(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射光ビームを発生する照明光源と、
前記照明光源からの電磁放射光を受光するマルチイメージ光学素子と、
前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射光ビームを受光し、電磁放射光の所定の射出角分布を供給するアレー光学素子と、を備え、
前記マルチイメージ光学素子は、出射側に第１の開口数を有し、
前記アレー光学素子は、出射側に前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数を有し、
前記照明光源からの電磁放射光が、レチクルの像を投影するための照明視野を形成するよう構成された、照明系。
【請求項２】
前記アレー光学素子が回折光学素子で構成された、請求項１記載の照明系。
【請求項３】
所定の角分布が均一な円形照明で構成された、請求項１記載の照明系。
【請求項４】
所定の角分布が環状照明で構成された、請求項１記載の照明系。
【請求項５】
所定の角分布が四重極照明で構成された、請求項１記載の照明系。
【請求項６】
前記マルチイメージ光学素子と前記アレー光学素子の間に配置された集光レンズを具備した、請求項１記載の照明系。
【請求項７】
前記照明光源と前記マルチイメージ光学素子の間に配置されたビームコンディショナを具備した、請求項６記載の照明系。
【請求項８】
前記アレー光学素子により電磁放射光が空間的に再配分されるよう構成した、請求項１記載の照明系。
【請求項９】
電磁放射光ビームを発生する照明光源と、
前記照明光源からの電磁放射光ビームを受光するマルチイメージ光学素子と、
前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射ビームを受光する集光レンズと、
前記集光レンズからの電磁放射光ビームを受光する回折光学素子と、を備え、
前記集光レンズは、入射開口数を有し、
前記回折光学素子は、前記入射開口数よりも大きい出射開口数を有し、
前記照明光源からの電磁放射光が、所定の角および空間特性を有する照明を形成するよう構成された、照明系。
【請求項１０】
前記照明光源と前記マルチイメージ光学素子との間に配置され、前記照明光源からの電磁放射光ビームを受光するよう構成したビームコンディショナを具備した、請求項９記載の照明系。
【請求項１１】
前記マルチイメージ光学素子がアレーで構成されている、請求項９記載の照明系。
【請求項１２】
アレーが複数の屈折レンズで形成されている、請求項１１記載の照明系。
【請求項１３】
前記マルチイメージ光学素子が第１の回折光学素子である、請求項９記載の照明系。
【請求項１４】
第１の回折光学素子が複数の回折光学素子から形成されている、請求項１３記載の照明系。
【請求項１５】
前記回折光学素子が透過性である、請求項９記載の照明系。
【請求項１６】
照明視野が前記回折光学素子の近視野またはフレネル回折領域に作られる、請求項９記載の照明系。
【請求項１７】
前記照明光源がレーザである、請求項９記載の照明系。
【請求項１８】
前記回折光学素子と照明視野の所望の場所の間に配置したリレーを具備した、請求項９記載の照明系。
【請求項１９】
前記リレーがアスチグマチックである、請求項１８記載の照明系。
【請求項２０】
前記集光レンズがアナモルフィックである、請求項９記載の照明系。
【請求項２１】
前記ビームコンディショナがビームエキスパンダで構成されている、請求項９記載の照明系。
【請求項２２】
前記ビームコンディショナがビームマルチプレクサで構成されている、請求項９記載の照明系。
【請求項２３】
前記ビームマルチプレクサが、第１の平坦な表面と、前記第１の平坦な表面から離された第２の平坦な表面と、前記第１の平坦表面上に形成された反射表面と、前記第２の平坦表面上に形成された複数の、一つ一つが異なる反射率を有する部分反射表面と、を有する、請求項２２記載の照明系。
【請求項２４】
前記ビームマルチプレクサが単体の材料ブロックから構成されている、請求項２２記載の照明系。
【請求項２５】
電磁放射光ビームを発生する照明光源と、
前記照明光源からの電磁放射光ビームを受光するマルチイメージ光学素子と、
前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射ビームを受光する集光レンズと、
前記集光レンズからの電磁放射ビームを受光する屈折アレー光学素子と、を備え、
前記集光レンズは、入射開口数を有し、
前記屈折アレー光学素子は、前記入射開口数よりも大きい出射開口数を有し、
前記照明光源からの電磁放射が、所定の角および空間特性を有する照明視野を形成するよう構成された、照明系。
【請求項２６】
前記照明光源と前記マルチイメージ光学素子の間に配置され、前記照明光源からの電磁放射ビームを受光するビームコンディショナを具備した、請求項２５記載の照明系。
【請求項２７】
前記マルチイメージ光学素子がアレーで構成されている、請求項２５記載の照明系。
【請求項２８】
前記マルチイメージ光学素子が回折光学素子で構成されている、請求項２５記載の照明系。
【請求項２９】
回折光学素子が複数の回折光学素子から形成されている、請求項２８記載の照明系。
【請求項３０】
前記照明光源がレーザである、請求項２５記載の照明系。
【請求項３１】
前記屈折アレー光学素子と照明視野の所望の場所に配置されたリレーを具備した、請求項２５記載の照明系。
【請求項３２】
前記リレーがアスチグマチックである、請求項３１記載の照明系。
【請求項３３】
前記集光レンズがアナモルフィックである、請求項２５記載の照明系。
【請求項３４】
前記ビームコンディショナがビームエキスパンダで構成されている、請求項２６記載の照明系。
【請求項３５】
前記ビームコンディショナがビームマルチプレクサで構成されている、請求項２６記載の照明系。
【請求項３６】
前記ビームマルチプレクサが、第１の平坦表面と、第１の平坦表面から離された第２の平坦表面と、前記第１の平坦表面上に形成された反射表面と、前記第２の平坦表面上に形成された複数の、それぞれが異なる反射率を有する部分反射表面とを具備した、請求項３５記載の照明系。
【請求項３７】
前記ビームマルチプレクサが、単体の材料ブロックから形成されている、請求項３５記載の照明系。
【請求項３８】
照明光源と、
前記照明光源に後置されたビーム形成レンズと、
前記ビーム形成レンズに後置されたマルチイメージ光学素子と、
前記マルチイメージ光学素子に後置された第１の凹面鏡と、
前記第１の凹面鏡に後置された第２の凹面鏡と、
前記第２の凹面鏡に後置された回折光学素子と、を備え、
前記マルチイメージ光学素子は、出射側に第１の開口数を有し、
前記回折光学素子は、出射側に前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数を有し、
前記照明光源からの電磁放射が前記ビーム形成レンズによりビームに形成され、前記マルチイメージ光学素子を通過し、前記第１の凹面鏡により反射されて前記第２凹面鏡へ向かい、前記第２凹面鏡により反射されて前記回折光学素子を通過して、レチクルにおける前記回折光学素子の近視野またはフレネル回折領域に照明視野を形成するよう構成されている、照明系。
【請求項３９】
照明光源と、
前記照明光源に後置された第１の回折光学素子と、
ミラーと、
第２の回折光学素子と、を備え、
前記第１の回折光学素子は、反射側に第１の開口数を有し、
前記第２の回折光学素子は、反射側に前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数を有し、
前記照明光源からの電磁放射が、前記第１の回折光学素子により反射されて、前記第１の回折光学素子を透過することなく前記ミラーへと伝播し、前記第２の回折光学素子により反射されて、第２の回折光学素子を透過することなく照明視野を形成するよう構成された、照明系。
【請求項４０】
照明視野が前記第２の回折光学素子の近視野内またはフレネル回折領域にあるよう構成された、請求項３９記載の照明系。
【請求項４１】
照明光源と、
前記照明光源に後置されそこからの電磁放射を受光するよう配置されたビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダに後置され、前記ビームエキスパンダを透過した電磁放射を受光するよう配置され、複数の２次光源を形成するマルチイメージ光学素子と、
前記マルチイメージ光学素子に後置され、前記複数の２次光源からの電磁放射を受光するよう配置された、第１と第２の照明面を有している集光レンズと、
前記集光レンズに後置され、前記集光レンズを透過した電磁放射を受光するよう配置され近視野回折領域を有した回折光学素子であり、前記集光レンズにより形成される第１と第２の照明面がその近視野回折領域にあるよう構成された回折光学素子と、
前記回折光学素子に後置され、前記回折光学素子から伝播される電磁放射を受光するよう配置されたリレーであり、これにより第１と第２の照明面がレチクル面に共役な位置へ置かれるよう構成したリレーと、を備え、
レチクルの像が投影レンズを介して感光性レジストで被覆されたウェーハに投影されるよう構成した、デバイス製造におけるフォトリソグラフィーで使用されるウェーハにレチクルの像を投影するための照明系。
【請求項４２】
第１と第２の照明面が空間的に離れているよう構成された、請求項４１記載の照明系。
【請求項４３】
第１または第２の照明面の一方が実質的に台形の照明プロファイルを有する第１の軸を有し、第１または第２の照明面の他方が、実質的に一定の照明プロファイルを有する第２の軸を有するよう構成された、請求項４１記載の照明系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は半導体デバイス製造におけるフォトリソグラフィーに用いる照明系に関わり、より詳細には屈折および回折光学素子の両方を用いた照明系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造において、レチクルの像を感光性レジストで被覆された半導体ウェーハ上に複製するために、フォトリソグラフィー技術が用いられる。レチクルは回路パターンを有し、それが感光性レジストで被覆されたウェーハ上に転写されるのである。一連の露光とそれに引き続く処理の後、回路パターンを有した半導体デバイスが製造される。照明系は、レチクルの像を半導体ウェーハ上に投影するための電磁放射を得るために用いられる。レチクルの像は光学投影系により形成される。光学投影系はレチクルを通過した電磁放射線を集光して、レチクルの像を感光性レジストで被覆された半導体ウェーハ上に投影するのである。半導体デバイス製造技術の発展につれて、半導体デバイス製造に用いるフォトリソグラフィー装置の各構成要素に対する要求がますます高まっている。レチクル照明用の照明系も例外ではない。公知技術において、照明の均一性を高め、光損失を最小限にくい止めるための照明系が多く知られている。一例として“投影露光装置”と題する米国特許（クドー、１９９４年４月５日、特許番号5,300,971）があり、参照としてここに引用する。同特許に開示されている照明系はパルス光源を有し、回転式偏向プリズムによりパルス光を光軸から離れたフライアイ（fly’s eye）レンズに向けるよう構成されている。そして集光レンズによりフライアイレンズからの光を集光し、レチクルが照明される。別の例が、“照明系および同照明系を有する投影露光装置”と題する米国特許（モリ、１９９４年３月２２日、特許番号5,296,892）に開示されており、参照として引用する。同特許に開示された照明系は、集光レンズの前に配置された光学積分器ないしはフライアイレンズを有する。この光学積分器ないしフライアイレンズは交換可能に構成されており、照明系の出射側の開口数が変えられるようになっている。“照明光学装置およびそれを有する露光装置”と題する米国特許（モリ、１９９３年９月１４日、No. 5,245,384）にはまた別の照明系が開示されており、参照用に引用する。この照明系においては、無限焦点ズーム光学系が光学積分器またはフライアイレンズに前置され、複数の２次光源の大きさを変えられるようになっている。更に別の照明系が、“照明光学系および同光学系を用いた露光装置”と題する米国特許（クドー、１９９３年８月１７日、特許番号5,237,367）に開示され、ここに参照として引用する。この照明系は、第１の光学積分器またはフライアイレンズ、第１の集光レンズ、それに続く第２の光学積分器またはフライアイレンズ、および第２の集光レンズを有する。そして、この第２の集光レンズによりレチクルが照明される。第１の光学積分器ないしフライアイレンズか、あるいは第１の集光レンズのいずれかが可変焦点距離を有している。更に別の例が、“照明光学装置”と題する米国特許（キクチ他、１９９０年７月３日、特許番号4,939,630）に記載されており、参照として引用する。ここに開示されている照明系は第１の光学積分器または複数の光源像を形成するための手段、それに続く、第２の光学積分器または第３の光源形成手段を有した光学系、そしてそれに引き続く、照明をレチクルへ向けるための集光レンズを有する。
【０００３】
これら先行技術による照明系の多くによりそれぞれ特定の応用における照明の改善がもたらされ、異なる投影レンズを有した系に対してある程度柔軟に適合させることができた。しかし、製造が容易で、所望のプロファイルまたは照明パターンを有する均一な照明を低損失で得ることができ、しかもレチクル近くに大きな開口数を有する照明系が今もって望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の課題は、フォトリソグラフィーに用いるレチクルに対する照明を改良することにある。
【０００５】
本願発明の別の課題は、照明系の出口すなわち出射開口数および放射光の角分布を精密に制御することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本願発明によれば、屈折および回折光学素子の両方を用いたハイブリッド光学照明系により解決される。すなわち本願発明による装置は、電磁放射ビームを発生する照明光源、照明光源に後置され、その電磁放射光を受光するビームコンディショナ、ビームコンディショナからの電磁放射を受光し、一平面状に複数の照明光源を形成するマルチイメージ光学素子、マルチイメージ光学素子に後置され、その電磁放射を受光する集光レンズ、および集光レンズに後置されその電磁放射を受光するアレー光学素子を具備する。アレー光学素子は所定の特性、例えば所定の角分布を有した照明光源面を形成し、その光源によりレチクルが照明され、レチクル像が投影レンズを介して基板、例えば感光性レジストを有した半導体ウェーハに投影される。アレー光学素子の発散度は一定の空間変化とともに増加する。所定の角分布は通常の頂冠（top hat）照明、環状（annular）照明または四重極照明の形式で得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
１つの実施例においては、マルチイメージ光学素子はマイクロレンズアレーで構成される。別の実施例ではマルチイメージ素子は、遠視野またはフラウンホーファー回折領域において所望の結像特性を持つ回折光学素子で構成される。別の実施例では、アレー光学素子は回折光学素子で構成される。本願発明の別の実施例では、アレー光学素子により形成された照明面をレチクルと共役な位置に置くためにリレーが用いられる。本発明の別の実施例では矩形スリット照明面がｘ軸方向の照明とｙ軸方向の照明とに分割されており、それらはアナモルフィック集光レンズにより空間的に離されており、アスチグマチックリレーにより単一の照明面と共役な位置に置かれる。本発明の別の実施例によれば、多重化ビームコンディショナによりマルチイメージ光学素子に入射した電磁放射ビームのコヒーレンスが調節される。本願発明の別の実施例においては、非ビーム形光源が用いられ、一対の凹ミラーが第１アレーと第２アレー光学素子の間に置かれている。さらに本願発明の別の実施例においては、全反射素子が使用される。
【０００８】
本願発明の有利な点は、本願発明に用いる集光レンズに対してレチクルにおける放射開口数よりも小さな開口数を持たせることができることである。
【０００９】
本願発明のさらに有利な点は、光損失を抑えて良好な照明面特性を得ることができることである。
【００１０】
本願発明の別の有利な点は、部分干渉性照明光源を用いることにより、望ましくないスペックルを低減することができる。
【００１１】
本願発明の一つの特徴は、回折光学素子を用いて、レチクルを照明するための照明視野が形成されることである。
【００１２】
【実施例】
図１に本願発明の実施例を示す。照明光源１０は電磁放射光をビームコンディショナ１２に向ける。照明光源という用語はここでは幅広い意味での電磁放射源を意味し、波長には関係ない。よって、照明光源１０は可視領域以外の波長を有するレーザを用いることができる。あるいは、照明光源はパルスレーザまたは持続波レーザとすることもできる。ビームコンディショナ１２は照明光源１０からの電磁放射ビームを拡大または変形する。これは回折光学系のようなビームエキスパンダ、または反射光学系により達成できる。調整された電磁放射光はマルチイメージ光学素子１４を通過する。マルチイメージ光学素子１４は複数の屈折レンズ素子、または１つの回折光学素子から成るマイクロレンズアレーとすることができる。回折光学素子を用いる場合、該回折光学素子は遠視野またはフラウンホーファー回折領域において均一な放射光が得られるように設計する。マルチイメージ光学素子１４は光を集光レンズ１６へ向ける。スキャニングフォトリソグラフィーシステムの場合、集光レンズ１６は矩形スリット照明視野を形成するアナモルフィック集光レンズとするのが好ましい。集光レンズ１６はマルチイメージ光学素子１６からの光を集光し、アレー光学素子１８へ向ける。
【００１３】
アレー光学素子１８は、回折または屈折を用いて波面を制御するマイクロ光学素子の２次元周期的および／または準周期的アレーである。アレー光学素子はバイナリーレンズ、回折格子、表面レリーフ回折素子、フレネルレンズ、ホログラフィック光学素子、およびその他の、主要な光学特性が回折に依存している設計とすることができ、および／または通常の光学素子におけるごとく屈折を用いることもできる。アレー光学素子１８は透過性または反射性材料の基板または素子を用いた素子であり、該材料が、振幅および／または位相変調、あるいは特定の視野または空間的位置において特有の振幅、位相ならびに強度パターンを発生するパターンを有するものであれば何でもよい。本願発明の好ましい実施例においては透過系素子を使用しているが、同様の性質の反射系素子でも可能である。同様に、拡散光学素子とは、実質的に方向性またはビーム形を有する電磁放射視野の方向性向を、多数の見かけ上の２次電磁放射光源を利用してある程度低減する作用を持つ光学素子であると定義する。よって、拡散光学素子は一種の回折光学素子である。
【００１４】
好適な回折光学素子の供給業者として、アラバマ州ハンツヴィルのテレダインブラウンエンジニアリング（Teledyne Brown Engineering of Huntsville, Alabama）を挙げておく。アレー光学素子１８は、多様なフォトリソグラフィー投影条件における所望の電磁放射光の角フィルまたは分布を能率的に発生する。これは瞳フィルと呼ばれる。電磁放射光の瞳フィルまたは角分布は頂冠照明、環状照明または四重極照明で得ることができる。頂冠照明とは、レチクルのどの一つの点においても、光源側を向いた場合に均一な円形照明パターンが見えることを意味する。したがって、複数の均一な円形照明パターンがレチクルの照明に用いられる。環状照明とは、レチクルのどの一つの点においても、環状またはリング形の照明パターンが見えることを意味する。したがって、複数の環状照明パターンがレチクルの照明に用いられる。四重極照明とは、レチクルのどの一つの点においても、四つの独立した円形照明パターンが見えることを意味する。したがって、複数の四重極照明パターンがレチクルの照明に用いられる。アレー光学素子１８の設計は通常の物理的レンズモデリング、または電磁モデルにおけるパラメータの反復法に基ずく最適化手法を用いて達成できる。回折光学素子を用いる場合には、通常の回折モデリング、または回折モデルにおけるパラメータの反復法に基ずく最適化手法を用いて達成できる。
【００１５】
本実施例においては、空間的に離れたｘおよびｙ照明面が形成される。すなわち、ｙ照明面２０とｘ照明面２２が形成される。ｘおよびｙ照明面２０と２２は空間的に離れたものとして図示されているが、照明系は、ｙおよびｘ照明面２０と２２が空間的に離れていないよう構成することもできる。リレー２４は単にｙおよびｘ照明面２０と２２をレチクル２６と共役な位置に置くために使用する。本実施例においてはｙおよびｘ照明面は空間的に離れているためリレーはアスチグマチックリレーである。レチクル２６において形成される照明は、たとえば出口ないし射出開口数が大きい、瞳フィルが制御されている、および要求される正確さの程度までテレセントリックである等の非常に好ましい特性を有する。従って、投影レンズ２８を用いてウェーハ上に形成するための回路パターン像を有したレチクル２６の照明が大幅に改善される。
【００１６】
図２に本願発明の重要な利点の一つが示されている。マルチイメージ光学素子１４はその焦点面１５において複数の照明光源像を形成する。参照番号１６´で略示した集光レンズにより、照明面２１において素子１４のフラウンホーファーパターンが得られる。集光レンズ１６´は焦点距離ｆを有する。第１の開口数∝1が集光レンズ１６´の照明すなわち入射側に形成されている。第２の開口数∝2がアレー光学素子１８の出口すなわち出射側、照明面２１の形成される場所の近傍に形成されている。第２開口数∝2は第１開口数∝1よりも大きい。第２開口数∝2は、レチクルの像をウェーハへ転写するための投影レンズにより必要とされる所望の瞳フィルを作るのに用いられる。照明面２１は実効高さＤを有する。アレー光学素子１８は照明面２１を近視野またはフレネル回折領域において形成する点で、マルチイメージ光学素子１４とは明確に異なる。レチクルまたはその共役点は照明面２１内に置かれる。本願発明においては集光レンズはアレー光学素子１８と照明面２１の間には置かれない。アレー光学素子１８は、照明系の出口、出射ないしレチクル側、集光レンズ１６´の焦点面近傍に位置する照明面２１からある一定の距離ｄをもって位置している。距離ｄは集光レンズ１６´の焦点距離よりも大幅に小さくなければならない。これは、アレー光学素子１８を用いることにより、第１開口数∝1を第２開口数∝2よりも大幅に小さくすることができる。これにより、集光レンズの設計を柔軟にかつ低コストで行うことができる。さらに、アレー光学素子１８を異なる第２開口数∝2で設計したり、あるいは距離ｄを変えることにより、照明系の性能を変化させることができる。このようにして、様々なレチクルの特徴または投影レンズに対して最適化された瞳フィルを得ることができる。これは、容易に、比較的安価に、そしてわずかな電磁放射エネルギーの損失で達成することができる。
【００１７】
図３に示したのは、図１の照明系の一部である。図３には図１の実施例の特徴の１つがより明確に示されている。図３では、照明系のｘすなわち水平軸が示されている。アレー光学素子１８によりｘ軸照明面２２が、水平すなわちｘ軸デリミッター（delimitter）３６の近傍に形成される。デリミッター３６の働きはｘ軸照明面２２の端部をより明確に規定して、迷光を取り除くことである。リレー２４はｘ軸照明面２２をスリットの水平すなわちｘ軸開口３２と共役な位置におく。その結果、照明強度プロファイル３４が形成される。照明強度プロファイル３４はスキャニングフォトリソグラフィーのために最適化できる。照明強度プロファイル３４は水平すなわちｘ軸方向の照明強度を表している。
【００１８】
図４は図３と同様であるが、図４では図１に示した照明系の一部の垂直すなわちｙ軸が示されている。アレー光学素子１８によりｙ軸照明面２０がｙ軸デリミッター４６の位置または近傍に形成される。ｙ軸照明面２０はリレー２４によりスリットの垂直すなわちｙ軸開口と共役な位置へ置かれる。その結果、照明強度プロファイル４０が形成される。照明強度プロファイル４０は垂直すなわちｙ軸方向の照明強度を表す。照明強度プロファイル４０の縁部にあたる部分４２は輪郭ブレード４１により取り除かれる。こうして、距離Ｄ´にわたって実質的に一定の照明強度を有するｙ軸照明プロファイルが形成される。この実質的に一定な照明強度はスキャニングフォトリソグラフィーにおける非スキャン軸に用いる。
【００１９】
図３および４において、図１に示したアナモルフィック集光レンズを用いて様々な大きさと形を有するｘおよびｙ軸照明プロファイルが形成できることが理解されるであろう。さらに、リレー２４をアスチグマチックとすることにより、空間的に離れたｘおよびｙ照明面２２と２０を、ｘ軸およびｙ軸３２と３８における単一平面上、スリットの上または近傍で再結像または共役な位置に置くことができる。さらに、スリットのｘおよびｙ軸３２と３８は、ｙ軸すなわち縦方向長さが実質的に一定の照明プロファイルで、ｘ軸すなわち横方向長さが台形の照明プロファイルの矩形照明視野を形成する。この照明視野は特にスキャニングフォトリソグラフィー装置において、さらにはステップアンドスキャンフォトリソグラフィー装置において特に好適である。スキャン方向と平行な軸方向が台形照明プロファイルであることにより、感光レジストで被覆されたウェーハのスキャン視野方向における露光量の均一性が改善される。
【００２０】
図５は、図１に示したマルチイメージ光学素子１４として使用可能な光学素子１４´を示す。光学素子１４´は、４×１８個のアレーを形成するユニットから構成されている。ユニット４８のそれぞれはセル５０から成る。セル５０は非対称またはランダムに形成されている。ユニット４８はそれぞれ矢印５２で示した方向を向いている。個々の矢印５２によって表される方向を変えるために、光学素子１４´を形成しているアレーのそれぞれのユニット４８は回転させられている。こうして、光学素子１４´により規則的なパターンが形成されるのを防いでいる。
【００２１】
図６には、図１に示したビームコンディショナ１２の一例が示されている。照明光源１０からの光は第１のマルチプレクサ５４に向かい、そこで第２のマルチプレクサ５６へと向けられる。第１と第２のマルチプレクサ５４と５６は、同種のビームから成る光束を照明出力５８として形成する。照明出力５８は図１に示したマルチイメージ光学素子１４に向けられる。
【００２２】
図７に、照明光源１０からの開口または領域入力照明６０を示す。入力照明６０は、たとえば電磁光照明を偏光した場合など、矢印６１で表した方向を向いているものとする。図６に示した第１マルチプレクサ５４により、中間出力６２が形成される。中間出力６２は回転され、回転後中間出力６２´となる。この回転後中間出力６２´は再び図６に示した第２のマルチプレクサ５６で多重化され、照明出力５８´となる出力を形成する。照明出力５８´は概ね矩形である。図示の例では、照明出力５８´は当初の入力照明６０を再構成する１×１２個の部分から成るアレーである。
【００２３】
図８は多重化により照明出力５８を得るための別の方法を示している。図８においては、図６に示した照明光源１０からの入力照明６０は多重化され、中間出力６２を形成する。中間出力６２はさらに図６に示した第２マルチプレクサ５６により多重化され、第２出力６４を形成する。偏光された入力照明６０を用いる場合、中間出力６４を形成する照明素子の方向を回転させることにより、照明視野５８´´を形成することができる。偏光されたビームの方向は波長板により回転させることができる。照明出力５８´´は図示の例において、当初の入力照明６０を再構成する部分から成る３×４個のアレーである。
【００２４】
多重化には多くの利点があり、多数の、一つ一つが照明光源のコリメートされた性質を維持した２次ビームを発生させるのに用いられる。多重化により、照明光源ビームが、水平コヒーレンス距離の増大を伴うことなく、必要な視野サイズに形成される。さらに、複数の２次ビームすなわち多重化ビームは長軸方向に、コヒーレンス距離を上回る距離だけ遅らせて、互いにインコヒーレントにすることができる。マルチプレクサはコンパクトで、比較的製造が容易で、従って安価であるという利点を有する。
【００２５】
図９にマルチプレクサを示す。マルチプレクサは２つの実質的に平行な平坦表面を有するブロック５５で形成されている。これら平坦な表面は、互いに異なる反射率を持つ反射性コーティングを数個有する。反射表面６８は最大限の反射をもたらすコーティングを有する。表面６６は複数の部分反射コーティング７０、７１、７２、７３、７４および７５を有する。部分反射コーティング７０、７１、７２、７３、７４および７５のそれぞれが互いに異なる反射率を有し、最後のコーティング７５は好ましくは全く反射しないよう構成されている。これら反射コーティングは、第１のコーティング７１から最後のコーティング７５へと進むにつれて反射しなくなる。入力照明６０´の一部は表面７０で反射されて、２次出力ビーム８０となる。入力照明６０´の一部はブロック５５を透過し、反射表面６８で反射される。入力照明ビーム６０´の反射された部分は再びブロック５５を透過する。反射された部分入力照明ビーム６０´の一部は部分反射表面７１を透過して、２次出力ビーム８１を形成する。入力照明ビーム６０´の一部は部分反射表面７１で反射されブロック５５を透過し、再び反射表面６８で反射され、ブロック５５を透過し、そして部分反射表面７２を透過して、もう一つの２次出力ビーム８２を形成する。この入力ビーム６０´の多重化を継続して複数の２次出力ビーム８０、８１、８３、８４および８５を形成する。これら２次出力ビームは入力ビームとして第２のマルチプレクサに入力し、より大型のアレーを形成することもできる。このようにしてマルチプレクサを使用することにより、光源の当初の水平コヒーレンスを２次ビーム内に維持し、かつ２次ビーム間の望ましくない長軸方向コヒーレンスを除外することができる。この、互いにインコヒーレントな２次ビームにより、コヒーレントな照明光源を用いた場合に生ずるスペックル現象を大幅に低減することができ、また、マルチイメージ光学素子１４の性能を高めることができる。さらに、多重化により、低光損失で高能率の伝送を行うことができる。本願のハイブリッド照明系は、２次ビームパワーのマッチングが比較的よくない場合でも動作するが、反射コーティングを適当にセットして均一なパワー分布が得られるようにするのが好ましい。以下の式ないしアルゴリズムを用いてパワーを最適化することができる。
【００２６】
【数１】
0003913287.tif 000002
【００２７】
【数２】
0003913287.tif 000003
【００２８】
【数３】
0003913287.tif 000004
【００２９】
上式において、
Ｋは全体での損失分の定数、
Ｎは２次ビームの数、
ＲMAXは図９の６８における後側反射率で、ブロック５５を介しての吸収効果を含み、
ｒは最後のコーティングにおいて想定した小さな反射率である。
【００３０】
例えば１５個の２次ビームを発生するための２段マルチプレクサにおいて、ｒ＝0.005、ＲMAX＝.995とすれば、
0003913287.tif 000005
これら１５個の２次ビームそれぞれのエネルギーは0.3322×0.1996、すなわち0.06631である。0.5%をわずかに上回る損失が生じるが、これは、当初のエネルギーの様々な微少分がN-1回ＲMAXを通過する際に光がＲMAXを超えるためである。 よって、このコーティング構成は非常に高能率である。さらに、２次ビームの大きさ、またはビーム間のギャップは決定的なものではない。なぜなら、それぞれのビームのプロファイルは、図１と２に示した第２アレー光学素子１８を通過することによるコンボリューションにより消失してしまうからである。２次ビームにおいてパワーのバランスをとることによる利点は、マルチイメージ光学素子１４での複数の光源に対して同様なウェートを与えることができ、その結果アレー素子１８における平均化を最大能率で行うことができるという点である。
【００３１】
図１０に１Ｘリレー２４の一実施例を示す。図１０のリレー２４はアスチグマチックで、２つの空間的に離れた像面２０と２２をレチクル２６と共役な位置に置く。垂直および水平デリミッターまたはフレーミングブレードは像面２０と２２の所にそれぞれ配設できる。レンズ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４および１１６は像面２０、２２と開口絞り１０２の間に配置されている。レンズ１１８、１２０、１２２、１２４、１２６および１２８は開口絞り１０２とレチクル２６の間に配置されている。リレー２４はレンズ１０６と１０８を除いて開口絞り１０２を中心として対称をなしている。本実施例においては、レンズ１０６と１０８は円柱状であり、１つの軸方向、好適にはスキャン方向に光学的パワーを有する。
【００３２】
図１１に本願発明の別の実施例を示す。この実施例では、非ビーム形の照明光源９０が使用される。非ビーム形の照明光源９０からの照明はリフレクタ９１で反射される。レンズ９２はリフレクタ９１との組み合わせにより照明ビームの形成に寄与する。リフレクタ９１とレンズ９２は通常のビーム形成レンズで、コリメーションは光源の物理的寸法により制限されている。第１アレー１４がレンズ９２に後置されている。第１アレー１４の次に第１凹面鏡９４が配設されている。第１凹面鏡９４により照明光源９０からの電磁放射光はもう１つの第２凹面鏡９６へ反射される。これら凹面鏡９４と９６は共同で集光レンズとして働く。第２凹面鏡９６に続いてアレー光学素子１８が配置されている。アレー光学素子１８の次に照明面２１がくる。照明面２１はアレー光学素子１８の近視野またはフレネル回折領域に置かれる。
【００３３】
図１２に本願発明の別の実施例を示す。この実施例においては、反射性の光学素子のみが利用されている。これはＸ線を用いる場合、または、非透過性素子を用いて材料効率問題を解決する必要がある場合に用いるとよい。照明光源１０からの電磁放射光は比較的ビーム状であると言える。照明光源１０により第１回折光学素子１４´が照明され、発散度の制御された多数の２次光源が作り出される。これら多数の２次光源はある一定の角度を以て伝播するが、この角度のために第１回折光学素子１４´はブレーズ加工または最も効率が高くなるように加工してある。原則的には、ここでの角度はすべてかすめ入射角度とすることもできる。回折光学素子１４´に続いてミラー９８が置かれている。ミラー９８は集光レンズとして働く。ミラー９８で反射された照明は第２回折光学素子１８´に入射される。そして第２回折光学素子１８´により所望の照明視野ないしパターンが照明面２１に生じる。単ミラー９８は１００の所に焦点を有する。第１回折光学素子１４´と第２回折光学素子１８´の間の開口数は最終的な照明開口数に較べて大幅に小さい。これにより、集光レンズを開口数の小さい、実質的に近軸でシンプルな系にすることができる。この小さい開口数により、均一な視野を、斜めに配置された第２回折光学素子１８´の全面にわたってもたらすことが可能になる。
【００３４】
よって、本願発明の照明系によれば、回折光学素子が照明面の近くの視野ないしはフレネル回折領域に用いることにより、フォトリソグラフィー用の照明特性が改善されるということが容易に理解できるものと思われる。本願の照明系が応用できるフォトリソグラフィーはその種類を選ばず、例えばスキャニングフォトリソグラフィー、ステップアンドリピートフォトリソグラフィー、そして特にステップアンドスキャンフォトリソグラフィーに利用できる。ステップアンドスキャンフォトリソグラフィーにおいては、所定の照明強度プロファイルを容易に得ることができ、スキャン視野における露光を有利に行うことができる。さらに、第２出力ビームの形成に多重化を使用したことにより、照明系の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は投影リソグラフィーに適用した本願発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は本願発明の一部の略図である。
【図３】図３はｘ軸方向における所定の照明プロファイルの形成を表す略図である。
【図４】図４はｙ軸方向における所定の照明プロファイルの形成を表す略図である。
【図５】図５はマルチイメージ光学素子の好適な構成を示す。
【図６】図６は照明光源マルチプレクサの使用を示すブロック図である。
【図７】図７は、多重化による、マルチイメージ光学素子に入射させる複数の平行ビームの形成を示す。
【図８】図８は多重化による複数ビームの別の形成方法を示す。
【図９】図９は照明光源からの電磁放射ビームを多重化するのに使用する装置の略図である。
【図１０】図１０はリレーの略図である。
【図１１】図１１は光源が非ビーム状である、本願発明の別の実施例の略図である。
【図１２】図１２は反射光学系による、本願発明の別の実施例の略図である。
【符号の説明】
１０    照明光源
１２    ビームコンディショナ
１４    マルチイメージ光学素子
１６    集光レンズ
１８    アレー光学素子
２０    ｘ照明面
２２    ｙ照明面
２４    リレー
２６    レチクル
２８    投影レンズ
【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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【図１１】
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【図１２】
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