(57)【要約】  マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系は、瞳面（３８）内の強度分布を変更する空間光変調器（５８）を含む。変調器（５８）は、入射投影光（３４）をミラーに印加される制御信号に依存する方向に反射するミラー（６４）のアレイ（６２）を含む。投影光（３４）を空間光変調器（５８）に向けて誘導するプリズム（６０）は、投影光（３４）が２回入射し、すなわち、初回には、プリズム（６０）から射出する時であって投影光（３４）がミラー（６４）によって反射される前に入射し、２回目には、プリズム（６０）に入射する時であって投影光（３４）がミラー（６４）によって反射された後に入射する２回通過面（７６）を有する。投影光（３４）が２回通過面（７６）上に初回に入射する時の投影光（３４）の反射を低減し、及び／又はそのような反射の結果である光部分（７８）が瞳面（３８）内の強度分布に寄与するのを妨げる瞳摂動抑制手段が設けられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）投影光（３４）を生成するように構成された光源（３０）と、
ｂ）瞳面（３８）と、
ｃ）前記瞳面（３８）内の強度分布を変更するように構成され、反射要素に印加される制御信号に依存する方向に入射投影光（３４）を反射するように構成された反射要素（６４）のアレイ（６２）を含む空間光変調器（５８）と、
ｄ）少なくとも１つのプリズム（６０）を含み、前記光源（３０）によって生成された前記投影光（３４）を前記空間光変調器（５８）に向けて誘導するビーム折り返しユニットと、
を含み、
前記少なくとも１つのプリズム（６０）が、前記投影光（３４）が２回入射し、すなわち、初回には、該少なくとも１つのプリズム（６０）から射出する時であってそれが前記反射要素（６４）によって反射される前に入射し、２回目には、該少なくとも１つのプリズム（６０）に入射する時であってそれが該反射要素（６４）によって反射された後に入射する２回通過面（７６）を有する、
マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系であって、
投影光（３４）のそれが初回に２回通過面（７６）上に入射する時の反射を低減し、及び／又は
そのような反射の結果である光部分（７８）が瞳面（３８）内の強度分布に寄与するのを妨げる、
ように構成された瞳摂動抑制手段、
を特徴とする照明系。
【請求項２】
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）上に適用された反射防止コーティング（８０）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】
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）に適用された回折構造（８２）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】
前記瞳摂動抑制手段は、前記投影光（３４）のそれが前記２回通過面（７６）上に前記初回に入射する時の入射角（αi）がブリュースター角に等しいことを保証する手段を含む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】
前記投影光（３４）の少なくとも８０％が、それが前記２回通過面（７６）上に前記初回に入射する時にｐ偏光状態に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】
前記投影光（３４）が、それが偏光ユニット（８４）上に入射する時に有する初期偏光状態をｐ偏光状態に変換する偏光ユニット（８４）を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の照明系。
【請求項７】
前記偏光ユニット（８４）は、半波板（８６）と、４分の１波板（８８）と、不均一な厚みを有する少なくとも２つの複屈折板（９０、９２）とを含むことを特徴とする請求項６に記載の照明系。
【請求項８】
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）と前記空間光変調器（５８）の前記反射要素（６４）との間に形成された隙間を満たす液体（９４）を含む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】
前記少なくとも１つのプリズム（６０）は、第１の反射面（７２）と第２の反射面（７４）を含み、
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）での反射の結果である前記光部分が前記瞳面（３８）に達しないように、該２回通過面（７６）が前記第１及び第２の反射面（７２、７６）とで異なる角度を形成することを保証する手段を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１０】
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）が、該２回通過面（７６）上で前記投影光（３４）が前記初回に入射する区域が該２回通過面（７６）上で該投影光（３４）が前記２回目に入射する区域から完全に分離されるような前記空間光変調器（５８）からの距離に配置されることを保証する手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１１】
前記瞳摂動抑制手段は、前記２回通過面（７６）での反射の結果である前記光部分（７８）をそれらが前記瞳面（３８）に到達しないように掩蔽するような位置で前記少なくとも１つのプリズム（６０）と該瞳面（３８）の間の前記投影光（３４）の光路内に挿入されるように構成された掩蔽器（９８）を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１２】
前記掩蔽器は、センサ上に入射する投影光の前記強度を検出するように構成された光強度センサを含むことを特徴とする請求項１１に記載の照明系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に関し、具体的には空間光変調器として使用される反射要素アレイを含む照明系に関する。
【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簡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、エッチング処理との併用で、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、フォトレジストを上部に有するウェーハは、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上にフォトレジストがマスクパターンによって決まるある一定の場所においてのみ露光されるように投影する。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。次に、エッチング処理が、このパターンをウェーハ上の薄膜積層体に転写する。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、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整列台とを含む。照明系は、マスク上で例えば矩形スリット又は湾曲スリットの形状を有することができる視野を照明する。
【０００４】
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強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、マスク上の特定の点に向けて収束する光束の合計光エネルギが、光束を構成する光線の様々な方向の間で如何に配分されるかを表している。
【０００５】
マスク上に入射する投影光の角度分布は、通常、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適合される。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可能性がある。投影光の最も一般的に使用される角度分布は、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ばれる。これらの用語は、照明系のシステム瞳面内の強度分布を意味する。例えば、輪帯照明設定では、システム瞳面内の環状領域のみが照明される。したがって、投影光の角度分布には小さい角度範囲しか存在せず、したがって、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】
当業技術では、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異なる手段が公知である。マスク平面に異なる角度分布を生成するのに最大の柔軟性を得るために、瞳面を照明するミラーアレイ又は他の空間光変調器を使用することが提案されている。
【０００７】
ＥＰ  １  ２６２  ８３６  Ａ１では、ミラーアレイは、１０００個よりも多い微小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、２つの直交する傾斜軸の回りに傾斜させることができる。したがって、そのようなミラーデバイス上に入射する放射線は、ほぼいずれかの半球方向に反射することができる。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場所に変換する。この公知の照明系は、瞳面を複数のスポットで照明することを可能にし、各スポットは、１つの特定の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瞳面にわたって自由に移動することができる。
【０００８】
類似の照明系は、ＵＳ  ２００６／００８７６３４  Ａ１、ＵＳ  ７，０６１，５８２  Ｂ２、及びＷＯ  ２００５／０２６８４３  Ａ２から公知である。
【０００９】
しかし、照明系内でミラーアレイを使用することは、照明系をある程度設計し直すことも必要とする。例えば、ミラーアレイの使用は、照明系の全体の寸法を小さく保つために、プリズム又は平面折り返しミラーのような付加的なビーム折り返し手段を必要とする。
【００１０】
この関連において、ＵＳ  ２００９／０１１６０９３  Ａ１は、入射投影光が内部全反射によって反射される第１及び第２の面を含む特殊プリズムを使用することを提案している。第１の面は、投影光を投影光がプリズムから射出する面に向けて反射し、投影光は、射出してミラーアレイ上に当たる。ミラーアレイから反射された投影光は、この面を通じてプリズムに再度入射し、第２の面上に入射する。そこから、投影光は、プリズムと照明系の瞳面の間に配置されたコンデンサーレンズに向けて誘導される。したがって、このプリズムは、投影光が２回通過する上述の面で光がプリズムから取り出され、プリズム内に取り込まれることを除き、従来のＫプリズムと同様である。従来のＫプリズムでは、上述の面も、全ての光を内部全反射によって反射するように第１の反射面と第２の反射面の間に形成されるプリズム角が異なる。
【００１１】
ビーム折り返し目的でミラーの代わりにプリズムを使用することは、現時点では、ミラーの反射コーティングが、マイクロリソグラフィ照明系において一般的に使用される波長に対して９５％よりも実質的に大きくない反射率を有し、それに対して内部全反射の過程がほぼ１００％の反射率をもたらすことから有利である。
【００１２】
しかし、上述のＵＳ  ２００９／０１１６０９３  Ａ１に開示されている照明系の瞳面内では、多くの場合に、光強度分布が満足なものではないことが見出されている。特に、瞳面内の強度分布に望ましくない光寄与が存在する。これらの光寄与は、マスクを照明する投影光の角度光分布を摂動させる。
【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】ＵＳ  ２００９／０１１６０９３  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、瞳面内の強度分布への望ましくない光寄与が妨げられるか又は少なくとも有意に低減されるように、反射空間光変調器及びビーム折り返しユニットを含む照明系を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明により、この目的は、投影光を生成するように構成された光源と瞳面とを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系によって達成される。更に、照明系は、瞳面内の強度分布を変更するように構成された空間光変調器を含む。空間光変調器は、反射要素のアレイを含み、これらの反射要素は、反射要素に印加される制御信号に依存する方向に入射投影光を反射するように構成される。少なくとも１つのプリズムを含むビーム折り返しユニットは、光源によって生成された投影光を空間光変調器に向けて誘導する。少なくとも１つのプリズムは、投影光が２回入射し、すなわち、初回には、少なくとも１つのプリズムから射出する時であって投影光が反射要素によって反射される前に入射し、２回目には、少なくとも１つのプリズムに入射する時であって投影光が反射要素によって反射された後に入射する２回通過面を有する。本発明により、照明系は、更に、投影光が初回に２回通過面上に入射する時の投影光の反射を低減し、及び／又はそのような反射の結果である光部分が瞳面内の強度分布に寄与するのを妨げるように構成された瞳摂動抑制手段を含む。
【００１６】
本発明は、瞳面内の望ましい強度分布を摂動させる光部分が、２回通過面における投影光の反射によってもたらされるという発見に基づいている。光が、非ゼロ入射角の下で２回通過面を通過することによってプリズムから射出する場合には、光の僅かな部分が反射される。通常、反射光は、照明系の一部の構成要素によって吸収されることになり、したがって、この吸収はマスクの照明に利用可能な光の量を低減するが、マスクの照明をそれ程には摂動させないので、照明系では、そのような反射は殆ど心配ない。
【００１７】
しかし、ビーム折り返しユニットの少なくとも１つのプリズム内に使用される２回通過面の場合には、２回通過面において反射された光は、通常は照明系の一部の吸収構成要素上に入射するのではなく、瞳面に向けて誘導されることになる。より具体的には、反射光は、プリズムから平行光として射出することになり、この光は、その後のコンデンサーによって瞳面のちょうど中心に集束される。
【００１８】
瞳面の中心における（すなわち、光軸上の）強度分布へのそのような望ましくない光寄与は、ある一定の非従来型照明設定、例えば、輪帯照明設定、二重極照明設定、又は四重極照明設定の場合に特に悪影響を有する。これらの照明設定では、瞳面の中心を全く照明すべきではない。しかし、瞳面の中心の照明を必要とする従来照明設定においても、２回通過面において反射された光からの寄与は、干渉効果の結果として瞳照明の品質を劣化させる可能性がある。
【００１９】
瞳照明のそのような摂動を抑制するために、本発明は、２回通過面における投影光の反射を低減すること、及び／又はそのような反射の結果である光部分が瞳面内の強度分布に寄与するのを妨げることのいずれかを提案する。
【００２０】
一実施形態では、瞳摂動抑制手段は、２回通過面上に適用された反射防止コーティングを含む。通常そのような反射防止コーティングは、ある一定の光量を吸収するが、反射を低減するというプラスの効果が、反射防止コーティングの使用に関連付けられた僅かな光損失に優る。
【００２１】
別の実施形態では、瞳摂動抑制手段は、２回通過面に適用された回折構造を含む。回折構造の寸法を適切に決定することにより、２回通過面において反射された光が破壊的な干渉を受けることになり、それによって反射を低減することを提供することができる。
【００２２】
別の実施形態により、瞳摂動抑制手段は、投影光が２回通過面上に初回に入射する時の投影光の入射角がブリュースター角に等しいことを保証するための手段を含む。この手法は、ｐ偏光状態にある光が、ブリュースター角の下で入射する場合には、この光は、光学面において反射されないということを利用する。２回通過面上に入射する光がいずれの好ましい偏光状態も持たない場合であっても、この対策は、反射光の量を５０％だけ低減することになる。この低減は、ｐ偏光状態にある光が２回通過面上に初回に入射する時のこの光における偏光度が高い程強まる。したがって、投影光が２回通過面上に初回に入射する時に、投影光のうちの少なくとも８０％、より好ましくは、少なくとも９５％がｐ偏光状態にあることが好ましい。理想的には、投影光のうちの１００％がｐ偏光状態にあり、これは、この場合にいずれの光も２回通過面において全く反射されないからである。
【００２３】
投影光が入射する時に、投影光が有する初期偏光状態をｐ偏光状態に変換する偏光ユニットを偏光システム内に設けることができる。そのような偏光ユニットは、半波板と、４分の１波板と、不均一な厚みを有する少なくとも２つの複屈折板とを含むことができる。そのような偏光ユニットを使用すると、定義された偏光状態のいずれかの任意の空間分布をｐ偏光状態に変換することができる。
【００２４】
更に別の実施形態により、瞳摂動抑制手段は、２回通過面と空間光変調器の反射要素の間に形成された隙間を満たす液体を含む。そのような液体は、２回通過面における屈折率比を１に近くもたらすので、２回通過面における反射を有意に低減する。液体の屈折率が、少なくとも１つのプリズムの屈折率に等しい場合には、２回通過面ではいずれの反射も全く発生しない。
【００２５】
更なる実施形態により、少なくとも１つのプリズムは、第１の反射面と第２の反射面とを含む。瞳摂動抑制手段は、２回通過面における反射の結果である光部分が瞳面に達しないように、２回通過面が第１の反射面に対してと第２の反射面に対してとで異なる角度を形成することを保証するための手段を含む。２回通過面の傾斜した向きは、少なくとも１つのプリズムの２回通過面において反射された光が瞳面の中心に向けて誘導される基本的な理由である少なくとも１つのプリズムの対称性を破壊する。
【００２６】
更なる実施形態により、瞳摂動抑制手段は、２回通過面上で投影光が初回に入射する区域が２回通過面上で投影光が２回目に入射する区域から完全に分離されるような空間光変調器からの距離に２回通過面が配置されることを保証するための手段を含む。望ましくない反射は、２回通過面上で投影光が初回に入射する区域上でしか発生しないので、投影光が２回目に入射する区域からのこの区域の空間的分離は、反射光が、プリズムのうちで空間光変調器によって反射された投影光が同様に伝播する部分に達するのを妨げることを可能にする。
【００２７】
更に別の実施形態により、瞳摂動抑制手段は、２回通過面における反射の結果である光部分を掩蔽し、それによってこれらの光部分が瞳面に達しないようにするようなプリズムと瞳面の間の投影光の光路内の位置に挿入されるように構成された掩蔽器を含む。瞳面の中心を暗所にすべきである照明設定に対してのみ有利であるこの対策は、可能な限り最も直近の段において、すなわち、望ましくない光部分が瞳面に達する直前でこれらの光部分を除去する。
【００２８】
掩蔽器は、入射する投影光の強度を検出するように構成された光強度センサを含む。この場合、そうでなければ掩蔽器上で吸収によって失われることになる投影光又は投影光の一部は、投影光の強度に関する情報を提供するのに使用される。この関連において、照明系は、通常、光源によって生成される投影光の強度をモニタするための光強度センサを含むことに注意されたい。そのような光強度センサは、僅かではあるが、無視することはできない量の投影光を必然的に分岐させなければならない。しかし、本発明の関連で、そのような光強度センサが掩蔽器として使用される場合には、掩蔽器によって被るいずれの付加的光損失も（又は少なくとも低い付加的光損失しか）存在しない。モニタ光強度センサを掩蔽器として使用することは、センサの位置における光強度が、光源によって生成される強度に比例するか又は少なくとも２つの強度の間の依存性が既知であることしか必要としない。通常この条件は満たされる。
【００２９】
本発明の第２の態様により、上述の目的は、投影光を生成するように構成された光源と瞳面とを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系によって達成される。更に、照明系は、瞳面内の強度分布を変更するように構成された空間光変調器を含む。空間光変調器は、反射要素のアレイを含み、これらの反射要素は、反射要素に印加される制御信号に依存する方向に入射投影光を反射するように構成される。少なくとも１つのプリズムを含むビーム折り返しユニットが設けられる。ビーム折り返しユニットは、光源によって生成された投影光を空間光変調器に向けて誘導する。少なくとも１つのプリズムは、投影光が２回入射し、すなわち、初回には、プリズムから射出する時であって投影光が反射要素によって反射される前に入射し、２回目には、プリズムに入射する時であって投影光が反射要素によって反射された後に入射する２回通過面を有する。第２の態様により、照明系は、更に、光源と照明されるマスクの間の位置において投影光の合計強度を検出する光強度検出器を含む。更に、照明系は、光強度検出器によって測定された合計強度に依存して空間光変調器を制御する制御ユニットを含む。
【００３０】
本発明のこの第２の態様により、２回通過面における反射の結果である光部分が瞳面に達するのを妨げるいずれの対策もとらなくてもよい。代替的に、瞳面内の強度分布に対するこれらの寄与は許容されるが、計算上で考慮される。より具体的には、空間光変調器の反射要素は、瞳面内で得られる実強度分布が望ましい強度分布に等しくなるように制御される。通常、この制御は、そのような望ましくない反射がこの区域の照明に既に寄与しているので、反射要素のうちの一部が瞳面の中心に向けて光を導かないことを必要とする（それが、そのような望ましくない反射の不在の場合に必要になると考えられるので）。この関連において、２回通過面における望ましくない反射の結果である光部分の強度が、光強度検出器によって測定される光の合計強度に比例すると仮定している。しかし、この手法は、瞳面の中心も照明される非従来照明設定又は従来照明設定においてのみ良好に機能することに注意されたい。
【００３１】
合計光強度と２回通過面における望ましくない反射から発する寄与の強度との比例関係を仮定する代わりに、システム瞳面内に光強度検出器を配置することにより、瞳面においてこれらの寄与の強度を直接に測定することができる。光強度検出器は、投影作動の中断の間にビーム経路に挿入することができ、又は光の僅かな部分を例えば半透過ミラーを用いてビーム経路から取り出すことができる。
【００３２】
本発明の様々な特徴及び利点は、以下に続く詳細説明を添付図面と併せて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】
【００３３】
【図１】本発明による投影露光装置の大きく簡略化した斜視図である。
【図２】図１に示す装置の一部である照明系を通る子午断面図である。
【図３】２回通過面上に適用された反射防止コーティングを含む図２に示す空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図４】２回通過面上に適用された回折構造を含む第２の実施形態による空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図５】投影光が２回通過面上にブリュースター角の下で入射する第３の実施形態による空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図６】２回通過面と空間光変調器のミラーの間の隙間を満たす液体を含む第４の実施形態による空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図７】２回通過面が傾斜して配置された第５の実施形態による空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図８】２回通過面と空間光変調器の間の距離が大きい第６の実施形態による空間光変調ユニットを通る拡大子午断面図である。
【図９】反射光部分が瞳面の中心に達するのを妨げるために光掩蔽器が使用される第７の実施形態による照明系を通る子午断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。投影光ビームは、微細構造１８を含むマスク１６上の視野１４を照明する。この実施形態では、照明視野１４は、リングセグメントの形状を有する。しかし、照明視野１４の他の形状、例えば、矩形も考えられている。
【００３５】
投影対物系２０は、照明視野１４内の構造１８を基板２４によって支持される感光層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の像平面に厳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。
【００３６】
投影中には、マスク１６と基板２４は、図１に示すＹ方向と一致する走査方向に沿って移動する。それによって照明視野１４よりも大きい構造区域を連続的に投影することができるように、照明視野１４はマスク１６上を走査する。そのような種類の投影露光装置は、多くの場合に「ステップ−アンド−スキャンツール」又は簡単に「スキャナ」と呼ばれる。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βに等しい。投影対物系２０が像を反転させる場合は（β＜０）、図１に矢印Ａ１及びＡ２に示すように、マスク１６と基板２４とは反対方向に移動する。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ができる。
【００３７】
ＩＩ．照明系の一般的な構造
図２は、図１に示す照明系１２を通る子午断面図である。明瞭化の目的で、図２の図は大きく簡略化したものであり、正確な縮尺のものではない。これは、特に、異なる光学ユニットを１つ又は非常に少数の光学要素だけによって表すことを意味する。現実には、これらのユニットは、有意により多くのレンズ及び他の光学要素を含むことができる。
【００３８】
照明系１２は、ハウジング２８と、図示の実施形態ではエキシマレーザとして達成される光源３０とを含む。光源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３０及び他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。
【００３９】
図示の実施形態では、光源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、光ビームはそこで拡大される。ビーム拡大ユニット３２は、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として達成することができる。投影光は、ビーム拡大ユニット３２からほぼ平行なビーム３４として射出する。
【００４０】
次に、投影光ビーム３４は、瞳面３８に可変強度分布を生成するのに使用される空間光変調ユニット３６に入射する。空間光変調ユニット３６の様々な実施形態に対しては、図３から図９を参照して以下により詳細に説明する。
【００４１】
空間光変調ユニット３６と瞳面３８の間には、空間光変調ユニット３６から射出する光線の異なる方向を瞳面３８における異なる場所に変換するコンデンサー４０が配置される。他の実施形態では、空間光変調ユニット３６が遠視野内の瞳面３８を直接に照明するように、コンデンサー４０は省かれる。
【００４２】
瞳面３８内又はその直近には、例えば、円柱レンズ又はフライアイレンズのアレイを含むことができる２つの光学ラスター要素４４、４６を含む光学インテグレーター４２が配置される。光学インテグレーター４２は、更に別のコンデンサー４８を通じて、視野絞り５２が配置された中間視野平面５０を各々が照明する複数の２次光源を生成する。更に別のコンデンサー４８は、２次光源によって放出された光束を中間視野平面５０内で重ねるのを助ける。この重ね合わせに起因して、中間視野平面５０の非常に均一な照明を提供する。視野絞り５２は、複数の可動ブレードを含むことができ、望ましい程度でマスク１６上の照明視野１４の鮮明な縁部を保証する。
【００４３】
視野絞り対物系５４は、中間視野平面５０とマスク１６が配置されたマスク平面５６との間に光学的共役を与える。したがって、視野絞り５２は、視野絞り対物系５４によってマスク１６上に鮮明に結像される。
【００４４】
ＩＩＩ．空間光変調ユニット
以下では、空間光変調ユニット３６の様々な実施形態を説明する。明らかなように、空間光変調ユニット３６は、主に内部に組み込まれた瞳摂動抑制手段に関して互いに異なる。
【００４５】
１．第１の実施形態−反射防止コーティング
図３は、図２に示す空間光変調ユニット３６を通る拡大子午断面図である。空間光変調ユニット３６は、空間光変調器５８とプリズム６０とを含む。
【００４６】
空間光変調器５８は、ミラーアレイ６２を含み、更にミラーアレイ６２は、好ましくは、互いと垂直に整列した２つの傾斜軸で互いには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６４を含む。ミラーアレイ６４は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）として、特に、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成することができる。
【００４７】
更に、空間光変調器５８は、ミラー制御ユニット６６を含み、ミラー制御ユニット６６は、ミラー６４の傾斜移動を制御し、照明系１２の全体システム制御器（図示せず）に接続される。ミラー６４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６６からの制御信号を受け取り、それによって各個々のミラー６４は、この制御信号に応答して変更することができる反射角で入射光線を反射することができる。図示の実施形態では、個々のミラー６４の向けることができる連続的な傾斜角度範囲がある。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。
【００４８】
ミラーアレイ６２の代わりに、入射投影光を反射要素に印加される制御信号に依存する方向に反射するように構成された他の反射要素のアレイを使用することができる。そのような要素は、例えば、電気光学セル又は音響光学セルを含むことができる。そのようなセルでは、適切な材料を電界又は超音波それぞれ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。
【００４９】
プリズム６０は、一般的にＫプリズムの形状を有するが、それは、異なる機能を有する。より具体的には、プリズム６０は、反対平面の対、すなわち、光入射面６８と光射出面７０とを有する。更に、プリズム６０は、２つの反射平面、すなわち、第１の反射面７２と第２の反射面７４とを含む。２つの反射面７２、７４は、互いに対してプリズム角βで配置される。２つの反射面７２、７４の反対には、平面７６が、光入射面６８及び光射出面７０と垂直に配置された平面内で延びている。下記で明らかになる理由から、以下ではこの面を２回通過面７６と記す。
【００５０】
図示の実施形態では、プリズム６０は、投影光に対して高い透過率を有する材料から構成される。１９３ｎｍの波長を有する投影光に対しては、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）を使用することができ、これはフッ化カルシウムが、溶融シリカ又は他のガラスよりも高い透過率を有することによる。透過損失を低減することは、投影露光装置１０の収量に関して重要であるだけではなく、投影光の吸収によってプリズム６０の内部にもたらされる熱によってもたらされる問題も回避する。
【００５１】
プリズム６０は、単体の材料から製造することができるが、個別の小さいプリズムから組み立てることができる。例えば、図３に示すプリズム６０の上側及び下側の半分は、反射面７２又は７４の一方を各々が含む２つの個別プリズムで形成することができる。更に、プリズム６０は、付加的な縁部及び面を有することができる。光学材料のコストを低減するために、例えば、いずれの投影光も通過しない部分を完全に省くことができる。
【００５２】
以下では、空間光変調ユニット３６の機能を説明する。
【００５３】
少なくとも実質的に平行である投影光ビーム３４は、プリズム６０の光入射面６８を実質的に垂直に通過してプリズム６０に入射し、次に、その第１の反射面７２において内部全反射によって完全に反射される。内部全反射は、２つの反射面７２、７４の間に形成されるプリズム角βが、第１の反射面上への投影光の入射角が臨界角αCに等しいか又はそれよりも大きいように選択されることによって発生する。フッ化カルシウム（λ＝１９３ｎｍに対してｎ≒１．５０）では、臨界角αCは約４２°である。
【００５４】
第１の反射面７２において反射された後に、投影光ビーム３４は、２回通過面７６上に入射する。この面では、投影光３４のうちの殆どの部分がプリズム６０から射出し、かつミラーアレイ６２の傾斜可能ミラー６４上に入射するように、入射角は、臨界角αCよりも小さい。ミラー６４は、入射投影光をミラー制御ユニット６６によってミラー６４に供給される制御信号に依存する方向に反射する。ミラー６４によって反射された投影光のうちの殆どの部分が、２回通過面７６を通ってプリズム６０に入射することができるように、一般的にミラー６４の傾斜角は数度を超えないことになる。投影光が面７６を通過するのは２回目であるので、本明細書では面７６を２回通過面と呼ぶ。
【００５５】
プリズム６０内で今度は第２の反射面７４に向けて伝播する投影光は、この場合、光が反射されたミラー６４の傾斜角に依存する伝播方向を有することになる。しかし、これらの方向は、依然として、第２の反射面７４上の入射角が臨界角αCに等しいか又はそれよりも大きいような範囲にある。したがって、２回通過面７６を通ってプリズム６０に入射した投影光は、第２の反射面７４において完全に反射され、光射出面７０に向けて誘導される。この面７０から、投影光３４は、プリズム６０及び空間光変調ユニット３６を様々な方向に射出する。次に、上述のように、コンデンサー４０が、様々な方向を照明系１２の瞳面３８における異なる場所に変換することになる。
【００５６】
空間光変調ユニット３６の機能の以上の説明では、投影光が２回通過面７６に初回に入射する時に、投影光のうちの殆どの部分は２回通過面７６を通過するということを示した。しかし、これは、投影光のうちの僅かな部分が２回通過面７６において反射されることになることを意味する。図３では、破線７８に示す光線が、そのような反射光部分を表している。プリズム６０の対称性に起因して、２回通過面７６において反射された光は、投影光が第１の反射面７２上に入射する入射角で第２の反射面７４上に入射することになる。その結果、反射光部分７８は、プリズム６０から入射投影光ビーム３４の方向と平行に射出することになる。図２に示すように、次に、コンデンサー４０が、平行な反射光部分を瞳面３８の中心に集束させることになる。瞳面３８では、２回通過面７６における反射の結果である光部分は光点を生成することになり、それによって瞳面３８内の強度分布を摂動させる。
【００５７】
２回通過面７６における反射の結果であり、瞳面３８内の強度分布に寄与する光部分は、マスク１６を照明する投影光の角度光分布に対して悪影響を有する。これは、いずれの光もマスク１６上に垂直に入射すべきではない照明系では特に当て嵌まり、これは、瞳面３８の中心を完全に暗所にすべきであることを意味する。しかし、瞳面３８の中心を照明される照明設定においても、反射光からのそのような寄与は、干渉に起因して悪影響を有する可能性がある。以下ではこれらの悪影響を瞳摂動と呼ぶ。
【００５８】
図３に示す空間光変調ユニット３６の実施形態では、投影光が２回通過面７６上に初回に入射する時の投影光の反射は、少なくとも、２回通過面７６のうちで投影光３４が初回に入射する部分の上に適用された反射防止コーティング８０によって低減される。したがって、反射防止コーティング８０は、そうでなければ２回通過面７６上に初回に入射する時に反射される投影光７８によってもたらされる可能性がある瞳摂動を少なくともある程度まで抑制する。
【００５９】
２．第２の実施形態−回折構造
図４に示す空間光変調ユニット３６は、反射防止コーティング８０が、２回通過面７６に適用された回折構造８２によって置換されていることにおいてのみ図３に示す空間光変調ユニット３６とは異なる。回折構造８２の寸法は、回折構造８２において反射された光が破壊的に干渉するように決定される。それによって投影光３４が２回通過面７６上に初回に入射する時の投影光３４の反射が低減される。
【００６０】
３．第３の実施形態−ブリュースター角
図５に示す空間光変調ユニット３６の実施形態では、プリズム角βは、投影光３４が２回通過面７６上に初回に入射する時に、投影光３４の入射角αiがブリュースター角αｐに等しくなるような程度まで増大される。プリズム６０における材料としてフッ化カルシウムが使用され、投影光の波長λが１９３ｎｍである場合には、プリズムの屈折率ｎ1は１．５０１５である。周辺媒体の屈折率ｎ0においてｎ0＝１を仮定した場合、ａｒｃｔａｎ（ｎ0／ｎi）によって与えられるブリュースター角αpは約３３．６６°である。ｐ偏光光が、２回通過面７６上にブリュースター角αpの下で入射した場合には、反射は完全に抑制される。入射偏光光３４は、それが非偏光のもの又は円偏光が解消されたものである場合には、ｓ偏光光である半分とｐ偏光光である半分とに分解することができ、それによってこの場合であっても反射は５０％だけ低減される。一般的に、ｐ偏光の程度が高い程、２回通過面７６における反射が小さくなる。
【００６１】
図示の実施形態では、空間光変調ユニット３６は、ビーム拡大ユニット３２とプリズム６０の光入射面６８との間に配置された偏光ユニット８４を含む。偏光ユニット８４は、投影光３４が偏光ユニット８４上に入射する時に有する初期偏光状態をｐ偏光状態に変換する。この目的のために、偏光ユニット８４は、半波板８６と、４分の１波板８８と、不均一厚み分布を有する複屈折板９０、９２とを含む。そのような板配列を使用すると、直線偏光状態又は楕円偏光状態のいずれかの任意の空間分布をｐ偏光状態に変換することができる。
【００６２】
プリズム６０を作成する光学材料が複屈折のものである場合には、偏光ユニット８４により、これに対処することができる。例えば、プリズム６０が、本質的に複屈折のものであるフッ化カルシウムで作成される場合には、各光線において本質的な複屈折によってもたらされるリターデーションを計算して考慮することができるように、結晶格子の向きを把握すべきである。この場合、プリズム６０は、各片内に生成されたリターデーションが互いに少なくともある程度補償し合うような方式で配置された結晶格子を有する２つ又はそれよりも多くの小さいプリズムに分離するように考えることができる。
【００６３】
プリズム６０の光射出面７０の背部には、投影光３４がミラー６４によって反射され、再度プリズム６０を通って伝播した後に投影光３４が有する偏光状態をいずれかの望ましい偏光状態に変換する更に別の偏光ユニット８４’を配置することができる。更に別の偏光ユニット８４’もまた、半波板８６’と、４分の１波板８８’と、不均一な厚みを有する２つの複屈折板９０’、９２’とを含むことができる。
【００６４】
４．第４の実施形態−液体
図６は、２回通過面７６とミラー６４の間に形成された隙間を満たす液体９４を含む空間光変調ユニット３６を示している。この目的のために、空間光変調ユニット３６は、隙間を囲んで液体９４が所定位置に留まることを保証するケーシング９６を含む。液体９４は、ポンプ（図示せず）を用いてケーシング９６の内側の範囲で循環させることができる。更に、液体９４の一定の温度を保証する温度コントローラを設けることができる。
【００６５】
液体９４が高屈折率の液体である場合には、液体９４とプリズム６０の材料との屈折率比を１に近づけることができ、それによっていずれの光も２回通過面７６において反射されない。約１．４の屈折率を有する水が液体９４として使用され、約１．５０の屈折率を有するフッ化カルシウムがプリズム６０に対する材料として使用される場合であっても、屈折率比は１に非常に近く、したがって、２回通過面７６上に初回に入射する投影光の反射は有意に低減される。
【００６６】
５．第５の実施形態−傾斜した２回通過面
図７は、２回通過面７６における反射を低減するためのいずれの対策も取られない空間光変調ユニットの第４の実施形態を示している。しかし、そのような反射からもたらされる光部分は、瞳面３８に達することが妨げられる。
【００６７】
この目的のために、この実施形態の空間光変調ユニット３６は、第１の反射面７２と第２の反射面７４とに対して異なる角度を形成する２回通過面７６を有するプリズム６０を含む。より具体的には、２回通過面７６と第１の反射面７２の間に形成される角度は、２回通過面７６と第２の反射面７４の間に形成されるものよりも小さい。これらの角度を適切に選択することにより、投影光が２回通過面７６上に初回に入射する時に２回通過面７６において反射される投影光が瞳面３８に達しないことを提供することができる。
【００６８】
図６では、破線７８ａ、７８ｂは、２回通過面７６における反射の結果であるそのような光部分を示している。反射光線７８ａは、プリズム６０を射出した後に光路からそれを遮断することができるような大きい入射角で第２の反射面７４上に入射する。他方の光線７８ｂは、内部全反射によって反射されるような大きい入射角で光射出面７０上に入射する。それによって光線７８ａ、７８ｂのうちのいずれも、瞳面３８内の強度分布に寄与しない。
【００６９】
６．第６の実施形態−空間分離
図８に示す空間光変調ユニット３６の実施形態においても、２回通過面７６における反射を低減するためのいずれの対策も取られないが、そのような反射からもたらされる光部分が瞳面３８に達するのは妨げられる。
【００７０】
この実施形態では、空間光変調器５８のミラーアレイ６２は、２回通過面７６から大きい距離に配置される。この大きい距離は、２回通過面７６上で投影光３４が初回に入射する区域が、２回通過面７６上で投影光が２回目に入射する区域から完全に分離されるという効果を有する。それによって２回通過面７６において反射された光部分７８は、第２の反射面７４上に入射することができず、第１の反射面７２において反射され、瞳面３８に達しない。
【００７１】
７．第７の実施形態−瞳掩蔽器
図９は、別の実施形態による照明系１２を通る図２と類似の略子午断面図である。この実施形態においても、２回通過面７６における反射を低減するいずれの対策も取られない。
【００７２】
図９では、そのような反射の結果である光部分を破線７８に示している。これらの光部分が瞳面３８内の強度分布に寄与するのを妨げるために、瞳面３８の直前に光掩蔽器９８が配置される。この実施形態では、光掩蔽器９８は、全ての入射投影光を吸収する小さい円形板として構成される。光掩蔽器９８は、角度的に１２０°だけ分離された３つの細いワイヤ１００によって瞳面３８内の中心位置に保持される。これらのワイヤ９８及び掩蔽器９８は、適切なマニピュレータを用いて光路から取り出すことができる。
【００７３】
照明系１２が、瞳面３８の中心を完全に暗所にすべきである照明設定を生成すべきである場合には、掩蔽器９８は、２回通過面７６における反射の結果である光部分７８を遮蔽するように光路内に挿入される。
【００７４】
照明系１２が、同じく瞳面３８の中心を照明すべきである照明系を生成すべきである場合には、掩蔽器９８は、光路から取り出される。それによって２回通過面７６における反射の結果である光部分７８は、瞳面内の強度分布に寄与することが許される。この寄与は、計算上考慮され、ミラー制御ユニット６６は、いずれの光部分７８も存在しなかった場合に必要になるものよりも少数のミラー６４が投影光を瞳面３８の中心に誘導することを保証する。
【００７５】
掩蔽器９８は、入射する投影光の強度を検出するように構成された光強度センサを含むことができ、特に、完全に光強度センサで形成することができる。この場合、光強度センサの出力信号は、光源３０によって生成される投影光の強度をモニタするために使用することができる。これは、掩蔽器９８の位置における光強度が、光源３０によって生成される強度への既知の依存性を有することのみを必要とする。
【００７６】
以上の実施形態において取られる２回通過面における反射からもたらされる瞳摂動を抑制するための対策は、様々な手法で組み合わせることができることは理解されるものとする。一般的に、２回通過面７６における反射を低減するための対策が取られた場合には、最終的に瞳面３８に達する可能性があるごく僅かではあるが依然としてある程度の反射光部分７８が存在することになる。これらの反射光部分によってもたらされる瞳摂動を完全に排除するために、完全に暗所の瞳中心を必要とする照明設定では、光掩蔽器９８をビーム経路に挿入することができる。
【００７７】
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、本発明及びそれに付随する利点を理解するだけではなく、開示した構造及び方法への明らかな様々な変形及び修正を見出すであろう。したがって、本出願人は、全てのそのような変形及び修正が特許請求の範囲及びその均等物によって定義される本発明の精神及び範囲に収まるように求めるものである。
【符号の説明】
【００７８】
３４  入射投影光
５８  空間光変調器
６０  プリズム
６２  ミラーのアレイ
６４  ミラー
７６  ２回通過面
７８  反射の結果である光部分
【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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【国際調査報告】
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