(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを拡大するためのシステムであって、
第１の次元に沿って入力ビームを複製して、空間干渉性のセル領域をもつ第１の多重化されたビームを形成する水平方向反射マルチプレクサと、
第２の次元に沿って前記第１の多重化されたビームを複製して、空間干渉性のセル領域をもつ第２の多重化されたビームを形成する垂直方向反射マルチプレクサと、
実質的に全ての空間干渉性のセル領域が重なるように、前記第２の多重化されたビームを再結像する光学サブシステムと、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーと、を含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
システム。
【請求項２】
前記第１の次元および前記第２の次元がそれぞれ第１および第２の方向に沿って伸び、該第１および第２の方向が約９０度の角度でオフセットされる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記水平方向反射マルチプレクサが前記入力ビームを前記第１の次元に沿って５回複製して前記第１の多重化されたビームを形成する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記垂直方向反射マルチプレクサが前記第１の多重化されたビームを前記第２の次元に沿って４回複製して前記第２の多重化されたビームを形成する、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記垂直方向反射マルチプレクサは、
ビームスプリッタと、
ミラーであって、前記第１の多重化されたビームが前記ビームスプリッタによって透過および反射されたビーム部分に分割され、かつ該反射されたビーム部分が該ミラーによって反射されるように前記ビームスプリッタに対して配置されるミラーと、を含み、
前記第２の多重化されたビームが、前記ビームスプリッタを通って透過する該透過されたビーム部分、および該ミラーによって反射される１つの反射されたビーム部分から構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光学サブシステムはマイクロレンズアレイまたは回折光学素子を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
レーザビームを拡大するためのシステムであって、
第１の次元に沿って入力ビームを複製して、第１の多重化されたビームを形成する水平方向反射マルチプレクサと、
第２の次元に沿って前記第１の多重化されたビームを複製して、第２の多重化されたビームを形成する垂直方向反射マルチプレクサと、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーと、を含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
システム。
【請求項８】
前記第１のビームスプリッタ、前記第２のビームスプリッタ、および前記ミラーは、該第１のビームスプリッタが前記入力ビームを透過された第１のビーム部分および反射された第２のビーム部分に分割し、該第２のビームスプリッタが反射された第２のビーム部分を反射された第３のビーム部分および透過された第４のビーム部分に分割し、かつ該ミラーが該透過された第４のビーム部分を反射し、該第１の多重化されたビームが該透過された第１のビーム部分、該反射された第３のビーム部分、および該透過された第４のビーム部分から構成される３つのパッチを含むように、互いに対してオフセットされる、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のビームスプリッタ、前記第２のビームスプリッタ、および前記ミラーは、該第１のビームスプリッタは、前記入力ビームを透過された第１のビーム部分および反射された第２のビーム部分に分割し、該第２のビームスプリッタは、反射された第２のビーム部分を反射された第３のビーム部分および透過された第４のビーム部分に分割し、かつ該ミラーが該透過された第４のビーム部分を反射して該第２のビームスプリッタに戻し、
該第２のビームスプリッタがさらに該透過された第４のビーム部分を透過された第５のビーム部分および反射された第６のビーム部分に分割し、かつ該ミラーが該反射された第６のビーム部分を反射して該第２のビームスプリッタに戻し、かつ該第２のビームスプリッタがさらに該反射された第６のビーム部分を透過された第７のビーム部分および反射された第８のビーム部分に分割し、かつ該ミラーが該反射された第８のビーム部分を反射して、該第１の多重化されたビームが該透過された第１のビーム部分、該反射された第３のビーム部分、該透過された第５のビーム部分、該透過された第７のビーム部分、および該反射された第８のビーム部分から構成される５つのパッチを含むようにする、
請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
照明システムと、
レチクルステージと、
投影光学系と、
ウェハステージと、を有し、
前記照明システムは、
第１の次元に沿って入力ビームを複製して、空間干渉性のセル領域をもつ第１の多重化されたビームを形成する水平方向反射マルチプレクサと、
第２の次元に沿って前記第１の多重化されたビームを複製して、空間干渉性のセル領域をもつ第２の多重化されたビームを形成する垂直方向反射マルチプレクサと、
実質的に全ての空間干渉性のセル領域が重なるように、前記第２の多重化されたビームを再結像する光学サブシステムと、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーと、を含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
フォトリソグラフィシステム。
【請求項１１】
リソグラフィ装置におけるレチクルを照明するための照明システムであって、
第１の次元に沿って入力ビームを複製して、第１の多重化されたビームを形成する水平方向反射マルチプレクサと、
第２の次元に沿って前記第１の多重化されたビームを複製して、光軸に沿って前記レチクルへ向けて出射される第２の多重化されたビームを形成する垂直方向反射マルチプレクサと、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーとを含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
照明システム。
【請求項１２】
リソグラフィー装置におけるレチクルを照射するための照射システムであって、
第１の次元に沿って入力ビームを複製して、空間干渉性のセル領域をもつ第１の多重化されたビームを形成する水平方向反射マルチプレクサと、
第２の次元に沿って前記第１の多重化されたビームを複製して、光軸に沿って前記レチクルへ向けて出射される、空間干渉性のセル領域をもつ第２の多重化されたビームを形成する垂直方向反射マルチプレクサと、
実質的に全ての空間干渉性のセル領域が重なるように、前記第２の多重化されたビームを再結像する光学サブシステムと、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーと、を含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
照射システム。
【請求項１３】
レーザ源によって出射された光を受け取り、そして該受け取った光を成形して前記入力ビームを形成するアナモフィックビーム拡大器をさらに含む、
請求項１２に記載の照射システム。
【請求項１４】
入力レーザビームを拡大する方法であって、
前記入力ビームを水平方向反射マルチプレクサを用いて第１の次元に沿って複製して、第１の拡大化フットプリントを有する第１の多重化されたビームを形成する工程と、
前記第１の多重化されたビームを第２の次元に沿って複製して、第２の拡大化フットプリントを有する第２の多重化されたビームを形成する工程と、
前記第２の多重化されたビームの空間干渉性のセル領域を重ね合わせ、出力ビームを形成するように再結像する工程と、を有し、
前記水平方向反射マルチプレクサは、
第１のビームスプリッタと、
第２のビームスプリッタと、
ミラーと、を含み、
前記第２のビームスプリッタが該第１のビームスプリッタと該ミラーとの間に配置される、
方法。
【請求項１５】
前記入力ビームを複製する工程は、前記入力レーザビームにおける光を複数回分割および反射して、前記第１の多重化されたビームに複数のパッチを形成する工程を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の多重化されたビームを複製する工程は、前記第１の多重化されたビームにおける光を複数回分割および反射して、前記第２の多重化されたビームに複数の領域を形成する工程を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記出力ビームでレチクルを照射する工程をさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームを拡大する光学システム（系）および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の出願において、レーザにより放射されるレーザビームは拡大される必要がある。レーザビームの拡大は、マイクロリソグラフィにおいて必要とされる。なぜなら、所望の照明場は、通常、レーザから直接的に放射されるビームの断面領域よりもはるかに大きいからである（レーザ放射フットプリントとも呼ばれる）。例えば、エキシマレーザビームの１タイプは、約５ｍｍ×１５ｍｍの、通常、矩形の領域であるレーザ放射フットプリントを有する。他方、リソグラフィツールにおける照明システムは、約１０ｍｍ×１２０ｍｍの、はるかに大きい照明場を必要とし得る。これは、レーザビームの著しい拡大を必要とする。
【０００３】
レーザビーム拡大に関する１つの従来アプローチは、レンズまたはプリズム構造といった屈折素子の使用を含む。不幸なことに、このような屈折素子による拡大は、レーザの空間干渉性セルのサイズを大きくし、最終的な映写においてスペックル問題を引き起こす。増大する空間干渉性セルのサイズおよびレーザの帯域幅を扱うために、レーザビームを拡大するために、異なった長さの複数のレンズを含む構造が用いられている。しかしながら、このような構造は高価であり、低減された帯域幅のレーザビームを数百または数千の空間セルを含む等級に拡大するために非実用的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、減少された帯域幅のレーザビームを拡大するための改善された光学システムおよび方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のシステムは、レーザビームを拡大するためシステムであって、水平方向反射マルチプレクサと垂直方向反射マルチプレクサと
を含み、上記水平方向反射マルチプレクサが第１の次元に沿って入力ビームを複製して第１の多重化されたビームを形成し、かつ上記垂直方向反射マルチプレクサが第２の次元に沿って上記第１の多重化されたビームを複製して第２の多重化されたビームを形成する。
【０００６】
上記第１の次元および上記第２の次元がそれぞれ第１および第２の方向に沿って伸び、上記第１および第２の方向が約９０度の角度でオフセットされる。
【０００７】
上記水平方向反射マルチプレクサが上記入力ビームを上記第１の次元に沿って５回複製して上記第１の多重化されたビームを形成する。
【０００８】
上記垂直方向反射マルチプレクサが上記第１の多重化されたビームを上記第２の次元に沿って４回複製して上記第２の多重化されたビームを形成する。
【０００９】
上記水平方向反射マルチプレクサは、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとミラーとを含み、上記第２のビームスプリッタが上記第１のビームスプリッタと上記ミラーとの間に配置される。
【００１０】
上記第１のビームスプリッタ、上記第２のビームスプリッタ、および上記ミラーは、上記第１のビームスプリッタが上記入力ビームを透過された第１のビーム部分および反射された第２のビーム部分に分割し、上記第２のビームスプリッタが反射された第２のビーム部分を反射された第３のビーム部分および透過された第４のビーム部分に分割し、かつ上記ミラーが上記透過された第４のビーム部分を反射し、上記第１の多重化されたビームが上記透過された第１のビーム部分、上記反射された第３のビーム部分、および上記透過された第４のビーム部分から構成される３つのパッチを含むように、互いに対してオフセットされる。
【００１１】
上記第１のビームスプリッタ、上記第２のビームスプリッタ、および上記ミラーは、上記第１のビームスプリッタは、上記入力ビームを透過された第１のビーム部分および反射された第２のビーム部分に分割し、上記第２のビームスプリッタは、反射された第２のビーム部分を反射された第３のビーム部分および透過された第４のビーム部分に分割し、かつ上記ミラーが上記透過された第４のビーム部分を反射して上記第２のビームスプリッタに戻し、上記第２のビームスプリッタがさらに上記透過された第４のビーム部分を透過された第５のビーム部分および反射された第６のビーム部分に分割し、かつ上記ミラーが上記反射された第６のビーム部分を反射して上記第２のビームスプリッタに戻し、かつ上記第２のビームスプリッタがさらに上記反射された第６のビーム部分を透過された第７のビーム部分および反射された第８のビーム部分に分割し、かつ上記ミラーが上記反射された第８のビーム部分を反射して、上記第１の多重化されたビームが上記透過された第１のビーム部分、上記反射された第３のビーム部分、上記透過された第５のビーム部分、上記透過された第７のビーム部分、および上記反射された第８のビーム部分から構成される５つのパッチを含むようにする。
【００１２】
上記垂直方向反射マルチプレクサは、第３のビームスプリッタとミラーであって、上記第１の多重化されたビームが第３のビームスプリッタによって透過および反射されたビーム部分に分割され、かつ上記反射されたビーム部分が上記ミラーによって反射されるように上記第３のビームスプリッタに対して配置されるミラーとを含み、上記第２の多重化されたビームが、上記第３のビームスプリッタを通って透過する上記透過されたビーム部分および上記ミラーによって反射される１つの反射されたビーム部分から構成される。
【００１３】
上記第１の多重化されたビームは、上記第３のビームスプリッタによって３つの透過されたビーム部分および３つの反射されたビーム部分に分割され、かつ上記３つの反射されたビーム部分が上記ミラーによって反射され、上記第２の多重化されたビームは、上記第３のビームスプリッタを通って透過される上記３つの透過されたビーム部分および上記ミラーによって反射される上記３つの反射されたビーム部分のうちの１つから構成される４つの領域を含む。
【００１４】
上記第２の多重化されたビームは、セル領域を含み、上記第２の多重化されたビームのセル領域を重ね合わし、出力ビームを形成するように再び映写する光学サブシステムをさらに含む。
【００１５】
上記光学サブシステムはマイクロレンズアレイまたは回折光学素子を含む。
【００１６】
上記入力ビームが約２．５ｍｍ×３０ｍｍの入力フットプリントを有し、上記第１の多重化されたビームが約１２．５ｍｍ×３０ｍｍの第１の次元の多重化されたフットプリントを有し、かつ上記第２の多重化されたビームが約１２．５ｍｍ×１２０ｍｍの第２の次元の多重化されたフットプリントを有する。
【００１７】
本発明は、リソグラフィー装置におけるレチクルを照射するために照射システムであって、水平方向反射マルチプレクサと垂直方向反射マルチプレクサと
を含み、上記水平方向反射マルチプレクサが第１の次元に沿って入力ビームを複製して第１の多重化されたビームを形成し、かつ上記垂直方向反射マルチプレクサが第２の次元に沿って上記第１の多重化されたビームを複製して第２の多重化されたビームを形成する。
【００１８】
上記第２の多重化されたビームは、セル領域を含み、上記第２の多重化されたビームのセル領域を重ね合わし、出力ビームを形成するように再び映写する光学サブシステムであって、上記出力ビームが上記照射システムの照射フィールドを覆う領域を有する、光学サブシステムをさらに含む。
【００１９】
レーザ源によって出射された光を受け取り、そして上記受け取った光を成形して上記入力ビームを形成するアナモフィックビーム拡大器をさらに含む。
【００２０】
本発明は、入力レーザビームを拡大する方法であって、（ｉ）上記入力ビームを第１の次元に沿って複製して、第１の拡大化フットプリントを有する第１の多重化されたビームを形成する、第１の複製する工程と（ｉｉ）上記第１の多重化されたビームを第２の次元に沿って複製して、第２の拡大化フットプリントを有する第２の多重化されたビームを形成する、第２の複製する工程とを含む。
【００２１】
上記第１の複製する工程は、上記入力レーザビームにおける光を複数回分割および反射して、上記第１の多重化されたビームに複数のパッチを形成する工程を含む。
【００２２】
上記第２の複製する工程は、上記第１の多重化されたビームにおける光を複数回分割および反射して、上記第２の多重化されたビームにおいて複数の領域を形成する工程を含む。
【００２３】
上記第２の多重化されたビームのセル領域が重ね合わし、出力ビームを形成するように再び映写する工程をさらに含む。
【００２４】
上記出力ビームでレチクルを照射する工程をさらに含む。
【００２５】
本発明は、空間干渉性セルのサイズを増大することなく、レーザビームを拡大する方法および光学システムに関する。１実施形態において、照明システムは、水平方向反射マルチプレクサおよび垂直方向反射マルチプレクサを含む。水平方向反射マルチプレクサは、入力レーザビームを受け取る。水平方向反射マルチプレクサは、第１の次元に沿って、入力ビームを複製し、第１の多重化ビームを形成する。第１の多重化ビームは、第１の次元に沿った、入力ビームの多重化されたコピーを表す一連のパッチで構成される。第１の多重化ビームは、入力フットプリントよりも大きい領域を覆う第１の拡大されたフットプリントを有する。垂直方向反射マルチプレクサは、第２の次元に沿って、第１の多重化ビームを複製し、第２の多重化ビームを形成する。第２の多重化ビームは、第１の多重化ビームのコピーで構成される。第２の多重化ビームは、第１の拡大されたフットプリントよりも、なお大きい領域を有する第２の拡大されたフットプリントを有する。
【００２６】
本発明のさらなる特徴により、照明システムは、光学サブシステムをさらに含む。この光学サブシステムは、第２の多重化ビームのセル領域を再映写する。出力ビームは、照明システムの照明場を覆う出力フットプリントを有する。
【００２７】
１実施形態において、水平方向反射マルチプレクサは、第１のビームスプリッタ、第２のビームスプリッタおよびミラーを含む。垂直方向反射マルチプレクサは、ビームスプリッタおよびミラーを含む。セル領域を再映写するための光学サブシステムは、マイクロレンズアレイまたは回折光学素子を含み得るが、これらに限定されない。
【００２８】
本発明のさらなる実施形態により、レーザビームを拡大する方法が提供される。この方法は、２つの複製する工程を含む。第１の複製する工程は、第１の次元に沿って、入力ビームを複製し、第１の拡大されたフットプリントを有する第１の多重化ビームを形成する。第２の複製する工程は、第２の次元に沿って、第１の多重化ビームを複製し、第２の拡大されたフットプリントを有する第２の多重化ビームを形成する。この方法は、さらに、第２の多重化ビームのセル領域が重なり合い、出力ビームを形成するように再び映写する工程を含む。出力は、照明場を覆う出力フットプリントを有する。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の種々の実施形態の構造および動作は、添付の図面を参照して、以下において詳細に説明される。
【００３０】
本明細書中に援用され、本明細書の部分をなす添付の図面は、本発明を図示し、かつ説明とともに、本発明の原理を説明するためにさらに利用され、適切な当業者が本発明を作成および使用することを可能にする。
【００３１】
本発明は、添付の図を参照して説明される。等価な、特に機能的に等価な素子には同じ参照符号が用いられる。さらに、参照符号の最左の桁は、通常、参照符号が最初に現れる図面と一致する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（関連出願の相互参照）
本出願は、Ａｕｇｕｓｔｙｎらによる、米国仮出願第６０／３２９，７５７号（２００１年１０月１８日出願）の優先権の利益を主張し、この出願は、参考のために、本明細書中でその全体を援用する。
【００３３】
本出願は、Ｋｒｅｍｅｒらによる「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  Ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ  Ｓｐａｃｉａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ」と称される、同一譲受人の、同時係属中である非仮出願である米国特許出願第１０／２０８，０４６号（２００２年７月３１日出願）に関し、この出願は、参考のため、本明細書中にその全体を援用する。
【００３４】
（連邦政府後援の研究および開発に関する報告）
適用なし
（マイクロフィッシュアペンディックス／シーケンスリスティング／テーブル／コンピュータプログラムリストアペンディックスについての参照（コンパクトディスクで提出されるもの、およびコンパクトディスクで提出される文献の参考のための援用）
適用なし
（本発明の詳細な説明）
本発明は、レーザビームを拡大するシステム（系）および方法に関する。フォトリソグラフィ、ホログラフィ、または他の任意の種類のレーザ照射用途を含む（但し、これらに限定されない）種々の環境における照射システムに本発明を用い得る。特定の用途の例示の実施形態に関して本発明を本明細書で説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。本明細書に提供された教示にアクセスを有する当業者であれば、さらなる改変、応用および実施形態が本発明の範囲内であり、そして、本発明が著しく有用であるさらなる分野を認識する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィシステム１００の図である。リソグラフィシステム１００は、レーザ１０４、照射システム１１０、レチクル１１２、投射光学系１１４、およびウェハ１１６を含む。レーザ１０４は、エクシマーまたは深い紫外線（ＵＶ）のエクシマーレーザ、あるいは他の種類の公知のレーザであり得る。レーザ１０４はレーザビーム１０２を発射する。レーザビーム１０２は、光軸に沿って照射システム１１０に進行する。照射システム１１０は、入射レーザビーム１０２を拡大して、拡大された射出ビーム１１１をレチクル１１２に射出する。このように、照射システム１１０は、照射システムの照射フィールド内にあるレチクルの領域１１２を照射する。
【００３６】
光は、レーザ１０４の波長およびレチクル１１２内で用いられる材料の種類に応じて、レチクル１１２によって透過または反射される。次いで、照射されたレチクル領域の像は、投影光学系１１４に射出される。次いで、投影光学系１１４は、レチクル１１２の照射された領域の像をウェハ１１６上に投影する。投影光学系１１４は、レチクル像をウェハ１１６上に投影する任意の種類の光学システムであり得る。例えば、投影光学系１１４は、レチクル像をさらに縮小する一連のレンズであり得る。このように、リソグラフィシステム１００を用いて、ウェハ１１６を走査し、半導体デバイス設計の製造用の微細なパターンに露光させ得る。
【００３７】
（ビーム拡大を備えた照射システム）
図２は、本発明の一実施形態による照射システム１１０をさらに詳細に示した図である。照射システム１１０は、アナモフィックビーム拡大器２１０、水平方向反射マルチプレクサ２２０、垂直方向反射マルチプレクサ２４０、光学サブシステム２６０を含む。照射システム１１０は、レーザ１０４とレチクル１１２との間を延びる光軸ＯＡに沿って設置される。レーザ１０４は、アナモフィックビーム拡大器２１０にレーザビーム２０２を発射する。ビーム２０２は、レーザ発射フットプリントと呼ばれる断面面積を有する。レーザ発射フットプリント２０５のサイズは、レーザ１０４の特定の種類および特徴に依存する。一例において、レーザ１０４は、図２に示す約５ミリメートル（ｍｍ）×１５ｍｍのサイズのレーザ発射フットプリント２０５を有するエクシマーレーザである。
【００３８】
アナモフィックビーム拡大器２１０を設けて、ビーム２０２を入射ビーム２１２になるように形成する。一実施形態によれば、アナモフィックビーム拡大器２１０は、水平次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）（例えば、ｘ軸方向）のフットプリントを減少させ、かつ、垂直次元（例えば、ｙ軸方向）のフットプリントを増加させるシリンドリカルレンズを含む。例えば、図２に示すように、アナモフィックビーム拡大器２１０は、レーザ発射フットプリント２０５を、約２．５ｍｍ×３０ｍｍのサイズを有する入射フットプリント２１５になるように形成する。次いで、入射ビーム２１２は、光軸（ＯＡ）に沿って、水平方向反射マルチプレクサ２２０に進行する。アナモフィックビーム拡大器２１０は光学的である。特定の用途に依存して、アナモフィックビーム拡大器２１０を省いてもよいし、または代わりに均一なビーム拡大器を用いてもよい。
【００３９】
水平方向反射マルチプレクサ２２０は、第１の水平次元に沿って入射ビーム２１２を複製して、第１の多重化されたビーム２２２を形成する。第１の多重化されたビーム２２２は、水平次元（例えば、ｘ軸方向）に沿って第１の拡大されたフットプリント２２５を有する。本発明の例示の実現による水平方向反射マルチプレクサ２２０の構造および動作を図３Ａおよび図３Ｂに関して以下にさらに説明する。
【００４０】
次いで、第１の多重化されたビーム２２２は、光軸ＯＡに沿って垂直方向反射マルチプレクサ２４０に進行する。垂直方向反射マルチプレクサ２４０は、第２の次元に沿って第１の多重化されたビーム２２２を複製して、第２の多重化されたビーム２４２を形成する。第２の多重化されたビーム２４２は第２の拡大されたフットプリント２４５を有する。垂直方向反射マルチプレクサ２４０は垂直次元に沿ってビーム２２２を拡大して、２次元に多重化されたフットプリント２４５を生成する。
【００４１】
第２の多重化されたビーム２４２は光学サブシステム２６０に射出される。光学サブシステム２６０は、セル領域が重複し、射出ビーム２６２を形成するように、第２の多重化されたビーム２４２のセル領域を再び映写する。射出ビーム２６２はレチクル１１２に入射する。射出ビーム２６２は、照射システム１１０の照射フィールドをカバーする射出フットプリント２６５を有する。
【００４２】
好適な実施形態において、水平方向反射マルチプレクサ２２０は、水平次元に沿って入射ビーム２１２を５回（５×）複製し、第１の多重化されたビーム２２２を形成する。ビーム２２２は、第１の次元で多重化された、サイズが約１２．５ｍｍ×３０ｍｍであるフットプリント２２５を有する。図２に示すように、フットプリント２２５は、５つのパッチＰ０、Ｐ１．．．Ｐｍ（但し、ｍは４に等しい）からできている。パッチは入射ビーム２１２の複製である。垂直方向反射マルチプレクサ２４０は、垂直次元に沿って第１の多重化されたビーム２２２を４回（４×）複製して、第２の多重化されたビーム２４２を形成する。ビーム２４２は、図２に示すサイズが約１２．５ｍｍ×１２０ｍｍの第２の次元で多重化されたフットプリント２４５を有する。フットプリント２４５は、４つのエリアまたは領域２８０、２８２、２８４および２８６でできている。各領域２８０〜２８６は５つのパッチを含む各グループでできている。領域２８０〜２８６内の５つのパッチを含むグループは、第１の多重化されたビーム２１２内のパッチＰ０〜Ｐｍを含むグループの複製である。第２の多重化されたビーム２４２のフットプリント２４５全体は、５×４個のパッチのアレイである。
【００４３】
本発明は、水平次元および垂直次元において５×または４×の多重化に限定されない。より多い数またはより少ない数の複製を実行してもよい。より多い数またはより少ない数のパッチを用いてもよい。本発明は、照射システム１１０に示すエレメントのオーダーに限定されない。例えば、代わりに、水平方向反射マルチプレクサ２２０の前に、垂直方向反射マルチプレクサ２４０を配置してもよい。
【００４４】
図３Ａは、本発明の例示の一実施形態による水平方向反射マルチプレクサ２２０の構造および動作を示す図である。水平方向反射マルチプレクサ２２０は、第１のビームスプリッタ３１０、第２のビームスプリッタ３２０およびミラー３３０を含む。一例の構造において、ビームスプリッタ３１０およびビームスプリッタ３２０は、ｚ方向に沿って距離Ｌだけ離れている。ビームスプリッタ３２０およびミラー３３０も、ｚ方向に沿って距離Ｌだけ離れている。距離ＬをΔＰ／２（但し、ΔＰはレーザ１０４のコヒーレント長の１．４倍）にほぼ等しくなるように設定する。入射ビーム３０２が分割および反射され、水平方向ｘに沿って入射ビーム３０２の複数の像を生成するように、ビームスプリッタ３１０、ビームスプリッタ３２０およびミラー３３０を、入射ビーム３０２に対して角度付け、かつ、ｘ方向に沿って相互に対してオフセットする。
【００４５】
図３Ａに示すように、入力ビーム３０２は、ビームスプリッタ３１０により分割され、透過された第１のビーム部分３０４および反射された第２のビーム部分３０６を形成する。透過された第１のビーム部分３０４は、パッチＰ０として出力される。反射された第２のビーム部分３０６は、ビームスプリッタ３２０へと伝播する。ビームスプリッタ３２０は、ビーム部分３０６を分割し、反射された第３のビーム部分３０８および透過された第４のビーム部分３１２を生成する。反射された第３のビーム部分３０８は、パッチＰ１として出力される。透過された第４のビーム部分３１２は、ミラー３３０へと進み、ビームスプリッタ３２０へと反射される。ビームスプリッタ３２０は、ビーム部分３１２を透過された第５のビーム部分３１４および反射された第６のビーム部分３１６に分割する。透過された第５のビーム部分３１４は、パッチＰ２として出力される。反射された第６のビーム部分３１６は、ミラー３３０へと伝播し、ビームスプリッタ３２０へと反射される。ビームスプリッタ３２０は、ビーム部分３１６を透過された第７のビーム部分３１８および反射された第８のビーム部分３２２に分割する。透過された第７のビーム部分３１８は、パッチＰ３として出力される。反射された第８のビーム部分３２２は、ミラー３３０から反射され、パッチＰ４として出力される。
【００４６】
図３Ｂは、水平方向反射マルチプレクサ２２０の斜視図であり、ＸＺ面に沿って配列された、ビームスプリッタ３１０、ビームスプリッタ３２０、およびミラー３３０を示す。ビームスプリッタ３１０、ビームスプリッタ３２０、およびミラー３３０は、Ｘ方向に沿って、入力ビーム３０２の像を複製し、パッチＰ０〜Ｐ４を形成するように配列される。明瞭さのために、図３Ｂは、パッチＰ０およびＰ１のみを示す。
【００４７】
図４は、本発明の１つの例示的なインプリメンテーションによる垂直方向反射マルチプレクサ２４０の図である。垂直方向反射マルチプレクサ２４０は、ビームスプリッタ４１０およびミラー４２０を備える。入力ビーム４０２は、垂直方向反射マルチプレクサ２４０内で分割および反射され、垂直次元（例えば、ｙ方向）に沿って、ビーム４０２の複数の像を生成する。図４に示すように、入力ビーム４０２は、ビームスプリッタ４１０により分割され、透過されたビーム部分４０４および反射されたビーム部分４０６を形成する。ビーム部分４０４は、領域２０８として出力される。反射されたビーム部分４０６は、ビームスプリッタ４１０からミラー４２０へと反射され、ビームスプリッタ４１０へと戻る。ビームスプリッタ４１０は、ビーム部分４０６を分割し、透過されたビーム部分４０８および反射されたビーム部分４１２を形成する。ビーム部分４０８は、領域２８２として出力される。反射されたビーム部分４１２は、ビームスプリッタ４１０からミラー４２０へと反射され、ビームスプリッタ４１０へと戻る。ビームスプリッタ４１０は、ビーム部分４１２を分割し、透過されたビーム部分４１４および反射されたビーム部分４１６を形成する。ビーム部分４１４は、領域２８４として出力される。反射されたビーム部分４１６は、ミラー４２０から反射され、領域２８６として出力される。このようにして、垂直ｙ次元に沿った領域２８０〜２８６のビーム４０２の複製された像を含む、第２の次元に沿って多重化されたフットプリント２４５を有する第２の次元に沿って多重化されたビームが出力される。
【００４８】
本発明のさらなる特徴に従って、第２の次元に沿って多重化されたフットプリント２４５は、光学サブシステム２６０により再映写される。光学サブシステム２６０は、セル像が重ね合わさるように、フットプリント２４５のセル領域を再映写する。このような重なりは、出力ビームを構成する光線間に残存するあらゆる干渉のコントラストを低減する。このようにして、レチクル１１２に入射する、再映写された領域で、均一な光強度が得られる。
【００４９】
照射システム１１０は、コヒーレンス特性がコヒーレンス光源を用いる手段の最終的な機能に有害である場合に、コヒーレンス光源の使用を必要とする任意の映写装置または映写用途において最も有効である。１つのインプリメンテーションでは、照射システム１１０は、コヒーレンスレーザ光源１０４を１０，０００波動以上の非コヒーレンス光源に変換し、波動を重ね合わせることにより、干渉視感度を１％未満にする。
（方法）
図５は、本発明によるレーザビームを拡大する方法５００（工程５１０〜５４０）のフローチャートである。工程５１０で、入力フットプリントを有する入力ビームが受け取られる。工程５２０で、入力ビームが第１の次元に沿って複製され、第１の拡大フットプリントを有する第１の多重化ビームを形成する。工程５３０で、第１の多重化ビームは、第２の次元に沿って複製され、第２の拡大フットプリントを有する第２の多重化ビームを形成する。工程５４０で、第２の多重化ビームのセル領域が重ね合わさり、出力ビームを形成するように再び映写される。出力ビームは、照射フィールドをわたる出力フットプリントを有する。
【００５０】
方法５００およびその構成工程５１０〜５４０は、図２に関して上述したように、照射システム１１０で実行され得る。しかしながら、照射システム１１０の構成は例示的なものであり、方法５００またはその工程５１０〜５４０を限定することを意図するものではない。
【００５１】
（さらなる特徴および議論）
本発明によるレーザビーム拡大システムおよび方法のさらなる特徴および議論を以下に示す。以下のさらなる特徴および議論は、本発明の実施形態を例示するものであり、必ずしも本発明を限定することを意図するものではない。
【００５２】
さらなる利点に従って、本発明は、複製により、倍率を上げることなくレーザビーム拡大し得る。レーザビームは、部分的に分割され、透過され、反射されるため、ビームの複数の像が、最初に水平方向で生成され、次いで、さらなる分割により垂直方向で生成される。あるいは、必要であれば、ビームが最初に垂直方向で分割され、次いで、水平方向で分割されるように設計される。
【００５３】
１つの実施形態では、レーザビームを拡大するシステムおよび方法は、最初にアナモフィックビーム拡大器を用いて、空間コヒーレンス長を調整し、次いで、ビームスプリッタおよびリフレクタによりビームを拡大し、倍率が変化しないように複数の空間コヒーレンスセル像を作成するように適合される。さらに、レーザの長手方向のコヒーレンス長よりも大きい位相シフトが、各ビーム間に生じるため、再び生成された像の全ては、さらなるビームに対して非コヒーレンスである。次に、この複数の像は、マイクロレンズアレイまたは回折光学素子のいずれかの小型レンズに方向づけられる。次いで、これらの小型レンズの各々が再映写され、ビーム間に残存するあらゆる干渉のコントラストを低減するという最終的な効果を有する像の全てが重ねあわさる。このように、均一な光強度が再映写された領域で得られる。
【００５４】
水平方向反射マルチプレクサおよび垂直方向反射マルチプレクサの反射設計の長さは、下の表１に示すように、１０ピコメーター（ｐｍ）〜０．１ｐｍの概略範囲内の非常に短い帯域幅での使用を可能にし、且つ、これらのタイプのレーザの長手方向の干渉を解消する。表１は、一例としてのリソグラフィーツールについて、ΔＰに対する設計下限を示すさまざまな帯域幅についての、１．１４倍のコヒーレント長の値を示す。但し、本発明はこれらの値に限定されない。
【００５５】
【表１】
0004297674.tif 000002
どのように上記データを用い得るかを説明する前に、空間干渉セルサイズを調べるのが有用である。個々のセルは、本質的に、レーザ出力ビーム内の他のセルから独立している。本発明によると、セルサイズは２つの方向に増大（または減少）し得る。ある好適な実施例において、セルサイズは等しいことが望ましい。次のステップにおいて、レーザビーム間でパス長に差を設けて、一時的な干渉を克服する。レーザ源１０４からのレーザビームが垂直方向に約１５ｍｍで且つ水平方向に５ｍｍである場合、約５００のセルが存在する（（１５／（．１７））×（５／１．２））。これらのサイズは、１０ｐｍの最小帯域幅を有するエキシマレーザに基づく。帯域幅が小さくなるにつれ、一時的な干渉は増大する。一時的な干渉が２倍以上になると、得られるビームは異なった階段形状になり得る。
【００５６】
照明システム１１０について上で説明したように、レーザビームは、まず、均一にまたはアナモフィックに増大または減少して、ほぼ同じサイズのセルが得られる。その後、ビームは、空中反射アセンブリで、狭い方向（Ｎ）（例えば水平方向）に沿って多重化される。次に、ビームは、広い方向（例えば垂直方向）に沿って再び多重化される。セルの総数は以下の式から決定される。
【００５７】
Ｃ×Ｎ×Ｗ＝Ｔ
ここで、Ｃ＝レーザビーム内のセルの数、
Ｎ＝狭い方向に沿ったレーザパッチの数、
Ｗ＝広い方向に沿ったレーザパッチの数、
Ｔ＝セルの総数であり、
Ｃ＝５００、Ｎ＝５、およびＷ＝４に対して、Ｔ＝１０，０００となる。
【００５８】
（上の例の場合）照射されるフィールドのサイズは、
水平方向に５ｂｈｍｈ
垂直方向に４ｂＶｍＶ
ここで、ｂは各方向についての未処理のビームサイズを示し、ｍは倍率を示す。
【００５９】
セルサイズおよびビームサイズならびに範囲がレーザ製造者によって一旦規定されると、デザインの最適化が行われ得る。これは、マイクロレンズアレイについて２方向に沿ったサイズの範囲を含む。
【００６０】
フッ化カルシウム（ＣａＦ２）ビームスプリッタを有する水平方向反射マルチプレクサ（５×ＭＵＸ）の一例について考える。ΔＰ＝１．１４λ２／Δλを測定する目的で、第１の反射ＭＵＸ（５×）は、吸収Ａが無いとした仮定の下で、２つのビームスプリッタを透過率値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４およびミラー透過率値ＴＭによって説明する。下の表２は、ＭＵＸの透過率Ｔおよび反射率Ｒならびに、入力ビームの強度に対する透過強度出力Ｔｐｕｔの値を示す。
【００６１】
【表２】
0004297674.tif 000003
上記において、ＣａＦ２ビームスプリッタおよびビームスキャッタ（ビーム散乱器）の吸収は含まなかった。ビームスプリッタプレート（正面がコーティングされているとする）は、一例では、約２０×６×３ｍｍ（厚さ）であり得る。このビームスプリッタプレートは４回横切られるので、さらなる損失が
【００６２】
【数１】
0004297674.tif 000004
または０．３％となる。これは、吸収値が、この量の約１／４倍になることを意味する。表面散乱は表面について０．００５だけ貢献し、その結果、
【００６３】
【数２】
0004297674.tif 000005
となり、効率は０．９３２×０．９９３×０．９６１＝０．８９となる。
【００６４】
５×ＭＵＸの出力ビームに対して垂直に構成された垂直方向反射マルチプレクサ（４×ＭＵＸ）を考える。その座標系は、ｘ軸をページの奥に向かってとり、ｙ軸を上方に向かってとり、ｚ軸を右側に向かってとることによって規定され得る。
【００６５】
この４×ＭＵＸは、前の５×ＭＵＸ上の１つのΔＰについてパス長をさらに増大させる必要がある。ここで、ΔＰは５になる。このデザイン（縮尺どおりではない）は、１つのビームスプリッタプレートおよび１つのミラーを含む。５×の場合について、透過率値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびミラー透過率値ＴＭは吸収Ａが無いものとする。下の表３に、４×ＭＵＸの透過率Ｔおよび反射率Ｒならびに、４×ＭＵＸへの入力ビームの強度に対する透過強度出力Ｔｐｕｔの値を示す。
【００６６】
【表３】
0004297674.tif 000006
ここで、１２５×１５×１０    散乱  ．９９５６＝．９７
ＣａＦ２  ．９９７５；
効率  ．９５×．９７×．９９７５＝０．９２；
特に、５×ＭＵＸ効率＝０．８９、４×ＭＵＸ効率＝．９２、合計効率＝０．８２。
【００６７】
５×ＭＵＸの詳細から、一実施形態において、その５×ＭＵＸの全長が約ΔＰとなることが理解され得る。４×ＭＵＸについて、一実施形態において、全長は２．５ΔＰである。ここで、ミラーの厚さを０（ゼロ）であり、且つ、２つのＭＵＸ間に空隙が無いと仮定した場合の、構造体全体の長さの最小値を推定することができる。下の表４は、レーザ帯域幅の値、コヒーレント長の値（ミリメートル（ｍｍ）およびインチ（ｉｎｃｈ））、４×水平ＭＵＸ長（ｍｍおよびｉｎｃｈ）、ならびに構造全体の長さ（ｍｍおよびｉｎｃｈ）を示す。
【００６８】
【表４】
0004297674.tif 000007
（結論）
本明細書において、上記のように本発明の例示的な実施形態を説明した。既に説明したが、これらの例示的な実施形態は例示的説明を目的としたものであり、本発明を限定するものではない。他の実施形態も可能であり、本発明の範囲内に含まれる。本明細書の教示するところに基づけば、そのような他の実施形態は関連技術分野の当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、上記の例示的な実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ規定されるべきである。
【００６９】
【発明の効果】
以上により、本発明は、減少された帯域幅のレーザビームを拡大するための改善された光学システムおよび方法を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、リソグラフィシステムの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、図１の照明システムを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による、水平方向反射マルチプレクサの動作を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による、水平方向反射マルチプレクサの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、垂直方向反射マルチプレクサの動作を示す図である。
【図５】図５は、本発明による、レーザビームを拡大する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１０４  レーザー
２１０  アナモフィックビーム拡大器
２２０  水平方向反射マルチプレクサ
２４０  垂直方向反射マルチプレクサ
２６０  光学サブシステム
【図１】
0004297674.tif 000008
【図２】
0004297674.tif 000009
【図３Ａ】
0004297674.tif 000010
【図３Ｂ】
0004297674.tif 000011
【図４】
0004297674.tif 000012
【図５】
0004297674.tif 000013