(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（１０）の照明系であって、
ａ）光路に沿って伝播する投影光を生成するように構成された光源（３０）と、
ｂ）系瞳面（７０）と、
ｃ）各ビーム偏向要素（Ｍij）が、制御信号に応じて可変である偏向角で入射光ビームを偏向するように構成された反射又は透過ビーム偏向要素（Ｍij）のビーム偏向アレイ（４６）であって、該ビーム偏向アレイが、第１の動作モードにおいて前記系瞳面（７０）内の放射照度分布を決めるために使用される該ビーム偏向アレイと、
ｄ）第２の動作モードにおいて前記系瞳面（７０）内の前記放射照度分布を決めるために使用される光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）、特に、回折光学要素と、
ｅ）前記第２の動作モードにおいて前記光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）をそれが前記光路内に挿入されるように保持するように構成された交換ユニット（９４）と、
を含み、
前記光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）は、反射光学ラスタ要素であり、
前記交換ユニットは、前記反射光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）が、それが前記第２の動作モードにおいて前記光路内に挿入された時に前記ビーム偏向アレイ（４６）を覆うように配置される、
ことを特徴とする照明系。
【請求項２】
ミラー（１０１）が前記ビーム偏向アレイ（４６）を覆うように前記第２の動作モードにおいて該ミラー（１０１）を保持するように構成された作動ユニット（１０２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明系。
【請求項３】
前記交換ユニット（９４）は、動作が前記第１のモードから前記第２のモードに切り換えられる時に前記光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を前記光路内に挿入するように構成されたアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明系。
【請求項４】
前記交換ユニットは、複数の異なる光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を含むホルダ（９４）を有し、
前記ホルダは、前記第２の動作モードにおいて前記光学ラスタ要素の１つを前記光路内に挿入するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項５】
前記ホルダは、前記異なる光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を受け取るように構成された回転可能支持ディスク（９２）を含むターレットホルダ（９４）であることを特徴とする請求項４に記載の照明系。
【請求項６】
前記支持ディスク（９２）は、前記第１の動作モードにおいて前記ビーム偏向アレイ（４６）の前に位置決めされた開口（９０）又は凹部を有することを特徴とする請求項１及び請求項５に記載の照明系。
【請求項７】
前記ビーム偏向アレイ（４６）と前記系瞳面（７０）の間に配置され、かつ前記第２の動作モードにおいて該系瞳面（７０）内の前記放射照度分布を変えるように構成された瞳成形ユニット（５８，６２）を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項８】
前記ビーム偏向アレイが照明系から取り外された場合に、照明系を前記第２の動作モードで作動することができるように構成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項９】
マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を作動させる方法であって、
ａ）光路に沿って伝播する投影光を生成する段階と、
ｂ）各ビーム偏向要素（Ｍij）が、制御信号に応じて可変である偏向角で入射光ビームを偏向するように構成された反射又は透過ビーム偏向要素（Ｍij）のビーム偏向アレイ（４６）であって、該ビーム偏向アレイが、第１の動作モードにおいて照明系（１２）の系瞳面（７０）内の放射照度分布を決めるために使用される該ビーム偏向アレイ上に前記投影光を向ける段階と、
ｃ）光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を該光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）が前記系瞳面（７０）内の前記放射照度分布を決めるように前記光路内に挿入することによって第２の動作モードに切り換える段階と、
を含み、
前記ビーム偏向アレイ（４６）は、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り換わる時に前記光路から取り除かれ、
前記光学ラスタ要素（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）は、反射光学ラスタ要素であり、
前記ビーム偏向アレイ（４６）は、それを反射回折光学要素で覆うことによって前記光路から取り除かれる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
段階ａ）の間に前記系瞳面（７０）内の最適化された放射照度分布を判断する段階と、
段階ａ）で判断された前記放射照度分布を生成する光学ラスタ要素を製造する段階と、
前記光学ラスタ要素を前記第２の動作モードで使用する段階と、
任意的に、前記照明系（１２）から前記ビーム偏向アレイ（４６）を取り除く段階と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、マスクを感光面上に結像するマイクロリソグラフィ露光装置の照明系に関する。より具体的には、本発明は、照明系の系瞳面に望ましい放射照度分布を生成するためのミラー又は他のビーム偏向要素のアレイを収容する照明系に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単にリソグラフィとも呼ぶ）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィの工程は、エッチング処理と共に基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜積層体内に特徴部をパターン形成するのに使用される。製作の各層において、最初にウェーハは、深紫外（ＤＵＶ）光、真空紫外（ＶＵＶ）光、又は極紫外（ＥＵＶ）光のような放射線に敏感な材料であるフォトレジストで被覆される。次に、上部にフォトレジストを有するウェーハは、投影露光装置内で投影光に露光される。この装置は、パターンを含むマスクをフォトレジストがこのマスクパターンによって決まるある一定の位置においてのみ露光されるようにフォトレジスト上に投影する。露光の後に、フォトレジストは現像され、マスクパターンに対応する像が生成される。その後に、エッチング処理が、パターンをウェーハ上の薄膜積層体内に転写する。最後に、フォトレジストが除去される。異なるマスクを用いたこの工程の繰返しにより、多層微細構造化構成要素がもたらされる。
【０００３】
一般的に、投影露光装置は、マスクを照明するための照明系と、マスクを整列させるためのマスク台と、マスクをフォトレジスト上に結像するための投影対物系と、フォトレジストで被覆されたウェーハを整列させるためのウェーハアラインメント台とを含む。
【０００４】
微細構造デバイスを製造するための技術が進歩する時に、照明系に対して絶えず高まる要求が存在する。理想的には、照明系は、マスク上の照明視野の各点を明確に定められた放射照度分布及び角度分布を有する投影光で照明する。角度分布という用語は、マスク平面内の特定の点に向けて収束する光束の全光エネルギが、光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。
【０００５】
マスク上に入射する投影光の角度分布は、通常は、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適応される。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場合がある。最も一般的に使用される投影光の角度分布を従来照明設定、輪帯照明設定、二重極照明設定、及び四重極照明設定と呼ぶ。これらの用語は、照明系の系瞳面内の放射照度分布を意味する。例えば、輪帯照明設定では、瞳面内で環状領域のみが照明される。従って、投影光の角度分布において小さい角度範囲しか存在せず、それによって全ての光線は、マスク上に類似の角度で傾斜して入射する。
【０００６】
望ましい照明設定を得るためにマスク平面内の投影光の角度分布を修正するための異なる手段は公知である。最も簡単な場合には、１つ又はそれよりも多くの開口を含む絞り（遮光器）が、照明系の瞳面に位置決めされる。系瞳面内の位置は、マスク平面のようなフーリエ関係視野平面内の角度に変換されるので、瞳面内の開口のサイズ、形状、及び位置は、マスク平面内の角度分布を決める。しかし、光源によって生成される光のかなりの部分が絞りによって吸収される。この部分は、レジストの露光に寄与することができず、それによって装置の低い収量がもたらされる。更に、照明設定のいずれの変更も、絞りの交換を必要とする。この交換は、若干異なるサイズ、形状、又は位置を有する非常に多数の絞りを必要とすることになるので、最終的に照明設定を調節することが困難になる。
【０００７】
従って、多くの一般的な照明系は、瞳面の照明を連続的に変化させることを少なくともある一定の程度まで可能にする調節可能な要素を含む。従来、この目的で、ズーム対物系と１対のアキシコン要素とを含むズームアキシコン系が使用されている。アキシコン要素は、片側に円錐面を有し、通常は反対側が平面である屈折レンズである。一方が凸円錐面を有し、他方が補完的な凹円錐面を有する１対のそのような要素を設けることにより、光エネルギを半径方向にシフトさせることができる。このシフトは、アキシコン要素の間の距離の関数である。ズーム対物系は、瞳面内の照明区域のサイズを変更することを可能にする。
【０００８】
そのようなズームアキシコン系は、従来的かつ輪帯の照明設定しか生成することができない。他の照明設定、例えば、二重極照明設定又は四重極照明設定では、付加的な絞り又は光学ラスタ要素が必要である。光学ラスタ要素は、その面上の各点において、ある一定の照明区域に遠視野において対応する角度分布を生成する。多くの場合に、そのような光学ラスタ要素は、回折光学要素として、特にコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として達成される。そのような要素を瞳面の前に位置決めし、これらの間にコンデンサーレンズを配置することにより、系瞳面内にほぼあらゆる任意の強度分布を生成することができる。コンデンサーは、可変焦点距離を有するようにズーム光学系によって形成することができる。更に、光学ラスタ要素によって生成された照明分布を少なくとも限られた程度まで変更するために、付加的なアキシコン系を使用することができる。
【０００９】
しかし、ズームアキシコン系は、照明設定の限られた調節可能性しか提供しない。例えば、四重極照明設定の１対の反対極の間の距離を他方の極対にも影響を与えることなく変更することはできない。この目的のためには、瞳面内のこの特定の強度分布に向けて特別に設計された別の光学ラスタ要素を用いなければならない。そのような光学ラスタ要素の設計、生産、及び輸送は時間を消費する高価の工程であり、従って、瞳面内の光強度分布を投影露光装置のオペレータの要件に適応させる柔軟性が殆どない。
【００１０】
マスク平面内で異なる角度分布を生成する柔軟性を高めるために、瞳面を照明するミラーアレイを使用することが最近になって提案されている。
【００１１】
ＥＰ  １  ２６２  ８３６  Ａ１では、ミラーアレイが、１０００個を超える微細ミラーを含むマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）として達成される。ミラーの各々は、互いに対して垂直な２つの異なる平面内で傾斜させることができる。従って、そのようなミラーデバイス上に入射する放射線をあらゆる望ましい（実質的に）半球方向に反射させることができる。ミラーアレイと瞳面の間に配置されたコンデンサーレンズは、ミラーによって生成された反射角を瞳面内の位置に変換する。この公知の照明系は、各々が１つの特定の微細ミラーに関連付けられ、このミラーを傾斜させることによって系瞳面にわたって自由に移動させることができる複数の円形スポットで瞳面を照明することを可能にする。
【００１２】
類似の照明系が、ＵＳ  ２００６／００８７６３４  Ａ１、ＵＳ  ７，０６１，５８２  Ｂ２、及びＷＯ  ２００５／０２６８４３  Ａ２から公知である。ＥＵＶ照明系における同じ目的で、傾斜可能ミラーのアレイが同様に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＥＰ  １  ２６２  ８３６  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ  ２００６／００８７６３４  Ａ１
【特許文献３】ＵＳ  ７，０６１，５８２  Ｂ２
【特許文献４】ＷＯ  ２００５／０２６８４３  Ａ２
【特許文献５】ＷＯ  ２００８／０９５６９５  Ａ２
【特許文献６】ＷＯ  ２００５／０７８５２２  Ａ
【特許文献７】ＵＳ  ２００４／００３６９７７  Ａ１
【特許文献８】ＵＳ  ２００５／００１８２９４  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、系瞳面内の放射照度分布の生成に関して更に改善された柔軟性を有する照明系を提供することである。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、系瞳面内の放射照度分布の生成に関して改善された柔軟性を与える照明系を作動させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明により、照明系に関する上述の目的は、光路に沿って伝播する投影光を生成するように構成された光源を含む照明系によって達成される。照明系は、反射ビーム偏向要素又は透過ビーム偏向要素のビーム偏向アレイを更に含み、各ビーム偏向要素は、制御信号に応じて可変である偏向角で入射光ビームを偏向するように構成される。ビーム偏向アレイは、第１の動作モードにおいて照明系の系瞳面内の放射照度分布を決めるために使用される。照明系は、第２の動作モードにおいて系瞳面内の放射照度分布を決めるために使用される反射光学ラスタ要素又は透過光学ラスタ要素、特に回折光学要素を更に含む。光学ラスタ要素が光路内に挿入されるように第２の動作モードにおいて光学ラスタ要素を保持するように構成された交換ユニットが設けられる。
【００１７】
すなわち、本発明の照明系は、両方の従来技術手法の利点、すなわち、系瞳面内に望ましい放射照度分布を生成するための一方で光学ラスタ要素の使用、及び他方でビーム偏向アレイの使用の利点を組み合わせる。照明系は、第１の動作モードにおいてビーム偏向アレイが系瞳面内の放射照度分布を決めるように作動させることができる。オペレータが光学ラスタ要素をこの目的に使用することを望む場合には、オペレータは、ビーム偏向アレイではなく、光学ラスタ要素が、系瞳面内の放射照度分布を決めるように、光学ラスタ要素を光路内に挿入することによって第２の動作モードに切り換えることができる。
【００１８】
単一の照明系における両方の手法の組合せは、冗長性を与えるという利点を更に有する。ビーム偏向アレイの製造及び制御は複雑な作業であることが見出されているので、この冗長性は、そのようなアレイの使用に関して特に重要である。例えば、ミラーアレイの場合には、各個々のミラーの傾斜角を実時間条件の下で非常に正確に制御しなければならず、この制御は、ハードウエアレベル及び同じくソフトウエアレベルの両方において実質的な労力を必要とする。ミラーアレイの単一のミラー又はミラーアレイ全体が故障した場合には、オペレータは、レジストを露光するために装置を依然として使用することができるように、第２の動作モードに切り換えることができる。
【００１９】
その一方、投影露光装置の多くのオペレータは、系瞳面内の放射照度分布の修正をある程度まで可能にする交換可能な回折光学要素及びズームアキシコン系を含む従来の照明系を用いて蓄積された相当量の経験を有する。少なくとも従来の照明設定では、この従来手法は非常に良好に機能し、信頼性が高い。従って、本発明による照明系は、これまでオペレータによって使用されてきたものと同じか又は類似の回折光学要素を使用するという要件を満たす。従って、少なくともある一定の照明設定においては、照明系が、第２の動作モードにおいて作動される場合に、回折光学要素を用いてそれまでに得られた経験を有利に使用することができる。
【００２０】
系瞳面は、この面内の放射照度分布が、照明されるマスクを配置することができるそれに続くマスク平面内の角度分布に変換されるという性質を有する面（通常は平面）として定められる。通常、この特性は、一方で系瞳面及び他方でマスク平面の間のフーリエ関係を含む。
【００２１】
本出願の関連では、光学ラスタ要素は、複数の微細構造を含む光学要素と考えられる。光学ラスタ要素の主な特性は、入射する（特に平行な）光ビームから、微細構造の配列によって決まる特定の角度分布を有する光ビームを生成することである。従って、光学ラスタ要素は発散を導入する。
【００２２】
反射光学ラスタ要素は、例えば、軸対称又は回転対称の形状を有することができる複数のマイクロミラーを含むことができる。反射光学ラスタ要素が反射回折光学ラスタ要素、特に反射コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）である場合には、望ましい角度光分布の生成に関してより高い柔軟性を得ることができる。そのような要素は、反射光がほぼあらゆる望ましい角度光分布（すなわち、光強度と光方向の間の関係）を有するように設計することができる。
【００２３】
透過光学ラスタ要素は、例えば、複数の軸対称又は回転対称のマイクロレンズを含むことができる屈折光学要素として構成することができる。反射光学ラスタ要素の場合と同様に、透過光学ラスタ要素が、例えば、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として構成された回折型のものである場合には、望ましい角度光分布の生成に関してより高い柔軟性を得ることができる。
【００２４】
光学ラスタ要素は、第２の動作モードにおいてアレイの前方に挿入される付加的なミラーを用いて遮蔽することにより、第２の動作モードにおいて光路から排除することができる。
【００２５】
代替的実施形態では、いかなる付加的なミラーも必要とされない。その代わりに反射光学ラスタ要素が使用され、交換ユニットは、反射光学ラスタ要素が第２の動作モードにおいて光路内に挿入された場合に、反射光学ラスタ要素がビーム偏向アレイを覆うように配置される。この場合ビーム偏向アレイは、光学ラスタ要素によって遮蔽される。ビーム偏向アレイがミラーアレイである場合には、第２の動作モードにおいて反射光学ラスタ要素がミラーアレイに実質的に置き換わる。
【００２６】
光学ラスタ要素が透過型のものである場合には、光学ラスタ要素は、ビーム偏向アレイを遮蔽することができない。ビーム偏向アレイの遮蔽を提供する上で最も有効な手法は、第２の動作モードにおいてあるミラーを保持し、それによってこのミラーがビーム偏向アレイを覆うように構成された作動ユニットを使用することである。
【００２７】
代替的実施形態により、ビーム偏向アレイは、第２の動作モードにおいて光路から遮蔽によって排除されない。代わりに、ビーム偏向要素が透過型のものである場合に、ビーム偏向要素は、アレイが、単純な屈折要素（平行平面板等）の効果を実質的に有するように制御される。ビーム偏向要素がミラーである場合には、アレイが、単純な（好ましくは、平面の）ミラーの効果を実質的に有するように、これらのミラーを傾斜させることができる。この実施形態では、投影光は、光学ラスタ要素上に入射する前にビーム偏向アレイを通過するか又はそこから反射される。好ましくは、ビーム偏向要素は、光学ラスタ要素が均一に照明されるように制御される。この別の実施形態の欠点は、ビーム偏向アレイが故障した場合に、照明系が、第１の動作モードにおいても、また第２の動作モードにおいても作動させることができない点である。
【００２８】
最も単純な場合には、第１の動作モードから第２の動作モードに切り換えることが望ましい時に、オペレータは、光学ラスタ要素を光路内に手動で挿入する。この場合、交換ユニットは、光学ラスタ要素が手動で挿入される一種のフレームによって単純に形成することができる。照明系の密封ケーシングを開放するのを回避するために、光路内への光学ラスタ要素の手動挿入において適切な装備を使用することができる。
【００２９】
好ましい実施形態では、交換ユニットは、動作が第１のモードから第２のモードに切り換えられる時に光学ラスタ要素を光路内に挿入するように構成されたアクチュエータを含む。この場合、いかなる手動介入も不要である。その代わりにオペレータは、動作モード間で変更を行う上で単純にソフトウエア制御を使用することができる。
【００３０】
別の実施形態では、交換ユニットは、複数の異なる光学ラスタ要素を含むホルダを含む。ホルダは、第２の動作モードにおいて光学ラスタ要素のうちの１つを光路内に挿入するように構成される。
【００３１】
適切なホルダは、異なる光学ラスタ要素を受け取るように構成された回転可能支持ディスクを含むターレットホルダとして構成することができる。この場合、オペレータは、ホルダ内に受け取られる１組の光学ラスタ要素から望ましい光学ラスタ要素を選択することができる。ホルダが、モータ又は別の種類のアクチュエータを用いて作動される場合には、手動で介入する必要なく照明設定を迅速に変更することができる。
【００３２】
支持ディスクは、第１の動作モードにおいてビーム偏向アレイの前に位置決めされる開口又は凹部を含むことができる。光学ラスタ要素が反射型のものである場合には、第２の動作モードに切り換える時に、ホルダは、反射光学ラスタ要素のうちの１つがビーム偏向アレイを覆い、従って、系瞳面内に望ましい放射照度分布を生成するというその機能を引き継ぐように移動されることになる。
【００３３】
光学ラスタ要素によって系瞳面内に生成される放射照度分布を変更することを可能にするために、照明系は、ビーム偏向アレイと系瞳面の間に配置され、かつ第２の動作モードにおいて系瞳面内の放射照度分布を変更するように構成された瞳成形ユニットを含むことができる。そのような瞳成形ユニットは、ズーム対物系、及び／又は１対のアキシコン要素、及びこのアキシコン要素の間の距離を光軸に沿って変更するためのマニピュレータを含むことができる。通常、アキシコン要素は、接触状態にある場合は平行平面板の効果しか持たない。
【００３４】
一実施形態では、照明系は、ビーム偏向アレイが照明系から完全に取り外された場合に、（依然として）第２の動作モードで作動させることができるように構成される。この実施形態では、系瞳面内の最適化された放射照度分布（すなわち、照明設定）を決めるためにのみビーム偏向アレイを使用することができる。しかし、第２の動作モードでは通常の投影作動が行われる。この第２のモードでは、系瞳面内に、ビーム偏向アレイを用いて予め最適化された放射照度分布を生成するように製造された回折光学要素又は別の種類の光学ラスタ要素が使用される。その結果、ビーム偏向アレイを照明系から取り除き、同じ種類の別の投影露光装置の照明系内に設置することができる。
【００３５】
反射偏向要素は、少なくとも１つの傾斜軸の回りに傾斜させることができるミラーによって形成することができる。好ましくは、ミラーは、系瞳面上のほぼあらゆる任意の位置の方向に入射光ビームを向けることができるように、２つの直交傾斜軸の回りに傾斜させることができる。
【００３６】
透過ビーム偏向要素は、電気光学要素又は音響光学要素によって形成することができる。そのような要素では、適切な材料をそれぞれ電界又は超音波に露出することによって屈折率を変更することができる。これらの効果は、入射光を様々な方向に向ける屈折率格子を製造するのに利用することができる。
【００３７】
方法システムに関しては、上述の目的は、本発明により、ａ）光路に沿って伝播する投影光を生成する段階と、ｂ）各ビーム偏向要素が制御信号に応じて可変である偏向角で入射光ビームを偏向するように構成された反射ビーム偏向要素又は透過ビーム偏向要素のビーム偏向アレイであって、ビーム偏向アレイが、第１の動作モードにおいて照明系の系瞳面内の放射照度分布を決めるために使用されるビーム偏向アレイ上に投影光を向ける段階と、ｃ）ビーム偏向アレイではなく、光学ラスタ要素が系瞳面内の放射照度分布を決めるように、光学ラスタ要素を光路内に挿入することによって第２の動作モードに切り換える段階とを含む方法によって達成される。
【００３８】
本発明による照明系に関する上述の注釈が相応に適用される。
【００３９】
第１の動作モードから第２の動作モードに切り換える時に、ビーム偏向アレイが光路から取り除かれる場合には、ビーム偏向アレイが故障したとしても、第２の動作モードにおいて照明系を作動させることができる。
【００４０】
しかし、光路からのビーム偏向アレイの排除は、ビーム偏向アレイがそのように移動されるか、又は光路を経路変更すべきであることを必ずしも意味しない。ミラーを用いてビーム偏向アレイを覆うことで十分である場合がある。光学ラスタ要素が反射型のものである場合には、光学ラスタ要素をそのような覆いミラーの代わりに使用することができる。
【００４１】
一実施形態では、本方法は、系瞳面内の最適化された放射照度分布を段階ａ）の間に判断する段階と、段階ａ）で判断された放射照度分布を生成する光学ラスタ要素を生成する段階と、第２の動作モードにおいて光学ラスタ要素を使用する段階と、任意的に、照明系からビーム偏向アレイを取り除く段階とを含む。
【００４２】
本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面と関連して以下に続く詳細説明を参照することによってより容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による投影露光装置の大幅に簡略化した斜視図である。
【図２】図１に示す投影露光装置に収容される照明系を通る子午断面図である。
【図３】図２の照明系内に含まれるミラーアレイの斜視図である。
【図４】複数の反射回折光学要素を受け取るターレットホルダの支持ディスク上の上面図である。
【図５】第１の動作モードにおいて得られる系瞳面内の第１の例示的な放射照度分布の図である。
【図６】第２の動作モードにおいて得られる系瞳面内の第２の例示的な放射照度分布の図である。
【図７】第２の動作モードにある図２に示す照明系を通る子午断面図である。
【図８】図１に示す装置に対して使用するのに同様に適する本発明による照明系の代替的実施形態を通る子午断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
Ｉ．投影露光装置の一般的な構造
図１は、投影光ビームを生成するための照明系１２を含む投影露光装置１０の非常に簡略化した斜視図である。投影光は、微細構造１８を含むマスク１６上で視野１４を照明する。この実施形態では、照明視野１４は、近似的にリングセグメントの形状を有する。しかし、他の例えば矩形の照明視野１４の形状も考えられている。
【００４５】
投影対物系２０は、照明視野１４内の構造１８を基板２４上に堆積させた感光層２２、例えば、フォトレジスト上に結像する。シリコンウェーハによって形成することができる基板２４は、感光層２２の上面が、投影対物系２０の像平面に精密に位置するようにウェーハ台（図示せず）上に配置される。マスク１６は、マスク台（図示せず）を用いて投影対物系２０の物体平面に位置決めされる。投影対物系２０は、｜β｜≦１である倍率βを有するので、照明視野１４内の構造１８の縮小像１４’が感光層２２上に投影される。
【００４６】
投影中に、マスク１６及び基板２４は、Ｙ方向と一致する走査方向に沿って移動される。従って、照明視野１４は、照明視野１４よりも大きい構造化された区域を連続して投影することができるようにマスク１６上で走査を行う。多くの場合にそのような種類の投影露光装置を「ステップアンドスキャン装置」又は単に「スキャナ」と呼ぶ。基板２４の速度とマスク１６の速度の間の比は、投影対物系２０の倍率に等しい。投影対物系２０が像を反転させる場合には、マスク１６と基板２６とは反対方向に移動し、図１には、これを矢印Ａ１とＡ２で示している。しかし、本発明は、マスク１６及び基板２４がマスクの投影中に移動しないステッパツールに対して使用することもできる。
【００４７】
図示の実施形態では、照明視野１４は、投影対物系２０の光軸２６を中心として位置しない。そのような変形照明視野１４は、ある一定の種類の投影対物系２０において必要である場合がある。他の実施形態では、照明視野１４は、光軸２６を中心として位置する。
【００４８】
本発明を同様に適用することができるＥＵＶ投影露光装置は、同じ基本構造を有する。しかし、ＥＵＶ放射線に対して透過性を有するいかなる光学材料も存在しないので、ミラーのみが光学要素として使用され、同様にマスクも反射型のものである。
【００４９】
ＩＩ．照明系の一般的な構造
図２は、図１に示している照明系１２を通るより詳細な子午断面図である。明瞭化のために、図２の図は大幅に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ごく少数の光学要素のみで表すことを意味する。現実には、これらのユニットは、かなり多くのレンズ及び他の光学要素を含む場合がある。
【００５０】
照明系１２は、ハウジング２８、及び図示の実施形態ではエキシマレーザ３０として達成される光源を含む。エキシマレーザ３０は、約１９３ｎｍの波長を有する投影光を放出する。他の種類の光源及び他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。
【００５１】
図示の実施形態では、エキシマレーザ３０によって放出された投影光は、ビーム拡大ユニット３２に入射し、そこで光ビームは、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３２は、図２に示している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を含むことができる。投影光は、ビーム拡大ユニット３２から実質的に平行なビーム３４として射出される。他の実施形態では、このビームは、有意な発散を有する場合がある。平行ビーム３４は、照明系１２の全体寸法を短縮するために設けられた平面折り返しミラー３６上に入射する。
【００５２】
折り返しミラー３６からの反射の後に、ビーム３４は、マイクロレンズ４０のアレイ３８上に入射し、次に、第１の動作モードでは、下記の第ＩＩＩ節により詳細に説明するターレットホルダ９４の支持ディスク９２内に設けられた開放開口９０を今度は部分ビーム束として通過する。マイクロレンズ４０の後焦点面内又はその近くに、ミラーアレイ４６が配置される。以下により詳細に説明するように、ミラーアレイ４６は、好ましくは、互いに垂直に整列した２つの傾斜軸によって互いに独立して傾斜させることができる複数の小さい個々のミラーＭijを含む。ミラーＭijの合計数は、１００を超えるか、又は更には数１０００を超えるとすることができる。ミラーＭijの反射面は平面とすることができるが、付加的な反射力が望ましい場合は曲面とすることができる。それとは別に、ミラー面は、回折構造を支持することができる。この実施形態では、ミラーＭijの数は、マイクロレンズアレイ３８内に含まれるマイクロレンズ４０の数に等しい。従って、各マイクロレンズ４０は、収束する光束をミラーアレイ４６の１つのミラーＭij上に誘導する。
【００５３】
個々のミラーＭijの傾斜移動は、照明系１２の全体系制御器５２に接続したミラー制御ユニット５０によって制御される。ミラーＭijの望ましい傾斜角を設定するのに使用されるアクチュエータが、ミラー制御ユニット５０から制御信号を受け取り、各個々のミラーＭijが、この制御信号に応じて可変である反射角で入射光線を反射することを可能にする。図示の実施形態では、個々のミラーＭijを配向することができる連続する傾斜角度範囲が存在する。他の実施形態では、アクチュエータは、限られた数の個別の傾斜角しか設定することができないように構成される。
【００５４】
この実施形態では、ミラーアレイ４６とミラー制御ユニット５０は、共同でミラーアレイモジュール５１を形成する。ミラーアレイ４６に密接に関連する付加的な構成要素、例えば、ＷＯ  ２００８／０９５６９５  Ａ２に開示されているミラーＭijの傾斜角を測定するのに使用される測定システムをミラーモジュール５１の一部とすることができる。モジュール５１は、照明系１２から単一のユニットとして簡単に取り除くことができ、後のある時点で照明系１２内に再度簡単に設置することができるように照明系１２のハウジング２８内に受け取られる。これは、適切な機械的装着技術を使用する段階、及びモジュール５１を簡単に分離及び接続することができる全体系制御器５２に接続するために例えば電気的コネクタを設ける段階を伴う場合がある。
【００５５】
図３は、簡略化の目的で僅かに８×８＝６４個のミラーＭijを含むミラーアレイ４６の斜視図である。マイクロレンズ４０によって生成され、ミラーアレイ４６上に入射する部分ビーム５４ａは、ミラーＭijの傾斜角によって決まる異なる方向に反射される。この概略的な図では、特定のミラーＭ35が、別のミラーＭ77に対して２つの傾斜軸５６ｘ、５６ｙの回りに傾斜され、ミラーＭ35及びＭ77によってそれぞれ反射される部分ビーム５４ｂ、５４ｂ’が異なる方向に反射されると仮定している。
【００５６】
再度図２を参照すると、この実施形態による照明系１２は、可変焦点距離を有するズーム対物系５８を更に含む。図２には、簡略化の目的でズーム対物系５８を単一のレンズだけによって表しており、ズーム対物系５８は、双方向矢印６０で示しているように、照明系１２の光軸２６に沿って変位させることができる。
【００５７】
ズーム対物系５８の背後に、対向する円錐面を有するアキシコン要素６４、６６の対６２が配置される。両方のアキシコン要素６４、６６が直接に接触している場合には、アキシコン対６２は平行平面板の効果しか持たない。図２に双方向矢印６９で示しているように、両方のアキシコン要素６４、６６が分離される場合には、アキシコン要素６４、６６の間の間隔は、光エネルギの半径方向に外向きのシフトを引き起こす。アキシコン要素は、それ自体が当業技術で公知であるから、ここではこれらの要素に対してより詳細には説明しないことにする。
【００５８】
参照番号７０は、照明系１２の系瞳面を表す。系瞳面７０内の放射照度分布は、マスク１４上に入射する光の角度分布を実質的に定める。系瞳面７０は、通常は、平面又はいくらかの曲面であり、図示の実施形態では、複数の２次光源を生成する光学インテグレーター７２内又はその直近に配置される。光学インテグレーター７２は、一般的に光学ラスタ要素によって形成され、この実施形態では、この光学ラスタ要素は、各々が平行円柱マイクロレンズの２つの直交アレイを含む２つの基板７４、７６を含むフライアイレンズとして構成される。他の構成の光学インテグレーター、例えば、回転対称面を有するが、矩形の境界を有するマイクロレンズのアレイを含むインテグレーターも考えられている。光学インテグレーター７２として適する様々な種類の光学ラスタ要素が説明されているＷＯ  ２００５／０７８５２２  Ａ、ＵＳ  ２００４／００３６９７７  Ａ１、及びＵＳ  ２００５／００１８２９４  Ａ１を参照されたい。
【００５９】
光学インテグレーター７２は、光線と照明系１２の光軸２６との間に形成される角度の範囲を拡大する。系瞳面７０内の角度分布は、それに続く視野平面内の強度分布に直接に変換されるので、光学インテグレーター７２は、マスク１６上の照明視野１４のアスペクト比を決める。光学インテグレーター７２は、角度範囲をＹ方向よりもＸ方向において大幅に拡大するので、照明視野１４は、Ｙ方向（すなわち、走査方向）よりもＸ方向に沿って大きい寸法を有する。
【００６０】
光学インテグレーター７２によって生成される２次光源から射出する投影光は、図２では簡略化の目的のために単一のレンズだけで表すコンデンサー７８に入射する。コンデンサー６２は、系瞳面７０と、視野絞り８２が配置されたそれに続く中間視野平面８０との間のフーリエ関係を保証する。コンデンサー７８は、２次光源によって生成された光ビームを中間視野平面８０内で重ね合わせ、それによって中間視野平面８０の非常に均一な照明が得られる。視野絞り８２は、複数の可動ブレードを含むことができ、マスク１６上の照明視野１４の鮮明な縁部（少なくともＹ方向に沿って延びるもの）を保証する。
【００６１】
視野絞り対物系８４は、中間視野平面８０と、マスク１６が配置されたマスク平面８６との間の光学共役性を提供する。従って、視野絞り８２は、視野絞り対物系８４によってマスク１６上に結像される。
【００６２】
本発明の範囲に依然として入る様々な代替的実施形態が現時点で考えられることを十分に理解すべきである。
【００６３】
例えば、ミラーアレイ４６は、偏向構造上に入射する光線を様々な方向に向けることを可能にするあらゆる他の偏向構造によって置換することができ、これらの方向は、適切な制御信号の印加時に構造の異なる部分において個別に変更することができる。そのような別の構造は、例えば、電気光学要素又は音響光学要素を含むことができる。そのような要素では、適切な材料をそれぞれ超音波又は電界に露出することによって屈折率を変更することができる。これらの効果は、入射光を様々な方向に誘導する屈折率格子を製造するのに利用することができる。
【００６４】
当然ながら、ズーム対物系６０及び／又はアキシコン要素６４、６６の対６２を完全に省くことができる。フライアイレンズ７２は、幾何学的光学流束を拡大するあらゆる他の光学ラスタ要素、例えば、回折光学要素によって置換することができる。フライアイレンズの代わりの光混合ロッドの使用も考えられている。更に、少なくとも１つの方向に鮮明な縁部を有する照明視野１４を有する必要がない場合には、マスク１６を視野平面８０内に直接に位置決めすることができる。また、最初に視野が、次に、瞳が成形される照明系が現在考えられている。
【００６５】
ＩＩＩ．ターレットホルダ−動作モード
以下では、図２から図７を参照して、ターレットホルダ９４の構成及び機能をより詳細に説明する。
【００６６】
ターレットホルダ９４は、図示の実施形態では、支持ディスク９２が固定された軸９８を駆動する電気モータ９６を含む。従って、支持ディスク９２は、モータ９６を用いて軸９８の回りに回転させることができる。この実施形態では、図４の上面図にも示している支持ディスク９２は、異なる反射回折光学要素１００ａ、１００ｂ、及び１００ｃを受け取るように構成された複数の開口を含む。反射回折光学要素１００ａ、１００ｂ、１００ｃの各々は、投影光によって照明されると異なる角度光分布を生成する。開口は、回折光学要素１００ａ、１００ｂ、１００ｃをガイド構造に沿って挿入し、回転する支持ディスク９２にロックするか又はその他の方法で固定することができるように構成することができる。９０で表す開口のうちの１つは、投影光が、遮蔽されることなく開放開口９０を通過することができるように開放のままに保たれる。
【００６７】
図２に示している第１の動作モードでは、支持ディスク９２は、上述のように、開放開口９０がミラーアレイ４６の直ぐ上に配置されるように回転される。従って、マイクロレンズアレイ３８のマイクロレンズ４０によって生成される部分ビームは、支持ディスク９２によって阻害されずにミラーアレイ４６のミラーＭij上に入射することができる。従って、系瞳面７０内の放射照度分布は、主にミラーＭijの向きによって決まる。この第１の動作モードでは、反射回折光学要素１００ａ、１００ｂ、１００ｃのいずれも光路内に挿入されない。
【００６８】
図５は、ミラーアレイ４６を用いて系瞳面７０内に生成することができる例示的な放射照度分布を略示している。明らかなように、放射照度分布は、一方で反対極Ｐ１、Ｐ２の対及び他方でＰ３、Ｐ４が異なる幾何学形状及びサイズを有する点で、標準の四重極設定とは異なる特別仕様の四重極照明設定に対応する。装置１０のオペレータがこの照明設定を若干修正することを望む場合には、この修正は、ミラーＭijの少なくとも一部の向きを変更することによって簡単に達成することができる。
【００６９】
図６は、標準の四重極照明設定に対応する系瞳面７０内の別の放射照度分布を示している。全ての極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４は、等しい幾何学形状及びサイズを有し、系瞳面７０内に４回対称で配置される。この照明設定又は少なくとも非常に類似する照明設定は、ミラーアレイ４６を用いて生成することができるが、それにも関わらず、装置１０のオペレータは、系瞳面７０内にこの放射照度分布をミラーアレイ４６を用いてではなく、反射回折光学要素１００ａ、１００ｂ、又は１００ｃのうちの適切な１つを使用することによって生成することを望む場合がある。そうすることの理由は、オペレータが、この特定の回折光学要素１００ａ、１００ｂ、又は１００ｃを過去に非常に首尾良く用いており、この放射照度分布をミラーアレイ４６を用いて生成される類似の放射照度分布によって近似する準備が整っていないことであるとすることができる。
【００７０】
図６に示している放射照度分布を回折光学要素を用いて生成することへの別の動機付けは、例えば、保守作業の理由からミラーアレイ４６を利用することができないことであるとすることができる。この場合、ミラーアレイ４６を一時的に使用することができなくても、装置１０の作動を継続させることができる。
【００７１】
オペレータが、系瞳面７０内に放射照度分布を生成するのにミラーアレイ４６の代わりに回折光学要素１００ａ、１００ｂ、１００ｃのうちの１つを使用することを望む場合には、オペレータは、望ましい回折光学要素１００ａ、１００ｂ、１００ｃが、ミラーアレイ４６の直前に位置決めされるまで、例えば、ソフトウエア制御手段を用いてターレットホルダ９４のモータ９６に支持ディスク９２を回転させることにより、第２の動作モードに切り換えることができる。
【００７２】
図７は、第２の動作モードにある照明系１２を示している。今度は選択された回折光学要素、この場合１００ｂは、ミラーＭijを完全に覆うように位置決めされる。回折光学要素１００ａ、１００ｂ、及び１００ｃは反射型のものであるから、いかなる投影光もミラーＭij上にもはや入射することができず、その結果、ミラーアレイ４６は光路から実質的に取り除かれる。その代わりに、回折光学要素１００ｂが光路内に挿入され、機能に関してミラーアレイ４６を実質的を置換する。この場合、系瞳面内の放射照度分布は、主に、光路内に挿入された回折光学要素１００ｂによって生成される角度分布によって決まる。回折光学要素１００ｂが、マイクロレンズアレイ３８によって生成される複数の部分ビームによってではなく、単一の均一な光ビームによって照明されることになることが望ましい場合には、アクチュエータ（図示せず）を用いてマイクロレンズアレイ３８を光路から取り除くことができる。
【００７３】
系瞳面７０内の放射照度分布を修正するためには、ズーム対物系５８及び／又はアキシコン要素６４、６６の対６２を使用することができる。これらの構成要素を使用すると、例えば、図６に示している極Ｐ１からＰ４の位置及び／又はサイズを修正することができる。
【００７４】
オペレータが、別の標準照明設定、例えば、二重極照明設定を生成することを望む場合には、他の回折光学要素１００ａ又は１００ｃのうちの１つを光路内に挿入するようにターレットホルダ９４を再度作動させることができる。
【００７５】
第２の動作モードでは、ミラーアレイモジュール５１は、もはや必要とされない。従って、ミラーアレイモジュール５１を照明系１２から取り除くことができ、モジュール５１を受け取るように準備された別の照明系１２内に使用することができる。
【００７６】
それによって投影露光装置１０を作動させるための新しい手法が開かれる。すなわち、特定のマスク１６に対して最適化された照明設定を判断するという目的のみからミラーアレイ４６を第１の動作モードに使用することができる。この最適化された照明設定が判断されると、ミラーアレイ４６を用いて所定のこの照明設定と同じ照明設定を生成する回折光学要素が製造される。その結果、回折光学要素も、特定のマスク１６に対して最適化される。
【００７７】
この場合、照明系１２は、回折光学要素を用いた第２の動作モードでのみ作動される。ミラーアレイモジュール５１は、もはや必要とされず、別の投影露光装置１０の照明系内に設置することができ、この照明系において異なるマスクに最適化された照明設定を求めるために使用される。投影露光装置において別のマスクを投影される場合には、新しいマスクに完全に適応した新しい照明設定をミラーアレイ４６を用いて判断することができるように、ミラーアレイモジュール５１を再度設置することができる。その後に、この新しい照明設定を生成する別の回折光学要素が製造され、以降同様に続く。
【００７８】
ＩＶ．代替的実施形態
ａ）透過光学ラスタ要素
図８は、図１に示している投影露光装置１０に対して使用することができる別の実施形態のＤＵＶ照明系を通る子午断面図である。光伝播方向に系瞳面７０の背後に配置された構成要素は、図２に図示の実施形態の構成要素と等しく、従って、これらの構成要素を簡略化の目的で省略している。
【００７９】
図８に示している照明系１２’は、主に、第２の動作モードにおいて系瞳面７０内に望ましい放射照度分布を生成するのに使用される回折光学要素が、反射型のものではなく透過型のものである点で、図２及び図７に示している照明系１２とは異なる。しかし、そのような透過回折光学要素は、ミラーアレイ４６の直ぐ上方に配置されるように光路内に挿入された場合には、ミラーアレイ４６を遮蔽することができない。
【００８０】
この理由から、図８に示している第２の動作モードにおいて付加的なミラー１０１が光路内に挿入される。ミラー１０１は、一般的に平面になるが、特に、ミラーＭijが曲面支持体上に配置される場合は曲面とすることができる。ミラー１０１を光路内に挿入するために、図８には概略的にしか例示していない作動ユニット１０２が設けられる。作動ユニット１０２は、適切な装備を用いてミラー１０１を光路内に挿入することができ、そこから回収することができるように構成される。当然ながら、ミラー１０１は、第１の動作モードにおいてミラーアレイ４６の前方に配置された無遮蔽の開口部を有する支持ディスクを有するターレットホルダに配置することができる。当業者には、ミラー１０１を光路内に挿入し、そこから回収するための更に他の手段が明らかであろう。
【００８１】
この実施形態では、第２の動作モードにおいて回折光学要素を光路内に挿入するためのターレットホルダ９４が、ミラー１０１とズーム対物系５８の間の光路に配置される。
【００８２】
装置１０のオペレータが、図８に示している第２の動作モードから、系瞳面７０内の放射照度分布が主にミラーアレイ４６によって決まる第１の動作モードに変更することを望む場合には、ミラー１０１が光路内から回収されるように作動ユニット１０２が作動される。更に、ターレットホルダ９４のモータ９６は、回折光学要素１００ｂが光路から回収されるように制御される。支持ディスク９２が、ミラーアレイ４６から系瞳面７０までの間の途中で投影光を遮蔽しないように、支持ディスク９２内に設けられた開放開口９０又は凹部を光路に位置決めすることができる。通常は、アキシコン要素９２が他方のアキシコン要素９４と接触するように、アキシコン要素９２も移動されることになる。この場合、アキシコン要素６２、６４の対６０は、平行平面板の効果しか持たず、系瞳面７０内の放射照度分布は、主にミラーアレイ４６によって決まる。
【００８３】
ｂ）第３の動作モード
オペレータが、従来的又は輪帯の照明設定を生成することを望む場合には、これは、ズーム対物系５８及びアキシコン要素６２、６４の対６０だけを用いて達成することができる。この動作モードでは、ミラー１０１は光路内に挿入され、投影光が無遮蔽の開口９０を通過するように、ターレットホルダ９４の支持ディスク９２内に受け取られた回折光学要素が光路から回収される。更に、適切なアクチュエータ（図示せず）を用いて、マイクロレンズアレイ３８を光路から回収することができる。
【００８４】
支持ディスク９２がミラーを含有する場合には、図２から図７に示している第１の実施形態において類似の効果を得ることができる。このミラーが、ミラーアレイ４６の直前に配置された場合には、ビームアレイ４６も、また回折光学要素１００ａ、１００ｂ、又は１００ｃのうちのいずれも、系瞳面７０内の放射照度分布を修正する角度光分布を生成することができない。その代わりに、ズーム対物系５８及びアキシコン要素６４、６６の対６２のみが、系瞳面７０内の放射照度分布を決めることになる。
【００８５】
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のみならず、開示した構造及び方法に対する明らかな様々な変形及び修正を見出すであろう。従って、本出願人は、全てのそのような変化及び修正が、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内に収まるように含められることを求めるものである。
【符号の説明】
【００８６】
３０  光源
４６  ビーム偏向アレイ
７０  系瞳面
１００ｂ  光学ラスタ要素
Ｍij  ビーム偏向要素
【図１】
0005390691.tif 000002
【図２】
0005390691.tif 000003
【図３】
0005390691.tif 000004
【図４】
0005390691.tif 000005
【図５】
0005390691.tif 000006
【図６】
0005390691.tif 000007
【図７】
0005390691.tif 000008
【図８】
0005390691.tif 000009