JP2008182244A - マイクロリソグラフ投影露光装置の照明系用光インテグレータ - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない努力で作製することが可能なマイクロリソグラフ投影露光装置の照明系用光インテグレータを提供する。
【解決手段】
光学軸と、第１の平面内に配置され、光学軸（ＯＡ）に対して垂直なＸ方向に第１の屈折力を有し、Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である第１のマイクロレンズ（７０Ｘ）のアレイを備えるマイクロリソグラフ投影露光装置（１０）の照明系のための光インテグレータ。このインテグレータでは、さらに同様の記述があてはまる第２のマイクロレンズ（７２Ｘ）のアレイが設けられる。第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）は交差面に円弧形状に湾曲した屈折面を備えており、従ってより容易に製造することが可能である。本発明によれば、全屈折率が、マイクロレンズのより単純な形状にもかかわらず、後続視野平面において極めてよく近似した放射照度分布が得られるような最適化された方法で第１と第２の屈折力間で分割される。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロリソグラフ投影露光装置の照明系のための光インテグレータに関するものである。こうしたタイプの光インテグレータは、照明系における二次光源を生成し、複数のマイクロレンズを含んでいる。

電気集積回路や他のマイクロ構造とされた構造素子は、通常、例えばシリコンウェハである適切な基板上にいくつかの構造化層を設けることによって製作される。層を構造化するため、まず、層は、例えば遠紫外スペクトル領域（ＤＵＶ）の光のような特定の波長領域に関連した光に対して感光性があるフォトレジストで被覆される。その後、コーティングされたウェハは投影露光装置で露光される。このプロセスにおいて、マスク上に配置された回折構造から構成されるパターンが、投影対物レンズによってフォトレジストに結像する。この場合、横倍率はほぼ１未満のため、こうしたタイプの投影対物レンズは縮小対物レンズと呼ばれることも多い。

フォトレジストの現像後、ウェハはエッチング・プロセスを施され、その結果として、マスク上のパターンに従って層が構造化される。次に、後に残されたフォトレジストが層の残りの部分から除去される。このプロセスは、ウェハ上に全ての層が形成されるまで繰り返される。

用いられる投影露光装置の有効性は、投影対物レンズの結像特性だけではなく、マスクを照明する照明系によっても決まる。このため、照明系には、例えばパルスレーザのような光源と、調整可能ないくつかの光学素子も含まれている。照明系によって、マスクを照明する光が、確実に、特に角分布や強度分布に関して望ましい特性を持つようになる。

マイクロリソグラフ投影露光装置の照明系は光インテグレータを含む。そのインテグレータは適正に照明されると、複数の二次光源を生成する。理想的な場合には、二次光源から角分布が全て同じになる光束が生じる。２ｆの光学素子によって形成される集光レンズによって、照明系の後続の視野平面において光束が重ね合わせられる。視野平面は、例えば、視野絞りを配置することが可能なマスク面又は上流の中間視野平面とすることが可能である。二次光源によって生じる光束を重ね合わせる結果として、視野が所望の強度分布になるように照明される。集光レンズの物体側焦点面が、光インテグレータに又はその近くに配置された照明系のひとみ面と一致する。

通常、視野平面の均一な照明が望ましい。この場合、二次光源はランバート放射体の放射特性を備えていなければならない。ランバート放射体は、その放射輝度が（少なくともある特定の角度範囲内で）全ての方向において同じであることを特徴とする。従って、こうした放射体は「完全拡散性」であると称される場合もある。光学軸に対して垂直な方向成分を備えた二次光源から放出される光の角度が大きくなるほど、正弦条件によってこの方向における視野の寸法も大きくなる。

通常、光インテグレータは複数の個別レンズを含むハニカム集光レンズの形態である。以前の照明系の場合、光インテグレータとして、巨視的フライアイレンズ−例えばフィルム映写機の照明装置に見受けられるような−が用いられた。これら巨視的フライアイレンズの単レンズは、ほぼ数ミリメートルといった程度の寸法で、六角形又は矩形の外側形状を備えている場合が多いが、これらは照明される視野の形状寸法に対応しなければならない。こうしたタイプのマイクロレンズ配列を備える第１の構成部品によって、ほぼ平行な入射光が、第１のマイクロレンズの焦点距離からある距離をおいて第１の構成部品の下流側に配置された第２の構成部品のマイクロレンズに集束させられる。第２の構成部品の各マイクロレンズは二次光源と関連している。

マイクロリソグラフ投影露光装置の最新の照明系では、通常、特性寸法が２ｍｍ未満できれば１ｍｍ未満のマイクロレンズを多数備えた光インテグレータが用いられる。マイクロレンズが均一に照明される場合、より小形のより高密度に配列された二次光源の数が増すと、二次光源によって生じる光を重ね合わせて得られる視野平面の照明の均一性を大幅に向上させることが可能になる。しかしながら、波長の短い光を用いる場合、光インテグレータのための材料の選択は制限される。高い放射輝度が生じるので、用いられている波長において透明性の高い材料だけを使用することが可能である。さもなければ、吸収した光によって光インテグレータが過度に加熱されることになるであろう。

２００ｎｍ未満の波長において十分に透明な材料はほんのわずかである。これらには、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）又は同様の結晶性フッ化物が含まれる。しかしながら、これらの材料の処理は、比較的大変な技術的努力を払って初めて可能になる。

一般に、視野平面内において照明される視野の形状は矩形である。これは、光学軸に沿って直列に配列された２つの構成部品にそれぞれ円柱マイクロレンズのクロスアレイが含まれている光インテグレータが、今のところ主として用いられている理由の１つである。

先行技術文献からこうした円柱レンズのクロスアレイの例を集めることが可能である（例えば特許文献１〜５参照）。

例えば前述の特許文献４から明らかなように、二次光源の所望の角分布従って下流側の視野平面における強度分布は、マイクロレンズの湾曲屈折面の輪郭が円弧の形状ではなく、より複雑に湾曲している場合に限って円柱マイクロレンズによって実現可能である。より複雑に湾曲したこうした面は、「非球面」と称されることが多いが、これはいかなる場合にも円柱面に必ず当てはまる。しかし、円柱レンズの場合、「非球面」という用語には、円柱レンズの縦方向の長さに対して垂直な面を考慮すると正当な理由がある。こうした面の場合、輪郭が円弧形状ではない円柱レンズの効果は、その効果が非球面レンズに対応する。

しかしながら、例えば、ＣａＦ₂のような材料から円弧形状ではない湾曲した屈折面を有する極めて小さい（円柱）マイクロレンズを作製するのは、技術的に比較的複雑である。

国際公開第２００５／０７８５２２号パンフレット 国際公開第２００５／０７６０８３号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／００３６９７７Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／００１８２９４Ａ１号明細書 国際公開第２００７／０９３３９６Ａ１号パンフレット

このため、本発明の目的は、より少ない努力で作製することが可能なマイクロリソグラフ投影露光装置の照明系用光インテグレータを提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を備える光インテグレータによって実現される。

本発明は、ただ単に屈折力が第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズとの間で最適に分割される場合には、円弧形状となるように湾曲したマイクロレンズによって視野における指定の放射照度分布を実現することが可能であるという発見に基づくものである。視野における放射照度分布は、屈折力分布に比較的敏感に反応するので、屈折力分布がランダムに選択されると不適切な放射照度分布になる。おそらくはこのために、既述の製造上のさらなる努力が必要になるにもかかわらず、より分かりきった解決法、すなわち、輪郭が円弧形状（「非球面」）に形作られていない屈折面を選択するという解決法が選択されてきた。

しかしながら、発明者の発見によれば、それにもかかわらず、いくつかの体系的に確められる屈折力分布によって、また、正弦条件を満たす理想的集光レンズであると仮定すると、円弧形状をなすように湾曲した屈折面によっても、通常望ましい放射照度分布を生じさせることが可能である。

これらの屈折力分布を確かめるため、光インテグレータがＸ方向に備えることになる二次光源の開口数を定めることが可能である。一般に、Ｘ方向は照明視野の寸法が最大になる方向である。走査投影露光装置の場合、Ｘ方向は、露光サイクル中マスクを変位させる走査方向に対して垂直に延びている。所望の開口数からこのＸ方向における光インテグレータの全屈折力が求められる。

次に、できればコンピュータを利用したやり方で、第１の屈折力と第２の屈折力との間の分割を変更し、それによって前に設定した開口数に従って全屈折力を保存しなければならない。分割の変更は、所望の放射照度分布が得られる時点まで続行される。もちろん、屈折力の分割の変更は、Ｘ方向に沿った視野の放射照度が、ある特定の最適化基準を満たす（例えば、二乗平均平方根値、設定された分布からの最小限の偏差、又は、まだ許容し得る偏差に関して）時点まで続行することが可能である。

第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズとの間における屈折率の最適な分割だけで、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズが、光学軸に対して平行に延び、１つのＸ方向を含む交差面(intersecting plane)において円弧形状をなして湾曲しており、さらに、Ｘ方向における像側の開口数が０．１５を超える、できれば０．３をさえ超える屈折面を有している、マイクロリソグラフ投影露光装置の照明系に光インテグレータを利用できるようにすることが可能になる。この方法は、もちろん、開口数がもっと小さい場合にも適用可能である。輪郭が円弧形状に湾曲しているマイクロレンズを設けることによって、この場合比較的低コストの製造テクノロジを利用することが可能になり、それにもかかわらず、その低コストのテクノロジによって１ｍｍをはるかに下回るマイクロレンズの幅を実現することが可能になる。

第１と第２のマイクロレンズは、Ｘ方向においてのみ屈折力を有する円柱レンズが望ましい。従って、第１と第２のマイクロレンズは円柱状表面から切り取った屈折面を備えている。しかし原理上、本発明は回転対称をなす屈折面を有するマイクロレンズにも適用可能である。この場合も、第１の球面マイクロレンズと第２の球面マイクロレンズとの間で屈折力を適正に分割することによって視野における所望の放射照度分布を実現することが可能である。

光インテグレータの効果は、それによって下流側の視野平面内に生じる強度分布に言及することによって、最も分かりやすく説明することが可能である。しかしながら、ひとみ面と視野平面との間にフーリエ関係を確立する集光レンズもこの強度分布に影響を及ぼす。光インテグレータの効果を比較できるようにするには、正弦条件を満たす理想的集光レンズについて考察するのが目的に適う。このようにして、集光レンズの影響が正規化される。この定義によれば、二次光源がランバート放射体の放射輝度を有する場合、視野平面において均一な放射照度が得られる。

しかしながら、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズの間における最適分割の決定に関して、正弦条件を満たさない実際の集光レンズを想定して計算を実施することも可能である。

本発明のさらなる特徴及び利点については、図面に基づいた典型的な実施形態に関する下記の説明から明らかになるであろう。

図１には、微細構造化構造部分のリソグラフ製造に適した投影露光装置１０が極めて単純化された透視図で示されている。投影露光装置１０には、典型的な実施形態の場合、マスク１４上の矩形で表わされる狭い視野１６を照明する照明系１２が含まれている。例えば環状セグメントといった他の形状の視野も考慮すべき事項の一部である。

視野１６内にあるマスク１４上の構造１８が、投影対物レンズ２０を用いて感光層２２に結像させられる。感光層２２が（例えばフォトレジストである）ウェハ２４又は別の適切な基板上に設けられて、投影対物レンズ２０の像面内に配置される。一般に投影対物レンズ２０の横倍率βは＜１であるため、視野１６内に位置する構造１８は領域１６’としてサイズを縮小して結像される。

図示されている投影露光装置１０の場合、マスク１４とウェハ２４は投影中にＹで表示の方向に変位させられる。これに関して変位速度比は、投影対物レンズ２０の横倍率βに等しい。対物レンズ２０によって像の倒立が生じる場合、マスク１４とウェハ２２の変位移動は図１に矢印Ａ１とＡ２で表示のように両方向に行われる。こうして、走査移動によって視野１６がマスク１４上を誘導されるので、比較的大きい構造化領域も感光層２２に連続投影することが可能になる。

図２には、単純化された一定の比率ではない子午線断面図で照明系１２の詳細が示されている。照明系１２には、投影光を発生する光源２６が含まれている。本書に記載の典型的な実施形態の場合、光源２６は、（遠）紫外スペクトル領域の光を発生することが可能なエキシマレーザである。このようにして光学的結像の過程で高解像度を実現することができるという理由により、短波長投影光の利用が有利である。レーザ媒質ＫｒＦ、ＡｒＦ、又は、Ｆ₂を利用するエキシマレーザが通例である。これらの媒質を用いると、波長がそれぞれ２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍの光を発生することが可能である。

エキシマレーザによって発生する光は極度に集中し、このため、まずビーム拡大器２８によって拡大される。ビーム拡大器２８は、例えば光束のほぼ矩形の断面寸法を拡大する調整可能ミラー装置とすることが可能である。

拡大された光束は、次に交換ホルダ３０に収容された屈折光学素子３６を通過し、共に照明系の第１のひとみ面４２を照明するズームアキシコンアセンブリ３８を通過する。ズームアキシコンアセンブリ３８には、４４で表示のズーム対物レンズと、さらに、円錐形の面と相互補完的な面とを備えた２つのアキシコン素子を含むアキシコン群４６が含まれている。このようにして第１のひとみ面４２の環状照明を実現するため、アキシコン群４６を用いて、光の放射分布を変化させることが可能になる。ズーム対物レンズ４４を調整することによって、第１のひとみ面４２における照明領域の直径を変化させることが可能になる。従って、ズームアキシコンアセンブリ３８によって、さまざまな従来の環状照明設定を設定することが可能になる。

二極照明や他の慣例にとらわれない照明設定を設定するため、図示されている照明系の場合、交換ホルダ３０に適切な回折光学素子３６が導入される。回折光学素子３６によって生じる角分布は、第１のひとみ面４２において所望の配列の極が照明されるように選択される。回折光学素子３６の代わりに、例えばマイクロレンズアレイのように屈折作用をする光学ラスタ素子を用いることも可能である。

第１のひとみ面４２に又はそのすぐ近くに、いくつかの円柱マイクロレンズアレイを含む光インテグレータ４８が配置されている。これらのアレイは、それぞれ、マイクロレンズの幾何学形状によってあらかじめ決められた角スペクトルを有する発散光束を発生する複数の二次光源を形成している。光インテグレータ４８の詳細については、下記において図３〜９に関連してさらに詳細に明らかにされる。

二次光源によって発生する光束は、集光レンズ５０によって中間視野平面５２において重ね合わせられ、その結果、視野平面５２は極めて均一に照明されることになる。集光レンズ５０は、下記においてさらに詳細に明らかにされる正弦条件をほぼ満たす。直観的に表わすと、正弦条件は、第１のひとみ面４２から同じ角度で放射される全ての光線が中間視野平面５２の同じ点に集まることを表わしている。一方、第１のひとみ面４２のある特定の点から放射される全ての光線は、同じ角度で中間視野平面５２を通る。

図示されている典型的な実施形態の中間視野平面５２には、例えば、互いに独立して光路内に挿入することが可能ないくつかの調整可能スリットジョー及び／又は複数の細いフィンガ状絞り素子を含むことが可能な視野絞り５４が配置されている。視野絞り対物レンズ５６を用いて、中間視野平面５２はマスク１４が配置されたマスク面５８と光学的に共役となる。マスク面５８は、視野絞り対物レンズ５６の視野平面で、かつ後続する投影対物レンズ２０の物体平面の両方である。視野絞り対物レンズ５６には、開口絞り６２が配置された照明系１２の第２のひとみ面６０が含まれている。光線路を明らかにするため、図２では第１のひとみ面４２とマスク面５８の間に主光線６４と開口光線６６が描かれている。

図３、４、５には、光インテグレータ４８のそれぞれＹ−Ｚ面に対して平行な断面及びＸ−Ｚ面に対して平行な断面が透視図で示されている。光インテグレータ４８のこれらの表現はかなり単純化されており、これについては下記においてさらに詳細に検討する。

光インテグレータ４８には、それぞれ、２つの相互に直交する円柱マイクロレンズアレイとなっている第１の構成部品７０と第２の構成部品７２が含まれている。詳述すると、第１の構成部品７０には、照明系１２の光学軸ＯＡに対して垂直に延びる平面内で、互いに平行に配置された第１の円柱マイクロレンズ７０Ｙの周期的アレイが含まれている。第１のマイクロレンズ７０Ｙは、全て同じ設計であり、Ｘ方向に沿って延びる縦軸を備えている。従って、第１のマイクロレンズ７０ＹはＹ方向においてのみ屈折力を有しており、一方、Ｘ方向においては屈折力がない。結果として、光線は第１のマイクロレンズ７０ＹをＹ方向に通過した場合にのみ屈折し、Ｘ方向では屈折しない。

第１の構成部品７０には、さらに、第１のマイクロレンズ７０Ｙとほぼそっくり同じように構成された第２の円柱マイクロレンズ７０Ｘの周期的アレイが含まれている。しかしながら、第２のマイクロレンズ７０Ｘの縦軸は、第１のマイクロレンズ７０Ｙの縦軸に対して垂直に、すなわち、Ｙ方向に延びている。結果として、第２のマイクロレンズ７０Ｘは、Ｘ方向においてのみ屈折率を有しており、Ｙ方向においては屈折力がない。一般に、Ｙ方向における第１のマイクロレンズ７０Ｙの屈折力は第２のマイクロレンズ７０Ｘの屈折力とは数値が異なっている。

光インテグレータ４８の第２の構成部品７２は、第１の構成部品７０の下流側の光の伝搬方向に配置されており、第３の円柱マイクロレンズ７２Ｘのアレイと、さらに、それに直交する第４の円柱マイクロレンズ７２Ｙのアレイを含んでいる。第２の構成部品７２は、第３のマイクロレンズ７２Ｘの曲率が第２のマイクロレンズ７０Ｘに比べて大きく、光路内において倒立アレイをなす（光学軸に対して垂直な軸を１８０°回転する結果として）という点だけにより第１の構成部品７０と異なっている。この倒立配置の結果として、Ｘ方向だけに屈折力を有する第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘは、それぞれ互いに直面することになる。Ｙ方向だけに屈折力を有する第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙと７２Ｙは、それぞれ、光インテグレータ４８のそれぞれ入射面と射出面を形成する。Ｘ方向に関して、第１のひとみ面４２は第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの組み合わせの焦点面に位置している。第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの屈折力に合わせて、この焦点面は第２の構成部品７２内又はその下流に位置する。

マイクロレンズ７０Ｙ、７０Ｘ、７２Ｘ、７２Ｙの屈折面は、それぞれ断面（すなわち、縦軸に対して垂直な断面）が円弧形状に成形されている。従って、屈折面は、円柱状表面から切欠いた形状を有しており、その曲率半径は図４、５において点線の円で表示されている。第１、第２、第３、第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７０Ｘ、７２Ｘ、７２Ｙにそれぞれ割り当てられた円は、それぞれＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４で表示されている。

図４において分かるように、第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７２Ｙは曲率半径が同じである。第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７２Ｙのためのレンズ材料が同じ屈折率であると仮定すると、これは第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７２Ｙの屈折力が同じということになる。光インテグレータ４８における第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７２Ｙの構成は、この場合、第１のマイクロレンズ７０Ｙの屈折面が第４のマイクロレンズ７２Ｙの焦点面内に位置するように、その逆にもなるように選択される。図４には、これが点線による光線７４で示されている。

第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘは、円Ｋ２とＫ３から分かるように曲率半径が小さい。さらに、第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの曲率半径は異なっている。レンズ材料の屈折率が同じであると仮定すると、これは第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの屈折力が互いに異なることになる。第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの構成は、図示の典型的な実施形態の場合、第２のマイクロレンズ７０Ｘが第３のマイクロレンズ７２Ｘの焦点面内に位置するように選択される。しかしながら、屈折力従って焦点距離が異なるため、この逆も当てはまるというわけにはいかない。点線による光線７６で示すように、第３のマイクロレンズ７２Ｘの屈折面は第２のマイクロレンズ７０Ｘの焦点面外に位置する。

このため、第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘは、視野１６のＸ方向に延びる長辺全体にわたらなければならないので屈折力が全体に大きくなる。これは、円柱レンズの幅が等しい場合、屈折力が大きくなると、開口数が大きくなり、それが後続の集光レンズ５０によって下流の中間視野平面５２でより広い空間分布に変換されるためである。視野１６の寸法はＸ方向よりもＹ方向において小さくなるので、Ｙ方向においてのみ屈折力を有する第１と第４のマイクロレンズ７０Ｙ、７２Ｙは、それに応じてより小さい開口数を生じなければならない。このため、より小さい屈折力でも十分であり、これが円Ｋ１とＫ４で示されたより大きい曲率半径で表現されている。

円柱状表面から切り取った屈折面を備えた円柱マイクロレンズを設けることには、生産テクノロジに関してかなりの利点がある。これに関して考慮すべき点は、明瞭にするため、図３〜５は実際のサイズ比を正確に再現することはできないということである。これは、マイクロレンズ７０Ｙ、７０Ｘ、７２Ｘ、７２Ｙの幅（縦軸に対して垂直な方向における）は２ｍｍ未満、できれば１ｍｍ未満が望ましいためである。幅が０．５ｍｍの場合、エッジ長が２．５ｍｍの光インテグレータを実現するには、各例毎に５０のマイクロレンズを並べて配置しなければならない。

こうしたタイプのアレイは、例えばそのようなものとして知られるフライカット工程によって細いマイクロレンズから作製することが可能である。この場合、レンズ基板表面は、ダイヤモンドを用いて構造化される。特に適したフライカット工程に関する詳細については、国際公開第２００７／０９３４３６ Ａ号パンフレットから収集することが可能である。こうした生産工程では、明瞭にするため図３〜５に示されるような円柱マイクロレンズ７０Ｙ、７０Ｘ、７２Ｘ、７２Ｙ間の境界は存在しない。

しかしながら、一般に、それぞれその屈折面が円柱状表面から切り取った第２と第３の円柱マイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの場合、通常望ましいＸ方向の放射照度分布を生じさせることができない。これは、第２と第３の円柱マイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘによって生じる角スペクトルを空間分布に完璧に変換し、しかも下記においてさらに詳細に明らかにされる正弦条件に従う理想的集光レンズ５０を想定した場合にも当てはまる。これに関して考慮すべき点は、Ｘ方向において必要とされるような大きい角スペクトルに比べて、所望の均一性を有する小さい角スペクトルを生じさせるほうがはるかに容易であるということである。

図６には、マスク面５８（又はそれと共役の中間像平面５２）におけるＸ方向の放射照度Ｅの設定分布(set distribution)に関するさまざまな可能性が提示されている。放射照度Ｅはｘ座標にグラフ化されている。望ましい場合が多い放射照度Ｅの矩形設定分布が連続線で表示されている。視野−ｘ_rとｘ_rの外縁間における放射照度Ｅは一定である。

放射照度Ｅの代替設定分布が点線８０で示されている。この場合、放射照度Ｅはエッジ−ｘ_r及びｘ_rに向かってわずかに上昇するが、その場合、曲線は（ほぼ）二次の可能性がある。こうしたエッジ上昇は、エッジに近い視野１６領域に関する照明系１２又は投影対物レンズ２０の他の光学素子におけるより強い吸収を補償するのに役立つ可能性がある。

エッジ−ｘ_r及びｘ_rに向かってわずかに降下する放射照度Ｅの可能性のあるもう１つの設定分布が点線８２で表示されている。この場合も、ｘ座標への依存はやはり（ほぼ）二次の可能性がある。

既述の全ての設定分布に共通する要素は、放射照度Ｅを下記の式（１）によって表わすことができるという点である。
Ｅ＝ａ±ｂｘ^k 式（１）
ここで、ａとｂは正の定数であり、０≦ｋ≦２．５が当てはまる。変数ｘは、光学軸上に位置する視野中心からのｘ方向における間隔を表わしている。

本発明に従って、第２のマイクロレンズ７０Ｘと第３のマイクロレンズ７２Ｘとの間で屈折力を適正に分割すると、やはり円柱状表面から切り取られた部分として表わすことが可能な屈折面によって、式（１）に準拠するｘ方向における放射照度の設定分布を生じさせることが可能になることが分かった。詳述すると、下記の手順に従うことになる。

まず、開口数とこの開口数を生じさせるのに必要な第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘの全屈折力が求められる。Ｘ方向における開口数は、とりわけ集光レンズ５０の焦点距離とＸ方向における視野１６の寸法によって決まる。

第２のステップでは、第２のマイクロレンズ７０Ｘと第３のマイクロレンズ７２Ｘとの間における屈折力の分割が繰り返し変更され、シミュレーションによって、各例毎に、これが下流側の視野平面５２においてＸ方向の放射照度Ｅ分布にいかなる影響を及ぼすかが確認される。このため、正弦条件を満たす理想的集光レンズ５０を想定することが望ましい。屈折力の分割は、例えば、第２のマイクロレンズ７０Ｘに関する曲率半径が変化するように行うことが可能であり、第３のマイクロレンズ７２Ｘの曲率半径は、所望の全屈折力、従って、開口数が保たれるように適応させられる。シミュレーションは、少なくともＸ方向に沿った視野における放射照度Ｅの目標分布からの偏差が例えば１％といった所定のしきい値未満である限りは続行される。

図７には、比率Ｅ_r／Ｅ_mが第２のマイクロレンズ７０Ｘの半径ｒ₂の関数として描かれたグラフが示されている。この場合、第３のマイクロレンズの半径ｒ₃は、全屈折力、従って、開口数が保たれるように半径ｒ₂に合わせられた。このため半径ｒ₂は屈折力の分割基準になる。値Ｅ_mは視野中心（ｘ＝０）における放射照度Ｅに相当するが、値Ｅ_rは視野のエッジ（ｘ＝ｘ_r）における放射照度Ｅの値を示す。比率Ｅ_r／Ｅ_mは、結果的に図６に示すようにエッジ上昇又はエッジ降下の尺度である。比率１は図６に連続線で表示のように視野平面における矩形曲線の放射照度に相当する。式（１）において、これは値ｋ＝０に相当する。

図７に示すグラフによって、エッジ上昇が第２のマイクロレンズ７０Ｘと第３のマイクロレンズ７２Ｘとの間における屈折力の分割を変化させる過程においていかに変化するかが明らかになる。所望のエッジ上昇があらかじめ決まっている場合には、逆に、図７のグラフから第２のマイクロレンズ７０Ｘと第３のマイクロレンズ７２Ｘとの間で屈折力をいかに分割しなければならないかを簡単に読み取ることが可能になる。

理想的集光レンズの想定が正当化されなければ、上記方法の実施時に、照明系１２において用いられる実際の集光レンズの非理想的作用を考慮することが可能である。集光レンズ５０の非理想的作用には、二次光源がランバート放射体であると仮定すると中間視野平面５２における放射照度が一定にならないという影響がある。それどころか、この場合に得られる放射照度は一定分布から外れるが、これは例えば二次である可能性がある。これらの偏差は、照明系１２に用いられる実際の集光レンズの場合、容易に計算又は測定することが可能である。

表１には、具体的な典型的実施形態について、それぞれ第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘ、７２Ｘに関する曲率半径ｒ₂、ｒ₃の数値が記載されている。この場合、Ｘ方向における光インテグレータ４８の開口数ＮＡ＝０．３３３が想定されている。さらに、第２と第３のマイクロレンズ７０Ｘと７２Ｘに関する曲率半径ｒ₂、ｒ₃から生じる焦点距離がそれぞれ指定されているが、これに関して、レンズ材料の屈折率１．５０１４２が基準となる。最後から２番目の欄には曲率半径比ρ₂／ρ₃が指定され、最後の欄にはエッジ上昇Ｅ_r／Ｅ_mが指定されている。補間によって、特定の範囲内における任意のエッジ上昇に関して又はエッジ降下に関してさえ、所望のエッジ上昇又はエッジ降下を実現することが可能な屈折力の分割を決定することが可能である。

下記では、既に何回も言及した正弦条件について図８に関連して明らかにする。正弦条件によれば、次のようになる。
ｓｉｎ（α）＝ｐ／ｆ 式（２）
この式において、ｆは理想的収束レンズ９０の焦点距離を表わし、αは光線がレンズ９０の前方焦点面９２から射出される角度を表わしている。量ｐは、収束レンズ９０の光学軸９１と光線がレンズ９０の後ろ側焦点面９２を通過する点との間隔を表わしている。

収束レンズ９０は、照明系１２の集光レンズ５０に相当する。これに関して、正弦条件式（２）を満たし、このために理想的とみなされるという集光レンズ５０の概念を有効に用いることが可能である。というのは、こうすれば、欠点を備えた実際の光学系への言及を必要とせずに、後続の視野表面における光インテグレータ４８の効果を説明することが可能になるためである。

図９には、もう１つの典型的な実施形態による光インテグレータの７０’で表示の構成部品が平面図で示されている。この典型的な実施形態の場合、光コンポーネント７０’には、平行な円柱レンズからなる２つの直交アレイが含まれていないが、代わりに、そのアスペクト比が視野１６のアスペクト比に対応する複数の球面上に湾曲した単レンズが含まれている。Ｘ方向とＹ方向に沿った構成部品７０’の９６で表示された単レンズの断面が、平面図と共に右側に示されている。Ｙ方向におけるマイクロレンズ９６の寸法はＸ方向よりもはるかに小さいので、Ｙ方向におけるマイクロレンズ９６の発散を生じる効果は、Ｘ方向よりもかなり弱くなる。

このもう１つの典型的な実施形態による光インテグレータでは、構成部品７０’以外に、構成部品７０’とそっくり同じ構成であり、構成部品７０’から間隔をあけて同様に配置されたもう１つの構成部品（不図示）も提示される。

２つの構成部品間におけるＸ方向の屈折力の分割に関連して上述の考慮事項は、もちろんここでも同様に当てはまる。一方では構成部品７０’の球面マイクロレンズ９６の屈折力を、もう一方ではもう１つの構成部品の球面マイクロレンズの屈折力を一定の範囲内で適切に分割することにより、所定のエッジ上昇又はエッジ降下を生じる視野における所望の放射照度分布を設定することが可能になる。

マイクロリソグラフ投影露光装置の大幅に単純化された透視図である。 図１に示すマイクロリソグラフ投影露光装置の照明系の子午線断面図である。 図２に示す照明系の光インテグレータの透視図である。 図３に示す光インテグレータのＹ−Ｚ面の断面図である。 図３に示す光インテグレータのＸ−Ｚ面の断面図である。 Ｘ方向において変動する放射照度の設定分布を示すグラフである。 第２のマイクロレンズと第３のマイクロレンズとの間における屈折力の分割に対するエッジ上昇の依存を示すグラフである。 正弦条件を明らかにするための説明図である。 もう１つの典型的な実施形態による光インテグレータの構成部品に関する平面図である。

符号の説明

２６ 光源、２８ ビーム拡大器、３０ 交換ホルダ、３６ 屈折光学素子、３８ ズームアキシコンアセンブリ、４２ 第１のひとみ面、４４ ズーム対物レンズ、４６ アキシコン群、４８ 光インテグレータ、５０ 集光レンズ、５２ 中間視野平面、５４ 視野絞り、５６ 視野絞り対物レンズ、５８ マスク面、６０ 第２のひとみ面、６２ 開口絞り

Claims (20)

1. マイクロリソグラフ投影露光装置（１０）の照明系のための光インテグレータであって、
   ａ）光学軸（ＯＡ）と、
   ｂ） 第１の平面内に配置され、
   前記光学軸（ＯＡ）に対して垂直なＸ方向に第１の屈折力を備え、
   Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
   第１のマイクロレンズ（７０Ｘ）のアレイと、
   ｃ） 前記第１の平面とは異なる第２の平面内に配置され、
   Ｘ方向に第２の屈折力を備え、
   Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
   第２のマイクロレンズ（７２Ｘ）のアレイとが含まれており、
   ｄ）前記第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）が、前記光学軸に対して平行に延び、Ｘ方向を含む交差面に円弧形状に湾曲した屈折面を有し、
   ｅ）前記第１の屈折力及び前記第２の屈折力が、軸方向に平行な光によって前記インテグレータ（４８）を照明した場合に、前記Ｘ方向に沿った視野（１６、９４）における放射照度がＥ＝ａ±ｂｘ^kによって示される所定の設定分布から１％を超えて異なることにならないように選択され、ここで、ａとｂは、正の定数であり、０≦ｋ≦２．５が当てはまり、ｘが前記視野中心からの前記Ｘ方向における間隔を表わしており、従って、前記第１と第２のマイクロレンズの焦点面（９２）と前記視野（９４）の間において、正弦条件がそのまま当てはまるとみなされることを特徴とする、
   光インテグレータ。
2. 前記第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）がＸ方向においてのみ屈折力を有し、前記第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）が円柱状表面から切り取った屈折面を備えることを特徴とする請求項１に記載の光インテグレータ。
3. 前記光インテグレータ（４８）が、互いに平行に配置され、Ｙ方向に屈折力を有し、Ｘ方向には屈折力がないマイクロレンズ（７０Ｙ、７２Ｙ）のもう２つのアレイを備えていることを特徴とする請求項２に記載の光インテグレータ。
4. 前記正弦条件によりｓｉｎ（α）＝ｐ／ｆが適用でき、ここで、ｆは理想的集光レンズ（５０、９０）の焦点距離であり、αは光線が前記集光レンズ（５０、９０）の前方焦点面（４２、９２）から射出される光学軸（ＯＡ、９１）に対する角度であり、ｐは、集光レンズ（５０、９０）の光学軸（ＯＡ、９１）と前記光線が前記集光レンズ（５０、９０）の後ろ側焦点面（５２、９４）を通過する点との間隔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光インテグレータ。
5. 前記第１の屈折力が前記第２の屈折力と異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光インテグレータ。
6. 前記第１の屈折力が第２の屈折力未満であることを特徴とする請求項５に記載の光インテグレータ。
7. 前記光インテグレータ（４８）のＸ方向における像側開口数が０．１５を超えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光インテグレータ。
8. 前記光インテグレータ（４８）のＸ方向における像側開口数が０．３以上であることを特徴とする請求項７に記載の光インテグレータ。
9. 前記第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）のＸ方向における幅が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光インテグレータ。
10. 前記第１のマイクロレンズ（７０Ｘ）が前記第２のマイクロレンズ（７２Ｘ）の少なくともほぼ焦点面内に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光インテグレータ。
11. 前記視野（１６）を照明するための複数の二次光源を生じさせる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光インテグレータ（４８）を備えたマイクロリソグラフ投影露光装置（１０）の照明系（１２）。
12. 前記視野（１６）の寸法はＸ方向に直交するＹ方向よりもＸ方向のほうが大きいことを特徴とする請求項１１に記載の照明系。
13. 前記第１と第２のマイクロレンズの共通後ろ側焦点面と前記視野（１６）の間にフーリエ関係を確立する集光レンズ（５０）を特徴とする請求項１１又は１２に記載の照明系。
14. マイクロリソグラフ投影露光装置の照明系のための光インテグレータであって、
    （ｉ）光学軸と、
    （ii）第１の平面内に配置され、
    前記光学軸に対して垂直なＸ方向に第１の屈折力を備え、
    Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
    第１のマイクロレンズのアレイと、
    （iii）前記第１の平面とは異なる第２の平面内に配置され、
    Ｘ方向に第２の屈折力を備え、
    Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
    第２のマイクロレンズのアレイと、を含み、
    前記第１と第２のマイクロレンズが交差面に円弧形状に湾曲した屈折面を有し、前記交差面が前記光学軸に対して平行に延び、Ｘ方向を含んでいることを特徴とする、
    光インテグレータを製造するための方法であって、
    ａ）Ｘ方向において前記光インテグレータが備えるべき全屈折力を確立するステップと、
    ｂ）ステップａ）で設定された全屈折力が得られるように、かつ、
    それぞれの分割について計算されたＸ方向に沿った視野における放射照度分布の所定の目標分布からの偏差が、所定のしきい値未満になるまで、
    前記第１の屈折力と前記第２の屈折力との間における分割を変更するステップと、
    ｃ）ステップｂ）で求められた偏差が最小限になる屈折力の分割がなされる前記光インテグレータを製造するステップとが含まれている、
    光インテグレータを製造するための方法。
15. 前記所定のしきい値が１％であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. ステップｂ）において、Ｘ方向に沿った前記視野における放射照度の前記設定分布からの偏差が、二乗平均平方根値に関して最小限になる時点まで、分割が変更されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. ステップｂ）で実施される計算において、前記正弦条件を満たす理想的集光レンズ（５０、９０）が前記光インテグレータ（４８）と前記視野の間に配置されているものと想定されていることを特徴とする請求項１４〜１６の任意のいずれか１項に記載の方法。
18. ステップｂ）で実施される計算において、前記正弦条件を満たさない実際の集光レンズ（５０、９０）が前記光インテグレータ（４８）と前記視野の間に配置されているものと想定されていることを特徴とする請求項１４〜１６の任意のいずれか１項に記載の方法。
19. マイクロリソグラフ投影露光装置（１０）の照明系のための光インテグレータであって、
    ａ）光学軸（ＯＡ）と、
    ｂ）第１の平面内に配置され、
    前記光学軸（ＯＡ）に対して垂直なＸ方向に第１の屈折力を備え、
    Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
    第１のマイクロレンズ（７０Ｘ）のアレイと、
    ｃ）前記第１の平面とは異なる第２の平面内に配置され、
    Ｘ方向に第２の屈折力を備え、
    Ｘ方向における幅が２ｍｍ未満である
    第２のマイクロレンズ（７２Ｘ）のアレイとを含み、
    ｄ）前記第１と第２のマイクロレンズ（７０Ｘ、７２Ｘ）が、前記光学軸に対して平行に延び、Ｘ方向を含む交差面に円弧形状に湾曲した屈折面を有し、
    ｅ）Ｘ方向における前記光インテグレータの前記像側開口数が０．１５を超えることを特徴とする、
    光インテグレータ。
20. Ｘ方向における前記光インテグレータの前記像側開口数が０．３以上であることを特徴とする請求項１９に記載の光インテグレータ。

Images