JP2006511070A - 効率的な集光器光学系を有する照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】
ソースサイズを有し、αが開口角を示すものとして、放射パワーを空間角度要素Ω（α）内に放射している光源と、光源からの放射パワーを第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}まで集める集光器と、ソースサイズＱと前記第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}とにより定義される第１の幾何学的なフラックスＧ１と、照射される面積Ａと開口数ＮＡと有する照射される平面と、第２の開口角α_（２）を定義している照射される前記開口数ＮＡと、前記面積Ａと前記第２の開口角α_（２）により定義されている第２の幾何学的なフラックスＧ２とを有する照明システムで、前記集光器は、前記第１の幾何学的フラックスＧ１が、前記第２の幾何学的フラックスＧ２以上で、特に好ましくは、この第２の幾何学的フラックスＧ２より１５％より大きくなるように、前記第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}を有することを特徴とする照明システムが開示されている。

Description

本発明は、ソースサイズＱを有し、放射パワーを空間角度要素Ω（α）に放射しているこの光源と、ソースから放射パワーを第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}まで受け取る、即ち捉えている少なくとも一つの集光器と、例えばマスクが、位置されている、好ましくはレチクル平面である照射されている平面はもちろん、前記ソースサイズＱと第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}によって定義される第１の幾何学的フラックスＧ１とを有する投影露光システムに関する。前記レチクル平面は、照射される面積Ａと開口数ＮＡを有し、この開口数ＮＡは、第２の開口角α_（２）と前記面積Ａと第２の開口角α_（２）によって決められる第２の幾何学的なフラックスとを定義している。

特に波長が、１９３ｎｍ以下のマイクロリソグラフィのための投影露光システムは、多くの応用から知られるようになった。参照は、反射屈折系に関しては、独国特許出願１００ ２０ ５９２とそれに対応する米国特許Ｎｏ．６，４２４，４７１とに与えられ、屈折系に関しては、独国特許Ｎｏ．１９８ ５５ １５７と米国の対応する米国特許Ｎｏ．６，５２２，４８４とに与えられている。これらの開示の内容は、その全体において本出願に含まれている。

現在、１１ｎｍから１４ｎｍの範囲の波長、特に１３．５ｎｍの波長が、開口数０．２から０．３におけるＥＵＶリソグラフィのための波長として議論されている。ＥＵＶリソグラフィにおける結像性能は、投影対物レンズと照明システムとにより決定されている。この照明システムは、できる限り、中に構造を生成するマスク、すなわち、レチクルが位置されている領域平面の一様な照明を与えているべきである。前記投影対物レンズは、像平面、すなわち光感受性の物体が位置されているウェハ平面に領域平面の像を投影している。ＥＵＶリソグラフィのための投影露光システムは、反射性の光学要素を用いて、実行されている。ＥＵＶ投影露光システムの像平面における領域の形状は、典型的に２ｍｍ（幅）×２２から２６ｍｍ（円弧の長さ）の高いアスペクト比を有する環状の形状である。前記投影システムは、典型的に走査モードで走査されている。ＥＵＶ投影露光設備に関して、以下の刊行物に参照が与えられている。

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．４１４６（２０００）の１３ページから２４ページにあるＷ．Ｍ．Ｋａｉｓｅｒ、Ｒ．Ｈ．Ｓｔｕｌｅｎ編集のＳｏｆｔ−Ｘ−Ｒａｙ ａｎｄ ＥＵＶ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓの中のＷ．Ｕｌｒｉｃｈ、Ｓ．Ｂｅｉｅｒｓｄｏｅｒｆｅｒ、Ｈ．Ｊ．Ｍａｎｎ著の「Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｅｎｓｅｓ ｆｏｒ ＵＶ− ａｎｄ ＥＵＶ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．４１４６（２０００）の２５ページから３４ページにあるＷ．Ｍ．Ｋａｉｓｅｒ、Ｒ．Ｈ．Ｓｔｕｌｅｎ編集のＳｏｆｔＸＲａｙ ａｎｄ ＥＵＶ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓの中のＭ．Ａｎｔｏｎｉ、Ｗ．Ｓｉｎｇｅｒ、Ｊ．Ｓｃｈｕｌｔｚ、Ｊ．Ｗａｎｇｌｅｒ、Ｉ．Ｅｓｃｕｄｅｒｏ−Ｓａｎｚ、Ｂ．Ｋｒｕｉｚｉｎｇａ著の「Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＥＵＶ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」
これらの開示は、これらの全体において本出願に含まれている。

ＥＵＶ投影露光システムのための特別な照明システムは、以下の引用されている刊行物から知られるようになっている。このように、米国特許Ｎｏ．５，３９９，３４６は、ＥＵＶ放射を用いるリソグラフィ装置の照明装置を開示している。前記レチクル平面の一様な照明と瞳孔の充填とに対して、米国特許Ｎｏ．５，３３９，３４６は、集光器のレンズとして作られ、対称的に位置された、少なくとも４対のミラーのファーセットを有するコンデンサを示唆している。光源として、レーザプラズマ光源が、用いられている。

コンデンサミラーを有するレーザプラズマ光源を有し、それによって照射されるべきマスク並びに／もしくはレチクルが、球面ミラーの補助で達成される、レーザプラズマ光源を有する照明システムは、米国特許Ｎｏ．５，７３７，１３７において開示されている。

米国特許Ｎｏ．５，３６１，２９２は、光源が与えられ、その点状の光源が、５つの非球面ミラーを有し中心からずれたところに位置されたコンデンサにより照射されているリング形状の表面に像を撮像される、照明システムを開示している。前記リング形状の照射された表面は、その時、下流側のグレーズ光が特別に連続していることにより入射瞳の中に像が撮像されている。

光子放射源が、ハニカムコンデンサにより、多数の２次的な光源に分けられている照明システムは、米国特許Ｎｏ．５，５８１，６０５から知られている。このように、レチクル平面における一様な照射が、達成されている。このレチクルは、露光されているウェハ上に典型的な縮小レンズ（reduction optic）により像を撮像される。正確には、同じようにカーブしたラスター要素をハニカムコンデンサとして有するラスター要素を有する１つのミラーが、照射の光路の中に与えられている。米国特許Ｎｏ．５，５８１，６０５の場合、レーザプラズマ光源もしくはとても小さな光源が、仮定されている。

欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０９３９３４１とその米国の対応する米国特許Ｎｏ．６，４５２，６６１は、複数の第１のラスター要素を有する第１のオプティカルインテグレータと複数の第２のラスター要素を有する第２のオプティカルインテグレータとを有する、２００ｎｍ未満の波長の特にＥＵＶの範囲のケーラー照明システムを開示している。レーザプラズマ源は、光源として記述されている。

２つのミラーもしくはラスター要素を有するレンズを有するさらなるＥＵＶ照明システムは、独国特許出願Ｎｏ．１９９ ０３ ８０７ Ａ１とその米国のたいおうする米国特許Ｎｏ．６，４３８，１９９とから知られている。これらのタイプのシステムは、また２重ファーセットのＥＵＶ照明システムとして言及されている。この出願の開示の内容は、その全体において本出願に含まれている。

２重ファーセットのＥＵＶ照明システムの構築の原則は、独国特許出願Ｎｏ．１９９ ０３ ８０７ Ａ１とその米国での対応する米国出願Ｎｏ．６，４３８，１９９とに開示されている。独国特許出願Ｎｏ．１９９ ０３ ８０７とその米国での対応する米国特許Ｎｏ．６，４３８，１９９とによる照明システムの射出瞳における照明は、第２のミラー上のラスター要素の配置により決定されている。小さなレーザプラズマ源もしくは小さな放射の角度を有するピンチプラズマ源が、また光源として記述されている。

全ての出願の開示の内容は、これらの全体において本出願に含まれる。

上で記述したような照明のシステムは、小さな寸法を有するレーザプラズマ源か小さな空間的な角度だけにしか放射しないピンチプラズマ源を光源として有している。そのため、両方の場合に、照明システムの集光器によって捉えられることができる幾何学的なフラックスは、限られている。

放電プラズマ源のような大きなプラズマ源が、上で記述した光源の代わりに用いられると、多すぎる光が、捉えられて、その光は、構造を生成するマスクを照射するためにレチクル平面において用いられることはできない。もし、過剰な光が、前記集光器によって集められると、所望されていない高い熱的な負荷が、結果の照明システムに起こり、過剰に集められた光は、例えば絞りを用いて遮断されなければならない。一方、集められた光が少なすぎる時は、例えばピンチプラズマ源にあわせて調節された集光器において、過少の光が、ウェハ平面の光感受性の物体に対して利用可能となっている。さらに、前記レチクル平面における照射の一様性に対する高い必要条件は、満たされることができない。

本発明の目的は、先行技術の不都合を克服する照明システムを記述することである。特に、最適化された効率により特徴付けられ、領域平面における照射の高い一様性を与える照明システムが、与えられるべきである。

前記目的は、ソースサイズを有し、放射パワーを空間角度要素Ω（α）で放射する光源を有する照明システムにより達成されることができる。ここで、αは、開口角を示している。前記照明システムは、前記光源からの放射パワーを第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}まで受ける、即ち捉える集光器と、前記ソースサイズＱと第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}により定義される第１の幾何学的なフラックスＧ１と、照射される面積Ａと開口数ＮＡとを有する照射される平面とを有する。照射されるこの開口数ＮＡは、第２の開口角α_（２）を定義し、第２の幾何学的なフラックスＧ２は、前記面積Ａと前記第２の開口角α_（２）により定義されている。本発明によると、前記集光器は、第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}が、前記第１の幾何学的フラックスＧ１が、第２の幾何学的フラックスＧ２以上であるように、特に好ましくは第２の幾何学的フラックスＧ２よりも１５％より大きくなるように、選ばれているように設計されている。

発明者の利点は、特に空間的に拡がったプラズマ光源において、前記集光器の収束角並びに／もしくは開口角α_{ｍａｘ（１）}は、最適化された効率が、照明システムの同時に最適化されたパフォーマンスと共に達成されているように、どのように選ばれなければならないのかを認識したことである。

独国特許Ｎｏ．１０１ ３４ ０３３とその対応するＷＯ ２００２０８２８７１とにおいて記述されているように、空間的に拡がったプラズマ光源は、例えば、放電プラズマ源であることができる。他の広がったレーザプラズマ光源は、例えば、米国特許Ｎｏ．６，３０７，９１３において記述されている。

前記照明システムにより受け取られることができ、前記レチクル平面における構造を生成するマスクの露光のために利用できるようにされることができる光の量は、ソースのビーム密度と照明系の幾何学的フラックスとによって制限されている。

この場合、この幾何学的なフラックスは、

によって与えられ、この積分は、領域平面における照射される面積Ａと照射される空間角Ωに渡っている。前記開口角αは、局所的な表面の法線とこの場合の立体角の主線の間の角を記述している。この幾何学的なフラックスは、光学システムで維持される。すなわちこの幾何学的なフラックスは、定数である。

本発明による照明システムにおいて、前記集光器によって、前記光源の特定の幾何学的フラックスＧ１が、捉えられている。この幾何学的フラックスＧ１は、前記ソースサイズと開口角α_{ｍａｘ（１）}とにより決定される。もし、この集光器が、中央のシェーディングを有するならば、最小開口角α_{ｍｉｎ（１）}がある。この最大と最小の開口角は、この時、最大開口ＮＡ１とともに立体角すなわち空間角Ωを決定する。

全体の照明システムの幾何学的フラックスＧ２は、この照明システムの領域平面において照射される面積Ａ＝Ｘ×Ｙと最大開口数σβＮＡを有する照射される開口とにより決定される。σは、コヒーレンス度に、ＮＡは、投影物体の像平面における最大開口に、βは、投影光学系（optics）のイメージングスケールに対応している。次の式が、成立する。

もし、矩形の照明Ａ＝Ｘ×Ｙが、仮定されている時、例えば、Ｘ＝１０４ｍｍと、Ｙ＝８ｍｍと、σ＝０．５からσ＝０．８のコレーレント因子と、投影物体のためのイメージングスケールとしてβ＝０．２５と、投影物体の像平面における開口数でＮＡ＝０．２５からＮＡ＝０．３の範囲にある開口数とで、表１の例示的な値が、幾何学的なフラックス並びに／もしくは光コンダクタンスに対しての結果となる。光コンダクタンスは、またｅｔｅｎｄｕｅとしても参照され、３０％増加された光コンダクタンスに対して（ｅｔｅｎｄｕｅ＋３０％）、

以下では、本発明による集光器を与えるために、どのように前記最大開口角α_{ｍａｘ（１）}と、中央にシェーディングを有する入れ子にされた集光器にたいしては、前記最小開口角α_{ｍｉｎ（１）}とが選ばれなければいけないのかが、例を参照して示されている。

光源を、例えば、ＥＵＶ光源とし、このＥＵＶ光源が、１ｍｍから数ｍｍの範囲の典型的な拡がりと、ソース密度が、最大ソース密度の半分に落ちる表面の極限包絡線として、例えば、ほぼガウス分布関数の形状を有するこの光源のソース密度分布とを有すると仮定すると、長さＬ＝２ａと直径Ｄ＝２ｂを有する、ほぼ回転楕円体の形状のソース分布を得る。ａとｂとは、典型的な用語によれば、楕円の半幅を記述している。この形状の光源に対して、前記幾何学的なフラックスは、

により表現されることができる。αは、前記開口角に対応し、この積分は、この開口角のサイン、すなわちｓｉｎαにわたって実行されている。すなわち、積分定数は、ｄｓｉｎαである。もし、前記集光器が、例えば、開示の内容が、全体として本出願に含まれている欧州特許出願Ｎｏ．１２２５４８１ Ａ２とその米国での対応する米国特許Ｎｏ．２００３／００４３４５５ Ａ１におけるもののように入れ子になった集光器に基づいているならば、前記入れ子になった集光器は、最大開口角α_{ｍａｘ（１）}と、前記中央のシェーディングのために最小開口角α_{ｍｉｎ（１）}とを有する。前記積分は、したがって、α_{ｍｉｎ（１）}からα_{ｍａｘ（１）}まで実行されるべきである。積分の後で、前記幾何学的フラックスＧ１に対し以下の表現が得られる。

ここで

本発明によれば、集光された幾何学的なフラックスＧ１が、Ｇ２の結果より幾分大きいかＧ２の結果と等しく、好ましくは、例えばＧ２の３００％よりも大きくなく、好ましくは、２００％よりも大きくなく、特に好ましくは、例えば、Ｇ２の１３０％よりも大きくすらないように、最大集光角α_{ｍａｘ（１）}が、選ばれているように、前記集光器は、設計されている。すなわち、Ｇ２＜Ｇ１＜１．３×Ｇ２＜２×Ｇ２＜３×Ｇ２。これらの条件の下で、前記ソースにより放射されているパワーは、最適に用いられることができる。最適な効率を有し、そのためにまた最適な熱的な取り扱いを有する照明システムが結果として得られる。

もちろん、平面の一様な照射のための入れ子になった集光器におけるように、前記ソースから放射された放射の受け取られた、即ち捉えられた放射の開口は、放射方向にギャップを持つことができる。この場合、捉えられた幾何学的なフラックスは、Ｎ枚のシェルを有する前記集光器のそれぞれのシェルの番号ｉの内側と外側の開口角α^ｉ _ｍｉｎとα^ｉ _ｍａｘを用いて、和から

に決定される。簡単のため、以下では、前記集光器が、α_ｍｉｎからα_ｍａｘの連続的な開口範囲を捉える場合が、考察されている。このことは、可能である。なぜならば、前記シェルの間のわずかなシェーディングは、わずかな幾何学的な光の損失を引き起こすだけだからである。この損失は、例えば、ほぼ３０％のわずかに大きな光の吸収により補償されている。

表１の例Ａに対して、楕円のハーフパラメータａ＝１．２ｍｍとｂ＝０．８ｍｍとを有するソースに対して、ほぼ３５．５°＜α_ｍａｘ＜３９．５°の集光角度を得ている。もし、このソースが、表１の例Ｂにおいて楕円のハーフパラメータａ＝１．５ｍｍとｂ＝０．６５ｍｍとに与えられるならば、理想的な集光角度６９°＜α_ｍａｘ＜７８．３°が、得られている。本発明によるこれらの最大集光角度において、最適なパフォーマンスが、所定のソースに対して達成され、同時に前記照明システムの熱的な負荷は最小である。

上述の例において、α_{ｍｉｎ（１）}は、常に０に等しい。しかしながら、集光された幾何学的なフラックスは、例Ｂの大きなソースの場合、例えば、ほぼ９°のα_ｍｉｎの前記集光器の開口の中央のわずかなシェーディングのために、０．１ｍｍ^２だけ変化するだけである。この変化は、例Ｂにおいて受け取られることができる幾何学的なフラックスのほぼ１％に対応している。このため、このわずかな相違は、考察において無視されることができ、受け取られる幾何学的なフラックスに関して比較的小さな役割を果たしている。この幾何学的なフラックスは、好ましくは、少なくとも３０％大きい。

開示内容がその全体において本出願に含まれている、例えば、欧州特許出願Ｎｏ．０ ９３９ ３４１ Ａ１とその米国での対応する米国特許Ｎｏ．６，４５２，６６１に記述されているような法線入射の集光器を考察し、欧州特許出願Ｎｏ．０ ９３９ ３４１ Ａ１におけるように、この集光器に対して、ＮＡ〜１が、仮定されていると、以下のフラックスＧ１が結果として得られる。例えば、ＮＡ＝１の集光開口を有する集光器のこのタイプは、幾何学的なフラックスＧ１が、回転楕円体のような形状をしたソースに対して、捉えられる。Ｇ１は、

により与えられている。パラメータｅは、公式（４）で定義されている。

そのため、ａ＝１．２ｍｍとｂ＝０．８ｍｍとのハーフパラメータを有するソースに対して、ほぼＧ１＝１６．７の幾何学的フラックスを得ている。この幾何学的フラックスは、例えば、前記開口角α_{ｍｉｎ（１）}とα_{ｍａｘ（１）}とが本発明に従って選択されると、欧州特許出願Ｎｏ．１２２５４８１ Ａ２において開示されているような、入れ子になった集光器を有する、前に示した例Ａに対するＧ１＝２．５５よりもかなり大きい。この場合、ＮＡ〜１の開口数を有する集光器、すなわち、±９０°のソース捕捉のための開口、を用いて、６．５倍の利用可能なパワーが、そのような集光器によって、集められ、反射されるだろう。このことは、もしそのような集光器が、ＥＵＶ照明システムにおいて用いられると、集光され反射される放射のうち、ほぼ５．５の分は、この照明システムにおいて遮断されるか吸収されなければならないだろうということを意味している。このことは、重大な熱的な負荷を招き、この熱的な負荷は、加えて、光のパワーの関数としてのミラー表面の破壊を加速することができる。加えて、もし、捉えられるソースのパワーが、大きすぎる時、前記照明システムの設計は、より難しくされることができる。そのため、前記集光器の集光開口は、利用可能な幾何学的フラックスＧ２の３００％の最大量が、特に好ましくは、１３０％だけが、捉えられるように、選択すると有利である。

もちろん、法線入射集光器か、他の波長では、本発明によって開口角の範囲においてソースからの放射パワーを受け取るだけの反射集光器が、当業者によって想像できる。

ＮＡ〜１を有する、欧州特許出願Ｎｏ．０ ９３９ ３４１ Ａ１に記述されている集光器の場合には、吸収された過剰なパワーが、照明システムに重大な熱的な負荷を招いている。

以下では、本発明は、図面を参照して、例示的な目的のために記述されることになる。

図１において、回転楕円体のような形状をした光源により放射された放射の領域Ｆを通る幾何学的なフラックスＧ１が、示されている。回転対称な光源１は、Ｚ軸上に位置されている。前記領域Ｆは、このＺ軸に垂直で、前記光源１に少し距離をおいている。前記領域Ｆの各々の高さｒ（α）において、前記光源１からの光源の束６の光線は、角αだけ傾けられた空間的な角の中に入射するのみである。空間角Ω（α）のサイズは、前記高さｒ（α）並びに／もしくは角αと翻って前記光源を定義する楕円のハーフパラメータａ、ｂとの関数である。

上で示したように、

は、前記幾何学的なフラックスにあてはまり、この積分は、光軸への角αのサインに渡って実行されている。ここで
ａ，ｂ：楕円パラメータ
α：開口部の角度
である。

図２に示されているように、空間角Ω（α）は、拡がった前記光源１の各々のから、集光器２により捉えられている。前記開口角αは、例えば、前記集光器により捉えられたり集められた光束６の主要な光線４のＺ軸に関する傾きにより決定されている。

図２は、光源１と、集光器２と、光源の像５と、前記光源により生成され、前記集光器により受け取られる幾何学的なフラックスＧ１を決定するために必要な領域Ｆとを有するシステムの模式的な図である。前記光源１は、空間中に特定の放射強度を放射している。

前記集光器２は、放射された光を集め、それを束にする。この集光器２は、前記光源１の像を撮像し、光源の像５にする。この光源の像５は、図２に描かれているように実であるか、虚である。この光源１も、すでに物理的な光源の像であることができる。

任意の光源１は、前記光源の像の中に像が作られる。この光源の像は、実（すなわち前記集光器２の右に向かう光の方向の）または、虚（前記集光器の左に向かう光の方向の）または、無限遠にある。

４枚のミラーシェルを有する入れ子になった集光器が、例として図３に示されている。このミラーシェルは、今の場合、Ｚ軸と一致している回転軸ＲＡの周りに回転対称に位置された楕円の切片である。Ｚ軸の周りの回転対称のために、この集光器２の半分だけが、断面で描かれている。

前記４枚のミラーシェル４０、４２、４４、４６は、Ｚ軸からほぼ等距離に位置されており、このことは、シェルの直径の最大値に関連している。図４では、前記光源１と、領域Ｆと、光源の像５とも示されている。

さらに、各々のミラーシェルによって捉えられる開口角要素２０、２２、２４、２６が、示されている。

その他の要素の参照符号は、前の図の参照符号に対応している。

入れ子になった反射集光器は、必ず中央のシェーディングを、すなわち特定の開口角α_{ｍｉｎ（１）}より下に有し、前記光源１の放射は、集光されることができない。このため、この放射は、好ましくは、絞りを用いて遮断されている、その結果、放射は、後に続く照明システムに到達することができない。この絞りは、例えば、前記集光器の領域に位置されることができる。

同様の配置は、反射システムにたいしても想像されることができる。反射システムでは、入れ子になった前記ミラーシェル４０、４２、４４、４６は、図４にしめされているように、環状のオフアクシスのレンズの切片５０、５２、５４、５６に置き換えられている。

図４は、レンズの環状のオフアクシスの切片の配置を模式的に示している。Ｚ軸と一致した回転軸ＲＡの周りに回転対称なシステムの半分だけが、模式的に断面で描かれている。同等でなく大きな角度要素が、等しく大きな高さ切片上で偏向され、そのために、例えば、一様な照射が、非等方的な光源放射でも、達成されている。

同一の参照符号は、前の図におけるように同一の要素を示している。

図５は、例えば、一方が他方の内側に位置されている２枚のミラーシェル１００４．１、１００４．２を有する入れ子になった集光器のさらなる実施の形態を示している。この実施の形態においては、光源１の光が、環状の開口部材を通して、集光器によって受け取られるが、この環状の開口部材は、前記第１のミラーシェル１００４．１と第２のミラーシェル１００４．２の対物側の環状の開口要素１００２．１と１００２．２との間にギャップ１０００を有する。像側の環状の要素１００３．１と１００３．２とは、互いに直接隣接しているので、像空間、すなわち像側で照射されるべき平面においては、必要な中央のシェーディング１００５を除いて、ギャップはない。図示された集光器においては、冷却装置１００６．１、１００６．２、１００６．３が、前記２枚のミラーシェル１００４．１と１００４．２との間の使われていない領域と集光器の内部と外部に位置されている。前記ミラーシェル１００４．１、１００４．２は、平面１００８においてほぼ終わり、この平面１００８内にスポークのつけられた輪によって維持されており、例えば、それらのうちでスポーク１０１０が、示されている。図示された実施の形態の各々のミラーシェル１００４．１、１００４．２は、２つのミラーの切片を有する。第１のミラーの切片１００７．１、１００７．２は、第１の光学面を有し、第２のミラーの切片１００９．１、１００９．２は、第２の光学面を有する。これらの光学面は、ギャップなく１つの後ろに他方が位置されている。前記第１のミラーの切片１００７．１、１００７．２は、現在の例示的な実施の形態において、双曲面の切片であり、前記第２のミラーの切片１００９．１、１００９．２は、楕円面の切片である。

図５における経線沿いの断面において明確に見られることができるように、前記光源１と、光源の像５と、シェルの端１０２４．１、１０２４．２と、２枚のミラーの切片を持つシステムにおいては、また前記第１のミラーの切片１００７．１、１００７．２と第２のミラーの切片１００９．１、１００９．２との間の遷移領域との間の、それぞれのミラーシェル並びに／もしくはそれらに割り当てられた接続線の内側と外側のエッジの光線１０１６．１、１０１６．２、１０１８．１、１０１８．２とが、対物レンズ並びに／もしくは前記光源１から前記光源の像５に、放射フラックスが流れる、光学的に使用されている領域すなわち光線のパイプを定義している。経線沿いの断面すなわち経線断面は、Ｚ軸と一致する回転軸ＲＡを有している。使用されていない領域１０３２は、このように一方が他方の内側にあるように位置されている少なくとも２枚のミラーシェル１００４．１、１００４．２の使用されている領域１０３０．１、１０３０．２の間にある。

入れ子になった集光器のさらなる構成成分が、前記光源１から光源の像５への放射フラックスに影響を与えることなく２枚のミラーシェル１００４．１と１００４．２の間の使用されていない領域１０３２に位置されることができる。このタイプの構成成分の例は、光を検出器上へ、もしくは、熱シールドか冷却トラップのような非光学的な構成成分上へ偏向するだろう。冷却装置１００６．１、１００６．２、１００６．３は、集光器のシェルの背面と直接に接触していることができる。家電粒子か磁気粒子を偏向するための電極か磁石の配置もまた可能である。電線もしくは、冷却液を供給し除去するための線は、像側の平面で前記集光器の外側に、像側の集光器の開口の、すなわち、像側の平面の照射された領域の、シェーディングをわずかだけ伴って導かれている。これらの線１０４４は、好ましくは、スポーク１０１０を有するスポークのつけられた輪のスポーク１０１０の影の領域に導かれている。前記入れ子になった集光器それ自身のシェルは、回転軸Ｚの周りに回転対称である。もちろん、さらなる冷却要素か検出器も、最も外側のシェル１００４．２か中央のシェーディング１０５２の外側の領域に位置されることができる。絞りが、好ましくは、前記中央のシェーディングの領域に位置されることができる。

ギャップを有する、回転楕円体の形状のソース分布を有する光源を有する、このタイプの入れ子になった集光器の捉えられた幾何学的フラックスＧ１に対して、この捉えられた幾何学的フラックスは、Ｎ枚のシェルを有する集光器のそれぞれのシェル番号ｉの内側と外側との開口角α^ｉ _ｍｉｎとα^ｉ _ｍａｘを有する和の結果から全てのＮ枚のシェルに対して

となる。

図６において、捉えられたもしくは集められた幾何学的なフラックスＧ１が、ハーフパラメータａ＝１．２ｍｍとｂ＝０．８ｍｍと回転楕円体の形状のソース分布とを有する光源１のための最大開口α_{ｍａｘ（１）}の関数として示されている。最大開口角の関数としての前記幾何学的フラックスＧ１は、図６の中の５００で示されている。導入部で示された式

が、基礎として用いられている。

本発明による原則の単なる例として理解されるべき、図６において、積分は、最小開口α_{ｍｉｎ（１）}＝０から開口α_{ｍａｘ（１）}まで、実行されていた。受け取られている幾何学的なフラックスが、この開口角までほぼ０．１５ｍｍ^２しかないので、曲線は、例えば、ほぼ９°の最小開口角α_ｍｉｎを有する中央のシェーディングを有する集光器からほとんど区別されることができない。

図６におけるダッシュをひいた水平な線５０２．１は、照明システム全体にたいする幾何学的フラックスを示している。この幾何学的フラックスは、この照明システムの領域平面において、照明される面積Ａ＝Ｘ×Ｙと、最大開口数σβＮＡを有するを有する照射される開口とによって決定される。σは、コヒーレンス度に、ＮＡは、投影対物レンズの像平面における最大開口に、βは、投影光学系のイメージングスケールに対応している。次の式が、成立する。

水平な線５０２．１は、Ｘ＝１０４ｍｍ、Ｙ＝８ｍｍ、Ｇ×ＮＡ＝０．５×０．２５、β＝０．２５で、長方形の照明Ａ＝Ｘ×Ｙを有する照明システムのための前記幾何学的フラックスＧ２を示す。この幾何学的フラックスもしくはｅｔｅｎｄｕｅは、この目的のためには、２．５５ｍｍ^２である。明確に見られるように、前記ソースの幾何学的フラックスＧ１は、ほぼ３５°の収束角で、照明システムの幾何学的フラックスＧ２に達している。本発明によれば、選択された前記最大開口角α_{ｍａｘ（１）}は、約３５°より大きいが、好ましくは、約４０°より大きくない。α_{ｍａｘ（１）}のための４０°の限界は、前記照明システムにおける熱的な負荷を低く保ち、並びに／もしくは不必要な熱的な負荷を避けるために、前記フラックスＧ１は、フラックスＧ２の１３０％よりも大きくないという必要条件の結果である。水平な線５０２．２は、１．３Ｇ２の幾何学的なフラックスを指定している。必要条件Ｇ２＜Ｇ１＜１．３Ｇ２に起因する最大角度α_ｍａｘのための範囲の限界は、参照符号５０４、５０６により示されている。低い方の限界α_{ｍａｘ（１）}〜３５°は、参照符号５０４によって指定され、高い方の限界α_{ｍａｘ（１）}〜４０°は、参照符号５０６により指定されている。

上の考察において、中にマスクが位置される、領域平面において照射される領域は、長方形の領域であると仮定されている。この領域の形状は、任意であることができ、特に円弧であることができる。当業者にとって、このタイプの領域の形状のための前記幾何学的フラックスＧ２は、本発明から逸脱することなく結果として得られる。面積Ａによって含まれる面積の計算は、領域の形状によって実行されるだけである。例えば、円弧のような形状の領域に対して、面積Ａは、

によって与えられる。ここで
γ：円弧のような形状の領域の曲がりの角度
ｒ_ｍａｘ：円弧の領域の最大半径、例えば、ｒ_ｍａｘ＝１３４ｍｍ
ｒ_ｍｉｎ：円弧の領域の最大半径、例えば、ｒ_ｍｉｎ＝１２６ｍｍ
である。

しかし、図示された実施の形態は、本発明にとっての例に過ぎない。他の良く知られた反射式の実施の形態か反射と屈折の集光器とコンデンサが、当業者にとって明らかな方法で適用可能である。

図7は、マイクロエレクトロニクス構成成分の製造のための投影露光システムの模式図を示している。例えば、このシステムの中で本発明が、適用されることができる。

図7に示されている投影露光システムは、複数の、例えば、７枚か８枚のシェルを有し、光源からの幾何学的なフラックスを集め受け取るための入れ子になった集光器２００３はもちろん、前記光源２００１を有している。前記集光器の構造は、原則的に図４、６に示されている。入れ子になった前記集光器と中間のフォーカスＺの間の平板ミラー２００６は、２°の回折角を有し、０と用いられる回折次数の間で分光フィルタとして実行されることができる。この平板ミラー２００６に、当業者によって既に知られているように、光学システムが続き、米国特許Ｎｏ．２，１８３，２４９から例えば、反射もしくは屈折ハニカムコンデンサのような光学システムが続いている。第1の光学要素２１０２は、例えば、各々の領域が５４ｍｍ×２．７５ｍｍの拡がりを有する形状の１２２の第1のラスター要素を有している。

第２の光学要素２１０４は、前記第1のラスター要素に割り当てられ、各々が１０ｍｍの直径を有する光源の形状で、１２２の第２のラスター要素を有している。光学要素２１０６、２１０８、２１１０は、本質的には、領域平面２１１４の中に場を形成する目的のために用いられている。投影対物レンズ２１２６をもちいて、露光される前記平面２１２４内の物体上に像を撮像される、構造化されたマスク（図示されていない）は、物平面並びに／もしくは領域平面２１１４の中に位置されている。原則として、前記照明システムは、内容が、全体において本出願に含まれている、米国特許Ｎｏ．６，１９８，７９３ Ｂ１に開示されているように、２重ファーセットの照明システムである。

前記幾何学的フラックスを普遍にすること、並びに／もしくは、多くてもこの幾何学的フラックスを散乱か回折かを通してわずかに増加させることは、一般の光学系のそして特にハニカムコンデンサに対しての特徴である。回転対称な光のフラックスを生成する回転対称な集光器の配置と、第１の長方形もしくはカーブしたラスター要素を有する第１の光学要素２１０２とを通して、光の損失は、本質的に円形の照明を用いている前記長方形もしくはカーブした第１のラスター要素の幾何学的な放射を通して、上昇している。この光の損失は、本発明による集光器の開口の配置において、同時に前記照明システムにおける熱的な負荷を過度に増加させることなく、例えば、３０％までだけ大きな幾何学的なフラックスを吸収することにより、補償されている。

システムは、物平面２１１４、すなわちレチクルにおけるＮＡ＝０．０３１２５の照明の開口で、領域半径１３０ｍｍに対して、配設され、続く４：１の投影対物レンズの入射瞳Ｅにおけるσ＝０．５の充填率に対応し、この投影対物レンズは、投影される物体の前記平面２１２４においてＮＡ＝０．２５の開口を有する。このレチクルは、走査システム配設されている前記投影露光装置において、図示された方向２１１６に動かされることができる。

照明システムの射出瞳は、十分に一様に照射されている。この射出瞳は、以下の投影対物レンズ２１２６の入射瞳と一致している。この入射瞳は、前記レチクルから反射された主光線と前記投影対物レンズの光軸ＨＡとの交差の位置にある。

前記投影対物レンズ２１２６は、例えば、米国特許出願０９／５０３６４０によれば、６枚のミラー２１２８．１、２１２８．２、２１２８．３、２１２８．４、２１２８．５、２１２８．６を有しており、物平面２１１４における前記レチクルの像を、露光される物体２１２４上に作る。開示されたこの出願の内容は、参照により本出願に完全に組み込まれている。

前記第２の幾何学的フラックスＧ２以上で、好ましくは、１５％より大きいが、特に、好ましくは、３０％より大きくない、幾何学的フラックスＧ１を捉える、本発明による集光器２００３の拡張を通して、前記投影露光装置の熱的負荷は、減少される。関連技術による露光システムにおける、集められた過剰のパワーを弱めるための、特に光学要素２１０６、２１０８、２１１０の領域に位置されている絞りは、もはや必要ない。

同時に、照明システムに典型的に起こる幾何学的な光の損失は、前記領域平面において必要な幾何学的フラックスよりも大きな幾何学的フラックスに対応する選択された集光用の開口を有する本発明による集光器により補償されている。本発明による前記集光器は、しかしながら、照明システムの最適な効率と共に熱的な負荷が最小になるように、配設されている。

回転楕円体のような形状をしたソースの幾何学的フラックスの図である。 集光器を有する照明システムの模式的な図である。 入れ子になった反射集光器の模式的な図である。 入れ子になった反射集光器の模式的な図である ギャップを有する入れ子になった反射集光器を示す図である。 最大開口角αの関数としての幾何学的フラックスＧ１を示す図である。 本発明による投影露光システムを示す図である。

Claims (8)

1. ソースサイズを有し、放射パワーを、αが開口角をしめす空間角度Ω（α）で放射する光源と、
   この光源からの放射パワーを、第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}まで集め、第１の幾何学的なフラックスＧ１が、前記ソースサイズＱと前記第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}とにより決定される、集光器と、
   照射される面積Ａと開口数ＮＡとを有し、この照射される開口数ＮＡは、第２の開口角α_（２）を定義している、照射される平面と、
   前記面積Ａと前記第２の開口角α_（２）とにより決定される、第２の幾何学的なフラックスとを有する照明システムにおいて、
   前記集光器は、第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}を有し、この第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}は、前記第１の幾何学的フラックスＧ１が前記第２の幾何学的フラックスＧ２以上で、特に、好ましくは、この第２の幾何学的フラックスＧ２より１５％より大きいことを特徴とする、照明システム。
2. 前記集光器は、前記第２の幾何学的フラックスＧ２が、前記第１の幾何学的フラックスＧ１の３００％より大きくなく、好ましくは、２００％より大きくなく、特に、好ましくは、１３０％より大きくないように選択された第１の最大開口角α_{ｍａｘ（１）}を有することを特徴とする、請求項１による照明システム。
3. 前記集光器は、少なくとも１つの光学表面を有する複数の回転対称なミラーシェルを有することと、これらミラーシェルは、共通の回転軸の周りに互いに同心的に配置されていることとを特徴とする、請求項１または２による照明システム。
4. 前記集光器は、開口の暗い部分と、この開口部分の暗い部分に割り当てられた第１の最小開口角α_{ｍｉｎ（１）}とを有することを特徴とする、請求項３による照明システム。
5. 前記集光器は、法線入射の集光器であることを特徴とする、請求項１または２による照明システム。
6. 前記光源は、放電プラズマ源であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１の照明システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか１による照明システムと、
   この照明システムにより照射され、照射される平面の中か近くに位置されているマスクと、
   光感受性の物体上に
   前記マスクの像を撮像させるための投影対物レンズとを
   有する投影露光システム。
8. マイクロエレクトロニック構成成分を、特に半導体成分を、請求項７による投影露光システムを用いて製造する方法。

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