JPH097940A - フォトリソグラフィー用ハイブリッド照明系 - Google Patents

フォトリソグラフィー用ハイブリッド照明系

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JPH097940A
JPH097940A JP8130360A JP13036096A JPH097940A JP H097940 A JPH097940 A JP H097940A JP 8130360 A JP8130360 A JP 8130360A JP 13036096 A JP13036096 A JP 13036096A JP H097940 A JPH097940 A JP H097940A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトリソグラフィーにおけるレチクルに対
する改良された照明系を提供する。 【解決手段】 所望の照明視野形成場所の近隣にアレー
光学素子が配置される。照明光源からの光は拡大され
て、複数の２次照明光源を形成するマルチイメージ光学
素子により受光される。これらの光源からの光は集光レ
ンズにより受光される。集光レンズの焦点のところ、ま
たは近くに回折光学素子のアレーが配置されている。集
光レンズの焦点に形成される照明面は回折光学素子のア
レーの近視野回折パターン内にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は半導体デバイス製
造におけるフォトリソグラフィーに用いる照明系に関わ
り、より詳細には屈折および回折光学素子の両方を用い
た照明系に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造において、レチク
ルの像を感光性レジストで被覆された半導体ウェーハ上
に複製するために、フォトリソグラフィー技術が用いら
れる。レチクルは回路パターンを有し、それが感光性レ
ジストで被覆されたウェーハ上に転写されるのである。
一連の露光とそれに引き続く処理の後、回路パターンを
有した半導体デバイスが製造される。照明系は、レチク
ルの像を半導体ウェーハ上に投影するための電磁放射を
得るために用いられる。レチクルの像は光学投影系によ
り形成される。光学投影系はレチクルを通過した電磁放
射線を集光して、レチクルの像を感光性レジストで被覆
された半導体ウェーハ上に投影するのである。半導体デ
バイス製造技術の発展につれて、半導体デバイス製造に
用いるフォトリソグラフィー装置の各構成要素に対する
要求がますます高まっている。レチクル照明用の照明系
も例外ではない。公知技術において、照明の均一性を高
め、光損失を最小限にくい止めるための照明系が多く知
られている。一例として“投影露光装置”と題する米国
特許（クドー、１９９４年４月５日、特許番号5,300,97
1）があり、参照としてここに引用する。同特許に開示
されている照明系はパルス光源を有し、回転式偏向プリ
ズムによりパルス光を光軸から離れたフライアイ（fl
y’s eye）レンズに向けるよう構成されている。そして
集光レンズによりフライアイレンズからの光を集光し、
レチクルが照明される。別の例が、“照明系および同照
明系を有する投影露光装置”と題する米国特許（モリ、
１９９４年３月２２日、特許番号5,296,892）に開示さ
れており、参照として引用する。同特許に開示された照
明系は、集光レンズの前に配置された光学積分器ないし
はフライアイレンズを有する。この光学積分器ないしフ
ライアイレンズは交換可能に構成されており、照明系の
出射側の開口数が変えられるようになっている。“照明
光学装置およびそれを有する露光装置”と題する米国特
許（モリ、１９９３年９月１４日、No. 5,245,384）に
はまた別の照明系が開示されており、参照用に引用す
る。この照明系においては、無限焦点ズーム光学系が光
学積分器またはフライアイレンズに前置され、複数の２
次光源の大きさを変えられるようになっている。更に別
の照明系が、“照明光学系および同光学系を用いた露光
装置”と題する米国特許（クドー、１９９３年８月１７
日、特許番号5,237,367）に開示され、ここに参照とし
て引用する。この照明系は、第１の光学積分器またはフ
ライアイレンズ、第１の集光レンズ、それに続く第２の
光学積分器またはフライアイレンズ、および第２の集光
レンズを有する。そして、この第２の集光レンズにより
レチクルが照明される。第１の光学積分器ないしフライ
アイレンズか、あるいは第１の集光レンズのいずれかが
可変焦点距離を有している。更に別の例が、“照明光学
装置”と題する米国特許（キクチ他、１９９０年７月３
日、特許番号4,939,630）に記載されており、参照とし
て引用する。ここに開示されている照明系は第１の光学
積分器または複数の光源像を形成するための手段、それ
に続く、第２の光学積分器または第３の光源形成手段を
有した光学系、そしてそれに引き続く、照明をレチクル
へ向けるための集光レンズを有する。
【０００３】これら先行技術による照明系の多くにより
それぞれ特定の応用における照明の改善がもたらされ、
異なる投影レンズを有した系に対してある程度柔軟に適
合させることができた。しかし、製造が容易で、所望の
プロファイルまたは照明パターンを有する均一な照明を
低損失で得ることができ、しかもレチクル近くに大きな
開口数を有する照明系が今もって望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本願発明の課題は、フ
ォトリソグラフィーに用いるレチクルに対する照明を改
良することにある。
【０００５】本願発明の別の課題は、照明系の出口すな
わち出射開口数および放射光の角分布を精密に制御する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本願発明に
よれば、屈折および回折光学素子の両方を用いたハイブ
リッド光学照明系により解決される。すなわち本願発明
による装置は、電磁放射ビームを発生する照明光源、照
明光源に後置され、その電磁放射光を受光するビームコ
ンディショナ、ビームコンディショナからの電磁放射を
受光し、一平面状に複数の照明光源を形成するマルチイ
メージ光学素子、マルチイメージ光学素子に後置され、
その電磁放射を受光する集光レンズ、および集光レンズ
に後置されその電磁放射を受光するアレー光学素子を具
備する。アレー光学素子は所定の特性、例えば所定の角
分布を有した照明光源面を形成し、その光源によりレチ
クルが照明され、レチクル像が投影レンズを介して基
板、例えば感光性レジストを有した半導体ウェーハに投
影される。アレー光学素子の発散度は一定の空間変化と
ともに増加する。所定の角分布は通常の頂冠（top ha
t）照明、環状（annular）照明または四重極照明の形式
で得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】１つの実施例においては、マルチ
イメージ光学素子はマイクロレンズアレーで構成され
る。別の実施例ではマルチイメージ素子は、遠視野また
はフラウンホーファー回折領域において所望の結像特性
を持つ回折光学素子で構成される。別の実施例では、ア
レー光学素子は回折光学素子で構成される。本願発明の
別の実施例では、アレー光学素子により形成された照明
面をレチクルと共役な位置に置くためにリレーが用いら
れる。本発明の別の実施例では矩形スリット照明面がｘ
軸方向の照明とｙ軸方向の照明とに分割されており、そ
れらはアナモルフィック集光レンズにより空間的に離さ
れており、アスチグマチックリレーにより単一の照明面
と共役な位置に置かれる。本発明の別の実施例によれ
ば、多重化ビームコンディショナによりマルチイメージ
光学素子に入射した電磁放射ビームのコヒーレンスが調
節される。本願発明の別の実施例においては、非ビーム
形光源が用いられ、一対の凹ミラーが第１アレーと第２
アレー光学素子の間に置かれている。さらに本願発明の
別の実施例においては、全反射素子が使用される。
【０００８】本願発明の有利な点は、本願発明に用いる
集光レンズに対してレチクルにおける放射開口数よりも
小さな開口数を持たせることができることである。
【０００９】本願発明のさらに有利な点は、光損失を抑
えて良好な照明面特性を得ることができることである。
【００１０】本願発明の別の有利な点は、部分干渉性照
明光源を用いることにより、望ましくないスペックルを
低減することができる。
【００１１】本願発明の一つの特徴は、回折光学素子を
用いて、レチクルを照明するための照明視野が形成され
ることである。
【００１２】
【実施例】図１に本願発明の実施例を示す。照明光源１
０は電磁放射光をビームコンディショナ１２に向ける。
照明光源という用語はここでは幅広い意味での電磁放射
源を意味し、波長には関係ない。よって、照明光源１０
は可視領域以外の波長を有するレーザを用いることがで
きる。あるいは、照明光源はパルスレーザまたは持続波
レーザとすることもできる。ビームコンディショナ１２
は照明光源１０からの電磁放射ビームを拡大または変形
する。これは回折光学系のようなビームエキスパンダ、
または反射光学系により達成できる。調整された電磁放
射光はマルチイメージ光学素子１４を通過する。マルチ
イメージ光学素子１４は複数の屈折レンズ素子、または
１つの回折光学素子から成るマイクロレンズアレーとす
ることができる。回折光学素子を用いる場合、該回折光
学素子は遠視野またはフラウンホーファー回折領域にお
いて均一な放射光が得られるように設計する。マルチイ
メージ光学素子１４は光を集光レンズ１６へ向ける。ス
キャニングフォトリソグラフィーシステムの場合、集光
レンズ１６は矩形スリット照明視野を形成するアナモル
フィック集光レンズとするのが好ましい。集光レンズ１
６はマルチイメージ光学素子１６からの光を集光し、ア
レー光学素子１８へ向ける。
【００１３】アレー光学素子１８は、回折または屈折を
用いて波面を制御するマイクロ光学素子の２次元周期的
および／または準周期的アレーである。アレー光学素子
はバイナリーレンズ、回折格子、表面レリーフ回折素
子、フレネルレンズ、ホログラフィック光学素子、およ
びその他の、主要な光学特性が回折に依存している設計
とすることができ、および／または通常の光学素子にお
けるごとく屈折を用いることもできる。アレー光学素子
１８は透過性または反射性材料の基板または素子を用い
た素子であり、該材料が、振幅および／または位相変
調、あるいは特定の視野または空間的位置において特有
の振幅、位相ならびに強度パターンを発生するパターン
を有するものであれば何でもよい。本願発明の好ましい
実施例においては透過系素子を使用しているが、同様の
性質の反射系素子でも可能である。同様に、拡散光学素
子とは、実質的に方向性またはビーム形を有する電磁放
射視野の方向性向を、多数の見かけ上の２次電磁放射光
源を利用してある程度低減する作用を持つ光学素子であ
ると定義する。よって、拡散光学素子は一種の回折光学
素子である。
【００１４】好適な回折光学素子の供給業者として、ア
ラバマ州ハンツヴィルのテレダインブラウンエンジニア
リング（Teledyne Brown Engineering of Huntsville,
Alabama）を挙げておく。アレー光学素子１８は、多様
なフォトリソグラフィー投影条件における所望の電磁放
射光の角フィルまたは分布を能率的に発生する。これは
瞳フィルと呼ばれる。電磁放射光の瞳フィルまたは角分
布は頂冠照明、環状照明または四重極照明で得ることが
できる。頂冠照明とは、レチクルのどの一つの点におい
ても、光源側を向いた場合に均一な円形照明パターンが
見えることを意味する。したがって、複数の均一な円形
照明パターンがレチクルの照明に用いられる。環状照明
とは、レチクルのどの一つの点においても、環状または
リング形の照明パターンが見えることを意味する。した
がって、複数の環状照明パターンがレチクルの照明に用
いられる。四重極照明とは、レチクルのどの一つの点に
おいても、四つの独立した円形照明パターンが見えるこ
とを意味する。したがって、複数の四重極照明パターン
がレチクルの照明に用いられる。アレー光学素子１８の
設計は通常の物理的レンズモデリング、または電磁モデ
ルにおけるパラメータの反復法に基ずく最適化手法を用
いて達成できる。回折光学素子を用いる場合には、通常
の回折モデリング、または回折モデルにおけるパラメー
タの反復法に基ずく最適化手法を用いて達成できる。
【００１５】本実施例においては、空間的に離れたｘお
よびｙ照明面が形成される。すなわち、ｙ照明面２０と
ｘ照明面２２が形成される。ｘおよびｙ照明面２０と２
２は空間的に離れたものとして図示されているが、照明
系は、ｙおよびｘ照明面２０と２２が空間的に離れてい
ないよう構成することもできる。リレー２４は単にｙお
よびｘ照明面２０と２２をレチクル２６と共役な位置に
置くために使用する。本実施例においてはｙおよびｘ照
明面は空間的に離れているためリレーはアスチグマチッ
クリレーである。レチクル２６において形成される照明
は、たとえば出口ないし射出開口数が大きい、瞳フィル
が制御されている、および要求される正確さの程度まで
テレセントリックである等の非常に好ましい特性を有す
る。従って、投影レンズ２８を用いてウェーハ上に形成
するための回路パターン像を有したレチクル２６の照明
が大幅に改善される。
【００１６】図２に本願発明の重要な利点の一つが示さ
れている。マルチイメージ光学素子１４はその焦点面１
５において複数の照明光源像を形成する。参照番号１６
´で略示した集光レンズにより、照明面２１において素
子１４のフラウンホーファーパターンが得られる。集光
レンズ１６´は焦点距離ｆを有する。第１の開口数∝1
が集光レンズ１６´の照明すなわち入射側に形成されて
いる。第２の開口数∝２がアレー光学素子１８の出口す
なわち出射側、照明面２１の形成される場所の近傍に形
成されている。第２開口数∝２は第１開口数∝1よりも
大きい。第２開口数∝2は、レチクルの像をウェーハへ
転写するための投影レンズにより必要とされる所望の瞳
フィルを作るのに用いられる。照明面２１は実効高さＤ
を有する。アレー光学素子１８は照明面２１を近視野ま
たはフレネル回折領域において形成する点で、マルチイ
メージ光学素子１４とは明確に異なる。レチクルまたは
その共役点は照明面２１内に置かれる。本願発明におい
ては集光レンズはアレー光学素子１８と照明面２１の間
には置かれない。アレー光学素子１８は、照明系の出
口、出射ないしレチクル側、集光レンズ１６´の焦点面
近傍に位置する照明面２１からある一定の距離ｄをもっ
て位置している。距離ｄは集光レンズ１６´の焦点距離
よりも大幅に小さくなければならない。これは、アレー
光学素子１８を用いることにより、第１開口数∝1を第
２開口数∝2よりも大幅に小さくすることができる。こ
れにより、集光レンズの設計を柔軟にかつ低コストで行
うことができる。さらに、アレー光学素子１８を異なる
第２開口数∝2で設計したり、あるいは距離ｄを変える
ことにより、照明系の性能を変化させることができる。
このようにして、様々なレチクルの特徴または投影レン
ズに対して最適化された瞳フィルを得ることができる。
これは、容易に、比較的安価に、そしてわずかな電磁放
射エネルギーの損失で達成することができる。
【００１７】図３に示したのは、図１の照明系の一部で
ある。図３には図１の実施例の特徴の１つがより明確に
示されている。図３では、照明系のｘすなわち水平軸が
示されている。アレー光学素子１８によりｘ軸照明面２
２が、水平すなわちｘ軸デリミッター（delimitter）３
６の近傍に形成される。デリミッター３６の働きはｘ軸
照明面２２の端部をより明確に規定して、迷光を取り除
くことである。リレー２４はｘ軸照明面２２をスリット
の水平すなわちｘ軸開口３２と共役な位置におく。その
結果、照明強度プロファイル３４が形成される。照明強
度プロファイル３４はスキャニングフォトリソグラフィ
ーのために最適化できる。照明強度プロファイル３４は
水平すなわちｘ軸方向の照明強度を表している。
【００１８】図４は図３と同様であるが、図４では図１
に示した照明系の一部の垂直すなわちｙ軸が示されてい
る。アレー光学素子１８によりｙ軸照明面２０がｙ軸デ
リミッター４６の位置または近傍に形成される。ｙ軸照
明面２０はリレー２４によりスリットの垂直すなわちｙ
軸開口と共役な位置へ置かれる。その結果、照明強度プ
ロファイル４０が形成される。照明強度プロファイル４
０は垂直すなわちｙ軸方向の照明強度を表す。照明強度
プロファイル４０の縁部にあたる部分４２は輪郭ブレー
ド４１により取り除かれる。こうして、距離Ｄ´にわた
って実質的に一定の照明強度を有するｙ軸照明プロファ
イルが形成される。この実質的に一定な照明強度はスキ
ャニングフォトリソグラフィーにおける非スキャン軸に
用いる。
【００１９】図３および４において、図１に示したアナ
モルフィック集光レンズを用いて様々な大きさと形を有
するｘおよびｙ軸照明プロファイルが形成できることが
理解されるであろう。さらに、リレー２４をアスチグマ
チックとすることにより、空間的に離れたｘおよびｙ照
明面２２と２０を、ｘ軸およびｙ軸３２と３８における
単一平面上、スリットの上または近傍で再結像または共
役な位置に置くことができる。さらに、スリットのｘお
よびｙ軸３２と３８は、ｙ軸すなわち縦方向長さが実質
的に一定の照明プロファイルで、ｘ軸すなわち横方向長
さが台形の照明プロファイルの矩形照明視野を形成す
る。この照明視野は特にスキャニングフォトリソグラフ
ィー装置において、さらにはステップアンドスキャンフ
ォトリソグラフィー装置において特に好適である。スキ
ャン方向と平行な軸方向が台形照明プロファイルである
ことにより、感光レジストで被覆されたウェーハのスキ
ャン視野方向における露光量の均一性が改善される。
【００２０】図５は、図１に示したマルチイメージ光学
素子１４として使用可能な光学素子１４´を示す。光学
素子１４´は、４×１８個のアレーを形成するユニット
から構成されている。ユニット４８のそれぞれはセル５
０から成る。セル５０は非対称またはランダムに形成さ
れている。ユニット４８はそれぞれ矢印５２で示した方
向を向いている。個々の矢印５２によって表される方向
を変えるために、光学素子１４´を形成しているアレー
のそれぞれのユニット４８は回転させられている。こう
して、光学素子１４´により規則的なパターンが形成さ
れるのを防いでいる。
【００２１】図６には、図１に示したビームコンディシ
ョナ１２の一例が示されている。照明光源１０からの光
は第１のマルチプレクサ５４に向かい、そこで第２のマ
ルチプレクサ５６へと向けられる。第１と第２のマルチ
プレクサ５４と５６は、同種のビームから成る光束を照
明出力５８として形成する。照明出力５８は図１に示し
たマルチイメージ光学素子１４に向けられる。
【００２２】図７に、照明光源１０からの開口または領
域入力照明６０を示す。入力照明６０は、たとえば電磁
光照明を偏光した場合など、矢印６１で表した方向を向
いているものとする。図６に示した第１マルチプレクサ
５４により、中間出力６２が形成される。中間出力６２
は回転され、回転後中間出力６２´となる。この回転後
中間出力６２´は再び図６に示した第２のマルチプレク
サ５６で多重化され、照明出力５８´となる出力を形成
する。照明出力５８´は概ね矩形である。図示の例で
は、照明出力５８´は当初の入力照明６０を再構成する
１×１２個の部分から成るアレーである。
【００２３】図８は多重化により照明出力５８を得るた
めの別の方法を示している。図８においては、図６に示
した照明光源１０からの入力照明６０は多重化され、中
間出力６２を形成する。中間出力６２はさらに図６に示
した第２マルチプレクサ５６により多重化され、第２出
力６４を形成する。偏光された入力照明６０を用いる場
合、中間出力６４を形成する照明素子の方向を回転させ
ることにより、照明視野５８´´を形成することができ
る。偏光されたビームの方向は波長板により回転させる
ことができる。照明出力５８´´は図示の例において、
当初の入力照明６０を再構成する部分から成る３×４個
のアレーである。
【００２４】多重化には多くの利点があり、多数の、一
つ一つが照明光源のコリメートされた性質を維持した２
次ビームを発生させるのに用いられる。多重化により、
照明光源ビームが、水平コヒーレンス距離の増大を伴う
ことなく、必要な視野サイズに形成される。さらに、複
数の２次ビームすなわち多重化ビームは長軸方向に、コ
ヒーレンス距離を上回る距離だけ遅らせて、互いにイン
コヒーレントにすることができる。マルチプレクサはコ
ンパクトで、比較的製造が容易で、従って安価であると
いう利点を有する。
【００２５】図９にマルチプレクサを示す。マルチプレ
クサは２つの実質的に平行な平坦表面を有するブロック
５５で形成されている。これら平坦な表面は、互いに異
なる反射率を持つ反射性コーティングを数個有する。反
射表面６８は最大限の反射をもたらすコーティングを有
する。表面６６は複数の部分反射コーティング７０、７
１、７２、７３、７４および７５を有する。部分反射コ
ーティング７０、７１、７２、７３、７４および７５の
それぞれが互いに異なる反射率を有し、最後のコーティ
ング７５は好ましくは全く反射しないよう構成されてい
る。これら反射コーティングは、第１のコーティング７
１から最後のコーティング７５へと進むにつれて反射し
なくなる。入力照明６０´の一部は表面７０で反射され
て、２次出力ビーム８０となる。入力照明６０´の一部
はブロック５５を透過し、反射表面６８で反射される。
入力照明ビーム６０´の反射された部分は再びブロック
５５を透過する。反射された部分入力照明ビーム６０´
の一部は部分反射表面７１を透過して、２次出力ビーム
８１を形成する。入力照明ビーム６０´の一部は部分反
射表面７１で反射されブロック５５を透過し、再び反射
表面６８で反射され、ブロック５５を透過し、そして部
分反射表面７２を透過して、もう一つの２次出力ビーム
８２を形成する。この入力ビーム６０´の多重化を継続
して複数の２次出力ビーム８０、８１、８３、８４およ
び８５を形成する。これら２次出力ビームは入力ビーム
として第２のマルチプレクサに入力し、より大型のアレ
ーを形成することもできる。このようにしてマルチプレ
クサを使用することにより、光源の当初の水平コヒーレ
ンスを２次ビーム内に維持し、かつ２次ビーム間の望ま
しくない長軸方向コヒーレンスを除外することができ
る。この、互いにインコヒーレントな２次ビームによ
り、コヒーレントな照明光源を用いた場合に生ずるスペ
ックル現象を大幅に低減することができ、また、マルチ
イメージ光学素子１４の性能を高めることができる。さ
らに、多重化により、低光損失で高能率の伝送を行うこ
とができる。本願のハイブリッド照明系は、２次ビーム
パワーのマッチングが比較的よくない場合でも動作する
が、反射コーティングを適当にセットして均一なパワー
分布が得られるようにするのが好ましい。以下の式ない
しアルゴリズムを用いてパワーを最適化することができ
る。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
【数３】
【００２９】上式において、Ｋは全体での損失分の定
数、Ｎは２次ビームの数、ＲMAXは図９の６８における
後側反射率で、ブロック５５を介しての吸収効果を含
み、ｒは最後のコーティングにおいて想定した小さな反
射率である。
【００３０】例えば１５個の２次ビームを発生するため
の２段マルチプレクサにおいて、ｒ＝0.005、ＲMAX＝.9
95とすれば、 第１段：Ｎ＝3 Ｋ＝0.9967 Ｒ1＝0.3322 Ｒ2＝0.5000 第２段：Ｎ＝５ Ｋ＝0.9980 Ｒ1＝0.1996 Ｒ2＝0.7494 Ｒ3＝0.6661 Ｒ4＝0.5000 これら１５個の２次ビームそれぞれのエネルギーは0.33
22×0.1996、すなわち0.06631である。0.5%をわずかに
上回る損失が生じるが、これは、当初のエネルギーの様
々な微少分がN-1回ＲMAXを通過する際に光がＲMAXを超
えるためである。 よって、このコーティング構成は非
常に高能率である。さらに、２次ビームの大きさ、また
はビーム間のギャップは決定的なものではない。なぜな
ら、それぞれのビームのプロファイルは、図１と２に示
した第２アレー光学素子１８を通過することによるコン
ボリューションにより消失してしまうからである。２次
ビームにおいてパワーのバランスをとることによる利点
は、マルチイメージ光学素子１４での複数の光源に対し
て同様なウェートを与えることができ、その結果アレー
素子１８における平均化を最大能率で行うことができる
という点である。
【００３１】図１０に１Ｘリレー２４の一実施例を示
す。図１０のリレー２４はアスチグマチックで、２つの
空間的に離れた像面２０と２２をレチクル２６と共役な
位置に置く。垂直および水平デリミッターまたはフレー
ミングブレードは像面２０と２２の所にそれぞれ配設で
きる。レンズ１０４、１０６、１０８、１１０、１１
２、１１４および１１６は像面２０、２２と開口絞り１
０２の間に配置されている。レンズ１１８、１２０、１
２２、１２４、１２６および１２８は開口絞り１０２と
レチクル２６の間に配置されている。リレー２４はレン
ズ１０６と１０８を除いて開口絞り１０２を中心として
対称をなしている。本実施例においては、レンズ１０６
と１０８は円柱状であり、１つの軸方向、好適にはスキ
ャン方向に光学的パワーを有する。
【００３２】図１１に本願発明の別の実施例を示す。こ
の実施例では、非ビーム形の照明光源９０が使用され
る。非ビーム形の照明光源９０からの照明はリフレクタ
９１で反射される。レンズ９２はリフレクタ９１との組
み合わせにより照明ビームの形成に寄与する。リフレク
タ９１とレンズ９２は通常のビーム形成レンズで、コリ
メーションは光源の物理的寸法により制限されている。
第１アレー１４がレンズ９２に後置されている。第１ア
レー１４の次に第１凹面鏡９４が配設されている。第１
凹面鏡９４により照明光源９０からの電磁放射光はもう
１つの第２凹面鏡９６へ反射される。これら凹面鏡９４
と９６は共同で集光レンズとして働く。第２凹面鏡９６
に続いてアレー光学素子１８が配置されている。アレー
光学素子１８の次に照明面２１がくる。照明面２１はア
レー光学素子１８の近視野またはフレネル回折領域に置
かれる。
【００３３】図１２に本願発明の別の実施例を示す。こ
の実施例においては、反射性の光学素子のみが利用され
ている。これはＸ線を用いる場合、または、非透過性素
子を用いて材料効率問題を解決する必要がある場合に用
いるとよい。照明光源１０からの電磁放射光は比較的ビ
ーム状であると言える。照明光源１０により第１回折光
学素子１４´が照明され、発散度の制御された多数の２
次光源が作り出される。これら多数の２次光源はある一
定の角度を以て伝播するが、この角度のために第１回折
光学素子１４´はブレーズ加工または最も効率が高くな
るように加工してある。原則的には、ここでの角度はす
べてかすめ入射角度とすることもできる。回折光学素子
１４´に続いてミラー９８が置かれている。ミラー９８
は集光レンズとして働く。ミラー９８で反射された照明
は第２回折光学素子１８´に入射される。そして第２回
折光学素子１８´により所望の照明視野ないしパターン
が照明面２１に生じる。単ミラー９８は１００の所に焦
点を有する。第１回折光学素子１４´と第２回折光学素
子１８´の間の開口数は最終的な照明開口数に較べて大
幅に小さい。これにより、集光レンズを開口数の小さ
い、実質的に近軸でシンプルな系にすることができる。
この小さい開口数により、均一な視野を、斜めに配置さ
れた第２回折光学素子１８´の全面にわたってもたらす
ことが可能になる。
【００３４】よって、本願発明の照明系によれば、回折
光学素子が照明面の近くの視野ないしはフレネル回折領
域に用いることにより、フォトリソグラフィー用の照明
特性が改善されるということが容易に理解できるものと
思われる。本願の照明系が応用できるフォトリソグラフ
ィーはその種類を選ばず、例えばスキャニングフォトリ
ソグラフィー、ステップアンドリピートフォトリソグラ
フィー、そして特にステップアンドスキャンフォトリソ
グラフィーに利用できる。ステップアンドスキャンフォ
トリソグラフィーにおいては、所定の照明強度プロファ
イルを容易に得ることができ、スキャン視野における露
光を有利に行うことができる。さらに、第２出力ビーム
の形成に多重化を使用したことにより、照明系の性能が
向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は投影リソグラフィーに適用した本願発明
の実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は本願発明の一部の略図である。
【図３】図３はｘ軸方向における所定の照明プロファイ
ルの形成を表す略図である。
【図４】図４はｙ軸方向における所定の照明プロファイ
ルの形成を表す略図である。
【図５】図５はマルチイメージ光学素子の好適な構成を
示す。
【図６】図６は照明光源マルチプレクサの使用を示すブ
ロック図である。
【図７】図７は、多重化による、マルチイメージ光学素
子に入射させる複数の平行ビームの形成を示す。
【図８】図８は多重化による複数ビームの別の形成方法
を示す。
【図９】図９は照明光源からの電磁放射ビームを多重化
するのに使用する装置の略図である。
【図１０】図１０はリレーの略図である。
【図１１】図１１は光源が非ビーム状である、本願発明
の別の実施例の略図である。
【図１２】図１２は反射光学系による、本願発明の別の
実施例の略図である。
【符号の説明】
１０ 照明光源 １２ ビームコンディショナ １４ マルチイメージ光学素子 １６ 集光レンズ １８ アレー光学素子 ２０ ｘ照明面 ２２ ｙ照明面 ２４ リレー ２６ レチクル ２８ 投影レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク オスコツキー アメリカ合衆国 ニュー ヨーク ママロ ネック フェニモア ロード 151 アパ ートメント 11ビー (72)発明者 フリッツ ツェルニケ アメリカ合衆国 コネチカット ノーウォ ーク ロワイトン アヴェニュー 19

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁放射光ビームを発生する照明光源
    と、 前記照明光源からの電磁放射光を受光するマルチイメー
    ジ光学素子と、 前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射光ビームを
    受光し、電磁放射光の所定の射出角分布を供給するアレ
    ー光学素子を有し、 前記照明光源からの電磁放射光が、レチクルの像を投影
    するための照明視野を形成するよう構成された照明系。
  2. 【請求項２】 前記アレー光学素子が回折光学素子で構
    成された、請求項１記載の照明系。
  3. 【請求項３】 所定の角分布が均一な円形照明で構成さ
    れた、請求項１記載の照明系。
  4. 【請求項４】 所定の角分布が環状照明で構成された、
    請求項１記載の照明系。
  5. 【請求項５】 所定の角分布が四重極照明で構成され
    た、請求項１記載の照明系。
  6. 【請求項６】 前記マルチイメージ光学素子と前記アレ
    ー光学素子の間に配置された集光レンズを具備した、請
    求項１記載の照明系。
  7. 【請求項７】 前記照明光源と前記マルチイメージ光学
    素子の間に配置されたビームコンディショナを具備し
    た、請求項６記載の照明系。
  8. 【請求項８】 前記アレー光学素子により電磁放射光が
    空間的に再配分されるよう構成した、請求項１記載の照
    明系。
  9. 【請求項９】 集光レンズの入射側に形成される第１の
    開口数が、前記アレー光学素子の出射側に形成される第
    ２の開口数よりも小さく構成された、請求項６記載の照
    明系。
  10. 【請求項１０】 電磁放射光ビームを発生する照明光源
    と、 前記照明光源からの電磁放射光ビームを受光するマルチ
    イメージ光学素子と、 前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射ビームを受
    光する集光レンズと、 前記集光レンズからの電磁放射光ビームを受光する回折
    光学素子を具備し、前記照明光源からの電磁放射光が、
    所定の角および空間特性を有する照明を形成するよう構
    成した照明系。
  11. 【請求項１１】 前記照明光源と前記マルチイメージ光
    学素子との間に配置され、前記照明光源からの電磁放射
    光ビームを受光するよう構成したビームコンディショナ
    を具備した、請求項１０記載の照明系。
  12. 【請求項１２】 前記マルチイメージ光学素子がアレー
    で構成されている、請求項１０記載の照明系。
  13. 【請求項１３】 アレーが複数の屈折レンズで形成され
    ている、請求項１２記載の照明系。
  14. 【請求項１４】 前記マルチイメージ光学素子が第１の
    回折光学素子である、請求項１０記載の照明系。
  15. 【請求項１５】 第１の回折光学素子が複数の回折光学
    素子から形成されている、請求項１４記載の照明系。
  16. 【請求項１６】 前記回折光学素子が透過性である、請
    求項１０記載の照明系。
  17. 【請求項１７】 照明視野が前記回折光学素子の近視野
    またはフレネル回折領域に作られる、請求項１０記載の
    照明系。
  18. 【請求項１８】 前記照明光源がレーザである、請求項
    10記載の照明系。
  19. 【請求項１９】 前記回折光学素子と照明視野の所望の
    場所の間に配置したリレーを具備した、請求項１０記載
    の照明系。
  20. 【請求項２０】 前記リレーがアスチグマチックであ
    る、請求項１９記載の照明系。
  21. 【請求項２１】 前記集光レンズがアナモルフィックで
    ある、請求項１０記載の照明系。
  22. 【請求項２２】 前記ビームコンディショナがビームエ
    キスパンダで構成されている、請求項１０記載の照明
    系。
  23. 【請求項２３】 前記ビームコンディショナがビームマ
    ルチプレクサで構成されている、請求項１０記載の照明
    系。
  24. 【請求項２４】 前記ビームマルチプレクサが、 第１の平坦な表面と、 前記第１の平坦な表面から離された第２の平坦な表面
    と、 前記第１の平坦表面上に形成された反射表面と、 前記第２の平坦表面上に形成された複数の、一つ一つが
    異なる反射率を有する部分反射表面とを具備した、請求
    項２３記載の照明系。
  25. 【請求項２５】 前記ビームマルチプレクサが単体の材
    料ブロックから構成されている、請求項２３記載の照明
    系。
  26. 【請求項２６】 前記集光レンズが入射開口数を有し、
    そして前記回折光学素子が出射開口数を有し、出射開口
    数が入射開口数よりも大きく構成された、請求項１０記
    載の照明系。
  27. 【請求項２７】 電磁放射光ビームを発生する照明光源
    と、 前記照明光源からの電磁放射光ビームを受光するマルチ
    イメージ光学素子と、 前記マルチイメージ光学素子からの電磁放射ビームを受
    光する集光レンズと、 前記集光レンズからの電磁放射ビームを受光する屈折ア
    レー光学素子を有し、 前記照明光源からの電磁放射が、所定の角および空間特
    性を有する照明視野を形成するよう構成された照明系。
  28. 【請求項２８】 前記照明光源と前記マルチイメージ光
    学素子の間に配置され、前記照明光源からの電磁放射ビ
    ームを受光するビームコンディショナを具備した、請求
    項２７記載の照明系。
  29. 【請求項２９】 前記マルチイメージ光学素子がアレー
    で構成されている、請求項２７記載の照明系。
  30. 【請求項３０】 前記マルチイメージ光学素子が回折光
    学素子で構成されている、請求項２７記載の照明系。
  31. 【請求項３１】 回折光学素子が複数の回折光学素子か
    ら形成されている、請求項３０記載の照明系。
  32. 【請求項３２】 前記照明光源がレーザである、請求項
    27記載の照明系。
  33. 【請求項３３】 前記屈折アレー光学素子と照明視野の
    所望の場所に配置されたリレーを具備した、請求項２７
    記載の照明系。
  34. 【請求項３４】 前記リレーがアスチグマチックであ
    る、請求項３３記載の照明系。
  35. 【請求項３５】 前記集光レンズがアナモルフィックで
    ある、請求項３４記載の照明系。
  36. 【請求項３６】 前記ビームコンディショナがビームエ
    キスパンダで構成されている、請求項２８記載の照明
    系。
  37. 【請求項３７】 前記ビームコンディショナがビームマ
    ルチプレクサで構成されている、請求項２８記載の照明
    系。
  38. 【請求項３８】 前記ビームマルチプレクサが、 第１の平坦表面と、 第１の平坦表面から離された第２の平坦表面と、 前記第１の平坦表面上に形成された反射表面と、 前記第２の平坦表面上に形成された複数の、それぞれが
    異なる反射率を有する部分反射表面とを具備した、請求
    項３７記載の照明系。
  39. 【請求項３９】 前記ビームマルチプレクサが、単体の
    材料ブロックから形成されている、請求項３８記載の照
    明系。
  40. 【請求項４０】 前記集光レンズが入射開口数を有し、
    前記回折光学素子が出射開口数を有し、出射開口数が入
    射開口数よりも大きく構成されている、請求項２７記載
    の照明系。
  41. 【請求項４１】 照明光源と、 前記照明光源に後置されたビーム形成レンズと、 前記ビーム形成レンズに後置されたマルチイメージ光学
    素子と、 前記マルチイメージ光学素子に後置された第１の凹面鏡
    と、 前記第１の凹面鏡に後置された第２の凹面鏡と、 前記第２の凹面鏡に後置された回折光学素子とを有し、 前記照明光源からの電磁放射が前記ビーム形成レンズに
    よりビームに形成され、前記マルチイメージ光学素子を
    通過し、前記第１の凹面鏡により反射されて前記第２凹
    面鏡へ向かい、前記第２凹面鏡により反射されて前記回
    折光学素子を通過して、レチクルにおける前記回折光学
    素子の近視野またはフレネル回折領域に照明視野を形成
    するよう構成されている、照明系。
  42. 【請求項４２】 照明光源と、 前記照明光源に後置された第１の回折光学素子と、 ミラーと、 第２の回折光学素子とを有し、 前記照明光源からの電磁放射が前記第１の回折光学素子
    を透過することなく前記ミラーへと伝播し、前記第２の
    回折光学素子により反射されて、第２の回折光学素子を
    透過することなく照明視野を形成するよう構成された、
    照明系。
  43. 【請求項４３】 照明視野が前記第２の回折光学素子の
    近視野内またはフレネル回折領域にあるよう構成され
    た、請求項４２記載の照明系。
  44. 【請求項４４】 照明光源と、 前記照明光源に後置されそこからの電磁放射を受光する
    よう配置されたビームエキスパンダと、 前記ビームエキスパンダに後置され、前記ビームエキス
    パンダを透過した電磁放射を受光するよう配置され、複
    数の２次光源を形成するマルチイメージ光学素子と、 前記マルチイメージ光学素子に後置され、前記複数の２
    次光源からの電磁放射を受光するよう配置された、第１
    と第２の照明面を有している集光レンズと、 前記集光レンズに後置され、前記集光レンズを透過した
    電磁放射を受光するよう配置され近視野回折領域を有し
    た回折光学素子であり、前記集光レンズにより形成され
    る第１と第２の照明面がその近視野回折領域にあるよう
    構成された回折光学素子と、 前記回折光学素子に後置され、前記回折光学素子から伝
    播される電磁放射を受光するよう配置されたリレーであ
    り、これにより第１と第２の照明面がレチクル面に共役
    な位置へ置かれるよう構成したリレーとを有し、 レチクルの像が投影レンズを介して感光性レジストで被
    覆されたウェーハに投影されるよう構成した、デバイス
    製造におけるフォトリソグラフィーで使用されるウェー
    ハにレチクルの像を投影するための照明系。
  45. 【請求項４５】 第１と第２の照明面が空間的に離れて
    いるよう構成された、請求項４４記載の照明系。
  46. 【請求項４６】 第１または第２の照明面の一方が実質
    的に台形の照明プロファイルを有する第１の軸を有し、
    第１または第２の照明面の他方が、実質的に一定の照明
    プロファイルを有する第２の軸を有するよう構成され
    た、請求項４４記載の照明系。
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