JP2005294840A - フィールド高さ及び瞳の変更を許容する照明システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】望ましくはシステムの放射効率を維持しながら、照明ビームのフィールド高さ及び瞳の両方を、可能ならば連続的に（動的に）変化させることができるシステム及び方法を提供する。
【解決手段】照明ビームのフィールド高さを発生するフィールド規定素子（ＦＤＥ）と、照明ビームのフィールド高さの変更を許容する第１ズーム系と、照明ビームの瞳を発生する瞳規定素子（ＰＤＥ）と、照明ビームの瞳の変更を許容する第２ズーム系とが設けられており、この場合、照明ビームが物体平面を照明するために使用される。
【選択図】図７

Description

本発明は概してリソグラフィツールにおいて使用されることができる照明システムに関する。

リソグラフィは、基板、半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ガラス基板）及び同様のものの上にパターンを形成するために使用されることができる。説明しやすくするために、本明細書における説明は半導体の製造に基づいてすることにする。リソグラフィでは、パターニングされるフィーチャの寸法に応じて様々な光の波長が使用され、半導体ウェハ上にパターンをイメージングする。リソグラフィ技術を使用してダイオード、トランジスタ及び集積回路等の多くのタイプの半導体デバイスを製造することができる。

リソグラフィシステムは一般的に、パターンを投影光学系を介して露光系において半導体ウェハにイメージングするために照明系を有しており、この照明系は、パターンを含むパターンジェネレータ（例えばレチクル（マスクとも呼ばれる）、空間的光変調器又はコントラスト装置（デジタルミラーデバイス、格子光弁、液晶ディスプレイ）、又は同様のもの、以下で全てパターンジェネレータと呼ばれる）を照明する。一般的に、照明系はパターンジェネレータの領域を照明し、投影光学系は、照明された領域の像をウェハ上に投影する。

半導体デバイス製造技術が進歩するにしたがって、半導体デバイスを製造するために使用されるリソグラフィシステムの各構成要素に対する要求がますます高まっている。これは、パターンジェネレータを照明するために使用される照明系を含む。例えば、パターンジェネレータを均一な放射照度を有する照明フィールドで照明することが必要である。ステップ・アンド・スキャンリソグラフィでは、照明フィールドの寸法が種々異なる用途に合わせて調整されることができるように、ウェハスキャン方向に対して垂直な方向で照明フィールドの寸法を連続的に変化させることも必要である。ウェハ処理スループットをしばしば制限する１つの要因は、照明系から利用可能なエネルギの量である。その結果、エネルギの損失なしに照明フィールドの寸法を変化させることが必要である。

照明フィールドの寸法が変化させられるときに、パターンジェネレータにおける照明フィールドの角分布及び特性を保存することが重要である。この目的を達するために、照明系は、照明フィールドの寸法が変化させられる時に、パターンジェネレータにおける実質的に一定の開口数でのテレセントリック照明を維持しなければならない。幾つかの照明系は、パターンジェネレータの前に位置決めされた、アレイ等の散乱光学素子を有している。散乱光学素子は所望の角光分布を生ぜしめ、この角光分布は引き続きイメージングされるか又はパターンジェネレータに中継される。このような照明系において、照明フィールドの寸法が変化させられる時に、散乱光学素子、及びこれに対応してパターンジェネレータにおける実質的に一定の開口数においてテレセントリック照明を維持することが必要である。

標準的なズームレンズは照明フィールドの寸法を変化させることができる。しかしながら、標準的なズームレンズでは、画像の倍率、及びこれに対応して照明フィールドの寸法は、角倍率に反比例する。したがって、画像の寸法をファクタＭだけ増大する標準的なズームレンズは、不利なことに、開口数をファクタ１／Ｍだけ減少させ、照明フィールドの角分布を保存しない。

慣用の系において、一定の放射効率を維持しながら、フィールド高さ又は瞳のうちの一方のみが変化されることができる。したがって、フィールド高さを連続的に変化させる能力を有するシステムにおいて、一定の瞳を形成するためにハードアパーチュアが挿入され、このことは放射効率を低減する。同様に、連続的に変化する瞳を有するシステムは、フィールド高さを低減するためにハードアパーチュアを必要とし、このことはやはり放射効率を低減する。

したがって、必要とされているのは、望ましくはシステムの放射効率を維持しながら、照明ビームのフィールド高さ及び瞳の両方を、可能ならば連続的に（動的に）変化させることができるシステム及び方法である。

本発明の実施形態は、第１及び第２のズーム系を使用することによってフィールド高さを連続的に（動的に）変更若しくは変化させかつ瞳を連続的に（動的に）変更若しくは変化させる能力を生ぜしめるシステム及び方法を提供する。第１のズーム系は、照明瞳角度の一定の範囲を生ぜしめる装置において適当なフィールド形状及び寸法を生ぜしめるために使用されることができ、第２のズーム系は、瞳の形状及び寸法を変化させるために使用されることができる。

本発明の別の実施形態は、フィールド規定エレメントと、瞳規定エレメントと、第１及び第２のズーム系とを有するシステムを提供する。フィールド規定エレメント（ＦＤＥ）は照明ビームのフィールド高さを生ぜしめる。第１のズーム系は、照明ビームのフィールド高さの変更を許容する。瞳規定エレメント（ＰＤＥ）は照明ビームの瞳を生ぜしめる。第２のズーム系は照明ビームの瞳の変更を許容する。幾つかの用途において、照明ビームは、リソグラフィ又はマスクレスリソグラフィにおいて、パターンジェネレータを含む物体平面を照明するために使用されることができる。

本発明のさらに別の実施形態は、放射効率が維持されるように、照明ビームのフィールド高さを変化させるための装置と、照明ビームの瞳を変化させるための装置とを有している。システムは、以下のもののうちの１つ又は２つ以上を含んでいてもよい：照明ビームを転送するための装置、照明ビームの特性を測定しかつ制御信号を発生するための装置、フィールド高さを変化させるための装置と瞳を変化させるための装置とのうちの少なくとも１つを、制御信号の値に基づき制御するための装置。

上記実施形態は、フィールド高さの範囲と瞳の範囲とに亘ってより高い放射効率を許容することができ、これは、リソグラフィ製造プロセスの融通性を増大し、リソグラフィツールごとの瞳及びフィールド高さの合致を改良する。

本発明の別の特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作は、添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成した添付図面は本発明を示しており、詳細な説明と相俟って、本発明の原理を説明し、当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために働く。

本発明は添付図面を参照して説明される。図面において、同一の参照符号は同一の又は機能上類似のエレメントを示している。さらに、参照符号の左側の数字は、その参照符号が最初に示されている図面を表している。

概略
本発明はここでは特定の用途のための例示的な実施形態に関して説明されるが、発明がこの実施形態に限定されないことが理解されるべきである。ここに提供された開示へのアクセスを有する当業者は、発明の範囲内での付加的な修正、用途及び実施形態、並びに本発明が著しく役立つ付加的な分野を認識するであろう。

本発明の実施形態は、物体フィールドを照明するビームのフィールド高さ及び瞳の両方を（可能ならば連続的及び／又は動的に）変化させる方法及びシステムを提供する。１つの例において、物体フィールドは、例えばリソグラフィ又はマスクレスリソグラフィシステムにおいて、この物体フィールドに位置決めされたパターンジェネレータ（例えば、レチクル、空間的光変調器又は同様のもの）を有することができる。システム及び方法は、フィールド規定エレメント、瞳規定エレメント、及び第１及び第２のズーム系を使用することができる。フィールド規定エレメント（ＦＤＥ）は照明ビームのフィールド高さを生ぜしめることができる。第１のズーム系は照明ビームのフィールド高さの変化を許容することができる。瞳規定エレメント（ＰＤＥ）は照明ビームの瞳を生ぜしめることができる。第２のズーム系は、照明ビームの瞳の変化を許容することができる。

典型的な環境：リソグラフィシステム
図１は、本発明が実施されることができる典型的な環境を示している。光学系１００は、光ビーム１１３を生ぜしめる照明源１０１（例えば光源、レーザ等）を有している。光１１３はビームコンディショナ１０２においてコンディショニングされ、ビームコンディショナはコンディショニングされた光１０３を照明光学系１０４へ伝送する。照明光学系１０４は、コンディショニングされた光１０３から照明光を形成し、照明光は、パターンジェネレータ１０６（例えば、１つ又は２つ以上のレチクル、空間的光変調器又は同様のもの）を含むことができる物体平面を照明する。パターンジェネレータ１０６は、照明光をパターニングしパターニングされた露出光を形成するために使用され、露出光は投影光学系１０８を介して基板１１０（例えば、半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイのガラス基板又は同様のもの）に投影される。パターンジェネレータ１０６は透過型又は反射型であってよい。

照明源１０１は、可視光、極紫外光、深紫外光等のあらゆる波長、又は可視領域又は可視領域外のその他のあらゆる波長を有する光ビーム１１３を発生するレーザであってよい。本発明の実施例は、２４８ナノメートル（ｎｍ）、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍを含むがこれらに限定されない波長を使用する。そのうえ、照明源はパルスレーザ又は連続発振レーザであってよい。

１つの実施形態において、ビームコンディショナ１０２は、規定された断面を有する平行にされたビームを形成することができる。これは、屈折光学系又は反射光学系等のビーム拡大器を使用して行われる。

図２ａは、本発明によるパターンジェネレータ１０６を含むことができる、物体平面を照明するための照明系２００の実施形態を示している。説明を簡単にするために、レチクル（“デリミッタ”とも呼ばれる）がパターンジェネレータ１０６のために使用される。しかしながら、その他のパターンジェネレータ１０６が本発明の範囲内で考えられる（例えば、コントラスト装置、空間的光変調器及び同様のもの）。

照明光学系１０４は照明系２００を含むことができる。照明系２００は、フィールドを形成する回折アレイ又は屈折アレイであることができる第１の装置２１０と、瞳を形成する回折アレイ又は屈折アレイであることができる第２の装置と、第１のフィールドアレイ２１０と第２の瞳アレイ２１２との間の光路に配置されたコンデンサ系２２０とを含むことができる。照明系２００の１つの実施形態において、上記光学素子は光軸２０９に沿って配置されている。

第１のフィールドアレイ２１０は、コンディショニングされた光１０３を処理する。様々な実施形態において、第１のフィールドアレイ２１０は、二重の回折アレイ、回折格子又は、第１、第２、第３等の順序での光の通過を許容するマイクロレンズアセンブリであってよい。第１のフィールドアレイ２１０は、それぞれの順序が種々異なる角度での光の通過を示すように、光を回折することができる。第１のフィールドアレイ２１０は、照明系２００に進入するコンディショニングされた光１０３のための空間的及び一時的なコヒーレンス処理を提供することができる。さらに、第１のフィールドアレイ２１０は、光の高い透過を提供することができる。

コンデンサ系２２０からの光２１３ａ〜２１３ｄは第２の瞳アレイ２１２に入射する。第２の瞳アレイ２１２は、デリミッタフィールド２２８を形成するために、衝突する光のマグニチュードを変化させる。デリミッタフィールド２２８の寸法及び／又は形状は、どれだけ多くの光がレチクル１０６に入射しているかを示している。第２の瞳アレイ２１２は、二重回折アレイであってもよく、かつ／又は回折格子又はマイクロレンズアセンブリを含むことができる。第２の瞳アレイ２１２は、空間的及び一時的なコヒーレンス処理を提供することができる。また、第２の瞳アレイ２１２は光の高い透過を許容することができる。

コンデンサ系２２０は、デリミッタフィールド２２８の寸法を変化させるために、照明系２００を通過する光を許容することができる。１つの実施形態において、コンデンサ系２２０は、コンデンサ系２２０を通過する光のマグニチュードとデリミッタフィールド２２８の寸法とを変化させる複数のレンズを含むことができる。コンデンサ系２２０における複数のレンズは光のマグニチュードを膨張及び／又は減少させることができる。コンデンサ系２２０は複数のシリンドリカルレンズ及び／又はクロスシリンドリカルレンズを含んでいてよい。コンデンサ系２２０の様々な実施形態が以下に図３ａ〜図４ｄを参照して説明される。

図５ａ及び図５ｂはそれぞれ本発明による第１の回折アレイ２１０の典型的な回折格子実施形態の側面図及び正面図を示している。コンディショニングされた光１０３は第１のフィールドアレイ２１０の回折格子５０１を通過する。図５ａに示したように、回折格子５０１はコンディショニングされた光１０３を光軸２０９（図２ａ）に関して種々異なる角度α_１，α_２及びα_３で伝送する。

図６ａ及び図６Ｂはそれぞれ本発明による第１のフィールドアレイ２１０の別の実施形態の正面図及び側面図を示している。この実施形態では、第１のフィールドアレイ２１０は複数のマイクロレンズ６０１を含んでいる。図６ｂに示したようにマイクロレンズ６０１は様々な構成で配置することができる。第１のフィールドアレイ２１０は、可変に整列させられた複数のマイクロレンズアセンブリ６０１を含むことができる。マイクロレンズ６０１はＹ軸に対して平行にかつ／又はＸ軸に対して平行に配置することができる。図６ｂに示したように、マイクロレンズ６０１はコンディショニングされた光１０３を受け取り、これを光軸２０９（図２ａ）に関して様々な角度β_１，β_２及びβ_３で伝送する。

再び図２ａを参照すると、コンディショニングされた光１０３は光軸２０９に沿ってレチクル１０６に向かって送られる。第１のフィールドアレイ２１０はコンディショニングされた光１０３を受け取る。コンディショニングされた光１０３を処理した後、第１のフィールドアレイ２１０は光２１１ａ〜２１１ｄをコンデンサ系２２０に向かって送る。光２１１ａ〜２１１ｄは、パターンジェネレータ１０６を介してこの光に付与されたパターンを含んでいる。第１のフィールドアレイ２１０を通過した後、光２１１ａ〜２１１ｄは開口数２１５を有する。開口数２１５はデリミッタフィールド２２８の寸法及び／又は形状を示している。開口数（ＮＡ_１）２１５は以下のように定義される：
ＮＡ_１＝ｎ・ｓｉｎ（θ_１）
この公式で、ｎは光伝搬媒体（この場合には空気）の屈折率であり、θ_１はデリミッタフィールド２２８を形成する光によって形成された、屈折される角度である。したがって、開口数（ＮＡ_１）２１５のサイズはデリミッタフィールド２２８の寸法を制御する。すなわち、開口数２１５が大きくなるほど、デリミッタフィールド２２８が大きくなる。開口数２１５の形状もデリミッタフィールド２２８の形状を制御する。例えば、図２ａに示した実施形態において、開口数２１５は矩形であるので、デリミッタフィールド２２８は矩形である。別の実施例として、図２ｂに示した実施形態では、開口数２１５はアーチ状であるので、デリミッタフィールド２２８はアーチ状である。開口数２１５及び対応するデリミッタフィールド２２８のその他の形状及び寸法が可能である。すなわち、第１のフィールドアレイ２１０を、光２１１があらゆる寸法及び／又は形状の開口数２１５を有するように修正することができる。これにより、光２１３は引き続き対応する寸法及び形状のデリミッタフィールド２２８を形成することができる。

第１のフィールドアレイ２１０は光２１１を光軸２０９に沿ってコンデンサ系２２０に向かって伝送する。コンデンサ系２２０はデリミッタフィールド２２８の寸法を変化させるために使用することができる。コンデンサシステム２２０はクロススキャン方向でズーム可能なフィールドを形成することができる。例えば、図２ａに示したようにスキャン方向は光軸２０９に沿っていることができるか、又はＸ方向では、この図におけるクロススキャン方向はＸ軸に沿っている。コンデンサ系２２０は、ズーム可能なフィールドを形成するためにアナモルフィックであってよい。すなわち、コンデンサ系２２０を通過する光はＹ方向でデリミッタフィールド２２８の寸法を変化させることができる。コンデンサ系２２０を通過する光が、デリミッタフィールド２２８の寸法を変化させながら、コンデンサ系２２０は、第２の瞳アレイ２１２に入射する光の角分布を保存若しくは維持することもできる。デリミッタフィールド２２８の寸法（ひいてはレチクル１０６に入射する光の量）が変化させられながら、コンデンサシステム２２０は、光の均一な放射束密度（単位表面積あたりに入射する放射束）を維持することができる。例えば、コンデンサ系２２０を通過する光は、約１１ｍｍ〜約２６ｍｍの範囲でデリミッタフィールド２２８を変化させることができる。デリミッタフィールド２２８の寸法及び／又は形状は、用途に応じて特定されてよい。コンデンサ系２２０の様々な実施形態が、図３ａ〜図４ｄを参照して説明される。

コンデンサ系
本発明の１つの実施形態によれば、デリミッタフィールド２２８の寸法が変化させられながら、コンデンサ系２２０はレチクル１０６に入射する光の所定の角分布を実質的に保存及び維持することができる。このために、デリミッタフィールド２２８の寸法が変化させられながら、コンデンサ系２２０は開口数２１５でテレセントリック照明を維持することができる。デリミッタフィールド２２８の寸法が変化させられながら、コンデンサ系２２０は、照明系２００によってレチクル１０６に伝達される均一な放射照度及び所定の量のエネルギをも維持することができる。コンデンサ系２００の動作はさらに以下に説明される。

図３ａ〜図３ｄは本発明の実施形態による４レンズ型コンデンサ系２２０を示しているのに対し、図４ａ〜図４ｄは本発明の別の実施形態による５レンズ型コンデンサ系２２０を示している。

レンズコンデンサ系
図３ａは本発明の実施形態による４レンズ型コンデンサ系２２０を示している。４レンズ型コンデンサ系２２０は、入口レンズ３０１と、出口レンズ３０３と、ズームレンズ区分３１０とを有することができる。ズームレンズ区分３１０は光軸２０９に沿って入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間に配置されている。ズームレンズ区分３１０は第１ズームレンズ３１１と第２ズームレンズ３１２とを含むことができる。

この実施形態において、入口レンズ３０１と出口レンズ３０３とは定置のレンズであり、ズームレンズ区分３１０は、入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間で光軸２０９に沿って並進することができる。第１ズームレンズ３１１は入口レンズ３０１と第２ズームレンズ３１２との間で光軸２０９に沿って並進することができる。第２ズームレンズ３１２は第１ズームレンズ３１１と出口レンズ３０３との間で光軸２０９に沿って並進することができる。第１ズームレンズ３１１及び／又は第２ズームレンズ３１２を光軸２０９に沿って並進させることによって、ズームレンズ区分３１０は入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間で光軸２０９に沿って並進する。

入口レンズ３０１と、第１ズームレンズ３１１と、第２ズームレンズ３１２と、出口レンズ３０３との間の個々の距離を調整することによって、コンデンサ系２２０は、このコンデンサ系２２０を通過する光を集束させる。集束された光は、第２の回折アレイ２１２を通過する前に照明フィールド３５０を形成する。照明フィールド３５０は、レチクル１０６に形成されるデリミッタフィールド２２８の寸法を決定するために使用することができる。ここで使用されているように、集束された光は、拡大された又は減じられたマグニチュードを有する光を意味する。コンデンサ系２２０から出た集束された光は、照明フィールド３５０の寸法を変化させることができる。さらに、入口レンズ３０１と、第１ズームレンズ３１１と、第２ズームレンズ３１２と、出口レンズ３０３との屈折力も、コンデンサ系２２０を通過する光のマグニチュード、ひいては照明フィールド３５０の寸法に影響することができる。照明フィールド３５０の寸法に応じて、入口レンズ３０１と、出口レンズ３０３と、第１ズームレンズ３１１と、第２ズームレンズ３１２とは正又は負の屈折力を有することができる。

１つの実施形態において、入口レンズ３０１及び出口レンズ３０３は、クロススキャン方向に（若しくはＸ軸及びＹ軸に沿って）光学パワーを有するシリンドリカルレンズであってよく、第１ズームレンズ３１１及び第２ズームレンズ３１２は、スキャン方向に（若しくはＹ軸に沿って又はＸ軸に沿って）光学パワーを有するシリンドリカルレンズであってよい。

１つの実施形態において、コンデンサ系２２０の動作中にエネルギ損失及び／又はズームレンズグループ３１０におけるレンズの運動範囲を最小限に抑制するために、ズームレンズグループ３１０におけるレンズのクロススキャン光学パワーの比は、約１：−０．３〜約１：−０．８の範囲であってよい。択一例において、コンデンサ系２２０におけるレンズはクロスシリンドリカルレンズであってよい。

図３ｄは、本発明の実施形態によるコンデンサ系２２０の対応する光学面を備えた光学素子を示している。入口レンズ３０１は光学面２及び３を有しており、第１ズームレンズ３１１は光学面４及び５を有しており、第２ズームレンズ３１２は光学面６及び７を有しており、出口レンズ３０３は光学面８及び９を有している。光学素子は、物体平面と像面との間に配置されている。上記の表１Ａ及び１Ｂは、コンデンサ系２２０における各光学素子（入口レンズ３０１、第１ズームレンズ３１１、第２ズームレンズ３１２、出口レンズ３０３）の光学特性、例えば厚さ、半径、材料及びその他を示している。

４レンズ型コンデンサ系における光路
再び図３ａを参照すると、ズームレンズ区分３１０の第１実施形態が示されている。光２１１はコンデンサ系２２０の入口レンズ３０１に入射する。入口レンズ３０１は光２１１のマグニチュードを変化させる。ここで使用される場合、光のマグニチュードを変化させるという用語は、光のマグニチュードを拡大及び／又は低減することを意味する。入口レンズ３０１によって屈折させられた後、光２１１は第１の集束された光３７２になる。ここで使用される場合、集束された光という用語は、拡大された及び／又は低減されたマグニチュードを有する光を意味する。入口レンズ３０１は、第１の集束された光３７２をズームレンズ区分３１０に向ける。

ズームレンズ区分３１０の第１ズームレンズ３１１は、位置３２０ａにあるときに、第１の集束された光３７２を受け取る。第１ズームレンズ３１１は第１の集束された光３７２のマグニチュードを変化させる。第１ズームレンズ３１１によって屈折された後、第１の集束された光３７２は第２の集束された光３７３になる。第１ズームレンズ３１１は第２の集束された光３７３を、位置３２１ａにある第２ズームレンズ３１２に向ける。

第２ズームレンズ３１２は第２の集束された光３７３を受け取る。第２ズームレンズ３１２は第２の集束された光３７３のマグニチュードを変化させる。第２ズームレンズ３１２によって屈折された後、第２の集束された光３７３は第３の集束された光３７４になる。第２ズームレンズ３１２は第３の集束された光３７４を出口レンズ３０３に向ける。

出口レンズ３０３は第３の集束された光３７４を受け取る。出口レンズ３０３は第３の集束された光３７４のマグニチュードを変化させる。出口レンズ３０３によって屈折された後、第３の集束された光３７４は集束された光２１３になる。出口レンズ３０３は集束された光２１３を第２の回折アレイ２１２に向ける。集束された光２１３は第２の回折アレイ２１２に進入する前に照明フィールド３５０ａを形成する。照明フィールド３５０ａの寸法は、少なくとも第１ズームレンズ３１１の位置３２０ａと、第２ズームレンズ３１２の位置３２１ａとに依存する。

図３ｂは本発明の第２の実施形態によるズームレンズ区分３１０を示している。この実施形態において、第１ズームレンズ３１１は位置３２０ｂにあり、第２ズームレンズ３１２は位置３２１ｂにある。コンデンサ系２２０はレンズ３１１及び３１２の位置に基づき照明フィールド３５０ｂを形成する。照明フィールド３５０ｂは、図３ａの照明フィールド３５０ａとは異なる寸法を有することができる。

図３ｃは本発明の第３実施形態によるズームレンズ区分３１０を示している。この実施形態において、第１ズームレンズ３１１が位置３２０ｃにあり、第２ズームレンズ３１２が位置３２１ｃにある。コンデンサ系２２０はレンズ３１１及び３１２の位置決めに基づき照明フィールド３５０ｃを形成する。照明フィールド３５０ｃは、図３ａの照明フィール３５０ａ及び図３ｂの３５０ｂとは異なる寸法を有することができる。

５レンズ型コンデンサ系
図４ａは本発明の実施形態による５レンズ型コンデンサ系２２０を示している。この実施形態において、５レンズ型コンデンサ系２２０は、入口レンズ３０１と、出口レンズ３０３と、ズームレンズ区分４１０とを有している。ズームレンズ区分４１０は、入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間に光軸２０９に沿って配置されている。ズームレンズ区分４１０は、第１ズームレンズ４１１と、第２ズームレンズ４１２と、第３ズームレンズ４１３とを有している。

この実施形態において、入口レンズ３０１と出口レンズ３０３とは定置のレンズであり、ズームレンズ区分４１０は入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間を光軸２０９に沿って並進することができる。第１ズームレンズ４１１は入口レンズ３０１と第２ズームレンズ４１２との間を光軸２０９に沿って並進することができる。第２ズームレンズ４１２は第１ズームレンズ４１１と第３ズームレンズ４１３との間を光軸２０９に沿って並進することができる。第３ズームレンズ４１３は第２ズームレンズ４１２と出口レンズ３０３との間を光軸２０９に沿って並進することができる。第１ズームレンズ４１１、第２ズームレンズ４１２及び／又は第３ズームレンズ４１３を光軸２０９に沿って並進させることによって、ズームレンズ区分４１０が光軸２０９に沿って入口レンズ３０１と出口レンズ３０３との間を並進する。

入口レンズ３０１と、第１ズームレンズ４１１と、第２ズームレンズ４１２と、第３ズームレンズ４１３と、出口レンズ３０３との間の個々の距離を調整することによって、コンデンサ系２２０は、コンデンサ系２２０を通過する光を集束させることができる。集束された光は、集束された光が第２の回折アレイ２１２を通過する前に照明フィールド４５０を形成する。コンデンサ系２２０から出た集束された光は、照明フィールド４５０の寸法を変化させることができる。さらに、入口レンズ３０１と、第１ズームレンズ４１１と、第２ズームレンズ４１２と、第３ズームレンズ４１３と、出口レンズ３０３との屈折力は、コンデンサ系２２０を通過する光のマグニチュード、ひいては照明フィールド４５０の寸法にも影響することができる。照明フィールド４５０は、レチクル１０６に形成されたデリミッタフィールド２２８の寸法を部分的に決定する。

照明フィールド４５０の寸法に応じて、入口レンズ３０１と、出口レンズ３０３と、第１ズームレンズ４１１と、第２ズームレンズ４１２と、第３ズームレンズ４１３とは正又は負の屈折力を有することができる。入口レンズ３０１と出口レンズ３０３とは、クロススキャン方向で（又はＸ軸及びＹ軸に沿って）光学パワーを有するシリンドリカルレンズであることができる。第１ズームレンズ４１１と、第２ズームレンズ４１２と、第３ズームレンズ４１３とは、スキャニング方向で（又はＹ軸に沿って又はＸ軸に沿って）光学パワーを有するシリンドリカルレンズであることができる。１つの実施形態において、コンデンサ系２２０の動作中にズームレンズ区分４０１のエネルギ損失及び／又はレンズの動作範囲を最小限に抑制するために、ズームレンズ区分４１０におけるレンズのクロススキャン光学パワーの比は、約１：−０．３〜約１：−０．８であることができる。択一的な実施形態では、コンデンサ系２２０におけるレンズはクロスシリンドリカルレンズであることができる。

図４ｄはコンデンサ系２２０の対応する光学面を備えた光学素子を示している。入口レンズ３０１は光学面２及び３を有している。第１ズームレンズ４１１は光学面４及び５を有している。第２ズームレンズ４１２は光学面６及び７を有している。第３ズームレンズ４１３は光学面８及び９を有している。出口レンズ３０３は光学面１０及び１１を有している。光学素子は物体平面と像面との間に配置されている。上に示された表２Ａ及び２Ｂは、コンデンサ系２２０における各光学素子（入口レンズ３０１、第１ズームレンズ４１１、第２ズームレンズ４１２、第３ズームレンズ４１３、出口レンズ３０３）の光学特性、例えば厚さ、半径、材料及びその他を示している。

５レンズ型コンデンサ系における光路
再び図４ａを参照すると、本発明の第１実施形態によるズーム系４１０が示されている。この実施形態において、光２１１はコンデンサ系２２０の入口レンズ３０１に入射する。入口レンズ３０１は、光２１１のマグニチュードを変化させる。入口レンズ３０１によって屈折された後、光２１１は第１の集束された光４７２になる。入口レンズ３０１は第１の集束された光４７２をズームレンズ区分４１０に向ける。

ズームレンズ区分４１０の第１ズームレンズ４１１は、位置４２０ａにある間、第１の集束された光４７２を受け取る。第１ズームレンズ４１１は第１の集束された光４７２のマグニチュードを変化させる。第１ズームレンズ４１１によって屈折された後、第１の集束された光４７２は第２の集束された光４７２になる。第１ズームレンズ４１１は第２の集束された光４７２を、位置４２１ａにある第２ズームレンズ４１２に向ける。

第２ズームレンズ４１２は、位置４２１ａにある間、第２の集束された光４７３を受け取る。第２ズームレンズ４１２は第２の集束された光４７３のマグニチュードを変化させる。第２ズームレンズ４１２によって屈折させられた後、第２の集束された光４７３は第３の集束された光４７４になる。第２ズームレンズ４１２は第３の集束された光４７４を、位置４２２ａにある第３ズームレンズ４１３に向ける。

第３ズームレンズ４１３は、位置４２２ａにある間、第３の集束された光４７４を受け取る。第３ズームレンズ４１３は第３の集束された光４７４のマグニチュードを変化させる。第３ズームレンズ４１３によって屈折された後、第３の集束された光４７４は第４の集束された光４７５になる。第３ズームレンズ４１３は第４の集束された光４７５を出口レンズ３０３に向ける。

出口レンズ３０３は第３の集束された光４７５を受け取る。出口レンズ３０３は第４の集束された光４７５のマグニチュードを変化させる。出口レンズ３０３によって屈折させられた後、第４の集束された光４７５は集束された光２１３になる。出口レンズ３０３は集束された光２１３を第２の回折アレイ２１２に向ける。集束された光２１３は、第２の回折アレイ２１２に進入する前に照明フィールド４５０ａを形成する。照明フィールド４５０ａの寸法は、少なくとも部分的に、第１ズームレンズ４１１の位置４２０ａと、第２ズームレンズ４１２の位置４２１ａと、第３ズームレンズ４１３の位置４２２ａとによって決定される。

図４ｂは本発明の第２実施形態によるズームレンズ系４１０を示している。この実施形態において、第１ズームレンズ４１１は位置４２０ｂにあり、第２ズームレンズ４１２は位置４２１ｂにあり、第３ズームレンズ４１３は位置４２２ｂにある。コンデンサ系２２０はレンズ４１１，４１２及び４１３の位置に基づき照明フィールド４５０ｂを形成する。照明フィールド４５０ｂは図４ａの照明フィールド４５０ａとは異なる寸法を有することができる。

図４ｃは本発明の第３実施形態によるズーム系４１０を示している。この実施形態において、第１ズームレンズ４１１は位置４２０ｃを有しており、第２ズームレンズ４１２は位置４２１ｃを有しており、第３ズームレンズ４１３は位置４２２ｃを有している。コンデンサ系２２０はレンズ４１１，４１２及び４１３の位置に基づき照明フィールド４５０ｃを形成している。照明フィールド４５０ｃは、図４ａの照明フィールド４５０ａ及び図４ｂの照明フィールド４５０ｂとは異なる寸法を有することができる。

フィールド高さ及び瞳の両方の変化を許容する系
上述のように、上の様々な実施形態及び系は連続的に可変のフィールド高さを許容するが、連続的に可変の瞳は許容しない。しかしながら、幾つかの用途において、ツールはよりフレキシブルである必要がありかつ両方を行う能力を有する必要がある。図７及び図８に示した系は両方の動作を行うことができる。

図７は本発明の実施形態による光学系７００を示している。光学系７００は照明光学系１０４（図１）に配置することができる。光学系７００はフィールド規定素子（ＦＤＥ）７０２において光ビーム１０３を受け取る。

ＦＤＥ７０２の全ての点において、ビーム７０４が発生され、これらのビームは照明ビーム７２０のフィールド高さを確立し、この照明ビームは、パターンジェネレータ１０６を有する物体平面を照明するために使用される。ビーム７０４はフィールド形状（例えば矩形、アーチ状等）を有しておりかつＮＡ＝αを有している。第１ズーム系７０６は焦点距離Ｆ_１を有しており、ビーム７０４の基本形状を、瞳規定素子（ＰＤＥ）７０８における寸法Ｆ_１αに拡大する。これにより、第１ズーム系７０６のズーム（及び焦点距離Ｆ_１）を変化させることにより、光学系７００は、照明ビーム７２０のフィールド高さを（可能ならば連続的に又は動的に）変化させる。

ＰＤＥ７０８の全ての点において、ビーム７１０が発生され、これらのビームはＮＡ＝βを有しておりかつ照明ビーム７２０の瞳形状（例えば円形、双極子等）を確立する。第２ズーム系７１２はビーム７１０を受け取り、倍率Ｍ_２を有する。第２ズーム系７１２は、瞳ＮＡをＭ_２βに、フィールド寸法をＦ_１α／Ｍ_２に拡大及び再成形する。したがって、第１ズーム系７１２のズーム（及び倍率Ｍ_２）を変化させることにより、光学系７００は照明ビーム７２０の瞳を（可能であれば連続的に又は動的に）変化させる。

組み合わせると、第１ズーム系７０６及び第２ズーム系７１２のズームを変化させることは、フィールド高さ（Ｆ_１α／Ｍ_２）及び瞳（Ｍ_２β）の両方を変化させる。例えば、物体平面における照明ビーム７２０のＮＡはＭ_２によって制御されることができ、物体平面における照明ビーム７２０の寸法はＦ_１を使用して再設定することができる。これにより、図２ａ〜図４ｄに示された系と比較して、様々な用途に適応するという観点においてよりフレキシブルなより正確な系が提供される。

系７００の１つの実施形態において、フィールド高さ及び瞳の一方又は両方の動的な変化を許容するために、照明ビーム７２０の特性（例えば波面）を測定するために光検出システム２２２を使用することができる。検出システム７２２は、照明ビーム７２０の一部を検出器又はセンサ７２６に向ける光学素子７２４（例えばビームスプリッタ）を含むことができる。センサ７２６は、照明ビーム７２０が所望の特性を示すように、ズーム系の運動を制御するためにズーム系７０６及び／又は７１２に接続されることができる。これは検出システムの１つの例でしかなく、この説明を読むことにより当業者に明らかになるようにその他の検出システムを使用することができることが認識されるであろう。したがって、その他の形式検出システムが本発明の範囲内で考えられる。

図８は本発明の実施形態による光学系８００を示している。光学系８００は照明光学系１０４（図１）に配置されることができる。光学系８００はＰＤＥ８０２において光ビーム１０３を受け取る。

ＰＤＥ８０２の全ての点においてビーム８０４が発生され、これらのビームは照明ビーム８２０の瞳形状（例えば円形、双極子等）を確立し、照明ビームは、パターンジェネレータ１０６を有する物体平面を照明するために使用される。ビーム８０４はＮＡ＝βを有する。第１のズーム系８０６は焦点距離Ｆ_１を有しており、瞳を寸法Ｆ_１βに拡大及び再成形する。したがって、第１ズーム系８０６のズーム（及び焦点距離Ｆ_１）を変化させることにより、光学系８００は照明ビーム８２０の瞳を（可能ならば連続的に又は動的に）変化させる。

ＦＤＥ８０８の全ての点において、ビーム８１０が発生され、これらのビームは照明ビーム８２０のフィールド高さを確立する。ビーム８１０はフィールド形状（例えば矩形、アーチ状等）を有しておりかつＮＡ＝αを有している。第２のズーム系８１２はＦ_２の焦点距離を有しており、中間像平面８３０におけるビーム８１０の形状をＦ_２α及びＮＡ＝Ｆ_１β／Ｆ_２に拡大する。したがって、第２のズーム系８１２のズーム（及び焦点距離Ｆ_２）を変化させることにより、光学系８００は照明ビーム８２０のフィールド高さを（可能ならば連続的に又は動的に）変化させる。

この実施形態において、システム８００は中間平面８３０とパターンジェネレータ１０６との間にリレー系８４０をも有している。リレー系８４０は、倍率Ｍを備えた中間像平面８３０における照明ビーム８２０のパターン及びＮＡを再結像することができる。

組み合わせると、第１ズーム系８０６と第２ズーム系８１２とのズームを変化させることによって、照明ビーム８２０の瞳（Ｆ_１β）とフィールド高さ（Ｆ_２α及びＮＡ＝Ｆ_１β／Ｆ_２）とを変化させることができる。例えば、中間像平面８３０における照明ビーム８２０の寸法はＦ_２を使用して制御されることができ、次いでＮＡはＦ_１を使用して再設定されることができる。これにより、図２ａ〜図４ｄに示された系と比較して、様々な用途に適応するという観点においてよりフレキシブルなより正確なシステムが提供される。

システム８００の１つの実施形態において、照明ビーム８２０の特性（例えば波面等）を測定するために光検出システム８２２を使用することができる。検出システム８２２は、照明ビーム８２０の一部を検出器若しくはセンサ８２６に向ける光学装置８２４（例えばビームスプリッタ）を含むことができる。センサ８２６は、照明ビーム８２０が所望の特性を示すように、ズーム系の運動を制御するためにズーム系８０６及び／又は８１２に接続されることができる。これは検出システムの１つの例でしかなく、この説明を読むことにより当業者に明白なその他の検出システムを使用することができることが認識されるであろう。したがって、本発明の範囲内でその他の形式の検出システムが考えられる。

図７及び図８に示された両実施形態においては、システム７００又は８００を組み込んだ用途に基づき確立されるように、あらゆる所望のフィールド高さ及び瞳範囲を使用することができる。例えば、１つの用途の場合、フィールド高さにおける分散（variance）は、元々のフィールド高さの約２．５〜約５倍であることができ、瞳における分散（variance）は、元々の瞳の約４〜約５倍であることができる。しかしながら、その他の用途の場合、本発明の範囲内でその他の範囲も考えられる。

所望のズーム動作が達成されるように第１ズーム系７０６及び８０６及び第２ズーム系７１２及び８１２は様々な数及び形式の光学素子を有していることができることが認識されるであろう。したがって、これらのズーム系のための光学素子の様々な組み合わせが本発明の範囲内で考えられる。

結論
本発明の方法、系及びコンポーネントの実施形態の例がここに説明された。他にも述べたように、これらの実施形態の例は、限定のためではなく例示のためにのみ説明されている。その他の実施形態が可能でありかつ発明によってカバーされる。このような実施形態は、ここに含まれた教えに基づき当業者に明白になるであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態の何れによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。

本発明のリソグラフィシステムのための環境の例を示している。 本発明による照明系の実施形態を示している。 本発明による照明系の別の実施形態を示している。 本発明による、第１のレンズ位置における図２ａ及び図２ｂの照明系の４レンズ型コンデンサ系の実施形態を示している。 本発明による、第２のレンズ位置における、図３に示された４レンズ型コンデンサ系を示している。 本発明による、第３のレンズ位置における、図３ａに示された４レンズ型コンデンサ系を示している。 本発明による、図３ａ〜図３ｃに示された４レンズ型コンデンサ系の対応する光学面と共に、複数の光学素子を示している。 本発明による、第１レンズ位置における図２ａ及び図２ｂの照明系の５レンズ型コンデンサ系の実施形態を示している。 本発明による、第２レンズ位置における図４ａに示された５レンズ型コンデンサ系を示している。 本発明による、第３レンズ位置における図４ａに示された５レンズ型コンデンサ系を示している。 本発明による、図４ａ〜図４ｃに示された５レンズ集光システムの対応する光学面と共に複数の光学素子を示している。 本発明による、回折アレイ内の回折格子の側面図である。 本発明による、回折アレイ内の回折格子の上面図である。 本発明による、回折アレイ内のマイクロレンズアセンブリの上面図である。 本発明による、回折アレイ内のマイクロレンズアセンブリの側面図である。 本発明の実施形態による、フィールド高さ及び瞳を連続的に変化させる系を示している。 本発明の実施形態による、フィールド高さ及び瞳を連続的に変化させる系を示している。

符号の説明

１００ 光学系、 １０１ 照明源、 １０２ ビームコンディショナ、 １０３ 光、 １０４ 照明光学系、 １０６ パターンジェネレータ、 １０８ 投影光学系、 １１３ 光ビーム、 ２００ 照明系、 ２０９ 光軸、 ２１０ 第１の装置、 ２１１ 光、 ２１２ 第２の瞳アレイ、 ２１１ａ〜２１１ｄ，２１３ａ〜２１３ｄ 光、 ２１５ 開口数、 ２２０ コンデンサ系、 ２２８ デリミッタフィールド、 ３０１ 入口レンズ、 ３０３ 出口レンズ、 ３１１ 第１ズームレンズ、 ３１２ 第２ズームレンズ、 ３５０ 照明フィールド、 ３７２ 第１の集束された光、 ３７３ 第２の集束された光、 ３７４ 第３の集束された光、 ４１０ スー無レンズ区分、 ４１１ 第１ズームレンズ、 ４１２ 第２ズームレンズ、 ４１３ 第３ズームレンズ、 ４５０ 照明フィールド、 ５０１ 回折格子、 ６０１ マイクロレンズ、 ７００ 光学系、 ７０２ フィールド規定素子、 ７０４ ビーム、 ７０６ 第１ズーム系、 ７０８ 瞳規定素子、 ７１０ ビーム、 ７２０ 照明ビーム、 ７２２ 検出システム、 ７２６ センサ、 ８００ システム、 ８０６ 第１ズーム系、 ８１２ 第２ズーム系、 ８２０ 照明ビーム、 ８３０ 中間平面、 ８４０ リレー系

Claims (21)

1. 照明ビームのフィールド高さを発生するフィールド規定素子（ＦＤＥ）と、
   照明ビームのフィールド高さの変更を許容する第１ズーム系と、
   照明ビームの瞳を発生する瞳規定素子（ＰＤＥ）と、
   照明ビームの瞳の変更を許容する第２ズーム系とが設けられており、この場合、照明ビームが物体平面を照明するために使用されることを特徴とする、システム。
2. ＦＤＥ及びＰＤＥが回折光学素子である、請求項１記載のシステム。
3. ＦＤＥ及びＰＤＥが屈折光学素子である、請求項１記載のシステム。
4. 物体平面の前に配置されたリレー系が設けられている、請求項１記載のシステム。
5. 照明ビームがＦＤＥ又はＰＤＥによって受け取られる前に均質化されるように配置されたビーム均質化装置が設けられている、請求項１記載のシステム。
6. ＦＤＥがＰＤＥよりも物体平面の近くに配置されている、請求項１記載のシステム。
7. ＰＤＥがＦＤＥよりも物体平面の近くに配置されている、請求項１記載のシステム。
8. 物体平面に配置されたパターンジェネレータが設けられている、請求項１記載のシステム。
9. 物体平面に配置されたレチクル、コントラスト装置又は空間的光変調器のうちの１つが設けられている、請求項１記載のシステム。
10. 物体平面に配置された反射形パターンジェネレータが設けられている、請求項１記載のシステム。
11. 物体平面に配置された透過性パターンジェネレータが設けられている、請求項１記載のシステム。
12. 第１ズーム系がフィールド高さを元々のフィールド高さの約２．５〜約４倍に変化させる、請求項１記載のシステム。
13. 第２ズーム系が瞳を元々の瞳の約４〜約５倍に変化させる、請求項１記載のシステム。
14. 第１ズーム系又は第２ズーム系のうちの少なくとも一方のためのズーム値を制御するために使用される、照明ビームの波面を測定する検出システムが設けられている、請求項１記載のシステム。
15. 第１ズーム系又は第２ズーム系のうちの少なくとも一方のためのズーム値を制御するために使用される、照明ビームの特性を測定する検出システムが設けられている、請求項１記載のシステム。
16. 照明ビームのフィールド高さを変化させるための手段と、
    照明ビームの瞳を変化させるための手段が設けられており、これにより、放射効率が連続的に維持されるようになっていることを特徴とする、システム。
17. 照明ビームを転送するための手段が設けられている、請求項１６記載のシステム。
18. 照明ビームの特性を測定しかつ制御信号を発生するための手段と、
    制御信号の値に基づいて、フィールド高さを変化させるための手段又は瞳を変化させるための手段のうちの少なくとも一方を制御するための手段が設けられている、請求項１６記載のシステム。
19. （ａ）照明ビームのフィールド高さを変化させ、
    （ｂ）放射効率が維持されるように、照明ビームの瞳を変化させることを特徴とする、方法。
20. （ｃ）照明ビームを転送する、請求項１９記載のシステム。
21. （ｃ）照明ビームの特性を測定し、
    （ｄ）測定に基づき制御信号を発生し、
    （ｅ）制御信号の値に基づきステップ（ａ）又は（ｂ）のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１９記載のシステム。

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