JP2004510344A - Illumination optics especially for microlithography - Google Patents

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Abstract

第１光学コンポーネントと、第２光学コンポーネントと、像面と、射出瞳とを備える照明光学系を設ける。第１光学コンポーネントは、第２光学コンポーネントによって射出瞳内に結像される複数の２次光源に１次光源を変換する。第１光学コンポーネントは、第１光学素子を備えており、この第１光学素子が像面内に結像される複数の第１ラスタ素子を有して像面内のフィールド上で重ね合わせられる複数の像を生成する。第１光学コンポーネントは、集光ユニットと、複数の第２ラスタ素子を有する第２光学素子とをさらに備えている。集光ユニットから第１光学素子までの間の第１光軸の方向ベクトルと、第１光学素子から第２光学素子までの間の第２光軸の方向ベクトルとによって一つの平面が定められ、第２光学素子及び第２光学コンポーネントの間の第３光軸の前記平面への射影が前記第１光軸と交わるように、前記第１および第２光学素子を傾けて照明光学系を構成する。An illumination optical system including a first optical component, a second optical component, an image plane, and an exit pupil is provided. The first optical component converts the primary light source into a plurality of secondary light sources imaged in the exit pupil by the second optical component. The first optical component comprises a first optical element, the first optical element having a plurality of first raster elements imaged in an image plane and a plurality of first raster elements superimposed on a field in the image plane. Produces an image of The first optical component further includes a light collection unit and a second optical element having a plurality of second raster elements. One plane is defined by a direction vector of a first optical axis between the light collecting unit and the first optical element and a direction vector of a second optical axis between the first optical element and the second optical element, An illumination optical system is configured by tilting the first and second optical elements so that a projection of a third optical axis between the second optical element and the second optical component onto the plane intersects the first optical axis. .

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１９３ｎｍ以下の波長で用いられる照明光学系ならびに斯かる照明光学系を備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の線幅をさらに低減、特にサブミクロン領域まで低減できるようにするには、マイクロリソグラフィに用いられる光の波長を低減することが必要である。例えば１９３ｎｍよりも短い波長では、非常に深い紫外線（ｖｅｒｙ ｄｅｅｐ ＵＶ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を用いたリソグラフィ、いわゆる真空紫外（ＶＵＶ）（Ｖｅｒｙ ｄｅｅｐ ＵＶ）リソグラフィ、あるいは、軟Ｘ線（ｓｏｆｔ ｘ−ｒａｙ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を用いたリソグラフィ、いわゆる極短紫外（ＥＵＶ）（ｅｘｔｒｅｍｅ ＵＶ）リソグラフィが考えられる。
【０００３】
米国特許第５，３３９，３４６号明細書から、極短紫外線（ＥＵＶ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を用いるリソグラフィ装置のための照明光学系が公知となっている。レチクル面内を一様に照明して瞳を満たすために、米国特許第５，３３９，３４６号明細書は、対称に配置された少なくとも４対の反射切り子面を有して集光レンズとして構成された集光器を提案している。光源としてプラズマ光源が用いられている。
【０００４】
米国特許第５，７３７，１３７号明細書には、集光反射鏡を備えたプラズマ光源を用いる照明光学系が開示されている。この明細書では、照明対象のマスクないしレチクルは、球面反射鏡を用いることによって照明される。
【０００５】
米国特許第５，３６１，２９２号明細書は、プラズマ光源が設けられた照明光学系を開示しており、点状の該プラズマ光源は、中心からずらして偏心配置された５個の非球面反射鏡を有する集光器によって、輪帯照明される表面に結像される。
【０００６】
米国特許第５，５８１，６０５号明細書より、複数の凹面ラスタ素子を有するプレートによって光子ビームが複数の２次光源に分割されるような照明光学系が知られている。これにより、均一で一様な照明がレチクル面内に得られる。レチクルは、従来の縮小光学系によって露光対象のウェハ上に結像される。上述の特許文献の内容は、参照により包括的に取り入れられている。
【０００７】
欧州特許出願公開第０９３９３４１号明細書は、アーチ形をした照射野（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）にわたる表面をＸ線波長の光で照明するための照明光学系および露光装置を開示している。この照明光学系は、各々複数の反射素子を有する第１および第２のオプティカルインテグレータを備えている。これら第１および第２のオプティカルインテグレータは、該第２のオプティカルインテグレータの複数の反射素子の位置に複数の光源像が形成されるように対向配置されている。欧州特許出願公開第０９３９３４１号明細書によれば、フィールド面内にアーチ形の照射野を形成するために、第１のオプティカルインテグレータの反射素子は、アーチ形の照射野と相似のアーチ形をしている。このような反射素子は、製造が複雑である。
【０００８】
欧州特許出願公開第１０２６５４７号明細書も、二つのオプティカルインテグレータを有する照明光学系を開示している。欧州特許出願公開第０９３９３４１号明細書の光学系と同様に、第１のオプティカルインテグレータの反射素子は、フィールド面内にアーチ形状の照射野を形成するためにアーチ形をしている。
【０００９】
欧州特許出願公開第０９５５６４１号明細書には、二つのオプティカルインテグレータを有する光学系が開示されている。これらのオプティカルインテグレータは、各々複数のラスタ素子を備えている。第１のオプティカルインテグレータのラスタ素子は、矩形状とされている。フィールド面内の円弧状のフィールドは、少なくとも一つの斜入射型のフィールド反射鏡によって形成される。このような光学系は、欧州特許出願公開第０９３９３４１号明細書ないし欧州特許出願公開第１０２６５４７号明細書に記載の光学系に比べて製造が容易である。上述の特許出願は、参照により包括的に取り入れられている。上述の全ての照明光学系は、照明光学系の径路長（ｔｒａｃｋ−ｌｅｎｇｔｈ）が大きいという欠点を有している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の課題は、従来技術による上記照明光学系の欠点を克服し、１９３ｎｍ以下の波長を用いた進んだリソグラフィに対する要求を満たして非常にコンパクトな大きさのマイクロリソグラフィ用の照明光学系を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のこの課題は、請求項１の特徴を有する照明光学系および請求項１６に記載の投影露光装置によって解決される。
【００１２】
上記光学系は、照明光学系の像面内に配置されてパターンが設けられたレチクルを照明する。このレチクルは、投影光学系によって感光性基板上に結像されることになる。走査型のリソグラフィシステムの場合、レチクルは、円弧状のフィールドを用いて照明されるが、このとき、フィールド内において、例えば±５％よりも優れた走査エネルギー分布の所定の一様性が要求される。この走査エネルギーは、走査方向における光の強度に関する線積分として定義されるものである。さらに、投影光学系の入射瞳の位置にある照明光学系の射出瞳の照明に対する要求もなされる。大体フィールドに応じた射出瞳の照明が要求される。
【００１３】
１００ｎｍから２００ｎｍまでの間の波長に対して通常用いられる光源は、エキシマレーザであり、例えば、１９３ｎｍに対してはＡｒ−Ｆレーザ、１５７ｎｍに対してはＦ２レーザ、１２６ｎｍに対してはＡｒ２レーザ、１０９ｎｍに対してはＮｅＦレーザである。この波長領域における光学系に対しては、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２ないしその他のクリスタリットからなる屈折型のコンポーネントが用いられる。光学材料の透過率は、波長が短くなるとともに低下するので、照明光学系は、反射型と屈折型のコンポーネントの組み合わせで構成される。１０ｎｍから２０ｎｍまでの間のＥＵＶ波長領域内の波長に対しては、上記の投影露光装置は、全て反射型（ａｌｌ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）として構成される。典型的なＥＵＶ光源は、レーザ生成プラズマ光源（Ｌａｓｅｒ−Ｐｒｏｄｕｃｅｄ−Ｐｌａｓｍａ−ｓｏｕｒｃｅ）、ピンチプラズマ光源（Ｐｉｎｃｈ Ｐｌａｓｍａ−Ｓｏｕｒｃｅ）、ウィグラー光源（Ｗｉｇｇｌｅｒ−Ｓｏｕｒｃｅ）、アンジュレータ光源（Ｕｎｄｕｌａｔｏｒ−Ｓｏｕｒｃｅ）である。
【００１４】
上記の１次光源の光は、第１の光学素子に向けられる。ここで、第１の光学素子は、第１の光学コンポーネントの一部とされている。第１の光学コンポーネントは、好適には、集光ユニットを備え、この集光ユニットが１次光源からの光を集めて、この集めた光を第１の光学素子に向けるように設けられている。第１の光学素子は、複数の第１のラスタ素子として編成されており、集光ユニットと協働して、上記１次光源を複数の２次光源へと変換する。第１のラスタ素子のそれぞれが一つの２次光源に対応し、第１のラスタ素子と交わる全ての光線から決まる入射光束を、当該対応する２次光源集束にさせる。２次光源は、照明光学系の瞳面内、ないしこの面の近傍に配置される。照明光学系の像面と瞳面との間には、第２の光学コンポーネントを形成するフィールドレンズが設けられ、照明光学系の射出瞳内に２次光源を結像させるようになっている。照明光学系の射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳に対応している。そのため、照明光学系の射出瞳内の２次光源の像は、３次光源と呼ばれている。
【００１５】
第１のラスタ素子は、像面内に結像される。このとき、これらの像は、照明されるべきフィールド（ｆｉｅｌｄ）上で少なくとも一部重ね合わせられる。このため、第１のラスタ素子は、フィールド用ラスタ素子（ｆｉｅｌｄ ｒａｓｔｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）もしくはフィールド用ハニカム（ｆｉｅｌｄ ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）の名でも知られている。仮に光源が点状の光源であるとすると、２次光源もやはり点状である。この場合、フィールド用ラスタ素子の個々の結像は、「暗箱（ｃａｍｅｒａ ｏｂｓｃｕｒａ）」の原理、それも、対応する個々の２次光源の位置に暗箱の小孔をそれぞれ有しているような暗箱の原理を用いて分かり易く説明することができる。
【００１６】
フィールド用ラスタ素子の像を照明光学系の像面内に重ね合わせるために、入射する光束（入射光束）は、複数のフィールド用ラスタ素子によって複数の第１偏向角で偏向される。これらの偏向角は、各フィールド用ラスタ素子に対して等しいものではなく、二つのフィールド用ラスタ素子に関しては少なくとも異なっている。こうして、複数のフィールド用ラスタ素子に対して個々の独立した偏向角が設定される。
【００１７】
各フィールド用ラスタ素子に対して、入射光束から選択される入射重心光線と偏向される重心光線とから一つの入射平面が定められる。偏向角が別々のものであるため、少なくとも二つの入射平面は平行でない。
【００１８】
最先端のマイクロリソグラフィシステムにおいては、投影光学系の入射瞳における光分布（ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、楕円形あるいは均一性を有しているといったような特殊な要求を満たしていなければならない。２次光源は、射出瞳内に結像されるため、照明光学系の瞳面内における２次光源の配置は、射出瞳における光分布を決定する。複数のフィールド用ラスタ素子の各々独立した偏向角を用いることで、入射光束の方向によらず所定の２次光源の配置を実現することができる。
【００１９】
偏向角は、反射型のフィールド用ラスタ素子に対しては、フィールド用ラスタ素子の傾斜角によって生成される。傾きの軸および傾斜角は、入射光束の方向と、反射された光束が向けられる２次光源の位置とによって決定される。
【００２０】
偏向角は、屈折型のフィールド用ラスタ素子に対しては、プリズムの光学的パワー（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）を有するレンズレット（ｌｅｎｓｌｅｔｓ）によって生成される。屈折型のフィールド用ラスタ素子は、プリズムの寄与を有する光学的パワーを持ったレンズレットであってもよいし、あるいは単独のプリズムとレンズレットとの組み合わせであってもよい。プリズムの光学的パワーは、入射光束の方向と、対応する２次光源の位置とによって決定される。
【００２１】
第１のラスタ素子の偏向角を個々に与えると、ラスタ素子を有するプレートへのビーム径路を収束形ないし発散形にすることができる。フィールド用ラスタ素子の中心におけるフィールド用ラスタ素子の傾斜角の値は、それで、ビーム径路の収束を減らすような負のパワーを有する表面の傾斜角の値、あるいはビーム径路の発散を増やすような正のパワーを有する表面の傾斜角の値と同じようなものでなければならない。最終的には、フィールド用ラスタ素子は、射出瞳の照明モードに応じて予め決められた位置を占める対応する２次光源に向けて入射光束を偏向する。
【００２２】
フィールド用ラスタ素子は、重なり無くプレート上の２次元アレイに配置されることが好ましい。プレートは、反射型のフィールド用ラスタ素子に対しては、平坦なプレートであっても、湾曲したプレートであっても構わない。隣接するフィールド用ラスタ素子の間での光の損失を最小限にするために、フィールド用ラスタ素子は、これらフィールド用ラスタ素子を取り付けるのに必要なフィールド用ラスタ素子間の間隙だけを残して配置されている。フィールド用ラスタ素子は、フィールド用ラスタ素子を少なくとも一つは有しかつ互いに隣り合うように並べて配置される複数の行に配置されていることが好ましい。これらの行の中では、上記複数のフィールド用ラスタ素子は、該フィールド用ラスタ素子の短辺側で組み合わされている。これらの行の少なくとも二つは、これらの行の方向に互いに相対的にずらされている。一実施形態においては、それぞれの行は、フィールド用ラスタ素子の長さの何分の一かだけ、隣接する行に対して相対的にずらされており、これにより、フィールド用ラスタ素子の中心の規則的な分布が得られるようになっている。ずらす割合は、辺のアスペクト比に依存し、好ましくは、一つのフィールド用ラスタ素子の長さの平方根に等しい。他の実施形態において、上記複数の行は、フィールド用ラスタ素子が略完全に照明されるようにずらされる。
【００２３】
完全に照明されるフィールド用ラスタ素子だけが像面内に結像されることが好ましい。これは、フィールド用ラスタ素子を有するプレートの前にマスキングユニットを用いるか、あるいは、フィールド用ラスタ素子の９０％が完全に照明されるようなフィールド用ラスタ素子の配置を用いることによって実現することができる。
【００２４】
第２のラスタ素子を有する第２の光学素子を、第１のラスタ素子を有する第１の光学素子の下流側の光路内に挿入することが有利であり、このとき、第１のラスタ素子の各々が第２のラスタ素子の一つに対応するようにする。このため、第１のラスタ素子の偏向角は、第１のラスタ素子上に入る光束を、対応する第２のラスタ素子に向けて偏向するように設けられている。
【００２５】
第２のラスタ素子は、好ましくは２次光源の位置に配置され、フィールドレンズと協働して、上記複数の第１のラスタ素子つまり複数のフィールド用ラスタ素子を、照明光学系の像面内に結像するように設けられている。このとき、複数のフィールド用ラスタ素子の像は、少なくとも一部重ね合わされる。この第２のラスタ素子は、瞳用ラスタ素子もしくは瞳用ハニカムと呼ばれる。２次光源の位置における大強度のせいで第２のラスタ素子が損傷するのを防ぐためには、第２のラスタ素子は、２次光源がデフォーカスされるように配置され、ただし０ｍｍから第１、第２ラスタ素子間距離の１０％までの範囲に配置されることが好ましい。
【００２６】
瞳用ラスタ素子は、広がった２次光源に対しては、像面に対して光学的に共役に配置された対応するフィールド用ラスタ素子を結像させるために、正の光学的パワーを有していることが好ましい。瞳用ラスタ素子は、正の光学的パワーを持つ凹面反射鏡もしくはレンズレットとされる。
【００２７】
上記瞳用ラスタ素子は、瞳用ラスタ素子に入る入射光束を幾つかの第２の偏向角で偏向して、像面内のフィールド用ラスタ素子の像が少なくとも一部重なり合うようにする。このようになるのは、フィールド用ラスタ素子および対応する瞳用ラスタ素子の中心においてこれらのラスタ素子と交わる光線が、照明されるフィールドの中心もしくは中心近傍において像面と交わる場合である。フィールド用ラスタ素子および対応する瞳用ラスタ素子のそれぞれの組がビーム径路を形成する。
【００２８】
第２の偏向角は、各々の瞳用ラスタ素子に対して等しいものではない。第２の偏向角は、好適には、入射光束の方向、及びフィールド用ラスタ素子の像が少なくとも一部像面内において重ね合わせられるという要求に個別に合わせられている。
【００２９】
反射型の瞳用ラスタ素子に対しては傾きの軸および傾斜角を用いるか、あるいは屈折型の瞳用ラスタ素子に対してはプリズムの光学的パワーを用いることによって、第２の偏向角を別々に適合させることができる。
【００３０】
点状の２次光源に対しては、瞳用ラスタ素子は、光線を集束させずにただ入射光束を偏向すればよいだけである。そのため、瞳用ラスタ素子は、傾けられた平面反射鏡ないしプリズムとして設けられることが好ましい。
【００３１】
フィールド用ラスタ素子および瞳用ラスタ素子の両方が入射光束を所定の方向に偏向する場合には、フィールド用ラスタ素子の２次元配置は、瞳用ラスタ素子の２次元配置とは異なるようにすることができる。このとき、フィールド用ラスタ素子の配置は、フィールド用ラスタ素子を有するプレート上の照明される領域に合わせられ、瞳用ラスタ素子の配置は、照明光学系の射出瞳内に要求される照明モードの種類によって決定される。かくして、２次光源の像は、円形に配置されるだけでなく、輪帯照明モード（ａｎｎｕｌａｒ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を得るため環状に配置されたり、あるいは、四重極照明モード（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を得るため偏心された四つのセグメントに配置されてもよい。照明光学系の像面における開口は、射出瞳および照明光学系の像面の間の距離で照明光学系の射出瞳の直径の半分を割った商（ｑｕｏｔｉｅｎｔ）によって近似的に決まる。照明光学系の像面における典型的な開口は、０．０２から０．１の間とされている。フィールド用ラスタ素子および瞳用ラスタ素子を用いて入射光束を偏向することにより、連続的な光の伝播径路を実現することができる。また、個々のフィールド用ラスタ素子を任意の瞳用ラスタ素子に割り当てることもできる。従って、光の径路は、偏向角を最小限にするため、あるいは、強度分布を再分配するために、フィールド用ラスタ素子を有するプレートおよび瞳用ラスタ素子を有するプレートとの間で混合させることができる。
【００３２】
フィールドレンズによって引き起こされる歪曲収差といった結像の誤差は、２次光源の位置もしくはその近傍に配置されている瞳用ラスタ素子を用いて補償することができる。従って、瞳用ラスタ素子間の距離は、不規則とされていることが好ましい。傾けられたフィールド反射鏡による歪曲収差は、例えば、フィールド反射鏡の傾きの軸（ｔｉｌｔ ａｘｉｓ）に垂直な方向に瞳用ラスタ素子間の距離を増やすことによって補償される。また、瞳用ラスタ素子は、矩形状のイメージフィールドを円錐反射（ｃｏｎｉｃａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）による輪帯のセグメントに変換するフィールド反射鏡によって生じる歪曲収差を補償するために、曲線上に配置されている。フィールド用ラスタ素子を傾ければ、対応する瞳用ラスタ素子の歪曲したグリッドの位置ないしその近傍に２次光源を位置決めすることができる。
【００３３】
反射型のフィールド用ラスタ素子および瞳用ラスタ素子に関しては、ビーム径路は、フィールド用ラスタ素子を有するプレートの位置および瞳用ラスタ素子を有するプレートの位置で口径食が起こらないようにして折曲されなければならない。通常、両方のプレートの折曲軸は平行とされている。照明光学系の構成に対するその他の要求は、反射型のフィールド用ラスタ素子ならびに瞳用ラスタ素子への入射角を最小限にすることである。そのため、折曲角は、せきるだけ小さいものでなければならない。これは、折曲の軸の方向に垂直な方向において、フィールド用ラスタ素子を有するプレートの長さが瞳用ラスタ素子を有するプレートの長さに略等しいか、あるいはその違いが±１０％未満である場合に実現できる。
【００３４】
２次光源は、照明光学系の射出瞳内へと結像されるので、２次光源の配置が瞳の照明のモードを決定する。通常、射出瞳における照明の全体的な形は円形とされ、照明される領域の直径は、投影光学系の入射瞳の直径の６０％〜８０％の程度とされている。照明光学系の射出瞳および投影光学系の入射瞳の直径は、他の実施形態においては、好ましくは等しいものとされている。このような光学系では、照明モードは、２次光源を有する面の位置にマスキングブレード（ｍａｓｋｉｎｇ ｂｌａｄｅｓ）を挿入することにより広い範囲で変更することができ、従来の射出瞳の二重極ないし四重極照明が得られるようになる。
【００３５】
ＥＵＶ波長領域において用いられる全反射型（ａｌｌ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）の投影光学系は、通常、輪帯のセグメントとされているオブジェクトフィールドを有している。そのため、フィールド用ラスタ素子の像が少なくとも一部重ね合わされる照明光学系の像面内におけるフィールドは、同じ形を有していることが好ましい。照明されるフィールドの形は、コンポーネントの光学的な設計によって、あるいは、像面の近くかもしくは像面に共役な面内に付け加えられるべきマスキングブレードによって生成することができる。
【００３６】
フィールド用ラスタ素子は、矩形状とされていることが好ましい。矩形状のフィールド用ラスタ素子は、これらのフィールド用ラスタ素子を、相互にずらされている複数の行の中に配置できるという利点を有している。これらのフィールド用ラスタ素子は、照明されるべきフィールドに応じて、５：１から２０：１の範囲の辺のアスペクト比を有している。矩形状のフィールド用ラスタ素子の長さは、通常１５ｍｍから５０ｍｍの間とされ、幅は１ｍｍから４ｍｍの間とされている。
【００３７】
矩形状のフィールド用ラスタ素子によって像面内の円弧状のフィールドを照明するために、フィールドレンズは、矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像を円弧状の像に変換するための第１のフィールド反射鏡を備えていることが好ましい。この弧の長さは、通常８０ｍｍから１０５ｍｍの範囲とされ、半径方向の幅は、５ｍｍから９ｍｍの範囲とされている。矩形状のフィールド用ラスタ素子の矩形状の像は、負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡とされた第１のフィールド反射鏡による円錐反射（ｃｏｎｉｃａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を用いて変換することができる。言い換えれば、円弧状の像が得られるようにフィールド用ラスタ素子が歪められて結像され、このとき、円弧の半径は、投影光学系のオブジェクトフィールドの形によって決定される。上記第１のフィールド反射鏡は、照明光学系の像面の前側（上流側）に配置されることが好ましく、このとき、自由な作動距離（ｆｒｅｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）がなければならない。反射型のレチクルを有する構成に対して、この自由な作動距離は、レチクルから投影光学系へと伝播する光が第１のフィールド反射鏡によって口径食を受けないように適合させる必要がある。
【００３８】
第１のフィールド反射鏡の表面は、非球面ないし球面にすることが可能な回転対称な反射面の偏心位置（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）でのセグメントとされていることが好ましい。保持面（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）の対称軸線は、この面の頂点を通る。このため、頂点の周りのセグメントは軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）と呼ばれ、頂点を含まない表面の各セグメントは偏心（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）と呼ばれる。保持面は、回転対称であるおかげで、より簡単に製造することができる。保持面の作製後、上記セグメントが周知の技術によって切り出される。
【００３９】
また、第１のフィールド反射鏡の表面は、トロイダル反射面の軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）セグメントとして形成することもできる。このため、この表面は、局所的に加工処理されなければならないものの、表面処理の前に周囲の形状を作ることができるという長所を有している。
【００４０】
入射光線が第１のフィールド反射鏡上へ入射する地点での法線に対する該入射光線の入射角は、好適に７０°より大きいものとされているため、第１のフィールド反射鏡の反射率は、８０％より大きい。
【００４１】
本発明により、第１の光軸の方向ベクトルおよび第２の光軸の方向ベクトルが一つの平面を規定し、これらの方向ベクトルによって規定される該平面への第３の光軸の投影と第１の光軸とが交わるよう、第１の光学素子と第２の光学素子とが傾けられる場合に、照明光学系のコンパクトな構成を実現することが可能となった。上記第１の光軸は、上記集光ユニットと上記第１の光学素子との間の光軸として定義され、上記第２の光軸は、上記第１の光学素子と上記第２の光学素子との間の光軸として定義され、上記第３の光軸は、上記第２の光学素子と上記フィールドレンズとの間の光軸として定義される。特殊な実施形態においては、瞳用ラスタ素子を有するプレートからフィールドレンズへのビーム径路は、集光ユニットからフィールド用ラスタ素子を有するプレートへのビーム径路に交わっている。これが可能となるのは、第１の光軸、第２の光軸および第３の光軸が同一平面内に載っている場合だけであり、フィールド用ラスタ素子および瞳用ラスタ素子が反射型の素子とされ、かつ二つのビーム径路が交わるように傾けられているプレート上にこれらの素子が配置されている場合だけである。ビーム径路が交差するということは、瞳用ラスタ素子を有するプレートの後側（下流側）のビーム径路が、フィールド用ラスタ素子を有するプレートの前側（上流側）のビーム径路に対して３５°から５５°の範囲の角度を有するという長所を持っている。これは、たった二つだけの直入射型の反射を用いることによって達成されたものである。
【００４２】
フィールドレンズは、正の光学的パワーを有する第２のフィールド反射鏡を備えていることが好ましい。これら第１及び第２のフィールド反射鏡は、協働して２次光源ないし瞳面をそれぞれ照明光学系の射出瞳へと結像させる。ここで、照明光学系の射出瞳は、投影光学系の入射瞳によって規定される。第２のフィールド反射鏡は、２次光源を有する平面と第１のフィールド反射鏡との間に配置される。
【００４３】
第２のフィールド反射鏡は、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）セグメントとされているか、又はトロイダル反射面の軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）セグメントとされていることが好ましい。
【００４４】
入射光線が第２のフィールド反射鏡上へ入射する地点での法線に対する該入射光線の入射角は、２５°よりも小さいことが好ましい。反射鏡は、ＥＵＶ波長領域用の多層膜によってコーティングされていなければならないので、入射光線の発散角および入射角は、反射率を高めるために、できるだけ小さいことが好ましく、このとき、反射率は、６５％よりも高くなければならない。直入射型の反射鏡として設けられている第２のフィールド反射鏡を用いることで、ビーム径路は折り曲げられ、照明光学系は一層コンパクトに作製可能となる。
【００４５】
照明光学系の長さを低減するために、フィールドレンズは、さらに第３のフィールド反射鏡を備えていることが好ましい。この第３のフィールド反射鏡は、２次光源を有する平面および第２のフィールド反射鏡の間に配置されることが好ましい。
【００４６】
上記第３のフィールド反射鏡は、負の光学的パワーを有し、上記第２及び第１のフィールド反射鏡と協働して、２次光源の位置における物体面と照明光学系の射出瞳の位置における像面とを有する一つの光学的なテレスコープシステムを形成し、これにより射出瞳内に上記２次光源を結像させるようになっていることが好ましい。このテレスコープシステムの瞳面は、照明光学系の像面の位置に配置されている。そのため、２次光源から来る光束は、テレスコープシステムの瞳面において、ないしは照明光学系の像面において重ね合わされる。第１のフィールド反射鏡は、主に円弧状フィールドを形成する機能を有し、テレスコープシステムは、主に負の第３のフィールド反射鏡と正の第２のフィールド反射鏡とによって決まる。
【００４７】
他の実施形態においては、第３のフィールド反射鏡は、第３及び第２のフィールド反射鏡の間の平面において、３次光源を形成する２次光源像を生成するために、正の光学的パワーを有することが好ましい。３次光源は、第２のフィールド反射鏡および第１のフィールド反射鏡によって、照明光学系の射出瞳内に結像される。照明光学系の射出瞳内における３次光源の像は、この場合４次光源と呼ばれる。
【００４８】
３次光源を有する平面は、射出瞳に共役に配置されるため、この平面は、照明モードを変更するためのマスキングブレードを配置したり、あるいは透過フィルタを追加したりするために用いることができる。ビーム径路内におけるこの場所は、自由なアクセスが可能という長所を有している。
【００４９】
第３のフィールド反射鏡は、第２のフィールド反射鏡と同様に、好ましくは、非球面ないし球面に設けることができる回転対称な反射面の偏心セグメントとされているか又はトロイダル反射面の軸上セグメントとされている。
【００５０】
入射光線が第３のフィールド反射鏡上へ入射する地点での法線に対する該入射光線の入射角は、２５°よりも小さいことが好ましい。直入射型の反射鏡として設けられている第３のフィールド反射鏡を用いることによって、ビーム径路は、照明光学系の全体の大きさをさらにまた小さくするように折曲されることが可能になる。
【００５１】
ビーム径路の口径食を防ぐために、第１、第２、及び第３のフィールド反射鏡は、中心合わせされていない無心系（ｎｏｎ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）に設けられていることが好ましい。複数反射鏡のための共通の対称軸線は存在しない。光軸は、フィールド反射鏡上で用いられる領域の中心同士間を結んでいる線として定義することができ、このとき、光軸は、フィールド反射鏡の位置で、フィールド反射鏡の傾斜角に応じて偏向される。
【００５２】
照明光学系の反射型のコンポーネントの傾斜角度によって、コンポーネント間のビーム径路が偏向可能となる。従って、光源によって放射されるビーム円錐の方向および像面系（ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）の方向は、光学系全体に対する要求に応じて調整することができる。好ましい構成は、一の方向にビーム円錐を放射する光源と、この方向に略垂直に向けられた法線を有する像面とを有している。一実施形態において、光源は水平に放射し、像面は垂直な法線を有している。アンジュレータやウィグラーといった幾つかの光源は、水平面内だけに放射する。その一方で、レチクルは、重さのために水平に配置されなければならない。従って、ビーム径路は、光源から像面の間で殆ど９０°程偏向されなければならない。３０°から６０°の間の入射角を有する反射鏡は、偏光作用をもたらし、それゆえに光の損失につながるので、ビームの偏向は、斜入射型ないし直入射型の反射鏡のみを用いて行なわれなければならない。効率的な理由から、反射鏡の数はできるだけ少なくしなければならない。
【００５３】
定義上、像面内のフィールドに交わる全ての光線は、照明光学系の射出瞳を通過しなければならない。フィールドの位置および射出瞳の位置は、投影光学系の入射瞳およびオブジェクトフィールドにより決定される。中心合わせされた有心系（ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ）とされた幾つかの投影光学系に対しては、オブジェクトフィールドは、光軸から偏心されて配置され、入射瞳は、物体面に対して軸上の有限な距離内に配置される。斯かる投影光学系に関しては、オブジェクトフィールドの中心から入射瞳の中心に向かう直線と、物体面の法線との間の角度を決めることができる。この角度は、ＥＵＶ投影光学系に関して３°から１０°の範囲とされている。そのため、照明光学系のコンポーネントは、投影光学系のオブジェクトフィールドに交わる全ての光線が、オブジェクトフィールドに対して偏心配置されている投影光学系の入射瞳を通過するように構成されかつ配置されなければならない。反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、レチクルに交わる全ての光線は、照明光学系のコンポーネントで反射される光線の口径食を防ぐために、０°よりも大きい入射角を有している必要がある。
【００５４】
ＥＵＶ波長領域においては、全てのコンポーネントが反射型のコンポーネントとされ、これらのコンポーネントは、これらのコンポーネント上への全ての入射角が２５°より小さいかあるいは６５°より大きいように配置されていることが好ましい。従って、約４５°の角度での入射角において生じてくる偏光作用は、最小限に抑えられる。斜入射型の反射鏡は、８０％を超す反射率を有しているため、６５％よりも大きい反射率を有する直入射型の反射鏡に比べて、光学的設計上望ましい。
【００５５】
上記照明光学系は、通常、メカニカルボックス（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｏｘ）内に設けられている。反射鏡を用いてビーム径路を折曲することにより、このボックスの全体的な大きさを小さくすることができる。このボックスは、レチクルならびにレチクル保持機構の設けられる像面と干渉せず、妨げにならないことが好ましい。従って、反射型のコンポーネントを配置するとともに傾斜させ、これにより、全てのコンポーネントが完全にレチクルの一方の側にのみ配置されるようになっていると有利である。これが実現されるのは、フィールドレンズが偶数個の直入射型の反射鏡だけを備えている場合である。
【００５６】
上記照明光学系は、上述したように、照明光学系、この照明光学系の像面に配置されたレチクル、及び投影光学系の像面に配置されたウェハ上に上記レチクルを結像させる投影光学系を備える投影露光装置において好適に用いることができる。レチクル及びウェハのいずれも、レチクルないしウェハの交換あるいは走査を可能にする保持ユニット上に設けられている。
【００５７】
上記投影光学系は、１００ｎｍから２００ｎｍの間の範囲における波長に関する米国特許第５，４０２，２６７号明細書から知られているように、反射屈折型のレンズとすることができる。これらの光学系は、透過形のレチクルを有している。
【００５８】
ＥＵＶ波長領域に対して、上記投影光学系は、例えば、６反射鏡式投影レンズを開示している米国特許出願番号０９／５０３６４０から知られるように、４個から８個の反射鏡を有する全反射型の光学系（ａｌｌｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ）とされていることが好ましい。これらの光学系は、通常、反射型のレチクルを有している。
【００５９】
反射型のレチクルを有する光学系に対しては、光源からレチクルまでの間の照明ビーム径路と、レチクルからウェハまでの投影ビーム径路とは、レチクル近傍でのみ干渉することが好ましい。このレチクル近傍では、隣接する物点に関する入射および反射光線が同じ領域を伝播する。照明ビーム径路と投影ビーム径路との交差がそれ以上どこでも起こらなければ、レチクル領域を除いて、照明光学系と投影光学系とを分離することができる。
【００６０】
投影光学系は、上記レチクルと第１の像形成素子との間に、投影光学系の光軸に向かって収束する投影ビーム径路を有していることが好ましい。特に、反射型のレチクルを有する投影露光装置に対しては、照明光学系と投影光学系との分離が、一層容易に実現できる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき詳述する。
【００６２】
図１は、本発明による実施形態を概略的に示す図であり、この実施形態は、光源８００１と、集光反射鏡８００３と、フィールド用ラスタ素子を有するプレート８００９と、瞳用ラスタ素子を有するプレート８０１５と、フィールドレンズ８０２１と、像面８０２９と、射出瞳８０３５とを備えている。本実施形態において示されたフィールドレンズ８０２１は、正の光学的パワーを持つフィールド反射鏡８０２３と、負の光学的パワーを持つフィールド反射鏡８０２５と、フィールド形成反射鏡８０２７とを備えている。
【００６３】
３個のフィールド反射鏡８０２３，８０２５，８０２７によるテレスコープ対物光学系を備えた第２の光学コンポーネントを設けることが望ましい。というのも、これによって光学系全体の径路長（ｔｒａｃｋ ｌｅｎｇｈｔ）がさらに低減されるからである。もっとも、これは必ずしも必要というものではない。例えば、フィールドレンズ８０２１は、瞳の結像用の正の光学的パワーを有する直入射型の反射鏡一つと、フィールド形成用の負の光学的パワーを有する斜入射型の反射鏡一つだけ備えるものであっても構わない。２次光源の全ての結像を代表させて、一つの２次光源８００７が射出瞳８０３３に結像して３次光源８０３５を形成している様子が示されている。照明光学系の光軸は、直線ではないが、単体のコンポーネント（ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）間を結ぶ線（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ）によって規定されており、このとき上記コンポーネントは、該コンポーネントの中心で光軸に交わっている。従って、照明光学系は、口径食の無いビーム径路が得られるように各コンポーネントの位置で偏向される光軸８０４５．１，８０４５．２，８０４５．３を有した無心系（ｎｏｎ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）とされている。これらの光学コンポーネントに対する共通の対称軸線は存在しない。ＥＵＶ露光装置用の投影光学系は、通常、真直ぐな光軸を有するとともに偏心した（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）オブジェクトフィールドを有する有心系（ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）とされている。投影光学系の光軸８０４７は、破線で示されている。フィールド８０３１の中心から投影光学系の光軸８０４７までの間の距離は、フィールド半径ＲＦｉｅｌｄに等しい。
【００６４】
本発明によれば、第１の光軸８０４５．１は、集光ユニット８００３及びフィールド用ラスタ素子を持つ第１の光学素子８００９の間で定められている。第２の光軸８０４５．２は、フィールド用ラスタ素子を持つ第１の光学素子８００９及び瞳用ラスタ素子を持つ第２の光学素子の間で定められている。瞳用ラスタ素子８０１５及びフィールドレンズ８０２１の間には、第３の光軸８０４５．３が定められている。第１の光軸８０４５．１の方向ベクトル８０４６．１及び第２の光軸８０４５．２の方向ベクトル８０４６．２は、例えば図１の紙面といった一つの平面を規定する。
【００６５】
本発明によれば、第１の光学素子および第２の光学素子は、方向ベクトル８０４６．１，８０４６．２によって規定される上記平面への第３の光軸８０４５．３の投影と第１の光軸８０４５．１とが交わるように傾けられる。
【００６６】
第１、第２及び第３の光軸が例えば図１の紙面といった同一平面内に載っている場合には、瞳用ラスタ素子を有するプレート８０１５及びフィールド反射鏡８０２５の間のビーム径路は、集光反射鏡８００３からフィールド用ラスタ素子を有するプレート８００９までのビーム径路に交わっている。この配置によって、ビーム円錐を水平に放射する光源８００１を有することと、像面８０２９内にレチクルを水平に配置することとが同時に可能となる。
【００６７】
図２は、図１と同様の実施形態を詳細に示す図である。対応する素子は、１００だけ加えられた図１における符号と同様の符号を有している。従って、これらの素子に関する説明は、図１に関する説明を参照されたい。
【００６８】
コンポーネントは、ｙ−ｚ方向断面図で示されており、このとき、各コンポーネントに対してｙ軸およびｚ軸を有する局所座標系が示されている。集光反射鏡８１０３及びフィールド反射鏡８１２３，８１２５，８１２７に対して局所座標系が反射鏡の頂点において定められている。ラスタ素子を有する二つのプレートに関しては、局所座標系は、プレートの中心において定められている。表１には、光源８１０１の局所座標系を基準としたこれらの局所座標系の配置が与えられている。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸周りの傾きの角度α、βおよびγは、右手座標系で定義されている。
【表１】

Figure 2004510344
表１：反射鏡の頂点の座標系
【００６９】
表面のデータは、表２に与えられている。
【表２】
Figure 2004510344
表２：コンポーネントの光学的データ
【００７０】
また、本実施形態における光源８１０１は、レーザ生成プラズマ光源とされている。集光反射鏡８１０３までの距離は、１００ｍｍに設定されている。
【００７１】
集光反射鏡８１０３は、平行光束を生成する放物面反射鏡（ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）とされ、このとき光源８１０１は、放物面の焦点に配置されている。
【００７２】
従って、フィールド用ラスタ素子８１０９は、対応する瞳用ラスタ素子８１１５の位置に複数の２次光源を生じさせるための凹面反射鏡とされている。フィールド用ラスタ素子８１０９の焦点距離は、該フィールド用ラスタ素子８１０９及び対応する瞳用ラスタ素子８１１５の間の距離に等しくされている。集光反射鏡８１０３の頂点およびフィールド用ラスタ素子を有するプレート８１０９の中心の間の距離は１１００ｍｍとされている。フィールド用ラスタ素子８１０９は、長さＸＦＲＥ＝４６．０ｍｍ及び幅ＹＦＲＥ＝２．８ｍｍを有する長方形とされている。複数のフィールド用ラスタ素子８１０９に交わる光線の平均入射角度は１０．５°であり、これらの入射角の範囲は８°から１３°である。従って、フィールド用ラスタ素子８１０９は、直入射型で用いられている。
【００７３】
瞳用ラスタ素子を有するプレート８１１５は、フィールド用ラスタ素子８１０９の焦平面内に配置されている。瞳用ラスタ素子８１１５は凹面反射鏡とされている。瞳用ラスタ素子８１１５を横切る光線の平均入射角は１０．０°とされ、入射角の範囲は、７°から１３°までとされている。従って、瞳用ラスタ素子８１１５は、直入射型で用いられている。
【００７４】
図３は、ＥＵＶ投影露光装置を詳細に示す図である。照明光学系は、図２に詳細に示されているものと同じものである。対応する素子は、２００だけ加えられた図２における符号と同様の符号を有している。従って、これらの素子に関する説明は、図２に関する説明を参照されたい。照明光学系の像面８４２９には、レチクル８４６７が配置されている。このレチクル８４６７は、保持機構８４６９によって位置決めされている。６個の反射鏡を有する投影光学系８４７１は、レチクル８４６７をウェハ８４７３上へと結像させる。ここで、ウェハ８４７３もまた保持機構８４７５によって位置決めされている。投影光学系８４７１の反射鏡は、共通の真直ぐな光軸８４４７に中心合わせされている。円弧状のオブジェクトフィールドは、偏心位置に配置されている。レチクル８４６７から投影光学系８４７１の第１反射鏡８４７７までの間のビーム径路の方向は、投影光学系８４７１の光軸８４４７に対して傾いている。レチクル８４６７の法線に対する主光線８４７９の角度は、５°から７°の間とされている。図３に示されるように、照明光学系８４７９は、投影光学系８４７１から良く分離されている。照明ビーム径路および投影ビーム径路は、レチクル８４６７の近傍でのみ干渉し合っている。照明光学系のビーム径路は、２５°よりも小さいか又は７５°よりも大きい反射角度で折曲されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビーム径路が交わる反射型の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の実施形態を詳細に示す図である。
【図３】投影露光装置を詳細に示す図である。
【符号の説明】
８００１；８１０１；８４０１・・・１次光源
８００３；８１０３；８４０３・・・集光反射鏡（集光ユニット，第１の光学コンポーネントの一部）
８００７・・・２次光源
８００９；８１０９；８４０９・・・フィールド用ラスタ素子を有するプレート（第１のラスタ素子を有するプレート，第１の光学素子，第１の光学コンポーネントの一部）
８０１５，８１１５，８４１５・・・瞳用ラスタ素子を有するプレート（第２のラスタ素子を有するプレート，第２の光学素子，第１の光学コンポーネントの一部）
８０２１；８１２１；８４２１・・・フィールドレンズ（第２の光学コンポーネント）
８０２３；８１２３；８４２３・・・第２のフィールド反射鏡（第２の光学コンポーネントの一部）
８０２５；８１２５；８４２５・・・第３のフィールド反射鏡（第２の光学コンポーネントの一部）
８０２７；８１２７；８４２７・・・フィールド形成反射鏡（第１のフィールド反射鏡第２の光学コンポーネントの一部）
８０２９；８１２９；８４２９・・・像面
８０３３・・・射出瞳
８０３５・・・３次光源
８０４５．１・・・第１の光軸
８０４５．２・・・第２の光軸
８０４５．３・・・第３の光軸
８０４６．１・・・第１の方向ベクトル
８０４６．２・・・第２の方向ベクトル
８０４７；８１４７；８４４７・・・投影光学系の光軸
８４６７・・・レチクル
８４６９・・・レチクルの保持機構
８４７１・・・投影光学系
８４７３・・・ウェハ（感光性物体）
８４７５・・・ウェハの保持機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical system used at a wavelength of 193 nm or less, and a projection exposure apparatus including the illumination optical system.
[0002]
[Prior art]
In order to be able to further reduce the line width of electronic components, especially down to the submicron range, it is necessary to reduce the wavelength of light used in microlithography. For example, at wavelengths shorter than 193 nm, lithography using very deep ultraviolet (very deep UV radiation), so-called vacuum ultraviolet (VUV) (very deep UV) lithography, or soft x-ray (soft x-ray radiation) is used. Lithography, so-called extreme ultraviolet (EUV) (extreme UV) lithography is considered.
[0003]
U.S. Pat. No. 5,339,346 discloses an illumination optical system for a lithographic apparatus using EUV radiation. In order to uniformly illuminate the reticle plane and fill the pupil, US Pat. No. 5,339,346 configures a condensing lens with at least four pairs of reflective facets that are symmetrically arranged. Proposed concentrator. A plasma light source is used as a light source.
[0004]
U.S. Pat. No. 5,737,137 discloses an illumination optical system using a plasma light source equipped with a condensing reflector. In this specification, the mask or reticle to be illuminated is illuminated by using a spherical reflector.
[0005]
U.S. Pat. No. 5,361,292 discloses an illumination optical system provided with a plasma light source, wherein the point-shaped plasma light source is composed of five aspherical reflections eccentrically arranged off-center. An image is formed on the surface to be illuminated by a concentrator having a mirror.
[0006]
U.S. Pat. No. 5,581,605 discloses an illumination system in which a photon beam is split into a plurality of secondary light sources by a plate having a plurality of concave raster elements. Thereby, uniform and uniform illumination can be obtained in the reticle plane. The reticle is imaged on a wafer to be exposed by a conventional reduction optical system. The contents of the above-mentioned patent documents are comprehensively incorporated by reference.
[0007]
EP-A-0 939 341 discloses an illumination optics and an exposure apparatus for illuminating a surface over an arcuate illumination field with light of X-ray wavelength. This illumination optical system includes first and second optical integrators each having a plurality of reflective elements. The first and second optical integrators are arranged to face each other such that a plurality of light source images are formed at positions of a plurality of reflection elements of the second optical integrator. According to EP-A-0 939 341 the reflective element of the first optical integrator has an arch-like shape similar to the arch-shaped radiation field in order to form an arch-shaped radiation field in the field plane. ing. Such a reflective element is complicated to manufacture.
[0008]
EP-A-1026547 also discloses an illumination optical system having two optical integrators. Like the optical system of EP-A-0 939 341, the reflecting element of the first optical integrator is arched in order to form an arched illumination field in the field plane.
[0009]
EP-A-0 955641 discloses an optical system having two optical integrators. Each of these optical integrators includes a plurality of raster elements. The raster element of the first optical integrator has a rectangular shape. The arc-shaped field in the field plane is formed by at least one oblique incidence type field reflector. Such an optical system is easier to manufacture than the optical systems described in EP-A-0 939 341 to EP-A-1026547. The above-mentioned patent application is hereby incorporated by reference in its entirety. All of the above-mentioned illumination optical systems have a disadvantage that the track length of the illumination optical system is large.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the above-mentioned illumination optics according to the prior art and to meet the demand for advanced lithography using wavelengths of 193 nm and below, and to provide illumination optics for microlithography of very compact dimensions. To provide a system.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
This object of the present invention is solved by an illumination optical system having the features of claim 1 and a projection exposure apparatus according to claim 16.
[0012]
The optical system illuminates a reticle provided with a pattern, which is arranged in an image plane of the illumination optical system. This reticle is imaged on the photosensitive substrate by the projection optical system. In the case of a scanning lithography system, the reticle is illuminated using an arc-shaped field, which requires a certain uniformity of the scanning energy distribution within the field, for example better than ± 5%. You. This scanning energy is defined as a line integral of the light intensity in the scanning direction. Further, there is a demand for illumination of the exit pupil of the illumination optical system at the position of the entrance pupil of the projection optical system. The illumination of the exit pupil according to the field is generally required.
[0013]
Source commonly used for wavelengths between from 100nm to 200nm is an excimer laser, for example, Ar-F lasers for 193 nm, for 157 nm F 2 laser, for 126 nm Ar 2 A NeF laser is used for laser and 109 nm. For the optical system in this wavelength range, a refraction type component made of SiO 2 , CaF 2 , BaF 2 or other crystallites is used. Since the transmittance of the optical material decreases with decreasing wavelength, the illumination optical system is composed of a combination of reflective and refractive components. For wavelengths in the EUV wavelength range between 10 nm and 20 nm, the above projection exposure apparatuses are all configured as all-reflective. Typical EUV light sources are a laser-produced-plasma-source, a pinch-plasma-source, a wiggler-source, and an undulator-source.
[0014]
The light of the above primary light source is directed to the first optical element. Here, the first optical element is a part of the first optical component. The first optical component preferably comprises a light collection unit, which is arranged to collect light from the primary light source and direct the collected light to the first optical element. . The first optical element is organized as a plurality of first raster elements and cooperates with the light collection unit to convert the primary light source into a plurality of secondary light sources. Each of the first raster elements corresponds to one secondary light source, and the incident light flux determined from all the rays intersecting the first raster element is focused to the corresponding secondary light source. The secondary light source is arranged in the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity of this plane. A field lens forming a second optical component is provided between an image plane and a pupil plane of the illumination optical system, and forms a secondary light source in an exit pupil of the illumination optical system. The exit pupil of the illumination optical system corresponds to the entrance pupil of the subsequent projection optical system. Therefore, the image of the secondary light source in the exit pupil of the illumination optical system is called a tertiary light source.
[0015]
The first raster element is imaged in the image plane. The images are then at least partially superimposed on the field to be illuminated. For this reason, the first raster element is also known as a field raster element or a field honeycomb. If the light source is a point light source, the secondary light source is also a point light source. In this case, the individual imaging of the field raster elements is based on the principle of the "camera obscura", which also has a dark box aperture at the position of the corresponding individual secondary light source. The description can be easily understood using the principle of.
[0016]
In order to superimpose the image of the field raster element on the image plane of the illumination optical system, the incident light beam (incident light beam) is deflected at a plurality of first deflection angles by the plurality of field raster elements. These deflection angles are not equal for each field raster element and are at least different for the two field raster elements. In this way, individual independent deflection angles are set for a plurality of field raster elements.
[0017]
For each field raster element, one incident plane is defined from the incident barycentric ray selected from the incident beam and the deflected centroid ray. At least two planes of incidence are not parallel due to the different angles of deflection.
[0018]
In state-of-the-art microlithography systems, the light distribution at the entrance pupil of the projection optics must meet special requirements, such as being elliptical or uniform. Since the secondary light source is imaged in the exit pupil, the arrangement of the secondary light source in the pupil plane of the illumination optical system determines the light distribution in the exit pupil. By using independent deflection angles of the plurality of field raster elements, it is possible to realize a predetermined secondary light source arrangement regardless of the direction of the incident light beam.
[0019]
The deflection angle is generated by the inclination angle of the field raster element for a reflection type field raster element. The axis of the tilt and the tilt angle are determined by the direction of the incident light beam and the position of the secondary light source to which the reflected light beam is directed.
[0020]
For deflection field raster elements, the deflection angle is generated by lenslets having prismatic optical power. The refraction type field raster element may be a lenslet having an optical power having the contribution of a prism, or may be a combination of a single prism and a lenslet. The optical power of the prism is determined by the direction of the incident light beam and the position of the corresponding secondary light source.
[0021]
Given the individual deflection angles of the first raster elements, the beam path to the plate with the raster elements can be convergent or divergent. The value of the tilt angle of the field raster element at the center of the field raster element is then the value of the tilt angle of the negatively powered surface, which reduces the convergence of the beam path, or the positive value, which increases the divergence of the beam path. Should be similar to the value of the tilt angle of the surface having the power of Eventually, the field raster element deflects the incident light beam towards a corresponding secondary light source occupying a predetermined position according to the illumination mode of the exit pupil.
[0022]
The field raster elements are preferably arranged in a two-dimensional array on the plate without overlap. The plate may be a flat plate or a curved plate for a reflective field raster element. In order to minimize light loss between adjacent field raster elements, the field raster elements are arranged leaving only the gaps between the field raster elements necessary for mounting these field raster elements. Have been. It is preferable that the field raster elements have at least one field raster element and are arranged in a plurality of rows arranged adjacent to each other. In these rows, the plurality of field raster elements are combined on the short side of the field raster elements. At least two of these rows are offset relative to each other in the direction of the rows. In one embodiment, each row is offset relative to an adjacent row by a fraction of the length of the field raster element, such that the center of the field raster element is offset. A regular distribution is obtained. The shift ratio depends on the aspect ratio of the side, and is preferably equal to the square root of the length of one field raster element. In another embodiment, the rows are offset such that the field raster elements are substantially fully illuminated.
[0023]
Preferably, only fully illuminated field raster elements are imaged in the image plane. This can be achieved by using a masking unit in front of the plate with the field raster elements, or by using an arrangement of field raster elements such that 90% of the field raster elements are fully illuminated. it can.
[0024]
Advantageously, the second optical element with the second raster element is inserted into the optical path downstream of the first optical element with the first raster element, wherein the first raster element Each corresponds to one of the second raster elements. For this reason, the deflection angle of the first raster element is provided so as to deflect the light beam entering the first raster element toward the corresponding second raster element.
[0025]
The second raster element is preferably arranged at the position of the secondary light source, and cooperates with the field lens to move the plurality of first raster elements, that is, the plurality of field raster elements in the image plane of the illumination optical system. It is provided so as to form an image. At this time, the images of the plurality of field raster elements are at least partially overlapped. This second raster element is called a pupil raster element or a pupil honeycomb. To prevent damage to the second raster element due to the high intensity at the location of the secondary light source, the second raster element is arranged such that the secondary light source is defocused, but from 0 mm to the first. , The second raster element is preferably arranged within a range of up to 10% of the distance.
[0026]
The pupil raster element has a positive optical power for the expanded secondary light source to image a corresponding field raster element optically conjugate to the image plane. Is preferred. The pupil raster element is a concave reflecting mirror or lenslet having a positive optical power.
[0027]
The pupil raster element deflects the incident light beam entering the pupil raster element at some second deflection angles such that the images of the field raster element in the image plane at least partially overlap. This is the case when rays intersecting the raster elements at the center of the field raster element and the corresponding raster element for the pupil intersect the image plane at or near the center of the illuminated field. Each set of field raster elements and corresponding pupil raster elements form a beam path.
[0028]
The second deflection angle is not equal for each pupil raster element. The second deflection angles are preferably individually adapted to the direction of the incident light beam and to the requirement that the images of the field raster elements are at least partially superimposed in the image plane.
[0029]
Separate second deflection angles by using the tilt axis and tilt angle for a reflective pupil raster element or by using the optical power of a prism for a refractive pupil raster element. Can be adapted.
[0030]
For a point-like secondary light source, the pupil raster element need only deflect the incident light beam without focusing the light beam. Therefore, the pupil raster element is preferably provided as an inclined plane reflecting mirror or prism.
[0031]
When both the field raster element and the pupil raster element deflect the incident light beam in a predetermined direction, the two-dimensional arrangement of the field raster elements should be different from the two-dimensional arrangement of the pupil raster elements. Can be. At this time, the arrangement of the field raster elements is adjusted to the area to be illuminated on the plate having the field raster elements, and the arrangement of the pupil raster elements is determined by the illumination mode required in the exit pupil of the illumination optical system. Determined by type. Thus, the images of the secondary light sources are not only arranged circularly, but also arranged annularly to obtain an annular illumination mode, or to obtain a quadrupole illumination mode. Therefore, they may be arranged in four eccentric segments. The aperture in the image plane of the illumination optical system is approximately determined by the quotient of half the diameter of the exit pupil of the illumination optical system divided by the distance between the exit pupil and the image plane of the illumination optical system. A typical aperture in the image plane of the illumination optics is between 0.02 and 0.1. By deflecting the incident light beam using the field raster element and the pupil raster element, a continuous light propagation path can be realized. Also, each field raster element can be assigned to an arbitrary pupil raster element. Thus, the light path can be mixed between the plate with the field raster elements and the plate with the pupil raster elements to minimize the deflection angle or to redistribute the intensity distribution. it can.
[0032]
Imaging errors such as distortion caused by the field lens can be compensated for using a pupil raster element located at or near the position of the secondary light source. Therefore, it is preferable that the distance between the pupil raster elements is irregular. Distortion due to the tilted field mirror is compensated for, for example, by increasing the distance between the pupil raster elements in a direction perpendicular to the tilt axis of the field mirror. The pupil raster elements are arranged on a curve to compensate for distortion caused by a field reflector that converts a rectangular image field into a segment of an annular zone due to conical reflection. By tilting the field raster element, the secondary light source can be positioned at or near the distorted grid of the corresponding pupil raster element.
[0033]
For reflective field raster elements and pupil raster elements, the beam path is bent at the position of the plate with the field raster elements and at the position of the plate with the pupil raster elements so that vignetting does not occur. There must be. Usually, the bending axes of both plates are parallel. Another requirement for the configuration of the illumination optical system is to minimize the angle of incidence on the reflective field raster element and the pupil raster element. Therefore, the bending angle must be as small as possible. This is because, in the direction perpendicular to the direction of the axis of folding, the length of the plate with the field raster elements is approximately equal to the length of the plate with the pupil raster elements, or the difference is less than ± 10%. Can be realized in some cases.
[0034]
Since the secondary light source is imaged into the exit pupil of the illumination optical system, the placement of the secondary light source determines the mode of illumination of the pupil. Usually, the overall shape of the illumination at the exit pupil is circular, and the diameter of the illuminated area is on the order of 60% to 80% of the diameter of the entrance pupil of the projection optical system. The diameters of the exit pupil of the illumination optical system and the entrance pupil of the projection optical system are preferably equal in other embodiments. In such an optical system, the illumination mode can be changed over a wide range by inserting masking blades at the position of the surface having the secondary light source, and the conventional dipole or quadrupole of the exit pupil can be changed. Dipole illumination can be obtained.
[0035]
An all-reflective projection optical system used in the EUV wavelength region usually has an object field that is a segment of an annular zone. Therefore, it is preferable that the fields in the image plane of the illumination optical system on which the images of the field raster elements are at least partially overlapped have the same shape. The shape of the illuminated field can be generated by the optical design of the component or by a masking blade to be added near or in a plane conjugate to the image plane.
[0036]
The field raster element is preferably rectangular. The rectangular field raster elements have the advantage that these field raster elements can be arranged in a plurality of mutually offset rows. These field raster elements have side aspect ratios ranging from 5: 1 to 20: 1, depending on the field to be illuminated. The length of the rectangular field raster element is usually between 15 mm and 50 mm, and the width is between 1 mm and 4 mm.
[0037]
In order to illuminate an arc-shaped field in the image plane with the rectangular field raster element, a field lens converts a rectangular image of the rectangular field raster element into an arc-shaped image. Is preferably provided. The length of this arc is usually in the range of 80 mm to 105 mm, and the width in the radial direction is in the range of 5 mm to 9 mm. The rectangular image of the rectangular field raster element can be converted using conical reflection by a first field reflecting mirror which is a grazing incidence type reflecting mirror having negative optical power. it can. In other words, the field raster element is distorted and formed so as to obtain an arc-shaped image, and the radius of the arc is determined by the shape of the object field of the projection optical system. The first field reflecting mirror is preferably disposed in front of (upstream of) the image plane of the illumination optical system, and at this time, there must be a free working distance. For configurations having a reflective reticle, this free working distance must be adapted so that light propagating from the reticle to the projection optics is not vignetted by the first field reflector.
[0038]
The surface of the first field mirror is preferably a segment at the off-axis of a rotationally symmetric reflecting surface which can be aspheric or spherical. The axis of symmetry of the supporting surface passes through the vertices of this surface. For this reason, the segments around the vertices are called on-axis, and each segment of the surface that does not include the vertices is called off-axis. The retaining surface can be more easily manufactured thanks to its rotational symmetry. After the preparation of the holding surface, the segments are cut out by a known technique.
[0039]
Also, the surface of the first field reflector can be formed as an on-axis segment of the toroidal reflector. For this reason, this surface has the advantage that, although it must be processed locally, the surrounding shape can be created before the surface treatment.
[0040]
The angle of incidence of the incident ray relative to the normal at the point where the incident ray impinges on the first field mirror is preferably greater than 70 °, so that the reflectivity of the first field mirror is , Greater than 80%.
[0041]
According to the invention, the direction vector of the first optical axis and the direction vector of the second optical axis define a plane, and the projection of the third optical axis onto the plane defined by these direction vectors When the first optical element and the second optical element are tilted so that the first optical axis intersects, a compact configuration of the illumination optical system can be realized. The first optical axis is defined as an optical axis between the light collection unit and the first optical element, and the second optical axis is defined as the first optical element and the second optical element. And the third optical axis is defined as an optical axis between the second optical element and the field lens. In a special embodiment, the beam path from the plate with the pupil raster elements to the field lens intersects the beam path from the focusing unit to the plate with the field raster elements. This is possible only when the first optical axis, the second optical axis, and the third optical axis are on the same plane, and the field raster element and the pupil raster element are of a reflection type. Only if these elements are arranged on plates which are elements and are inclined so that the two beam paths intersect. The intersection of the beam paths means that the beam path on the rear side (downstream side) of the plate having the pupil raster elements is from 35 ° with respect to the beam path on the front side (upstream side) of the plate having the field raster elements. It has the advantage of having an angle in the range of 55 °. This has been achieved by using only two direct incidence reflections.
[0042]
Preferably, the field lens comprises a second field mirror having positive optical power. The first and second field reflecting mirrors cooperate to form an image of the secondary light source or pupil plane on the exit pupil of the illumination optical system. Here, the exit pupil of the illumination optical system is defined by the entrance pupil of the projection optical system. The second field mirror is located between the plane having the secondary light source and the first field mirror.
[0043]
The second field mirror may be an off-axis segment of a rotationally symmetric reflecting surface, which may be aspheric or spherical, or an on-axis segment of a toroidal reflecting surface. Is preferred.
[0044]
Preferably, the angle of incidence of the incident ray relative to the normal at the point where the incident ray impinges on the second field mirror is less than 25 °. Since the reflector must be coated with a multilayer film for the EUV wavelength region, the divergence angle and the incident angle of the incident light are preferably as small as possible to increase the reflectivity. Must be higher than 65%. By using the second field reflector provided as a direct incidence type reflector, the beam path is bent, and the illumination optical system can be manufactured more compactly.
[0045]
In order to reduce the length of the illumination optical system, it is preferable that the field lens further includes a third field reflecting mirror. This third field mirror is preferably arranged between the plane with the secondary light source and the second field mirror.
[0046]
The third field reflector has negative optical power and cooperates with the second and first field reflectors to define the object plane at the position of the secondary light source and the exit pupil of the illumination optical system. Preferably, one optical telescope system is formed having an image plane at a location, whereby the secondary light source is imaged in the exit pupil. The pupil plane of this telescope system is arranged at the position of the image plane of the illumination optical system. Therefore, the light flux coming from the secondary light source is superimposed on the pupil plane of the telescope system or on the image plane of the illumination optical system. The first field mirror mainly has the function of forming an arc-shaped field, and the telescope system mainly depends on the negative third field mirror and the positive second field mirror.
[0047]
In another embodiment, the third field mirror is a positive optical optic in the plane between the third and second field mirrors to produce a secondary light source image forming a tertiary light source. It is preferable to have power. The tertiary light source is imaged in the exit pupil of the illumination optical system by the second field mirror and the first field mirror. The image of the tertiary light source in the exit pupil of the illumination optical system is called a quaternary light source in this case.
[0048]
Since the plane with the tertiary light source is conjugated to the exit pupil, this plane can be used to place a masking blade to change the illumination mode or to add a transmission filter . This location in the beam path has the advantage of being freely accessible.
[0049]
The third field mirror, like the second field mirror, is preferably an eccentric segment of a rotationally symmetric reflecting surface, which may be aspheric or spherical, or an axial segment of a toroidal reflecting surface. It has been.
[0050]
Preferably, the angle of incidence of the incident ray relative to the normal at the point where the incident ray impinges on the third field reflector is less than 25 °. By using a third field reflector provided as a direct-incidence reflector, the beam path can be bent to further reduce the overall size of the illumination optics. .
[0051]
Preferably, the first, second, and third field mirrors are provided in a non-centered system to prevent vignetting of the beam path. There is no common axis of symmetry for multiple reflectors. The optical axis can be defined as a line connecting the centers of the regions used on the field mirror, where the optical axis is the position of the field mirror and depends on the tilt angle of the field mirror. Is deflected.
[0052]
The angle of inclination of the reflective components of the illumination optics allows the beam path between the components to be deflected. Thus, the direction of the beam cone and the direction of the image plane system emitted by the light source can be adjusted as required for the overall optical system. A preferred arrangement has a light source emitting a beam cone in one direction and an image plane having a normal oriented substantially perpendicular to this direction. In one embodiment, the light source emits horizontally and the image plane has a vertical normal. Some light sources, such as undulators and wiggles, emit only in the horizontal plane. On the other hand, the reticle must be placed horizontally for weight. Therefore, the beam path must be deflected almost 90 ° between the light source and the image plane. Beam deflection is performed using only grazing or direct-incidence mirrors, since mirrors with an angle of incidence between 30 ° and 60 ° provide a polarizing effect and therefore lead to light loss. Must be done. For efficient reasons, the number of reflectors should be as small as possible.
[0053]
By definition, all rays that intersect the field in the image plane must pass through the exit pupil of the illumination optics. The position of the field and the position of the exit pupil are determined by the entrance pupil of the projection optical system and the object field. For some projection optics, which are centered systems, the object field is positioned off-center from the optical axis and the entrance pupil is finite on-axis with respect to the object plane. Within a short distance. With such a projection optical system, the angle between the straight line from the center of the object field to the center of the entrance pupil and the normal to the object plane can be determined. This angle ranges from 3 ° to 10 ° for the EUV projection optics. Therefore, the components of the illumination optics must be configured and arranged such that all rays intersecting the object field of the projection optics pass through the entrance pupil of the projection optics which is eccentrically arranged with respect to the object field. No. For a projection exposure apparatus having a reflective reticle, all rays intersecting the reticle have an angle of incidence greater than 0 ° to prevent vignetting of the rays reflected by components of the illumination optics. Need to be.
[0054]
In the EUV wavelength region, all components are reflective components and these components are arranged such that all angles of incidence on these components are less than 25 ° or greater than 65 °. Is preferred. Therefore, the polarization effect that occurs at an angle of incidence at an angle of about 45 ° is minimized. Since the grazing incidence type reflector has a reflectance of more than 80%, it is more preferable in optical design than a direct incidence type reflector having a reflectance of more than 65%.
[0055]
The illumination optical system is usually provided in a mechanical box. By bending the beam path using a reflector, the overall size of this box can be reduced. It is preferable that this box does not interfere with and does not interfere with the image plane on which the reticle and the reticle holding mechanism are provided. It is therefore advantageous if the components of the reflective type are arranged and tilted, so that all components are arranged entirely on only one side of the reticle. This is achieved when the field lens comprises only an even number of direct-incidence reflectors.
[0056]
As described above, the illumination optical system includes an illumination optical system, a reticle disposed on an image plane of the illumination optical system, and a projection optical system that forms an image of the reticle on a wafer disposed on an image plane of the projection optical system. It can be suitably used in a projection exposure apparatus having a system. Both the reticle and the wafer are provided on a holding unit that allows replacement or scanning of the reticle or wafer.
[0057]
The projection optics can be a catadioptric lens, as known from US Pat. No. 5,402,267 for wavelengths in the range between 100 nm and 200 nm. These optical systems have a transmission type reticle.
[0058]
For the EUV wavelength range, the projection optics have a total of four to eight reflectors, as known, for example, from US patent application Ser. No. 09 / 503,640, which discloses a six-mirror projection lens. It is preferable to use a reflection type optical system (all reflective system). These optical systems usually have a reflective reticle.
[0059]
For an optical system having a reflective reticle, it is preferable that the illumination beam path from the light source to the reticle and the projection beam path from the reticle to the wafer interfere only near the reticle. In the vicinity of the reticle, incident and reflected light rays on adjacent object points propagate in the same area. If the intersection of the illumination beam path and the projection beam path does not occur anywhere, the illumination optical system and the projection optical system can be separated except for the reticle area.
[0060]
The projection optical system preferably has a projection beam path converging toward the optical axis of the projection optical system between the reticle and the first image forming element. In particular, for a projection exposure apparatus having a reflection type reticle, separation between the illumination optical system and the projection optical system can be realized more easily.
[0061]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0062]
FIG. 1 schematically shows an embodiment according to the present invention, which includes a light source 8001, a condensing reflector 8003, a plate 8009 having a field raster element, and a pupil raster element. A plate 8015, a field lens 8021, an image plane 8029, and an exit pupil 8035 are provided. The field lens 8021 shown in this embodiment includes a field reflector 8023 having a positive optical power, a field reflector 8025 having a negative optical power, and a field forming reflector 8027.
[0063]
It is desirable to provide a second optical component with a telescope objective with three field reflectors 8023, 8025, 8027. This is because this further reduces the track length of the entire optical system. However, this is not necessary. For example, the field lens 8021 includes only one direct-incidence-type reflecting mirror having a positive optical power for imaging a pupil and one oblique-incidence-type reflecting mirror having a negative optical power for forming a field. It may be something. A state in which one secondary light source 8007 forms an image on the exit pupil 8033 to form a tertiary light source 8035 is shown as a representative of all the images of the secondary light sources. The optical axis of the illumination optical system is not a straight line, but is defined by a connection line connecting single components. At this time, the component intersects the optical axis at the center of the component. I have. Thus, the illumination optics is a non-centered system having optical axes 8045.1, 8045.2, 8045.3 that are deflected at the position of each component to provide a beam path without vignetting. It has been. There is no common axis of symmetry for these optical components. A projection optical system for an EUV exposure apparatus is generally a centered system having a straight optical axis and an off-axis object field. The optical axis 8047 of the projection optical system is shown by a broken line. The distance from the center of the field 8031 to the optical axis 8047 of the projection optics is equal to the field radius R Field .
[0064]
According to the invention, the first optical axis 8045.1 is defined between the light collecting unit 8003 and the first optical element 8009 having a field raster element. The second optical axis 8045.2 is defined between the first optical element 8009 having the field raster element and the second optical element having the pupil raster element. A third optical axis 8045.3 is defined between the pupil raster element 8015 and the field lens 8021. The directional vector 8046.1 of the first optical axis 8045.1 and the directional vector 8046.2 of the second optical axis 8045.2 define a plane, for example, the page of FIG.
[0065]
According to the invention, the first optical element and the second optical element comprise a projection of the third optical axis 8045.3 onto said plane defined by the direction vectors 8046.1, 8046.2 and a first optical element. It is tilted so that the optical axis 8045.1 intersects.
[0066]
If the first, second, and third optical axes lie in the same plane, for example, the plane of FIG. 1, the beam path between the plate 8015 having the pupil raster element and the field reflecting mirror 8025 is It intersects the beam path from the light reflecting mirror 8003 to the plate 8009 having the field raster element. With this arrangement, it is possible to have a light source 8001 that emits the beam cone horizontally and to arrange the reticle horizontally in the image plane 8029 at the same time.
[0067]
FIG. 2 shows an embodiment similar to FIG. 1 in detail. The corresponding elements have the same reference numbers as in FIG. 1 with the addition of 100. Therefore, for the description regarding these elements, refer to the description regarding FIG.
[0068]
The components are shown in yz section, with a local coordinate system having a y-axis and a z-axis for each component. A local coordinate system is defined at the vertex of the reflecting mirror 8103 and the field reflecting mirrors 8123, 8125, and 8127. For two plates with raster elements, the local coordinate system is defined at the center of the plate. Table 1 gives the arrangement of these local coordinate systems with respect to the local coordinate system of the light source 8101. The angles of inclination α, β and γ about the x-axis, y-axis and z-axis are defined in a right-handed coordinate system.
[Table 1]
Figure 2004510344
Table 1: Coordinate system of vertices of reflecting mirror
Surface data is given in Table 2.
[Table 2]
Figure 2004510344
Table 2: Component optical data.
Further, the light source 8101 in the present embodiment is a laser-produced plasma light source. The distance to the condensing reflector 8103 is set to 100 mm.
[0071]
The condensing and reflecting mirror 8103 is a parabolic mirror that generates a parallel light beam. At this time, the light source 8101 is disposed at the focal point of the paraboloid.
[0072]
Therefore, the field raster element 8109 is a concave reflecting mirror for generating a plurality of secondary light sources at the position of the corresponding pupil raster element 8115. The focal length of the field raster element 8109 is equal to the distance between the field raster element 8109 and the corresponding pupil raster element 8115. The distance between the apex of the condensing reflector 8103 and the center of the plate 8109 having the field raster element is 1100 mm. The field raster element 8109 is a rectangle having a length X FRE = 46.0 mm and a width Y FRE = 2.8 mm. The average angle of incidence of light rays intersecting the plurality of field raster elements 8109 is 10.5 °, and the range of these angles of incidence is 8 ° to 13 °. Therefore, the field raster element 8109 is used in a direct incidence type.
[0073]
The plate 8115 having the pupil raster element is arranged in the focal plane of the field raster element 8109. The pupil raster element 8115 is a concave reflecting mirror. The average incident angle of the light beam crossing the pupil raster element 8115 is 10.0 °, and the range of the incident angle is from 7 ° to 13 °. Therefore, the pupil raster element 8115 is used in a direct incidence type.
[0074]
FIG. 3 is a diagram showing the EUV projection exposure apparatus in detail. The illumination optics are the same as those shown in detail in FIG. The corresponding elements have the same reference numbers as in FIG. 2 with the addition of 200. Therefore, for the description regarding these elements, refer to the description regarding FIG. A reticle 8467 is arranged on the image plane 8429 of the illumination optical system. The reticle 8467 is positioned by the holding mechanism 8469. The projection optical system 8471 having six reflecting mirrors forms an image of the reticle 8467 on the wafer 8473. Here, the wafer 8473 is also positioned by the holding mechanism 8475. The reflectors of the projection optics 8471 are centered on a common, straight optical axis 8447. The arc-shaped object field is located at an eccentric position. The direction of the beam path from the reticle 8467 to the first reflecting mirror 8467 of the projection optical system 8471 is inclined with respect to the optical axis 8471 of the projection optical system 8471. The angle of the principal ray 8479 with respect to the normal of the reticle 8467 is between 5 ° and 7 °. As shown in FIG. 3, the illumination optical system 8479 is well separated from the projection optical system 8471. The illumination beam path and the projection beam path interfere only near reticle 8467. The beam path of the illumination optics is bent at a reflection angle of less than 25 ° or greater than 75 °.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a reflective embodiment in which beam paths intersect.
FIG. 2 shows the embodiment of FIG. 1 in detail.
FIG. 3 is a diagram showing a projection exposure apparatus in detail.
[Explanation of symbols]
8001; 8101; 8401... Primary light source 8003; 8103; 8403... Condensing reflector (condensing unit, part of first optical component)
8007... Secondary light source 8009; 8109; 8409... Plate having field raster element (plate having first raster element, first optical element, part of first optical component)
8015, 8115, 8415... Plates having pupil raster elements (plates having second raster elements, second optical element, part of first optical component)
8021; 8121; 8421 ... field lens (second optical component)
8023; 8123; 8423... Second field mirror (part of second optical component)
8025; 8125; 8425 ... third field mirror (part of second optical component)
8027; 8127; 8427 ... field forming mirror (part of first field mirror, second optical component)
8029; 8129; 8429 ... image plane 8033 ... exit pupil 8035 ... tertiary light source 8045.1 ... first optical axis 8045.2 ... second optical axis 8045.3 ... · Third optical axis 8046.1 ··· First direction vector 8046.2 ··· Second direction vector 8047; 8147; 8447 ··· Optical axis 8467 of projection optical system ··· Reticle 8469 ···・ Reticle holding mechanism 8471 ・ ・ ・ Projection optical system 8473 ・ ・ ・ Wafer (photosensitive object)
8475 ・ ・ ・ Wafer holding mechanism

Claims (16)

１９３ｎｍ以下の波長を用いる特にマイクロリソグラフィ用の照明光学系であって、
１次光源（８００１，８１０１，８４０１）と、
第１の光学コンポーネントと、
第２の光学コンポーネント（８０２１，８１２１，８４２１）と、
像面（８０２９，８１２９，８４２９）と、
射出瞳（８０３３，８１３３）とを備え、
前記第１の光学コンポーネントは、前記１次光源（８００１，８１０１，８４０１）を、前記第２の光学コンポーネントによって前記射出瞳（８０３３，８１３３）内に結像される複数の２次光源に変換し、
前記第１の光学コンポーネントは、第１の光学素子を備え、この第１の光学素子は、前記像面（８０２９，…）内に結像される複数の第１のラスタ素子（８００９，８１０９，８４０９）を有して、前記像面（８０２９，…）内のフィールド上で少なくとも一部重ね合わせられる複数の像を生成し、
前記第１の光学コンポーネントは、集光ユニット（８００３，８１０３，８４０３）と、複数の第２のラスタ素子（８０１５，８１１５，８４１５）を有する第２の光学素子とを備え、
さらに、前記集光ユニット（８００３，…）および前記第１の光学素子の間の第１の光軸（８０４５．１）を備えて、前記第１の光学素子が反射型とされ、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子の間の第２の光軸（８０４５．２）を備えて、前記第２の光学素子が反射型とされ、かつ前記第２の光学素子および前記第２の光学コンポーネント（８０２１，８１２１，８４２１）の間の第３の光軸（８０４５．３）を備え、
前記第１の光軸（８０４５．１）の方向ベクトル（８０４６．１）と前記第２の光軸（８０４５．２）の方向ベクトル（８０４６．２）とが一つの平面を規定するよう設けられ、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記第３の光軸（８０４５．３）の前記平面への射影が前記第１の光軸と交わるように傾けられていることを特徴とする照明光学系。An illumination optical system using a wavelength of 193 nm or less, particularly for microlithography,
Primary light sources (8001, 8101, 8401);
A first optical component;
A second optical component (8021, 8121, 8421);
Image planes (8029, 8129, 8429),
With an exit pupil (8033, 8133),
The first optical component converts the primary light source (8001, 8101, 8401) into a plurality of secondary light sources imaged in the exit pupil (8033, 8133) by the second optical component. ,
The first optical component comprises a first optical element, the first optical element comprising a plurality of first raster elements (8009, 8109,...) Imaged in the image plane (8029,...). 8409) to generate a plurality of images that are at least partially superimposed on a field in said image plane (8029, ...);
The first optical component includes a light collection unit (8003, 8103, 8403) and a second optical element having a plurality of second raster elements (8015, 8115, 8415),
Furthermore, a first optical axis (8045.1) between the light collecting unit (8003, ...) and the first optical element is provided, the first optical element is of a reflection type, , And a second optical axis (8045.2) between the second optical element and the second optical element, the second optical element is of a reflective type, and the second optical element and the second A third optical axis (8045.3) between the optical components (8021, 8121, 8421) of the
The direction vector (8046.1) of the first optical axis (8045.1) and the direction vector (8046.2) of the second optical axis (8045.2) are provided to define one plane. ,
The first optical element and the second optical element are characterized in that the projection of the third optical axis (8045.3) onto the plane intersects the first optical axis. Illumination optical system. 請求項１に記載の照明光学系において、
前記第１の光軸（８０４５．１）に沿った第１のビーム径路と、前記第２の光軸（８０４５．２）に沿った第２のビーム径路と、前記第３の光軸（８０４５．３）に沿った第３のビーム径路とをさらに備え、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記第３のビーム径路と前記第１のビーム径路とが交わるように傾けられていることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 1,
A first beam path along the first optical axis (8045.1), a second beam path along the second optical axis (8045.2), and a third beam axis (8045). A third beam path along ..3);
An illumination optical system, wherein the first optical element and the second optical element are inclined so that the third beam path and the first beam path intersect. 請求項１または請求項２に記載の照明光学系において、
前記光源（８００１，８１０１，…）は、第１の方向に向けられたビーム円錐を生成し、
前記像面（８０２９，…）は、前記第１の方向に略垂直な面法線を有し、
前記第１の光学コンポーネントは、少なくとも一つの第１反射鏡を備えるとともに、前記第２の光学コンポーネントは、少なくとも一つの第２反射鏡を備え、
前記少なくとも一つの第１反射鏡と前記少なくとも一つの第２反射鏡とによって偏向される、前記１次光源および前記像面の間のビーム径路を有していることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to claim 1 or 2,
The light sources (8001, 8101,...) Generate a beam cone directed in a first direction,
The image plane (8029, ...) has a surface normal substantially perpendicular to the first direction,
The first optical component comprises at least one first reflector, and the second optical component comprises at least one second reflector;
An illumination optical system comprising a beam path between the primary light source and the image plane, deflected by the at least one first reflecting mirror and the at least one second reflecting mirror. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記像面内の前記フィールドの中心から前記射出瞳の中心に向かう直線と、前記直線および前記像面の面法線の間の角度とをさらに備え、
前記角度は、３°から１０°の間とされていることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 3,
A straight line extending from the center of the field in the image plane to the center of the exit pupil, and an angle between the straight line and a surface normal to the image plane;
The illumination optical system, wherein the angle is between 3 ° and 10 °. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記第１の光学コンポーネントおよび前記第２の光学コンポーネントは、反射鏡のみを備えてなり、
複数の光線の各々は、６５°よりも大きいか又は２５°よりも小さい入射角を有して前記反射鏡と交わることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4,
The first optical component and the second optical component include only a reflecting mirror;
An illumination optical system, wherein each of the plurality of light beams has an angle of incidence greater than 65 ° or less than 25 ° and intersects the reflecting mirror. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記第２の光学コンポーネントは、入射角が２５°よりも小さい偶数個の直入射型の反射鏡を備えていることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 5,
The illumination optical system according to claim 2, wherein the second optical component includes an even number of direct-incidence-type reflecting mirrors having an incident angle smaller than 25 °. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記複数の第１のラスタ素子（８００９，８１０９，８４０９）は、複数の第１偏向角を持った複数の反射される光束を生成するように複数の入射する光束を偏向し、
前記複数の第１偏向角の少なくとも二つは、互いに異なっていることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of first raster elements (8009, 8109, 8409) deflect a plurality of incident light beams so as to generate a plurality of reflected light beams having a plurality of first deflection angles,
At least two of the plurality of first deflection angles are different from each other. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記第１の光学コンポーネントは、複数の第２のラスタ素子（８０１５，８１１５，８４１５）を有する第２の光学素子をさらに備えて、前記複数の第１のラスタ素子（８００９，８１０９，８４０９）のそれぞれが、これら複数の第２のラスタ素子（８０１５，８１１５，８４１５）の一つに対応し、
前記前記複数の第１のラスタ素子（８００９，…）のそれぞれは、前記複数の入射する光束の一つを前記対応する前記複数の第２のラスタ素子（８０１５，…）の一つに向けて偏向し、
前記複数の第２のラスタ素子（８０１５，…）および前記第２の光学コンポーネントは、前記対応する第１のラスタ素子（８００９，…）を前記像面（８０２９，…）内に結像させるように設けられていることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to any one of claims 1 to 7,
The first optical component further comprises a second optical element having a plurality of second raster elements (8015, 8115, 8415), wherein the first optical component has a plurality of second raster elements (8015, 8115, 8415). Each corresponds to one of the plurality of second raster elements (8015, 8115, 8415),
Each of the plurality of first raster elements (8009,...) Directs one of the plurality of incident light beams to one of the corresponding second raster elements (8015,...). Deflect,
The plurality of second raster elements (8015,...) And the second optical component are configured to image the corresponding first raster elements (8009,...) In the image plane (8029,...). An illumination optical system provided in the illumination optical system. 請求項８に記載の照明光学系において、
前記複数の第２のラスタ素子は、凹面反射鏡とされていることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 8,
An illumination optical system, wherein the plurality of second raster elements are concave reflecting mirrors. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の照明光学系において、
前記フィールドは、輪帯のセグメントとされ、前記複数の第１のラスタ素子（８００９，…）は、矩形状とされ、かつ前記第２の光学コンポーネントは、前記フィールドを前記輪帯の前記セグメントに成形するための第１のフィールド反射鏡（８０２７，８１２７，８４２７）を備えていることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to any one of claims 1 to 9,
The field is a segment of an annulus, the plurality of first raster elements (8009,...) Are rectangular, and the second optical component converts the field to the segment of the annulus. An illumination optical system comprising a first field reflecting mirror (8027, 8127, 8427) for molding. 請求項１０に記載の照明光学系において、
前記第１のフィールド反射鏡は、負の光学的パワーを有し、
前記第２の光学コンポーネントは、正の光学的パワーを有する第２のフィールド反射鏡（８０２３，８１２３，８４２３）を備えていることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 10,
The first field mirror has negative optical power;
The illumination optical system, wherein the second optical component includes a second field reflecting mirror (8023, 8123, 8423) having a positive optical power. 請求項１０または請求項１１に記載の照明光学系において、
前記第２の光学コンポーネントは、第３のフィールド反射鏡（８０２５，８１２５，８４２５）を備え、
前記第３のフィールド反射鏡は、負の光学的パワーを有していることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to claim 10 or 11,
The second optical component comprises a third field reflector (8025, 8125, 8425);
The illumination optical system, wherein the third field reflecting mirror has a negative optical power. 請求項１０または請求項１１に記載の照明光学系において、
前記第２の光学コンポーネントは、第３のフィールド反射鏡（８０２５，８１２５，８４２５）を備え、
前記第３のフィールド反射鏡は、正の光学的パワーを有していることを特徴とする照明光学系。In the illumination optical system according to claim 10 or 11,
The second optical component comprises a third field reflector (8025, 8125, 8425);
The illumination optical system according to claim 1, wherein the third field reflector has a positive optical power. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の照明光学系と、前記像面（８４２９）に配置されているレチクル（８４６７）と、保持機構（８４７５）上の感光性物体（８４７３）と、前記感光性物体（８４７３）上に前記レチクル（８４６７）を結像させる投影光学系（８４７１）とを備えてなるマイクロリソグラフィ用の投影露光装置。An illumination optical system according to any one of the preceding claims, a reticle (8467) arranged on the image plane (8429), and a photosensitive object (8473) on a holding mechanism (8475). And a projection optical system (8471) for forming an image of the reticle (8467) on the photosensitive object (8473). 請求項１４に記載の投影露光装置において、
前記第１の光学コンポーネントおよび前記第２の光学コンポーネントを通る、前記１次光源および前記レチクルの間の照明ビーム径路と、前記投影光学系を通る、前記レチクルおよび前記感光性物体の間の投影ビーム径路とをさらに備え、
前記照明ビーム径路と前記投影ビーム径路とが交わらないように構成されていることを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 14,
An illumination beam path between the primary light source and the reticle through the first optical component and the second optical component, and a projection beam between the reticle and the photosensitive object through the projection optics And a path,
A projection exposure apparatus, wherein the illumination beam path and the projection beam path do not cross each other. 請求項１４または請求項１５に記載の投影露光装置において、
前記レチクルと、前記投影光学系の第１の像形成素子との間の投影ビーム径路をさらに備え、
前記レチクルは反射型とされ、
前記投影ビーム径路は、前記投影光学系の光軸に向かって傾いていることを特徴とする投影露光装置。In the projection exposure apparatus according to claim 14 or 15,
A projection beam path between the reticle and a first imaging element of the projection optics,
The reticle is of a reflective type,
The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection beam path is inclined toward an optical axis of the projection optical system.
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