(57)【要約】【課題】  従来のアキシコンシステムと比較して、偏光のより生じる透過の不均一性を大幅に減少させるアキシコンシステムを提供する。【解決手段】  例えば、光強度の径方向再分布により、その入射面に入射する入射光分布を、その出射面から出射する出射光分布に変換する目的を果たすマイクロリソグラフィ投影露光装置用の照明システムに用いることが可能なアキシコンシステムであり、その１つの実施例において、アキシコンシステムは、第１のアキシコン表面および該アキシコン表面に対向して位置するさらに別の表面を備えるアキシコン素子と光軸とを有する。少なくとも１つの表面は、アキシコン表面での偏光選択反射および透過により発生するアキシコンシステムの透過不均一性を、楕円透過関数により、空間依存的に補償する光学補償コーティングにより覆われている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光強度の径方向再分布により、アキシコンシステムの入射面に入射する入射光分布を、アキシコンシステムの出射面から出射する出射光分布に変換するアキシコンシステムにおいて、
光軸（３）、
少なくとも１つのアキシコン表面（５２）を備える少なくとも１つのアキシコン素子（５０、１５１、１５２）、および
アキシコン表面での偏光選択反射により発生するアキシコンシステムの透過不均一性空間依存的に補償する補償手段（６０、１２）であって、光軸に垂直に伸びる第１の方向（ｘ）付近の領域における第１の効率が第１の方向と光軸とに垂直に伸びる第２の方向（ｙ）の領域における第２の効率よりも著しく大きいまたは小さい場合に、光軸に関して実質的に２回径方向対称な効率特性を有する入射光に作用する補償手段を備えるアキシコンシステム。
【請求項２】
アキシコン素子で比較的低い透過率の領域を通過する光線は、補償手段の領域において比較的高い透過率の領域を通過するような方法で、およびその逆の場合も同様な方法で、補償手段は、アキシコン素子に対して方位角によって配置される請求項１に記載のアキシコンシステム。
【請求項３】
入射放射光に作用する補償手段は、光軸に関して実質的に楕円効率特性を有する前出の請求項のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項４】
アキシコンシステム（５０）の少なくとも１つの光学表面（５２）は、アキシコン表面での偏光選択反射により発生するアキシコンシステムの透過不均一性を空間依存的に補償する光学補償コーティング（６０）により覆われている前出の請求項のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項５】
補償コーティングは、透過損失に関して、コーティングされていないアキシコンシステムの透過損失の逆数として空間分解的に実質的に生成するように、設計される請求項４に記載のアキシコンシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの補償コーティングは、方位角によって透過効率が変わる高屈折率と低屈折率の各誘電体層を交互に有する多層干渉層システムである請求項４または５に記載のアキシコンシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの補償コーティングは、方位角によって透過効率が変わるグレーフィルター層である請求項４〜６のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項８】
補償コーティングは、完全に２倍の正弦波コースを方位角によって好適に示すその厚さの方位変動を有する請求項４〜７のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項９】
補償コーティングは、層補償において方位変動を有する請求項４〜８のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１０】
アキシコン素子はさらに別の表面（５３）を有し、アキシコン素子のアキシコン表面（５２）のみが補償コーティングにより覆われている請求項４〜９のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１１】
アキシコン素子はさらに別の表面（５３）を有し、さらに別の表面（５３）のみが補償コーティングにより覆われている請求項４〜９のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１２】
アキシコン素子はさらに別の表面（５３）を有し、アキシコン表面とさらに別の表面の両方が補償コーティングにより覆われており、補償コーティングの効率の空間分布は、補償効果が生じるように、互いに調整される請求項４〜９のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１３】
第１のアキシコン表面を有する第１のアキシコン素子（１５１）と、その軸距離が好適に連続的に可変である第２のアキシコン表面を有する少なくとも１つの第２のアキシコン素子（１５２）とを備える前出の請求項のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１４】
特に楕円透過関数において透過不均一性を示し、アキシコン素子またはアキシコンシステムと空間的に相補的である少なくとも１つのさらに別の光学部品が、割り当てられる前出の請求項のいずれかに記載のアキシコンシステム。
【請求項１５】
さらに別の光学部品は、長方形断面と長さの異なる辺のロッド形状の光結合器（１２）である請求項１４に記載のアキシコンシステム。
【請求項１６】
前出の請求項のいずれかに記載の少なくとも１つのアキシコンシステムを特徴とする、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置用の光学素子用の照明システム。
【請求項１７】
直線偏光された光を好適な偏光方向に出力する光源（２）と、アキシコンシステムの上流又は下流に配置された、長方形断面と長さの異なる辺の少なくとも１つのロッド形状の光結合器（１２）とを備え、ロッド形状の光結合器は、好適な偏光方向をロッド形状の光結合器の外側面に対して特に約４５°の角度で斜めに位置合せすることにより、好適な偏光方向に関して回転する請求項１６に記載の照明システム
【請求項１８】
光源、
請求項１６または１７に記載の照明システム、および
投影対物レンズ、を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項１９】
光源は直線偏光された光を出力するように設計され、投影対物レンズは偏光選択物理的ビームスプリッターを有する反射屈折投影対物レンズである請求項１８に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光強度の径方向再分布によって、アキシコンシステムの入射面に入射する入射光分布を、アキシコンシステムの出射面から現れる出射光分布に変換するアキシコンシステム、および少なくとも１つのそのようなアキシコンシステムを含む光学素子用の照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品のマイクロリソグラフィ及びその他の微細に構成された半組立品用の投影露光装置の効率は、光学投影装置システムの結像特性により実質的に決まる。また、画像品質と装置により達成可能なウェハスループットは、投影対物レンズの上流に接続された照明システムの特性により実質的に決まる。照明される領域の位置と形状に関して精密に規定可能な光分布を設定する工程、および照明される領域内において強度分布ができる限り均一である場合に、前記システムは可能な限り高い効率で光源の光を用意する必要がある。これらの必要条件は、例えば、様々な程度のコヒーレンスを有する従来の設定の場合、または円形野の双極または四極照明の場合に、全ての設定可能な照明モードに対して同等に満たされるべきものである。
【０００３】
照明システムにおいてより一層重要に成りつつある必要条件は、照明システムができる限り精密に規定できる偏光状態を有する出力光を供給可能であることにある。例えば、フォトマスク上または下流の投影対物レンズ中に入射する光は、主として又は完全に直線偏光されていること、および偏光が好適な方向に規定されていることが望まれる。例えば、ビームスプリッターで１００％の理論効率を有する偏光ビームスプリッター（ビームスプリッター立方体、ＢＳＣ）付きの現状の反射屈折投影対物レンズは、直線偏光した入力光を用いて動作可能である。
【０００４】
主として直線偏光された光を供給するエキシマレーザ光源と照明システムを併用すると、全体的な照明システムは偏光を維持するように実質的に作動するという事実により、直線偏光された出力光が形成できる。偏光した光を使用する場合にも、照明の変動性と均一性に基づく上記必要条件は満たされるべきものである。
【０００５】
照明システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置に用いる照明システムは、様々な機能用の通常複数のサブシステムと構成部品を備える複雑な設計である。１つの照明システムの場合に従来の（軸方向の、軸上の）照明と従来技術ではない（背軸方向の、軸からずれた）照明との間を切り替えることが望まれると、光軸の外側の光強度が光軸の領域よりも実質的に大きな場合、光強度の径方向再分布によってアキシコンシステムの入射面に入射する入射光分布を出射光分布に変換するアキシコンシステムを用いる。背軸上に斜めに照明をするためのこれらの従来技術ではない照明設定は、とりわけ２つの光線の干渉により被写界深度を増加させ、かつ投影露光装置の解像力を増加させる目的を果たす。
【０００６】
欧州特許第７４７７７２号には、２次元ラスター構造を備える第１のディフラクティブラスター素子が配置される対物平面中に結合ズーム−アキシコン対物レンズを有する照明システムが記載されている。このラスター素子は、開口を導入することにより入射するレーザ光の光伝導度を増加させ、さらに、例えば略円形の分布（従来の照明の場合）または極を有する分布となるように光分布の構成を変化させる目的を果たす。これら２つの照明モードを交互に行うために、第１のラスター素子を適切に交換する。ズーム−アキシコン対物レンズは、光分布の直径を無限に調整するためのズーム機能と、光強度の径方向再分布用のアキシコン機能とを組合せている。アキシコンシステムは、互いに軸方向に移動可能であり、かつそれらの間隔がゼロになるまで互いに移動可能な、互いに対向する円錐アキシコン表面を有する２つのアキシコン素子を備える。従って、照明の輪状およびコヒーレンスの程度は、ズームアキシコンを調節することにより、調整可能である。対物レンズの出射面ひとみ中に位置する第２のラスター素子が、対応する（軸上または背軸上の）光分布により照明されて、第２のラスター素子は形状が下流のロッド形状光結合器の入射面に対応する長方形の光分布を形成する。
【０００７】
光学エネルギーの径方向再分布用のアキシコンシステムを備えるその他の照明システムは、例えば、出願者に帰属する米国特許第５６７５４０１号、米国特許第６３７７３３６Ｂ１号、および同時所有権すなわち米国特許第６４５２６６３Ｂ１号に示されている。
【０００８】
アキシコンシステムは、偏光効果を有することが知られている。ドイツ国特許第３５２３６４１号（米国特許第４７５５０２７号に対応）には、接線方向及び径方向の偏光を発生させるために、多数の連続的なアキシコン表面の偏光選択効果を用いる偏光子が記載されている。いくつかの実施例において、光軸に対して斜めに傾斜したアキシコン表面により生じる偏光選択効果を、好適な光学コーティングにより増幅する。
【０００９】
円錐表面に関する別の偏光子は、ドイツ国特許第１９５３５３９２Ａｌ号（米国特許第６１９１８８０Ｂ１号に対応）に示されている。
【００１０】
従来のアキシコンシステムは、一般に空間的に不均質な影響を通過する放射光の強度分布に及ぼすことがわかった。
【特許文献１】欧州特許第７４７７７２号
【特許文献２】米国特許第５６７５４０１号
【特許文献３】米国特許第６３７７３３６Ｂ１号
【特許文献４】米国特許第６４５２６６３Ｂ１号
【特許文献５】ドイツ国特許第３５２３６４１号
【特許文献６】米国特許第４７５５０２７号
【特許文献７】ドイツ国特許第１９５３５３９２Ａｌ号
【特許文献８】米国特許第６１９１８８０Ｂ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、従来のアキシコンシステムと比較して、偏光のより生じる透過の不均一性を大幅に減少させるアキシコンシステムを提供することである。更なる目的は、大部分が均一な透過関数を有するアキシコンシステムを備える光学系を可能にする手段を具体化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を持つアキシコンシステムにより達成される。優位性のある展開が従属請求項において具体化される。全ての請求項の用語は、参照により本明細書中に含まれる。
【発明の実施形態】
【００１３】
本発明によるアキシコンシステムは、光強度の径方向再分布により、アキシコンシステムの入射面に入射する入射光分布を、アキシコンシステムの出射面から出射する出射光分布に変換する目的を果たす。本発明によるアキシコンシステムは、光軸、少なくとも１つのアキシコン表面を備える少なくとも１つのアキシコン素子、およびアキシコン表面での偏光選択反射により発生するアキシコンシステムの透過不均一性空間依存的に補償する補償手段であって、光軸に垂直に伸びる第１の方向付近の領域における第１の効率が第１の方向と光軸とに垂直に伸びる第２の方向の領域における第２の効率よりも著しく大きいまたは小さい場合に、光軸に関して実質的に２回径方向対称な効率特性を有する通過する放射光に作用する補償手段を備える。
【００１４】
光軸に対して斜めに傾斜した屈折表面を有するアキシコン表面の回転対称なまたは径方向に対称な幾何学的配置のため、例えば直線偏光された入力放射光の場合、電界強度ベクトルの同じ振動方向の光線は、全てに場所で、屈折アキシコン表面に関して同じ方向に向いた入射平面に入るとは限らない。従って、フレネル損失のため、入射光は、入射位置の関数であるため局所的に異なる電界強度のｐ−成分およびｓ−成分が減衰する。これは、方位方向（円周方向）において、減衰の変動する入射がアキシコン表面上で起きることを意味する。これにより、入射光が均質な強度分布の場合、アキシコンシステムの下流では、光分布は空間的に均質ではなくなる。従来のアキシコンシステムおよび直線偏光された入力光の場合、それにより生じるエネルギーの不均一性は、約１０％までの大きさのオーダーであることが確かなことが評価により示されている。
【００１５】
本発明による補償手段は、これと反対に作用する。この場合、異方性的に作用する補償手段は方位角によって調整される、すなわち、光軸に対する円周方向において、アキシコン素子で比較的低い透過率（または高い反射率）の領域を通過する光線は、補償手段の領域において比較的高い透過率（または低い反射率）の領域を通過するような方法で、およびその逆の場合も同様な方法で、補償手段は、アキシコン素子に対して方位角によって調整される。従って、アキシコンシステムに装備される光学系の全断面にわたって、透過損失は平らになり、透過の不均一性を減少または大部分避けることが出来る。
【００１６】
透過（または反射）の際に方位方向（円周方向）において２つの極大が起き、さらに透過（または反射）の際に２つの極小がそれらと直角な方向に起きる場合、特に、入射放射光に作用する補償手段は、光軸に関して実質的に楕円効率特性を有する。連続的な遷移がこれらの領域間に存在可能であり、適切な場合には階段状の遷移も可能である。
【００１７】
１つの展開によれば、アキシコンシステムの少なくとも１つの光学表面は、アキシコン表面での偏光選択反射により発生するアキシコンシステムの透過不均一性を空間依存的に補償する光学補償コーティングにより覆われている。
【００１８】
例えばグレーフィルター層または高屈折率と低屈折率の誘電体各層を交互に有する多層干渉層システムである補償コーティングは、反射損失に関して、コーティングされていないアキシコンシステムの反射損失の逆数として空間分解的に実質的に生じるように、理想的に設計される。
【００１９】
効率特性を、例えば完全に２倍の正弦波コースを方位角によって好適に示す層厚さの変動により、設定可能である。別法としてまたは付加的に、補償コーティングは、方位角における層構成において変動を起こすことも可能である。所定の入射強度分布の場合、干渉層システムの層特性の必要なプロファイルは、フレネルの公式から導かれる。透明な光学部品上の干渉層の場合、それらが全体に反射減少（反射防止）効果を有すると、有利である。
【００２０】
アキシコン表面に加えて、透明なアキシコン素子は、実質的に平面、球面、またはアキシコン表面と同様に形成できるさらに別の表面を有する。アキシコン表面のみが補償コーティングにより覆われている実施例がある。別の実施例の場合、さらに別の表面のみが補償コーティングにより覆われている。アキシコン表面とさらに別の表面の両方が補償コーティングにより覆われており、補償コーティングの効率の空間分布は、必要な補償効果が全体に生じるように、互いに調整することも可能である。
【００２１】
第１のアキシコン表面を有する第１のアキシコン素子と、第２のアキシコン表面を有する少なくとも１つの第２のアキシコン素子とを備える実施例の場合、個々のアキシコン素子はそれ自体を随意的に補償しそれにより透過を維持することが可能である、あるいはそれぞれにアキシコン素子は、アキシコンシステム全体として実質的に透過を維持するために大部分がまたは完全に互いに補償し合う不均質な透過特性を有する。適切な場合ゼロから比較的大きな距離まで連続的にあるいは段階的に軸距離を可変できる少なくとも２つのアキシコン素子を備えるそのようなアキシコンシステムの典型的な応用分野は、最初に述べた、マイクロリソグラフィ投影露光装置に用いることができる照明システムである。
【００２２】
アキシコン素子またはアキシコンシステムが本質的に補償されずに大部分透過を維持する場合、アキシコン素子またはアキシコンシステムは、例えば楕円透過関数であるような透過不均一性を示す少なくとも１つのさらに別の光学部品が、割り当てることができ、それはアキシコン素子またはアキシコンシステムと空間的に相補的である。例えば、少なくとも１つの別の補償フィルター素子を設けることができる。
【００２３】
アキシコンシステムを照明システムに用いる場合、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて、照明システムの出口において非常に均一な照度であることが望まれる。このため、アキシコンシステムの上流または下流に配置される光混合素子を一般に用いる。長方形断面と長さの異なる辺のロッド形状の光結合器を用いると、直線偏光された光を用いている場合、その好適な偏光方向をロッド形状の光結合器の外側面に対して特に約４５°の角度で斜めに位置合せするという事実により、アキシコンシステムの異方性透過を自動的に補償することが可能である。好適な補償手段が設けられていない場合、エネルギー的に楕円ひとみが生成されるような方法（本出願者による米国特許出願番号２００２/０１２６９３１Ａｌ号に対応するドイツ国特許第１００６５１９８．１号と同等）で、長方形のロッド光結合器が全内部反射により光を混合するので、アキシコンシステムに関してこの楕円作動モードを好適に設計することにより、アキシコンシステムおよび光ミキサーから構成される結合システムの透過を補償することが可能である。
【００２４】
上記の特徴および更なる特徴は、特許請求の範囲からだけではなく、明細書および図面から出現し、個々の特徴は、本発明の実施形態の場合にはそれぞれにおいてまたサブコンビネーションとして集合的に実施可能であり、さらにその他の分野においても実施可能である。また、個々の特徴は、優位な設計およびそれら自体において保護される設計を構成することが可能である。
【実施例】
【００２５】
図１は、直線偏光された光が入射するアキシコン素子の円錐入射面の概略軸平面図を示す。
【００２６】
図２は、円錐アキシコン表面を有するアキシコン素子の概略側面図を示す。
【００２７】
図３は、エネルギー楕円率を説明するために、アキシコンシステムのｘ−軸およびｙ−軸の周りを中心にして、放射状に横切る領域を４つの四分円に分割する概略を示す。
【００２８】
図４は、本発明による補償手段の種々の実施形態が実施されるマイクロリソグラフィ投影露光装置用照明システムの実施例の概略図である。
【００２９】
まず、図１〜図３を用いて、空間的な透過不均一性の生成について、例として透明な材料からなる個々のアキシコン素子５１により構成されるアキシコンシステム５０に関して最初に説明する。
【００３０】
光軸３が中心であるアキシコン素子は、図示された放射状に横切る方向の場合、アキシコン素子の入射面を構成する円錐アキシコン表面５２と、さらに別の表面である、光軸に垂直な平坦な出射面５３とを有する。円錐アキシコン表面５２は、光軸に垂直な方向に伸びる平面に対して傾斜角ａであり、光軸３と平行にアキシコン表面に入射する光線５４が前記アキシコン表面を囲む結果として、入射角、または入射方向と入射点５６でアキシコン表面の法線表面との間で測定される入射角ｉが得られる。光軸３は、アキシコンシステムのｘ−軸およびｙ−軸に対して垂直であるｚ方向に伸びる。
【００３１】
このアキシコン素子は、好適な偏光方向（双方向矢印）がｙ−軸と平行に調整された完全に直線偏光された入射光により照射されてもよい。入射光は、均質である、すなわちアキシコンシステムの全断面にわたり均一な強度を有する。
【００３２】
この状態で、アキシコン表面での光線入射位置５６の方位角５５に依存する直線偏光は、ｐ−偏光単独またはｓ−偏光単独であるか、あるいは異なる強度のｐ−偏光およびｓ−偏光成分と混合した偏光状態を有することに留意すべきである。ｓ−成分は、光線入射位置でのアキシコン表面および光線入射方向の法線表面により定義される入射平面と垂直に伸びる電界強度成分である。ｐ−成分は、入射平面と平行に、すなわち入射平面それ自体の中で振動する電界強度成分である。
【００３３】
入射平面の調整は方位角の関数であるので、フレネル損失に基づき、入射光は、入射位置または衝突位置に依存して局所的に異なる電界強度のｐ−成分およびｓ−成分が減衰される。従って、方位方向（円周方向）において変化する放射光の減衰がアキシコン表面で起き、それに対応する強度の不均一性がアキシコン素子の下流で起きる。この場合、光は、ｙ−軸上にある全ての入射位置において完全にｐ−偏光されるとともに、ｘ−軸上にある全ての入射位置において完全にｓ−偏光される。これらの極限状態間の遷移の際に、ｙ−軸およびｘ−軸間でｐ−成分が徐々に減少しｓ−成分が徐々に増加する、あるいはその逆になるので、２つの成分はｙ−方向およびｘ−方向間のすべての領域において異なる強度で存在する。通常のフレネル反射の場合にｓ−偏光成分が一般にｐ−成分よりも高い反射率を持つと仮定すると、入射角ｉの増加に従ってｓ−偏光に対する反射率は単調に増加するとともに、ｐ−偏光に対する反射率は入射角に強く依存し、いわゆるブルースター角で明白に最小を示す。アキシコン素子の透過率は、ｓ−偏光が優勢なｘ−軸の周りの領域よりも、ｐ−成分が強力に優勢なｙ−軸周りの領域において一般に高いことが明白である。
【００３４】
従って、比較的高い光強度を有するｙ−軸を中心とする四分円ＩとIIIが存在しｘ−軸を中心とする四分円IIとIVでは弱い光強度が見られる場合に、アキシコン素子を通過した放射光のエネルギー分布は、そのひとみにおいて２回放射形対称性を示す（図３）。入射角がブルースター角の近傍で遭遇する典型的な傾斜角αに対する評価では、隣接する四分円での光エネルギーの差は、１０％までの大きさのオーダーである。これにより、ひとみのエネルギー楕円率は、例えば１０％までにできる。ここで楕円率Ｅは、以下のように定義される。
【００３５】
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しかし、通常は、例えばＥ＜１％であるような、実質的に小さな楕円率の値がねらいである。本発明は、この楕円率を減少させる補償手段を提供する。
【００３６】
図２を用いるアキシコンの実施例の場合、アキシコン表面５２は、好適なＰＶＤ法、例えば特に電子ビーム蒸着により円錐表面に塗布される光学補償コーティング６０により覆われる。補償層は、異なる屈折率の誘電体からなる各層を有する多層膜体であり、干渉効果により光学効果を達成するために高屈折率の材料と低屈折率の材料が交互に重なっている。本例の場合、補償層のｙ−軸の周りにある方位領域が、ｘ−軸を中心とする方位領域よりも低い透過率Ｔまたは高い反射率を実質的に有し、それにより補償層が四分円IIとIVの中心にあるように、補償層６０が設計される。連続的な遷移がこれらの領域間で起きる。
【００３７】
光軸３から楕円６１の線（破線で示す）までの距離がそれぞれの方位角における補償コーティングの透過率測定である場合、補償層６０の関連する楕円透過関数Ｔを図３に概略的に示す。ここで、補償層の透過関数の楕円率は、方位角によって変化する偏光状態に基づくアキシコン素子の透過の楕円率に対して実質的に逆数である。それにより、アキシコンの幾何学的配置および偏光効果により生じる透過の不均一性を、広範囲に又は完全に補償することが達成可能となる。
【００３８】
コーティングの同程度の楕円透過関数は、方位角によって変化する透過性を備えるグレーフィルター層としてコーティングを設計することによっても、達成可能である。
【００３９】
別法として、あるいはアキシコン表面５２に加えて、さらに別の表面５３を好適な補償層により覆うことも可能である。２層を覆うことは、特に単層のみで完全には補償できない場合に優位性がある。平坦なコーティング、または適切な場合出射面５３と同様にわずかに湾曲したコーティング表面は、生産工学的な理由により優位性がある。
【００４０】
本発明によるアキシコン素子および／またはアキシコンシステムを使用する例として、図４は、半導体部品およびその他の微細に構成された半組立品用の製造に用いることが可能であり、かつ深紫外領域からの光を用いてサブミクロンまでの解像度を達成する目的で動作するマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム１を示す。光線が照明システムの光軸３と同軸に配置された、約１５７ｎｍの動作波長を有するＦ２エキシマレーザを、光源２として用いる。その他のＵＶ光源、例えば、１９３ｎｍの動作波長を有するＡｒＦエキシマレーザ、２４８ｎｍの動作波長を有するＫｒＦエキシマレーザ光源、または１５７ｎｍより短い波長を有する光源が、同様に可能である。
【００４１】
光源２からの直線偏光された光は、例えばドイツ国特許第４１２４３１１号によるミラー配置として設計可能であり、かつコヒーレンスを減らしビーム断面積を増加させる目的に用いるビーム拡大器４に最初に入射する。図示される実施例の場合には、任意に形成されたクロージャーをレーザ２の適切なパルスコントローラにより置き換えられる。
【００４２】
ビーム整形素子としての働きをする第１のディフラクティブ光学ラスター素子５は、ビーム経路中でその下流に配置される対物レンズ７の対物面６に配置され、同様にビーム整形素子としての働きをする屈折性の第２の光学ラスター素子９は、像平面８または射出ひとみに配置される。
【００４３】
その下流に配置される光結合システム１０は、貫通する光を混合して均一にする光ミキサー１２の入射面１１に光を透過する。レチクル／マスキングシステム（ＲＥＭＡ）１４が配置される中間視野平面は、調節可能な視野絞りとしての働きをする光ミキサー１２の出射面１３に直接位置している。次の対物レンズ１５は、マスキングシステム１４を用いてレチクル１６（マスク、リソグラフィの原版）上に中間視野平面の像を作る。また対物レンズ１５は、第１のレンズ群１７、フィルターまたは絞りを導入可能なひとみ中間平面１８、第２および第３のレンズ群１９と２０、および、大きな照明装置（長さ約３ｍ）が水平に設置されかつレチクル１６が水平に搭載できることを可能にする、第２および第３のレンズ群１９と２０の間の偏向ミラー２１から構成される。
【００４４】
偏光選択ビームスプリッター（ビームスプリッター立方体、ＢＳＣ）付きの反射屈折投影対物レンズ（図示せず）および投影対物レンズの対物面内のレチクル１６を保持する調節可能なウェハホルダーと共に、この照明システムは、電子半組立品のマイクロリソグラフィ製造用ばかりでなく光学的回折素子およびその他の微細に構成された部品のマイクロリソグラフィ製造用でもある投影露光装置を構成する。
【００４５】
光ミキサー１２の上流の部品、特に光学ラスター素子５と９の設計は、光ミキサーの長方形の入射面が大部分均一に、かつ可能な最も高い効率で照明されるように、すなわち入射面からの光の損失が実質的にないように、選択される。この目的のために、ビーム拡大器４から入射しかつ長方形の断面と回転対称性がない発散性を有する平行光線は、発散と形状に関して光伝導度を導入して、第１のディフラクティブラスター素子５により、最初に変えられる。この場合、レーザ光の直線偏光が大部分一定に保たれている。
【００４６】
対物レンズ７の前方焦点面（対物面）内に配置される第１の光学ラスター素子５は、対物レンズ７とともに、可変寸法の照明スポットと光学系７の射出ひとみまたは像平面８内の光分布を形成する。長方形の放射特性を持つ屈折光学素子の例として設計される第２の光学ラスター素子９は、ここに配置される。このビーム整形素子は、光伝導度の主成分を生成し、光結合システム１０を経由する光伝導度を、視野に、すなわちロッド形状の光結合器１２の入射面の長方形に適合する。
【００４７】
対物レンズ７を除く前述の照明システムの設計は、例えば、その開示内容が本明細書の内容として援用される欧州特許第０７４７７７２号に記載される設計に対応する。
【００４８】
ズーム／アキシコンシステムとして次ぎに示される対物レンズ７は、可変設定可能でかつ光強度の径方向再分布によりその入射面に入射する入射光分布を出射面から出射する出射光分布に変換する、透過補償されるアキシコンシステム１５０を備える。また、対物レンズ７は、ズームシステムにより光分布出力の直径を可変設定するための、同様に設定可能なズームシステム４０も備える。従って、大部分が均一な強度の実質的に丸い照明スポットであって、設定可能な直径または軸領域に関して光軸の外側で増加する強度を有する所望の光分布を備える照明スポットが、例えば可変の内径及び外形を有するリング形状に、ラスター素子９の入射面で随意に生成可能である
アキシコンシステム１５０は大部分がエネルギー的に補償される。アキシコンシステム１５０は、第１のアキシコン素子１５１と、光が伝播する方向においてその下流に配置されかつその軸距離が調整装置（図示せず）により連続的に調整可能でありさらに適切な場合に距離をゼロにすることが可能な第２のアキシコン素子１５２とにより構成される。第１のアキシコン素子１５１は、平坦またはわずかに球面の入射面と凹面円錐形状の出射面を有する。一方、第２のアキシコン素子１５２は、凸面円錐形状の入射面と平坦またはわずかに球面の出射面に形作られる。従って、第２のアキシコン素子１５２は図１および図２に例示された実施例と同じように設計されている。入射面および／または出射面において、各アキシコン素子は、強度分布が対物レンズ７の下流の照明される領域の内側を大部分均一であるように、幾何学的配置および偏光により生じる透過不均一性を部分的又は完全に補償する補償コーティングを有する。
【００４９】
別の実施例において、エネルギーの不均一性を回避するために、補償手段は、直線偏光されたレーザ光の好適な偏光方向はｘ−軸またはｙ−軸に対して約４５°の角度で調整されるという事実に基づいて構成される（部分図Ａ）。エネルギー楕円率とともに、それは長方形断面のロッド形状の光結合器１２により生成され（部分図Ｂ）、（補償されていない）アキシコン素子により導入されるエネルギー分布の楕円率が、ロッド形状の光結合器１２の透過率の相互調整された楕円率により、大部分または完全に補償されるために、ロッド形状の光結合器の下流で、これにより大部分がエネルギー的に補償された光分布が再び生じる。これは、ロッド形状の光結合器が、エネルギー的に楕円形状のひとみを補償できるような方法で、全内部反射により四分円Ｉ〜IVを混合するためである。この補償の効率が照明設定の関数であり、（ロッド形状光結合器中での多数の全反射に対応する）高度のコヒーレンスに関して、反射が光結合器ロッド中でほとんど起きない少ない設定の場合よりも一般に良好に機能することが明らかになった。ここに述べた補償手段を組合せることも同様に実現可能である。
【００５０】
本発明は、反射型で動作するアキシコンシステムの場合にも、例えば、軟Ｘ線の領域における極めて短いＵＶ波長を用いて動作するＥＵＶリソグラフィ用の照明システムにおいて、同様に用いることができる。「光」という用語も、そのような短波長の放射光を含むように意図されている。このようなシステムの場合、入射放射光の分散に対するそれらの「透過」効率は、ミラー表面の反射率により決まる。そのため、反射型システムの場合、一般に「透過率」という用語は、入射放射光およびその後の反射放射光に対する「分散効率」として理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】直線偏光された光が入射するアキシコン素子の円錐入射面の概略軸平面図を示す。
【図２】円錐アキシコン表面を有するアキシコン素子の概略側面図を示す。
【図３】エネルギー楕円率を説明するために、アキシコンシステムのｘ−軸およびｙ−軸の周りを中心にして、放射状に横切る領域を４つの四分円に分割する概略を示す。
【図４】本発明による補償手段の種々の実施形態が実施されるマイクロリソグラフィ投影露光装置用照明システムの実施例の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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