方法およびこれにより製造できる素子を提案することである。
【００３２】
本目的は、本発明に従い、請求項２６によるマイクロリソグラフィ投影露光装置、請求項２７による製造方法、請求項２８による素子によって達成される。
【００３３】
これらの項目の利点は、照明光学系および照明系について上に説明した利点の結果である。
【００３４】
最後に、本発明の別の目的は、上で考察した利益を役立てるために現存する照明光学系および現存する照明系で改善可能なマイクロリソグラフィ投影露光装置用の補助モジュールを提供することである。
【００３５】
本目的は、本発明に従い、請求項２９で説明した特徴を有する補助モジュールによって達成される。
【００３６】
この補助モジュールの利点は、照明光学系および照明系について上に説明した利点と同等のものである。
【００３７】
補助モジュール、つまり、補助光学モジュールの個々の要素、少なくとも一つの分離要素、少なくとも一つの結合要素、追加して設けたいかなる光特性変換器、追加して設けたいかなる主制御系も、本発明の照明光学系および本発明の照明系について上にすでに説明したように設計し発展させることができる。補助モジュールによって設けられた別の照明設定は、第１の光学モジュールの照明設定と異なっていてよい。特定の適用では、別の照明設定はこの場合も、いずれの光特性についても所定の許容範囲内で第１の光学モジュールの照明設定に相当するものである。このため、請求項１または１７による照明光学系について上に述べたことが相応に適用される。
【００３８】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の照明系を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略全体図である。
【図２】図１の投影露光装置の光源からの二つの連続する光パルスの概略図であり、光特性変換器の第１の切り換え時間の例である。
【図３】図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図４】図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図５】照明系の別の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の図１と同様の概略全体図である。
【図６】図５による照明系を用いて図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図７】図５による照明系を用いて図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図８】図５による照明系を用いて図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図９】図５による照明系を用いて図２と同様に表した切り換え時間の他の例である。
【図１０】照明系の別の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の図１と同様の概略全体図である。
【図１１】図１のマイクロリソグラフィ投影露光装置と制御要素である。
【図１２】照明系の別の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の図１と同様の概略全体図である。
【図１３】照明系の別の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の図１と同様の概略全体図である。
【図１４】図１３の照明系において使用するための分離要素および結合要素の概略図である。
【図１５】図１３の照明系において使用するための分離要素および結合要素の別の実施形態の概略図である。
【図１６】特に図１の照明系においてポッケルスセルの代わりに使用可能な偏光変換器の概略図である。
【図１７】光学遅延要素を備えた照明系の別の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の図１と同様の概略全体図である。
【図１８】実施形態のうち一つの照明系の光学モジュールを用いて照明系の瞳面上に調整した照明設定の平面図である。
【図１９】光学モジュールのうち一つを用いて調整した照明設定の変形例の図１８と同様の図である。
【図２０】実施形態のうち一つの照明系を用いて結像され、太い縦線を有するマスク構造を大幅に拡大した図である。
【図２１】分離された線を有するマスク構造の図２０と同様の図である。
【図２２】光学モジュールを用いて調整される別の照明設定の図１８と同様の図である。
【図２３】光学モジュールを用いて調整される別の照明設定の図１８と同様の図である。
【図２４】図２２または２３の照明設定を用いて照明したマスク構造の変形例の図２０と同様の図である。
【図２５】図２２または２３の照明設定を用いて照明したマスク構造の変形例の図２０と同様の図である。
【図２６】光学モジュールを用いて調整される別の照明設定の図１８と同様の図である。
【図２７】光学モジュールを用いて調整される別の照明設定の図１８と同様の図である。
【図２８】図２６の照明設定を用いて照明されるマスク構造の変形例の図２０と同様の図である。
【図２９】図２７の照明設定を用いて照明されるマスク構造の変形例の図２０と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１はマイクロリソグラフィ投影露光装置１を示しており、これは半導体素子およびその他の微細構造素子の製造に使用可能であり、真空紫外領域（ＶＵＶ）の光を用いて１マイクロメートルの何分の一かの分解能を実現するものである。１９３ｎｍの有効波長を有するＡｒＦエキシマレーザを光源２として用い、このうち直線偏光ビーム３が投影露光装置１の照明系５の光軸４と同軸上にある。他のＵＶ光源、例えば、１５７ｎｍの有効波長を有するＦ2レーザ、２４８ｎｍの有効波長を有するＡｒＦレーザ、３６８ｎｍまたは４３６ｎｍの有効波長を有する水銀蒸気ランプ、１５７ｎｍを下回る波長を有する光源も可能である。
【００４１】
光源２から射出された光は初め、図１の投影面と垂直に偏光されている（ｓ偏光）。これは図１に光ビーム３に各点６によって示してある。光源１からのこの直線偏光は初め、例えば、特許文献１１によるミラー構成として形成可能な、コヒーレンスを低下させかつビームの断面積を増大させるのに用いられるビーム拡大器７に入射する。ビーム拡大器７の後、光ビーム３は光特性変換器の一例であるポッケルスセル８を通過する。ポッケルスセル８に電圧が印加されない限り、光ビーム３はポッケルスセル８を去る際ｓ偏光されたままである。光ビーム３はその後、分離要素の一例であり、ＣａＦ2または石英で作られた偏光キューブとして形成された分離用ビームスプリッタ９を通過する。分離用ビームスプリッタ９はｓ偏光ビーム３を光軸４の方向に通過させ、このビームは第１の回折光学要素（ＤＯＥ）１０を通過する。第１のＤＯＥ１０はビーム整形要素として使用され、これよりも下流の光線経路に配置された第１のレンズ群１１の入射面内に位置している。
【００４２】
第１のレンズ群１１は、ズーム系１１ａおよびこれに続くアキシコン構成１１ｂを含む。ズーム系１１ａは二重のテレセントリック（telecentric）であり、ズーム系１１ａの一入射面と一射出面との間であらかじめ設定した倍率の光学結像が実現するようにスカラーズームとして設計されている。ズーム系１１ａはまた、例えば、三次のフーリエ変換がズーム系１１ａの入射面と射出面との間で行われるように焦点距離ズーム機能を有することも可能である。ズーム系１１ａの後に設定される照明光分布には、アキシコン素子の対向する円錐状のアキシコン面間に有限距離が設定されていれば相互に同軸上で変位可能なアキシコン構成のアキシコン素子によって径方向再分布（radial redistribution）が行われる。この差がゼロまで低下した場合、アキシコン構成１１ｂは基本的に平面平行板として機能し、ズーム系１１ａによって作り出された照明の局所分布に実質的に影響を及ぼさない。ズーム系１１ａおよびアキシコン構成１１ｂの光学要素間の軸方向の間隔は、不図示のアクチュエータによって調整可能である。
【００４３】
第１のレンズ群１１は、レンズ群１１の下流に位置する照明系５の瞳形成面１２において光源２からの照明光に対して範囲を定めた局部的な二次元の照明強度分布を設定するのに用いられる瞳形成要素、いわゆる照明瞳または照明設定の一部である。
【００４４】
照明系５の瞳面である瞳形成面１２は、第１のレンズ群１１の射出面と同一の空間を占めている。さらに、光学ラスタ要素１３が射出面１２のすぐ隣りに位置している。これよりも下流に位置する結合光学要素１４は、照明光を、調整可能な視野絞りとして用いられるレチクルマスキング系（ＲＥＭＡ）１６が位置する中間領域面１５に送る。光学ラスタ要素１３は、回折光学要素または屈折光学要素の二次元配置乃至配列を有し、数種類の機能を有している。一方、入射する照明光は、次の結合光学要素１４を通過して領域面１５の領域に入った後に矩形の照明領域を照明するように、光学ラスタ要素１３によって整形される。矩形の照射パターンを有する光学ラスタ要素１３は領域規定要素（ＦＤＥ）とも呼ばれ、エタンデュ（etendue）の主成分を発生させ、マスク面１７と共役する領域面１５での所望の領域の大きさおよび形状に適合させる。光学ラスタ要素１３は、領域面１５を所望通りに照明するために、二次元領域に配置された個々のプリズムが定められた特定の角度を局部的に導入するプリズムアレイとして設計可能である。結合光学要素１４によって行われるフーリエ変換により、光学ラスタ要素１３の射出口におけるそれぞれの特定の角度が領域面１５内の位置に相当することになり、光学ラスタ要素１３の位置、つまり、光軸４に対するその位置が、領域面１５での照明角度を決めることになる。光学ラスタ要素１３の各光学要素から発せられるビームは、領域面１５で重ね合わせられる。マイクロシリンダレンズおよび拡散スクリーンを有する多段ハニカムコンデンサとしてＦＤＥ１３を構成することも可能である。ＦＤＥ１３およびその各光学要素を適切に構成することにより、領域面１５内の矩形領域を実質的に均一に照明することが確実に可能となる。このため、ＦＤＥ１３は、領域の照明を均一化するための領域整形均質化要素としても用いられるため、別個の光混合要素、例えば、多重内部反射によって働く積分ロッドまたはハニカムコンデンサが不要となる。これにより、この領域での光学構成が特に軸上でコンパクトになる。
【００４５】
ＲＥＭＡ対物レンズとも呼ばれる下流の結像対物レンズ１８は、例えば２：１から１：５までの比率、図１に示す本実施形態では約１：１の比率で、ＲＥＭＡ１６を有する中間領域面１５をマスク面１７内のレチクルまたはその面１９に結像する。中間領域面１５（結像対物レンズ１８の対物面に相当する）と、結像対物レンズ１８の像平面（マスク面１７と同一の空間を占めるとともに照明系の射出面に相当し、同時に下流の投影対物レンズ２０の対物面に相当する）との間にちょうど１つの瞳面２１があるように中間像なしで結像が行われる。後者は、照明系５の射出面１７に対してフーリエ変換された面である。光軸４に対して４５°傾斜して瞳面２１とマスク面１７との間に配置された偏向ミラー２２により、数メートル長の比較的大きい照明系５を水平方向に取り付け、同時にレチクル１９を水平に保つことが可能となる。
【００４６】
光源２からの照明光を導光し、ここから、レチクル１９に向けた照明光を形成するこれらの光学要素は、投影露光装置の照明系５の一部である。照明系５の下流にはレチクル１９を保持し操作するための装置２３があり、これは、レチクルのパターンが投影対物レンズ２０の対物面１７に落ち込み、この面内で、光軸４と垂直なスキャン方向にスキャン動作するためのスキャン駆動の補助を得て移動できるように作られている。
【００４７】
投影対物レンズ２０は縮小対物レンズとして用いられるものであり、フォトレジスト性の層またはフォトレジスト層で覆われ、かつ感光面が投影対物レンズ２０の像平面２５にあるウエハ２４に、レチクル１９の像を縮小比率、例えば、１：４または１：５の比率で形成する。屈折投影対物レンズ、反射屈折投影対物レンズ、あるいは反射光学投影対物レンズが可能である。この他の縮小比率、例えば、１：２０または１：２００までのさらに大きな縮小が可能である。
【００４８】
露光する半導体ウエハ２４はこれを保持し操作するための装置２６によって固定されており、装置２６はウエハ２４をレチクル１９と同時に光軸４と垂直に移動させるためにスキャナ駆動装置を含む。このような移動は、投影対物レンズ２０の設計によって、相互に平行であってもよく平行でなくともよい。ウエハステージとも呼ばれる装置２６とレチクルステージとも呼ばれる装置２３とは、スキャンコントローラによって制御されるスキャナの構成要素の一部である。
【００４９】
瞳形成面１２は、次の下流の瞳面２１および投影対物レンズ２０の像側の瞳面と光学的に共役な位置に位置するかあるいはこの位置に近接して位置している。このように、投影対物レンズ２０の瞳面２７内の空間的かつ局所的な光分布は、照明系５の瞳形成面１２内の空間的な光分布および局所分布によって決まる。各瞳面１２、２１、２７間には、光線経路において、関連する瞳面に対してフーリエ変換された面である領域面がある。これは、瞳形成面１２における照明強度の特定の局所分布が下流の領域面１５の領域での照明光の特定の角度分布となり、これは次に、レチクル１９に落ち込む照明光の特定の角度分布に相当することになる。第１のレンズ群１１は、第１のＤＯＥ１０とともに、第１の照明設定を照明瞳１２に設定するための第１の光学要素２８を形成している。
【００５０】
照明系５の特別な一つの特徴は、単一のレチクル１９に対する照明工程の間に、照明瞳１２の非常に高速な変更乃至改変が可能であるという事実である。これにより、二重露光または他の多重露光が短い時間間隔で可能となる。
【００５１】
瞳形成面１２における照明設定の高速変更には、分離用ビームスプリッタ９の分離経路２９ａに位置する第２の光学モジュール２９が用いられる。第２の光学モジュール２９は、第２のＤＯＥ３０と第２のレンズ群３１とを含み、第２のレンズ群３１は今度はズーム系３１ａとアキシコン構成３１ｂとに分けられている。二つの光学モジュール２８、２９は、同様の構成を有している。しかし、ズーム系３１ａ、アキシコン構成３１ｂ、第２のＤＯＥ３０の個々の光学要素の光学効果およびレイアウトは第１の光学モジュール２８と異なるため、第２の光学モジュール２９を通過する光源２からの照明光は影響を受け、第１の光学モジュール２８によって作られた第１の照明設定とは異なる第２の照明設定が瞳形成面１２に作られる。
【００５２】
分離経路２９ａを図１に破線によって示してある。分離経路２９ａでは、照明光は、図１に分離経路２９ａの光軸と垂直な二重矢印３２によって示した、図１の投影面に対して平行な偏光方向（ｐ偏光）に導光される。
【００５３】
偏向ミラー３３は、分離用ビームスプリッタ９と第２のＤＯＥ３０との間に偏向ミラー２２と同様に配置されている。第２のレンズ群３１のアキシコン構成３１ｂと、分離用ビームスプリッタ９のように偏光キューブとして構成された結合用ビームスプリッタ３５との間には、別の偏向ミラー３４が配置されている。結合用ビームスプリッタ３５は、結合要素の一例である。結合用ビームスプリッタ３５は、第１のレンズ面１１のアキシコン構成１１ｂと光学ラスタ要素１３との間の光路に位置している。分離経路２９ａに導かれた照明光は、結合用ビームスプリッタの下流で光軸４に沿って正確に送られるように、結合用ビームスプリッタ３５によって偏向される。
【００５４】
照明設定の高速切り換えを得るため、ポッケルスセル８に典型的には５ｋＶから１０ｋＶの高電圧が印加される。ポッケルスセル８に高電圧が印加された際、照明光の偏光は数ナノ秒でｓからｐに回転される。ｐ偏光された照明光は、分離用ビームスプリッタ９の偏光子がｐ偏光用の反射器として機能するために、分離経路２９ａに抽出される。分離経路２９ａにおいて、照明光は、抽出されないｓ偏光された照明光に対するものとは異なる設定調整を受ける。第２の光学モジュール２９を通過したｐ偏光された照明光は、偏向ミラー３４により、偏光子がｐ偏光された光に対する反射器として作用する結合用ビームスプリッタ３５を介して偏向された後、光軸４の方向に再び結合される。
【００５５】
光源２は例えば、６ｋＨｚの繰返し数で、１００ｎｓまたは１５０ｎｓの持続時間および１５ｍＪまたは３０ｍＪの単一パルスエネルギーを有するレーザパルスを発する。
【００５６】
図２〜４は、ポッケルスセル８の高電圧切り換え時点ｔsについての切り換え時間の種々の例を示したものである。図２〜４はいずれも、６ｋＨｚの繰返し数の逆数に相当するｔz＝ｔ2−ｔ1の間隔で光源２から発せられる連続する単一の矩形パルスＬを略図で示したものである。図２の切り換え時間の例において、ポッケルスセル８はそれぞれ２つのレーザパルスＬ間で切り換わる。図２の左側に示したレーザパルスＬ1は、電圧の印加なしにポッケルスセルを通過するため、ｐ偏光されたままである。続くレーザパルスＬ2の偏光は、切り換え時点ｔsが発生するために９０°回転され、これにより分離経路２９ａを通過する。次のレーザパルス（図示せず）は、偏光に変化を来すことなくポッケルスセル８を通過する。このため、図２の切り換え時間の例の場合、それぞれの第２のレーザパルスは分離経路２９ａを通って送られる一方、他方のレーザパルスは分離されない。このため、レチクル１９は、光学モジュール２８、２９の設定にそれぞれ相当する二つの異なる照明設定により交互に照明され、各照明設定のレーザパルスは３ｋＨｚの繰返し数を有する。レチクルおよび分離用ビームスプリッタ９の下流にある照明系の光学要素に入射する照射負荷は、単一のレーザパルスＬのエネルギーおよびピーク強度によって決まる。
【００５７】
図３の切り換え時間の例では、ポッケルスセル８は、単一のレーザパルスＬがこれを通過している間に切り換わる。このため、単一のレーザパルスＬはパルス成分Ｌ1、Ｌ2に分割される。図３の例では、初めのレーザパルス成分Ｌ1の偏光は変化しないため、ｓ偏光されたままである。対照的に、続くレーザパルス成分Ｌ2の偏光は、切り換え時点ｔsの後ポッケルスセル８を通過するため回転し、抽出され、レーザパルス成分Ｌ1に異なる照明設定をもたらす。二つのレーザパルス成分Ｌ1、Ｌ2は、分割されていないレーザパルスの約半分のパルス幅に相当するパルス幅、本実施形態では約５０ｎｓまたは７５ｎｓのパルス幅を有している。レーザパルス成分のエネルギーは、単一のレーザパルスの約半分のエネルギー、つまり、７．５ｍＪまたは１５ｍＪである。図３の次のレーザパルスの初めのレーザパルス成分Ｌ2の偏光は回転するため、ｐ偏光される。切り換え時点ｔsではポッケルスセル８から電圧が取り除かれるため、次のレーザパルス成分Ｌ1の偏光はもはや影響を受けず、このためｓ偏光されたままである。このため、この第２のレーザパルスは分割される。光源２から続いて発せられるレーザパルスについて、不図示のレーザパルスの間、切り換えをこのように繰り返す。このため、図３の切り換え時間の例では、一方のレーザパルス成分は分離経路２９ａ、つまり、光学モジュール２９を通って送られ、他方のレーザパルス成分は他方の光学モジュール２８を介して送られる。この切り換え時間の例では、レチクル１９は、第１の照明設定により６ｋＨｚの有効繰返し数で照明され、第２の照明設定により同一の有効繰返し数６ｋＨｚで照明される。レーザパルス成分のパルスエネルギーが半量となるため、レチクルおよび分離用ビームスプリッタ９の下流の光学要素にかかるピーク負荷は、約２倍減少する。実用上、この減少係数は、光学モジュール２８、２９によって作られた二つの異なる照明設定が、概して、瞳の異なる領域に異なる偏光特性をもって突き当たるため、さらに大きくなる。
【００５８】
図４の切り換え時間の例では、ポッケルスセル８は各レーザパルスＬに対して三回切り換わる。図４の左側に示した初めのレーザパルスＬの場合、初めに高電圧がポッケルスセルに印加されるが、この電圧はその後オフに切り換わり、再び印加される。このため、図４に示した左側のレーザパルスは、ｓ偏光の初めのレーザパルス成分Ｌ1と、次のｐ偏光のレーザパルス成分Ｌ2と、また別の次のｓ偏光のレーザパルス成分Ｌ1と、最後のｐ偏光のレーザパルス成分Ｌ2とに分割される。図４の右側に示したレーザパルスＬの場合、図４の右側に示したレーザパルスＬの間にポッケルスセル８が初めに切り換わった際、高電圧が初めにオフに切り換わるため、これらの状態はまさに逆になる。このため、図４に示した右手のレーザパルスＬは、初めのｐ偏光されたレーザパルス成分Ｌ2と、次のｓ偏光されたレーザパルス成分Ｌ1と、次のｐ偏光されたレーザパルス成分Ｌ2と、最後のｓ偏光されたレーザパルス成分Ｌ1とを有する。図４の切り換え時間の例では、照明光は、両方の照明設定に対して１２ｋＨｚの有効繰返し数でレチクル１９に突き当たる。図４の切り換え時間の例では、光パルス成分Ｌ1、Ｌ2は、約２５ｎｓまたは３７．５ｎｓのパルス幅および約３．７５ｍＪまたは７．５ｍＪのパルスエネルギーを有する。単一の光パルスは、一光パルスＬの間にポッケルスセル８が三回切り換わることによって四等分されるため、分離用ビームスプリッタ９の下流にあるレチクル１９および光学要素にかかるピーク負荷が約４倍だけ減少する。
【００５９】
偏光状態によるが、光学材料の耐用年数は、最大照度Ｈのみでなくレーザパルスのパルス数Ｎおよびパルス幅Ｔによっても決まる。これについて、当業者に周知の種々の理論モデルを展開させた。これらのモデルの一つは、偏光複屈折モデルであり、これによれば光学材料の負荷限界が積Ｈ×Ｎによって決まる。いわゆる圧縮モデル（compaction model）またはマイクロチャネルモデルによれば、負荷限界は積Ｈ2×Ｎ／Ｔによって決まる。
【００６０】
簡略な比較分析により、一レーザパルスの間にポッケルスセル８により一回のみ切り換えることによる二重露光には、半数の繰返し数（パルス数Ｎ／２）、二倍のパルスレーザ出力（２Ｈ）、二倍のパルス幅（２Ｔ）を有するレーザ２を用いることが可能であることが示されている。半数の繰返し数および二倍の出力を有するこのようなレーザは、現在のリソグラフィレーザの性能を高めることを可能にする一つの方法であり、簡単に実施することができる。光特性変換器８を用いると、以前は１２ｋＨｚレーザを用いることでしか可能でなかったマイクロリソグラフィの適用に、６ｋＨｚレーザを用いることが可能となる。レーザ光源に課される構成上の要件が相応して緩和される。
【００６１】
照明光の偏光に影響を与えるために、ポッケルスセル８以外の偏光切換光特性変換器、例えば、カーセルを用いることができる。
【００６２】
偏光の代わりに、照明光の別の特性、例えば、光波長に、光特性変換器によって影響を与えることもできる。この場合、二色性のビームスプリッタ（dichroitic beam splitter）を分離用ビームスプリッタ９および結合用ビームスプリッタ３５として用いる。
【００６３】
光ビーム３のビームの幾何学的位置関係またはその方向は、二つの光学モジュール２８、２９間で切り換えるために適当な光特性変換器によって変更する光特性となりえるものである。カーセルまたは音響光学変調器を適当な光特性変換器として用いることができる。
【００６４】
二つの光学モジュール２８、２９を用いた実施形態を以上に説明した。二つを超える数の光学モジュールを設け、これらのモジュール間で切り換えることも同様に可能である。例えば、照明光の偏光をあらかじめ設定した切り換え数で回転させ、抽出を行って別の分離負荷をもたらす図１に不図示の別のポッケルスセルを分離用ビームスプリッタ９とＤＯＥ１０との間、または分離経路２９ａに設けることもできる。このように、二つを超える数の照明設定間の高速切り換えを得ることが可能である。
【００６５】
ポッケルスセル８を光源２内に位置させ、光源２で発生させたレーザパルスを同種の数個の光パルス成分に切って成分Ｌ1、Ｌ2とすることも可能である。これにより、特に、レーザコヒーレンスが低下するかまたはなくなることとなり、マスク面１７での不要な干渉を防ぐことになる。
【００６６】
図５は、本発明の照明系の別の実施形態を示すものである。図１〜４を参照して上にすでに説明した要素と同一の要素は同一の参照番号を有し、これについて再度個々には説明しない。図５の照明系は、図１〜４の実施形態を参照して上に説明した設計の変型例のいずれとでも組み合わせて実施できる。
【００６７】
光源２に加え、図５の照明系５は、内部構造が光源２の内部構造と同一である別の光源３６を有している。光源３６の下流にビーム拡大器３７があり、その構造はビーム拡大器７の構造と同一である。光源３６からの光ビーム３８は、光源２からの光ビーム３についてすでに説明したように、ビーム拡大器３７によって拡大される。ビーム拡大器３７の下流には別のポッケルスセル３９がある。光ビーム３８についても、他方の光源３６から射出された後、初め、光ビーム３８に点６で示したようにｓ偏光されている。ポッケルスセル３９に電圧が印加されない限り、光ビーム３８はポッケルスセル３９を通過した後、ｓ偏光されたままである。ポッケルスセル３９の後、光ビーム３８は第２の分離用ビームスプリッタ４０に突き当たる。光ビームスプリッタ４０はｓ偏光された光を通過させ、ｐ偏光された光を図５の９０°右側に反射する。偏光選択性の偏向要素４１は、ビームスプリッタの順方向の第２の分離用ビームスプリッタ４０の下流に位置している。偏向要素は、第２の分離用ビームスプリッタ４０の方向から入射したｓ偏光された光に対するもので、図５の９０°右側に反射し、またこれはｐ偏光された光を妨げることなく通過させるものである。
【００６８】
図５の照明系５を用いると、二つの光源２、３６からの光を二つの光学モジュール２８、２９の中に任意に送ることができる。
【００６９】
二つのポッケルスセル８、３９に電圧が印加されていない場合、二つの分離用ビームスプリッタ９、４０からのｓ偏光された光ビーム３は妨げられることなく通過できるため、光源２は第１の光学モジュール２８を照明する。二つのポッケルスセル８、３９に電圧が印加されない限り、第２の分離用ビームスプリッタ４０が光ビーム３８のｓ偏光された光を妨げることなく通過させるため、第２の光源３６は第２の光学モジュール２９を照明し、このｓ偏光された光は偏向要素４１によって偏向されて第２の光学モジュール２９の中に入る。
【００７０】
第１のポッケルスセル８に電圧が印加されているが第２のポッケルスセル３９には印加されていない場合、二つの光源２、３６は第２の光学モジュール２９を照明する。第１の光源２からのたった今ｐ偏光された光は、上述したように分離用ビームスプリッタ９から抽出されて分離経路２９ａに入り、偏向ミラー３３により偏向された後、偏向要素４１を妨げられることなく通過するため、第２の光学モジュール２９に入ることができる。第２の光源３６からの光ビーム３８の光路は変わらないままである。
【００７１】
第１のポッケルスセル８にではなく第２のポッケルスセル３９に電圧が印加されている場合、二つの光源２、３６は第１の光学モジュール２８を照明する。第１の光源２からのｓ偏光は二つの分離用ビームスプリッタ９、４０を妨げられることなく通過し、第１の光学モジュール２８に入射する。第２のポッケルスセルによってｐ偏光に回転された第２の光源３６からの光ビーム３８の光は第２の分離用ビームスプリッタ４０によって９０°反射され、第１の光学モジュール２８に入射する。
【００７２】
なお、二つの光源２、３６からの光が光学モジュール２８、２９のうち一つにまとまって突き当たった際、光学モジュール２８または２９をまとまって通過した二つの光源２、３６からの光は二つの異なる偏光状態を有している。
【００７３】
また、第１の光学モジュール２８を通過したｐ偏光された光は図５の結合用ビームスプリッタ３５によって光路４２に沿って上方に反射されるが、ここから別の適切な結合要素によって光軸４の方向に戻されなければならない。第２の光学モジュール２９を通って送られ、偏向されることなく結合用ビームスプリッタ３５を光路４２の方向に通過するｓ偏光された光にも、同じことが当てはまる。
【００７４】
二つのポッケルスセル８、３９に電圧が印加されている場合、光源２からの光が第２の光学モジュール２９を通過し、光源３６からの光が第１の光学モジュール２８を通過する。図６、７は、第１の光源２からの光パルスＬの強度Ｉ1および第２の光源３６からの光パルスＬ’の強度Ｉ2のあり得る特性を時間関数として示すものである。二つの光源２、３６は相互に同期しているため、二つの光パルスＬの合間に光パルスＬ’が発生する。このため、二つの光パルスＬ、Ｌ’は、第２の分離用ビームスプリッタ４０および偏向要素４１に同時に突き当たることはない。また、結合用ビームスプリッタ３５を過ぎて、レーザパルスＬ、Ｌ’が照明系５の下流にある光学要素またはレチクル１９およびウエハ２４に同時に突き当たることはない。図２〜４を参照して上に説明したように、レーザパルスＬ、Ｌ’は、光学偏光手段および適当な切り換え時間によって二つ以上のレーザパルス成分Ｌ1、Ｌ2およびＬ’1、Ｌ’2に分割できる。これにより、図２〜４を参照してすでに上に説明したように、光学要素にかかる照明光負荷が低下する。
【００７５】
図６、７によるパルス波長を有する二つのパルス光源を、照明系の単一のポッケルスセルの上流で組み合わせることも可能である。これを実現するために、例えば、ビーム拡大器７の上流にある第２の光源２からの光３を、光軸４に対して４５°傾斜した孔あきミラー２ａの補助を得て、光ビーム３の光路に送ることができる。光源２’、光ビーム３’、孔あきミラー２ａは図１に破線で示されている。光ビーム３’もｓ偏光されている。光源２’からの光ビーム３’は、孔あきミラー２ａの中心孔の領域では実質的にエネルギーを運ばないモードを有していることが理想である。光源２からの光ビーム３は孔あきミラー２ａの孔を通過する。ビーム拡大器７はその後、結合した光ビーム３、３’によって照明される。ポッケルスセル８はその後、光ビーム３、３’の偏光状態に影響を与えるために共通ポッケルスセルとして用いられる。
【００７６】
図８、９は、二つの光源２、３６の光パルスＬ、Ｌ’が時間的に重なる状況において、図５の照明系５の個々の要素にかかる照明光負荷を低下させる別の方法を示したものである。図８は、光源２からの光パルスＬの強度Ｉ1を示すものである。図９は、光源３６からの光パルスＬ’の強度Ｉ2を示すものである。ポッケルスセル８は、第１のレーザパルスＬがｔ＝ｔs0に達する前に電源を断たれている。このため、レーザパルス成分Ｌ1は、第１の光学モジュール２８を通過する。第２のポッケルスセル３９もまた、第１のポッケルスセル８と同期してｔ＝ｔs0で電源を断たれている。切り換え時点ｔs0は第２の光源３６のレーザパルスＬ’の中央に一致しているため、次の光パルス成分Ｌ’2はその後第２の光学モジュール２９を通過する。切り換え時点ｔs0に続く、二つのレーザパルスＬ、Ｌ’が重なる、レーザパルスＬの立ち上がりとレーザパルスＬ’の立ち下がりとの間の期間ＴＤでは、二つのレーザパルスＬ、Ｌ’は別々に光学モジュール２８、２９を通過するため、二つのレーザパルスＬ、Ｌ’による同時負荷がない。次の切り換え時点ｔs1では、二つのポッケルスセル８、３９に電圧が同期して印加される。切換時点ｔs1は、光源２のレーザパルスＬの中心と一致する。このため、次のレーザパルス成分Ｌ2は第２の光学モジュール２９を通過する。対照的に、このレーザパルス成分Ｌ2と重なる第２の光源３６の次のレーザパルスＬ’のレーザパルス成分Ｌ’1は、第１の光学モジュール２８を通過する。
【００７７】
次のレーザパルスＬ’の中央の切り換え時点ｔs2では、切り換え時点ｔs0を参照して説明したプロセスを繰り返す。切り換え時点ｔsの周波数は、一方の光源のレーザパルスＬ、Ｌ’が二等分され、他方の光源の二つのレーザパルスＬ’、Ｌが切り換わることにより、各光源２、３６のレーザパルスの周波数の二倍になる。この回路により、二つの光源２、３６からの光が単一の光学モジュール２８または２９を通過することが確実になくなり、これに応じて、光学モジュール２８、２９の個々の光学要素への負荷が低下する。
【００７８】
図１０は、照明系５の別の設計を示すものである。図１〜９を参照してすでに上に説明した構成要素と同一の構成要素は同一の参照番号を有しており、これらについて再度個々には説明しない。図１０の変形例は、第２の光源３６からの光を抽出する方法を除いては、図５の変形例と同等のものである。図１０の変形例では、光源２の光ビーム３をすでに抽出した分離用ビームスプリッタ９を、第２の光源３６の光ビーム３８を抽出するのに用いる。
【００７９】
分離用ビームスプリッタ９は、初めに光源２のｓ偏光された光を、次に光源３６のｓ偏光された光を妨げることなく通過させるため、光源２からのｓ偏光された光が第１の光学モジュール２８に突き当たり、第２の光源３６からのｓ偏光された光が第２の光学モジュール２９に突き当たる。分離用ビームスプリッタ９は光源２、３６のｐ偏光された光をそれぞれ９０°反射し、第２の光源３６からのｐ偏光が第１の光学モジュール２８に突き当たり、第１の光源２からのｐ偏光が第２の光学モジュール２９に突き当たる。
【００８０】
結合に関しては、図１０の変形例は図５の変形例に相当する。
【００８１】
ポッケルスセル８、３９の切り換え時間に関しては、図６〜９を参照して上に説明した切り換え時間の例をここでも用いることができる。
【００８２】
光学モジュール２８、２９間で光路を切り換えるための光特性の切り換えは、ポッケルスセル８、３９が用いられる場合、数ナノ秒以内で行われる。使用する光特性変換器によって、１０ナノ秒以内、１００ナノ秒以内、１マイクロ秒以内、あるいは１秒以内でも切り換えを行うことができる。
【００８３】
特に、ポッケルスセル８、３９の切り換えは、固定周波数で周期的なものにすることができる。この周波数は、例えば約１ｋＨｚである。このほか、１Ｈｚから１０ｋＨｚまでの周波数も可能である。
【００８４】
光特性を切り換えることにより、特に、瞳面１２の照明設定を行った後の一レーザパルスあたりの最大レーザ出力を、同一の位置で計測した同一の設定を有する従来の照明系を用いたものよりも少なくとも２５％確実に低くできる。
【００８５】
本発明の設計の場合、光学モジュールを一つのみ用いた従来の照明系の場合よりも、照明系の特定の位置の最大強度を最大２５％低くできる。
【００８６】
結合用ビームスプリッタ３５の代わりに、二つの光路を結合した光学系を、例えば、レンズ、対物レンズ、屈折ミラー、あるいは複数のこのようなミラーの形で設けることも可能である。このような光学的に結合した系の一例が、特許文献７に記載されている。
【００８７】
図１１は、図１と同様の図で、一方では第１の光学モジュール２８により、他方では第２の光学モジュール２９により、照明領域の均衡の取れた照明を行うためのもので、例えば、光学モジュール２８、２９を介して設定可能な二つの照明設定を用いてレチクル１９に特定の二重露光を行うために、マイクロリソグラフィ投影露光装置１を発展させたものを示す。図１〜１０の投影露光装置１を参照してすでに上に説明した構成要素と同一の図１１の投影露光装置１の構成要素は同一の参照番号を有しており、これらについて再度個々には説明しない。
【００８８】
図１１の投影露光装置１は、均衡の取れた照明を特定するために、コンピュータ４３の形の主制御系を有している。コンピュータ４３は、信号ケーブル４４によって制御モジュール４５に接続されている。制御モジュール４５は、信号により、信号ケーブル４６によって光源２に接続され、信号ケーブル４７によって光源２’に接続され、信号ケーブル４８によってポッケルスセル８に接続される。コンピュータ４３は、信号ケーブル４９、５０によってズーム系１１ａ、３１ａに接続されている。コンピュータ４３は、信号ケーブル５１、５２によってアキシコン構成１１ｂ、３１ｂに接続されている。コンピュータ４３は、信号ケーブル５３によってＲＥＭＡ１６に接続されている。コンピュータ４３は、信号ケーブル５４によってウエハステージ２６に接続され、信号ケーブル５５によってレチクルステージ２３に接続されている。コンピュータ４３は、表示装置５６およびキーボード５７を有している。
【００８９】
コンピュータ４３はポッケルスセル８の切り換え時点ｔｓを特定する。コンピュータ４３の補助により期間中の切り換え時点を選択することにより強度を指定でき、この強度により、二つの光学モジュール２８、２９によって実施可能な二つの照明設定のうちのいずれかを用いてレチクル１９が照明される。ポッケルスセル８の切り換え時点は、図２〜８について上に説明したように、切り換え時点がレーザパルス中に正しい位相関係で起こるように、光源２、２’のトリガーパルスと同期させることができる。
【００９０】
切り換え時点ｔsは、光学モジュール２８、２９にあらかじめ設定された特定の照明設定に応じて指定される。コンピュータ４３は、あらかじめ設定した特定の照明設定についての情報を信号ケーブル４９〜５２を通じて受け取る。コンピュータ４３は、ズーム系１１ａ、３１ａ用の適当な変位駆動装置およびアキシコン構成１１ｂ、３１ｂ用の適当な変位駆動装置を対応する信号ケーブルを通じて制御することにより、所定の照明設定を積極的に設定することもできる。
【００９１】
切り換え時点ｔsはまた、特定のスキャン工程に応じても特定される。コンピュータ４３は、信号ケーブル５３〜５５を介してＲＥＭＡ１６およびステージ２３、２６からこれに関する情報を受け取る。特定された値によって、コンピュータ４３は、信号ケーブル５３〜５５を介して適当なドライブを制御することにより、ＲＥＭＡ１６およびステージ２３、２６の動作位置を積極的に変更することもできる。このように、コンピュータ４３は、投影露光装置１の特定の動作状況に応じて、二つの光学モジュール２８、２９のそれぞれがレチクル１９の照明領域を照明するのに十分な光を確実に与えることができる。コンピュータ４３は、強度曲線（図２〜４および図７〜９を参照のこと）を組み合わせることにより、適切な乃至関連する光の寄与を決定する。投影露光に不要となる過剰な光はいずれも、第２のポッケルスセルおよび下流の偏光子を用いることにより露光経路から外れて結合される。
【００９２】
また、光学モジュール２８、２９によって実現できる照明設定を用いて照明領域の均衡の取れた照明を特定するために必要であれば、主制御系４３を信号によって分離要素９及び／又は結合要素３５に接続することができる。
【００９３】
主制御系４３は、第１の光学モジュール２８および第２の光学モジュール２９によって、レチクル１９の照明領域の時間に均衡の取れた照明を可能にする。別の方法としてまたはこれに追加して、主制御系４３を、第１の光学モジュール２８および第２の光学モジュール２９によって強度に均衡の取れた照明領域の照明を行うのに用いることもできる。例えば、第１の光学モジュール２８により全強度の３０％で、第２の光学モジュール２９により全強度の７０％で、照明領域を照明することが可能である。これは、これらのパーセンテージが所定の期間切り換わらないように静的に行うことができる。別の方法として、これらの割合を動的に変更させることも可能である。これを実現するため、例えば、１ｎｓの時間基準（time-base）を有する鋸波形によってポッケルスセル８を駆動できる。これを実現するため、ポッケルスセル８の制御回路は少なくとも一つの高電圧発生機を有する。二つの高電圧間の高速切り換えが求められる場合、ポッケルスセル８の制御回路は二つの高電圧発生機を有する。ナノ秒の時間尺度での高電圧の切り換えに、例えば、ミリ秒の時間尺度での高電圧切り換えを追加することができるため、レーザパルス幅と比較すると、光学モジュール２８、２９によって特定可能な照明設定間でのゆっくりとした切り換えが可能となる。
【００９４】
図１２は、図１と同様の図で、投影露光装置１の別の変形例を示すものである。図１〜１１を参照してすでに上に説明した構成要素と同一の構成要素は同一の参照番号を有しており、これについて再度個々には説明しない。
【００９５】
図１、５、１０、１１の投影露光装置とは対照的に、図１２の投影露光装置１は、光学モジュール２８、２９につながる光路にそれぞれ位置し、かつこれによりこれらに直接割り当てられた瞳形成面５８、５９を有している。瞳形成面５８は、第１の光学モジュール２８のアキシコン構成１１ｂのすぐ下流にある。瞳形成面５９は、第２の光学モジュール２９のアキシコン構成３１ｂのすぐ下流に、つまり、分離経路２９ａに位置している。
【００９６】
図１２の実施形態では、瞳形成面５８、５９は、図１２において、瞳形成面１２の代わりとなる。別の方法として、瞳形成面５８、５９を瞳形成面１２と光学的に共役させることも可能である。
【００９７】
図１の投影露光装置１におけるラスタ要素１３に相当する個々のラスタ要素を、瞳形成面５８、５９に割り当てることができる。
【００９８】
図１２の照明系５の実施形態の場合、従来の技術、例えば、特許文献７で原理的に知られているように、瞳形成、つまり、照明設定の設定を光学モジュール２８、２９において適当な光学要素を用いて行うことができる。
【００９９】
光学モジュール２８、２９において使用可能な瞳設定に影響を与える他の要素については、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、及び、特許文献７に記載がある。
【０１００】
図１３は、投影露光装置１の照明系５の別の実施形態を示すものである。図１〜１２を参照してすでに上に説明した構成要素と同一の構成要素は同一の参照番号を有しており、これについて再度個々には説明しない。
【０１０１】
図１〜１２の照明系５とは対照的に、図１３の照明系５の場合、光学モジュール２８、２９間での分離を行うための機構は、光路を変更するために継続して使用される光特性に影響を与えることに基づいたものではなく、照明光の経路に直に影響を与えるものである。これを実現するため、分離要素６０はミラー要素の形で設けられている。分離要素６０は、例えば図１の実施形態における分離用ビームスプリッタ９の位置に位置しており、図１３の投影面にある軸６１の周りを回転可能である。この回転移動は、回転駆動装置６２によって駆動される。回転駆動装置６２は、信号ケーブル６４によって同期モジュール６３に接続されている。分離要素６０はディスク状ミラーマウント６５を有しており、その一部を図１３、１４に示してある。多数のミラー６７はそれぞれ、ミラーマウント６５の外周壁６６にわたって取り付けられており、この壁から突き出ている。
【０１０２】
図１４に表したものは実際の尺度ではない。実際には、多数の個々のミラー６７、例えば、数百個あるこのような個々のミラーがミラーマウント６５に存在する。
【０１０３】
二つの隣接した個々のミラー６７間の円周方向の間隙は個々のミラー６７の円周方向の長さと等しい。個々のミラー６７はいずれも同一の円周方向の長さを有している。
【０１０４】
ミラーマウント６５が回転すると、照明光がミラー６７の一つによって反射されるか、あるいは個々のミラー６７間を通過して変化を来さない。反射された照明光は分離経路２９ａ、つまり、第２の光学モジュール２９に突き当たる。通過した照明光は、第１の光学モジュール２８に突き当たる。
【０１０５】
図１３の実施形態の場合、結合要素６８は、図１の実施形態における結合用ビームスプリッタ３５の位置に位置しており、結合要素６８は分離要素６０とまさに同一の構造を有している。図１３では、結合要素６８は単に概略でのみ示してある。制御モジュール６３によって制御される結合要素６８は、分離要素６０が照明光を通過させた際には常に結合要素６８も照明光を通過させて変化させないように、分離要素６０と同期して駆動される。対照的に、分離要素６０がミラー６７の一つによって照明光を反射した際、この抽出された照明光は、分離経路２９ａを通過した後、結合要素６８の相当する個々のミラーによって反射され、これにより、レチクル１９に向かう近くの共通の照明光線経路に送られる。
【０１０６】
分離要素６０の回転速度および結合要素６８の回転速度は、光源２、２’からのパルスシーケンスと同期している。
【０１０７】
分離要素６０および結合要素６８の隣接した個々のミラー６７間の間隙の円周方向の長さに対する個々のミラー６７の円周方向の長さのアスペクト比により、一方では第１の光学モジュール２８により、他方では第２の光学モジュール２９により、照明の割合を特定することができる。このようなアスペクト比については、ミラーマウント６５の外周壁６６上の個々のミラー６７の構成および配置によって、例えば、１：１０から１０：１に定めることができる。
【０１０８】
図１５は、分離要素６０の別の実施形態を示すものであり、これは結合要素６８としてもこの形状で使用可能である。分離要素６０は、ストリップ状のミラーフォイル６９の形状となっている。ミラーフォイル６９は個々のミラー７０に分割され、これらの間には照明光を通過させることができる透明の間隙７１が存在している。ミラーフォイル６９は、図１３の実施形態の個々のミラー６７の位置で、投影面に対して垂直に照明光３の光線経路を通って移動するように、相当する誘導ローラ上を移動する無限のループである。照明光が個々のミラー７０の一つによって反射される限り、この照明光は分離要素６０によって分離経路２９ａの中に反射され、結合要素６８によってレチクル１９に向かう共通の光線経路に送られる。照明光は透明な間隙７１によって影響を受けないため、分離要素６０の場合には、通過して第１の光学モジュール２８に到達し、結合要素６８の場合は通過してレチクル１９に到達する。
【０１０９】
図１４の分離要素６０および結合要素６８に関連してアスペクト比について上に示した説明は、制御モジュール６３によって駆動されるミラーフォイル６９の制御、個々のミラー７０の長さと間隙７１の長さとのアスペクト比にも当てはまる。
【０１１０】
図１６は、分離要素６０の代わりに用いることのできる偏光変換器７２を示すものである。偏光変換器７２は、図１の照明系５のポッケルスセル８の位置に取り付けられている。偏光変換器７２は、光源２と分離用ビームスプリッタ９との間の光ビーム３と平行に伸びる回転軸７６の周りを回転可能に駆動される。偏光変換器７２は、制御モジュール６３によって同期した適当な回転駆動装置によって回転軸７６の周りを回転可能に駆動される。偏光変換器７２は、計八個の回転式レセプタクル７４を備えた回転式支持体７３を有している。さらに大幅に多い数のレセプタクル７４も可能である。各第２のレセプタクル７４には円周方向にラムダ／２板７５が取り付けられている。他の四個のレセプタクル７４には何も取り付けられていない。このため、計四つのラムダ／２板７５の光軸は、ラムダ／２板７５のうち一つが照明光の光線経路にあるとき、照明光の偏光がラムダ／２板を通る際に９０°回転するように作られている。このため、偏光変換器７２は、高電圧が印加された際のポッケルスセル８と同一の機能を有している。
【０１１１】
何も取り付けられていないレセプタクル７４のうち一つが照明光を変化させずに通過させた場合、偏光変換器７２は電源を断たれたポッケルスセルとして機能する。
【０１１２】
偏光変換器７２の代わりとして、例えば、特許文献１２に記載されているような回転可能な偏光切り換え板を用いることができる。
【０１１３】
照明光ビーム３の光線経路、例えば、図１の装置のポッケルスセル８の位置に配置され、ポッケルスセル８の代用になるラムダ／２板は、偏光変換器７２の別の代用にもなり得る。ラムダ／２板を、これを通過する照明光ビーム３と平行な回転軸の周りで回転させることにより、照明光の偏光面を、ラムダ／２板が図１の実施形態のポッケルスセル８と同等の偏光切り換え効果を有するように、例えば９０°回転させることができる。ラムダ／２板の光軸は、通例、板面内にある。ラムダ／２板の光軸を板面に対して他の配向とすることも可能である。例えば、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０に、ラムダ／２板と同種の偏光切り換え要素が記載されている。
【０１１４】
照明系が二つの光学モジュール２８、２９をすでに有しているものと仮定して、実施形態を上に説明した。本発明によれば、上に説明した実施形態の第１の光学モジュール２８と同等の光学モジュールを備えた現存する投影露光装置を補助モジュールを用いて改良することも可能であり、これにより上述の実施形態のうち一つが作られる。組み込まれる補助モジュールには、第２の光学モジュール２９のほか、分離要素９または分離要素６０および結合要素３５または結合要素６８を含む。補助モジュールの設計によっては、光特性変換器、例えば、ポッケルスセル８または偏光変換器７２を有することもできる。主制御系４３は、補助モジュールの一部であってもよい。最後に、補助モジュールは、特に図１、５に関連して上述したような適当な結合光学系および分離光学系とともに別の光源２’または光源３６を含んでもよい。
【０１１５】
瞳または瞳面１２の好ましい異なる空間強度分布を有する二つの異なる照明設定を参照して実施形態を以上に説明した。リソグラフィの適用には瞳の空間偏光分布が重要であるため、用語「照明設定」は空間強度分布のみを表すものではなく、同義的に、瞳の空間偏光分布をも表すものとする。
【０１１６】
少なくとも二つの光学モジュール２８、２９を使用して、瞳面１２の空間強度分布について単一の空間照明設定を調整することも可能であり、この照明設定は瞳面１２のそれらの空間偏光分布についてのみ異なるものとなる。結像する構造によっては、第２の照明設定には、例えば、瞳面１２の第１の照明設定の偏光分布に対して瞳面１２で９０°回転させた偏光分布をもたせることができる。このため、レチクル１９が照明されるのに用いられる単一の強度照明設定に対して様々な偏光状態を照明中に実現できるように、例えば、コンピュータ４３などの制御ユニットを用いて、二つの光学モジュール２８、２９の適切な動作によってこれらの均衡の取れた照明を制御することが可能である。
【０１１７】
例えば、製造工程が、現像施設の現像装置から微細構造素子を製造するための工場あるいはチップ工場の製造装置に移行することになっており、これらの異なる装置、特にマスク構造をウエハに結像するためのそれぞれの投影対物レンズがこれらの偏光転写特性について異なっている場合、これは有益である。このような場合、その現像が特定のチップ構造にとって最適であるとわかっている単一の強度照明設定に対して、二つの光学モジュールを用いることにより偏光特性を制御できると有益であり、これにより、これを用いて操作される製造装置も最適なチップ構造をウエハに結像する。単一の強度の照明設定での偏光特性の切り換えの別の適用が、スキャン工程におけるチップの照明の際にも得られ、ここでは、チップ全体を照明するために単一の強度の照明設定が選ばれるが、異なる偏光によりチップの異なる領域のチップ構造をさらに高いコントラストで結像できる。この場合、スキャン工程中に偏光特性を変更するのが得策である。また、少なくとも二つの光学モジュールによって作られた照明設定（強度照明設定）の空間強度分布も、スキャン工程中に変更可能である。
【０１１８】
偏光を引き起こす複屈折として知られるものから、単一の照明設定での偏光特性の切り換えについて別のアスペクトが得られる。これは、物質の偏光照射により、照明光が通過する物質内で時間とともに機械的複屈折が引き起こされるという事実に基づいた物質作用である。照明によって引き起こされた機械的複屈折を有するこのような物質領域は、この物質に欠陥領域を形成する。このような物質の作用を防ぐために、可能であれば、円偏光または非偏光を用いるか、またはそれが好ましい。このため、本発明により、偏光特性が単一の強度照明設定で変更可能となるため、少なくとも結合要素の後の光学要素について、偏光により引き起こされる複屈折を低減させることが可能となる。
【０１１９】
前述の実施形態に基づき、少なくとも二つの光学モジュール２８、２９を用いて、瞳面１２にいかなる所望の偏光分布をも有するいかなる所望の照明設定をも作ることもできる。この場合、相当する偏光状態を有する照明設定間で、一光パルス中の複数の切り換えまで、高速に切り換えることも可能である。さらに、スキャン工程と同期させた照明設定のゆっくりとした切り換えが可能であり、同時に、例えばスキャン工程と時間的に相関関係をもたせてモジュール２８、２９内またはこれらのモジュールの後にビーム方向に作られた偏光に影響を与える適当な光学要素を用いて、例えば特許文献１０に記載の偏光回転ユニットまたは例えば特許文献７に記載の回転可能なラムダ／２板などを用いて、少なくとも二つの光学モジュール２８、２９内で偏光分布を変更することができる。
【０１２０】
例えば、特許文献１０に示されているような偏光に影響を与える光学要素により、二つのモジュール２８、２９内で偏光特性を非常に高速に切り換えることさえも可能である。このため、本発明は、結像の要件に適応させた強度照明設定及び／又はコントラストおよび分解能について最適にした結像用の投影露光装置の瞳面における空間偏光分布を用いて、例えばスキャン工程中に、ウエハの部分領域のチップ構造または異なるチップ構造の組み合わせを照明するのに融通性をもたらすものである。必要となる照明設定に課される種々の要件のために、以前は一枚のウエハ上では回避されるか、あるいは最大の集積密度によってのみその結像が可能であったチップ構造の組み合わせを本発明が可能にしたため、このことは、チップ製造業者のために、ウエハ上に異なるチップ構造を作る新しい可能性を明るみに出すことになる。
【０１２１】
上述の実施形態によれば、少なくとも二つの光学モジュール２８、２９を用いて、同一の空間偏光分布であってもこれとともに単一の強度照明設定を、つまり、所定の許容範囲内で類似している二つの照明設定を瞳面１２に同じようにもたらすことが可能となる。これは、例えば、スキャン工程中に二つの異なる設定及び／又は異なる偏光状態を用いた二重露光がチップの特定の一部の領域には不適切であると思われる場合、その一部の領域に高いコントラストでチップ構造を結像するのに有益である。
【０１２２】
瞳面１２において同一の照明設定および同一の空間偏光分布を用いて二つの光学モジュール２８、２９を動作させるほかの利点は、図３の切り換え時間の例に従って光パルス中で切り換える際の二つの光学モジュール２８、２９の光学要素にかかるピーク負荷、あるいは図２の切り換え時間の例に従って光パルス間で切り換える際の二つの光学モジュール２８、２９の光学要素にかかる常時負荷が、従来の照明系において同一の偏光分布を用いた同一の照明設定の操作、あるいは二つの光学モジュール２８、２９のうち一つのみにおける照明設定の操作と比較すると、低下しているということである。
【０１２３】
図１８〜２９は、関連のマスク構造を用いて瞳面１２での異なる照明設定を組み合わせた例を示すものである。図１８、１９、２２、２３、２６、２７に示した例は、本発明により実現可能な照明設定から単に小さく選び取ったものである。
【０１２４】
用語「シグマインナー（インナーｓ）」、「シグマアウター（アウターｓ）」、「極線幅（polar width）」を特徴付けのために以下で用いる。この場合、インナーｓについては、照明光強度の１０％が瞳にある瞳半径として定義する。アウターｓについては、この場合、照明光強度の９０％が瞳にある瞳半径として定義する。極線幅については、瞳面で照明される構造の範囲を定める半径間の開口角であり、この開口角で強度がこの構造の最大強度の５０％に低下したものとして定義する。
【０１２５】
図１８は、３５°の極線幅、０．８のインナーｓ、０．９９のアウターｓを有する、Ｘ方向の二重極照明の形状をした照明設定を示すものである。図１９は、３５°の極線幅、０．３のインナーｓ、０．５のアウターｓを有するＹ方向の二重極照明の形状をした別の照明設定を示すものである。図１８の照明設定は、この場合、モジュール２８によって提供でき、図１９の照明設定はモジュール２９によって提供でき、あるいはこの逆も可能である。これらの照明設定を偏光して操作する場合、図１８の照明設定をＹ方向に直線状に偏光させると有益である。図１９の照明設定の偏光方向はこの場合、図１８の照明設定とは対照的に、最大アウターｓが０．５であるために依然適度な角度で光ビームがウエハに達するため、結像コントラストについて重大なものとはならない。
【０１２６】
図２０、２１は、光学モジュール２８、２９によって提供された図１８、１９の照明設定の二重露光または切り換えによりスキャン工程中に良好な結像特性で照明されて結像されるマスク構造を示すものである。図２０のマスク構造は、Ｙ方向の５０ｎｍ幅の延びを有し、Ｘ方向において線の間に５０ｎｍの間隔を有する密集した垂直線の形状をしている。図２１のマスク構造は、１００ｎｍを超える幅を有する水平線および垂直線の形状をしている。後者の場合、線が離れていると述べておく。図２０および図２１の構造の同時結像は、マスクの一方向に重要な構造が、及び、同時に同一方向またはこれに垂直な方向に重要でない構造が、照明によってウエハに転写される典型的な適用である。用語「重要」はこの場合、「投影対物レンズの分解能に重要」という意味で用い、一般に、結像する構造の小さい幅（low width）と同義語である。マスクに、図２０、２１の上述の密集した線及び離れた線を相互に隣接させて形成するかあるいは離して形成するかどうかにより、スキャン工程と相関関係にある、図１８、１９の照明設定の二重露光、切り換え、あるいは二重露光と切り換えとの組み合わせが図２０、２１のマスク構造を結像するのに最適であることが証明されると思われる。図１８の照明設定は、図２０のマスク構造に相当する、密集した線のみを有するマスクの高コントラスト結像に適しており、図１９の照明設定は、図２１のマスク構成に相当する、離れた線のみを有するマスクの高コントラスト結像に適している。
【０１２７】
図２２は、０．８のインナーｓおよび０．９９のアウターｓを有し、Ｘ方向とＹ方向との間の対角線に沿って３５°の極線幅を有する極を有するクェーサー照明（quasar illumination）または四重極照明の形状をした照明設定を示すものである。図２３は、０．３のアウターｓを有する従来の照明の形状をした照明設定を示すものである。図２２の照明設定は、この場合、モジュール２８によって提供され、図２３の照明設定はモジュール２９によって提供され、あるいはこれと逆でもよい。これらの照明設定を偏光して操作する場合、図２２の照明設定を光軸に対して接線方向に直線偏光すると有益である。図１９の照明設定の偏光方向について上で説明したことが、図２３の照明設定の偏光方向に相応に当てはまる。
【０１２８】
図２４、２５は、スキャン工程中に図２２、２３の照明設定の二重露光または切り換えによって提供されるマスク構造を示すものである。これらの構造は、例えば、６５ｎｍの幅を有する重要なコンタクトホール（図２４）および重要でないコンタクトホール（図２５）である。用語「重要」は、これについては、マスク上のコンタクトホールの高充填密度のことを表す。マスクに、上述の図２４の重要なコンタクトホールおよび図２５の重要でないコンタクトホールを相互に隣接して形成するかまたは離して形成するかによって、スキャン工程と相関関係にある、図２２、２３の照明設定の二重露光、切り換え、あるいは二重露光と切り換えとの組み合わせが図２４、２５のマスク構造を結像するのに最適であることが見出されると思われる。図２２の照明設定は、図２４のマスク構造に相当する重要なコンタクトホールのみを有するマスクを高いコントラストで結像するのに適しており、図２３の照明設定は、図２５のマスク構造に相当する重要でないコンタクトホールのみを有するマスクを高いコントラストで結像するのに最も適している。
【０１２９】
図２６は、０．８のインナーｓおよび０．９９のアウターｓでＸ方向の３５°の極線幅を有する極を有するＸ−二重極照明の形状をした照明設定を示すものである。図２７は、０．８のインナーｓおよび０．９９のアウターｓでＹ方向の３５°の極線幅を有する極を有するＹ−二重極照明の形状をした照明設定を示すものである。図２６の照明設定は、この場合モジュール２８によって提供され、図２７の照明設定はモジュール２９によって提供され、あるいはこれと逆であってもよい。これらの照明設定を偏光して操作する場合、図２６の照明設定をＹ方向に直線偏光し、図２７の照明設定をＸ方向に直線偏光すると有益である。
【０１３０】
図２８、２９は、二つのスキャン工程中に、図２６、２７の照明設定を用いて二重露光によって照明される同一のウエハに連続して結像される二つのマスクを示すものである。これらのマスクは、例えば５０ｎｍの幅と、例えば５０ｎｍの線状の間隔とを有する密集した水平構造（図２８）および密集した垂直構造（図２９）である。上記の例とは対照的に、図２８、２９の二つのマスクを結像するためには、照明する同一のウエハに、第１のステップでは図２８のマスクおよび図２６の照明設定を用いてスキャン工程が、第２のステップでは、図２９のマスクおよび図２７の照明設定を用いて第２のスキャン工程が実施される二重露光を実施する。これにより、異なるマスクによって二つの異なる照明が同一のウエハに実行される。このため、異なるマスクを用いたこの二重露光は、マスクを照明するのに用いる照明設定が単に切り換えられるだけの単一のマスクによる二重露光または切り換えとは異なるものである。この場合、二つの個々のマスクを、レチクル面またはマスク面に相互に隣り合わせて配置し、マスクまたはレチクルを保持し操作するための手段２３によってスキャン方向に移動させることができる。この場合、二つの照明間でマスクを複雑に変更する必要がなく、継続して実施される二つのスキャン工程の代わりに単一のスキャン工程で照明する同一のウエハに、マスクを継続して転写することができる。投影露光装置の高いウエハスループットに責任を担う手段２３のスキャンが高速であるために、一スキャン工程のマスクの転写中に二つのマスクの照明設定を高速に切り換える必要がある。原理上は、二つの個々のマスクを同一面に配置することは必須ではない。原理上、二つのマスクを種々の面に配置することもでき、投影露光装置は、光学要素の適切かつ任意の自動調整により種々の面に配置されたマスク間で切り換わる間に適応させられる。
【０１３１】
図１８、１９、２２、２３、２６、２７の上記の照明設定ではいずれも、１ｎｓまでの切り換え時間での図１８、１９、２２、２３、２６、２７の本発明による二つの照明設定を用いたマスクの二重露光または多重露光、あるいは本発明の二つの設定の切り換えにより、二つの設定内で光強度の正確なモニタリングおよび最適化が可能となるため、図２０、２１、２４、２５、２８、２９のマスク構造を用いたスキャン工程中に、照明するウエハ上で最適な構造および構造幅が実現できる。この場合、それぞれ利用される二つの照明設定によって定められる内側および外側の最小照明角度または最大照明角度を変更するために、スキャン工程中に、二つの光学モジュール２８、２９の二つのズームアキシコン群１１、３１を長めの時間尺度で制御することも可能となる。
【０１３２】
光学モジュール２８または光学モジュール２９内でモジュールの光パルスを一部遅延させる光学要素８０を使用すると（図１７を参照）、同一の照明設定または異なる照明設定を用いて、また瞳面１２における同一の偏光分布または異なる偏光分布を用いて少なくとも二つの光学モジュール２８、２９を操作する別の利点が、図３の切り換え時間の例に従った光パルス中の切り換え時に得られる。光学要素８０は、例えば、対応させて折り返した光遅延ライン、少なくとも二つのミラー、あるいは光の伝播時間を延長させるものに相当するものからなる。図３の切り換え時間の例に従った光パルス中の切り換えにより、上述したように、１２ｋＨｚの繰返し数の出力を有するレーザを、例えば６ｋＨｚの繰返し数を有するレーザから作り出すことができる。図１７の光学要素８０はこのため、例えば、照明するレチクル１９に時間的に等間隔の光パルスが到達するように、一方のモジュール２８からの一部の光パルスを他方のモジュールからの一部の光パルスに対して相互に時間的にずらすように、光の伝播時間について、光学モジュール２９の照明光の一部の光パルスを、他方の光学モジュール２８の照明光の他の一部の光パルスに対して一部遅延させる。この場合、光パルスＬ1、Ｌ2は、これらが切り換え時点ｔｓで隔てられる位置で隣接するレーザパルスＬの間隔分、時間的に遅延されるため、切り換えによって発生させたレーザパルス成分Ｌ1、Ｌ2はいずれも、結合要素の後、相互に同一の間隔を置いている。このため、例えば、６ｋＨｚレーザを分割して１２ｋＨｚレーザを形成するだけでなく、例えば、分割された１２ｋＨｚレーザの時間間隔あたりの光量を実際の１２ｋＨｚレーザの時間間隔あたりの光量に実質的に相当するように制御することもできる。スキャン工程中にチップの部分領域のそれぞれに同一の光量を確実に送る必要があるため、これはパルス光源を用いたスキャン工程に重要である。上記のように、二つのモジュール２８、２９をつり合わせながら、つまり、これらの光量で期間内に異なる部分光パルスを用いて及び／又は強度を変えて動作させる場合、二つのモジュール２８、２９からレチクル１９に到達する光パルスの時間的に非等間隔のパルスシーケンスが、光量に関して利益をもたらすことがある。
【０１３３】
二つの光学モジュール２８、２９内あるいはそれ以降の上記の偏光設定は、例えば、図１８、１９、２２、２３、２６、あるいは２７のように、各照明設定について瞳面１２の空間偏光分布の調整について利益をもたらすだけのものではないことに留意が必要である。二つの光学モジュール２８、２９自身、次のレンズ系、レチクル１９、投影対物レンズ２０及び／又は照明するウエハ２４のフォトレジスト層によって変更される一定の偏光状態を維持するのにも有益である。このため、偏光状態が偏光に影響を及ぼす光学要素からウエハ２４への光路で切り換わっても、高いコントラストの結像にそれぞれ必要とされる偏光状態をウエハ２４に送ることが可能である。この空間偏光分布の維持はまた、照明系５、投影対物レンズ２０、レチクル１９という光学要素の光学特性がゆっくりと切り換わることでこれらの光学要素が通過光の偏光状態を変更してしまう場合に、投影露光装置の動作中でのみ有益であることも示すものである。この種のゆっくりとした切り換わりは、例えば、熱ドリフトによって引き起こされる。
【０１３４】
ポッケルスセル８、３９またはカーセルを用いて偏光を切り換えるための代替案として、ファラデー効果に基づいた光磁気切り換えも使用可能である。
【０１３５】
交換可能な光特性として光波長を用いた上述の切り換えまたは分離の代替案として、特許文献１６に記載のラマンセルまたは特許文献１７に記載のブラッグセルを使用してもよい。この目的のために光弾性変調器（ＰＥＭ）などを使用することが、例えば、特許文献１８に記載されている。
【０１３６】
上記の候補の切り換えまたは分離要素の代替案として、上記の選択肢の組み合わせ、特に、少なくとも一つの要素が電気光学または光磁気の原理に基づいて動作するような組み合わせを使用してもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１  マイクロリソグラフィ投影露光装置
２、２’、３６  光源
２ａ  孔あきミラー
３、３’、３８  照明光、光ビーム
４  光軸
５  照明系
６  点
７、３７  ビーム拡大器
８、３９  光特性変換器、ポッケルスセル
９、４０  分離要素、分離用ビームスプリッタ
１０  第１のＤＯＥ
１１  第１のレンズ群
１１ａ、３１ａ  ズーム系
１１ｂ、３１ｂ  アキシコン構成
１２  瞳面、瞳形成面
１３  光学ラスタ要素
１４  結合光学要素
１５  領域面
１６  レチクルマスキング系（ＲＥＭＡ）
１７  マスク面
１８  結像対物レンズ
１９  マスク、レチクル
２０  投影対物レンズ
２１  瞳面
２２  偏向ミラー
２３  レチクルステージ
２４  基板、ウエハ
２５  像平面
２６  ウエハステージ
２７  瞳面
２８  第１の光学モジュール、第１の光学要素
２９  第２の光学モジュール
２９ａ  分離経路
３０  第２のＤＯＥ
３１  第２のレンズ群
３２  二重矢印
３３  偏向ミラー
３４  偏向ミラー
３５  結合要素、結合用ビームスプリッタ
４１  偏光選択性の偏向要素
４２  光路
４３  主制御系、コンピュータ
４４、４６〜５５、６４  信号ケーブル
４５、６３  制御モジュール
５６  表示装置
５７  キーボード
５８、５９  瞳面、瞳形成面
６０  分離要素
６１  軸
６２  回転駆動装置
６５  ミラーマウント
６６  外周壁
６７  ミラー要素
６８  結合要素
６９  ミラーフォイル
７０  ミラー
７１  間隙
７２  偏光変換器
７３  回転式支持体
７４  偏光光学要素、レセプタクル
７５  偏光光学要素、ラムダ／２板
７６  回転軸
８０  光学遅延要素
Ｌ、Ｌ’  照明光パルス、レーザパルス
Ｌ1、Ｌ1’  レーザパルス成分
Ｌ2、Ｌ2’  レーザパルス成分
ｔ1  時間
ｔ2  時間
ｔz  ｔ2−ｔ1
ｔs  切り替え時点
ｔs0  切り替え時点
ｔs1  切り替え時点
ｔs2  切り替え時点
Ｉ1  強度
Ｉ2  強度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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