(57)【要約】【課題】  非常に低いコヒーレンス度の設定を可能にするマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系を提供する【解決手段】  マイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系（１）は、予め定められうるコヒーレンス度σを有する照明光を用いて照明フィールドを照明するように設計されている。前記コヒーレンス度は、σ＝０．２を有意に下回る非常に低いコヒーレンス度の範囲内にまで及ぶコヒーレンス度範囲内において調節可能である。この照明系は、予め設定可能な光分布を光混合装置の入射面において生じしめる第１の光学系（３０）と、さらにまた入射光を均質化させる光混合装置（１２）とを有する。前記第１の光学系と前記光混合装置とは、いずれの場合も異なるコヒーレンス度範囲に対応する複数の構成間において切り換えられうる。これらのコヒーレンス度範囲は、重複するとともに、結果として得られる全コヒーレンス度範囲が個別のコヒーレンス度範囲より大きくなるような大きさとされる。
2006526276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系において：
−光源（２）から光を受けるとともに、光混合装置（１２）の入射面（１１）において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系（３０）と；
−前記第１の光学系から到来する前記光を均質化するとともに、自身の出射面（１３）において均質化された光分布を出力する光混合装置（１２）とからなり、
−前記第１の光学系（３０）と前記光混合装置（１２）とは、いずれの場合も、第１のコヒーレンス度範囲に関連ある第１の構成と第２のコヒーレンス度範囲に関連ある少なくとも１つの第２の構成との間において切り換えられ得、前記第１および第２のコヒーレンス度範囲は、前記第１または前記第２のコヒーレンス度範囲より大きい全コヒーレンス度範囲を含む照明系。
【請求項２】
前記全コヒーレンス度範囲は、０．２未満の最小コヒーレンス度σｍｉｎを含み、ここで、σｍｉｎは、好ましくは約０．１〜約０．１５の範囲内にある請求項１に記載の照明系。
【請求項３】
前記第１の光学系（３０）は、前記光混合装置の前記入射面（１１）上に導かれる前記光の成形に寄与するとともに、任意で前記第１の光学系（３０）のビーム路内に導入されうる少なくとも２つのビーム成形要素（９、９’）を有する少なくとも１つのビーム成形交番素子（４０）を割り当てられる請求項１または２に記載の照明系。
【請求項４】
少なくとも一方の前記ビーム成形要素（９、９’）は、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素である請求項３に記載の照明系。
【請求項５】
前記第１の光学系は、物体平面（６）と射出瞳（８）とを有する対物レンズ（７）を有し、前記ビーム成形交番素子（４０）は、前記ビーム成形要素（９、９´）が前記対物レンズの前記射出瞳（８）の領域内に挿入されうるように構成される請求項３または４に記載の照明系。
【請求項６】
ズーム系が、特に前記対物レンズ（７）に含まれる前記請求項の１項に記載の照明系。
【請求項７】
前記対物レンズ（７）は、任意で環状照明を設定するための調節可能なアキシコン対を含む請求項５または６に記載の照明系。
【請求項８】
前記第１の光学系（３０）は、対物レンズ（７）の物体平面（６）の領域内に配置されるとともに前記光源（２）から到来する前記光の角分布を変化させる役割を果たす少なくとも１つのビーム成形要素（５）を有する前記請求項の１項に記載の照明系。
【請求項９】
前記ビーム成形要素は、回折光学要素（５）である請求項８に記載の照明系。
【請求項１０】
異なるビーム成形要素（５）の交換のための交番素子が設けられる請求項８または９に記載の照明系。
【請求項１１】
前記光混合装置（１２）は、第１の光混合素子（４０）と少なくとも１つの第２の光混合素子（５０、５０’、５０”）と、さらにまた任意で前記第１の光混合素子または前記第２の光混合素子を前記光混合装置（１２）の光軸（２）の領域内に配置する光混合交番素子とからなる前記請求項の１項に記載の照明系。
【請求項１２】
前記光混合交番素子は、前記光軸に対して横方向に移動可能であるとともに、スライドの移動によって前記第１の光混合素子（４０）と前記第２の光混合素子（５０、５０’、５０”）とが任意で前記光軸（２）の領域内へと移動せしめられうるような態様に取り付けられるスライド（５２）を有する請求項１１に記載の照明系。
【請求項１３】
前記第１の光混合素子は、第１の断面積と第１の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子（４１）を有し、前記第１の長さは、前記棒状集光子の入射面（４２）が前記光混合装置の前記入射面（１１）の領域内に配置され得、かつ前記棒状集光子の出射面（４３）が前記装置の前記出射面（１３）の領域内に配置されうるような寸法とされる請求項１１または１２に記載の照明系。
【請求項１４】
前記第２の光混合素子（５０’）は、第２の断面積と第２の長さとを有する少なくとも１つの第２の棒状集光子（６０）を有し、前記第２の断面積は、前記第１の断面積より小さく、前記第２の長さは、前記第１の長さより短く、さらにまた前記第２の棒状集光子に続いて、前記第２の棒状集光子の出射面（６３）を前記光混合装置の前記出射面（１３）に結像させる役割を果たす結像系（６４）が設けられる請求項１１〜１３の１項に記載の照明系。
【請求項１５】
前記結像系（６４）は、拡大結像倍率を有する請求項１４に記載の照明系。
【請求項１６】
前記結像系（６４）は、前記第１の棒状集光子の前記出射面（５３）の大きさと前記第２の棒状集光子（６０）の前記出射面（６３）の大きさとの間における寸法関係に対応する結像倍率を有する請求項１４または１５に記載の照明系。
【請求項１７】
前記第２の光混合素子（５０”）は、少なくとも１つのフライアイコンデンサー（７２、７３）を有するフライアイコンデンサー機構からなる請求項１１〜１６の１項に記載の照明系。
【請求項１８】
前記フライアイコンデンサー機構は、前記光混合素子の前記入射面（１１）に対してフーリエ変換される平面領域において、前記入射面から到来する光を受けるとともに、二次光源のラスタ構成体を生じしめる第１のラスタ要素（７５）を有する第１のラスタ構成体（７２）と、前記光混合素子の前記出射面（１３）の領域において、前記二次光源からの光を受けるとともに、該光を少なくとも部分的に重ね合わせる第２のラスタ要素（７６）を有する第２のラスタ構成体（７３）とを有する請求項１７に記載の照明系。
【請求項１９】
前記フライアイコンデンサー機構は、少なくとも１つのマイクロレンズアレイ（７２、７３）を有する請求項１７または１８に記載の照明系。
【請求項２０】
ビーム成形交番素子（４０）と光混合交番素子とを協調制御する制御装置（８０）が設けられる前記請求項の１項に記載の照明系。
【請求項２１】
前記制御装置と前記交番素子とは、照明系の第１および第２の構成間における交番が、異なる照明設定間における交番のための前記第１の光学系（３０）の切換え時間の長さと略同じ長さの切換え時間内に行なわれうるような態様に構成される請求項２０に記載の照明系。
【請求項２２】
棒状集光子の背後において、特に前記出射面（１３）の領域内に配置されるか、または配置されうる少なくとも１つの散乱要素（７０）を割り当てられる前記請求項の１項に記載の照明系。
【請求項２３】
予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系において：
−光源（２）から光を受けるとともに、光混合装置（１２）の入射面（１１）において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系（３０）と；
−前記第１の光学系から到来する前記光を均質化するとともに、自身の出射面（１３）において均質化された光分布を出力する光混合装置（１２）と；
−前記出射面（１３）の領域内または前記出射面の背後に配置されるか、または配置されうる少なくとも１つの散乱要素とからなる照明系。
【請求項２４】
前記光混合装置は、第１の断面積と第１の長さとを有する棒状集光子（４１）を有し、前記第１の長さは、前記棒状集光子の入射面（４２）が前記光混合装置の前記入射面（１１）の領域内に配置され、かつ前記棒状集光子の出射面（４３）が前記装置の前記出射面（１３）の領域内に配置されるような寸法とされる請求項２３に記載の照明系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体構成品およびその他の微細パターン素子をマイクロリソグラフィーにより製作するための投影露光装置の性能は、実質的に、投影対物レンズの結像特性によって決定される。さらにまた、その装置を用いて達成されうる結像品質とウェーハ処理能力とは、実質的に、投影対物レンズの上流に配置される照明系の特性によって共同で決定される。前記照明系は、一次光源、たとえばレーザの光を可能な限り高い効率で供給することと、生産過程において、該照明系の照明フィールドにおいて可能な限り均一な照度分布をもたらすこととができなければならない。また、照明系において異なる照明モードを設定して、たとえば結像せしめられる個別のオリジナル（マスク、レチクル）の構造にしたがって前記照明を最適化しうることが意図される。通常は、異なるコヒーレンス度σを有するさまざまな従来設定間と、さらにまた環状フィールド照明と、双極子または四極子照明との設定が可能である。軸外斜光照明を生じしめる非従来式照明設定は、特に、二光束干渉と、さらにまた解像度の向上とによって焦点深度を増大させる役割を果たしうる。
【０００３】
欧州特許第０ ７４７ ７７２号に、二次元ラスタ構造を有する第１の回折ラスタ要素が物体平面上に配置されるズームアキシコン対物レンズからなる照明系が説明されている。このラスタ要素は、開口の導入を介して入射するレーザ光の光コンダクタンスを若干増大させるとともに、光の分布形態を、たとえば略円形の分布または四極分布を生じしめるような態様に変化させる役割を果たす。これらの照明モード間における交替のために、それが適切である場合は、第１のラスタ要素が交換される。対物レンズの射出瞳に配置される第２のラスタ要素は、対応する光分布を用いて照明されるとともに、下流の棒状の光混合要素（棒状集光子）の入射面の形態に対応する矩形の光分布を形成する。ズームアキシコンの調節を介して、照明の環状形態と照明領域の大きさとを、以ってコヒーレンス度を調節することができる。
【０００４】
このような照明系は、従来σ＝０．２５程度からσ＝１程度までの間の全コヒーレンス度（設定範囲）を対象として設計される。コヒーレンス度σは、本明細書においては、下流の投影対物レンズの入力側開口数に対する照明系の出力側開口数の比として定義される。
【０００５】
特定の分野の用途においては、たとえば約０．１と０．２〜０．２５との間の範囲のさらに低いコヒーレンス度を設定することができれば有利かもしれない。本明細書において「超低設定」とも呼ばれるこのような低いコヒーレンス度は、たとえば、マスク平面上に大体において垂直に入射する光を用いて有利に照明される位相シフトマスクを用いる場合に有用でありうる。
【特許文献１】欧州特許第０ ７４７ ７７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、非常に低いコヒーレンス度の設定を可能にするマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系を提供することにある。この場合は、従来の照明系の設定可能性が、好ましくは、維持可能な製造費で従来の通常的な照明設定の場合に本質的に性能のいかなる低下も伴うことなく低いコヒーレンス度にまで拡大されることが意図される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、請求項１の特徴を有する照明系を提供する。有利な開発形態は、従属請求項に記載されている。全ての請求項の語句表現は、本明細書の内容の一部として含まれる。
【発明の実施形態】
【０００８】
冒頭に記載の種類の本発明にしたがった照明系は、光源からの光を受けるとともに、光混合装置の入射面上において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系と、さらにまた前記第１の光学系から到来する光を均質化するとともに、自身の出射面上において均質化された光分布を出力する光混合装置とを有する。前記第１の光学系と光混合装置とは、いずれの場合も、第１のコヒーレンス度範囲に関連ある第１の構成と第２のコヒーレンス度範囲に関連ある少なくとも１つの第２の構成との間において交換され得、前記第１および第２のコヒーレンス度範囲は、全体として、前記第１または前記第２のコヒーレンス度範囲より大きい全コヒーレンス度範囲を含む。
【０００９】
この場合は、全コヒーレンス度範囲は、好ましくは、たとえば約０．１〜０．１５の範囲内の最小設定可能コヒーレンス度σｍｉｎを有する超低σ値の範囲にまで及ぶ。全コヒーレンス度範囲の上限σｍａｘは、従来のシステムの上限に対応しうるとともに、たとえば０．９〜１の範囲内のσ値をとりうる。
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、照明系は、いずれの場合も自身の光学効果の点において互いに調和する態様で自ら変化せしめられて、たとえば照明フィールドの照明の一様性等、照明にとって重要なその他のパラメータを害することなく、従来システムと比べて大きい全コヒーレンス度範囲が網羅されうるようになる互いに調和する２つのサブシステム、すなわち第１の光学系と光混合装置とからなる。
【００１１】
１つの実施形態において、前記第１の光学系は、いずれの場合も光混合装置の入射面上に導かれる光の成形に寄与するとともに、第１の光学系を第１の構成と第２の構成との間において切り換えるために任意で第１の光学系のビーム路内に導入されうる少なくとも２つの異なるビーム成形要素を有する少なくとも１つのビーム成形交番素子を割り当てられる。この場合は、好ましくは少なくとも一方のビーム成形要素は、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素である。このようなラスタ要素の有利な実施形態は、たとえば欧州特許第０ ７４７ ７７２号において説明されており、前記特許の開示内容は、参照により本明細書の内容に取り入れられる。回折光学要素（ＤＯＥ）、すなわち出射光が本質的に光回折（光屈折に対する）によって成形される光学要素が含まれうる。屈折光学要素（ＲＯＥ）、たとえば二次元アレイ構成のレンズを有する要素もまた、ビーム成形要素として適する。
【００１２】
本出願の意味におけるビーム成形要素は、入射光を所定の角分布を有する出射光に変換するように設計される。これにより、予め定められうる形態を有する光の二次元強度分布は、こうした要素の背後においてある距離に配置される平面に目標を定めた態様で設定されうる。特に、このようなビーム成形要素は、入射光の幾何学的光コンダクタンスを変化させるのに適する。本明細書においてエタンデュとも呼ばれる幾何学的光コンダクタンスは、入射光の開口数と関連あるフィールドの大きさとの積として定義される。
【００１３】
好適な実施形態において、第１の光学系は、物体平面と射出瞳とを有する対物レンズを有し、ビーム成形交番素子は、ビーム成形要素が前記対物レンズの射出瞳の領域内に挿入されうるような態様に設計される。前記対物レンズは、たとえば２倍または４倍のズーム範囲を有しうるズーム対物レンズを含みうる。このような適度なズーム系は、維持可能な製造費で実現されうる。前記対物レンズは、さらにまた、環状照明が任意で生じしめられうる調節可能なアキシコン対を含みうる。前記アキシコン対および前記ズーム系は、互いに独立して設定されうることが好ましい。前記対物レンズによって可変的態様で設定されうる光分布は、さらに下流の交換可能なビーム成形要素により改変されて、任意で異なるコヒーレンス度範囲用に最適化されるように設定された態様で下流の光混合装置に入射せしめられうる。
【００１４】
有利な実施形態において、前記第１の光学系は、さらにまた、前記対物レンズの物体平面の領域内に配置されるか、または配置されうるとともに光源から到来する光の角分布を変化させる役割を果たす少なくとも１つのビーム成形要素を有する。この要素も同様に、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素として、特に回折光学要素として構成されうる。それが適切である場合は、これらの要素もまた交換可能とされて、異なるコヒーレンス度範囲間の切換えに必要とされる作用の一部分を担って、光コンダクタンスに影響を及ぼしうる。
【００１５】
異なるコヒーレンス度範囲間における照明系の切換えにおいては、一方では、通過する入射光の光コンダクタンスに適切な態様で影響を及ぼすことが必要であり、これは、前記の方策により達成されうる。他方では、照明フィールドが可能な限り均質に照明されるという要件があり、これは、適切な均質化または光混合を通じて達成されうる。この場合は、照明フィールドの形態および大きさが、異なる照明モードにおいて可能な限りわずかしか変動しないことが意図される。各々のコヒーレンス度範囲用に最適化された光混合を可能にするために、好適な実施形態の光混合装置は、第１の光混合素子と、少なくとも１つの第２の光混合素子と、さらにまた、前記第１の光混合素子または前記第２の光混合素子を任意で前記光混合装置の光軸の領域内に配置する光混合交番素子とを有する。その結果として、光学的性質が前記第１の光学系により成形される入射光に最適に適応せしめられうる少なくとも２つの異なる設計の光混合素子を得ることができる。
【００１６】
異なる光混合素子間における迅速な自動交番のために、１つの好適な実施形態の光混合装置は、光軸に対して横方向に変位せしめられうるとともに、前記第１および第２の光混合素子が任意で光軸の領域内へと移動せしめられうるような態様に取り付けられるスライドを有する。光混合素子の交番時において、このことの結果として行なわれうる直線変位は、高精度で制御されうるとともに、非常に迅速に行なわれうることがわかった。これに代わる方法として、たとえばタレット交番装置を用いることができる。
【００１７】
ビーム成形交番素子と光混合交番素子との協調制御を可能にする制御装置を設けることが好ましい。この制御装置と前記交番素子の機械設計とは、この場合は、好ましくは、異なる照明設定間における第１の光学系の切換え時間と同程度の長さに本質的に対応する切換え時間内において、対応するシステムの第１の構成と第２の構成との間における切換えを行なうことができるような態様に構成される。いくつかの実施形態では、光混合装置およびビーム成形要素間における切換え時間は、約数秒の長さとされうる。このことは、投影露光装置の動作時において、オペレータが装置に第１の光学系と光混合装置との異なる構成間における切換えが必要とされる設定を行なったとしても、いかなる顕著な遅れも発生しないことを意味する。
【００１８】
好適な実施形態において、第１の光混合素子は、第１の好ましくは矩形の断面積と、好ましくは棒状集光子の入射面が光混合装置の入射面と合致しうるとともに、棒状集光子の出射面が光混合装置の出射面と合致しうるような寸法とされる第１の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子を有する。前記断面積と前記第１の長さとは、この場合は、好ましくは、棒状集光子が、従来的にも得られうるより大きいコヒーレンス度を含む第１のコヒーレンス度範囲において、この場合に生じる入射角の光の場合に、入射光の良好な均質化をもたらす十分な内部（全）反射を確実に得ることができるような寸法とされる。少なくとも１つのフライアイコンデンサーを有する第１の光混合素子というまた他の考えられる対策と比べると、棒状集光子を有する光混合素子は、特に、入射光の確実な角度維持と、複数個の異なる光混合装置を設けることを容易にする、光軸に対して横方向に小さい構造寸法とによって区別される。
【００１９】
１つの実施形態において、前記第２の光混合素子は、第２の断面積と第２の長さとを有する少なくとも１つの第２の棒状集光子を有し、前記第２の好ましくは矩形の断面積は、前記第１の断面積より小さく、前記第２の長さは、前記第１の長さより短い。さらにまた、第２の棒状集光子に続くとともに、前記第２の棒状集光子の出射面を光混合装置の出射面に結像させる役割を果たす結像系が設けられる。この光混合素子は、一方では、より低いコヒーレンス度の範囲に必要とされる小さい開口数の場合に十分な光混合を得ることができ、かつ他方では、不変の大きさの照明フィールドを生じしめるような寸法とされうる。
【００２０】
さらに他の実施形態において、前記第２の光混合素子は、少なくとも１つのフライアイコンデンサーを備えるフライアイコンデンサー機構を有する。このフライアイコンデンサー機構は、光混合装置の入射面に対してフーリエ変換される面の領域内において、前記入射面から到来する入射光を受けるとともに、二次光源のラスタ構成体を生じしめる第１のラスタ要素を有する第１のラスタ構成体と、前記二次光源からの光を受けるとともに、前記二次光源からの光を前記光混合装置の出射面の領域内において少なくとも部分的に重ね合わせる第２のラスタ要素を備える第２のラスタ構成体とを有しうる。この光混合素子の変形態様は、好ましくは最も低いコヒーレンス度を有するコヒーレンス度範囲に用いられるため、フライアイコンデンサーの領域内における照明対象の面も小さい直径しか有さない場合に、こうした光混合装置は、光軸に対して横方向に相対的に小さくて細長い構造寸法を有し得、このことが光混合交番素子への内蔵を容易にする。
【００２１】
十分な光混合を保証するために、前記第１および第２のラスタ構成体は、いずれの場合も、たとえばリソグラフィーにより費用効果的な態様で製作されうるマイクロレンズアレイによって形成されうる。小型化により、たとえ非常に低いコヒーレンス度およびフライアイコンデンサーの相応に小さい照明領域の場合でも、混合に十分な多数の完全に照明される光学チャネルが得られることを保証することが可能になる。
【００２２】
これに代わる方法として、または追加として、その他の手段を用いて、たとえば照明の一様性および楕円率に対して、全体としての性能を有意に低下させることなく、照明系を超低設定から高設定まで及ぶ全コヒーレンス度範囲に適するものにしてもよい。
【００２３】
１つの変形態様において、その寸法が中および高設定の場合における十分な光混合のために最適化される大きい断面を有する棒状集光子を前記全コヒーレンス度範囲にわたって光混合装置として用いることができる。たとえば約０．１〜０．１５の範囲内の最小コヒーレンス度σｍｉｎを有するより低い設定が、たとえば第１の光学系を切り換えることおよび／またはレチクル面に対してフーリエ変換される平面内に開口制限絞りを挿入することにより設定されると、このことが、棒状集光子のアンダフィルとそれに付随する照明瞳の明らかなパーセリングとを招きうる。これは、許容不能なシステム特性をもたらしうる。例として、フィールド全体にわたる楕円率または一様性は、数パーセントの値となりうる（強度の一様性＝（最大値−最小値）／（最大値＋最小値））。
【００２４】
これらの問題は、適切な散乱角分布を有する少なくとも１つの散乱要素、たとえば散乱スクリーンまたは類似の効果を有する回折光学要素が、棒状集光子の背後において、たとえば直接前記集光子の出射面に、または前記集光子に対して軸方向に若干偏倚する態様で、ビーム路内に挿入されると軽減または回避されうる。その結果として、パーセリングの「不鮮明化」、すなわち瞳における強度分布の均質化を達成することが可能になる。これによって、散乱要素を用いなくても楕円率および一様性に関する前記の値を約２０％〜３０％の値に低下させることが可能であることがわかった。散乱要素は、任意で、固定的に設置されるか、または交換可能とされうる。交換可能な散乱要素は、光混合装置を異なるコヒーレンス度範囲に関連ある構成間において再構成することを可能にする。このような散乱要素を用いることにより、それが適切である場合は、第１の光学系を切換え可能にする必要をなくすことができる。
【００２５】
前記およびその他の特徴は、特許請求の範囲からだけではなく、詳細な説明と図面とからも明らかになり、個別の特徴は、いずれの場合も、それぞれ単独で、または複数の特徴を部分的に組み合わせた形態で本発明の実施形態およびその他の分野において実現されうるとともに、本質的に保護されうる実施形態を有利に構成しうる。
【実施例】
【００２６】
図１に、半導体構成品およびその他の微細パターン素子の製造に用いられうるとともに、遠紫外領域の光を用いてマイクロメートル単位未満の解像度を達成する作用を持つマイクロリソグラフィー投影露光装置の照明系１の一例が示されている。使用される光源２は、光ビームが前記照明系の光軸３に対して同軸的に配向される約１５７ｎｍの動作波長を有するＦ２エキシマレーザである。その他の紫外線源、たとえば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エキシマレーザあるいは３６８ｎｍまたは４３６ｎｍの動作波長を有する水銀灯または１５７ｎｍ未満の波長を有する光源が同様に用いられうる。
【００２７】
光源２からの光は、最初に、たとえば独国特許第４１ ２４ ３１１号にしたがった鏡機構として設計されるとともに、コヒーレンスの低下およびビーム断面の拡大の役割を果たすビーム拡大器４に入射する。図示されている実施形態の場合は、任意で設けられるシャッターは、レーザ２の対応するパルス制御装置に置き換えられる。
【００２８】
ビーム成形素子としての役割を果たす第１の回折光学ラスタ要素５は、ビーム路内において前記ラスタ要素の背後に配置される対物レンズ７の物体平面６上に配置され、同様にビーム成形要素としての役割を果たす第２の屈折光学ラスタ要素９は、前記対物レンズの像平面８または射出瞳に配置される。
【００２９】
この像平面の背後に配置される入力結合光学素子１０は、自身を通過する光を混合および均質化する光混合装置１２の入射面１１上に光を透過させる。調節可能なフィールド絞りとしての役割を果たすレチクル／マスキングシステム（ＲＥＭＡ）１４が配置される中間フィールド面は、光混合装置１２の出射面１３に直接位置する。下流の対物レンズ１５は、前記マスキングシステム１４を有する中間フィールド面をレチクル１６（マスク、リソグラフィー用オリジナル）上に結像させるとともに、第１のレンズ群１７と、フィルタまたは絞りが取り入れられうる瞳中間面１８と、それぞれ第２および第３のレンズ群１９および２０と、大型の照明装置（長さ約３ｍ）を水平方向に導入するとともにレチクル１６を水平方向に取り付けることを可能にする、前記レンズ群間の偏向鏡２１とを含む。
【００３０】
この照明系は、投影対物レンズ（図示せず）と、レチクル１６を前記投影対物レンズの物体平面内において保持する調節可能なウェーハホルダと一緒になって、電子素子だけでなく、回折光学要素およびその他の微細パターン部品をマイクロリソグラフィーにより製造するための投影露光装置を形成する。
【００３１】
光源と光混合装置との間の光学要素または組立体４、５、７、９または９’および１０は、光源２からの光を受けるとともに、光混合装置の入射面において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系３０を形成する。
【００３２】
光混合装置１２の上流に配置される部品、特に光学ラスタ要素５および９の実施形態は、前記光混合装置の矩形の入射面が、大体において均質に、かつ可能な限り高い効率で、すなわち前記入射面に沿った実質的な光損失を伴わずに照明されるように選択される。この目的のために、ビーム拡大器４から到来するとともに、矩形の断面と非回転対称な開きとを有する平行光ビームは、最初に、開きと形態とに関して、第１の回折ラスタ要素５と光コンダクタンスの導入とによって変化せしめられる。特に、第１のラスタ要素５は、この形態の角分布を生じしめる多数の六角セルを有する。第１の回折ラスタ要素の開口数は、この場合はＮＡ＝０．０２５であり、これによって導入されるべき全光コンダクタンスの約１０％が導入される。０．０２０≦ＮＡ≦０．０２７の範囲の開口を導入する要素が一般に好ましい。有意に小さい開口の場合は、入射光の非対称な開きが出射側角分布において妨害的態様で明白になりうる危険性がある。有意に大きい開口は、棒状集光子の入口のオーバーフィリングを、以って光損失を招きうる。
【００３３】
ズーム光学素子７の前方焦点面（物体平面）上に配置される第１の光学ラスタ要素５は、前記ズーム光学素子７の焦点距離と一緒になって、前記ズーム系の射出瞳または像平面８において可変的な大きさを有する照明点を創出する。本例においては矩形の出射特性を有する屈折光学要素として設計される第２の光学ラスタ要素９は、この位置に配置される。このビーム成形要素は、光コンダクタンスの主要な部分を生じしめるとともに、入力結合光学素子１０によって、光コンダクタンスをフィールドの大きさに、すなわち光混合装置１２の矩形状の入射面形状に適応させる。
【００３４】
この点までに説明された照明系の構造は、光混合装置を例外として、たとえば欧州特許第０ ７４７ ７７２号に記載の構造に対応し得、前記特許の開示内容は、この点に関して、本願明細書の記載内容の一部として取り入れられる。
【００３５】
この種類の従来システムにおいては、透明な光学材料、たとえばフッ化カルシウムにより製作される個別の棒状集光子が光混合装置１２として設けられており、該棒状集光子は、多重内部反射によって、透過する光を混合および均質化する。このため、連続して可変的な態様で約０．２〜０．２５の範囲内および約１のσ値を有する全コヒーレンス度範囲を網羅することが可能であった。比較すると、本発明にしたがった照明系は、超低設定の範囲内、たとえばσ＝０．１〜０．１５のσ値にまで及ぶ全コヒーレンス度範囲によって区別される。
【００３６】
光学系の性能を維持する一方で、同時に、このように設定可能な最も低いσ値を引き下げることは、達成不能であるか、または瞳を満たす役割を果たす第１の光学ラスタ要素５を交換することによる性能の低下を伴ってのみ達成可能であることがわかった。図示されている実施形態においては、従来システムと比べて維持可能な製造費で実現することができるその他の構造的改変が実現されて、得ることができるコヒーレンス度範囲をより低いσ値に至らせている。
【００３７】
最初に、第１の光学系３０は、光混合装置の入口においてフィールドを照明する役割を果たすビーム成形要素９を交換することを可能にするビーム成形交番素子４０を割り当てられる。本例では、対物レンズ７の背後において前記対物レンズの射出瞳の領域内で、任意でビーム路内に挿入されうる２つの異なる設計の光学ラスタ要素９、９’が設けられる。この場合は、例として、前記ビーム成形要素９は、より低いσ値用に設けられるラスタ要素９’より大きい出力側開口数を有しうる。しかしながら、一般に、ビーム成形要素９そのものの開口数を小さくするだけでは、光学性能を低下させることなく非常に低いσ値の範囲を達成するのに十分ではない。ビーム成形要素９そのものの開口数を小さくすることは、最初に光混合装置の入口において照明される面積の減少のみを招く。これに関して光学的に共役である出射面１３またはレチクル平面そのものにおいて、フィールドの大きさは、不変に維持される。しかし、照明瞳内の無光領域は、棒状集光子のアンダーフィル（瞳のパーセリング）のために拡大する。
【００３８】
図示された実施形態においては、光混合装置１２が、第１の構成が第１のコヒーレンス度範囲（たとえば従来的に達成されうるコヒーレンス度範囲（０．２０〜０．２５）＜σ＜１）に対応する一方で、第２のコヒーレンス度範囲は、第１のコヒーレンス度と重複し、かつ非常に低い設定の範囲内に及ぶ２つの構成間において切り換えられうるという事実により、このような性能の低下を伴うことなく低いσ値に切り換えることが可能である。図２において略図に示されているように、光混合装置１２は、互いに独立して動作するとともに、互いと光軸３とに対して平行をなして共通の取付台５１に配置され、かつ任意でスライド５２に補助されることにより光軸３の領域内へと前記光軸に対して横方向に移動せしめられうる２つの光混合素子４０、５０を有する。
【００３９】
この場合は、前記第１の光混合素子４０は、その寸法が類似の従来式照明装置の棒状集光子の寸法に対応しうる棒状集光子４１によって形成される。特に、棒状集光子４１は、光混合装置１２の入射面と出射面との間における距離に対応する、矩形の入射面４２と矩形の出射面４３との間において測定される長さを有する。前記光混合装置が、より高いσ値を有するコヒーレンス度範囲に対応する第１の構成で動作する場合は、この大型の棒状光混合素子を光軸のまわりにおいて心合せして、前記素子の入射面を前記光混合装置の入射面と合致させるとともに、前記素子の出射面を前記光混合装置の出射面と合致させるようにすることができる。より低いσ値が必要とされる場合は、前記スライドの移動により棒状集光子４０を光軸３の領域から外側に移動させることができ、より低いσ値用に最適化される第２の光混合素子５０を光軸の領域内に移動させることができる。
【００４０】
図３と関連して説明される実施形態の場合は、第２の光混合素子５０’は、その断面および長さが第１の棒状集光子４１と比較して減じられる第２の棒状集光子６０を有する。この場合は、より短尺かつより細身の棒状集光子６０の寸法は、上流に配置される関連あるビーム成形要素９’のより低い開口数にもかかわらず、該棒状集光子が十分に満たされるように設計される。この場合は、矩形の断面は、光混合装置の入射面１１において関連あるラスタ要素９’により生じしめられるフィールドの大きさに実質的に対応するような寸法とされる。その結果として、照明瞳のパーセリングを招く棒状集光子６０のアンダーフィルまたは光損失を招くオーバフィルが十分に制限または回避されうる。さらにまた、断面の縮小により、長さの短縮にもかかわらず、横側面での反射回数によって決まる棒状集光子における均質化が十分な程度にもたらされる。
【００４１】
棒状集光子６０の背後には、棒状集光子出射面６３を前記光混合素子の出射面１４または前記出射面に対して若干焦点はずれの平面に、適応化された結像倍率で投影する無限焦点結像光学素子６４が配置される。この場合は、より大型の棒状集光子４１の場合も達成される大きさの矩形の照明フィールドが、結像光学素子６３の適切な倍率、たとえば約２の倍率によって、光混合装置の出射面１４において生じしめられる。したがって、結像光学素子６４の拡大結像倍率は、長尺の棒状集光子４１と短尺の棒状集光子６０との断面間における大きさの関係に対応する。光コンダクタンスが、このように棒状集光子出射面６３が光混合装置の出射面１４に結像せしめられるときに維持されるため、入射光の開口数、以ってそのσ値は、拡大時に相応に低下する。その結果として、本実施形態においては、低いσ値用に設けられるラスタ要素９’の交換を通じて、本質的に光混合装置の入射面内の照明領域の大きさが減じられる一方で、開口数は、本質的に、棒状集光子出射面６３が光混合装置の出射面１４に拡大結像されるときに減じられる。
【００４２】
第２の光混合素子５０”のまた他の実施形態を、図４と関連させてより詳細に説明する。この光混合素子は、図３に示された光混合素子に代わるものとして、大型の棒状集光子４１により形成される第１の光混合素子と並んでスライド５２上に設けられうる。光混合素子５０”は、フライアイコンデンサー機構（フライアイ集光器）として構成される。この光混合素子は、集光レンズ７１と、前記集光レンズの背後にある距離をおいて配置される第１のラスタ要素のラスタ構成体７２と、前記ラスタ構成体の背後に配置される第２のラスタ要素のラスタ構成体７３と、前記ラスタ構成体の背後にある距離をおいて配置されるフィールドレンズ７４とからなる。この場合は、第１のラスタ構成体７２は、光混合装置の入射面１１の背後に２ｆの距離をおいて位置しており、ここで、ｆは、集光レンズ７１の焦点距離である。その結果として、第１のラスタ構成体７２は、入射面１１に対してフーリエ変換された平面上に位置する。多段構造のフライアイコンデンサーの場合は、第１のラスタ構成体７２は、入射光から、照明される第１のラスタ要素７５の個数に対応する個数の二次光源のラスタ構成体を生じしめる。第１のラスタ要素の形態は、光混合装置の出射面１３内において照明されるフィールドの形態に本質的に対応することが意図される。したがって、これらは、フィールドハニカムとも呼ばれ、本例の場合は矩形である。下流の第２のラスタ構成体７３は、第１のラスタ要素７５を、照明フィールドを含む照明面１３に結像させる役割と、その過程で二次光源からの光を照明フィールドにおいて重ね合わせる役割とを果たす。これによって光混合が達成される。第２のラスタ要素７６は、しばしば、瞳ハニカムと呼ばれる。本実施形態において、第１および第２のラスタ要素は、互いに対をなして割り当てられるとともに、異なる光強度が、フィールドレンズ７４の補助により、強度分布の均質化という意味において、照明フィールドにおいて重ね合わされる多数の光学チャネルを形成する。
【００４３】
この第２の光混合素子５０”の実施形態は、好ましくは、低いσ値を有する第２のコヒーレンス度範囲用に設けられ、したがって前記光混合素子の領域におけるビーム断面は、相対的に小さいため、フライアイコンデンサー光混合装置５０”の全ての光学部品の直径が小さく維持され得、以って、設置環境にいかなる実質的な改変も加えることなく、略同一の寸法の棒状集光子との交換が可能になる。前記フライアイコンデンサーは、２つのマイクロレンズアレイ７２、７３によって製作され得、その結果として、たとえ小さい直径しか有さない照明面の場合であっても、十分な個数の「光学チャネル」の照明によって、良好な光混合が達成されうる。
【００４４】
ビーム成形交番素子４０と光混合装置１２とは、第１の光学系３０のラスタ要素９の交換と異なる光混合素子間における交番とを調和させて、光混合装置の入射面１１において、光学系３０によってもたらされる各光分布に関して、相応に適応せしめられた光混合素子が、一般に数秒以内の短時間のスライド５２の移動によって、高い位置決め精度を有して位置的に適正な態様で提供されるようにする共通の制御装置８０によって制御される。
【００４５】
本発明の本実施形態および類似の実施形態の１つの本質的な利点は、図３または図４に示された実施形態または類似の構成を挿入することが、照明装置の完全な光学的または機械的再設計を必要としないところにある。むしろ、ラスタ要素９、９’と、光混合装置と、さらにまたラスタ要素５との対応する交番装置を導入することによって、冒頭に記載された種類の既存の照明系を改変して、それが適切である場合は、非常に低いσ値の範囲も設定することができるようにしうる。このように、任意で、末端ユーザの要件によって照明系プラットフォームに基づいて超低σ値を得ることができるか、またはできないシステムを提供することができる。
【００４６】
図示されない変形態様であって、スライド５２と交換可能な光混合素子とを有さずに動作する変形態様において、大きい断面を有する１つの同じ棒状集光子（棒状集光子４１参照）が、光混合装置として、従来システムの高設定の場合と超低σ値の場合とのいずれにも用いられうる。超低設定が、たとえば第１の光学系を変化させること、および／またはレチクル面に対してフーリエ変換される平面１８（ＲｅＭａ対物レンズ１５の瞳平面）内において開口制限絞りを挿入することにより設定されると、このことが、棒状集光子のアンダフィルとそれに付随する照明瞳の明らかなパーセリングとを招きうる。これは、フィールド全体にわたる楕円率または一様性に関して、許容不能なシステム特性をもたらしうる。
【００４７】
これらの問題は、適切な散乱角分布を有する少なくとも１つの散乱要素、たとえば散乱スクリーン９０（図１）または類似の効果を有する回折光学要素が、棒状集光子の背後において、たとえば直接前記集光子の出射面に、または前記集光子に対して軸方向に若干偏位する態様で、ビーム路内に挿入されることにより、軽減または回避されうる。その結果として、パーセリングの「不鮮明化」、すなわち瞳における強度分布の均質化を達成することが可能になる。散乱スクリーンは、固定的に設置されるか、または交換可能とされうる。それが適切である場合は、前記散乱スクリーンは、ＲｅＭａブレード１４と対物レンズ１５の入口との間において挿入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】マイクロリソグラフィー投影露光装置用の本発明にしたがった照明系の実施形態を示す略全体図である。
【図２】光軸に対して横方向に移動可能なスライドを有する光混合装置の実施形態を示す略斜視図である。
【図３】低いコヒーレンス度用に最適化された第２の光混合素子の第１の実施形態を示す図である。
【図４】低いコヒーレンス度用に最適化された第２の光混合素子の第２の実施形態を示す図である。
【図１】
2006526276.tif 000003
【図２】
2006526276.tif 000004
【図３】
2006526276.tif 000005
【図４】
2006526276.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【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】
マイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系において：
光源からの光を受けるとともに、最小コヒーレンス度σｍｉｎから最大コヒーレンス度σｍａｘに至る全コヒーレンス度範囲から選択される、σｍｉｎ≦σ≦σｍａｘの所定のコヒーレンス度σを有する照明光を用いて照明フィールドを照明する調節可能な光学系からなり、
前記全コヒーレンス度範囲は、σｍｉｎ＜０．２の最小コヒーレンス度と、０．９≦σｍａｘ≦１の最大コヒーレンス度とを含む照明系。
【請求項２】
０．１≦σｍｉｎ≦０．１５である請求項１に記載の照明系。
【請求項３】
前記調節可能な光学系は、
前記光源からの光を受けるとともに、所定の光分布を光混合装置の入射面において生じしめる第１の光学系と；
前記第１の光学系から到来する光を均質化させるとともに、均質化された光分布を自身の出射面において出力する前記光混合装置と；
前記第１の光学系と前記光混合装置とを、第１のコヒーレンス度範囲に関連ある第１の構成と第２のコヒーレンス度範囲に関連ある少なくとも１つの第２の構成との間において切り換える切換え装置とを含み、
前記第１のコヒーレンス度範囲と前記第２のコヒーレンス度範囲との各々は、前記全コヒーレンス度範囲より小さく、かつ前記第１のコヒーレンス度範囲と前記第２のコヒーレンス度範囲とが前記全コヒーレンス度範囲を形成するように部分的に重複する請求項１または２に記載の照明系。
【請求項４】
前記第１のコヒーレンス度範囲は、（０．２０〜０．２５）≦σ≦１の範囲にわたる一方で、前記第２のコヒーレンス度範囲は、前記第１のコヒーレンス度範囲と重複するとともに、σ＝０．１〜０．１５のσ値を含む非常に低い設定の範囲内にまで及ぶ請求項３に記載の照明系。
【請求項５】
前記第１の光学系は、前記光混合装置の前記入射面上へと導かれる光の成形に寄与するとともに、任意で前記第１の光学系のビーム路内に導入されうる少なくとも２つのビーム成形要素を有する少なくとも１つのビーム成形交番素子を割り当てられる請求項３または４に記載の照明系。
【請求項６】
前記第１の光学系は、物体平面と射出瞳とを有する対物レンズを有し、前記ビーム成形交番素子は、前記ビーム成形要素が前記対物レンズの前記射出瞳の領域内に挿入されうるような態様に構成される請求項５に記載の照明系。
【請求項７】
前記第１の光学系は、ズーム系を含む請求項３〜６のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項８】
前記第１の光学系は、任意で環状照明を設定するための調節可能なアキシコン対を含む請求項３〜７のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項９】
前記第１の光学系は、対物レンズの物体平面の領域内に配置されるとともに前記光源から到来する光の角分布を変化させる役割を果たす少なくとも１つのビーム成形要素を有し、交番素子が、異なるビーム成形要素を交換するために設けられる請求項３〜８のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１０】
前記ビーム成形要素は、回折光学要素である請求項９に記載の照明系。
【請求項１１】
前記光混合装置は、第１の光混合素子と少なくとも１つの第２の光混合素子と任意で前記第１の光混合素子または前記第２の光混合素子を前記光混合装置の光軸の領域内に配置する光混合交番素子とからなる請求項３〜１０のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１２】
前記光混合交番素子は、前記光軸に対して横方向に移動可能であるとともに、スライドの移動によって前記第１の光混合素子と前記第２の光混合素子とが任意で前記光軸の領域内に移動せしめられうるような態様に取り付けられるスライドを有する請求項１１に記載の照明系。
【請求項１３】
前記第１の光混合素子は、第１の断面積と第１の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子を有し、前記第１の長さは、前記棒状集光子の入射面が前記光混合装置の前記入射面の領域内に配置され得、かつ前期棒状集光子の出射面が前記装置の前記出射面の領域内に配置されうるような寸法とされ、前記第２の光混合素子は、第２の断面積と第２の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子を有し、前記第２の断面積は、前記第１の断面積より小さく、前記第２の長さは、前記第１の長さより短く、前記第２の棒状集光子に続いて、前記第２の棒状集光子の前記出射面を前記光混合装置の前記出射面に結像させる役割を果たす結像系が設けられる請求項１１または１２に記載の照明系。
【請求項１４】
前記第２の光混合素子は、少なくとも１つのフライアイコンデンサーを有するフライアイコンデンサー機構からなる請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１５】
光混合装置の入射面上へと導かれる光の成形に寄与するとともに任意で前記第１の光学系のビーム路内に導入されうる少なくとも２つのビーム成形要素を有するビーム成形交番素子と、任意で第１の光混合素子または第２の光混合素子を光混合装置の光軸の領域内に配置する光混合交番素子とを調和的に制御する制御装置をさらに含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載の照明系。
【請求項１６】
光混合装置の棒状集光子の光学的下流に配置されるか、または配置されうる少なくとも１つの散乱要素をさらに含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載の照明系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体構成品およびその他の微細パターン素子をマイクロリソグラフィーにより製作するための投影露光装置の性能は、実質的に、投影対物レンズの結像特性によって決定される。さらにまた、その装置を用いて達成されうる結像品質とウェーハ処理能力とは、実質的に、投影対物レンズの上流に配置される照明系の特性によって共同で決定される。前記照明系は、一次光源、たとえばレーザの光を可能な限り高い効率で供給することと、生産過程において、該照明系の照明フィールドにおいて可能な限り均一な照度分布をもたらすこととができなければならない。また、照明系において異なる照明モードを設定して、たとえば結像せしめられる個別のオリジナル（マスク、レチクル）の構造にしたがって前記照明を最適化しうることが意図される。通常は、異なるコヒーレンス度σを有するさまざまな従来設定間と、さらにまた環状フィールド照明と、双極子または四極子照明との設定が可能である。軸外斜光照明を生じしめる非従来式照明設定は、特に、二光束干渉と、さらにまた解像度の向上とによって焦点深度を増大させる役割を果たしうる。
【０００３】
欧州特許第０ ７４７ ７７２号に、二次元ラスタ構造を有する第１の回折ラスタ要素が物体平面上に配置されるズームアキシコン対物レンズからなる照明系が説明されている。このラスタ要素は、開口の導入を介して入射するレーザ光の光コンダクタンスを若干増大させるとともに、光の分布形態を、たとえば略円形の分布または四極分布を生じしめるような態様に変化させる役割を果たす。これらの照明モード間における交替のために、それが適切である場合は、第１のラスタ要素が交換される。対物レンズの射出瞳に配置される第２のラスタ要素は、対応する光分布を用いて照明されるとともに、下流の棒状の光混合要素（棒状集光子）の入射面の形態に対応する矩形の光分布を形成する。ズームアキシコンの調節を介して、照明の環状形態と照明領域の大きさとを、以ってコヒーレンス度を調節することができる。
【０００４】
このような照明系は、従来σ＝０．２５程度からσ＝１程度までの間の全コヒーレンス度（設定範囲）を対象として設計される。コヒーレンス度σは、本明細書においては、下流の投影対物レンズの入力側開口数に対する照明系の出力側開口数の比として定義される。
【０００５】
特定の分野の用途においては、たとえば約０．１と０．２〜０．２５との間の範囲のさらに低いコヒーレンス度を設定することができれば有利かもしれない。本明細書において「超低設定」とも呼ばれるこのような低いコヒーレンス度は、たとえば、マスク平面上に大体において垂直に入射する光を用いて有利に照明される位相シフトマスクを用いる場合に有用でありうる。
【特許文献１】欧州特許第０ ７４７ ７７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、非常に低いコヒーレンス度の設定を可能にするマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系を提供することにある。この場合は、従来の照明系の設定可能性が、好ましくは、維持可能な製造費で従来の通常的な照明設定の場合に本質的に性能のいかなる低下も伴うことなく低いコヒーレンス度にまで拡大されることが意図される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、請求項１の特徴を有する照明系を提供する。有利な開発形態は、従属請求項に記載されている。全ての請求項の語句表現は、本明細書の内容の一部として含まれる。
【発明の実施形態】
【０００８】
冒頭に記載の種類の本発明にしたがった照明系は、光源からの光を受けるとともに、光混合装置の入射面上において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系と、さらにまた前記第１の光学系から到来する光を均質化するとともに、自身の出射面上において均質化された光分布を出力する光混合装置とを有する。前記第１の光学系と光混合装置とは、いずれの場合も、第１のコヒーレンス度範囲に関連ある第１の構成と第２のコヒーレンス度範囲に関連ある少なくとも１つの第２の構成との間において交換され得、前記第１および第２のコヒーレンス度範囲は、全体として、前記第１または前記第２のコヒーレンス度範囲より大きい全コヒーレンス度範囲を含む。
【０００９】
この場合は、全コヒーレンス度範囲は、好ましくは、たとえば約０．１〜０．１５の範囲内の最小設定可能コヒーレンス度σｍｉｎを有する超低σ値の範囲にまで及ぶ。全コヒーレンス度範囲の上限σｍａｘは、従来のシステムの上限に対応しうるとともに、たとえば０．９〜１の範囲内のσ値をとりうる。
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、照明系は、いずれの場合も自身の光学効果の点において互いに調和する態様で自ら変化せしめられて、たとえば照明フィールドの照明の一様性等、照明にとって重要なその他のパラメータを害することなく、従来システムと比べて大きい全コヒーレンス度範囲が網羅されうるようになる互いに調和する２つのサブシステム、すなわち第１の光学系と光混合装置とからなる。
【００１１】
１つの実施形態において、前記第１の光学系は、いずれの場合も光混合装置の入射面上に導かれる光の成形に寄与するとともに、第１の光学系を第１の構成と第２の構成との間において切り換えるために任意で第１の光学系のビーム路内に導入されうる少なくとも２つの異なるビーム成形要素を有する少なくとも１つのビーム成形交番素子を割り当てられる。この場合は、好ましくは少なくとも一方のビーム成形要素は、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素である。このようなラスタ要素の有利な実施形態は、たとえば欧州特許第０ ７４７ ７７２号において説明されており、前記特許の開示内容は、参照により本明細書の内容に取り入れられる。回折光学要素（ＤＯＥ）、すなわち出射光が本質的に光回折（光屈折に対する）によって成形される光学要素が含まれうる。屈折光学要素（ＲＯＥ）、たとえば二次元アレイ構成のレンズを有する要素もまた、ビーム成形要素として適する。
【００１２】
本出願の意味におけるビーム成形要素は、入射光を所定の角分布を有する出射光に変換するように設計される。これにより、予め定められうる形態を有する光の二次元強度分布は、こうした要素の背後においてある距離に配置される平面に目標を定めた態様で設定されうる。特に、このようなビーム成形要素は、入射光の幾何学的光コンダクタンスを変化させるのに適する。本明細書においてエタンデュとも呼ばれる幾何学的光コンダクタンスは、入射光の開口数と関連あるフィールドの大きさとの積として定義される。
【００１３】
好適な実施形態において、第１の光学系は、物体平面と射出瞳とを有する対物レンズを有し、ビーム成形交番素子は、ビーム成形要素が前記対物レンズの射出瞳の領域内に挿入されうるような態様に設計される。前記対物レンズは、たとえば２倍または４倍のズーム範囲を有しうるズーム対物レンズを含みうる。このような適度なズーム系は、維持可能な製造費で実現されうる。前記対物レンズは、さらにまた、環状照明が任意で生じしめられうる調節可能なアキシコン対を含みうる。前記アキシコン対および前記ズーム系は、互いに独立して設定されうることが好ましい。前記対物レンズによって可変的態様で設定されうる光分布は、さらに下流の交換可能なビーム成形要素により改変されて、任意で異なるコヒーレンス度範囲用に最適化されるように設定された態様で下流の光混合装置に入射せしめられうる。
【００１４】
有利な実施形態において、前記第１の光学系は、さらにまた、前記対物レンズの物体平面の領域内に配置されるか、または配置されうるとともに光源から到来する光の角分布を変化させる役割を果たす少なくとも１つのビーム成形要素を有する。この要素も同様に、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素として、特に回折光学要素として構成されうる。それが適切である場合は、これらの要素もまた交換可能とされて、異なるコヒーレンス度範囲間の切換えに必要とされる作用の一部分を担って、光コンダクタンスに影響を及ぼしうる。
【００１５】
異なるコヒーレンス度範囲間における照明系の切換えにおいては、一方では、通過する入射光の光コンダクタンスに適切な態様で影響を及ぼすことが必要であり、これは、前記の方策により達成されうる。他方では、照明フィールドが可能な限り均質に照明されるという要件があり、これは、適切な均質化または光混合を通じて達成されうる。この場合は、照明フィールドの形態および大きさが、異なる照明モードにおいて可能な限りわずかしか変動しないことが意図される。各々のコヒーレンス度範囲用に最適化された光混合を可能にするために、好適な実施形態の光混合装置は、第１の光混合素子と、少なくとも１つの第２の光混合素子と、さらにまた、前記第１の光混合素子または前記第２の光混合素子を任意で前記光混合装置の光軸の領域内に配置する光混合交番素子とを有する。その結果として、光学的性質が前記第１の光学系により成形される入射光に最適に適応せしめられうる少なくとも２つの異なる設計の光混合素子を得ることができる。
【００１６】
異なる光混合素子間における迅速な自動交番のために、１つの好適な実施形態の光混合装置は、光軸に対して横方向に変位せしめられうるとともに、前記第１および第２の光混合素子が任意で光軸の領域内へと移動せしめられうるような態様に取り付けられるスライドを有する。光混合素子の交番時において、このことの結果として行なわれうる直線変位は、高精度で制御されうるとともに、非常に迅速に行なわれうることがわかった。これに代わる方法として、たとえばタレット交番装置を用いることができる。
【００１７】
ビーム成形交番素子と光混合交番素子との協調制御を可能にする制御装置を設けることが好ましい。この制御装置と前記交番素子の機械設計とは、この場合は、好ましくは、異なる照明設定間における第１の光学系の切換え時間と同程度の長さに本質的に対応する切換え時間内において、対応するシステムの第１の構成と第２の構成との間における切換えを行なうことができるような態様に構成される。いくつかの実施形態では、光混合装置およびビーム成形要素間における切換え時間は、約数秒の長さとされうる。このことは、投影露光装置の動作時において、オペレータが装置に第１の光学系と光混合装置との異なる構成間における切換えが必要とされる設定を行なったとしても、いかなる顕著な遅れも発生しないことを意味する。
【００１８】
好適な実施形態において、第１の光混合素子は、第１の好ましくは矩形の断面積と、好ましくは棒状集光子の入射面が光混合装置の入射面と合致しうるとともに、棒状集光子の出射面が光混合装置の出射面と合致しうるような寸法とされる第１の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子を有する。前記断面積と前記第１の長さとは、この場合は、好ましくは、棒状集光子が、従来的にも得られうるより大きいコヒーレンス度を含む第１のコヒーレンス度範囲において、この場合に生じる入射角の光の場合に、入射光の良好な均質化をもたらす十分な内部（全）反射を確実に得ることができるような寸法とされる。少なくとも１つのフライアイコンデンサーを有する第１の光混合素子というまた他の考えられる対策と比べると、棒状集光子を有する光混合素子は、特に、入射光の確実な角度維持と、複数個の異なる光混合装置を設けることを容易にする、光軸に対して横方向に小さい構造寸法とによって区別される。
【００１９】
１つの実施形態において、前記第２の光混合素子は、第２の断面積と第２の長さとを有する少なくとも１つの第２の棒状集光子を有し、前記第２の好ましくは矩形の断面積は、前記第１の断面積より小さく、前記第２の長さは、前記第１の長さより短い。さらにまた、第２の棒状集光子に続くとともに、前記第２の棒状集光子の出射面を光混合装置の出射面に結像させる役割を果たす結像系が設けられる。この光混合素子は、一方では、より低いコヒーレンス度の範囲に必要とされる小さい開口数の場合に十分な光混合を得ることができ、かつ他方では、不変の大きさの照明フィールドを生じしめるような寸法とされうる。
【００２０】
さらに他の実施形態において、前記第２の光混合素子は、少なくとも１つのフライアイコンデンサーを備えるフライアイコンデンサー機構を有する。このフライアイコンデンサー機構は、光混合装置の入射面に対してフーリエ変換される面の領域内において、前記入射面から到来する入射光を受けるとともに、二次光源のラスタ構成体を生じしめる第１のラスタ要素を有する第１のラスタ構成体と、前記二次光源からの光を受けるとともに、前記二次光源からの光を前記光混合装置の出射面の領域内において少なくとも部分的に重ね合わせる第２のラスタ要素を備える第２のラスタ構成体とを有しうる。この光混合素子の変形態様は、好ましくは最も低いコヒーレンス度を有するコヒーレンス度範囲に用いられるため、フライアイコンデンサーの領域内における照明対象の面も小さい直径しか有さない場合に、こうした光混合装置は、光軸に対して横方向に相対的に小さくて細長い構造寸法を有し得、このことが光混合交番素子への内蔵を容易にする。
【００２１】
十分な光混合を保証するために、前記第１および第２のラスタ構成体は、いずれの場合も、たとえばリソグラフィーにより費用効果的な態様で製作されうるマイクロレンズアレイによって形成されうる。小型化により、たとえ非常に低いコヒーレンス度およびフライアイコンデンサーの相応に小さい照明領域の場合でも、混合に十分な多数の完全に照明される光学チャネルが得られることを保証することが可能になる。
【００２２】
これに代わる方法として、または追加として、その他の手段を用いて、たとえば照明の一様性および楕円率に対して、全体としての性能を有意に低下させることなく、照明系を超低設定から高設定まで及ぶ全コヒーレンス度範囲に適するものにしてもよい。
【００２３】
１つの変形態様において、その寸法が中および高設定の場合における十分な光混合のために最適化される大きい断面を有する棒状集光子を前記全コヒーレンス度範囲にわたって光混合装置として用いることができる。たとえば約０．１〜０．１５の範囲内の最小コヒーレンス度σｍｉｎを有するより低い設定が、たとえば第１の光学系を切り換えることおよび／またはレチクル面に対してフーリエ変換される平面内に開口制限絞りを挿入することにより設定されると、このことが、棒状集光子のアンダフィルとそれに付随する照明瞳の明らかなパーセリングとを招きうる。これは、許容不能なシステム特性をもたらしうる。例として、フィールド全体にわたる楕円率または一様性は、数パーセントの値となりうる（強度の一様性＝（最大値−最小値）／（最大値＋最小値））。
【００２４】
これらの問題は、適切な散乱角分布を有する少なくとも１つの散乱要素、たとえば散乱スクリーンまたは類似の効果を有する回折光学要素が、棒状集光子の背後において、たとえば直接前記集光子の出射面に、または前記集光子に対して軸方向に若干偏倚する態様で、ビーム路内に挿入されると軽減または回避されうる。その結果として、パーセリングの「不鮮明化」、すなわち瞳における強度分布の均質化を達成することが可能になる。これによって、散乱要素を用いなくても楕円率および一様性に関する前記の値を約２０％〜３０％の値に低下させることが可能であることがわかった。散乱要素は、任意で、固定的に設置されるか、または交換可能とされうる。交換可能な散乱要素は、光混合装置を異なるコヒーレンス度範囲に関連ある構成間において再構成することを可能にする。このような散乱要素を用いることにより、それが適切である場合は、第１の光学系を切換え可能にする必要をなくすことができる。
【００２５】
本発明は、次の実施形態をとりうる。
【００２６】
（１）予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系において：
−光源（２）から光を受けるとともに、光混合装置（１２）の入射面（１１）において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系（３０）と；
−前記第１の光学系から到来する前記光を均質化するとともに、自身の出射面（１３）において均質化された光分布を出力する光混合装置（１２）とからなり、
−前記第１の光学系（３０）と前記光混合装置（１２）とは、いずれの場合も、第１のコヒーレンス度範囲に関連ある第１の構成と第２のコヒーレンス度範囲に関連ある少なくとも１つの第２の構成との間において切り換えられ得、前記第１および第２のコヒーレンス度範囲は、前記第１または前記第２のコヒーレンス度範囲より大きい全コヒーレンス度範囲を含む照明系。
【００２７】
（２）前記全コヒーレンス度範囲は、０．２未満の最小コヒーレンス度σｍｉｎを含み、ここで、σｍｉｎは、好ましくは約０．１〜約０．１５の範囲内にある前述の照明系。
【００２８】
（３）前記第１の光学系（３０）は、前記光混合装置の前記入射面（１１）上に導かれる前記光の成形に寄与するとともに、任意で前記第１の光学系（３０）のビーム路内に導入されうる少なくとも２つのビーム成形要素（９、９’）を有する少なくとも１つのビーム成形交番素子（４０）を割り当てられる前述の照明系。
【００２９】
（４）少なくとも一方の前記ビーム成形要素（９、９’）は、二次元ラスタ構造を有する光学ラスタ要素である前述の照明系。
【００３０】
（５）前記第１の光学系は、物体平面（６）と射出瞳（８）とを有する対物レンズ（７）を有し、前記ビーム成形交番素子（４０）は、前記ビーム成形要素（９、９´）が前記対物レンズの前記射出瞳（８）の領域内に挿入されうるように構成される前述の照明系。
【００３１】
（６）ズーム系が、特に前記対物レンズ（７）に含まれる前述の照明系。
【００３２】
（７）前記対物レンズ（７）は、任意で環状照明を設定するための調節可能なアキシコン対を含む前述の照明系。
【００３３】
（８）前記第１の光学系（３０）は、対物レンズ（７）の物体平面（６）の領域内に配置されるとともに前記光源（２）から到来する前記光の角分布を変化させる役割を果たす少なくとも１つのビーム成形要素（５）を有する前述の照明系。
【００３４】
（９）前記ビーム成形要素は、回折光学要素（５）である前述の照明系。
【００３５】
（１０）異なるビーム成形要素（５）の交換のための交番素子が設けられる前述の照明系。
【００３６】
（１１）前記光混合装置（１２）は、第１の光混合素子（４０）と少なくとも１つの第２の光混合素子（５０、５０’、５０”）と、さらにまた任意で前記第１の光混合素子または前記第２の光混合素子を前記光混合装置（１２）の光軸（２）の領域内に配置する光混合交番素子とからなる前述の照明系。
【００３７】
（１２）前記光混合交番素子は、前記光軸に対して横方向に移動可能であるとともに、スライドの移動によって前記第１の光混合素子（４０）と前記第２の光混合素子（５０、５０’、５０”）とが任意で前記光軸（２）の領域内へと移動せしめられうるような態様に取り付けられるスライド（５２）を有する前述の照明系。
【００３８】
（１３）前記第１の光混合素子は、第１の断面積と第１の長さとを有する少なくとも１つの棒状集光子（４１）を有し、前記第１の長さは、前記棒状集光子の入射面（４２）が前記光混合装置の前記入射面（１１）の領域内に配置され得、かつ前記棒状集光子の出射面（４３）が前記装置の前記出射面（１３）の領域内に配置されうるような寸法とされる前述の照明系。
【００３９】
（１４）前記第２の光混合素子（５０’）は、第２の断面積と第２の長さとを有する少なくとも１つの第２の棒状集光子（６０）を有し、前記第２の断面積は、前記第１の断面積より小さく、前記第２の長さは、前記第１の長さより短く、さらにまた前記第２の棒状集光子に続いて、前記第２の棒状集光子の出射面（６３）を前記光混合装置の前記出射面（１３）に結像させる役割を果たす結像系（６４）が設けられる前述の照明系。
【００４０】
（１５）前記結像系（６４）は、拡大結像倍率を有する前述の照明系。
【００４１】
（１６）前記結像系（６４）は、前記第１の棒状集光子の前記出射面（５３）の大きさと前記第２の棒状集光子（６０）の前記出射面（６３）の大きさとの間における寸法関係に対応する結像倍率を有する前述の照明系。
【００４２】
（１７）前記第２の光混合素子（５０”）は、少なくとも１つのフライアイコンデンサー（７２、７３）を有するフライアイコンデンサー機構からなる請求項１１〜１６の１項に記載の照明系。
【００４３】
（１８）前記フライアイコンデンサー機構は、前記光混合素子の前記入射面（１１）に対してフーリエ変換される平面領域において、前記入射面から到来する光を受けるとともに、二次光源のラスタ構成体を生じしめる第１のラスタ要素（７５）を有する第１のラスタ構成体（７２）と、前記光混合素子の前記出射面（１３）の領域において、前記二次光源からの光を受けるとともに、該光を少なくとも部分的に重ね合わせる第２のラスタ要素（７６）を有する第２のラスタ構成体（７３）とを有する前述の照明系。
【００４４】
（１９）前記フライアイコンデンサー機構は、少なくとも１つのマイクロレンズアレイ（７２、７３）を有する前述の照明系。
【００４５】
（２０）ビーム成形交番素子（４０）と光混合交番素子とを協調制御する制御装置（８０）が設けられる前述の照明系。
【００４６】
（２１）前記制御装置と前記交番素子とは、照明系の第１および第２の構成間における交番が、異なる照明設定間における交番のための前記第１の光学系（３０）の切換え時間の長さと略同じ長さの切換え時間内に行なわれうるような態様に構成される前述の照明系。
【００４７】
（２２）棒状集光子の背後において、特に前記出射面（１３）の領域内に配置されるか、または配置されうる少なくとも１つの散乱要素（７０）を割り当てられる前述の照明系。
【００４８】
（２３）予め定められうるコヒーレンス度を有する照明光を用いて照明フィールドを照明するマイクロリソグラフィー投影露光装置用照明系において：
−光源（２）から光を受けるとともに、光混合装置（１２）の入射面（１１）において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系（３０）と；
−前記第１の光学系から到来する前記光を均質化するとともに、自身の出射面（１３）において均質化された光分布を出力する光混合装置（１２）と；
−前記出射面（１３）の領域内または前記出射面の背後に配置されるか、または配置されうる少なくとも１つの散乱要素とからなる照明系。
【００４９】
（２４）前記光混合装置は、第１の断面積と第１の長さとを有する棒状集光子（４１）を有し、前記第１の長さは、前記棒状集光子の入射面（４２）が前記光混合装置の前記入射面（１１）の領域内に配置され、かつ前記棒状集光子の出射面（４３）が前記装置の前記出射面（１３）の領域内に配置されるような寸法とされる前述の照明系。
【００５０】
前記およびその他の特徴は、特許請求の範囲からだけではなく、詳細な説明と図面とからも明らかになり、個別の特徴は、いずれの場合も、それぞれ単独で、または複数の特徴を部分的に組み合わせた形態で本発明の実施形態およびその他の分野において実現されうるとともに、本質的に保護されうる実施形態を有利に構成しうる。
【実施例】
【００５１】
図１に、半導体構成品およびその他の微細パターン素子の製造に用いられうるとともに、遠紫外領域の光を用いてマイクロメートル単位未満の解像度を達成する作用を持つマイクロリソグラフィー投影露光装置の照明系１の一例が示されている。使用される光源２は、光ビームが前記照明系の光軸３に対して同軸的に配向される約１５７ｎｍの動作波長を有するＦ２エキシマレーザである。その他の紫外線源、たとえば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エキシマレーザあるいは３６８ｎｍまたは４３６ｎｍの動作波長を有する水銀灯または１５７ｎｍ未満の波長を有する光源が同様に用いられうる。
【００５２】
光源２からの光は、最初に、たとえば独国特許第４１ ２４ ３１１号にしたがった鏡機構として設計されるとともに、コヒーレンスの低下およびビーム断面の拡大の役割を果たすビーム拡大器４に入射する。図示されている実施形態の場合は、任意で設けられるシャッターは、レーザ２の対応するパルス制御装置に置き換えられる。
【００５３】
ビーム成形素子としての役割を果たす第１の回折光学ラスタ要素５は、ビーム路内において前記ラスタ要素の背後に配置される対物レンズ７の物体平面６上に配置され、同様にビーム成形要素としての役割を果たす第２の屈折光学ラスタ要素９は、前記対物レンズの像平面８または射出瞳に配置される。
【００５４】
この像平面の背後に配置される入力結合光学素子１０は、自身を通過する光を混合および均質化する光混合装置１２の入射面１１上に光を透過させる。調節可能なフィールド絞りとしての役割を果たすレチクル／マスキングシステム（ＲＥＭＡ）１４が配置される中間フィールド面は、光混合装置１２の出射面１３に直接位置する。下流の対物レンズ１５は、前記マスキングシステム１４を有する中間フィールド面をレチクル１６（マスク、リソグラフィー用オリジナル）上に結像させるとともに、第１のレンズ群１７と、フィルタまたは絞りが取り入れられうる瞳中間面１８と、それぞれ第２および第３のレンズ群１９および２０と、大型の照明装置（長さ約３ｍ）を水平方向に導入するとともにレチクル１６を水平方向に取り付けることを可能にする、前記レンズ群間の偏向鏡２１とを含む。
【００５５】
この照明系は、投影対物レンズ（図示せず）と、レチクル１６を前記投影対物レンズの物体平面内において保持する調節可能なウェーハホルダと一緒になって、電子素子だけでなく、回折光学要素およびその他の微細パターン部品をマイクロリソグラフィーにより製造するための投影露光装置を形成する。
【００５６】
光源と光混合装置との間の光学要素または組立体４、５、７、９または９’および１０は、光源２からの光を受けるとともに、光混合装置の入射面において予め定められうる光分布を生じしめる第１の光学系３０を形成する。
【００５７】
光混合装置１２の上流に配置される部品、特に光学ラスタ要素５および９の実施形態は、前記光混合装置の矩形の入射面が、大体において均質に、かつ可能な限り高い効率で、すなわち前記入射面に沿った実質的な光損失を伴わずに照明されるように選択される。この目的のために、ビーム拡大器４から到来するとともに、矩形の断面と非回転対称な開きとを有する平行光ビームは、最初に、開きと形態とに関して、第１の回折ラスタ要素５と光コンダクタンスの導入とによって変化せしめられる。特に、第１のラスタ要素５は、この形態の角分布を生じしめる多数の六角セルを有する。第１の回折ラスタ要素の開口数は、この場合はＮＡ＝０．０２５であり、これによって導入されるべき全光コンダクタンスの約１０％が導入される。０．０２０≦ＮＡ≦０．０２７の範囲の開口を導入する要素が一般に好ましい。有意に小さい開口の場合は、入射光の非対称な開きが出射側角分布において妨害的態様で明白になりうる危険性がある。有意に大きい開口は、棒状集光子の入口のオーバーフィリングを、以って光損失を招きうる。
【００５８】
ズーム光学素子７の前方焦点面（物体平面）上に配置される第１の光学ラスタ要素５は、前記ズーム光学素子７の焦点距離と一緒になって、前記ズーム系の射出瞳または像平面８において可変的な大きさを有する照明点を創出する。本例においては矩形の出射特性を有する屈折光学要素として設計される第２の光学ラスタ要素９は、この位置に配置される。このビーム成形要素は、光コンダクタンスの主要な部分を生じしめるとともに、入力結合光学素子１０によって、光コンダクタンスをフィールドの大きさに、すなわち光混合装置１２の矩形状の入射面形状に適応させる。
【００５９】
この点までに説明された照明系の構造は、光混合装置を例外として、たとえば欧州特許第０ ７４７ ７７２号に記載の構造に対応し得、前記特許の開示内容は、この点に関して、本願明細書の記載内容の一部として取り入れられる。
【００６０】
この種類の従来システムにおいては、透明な光学材料、たとえばフッ化カルシウムにより製作される個別の棒状集光子が光混合装置１２として設けられており、該棒状集光子は、多重内部反射によって、透過する光を混合および均質化する。このため、連続して可変的な態様で約０．２〜０．２５の範囲内および約１のσ値を有する全コヒーレンス度範囲を網羅することが可能であった。比較すると、本発明にしたがった照明系は、超低設定の範囲内、たとえばσ＝０．１〜０．１５のσ値にまで及ぶ全コヒーレンス度範囲によって区別される。
【００６１】
光学系の性能を維持する一方で、同時に、このように設定可能な最も低いσ値を引き下げることは、達成不能であるか、または瞳を満たす役割を果たす第１の光学ラスタ要素５を交換することによる性能の低下を伴ってのみ達成可能であることがわかった。図示されている実施形態においては、従来システムと比べて維持可能な製造費で実現することができるその他の構造的改変が実現されて、得ることができるコヒーレンス度範囲をより低いσ値に至らせている。
【００６２】
最初に、第１の光学系３０は、光混合装置の入口においてフィールドを照明する役割を果たすビーム成形要素９を交換することを可能にするビーム成形交番素子４０を割り当てられる。本例では、対物レンズ７の背後において前記対物レンズの射出瞳の領域内で、任意でビーム路内に挿入されうる２つの異なる設計の光学ラスタ要素９、９’が設けられる。この場合は、例として、前記ビーム成形要素９は、より低いσ値用に設けられるラスタ要素９’より大きい出力側開口数を有しうる。しかしながら、一般に、ビーム成形要素９そのものの開口数を小さくするだけでは、光学性能を低下させることなく非常に低いσ値の範囲を達成するのに十分ではない。ビーム成形要素９そのものの開口数を小さくすることは、最初に光混合装置の入口において照明される面積の減少のみを招く。これに関して光学的に共役である出射面１３またはレチクル平面そのものにおいて、フィールドの大きさは、不変に維持される。しかし、照明瞳内の無光領域は、棒状集光子のアンダーフィル（瞳のパーセリング）のために拡大する。
【００６３】
図示された実施形態においては、光混合装置１２が、第１の構成が第１のコヒーレンス度範囲（たとえば従来的に達成されうるコヒーレンス度範囲（０．２０〜０．２５）＜σ＜１）に対応する一方で、第２のコヒーレンス度範囲は、第１のコヒーレンス度と重複し、かつ非常に低い設定の範囲内に及ぶ２つの構成間において切り換えられうるという事実により、このような性能の低下を伴うことなく低いσ値に切り換えることが可能である。図２において略図に示されているように、光混合装置１２は、互いに独立して動作するとともに、互いと光軸３とに対して平行をなして共通の取付台５１に配置され、かつ任意でスライド５２に補助されることにより光軸３の領域内へと前記光軸に対して横方向に移動せしめられうる２つの光混合素子４０、５０を有する。
【００６４】
この場合は、前記第１の光混合素子４０は、その寸法が類似の従来式照明装置の棒状集光子の寸法に対応しうる棒状集光子４１によって形成される。特に、棒状集光子４１は、光混合装置１２の入射面と出射面との間における距離に対応する、矩形の入射面４２と矩形の出射面４３との間において測定される長さを有する。前記光混合装置が、より高いσ値を有するコヒーレンス度範囲に対応する第１の構成で動作する場合は、この大型の棒状光混合素子を光軸のまわりにおいて心合せして、前記素子の入射面を前記光混合装置の入射面と合致させるとともに、前記素子の出射面を前記光混合装置の出射面と合致させるようにすることができる。より低いσ値が必要とされる場合は、前記スライドの移動により棒状集光子４０を光軸３の領域から外側に移動させることができ、より低いσ値用に最適化される第２の光混合素子５０を光軸の領域内に移動させることができる。
【００６５】
図３と関連して説明される実施形態の場合は、第２の光混合素子５０’は、その断面および長さが第１の棒状集光子４１と比較して減じられる第２の棒状集光子６０を有する。この場合は、より短尺かつより細身の棒状集光子６０の寸法は、上流に配置される関連あるビーム成形要素９’のより低い開口数にもかかわらず、該棒状集光子が十分に満たされるように設計される。この場合は、矩形の断面は、光混合装置の入射面１１において関連あるラスタ要素９’により生じしめられるフィールドの大きさに実質的に対応するような寸法とされる。その結果として、照明瞳のパーセリングを招く棒状集光子６０のアンダーフィルまたは光損失を招くオーバフィルが十分に制限または回避されうる。さらにまた、断面の縮小により、長さの短縮にもかかわらず、横側面での反射回数によって決まる棒状集光子における均質化が十分な程度にもたらされる。
【００６６】
棒状集光子６０の背後には、棒状集光子出射面６３を前記光混合素子の出射面１４または前記出射面に対して若干焦点はずれの平面に、適応化された結像倍率で投影する無限焦点結像光学素子６４が配置される。この場合は、より大型の棒状集光子４１の場合も達成される大きさの矩形の照明フィールドが、結像光学素子６３の適切な倍率、たとえば約２の倍率によって、光混合装置の出射面１４において生じしめられる。したがって、結像光学素子６４の拡大結像倍率は、長尺の棒状集光子４１と短尺の棒状集光子６０との断面間における大きさの関係に対応する。光コンダクタンスが、このように棒状集光子出射面６３が光混合装置の出射面１４に結像せしめられるときに維持されるため、入射光の開口数、以ってそのσ値は、拡大時に相応に低下する。その結果として、本実施形態においては、低いσ値用に設けられるラスタ要素９’の交換を通じて、本質的に光混合装置の入射面内の照明領域の大きさが減じられる一方で、開口数は、本質的に、棒状集光子出射面６３が光混合装置の出射面１４に拡大結像されるときに減じられる。
【００６７】
第２の光混合素子５０”のまた他の実施形態を、図４と関連させてより詳細に説明する。この光混合素子は、図３に示された光混合素子に代わるものとして、大型の棒状集光子４１により形成される第１の光混合素子と並んでスライド５２上に設けられうる。光混合素子５０”は、フライアイコンデンサー機構（フライアイ集光器）として構成される。この光混合素子は、集光レンズ７１と、前記集光レンズの背後にある距離をおいて配置される第１のラスタ要素のラスタ構成体７２と、前記ラスタ構成体の背後に配置される第２のラスタ要素のラスタ構成体７３と、前記ラスタ構成体の背後にある距離をおいて配置されるフィールドレンズ７４とからなる。この場合は、第１のラスタ構成体７２は、光混合装置の入射面１１の背後に２ｆの距離をおいて位置しており、ここで、ｆは、集光レンズ７１の焦点距離である。その結果として、第１のラスタ構成体７２は、入射面１１に対してフーリエ変換された平面上に位置する。多段構造のフライアイコンデンサーの場合は、第１のラスタ構成体７２は、入射光から、照明される第１のラスタ要素７５の個数に対応する個数の二次光源のラスタ構成体を生じしめる。第１のラスタ要素の形態は、光混合装置の出射面１３内において照明されるフィールドの形態に本質的に対応することが意図される。したがって、これらは、フィールドハニカムとも呼ばれ、本例の場合は矩形である。下流の第２のラスタ構成体７３は、第１のラスタ要素７５を、照明フィールドを含む照明面１３に結像させる役割と、その過程で二次光源からの光を照明フィールドにおいて重ね合わせる役割とを果たす。これによって光混合が達成される。第２のラスタ要素７６は、しばしば、瞳ハニカムと呼ばれる。本実施形態において、第１および第２のラスタ要素は、互いに対をなして割り当てられるとともに、異なる光強度が、フィールドレンズ７４の補助により、強度分布の均質化という意味において、照明フィールドにおいて重ね合わされる多数の光学チャネルを形成する。
【００６８】
この第２の光混合素子５０”の実施形態は、好ましくは、低いσ値を有する第２のコヒーレンス度範囲用に設けられ、したがって前記光混合素子の領域におけるビーム断面は、相対的に小さいため、フライアイコンデンサー光混合装置５０”の全ての光学部品の直径が小さく維持され得、以って、設置環境にいかなる実質的な改変も加えることなく、略同一の寸法の棒状集光子との交換が可能になる。前記フライアイコンデンサーは、２つのマイクロレンズアレイ７２、７３によって製作され得、その結果として、たとえ小さい直径しか有さない照明面の場合であっても、十分な個数の「光学チャネル」の照明によって、良好な光混合が達成されうる。
【００６９】
ビーム成形交番素子４０と光混合装置１２とは、第１の光学系３０のラスタ要素９の交換と異なる光混合素子間における交番とを調和させて、光混合装置の入射面１１において、光学系３０によってもたらされる各光分布に関して、相応に適応せしめられた光混合素子が、一般に数秒以内の短時間のスライド５２の移動によって、高い位置決め精度を有して位置的に適正な態様で提供されるようにする共通の制御装置８０によって制御される。
【００７０】
本発明の本実施形態および類似の実施形態の１つの本質的な利点は、図３または図４に示された実施形態または類似の構成を挿入することが、照明装置の完全な光学的または機械的再設計を必要としないところにある。むしろ、ラスタ要素９、９’と、光混合装置と、さらにまたラスタ要素５との対応する交番装置を導入することによって、冒頭に記載された種類の既存の照明系を改変して、それが適切である場合は、非常に低いσ値の範囲も設定することができるようにしうる。このように、任意で、末端ユーザの要件によって照明系プラットフォームに基づいて超低σ値を得ることができるか、またはできないシステムを提供することができる。
【００７１】
図示されない変形態様であって、スライド５２と交換可能な光混合素子とを有さずに動作する変形態様において、大きい断面を有する１つの同じ棒状集光子（棒状集光子４１参照）が、光混合装置として、従来システムの高設定の場合と超低σ値の場合とのいずれにも用いられうる。超低設定が、たとえば第１の光学系を変化させること、および／またはレチクル面に対してフーリエ変換される平面１８（ＲｅＭａ対物レンズ１５の瞳平面）内において開口制限絞りを挿入することにより設定されると、このことが、棒状集光子のアンダフィルとそれに付随する照明瞳の明らかなパーセリングとを招きうる。これは、フィールド全体にわたる楕円率または一様性に関して、許容不能なシステム特性をもたらしうる。
【００７２】
これらの問題は、適切な散乱角分布を有する少なくとも１つの散乱要素、たとえば散乱スクリーン９０（図１）または類似の効果を有する回折光学要素が、棒状集光子の背後において、たとえば直接前記集光子の出射面に、または前記集光子に対して軸方向に若干偏位する態様で、ビーム路内に挿入されることにより、軽減または回避されうる。その結果として、パーセリングの「不鮮明化」、すなわち瞳における強度分布の均質化を達成することが可能になる。散乱スクリーンは、固定的に設置されるか、または交換可能とされうる。それが適切である場合は、前記散乱スクリーンは、ＲｅＭａブレード１４と対物レンズ１５の入口との間において挿入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】マイクロリソグラフィー投影露光装置用の本発明にしたがった照明系の実施形態を示す略全体図である。
【図２】光軸に対して横方向に移動可能なスライドを有する光混合装置の実施形態を示す略斜視図である。
【図３】低いコヒーレンス度用に最適化された第２の光混合素子の第１の実施形態を示す図である。
【図４】低いコヒーレンス度用に最適化された第２の光混合素子の第２の実施形態を示す図である。
【国際調査報告】
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