JP2014514772A - マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系 - Google Patents

Abstract

マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系が、光入射面（５５）を有する光学ラスタプレート（５４ａ）を備える。光入射面における放射照度分布が、投影光が照明対象のマスク（１６）に当たる際の前記投影光の角度光分布を決める。照明系は、制御ユニット（４３）と、光学ラスタプレート（５４ａ）の光入射面（５５）に位置を変えることができる複数の光点（７０；１７０）を生成するよう構成した空間光変調器（３８）とをさらに備える。光点（７０）の少なくともいくつかは、基準方向（Ｘ）に沿って、放射照度が空間周期Ｐで周期的に変化する部分（８０）を含む空間放射照度分布を有する。
【選択図】図１９

Description

本発明は、包括的にはマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に関し、特に、個別に制御可能なマイクロミラー又は他のビーム偏向素子のアレイを備えた装置に関する。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単にリソグラフィとも称する）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造技術である。マイクロリソグラフィプロセスをエッチングプロセスと共に用いて、基板、例えばシリコンウェーハ上に形成した薄膜積層体に特徴をパターニングする。製造の各層において、最初に、特定の波長の光に対する感度の高い材料であるフォトレジストでウェーハをコーティングする。次に、投影露光装置においてフォトレジストを載せたウェーハにマスクを通して投影光を当てる。マスクは、フォトレジストに結像される回路パターンを含む。露光後、フォトレジストを現像して、マスクに含まれた回路パターンに対応する像を生成する。続いて、エッチングプロセスにより回路パターンをウェーハ上の薄膜積層体に転写する。最後に、フォトレジストを除去する。このプロセスを異なるマスクで繰り返すことで、多層微細構造コンポーネントが得られる。

投影露光装置は、通常、例えば矩形又は湾曲スリットの形状を有し得るマスク上のフィールドを照明する照明系を含む。この装置は、マスクを位置合わせするマスクステージと、マスク上の照明フィールドをフォトレジストに結像する投影対物系（「レンズ」と称する場合もある）と、フォトレジストでコーティングしたウェーハを位置合わせするウェーハアライメントステージとをさらに備える。

影露光装置の開発における本質的な目的の１つは、ウェーハ上にリソグラフィで画定する特徴の寸法の小型化を可能にすることである。特徴が小さければ集積密度が高くなり、これは概して、当該装置を用いて作製される微細構造コンポーネントの性能に好ましい影響を及ぼす。

この目的を達成するためにさまざまな手法がこれまでに追求されてきた。１つの手法は、マスクの照明を改善することである。理想的には、投影露光装置の照明系が、明確に規定された空間及び角度放射照度分布を有する投影光で、マスク上で照明されたフィールドの各点を照明する。角度放射照度分布という用語は、マスク上の特定の点に向かって収束する光束の全光エネルギーが、光束を構成する光線のさまざまな方向間にどのように分布するかを表すものである。

マスクに当たる投影光の角度放射照度分布は、フォトレジストに結像するパターンの種類に通常は適合させる。例えば、比較的大きなサイズの特徴は、小さなサイズの特徴とは異なる角度放射照度分布を必要とし得る。最も一般的に用いられる角度放射照度分布は、通常照明設定、輪帯照明設定、二極照明設定、及び四極照明設定と称する。これらの用語は、照明系の瞳面における放射照度分布を指す。例えば、輪帯照明設定では、環状領域のみが瞳面で照明される。したがって、投影光の角度放射照度分布には小さな角度範囲しかなく、全光線が同様の角度で斜めにマスクに当たる。

所望の照明設定を達成するためにマスク平面における投影光の角度放射照度分布を変更する種々の方法が、当該技術分野で知られている。マスク平面で異なる角度放射照度分布を最大限に柔軟に発生させるために、瞳面で所望の放射照度分布を発生させるミラーアレイを備えた空間光変調器を用いることが提案されている。

特許文献１は、１０００個よりも多い微小ミラー（microscopic mirrors）を備えた超小型電子システム（ＭＥＭＳ）として実現される。ミラーのそれぞれは、２つの直交傾動軸の周りを傾動させることができる。したがって、かかるミラーデバイスに入射した投影光を、半球のほぼ任意の所望の方向へ反射させることができる。ミラーアレイと瞳面との間に配置したコンデンサレンズが、ミラーがもたらした反射角を瞳面の各箇所に変換する。この照明系は、瞳面に又は瞳面の直前に配置した光結合器を複数の光点で照明することを可能にし、各光点は、１つの特定のミラーに関連付けられ、このミラーを傾動させることにより光結合器の光入射面にわたって自由に移動可能である。

ミラーアレイを空間光変調器として用いる同様の照明系が、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４から既知である。

かかる照明系に関して、光結合器の光入射面に異なるサイズ又は形状を有する光点を生成することも提案されている。例えば、特許文献５は、マイクロレンズのアレイをミラーアレイの前に配置した照明系を記載している。各マイクロレンズは、個々の光ビームをミラーアレイのミラーの１つへ指向させる。しかしながら、マイクロレンズは種々の焦点距離を有するので、光結合器の光入射面に生成される光点は種々のサイズを有する。

特許文献６は、回折光学素子のアレイにより形成した光学ラスタプレートをミラーアレイのミラーに結像させることを提案している。したがって、各回折光学素子がミラーアレイの関連のミラーに結像される。回折光学素子は、種々の遠フィールド放射照度分布を発生させるので、ミラーアレイのミラーから反射した光ビームは、結像関係により、光結合器の光入射面に異なる形状の光点を生成する角度分布を有する。実施形態によっては、光点は、種々の向きの六角形又は三角形の形状を有する。

特許文献７に開示されている照明系も、光結合器の一部を形成すると共に複数の小さな光学ラスタ素子を備えた光学ラスタプレートの光入射面に光点を生成する。ここで、各光点の総面積は、光学ラスタ素子の光入射ファセットの面積よりもはるかに小さい。したがって、光点をさまざまな方法で適切にまとめることにより、個々の光入射ファセットにおいて異なる放射照度パターンをもたらすことが可能である。これらの放射照度パターンは、後続のフィールド面に個別に結像されるので、このフィールド面における放射照度パターンは、光入射ファセットにおける放射照度パターンを変えることによって単純に変更することができる。しかしながら、この手法には、非常に多数のミラーを備えたミラーアレイが必要である。これは、ミラーアレイの、特にミラーの制御に必要な制御システムの複雑性及び費用を著しく増加させる。

欧州特許第１ ２６２ ８３６号明細書 米国出願公開第２００６／００８７６３４号明細書 米国特許第７，０６１，５８２号明細書 国際公開第２００５／０２６８４３号パンフレット 未公開国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５６２８号明細書 米国出願公開第２０１０／００６０８７３号明細書 欧州特許第２ １４６ ２４８号明細書

本発明の目的は、角度放射照度分布だけでなくマスク平面における空間放射照度分布も非常に柔軟に変えることを可能にする空間光変調器を備えた、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を提供することである。

本発明によれば、この目的は、光入射面を有する光学ラスタプレートを備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系によって達成される。光学ラスタプレートは、必ずしも平面である必要はなく、曲面でもあり得る。光入射面における放射照度分布が、投影光が照明対象のマスクに当たる際の投影光の角度光分布を決める。照明系は、制御ユニットと、光学ラスタプレートの光入射面に複数の光点を生成するよう構成した空間光変調器とをさらに備える。空間光変調器は、制御ユニットから受け取った命令信号に応答して光入射面における光点の位置を変えるよう構成される。本発明によれば、光点の少なくともいくつかは、基準方向に沿って、放射照度が空間周期Ｐで周期的に変化する部分を含む空間放射照度分布を有する。

制御システムを、少なくともいくつかの光点のうち２つが光学ラスタプレートの光入射側で少なくとも部分的に重複するように空間光変調器を制御するよう構成した場合、さまざまな複合放射照度分布を発生させることができる。例えば、ｓｉｎ^２（ｘ）放射照度分布をそれぞれが有する２つの光点を重畳させる場合、２つの光点が分離される距離に応じて、均一又は周期的である部分を有する複合放射照度分布が得られる。

特に、制御システムは、２つの重複した光点が基準方向に沿って相互に対してｎ_１×Ｐ／２（式中、ｎ_１＝±１、±３、±５…）だけ変位するように空間光変調器を制御するよう構成することができる。このとき、一方の周期的放射照度分布の最大値は、他方の周期的放射照度分布の最小値と一致し、これにより、複合放射照度の空間的変動がより小さくなるか又は消失する。

制御システムを、２つの重複した光点が基準方向に沿って相互に対してｎ_２×Ｐ（式中、ｎ_２＝０、±１、±３、±５…）だけ変位するように空間光変調器を制御するよう構成した場合、一方の周期的放射照度分布の最大値は、他方の周期的放射照度分布の最大値と一致する。これにより、複合放射照度の空間的変動が大きくなる。

光点がわずかに異なる空間周期Ｐ_１及びＰ_２を有する部分を有する場合、重畳により、Ｐ_１及びＰ_２よりもはるかに小さな空間周期を有するモアレ干渉パターンを得ることができる。

照明系は、空間光変調器と光学ラスタプレートとの間に配置したコンデンサを備え得る。かかるコンデンサが、空間光変調器と光学ラスタプレートとの間にフーリエ関係を確立することにより、空間光変調器が発生させた角度光分布が光学ラスタプレートの光入射面における空間放射照度分布に変換される。しかしながら、空間光変調器と光学ラスタプレートとの間の距離が十分に大きい場合（遠フィールド近似）、かかるコンデンサを省くこともできる。

光学ラスタプレートは、基準方向に沿ってピッチｐで配置した複数の光学ラスタ素子、例えばレンズ又は回折光学素子を備え得る。通常、光学ラスタ素子は、少なくとも基準方向に沿って固定の空間周期を有する規則的なアレイ状に配置する。しかしながら、ピッチｐは、必ずしも光学ラスタ素子の光入射面全体にわたって一定である必要はなく、連続的に又は段階的に変わることもできる。このとき、ピッチｐは局所的ピッチとして定義され得る。屈折光学ラスタプレートの場合、光学ラスタ素子は、クロスシリンドリカルレンズ又は非円形の周囲を有する回転対称レンズによって形成することができる。周囲が矩形である場合、かかるレンズをレンズクッション（lens cushions）と称することがある。

照明系は、フィールド平面、例えば調整可能なフィールド絞りを配置してマスク平面上の対物系によって結像されるフィールド絞り平面上で、光学ラスタ素子で発生させた光点の像を重畳させる結像光学系をさらに備え得る。

かかる結像光学系は、さらなる光学ラスタプレートと、このさらなる光学ラスタプレートとフィールド平面との間に配置したさらなるコンデンサとを備え得る。

空間周期放射照度分布を有する部分を有する光点は、光点が少なくとも部分的に重複するように重畳されない場合にも有利である。空間周期Ｐを光学ラスタ素子のピッチｐに入念に適合させた場合にも（又は付加的に）、顕著な利点が得られる。例えば、ピッチｐは、ｐ＝ｍ×ｐ（式中、ｍは正の整数）であるように空間周期Ｐの整数倍であり得る。この条件は、比較的大きなサイズの光点（特に、基準方向に沿って最大幅ｗを有し、ｗ＞ｐ、より詳細にはｐ＜ｗ＜１０ｐである光点）の場合に、所与の時点で単一の光点により照明される光学ラスタ素子の全てで同じ放射照度分布が得られることを確実にする。これにより、マスク平面又はマスク平面と光学的に共役な任意のフィールド平面における種々の（不均一な）放射照度分布の発生が容易になる。例えば、投影露光装置の走査方向に沿って、傾動した、例えば概ねガウス又は正弦波放射強度分布をマスク平面において有することが多くの場合に望まれる。かかる傾動放射照度分布は、同じ方向に沿って同様の（但し周期的な）放射照度分布を有する光点を用いて、光損失を伴わずに発生させることができる。

しかしながら、原理上、光点の最大幅ｗは、基準方向に沿って光学ラスタ素子以下とすることもできる。

いくつかの実施形態では、空間光変調器は、ビーム偏向素子のアレイを備える。各ビーム偏向素子は、制御ユニットから受け取った命令信号に応じた方向に入射光を偏向させることが個別に可能である。光学ラスタ素子の光入射面で生成された各光点は、ビーム偏向素子に１つずつ関連付けられる。

いくつかの実施形態では、ビーム偏向素子は傾動可能なミラーである。しかしながら、ビーム偏向素子は、電気光学素子又は音響光学素子によって形成することもできる。かかる素子では、適当な材料を電場又は超音波に曝すことによって屈折率を変えることができる。これらの効果を利用して、入射光をさまざまな方向へ指向させるインデックス回折格子を生成することができる。

制御システムを、２つの光点が光学ラスタプレートの光入射側で少なくとも部分的に重複するように空間光変調器を制御するよう構成した場合にのみ、光点の相対変位を慎重に設定することによって変えることができる複合放射照度分布を得ることが可能である。

光点の少なくとも一部内の周期的放射照度分布を用いて、フィールド平面においてフィールド依存角度放射照度分布を発生させることもできる。この場合、制御システムは、第１光点が光学ラスタプレートの光入射面上の第１箇所で生成されることにより、第１光点の放射照度分布の最大値が光学ラスタ素子に対する第１相対位置で生じるように、空間光変調器を制御するよう構成され得る。第２光点が、光学ラスタプレートの光入射面上の第２箇所で生成されることにより、第２光点の放射照度分布の最大値が光学ラスタ素子に対する第２相対位置で生じ、第１箇所及び第２箇所は異なり、第１相対位置及び第２相対位置は異なる。第１光点及び第２光点の放射照度分布はこのとき同等であり得る。

換言すれば、２つの光点は、放射照度分布を光学ラスタ素子に対して異なる相対位置に配置して、光学ラスタプレートの光入射面上の異なる箇所で生成される。光点の放射照度分布と光学ラスタ素子との間の相対位置が異なれば、光学ラスタ素子における放射照度分布が異なるので、各光点は、マスク平面又は別のフィールド平面において異なる放射照度分布を発生させる。他方では、光点の箇所が異なれば、２つの光点に関連する投影光が異なる方向からマスク平面に当たる。これら２つの効果から、マスク平面におけるフィールド依存角度放射照度分布が得られる。

当然ながら、光点が異なる周期的放射照度分布を有する場合も、同様の効果が達成され得る。このとき、第１相対位置及び第２相対位置は同等であり得る。

照明系は、制御ユニットから受け取ったさらに別の命令信号に応答して光学ラスタプレートの光入射面に生成された光点を回転させるよう構成することができる。このとき、マスク平面における空間放射照度分布を変えるのに付加的なパラメータを利用可能である。光点により照明された光学ラスタ素子における放射照度分布は、マスク平面上で重畳して結像されるので、これらの像も回転する。走査積分（scan integrated）放射照度の効果を考慮に入れて、回転させた放射照度分布を用いて走査積分露光量を入念に調整することができる。

空間光変調器が、光点の一部内での周期変化放射照度分布を引き起こす複数のビーム偏向素子を備える場合、ビーム偏向素子は、光学ラスタ素子の光入射面における光点を位置決めするために２つの傾動角で傾動するよう構成することができるだけでなく、回転軸の周りを回転するようにも構成することができ、傾動軸及び回転軸は平行ではなく、特に相互に直交する。

光点の一部内の周期変化放射照度は、回折構造によって、又は照明系の光源と光学ラスタプレートとの間に配置した周期的な屈折又は反射構造によって発生させることができる。

回折構造の場合、これらは、空間光変調器のビーム偏向素子によって、又は光源と光学ラスタプレートとの間に配置したプレートによって支持され得る。かかる回折板は、上記特許文献６に記載の配置と同様に、対物系によってビーム偏向素子に結像させることができる。代替的に、回折板は、上記特許文献４に記載の配置と同様に、ビーム偏向素子と光学ラスタプレートとの間に配置することができる。その場合、回折板は、空間光変調器と光学ラスタプレートとの間に配置したコンデンサの前焦点面に配置され得る。

光点の一部内の周期変化放射照度分布をビーム偏向素子自体によって発生させる場合、これらに波形反射面又は波形屈折面を設けることができる。

他の実施形態では、周期変化放射照度を、光変調器を介して、主周期変化放射照度分布を光学ラスタプレートの光入射面に結像させることによって発生させる。かかる主周期変化放射照度分布は、例えば干渉パターンであり得る。干渉パターンが回折格子の自己像である場合、変化放射照度分布は、光損失を伴わずに発生させることができる。その場合、光学ラスタプレートの光入射面に結像される干渉パターンは、回折格子に関連するタルボ距離又はその整数倍だけ、回折格子から離間し得る。

本発明の主題は、マイクロリソグラフィ投影露光装置においてマスクを照明する方法でもある。本発明によれば、
ａ）光学ラスタプレートの光入射面に複数の光点を生成するステップであって、光入射面における放射照度分布が、投影光が照明対象のマスクに当たる際の投影光の角度光分布を決め、光点の少なくともいくつかは、基準方向に沿って、放射照度が空間周期Ｐで周期的に変化する部分を含む空間放射照度分布を有するステップと、
ｂ）空間光変調器を用いて光点の位置を変えるステップと
を含む方法が提案される。

光学ラスタプレートは、基準方向に沿ってピッチｐで配置した複数の光学ラスタ素子を備え得る。ピッチｐは、ｐ＝ｍ×Ｐ（式中、ｍは正の整数）であるように空間周期Ｐの整数倍であり得る。

光点は、基準方向に沿った最大幅ｗを有し、ｗ＞ｐであり得る。

空間光変調器は、第１光点が光学ラスタプレートの光入射面上の第１箇所で生成されることにより、第１光点の放射照度分布の最大値が光学ラスタ素子に対する第１相対位置で生じるように、また第２光点が光学ラスタプレートの光入射面上の第２箇所で生成されることにより、第２光点の放射照度分布の最大値が光学ラスタ素子に対する第２相対位置で生じるように制御することができ、第１箇所及び第２箇所は異なり、第１相対位置及び第２相対位置は異なる。

定義
用語「光」は、電磁放射線、特に可視光、ＵＶ、ＤＵＶ、及びＶＵＶ光を示す。

用語「光線」は、伝播経路を線で表すことができる光を示すために本明細書で用いられる。

用語「光束」は、共通の起点を有する複数の光線を示すために本明細書で用いられる。

用語「光ビーム」は、特定のレンズ又は別の光学素子を通過する光全てを示すために本明細書で用いられる。

用語「表面（面）」は、３次元空間における任意の平面又は曲面を示すために本明細書で用いられる。表面は、物体の一部であり得るか、又はフィールド又は瞳平面で通常そうであるように、それとは完全に別個であり得る。

用語「光学的に共役」は、２点又は２面間の結像関係を示すために本明細書で用いられる。したがって、１点から出射する光束は、光学的に共役な点に収束する。

用語「フィールド平面」は、マスク平易面と光学的に共役な平面を示すために本明細書で用いられる。

用語「瞳平面」は、マスク平面又は別のフィールド面における種々の点を通る周辺光線が交わる平面を示すために本明細書で用いられる。当該技術分野ではよくあるように、用語「瞳平面」は、実際には数学的な意味で平面ではなくわずかに湾曲する場合にも用いられるので、厳密な意味では瞳面と称するべきである。

用語「コンデンサ」は、２平面間、例えばフィールド平面と瞳平面との間にフーリエ関係を（少なくとも概ね）確立する光学素子又は光学系を示すために本明細書で用いられる。

用語「均一」は、位置に依存しない特性を示すために本明細書で用いられる。

用語「空間放射照度分布」は、光が当たる面にわたる全放射照度の変わり方を示すために本明細書で用いられる。通常、空間放射照度分布は、関数Ｉ_ｓ（ｘ，ｙ）によって表すことができ、ｘ、ｙはその面内の１点の空間座標である。

用語「角度放射照度分布」は、光束を構成する光線の角度に応じた光束の放射照度の変わり方を示すために本明細書で用いられる。通常、角度放射照度分布は、関数Ｉ_ａ（α，β）によって表すことができ、α、βは光線の方向を表す角座標である。角度放射照度分布がフィールド依存性を有する場合、Ｉ_ａはフィールド座標ｘ、ｙの関数ともなり、すなわち、Ｉ_ａ＝Ｉ_ａ（α，β，ｘ，ｙ）である。

用語「光結合器」は、積ＮＡ×ａを増加させる光学系を示すために本明細書で用いられ、ＮＡは開口数であり、ａは照明フィールド面積である。

用語「光学ラスタ素子」は、他の同一又は同様の光学ラスタ素子と共に共通の支持体上に配置されて光学ラスタプレートを一般的に形成するようにする任意の光学素子、例えばレンズ、プリズム、又は回折光学素子を示すために本明細書で用いられる。

用語「屈折力（optical power）」は、光に発散又は収束効果を及ぼす光学素子の能力を示すために用いられる。したがって正の屈折力を有する光学素子は収束効果を有し、負の屈折力を有する光学素子は発散光学効果を有する。屈折力を有する光学素子は、屈折型、反射型、又は回折型であり得る。

用語「収束効果」は、入射光が発散しているか、平行か、又はすでに収束しているかに関係なく収束を強めることを意味する。入射光が発散する場合、光学素子から出射する光ビームが少なくともわずかに収束するような程度まで収束を強めなければならない。

本発明のさまざまな特徴及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照すればより容易に理解することができる。

本発明の一実施形態による投影露光装置の概略斜視図である。 図１に示す装置に収容される照明系の子午断面である。 図２に示す照明系に収容されるミラーアレイの斜視図である。 図３に示すミラーアレイに収容されるマイクロミラーの１つの断面である。 図２に示す照明系に収容される光結合器の斜視図である。 矩形の周囲をそれぞれが有する複数の球面マイクロレンズを備えた代替的な実施形態による光学ラスタプレートの上面図である。 線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った図６に示す光学ラスタプレートの断面図である。 図２に示す照明系のマイクロミラーアレイ、第１コンデンサ、及び第１光学ラスタプレートの概略子午断面である。 図２に示す照明系の光結合器及び後続のコンデンサに形成した２つの光チャネルの概略子午断面である。 従来技術による第１光学ラスタプレートに生成された光点の放射照度分布を示すグラフである。 図１０に示し従来技術による９個の光点により照明された第１光学ラスタプレートの上面図である。 従来技術によるフィールド平面における放射照度分布を示すグラフである。 本発明の実施形態による第１光学ラスタプレートに生成された光点の放射照度分布を示すグラフを左側に示し、光学ラスタ素子に対する第１相対位置での第１光学ラスタプレート上の複数のかかる光点の重畳を右側に示す。 図１３に示す４個の光点により照明された第１光学ラスタプレートの上面図である。 図１３及び図１４に示す構成のフィールド平面における放射照度分布を示すグラフである。 光学ラスタ素子に対する第２相対位置での第１光学ラスタプレート上の複数の光点の重畳を右側に示す。 図１６に示す４個の光点により照明された第１光学ラスタプレートの上面図である。 図１６及び図１７に示す構成のフィールド平面における放射照度分布を示すグラフである。 光学ラスタ素子に対する第３相対位置での第１光学ラスタプレート上の複数の光点の重畳を右側に示す。 図１９に示す６個の光点により照明された第１光学ラスタプレートの上面図である。 図１９及び図２０に示す構成のフィールド平面における放射照度分布を示すグラフである。 図１９及び図２０に示す第３空間関係のマスク平面における種々のフィールド位置での角度放射照度分布を示す概略図である。 光学ラスタ素子に対する第４相対位置での第１光学ラスタプレート上の複数の光点の重畳を右側に示す。 本発明の別の実施形態による第１光学ラスタプレートに生成された光点の放射照度分布を示すグラフを左側に示し、光学ラスタ素子に対する第５相対位置での第１光学ラスタプレート上の複数のかかる光点の重畳を右側に示す。 図２４に示す構成のフィールド平面における放射照度分布を示すグラフである。 傾動させることができ回転軸の周りを回転させることもできる複数のマイクロミラーを上部に示し、種々の回転角でのフィールド平面における放射照度分布を下部に示す。 走査積分露光量がフィールドに依存しないような特定の回転角でのフィールド平面における放射照度分布を示す。 空間的に変化する反射率を有する反射コーティングを備えたさらに別の実施形態によるマイクロミラーの断面である。 波形反射面を有するさらにまた別の実施形態によるマイクロミラーの断面である。 回折光学素子を用いて光点内に周期変化放射照度分布を発生させる、別の実施形態による照明系の一部の子午断面である。 タルボ平面における空間変化放射照度分布を第１光学ラスタ素子に結像させる、さら別の実施形態による照明系の一部の子午断面である。 回折格子又は同様の周期変化素子の後のタルボ平面における近フィールド回折により発生する放射照度分布を示すグラフである。 本発明の重要な方法ステップを示すフロー図である。

Ｉ．投影露光装置の一般的構成
図１は、本発明による投影露光装置１０の非常に簡略化した斜視図である。装置１０は、投影光ビームを生成する照明系１２を備える。投影光ビームは、微細な特徴１９のパターン１８を含むマスク１６上のフィールド１４を照明する。しかしながら、照明フィールドの他の形状、例えばリングセグメントも考えられる。

光軸ＯＡを有し複数のレンズ２１を含む投影対物系２０が、照明フィールド１４内のパターン１８を基板２４が支持する感光層２２、例えばフォトレジストに結像する。シリコンウェーハにより形成され得る基板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付けられるようウェーハステージ（図示せず）に配置される。マスク１６は、投影対物系２０の物体平面にマスクステージ（図示せず）によって位置決めされる。投影対物系２０は、|β|＜１である倍率βを有するので、照明フィールド１４内のパターン１８の縮小像１８’が感光層２２に投影される。

投影中、マスク１６及び基板２４は、図１に示すＹ方向に対応する走査方向に沿って移動する。このとき、照明フィールド１４は、照明フィールド１４よりも大きなパターン区域を連続的に結像できるようマスク１６上を走査する。基板２４及びマスク１６の速度比は、投影対物系２０の倍率βと等しい。投影対物系２０が像を反転させる場合（β＜０）、マスク１６及び基板２４は、図１に矢印Ａ１及びＡ２で示すように逆方向に移動する。しかしながら、本発明は、マスク１６及び基板２４がマスクの投影中に移動しないステッパツールで用いることもできる。

ＩＩ．照明系の一般的構成
図２は、図１に示す照明系１２の子午断面である。明確化のために、図２の図は大幅に簡略化したものであり一定の縮尺ではない。これは特に、種々の光学ユニットを１つの又はごく少数の光学素子のみで表すことを意味する。実際には、これらのユニットははるかに多くのレンズ及び他の光学素子を備え得る。

照明系１２は、ハウジング２９と、図示の実施形態ではエキシマレーザとして実現した光源３０とを含む。光源３０は、約１９３ｎｍの波長を有する投影光ビーム３１を放出する。他のタイプの光源３０及び他のタイプの波長、例えば２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられる。

図示の実施形態では、光源３０が放出した光ビーム３１は、３２で示すビーム拡大ユニットに入射し、そこで光ビームが拡大される。この目的で、ビーム拡大ユニット３２は、複数のレンズ、例えば図２に示す負レンズ及び正レンズ、及び／又は複数の平面ミラーを備え得る。拡大後、光ビーム３１は依然として発散が小さく、すなわちほぼ平行である。

拡大された光ビーム３１は、ビーム均一化ユニット３４に入射し、これは光ビーム３１を均一化し、投影光の角度分布をマスクレベルで安定化するのに役立つ。この目的で、ビーム均一化ユニット３４は光結合器を備え得る。ビーム均一化ユニット３４の適当な構成は、国際公開第２００９／０８０２７９号パンフレットに記載されている。

均一化後、光ビーム３１はビーム分割アレイ３６に当たる。ビーム分割アレイ３６は、光ビーム３１を複数の個別収束光ビームに分割し、そのうちＬＢ１及びＬＢ２で示す２つのみを図２に示す。ビーム分割アレイ３６は、複数の小さなマイクロレンズ３７を備える。ビーム分割アレイ３６の適当な構成は、例えば特許文献５に開示されている。代替的に、ビーム分割アレイ３６は、最初に言及した特許文献４に開示されているように回折光学素子アレイを備えていてもよく、又は完全に省かれてもよい。

収束光ビームＬＢ１、ＬＢ２は、このとき、後続の瞳平面で可変空間放射照度分布を発生させるのに用いる空間光変調器３８を通って伝播する。この実施形態では、空間光変調器３８は、アクチュエータ（図示せず）を用いて２つの直交軸の周りを個別に傾動可能であるマイクロミラー４２のアレイ４０を備える。空間光変調器３８、及び特にマイクロミラー４２のアクチュエータは、全体的システム制御部４５に接続した制御ユニット４３により制御される。

図３は、収束光ビームＬＢ１、ＬＢ２が当たるマイクロミラー４２の傾動角に応じて光ビームＬＢ１、ＬＢ２が異なる方向へ反射される様子を示す、アレイ４０の斜視図である。図２及び図３において、アレイ４０は、６×６個のマイクロミラー４２を備える。実際には、アレイ４０は、数百個又は数千個のマイクロミラー４２を備え得る。

図４に示すマイクロミラー４２の１つの拡大断面で見ることができるように、各マイクロミラー４２は、ブレーズド反射位相格子（blazed reflection phase grating）を形成する回折構造４４を備えた反射ミラー面を有する。より詳細に後述するように、構造４４は、少なくとも部分的にコヒーレントな光ビームにより照明される場合、周期的に変化する遠フィールド放射照度分布を発生させる。各マイクロミラーに関連する直交傾動軸は、図４にＴ１及びＴ２で示す。

図２を再度参照すると、空間光変調器３８は、第１平面４８ａ及び第２平面４８ｂをさらに備え、これらの両方が、照明系１２の光軸４７に対して傾動している。これらの傾動面４８ａ、４８ｂにおいて、光ビームＬＢ１及びＬＢ２は全反射で反射される。第１平面４８ａは、入射光ビームＬＢ１、ＬＢ２をアレイのマイクロミラー４２へ向けて反射し、第２平面４８ｂは、マイクロミラー４２から反射した光ビームＬＢ１、ＬＢ２をプリズム４６へ向けて反射する。

したがって、光ビームＬＢ１、ＬＢ２の方向、したがってプリズム４６の出射面４９から出射する光の角度放射照度分布は、個々の傾動軸Ｔ１、Ｔ２の周りをアレイ４０のマイクロミラー４２を個別に傾動させることによって変えることができる。空間光変調器３８に関するさらなる詳細は、例えば米国出願公開第２００９／０１１５９９０号明細書から得ることができる。

空間光変調器３８が発生させた角度放射照度分布は、入射光ビームＬＢ１、ＬＢ２を光結合器５２へ指向させる第１コンデンサ５０を用いて、空間放射照度分布に変換される。この実施形態では、光結合器５２は、第１光学ラスタプレート５４ａ及び第２光学ラスタプレート５４ｂを備える。第１光学ラスタプレート５２ａの光入射面５５は、第１コンデンサ５０の後焦点面に配置され、マイクロミラー４２がその前焦点面に概ね配置されることにより、一方ではマイクロミラー４２と他方では第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５との間にフーリエ関係が確立される。

図５に示す光結合器５２の斜視図で見ることができるように、各光学ラスタプレート５４ａ、５４ｂは、光学ラスタプレート５４ａ、５４ｂの両側に配置した第１及び第２シリンドリカルマイクロレンズ５３、５７の２つの直交アレイを含む。Ｙ軸に沿って延びる第２シリンドリカルマイクロレンズ５７は、Ｘ方向に沿って延びる第１シリンドリカルマイクロレンズ５３よりも強く湾曲している。２つの交差するシリンドリカルマイクロレンズ５３、５７に囲まれた体積は、Ｘ方向及びＹ方向に沿った屈折力を有する光学ラスタ素子５９を画定する。しかしながら、第１及び第２シリンドリカルマイクロレンズ５３、５７の曲率が異なることにより、光学ラスタ素子５９は、Ｙ方向よりもＸ方向に沿って強い屈折力を有する。

図６及び図７は、代替的な実施形態による光学ラスタプレート５４ａ’をそれぞれ上面及び線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図で示す。この実施形態では、光学ラスタプレート５４ａ’は、矩形の周囲６１’を有する球面マイクロレンズ５９’により形成される規則的な光学ラスタ素子アレイを備える。周囲６１’のアスペクト比は、マスク１６において照明されるフィールド１４のアスペクト比と同一である。矩形の周囲６１’により、マイクロレンズ５９’は、図５に示す光結合器の光学ラスタ素子５９と同様に、Ｙ方向よりもＸ方向に沿って強い屈折力を有する。

図２を再度参照すると、光結合器５２は、照明系１２の後続の瞳平面５６に複数の二次光源を発生させる。第２コンデンサ５８が、瞳平面５６と調整可能なフィールド絞り６２を配置したフィールド絞り平面６０との間にフーリエ関係を確立する。したがって、第２コンデンサ５８がフィールド絞り平面６０において第２光源から出射した光ビームを重畳させることにより、フィールド絞り平面６０が非常に均一に照明される。光結合器５２に関するさらなる詳細は、第ＩＩＩ節で後述する。

フィールド絞り平面６０は、フィールド絞り対物系６４によって、マスクステージ（図示せず）上に支持されたマスク１６を配置するマスク平面６６に結像される。調整可能なフィールド絞り６２も、それによりマスク平面６６に結像され、走査方向Ｙに沿って延びる照明フィールド１４の側面を画定する。

第ＩＩＩ節でより詳細に後述するように、第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５における空間放射照度分布は、瞳平面５６における空間放射照度分布、したがってフィールド絞り平面６０及びマスク平面６６における角度放射照度分布を決める。したがって、制御ユニット４３を用いてミラーアレイ４０のマイクロミラー４２の傾動角を慎重に設定することにより、マスク平面６６でほぼ全ての任意の角度放射照度分布を迅速に発生させることが可能である。これはさらに、マスク平面６６における角度放射照度分布をマスク１６に含まれるパターン１８に迅速に適合させることを可能にする。パターン１８に特に合わせた角度放射照度分布を用いることにより、パターン１８を感光層２２により正確に結像させることができる。

ＩＩＩ．光結合器の機能
図２からの切り抜きである図８は、ミラーアレイ４０と、第１コンデンサ５０と、第１光学ラスタプレート５４ａの光学ラスタ素子５９のいくつかとを概略図で示す。簡単のために、光学ラスタ素子５９を回転対称両凸レンズとして示す。

各マイクロミラー４２から、第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５で小さな光点７０を照明する光ビームが出射する。光点７０の位置は、マイクロミラー４２を傾動軸Ｔ１、Ｔ２の周りを傾動させることによって変えることができる。光点７０の形状は、特に、アレイ４０のマイクロミラー４２の光学特性及び空間光変調器３８の前に配置したビーム分割アレイ３６の光学特性に応じて変わる。この実施形態では、光点７０の幾何学的形状は円形である。他の実施形態では、幾何学的形状は楕円形又は概ね矩形、特に正方形であり得る。図８で見ることができるように、Ｘ方向に沿った光点７０の幅ｗは、この方向に沿った光学ラスタ素子５９のピッチｐよりも大きい。いくつかの実施形態では、光点７０の幅ｗは、Ｘ方向に沿って約２×ｐ又は５×ｐであるが、２５×ｐよりも小さい。

単一の光学ラスタ素子５９のみに関連する光入射面５５の各部分を、第２光学ラスタプレート５４ｂの対応の光学ラスタ素子及び第２コンデンサ５８を介して中間フィールド平面６０に結像させる。

次にこれを、図９を参照して説明するが、図９は、光結合器５２、第２コンデンサ５８、及び中間フィールド平面６０の部分を示す図２の拡大した一定の縮尺ではない切り抜きである。第１及び第２光学ラスタプレート５４ａ、５４ｂのうち、光軸４７と平行に延びる線に沿って配置した光学ラスタ素子５９ａ、５９ｂは、複数の光チャネルを形成し、そのうち７０、７２で示す２つのみを図９に示す。各光チャネル７０、７２は、投影光が、少なくとも回折を無視した場合に、各チャネル７０、７２の第１光学ラスタ素子５９ａに入るとこのチャネルに制限されるという特性を有する。

光結合器の特徴は、第１光学ラスタプレート５４ａの光学ラスタ素子５９ａが第２光学ラスタプレート５４ｂの光学ラスタ素子５９ｂの前焦点面に配置されることである。この前焦点面は、光学ラスタ素子５９ｂからその焦点距離ｆ_２だけ離間する。第２光学ラスタプレート５４ｂの光学ラスタ素子５９ｂが第２コンデンサ５８の前焦点面に配置されるので、単一の光チャネル７０、７２のみに関連する光入射面５５の各部分内の放射照度分布は、第２コンデンサ５８の後焦点面に、すなわち中間フィールド平面６０に結像される。これを、第２光学ラスタ素子５９ｂ及び第２コンデンサ５８によって像点Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３それぞれに結像される３つの物点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３について、図９の上部に示す。したがって、各チャネル７０、７２内の光入射面５５は、中間フィールド平面６０及びマスク平面６６と光学的に共役である。

図９から、各光チャネル７０、７２が中間フィールド平面６０の周辺像点Ｉ１及びＩ３で囲まれた同じ区域を照明することも明らかとなる。したがって、ある程度異なり得る第１光学ラスタ素子５９ａにおける空間放射照度分布は、中間フィールド平面６０において重畳する。この重畳から、中間フィールド平面６０における非常に均一な空間放射照度分布が得られる。

図９の下半分に、平行投影光が第１光学ラスタプレート５４ａの光学ラスタ素子５９ａに当たる場合の条件を示す。この実施形態では、第１光学ラスタプレート５４ａの光学ラスタ素子５９ａの焦点距離ｆ_１が焦点距離ｆ_２と等しいことにより、平行光が収束する焦点Ｆが第２光学ラスタプレート５４ｂの光学ラスタ素子５９ｂ内に位置する。しかしながら、概して、焦点距離ｆ_１及びｆ_２は異なり得る。この場合も、光学的共役の結果として、光束が第１光学ラスタプレート５４ａの光学ラスタ素子５９ａに当たる領域は、この光チャネルによって中間フィールド平面６０で照明される領域に対応することが分かる。

ＩＶ．光点放射照度分布
ａ）従来技術
図１０は、従来技術の照明系に収容される第１光学ラスタプレート５４ａ’の光入射面５５’上の３つの隣接する光点７０ａ’、７０ｂ’、７０ｃ’が発生させる放射照度分布Ｉ（ｘ）を示す。このグラフでは、ｘ方向に沿った放射照度分布の変動しか示さない。直交するＹ方向に沿った放射照度分布Ｉ（ｙ）は同様又は同一であると考えられる。

光点７０ａ’、７０ｂ’、７０ｃ’の幅ｗが、第１光学ラスタプレート５４ａ’の光学ラスタ素子５９’のピッチｐを超えることが分かる。各光点７０ａ’、７０ｂ’、７０ｃ’内の放射照度分布は、放射照度が均一である大きな中央部分と、放射照度がゼロまで線形に低下する周囲部分とを有する。光点７０ａ’、７０ｂ’、７０ｃ’がわずかに重複する場合、光入射面５５’において放射照度が概ね均一である大きな照明区域を発生させることができる。

図１１は、図１０に示すように部分的に重複した９個の光点７０’の配置を示す従来技術の光学ラスタ素子５４ａ’の上面図である。この図から、光学ラスタ素子５９’の大半が均一な放射照度分布に曝されることが明らかとなる。照明領域の縁部における光学ラスタ素子５９’のみが均一に照射されない。均一に照射されないかかる光学ラスタ素子５９’の数が均一に照射される光学ラスタ素子５９’の数と比べて少ないので、中間フィールド平面６０で、したがって中間フィールド平面６０と光学的に共役なマスク平面６６で得られる放射照度分布は、均一に照射される光学ラスタ素子５９’によって主に決まる。第ＩＩＩ節で説明したように、中間フィールド平面６０における放射照度分布は、個々の光学ラスタ素子５９’における放射照度分布の像の重畳であるので、均一な放射照度分布が中間フィールド平面６０で得られる。これを、関数Ｉ_ＦＰ（ｘ）が中間フィールド平面６０で発生した放射照度分布を示す図１２のグラフに示す。

ｂ）第１実施形態
図１３は、本発明の第１実施形態による単一の光点７０に関連する空間放射照度分布Ｉ（ｘ）を左側に示す。この空間放射照度分布は、放射照度が空間周期Ｐで周期的に変化する座標ｘ_１及びｘ_２間の中央部分８０を含む。この実施形態では、変動はｓｉｎ^２（ｘ）関数に比例するが、他の周期関数、例えばのこぎり波関数も考えられる。中央部分８０の外側では、放射照度Ｉがゼロまで急速に低下する。

図１３の右側に、左側に示した放射照度分布を有する４個の同一の光点７０ａ〜７０ｄによる第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５の一部の照明の仕方を示す。ここで、空間光変調器３８のマイクロミラー４２が、２つの同一の光点７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ、７０ｄが重畳するよう制御されると考える。光点７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ、７０ｄは、重畳した光点を読者が依然として確実に区別できるようにするために、図１２におけるＸ方向に沿ってわずかに変位させて図示する。

この実施形態では、空間周期Ｐは、光学ラスタ素子５９のピッチｐと同一である。したがって、重畳した光点７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ、７０ｄの中央部分８０は、光学ラスタ素子５９において同一の放射照度分布を発生させる。ここで、放射照度分布の最大ピークがＸ方向に関して光学ラスタ素子５９の中心にあるように、光点７０ａ〜７０ｄを光入射面５５上で位置決めすることがさらに考えられる。したがって、放射照度は、各光学ラスタ素子５９の中心における最大値からその縁部における最小値へ低下する。

図１４は、４個の光点７０ａ〜７０ｄが生成される第１光学ラスタ素子５４ａの光入射面５５の上面図である。一方では光点７０ａ、７０ｂ、他方では光点７０ｃ、７０ｄを重畳させることによって得られる複合放射照度分布８２、８４は、同一だが、光入射面５５上の異なる位置に位置付けられる。この図では、暗い区域が高放射照度に相当し、明るい区域が低放射照度に対応する。

各光学ラスタ素子５９は、中心で最大値を有し縁部で最小値を有する同じ放射照度分布で照射されるので、中間フィールド平面６０におけるこれらの放射照度分布全ての像の重畳は同じ空間的変動を有し、すなわち、照明フィールドの中央で放射照度が最大値を有し、この最大値がＸ方向に沿ってフィールドの縁部における最小値まで低下し続ける。中間フィールド平面６０で得られるこの放射照度分布Ｉ_ＦＰ(ｘ)を図１５に示す。このグラフでも、光点７０ａ〜７０ｄの中央部分８０内の光によって照明されない光学ラスタ素子５９からの寄与は無視される。

したがって、放射照度が周期的に変化する部分を含む空間放射照度分布を基準方向に沿って有する光点を生成することで、光損失を伴わずに中間フィールド平面６０で、したがってマスク平面６６でも、不均一な放射照度分布を発生させることが可能である。図１５に示す放射照度分布Ｉ_ＦＰ(ｘ)は、装置１０の走査方向と平行な直交Ｙ方向に沿って得られる場合に特に有用であり得る。この方向に沿って、Ｙ方向に関してフィールドの中心に最大値を有する放射照度分布を発生させることが望ましいことが多い。

図１６〜図１８は、図１３〜１５に対応するが、この光点構成では、一方では光点７０ａ、７０ｂ及び他方では７０ｃ、７０ｄが完全に重複するように重畳せず、相互に対してＰ／２だけ変位していると考えられる。複合放射照度分布８２、８４のそれぞれにおいて、このとき、個々の光点７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ、７０ｄの中央部分８０が重複する部分があることにより、得られる放射照度分布はｓｉｎ^２（ｘ）＋ｃｏｓ^２（ｘ）＝１に比例する。したがって、図１７に示すように、光点７０ａ〜７０ｄのこのわずかに変位した配置を用いて光学ラスタ素子５９を均一に照明することができる。これにより、中間フィールド平面６０において、従来技術の手法に関して図１２を参照して上述したものと同じ矩形を有する放射照度分布Ｉ_ＦＰ（ｘ）が得られる。

マイクロミラー４２は、単一の走査サイクル中にも傾動させることができるので、Ｘ方向に沿った露光量制御の目的で、例えば図１５及び図１８に示す放射照度分布間で中間フィールド平面６０における放射照度分布を変えることが可能である。この手法をＹ方向に適用した場合、例えば、各走査サイクルの開始及び終了時に照明フィールド１４内の放射照度分布を変更することが可能である。Ｙシャッタ及び露光量コントローラとしてフィールド絞り平面６０に配置される機械的に複雑なフィールド絞り６２を省くことがさらに考えられ得る。

ｃ）フィールド依存照明設定
図１３〜図１８を参照して上述した構成では、光点７０ａ〜７０ｄの位置は、光点の縁部における部分的に照射された光学ラスタ素子を無視する場合、各光学ラスタ素子５９が同一に照射されるよう決められた。各光学ラスタ素子５９は、投影光が中間フィールド平面６０に当たる特定の小さな角度範囲に対応するので、これは、中間フィールド平面６０における角度光分布が全てのフィールド位置で同一であることを意味する。

しかしながら、光入射面５５上の異なる箇所で、光学ラスタ素子５９に対して異なる相対位置を有する光点を生成することも可能である。これを、光学ラスタ素子５９に対する光点の相対位置を変更した点を除いて図１６〜図１８に対応する図１９〜図２１を参照して以下で説明する。

図１９及び図２０において、６個の光点７０ａ〜７０ｆを用いて光入射面５５上の３つの異なる箇所を照射することが分かる。各光点７０ａ〜７０ｆの放射照度分布は、図１６〜図１８に示す構成と同じであると考えられる。

図１９及び図２０に示す光入射面５５の左側では、２つの光点７０ａ、７０ｂが、完全に重複し且つ周期的放射照度分布の最小値が光学ラスタ素子５９の中心にあるように重畳して複合放射照度分布８２になる。

光入射面５５の右側では、２つの光点７０ｃ、７０ｄが、完全に重複するが光学ラスタ素子５９に対する光点７０ｃ、７０ｄの相対位置は異なるように同じく重畳して複合放射照度分布８４になる。より具体的には、図１３にも示すように、放射照度分布の最小値ではなく最大値が、ここでは光学ラスタ素子５９の中心にある。

光入射面５５の中央の箇所では、２つの光点７０ｅ、７０ｆが、部分的に重複し且つＸ方向に沿ってＰ／２だけ変位するように重畳して複合放射照度分布８６になる。したがって、複合放射照度分布８６は、放射照度が均一な部分を含む。

光点７０ｅ、７０ｆの重畳により得られる複合放射照度分布８６の中間フィールド平面６０における全放射照度分布への寄与は、図１８に示したようにこの場合も均一である。光点７０ｃ、７０ｄの重畳により得られる複合放射照度分布８４の中間フィールド平面６０における全放射照度分布への寄与は、図１５に示す分布と同一である。光点７０ａ、７０ｂの重畳により得られる複合放射照度分布８２の中間フィールド平面６０における全放射照度分布への寄与は、図１５に示す分布と同様だが、最小放射照度が中心で最大放射照度がＸ方向に沿った最小及び最大フィールド位置にある。したがって、全ての寄与の重畳から、図２１に示すようにこの場合も均一な全放射照度分布が得られる。

しかしながら、ここでは光学ラスタ素子５９毎に照射が異なることに留意すべきである。各光学ラスタ素子５９が特定の小さな入射角範囲に関連することに留意すると、光点７０ａ〜７０ｆのこれらの位置で、中間フィールド平面６０における角度光分布がフィールド位置に依存しなくなることが明らかとなる。

図２２は、マスク１６上の照明フィールド１４を概略的に示す。５個の３×３格子９０ａ〜９０ｅは、どの方向から光が各フィールド位置の点に当たるかを示すものである。各格子９０ａ〜９０ｅを形成する９個のフィールドのそれぞれが、光が各フィールド点に当たる方向を表す。特定のフィールドが濃いほど、このフィールドに関連する方向から各フィールド点に当たる光が多い。

図２０で見ることができるように、複合放射照度分布８２、８４、及び８６によって形成されてＸ方向に沿って延びる中心ストライプのみが、第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５において照明される。光入射面５５上の箇所が後続の中間フィールド平面６０における方向に関連するので、Ｘ方向に沿った投影光の角度範囲は、Ｙ方向に沿った投影光の角度範囲よりも大きい。

しかしながら、中間フィールド平面６０における全ての点が同じ角度から照明されるのではない。図２２を再度参照すると、図２２におけるフィールド１４の左縁部に近いフィールド点に関連する格子９０ａから始めた場合、角度寄与は、図１９の光学ラスタ素子５９のうちＹ方向と平行に延びるＸ縁部も最大放射照度で照明されるようなものに対して最大である。これらは、光点７０ａ及び７０ｂの重畳である複合放射照度分布８２によって照明された光学ラスタ素子５９である。図１９で最もよく分かるように、最大放射照度は、光学ラスタ素子５９の縁部で生じる。複合放射照度分布８２が図１９の左側に配置されているので、光は、主に複合放射照度分布８２の位置に関連する角度から、格子９０ａに関連する左フィールド点に当たる。ここで、簡単のために、図２０における左側が図２２における格子９０ａ内の左側に対応するように、方向が中間光学系によって反転されないと考える。

格子９０ａにおける中央フィールドは、垂直又は略垂直の入射方向を表す。これらの方向は、光入射面５５の中心の光軸４７上に位置する複合放射照度分布８６に関連する。図１９で最もよく分かるように、光点７０ｅ、７０ｆは、均一な放射照度分布が得られるように組み合わさる。これは、フィールド１４における全ての点が、垂直又はほぼ垂直な入射方向を有する同量の投影光を受けることを意味する。こうした理由で、図２２における格子９０ａ〜９０ｅの中央フィールドは全て同じ暗さを有する。この暗さは、２つの光点７０ａ、７０ｂ又は７０ｃ、７０ｄを完全に重複するように重畳させることによって得られる最大放射照度よりも小さな中間放射照度を表す。

図２０の右側の複合放射照度分布８４は、光学ラスタ素子５９の中心で最大放射照度を有する光点７０ｃ、７０ｄによって発生する。逆に、複合放射照度分布８４の箇所に関連する方向からの寄与は、フィールド１４のＸ縁部におけるフィールド点に対して最小である。したがって、フィールド１４の外側縁部における格子９０ａ及び９０ｅで表すフィールド点は、この方向から少量の光しか受けない。こうした理由で、格子９０ａ及び９０ｅにおける右フィールドは最も明るい。

同様のことを考慮して、他の格子９０ｂ〜９０ｅのフィールドにおける種々の陰影も説明することができる。

格子９０ａ〜９０ｅに関連する各フィールド点が受けた総光量が、図２１に示すグラフに従うことに留意されたい。これは、３つの放射照度が同量だけ異なる３つの暗さで表されると仮定して、格子９０ａ〜９０ｅにおける種々の暗さを比べることによって明らかとなる。

中間フィールド平面６０及び後続のマスク平面６６におけるフィールド依存角度放射照度分布は、構造の向き及び寸法がＸ方向に沿って変わるマスク１６の結像に有用であることが多い。このとき、例えば、フィールド１４の中央で通常照明設定、フィールド１４の側部でＸ二極設定をもたらすことが可能である。図２３は、かかるフィールド依存照明設定をもたらす光学ラスタ素子５９に対する光点７０ａ〜７０ｃの相対位置を示す。この実施形態では、光点７０ａ、７０ｂ、７０ｃは大きく重複しない。

これまで、図１３の左側に示すように、光点がＸ方向に沿ってのみ放射照度分布を有し、光点７０が光学ラスタ素子５９よりも大きく延びると仮定してきた。しかしながら、光点は、他の周期的放射照度分布を有する部分を有することもできる。さらに、光点の幅ｗは、光学ラスタ素子５９のピッチｐ以下であってもよい。図２４は、幅ｗ＝ｐを有する光点１７０の空間放射照度分布を左側に例示的に示す。この放射照度分布は、ｘ座標に沿って変動もするが、座標ｘ_１及びｘ_２間の小さな中央部分１８０のみが周期的である。２つのかかる光点１７０をＰ／２だけ変位させた場合、各光学ラスタ素子５９で発生させた複合放射照度分布Ｉ_ＦＰ（ｘ）は、中間フィールド平面６０における重畳放射照度分布に関して図２５に示すような形状を概ね有する。

ｄ）代替的な実施形態
図１〜図２５を参照して上述した実施形態では、マイクロミラー４２が直交傾動軸Ｔ１、Ｔ２の周りを傾動可能である。付加的な自由度として、傾動軸Ｔ１、Ｔ２に対して垂直に延びる回転軸周りの回転を加えることも想定され得る。

図２６は、円形の周囲を有する複数のマイクロミラー２４２を上部に示す。マイクロミラー２４２には回折構造２４４も設けるが、回転軸Ｒの周りを個別に回転できる。マイクロミラー２４２の上の回折構造２４４もこのとき回転し、その結果として第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５に生成された光点がそれに従って回転する。

図２６の下部には、回転軸Ｒ周りの回転角に応じたフィールド平面における放射照度分布の変わり方を示す。０°〜１８０°の回転角では、放射照度分布はＸ方向に沿ってしか変わらないが（フィールド１４Ａを参照）、他の回転角全てでは、放射照度はＸ方向及びＹ方向に沿って変わる（フィールド１４Ｂを参照）。

特定の回転角では、Ｘ方向及びＹ方向に沿って変わるにもかかわらず全走査サイクル中に均一な露光量が得られる、フィールド平面における放射照度分布を発生させることも可能である。これを、フィールド１４Ｃ及びＹ方向に沿って延びる２つの任意線９１ａ、９１ｂを示す図２７に示す。各線９１ａ、９１ｂに沿って放射照度を積分した場合、２つの積分は同一となる。

この特定の角度から離れた場合、露光量を慎重に変えることが可能である。したがって、回転軸Ｒ周りのマイクロミラー４２の回転を用いて、露光量を微調整することができる。

Ｖ．周期的光点放射照度分布の発生
第１実施形態では、光点７０の部分８０内の周期変化放射照度分布が、マイクロミラー４２上のブレーズ反射位相格子を形成する回折構造４４によって発生すると考えた。

図２８は、別の実施形態によるマイクロミラー３４２の断面である。ここでは、マイクロミラー３４２に、空間的に変化する反射率を有する反射コーティング３４４を設ける。

図２９は、さらにまた別の実施形態によるマイクロミラー４４２の断面である。ここでは、マイクロミラー４４２は波形反射面４４４を有する。波形は付加的な角度変動をもたらし、この角度変動は、第１光学ラスタ素子５４ａのフーリエ関連（Fourier-related）光入射面５５において周期変化空間放射照度分布に変わる。

図３０は、光点７０の空間変化放射照度分布をマイクロミラー４２によってではなく空間光変調器３８と第１コンデンサ５０との間に配置した回折光学素子９２によって発生させる実施形態による照明系５１２の一部を示す。回折光学素子９２は、第１コンデンサ５０が確立したフーリエ関係によって第１光学ラスタプレート５４ａの光入射面５５上の光点の所望の空間変化放射照度分布に変換される、付加的な角度光分布を導入する。

図３１は、周期変化空間放射照度分布が空間光変調器３８を介して第１光学ラスタ素子５４ａの光入射面５５に結像されるさらにまた別の実施形態による照明系６１２の一部を示す。周期変化放射照度分布は、ビーム拡大ユニット３２とビーム分割アレイ３６との間に配置したさらなる光学ラスタプレート９８を用いて発生させる。

このさらなる光学ラスタプレート９８は、コヒーレント光により照明された場合に、特定の距離で、また光学軸４７に直交する平面内で、干渉パターンにより形成される大きく変化する放射照度分布を発生させる、複数の光学ラスタ素子、例えば球面又はシリンドリカルマイクロレンズを備える。この近フィールド回折効果は、タルボ効果とも称することが多く、さらなる光学ラスタプレート９８の自己像を観察できる平面を、タルボ平面と称する。

図３２は、さらなる光学ラスタプレート９８からの種々の距離ｚでのタルボ効果を示すグラフである。太破線はタルボ平面を示し、細破線は高空間周波数の自己像が観察される中間平面を示す。タルボ平面は、さらなる光学ラスタプレート９８からタルボ長ｚ_Ｔ＝２×ｂ^２／λだけ離間しており、式中、ｂは光学ラスタ素子のピッチであり、λは入射光の波長である。

図３１を再度参照すると、タルボ平面の１つの干渉パターン１００は、ビーム分割アレイ３６のレンズ、マイクロミラー４２、及び第１コンデンサ５０を介して第１光学ラスタ平面５４ａの光入射面５５に結像される。必要であれば、屈折力を追加するようにマイクロミラー４２の表面を湾曲させることができる。

ＶＩ．重要な方法ステップ
図３３は、本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置におけるマスクを照明する方法の重要なステップを示すフロー図である。

第１ステップＳ１において、複数の光点を光学ラスタプレートの光入射面に生成する。光点の少なくともいくつかは、放射照度が周期的に変化する部分を含む。

第２ステップＳ２において、空間光変調器を用いて光点の位置を変える。

Claims (26)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系であって、
   ａ）光入射面（５５）を有する光学ラスタプレート（５４ａ）であり、前記光入射面における放射照度分布が、投影光が照明対象のマスク（１６）に当たる際の前記投影光の角度光分布を決める、光学ラスタプレート（５４ａ）と、
   ｂ）制御ユニット（４３）と、
   ｃ）前記光学ラスタプレート（５４ａ）の前記光入射面（５５）に複数の光点（７０；１７０）を生成するよう構成した空間光変調器（３８）であり、前記制御ユニット（４３）から受け取った命令信号に応答して前記光入射面（５５）上の前記光点（７０）の位置を変えるよう構成した、空間光変調器（３８）と
   を備え、
   前記光点（７０）の少なくともいくつかは、基準方向（Ｘ）に沿って、放射照度が空間周期Ｐで周期的に変化する部分（８０）を含む空間放射照度分布を有する照明系。
2. 請求項１に記載の照明系において、前記制御ユニット（４３）は、前記少なくともいくつかの光点の２つが前記光学ラスタプレートの光入射側で少なくとも部分的に重複するように前記空間光変調器（３８）を制御するよう構成される照明系。
3. 請求項２に記載の照明系において、前記制御ユニット（４３）は、前記２つの重複した光点（図１６における７０ａ〜７０ｄ；図１９における７０ｅ、７０ｆ；図２４における１７０ａ、１７０ｂ）が前記基準方向に沿って相互に対してｎ_１×Ｐ／２（式中、ｎ_１＝±１、±３、±５…）だけ変位するように前記空間光変調器（３８）を制御するよう構成される照明系。
4. 請求項２又は３に記載の照明系であって、前記制御ユニット（４３）は、前記２つの重複した光点（図１３における７０ａ〜７０ｄ；図１９における７０ａ〜７０ｄ；１７０ａ）が前記基準方向に沿って相互に対してｎ_２×Ｐ（式中、ｎ_２＝±１、±２、±３…）だけ変位するように前記空間光変調器（３８）を制御するよう構成される照明系。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明系において、前記光学ラスタプレート（５４ａ）は、前記基準方向（Ｘ）に沿ってピッチｐで配列される複数の光学ラスタ素子（５９）を備える照明系。
6. 請求項５に記載の照明系において、前記ピッチｐは、ｐ＝ｍ×Ｐ（式中、ｍは正の整数）であるように前記空間周期Ｐの整数倍である照明系。
7. 請求項５又は６に記載の照明系において、前記光点（７０）は、前記基準方向に沿って最大幅ｗを有し、ｗ＞ｐである照明系。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明系において、前記空間光変調器（３８）は、ビーム偏向素子（４２）のアレイを備え、各ビーム偏向素子（４２）は、前記制御ユニット（４３）から受け取った前記命令信号に応じた方向に入射光（ＬＢ１、ＬＢ２）を偏向させることが個別に可能であり、各光点は、それぞれちょうど１つの前記ビーム偏向素子（４２）に関連付けられる照明系。
9. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の照明系において、前記制御ユニット（４３）は、第１光点（図１９における７０ａ）が前記光学ラスタプレート（５４ａ）の前記光入射面（５５）上の第１箇所で生成されることにより、前記第１光点（７０ａ）の放射照度分布の最大値が前記光学ラスタ素子（５９）に対する第１相対位置で生じるように、また第２光点（図１９における７０ｃ）が前記光学ラスタプレート（５４ａ）の前記光入射面（５５）上の第２箇所で生成されることにより、前記第２光点の放射照度分布の最大値が前記光学ラスタ素子（５９）に対する第２相対位置で生じるように、前記空間光変調器（３８）を制御するよう構成され、前記第１箇所及び前記第２箇所は異なり、前記第１相対位置及び前記第２相対位置は異なる照明系。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明系において、前記制御ユニット（４３）から受け取ったさらに別の命令信号に応答して前記光学ラスタプレート（５４ａ）の前記光入射面（５５）に生成される前記光点を回転させるよう構成される照明系。
11. 請求項１０と組み合わせた請求項９に記載の照明系において、前記ビーム偏向素子（４２）は、２つの傾動軸（Ｔ１、Ｔ２）の周りを傾動するとともに回転軸（Ｒ）の周りを回転するよう構成され、前記傾動軸（Ｔ１、Ｔ２）及び前記回転軸（Ｒ）は、相互に平行ではない照明系。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明系において、周期的に変化する放射照度を、回折構造（４４；２４４）によって、又は前記照明系（１２）の光源（３０）と前記光学ラスタプレート（５４ａ）との間に配置した周期的な屈折又は反射構造によって発生させる照明系。
13. 請求項１２と組み合わせた請求項８に記載の照明系において、前記回折構造（４４；２４４）は、前記ビーム偏向素子（４２）によって支持され、且つ／又は、該ビーム偏向素子（４２）は、波形反射面又は波形屈折面（４４４）を有する照明系。
14. 請求項１２に記載の照明系において、前記回折構造は、前記光源（３０）と前記光学ラスタプレート（５４ａ）との間に配置したプレート（９２）によって支持される照明系。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の照明系において、前記周期的に変化する放射照度を、前記光変調器（３８）を介して、主周期変化放射照度分布を前記光学ラスタプレート（５４ａ）の前記光入射面（５５）に結像することによって発生させる照明系。
16. 請求項１５に記載の照明系において、前記主周期変化放射照度分布は干渉パターン（１００）である照明系。
17. 請求項１６に記載の照明系において、前記干渉パターン（１００）は回折格子（９８）の自己像である照明系。
18. マイクロリソグラフィ投影露光装置においてマスクを照明する方法であって、
    ａ）複数の光点を光学ラスタプレートの光入射面で生成するステップであり、該光入射面における放射照度分布が、投影光が照明対象のマスクに当たる際の前記投影光の角度光分布を決め、前記光点の少なくともいくつかは、基準方向に沿って、放射照度が空間周期Ｐで規則的に変わる部分を含む空間放射照度分布を有するステップと、
    ｂ）空間光変調器を用いて前記光点の位置を変えるステップと
    を含む方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記光学ラスタプレートは、前記基準方向に沿ってピッチｐで配置した複数の光学ラスタ素子を備える方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記ピッチｐは、ｐ＝ｍ×Ｐ（式中、ｍは正の整数）であるように前記空間周期Ｐの整数倍である方法。
21. 請求項１８又は１９に記載の方法において、前記光点は、前記基準方向に沿って最大幅ｗを有し、ｗ＞ｐである方法。
22. 請求項２０又は２１に記載の方法において、第１光点が前記光学ラスタプレートの前記光入射面上の第１箇所で生成されることにより、前記第１光点の放射照度分布の最大値が前記光学ラスタ素子に対する第１相対位置で生じるように、また第２光点が前記光学ラスタプレートの前記光入射面上の第２箇所で生成されることにより、前記第２光点の放射照度分布の最大値が前記光学ラスタ素子に対する第２相対位置で生じるように、前記空間光変調器を制御し、前記第１箇所及び前記第２箇所は異なり、前記第１相対位置及び前記第２相対位置は異なる方法。
23. 請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の方法において、前記基準方向に沿って相互に対してｎ_１×Ｐ／２（式中、ｎ_１＝±１、±３、±５…）だけ変位した少なくとも２つの重複した光点を前記光学ラスタプレートの前記光入射面に生成するように、前記空間光変調器を制御する方法。
24. 請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法において、前記基準方向に沿って相互に対してｎ_２×Ｐ（式中、ｎ_１＝±１、±３、±５…）だけ変位した少なくとも２つの重複した光点が前記光学ラスタプレートの前記光入射面に生成されるように、前記空間光変調器を制御する方法。
25. 請求項１８〜２４のいずれか１項に記載の方法において、前記光学ラスタプレートの前記光入射面に生成された前記光点を回転させる方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、前記光変調器は、２つの傾動軸の周りを傾動し回転軸の周りを回転するミラーを備え、前記傾動軸及び前記回転軸は相互に直交する方法。

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