JP2010541292A - マイクロリソグラフィ投影露光装置 - Google Patents

Abstract

マイクロリソグラフィ投影露光装置、特に、そのような装置の投影対物系において発生する回転非対称像誤差を低減するか又は対称化するための補正システムを提供する。マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）は、投影光を生成する１次照明系（１２）、投影対物系（２０；１２０）、及び補正光学系を含む。後者は、基準面（４８；１４８）内に補正光の強度分布を生成する２次照明系（３０；１３０）と、補正光及び投影光が、それらが補正要素（３２；１３２）上に入射する前に投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズを通過するように、基準面（４８；１４８）と少なくとも実質的に光学的に共役な平面（３８；１７４）に配置され、かつ加熱材料を含む補正要素（３２；１３２）とを含む。補正光と投影光の両方が通過する全てのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）は、補正要素に含有される加熱材料よりも補正光に対する低い吸収係数を有するレンズ材料で作られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置に関する。そのような装置は、大規模集積回路及び他の微細構造構成要素の製造に用いられる。特に、本発明は、そのような装置の投影対物系において発生する回転非対称像誤差(image error)を低減するか又は対称化するための補正システムに関する。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単純にリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィ処理は、エッチング処理との併用で、基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜積層体内に特徴部をパターン形成するのに用いられる。製作の各層において、ウェーハは、最初に深紫外（ＤＵＶ）光のような放射線に感度を有する材料であるフォトレジストで被覆される。次に、フォトレジストを上に有するウェーハは、投影露光装置内のマスクを通じた投影光に露光される。マスクは、フォトレジスト上に投影される回路パターンを含む。露光の後にフォトレジストは現像されて、マスク内に含まれる回路パターンに対応する像が生成される。次に、エッチング処理が、回路パターンをウェーハ上の薄膜積層体へと転写する。最後にフォトレジストが除去される。異なるマスクを用いるこの処理の繰返しにより、多層微細構造構成要素が生じる。

一般的に、投影露光装置は、照明系、マスクを整列させるためのマスク整列台、投影レンズ、及びフォトレジストで被覆したウェーハを整列させるためのウェーハ整列台を含む。照明系は、例えば、矩形スリット又は幅狭なリングセグメントの形状を有することができるマスク上の視野を照明する。

最新の投影露光装置では、２つの種類の装置の間で区別を付けることができる。一方の種類では、ウェーハ上の各ターゲット部分は、マスクパターン全体をターゲット部分の上に１回露光することによって照射され、そのような装置は、一般的に、ウェーハステッパと呼ばれる。一般的に、ステップ・アンド・スキャン装置又は単純にスキャナと呼ばれる他方の種類の装置では、各ターゲット部分は、マスクパターンを投影光ビームの下で所定の基準方向に漸進的に走査し、それと同期してこの方向に対して平行又は非平行に基板を走査することによって照射される。ウェーハの速度とマスクの速度の比は、投影レンズの倍率βに等しく、通常は１よりも小さく、例えば、β＝１／４又はβ＝１／１００である。

「マスク」（又はレチクル）という用語は、広義にパターン形成手段と解釈されることは理解されるものとする。一般的に、用いられるマスクは透過又は反射パターンを含み、例えば、バイナリ、交互位相シフト、減衰位相シフト、又は様々なハイブリッドマスク形式のものとすることができる。しかし、能動的マスク、例えば、プログラマブルミラーアレイとして達成されたマスクも存在する。そのようなデバイスの例は、粘弾性制御層及び反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのようなミラーアレイに関する更に別の情報は、例えば、ＵＳ５，２９６，８９１及びＵＳ５，５２３，１９３から収集することができる。また、ＵＳ５，２２９，８７２に説明されているように、プログラマブルＬＣＤアレイを能動的マスクとして用いることができる。簡略化の目的で、本明細書の残りの部分は、特定的にマスク及びマスク台を含む装置に関する場合があるが、そのような装置において解説する一般的な原理は、上述のパターン形成手段という広義の背景で捉えられたい。

投影露光装置の開発における基本的な目的の１つは、リソグラフィによってウェーハ上により小さい寸法を有する構造を生成することを可能にすることである。小さい構造は、高い集積密度をもたらし、この密度は、そのような装置を利用して製造される微細構造構成要素の性能に対して一般的に好ましい効果を有する。

生成することができる構造のサイズは、主に、用いられる投影対物系の分解能に依存する。投影対物系の分解能は、投影光の波長に反比例するので、分解能を高める１つの手法は、より短い波長を有する投影光を用いることである。現在用いられている最短波長は、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、又は１５７ｎｍであり、従って、（深）紫外スペクトル範囲にある。

分解能を高める別の手法は、高屈折率を有する液浸液を投影対物系の像側の最後のレンズと露光されるフォトレジスト又は別の感光層との間に残る液浸間隙内に導入するという概念に基づいている。液浸作動に向けて設計され、従って、液浸対物系とも呼ばれる投影対物系は、１よりも大きく、例えば、１．４又は更に高い開口数を得ることができる。

像誤差（すなわち、収差）の補正は、非常に高い分解能を有する投影対物系に対して益々重要になっている。通常、異なる種類の像誤差は、異なる補正処置を必要とする。

回転対称像誤差の補正は、比較的容易である。射出瞳内の波面歪みが回転対称である場合には、像誤差は、回転対称であると呼ばれる。波面歪みという用語は、収差のない理想的な波からの波の偏位を意味する。回転対称像誤差は、例えば、個々の光学要素を光軸に沿って移動することによって少なくとも部分的に補正することができる。

回転対称ではない像誤差の補正は、より困難である。そのような像誤差は、例えば、レンズ及び他の光学要素が回転非対称に加熱されることによって発生する。この種の１つの像誤差は、光軸上に存在する視野点において見られる場合がある非点収差である。

回転非対称像誤差の主要原因は、一般的に、スキャナ型の投影露光装置において見られる回転非対称性、特に、スリット形及び／又は軸外のマスク照明である。スリット形の照明視野は、視野平面の近くに配置された光学要素の不均一加熱を引き起こす。この加熱は、光学要素の変形を生じ、レンズ及び屈折型の他の要素の場合には、屈折率の変化を生じる。屈折光学要素の材料が、高エネルギの投影光に繰返し露光された場合には、永続的な材料変化も見られる。例えば、場合によっては投影光に露光される材料の圧密化が発生し、この圧密化は、屈折率の局所的かつ永続的な変化を生じる。

熱誘起の変形及び屈折率変化は、光学要素の光学特性を変化させ、従って、像誤差を引き起こす。多くの場合に、熱誘起の像誤差は、２重対称性を有する。しかし、投影対物系では、３重又は５重のような他の対称性を有する他の像誤差、又は完全に非対称の波面歪みによって特徴付けられる像誤差も多くの場合に観察される。完全に非対称な像誤差は、多くの場合に、投影対物系内に含まれる光学要素にわたって統計的に配分された材料欠陥によって引き起こされる。

回転非対称像誤差に対する別の主要原因は、照明系の瞳平面が、回転非対称方式で照明されるある非対称照明設定である。そのような設定における重要な例は、瞳平面内で２つの極のみが照明される双極設定である。そのような双極設定では、投影対物系における瞳平面も同様に２つの照明領域のみを含む。従って、そのような対物系の瞳平面内又はその近くに配置されたレンズは、回転非対称強度分布に対して露光され、それによって回転非対称像誤差が増大する。同様に四重極設定も、双極設定よりも弱い程度にではあるが、多くの場合に回転非対称像誤差を生じる。

回転非対称像誤差を補正するために、ＵＳ６，３３８，８２３Ｂ１は、レンズの外周に沿って配分された複数のアクチュエータを利用して選択的に変形することができるレンズを提案している。レンズの変形は、熱誘起の像誤差が少なくとも部分的に補正されるように決定される。

ＷＯ２００７／０１７０８９Ａ１は、類似の補正デバイスを開示している。このデバイスでは、変形可能プレートの１つの面が、屈折率が対応する液体と接触する。プレートが変形された場合には、液体に隣接する面の変形は、事実上いかなる光学効果も持たない。従って、このデバイスは、２つの光学面ではなく１つの光学面のみの変形から補正寄与を得ることを可能にする。それによって２つの面が同時に変形された場合に観察される補正効果の部分的な補償が阻止される。

しかし、アクチュエータを用いた光学要素の変形も一部の欠点を有する。アクチュエータがプレート又はレンズの外周に配置された場合には、これらのアクチュエータを用いても限られた種類の変形しか生成することができない。これは、アクチュエータの個数及び同じく配列の両方が固定されることに起因する。また、上述のＷＯ２００７／０１７０８９は、光学要素の光学面上に透過的なアクチュエータを直接に適用することを提案している。しかし、透過的なアクチュエータによって生成される散乱損失を低く保つことは困難である。

熱誘起の像誤差に対処する別の手法は、複数の光学要素において生成された誤差を補正することではなく、そのような誤差が発生することを互いに回避することである。通常この手法は、光学要素の温度分布が少なくとも実質的に対称になるように、光学要素の局所選択的加熱又は冷却を含む。次に、より容易な処置、例えば、光学要素を光軸に沿って変位することにより、回転対称型のあらゆる残留熱誘起像誤差を補正することができる。

光学要素の補助的な加熱又は冷却は、例えば、ＵＳ６，７８１，６６８Ｂ２から公知のように、要素に対して高温又は低温の気体を誘導することによって達成することができる。しかし、気体流を用いて光学要素の温度分布を正確に制御するのは困難である。

従って、光学要素上又は光学要素内で少なくとも実質的に回転対称な温度分布を得るように、光学要素の選択された部分の上に光ビームを誘導することが提案されている。通常、光ビームは、投影光の波長とは異なる波長を有する放射線を発射する別の光源によって生成される。この補助光源の波長は、補正光が、フォトレジストの露光に寄与しないが、依然として光学要素又はその上に付加された層によって少なくとも部分的に吸収されるように判断される。

ＥＰ８２３，６６２Ａ２は、この種の補正システムを説明しており、この補正システムでは、マスクの投影光によって照明される視野（通常はスリット形状の）を取り囲む部分を照明する２つの補助光源が設けられる。従って、視野平面の近くにある全ての光学要素は、ほぼ回転対称方式で光学要素を加熱する３つの異なる光ビームに露出される。他の実施形態では、補助補正光は、瞳平面内又はそれに近接して投影露光装置の照明系内に結合される。照明設定に依存して多くの場合に投影作動中には瞳平面の中心は照明されないので、この中心に結合される光は、投影対物系内の瞳平面内又はその近くに配置される光学要素のより均一な照明に寄与する。

ＵＳ２００５／００１８２６９Ａ１は、加熱される部分にわたって走査を行う光線を用いて、選択された光学要素のある部分を加熱することを可能にする補正デバイスを説明している。このデバイスは、投影対物系に配置することができ、ほぼ完全に回転対称な温度分布を得ることができるように非常に選択的に温度を上昇させることを可能にする。多くの場合にそうであるように、光学要素が互いに非常に短い距離でしか離間されない場合には、光学要素への接近は制限され、走査光線は、光学要素上の全ての点に到達することができる場合でさえも、多くの場合に光学面上に非常に大きい入射角で入射する。その結果、光エネルギの実質的な部分は面で反射され、要素の加熱に寄与することができない。

ＵＳ２００５／００１８２６９Ａ１に説明されている一実施形態では、上述の問題は、補正光が、加熱される光学要素上に入射する前に、複数の光学要素を実質的な吸収を被ることなく通過することで解決される。これは、光学要素において、一方で補正光に対して、他方で投影光に対して異なる吸収係数を有する材料を選択することによって達成することができる。しかし、光学面上に入射する前に複数の他のレンズを通過する走査光線を用いてこの光学面上の全てのターゲット点に到達することは依然として困難である。

ＵＳ６，５０４，５９７Ｂ２は、走査光線を用いない補正デバイスを設けることによって上述の問題を解決することを提供している。走査光線を用いる代わりに、補正光は、選択された光学要素内にこれらの要素の周囲面を通じて、すなわち、外周的に結合される。単一の光源によって生成された補正光を光学要素の周囲に沿って配分された様々な位置に誘導する上で光ファイバを用いることができる。それによって非常に密に積層された光学要素をも加熱することが可能になるが、このデバイスは、光学要素の慎重に選択された部分しか加熱しないという実施可能性に関して柔軟性が低い。

ＵＳ５，２９６，８９１ ＵＳ５，５２３，１９３ ＵＳ５，２２９，８７２ ＵＳ６，３３８，８２３Ｂ１ ＷＯ２００７／０１７０８９Ａ１ ＵＳ６，７８１，６６８Ｂ２ ＥＰ８２３，６６２Ａ２ ＵＳ２００５／００１８２６９Ａ１ ＵＳ６，５０４，５９７Ｂ２ ＷＯ２００３／０７５０９６Ａ２ ＷＯ２００４／０１９１２８Ａ２ ＷＯ２００５／０６９０５５Ａ２

従って、一般的に波面歪み、及び特に回転非対称波面歪みをそれらが例えば多くの場合に投影光による光学要素の回転非対称加熱の結果として発生する時に非常に効率的に補正又は対称化する補正デバイスを含むマイクロリソグラフィ露光装置を提供する必要性が存在する。

本発明によると、この目的は、マスク平面に投影光の強度分布を生成する１次照明系、投影対物系、及び補正光学系を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置によって解決される。補正光学系は、基準面内に補正光の強度分布を生成する２次照明系、及び補正要素を含む。補正要素は、加熱材料を含み、補正光及び投影光が、補正要素上に入射する前に投影対物系内に含まれる少なくとも１つのレンズを通過するように、基準面と少なくとも実質的に光学的に共役な面に配置される。補正光と投影光の両方が通過する全てのレンズは、補正光に対して補正要素の加熱材料よりも低い吸収係数を有するレンズ材料で作られる。

この材料選択の結果、補正光は、補正光が伝播する投影対物系の他のレンズよりも強くこれらの補正要素を加熱する。この加熱の選択性は、特に、加熱材料の吸収係数が、これらの他のレンズの光学材料の吸収係数をどれ程超えるかに依存する。好ましくは、他のレンズは、有意に加熱されることは全くなく、補正光のエネルギは、ほぼ補正要素内だけで放散される。この目的のために、加熱材料の吸収係数は、補正光に対して、他のレンズのレンズ材料の中で最も高い吸収係数を有するレンズ材料の吸収係数よりも少なくとも２倍、より好ましくは、５倍大きくなければならない。

本発明によると、補正要素は、基準面と光学的に共役な面に配置される。従って、基準面内の補正光の強度分布は、補正要素上に結像される。それによって補正要素を全体として選択的に加熱するのみならず、この補正要素の選択された部分を加熱することも可能になる。これらの部分は、補正要素内の温度分布が所定の方式で変化し、かつこれらの変化が投影対物系内に含まれる他の光学要素によって生成される像誤差が低減されるか又は少なくとも対称化されるように補正要素の光学特性を修正するように判断される。

変化した温度分布によって生成される効果は、補正要素の変形及びその屈折率分布の変化を含む。これらの２つの効果のうちのいずれが優位を占めるかは、通常、補正要素の幾何学形状及びそこに含まれる光学材料に依存する。補正光による局所加熱が、主に補正要素又はその一部分内の屈折率分布を変更する効果を有するように、補正要素の変形を低減するある処置を取ることができる。その一方で、加熱誘起の変形が優勢を占め、屈折率変化を無視することができるように構成をもたらすことができる。２つの効果の一方のみが優勢を占める場合には、それによって望ましい補正効果が得られるように、温度分布の変化が補正要素を通じて伝播する光学波面に対して如何に影響を及ぼすことになるかの予測が容易になる。

本明細書、及び一般的に本発明に関連して用いる「補正」という用語は、像誤差の実質的に全体的な低減及び／又は回転非対称像誤差の対称化を意味するものである。対称化は、上記に関連して波面歪みの非対称性が低減されることを意味する。上述のように、少なくとも実質的に回転対称な波面歪みは、他の従来の補正処置、例えば、投影対物系の光軸に沿ったある光学要素の変位によって補正することができる。従って、本発明に関連する「補正」は、像誤差の回転非対称成分が低減されるが、回転対称成分が同時に増大する場合であっても達成することができる。

基準面と、補正要素が配置される面との光学的共役性の１つの更に別の利点は、少なくとも原理的には、補正要素の光学面上のあらゆる任意の点を一度に照明することができる（必要に応じて）ことである。これは、基準面が十分に照明されること、及びいかなる他の光学要素も補正ビーム光路を遮蔽しないことしか必要としない。そのような遮蔽は、例えば、対物系に配置され、光の一部分をセンサに向けて誘導する立方形ビームスプリッタによって形成することができる。

補正光が補正要素内に完全に吸収された場合に、それは、投影対物系の像平面に配置されて投影光に感光するフォトレジスト又はいずれの他の層の上にも入射することができない。それでもなおこの層が補正光に対して感度を持たないように補正光及び／又はこの層を選択することが好ましい場合がある。これは、補正要素によって反射され、散乱され、又は完全には吸収されず、最終的に層上に入射する補正光が、マスクの結像の劣化を生じることになる層の露光への寄与をもたらさないことを保証する。

補正要素が、補正光を有意に吸収するが、投影光を吸収しないことを保証するように、補正光は、何らかの点に関して投影光とは異なる必要がある。投影光と補正光は、例えば、加熱材料の吸収係数が偏光依存のものである場合には、これらの光の偏光状態に関して異なるとすることができる。

しかし、通常は、投影光と補正光が異なる波長を有する場合はより容易になる。例えば、投影光は、２５０ｎｍよりも短い波長を有することができ、補正光は、２μｍよりも長い波長を有する波長成分を含むことができる。そのような波長では、投影光と補正光の両方に対して透過性を有する１つの材料と、投影光に対してのみ透過性を有し、補正光に対しては透過性を持たない別の材料との多くの材料組合せが存在する。

そのような材料組合せの一例は、加熱材料における合成石英（ＳｉＯ₂）とレンズ材料におけるフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）とである。補正光が、４．５μｍと６μｍの間の波長を有する光成分を含む場合には、レンズ材料としてのフッ化カルシウムは、補正光と投影光の両方に対して透過性を有する。しかし、合成石英は、約４．０μｍまでの波長に対してしか透過性を持たず、従って、４．５μｍと６μｍの間の波長を有する補正光のあらゆる光成分を吸収することになる。

合成石英は、それが約５００ｐｐｍを超えるＯＨ濃度を有する場合には、約２．６５μｍと２．８５μｍの間に付加的な吸収窓を有する。この場合、補正光は、約２．６５μｍと２．８５μｍの間の波長を有する光成分を含むことができる。

投影光が、１９０ｎｍを超える波長を有し、かつ補正光が、１８０ｎｍよりも短い波長を有する光成分を含有する場合には、同じ材料も適切である。また、この場合には、フッ化カルシウムは、補正光と投影光の両方に対して透過性を有するが、合成石英は、補正光を吸収する。

補正要素は、ミラー光学要素又は屈折光学要素によって形成することができる。ミラーの場合には、ミラー支持体が、投影光に対して反射性を有するが補正光に対しては反射性を持たない反射コーティングを支持すべきである。多層反射コーティングは、特定の設計波長に対して特別に設計されるので、そのようなコーティングの反射率は、設計波長とは異なる波長に対しては非常に低い値へと有意に降下する。ミラー支持体のバルク材料は、反射コーティングを通過した補正光を吸収すべきである。この場合、ミラー支持体の変形は、ミラーの光学特性を変化させる最も支配的な効果であることになる。補正光に対して非常に吸収性が高い付加的なコーティングを設けることができる。補正光として赤外線放射線が用いられる場合には、そのようなコーティングは、ミラー支持体上に付加された黒色塗料によって単純に形成することができる。

別の実施形態では、補正要素は、屈折光学要素である。そのような屈折光学要素は、例えば、レンズ又は平行平面プレートとして形成することができる。補正要素は、完全に加熱材料で構成することができ、又は加熱材料で作られた基板、及びあらゆる種類のコーティング、例えば、投影光に対する反射係数を低減する反射防止コーティングを含むことができる。

別の代替としては、レンズ材料のうちの１つで作られた基板を用い、加熱材料を含む層を基板上に付加することである。通常、この層は小さい厚みしか持たないことになるので、補正光に対して非常に大きい吸収係数を有する加熱材料が必要である。

投影対物系内での補正要素の最適な位置では、いずれの屈折力を有することも場合によっては望ましくない。これらの場合には、平行平面プレートを形成する補正要素を有することが好ましいと考えられる。そのようなプレートは、熱誘起の変形を予測することがより容易であるという利点も有する。この場合、基準面もプレートとすることができる。他の実施形態では、基準面は湾曲したものであるが、基準面との間の光学的共役性が、この湾曲基準面を補正要素が配置される平面上に結像する。一般的に、基準面の形状は、補正要素の形状に適応させることができる。

補正される像誤差は、多くの場合に視野の位置に依存しない。これは、補正される波面歪みが像視野内の全ての点において等しいことを意味する。この場合、補正要素を投影対物系の瞳平面内又はそれに近接して配置することが好ましく、これは、この配列によって像点に向けて収束する全ての波面が瞳内で重ね合わされ、従って、これらの波面を共通して補正することができることによる。本明細書では「近接」という用語は、ｈ_mrが光軸上の点から出射する周辺光線の高さであり、ｈ_crが周辺像点上に入射する主光線の高さである場合に、比Ｐ＝ｈ_mr／ｈ_cr＞３であり、好ましくは、Ｐ＞５である瞳平面からの軸線方向距離によって定める。

補正要素が瞳平面内又はそれに近接して位置決めされた場合には、補正光学系は、基準面と、マスク平面又はマスク平面と光学的に共役な平面、例えば、投影対物系内の中間像平面又は１次照明系内に含まれる視野平面との間にフーリエ関係を確立するコンデンサーを含むことができる。コンデンサーを通じては補正光のみが伝播し、投影光は伝播しないので、コンデンサーに含有される光学材料は、投影光を同様に透過させる必要がないために、補正光に対して適応させることができる。

視野依存の像誤差を低減すべきである場合には、補正要素は、視野平面内又はそれに近接して、例えば、投影対物系の中間像平面に配列すべきである。視野依存の像誤差と視野非依存の像誤差との組合せが補正される場合には、補正要素に対して瞳平面と視野平面の間の位置を想定すべきである。

いかなる波面歪み補正も全く必要とされないか、又は補正を必要とするが、その時は一定レベルであるかのいずれかの場合が存在する。そのような状況は、例えば、回転対称照明設定（例えば、従来設定又は環状設定）か又は１つだけの特定の回転非対称照明設定（例えば、双極照明設定）のいずれかがウェーハステッパに用いられる場合に発生する可能性がある。照明設定が回転対称設定から回転非対称設定へと変更される場合には、投影対物系の瞳平面の近くにあるレンズは、回転非対称方式で照明され、通常は、暫くするとこの照明により、補正を必要とする回転非対称波面歪みが増大する。この場合、本発明の補正デバイスを始動することができ、基準面内の適切な固定強度分布を瞳平面内又はそれに近接して位置決めされた補正要素に結像することができる。

しかし、多くの場合に、基準面内の強度分布を調節できることが好ましいと考えられる。この場合、補正要求に依存して、補正要素によって生成される補正効果を変更することができる。この要求は、他の照明設定が用いられること、他のマスクが投影されること、又は老朽化の理由から、時間と共に変化する可能性がある。

基準面内の強度分布を変更するために、補正光学系は、空間光変調器を含むことができる。そのような光変調器は、光源、及び可変開口構成を有する絞りデバイスを含むことができる。この開口構成は、絞りブレードを移動するか又は絞りデバイスを交換することによって変更することができる。この目的のために、絞りデバイスは、異なる開口構成を有する複数の絞り要素、及び絞り要素のうちの１つを受け取るための交換ホルダを含むことができる。

基準面に配置された複数の発光要素を含む空間光変調器により、基準面内に異なる強度分布を生成するのに更に高い柔軟性が得られる。適切な制御ユニット、発光要素、例えばＬＥＤ、又は反対端で補正光が結合される光ファイバの両端を用いて、強度分布のほぼあらゆる任意の幾何学形状を生成することができる。「分解能」は、補正デバイスに用いられる発光要素の個数によってのみ制限される。

基準面内に可変強度分布を生成する別の手法は、基準面に配置され、かつ２次照明系の光源によって照明される複数の傾斜可能ミラー要素を含む空間光変調器の使用である。そのようなミラーは、「オン」状態、又は光が補正要素に到達することができるようにいかなる光も反射されない「オフ」状態のいずれかにあるように構成することができる。そのような傾斜可能ミラー要素は、アレイで配置することができ、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、特に、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として構成することができる。

空間光変調器が用いられる場合には、空間光変調器は、１次照明系内に設定された照明設定、投影対物系内に含まれる少なくとも１つのレンズの温度分布、及び投影対物系の結像品質というエンティティのうちの少なくとも１つに関する入力量に依存して基準面内の強度分布を判断するように構成された制御ユニットによって制御することができる。この入力量は、温度のような測定量を含むことができ、及び／又は計算量を含むことができる。例えば、投影対物系の結像品質は、照明設定、時間、又はマスク構成のような入力変数に基づいて計算することができる。代替的に、像品質は、投影対物系の像平面に配置された測定機器、例えば、ＣＣＤセンサ、又は干渉測定デバイスを用いて測定することができる。

補正光によって照明される全ての点が少なくとも実質的に同じ角度分布を有する補正光を受光するように補正要素を照明することが望ましい場合がある。これは、反射係数が入射角に依存する可能性があり、従って、光が補正要素の面上の点の上に傾斜して入射するのか、又は垂直に入射するのかが重要である場合があることによる。

補正要素上に入射する補正光の制御された、特に、均一な角度分布を得るために、少なくとも実質的に基準面に配置された光出射面を有する光学インテグレータ−を補正光学系内に含めることを考慮することができる。多くの場合に、そのような光学インテグレータ−は、少なくとも１つの光学マイクロレンズアレイを含み、幾何学的な光束を増大する。

多くの場合に、補正光もマスクを通過するように補正光を投影対物系内に給送するのは困難であることになる。特に、スキャナ型の投影露光装置の場合には、マスク平面内でマスクによって遮蔽されないが、それにも関わらず投影対物系によって感光層上に結像される区域内にあるいかなる空き区域も殆どない。

そのような場合には、補正光を投影対物系のビーム経路内に給送するビーム折り返し要素を設けることが有利であると考えられる。ビーム折り返し要素は、例えば、ミラー、又は反射面を含むプリズムを含むことができる。ビーム折り返し要素は、投影露光装置内で２次照明系のより良好な配列を見出すことを可能にする。例えば、ビーム折り返し要素は、補正光が、マスク又はマスクを直接に取り囲む区域を通過しなくてもよいように、投影対物系におけるマスク平面との間に配置することができる。代わりに、ビーム折り返し要素は、マスク平面を折り返し、そのためにそれが２次照明系に対してよりアクセスし易いものであるようにする。

本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面と共に以下の詳細説明を参照することによってより容易に理解することができる。

本発明による投影露光装置の略斜視図である。 図１に示す投影露光装置に収容される補正光学系を通した子午断面図である。 図２に示す補正光学系内に含まれる交換ホルダ内に挿入することができる絞り要素に関する上面図である。 図２に示す補正光学系内に含まれる交換ホルダ内に挿入することができる絞り要素に関する上面図である。 第１の実施形態による補正光学系の２次照明系を通した子午断面図である。 図４に示す２次照明系内に含まれる発光ダイオードアレイに関する底面図である。 補正光学系の別の実施形態による補正光学系の２次照明系、光変調器、及びコンデンサーを通した子午断面図である。 図６に示す照明系内に含まれるミラーアレイの斜視図である。 更に別の実施形態による補正光学系の２次照明系を通した子午断面図である。 補正光学系の補正要素が配置された実際的な投影対物系を通した子午断面図である。 図９に示す投影対物系に対する補正光学系の斜視図である。 図１０に示す補正光学系を通した子午断面図である。 図１０に示す補正光学系内に含まれるビーム折り返し要素を通した子午断面図である。 図１１と同様であるが、ビーム折り返し要素によって得られるビーム折り返しのない図である。

１．第１の実施形態群
図１は、投影光束を生成するための１次照明系１２を含む投影露光装置１０の大幅に簡略化した斜視図である。投影光束は、微細構造１８を含むマスク１６上の視野１４を照明する。この実施形態では、照明視野１４は、矩形形状を有する。しかし、照明視野１４の他の形状、例えば、リングセグメントも考えられている。

投影対物系２０は、照明視野１４内の構造１８を基板２４上に堆積させた感光層２２、例えば、フォトレジスト上に結像する。シリコンウェーハによって形成することができる基板２４は、感光層２２の上面が、投影対物系２０の像平面に正確に位置するように、ウェーハ台（示していない）上に配置される。マスク１６は、マスク台（示していない）を用いて投影対物系２０の物体平面に位置決めされる。投影対物系２０は１よりも小さい倍率を有するので、照明視野１４内の構造１８の縮小像１４’が感光層２２上に投影される。

投影中には、マスク１６及び基板２４は、Ｙ方向に対応する走査方向に沿って移動する。すなわち、照明視野１４は、照明視野１４よりも大きい構造化区域を連続的に投影することができるようにマスク１６にわたって走査を行う。そのような種類の投影露光装置は、多くの場合に「ステップ・アンド・スキャンツール」又は単純に「スキャナ」と呼ばれる。マスク１６の速度と基板２４の速度の間の比は、投影対物系２０の倍率に等しい。投影対物系２０が像を反転する場合には、図１に矢印Ａ１及びＡ２によって示しているように、マスク１６と基板２４は、反対方向に移動する。しかし、本発明は、マスクの投影中にマスク１６及び基板２４が移動しないステッパツールにおいて用いることができる。

図示の実施形態では、照明視野１４は、投影対物系２０の光軸２６に中心が定められる。他の実施形態では、照明視野１４は、光軸２６に中心が定められない。軸外照明視野１４は、ある種類の投影対物系２０、例えば、１つ又はそれよりも多くの端が切り取られた(truncated)ミラーを含む図９に示している対物系において必要とされる場合がある。

投影露光装置１０は、像誤差を低減するための補正光学系を含む。補正される像誤差の原因は、一定であるか又は時間依存のものであると考えられる。一定である原因は、設計欠陥、レンズ材料又は反射防止コーティングにおける不純物又は他の障害、及び装着公差を含む。時間依存の原因は、空気圧及び温度、高エネルギ投影光によって引き起こされる材料の圧密化(compaction)のようなある老朽化現象、並びにレンズ材料内での投影光の吸収によって引き起こされる温度変化によって誘起される変形及び屈折率変化のような可変の外部条件を含む。

像誤差は、多くの場合に波面歪みに関して説明される。像平面内の特定の点に収束する光波の波面が着目され、理想的な波面と比較される。観察される変形は、回転対称又は回転非対称のものである場合がある。他の点では、波面歪みは、像平面内の全ての点において等しいか又はこれらの点のうちの一部又は各々において異なるものである場合がある。投影露光装置１０内に設けられる補正光学系は、上述の波面歪みのいずれかを実質的に低減することができるように構成することができる。

しかし、図１に図示の実施形態では、補正光学系は、少なくとも実質的に視野非依存の像誤差のみを補正するように構成される。これは、波面歪みが、像平面内の全ての点において等しいことを意味する。この目的のために、補正光学系は、主構成要素として、２次照明系３０、及び投影対物系２０の瞳平面に位置決めされた補正要素３２を含む。２次照明系３０は、マスク１６の非構造化区域２８を通過し、投影対物系２０に入射する補正光を生成する。次に、補正光は、補正要素３２のある部分を選択的に照明する。

補正要素３２上で照明された部分は加熱され、それによって屈折率の変化及び／又は補正要素３２の変形が引き起こされる。これらの変化及び／又は変形は、補正要素３２を通過する波面が、投影対物系２０内に含まれる他の光学要素により、先に言及した原因の結果として引き起こされる変形を少なくとも実質的に相殺する変形を受けるように決められる。この場合、投影対物系２０から出射し、像点に向けて収束する光学波面は、少なくとも実質的に球面であり、従って、誤差がない。

以下では、補正光学系を通る略子午断面図である図２を参照して、補正光学系に関してより詳細に説明する。しかし、最初に、図２に示している投影対物系２０の一部分に関して以下に説明する。

投影対物系２０は、投影中にマスク１８が配置されるマスク平面３６と投影対物系２０の瞳平面３８との間にフーリエ関係を確立する正のレンズ３４を含む。このフーリエ関係の結果として、マスク平面３６内の特定の点から出射する全ての光線は、ほぼ同じ角度の下で、すなわち、平行光として瞳平面３８を通過する。図２では、これを光線４２ａ、４２ｂ、４２ｃが出射するマスク１８の縁部にある点４０に対して例示している。この点が投影対物系２０の光軸２６から離れる程、光線が瞳平面３８を通過する際の角度は大きくなる。従って、マスク平面３６内の光軸２６上の点から出射する全ての光線は、瞳平面３８と垂直に交差する（例示的光線４４を参照されたい）。また、フーリエ関係には、マスク平面３６内の点から出射する光束が、瞳平面３８内で重ね合わさることも伴っている。開口絞り４６を用いると、投影対物系２０の開口数を望ましい値に制限し、口径食効果を回避することができる。

補正光学系は、図示の実施形態では、発光要素４６の２次元アレイを含む２次照明系３０を含む。補正光学系は、基準平面４８を有し、これは、発光要素４６によって照明され、かつそこでは複数の開口５１ａ、５１ｂ、５１ｃを有する絞り要素５０が、交換ホルダ５４に受け取られる。

補正光学系は、この実施形態では単一のレンズで形成されたコンデンサー５６を更に含む。コンデンサー５６は、絞り要素５０が配置された基準平面４８とマスク平面３６との間でフーリエ関係を確立する。また、投影対物系の正のレンズ３４も、補正光学系の一部である。コンデンサー５６と正のレンズ３４との組合せは、基準平面４８を瞳平面３８と光学的に共役にする対物系を形成する。これは、基準平面４８が、投影対物系２０の瞳平面３８上に結像されると説明することと同等である。

この結像に起因して、絞り要素５０は瞳平面３８上に結像される。この瞳平面３８内又はそれに近接して補正要素３２が配置され、従って、絞り要素５０の像が補正要素３２上に形成される。これから、照明された開口５１ａ、５１ｂ、５１ｃそれぞれの像である高輝度スポット５２ａ、５２ｂ、及び５２ｃが、補正要素３２上に形成される。

図示の実施形態では、補正要素３２は、平行平面プレートによって形成される。光源４５によって生成された補正光が通過する補正要素３２のこれらの部分は、補正要素３２の材料内部での補正光の吸収の結果として加熱される。上述のように、この吸収は、補正要素３２を通過する光学波面が補正変形を受けるように、補正要素３２の屈折率の変化及び／又は局所変形を生じる。

通常は、これらの効果を光学要素３２内にのみ生成し、補正光が同じく通過する正のレンズ３４には生成しないことが望ましいことになる。正のレンズ３４が実質的な量の補正光を同様に吸収した場合には、この正のレンズ３４自体が、付帯的な像誤差を引き起こす屈折率変化及び／又は変形を被ることになる。この場合、補正光自体によって生成された像誤差をも実質的に補正するように補正要素３２内の温度分布を決めることはより難しさを高めることになる。

補正光が主に補正要素３２内で吸収されることをもたらす様々な手法が存在する。一実施形態では、投影光は、第１の直線偏光状態にあり、補正光は、第１の直線偏光状態に直交する第２の直線偏光状態にある。補正光の直線偏光は、例えば、基準平面４８内に挿入された付加的な偏光子によって達成することができる。

この場合、補正要素３２には、第２の直線偏光状態にある光のみを吸収し、第１の直線偏光状態にある光を吸収しない層を設けることができる。この目的のために、補正要素は、第２の偏光状態にある補正光のみを吸収する偏光子を含むことができる。そのような偏光子は、補正光の振動平面に対して垂直に延びる細長い微細構造を含むことができる。この場合、補正光が支持体２４上の感光層２２上に入射することを阻止するように、実質的に全ての補正光が補正要素３２内で吸収されることを確実にすべきである。

別の手法は、投影光とは異なる波長（又は波長範囲）を有する補正光を用いることになる。この手法では、正のレンズ３４における材料と補正要素３２における材料とは等しく、吸収係数は、投影光よりも補正光に対して高くなるように判断される。正のレンズ３４が肉薄であり、補正要素３２が肉厚である場合には、レンズ３４内では小量の光しか放散されないことになる。厚い補正要素３２ではより多くの熱が放散されることになり、要素を冷却することができる面はほぼ等しいので、補正要素は、レンズ３４よりも強度に加熱されることになる。しかし、この手法は、補正光が補正要素３２上に入射する前に通過する薄いレンズが僅かしか存在しない場合にのみ良好に機能する。

以下では、レンズ３４に影響を及ぼすことなくほぼ補正要素３２のみを加熱することを可能にする別の手法を説明する。この手法によると、補正光は、投影光とは異なる波長又は波長範囲を有する。更に、正のレンズ３４と補正要素３２は、異なる光学材料で作られる。正のレンズ３４の光学材料は、投影光と補正光の両方に対して非常に低い吸収係数を有するように決められる。しかし、補正要素３２の光学材料は、投影光に対しては低い吸収係数を有するが、補正光に対しては高い吸収係数を有するように決められる。

波長と光学材料のこの組合せの結果として、補正光は、ほぼ減衰せずにレンズ３４及び補正要素３２を通過するが、補正光は、レンズ３４のみを通過することができ、補正要素３２内では吸収される。その結果、投影光及び補正光は、レンズ３４を僅かな程度にしか加熱しない。しかし、補正要素３２は、補正光によって有意に加熱され、波面に対する望ましい補正効果をもたらす。

当然ながら、補正光の吸収は、補正要素３２のバルク材料内でのみ発生すべきであるわけではない。補正要素３２は、補正光に対してレンズ３４よりも高い吸収係数を有する光学材料を含むことで十分である。この材料は、基板上の層として形成することができ、２つの基板間に挟むことができ、又は別の光学材料の間で散在させることさえ可能である。

図示の実施形態では、補正要素３２は、平行平面プレートとして形成されるが、様々な他の形状も考えられている。例えば、補正要素は、屈折力を有するレンズとすることができ、より厚い立方体又は円柱として形成することができ、又は薄膜を保持する枠内で延びる薄いフィルム又は膜として形成することさえできる。

図２から、補正要素３２を必ずしも正確に瞳平面３８に配置する必要がないことも明らかになる。視野非依存の像誤差を補正するために、補正要素３２は、瞳平面３８に近接して位置決めされる。補正要素３２が、瞳平面３８を外して位置決めされた場合には、補正要素３２を用いて得られる光学効果は、異なる像点において若干異なる場合がある。しかし、そのような僅かな差は、多くの場合に満足できる。少なくとも近似的に視野非依存の補正効果を得るためには、補正要素３２と瞳平面３８の間の実際の距離は、比Ｐ＝ｈ_mr／ｈ_crが３を超え、好ましくは５を超える時の値を上回ってはならない。量ｈ_mrは、光軸２６と光軸上の点から出射する周辺光線４４が補正要素３２を貫通する点との間の距離（多くの場合に高さと呼ばれる）を表している。量ｈ_crは、光軸２６と、周辺像点上に入射する主光線４２ｂ（図２を参照されたい）が補正要素３２を貫通する点との間の距離又は高さを表している。比Ｐが大きくなる程、補正要素３２は、瞳平面３８により近く配置される。例えば、図２に破線で示している平面５８では、比率Ｐ＝３．４である。従って、補正要素３２は、補正効果の視野非依存性を有意に低減することなく平面５８に配置することができる。瞳平面３８内に直接の場合は、比率Ｐ＝∞である。

更に、非常に良好な結像品質が得られるという意味では、補正要素３２を基準平面４８と正確に光学的に共役である平面に配置する必要はない。実際には、補正要素３２の完璧な位置の場合でさえも、通常は以下の理由から非常に良好な結像品質を得ることはできない。

図２から、基準平面４８と瞳平面３８との間で得られる光学的共役性は、第１の光軸に中心が定められた光学要素（この場合はコンデンサー５６）、及び第２の光軸、すなわち、投影対物系２０の光軸２６に中心が定められたレンズ（この場合、正のレンズ３４）を用いることは明らかである。両方の光軸は一致しないが、この実施形態では互いに対して平行である。一致しない光軸を用いる場合のみ、基準平面４８の像は、有利な瞳平面３８（すなわち、開口絞り４６内の部分）を完全に満たすことになる。これは、軸上(on-axis)基準平面４８の場合には、２次照明系３０，コンデンサー、又はビーム折り返しミラー（後に説明する第２の実施形態群を参照されたい）が、投影光の光路を遮蔽することになるので、軸上基準平面４８が少なくとも通常は可能ではないことによる。

投影対物系２０の光軸２６を投影光のビーム経路を外して配置された光学要素の光軸と一致させることができないという要件は、基準平面４８と瞳平面３８の間の結像が、実質的な収差を被ることになるということを有する。より具体的には、開口５１、５１ｂ、５１ｃの像５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、それぞれ通常はぼけることになる。

しかし、基準平面４８内に形成された強度分布を補正要素３２上に鮮明に結像する必要はない。補正要素３２内での補正光の吸収によって生成される熱は、いかなる形にせよ補正要素３２内で「流れ」去るので、補正要素３２内の温度分布も、必然的に「ぼける」ことになる。

例えば、新しいマスクが異なる照明設定で投影される場合に補正要求が変化するか又は投影対物系２０内に含まれるレンズ内の温度分布が変化する場合には、交換ホルダ５４を用いて、絞り要素５０を異なる開口構成を有する別の絞り要素によって置換することができる。ある場合には、例えば、照明設定が時間依存の像誤差の主な原因である場合には、投影露光装置１０のオペレータに、この照明設定に対して適応された少数の異なる絞り要素５０を供給するだけで十分であるとすることができる。そのような１組の絞り要素は、交換ホルダ５４と共に、基準平面４８内の強度分布を変更することを可能にする単純な光変調器６４を形成する。

図３ａは、例示的絞り要素５０’に関する上面図であり、絞り要素５０’は、２重対称性を有する配列でその直径上に位置決めされた２つの台形の開口５１ａ’、５１ｂ’を含む。そのような対称性は、非点収差結像誤差に関連する波面歪みを補正するのに必要とされる場合がある。

別の実施形態では、補正要素３２内の望ましい温度分布を生成する柔軟性は、基準平面４８内に１つのゼロ強度又は１つの非ゼロ強度を生成するだけでなく、多くの非ゼロ強度を生成することができることによって更に改善される。言い換えれば、基準平面４８内の強度分布は、単純に低輝度スポットと高輝度スポットとの配列であるだけではなく、異なる輝度の区域も含む。そのような階調強度は、補正要素３２内の温度勾配を低減するのに用いることができる。

図３ｂは、この概念を提供する５０’’によって表している別の絞り要素に関する上面図である。絞り要素５０’’は、同様に絞り要素５０’’の直径上に配置された２つの開口５１ａ’’，５１ｂ’’を含む。開口５１ａ’’及び５１ｂ’’それぞれの対向する側辺部に隣接して半透過区域５３ａ’’及び５３ｂ’’が配置される。半透過区域５３ａ’’，５３ｂ’’は、補正光に対して０％でも１００％でもなく、その間のいずれか、例えば、５０％の透過率を有する。

更に、基準平面４８内の連続又は準連続強度分布を考えることができる。そのような多段又は連続強度分布は、絞り要素５０として濃淡フィルタを用いて得ることができる。濃淡フィルタは、補正要素３２内で望ましい温度分布を得るために計算される連続又は多段透過率を有する。この計算は、基準平面４８と補正要素３２の間に配置された光学要素内で発生する補正光のあらゆる残留減衰量も考慮すべきである。

更に別の実施形態では、補正要素３２内に異なる温度分布を生成する柔軟性は、固定絞り要素５０をアレイ光源で置換することによって更に高められる。図４は、多数の小さい発光要素４６’が基準平面４８内に直接に配置された別の実施形態による２次光源３０’を通した略子午断面図である。制御ユニット６０’は、ほぼあらゆる望ましい強度分布を基準平面４８内に生成することができるように各発光要素４６’を個々に制御する。

図５は、例示的な作動状態にある２次照明系３０’の発光要素４６’の上面図である。発光要素４６’は、特定のバイナリ（すなわち、オン／オフ）強度分布を生成し、この強度分布は、補正要素３２上のその像が投影対物系２０の像誤差を補正するように決められる。この実施形態では、２次光源３０’は、それ自体で基準平面４８内の強度分布を変更することを可能にする変調器６４’を形成する。

図６は、更に別の実施形態による２次照明系３０’’、光変調器６４’’、及びコンデンサー５６を通した子午断面図である。光変調器６４’’は、傾斜可能ミラー要素Ｍ_ijのアレイとして達成され、このアレイを図７の斜視図にも示している。ミラー要素Ｍ_ijは、基準平面４８内に直接に配置され、従って、補正要素３２上に結像される。光変調器６４’’は、２次照明系３０’’によって照明され、制御ユニット６０’’によって制御される。

変調器６４’’のミラー要素Ｍ_ijは、「オン」状態又は「オフ」状態のいずれかにあるように個々に傾斜することができる。「オン」状態では、ミラー要素Ｍ_ijは、反射光をコンデンサー５６上に誘導する。「オフ」状態では、ミラー要素Ｍ_ijは、反射光がコンデンサー５６に到達しないように傾斜される。変調器６４’’は、数ｃｍ²の区域上に何千ものマイクロミラーを組み合わせることができるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）として構成することができる。

図８は、２次照明系３０’’’を通した子午断面図である。２次照明系３０’’’は、この実施形態では、レーザ６２，及び平行補正光束を生成するビーム拡大ユニット６６を含む。この光束は、２次照明系３０’’’内に含まれない変調器６４’’’のミラー要素Ｍ_ijを照明する。ミラー要素Ｍ_ijから反射される補正光は、正のレンズ６７を通過し、基準平面４８に配置された光学インテグレータ−６８上に入射する。この実施形態の光学インテグレータ−６８は、各々が、互いに対して垂直に配置された円筒形マイクロレンズの２つのアレイを含むインテグレーター要素６８ａ、６８ｂを含む。光学インテグレータ−６８は、基準平面４８から出射する光が非常に均一で明確に定められた角度分布を有するべき場合に用いることができる。明確に定められた角度分布は、特に、補正要素３２の吸収係数が入射角に依存する場合に有利であると考えられる。

上述の種類の２次照明系及び変調器のうちのいずれか、又は基準平面４８を可変的に照明することを可能にするあらゆる他の適切な光学系の選択は、補正光が有するべき波長又は波長範囲にも依存することになる。図２に関して、一実施形態において投影光がλ＝１９３ｎｍの波長を有し、補正光がλ＝１５７ｎｍの波長を有することを示している。そのような短いＤＵＶ波長では、通常、図２、又は図４及び図５に示すアレイで配置することができる利用可能ないかなる発光要素も存在しない。通常、そのような波長は、エキシマレーザを用いて生成される。この理由から、図８に示し、３０’’’で表しているものと類似の２次照明系をより適切なものとすることができる。

補正光が、赤外線スペクトル範囲の波長を有する場合には、赤外線放射線を発射する利用可能な様々なレーザダイオードが存在する。例えば、７μｍと７．３μｍの間の波長を有するＩＲ光を生成する（ＰｂＥｕ）Ｅｅを用いることができる。レーザダイオードは、図２から図７に図示の実施形態に特に適している。Ｅｒレーザは、２．８μｍの波長を有する光を発射し、ＹＳＧＧ（イットリウムスカンジウムガリウムガーネット）レーザは、約２．９４μｍの波長を有する放射線を生成する。ＣＯレーザは、通常は４．８μｍと８．３μｍの間で幾百ものスペクトル線を発射する。

２．第２の実施形態群
図９は、縮尺表現が正しい実際的な投影対物系１２０を通した子午断面図である。投影対物系１２０は、マスク平面１３６と像平面１２２の間に１７０及び１７２で表している２つの中間像平面を有する。中間像平面１７０，１７２は、投影対物系１２０を各々が１つの瞳平面を含む３つのレンズ群に分割する。図９では、これらの瞳平面をそれぞれ１７４、１７６、及び１７８で表している。最大ビーム直径領域の直後に置かれた第３の瞳平面１７８内には、システムの開口絞り１８０が配置される。

投影対物系１２０は、合計で２１個のレンズ及び２つの凹ミラーＭ１、Ｍ２を含む。ミラーＭ１、Ｍ２は非球面表面を有し、第１の中間像平面１７０と第２の中間像平面１７２の間に配置される。

この実施形態では、投影対物系１２０は、液浸対物系として設計される。これは、投影露光装置１０の作動中に、最後のレンズと感光層２２の間の間隙が液浸液ＩＬで満たされることを意味する。この例示的な実施形態では、λ＝１９３ｎｍで約１．６５の屈折率を有する高屈折率液浸液が用いられる。

投影対物系１２０の設計仕様が本明細書の末尾にある表１及び表２に与えられる。表１では、先頭の列は、屈折面又は反射面の番号＃を示している。図９には、これらの面番号＃のうちの一部を参照番号Ｓ＃で表している。第２の列は、面の半径を列記しており、第３の列は、面が非球面であるか否かを示しており、４番目の列は、この面と次の面の間の距離を列記している。５番目の列は、光学要素の材料を列記しており、ＲＥＦＬは、反射面を示し、ＨＩＮＤＳＯＬは、ＬｕＡＧ（ルテチウムアルミニウムガーネット）を示し、ＨＩＮＤＬＩＱは、高屈折率第２世代液浸液を示している。６番目の列は、材料の屈折率を列記しており、７番目の列は、光学要素の光学的に利用可能な透明な半径を列記している。

表１の列３に列記して図９にドット（・）を用いて示している面は、非球面形状を有する。表２は、これらの面に関する非球面定数ｋ及びＣ₁からＣ₉を列記し
ている。光軸に対して平行な面点の高さｚは、次式によって与えられる。

ここで、ｈは、光軸からの半径方向距離であり、ｃ＝１／Ｒは、面の曲率である。

第１の瞳平面１７４、すなわち、投影対物系１０の５番目のレンズと６番目のレンズの間には、ここでもまた、平行平面プレートの形状を有する補正要素１３２が配置される。補正要素１３２、及び投影光の伝播方向に沿う全てのその後のレンズは、この実施形態では溶融シリカガラス（ＳｉＯ₂）で作られる。補正要素１３２の前に配置された全てのレンズＬ１からＬ５は、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）で作られる。

図１０は、投影対物系１２０の最初の５つのレンズＬ１からＬ５を含む補正光学系の斜視図である。この斜視図では、レンズＬ１からＬ５を格子表現で例示している。これらの構成要素の子午断面図を図１１に提供している。

この実施形態では、図１０及び図１１には示していない２次照明系においてＥｒ添加レーザを用いるように考えている。Ｅｒ添加レーザは、約２．８μｍの波長を有する補正光を生成する。図８に示しているものと類似の方式で構成することができる２次照明系は、基準平面１４８内の強度分布を変更することができるようにこの基準平面１４８を照明する。

補正光学系のコンデンサー１５６は、補正光の波長に対して高い透過係数を有するＧｅで作られた２つのメニスカスレンズ１８４、１８６を含む。

コンデンサー１５６から出射する平行光束は、ビーム折り返し要素１９２の平面反射面１９０上に重ね合わされる。図１２の子午断面図に示しているビーム折り返し要素１９２は、Ｇｅで作られたプリズムとして構成される。反射面１９０は、プリズムに１つの側面上で入射する補正光の光線をこの光線がプリズムの他方の側面で出射するように内部全反射によって反射する。面１９０の反射率は、プリズム上に付加的な反射コーティングを付加することによって高めることができる。ビーム折り返し要素１９２は、ビーム折り返し要素１９２上に入射する光線の間の角度相関が、反射面１９０における反射の後に維持されるように設計される。これを図１２にそれぞれ実線と破線とで表している２つの平行光束で例示している。

図１１の子午断面図から明らかなように、ビーム折り返し要素１９２は、ちょうどマスク平面１３６内に配置されず、そこからある程度の距離だけ離れて配置される。従って、コンデンサー１５６は、基準平面１４８とマスク平面１３６との間でフーリエ関係を近似的にしか確立しない。しかし、上述のように、基準平面１４８内の強度分布は、補正要素１３６上に鮮明かつ収差なしに結像しなくてもよいので、理想的な場合からのこの偏位は許容可能である。

図１３は、図１１と同様であるが、コンデンサー１５６及び基準平面１４８が、ビーム折り返し要素が１９０が存在しないかのように傾斜された補正光学系の図である。この図を図２に図示の実施形態と比較すると、この実施形態の補正光学系が、図２に図示の実施形態を参照して上述したものと実質的に同じ方式で機能することは明らかである。しかし、ビーム折り返し要素１９２は、２次照明系（示していない）及びコンデンサー１５６をこれらの光学要素がマスク及びマスクを移動かつ調整するマスク台を妨害しないようにマスク平面１３６の下に配置することを可能にする。

図１０から図１３に示している補正光学系の設計仕様を本明細書の末尾にある表１及び表２内に提供している。表３は、表１を参照して上述したものと同じ量を含む。投影対物系１２０内に含まれるレンズＬ１からＬ５は、補正光学系の一部でもあるから、これらの設計仕様は表３にも含まれる。

表３の列３にドットを添えて列記している面は、非球面形状を有する。表４は、これらの面に関する非球面定数を列記している。

本発明は、他の種類の投影対物系、例えば、ＷＯ２００３／０７５０９６Ａ２に開示されている純屈折対物系、又はＷＯ２００４／０１９１２８Ａ２又はＷＯ２００５／０６９０５５Ａ２に説明されている種類の反射屈折対物系において同様に用いることができることは理解されるものとする。

好ましい実施形態の以上の説明は、例示的に提供したものである。当業者は、提供した開示内容から本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示している構造及び方法への明らかな様々な変形及び修正をも見出されると考えられる。従って、本出願人は、全てのそのような変形及び修正を特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲に収まるものとして含めることを求めるものである。

（表１）

（表２）

（表３）

（表４）

３０ ２次照明系
３２ 補正要素
３４ レンズ
３８ 基準面と少なくとも実質的に光学的に共役な平面
４８ 基準面

Claims (36)

1. ａ）マスク平面（３６；１３６）に投影光の強度分布を生成する１次照明系（１２）、
   ｂ）投影対物系（２０；１２０）、及び
   ｃ）基準面（４８；１４８）に補正光の強度分布を生成する２次照明系（３０，３０’，３０’’，３０’’’）と、
   前記補正光及び前記投影光が、それらが補正要素（３２；１３２）上に入射する前に前記投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）を通過するように、前記基準面（４８；１４８）と少なくとも実質的に光学的に共役である平面（３８；１７４）に配置され、かつ加熱材料を含む補正要素（３２；１３２）と、
   を含む補正光学系、
   を含み、
   前記補正光と前記投影光の両方が通過する全てのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）が、前記補正要素（３２；１３２）に含有された前記加熱材料よりも低い該補正光に対する吸収係数を有するレンズ材料で作られる、
   ことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）。
2. 前記補正光に対して、前記加熱材料の前記吸収係数は、前記レンズ材料の間で最も高い吸収係数を有するレンズ材料の吸収係数よりも少なくともｋ＝２倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ｋ＝５であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記投影対物系（２０；１２０）の像平面（１２２）に配置される層（２２）が、前記投影光に対して感光性があるが、前記補正光に対してはそうではないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記投影光及び前記補正光は、異なる波長を有す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項に記載の装置。
6. 前記加熱材料は、合成石英ガラスであり、
   前記レンズ材料は、全てフッ化カルシウムである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記投影光は、２５０ｎｍよりも短い波長を有し、前記補正光は、２μｍよりも長い波長を有する波長成分を含有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の装置。
8. 前記補正光は、４．５μｍと６μｍの間の波長を有する光成分を含有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記合成石英ガラスは、５００ｐｐｍよりも大きいＯＨ濃度を有し、
   前記補正光は、２．６５μｍと２．８５μｍの間の波長を有する光成分を含有する、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の装置。
10. 前記投影光は、１９０ｎｍよりも長い波長を有し、前記補正光は、１８０ｎｍよりも短い波長を有する波長成分を含有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の装置。
11. 前記補正要素（３２；１３２）は、屈折光学要素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項に記載の装置。
12. 前記補正要素（３２；１３２）は、平行平面プレートとして構成された基板を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記基板は、前記加熱材料で作られることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記補正要素（３２；１３２）は、前記投影対物系（２０；１２０）の瞳平面（３８；１７４）に又はそれに近接して配置されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記近接性は、比Ｐ＝ｈ_mr／ｈ_cr＞３である前記瞳平面（３８；１７４）からの軸線方向距離によって定められ、ｈ_mrは、光軸上の点から出射する周辺光線の高さであり、ｈ_crは、周辺像点上に入射する主光線の高さであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. Ｐ＞５であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記補正光学系は、補正光のみが伝播することを許されるコンデンサー（５６；１５６）を含むことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記コンデンサー（５６；１５６）は、前記投影対物系（２０；１２０）の光軸（２６）に一致しない光軸を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記コンデンサー（５６；１５６）は、前記基準面（４８；１４８）と、前記マスク平面（３６；１３６）又は該マスク平面と光学的に共役な平面との間にフーリエ関係を確立することを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の装置。
20. 前記補正光学系は、前記補正光を前記投影対物系（１２０）のビーム経路内に給送するビーム折り返し要素（１９２）を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項に記載の装置。
21. 前記ビーム折り返し要素（１９２）は、前記マスク平面（１３６）と前記投影対物系（１２０）の間に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記ビーム折り返し要素（１９２）は、ミラー又はプリズムを含むことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の装置。
23. 前記補正光学系は、前記基準面（４８；１４８）における前記強度分布を変更するように構成された空間光変調器（６４；６４’；６４’’；６４’’’）を含むことを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 前記空間光変調器（６４）は、可変開口構成を有する絞りデバイス（５４，５０，５０’，５０’’）を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記絞りデバイスは、異なる開口構成（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ；５１ａ’，５１ｂ’；５１ａ’’，５１ｂ’’，５３ａ’’，５３ｂ’’）を有する複数の絞り要素（５０，５０’，５０’’）、及び該絞り要素の少なくとも１つを受け取るための交換ホルダ（５４）を含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記空間光変調器（６４’）は、前記基準面（４８）に配置された複数の発光要素（４６’）を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
27. 前記空間光変調器（６４’’）は、前記基準面（４８）に配置された複数の傾斜可能ミラー要素（Ｍ_ij）を含み、
    前記２次照明系（３０’’）は、前記ミラー要素（Ｍ_ij）を照明する、
    ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
28. 前記補正光学系は、制御ユニット（６０’；６０’’；６０’’’）を含み、
    前記制御ユニットは、前記空間光変調器（６４’，６４’’；６４’’’）を制御し、かつ前記１次照明系（１２）によって生成された照明設定、前記投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）の温度、及び該投影対物系（２０；１２０）の測定結像品質を含む群のうちの少なくとも１つに関連する入力量に依存して前記基準面（４８；１４８）における前記強度分布を決定するように構成される、
    ことを特徴とする請求項２３から請求項２７のいずれか１項に記載の装置。
29. 前記補正光学系は、少なくとも実質的に前記基準面（４８）に配置された光出射面を有する光学インテグレータ−（６８）を含むことを特徴とする請求項１から請求項２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 前記光学インテグレータ−（６８）は、光学マイクロレンズの少なくとも１つのアレイを含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
31. ａ）投影対物系（２０；１２０）、及び
    ｂ）基準面（４８）における補正光の可変強度分布を生成する光変調器システム（３０，５０，５４；３０’；３０’’，６４’’；３０’’’，６４’’’）と、
    前記補正光及び投影光が、それらが補正要素（２０；１２０）上に入射する前に前記投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）を通過するように、前記基準面（４８；１４８）と少なくとも実質的に光学的に共役である平面（３８；１７４）に配置された補正要素（３２；１３２）と、
    を含む補正光学系、
    を含むことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）。
32. 前記光変調器システム（３０’；３０’’，６４’’；３０’’’，６４’’’）は、複数の発光要素（４６’）又は光反射要素（Ｍ_ij）と、該要素（４６’、Ｍ_ij）を個々に制御するように構成された制御ユニット（６０’，６０’’，６０’’’）とを含むことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
33. 前記光変調器システム（３０，５０’’、５４）は、前記基準面（４８）の複数の点で少なくとも２つの異なる非ゼロ強度を生成するように構成されることを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記載の装置。
34. マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）における像誤差を補正する方法であって、
    ａ）基準面（４８；１４８）に補正光の強度分布を生成する段階、及び
    ｂ）装置（１０）の投影対物系（２０；１２０）に含まれる補正要素（３２；１３２）上に前記基準面（４８；１４８）を結像させる段階、
    を含み、
    前記補正光及び投影光が、それらが前記補正要素（３２；１３２）上に入射する前に前記投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズ（３４；Ｌ２からＬ５）を通過し、
    前記補正光は、該補正光と前記投影光の両方が通過する前記レンズ（３４；Ｌ１からＬ５）のいずれよりも前記補正要素（３２；１３２）においてより強く吸収される、
    ことを特徴とする方法。
35. 前記基準面（４８；１４８）における前記強度分布は、変更されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記基準面（４８；１４８）における前記強度分布は、照明系によって生成される照明設定、前記投影対物系（２０；１２０）に含まれる少なくとも１つのレンズ（３４；Ｌ１からＬ５）の温度、及び該投影対物系（２０；１２０）の測定結像品質を含む群のうちの少なくとも１つに関連する入力量に基づいて変更されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。

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