(57)【要約】本発明は、ＥＵＶ領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を受容して像側の所定の平面内の領域を照明するように構成された集光器に関するものである。この集光器は、共通の回転軸線の周りに入れ子式に設けられた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有し、各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ対応させられており、反射鏡椀形状部の第１の光学面の子午面内における始点及び終点によって規定される内側と外側の周辺光線は、回転軸線周りに回転されて光ビームを画定し、該光ビームが上記第１の光学面上で反射され、物体側の開口から、照明すべき平面へ向かって当該集光器自身を通過するように設けられている。本発明は、反射鏡椀形状部の表面パラメータ及び位置が、隣り合う２つの反射鏡椀形状部の間に、不使用領域が形成されるように選ばれていることを特徴とする。
2005501221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を物体側の開口を介して受容しかつ像側の所定の平面内の領域を照明するように構成され、
第１の光学面を有する少なくとも一つの第１の反射鏡セグメントをそれぞれ備えた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有する集光器であって、
前記反射鏡椀形状部は、共通の回転軸線の周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられ、各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ割り当てられており、
前記第１の光学面には、前記回転軸線を含む平面である子午面内において一つの始点及び終点がそれぞれ設けられ、
前記子午面内の前記第１の光学面の前記始点は、外側の周辺光線を、そして、
前記子午面内の前記第１の光学面の前記終点は、内側の周辺光線を規定し、前記回転軸線周りに回転された内側と外側の周辺光線は、光ビームを画定し、該光ビームが少なくとも前記反射鏡椀形状部の第１の光学面上で反射され、前記物体側の開口から、照明すべき前記平面へ向かって、当該集光器自身を通過するように設けられ、
前記光ビームにより、隣り合う少なくとも２つの前記反射鏡椀形状部の間の使用領域が定められている、
集光器において、
前記反射鏡椀形状部の表面パラメータ及び位置は、
隣り合う少なくとも２つの反射鏡椀形状部の間に、少なくとも一つの不使用領域が形成されるように選ばれていることを特徴とする集光器。
【請求項２】
請求項１に記載の集光器において、
隣り合う少なくとも２つの反射鏡椀形状部の間の前記不使用領域には、さらなるコンポーネントが設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項３】
波長が１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を物体側の開口を介して受容しかつ像側の所定の平面内の領域を照明するように構成され、複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有し、前記反射鏡椀形状部は、共通の回転軸線の周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられている集光器において、
隣り合う少なくとも２つの反射鏡椀形状部の間には、少なくとも一つの不使用領域が形成され、前記２つの隣り合う反射鏡椀形状部の間の不使用領域には、さらなるコンポーネントが設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネントは、検出手段、および／またはハーフミラー、および／または光学作用を持たない、シールド装置および／または冷却装置および／または固定装置といった構成部材、を含んでいることを特徴とする集光器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の集光器において、
前記照明すべき領域は、一平面内にあり、かつ複数の環状構成要素からなり、これらの各環状構成要素のそれぞれには、一つの環状開口構成要素が対応させられており、前記反射鏡椀形状部の、表面パラメータならびに前記回転軸線方向の長さは、前記個々の環状構成要素の照射強度が前記平面内で十分一致するように選ばれていることを特徴とする集光器。
【請求項６】
請求項５に記載の集光器において、
前記環状構成要素は、隣同士が連続的につながっていることを特徴とする集光器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の集光器において、
少なくとも２つの環状開口構成要素は、隣同士が連続的につながっておらず、これらの環状開口構成要素の間には、間隙が形成されていることを特徴とする集光器。
【請求項８】
請求項７に記載の集光器において、
さらなるコンポーネント、特に光学作用を持たない構成部材、なかんずく冷却装置は、前記環状開口構成要素の前記間隙の領域に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、非球面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。
【請求項１０】
請求項９に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、楕円面もしくは放物面もしくは双曲面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の集光器において、
少なくとも一つの反射鏡椀形状部は、第１の光学面を持つ第１のセグメントと、第２の光学面を持つ第２のセグメントとを備えていることを特徴とする集光器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の集光器において、
一つの反射鏡椀形状部の前記第１の光学面及び前記第２の光学面は、隣同士が連続的につながっておらず、該反射鏡椀形状部の第１の光学面及び第２の光学面の間に間隙が形成されていることを特徴とする集光器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネント、なかんずく冷却装置は、前記反射鏡椀形状部の第１の光学面及び第２の光学面の間の前記間隙内に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３に記載の集光器において、
前記第１の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第２の環状セグメントは、一つの楕円面の一部とされていることを特徴とする集光器。
【請求項１５】
請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の集光器において、
前記第１の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第２の環状セグメントは、一つの放物面の一部とされていることを特徴とする集光器。
【請求項１６】
請求項４から請求項１６のいずれか１項に記載の集光器において、
前記冷却装置は、冷却路を備え、該冷却路に冷却剤が循環させられていることを特徴とする集光器。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の集光器において、
前記集光器は、保持装置を備えていることを特徴とする集光器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の集光器において、
前記保持装置は、支持スポークを備え、該支持スポークが前記反射鏡椀形状部の半径方向に延在していることを特徴とする集光器。
【請求項１９】
請求項１８に記載の集光器において、
前記冷却装置は、前記冷却剤のための供給装置と排出装置を備え、前記供給装置と排出装置は、前記保持装置の領域に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項２０】
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の集光器において、
前記光源から放射される照明光線束の光線は、前記反射鏡椀形状部の表面接線に対して２０°より小さい入射角をなして入射するように構成されていることを特徴とする集光器。
【請求項２１】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の照明光学系であって、
光源（１）と、
少なくとも１つの集光器（３）と、
照明すべき平面（７；１０３）とを有してなる照明光学系において、
前記集光器は、請求項１から２０のいずれか１項に記載の集光器（３）とされていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２２】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２１に記載の照明光学系であって、
第１の格子素子（１５０）を持つ第１の光学素子（１０２）をさらに有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２３】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２１または請求項２２に記載の照明光学系であって、
前記集光器（３）が前記照明すべき平面（７；１０３）において環状の領域を照明するように構成され、
かつ、前記照明すべき平面（７；１０３）内に設けられた前記第１の光学素子（１０２）の前記第１の格子素子（１５０）が略前記環状の領域の内部に配設されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２４】
１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ領域の波長用の、請求項２２または請求項２３に記載の照明光学系であって、
結像させるための、及び／又は、フィールドを形成するための光学素子（１０６，１０８，１１０）をさらに有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２５】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の照明光学系であって、
前記集光器（３）と前記照明すべき平面（１０３）との間に、前記光源（１）に共役な面を有し、この面に前記光源（１）の中間像（Ｚ）が結像されるように構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２６】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２５に記載の照明光学系であって、
前記中間像（Ｚ）の位置、もしくは前記中間像（Ｚ）の近くに、絞り（２０２）が設けられ、該絞りは、少なくとも前記光源（１）および前記集光器（３）が中に入った部屋を、空間的及び／又は圧力的に、後続の照明光学系から分離するように設けられていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２７】
請求項２０から請求項２５のいずれか１項に記載の照明光学系と、
該照明光学系により照明されるマスクと、
感光性の物体に、
前記マスクを結像させるための投影光学系（１２６）とを有してなるＥＵＶ投影露光装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載のＥＵＶ投影露光装置を用いて、マイクロエレクトロニクス構成部材、特に半導体構成部材を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ（極短紫外線）領域の波長による照明光学系に用いられ、光源から放射される光を受容しかつ所定平面内の領域を照明するための、共通回転軸線周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有する集光器に関する。各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ対応させられ、割り当てられている。上記回転対称な反射鏡椀形状部は、少なくとも一つの第１の光学面を持つ少なくとも一つの第１の反射鏡セグメントを備えている。上記第１の光学面には、回転軸線を基準にして始点及び終点が設けられており、このとき、上記始点は、外側の周辺光線を、そして、上記終点は、内側の周辺光線を決めている。これらの内側ならびに外側の周辺光線は、上記反射鏡椀形状部の第１の光学面上で反射されて物体側の開口から上記所定平面内の照明すべき領域に向けて当該集光器を通過する光ビームの境界を画定している。この光ビームによって、隣り合う二つの反射鏡椀形状部の間の使用される領域が画定されている。
【０００２】
さらに、本発明は、上記の類の集光器を有する照明光学系、及び本発明による照明光学系を有する投影露光装置、ならびに微細構造を露光するための方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
波長が１９３ｎｍ以下、特にＸ線領域の波長のための入れ子式の集光器が多くの文献から周知となっている。
【０００４】
例えば特許文献１として米国特許第５７６８３３９号明細書には、Ｘ線用のコリメータが開示されている。この発明では、コリメータが複数の放物面形状の反射鏡を有している。米国特許第５７６８３３９号明細書に記載のコリメータは、Ｘ線光源から等方に放射される光線束を平行な光線にコリメートするのに用いられている。
【０００５】
特許文献２としての米国特許第１８６５４４１号明細書から、Ｘ線用の入れ子式の集光器が周知となっている。この集光器は、米国特許第５７６８３３９号明細書の場合と同様に、光源から等方に放射されるＸ線を平行な光線束にコリメートするのに使用されている。
【０００６】
特許文献３として、米国特許第５７６３９３０号明細書には、ピンチプラズマ光源に用いられる入れ子式の集光器が開示されている。この集光器は、光源から放射される光線を集光し、光導波路に集束させるためのものである。
【０００７】
特許文献４としての米国特許第５７４５５４７号明細書には、多重光路光学系の幾つかの構成が示されている。これらの多重光路光学系は、多重反射によって光源からの光線、特にＸ線を一点に集束させるのに用いられる。
【０００８】
特に高い移送効率を実現するために、米国特許第５７４５５４７号明細書に記載の発明は、楕円形に形成された反射鏡を提案している。
【０００９】
特許文献５として、独国特許発明第３００１０５９号明細書より、放物面形状に構成された入れ子式の反射鏡をＸ線光源とマスクとの間に有する、Ｘ線リソグラフィーシステム用の構成が周知となっている。上記の反射鏡は、発散するＸ線を平行に延びる光線束にして出力するように設けられている。
【００１０】
独国特許発明第３００１０５９号明細書に記載の構成もまた、専らＸ線リソグラフィー用の良好な平行光線化を実現するためにのみ用いられている。
【００１１】
特許文献６としての国際公開第９９／２７５４２号パンフレットより周知の入れ子式の反射鏡の構成は、Ｘ線プロキシミティリソグラフィー光学系の場合に、光源からの光を再集束させて仮想光源を形成するのに用いられている。入れ子式になった椀形状シェルは、楕円面の形をしている。
【００１２】
特許文献７としての米国特許第６０６４０７２号明細書より、高エネルギー光子源用の入れ子式の反射鏡が周知となっている。この反射鏡は、発散するＸ線を平行に進む光線束にするのに用いられている。
【００１３】
特許文献８として、国際公開第００／６３９２２号パンフレットには、中性子線を平行にするために使用される入れ子式の集光器が開示されている。
【００１４】
特許文献９としての国際公開第０１／０８１６２号パンフレットより周知のＸ線用の入れ子式の集光器は、個々の反射鏡椀形状部の内側の反射面の表面粗度が１２Åｒｍｓより小さいことを特徴としている。この国際公開第０１／０８１６２号パンフレットに開示された集光器には、多重反射光学系、特にヴォルター（Wolter）光学系も設けられており、例えばＸ線リソグラフィーに対して要求される高い解像度に特徴がある。
【００１５】
特許文献１０としての独国特許出願公開第１９９０３８０７号明細書または、特許文献１１としての国際公開第９９／５７７３２号パンフレットなどに記載のＥＵＶリソグラフィーのための照明光学系の場合には、解像度の他に、均一性ないし一様性、そしてテレセントリック性に対して高い仕様が求められる。このような光学系の場合、光源の光は、いくつかの特定の光源に対して一つの集光器によって集光される。
【特許文献１】
米国特許第５７６８３３９号明細書
【特許文献２】
米国特許第１８６５４４１号明細書
【特許文献３】
米国特許第５７６３９３０号明細書
【特許文献４】
米国特許第５７４５５４７号明細書
【特許文献５】
独国特許発明第３００１０５９号明細書
【特許文献６】
国際公開第９９／２７５４２号パンフレット
【特許文献７】
米国特許第６０６４０７２号明細書
【特許文献８】
国際公開第００／６３９２２号パンフレット
【特許文献９】
国際公開第０１／０８１６２号パンフレット
【特許文献１０】
独国特許出願公開第１９９０３８０７号明細書
【特許文献１１】
国際公開第９９／５７７３２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、照明光学系に必要な均一性ならびにテレセントリック性に対する高い要求を満たし、とりわけ、ハーフミラー（出力ミラー）、検出器、あるいは光学的な作用を持たない例えばシールド装置、冷却装置、検出装置、固定装置等の部材といったさらなる構成要素（コンポーネント）の組み立てを可能にし、その際、像側の平面における均一な照明ができるだけ影響を受けないようにする、１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ（極短紫外線）領域の波長を用いる照明光学系のための集光器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題は、本発明により、光源から放射される光を受容するとともに請求項１に記載の特徴を有する物体側の開口を備えた集光器によって解決される。本発明による集光器は、共通の回転軸線周りに、互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた多数の回転対称な反射鏡椀形状部を有している。これらの各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の環状開口構成要素が一つ一つ対応させられて割り当てられている。回転軸線方向における反射鏡椀形状部の長さ、ならびに反射鏡椀形状部の表面パラメータと位置は、隣り合う２つの反射鏡椀形状部の間、つまり外側の一つの反射鏡椀形状部と内側の一つの反射鏡椀形状部との間に、不使用領域が形成されるように選ばれる。不使用領域とは、本明細書中、２つの反射鏡椀形状部の間、つまり内側にある反射鏡椀形状部と外側にある反射鏡椀形状部の間の領域であって、物体側から像面に向かって集光器を通過する光ビームによって使われることのない領域を意味する。この不使用領域は、通常、内側の反射鏡椀形状部の背面側、つまり、反射しない側にある。内側の反射鏡椀形状部とは、内側の反射鏡椀形状部と外側の反射鏡椀形状部の２つの反射鏡椀形状部のうち、回転軸線までの距離が短い方の反射鏡椀形状部のことである。
【００１８】
特に好ましいのは、上記不使用領域に冷却装置が設けられ、この冷却装置が、入射して一部吸収される光線に起因した反射鏡椀形状部の温度上昇を防止するのに用いられることである。個々の反射鏡への熱負荷は、２００Ｋまで許容できる。２つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域に冷却装置を設けることによって、冷却装置の設置によって生じる可能性のあるさらなる光量損失を防ぐことができる。このため、照明対象の平面における照明が、冷却装置の影によって影響を受けない。本発明の好ましい実施形態においては、平面内の照明すべき領域は、幾つかの環状構成要素からなり、各環状構成要素には、それぞれ一つの環状開口構成要素が対応させられて割り当てられており、回転軸線方向の反射鏡椀形状部の長さ、該反射鏡椀形状部の表面パラメータ、及び該反射鏡椀形状部の位置は、平面内における個々の環状構成要素の照射強度（放射強度）が十分一致するように選ばれている。
【００１９】
発明者は、本発明のように入れ子式の集光器を構成することによって、一平面の所定領域に十分均一な照明が実現できるという知見を得た。特に好ましいのは、反射鏡椀形状部が楕円面、放物面または双曲面の環状の一部（環状セグメント）とされている場合である。放物面の場合は、完全に平行な光線束が得られ、従って無限遠に位置する光源が得られる。例えば米国特許第６１９８７９３号明細書に記載されているように、照明対象の平面に設けられた第１の格子素子を有する第１の光学素子によって２次光源を作り出そうとする場合には、放物面の環状セグメントとして形成されている反射鏡椀形状部において、個々の格子素子は、集光作用を持つことになる。この米国特許第６１９８７９３号明細書に開示された内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【００２０】
集光作用は、集光器にも持たせることができる。本発明によるこのような集光器は、収束する光線束が形成されるように、楕円面の一部である椀形状部を備えることになろう。楕円面の一部とされた椀形状部を有する集光器に、集光作用を持たせることによって、第１の光学素子の第１の格子素子を例えば平坦な切り子面として形成することができる。
【００２１】
双曲面の一部とされた椀形状部を有する集光器を用いると、発散する光線束が得られ、集光器をできるだけ小さな寸法で形成する必要がある場合には、特に重要となる。
【００２２】
従来技術による入れ子式の集光器と比べると、本発明による集光器は、異なる椀形状部（シェル）の複数の反射鏡の回転軸線方向の長さがそれぞれ異なる点に特徴がある。この特徴によって、照明対象の平面内の環状の領域に、十分均一な照明を実現することができる。これらの反射鏡の寸法と間隔を、先に引用した従来技術の場合のようにほぼ等しくすると、例えばコリメートされ平行光線化された光線、あるいは集束された光線を確かに得ることはできても、その一方で環状の領域における均一な照明を得ることはできない。また、角度に依存した反射損失は、上記平面内の均一な照明が行われるように、集光器をそれに合わせた構成にすることで補償することができる。
【００２３】
本発明による集光器の好ましい実施の形態において、外側の反射鏡椀形状部の位置は、内側の反射鏡椀形状部の位置に比べると、照明対象の平面から一層遠く離れている。ここで、反射鏡椀形状部の位置とは、集光器の回転軸線を基準にして、椀形状部（シェル）の起点（始点）と終点との間の中間点の位置を意味するものとする。内側の反射鏡椀形状部とは、２つの反射鏡椀形状部、すなわち内側および外側の反射鏡椀形状部のうち回転軸線までの距離が小さい反射鏡椀形状部のことをいう。
【００２４】
入れ子式の集光器を用いるとはいっても、単に離散的な近似においてのみ均一化が得られるのにすぎないので、集光器はできるだけ多くの椀形状部を有していることが好ましい。本発明による集光器は、好適に４個以上、特に好適には７個以上、さらに好適には１０個以上の反射鏡を椀形状（シェル形状）の構成で備えていることが好ましい。
【００２５】
等方的に光を放射する光源の場合、本発明による集光器により、同じ大きさの角度部分（角セグメント）が同じ大きさの面に確実に写される。しかも、角度に依存した反射損失は、集光器をそれに合わせて形成することによって補償されるので、照明すべき平面に均一な照明が得られる。
【００２６】
照明すべき平面内を均一に照明するために特に有利であるのは、環状構成要素が連続的に隣同士互いにつながっている場合である。平面内の均一照明は、上記環状構成要素に対して一つ一つ割り当てられた環状開口構成要素が連続的に隣同士つながっておらず、間隙を有している場合であっても実現される。特に好ましいのは、照明すべき平面における光量の損失をもたらすことなく、例えば光学作用を持たない装置、なかんずく冷却装置のようなさらなる別のコンポーネントを上記の間隙に配置することができる点である。
【００２７】
光源が等方的でない場合、放射特性は、集光器によって均一な照明に変換することができる。
【００２８】
好ましい実施の形態では、少なくとも２つの環状構成要素の半径方向の幅が等しい大きさとされ、内側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さは、外側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さよりも長い。内側の環状構成要素とは、２つの環状構成要素、すなわち内側の環状構成要素および外側の環状構成要素のうち、回転軸線までの距離が小さいものをいう。
【００２９】
本発明による集光器は、好ましくは次のように形成されている。すなわち、第１の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第１の環状構成要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第１の比と、第２の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第２の環状要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第２の比とから得られる商が、第１の環状開口構成要素に入る第１の光度と、第２の環状開口構成要素に入る第２の光度とから得られる商に等しくなり、つまりは以下の式が成立するように集光器が形成されている：
【００３０】
【数１】
2005501221.tif 000003
【００３１】
これとは異なる本発明の他の実施形態では、入れ子式の反射鏡椀形状部は、一つの反射鏡椀形状部において複数回の反射（多重反射）が生じるように形成されている。
【００３２】
一つの椀形状部での多重反射によって、反射角度が小さく維持される。
【００３３】
表面接線に対して２０度未満の小さい入射角度をなして表面すれすれに入射する場合の反射において、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムまたは金などの材料を用いると、反射率は、表面接線に対する入射角とともに略直線的に変化するので、反射損失は、例えば１６度で１回反射しても、あるいは８度で２回反射しても、大体同じになる。しかしながら、集光器の最大限達成可能な開口が得られるようにするには、２回以上の反射を用いることが好ましい。
【００３４】
特に好ましいのは、２回反射する系である。２回反射する集光器は、入れ子式のヴォルター（Wolter）光学系として形成することができる。ここで、ヴォルター光学系は、例えば、双曲面の環状の一部とされた第１の反射鏡椀形状部と、楕円面の環状の一部とされた第２の反射鏡椀形状部とを有している。
【００３５】
ヴォルター光学系は、Wolter, Annalen der Physik 10, 94-114, 1952 などの文献から周知である。光線の反射位置から当該光線が光軸を横切る位置までの距離が実とされるような、つまり、光源の中間像を実像として有するような、双曲面と楕円面とを組み合わせて形成されたヴォルター光学系については、J. Optics, Vol. 15, 270-280, 1984 を参照されたい。
【００３６】
ヴォルター光学系の特に優れた点は、表面接線に対して２０°より小さい入射角での２回反射を用いるヴォルター光学系の場合に、開口角度８０°に相当する、最大ＮＡｍａｘ〜０．９８５までの集光の開口を選ぶことができ、その際に、それでもまだ７０％より大きい反射率を有するような、かすめるようなすれすれの斜入射角のもとで高反射率の反射領域が存在することである。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態では、椀形状部の第１の環状セグメントと第２の環状セグメントとは、連続的に隣同士互いにつながっておらず、これら第１の環状セグメントと第２の環状セグメントとの間には、反射鏡椀形状部の使用されない領域、言うなれば一種の間隙が存在している。
【００３８】
特に好ましくは、２シェル系の反射鏡椀形状部の不使用領域内には、さらなるコンポーネント、特に冷却装置といったとりわけ光学作用を持たない部材が設けられている。
【００３９】
このような他のコンポーネントを２つのセグメントの間の不使用領域に設ける場合にも、コンポーネント配置に伴う付加的な光量損失を回避することができる。
【００４０】
特に好ましいのは、入れ子式の集光器の個々のシェルが保持装置によって互いに結合されている場合である。斯かる保持装置は、例えば半径方向に延びる支持スポークを備えることができる。半径方向に延びる支持スポークの部分には、冷却剤を上記冷却装置に供給するための、あるいは冷却剤を冷却装置から排出するための供給装置や排出装置を設けることができる。このとき、冷却装置は、冷却路を備えていることが好ましい。冷却装置が、環状の冷却プレートとして２つの集光器シェルの間の不使用領域内に設けられている場合には、とりわけ良好に熱が排出される。上記の環状のプレートは、冷却導管を有することができる。この冷却導管は、保持装置のブリッジ部分の影になる所を外側に向かって導くことができる。このプレートは、好ましい一実施形態において、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して、反射鏡椀形状部に物質的に一体に接続することができる。こうすることで、熱が熱伝導を介して取り去られる。これとは異なり、冷却プレートは、単に反射鏡椀形状部上に載っているだけにすることもできる。この構成は、熱膨張によって冷却装置と反射鏡椀形状部との間に変形が起こるかもしれない場合には、特に好ましい。この場合、熱は、もはや熱伝導によってではなく、放射を介して取り去られることになる。環状冷却プレートは、大面積による冷却のために冷却効率が良い点に長所がある。しかも、このような構成によって、回転対称で均一な冷却が実現される。このような冷却構造によって、光学的な質は、殆ど影響を受けない。
【００４１】
本発明は、集光器の他に、このような集光器を有する照明光学系も提供している。照明光学系は、好ましくは、米国特許第６１９８７９３号明細書に示すように、第１の格子素子を複数有する第１の光学素子と、第２の格子素子を複数有する第２の光学素子とを備えた２重（２箇所）に切り子面が設けられた照明光学系とされている。この米国特許第６１９８７９３号明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【００４２】
第１の格子素子、及び／又は、第２の格子素子は、平坦な切り子面とされるか、あるいは、集光作用ないし発散作用を有する切り子面とすることができる。
【００４３】
本発明の実施の形態では、第１の格子素子を有する第１の光学素子上において、環状の領域のみが照明される。上記第１の格子素子は、その際、上記環状領域の内側に配置されていることが好ましい。
【００４４】
本発明による集光器を有する照明光学系は、マイクロリソグラフィーのための投影露光装置において好適に使用される。このような投影露光装置は、ＰＣＴ／ＥＰ ００／０７２５８に開示され、その開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。投影露光装置は、照明光学系に対して後置された投影光学系、例えば米国特許第６２４４７１７号明細書に示されるように４枚の反射鏡を有する投影光学系を有し、この明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に本発明を図面に基づいて例を挙げながら説明する。
【００４６】
本明細書中、Neumann/Schroederによる「Bauelemente der Optik（光学系を組み立てる素子）」， Hauser-Verlag（ハウザー出版） 1992， p.28-29 に従って、以下の表に記載された光学技術的な概念を用いる。
【００４７】
【表１】
2005501221.tif 000004
【００４８】
図１は、光源１、集光器３、光源像５および中間平面７を有する光学系の原理図である。光源１は、一定の光度で空間に光線を放射する。この光度は、通常、角度α、およびφ（図示されぬｚ軸周りの角度）に依存して、Ｉ（αφ）となる。
【００４９】
軸対称の光源の場合は、以下の式が成立する：
Ｉ（αφ）＝Ｉ（α）
【００５０】
後続の集光器３により、放射された光が集光され、束ねられる。集光器３によって、光源１の像が形成されるが、このとき、光源像５は、図１に示すように、実像であるか、虚像であるかのいずれであってもよい。また、光源１自身が、すでに或る物理的実体のある一つの光源の像になっていても構わない。いずれの場合でも、集光器３の後方の平面７において所定の照明９が得られる。この照明は、集光器の像側空間内の角度α´での立体角要素（Raumwinkel-element）である放射円錐１１の光度を投影したものに相当する。一つの平面７において照明が均一化されていると、集光器の後方の他のどの平面においても、光源１の像５が位置する像面から当該平面が十分に離れている限り、おのずと照明は均一化される。像側の空間における放射円錐１１に、物体側の空間における放射円錐１３が対応し、この放射円錐１３は、角度αでの立体角要素に放射される光源の光度Ｉ（α）で満たされている。
【００５１】
本発明によれば、どのような光源１も一つの光源像に結像される。この光源像は、実像（すなわち、光の方向に関して集光器３から右側）であってもよいし、虚像（すなわち、光の方向に関して集光器３から左側）であってもよいし、あるいは無限遠に位置していてもよい。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態において、どのような光源１の放射特性も変換されて、中間像の前方あるいは後方で十分均一な照明が得られるようになる。
【００５３】
本発明により、以下の式が成立する：
式（２．１）
【００５４】
【数２】
2005501221.tif 000005
【００５５】
ここで、
Ｅ：平面７における照射強度
Φ：光束
ｄＡ：平面７における面素
ｄΩ：物体側の開口内の角度要素
Ｉ＊（α）：角度αでの光源の光度
Ｒ（α）：集光器の反射率が有限かつ角度に依存するために生じる光の損失に比例した減衰因子（以下、Ｉ（α）＝Ｒ（α）×Ｉ＊（α）を用いることとする。）
である。
【００５６】
従って、照射強度の等しい２つの環状構成要素に関して以下の式が成立する：
式（２．２）
【００５７】
【数３】
2005501221.tif 000006
【００５８】
上記の式から以下の関係式が導かれる：
式（２．３）
【００５９】
【数４】
2005501221.tif 000007
【００６０】
等方的でない光源、または反射損失Ｒ（α）の差が大きい場合、環状開口構成要素、あるいは平面７上の環状構成要素を式（２．３）を満たすように選択しなければならない。
【００６１】
一般に、中間像を形成すると同時に放射特性を適合させるという課題は、反射鏡やレンズといったような単純な光学素子によって解決することはできない。本願では光学系の光軸と同じになっているｚ軸の周りに回転対称な放射特性であれば、少なくとも離散した領域に対しては、特殊な類のフレネル光学系によって同等の照明を実現することができる。
【００６２】
この点について以下に、光源１の中間像が実像である場合を例にして説明する。中間像が虚像である場合、または光源像が無限遠に形成される場合については、当業者によって類似の構成が容易に想到されよう。
【００６３】
図２に示すように、光源１の周りに例えば３つの角度部分（角セグメント）、すなわち環状開口構成要素２０，２２，２４を選択する。環状開口構成要素を通る光束は、以下の式で与えられる：
式（２．４ａ）
【００６４】
【数５】
2005501221.tif 000008
【００６５】
例えば高密度プラズマ光源のような現在用いられている回転対称な光源の多くは、光度が角度αとともに僅かしか変化せず、光束は、近似的に以下のように記述することができる：
式（２．４ｂ）
【００６６】
【数６】
2005501221.tif 000009
【００６７】
ここで、
Φｉ：光束
Ｉ＊（α）：角度αにおける光源の光度
αｉ：ｉ番目の角度部分の緯度
αｉ＋１：αｉ＋１＝αｉ＋ｄαｉとなる、ｉ番目の部分の外側の角度
ｄαｉ：ｉ番目の角セグメントの幅
である。
【００６８】
式（２．４）によって、一般には異なる値になる角度変化量ｄαｉが決定され、その結果、対応する平面７内の環状構成要素での照射強度が十分同じになる。
【００６９】
図２には、環状開口構成要素２０，２２，２４が示されている。図に示されているのは、ＮＡｍｉｎとＮＡｍａｘとの間に位置する３つのセグメント２０，２２，２４を有する例である。セグメント２２とセグメント２４は、隣同士互いにつながっているが、セグメント２０とセグメント２２の間には、僅かな間隙２６が存在している。
【００７０】
環状の開口セグメント、つまり環状開口構成要素２０，２２，２４のそれぞれに対して、照明すべき平面７において環状構成要素３０，３２，３４がそれぞれ割り当てられており、このとき、以下の式が成立する：
（式２．５）
【００７１】
【数７】
2005501221.tif 000010
【００７２】
ここで、
ｒｉ：照明すべき平面７におけるｉ番目の環状構成要素の内側の距離
ｒｉ＋１：照明すべき平面７におけるｉ番目の環状構成要素の外側の距離
ｄｒｉ：ｉ番目の環状構成要素の高さ変化量、すなわち半径方向の広がり
である。
【００７３】
環状構成要素３０，３２，３４は、例えば、同じ大きさの間隔、ｄｒｉ＝ｄｒ＝一定が、環状構成要素の周辺光線同士の間で得られるように選ばれている。図３には、環状構成要素３０，３２，３４を有する平面７における照明が示されている。
【００７４】
環状構成要素が平面７において十分均一な照射強度を有している場合には、光束に対して以下の式が成立する：
（式２．６）
【００７５】
【数８】
2005501221.tif 000011
【００７６】
ここで、
Φ´ｉ：照明対象の平面７におけるｉ番目の環状セグメントを貫く光束
である。
【００７７】
ｉ番目の集光器シェルにおける反射損失Ｒ´（α）を考慮して、ｉ番目の環状開口構成要素の幅ｄαｉ、ならびにｉ番目の環状セグメントの半径方向の広がりの大きさｄｒｉを決めることができる。
例えば、半径方向の広がりｄｒを一定に選ぶことができる。以下の式：
（式２．７）
【００７８】
【数９】
2005501221.tif 000012
【００７９】
ならびに、以下の式で表される十分均一な照射強度Ｅに対する要求から：
（式２．８）
【００８０】
【数１０】
2005501221.tif 000013
【００８１】
式（２．４ｂ）を代入して、αｉ＋１について解くと：
（式２．９）
【００８２】
【数１１】
2005501221.tif 000014
【００８３】
ここで、
Ｅ：照明対象の平面７における十分均一な照射強度
ｒｉ：照明対象の平面７内におけるｉ番目の環状構成要素の内側の距離
ｒｉ＋１：照明対象の平面７内におけるｉ番目の環状構成要素の外側の距離
αｉ：ｉ番目の環状開口構成要素の内側の角度
αｉ＋１：ｉ番目の環状開口構成要素の外側の角度
である。
【００８４】
平面７内の環状構成要素が式（２．５）によって選択されると、式（２．９）によって環状開口構成要素の角度を決めることができる。こうして、環状構成要素もしくは環状開口構成要素の周辺光線が決定される。
【００８５】
選択された光線の交点上で、集光器３の楕円形の椀形状部（シェル）がそれぞれ求められる。中間像が虚像の場合は、椀形状部は、双曲線形状になり、光源像が無限遠の場合は、放物線形状になる。このとき、それぞれの環状開口要素２０，２２，２４において代表的な光線が１つ選択されている。
【００８６】
このように楕円面形、または、双曲面形ないし放物面形の椀形状部の場合、物点および像点、これは図において光源１および光源像５に相当するが、これらの点と、さらに別のもう１つの点だけが与えられれば十分である。ここでは、しかし、２点、つまり集光器の椀形状部の始点および終点が与えられている。すなわち、問題が重複決定されている。けれども、照明目的で光源を結像させるための結像特性は、通常ほとんど気にしなくてもよいため、例えば楕円または双曲面または放物面に、楔形や円錐台形の形状をなした円錐部分を付け加えることができる。これは、若干の焦点ずれを生じるものの、大したものではない。別構成として、わずかな遮蔽部は我慢するというものがある。これは、現れる間隙をごく小さく選択できるからである。間隙の大きさは、椀形状部の配置（レイアウト）、そして特に数量により最小限にすることができる。間隙は、例えば、前方に、つまり光源から受容するパワーに現れるように選択され、そして、後方に、つまり照明すべき平面には現れないように選択される。
【００８７】
集光器が多くの椀形状部を有する場合は、特に、円錐台形のみから集光器を構成することもできる。このような構成は、加工上の観点から有利である。
【００８８】
遮蔽を無視する条件のもとでなら、角セグメントすなわち環状開口構成要素２０〜２４を貫く光束も、面セグメントすなわち環状構成要素３０〜３４のいずれを貫く光束もいずれもそれぞれ確実に等しくなる。
【００８９】
原理的には、角度に依存した、したがって、セグメントに依存した反射損失は、それに見合うだけの角度変化量ｉをあてがうことによって補償することもできる。このとき、本発明により平面７を十分均一に照明したいと考えているので、等しい変化量を有する環状セグメントに対して割り当てられている環状開口セグメントは、同じ大きさにはならない。別構成として、環状構成要素の高さ変化量ｄｒが等しくならないように選ぶこともできる。
【００９０】
図４には、ｚ軸周りに回転対称に設けられた楕円面セグメントからなる入れ子式の集光器３が示されており、このような集光器３によれば確実に平面７が十分均一に照明される。ｚ軸周りに回転対称であるので、集光器３の半分だけが断面で示されている。図４に示された集光器は、４個の椀形状部４０，４２，４４，４６を備えている。
【００９１】
これらの椀形状部４０，４２，４４，４６は、ｚ軸からほぼ等距離に設けられている。ここで、ｚ軸からの距離は、椀形状部の最大直径に相当し、この最大直径は、椀形状部の番号ｉにほぼ比例している。つまり、２つの隣り合う椀形状部の間隔は、略等しい。
【００９２】
各反射鏡椀形状部４０，４２，４４，４６には、それぞれ一つの内側周辺光線４１.１，４３.１，４５.１，４７.１が配されている。内側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の終点から与えられている。また、各反射鏡椀形状部４０，４２，４４，４６には、それぞれ一つの外側の周辺光線４１.２，４３.２，４５.２，４７.２が配されている。外側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の始点から特定されている。図４から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線は、これらの反射鏡椀形状部に対して振り分けられた照明光線束４９.１，４９.２，４９.３，４９.４の境界を画定する。照明光線束は、反射鏡椀形状部４０，４２，４４，４６の光学面上で、光源像の方向に反射される。反射鏡椀形状部の光学面とは、本明細書中、光源１から入射する照明光線束を受容して光源の像５の方向に反射する反射鏡椀形状部の面のことを言う。入射する照明光線束と反射鏡椀形状部の光学面上で反射された照明光線束とは、隣同士の２つの反射鏡椀形状部の間に、光に用いられる領域を画定する。また、明らかに分かるのは、隣接する反射鏡椀形状部の、光学面と反対の側に、一例として光学的作用を持たない例えば冷却装置のようなコンポーネントを設けることができるような不使用領域５１.１，５１.２，５１.３，５１.４が使える状態にあるという点である。この不使用領域に例えば冷却装置等を配置する利点は、配置に伴う付加的な光量損失をもたらさないような冷却が可能となる点である。
【００９３】
図４には、さらに光源１、照明すべき平面７および光源像５が示されている。
【００９４】
他の構成要素の符号は、これまで述べてきた図に用いられた符号に対応している。
【００９５】
これに代わる構成として、図５に示すように、椀形状部の長さを減少させた構成も可能である。例えば最も内側に設けられた角セグメントすなわち環状開口構成要素２０を２つの角セグメント、すなわち環状開口構成要素２０．１，２０．２に分割できる。それに応じて対応する平面７内の最も内側の環状構成要素３０も、２つの環状構成要素３０．１，３０．２に分割すればよい。こうして内側の２つのセグメントに対して２つの椀形状部４０．１，４０．２が得られるが、これらは、図５から明らかなように、椀形状部４０よりも短くなる。上述の図に示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【００９６】
屈折光学系についても同様の構成が考えられる。屈折光学系では、上記の入れ子式の反射鏡椀形状部４０，４２，４４，４６は、図６に示すような軸外の円環状のレンズセグメント５０，５２，５４，５６に置き換えられる。
【００９７】
図６は、レンズの円環状の軸外セグメントの配置構成を示している。この構成によって、光源の特定の放射特性に対する平面７の均一な照明が実現される。ｚ軸周りに回転対称に設けられた光学系は、半分だけが概略的に断面で示されている。異なる大きさの角度要素が、等しい大きさの高さ部分へと偏向され、その結果、光源の放射が等方的でない場合でも均一な照明が実現される。
【００９８】
入れ子式の反射型の集光器は、必然的に中央の遮蔽部を有する。つまり、或る特定の開口角ＮＡｍｉｎを下回ると、光源の光線は入らない。従ってこのような光線は、後続の照明光学系に到達しないように、絞りによって遮断されなければならない。絞りは、例えば集光器の領域に設けられる。
【００９９】
以下に本発明を、一実施形態に基づいてより詳しく説明する。
【０１００】
出発点として、本発明による楕円群を用い、等方的な光源において、実像を伴う点から点への結像の場合を考えることにし、このとき、隣同士の反射鏡椀形状部の間隔を、ほぼ等しく選ぶことにする。
【０１０１】
楕円は、以下の式に従って定義される：
式（３．１）
【０１０２】
【数１２】
2005501221.tif 000015
【０１０３】
ここで、
式（３．２）
【０１０４】
【数１３】
2005501221.tif 000016
【０１０５】
図７には、例としてｉ番目の楕円形セグメントが示されている。このセグメントは、ｚ軸周りに回転対称であるので、半分だけが断面で示されている。
【０１０６】
図７には、一つの反射鏡椀形状部に関して、表１の計算に使用された大きさが示されている。上述の図と同一の構成要素に関しては、同一の符号が使用されている。図に示すのは、以下の通りである。
ｖ（ｉ）：ｉ番目の反射鏡椀形状部のｉ番目の開始点
ｘ（ｖ（ｉ））：ｉ番目の開始点のｘ座標
ｚ（ｖ（ｉ））：ｉ番目の開始点のｚ座標、すなわち回転軸線ＲＡにおける開始点
ｈ（ｉ）：ｉ番目の反射鏡椀形状部のｉ番目の終点
ｘ（ｈ（ｉ））：ｉ番目の終点のｘ座標
ｚ（ｈ（ｉ））：ｉ番目の終点のｚ座標、すなわち回転軸線ＲＡにおける終点
ｍ（ｉ）：ｉ番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
ｘ（ｍ（ｉ））：中間点のｘ座標
ｚ（ｍ（ｉ））：中間点のｚ座標、すなわち回転軸ＲＡにおけるｉ番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
ａ，ｂ：楕円のパラメーター
ｒ（ｉ）：照明すべき平面における、ｉ番目の椀形状部のｉ番目の環状構成要素の、回転軸線ＲＡからの距離
ＮＡ（ｉ）：ｉ番目の椀形状部のｉ番目の環状開口構成要素の内側周辺光線の開口角の正弦
【０１０７】
図８は、前記のように定義されたパラメーターを用いて計算された実施の形態について得られた椀形状部６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７６，８０の楕円群を示している。本実施形態においては、角度変化量ｄαを等しい大きさに選んだだけでなく、高さ変化量ｄｒをも等しい大きさに選んだ。このような選択は、等方光源で比較的開口が小さいときに、特に、照射強度が単に近似的に等しくなるだけであれば可能である。データは、表２に記載されている。表２に記載された全ての長さは、ｍｍの単位によるものである。表面接線に対する入射角は、全て１９°を下回っている。最大光線の表面接線に対する入射角は、図８の実施形態では、１８．５４°である。
【０１０８】
初期値として以下の値を選択した：
平面７と光源像５の距離：ｚ＝９００ｍｍ
焦点間距離の半分：ｅ＝１０００ｍｍ
平面７上の高さ変化量：ｄｒ＝７．５ｍｍ
平面７における中央の遮蔽部：ｒｍｉｎ約２２．５ｍｍ（ＮＡ´ｍｉｎ約０．０２５）
光源１における最小の開口ＮＡｍｉｎ：ＮＡｍｉｎ＝０．１２
最大の開口：３３°に対応してＮＡｍａｘ＜０．５５
光源１における角度変化量：ｄαｉ＝２．４°＝一定値
【０１０９】
【表２】
2005501221.tif 000017
【０１１０】
図９には、照明の均一性の目安として、図８および表２に示す実施の形態の横倍率βが、像側の開口角の関数として示されている。横倍率βは、角度に関しては一定でなくてもよいが、平面７における最大半径ｒｍａｘに関しては、或る特定の横倍率に設定されなくてはならない。
【０１１１】
図１０には、理想的な横倍率β−ｉｄｅａｌと、光線を平行にする目的を達成するための離散的な手法による実際の横倍率βとが、平面７における半径ｒとの関係において示されている。理想的な横倍率からのずれは、例えば図５に示すように内側の椀形状部をそれぞれ２つに分けるなどして、椀形状部の数を増やすことによって減少させることができる。これにより、平面７において、さらに良好な照明の均一化が実現される。
【０１１２】
図１１は、例えばマイクロエレクトロニクス構成部材を製造するための、本発明を用いることのできる投影露光装置を原理的に示す図である。投影露光装置は、光源ないし光源の中間像１を有している。図では４本の光線によってのみ代表的に示される光源１から放射される光は、本発明による入れ子式の集光器３によって集光され、多数の第１の格子素子、いわゆるフィールドハニカムを有する反射鏡１０２に向けて偏向される。この図においては、第１の格子素子は平坦とされている。反射鏡１０２は、フィールドハニカム反射鏡とも呼ばれる。フィールドハニカムが設けられた平面１０３における照明は、図１２に示すように、予め設定された環状領域内で十分均一になっている。平面１０３は、集光器の光軸に対して正確には垂直に設けられておらず、そのため、図１による均一に照明すべき平面７に正確には対応していない。しかしながら、わずかな傾斜角があっても、何ら導出を変更するわけではなく、照明がわずかに歪むだけで、結局、平面が集光器の光軸に垂直であれば得られるであろうような均一性と比べても無視できるぐらいにしか違ってこない。照明光学系は、米国特許第６１９８７９３号明細書に開示されているような２箇所に切り子面が設けられた照明光学系であり、この発明の内容は、本願に包括的に取り入れられている。従って光学系は、複数の格子素子１０４を有する第２の光学素子を備えている。これらの格子素子は、瞳ハニカムと呼ばれている。光学素子１０６，１０８，１１０は、主に、物面１１４にフィールドを形成するのに用いられる。物面上のレチクルは、反射型のマスクとされている。レチクルは、走査型のシステムとして構成されたＥＵＶ投影光学系においては、図に示す方向１１６に移動可能とされている。照明光学系の射出瞳は、十分均一に照明される。射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳と一致している。投影光学系の入射瞳は、図に示されていない。投影光学系の入射瞳は、レチクルから反射された主光線と投影光学系の光軸との交点に存在している。
【０１１３】
例えば米国特許出願第０９／５０３６４０号明細書に記載の６枚の反射鏡１２８．１，１２８．２，１２８．３，１２８．４，１２８．５，１２８．６を有する投影光学系１２６によって、上記レチクルが露光すべき物体１２４に結像される。
【０１１４】
図１２は、第１の格子素子を有する第１の光学素子の面における照明の分布と照明の平均値とを示している。照射強度Ｅ（ｒ）が、入れ子式の集光器の回転軸線ｚからの半径方向の距離ｒとの関係において示されている。均一な照明が離散的にしか得られないことがはっきりわかる。
【０１１５】
図１３は、ＥＵＶ投影露光装置の原理を示す図であり、図１１の装置と異なる点は、光源１が中間像Ｚとして結像されることである。さらに本図では、第１の格子素子は、集光作用を有している。光源１の中間像Ｚは、集光器３と第１の切り子面反射鏡１０２との間に形成されている。その他の全ての構成要素は、図１１に示す構成要素と同一であるため、同一の符号を付す。
【０１１６】
以下の図１４ないし図２１においては、ヴォルター光学系として形成された、本発明による入れ子式の集光器が示されている。
【０１１７】
ヴォルター光学系は、光源１を光源の中間像Ｚに実像として結像させるために、好ましくは双曲面と楕円面とを組み合わせたものからなるか、無限遠に結像するために双曲面と放物面とを組み合わせたものからなるが、このヴォルター光学系の特徴は、正弦条件を広範囲で満たすこと、つまり双曲面と楕円面との組み合わせによる拡大もしくは横倍率が、大きな開口領域にわたって十分一定になっている点である。図９に示すように、単に楕円面型の椀形状部のみ有する均一照明のための集光器の場合、横倍率βは、椀形状部内でかなり激しく変化する。これに対して、ヴォルター光学系の場合には、横倍率βは、椀形状部内で十分一定となる。この様子は、図１７における８枚の椀形状部が入れ子式に設けられた光学系について、図１４に示されている。図１７に示された光学系は、入れ子式の反射鏡椀形状部のそれぞれがヴォルター光学系とされ、双曲面の一部とされた第１の光学面を有する第１の環状セグメント（環状の部分）と、楕円面の一部とされた第２の光学面を有する第２の環状セグメント（環状の部分）とを有している。ヴォルター光学系は、かくして、一つの椀形状部が楕円面形のシェルしかもたない光学系に比べると、一つの椀形状部に２つの光学面、つまり第１の光学面及び第２の光学面を有している。これらの光学面は、構造的に見て別々に分離されていてもよい。
【０１１８】
図１４に示す通り、ヴォルター光学系の椀形状部は、ほとんど一定の横倍率βを有するので、平面の理想的な均一照明のためには、物体側の開口に間隙が生じなければならない。このことが言えるのは、特に以下の理由にもよるのである。つまり、物体側の開口における間隙は、回転軸線までの距離が最大である椀形状部に浅い角度で入射する場合、回転軸線までの距離が最小である椀形状部よりも反射率が小さくなるという理由である。反射鏡の材料としては、好ましくはモリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムあるいは金が考えられる。上記の如き反射率の違いは、横倍率を増加させることによって補償しなくてはならない。従って、均一な照明を行うために、椀形状部ごとに横倍率を変化させなければならない。このとき集光器に後続する開口を間隙なく満たすか、もしくは入れ子式の集光器の後方に設けられた面７を間隙なく照明したい場合には、物体側の開口には、間隙が生じることになる。このような間隙は、図１ないし図１３において説明したような、例えば楕円面形の椀形状部を有する集光器では見られない。というのも、このような楕円形状のシェルを有する集光器の場合には、横倍率が椀形状部上にわたって変化し、それによって平面７を均一に間隙なく照明できるばかりでなく、間隙の無い物体側の開口も得ることができるからである。
【０１１９】
図１５には、本発明による入れ子式の集光器から、代表的に３つの椀形状部が示されている。各反射鏡椀形状部２００，２０２および２０４は、第１の光学面２００．２，２０２．２，２０４．２を持つ第１の環状セグメント２００．１，２０２．１，２０４．１と、第２の光学面２００．４，２０２．４，２０４．４を持つ第２の環状セグメント２００．３，２０２．３，２０４．３とを有するヴォルター光学系をそれぞれ備えている。それぞれの反射鏡椀形状部２００，２０２および２０４は、ｚ軸周りに回転対称に設けられている。最も内側の椀形状部２０４の横倍率は、６．７で、２番目の椀形状部２０２の横倍率は、７．０で、最も外側の椀形状部２００の横倍率は、７．５とされている。図１５からわかるように、反射鏡椀形状部２００，２０２および２０４に対してそれぞれ割り当てられている環状開口構成要素２１０，２１２，２１４は、隣同士互いにつながっていない。つまり、図１５に示す集光器の物体側の開口は、個々の環状開口構成要素２１０，２１２，２１４の間に間隙２２０，２２２，２２４を有している。反射鏡椀形状部２００，２０２および２０４のそれぞれに対して割り当てられた、平面７における環状構成要素２３０，２３２，２３４は、平面７の領域を均一に照明するように、十分連続的に隣同士互いにつながっている。
【０１２０】
特に好ましくは、環状開口構成要素の間隙２２０，２２２の領域には、反射鏡椀形状部２００，２０２，２０４の背面側において冷却装置２０３.１，２０３.２，２０３.３が設けられている。これらの冷却装置は、内部を冷却剤が貫流できる冷却路とされていることが好ましい。冷却装置２０３.１，２０３.２，２０３.３は、各椀形状部の背面側をこれら椀形状部の回転軸線方向の全長にわたって幅広く延在している。２つの反射鏡椀形状部の間にある集光器の不使用領域に設けられた付加的なコンポーネントを有する実施形態は、再度図２５により詳しく示され、詳述されている。
【０１２１】
各椀形状部２００，２０２，２０４には、それぞれ、反射鏡椀形状部の第１セグメントの第１光学面の子午面内の終点によって定められる内側周辺光線２０５.１，２０７.１，２０９.１と、反射鏡椀形状部の第１セグメントの第１光学面の子午面内の始点によって定められる外側周辺光線２０５.２，２０７.２，２０９.２とが一つずつ配されている。これらの内側及び外側の周辺光線は、椀形状部に受容されて光源像に向け２つの隣り合う椀形状部の内部でさらに偏向される照明光線束の境界を画定している。２つの集光器シェルの間の照明光線束２１１.１，２１１.２が通過しない領域は、既に図４に示した単一シェル型の集光器のときと同様、不使用領域２１３.１，２１３.２と称される。図１５から明らかに分かるように、環状開口構成要素の間隙の領域において、反射鏡椀形状部の背面側に設けられた冷却装置は、２つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域内に配置されている。
【０１２２】
図１５に示す実施の形態では、第１の光学面２００．２，２０２．２，２０４．２と第２の光学面２００．４，２０２．４，２０４．４は、やはり間隙無く隣同士互いに直接つながっている。
【０１２３】
図１６には、本発明のさらなる実施の形態が示されており、ここでは、ヴォルター光学系として構成されている反射鏡椀形状部２００，２０２の２つだけが代表的に示されている。図１５において示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。図１６に示す実施の形態では、第１の光学面２００．２，２０２．２と第２の光学面２００．４，２０２．４は、隣同士互いに直接つながっていない。光学面の間には、それぞれ間隙もしくは不使用領域２４０，２４２が存在している。しかしながら、本実施の形態では、不使用領域において、反射鏡椀形状部は、それぞれの反射鏡椀形状部の第１のセグメントおよび第２のセグメント２００．１，２０２．１，２００．３，２０２．３の交点Ｓ１，Ｓ２まで延長されている。第１の反射鏡セグメント上の第１の光学面２００.２，２０２.２は、いずれも、子午面内において、始点３１１.１，３１２.１と終点３１１.２，３１２.２とによって境界が定められている。このとき、上記子午面は、本実施形態では、光軸ないし回転軸線を含む任意の平面によって与えられている。光学面の始点ならびに終点３１１.１，３１２.１，３１１.２，３１２.２は、周辺光線２０５.１，２０５.２，２０７.１，２０７.２を規定し、この周辺光線が、回転軸線周りを回転させられて光ビームの境界を画定している。光ビームは、集光器を通されて、該集光器を物体側から像側に向かって通過する。集光器を通過させられる光ビームが、また集光器の使用領域を決定する。
【０１２４】
図１６に示すように、間隙２４０，２４２の領域には、冷却装置、例えば反射鏡椀形状部の全外周を巡る冷却シールドを設けることができる。この冷却シールドは、図２６に示すような回転軸線方向に延びるブリッジ部によって力学的に保持可能とされている。これらのブリッジ部は、良好な熱的接触を目的として周回する冷却シールドに例えばロウ付けされている。回転軸線方向に延びる冷却シールド用保持部材は、反射鏡椀形状部を保持する保持構造、例えばスポークホイールに固定することができる。これらのスポークホイール及び保持構造は、この図１６には示されていない。
【０１２５】
図１６に示すような間隙ないし不使用領域を有する構成は、拡がりを持った光源の場合に好適である。
【０１２６】
集光器を構成する際は、常に集光効率と照明の均一性とをつきあわせて検討する必要がある。照明すべき平面７において単に±１５％の均一性だけを得ようというのなら、図１７に示すような８シェル型の集光器が使用される。このとき符号２００，２０２，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９は、それぞれ２つの反射鏡セグメントを有する反射鏡椀形状部を表し、その際には、それぞれの椀形状部がヴォルター光学系をなしている。
【０１２７】
図１７に示す集光器は、光源１と光源の中間像Ｚとの距離が１５００ｍｍとされ、物体側の開口は約０．７２とされ、像側の開口は約０．１１５とされている。平面の接線に対する全体の入射角度は、１３°以下とされている。図１７に示す実施の形態において最大光線の、表面接線に対する入射角度は、１１．９°となっている。
【０１２８】
図１７では、さらに、最も内側の反射鏡椀形状部の内側に、絞り１８０が示されている。入れ子式の反射による集光器は、反射鏡椀形状部の大きさが有限であるため、必然的に中央部が遮蔽される。すなわち或る特定の開口角度ＮＡｍｉｎ以下になると、光源の光線が入らない。絞り１８０は、中央の椀形状部を通って直接到達してくる光が、後続の照明光学系に迷光として到達することを防ぐ。
【０１２９】
絞り１８０は、例えば光源の後方７８ｍｍに設けられ、開口遮蔽ＮＡｏｂｓ約０．１９に対応して直径が３０．３ｍｍとされている。像側の開口遮蔽ＮＡ´ｏｂｓは、それに対応して約０．０２７７とされている。
【０１３０】
図１８には、図１７に示す集光器の反射鏡椀形状部２００，２０２，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９の場合に、例えば第１の反射鏡椀形状部２００の第１のセグメント２００．１および第２のセグメント２００．３の二つのセグメントを有して構成されたヴォルター光学系を特徴付ける座標が、一例として示されている。ＺＳは、光源１の位置を基準とした、曲面の頂点のｚ位置を示し、ＺＶおよびＺＨは、曲面の頂点の位置ＺＳを基準とした、双曲面である第１のセグメント２００．１の開始位置および終了位置を示す。楕円面である反射鏡椀形状部の第２のセグメント２００．３に関しても、符号ＺＳ、ＺＶおよびＺＨが同じような意味で用いられる。
【０１３１】
個々の反射鏡椀形状部の曲率半径Ｒと円錐定数Ｋ、ならびに与えられた定義によって、図１７に示す集光器の設計値は、以下の表３のようになる。反射鏡椀形状部のコーティングとしては、ルテニウムが選択された。
【０１３２】
【表３】
2005501221.tif 000018
【０１３３】
図１７に示す８枚の椀形状部を有するヴォルター光学系の実施形態では、全ての椀形状部がほぼ１つの平面１８１で終端するように構成されている。これによって全ての椀形状部は、平面１８１において把持させることができる。
【０１３４】
椀形状部のフレームもしくは椀形状部のホルダ（保持部）として、図２７に示されるスポークホイールが用いられる。図２７に示される実施形態では、全部で４つの支持スポークが設けられている。これらの支持スポークは、多くの反射鏡椀形状部を有する入れ子式の集光器を安定させる。
【０１３５】
絞り１８０は、上記平面に設けられるか、または、その近傍に設けられることが好ましい。
【０１３６】
図１９には、図２０の照明光学系の平面７における算出された照明分布が示されている。図２０に示す照明光学系は、光源のすぐ後方に、図１７に示す８シェル型の入れ子式集光器を有している。図１９に示す照射強度の計算に当たっては、角度に依存した反射率を有するルテニウムで反射鏡椀形状部をコーティングした場合を仮定した。その他のコーティングを行う場合には、それに応じて、構成を合わせることができる。
【０１３７】
図１９では、絞り１８０によって中央が遮蔽されていることがはっきり分かる。中央の遮蔽部には、符号１８２が付されている。平面７における強度変動は、符号１８４によって示されている。集光器の回転軸線ＲＡに対して対称な２つの強度ピーク１８４．１，１８４．２がはっきり示されている。これらのピークが、平面７において環状の照明として現れる。破線で示された曲線１８６は、図２０に示す照明光学系の第１の光学素子１０２上における第１の格子素子が設けられている領域を示している。
【０１３８】
図１７に示す入れ子式の集光器を有する投影露光装置の光学素子、およびいくつかの光線の経路が図２０に示されている。図１１に示す投影露光装置の場合と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【０１３９】
図１１に示す投影露光装置と異なり、上記の照明光学系は、「Ｘ」字型に折り畳まれておらず、コンパクトな組み立てスペースに最適化されている。また光学系の長さを短くするために、図１７におけるような構造を持つ入れ子式の集光器３の像側の開口をＮＡ＝０．１１５に増大させており、そのためには、ヴォルター光学系として構成することがとりわけ有利となる。物体側の開口は、ＮＡ約０．７１とされている。ウェーハステージが設けられている物面１１４に、機械的および電気的なコンポーネントのためのスペースを用意するため、集光器３の後方には、系の折曲のための平面鏡３００が追加的に挿入されている。光学系全体の長さは３ｍより短く、高さは１．７５ｍより低い。
【０１４０】
平面反射鏡３００は、本実施の形態では、回折型の分光フィルターとして形成されたものである。つまり格子から出来ている。光源の中間像Ｚの近くに絞り２０２を同時に設けることで、本図の場合に１３．５ｎｍとされた所望の波長よりもはるかに大きい波長を持つ不要の光線が、絞り３０２の後方に位置する照明光学系の部分に入らないように止められる。
【０１４１】
絞り３０２はさらに、光源１、入れ子式の集光器３、および格子として形成された平面鏡３００が入った部屋２０４を、後続の照明光学系３０６から空間的に分離することにも用いられる。中間焦点Ｚの近くにバルブを設けることによって２つの空間を分離する場合には、さらに圧力的に分離することも可能となる。空間的ないし圧力的に空間を分離することによって、光源から発生する汚れが絞り３０２の後方に設けられた照明光学系に到達しないようにできる。
【０１４２】
図２０に示す照明光学系は、図１７および表３に示す８枚の椀形状部を持つ入れ子式の集光器３を有している。図２０に示す構成の平面反射鏡２００は、０次及び使用される回折次数の間の２°の回折角を有する分光フィルターとして形成されている。第１の光学素子１０２は、１２２個の、それぞれ５４ｍｍ×２．７５ｍｍの大きさを有する第１の格子素子を有している。第２の光学素子１０４は、上記１２２個の複数の第１の格子素子に対応させるように割り当てられた１２２個の、それぞれ１０ｍｍの直径を有する第２の格子素子を有している。表４に記載された光学素子の位置のデータは、全て物面１１４における基準座標系に基づいている。それぞれの光学コンポーネントに割り当てられた局所的な座標系の、局所的なｘ軸周りの角度αの回転は、基準座標系を局所的な座標系の位置に並進移動させることによって求められる。図２０に示す照明光学系の光学コンポーネントのパラメータは、表４に与えられている。表４では、物面１１４に対する個々の光学素子の光軸との交点の位置が示され、ｘ軸を中心とした座標系の回転角αが記載されている。また、右手系の座標系と時計回りの回転を基準としている。光学素子の局所的な座標系の他に、中間焦点Ｚと入射瞳Ｅの局所的な座標系も挙げられている。フィールドを形成する反射鏡１１０は、回転双曲面の軸外のセグメントから形成されている。図２０の照明光学系の表４に挙げられた全ての光学素子に関する座標系が、入れ子式の集光器３を除いて図２１に示されている。全ての光学素子には、図２０の場合と同一の符号が付されている。
【０１４３】
この光学系は、物面１１４、すなわちレチクルにおける照明開口がＮＡ＝０．０３１２５となる場合に、フィールド半径１３０ｍｍが得られるように構成されている。これは、露光すべき物体の面１２４で開口ＮＡ＝０．２５を有する後続の４：１投影光学系の入射瞳Ｅにおいて、シグマ値（充填度）がσ＝０．５となることに対応するものである。
【０１４４】
【表４】
2005501221.tif 000019
【０１４５】
図１〜図１３に示す入れ子式の集光器と同様、ヴォルター光学系の椀形状部も成型技術を用いて簡単に製造することができる。
【０１４６】
図２２には、図２０に示す照明光学系の平面７に設けられた第１の光学素子１０２および局所的なｘ−ｙ座標系が示されている。１２２個の第１の格子素子１５０が配設されているのが明らかに分かる。
【０１４７】
第１の格子素子１５０は、互いに離間された１０個のブロック１５２．１，１５２．２，１５２．３，１５２．４，１５２．５，１５２．６，１５２．７，１５２．８，１５２．９，１５２．１０に分けて設けられている。集光器３の中央の遮蔽部１５４のために照明されない平面１０３内の領域には、第１の格子素子１５０が設けられていない。個々の第１の格子素子１５０の間の照射強度の差は、図１７に示す入れ子式の集光器を用いる場合には、最大でも±１５％を下回る。
【０１４８】
図２３は、第２の光学素子１０４に設けられた第２の格子素子１５６を示している。第２の格子素子１５６の像は、照明光学系の射出瞳を連続的に所定のシグマ値（充填度）σ＝０．５に至るまで充填する。射出瞳における充填度の定義に関しては、国際公開第０１／０９６８４号パンフレットを参照してほしい。この明細書の開示内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【０１４９】
図２４には、一例として互いに内と外に嵌り合うように設けられた入れ子式の２つの反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２を有する本発明による入れ子式集光器の第１の実施形態が示されている。これらの反射鏡椀形状部の場合、環状開口構成要素は、図１５の入れ子式の集光器の場合と同様、第１の反射鏡椀形状部１００４.１の物体側の環状開口構成要素１００２.１と、第２の反射鏡椀形状部１００４.２の物体側の環状開口構成要素１００２.２との間に間隙１０００を有している。像側の環状構成要素１００３.１，１００３.２は、隣同士互いに直接つながっており、その結果、像空間には、必要な中央の遮蔽部１００５まで、間隙が存在しない。図示された集光器の場合、２つの反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２の間の不使用領域内、ならびに集光器の外側及び内側に、冷却装置１００６.１，１００６.２，１００６.３が設けられている。反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２は、略一平面で終端し、この平面１００８において、例えばスポークホイール（このうち一つのスポーク１０１０が示されている）によって、フレーム固定されている。図示された実施形態の各反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２は、２つの反射鏡セグメント、つまり第１の光学面を持つ第１の反射鏡セグメント１００７.１，１００７.２と、第２の光学面を持つ第２の反射鏡セグメント１００９.１，１００９.２とを備えている。これらは、間隙無く順番に設けられている。第１の反射鏡セグメント１００７.１，１００７.２は、本実施形態では、双曲面のセグメント、そして、第２の反射鏡セグメント１００９.１，１００９.２は、楕円面のセグメントとされている。
【０１５０】
図２４に示す子午断面から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線１０１６.１，１０１６.２，１０１８.１，１０１８.２、ないしは、光源１、光源の像５、椀形状部終端部１０２４１，１０２４.２の間をつなぐ、上記反射鏡椀形状部に配設された直線、そして、２つの反射鏡セグメントを有する光学系の場合にはさらに、第１の反射鏡セグメント１００７.１，１００７.２と第２の反射鏡セグメント１００９.１，１００９.２の間の境界部分によって、光学的な使用領域、つまり、物体すなわち光源１から、光源の像５に向かって、光束が内部を通過する言わばビーム管が画定される。子午断面、すなわち子午面は、回転軸線ＲＡを含む任意の平面である。互いに内と外に嵌り合うように設けられた少なくとも２つの反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２の使用領域１０３０.１，１０３０.２の間には、かくして不使用領域１０３２がある。この領域は、完全に内側の集光器シェル１００４.１の影の部分の内部に位置している。加えて、本実施形態ならびに図１５及び図１６の実施形態の場合のように、不使用領域は、前側の開口間隙１０００内、つまり環状開口構成要素１００２.１，１００２.２の間の間隙内に位置可能となっている。この物体側の開口間隙１０００は、光源の像５へは写されず、そのため、使われないままとなる。
【０１５１】
２つの反射鏡椀形状部１００４.１，１００４.２の間の不使用領域１０３２内には、光源１から光源の像５へと向かう光束に影響を与えることなく、入れ子式の集光器のさらに他のコンポーネントを設けることができる。斯かるコンポーネントに関する例としては、検出器、もしくは光を検出器に向けて偏向するハーフミラー（Auskoppelspiegel）、もしくは断熱シールドもしくはコールドトラップといった光学的でないコンポーネントが考えられる。冷却装置１００６.１，１００６.２，１００６.３は、集光器シェルの背面側に直に接触した状態にできる。荷電粒子や磁化した粒子を偏向するための電極もしくは磁石を設けることもできる。電気的な導線、もしくは冷却剤を供給ならびに排出するための導管は、像側の集光器の開口、つまり、像側の平面における照明領域を殆ど遮蔽することなく、集光器の外に導き出すことができる。このような導管ないし導線１０４４は、反射鏡椀形状部の必要な保持装置、例えばスポーク１０１０を持つスポークホイールの影の部分を通すことが好ましい。もちろん、さらに他の冷却部材や検出器を、外側シェル１００４.２や中央遮蔽部１０５２の外側の領域にも設けても構わない。中央遮蔽部の領域には、例えば図８に示すように、絞りを設けることもできる。
【０１５２】
図２５には、本発明のさらなる実施形態が示されている。図２５に示された実施形態もまた、２つの反射鏡椀形状部１１０４.１，１１０４.２を有する光学系を示している。図２４と同様の構成部材には、１００だけ加算された符号が付されている。図２４の実施形態に比べると、図２４に示された集光器は、各反射鏡椀形状部が単に単一のセグメント１１０７.１，１１０９.１、すなわち、楕円面のセグメントのみ有するような光学系に関するものになっている。さらに、環状開口構成要素は、間隙を持たない。２つの反射鏡椀形状部１１０４.１，１１０４.２の間の不使用領域１１３２には、本実施形態では、例えば環状プレートの形態の、環状に形成された冷却装置１１０６.１，１１０６.２を設けることができる。この環状プレートは、やはり冷却剤が中に流れていることが好ましい。冷却剤は、冷却プレート１１０６.１，１１０６.２から、上述の如く個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポーク１１１０へと通ずる冷却導管１１４４を介して供給および排出される。環状プレートとしての冷却装置の構成は、表面積の大きい効率的で一様な、しかも回転対称の冷却を実現することができる。プレートは、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して反射鏡椀形状部に固定して接続することができる。このとき、熱は、熱伝導によって放出される。別構成として、椀形状部は、単に載置するだけであってもよい。これにより、反射鏡椀形状部もしくは冷却プレートの熱膨張に起因した相互作用が防止される。このとき熱は、最終的には放射によって放出される。
【０１５３】
冷却装置はまた、集光器の外周を完全に一回りする冷却リングとして形成することもできる。図２６には、このような冷却リングと、特に該冷却リングのホルダが示されている。冷却リング１２００.１，１２００.２は、反射鏡椀形状部毎に例えば２つのセグメントを有する、集光器の２つの反射鏡椀形状部の間の不使用空間内に設けられている。このような２シェル型のヴォルター集光器は、例えば図２４に子午断面で示されている。冷却リング１２００.１，１２００.２は、スポークホイールのスポークの影になる部分に延びていて、かつ回転軸線方向に延在する保持構造すなわちブリッジ部１２０２.１，１２０２.２，１２０２.３，１２０２.４に保持されている。冷却リング１２００.１，１２００.２は、上記保持ブリッジ１２０２.１，１２０２.２，１２０２.３，１２０２.４に、例えば、ロウ付けによって接続することができる。これにより、良好な機械的かつ熱的な接触が保証される。上記ブリッジ部は、例えば銅等の熱伝導率の高い材料から作製され、さらに、良好にロウ付けできることが好ましい。冷却リング１２０２.１，１２０２.２は、同じように、銅や鋼のような熱を伝えやすい材料からなることが好ましい。
【０１５４】
ブリッジ部１２０２.１，１２０２.２，１２０２.３，１２０２.４は、個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポークホイールの４つのスポーク１２０４.１，１２０４.２，１２０４.３，１２０４.４に、例えばネジによって取り付けられている。上記スポークは、半径方向に、つまり回転軸線に対して垂直に延在している。
【０１５５】
本発明によって、任意の光源を光源の像に形成する集光器が初めて示された。光源像は、実像、虚像となるか、または無限遠に位置する場合が考えられる。任意の光源の放射特性は、中間像の前方または後方の面において十分均一な照明が得られるように変換される。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】集光器の原理を説明するための図である。
【図２】光源の周囲の環状開口構成要素を示す概略図である。
【図３】平面内における環状構成要素を示す概略図である。
【図４】楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図５】椀形状部（シェル）の数が図４と異なる楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図６】屈折型の入れ子式の集光器を示す図である。
【図７】入れ子式の集光器のｉ番目の楕円形セグメントを示すである。
【図８】表１に示す実施形態による入れ子式の集光器の楕円群を示す図である。
【図９】像側の開口角に依存した表１の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図１０】ｘ方向において平面７内の半径ｒに依存する表１の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図１１】本発明による入れ子式の集光器を有する投影露光装置を示す図である。
【図１２】図１１に示す投影露光装置の第１の格子素子の平面における環状構成要素の照明分布（照射強度）を、光学系の回転軸線ｚまでの半径方向距離との関係で示す図である。
【図１３】入れ子式の集光器による中間像を有する投影露光装置を示す図である。
【図１４】図１７の８シェル型入れ子式ヴォルター光学系の横倍率βを示す図である。
【図１５】入れ子式ヴォルター光学系から３個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図１６】入れ子式ヴォルター光学系から２個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図１７】８枚の椀形状部を有する８シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図１８】２回反射を用いるヴォルター光学系として構成された集光器シェルの座標を説明するための概略図である。
【図１９】図１７の集光器を有する図２０の光学系の第１の格子素子の平面内の環状構成要素の照明分布（照射強度）を示す図である。
【図２０】図１７の入れ子式の集光器を有するＥＵＶ投影露光装置を示す図である。
【図２１】図１７の入れ子式の集光器を有する図２０のＥＵＶ投影露光装置の全ての反射鏡の座標系を示す図である。
【図２２】第１の格子素子を有する、図２０の照明光学系の第１の光学素子の図である。
【図２３】第２の格子素子を有する、図２０の照明光学系の第２の光学素子の図である。
【図２４】冷却装置を有する２シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図２５】冷却装置を有する２シェル型入れ子式楕円面集光器を示す図である。
【図２６】保持構造を有する冷却リングを示す図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１・・・光源
３・・・集光器
５・・・光源像
７，１０３・・・平面
４０，４２，４４，４６，６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７８，８０，２００，２０２，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，１００４.１，１００４.２・・・反射鏡椀形状部
４１.１，４３.１，４５.１，４７.１，２０５.１，２０７.１，２０９.１，１０１６.１，１０１８.２・・・内側周辺光線
４１.２，４３.２，４５.２，４７.２，２０５.２，２０７.２，２０９.２，１０１６.２，１０１８.１・・・外側周辺光線
４９.１，４９.２，４９.３，４９.４，２１１.１，２１１.２・・・照明光線束（光ビーム）
５１.１，５１.２，５１.３，５１.４，２１３.１，２１３.２・・・不使用領域
３０，３２，３４，２３０，２３２，２３４，１００３.１，１００３.２・・・環状構成要素
２０，２２，２４；２１０，２１２，２１４，１００２.１，１００２.２・・・環状開口構成要素
１０２・・・第１の光学素子
１０４・・・第２の光学素子
１０６，１０８，１１０・・・反射鏡（光学素子）
１２６・・・投影光学系
１５０・・・第１の格子素子
１５６・・・第２の格子素子
１８０・・・絞り
２００．１，２０２．１，２０４．１，１００７.１，１００７.２・・・第１の環状セグメント（第１のセグメント，第１の反射鏡セグメント）
２００．２，２０２．２，２０４．２・・・第１の光学面
２００．３，２０２．３，２０４．３，１００９.１，１００９.２・・・第２の環状セグメント（第２のセグメント，第２の反射鏡セグメント）
２００．４，２０２．４，２０４．４・・・第２の光学面
２０３.１，２０３.２，２０３.３，１００６.１，１００６.２，１００６.３・・・冷却装置
２２０，２２２，２４０，２４２，１０００・・・間隙
３１１.１，３１２.１・・・始点
３１１.２，３１２.２・・・終点
１０３０.１，１０３０.２・・・使用領域
１０３２・・・不使用領域
１２０２.１，１２０２.２，１２０２.３，１２０２.４・・・ブリッジ部
１２０４.１，１２０４.２，１２０４.３，１２０４.４・・・スポーク
Ｚ・・・中間像
【図９】
2005501221.tif 000020
【図１０】
2005501221.tif 000021
【図１２】
2005501221.tif 000022
【図１４】
2005501221.tif 000023
【国際公開パンフレット】
2005501221.tif 000024
2005501221.tif 000025
2005501221.tif 000026
2005501221.tif 000027
2005501221.tif 000028
2005501221.tif 000029
2005501221.tif 000030
2005501221.tif 000031
2005501221.tif 000032
2005501221.tif 000033
2005501221.tif 000034
2005501221.tif 000035
2005501221.tif 000036
2005501221.tif 000037
2005501221.tif 000038
2005501221.tif 000039
2005501221.tif 000040
2005501221.tif 000041
2005501221.tif 000042
2005501221.tif 000043
2005501221.tif 000044
2005501221.tif 000045
2005501221.tif 000046
2005501221.tif 000047
2005501221.tif 000048
2005501221.tif 000049
2005501221.tif 000050
2005501221.tif 000051
2005501221.tif 000052
2005501221.tif 000053
2005501221.tif 000054
2005501221.tif 000055
2005501221.tif 000056
2005501221.tif 000057
2005501221.tif 000058
2005501221.tif 000059
2005501221.tif 000060
2005501221.tif 000061
2005501221.tif 000062
2005501221.tif 000063
2005501221.tif 000064
2005501221.tif 000065
2005501221.tif 000066
2005501221.tif 000067
2005501221.tif 000068
2005501221.tif 000069
2005501221.tif 000070
2005501221.tif 000071
2005501221.tif 000072
2005501221.tif 000073
2005501221.tif 000074
2005501221.tif 000075
2005501221.tif 000076
2005501221.tif 000077
2005501221.tif 000078
2005501221.tif 000079
2005501221.tif 000080
2005501221.tif 000081
2005501221.tif 000082
2005501221.tif 000083
2005501221.tif 000084
2005501221.tif 000085
2005501221.tif 000086
2005501221.tif 000087
2005501221.tif 000088
2005501221.tif 000089
2005501221.tif 000090
2005501221.tif 000091
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501221.tif 000092
2005501221.tif 000093
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月27日(2003.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を物体側の開口を介して受容しかつ像側の所定の平面内の領域を照明するように構成され、
複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有し、
前記反射鏡椀形状部は、共通の回転軸線の周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられ、前記反射鏡椀形状部は、前記光源から入射する光ビームを受容しかつ前記像側の平面の方向に反射し、隣り合う２つの反射鏡椀形状部の間に、光に使用される使用領域を画定するように構成された集光器において、
隣り合う少なくとも２つの反射鏡椀形状部の間に、少なくとも一つの、光により使用されない不使用領域が形成され、該隣り合う少なくとも２つの反射鏡椀形状部の間の光により使用されない不使用領域には、さらなるコンポーネントが設けられるよう、前記反射鏡椀形状部が形成されていることを特徴とする集光器。
【請求項２】
請求項１に記載の集光器において、
前記複数の回転対称の反射鏡椀形状部のそれぞれは、第１の光学面を持つ少なくとも一つの反射鏡セグメントを備え、各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ割り当てられており、
前記第１の光学面には、前記回転軸線を含む平面である子午面内において一つの始点及び終点がそれぞれ設けられ、
前記子午面内の前記第１の光学面の前記始点は、外側の周辺光線を、そして、
前記子午面内の前記第１の光学面の前記終点は、内側の周辺光線を規定し、前記回転軸線周りに回転された内側と外側の周辺光線は、前記光ビームを画定し、該光ビームが少なくとも前記反射鏡椀形状部の第１の光学面上で反射され、前記物体側の開口から、照明すべき前記平面へ向かって、当該集光器自身を通過するように設けられ、
前記光ビームにより、隣り合う少なくとも２つの前記反射鏡椀形状部の間の光により使用される前記使用領域が定められていることを特徴とする集光器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネントは、検出手段、および／またはハーフミラー、および／または光学作用を持たない、シールド装置および／または冷却装置および／または固定装置といった構成部材、を含んでいることを特徴とする集光器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の集光器において、
前記照明すべき領域は、一平面内にあり、かつ複数の環状構成要素からなり、これらの各環状構成要素のそれぞれには、一つの環状開口構成要素が対応させられており、前記反射鏡椀形状部の、表面パラメータならびに前記回転軸線方向の長さは、前記個々の環状構成要素の照射強度が前記平面内で十分一致するように選ばれていることを特徴とする集光器。
【請求項５】
請求項４に記載の集光器において、
前記環状構成要素は、隣同士が連続的につながっていることを特徴とする集光器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の集光器において、
少なくとも２つの環状開口構成要素は、隣同士が連続的につながっておらず、これらの環状開口構成要素の間には、間隙が形成されていることを特徴とする集光器。
【請求項７】
請求項６に記載の集光器において、
さらなるコンポーネント、特に光学作用を持たない構成部材、なかんずく冷却装置は、前記環状開口構成要素の前記間隙の領域に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、非球面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。
【請求項９】
請求項８に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、楕円面もしくは放物面もしくは双曲面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の集光器において、
少なくとも一つの反射鏡椀形状部は、第１の光学面を持つ第１のセグメントと、第２の光学面を持つ第２のセグメントとを備えていることを特徴とする集光器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集光器において、
一つの反射鏡椀形状部の前記第１の光学面及び前記第２の光学面は、隣同士が連続的につながっておらず、該反射鏡椀形状部の第１の光学面及び第２の光学面の間に間隙が形成されていることを特徴とする集光器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネント、なかんずく冷却装置は、前記反射鏡椀形状部の第１の光学面及び第２の光学面の間の前記間隙内に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２に記載の集光器において、
前記第１の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第２の環状セグメントは、一つの楕円面の一部とされていることを特徴とする集光器。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の集光器において、
前記第１の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第２の環状セグメントは、一つの放物面の一部とされていることを特徴とする集光器。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の集光器において、
前記冷却装置は、冷却路を備え、該冷却路に冷却剤が循環させられていることを特徴とする集光器。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の集光器において、
前記集光器は、保持装置を備えていることを特徴とする集光器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の集光器において、
前記保持装置は、支持スポークを備え、該支持スポークが前記反射鏡椀形状部の半径方向に延在していることを特徴とする集光器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の集光器において、
前記冷却装置は、前記冷却剤のための供給装置と排出装置を備え、前記供給装置と排出装置は、前記保持装置の領域に設けられていることを特徴とする集光器。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の集光器において、
前記光源から放射される照明光線束の光線は、前記反射鏡椀形状部の表面接線に対して２０°より小さい入射角をなして入射するように構成されていることを特徴とする集光器。
【請求項２０】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の照明光学系であって、
光源（１）と、
少なくとも１つの集光器（３）と、
照明すべき平面（７；１０３）とを有してなる照明光学系において、
前記集光器は、請求項１から１９のいずれか１項に記載の集光器（３）とされていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２１】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２０に記載の照明光学系であって、
第１の格子素子（１５０）を持つ第１の光学素子（１０２）をさらに有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２２】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２０または請求項２１に記載の照明光学系であって、
前記集光器（３）が前記照明すべき平面（７；１０３）において環状の領域を照明するように構成され、
かつ、前記照明すべき平面（７；１０３）内に設けられた前記第１の光学素子（１０２）の前記第１の格子素子（１５０）が略前記環状の領域の内部に配設されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２３】
１９３ｎｍ以下、好ましくは１２６ｎｍ以下、特に好ましくはＥＵＶ領域の波長用の、請求項２１または請求項２２に記載の照明光学系であって、
結像させるための、及び／又は、フィールドを形成するための光学素子（１０６，１０８，１１０）をさらに有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２４】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載の照明光学系であって、
前記集光器（３）と前記照明すべき平面（１０３）との間に、前記光源（１）に共役な面を有し、この面に前記光源（１）の中間像（Ｚ）が結像されるように構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２５】
１９３ｎｍ以下、好ましくは、１２６ｎｍ以下、特に好ましくは、ＥＵＶ領域の波長用の、請求項２４に記載の照明光学系であって、
前記中間像（Ｚ）の位置、もしくは前記中間像（Ｚ）の近くに、絞り（２０２）が設けられ、該絞りは、少なくとも前記光源（１）および前記集光器（３）が中に入った部屋を、空間的及び／又は圧力的に、後続の照明光学系から分離するように設けられていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２６】
請求項１９から請求項２４のいずれか１項に記載の照明光学系と、
該照明光学系により照明されるマスクと、
感光性の物体に、
前記マスクを結像させるための投影光学系（１２６）とを有してなるＥＵＶ投影露光装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のＥＵＶ投影露光装置を用いて、マイクロエレクトロニクス構成部材、特に半導体構成部材を製造する方法。
【国際調査報告】
2005501221.tif 000094
2005501221.tif 000095
2005501221.tif 000096
2005501221.tif 000097