JP5554245B2 - マイクロリソグラフィ露光装置のマスク照明用の照明系 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、マイクロリソグラフィ露光装置においてマスクを照明するための照明系に関する。更に、本発明は、そのような系の瞳成形光学サブ系のビーム偏向構成要素によって生成される偏向角を判断する方法に関する。そのようなビーム偏向構成要素は、例えば、回折光学要素又はマイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）、及び特にデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成することができる。

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。より具体的には、マイクロリソグラフィ処理は、エッチング処理と併せて、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。製作の各層では、最初に、ウェーハが、深紫外（ＤＵＶ）光のような放射線に敏感な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が、投影露光装置内で投影光に露光される。この装置は、フォトレジストがマスクパターンによって判断されるある一定の位置でのみ露光されるように、パターンを含むマスクをフォトレジスト上に投影する。露光の後に、フォトレジストは現像され、マスク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、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たこの工程の繰返しは、多層微細構造構成要素を生じる。

一般的に、投影露光装置は、マスクを照明するための照明系、マスクを整列させるためのマスク台、投影対物系、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、細長い矩形スリットの形状を有することができる視野をマスク上で照明する。
最新の投影露光装置では、２つの異なる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、ウェーハ上の各対象部分がマスクパターン全体を対象部分の上に１回で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スキャナと呼ばれる他方の種類の装置では、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次的に走査し、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テーブルを走査することによって各対象部分が照射される。ウェーハの速度とマスクの速度との比は、投影対物系の倍率に等しく、通常は１よりも小さく、例えば、１：４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すべきであ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行列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、ＵＳ５，５２３，１９３、ＵＳ６，２８５，４８８Ｂ１、ＵＳ６，５１５，２５７Ｂ１、及びＷＯ２００５／０９６０９８Ａ２から収集することができる。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。

微細構造デバイスを製造するための技術が進歩する時に、照明系に対して絶えず高まる要求が存在する。理想的には、照明系は、マスク上の照明視野の各点を明確に定められた強度分布及び角度分布を有する投影光で照明する。角度分布という用語は、マスク平面内の特定の点に向けて収束する光束の全体の光エネルギが、光束を構成する光線が伝播する様々な方向の中で如何に配分されるかを表している。

通常、マスク上に入射する投影光の角度分布は、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適合される。例えば、比較的大きいサイズの特徴部は、小さいサイズの特徴部とは異なる角度分布を必要とする可能性がある。投影光の最も一般的に用いられる角度分布は、従来照明環境、環状照明環境、双極照明環境、及び四重極照明環境と呼ばれる。これらの用語は、照明系の瞳面内の強度分布を意味する。例えば、環状照明環境では、瞳面内の環状領域のみが照明される。すなわち、投影光の角度分布においては僅かな角度範囲しか存在せず、従って、全ての光線は、マスク上に類似の角度で傾斜して入射する。

当業技術では、望ましい照明環境を得るために、マスク平面内の投影光の角度分布を修正する異なる手段が公知である。最も単純な場合には、１つ又はそれよりも多くの開口を含む絞り（ダイヤフラム）が照明系の瞳面に位置決めされる。瞳面内の位置は、マスク平面のようなフーリエ関係視野平面内では角度に変換されるので、瞳面内の開口のサイズ、形状、及び位置は、マスク平面内の角度分布を決める。しかし、照明環境のいかなる変更も絞りの置換を必要とする。この交換は、若干異なるサイズ、形状、又は位置を有する開口を有する非常に多数の絞りを必要とすることになるので、照明環境を最終的に調節することを困難にする。

従って、多くの一般的な照明系は、瞳面の照明を少なくともある一定の程度に連続的に変化させることを可能にする調節可能な要素を含む。従来、この目的のために、ズーム対物系及び１対のアキシコン要素を含むズームアキシコン系が用いられている。アキシコン要素は、一方の側に円錐面を有し、通常は反対側が平面である屈折レンズである。一方が凸の円錐面を有し、他方が補完的な凹の円錐面を有する１対のそのような要素を設けることにより、光エネルギを半径方向にシフトすることができる。このシフトは、アキシコン要素間の距離の関数である。ズーム対物系は、瞳面内の照明区域のサイズを変更することを可能にする。

しかし、そのようなズームアキシコン系を用いると、従来照明環境及び環状照明環境しか生成することができない。他の照明環境、例えば、双極照明環境又は四重極照明環境では、付加的な絞り又は光学ラスタ要素が必要である。光学ラスタ要素は、その面上の各点において、遠視野におけるある一定の照明区域に対応する角度分布を生成する。多くの場合に、そのような光学ラスタ要素は、回折光学要素として、特に、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として達成される。そのような要素を瞳面の前方に位置決めし、その間にコンデンサーレンズを配置することにより、瞳面内にほぼあらゆる任意の強度分布を生成することができる。付加的なズームアキシコン系は、光学ラスタ要素によって生成された照明分布を少なくとも限られた程度に変化させることを可能にする。

しかし、ズームアキシコン系は、照明環境の限られた調節可能性しかもたらさない。例えば、四重極照明環境の４つの極のうちの１つだけを任意の方向に沿って変位させることはできない。この目的のためには、瞳面内のこの特定の強度分布に向けて特定的に設計された別の光学ラスタ要素を用いなければならない。そのような光学ラスタ要素の設計、生産、及び出荷は、時間及び経費を要する工程であり、従って、瞳面内の光強度分布を投影露光装置のオペレータの要求に適応させる上で僅かな柔軟性しか存在しない。

マスク平面に異なる角度分布を生成する上での柔軟性を高めるために、瞳面を照明するミラーアレイを用いることが提案されている。
ＥＰ１，２６２，８３６Ａ１では、ミラーアレイは、１０００個よりも多くの微細ミラーを含むマイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）として達成される。ミラーの各々は、互いに対して垂直な２つの異なる平面内で傾斜することができる。従って、そのようなミラーデバイス上に入射する放射線は、（実質的に）あらゆる望ましい半球方向へと反射することができる。ミラーアレイと瞳面の間に配置されたコンデンサーレンズは、ミラーによって生成される反射角を瞳面内の位置へと変換する。この公知の照明系は、各々が１つの特定の微細ミラーに関連付けられ、かつ各々をこの関連付けられたミラーを傾斜することによって瞳面にわたって自由に移動させることができる複数の円形スポットによって瞳面を照明することを可能にする。

類似の照明系は、ＵＳ２００６／００８７６３４Ａ１、ＵＳ７，０６１，５８２Ｂ２、及びＷＯ２００５／０２６８４３Ａ２のような他の特許文献から公知である。
しかし、瞳成形光学ラスタ要素、特に、回折光学要素及びミラーアレイの使用によっても、依然として系瞳平面内で望ましい強度分布を得るのは困難である。回折光学要素の場合には、ズームレンズ及びアキシコン要素が、遠視野強度分布を変化させるので、特定の要素によって生成される遠視野強度分布は、通常は系瞳平面内では得られない。例えば、アキシコン要素は、系瞳平面内の照明区域の位置に対してだけでなく、これらの区域内のエネルギ分布に対しても望ましい影響を有することが示されている。
ミラーアレイの場合には、マスク上に入射する光の特定の角度分布が望ましい場合にミラーの調節が非常に困難であることが見出されている。

ＵＳ５，２９６，８９１ ＵＳ５，５２３，１９３ ＵＳ６，２８５，４８８Ｂ１ ＵＳ６，５１５，２５７Ｂ１ ＷＯ２００５／０９６０９８Ａ２ ＵＳ５，２２９，８７２ ＥＰ１，２６２，８３６Ａ１ ＵＳ２００６／００８７６３４Ａ１ ＵＳ７，０６１，５８２Ｂ２ ＷＯ２００５／０２６８４３Ａ２ ＤＥ１０，２００６，０５４，７４６．２

従って、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に収容される瞳成形光学サブ系のビーム偏向構成要素によって生成される偏向角を判断し、系瞳面内の実際の強度分布をターゲット強度分布に可能な限り厳密に近似することを可能にする方法を提供することが目的である。

本発明によると、この目的は、ａ）マスク平面に位置決めされたマスクを照明するように構成され、瞳成形光学サブ系を含み、ビーム偏向構成要素を照明する照明器光学系を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を準備する段階と、ｂ）照明系の系瞳面内の強度分布を判断する段階と、ｃ）瞳成形サブ系によって系瞳面内に生成される強度分布が段階ｂ）で判断された強度分布を近似するように偏向角を判断し、判断において、ｉ）照明器光学系によって生成される収差、ｉｉ）瞳成形光学サブ系によって生成される収差、及びｉｉｉ）系瞳面とマスク平面の間に配置された光学要素によって生成される収差のうちの少なくとも１つが考慮される段階とを含む方法によって達成される。

上述の光学要素の非理想的挙動は、系統的な原因を有する可能性があり、又は照明系毎に異なる公差の産物である可能性がある。同じ設計を有する全ての照明系で非理想的挙動が等しい場合は系統的な原因が考えられる。従って、そのような系統的な原因は、例えば、経費の理由から完全に回避することができない設計の不備の結果である。非理想的挙動における機械依存の原因は、通常は材料の欠陥、製造公差、又は様々な周囲の条件の結果である。

本発明の別の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系に収容されるビーム偏向構成要素を制御し、ビーム偏向構成要素が照明系の系瞳面内にターゲット強度分布に可能な限り厳密に近似する強度分布を正確に生成することができるようにビーム偏向構成要素を制御することを可能にする方法を提供することである。
本発明によると、この目的は、ａ）マスク平面に位置決めされたマスクを照明するように構成され、ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変更することによって変えることができる位置を有するスポットを系瞳面内で各々が照明する反射ビーム偏向要素又は透過ビーム偏向要素から成るビーム偏向アレイを含む系瞳面内に強度分布を生成するビーム偏向構成要素を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を準備する段階と、ｂ）照明系の系瞳面内のターゲット強度分布を判断する段階と、ｃ）段階ｂ）で判断されたターゲット強度分布を近似する系瞳面内のスポット配列を判断する段階と、ｄ）一方でビーム偏向要素によって系瞳面内で照明されるスポットの位置と他方で光スポットを照明する時にビーム偏向要素によって生成される偏向角との間の関係を表すビーム偏向要素に割り当てられた関数を判断する段階と、ｅ）段階ｃ）で判断されたスポット配列を得るのに必要な偏向角を段階ｄ）で判断された関数を用いて判断する段階と、ｆ）段階ｅ）で判断された偏向角が生成されるようにビーム偏向要素に制御信号を供給する段階とを含む方法を用いて達成される。
ビーム偏向要素は、角度をその間に形成する２つの傾斜軸によって傾斜させることができるミラーとして構成することができる。別の実施形態では、ビーム偏向要素は、電気光学要素又は音響光学要素である。

本発明の更に別の目的は、回折光学要素が、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系の系瞳面内に望ましい強度分布を生成するように照明系のビーム光路内に挿入されるように構成された改善された回折光学要素を提供することである。
本発明によると、この目的は、回折光学要素によって生成される角度分布のフーリエ変換が望ましい強度分布とは異なるという点で達成される。
望ましい強度分布は、内側σ、外側σ、及び極幅という瞳量によって定めることができる。この場合、望ましい強度分布における瞳量の値は、回折光学要素によって生成される角度分布のフーリエ変換における対応する値から内側σ及び外側σのうちの少なくとも一方において０．１（又は、更には０．２）よりも大きく、及び／又は極幅において少なくとも１°（又は、更には２°）だけ異なる。

一実施形態では、回折光学要素によって生成される角度分布のフーリエ変換と望ましい強度分布との間の差は、照明系の少なくとも１つの光学要素によって生成される収差、例えば、正弦条件からの逸脱が少なくとも部分的に補償されるように判断される。
少なくとも１つの光学要素は、回折光学要素を照明するように構成された照明器光学系、及び回折光学要素と系瞳面の間に配置された瞳成形光学サブ系から成る群のうちの一方に配置することができる。
本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面と併せて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大幅に簡略化した斜視図である。 図１に示す投影露光装置に収容される照明系を通じた子午断面図である。 図２の照明系に収容されるミラーアレイの斜視図である。 図３のミラーアレイを通じた断面図である。 望ましい強度分布に近づけるために個々のビーム偏向要素によって生成されるスポットを系瞳平面内で如何に配置することができるかを示す図である。 図２に示す照明系の概略的な一般的レイアウトスキームを示す図である。 本発明による制御スキームの流れ図である。 図７に概説する制御スキームを実施するのに必要とされる主構成要素の概略図である。 図８と同様であるが制御スキームの他の実施形態に関する概略図である。 図８と同様であるが制御スキームの他の実施形態に関する概略図である。 図８と同様であるが制御スキームの他の実施形態に関する概略図である。 図８と同様であるが制御スキームの他の実施形態に関する概略図である。 図８と同様であるが制御スキームの他の実施形態に関する概略図である。 本発明の別の態様による瞳成形光学サブ系のビーム偏向構成要素によって生成される偏向角を判断する方法の流れ図である。 図１に示す投影露光装置に収容される別の実施形態による照明系を通じた子午断面図である。 従来技術の回折光学要素によって生成された遠視野強度分布を示すグラフである。 従来技術の回折光学要素によって系瞳平面に生成された実際の強度分布を示すグラフである。 本発明による回折光学要素によって生成された遠視野強度分布を示すグラフである。 本発明による回折光学要素によって系瞳平面に生成された実際の強度分布を示すグラフである。 Ｘ双極設定に対応する系瞳平面内の強度分布の図である。 Ｙ双極設定に対応する系瞳平面内の強度分布の図である。

Ｉ．投影露光装置の一般的な構造
図１は、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投影露光装置１０の大幅に簡略化した斜視図である。投影露光装置は、投影光を生成する光源と、投影光を注意深く定められた性質を有する投影光束へと変換する照明光学系とを含む照明系１２を含む。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、近似的にリングセグメント形状を有する。しかし、他の例えば矩形の照明視野１４の形状も同様に考えられている。

投影対物系２０は、照明視野１４内の構造１８を基板２４上に付加された感光層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の像平面に精密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、例えば、１：４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上に形成される。

ＩＩ．第１の群の実施形態
１．照明系の一般的な構造
図２は、図１に示している第１の実施形態の照明系１２を通じたより詳細な子午断面図である。明瞭化のために、図２の図は大幅に簡略化しており、正確な縮尺のものではない。これは、特に、様々な光学ユニットをごく少数の光学要素のみで表していることを意味する。実際には、これらのユニットは、有意に多くのレンズ又は他の光学要素を含むことができる。
照明系１２は、ハウジング２８、及び図示の実施形態ではエキシマレーザ３０として達成されている光源を含む。エキシマレーザ３０は、約１９３ｎｍの波長を有する投影光を放出する。他の種類の光源及び他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。

図示の実施形態では、エキシマレーザ３０によって放出される投影光は、ビーム拡大ユニット３２に入射し、ここで光束は、幾何学的光束を変化させることなく拡大される。ビーム拡大ユニット３２は、図２に示しているように、いくつかのレンズを含むことができ、又は例えばミラー配列として達成することができる。投影光は、ビーム拡大ユニット３２から実質的に平行なビーム３４として出射する。他の実施形態では、このビームは、有意な発散を有することができる。

特定的な実施形態では、平行ビーム３４は、照明系１２の全体寸法を縮小することを可能にする平面折り返しミラー３６上に入射する。
折り返しミラー３６からの反射の後に、ビーム３４は、マイクロレンズ４０から成るアレイ３８上に入射する。ミラーアレイ４６は、マイクロレンズ４０の後側焦点面の若干前方に配置される。以下により詳細に説明するが、ミラーアレイ４６は、好ましくは、互いに垂直に整列した２つの傾斜軸により互いに独立して傾斜することができる複数の小さい個々のミラー要素Ｍ_ijを含む。ミラー要素Ｍ_ijの合計数は、１００を超えるか、又は更には数千を超えるとすることができる。ミラー要素Ｍ_ijの反射面は平面とすることができるが、更に別の反射パワーが望ましい場合は曲面とすることができる。それとは別に、ミラー面には、回折構造を設けることができる。ミラー要素Ｍ_ijの数は、マイクロレンズアレイ３８に収容されるマイクロレンズ４０の数に等しい。従って、各マイクロレンズ４０は、ミラーアレイ４６の正確に１つのミラー要素Ｍ_ijに割り当てられる。

個々のミラー要素Ｍ_ijの傾斜移動は、照明系１２の全体系制御器５２に接続したミラー制御ユニット５０によって制御される。ミラー要素Ｍ_ijの望ましい傾斜角を設定するのに用いられるアクチュエータは、ミラー制御ユニット５０から制御信号を受け取り、各個々のミラー要素Ｍ_ijが、この制御信号に応じて変更することができる反射角で入射光線を反射することができるようにする。図示の実施形態では、個々のミラー要素Ｍ_ijを配置することができる傾斜角、従って、反射角の連続的な範囲が存在する。他の実施形態では、アクチュエータは、限られた数の個別傾斜角のみを設定することができるように構成される。

図３は、８・８＝６４個のミラー要素Ｍ_ijを含むミラーアレイ４６の斜視図を示している。ミラーアレイ４６上に入射する平行光束５４ａは、ミラー要素Ｍ_ijの傾斜角に依存して異なる方向に反射される。この概略図では、特定のミラー要素Ｍ₃₅が、別のミラー要素Ｍ₇₇と比較して、ミラー要素Ｍ₃₅とＭ₇₇とによって反射される光束５４ｂ、５４ｂ’がそれぞれ異なる方向に反射されるように、２つの傾斜軸５６ｘ、５６ｙの回りに傾斜されると仮定している。
図４の断面図は、ＹＺ平面内で様々な傾斜角だけ傾斜された複数の隣接ミラー要素Ｍ_ijにより、平行光をＹＺ平面内で如何に異なる方向に反射することができるかを示している。

再度図２を参照すると、この実施形態の照明系１２は、可変焦点距離を有するズームレンズ系５８を更に含む。図２では、ズームレンズ系５８を双方向矢印６２によって示しているように照明系１２の光軸に沿って変位することができる単一のレンズによって表している。
ズームレンズ系５８の後方には、対向する円錐面を有するアキシコン要素６６、６８の対６４が配置される。両方のアキシコン要素６６、６８が直接に接触する場合には、アキシコン対６４は平行平面プレートの効果しか持たない。図２に双方向矢印６９によって示しているように両方のアキシコン要素６６、６８が分離されると、アキシコン要素６６、６８の間の間隔は、光エネルギの半径方向外向きのシフトを引き起こす。アキシコン要素は当業技術ではそれ自体公知であるから、本明細書ではこれらに対してより詳細に説明しないことにする。

参照番号７０は、マスク１４上に入射する光の角度分布を実質的に定める照明系１２の系瞳面を表している。系瞳面７０は、通常は平面又は僅かな曲面であり、複数の２次光源を生成する光学インテグレーター７２内、又はその直近に配置される。光学インテグレーター７２は、図示の実施形態では、各々が、平行な円柱マイクロレンズから成る２つの直交アレイを含む２つの基板７４、７６を含むフライアイレンズとして達成される。光学インテグレーター７２は、光線と照明系１２の光軸ＯＡの間に形成される角度範囲を拡大する。系瞳面７０内の角度分布は、その後の視野平面内の強度分布へと直接変換されるので、光学インテグレーター７２は、マスク１６上の照明視野１４の幾何学形状を実質的に決める。光学インテグレーター７２は、角度範囲をＹ方向よりもＸ方向により大きく拡大するので、照明視野１４は、Ｙ方向（すなわち、走査方向）よりもＸ方向に沿って大きい寸法を有する。

光学インテグレーター７２によって生成される２次光源から出射する投影光は、図２では簡略化の目的で単一のレンズのみで表しているコンデンサー７８に入射する。コンデンサー６２は、系瞳面７０と、視野絞り８２が配置されたその後の中間視野平面８０との間のフーリエ関係を保証する。コンデンサー７８は、２次光源によって生成された光束を中間視野平面８０内で重ね合わせ、それによって中間視野平面８０の非常に均一な照明が提供される。視野絞り８２は、複数の可動ブレードを含むことができ、マスク１６上での照明視野１４の鮮明な縁部を保証する。

視野絞り対物系８４は、中間視野平面８０と、マスク１６が配置されたマスク平面８６との間に光学的共役性を与える。従って、視野絞り８２は、視野絞り対物系８４によってマスク１６上に鮮明に結像される。
ズームレンズ系５８及びアキシコン要素６６、６８の付設は、ミラー要素Ｍ_ijの全数が小さい場合は特に有利である。これは、少数のミラー要素Ｍ_ijが、系瞳面７０を照明する上で限られた変動性しかもたらさないことによる。特に、数千個もの個々のミラー要素Ｍ_ijが存在する場合には、ズームレンズ系５８及びアキシコン要素６６、６８を完全に不要にすることができ、又はミラー要素Ｍ_ijによって生成された角度分布を系瞳平面７０内の強度分布へと変換するコンデンサー光学系で置換することができる。

代替的であるが依然として本発明の範囲にある様々な代替実施形態を現時点で考えていることを十分に理解すべきである。
例えば、ミラーアレイ４６は、構造上に入射する光線を適切な制御信号の印加を受けて構造の異なる部分において個別に変更することができる様々な方向に向けることを可能にするあらゆる他の偏向構造で置換することができる。そのような別の構造は、例えば、電気光学要素又は音響光学要素を含むことができる。そのような要素では、適切な材料を超音波又は電界それぞれに露出することによって屈折率を変えることができる。これらの効果は、入射光を様々な方向に向ける屈折率格子を製造するのに利用することができる。

当然ながらズームレンズ系５８及び／又はアキシコン要素６６、６８の対６４を完全に不要にすることができる。フライアイレンズ７２は、あらゆる他の光学要素、例えば、幾何学的光束を増大する回折光学要素で置換することができる。フライアイレンズの代わりの光混合ロッドの使用も考えられている。更に、マスク１６は、少なくとも１つの方向に沿って鮮明な縁部を有する照明視野１４を有する必要がない場合には、視野平面８０内に直接位置決めすることができる。最初に視野、次に瞳が内部で成形される照明系も現時点で考えられている。

２．照明系の一般的な機能
以下では、照明系１２の一般的な機能に対して図４を参照して説明する。
エキシマレーザ３０及びビーム拡大ユニット３２によって生成される平行光束３４は、マイクロレンズアレイ３８のマイクロレンズ４０により、ミラー要素Ｍ_ijに向けて収束する複数の個別光束へと再分割される。ミラー要素Ｍ_ijは、マイクロレンズ４０の後側焦点面の若干前方に配置されるので、各ミラー要素Ｍ_ij上で照明される区域は、点の幾何学形状ではなく、図３に示しているように小さい円盤の幾何学形状を有する。

焦点の後方では、図２に示しているように光束は再度発散する。ズームレンズ系５８は、各光束の円錐角、及び従って光束が系瞳平面７０を通過する時の光束の直径を変更することを可能にする。
系瞳平面７０内にはいかなる光学要素も配置されない可能性があるが、以下では、ミラー要素Ｍ_ijによって系瞳平面に生成される光充満区域を「スポット」と呼ぶことにする。図５は、その上部に、全てのミラーが互いに対して平行に配置された場合のこれらのスポット８８を示している。図５の下部には、ミラー要素Ｍ_ijを適切な傾斜角だけ傾斜することによって得られたスポット８８の異なる配列がある。入射光束の可変偏向を変更するのに必ずしもミラー要素を傾斜する必要がないので、以下ではこの傾斜を「調節」と呼ぶことにする。例えば、ミラー面は曲面とすることができ、又は楔形の面を回転させることができる。

図５の下部に示している配列では、各々が台形形状を有する４つの極が系瞳平面７０内に対称に形成される。一部又は全てのミラー要素Ｍ_ijを単純に再調節することにより、各極内の強度分布、更にまた、極のサイズ及び幾何学形状を容易に変えることができる。その結果、照明系１２は、系瞳平面７０内にほぼあらゆる任意の強度分布を生成すること、及び従ってマスク１６上に入射する光の角度分布を自由に変化させることを可能にする。

図６は、図２に示している照明系１２の全体的な構造の概略図である。図６の左手側に示している水平矢印９０は、系瞳平面７０内に可変強度分布を生成することを可能にする構成要素上に入射する投影光を示している。これらの構成要素は、マイクロレンズアレイ３８、ミラーアレイ４６、ズームレンズ系５８、及びアキシコン要素６６、６８の対６４を含む。これらの構成要素は、主に系瞳平面７０内の強度分布を決め、図６ではこれらの構成要素を「瞳成形構成要素」という用語で呼ぶ。
マスク１６上で照明される視野１４の形状は、主に残りの光学構成要素、すなわち、光学インテグレーター７２、コンデンサー７８、視野絞り８２、及び視野絞り対物系８４によって決まる。これらの構成要素は、系瞳平面７０とマスク平面８６の間に配置され、図６ではこれらの構成要素を「視野成形構成要素」という用語で呼ぶ。

３．ミラー要素の制御
３．１．一般的な制御スキーム
以下では、ミラー要素Ｍ_ijを制御する時に適用することができる一般的な制御スキームに対して説明する。このスキームによると、ミラー要素Ｍ_ijに対する制御信号の判断は、図７の流れ図に例示している複数の段階に分割される。
段階Ｓ１
第１の段階Ｓ１では、系瞳平面７０内のターゲット強度分布が判断される。
また、前段階（図７には示していない）においてマスク平面８６内の角度光分布から始めて、シミュレーション又は測定によって系瞳平面７０内のターゲット強度分布を判断することができる。通常、マスク平面８６内の角度光分布は、全ての視野点において等しくなる。しかし、一部の場合には、特定のマスク１６を視野位置に依存する角度光分布で照明することが有利であるとすることができる。

系瞳平面７０内のターゲット強度分布が、マスク平面８６内のターゲット角度分布から測定によって導出される場合には、強度分布が系瞳平面７０内で直接測定され、かつ角度分布がマスク平面８６内で直接測定されることを確実にすべきである。例えば、系瞳平面７０内にあらゆる測定機器を挿入するいかなる空間も残されていないことに起因して、多くの場合にそのような測定は困難であり又は不可能でさえあるから、多くの場合にシミュレーションによる判断が好ましいスキームになる。

系瞳平面７０内のターゲット強度分布が、マスク平面８６内のターゲット角度分布からシミュレーションによって導出される場合には、系瞳平面７０とマスク平面８６の間に配置された光学要素によって導入される収差を考慮することができる。理想的な場合には、系瞳平面７０とマスク平面８６の間のフーリエ関係が厳密に満たされる。これは、系瞳平面７０内の全ての点において正弦条件が成立することを意味する。従って、系瞳平面７０内の位置は、マスク平面８６内の角度へと正しく変換され、その逆も同様である。

しかし、実際の系では、系瞳平面７０とマスク平面８６の間に配置された光学要素が光学収差を受けることに起因して、フーリエ関係は厳密には満たされない。そのような収差の１つの結果は、例えば、系瞳面が平面ではなく曲面であることとすることができる。系瞳平面７０内のターゲット強度分布が、マスク平面８６内のターゲット角度分布からシミュレーションによって導出される場合に、そのような収差がある一定の閾値を超える時には、ミラー要素Ｍ_ijに対する制御信号が判断される時にこれらの収差を考慮すべきである。

段階Ｓ２
第２の段階Ｓ２では、系瞳面内で段階Ｓ１で判断されたターゲット強度分布を近似するスポット配列が判断される。この段階Ｓ２は、以下で「瞳アルゴリズム」と呼ぶことにするアルゴリズムの適用を含むことができる。一般的に、このアルゴリズムは、入力データとして利用可能なスポットの合計数、スポット形状（各スポット内部の強度分布を含むことができる）、及び同じく（適応可能な場合は）これらの量のスポット位置へのあらゆる依存性を必要とすることになる。次に、瞳アルゴリズムは、スポット配列が段階Ｓ１で判断されたターゲット強度分布に可能な限り厳密に近似するまで、使用可能な系瞳平面７０にわたって利用可能スポットを分布させる。この目的のために、瞳アルゴリズムは、擬似焼きなましアルゴリズムのような確率的メタアルゴリズムを用いることができる。

ミラー制御ユニット５０は、単一のミラー要素Ｍ_ijの部分的又は完全な異常を検出した場合に、この情報を瞳アルゴリズムに供給することができる。次に、瞳アルゴリズムは、段階Ｓ１で判断されたターゲット強度分布に可能な限り正確に近似する強度分布を系瞳平面７０内に生じる適切なスポット位置配列を再計算することができる。
スポット形状の判断に対しては、下記の節３．２でより詳細に説明する。

段階Ｓ３
次の段階Ｓ３では、各ミラー要素Ｍ_ijに対して、一方でミラー要素Ｍ_ijによって系瞳平面７０内で照明されるスポットの位置と、他方で光スポットを生成する時にミラー要素_ijによって生成される偏向角との間の関係を表す関数が割り当てられる。この場合、「偏向角」という用語は、偏向角と均等な物理量、例えば、ミラー要素_ijに対する表面法線の向き、又は適切な制御信号によって設定される傾斜角も含むことになる。
この関数の判断は、下記の節３．３の主題である。

段階Ｓ４
次の段階Ｓ４では、段階Ｓ３で判断された関数を用いることにより、段階Ｓ２で判断されたスポット配列を得るのに必要な偏向角が判断される。この判断の後には、段階Ｓ１で判断されたターゲット強度分布を系瞳平面７０内に生成するためにミラー要素Ｍ_ijによってどの偏向角を引き起こさなければならないかが分る。
段階Ｓ５
最後の段階Ｓ５では、段階Ｓ４で判断された偏向角が生成されることを保証する制御信号がミラー要素Ｍ_ijに供給される。最も単純な場合には、フィードフォワード制御スキームが適用される、すなわち、一方で制御信号と他方で偏向角との間の固定された関係が存在する。この関係は、例えば、ルックアップテーブル又は関数として表現することができる。ある一定の偏向角を設定すべきである場合には、対応する制御信号がルックアップテーブル又は関数から判断され、着目している個々のミラー要素Ｍ_ijに供給される。
閉ループ制御の場合には、段階Ｓ４で判断された偏向角が、閉ループ制御のためのターゲット値として供給されるのみである。付加的な測定デバイスが、例えば、ミラー面の傾斜角を測定することによって実際の偏向角を測定し、実際の値をターゲット値に対して比較する。

図８は、図７を参照して上述の制御スキームを実施するのに必要とされる主構成要素の概略図である。ターゲット瞳形状の判断及びスポット配列の計算（瞳アルゴリズム）は、外部コンピュータ上で実施することができることに注意すべきである。閉ループ制御の適用を含むことができるミラー調節は、投影露光装置内、例えば、全体系制御器５２及びミラー制御ユニット５２内で実施することができる。
瞳アルゴリズムに与えられるスポット形状の判断が以下の節の主題である。

３．２．スポット形状の判断
以下では、瞳アルゴリズムに与えなければならないスポット形状を如何にして判断することができるかに対してより詳細に説明する。
理想的には、ミラー要素Ｍ_ijによって系瞳平面７０内に生成されるスポットは、全てのミラー要素Ｍ_ijに対して、スポットが系瞳平面７０内で位置決めされる位置に関係なく等しいサイズ、幾何学形状、及び強度分布を有する。しかし、実際の照明系では、これらの仮定のうちの少なくとも一部を満たすことができない（十分には）。そのような不備は、系瞳平面７０内で得られた強度分布が、マスク平面８６内で望ましい角度光分布を得るのに必要になる強度分布とは異なるという結果を有することになる。

そのような非理想的挙動に対する１つの原因は、瞳成形構成要素に関連付けられる収差である。別の原因は、ミラー要素Ｍ_ijを照明するのに必要とされる光学要素の収差である。この場合、ミラー要素Ｍ_ij上に入射する光９０が、非理想的特性を有する。例えば、平行ビーム３４が、完全に均一な強度分布及び角度分布を持たないので、又はマイクロレンズアレイ３８のマイクロレンズ４０が、異なる焦点距離又は散乱特性を有するので、個々のミラー要素Ｍ_ij上に入射する光束の全体の強度分布及び角度分布は変化する可能性がある。ミラー要素Ｍ_ijが異なって照明されると、ミラー要素Ｍ_ijによって系瞳平面７０内に生成されるスポットも同様に異なることになり、従って、系瞳平面７０で望ましい強度分布を容易に得ることができない。
通常、瞳成形構成要素の非理想的挙動を生じる収差を完全に排除することはできないので、これらの収差の効果、すなわち、スポットサイズ変化を計算上算入すべきである。

シミュレーションによるスポット形状の判断
スポット形状変化が、主に系統的原因を有し、公差及び単一の照明系に関連付けられる他の原因に実質的に依存しない場合には、そのような変化をシミュレーションによって単独で判断することができる。図９の概略図に示しているように、通常、スポット形状のそのようなシミュレーションは、単一のミラー要素Ｍ_ijによって系瞳平面７０内に生成される強度分布が、標準の光学設計プログラムを用いて、例えば、光線追跡法を用いて判断することを含む。この計算は、各ミラー要素Ｍ_ijが有する異なる角度の向きに対して繰り返すことができる。このようにして、各ミラー要素Ｍ_ijに対して判断されたスポット形状は、瞳アルゴリズムに入力データとして供給される。スポット形状がスポット位置に依存する場合には、様々な位置においてスポットを生成するのに必要とされる偏向も瞳アルゴリズムに与えなければならない。

この工程において照明系１２内で実施すべきである段階は、少なくとも原理的に外部コンピュータ内でも実施することができる残りの段階と点線を用いて分離している。この外部コンピュータと照明系１２との間で送信すべきである唯一のデータは、瞳アルゴリズムによって判断されるターゲット位置である。照明系は、瞳アルゴリズムによって判断された角度ターゲット位置が提供されるように、これらのターゲット位置をミラー要素Ｍ_ijの調節を制御するミラー制御ユニット５０に供給する。いかなる測定も含まないこのスキームを用いると、瞳アルゴリズムによって計算されるターゲット位置は、特定の照明系には非依存であり、従って、これらの位置を同じ設計を有する全ての照明系に供給することができる。

このスキームは、より複雑な作業に対して用いることができる。例えば、マスク平面８６内の角度分布が視野位置に依存することが望ましい場合がある。この依存性は、光学インテグレーター７２によって生成される角度分布が入射光の方向には非依存であるという意味で光学インテグレーター７２が理想的ではないことを利用して、系瞳平面７０の対応する部分を異なる方向から照明することによって得ることができる。従って、この方向を変更することにより、マスク平面８６内のある一定の点を「アドレス指定する」ことができる。例えば、系瞳平面７０内の１つの極が実質的に１つの方向から照明され、反対の極が実質的に反対方向から照明される場合には、両方の極が同じ強度で照明されるが、マスク平面８６内の異なる点は、異なる非対称角度分布で露光されることになる。

測定によるスポット形状の判断
スポット形状をシミュレーションによって判断する代わりに、特定の照明系でのみ生成される収差、例えば、製造公差によって引き起こされる効果をも考慮する測定を実施することができる。
そのような測定は、１つを除く全てのミラー要素Ｍ_ijをいかなる光も系瞳平面７０へと反射されない「オフ」位置へと傾斜することによって実施することができる。好ましくは、マスク平面８６に配置され、特定の視野点上に入射する光の角度分布を測定する瞳測定センサを用いると、「オン」状態にあるミラー要素によって生成されるスポット形状を判断することができる。この判断は、マスク平面８６内で測定された角度分布の系瞳平面７０内の強度分布への変換を含む。この変換は、系瞳平面７０とマスク平面８６の間に配置された光学要素によって生成される光学効果を考慮することができる。

この測定は、ミラーの複数の異なる傾斜角に対して繰り返される。この一連の測定から得られたデータから、ミラー要素Ｍ_ijによって生成される偏向と様々な位置で生成されるスポット形状の間の直接的な関連性を確立することができる。
この場合、同じ測定が別のミラー要素Ｍ_ijに対して繰り返される。この工程を加速するために、測定は、多くのミラー要素Ｍ_ijに対して同時に実施することができる。この同時実施には、瞳測定センサ内で得られるデータを現時点で「オン」状態にあるミラー要素に曖昧性なく割り当てることができるように、ミラー要素Ｍ_ijが、系瞳平面７０内の明確に異なる領域を照明することのみが必要とされる。

マスク平面８６に配置された瞳測定センサを用いてスポット形状を測定する代わりに、スポット形状は、系瞳平面７０内で直接測定することができる。この目的のために、位置解像センサ、例えば、ＣＣＤセンサをビーム経路内の系瞳平面７０の軸上位置に挿入することができる。測定の後に、このセンサは、ビーム経路から取り出される。しかし、このスキームは、系瞳平面７０内又はその近くにあらゆる測定機器を挿入するのに十分な空間が存在することを必要とする。

系瞳平面７０内で測定を実施する別の選択肢は、光の僅かな部分をビーム経路から分離し、この部分を位置解像センサ、例えば、ＣＣＤセンサに誘導するビームスプリッタの付設である。このスキームは、スプリッタを収容する十分な空間が存在するいずれの位置にもビームスプリッタを配置することができるという利点を有する。ビームスプリッタと系瞳平面７０の間に設けられた光学要素と同じか又は少なくとも類似の効果を有するビームスプリッタとセンサの間に配置された付加的な光学要素を設けることができる。この付設により、ビームスプリッタと系瞳平面７０の間に配置された光学要素によって生成される光学効果が完全に考慮され、従って、センサ上の強度分布が、系瞳平面７０内で得られる強度分布に少なくとも実質的に等しいことを保証する。系瞳平面７０内の強度分布を測定するこのスキームは、本出願人が２００６年１１月２１日に出願したドイツ特許出願ＤＥ１０，２００６，０５４，７４６．２に説明している。
図１０には、スポット形状の測定を略示している。この図は、スポット形状が、計算ではなく測定され、スポット形状の判断が、外部コンピュータ内ではなく照明系１２内で実施されることにおいてのみ図９とは異なる。

シミュレーションと測定によるスポット形状の判断
ある一定の場合には、スポット形状変動の一部分は系統的であり、別の部分は、特定の照明系に依存する。例えば、スポット形状は、上述のように系統的な変化しか持たない可能性があり、それに対してスポット内の全体強度のような他のスポット関連パラメータは、照明系が他の点では同一ではあるが、照明系毎に大きく異なる可能性がある。
この場合、瞳アルゴリズムは、図１１に例示しているように２つの異なる部分に分離することができる。時間を消費するスポット形状の計算を含む第１の部分は、外部コンピュータ内で実施することができ、系非依存の結果を生じる。第２の部分は、特定の照明系の特定の特性を考慮し、第１の部分によって供給されるターゲット位置を適応させる。
スポット形状がシミュレーションによって判断されるか又は測定によって判断されるかに関係なく、通常はスポット形状をピクセル情報によってではなく、少数のパラメータだけによって表すことで十分である。それによって瞳アルゴリズムによって供給及び考察すべきであるデータの量が大きく低減する。

３．３．ミラー調節
上述のように、瞳アルゴリズムは、個々のミラー要素Ｍ_ijによって生成されるスポットを系瞳平面７０内のどこに位置決めすべきであるかを判断するに過ぎない（段階Ｓ２）。以下では、段階Ｓ３で示した関数を如何に判断することができるかを説明する。
シミュレーション
図１２に例示しているシミュレーションでは、系瞳平面７０内のスポット位置が、ミラー要素Ｍ_ijによって生成される偏向及び従って傾斜角に如何に依存するかを各ミラー要素Ｍ_ijに対して判断することができる。
この目的のために、スポットの位置をそれぞれのミラー要素Ｍ_ijが有するいくつかの異なる傾斜角に対して計算すべきである。スポットの形状ではなく位置のみを上述のように判断するだけでよいので、傾斜角に対するスポット位置の依存性を得るのに少数の光線を追跡するだけでよい。

次に、傾斜角がスポット位置の離散関数として得られるように、上述のようにして得られたデータは、逆転される。これらのデータは、ルックアップテーブルに記憶することができ、又はスポット位置からの傾斜角の依存性を解析的に表す適合関数のための基礎を形成することができる。
次に、瞳アルゴリズムによって計算されたスポットターゲット位置に基づいて、ミラー要素Ｍ_ijの調節に必要とされる傾斜角を各ミラーに対して判断することができる。照明系１２のミラー制御ユニット５０に少量のデータ、すなわち、各ミラー要素Ｍ_ijに対するターゲット傾斜角だけしか供給しなくてもよいように、傾斜角のこの計算は、完全に外部コンピュータによって実施することができる。

測定
代替的に、スポット位置とミラー要素Ｍ_ijの傾斜角との間の関係は、図１３に例示しているように測定によって判断することができる。この目的のために、個々のミラー要素Ｍ_ijに対して設定された異なる傾斜角に対してスポット位置が測定される。スポット形状の測定と同様に、スポット位置も、マスク平面８６内の光の角度分布を測定する瞳測定センサによって判断することができる。同様に、測定の場合にも、傾斜角−スポット位置の関係を逆転する必要があり、ルックアップテーブルの代わりに、内挿スポット位置に対する傾斜角を同様に与える適合関数を用いることができる。
この場合にも、３．２節でスポット形状の測定を参照して上述したように、スポット位置をマスク平面８６内の角度分布を測定することによって間接的にではなく、系瞳平面７０内で直接測定するか又はビームスプリッタを用いて光の僅かな部分が誘導されるセンサを用いて測定するように考えることができる。

４．一般的な考察
同じ制御スキームを瞳ではなく、視野が最初に成形される照明系において適用することができることに注意すべきである。そのような系では、ミラー要素Ｍ_ijは、マスク１６上での望ましい照明視野のアスペクト比を近似的に有するアレイで配置される。この場合、ミラー要素Ｍ_ijは、ミラー要素をマスク平面上に結像する対物系の瞳平面内の強度分布を決める。そのような系は、ミラー要素を照明する光学要素、ミラー要素と瞳平面の間に配置された光学要素、及び同じく瞳平面とマスク平面の間にフーリエ関係を与える光学要素群も含む。

ＩＩ．第２の群の実施形態
１．照明系の一般的な構造
図１５は、図１に示している投影露光装置における使用に適する第２の実施形態による照明系１１２を通じた子午断面図である。明瞭化の目的で、図１５の図も大幅に簡略化しており、正確な縮尺のものではない。これは、特に、様々な光学ユニットをごく少数の光学要素のみで表していることを意味する。実際には、これらのユニットは、有意により多くのレンズ又は他の光学要素を含むことができる。

照明系１１２は、ハウジング２８、及び図示の実施形態ではエキシマレーザ１３０として実現されている光源を含む。エキシマレーザ１３０は、約１９３ｎｍの波長を有する投影光を放出する。他の波長、例えば、２４８ｎｍ又は１５７ｎｍも考えられている。
エキシマレーザ１３０によって放出される投影光は、ビーム拡大ユニット１３２に入射し、ここで光束は拡大される。ビーム拡大ユニット１３２を通過した後に、投影光は、回折光学要素（ＤＯＥ）１３４によって形成される第１の光学ラスタ要素上に入射する。回折光学要素１３４は、異なる角度分布を生成する他の回折光学要素によって容易に置換することができるように第１の交換ホルダ１３６内に受け取られる。回折光学要素１３４は、図示の実施形態では、発散が導入されるように各入射光線を偏向する１つ又はそれよりも多くの回折格子を含む。これは、光学ラスタ要素１３４上の各位置において、光がある一定の角度範囲内で回折されることを意味する。この範囲は、例えば、−３°から＋３°に及ぶことができる。図２では、これを２つの発散光線１３８、１４０に分割される軸上光線に対して略示している。従って、回折光学要素１３４は、投影光の角度分布を修正し、遠視野強度分布に影響する。

回折光学要素１３４は、回折光学要素１３４から出射する発散光線を平行にするズームレンズ群１４６の前側焦点面１４２に位置決めされる。従って、ズームレンズ群１４６を調節することにより、投影光束の直径を変えることができる。次に、この少なくとも実質的に平行な光束は、対向する円錐面を有するアキシコン要素１５０、１５２の対１４８に入射する。両方のアキシコン要素１５０、１５２が接触状態にある場合には、アキシコン対１４８は、平行平面を有するプレートの効果を有する。両方の要素１５０、１５２が分離された場合、アキシコン要素１５０、１５２の間の間隔は、光エネルギの半径方向外向きのシフトを生じる。従って、円盤断面を有する光束は、リング断面を有する光束へと変換されることになる。アキシコン要素は、当業技術ではそれ自体公知であるから、本明細書ではこれらに対してより詳細に説明しないことにする。

参照番号１５４は、照明系１１２の系瞳平面を表している。系瞳平面１５４の直前には、複数のマイクロレンズアレイを含むことができる第２の光学ラスタ要素１５６が配置される。第２の光学ラスタ要素１５６は、系瞳平面１５４内に複数の２次光源を生成する。２次光源は、Ｘ方向とＹ方向に沿って異なる発散を有する光を生成することができる。例えば、照明視野１４が、図１に示しているように湾曲スリット形状を有する場合には、第２の光学ラスタ要素１５６の出射側開口数は、Ｘ方向に０．２８から０．３５の範囲内、Ｙ方向に０．０７から０．０９の範囲にあるとすることができる。図１５には、第２の光学ラスタ要素１５６によって導入される発散を２つの異なる２次光源から出射する発散光線１３８ａ、１３８ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂによって略示している。

第２の光学ラスタ要素１５６から出射する発散光線１３８ａ、１３８ｂ、及び１４０ａ、１４０ｂは、コンデンサー１６０に入射する。コンデンサー１６０の前側焦点面は、系瞳平面１５４に一致し、以下では後側焦点面を物体平面１６２と呼ぶことにする。従って、系瞳平面１５４内の特定の２次光源から出射する発散光束は、コンデンサー１６０を平行光束として出射し、物体平面１６２を完全に照明する。その一方、同じ角度の下に２次光源から出射する全ての光線は、物体平面１６２内で単一の点に収束することになる（図２の点描区域を参照されたい）。

物体平面１６２内又はその直近には、視野絞り１６４が位置決めされる。視野絞り対物系１６６は、露光作動中にマスク１６が位置決めされる像平面に対して物体平面１６２を光学的に共役にする。従って、以下では、この像平面をマスク平面１６８と呼ぶことにする。従って、視野絞り対物系１６６は、物体平面１６２に配置された視野絞り１６４をマスク１６上に結像し、少なくとも、Ｙ方向に沿って延びる短い側辺部において照明視野１４の鮮明な縁部を保証する。

２．回折光学要素のレイアウト
図２に示している照明系１２と図１５に示している照明系１１２との間の主な相違点は、回折光学要素１３４が、傾斜可能なミラー要素Ｍ_ijから成るアレイ４６を置換している点である。以下では、回折光学要素１３４に向けて改善されたレイアウトスキームのための手法を説明する。
２．１．従来の手法
従来的には、最初の段階で系瞳平面１５４内の強度分布が判断される。次に、フーリエ関係平面にこの強度分布を生成する回折光学要素１３４が設計される。フーリエ関係平面では、正弦条件が厳密に当て嵌まる。正弦条件は、ｐがｓｉｎ（α）に比例する場合に、角度αの下で第１の平面から出射する光線が、フーリエ関係にある第２の平面と光線高さｐで交わることになることを必要とする。
場合によってはフーリエ関係平面内の強度分布を遠視野強度分布とも呼ぶが、これは、ｔａｎ（α）≒ｓｉｎ（α）である小さい角度においてのみ良好な近似である。

従って、回折光学要素によって生成される角度光分布の判断は、系瞳平面１５４内で望ましい強度分布の逆フーリエ変換を計算する作業を含む。
生成される角度光分布が既知である場合には、望ましい角度光分布が得られるような要素上の回折構造を判断することを可能にする公知のアルゴリズムが利用される。この点に関して用いることができる回折光学要素の種類は、場合によってはコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）と呼ぶ。

当然ながら、より技術的な性格を有するある一定の制約条件は、回折光学要素を用いて生成することができる強度分布の種類を制限する。例えば、強度分布の勾配の斜度は、ある一定の閾値を超えることができず、これは、これが回折光学要素１３４の理想的な照明条件、そのような回折光学要素の理想的なレイアウト、及び同じく回折光学要素１３４と系瞳平面１５４の間に配置されるあらゆる光学要素の理想的な点拡がり関数を必要とすることになるからである。

図１６のグラフでは、破線１０２は、系瞳平面５４内の例示的な望ましい強度分布を表している。このグラフでは、強度分布は、Ｘ方向に沿って光軸ＯＡに関して対称に配置された２つの極から成ると仮定している。望ましい強度分布１０２は、無限の斜度を有する勾配及び照明区域内で一定の強度を有する。勾配（無限であるか否かに関わらず）の間の一定の強度分布をトップハット分布とも呼ぶ。
実線１０４は、望ましい強度分布１０２を得るように従来通りに設計された回折光学要素１３４によって生成されるフーリエ関係平面内の強度分布を表している。明らかなように、実際の強度分布１０４の勾配は有限であるが、それにも関わらず、矩形の強度分布１０２が、非常に良好な程度に近似されている。
しかし、従来の手法では、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８によって生成される効果は、フーリエ関係が当て嵌まると仮定される程度に単に無視される。しかし、アキシコン要素１５０、１５２は、接触状態にない場合は正弦条件に強く違反し、同様に、ズームレンズ群１４６は、通常は、正弦条件の違反を生じる収差を導入する。

図１７のグラフでは、実線１０６は、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８（所定の構成にある）の光学効果が考慮された場合の回折光学要素１３４を用いて系瞳平面１５４内で最終的に得られる強度分布を表している。図１７に示しているグラフと図１６に示しているグラフとを比較することにより、これらの光学要素が、強度分布を大きく修正することが明らかに分る。

ズームレンズ群１４６とアキシコン要素１５０、１５２とは、この修正に別々に寄与する。ズームレンズ群１４６を調節することにより、系瞳平面１５４内で照明される領域の直径を変えることができる。理想的には、強度分布は、ズームレンズ系１４６の焦点距離が変更された時に均一のままに留まる。しかし、実際のズームレンズ系１４６では、この理想的な挙動からの有意な逸脱が存在する可能性がある。例えば、焦点距離が変更されると、光は、照明区域の中心により集中する可能性がある。
しかし、アキシコン要素１５０、１５２は、分離された場合にエネルギを半径方向外向きにシフトする。強度分布１０６の内側フランクの勾配は、アキシコン要素１５０、１５２の間の距離にほぼ反比例することを示すことができる。アキシコン要素１５０、１５２の間の最大距離では、これらの勾配は、最小斜度に達する。

これらの効果の結果として、望ましい強度分布１０２への近似は劣化し、特に、トップハット特性は、ほぼ完全に失われる。従って、回折光学要素１３４を用いて得られるマスク平面１６８内の角度分布が、回折光学要素１３４だけにより、すなわち、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２なしに生成される遠視野強度分布１０４に基づいて期待されたものとは大きく異なる場合があるということが起こると考えられる。
回折光学要素１３４と系瞳平面１５４の間に配置された光学要素が正弦条件を厳密に満たさない場合は、逸脱が必ず起こることに注意すべきである。例えば、回折光学要素１３４と系瞳平面１５４の間のコンデンサーを完全に不要にする照明系では、遠視野強度分布しか得られない。上述のように、遠視野強度分布は、フーリエ関係強度分布に対する良好な近似に過ぎない。

２．１．新しい手法
本発明によると、光学要素１３４が設計される時に、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８（又は、回折光学要素１３４と系瞳平面１５４の間に配置されたあらゆる他の光学要素）によって生成される光学効果が考慮される。ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２によって生成される光学効果は既知であるから、回折光学要素は、これらの要素によって導入される修正を補償するように設計することができる。例えば、アキシコン要素１５０、１５２が、エネルギを半径方向外向きにシフトする場合には、回折光学要素１３４は、系瞳平面１５４の中心により多くのエネルギを集中すべきである。

図１８に示しているグラフは、この新しい手法によって設計された回折光学要素１３４によってフーリエ関係平面に生成された強度分布を実線１０８で示している。この強度分布１０８を図１６に示している強度分布１０４と比較することにより、より多くのエネルギが、回折光学要素１３４によって小さい角度（すなわち、小さい絶対ｘ座標値）へと誘導されていることが明らかになる。従って、回折光学要素１３４によって生成される強度分布１０８は、破線で示している望ましい強度分布１０２とはかなり異なる。
しかし、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８と組み合わせると、系瞳平面１５４内に生成される強度分布は、望ましい強度分布１０２を非常に正確に近似する。これを図１８のグラフに示しており、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８と共に回折光学要素１３４によって生成された実際の強度分布が、実線１１０で示されている。

この近似は、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８のある一定の構成を用いてのみ達成することができることは理解されるものとする。ズームレンズ群１４６の焦点距離、及び／又はアキシコン要素１５０、１５２間の距離が変化した場合には、これらの構成要素は、異なる光学効果を生成することになり、近似は若干劣化する可能性がある。それにも関わらず、図１６及び図１７に例示している従来の手法と比較すると、ズームレンズ群１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８の他の設定においても有意な改善を提供することができる。代替的に、系瞳平面１５４内の強度分布が複数の分離した区域を含む多くの非従来的照明環境は、アキシコン要素が、平行平面を有するプレートの効果だけしか持たないように接触状態にあることを必要とする。この場合、ズームレンズ群１４６における焦点距離変化（もし存在しても）のごく僅かの悪影響しか考慮しなくてもよい。
更に、回折光学要素１３４によって生成される角度光分布を判断する時に、ズーム光学系１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８において生成される３次又はそれよりも高次の光学収差を考慮することも可能である。これらの収差もまた、ズーム光学系１４６及びアキシコン要素１５０、１５２の対１４８の実際の構成に依存する。

更に別の実施形態では、回折光学要素１３４によって生成される角度光分布を判断する時に、回折光学要素１３４と系瞳平面１５４の間に配置された光学要素に関連する光学特性及び収差だけではなく、更に（又は専ら）系瞳平面１５４とマスク平面１６８の間に配置された光学要素の光学特性及び収差も考慮される。例えば、コンデンサー１６０が、光軸ＯＡからの大きい距離で正弦条件を満たさない場合には、回折光学要素１３４は、エネルギをより大きい回折角へとシフトするか、又はより小さい回折角へとシフトするかのいずれかによってこの効果が考慮されるように設計することができる。この場合、系瞳平面１５４は、正弦条件の変化が補償されるように照明されることになる。

図１９で分るように、各極の全面積の少なくとも８０％の全面積を有するサブ領域では、このサブ領域内の平均強度Ｉ_mに対する最大強度変化は１０％よりも小さい。図１９では、サブ領域はｘ座標に沿って幅ｗを有し、極の全面積は、幅ｗ_totを有する。Ｉ_mが、このサブ領域内の平均強度である場合には、このサブ領域内での平均強度Ｉ_mからの最大変動ΔＩ_maxは、２０％よりも小さく、好ましくは、１０％よりも小さい。

図２０は、回折光学要素１３４、照明器光学系、及び瞳成形光学サブ系によって生成される系瞳面１５４内の実際の強度分布を示している。照明器光学系は、レーザ１３０及びビーム拡大ユニット１３２を含む。瞳成形光学サブ系は、回折光学要素１３４と系瞳面１５４の間に配置された全ての構成要素によって形成される。
図２０に示している強度分布は、Ｘ双極照明環境に対応する。この設定では、極幅は３５°であり、内側σは０．８であり、外側σは０．９９である。内側σは、光強度の１０％が瞳内にある瞳半径として定められる。外側σは、照明光強度の９０％が瞳内にある瞳半径として定められる。極幅は、瞳平面内で照明される区域の境界を形成し、強度がこの区域の最大強度の５０％に低下している半径の間の開口角として定められる。
図２１は、回折光学要素１３４、照明器光学系、及び瞳成形光学サブ系によって生成される系瞳面１５４内の別の実際の強度分布を示している。図２１に示している強度分布は、Ｙ双極照明環境に対応する。この設定では、極幅は３５°であり、内側σは０．３であり、外側σは０．５である。

両方の強度分布は、図２０及び図２１に示している強度分布とは大きく異なるフーリエ変換を有する角度分布を生成するように設計された回折光学要素１３４を用いて生成されたものである。より具体的には、このフーリエ変換は、系瞳面１５４内で実際に得られる強度分布に対して、上述の値から内側σ及び／又は外側σに対して０．０１よりも大きく異なる値、及びある一定の照明器光学系及び瞳成形光学サブ系に対して０．０２よりも大きく異なる値を有する。更に、このフーリエ変換は、系瞳面１５４内で実際に得られる強度分布に対して上述の値から極幅に対して１°よりも大きく異なる値、及びある一定の照明器光学系及び瞳成形光学サブ系に対して２°よりも大きく異なる値を有する。
同じことは、上述したものと同じ瞳量（内側σ及び外側σ、極幅）によって表すことができる環状照明環境にも当て嵌まる。

ＩＩＩ．最終所見
本発明の一態様によると、瞳成形構成要素、例えば、傾斜可能ミラー要素Ｍ_ij又は回折光学要素によって生成され、系瞳面内で望ましい強度分布を得ることを必要とする角度光分布の判断は、収差の考慮を伴う場合がある。図１４の流れ図に要約しているように、これらの収差は、瞳成形光学サブ系を照明する光学系、瞳成形光学サブ系自体、及び／又は系瞳面とマスク平面の間に配置された光学要素によって生成される場合がある。

好ましい実施形態の以上の説明は、一例として提供したものである。提供した開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への明らかな様々な変形及び修正も見出すであろう。従って、本出願人は、全てのそのような変形及び修正を添付の特許請求の範囲によって定められる本発明及びその均等物の精神及び範囲に該当するものとして含めることを求めるものである。

１２ マイクロリソグラフィ投影露光装置
１６ マスク
２８ 照明系
３２，３８ 照明器光学系
４６ ビーム偏向構成要素
５８、６４ 瞳成形光学サブ系
７０ 照明系瞳面
７８ 光学要素

Claims (23)

1. 瞳成形光学サブ系のビーム偏向構成要素によって生成される偏向角を決定する方法であって、
   ａ）マスク平面に位置決めされたマスクを照明するように構成され、
   瞳成形光学サブ系を含み、かつ
   ビーム偏向構成要素を照明する照明器光学系を含む、
   マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を準備する段階、
   ｂ）前記照明系の系瞳面内のターゲット強度分布を決定する段階、
   ｃ）前記瞳成形サブ系によって前記系瞳面に生成される強度分布が段階ｂ）で決定された前記強度分布を近似するように、偏向角を決定し、該偏向角の決定においてｉ）前記照明器光学系によって生成される収差、ｉｉ）該瞳成形光学サブ系によって生成される収差、ｉｉｉ）該系瞳面と前記マスク平面の間に配置された光学要素によって生成される収差のうちの少なくとも１つが考慮される段階、
   を含み、
   前記ビーム偏向構成要素は、制御信号に応答して可変である偏向角によって各々が入射光線を偏向するようになっている反射ビーム偏向要素又は透過ビーム偏向要素のビーム偏向アレイを含み、
   各偏向要素は、前記系瞳面にスポットを生成し、
   前記スポットの位置は、前記制御信号に応答して変えることができ、
   前記スポットの形状が、前記収差ｉ）及び／又はｉｉ）を考慮することによって決定される
   ことを特徴とする方法。
2. 前記収差ｉ）は、前記ビーム偏向構成要素を照明する光の前記強度分布及び／又は角度分布の局所変動を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記収差ｉｉ）は、正弦条件の違反を引き起こす収差を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記収差ｉｉｉ）は、前記系瞳面に対するフーリエ関係を厳密に確立する理想的な平面からの前記マスク平面の偏位を引き起こす収差を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記段階ｂ）は、
   （ａ）前記マスク平面内の光のターゲット角度分布を決定する段階、
   （ｂ）前記マスク平面に生成される前記角度分布が前記ターゲット角度分布を近似するように前記系瞳面内の前記強度分布を決定する段階、
   を伴う、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記段階（ｂ）の前記決定は、前記瞳成形サブ系と前記マスク平面の間に配置された光学要素によって生成される収差を考慮する段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記瞳成形サブ系は、可変焦点距離を有するズーム光学系を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記瞳成形サブ系は、通過して伝播する光を半径方向に再配分する調節可能なアキシコン系を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記アキシコン系は、各々が円錐光学面を有する１対のアキシコン要素と、光軸に沿って該アキシコン要素の間の距離を調節するための駆動機構とを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ビーム偏向構成要素によって生成される前記偏向角は、該ビーム偏向構成要素の面にわたって変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記スポットの形状が、シミュレーションによって決定され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項に記載の方法。
12. 前記スポットの形状が、測定によって決定されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記段階ｃ）は、段階ｂ）で判断された前記強度分布を近似する前記系瞳面内のスポットの配列を判断する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記段階ｃ）は、前記ビーム偏向要素の１つに割り当てられた関数を決定する段階を含み、
    前記関数は、一方で前記系瞳面に前記ビーム偏向要素によって生成された前記スポットの位置と、他方で該光スポットを生成する時に該ビーム偏向要素に供給される制御信号との間の関係を説明する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記関数は、シミュレーションによって決定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記関数は、測定によって決定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 単一の関数が、全てのビーム偏向要素に割り当てられることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 互いに異なる関数が、互いに異なるビーム偏向要素に割り当てられることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記段階ｃ）は、前記スポットの配列を得るために前記ビーム偏向要素によって生成されるべきである偏向角を決定する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記方法の少なくとも一部の段階が、外部コンピュータ上で実施されることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記方法の少なくとも一部の段階が、前記投影露光装置の一体部分であるコンピュータ上で実施されることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記偏向要素は、少なくとも１つの傾斜軸の回りに傾斜されるように構成されたミラーであることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記制御信号は、ミラーの傾斜角に関連する情報を収容することを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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