JP6434473B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系 - 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内のマスクを照明するための照明系に関し、具体的には、瞳平面に複数の２次光源を生成するように構成された光学インテグレーターを含むそのような系に関する。本発明はまた、そのような照明系を作動させる方法及び一般的に他の光学系にも関する。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単純にリソグラフィとも呼ぶ）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造化デバイスの製作のための技術である。マイクロリソグラフィ処理は、エッチングの処理と共に基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された薄膜スタック内の特徴部をパターン化するのに使用される。製作の各層では、最初に、ウェーハは、深紫外（ＤＵＶ）光又は真空紫外（ＶＵＶ）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。次いで、その上にフォトレジストを有するウェーハは、投影露光装置内で投影光に露光される。装置は、フォトレジストがマスクパターンによって決定されるある一定の場所において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。露光後に、フォトレジストが現像され、マスクパターンに対応する像が生成される。次いで、エッチング処理は、パターンをウェーハ上の薄膜スタックの中に転写する。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反復により、多層微細構造化構成要素がもたらされる。

投影露光装置は、典型的には、光源と、光源によって生成された投影光でマスクを照明する照明系と、マスクを位置合わせするためのマスク台と、投影対物系と、フォトレジストで被覆されたウェーハを位置合わせするためのウェーハ位置合わせ台とを含む。照明系は、例えば、矩形スリット又は湾曲スリットの形状を有することができるマスク上の視野を照明する。

現在の投影露光装置では、２つの異なるタイプの装置の間で区別を付けることができる。一方のタイプでは、ウェーハ上の各ターゲット部分は、マスクパターン全体をこのターゲット部分の上に１回で露光することによって照射される。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タイプの装置では、各ターゲット部分は、マスクパターンを投影ビームの下で走査方向に漸進的に走査し、一方、同時に基板をこの方向と平行又は逆平行に移動することによって照射される。ウェーハの速度とマスクの速度の比は、通常は１よりも小さく、例えば、１：４である投影対物系の倍率に等しい。

「マスク」（又はレチクル）という用語は、パターン化手段として広義に解釈されるものとすることは理解されるものとする。一般的に使用されるマスクは、不透過性又は反射性のパターンを含み、例えば、バイナリ、交互位相シフト、減衰位相シフト、又は様々な混成マスクタイプのものとすることができる。しかし、能動マスク、例えば、プログラム可能ミラーアレイとして実現されたマスクも存在する。更に、プログラム可能ＬＣＤアレイを能動マスクとして使用することができる。

微細構造化デバイスを製造するための技術が進歩するときに、照明系に対しても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空間放射照度分布及び角度放射照度分布を有する投影光で照明する。角度放射照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光エネルギが光束を構成する光線の様々な方向の間でどのように配分されるかを表している。

マスク上に入射する投影光の角度放射照度分布は、通常、フォトレジスト上に投影されるパターンのタイプに適合される。多くの場合に、角度放射照度分布は、パターン内に含まれる特徴部のサイズ、向き、及びピッチに依存する。最も一般的に使用される投影光角度放射照度分布は、従来照明設定、環状照明設定、及び二重極照明設定、及び四重極照明設定と呼ばれる。これらの用語は、照明系の瞳平面内の放射照度分布を意味する。例えば、環状照明設定を使用すると、瞳平面内で環状領域だけが照明される。従って、投影光の角度放射照度分布には小さい角度範囲しか存在せず、全ての光線が、マスク上に類似の角度で斜方入射する。

当業技術では、望ましい照明設定を得るためにマスク平面内の投影光の角度放射照度分布を修正するための異なる手段が公知である。最も単純な場合に、照明系の瞳平面に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）が配置される。瞳平面内の場所は、マスク平面のようなフーリエ変換で関連付けられた視野平面内の角度に変換されるので、瞳平面内の開口のサイズ、形状、及び場所は、マスク平面内の角度放射照度分布を決定する。しかし、照明設定のいずれかの変化は、絞りの交換を必要とする。絞りの交換は、僅かに異なるサイズ、形状、又は場所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、照明設定を微調節することは困難になる。更に、絞りの使用は、光損失、従って、装置の収量の低下を不可避にもたらす。

従って、多くの一般的な照明系は、瞳平面の照明を少なくともある範囲で連続的に変更することを可能にする調節可能要素を含む。多くの照明系は、瞳平面に望ましい空間放射照度分布を生成するために交換可能な回折光学要素を使用する。回折光学要素と瞳平面の間にズーム光学系とアキシコン要素の対とが設けられる場合に、この空間放射照度分布を調節することができる。

近年、瞳平面を照明するミラーアレイを使用することが提案されている。ＥＰ １ ２６２ ８３６ Ａ１では、ミラーアレイは、１０００個よりも多い微小ミラーを含むマイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）として実現されている。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させることができる。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に反射することができる。ミラーアレイと瞳平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平面内の場所に変換する。この公知の照明系は、複数のスポットで瞳平面を照明することを可能にし、各スポットは、１つの特定の微小ミラーに関連付けられ、このミラーを傾斜させることによって瞳平面内で自由に移動可能である。

ＵＳ ２００６／００８７６３４ Ａ１、ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２、ＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２、及びＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１から類似の照明系が公知である。ＵＳ ２０１０／０１５７２６９ Ａ１は、マイクロミラーアレイがマスク上に直接に結像される照明系を開示している。

上述したように、通常、少なくとも走査積分の後に、マスク上の全ての点は、同じ放射照度分布及び角度放射照度分布を伴って照明することが望ましい。マスク上の点が異なる放射照度で照明される場合に、通常、ウェーハレベルに対する臨界寸法（ＣＤ）の望ましくない変動をもたらす。例えば、放射照度変動の存在下では、感光面上の均一な幅を有する線の像は、その長さに沿って放射照度変動を有する可能性もある。レジストの固定された露光閾値の理由から、そのような放射照度変動は、線の像によって定められる構造の幅変化に直接的に変換される。

角度放射照度分布がマスク上の照明視野にわたって変動する場合に、感光面上に生成される像の品質に対しても悪影響を有する。例えば、角度放射照度分布が完全には均衡でない場合、すなわち、一方の側からその反対側からよりも多い光がマスク点上に入射する場合に、感光面が投影対物系の焦点面内に完全に配置されていないと、感光面上の共役像点が横方向にシフトされることになる。

照明視野内の空間放射照度分布を修正するために、ＵＳ ６，４０４，４９９ Ａ及びＵＳ ２００６／０２４４９４１ Ａ１は、横並びに配置され、かつ走査方向と平行に位置合わされた不透過性の指状絞り要素の２つの対向するアレイを含む機械的デバイスを提案している。互いに対向する絞り要素の各対は、これらの絞り要素の反対端間の距離が変更されるように、走査方向に沿って変位させることができる。このデバイスが対物系によってマスク上に結像される照明系の視野平面に配置される場合に、走査方向に沿った幅を交差走査方向に沿って変更することができるスリット形照明視野を生成することができる。放射照度は、各走査サイクル中に積分されるので、照明視野内の複数の交差走査位置において積分放射照度（時に照明照射量とも呼ぶ）を微調節することができる。

しかし、これらのデバイスは、機械的に非常に複雑であり、かつ高価である。これは、これらのデバイスを通常は可動視野絞りのブレードが配置される視野平面内又はその直近に配置しなければならないことにも起因する。

角度放射照度分布を視野依存方式で調節するのはより困難である。これは、主として、空間放射照度分布が空間座標ｘ，ｙのみの関数であるのに対して、角度放射照度分布は、角度α，βの対によって与えられる入射方向にも依存するからである。

ＷＯ ２０１２／１００７９１ Ａ１は、照明系の瞳平面に望ましい放射照度分布を生成するために第１のミラーアレイが使用される照明系を開示している。瞳平面の直近には、複数の光入射ファセットを有する光学インテグレーターが配置される。従って、光入射ファセットの像がマスク上で重ね合わされる。ミラーアレイによって生成される光点は、光入射ファセットの全面積よりも少なくとも５倍小さい面積を有する。従って、光入射ファセット上に可変光パターンを生成することができる。このようにして、照明視野の異なる部分の上に異なる角度放射照度分布を生成することができる。すなわち、例えば、与えられた時間に照明視野にＸ二重極及びＹ二重極証明設定を生成することが可能である。

異なる照明設定を有する部分の境界が鮮明に定められることを確実にするために、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として構成された第２のミラーアレイを使用することが提案されている。この第２のミラーアレイは、第１のミラーアレイによって照明され、かつ対物系によって光入射ファセット上に結像される。第２のミラーアレイのマイクロミラーの大きい方のグループを「オフ」状態にすることにより、光入射ファセット上に鮮明な境界を有する放射照度分布を生成することができる。

しかし、第１のミラーアレイを用いて非常に多くの非常に小さい自由に移動可能な光点を生成するのは困難であることが見出されている。更に、この従来技術の照明系は、主として、照明視野内の異なる部分に完全に異なる照明設定を生成することに関するものである。この理由から、通常、光入射ファセットは完全には照明されず、部分的にしか照明されない。

更に、十分に多い個数のマイクロミラーを有する第２のミラーアレイを与えることは困難である。光学インテグレーター上の光入射ファセットの個数が多い場合に、第２のミラーアレイは、現在入手可能なデジタルミラーデバイスが有するものよりも多いマイクロミラーを必要とする。

ＵＳ ６，５１５，７３４ Ｂ１は、いくつかのデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）上の光パターンが、これらの光パターンの個々の像が部分的に重なり合うようにウェーハ又は別の基板上に個々に結像されるマスクなし露光装置を開示している。ＵＳ ５，５１７，２７９は、マイクロレンズアレイを用いてマスクがウェーハ上に直接に結像される露光装置を開示している。

ＵＳ ７，９３２，９９３ Ｂ２は、空間光変調器上の光パターンが、視野マイクロレンズアレイ及び像マイクロレンズアレイによってウェーハ又は別の基板上に結像されるマスクなし露光装置を開示している。１つの視野マイクロレンズとそれに関連付けられた像マイクロレンズとが協働して空間光変調器のある一定の物体区域の弱められた像を生成する。従って、ウェーハ上のこれらの像は、間隙によって分離される。ウェーハを移動することにより、切れ目のないレジスト露光が達成される。

ＵＳ ８，３３４，９３５ Ｂ２は、映画館に使用されるデジタル投影系に関するものである。一実施形態において、系は、複数のＤＭＤを含む。各ＤＭＤは、動画映像の映像フレーム全体のうちの離散部分のみをターゲット表示面上に投影する。

ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１は、上述のＷＯ ２０１２／１００７９１ Ａ１に開示するものと類似の照明系を開示している。この場合に、光入射ファセット上の可変光パターンは、角度光分布の視野依存性を修正するためには使用されず、調節可能視野絞りの可動ブレードの機能を引き受ける。しかし、この従来技術の照明系においても、光入射ファセット上に非常に小さい光点を生成しなければならない。これらのスポットは、ミラーによって生成される偏向角を変化させることによって変更することができる。

ＥＰ １ ２６２ ８３６ Ａ１ ＵＳ ２００６／００８７６３４ Ａ１ ＵＳ ７，０６１，５８２ Ｂ２ ＷＯ ２００５／０２６８４３ Ａ２ ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１ ＵＳ ２０１０／０１５７２６９ Ａ１ ＵＳ ６，４０４，４９９ Ａ ＵＳ ２００６／０２４４９４１ Ａ１ ＷＯ ２０１２／１００７９１ Ａ１ ＵＳ ６，５１５，７３４ Ｂ１ ＵＳ ５，５１７，２７９ ＵＳ ７，９３２，９９３ Ｂ２ ＵＳ ８，３３４，９３５ Ｂ２ ＵＳ ２００９／０１１６０９３ Ａ１

［非特許文献］
［非特許文献１］Ｅ．Ｄｅｌａｎｏ著の論文名「１次設計及び
図（Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ
Ｄｉａｇｒａｍ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１９６３年、第２巻第１２号、１２５１〜１２５６ページ

本発明の目的は、空間放射照度分布と角度放射照度分布の両方を視野依存方式で調節することができる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。これは、照明視野内の異なる点で放射照度分布と角度放射照度分布を別様に調節することが可能であるべきであることを意味する。

本発明により、この目的は、瞳平面と瞳平面に複数の２次光源を生成するように構成された光学インテグレーターとを含む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。光学インテグレーターは、各々が２次光源のうちの１つに関連付けられた複数の光入射ファセットを含む。空間光変調器は、光射出面を有し、入射投影光を空間分解方式で透過又は反射するように構成される。瞳形成ユニットは、投影光を空間光変調器上に向けるように構成される。対物系は、空間光変調器の光射出面を光学インテグレーターの光入射ファセット上に結像する。制御ユニットは、瞳形成ユニット及び空間光変調器を制御するように構成される。本発明により、光学光変調器の光射出面は、光入射ファセット上に結像されない区域によって分離された物体区域グループを含む。対物系は、物体区域の像をこれらの像が光学インテグレーター上に当接するように組み合わせるように構成される。

本発明は、光入射ファセット上に放射照度分布の鮮明な縁部を生成するためだけに空間光変調器を使用する代わりに、鮮明な縁部の必要性がなくなるように光入射ファセット上に結像される物体区域が完全に照明される場合に、放射照度分布を修正するためにも空間光変調器を使用することができるという認識に基づいている。

各物体区域グループは、単一の独立したデバイス、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として実現することができる。本発明により、対物系は、光学インテグレーター上のこれらのデバイスの像をこれらの像が途切れなく当接するように組み合わせる。従って、全てのデバイスの分解能が加算されるので、空間光変調器の各物体区域内の空間分解能を極めて高くすることができる。このようにして、１０⁸ピクセル程度まで高くすることができる全体分解能を生成することができる。

このようにして構成された空間光変調器を使用すると、交差走査方向に沿った空間放射照度分布を調節し、同時にマスクレベルにおける角度放射照度分布を柔軟に視野依存方式で調節するのに従来技術の照明系に使用される機械的に複雑なデバイスを割愛することができる。光学インテグレーターの前では幾何学的光学流束が小さいので、空間光変調器の光射出面を光入射ファセット上に結像する対物系は、非常に少数の好ましくは球面のレンズを用いて実現することができる。

一実施形態において、光学インテグレーターの光入射ファセット上の光パターンは、マスク上に結像される。従って、これらの光パターンを修正することにより、マスク上の照明視野のサイズを変更することができる。これらの光パターンを修正するために、空間光変調器が使用される。従って、従来技術の機能は、調節可能視野絞りを使用する代わりに、空間光変調器の適切な制御が引き受ける。従来技術の調節可能視野絞りにおけるブレードの巨視的な移動は、例えば、莫大な個数のデジタルマイクロミラーの微小傾斜移動によって置換される。

このようにして、機械的に複雑で高価な調節可能視野絞りを割愛することができる。本発明により、光入射ファセットとマスクの間に視野平面（すなわち、マスクに対して光学的に共役な平面）は不要である。従って、可動ブレードをマスク上に結像する嵩高で高価な対物系も必要とされない。

この嵩高な対物系と比較して、空間光変調器の光射出面を光学インテグレーターの光入射ファセット上に結像する追加の対物系は、かなり小さいサイズ及び低い複雑さのみを有する。その理由は、この対物系を通過する光が通常はほぼ平行であり、それによって小さい開口数しかもたらされないからである。従って、対物系のサイズ及び複雑さに対して影響を有する２つの主な量、すなわち、開口数及び視野サイズの一方は、ブレードをマスク上に結像する対物系と比較して小さい。従って、空間光変調器の光射出面を光入射ファセット上に結像する対物系は、非常に少数の好ましくは球面のレンズを用いて実現することができる。

ＷＯ ２０１０／００６６８７ Ａ１に開示されている従来技術の照明系と比較した場合に、本発明による照明系の主な利点は、光入射ファセット上に結像される光射出面を有する空間光変調器の使用である。この理由から、従来技術の照明系の場合のように微小スポットを光入射ファセット上の任意の位置に移動する必要はない。これに代えて、光変調器は、その光射出面上に可変光パターンを生成することのみを必要とする。下記でより詳細に説明するように、この生成は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はＬＣＤパネルのような比較的単純なデジタルデバイスを用いて達成することができる。

照明系の全ての構成要素を純粋に反射性のものとすることができるので、本発明は、原理的にＥＵＶ照明系に対して使用することができる。

対物系は、各々がグループのうちの１つの拡大像を中間像平面に形成する第１の光学要素の第１のアレイを含むことができる。原理的に、光入射ファセットは、中間像平面に直接に配置することができる。しかし、好ましくは、対物系は、中間像平面を光学インテグレーターの光入射ファセット上に結像する結像光学系を含む。これは、中間像平面の像視野のサイズをこの結像光学系を用いて光学インテグレーターのサイズに適応させることができるという利点を有する。多くの場合に、光学インテグレーターの有効区域は、中間像平面の像視野よりも大きい直径を有するので、結像光学系は、好ましくは、｜Ｍ｜＞１である倍率Ｍを有する。

一実施形態において、対物系は、中間像平面に配置された第２の光学要素の第２のアレイを含む。これらの第２の光学要素は、中間像平面から射出する光束が、対物系の光軸と平行に延びる主光線を有することを確実にするために使用することができる。多くの場合に、そのようなテレセントリック光路は、様々な理由から望ましい。この関連において、「中間像平面内」という表現は、アレイが正確に中間像平面配置されず、そこから若干変位した場合も、それが実用的な観点からは正確な配置に実質的に光学的に均等であると依然として考えることができる限り、同じく包含すると理解しなければならない。

好ましくは、各第２の光学要素は、第１の光学要素のうちの１つだけから投影光を受光するように、第１の光学要素のうちの１つと１対１対応で関連付けられる。

瞳形成ユニットは、第１の反射性又は透過性ビーム偏向要素の第１のビーム偏向区域を含むことができる。各ビーム偏向要素は、空間光変調器上の当該ビーム偏向要素によって生成される偏向角を変化させることによって可変である位置でスポットを照明するように構成することができる。次に、空間光変調器上、従って、光学インテグレーター上の放射照度分布を迅速かつ可変的に変更することができる。これに代えて又はこれに加えて、瞳形成ユニットは、望ましい角度光分布を生成する１つ又はそれよりも多くの回折光学要素を含むことができる。

空間光変調器は、第２の反射性又は透過性ビーム偏向要素の第２のビーム偏向アレイを含むことができる。各第２のビーム偏向要素は、入射投影光を光学インテグレーターの方向に向ける「オン」状態と入射投影光を他の場所に向ける「オフ」状態とにあることができると考えられる。そのようなデジタルビーム偏向アレイは、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はＬＣＤパネルとして実現することができる。

第２のビーム偏向要素がミラーである場合に、瞳形成ユニットから空間光変調器に伝播する投影光は、少なくとも対物系の一部分を通過する。これは、ミラーと対物系の間の距離が小さく、従って、ミラーと対物系の間の狭い間隙を通して投影光をミラー上に向けるのが困難である場合に特に有利である。

一実施形態において、瞳形成ユニットから空間光変調器に伝播する投影光は、ミラー上に入射する前に、第１の光学要素の第１のアレイ上に入射し、更に第２の光学要素の第２のアレイ上に入射する。

ミラーが、「オン」状態にある場合に対物系の光軸と平行な方向に対して角度α≠０°を構成するミラー法線を有する平面ミラーである場合に、対物系は、入射投影光線を角度αだけ傾斜させるように構成された光傾斜光学要素を含むことができる。次に、光傾斜光学要素は、ミラーの傾斜を補償する。その利点は、従って、対物系をミラーが「オン」状態で傾斜されていない場合と同じ方式で構成することができる点である。特に、「オン」状態でのミラーの傾斜配置の理由から対物系の開口数が高まることがなくて済む。

好ましくは、ミラーと第１の光学要素の間に配置された光傾斜要素は、透過性屈折楔を含むことができる。一実施形態において、楔は、複数の個々の楔要素を含むフレネル楔として形成される。

別の実施形態において、瞳形成ユニットは、ミラーが「オン」状態又は「オフ」状態にあるか否かに関係なく、対物系の瞳平面内でミラーからの反射後の投影光が再度通過することができないような区域内に角度光分布を生成する。この実施形態は、入射投影光が、利用可能な開口数ＮＡのうちで変調された反射投影光とは異なる部分を使用する場合に、瞳平面内で、入射投影光と変調された反射投影光とが通過する異なる部分内に異なる角度分布がもたらされることを利用する。この異なる角度分布は、変調された反射投影光の伝播を妨害することなく入射投影光を対物系内に結合するのに使用することができる。

上記区域は、瞳形成ユニットから射出する投影光を対物系の光路内に結合するビーム偏位面、例えば、ミラー又は偏位プリズム上に位置付けることができる。

別の実施形態において、対物系は、瞳形成ユニットからミラーに向けて伝播する投影光を反射し、ミラーから反射された後であるが、光入射ファセット上に入射する前の投影光を透過する光学面、又はその逆を同じく行う光学面を含む。例えば、適切な偏光制御の結果として、入射投影光と、ミラーから反射された変調された投影光とで異なる反射率を存在させることができる。

より簡単な手法は、角度依存の反射率を有する光学面を使用することである。最も単純な場合に、この光学面は、内部全反射の結果として投影レンズを反射する光学面、例えば、プリズム面によって得られる。内部全反射は、入射角が臨界角を超えた場合にのみ発生する。従って、対物系の利用可能な開口数ＮＡのうちの異なる部分を用いて入射投影光と変調された投影光とを分離するためにそのような光学面を使用することができる。

一実施形態において、制御ユニットは、走査方向に沿って物体区域のうちの１つにおける光パターンからマスク上に形成される像の長さが走査サイクルの開始時に徐々に増大し、走査サイクルの終了時に徐々に減少するように空間光変調器を制御するように構成される。そのような制御を使用すると、従来技術で同じ機能を実施する可動ブレードを割愛することができる。

更に、制御ユニットは、走査サイクル中に隣接する第２のビーム偏向要素の複数の行が、同時に「オフ」状態から「オン」状態に入れられ、その逆も同じく行われるように空間光変調器を制御するように構成することができる。

中間視野平面に配置された従来技術の可動ブレードの機能を適切に制御された空間光変調器が引き受ける場合に、中間視野平面を割愛することができる。言い換えれば、光入射ファセットとマスクの間には、マスクに対して光学的に共役な平面が存在しないことになる。

更に、本発明の主題は、ａ）第２の区域によって分離された第１の区域を含む光射出面を有する空間光変調器を与える段階と、ｂ）第１の区域の像が最終像平面内で当接するように最終像平面に第２の区域ではなく第１の区域を結像する段階とを含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系を作動させる方法である。

最終像平面は、瞳平面に複数の２次光源を生成するように構成された光学インテグレーター上に配置することができる。光学インテグレーターは、各々が２次光源のうちの１つに関連付けられた複数の光入射ファセットを含むことができる。

光射出面は、入射投影光を空間分解方式で透過又は反射するように構成することができる。

瞳形成ユニットは、第１の区域上で可変放射照度分布を得ることができるように投影光を空間光変調器上に向けることができる。

第１の区域は、第１の光学要素の第１のアレイを含む対物系によって最終像平面上に結像することができる。各第１の光学要素は、中間像平面に第１の区域のうちの１つの拡大像を形成する。次いで、中間像平面は、最終像平面上に結像される。

更に、本発明の主題は、最終像平面と、光射出面を有し、光の光学特性を空間分解方式で変調するように構成された空間光変調器とを含む光学系である。光学光変調器の光射出面は、第１の区域と第２の区域を含み、第２の区域は、第１の区域を分離し、最終像平面上には結像されない。対物系が、空間光変調器の光射出面を最終像平面上に結像し、この対物系は、第１の区域の像が最終像平面内で当接するようにこれらの像を組み合わせるように構成される。

空間光変調器によって変調される光学特性は、光の振幅、位相、又は偏光状態とすることができる。例えば、空間光変調器は、少なくとも１つの軸の周りに傾斜させることができる複数のマイクロミラーを含むデジタルミラーデバイスとして、又は反射性背面を有するＬＣＤパネルとして構成することができる。そのようなデバイスは、入射光の振幅を変調する。光の位相を変調する空間光変調器は、ミラーが傾斜されずに軸線方向に変位したデジタルミラーデバイスとして実現することができる。

入射光の偏光状態を変調する空間光変調器は、反射性背面を有するが追加の偏光膜を持たないＬＣＤパネルとして実現することができる。

空間光変調器の各第１の区域が、ＤＭＤ又はＬＣＤパネルのような単一光変調デバイスに対応する場合に、全ての第１の区域の像から途切れなく組み合わされた連続的な像を最終像平面内で得ることができる。従って、最終像平面上に結像すべきではない隣接するデバイスの間の回避不能な間隙からもたらされる技術的制約条件が排除される。これに代えて、対物系の物体平面内で第１の区域が途切れなく当接される場合に得られることになる光分布に等しいか又は少なくとも実質的に類似の光分布が最終像平面内で得られる。

好ましくは、対物系は、第１の区域のうちの１つの拡大像を中間像平面に各要素が形成する第１の光学要素の第１のアレイを含む。次に、結像光学系が、中間像平面を最終像平面上に結像する。

対物系は、中間像平面に配置された第２の光学要素の第２のアレイを含むことができる。そのような第２の光学要素は、テレセントリックビーム経路が得られるように光束を傾斜させるために使用することができる。

各第２の光学要素は、第１の光学要素のうちの１つだけから光を受光するように第１の光学要素のうちの１つと１対１対応で関連付けることができる。

空間光変調器は、反射性又は透過性ビーム偏向要素のビーム偏向アレイを含むことができる。各第２のビーム偏向要素は、入射光を最終像平面の方向に向ける「オン」状態と入射光を他の場所に向ける「オフ」状態とに入ることができると考えられる。

特に、ビーム偏向要素がミラーである場合に、空間光変調器上に向けられる光は、少なくとも対物系の一部分を通過することができる。通常、これは、空間光変調器と第１の光学要素の間に形成された小間隙を通して光を向ける場合よりも容易である。空間光変調器に伝播する光は、ミラー上に入射する前に第１の光学要素の第１のアレイだけではなく第２の光学要素の第２のアレイの上にも入射する。

ミラーが、「オン」状態にある場合に対物系の光軸と平行な方向に対して角度α≠０°を構成するミラー法線を有する平面ミラーである場合に、対物系は、入射投影光の光線を角度αだけ傾斜させるように構成された光傾斜光学要素を含むことができる。

光傾斜要素は、ミラーと第１の光学要素の間に配置することができ、楔を含むことができる。楔は、複数の個々の楔要素を含むフレネル楔として形成することができる。

対物系の瞳平面内で、ミラーからの反射後の光は、ミラーが「オン」状態又は「オフ」状態にあるか否かに関係なく再度アレイを通過することができないような区域内に角度光分布を生成することができる。この区域は、入射投影光を対物系の光路内に結合するビーム偏位面上に位置付けることができる。

別の実施形態において、対物系は、ミラーに向う途中の光を反射し、かつミラーから反射された後であるが最終像平面上に入射する前の光を透過する光学面、又はその逆を同じく行う光学面を含む。光学面は、内部全反射によって光を反射することができ、プリズム面として形成することができる。

定義
本明細書では、いずれかの電磁放射線、特に可視光、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＶＵＶ光、及びＥＵＶ光、並びにＸ線を表す上で「光」という用語を使用する。

本明細書では、線で表すことができる伝播経路を有する光を表す上で「光線」という用語を使用する。

本明細書では、視野平面に共通の起点を有する複数の光線を表す上で「光束」という用語を使用する。

本明細書では、特定のレンズ又は別の光学要素を通過する全ての光を表す上で「光ビーム」という用語を使用する。

本明細書では、３次元空間内の物体の基準点の場所を表す上で「位置」という用語を使用する。通常、位置は、１組の３つの直交座標で示される。従って、向きと位置は、３次元空間内の物体の配置を完全に説明する。

本明細書では、３次元空間内のいずれかの平面又は曲面を表す上で「面」という用語を使用する。面は、物体の一部とすることができ、又は通常は視野又は瞳平面の場合にそうであるように物体から完全に分離されたものとすることができる。

本明細書では、マスク平面と光学的に共役なマスク平面又はあらゆる他の平面を表す上で「視野平面」という用語を使用する。

「瞳平面」という用語は、視野平面に対して（少なくとも近似的に）フーリエ関係が確立された平面である。一般的に、瞳平面内では、マスク平面内の異なる点を通過する周辺光線が交わり、主光線が光軸と交わる。当業技術で通例であるように、瞳平面が実際には数学的な意味で平面ではなく、若干湾曲しており、従って、厳密な意味では瞳面と呼ぶべきである場合であっても「瞳平面」とう用語を使用する。

本明細書では、位置に依存しない特性を表す上で「均一」という用語を使用する。

本明細書では、各光学ラスター要素が複数の隣接する光学チャネルのうちの１つに関連付けられるように他の同一又は類似の光学ラスター要素と共に配置されたいずれかの光学要素、例えば、レンズ、プリズム、又は回折光学要素を表す上で「光学ラスター要素」という用語を使用する。

本明細書では、ＮＡが開口数であり、ａが照明視野面積である時に積ＮＡ・ａを増大させる光学系を表す上で「光学インテグレーター」という用語を使用する。

本明細書では、２つの平面の間、例えば、視野平面と瞳平面の間にフーリエ関係を確立する（少なくとも近似的に）光学要素又は光学系を表す上で「コンデンサー」という用語を使用する。

本明細書では、結像関係がその間に確立される複数の平面を表す上で「共役平面」という用語を使用する。共役平面の概念に関するより多くの情報は、Ｅ．Ｄｅｌａｎｏ著の論文名「１次設計及び
図（Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ
Ｄｉａｇｒａｍ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１９６３年、第２巻第１２号、１２５１〜１２５６ページに記載されている。

本明細書では、視野平面内の位置への物理量のいずれの関数依存性を表す上でも「視野依存性」という用語を使用する。

本明細書では、光が入射する実面又は虚面にわたって全放射照度が如何に変化するかを表す上で「空間放射照度分布」という用語を使用する。通常、空間放射照度分布は、ｘ，ｙが面上の点の空間座標である時に関数Ｉ_s（ｘ，ｙ）によって表すことができる。

本明細書では、光束の放射照度が、光束を構成する光線の角度に依存して如何に変化するかを表す上で「角度放射照度分布」という用語を使用する。通常、角度放射照度分布は、α，βが光線の方向を表す角座標である時に関数Ｉ_a（α，β）によって表すことができる。角度放射照度分布が視野依存性を有する場合に、Ｉ_aは、視野座標の関数にもなり、すなわち、Ｉ_a＝Ｉ_a（α，β，ｘ，ｙ）である。角度放射照度分布の視野依存性は、ｘ，ｙにおけるＩ_a（α，β，ｘ，ｙ）のテイラー（又は別の適切な）展開の展開係数の組ａ_ijによって表すことができる。

本明細書では、ウェーハ又は別の支持体上でダイの全域が投影光に露光される走査処理を表す上で「走査サイクル」という用語を使用する。

以下に続く詳細説明を添付図面に関連付けて参照することで、本発明の様々な特徴及び利点をより容易に理解することができるであろう。

本発明の一実施形態による投影露光装置の略斜視図である。 角度放射照度分布の様々な欠点を示す図１に示す投影露光装置によって投影されるマスクの拡大斜視図である。 図１に示す装置の一部である照明系を通る子午断面図である。 図３に示す照明系内に含まれる第１のミラーアレイの斜視図である。 図３に示す照明系内に含まれる第２のミラーアレイの斜視図である。 図３に示す照明系内に含まれる光学インテグレーターの斜視図である。 図４及び図５に示す第１及び第２のミラーアレイを通る略子午断面図である。 図５に示す第２のミラーアレイであるが２つの極によって照明されたミラーアレイ上の斜視図である。 図６に示す光学インテグレーターであるが２つの極で照明されたインテグレーターの斜視図である。 ミラーアレイ、コンデンサー、及び光学ラスター要素アレイのみを示す照明系の一部分を通る略子午断面図である。 図１１ａは、図３に示す第２のミラーアレイ上の上面図であり、図１１ｂは、図３に示す光学インテグレーター上の上面図である。 光学インテグレーターの光入射ファセット上の放射照度分布を示す図である。 図１２に示す光入射ファセットによって生成されるＸ方向に沿った走査積分放射照度分布を示すグラフである。 光学インテグレーターの光入射ファセット上の別の放射照度分布を示す図である。 図１４に示す光入射ファセットによって生成されるＸ方向に沿った走査積分放射照度分布を示すグラフである。 複数の光点が放射照度分布をその上に生成する第２のミラーアレイ上の上面図である。 図１６の第２のミラーアレイであるがマイクロミラーのうちのいくつかが「オフ」状態にあるミラーアレイを示す図である。 代替実施形態のための単一光入射ファセット上の放射照度分布に対する上面図である。 図１８に示す光入射ファセットによって生成されるＸ方向に沿った走査積分放射照度分布を示すグラフである。 図２０ａ−ｃは、光入射ファセット上のマイクロミラー像及びマスク上の対応する放射照度分布を示す図である。 図２０ａから図２０ｃに示す放射照度分布を重ねることによって得られた全放射照度分布を示すグラフである。 図３に示す照明系内に含まれる対物系及び追加の散乱板を通る略子午断面図である。 第２のミラーアレイ上の物体区域、アナモフィック対物系、及び光学インテグレーターの光学ラスター要素上の略斜視図である。 左手側に単一支持体上に８つのデジタルミラーデバイスを含む空間光変調器上の上面図を示し、右手側に光学インテグレーター上のデジタルミラーデバイスの像を示す図である。 本発明の一実施形態による光学インテグレーター上のデジタルミラーデバイスの像を途切れなく貼り合わせる対物系を通る子午断面図である。 本発明の別の実施形態による視野レンズを含む対物系を通る子午断面図である。 図２６に示す対物系と類似の対物系を通る子午断面図である。 入射投影光に対してのみ内部全反射が発生するプリズムを用いて入射投影光が対物系内に結合される対物系を通る子午断面図である。 対物系の瞳平面に配置されたミラーを用いて入射投影光が対物系内に結合される対物系を通る子午断面図である。 「オン」状態において対物系の光軸に対して傾斜されるマイクロミラーを通る拡大子午断面図である。 図３０に示すものと同様であるが、追加の透過楔がミラーの前に配置された子午断面図である。 複数のミラー及びその前に配置されたフレネル楔を通る子午断面図である。 空間光変調器として使用されるＬＣＤパネル上の放射照度分布を定めるために回折光学要素が使用される別の実施形態による照明系を通る子午断面図である。 図３４ａ−ｄは、走査サイクルの様々な段階における空間光変調器の物体区域上、光入射ファセット上、及びマスク上の上面図である。 図３４ｅ−ｈは、走査サイクルの様々な段階における空間光変調器の物体区域上、光入射ファセット上、及びマスク上の上面図である。 本発明の重要な方法段階を示す流れ図である。

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、例えば、エキシマレーザとして実現することができる光源１１を含む。この実施形態において、光源１１は、１９３ｎｍの中心波長を有する投影光を生成する。他の波長、例えば、２５７ｎｍ又は２４８ｎｍも考えられる。

装置１０は、光源１１によって供給される投影光を以下により詳細に説明する方式で調整する照明系１２を更に含む。照明系１２から射出する投影光は、マスク１６上の照明視野１４を照明する。マスク１６は、図１に細線として略示する複数の小さい特徴部１９によって形成されたパターン１８を含む。この実施形態において、照明視野１４は矩形形状を有する。しかし、他の形状の照明視野１４、例えば、リングセグメントも考えられる。

レンズＬ１からＬ６を含む投影対物系２０は、照明視野１４の範囲のパターン１８を基板２４によって支持された感光層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の像平面に正確に位置付けられるようにウェーハ台（図示せず）上に配置される。マスク１６は、投影対物系２０の物体平面内のマスク台（図示せず）を用いて配置される。投影対物系２０は、｜β｜＜１である倍率βを有するので、感光層２２上には照明視野１４の範囲のパターン１８の縮小像１８’が投影される。

投影中に、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。次に、照明視野１４は、それよりも大きいパターン化された区域を連続的に結像することができるようにマスク１６の上を走査する。基板２４の速度とマスク１６の速度の比は、投影対物系２０の倍率βに等しい。投影対物系２０が像を反転させない場合（β＞０）には、図１に矢印Ａ１及びＡ２に示すように、マスク１６及び基板２４は同じ方向に沿って移動する。しかし、本発明は、マスクの投影中にマスク１６及び基板２４が移動しないステッパツールに対して使用することができる。

ＩＩ．視野依存角度放射照度分布
図２は、別の例示的なパターン１８を含むマスク１６の拡大斜視図である。簡略化の目的で、パターン１８は、Ｙ方向に沿って延びる特徴部１９のみを含むと仮定する。更に、Ｙ方向に沿って延びる特徴部１９は、感光層２２上にＸ二重極照明設定を用いて最良に結像されると仮定する。

図２では、ある光束に関連付けられた射出瞳２６ａを円で例示している。光束は、走査サイクル中の最初の時点で照明視野１４のある一定のＸ位置に配置される視野点に向けて収束する。射出瞳２６ａ内でＸ方向に沿って分離された２つの極２７ａは、投影光がこの視野点に向けて伝播する方向を表している。各極２７ａ内に集中する光エネルギは等しいと仮定する。従って、＋Ｘ方向から入射する投影光は、−Ｘ方向から入射する投影光と同じエネルギを有する。特徴部１９がパターン１８にわたって均一に配分されると仮定しているので、このＸ二重極照明設定がマスク１６上の各視野点上に生成されるはずである。

２６ｂで表記している別の出射瞳は、走査サイクルの後の時点で照明視野１４の別のＸ位置に配置される視野点に向けて収束する光束に関連付けられる。各極２７ｂ内に集中する光エネルギは、この場合も等しい。しかし、極２７ｂに関連付けられた光は、理想的な極２７ａに関連付けられた光の光円錐と比較して傾斜される。この傾斜は、視野点が同じ量の投影光を受光するが、投影光が視野点上に入射する方向が特徴部１９を感光層２２上に結像するのに理想的ではないことを意味する。

２６ｃで表記している更に別の出射瞳は、照明視野１４内の更に別のＸ位置に配置された点に関連付けられる。次に、投影光が視野点上に入射する方向は、ここでもまた、特徴部１９を結像するのに理想的であると仮定する。従って、極２７ｃに関連付けられた光円錐は、理想的な出射瞳２６ａに関連付けられた円錐と同じ円錐角及び向きを有する。しかし、極２７ｃは均衡ではなく、すなわち、極２７ｃ内に集中する光エネルギが互いに異なる。従って、＋Ｘ方向から入射する投影光は、−Ｘ方向から入射する投影光よりも低いエネルギを有する。

以上により、射出瞳２６ａによって表した理想的な角度放射照度分布は、照明視野１４内の各Ｘ位置において得られるわけではないことが明らかになる。従って、角度放射照度分布は、視野依存のものであり、すなわち、角度放射照度分布は、異なる視野点で異なる。

視野依存性は、照明視野１４の範囲でＸ方向だけではなくＹ方向に沿っても発生する可能性がある。次に、マスク１６上の１つの点は、走査サイクル中に照明視野１４を通過する間に異なる角度放射照度分布に露出される。Ｙ方向（すなわち、走査方向）に沿った視野依存性が発生する場合に、特定の視野点での全体効果は、異なる角度放射照度分布を積分することによって得られることを考慮しなければならない。

理想的な角度放射照度分布からの実角度放射照度分布の様々な更に別の視野依存偏差が存在する。例えば、一部の視野点に関連付けられた射出瞳内の極は、変形され、不鮮明になり、又は望ましい不均一放射照度分布を有する可能性がある。

理想的な角度放射照度分布からの視野依存偏差が発生する場合に、一般的に、感光層２２上に形成されるパターン像の品質に悪影響を有する。特に、装置１０を用いて生成される構造の寸法が不用意に変化する場合があり、それによってこれらの構造を含むデバイスの機能が損なわれる場合がある。従って、一般的に、照明視野１４内の照明設定のあらゆる視野依存性を排除することが望ましい。

しかし、時には、角度放射照度分布の視野依存性を意図的に導入することが望ましい。例えば、投影対物系２０又はマスク１６が、感光層２２上のパターン１８の像に影響を及ぼす視野依存特性を有する場合に、この導入を好適とすることができる。例えば、製造公差、経年変化現象、又は不均一温度分布の結果として、投影対物系２０の結像特性の変化が発生する可能性がある。マスク１６の視野依存性は、多くの場合に、例えば、異なる向き又は寸法を有する特徴部の結果として発生する。多くの場合に、視野依存の悪影響は、角度放射照度分布の視野依存性を選択的に導入することによって首尾良く低減することができる。これらの効果の一部は非常に急速に変化するので、時に単一走査サイクル中に角度放射照度分布の視野依存性を変更することが望ましい。

ＩＩＩ．照明系の一般的構成
図３は、図１に示す照明系１２を通る子午断面図である。明瞭化の目的で、図３の図は大きく簡略化したものであり、正確な縮尺のものではない。これは、異なる光学ユニットが１つ又は非常に少ない光学要素による以外は表されていないことを意味する。実際には、これらのユニットは、有意に多くのレンズ及び他の光学要素を含むことができる。

図示の実施形態において、光源１１によって放出された投影光はビーム拡大ユニット３２に入射し、ビーム拡大ユニット３２は、拡大されてほぼ平行化された光ビーム３４を出力する。この目的のために、ビーム拡大ユニット３２は、いくつかのレンズを含むことができ、又は例えばミラー装置として実現することができる。

次いで、投影光ビーム３４は、その後の平面に可変空間放射照度分布を生成するのに使用される瞳形成ユニット３６に入射する。この目的のために、瞳形成ユニット３６は、アクチュエータを用いて２つの直交軸の周りに個々に傾斜させることができる非常に小さいミラー４０の第１のミラーアレイ３８を含む。図４は、２つの平行光ビーム４２、４４が、これらの光ビームが入射するミラー４０の傾斜角に依存して異なる方向に如何に反射されるかを示す第１のミラーアレイ３８の斜視図である。図３及び図４では、第１のミラーアレイ３８は６×６個のミラー４０のみを備え、実際には第１のミラーアレイ３８は、数百個又は更に数千個のミラー４０を含むことができる。

瞳形成ユニット３６は、照明系１２の光軸ＯＡに対して両方共に傾斜した第１の平面４８ａと第２の平面４８ｂとを有するプリズム４６を更に含む。これらの傾斜面４８ａ、４８ｂでは、入射光は内部全反射によって反射される。第１の面４８ａは、入射光を第１のミラーアレイ３８のミラー４０に向けて反射し、第２の面４８ｂは、ミラー４０から反射された光をプリズム４６の射出面４９の方向に向ける。従って、射出面４９から射出する光の角度放射照度分布を第１のミラーアレイ３８のミラー４０を個々に傾斜させることによって変更することができる。瞳形成ユニット３６に関する更なる詳細は、ＵＳ ２００９／０１１６０９３ Ａ１から得ることができる。

瞳形成ユニット３６によって生成された角度放射照度分布は、第１のコンデンサー５０を用いて空間放射照度分布に変換される。他の実施形態では割愛することができるコンデンサー５０は、入射光を空間分解方式で反射するように構成されたデジタル空間光変調器５２の方向に入射光を向ける。この目的のために、デジタル空間光変調器５２は、ミラー平面５７に配置されたマイクロミラー５６の第２のミラーアレイ５４を含み、図３の拡大抜粋図Ｃ及び図５の拡大抜粋図Ｃ’で最も明確に見ることができる。しかし、第１のミラーアレイ３８のミラー４０とは対照的に、第２のミラーアレイ５４の各マイクロミラー５６は、２つだけの安定した作動状態、すなわち、入射光を第１の対物系５８を通して光学インテグレーター６０に向ける「オン」状態と、入射光を光吸収面６２の方向に向ける「オフ」状態とを有する。図３では、対物系５８を２つのレンズを用いて概略的にしか表していない。第ＩＶ．８節において、対物系５８が本発明によりどのように構成されるかを更に説明する。

第２のミラーアレイ５４は、例えば、ビームプロジェクターにおいて一般的に使用される場合のようにデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として実現することができる。そのようなデバイスは、２つの作動状態の間で毎秒何千回も切り換えを行うことができる数百万個までのマイクロミラーを含むことができる。

瞳形成ユニット３６と同様に、空間光変調器５２は、光軸ＯＡと垂直に配置された入射面６５と、両方共に照明系１２の光軸ＯＡに対して傾斜された第１の平面６６ａ及び第２の平面６６ｂとを有するプリズム６４を更に含む。これらの傾斜面６６ａ、６６ｂでは、入射光は内部全反射によって反射される。第１の面６６ａは、入射光を第２のミラーアレイ５４のマイクロミラー５６に向けて反射し、第２の面６６ｂは、マイクロミラー５６から反射された光をプリズム６４の面６８の方向に向ける。

第２のミラーアレイ５４の全てのマイクロミラー５６が「オン」状態にある場合に、第２のミラーアレイ５４は、実質的に平面ビーム折り返しミラーの効果を有する。しかし、１つ又はそれよりも多くのマイクロミラー５６が「オフ」状態に切り換えられた場合に、ミラー平面５７から射出する光の空間放射照度分布が修正される。この修正は、マスク１６上の角度光分布の視野依存の修正を生成するために以下に更に説明する方式で使用することができる。

既に上述したように、プリズム６４から射出した光は第１の対物系５８を通過し、光学インテグレーター６０上に入射する。第１の対物系５８を通過する光はほぼ平行化されるので、第１の対物系５８は、非常に低い開口数（例えば、０．０１又は更に低い）を有することができ、従って、少数の小さい球面レンズを用いて実現することができる。第１の対物系５８は、空間光変調器５２のミラー平面５７を光学インテグレーター６０上に結像する。

光学インテグレーター６０は、図示の実施形態では光学ラスター要素７４の第１のアレイ７０と第２のアレイ７２とを含む。図６は、２つのアレイ７０、７２の斜視図である。各アレイ７０、７２は、支持板の各側にＸ方向及びＹ方向それぞれに沿って延びる円柱レンズの平行アレイを含む。２つの円柱レンズが交差する空間領域は光学ラスター要素７４を形成する。従って、各光学ラスター要素７４を円柱湾曲面を有するマイクロレンズと見なすことができる。円柱レンズの使用は、特に光学ラスター要素７４の屈折力がＸ方向に沿ってかつＹ方向に沿って異なることになる場合であれば有利である。異なる屈折力は、通常の場合がそうであるように、光学インテグレーター６０上の正方形の放射照度分布がスリット形照明視野１４に変換されることになる場合に必要である。以下では、空間光変調器５２の方向に向く光学ラスター要素７４の面を光入射ファセット７５と呼ぶ。

第１及び第２のアレイ７０、７２それぞれの光学ラスター要素７４は、第１のアレイ７０の１つの光学ラスター要素７４が、第２のアレイ７２の１つの光学ラスター要素７４と１対１対応で関連付けられるように互いに前後に配置される。互いに関連付けられた２つの光学ラスター要素７４は、共通軸に沿って位置合わされ、光学チャネルを定める。光学インテグレーター６０内では、１つの光学チャネル内で伝播する光ビームは、他の光学チャネル内で伝播する光ビームと交差又は重ね合わない。従って、光学ラスター要素７４に関連付けられた光学チャネルは、互いから光学的に分離される。

この実施形態において、照明系１２の瞳平面７６は、第２のアレイ７２の背後に位置付けられるが、その前に同等に配置することもできる。第２のコンデンサー７８は、瞳平面７６と、走査サイクル中にマスク１６が走査方向Ｙに沿って移動するマスク平面８８との間にフーリエ関係を確立する。光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５とマスク１６の間には視野平面、すなわち、マスク１６に対して光学的に共役である平面がない。通常、従来の照明系は、可動ブレードを含む調節可能視野絞りを有し、光学インテグレーター６０とマスク１６の間の視野平面に配置されるので、上述のことは、照明系１２の顕著な特徴である。可動ブレードは、照明視野１４が、マスク移動と同期して走査方向Ｙに沿った各走査サイクルの開始点と終了時に開閉することを確実にする。下記の第ＩＶ．１１節から明らかなように、この機能は、照明系１２内で空間光変調器５２の適切な制御によって実施される。

以上により、マスク平面８８は、光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５の内部又はその直近に位置付けられるラスター視野平面８４に対して光学的に共役である。これは、ラスター視野平面８４内の各光入射ファセット７５上の放射照度分布が、このファセットに関連付けられた第２のアレイ７２のラスター要素７４及び第２のコンデンサー７８によってマスク平面８８上に結像されることを意味する。全ての光学チャネル内にある光入射ファセット７５上の放射照度分布（又は光パターン）の像は、マスク平面８８内で重なり、それによってマスク１６の非常に均一な照明がもたらされる。

マスク１６の均一な照明を表す別の方法は、各光学チャネルによって瞳平面７６内に生成される放射照度分布に基づくものである。この放射照度分布を多くの場合に２次光源と呼ぶ。全ての２次光源は、異なる方向からの投影光によってマスク平面８８を共通して照明する。２次光源が「暗い」場合に、光は、この特定の光源に関連付けられた方向の（小さい）範囲からはマスク１６上に入射しない。従って、瞳平面７６内に形成される２次光源を単純にオン及びオフに切り換えることにより、マスク１６上に望ましい角度光分布を設定することができる。この切り換えは、瞳形成ユニット３６を用いて光学インテグレーター６０上の放射照度分布を変更することによって達成される。

瞳形成ユニット３６及び空間光変調器５２は、制御ユニット９０に接続され、更に制御ユニット９０は、パーソナルコンピュータとして示す全体系制御器９２に接続される。制御ユニット９０は、マスク平面８８内の角度放射照度分布が均一であり、又は望ましい視野依存角度放射照度分布が得られ、照明視野１４が、走査方向Ｙに沿った走査サイクルの開始点と終了点とで開閉するように瞳形成ユニット３６のミラー４０及び空間光変調器５２のマイクロミラー５６を制御するように構成される。

以下ではこれが如何に達成されるかを説明する。

ＩＶ．照明系の機能及び制御
１．瞳形成
図７は、瞳形成ユニット３６が、空間光変調器５２のマイクロミラー５６上に如何に放射照度分布を生成するかを略示している。簡略化の目的で、プリズム４６、６４を示していない。

第１のミラーアレイ３８の各ミラー４０は、それぞれのミラー４０によって生成される偏向角を変化させることによって可変である位置で空間光変調器５２のミラー平面５７上のスポット９４を照明するように構成される。従って、ミラー４０をその傾斜軸の周りに傾斜させることにより、スポット９４をミラー平面５７にわたって自由に移動することができる。このようにして、ミラー平面５７上に様々な異なる放射照度分布を生成することができる。９５において示すように、スポット９４が部分的又は完全に重なり合うことも可能である。次に、漸変的な放射照度分布を生成することもできる。

図８は、空間光変調器５２内に含まれる第２のミラーアレイ５４上の図５と類似の斜視図である。ここで、瞳形成ユニット３６は、各々が正確に６×６個のマイクロミラー５６にわたって延びる２つの正方形の極２７の放射照度分布を第２のミラーアレイ５４上に既に生成していると仮定する。極２７は、Ｘ方向に沿って点対称に配置される。

対物系５８は、図９に示すように、光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５上に上述の放射照度分布の像を形成する。次に、第２のミラーアレイ５４上に形成される放射照度分布が、光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５上で等しく再現されるように（対物系５８の倍率に起因して起こり得るスケーリングを除いて）、全てのマイクロミラー５６が「オン」状態にあると仮定している。簡略化の目的で、隣接するマイクロミラー５６を分離する間隙の像を無視している。光入射ファセット７５上に示す規則的な格子は、マイクロミラー５６の境界線の像を表すが、この像は、極２７の外側には出現せず、図９では、単に例示の理由に示したものである。

２．視野依存性
光入射ファセット７５は、ラスター視野平面８４内に位置付けられるので、光入射ファセット７５上の放射照度分布は、第２のアレイ７２の光学ラスター要素７４と第２のコンデンサー７８とを通してマスク平面８８上に結像される。

次いで、この結像を図３からの拡大抜粋図であって正確な縮尺のものではない図１０を参照して以下に説明する。この図では、光学インテグレーター６０の光学ラスター要素７４の２つの対のみと、第２のコンデンサー７８と、マスク平面８８とを略示している。

以下では、単一光学チャネルに関連付けられた２つの光学ラスター要素７４を第１のマイクロレンズ１０１及び第２のマイクロレンズ１０２と呼ぶ。時にマイクロレンズ１０１、１０２を視野及び瞳ハニカムレンズと呼ぶ。特定の光学チャネルに関連付けられたマイクロレンズ１０１、１０２の各対は、瞳平面７６内に２次光源１０６を生成する。図１０の上側半分では、それぞれ実線及び一点鎖線で示す収束光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、及びＬ３ａは、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット７５の異なる点上に入射すると仮定している。マイクロレンズ１０１、１０２、及びコンデンサー７８を通した後に、各光束Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、及びＬ３ａは、それぞれフォーカスＦ１、Ｆ２、Ｆ３に収束する。図１０の上側半分からは、光線が光入射ファセット７５上に入射する点と、これらの光線がマスク平面８８を通過する点とが光学的に共役であることが明らかになる。

図１０の下側半分は、平行化された光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂが、第１のマイクロレンズ１０１の光入射ファセット７５の異なる領域上に入射する場合を示している。これは、光学インテグレーター６０上に入射する光が通常は実質的に平行化されるので、より現実的な場合である。光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂは、第２のマイクロレンズ１０２内に位置付けられる共通のフォーカスＦにフォーカスされ、次いで、マスク平面８８をここで再度平行化されて通過する。この場合にも、光学的共役性の結果として、光束Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、及びＬ３ｂが光入射ファセット７５上に入射する領域は、マスク平面８８内の照明視野１４の一部分に対応することを見ることができる。当然ながら、マイクロレンズ１０１、１０２がＸ方向とＹ方向の両方に沿って屈折力を有する場合に、これらの考察は、Ｘ方向とＹ方向で別個に適用される。

従って、光入射ファセット７５上の各点は、マスク平面８８内の照明視野１４内の共役点に直接的に対応する。光入射ファセット７５上の点上の放射照度に選択的に影響を及ぼすことができる場合に、こうして照明系の光軸ＯＡに対する光入射ファセット７５の位置に依存する方向からマスク平面８８内の共役点上に入射する光線の放射照度に影響を及ぼすことが可能である。光軸ＯＡから特定の光入射ファセット７５の間の距離が大きい程、当該光線がマスク１６上の点上に入射する角度は大きい。

３．光入射ファセット上の放射照度の修正
照明系１２では、光入射ファセット７５上の点上の放射照度を修正するのに空間光変調器５２が使用される。図９では、各極２７が、マイクロミラー５６の像である複数の小区域にわたって延びていることを見ることができる。マイクロミラーが「オフ」状態に入れられた場合に、光入射ファセット７５上の共役区域は照明されなくなり、その結果、投影光は、この特定の光入射ファセット７５に関連付けられた方向の（小さい）範囲からマスク上の共役区域上に入射しなくなる。

これをそれぞれ空間光変調器５２のマイクロミラー５６及び光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５に対する上面図である図１１ａ及び１１ｂを参照してより詳細に以下に説明する。

第２のミラーアレイ５４上の太い点線は、このアレイのミラー平面５７を各々が３×３個のマイクロミラー５６を含む複数の物体区域１１０に分割する。対物系５８は、光学インテグレーター６０上に各物体区域１１０の像を形成する。以下ではこの像を像区域１１０’と呼ぶ。各像区域１１０’は、光入射ファセット７５と完全に一致し、すなわち、像区域１１０’は、光入射ファセット７５と同じ形状、サイズ、及び向きを有し、光入射ファセット７５上に完全に重ね合わされる。各物体区域１１０は、３×３個のマイクロミラー５６を含むので、像区域１１０’も同じくマイクロミラー５６の３×３個の像５６’を含む。

図１１ａでは、瞳形成ユニット３６による投影光で完全に照明される８つの物体区域１１０が存在する。これらの８つの物体区域１１０は、２つの極２７を形成する。物体区域１１０のうちの一部のものの内部では、黒色の正方形として表す１つ、２つ、又はそれよりも多いマイクロミラー５６ｄが、入射投影光が対物系５８ではなく吸収体６２の方向に向けられる「オフ」状態になるように、制御ユニット９０によって制御されたことを見ることができる。従って、マイクロミラーを「オン」状態と「オフ」状態の間で切り換えることにより、図１１ｂに示すように、投影光が光入射ファセット７５上の像区域１１０’の範囲の対応する領域上に入射することを変更可能に阻止することができる。以下ではこれらの領域を暗スポット５６ｄ’と呼ぶ。

図１０を参照して上述したように、光入射ファセット７５上の放射照度分布は、マスク平面８８上に結像される。図１２の上側部分に示すように、光入射ファセット７５が１つ又はそれよりも多くの暗スポット５６ｄ’を含む場合に、関連付けられた光学チャネルによってマスク平面８８内に生成される放射照度分布もまた、ある一定のＸ位置において暗スポットを有することになる。従って、マスク上の点が照明視野１４を通過する場合に、全走査積分放射照度は、図１３のグラフに示すように、照明視野１４内の点のＸ位置に依存することになる。照明視野１４の中央にある点は、暗スポットを通過しないことで最も高い走査積分放射照度を受けることになり、照明視野１４の長手端部にある点は、異なる程度まで低減された全放射照度を受けることになる。従って、空間光変調器５２の１つ又はそれよりも多くのマイクロミラー５６を選択的に「オン」状態から「オフ」状態に入れることにより、マスク１６上の角度光分布の視野依存性を修正することができる。

上記では、光入射ファセット７５のうちの１つの上に結像される各物体区域１１０が３×３個のマイクロミラー５６のみを含むと仮定しなければならなかった。従って、角度光分布の視野依存性を修正するのに使用することができる交差走査方向Ｘに沿った分解能は比較的粗い。各物体区域１１０の範囲のマイクロミラー５６の個数を増加させると、この分解能を改善することができる。

図１４は、各物体区域１１０内に２０×２０個のマイクロミラー５６が含まれる実施形態における光入射ファセット７５のうちの１つに対する上面図を示している。次に、図１５に示すグラフに示すように、マスク１６上でＸ方向に沿ったより複雑な走査積分放射照度分布を得ることができる。

４．クリッピング
上記では、瞳形成ユニット３６が、第２のミラーアレイ５４上で正確に４つの隣接する物体区域１１０にわたって延びる極２７を照明すると仮定した。しかし、一般的に、鮮明な縁部を有するそのような放射照度分布を生成するのは困難になる。

空間光変調器５２は、照明されることになる物体区域１１０の外側に位置付けられるマイクロミラー５６を「オフ」状態に入れることによってミラー平面５７内の不鮮明な放射照度分布をクリッピングするのに使用することができる。

このクリッピングを第２のミラーアレイ５４上の放射照度分布９６を示す図１６及び図１７に例示している。ここで、瞳形成ユニット３６のミラー４０によって生成される可動光点９４は、４つの極を形成するように重ね合わされると仮定している。空間光変調器５２の全てのマイクロミラー５６が、図１６に示すように「オン」状態にある場合に、不鮮明な放射照度分布９６が光入射ファセット７５上に結像されることになる。望ましい物体区域１１０を取り囲むマイクロミラー５６が、図１７に示すように「オフ」状態に入れられた場合に、これらのマイクロミラーは、極を区切るフレームを形成し、従って、光入射ファセット上に強度分布の鮮明な縁部を生成する。

５．相対回転
これまでに記述した実施形態において、マイクロミラー５６が物体区域１１０の境界線と平行に位置合わせされると仮定した。次に、マイクロミラー５６によって形成される矩形格子は、光入射ファセット７５によって形成される矩形格子と平行である。それによって図１３及び図１５に示すように、マイクロミラー５６の１つの「列」に沿った放射照度が常に均一である放射照度分布がもたらされる。従って、光入射ファセット７５上に段階状のものに限った放射照度分布を生成することができる。

時には、段階状のものではなく、傾斜部分を含む放射照度分布を生成することが望ましい。この放射照度分布は、２つの矩形格子が互いに平行に配置されず、図１８に示すように角度αを有する場合に達成することができる。次に、マイクロミラー５６の像５６’は、光入射ファセット７５の側辺と角度αを形成する格子１１４を形成する。この時に、隣接するマイクロミラー５６の中心は、光入射ファセット７５の境界線に対して同じ角度αを形成する像１１６を有する直線に沿って位置合わせされる。この角度αが、ｍ＝０，１，２，３，．．．である時にｍ・４５°と明確に異なる場合に、放射照度分布は、図１３及び図１５に示すような段階状分布の形状を持たなくなる。

図１９は、図１８に示す回転された配置においてＸ方向に沿って走査積分された放射照度分布を示すグラフである。図１８には、一部の特定のＸ位置を破線に示している。角度αが、ｍ＝０，１，２，３，．．．である時にｍ・４５°と明確に異なる場合に、劣化が軽減し、それによってより多くの異なるＸ位置において望ましい減衰を得ることができる。言い換えれば、以上により、角度放射照度分布の視野依存性を修正するのに利用可能なＸ方向に沿った分解能を実質的に高めることができる。

６ａ．間隙−横方向変位
上述したように、通常、第２のミラーアレイ５４の隣接するマイクロミラー５６の間に小さい間隙が形成されることは不可避である。光入射ファセット７５上に、更にマスク１６上にもこれらの間隙の像が形成される。これらの像が交差走査方向Ｘと平行に延びる場合に、走査作動からもたらされる積分効果のおかげでほとんど心配はない。しかし、走査方向Ｙと平行に延びる暗線は、積分効果によって補償することができない。

図２０ａは、間隙の像を１１８’で表記した光入射ファセット７５のうちの１つに対する上面図を上側部分に示している。図２０ａの下側部分にあるグラフは、この特定の光入射ファセット７５によってマスク平面８８内に生成される交差走査方向Ｘに沿った放射照度分布を示している。全ての光入射ファセット７５が同じＸ位置に暗線１２０を生成することになる場合に、これらの位置では投影光がマスク１６上の点に到達しないことになる。

図２０ｂ及び図２０ｃは、間隙像１１８’が交差走査方向Ｘに沿って異なる度合で横方向に変位した他の光入射ファセット７５を示している。その結果、これらの図の下側部分に示す放射照度分布内の暗線１２０も横方向に変位している。各光学チャネルによって生成される放射照度分布は、マスク平面８８内で重ね合わされるので、暗線１２０は、図２１に示すように平均化される。光入射ファセット７５の個数が大きい程、更に暗線１２０が小さい程、マスク平面８８内の放射照度分布Ｉ（ｘ）は均一な分布に近づく。

６ｂ．間隙−散乱板
これに代えて又はこれに加えて、間隙像１１８’によってマスク平面８８上に引き起こされる暗線を回避するために、光学光変調器５２とマスク平面８８の間の光路内に散乱板１２２を配置することができる。散乱板１２２の適切な位置は、光学光変調器５２と対物系５８の間、対物系５８と光学インテグレーター６０の間、又はマスク平面８８の近くである。

図２２は、空間光変調器５２のいくつかのマイクロミラー５６、対物系５８、及びこれらの間に配置された散乱板１２２を示す略子午断面図である。２つの隣接するマイクロミラー５６の間の間隙１１８が幅ｄを有すると仮定し、散乱板１２２と空間光変調器５２の光射出面５７との間の軸線方向距離をｂで表記している。散乱板１２２の特徴散乱角βが約ｄ／ｂである場合に、光入射ファセット７５上に形成される間隙１１８の像は十分に不鮮明である。散乱角βがｄ／ｂよりも有意に大きい場合に、放射照度分布及び角度放射照度分布の視野依存性に対する望ましい空間分解能は低下する。散乱角βが過度に小さい場合に、光入射ファセット７５上の間隙の像は依然として顕著であることになる。

７．矩形物体区域
上述の実施形態において、走査方向Ｙに沿ったマイクロミラー５６の個数と交差走査方向Ｘに沿ったマイクロミラー５６の個数とが等しいと仮定した。従って、正方形マイクロミラー５６の矩形格子は、光学インテグレーター６０の正方形の光入射ファセット７５内に完全に嵌り込む。

交差走査方向Ｘに沿ったマイクロミラー５６の個数Ｎ_Xは、放射照度分布及び角度放射照度分布の視野依存性を調節するのに利用可能な分解能を決定する。この個数は、可能な限り大きくなければならない。

走査方向Ｙに沿ったマイクロミラー５６の個数Ｎ_Yは、走査作動によって引き起こされる積分効果のおかげで有意により小さいとすることができる。例示的には、走査方向Ｙに沿って隣接する複数の光学チャネルが、走査サイクル中にマスク１６上の点上の放射照度の低下に寄与することができる。これは、交差走査方向Ｘに沿って隣接する光学チャネルには当て嵌まらない。

これらの要件は、物体区域１１０を交差走査方向Ｘに沿った長さが走査方向Ｙに沿った物体区域の長さよりも大きい（例えば、２倍、好ましくは、少なくとも５倍大きい）矩形とすることで十分であることを示唆している。マイクロミラー５６が方向ＸとＹに沿って等しい寸法を有すると仮定すると、上述のことは、交差走査方向Ｘに沿ったマイクロミラー５６の個数Ｎ_Xが走査方向Ｙに沿った個数Ｎ_Yよりも多いことを意味する。

矩形物体区域１１０が正方形光入射ファセット７５上に結像されることになる場合に、対物系５８はアナモフィックのものでなければならない。より具体的には、倍率Ｍの絶対値は、走査方向Ｙに沿ってよりも交差走査方向Ｘに沿って小さく、すなわち、｜Ｍ_X｜＜｜Ｍ_Y｜である必要がある。これを図２３に例示しており、この図では、単一矩形物体区域１１０と光学ラスター要素７４の光入射ファセット７５との間に対物系５８の２つの円柱レンズ１２４、１２６が配置されている。交差走査方向Ｘに沿った物体区域１１０の長さがＬ_Xであり、走査方向Ｙに沿った長さがＬ_Yである場合に、｜Ｍ_X／Ｍ_Y｜は、Ｌ_Y／Ｌ_Xに等しくなければならない。

対物系５８ではなく、その後のコンデンサー７８がアナモフィックのものであり、従って、その焦点距離ｆがＸ方向とＹ方向で異なる場合にも類似の結果が得られる。対物系５８が回転対称であり、従って、Ｍ_X＝Ｍ_Yである場合に、光入射ファセット７５上の放射照度分布は、物体区域１１０と同じアスペクト比Ｌ_Y／Ｌ_Xを有する矩形になる。次に、この矩形放射照度分布は、マスク平面８８内で正方形放射照度分布が得られるようにアナモフィックコンデンサー７８によって拡大される。この手法は、方向Ｘ、Ｙに沿って異なるコンデンサーの焦点距離を光学ラスター要素７４の屈折力によって補償しなければならないので、光学インテグレーター６０の再設計を必要とする可能性がある。

８．物体区域のグループ分け
各物体区域１１０内のマイクロミラー５６の個数、更に光学チャネルの個数（従って、光入射ファセット７５の個数）が多くなる場合に、第２のミラーアレイ５４内のマイクロミラー５６の全数が莫大になる可能性がある。そのような莫大な個数のマイクロミラー５６を含む第２のミラーアレイ５４を単一デバイス内に設けることは困難である可能性があるので、第２のミラーアレイ５６は、各々が多数個の物体区域１１０を含むいくつかの独立したデバイスに分割するように考えられている。次に、第２のミラーアレイ５４は、各々が多数個の物体区域を含むいくつかのグループを含むものと考えることができる。これらのグループは、光入射ファセット上には結像されない暗区域（すなわち、投影光が射出しない区域）によって互いにから分離される。各グループは、単一で独立したデバイス、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）又はＬＣＤパネルとして実現することができる。

図２４は、左手側に、物体区域１１０の８つのグループ５４−１から５４−８が単一支持体１７０上で組み合わされる実施形態による第２のミラーアレイ５４上の上面図を示している。この実施形態において、各グループ５４−１から５４−８は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成される。隣接するグループ５４−１から５４−８の間の区域１３０は、光学インテグレーター６０上に結像されない。これらの区域１３０は、投影光によって照明すべきではないので、以下では暗区域１３０と呼ぶ。

この実施形態において、各グループ５４−１から５４−８は、グループ５４−１に太線に示す８つの物体区域１１０を含む。各物体区域１１０は、光学インテグレーター６０の対応する光入射ファセット７５上に結像され、５×５個のマイクロミラー５６を含む。図２４の右手側に示すように、グループ５４−１から５４−８の像５４−１’から５４−８’が、光学インテグレーター６０上で途切れなく当接するように、対物系５８によってこれらの像が貼り合わせられる。次に、物体区域１１０の像１１０’も、各像１１０’が正確に１つの光入射ファセット７５を覆うように光学インテグレーター６０上で途切れなく当接する。

ａ）貼り合わせ
図２５は、光学インテグレーター６０上で分離されたグループ５４−１から５４−８の像５４−１’から５４−８’を途切れなく貼り合わせることができる対物系５８を示している。対物系５８は、第１の光学要素１３４の第１のアレイを含む。各第１の光学要素１３４は、中間像平面１３２内にグループ５４−１から５４−８のうちの１つの拡大像を形成する。第１の光学要素１３４による倍率は、グループ５４−１から５４−８の像５４−１’から５４−８’が中間像平面１３２内で少なくとも実質的に途切れなく当接するように決定される。結像光学系１３８は、中間像平面１３２を光学インテグレーター６０の光
入射ファセット７５上に結像する。従って、この対物系５８は、第２の区域によって分離された複数の第１の区域を第１の区域が少なくとも実質的に途切れなく当接する連続像区域を発生させる。

図２５に示す実施形態において、第１の光学要素１３４は単一レンズによって形成される。しかし、この目的を実現するために、他の結像要素、例えば、回折光学要素、レンズの組合せ、又は他の光学要素を使用することができる。

原理的には、結像光学系１３８を割愛することができる。次に、第１の光学要素１３４は、グループ５４−１から５４−８を直接に、すなわち、中間像平面１３２なしに光学インテグレーター６０上に結像する。しかし、次に、光学インテグレーター６０上の像視野のサイズは、図２５から明らかなように、グループ５４−１から５４−８の個数、サイズ、及びこれらのグループの間の距離だけによって決定される。通常、光学インテグレーター６０を像視野のサイズに適応させるのではなく、像視野のサイズを光学インテグレーター６０に適応させるのが望ましい。

ｂ）視野レンズ
結像光学系１３８のサイズ及び複雑さは、主として中間像平面１３２の像視野のサイズに依存し、中間像平面１３２内で発生する最大光角度にも依存する。上述したように、像視野のサイズは、主としてグループ５４−１から５４−８の個数、サイズ、及びこれらのグループの間の距離に依存し、通常、これらの量は自由に選択することができない。しかし、中間像平面１３２内で発生する最大角度は、図２６に示すように、視野レンズ１３６の第２のアレイを追加することによって低減することができる。図２５の中間像平面１３２内の最大角度と図２６のものとを比較することによって分るように、視野レンズ１３６は、対物系５８が像側でテレセントリックになるように、すなわち、全ての視野点に対して光束が視野レンズ１３６から同じ角度で射出し、主光線が光軸１８０と平行であるように光束を傾斜させる。

図２６に示す実施形態において、視野レンズ１３６の円周リムは、中間像平面１３２に配置される。リム（及びいずれかの考えられるレンズマウント）は、従って光学インテグレーター６０上に結像されることになる。この結像を回避される場合に、図２６の下部にある視野レンズ１３６のうちの１つに対して示すように、フォーカスが中間像平面１３２から若干外れるように視野レンズ１３６を配置することができる。ある一定の光束の残存傾斜（すなわち、不完全なテレセントリック性）は、通常は、ある程度許容することができる。

図２７は、類似の実施形態による第２のミラーアレイ５４及び対物系５８を通る略子午断面図である。ここでは、第２のミラーアレイ５４は、各々がデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）として達成された２つのグループ５４−１、５４−２を含むと仮定している。各グループ５４−１、５４−２は、複数のマイクロミラー５６にわたって延びる３つの物体区域１１０を含む。２つのグループ５４−１、５４−２は、瞳形成ユニット３６によって投影光を向けてはならない吸収性の暗区域１３０によって分離される。

対物系５８は、物体区域１１０の像１１０’をこれらの像が光学インテグレーター６０上に少なくとも実質的に途切れることなく当接するように組み合わせるように構成される。光学インテグレーター６０上では、各像区域１１０’は、光入射ファセット７５のうちの１つと完全に一致する。この目的のために、対物系５８は、レンズ１３４の第１のアレイを用いて中間像平面１３２内に物体区域１１０の拡大像を生成する。対物系５８は、中間像平面１３２に配置された第２のレンズ１３６のアレイを更に含む。次いで、共通結像光学系１３８は、グループ５４−１、５４−２の拡大像が当接している中間像平面１３４を光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５上に結像する。このようにして、グループ５４−１、５４−２の間の暗区域１３０は、対物系５８によって光学インテグレーター６０上に結像されない。

ｃ）入射及び反射光の分離
簡略化の目的で、以上の説明では、入射投影光が空間光変調器５２にどのように到達するかという問題を無視した。幾何学的な制約条件に起因して、第１のレンズ１３４の第１のアレイが光路を阻害するので、図２４に示す空間光変調器５２を傾斜して照明することができない可能性がある。従って、多くの場合に、入射投影光を５８の少なくとも一部分を通して案内することが必要になる。それによって反射投影光を入射投影光から分離することが必要になる。原理的には、入射投影光から変調された投影光を分離するのに、リターダー及び偏光感度ビームスプリッターのような偏光制御手段を使用するように考えることができる。

しかし、多くの場合に、入射投影光は、変調された投影光から空間的に分離する方が容易である。これは、入射投影光ビームと変調された投影光ビームは、交わることができる異なる光路に沿って伝播するが、入射投影光は、事前に空間光変調器５２上に入射することなく光学インテグレーター６０上に入射することができるという意味で混合しないことを意味する。

以下では、入射投影光と変調された投影光とを対物系５８を通してどのようにして別個の光路上で案内することができるかという手法を説明する。

図２５には、レンズ１３４に関する開口数ＮＡを示している。グループ５４−１から５４−８に向けて伝播し、マイクロミラー５６から反射される全ての投影光は、この開口数ＮＡによって決定される角度範囲で案内しなければならない。１つの手法は、利用可能な角度範囲を第１の角度範囲が入射投影光に対して使用され、明確に異なる第２の角度範囲が変調された投影光に対して使用されるように分割することである。開口数を「浪費」すべきではない場合に、２つの角度範囲が、同一のサイズを有し、従って、レンズ１３４の開口数ＮＡが、入射投影光の発散の２倍大きいことを必要とする。対物系５８がレンズ１３４だけではなく、視野レンズ１３６のような他の光学要素も含む場合に、この状況で重要なことは、対物系５８のうちで入射投影光が伝播する部分の開口数ＮＡである。

ｉ）内部全反射
図２８は、この手法が提供される実施形態を示している。この図では濃いハッチングに示した２つの光束のみで表し、発散δを有する入射投影光３４ｉは、瞳形成ユニット３６（図２８には示していない）から同一の第１及び第２のプリズム１７２、１７４の方向に向けられる。プリズム１７２、１７４は、対物系５８の光軸１８０に対して４５°の角度だけ傾斜した面１７６及び１７８をそれぞれ有する。２つの面１７６、１７８の間の距離は、少なくとも投影光の波長と同じくらい大きくなければならない。

入射投影光３４ｉの入射方向は、第１のプリズム１７２の傾斜面１７６で内部全反射（ＴＩＲ）が発生するように選択される。反射された入射投影光３４ｉは、次いで、第２のレンズ１３６及び第１のレンズ１３４を通して伝播する。この入射投影光３４ｉは、空間光変調器５２のグループ５４−１から５４−３に接近するときに、第１及び第２のレンズ１３４、１３６の利用可能な開口数ＮＡの約半分を使用する。空間光変調器から反射された変調された投影光３４ｍは、プリズム１７２に向けて今度は逆の順序で第１及び第２のレンズ１３４、１３６を通して伝播するときに、利用可能な開口数ＮＡの他方の半分を使用する。変調された投影光３４ｍは、異なる角度でレンズ１３４、１３６を通して伝播するので、第１のプリズム１７２の傾斜面１７６で反射されない。これに代えて、変調された投影光３４ｍは傾斜面１７６を通過し、第２のプリズム１７４の傾斜面１７８も通過する。次に、第２のプリズム１７４は、第１のプリズム１７２の傾斜面１７６によって生成された光路の傾斜を補正する。

同じことは、空間光変調器５２上の他の点上にフォーカスされる投影光束にも適用される。入射投影光３４ｉは、利用可能な開口数ＮＡの約半分を常に用い、変調された投影光は、他方の半分を常に使用する。従って、入射投影光の角度範囲と変調された投影光の角度範囲とは常に異なる。第１のプリズム１７２の傾斜面１７６は、これらの異なる角度範囲を内部全反射（ＴＩＲ）の効果を利用することによって分離する。

多くの作動状態において、マスクレベルにおける角度光分布（すなわち、照明設定）を修正するために、瞳形成ユニット３６は、第２のレンズ１３６の第２のアレイを均一ではなく、傾斜面１７６を通してある一定の部分だけにおいて照明することになる。次に、グループ５４−１から５４−３上の対応する部分のみが照明され、これらの部分におけるマイクロミラー５６が「オン」状態にある場合に、これらの部分が、光学インテグレーター６０上に「貼り合わせ」方式で結像される。

ｉｉ）瞳平面内のミラー
図２９は、異なる角度範囲の分離が、内部全反射が発生することが可能な傾斜面によって実施されない別の実施形態を示している。内部全反射の代わりに、視野平面内で異なる角度の下に射出する投影光が瞳平面を異なる場所で通過するということが使用される。

結像光学系１３８は、レンズ１８４と１８６の間に瞳平面１８２を含む。瞳平面１８２内には、平面折り返しミラー１８８が、光軸１８０を中心とする瞳部分がクリアに保たれるように軸外位置に配置される。瞳形成ユニット３６は、瞳平面１８２内の折り返しミラー１８８上に入射投影光３４ｉの角度光分布を生成し、それによってこの分布は結像光学系１３８の光路内に結合される。

折り返しミラー１８８からの反射の後に、入射投影光３４ｉは、結像光学系１３８のレンズ１８４、第２のレンズ１３６、及び第１のレンズ１３４を通過し、最終的に空間光変調器５２のグループ５４−１から５４−３上に入射する。入射投影光３４ｉは、グループ５４−１から５４−３上で変調され、マイクロミラー５６が「オン」状態にある場合に、対物系５８内に反射して戻される。しかし、図２８に示す実施形態と同様に、変調された反射投影光３４ｍは、別の角度範囲で対物系５８を通して伝播する。この理由から、投影光３４ｍは、折り返しミラー１８８上には入射せず、瞳平面１８２の中心を通り、そこから、光学インテグレーター６０に向けてレンズ１８６を通って更に伝播する。

瞳平面１８２内の入射投影光３４ｉの角度分布を修正することにより、瞳形成ユニット３６は、空間光変調器５２上及び従って光学インテグレーター６０上の入射投影光３４ｉの空間分布を決定する。

図２９に示す実施形態において、変調された投影光３４ｍは、空間光変調器５２から対物系５８までテレセントリック光路を使用する。この理由から、変調された投影光束の主光線は、瞳平面１８２内で光軸１８０と交わる。光軸１８０と折り返しミラー１８８の間の半径方向距離は、変調された投影光３４ｍによって使用される開口数ＮＡに依存する。入射投影光３４ｉは、利用可能な開口数ＮＡのうちの残りの部分を使用する。この部分は、入射投影光３４ｉが比較的大きい入射角で空間光変調器５２上に入射する非テレセントリック光路に対応する。

この実施形態において、結像光学系１３８は、｜Ｍ｜＞１である倍率Ｍを有する。従って、光学インテグレーター６０上には、グループ５４−１から５４−３の拡大貼り合わせ像が生成される。従って、結像光学系１３８は、修正することができないサイズを有する中間像のサイズを最終像平面内で必要とされる視野サイズに適応させるために使用される。

ｄ）「オン」状態でのミラー傾斜
空間光変調器５２のグループ５４−１から５４−８を形成することができる多くの場合に市販であるデジタルミラーデバイスは、「オン」状態において支持体１７０の表面法線に対して及び従って対物系５８の光軸１８０に対しても角度αで傾斜されるマイクロミラー５６を含む。これをマイクロミラー５６のうちの１つ及び第１のレンズ１３４のうちの１つを通る拡大子午断面図である図３０に例示している。マイクロミラー５６の角度αの傾斜は、光軸に中心が定められた入射投影光３４ｉのテレセントリック円錐が、マイクロミラー５６からの反射の後に角度２αだけ傾斜されるという効果を有する。図３０では、反射光円錐を３４ｍで表記している。

反射光のこの角度αの傾斜は、レンズ１３４の開口数ＮＡが十分に大きい限り心配はない。図３０に示す実施形態ではそうではなく、従って、入射投影光３４ｉの一部分しか最終的に光学インテグレーターに到達しない可能性がある。これは、大きい開口数ＮＡを有するレンズ１３４を用いて回避することができる。しかし、高い開口数ＮＡは、通常は同じ結像品質を得るのに追加の労力を必要とするので、通常はレンズ１３４の開口数ＮＡが可能な限り小さいことが望ましい。

この目的を達成するために、入射投影光線を角度αだけ傾斜させる光傾斜光学要素を使用するように考えることができる。次に、入射投影光線は、マイクロミラー５６が「オン」状態で角度αだけ傾斜されていない場合に入射するときのものと同じ角度の下にマイクロミラー５６上に入射する。その結果、図３１に示すように、開口数ＮＡは、入射投影光と反射投影光に対して同一である。ここでは、光傾斜要素は、マイクロミラー５６とレンズ１３４の間に配置された透過楔１９０である。楔角εは、楔を通過する光線が傾斜楔面での反射の結果として角度αだけ偏位されるように決定される。

各マイクロミラー５６の前又は支持体１７０全体の前に単一楔を配置する代わりに、図３２に示すように、複数の個々の楔要素１９４を含むフレネル楔１９２を使用することができる。そのようなフレネル楔１９２は、空間光変調器を保護する支持体１７０に取り付けられた透過カバー内に容易に一体化することができる。

９．回折光学要素及びＬＣＤ
図３３は、照明系１２の代替実施形態の図３と類似の子午断面図である。この照明系では、瞳形成ユニット５２は、回折光学要素１４２、ズーム光学系１４４、及び１対のアキシコン要素１４６、１４８によって置換される。

この実施形態における空間光変調器５２は、光学活動を制御ユニット９０によって個々に制御することができる微小ＬＣＤセルの２次元アレイを含むＬＣＤパネルによって形成される。光源１１によって生成される投影光が十分な偏光状態にない場合に、空間光変調器５２の前の光路内に追加の偏光子を挿入することができる。

当然ながら、図３及び図３３に示す実施形態は、例えば回折光学要素１４２が第２のミラーアレイ５４と合わせて空間光変調器５２として使用されるような異なる方法で組み合わせることもできる。

１０．視野絞りブレード機能
図３に示す照明系１２では、既に上述したように、光入射ファセット７５とマスク平面８８の間には視野平面は存在しない（同じく図１０を参照されたい）。従来の照明系では、各走査サイクルの開始点及び終了点それぞれでの照明視野１４の開閉は、光学インテグレーター６０とマスク１６の間の視野平面に配置された視野絞りの可動ブレードによって達成される。本発明の照明系１２では、この機能は、第２のミラーアレイ５４の適切な制御が引き受ける。

これを図３４ａから図３４ｈを参照して以下に説明する。これらの図は、走査サイクル中の異なる段階における第２のミラーアレイ５４の光射出面５７上の物体区域１１０のうちの１つに対する略上面図を左手に示している。ここで、９×９個のデジタルマイクロミラー５６が物体区域１１０の範囲に配置されると仮定している。

物体区域１１０の隣には、対応する像区域１１０’を略示している。ここで、対物系５８は、物体区域１１０を光学インテグレーター６０の光入射ファセット７５のうちの１つの上に縮小スケールで結像すると仮定している。各光入射ファセット７５は、マスク平面８８に対して光学的に共役であるので、像区域１１０’内の光パターンは、マスク平面８８内で再現される。図示の実施形態において、光学ラスター要素７４、７５がＸ方向とＹ方向に沿って異なる屈折力を有するので、この像は、走査方向Ｙに沿って圧縮される。この理由から、光入射ファセット７５上の像視野１１０’が正方形であるにも関わらず、全開照明視野１４はスリット形である。

照明視野１４内に暗いストライプを引き起こす隣接するマイクロミラー５６の間の間隙を回避するために、上述の第ＩＶ．６ａ節で説明したように異なる物体区域１１０を互いに対して横方向に変位させることができ、及び／又は上述の第ＩＶ．６ｂ節で説明したように散乱板を設けることができる。以下では簡略化の目的でそのような間隙の効果を無視する。

各図３４ａから３４ｈの右端側には、マスク１６を示している。マスク１６には、感光面２２上に結像される小さい特徴部１９を含む中心区域１５２を取り囲む不透過リム１５０が設けられる。不透過リム１５０は、両方共に交差走査方向Ｘに沿って延びる前辺１５６及び後辺１５８と、走査方向Ｙに沿って延びる２つの側辺１６０とを含む。不透過リム１５０の前辺１５６及び後辺１５８の幅をｗで表記している。

図３４ａは、走査サイクルが始まる前の状況を示している。第２のミラーアレイ５４の全てのマイクロミラー５６が「オフ」状態にあり、従って、光入射ファセット７５上の対応する像区域１１０’は照明されない。

次いで、図３４ｂに示すように、マイクロミラー５６の１行目１６２−１が「オン」状態に入れられる。光入射ファセット７５上に形成される光パターンは、１行目１６２−１の像である狭いストライプである。マイクロミラー５６の１行目１６２−１が「オン」状態に入れられたら直ぐに、この時に照明視野１４を形成する狭いストライプの像は、完全に不透過リム１５０の前辺１５６上に配置される。従って、投影光によって照明されたいかなる特徴部１９もそれにも関わらず存在せず、不透過リム１５０の前辺１５６だけが照明され、投影光は、不透過リム１５０によって完全に吸収される。

マスク１６が走査方向Ｙに沿って更に移動すると、細い照明視野１４が、不透過リム１５０によって取り囲まれた中心区域１４２に均等に進入する。この時点で特徴部１９の結像が始まる。走査方向Ｙに沿って見た場合に、光入射ファセット７５上に形成される光パターンの長さ、従って、マスク１６上のその像も連続的に増大し、それに対して交差走査方向Ｘの長さは一定に留まる。

次いで、図３４ｃに示すように、マイクロミラー５６の次の行１６２−２が「オン」状態に入れられる。拡大抜粋図で分るように、照明視野１４の一方の半域１６４が、投影光が吸収される不透過リム１５０の前辺１５６だけを照明し、照明視野１４の他方の半域１６６が、マスク１６の中心区域１５２内の特徴部１９を照明する。

次いで、マイクロミラー５６の次の行が「オン」状態に入れられ、以降同じく続く。この工程は、図３４ｄに示すように全てのマイクロミラー５６が「オン」状態になるまで続けられる。この時点で、照明視野１４は、走査方向Ｙに沿った全長を有する。この瞬間に、全開照明視野１４は、不透過リム１５０の前辺１５６に当接するように位置決めされる。

マスク１６が走査方向Ｙに沿って更に移動すると、図３４ｅに示すように、今度は走査方向Ｙに沿って全長を有する照明視野１４が、マスク１６の中心区域１５２内の特徴部１９にわたって連続的に走査する。このようにして、図３４ｆに示すように照明視野１４が不透過リム１５０の後辺１５８に当接するまでマスク１６が走査される。この時点で、照明視野１４は、投影光が吸収される不透過リム１５０の後辺１５８に進入し始める。マイクロミラー５６の行１６２−１の像が不透過リム１５０上に完全に配置されると、１行目１６２−１のマイクロミラー５６が「オフ」状態に入れられる。この時点で、走査方向Ｙに沿った光入射ファセット７５の光パターンの像の長さ、すなわち、照明視野１４が減少する。

２行目１６２−２の像が不透過リム１５０の後辺１５８上に完全に配置されたら直ぐに、２行目１６２−２のマイクロミラー５６が「オフ」状態に入れられ、以降同じく続く。

図３４ｇは、最初の５つの行１６２−１から１６２−５が「オフ」状態に入れられた状態を示している。その間に、走査方向Ｙに沿った照明視野１４の長さは、２分の１超だけ減少している。

全てのマイクロミラー５６が再度「オフ」状態になると、図３４ｈに示すように、照明視野１４は完全に閉められ、光はマスク１６に到達しない。

Ｖ．重要な方法段階
ここで、本発明の重要な方法段階を図３５に示す流れ図を参照して要約する。

第１の段階Ｓ１では、第２の区域によって分離された第１の区域を含む光射出面を有する空間光変調器が与えられる。

第２の段階Ｓ２では、最終像平面内で第１の区域の像が当接するように、第２の区域ではなく第１の区域が最終像平面上に結像される。

３４ｉ 入射投影光
３４ｍ 変調された投影光
５６ マイクロミラー
１３４ 第１のレンズ
α マイクロミラーの傾斜の角度

Claims (17)

1. ａ）最終像平面（６０）と、
   ｂ）光射出面（５７）を有し、かつ光の光学特性を空間分解方式で変調するように構成された空間光変調器（５２）であって、該光学光変調器（５２）の該光射出面（５７）が、第１の区域（５４−１から５４−８）と第２の区域（１３０）を含み、該第２の区域が、該第１の区域を分離し、かつ前記最終像平面上に結像されない前記空間光変調器（５２）と、
   ｃ）前記空間光変調器（５２）の前記光射出面（５７）を前記最終像平面上に結像する対物系（５８）であって、前記第１の区域（１１０）の像（１１０’）をこれらの像が該最終像平面内で当接するように組み合わせるように構成される前記対物系（５８）と、
   を含むことを特徴とするマイクロリソグラフィ露光システムの照明系。
2. 前記対物系（５８）は、
   ａ）前記第１の区域（５４−１から５４−８）のうちの１つの拡大像を中間像平面（１３２）に各要素が形成する第１の光学要素（１３４）の第１のアレイと、
   ｂ）前記中間像平面（１３２）を前記最終像平面上に結像する結像光学系（１３８）と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明系。
3. 前記対物系（５８）は、前記中間像平面（１３２）に配置された第２の光学要素（１３６）の第２のアレイを含むことを特徴とする請求項２に記載の照明系。
4. 各第２の光学要素（１３６）は、前記第１の光学要素（１３４）のうちの１つと１対１対応で関連付けられ、そのために各第２の光学要素は、該第１の光学要素（１３４）のうちの該関連付けられた１つだけから受光することを特徴とする請求項３に記載の照明系。
5. 前記空間光変調器（５２）は、反射性又は透過性ビーム偏向要素（５６）のビーム偏向アレイ（５４）を含み、
   各ビーム偏向要素（５６）は、それが入射光を前記最終像平面の方向に向ける「オン」状態とそれが入射光を他の場所に向ける「オフ」状態とにあることができる、
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の照明系。
6. 前記ビーム偏向要素は、ミラー（５６）であり、
   前記空間光変調器（５２）上に向けられた光が、少なくとも前記対物系（５８）の一部分を通過する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の照明系。
7. 前記対物系（５８）は、前記中間像平面（１３２）に配置された第２の光学要素（１３６）の第２のアレイを含み、
   前記空間光変調器（５２）に伝播する光が、それが前記ミラー上に入射する前に第１の光学要素（１３４）の前記第１のアレイ上にかつ第２の光学要素（１３６）の前記第２のアレイ上にも入射することを特徴とする請求項６に記載の照明系。
8. 前記ミラーは、該ミラーが前記「オン」状態にある場合に前記対物系（５８）の光軸（１８０）と平行である方向に対して角度α≠０°を形成するミラー法線を有する平面ミラー（５６）であり、
   前記対物系は、入射する投影光（３４ｉ）光線を前記角度αだけ傾斜させるように構成された光傾斜光学要素（１９０，１９２）を含む、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の照明系。
9. 前記対物系（５８）は、
   ａ）前記第１の区域（５４−１から５４−８）のうちの１つの拡大像を中間像平面（１３２）に各要素が形成する第１の光学要素（１３４）の第１のアレイと、
   ｂ）前記中間像平面（１３２）を前記最終像平面上に結像する結像光学系（１３８）と、
   を含み、
   前記光傾斜要素は、前記ミラーと前記第１の光学要素の間に配置されることを特徴とする請求項８に記載の照明系。
10. 前記光傾斜要素は、楔（１９０，１９２）を含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の照明系。
11. 前記楔は、複数の個々の楔要素（１９４）を含むフレネル楔（１９２）として形成されることを特徴とする請求項１０に記載の照明系。
12. 角度光分布が、前記対物系（５８）の瞳（１８２）平面内の区域内に、前記ミラー（５６）からの反射後の光（３４ｍ）が、該ミラーが前記「オン」又は前記「オフ」状態にあるか否かに関係なく再度該区域を通過することができないように生成されることを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の照明系。
13. 前記区域は、入射する投影光（３４ｉ）を前記対物系（５８）の光路内に結合するビーム偏位面（１８８）上に位置付けられることを特徴とする請求項１２に記載の照明系。
14. 前記対物系（５８）は、
    ａ）光を前記ミラー（５６）に向うその方向に反射し、
    ｂ）光をそれが前記ミラーから反射された後であるがそれが前記最終像平面（６０）上に入射する前に透過する、
    光学面（１７６）を含む、
    ことを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の照明系。
15. 前記光学面（１７６）は、前記光を内部全反射によって反射することを特徴とする請求項１４に記載の照明系。
16. 前記光学面（１７６）は、プリズム面であることを特徴とする請求項１５に記載の照明系。
17. 前記光学特性は、前記光の振幅、位相、及び偏光状態からなるグループから選択された１つであることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の照明系。