(57)【要約】【課題】可動レンズの少ない変位の割りに像サイズを広範囲に変化させることができるズーム系を提供する。【解決手段】ズーム系、特にマイクロリソグラフィ投影露光システムの照明装置用のズーム系であって、光学軸（３）に沿って配置されて、物体面（６）、及び該物体面のフーリエ変換面である像面（８）を画定する複数のレンズを有し、前記像面（８）上に位置する照明領域のサイズを変更できるようにするために、前記レンズの少なくとも１つが、前記光学軸（３）に沿って移動可能な可動レンズ（３１、３２）であり、前記像面と対をなす第１中間像面（２５）及び前記像面のフーリエ変換である第２中間像面（２７）が、前記物体面及び前記像面間に位置し、前記レンズ（３１、３２）の少なくとも１つが、前記中間像面（２５、２７）の少なくとも一方の付近に配置されているズーム系。【選択図】図２
2005503011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズーム系、特にマイクロリソグラフィ投影露光システムの照明装置用のズーム系であって、
光学軸（３）に沿って配置されて、物体面（６）、及び該物体面のフーリエ変換面である像面（８）を画定する複数のレンズを有し、
前記像面（８）上に位置する照明領域のサイズを変更できるようにするために、前記レンズの少なくとも１つが、前記光学軸（３）に沿って移動可能な可動レンズ（３１、３２）であり、
前記像面と対をなす第１中間像面（２５）及び前記像面のフーリエ変換である第２中間像面（２７）が、前記物体面及び前記像面間に位置し、前記レンズ（３１、３２）の少なくとも１つが、前記中間像面（２５、２７）の少なくとも一方の付近に配置されているズーム系。
【請求項２】
前記可動レンズ（３１、３２）の少なくとも１つが、前記中間像面（２５、２７）の少なくとも一方の付近に配置されている請求項１に記載のズーム系。
【請求項３】
前記中間像面（２５、２７）の少なくとも一方の位置は、前記可動レンズ（３１、３２）を移動させることによって変化させることができる請求項１または２に記載のズーム系。
【請求項４】
前記レンズの少なくとも１つ（３２）は、該ズーム系の第１ズーム位置では前記中間像（２５）の像側に位置し、該ズーム系の第２ズーム位置では前記中間像（２５）の物体側に位置する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項５】
前記中間像面は、ひとみ中間像面である請求項４に記載のズーム系。
【請求項６】
透過ビームの発散は、前記第１中間像面（２５）の付近で大きく変更され、前記透過ビームの直径は、前記第２中間像面（２７）の付近で大きく変更される先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項７】
前記第２中間像面（２７）（フィールド中間像面）での最小ビーム高さは、前記物体面（６）でのビーム高さの５０％未満、特に２０％未満である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項８】
前記可動レンズの最大移動範囲は、該ズーム系（７）の全長の約１０％を超えず、かつ／または、大きくても前記像面での最大照明可能直径に等しい先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項９】
前記可動レンズの少なくとも１つは、該ズーム系の全長の約５％を超えない最大移動範囲を有する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１０】
可動レンズ（３１、３２）及び固定レンズ（３０、３３）間の距離は、関係する可動レンズの前記最大移動範囲を必ず超える先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１１】
すべての可動レンズ（３１、３２）が単一レンズである先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１２】
前記可動レンズ（３１、３２）のすべては、前記物体面（６）及び前記像面（８）の間の中央の３分の１に配置されている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１３】
前記像面（８）での照明領域の最大直径は、該ズーム系の全長の約１０％未満である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１４】
前記可動レンズ（３１、３２）間の最小距離は、前記物体面での最大照明可能直径の少なくとも２５％である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１５】
最も軽量であるレンズは、可動レンズ（３１）である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１６】
前記可動レンズ（３１、３２）間に固定レンズがまったく配置されていない先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１７】
前記像面（８）に位置する照明領域の最大サイズとその領域の最小サイズとの比（拡大率）Ｄは、少なくとも４であり、該拡大率は好ましくは５以上である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１８】
前記可動レンズの少なくとも１つは、該ズーム系の前記像面（８）での最大照明可能直径の５０％未満、特に２５％未満である最大照明可能直径を有する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項１９】
いずれのズーム位置の場合も、レンズの直径の少なくとも８０％、特に少なくとも９０％の直径の照明領域を有する少なくとも１つの可動レンズ（３１）及び／または少なくとも１つの固定レンズ（３０）が設けられている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２０】
少なくとも１つの固定レンズ（３３、３４）及び／または少なくとも１つの可動レンズ（３２）を備えており、該レンズの照明領域は、好ましくは該レンズの直径の約６０％〜約１００％の範囲で広範に可変の直径を有し、該レンズの直径は、好ましくは平均レンズ直径より大きい先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２１】
異なったズーム位置間の切り換え時に異なった移動曲線に沿って移動可能である第１可動レンズ（３１）及び少なくとも第２可動レンズ（３２）を備えている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２２】
前記第１可動レンズ（３１）及び前記第２可動レンズ（３２）間の空気隙間の長さが、該レンズの付近での像高さにほぼ比例するように、前記第１可動レンズ（３１）及び前記第２可動レンズ（３２）の移動が結合されるか、結合可能である請求項２１に記載のズーム系。
【請求項２３】
少なくとも１つの非球面（Ｆ６、Ｆ９）を有する少なくとも１つの光学素子（３２、３３）が、前記物体面（６）及び前記像面（８）間に配置されている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２４】
少なくとも１つの非球面（Ｆ６）を有して前記物体面（６）及び前記像面（８）間に配置された少なくとも１つの光学素子（３３）が、中間像（２５）の付近に配置されるか、配置することができる先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２５】
少なくとも１つの非球面（Ｆ６）を有する少なくとも１つの可動光学素子（３２）が、前記物体面（６）及び前記像面（８）間に配置されている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２６】
少なくとも１つの固定レンズ（３３）及び少なくとも１つの可動レンズ（３２）が、少なくとも１つの非球面（Ｆ９、Ｆ６）を有し、かつ／または、すべてのレンズの１／３より多くが、非球面を有する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２７】
フィールド中間像（２７）を取り囲む高強度照明のフィールド近傍内に光学材料がまったく配置されておらず、いずれのズーム位置の場合も、前記フィールド近傍は好ましくは光学材料をまったく含まない先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２８】
前記物体面（６）及び前記像面（８）間に配置されたいずれの光学表面の場合も、光学表面に入射する光のエネルギ密度が、前記物体面（６）での光エネルギ密度を超えない先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項２９】
前記レンズの少なくとも１つ（３０）は、該ズーム系の前記光学軸（３）に関して横方向に偏心するように取り付けられている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３０】
少なくとも１つの光学素子（３０）が、前記物体面（６）の付近に配置されており、前記物体面（６）及び該光学素子（３０）間の距離は、好ましくは該ズーム系の前記全長の１５％未満である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３１】
該ズーム系の像端部は、テレセントリックである先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３２】
けられをほとんど伴わないで動作する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３３】
前記物体面（６）及び前記像面（８）間に２０個未満の光学表面、特に１５個未満の光学表面が設けられており、好ましくは、わずかに１０個の光学表面を有する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３４】
偏光ミラーを組み込むための空間が、前記固定レンズ（３３、３４）間に存在し、該空間の付近では、光線の入射角が好ましくは１０°未満、特に７°未満である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３５】
前記像面における照明領域の最小直径ｆ１及び最大直径ｆ２は、該ズーム系の前記全長（ＯＬ）に対して以下の条件、
ＯＬ＞ｆ１、特にＯＬ＞３ｆ１、
ＯＬ＜ｆ２、特にＯＬ＜ｆ２／２
の少なくとも１つを満たす先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３６】
正の屈折力を有する固定レンズ、負の屈折力を有する可動レンズ、正の屈折力を有する可動レンズ、及び正の屈折力を有する固定レンズが、光学列に順に配置されている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３７】
第１及び第２可動レンズが設けられており、該第２可動レンズ（３２）の屈折力は、前記第１可動レンズ（３１）の屈折力の少なくとも３倍である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３８】
すべての可動レンズは、すべての固定レンズの屈折力を超える屈折力を有し、特に、それはすべての固定レンズの屈折力の少なくとも２倍である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項３９】
少なくとも１つ、好ましくはすべての可動レンズは、該ズーム系全体の屈折力を超える屈折力を有し、好ましくはそれは該ズーム系全体の屈折力の少なくとも５倍または１０倍である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項４０】
光学表面に入射する放射光の最大入射角は、５０°未満、特に４５°未満である先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項４１】
いずれのズーム位置の場合も、前記像面（８）での光ビームは、０．０５５未満の開口数を有する先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項４２】
前記像面（８）の軸方向位置を前記光学軸（３）に沿って調節する手段が割り当てられており、該調節する手段は好ましくは、光源（２）からの放射光の収束／発散を変更するための少なくとも１つの装置を備えている先行請求項のいずれか１項に記載のズーム系。
【請求項４３】
マイクロリソグラフィ投影露光システム用の照明系（１）であって、該照明系によって供給される照明のコヒーレンスを変化させるためのズーム系を備えており、該ズーム系は、請求項１〜４２のいずれか１項に従って構成されている照明系。
【請求項４４】
集束格子を生じるように構成されたグラティキュール（ラスタード）光学素子（５）であって、該集束格子は、その像が該ズーム系内に形成されるような形式であり、該集束格子の像の付近に光学材料がまったく配置されない、グラティキュール（ラスタード）光学素子（５）が、該ズーム系の物体面（６）上に配置されている請求項４３に記載のズーム系。
【請求項４５】
前記ズーム系は、物体面（６）及び像面（８）を有し、該像面（８）の軸方向位置を調節する手段が設けられており、該調節する手段は好ましくは、照明系の光源（２）からの放射光の収束／発散を、それが前記ズーム系に入射する前に、それの移動方向に沿って変更する手段を備えている請求項４３または４４に記載の照明系。
【請求項４６】
半導体デバイス及び他の種類の超小型デバイスを製造する方法であって、
投影レンズの物体面上に配置されたレチクル（１６）を、請求項１〜４２のいずれか１項に従って構成されたズーム系（７）を備えた照明装置（１）を使用して照明する段階と、
レチクルの像を感光性基板上に形成する段階とを含み、
レチクルの照明に関する前記段階は、前記ズーム系の少なくとも１つのレンズを前記ズーム系の光学軸に沿って移動させることによって、レチクルに入射する光ビームの特性を変化させることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズーム系、特にマイクロリソグラフィ投影露光システムの照明装置用のズーム系に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィ投影露光システムに用いられる照明装置の目的は、光学列においてレチクルの後に続く投影レンズの物体面上に配置されたそのレチクルを、投影レンズの光学特性に合わせて正確に適応させた仕方で均一に照明することである。レチクルの平面上のすべての点の有向焦点が、投影レンズの入射ひとみ上に可能な限り正確に集中するようにするために、照明はテレセントリックでなければならない。入射ひとみが満たされる程度が可変で調節可能である部分的にコヒーレントな照明を提供することも望ましいであろう。照明のコヒーレンスの程度を変化させるために、ズーム系を使用することができる。フォトリソグラフィマイクロパターニング処理中の光学投影の解像度限界に極めて近づけるために、さまざまな照明モード、たとえば、輪帯照明または四極照明を生じることによって、個々のレイアウトのパターンに合わせるように、照明が頻繁に最適化される。超小型デバイスの製造に用いられる光源の光出力を可能な最小限の光損失で使用できるようにするために高い照明効率が要求されるので、円錐形またはピラミッド形アキシコンなどの装置をズーム系に組み込むことができる。
【０００３】
この要求を十分に満たす照明装置が、たとえば、欧州特許第０ ７４７ ７７２号、独国特許第４４ ２１ ０５３号、欧州特許第０ ６８７ ９５６号に開示されている。欧州特許第０ ７４７ ７７２号の照明装置の場合、ズーム系には、光学軸に沿って配置されて、物体面及び物体面のフーリエ変換である像面を画定する複数のレンズが設けられている。これらのレンズの２つは、像面上の照明領域のサイズを変更するためにズーム系のズーム位置を設定する時、光学軸に沿って移動可能である可動レンズである。二次元グラティキュールパターンを付けたグラティキュール回折光学素子が、物体面及びズームレンズの射出ひとみの両方に配置されている。この構造は、光誘導率を適当に増加させるが、ここで、物体面上に配置されたグラティキュール光学素子はズーム系と共に、光誘導率のわずかな部分をもたらすだけであるのに対して、像面上に配置されたグラティキュール光学素子は、光誘導率の中心的分担を生じる共に、照明フィールド、たとえば、光学列においてその後に続くロッド形光積分器の矩形入射表面のサイズに合わせて照明を適応させる。グラティキュール素子は、ラスタ素子またはラスタード素子とも呼ぶことができる。０．３〜０．９のコヒーレンス度を有する部分的にコヒーレントな照明を設定するために、ズーム系のズーム比（拡大比）が３である。
【０００４】
光損失をまったく伴わないで照明のコヒーレンス度を調節できるようにするために、ウェハステッパの照明装置にズーム系を用いることは、米国特許第５，２３７，３６７号から周知である。
【０００５】
やはり低光損失で照明のコヒーレンス度の適応を可能にする、ウェハステッパの照明用の無限焦点ズーム系が、米国特許第５，２４５，３８４号から周知である。
【０００６】
平行光線を有する入射光ビームを、拡大断面積を有すると共に平行光線を有する射出光ビームに変換するためのビームエキスパンダとして機能する無限焦点光学系を有する照明系が、米国特許第５，９５５，２４３号から周知である。これは、入射端部に負の屈折力の第１レンズ群を有し、それの後に続いて、高い正の屈折力の第２レンズ群を有し、これらが協働して、入射光ビームを、第２レンズ群から後方に離れた位置にある焦点面上に集束させる。焦点から出る発散ビームを平行光にする正の屈折力の第３レンズ群が、その焦点面から後方に相当に離して配置されている。この構造の場合、第２及び第３レンズ群の付近、すなわち、焦点の両側でのレーザビームのエネルギ密度が、入射レーザビームのエネルギ密度より低くなければならず、それは、これらのレンズの放射光誘発損傷を回避できるようにするためであり、これらのレンズと焦点との間の距離は、最小距離より短くなることがあってはならない。
【０００７】
多くの用途で、特に半導体デバイス及び他の種類の超小型デバイスのマイクロリソグラフィ製造の分野での用途では、レンズを長距離にわたって移動させなくてもさまざまな照明設定間で切り換えることができることが望ましい。また、たとえば、大きく異なる従来型照明設定を選択できるようにするために、大きい拡大比、すなわち広範囲の像サイズ変化を得られることが望ましい場合が多い。特に短波長、たとえば、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたはもっと短い波長でますます重要になる境界条件は、透過損失を抑制するためにシステム内の光学表面の総数を最小限に抑えることである。さらに、特にロッド形光積分器などの角度維持専用の光学素子をズーム系の後に配置する照明系の場合、光学列において後に続く光学系に合うように適応させるために、ズーム系の射出端部（像端部）のテレセントリック性が好都合である。
【特許文献１】
欧州特許第０ ７４７ ７７２号
【特許文献２】
独国特許第４４ ２１ ０５３号
【特許文献３】
欧州特許第０ ６８７ ９５６号
【特許文献４】
米国特許第５，２３７，３６７号
【特許文献５】
米国特許第５，２４５，３８４号
【特許文献６】
米国特許第５，９５５，２４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、可動レンズの少ない変位の割りに像サイズを広範囲に変化させることができるズーム系を提供することである。ズーム系は、好ましくは、射出端部でのテレセントリック性及び高い透過率でも特徴付けられて、照明装置に使用するのに適しているものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、特許請求の範囲の請求項１に述べられた特徴を有するズーム系によって解決される。好都合な実施形態が、従属請求項に記載されている。これにより、すべての請求項の表現は、それの参照によって本説明の一体部分をなす。
【００１０】
本発明に従ったズーム系の場合、それのレンズは、像面と対をなす第１中間像面（中間ひとみ像面）、及び像面のフーリエ変換である第２中間像面（中間フィールド像面）が、物体面及び像面の間に位置し、ズーム系のレンズの少なくとも１つが中間像面の少なくとも一方の付近に配置されるように構成して配置される。したがって、フィールド面（物体面）をひとみ面（像面）上に結像（無限距離に結像）すると共に、そのフィールド面の中間像及びそのひとみ平面の中間面の両方を有する焦点長さ変倍レンズが提案されている。ビーム直径は好ましくは、フィールド面の中間像の付近で大きく変化する一方、ビーム発散は好ましくは、中間ひとみ像面の付近で広範囲に大きく変化し、このことは、中間像の付近で好都合な補正効果を得る助けになるであろう。ビーム直径の大きい変化の近辺及び／またはビーム発散の大きい変化の近辺にレンズを配置すると、関係するそれぞれの中間像面の位置が対応のレンズの位置に対して変位する量が比較的少ない場合でも、像フィールドを大きく拡大させることができる。中間像の近くに位置するレンズはまた、小さいビーム直径が小さい位置の付近にあるので、小さい光学素子を用いれば十分であろう。したがって、少ない印加力を使用して加速及び制動を行うことができる軽量レンズを使用することができる。上記の中間像面の付近の区域は好ましくは、その光学フィールド近傍内の局部ビーム高さとズーム系内の任意位置での最大ビーム高さとの比が、０．５以下、特に０．３以下であることで特徴付けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による構造は、像面での放射照度分布のフィールド及び角度依存性の補正に関しても好都合である。システムの像面でほぼ均一な力／密度分布を得るために、それを補正する手段をその平面と対になった平面上で使用可能にすることが好都合であろう。像の角分布を設定するために、像面のフーリエ変換である平面の付近に光学補正用の手段を設けているか、設けることができることも好都合であろう。上記中間像面は、補正を効果的に用いることができる平面を表すようなものであり、好ましくはレンズ、特に可動レンズがそこに用いられるので、像面での放射照度分布のフィールド及び角度依存性の補正は、ズーム位置によって左右されるであろう。
【００１２】
原則的に、単一レンズの光学的機能は、幾つかのレンズの組み合わせ、すなわち、レンズ群によって、または追加的非球面によっても与えられるであろう。一般的に、本特許出願で使用する「レンズ」という表現は、このようにレンズ群も包含する。
【００１３】
好適なズーム系の場合、少なくとも１つの可動レンズが、少なくとも１つの中間像の付近に配置されて、そのレンズを移動させることによって像サイズを大きく変化させるようにしている。ズーム系はまた、ズーム位置の切り換え時に、中間像の軸方向位置が大きく変位するように構成することができ、その場合、中間像の付近に位置する固定レンズが、像サイズの変更にも寄与するであろう。好適な実施形態の場合、像サイズの変化に主に寄与するものは、中間像の付近に位置する少なくとも１つのレンズの移動であり、それによって中間像面の位置も変化するであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
幾つかの実施形態は、それらのレンズの少なくとも１つが、第１ズーム位置では対応の中間像の像側に配置され、第２ズーム位置では中間像の物体側に配置され、ここで関係する中間像面は好ましくはひとみ面であり、また、レンズは好ましくは、レンズの変位時に、位置がほとんど、またはまったく変化しない中間像の付近を通過することによって特徴付けられる。固定レンズの場合、その中間像だけの変位、または両変位の組み合わせも実現可能である。ビーム直径及びビーム発散の変化は、中間像の付近でそれぞれの最大値に達するので、これらの実施形態では、最小の変位量で大きい拡大比を得ることが可能である。
【００１５】
可動レンズの最大移動長さが、ズーム系の全長の約１０％を超えないことが特に好都合であり、可動レンズが中間像の付近に配置されている場合、これの実現可能性が高い。本明細書で使用する「全長」という表現は、ズーム系の物体面及び像面間の軸方向距離として定義される。好適な実施形態の場合、それにより、その特定形式のズーム系を装置に、たとえば、ウェハステッパの照明装置に組み込むことが、それらを組み込むために利用できる空間が限られる場合でも、簡単になる。
【００１６】
好適な実施形態は、４．０を超える、特に５．０を超える像／フィールド拡大比を達成することができる。本明細書では、「拡大比」または「拡大率」Ｄは、像面上の照明領域の最大半径と像面上の照明領域の最小半径との比として定義される。拡大率が５．５の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
個々のレンズの移動長さを短く維持しながら、最大拡大率を得るために、別の実施形態は、異なったズーム位置間の切り換え時に異なった移動曲線に沿って移動可能である第１可動レンズ及び少なくとも第２可動レンズを有し、これは、たとえば、個別駆動部か、適当な非線形結合機構を用いることによって達成することができ、第１可動レンズ及び第２可動レンズの変位は好ましくは、レンズまたはレンズ群の間の空気隙間の長さが一方のレンズの付近での像高さにほぼ比例するように結合されるか、結合可能であり、これにより、とりわけ駆動機構のコントローラの構造が簡単になる。
【００１８】
本発明に従ったズーム系は、個々の光学表面に対する入射角が最小の「緩い」または「厳しくない」ビーム誘導を可能にすると共に、好ましい屈折力分布を設計できるようにし、この分布は好ましくはズーム系の中心に関してほぼ対称的であろう。正−負−正−正の順序の屈折力分布が好ましく、最初及び最後の正の屈折力は、軸方向固定レンズによって与えられ、負の屈折力及びその後に続く正の屈折力は、可動レンズによって与えられる。それの像端部の正の屈折力がそれの物体端部の屈折力を超えるか、特にそれの約３倍であることが好ましく、それにより、中間フィールド像の付近に、関係する物体のサイズに較べて低いビーム高さを得ることができる。すべての可動レンズまたはレンズ群の屈折力は好ましくは、固定レンズ群の屈折力を超えて、特にその２倍以上であり、これにより、強い光学的効果が可動レンズの付近に集中し、このことは、短いレンズ移動の割りに大きい拡大比を得るのを助けるであろう。特に、すべての可動レンズの屈折力は、ズーム系全体の最大屈折力より大きく、好ましくは少なくともその５倍〜１０倍であろう。
【００１９】
好適な実施形態の好ましいビーム誘導は、ズーム系全体の焦点長さの点でも特徴付けられ、焦点長さは、最小値ｆ１から最大値ｆ２までの範囲を有し、像の直径または照明領域の直径によって決まり、最小焦点長さは好ましくは、それの全長より小さく、それの全長の１／３未満であろう。しかし、それの最大焦点長さは、それの全長より大きく、それの全長の２倍を超えるであろう。最大焦点長さと最小焦点長さの比は、それの拡大率Ｄに等しい。
【００２０】
好適な実施形態の場合、本発明に従ったズーム系では追加的に原寸の像形成が行われるにもかかわらず、光学素子の総数を、これまでに使用可能であったズーム系に較べて減少させることができる。そのような減少は、少なくとも１つの非球面を有する少なくとも１つの光学素子を物体面及び像面間に配置することによって達成することができる。非球面を有する少なくとも１つの非球面光学素子を少なくとも１つの中間像の付近に配置して設けることが特に好ましいであろう。その非球面は好ましくは、可動光学素子に設けるべきであり、それにより、非球面の補正効果を広範囲にわたって変化させることができる。好適なズーム系の場合、少なくとも１つの固定レンズ及び少なくとも１つの可動レンズの両方が、少なくとも１つの非球面を有する。特に、それのレンズの１／３より多くが非球面を有することができ、それにより、必要なレンズの総数及び製造に必要な材料の量の両方の減少が促進される。２０個または１５個より少ない光学表面を有するズーム系が実現可能である。さらに少ない光学表面、たとえば、１２個か、図示の５レンズズーム系の場合のように、わずかに１０個の光学表面であることが好ましい。
【００２１】
高密度の放射光エネルギによるレンズの損傷を排除するために、ズーム系は、ビームウェストの直ぐ近く、すなわち、中間フィールド像（第２中間像面）を取り囲む高エネルギ密度のフィールド近傍区域に光学材料がまったく配置されないように構成することができる。この「高エネルギ密度のフィールド近傍区域」は、このフィールド近傍区域外ではレンズ上の照明スポットの直径が、中間フィールド面での最小照明スポット直径よりはるかに大きくなるような寸法である。たとえば、二次元グラティキュールパターンを有し、光学列において後に集束格子を生じるグラティキュール光学素子をズーム系の物体面上に配置しているようなズーム系を照明装置に組み込むと、集束格子の像がズームレンズ内に位置し、集束格子の像の付近に光学材料がまったく配置されないようにすることができる。ズーム系の光学表面に入射する光の最大エネルギ密度が、常に物体面に入射する光のエネルギ密度の１．５倍未満であるように定めることができ、これにより、光学表面上の汚染物質の光誘発蓄積を招き、かつ／またはレンズを損傷させてそれらの有効寿命を短縮する放射光エネルギ密度ピークを確実に防止することができるであろう。
【００２２】
上記及び他の特徴は、特許請求の範囲及び明細書に述べられている通りであると共に、図面に示されており、関係する個々の特徴は、単独で、または、幾つかを本発明の実施形態で明らかであるようなサブセットの組み合わせにした形で特許性を有する特徴を表し、また、それ自体が特許性を有する好適な実施形態と共に他の分野でも実現することができる。
【実施例】
【００２３】
図１は、半導体デバイス及び他の種類の超小型デバイスの製造に使用することができ、１マイクロメータの何分の１までの空間解像度を達成できるようにするために遠紫外線領域の光で動作するマイクロリソグラフィ投影露光システムの照明装置１の一例を示す。動作波長が約１５７ｎｍで、光ビームが照明系の光学軸３と同軸的であるＦ２エキシマレーザが、それの光源２として機能する。１９３ｎｍの波長で動作するＡｒＦエキシマレーザや、２４８ｎｍの波長で動作するＫｒＦエキシマレーザなどの他の紫外線源、または動作波長が３６８ｎｍまたは４３６ｎｍである水銀燈も使用することができる。光源２からの光は、最初にビームエキスパンダ４に入射し、このビームエキスパンダは、たとえば、独国特許第４１ ２４ ３１１号に従ったミラー装置にすることができ、コヒーレンスを減少させて、それのビームの断面積を、たとえば、ｙ＝３５ｍｍ±１０ｍｍ、ｘ＝１０ｍｍ±５ｍｍに増加させる機能を有する。図示の実施形態の場合、他の場合に設けられる任意のシャッタの代わりに、レーザ２用の適当なパルスコントローラが用いられる。
【００２４】
ビーム路内に配置されたズームレンズ７の物体面６上に第１グラティキュール回折光学素子（ラスタ素子）５が配置され、それの像面８または射出ひとみ上に第２グラティキュール回折光学素子（ラスタ素子）９が配置されている。
【００２５】
光学列の像面の後に続いて配置された入力結合光学素子１０が、フッ化カルシウムで形成されたロッド形光積分器１２の入射表面１１に光を送り、この光積分器は、それによって送られた光を多重内面反射によって混合して均質化する。調節可能なフィールド絞りとして機能するレチクル／マスキングシステム（ＲＥＭＡ）１４を設けた中間フィールド面が、ロッド１２の射出表面１３と一致している。光学列においてロッド１２の後に続くレンズ１５は、中間フィールド面及びマスキングシステム１４をレチクル１６（マスクまたはフォトリソグラフィレイアウト）上に結像し、第１レンズ群１７、フィルタまたは絞りを挿入することができる中間ひとみ面１８、第２レンズ群１９及び第３レンズ群２０を含み、その間に偏光ミラー２１が配置されており、それにより、軸を水平にして長い（約３ｍ長さの）照明装置を組み込み、また平面を水平にしてレチクル１６を取り付けることができる。
【００２６】
この照明系は、投影レンズ（図示せず）及び投影レンズの物体面上にレチクル１６を固定する調節可能なウェハホルダと協働して、電子回路部品及び回折光学素子及び他の種類の超小型デバイスをマイクロリソグラフィで製造するための投影露光システムを形成する。
【００２７】
ウェハステッパの場合、一般的に、レチクル１６上のマイクロチップに対応した任意のアスペクト比、たとえば、１：１〜１：２、特に１：１．３を有する矩形であるパターン表面全体が、可能な限り均一に照明され、照明領域の縁部が可能な限りシャープに画定される。
【００２８】
ウェハスキャナの場合、レチクル上の、通常はアスペクト比が１：２〜１：８の矩形である細いストリップを照明して、照明領域をマイクロチップのパターンフィールド全体にわたって順次走査する。この場合も、照明は、非常に均一であって、走査方向に直交する方向に沿ってシャープに画定された縁部を有するように構成されなければならない。
【００２９】
多くの場合、レチクル１６上の照明領域は、他の形状も有することができる。レチクル／マスキングシステム１４の開口及びロッド１２の断面プロフィールは、照明領域の必要形状に合うように正確に適応させなければならない。
【００３０】
ロッド形光積分器１２に先行する構成要素、特にグラティキュール光学素子５及び９の実施形態は、ロッドの入射表面１１を可能な最大効率で、すなわち、入射表面から溢れることによる大幅な光損失をなくして、ほぼ均一に照明するように選択されなければならない。このため、断面が矩形で、非軸対称発散プロフィールを有するビームエキスパンダ４からのコリメート光ビームの発散及びプロフィールを最初に第１グラティキュール回折光学素子５によって変更する一方、光誘導率を増加させる。特に第１グラティキュール回折光学素子５は、六角形の放射照度分布を生じる多数の六角形セルを有する。第１グラティキュール回折光学素子の開口数ＮＡは、たとえば、ＮＡ＝０．０２５であり、これは導入すべき全光誘導率の約１０％をもたらす。ズーム光学素子７の前焦点面上に配置された第１グラティキュール回折光学素子５はズーム光学素子７と協働して、ズーム系の後焦点面、すなわち像面８に可変サイズの照明スポットを生じ、この位置には、矩形の放射照度プロフィールを生じる屈折光学素子の形に構成された第２グラティキュール光学素子９が配置されている。この第２グラティキュール光学素子は、光誘導率の大部分を定め、それを入力結合光学素子１０によってフィールドサイズ、すなわち、ロッド形光積分器１２の矩形入射表面１１の断面積に合うように適応させる。
【００３１】
ズームレンズ７を除いて、照明系のレイアウトは、たとえば、欧州特許第０ ７４７ ７７２号に記載されているものと同じにすることができ、この特許の対応の開示内容は、参照により本説明の一体部分をなす。他の構造も可能である。たとえば、入力結合群１０及びロッド形光積分器１２を組み込んだモジュールの代わりに、ハニカムコンデンサ及び視野レンズを組み込んだモジュールを提供してもよい。
【００３２】
次に、ズーム系７のレイアウト、動作モード及び特別な特徴をさらに詳細に説明する。ズーム系７の結像特性を明らかにするために、図２は、ズーム系内の所定光線の経路を概略的に示す。ズーム系７は、焦点長さ変倍ズームレンズであり、それの物体面６及び像面８はフーリエ変換平面である。入射フィールドの縁部上の点から進む主光線２６が光学軸３に交差することによって決定される軸方向位置にある中間ひとみ像が、物体面６及び像面８間に位置する、像面８と対になった平面（第１中間像面）２５上にある。この主光線を本明細書では「フィールド縁部−開口中心光線」とも呼び、物体面６の位置で光学軸３にほぼ平行に伝搬する。その主光線２６と光学軸との第２交点は、像平面８上に位置する。また、像面８のフーリエ変換であって、中間フィールド像が位置する第２中間像面２７が、物体面及び像面間にある。フィールド面６と対になった中間フィールド像面の軸方向位置は、光学軸３に一致した中心ビームの縁部の近くの限界開口を通過する周縁光線２８が光学軸とそこで二度目に交差することから生じる。フィールド縁部−開口中心光線２８は、像面の位置で光学軸３にほぼ平行に伝搬する。この光学系は好ましくは、中間フィールド像２７での最小ビーム高さが、物体面６でのビーム高さの５０％未満、特に２０％未満であるように設計される。概略図に基づいてここで説明する、フィールド面である物体面６とひとみ面である像面８との間のこの連続した中間像は、ズームレンズ７のすべてのズーム位置について与えられるが、中間ひとみ像２５及び中間フィールド像２７の軸方向位置は変化するであろう。
【００３３】
次に、５個のレンズを有するズーム系７の好適な実施形態の光学構造を、図３及び表１〜表３に基づいてさらに詳細に説明する。このズーム系７は、約１，２２０ｍｍの固定全長（物体面及び像面間の距離）を有する。入射平面Ｆ２及び射出平面Ｆ３を有する両凸第１レンズ３０が、フィールド面６から１４４ｍｍの動作距離をおいて配置されている。このレンズの後に続いて、ズーム系の他のいずれのレンズより小径かつ軽量である両凹第２レンズ３１が配置されており、これは、入射平面Ｆ４及び射出平面Ｆ５を有し、可変空気隙間で第１レンズから分離されている。このレンズの後に続いて、非球面入射表面Ｆ６及び球面射出表面Ｆ７を有する両凸第３レンズ３２が配置されている。第２レンズ３１及び第３レンズ３２は軸方向に移動可能であり、これらだけが、ズーム系で軸方向に移動可能なレンズである。第３レンズ３２の後に続いて、正の屈折力を有する固定第４レンズ３３が配置されており、これは、ほぼ平面的な入射表面Ｆ８及び非球面射出表面Ｆ９を有し、第３レンズから大きく離れている。第４レンズの後に続いて固定第５レンズ３４が配置されており、これは、凸状入射表面Ｆ１０と、像面８の１１０ｍｍ前方に位置する平面的な射出表面Ｆ１１とを有し、第４レンズから固定空気隙間で分離されている。あるいは、このレンズ３４の代わりに、互いに向き合う円錐形またはピラミッド形表面を有する１対のアキシコンを用いることができ、これらは、好ましくは、従来型輪帯照明または従来型四極照明のいずれかを選択できるようにするために、互いに接触するまで共に摺動することができる。第４レンズ３３及び第５レンズ３４間に任意の偏光ミラーを設置できる十分な空間がある。この空間を通った光線は、発散角度がわずかに６°程度であり、そのため、簡単であるが、有効なミラーコーティングを用いることができる。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００３４】
表１は、レンズ表面の曲率半径ｒ［ｍｍ］、それぞれのレンズの関連厚さｄ［ｍｍ］、及びそれらの表面Ｆに生じる半最大強度ビーム直径ｈｍａｘ［ｍｍ］を一覧表示している。表２は、ズーム系の非球面Ｆ６及びＦ９の非球面定数を通常表記で一覧表示している。表３は、６箇所のズーム位置（図３の上から下に順にズーム位置１〜ズーム位置６）について、レンズ表面Ｆ３、Ｆ７及びＦ１１の後に続く可変空気隙間の軸方向長さ［ｍｍ］を一覧表示している。すべてのレンズは、ＣａＦ２で製造され、それの公称屈折率ｎは、１５７．６３ｎｍの動作波長においてｎ＝１．５５８である。中間ひとみ面２５及び中間フィールド面２７の軸方向位置も表示されている。
【００３５】
次に、ズーム系の機能及び他の特別な特徴を説明する。物体面（フィールド面６）は、矩形プロフィールで約２０ｎｍ×１５ｍｍの寸法を有する放射照度分布によって照明される。物体面上に配置された第１グラティキュール回折光学素子５は、角形空間内に六角形を有する放射照度角分布を物体面上に生じる。そこでの平均開口数は２７ｍｒａｄである。この光は、ズーム系のレンズを通って、像面８に六角形の照明領域を生じ、この照明領域のサイズは、２つの可動レンズ３１及び３２の位置を変化させることによって連続的に可変である。この特定の実施形態の場合、この六角形と同一領域に外接する円の半径は、最小の約１０ｍｍ（図３の上部に見えるズーム位置１）から最大の約５５ｍｍ（図３の下部に見えるズーム位置６）まで変化することができ、これは、５．５の拡大または拡大比に相当する。したがって、最大像直径は、ズーム系の全長の約１０％未満である、すなわち、ズーム系は、「長い」ズーム系である。いずれのズーム位置の場合も、放射照度分布の縁部に沿って生じる大きいばらつきを無視すれば、像面８全体でのエネルギ密度のばらつきは約５％以下である。いずれのズーム位置の場合も、像面における主光線の方向と光学軸３の方向との違いは１ｍｒａｄ以下である。いずれのズーム位置の場合も、像面に入射する光ビームの開口数は約０．０５５未満であり、このことは、ズーム位置によって変化する像面の正確な位置が、実際の固定像面での放射照度分布にほとんど影響を及ぼさないことを示している。さらに、そのように小さい開口数の放射照度分布内でのそれぞれの角分布は、結像性能にごくわずかな影響を及ぼすだけである。像面における最小照明領域は、物体面における照明スポットの面積より小さく、像面における最大照明領域は、物体面の面積を超える。
【００３６】
図４に示すさまざまな光学系表面に生じる最大エネルギ密度は、光学表面Ｆ２〜Ｆ１１のすべてについて、物体面６でのレーザ光のエネルギ密度の１．５倍未満である。したがって、ズーム系のいずれのレンズも、過大な放射エネルギ密度を受けることはなく、過大な放射エネルギ密度の主原因は、任意のズーム位置における中間フィールド像面２７の高放射エネルギ密度フィールド近傍に光学材料が配置されてないことであり、これは、とりわけ、いずれのズーム位置の場合も、この高放射エネルギ密度焦点が、可動第３レンズ３２及び固定第４レンズ３３の間の空気隙間の中央の３分の１に入ることか、またはこれらのレンズ３２及び３３の位置での照明スポットの直径が、中間フィールド面での照明スポットの最小直径よりはるかに大きいことから明らかであろう。たとえば、グラティキュール光学素子で形成することができる集束格子を物体面の付近に配置すると、その集束格子の像が中間フィールド面２７の付近に位置するので、エネルギ密度の点で、やはりその像はいずれの光学材料からも遠く離れた位置にあるであろう。
【００３７】
この好ましいエネルギ分布は、いずれのズーム位置の場合も、照明領域の直径がレンズの直径の少なくとも９０％である少なくとも１つレンズが存在することからも、明らかであろう。ここに例示する実施形態の場合、この条件を第１固定レンズ３０及び第１可動レンズ３１が満たす。いずれのズーム位置の場合も、この条件を満たすレンズは同様のエネルギ密度を受けると思われ、この特定の実施形態の場合、直径が比較的小さいレンズを用いているので、これが特に役立つ。照明領域が大きく変化し、その直径が対応のそれぞれのレンズ直径の６０％〜１００％である可動レンズ３２及び固定レンズ３３及び３４も用いている。異なったズーム位置においてこれらのレンズが受けるエネルギ密度は大きく変化するが、本実施形態の場合、関係するレンズのすべてが比較的大きい直径を有するので、このことは実際にはまったく悪影響を及ぼさない。関係する照明スポットの直径が比較的大きく変化することの１つの利点は、大径の像を生じるズーム位置にはレンズの縁部の近くの領域を使用することができる一方、小径の像を生じるズーム位置には、発生する結像誤差を補正するためにそれらの表面の中央領域を使用することができることである。
【００３８】
本発明に従ったズーム系の場合、可動レンズの比較的短い軸方向移動の割りに大きい拡大比Ｄが得られ、また、これらの可動レンズは、ズーム系の少なくとも１つの中間像２５及び２７の付近に配置されているので、小径であると共に軽量であろう。少量のレンズ材料を再位置決めするだけでよく、また、それらを移動させるために用いられる機構を簡単に構成できるようにするため、それらの可動レンズ３１及び３２の両方が単一体である。特に、最も軽量であるレンズ３１が、可動レンズである。可動レンズの少なくとも１つの直径が、最大像直径の４０％未満、特に２５％未満であるように定めることができる。図３から、第２レンズ３１は、物体に最も接近した位置３５（ズーム位置１）と像に最も接近した位置３６（ズーム位置３）との間でシフトさせるために、ズーム系の全長の５％未満に相当する約５５ｍｍ未満だけ軸方向に再移動させなければならないことがわかるであろう。第３レンズ３２は、物体に最も接近した位置３７（ズーム位置１）と像に最も接近した位置３８（ズーム位置６）との間でシフトさせる際に、ズーム系の全長の１０％未満に相当する約１２０ｍｍ未満だけ軸方向に移動させる。このことは、可動レンズが軽量であることと合わせて、これらのレンズを移動させるために必要なエネルギが少量であることを意味する。
【００３９】
図３から、可動レンズ３１及び３２の移動曲線間に単純な線形関係が存在しないことも、容易にわかるであろう。反対に、大きい方のレンズ３２の位置は、最小直径の照明領域を生じるズーム位置１から最大直径の照明領域を生じるズーム位置６へ切り換わる時、像面に接近するように連続的にシフトする一方、これらの２つのレンズのうちの小さい方３１の位置は、ズーム位置１からズーム位置２へ切り換わる時、像の方へシフトし、ズーム位置２からズーム位置３へ切り換わる時、ほとんど変化しないままであり、次にズーム位置３からズーム位置６へ切り換わる時、物体面６の方へシフトし、これは、可動レンズ３１及び３２用に個別の駆動部を用いるか、これらのレンズの結合用に非線形機構を用いることによって達成することができる。対になった可動レンズ３１及び３２間の空気隙間の長さは、その空気隙間内の像高さにほぼ比例し、それによってそれらの移動の制御が簡単になることがわかるであろう。
【００４０】
可動レンズ及び固定レンズ間の軸方向距離は、可動レンズの最大移動長さの２倍を常に超えており、それにより、可動レンズ用の駆動機構を設置するための十分な隙間が得られることもわかるであろう。可動レンズ３１及び３２は、ズーム系７の中央の３分の１に位置し、これにより、これらの可動素子を再位置決めできるようにするガイドレールを敷設するための十分な隙間が得られる。この空間の軸方向外側には、グラティキュール光学素子５の交換用の任意装置の収容及び／または、もしあれば、偏光ミラーの収容用にこれらのガイドレールを収容するための十分な空間が得られ、偏光ミラーは、ズーム系の、固定レンズ３３及び３４間に配置されるであろう。可動レンズ間に固定レンズがまったく配置されておらず、これにより、これらのレンズの移動長さに対する制約がなくなる。ある特定ズーム位置用に第１可動レンズ３１を配置しながら、第２可動レンズ３２を他のズーム位置用に配置することができ、これにより、可動レンズ間に最小距離が必ず残るようにズーム系を設計することができ、本実施形態の場合、この距離が最小像直径の少なくとも２５％であろう。したがって、少なくとも原則的には高加速度で発生しうるオーバーシュートによる衝突をなくし、それによってズーム系の動作の信頼性を向上させるために、可動レンズは常に最小距離だけ分離されるであろう。
【００４１】
可動レンズのうちの大きい方は、ズーム位置の切り換え時に、中間ひとみ像２５の付近を通過することも、わかるであろう。この中間ひとみ像は、ズーム位置１では第３レンズ３２の像側に位置し、ズーム位置２では第３レンズ３２内に位置し、その他のズーム位置では第３レンズ３２の物体側に位置する。第３レンズ３２の入射表面Ｆ６は、中間ひとみ像の付近で動き回る非球形面であるので、この非球形面は、ズーム系によって得られる結像性能に対して特に強い影響を与えることができ、これを利用して、あるズーム位置における照明フィールドのサイズ及び入射角に対する像面８上の放射照度分布の依存性を補正することができる。
【００４２】
本発明に従ったズーム系の特別な特徴は、屈折力分布からも明らかである。正の屈折力を有する軸方向固定レンズまたはレンズ群の次に、負の屈折力を有する軸方向可動レンズまたはレンズ群が配置される。このレンズまたはレンズ群の次に、正の屈折力を有する軸方向可動レンズまたはレンズ群及び正の屈折力を有する軸方向固定レンズまたはレンズ群が配置され、この第２固定レンズ群の屈折力は好ましくは、第１固定レンズ群の屈折力を超えて、好ましくは第１レンズ群の屈折力の少なくとも３倍である。この屈折力分布は、中間フィールド像２７の位置における像高さが、物体のサイズに較べて上述したように非常に低いことに反映される。また、可動レンズ３１及び３２の各々の屈折力が、固定レンズまたはレンズ群の屈折力を超えて、特にそれの屈折力の２倍より多く、それにより、光学的影響の多くが可動レンズの付近に集中し、そのことが、可動レンズの短い移動長さの割りに像サイズを大きく変化させることを助けることは、明らかである。可動レンズ３１及び３２の各々の屈折力は、ズーム系全体の屈折力を超えて、特にその屈折力の１０倍以上にもなり、これも、短い移動長さにするために光学的影響を可動レンズ付近に好都合に集中させることに反映される。
【００４３】
この屈折力分布は、ズーム系の軸の中点に関して量的にほぼ対称的であり、これにより、それの光学素子内で比較的「緩い」ビーム誘導を達成することができ、このことはとりわけ、ズーム系の光学表面に当たる放射光の最大入射角ｉが、いずれのズーム位置の場合も４４°（ｓｉｎ ｉ＜０．６９）以下であることから明白であり、ここで「入射角」は、光ビームの入射方向と、入射点において光学表面に垂直な局部との間の角度として定義される。入射角がこのように低いことは、結像誤差を回避するのに好ましく、また、最も重要な点として、適当な反射防止コーティングを使用してレンズの光学表面を効果的に反射防止コーティングできるようにし、これによって、ズーム系全体の透過率を向上させると共に、迷光をなくすことができる。
【００４４】
この比較的「緩い」ビーム誘導は、ズーム系の焦点長さからも明らかである。図示の実施形態の場合、ズーム系の焦点長さは、最小像直径を生じるズーム位置（ズーム位置１）でｆ１＝３０８ｍｍ、最大像直径を生じるズーム位置（ズーム位置６）でｆ２＝２０３１ｍｍであり、これは、最小像直径を生じる焦点長さｆ１を、最大像直径を生じる焦点長さｆ２、及び特に好適であると確認されたズーム系の全長（ＯＬ）に関連づける焦点長さに対する条件に適合し、これによれば、全長がｆ１を超えて、特にｆ１の少なくとも３倍である場合、かつ／または全長がｆ２未満で、特にｆ２の半分未満である場合、特に好都合であろう。
【００４５】
第１レンズ３０は、光学軸３に直交する相互直交軸に沿って再位置決めできるように取り付けられる。ズーム系は、第１次近似で、この第１レンズが光学軸から偏心することで、像フィールドのオフセットだけが生じるように設計されている。一般的な偏心は、１ミリメートルの何分の１から数ミリメートルまでであろう。この偏心は、たとえは、光学素子及び／またはそれらの取り付け具の許容誤差による像フィールドの変位の減少または完全な補償に使用することができる。
【００４６】
第１レンズ３０はまた、物体面６に近接して、それからズーム系の全長の１５％以下に相当する距離をおいて配置されており、これは、ガスパージングを使用してグラティキュール光学素子５及びズーム系７間の空間を清掃するのを助けると共に、像面において狭い境界帯を有するエネルギ分布を要求する収差、特に球面収差の補正を簡単にする。ズーム系は、その物体端部における放射照度分布、たとえば、それのフィールドサイズ、フィールド形状、開口数及び主光線の方向に合わせて適応させることができる。特に、物体面でのテレセントリック放射照度分布の代わりに均一放射照度分布を用いる場合でも、ズーム系の根底にある基本原理は不変のままであろう。
【００４７】
本発明はまた、ズーム系のレンズの位置を変更することなく、像面８での放射照度分布を変更する方法も包含している。ズーム系の入射端部でのレーザの放射照度分布の傾斜及び／または偏心を使用して、ズーム位置に関係なく、ズーム系の像面における一定の像変位及び放射照度分布の一定角度傾斜を設定することができる。ここで「傾斜」として定義されるのは、照明系の光学軸に対するレーザビームの伝搬方向の角度変化である。ズーム系の入射端部における放射照度分布の「偏心」は、光学軸に直交する方向に沿ったこの放射照度分布の変位として定義される。
【００４８】
この傾斜及び／または偏心の代わりに、またはそれに追加して、照明装置に入射するレーザ光の収束／発散の操作または再調節によって、あるズーム位置における像面の軸方向位置（ｚ軸に沿った位置）を変更することができる。ここで提案される入射レーザビームの収束／発散を変化させることによるｚ軸に沿った像面８の位置のこの操作は、ズーム系の像面８の軸方向位置の調節または設定に使用することができる。ズーム系に入射するレーザ光の収束／発散は、たとえば、ビーム路のズーム系の前方における光学素子の挿入及び／または移動、たとえば、レンズの挿入及び／または移動、及び／またはビームエキスパンダ４を使用したビームの発散の操作によって変更することができ、これにより、レーザ放射光の主光線はもはや互いにほぼ平行ではなくなって収束し、これにより、ほぼ点状の光源の位置が無限距離から有限距離の位置へシフトする。このように収束／発散を導入することは、ＤＯＥなどを使用した絞りの導入と区別すべきであり、これは、ある局部的無変更の主光線用に絞りまたは放射照度角分布を導入する。この方法は、たとえば、ズーム系に構造的変化をまったく加えることなく、既設のズームレンズのさまざまなズーム位置における像面８の位置を互いに関連づけるのに役立つ。たとえば、あるズーム位置において入射レーザビームの主光線の方向を０．１ｍｒａｄだけ変化させると、像面８が（ズーム位置１では）１０ｍｍだけ、また（ズーム位置５では）５００ｍｍも軸方向に変位し、これは、ズーム系の全長の、それぞれ約１％及び５０％の範囲の変位に相当する。したがって、最小照明領域を生じる像面の位置からほぼ独立的に、最大照明領域を生じるズーム位置に対応する像面の位置を変化させることができる。この方法は、例示の形式のズーム系に関係なく、他の照明装置にも使用することができる。
【００４９】
本発明は、マイクロリソグラフィ投影システムの照明装置用のズーム系に基づいて説明されている。しかし、本発明は、この用途に限定されない。本発明に従ったズーム系は、結像系として、たとえば、写真ズームレンズとして使用することもできる。上記の照明系に関連させた用途に従えば、これらのシステムの品質は、それらの放射照度分布の均一性、それらの縁部幅、それらのテレセントリック性などで特徴付けられる。これらの特徴は、結像光学系を特徴付ける結像誤差に直接的に対応する。たとえば、それらの放射照度分布の均一性は、ゆがみ、すなわち、像のゆがみに対応する。それらの縁部幅は、それらの像のシャープさ、またはそれらの結像光学系の空間解像度に対応する。結像系の場合、テレセントリック性は、それらの像面に位置する検出器、たとえば、感光性層が、異なった入射方向の光に対して異なった反応を示す場合だけ、必須要件であろう。それらにけられがないことは、露光すべきフィルムが位置する像面全体での均一な照明に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従ったズーム系の実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影装置用の照明装置の実施形態の概略全体図である。
【図２】本発明に従ったズーム系の実施形態の場合の、フィールドの中心に進む周縁光線及びフィールドの縁部に進む主光線の経路の概略図である。
【図３】本発明に従ったズーム系の実施形態のレンズの、６つのズーム位置の場合の断面図である。
【図４】ズーム系の光学表面に入射するレーザ光の、関係するレーザのエネルギ密度に正規化した最大エネルギ密度を光学表面の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１  照明装置
２  光源
３  光学軸
４  ビームエキスパンダ
５  第１グラティキュール回折光学素子（ラスタ素子）
６  物体面
７  ズームレンズ
８  像面
９  第２グラティキュール回折光学素子（ラスタ素子）
１０  入力結合光学素子
１２  ロッド形光積分器
１４  レチクル／マスキングシステム（ＲＥＭＡ）
１６  レチクル
１７  第１レンズ群
１８  中間ひとみ面
１９  第２レンズ群
２０  第３レンズ群
２１  偏光ミラー
２５  第１中間像面
２６  主光線
２７  第２中間像面
３０  第１レンズ
３１、３２  可動レンズ
３３  固定第４レンズ
３４  固定第５レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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