JP2005501221A - 193nmより短い波長を用いた照明光学系のための、不使用領域を持つ集光器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、EUV領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を受容して像側の所定の平面内の領域を照明するように構成された集光器に関するものである。この集光器は、共通の回転軸線の周りに入れ子式に設けられた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有し、各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ対応させられており、反射鏡椀形状部の第1の光学面の子午面内における始点及び終点によって規定される内側と外側の周辺光線は、回転軸線周りに回転されて光ビームを画定し、該光ビームが上記第1の光学面上で反射され、物体側の開口から、照明すべき平面へ向かって当該集光器自身を通過するように設けられている。本発明は、反射鏡椀形状部の表面パラメータ及び位置が、隣り合う2つの反射鏡椀形状部の間に、不使用領域が形成されるように選ばれていることを特徴とする。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長が193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV(極短紫外線)領域の波長による照明光学系に用いられ、光源から放射される光を受容しかつ所定平面内の領域を照明するための、共通回転軸線周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有する集光器に関する。各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ対応させられ、割り当てられている。上記回転対称な反射鏡椀形状部は、少なくとも一つの第1の光学面を持つ少なくとも一つの第1の反射鏡セグメントを備えている。上記第1の光学面には、回転軸線を基準にして始点及び終点が設けられており、このとき、上記始点は、外側の周辺光線を、そして、上記終点は、内側の周辺光線を決めている。これらの内側ならびに外側の周辺光線は、上記反射鏡椀形状部の第1の光学面上で反射されて物体側の開口から上記所定平面内の照明すべき領域に向けて当該集光器を通過する光ビームの境界を画定している。この光ビームによって、隣り合う二つの反射鏡椀形状部の間の使用される領域が画定されている。
【0002】
さらに、本発明は、上記の類の集光器を有する照明光学系、及び本発明による照明光学系を有する投影露光装置、ならびに微細構造を露光するための方法を提供する。
【背景技術】
【0003】
波長が193nm以下、特にX線領域の波長のための入れ子式の集光器が多くの文献から周知となっている。
【0004】
例えば特許文献1として米国特許第5768339号明細書には、X線用のコリメータが開示されている。この発明では、コリメータが複数の放物面形状の反射鏡を有している。米国特許第5768339号明細書に記載のコリメータは、X線光源から等方に放射される光線束を平行な光線にコリメートするのに用いられている。
【0005】
特許文献2としての米国特許第1865441号明細書から、X線用の入れ子式の集光器が周知となっている。この集光器は、米国特許第5768339号明細書の場合と同様に、光源から等方に放射されるX線を平行な光線束にコリメートするのに使用されている。
【0006】
特許文献3として、米国特許第5763930号明細書には、ピンチプラズマ光源に用いられる入れ子式の集光器が開示されている。この集光器は、光源から放射される光線を集光し、光導波路に集束させるためのものである。
【0007】
特許文献4としての米国特許第5745547号明細書には、多重光路光学系の幾つかの構成が示されている。これらの多重光路光学系は、多重反射によって光源からの光線、特にX線を一点に集束させるのに用いられる。
【0008】
特に高い移送効率を実現するために、米国特許第5745547号明細書に記載の発明は、楕円形に形成された反射鏡を提案している。
【0009】
特許文献5として、独国特許発明第3001059号明細書より、放物面形状に構成された入れ子式の反射鏡をX線光源とマスクとの間に有する、X線リソグラフィーシステム用の構成が周知となっている。上記の反射鏡は、発散するX線を平行に延びる光線束にして出力するように設けられている。
【0010】
独国特許発明第3001059号明細書に記載の構成もまた、専らX線リソグラフィー用の良好な平行光線化を実現するためにのみ用いられている。
【0011】
特許文献6としての国際公開第99/27542号パンフレットより周知の入れ子式の反射鏡の構成は、X線プロキシミティリソグラフィー光学系の場合に、光源からの光を再集束させて仮想光源を形成するのに用いられている。入れ子式になった椀形状シェルは、楕円面の形をしている。
【0012】
特許文献7としての米国特許第6064072号明細書より、高エネルギー光子源用の入れ子式の反射鏡が周知となっている。この反射鏡は、発散するX線を平行に進む光線束にするのに用いられている。
【0013】
特許文献8として、国際公開第00/63922号パンフレットには、中性子線を平行にするために使用される入れ子式の集光器が開示されている。
【0014】
特許文献9としての国際公開第01/08162号パンフレットより周知のX線用の入れ子式の集光器は、個々の反射鏡椀形状部の内側の反射面の表面粗度が12Årmsより小さいことを特徴としている。この国際公開第01/08162号パンフレットに開示された集光器には、多重反射光学系、特にヴォルター(Wolter)光学系も設けられており、例えばX線リソグラフィーに対して要求される高い解像度に特徴がある。
【0015】
特許文献10としての独国特許出願公開第19903807号明細書または、特許文献11としての国際公開第99/57732号パンフレットなどに記載のEUVリソグラフィーのための照明光学系の場合には、解像度の他に、均一性ないし一様性、そしてテレセントリック性に対して高い仕様が求められる。このような光学系の場合、光源の光は、いくつかの特定の光源に対して一つの集光器によって集光される。
【特許文献1】
米国特許第5768339号明細書
【特許文献2】
米国特許第1865441号明細書
【特許文献3】
米国特許第5763930号明細書
【特許文献4】
米国特許第5745547号明細書
【特許文献5】
独国特許発明第3001059号明細書
【特許文献6】
国際公開第99/27542号パンフレット
【特許文献7】
米国特許第6064072号明細書
【特許文献8】
国際公開第00/63922号パンフレット
【特許文献9】
国際公開第01/08162号パンフレット
【特許文献10】
独国特許出願公開第19903807号明細書
【特許文献11】
国際公開第99/57732号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明の課題は、照明光学系に必要な均一性ならびにテレセントリック性に対する高い要求を満たし、とりわけ、ハーフミラー(出力ミラー)、検出器、あるいは光学的な作用を持たない例えばシールド装置、冷却装置、検出装置、固定装置等の部材といったさらなる構成要素(コンポーネント)の組み立てを可能にし、その際、像側の平面における均一な照明ができるだけ影響を受けないようにする、193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV(極短紫外線)領域の波長を用いる照明光学系のための集光器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
この課題は、本発明により、光源から放射される光を受容するとともに請求項1に記載の特徴を有する物体側の開口を備えた集光器によって解決される。本発明による集光器は、共通の回転軸線周りに、互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた多数の回転対称な反射鏡椀形状部を有している。これらの各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の環状開口構成要素が一つ一つ対応させられて割り当てられている。回転軸線方向における反射鏡椀形状部の長さ、ならびに反射鏡椀形状部の表面パラメータと位置は、隣り合う2つの反射鏡椀形状部の間、つまり外側の一つの反射鏡椀形状部と内側の一つの反射鏡椀形状部との間に、不使用領域が形成されるように選ばれる。不使用領域とは、本明細書中、2つの反射鏡椀形状部の間、つまり内側にある反射鏡椀形状部と外側にある反射鏡椀形状部の間の領域であって、物体側から像面に向かって集光器を通過する光ビームによって使われることのない領域を意味する。この不使用領域は、通常、内側の反射鏡椀形状部の背面側、つまり、反射しない側にある。内側の反射鏡椀形状部とは、内側の反射鏡椀形状部と外側の反射鏡椀形状部の2つの反射鏡椀形状部のうち、回転軸線までの距離が短い方の反射鏡椀形状部のことである。
【0018】
特に好ましいのは、上記不使用領域に冷却装置が設けられ、この冷却装置が、入射して一部吸収される光線に起因した反射鏡椀形状部の温度上昇を防止するのに用いられることである。個々の反射鏡への熱負荷は、200Kまで許容できる。2つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域に冷却装置を設けることによって、冷却装置の設置によって生じる可能性のあるさらなる光量損失を防ぐことができる。このため、照明対象の平面における照明が、冷却装置の影によって影響を受けない。本発明の好ましい実施形態においては、平面内の照明すべき領域は、幾つかの環状構成要素からなり、各環状構成要素には、それぞれ一つの環状開口構成要素が対応させられて割り当てられており、回転軸線方向の反射鏡椀形状部の長さ、該反射鏡椀形状部の表面パラメータ、及び該反射鏡椀形状部の位置は、平面内における個々の環状構成要素の照射強度(放射強度)が十分一致するように選ばれている。
【0019】
発明者は、本発明のように入れ子式の集光器を構成することによって、一平面の所定領域に十分均一な照明が実現できるという知見を得た。特に好ましいのは、反射鏡椀形状部が楕円面、放物面または双曲面の環状の一部(環状セグメント)とされている場合である。放物面の場合は、完全に平行な光線束が得られ、従って無限遠に位置する光源が得られる。例えば米国特許第6198793号明細書に記載されているように、照明対象の平面に設けられた第1の格子素子を有する第1の光学素子によって2次光源を作り出そうとする場合には、放物面の環状セグメントとして形成されている反射鏡椀形状部において、個々の格子素子は、集光作用を持つことになる。この米国特許第6198793号明細書に開示された内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【0020】
集光作用は、集光器にも持たせることができる。本発明によるこのような集光器は、収束する光線束が形成されるように、楕円面の一部である椀形状部を備えることになろう。楕円面の一部とされた椀形状部を有する集光器に、集光作用を持たせることによって、第1の光学素子の第1の格子素子を例えば平坦な切り子面として形成することができる。
【0021】
双曲面の一部とされた椀形状部を有する集光器を用いると、発散する光線束が得られ、集光器をできるだけ小さな寸法で形成する必要がある場合には、特に重要となる。
【0022】
従来技術による入れ子式の集光器と比べると、本発明による集光器は、異なる椀形状部(シェル)の複数の反射鏡の回転軸線方向の長さがそれぞれ異なる点に特徴がある。この特徴によって、照明対象の平面内の環状の領域に、十分均一な照明を実現することができる。これらの反射鏡の寸法と間隔を、先に引用した従来技術の場合のようにほぼ等しくすると、例えばコリメートされ平行光線化された光線、あるいは集束された光線を確かに得ることはできても、その一方で環状の領域における均一な照明を得ることはできない。また、角度に依存した反射損失は、上記平面内の均一な照明が行われるように、集光器をそれに合わせた構成にすることで補償することができる。
【0023】
本発明による集光器の好ましい実施の形態において、外側の反射鏡椀形状部の位置は、内側の反射鏡椀形状部の位置に比べると、照明対象の平面から一層遠く離れている。ここで、反射鏡椀形状部の位置とは、集光器の回転軸線を基準にして、椀形状部(シェル)の起点(始点)と終点との間の中間点の位置を意味するものとする。内側の反射鏡椀形状部とは、2つの反射鏡椀形状部、すなわち内側および外側の反射鏡椀形状部のうち回転軸線までの距離が小さい反射鏡椀形状部のことをいう。
【0024】
入れ子式の集光器を用いるとはいっても、単に離散的な近似においてのみ均一化が得られるのにすぎないので、集光器はできるだけ多くの椀形状部を有していることが好ましい。本発明による集光器は、好適に4個以上、特に好適には7個以上、さらに好適には10個以上の反射鏡を椀形状(シェル形状)の構成で備えていることが好ましい。
【0025】
等方的に光を放射する光源の場合、本発明による集光器により、同じ大きさの角度部分(角セグメント)が同じ大きさの面に確実に写される。しかも、角度に依存した反射損失は、集光器をそれに合わせて形成することによって補償されるので、照明すべき平面に均一な照明が得られる。
【0026】
照明すべき平面内を均一に照明するために特に有利であるのは、環状構成要素が連続的に隣同士互いにつながっている場合である。平面内の均一照明は、上記環状構成要素に対して一つ一つ割り当てられた環状開口構成要素が連続的に隣同士つながっておらず、間隙を有している場合であっても実現される。特に好ましいのは、照明すべき平面における光量の損失をもたらすことなく、例えば光学作用を持たない装置、なかんずく冷却装置のようなさらなる別のコンポーネントを上記の間隙に配置することができる点である。
【0027】
光源が等方的でない場合、放射特性は、集光器によって均一な照明に変換することができる。
【0028】
好ましい実施の形態では、少なくとも2つの環状構成要素の半径方向の幅が等しい大きさとされ、内側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さは、外側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さよりも長い。内側の環状構成要素とは、2つの環状構成要素、すなわち内側の環状構成要素および外側の環状構成要素のうち、回転軸線までの距離が小さいものをいう。
【0029】
本発明による集光器は、好ましくは次のように形成されている。すなわち、第1の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第1の環状構成要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第1の比と、第2の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第2の環状要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第2の比とから得られる商が、第1の環状開口構成要素に入る第1の光度と、第2の環状開口構成要素に入る第2の光度とから得られる商に等しくなり、つまりは以下の式が成立するように集光器が形成されている:
【0030】
【数1】
【0031】
これとは異なる本発明の他の実施形態では、入れ子式の反射鏡椀形状部は、一つの反射鏡椀形状部において複数回の反射(多重反射)が生じるように形成されている。
【0032】
一つの椀形状部での多重反射によって、反射角度が小さく維持される。
【0033】
表面接線に対して20度未満の小さい入射角度をなして表面すれすれに入射する場合の反射において、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムまたは金などの材料を用いると、反射率は、表面接線に対する入射角とともに略直線的に変化するので、反射損失は、例えば16度で1回反射しても、あるいは8度で2回反射しても、大体同じになる。しかしながら、集光器の最大限達成可能な開口が得られるようにするには、2回以上の反射を用いることが好ましい。
【0034】
特に好ましいのは、2回反射する系である。2回反射する集光器は、入れ子式のヴォルター(Wolter)光学系として形成することができる。ここで、ヴォルター光学系は、例えば、双曲面の環状の一部とされた第1の反射鏡椀形状部と、楕円面の環状の一部とされた第2の反射鏡椀形状部とを有している。
【0035】
ヴォルター光学系は、Wolter, Annalen der Physik 10, 94-114, 1952 などの文献から周知である。光線の反射位置から当該光線が光軸を横切る位置までの距離が実とされるような、つまり、光源の中間像を実像として有するような、双曲面と楕円面とを組み合わせて形成されたヴォルター光学系については、J. Optics, Vol. 15, 270-280, 1984 を参照されたい。
【0036】
ヴォルター光学系の特に優れた点は、表面接線に対して20°より小さい入射角での2回反射を用いるヴォルター光学系の場合に、開口角度80°に相当する、最大NAmax〜0.985までの集光の開口を選ぶことができ、その際に、それでもまだ70%より大きい反射率を有するような、かすめるようなすれすれの斜入射角のもとで高反射率の反射領域が存在することである。
【0037】
本発明の第1の実施の形態では、椀形状部の第1の環状セグメントと第2の環状セグメントとは、連続的に隣同士互いにつながっておらず、これら第1の環状セグメントと第2の環状セグメントとの間には、反射鏡椀形状部の使用されない領域、言うなれば一種の間隙が存在している。
【0038】
特に好ましくは、2シェル系の反射鏡椀形状部の不使用領域内には、さらなるコンポーネント、特に冷却装置といったとりわけ光学作用を持たない部材が設けられている。
【0039】
このような他のコンポーネントを2つのセグメントの間の不使用領域に設ける場合にも、コンポーネント配置に伴う付加的な光量損失を回避することができる。
【0040】
特に好ましいのは、入れ子式の集光器の個々のシェルが保持装置によって互いに結合されている場合である。斯かる保持装置は、例えば半径方向に延びる支持スポークを備えることができる。半径方向に延びる支持スポークの部分には、冷却剤を上記冷却装置に供給するための、あるいは冷却剤を冷却装置から排出するための供給装置や排出装置を設けることができる。このとき、冷却装置は、冷却路を備えていることが好ましい。冷却装置が、環状の冷却プレートとして2つの集光器シェルの間の不使用領域内に設けられている場合には、とりわけ良好に熱が排出される。上記の環状のプレートは、冷却導管を有することができる。この冷却導管は、保持装置のブリッジ部分の影になる所を外側に向かって導くことができる。このプレートは、好ましい一実施形態において、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して、反射鏡椀形状部に物質的に一体に接続することができる。こうすることで、熱が熱伝導を介して取り去られる。これとは異なり、冷却プレートは、単に反射鏡椀形状部上に載っているだけにすることもできる。この構成は、熱膨張によって冷却装置と反射鏡椀形状部との間に変形が起こるかもしれない場合には、特に好ましい。この場合、熱は、もはや熱伝導によってではなく、放射を介して取り去られることになる。環状冷却プレートは、大面積による冷却のために冷却効率が良い点に長所がある。しかも、このような構成によって、回転対称で均一な冷却が実現される。このような冷却構造によって、光学的な質は、殆ど影響を受けない。
【0041】
本発明は、集光器の他に、このような集光器を有する照明光学系も提供している。照明光学系は、好ましくは、米国特許第6198793号明細書に示すように、第1の格子素子を複数有する第1の光学素子と、第2の格子素子を複数有する第2の光学素子とを備えた2重(2箇所)に切り子面が設けられた照明光学系とされている。この米国特許第6198793号明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【0042】
第1の格子素子、及び/又は、第2の格子素子は、平坦な切り子面とされるか、あるいは、集光作用ないし発散作用を有する切り子面とすることができる。
【0043】
本発明の実施の形態では、第1の格子素子を有する第1の光学素子上において、環状の領域のみが照明される。上記第1の格子素子は、その際、上記環状領域の内側に配置されていることが好ましい。
【0044】
本発明による集光器を有する照明光学系は、マイクロリソグラフィーのための投影露光装置において好適に使用される。このような投影露光装置は、PCT/EP 00/07258に開示され、その開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。投影露光装置は、照明光学系に対して後置された投影光学系、例えば米国特許第6244717号明細書に示されるように4枚の反射鏡を有する投影光学系を有し、この明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0045】
以下に本発明を図面に基づいて例を挙げながら説明する。
【0046】
本明細書中、Neumann/Schroederによる「Bauelemente der Optik(光学系を組み立てる素子)」, Hauser-Verlag(ハウザー出版) 1992, p.28-29 に従って、以下の表に記載された光学技術的な概念を用いる。
【0047】
【表1】
【0048】
図1は、光源1、集光器3、光源像5および中間平面7を有する光学系の原理図である。光源1は、一定の光度で空間に光線を放射する。この光度は、通常、角度α、およびφ(図示されぬz軸周りの角度)に依存して、I(αφ)となる。
【0049】
軸対称の光源の場合は、以下の式が成立する:
I(αφ)=I(α)
【0050】
後続の集光器3により、放射された光が集光され、束ねられる。集光器3によって、光源1の像が形成されるが、このとき、光源像5は、図1に示すように、実像であるか、虚像であるかのいずれであってもよい。また、光源1自身が、すでに或る物理的実体のある一つの光源の像になっていても構わない。いずれの場合でも、集光器3の後方の平面7において所定の照明9が得られる。この照明は、集光器の像側空間内の角度α´での立体角要素(Raumwinkel-element)である放射円錐11の光度を投影したものに相当する。一つの平面7において照明が均一化されていると、集光器の後方の他のどの平面においても、光源1の像5が位置する像面から当該平面が十分に離れている限り、おのずと照明は均一化される。像側の空間における放射円錐11に、物体側の空間における放射円錐13が対応し、この放射円錐13は、角度αでの立体角要素に放射される光源の光度I(α)で満たされている。
【0051】
本発明によれば、どのような光源1も一つの光源像に結像される。この光源像は、実像(すなわち、光の方向に関して集光器3から右側)であってもよいし、虚像(すなわち、光の方向に関して集光器3から左側)であってもよいし、あるいは無限遠に位置していてもよい。
【0052】
本発明の好ましい実施形態において、どのような光源1の放射特性も変換されて、中間像の前方あるいは後方で十分均一な照明が得られるようになる。
【0053】
本発明により、以下の式が成立する:
式(2.1)
【0054】
【数2】
【0055】
ここで、
E:平面7における照射強度
Φ:光束
dA:平面7における面素
dΩ:物体側の開口内の角度要素
I*(α):角度αでの光源の光度
R(α):集光器の反射率が有限かつ角度に依存するために生じる光の損失に比例した減衰因子(以下、I(α)=R(α)×I*(α)を用いることとする。)
である。
【0056】
従って、照射強度の等しい2つの環状構成要素に関して以下の式が成立する:
式(2.2)
【0057】
【数3】
【0058】
上記の式から以下の関係式が導かれる:
式(2.3)
【0059】
【数4】
【0060】
等方的でない光源、または反射損失R(α)の差が大きい場合、環状開口構成要素、あるいは平面7上の環状構成要素を式(2.3)を満たすように選択しなければならない。
【0061】
一般に、中間像を形成すると同時に放射特性を適合させるという課題は、反射鏡やレンズといったような単純な光学素子によって解決することはできない。本願では光学系の光軸と同じになっているz軸の周りに回転対称な放射特性であれば、少なくとも離散した領域に対しては、特殊な類のフレネル光学系によって同等の照明を実現することができる。
【0062】
この点について以下に、光源1の中間像が実像である場合を例にして説明する。中間像が虚像である場合、または光源像が無限遠に形成される場合については、当業者によって類似の構成が容易に想到されよう。
【0063】
図2に示すように、光源1の周りに例えば3つの角度部分(角セグメント)、すなわち環状開口構成要素20,22,24を選択する。環状開口構成要素を通る光束は、以下の式で与えられる:
式(2.4a)
【0064】
【数5】
【0065】
例えば高密度プラズマ光源のような現在用いられている回転対称な光源の多くは、光度が角度αとともに僅かしか変化せず、光束は、近似的に以下のように記述することができる:
式(2.4b)
【0066】
【数6】
【0067】
ここで、
Φi:光束
I*(α):角度αにおける光源の光度
αi:i番目の角度部分の緯度
αi+1:αi+1=αi+dαiとなる、i番目の部分の外側の角度
dαi:i番目の角セグメントの幅
である。
【0068】
式(2.4)によって、一般には異なる値になる角度変化量dαiが決定され、その結果、対応する平面7内の環状構成要素での照射強度が十分同じになる。
【0069】
図2には、環状開口構成要素20,22,24が示されている。図に示されているのは、NAminとNAmaxとの間に位置する3つのセグメント20,22,24を有する例である。セグメント22とセグメント24は、隣同士互いにつながっているが、セグメント20とセグメント22の間には、僅かな間隙26が存在している。
【0070】
環状の開口セグメント、つまり環状開口構成要素20,22,24のそれぞれに対して、照明すべき平面7において環状構成要素30,32,34がそれぞれ割り当てられており、このとき、以下の式が成立する:
(式2.5)
【0071】
【数7】
【0072】
ここで、
ri:照明すべき平面7におけるi番目の環状構成要素の内側の距離
ri+1:照明すべき平面7におけるi番目の環状構成要素の外側の距離
dri:i番目の環状構成要素の高さ変化量、すなわち半径方向の広がり
である。
【0073】
環状構成要素30,32,34は、例えば、同じ大きさの間隔、dri=dr=一定が、環状構成要素の周辺光線同士の間で得られるように選ばれている。図3には、環状構成要素30,32,34を有する平面7における照明が示されている。
【0074】
環状構成要素が平面7において十分均一な照射強度を有している場合には、光束に対して以下の式が成立する:
(式2.6)
【0075】
【数8】
【0076】
ここで、
Φ´i:照明対象の平面7におけるi番目の環状セグメントを貫く光束
である。
【0077】
i番目の集光器シェルにおける反射損失R´(α)を考慮して、i番目の環状開口構成要素の幅dαi、ならびにi番目の環状セグメントの半径方向の広がりの大きさdriを決めることができる。
例えば、半径方向の広がりdrを一定に選ぶことができる。以下の式:
(式2.7)
【0078】
【数9】
【0079】
ならびに、以下の式で表される十分均一な照射強度Eに対する要求から:
(式2.8)
【0080】
【数10】
【0081】
式(2.4b)を代入して、αi+1について解くと:
(式2.9)
【0082】
【数11】
【0083】
ここで、
E:照明対象の平面7における十分均一な照射強度
ri:照明対象の平面7内におけるi番目の環状構成要素の内側の距離
ri+1:照明対象の平面7内におけるi番目の環状構成要素の外側の距離
αi:i番目の環状開口構成要素の内側の角度
αi+1:i番目の環状開口構成要素の外側の角度
である。
【0084】
平面7内の環状構成要素が式(2.5)によって選択されると、式(2.9)によって環状開口構成要素の角度を決めることができる。こうして、環状構成要素もしくは環状開口構成要素の周辺光線が決定される。
【0085】
選択された光線の交点上で、集光器3の楕円形の椀形状部(シェル)がそれぞれ求められる。中間像が虚像の場合は、椀形状部は、双曲線形状になり、光源像が無限遠の場合は、放物線形状になる。このとき、それぞれの環状開口要素20,22,24において代表的な光線が1つ選択されている。
【0086】
このように楕円面形、または、双曲面形ないし放物面形の椀形状部の場合、物点および像点、これは図において光源1および光源像5に相当するが、これらの点と、さらに別のもう1つの点だけが与えられれば十分である。ここでは、しかし、2点、つまり集光器の椀形状部の始点および終点が与えられている。すなわち、問題が重複決定されている。けれども、照明目的で光源を結像させるための結像特性は、通常ほとんど気にしなくてもよいため、例えば楕円または双曲面または放物面に、楔形や円錐台形の形状をなした円錐部分を付け加えることができる。これは、若干の焦点ずれを生じるものの、大したものではない。別構成として、わずかな遮蔽部は我慢するというものがある。これは、現れる間隙をごく小さく選択できるからである。間隙の大きさは、椀形状部の配置(レイアウト)、そして特に数量により最小限にすることができる。間隙は、例えば、前方に、つまり光源から受容するパワーに現れるように選択され、そして、後方に、つまり照明すべき平面には現れないように選択される。
【0087】
集光器が多くの椀形状部を有する場合は、特に、円錐台形のみから集光器を構成することもできる。このような構成は、加工上の観点から有利である。
【0088】
遮蔽を無視する条件のもとでなら、角セグメントすなわち環状開口構成要素20〜24を貫く光束も、面セグメントすなわち環状構成要素30〜34のいずれを貫く光束もいずれもそれぞれ確実に等しくなる。
【0089】
原理的には、角度に依存した、したがって、セグメントに依存した反射損失は、それに見合うだけの角度変化量iをあてがうことによって補償することもできる。このとき、本発明により平面7を十分均一に照明したいと考えているので、等しい変化量を有する環状セグメントに対して割り当てられている環状開口セグメントは、同じ大きさにはならない。別構成として、環状構成要素の高さ変化量drが等しくならないように選ぶこともできる。
【0090】
図4には、z軸周りに回転対称に設けられた楕円面セグメントからなる入れ子式の集光器3が示されており、このような集光器3によれば確実に平面7が十分均一に照明される。z軸周りに回転対称であるので、集光器3の半分だけが断面で示されている。図4に示された集光器は、4個の椀形状部40,42,44,46を備えている。
【0091】
これらの椀形状部40,42,44,46は、z軸からほぼ等距離に設けられている。ここで、z軸からの距離は、椀形状部の最大直径に相当し、この最大直径は、椀形状部の番号iにほぼ比例している。つまり、2つの隣り合う椀形状部の間隔は、略等しい。
【0092】
各反射鏡椀形状部40,42,44,46には、それぞれ一つの内側周辺光線41.1,43.1,45.1,47.1が配されている。内側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の終点から与えられている。また、各反射鏡椀形状部40,42,44,46には、それぞれ一つの外側の周辺光線41.2,43.2,45.2,47.2が配されている。外側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の始点から特定されている。図4から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線は、これらの反射鏡椀形状部に対して振り分けられた照明光線束49.1,49.2,49.3,49.4の境界を画定する。照明光線束は、反射鏡椀形状部40,42,44,46の光学面上で、光源像の方向に反射される。反射鏡椀形状部の光学面とは、本明細書中、光源1から入射する照明光線束を受容して光源の像5の方向に反射する反射鏡椀形状部の面のことを言う。入射する照明光線束と反射鏡椀形状部の光学面上で反射された照明光線束とは、隣同士の2つの反射鏡椀形状部の間に、光に用いられる領域を画定する。また、明らかに分かるのは、隣接する反射鏡椀形状部の、光学面と反対の側に、一例として光学的作用を持たない例えば冷却装置のようなコンポーネントを設けることができるような不使用領域51.1,51.2,51.3,51.4が使える状態にあるという点である。この不使用領域に例えば冷却装置等を配置する利点は、配置に伴う付加的な光量損失をもたらさないような冷却が可能となる点である。
【0093】
図4には、さらに光源1、照明すべき平面7および光源像5が示されている。
【0094】
他の構成要素の符号は、これまで述べてきた図に用いられた符号に対応している。
【0095】
これに代わる構成として、図5に示すように、椀形状部の長さを減少させた構成も可能である。例えば最も内側に設けられた角セグメントすなわち環状開口構成要素20を2つの角セグメント、すなわち環状開口構成要素20.1,20.2に分割できる。それに応じて対応する平面7内の最も内側の環状構成要素30も、2つの環状構成要素30.1,30.2に分割すればよい。こうして内側の2つのセグメントに対して2つの椀形状部40.1,40.2が得られるが、これらは、図5から明らかなように、椀形状部40よりも短くなる。上述の図に示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【0096】
屈折光学系についても同様の構成が考えられる。屈折光学系では、上記の入れ子式の反射鏡椀形状部40,42,44,46は、図6に示すような軸外の円環状のレンズセグメント50,52,54,56に置き換えられる。
【0097】
図6は、レンズの円環状の軸外セグメントの配置構成を示している。この構成によって、光源の特定の放射特性に対する平面7の均一な照明が実現される。z軸周りに回転対称に設けられた光学系は、半分だけが概略的に断面で示されている。異なる大きさの角度要素が、等しい大きさの高さ部分へと偏向され、その結果、光源の放射が等方的でない場合でも均一な照明が実現される。
【0098】
入れ子式の反射型の集光器は、必然的に中央の遮蔽部を有する。つまり、或る特定の開口角NAminを下回ると、光源の光線は入らない。従ってこのような光線は、後続の照明光学系に到達しないように、絞りによって遮断されなければならない。絞りは、例えば集光器の領域に設けられる。
【0099】
以下に本発明を、一実施形態に基づいてより詳しく説明する。
【0100】
出発点として、本発明による楕円群を用い、等方的な光源において、実像を伴う点から点への結像の場合を考えることにし、このとき、隣同士の反射鏡椀形状部の間隔を、ほぼ等しく選ぶことにする。
【0101】
楕円は、以下の式に従って定義される:
式(3.1)
【0102】
【数12】
【0103】
ここで、
式(3.2)
【0104】
【数13】
【0105】
図7には、例としてi番目の楕円形セグメントが示されている。このセグメントは、z軸周りに回転対称であるので、半分だけが断面で示されている。
【0106】
図7には、一つの反射鏡椀形状部に関して、表1の計算に使用された大きさが示されている。上述の図と同一の構成要素に関しては、同一の符号が使用されている。図に示すのは、以下の通りである。
v(i):i番目の反射鏡椀形状部のi番目の開始点
x(v(i)):i番目の開始点のx座標
z(v(i)):i番目の開始点のz座標、すなわち回転軸線RAにおける開始点
h(i):i番目の反射鏡椀形状部のi番目の終点
x(h(i)):i番目の終点のx座標
z(h(i)):i番目の終点のz座標、すなわち回転軸線RAにおける終点
m(i):i番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
x(m(i)):中間点のx座標
z(m(i)):中間点のz座標、すなわち回転軸RAにおけるi番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
a,b:楕円のパラメーター
r(i):照明すべき平面における、i番目の椀形状部のi番目の環状構成要素の、回転軸線RAからの距離
NA(i):i番目の椀形状部のi番目の環状開口構成要素の内側周辺光線の開口角の正弦
【0107】
図8は、前記のように定義されたパラメーターを用いて計算された実施の形態について得られた椀形状部60,62,64,66,68,70,72,74,76,80の楕円群を示している。本実施形態においては、角度変化量dαを等しい大きさに選んだだけでなく、高さ変化量drをも等しい大きさに選んだ。このような選択は、等方光源で比較的開口が小さいときに、特に、照射強度が単に近似的に等しくなるだけであれば可能である。データは、表2に記載されている。表2に記載された全ての長さは、mmの単位によるものである。表面接線に対する入射角は、全て19°を下回っている。最大光線の表面接線に対する入射角は、図8の実施形態では、18.54°である。
【0108】
初期値として以下の値を選択した:
平面7と光源像5の距離:z=900mm
焦点間距離の半分:e=1000mm
平面7上の高さ変化量:dr=7.5mm
平面7における中央の遮蔽部:rmin約22.5mm(NA´min約0.025)
光源1における最小の開口NAmin:NAmin=0.12
最大の開口:33°に対応してNAmax<0.55
光源1における角度変化量:dαi=2.4°=一定値
【0109】
【表2】
【0110】
図9には、照明の均一性の目安として、図8および表2に示す実施の形態の横倍率βが、像側の開口角の関数として示されている。横倍率βは、角度に関しては一定でなくてもよいが、平面7における最大半径rmaxに関しては、或る特定の横倍率に設定されなくてはならない。
【0111】
図10には、理想的な横倍率β−idealと、光線を平行にする目的を達成するための離散的な手法による実際の横倍率βとが、平面7における半径rとの関係において示されている。理想的な横倍率からのずれは、例えば図5に示すように内側の椀形状部をそれぞれ2つに分けるなどして、椀形状部の数を増やすことによって減少させることができる。これにより、平面7において、さらに良好な照明の均一化が実現される。
【0112】
図11は、例えばマイクロエレクトロニクス構成部材を製造するための、本発明を用いることのできる投影露光装置を原理的に示す図である。投影露光装置は、光源ないし光源の中間像1を有している。図では4本の光線によってのみ代表的に示される光源1から放射される光は、本発明による入れ子式の集光器3によって集光され、多数の第1の格子素子、いわゆるフィールドハニカムを有する反射鏡102に向けて偏向される。この図においては、第1の格子素子は平坦とされている。反射鏡102は、フィールドハニカム反射鏡とも呼ばれる。フィールドハニカムが設けられた平面103における照明は、図12に示すように、予め設定された環状領域内で十分均一になっている。平面103は、集光器の光軸に対して正確には垂直に設けられておらず、そのため、図1による均一に照明すべき平面7に正確には対応していない。しかしながら、わずかな傾斜角があっても、何ら導出を変更するわけではなく、照明がわずかに歪むだけで、結局、平面が集光器の光軸に垂直であれば得られるであろうような均一性と比べても無視できるぐらいにしか違ってこない。照明光学系は、米国特許第6198793号明細書に開示されているような2箇所に切り子面が設けられた照明光学系であり、この発明の内容は、本願に包括的に取り入れられている。従って光学系は、複数の格子素子104を有する第2の光学素子を備えている。これらの格子素子は、瞳ハニカムと呼ばれている。光学素子106,108,110は、主に、物面114にフィールドを形成するのに用いられる。物面上のレチクルは、反射型のマスクとされている。レチクルは、走査型のシステムとして構成されたEUV投影光学系においては、図に示す方向116に移動可能とされている。照明光学系の射出瞳は、十分均一に照明される。射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳と一致している。投影光学系の入射瞳は、図に示されていない。投影光学系の入射瞳は、レチクルから反射された主光線と投影光学系の光軸との交点に存在している。
【0113】
例えば米国特許出願第09/503640号明細書に記載の6枚の反射鏡128.1,128.2,128.3,128.4,128.5,128.6を有する投影光学系126によって、上記レチクルが露光すべき物体124に結像される。
【0114】
図12は、第1の格子素子を有する第1の光学素子の面における照明の分布と照明の平均値とを示している。照射強度E(r)が、入れ子式の集光器の回転軸線zからの半径方向の距離rとの関係において示されている。均一な照明が離散的にしか得られないことがはっきりわかる。
【0115】
図13は、EUV投影露光装置の原理を示す図であり、図11の装置と異なる点は、光源1が中間像Zとして結像されることである。さらに本図では、第1の格子素子は、集光作用を有している。光源1の中間像Zは、集光器3と第1の切り子面反射鏡102との間に形成されている。その他の全ての構成要素は、図11に示す構成要素と同一であるため、同一の符号を付す。
【0116】
以下の図14ないし図21においては、ヴォルター光学系として形成された、本発明による入れ子式の集光器が示されている。
【0117】
ヴォルター光学系は、光源1を光源の中間像Zに実像として結像させるために、好ましくは双曲面と楕円面とを組み合わせたものからなるか、無限遠に結像するために双曲面と放物面とを組み合わせたものからなるが、このヴォルター光学系の特徴は、正弦条件を広範囲で満たすこと、つまり双曲面と楕円面との組み合わせによる拡大もしくは横倍率が、大きな開口領域にわたって十分一定になっている点である。図9に示すように、単に楕円面型の椀形状部のみ有する均一照明のための集光器の場合、横倍率βは、椀形状部内でかなり激しく変化する。これに対して、ヴォルター光学系の場合には、横倍率βは、椀形状部内で十分一定となる。この様子は、図17における8枚の椀形状部が入れ子式に設けられた光学系について、図14に示されている。図17に示された光学系は、入れ子式の反射鏡椀形状部のそれぞれがヴォルター光学系とされ、双曲面の一部とされた第1の光学面を有する第1の環状セグメント(環状の部分)と、楕円面の一部とされた第2の光学面を有する第2の環状セグメント(環状の部分)とを有している。ヴォルター光学系は、かくして、一つの椀形状部が楕円面形のシェルしかもたない光学系に比べると、一つの椀形状部に2つの光学面、つまり第1の光学面及び第2の光学面を有している。これらの光学面は、構造的に見て別々に分離されていてもよい。
【0118】
図14に示す通り、ヴォルター光学系の椀形状部は、ほとんど一定の横倍率βを有するので、平面の理想的な均一照明のためには、物体側の開口に間隙が生じなければならない。このことが言えるのは、特に以下の理由にもよるのである。つまり、物体側の開口における間隙は、回転軸線までの距離が最大である椀形状部に浅い角度で入射する場合、回転軸線までの距離が最小である椀形状部よりも反射率が小さくなるという理由である。反射鏡の材料としては、好ましくはモリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムあるいは金が考えられる。上記の如き反射率の違いは、横倍率を増加させることによって補償しなくてはならない。従って、均一な照明を行うために、椀形状部ごとに横倍率を変化させなければならない。このとき集光器に後続する開口を間隙なく満たすか、もしくは入れ子式の集光器の後方に設けられた面7を間隙なく照明したい場合には、物体側の開口には、間隙が生じることになる。このような間隙は、図1ないし図13において説明したような、例えば楕円面形の椀形状部を有する集光器では見られない。というのも、このような楕円形状のシェルを有する集光器の場合には、横倍率が椀形状部上にわたって変化し、それによって平面7を均一に間隙なく照明できるばかりでなく、間隙の無い物体側の開口も得ることができるからである。
【0119】
図15には、本発明による入れ子式の集光器から、代表的に3つの椀形状部が示されている。各反射鏡椀形状部200,202および204は、第1の光学面200.2,202.2,204.2を持つ第1の環状セグメント200.1,202.1,204.1と、第2の光学面200.4,202.4,204.4を持つ第2の環状セグメント200.3,202.3,204.3とを有するヴォルター光学系をそれぞれ備えている。それぞれの反射鏡椀形状部200,202および204は、z軸周りに回転対称に設けられている。最も内側の椀形状部204の横倍率は、6.7で、2番目の椀形状部202の横倍率は、7.0で、最も外側の椀形状部200の横倍率は、7.5とされている。図15からわかるように、反射鏡椀形状部200,202および204に対してそれぞれ割り当てられている環状開口構成要素210,212,214は、隣同士互いにつながっていない。つまり、図15に示す集光器の物体側の開口は、個々の環状開口構成要素210,212,214の間に間隙220,222,224を有している。反射鏡椀形状部200,202および204のそれぞれに対して割り当てられた、平面7における環状構成要素230,232,234は、平面7の領域を均一に照明するように、十分連続的に隣同士互いにつながっている。
【0120】
特に好ましくは、環状開口構成要素の間隙220,222の領域には、反射鏡椀形状部200,202,204の背面側において冷却装置203.1,203.2,203.3が設けられている。これらの冷却装置は、内部を冷却剤が貫流できる冷却路とされていることが好ましい。冷却装置203.1,203.2,203.3は、各椀形状部の背面側をこれら椀形状部の回転軸線方向の全長にわたって幅広く延在している。2つの反射鏡椀形状部の間にある集光器の不使用領域に設けられた付加的なコンポーネントを有する実施形態は、再度図25により詳しく示され、詳述されている。
【0121】
各椀形状部200,202,204には、それぞれ、反射鏡椀形状部の第1セグメントの第1光学面の子午面内の終点によって定められる内側周辺光線205.1,207.1,209.1と、反射鏡椀形状部の第1セグメントの第1光学面の子午面内の始点によって定められる外側周辺光線205.2,207.2,209.2とが一つずつ配されている。これらの内側及び外側の周辺光線は、椀形状部に受容されて光源像に向け2つの隣り合う椀形状部の内部でさらに偏向される照明光線束の境界を画定している。2つの集光器シェルの間の照明光線束211.1,211.2が通過しない領域は、既に図4に示した単一シェル型の集光器のときと同様、不使用領域213.1,213.2と称される。図15から明らかに分かるように、環状開口構成要素の間隙の領域において、反射鏡椀形状部の背面側に設けられた冷却装置は、2つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域内に配置されている。
【0122】
図15に示す実施の形態では、第1の光学面200.2,202.2,204.2と第2の光学面200.4,202.4,204.4は、やはり間隙無く隣同士互いに直接つながっている。
【0123】
図16には、本発明のさらなる実施の形態が示されており、ここでは、ヴォルター光学系として構成されている反射鏡椀形状部200,202の2つだけが代表的に示されている。図15において示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。図16に示す実施の形態では、第1の光学面200.2,202.2と第2の光学面200.4,202.4は、隣同士互いに直接つながっていない。光学面の間には、それぞれ間隙もしくは不使用領域240,242が存在している。しかしながら、本実施の形態では、不使用領域において、反射鏡椀形状部は、それぞれの反射鏡椀形状部の第1のセグメントおよび第2のセグメント200.1,202.1,200.3,202.3の交点S1,S2まで延長されている。第1の反射鏡セグメント上の第1の光学面200.2,202.2は、いずれも、子午面内において、始点311.1,312.1と終点311.2,312.2とによって境界が定められている。このとき、上記子午面は、本実施形態では、光軸ないし回転軸線を含む任意の平面によって与えられている。光学面の始点ならびに終点311.1,312.1,311.2,312.2は、周辺光線205.1,205.2,207.1,207.2を規定し、この周辺光線が、回転軸線周りを回転させられて光ビームの境界を画定している。光ビームは、集光器を通されて、該集光器を物体側から像側に向かって通過する。集光器を通過させられる光ビームが、また集光器の使用領域を決定する。
【0124】
図16に示すように、間隙240,242の領域には、冷却装置、例えば反射鏡椀形状部の全外周を巡る冷却シールドを設けることができる。この冷却シールドは、図26に示すような回転軸線方向に延びるブリッジ部によって力学的に保持可能とされている。これらのブリッジ部は、良好な熱的接触を目的として周回する冷却シールドに例えばロウ付けされている。回転軸線方向に延びる冷却シールド用保持部材は、反射鏡椀形状部を保持する保持構造、例えばスポークホイールに固定することができる。これらのスポークホイール及び保持構造は、この図16には示されていない。
【0125】
図16に示すような間隙ないし不使用領域を有する構成は、拡がりを持った光源の場合に好適である。
【0126】
集光器を構成する際は、常に集光効率と照明の均一性とをつきあわせて検討する必要がある。照明すべき平面7において単に±15%の均一性だけを得ようというのなら、図17に示すような8シェル型の集光器が使用される。このとき符号200,202,204,205,206,207,208,209は、それぞれ2つの反射鏡セグメントを有する反射鏡椀形状部を表し、その際には、それぞれの椀形状部がヴォルター光学系をなしている。
【0127】
図17に示す集光器は、光源1と光源の中間像Zとの距離が1500mmとされ、物体側の開口は約0.72とされ、像側の開口は約0.115とされている。平面の接線に対する全体の入射角度は、13°以下とされている。図17に示す実施の形態において最大光線の、表面接線に対する入射角度は、11.9°となっている。
【0128】
図17では、さらに、最も内側の反射鏡椀形状部の内側に、絞り180が示されている。入れ子式の反射による集光器は、反射鏡椀形状部の大きさが有限であるため、必然的に中央部が遮蔽される。すなわち或る特定の開口角度NAmin以下になると、光源の光線が入らない。絞り180は、中央の椀形状部を通って直接到達してくる光が、後続の照明光学系に迷光として到達することを防ぐ。
【0129】
絞り180は、例えば光源の後方78mmに設けられ、開口遮蔽NAobs約0.19に対応して直径が30.3mmとされている。像側の開口遮蔽NA´obsは、それに対応して約0.0277とされている。
【0130】
図18には、図17に示す集光器の反射鏡椀形状部200,202,204,205,206,207,208,209の場合に、例えば第1の反射鏡椀形状部200の第1のセグメント200.1および第2のセグメント200.3の二つのセグメントを有して構成されたヴォルター光学系を特徴付ける座標が、一例として示されている。ZSは、光源1の位置を基準とした、曲面の頂点のz位置を示し、ZVおよびZHは、曲面の頂点の位置ZSを基準とした、双曲面である第1のセグメント200.1の開始位置および終了位置を示す。楕円面である反射鏡椀形状部の第2のセグメント200.3に関しても、符号ZS、ZVおよびZHが同じような意味で用いられる。
【0131】
個々の反射鏡椀形状部の曲率半径Rと円錐定数K、ならびに与えられた定義によって、図17に示す集光器の設計値は、以下の表3のようになる。反射鏡椀形状部のコーティングとしては、ルテニウムが選択された。
【0132】
【表3】
【0133】
図17に示す8枚の椀形状部を有するヴォルター光学系の実施形態では、全ての椀形状部がほぼ1つの平面181で終端するように構成されている。これによって全ての椀形状部は、平面181において把持させることができる。
【0134】
椀形状部のフレームもしくは椀形状部のホルダ(保持部)として、図27に示されるスポークホイールが用いられる。図27に示される実施形態では、全部で4つの支持スポークが設けられている。これらの支持スポークは、多くの反射鏡椀形状部を有する入れ子式の集光器を安定させる。
【0135】
絞り180は、上記平面に設けられるか、または、その近傍に設けられることが好ましい。
【0136】
図19には、図20の照明光学系の平面7における算出された照明分布が示されている。図20に示す照明光学系は、光源のすぐ後方に、図17に示す8シェル型の入れ子式集光器を有している。図19に示す照射強度の計算に当たっては、角度に依存した反射率を有するルテニウムで反射鏡椀形状部をコーティングした場合を仮定した。その他のコーティングを行う場合には、それに応じて、構成を合わせることができる。
【0137】
図19では、絞り180によって中央が遮蔽されていることがはっきり分かる。中央の遮蔽部には、符号182が付されている。平面7における強度変動は、符号184によって示されている。集光器の回転軸線RAに対して対称な2つの強度ピーク184.1,184.2がはっきり示されている。これらのピークが、平面7において環状の照明として現れる。破線で示された曲線186は、図20に示す照明光学系の第1の光学素子102上における第1の格子素子が設けられている領域を示している。
【0138】
図17に示す入れ子式の集光器を有する投影露光装置の光学素子、およびいくつかの光線の経路が図20に示されている。図11に示す投影露光装置の場合と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【0139】
図11に示す投影露光装置と異なり、上記の照明光学系は、「X」字型に折り畳まれておらず、コンパクトな組み立てスペースに最適化されている。また光学系の長さを短くするために、図17におけるような構造を持つ入れ子式の集光器3の像側の開口をNA=0.115に増大させており、そのためには、ヴォルター光学系として構成することがとりわけ有利となる。物体側の開口は、NA約0.71とされている。ウェーハステージが設けられている物面114に、機械的および電気的なコンポーネントのためのスペースを用意するため、集光器3の後方には、系の折曲のための平面鏡300が追加的に挿入されている。光学系全体の長さは3mより短く、高さは1.75mより低い。
【0140】
平面反射鏡300は、本実施の形態では、回折型の分光フィルターとして形成されたものである。つまり格子から出来ている。光源の中間像Zの近くに絞り202を同時に設けることで、本図の場合に13.5nmとされた所望の波長よりもはるかに大きい波長を持つ不要の光線が、絞り302の後方に位置する照明光学系の部分に入らないように止められる。
【0141】
絞り302はさらに、光源1、入れ子式の集光器3、および格子として形成された平面鏡300が入った部屋204を、後続の照明光学系306から空間的に分離することにも用いられる。中間焦点Zの近くにバルブを設けることによって2つの空間を分離する場合には、さらに圧力的に分離することも可能となる。空間的ないし圧力的に空間を分離することによって、光源から発生する汚れが絞り302の後方に設けられた照明光学系に到達しないようにできる。
【0142】
図20に示す照明光学系は、図17および表3に示す8枚の椀形状部を持つ入れ子式の集光器3を有している。図20に示す構成の平面反射鏡200は、0次及び使用される回折次数の間の2°の回折角を有する分光フィルターとして形成されている。第1の光学素子102は、122個の、それぞれ54mm×2.75mmの大きさを有する第1の格子素子を有している。第2の光学素子104は、上記122個の複数の第1の格子素子に対応させるように割り当てられた122個の、それぞれ10mmの直径を有する第2の格子素子を有している。表4に記載された光学素子の位置のデータは、全て物面114における基準座標系に基づいている。それぞれの光学コンポーネントに割り当てられた局所的な座標系の、局所的なx軸周りの角度αの回転は、基準座標系を局所的な座標系の位置に並進移動させることによって求められる。図20に示す照明光学系の光学コンポーネントのパラメータは、表4に与えられている。表4では、物面114に対する個々の光学素子の光軸との交点の位置が示され、x軸を中心とした座標系の回転角αが記載されている。また、右手系の座標系と時計回りの回転を基準としている。光学素子の局所的な座標系の他に、中間焦点Zと入射瞳Eの局所的な座標系も挙げられている。フィールドを形成する反射鏡110は、回転双曲面の軸外のセグメントから形成されている。図20の照明光学系の表4に挙げられた全ての光学素子に関する座標系が、入れ子式の集光器3を除いて図21に示されている。全ての光学素子には、図20の場合と同一の符号が付されている。
【0143】
この光学系は、物面114、すなわちレチクルにおける照明開口がNA=0.03125となる場合に、フィールド半径130mmが得られるように構成されている。これは、露光すべき物体の面124で開口NA=0.25を有する後続の4:1投影光学系の入射瞳Eにおいて、シグマ値(充填度)がσ=0.5となることに対応するものである。
【0144】
【表4】
【0145】
図1〜図13に示す入れ子式の集光器と同様、ヴォルター光学系の椀形状部も成型技術を用いて簡単に製造することができる。
【0146】
図22には、図20に示す照明光学系の平面7に設けられた第1の光学素子102および局所的なx−y座標系が示されている。122個の第1の格子素子150が配設されているのが明らかに分かる。
【0147】
第1の格子素子150は、互いに離間された10個のブロック152.1,152.2,152.3,152.4,152.5,152.6,152.7,152.8,152.9,152.10に分けて設けられている。集光器3の中央の遮蔽部154のために照明されない平面103内の領域には、第1の格子素子150が設けられていない。個々の第1の格子素子150の間の照射強度の差は、図17に示す入れ子式の集光器を用いる場合には、最大でも±15%を下回る。
【0148】
図23は、第2の光学素子104に設けられた第2の格子素子156を示している。第2の格子素子156の像は、照明光学系の射出瞳を連続的に所定のシグマ値(充填度)σ=0.5に至るまで充填する。射出瞳における充填度の定義に関しては、国際公開第01/09684号パンフレットを参照してほしい。この明細書の開示内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【0149】
図24には、一例として互いに内と外に嵌り合うように設けられた入れ子式の2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2を有する本発明による入れ子式集光器の第1の実施形態が示されている。これらの反射鏡椀形状部の場合、環状開口構成要素は、図15の入れ子式の集光器の場合と同様、第1の反射鏡椀形状部1004.1の物体側の環状開口構成要素1002.1と、第2の反射鏡椀形状部1004.2の物体側の環状開口構成要素1002.2との間に間隙1000を有している。像側の環状構成要素1003.1,1003.2は、隣同士互いに直接つながっており、その結果、像空間には、必要な中央の遮蔽部1005まで、間隙が存在しない。図示された集光器の場合、2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の間の不使用領域内、ならびに集光器の外側及び内側に、冷却装置1006.1,1006.2,1006.3が設けられている。反射鏡椀形状部1004.1,1004.2は、略一平面で終端し、この平面1008において、例えばスポークホイール(このうち一つのスポーク1010が示されている)によって、フレーム固定されている。図示された実施形態の各反射鏡椀形状部1004.1,1004.2は、2つの反射鏡セグメント、つまり第1の光学面を持つ第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2と、第2の光学面を持つ第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2とを備えている。これらは、間隙無く順番に設けられている。第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2は、本実施形態では、双曲面のセグメント、そして、第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2は、楕円面のセグメントとされている。
【0150】
図24に示す子午断面から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線1016.1,1016.2,1018.1,1018.2、ないしは、光源1、光源の像5、椀形状部終端部10241,1024.2の間をつなぐ、上記反射鏡椀形状部に配設された直線、そして、2つの反射鏡セグメントを有する光学系の場合にはさらに、第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2と第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2の間の境界部分によって、光学的な使用領域、つまり、物体すなわち光源1から、光源の像5に向かって、光束が内部を通過する言わばビーム管が画定される。子午断面、すなわち子午面は、回転軸線RAを含む任意の平面である。互いに内と外に嵌り合うように設けられた少なくとも2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の使用領域1030.1,1030.2の間には、かくして不使用領域1032がある。この領域は、完全に内側の集光器シェル1004.1の影の部分の内部に位置している。加えて、本実施形態ならびに図15及び図16の実施形態の場合のように、不使用領域は、前側の開口間隙1000内、つまり環状開口構成要素1002.1,1002.2の間の間隙内に位置可能となっている。この物体側の開口間隙1000は、光源の像5へは写されず、そのため、使われないままとなる。
【0151】
2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の間の不使用領域1032内には、光源1から光源の像5へと向かう光束に影響を与えることなく、入れ子式の集光器のさらに他のコンポーネントを設けることができる。斯かるコンポーネントに関する例としては、検出器、もしくは光を検出器に向けて偏向するハーフミラー(Auskoppelspiegel)、もしくは断熱シールドもしくはコールドトラップといった光学的でないコンポーネントが考えられる。冷却装置1006.1,1006.2,1006.3は、集光器シェルの背面側に直に接触した状態にできる。荷電粒子や磁化した粒子を偏向するための電極もしくは磁石を設けることもできる。電気的な導線、もしくは冷却剤を供給ならびに排出するための導管は、像側の集光器の開口、つまり、像側の平面における照明領域を殆ど遮蔽することなく、集光器の外に導き出すことができる。このような導管ないし導線1044は、反射鏡椀形状部の必要な保持装置、例えばスポーク1010を持つスポークホイールの影の部分を通すことが好ましい。もちろん、さらに他の冷却部材や検出器を、外側シェル1004.2や中央遮蔽部1052の外側の領域にも設けても構わない。中央遮蔽部の領域には、例えば図8に示すように、絞りを設けることもできる。
【0152】
図25には、本発明のさらなる実施形態が示されている。図25に示された実施形態もまた、2つの反射鏡椀形状部1104.1,1104.2を有する光学系を示している。図24と同様の構成部材には、100だけ加算された符号が付されている。図24の実施形態に比べると、図24に示された集光器は、各反射鏡椀形状部が単に単一のセグメント1107.1,1109.1、すなわち、楕円面のセグメントのみ有するような光学系に関するものになっている。さらに、環状開口構成要素は、間隙を持たない。2つの反射鏡椀形状部1104.1,1104.2の間の不使用領域1132には、本実施形態では、例えば環状プレートの形態の、環状に形成された冷却装置1106.1,1106.2を設けることができる。この環状プレートは、やはり冷却剤が中に流れていることが好ましい。冷却剤は、冷却プレート1106.1,1106.2から、上述の如く個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポーク1110へと通ずる冷却導管1144を介して供給および排出される。環状プレートとしての冷却装置の構成は、表面積の大きい効率的で一様な、しかも回転対称の冷却を実現することができる。プレートは、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して反射鏡椀形状部に固定して接続することができる。このとき、熱は、熱伝導によって放出される。別構成として、椀形状部は、単に載置するだけであってもよい。これにより、反射鏡椀形状部もしくは冷却プレートの熱膨張に起因した相互作用が防止される。このとき熱は、最終的には放射によって放出される。
【0153】
冷却装置はまた、集光器の外周を完全に一回りする冷却リングとして形成することもできる。図26には、このような冷却リングと、特に該冷却リングのホルダが示されている。冷却リング1200.1,1200.2は、反射鏡椀形状部毎に例えば2つのセグメントを有する、集光器の2つの反射鏡椀形状部の間の不使用空間内に設けられている。このような2シェル型のヴォルター集光器は、例えば図24に子午断面で示されている。冷却リング1200.1,1200.2は、スポークホイールのスポークの影になる部分に延びていて、かつ回転軸線方向に延在する保持構造すなわちブリッジ部1202.1,1202.2,1202.3,1202.4に保持されている。冷却リング1200.1,1200.2は、上記保持ブリッジ1202.1,1202.2,1202.3,1202.4に、例えば、ロウ付けによって接続することができる。これにより、良好な機械的かつ熱的な接触が保証される。上記ブリッジ部は、例えば銅等の熱伝導率の高い材料から作製され、さらに、良好にロウ付けできることが好ましい。冷却リング1202.1,1202.2は、同じように、銅や鋼のような熱を伝えやすい材料からなることが好ましい。
【0154】
ブリッジ部1202.1,1202.2,1202.3,1202.4は、個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポークホイールの4つのスポーク1204.1,1204.2,1204.3,1204.4に、例えばネジによって取り付けられている。上記スポークは、半径方向に、つまり回転軸線に対して垂直に延在している。
【0155】
本発明によって、任意の光源を光源の像に形成する集光器が初めて示された。光源像は、実像、虚像となるか、または無限遠に位置する場合が考えられる。任意の光源の放射特性は、中間像の前方または後方の面において十分均一な照明が得られるように変換される。
【図面の簡単な説明】
【0156】
【図1】集光器の原理を説明するための図である。
【図2】光源の周囲の環状開口構成要素を示す概略図である。
【図3】平面内における環状構成要素を示す概略図である。
【図4】楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図5】椀形状部(シェル)の数が図4と異なる楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図6】屈折型の入れ子式の集光器を示す図である。
【図7】入れ子式の集光器のi番目の楕円形セグメントを示すである。
【図8】表1に示す実施形態による入れ子式の集光器の楕円群を示す図である。
【図9】像側の開口角に依存した表1の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図10】x方向において平面7内の半径rに依存する表1の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図11】本発明による入れ子式の集光器を有する投影露光装置を示す図である。
【図12】図11に示す投影露光装置の第1の格子素子の平面における環状構成要素の照明分布(照射強度)を、光学系の回転軸線zまでの半径方向距離との関係で示す図である。
【図13】入れ子式の集光器による中間像を有する投影露光装置を示す図である。
【図14】図17の8シェル型入れ子式ヴォルター光学系の横倍率βを示す図である。
【図15】入れ子式ヴォルター光学系から3個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図16】入れ子式ヴォルター光学系から2個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図17】8枚の椀形状部を有する8シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図18】2回反射を用いるヴォルター光学系として構成された集光器シェルの座標を説明するための概略図である。
【図19】図17の集光器を有する図20の光学系の第1の格子素子の平面内の環状構成要素の照明分布(照射強度)を示す図である。
【図20】図17の入れ子式の集光器を有するEUV投影露光装置を示す図である。
【図21】図17の入れ子式の集光器を有する図20のEUV投影露光装置の全ての反射鏡の座標系を示す図である。
【図22】第1の格子素子を有する、図20の照明光学系の第1の光学素子の図である。
【図23】第2の格子素子を有する、図20の照明光学系の第2の光学素子の図である。
【図24】冷却装置を有する2シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図25】冷却装置を有する2シェル型入れ子式楕円面集光器を示す図である。
【図26】保持構造を有する冷却リングを示す図である。
【符号の説明】
【0157】
1・・・光源
3・・・集光器
5・・・光源像
7,103・・・平面
40,42,44,46,60,62,64,66,68,70,72,74,78,80,200,202,204,205,206,207,208,209,1004.1,1004.2・・・反射鏡椀形状部
41.1,43.1,45.1,47.1,205.1,207.1,209.1,1016.1,1018.2・・・内側周辺光線
41.2,43.2,45.2,47.2,205.2,207.2,209.2,1016.2,1018.1・・・外側周辺光線
49.1,49.2,49.3,49.4,211.1,211.2・・・照明光線束(光ビーム)
51.1,51.2,51.3,51.4,213.1,213.2・・・不使用領域
30,32,34,230,232,234,1003.1,1003.2・・・環状構成要素
20,22,24;210,212,214,1002.1,1002.2・・・環状開口構成要素
102・・・第1の光学素子
104・・・第2の光学素子
106,108,110・・・反射鏡(光学素子)
126・・・投影光学系
150・・・第1の格子素子
156・・・第2の格子素子
180・・・絞り
200.1,202.1,204.1,1007.1,1007.2・・・第1の環状セグメント(第1のセグメント,第1の反射鏡セグメント)
200.2,202.2,204.2・・・第1の光学面
200.3,202.3,204.3,1009.1,1009.2・・・第2の環状セグメント(第2のセグメント,第2の反射鏡セグメント)
200.4,202.4,204.4・・・第2の光学面
203.1,203.2,203.3,1006.1,1006.2,1006.3・・・冷却装置
220,222,240,242,1000・・・間隙
311.1,312.1・・・始点
311.2,312.2・・・終点
1030.1,1030.2・・・使用領域
1032・・・不使用領域
1202.1,1202.2,1202.3,1202.4・・・ブリッジ部
1204.1,1204.2,1204.3,1204.4・・・スポーク
Z・・・中間像
【0001】
本発明は、波長が193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV(極短紫外線)領域の波長による照明光学系に用いられ、光源から放射される光を受容しかつ所定平面内の領域を照明するための、共通回転軸線周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有する集光器に関する。各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ対応させられ、割り当てられている。上記回転対称な反射鏡椀形状部は、少なくとも一つの第1の光学面を持つ少なくとも一つの第1の反射鏡セグメントを備えている。上記第1の光学面には、回転軸線を基準にして始点及び終点が設けられており、このとき、上記始点は、外側の周辺光線を、そして、上記終点は、内側の周辺光線を決めている。これらの内側ならびに外側の周辺光線は、上記反射鏡椀形状部の第1の光学面上で反射されて物体側の開口から上記所定平面内の照明すべき領域に向けて当該集光器を通過する光ビームの境界を画定している。この光ビームによって、隣り合う二つの反射鏡椀形状部の間の使用される領域が画定されている。
【0002】
さらに、本発明は、上記の類の集光器を有する照明光学系、及び本発明による照明光学系を有する投影露光装置、ならびに微細構造を露光するための方法を提供する。
【背景技術】
【0003】
波長が193nm以下、特にX線領域の波長のための入れ子式の集光器が多くの文献から周知となっている。
【0004】
例えば特許文献1として米国特許第5768339号明細書には、X線用のコリメータが開示されている。この発明では、コリメータが複数の放物面形状の反射鏡を有している。米国特許第5768339号明細書に記載のコリメータは、X線光源から等方に放射される光線束を平行な光線にコリメートするのに用いられている。
【0005】
特許文献2としての米国特許第1865441号明細書から、X線用の入れ子式の集光器が周知となっている。この集光器は、米国特許第5768339号明細書の場合と同様に、光源から等方に放射されるX線を平行な光線束にコリメートするのに使用されている。
【0006】
特許文献3として、米国特許第5763930号明細書には、ピンチプラズマ光源に用いられる入れ子式の集光器が開示されている。この集光器は、光源から放射される光線を集光し、光導波路に集束させるためのものである。
【0007】
特許文献4としての米国特許第5745547号明細書には、多重光路光学系の幾つかの構成が示されている。これらの多重光路光学系は、多重反射によって光源からの光線、特にX線を一点に集束させるのに用いられる。
【0008】
特に高い移送効率を実現するために、米国特許第5745547号明細書に記載の発明は、楕円形に形成された反射鏡を提案している。
【0009】
特許文献5として、独国特許発明第3001059号明細書より、放物面形状に構成された入れ子式の反射鏡をX線光源とマスクとの間に有する、X線リソグラフィーシステム用の構成が周知となっている。上記の反射鏡は、発散するX線を平行に延びる光線束にして出力するように設けられている。
【0010】
独国特許発明第3001059号明細書に記載の構成もまた、専らX線リソグラフィー用の良好な平行光線化を実現するためにのみ用いられている。
【0011】
特許文献6としての国際公開第99/27542号パンフレットより周知の入れ子式の反射鏡の構成は、X線プロキシミティリソグラフィー光学系の場合に、光源からの光を再集束させて仮想光源を形成するのに用いられている。入れ子式になった椀形状シェルは、楕円面の形をしている。
【0012】
特許文献7としての米国特許第6064072号明細書より、高エネルギー光子源用の入れ子式の反射鏡が周知となっている。この反射鏡は、発散するX線を平行に進む光線束にするのに用いられている。
【0013】
特許文献8として、国際公開第00/63922号パンフレットには、中性子線を平行にするために使用される入れ子式の集光器が開示されている。
【0014】
特許文献9としての国際公開第01/08162号パンフレットより周知のX線用の入れ子式の集光器は、個々の反射鏡椀形状部の内側の反射面の表面粗度が12Årmsより小さいことを特徴としている。この国際公開第01/08162号パンフレットに開示された集光器には、多重反射光学系、特にヴォルター(Wolter)光学系も設けられており、例えばX線リソグラフィーに対して要求される高い解像度に特徴がある。
【0015】
特許文献10としての独国特許出願公開第19903807号明細書または、特許文献11としての国際公開第99/57732号パンフレットなどに記載のEUVリソグラフィーのための照明光学系の場合には、解像度の他に、均一性ないし一様性、そしてテレセントリック性に対して高い仕様が求められる。このような光学系の場合、光源の光は、いくつかの特定の光源に対して一つの集光器によって集光される。
【特許文献1】
米国特許第5768339号明細書
【特許文献2】
米国特許第1865441号明細書
【特許文献3】
米国特許第5763930号明細書
【特許文献4】
米国特許第5745547号明細書
【特許文献5】
独国特許発明第3001059号明細書
【特許文献6】
国際公開第99/27542号パンフレット
【特許文献7】
米国特許第6064072号明細書
【特許文献8】
国際公開第00/63922号パンフレット
【特許文献9】
国際公開第01/08162号パンフレット
【特許文献10】
独国特許出願公開第19903807号明細書
【特許文献11】
国際公開第99/57732号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明の課題は、照明光学系に必要な均一性ならびにテレセントリック性に対する高い要求を満たし、とりわけ、ハーフミラー(出力ミラー)、検出器、あるいは光学的な作用を持たない例えばシールド装置、冷却装置、検出装置、固定装置等の部材といったさらなる構成要素(コンポーネント)の組み立てを可能にし、その際、像側の平面における均一な照明ができるだけ影響を受けないようにする、193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV(極短紫外線)領域の波長を用いる照明光学系のための集光器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
この課題は、本発明により、光源から放射される光を受容するとともに請求項1に記載の特徴を有する物体側の開口を備えた集光器によって解決される。本発明による集光器は、共通の回転軸線周りに、互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられた多数の回転対称な反射鏡椀形状部を有している。これらの各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の環状開口構成要素が一つ一つ対応させられて割り当てられている。回転軸線方向における反射鏡椀形状部の長さ、ならびに反射鏡椀形状部の表面パラメータと位置は、隣り合う2つの反射鏡椀形状部の間、つまり外側の一つの反射鏡椀形状部と内側の一つの反射鏡椀形状部との間に、不使用領域が形成されるように選ばれる。不使用領域とは、本明細書中、2つの反射鏡椀形状部の間、つまり内側にある反射鏡椀形状部と外側にある反射鏡椀形状部の間の領域であって、物体側から像面に向かって集光器を通過する光ビームによって使われることのない領域を意味する。この不使用領域は、通常、内側の反射鏡椀形状部の背面側、つまり、反射しない側にある。内側の反射鏡椀形状部とは、内側の反射鏡椀形状部と外側の反射鏡椀形状部の2つの反射鏡椀形状部のうち、回転軸線までの距離が短い方の反射鏡椀形状部のことである。
【0018】
特に好ましいのは、上記不使用領域に冷却装置が設けられ、この冷却装置が、入射して一部吸収される光線に起因した反射鏡椀形状部の温度上昇を防止するのに用いられることである。個々の反射鏡への熱負荷は、200Kまで許容できる。2つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域に冷却装置を設けることによって、冷却装置の設置によって生じる可能性のあるさらなる光量損失を防ぐことができる。このため、照明対象の平面における照明が、冷却装置の影によって影響を受けない。本発明の好ましい実施形態においては、平面内の照明すべき領域は、幾つかの環状構成要素からなり、各環状構成要素には、それぞれ一つの環状開口構成要素が対応させられて割り当てられており、回転軸線方向の反射鏡椀形状部の長さ、該反射鏡椀形状部の表面パラメータ、及び該反射鏡椀形状部の位置は、平面内における個々の環状構成要素の照射強度(放射強度)が十分一致するように選ばれている。
【0019】
発明者は、本発明のように入れ子式の集光器を構成することによって、一平面の所定領域に十分均一な照明が実現できるという知見を得た。特に好ましいのは、反射鏡椀形状部が楕円面、放物面または双曲面の環状の一部(環状セグメント)とされている場合である。放物面の場合は、完全に平行な光線束が得られ、従って無限遠に位置する光源が得られる。例えば米国特許第6198793号明細書に記載されているように、照明対象の平面に設けられた第1の格子素子を有する第1の光学素子によって2次光源を作り出そうとする場合には、放物面の環状セグメントとして形成されている反射鏡椀形状部において、個々の格子素子は、集光作用を持つことになる。この米国特許第6198793号明細書に開示された内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【0020】
集光作用は、集光器にも持たせることができる。本発明によるこのような集光器は、収束する光線束が形成されるように、楕円面の一部である椀形状部を備えることになろう。楕円面の一部とされた椀形状部を有する集光器に、集光作用を持たせることによって、第1の光学素子の第1の格子素子を例えば平坦な切り子面として形成することができる。
【0021】
双曲面の一部とされた椀形状部を有する集光器を用いると、発散する光線束が得られ、集光器をできるだけ小さな寸法で形成する必要がある場合には、特に重要となる。
【0022】
従来技術による入れ子式の集光器と比べると、本発明による集光器は、異なる椀形状部(シェル)の複数の反射鏡の回転軸線方向の長さがそれぞれ異なる点に特徴がある。この特徴によって、照明対象の平面内の環状の領域に、十分均一な照明を実現することができる。これらの反射鏡の寸法と間隔を、先に引用した従来技術の場合のようにほぼ等しくすると、例えばコリメートされ平行光線化された光線、あるいは集束された光線を確かに得ることはできても、その一方で環状の領域における均一な照明を得ることはできない。また、角度に依存した反射損失は、上記平面内の均一な照明が行われるように、集光器をそれに合わせた構成にすることで補償することができる。
【0023】
本発明による集光器の好ましい実施の形態において、外側の反射鏡椀形状部の位置は、内側の反射鏡椀形状部の位置に比べると、照明対象の平面から一層遠く離れている。ここで、反射鏡椀形状部の位置とは、集光器の回転軸線を基準にして、椀形状部(シェル)の起点(始点)と終点との間の中間点の位置を意味するものとする。内側の反射鏡椀形状部とは、2つの反射鏡椀形状部、すなわち内側および外側の反射鏡椀形状部のうち回転軸線までの距離が小さい反射鏡椀形状部のことをいう。
【0024】
入れ子式の集光器を用いるとはいっても、単に離散的な近似においてのみ均一化が得られるのにすぎないので、集光器はできるだけ多くの椀形状部を有していることが好ましい。本発明による集光器は、好適に4個以上、特に好適には7個以上、さらに好適には10個以上の反射鏡を椀形状(シェル形状)の構成で備えていることが好ましい。
【0025】
等方的に光を放射する光源の場合、本発明による集光器により、同じ大きさの角度部分(角セグメント)が同じ大きさの面に確実に写される。しかも、角度に依存した反射損失は、集光器をそれに合わせて形成することによって補償されるので、照明すべき平面に均一な照明が得られる。
【0026】
照明すべき平面内を均一に照明するために特に有利であるのは、環状構成要素が連続的に隣同士互いにつながっている場合である。平面内の均一照明は、上記環状構成要素に対して一つ一つ割り当てられた環状開口構成要素が連続的に隣同士つながっておらず、間隙を有している場合であっても実現される。特に好ましいのは、照明すべき平面における光量の損失をもたらすことなく、例えば光学作用を持たない装置、なかんずく冷却装置のようなさらなる別のコンポーネントを上記の間隙に配置することができる点である。
【0027】
光源が等方的でない場合、放射特性は、集光器によって均一な照明に変換することができる。
【0028】
好ましい実施の形態では、少なくとも2つの環状構成要素の半径方向の幅が等しい大きさとされ、内側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さは、外側の環状構成要素に対して設けられた集光器の反射鏡椀形状部の回転軸線方向の長さよりも長い。内側の環状構成要素とは、2つの環状構成要素、すなわち内側の環状構成要素および外側の環状構成要素のうち、回転軸線までの距離が小さいものをいう。
【0029】
本発明による集光器は、好ましくは次のように形成されている。すなわち、第1の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第1の環状構成要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第1の比と、第2の環状構成要素の半径方向の大きさの、当該第2の環状要素に対して割り当てられた環状開口構成要素の角度の大きさに対する第2の比とから得られる商が、第1の環状開口構成要素に入る第1の光度と、第2の環状開口構成要素に入る第2の光度とから得られる商に等しくなり、つまりは以下の式が成立するように集光器が形成されている:
【0030】
【数1】
【0031】
これとは異なる本発明の他の実施形態では、入れ子式の反射鏡椀形状部は、一つの反射鏡椀形状部において複数回の反射(多重反射)が生じるように形成されている。
【0032】
一つの椀形状部での多重反射によって、反射角度が小さく維持される。
【0033】
表面接線に対して20度未満の小さい入射角度をなして表面すれすれに入射する場合の反射において、モリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムまたは金などの材料を用いると、反射率は、表面接線に対する入射角とともに略直線的に変化するので、反射損失は、例えば16度で1回反射しても、あるいは8度で2回反射しても、大体同じになる。しかしながら、集光器の最大限達成可能な開口が得られるようにするには、2回以上の反射を用いることが好ましい。
【0034】
特に好ましいのは、2回反射する系である。2回反射する集光器は、入れ子式のヴォルター(Wolter)光学系として形成することができる。ここで、ヴォルター光学系は、例えば、双曲面の環状の一部とされた第1の反射鏡椀形状部と、楕円面の環状の一部とされた第2の反射鏡椀形状部とを有している。
【0035】
ヴォルター光学系は、Wolter, Annalen der Physik 10, 94-114, 1952 などの文献から周知である。光線の反射位置から当該光線が光軸を横切る位置までの距離が実とされるような、つまり、光源の中間像を実像として有するような、双曲面と楕円面とを組み合わせて形成されたヴォルター光学系については、J. Optics, Vol. 15, 270-280, 1984 を参照されたい。
【0036】
ヴォルター光学系の特に優れた点は、表面接線に対して20°より小さい入射角での2回反射を用いるヴォルター光学系の場合に、開口角度80°に相当する、最大NAmax〜0.985までの集光の開口を選ぶことができ、その際に、それでもまだ70%より大きい反射率を有するような、かすめるようなすれすれの斜入射角のもとで高反射率の反射領域が存在することである。
【0037】
本発明の第1の実施の形態では、椀形状部の第1の環状セグメントと第2の環状セグメントとは、連続的に隣同士互いにつながっておらず、これら第1の環状セグメントと第2の環状セグメントとの間には、反射鏡椀形状部の使用されない領域、言うなれば一種の間隙が存在している。
【0038】
特に好ましくは、2シェル系の反射鏡椀形状部の不使用領域内には、さらなるコンポーネント、特に冷却装置といったとりわけ光学作用を持たない部材が設けられている。
【0039】
このような他のコンポーネントを2つのセグメントの間の不使用領域に設ける場合にも、コンポーネント配置に伴う付加的な光量損失を回避することができる。
【0040】
特に好ましいのは、入れ子式の集光器の個々のシェルが保持装置によって互いに結合されている場合である。斯かる保持装置は、例えば半径方向に延びる支持スポークを備えることができる。半径方向に延びる支持スポークの部分には、冷却剤を上記冷却装置に供給するための、あるいは冷却剤を冷却装置から排出するための供給装置や排出装置を設けることができる。このとき、冷却装置は、冷却路を備えていることが好ましい。冷却装置が、環状の冷却プレートとして2つの集光器シェルの間の不使用領域内に設けられている場合には、とりわけ良好に熱が排出される。上記の環状のプレートは、冷却導管を有することができる。この冷却導管は、保持装置のブリッジ部分の影になる所を外側に向かって導くことができる。このプレートは、好ましい一実施形態において、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して、反射鏡椀形状部に物質的に一体に接続することができる。こうすることで、熱が熱伝導を介して取り去られる。これとは異なり、冷却プレートは、単に反射鏡椀形状部上に載っているだけにすることもできる。この構成は、熱膨張によって冷却装置と反射鏡椀形状部との間に変形が起こるかもしれない場合には、特に好ましい。この場合、熱は、もはや熱伝導によってではなく、放射を介して取り去られることになる。環状冷却プレートは、大面積による冷却のために冷却効率が良い点に長所がある。しかも、このような構成によって、回転対称で均一な冷却が実現される。このような冷却構造によって、光学的な質は、殆ど影響を受けない。
【0041】
本発明は、集光器の他に、このような集光器を有する照明光学系も提供している。照明光学系は、好ましくは、米国特許第6198793号明細書に示すように、第1の格子素子を複数有する第1の光学素子と、第2の格子素子を複数有する第2の光学素子とを備えた2重(2箇所)に切り子面が設けられた照明光学系とされている。この米国特許第6198793号明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【0042】
第1の格子素子、及び/又は、第2の格子素子は、平坦な切り子面とされるか、あるいは、集光作用ないし発散作用を有する切り子面とすることができる。
【0043】
本発明の実施の形態では、第1の格子素子を有する第1の光学素子上において、環状の領域のみが照明される。上記第1の格子素子は、その際、上記環状領域の内側に配置されていることが好ましい。
【0044】
本発明による集光器を有する照明光学系は、マイクロリソグラフィーのための投影露光装置において好適に使用される。このような投影露光装置は、PCT/EP 00/07258に開示され、その開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。投影露光装置は、照明光学系に対して後置された投影光学系、例えば米国特許第6244717号明細書に示されるように4枚の反射鏡を有する投影光学系を有し、この明細書の開示内容は、包括的に本願に取り入れられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0045】
以下に本発明を図面に基づいて例を挙げながら説明する。
【0046】
本明細書中、Neumann/Schroederによる「Bauelemente der Optik(光学系を組み立てる素子)」, Hauser-Verlag(ハウザー出版) 1992, p.28-29 に従って、以下の表に記載された光学技術的な概念を用いる。
【0047】
【表1】
【0048】
図1は、光源1、集光器3、光源像5および中間平面7を有する光学系の原理図である。光源1は、一定の光度で空間に光線を放射する。この光度は、通常、角度α、およびφ(図示されぬz軸周りの角度)に依存して、I(αφ)となる。
【0049】
軸対称の光源の場合は、以下の式が成立する:
I(αφ)=I(α)
【0050】
後続の集光器3により、放射された光が集光され、束ねられる。集光器3によって、光源1の像が形成されるが、このとき、光源像5は、図1に示すように、実像であるか、虚像であるかのいずれであってもよい。また、光源1自身が、すでに或る物理的実体のある一つの光源の像になっていても構わない。いずれの場合でも、集光器3の後方の平面7において所定の照明9が得られる。この照明は、集光器の像側空間内の角度α´での立体角要素(Raumwinkel-element)である放射円錐11の光度を投影したものに相当する。一つの平面7において照明が均一化されていると、集光器の後方の他のどの平面においても、光源1の像5が位置する像面から当該平面が十分に離れている限り、おのずと照明は均一化される。像側の空間における放射円錐11に、物体側の空間における放射円錐13が対応し、この放射円錐13は、角度αでの立体角要素に放射される光源の光度I(α)で満たされている。
【0051】
本発明によれば、どのような光源1も一つの光源像に結像される。この光源像は、実像(すなわち、光の方向に関して集光器3から右側)であってもよいし、虚像(すなわち、光の方向に関して集光器3から左側)であってもよいし、あるいは無限遠に位置していてもよい。
【0052】
本発明の好ましい実施形態において、どのような光源1の放射特性も変換されて、中間像の前方あるいは後方で十分均一な照明が得られるようになる。
【0053】
本発明により、以下の式が成立する:
式(2.1)
【0054】
【数2】
【0055】
ここで、
E:平面7における照射強度
Φ:光束
dA:平面7における面素
dΩ:物体側の開口内の角度要素
I*(α):角度αでの光源の光度
R(α):集光器の反射率が有限かつ角度に依存するために生じる光の損失に比例した減衰因子(以下、I(α)=R(α)×I*(α)を用いることとする。)
である。
【0056】
従って、照射強度の等しい2つの環状構成要素に関して以下の式が成立する:
式(2.2)
【0057】
【数3】
【0058】
上記の式から以下の関係式が導かれる:
式(2.3)
【0059】
【数4】
【0060】
等方的でない光源、または反射損失R(α)の差が大きい場合、環状開口構成要素、あるいは平面7上の環状構成要素を式(2.3)を満たすように選択しなければならない。
【0061】
一般に、中間像を形成すると同時に放射特性を適合させるという課題は、反射鏡やレンズといったような単純な光学素子によって解決することはできない。本願では光学系の光軸と同じになっているz軸の周りに回転対称な放射特性であれば、少なくとも離散した領域に対しては、特殊な類のフレネル光学系によって同等の照明を実現することができる。
【0062】
この点について以下に、光源1の中間像が実像である場合を例にして説明する。中間像が虚像である場合、または光源像が無限遠に形成される場合については、当業者によって類似の構成が容易に想到されよう。
【0063】
図2に示すように、光源1の周りに例えば3つの角度部分(角セグメント)、すなわち環状開口構成要素20,22,24を選択する。環状開口構成要素を通る光束は、以下の式で与えられる:
式(2.4a)
【0064】
【数5】
【0065】
例えば高密度プラズマ光源のような現在用いられている回転対称な光源の多くは、光度が角度αとともに僅かしか変化せず、光束は、近似的に以下のように記述することができる:
式(2.4b)
【0066】
【数6】
【0067】
ここで、
Φi:光束
I*(α):角度αにおける光源の光度
αi:i番目の角度部分の緯度
αi+1:αi+1=αi+dαiとなる、i番目の部分の外側の角度
dαi:i番目の角セグメントの幅
である。
【0068】
式(2.4)によって、一般には異なる値になる角度変化量dαiが決定され、その結果、対応する平面7内の環状構成要素での照射強度が十分同じになる。
【0069】
図2には、環状開口構成要素20,22,24が示されている。図に示されているのは、NAminとNAmaxとの間に位置する3つのセグメント20,22,24を有する例である。セグメント22とセグメント24は、隣同士互いにつながっているが、セグメント20とセグメント22の間には、僅かな間隙26が存在している。
【0070】
環状の開口セグメント、つまり環状開口構成要素20,22,24のそれぞれに対して、照明すべき平面7において環状構成要素30,32,34がそれぞれ割り当てられており、このとき、以下の式が成立する:
(式2.5)
【0071】
【数7】
【0072】
ここで、
ri:照明すべき平面7におけるi番目の環状構成要素の内側の距離
ri+1:照明すべき平面7におけるi番目の環状構成要素の外側の距離
dri:i番目の環状構成要素の高さ変化量、すなわち半径方向の広がり
である。
【0073】
環状構成要素30,32,34は、例えば、同じ大きさの間隔、dri=dr=一定が、環状構成要素の周辺光線同士の間で得られるように選ばれている。図3には、環状構成要素30,32,34を有する平面7における照明が示されている。
【0074】
環状構成要素が平面7において十分均一な照射強度を有している場合には、光束に対して以下の式が成立する:
(式2.6)
【0075】
【数8】
【0076】
ここで、
Φ´i:照明対象の平面7におけるi番目の環状セグメントを貫く光束
である。
【0077】
i番目の集光器シェルにおける反射損失R´(α)を考慮して、i番目の環状開口構成要素の幅dαi、ならびにi番目の環状セグメントの半径方向の広がりの大きさdriを決めることができる。
例えば、半径方向の広がりdrを一定に選ぶことができる。以下の式:
(式2.7)
【0078】
【数9】
【0079】
ならびに、以下の式で表される十分均一な照射強度Eに対する要求から:
(式2.8)
【0080】
【数10】
【0081】
式(2.4b)を代入して、αi+1について解くと:
(式2.9)
【0082】
【数11】
【0083】
ここで、
E:照明対象の平面7における十分均一な照射強度
ri:照明対象の平面7内におけるi番目の環状構成要素の内側の距離
ri+1:照明対象の平面7内におけるi番目の環状構成要素の外側の距離
αi:i番目の環状開口構成要素の内側の角度
αi+1:i番目の環状開口構成要素の外側の角度
である。
【0084】
平面7内の環状構成要素が式(2.5)によって選択されると、式(2.9)によって環状開口構成要素の角度を決めることができる。こうして、環状構成要素もしくは環状開口構成要素の周辺光線が決定される。
【0085】
選択された光線の交点上で、集光器3の楕円形の椀形状部(シェル)がそれぞれ求められる。中間像が虚像の場合は、椀形状部は、双曲線形状になり、光源像が無限遠の場合は、放物線形状になる。このとき、それぞれの環状開口要素20,22,24において代表的な光線が1つ選択されている。
【0086】
このように楕円面形、または、双曲面形ないし放物面形の椀形状部の場合、物点および像点、これは図において光源1および光源像5に相当するが、これらの点と、さらに別のもう1つの点だけが与えられれば十分である。ここでは、しかし、2点、つまり集光器の椀形状部の始点および終点が与えられている。すなわち、問題が重複決定されている。けれども、照明目的で光源を結像させるための結像特性は、通常ほとんど気にしなくてもよいため、例えば楕円または双曲面または放物面に、楔形や円錐台形の形状をなした円錐部分を付け加えることができる。これは、若干の焦点ずれを生じるものの、大したものではない。別構成として、わずかな遮蔽部は我慢するというものがある。これは、現れる間隙をごく小さく選択できるからである。間隙の大きさは、椀形状部の配置(レイアウト)、そして特に数量により最小限にすることができる。間隙は、例えば、前方に、つまり光源から受容するパワーに現れるように選択され、そして、後方に、つまり照明すべき平面には現れないように選択される。
【0087】
集光器が多くの椀形状部を有する場合は、特に、円錐台形のみから集光器を構成することもできる。このような構成は、加工上の観点から有利である。
【0088】
遮蔽を無視する条件のもとでなら、角セグメントすなわち環状開口構成要素20〜24を貫く光束も、面セグメントすなわち環状構成要素30〜34のいずれを貫く光束もいずれもそれぞれ確実に等しくなる。
【0089】
原理的には、角度に依存した、したがって、セグメントに依存した反射損失は、それに見合うだけの角度変化量iをあてがうことによって補償することもできる。このとき、本発明により平面7を十分均一に照明したいと考えているので、等しい変化量を有する環状セグメントに対して割り当てられている環状開口セグメントは、同じ大きさにはならない。別構成として、環状構成要素の高さ変化量drが等しくならないように選ぶこともできる。
【0090】
図4には、z軸周りに回転対称に設けられた楕円面セグメントからなる入れ子式の集光器3が示されており、このような集光器3によれば確実に平面7が十分均一に照明される。z軸周りに回転対称であるので、集光器3の半分だけが断面で示されている。図4に示された集光器は、4個の椀形状部40,42,44,46を備えている。
【0091】
これらの椀形状部40,42,44,46は、z軸からほぼ等距離に設けられている。ここで、z軸からの距離は、椀形状部の最大直径に相当し、この最大直径は、椀形状部の番号iにほぼ比例している。つまり、2つの隣り合う椀形状部の間隔は、略等しい。
【0092】
各反射鏡椀形状部40,42,44,46には、それぞれ一つの内側周辺光線41.1,43.1,45.1,47.1が配されている。内側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の終点から与えられている。また、各反射鏡椀形状部40,42,44,46には、それぞれ一つの外側の周辺光線41.2,43.2,45.2,47.2が配されている。外側の周辺光線は、反射鏡椀形状部の光学面の始点から特定されている。図4から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線は、これらの反射鏡椀形状部に対して振り分けられた照明光線束49.1,49.2,49.3,49.4の境界を画定する。照明光線束は、反射鏡椀形状部40,42,44,46の光学面上で、光源像の方向に反射される。反射鏡椀形状部の光学面とは、本明細書中、光源1から入射する照明光線束を受容して光源の像5の方向に反射する反射鏡椀形状部の面のことを言う。入射する照明光線束と反射鏡椀形状部の光学面上で反射された照明光線束とは、隣同士の2つの反射鏡椀形状部の間に、光に用いられる領域を画定する。また、明らかに分かるのは、隣接する反射鏡椀形状部の、光学面と反対の側に、一例として光学的作用を持たない例えば冷却装置のようなコンポーネントを設けることができるような不使用領域51.1,51.2,51.3,51.4が使える状態にあるという点である。この不使用領域に例えば冷却装置等を配置する利点は、配置に伴う付加的な光量損失をもたらさないような冷却が可能となる点である。
【0093】
図4には、さらに光源1、照明すべき平面7および光源像5が示されている。
【0094】
他の構成要素の符号は、これまで述べてきた図に用いられた符号に対応している。
【0095】
これに代わる構成として、図5に示すように、椀形状部の長さを減少させた構成も可能である。例えば最も内側に設けられた角セグメントすなわち環状開口構成要素20を2つの角セグメント、すなわち環状開口構成要素20.1,20.2に分割できる。それに応じて対応する平面7内の最も内側の環状構成要素30も、2つの環状構成要素30.1,30.2に分割すればよい。こうして内側の2つのセグメントに対して2つの椀形状部40.1,40.2が得られるが、これらは、図5から明らかなように、椀形状部40よりも短くなる。上述の図に示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【0096】
屈折光学系についても同様の構成が考えられる。屈折光学系では、上記の入れ子式の反射鏡椀形状部40,42,44,46は、図6に示すような軸外の円環状のレンズセグメント50,52,54,56に置き換えられる。
【0097】
図6は、レンズの円環状の軸外セグメントの配置構成を示している。この構成によって、光源の特定の放射特性に対する平面7の均一な照明が実現される。z軸周りに回転対称に設けられた光学系は、半分だけが概略的に断面で示されている。異なる大きさの角度要素が、等しい大きさの高さ部分へと偏向され、その結果、光源の放射が等方的でない場合でも均一な照明が実現される。
【0098】
入れ子式の反射型の集光器は、必然的に中央の遮蔽部を有する。つまり、或る特定の開口角NAminを下回ると、光源の光線は入らない。従ってこのような光線は、後続の照明光学系に到達しないように、絞りによって遮断されなければならない。絞りは、例えば集光器の領域に設けられる。
【0099】
以下に本発明を、一実施形態に基づいてより詳しく説明する。
【0100】
出発点として、本発明による楕円群を用い、等方的な光源において、実像を伴う点から点への結像の場合を考えることにし、このとき、隣同士の反射鏡椀形状部の間隔を、ほぼ等しく選ぶことにする。
【0101】
楕円は、以下の式に従って定義される:
式(3.1)
【0102】
【数12】
【0103】
ここで、
式(3.2)
【0104】
【数13】
【0105】
図7には、例としてi番目の楕円形セグメントが示されている。このセグメントは、z軸周りに回転対称であるので、半分だけが断面で示されている。
【0106】
図7には、一つの反射鏡椀形状部に関して、表1の計算に使用された大きさが示されている。上述の図と同一の構成要素に関しては、同一の符号が使用されている。図に示すのは、以下の通りである。
v(i):i番目の反射鏡椀形状部のi番目の開始点
x(v(i)):i番目の開始点のx座標
z(v(i)):i番目の開始点のz座標、すなわち回転軸線RAにおける開始点
h(i):i番目の反射鏡椀形状部のi番目の終点
x(h(i)):i番目の終点のx座標
z(h(i)):i番目の終点のz座標、すなわち回転軸線RAにおける終点
m(i):i番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
x(m(i)):中間点のx座標
z(m(i)):中間点のz座標、すなわち回転軸RAにおけるi番目の椀形状部の開始点と終点との間の中間点
a,b:楕円のパラメーター
r(i):照明すべき平面における、i番目の椀形状部のi番目の環状構成要素の、回転軸線RAからの距離
NA(i):i番目の椀形状部のi番目の環状開口構成要素の内側周辺光線の開口角の正弦
【0107】
図8は、前記のように定義されたパラメーターを用いて計算された実施の形態について得られた椀形状部60,62,64,66,68,70,72,74,76,80の楕円群を示している。本実施形態においては、角度変化量dαを等しい大きさに選んだだけでなく、高さ変化量drをも等しい大きさに選んだ。このような選択は、等方光源で比較的開口が小さいときに、特に、照射強度が単に近似的に等しくなるだけであれば可能である。データは、表2に記載されている。表2に記載された全ての長さは、mmの単位によるものである。表面接線に対する入射角は、全て19°を下回っている。最大光線の表面接線に対する入射角は、図8の実施形態では、18.54°である。
【0108】
初期値として以下の値を選択した:
平面7と光源像5の距離:z=900mm
焦点間距離の半分:e=1000mm
平面7上の高さ変化量:dr=7.5mm
平面7における中央の遮蔽部:rmin約22.5mm(NA´min約0.025)
光源1における最小の開口NAmin:NAmin=0.12
最大の開口:33°に対応してNAmax<0.55
光源1における角度変化量:dαi=2.4°=一定値
【0109】
【表2】
【0110】
図9には、照明の均一性の目安として、図8および表2に示す実施の形態の横倍率βが、像側の開口角の関数として示されている。横倍率βは、角度に関しては一定でなくてもよいが、平面7における最大半径rmaxに関しては、或る特定の横倍率に設定されなくてはならない。
【0111】
図10には、理想的な横倍率β−idealと、光線を平行にする目的を達成するための離散的な手法による実際の横倍率βとが、平面7における半径rとの関係において示されている。理想的な横倍率からのずれは、例えば図5に示すように内側の椀形状部をそれぞれ2つに分けるなどして、椀形状部の数を増やすことによって減少させることができる。これにより、平面7において、さらに良好な照明の均一化が実現される。
【0112】
図11は、例えばマイクロエレクトロニクス構成部材を製造するための、本発明を用いることのできる投影露光装置を原理的に示す図である。投影露光装置は、光源ないし光源の中間像1を有している。図では4本の光線によってのみ代表的に示される光源1から放射される光は、本発明による入れ子式の集光器3によって集光され、多数の第1の格子素子、いわゆるフィールドハニカムを有する反射鏡102に向けて偏向される。この図においては、第1の格子素子は平坦とされている。反射鏡102は、フィールドハニカム反射鏡とも呼ばれる。フィールドハニカムが設けられた平面103における照明は、図12に示すように、予め設定された環状領域内で十分均一になっている。平面103は、集光器の光軸に対して正確には垂直に設けられておらず、そのため、図1による均一に照明すべき平面7に正確には対応していない。しかしながら、わずかな傾斜角があっても、何ら導出を変更するわけではなく、照明がわずかに歪むだけで、結局、平面が集光器の光軸に垂直であれば得られるであろうような均一性と比べても無視できるぐらいにしか違ってこない。照明光学系は、米国特許第6198793号明細書に開示されているような2箇所に切り子面が設けられた照明光学系であり、この発明の内容は、本願に包括的に取り入れられている。従って光学系は、複数の格子素子104を有する第2の光学素子を備えている。これらの格子素子は、瞳ハニカムと呼ばれている。光学素子106,108,110は、主に、物面114にフィールドを形成するのに用いられる。物面上のレチクルは、反射型のマスクとされている。レチクルは、走査型のシステムとして構成されたEUV投影光学系においては、図に示す方向116に移動可能とされている。照明光学系の射出瞳は、十分均一に照明される。射出瞳は、後続の投影光学系の入射瞳と一致している。投影光学系の入射瞳は、図に示されていない。投影光学系の入射瞳は、レチクルから反射された主光線と投影光学系の光軸との交点に存在している。
【0113】
例えば米国特許出願第09/503640号明細書に記載の6枚の反射鏡128.1,128.2,128.3,128.4,128.5,128.6を有する投影光学系126によって、上記レチクルが露光すべき物体124に結像される。
【0114】
図12は、第1の格子素子を有する第1の光学素子の面における照明の分布と照明の平均値とを示している。照射強度E(r)が、入れ子式の集光器の回転軸線zからの半径方向の距離rとの関係において示されている。均一な照明が離散的にしか得られないことがはっきりわかる。
【0115】
図13は、EUV投影露光装置の原理を示す図であり、図11の装置と異なる点は、光源1が中間像Zとして結像されることである。さらに本図では、第1の格子素子は、集光作用を有している。光源1の中間像Zは、集光器3と第1の切り子面反射鏡102との間に形成されている。その他の全ての構成要素は、図11に示す構成要素と同一であるため、同一の符号を付す。
【0116】
以下の図14ないし図21においては、ヴォルター光学系として形成された、本発明による入れ子式の集光器が示されている。
【0117】
ヴォルター光学系は、光源1を光源の中間像Zに実像として結像させるために、好ましくは双曲面と楕円面とを組み合わせたものからなるか、無限遠に結像するために双曲面と放物面とを組み合わせたものからなるが、このヴォルター光学系の特徴は、正弦条件を広範囲で満たすこと、つまり双曲面と楕円面との組み合わせによる拡大もしくは横倍率が、大きな開口領域にわたって十分一定になっている点である。図9に示すように、単に楕円面型の椀形状部のみ有する均一照明のための集光器の場合、横倍率βは、椀形状部内でかなり激しく変化する。これに対して、ヴォルター光学系の場合には、横倍率βは、椀形状部内で十分一定となる。この様子は、図17における8枚の椀形状部が入れ子式に設けられた光学系について、図14に示されている。図17に示された光学系は、入れ子式の反射鏡椀形状部のそれぞれがヴォルター光学系とされ、双曲面の一部とされた第1の光学面を有する第1の環状セグメント(環状の部分)と、楕円面の一部とされた第2の光学面を有する第2の環状セグメント(環状の部分)とを有している。ヴォルター光学系は、かくして、一つの椀形状部が楕円面形のシェルしかもたない光学系に比べると、一つの椀形状部に2つの光学面、つまり第1の光学面及び第2の光学面を有している。これらの光学面は、構造的に見て別々に分離されていてもよい。
【0118】
図14に示す通り、ヴォルター光学系の椀形状部は、ほとんど一定の横倍率βを有するので、平面の理想的な均一照明のためには、物体側の開口に間隙が生じなければならない。このことが言えるのは、特に以下の理由にもよるのである。つまり、物体側の開口における間隙は、回転軸線までの距離が最大である椀形状部に浅い角度で入射する場合、回転軸線までの距離が最小である椀形状部よりも反射率が小さくなるという理由である。反射鏡の材料としては、好ましくはモリブデン、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウムあるいは金が考えられる。上記の如き反射率の違いは、横倍率を増加させることによって補償しなくてはならない。従って、均一な照明を行うために、椀形状部ごとに横倍率を変化させなければならない。このとき集光器に後続する開口を間隙なく満たすか、もしくは入れ子式の集光器の後方に設けられた面7を間隙なく照明したい場合には、物体側の開口には、間隙が生じることになる。このような間隙は、図1ないし図13において説明したような、例えば楕円面形の椀形状部を有する集光器では見られない。というのも、このような楕円形状のシェルを有する集光器の場合には、横倍率が椀形状部上にわたって変化し、それによって平面7を均一に間隙なく照明できるばかりでなく、間隙の無い物体側の開口も得ることができるからである。
【0119】
図15には、本発明による入れ子式の集光器から、代表的に3つの椀形状部が示されている。各反射鏡椀形状部200,202および204は、第1の光学面200.2,202.2,204.2を持つ第1の環状セグメント200.1,202.1,204.1と、第2の光学面200.4,202.4,204.4を持つ第2の環状セグメント200.3,202.3,204.3とを有するヴォルター光学系をそれぞれ備えている。それぞれの反射鏡椀形状部200,202および204は、z軸周りに回転対称に設けられている。最も内側の椀形状部204の横倍率は、6.7で、2番目の椀形状部202の横倍率は、7.0で、最も外側の椀形状部200の横倍率は、7.5とされている。図15からわかるように、反射鏡椀形状部200,202および204に対してそれぞれ割り当てられている環状開口構成要素210,212,214は、隣同士互いにつながっていない。つまり、図15に示す集光器の物体側の開口は、個々の環状開口構成要素210,212,214の間に間隙220,222,224を有している。反射鏡椀形状部200,202および204のそれぞれに対して割り当てられた、平面7における環状構成要素230,232,234は、平面7の領域を均一に照明するように、十分連続的に隣同士互いにつながっている。
【0120】
特に好ましくは、環状開口構成要素の間隙220,222の領域には、反射鏡椀形状部200,202,204の背面側において冷却装置203.1,203.2,203.3が設けられている。これらの冷却装置は、内部を冷却剤が貫流できる冷却路とされていることが好ましい。冷却装置203.1,203.2,203.3は、各椀形状部の背面側をこれら椀形状部の回転軸線方向の全長にわたって幅広く延在している。2つの反射鏡椀形状部の間にある集光器の不使用領域に設けられた付加的なコンポーネントを有する実施形態は、再度図25により詳しく示され、詳述されている。
【0121】
各椀形状部200,202,204には、それぞれ、反射鏡椀形状部の第1セグメントの第1光学面の子午面内の終点によって定められる内側周辺光線205.1,207.1,209.1と、反射鏡椀形状部の第1セグメントの第1光学面の子午面内の始点によって定められる外側周辺光線205.2,207.2,209.2とが一つずつ配されている。これらの内側及び外側の周辺光線は、椀形状部に受容されて光源像に向け2つの隣り合う椀形状部の内部でさらに偏向される照明光線束の境界を画定している。2つの集光器シェルの間の照明光線束211.1,211.2が通過しない領域は、既に図4に示した単一シェル型の集光器のときと同様、不使用領域213.1,213.2と称される。図15から明らかに分かるように、環状開口構成要素の間隙の領域において、反射鏡椀形状部の背面側に設けられた冷却装置は、2つの反射鏡椀形状部の間の不使用領域内に配置されている。
【0122】
図15に示す実施の形態では、第1の光学面200.2,202.2,204.2と第2の光学面200.4,202.4,204.4は、やはり間隙無く隣同士互いに直接つながっている。
【0123】
図16には、本発明のさらなる実施の形態が示されており、ここでは、ヴォルター光学系として構成されている反射鏡椀形状部200,202の2つだけが代表的に示されている。図15において示されたものと同一の構成要素には、同一の符号が付されている。図16に示す実施の形態では、第1の光学面200.2,202.2と第2の光学面200.4,202.4は、隣同士互いに直接つながっていない。光学面の間には、それぞれ間隙もしくは不使用領域240,242が存在している。しかしながら、本実施の形態では、不使用領域において、反射鏡椀形状部は、それぞれの反射鏡椀形状部の第1のセグメントおよび第2のセグメント200.1,202.1,200.3,202.3の交点S1,S2まで延長されている。第1の反射鏡セグメント上の第1の光学面200.2,202.2は、いずれも、子午面内において、始点311.1,312.1と終点311.2,312.2とによって境界が定められている。このとき、上記子午面は、本実施形態では、光軸ないし回転軸線を含む任意の平面によって与えられている。光学面の始点ならびに終点311.1,312.1,311.2,312.2は、周辺光線205.1,205.2,207.1,207.2を規定し、この周辺光線が、回転軸線周りを回転させられて光ビームの境界を画定している。光ビームは、集光器を通されて、該集光器を物体側から像側に向かって通過する。集光器を通過させられる光ビームが、また集光器の使用領域を決定する。
【0124】
図16に示すように、間隙240,242の領域には、冷却装置、例えば反射鏡椀形状部の全外周を巡る冷却シールドを設けることができる。この冷却シールドは、図26に示すような回転軸線方向に延びるブリッジ部によって力学的に保持可能とされている。これらのブリッジ部は、良好な熱的接触を目的として周回する冷却シールドに例えばロウ付けされている。回転軸線方向に延びる冷却シールド用保持部材は、反射鏡椀形状部を保持する保持構造、例えばスポークホイールに固定することができる。これらのスポークホイール及び保持構造は、この図16には示されていない。
【0125】
図16に示すような間隙ないし不使用領域を有する構成は、拡がりを持った光源の場合に好適である。
【0126】
集光器を構成する際は、常に集光効率と照明の均一性とをつきあわせて検討する必要がある。照明すべき平面7において単に±15%の均一性だけを得ようというのなら、図17に示すような8シェル型の集光器が使用される。このとき符号200,202,204,205,206,207,208,209は、それぞれ2つの反射鏡セグメントを有する反射鏡椀形状部を表し、その際には、それぞれの椀形状部がヴォルター光学系をなしている。
【0127】
図17に示す集光器は、光源1と光源の中間像Zとの距離が1500mmとされ、物体側の開口は約0.72とされ、像側の開口は約0.115とされている。平面の接線に対する全体の入射角度は、13°以下とされている。図17に示す実施の形態において最大光線の、表面接線に対する入射角度は、11.9°となっている。
【0128】
図17では、さらに、最も内側の反射鏡椀形状部の内側に、絞り180が示されている。入れ子式の反射による集光器は、反射鏡椀形状部の大きさが有限であるため、必然的に中央部が遮蔽される。すなわち或る特定の開口角度NAmin以下になると、光源の光線が入らない。絞り180は、中央の椀形状部を通って直接到達してくる光が、後続の照明光学系に迷光として到達することを防ぐ。
【0129】
絞り180は、例えば光源の後方78mmに設けられ、開口遮蔽NAobs約0.19に対応して直径が30.3mmとされている。像側の開口遮蔽NA´obsは、それに対応して約0.0277とされている。
【0130】
図18には、図17に示す集光器の反射鏡椀形状部200,202,204,205,206,207,208,209の場合に、例えば第1の反射鏡椀形状部200の第1のセグメント200.1および第2のセグメント200.3の二つのセグメントを有して構成されたヴォルター光学系を特徴付ける座標が、一例として示されている。ZSは、光源1の位置を基準とした、曲面の頂点のz位置を示し、ZVおよびZHは、曲面の頂点の位置ZSを基準とした、双曲面である第1のセグメント200.1の開始位置および終了位置を示す。楕円面である反射鏡椀形状部の第2のセグメント200.3に関しても、符号ZS、ZVおよびZHが同じような意味で用いられる。
【0131】
個々の反射鏡椀形状部の曲率半径Rと円錐定数K、ならびに与えられた定義によって、図17に示す集光器の設計値は、以下の表3のようになる。反射鏡椀形状部のコーティングとしては、ルテニウムが選択された。
【0132】
【表3】
【0133】
図17に示す8枚の椀形状部を有するヴォルター光学系の実施形態では、全ての椀形状部がほぼ1つの平面181で終端するように構成されている。これによって全ての椀形状部は、平面181において把持させることができる。
【0134】
椀形状部のフレームもしくは椀形状部のホルダ(保持部)として、図27に示されるスポークホイールが用いられる。図27に示される実施形態では、全部で4つの支持スポークが設けられている。これらの支持スポークは、多くの反射鏡椀形状部を有する入れ子式の集光器を安定させる。
【0135】
絞り180は、上記平面に設けられるか、または、その近傍に設けられることが好ましい。
【0136】
図19には、図20の照明光学系の平面7における算出された照明分布が示されている。図20に示す照明光学系は、光源のすぐ後方に、図17に示す8シェル型の入れ子式集光器を有している。図19に示す照射強度の計算に当たっては、角度に依存した反射率を有するルテニウムで反射鏡椀形状部をコーティングした場合を仮定した。その他のコーティングを行う場合には、それに応じて、構成を合わせることができる。
【0137】
図19では、絞り180によって中央が遮蔽されていることがはっきり分かる。中央の遮蔽部には、符号182が付されている。平面7における強度変動は、符号184によって示されている。集光器の回転軸線RAに対して対称な2つの強度ピーク184.1,184.2がはっきり示されている。これらのピークが、平面7において環状の照明として現れる。破線で示された曲線186は、図20に示す照明光学系の第1の光学素子102上における第1の格子素子が設けられている領域を示している。
【0138】
図17に示す入れ子式の集光器を有する投影露光装置の光学素子、およびいくつかの光線の経路が図20に示されている。図11に示す投影露光装置の場合と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。
【0139】
図11に示す投影露光装置と異なり、上記の照明光学系は、「X」字型に折り畳まれておらず、コンパクトな組み立てスペースに最適化されている。また光学系の長さを短くするために、図17におけるような構造を持つ入れ子式の集光器3の像側の開口をNA=0.115に増大させており、そのためには、ヴォルター光学系として構成することがとりわけ有利となる。物体側の開口は、NA約0.71とされている。ウェーハステージが設けられている物面114に、機械的および電気的なコンポーネントのためのスペースを用意するため、集光器3の後方には、系の折曲のための平面鏡300が追加的に挿入されている。光学系全体の長さは3mより短く、高さは1.75mより低い。
【0140】
平面反射鏡300は、本実施の形態では、回折型の分光フィルターとして形成されたものである。つまり格子から出来ている。光源の中間像Zの近くに絞り202を同時に設けることで、本図の場合に13.5nmとされた所望の波長よりもはるかに大きい波長を持つ不要の光線が、絞り302の後方に位置する照明光学系の部分に入らないように止められる。
【0141】
絞り302はさらに、光源1、入れ子式の集光器3、および格子として形成された平面鏡300が入った部屋204を、後続の照明光学系306から空間的に分離することにも用いられる。中間焦点Zの近くにバルブを設けることによって2つの空間を分離する場合には、さらに圧力的に分離することも可能となる。空間的ないし圧力的に空間を分離することによって、光源から発生する汚れが絞り302の後方に設けられた照明光学系に到達しないようにできる。
【0142】
図20に示す照明光学系は、図17および表3に示す8枚の椀形状部を持つ入れ子式の集光器3を有している。図20に示す構成の平面反射鏡200は、0次及び使用される回折次数の間の2°の回折角を有する分光フィルターとして形成されている。第1の光学素子102は、122個の、それぞれ54mm×2.75mmの大きさを有する第1の格子素子を有している。第2の光学素子104は、上記122個の複数の第1の格子素子に対応させるように割り当てられた122個の、それぞれ10mmの直径を有する第2の格子素子を有している。表4に記載された光学素子の位置のデータは、全て物面114における基準座標系に基づいている。それぞれの光学コンポーネントに割り当てられた局所的な座標系の、局所的なx軸周りの角度αの回転は、基準座標系を局所的な座標系の位置に並進移動させることによって求められる。図20に示す照明光学系の光学コンポーネントのパラメータは、表4に与えられている。表4では、物面114に対する個々の光学素子の光軸との交点の位置が示され、x軸を中心とした座標系の回転角αが記載されている。また、右手系の座標系と時計回りの回転を基準としている。光学素子の局所的な座標系の他に、中間焦点Zと入射瞳Eの局所的な座標系も挙げられている。フィールドを形成する反射鏡110は、回転双曲面の軸外のセグメントから形成されている。図20の照明光学系の表4に挙げられた全ての光学素子に関する座標系が、入れ子式の集光器3を除いて図21に示されている。全ての光学素子には、図20の場合と同一の符号が付されている。
【0143】
この光学系は、物面114、すなわちレチクルにおける照明開口がNA=0.03125となる場合に、フィールド半径130mmが得られるように構成されている。これは、露光すべき物体の面124で開口NA=0.25を有する後続の4:1投影光学系の入射瞳Eにおいて、シグマ値(充填度)がσ=0.5となることに対応するものである。
【0144】
【表4】
【0145】
図1〜図13に示す入れ子式の集光器と同様、ヴォルター光学系の椀形状部も成型技術を用いて簡単に製造することができる。
【0146】
図22には、図20に示す照明光学系の平面7に設けられた第1の光学素子102および局所的なx−y座標系が示されている。122個の第1の格子素子150が配設されているのが明らかに分かる。
【0147】
第1の格子素子150は、互いに離間された10個のブロック152.1,152.2,152.3,152.4,152.5,152.6,152.7,152.8,152.9,152.10に分けて設けられている。集光器3の中央の遮蔽部154のために照明されない平面103内の領域には、第1の格子素子150が設けられていない。個々の第1の格子素子150の間の照射強度の差は、図17に示す入れ子式の集光器を用いる場合には、最大でも±15%を下回る。
【0148】
図23は、第2の光学素子104に設けられた第2の格子素子156を示している。第2の格子素子156の像は、照明光学系の射出瞳を連続的に所定のシグマ値(充填度)σ=0.5に至るまで充填する。射出瞳における充填度の定義に関しては、国際公開第01/09684号パンフレットを参照してほしい。この明細書の開示内容は、本願に包括的に取り入れられている。
【0149】
図24には、一例として互いに内と外に嵌り合うように設けられた入れ子式の2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2を有する本発明による入れ子式集光器の第1の実施形態が示されている。これらの反射鏡椀形状部の場合、環状開口構成要素は、図15の入れ子式の集光器の場合と同様、第1の反射鏡椀形状部1004.1の物体側の環状開口構成要素1002.1と、第2の反射鏡椀形状部1004.2の物体側の環状開口構成要素1002.2との間に間隙1000を有している。像側の環状構成要素1003.1,1003.2は、隣同士互いに直接つながっており、その結果、像空間には、必要な中央の遮蔽部1005まで、間隙が存在しない。図示された集光器の場合、2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の間の不使用領域内、ならびに集光器の外側及び内側に、冷却装置1006.1,1006.2,1006.3が設けられている。反射鏡椀形状部1004.1,1004.2は、略一平面で終端し、この平面1008において、例えばスポークホイール(このうち一つのスポーク1010が示されている)によって、フレーム固定されている。図示された実施形態の各反射鏡椀形状部1004.1,1004.2は、2つの反射鏡セグメント、つまり第1の光学面を持つ第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2と、第2の光学面を持つ第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2とを備えている。これらは、間隙無く順番に設けられている。第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2は、本実施形態では、双曲面のセグメント、そして、第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2は、楕円面のセグメントとされている。
【0150】
図24に示す子午断面から明らかに分かるように、各反射鏡椀形状部の内側及び外側の周辺光線1016.1,1016.2,1018.1,1018.2、ないしは、光源1、光源の像5、椀形状部終端部10241,1024.2の間をつなぐ、上記反射鏡椀形状部に配設された直線、そして、2つの反射鏡セグメントを有する光学系の場合にはさらに、第1の反射鏡セグメント1007.1,1007.2と第2の反射鏡セグメント1009.1,1009.2の間の境界部分によって、光学的な使用領域、つまり、物体すなわち光源1から、光源の像5に向かって、光束が内部を通過する言わばビーム管が画定される。子午断面、すなわち子午面は、回転軸線RAを含む任意の平面である。互いに内と外に嵌り合うように設けられた少なくとも2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の使用領域1030.1,1030.2の間には、かくして不使用領域1032がある。この領域は、完全に内側の集光器シェル1004.1の影の部分の内部に位置している。加えて、本実施形態ならびに図15及び図16の実施形態の場合のように、不使用領域は、前側の開口間隙1000内、つまり環状開口構成要素1002.1,1002.2の間の間隙内に位置可能となっている。この物体側の開口間隙1000は、光源の像5へは写されず、そのため、使われないままとなる。
【0151】
2つの反射鏡椀形状部1004.1,1004.2の間の不使用領域1032内には、光源1から光源の像5へと向かう光束に影響を与えることなく、入れ子式の集光器のさらに他のコンポーネントを設けることができる。斯かるコンポーネントに関する例としては、検出器、もしくは光を検出器に向けて偏向するハーフミラー(Auskoppelspiegel)、もしくは断熱シールドもしくはコールドトラップといった光学的でないコンポーネントが考えられる。冷却装置1006.1,1006.2,1006.3は、集光器シェルの背面側に直に接触した状態にできる。荷電粒子や磁化した粒子を偏向するための電極もしくは磁石を設けることもできる。電気的な導線、もしくは冷却剤を供給ならびに排出するための導管は、像側の集光器の開口、つまり、像側の平面における照明領域を殆ど遮蔽することなく、集光器の外に導き出すことができる。このような導管ないし導線1044は、反射鏡椀形状部の必要な保持装置、例えばスポーク1010を持つスポークホイールの影の部分を通すことが好ましい。もちろん、さらに他の冷却部材や検出器を、外側シェル1004.2や中央遮蔽部1052の外側の領域にも設けても構わない。中央遮蔽部の領域には、例えば図8に示すように、絞りを設けることもできる。
【0152】
図25には、本発明のさらなる実施形態が示されている。図25に示された実施形態もまた、2つの反射鏡椀形状部1104.1,1104.2を有する光学系を示している。図24と同様の構成部材には、100だけ加算された符号が付されている。図24の実施形態に比べると、図24に示された集光器は、各反射鏡椀形状部が単に単一のセグメント1107.1,1109.1、すなわち、楕円面のセグメントのみ有するような光学系に関するものになっている。さらに、環状開口構成要素は、間隙を持たない。2つの反射鏡椀形状部1104.1,1104.2の間の不使用領域1132には、本実施形態では、例えば環状プレートの形態の、環状に形成された冷却装置1106.1,1106.2を設けることができる。この環状プレートは、やはり冷却剤が中に流れていることが好ましい。冷却剤は、冷却プレート1106.1,1106.2から、上述の如く個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポーク1110へと通ずる冷却導管1144を介して供給および排出される。環状プレートとしての冷却装置の構成は、表面積の大きい効率的で一様な、しかも回転対称の冷却を実現することができる。プレートは、例えば電気鍍金によるエピタキシャル成長を通して反射鏡椀形状部に固定して接続することができる。このとき、熱は、熱伝導によって放出される。別構成として、椀形状部は、単に載置するだけであってもよい。これにより、反射鏡椀形状部もしくは冷却プレートの熱膨張に起因した相互作用が防止される。このとき熱は、最終的には放射によって放出される。
【0153】
冷却装置はまた、集光器の外周を完全に一回りする冷却リングとして形成することもできる。図26には、このような冷却リングと、特に該冷却リングのホルダが示されている。冷却リング1200.1,1200.2は、反射鏡椀形状部毎に例えば2つのセグメントを有する、集光器の2つの反射鏡椀形状部の間の不使用空間内に設けられている。このような2シェル型のヴォルター集光器は、例えば図24に子午断面で示されている。冷却リング1200.1,1200.2は、スポークホイールのスポークの影になる部分に延びていて、かつ回転軸線方向に延在する保持構造すなわちブリッジ部1202.1,1202.2,1202.3,1202.4に保持されている。冷却リング1200.1,1200.2は、上記保持ブリッジ1202.1,1202.2,1202.3,1202.4に、例えば、ロウ付けによって接続することができる。これにより、良好な機械的かつ熱的な接触が保証される。上記ブリッジ部は、例えば銅等の熱伝導率の高い材料から作製され、さらに、良好にロウ付けできることが好ましい。冷却リング1202.1,1202.2は、同じように、銅や鋼のような熱を伝えやすい材料からなることが好ましい。
【0154】
ブリッジ部1202.1,1202.2,1202.3,1202.4は、個々の反射鏡椀形状部をフレーム固定するスポークホイールの4つのスポーク1204.1,1204.2,1204.3,1204.4に、例えばネジによって取り付けられている。上記スポークは、半径方向に、つまり回転軸線に対して垂直に延在している。
【0155】
本発明によって、任意の光源を光源の像に形成する集光器が初めて示された。光源像は、実像、虚像となるか、または無限遠に位置する場合が考えられる。任意の光源の放射特性は、中間像の前方または後方の面において十分均一な照明が得られるように変換される。
【図面の簡単な説明】
【0156】
【図1】集光器の原理を説明するための図である。
【図2】光源の周囲の環状開口構成要素を示す概略図である。
【図3】平面内における環状構成要素を示す概略図である。
【図4】楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図5】椀形状部(シェル)の数が図4と異なる楕円面のセグメントから成る入れ子式の集光器を示す図である。
【図6】屈折型の入れ子式の集光器を示す図である。
【図7】入れ子式の集光器のi番目の楕円形セグメントを示すである。
【図8】表1に示す実施形態による入れ子式の集光器の楕円群を示す図である。
【図9】像側の開口角に依存した表1の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図10】x方向において平面7内の半径rに依存する表1の実施形態による横倍率βを示す図である。
【図11】本発明による入れ子式の集光器を有する投影露光装置を示す図である。
【図12】図11に示す投影露光装置の第1の格子素子の平面における環状構成要素の照明分布(照射強度)を、光学系の回転軸線zまでの半径方向距離との関係で示す図である。
【図13】入れ子式の集光器による中間像を有する投影露光装置を示す図である。
【図14】図17の8シェル型入れ子式ヴォルター光学系の横倍率βを示す図である。
【図15】入れ子式ヴォルター光学系から3個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図16】入れ子式ヴォルター光学系から2個のシェルだけ部分的に取り出して示す図である。
【図17】8枚の椀形状部を有する8シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図18】2回反射を用いるヴォルター光学系として構成された集光器シェルの座標を説明するための概略図である。
【図19】図17の集光器を有する図20の光学系の第1の格子素子の平面内の環状構成要素の照明分布(照射強度)を示す図である。
【図20】図17の入れ子式の集光器を有するEUV投影露光装置を示す図である。
【図21】図17の入れ子式の集光器を有する図20のEUV投影露光装置の全ての反射鏡の座標系を示す図である。
【図22】第1の格子素子を有する、図20の照明光学系の第1の光学素子の図である。
【図23】第2の格子素子を有する、図20の照明光学系の第2の光学素子の図である。
【図24】冷却装置を有する2シェル型入れ子式ヴォルター光学系を示す図である。
【図25】冷却装置を有する2シェル型入れ子式楕円面集光器を示す図である。
【図26】保持構造を有する冷却リングを示す図である。
【符号の説明】
【0157】
1・・・光源
3・・・集光器
5・・・光源像
7,103・・・平面
40,42,44,46,60,62,64,66,68,70,72,74,78,80,200,202,204,205,206,207,208,209,1004.1,1004.2・・・反射鏡椀形状部
41.1,43.1,45.1,47.1,205.1,207.1,209.1,1016.1,1018.2・・・内側周辺光線
41.2,43.2,45.2,47.2,205.2,207.2,209.2,1016.2,1018.1・・・外側周辺光線
49.1,49.2,49.3,49.4,211.1,211.2・・・照明光線束(光ビーム)
51.1,51.2,51.3,51.4,213.1,213.2・・・不使用領域
30,32,34,230,232,234,1003.1,1003.2・・・環状構成要素
20,22,24;210,212,214,1002.1,1002.2・・・環状開口構成要素
102・・・第1の光学素子
104・・・第2の光学素子
106,108,110・・・反射鏡(光学素子)
126・・・投影光学系
150・・・第1の格子素子
156・・・第2の格子素子
180・・・絞り
200.1,202.1,204.1,1007.1,1007.2・・・第1の環状セグメント(第1のセグメント,第1の反射鏡セグメント)
200.2,202.2,204.2・・・第1の光学面
200.3,202.3,204.3,1009.1,1009.2・・・第2の環状セグメント(第2のセグメント,第2の反射鏡セグメント)
200.4,202.4,204.4・・・第2の光学面
203.1,203.2,203.3,1006.1,1006.2,1006.3・・・冷却装置
220,222,240,242,1000・・・間隙
311.1,312.1・・・始点
311.2,312.2・・・終点
1030.1,1030.2・・・使用領域
1032・・・不使用領域
1202.1,1202.2,1202.3,1202.4・・・ブリッジ部
1204.1,1204.2,1204.3,1204.4・・・スポーク
Z・・・中間像
Claims (28)
- 波長が193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を物体側の開口を介して受容しかつ像側の所定の平面内の領域を照明するように構成され、
第1の光学面を有する少なくとも一つの第1の反射鏡セグメントをそれぞれ備えた複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有する集光器であって、
前記反射鏡椀形状部は、共通の回転軸線の周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられ、各反射鏡椀形状部には、物体側の開口の一つの環状開口構成要素がそれぞれ割り当てられており、
前記第1の光学面には、前記回転軸線を含む平面である子午面内において一つの始点及び終点がそれぞれ設けられ、
前記子午面内の前記第1の光学面の前記始点は、外側の周辺光線を、そして、
前記子午面内の前記第1の光学面の前記終点は、内側の周辺光線を規定し、前記回転軸線周りに回転された内側と外側の周辺光線は、光ビームを画定し、該光ビームが少なくとも前記反射鏡椀形状部の第1の光学面上で反射され、前記物体側の開口から、照明すべき前記平面へ向かって、当該集光器自身を通過するように設けられ、
前記光ビームにより、隣り合う少なくとも2つの前記反射鏡椀形状部の間の使用領域が定められている、
集光器において、
前記反射鏡椀形状部の表面パラメータ及び位置は、
隣り合う少なくとも2つの反射鏡椀形状部の間に、少なくとも一つの不使用領域が形成されるように選ばれていることを特徴とする集光器。 - 請求項1に記載の集光器において、
隣り合う少なくとも2つの反射鏡椀形状部の間の前記不使用領域には、さらなるコンポーネントが設けられていることを特徴とする集光器。 - 波長が193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV領域の波長を用いた照明光学系のために、光源から放射される光を物体側の開口を介して受容しかつ像側の所定の平面内の領域を照明するように構成され、複数の回転対称の反射鏡椀形状部を有し、前記反射鏡椀形状部は、共通の回転軸線の周りに互いに内と外に嵌り合うように入れ子式に設けられている集光器において、
隣り合う少なくとも2つの反射鏡椀形状部の間には、少なくとも一つの不使用領域が形成され、前記2つの隣り合う反射鏡椀形状部の間の不使用領域には、さらなるコンポーネントが設けられていることを特徴とする集光器。 - 請求項2または請求項3に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネントは、検出手段、および/またはハーフミラー、および/または光学作用を持たない、シールド装置および/または冷却装置および/または固定装置といった構成部材、を含んでいることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の集光器において、
前記照明すべき領域は、一平面内にあり、かつ複数の環状構成要素からなり、これらの各環状構成要素のそれぞれには、一つの環状開口構成要素が対応させられており、前記反射鏡椀形状部の、表面パラメータならびに前記回転軸線方向の長さは、前記個々の環状構成要素の照射強度が前記平面内で十分一致するように選ばれていることを特徴とする集光器。 - 請求項5に記載の集光器において、
前記環状構成要素は、隣同士が連続的につながっていることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の集光器において、
少なくとも2つの環状開口構成要素は、隣同士が連続的につながっておらず、これらの環状開口構成要素の間には、間隙が形成されていることを特徴とする集光器。 - 請求項7に記載の集光器において、
さらなるコンポーネント、特に光学作用を持たない構成部材、なかんずく冷却装置は、前記環状開口構成要素の前記間隙の領域に設けられていることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、非球面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。 - 請求項9に記載の集光器において、
前記反射鏡椀形状部は、楕円面もしくは放物面もしくは双曲面の環状セグメントとされていることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の集光器において、
少なくとも一つの反射鏡椀形状部は、第1の光学面を持つ第1のセグメントと、第2の光学面を持つ第2のセグメントとを備えていることを特徴とする集光器。 - 請求項11に記載の集光器において、
一つの反射鏡椀形状部の前記第1の光学面及び前記第2の光学面は、隣同士が連続的につながっておらず、該反射鏡椀形状部の第1の光学面及び第2の光学面の間に間隙が形成されていることを特徴とする集光器。 - 請求項12に記載の集光器において、
前記さらなるコンポーネント、なかんずく冷却装置は、前記反射鏡椀形状部の第1の光学面及び第2の光学面の間の前記間隙内に設けられていることを特徴とする集光器。 - 請求項11から請求項13に記載の集光器において、
前記第1の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第2の環状セグメントは、一つの楕円面の一部とされていることを特徴とする集光器。 - 請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の集光器において、
前記第1の環状セグメントは、一つの双曲面の一部とされ、前記第2の環状セグメントは、一つの放物面の一部とされていることを特徴とする集光器。 - 請求項4から請求項16のいずれか1項に記載の集光器において、
前記冷却装置は、冷却路を備え、該冷却路に冷却剤が循環させられていることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の集光器において、
前記集光器は、保持装置を備えていることを特徴とする集光器。 - 請求項17に記載の集光器において、
前記保持装置は、支持スポークを備え、該支持スポークが前記反射鏡椀形状部の半径方向に延在していることを特徴とする集光器。 - 請求項18に記載の集光器において、
前記冷却装置は、前記冷却剤のための供給装置と排出装置を備え、前記供給装置と排出装置は、前記保持装置の領域に設けられていることを特徴とする集光器。 - 請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の集光器において、
前記光源から放射される照明光線束の光線は、前記反射鏡椀形状部の表面接線に対して20°より小さい入射角をなして入射するように構成されていることを特徴とする集光器。 - 193nm以下、好ましくは、126nm以下、特に好ましくは、EUV領域の波長用の照明光学系であって、
光源(1)と、
少なくとも1つの集光器(3)と、
照明すべき平面(7;103)とを有してなる照明光学系において、
前記集光器は、請求項1から20のいずれか1項に記載の集光器(3)とされていることを特徴とする照明光学系。 - 193nm以下、好ましくは、126nm以下、特に好ましくは、EUV領域の波長用の、請求項21に記載の照明光学系であって、
第1の格子素子(150)を持つ第1の光学素子(102)をさらに有していることを特徴とする照明光学系。 - 193nm以下、好ましくは、126nm以下、特に好ましくは、EUV領域の波長用の、請求項21または請求項22に記載の照明光学系であって、
前記集光器(3)が前記照明すべき平面(7;103)において環状の領域を照明するように構成され、
かつ、前記照明すべき平面(7;103)内に設けられた前記第1の光学素子(102)の前記第1の格子素子(150)が略前記環状の領域の内部に配設されていることを特徴とする照明光学系。 - 193nm以下、好ましくは126nm以下、特に好ましくはEUV領域の波長用の、請求項22または請求項23に記載の照明光学系であって、
結像させるための、及び/又は、フィールドを形成するための光学素子(106,108,110)をさらに有していることを特徴とする照明光学系。 - 193nm以下、好ましくは、126nm以下、特に好ましくは、EUV領域の波長用の、請求項22から請求項24のいずれか1項に記載の照明光学系であって、
前記集光器(3)と前記照明すべき平面(103)との間に、前記光源(1)に共役な面を有し、この面に前記光源(1)の中間像(Z)が結像されるように構成されていることを特徴とする照明光学系。 - 193nm以下、好ましくは、126nm以下、特に好ましくは、EUV領域の波長用の、請求項25に記載の照明光学系であって、
前記中間像(Z)の位置、もしくは前記中間像(Z)の近くに、絞り(202)が設けられ、該絞りは、少なくとも前記光源(1)および前記集光器(3)が中に入った部屋を、空間的及び/又は圧力的に、後続の照明光学系から分離するように設けられていることを特徴とする照明光学系。 - 請求項20から請求項25のいずれか1項に記載の照明光学系と、
該照明光学系により照明されるマスクと、
感光性の物体に、
前記マスクを結像させるための投影光学系(126)とを有してなるEUV投影露光装置。 - 請求項27に記載のEUV投影露光装置を用いて、マイクロエレクトロニクス構成部材、特に半導体構成部材を製造する方法。
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