JP2010519726A - 複数の１次光源を有する光学要素 - Google Patents

Abstract

複数の１次光源を有する光学要素を備えた照明システム、更に、マイクロリソグラフィ投影システムを提供する。本発明は、複数の１次光源（６９．１、６９．２、６９．３、６９．４、１０１．１、１０１．２、１０１．３、２１００．１、２１００．２）を有する光学要素（１００）を含む、特にマイクロリソグラフィに使用するための照明システムに関し、照明システムは、視野輪郭（２１１２）を有する視野平面（２１０８）内の視野を照明し、照明システムは、各１次光源が視野平面における区域（２１０６．１、２１０６．２）を照明するように構成され、区域（２１０６．１、２１０６．２）の大きさ（ＳＰ（１）、ＳＰ（２））は、視野輪郭（２１１２）によって囲まれる区域の大きさ（ＳＦ）よりも小さい。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の１次光源を有する光学要素を備えた照明システムに関する。この照明システムは、マイクロリソグラフィにおいて用いることができる。更に、本発明は、マイクロリソグラフィ投影システムに関する。

電子構成要素における構造幅を特にサブミクロン範囲までより一層低減することを可能にするためには、マイクロリソグラフィ工程に用いられている光の波長を短くする必要がある。考えられる解決法は、例えば、ＥＵＶリソグラフィと呼ばれる概念である軟Ｘ線を用いる、例えば、≦１９３ｎｍの波長でのリソグラフィ工程によって提供される。
１９３ｎｍよりも短い波長、特にＥＵＶ範囲の波長を用いるリソグラフィに適する照明システムは、投影対物器械の物体視野に対応するリソグラフィ工程に対して形成された視野を形成し、この視野をできる限り均一に照明するために、できる限り少ない回数の反射を用いるべきである。更に、光路内で次に続く投影対物器械の入射瞳に一致する照明システムの出射瞳は、各視野点に対して照明され、できる限り均一に光で満たされ、同時に固定の瞳位置を維持すべきである。２４８ｎｍ及び１９３ｎｍに対するＶＵＶシステムとは対照的に、１９３ｎｍよりも短い波長で作動するシステム、特に軟Ｘ線で作動するシステムでは、６０から７０パーセントの範囲の低反射率のミラーを用いる必要がある。その結果、そのようなシステムで非常に高い有効性を達成するには、物体視野及び入射瞳は、できる限り少ない回数の反射を用いて形成して均一に照明される、すなわち、光で満たすことができることが要求される。

軟Ｘ線を用いるリソグラフィ、すなわち、ＥＵＶリソグラフィに適する照明システムの第１の実施形態は、例えば、ＵＳ６、４３８、１９９に開示されており、ＥＵＶ光源の光、例えば、ガス放電、並びにレーザ励起を用いて生成することができるプラズマ光源の光が、集光器を用いて集光される。集光された光は、複数の第１のラスター要素、いわゆる視野ファセットを収容する第１の光学要素、及び光路内の下流に配置され、複数の第２のラスター要素、いわゆる瞳ファセットを収容する第２のファセット要素から成る二重ファセット光学システムによって受け取られる。二重ファセット要素により、視野、並びに瞳は、光源から集光器が受け取る光から事前成形される。ＵＳ６、４３８、１９９に開示されている実施形態では、ファセット光学要素の下流の光路に配置されたいわゆる視野ミラーにより、リング視野セグメントへの視野の成形が起こる。

この概念に対する代替として、視野ファセットは、視野の形状を予め有することができる。これに関してＵＳ６、８６１、６５６を参照されたい。
視野ファセット及び複数の光源を含む光学要素を用いた照明システムは、ＵＳ６、５７０、１６８、並びにＵＳ２００６／０１１９８２４に開示されている。
また、ＷＯ２００７／００２１７０又はＷＯ２００６／０７４８１２は、複数の光源を用いた照明システム及び投影露光装置を示している。
特にＥＵＶリソグラフィを意図した照明システムは、ＵＳ２００６／０１３２７４７に開示されている。

ＵＳ６、４３８、１９９ ＵＳ６、８６１、６５６ ＵＳ６、５７０、１６８ ＵＳ２００６／０１１９８２４ ＷＯ２００７／００２１７０ ＷＯ２００６／０７４８１２ ＵＳ２００６／０１３２７４７ ＵＳ６、２３３、０３９ ＵＳ６、４３８、１３９ ＵＳ７、０１５、４８９ ＵＳ６、３５３、４７０ ＵＳ２００２／０１５４３９５Ａ１ ＷＯ２００４／０１０２２４

本発明は、軟Ｘ線を用いたマイクロリソグラフィのための効率の高い照明システムに対して備えるものである。

本発明による照明システムは、複数の１次光源を有する光学要素を含む。照明システムを用いて、視野輪郭を有する視野平面内の視野が照明される。照明システムは、１次光源の各々が視野輪郭よりも小さい寸法を有する視野平面内の区域のみを照明するような方法で構成される。これは、光源の各々によって照明される区域の大きさが、視野平面内の視野輪郭によって囲まれる区域よりも小さいことを意味する。視野輪郭によって囲まれる視野平面内の区域が、例えば矩形であり、２６ｍｍ×２ｍｍ＝５２ｍｍ²の大きさ又は寸法を有し、かつ例えば視野平面内での光源の照明区域が半径ｒ＝０．５ｍｍを有する円である場合には、視野平面内の１次光源によって照明される区域の大きさは、πｒ²＝０．７８５ｍｍ²であり、これは、視野平面内の視野輪郭によって囲まれる視野の大きさの約１／６０である。

視野輪郭によって囲まれる区域は、視野平面内で照明される視野としても表される。視野の形態は、あらゆる形状、例えば、上述のような矩形又は代替的に弧形とすることができる。
また、光源の各々によって照明される区域の形態も、あらゆる形状のものとすることができる。例えば、区域は、円形とすることができる。代替的に、区域は、楕円形のものとすることができる。

また、視野平面において複数の光源のうちの異なる光源によって照明される区域は、同じく異なる大きさのものとすることができる。例えば、複数の光源のうちの１つの光源は、第１の大きさを有する円形区域を照明することができる。複数の光源のうちの別の光源は、第１の大きさとは異なる第２の大きさを有する楕円区域を照明することができる。
視野平面において光源のうちの１つによって照明される区域の大きさは、視野輪郭によって定められる視野の大きさよりも小さい。例えば、視野平面において光源の各々によって照明される区域の大きさは、視野平面の大きさの１／１０よりも小さく、代替的に１／５０よりも小さい。代替的に、複数の光源のうちの１つによって照明される区域の大きさは、視野輪郭によって定められる視野の大きさの１／１００又は１／１０００よりも小さいものとすることができる。

複数の１次光源を有する光学要素では、１次光源の配列及び各光源のそれぞれの放射出力特性は、複数の１次光源の各々が、照明システムの視野平面内の区域を直接に又は更に別の光学構成要素の助けを得て照明し、それによって視野平面内の各光源の組合せ区域を通じて、物体視野とも呼ぶ視野が特定の形状、例えばリングのセグメントで照明されるようなものとすることができる。
本発明によると、複数の１次光源の光を２回又はそれ未満という少数回の反射で用いることにより、特定の視野輪郭を有する視野平面内の視野を照明することができる。更に、瞳照明は、例えば、複数の１次光源を有する光学要素の特定の１次光源を単純に点灯又は消灯することによって設定することができる。

特に１次光源によって放出された光線の偏向角を意味する放射出力特性は、反射光学構成要素、特に、各１次光源に割り当てられた反射面を用いて設定されるように想定することができる。これは、１つの反射面、すなわち、１つのマイクロ集光器が、多光源アレイの各光源に割り当てられることを意味する。反射面が如何に構成されるか、特にそれが１次光源に対して如何に位置決めされるかに依存して、視野平面内の異なる個別区域を照明することができる。

複数の１次光源を有する上述の多光源アレイは、規則的な列と行で１次光源の配列を有することができる。１つの１次光源と１つの反射区域、特に集光器との間の相互相関も、光源ユニットとも呼ぶ固定ユニットにおいて達成することができる。
しかし、複数の光源は、例えば第１の担持要素内で列と行で保持し、光源に割り当てられたそれぞれの反射区域又は集光器は、第２の担持要素内に保持することも可能である。複数の光源を有する第１の担持要素及び／又は複数の集光器を有する第２の担持要素をシフトし、特に傾斜することにより、１次光源と集光器という現在の組合せから発する光束の方向を変更することができ、それによって視野平面内の特定の区域を照明することができる。それによって例えば視野平面内の照明の均一性に影響を及ぼすことができる。

しかし、複数の光源を有する第１担持要素及び／又は複数の集光器を有する第２の担持要素を互いに対して傾斜又はシフトすることにより、照明システムの出射瞳内の瞳照明に影響を及ぼすことも可能である。傾斜及びシフトすることにより、光源と集光器の組合せから発する光束の方向を変更することができる。シフト又は傾斜に対する代替として、特定の瞳照明に必要なものよりも多くの光源を存在させることも可能である。そのような場合には、複数の１次光源のうちの少なくとも一部が、直接制御に応答して瞳設定とも呼ぶ異なる瞳照明の設定、例えば、双極、四重極、又は円形照明、又は環状照明を可能にするならば好ましい。このようにして、多光源アレイにおいて十分な量の１次光源が利用可能である場合には、設定は、選択された設定に割り当てられたそれぞれの１次光源を単純に点灯又は消灯することによって選択することができる。設定の調節が１次光源を点灯及び消灯することによっては行われず、それぞれの１次光源ユニットに割り当てられた反射区域又は集光器の傾斜又はシフトによって行われる場合、設定を選択する別の可能性が発生する。傾斜又はシフトは、照明の形状、すなわち、設定に影響を及ぼすだけでなく、例えば、瞳照明のテレセントリシティに影響を及ぼすことを可能にする。瞳照明のいわゆるテレセントリシティ誤差は、視野点におけるエネルギ重み付き中心光線の幾何学的主光線からの偏差を意味する。投影対物器械の対物面内の視野点における幾何学的主光線は、この視野点を投影対物器械の入射瞳の中心に接続する線によって定められる。当然ながら、特定の１次光源の点灯及び点灯をシフト又は傾斜と組み合わせることができる。

１次光源の実施形態では、１次光源は、例えば、半導体レーザダイオードとして構成することができる。そのようなレーザダイオード（ＬＥＤ）は、例えば、４００ｎｍの波長の光放射線を放出する。マイクロリソグラフィにおける使用のためのレーザダイオードは、例えば、ＵＳ６、２３３、０３９に開示されている。
１００ｎｍよりも短い使用可能な波長の光、例えば、８から２０ｎｍの範囲の波長を有するＥＵＶ放射線による照明に対しては、１次光源としていわゆるピンチプラズマ光源を用いることができる。この種類の光源は、ＷＯ２００７／００２１７０に示されている。
１次光源は、１００ｎｍよりも短いか又はそれに等しい波長の範囲、特に、５ｎｍ及と２０ｎｍの間の波長を有するいわゆるＥＵＶ放射線の範囲の使用可能な放射線を放出することができる。

平面に１次光源の複数の像を形成するために、反射面は、正の光パワー及び従って集光効果を有することができる。視野が形成される平面内の臨界照明の場合の１次光源の照明スポット又は像の大きさは、照明される視野に対して小さい。臨界照明の特別の場合に対しては、光源像は、照明システムの視野平面に形成される。視野平面において、次に、いわゆる照明スポット又は光源像は、互いの上に重ね合わせられ、これは、望ましい区域のリング状照明を生成する。光パワーを有する反射面の向きを受け取る光を発するそれぞれの光源に対して変更することにより、１次光源に対する反射面の位置が変化することで視野平面内の異なる区域を照明することができる。

１次光源像によって視野平面内の異なる区域を照明するために、１次光源を移動及び／又は傾斜することにより、反射面の位置をこの光源に対して変更することができる。代替的に、反射面を移動及び／又は傾斜することができると考えられる。更に別の代替では、反射面、並びに光源を移動及び／又は傾斜することができると考えられる。
視野平面内の異なる区域以外に照明システムの出射瞳の区域も、１次光源の光によって照明される。出射瞳においても、同様に異なる区域が異なる光源に対して照明される。出射瞳内で光源によって照明される区域は、出射瞳輪郭によって囲まれる区域よりも小さい。

照明システムの出射瞳は、視野平面内の各視野点に関連付けられた主光線の交差点によって定められる。投影露光システムでは、照明システムの出射瞳は、その後の投影対物器械の入射瞳に対応する。投影対物器械が回転軸周りに回転対称である場合には、中心視野点への主光線と照明システムの光軸との交差点が出射瞳平面を決める。そのようなシステムにおける出射瞳平面は、投影対物器械の光軸が垂直に立つ平面である。光源のＫｏｅｈｌｅｒ照明像の特別な事例が出射瞳平面内に形成される。

個々の１次光源及びこれらの光源に割り当てられた反射面、特にマイクロ集光器は、視野平面内で実質的にリング視野セグメントが照明されるように配置される。１次光源の適切な配置により、出射瞳の照明は、あらゆる望ましい形状、好ましくは、円形又は双極又は四重極外形、すなわち、円形又は双極又は四重極設定をとることができる。
本発明では、反射面又は集光器表面の位置を機械的に変更する必要なく瞳の照明、すなわち、瞳内の設定を変更することができる。この変更は、例えば、各設定に対して適切な光源を設けることによって可能である。設定の変更には、望ましい設定に対して必要なように個々の１次光源を点灯又は消灯することのみが必要である。

本発明は、従って、瞳照明のかなりより高速な変更を達成する方法を示すものである。
代替的に、複数のファセットを有する光学要素を備えた照明システムでは、各ファセットに対して光源アレイの光源を関連付けることができるであろう。例えば、ＵＳ２００６／０１３２７４７に示されている照明システムの場合には、ファセット光学要素の各個々のファセットを別々の光源で照明することができると考えられる。

光源アレイは、特にＥＵＶ波長範囲の放射線を供給する規則的配列で構成された１００と１００、０００個の間の１次光源を収容する。この種類の光源は、０．１μｍから４０、０００μｍの範囲の光源の大きさを有し、例えば、微細構造技術によって製造することができて各１次光源に個々に割り当てられる反射面のアレイ、いわゆるマイクロ集光器で補完される。
１次光源は、規則的配列に設定されるが、その一方で、目的は視野平面にリング状照明を達成することであるから、本発明の一形態は、規則的アレイに配置された光源が、結果として腎臓形の外形が得られるような方法で制御されるという規定を含むことができる。

実施形態においては、複数の１次光源を有する光学要素、すなわち、いわゆる多光源アレイ自体により、視野平面内の視野、並びに出射瞳が照明され、ファセットミラー上の反射がない照明システムが達成される。そのようなシステムの効率は、ファセットミラーを有するシステムと比較して３０から４０パーセントだけ高めることができる。ここで、この種類のシステムは、例えば、単一の反射光学要素のみを有する。そのような単一の光学要素は、集光器とすることができる。集光器の反射器表面は、光が光源アレイから照明システムの視野平面へと伝播するように、それぞれの１次光源に割り当てられる。集光器は、１回よりも多くの反射を有するように設計することができる。この集光器の例は、いわゆるＷｏｌｔｅｒ集光器として設計された集光器である。この種類の集光器では、集光器の反射面において２回の反射が発生する。

多光源アレイと１次光源に割り当てられた集光器とを有する照明システムは、複数の１次光源を有する光学要素から照明システムの視野平面への光路に配置される更に別の光学構成要素を持たない可能性がある。
複数の１次光源を有する光学要素が、列と行の１次光源の規則的配列を有する多光源アレイとして配置される場合には、光源の消灯に対する代替として、１次光源と視野平面の間の光路に配置された光学構成要素を用いてリング視野を成形するように想定することができる。この視野成形構成要素は、例えば、かすめ入射ミラー、好ましくは、凸面かすめ入射ミラーとすることができる。
代替の可能性として、視野成形要素に加えて又はその代わりに、光学要素から視野平面への光路内に像生成要素を存在させることができる。これは、空間を考慮して光路を折り返さなければならない場合、又は開口絞り、例えば視野開口絞りが用いられる場合に該当すると考えられる。

複数の１次光源を有する照明システムは、投影露光装置、特にマイクロリソグラフィに用いられる。この種類の投影露光装置では、視野平面内の照明視野の区域内にマスクが配置され、投影対物器械を用いてマスクの像が感光担持基板上に形成される。この種類の投影露光装置における好ましい用途は、マイクロ電子部品、特に半導体チップのための製造工程におけるものである。視野平面の照明区域内のマスクの像を像平面内に投影する投影対物器械は、好ましくは、少なくとも６つのミラーを有する対物器械である。代替として、この装置は、少なくとも８つのミラーを有する投影対物器械を有することができる。
これより本発明を図面を参照して実施例を通じて以下に説明する。

視野平面内の視野の照明を表す図である。 視野平面内の視野の照明を表す図である。 出射瞳平面内の出射瞳の照明を表す図である。 出射瞳平面内の出射瞳の照明を表す図である。 格子のセルを有する照明システムの円形出射瞳を表す図である。 照明システムの視野平面内の照明区域を表す図である。 複数の光源を有する光学要素が配置された平面内の複数の１次光源に対する格子構造を表す図である。 出射瞳内で等しい放射強度の各照明区域を形成する格子への変換の後の複数の光源を有する光学要素が配置された平面内の複数の１次光源に対する格子構造を表す図である。 複数の１次光源を有する光学要素の第１の実施形態を示す図である。 １次光源と１次光源に割り当てられた集光器との互いに対して異なる配置を示す図である。 １次光源と１次光源に割り当てられた集光器との互いに対して異なる配置を示す図である。 １次光源と１次光源に割り当てられた集光器との互いに対して異なる配置を示す図である。 １次光源と１次光源に割り当てられた集光器との互いに対して異なる配置を示す図である。 １次光源と１次光源に割り当てられた集光器との互いに対して異なる配置を示す図である。 規則的配列を有する光源アレイを示す図である。 光源像が視野点から外れて位置する照明システムにおける複数の１次光源を有する光学要素の実施形態を示す図である。 光源を点灯及び消灯した時の異なる瞳照明を示す図である。 光源を点灯及び消灯した時の異なる瞳照明を示す図である。 複数の１次光源を有する光学要素から視野平面への光路内に更に別の光学要素が配置されず、複数の１次光源を有する要素、いわゆる多光源アレイが瞳平面内にも視野平面内にも又は視野平面又は瞳平面と共役な平面内にも配置されない照明システムを示す図である。 複数の１次光源を有する光学要素と視野平面の間に更に別の光学要素を持たず、照明により、光源の像が実質的に視野平面内に投影される投影露光装置を示す図である。 複数の１次光源を有する光学要素から視野平面への光路においてかすめ入射ミラーとして構成された照明システムを表す図である。 図１０による照明システムを有する投影露光装置を表す図である。 複数の１次光源を有する光学要素から視野平面への光路内に像生成光学要素を有する照明システムを表す図である。 像生成光学要素を有する照明を備えた投影露光装置を示す図である。 正及び負の後部焦点の概念を示す役割をする図である。 負の後部焦点を有するが、複数の光源を有する光学要素から視野平面への光路内に光学要素を持たない投影露光装置を示す図である。 負の後部焦点を有し、複数の光源を有する光学要素から視野平面への光路内の唯一の光学要素としてかすめ入射ミラーを有する投影露光装置を示す図である。 負の後部焦点を有し、複数の光源を有する光学要素から視野平面への光路内の唯一の光学要素としてかすめ入射ミラーを有し、かつ複数の光源を有する光学要素が瞳平面、視野平面、瞳平面に対する共役平面、又は視野平面に対する共役平面のいずれでもない中間像平面に配置された投影露光装置を示す図である。 複数の光源を有する光学要素の実施形態を表す図である。 複数の光源を有する光学要素の実施形態を表す図である。

複数の光源を有する光学要素を含む本発明による照明システムでは、異なる１次光源が照明システムの視野平面内の異なる区域を照明する。本発明による複数の光源を有する光学要素を備えたそのような照明システムを含む異なる照明システム及びマイクロリソグラフィ装置を図８から図１７に示している。
図１Ａから図１Ｂには、フライ・アイ・レンズを有するシステムによる視野平面の照明と本発明による視野平面の照明との相違点を表現している。図１Ｃ及び図１Ｄには、Ｋｏｅｈｌｅｒ照明を有するシステムによる出射瞳の照明と本発明のシステムの照明との相違点を示している。

図１Ａには、ラスター要素、例えば、ＵＳ６、４３８、１３９又はＷＯ２００７／００２１７０によるいわゆる反射フライ・アイ・レンズを有する２つの光学要素を有する照明システムの視野平面内の照明を示している。ラスター要素を有する第１の光学要素２００２のラスター要素の各々２０００．１、２０００．２、２０００．３、２００４．４、２０００．５は、視野平面内に投影される。図１Ａには、ラスター要素２０００．４及び２０００．５の視野平面内の投影を示している。ｘ方向及びｙ方向の座標システムを含む視野平面２００４では、ラスター要素の各々の像が実質的に重畳する。図１Ａでは、ラスター要素２０００．４及び２０００．５の照明区域２００６．４、２０００．５のみを示している。第１の反射フライ・アイ・レンズの全てのラスター要素の像の重ね合わせにより、視野平面内の実質的に均一な照明が得られる。ラスター要素を視野平面内に結像する時に、例えば、視野形成ミラーによって弓形の照明区域が得られる。照明区域を視野とも表し、視野は、視野平面内で照明される。図１Ａでは、ｘ／ｙ座標（０、０）で表す視野の中心視野点２０２０を示している。

図１Ｂには、本発明のシステムによる視野平面内の照明を示している。図１Ｂでは、複数の光源を有する光学要素の複数の光源のうちから光源２１００．１、２１００．２を示している。光源２１００．１、２１００．２の各々は、集光器２１０２．１、２１０２．２に関連付けられ、光源ユニット２１０４．１、２１０４．２が形成される。本発明によると、光源２１０２．１、２１０２．２の各々は、本発明による照明システムの視野平面内の異なる区域２１０６．１、２１０６．２を照明する。臨界照明の場合には、各光源の像は、視野平面内に位置することになる。光源の焦点及び従ってこれらの像が、照明システムの視野平面の前又は後にある平面内に位置することになる場合には、視野平面内の照明区域は、光源像ではなく、従って、これを照明スポットで表している。ここでは光源像が視野平面から外れて位置すると仮定する。図１Ｂに示しているように、照明スポット２１０６．１、２１０６．２の各々は、視野平面２１０８内の異なる区域内に位置することになる。従って、視野平面内の合計照明は、照明スポット２１０６．１、２１０６．２の重ね合わせである。本発明の好ましい実施形態では、この重ね合わせは、弧形視野輪郭２１１２を有する視野照明２１１０をもたらす。明らかなように、光源像又は照明スポット２１０６．１、２１０６．２によって視野平面内で照明される区域の大きさは、視野平面内で視野輪郭によって囲まれる区域の大きさよりも小さい。図１Ｂには、視野２１１０の中心視野点２１２０及びｘ／ｙ座標システムも示している。

照明スポットの大きさを照明スポット２１０６．１に対してＳＰ（１）で、照明スポット２１０６．２に対してＳＰ（２）で表している。照明スポットの大きさは、視野平面内の照明スポット２１０６．１、２１０６．２の各々に関する面積積分によって計算することができる。
∬_区域(1)ｄｘｄｙ＝ＳＰ（１）
又は、
∬_区域(2)ｄｘｄｙ＝ＳＰ（２）
また、視野輪郭によって囲まれる区域の大きさＳＦも、面積積分によって計算することができる。
∬_{区域(視野)}ｄｘｄｙ＝ＳＦ

視野平面内の各照明スポット２６０１．１、２６０１．２によって照明される区域の大きさＳＰ（１）、ＳＰ（２）は、視野輪郭によって囲まれる視野の面積ＳＦよりも小さく、従って、ＳＰ（１）＜ＳＦ及びＳＰ（２）＜ＳＦが成り立つ。大きさＳＰ（１）、ＳＰ（２）は、異なる照明スポットにおいて異なるものとすることができる。本発明の実施形態では、大きさＳＰ（１）、ＳＰ（２）は、（１／１０）ＳＦよりも小さく、代替的に、（１／５０）ＳＦよりも小さく、更に代替的に、（１／１００）ＳＦよりも小さく、更に代替的に、（１／１０００）ＳＦよりも小さい。視野平面内で視野輪郭によって囲まれる視野の照明は、視野輪郭２１１２内に位置する全ての照明スポットの強度の総和である。

図１Ｃには、Ｋｏｅｈｌｅｒ照明を有する照明システムの出射瞳内の照明を示している。二重ファセット照明システムでは、１次光源の光束は、第１の反射フライ・アイ・レンズの視野ラスター要素によって複数の光束に分割される。各視野ラスター要素は、２次光源を形成する。各視野ラスター要素に関連付けられた各２次光源の位置は、関連付けられた視野ラスター要素の形状、向き、及び光パワーによって判断される。図１Ｃには、５つのラスター要素２２００．１、２２００．２、２２００．３、２２００．４、及び２２００．５、並びにこれらに関連付けられた５つの２次光源２２２０．１、２２２０．２、２２２０．３、２２２０．４、及び２２２０．５を示している。次に、２次光源は、瞳ラスター要素のような更に別の光学要素により、出射瞳平面内に投影される。Ｋｏｅｈｌｅｒ照明を有する照明システムでは、２次光源像は、出射瞳平面内に位置する。３次光源とも表す２次光源像の位置に従って出射瞳が照明される。次に、出射瞳は、例えば、円形出射瞳輪郭を有する照明、又は略記して円形照明を有する。また、環状又は多極照明も可能であると考えられる。

図１Ｄには、Ｋｏｅｈｌｅｒ照明を持たないシステムの出射瞳内の複数の１次光源による照明を示している。本発明によると、１次光源２３００．１、２３００．２、２３００．３、２３００．４自体から発する光束は、出射瞳平面２３４０内でこれらに関連付けられた区域又は照明スポット２３２０．１、２３２０．２、２３２０．３、２３２０．４を照明する。１次光源から発する照明スポットの位置２３２０．１、２３２０．２、２３２０．３、２３２０．４は、出射瞳２３４０内の照明を決める。従って、出射瞳平面内の照明は、各１次光源の位置、及び最終的に複数の１次光源を有するシステムにおいて各１次光源に関連付けられた集光器の位置によって判断することができる。図１Ｄでは、視野平面を参照番号２３５０を用いて表している。図１Ｄでは、照明された視野の１つの視野点を示している。図１Ｄに示している視野点は中心視野点２３６０であり、この点は、ｘ／ｙ座標システムの起点である。

一般的に説明すると、Ｋｏｅｈｌｅｒ照明も臨界照明も持たないシステムでは、１次光源は、瞳平面又は視野平面のいずれとも対応しない平面内に結像される。このようにして、レチクル上のスポット大きさだけでなく、瞳の均一性をも制御することができる。

上述のように、本発明によると、視野平面内の照明区域は、個々の１次光源の放出角度の分布によって定めることができる。個々の１次光源によって放出される光束のそれぞれの光軸の個々の傾斜により、各光束を用いて視野平面内の異なる区域を照明することができる。１次光源は、１次光源によって照明される全ての区域を総計した時に、視野平面内に得られる合計照明が所定の形状、例えば、リング視野セグメントの形状を有することになるように設計される。これを図１Ｂに示している。更に、１次光源の配置は、視野平面内の視野が所定の形状で照明されるだけでなく、同様に出射瞳も、例えば、環状、双極、又は図１Ｄに示しているように四重極形状で照明されるように選択される。

視野平面内の望ましいリング状照明及び出射瞳の望ましい照明を得るためには、１次光源の互いに対する非常に複雑な配置が必要である。幾何学的に隣接する１次光源は、出射瞳内で互いに分離する像点を照明することができる。光源の配置だけでなく、いわゆる格子変換を用いて光源の放出角度の分布を計算することができる。格子変換では、視野点に属する全ての瞳は、特定の格子で表される。

ここで格子変換を詳細に以下に説明する必要がある。
図１Ｅには、円形照明出射瞳を示している。出射瞳１は、等しい大きさのセル２２を有する格子２０へと細分化される。等しく大きさが決められたセル２２は、等しいパワー密度、すなわち、等しい放射強度を有する。１次光源の寸法に従って更に出射瞳内の瞳照明に対するテレセントリシティ要件を考慮に入れ、出射瞳の均一な照明が得られるいくつかの個別視野点が選択される。

図２には、これらの個別視野点２３を１次光源によって照明される区域２４の境界線と共に示している。臨界照明の場合には、区域２４は、それぞれの１次光源の像に実質的に対応する。１次光源像が視野平面内に投影されない場合には、区域２４は、１次光源によって視野平面内に引き起こされる照明スポットに対応する。同様に、照明視野７の視野輪郭５を示している。視野平面内の照明視野は、１次光源の個々の照明区域２４、又は例えば１次光源によって視野平面内に引き起こされる照明スポットを加え合わせることによって得られる。

図１Ｅによるそれぞれの出射瞳の格子は、視野平面内での１次光源の照明の各区域２４を通じて１次光源が配置された平面内にさかのぼる。格子と異なる光源像に属するそれぞれの瞳との重ね合わせにより、１次光源の場所に複雑なネットワークが生成される。
このネットワークをファセットネットワーク２６と呼ぶ。この種類のファセットネットワーク２６を図３に示している。ここで、複数の１次光源が配置された平面に対して変換ネットワークが計算され、境界条件として出射瞳内の各セルの等しい放射強度に対する要件が課せられる。ファセットネットワークは、変換ネットワーク上に重畳され、変換ネットワークが正方格子になり、すなわち、均等に区切られ、直交するように変換される。ここで、ファセットは、変換されたファセットネットワークの各格子点の周りに設けられる。次に、ファセットネットワークは、変換ネットワーク上に変換して戻される。その結果、関連付けられた視野点によって定められる異なる大きさ及び異なる位置のファセットが得られる。ここで、各ファセットに関連付けられた個々の１次光源の傾き角は、これらの１次光源によってそれぞれのファセット点へと放出される光線が１次光源の中心からそれに関連付けられた視野点の方向に誘導されるように調節される。

図４は、各セルに対する等しい放射強度という境界条件の下で得られた変換ネットワークにおける例を示している。それぞれ１次光源に関連付けられた又はそれぞれの１次光源が配置された多くの矩形区域２７が示されている。１次光源によって放出されるそれぞれの光線の個々の傾き角を制御することにより、多くの視野点及び瞳の場所を照明することができる。図４には、複数の光源を有する光学要素の平面内に投影して戻された視野点２９が特定されている。同様に、視野平面内の照明視野３３の視野形状３０の輪郭も示している。図４に特別にマーク付けしているものは、基本的に、視野平面内で黒く塗り潰した区域２４を照明する１次光源３１である。１次光源３１の照明スポット又は照明点は、基本的に、視野平面の黒く塗り潰した区域２４に重ね合わせられる。明らかなように、区域２４の寸法又は大きさは、輪郭３０によって定められる照明される視野の寸法よりもかなり小さい。本発明の概念の下では、視野の視野輪郭３０は、図１Ｂを参照して説明したように複数の照明スポットの総和によって照明される。

臨界照明に関して図１Ｅから図４に説明したが、この説明は、臨界照明に限定されない。
出射瞳の可能な最も均一な照明に向けての観点だけでなく、視野平面の均一性も考慮に入れながら最適化を実施することができる。これに関して、１次光源は、異なって設けられることになる。
照明システムの出射瞳の改善された照明では、その配列は、視野平面内での走査方向に延びる直線上に位置する照明部分のいかなる積分においても、出射瞳の部分照明に対して同じ積分値が得られるように選択することができる。

図５Ａから図７は、本発明による照明システム内に用いられる規則的配列にある複数の１次光源を有する光学要素の実施形態を示している。特に図５Ａから図７には、視野内の異なる区域が照明されるように、複数の１次光源のうちの１次光源の各々から放出される光ビームを視野内の異なる位置へと如何にして向けることができるかを示している。
図５Ａは、複数の１次光源を有するそのような構成要素を表している。この構成要素は、２つの部分から成り、その一方は、複数の１次光源４２を含む光要素部分４０である。図５Ａから分るように、これらの１次光源４２は、例えば、放電源によって構成される。１次放電源は、列と行の規則的アレイに配置される。可能な放電源は、Ｎｅ（ネオン）又はＮ₂／Ｏ₂放電源を含む。ヘリウム又はアルゴンのような他の不活性ガスを用いる放電源も同様に想定することができ、かつ可能である。個々の光源の直径は、約２００μｍである。別のガス充填剤として、キセノン（Ｘｅ）充填剤を用いることができる。Ｘｅ充填剤を用いた放電源は、１３．５ｎｍのＥＵＶ波長を有する光パルスを発生させることができる。この種類の１次光源の電力出力は、５ワットから２００ワットの範囲にある。１次光源の直径は、０．１μｍから４００００μｍ、又は１００μｍから４００μｍの範囲にある。光源が作動される電圧は、１００Ｖから３０００Ｖ、好ましくは、６００Ｖから１０００Ｖの範囲にある。１次光源に対して２００μｍの寸法を用いると、数センチメートルの範囲の寸法を有するアレイは、数百個から数千個の１次ＥＵＶ光源を収容することができる。

ＥＵＶ放射線を放出する１次光源は、例えば、中空カソード光源、毛細管光源、又は上述のｚ−ピンチプラズマ光源とすることができる。同様に、レーザプラズマ光源も可能である。
光源の光線は、中空カソード５２内の孔５０を通じて放出される。中空カソード５２の寸法に基づいて、この種類の光源内で、光源から照明される視野平面への光路に配置された反射面５４を用いて光を集光することが考えられる。反射面５４を集光器表面とも呼ぶ。１つの集光器表面が、各光源に割り当てられる。この種類の相関は有利であるが、決して絶対要件ではない。

ここに示している反射器５４は、光軸ＨＡに対して回転対称に配置される。集光器は、非常に浅い角度、すなわち、かすめ入射で光を反射する。集光器表面として回転放物面が選択される場合には、それぞれの１次光源に関連付けられた集光器の下流で、実質的に平行な光線のアラインメントが得られる。
しかし、本発明によると、光ビームに対して収束効果を有する集光器、例えば、回転楕円体形の表面を有する集光器が好ましい。組合せ表面、例えば、回転楕円体と回転双曲体との組合せも同様に可能である。回転対称集光器表面の収束効果の結果として、複数の１次光源は、複数の光源像へと投影される。本発明の実施形態では、これらの光源像は、照明システムの視野平面、照明システムの出射瞳平面、又は視野平面と共役又は出射瞳平面と共役な平面のいずれでもない平面内に位置する。そのような場合には、視野平面には、図１Ｂに示すように照明スポットのみが位置するようになり、１次光源像は、視野平面の前又は後の光路内に置かれる。それにも関わらず、平面内の１次光源像の位置は、視野平面内の照明スポットの位置に影響を及ぼす。照明システムが、投影対物器械を有する投影露光装置の一部でる場合には、照明システムの視野平面は、投影対物器械の対物面に対応し、照明システムの出射瞳平面は、投影対物器械の入射瞳平面に対応する。投影対物器械の視野平面内には、投影対物器械の像平面内に投影される像を有する物体、例えば、構造化マスク、いわゆるレチクルが配置される。瞳平面内には、例えば、投影対物器械の開口絞りが配置される。各視野点には、この視野点から発する光線束の重心を表すエネルギ重み付き中心光線を割り当てることができる。理想的な場合には、全てのこれらのエネルギ重み付き中心光線の完全な組は、その後の投影光学器械の入射瞳に対応し、又は共役である瞳平面８５又は８７それぞれにおいて交差する。エネルギ重み付き中心光線は、主光線とも表している。

一般的に、視野平面内での光源像又は照明スポットの位置は、例えば、均一に整列した１次光源では、それぞれの１次光源に関連付けられたかすめ入射集光器の位置を調節すること、すなわち、これらの集光器の傾斜及び／又は移動によって制御することができる。光源に対する集光器の傾斜を図５Ｂに例示している。傾斜及び／又はシフトを含むことができる位置調節の可能性に関して図５Ａの関連で示したものは、原理的に、図５Ｂから図５Ｆに例示している実施形態の全てに当て嵌まる。

１次光源４２．１、４２．２、４２．３の各々には、それぞれの中空カソード５２．１、５２．２、５２．３の対称軸を表す軸ｚ１、ｚ２、ｚ３が関連付けられる。
図示の例における中空カソード５２．１、５２．２、５２．３の対称軸ｚ１、ｚ２、ｚ３は、互いに実質的に平行に向けられる。１次光源４２．１、４２．２、４２．３に割り当てられた個々のかすめ入射集光器５４．１、５４．２、５４．３も同様に、各々対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３を有する。かすめ入射集光器のシェルは、それぞれの対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３に対して回転対称な閉ループ内を延びる表面、すなわち、いわゆる回転シェルである。集光器によって反射される光束の方向は、それぞれの集光器の対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３の方向に実質的に対応する。従って、反射光線束５７．１、５７．２、５７．３の方向は、それぞれの集光器の対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３の方向を変更することによって設定及び調節することができる。従って、視野平面内の光源像又は照明スポットの位置は、それぞれのかすめ入射集光器を１次光源に対して傾斜することによって調節することができる。

それとは逆に、集光器は、対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ２が平行である位置をとることができ、光源像の位置を設定するために１次光源の対称軸ｚ１、ｚ２、ｚ３が傾斜される。これを図５Ｃに例示している。
当然ながら、光源の対称軸ｚ１、ｚ２、ｚ３に加えて、それぞれに関連付けられた集光器の対称軸ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３を傾斜し、すなわち、図５Ｄに例示しているように、互いに対して平行でないようにすることができる。

かすめ入射集光器は、回転シェル、例えば、楕円体とすることができ、又は内容の全体が本明細書に引用によって組み込まれているＵＳ７、０１５、４８９に開示するように双曲体セグメント及びこのセグメントに隣接する楕円体セグメントから成る複合表面とすることができる。互いに配置された複数の回転シェルを有する集光器を多段集光器とも呼ぶ。例えば、双曲体セグメント及び楕円体セグメントから成る複合表面を有するシステムをＷｏｌｔｅｒシステムと呼ぶ。

考察すべき別の可能性は、固有軸回りに回転対称でないいわゆる自由形状表面を有する集光器である。この種類の集光器では、光源像の位置は、集光器の傾斜によっては調節されず、光学自由形状表面自体の形状によって調節されることになる。当然ながら、自由形状表面を有する集光器を更に傾斜することも想定される。
最後に、光源像の位置は、調節することができる方向放出特性を有し、放射線の非対称放出を行う光源によって調節することができ、すなわち、光源像の位置及び従って照明システムの視野平面及び瞳平面内の照明は、光源の方向発光特性によって判断することができる。

上述のように、放電ベースの光源は、それ自体好ましい軸を有しており、この軸は、例えば、ピンチプラズマ光源では、放電空洞の縦方向にあるｚ軸であり、集光器が軸の回りに回転対称に構成される場合には、対称軸ＨＡは、好ましい軸を表している。
好ましくは、複数の光源及び集光器の配列は、視野平面内の照明区域の重ね合わせが所定の視野形状、例えば、図１Ｂに示しているようなリング視野形状へと加え合わせられるように選択される。更に、複数の光源及び集光器の配列は、出射瞳平面内の照明区域が所定の出射瞳照明、例えば、ある一定のテレセントリシティを有する例えば円形出射瞳照明を形成するように選択することができる。

好ましくは、集光器５４、５４．１、５４．２、５４．３は、例えば、光要素部分４０に対して移動することができるこれらの集光器自体の集光器マイクロアレイ５６で配置される。
また、単一ユニットとしての構成も可能であり、光源は、集光器と共に１つの光源マイクロアレイを形成する。
単一ユニットとしての構成では、上述の光源像の異なる位置は、個々の１次光源及び集光器が互いに対して特定の角度をとり、例えば、集光器の軸が光源の軸に対して傾斜されるか又はその逆も同様であるという概念を通じて得られる。また、モータを用いて個々の１次光源を作動させるか又は例えばマイクロモータを用いて集光器を作動させることができ、それによって平面内の光源の位置が変化する。

複数の１次光源が第１のアレイに配置され、複数の集光器が第２のアレイに配置された２部構成では、光源像の位置のそのような変更は、例えば、複数の光源を有する第１のアレイ４０を変位距離ｙだけ集光器アレイ５６全体に対してオフセットすることによって達成することができる。これを図５Ｅに例示している。図５Ｅにおける構成要素は、図５Ｃ及び図５Ｄにおけるものと等しく、これらの構成要素を同じ参照記号によって示している。図５Ｅから分るように、１次光源４２．１、４２．２、４２．３を有する第１のアレイ４０全体が、その位置において、集光器５４．１、５４．２、５４．３を有するアレイ５６に対してシフトされる。それによって同様に視野平面内の視野照明を移動することが可能になる。

当然ながら、光源を有する第１のアレイ４０全体の集光器を有する第２のアレイ５６全体に対するオフセットは、個々の１次光源及び／又は集光器の個々の傾斜と結合させることができる。これを図５Ｆに例示している。図５Ｅにおけるものに等しい図５Ｆにおける構成要素を同じ参照記号で示している。本出願では、光源アレイは、光源及び集光器の２次元配置を表している。２次元配置は、平面のようなあらゆる２次元表面とすることができるが、湾曲表面とすることもできる。そのようなアレイの特別な配列は、行と列における配列である。行と列で配置された複数の光源を有するそのようなアレイの一部を図５Ｇに示している。図５Ｇでは、１次光源４２．１、４２．２、４２．３は、第１の行９７．１に配置され、光源４２．４、４２．５、４２．６は、第２の行９７．２に配置される。光源４２．１、４２．４は、第１の列９９．１に配置され、光源４２．２、４２．５は、第２の列９９．２に配置され、光源４２．３、４２．７は第３の列９９．３に配置される。

図５Ｅ及び図５Ｆに示しているように、これらのアレイの互いに対する相対オフセットは、光源によって放出される光束の方向を変更する。光束の方向を主光線ＣＲによって示している。主光線ＣＲの方向が、これらのアレイを互いに対してシフトすることによって変更される場合には、その結果として、例えば、視野平面内の異なる区域が照明され、これを図５Ｅにおいて参照記号１０００によって示している。２つのアレイが互いに対してオフセットされない場合には、主光線の方向はＣＲ１である。量ｙの変位により、主光線の方向は、方向ＣＲ２へと変更される。ここで、例えば、視野開口絞り１０１０が、照明される視野平面に配置される場合には、オフセットに起因して偏向された光束は、その主光線を視野開口絞り１０１０上に落とし、従って、視野平面の照明に寄与しない。このようにして、位置のシフトにより、視野平面内の照明、特に視野平面内のいわゆる均一性に特にターゲット手法で影響を及ぼすことができる。個々の１次光源及び集光器から成るアレイ全体をある一定の角度だけ傾斜することができる。それによっても照明変化が生じる。

同様に、光源アレイには、各々１次光源にそれぞれ割り当てられた複数の集光器と共に、傾斜及び／又はシフトによって影響を及ぼすことができるので、視野平面内の照明又は均一性だけでなく、出射瞳内の照明の形状及び特性、すなわち、いわゆる設定及び従って出射瞳内の照明のテレセントリシティに影響を及ぼすことができる。
光源から、照明される平面、好ましくは、視野平面への光路にかすめ入射集光器以外に光源の前部に配置された集光器が後ろ向きの方向に放出される光も取り込むように構成された別の実施形態を考えることができる。この種類のシステムは、例えば、ＬＥＤダイオード６９．１、６９．２、６９．３、６９．４が１次光源として用いられるシステムになる。この種類のＬＥＤダイオードアレイでは、後部反射器７３．１、７３．２、７３．３、７３．４を用いて光を集光することが慣例である。
そのような後部反射器７３．１、７３．２、７３．３、７３．４は、好ましい方向を有し、この方向に関連して、回転対称構成を有することができる。後部反射器は、光収束効果を有するように設計することができる。

図６に、そのような後部反射器７３．１、７３．２、７３．３、７３．４を有するシステムを示している。１次光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４は、平面１０５に投影される。平面１０５には、１次光源像７１．１、７１．２、７１．３、７１．４が生成される。
照明される物体を置くことができる視野平面を参照番号１０８で表している。図６から明らかであるように、光源像は視野平面１０８内に位置しない。従って、各光源は、視野平面１０８内のいわゆる照明スポットを照明する。図１Ｂに関して解説したように、全ての照明スポットを通しての総和は、例えば、弧形視野輪郭を有することができる視野照明を形成する。視野平面内で望ましい輪郭を照明することを可能にするためには、それぞれの１次光源の像を視野平面内の異なる区域内に投影することが必要である。これを達成するために、それぞれの１次光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４によって放出される個々の光束７５．１、７５．２、７５．３、７５．４は、図６に示しているように互いに対して傾斜される。互いに対する個々の光チャンネル又は光束７５．１、７５．２、７５．３、７５．４の傾斜角は、基本的に、それぞれの光束７５．１、７５．２、７５．３、７５．４の主光線ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、及びＣＲ４の傾斜角によって定められる。それぞれの１次光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４に関連付けられた光束７５．１、７５．２、７５．３、７５．４の主光線ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４の傾斜は、異なる手法で達成することができる。本発明の第１の実施形態では、それぞれの１次光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４に割り当てられた反射器が傾斜される。反射器の傾斜は、反射器によって形成された光束が傾斜した主光線を有するという効果を有する。光源を傾斜し、視野平面内の異なる区域を照明することにより、異なる視野輪郭を照明するだけでなく、異なる照明スポットを混合することで照明の均一性に影響を及ぼすことができる。

図６に例示している実施形態では、光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４は、反射器７３．１、７３．２、７３．３、７３．４と共に傾斜され、その一方で反射器と光源の間の相対位置は常に同じに留まる。この場合には、光源及び反射器は、一緒にいわゆる光源ユニットを形成する。これは、それぞれ１次光源６９．１、６９．２、６９．３、６９．４から発する光束７５．１、７５．２、７５．３、７５．４の傾斜を達成する可能性である。

本発明の代替的な実施形態では、光源４２の全てを例えば図５Ｇに示しているように列と行の多光源アレイにおける規則的配列で構成することができる。この場合、それぞれの１次光源に割り当てられた集光器は、第２の構成要素に配置される。この第２の構成要素では、光源とこれらの光源に関連付けられた集光器との間の異なる相対位置決めによって視野平面１０８の異なる区域が照明されるように、集光器をこれらの集光器に関連付けられた光源に対して傾斜することができ、又は１次光源に割り当てられた各集光器は、非常に特異な反射特性を有することができる。
当然ながら、全く同一の手法で集光器を多集光器アレイへと組み立て、光束が視野平面内への望ましい方向に放射されるように、これらの集光器に割り当てられたそれぞれの１次光源を集光器に対して傾斜又は位置決めすることができるであろう。

個々の１次光源に割り当てられた集光器が、１次光源に対して傾斜又は移動する機能を有して設計される場合には、個々の集光器の移動又は傾斜により、視野平面の異なる区域及び瞳平面内の異なる区域を照明することができる。互いに対して集光器及び／又は光源を移動することにより、出射瞳内に異なる照明を設定することができる。
互いに対して移動可能な反射器又は光源を用いて出射瞳内に照明を設定することの代替として、照明において必要なものよりも多くの１次光源を有する多光源アレイを設け、光源を個々に点灯及び消灯するように想定することができる。

これを図７Ａから図７Ｂに示している。図７Ａには、光源８１．１、８１．２、８１．３、８１．４、８１．５、８１．６、８１．７、８１．８を有する複数の光源アレイ８０を示している。光源８１．３、８１．５、及び８１．８のみが点灯されている。各点灯光源は、光源像８３．３、８３．５、及び８３．８を平面１０５内に形成する。視野平面１０８内の特定の視野点において交差する光線は、この視野点に関連付けられた瞳平面８５又は８７それぞれに瞳を形成する。平面１０８内の異なる視野点に属する出射瞳輪郭は、それぞれ平面８５又は８７において相応に重畳する。各視野点には、この視野点から発する光線束の重心を表すエネルギ重み付き中心光線を割り当てることができる。理想的な場合には、全てのこれらのエネルギ重み付き中心光線の完全な組は、その後の投影光学器械の入射瞳に対応し、又はそれに共役である瞳平面８５又は８７それぞれにおいて交差する。図７Ａ及び図７Ｂには、視野平面１０８内の視野の１つの視野点である中心視野点１０２のみを示している。図７Ａに従って点灯された光源を有する照明は、リング形出射瞳８５を形成する。

図７Ａにおいて、異なる光源、例えば、光源８１．１、８１．２、８１．４、８１．７、及び８１．６が点灯されると、視野平面１０８内の視野点、ここでは視野の中心視野点１０２に属する円形出射瞳８７が形成される。
上述のように、出射瞳内の第１の照明は、複数の光源の第１の部分集合によって形成することができ、出射瞳内の第２の照明は、複数の光源の第２の部分集合によって形成することができる。複数の１次光源の全体の中から第１の照明に関連付けられた光源を消灯し、複数の１次光源の第２の部分集合を点灯することにより、設定変更を非常に迅速に行うことができる。この種類の設定変更は、機械処理を用いるものよりもかなり高速に達成することができる。

続く図８から図１３は、複数の１次光源を有する本発明による光学要素が用いられる異なる照明システムを示している。
図８は、複数の１次光源を有する本発明による光学要素が用いられる本発明による第１の照明システムを示している。複数の１次光源１０１．１、１０１．２、１０１．３を有する光学要素１００は、例えば、それぞれの１次光源に割り当てられた集光器１０３．１、１０３．２、１０３．３を用いて、視野平面でもなく、瞳平面でもなく、又は視野平面及び／又は瞳平面と共役な平面でもない平面１０５内に１次光源の結像を行い、更に、照明される物体が配置された平面１０８内のリング視野の成形、並びに照明システムの出射瞳１０６の照明を行う。関連付けられた光源によって放出される光束１０９．１、１０９．２、１０９．３の傾き角度、及び光学要素における１次光源の配置は、本明細書で上述のように格子変換を用いて計算することができる。図８に示している１次光源の光学要素は、個々の１次光源を数千個まで備えることができる。照明システムの出射瞳に対応する図示の投影システムの入射瞳の場所は、投影対物器械の光軸ＨＡＯと、照明される視野の視野点、例えば、中心視野点への光束のエネルギ重み付き主光線１０７との交差点Ｓによって定められる。エネルギ重み付き主光線は、視野点１０２を通過する全ての照明光線のエネルギ重み付き平均を表している。複数の１次光を有する光学要素１００は、例えば、１次光源が例えば図５Ｇに示しているように行と列で配置された多光源アレイとして配置することができる。図８に示している視野点１０２は、視野平面１０８内の照明視野の中心視野点である。更に、図８には、光源像１０４．１、１０４．２、１０４．３が形成された平面１０５を示している。図８から明らかであるように、光源像１０４．１、１０４．２、１０４．３は、視野平面１０８内に形成されない。従って、各光束１０９．１、１０９．２、１０９．３は、視野平面１０８内に照明スポットを形成する。

図９は、複数の光源を有する光学要素１００から、この場合は視野平面１０８に対応する照明される平面への光路内に更に別の光学構成要素が配置されない照明システムを有する投影露光装置を示している。図９の実施形態における複数の光源を有する光学要素１００の１次光源像が視野平面内に生成される場合には、この例は、臨界照明の特別の事例を表している。一般的に説明すると、図８に示している複数の光源を有する光学要素１００は、視野平面でも又はそれと共役でもなく、又は瞳平面でも又はそれと共役な平面でもないあらゆる望ましい平面に配置することができる。図９による投影露光装置では、照明システムの出射瞳１０６は、照明システムに続く投影対物器械１１２の入射瞳に対応する。この場合の投影対物器械１１２は、例えば、ＵＳ６、３５３、４７０に開示されているように、ミラー１１４．１、１１４．２、１１４．３、１１４．４、１１４．５、１１４．６を有する６ミラー投影対物器械である。投影対物器械の光軸をＨＡＯと示している。６ミラー投影対物器械の代わりに、物体、例えば、視野平面１０８に配置されたレチクル１１３を像平面１２０内に置かれた感光物体１１６上に投影する６個よりも多くのミラーを有する結像システムを想定することができる。ここで、単なる例として、ＵＳ２００２／０１５４３９５Ａ１に開示されているような８ミラー投影対物器械に言及しておかねばならない。

図９に示しているような投影露光装置又は図８に示しているような照明システムを有し、６ミラー投影対物器械を有するか又は８ミラー投影対物器械を有する投影露光装置は、照明システム内の反射回数が少ないので高い光出力を有する。更に、そのようなシステムは、像生成投影対物器械内のミラー数の多さに起因して、非常に良好な結像特性及び補正機能を有する。投影対物器械１１２は、視野平面１０８に配置されたレチクル１１３とも呼ぶマスクの像を感光物体１１６、例えば、ウェーハが配置された像平面１２０内に投影する。視野平面内のマスク、並びに像平面内の感光物体は、これらを例えば走査方向に沿って移動可能ないわゆる走査台を用いて移動することができるように配置することができる。

図１０に示している更に別の実施形態では、視野成形要素１１０が光学要素１００から視野平面１０８への光路内に挿入された複数の１次光源１０１．１、１０１．２、及び１０１．３を有する光学要素１００を有する照明システムを提供する。図８におけるものに等しい構成要素は、同じ参照記号で示している。
図１０による実施形態の利点は、図１０による実施形態における複数の光源を有する光学要素１００を矩形視野に対して設計することができるという事実に見るべきである。
リング視野への成形は、この例では視野成形かすめ入射ミラーである視野成形要素１１０を通じて発生する。

図１１は、図１０による照明システムを有する投影露光装置を示している。図９におけるものに等しい構成要素は同じ参照記号で示している。
図示の照明システムに対する代替として、複数の１次光源を有する光学要素を備えた照明システムは、１つ又はそれよりも多くの結像要素１１１．１、１１１．２を含むことができる。１つの法線入射ミラー１１１．１を有するそのような照明システムの第１の実施形態を図１２に提供している。図１１に示している実施形態は、複数の光源１０１．１、１０１．２、１０１．３を有する光学要素が、視野平面１０８又はそれと共役な平面、又は出射瞳平面１０６又はそれに共役な平面のいずれにも置かれない実施形態でもある。更に、このシステムは、光源像１０４．２が、光学要素１００から視野平面１０８への光路内で視野平面１０８の前に置かれた平面１０５内に位置することになるシステムである。また、中心視野点１０２と、中心視野点１０２への主光線１０７とその後の投影対物器械の光軸ＨＡＯとの交差点とを示している。

図１３には、１つの結像光学要素１１１．２及び視野成形要素１１０を有する第２の実施形態を示している。視野成形要素１１０は、かすめ入射ミラーである。図１０又は図１１におけるものに等しい図１２及び図１３における構成要素は、同じ参照記号を有する。結像機能を実行する要素１１１．１、１１１．２は、複数の１次光源１０１．１、１０１．２、１０１．３を有する光学要素１００を照明システムの出射瞳へと投影することができる。当然ながら、開口絞りが用いられる場合には、視野平面１０８内にリング視野セグメントの中間像を生成する機能を更に有することができるいくつかの光学結像要素を用いることができる。付加的な像又は他のミラーを用いることは、複数の光源を有する光学要素をより接近し易い空間に配置するために光線幾何構成を更に折り返さなければならない場合に有利とすることができる。これは、明らかに図１３の場合である。図８から図１３に示しているシステムの全てにおいて、投影対物器械１１２の光軸ＨＡＯを示している。投影露光装置の入射瞳に対応する照明システムの出射瞳は、エネルギ重み付き中心光線の光軸ＨＡの異なる視野点に対する交差点と定められる。これは、出射瞳を参照記号１０６で示している図８から図１０において特に明らかに見ることができる。当然ながら、当業者は、革新的努力なしで実際の瞳の代わりに仮想瞳を考えることができるであろう。この場合には、視野平面における主光線角は負になる。そのようなシステムは、ＷＯ２００４／０１０２２４に示されている。ＷＯ２００４／０１０２２４の開示内容は、その全体が引用によって本出願に組み込まれている。

いわゆる仮想入射瞳を有する反射システムでは、入射後部焦点は負である。図１４は、負の後部焦点の概念を図式的に例示している。
図１４は、例えば、図２又は図４に示している照明視野の中心視野点への照明光束の主光線ＣＲＢを示している。ここに示しているように、照明光束の主光線ＣＲＢは、反射物体ＲＥＦＬＯＢＪ、例えば、レチクル上で反射され、図示の第１のミラーＳ１及び第２のミラーＳ２を有する投影対物器械内に投影光束の主光線ＣＲＰとして入射する。負の後部焦点の概念は、主光線ＣＲＢ又はＣＲＰが反射物体、例えば、レチクルの前の光路内で投影対物器械の光軸と交差することを意味する。それとは対照的に、正の後部焦点を有するシステムにおける交差点は、反射物体ＲＥＦＬＯＢＪの後の光路内に位置する。

本明細書に用いる「入射瞳の後部焦点」という用語は、投影対物器械の光軸ＨＡと主光線ＣＲＢとの交差点の対物面内の中心視野点までの距離を意味する。負の入射瞳後部焦点を有するシステムでは、仮想入射瞳ＶＥとも呼ぶことができる入射瞳ＶＥは、対物面に対して鏡像入射瞳ＲＥへと鏡像反転される。鏡像入射瞳ＲＥは、光源から像平面への光路内で反射物体ＲＥＦＬＯＢＪの前に形成される。
図８から図１３に示すように、正の入射瞳後部焦点を有するシステムでは、入射瞳は、対物面から像平面への光路内で対物面内の反射物体ＲＥＦＬＯＢＪの後の位置に配置されることになる。負の後部焦点を有するシステムでは、鏡像入射瞳ＲＥは、光源から反射物体への光路内で入射瞳の前の位置に配置されることになる。
更に、負の後部焦点を有するシステムでは、反射物体において反射された光束の主光線は、投影対物器械の光軸に対して発散するように延びている。
正の後部焦点を有するシステムは、反射物体ＲＥＦＬＯＢＪにおいて反射された光束の主光線が光軸に対して収束するように延びるシステムである。

図１５に示しているシステムは、図９のシステムと同様であるが、負の後部焦点を有する。複数の光源を有する光学要素を参照記号１１００で示している。複数の光源を有する光学要素は、例えば、各１次光源がこれらの光源に関連付けられた集光器を用いて実質的に視野平面１１０８内に投影される多光源アレイである。この例における多光源アレイ１１００は、実質的に、投影対物器械の鏡像入射瞳ＲＥが位置する平面内に配置される。図９におけるものに等しい構成要素は、同じ参照記号を１０００だけ増したもので示している。従って、参照記号１１２０は、視野平面内の物体、例えば、レチクルの像が投影される平面に属する。参照記号１１１２は、視野平面１１０８から像平面１１１６への光路内に第１のミラー１１１４．１、第２のミラー１１１４．２、第３のミラー１１１４．３、第４のミラー１１１４．４、第５のミラー１１１４．５、及び第６のミラー１１１４．６を含む負の後部焦点を有する投影対物器械に属する。多光源アレイの１次光源は、１１０１．１、１１０１．２、及び１１０１．３で示している。

しかし、複数の光源１１００を有する光学要素を別の場所に配置するように想定することができ、この場合には、１次光源像は、基本的に、図１５に例示しているように視野平面へと投影されず、例えば、視野平面１１０８の上流に位置することができる中間像平面内に投影される。この場合、視野平面１１０８は、照明スポットとも呼ぶ１次光源のいわゆる非合焦像を示すことになる。図９による実施形態にあるように、複数の光源を有する光学要素１１００と視野平面１１０８の間に配置された更に別の光学要素は存在せず、すなわち、複数の光源を有する光学要素１１００の１次光源の光は、光学要素１１００の１次光源の各々に関連付けられた集光器における反射の後に直接に視野平面内に誘導される。

図１６は、負の後部焦点及び多光源アレイを有する投影露光装置の更に別の実施形態を示している。このシステムは、多光源アレイ１１００から視野平面１１０８への光路内にミラー１１１０を付加的に含む種類のものである。このミラー１１１０は、多光源アレイ１１００と視野平面１１０８の間の光路を経路変更する役割を達成するかすめ入射ミラーである。このシステムは、空間要件に関して有利である。経路変更ミラー１１１０は、平面ミラーとして構成することができ、その場合、このミラーは、投影像に対して影響を与えない。代替として、ミラーは、光パワーを有するように設計することができる。可能な例として、視野ミラーは、環状表面を有することができ、視野平面内で視野を成形する役割を達成することができる。この種類の配置は、多光源アレイにおける個々の光源の分布が規則的パターン、例えば、行と列に沿わせることができるという利点を有することになる。この場合、視野平面内のリング状照明は、実質的に、光パワーを有するミラー１１１０によって成形される。

図１７は、図１６に示しているものと同様の概念を有する投影露光装置を示している。図１７は、視野平面１１０８に対して鏡像反転される入射瞳ＲＥを示しており、更に、鏡像入射瞳が位置する平面１２００を示している。図１７から分るように、複数の光源を有する光学要素１１００は、鏡像入射瞳が位置する平面１２００の下流の光路に配置される。複数の光源を有する光学要素１１００は、視野平面内又は瞳平面内のいずれにも置かれない。従って、視野平面は、照明スポットによって照明され、すなわち、光源像は非合焦にされる。上述の場合のように、多光源アレイから視野平面への光路に配置された経路変更ミラー１１１０が存在し、経路変更ミラー１１１０は、図１６の状況で説明したように、ここでも純平面ミラー又は光パワーを有するミラーとして構成することができる。

以下は、本発明による複数の光源を有する光学要素の実施形態の具体例の説明である。
１ｍｒａｄのテレセントリシティ及び約１メートルの入射瞳後部焦点（視野平面と出射瞳の間のエネルギ重み付き中心光線の長さとして定められる）という要件では、２ｍｍよりも短い視野平面１０８内の光源像の間の理想的距離が見出される。２ｍｍよりも短い距離では、２つの選択されたターゲット点の間の視野平面１０８の視野内の点による出射瞳内のテレセントリシティ誤差は、１ｍｒａｄよりも小さい。

１次光源の光源像が設計によって大きくされた場合には、ターゲット点の間の視野点は、瞳から少なくとも２つのターゲット点に向けられた光を常に受け取ることになる。この場合のテレセントリシティ要件は、より少数のターゲット点、例えば、３０個のターゲット点によっても満たされる。図１８Ａ及び図１８Ｂは、それぞれ円形光源を有する本発明による光学要素と光学要素の拡大詳細部分とを示している。

一例として、図１８Ａは、ほぼ円形の１次光源１３０を用いた複数の１次光源を有する光学要素を示している。参照記号１３２は、複数の１次光源を有する光学要素の詳細部分を示している。図１８Ｂが示しているように、全体の光学要素は、少なくとも３０個の光源が１つの視野点に割り当てられた多数の１次光源から成る。瞳に対して５０個よりも多い点の数を仮定すると、光学要素は、約２０００個から５０００個の１次光源を必要とすることになる。

６９．１、６９．２、６９．３、６９．４ １次光源
７１．１、７１．２、７１．３、７１．４ １次光源像
７３．１、７３．２、７３．３、７３．４ 後部反射器
１０８ 視野平面

Claims (28)

1. 複数の１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、４２．４、４２．５、４２．６、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４、１０１．１、１０１．２、１０１．３、２１００．１、２１００．２）を有する光学要素（１００）を含み、
   視野輪郭（２１１２）を有する視野平面（２１０８）内の視野を照明し、
   各１次光源が前記視野平面内の区域（２１０６．１、２１０６．２）を照明するように構成され、
   前記区域（２１０６．１、２１０６．２）の大きさ（ＳＰ（１）、ＳＰ（２））が、前記視野輪郭（２１１２）によって囲まれる区域の大きさ（ＳＦ）よりも小さい、
   ことを特徴とする照明システム。
2. 前記複数の１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、４２．４、４２．５、４２．６）を有する光学要素（１００）は、光源アレイで配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 前記複数の１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４）を有する光学要素は、該複数の１次光源の１つ又はそれよりも多くから光を受け取る反射面（５４．１、５４．２、５４．３、７３．１、７３．２、７３．３）を有し、
   前記１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４）及び前記反射面（５４．１、５４．２、５４．３、７３．１、７３．２、７３．３）は、該複数の１次光源から発する複数の光束（７５．１、７５．２、７５．３、７５．４）が異なる方向に放出されるような方法で互いに対して位置決めされるか又は位置決めすることができる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載の照明システム。
4. 少なくとも１つの反射面（７３．１、７３．２、７３．３、７３．４）が、前記複数の光源（６９．１、６９．２、６９．３、６９．４、１０１．１、１０１．２、１０１．３）の各々に割り当てられることを特徴とする請求項３に記載の照明システム。
5. 前記１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４）及び前記反射面は、個々の該光源をそれぞれの該反射面（５４．１、５４．２、５４．３、７３．１、７３．２、７３．３、７３．４）に対してシフト及び／又は傾斜させることによって互いに対するそれらの位置を調節することができることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の照明システム。
6. 前記１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４）及び前記反射面は、該反射面（５４．１、５４．２、５４．３、７３．１、７３．２、７３．３）をそれぞれの個々の該光源に対してシフト及び／又は傾斜させることによって互いに対するそれらの位置を調節することができることを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の照明システム。
7. 前記１次光源（４２．１、４２．２、４２．３、６９．１、６９．２、６９．３、６９．４）及び前記反射面は、該反射面（５４．１、５４．２、５４．３、７３．１、７３．２、７３．３、７３．４）をシフト及び／又は傾斜させ、かつそれぞれの個々の該光源を互いに対してシフト及び／又は傾斜させることによって互いに対するそれらの位置を調節することができることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の照明システム。
8. 前記反射面は、かすめ入射集光器（５４．１、５４．２、５４．３）の一部であることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の照明システム。
9. 前記反射面は、法線入射集光器（７３．１、７３．２、７３．３、７３．４）の一部であることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の照明システム。
10. 前記複数の１次光源及び前記反射面の各々が、光源ユニットを形成し、
    個々の前記光源ユニットは、異なる該光源ユニットに関連付けられた光束（７５．１、７５．２、７５．３、７５．４）が異なる方向に放出されるような方法で互いに対してシフト及び／又は傾斜されるか又はそれが可能である、
    ことを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の照明システム。
11. 前記１次光源は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の照明システム。
12. 前記１次光源は、放電源であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の照明システム。
13. 少なくとも１つの反射面が、正の光パワーを有することを特徴とする請求項３から請求項１２のいずれか１項に記載の照明システム。
14. 前記正の光パワーは、前記１次光源の多数の像が前記視野平面に生成されるように選択されることを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
15. 出射瞳を有し、
    前記複数の１次光源は、前記出射瞳内の区域を照明し、
    前記区域は、出射瞳輪郭によって囲まれている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４に記載の照明システム。
16. 前記光学要素の前記複数の１次光源の少なくとも一部は、特定の１次光源を選択的に点灯及び消灯することによって異なる出射瞳輪郭を発生させることができるように点灯及び消灯することが可能であることを特徴とする請求項１５に記載の照明システム。
17. 前記複数の１次光源のうちの第１の複数のものが、前記出射瞳の第１の区域を照明し、該複数の１次光源のうちの第２の複数のものが、該出射瞳の第２の区域を照明することを特徴とする請求項１５から請求項１６のいずれか１項に記載の照明システム。
18. 前記第１の区域は、環状出射瞳輪郭によって囲まれ、前記第２の区域は、双極又は四重極出射瞳輪郭によって囲まれていることを特徴とする請求項１７に記載の照明システム。
19. 前記複数の１次光源を有する光学要素は、該複数の１次光源の１つ又はそれよりも多くから光を受け取る反射面を有し、該反射面は、異なる出射瞳輪郭によって囲まれた区域が照明されるように、該１次光源に対するそれらの位置を変更することができることを特徴とする請求項１５に記載の照明システム。
20. 前記複数の光源を有する光学要素から前記視野平面までの光路において、該視野平面における視野輪郭を有する視野の成形のためのかすめ入射視野ミラー（１１０）を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の照明システム。
21. 前記かすめ入射視野ミラーは、凸ミラーであることを特徴とする請求項２０に記載の照明システム。
22. 前記複数の光源を有する光学要素から前記視野平面までの光路において、該複数の１次光源を有する光学要素の像を前記出射瞳内に投影する役割をする凹ミラーを含むことを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の照明システム。
23. 請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の照明システムと、
    投影対物器械（１１２）と、
    を含むことを特徴とする投影露光装置。
24. 前記投影対物器械は、少なくとも６つのミラー（１１４．１、１１４．２、１１４．３、１１４．４、１１４．５、１１４．６）を含むことを特徴とする請求項２３に記載の投影露光装置。
25. 前記投影対物器械は、入射側に正の後部焦点を有することを特徴とする請求項２３から請求項２４のいずれか１項に記載の投影露光装置。
26. 前記投影対物器械は、入射側に負の後部焦点を有することを特徴とする請求項２３から請求項２４のいずれか１項に記載の投影露光装置。
27. 前記照明システムは、マスクが配置された視野平面を照明し、
    前記投影対物器械は、前記マスクの像を感光担持基板上に投影する、
    ことを特徴とする請求項２３から請求項２６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
28. 請求項２３から請求項２７のいずれか１項に記載の投影露光装置を用いてマイクロ電子部品、特に半導体チップを製造する方法。

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