JP2005521107A - １００ｎｍ以下の波長を濾光するための格子素子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、１００ｎｍ以下の波長を濾光するための格子素子に関するものである。この格子素子は単体格子要素を多数有してなり、単体格子要素は格子周期を与える格子線を有している。本発明の特徴は、単体格子要素が、格子素子によって決まる平面に対して湾曲した表面上に、格子素子に当たる光束の光線の方向に順に並べて配列されていることである。湾曲した表面は、連続する多角形列によって規定される。単体格子要素は、格子線を備えた平らな格子表面をそれぞれ有している。

Description

本発明は、単体格子要素を多数有してなる１００ｎｍ以下の波長を濾光するための回折格子素子（格子素子）に関するものであり、単体格子要素は格子の周期性を規定する格子線を有する。
電子部品の線幅をさらに縮小し、特にサブミクロンの領域にまで縮小できるようにするためには、マイクロリソグラフィーに使用される光の波長を短くすることが必要である。ここで考えられるのが、例えば、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet; 極短紫外）リソグラフィーと呼ばれる軟Ｘ線を用いたリソグラフィーのように、１００ｎm以下の波長を用いる場合である。
ＥＵＶ（極短紫外線）リソグラフィーは、将来最も有望なリソグラフィー技術のうちの一つである。ＥＵＶリソグラフィーのための波長としては目下、開口数が０．２〜０．３の場合に１１〜１４ｎｍ、特に１３．５ｎｍが検討されている。ＥＵＶリソグラフィーにおける像の質は、一方で投影光学系によって決定されるとともに、他方では照明光学系によっても決定される。照明光学系は、構造を担持するマスク−いわゆるレチクルが設けられているフィールド面を、できるだけ均一に照明するためのものである。投影光学系は、フィールド面を像面、いわゆるウェハ面に結像させる。ウェハ面には感光性物体が配置されている。ＥＵＶリソグラフィーのための投影露光装置は、反射型の光学素子を有して構成されている。ＥＵＶ投影露光装置のフィールドの形状として典型的なものは、２ｍｍ（幅）×２２〜２６ｍｍ（弧の長さ）という高いアスペクト比を有するリングフィールド形状である。投影光学系は通常走査方式で動作させる。ＥＵＶ投影露光装置に関しては以下の文献を参照されたい：
W. Ulrich. S, Beiersdoerfer. H, J. Mann：“Trends in Optical Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography” （非特許文献１）（軟Ｘ線およびＥＵＶ領域の結像系において）
W. M. Kaiser. R, H. Stulen(Hrsg)：Proceedings of SPIE, Vol.4146(2000), S.13-24（非特許文献２）
および
M. Antoni, W. Singer, J. Schultz, J. Wangler, L. Escudero‐Sanz, B. Kruizinga：“Illumination Optics Design for EUV-Lithography” （非特許文献３）（軟Ｘ線およびＥＵＶ結像系において）
W. M. Kaiser, R. H. Stulen(Hrsg)：Proceedings of SPIE, Vol.4146(2000), S.25-34（非特許文献４）
これらの文献に開示された内容は包括的に本願に取り入れられている。
１００ｎｍ以下の波長に用いられる照明光学系においては、このような照明光学系に用いられる光源から放射される光によって、ウェハ面にある感光性物体が所望するように露光されなかったり、例えば多層膜反射鏡といった露光装置の光学素子が加熱されたりするといった問題がある。
望ましくない光を濾光して除去するために、１００ｎｍ以下の波長のための照明光学系においては、ジルコンなどからなる透過フィルターが用いられる。このようなフィルターは光の損失が大きいという不利点があるほか、熱の負荷がかかると破壊されやすい。
フィルターを用いるほか、回折格子素子を用いて光を濾光することもできる。回折格子素子はたとえば、単体の格子を多数有し、これらの単体の格子は、単独の格子に対して設けられた格子周期を備えている。このような方法では、光路において格子素子の下流に絞りを設けることにより、特に回折の次数が０の光を濾光除去できるという事情が利用される。回折次数が０の光は、大部分が例えば７〜２５ｎｍの範囲の利用可能な波長に対応していない。
回折格子素子、たとえば反射型格子、特に全体的な効率が略６０％に達するエシェレット格子は、シンクロトロン放射光源用モノクロメータの構成によりかなり以前から知られている。この分野においてはフラックスが非常に高い場合について経験が蓄積されている。
回折格子の特性は以下に示す格子方程式によって記述される。
ｎλ／ｐ＝ｓｉｎα−ｓｉｎβ
ここで、ｐは格子周期、ｎは回折の次数、αは平面法線に対する入射角、βは平面法線に対する回折角、λは波長を表す。
収束性の光または拡散性の光の場合は、格子の光学的な作用に留意しなければならない。
モノクロメータにおける回折格子の利用に関しては、以下の出版物に示されており、これらの開示内容は、本願に包括的に取り入れられている。
H. Petersen, C. Jung, C. Hellwig, W. B. Peatman, W. Gudat : "Review of plane grating focusing for soft x-ray monochromators", Rev. Sci. Instrum. 66(1), January 1995（非特許文献５）
M. V. R. K. Murty : "Use of convergent and divergent illumination with plane gratings", Journal of the Optical Society of America, Vol. 52, No. 7, july 1962, S. 768-773（非特許文献６）
T. Oshio, E. Ishiguro, R. Iwanaga : "A theory of new astigmatism- and coma-free spectrometer", Nuclear Instruments and Methods 208 (1993) 297-301（非特許文献７）
である。
１００ｎｍ以下の波長のための照明光学系においては、個々の回折の次数、及び個々の波長が互いに明確に分離されれば、分光による選別を行うために格子素子を用いることが可能である。
これは、集束光では最も容易である。この場合、焦点に合焦ないし有限直径の光源像が得られる。ただし、集束光に対しては一定の開口を選択して、寸法が大きくなりすぎないようにしなければならない。開口がより大きな光束の場合、格子の設計がより難しくなるか、収差がより大きくなる。
個々の回折の次数を分離するという要求を満たすというのなら、複雑な構成の格子素子を作ればよい。例えば格子定数を連続的に変化させたり、湾曲面に配置するなどである。このような格子は非常に大きなコストや手間をかけなければ製造できない。
別の方法として、格子定数が連続的に変化する多数の単体格子要素から格子素子を構成することもできる。
格子素子は、一つの回折次数において最大の効率が得られるように最適化されたブレーズ格子として設けられていることが好ましい。ブレーズ格子については、例えば「Lexikon der Optik（光学辞典）」、Heinz Haferkorn 編、VEB Bibliographisches Institut, Leipzig（ライプチッヒ） 1990, ４８〜４９ページ（非特許文献８）に記載されている。ブレーズ格子は、いわば三角形に近似される溝形状をなすものである。
多数の単体格子要素から構成される格子素子の不利点は、収束性の光路内における異なる単体格子要素に対して同一のブレーズ角度が用いられた場合、格子に当たる光の角度が異なるために、例えば一次の回折−すなわちη（１）における回折効率が入射位置によって非常に異なることである。格子が位置に応じて異なるブレーズの深さを有して形成される場合、異なる単体格子要素のブレーズの深さの相違は非常に大きくなり、製造コストが大いに増大することとなる。
W. Ulrich. S, Beiersdoerfer. H, J. Mann："Trends in Optical Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography" W. M. Kaiser. R, H. Stulen(Hrsg)：Proceedings of SPIE, Vol.4146(2000), S.13-24 M. Antoni, W. Singer, J. Schultz, J. Wangler, L. Escudero‐Sanz, B. Kruizinga："Illumination Optics Design for EUV-Lithography" W. M. Kaiser, R. H. Stulen(Hrsg)：Proceedings of SPIE, Vol.4146(2000), S.25-34 H. Petersen, C. Jung, C. Hellwig, W. B. Peatman, W. Gudat : "Review of plane grating focusing for soft x-ray monochromators", Rev. Sci. Instrum. 66(1), January 1995 M. V. R. K. Murty : "Use of convergent and divergent illumination with plane gratings", Journal of the Optical Society of America, Vol. 52, No. 7, july 1962, S. 768-773 T. Oshio, E. Ishiguro, R. Iwanaga : "A theory of new astigmatism- and coma-free spectrometer", Nuclear Instruments and Methods 208 (1993) 297-301 「Lexikon der Optik（光学辞典）」、Heinz Haferkorn 編、VEB Bibliographisches Institut, Leipzig（ライプチッヒ） 1990, ４８〜４９ページ
以上の点から本発明の課題は、従来技術の不利点を克服することであり、特に０次と１次の回折の次数を分離し、集束する光路においても使用でき、光束の光線の入射角に関わらず非常に均一な回折効率を有し、その結果、照明光学系にこのような格子素子を用いることで絞り面の後方に非常に均一な強度分布が形成されるようになる容易に製造可能な格子素子を提供することである。
前記の課題は以下のように解決される。すなわち、回折格子素子によって張られる面に対して湾曲した面上に、回折格子素子に当たる光束（ビーム）の光線方向に、単体格子要素を前後に順に並べて配列するというものである。湾曲した面とは、一般的に、連続した湾曲を持った面のことであり、この場合、面の湾曲は球面状ではなく、入射角が減少するにつれて増大する。
好適な実施の形態において湾曲した支持面は、連続したポリゴン列（多角形列）に近似する湾曲面である。このような湾曲面には平らな単体格子要素を使用できるという利点があり、製造コストがわずかで済む。
湾曲した面に前後に順に並べられた単体格子要素は、それぞれ格子周期を変えることができる。これにより、０次の回折次数と１次の回折次数をより良く分離させることができる。単体格子要素の平均の線密度Ｇを決め、次いで単体格子要素の線密度をΔｇだけ変える。そして、Δｇは４０本／ｍｍ以上かつ２００本／ｍｍ以下の範囲である。
連続した多角形列上に設けられた単体格子要素に関して既に述べた通り、単体格子要素は、格子線を含む平らな格子面をそれぞれ有するのが好適である。
別の方法として、単体格子要素は、格子線を含む非球面状の格子面をそれぞれ有し、これにより、必要な線密度の変化を低減できる。
中間像が非点収差によって不明瞭になるのは、一般的に平面回折格子に集束光線が当たって回折することによって引き起こされるが、この現象を回避するために、単体格子要素の格子線が湾曲していてもよい。
単体格子要素が設けられている支持面の湾曲は、ブレーズ格子として構成されている単体格子要素のブレーズ角の変化を小さくして、回折効率が最大ブレーズ効率とほとんど異ならないように選択するのが好適である。
本願発明に係る格子素子のほかに、本発明はこのような格子素子を備えた照明光学系を提供するものでもある。このような照明光学系は、物体面とフィールド面、本発明に係る少なくとも１つの格子素子および絞り面に設けられた少なくとも１つの物理的な絞りを有している。物理的な絞りは物体面からフィールド面に至る光路において格子素子の下流側に設けられている。
米国特許第６１９８７９３号明細書あるいは米国特許第６４３８１９９号明細書などに記載されているように、２つの切り子面を有する光学素子を備えた照明光学系において、特に光路において物理的な絞りの下流側に設けられたフィールド切り子面において、非常に均一な強度分布、すなわち均一な照明が得られる。前記の米国特許明細書に開示された内容は包括的に本願に取り入れられる。
照明光学系に設けられた少なくとも１つの物理的な絞りは、波長が１００ｎｍをはるかに上回るような、所望の回折次数とは異なる迷光、特に０次の回折次数の光が漏れて、照明光学系内に入ることを防止するために用いられる。少なくとも１つの物理的な絞りは０次の回折次数の光、および所望の回折次数以外の光を遮断するのが好ましい。所望の回折次数とは好適に１次の回折次数である。
回折格子と物理的な絞りを組み合わせることによって、物理的な絞りの下流側の光の波長が７〜２５ｎｍの範囲とされることが特に好ましい。
収束する光束を作り出すために照明光学系は集光器を有し、収束する光束は格子素子に向けられる。
格子素子のｎ次の回折次数の場合の光束の集束点は、物理的な絞りの場所あるいは物理的な絞りの近傍に位置するのが特に好適である。なお、その場合|ｎ|＝１である。
絞り面に設けられた物理的な絞りあるいは下流側に設けられた光学素子に加わる熱的な負荷が大きくなりすぎないようにするために、望ましくない光線の一部をさらなる絞りによって除去してもよい。
照明光学系のほかに、本発明はこのような照明光学系を備えた投影露光装置およびマイクロ電子工学的な構成部材を製造する方法も提供する。
以下に本発明を図面に基づいて例を挙げて説明する。
図１には、照明光学系内の光路に設けられた、単体格子要素９．１，９．２，９．３を多数有して成る格子素子１が示されている。単体格子要素９．１，９．２，９．３は、光路内で前後に順に並べて設けられている。光源３の光は、集光する構成要素、すなわち集光器５によって集められる。本図の例では集光器５は、光源３の像を生成する楕円形の反射鏡である。集光器５の下流側で、コリメートされたおよそＮＡ＝０．１の開口を有する光束は、格子素子上に浅い角度で斜入射する際に偏向されて、その結果、格子によって＋１次の回折次数における回折がなされることによって得られる光源の中間像が、物理的な絞り７．３の絞り面内あるいは絞り面の近傍に来るようになっている。
物理的な絞り７．３の上流側に設けられた複数の部分的な絞り７．１，７．２によって不要な光すなわち望ましくない光を前もって除去することができる。これにより、所望の回折の次数（本図では＋１次）の焦平面１６に設けられている、開口形状が円形の物理的絞り７．３にかかる熱負荷が低減される。図には示されていないが、絞り７．１，７．２はさらに冷却される。格子素子１も背面側から冷却するなどの方法により冷却することができる。多数の単体格子要素９．１，９．２，９．３を前後に順に配設してなる格子素子１の背面側に設けられる冷却装置８は、供給部と排出部１０．１，１０．２を有する流体冷却装置であることが好ましい。格子素子１と物理的な絞り７．３によって、本発明に係る光学素子およびこの光学素子の下流に設けられた絞り７．３を有する照明光学系において、光源の全ての波長を含む０次の回折光を完全に遮断することができる。さらに、＋１次の回折の次数を除くより高い次数の回折光を全て遮断することができる。
湾曲した支持面に設けられた単体格子要素を多数有してなる本発明に係る格子素子の実施の形態を以下に説明する。図１に示すものと同一の構成部材には１００増加させた符号を付してある。図に示すコリメートされた光１００は、図２に示されない光源から発して、本発明に係る格子素子全体に受容される。図には２つの周辺光線１０２，１０４と中心光線１０６が示されている。また図２に示されない光源の中間像の焦点の虚像Ｚも示されている。この虚像はやはり図に示されていない集光器によって作られる。この虚の中間像焦点Ｚにおいて、ｘ，ｙ，ｚ方向の直交座標系の原点が規定される。この座標系は図２に示されている。以下に示す表１に記載された全ての値は、この座標系に基づくものである。図２に示す実施の形態は、全体で１８個の単体格子要素を有している。単体格子要素が１０個、７個、５個など１８個よりも少ない実施の形態も可能であり、本発明の思想から離れるものではない。下記の表１では、単体格子要素（図２には、単体格子要素のうち単体格子要素１０９．１，１０９．２，１０９．１７，１０９．１８が示されている）の位置が、０次の回折次数で得られる中間像の焦点Ｚに設けられる座標系を基準としたｘ方向とｙ方向とにおいて記載されている。
光束１００の中心光線１０６は、中間像焦点Ｚにおける座標系のｙ＝０でのｘ方向の座標軸と一致する。図２にはさらに、第１の単体格子要素１０９．１に対して、角度α、φ、ψが示されている。これらについては図３でさらに詳しく示されている。図２と同一の構成部材には同一の参照符号が付してある。単体格子要素はそれぞれ、光源から発せられる全体の光束１００のうち部分的な光束１００．１を受容する。部分的光束はそれぞれ下側周辺光線１０４．１と上側周辺光線１０２．１および中心光線１０６．１を有している。αは光線の入射角（本図の場合は入射する部分的光束１００．１の中心光線１０６．１が、格子面に垂直な単体格子要素１０９．１の法線１１１．１に対してなす入射角）を表し、βは特定の回折次数（本図では回折光の＋１次の回折次数）への出射角（本図では部分的光束１００．１の回折された中心光線１０６．１が法線１１１．１に対してなす出射角）を表す。＋１次の回折次数で回折された光束の焦点１１３は、絞り面１０７．３の位置にくる。ｘ，ｙ，ｚ座標系の原点は、図２において述べたとおり、虚の中間像焦点Ｚによって規定される。
角φは、入射する光線（例えば部分的光束の中心光線１０６．１）がｙ＝０におけるｘ方向座標軸に対してなす角度を表している。角ψは、単体格子要素（本図の場合は単体格子要素１０９．１）が、ｙ＝０におけるｘ座標軸に対してなす傾角を表している。角χは、部分的光束の回折光の出射角（本図の場合は中心光線１０６．１の出射角）を表している。これらの間には以下のような関係が成立する。
α＝９０°−ψ−φおよび
β＝９０°−χ＋ψ
回折格子素子を構成する全ての単体格子要素について、前記のように定義される角α、φ、ψが表１に記載されている。角αおよび角φは、各単体格子要素に入射する部分的光束の下側周辺光線および上側周辺光線および中心光線のそれぞれについて示され、角ψは、虚の中間像焦点によって与えられる座標系のｘ軸に対して各単体格子がなす傾角を表している。
図３から分かるように、単体格子要素は、連続する多角形列上に傾けられて配列されている。すなわち、光束１００が斜入射する際に、部分的な光束が相互に陰影を作ることのないように、隣接する単体格子要素の縁部が互いに直接当接している。
ブレーズ角は図４ａおよび図４ｂにおいて規定されている。
図３にはさらに、格子素子１０１の下流側に設けられている物理的な絞り１０７．３が示されている。物理的な絞り１０７．３の絞り面には、単体格子要素１０９．１，１０９．２，１０９．１７，１０９．１８の＋１次の回折次数によって作られた図３に示されない光源の中間像１１３が位置する。
ベースプレートあるいは支持プレート１１５に設けられた１８個の単体格子要素の幅は、入射角αが減少するにつれて、第１の単体格子要素１０９．１における５１．２５ｍｍから第１８の単体格子要素１０９．１８における１８．０３ｍｍへと減少する。ベースプレート１１５は冷却することもできる。ベースプレート１１５は、ｘ座標軸に対して角ψMittelだけ傾斜した平面Ｅを張っている。単体格子要素は、この平面Ｅに対して湾曲した面Ｋに設けられている。単体格子要素は平面Ｅに対して角ψ'＝ψMittel−ψだけ傾斜している。支持面が湾曲している場合、限定するものではないが、連続する多角形列が問題となる。図３に示す実施形態に関しては、表１に、それぞれの単体格子要素に対して、位置座標ｘ，ｙ、および角φ，α、ブレーズ角εおよび格子定数Ｇがそれぞれの欄に記載されている。さらに、各単体格子要素の傾斜角ψが記載されている。図に示す実施の形態では単体格子要素は平坦なので、単体格子要素の湾曲した支持面上の位置を表すには傾斜角ψを記載するだけでよい。位置座標ｘ，ｙ、および角φ，α、ブレーズ角εおよび格子定数Ｇは１つの単体格子要素につきそれぞれ３つの点に対して記載されている。すなわち単体格子要素のｘ方向における両側の縁部の点、ならびに各単体格子要素のｘ方向における中心点である。縁部の地点は、部分的な光束それぞれの周辺光線の入射点に対応し、中心点はそれぞれの光束の中心光線の入射点に対応する。−１次の回折次数における中間像の位置はｘ＝５４，６５４ｍｍおよびｙ＝２０８，８８５ｍｍである。
Figure 2005521107
Figure 2005521107
Figure 2005521107
第２の実施の形態では本発明による格子素子は、全部で８個の単体格子要素を有している。
８個の単体格子要素を有してなる格子素子は、ｘ方向に全長５２１．５ｍｍにわたって設けられている。８個の単体格子要素は平らな単体格子要素であり、連続する多角形列上に隣接してもうけられている。
平らな格子面がｘ軸に対してなす傾角ψは、第１のエレメントの１２．４°から第８のエレメントの１３．６°まで連続的にほぼ直線的に増大する。入射角αは、第１のエレメントの８３．８°から第８のエレメントの６９．４°まで減少する。単体格子要素それぞれの平均ブレーズ角εは、１．２１°で不変であるが、単体格子要素の面上で最小±０．２％、最大±７．９％で変化する。
単体格子要素の平均的な溝の密度は、第１のエレメントの３７４Ｌ／ｍｍから第８のエレメントの１１６０Ｌ／ｍｍまで連続的に増大する。このとき面積に対する溝の密度ｄＧ／ｄＸはほぼ直線的に変化し、第１のエレメントの１．１ｍｍ−１から第８のエレメントの７．１ｍｍ−１まで連続的に増大する。
単体格子要素を８個有してなるこのような格子素子は、集光反射鏡素子と協働して、波長λ＝１３．５ｎｍの場合、スペクトル分解された光源の点状の像を絞り面に生成する。０次および２次の回折次数で作られる光源の像と、絞り面における１次の回折次数の集束点との最小距離は、１４ｍｍより大きいか、あるいは１２ｍｍより大きい。
単体格子要素は、例えばルテニウム反射層でコーティングされている。ルテニウム反射層は周知の金属層のなかでλ＝１３．５ｎｍに対して最大の反射率を有している。このような反射層に関して１次の回折次数におけるブレーズ効率を計算すると、第１のエレメントの６５．７％から第４のエレメントの６８．１％まで連続的に増大し、その後第８エレメントの５６．８％に減少する。
単体格子要素を８個有してなるこのような格子素子の特別な有利点は、８個という少数の単体格子要素しか必要としないということ、全ての単体格子要素において平均ブレーズ角が一定であり、従って全ての単体格子要素の格子溝を同じ技術的方法（例えば機械的に格子を分離したり、ホログラフィー露光した後にイオンビームエッチングするなどの方法）で製造できること、ブレーズ配列中の単体格子要素を全て使用できるので、回折効率が平均で６４．９％になり、効率がわずかに＋３．２％ないし‐８．１％しか変動しないことなどである。したがって絞りを通過する光束の断面にわたって、非常に均一な強度分布が得られる。また、例えば開口部の直径が２ｍｍの絞りを通過して後続の照明光学系に用いられる波長が１３．０〜１４．０ｎｍの光線を、光源から異なる波長で放射される光線から１０００／１より大きい強度比で分離することができる。
＋１次の最適な回折効率η（＋１）を有する格子素子１００を得るため、本願発明に係る格子素子においては、格子素子の単体格子要素がそれぞれブレーズ格子として形成されるのが好ましい。
図４ａにはほぼ三角形の溝形状を有するブレーズ格子が示されている。参照符号２００は、ブレーズ格子として構成された格子周期Ｐを有する単体格子要素（たとえば単体格子要素２０９．１）に当たる光線を表す。符号２０２は、格子において０次の次数に回折される光線、２０４は＋１次の次数に回折される光線、２０６は−１次に、２０８は＋２次に回折される光線をそれぞれ示す。ブレーズ角については前記の値に関連して以下の式が成り立つ。
ε＝arctan（Ｂ／Ｐ）
ここで、Ｂはブレーズ深さ、Ｐは格子周期を表す。図４ｂでは図に示す回折幾何学
ε＝（α−β）／２
によって以下のような条件が与えられる。すなわち、格子の法線に対して角αをなして入射する光線２００は、ブレーズ角εに対応しているブレーズ効率で、格子の法線２１１に対して回折角βをなして、図３に示す絞りの中心に向かって回折される。このようなブレーズ条件の下で、格子方程式は以下のように表される。
ｎ＊λ／Ｐ＝ｓｉｎ（α）−ｓｉｎ（α−２ε）
＝ｓｉｎ（θ／２＋ε）−ｓｉｎ（θ／２−ε）
上記の式において、
θ＝α＋β
は、光線２００と光線２０４の間の偏向角を表す。
図５からわかるとおり、＋１次の回折効率η（＋１）は、格子素子上の位置Ｘおよび格子表面に使用された材料または格子上に設けられた反射層に依存している。回折効率のＸ依存性は入射角αおよびブレーズ角εのＸ依存性から決まる。
図５において参照符号１０００は、波長λ＝１３．５ｎｍの場合のルテニウムに対する回折効率η（−１）、１００２はパラジウムに対する回折効率、１００４はロジウムに対する回折効率、１００６は金に対する回折効率を表している。
図５に示す通り、ルテニウムを用いると０．７という最大効率が実現される。長時間特性においてより優れているパラジウムあるいはロジウムから成るコーティングの効率η（−１）も、わずか３％しか劣っておらず、０．６７である。金は通常、シンクロトロン回折格子に用いられるが、曲線１００６から明らかなとおりλ＝１３．５ｎｍの場合、前記の材料よりもはるかに効率が劣る。
図６には、本願発明に係る格子素子を有しているＥＵＶ投影露光装置が示されている。前記の図で示された構成部材と同一の構成部材には全て２０００増大させた参照符号を付している。ＥＵＶ投影露光装置は、光源２００３と、光を集める部材、いわゆる集光器２００５とを有している。本図の集光器は、出願人の名義により２００１年１月２３日に独国特許庁に提出された独国特許出願公開第１０１０２９３４号明細書に記載の入れ子式集光器として形成されたものである。前記明細書に開示された内容は包括的に本願に含まれる。集光器２００５は、照明光学系の物体面にある光源２００３を、光源の像あるいは二次光源２００４として絞り面２００７．３内あるいはその近くに結像させる。
図６において光源２００３は、レーザープラズマ光源またはプラズマ放電光源などであり、照明光学系の物体面に設けられている。照明光学系の像面には一次光源の像が結ばれるが、この像は二次光源とも称される。
格子素子２００１と物理的な絞り２００７．３との間には、付加的な絞り２００７．１，２００７．２が配設され、これらの付加的な絞りによって、望ましくない波長の光、特に３０ｎｍより大きい波長の光が遮断される。本願発明では絞り２００７．３の設けられた面に−１次の焦点がくる。すなわち光源２００３は、集光器および回折格子分光フィルターにより、−１次の回折次数においてほとんど非点収差なく絞り２００７．３の設けられた面に結像する。他の全ての回折の次数では、非点収差を有して結像される。
投影光学系の照明光学系はさらに、リング形状のフィールドを有するフィールド面２０２２を形成しかつ照明するための光学系２０２０を有している。この光学系は、フィールドを均一に照明するための混合ユニットとして、二つの切り子面反射鏡２０２９．１，２０２９．２および二つの結像反射鏡２０３０．１，２０３０．２およびフィールドを形成する斜入射反射鏡２０３２を有している。光学系２０２０には、迷光を低減するための付加的な絞り２００７．４，２００７．５，２００７．６，２００７．７が設けられている。
第一の切り子面反射鏡２０２９．１、いわゆるフィールド切り子面反射鏡は、第二の切り子面反射鏡２０２９．２、すなわちいわゆる瞳切り子面反射鏡が設けられている面内あるいはその近くに複数の二次光源を作り出す。本願発明による格子素子を用いると物理的な絞り２００７．３の設けられている絞り面内あるいはその下流側で強度分布が均一化されるので、切り子面反射鏡２０２９．１においても均一な強度分布、すなわち均一な照明が実現される。下流側の結像光学系は、瞳切り子面反射鏡２０２９．２を照明光学系の射出瞳２０３４に結像させる。照明光学系の射出瞳は、投影光学系２０２６の入射瞳に位置している。第一および第二の切り子面反射鏡２０２９．１，２０２９．２の個々の切り子面の傾角は、第一の切り子面反射鏡２０２９．１の個々の切り子面の像が照明光学系のフィールド面２０２２において重なり合い、それによってこのフィールド面２０２２に位置する、構造を担持するマスクが、非常に均一に照明されるように決められている。リングフィールドのセグメントは、かするような浅い斜入射角で動作してフィールドを形成する斜入射反射鏡２０３２によって形成される。
切り子面が二カ所に設けられた照明光学系は、例えば米国特許第６１９８７９３号明細書に開示され、結像させてフィールドを形成する素子はＰＣＴ／ＥＰ／００／０７２５８に開示されている。これらの文献に開示された内容は包括的に本願に取り入れられる。
フィールド面２０２２に設けられた構造を担持するマスクは、レチクルともよばれるが、投影光学系２０２６によってフィールド面２０２２の像面２０２８に結像される。投影光学系２０２６は、６枚の反射鏡を用いた投影光学系であり、出願人の名義で２０００年１２月１３日に合衆国特許庁に提出された米国特許出願第６０／２５５２１４号明細書、あるいは独国特許出願公開第１００３７８７０号明細書などに開示されている。これらの文献に開示された内容は包括的に本願に取り入れられている。像面２０２８にはウェハなどの露光すべき対象物が配置されている。
本発明によって、不要な波長を一次光源のすぐ下流側で選択できる光学素子が初めて提供される。このような光学素子では、単体格子要素を湾曲した支持面、たとえば連続する多角形列に多数設けることによって、照明光学系内において、物理的な絞りが設けられた絞り面内およびその下流側で、強度分布が均一化される。さらに格子が異なることによるブレーズ角の差が最小化されるので、格子素子の製造が非常に容易になる。
照明光学系の集光ユニットの光路内に前後に順に並べて配列された単体格子要素を有する格子素子と絞りの配置構成を示す図である。 単体格子要素を１８個有してなる本発明の実施形態を示す図である。 図２に示す実施形態の特性値を導出するための原理を説明する図である。 ブレーズ深さないしブレーズ角を導くためにブレーズ格子を示す図である。 ブレーズ深さないしブレーズ角を導くためにブレーズ格子を示す図である。 ブレーズ格子として形成された異なる材料からなる格子素子の回折効率を示す図である。 本発明による照明光学系を有してなるＥＵＶ投影露光装置を示す図である。
符号の説明
１ 回折格子素子（格子素子）
２ 光源
５ 集光器
７．１，７．２，７．３，７．４，７．５，７．６ 照明光学系の絞り
８ 冷却装置
９．１，９．２，９．３ 単体格子要素
１０．１，１０．２ 冷却装置の供給部と排出部
１００，１００．１ 光源から発してコリメートされた光束または部分的光束
１０１ 単体格子要素
１０２，１０２．１ 光源から発して入射する光束または部分的光束の上側周辺光線
１０４，１０４．１ 光源から発して入射する光束または部分的光束の下側周辺光線
１０６，１０６．１ 光源から発して入射する光束または部分的光束の中心光線
１０７．３ 物理的な絞り
１０９．１，１０９．２，１０９．１７,１０９．１８ 単体格子要素
１１３ 中間像
１１５ ベースプレートないし支持プレート
２００ 入射光線
２０２ ０次の方向に回折された光線
２０４ １次の方向に回折された光線
１０００，１００２，１００４，１００６ 異なる材料に対する回折効率η（−１）
２００１ 格子要素
２００３ 光源
２００５ 入れ子式集光器
２００７．１，２００７．３，２００７．４，２００７．５ 照明光学系の絞り
２０２０ 光学系
２０２２ フィールド面
２０２６ 投影光学系
２０２８ フィールド面の像面
２０２９．１，２０２９．２ 切り子面反射鏡
２０３０．１，２０３０．２ 結像反射鏡
２０３２ フィールドを形成する反射鏡
２０３４ 照明光学系の射出瞳
Ｚ ０次の次数における虚の中間像焦点
α 光線が格子の法線に対してなす入射角
φ 光線がｘ座標軸に対してなす角
ψ 単体格子要素の傾角

Claims (15)

  1. １００ｎｍ以下の波長を濾光するための格子素子であって、
    格子周期を与える格子線を有した複数の単体格子要素（９．１，９．２，９．３，１０９．１，１０９．２，１０９．３，１０９．１７，１０９．１８）を備えている格子素子において、
    前記単体格子要素（９．１，９．２，９．３，１０９．１，１０９．２，１０９．３，１０９．１７，１０９．１８）は、前記格子素子（１，２０００）に当たる光束（１００）の光線の方向において、前記格子素子（１，２０００）によって張られる平面に対して湾曲した支持面上に順番に並べて配列されていることを特徴とする格子素子。
  2. 前記湾曲した支持面が連続する多角形列によって規定される湾曲面であることを特徴とする請求項１に記載の格子素子。
  3. 前記単体格子要素の格子線は、線密度（Ｇ）を有し、前記単体格子要素上で前記線密度がΔｇだけ変化し、前記単体格子要素の線密度においてｇが４００本／ｍｍ≦ｇ≦２０００本／ｍｍの範囲であるときに、Δｇは４０本／ｍｍ≦Δｇ≦２００本／ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の格子素子。
  4. 前記単体格子要素に、光源から発生する光束の一部の光束の光線が角αをなして当たり、前記単体格子要素のそれぞれに対する入射角αはΔαだけ変化し、前記単体格子要素における入射角αが８５°≦α≦６５°の範囲であるときに、ΔαはΔα≦３°、好ましくはΔα≦２°、特に好ましくはΔα≦１°の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の格子素子。
  5. 前記単体格子要素（９．１，９．２，９．３，１０９．１，１０９．２，１０９．３，…１０９．１７，１０９．１８）は、格子線を備えた平らな格子表面をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の格子素子。
  6. 前記単体格子要素（９．１，９．２，９．３，１０９．１，１０９．２，１０９．３，１０９．１７，１０９．１８）は、格子線を備えた非球面状の格子表面をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の格子素子。
  7. 前記格子線は、湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の格子素子。
  8. 前記単体格子要素に当たる光束は収束する光束であり、前記単体格子要素はブレーズ格子であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の格子素子。
  9. ブレーズ格子として構成された前記単体格子要素のブレーズ角εは、前記単体格子要素上でΔεだけ変化し、前記単体格子要素のブレーズ角εが１．０°≦ε≦１．６°の範囲であるときに、ΔεはΔε≦０．３°、好ましくはΔε≦０．２°、特に好ましくはΔε≦０．１°の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の格子素子。
  10. 前記単体格子要素（９．１，９．２，９．３，１０９．１，１０９．２，１０９．３，１０９．１７，１０９．１８）のそれぞれに前記光束の一部が当たり、前記単体格子要素が設けられている前記支持面（１１５）の湾曲は、ブレーズ格子として構成された前記単体格子要素の像面が、収束する光束（１００）のそれぞれの部分についてほぼ等しくなるように選択されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の格子素子。
  11. 物体面とフィールド面（２０２２）を有する１００ｎｍ以下の波長のための照明光学系において、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の少なくとも１つの格子素子（２０００）と、
    絞り面に設けられた少なくとも１つの物理的な絞り（２００７．３）とを有し、該物理的な絞りは、物体面からフィールド面（２０２２）に至る光路内の前記格子素子の下流側に設けられていることを特徴とする照明光学系。
  12. 前記物理的な絞り（２００７．３）の絞り面内及び／又は絞り面の後側で、前記物体面から前記フィールド面に至る光路内でほぼ均一な強度分布が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
  13. 前記照明光学系が第１の切り子面反射鏡（２０２９．１）を有し、該第１の切り子面反射鏡は、物体面からフィールド面に至る光路において前記物理的な絞り（２００７．３）の下流側に設けられ、ほぼ均一に照明されることを特徴とする請求項１２に記載の照明光学系。
  14. マイクロ電子工学的な構成部材を製造するための投影露光装置であって、
    請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の照明光学系と、
    構造を担持するマスクと、
    投影光学系（２０２６）と、
    感光性物体とを有し、前記構造を担持するマスクが前記感光性物体に結像されるよう構成されている投影露光装置。
  15. 請求項１４に記載の投影露光装置を用いてマイクロ電子工学的な構成部材、特に半導体構成部材を製造する方法。

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