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特許6114952リソグラフィによって感光性表面にパターンを転写する方法およびマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム
(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】6114952
(24)【登録日】2017年3月31日
(45)【発行日】2017年4月19日
(54)【発明の名称】リソグラフィによって感光性表面にパターンを転写する方法およびマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20170410BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20170410BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 521
G02B5/18
【請求項の数】3
【全頁数】50
(21)【出願番号】特願2015-553012(P2015-553012)
(86)(22)【出願日】2013年1月17日
(65)【公表番号】特表2016-505167(P2016-505167A)
(43)【公表日】2016年2月18日
(86)【国際出願番号】EP2013000118
(87)【国際公開番号】WO2014111098
(87)【国際公開日】20140724
【審査請求日】2015年7月17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】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(72)【発明者】
【氏名】シュレゼナー フランク
(72)【発明者】
【氏名】ゼンガー インゴ
(72)【発明者】
【氏名】ディットマン オラフ
(72)【発明者】
【氏名】ゲーネルマイアー アクセル
(72)【発明者】
【氏名】パツィディス アレクサンドラ
(72)【発明者】
【氏名】シッケタンツ トーマス
(72)【発明者】
【氏名】パトラ ミヒャエル
(72)【発明者】
【氏名】デギュンター マルクス
【審査官】
松岡 智也
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０５−２２６２２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−１１１６０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２８７７６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５３３７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００８／００１５９３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／０２８１５８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４、９／００−９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多重露光プロセスで、リソグラフィによって感光性表面（２２）にパターン（１８）を転写する方法であって、
ａ）第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）および第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を備えたマスク（１６、２１６、３１６）を提供するステップと、
ｂ）前記マスク上に投影光を導き、それにより前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像である第１の露光パターン領域（３０１、２３０１、３３０１）、および前記第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）の画像である第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）を前記感光性表面に生成するステップと、
ｃ）前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像が前記第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）の上に重畳されるよう、同じマスク（１６、２１６、３１６）を使用してステップｂ）を繰り返すステップと
を含み、前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）を照明する前記投影光は第１の角光分布を有し、また、前記第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を照明する前記投影光は、前記第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有し、
前記投影光が、ステップｂ）の間、前記第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および前記第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上に同時に導かれ、
前記マスク（１６、３１６）が、被照明フィールド（１４）が前記第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および前記第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、スキャン方向（Ｙ）に沿って移動し、また、前記第１のマスクパターン領域および前記第２のマスクパターン領域が、前記スキャン方向および前記マスク（１６、３１６）上の法線の両方に対して直交する交差スキャン方向（Ｘ）に沿って隣り合わせで配置される方法。
ａ）第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）および第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を備えたマスク（１６、２１６、３１６）を提供するステップと、
ｂ）前記マスク上に投影光を導き、それにより前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像である第１の露光パターン領域（３０１、２３０１、３３０１）、および前記第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）の画像である第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）を前記感光性表面に生成するステップと、
ｃ）前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像が前記第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）の上に重畳されるよう、同じマスク（１６、２１６、３１６）を使用してステップｂ）を繰り返すステップと
を含み、前記第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）を照明する前記投影光は第１の角光分布を有し、また、前記第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を照明する前記投影光は、前記第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有し、
前記投影光が、ステップｂ）の間、前記第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および前記第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上に同時に導かれ、
前記マスク（１６、３１６）が、被照明フィールド（１４）が前記第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および前記第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、スキャン方向（Ｙ）に沿って移動し、また、前記第１のマスクパターン領域および前記第２のマスクパターン領域が、前記スキャン方向および前記マスク（１６、３１６）上の法線の両方に対して直交する交差スキャン方向（Ｘ）に沿って隣り合わせで配置される方法。
【請求項2】
ステップｂ）の間、前記第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）の画像のみが前記第２の露光パターン領域（３０２、３３０２）の上に重畳される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記感光性表面（２２）が、ステップｂ）とステップｃ）の間に、前記交差スキャン方向（Ｘ）に沿って変位される、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般にマイクロリソグラフィ露光装置に関し、詳細にはリソグラフィによって感光性表面にパターンを転写する方法およびこのような装置の照明システムに関する。
【背景技術】
【0002】
マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィまたは単純にリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイおよび他の微細構造デバイスを製造するための技術である。マイクロリソグラフィのプロセスは、エッチングのプロセスと共に、基板、例えばシリコンウェーハ上に形成された薄膜スタック中にフィーチャをパターン形成するために使用される。製造の各層において、最初に、遠紫外（ＤＵＶ：Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光などの放射線に感応性のある材料であるフォトレジストでウェーハがコーティングされる。次に、その上にフォトレジストを有するウェーハが投影露光装置内で投影光に曝露される。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投影し、したがってフォトレジストは、マスクパターンによって決定される特定の位置においてのみ露光される。露光が終了すると、フォトレジストが現像され、マスクパターンに対応する画像が生成される。次に、エッチングプロセスによってウェーハ上の薄膜スタック中にパターンが転写される。最後にフォトレジストが除去される。異なるマスクを使用してこのプロセスが繰り返され、それにより多層微細構造コンポーネントが得られる。
【0003】
投影露光装置は、通常、マスクを照明するための照明システム、マスクを位置合わせするためのマスクステージ、投影対物レンズ、およびフォトレジストがコーティングされたウェーハを位置合わせするためのウェーハアライメントステージを含む。照明システムは、例えば矩形または湾曲したスリットの形を有することができるマスク上のフィールドを照明する。現在の投影露光装置では、２つの異なるタイプの装置を区別することができる。１つのタイプでは、マスクパターン全体を１回でターゲット部分に露光することによってウェーハ上の各ターゲット部分が照射される。このような装置は、一般にウェーハステッパと呼ばれている。一般にステップアンドスキャン装置またはスキャナと呼ばれている他のタイプの装置では、マスクパターンを投影ビームの下でスキャン方向に沿って連続的にスキャンし、その一方でそれに同期して基板をこの方向に平行または反平行に移動させることによって各ターゲット部分が照射される。ウェーハの速度とマスクの速度の比率は、投影対物レンズの倍率に等しく、通常は１より小さく、例えば１：４である。
【0004】
「マスク」（またはレチクル）という用語は、パターニング手段として広義に解釈すべきことを理解されたい。広く使用されているマスクは、透過型パターンまたは反射型パターンを含み、また、例えばバイナリ、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフト、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトのマスクであっても、あるいは様々なハイブリッドマスクタイプであってもよい。しかしながら、能動マスク、例えばプログラマブルミラーアレイとして実現されるマスクもまた存在する。また、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も可能である。微細構造デバイスを製造するための技術の進歩に伴い、照明システムに対する要求もこれまでになく増加している。理想的には、照明システムは、明瞭な放射照度および角分布を有する投影光でマスク上の被照明フィールドの各点を照明する。角分布という用語は、マスク平面内の特定の点に向かって収束する光束の総光エネルギーが、その光束を構成している光線の様々な方向の間でいかに分布するかを記述している。
マスクに入射する投影光の角分布は、通常、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に合わせて適合される。例えば比較的サイズが大きいフィーチャには、サイズが小さいフィーチャとは異なる角分布が必要となり得る。投影光の最も広く使用されている角分布は、慣用環状双極子照明設定および四極子照明設定と呼ばれる。これらの用語は、照明システムのひとみ平面内における放射照度分布を意味する。環状照明設定の場合、例えば環状領域のみがひとみ平面内で照明される。したがって微小範囲の角度のみが投影光の角分布中に存在し、したがってすべての光線が同じような角度でマスクに斜めに入射する。
【0005】
フォトレジスト上に結像すべきマスクパターンが、構造配向、密度および／またはピッチに関して極めて異なっているように見える部分を含む場合、通常、最適画像品質ですべてのマスクパターン領域を結像するのに完全に適した特定の角光分布は存在しない。例えばＸ方向に沿って延びるフィーチャを含む第１のマスクパターン領域、および直交するＹ方向に延びるフィーチャを含む第２のマスクパターン領域が存在する場合、四極子照明設定またはＣカッド（Ｃ−ｑｕａｄ）照明設定は、次善の同じ画像品質ですべてのフィーチャを結像する。これは、各フィーチャの画像形成に寄与しているのは２つの極のみであり、他の２つの極が寄与しているのは背景照明であることによるものであり、コントラストを低下させる。理想的には、Ｘ方向に沿って延びるフィーチャは、Ｙ双極子照明設定を使用して排他的に照明されることになり、また、Ｙ方向に沿って延びるフィーチャは、Ｘ双極子照明設定を使用して照明されることになる。
【0006】
このような改良された照明、したがって改良された結像は、パターンが１回の露光でではなく、異なるフォトマスクを使用して２回（または３回以上）の個別の露光で感光性表面に転写される場合に達成することができる。第１のマスクは、Ｘ方向に沿って延びるすべてのフィーチャを含み、Ｙ双極子照明設定を使用して照明される。第２のマスクは、Ｙ方向に沿って延びるフィーチャを含み、Ｘ双極子照明設定を使用して、後続の露光で照明される。複雑なパターンの結像を２つの個別の露光の間で分散するこの手法は、一般に「二重露光」と呼ばれる。この手法が３つ以上の後続の露光に拡張されると、それは多重露光と呼ばれる。マスクは速やかに交換することができるため、照明システムも、角光分布をマスクレベルでやはり速やかに変更することができなければならない。
【0007】
当分野では、マスク平面における投影光の角分布を修正し、それにより所望の照明設定を達成するための異なる手段が知られている。最も単純なケースでは、１つまたは複数の開口を備えた絞り（ダイヤフラム）が照明システムのひとみ平面内に配置される。ひとみ平面内の位置は、マスク平面などのフーリエ関連フィールド平面内の角度に変換するため、ひとみ平面内の開口のサイズ、形状および位置は、マスク平面レベルにおける角光分布を決定する。しかしながら照明設定を任意に変更するためには絞りの交換が必要である。絞りの交換には、サイズ、形状または位置がわずかに異なる開口を有する極めて多数の絞りが必要になるため、これは照明設定の微調整を困難にしている。さらに、絞りを不可避的に使用することによって光が損なわれ、装置のスループットを低下させる。
【0008】
したがって広く使用されている多くの照明システムは、ひとみ平面の照明を少なくともある程度まで連続的に変化させることができる調整可能な要素を備える。最も一般的な手法は、ひとみ平面内の放射照度分布を画定する回折型光学素子を使用することである。回折型光学素子は、ほとんどすべての任意のファーフィールド放射照度分布を生成することができるように製造することができる。このような回折型光学素子は、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）としてしばしば実現される。ひとみ平面内の放射照度分布を変更することができるようにするために、複数の異なる回折型光学素子を交換ホルダ内に収納することができ、したがってこれらの回折型光学素子のうちの１つを投影光の光路中に速やかに挿入することができる。このような交換ホルダは、例えば回転軸周りで回転させることができる線形交換ホルダであっても、あるいはタレットホルダであってもよい。
回折型光学素子によって画定されるひとみ平面内の放射照度分布は、補足的に、ズーム光学系および一対のアキシコン素子の補助の下で修正することができる。ズーム光学系のレンズおよび／またはアキシコン素子を光学軸に沿って変位させることにより、放射照度分布をある限度内で連続的に修正することができる。
【0009】
しかしながら回折型光学素子の交換ならびにレンズおよび他の光学素子の光学軸に沿った変位は、比較的遅いプロセスであり、したがって装置のスループットを制限することがある。照明システムのひとみ平面に異なる放射照度分布を生成するためのより柔軟で、かつ、より迅速な手法は、回折型光学素子の代わりにミラーアレイを使用している。
欧州特許第１２６２８３６（Ａ１）号明細書では、ミラーアレイは、１０００個を超える顕微鏡的ミラーを備えた微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）として実現されている。ミラーの各々は、互いに直交する２つの異なる平面内で傾斜させることができる。したがってこのようなミラーデバイスに入射する放射は、半球の（実質的に）任意の所望の方向に反射させることができる。ミラーアレイとひとみ平面の間に配置された集光レンズが、ミラーによって生成される反射角をひとみ平面内の位置に変換する。この知られている照明システムによれば、複数のスポットを使用してひとみ平面を照明することができ、各スポットは１つの特定の顕微鏡的ミラーに結合され、また、このミラーを傾斜させることによってひとみ平面内全体を自由に移動させることができる。
【0010】
米国特許出願公開第２００６／００８７６３４号明細書、米国特許第７０６１５８２（Ｂ２）号明細書および国際公開第２００５／０２６８４３号パンフレットによって同様の照明システムが知られている。国際公開第２０１０／００６６８７号パンフレットに開示されている照明システムは、角放射照度分布を決定するためだけでなく、マスク平面内の空間放射照度分布を決定するためにミラーアレイを使用している。そのために、ミラーは非常に小さいスポットを生成し、したがって異なる光パターンを光インテグレータの光入口ファセット上に生成することができる。これらの光入口ファセットは、マスク平面と光学的に共役であるため、光入口ファセット上に生成される特定の光パターンがマスク平面に直接結像される。マスク平面内で照明されるフィールドの幾何構造を変更するこの能力を使用することにより、照明システム内における調整可能ブレードの必要性を除去することができる。このようなブレードは、スキャン方向に沿った被照明フィールドを拡大または縮小するために、スキャナタイプの装置で、各スキャニングサイクルの開始時および終了時に使用される。また、所与の実例において、異なる光入口ファセットを異なる光パターンで照明することができ、したがって滑らかなプロファイルを有する空間放射照度分布を生成することができることも記述されている。
【0011】
また、非公開の国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０００４１６号明細書は、所与の実例において、スキャンプロセスの間、異なる角光分布をマスク上の異なる部分に生成することができる照明システムを開示している。これも、光インテグレータの光入口ファセット上に異なる光パターンを生成することによって達成される。
【0012】
非公開の国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５３１７号明細書によれば、光インテグレータの近傍に配置される複数の変調器ユニットの補助の下で、異なる角光分布をマスク上の異なる部分に生成することができる。各変調器ユニットは、光インテグレータの単一の光チャネルに結合され、また、光を全く阻止することなく、各光チャネルの空間光分布および／または角光分布を変更可能に再分布する。国際公開第２００６／０９７１３５号パンフレットは、例えば光源によって放出されるパルス列の連続するパルスとパルスの間に、マスクレベルにおける角光分布を極めて速やかに変更することができる照明システムを開示している。これは、例えば回転ダイヤフラムによってひとみ平面の特定の部分を交互に遮蔽することによって、ひとみ平面内にＬＣＤ透過フィルタを使用することによって、あるいは回折型光学素子内の音響光学効果を使用することによって達成することができる。偏光の状態は、高速で回転する偏光素子の補助の下で、角光分布と同時に変更することができる。
【0013】
米国特許出願公開第２００８／００１３０６５号明細書は、やはりマスクレベルにおける角光分布を極めて速やかに変更することができる照明システムを開示している。そのために、照明システムは、それぞれ回折型光学素子、ズーム光学系および一対のアキシコン素子を含む第１および第２のひとみ画定ユニットを備える。投影光は、光インテグレータに入射する前に、適切な光切換えコンポーネントを使用して、第１または第２のひとみ画定ユニットのいずれかを介して案内される。二重（または一般的には多重）露光が実施される場合、オーバレイ誤差は極めて重大な問題である。オーバレイ誤差という用語は、元々、微細構造デバイス内の隣接するパターン層の位置決めに関係している。互いに積み重ねて配置すべきフィーチャが横方向に変位すると、このオフセットはオーバレイ誤差と呼ばれる。その一方で、このオーバレイ誤差は、二重露光プロセスで構造化された層の中で生じることもあるため、オーバレイ誤差という用語は、単一の層内におけるフィーチャの相対変位を表すためにやはり使用されている。多くの微細構造デバイスは、隣接する層と層の間のオーバレイ誤差よりも単一の層内におけるオーバレイ誤差に対してより敏感である。そのため、二重露光プロセスで生成される単一の層内におけるオーバレイ誤差バジェットは、とりわけ小さいことがしばしばである。厳格すぎる仕様は、製造プロセスの歩留りを激烈に低減させる。そのため、最適角光分布を有する投影光を使用したフィーチャの照明に関連する明らかな利点にもかかわらず、二重露光は、依然としてそれほど広く使用されていない。
【0014】
二重露光プロセスにおけるオーバレイ誤差の重大な原因の１つは、２つの異なるマスクの画像が重畳されることに関連している。次に重大な原因は、オーバレイ誤差バジェットに寄与する２つのマスクのアライメント誤差だけでなく、２つのマスクが製造される場合に避けることができない製造公差である。マスクの製造は極めて精巧なプロセスであり、したがって他のマスクを製造している間、１つのマスクが製造された際に支配的であった条件を完全に再現することは不可能である。言い換えると、仮に第２の露光中におけるアライメント誤差をゼロに低減することができたとしても、２つのマスクが互いに完全に対応しないため、重大なオーバレイ誤差が依然として存在することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
したがって本発明の目的は、多重露光プロセスで、リソグラフィによって感光性表面にパターンを転写する方法であって、オーバレイ誤差が低減される方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明によれば、この目的は、ａ）第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域を備えたマスクを提供するステップと、
ｂ）マスク上に投影光を導き、それにより第１のマスクパターン領域の画像である第１の露光パターン領域、および第２のマスクパターン領域の画像である第２の露光パターン領域を感光性表面に生成するステップと、
ｃ）第１のマスクパターン領域の画像が第２の露光パターン領域の上に重畳されるよう、同じマスクを使用してステップｂ）を繰り返すステップと
を含む方法によって達成され、第１のマスクパターン領域を照明する投影光は第１の角光分布を有し、また、第２のマスクパターン領域を照明する投影光は、第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有する。
本発明は、複数の異なるマスクではなく、単一のマスクのみを使用して多重露光プロセスが実施される場合、オーバレイ誤差を著しく小さくすることができるという概念に基づいている。これには、異なるマスクパターン領域が、特定のマスクパターン領域に適合される異なる角光分布を有する投影光で照明されることが必要である。言い換えると、二重露光プロセスに従来から使用されている２つの異なるマスクが単一のマスクに結合され、したがってこの単一のマスクが両方の露光に使用される。この方法によれば、すべてのマスクパターン領域が単一の製造プロセスで製造されるため、オーバレイ誤差に対する１つの重大な寄与、つまり２つのマスクを製造している間の製造公差が除去される。
【0017】
例えば、マスクを製造している間に微小スケールの変化が生じると、２つの異なるマスクは、それらのスケールに対して若干異なることになり、そのため、２つのマスクが二重露光プロセスに使用される場合、不可避的にオーバレイ誤差が生じることになる。本発明によれば、異なるマスクパターン領域は、必然的に同じスケールを有することになり、したがってスケールの変化が単一の層内におけるフィーチャのオーバレイを損なうことはあり得ない。やはり本発明によれば、最適照明設定を使用して各マスクパターン領域を照明することができる。言い換えると、第１の角光分布は、通常、第１のマスクパターン領域に適合され、また、第２の角光分布は第２のマスクパターン領域に適合される。したがって第１および第２のマスクパターン領域は、実際、従来の二重（または一般的には多重）露光プロセスにおける２つの異なるマスクと同じ方法で設計される。
【0018】
第１および第２の角光分布は、従来の照明設定、環状照明設定および多重極照明設定からなるグループに含まれている照明設定と結合することができる。多重極照明設定は、スキャン方向双極子照明設定、交差スキャン方向双極子照明設定、四極子照明設定、Ｃカッド照明設定からなるグループに含めることができる。
【0019】
ステップｂ）の間、第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域に、異なる角光分布を有する投影光を同時に、または連続的に導くことができる、前者の場合、照明システムは、マスク上で照明されるフィールドの異なる部分に異なる角光分布を有する投影光を同時に生成することができなければならないことを暗に意味する。フィールド依存角光分布を生成することができる照明システムは、そういうものとして当分野で知られている。この文脈においては、いずれも上で簡単に説明した非公開国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０００４１６号明細書およびＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５３１７号明細書が参照されている。
【0020】
ステップｂ）の間に、異なる角光分布を有する投影光を使用して第１および第２のマスクパターン領域が同時に生成される場合、また、被照明フィールドが第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、マスクをスキャン方向に沿って移動させる場合、第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域は、スキャン方向およびマスク上の法線の両方に対して直交する交差スキャン方向に沿って隣り合わせに配置することができる。第１のマスクパターン領域の画像を第２の露光パターン領域の上に重畳させるための最も単純な手法は、次に、ステップｂ）とｃ）の間に、適切な変位量、例えば交差スキャン方向に沿った被照明フィールドの長さの半分だけ感光性表面を横方向に変位させることである。ウェーハステッパタイプの装置にも同様の考察が適用される。
より複雑な手法は、第２の露光の実施に先立って、マスクをマスク上の法線周りで１８０°だけ回転させることであろう。それによりステップｃ）の間、第１のマスクパターン領域の画像を第２の露光パターン領域の上に重畳させることができるだけでなく、それと同時に第２のマスクパターン領域の画像を第１の露光パターン領域の上に重畳させることができる。
ステップｂ）の間、投影光が最初に第１のマスクパターン領域へ導かれ、引き続いて第２のマスクパターン領域へ導かれる場合、照明システムは、露光プロセスの間、角光分布を極めて速やかに変更することができなければならない。これをすることができる照明システムは、やはり上で簡単に説明した国際公開第２００６／０９７１３５号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００８／００１３０６５号明細書によって知られている。
【0021】
また、この手法は、ウェーハステッパを使用して実施することも可能である。その場合、例えば第１および第２の露光パターン領域が交互に配置される第１の行を生成することができる。次に第２の露光が実施され、他のマスクパターン領域の画像が各露光パターン領域の上に重畳される。被照明フィールドが第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、マスクをスキャン方向に沿って移動させる場合、第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域は、マスク上のスキャン方向に沿って、縦に並べて配置することができる。それによりステップｃ）の間、第１のマスクパターン領域の画像を第２の露光パターン領域の上に重畳させることができるだけでなく、第２のマスクパターン領域の画像を第１の露光パターン領域の上に重畳させることができる。
【0022】
上で説明した、１つの同じマスクを使用して二重露光を実施する手法は、多重露光に容易に拡張することができる。例えばマスクは、補足的に第３のマスクパターン領域を備えることができ、また、第３のマスクパターン領域の画像は、第１の露光パターン領域および第２の露光パターン領域の上に重畳させることができ、第３のマスクパターン領域を照明する投影光は、第１の角光分布および第２の角光分布とは異なる第３の角光分布を有する。上で説明した実施形態と同様、投影光は、ステップｂ）の間、第１、第２および第３のマスクパターン領域に同時に、または連続的に導くことができる。
【0023】
同様に、マスクは、補足的に第４のマスクパターン領域を備えることができ、また、第４のマスクパターン領域の画像は、第１の露光パターン領域、第２の露光パターン領域および第３の露光パターン領域の上に重畳させることができ、第４のマスクパターン領域を照明する投影光は、第１の角光分布、第２の角光分布および第３の角光分布とは異なる第４の角光分布を有する。
【0024】
４つのすべてのマスクパターン領域の画像を感光性表面に重畳させるための手法の１つは、ステップｂ）の間、第１の露光パターン領域の生成と同時に第２の露光パターン領域を感光性表面に生成することを暗に示すことがある。第３のマスクパターン領域の画像である第３の露光パターン領域の生成と同時に、第４のマスクパターン領域の画像である第４の露光パターン領域が感光性表面に生成される。ステップｃ）の間に、第１の露光パターン領域の上に第３のマスクパターン領域の画像を重畳させ、それにより第１のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域の組合せを生成するのと同時に、第２の露光パターン領域の上に第４のマスクパターン領域の画像が重畳され、それにより第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域の組合せを生成する。他のステップｄ）で、交互に第１のマスクパターン領域の画像が第２のマスクパターン領域と第４のマスクパターン領域の組合せの上に重畳され、それにより第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域の組合せを生成し、また、第３のマスクパターン領域の画像が第２のマスクパターン領域と第４のマスクパターン領域の組合せの上に重畳され、それにより第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域の組合せを生成する。他のステップｄ）で、交互に第１のマスクパターン領域の画像が第２のマスクパターン領域、第３のマスクパターン領域および第４のマスクパターン領域の組合せの上に重畳され、それにより第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域の組合せを生成し、また、第３のマスクパターン領域の画像が第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域の組合せの上に重畳され、それにより他の第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域を生成する。
【0025】
本発明による方法は、遠紫外光（ＤＵＶ）、真空紫外光（ＶＵＶ：Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）または極紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を生成する光源を使用している露光装置に等しく使用することができることに留意されたい。
【0026】
角光分布を極めて速やかに変更することができる照明システムは、本発明によれば、連続投影光パルスの列を放出するように構成される光源を備えることができ、パルス列は、ｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有する。照明システムは、ひとみ平面と、第１の部分および第２の部分を含む回折型光学素子とをさらに備える。第１の部分は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布をひとみ平面内に生成する。第２の部分は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面内に生成する。回折型光学素子を回転軸周りで回転させるように構成される駆動装置が提供される。回折型光学素子の第１の回転位置では、第１の部分は光パルスによって照明され、また、第１の回転位置とは異なる回折型光学素子の第２の回転位置では、第２の部分は光パルスによって照明される。パルス列の２つの光パルスの間、好ましくはパルス列の５つの連続する光パルスの間、より好ましくは２つの連続する光パルスの間に、第１の回転位置と第２の回転位置の間の変化が生じるように光源を制御するように構成される制御ユニットが提供される。
【0027】
本発明の照明システムは、例えば円板またはリングの形状を有することができる回折型光学素子を回転軸周りで極めて高速で回転させることができる知覚に基づいているが、それにもかかわらず高い角精度を有しており、したがって回折型光学素子の特定の部分を、所望の回転位置に、所定の時間に正確に配置することができる。次に、回折型光学素子の異なる部分を光パルスのビーム経路内に極めて頻繁に配置することができ、したがって単純に光パルスの放出と回折型光学素子の回転を適切に同期させることによって所望の部分を選択することができる。
【0028】
原理的には、スキャンサイクルの間、２つの連続する光パルスの間の時間間隔が常に等しくなるよう、光パルスを完全に規則的に放出することと見なすことが可能である。しかしながら、その場合、照明設定が変化すると回折型光学素子の角速度を変化させることが必要になる。これを達成することは困難であり、とりわけパルス列の２つの連続する光パルスの間でこれを達成することは困難であるため、回折型光学素子の角速度は、本発明によれば一定を維持することが好ましい。したがって制御ユニットは、回折型光学素子が一定の角速度で回転軸の周りを回転している間、特定の光パルスが時間シフトに応じて第１の部分または第２の部分のいずれかを照明するよう、単一のパルス列内における各光パルスの放出時間を少なくとも１／１０ｆ、好ましくは１／５ｆ、より好ましくは１／２ｆの時間シフトだけ修正するように構成される。この方法によれば、回折型光学素子の部分が所望の放射照度分布を生成する光路中に挿入される正にその瞬間に光パルスが回折型光学素子に入射するよう、時間領域における光パルスを特定の量だけ単純にシフトさせることにより、ひとみ平面内における所望の放射照度分布を選択することができる。回転している回折型光学素子を照明する投影光ビームの典型的な寸法、およびｆ＞１ｋＨｚのパルス周波数を仮定することにより、駆動装置は、回折型光学素子の円周が１０ｍ／秒を超える接線速度、好ましくは１００ｍ／秒を超える接線速度、より好ましくは２００ｍ／秒を超える接線速度で移動するように回折型光学素子を回転させるように構成することができる。パルス周波数が高く、また、回折型光学素子に入射する際の投影光ビームの交差セクションが大きい場合、さらには超音速が必要になることがある。
【0029】
いくつかの実施形態では、回折型光学素子の回転周波数は平均パルス周波数ｆに等しい。この場合、２つの連続する光パルスの間の時間は、回折型光学素子の完全な回転のためには十分である（少なくとも平均において）。上で言及したように、一般的には、第１の回転位置と第２の回転位置の間の変化は、パルス列の２つの連続する光パルスの間に生じることが好ましい。しかしながら、回転位置の変化の間に少数の光パルスを浪費することも可能である。浪費される光パルスは、例えば回折型光学素子を支持している回転サポートの吸収領域に入射させることができる。特定の数の光パルスの浪費を許容することにより、回転位置を変更するための追加時間が提供される。
【0030】
また、回折型光学素子は、複数の第１の部分および複数の第２の部分を備えており、各第１の部分は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布をひとみ平面内に生成し、また、各第２の部分は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面内に生成する。この場合、第１の部分および第２の部分を回折型光学素子の円周に沿って交互に配置すると、回折型光学素子の角周波数を低くすることができる。例えば回折型光学素子がｎ＞２個の第１の部分およびｎ＞２個の第２の部分を備える場合、回折型光学素子の回転周波数は、ｆ／ｎまで低くすることができる。
【0031】
当然のこととして、回折型光学素子は、ｍ＝３、４、５．．．であるｍ個の部分を備えることも可能であり、ｍ個の部分の各々は、光パルスによって照明されると、他のすべての部分によってひとみ平面内に生成される放射照度分布とは異なる放射照度分布をひとみ平面内に生成する。他の実施形態では、制御ユニットは、回折型光学素子の３６０°の１回の回転の間に、第１の部分および第２の部分が光パルスによって照明されるように駆動装置および／または光源を制御するように構成される。この場合、２つの異なる放射照度分布がひとみ平面内に交互に生成され、それにより、最終的に、回折型光学素子の第１および第２の部分に結合される２つの照明設定の組合せであるスキャン統合照明設定が得られる。
【0032】
第１の部分および第２の部分は、回転軸と同心である円形リング内に含めることができる。光パルスによって照明された場合、リングによって生成される回折効果が、回折型光学素子が回転している間、連続的に変化するとすれば、光パルスの放出時間を慎重に変更することによってひとみ平面内の放射照度分布を微調整することができる。一実施形態では、照明システムは静止回折型光学素子を備えており、この静止回折型光学素子は、ひとみ平面内の放射照度分布が、少なくとも実質的に、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、それぞれ第１の部分および第２の部分によって生成される第１または第２の放射照度分布との畳込みであるように固定して配置される。
これは、静止回折型光学素子がひとみ平面内の放射照度分布の基本構成を生成する場合にとりわけ有利である。この場合、回転している回折型光学素子の異なる部分を使用してこの放射照度分布を修正することができる。この修正は、放射照度分布の位置および／またはサイズ、あるいはひとみ平面内におけるその部分の変更を含むことができる。この方法によれば、例えば静止回折型光学素子によって画定される照明設定のテレセントリシティ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）または極平衡を変更可能に調整することができる。
また、静止回折型光学素子を使用することにより、それぞれ、ｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有する連続する投影光パルスの列を放出するように構成されている第１および第２の光源を使用することができる。第１および第２の光源によって生成される光パルスは、異なる方向から、静止している回折型光学素子または高速で回転している回折型光学素子のいずれかに入射する。この場合、回転している回折型光学素子の第１および第２の部分は、光ビームを傾斜させるように構成することができ、この傾斜した光ビームは、回折型光学素子のうちの１つに斜めに入射する。したがって斜め入射に関連する傾斜は、回折型光学素子を高速で回転させることによって補償している。
【0033】
第１および第２の光源が光パルスを交互に放出するように構成される場合、２ｆの平均パルス周波数を有する有効パルス列を得ることができる。また、異なる平均パルス周波数を有する光源を使用することも可能である。この場合、回折型光学素子の他の構造の第１および第２の部分が必要である。
【0034】
また、本発明の主題は、ａ）ｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有する連続する投影光パルスの列を生成するステップと、
ｂ）回折型光学素子を回転軸周りで同時に回転させる（好ましくは一定の角速度で）ステップであって、前記回折型光学素子が第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分が、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布を照明システムのひとみ平面内に生成し、また、第２の部分が、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面内に生成する、ステップと、
ｃ）１つの光パルスが第１の部分を照明し、また、他の光パルス、好ましくは同じパルス列のすぐ後に連続する光パルスが第２の部分を照明するよう、ステップａ）における光パルスの放出および／またはステップｂ）における回折型光学素子の回転を制御するステップと
を含む、マイクロリソグラフィ投影露光装置を動作させる方法である。
【0035】
本発明の照明システムに関する上記の所見は、ここでは、必要な変更を加えてやはり適用される。詳細には、回折型光学素子は、回折型光学素子が一定の角速度で回転軸の周りを回転している間、特定の光パルスが時間シフトに応じて第１の部分または第２の部分のいずれかを照明するよう、一定の角速度で回転軸周りで回転させることができ、また、光パルスの放出時間は、少なくとも１／１０ｆ、好ましくは少なくとも１／５ｆ、より好ましくは少なくとも１／２ｆの時間シフトだけ単一のパルス列内で修正することができる。
【0036】
回折型光学素子の円周は、１０ｍ／秒を超える接線速度、好ましくは１００ｍ／秒を超える接線速度、より好ましくは２００ｍ／秒を超える接線速度で移動させることができる。放出時間は、単一のパルス列の間、第１の部分および第２の部分が交互に照明されるように制御することができる。第１の部分および第２の部分は、例えばテレセントリシティ誤差を補償するために、静止回折型光学素子によってひとみ平面内に生成される放射照度分布を反対方向に沿って横方向にシフトさせることができる。
光パルスは、ひとみ平面内の放射照度分布が、少なくとも実質的に、それぞれ第１の部分および第２の部分によって生成される第１または第２の放射照度分布中における、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布の畳込みであるように固定して配置される静止回折型光学素子を補足的に通過することができる。
光パルスの列は、連続する投影光パルスの第１の列を放出する第１の光源、および連続する投影光パルスの第２の列を放出する第２の光源によって生成することができ、第１のパルス列および第２のパルス列は交互配置される。
第１の部分は、第１のパルス列の光パルスによってのみ照明することができ、第２の部分は、第２のパルス列の光パルスによってのみ照明される。この場合、第１の部分および第２の部分は、第１および第２の光源から回折型光学素子のうちの１つに異なる方向から入射する投影光パルスの傾きを補償する。１つの回折型光学素子は静止回折型光学素子であることが好ましい。
【0037】
さらに、第１および第２の光源は、２ｆの平均パルス周波数を有する有効パルス列が得られるよう、光パルスを交互に放出するように構成することができる。本発明の他の態様によれば、光ラスタ素子のアレイを含む光インテグレータを備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムが提供される。光ビームは各光ラスタ素子に結合される。照明システムが動作している間、照明すべきマスクが配置されるマスク平面と全く同じであるか、または光学的に共役である共通フィールド平面内の光ラスタ素子に結合された光ビームを重畳させるコンデンサが提供される。照明システムは、照明システムによってマスク平面内で照明される被照明フィールドにおける投影光の偏光の状態のフィールド依存性を修正するように構成される偏光変調器をさらに備える。
このような偏光変調器を使用することにより、異なる偏光の状態を有する投影光を使用して、所与の時間に被照明フィールドの異なる部分を照明することができる。これらの偏光の状態は、感光性表面に画像すべきフィーチャのサイズおよび配向に慎重に適合され、改良された結像品質が得られる。
【0038】
一実施形態では、偏光変調器は複数の変調器ユニットを備える。各変調器ユニットは、複数のラスタフィールド平面要素を含むラスタフィールド平面に配置される。各ラスタフィールド平面要素は、共通フィールド平面全体に結像され、光ラスタ素子の１つと１対１の対応で結合される。変調器ユニットは、制御信号に応答して、各ラスタフィールド平面要素の少なくとも２つの部分で別様に光ラスタ素子に結合される光ビームの偏光の状態を変更可能に調整するように構成される。
【0039】
一実施形態では、照明システムは、異なる偏光の状態が被照明フィールドに存在する方法で変調器ユニットを制御することができる制御ユニットを備える。一実施形態では、各変調器ユニットは、照明システムの光軸に沿って厚さを有する２つの複屈折光学コンポーネントを備えており、この厚さは個々に変化させることができる。この場合、複屈折光学コンポーネントの光効果は、例えば４分の１波長板によって生成される光効果と２分の１波長板によって生成される光効果の間で変化させることができる。
各光学コンポーネントが、２つの複屈折くさび、および少なくとも１つのくさびを変位させるように構成される駆動装置を備える場合、複屈折くさびの相対位置を変化させることによって容易に光学コンポーネントの厚さを変えることができる。
【0040】
また、本発明の主題は、ａ）マスクがスキャン方向に沿って移動している間、第１の偏光の状態を有する第１の投影光を使用して第１のマスクパターン領域を照明するステップと、
ｂ）スキャン方向に対して直交する交差スキャン方向に沿って、第１のマスクパターン領域の隣のマスク上に配置される第２のマスクパターン領域を、第１の偏光の状態とは異なる第２の偏光の状態を有する第２の投影光を使用して照明するステップと
を含む、マイクロリソグラフィ投影露光装置内のマスクを照明する方法である。
第１の投影光は第１の角光分布を有することができ、また、第２の投影光は、第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有することができる。
第１の偏光の状態は、例えばスキャン方向に沿ったマスクの移動が終了した後に、第２の偏光の状態とは異なる第３の偏光の状態に変化させることができる。
定義
「光」という用語は、本明細書においては、任意の電磁放射、詳細には可視光、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＶＵＶ光およびＥＵＶ光ならびにＸ線を表すために使用されている。
「光線」という用語は、本明細書においては、その伝搬の経路を線によって記述することができる光を表すために使用されている。
「光束」という用語は、本明細書においては、フィールド平面内に共通の原点を有する複数の光線を表すために使用されている。
「光ビーム」という用語は、本明細書においては、特定のレンズまたは他の光学素子を通過する光を表すために使用されている。
【0041】
「位置」という用語は、本明細書においては、三次元空間における物体の基準点の位置を表すために使用されている。この位置は、通常、一組の３つの直交座標によって示される。したがって配向および位置は、三次元空間における物体の変位を完全に表している。「表面」という用語は、本明細書においては、三次元空間における任意の平面または湾曲した表面を表すために使用されている。この表面は、物体の一部であっても、あるいはフィールドまたはひとみ平面の場合に一般的であるように、完全に独立したものであってもよい。
【0042】
「フィールド平面」という用語は、本明細書においては、マスク平面に対して光学的に共役である平面を表すために使用されている。「ひとみ平面」という用語は、本明細書においては、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ために使用されている。当分野においては一般的であるように、「ひとみ平面」という用語は、数学的な意味においては実際に平面ではなく、若干湾曲している場合にも使用され、したがって厳密な意味ではひとみ表面と呼ぶべきである。
「一様な」という用語は、本明細書においては、位置に依存しない性質を表すために使用されている。
【0043】
「光ラスタ素子」という用語は、本明細書においては、他の全く同じか、または同様の光ラスタ素子と共に配置される任意の光学素子、例えばレンズ、プリズムまたは回折型光学素子を表すために使用されており、したがって各光ラスタ素子は、複数の隣接する光チャネルの１つに結合される。「光インテグレータ」という用語は、本明細書においては、積ＮＡ−ａを大きくする光学系を表すために使用されており、ＮＡは開口数であり、また、ａは被照明フィールド面積である。
【0044】
「コンデンサ」という用語は、本明細書においては、２つの平面の間、例えばフィールド平面とひとみ平面の間のフーリエ関係を確立する（少なくとも近似的に）光学素子または光学系を表すために使用されている。「共役平面」という用語は、本明細書においては、結像関係がそれらの間に確立される平面を表すために使用されている。共役平面の概念に関連するさらなる情報については、小論文E. Delano entitled: "First-order Design and the y, y Diagram", Applied Optics, 1963, vol. 2, no. 12, pages 1251-1256に記載されている。
「フィールド依存性」という用語は、本明細書においては、フィールド平面内の位置からの物理量の何らかの関数的依存性を表すために使用されている。
「空間放射照度分布」という用語は、本明細書においては、光が入射する実表面または仮想表面上で総放射照度がいかに変化するかを表すために使用されている。通常、空間放射照度分布は、関数Ｉs（ｘ，ｙ）によって記述することができ、ｘ、ｙは表面内の一点の空間座標である。フィールド平面に適用される場合、空間放射照度分布は、複数の光束によって生成される放射照度を必然的に積分する。
「角放射照度分布」という用語は、本明細書においては、光束を構成している光線の角度に依存して光束の放射照度がいかに変化するかを表すために使用されている。通常、角放射照度分布は、関数Ｉa（α，β）によって記述することができ、α、βは、光線の方向を記述している角座標である。角放射照度分布がフィールド依存性を有する場合、Ｉaもまたフィールド座標の関数、つまりＩa＝Ｉa（α，β，ｘ，ｙ）になる。
【0045】
「スキャンサイクル」という用語は、本明細書においては、マスク全体を１回で感光性表面に結像するプロセスを定義するために使用されている。
【0046】
本発明の様々な特徴および利点は、添付の図面に関連して行う以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【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15】光インテグレータの光入口ファセット上の空間放射照度分布の上面図である。
【図16】ＹＺ平面内の偏光マニピュレータの断面図である。
【図18】光インテグレータおよび偏光マニピュレータの上面図である。
【図22a-22d】スキャン操作中の異なる段階における感光性表面、高速で回転する回折型光学素子、高速で回転する偏光操作素子およびひとみ平面の上面図である。
【図23】代替実施形態による、高速で回転する回折型光学素子、高速で回転する偏光操作素子およびひとみ平面の上面図である。
【図24】さらに他の代替実施形態による、高速で回転する回折型光学素子、高速で回転する偏光操作素子およびひとみ平面の上面図である。
【図25】交互に配置された複数の第１および第２の部分を含む、高速で回転する回折型光学素子の一部の上面図である。
【図26】それぞれひとみ平面内に異なる放射照度分布を生成する複数の部分を含む、高速で回転する回折型光学素子の上面図である。
【図28】それぞれひとみ平面内に異なる放射照度分布を生成する複数の部分を含む、高速で回転する回折型光学素子の上面図である。
【図30】ひとみ平面内に連続的に変化する放射照度分布を生成する円形リングを含む、高速で回転する回折型光学素子の一部の上面図である。
【図32】静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、第１の角位置における、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図33】静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、第２の角位置における、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図34】他の実施形態による、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、第１の角位置における、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図35】他の実施形態による、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、第２の角位置における、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図37】光パルスが２つの光源のうちの１つによって放出される場合の、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図38】光パルスが２つの光源のうちの他の１つによって放出される場合の、静止回折型光学素子によって生成される放射照度分布と、高速で回転する回折型光学素子によって生成される放射照度分布との畳込みを示す図である。
【図39】本発明の重要な方法ステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
Ｉ．投影露光装置の一般的な構造図１は、本発明による投影露光装置１０の高度に単純化された斜視図である。装置１０は、投影光ビームを生成する照明システム１２を備える。投影光ビームは、図１には細い線として概略的に示されている複数の微小フィーチャ１９によって形成されるパターン１８を含むマスク１６上のフィールド１４を照明する。この実施形態では、被照明フィールド１４は、スリット状の矩形の形を有しており、装置１０の光軸ＯＡをその中心としている。しかしながら、光軸ＯＡ外の被照明フィールド１４のリングセグメントおよび配置のための他の形状の被照明フィールド１４もまた企図されている。
【0049】
投影対物レンズ２０は、被照明フィールド１４内のパターン１８を、基板２４によって支持されている感光性層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、感光性層２２の頂部表面が投影対物レンズ２０の像平面内に正確に位置するよう、ウェーハステージ（図示せず）上に配置されている。マスク１６は、投影対物レンズ２０の物体平面内のマスクステージ（図示せず）によって位置決めされる。投影対物レンズ２０は、｜β｜＜１である倍率βを有するため、被照明フィールド１４内のパターン１８の縮小された画像１８’が感光性層２２の上に投影される。
【0050】
投影中、マスク１６および基板２４は、図１に示されているＹ方向に対応するスキャン方向に沿って移動する。次に被照明フィールド１４がマスク１６上をスキャンし、したがって被照明フィールド１４より広いパターン形成領域を連続的に結像することができる。基板２４の速度とマスク１６の速度の比率は、投影対物レンズ２０の倍率βに等しい。投影対物レンズ２０が画像を反転させる場合（β＜０）、マスク１６および基板２４は、図１に矢印Ａ１およびＡ２で示されているように逆方向に移動する。しかしながら、本発明は、マスクを投影している間、マスク１６および基板２４が移動しないステッパツールに使用することも可能である。ＩＩ．二重露光−第１の実施形態
【0051】
図２はマスク１６の拡大斜視図である。マスク１６マスク上のパターン１８は、この実施形態では、Ｙ方向に沿って縦に並べて配置されている３つの第１の全く同じマスクパターン領域１８１を含む。簡潔にするために、第１のマスクパターン領域１８１のフィーチャ１９は、Ｙ方向に沿って延びる直線であることが仮定されている。パターン１８は、３つの全く同じ第２のマスクパターン領域１８２をさらに含み、これらの第２のマスクパターン領域１８２は、やはりＹ方向に沿って縦に並べて配置され、かつ、第１のマスクパターン領域１８１および第２のマスクパターン領域１８２が共通のＸ座標を有さないよう、第１のマスクパターン領域１８１から横方向に間隔を隔てている。第２のマスクパターン領域１８２は、Ｘ方向に沿って延びるフィーチャ１９のみを含むことが仮定されている。
【0052】
マスク１６の１つの完全なスキャニングサイクル内では、第１のマスクパターン領域１８１に関連する３つの第１の露光パターン領域、および第２のマスクパターン領域１８２に関連する３つの第２の露光パターン領域を生成することができる。次にスキャニング方向が逆転されるか、または照明を何ら伴うことなくマスク１６がその元の位置に戻されて、他のスキャニングサイクルが実施される。装置１０によって生成されるダイは、露光パターン領域のうちの１つに対応するサイズを有することがさらに仮定されている。この方法によれば、２列のダイを基板２４上に同時に露光することができる。
最大画像品質が望ましい場合、通常、異なるパターンには、マスクレベルにおける異なる角放射照度分布が必要である。この実施形態では、Ｙ方向に沿って延びるフィーチャ１９は、Ｘ双極子照明設定を使用して最も良好に感光性層２２の上に結像されることが仮定されている。図２では、第１のマスクパターン領域１８１のうちの１つに位置しているフィールド点に向かって収束する光束に関連するひとみ２６１は、破線の円で示されている。ひとみ２６１内では、Ｘ方向に沿って間隔を隔てた２つの極２７は、フィールド点に向かって光が伝搬する方向を表している。パターンは、第１のマスクパターン領域１８１全体にわたって一様であることが仮定されているため、このＸ双極子照明設定は、第１のマスクパターン領域１８１内の各フィールド点に生成されることが必要である。
【0053】
第２のマスクパターン領域１８２は、Ｘ方向に沿って延びるフィーチャのみを含む。これらのフィーチャ１９に対しては、Ｙ双極子照明設定によって最も良好な画像品質が得られることが仮定されている。図２では、第２のパターン領域１８２のうちの１つに位置しているフィールド点に向かって収束する光束に関連するひとみ２６２は、やはり破線の円で示されている。ひとみ２６２内では、Ｙ方向に沿って間隔を隔てた２つの極２８は、フィールド点に向かって光が伝搬する方向を表している。パターンは、第２のパターン領域１８２全体にわたって一様であることが仮定されているため、このＹ双極子照明設定は、第１のパターン領域１８２内の各フィールド点に生成されることが必要である。これは、照明システム１２は、被照明フィールド１４内に２つの異なる照明設定を同時に、かつ、隣り合わせに生成することができなければならないことを暗に意味する。このタスクを実施することができる照明システム１２の構造については、節Ｖで、図８〜２０を参照してより詳細に説明する。
【0055】
二重露光プロセスでは、エッチングなどの後続の製造ステップの実施に先立って、各ダイが２回露光される。通常、これには２つの異なるマスクの使用が必要である。第１のスキャニングプロセスで、第１のマスクに含まれているパターンが感光性表面２２に転写される。次に第１のマスクが第２のマスクに置き換えられる。第２のスキャニングプロセスで、第２のマスクに含まれているパターンが感光性表面２２に転写される。二重露光は、第１および第２のマスクに含まれているパターンを最適照明設定を使用して個々に照明することができるため、有利である。すべての投影光が画像形成に寄与するため、これは、感光性表面のコントラストの改善を促進する。しかしながら２つの異なるマスクを二重露光プロセスに使用する場合、オーバレイ誤差を許容範囲まで小さくすることは困難である。マスクは異なるプロセスで製造され、かつ、試験されるため、２つのマスクに含まれているパターンが互いに完全に対応することを保証することには課題が多い。
【0056】
図３ａ〜３ｃは、マスク１６のみを使用して二重露光が実施されるプロセスステップを示したものである。スキャン操作中の感光性表面２２の略上面図である図３ａでは、参照数表示３０１は、スキャン方向Ｙに沿って縦に並べて配置されている第１の露光パターン領域を表している。各第１の露光パターン領域３０１は、第１のマスクパターン領域１８１のうちの１つの画像である。参照数表示３０２は、やはりスキャン方向Ｙ沿って縦に並べて配置され、かつ、第１の露光パターン領域３０１の横に配置されている第２の露光パターン領域を表している。各第２の露光パターン領域３０２は、第２のマスクパターン領域１８２のうちの１つの画像である。被照明フィールド１４が第１のマスクパターン領域１８１および第２のマスクパターン領域１８２の上を同時にスキャンしている間、第１および第２の露光パターン領域３０１、３０２の新しい対が感光性層２２の上に生成される。スキャン操作の間、図３ａの矢印で示されているように、感光性層２２を支持している基板２４がＹ方向に沿って移動する。
３つの第１および第２のマスクパターン領域１８１、１８２が感光性表面２２に転写されると、第１および第２の露光パターン領域の新しい一連の３つの対を感光性表面２２に生成することができるよう、マスク１６の移動方向を逆転することができ、あるいはマスク１６がその開始位置へ速やかに戻される。
基板２４の第１のスキャニング移動が完了すると、図３ｂに示されているように、第１の露光パターン領域３０１の第１の行Ｒ１および第２の露光パターン領域３０２の第２の行Ｒ２が感光性表面２２に生成される。
【0057】
次に、感光性表面２２を支持している基板２４がＸ方向に沿って１行分だけ横方向に変位され、かつ、同じマスク１６を使用してスキャニング操作が繰り返される。しかしながら１行分だけ横方向に変位しているため、第１のマスクパターン領域１８１の画像は、第２の行Ｒ２を形成している第２の露光パターン領域３０２の上に重畳される。したがって第２の行Ｒ２中のダイは、２回、つまり第２のマスクパターン領域１８２の画像を使用した１回目と、第１のマスクパターン領域１８１の画像を使用した２回目の２回にわたって露光される。図３ｂの３０１＋３０２は重畳した画像を示している。重畳した画像に寄与している各画像は、図２に示されている最適照明設定、つまり第１のマスクパターン領域１８１のためのＸ双極子および第２のマスクパターン領域１８２のためのＹ双極子照明設定を使用して生成される。
【0058】
第２のマスクパターン領域１８２の画像は重畳されないが、第２の露光パターン領域３０２の次の行Ｒ３を形成する。第２の露光パターン領域３０２の新しい行が完了する毎に基板２４を１行分だけ変位させるこのプロセスは、利用可能な感光性表面全体が露光されるまで繰り返される。図３ｃは、第２の露光パターン領域３０２の最後の行Ｒ７の完了を示す。
第１の行Ｒ１および最後の行Ｒ７は２回露光されない。したがってこれらの行Ｒ１、Ｒ７は、ダイを生成するために使用される感光性表面の部分の外側に置くことができる。
ＩＩＩ．二重露光−第２の実施形態
【0059】
図４は、第２の実施形態によるマスク２１６の拡大斜視図である。マスク２１６上のパターン２１８は、Ｘ方向、つまり交差スキャン方向に沿って隣り合わせに配置されている２つの第１の全く同じマスクパターン領域２１８１を含む。簡潔にするために、第１のマスクパターン領域２１８１のフィーチャ１９は、Ｙ方向に沿って延びる直線であることが仮定されている。パターン２１８は、２つの全く同じ第２のマスクパターン領域２１８２をさらに含み、これらの第２のマスクパターン領域２１８２は、やはりＸ方向に沿って隣り合わせに配置され、かつ、第１のマスクパターン領域２１８１および第２のマスクパターン領域２１８２が共通のＹ座標を有さないよう、スキャン方向Ｙに沿って第１のマスクパターン領域２１８１から間隔を隔てている。第２のマスクパターン領域２１８２は、Ｘ方向に沿って延びるフィーチャ１９のみを含むことが仮定されている。
【0060】
マスク２１６の１つの完全なスキャニングサイクル内では、第１のマスクパターン領域２１８１に関連する２つの第１の露光パターン領域、および第２のマスクパターン領域２１８２に関連する２つの第２の露光パターン領域を露光することができる。次にスキャニング方向が逆転されるか、または照明を何ら伴うことなくマスク２１６がその元の位置に戻されて、他のスキャニングサイクルが実施される。また、この実施形態でも、Ｙ方向に沿って延びるフィーチャ１９は、ひとみ２６１内の２つの極２７によって図４に示されているように、Ｘ双極子照明設定を使用して最も良好に感光性層２２の上に結像されることが仮定されている。第２のマスクパターン領域２１８２のフィーチャ１９はＸ方向に沿って延びており、したがってひとみ２６２内の２つの極２８によって図４に示されているように、Ｙ双極子設定を使用して最も良好に画像される。
パターンは、第１および第２のパターン領域２１８１、２１８２全体にわたって一様であることが仮定されているため、ＸおよびＹ双極子照明設定は、それぞれ第１および第２のパターン領域２１８１、２１８２内の各フィールド点に生成されることが必要である。
これは、照明システム１２は、２つの異なる照明設定の間で極端に速やかに変更することができなければならないことを暗に意味する。スキャン速度およびスキャン方向Ｙに沿ったダイ間の距離の典型的な値を仮定すると、照明設定を変更するために必要な時間は、５ミリ秒未満、好ましくは１ミリ秒未満でなければならない。このタスクを実施することができる照明システム１２の構造については、節ＶＩで、図２１〜３８を参照してより詳細に説明する。
【0061】
図４に示されているマスク２１６は、第２の実施形態による二重露光プロセスに使用されることが仮定されており、それについては図５ａ〜５ｃを参照して以下で説明する。図５ａ〜５ｃは、マスク２１６のみを使用して二重露光が実施される一連のプロセスステップを示したものである。スキャン操作中の感光性表面２２の略上面図である図５ａでは、参照数表示２３０１は、交差スキャン方向Ｘに沿って隣り合わせに配置されている第１の露光パターン領域を表している。第１の露光パターン領域２３０１の各対は、一対の第１のマスクパターン領域２１８１の画像である。
【0062】
参照数表示２３０２は、やはり交差スキャン方向Ｘに沿って隣り合わせに配置されている第２の露光パターン領域を表している。各第２の露光パターン領域２３０２は、第２のマスクパターン領域２１８２のうちの１つの画像である。被照明フィールド１４が最初に第１のマスクパターン領域２１８１の上を、次に第２のマスクパターン領域２１８２の上を同時にスキャンしている間、第１および第２の露光パターン領域２３０１、２３０２の新しい対が感光性層２２の上に生成される。スキャン操作の間、図５ａの矢印で示されているように、感光性層２２を支持している基板２４がＹ方向に沿って移動する。マスク１６上のパターン２１９が感光性表面２２に完全に転写されると、この実施形態ではマスク１６の移動方向が逆転される。そのため、各行中の第１の露光パターン領域および最後の露光パターン領域を無視する場合、２つの第１の露光パターン領域および２つの第２の露光パターン領域２３０１、２３０２は、スキャン方向Ｙに沿って縦に並べて配置される。別法としては、第１および第２の露光パターン領域２３０１、２３０２の新しい一連の２つの対を感光性表面２２に生成することができるよう、マスク２１６をその開始位置へ速やかに戻すことができる。
【0063】
基板２４の第１のスキャニング移動が完了すると、露光パターン領域２３０１、２３０２の２つの全く同じ行Ｒ１、Ｒ２が感光性表面２２に生成される。各行Ｒ１、Ｒ２では、各行中の第１の領域および最後の領域を除き、２つの第１の露光パターン領域および２つの第２の露光パターン領域２３０１、２３０２がスキャン方向Ｙに沿って交互に配置される。
【0064】
次に、マスク２１６が１長さだけ縦方向に変位され、かつ、同じマスク２１６を使用してスキャニング操作が繰り返される。しかしながらマスク２１６の変位のため、第１のマスクパターン領域２１８１の画像は第２の露光パターン領域２３０２の上に重畳され、また、第２のマスクパターン領域２１８２の画像は第１の露光パターン領域２３０１の上に重畳される。図５ｂでは、重畳した画像を有する領域は２３０１＋２３０２によって示されている。したがって行Ｒｌ、Ｒ２中のダイは、２回、つまり第１のマスクパターン領域２１８１の画像を使用した１回目と、次に第２のマスクパターン領域２１８２の画像を使用した２回目の２回にわたって露光され、その逆についても同様である。各画像は、図４に示されている最適照明設定、つまり第１のマスクパターン領域２１８１のためのＸ双極子および第２のマスクパターン領域２１８２のためのＹ双極子照明設定を使用して形成される。２つの行Ｒ１、Ｒ２が完全に２回露光されると、基板２６が交差スキャン方向Ｘに沿って２行分だけ横方向に変位され、同じプロセスが繰り返される。これらのステップは、利用可能な感光性表面２２全体が露光されるまで実施される。図５ｃは、最後の２つの行Ｒ５、Ｒ６の完了を示している。
ＩＶ．二重露光−第３の実施形態
【0065】
図６は、第３の実施形態によるマスク３１６の拡大斜視図である。マスク３１６上のパターン３１８は、Ｙ方向に沿って延びるフィーチャ１９のみを含む第１のマスクパターン領域３１８１、およびＸ方向に沿って延びるフィーチャ１９のみを含む第２のマスクパターン領域３１８２を含む。第３のマスクパターン領域３１８３は、−ＸＹ対角線に対して平行に延びるフィーチャ１９のみを含み、また、第４のマスクパターン領域３１８４は、ＸＹ対角線に対して平行に延びるフィーチャ１９のみを含む。それぞれ極２７、２８、３１および３２を含むひとみ３２６は、各マスクパターン領域３１８１〜３１８４のフィーチャ１９の最適な結像を保証する照明設定を表している。４つのマスクパターン領域３１８１〜３１８４は、各マスクパターン領域がＸ方向およびＹ方向に直接隣接するよう、Ｘ方向およびＹ方向に沿って対をなして配置されている。
【0066】
図６に示されているマスク３１６は、実際、図２および３に示されている第１の実施形態と図４および５に示されている第２の実施形態の組合せである四重露光プロセスに使用されることが仮定されている。
【0067】
以下、この四重露光プロセスについて、マスク３１６のみを使用して四重露光が実施される一連のプロセスステップを示す図７ａ〜７ｄを参照して説明する。スキャン操作中の感光性表面２２の略上面図である図７ａでは、参照数表示３３０１は、第１のマスクパターン領域３１８１の画像である第１の露光パターン領域を表し、参照数表示３３０２は、第２のマスクパターン領域３１８２の画像である第２のパターン領域を表し、参照数表示３３０３は、第３のマスクパターン領域３１８３の画像である第３の露光パターン領域を表し、また、参照数表示３３０４は、第４のマスクパターン領域３１８４の画像である第４の露光パターン領域３３０４を表している。図７ａでは、複数のスキャンサイクルを繰り返すことにより、ダイの２つの行Ｒ１、Ｒ２に対応する４つの露光パターン領域３３０１〜３３０４のグループが感光性表面２２に繰り返し生成されることが分かる。行Ｒ１では、第１の露光パターン領域３３０１および第３の露光パターン領域３３０３が交互に配置され、また、行Ｒ２では、第２の露光領域３３０２および第４の露光領域３０３４がスキャン方向Ｙに沿って交互に配置される。また、当然のこととしてこの実施形態でも、４つのマスクパターン領域３１８１〜３１８４の各々は、図６に示されている最適照明設定を使用して照明される。これは、以下で説明する後続の露光にもまた適用される。
【0068】
図７ｂは、同じマスク３１６を使用して、図５ａ〜５ｂに示されている第２の実施形態と同様の方法で第２の露光が実施される次のプロセスステップを示す。感光性表面２２を支持している基板２４がここでは逆方向に沿って移動している間、第３のマスクパターン領域３１８３の画像が第１の露光パターン領域３３０１の上に重畳され、また、それと同時に第４のマスクパターン領域３１８４の画像が第２の露光パターン領域３３０２の上に重畳される。同様に、第１のマスクパターン領域３１８１の画像が第３の露光パターン領域３３０３の上に重畳され、また、それと同時に第２のマスクパターン領域３１８２の画像が第４の露光パターン領域３３０４の上に重畳される。このスキャン操作が終了すると、第１のマスクパターン領域３１８１の画像と第３のマスクパターン領域３１８３の画像の重畳３３０１＋３３０３を含む第１の行Ｒ１が得られ、また、第２のマスクパターン領域３１８２の画像と第４のマスクパターン領域３１８４の画像の重畳３３０２＋３３０４を含む第２の行Ｒ２が得られる。このプロセスのここまでは、図４および５を参照して説明した第２の実施形態による二重露光プロセスと見なすことができる。次にこのプロセスと、図２および３を参照して上で説明したプロセスが結合される。したがって次のスキャンサイクルの前に、図７ｃに示されているように、感光性表面２２を支持している基板２４が交差スキャン方向Ｘに沿って１行分だけ変位される。後続のスキャンサイクルの間、第１および第３のマスクパターン領域３１８１、３１８３の画像が結合露光パターン領域３３０２＋３３０４の上に交互に重畳される。これにより、一連の露光パターン領域３３０２＋３３０４＋３３０１および３３０２＋３３０４＋３３０３である行Ｒ２が得られる。さらに、第２の露光パターン領域３３０２および第４の露光パターン領域３３０４が交互に配置された第３の行Ｒ３が生成される。
【0069】
次に、感光性表面２２を支持している基板２４の移動方向がもう一度逆転され、第１のマスクパターン領域３１８１の画像が結合露光領域３３０２＋３３０４＋３３０３の上に重畳され、また、交互に第３のマスクパターン領域３１８３の画像が結合露光パターン領域３３０３＋３３０４＋３３０１の上に重畳される。いずれの場合においても、これにより、図７ｄの行Ｒ２から分かるようにマスクパターン領域３１８１〜３１８４の４つのすべての画像の完全な重畳３３０３＋３３０４＋３３０１＋３３０２が得られる。Ｖ．第１の実施形態のための照明システム
【0070】
以下、２つの異なる角光分布をマスク１６上に隣り合わせに同時に生成することができる照明システムについて説明する。図２および３を参照して上で説明した二重露光スキームの第１の実施形態を実施するためには、このような照明システムが必要である。１．一般構造
【0071】
図８は、図１に示されている照明システム１２の子午線断面図である。明確にするために、図８の図解は著しく簡略化されており、また、スケール通りではない。これは、とりわけ、異なる光学ユニットが１つまたは極めて少数の光学素子のみによって表されていることを暗に意味する。実際には、これらのユニットは、極めて多くのレンズおよび他の光学素子を備えることができる。照明システム１２は、ハウジング２９、および示されている実施形態ではエキシマレーザとして実現される光源３３を含む。光源３３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３３および他の波長、例えば２４８ｎｍまたは１５７ｎｍもまた企図されている。
示されている実施形態では、光源３３によって放出される投影光は、拡大され、かつ、ほぼ平行化された光ビーム３５を出力するビーム拡大ユニット３４に入射する。そのために、ビーム拡大ユニット３４は複数のレンズを備えることができ、あるいは例えばミラー構造として実現することができる。
【0072】
投影光ビーム３５は、次に、後続のひとみ平面内に可変空間放射照度分布を生成するために使用されるひとみ画定ユニット３６に入射する。そのために、ひとみ画定ユニット３６は、アクチュエータの補助の下で２つの直交する軸周りで個々に傾斜させることができる、極めて多数の、極めて小さいミラー４０を含むミラーアレイ３８を備える。図９はミラーアレイ３８の斜視図であり、光ビーム４２、４４が入射するミラー４０の傾斜角に応じて２つの平行光ビーム４２、４４がいかに異なる方向に反射するかが示されている。図８および９では、ミラーアレイ３８は６×６個のミラー４０しか備えていないが、実際にはミラーアレイ３８は、数百個、さらには数千個のミラー４０を備えることができる。ひとみ画定ユニット３６は、いずれも照明システム１２の光軸ＯＡに対して傾斜した第１の平らな表面４８ａおよび第２の平らな表面４８ｂを有するプリズム４６をさらに備える。これらの傾斜した表面４８ａ、４８ｂに入射する光は、内部全反射によって反射する。第１の表面４８ａは、入射する光をミラーアレイ３８のミラー４０に向かって反射し、また、第２の表面４８ｂは、ミラー４０で反射した光をプリズム４６の平らな出口表面４９に向けて導く。したがって出口表面４９から出現する光の角放射照度分布は、ミラーアレイ３８のミラー４０を傾斜させることによって個々に変化させることができる。ひとみ画定ユニット３８に関するさらなる詳細については、米国特許出願公開第２００９／０１１６０９３号明細書を参照されたい。
【0073】
ひとみ画定ユニット３６によって生成される角放射照度分布は、第１のコンデンサ５０の補助の下で空間放射照度分布に変換される。他の実施形態では省略することも可能であるコンデンサ５０は、入射する光を光インテグレータ６０に向かって導く。光インテグレータ６０は、この実施形態では、光ラスタ素子７４の第１のアレイ７０および第２のアレイ７２を備える。図１０は２つのアレイ７０、７２の斜視図である。各アレイ７０、７２は、支持板の両側に、それぞれＸ方向およびＹ方向に沿って延びる一組の円筒レンズ７１、７３を備える。円筒レンズ７１および７３の順序は、アレイ７０、７２の少なくとも一方の側で逆にすることができる。２つの直交円筒レンズ７１、７３の交点によって画定される各体積は、光ラスタ素子７４を形成している。したがって各光ラスタ素子７４は、円筒状の湾曲した表面を有するマイクロレンズと見なすことができる。円筒レンズの使用は、とりわけ光ラスタ素子７４の屈折パワーがＸ方向およびＹ方向に沿って異なっていなければならない場合に有利である。
【0074】
図１１および１２は、それぞれ、代替実施形態による光ラスタ素子７４’の第１のアレイ７０’の上面図および線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面図を示したものである。ここでは、光ラスタ素子７４’は、矩形の輪郭を有する平凸レンズによって形成されている。第２のアレイは、光ラスタ素子７４’の凸表面の曲率の点でのみ第１のアレイ７０’と異なっている。もう一度図８を参照すると、それぞれ第１および第２のアレイ７０、７２の光ラスタ素子７４は、第１のアレイ７０の１つの光ラスタ素子７４が第２のアレイ７２の１つの光ラスタ素子７４と１対１で対応するように結合される方法で縦に並べて配置されている。互いに関連している２つの光ラスタ素子７４は、共通軸に沿って位置合わせされ、光チャネルを画定している。光インテグレータ６０内では、１つの光チャネル内を伝搬する光ビームは、他の光チャネル内を伝搬する光ビームとは交差または重畳しない。言い換えると、光ラスタ素子７４に結合される光チャネルは、互いに光学的に隔離されている。
【0075】
コンデンサ７８の前方焦点面は、照明システム１２のひとみ平面７６を形成している。この実施形態では、ひとみ平面７６は第２のアレイ７２の後方に位置しているが、第２のアレイ７２の前方に配置することも等しく可能である。したがって第２のコンデンサ７８は、ひとみ平面７６と、調整可能フィールド停止８２が配置されるフィールド停止平面８０の間のフーリエ関係を確立している。
【0076】
フィールド停止平面８０は、光インテグレータ６０の第１のアレイ７０内またはそのすぐ近くに位置しているラスタフィールド平面８４に対して光学的に共役である。これは、各ラスタフィールド平面要素、つまり光チャネル内のラスタフィールド平面８４の領域が、第２のアレイ７２の関連する光ラスタ素子７４および第２のコンデンサ７８によってフィールド停止平面８０全体に結像されることを意味する。ラスタフィールド平面要素内の放射照度分布の画像はフィールド停止平面８０内で重畳し、これによりその極めて均質な照明が得られる。このプロセスは、フィールド停止平面８０を共通に照明する二次光源を使用して光チャネル内の被照明領域を識別することによってしばしば記述される。偏光変調器７７は、２つのアレイ７０、７２の間、またはラスタフィールド平面８４内の他の位置あるいはそのすぐ近くに配置される。偏光変調器７７は、被照明フィールド１４内における投影光の偏光の状態のフィールド依存性を修正するように構成される。そのために、偏光変調器７７は、制御信号に応答して、各ラスタフィールド平面要素の少なくとも２つの部分で光ラスタ素子７４に別様に結合される光ビームの偏光の状態を変更可能に修正するように構成される複数の個別の変調器ユニット７９を備える。これについては、図１４および１６〜１８を参照して以下でさらに詳細に説明する。
フィールド停止平面８０は、フィールド停止対物レンズ８６によって、マスクステージ（図示せず）の補助の下でマスク１６が配置されるマスク平面８８に結像される。また、調整可能フィールド停止８２もまたマスク平面８８に結像され、スキャン方向Ｙに沿って延びる、被照明フィールド１４の少なくとも短い横方向の辺を画定する。
【0077】
ひとみ画定ユニット３６および偏光変調器７７は制御ユニット９０に接続されており、制御ユニット９０は、パーソナルコンピュータとして示されている総合システム制御９２に接続されている。制御ユニット９０は、角放射照度分布の所望のフィールド依存性およびマスク平面８８内の偏光の状態のやはりフィールド依存性が得られる方法で、ひとみ画定ユニット３６のミラー４０および偏光変調器７７の変調器ユニット７９を制御するように構成される。
【0079】
図１３は、ミラーアレイ３８、第１のコンデンサ５０および光インテグレータ６０の第１のアレイ７０のいくつかの光ラスタ素子７４を示す、図８からの略切抜き図である。この実施形態では、光ラスタ素子７４は、簡潔にするために、矩形の境界線を有する回転対称両凸レンズとして示されている。ミラーアレイ３８の各ミラー４０は、光ラスタ素子７４のうちの１つの光入口ファセット１００上の直径Ｄの微小スポット９８を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の幾何構造は、とりわけミラーアレイ３８のミラー４０の光学特性で決まる。ビーム拡大ユニット３４とひとみ画定ユニット３６の間に、投影光がミラー４０間のギャップで吸収されるのを回避する追加マイクロレンズアレイが存在する場合、このようなマイクロレンズアレイもまたスポット９８の幾何構造に影響を及ぼすことになる。いくつかの実施形態では、スポット９８の幾何構造は円形であり、他の実施形態では、幾何構造は概ね矩形にすることができ、とりわけ方形にすることができる。
図１３から分かるように、スポット９８の直径Ｄは、被照明光ラスタ素子７４の光入口ファセット１００の直径より小さい。通常、光ラスタ素子７４の光入口ファセット１００上で照明される各スポット９８の総面積は、各光入口ファセット１００の面積よりかなり小さくしなければならず、例えば少なくとも５分の１、好ましくは少なくとも１０分の１、より好ましくは少なくとも２０分の１にしなければならない。光入口ファセット１００が異なる面積を有しており、また、各スポット９８をこれらのファセットのうちの任意のファセット上に生成することができる場合、光入口ファセット１００の最大面積を基準にすることができる。
光ラスタ素子７４の光入口ファセット１００と比較してスポット９８が十分に小さい場合、異なる光パターンを光入口ファセット１００上に生成することができる。光パターンは、制御ユニット９０の補助の下でミラー素子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。
ｂ．光パターンを変更する効果
【0080】
光入口ファセット１００は、ラスタフィールド平面８４内またはそのすぐ近くに位置しているため、光入口ファセット１００上の光パターンは、第２のアレイ７２の光ラスタ素子７４および第２のコンデンサ７８を介して中間フィールド平面８０に結像される。以下、これについて、光インテグレータ６０の一部、第２のコンデンサ７８および中間フィールド平面８０を示す、図８の切抜きの拡大図であり、スケール通りではない図１４を参照して説明する。簡潔にするために、図１４には光インテグレータ６０の光ラスタ素子７４のうちの２つの対しか示されていない。単一の光チャネルに結合される２つの光ラスタ素子７４は、以下では第１のマイクロレンズ１０１および第２のマイクロレンズ１０２で参照されている。上で言及したように、フィールドおよびひとみハニカムレンズとも呼ばれるマイクロレンズ１０１、１０２は、例えば、回転対称屈折表面および矩形の境界線を有する各マイクロレンズとして構成することができ、あるいは図１０に示されている交差円筒マイクロレンズとして構成することができる。必要なことは、マイクロレンズ１０１、１０２は、少なくとも照明システム１２の光軸ＯＡに対して直交する１つの方向に沿って非ゼロ屈折パワーを有することのみである。
【0081】
特定の光チャネルと結合したマイクロレンズ１０１、１０２の各対は、ひとみ平面７６内に二次光源１０６を生成する。図１４の上半分では、それぞれ実線、点線および破線で示されている収束光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａおよびＬ３ａは、第１のマイクロレンズ１０１の光入口ファセット１００の異なる点に入射することが仮定されている。２つのマイクロレンズ１０１、１０２およびコンデンサ７８を通過すると、各光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａおよびＬ３ａは、それぞれ焦点Ｆ１、Ｆ２およびＦ３に収束する。したがって図１４の上半分から、光線が光入口ファセット１００に入射する位置およびこれらの光線が中間フィールド平面８０（または任意の他の共役フィールド平面）を通過する位置は、光学的に共役であることが明確になる。
【0082】
図１４の下半分は、平行光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂおよびＬ３ｂが第１のマイクロレンズ１０１の光入口ファセット１００の異なる領域に入射するケースを示している。光インテグレータ６０に入射する光は、通常、実質的に真に平行化されるため、これはより現実的なケースである。光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂおよびＬ３ｂは、第２のマイクロレンズ１０２中に位置している共通焦点Ｆに集束し、次に、もう一度平行化されて中間フィールド平面８０を通過する。ここでも、光学共役の結果として、光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂおよびＬ３が光入口ファセット１００に入射する領域は、中間フィールド平面８０内で照明される領域に対応することが分かる。
【0083】
したがって中間フィールド平面８０内で照明されるフィールド（したがってマスク平面８８内で照明されるフィールド１４）の寸法は、第１のマイクロレンズ１０１の光入口ファセット１００上で照明される領域を変更することによって変えることができる。この領域のサイズおよび幾何構造は、図１３を参照して上で説明したように、ひとみ画定ユニット３６のミラーアレイ３８の補助の下でスポット９８を組み立て直すことによって極めて効果的に変更することができる。
【0084】
当然のこととして、これらの考察は、Ｘ方向およびＹ方向に対しても個別に適用される。したがって被照明フィールド１４の幾何構造は、それぞれＸ方向およびＹ方向に対する光入口ファセット１００の照明を個別に変化させることにより、Ｘ方向およびＹ方向に対して独立して変更することができる。言い換えると、第１のマイクロレンズ１０１の光入口ファセット１００上で照明される領域が適切に決定される場合、中間フィールド平面８０内で照明されるフィールドのほとんどすべての任意の幾何構造を得ることができる。例えば、図１４の下半分に示されているように、第１のマイクロレンズ１０１の１つが光束Ｌ１ｂで照明され、また、他の第１のマイクロレンズ１０１が光束Ｌ２ｂで照明されると、２つの異なる第１のマイクロレンズ１０１に関連する二次光源は、中間フィールド平面８０内の異なる部分を照明することになる。しかしながら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を異なる位置に配置することができ、したがって関連する二次光源は、中間フィールド平面８０を異なる方向から照明することである。言い換えると、この場合、中間フィールド平面８０内の異なる部分が異なる角光分布で照明される。
図１５は、光インテグレータ６０の複数の第１のマイクロレンズ１０１の光入口ファセット１００の例示的上面図である。光入口ファセット１００は、説明用として、スキャン方向Ｙに沿って拡大されたサイズで示されている。実際には光入口ファセットの幾何構造は、被照明フィールド１４の幾何構造にほぼ対応している。
【0085】
光入口ファセット１００のいくつかは、ひとみ画定ユニット３６の補助の下で、第１の光パターン１０８を使用して照明される。各第１の光パターン１０８は、Ｙ方向に沿って延び、かつ、光入口ファセット１００の半分（Ｘ方向に沿って見た場合）を覆っている横方向の細長い線条１１０を含む。第１の光パターン１０８を使用して照明される光入口ファセット１００は、それらがＸ方向に沿って間隔を隔てた２つのほぼ円形または楕円形の極ＰＸ１、ＰＸ２を形成するよう、光インテグレータ６０の入口表面の上に配置されている。他の光入口ファセット１００は、Ｙ方向に沿って延びる横方向の細長い線条１１６のみをも含む第２の光パターン１１４を使用して照明される。しかしながら第２の光パターン１１４の細長い線条１１６は、第１の光パターン１０８の細長い線条１１０と比較すると、光入口ファセット１００の他の半分（Ｘ方向に沿って見た場合）の上に位置している。第２の光パターン１１４を使用して照明される光入口ファセット１００は、それらがＹ方向に沿って間隔を隔てた２つのほぼ円形の極ＰＹ１、ＰＹ２を形成するように配置されている。
【0086】
その光入口ファセット１００が第１の光パターン１０８を使用して照明される第１のマイクロレンズ１０１は、中間フィールド平面８０内、したがってマスク平面８８内の、第１の光パターン１０８の横方向の細長い線条１１０と同じ幾何構造を有する部分を共通に照明する。これらの光入口ファセット１００は、２つの極ＰＸ１、ＰＸ２の形で光インテグレータ６０の入口側に配置されているため、これらの光入口ファセット１００に関連する二次光源は、それがＸ双極子照明設定の特性であるため、これらの部分（のみ）をＸ方向から斜めに照明する。したがってマスク１６上の第１の部分１８１は、図２に示されているようにＸ双極子照明設定を使用して照明される。
【0087】
第２の光パターン１１４を使用して照明される光入口ファセット１００は、被照明フィールド１４内の他の半分の細長い線条の照明に寄与する。これらの光入口ファセット１００は、それらが２つの極ＰＹ１、ＰＹ２を形成するように光インテグレータ６０の入口側に配置されているため、被照明フィールド１４内の他の半分は、やはり図２に示されているようにＹ双極子照明設定を使用して照明される。したがって２つの異なる照明設定を被照明フィールド１４の異なる部分に同時に生成することができる。
したがって、制御ユニット９０の補助の下で、光インテグレータ６０の光入口ファセット１００上のスポット９８を適切に配置し直すことにより、角光分布のほとんどすべての任意のフィールド依存性をマスク平面８８内に生成することができる。角光分布のフィールド依存性を変更するのに必要な時間は、主として、ミラーアレイ３８のミラー４０を必要な傾斜角度だけどれだけ速く正確に傾斜させることができるかで決まる。
ｃ．偏光制御
【0088】
既に言及したように、照明システム１２は、異なる偏光の状態を有する投影光を使用して、一方ではマスクパターン領域１８１を照明し、また、他方ではマスクパターン領域１８２を照明することも可能である。角光分布だけでなく、マスクレベルにおける投影光の偏光の状態も、感光性表面２２に形成される画像の品質に対する影響、とりわけコントラストに対する影響を有することは当分野で知られている。したがって異なる偏光の状態を有する投影光を使用して、マスク１６上の異なる部分を照明することができることが望ましい。これは、上で簡単に説明した偏光変調器７７の補助の下で、照明システム１２内で達成することができる。偏光変調器７７は、ラスタフィールド平面８４内またはそのすぐ近くに配置される複数の変調器ユニット７９を備える。
【0089】
この変調器ユニット７９について、２つの変調器ユニット７９が示されている図１４を参照して最初に説明する。各変調器ユニット７９は、ラスタフィールド平面８４のすぐ近くに配置されている。典型的な寸法を仮定すると、これは、ラスタフィールド平面８４からの距離が３ｍｍ未満であることを暗に示している。各変調器ユニット７９は、単一の光チャネルに結合されており、言い換えると、ラスタフィールド平面８４内の光チャネルの領域として定義される単一のラスタフィールド平面要素に結合されている。各変調器ユニット７９は、制御ユニット９０によって提供される制御信号に応答して、各ラスタフィールド平面要素の少なくとも２つの部分で偏光の状態を別様に変更可能に修正することができる。各ラスタフィールド平面要素は、マスク上で照明されるフィールド１４全体に対して光学的に共役であるため、変調器ユニット９７は、被照明フィールド１４の異なる部分に異なる偏光の状態を生成することができる。
【0090】
各ラスタフィールド平面要素の２つの部分で偏光の状態を別様に修正するために、各変調器ユニット７９は、可変厚さを有する２つの複屈折コンポーネント７９ａおよび７９ｂを備える。したがって複屈折材料の光学軸を適切に配置することにより、一方では第１のコンポーネント７９ａを通過し、また、他方では第２のコンポーネント７９ｂを通過する投影光の偏光の状態を別様に修正することができる。例えば複屈折コンポーネント７９ａ、７９ｂの厚さは、円偏光が第１の複屈折コンポーネント７９ａによってｓ−偏光に変換され、また、第２の複屈折コンポーネント７９ｂによってｐ−偏光に変換されるように選択することができる。図１４の下の部分から最も良好に分かるように、第１の複屈折コンポーネント７９ａからｓ−偏光として出現する投影光は、被照明フィールドの半分を排他的に照明し、また、第２の複屈折コンポーネント７９ｂから出現する光は、被照明フィールドの他の半分を排他的に照明する。この方法によれば、異なる偏光の状態を有する投影光を使用して被照明フィールド上の異なる部分を照明することができる。
【0091】
複屈折コンポーネント７９ａ、７９ｂの厚さを変更することができるようにするために、複屈折コンポーネントの各々は、駆動装置の補助の下で、照明システムの光軸に対して直交する方向に変位させることができる２つの複屈折くさびを含むことができる。これは、図１６〜１８に概略的に示されている。図１６は、光インテグレータ６０の２つのアレイ７０、７２の間に配置された２つのくさび８１ａ、８１ｂを子午線断面図で示し、図１７は、変調器ユニット７９を形成している２対のくさびを斜視図で示し、また、図１８は、光源側から光軸に沿って見た場合の光インテグレータ６０および複数の変調器ユニット９１の上面図である。当然のこととして、くさび８１ａ、８１ｂは、アレイ７０の前方に配置することも可能である。
【0092】
複屈折コンポーネント７９ａ、７９ｂに関連するくさび８１は、二重矢印によって図１６に示されている方向に沿って変位され、光軸の方向に沿った厚さは、駆動装置８３の補助の下で変更することができる。図１７および１８から、４つのくさび８１を備えた各変調器ユニット７９は、スキャン方向Ｙに沿って、光インテグレータ６０の長さ全体にわたって延びることが分かる。したがって複屈折コンポーネント９７ａ、９７ｂの厚さは、交差スキャン方向Ｘに沿ってのみ変化し、スキャン方向Ｙに沿っては変化しない。これは、図１７に破線で示されているすべての光チャネル内では、変調器ユニット７９は偏光の状態に対して同じ影響を有することを保証する。
３．代替実施形態
【0094】
図８に示されている照明システム１２では、第１および第２のマスクパターン領域１８１、１８２上の異なる角光分布は、ひとみ画定ユニット３６の補助の下で光インテグレータ６０の光入口ファセット１００上に生成される異なる放射照度分布によるものである。これらの放射照度分布は、ミラーアレイ３８のミラー４０によって生成される光スポット９８を配置し直すことによって修正される。図１９は、ひとみ画定ユニット３６がミラーアレイ３８ではなく、回折型光学素子９６を含む一実施形態を示したものである。拡大切抜き９８から分かるように、回折型光学素子９６は、複数の微小回折構造１００を備える。回折型光学素子９６は、例えばそういうものとして当分野で知られているように、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として実現することができる。
【0095】
示されている実施形態では、回折型光学素子９６は、異なる回折特性を有する複数の部分９６ａ、９６ｂを備える。回折型光学素子９６は、駆動装置１０４の補助の下で回折型光学素子９６を回転軸周りで回転させるように構成されるタレットホルダ１０２内に受け取られている。したがって部分９６ａ、９６ｂのうちの１つは、所与の時間に投影光の光路中に挿入することができる。当然のこととして、他のタイプの交換ホルダをこの目的のために使用することも可能である。光路中に挿入される部分９６ａまたは９６ｂに応じて、図１４および１５を参照して上で説明したように、光インテグレータ６０の各光入口ファセット１００上に異なる放射照度分布が生成される。したがってこの照明システム１２も、マスクレベルにおける異なるフィールド依存性角光分布をも生成することができ、また、回折型光学素子９６の他の部分を挿入することによってこれらの角光分布を変更することができる。
ミラーアレイ３８の代わりに回折型光学素子９６を含むひとみ画定ユニット３６を使用すると、異なる角光分布をマスク１６上に同時に生成することに関する柔軟性が乏しくなる。一方、ひとみ平面７６内に放射照度分布を画定するための回折型光学素子９６の使用は、ミラーアレイ３８と比較すると、複雑な制御スキームをそれほどには必要としない確立した技術である。
ｂ．ひとみ放射照度分布の結合
【0096】
図２０は、２つの異なる角光分布を異なるマスクパターン領域に同時に生成するために使用することができる異なる手法を示したものである。図２０に示されている照明システム１２は、それぞれ回折型光学素子９６ａおよび９６ｂを個々に含む２つの従来のひとみ画定ユニット３８ａ、３８ｂと、それぞれレンズ５０ａおよび５０ｂによって示されているズーム光学系と、それぞれ一対のアキシコン素子１０８ａ、１１０ａおよび一対の１０８ｂ、１１０ｂと、それぞれ光インテグレータ６０ａおよび６０ｂと、それぞれ偏光マニピュレータ７７ａおよび７７ｂとを備える。そういうものとして当分野で知られているように、アキシコン素子１０８ａ、１０８ｂおよび１１０ａ、１１０ｂは、相補円錐表面を有する。これらの表面の間の距離を変更することにより、円錐表面が互いに接触している場合の全くシフトしていない状態を含む可変程度だけ光を半径方向にシフトさせることができる。
２つのコンデンサレンズ７８ａ、７８ｂは、一方では２つのひとみ平面７６ａ、７６ｂの間にフーリエ関係を確立し、また、他方では共通中間フィールド平面８０を確立している。平らな平行板によって形成されているか、あるいは偏菱形プリズムとして形成されているプリズム１１２ａ、１１２ｂは、２つのひとみ平面７６ａ、７６ｂによって照明されるフィールドが中間フィールド平面８０内でほぼ継目なく結合するよう、光インテグレータ６０ａ、６０ｂから出現する投影光ビームを横方向にオフセットさせるために使用されている。したがって中間フィールド平面８０内のフィールドの半分は第１のひとみ平面７６ａによって照明され、また、他の半分は第２のひとみ平面７６ｂによって照明される。
【0097】
中間フィールド平面８０は、既に説明した実施形態と同様、対物レンズ８６を介してマスク１６上に結像される。ひとみ画定ユニット３８ａ、３８ｂは個々に制御することができるため、異なる放射照度分をひとみ平面７６ａ、７６ｂ内に生成することができ、したがって、光線経路によって図２０に示されているように、マスク１６上で照明されるフィールド１４内の半分ずつの２つの部分に異なる角光分布が生成される。
【0098】
示されている実施形態では、回折型光学素子９６ａ、９６ｂは共通光源３３によって照明される。光源３３によって放出された光は、第１のビーム分割ミラー１１７ａでビーム分割ミラー１１５に向かって反射する。ビーム分割ミラー１１５は、第１のひとみ画定ユニット３６ａの回折型光学素子９６ａを照明する第２の平板折りたたみミラー１１７ｂに向かって光強度の半分を導き、また、光強度の他の半分を直接第２のひとみ画定ユニット３６ｂの回折型光学素子９６ｂへ導く。しかしながら、各光源３３が実際にマスク１６上のフィールド１４の半分のみを照明するよう、２つの光源３３を使用することもまた想定することができる。これは、２倍の光エネルギーを利用して感光性表面２２を露光することができ、したがって投影露光装置１０の出力をも２倍にすることができる利点を有する。ＶＩ．第２の実施形態のための照明システム
【0099】
以下、極めて速やかに変化する異なる角光分布をマスク１６に生成することができる照明システムについて説明する。図４および５を参照して上で説明した二重露光スキームの第２の実施形態を実施するためには、このような照明システムが必要である。１．一般構造
【0100】
図２１は、図１に示されている投影露光装置１０に使用するのにやはり適している照明システム１２の子午線断面図である。照明システム１２は、図１９に示されている照明システムと同様な構造を有する。この実施形態では、光源３３は、スキャンサイクルの間、連続する投影光パルスの列を放出するように構成されることが仮定されている。パルス列は、１ｋＨｚを超える平均パルス周波数ｆ、好ましくは４ｋＨｚと８ｋＨｚの間の平均パルス周波数ｆを有する。「平均周波数」という用語は、パルス列全体を平均して得られる周波数を表している。光源３３は、制御ユニット６０が単一のパルス列内における各光パルスの放出時間を少なくとも１／２ｆの時間シフトだけ修正することができるように制御ユニット６０に接続されている。言い換えると、完全に規則的にではなく、若干早く、あるいは若干遅く光パルスを放出することができるよう、各光パルスの放出時間を特定の限度内で短くし、あるいは遅延させることができる。
「時間シフト」という用語は、パルス列が完全に周期的である場合に得られる規則的な放出時間を意味する。例えば平均パルス周波数ｆが５ｋＨｚである場合、２つの連続する光パルスの間の平均時間間隔は２００マイクロ秒である。したがって規則的な放出時間は、やはり２００マイクロ秒によって分割される。この場合、１／２・５ｋＨｚの遅延は１００マイクロ秒に相当する。これは、規則的な放出時間が経過した後、１００マイクロ秒以内に特定の光パルスをトリガすることができることを意味する。したがって２つの連続する光パルスの間の可能時間間隔は、１００マイクロ秒と３００マイクロ秒の間の範囲内に存在する。
図１９に示されている実施形態と同様、この実施形態のひとみ画定ユニット３６も、タレットホルダ１０２の上に取り付けられる回折型光学素子９６を備えており、タレット駆動装置１０４の補助の下で回転軸１１８周りで回転させることができる。回転軸１１８は、照明システム１２の後続の光学コンポーネントの光軸ＯＡに対して平行に位置合わせされる。
【0101】
しかしながら、図１９に示されている実施形態とは対照的に、タレット駆動装置１０４は、回折型光学素子９６を回転軸１１８周りで極めて高速で回転させるように構成される。示されている実施形態では、角速度は一定であり、また、回転周波数は、光源３３の平均パルス周波数ｆに等しいか、あるいはその整数倍である。平均パルス周波数ｆの範囲を数ｋＨｚと仮定し、また、回折型光学素子９６の直径の範囲を数センチメートルと仮定すると、タレットホルダ１０２の円周の速度は、音速に近いか、さらには音速より速くなる。回折型光学素子９６は、異なる回折特性を有する第１の部分９６ａおよび第２の部分９６ｂを備えており、したがって第１の部分９６ａは、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する。第２の部分９６ｂは、光パルスによって照明されると、回折型光学素子９６とひとみ平面７６の間の光学コンポーネントの配置が全く同じであっても、第１の放射照度分布とは全く別の第２の放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する。
【0102】
これらの光学素子は、単一のレンズ５０によって表されているズーム光学系、および一対のアキシコン素子１０８、１１０を含み、アキシコン素子１０８、１１０の距離は、図２０を参照して上で説明したように変更することができる。これらの光学素子を使用することにより、回折型光学素子９６の部分９６ａ、９６ｂのうちの１つによって生成されるひとみ平面７６内の放射照度分布をさらに変更することができる。
【0103】
照明システム１２は、一対のアキシコン素子１０８、１１０と後続の光インテグレータ６０の間のビーム経路内に配置される偏光マニピュレータ７７をさらに備える。偏光マニピュレータ７７は、偏光の状態に別様に影響を及ぼす第１の部分１２６ａおよび第２の部分１２６ｂを含む偏光操作素子１２６を備える。偏光操作素子１２６は、タレット駆動装置１２４の補助の下で回転軸１２８周りで回転させることができるタレットホルダ１２２の上に取り付けられており、回転軸１２８は、やはり照明システム１２の光軸ＯＡに対して平行に位置合わせされる。回折型光学素子９６のために使用されるタレット駆動装置１０４と同様、偏光マニピュレータ７７のタレット駆動装置１２４は、偏光操作素子を回転軸１２８周りで、光源３３によって放出されるパルス列の平均パルス周波数ｆに等しいか、あるいはその整数倍の一定の角速度で、極めて高速で回転させるように構成される。２．照明システムの機能および制御
【0104】
次に、図２１に示されている照明システム１２の機能について、図２２ａ〜２２ｄを参照して説明する。これらの図の各々の左側は、被照明フィールド１４が、図４および５を参照して上で説明した方法で、第１および第２のマスクパターン領域２１８１、２１８２の上をスキャンするスキャニングサイクルの進行を示している。
図のその右隣の部分は、回転軸１１８に対して異なる回転位置における回折型光学素子９６の上面図である。矩形のフィールド１３０は、投影光パルスが回転している回折型光学素子９６に入射する位置を示している。一定の角速度での回転は矢印によって示されており、また、異なる回折特性を有する回折型光学素子９６の２つの異なる部分９６ａ、９６ｂは、異なるハッチングで表されている。
回折型光学素子９６の右隣の図解は、偏光の状態に対して異なる影響を有する部分１２６ａ、１２６ｂを含む、回転している偏光操作素子１２６の上面図である。ここでは、第１の部分１２６ａは、入射する円偏光をＹ方向に沿って直線偏光される光に変換し、また、第２の部分１２６ｂは、入射する円偏光をＸ方向に沿って直線偏光される光に変換することが仮定されている。そのために部分１２６ａ、１２６ｂは、そういうものとして当分野で知られているように、異なる厚さを有し、かつ、適切に位置合わせされた光軸を有する複屈折光材料を備えることができる。円形の領域１３２は、投影光パルスが偏光操作素子１２６に入射する位置を示している。
各図の右側の部分は、ひとみ平面７６内の放射照度分布を示している。ハッチングが施された領域は、スキャニング操作中、投影光パルスによって照明される極２７を示している。二重矢印１３４は、ひとみ平面７６内の被照明領域を通過する投影光の偏光の直線状態を表している。
【0105】
図２２ａは、第１のマスクパターン部分２１８１がマスク１６上のフィールド１４によって照明される場合に、ある段階で優勢である状態を示している。制御ユニット６０は、光パルスが回折型光学素子９６の回転と完全に同期するように光源３３および駆動装置１０４を制御する。したがって光源３３が光パルスを放出する毎に、回折型光学素子９６は同じ回転位置に位置する。ここでは、この回転位置は、光パルスによって照明されるフィールド１３０が回折型光学素子９６の第１の部分９６ａの円周中心にほぼ位置するように選択される。この第１の部分９６ａは、光パルスによって照明されると、図２２ａの右側に示されているように、Ｘ方向に沿って間隔を隔てた２つの極２７を含むひとみ平面７６内に第１の放射照度分布を生成するように構成される。
【0106】
偏光操作素子１２６もまたパルス列の平均周波数ｆに等しい回転周波数で回転する。図２２ａに示されている第１の回転位置では、光パルスによって照明される領域１３２は第１の部分１２６ａに位置している。この部分は、この実施形態では、二重矢印１３４によって右側に示されているように、投影光がＹ方向に沿って直線偏光されるように構成される。これは、Ｙ方向に沿ってやはり位置合わせされる構造を結像するための偏光の最適状態である。
【0107】
図２２ｂは、光源３３によって次の光パルスが放出されるまでの間に経過する時間期間の間のある段階における状態を示している。したがってそれぞれ回折型光学素子９６および偏光操作素子１２６上で照明される領域１３０、１３２は存在しない。回折型光学素子９６およびやはり偏光操作素子１２６は半回転だけ回転しており、したがってそれぞれ第１および第２の部分９６ａ、９６ｂおよび１２６ａ、１２６ｂは、それらの位置が取り替わっている。しかしながら光パルスが放出されないため、これはマスク１４の照明に対する効果は有していない。
【0108】
図２２ｃは、次の光パルスが光源３３によって放出される際に優勢である状態を示している。マスク１４はもう少し先まで移動し、回折型光学素子９６は再び図２２ａに示されている第１の回転位置に位置しており、偏光操作素子２６も同様である。したがってひとみ平面７６内における放射照度分布および偏光分布は、図２２ａと同じである。光源３３と回折型光学素子９６および偏光操作素子１２６のこの同期化は、第１のマスクパターン領域２１８１が照明されている限り維持される。
第２のマスクパターン領域２１８２を感光性層２２の上に画像する場合、角光分布は、図４に示されているＹ双極子照明設定に極めて速やかに変化しなければならない。この場合、２つの極２８は、図２２ｄの右側に示されているように、Ｙ方向に沿って間隔を隔てていなければならない。さらに、投影光は、二重矢印１３５によってこの図に示されているように、Ｘ方向に沿って直線偏光させなければならない。
照明設定のこの速やかな変化は、後続のすべての光パルスを半パルス周期、つまり１／２ｆだけ遅延させることによって達成される。これは、２つの連続する光パルスの間の放出時間が一度だけ１／２ｆだけ長くなることを暗に示している。残りのすべての光パルスは、再び平均周波数ｆで放出される。パルス周期が一度１／２ｆだけ長くなると、回折型光学素子９６は、光パルスが放出される毎に、被照明領域１３０が回折型光学素子９６の第２の部分９６ｂの上に位置するその第２の回転位置に位置することになる。第２の部分は、極２８がＸ方向ではなく、Ｙ方向に沿って間隔を隔てる点で第１の放射照度分布とは全く異なる第２の放射照度分布をひとみ平面７６内に生成するように構成される。
【0109】
放出時間の遅延は、偏光の状態に対する効果と同様の効果を有する。したがって偏光操作素子１２６は、光パルスが放出される毎にその第２の回転位置に位置することになる。したがって光パルスによって照明される領域１３２は、二重矢印１３４によって右側に示されているように、この部分から出現する投影光がＸ方向に沿って直線偏光されるように構成される第２の部分１２６ａに位置する。これは、Ｘ方向に沿ってやはり位置合わせされる構造を結像するための偏光の最適状態である。第２のマスクパターン領域２１８２の照明が終了し、照明設定を再びＸ双極子照明設定に変更し直す場合、光パルスはもはや遅延されない。これは、残りのすべての光パルスが再び平均周波数ｆで放出されることを暗に示している。
【0110】
回折型光学素子９６および偏光操作素子１２６を異なる光学特性を有する素子に置き換えることにより、マスクレベルにおけるほとんどすべての任意の角光分布および偏光分布の間で極めて速やかに変更することができる。これは、スキャンサイクル中の２つの異なる段階を図２２ａ〜２２ｄと同様の図で示す図２３および２４に示されている。ここでは、回折型光学素子９６の第１の部分９６ａは、ひとみ平面７６内の被照明部分が円板１３６（図２３参照）の形を有する従来の照明設定を生成することが仮定されている。回折型光学素子９６の第２の部分９６ｂが光パルスによって照明されると生成される第２の放射照度分布は、環状領域１３７がひとみ平面７６内で照明される環状照明設定に対応している（図２４）。したがってこのような回折型光学素子９６を使用することにより、光源３３によって放出される単一のパルス列の２つの連続するパルスの間に、図２３の右側に示されている従来の設定と、図２４の右側に示されている環状照明設定との間で極めて速やかに変更することができる。
【0111】
第１の部分９６ａの照明と第２の部分９６ｂの照明の間の変更に必要な時間シフトは、この実施形態では、回折型光学素子９６の第１および第２の回転位置を１８０°の代わりに６０°だけ分離するように配置することにより、１／２ｆから１／６ｆに短縮される。この実施形態では、偏光操作素子１２６は、入射する光パルスが所与の方向に沿って直線偏光されると円偏光（矢印１３９ａ参照）を生成するように構成される第１の部分１２６ａを備える。この場合、第１の部分１２６ａは、例えば４分の１波長板によって形成することができる。第２の部分１９６ｂは、図２４の右側に二重矢印示１３９ｂによって示されているように、接線偏光分布を生成するように構成される。このような接線偏光分布は、米国特許出願公開第２００２／０１７６１６６号明細書に記載されているように、第２の部分１２６ｂが異なる方向に配向される複数の複屈折素子から組み立てられる場合に達成することができる。偏光操作素子１２６が回折型光学素子９６と同じ角周波数で回転している場合、光パルスが１／６ｆだけ遅延されると、連続する光パルス間に、ひとみ平面７６内の放射照度分布およびやはり偏光分布を同時に変更することができる。
３．代替実施形態
【0112】
図２１〜２４に示されている実施形態では、回折型光学素子９６および偏光操作素子１２６の角周波数は、パルス周波数ｆに等しいか、あるいはその整数倍である。これは、ひとみ平面７６内の放射照度分布および偏光分布を変更する場合、一方では回折型光学素子９６および偏光操作素子１２６の速い角速度を必要とし、また、他方ではやはり比較的長い時間シフトが必要である。ａ．交互部分
【0113】
図２５は、複数の第１の部分９６ａおよび同じ数の第２の部分９６ｂが回折型光学素子９６の円周に沿って交互に配置される回折型光学素子９６の一実施形態を示したものである。ここでも、各第１の部分９６ａは、図２５に示されているように、回折型光学素子９６の上に示されているひとみ平面７６内に、極２７を有するＸ双極子照明設定を生成し、また、各第２の部分９６ｂは、極２８を有するＹ双極子照明設定を生成することが仮定されている。ｎ個の第１の部分９６ａおよびｎ個の第２の部分９６ｂが存在する場合、回折型光学素子９６の角周波数は、光源３３の平均パルス周波数ｆに対して１／ｎまで低くすることができる。さらに、第１の部分９６ａのうちの１つが光パルスによって照明される第１の角位置、および第２の部分９６ｂのうちの１つが光パルスによって照明される第２の回転位置は、ここでは１８０°ではなく、１８０°／ｎだけ分離される。したがって第１の回転位置と第２の回転位置の間の変更は、たったの１／２ｎｆの時間シフトによって達成することができる。パルス周波数がｆ＝５ｋＨｚであり、また、回折型光学素子９６が１６個の第１の部分９６ａおよび１６個の第２の部分９６ｂを有すると仮定すると、第１および第２の部分９６ａ、９６ｂに関連する２つの照明設定の間の変更に必要な時間シフトは、たったの６．２５マイクロ秒にすぎず、これは、２つの連続する光パルスの間の規則的な周期である２００マイクロ秒の約３％である。典型的な場合にそうであるように光源３３がエキシマレーザによって形成される場合、各光パルスの放出時間のもっと短い時間シフトは、光源３３の性能に対して有利な効果を有する。
ｂ．多重照明設定
【0114】
図２６は、他の実施形態による回折型光学素子９６の上面図である。図２２〜２４に示されている実施形態とは異なり、回折型光学素子９６は、たったの２個ではなく、１０個の異なる部分９６ａ〜９６ｊを備える。各部分は、光パルスによって照明されると異なる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する。そのため、部分９６ａ〜９６ｊは、図２６には、各部分を照明することによってひとみ平面７６内に生成される放射照度分布によって表されている。
【0115】
回折型光学素子９６の回転周波数が光源３３の平均パルス周波数ｆ（またはその整数倍）に等しい場合、部分９６ａ〜９６ｊに関連する任意の放射照度分布をひとみ平面７６内に生成することができる。この場合、必要なことは、回折型光学素子９６が回転している間、各光パルスがその都度同じ所望の部分を照明するよう、各光パルスの放出時間を制御することのみである。例えば、図２７に示されている放射照度分布をひとみ平面７６内に生成することが望ましい場合、この特定の放射照度分布、したがって灰色の陰影で図２６に示されている放射照度分布を生成するように構成される部分９６ｈが照明システム１２内の光パルスの経路と交差する毎に、光源３３によって光パルスを放出しなければならない。感光性表面２２へのマスクパターン１８の最適転写を可能にするためには、ひとみ平面７６内の極２８をもっと小さくするか、あるいはもっと大きくしなければならないことが分かると、回折型光学素子９６が一定の角速度で回転している間、他の部分９６ｄ、９６ｉまたは９６ｊのうちの１つが光パルスによって照明されるよう、放出時間を修正することができる。
ｃ．スキャン統合ひとみ充填
【0116】
回折型光学素子９６上で利用することができる異なる部分の数は必然的に制限される。とりわけ、より複雑な放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する場合、異なる回折特性を有する多数の部分を個々に含む多数の異なる回折型光学素子を提供しなければならない場合がある。広範囲にわたる様々な異なる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成することができる他の方法は、ひとみ平面７６内における放射照度分布全体を各光パルスによって生成する必要はないことの考察に基づいている。その代わりに、マスク１６上の特定の点が光パルスによって照明される全時間間隔の間に、ひとみ平面７６内の所望の放射照度分布が生成されるだけで十分である。言い換えると、光パルスは、所望の放射照度分布の部分のみをひとみ平面７６内に生成し、スキャンプロセスの間、これらの部分から放射照度分布全体が組み立てられる。これは、「スキャン統合ひとみ充填」とも呼ばれることがある。
【0117】
図２８は、この場合も、示されているようにそれぞれ異なる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する１０個の部分９６ａ〜９６ｊが存在する一実施形態による回折型光学素子９６の上面図である。この回折型光学素子９６は、とりわけ、異なるＣスカッド照明設定を生成するように構成される。このような照明設定は、図２９に例示的に示されているように、２つの極２７を有するＸ双極子設定、２つの極２８を有するＹ双極子設定、および中心極２５を有する小さい従来の設定の組合せである。回折型光学素子９６が３６０°だけ１回転している間に（好ましくは一定の角速度で）、灰色の陰影が施された３つの部分９６ｂ、９６ｆおよび９６ｉが光パルスによって交互に照明されると、３つの部分９６ｂ、９６ｆ、９６ｉの各々が異なる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成するため、図２９に示されているスキャン統合放射照度分布がひとみ平面７６内に得られる。
【0118】
この放射照度分布内の領域のサイズを変更する場合、必要なことは、いくつかの光パルスの放出時間を修正することのみである。例えばＸ方向に沿って間隔を隔てた極２７のサイズを小さくする場合、部分９６ｂではなく、部分９６ｃまたは９６ｄが照明されるよう、光パルスの放出時間を修正しなければならない。ｄ．照明設定の連続修正
【0119】
図３０は、異なる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する部分が、回折型光学素子９６の回転軸１１８に対して中心を有する連続円形リング１４０を形成する回折型光学素子９６の一実施形態を示したものである。リング１４０によって生成される回折効果は、円周の少なくとも一部に沿って連続的に変化する。したがってリング１４０は、異なる放射照度分布がひとみ平面７６内に生成される、事実上、無限数の回転位置を有する。図３０では、３つの部分９６ａ、９６ｂおよび９６ｃはダッシュ線で示されている。第１の部分９６ａは、光パルスによって照明されると、図３０に示されているように、極２７を有するＹ双極子照明設定を生成する。第２の部分９６ｂは、光パルスによって照明されると、極２８を有するＸ双極子照明設定を生成する。第１の部分９６ａと第２の部分９６ｂの間に配置される第３の部分９６ｃは、Ｘ双極子照明設定とＹ双極子照明設定の混合を生成し、４つの極２７、２８を有する四極子照明設定をもたらす。したがってひとみ平面内の被照射領域は、双極子照明設定と比較すると大きさが２倍であるため、各極２７、２８の強度は１／２になる。これは、第３の部分９６ｃによって生成される極２７、２８の灰色の陰影によって図３０に示されている。
【0120】
第１の部分９６ａと第３の部分９６ｃの間の部分、また、やはり第２の部分９６ｂと第３の部分９６ｃの間の部分は、ひとみ平面７６内の放射照度分布Ｍによって示されているように、ひとみ平面７６内の極の放射照度が極２７から極２８へ、また、その逆に極２８から極２７へ連続的にシフトする放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する。したがって図３０に示されている回折型光学素子９６は、ひとみ平面７６内の被照射領域の異なる形状だけでなく、同じ形状を有する領域の放射照度に対してのみ異なる放射照度分布を生成することができる。これは、例えば照明設定のテレセントリシティおよび極平衡を調整するために使用することができる。
ｅ．固定回折型光学素子との組合せ
【0121】
図２６〜３０に示されている実施形態では、高速で回転する回折型光学素子９６は、異なる放射照度分布全体をひとみ平面７６内に生成することができるだけでなく、例えば極２７、２８の形状および／または放射照度を変更することによって所与の放射照度分布を若干修正することができる。また、高速で回転する回折型光学素子９６を排他的に使用して、ひとみ平面内の基本放射照度分布を修正または補正することも可能である。この場合、基本放射照度分布は、従来のひとみ画定手段、例えばズーム光学系および一対のアキシコン素子と組み合わせた固定回折型光学素子によって生成することができる。
【0122】
図３１は、図２１に示されている照明システム１２と実質的に全く同じである照明システム１２を、図２１と同様の子午線断面図で示したものである。異なっているのは、追加静止回折型光学素子９６’が高速で回転する回折型光学素子９６のすぐ近くに配置されていることのみである。別法としては、２つの回折型光学素子９６、９６’を光学的に共役である平面内に配置することも可能であり、例えば結像光学系の物体平面および像平面に配置することも可能である。このような構造を使用して、あるいは図３１に示されている構造を使用して、２つの回折型光学素子９６、９６’によってひとみ平面７６内に生成される放射照度分布を、静止回折型光学素子９６’によって個々に生成される放射照度分布と、高速で回転する回折型光学素子９６の異なる部分によって生成される放射照度分布との畳込みとして数学的に記述することができる。
【0123】
これは、図３２および３３に示されている。図３２ａは、静止回折型光学素子９６’によってひとみ平面７６内に生成される単一の極Ｐを含む一例示的放射照度分布を示したものである。図３２ｂは、高速で回転する回折型光学素子９６の部分９６ａ〜９６ｉによって生成することができる異なる放射照度分布を略図で示したものである。部分９６ａ〜９６ｉは、それらが、基本的に、Ｙ方向に沿って異なる距離だけ間隔を隔てた、２つの異なる利用可能スポットサイズを有する２つの微小スポットのみからなる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する点で互いに異なっている。例えば、部分９６ｄのみが光パルスによって照明されるように光パルスの放出時間が制御されると、図３２ｃに示されている放射照度分布がひとみ平面７６内に得られる。この放射照度分布は、図３２ａに示されている放射照度分布と、図３２ｂに示されている部分９６ｄに関連する放射照度分布との畳込み（記号１４２によって示されている）で数学的に記述することができる。静止回折型光学素子９６’によって生成される極Ｐは２倍になっており、したがって２つの極２８ｄがひとみ平面７６内の異なる位置に出現することが分かる。
【0124】
例えば、Ｙ方向に沿って最大距離だけ間隔を隔てた２つのより大きいスポットを生成する部分９６ｇを光パルスが照明するように光パルスの放出時間が制御されると、図３１ａに示されている基本放射照度分布との畳込みにより、図３３ｃに示されている放射照度分布が得られる。図３２ｃと比較すると、２つの極２８ｇは若干より大きく、かつ、Ｙ方向に沿ってより長い距離を有する。この手法を使用して、所与の照明設定のテレセントリシティ誤差または極平衡誤差を補正することも可能である。これらの用語は、ひとみ平面７６内の空間エネルギー分布に関連している。ひとみ平面７６内のエネルギー分布が特定の対称要求事項を満たさない場合、テレセントリシティ誤差または極平衡誤差が生じる。例えば四極子照明設定において、Ｘ方向に沿って間隔を隔てた極がＹ方向に沿って間隔を隔てた極より明るい場合、この非対称性は極平衡誤差と呼ばれる。ひとみ平面７６内におけるこのような対称要求事項の違反は、様々な望ましくない影響の原因になることがある。例えば、全く同じ形状およびサイズを異なる配向で有するフィーチャ１９の画像が異なるサイズを有することになる。
図３４ａの左側は、高速で回転する回折型光学素子９６が存在しない場合に、静止回折型光学素子９６’によってひとみ平面７６内に生成される放射照度分布を示している。２つの極Ｐは、結像すべきフィーチャにとりわけ適合される形状を有する。
【0125】
高速で回転する回折型光学素子９６が存在しない場合、あるいは通過する光の角分布を修正しない部分９６ａが照明される場合、図３４ａに示されている放射照度分布がひとみ平面７６内に得られることが期待される。しかしながら様々な理由のため、そのようにはならない。これらの理由には、静止回折型光学素子９６’の不完全性、静止回折型光学素子９６’に入射する投影光ビーム３５の方向の変動、およびやはり静止回折型光学素子９６’とひとみ平面７６の間に配置される光学素子に関連する収差を含む。ここでは、ひとみ平面７６内に最終的に得られる放射照度分布は、図３４ｃに示されているような分布になるであろうことが仮定されている。極２７ａは所望の形状およびサイズを有するが、それらは＋Ｘ方向に沿って若干変位していることが分かる。この場合、−Ｘ方向からよりも＋Ｘ方向からより多くの光がマスク１６上の点に入射するため、この変位はテレセントリシティ誤差の原因になる。
【0126】
このようなテレセントリシティ誤差は、例えばマスク平面８８内の角光分布またはひとみ平面７６内の空間放射照度分布を測定することによって検出することができる。次に、高速で回転する回折型光学素子９６の部分９６ａではなく、部分９６ｊが光パルスによって照明されるよう、光パルスの放出時間を修正することができる。部分９６ｊは、投影光によって照明されると、−Ｘ方向に沿って若干変位している微小スポットからなる放射照度分布をひとみ平面７６内に生成する。図３４ａおよび３５ａに示されている基本放射照度分布とのこのような放射照度分布の畳込みは、図３５ｃに矢印によって示されているように、基本放射照度分布が−Ｘ方向に沿って若干シフトすることになる。この場合、極２７ｉはＹ方向に沿って完全に位置合わせされ、したがって＋Ｘ方向および−方向から同じ量の投影光がマスク１４に入射する。
【0127】
高速で回転する回折型光学素子９６は、極めて多数の部分９６ａ〜９６ｉを備えており、これらの部分は、放射照度分布を＋Ｘ方向および−Ｘ方向ならびに＋Ｙ方向および−Ｙ方向に沿って微小量だけシフトさせるために使用することができるため、回折型光学素子９６が一定の角速度で回転している間、光パルスの放出時間を単純に修正することにより、テレセントリシティおよび極平衡を見込んで照明設定を最適化することができる。さらに、回折型光学素子９６の高速回転のため、照明設定の調整は極端に速く実施することができることは明らかである。したがって異なるマスクパターン領域１８１、１８２が異なる量の調整を必要とする場合、速やかに照明設定を調整することができる。ｆ．パルス列の交互配置
【0128】
また、高速で回転する回折型光学素子９６と静止回折型光学素子９６’との組合せを使用して、有効パルスレートが２倍になるよう、２つの光パルス列を交互に配置することも可能である。これは、１つの光源３３だけでなく、２つの光源３３ａ、３３ｂ、２つのビーム拡大ユニット３４ａ、３４ｂ、２つの第１の平面折りたたみミラー１１７ａ、１１７ｂおよび２つの第２の平面折りたたみミラー１２１、１２１ｂが存在する点でのみ、図３１に示されている照明システムとは異なる照明システム１２を示す図３６に示されている。第２の折りたたみミラー１２１ａ、１２１ｂは、投影光ビーム３５ａ、３５ｂを静止回折型光学素子９６’に向けて導く。したがって斜め入射の結果、静止回折型光学素子９６’によってひとみ平面７６内に生成される放射照度分布は、光パルスが光源３３ａによって生成されたか、あるいは光源３３ｂによって生成されたかどうかに応じて＋Ｘ方向または−Ｘ方向へシフトすることになる。各光パルスは、その起源に無関係に同じ放射照度分布を生成するため、高速で回転する回折型光学素子９６を使用して、斜め入射によってもたらされる放射照度分布のシフトが補償される。以下、これについて、図３７および３８を参照して説明する。
図３７ａは、静止回折型光学素子９６が第１の光源３３ａによって放出される光パルスによって照明され、かつ、高速で回転する回折型光学素子９６が存在しない場合に、静止回折型光学素子９６によってひとみ平面７６内に生成されることになる放射照度分布を示したものである。放射照度分布は２つの極Ｐを含むが、これらの極Ｐは、斜め入射の結果、＋Ｘ方向に向かってシフトしている。この横方向のオフセットは、高速で回転する回折型光学素子９６によって補償される。光パルスが回折型光学素子９６の部分９６ｇに斜めから入射すると、この部分は、光ビーム３５ａを−Ｘ方向に向かって傾斜させ、また、これは、斜め入射によって生成される傾きをオフセットさせる。
【0129】
数学的に表現すると、図３７ａに示されている放射照度分布と、高速で回転する回折型光学素子９６の部分９６ｆが第１の光源３３ａによって生成される光パルスによって照明された場合にひとみ平面７６内に生成される放射照度分布との畳込みにより、図３７ｃに示されている放射照度分布が得られ、この分布中の２つの極２８ｇは、Ｘ方向に対して中心を有する。第２の光源３３ｂによって放出される次の光パルスの放出時間は、光パルスが高速で回転する回折型光学素子９６の部分９６ａを照明するよう、制御ユニット９０によって制御される。部分９６ｂは、放射照度分布を逆方向、つまり＋Ｘ方向にシフトさせる。これは、図３８ａに示されている、静止回折型光学素子９６’への光パルスの斜め入射の結果である放射照度分布のシフトをオフセットさせる。
【0130】
高速で回転する回折型光学素子９６は、入射する光を＋Ｘ方向および−Ｘ方向に沿って異なる程度だけ傾斜させる部分を含むことができ、したがって図３４および３５を参照して上で説明したように、やはりテレセントリシティ誤差および極平衡誤差を補正することができる。ＶＩＩ．第３の実施形態のための照明システム
【0131】
以下では、一方では被照明フィールド１４の異なる部分に２つの異なる照明設定を生成することができ、また、やはり、スキャン方向に沿って縦に並べて配置されるマスクパターン領域の露光と露光の間に、照明設定を極めて速やかに変更することができる照明システムについて簡単に説明する。図６および７を参照して上で説明した二重露光スキームの第３の実施形態を実施するためには、このような照明システムが必要である。このタスクを実施することができる照明システムは、図２１に示されている照明システムとほとんど全く同じである。唯一の変更は、図２１および図１５に示されている実施形態を参照して上で説明したように、より複雑な放射照度分布を光入口ファセット１００上に生成することができるように、高速で回転する回折型光学素子９６の部分９６ａ、９６ｂを設計しなければならないことである。これらの放射照度分布により、マスク上の異なる位置に異なる照明設定が得られ、その一方で、高速で回転する回折型光学素子９６は、これらの照明設定の極めて速やかな変更を可能にしている。
ＶＩＩＩ．重要な方法ステップ
【0132】
以下、本発明による重要な方法ステップについて、図３９に示されている流れ図を参照して説明する。第１のステップＳ１で、第１および第２のマスクパターン領域を備えたマスクが提供される。
第２のステップＳ２で、第１の露光パターン領域が第１のマスクパターン領域の画像として露光され、また、第２の露光パターン領域が第２のマスクパターン領域の画像として生成される。
第３のステップＳ３で、第１のマスクパターン領域の画像が第２の露光パターン領域の上に重畳されるよう、同じマスクを使用してステップＳ２が繰り返される。第１のマスクパターン領域を照明する投影光は第１の角光分布を有しており、また、第２のマスクパターン領域を照明する投影光は、第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有する。
ＩＸ．本発明の重要な特徴
【0133】
以下の文は、本発明の重要な特徴を要約したものである。１．多重露光プロセスで、リソグラフィによって感光性表面（２２）にパターン（１８）を転写する方法であって、前記方法は、
ａ）第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）および第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を備えたマスク（１６、２１６、３１６）を提供するステップと、
ｂ）マスク上に投影光を導き、それにより第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像である第１の露光パターン領域（３０１、２３０１、３３０１）、および第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）の画像である第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）を感光性表面に生成するステップと、
ｃ）第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）の画像が第２の露光パターン領域（３０２、２３２、３３０２）の上に重畳されるよう、同じマスク（１６、２１６、３１６）を使用してステップｂ）を繰り返すステップと
を含み、第１のマスクパターン領域（１８１、２１８１、３１８１）を照明する投影光は第１の角光分布を有し、また、第２のマスクパターン領域（１８２、２１８２、３１８２）を照明する投影光は、第１の角光分布とは異なる第２角光分布を有する。
【0134】
２．文１の方法であって、投影光は、ステップｂ）の間、第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上に同時に導かれる。３．文２の方法であって、マスク（１６、３１６）は、被照明フィールド（１４）が第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）および第２のマスクパターン領域（１８２、３１８２）上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、スキャン方向（Ｙ）に沿って移動し、また、第１のマスクパターン領域および第２のマスクパターン領域は、スキャン方向およびマスク（１６、３１６）上の法線の両方に対して直交する交差スキャン方向（Ｘ）に沿って隣り合わせで配置される。
【0135】
４．文３の方法であって、ステップｂ）の間、第１のマスクパターン領域（１８１、３１８１）の画像のみが第２の露光パターン領域（３０２、３３０２）の上に重畳される。５．文４の方法であって、感光性表面（２２）は、ステップｂ）とステップｃ）の間に、交差スキャン方向（Ｘ）に沿って変位される。
【0136】
６．文１の方法であって、投影光は、ステップｂ）の間、最初に第１のマスクパターン領域（２１８１）上に導かれ、引き続いて第２のマスクパターン領域（２１８２）上に導かれる。７．文６の方法であって、マスク（２１６）は、被照明フィールド（１４）が第１のマスクパターン領域（２１８１）および第２のマスクパターン領域（２１８２）上をスキャンするよう、ステップｂ）の間、スキャン方向（Ｙ）に沿って移動し、また、第１のマスクパターン領域（２１８１）および第２のマスクパターン領域（２１８２）は、スキャン方向（Ｙ）に沿って縦に並べて配置される。
８．文７の方法であって、ステップｃ）の間、第２のマスクパターン領域（２１８２）の画像が第１の露光パターン領域（２３０１）の上に重畳される。
９．文８の方法であって、感光性表面（２２）は、ステップｂ）とステップｃ）の間に、スキャン方向（Ｙ）に沿って変位される。
【0137】
１０．文１から９のいずれかの方法であって、− マスク（３１６）は、補足的に第３のマスクパターン領域（３１８３）を備える。
− 第３のマスクパターン領域（３１８３）の画像は、第１の露光パターン領域（３３０１）および第２の露光パターン領域（３３０２）の両方の上に重畳される。
− 第３のマスクパターン領域（３１８３）を照明する投影光は、第１の角光分布および第２の角光分布とは異なる第３の角光分布を有する。
【0138】
１１．文１０の方法であって、− マスク（３１６）は、補足的に第４のマスクパターン領域（３１８４）を備える。
− 第４のマスクパターン領域（３１８４）の画像は、第１の露光パターン領域（３３０１）の上、第２の露光パターン領域（３３０２）の上および第３の露光パターン領域（３３０３）の上に重畳される。
− 第４のマスクパターン領域（３３０４）を照明する投影光は、第１の角光分布、第２の角光分布および第３の角光分布とは異なる第４の角光分布を有する。
【0139】
１２．文１１の方法であって、− ステップｂ）の間、第１の露光パターン領域（３３０１）の生成と同時に第２の露光パターン領域（３３０２）が感光性表面（２２）に生成される。
− 第３のマスクパターン領域（３１８３）の画像である第３の露光パターン領域（３３０３）の生成と同時に、第４のマスクパターン領域（３１８４）の画像である第４の露光パターン領域（３３０４）が感光性表面（２２）に生成される。
− ステップｃ）の間、第３のマスクパターン領域（３１８３）の画像を第１の露光パターン領域（３３０１）の上に重畳し、それにより第１のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域（３３０１＋３３０３）の組合せを生成するのと同時に、第４のマスクパターン領域（３１８４）の画像を第２の露光パターン領域（３３０２）の上に重畳し、それにより第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０２＋３３０４）の組合せが生成される。
この方法は、以下の追加ステップｄ）およびｅ）を含む。
ｄ）第１のマスクパターン領域（３１８１）の画像を第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０２＋３３０４）の組合せの上に交互に重畳させ、それにより第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０１＋３３０２＋３３０４）の組合せを生成し、かつ、第３のマスクパターン領域（３１８３）の画像を第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０２＋３３０４）の組合せの上に重畳させ、それにより第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０２＋３３０３＋３３０４）の組合せを生成するステップ。
ｅ）第１のマスクパターン領域（３１８１）の画像を第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０２＋３３０３＋３３０４）の組合せの上に交互に重畳させ、それにより第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０１＋３３０２＋３３０３＋３３０４）の組合せを生成し、かつ、第３のマスクパターン領域（３１８３）の画像を第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０１＋３３０２＋３３０４）の組合せの上に重畳させ、それにより第１のマスクパターン領域プラス第２のマスクパターン領域プラス第３のマスクパターン領域プラス第４のマスクパターン領域（３３０１＋３３０２＋３３０３＋３３０４）をさらに生成するステップ。
１３．マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムは、
ａ）連続する投影光パルスの列を放出するように構成される光源（３３、３３ａ、３３ｂ）であって、前記パルス列はｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有する光源と、
ｂ）ひとみ平面（７６）と、
ｃ）第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）を備えた回折型光学素子（９６）であって、第１の部分（９６ａ）は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布をひとみ平面（７６）内に生成し、また、第２の部分（９６ｂ）は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面（７６）内に生成する回折型光学素子（９６）と、
ｄ）回折型光学素子（９６）を回転軸（１１８）周りで回転させるように構成される駆動装置（１０４）であって、回折型光学素子（９６）の第１の回転位置では、第１の部分（９６ａ）は光パルスによって照明され、また、第１の回転位置とは異なる回折型光学素子の第２の回転位置では、第２の部分（９６ｂ）は光パルスによって照明される駆動装置（１０４）と、
ｅ）第１の回転位置と第２の回転位置の間の変化が、パルス列の２つの光パルスの間、好ましくはパルス列の５つの連続する光パルスの間、より好ましくは２つの連続する光パルスの間に生じるように駆動装置（１０４）および／または光源（３３）を制御するように構成される制御ユニット（９０）と
を備える。
【0140】
１４．文１３の照明システムであって、駆動装置（１０４）は、回折型光学素子（９６）を回転軸（１１８）周りで一定の角速度で回転させるように構成され、また、制御ユニット（９０）は、回折型光学素子（９６）が回転軸（１１８）の周りを一定の角速度で回転している間、時間シフトに応じて特定の光パルスが第１の部分（９６ａ）または第２の部分（９６ｂ）のいずれかを照明するよう、単一のパルス列内の各光パルスの放出時間を少なくとも１／１０・ｆの時間シフトによって修正するように構成される。
【0141】
１５．文１４の照明システムであって、回折型光学素子の回転周波数は平均パルス周波数ｆに等しい。１６．文１３から１５のいずれかの照明システムであって、駆動装置（１０４）は、回折型光学素子（９６）の円周が１０ｍ／秒を超える接線速度で移動するように回折型光学素子（９６）を回転させるように構成される。
【0142】
１７．文１３から１６のいずれかの照明システムであって、回折型光学素子（９６）は、複数の第１の部分（９６ａ）および複数の第２の部分（９６ｂ）を備えており、各第１の部分（９６ａ）は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布をひとみ平面（６）内に生成し、また、各第２の部分（９６ｂ）は、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面（７６）内に生成し、第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）は、回折型光学素子（９６）の円周に沿って交互に配置される。
【0143】
１８．文１３から１７のいずれかの照明システムであって、制御ユニット（９０）は、回折型光学素子（９６）が３６０°だけ１回転している間、第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）が光パルスによって照明されるように駆動装置（１０４）および／または光源（３３）を制御するように構成される。１９．文１３から１８のいずれかの照明システムであって、第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）は、回転軸（１１８）に対して中心を有する円形リング（１４０）内に含まれ、光パルスによって照明されるとリング（１４０）によって生成される回折効果は、回折型光学素子（９６）が回転している間、連続的に変化する。
２０．文１３から１９までのいずれかの照明システムであって、照明システム（１２）は静止回折型光学素子（９６’）を備えており、この静止回折型光学素子（９６’）は、ひとみ平面（９６）内の放射照度分布が少なくとも実質的に、静止回折型光学素子（９６’）によって生成される放射照度分布と、それぞれ第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）によって生成される第１または第２の放射照度分布との畳込みであるよう、固定して配置される。
【0144】
２１．文２０の照明システムであって、照明システム（１２）は、それぞれ連続する投影光パルスの列を放出するように構成されている第１の光源（３３ａ）および第２の光源（３３ｂを備えており、前記パルス列は、ｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有し、第１および第２の光源によって生成される光パルスは、異なる方向から回折型光学素子（９６’、９６ａ、９６ｂ）のうちの１つに入射する。２２．文２１の照明システムであって、その１つの回折型光学素子は静止回折型光学素子（９６’）である。
【0145】
２３．文２１から２２のいずれかの照明システムであって、第１の光源（３３ａ）および第２の光源（３３ｂ）は、２・ｆの平均パルス周波数を有する有効パルス列が得られるよう、光パルスを交互に放出するように構成される。２４．マイクロリソグラフィ投影露光装置を動作させる方法は、
ａ）ｆ＞１ｋＨｚの平均パルス周波数を有する連続する投影光パルスの列を生成するステップと、
ｂ）回折型光学素子（９６）を回転軸（１１８）周りで同時に回転させるステップであって、前記回折型光学素子（９６）が第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）を備え、第１の部分（９６ａ）が、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布を照明システム（１２）のひとみ平面（７６）内に生成し、また、第２の部分（９６ｂ）が、光パルスによって照明されると、第１の放射照度分布とは異なる第２の放射照度分布をひとみ平面（７６）内に生成するステップと、
ｃ）１つの光パルスが第１の部分（９６ａ）を照明し、また、他の光パルス、好ましくは同じパルス列のすぐ後に連続する光パルスが第２の部分（９６ｂ）を照明するよう、ステップａ）における光パルスの放出および／またはステップｂ）における回折型光学素子（９６）の回転を制御するステップと
を含む。
【0146】
２５．文２４の方法であって、回折型光学素子（９６）は、一定の角速度で回転軸（１１８）の周りを回転し、また、光パルスの放出時間は、回折型光学素子（９６）が回転軸（１１８）の周りを一定の角速度で回転している間、特定の光パルスが時間シフトに応じて第１の部分（９６ａ）または第２の部分（９６ｂ）のいずれかを照明するよう、少なくとも１／１０・ｆの時間シフトによって単一のパルス列内で修正される。
【0147】
２６．文２４または２５の方法であって、回折型光学素子（９６）の円周は、１０ｍ／秒を超える接線速度で移動する。２７．文２４から２６のいずれかの方法であって、放出時間は、単一のパルス列の間、第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）が交互に照明されるように制御される。
２８．文２４から２７のいずれかの方法であって、光パルスは、ひとみ平面（７４）内の放射照度分布が少なくとも実質的に、静止回折型光学素子（９６’）によって生成される放射照度分布と、それぞれ第１の部分（９６ａ）および第２の部分（９６ｂ）によって生成される第１または第２の放射照度分布との畳込みであるよう、固定して配置される静止回折型光学素子（９６’）をも通過する。
２９．文２４から２８のいずれかの方法であって、光パルスの列は、連続する投影光パルスの第１の列を放出する第１の光源（３３ａ）、および連続する投影光パルスの第２の列を放出する第２の光源（３３ｂ）によって生成され、第１の列および第２の列は交互配置される。
３０．文２９の方法であって、第１の部分は第１のパルス列の光パルスによってのみ照明され、また、第２の部分は第２のパルス列の光パルスによってのみ照明される。
【0148】
３１．文２９または３０の方法であって、第１の部分および第２の部分は、静止回折型光学素子（９６’）によってひとみ平面（７６）内に生成される放射照度分布を逆方向に沿って横方向にシフトさせる。３２．マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明システムは、
ａ）光ラスタ素子（７４）のアレイ（７０、７２）を備えた光インテグレータ（６０）であって、光ビームが各光ラスタ素子（７４）に結合される光インテグレータ（６０）と、
ｂ）照明システム（１２）が動作している間、照明すべきマスク（１６）が配置されるマスク平面（８８）と全く同じであるか、あるいは光学的に共役である共通フィールド平面（８０）内の光ラスタ素子（７４）に結合された光ビームを重畳するコンデンサ（７８）と、
ｃ）照明システム（１２）によってマスク平面（８８）内で照明される被照明フィールド（１４）における投影光の偏光の状態のフィールド依存性を修正するように構成される偏光変調器（７７）と
を備える。
【0149】
３３．文３２の照明システムであって、偏光変調器（７７）は、− 複数のラスタフィールド平面要素であって、各ラスタフィールド平面要素が
−− 共通フィールド平面（８０）全体に画像され、かつ、
−− 光ラスタ素子（７４）のうちの１つと１対１の対応で結合される
複数のラスタフィールド平面要素を含むラスタフィールド平面（８４）内に配置され、
− 制御信号に応答して、各ラスタフィールド平面要素の少なくとも２つの部分で別様に光ラスタ素子（７４）に結合される光ビームの偏光の状態を変更可能に調整するように構成される
複数の変調器ユニット（７９）を備える。
【0150】
３４．文３３の照明システムであって、異なる偏光の状態が被照明フィールドに存在する方法で変調器ユニット（７９）を制御することができる制御ユニット（９０）を備える。３５．文３３または３４の照明システムであって、各変調器ユニット（７９）は、照明システム（１２）の光軸（ＯＡ）に沿って厚さを有する２つの複屈折光学コンポーネント（７９ａ、７９ｂ）を備えており、この厚さは個々に変化させることができる。
【0151】
３６．文３５の照明システムであって、各光学コンポーネント（７９ａ、７９ｂ）は、２つの複屈折くさび（８４）、および少なくとも１つのくさび（８４）を変位させるように構成される駆動装置（８３）を備える。３７．マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）内のマスクを照明する方法は、
ａ）マスク（１６）がスキャン方向（Ｙ）に沿って移動している間、第１の偏光の状態を有する第１の投影光を使用して第１のマスクパターン領域（１８１）を照明するステップと、
ｂ）スキャン方向に対して直交する交差スキャン方向（Ｘ）に沿って、第１のマスクパターン（１８１）領域の隣のマスク上に配置される第２のマスクパターン領域（１８２）を、第１の偏光の状態とは異なる第２の偏光の状態を有する第２の投影光を使用して照明するステップと
を含む。
【0152】
３８．文３７の方法であって、第１の投影光は第１の角光分布を有し、また、第２の投影光は、第１の角光分布とは異なる第２の角光分布を有する。
【0153】
３９．文３７または３８の方法であって、第１の偏光の状態は、第２の偏光の状態とは異なる第３の偏光の状態に変更される。
【0154】
４０．文３９の方法であって、第１の偏光の状態は、スキャン方向に沿ったマスクの移動が終了した後に第３の偏光の状態に変更される。