(57)【要約】本発明は、像が対応する光学系の助成により形成されるべき物体を照明する光学装置に関する。本発明の装置は、照明光学系の瞳平面において、またはその近傍に配置され、照明光ビームを生じる光源（２１０）を含む。照明光学系は、光源（２１０）と物体との間に配置される。照明サイクルの間に使用される照明光ビームは、二次元かつマトリックス状態様の多数の個別ビームから構成される。本発明の装置はまた、個別の光ビームを選択的に生じる（２１６、２１７）制御装置（２２０）を含む。選択は、照明光ビームの形状がそれぞれ生成された個別の光ビームによって事前に決定できるような形で生起する。これは、それぞれの結像要求条件に適応された照明設定の迅速かつ可変の調整を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を照明する目的で複数の個別のビームによりマトリックスの態様で二次元に構成されている照明光ビームを生成する照明光源を備える光学装置であって、光ビーム（１０７）の形態を、選定された個別のビーム（１１２）によって事前に決定できるように、個別のビーム（１１２）を選択的に生成させる制御装置（２２０；３２０；４２０）を特徴とする、装置。
【請求項２】
マトリックスの態様で配列された複数の個別の光源（１１１；２１１）が各々、それらが個別のビーム（１１２）を放出するような形で作動させられ、作動させられた光源（１１１；２１１）の個別のビーム（１１２）の全体が照明光ビーム（１０７）を合成することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数の個別の光源（１１１；２１１）、特に２２５超、好ましくは５００超の、個別の光源（１１１）を特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１の方向にラインの形態で配列された複数の個別の光源（３１１）と、照明光ビームを生成する目的で照明サイクルの間に個別の光ビームを、第１の方向に対して、かつ個別の光ビームの放射方向に対して垂直な第２の方向で、制御された態様（２２０）で偏向させる走査装置（３２３）とを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
光ビームを放出する個別の光源（４１１）と、照明光ビームを生成する目的で照明サイクルの間に光ビームを、互いに対して、かつ個別の光源（４１１）の放射方向に対して垂直な２方向で、制御された態様（４２０）で偏向させる走査装置（４２６、４２８）とを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
レーザーダイオードの形態の少なくとも１つの個別の光源（１１１；２１１；３１１；４１１）を特徴とする上記請求項のうちの１つに記載の装置。
【請求項７】
周波数逓倍固体レーザーの形態の個別の光源を特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の装置。
【請求項８】
それが投影露光装置であることを特徴とする上記請求項のうちの１つに記載の装置。
【請求項９】
ウェーハ検査用機器の一部であることを特徴とする請求項１〜７のうちの１つに記載の装置。
【請求項１０】
投影光ビームを生成する投影光源によりオリジナルの像を生成するために、投影光ビームを形成する目的で投影光源とオリジナルとの間に配置された照明光学系および、オリジナルと像との間に配置された投影光学系を備える、特にマイクロリソグラフィのための、投影露光システムであって、投影光源（１１０；２１０；３１０；４１０）が、請求項１〜７のうちの１つに従って構成されており、照明光学系の瞳平面において、またはその付近に配置されていることを特徴とする投影露光システム。
【請求項１１】
投影光ビーム（１０７）の強度分布に対して投影光源（１１０）の下流に配置された均一化装置（１０５）を特徴とする請求項１０記載の投影露光システム。
【請求項１２】
均一化装置はガラスロッド（１０５）によって構成されていることを特徴とする請求項１１記載の投影露光システム。
【請求項１３】
均一化装置はマイクロレンズアレイによって構成されていることを特徴とする請求項１１記載の投影露光システム。
【請求項１４】
投影光源（１１０）のスペクトル放射の帯域幅を狭くする目的で投影光源（１１０）の下流に配置されたフィルタ（１３２）を特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の投影露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載の照明源を備える光学装置と請求項１０の前文に記載の投影露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
実際上特に重要である装置は、例えばマイクロリソグラフィにおいて使用されるような投影露光システムの投影光源である。従って、以下では主に、そのような形式の投影光源の場合における関係が例示的な態様で説明される。しかし、本発明はさらに、物体の照明が、物体の結像を改善する目的で、種々の照明設定により結像光学系によって担われるべきあらゆる形式の光学装置において使用され得る。用語「照明設定」は、照明光学系の瞳平面における照明光ビームの強度分布を意味すると理解される。
【０００３】
以下において、用語「照明サイクル」は、与えられた物体の照明の工程の開始と終了との間の期間を意味すると理解される。また、使用される照明技術に応じて、いくつかの照明工程がオリジナルを照明する目的で必要とされる。
【０００４】
以下において、「光学的照明光」は、特に透過性光学構成要素を利用できる可視、赤外または紫外波長域における波長を備える照明光を意味する。
【０００５】
請求項１の前文に述べた形式の装置は、投影光源の形態で、さらにまた投影露光システムの形態で特許文献１より既知である。この装置において、投影光ビームを構成する複数の個別の光ビームは、それ自体インコヒーレントであり、それにおいて望ましくない干渉効果が低減されている投影光ビームを生成する働きをする。そのような形式の投影露光システムでは、光学的露光波長により達成される解像力の制限範囲内にある厳格な照明要求条件を十分な程度まで満たすことができない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５０９１７４４Ａ号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の第１の目的は、解像力に関して厳しい要求条件において照明された物体の像についても使用されるように、冒頭に述べた形式の光学装置をさらに発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は請求項１に記載された特徴を有する光学装置によって達成される。
【０００９】
本発明に従った制御装置によって、それぞれの結像要求条件に適した照明設定の事前決定された形態を迅速かつ変化させて生成させることが可能である。照明設定は、照明された物体の構造に応じた態様で照明プロセスの間に変更することができる。例えばカドルポール（４極）分布の対称といった照明設定の極バランス補正もまた、照明プロセスの操作の手順の間に可能である。
【００１０】
投影露光の範囲内で、種々の照明設定を事前に決定することは知られているが、従来これは、交換可能なホルダに交換可能に配列された開口絞りの助成によって行われていた。そのような形式の絞りの使用は必然的に、光が不必要に生成され、それは加えて、入射時に望ましくない態様で開口絞りを熱応力にさらすことになり、照明の効率の損失をもたらす。本発明に従った光学装置では、照明光ビームは、理想的な場合、連続して動作させられるまさにその形態に生成される。これは、照明の効率を高め、光学構成要素の熱負荷を低減する。
【００１１】
請求項２記載の装置の場合、種々の照明設定が、それぞれ個別の光源の目標を定めた作動によって特に容易に実現することが可能である。
【００１２】
請求項３記載の装置は、マトリックスの態様で配列された個別の光源により、事前決定された照明設定への照明光ビームの形態の良好な近似を得る可能性をもたらす。
【００１３】
請求項４記載の代替的装置は、光源マトリックスよりも単純に構成されている。事前決定された照明設定は、この場合、偏向と同期されている個別の光源の作動によって得ることができる。
【００１４】
光源マトリックスの別の代替例は請求項５記載の装置によって表現される。この場合、事前決定された照明設定は、例えばテレビ画像の合成に対応する、ライン走査およびカラム走査の同期した重ね合せの結果として生じる。
【００１５】
請求項６記載のレーザーダイオードは、長期の耐用年数を達成することができる。さらに、レーザーダイオードは、それらの高効率の理由で低発熱を示す。従って、レーザーダイオードは、例えばマトリックス配列といった近密に隣接した群を形成するために結合される。
【００１６】
代替として請求項７記載の固体レーザーもまた使用できる。そのような形式の個別の光源では、高い個別の出力光効率が達成される。
【００１７】
請求項８における投影光源と請求項９におけるウェーハ検査用機器は、本発明に従った装置の特に傑出した機器構成として明白に挙げられる。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、本発明に従った光学装置の利益が特に効率的に利用される投影露光システムを明示することである。
【００１９】
本発明によれば、目的は請求項１０に記載された特徴を有する投影露光システムによって達成される。
【００２０】
照明光学系の瞳平面において、またはその近傍における本発明に従った投影光源の構成は、事前決定された照明設定の最適化された設計を保証し、それに関して、妥当な場合、瞳平面の領域において別様に配列されなければならないフィルタまたは絞りによっていかなる損失も甘受しなくてよい。そのような形式の投影露光システムは、特に、半導体産業におけるマイクロリソグラフィチップの製造に、または平面ディスプレイスクリーンの生産に適する。
【００２１】
請求項１１記載の均一化装置は、本発明に従って個別の光ビームから合成される投影光ビームの形成を最適化する。
【００２２】
他の投影光源に関して請求項１２記載のガラスロッドは、適格な均一化装置であることがわかっている。
【００２３】
請求項１４記載のフィルタは、本発明に従った投影光源により生成される投影光ビームのスペクトル純度を増強し、前記投影光ビームの結像特性をさらに改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の例示的実施形態を図面に基づいて以下でさらに詳細に説明する。
【００２５】
図１に表現されている従来技術の投影露光システムの部分は、レチクル３を照明する投影光を事前設定し、形成する働きをする。レチクルは、図示されない投影光学系によって、同様に図示されないウェーハ上に結像させられて、転写されるオリジナル構造を保持している。以下でさらに詳述されこの投影光の形成の働きをする光学構成要素の全体は、「照明光学系」とも称する。
【００２６】
レーザー１が投影光源として働く。それは、図１において特定領域だけに図示されている投影光ビーム７を生成する。ビームは最初に、ズーム対物レンズ２によってレーザー１の下流の光路において拡大される。その後、投影光ビーム７は、回析光学素子８や、投影光ビーム７をガラスロッド５の入射面５ｅに送る対物レンズ４を通過する。後者は、多数の内部反射の結果として投影光ビーム７を混合し、均一化する。ガラスロッド５の出射面５ａの領域には、照明光学系の視野平面が配置されており、そこにはレチクル−マスキングシステム（ＲＥＭＡ）が配置される。後者は、調整可能な視野絞り５１によって構成される。
【００２７】
視野絞り５１を通過した後、投影光ビーム７は、レンズ群６１、６３、６５、反射ミラー６４、瞳平面６２を備えた別の対物レンズ６を通過する。対物レンズ６は、レチクル３上に視野絞り５１の視野平面を結像させる。
【００２８】
図２は、本発明に従った投影光源１１０を示しており、図１に従ったレイアウトのレーザー１、さらにズーム対物レンズ２、回析光学素子８に置き換わるものである。残りの構成要素は図１に従った投影露光システムのそれらに対応しており、その理由で、それらの構成要素は図２には図示されていない。以下で説明する図において、以前の図に関して既述されたものに対応する構成要素は、個々の与えられた事例において１００だけ増した参照符号を付与し、再度詳述しない。
【００２９】
投影光源１１０は、照明光学系の瞳平面に配列されている。投影光源１１０は、マトリックスの態様で、すなわち二次元格子として配列された複数のＵＶレーザーダイオード１１１よりなる。レーザーダイオード１１１の数は、少なくとも２２５に達しなければならないが、好ましくは約５００ないし１０００である。ＵＶレーザーダイオード１１１の各々は、３７５ｎｍの平均波長と数ｍＷの平均出力を備える光ビーム１１２を放出する。光ビーム１１２は、約１０°で射出発散する。
【００３０】
対物レンズ１０４は、光ビーム１１２をガラスロッド１０５の入射面１０５ｅに送り、光ビーム１１２からなる投影光ビーム１０７を均一化させる。対物レンズ１０４は、従来の対物レンズまたはマイクロレンズアレイでよい。ガラスロッド１０５および、さらに投影露光システムの以降の構成要素は、図１に関して上述した技術的現状に従った投影露光システムのそれらに対応するので、図示されないかまたは、再度詳細には説明されない。
【００３１】
レイアウトの明瞭さの理由で、対物レンズ１０４を通り、対物レンズとガラスロッド１０５の入射面１０５ｅとの間の空間における最も外側の光ビーム１１２の周縁光線の光路だけが図２に図示されている。
【００３２】
ＵＶレーザーダイオードのスペクトル放射の帯域幅を狭くするために、図２で破線により示されている干渉フィルタ１３２を、投影光源１１０と対物レンズ１０４との間に配置してもよい。
【００３３】
図３は、図２の投影光源１１０に比べてより少ない数のＵＶレーザーダイオード２１１を有するということを除き、図２の投影光源１１０に対応する投影光源２１０の平面図を示している。
【００３４】
ＵＶレーザーダイオード２１１は、円形外周面２１４を有する格子状保持フレーム２１３に受け入れられている。外周面の内側で、保持フレームは等しい大きさの複数の正方形保持ソケット２１５となっており、それらの各々にＵＶレーザーダイオード２１１が受け入れられている。
【００３５】
従って、保持ソケット２１５の格子状構造は、ＵＶレーザーダイオード２１１のマトリックス形式配置を決定する。それはダイオードを拘束している外周面２１４の範囲内に位置する。レーザーダイオードマトリックスは、合計２２のライン（図３によればデカルト座標系のｘ方向に延びる）と２２のカラム（ｙ方向に延びる）に部分分割されている。外周面２１４による円形境界のために、縁端のラインとカラムは各々、８つのＵＶレーザーダイオード２１１だけであるのに対し、８つの中央のラインと中央カラムには各々、２２のＵＶレーザーダイオード２１１がある。全部で、３９２のＵＶレーザーダイオードが投影光源２１０に存在する。
【００３６】
ラインの各々は、ライン制御線Ｚｉ（ｉ＝１、２、…２２）を通してラインマルチプレクサ２１６に接続されている。対応する形で、マトリックスのカラムは、カラム制御線Ｓｉ（ｉ＝１、２、…２２）を通してカラムマルチプレクサ２１７に接続されている。制御線２１８、２１９を通して、ラインマルチプレクサ２１６とカラムマルチプレクサ２１７は、制御装置２２０に接続されている。
【００３７】
投影光源１１０、２１０の使用法を、投影光源２１０に基づいて以下に説明する。
【００３８】
レチクル３のオリジナルの構造が投影露光システムで行う結像要求に応じて、適切な照明設定が制御装置２２０の助成によって調整される。照明設定に応じて、異なる群のＵＶレーザーダイオード２１１が紫外光を放出するために励起される。この過程で、ＵＶレーザーダイオード２１１は対応するＵＶレーザーダイオード２１１のマトリックス位置（ラインｉ、カラムｊ）に対応する制御線ＺｉとＳｊの対への同時給電によって励起される。
【００３９】
照明の最も単純な場合、全部のＵＶレーザーダイオード２１１が励起され、その結果、照明光学系の瞳平面は紫外線で完全に満たされる。
【００４０】
他の照明設定は、制御装置２２０とマルチプレクサ２１６、２１７なしで投影光源２１０を示している図４〜７に基づき以下に説明する。
【００４１】
図４は、図４で破線の円によって示されている保持フレーム２１３の中心領域内で１群のＵＶレーザーダイオード２１１が励起されるように、中央のライン制御線Ｚ８〜Ｚ１５と中央のカラム制御線Ｓ８〜Ｓ１５が選択的に給電される照明設定を示している。ＵＶレーザーダイオード２１１の励起は個々の例で×印によって表されている。
【００４２】
図５は、別の照明設定、いわゆるダイポール照明（２極照明）を示している。この場合、図５において２つの破線の円形境界線によって示されている領域内にある２群のＵＶレーザーダイオード２１１が励起されるように、ライン制御線Ｚ９〜Ｚ１４、さらにカラム制御線Ｓ１〜Ｓ６とＳ１７〜Ｓ２２が給電される。
【００４３】
図６は、別の代替的照明設定、いわゆるカドルポール照明（４極照明）を示している。この場合、図６において破線の円形境界線によって示されている４つの領域内にある４群のＵＶレーザーダイオード２１１が作動させられるように、ライン制御線Ｚ４〜Ｚ９とＺ１４〜Ｚ１９、さらにカラム制御線Ｓ４〜Ｓ９とＳ１４〜Ｓ１９が給電される。
【００４４】
最後に、図７は照明設定のさらなる変種として環状照明を示している。この場合、図７における２つの同心破線の円によって示されている環状領域内のＵＶレーザーダイオード２１１が励起されるように、ライン制御線Ｚ３〜Ｚ２０とカラム制御線Ｓ３〜Ｓ２０が給電される。
【００４５】
レチクル３のオリジナル構造の照明要求条件に応じて、上述の照明設定やほとんどの他の照明設定を、制御装置２２０による適切な作動によって調整することができる。特に、図４〜７に従った照明設定の場合の作動領域の半径、さらに図５（ダイポール）および図６（カドルポール）の照明設定の場合における作動領域の中心の位置と、作動領域の形状や数は、結像要求条件に従って事前決定することができる。
【００４６】
図８、９は、本発明に従った投影光源のさらなる変形例を示している。図８、９は同様に、投影光源の平面図を示している。すなわち、ＵＶレーザーダイオードの放射方向は観察者の方向で図面の平面に対して垂直である。
【００４７】
図８の投影光源３１０は、合計２４のＵＶレーザーダイオード３１１を線形保持フレーム３１３に含む１つのＵＶレーザーダイオードライン３２１を示している。ＵＶレーザーダイオード３１１は各々、制御線Ｓｉ（ｉ＝１、２、…２４）を通して制御装置３２０に接続されている。図８において図式的に表現されている機械的結合３２２によって、レーザーダイオードライン３２１はアクチュエータ３２３に接続されており、そのアクチェータは転じて制御線３２４を介して制御装置３２０に接続されている。アクチュエータ３２３の助成により、レーザーダイオードライン３２１は、ライン軸の中心に一致する軸の回りで所定の角度範囲内で回転することが可能である。
【００４８】
投影光源３１０は、以下のようにして動作する。
【００４９】
事前に決定された照明設定に応じて、制御装置３２０は同期させて制御線Ｓｉと３２４に給電する。その際、投影サイクルの間にそれと同期して制御線のＳｉへ給電された縦軸に対する、レーザーダイオードライン３２１の一定頻度の回転運動の重ね合せの結果として投影光ビームの所望の照明設定が得られるようにする。
【００５０】
これに関して、投影サイクルは、レーザーダイオードライン３２１の回転運動の少なくとも１つの全周期に対応する継続時間を有する。制御装置３２０による適切な同期作動によって、そのような投影サイクル内での投影光源３１０により、図３に従ったレイアウトに関して上述した照明設定を同様に生成することができる。
【００５１】
図９の投影光源４１０は、単一のＵＶレーザーダイオード４１１を示している。後者は保持フレーム４１３に配置されている。機械的結合４２５を介して、ＵＶレーザーダイオード４１１は、カラム走査装置４２６に接続されている。機械的結合４２７は、ＵＶレーザーダイオード４１１をライン走査装置４２８に接続している。制御線４２９、４３０を介して、走査装置４２６、４２８は制御装置４２０に接続されている。
【００５２】
機械的結合４２５を介して、ＵＶレーザーダイオード４１１は、図９の図面の平面に垂直に位置する軸の回りで所定の角度範囲内で回転することができる。機械的結合４２７によって、ＵＶレーザーダイオード４１１は、図９の図面の平面に水平に位置する軸の回りで所定の角度範囲内で回転することができる。
【００５３】
投影光源４１０は、以下のようにして動作する。
【００５４】
投影光ビームの事前に決定された照明設定に応じて、制御装置４２０は、機械的結合４２５、４２７の２つの回転軸回りの一定頻度の回転運動の重ね合せと、投影サイクルの間これと同期されるＵＶレーザーダイオード４１１の作動の結果として、上述のそれと類似の態様で、外観上マトリックスの形態に構成された複数の順次生成される光ビームが、ＵＶレーザーダイオード４１１の瞬間的な方向づけに従って制御装置４２０によって選択され得るような形で、同期形式で制御線４２９、４３０を通して走査装置４２６、４２８を作動させる。ＵＶレーザーダイオード４１１の瞬間的な方向づけに従って生成された光ビームのこの制御された選択によって、投影光ビームの所望の照明設定が得られる。
【００５５】
これに関して、投影サイクルは、走査装置４２６、４２８の回転運動の全周期の少なくとも最小公倍数に対応する継続時間を有する。制御装置４２０による適切な同期作動によって、そのような投影サイクル内での投影光源４１０により、図３に従ったレイアウトに関して上述した照明設定を同様に生成することができる。
【００５６】
本発明の実施形態に応じて、光導波路によって随意に誘導される他の光源もまた、例えば周波数逓倍固体レーザーといったＵＶレーザーダイオードの代替物として動作し得る。これに関して、それは、Ｑスイッチを有するかまたは、モードロックされる、周波数３倍または周波数４倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの問題となり得る。
【００５７】
上述したガラスロッドの代わりに、マイクロレンズアレイもまた、そうしたものとして周知の態様で照明光を均一化するために使用され得る。
【００５８】
より良好なパッケージング密度を達成する目的で、個々の光源はまた、ハニカム状構造でまたはリング構造で構成され得る。
【００５９】
図１０において、本発明に従った光学装置のさらなる例として、製造されたウェーハを検査する目的で半導体素子の製造過程におけるマイクロリソグラフィにおいても使用されているような機器が示されている。その機器は、照明源として、複数の個別の光ビームからなる照明光ビーム５１２を生成するダイオードアレイ５１０を備える。レンズ５０４がこれらの照明光ビーム５１２を均一化ガラスロッド５０５に結合させる。ガラスロッド５０５から射出する光は、間に絞り５８２が配置されている２つのコンデンサーレンズ５８０、５８１により平行にされる。反射ミラー５８３と部分透過ミラー５８４を経て、さらに顕微鏡対物レンズ５８５を通り、光が、検査される従って照明されるウェーハ５８６に到達する。
【００６０】
ウェーハ５８６から発した光は、反対方向に顕微鏡対物レンズ５８５を通過し、部分透過ミラー５８４により照明光の光路から外される。光はその後、レンズ５８７によりＣＣＤアレイ５８８上に結像させられる。このアレイによって生成された画像は、その後、視覚的または自動的に評価される。
【００６１】
再び、照明光源としてダイオードアレイ５１０の使用により、個別のダイオードの任意の適切な作動によって、照明設定を極めて迅速に変更し、それを、検討中のウェーハ５８６上で解像される種々の構造に適応させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】技術的現状に従った投影露光システムの照明光学系の概略図である。
【図２】本発明に従った投影光源を備え、図１に比べてより少数の構成要素に制限された図１に類似の投影露光システムの一部である。
【図３】図２に類似の投影光源の拡大平面図である。
【図４】照明設定を生成するために図３に従った投影光源の作動例を示す。
【図５】照明設定を生成するために図３に従った投影光源の作動例を示す。
【図６】照明設定を生成するために図３に従った投影光源の作動例を示す。
【図７】照明設定を生成するために図３に従った投影光源の作動例を示す。
【図８】図２、３のそれらの代替例である本発明に従った投影光源を図３に類似の平面図で示す。
【図９】図２、３のそれらの代替例である本発明に従った投影光源を図３に類似の平面図で示す。
【図１０】ウェーハ検査用機器の光学的構造である。
【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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【国際調査報告】
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2005532680.tif 000014
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2005532680.tif 000016
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