(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源ユニットと、第１の光積分器と、照明光量を測定する放射感知検出器を含む検出系とをこの順序で具える照明システムを含む光学装置用の照明ユニットにおいて、
前記照明システムが第２の光積分器を具え、前記第１の光積分器と前記第２光積分器とが、斜面が互いに対向する第１及び第２のプリズムを具えるプリズム系を、これら光積分器の間に、これら光積分器と近接して配置し、前記プリズム系が、一部の光を前記照明システムから出射させ、前記第１及び第２のプリズム間に位置する取出面と、前記一部の光を前記プリズム系から出射させる出射面とを有し、前記検出系の入出射開口を前記プリズム系の前記出射面に近接して配置したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記検出系が光積分手段を具えることを特徴とする照明ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明ユニットにおいて、前記出射面が第２のプリズムの上側面と一致していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の照明ユニットにおいて、前記出射面が第１及び第２のプリズムの側面と一致していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の照明ユニットにおいて、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間の一端に第３のプリズムが位置しその他端に第１の積分器が位置し、第３のプリズムの斜面に高反射性コーティングが形成され、前記出射面が第２のプリズムの上側面と一致することを特徴とする照明ユニット。
【請求項６】
請求項３に記載の照明ユニットにおいて、前記第１のプリズムの斜面に少なくとも部分的に透過性の反射層を形成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の照明ユニットにおいて、前記第１のプリズムの斜面に、少なくとも部分的に反射性の透過層を形成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の照明ユニットにおいて、前記層が複数の開口を有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項９】
請求項６、７又は８に記載の照明ユニットにおいて、前記層をアルミニウムで構成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１０】
請求項６、７、８又は９に記載の照明ユニットにおいて、前記層を誘電体材料で構成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明ユニットにおいて、前記２個のプリズムの斜面に複数の突部が存在し、これら突部が他方のプリズムの斜面と光学的に接触することを特徴とする照明ユニット。
【請求項１２】
請求項１１に記載の照明ユニットにおいて、前記突部間に突部の光学的密度よりも大きな光学的密度を有する材料が存在することを特徴とする照明ユニット。
【請求項１３】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記第１及び第２のプリズムの斜面が一緒に接着され、接着剤の屈折率とプリズムの屈折率とをほぼ等しくしたことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記第１のプリズムと第２のプリズムとの間にエアーギャップが存在すると共に、少なくとも１個のスペーサ素子が２個の斜面間に存在することを特徴とする照明ユニット。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記第２のプリズムの少なくとも１個の側面に反射防止層を形成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記第２プリズムの側面にビームダンプを設けたことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記プリズム系の出射面と検出系との間に拡散器が存在することを特徴とする照明ユニット。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明ユニットにおいて、前記拡散器を乳白色ガラスで形成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の照明ユニットにおいて、前記スペーサ素子をフレキシブルなダイアフラムとし、前記拡散器をステップ状とし、その一部が前記検出系と対向するより大きな直径を有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項２０】
請求項１７、１８又は１９に記載の照明ユニットにおいて、前記ダイアフラムが前記拡散器とプリズム系との間に位置することを特徴とする照明ユニット。
【請求項２１】
請求項１から２０までのいずれか１項に記載の照明ユニットにおいて、前記検出系が光積分器として機能するセンサ管を具えることを特徴とする照明ユニット。
【請求項２２】
請求項１から２１までのいずれか１項に記載の照明ユニットを具えた、基板上にマスクパターンを繰り返し結像する装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置において、エネルギーセンサの測定値に基づいて放射源を制御するフィードバックユニットが設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、放射源ユニットと、第１の光積分器と、照明光量を測定する放射感知検出器を含む検出系とをこの順序で具える照明システムを含む光学装置用の照明ユニットに関するものである。
また、本発明は、このような照明ユニットが設けられ、マスクパターンを基板上にステップ及び／又はスキャン結像する装置にも関するものである。
冒頭部で述べた型式の照明ユニットは、例えば米国特許第５３４３２７０号から既知である。このような照明ユニットは例えばウエハステッパに用いることができる。ウエハステッパは、例えばシリコン基板のような基板上に存在し集積回路（ＩＳ）を製造するために用いられる感光層にマスクパターンを光学的に繰り返し結像する光学装置である。投影レンズ系は基板の第１のサブ区域又はフィールドにパターンを結像する。ウエハステッパはステッパ及びスキャナに分類することができる。ステッパにおいて、マスクパターンは１回の走行でフィールド上に結像される。次に、基板は正確に規定された距離だけ移動し、その後パターンが次の基板フィールド上に結像され、その後基板が再び移動する。この動作は、マスクパターンが所望の基板フィールド上に結像されるまで繰り返される。光リソグラフィにおいて、その目的はより微細な細部を結像しより多くの素子をＩＣ上に収容することである。この目的のため、より大きな開口数（ＮＡ）の投影レンズを用いる必要があるが、この場合焦点深度がより浅くなってしまう。別の目的は、より広い範囲にわたって照明し、ＩＣ当たりの素子を数を増大できることである。このためには、投影レンズはより大きな結像視野を有する必要がある。ＮＡをより大きくすることと結像視野をより大きくすることは互いに両立せず、実際には高いコストをかけて処理してもある範囲でしか満たすことができない。従って、走査モードでマスクパターンを結像することが提案されている。このモードにおいて、マスクパターンの一部が基板フィールドの対応する部分へ毎回結像される。このため、マスクパターンの一部しか結像されず、マスクパターン全体が基板フィールドに結像されるまでマスク及び基板が投影レンズ及び照明ビームに対して同期して移動される。フィールド全体が照明されると、例えば、基板はステッパと同様に正確に規定された距離だけ移動し、次のフィールドに到達する。
基板に良好に規定されたパターンを形成するため、この基板は正確に規定されたエネルギー量（以下光量と称する）で照明する必要がある。さらに、単位時間当たり最大数の基板を照明するため、基板フィールドの照明はできるだけ高速で行う必要がある。従って、実際の光量を正確で信頼性のある方法で測定し、所望の光量にできるだけ等しくすることは、極めて重要である。
光量を測定するため、照明ビームの光路中の照明系の透過性折り曲ミラーの後段に放射感知検出器を配置することが米国特許第５３４３２７０号に記載されている。この米国特許第５３４３２７０号に記載されている検出ユニットは、現在のステップ型及び／又は走査型のフォトリソグラフィ装置において照明ビームのエネルギー分布を変更しようとしても不可能である。
検出器の測定を行う活性な表面区域は一般的に小さいため、この表面区域の光の分布は極めて均一にする必要があり且つ放射の最大量を検出器に入射する必要がある。
本発明の目的は、照明光量を極めて正確に且つ時間に対して安定に測定でき、異なる照明モードを用いても検出系の検出器の位置における照明ビームが比較的均一な照明ユニットを提供することにある。
この目的のため、本発明による照明ユニットは、照明システムが第２の光積分器を具え、前記２個の積分器が少なくとも１個のプリズムを具えるプリズム系を包囲し、このプリズム系が一部の光を照明システムから出射させる取出面を有し、前記検出系の出射開口をプリズム系の出射面付近に位置することを特徴とする。
第１の見地において、第２の積分器は、取出面を透過した光ビームの均一性を有効に利用し、第１の積分器によって達成された均一性をさらに増強する。
これらの積分器は、例えば水晶から成る光学的に透明なバーとすることができる。
プリズム系を包囲する積分器の構成は、比較的簡単であり、照明光量を信頼性及び再現性のある方法で測定できる位置にエネルギーセンサを設けることができる。
本発明による照明ユニットの好適実施例は、検出系が光積分手段を有することを特徴とする。
この場合、検出系の内部においてさらに積分が行われるので、放射感知検出器の区域における積分の程度が、例えば前述した米国特許の照明ユニットよりも一層高くなる。
照明ユニットに内部ＲＥＭＡを設ける場合、この照明ユニットは、光源から見て検出系が内部ＲＥＭＡよりも前段に位置する利点がある。従って、比較的小さいダイナミックレンジの検出器を用いても十分である。
本発明による照明ユニットの第１の実施例は、プリズム系が、斜面が照明システムの取出面及びプリズム系の出射面となる１個のプリズムを有することを特徴とする。
照明ユニットの極めて簡単な実施例において、プリズム系を単一のプリズムで構成する。取出面及び出射面は一致し、このプリズムの斜面により構成される。検出系の方向における透過の範囲は、斜面の設計により決定される。検出系に向く方向における透過率は、放射源からの照明ビームの強度がほとんど影響を受けないようにすることが好ましい。
既知の照明ユニットの別の欠点は、放射光路中の光量検出ユニットの後側に位置する素子により反射した照明ビームの放射が、この光量検出ユニットの放射感知検出器に入射するおそれのあることである。従って、この既知の光量測定は信頼性のないものである。このような後方反射光は、マスク、基板、プリズム系と基板との間の光学素子、及びマスク上の照明部分を鮮明に境界するＲＥＭＡ（レチクルマスキング系）により発生する。
本発明による照明ユニットの第２実施例は、前記プリズム系が、斜面が互いに対向する第１及び第２のプリズムを具え、前記取出面が２個のプリズム間に位置し、前記出射面が第２のプリズムの上側面と一致していることを特徴とする。
第１の積分器を出射し第１のプリズムに入射する光ビームの大部分は、第２の積分器に向けて第１のプリズムの斜面を透過し、微小部分は第２のプリズムに入射する。この光は、起り得る側面で内部全反射した後、上側面を経て第２のプリズムから出射する。後方反射した後第２のプリズムに入射する光は側面を経て第２のプリズムから出射する。このように、第２のプリズムは、放射源からの光と後方反射により生じた光とを互いに分離する。従って、後方反射により発生した光は検出器による測定に対して影響を及ぼさず或はほとんど影響を及ぼすことはない。放射源からの測定すべき光は第２のプリズムの上側面に集中する。
プリズム系が２個のプリズムを有する本発明による照明ユニットの別の実施例は、前記プリズム系が前記プリズム系が、斜面が互いに対向する第１及び第２のプリズムを具え、前記取出面が２個のプリズム間に位置し、前記出射面が第２のプリズムの上側面と一致していることを特徴とする。
この場合、例えば、２個の積分器は整列し、測定ビームは主光路に対してほぼ直交するように分割される。
本発明による照明ユニットにおいて、基板に入射する照明光量を信頼性のある方法で測定できるということに関して、光の総量を照明システムから出射させることができる。
第２のプリズムを付加することにより、照明光量を測定するために取り出された放射ビームは、光路中の素子により後方反射した不所望な放射の放射ビームから良好に分離される。このようにして、不所望な放射が検出器に入射する危険性が低下する。
本発明による照明ユニットの第４の実施例は、前記プリズム系が前記プリズム系が、斜面が互いに対向する第１及び第２のプリズムを具え、第１のプリズムと第２のプリズムとの間の一端に第３のプリズムが位置しその他端に第１の積分器が位置し、第３のプリズムの斜面に高反射性コーティングが形成され、前記取出面が前記第１のプリズムと第２のプリズムとの間に存在し、前記出射面が第２のプリズムの上側面と一致することを特徴とする。
第１の積分器からの光は第３のプリズムにより偏向される。続いて、比較的小量の光が検出系に向けて取出面で反射し、光ビームの大部分の光は第２の積分器に向けて通過する。
この実施例の利点は、偏向機能及び取出機能が異なる斜面により行なわれることである。この場合、これら斜面に形成される層の機能をそれぞれ最適なものとすることができる。
さらに、本例においては、光ビーム中の角度分布を維持するように第１のプリズムと第２の積分器との間にエャーギャップを存在させることが不要である。これにより、積分器が例えば光学的に透明なバーの場合、第１のプリズムと積分器とを一体化することができる。このバーのプリズム側の入射面は、例えば４５°の角度の斜面とすることができる。この場合、第２のプリズムの斜面は、この斜面の反対側に位置する。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第１のプリズムの斜面に、少なくとも部分的に透過性の反射面形成したことを特徴とする。
この層は比較的大きな角度範囲に亘って反射する必要がある。この反射性層に入射する光の大部分は第２の積分器に入射し、第２のプリズムには入射しない。
比較的大きな角度範囲によることの内容を数値例を参照して説明する。空気中の光ビームの角度分布が−４０°と＋４０°との間の場合、水晶バーの場合この角度分布は−２５°と＋２５°との間にある。この結果、プリズムの斜面の法線に対して、２０°と７０°との間の角度範囲が生ずる。
例えば、層の厚さを適合させることにより所望の透過率が得られる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第１のプリズムの斜面に、少なくとも部分的に反射性の透過層を形成したことを特徴とする。
この層の透過係数及び反射係数はその層の厚さにより決定する。
プリズム系と積分器との形態に応じて測定ビームは取出面を透過し又は反射する。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、上記の層が複数の開口を有することを特徴とする。
これにより、層の厚さを適合させる代りに、所望の透過率を有する反射性の層を実現することができる。第１のプリズムの斜面の反射層によりさえぎられる部分に入射した光について、入射角により反射が決定される。内部全反射の臨界角よりも小さい角度の場合透過が生じ、この臨界角よりも大きい入射角の場合光は取り出されず第２の積分器に送出される。
開口が形成されている層の別の利点は、開口の位置すなわち透過が生じる位置において、周囲環境の影響をほとんど受けないことである。この理由は、斜面が形成されている側は、これらの位置において処理されていないからである。これらの因子に対して信頼性のある反射性層は、最適な方法で光学的に密にすることができる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、反射性層をアルミニウムで構成したことを特徴とする。
アルミニウムはこの用途に極めて好適である。この理由は、反射性能が角度に対して比較的影響を受けないためである。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、反射性層を誘電体材料で構成したことを特徴とする。
誘電体層により比較的高い反射性を得ることができる。比較的広い角度範囲において比較的高い反射性を得るため、異なる屈折率を有する異なる誘電性材料のザフ層の積層体が必要である。層の数は、所望の透過率、所望の反射域及び所望の角度範囲により決定する。
誘電性材料はアルミニウムと組み合せることができ、又は組み合せなくてもよい。この組み合せの利点は、アルミニウムの比較的広い角度範囲に誘電性材料の比較的高い反射性を結合できることである。
誘電体層には開口を形成せず、又は開口を形成して所望の透過係数を得ることができる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、２個のプリズムのうちの一方のプリズムに複数の突起を設け、これら突起が他方のプリズムの斜面と光学的に接触することを特徴とする。
例えば第１のプリズムの斜面が処理されず、第２のプリズムの斜面に２個のプリズムの屈折率と同一の屈折率を有する材料の突起が形成されている場合、突起の位置に入射した光は透過し、突起間に入射した光の入射角は反射が生ずるか否かを決定する。
第１のプリズムの斜面に誘電体層が形成されこれとの組み合せとして第２のプリズムに２個のプリズムの屈折率と同一の屈折率を有する材料の突起が形成されている場合、誘電体層の突起が位置する部分に入射した光の一部分は反射し特に小さい入射角で入射した場合一部分の光は反射し、残りの部分は透過し特に入射角が大きい場合に透過する。この理由は、突起の位置において内部全反射が除去されるためである。突起が存在しない位置において、誘電体層により反射が生ずる。
誘電体層に開口が形成されている場合、この層の開口に入射した光の一部分は内部全反射し、別の部分特に小さい入射角の光は入射角に応じて斜面を経て第２のプリズムに透過する。取出面から出射した入射ビームの一部分は入射した光ビーム内の角度分布に依存する。
第１のプリズムの斜面に形成した開口及び第２のプリズムの斜面に設けた突起を用いることにより、対称的な角度透過性が得られる。この場合、入射角の小さい光線は開口を透過し入射角の大きい光線は突起を透過する。突起及び開口の透過性は相補的である。突起は、例えば中間材料をエッチングすることにより得ることができる。この場合、検出系の測定は光ビームの角度分布に依存しない。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、突起間に突起の光学的密度よりも大きな光学的密度を有する材料が存在することを特徴とする。
これにより、不所望な態様で誘電体層を透過した光が遮られる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第１のプリズムの斜面が、プリズム、凹部又はマイクロ拡散器の形態の表面構造を有することを特徴とする。
取出面の良好に規定された、例えば透過率はプリズム、凹部又はマイクロ拡散器の形態のマイクロ構造体により達成され、この透過率はこれらの構造体の性質により光ビーム内の角度分布に原理的に依存しない。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第１及び第２のプリズムの斜面を一緒に接着し、接着剤の屈折率とプリズムの屈折率とをほぼ等しくしたことを特徴とする。
２個のプリズムを一緒に接着することにより、内部全反射が除去される。尚、この反射は反射性層の反射効果だけに依存する。開口に入射する光はあらゆる角度で透過する。プリズム系から出射する光は元の角度分布に維持される。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第１のプリズムと第２のプリズムとの間にエァーギャップが存在し、少なくとも１個のスペーサ素子が２個の斜面間に存在することを特徴とする。
２個のプリズム間にえァーギャップが存在することにより、取出面の反射性能は２個のプリズムの斜面の設計により決定される。この場合、開口の位置における内部全反射は保持される。スペーサ素子により２個のプリズム間のスペースは一定に維持されると共に、スペーサ素子により検出器がシールドされ不所望な光が検出器に入射するのが阻止される。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、少なくとも第２のプリズムの側面に反射防止膜を形成したことを特徴とする。
光源からの光と後方反射した光との間の分離を最適にするため、第２のプリズムの側面には、好ましくは反射防止膜を形成し、後方反射した光がこの面で反射して検出器に入射するのを防止する。側面に加えて、この面と直交する面にも反射防止膜を形成することができる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、第２のプリズムの側面にビームダンプを設けたことを特徴とする。
ビームダンプは側面から出射し検出器に対して不所望な光を受光し、従って別の不所望な反射や拡散を防止する。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、プリズム系の出射面と検出系との間に拡散素子が存在することを特徴とする。
拡散素子の光が入射した各点は光点として動作するので、拡散素子からの放出光は入射角に依存しない。この結果、出射面からの光は、検出器に入射する前に均一になる。
拡散素子はプリズムの表面に取り付けることができるが、この表面から取り外すこともできる。取り外し可能な場合、拡散素子が劣化した場合に交換が比較的簡単になる。
拡散素子は、例えばミルクガラスで構成することができる。このミルクガラスは異なる屈折率の少なくとも２個のガラス層で構成する。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、は拡散素子を乳白色のガラスで構成したことを特徴とする。
乳白色のガラスは光学的に透明な支持部材上のミルクガラスの比較的薄い層で構成する。これは、より高い透過性が達成される利点がある。この理由は、ミルクガラスだけを用いる場合に比べてミルクガラスのより薄い層を用いるので十分であるからである。ミルクガラスだけを用いる場合、このガラスは、損傷のおそれが大きくなりすぎないようにできるだけ薄いする必要がある。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、スペーサ素子をフレキシブルなダイヤフラムとし、拡散素子を階段状とし、最も大きな直径の部分が検出系と対向することを特徴とする。
スペーサ素子をシールドダイヤフラムで構成し、拡散素子を階段状とし、最小断面部分が上側のプリズムと対向すれば、ダイヤフラムと階段状部分とが結合して迷路構造を構成する。この迷路構造とすることにより、不所望な光が検出器に入射するのが防止される。フレキシブルなダイヤフラムは、不所望な光に対するシールドを最適にするため好ましくは上側プリズムの側部を超えて延在する。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、拡散素子とプリズム系との間にダイヤフラムが位置することを特徴とする。
この層は不所望な光から検出系の入射窓をシールドする。ダイヤフラムは、例えばプリズム系の出射面よりも小さい開口が形成されているクロミウムにより構成することができる。
本発明による照明ユニットの別の実施例は、エネルギーセンサを光積分器とし動作するセンサ管で構成したことを特徴とする
これにより、検出器に入射するビームの均一性及び強度が増強される。センサ管は、例えば高反射性コーティングが形成されている内壁を有する管とすることができる。このセンサ管は光学的に透明なバー又はウルブリッヒト（Ｕｌｂｒｉｃｈｔ）球とすることができる。
内部反射により、種々の位置から種々の角度で検出系に入射する測定用の放射は、完全に検出器に入射するように混合されると共に進行する。
このような状況下において、センサ管の内壁での内部全反射を利用して反射させることができる。
本発明は、上述した照明ユニットを具えるマスクパターンを基板上に繰り返し結像させる装置にも関する。
本発明による装置は、エネルギーセンサの測定値に基づいて放射源を制御するフィードバックを設けたことを特徴とする。
照明エネルギーを知ることが重要である理由は、ステッパ及びスキャナ毎に異なる。ステッパの場合、測定された照明エネルギーはシャッタの動作時間つまり必要な照明時間をを決定する。スキャナにおいて、照明光量が同一のフィールドない均一であることが重要である。この場合、フィールド全体は同時に照明されない。従って、照明エネルギーの測定値を用いて、照明光量が同一のフィールド内で均一になるように放射源を制御することができる。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図面として、
図１は基板上にマスクパターンを繰り返し結像する本発明による装置の実施例を線図的に示す。
図２、３及び４は本発明による照明ユニットの実施例を示す。
図５（ａ）〜５（ｉ）は本発明による照明ユニットに用いられるプリズム系の数個の実施例を示す。
図６は本発明による照明ユニットに用いる２個のプリズムを有するプリズム系を示し、このプリズム系にはスペーサ素子及びビームダンプが設けられている。
図７は本発明による照明ユニットの実施例を示す。
図８は本発明による照明ユニットに用いる拡散器を有するプリズム系の実施例を示す。
図９は本発明による照明ユニットの実施例を示す。
図１は基板上１０４上にマスクパターン１０２を繰り返し結像する本発明による装置、例えばフォトリソグラフィ装置１００を線図的に示す。基板は例えば感光層が形成されているシリコンとすることができる。この装置１００は照明ビームを発生する照明システム１を具える。照明システム１は放射源１１０を有する放射ユニット１０８を具える。この放射源は、図１に示すように、例えば楕円形のミラーが組み合わされた水銀ランプとすることができる。この放射源は例えばエキシマレーザとすることができる。放射源ユニット１０８から供給される光ビームはシャッタ７の開口を経てレンズ系９に入射する。レンズ系９の後段には、後述する特に積分器としの役割を有する光放射ガイドシステムを配置する。このガイドシステムの端部に例えば内部ＲＥＭＡ２５を存在させることができる。この内部ＲＥＭＡにより、マスクの照明される区域が鮮明に境界される。レンズ系１１２はＲＥＭＡの像をマスク１０２上に結像し、マスクは投影レンズ系１０６により基板１０４上に結像される。マスク１０２及び基板１０４は共にそれぞれテーブル（図示せず）上に配置する。この光学装置において、基板上の感光層を照明する照明量を測定し制御できることが重要である。このため、光学装置１００は照明システム１に加えて、一緒に照明ユニットを構成する検出系４５を具える。実際には、この照明システムは装置内の種々の位置に存在する。最も信頼性の高い測定をできるようにするため、本発明は放射ガイドシステムを有する照明ユニットを有し、このガイドシステムの構成により主光路の強度にほとんど影響を与えることなく基板１０４を照明する照明光量を測定できるように出射させることができる。
本発明による照明ユニットについて詳細に説明する。図２は本発明による照明ユニットの第１実施例を示す。照明ユニット２は照明システム１及び検出系４５を有する。照明システム１は、シャッタ７の前段に位置する放射源ユニット３、レンズ系９、及び素子１１、１３、１５により構成される放射ガイドシステム９を具える。内部ＲＥＭＡを放射ガイドシステムの後段に配置する。この放射ガイドシステムは、例えば光透明バー１１のような第１の積分器と、プリズム系１５と、例えば光透明バー１３のような第２の積分器とで構成する。このバーは例えばガラス又は水晶で構成することができる。光積分器は、変形例とし反射性内部壁を有するトンネル又は上述した米国特許に記載されている小面レンズバーにより置き換えることができる。このようなバーが積分器とし機能し等方性光分布させることは既知である。２個のバー１１，１３は例えば互いに直交させる。これらのバーは、別の角度をなすこともでき又は整列させることもできる（図９参照）。
プリズム系１５の機能は、主光ビームを第１の積分器から第２の積分器１３へガイドすること及び主光ビームから微小な一部部分を出射させて主光路の強度にほとんど影響を与えることなく照明光量を決定できるようにすることである。このため、プリズム系は少なくとも１個のプリズムを具える。さらに、プリズム系は光ビームの微小部分を照明システムから取り出す取出面及びこの微小部分をプリズム系から取り出して測定するための出射面を有する。プリズム系の実施例は、プリズム系のどの面がこれらの機能を満たすかを決定する。図２において、プリズム系１５はプリズム１７を１個だけ具える。プリズム１７の斜面２１は、その透過率が高々数％となるように設計することができ、従って光ビームの微小量だけが照明システムから取り出される。この場合、取出面と出射面とが一致する。図２において、プリズム１７は光ビームの偏向も行う。斜面２１に入射する光ビームの大部分は第２の積分器に向けて伝搬し、微小部分は斜面２１により検出系に向けて伝搬する。斜面２１を高々数％の透過率とする種々の方法がある。これらの方法については後述することにする。
図３は本発明による照明ユニットの好適実施例を示す。プリズム１５は斜面２１を有する第１のプリズム１７と、斜面２３を有うし上側プリズムと称する第２のプリズムとを具え、プリズム１７及び１９の斜面２１，２３を互いに対向させる。２個の斜面２１，２３の結合は取出面と考えることができる。放射源から出射し取出面に入射する光ビームの微小部分は上側プリズム１９に向けて透過し、光ビームの大部分は第２の積分器１３に入射する。ここで、第１のプリズム１７は偏向素子としても機能する。取出面を透過した微小部分は、側面２９で起こりうる内部反射した後上側面２７を経てプリズム１９から出射する。この場合、プリズム系１５の出射面は上側プリズム１９の上側面２７で構成される。後方反射した後第２のプリズムに入射する光は側面２９を経て第２のプリズムから出射する。このようにして、第２のプリズムは、放射源３からの光及び後方反射により生じた光を互いに分離する。
後方反射とは、基板、マスク、存在する場合の内部ＲＥＭＡ、及びプリズムと基板との間に存在する別の素子からの反射を意味するものと理解される。
さらに、例えば２のプリズムは光を上側面２７上に集中させ、この面２７から出射する光はオリジナルの角度分布を有する。
図４は本発明による照明ユニットの別の実施例を示す。本例において、プリズム系１５は３個のプリズム１７、１８、１９を具える。第１のプリズム１７の斜面２１と第２のプリズム１９の斜面２３は照明システム１の取出面を構成する。第１の積分器１１からの光ビームの第２の積分器１３への偏向は第３のプリズム１８により行う。このため、第３のプリズムの斜面１６には高い反射性の層を形成する。取出面２１，２３は積分器１３の方向の光ビームに対して高い透過率を有する必要があり、微小部分だけを検出系４５に向けて反射する。出射面は第２のプリズム１９の上側面２７で構成する。この実施例の利点は、反射機能及び取り出し機能が互いに分離されているので、これらの機能に対して必要な層を最適にすることができる。さらに、第１のプリズム１７とバーとの間にエァーギャップを形成する必要がない。このように構成することにより、第１のプリズム１７と積分器１３とを一体化することができる。この場合、バー１３の第２のプリズム１９の斜面２３と対向する側面を例えば４５°にするだけで十分である。
上述した照明ユニットにおいて、ある量の光を照明システムから取り出すことができ、これに関して主光路の光強度にほぼ影響を与えることなく基板に入射する照明光量を信頼性のある方法で決定することができる。
これらの実施例の各々において、取出面は種々の方法で設けることができる。これらの方法については後述することにする。これらの方法は図５（ａ）〜５（ｉ）に図示する。
１の採り得る方法は、単一のプリズムを有するプリズムシステム、第１及び第２のプリズムをそれぞれ有するプリズムシステムについて、図５（ａ）及び５（ｂ）に示すように、所望の透過率を有する反射層３１を第１のプリズム１７の斜面２１に形成することである。反射層３１は好ましくは高反射性とすると共に斜面２１の法線から見て入射角が２０°と７０°との間の範囲内の角度に対して依存しないようにする。このシステムは角度の独立性によりテレセントリックに維持することができる。
十分な反射性は例えばアルミニウムで構成した反射層により得ることができる。アルミニウムの利点は角度に対する独立性が比較的大きくなることである。所望の透過率は、例えば層を適当な厚さにすることにより得ることができる。所望の透過率を得る別の方法は層に開口を形成することである。例えば、０．５％と１．５％との間の透過率を得るためには、開口の典型的な寸法は１５０ｎｍとし、開口間の距離は好ましくは０．６と０．９ｎｍとの間とする。透過率の値は斜面が空気又は接着剤とで界面を形成するか否かということにより決定する。反射層に開口を形成する場合、この層の厚さも重要である。この層を光学的にできるだけ密にする事及び主として開口を介して透過させることは有益である。この場合、環境因子による影響は最小になる。実際に、光が透過する位置、すなわち開口の位置は影響を受けにくく、層が延在する位置とは異なり、温度等の変動を受けにくい。反射性層３１が開口３３により遮断されている実施例を図５（ｃ）及び５（ｄ）に示す。これらの採り得る方法は１個のプリズムを有するプリズム系及び２個又は３個のプリズムを有するプリズム系の両方に適用することができる。３個のプリズムを有する実施例において、検出系に向けて出射する微小な光は、前述した実施例の場合のように透過により出射するのではなく、取出面での反射により発生する。
反射性層を形成する別の方法は、層３１に誘電体材料を形成することである。誘電体層は比較的高い反射率を有している。さらに、誘電体層を用いて比較的大きな角度非依存性を実現するためには、異なる屈折率を有する異なる誘電性材料の種々のサブ層から構成される層が必要となる。
このような層に開口を形成して所望の透過率を得ることもできる。
或いは、反射性層３１をアルミニウムと誘電性材料との組合せとして構成することもできる。このようにすれば、アルミニウムの大きな角度非依存性の利点が誘電体材料の比較的高い反射性の利点とが組み合わされる。
第１のプリズム２１の斜面に開口３３を有する反射層を形成する場合、この層の反射性が角度依存性を有しない入射角で入射した光ビームの一部分は第２の積分器１３に向けて進行し、従って第２のプリズム１９に入射しない。層３１の開口３３に入射した光の一部は全反射し、別の部分の光は斜面２１を経て透過する。
図５（ｅ）及び５（ｆ）は、反射性層が誘電体材料を有するプリズム系の別の実施例を示す。偏向プリズム１７及び上側プリズム１９を有するプリズム系１５において、上側プリズム１９の斜面２３には、互いに良好に規定された距離で存在し第１のプリズム１７の斜面と光学的に接触すると共に上側プリズム１９と同一の屈折率を有する材料から成る突部３５を形成する。この突部３５は、例えば斜面２３の表面をエッチングすることにより形成することができる。反射性層３１の角度範囲は斜面２１の法線に対して比較的小さい角度に制限され、しかも全反射が突部３５の位置で生じないので、斜面２１の法線に対して比較的大きな角度で入射する光線は突部３５の位置で透過することになる。中間区域３６には、突部の光学的密度よりも大きな光学的密度を有する層を形成して反射性層３１における残りの部分での透過を阻止することができる。
第２のプリズム１９の斜面２３上の突部に加えて第１のプリズム１７の斜面２１上の反射性層３１に開口３３を形成することにより、角度に対して対称的な透過性が得られる。実際に、取出面に小さい角度で入射する光線は開口を透過しより大きな入射角で入射する光線は突部を経て透過する。突部及び開口での透過は相補的である。この場合、検出系による測定は、光ビーム内での角度分布にほとんど依存しない。
第１のプリズム１７及び第２のプリズム１９は互いに個別のプリズムとすることができるが、一緒に接着することもできる。この方法は、反射性層が開口が形成され又は形成されていないアルミニウムで構成される場合に有益である。この場合、開口は全ての入射光を透過する。開口での透過は入射角に依存しないことになる。この理由は、全内部反射が開口の位置で除去されるからである。
所定の透過率を有する取出面を得る別の方法は、斜面２１，２３のうち一方の斜面に部分的透過性又は部分的に反射性の表面構造を形成することである。これは、凹部２６、マイクロプリズム２４又はマイクロディフューザ２８により達成することができる。その実施例を図５（ｇ）〜５（ｉ）に示す。プリズム系１５のこれらの実施例は、プリズム系１５が１個のプリズム１７だけを有する場合だけ採り得ることができる。
２個のプリズム１７，１９は互いに良好に規定された距離を以て配置し、これら２個のプリズム１７と１９との間にエァーギャップ３７を存在させることができる。エァーギャップ３７の大きさは、図５（ｂ）に示すプリズム系に基づく図６に示すように、２個のプリズム間に少なくとも１個のスペーサ素子３９を設けることにより一定に維持することができる。このスペーサ素子３９は、例えばシールディングダイヤフラムにより形成することができる。このダイヤフラムは第２のプリズム１９の斜面２３を不所望な光からシールドし検出系４５に入射するのを阻止する。このダイヤフラムは、好ましくは不所望な光に対するシールドが最適になるようにプリズム系を超えて延在させる。
第２のプリズムを用いる実施例において、第２のプリズム１９は放射源３からの光を後方反射により生じた光から分離する。放射源３からの光は第２のプリズム１９の上側面２７を経てプリズム系１５から出射し、後方反射により生じた光は第２のプリズム１９の側面２９を経てプリズム１５から出射する。第２のプリズム１９の側面２９には、好ましくはほぼ全ての入射光が透過するように反射防止コーティング４１を形成する。さらに、図６に示すビームダンプ４３をこの側面２９の背後に形成し、不所望な光を受光しできるだけ吸収して別の不所望な反射や拡散を受けることを阻止することができる。ビームダンプはそれ自体は既知であり、図６は後方反射の放射光路も図示する。
プリズム系１５が１個だけのプリズム１７で構成される場合、検出系４５は第１のプリズム１７の斜面２１と対向するように配置する。プリズム系１５が２個のプリズム１７，１９で又は３個のプリズム１７，１８，１９で構成される場合、検出系４５は第２のプリズム１９の上側面２７と対向するように配置する。２個のプリズムを用いる場合、測定はこの照明システムでの後方反射による影響をほとんど受けない。さらに、等方性光ビームは測定区域で得られる。これは極めて重要なことである。この理由は、検出系４５の検出器のアクティブな表面は比較的小さいからである。
検出系４５はセンサ管４７を具え、その端部に例えばフォトダイオード４９のような検出器が存在する（図７）。さらに、検出系４５には、例えば数個のカラーフィルタ（図示せず）を設けて所望の波長光だけ検出器に入射させることができ、また検出器に入射する光強度を制御するグレイフィルタを設けてこの検出器の損傷を防止することができる。
測定ビームの積分（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を最適にするため、検出系は光積分手段を具える。このため、センサ管４７の内側壁５５を高反射性にする。これは、フォダイオード４９の検出感度を一層高くすることができると共に一層良好な積分を行うことができる。この理由は、このような管は積分器としても機能するからである。主光路から取り出される光強度が低くなればなるほど、主光路中の光強度は照明光量を測定するために受ける影響は一層小さくなる。
センサ管は光学的に透明なバー又は反射壁を有するトンネルで構成することができる。ウルブリッヒト（Ulbricht）球を用いても高い程度の積分を行なうことができる。
１個の偏向プリズムだけを有するプリズム系を用いる場合、斜面２１と検出系との間にランベルテン型の拡散器５９を配置することができ、又は２個のプリズム１７，１９又は３個のプリズム１７，１８，１９を有するプリズム系１５を用いる場合上側面２７と検出系４５との間にランベルテン型の拡散器５９を配置することができる。このような拡散器の各点は点光源として作用するので、この拡散器からの放出は入射光の入射角に依存しない。この拡散器は、検出系の検出器に入射する光ビームの光分布を均一にする。
拡散器５９と検出系４５のフォトダイオード４９との間の距離を変えることにより信号強度が変化する。一方、この距離は長くし過ぎてはならない。この理由は、この距離が増加するにしたがって信号強度が急激に低下するからである。
拡散器は例えばミルクガラスで形成することができる。このガラスは異なる屈折率を有する少なくとも２個のガラス層で構成される。或いは、乳白色のガラスとして設けることもできる。乳白色のガラスは、例えば比較的薄いミルクガラスの層が形成されたガラスのような光学的に透明な支持プレートで構成される。この第２の方法の利点は、ミルクガラスのより薄い層を用いるのに十分であるので始めに説明した拡散器を用いる構成よりも一層高い透過率を達成できることである。
拡散器はプリズム系の出射面に接着するが、出射面から分離することもできる。第１の方法は、不所望な反射が生ずるおそれのある面がほとんどないことである。第２の方法は、プリズム系１５に損傷が生ずるおそれを発生することなく拡散器を容易に置き換えることができる利点を有する。
好ましくは、クロミウムの窓を拡散器５９上に配置し、この窓の開口の寸法をプリズム系の出射面の寸法よりも小さくして不所望な光が検出系に入射するのを防止する。
実際に、検出系に入射する光は全てのフィールド位置から入射し等方的に分布している。全積分効果は、第１の積分器、拡散器による拡散、拡散器とフォトダイオードとの間の距離、及びセンサ管内での混合により得られる。
プリズム系１５の好適実施例を図８に示す。本例においては、スペーサ素子３９をフレキシブル材料から成るシールディングダイアフラムで構成し、このダイアフラムを、部分６０が検出系と対向する最大直径を有する階段状の拡散器５９との組み合わせにおいて紙面と直交する面内で斜面２１，２３の表面を越えるように延在させる。ダイアフラム３９を拡散器５９に向くように折り曲げことにより、拡散器５９とダイアフラム３９との間に迷路形態が形成される。この結果、不所望な光が検出系４５に入射するのが防止される。
開口３３を有する反射性層３１により所望の透過率が実現される場合、開口が分布する斜面の表面は好ましくは斜面の全表面よりも小さくし、開口を通過する光が不所望な拡散又は反射の後ダイアフラム又は検出系に入射するのを防止する。
検出系は照明光量を測定すると共にこれと関連して照明システムから供給される光量を制御する機能だけでなく、ランプ変動の影響を低減する機能も有する。さらに、検出系を用いてランプを位置決めすることもできる。
検出系用の光を本発明により提案している位置のプリズム系から取り出すことは、主光路中の光強度に影響を与えることなく、光ビーム中の角度分布及び内部ＲＥＭＡに依存することなくエネルギーを測定できる利点がある。
本発明による照明ユニットは、ある量の光を光路から取り出す方法であって基板に入射する照明光の量を信頼性及び再現性を有する方法で測定できる方法を提供する。
さらに、装置１００には、検出系４５と放射源ユニット１０８との間にフィードバック回路１１４を設ける。この回路は検出系４５によって測定された照明光量に基づいて放射源１０８を制御するフィードバックユニット１１６を含んでいる。
測定された光量に基づく放射源ユニットの制御は種々の方法により行うことができる。第１の方法は、フィードバック回路１１４により制御ユニット１１６を介して例えばランプを駆動する電流を制御することにより、放射源から発生する光の強度を制御することである。別の方法は、可変透過率を有する減衰器（図示せず）を照明ユニットの放射源の方向から見て検出系の前面に配置し、この減衰器の透過率を検出系により測定値により決定しフィードバック制御することである。
図９は本発明による装置の別の実施例を示す。
本例において、放射ガイド系はプリズム系１５を包囲する第１の光学的に透明なバー１１と第２の光学的に透明なバー１３により構成する。プリズム系１５は例えば斜面２１，２３を有する２個のプリズム１７，１９を具え、これらの斜面により構成される取出面を部分的反射性及び部分的透過性にする。この取出面は主光路から光を取り出す。図示の実施例において、取出面の反射係数は好ましくは数％とし、主光路中の光強度に影響を与えず又はエネルギー測定による影響をほとんど受けないようにする。
本例では、検出系４５は第１プリズム１７の面４８と対向するように配置することができる。
本発明による照明ユニットが設けられているリソグラフィ装置において、基板用の照明ビームの均一性及び検出器用の測定ビームの均一性は最適化されている。さらに、検出器に入射する不所望な光の量は相当減少する。このように、高い精度及び再現性を有する方法で照明光量を測定でき、換言すれば、照明ビーム内の角度分布及び後方反射に依存せず、従って装置の使用状況に応じて光量を調整することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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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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