JP2008182244A - Optical integrator for illumination system of microlithographic projection exposure apparatus - Google Patents
Optical integrator for illumination system of microlithographic projection exposure apparatus Download PDFInfo
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Abstract
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。 The present invention relates to an optical integrator for an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus. These types of light integrators generate a secondary light source in the illumination system and include a plurality of microlenses.
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。 Electrical integrated circuits and other microstructured structural elements are typically fabricated by providing several structured layers on a suitable substrate, for example a silicon wafer. To structure the layer, the layer is first coated with a photoresist that is sensitive to light associated with a particular wavelength region, such as light in the deep ultraviolet spectral region (DUV). Thereafter, the coated wafer is exposed with a projection exposure apparatus. In this process, a pattern composed of diffractive structures arranged on a mask is imaged onto a photoresist by a projection objective. In this case, since the lateral magnification is less than about 1, this type of projection objective is often referred to as a reduction objective.
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。 After developing the photoresist, the wafer is subjected to an etching process, which results in the layer being structured according to the pattern on the mask. Next, the remaining photoresist is removed from the rest of the layer. This process is repeated until all layers are formed on the wafer.
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。 The effectiveness of the projection exposure apparatus used depends not only on the imaging characteristics of the projection objective but also on the illumination system that illuminates the mask. For this reason, the illumination system also includes a light source, such as a pulsed laser, and some adjustable optical elements. The illumination system ensures that the light that illuminates the mask has desirable characteristics, particularly with respect to angular distribution and intensity distribution.
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。 The illumination system of the microlithographic projection exposure apparatus includes an optical integrator. When the integrator is properly illuminated, it produces a plurality of secondary light sources. In an ideal case, a luminous flux having the same angular distribution is generated from the secondary light source. The converging lens formed by the 2f optical element superimposes the light beam in the subsequent field plane of the illumination system. The field plane can be, for example, a mask surface on which a field stop can be placed or an upstream intermediate field plane. As a result of superimposing the light beams generated by the secondary light source, the field of view is illuminated so as to have a desired intensity distribution. The object side focal plane of the condenser lens coincides with the pupil plane of the illumination system located at or near the light integrator.
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。 Usually, uniform illumination of the field plane is desirable. In this case, the secondary light source must have the radiation characteristics of a Lambertian radiator. Lambertian radiators are characterized in that their radiance is the same in all directions (at least within a certain angular range). Thus, such radiators are sometimes referred to as being “fully diffusive”. The larger the angle of light emitted from a secondary light source with a directional component perpendicular to the optical axis, the larger the size of the field of view in this direction due to the sine condition.
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。 Usually, the optical integrator is in the form of a honeycomb condenser lens including a plurality of individual lenses. In the case of previous illumination systems, a macroscopic fly-eye lens, such as that found in film projector lighting devices, was used as the light integrator. Single lenses of these macroscopic fly-eye lenses are of the order of a few millimeters and often have a hexagonal or rectangular outer shape, but these must correspond to the geometry of the illuminated field of view. Don't be. With a first component comprising such a type of microlens array, a substantially parallel incident light is disposed downstream of the first component at a distance from the focal length of the first microlens. It is focused on the microlens of the component. Each microlens of the second component is associated with a secondary light source.
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。 In the latest illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus, an optical integrator having a large number of microlenses less than 1 mm is usually used if the characteristic dimension can be less than 2 mm. When microlenses are illuminated uniformly, the number of smaller, more densely arranged secondary light sources increases the uniformity of illumination in the field plane that results from overlapping the light produced by the secondary light sources. It becomes possible to improve. However, when using light with a short wavelength, the choice of materials for the optical integrator is limited. Due to the high radiance, it is possible to use only highly transparent materials at the wavelengths used. Otherwise, the light integrator will be overheated by the absorbed light.
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。 Only a few materials are sufficiently transparent at wavelengths below 200 nm. These include, for example, calcium fluoride (CaF 2 ) or similar crystalline fluorides. However, the processing of these materials is only possible with relatively great technical effort.
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。 In general, the shape of the field illuminated in the field plane is rectangular. This is one of the reasons why optical integrators, each of which includes a cross array of cylindrical microlenses in two components arranged in series along the optical axis, are currently used.
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）。 Examples of cross arrays of such cylindrical lenses can be gathered from prior art documents (see, for example, Patent Documents 1 to 5).
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。
For example, as is clear from the above-mentioned
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。 However, for example, for making very small (cylindrical) microlenses having curved refractive surface of a material such as CaF 2 is not a circular arc shape is technically relatively complicated.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical integrator for an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus that can be manufactured with less effort.
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。 This object is achieved by an optical integrator comprising the features of claim 1.
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。 The present invention merely provides a specified irradiance in the field of view by a microlens that is curved into an arc shape when the refractive power is optimally divided between the first microlens and the second microlens. It is based on the discovery that the distribution can be realized. Since the irradiance distribution in the field of view reacts relatively sensitively to the refractive power distribution, an inappropriate irradiance distribution is obtained when the refractive power distribution is selected at random. Perhaps because of this, a more obvious solution is selected, ie a refractive surface whose contour is not shaped like an arc (“aspherical surface”), despite the additional manufacturing effort already mentioned. A solution has been selected.
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。 However, according to the discovery of the inventor, it is nevertheless formed into an arc shape by assuming that it is an ideal condenser lens satisfying the sinusoidal condition due to several systemically confirmed refractive power distributions. Such a curved refracting surface can also usually produce a desirable irradiance distribution.
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。 In order to confirm these refractive power distributions, it is possible to determine the numerical aperture of the secondary light source that the optical integrator will have in the X direction. In general, the X direction is the direction in which the size of the illumination field is maximized. In the case of a scanning projection exposure apparatus, the X direction extends perpendicular to the scanning direction that displaces the mask during the exposure cycle. The total refractive power of the optical integrator in this X direction is obtained from the desired numerical aperture.
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。 Next, the split between the first and second refracting powers should be changed, preferably in a computer-assisted manner, thereby preserving the total refracting power according to the numerical aperture set previously. The division change is continued until the desired irradiance distribution is obtained. Of course, a change in power splitting means that the irradiance of the field along the X direction meets certain optimization criteria (eg, root mean square value, minimum deviation from the set distribution, or It is possible to continue to the point in time (with respect to deviations that are still acceptable).
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。 The first microlens and the second microlens extend parallel to the optical axis by only an optimal division of the refractive index between the first microlens and the second microlens, and one X direction. In an intersecting plane including a curved surface, and has a refractive surface with an image-side numerical aperture in the X direction of more than 0.15, preferably even 0.3. Thus, it becomes possible to use an optical integrator in the illumination system of the microlithographic projection exposure apparatus. This method is of course applicable even when the numerical aperture is smaller. By providing a microlens whose profile is curved in an arc shape, it is possible in this case to use a relatively low-cost manufacturing technology, which is nevertheless far below 1 mm due to the low-cost technology. It becomes possible to realize the width of the microlens.
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。 The first and second microlenses are desirably cylindrical lenses having refractive power only in the X direction. Therefore, the first and second microlenses have a refractive surface cut from a cylindrical surface. However, in principle, the present invention is also applicable to a microlens having a refracting surface that is rotationally symmetric. Also in this case, it is possible to realize a desired irradiance distribution in the field of view by appropriately dividing the refractive power between the first spherical microlens and the second spherical microlens.
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。 The effect of the light integrator can be explained most clearly by referring to the intensity distribution thereby occurring in the downstream field plane. However, a condensing lens that establishes a Fourier relationship between the pupil plane and the field plane also affects this intensity distribution. To be able to compare the effects of optical integrators, it is appropriate to consider an ideal condenser lens that satisfies the sine condition. In this way, the influence of the condenser lens is normalized. According to this definition, when the secondary light source has the radiance of a Lambertian radiator, uniform irradiance is obtained in the field plane.
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。 However, regarding the determination of the optimal division between the first microlens and the second microlens, it is also possible to perform the calculation assuming an actual condenser lens that does not satisfy the sine condition.
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。 Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments based on the drawings.
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。
FIG. 1 shows a very simplified perspective view of a
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。
A
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。
In the case of the
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。
FIG. 2 shows details of the
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。
The light generated by the excimer laser is extremely concentrated and is therefore first expanded by the
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。
The expanded light beam then passes through a refractive
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。
In the illustrated illumination system, a suitable diffractive
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。
Located at or near the
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。
The luminous flux generated by the secondary light source is superimposed on the
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。
The
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。
3, 4, and 5, a cross section parallel to the YZ plane and a cross section parallel to the XZ plane of the
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。
Each of the
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。
The
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。
The
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。
The refracting surfaces of the microlenses 70Y, 70X, 72X, and 72Y each have a cross section (that is, a cross section perpendicular to the vertical axis) formed into an arc shape. Therefore, the refracting surface has a shape cut out from the cylindrical surface, and the radius of curvature is indicated by a dotted circle in FIGS. Circles assigned to the first, second, third, and
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。
As can be seen in FIG. 4, the first and
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。
The second and
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。
For this reason, since the second and
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。
Providing a cylindrical microlens with a refractive surface cut from a cylindrical surface has considerable advantages with respect to production technology. A consideration in this regard is that, for clarity, FIGS. 3-5 cannot accurately reproduce the actual size ratio. This is because the
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。
Such types of arrays can be made from thin microlenses, for example, by a fly-cut process known as such. In this case, the lens substrate surface is structured using diamond. Details regarding particularly suitable fly-cutting processes can be gathered from WO 2007/093436 A. In such a production process, there is no boundary between
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。
However, in general, in the case of the second and third
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−ｘrとｘrの外縁間における放射照度Ｅは一定である。 FIG. 6 presents various possibilities for the set distribution of the irradiance E in the X direction on the mask surface 58 (or the conjugate intermediate image plane 52). The irradiance E is graphed on the x coordinate. A rectangular set distribution of irradiance E, which is often desirable, is displayed as a continuous line. Irradiance E between the outer edge of the field of view -x r and x r is constant.
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−ｘr及びｘr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。
An alternative setting distribution of irradiance E is indicated by a dotted
エッジ−ｘr及びｘr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。
Another possible distribution of irradiance E, which falls slightly towards the edges -x r and x r , is indicated by a dotted
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±ｂｘk 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。
An element common to all the set distributions described above is that the irradiance E can be expressed by the following equation (1).
E = a ± bx k formula (1)
Here, a and b are positive constants, and 0 ≦ k ≦ 2.5 applies. The variable x represents the distance in the x direction from the center of the visual field located on the optical axis.
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。
According to the present invention, when the refractive power is properly divided between the
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。
First, the numerical aperture and the total refractive power of the second and
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。
In the second step, the refractive power splitting between the
図７には、比率Ｅr／Ｅm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Ｅmは視野中心（ｘ＝０）における放射照度Ｅに相当するが、値Ｅrは視野のエッジ（ｘ＝ｘr）における放射照度Ｅの値を示す。比率Ｅr／Ｅm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。
FIG. 7 shows a graph in which the ratio E r / E m is drawn as a function of the radius r 2 of the second
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。
The graph shown in FIG. 7 reveals how the edge rise changes in the process of changing the refractive power split between the
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。
If the assumption of an ideal condenser lens is not justified, it is possible to take into account the non-ideal effects of the actual condenser lens used in the
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Ｅr／Ｅm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。
Table 1 lists the values of the radii of curvature r 2 and r 3 for the second and
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。
In the following, the sine conditions already mentioned several times will be clarified in relation to FIG. According to the sine condition:
sin (α) = p / f Equation (2)
In this equation, f represents the focal length of the ideal converging
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。
The
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。
FIG. 9 shows in plan view the components indicated at 70 'of an optical integrator according to another exemplary embodiment. In this exemplary embodiment, the
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。
In the optical integrator according to this another exemplary embodiment, in addition to the
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。
The considerations mentioned above in connection with the splitting of the refractive power in the X direction between the two components, of course, apply here as well. By appropriately dividing the refractive power of the
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 26 light source, 28 beam expander, 30 interchangeable holder, 36 refractive optical element, 38 zoom axicon assembly, 42 first pupil plane, 44 zoom objective lens, 46 axicon group, 48 light integrator, 50 condenser lens, 52 intermediate Field plane, 54 Field stop, 56 Field stop objective lens, 58 Mask plane, 60 Second pupil plane, 62 Aperture stop
Claims (20)
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±ｂｘk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。 A light integrator for an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus (10), comprising:
a) an optical axis (OA);
b) arranged in the first plane,
A first refractive power in the X direction perpendicular to the optical axis (OA);
An array of first microlenses (70X) having a width in the X direction of less than 2 mm;
c) disposed in a second plane different from the first plane;
A second refractive power in the X direction;
An array of second microlenses (72X) having a width in the X direction of less than 2 mm,
d) The first and second microlenses (70X, 72X) have a refracting surface that extends in parallel to the optical axis and is curved in an arc shape on an intersecting surface including the X direction,
e) Irradiance in the visual field (16, 94) along the X direction when the first refractive power and the second refractive power illuminate the integrator (48) with light parallel to the axial direction. Is selected so that it does not differ by more than 1% from a predetermined set distribution represented by E = a ± bx k , where a and b are positive constants and 0 ≦ k ≦ 2.5 And x represents the distance in the X direction from the center of the field of view, so that a sine condition exists between the focal plane (92) of the first and second microlenses and the field of view (94). Characterized as being true as it is,
Optical integrator.
（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。 An optical integrator for an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus,
(I) an optical axis;
(Ii) disposed in the first plane;
A first refractive power in the X direction perpendicular to the optical axis;
A first array of microlenses having a width in the X direction of less than 2 mm;
(Iii) disposed in a second plane different from the first plane;
A second refractive power in the X direction;
A second microlens array having a width in the X direction of less than 2 mm;
The first and second microlenses have a refracting surface curved in an arc shape at an intersecting surface, the intersecting surface extends in parallel with the optical axis, and includes an X direction.
A method for manufacturing an optical integrator, comprising:
a) establishing the total refractive power that the optical integrator should have in the X direction;
b) so as to obtain the total refractive power set in step a), and
Until the deviation of the irradiance distribution in the field of view along the X direction calculated for each division from the predetermined target distribution is below a predetermined threshold,
Changing the division between the first refractive power and the second refractive power;
c) manufacturing the optical integrator in which the refractive power is divided such that the deviation determined in step b) is minimized.
A method for manufacturing an optical integrator.
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。 A light integrator for an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus (10), comprising:
a) an optical axis (OA);
b) arranged in the first plane,
A first refractive power in the X direction perpendicular to the optical axis (OA);
An array of first microlenses (70X) having a width in the X direction of less than 2 mm;
c) disposed in a second plane different from the first plane;
A second refractive power in the X direction;
An array of second microlenses (72X) having a width in the X direction of less than 2 mm,
d) The first and second microlenses (70X, 72X) have a refracting surface that extends in parallel to the optical axis and is curved in an arc shape on an intersecting surface including the X direction,
e) the image-side numerical aperture of the optical integrator in the X direction exceeds 0.15,
Optical integrator.
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