特許 6016169 マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6016169

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20161013BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20161013BHJP

   G02B 3/06 20060101ALI20161013BHJP

   G02B 19/00 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 521

   G02B3/00 A

   G02B3/06

   G02B19/00

【請求項の数】17

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-550758(P2013-550758)

(86)(22)【出願日】2011年1月29日

(65)【公表番号】特表2014-505368(P2014-505368A)

(43)【公表日】2014年2月27日

(86)【国際出願番号】EP2011000416

(87)【国際公開番号】WO2012100791

(87)【国際公開日】20120802

【審査請求日】2013年11月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100164530

【弁理士】

【氏名又は名称】岸 慶憲

(72)【発明者】

【氏名】デギュンター マルクス

【審査官】 新井 重雄

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／００６６８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５２８１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３７４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３３７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０５４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７２１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５９１７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０２Ｂ ３／００

Ｇ０２Ｂ ３／０６

Ｇ０２Ｂ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）瞳平面（７６）と、
ｂ）照明されるマスク（１６）を配置することができるマスク平面（８８）と、
ｃ）前記瞳平面（７６）に位置する複数の２次光源（１０６）を生成するように構成され、該２次光源（１０６）のうちの１つに各々が関連付けられた複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｄ）反射性又は透過性のビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）を含むビーム偏向デバイス（３６）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光入射ファセット（１００）上のスポット（９８）を照明するように構成され、該ビーム偏向要素（４０）によって照明される該スポット（９８）が、該光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも２０倍小さい合計面積を有する前記ビーム偏向デバイス（３６）と、
ｅ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）が、前記マスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように、前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記制御ユニット（９０）は、照明系（１２）によって前記マスク平面に照明される照明視野（１４）の第１の部分に第１の角度的照度分布が生成され、かつ該第１の角度的照度分布とは異なる第２の角度的照度分布が該照明視野（１４）の第２の部分に生成されるように、前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成されることを特徴とする照明系。

【請求項2】

前記第１の部分は、前記第１の角度的照度分布が均一である２次元区域であり、
前記第２の部分は、前記第２の角度的照度分布が均一である２次元区域である、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明系。

【請求項3】

前記第１の部分と前記第２の部分は、重ならないことを特徴とする請求項２に記載の照明系。

【請求項4】

前記ビーム偏向デバイス（３６）と前記光学インテグレーター（６０）の間の光伝播経路に配置され、かつ入射光を空間分解方式で透過又は反射するように構成された空間光変調器（５２）を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明系。

【請求項5】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）瞳平面（７６）と、
ｂ）照明されるマスク（１６）を配置することができるマスク平面（８８）と、
ｃ）前記瞳平面（７６）に位置する複数の２次光源（１０６）を生成するように構成され、該２次光源（１０６）のうちの１つに各々が関連付けられた複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｄ）反射性又は透過性のビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）を含むビーム偏向デバイス（３６）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光入射ファセット（１００）上のスポット（９８）を照明するように構成され、該ビーム偏向要素（４０）によって照明される該スポット（９８）が、該光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも２０倍小さい合計面積を有する前記ビーム偏向デバイス（３６）と、
ｅ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）が、前記マスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように、前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記ビーム偏向デバイス（３６）と前記光学インテグレーター（６０）の間の光伝播経路に配置され、かつ入射光を空間分解方式で透過又は反射するように構成された空間光変調器（５２）をさらに含むことを特徴とする照明系。

【請求項6】

前記空間光変調器（５２）は、反射性又は透過性ビーム偏向要素（５６）の更に別のビーム偏向アレイ（５４）を含み、
前記更に別のビーム偏向アレイの各ビーム偏向要素（５６）は、それが入射光を前記光学インテグレーター（６０）の向きに誘導する「オン」状態とそれが入射光をいずれか他の場所に誘導する「オフ」状態とにあることができる、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の照明系。

【請求項7】

前記空間光変調器（５２）の前記ビーム偏向アレイ（５４）を前記光学インテグレーター（６０）の前記光入射ファセット（１００）上に結像する対物系（５８）を含むことを特徴とする請求項６に記載の照明系。

【請求項8】

前記制御ユニット（９０）は、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域（１１０，１１６）を含む光パターン（図１１及び図１２の１１４，１１８）が少なくとも１つの光入射ファセット（１００）上に生成されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の照明系。

【請求項9】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）瞳平面（７６）と、
ｂ）照明されるマスク（１６）を配置することができるマスク平面（８８）と、
ｃ）前記瞳平面（７６）に位置する複数の２次光源（１０６）を生成するように構成され、該２次光源（１０６）のうちの１つに各々が関連付けられた複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｄ）反射性又は透過性のビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）を含むビーム偏向デバイス（３６）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光入射ファセット（１００）上のスポット（９８）を照明するように構成され、該ビーム偏向要素（４０）によって照明される該スポット（９８）が、該光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも２０倍小さい合計面積を有する前記ビーム偏向デバイス（３６）と、
ｅ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）が、前記マスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように、前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記制御ユニット（９０）は、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域（１１０，１１６）を含む光パターン（図１１及び図１２の１１４，１１８）が少なくとも１つの光入射ファセット（１００）上に生成されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成されることを特徴とする照明系。

【請求項10】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｂ）反射性又は透過性ビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光学インテグレーター（６０）上のスポット（９８）を照明するように構成された前記ビーム偏向アレイ（３８）と、
ｃ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）がマスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記制御ユニット（９０）は、照明系（１２）によって前記マスク平面に照明される照明視野（１４）の第１の部分に第１の角度的照度分布が生成され、かつ該第１の角度的照度分布とは異なる第２の角度的照度分布が該照明視野（１４）の第２の部分に生成されるように、前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成されることを特徴とする照明系。

【請求項11】

請求項２から請求項４及び請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の特徴を含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明系。

【請求項12】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｂ）反射性又は透過性ビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光学インテグレーター（６０）上のスポット（９８）を照明するように構成された前記ビーム偏向アレイ（３８）と、
ｃ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）がマスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記ビーム偏向デバイス（３６）と前記光学インテグレーター（６０）の間の光伝播経路に配置され、かつ入射光を空間分解方式で透過又は反射するように構成された空間光変調器（５２）を含むことを特徴とする照明系。

【請求項13】

請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の特徴を含むことを特徴とする請求項１２に記載の照明系。

【請求項14】

マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系であって、
ａ）複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）と、
ｂ）反射性又は透過性ビーム偏向要素（４０）のビーム偏向アレイ（３８）であって、各ビーム偏向要素（４０）が、該ビーム偏向要素（４０）によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で前記光学インテグレーター（６０）上のスポット（９８）を照明するように構成された前記ビーム偏向アレイ（３８）と、
ｃ）前記光入射ファセット（１００）のうちの少なくとも１つの上の前記スポット（９８）から組み立てられる光パターン（１０８，１１４，１１８）がマスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成された制御ユニット（９０）と、
を含み、
前記制御ユニット（９０）は、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域（１１０，１１６）を含む光パターン（図１１及び図１２の１１４，１１８）が少なくとも１つの光入射ファセット（１００）上に生成されるように前記ビーム偏向要素（４０）を制御するように構成されることを特徴とする照明系。

【請求項15】

マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を作動させる方法であって、
ａ）複数の光入射ファセット（１００）を有する光学インテグレーター（６０）を照明系（１２）が含むマイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明系（１２）を準備する段階（Ｓ１）と、
ｂ）個々のスポット（９８）から組み立てられた光パターン（１０８，１１４，１１８）を前記光学インテグレーター（６０）の前記光入射ファセット（１００）上に生成する段階（Ｓ２）と、
ｃ）マスク平面（８８）内の角度的照度分布の視野依存性を変更すべきであると決定する段階と、
ｄ）スポット（９８）を再配列及び／又は除去及び／又は追加することによって前記光入射ファセット（１００）上の前記光パターン（１０８，１１４，１１８）を変更する段階と、
を含み、
前記光パターンは、前記照明系（１２）によって前記マスク平面に照明される照明視野（１４）の第１の部分で第１の角度的照度分布が生成され、かつ該第１の角度的照度分布とは異なる第２の角度的照度分布が該照明視野（１２）の第２の部分で生成されるように段階ｄ）において変更されることを特徴とする方法。

【請求項16】

前記第１の部分は、前記第１の角度的照度分布が均一である２次元区域であり、
前記第２の部分は、前記第２の角度的照度分布が均一である２次元区域である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記光パターンは、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域（１１０，１１６）を含む光パターン（図１１及び図１２の１１４，１１８）が少なくとも１つの光入射ファセット（１００）上に生成されるように段階ｄ）において変更されることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に、マイクロリソグラフィ投影露光装置においてマスクを照明するための照明系に関し、特に、瞳平面に照度分布を定義するミラーアレイ又は他のビーム偏向要素を含む系に関する。本発明は、そのような照明系を作動させる方法にも関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単純にリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィ処理は、エッチング処理と共に基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜積層体内に特徴部をパターン形成するのに使用される。製作の各層では、最初に、ウェーハが、深紫外（ＤＵＶ）光のような放射線に敏感な材料であるフォトレジストで被覆される。次に、フォトレジストを上部に有するウェーハが、投影露光装置内で投影光に露光される。この装置は、パターンを含むマスクをフォトレジスト上にフォトレジストがマスクパターンによって決定されるある一定の場所においてのみ露光されるように投影する。露光の後にフォトレジストは現像され、マスクパターンに対応する像が生成される。次に、エッチング処理が、パターンをウェーハ上の薄膜積層体内に転写する。最後に、フォトレジストが除去される。異なるマスクを用いたこの工程の繰返しにより、多層微細構造化構成要素がもたらされる。

【0003】

投影露光装置は、典型的には、マスクを照明するための照明系と、マスクを整列させるためのマスク台と、投影対物系と、フォトレジストで被覆されたウェーハを整列させるためのウェーハアラインメント台とを含む。照明系は、例えば、矩形又は湾曲スリットの形状を有することができるマスク上の視野を照明する。

【0004】

現在の投影露光装置では、２つの異なるタイプの装置の間で区別を付けることができる。１つのタイプでは、ウェーハ上の各ターゲット部分は、マスクパターン全体をターゲット部分の上に１回で露光することによって照射される。そのような装置は、一般的にウェーハステッパと呼ばれる。一般的にステップアンドスキャン装置又はスキャナと呼ばれる他方のタイプの装置では、各ターゲット部分は、マスクパターンを投影ビームの下で走査方向に沿って徐々に走査し、同時に基板をこの方向と平行又は反平行に移動することによって照射される。ウェーハの速度とマスクの速度の比は、通常は１よりも小さく、例えば、１：４である投影対物系の倍率に等しい。

【0005】

「マスク」（又はレチクル）という用語は、パターン形成手段として広義に解釈されることは理解されるものとする。一般的に使用されるマスクは、透過性又は反射性のパターンを含み、例えば、２値型、交互位相シフト型、減衰位相シフト型、又は様々な混成マスクタイプのものとすることができる。しかし、能動マスク、例えば、プログラマブルミラーアレイとして達成されるマスクもある。更に、プログラマブルＬＣＤアレイを能動マスクとして使用することができる。

【0006】

微細構造デバイスを製造するための技術が進歩すると、照明系に対しても絶えず高まる要求が存在する。理想的には、照明系は、マスク上の照明視野の各点を明確に定義された照度分布及び角度分布を有する投影光で照明する。角度分布という用語は、マスク平面内の特定の点に向けて収束する光束の合計光エネルギが、光束を構成する光線の様々な方向の間で如何に配分されるかを表している。

【0007】

マスク上に入射する投影光の角度分布は、通常、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適合される。例えば、比較的大きいサイズの特徴部は、小さいサイズの特徴部とは異なる角度分布を必要とする場合がある。最も一般的に使用される投影光角度分布は、従来照明設定、輪帯照明設定、二重極照明設定、及び四重極照明設定と呼ばれる。これらの用語は、照明系の系瞳平面内の照度分布を意味する。例えば、輪帯照明設定では、系瞳平面内の環状領域しか照明されない。この場合、投影光角度分布において小さい角度範囲しか存在せず、従って、全ての光線は、マスク上に類似の角度で傾斜して入射する。

【0008】

当業技術では、望ましい照明設定を得るために、マスク平面内の投影光角度分布を修正する異なる手段が公知である。最も単純な場合には、照明系の瞳平面に１つ又はそれよりも多くの開口を含む絞り（遮光器）が位置決めされる。瞳平面内の場所は、マスク平面のようなフーリエ関係にある視野平面内の角度に変換されるので、系瞳平面内の開口のサイズ、形状、及び場所は、マスク平面内の角度分布を決定する。しかし、照明設定のいずれの変更も絞りの入れ替えを必要とする。それによって僅かに異なるサイズ、形状、又は場所を有する開口を有する非常に多数の絞りを必要とすることになるので、最終的に照明設定を調節することが困難になる。更に、絞りの使用は、装置の収量を低下させる光失損を余儀なくもたらす。

【0009】

従って、多くの一般的な照明系は、瞳平面の照明を連続して少なくともある一定の程度まで変更することを可能にする調節可能要素を含む。最近、瞳平面を照明するミラーアレイを使用することが提案されている。

【0010】

ＥＰ １ ２６２ ８３６ Ａ１では、このミラーアレイは、１０００個よりも多い微小ミラーを含むマイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）として達成されている。これらのミラーの各々は、互いに対して垂直な２つの異なる平面内で傾斜させることができる。従って、そのようなミラーデバイス上に入射する放射線を（実質的に）あらゆる望ましい半球方向に反射することができる。ミラーアレイと瞳平面の間に配置されたコンデンサーレンズが、これらのミラーによって生成された反射角を瞳平面内の位置に変換する。この公知の照明系は、各々が１つの特定の微小ミラーに関連付けられ、このミラーを傾斜させることによって瞳平面にわたって自由に移動可能な複数の円形スポットで瞳平面を照明することを可能にする。

【0011】

類似の照明系は、ＵＳ ２００６／００８７６３４ Ａ１、ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２、及びＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２から公知である。

【0012】

ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１に開示されている照明系は、マスク平面内の角度的照度分布だけでなく、空間照度分布も決定するミラーアレイを用いている。この目的のために、ミラーは、光学インテグレーターの光入射ファセット上に異なる光パターンを生成することができる程に小さいスポットを生成する。これらの光入射ファセットは、マスク平面と光学的に共役であるので、光入射ファセット上に生成される特定の光パターンは、マスク平面に直接に結像される。照明系内での調節可能ブレードの必要性を排除するために、照明視野の幾何学形状を変更する機能を使用することができる。そのようなブレードは、スキャナ型の装置において、各走査サイクルの開始時点と終了時点に照明視野を走査方向に沿って拡大又は縮小するのに使用される。また、所定の時点で、滑らかな分布を有する空間照度分布を生成するために、異なる光入射ファセットを異なる光パターンで照明することかできることも説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】ＥＰ １ ２６２ ８３６ Ａ１

【特許文献2】ＵＳ ２００６／００８７６３４ Ａ１

【特許文献3】ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２

【特許文献4】ＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２

【特許文献5】ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１

【特許文献6】ＵＳ ２００９／０１１６０９３ Ａ１

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】Ｅ．Ｄｅｌａｎｏの論文「１次設計及びｙ，ｙ図（Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｙ，ｙ Ｄｉａｇｒａｍ）」、応用光学、１９６３年、第２巻第１２号、１２５１〜１２５６ページ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の目的は、照明視野の幾何学形状を変更することだけでなく、マスク平面での角度的光分布の異なる視野依存性を生成することも可能にする照明系を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明により、この目的は、瞳平面と、照明されるマスクを配置することができるマスク平面と、光学インテグレーターとを含む照明系によって達成される。光学インテグレーターは、瞳平面に位置する複数の２次光源を生成するように構成される。光学インテグレーターは、各々が、２次光源のうちの１つに関連付けられた複数の光入射ファセットを有する。更に、照明系は、反射性又は透過性のビーム偏向要素のビーム偏向アレイを含むビーム偏向デバイスを含む。各ビーム偏向要素は、ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置にスポットを光入射ファセット上で照明するように構成される。ビーム偏向要素によって照明されるスポットは、光入射ファセットのうちの少なくとも１つの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは、少なくとも１０倍、より好ましくは、少なくとも２０倍小さい合計面積を有する。本発明により、光入射ファセットのうちの少なくとも１つの上のスポットから組み立てられる光パターンが、マスク平面上の角度的照度分布の視野依存性を修正すべきであるという入力指令に応答して変更されるように、ビーム偏向要素を制御するように構成された制御ユニットが設けられる。

【0017】

一般的にそのような入力指令は、異なる特徴部パターンを含む新しいマスクが投影される場合、又は角度的照度分布の視野依存性の微調節を実施することにより、既存のマスクを用いて結像品質を改善しようと試みられる場合に、投影露光装置全体の作動を調整する全体系制御器によって出されることになる。

【0018】

本発明は、光入射ファセット上に異なる光パターンを生成する機能を異なる幾何学形状の照明視野を生成するのに使用するだけでなく、角度的照度分布の異なる視野依存性を生成するのに使用することができるという概念に基づいている。上述のＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１に説明されているように、角度的照度分布に対する効果を無視することができるように、異なる光パターンが生成される光入射ファセットを空間的に「混合」する代わりに、本発明は、同じく照明される光入射ファセットが望ましい照明設定に対応する構成で配置されるように、異なって照明される光入射ファセットを選択的に配置することを提案する。例えば、この構成は、同一部分が照明される光入射ファセットが、環状、いくつかの極、又は光軸を中心とする円盤の形態で配置されるようなものとすることができる。こうして、マスク上で異なる角度的照度分布を有するいくつかの部分を照明することができる。

【0019】

例えば、制御ユニットは、照明系によってマスク平面に照明される照明視野の第１の部分に第１の角度的照度分布が生成され、照明視野の第２の部分に第１の角度的照度分布とは異なる第２の角度的照度分布が生成されるようにビーム偏向要素を制御するように構成することができる。

【0020】

第１の部分は、第１の角度的照度分布が均一である２次元区域とすることができ、同じく第２の部分は、第２の角度的照度分布が均一である２次元区域とすることができる。

【0021】

角度的照度分布のそのような視野依存性は、異なって構造化される部分、例えば、中心部分及び周囲部分が、異なる照明設定を必要とするダイを生成するのにこれらの部分を感光面上に最適な結像品質を伴って結像される場合に有利とすることができる。

【0022】

２つの異なる角度的照度分布の間の移行が不連続（すなわち、階段状）であるように、第１の部分と第２の部分は重ならない場合がある。しかし、異なる角度的照度分布の間の（疑似）連続移行も、本発明による照明系を用いて容易に得ることができる。

【0023】

照明視野は、Ｘ方向に沿って長い寸法を有し、Ｘ方向に対して垂直であって投影露光装置の走査方向と平行なＹ方向に沿って短い寸法を有することができる。この場合、第１の部分は、第２の部分と共通の少なくとも１つのＹ座標を有することができるが、第２の部分と共通のＸ座標を有することができない。言い換えれば、これらの部分は、走査方向に対して垂直なＸ方向に沿って互いに隣に配置される。

【0024】

第１及び第２の角度的照度分布は、従来照明設定、角度照明設定、二重極照明設定、ｎ≧３であるｎ極照明設定の群から採用される照明設定に関連付けることができる。

【0025】

一実施形態において、照明系は、ビーム偏向デバイスと光学インテグレーターの間の光伝播経路に配置されて入射光を空間分解方式で透過又は反射するように構成された空間光変調器を含む。そのような光変調器は、マスクレベルで異なる角度的照度分布の間の非常に急な移行を提供することができるように、光入射ファセットの光パターンをより鮮明に定義するのに有利とすることができる。

【0026】

この目的のために、空間光変調器は、反射性又は透過性のビーム偏向要素の更に別のビーム偏向アレイを含むことができる。更に別のビーム偏向アレイの各ビーム偏向要素は、入射光を光学インテグレーターの向きに誘導する「オン」状態と、入射光をあらゆる他の場所に誘導する「オフ」状態とにすることができる場合がある。デジタル切り換え特性を有するそのようなビーム偏向アレイは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成することができ、数十万個又は更に数百万個の個別マイクロミラーを含むことができる。

【0027】

ビーム偏向アレイを含む空間光変調器が使用される場合には、照明系は、ビーム偏向アレイを光学インテグレーターの光入射ファセット上に結像する対物系を含むことができる。この場合、この対物系により、ビーム偏向要素の鮮明な縁部が、光学インテグレーターの光入射ファセット上に鮮明に結像される。

【0028】

制御ユニットは、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域を含む光パターンが少なくとも１つの光入射ファセット上に生成されるようにビーム偏向要素を制御するように構成することができる。異なる照明設定において瞳平面内で照明される区域が重なり、かつ異なる合計サイズを有する場合には、２つ又はそれよりも多くの異なる照明設定が同時に生成される場合に段階的照度分布を有するそのような光パターンが余儀なく発生する。

【0029】

一部の実施形態において、光学インテグレーターは、反射性又は回折性のマイクロレンズのアレイを含む。各マイクロ要素は、１つの光入射ファセットに関連付けられる。マイクロ要素は、例えば、マイクロレンズ又は回折光学要素として達成することができる。

【0030】

ビーム偏向デバイスのビーム偏向要素は、ある一定の角度をその間に形成する２つの傾斜軸によって傾斜させることができるミラーとして構成することができる。別の実施形態において、ビーム偏向要素は、電気光学要素又は音響光学要素である。

【0031】

上述した目的は、複数の光入射ファセットを有する光学インテグレーターと反射性又は透過性のビーム偏向要素のビーム偏向アレイとを含む照明系によっても達成される。各ビーム偏向要素は、ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で光学インテグレーター上のスポットを照明するように構成される。制御ユニットは、光入射ファセットのうちの少なくとも１つの上のスポットから組み立てられる光パターンが、マスク平面内の角度的照度分布の視野依存性を修正することになる出力指令に応答して変更されるように、ビーム偏向要素を制御するように構成される。

【0032】

本発明の第２の態様により、上述した目的は、瞳平面と、照明されるマスクを配置することができるマスク平面と、光学インテグレーターとを含む照明系によって本発明により達成される。光学インテグレーターは、瞳平面に位置する複数の２次光源を生成するように構成される。光学インテグレーターは、各々が２次光源のうちの１つに関連付けられた複数の光入射ファセットを有する。更に、照明系は、反射性又は透過性のビーム偏向要素のビーム偏向アレイを含むビーム偏向デバイスを含む。各ビーム偏向要素は、ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変更することによって可変である位置で光入射ファセット上のスポットを照明するように構成される。ビーム偏向要素によって照明されるスポットは、光入射ファセットのうちの少なくとも１つの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは、少なくとも１０倍、より好ましくは、少なくとも２０倍小さい合計面積を有する。本発明により、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域を含む光パターンが少なくとも１つの光入射ファセット上に生成されるようにビーム偏向要素を制御するように構成された制御ユニットが設けられる。

【0033】

オペレータが、照明視野の幾何学形状を変更することだけでなく、マスク平面において角度的光分布の異なる視野依存性を生成することも可能にするマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を作動させる方法を提供することも本発明の目的である。

【0034】

本発明によるとこの目的は、ａ）複数の光入射ファセットを有する光学インテグレーターを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を準備する段階と、ｂ）光学インテグレーターの光入射ファセット上に個々のスポットから組み立てられる光パターンを生成する段階と、ｃ）マスク平面内の角度的照度分布の視野依存性を変更すべきであることを決定する段階と、ｄ）光入射ファセット上の光パターンをスポットを再配列及び／又は除去及び／又は追加することによって変更する段階とを含む方法によって達成される。

【0035】

本発明による照明系に関して上記に行った陳述は、変更すべきは変更して本方法にも適用される。

【0036】

光パターンは、段階ｄ）において、照明系によってマスク平面に照明される照明視野の第１の部分に第１の角度的照度分布が生成されるように変更することができる。照明視野の第２の部分には、第１の角度的照度分布とは異なる第２の角度的照度分布が生成される。

【0037】

第１の部分は、第１の角度的照度分布が均一である２次元区域とすることができる。同じく第２の部分は、第２の角度的照度分布が均一である２次元区域とすることができる。

【0038】

照明視野は、Ｘ方向に沿って長い寸法を有し、Ｘ方向に対して垂直であって投影露光装置の走査方向と平行なＹ方向に沿って短い寸法を有することができる。第１の部分は、第２の部分と共通の少なくとも１つのＹ座標を有することができるが、第２の部分と共通のＸ座標を有することができない。

【0039】

段階ａ）において準備される照明系は、反射性又は透過性のビーム偏向要素のビーム偏向アレイを含むビーム偏向デバイスを含むことができる。

【0040】

この場合、光パターンは、ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変更することによって変更される。

【0041】

スポットは、光入射ファセットのうちのいずれの最大合計面積よりも少なくとも５倍、好ましくは、少なくとも１０倍、より好ましくは、少なくとも２０倍小さい合計面積を有することができる。

【0042】

光パターンは、段階ｄ）において、異なる非ゼロ照度を有する少なくとも２つの区域を含む光パターンが少なくとも１つの光入射ファセット上に生成されるように変更することができる。

【0043】

定義
本明細書では「光」という用語をあらゆる電磁放射線、特に、可視光、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＶＵＶ光、及びＥＵＶ光、並びにＸ線を表す上に使用する。

【0044】

本明細書では「光線」という用語を線によって表すことができる伝播経路を有する光を表す上に使用する。

【0045】

本明細書では「光束」という用語を視野平面に共通の起点を有する複数の光線を表す上に使用する。

【0046】

本明細書では「光ビーム」という用語を特定のレンズ又は別の光学要素を通過する光を表す上に使用する。

【0047】

本明細書では「位置」という用語を３次元空間内での物体の基準点の場所を表す上に使用する。通常は位置を３つの直交座標の組によって示している。従って、向き及び位置は、３次元空間内での物体の配置を完全に表している。

【0048】

本明細書では「面」という用語を３次元空間内でのあらゆる平面又は曲面を表す上に使用する。面は、物体の一部とすることができ、又は通常は視野又は瞳平面においてそうであるように物体とは完全に別々のものとすることができる。

【0049】

本明細書では「視野平面」という用語をマスク平面と光学的に共役な平面を表す上に使用する。

【0050】

本明細書では「瞳平面」という用語をマスク平面内の異なる点を通過する周辺光線が交わる平面を表す上に使用する。当業技術で通例であるように、瞳平面が数学的な意味では実際には平面ではなく、厳密な意味では瞳面と呼ぶべき場合であっても、「瞳平面」という用語を使用する。

【0051】

本明細書では「均一」という用語を位置に依存しない特性を表す上に使用する。

【0052】

本明細書では「光学ラスター要素」という用語を各光学ラスター要素が複数の隣接する光学チャンネルのうちの１つに関連付けられるように他の同一又は類似の光学ラスター要素と共に配置されたあらゆる光学要素、例えば、レンズ、プリズム、又は回折光学要素を表す上に使用する。

【0053】

本明細書では「光学インテグレーター」という用語をＮＡが開口数であり、ａが照明視野面積である時に積ＮＡ・ａを増大させる光学系を表す上に使用する。

【0054】

本明細書では「コンデンサー」という用語を２つの平面、例えば、視野平面と瞳平面の間にフーリエ関係を確立する（少なくとも近似的に）光学要素又は光学系を表す上に使用する。

【0055】

本明細書では「共役平面」という用語を結像関係がその間に確立される平面を表す上に使用する。共役平面の概念に関するより多くの情報は、「１次設計及びｙ，ｙ図（Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｙ，ｙ Ｄｉａｇｒａｍ）」という名称のＥ．Ｄｅｌａｎｏの論文、応用光学、１９６３年、第２巻第１２号、１２５１〜１２５６ページに説明されている。

【0056】

本明細書では「視野依存性」という用語を物理量の視野平面内の位置に対するあらゆる関数的依存性を表す上に使用する。

【0057】

本明細書では「空間照度分布」という用語を光が入射する実面又は虚面にわたって合計照度が如何に変化するかを表す上に使用する。通常、空間照度分布は、ｘ，ｙが面内の点の空間座標である時に、関数Ｉ_s（ｘ，ｙ）によって表すことができる。視野平面に適用された場合には、空間照度分布は、複数の光束によって生成される照度を必然的に積分する。

【0058】

本明細書では「角度的照度分布」という用語を光束の照度が光束を構成する光線の角度に依存して如何に変化するかを表す上に使用する。通常、角度的照度分布は、α、βが光線の方向を表す角度座標である時に、関数Ｉ_a（α，β）によって表すことができる。角度的照度分布が視野依存性を有する場合には、Ｉ_aは、視野座標の関数にもなり、すなわち、Ｉ_a＝Ｉ_a（α，β，ｘ，ｙ）である。

【0059】

本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面と併せて以下の詳細説明を参照することによってより容易に理解することができるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1】本発明の一実施形態による投影露光装置の略斜視図である。

【図2】図１に示す投影露光装置によって投影されるマスクの拡大斜視図である。

【図3】図１に示す装置の一部である照明系を通る子午断面図である。

【図4】図３に示す照明系内に含まれるミラーアレイの斜視図である。

【図5】図３に示す照明系内に含まれる光学ラスター要素の２つのアレイの斜視図である。

【図6】図３に示す照明系内に代替的に含めることができる光学ラスター要素のアレイ上の上面図である。

【図7】図６に示すアレイの線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。

【図8】ミラーアレイ、コンデンサー、及び光学ラスター要素のアレイのみを示す照明系の一部分を通る略子午断面図である。

【図9】光学ラスター要素の第１及び第２のマイクロレンズ並びにコンデンサーレンズを示す図３の拡大抜粋図である。

【図10】光学インテグレーターの光入射ファセット上の空間照度分布上の上面図である。

【図11】空間光変調器のミラーアレイ上に生成される照度分布上の上面図である。

【図12】図１１に示し、かつ光学インテグレーターの４つの隣接光入射ファセット上に生成される照度分布の像の図である。

【図13】重要な方法段階を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0061】

Ｉ．投影露光装置の一般的構成
図１は、本発明による投影露光装置１０の大幅に簡略化した斜視図である。装置１０は、投影光ビームを生成する照明系１２を含む。照明系１２は、図１に細線として略示す複数の小さい特徴部１９によって形成されたパターン１８を含むマスク１６上で視野１４を照明する。この実施形態において、照明視野１４は、環セグメントの形状を有する。しかし、他の形状、例えば、矩形の照明視野１４も考えられている。

【0062】

投影対物系２０は、照明視野１４内のパターンを基板２４によって支持された感光層２２、例えば、フォトレジスト上に結像する。シリコンウェーハによって形成することができる基板２４は、感光層２２の上面が投影対物系２０の像平面に厳密に位置するようにウェーハ台（図示せず）上に配置される。マスク１６は、投影対物系２０の物体平面内にマスク台（図示せず）を用いて位置決めされる。投影対物系２０は、｜β｜＜１である倍率βを有し、照明視野１４内のパターン１８の縮小像１８’が、感光層２２上に投影される。

【0063】

投影中に、マスク１６及び基板２４は、図１に示すＹ方向に対応する走査方向に沿って移動する。この場合、照明視野１４は、照明視野１４よりも大きいパターン形成領域を連続して結像することができるようにマスク１６にわたって走査される。基板２４の速度とマスク１６の速度の間の比は、投影対物系２０の倍率βに等しい。投影対物系２０が像を反転させる場合（｜β｜＜０）には、図１に矢印Ａ１とＡ２とに示すように、マスク１６と基板２４は反対方向に移動する。一方、本発明は、マスクの投影中にマスク１６及び基板２４が移動しないステッパツールに対して使用することができる。

【0064】

ＩＩ．多重照明設定
図２は、マスク１６の拡大斜視図である。このマスク上のパターン１８は、Ｙ方向に沿って互いに前後に配置された４つの等しいパターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄを含む。この実施形態において、各パターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄは、第１の部分１８１、第２の部分１８２、及び第３の部分１８３を含む。これらの部分１８１、１８２、１８３は、重ならないようにＸ方向に沿って互いに隣に配置される。これは、部分１８１、１８２、１８３が共通のＸ座標を持たないことを意味する。

【0065】

簡略化のために、第１の部分１８１及び第３の部分１８３は、各々、Ｘ方向に沿って延びる特徴部１９及びＹ方向に沿って延びる特徴部１９を含むと仮定する。第２の部分は、Ｙ方向に沿って延びる特徴部１９のみを含む。

【0066】

図２に示すマスク１６は、単一の走査サイクル中に４つの等しいダイが順次露光される製造段階に対して使用することができる。ダイは、４つのパターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄに対応する。各ダイ上には、第２の部分１８２に対応する中心構造と、第１及び第３の部分１８１、１８３に対応する周辺構造とが生成されることになる。パターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄが４つのダイにリソグラフィ転写されるような走査サイクルが完了すると、走査方向が反転されるか、又はマスク１６がいずれの照明も伴わずにその原位置に戻されるかのいずれかである。次に、別の組のダイを用いて更に別の走査サイクルが実施される。

【0067】

最高の品質が望ましい場合には、一般的に異なるパターンは、マスクレベルにおいて異なる角度的照度分布を必要とする。この実施形態において、第２の部分１８２に配置され、Ｙ方向に沿って延びる特徴部１９が、感光層２２上にＸ二重極照明設定を用いて最も適切に結像されると仮定する。図２では、第２の部分１８２のうちの１つの内部に位置する視野点に向けて収束する光束に関連付けられる瞳２６２を円で例示している。瞳２６２内では、Ｘ方向に沿って分離された２つの極２７が、光がこの視野点に向けて伝播する方向を表している。特徴部１９は、第２の部分１８２にわたって均一に配分されると仮定するので、第２の部分１８２内の各視野点において、このＸ二重極照明設定が生成されるはずである。

【0068】

ダイの周辺構造に関連付けられた第１及び第３の部分１８１、１８３は、Ｘ方向に沿って延びる特徴部１９と、更にＹ方向に沿って延びる特徴部１９とを含む。これらの特徴部１９では、輪帯照明設定が最良の像品質をもたらすと仮定する。図２は、第１及び第３の部分１８１及び１８３それぞれの内部にある視野点に向けて収束する光束に関連付けられた瞳２６１、２６３内で照明される２つの環状２８を示している。従って、第１及び第３の部分１８１、１８３内の各視野点において、この輪帯照明設定が生成されるはずである。

【0069】

これは、照明系１２が、照明視野１４の内部で２つの異なる照明設定を同時に横並びで生成することができなければならないことを意味する。

【0070】

より一般的な用語を用いて説明すると、照明系１２は、マスクレベルで角度的光分布の望ましい視野依存性を生成することができなければならない。これは、１つの視野依存性から別の視野依存性に変更する機能を含む。視野依存性Ｐは、角度的光分布が照明視野１４内の位置に如何に依存するかを表している。例えば、α、βが入射角を表し、照明視野１４内の直交座標ｘ，ｙにおける角度的光分布が、関数Ｉ_a（ａ，β，ｘ，ｙ）によって与えられる場合に、視野依存性は、ｘ，ｙにおけるテイラー展開の１組の展開係数ａ_ijによって（又はあらゆる他の適切な展開を用いて）表すことができる。

【0071】

図２に示すマスクの場合には、展開係数は、Ｙ方向に沿って延びて第２の部分１８２を第１及び第３の部分１８１、１８３から分離する分割線における急激な分布変化を表すことになる。

【0072】

ＩＩＩ．照明系の一般的構成
図３は、図１に示す照明系１２を通る子午断面図である。明瞭化の目的で、図３の図は大幅に簡略化したものであり、正確な縮尺のものではない。これは特に異なる光学ユニットを１つ又は非常に少数の光学要素だけによって表すことを意味する。実際にはこれらのユニットは、有意に多くのレンズ及び他の光学要素を含むことができる。

【0073】

照明系１２は、ハウジング２９と、図示の実施形態ではエキシマレーザとして達成される光源３０とを含む。光源３０は、約１９３ｎｍの波長を有する投影光を放出する。他のタイプの光源３０及び他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。

【0074】

図示の実施形態において、光源３０によって放出された投影光は、ビーム拡大ユニット３２に入射し、ビーム拡大ユニット３２は、拡大されてほぼ平行化された光束３４を出力する。この目的のために、ビーム拡大ユニット３２は、いくつかのレンズを含むことができ、又は例えばミラー配列として達成することができる。

【0075】

次に、投影光ビーム３４は、その後の平面に可変の空間照度分布を生成するのに使用される瞳定義ユニット３６に入射する。この目的のために、瞳定義ユニット３６は、アクチュエータを用いて２つの直交軸の回りに個々に傾斜させることができる非常に小さいミラー４０の第１のミラーアレイ３８を含む。図４は、光ビーム４２、４４が入射するミラー４０の傾斜角に基づいて、２つの平行光ビーム４２、４４が異なる方向に如何に反射されるかを示す第１のミラーアレイ３８の斜視図である。図３及び図４では、第１のミラーアレイ３８は６×６個のミラー４０のみを含むが、現実には、第１のミラーアレイ３８は、数百個又は更に数千個のミラー４０を含むことができる。

【0076】

更に、瞳定義ユニット３６は、両方共に照明系１２の光軸ＯＡに対して傾斜した第１の平面４８ａと第２の平面４８ｂとを有するプリズム４６を含む。これらの傾斜面４８ａ、４８ｂでは、入射光は、内部全反射によって反射される。第１の面４８ａは、入射光を第１のミラーアレイ３８のミラー４０に向けて反射し、第２の面４８ｂは、ミラー４０から反射された光をプリズム４６の射出面４９に向ける。この場合、第１のミラーアレイ３８のミラーを個々に傾斜させることにより、射出面４９から射出する光の角度的照度分布を変更することができる。瞳定義ユニット３８に関する更なる詳細は、ＵＳ ２００９／０１１６０９３ Ａ１から収集することができる。

【0077】

瞳定義ユニット３６によって生成される角度的照度分布は、第１のコンデンサー５０を用いて空間照度分布に変換される。他の実施形態では省くことができるコンデンサー５０は、入射光をデジタル空間光変調器５２の向きに誘導し、デジタル空間光変調器５２は、入射光を空間分解方式で反射するように構成される。この目的のために、デジタル空間光変調器５２は、拡大抜粋図Ｃにおいて最も明快に理解することができるマイクロミラー５６の第２のミラーアレイ５４を含む。しかし、第１のミラーアレイ３８のミラー４０とは対照的に、第２のミラーアレイ５４の各マイクロミラー５６は、入射光を第１の対物系５８を通じて光学インテグレーター６０の向きに誘導する作動状態、すなわち、「オン」状態と、入射を光吸収面６２の向きに誘導する「オフ」状態という２つの安定作動状態のみを有する。

【0078】

第２のミラーアレイ５４は、例えば、ビーマーにおいて一般的に使用されるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成することができる。そのようなデバイスは、２つの作動状態の間で毎秒何千回も切り換えることができる数百万個にも上るマイクロミラーを含むことができる。

【0079】

瞳定義ユニット３６と同様に、空間光変調器５２は、光軸ＯＡと垂直に配置された入射面６５と、両方共に照明系１２の光軸ＯＡに対して傾斜した第１の平面６６ａ及び第２の平面６６ｂとを有するプリズム６４を更に含む。これらの傾斜面６６ａ、６６ｂでは、入射光は、内部全反射によって反射される。第１の面６６ａは、入射光を第２のミラーアレイ５４のマイクロミラー５６に向けて反射し、第２の面６６ｂは、マイクロミラー５６から反射された光をプリズム６４の射出面６８の向きに誘導する。

【0080】

第２のミラーアレイ５４の全てのマイクロミラー５６が「オン」状態にある場合には、第２のミラーアレイ５４は、実質的に平面ビーム折り返しミラーの効果を有する。しかし、１つ又はそれよりも多くのマイクロミラー５６が「オフ」状態に切り換えられた場合には、射出面６８から射出する光の空間照度分布は修正される。これを図１１及び図１２を参照して以下により詳細に説明する光学インテグレーター６０上に生成される空間照度分布を切除するための方式に使用することができる。

【0081】

既に上述したように、プリズム６４の射出面６８から射出する光は、第１の対物系５８を通過して光学インテグレーター６０上に入射する。第１の対物系５８を通過する光はほぼ平行化されるので、第１の対物系５８は、非常に低い開口数（例えば、０．０１又は更にそれ以下）を有することができ、従って、少数の小さい球面レンズを用いて達成することができる。第１の対物系５８は、第２のミラーアレイ５４を光学インテグレーター６０上に結像する。

【0082】

光学インテグレーター６０は、この実施形態において、光学ラスター要素７４の第１のアレイ７０と第２のアレイ７２とを含む。図５は、２つのアレイ７０、７２の斜視図である。各アレイ７０、７２は、Ｘ方向及びＹ方向それぞれに沿って延びる１組の円柱レンズを支持板の各側に含む。２つの円柱レンズが交差する空間領域は、光学ラスター要素７４を形成する。従って、各光学ラスター要素７４は、円柱曲面を有するマイクロレンズと見なすことができる。円柱レンズの使用は、特に、光学ラスター要素７４の屈折力がＸ方向とＹ方向に沿って異なる必要がある場合に有利である。

【0083】

図６及び図７は、別の実施形態による光学ラスター要素７４’の第１のアレイ７０’を上面図及び線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図それぞれに示している。この場合、光学ラスター要素７４’は、矩形プロフィールを有する平凸レンズによって形成される。第２のアレイは、光学ラスター要素７４’の凸面の曲率に関してのみ第１のアレイ７０’と異なる。

【0084】

図３を再度参照すると、第１及び第２のアレイ７０、７２それぞれの光学ラスター要素７４は、第１のアレイ７０の１つの光学ラスター要素７４が第２のアレイ７２の１つの光学ラスター要素７４と１対１の対応で関連付けられるように互いに前後に配置される。互いに関連付けられた２つの光学ラスター要素７４は、共通軸に沿って整列し、光学チャンネルを定義する。光学インテグレーター６０の内部では、１つの光学チャンネル内を伝播する光ビームは、他の光学チャンネル内を伝播する光ビームと交差又は重ならない。言い換えれば、光学ラスター要素７４に関連付けられた光学チャンネルは、互いから光学的に分離される。

【0085】

この実施形態において、照明系１２の瞳平面７６は、第２のアレイ７２の背後に位置するが、その前に同じく配置することができる。第２のコンデンサー７８は、瞳平面７６と調節可能視野絞り８２が配置される視野絞り平面８０との間にフーリエ関係を確立する。

【0086】

視野絞り平面８０は、光学インテグレーター６０の第１のアレイ７０の内部又はその直近に位置するラスター視野平面８４と光学的に共役である。これは、ラスター視野平面８４内の光学チャンネルの内部の各区域が、第２のアレイ７２の関係する光学ラスター要素７４及び第２のコンデンサー７８によって視野絞り平面８０全体の上に結像されることを意味する。光学チャンネルの内部の照明区域の像は、視野絞り平面８０内で重ね合わされ、それによって非常に均一な照明がもたらされる。多くの場合に、この過程は、視野絞り平面８０を共通して照明する２次光源を有する光学チャンネル内の照明区域を識別することによって説明される。

【0087】

視野絞り平面８０は、第２の対物系８６により、マスク１６がマスク台（図示せず）を用いて配置されたマスク平面８８上に結像される。調節可能視野絞り８２も同じくマスク平面８８上に結像され、調節可能視野絞り８２は、少なくとも、走査方向Ｙに沿って延びる照明視野１４の短い側辺を定義する。

【0088】

瞳定義ユニット３６及び空間光変調器５２は、制御ユニット９０に接続され、更に制御ユニット９０は、パーソナルコンピュータとして示す全体系制御器９２に接続される。制御ユニット９０は、マスク平面８８内の角度的照度分布の望ましい視野依存性が得られるように、瞳定義ユニット３６のミラー４０及び空間光変調器５２のマイクロミラー５６を制御するように構成される。

【0089】

以下では、図８から図１３を参照して上述の制御が如何に達成されるかを説明する。

【0090】

ＩＩＩ．照明系の機能及び制御
１．スポット形成
図８は、第１のミラーアレイ３８と、コンデンサー５０と、光学インテグレーター６０の第１のアレイ７０の光学ラスター要素７４のうちの一部とを示す図３からの略抜粋図である。この実施形態において、光学ラスター要素７４を矩形の境界を有する回転対称両凸レンズとして例示している。

【0091】

第１のミラーアレイ３８の各ミラー４０は、直径Ｄの小スポット９８を光学ラスター要素７４のうちの１つの光入射ファセット１００上に照明する光ビームを生成する。スポット９８の位置は、ミラー４０を傾斜させることによって変更することができる。スポット９８の幾何学形状は、取りわけ、第１のミラーアレイ３８のミラー４０の光学特性に依存する。投影光がミラー４０の間の間隙内に吸収されることを回避する付加的なマイクロレンズアレイがビーム拡大ユニット３２の間に存在する場合には、そのようなマイクロレンズアレイも、スポット９８の幾何学形状に影響を有することになる。一部の実施形態において、スポット９８の幾何学形状は円形であり、他の実施形態において、この幾何学形状は、ほぼ矩形、特に正方形とすることができる。

【0092】

図８で分るように、スポット９８の直径Ｄは、照明される光学ラスター要素７４の光入射ファセット１００の直径よりも小さい。一般的に、光学ラスター要素７４の光入射ファセット１００上に照明される各スポット９８の合計面積は、それぞれの光入射ファセット１００の面積よりも大幅に、例えば、少なくとも５倍、好ましくは、少なくとも１０倍、より好ましくは、少なくとも２０倍小さくなければならない。光入射ファセット１００が異なる面積を有し、各スポット９８をこれらのファセットのうちのいずれの上にも生成することができる場合には、光入射ファセット１００の最大面積を基準として使用することができる。

【0093】

スポット９８が、光学ラスター要素７４の光入射ファセット１００と比較して十分に小さい場合には、光入射ファセット１００上に異なる光パターンを生成することができる。これらの光パターンは、制御ユニット９０を用いてミラー要素４０を適切に制御することによって容易に変更することができる。

【0094】

２．光パターン変動の効果
光入射ファセット１００は、ラスター視野平面８４内に位置するので、これらのパターンは、第２のアレイ７２の光学ラスター要素７４及び第２のコンデンサー７８を通じて中間視野平面８０上に結像される。

【0095】

次に、この結像を光学インテグレーター６０の一部分と、第２のコンデンサー７８と、中間視野平面８０とを示す図３の縮尺不正確な拡大抜粋図である図９を参照して以下に説明する。簡略化の目的で、図９には光学インテグレーター６０の光学ラスター要素７４の２対しか示していない。単一の光学チャンネルに関連付けられた２つの光学ラスター要素７４を以下では第１のマイクロレンズ１０１及び第２のマイクロレンズ１０２と呼ぶ。時に視野ハニカムレンズ及び瞳ハニカムレンズとも呼ぶマイクロレンズ１０１、１０２は、上述したように、例えば、回転対称屈折面及び矩形境界線を有する個別マイクロレンズとして、又は図５に示すような交差円柱マイクロレンズとして構成することができる。マイクロレンズ１０１、１０２は、照明系１２の光軸ＯＡに対して垂直な少なくとも１つの方向に沿って非ゼロ屈折力を有することだけが必要である。

【0096】

特定の光学チャンネルに関連付けられたマイクロレンズ１０１、１０２の各対は、瞳平面７６内に２次光源１０６を生成する。図９の上側半分では、実線、点線、及び破線それぞれで示す収束光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、及びＬ３ａが、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット１００の異なる点上に入射すると仮定する。２つのマイクロレンズ１０１、１０２及びコンデンサー７８を通過した後に、各光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、及びＬ３ａは、焦点Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３それぞれに収束する。従って、図９の上側半分から光線が光入射ファセット１００上に入射する位置と、これらの光線が中間視野平面８０（又はあらゆる他の共役視野平面）を通過する位置とは、光学的に共役であることが明らかになる。

【0097】

図９の下側半分は、平行化された光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂが、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット１００の異なる領域上に入射する場合を示している。光学インテグレーター６０上に入射する光は、通常は殆ど実質的に平行化されるので、この方が現実的な場合である。光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂは、第２のマイクロレンズ１０２内に位置する共通焦点内に集束され、次に、今度は再度平行化されて中間視野平面８０を通過する。上述の場合のように、光学共役性の結果として、光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂが光入射ファセット１００上に入射する領域は、中間視野平面８０内で照明される領域に対応する。

【0098】

従って、中間視野平面８０内で照明される視野（従って、マスク平面８８内で照明される視野１４）の寸法は、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット１００上で照明される領域を変更することによって変更することができる。この領域のサイズ及び幾何学形状は、図８を参照して上述したように、瞳定義ユニット３６の第１のミラーアレイ３８を用いてスポット９８を組み立て直すことによって非常に効率的に変更することができる。

【0099】

当然ながらこれらの考察は、Ｘ方向とＹ方向で別々に適用される。従って、光入射ファセット１００の照明をＸ方向及びＹ方向それぞれに別々に変更することにより、照明視野１４の幾何学形状をＸ方向とＹ方向で独立して変更することができる。言い換えれば、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット１００上で照明される領域が適切に決定される場合には、中間視野平面８０内で照明される視野のほぼあらゆる任意幾何学形状を得ることができる。

【0100】

例えば、１つの第１のマイクロレンズ１０１が図９の下側半分に示すように光束Ｌ１ｂで照明され、別の第１のマイクロレンズ１０１が光束Ｌ２ｂで照明される場合には、これらの２つの異なる第１のマイクロレンズ１０１に関連付けられた２次光源は、中間視野平面８０内の異なる部分を照明することになる。しかし、この点に関して極めて重要な点は、２つの異なる第１のマイクロレンズ１０１を異なる位置において位置付けることができ、その結果、関連付けられた２次光源は、中間視野平面８０を異なる方向から照明する点である。言い換えれば、この場合、中間視野平面８０内の異なる部分が、異なる角度的光分布で照明されることになる。

【0101】

図１０は、光学インテグレーター６０の複数の第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット１００上の例示的な上面図である。光入射ファセット１００のうちの一部は、瞳定義ユニット３６を用いて第１の光パターン１０８で照明される。各光パターン１０８は、Ｙ方向に沿って延びて照明されない区域１１２によって互いから分離された側方ストライプ１１０を含む。第１の光パターン１０８で照明される光入射ファセット１００は、近似的に環状を形成するように、光学インテグレーター６０の入射面にわたって配置される。

【0102】

他の光入射ファセット１００は、同じくＹ方向に沿って延びる中心照明ストライプ１１６のみを含む第２の光パターン１１４で照明される。第２の光パターン１１４の中心ストライプ１１６における照度は、第１の光パターン１０８の側方ストライプ１１０における照度の３倍大きい。第２の光パターン１１４で照明される光入射ファセット１００は、Ｘ方向に沿って分離された２つのほぼ円形の極Ｐ１、Ｐ２を形成するように配置される。

【0103】

少数の光入射ファセット１００は、第１の光パターン１０８と第２の光パターン１１４との重ね合わせである第３の光パターン１１８で照明される。従って、これらの光入射ファセット１００は、段階的照度分布によってではあるが、完全に照明される唯一のものである。

【0104】

第１の光パターン１０８又は第３の光パターン１１８で照明される光入射ファセット１００を有する第１のマイクロレンズ１０１は、中間視野平面８０内、従って、マスク平面８８内で第１の光パターン１０８の側方ストライプ１１０と同じ主幾何学形状を有する２つの部分を共通に照明する。これらの光入射ファセット１００は、光学インテグレーター６０の入射側に環状の形状で配置されるので、これらの光入射ファセット１００に関連付けられた２次光源は、輪帯照明設定の特性と同様に、これらの部分（のみ）を傾斜して照明する。その結果、マスク１６上の第１及び第３の部分１８１、１８３は、図２に示すように、環状角度的光分布で照明される。

【0105】

第２及び第３の光パターン１０８、１１８で照明される光入射ファセット１００は、照明視野１４内の中心ストライプの照明に寄与する。このストライプは、図２に示すパターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄの第２の部分１８２と同じ幅を有する。これらの光入射ファセット１００は、光学インテグレーター６０の入射側で２つの極Ｐ１、Ｐ２を形成するように配置されるので、照明視野１４内の中心ストライプは、図２に示すように、Ｘ二重極照明設定で照明される。

【0106】

従って、照明視野１４の異なる部分において２つの異なる照明設定を同時に生成することができる。

【0107】

第２の光パターン１１４の中心ストライプ１１６の照度は、第１の光パターン１０８の側方ストライプ１１０の照度の３倍大きいので、第１及び第３の部分１８１、１８３は、第２の部分１８２と同じ照度で照明される。これは、全ての側方ストライプ１１０によって覆われる合計面積が、中心ストライプ１１６によって覆われる合計面積の３倍大きいことに起因する。

【0108】

制御ユニット９０を用いて光学インテグレーター６０の光入射ファセット１００上のスポット９８を適切に再配置することにより、マスク平面８８内に角度的光分布のほぼあらゆる任意の視野依存性を生成することができる。

【0109】

３．空間光変調器の機能
以下では、図１１及び図１２を参照して空間光変調器５２の機能を説明する。

【0110】

図２に示すパターン区域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び１８ｄの各部分１８１、１８２、１８３が重なり合わず、鮮明な分割線において互いに接する場合には、分割線の近くでの結像品質の劣化を回避するために、角度的光分布は、非常に短い距離にわたって突然変化することが必要である場合がある。これは、光学インテグレーター６０の光入射ファセット１００上に生成される第１、第２、及び第３の光パターン１０８、１１４、及び１１８が非常に鮮明な内側境界線と外側境界線とを有することを意味する。数学的には、この場合、光パターン１０８、１１４、及び１１８を定義する照度分布は、階段関数に非常に緊密に対応すべきである。そうでなければ、マスク１６上の点が２つ又はそれよりも多くの異なる角度的照度分布の組合せで照明される広範囲にわたる移行域が存在することになる。

【0111】

図８を参照して上述したように、光パターン１０８、１１４、及び１１８は、小スポット９８から瞳定義ユニット３６を用いて組み立てられる。スポット９８の直径Ｄが非常に小さく、例えば、２５μｍと１００μｍの間の範囲にある場合には、光パターン１０８、１１４、１１８の鮮明な内側境界線と外側境界線とを得ることができる。これを提供する１つの手法は、瞳定義ユニット３６内での極めて小さいミラー４０の使用である。しかし、現時点では、そのように小さいミラー４０を含む第１のミラーアレイ３８を製造し、確実に作動させるのを困難にしているいくつかの技術制約条件が存在する。有意に大きいミラー４０では、回折が、第１のコンデンサー５０の焦点距離及びミラー４０のサイズの一般的な値において数百マイクロメートルの範囲のスポット９８の直径Ｄをもたらすことになる。この直径Ｄは、光パターン１０８、１１４、１１８の望ましい鮮明な内側境界線と外側境界線とを生成するには大き過ぎる場合がある。

【0112】

任意的な空間光変調器５２は、この問題を解決することを可能にする。瞳定義ユニット３６は、第１のコンデンサー５０と共に、照度分布を光学インテグレーター６０の入射側に直接ではなく、空間光変調器５２の第２のミラーアレイ４４上に生成する。上述したように、第２のミラーアレイ５４のマイクロミラー５６の個数は、第１のミラーアレイ３８のミラー４０の個数よりも有意に大きい。更に、図３の抜粋図Ｃに示すように、マイクロミラー５６は、「オン」状態と「オフ」状態との間で切り換えを行うことしかできない。従って、回折に起因して不明瞭な境界線を有する光パターンは、望ましくない光が入射するマイクロミラー５６を「オフ」状態に単純に切り換えることによって「鮮明化」又は切除することができる。

【0113】

これを第２のミラーアレイ５４の一部分上の上面図である図１１に例示している。白円９８は、瞳定義ユニット３６によって生成され、その個々のミラー４０に関連付けられたスポットを示している。密にハッチングされたスポット９８’は、２つのスポット９８を互いに上下に重ね合わせた結果であり、最も密にハッチングされたスポット９８’’は、５つのスポット９８を互いに上下に重ね合わせた結果である。

【0114】

図１１では、スポット９８、９８’、９８’’の有意なサイズに起因して、照明区域と非照明区域の間の境界線にフリンジが発生することを見ることができる。第２のミラーアレイ５４のマイクロミラー５６は、対物系５８により、光学インテグレーター６０の光入射ファセット１００が配置されるラスター視野平面８４上に結像されるので、全てのマイクロミラー５６が「オン」状態にあった場合には、光入射ファセット１００上で同じくそのようなフリンジ付きの照度分布が観察されることになる。例示目的で、図１１では、破線１００’は、第１の対物系５８により、光学インテグレーター６０の図１０に１２０に示す４つの隣接光入射ファセット上に結像されることになる。

【0115】

図１２は、望ましくないフリンジによって照明される部分内に位置するマイクロミラー５６が「オフ」状態に切り換えられた場合の光学インテグレーター６０のこれらの４つの光入射ファセット１００上の上面図である。図１２には、全ての（非照明のものも加えた）マイクロミラー５６の像を破線５６’に示している。第２のミラーアレイ５４のマイクロミラー５６は鮮明な縁部を有するので、光学インテグレーター６０上の照度分布は切除され、従って、望ましくないフリンジが除去される。

【0116】

図１２の左上コーナに位置する光入射ファセット１００上には、第１及び第２のミラーアレイ３８、５４を用いて第１の光パターン１０８が生成される。第２の光パターン１１４は、図１２の右手側の２つの光入射ファセット１００上に生成される。この実施形態において、中心ストライプ１１６内の照度分布が均一ではないことを見ることができる。この不均一性は、この中心ストライプ内の合計照度が、第１の光パターン１０８の側方ストライプ１１０内の照度の３倍である必要があることによるものである。しかし、厳密には、これは、走査積分照度（時に合計光照射量とも呼ぶ）に対してのみ真である。従って、中心ストライプ１１６内で３つのスポット９８を互いに上下に重ねる代わりに、走査積分の後に望ましい積分照度をもたらす２つの重ね合わせスポット９８’と５つの重ね合わせスポット９８’’との組合せが存在する。

【0117】

左下コーナに位置する光入射ファセット１００に対しても類似の手法を採用した。この場合、第３の光パターン１１８が生成されることになる。中心ストライプ１１６は、第２の光パターン１１４の中心ストライプ１１６を生成するのに使用されるのと同じスポット配列から構成される。しかし、側方ストライプ１１０は、第１の光パターン１０８と比較して異なる手法から構成される。より具体的には、各側方ストライプ１１０は、鮮明な境界線によって中心ストライプ１１６に対する境界が定められた非照明部分を含む。この「消失」照度は、残りの部分に追加される。それによって走査積分の後に、中心ストライプ１１６内の合計照度は、側方ストライプ１１０内の照度の３倍大きいが、それにも関わらず、中心ストライプ１１６と２つの側方ストライプ１１０の間に鮮明な照度段階が存在することが保証される。

【0118】

ＩＶ．重要な方法段階
次に、本発明の重要な方法段階を図１３に示す流れ図を参照して要約する。

【0119】

第１の段階Ｓ１では、照明系１２が準備される。

【0120】

第２の段階Ｓ２では、光学インテグレーター６０の光入射ファセット１００上の光パターンが、瞳定義ユニット３６を用いて生成される。所定の時点で異なる光パターンが異なる光入射ファセット１００上に生成される場合には、照明視野内の角度的照度分布は不均一になる。言い換えれば、マスク平面内の角度的照度分布の視野依存性が存在する。

【0121】

第３の段階Ｓ３では、マスク平面内の角度的照度分布の新しい視野依存性が決定される。通常、この段階Ｓ３は、異なるパターン１８を含む新しいマスク１６を感光面２２上に投影すべきである場合に実施される。視野依存性を変更する別の理由は、投影対物系２０の結像品質を改善しようと試みることである場合がある。

【0122】

第４の段階Ｓ４では、段階Ｓ３で決定されたマスク平面内の角度的照度分布の新しい視野依存性が得られるように、光学インテグレーター６０の光入射ファセット１００上の光パターンが変更される。

【符号の説明】

【0123】

１２ 照明系
１４ 照明視野
１６ マスク
３０ 光源
３６ ビーム偏向デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11-12】

【図13】