投影露光系、ビーム伝送系及び光ビームの生成方法
【課題】ビーム伝送系のレーザから直接放出されたレーザ光よりもコヒーレンスが低減された光ビームを供給するビーム伝送系を提供する。
【解決手段】投影露光系のビーム伝送系は、キャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザを含む。１つの縦レーザモードによって生成される光は平均線幅λlatを有し、ビームのレーザ光は、ビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅λlatを有し、ビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する線幅λbを有し、λm＜λlat＜λbである。ビーム上に配置される光遅延装置は、光路差ΔＩを与える。但し、λ0は第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、λlatは第２の線幅を表している。
【解決手段】投影露光系のビーム伝送系は、キャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザを含む。１つの縦レーザモードによって生成される光は平均線幅λlatを有し、ビームのレーザ光は、ビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅λlatを有し、ビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する線幅λbを有し、λm＜λlat＜λbである。ビーム上に配置される光遅延装置は、光路差ΔＩを与える。但し、λ0は第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、λlatは第２の線幅を表している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの生成方法、ビーム伝送系及び感光基板上にパターニング構造を結像するための投影露光系に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路、液晶素子、微細パターニング構造及びミクロ機械的部品などの小型化された構造の製造においては、一般に、リソグラフィ工程が用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィに用いられる投影露光系は、一般に、ウエハと通常呼ばれる基板上に、レチクルと通常呼ばれるパターニング構造を撮像するための投影光学系を備えている。基板は、レジストと通常呼ばれる感光層で被覆され、撮像光を用いてパターニング構造の画像が露光される。撮像光はビーム伝送系によって生成され、ビーム伝送系は撮像光を用いてパターニング構造を照明する。
【０００４】
ビーム伝送系は、撮像光を生成するためのエキシマレーザなどのレーザ光源を含む。
【０００５】
レーザ光の空間的コヒーレンスにより、レーザ光の干渉は、パターニング構造が配置されている面の撮像光の強度の不均一をもたらすことが分かっている。スペックルノイズとしても知られている、このような光強度の不均一な分布により、投影露光系の撮像性能の低減が起こる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。
【０００７】
本発明の実施形態は、投影露光系の投影画像におけるスペックルの視認性を低減する方法を提供する。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、ビーム伝送系のレーザから直接放出されたレーザ光よりもコヒーレンスが低減された光ビームを供給するビーム伝送系を提供する。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態は、撮像されるパターニング構造を照明するのに用いられる光の均一性を向上させることによって撮像性能が改善された投影露光系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、光ビームの生成方法は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程と、前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、ビーム整形光学素子を通過し物体平面に入射する第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、前記分離する工程及び前記合成する工程が、前記縦レーザモードの光を少なくとも第１の光線部と第２の光線部とに分離する工程と、前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程とを含むことを特徴とする。第１の光線部と第２の光線部とを別々に処理することにより、第１及び第２の光線部が投影光学系の物体平面又は像平面において同時に生成されないため、第１の光線部によって生じるスペックルパターンと第２の光線部によって生じるスペックルパターンとが物体平面において同時に生成されず、あるいは第１及び第２の光線部間の干渉によって低減が起こる。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、レーザは第１のレーザ光ビームを生成し、前記第１のレーザ光ビームは、第１の部分ビームと第２の部分ビームとに分離される。第２の部分ビームに対して、第１の部分ビームの光路差が与えられ、その後、第１及び第２の部分ビームが合成されて第２のレーザ光ビームが形成される。光路差Δｌは、約０．８・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．８・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。上記式中、λ0はレーザによって生成される光の平均波長であり、Δλlatはレーザの１つの横レーザモードから生成される光の線幅である。
【００１２】
本明細書に記載のさらなる典型的な実施形態によれば、光路差Δｌは、約０．８５・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．５・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。また、光路差Δｌは、約０．９・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．２・λ02／（２Δλlat）よりも小さくてもよい。
【００１３】
本発明の典型的な実施形態によれば、前記第１の部分ビームと前記第２の部分ビームとを合成する工程は、前記第１及び第２の部分ビームの断面が前記第２の合成ビームの断面内において互いに隣接して配置されるように行なわれる。
【００１４】
さらなる典型的な実施形態によれば、複数の第１及び第２の部分ビームは、それらの断面が、前記合成されたビームの断面内において交互に配置されるように合成される。
【００１５】
典型的な実施形態によれば、前記第１の部分ビームのビーム経路は、前記第２の部分ビームのビーム経路に対して横方向にずれる。このような第１の部分ビームと第２の部分ビームとのずれは、第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離の１０分の１よりも大きく、横レーザモードの幅に対応する距離よりも小さい距離であってよい。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、ビーム伝送系は、第１のレーザ光ビームを生成するためのレーザと、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置される光遅延装置とを含み、前記光遅延装置は、前記第１のレーザ光ビームの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成され、光路差は約０．８・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．８・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。
【００１７】
典型的な実施形態によれば、光遅延装置は、透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記スタックは、前記第１のレーザ光ビームの複数の第１の部分ビームが前記第１のプレートを通過し、複数の第２の部分ビームが隣接する第１のプレート間の空間を通過するように前記第１のレーザ光ビームの前記ビーム経路に配置される。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切ることを特徴とする。
【００１９】
この実施形態において、前記光路差は１．８・λ2／（２Δλlat）よりも大きくてもよい。
【００２０】
典型的な実施形態によれば、前記第１のプレートはそれぞれ、前記光遅延装置を通過する光の方向に対して実質的に平行に配置される。
【００２１】
さらなる典型的な実施形態によれば、透明材料からなる第２のプレートが、隣接する第１のプレート間に挟持される。前記第１のプレートの長さ及び／又は前記第１のプレートの材料の屈折率はそれぞれ、前記第２のプレートの長さ及び前記第２のプレートの材料の屈折率と異なる。
【００２２】
典型的な実施形態によれば、前記光遅延装置は、前記第１のレーザ光ビームの前記ビーム経路に配置され透明材料からなる第３のプレートを含み、前記第３のプレートの表面は、前記第３のプレートを通過する前記第１のレーザ光ビームの方向に対して横切るように配向される。前記第１の部分ビームは前記第３のプレートを直接通過し、前記第２の部分ビームは、前記第３のプレートの表面で２回以上内部反射し、前記第１の部分ビームと合成される。
【００２３】
典型的な実施形態によれば、前記光遅延装置のすぐ上流にある前記第１のレーザ光ビームの断面と、前記光遅延装置のすぐ下流にある前記第２のレーザ光ビームの断面とは実質的に同じである。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、前記閉ループのビーム経路に配置され、１００ｎｍよりも大きい振幅を持つ複数の凸部及び凹部を有する構造化された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本明細書に記載の典型的な実施形態によれば、前記凸部及び凹部の横伸長は、前記位相変化表面と接触し前記キャビティ内の１つの縦レーザモードから発生するレーザ光のコヒーレント部の横伸長よりも小さい。つまり、前記凸部及び凹部の横伸長は、前記位相変化素子の位置の前記レーザ光ビームのコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい。
【００２６】
このため、１つの縦レーザモードによって生成される光は、閉ループを通過するたびに起こるレーザ光と位相変化表面との接触によってレーザモードの波面が変化するように、複数の異なる凸部及び／又は凹部と接触する。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、前記閉ループのビーム経路に配置された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子と、前記光遅延装置を通過する前記レーザ光ビームに照射される前記位相変化表面の表面部を伝搬する表面弾性波を生成するための表面波生成器とを含むことを特徴とする。
【００２８】
生成される表面弾性波は、位相変化表面を通過する際、１つの縦レーザモードによって生成されたレーザ光の異なる部分が、異なる位相変化を受けるような、構造化された位相変化表面を生成させるという効果を有する。
【００２９】
上述した実施形態において、位相変化素子は、レーザパルス光の有効モード数又はレーザパルス光のコヒーレンスセルの有効数を人為的に増加させるという効果を有する。このため、より多くの独立した相関性のないスペックルパターンが形成され、像平面に重畳されるスペックルパターンの数が増えることにより、像平面の光強度の観察可能なばらつきを低減することができる。
【００３０】
前記レーザは、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザなどのエキシマレーザを含んでいてもよい。
【００３１】
さらなる典型的な実施形態によれば、前記レーザは、プリズム及び反射格子などの光学素子を有する線幅減少モジュールを含む。
【００３２】
さらなる典型的な実施形態によれば、前記ビーム伝送系はさらに、分散プレート、回折光学素子、屈折光学素子などの光学素子を含む。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、投影露光系は、像平面に物体平面を結像するための投影光学系と、前記物体平面の領域にパターニング構造を搭載するための第１の台と、前記投影光学系の像平面の領域に基板を搭載するための第２の台とを含むことを特徴とする。投影露光系はさらに、上述したような、前記物体平面を照明する撮像光を生成するためのビーム伝送系を含む。
【００３４】
本発明のさらなる実施形態によれば、投影露光系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置された光遅延装置とを含むビーム伝送系と、その物体平面に配置されたパターニング構造をその像平面に結像するための投影光学系とを含み、前記物体平面に配置されたパターニング構造を照明するために前記ビーム伝送系によって伝送されたレーザ光ビームが、前記物体平面において、２％よりも小さいスペックル強度変化を有することを特徴とする。
【００３５】
このように、パターニング構造を照明する光のスペックルコントラストを低減することにより、投影光学系の物体平面において実質的に均一な光強度を実現できるという特別の利点が得られる。
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の典型的な実施形態を詳細に説明することにより、上記及び本発明の有利な特徴を明らかにするが、本発明のすべての実施形態が必ずしも本明細書に記載されている個々の利点を示すとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態における投影露光系の概略図である。
【図２】図１に示す投影露光系のビーム伝送系のレーザの概略図である。
【図３】図２に示すレーザによって生成されたレーザ光の線幅を示すグラフである。
【図４】図２に示すレーザの縦レーザモードと横レーザモードの概略図である。
【図５】図１に示す投影露光系のビーム伝送系の光遅延装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す光遅延装置によって生じた光路差を示すグラフである。
【図７】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図８】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図９】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図１０】図９に示す光遅延装置の位相変化素子の断面図である。
【図１１】図９に示す光遅延装置に使用できる位相変化素子のさらなる例の断面図である。
【図１２】図９に示す光遅延装置に使用できる位相変化素子のさらなる例の正面図である。
【図１３】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の斜視図である。
【図１４】本発明のさらなる実施形態における投影露光系の概略図である。
【図１５】図１又は図２に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に示す典型的な実施形態において、機能及び構造が等しい構成要素は、可能な限り同じ参照符号で示す。従って、特定の実施形態の個々の構成要素の特徴を理解するために、他の実施形態の説明及び課題を解決するための手段を参照されたい。
【００３９】
図１は、投影露光系１を模式的に示している。投影露光系１は投影光学系３を含み、この投影光学系３は、投影光学系３の像平面７上に投影光学系３の物体平面５を結像するための複数のレンズ又はミラーを含んでいる。レチクル９は、レチクル９が与えるパターニング構造が物体平面５に配置されるようにレチクルステージ１１に搭載される。ウエハ１３は、ウエハ１３の表面に設けられた感光性レジストが像平面７に配置されるようにウエハステージ１５に搭載される。レチクル９のパターニング構造は、ビーム伝送系２１によって生成される撮像光のビーム１７によって照明される。
【００４０】
ビーム伝送系２１は、レーザ光源２３を含んでいる。本実施形態において、レーザ光源２３は、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザなどのエキシマレーザである。後でより詳細に説明するが、レーザ光源２３によって生成されるレーザ光ビーム２５は、光遅延装置２７を通過し、レーザ光のコヒーレンスを低減させる。ビーム２５はその後、ビームエキスパンダー２９を通過する。ビームエキスパンダー２９は、屈折光学素子、レンズ系３１、フライアイ素子などの屈折光学素子３３、さらなるレンズ系３５、回折板３７、ガラスロッドなどのビーム均一化装置３９、ミラー４３で反射してレチクル９に入射するさらなるレンズ系４１により構成することができる。光学素子２９、３１、３３、３５、３７、３９及び４１は、照明ビーム１７の光の光強度がレチクル９の照明領域において実質的に一定となり、物体平面５に対する角度分布が所望の角度分布となるように配置されている。
【００４１】
ここまで説明した光学素子２９〜４１の配置は、照射ビーム１７を整形するための従来の配置であってもよい。ビーム伝送系のさらなる従来の配置は、例えば、米国特許第６，２８５，４４３号明細書、同第５，９２６，２５７号明細書及び同第５，７１０，６２０号明細書により知られている。その内容をここに参照することにより援用する。
【００４２】
図２は、エキシマレーザ光源２３の概略図である。レーザ光源２３は、紫外線を放出するエキシマ分子を生成するため、高電圧パルスによって励起されたガスを封入したガスチャンバー５１を含んでいる。
【００４３】
レーザ光源２３はさらに、生成されたビーム２５が通過するレーザの出射窓を形成する半透明ミラー５３を含んでいる。レーザ２３はさらに、線幅減少モジュール５５を含んでいる。線幅減少モジュール５５は、絞り（aperture）５７と、２つのプリズム５９と、反射格子６１とにより構成されている。ガスチャンバー５１と出射窓５３との間には、さらなるビーム形成絞り（beam defining aperture）６３が配置されている。
【００４４】
レーザ２３は、例えば、４，０００Ｈｚ〜６，０００Ｈｚの繰り返し周波数で、約２０ｎｓ〜約１５０ｎｓの持続時間を有するレーザ光パルスを生成してもよい。例えば、各パターンをウエハに露光するのに４０パルスが用いられる。レーザ２３は、複数の横レーザモードと縦レーザモードをサポートするマルチモードレーザである。このレーザから放出される光２５の平均波長はλ0である。線幅減少モジュール５５により、平均波長λ0のまわりの波長分布は、図３に示すような比較的狭い線幅Δλbであり、図３には波長λに対する光強度Ｉの分布を表す線６５が示されている。レーザ２３から放出される光２５は、ビーム２５の光の線幅Δλbよりも小さい線幅を有する複数の縦レーザモードと横レーザモードから発生する。図３には、線幅Δλmを有する典型的なレーザモードのスペクトル強度分布を表す線６７が示されている。
【００４５】
図４は、レーザ２３によって生成される光パルス７１の概略図である。光パルス７１は、チャンバー５１内の複数の縦レーザモードと横レーザモードから生成される光で構成され、コヒーレント光の体積７３は制限される。この略図において、コヒーレント光の体積７３はそれぞれ、縦方向の伸長ｌc（long）及び両横方向の伸長ｌc（lat）を有する。図４の参照符号７５は、異なる横モードによって同時に生成される複数のコヒーレンス体積（coherence volume）を示し、参照符号７６は、同じ横位置で異なる縦モードによって生成されるコヒーレンス体積を示している。特定の横位置で放出される光を供給する一連の縦モード７６も横モードと呼ばれる。
【００４６】
尚、図４はあくまでも概略図であって、単に例示を目的としたものである。実際には、コヒーレンスセルは、図４に示されているような立方形ではない。また、コヒーレンス体積は、縦方向と横方向の両方において重複する。
【００４７】
１つのコヒーレンス体積７３内の光はコヒーレント光であるため、１つのコヒーレンスセル７３から発生する光から干渉パターンが形成され得る。しかし、１つのコヒーレンスセルからの光に異なるコヒーレンスセルからの光が重畳しても、異なるセル間でコヒーレンス状態は実現されないため、干渉パターンは生成されない。
【００４８】
図４に斜線で示した典型的なコヒーレンスセル７３の光は、ピーク波長λlでは、図３の線６７で示すようなスペクトル密度を有すると仮定される。その他のコヒーレンスセルからの光は異なるピーク波長を有し、線幅が僅かに異なる場合があるため、すべてのコヒーレンスセルの光を合わせると、図３の線６５で示すようなスペクトル分布となる。
【００４９】
レーザキャビティ５１の形状及び線幅減少モジュール５５の分散により、レーザによって放出される光の平均波長は、ビーム２５の断面において異なる。ビームの方向に対して平行な１列に配置された複数の縦モードで形成された１つの横モードによって生成されるレーザ光のスペクトル分布は、ビーム全体のスペクトル分布よりも狭く、縦レーザモードのスペクトル分布よりも広い。図３の線６６は、典型的な横レーザモードのスペクトル分布を示している。
【００５０】
以下の表１に、典型的なＫｒＦレーザ及び典型的なＡｒＦレーザのデータを示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
λ0はピーク波長を表し、Δλbはビームを形成する複数のレーザモードから生成されるレーザ光の線幅を表し、Ｎlongは縦モードの数を表し、Ｎlatは横モードの数を表し、Ｎtot＝Ｎlong・Ｎlatで、これは１つのパルスを供給するレーザモードの合計数を表している。
【００５３】
ビームの各横位置で、複数の縦モードからなる横モードから光が生成される。１つの縦モードの線幅はΔλmで表され、得られる特定の横位置での横モードの線幅はΔλlatで表される。
【００５４】
ｌmは、式ｌm＝λ02／２・Δλmによって計算される１つのレーザモードからの光のコヒーレンス長を表している。
【００５５】
表１にさらに、比較式（comparative expression）ｌlat＝λ02／２・Δλlat及びｌb＝λ02／２・Δλbを示す。
【００５６】
１つのコヒーレンスセル７３からの光は、ビーム伝送系２１を通過し物体平面５に入射する。物体平面５のどの位置においても、入射光は、ビーム伝送系を異なる光路で通過しそれぞれ僅かに異なる光路長を経た光線からなる。従って、１つのコヒーレンスセル７３からのコヒーレント光は、物体平面５において、スペックルパターンなどの干渉パターンを発生させる場合がある。その光強度は物体平面において変調され、そこでスペックルコントラストは１００％もの高率になる場合がある。つまり、建設的干渉が一部で起こり、他の部分で完全破壊的干渉が起こる可能性がある。
【００５７】
異なるコヒーレンスセルから発生する光は互いに干渉しないため、各コヒーレンスセルは物体平面において独立したスペックルパターンをもたらす。このように複数の独立したパターンによって物体平面の光強度が平均化され、
【００５８】
【数１】
【００５９】
で平均化することにより、強度変調は、１つのコヒーレンスセルの光によって起こる変調と比較して小さくなる。
【００６０】
このような平均化を行なっても、光強度分布は物体平面５において十分に一定とはならない場合がある。このため、撮像光のビーム経路に光遅延装置が配置されている。
【００６１】
また、ビーム伝送系の形状に応じて、異なる縦モードが物体平面において同じスペックルパターンを発生させることができる。この場合、平均化に係わるモードの数Ｎは、レーザによってサポートされるモードの合計数Ｎtotではなく、縦モードの少ない方の数Ｎlatによって決定される。
【００６２】
光遅延装置２７は、照明光のコヒーレンスを低減させる機能を有し、図５に示すような構成を有している。光遅延装置２７は、ｄ2の間隔で並べられ、厚さがｄ1の複数のガラスプレートにより構成されている。ガラスプレート８１は、スタックとして搭載され、両側面８５においてプレート８１と噛み合った２つのフレーム８３によって固定されている（図５においては、一方のフレームのみが示されている）。破線８７は、プレート８１の前面８９に入射するビーム２５の断面を示す。プレート８１の平坦な主面９１は、ビーム２５に対して平行な方向に長さＬにわたって延びている。
【００６３】
プレート８１のスタックに入射するビーム２５は、ガラスプレート８１を通過する第１の部分ビームと隣接するガラスプレート８１間の空間を通過する第２の部分ビームとに分離される。プレート８１を通過する第１の部分ビームは、隣接するプレート８１間の空間を通過する第２の部分ビームに対して、Δｌ＝（ｎ−ｌ）・Ｌ（但し、隣接するプレート間の媒質の屈折率は１とする）の光遅延又は光路長差を生じる。長さＬは、Δｌ＝λ02／２・Δλlatを満たすように選択される。また、スタックのピッチｄ1＋ｄ2は、入射ビーム２５の横レーザモードの横伸長と同じかそれより小さくなるように選択される。ビーム断面が正方形の場合、横レーザモードの横伸長は、およそビームの直径を
【００６４】
【数２】
【００６５】
で割ったものとなる。ここで、
【００６６】
【数３】
【００６７】
は、ビームの横モードの数である。従って、１つの横レーザモードからのコヒーレント光は、光遅延される少なくとも１つの第１の部分ビームと、遅延されず光遅延装置２７を通過する少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離される。
【００６８】
これについて図６でさらに説明する。図６において、第１の線９５は、遅延されない第１の部分ビームの時間的な強度分布を表し、第２の線９７は、遅延される第１の部分ビームの時間的な強度分布を表している。
【００６９】
光パルス９５及び９７のそれぞれが、物体平面５においてスペックルパターンを形成する可能性があることは明らかであるため、光遅延装置２７は、物体平面で干渉パターンを形成できる光モードの数を倍増するという第１の効果を有する。この光遅延装置２７の第１の効果により、物体平面５の強度変調を
【００７０】
【数４】
【００７１】
だけ低減することができる。
【００７２】
さらに、パルス９５及び９７の時間的な重なりにより、パルス９５の光は、パルス９７のコヒーレント光と干渉する可能性がある。しかし、プレート８１を通過する光は、プレート８１間の空間を通過する光よりもｌlatだけ遅延されるだけでなく、プレートを通過する光は、プレート８１を通過しない光に対して位相がずれる。この位相のずれは０〜２πの範囲内であり、光の長さＬと波長λに依存する。レーザモードの波長λは、ピーク波長λ0のまわりにおいてランダムな分布を有するため、光遅延装置２７によって様々なレーザモードからの光が受けるこの位相のずれもランダムな分布を有する。従って、図６において斜線部分として示されたパルス９５及び９７の光強度の重複部分は、物体平面５において干渉パターンを生成する。干渉パターンは、ランダムな平均化が起こるように、コヒーレンスセルごとに異なる。従って、光遅延装置２７の第２の効果は、第１及び第２の部分ビーム間にランダムな位相のずれを導入して、物体平面の強度変調をさらに低減させることである。
【００７３】
上記で説明したような光遅延装置を用いれば、スペックルにより、レーザ光のコヒーレンスを、投影露光系の物体平面、つまり、像平面の強度変調が１％と低くなるまで低減することができる。
【００７４】
さらなる実施形態によれば、図５に示すような光遅延装置がビーム２５上に配置される。この場合、プレート８１の長さＬを大きくして、図６の線９５と線９７との実質的な重複が起こらないように、Δλ02／２・Δλlatよりも大きい実質的にさらに大きな光遅延差又は光路長差ΔＬを生成する。このような重複がなくても、この実施形態によれば、互いに干渉しないレーザモードの数が増えるため、物体平面のスペックルコントラストの低減に寄与することができる。
【００７５】
さらなる実施形態によれば、図５に示すタイプの複数の光遅延装置がビーム２５のビーム経路に配置される。例えば、ビーム２５において、第１の光遅延装置２７を第２の光遅延装置２７の上流に配置することができる。第１及び第２の光遅延装置のプレート８１は、ビーム２５に対して異なる向きを有していてもよい。例えば、第１の光遅延装置のプレート８１を図５に示すように水平方向に向け、第２の光遅延装置のプレート８１を垂直方向に向けることができる。
【００７６】
さらなる実施例によれば、第１及び第２の光遅延装置の両方のプレートは同じ方向に向けられる。この場合、第２の光遅延装置のプレートは、第１の光遅延装置のプレートに対して水平方向に（laterally）ずらされる。これにより、第１の光遅延装置のプレートだけを通過するビームレーザ光、第２の光遅延装置のプレートだけを通過するビームレーザ光、第１及び第２の光遅延装置の両方のプレートを通過するビームレーザ光、第１及び第２の光遅延装置のいずれのプレートも通過しないビームレーザ光が生成する。
【００７７】
さらにまた、第１及び第２の光遅延装置は、長さＬが異なるプレートを有することができる。
【００７８】
図７は、ビーム伝送系において用いることのできる光遅延装置２７ａのさらなる実施形態を示す。
【００７９】
光遅延装置２７ａは、図５のものと同様の構造を有している。すなわち、厚さがｄ1の複数の平行なガラスプレート８１ａがｄ2の間隔で配置されている。プレート８１ａは、入射ビーム２５ａ方向の長さＬ1を有している。また、ｄ2の厚さを有するガラスプレート８２が隣接するプレート８１間に挟持されている。プレート８２の前面は、プレート８１ａの前面８９ａと面一になっている。プレート８２は、プレート８１ａの長さＬ1よりも小さいビーム２５ａ方向の長さＬ2を有している。長さＬ1及び長さＬ2は、所望の光遅延ｌmが生じるよう、以下の関係式を満たすように設定されている。
【００８０】
【数５】
【００８１】
上記関係式中、
ｎ1はプレート８１ａの材料の屈折率であり、
ｎ2はプレート８２の材料の屈折率である。但し、単純化のため、隣接するプレート８１間の空隙内のガス又は真空の屈折率は１と仮定する。
【００８２】
さらに、プレート８２の材料は、レーザ光の吸収及び散乱などにより、プレート８１ａの材料の吸光度よりも高い吸光度を有していてもよい。さらに、プレート８１ａを通過する第１の部分ビームとプレート８２を通過する第２の部分ビームが光遅延装置２７ａを通過する際に実質的に同じ吸光度を有するように、長さＬ1及び長さＬ2が決定される。
【００８３】
図８は、さらなる実施形態である光遅延装置２７ｂを示す。光遅延装置２７ｂは、第１の主面１０３と第１の主面１０３に平行な第２の主面１０５とを有するガラスプレート１０１を含んでいる。第１の主面１０３は、入射するレーザ光ビーム２５ｂを横切るように配向し、さらに、第１の主面１０３のノーマル表面は、入射ビーム２５ｂの方向に対して角度aで配向している。第２の主面１０５は、半透明な面であり、入射ビーム２５ｂを、プレート１０１を直接通過する第１のビーム２６と、第２の主面１０５で反射しその後第１の主面１０３で反射して第２の主面１０５を通過しビーム２６に重畳する第２の部分ビーム２８とに分離する。プレート１０１の厚さｄは、部分ビーム２８が部分ビーム２６に対して、Δｌ＝λ02／（２Δλlat）の遅延を生じるように選択される。
【００８４】
【数６】
【００８５】
上記関係式中、ｎはプレート１０１の材料の屈折率である。
【００８６】
角度aにより、部分ビーム２８は、部分ビーム２６に対して、水平方向に（laterally）量δＤだけずれる。このようなずれはさらに、部分ビーム２８の光が部分ビーム２６の光と干渉することによって生成される干渉パターンの変調の低減に寄与する。
【００８７】
ずれδＤは、横モードの横伸長に基づいて決められるのが有利である。第１の実施例によれば、角度αは以下の関係式を満たす。
【００８８】
【数７】
【００８９】
さらなる実施例によれば、角度αは以下の関係式を満たす。
【００９０】
【数８】
【００９１】
又は
【００９２】
【数９】
【００９３】
入射ビーム２５ｂの直径Ｄ1と比較すると、合成された部分ビーム２６、２８の直径Ｄ2は、δＤという小さい値分だけ増加している。
【００９４】
図９は、さらなる実施形態である光遅延装置２７ｃを示す。光遅延装置２７ｃは、５つの表面１１３、１１４、１１５、１１６及び１１７を有するプリズム１１１を含んでいる。
【００９５】
表面１１３は、入射ビーム２５ｃを、プリズム１１１の表面１１３で直接反射する第１の部分ビーム２６ｃと、表面１１３で屈折しプリズム１１１のバルク材に入射する第２の部分ビーム３０とに分離する半透明の表面である。ビーム３０はその後、内部反射によってプリズム１１１の表面１１４、１１５、１１６及び１１７で反射して、再度プリズム１１１の内部から表面１１３に入射する。このビームの一部は、表面１１３を通過し、遅延ビーム２８ｃとして、表面１１３で直接反射したビーム２６ｃと結合する。ビーム３０のビーム経路は、プリズム１１１内で閉ループを形成する。
【００９６】
プリズム１１１は、（１００）結晶面が表面１１３に対して４５°の角度で配向されるような結晶方位を有するＣａＦ2材料で構成することができる。このような結晶方位は、材料に本質的に備わっている複屈折が材料を通過するビーム３０を減少させる効果を有する点において有利である。入射ビーム２５ｃの光が、2分の1波長板１２１などの偏光子１２１によって偏光されると、遅延されたビーム２８ｃは、直接反射したビーム２６ｃと実質的に同じ偏光を有する。
【００９７】
位相変化素子１０１ｃのようなさらなるプレートは、ビーム３０がプレート１０１ｃの表面１０３ｃに実質的に直交して入射するように、プリズム１１１を通過するビーム３０のビーム経路に配置される。
【００９８】
図１０は、プレート１０１ｃの拡大断面の一部を模式的に示す。プレート１０１ｃの構造化された表面１０３ｃは、凸部１３１と凹部１３３が形成された段差面であり、プレート１０１ｃの厚さは表面において様々である。最小厚さはｂであり、最大厚さはｂ＋ａである。同じ厚さの窪み部（step portions）は横寸法ｓを有している。突起部（steps）の高さａ及び窪み部の幅ｓはどちらも、プレート１０１ｃの表面において様々である。図示された実施例の場合、幅ｓは、プレート１０１ｃを通過するビーム３０の横レーザモードの横伸長ｌc（lat）の０．１〜５．０倍の範囲内にある。突起部（stepped portions）の最大高さａは、レーザ光のある複数の波長と同じになってもよい。例えば、高さａの値は、２００〜５００ｎｍの範囲内、又は数μｍと高くてもよい。凸部１３１及び凹部１３３は、例えば、リソグラフィ法によって作製することができる。
【００９９】
さらに、突起部のそれぞれの高さ及びその幅ｓの分布は、プレート１０１ｃの位相変化効果もビーム２８ｃの断面においてランダムな効果を有するように、ランダムな分布を有する。
【０１００】
構造化された表面１０３ｃは、表面１０３ｃを通過するレーザ光の波面を微量に変形させて表面１０３ｃを通過した光の伝搬方向を微量に変化させるという効果を有する。この光が表面１１３を通過して、表面１１３で直接反射したビーム２６ｃと結合した場合、直接反射した光と完全には一致しない。このため、合成されたビーム２６、２８は、同じ縦レーザモードによって生成され僅かに異なる方向に伝搬する光を含む。これにより、光遅延装置の下流に配置された物体平面においてスペックルパターンが異なる。異なるスペックルパターンの数が増加することにより、物体平面の光分布の均一性が大幅に向上する。
【０１０１】
また、一度（a first time）構造化された表面１０３ｃを通過したビーム３０の光の一部は、表面１１３で反射し、再び（a second time）構造化された表面１０３ｃを通過する。これにより、この光にさらなる位相変化効果が与えられる。この光の一部は半透明な表面１１３を通過してビーム２６ｃと合成され、また一部は表面１１３ｃで反射し、構造化された表面１０３ｃなどを通過することによってさらなる位相変化効果を得る。
【０１０２】
図１１は、さらなる実施例である、構造化された位相変化表面１０３ｄを有するプレート１０１ｄを模式的に示す。構造化された表面１０３ｄは、複数の凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとを含んでいる。凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは、プレート１０１ｄ上で複数の小さなプリズムを形成し、これにより、表面１０３ｄを通過するレーザ光の波面のずれが起こる。表面上の横方向のプリズムの特性寸法又は伸長は、例えば、同じ縦レーザモードから発生するレーザ光の一部の横伸長Ｌｃ（ｌａｔ）よりも小さく、例えば、５〜１０分の１である。表面１０３ｄの主面方向に対するプリズムの表面部の傾斜角度εは、プリズムごとにランダムに異なっていてもよい。さらにまた、凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとの間の振幅又は高さの差は、プリズムごとにランダムに異なっていてもよい。
【０１０３】
図９に示す実施形態においては、位相変化表面１０３ｃをビーム３０が通過する。しかし、この構造化された位相変化表面と接触するビームがそこで反射するように、構造化された位相変化表面を反射面１１３、１１４、１１５、１１６及び１１７の一つとして用いることができる。
【０１０４】
図１５は、さらなる実施形態である図９に示したのと同様の閉ループ型光ビーム経路を生成するプリズムを含む光遅延装置２７ｄを模式的に示す斜視図である。この実施形態において、構造化された位相変化表面１０３ｄは、プリズムの反射面１１４ｄに設けられる。閉ループを通過する光ビームは、内部反射によって構造化された位相変化表面１０３ｄで反射する。表面１０３ｄは、大きさや面方位がランダムなプリズムを形成する複数の凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとによって構造化されている。図１５において凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは大きく描かれているが、実際には凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは小さく、その特徴的な横伸長は、構造化された表面に入射し反射するレーザ光のコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい。
【０１０５】
図１２は、反射性を有する位相変化表面の正面図であり、反射面の構造は表面弾性波によって生成される。このため、複数のインターディジタル電極１４３を含む表面波生成器１４１が表面１０３ｅ上に設けられており、高周波生成器１４５に接続されている。表面１０３ｅを形成するプレート１０１ｅの基板材料は、高周波生成器１４５によって生成される高周波電圧が表面１０３ｅを方向１４７に伝搬する表面弾性波を生成するように、圧電性の材料からなる。図１２の破線１４９は表面弾性波の波面を示し、図１２の矩形１５１は表面１０３ｅの一部を示している。この部分で、ビーム３０が表面１０３ｅに入射し、表面弾性波１４９と接触してもよい。
【０１０６】
図１３は、図９に示したものと同様のさらなる光遅延装置の斜視図である。図１３に示す光遅延装置２７ｆは、反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆが、プリズムに備えられた内部反射面ではなく、ミラー１１４ｆ、１１５ｆ、１１６ｆであるという点において、図９に示したものとは異なっている。半透明の表面１１３ｆは、ビーム２５ｆが入射するビームスプリッタとして設けられており、このビームの一部２６ｆはビームスプリッタ１１３ｆを通過し、もう一部３０ｆはビームスプリッタ１１３ｆで反射する。その後、反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆで反射することにより、ビーム３０ｆの閉ループ型ビーム経路が形成され、ビーム３０ｆは再度ビームスプリッタ１１３ｆに入射する。このビームの一部はビームスプリッタ１１３ｆで反射し、ビーム２８ｆとしてビーム２６ｆと結合するが、このビームのもう一部は、ビームスプリッタ１１３ｆを通過し、２回目以降閉ループを通過する。反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆのいずれも、上述した図１０、図１１及び図１２を参照して説明したタイプの構造化された表面として形成することができる。さらにまた、ビーム３０ｆがこのプレートを通過する際に位相変化を生じさせることができるように、そのような構造化された表面を有するプレートをミラー１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆのいずれかの間に配置してもよい。
【０１０７】
図１４は、さらなる実施例である、上述したような光遅延装置を搭載できる投影露光系１ｇの概略図である。投影露光系１ｇは、物体平面５ｇが像平面７ｇ上に結像されるように、投影光学系３ｇの物体平面５ｇを照明するためのビーム伝送系２１ｇを含んでいる。
【０１０８】
ビーム伝送系２１ｇは、エキシマレーザなどのレーザ光源２３ｇを含んでいる。レーザ２３ｇは、光源２３ｇから放出されるビーム２５ｇが既に拡大ビームとなるように、ビーム拡大光学素子を含んでいてもよい。ビーム２５ｇは、レーザ光のコヒーレンスを低減し、物体平面５ｇと像平面７ｇにおいてそれぞれ発生するスペックルコントラストを低減する上述したタイプの光遅延装置２７ｇを通過する。
【０１０９】
光遅延装置２７ｇを通過したレーザ光は、瞳整形（pupil shaping）ディフューザ３２を通過する。瞳整形ディフューザ３２は、集光レンズ１６４によって生成される瞳面１７１の形状及び光分布を決めるコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）などの回折格子を備えていてもよい。
【０１１０】
瞳面１７１には、フライアイインテグレータ３３ｇが配置されている。フライアイインテグレータ３３ｇを通過した光は、レンズ又はレンズ系１６３を通過し、レンズ１６３の下流にフィールド面１５７を形成する。フィールド面１５７は、レチクルマスキングレンズ系１６７、１６９により、投影光学系３ｇの物体平面５ｇ上に結像される。フィールド面１５７には、レーザ光で照明される物体平面５ｇの部分を形成するための視野絞り１５３が配置されている。上述したようなタイプの光遅延装置２７ｇがレーザ光のビーム経路に配置されるため、物体平面５ｇにおいて生成されるスペックルコントラストは、２％又は１％よりも小さい量にまで効果的に低減される。
【０１１１】
さらなる実施形態によれば、図５、図７及び図８に示すどの光遅延装置でも、図９に示すタイプのビーム経路、すなわち、複数の反射面によって形成される閉ループ型経路に配置することができる。尚、図９のプリズム１１１と組み合わせて説明した５つの反射面の数は単に例示であり、反射面の数は、反射面の相対的角度を適切に調整することにより、３つや４つに減らしたり、又は５つ以上に増やしたりすることができる。さらにまた、図１０に示した位相変化素子のようなプレートを、閉ループの外側のビーム伝送系のビーム経路に配置することもできる。例えば、図１０に示す位相変化素子のようなプレートを、図１に示すビーム伝送系において光遅延装置２７として配置してもよい。
【０１１２】
上記で説明した実施形態の１つを上記で説明した別の実施形態と組み合わせ、組み合わせた実施形態が、上記で説明した実施形態の１つ又はそれ以上の特徴及び上記で説明した別の実施形態の１つ又はそれ以上の特徴を備えることも想定される。
【０１１３】
以上、特定の典型的な実施形態について本発明を説明したが、様々な変更や変形が可能なことは当業者に明らかである。従って、本明細書に記載した本発明の典型的な実施形態は、本発明を説明するものであって、限定するものではない。添付した特許請求の範囲において定義されている本発明の要旨及び範囲を逸脱しない範囲内において種々な変更を行なうことができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの生成方法、ビーム伝送系及び感光基板上にパターニング構造を結像するための投影露光系に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路、液晶素子、微細パターニング構造及びミクロ機械的部品などの小型化された構造の製造においては、一般に、リソグラフィ工程が用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィに用いられる投影露光系は、一般に、ウエハと通常呼ばれる基板上に、レチクルと通常呼ばれるパターニング構造を撮像するための投影光学系を備えている。基板は、レジストと通常呼ばれる感光層で被覆され、撮像光を用いてパターニング構造の画像が露光される。撮像光はビーム伝送系によって生成され、ビーム伝送系は撮像光を用いてパターニング構造を照明する。
【０００４】
ビーム伝送系は、撮像光を生成するためのエキシマレーザなどのレーザ光源を含む。
【０００５】
レーザ光の空間的コヒーレンスにより、レーザ光の干渉は、パターニング構造が配置されている面の撮像光の強度の不均一をもたらすことが分かっている。スペックルノイズとしても知られている、このような光強度の不均一な分布により、投影露光系の撮像性能の低減が起こる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものである。
【０００７】
本発明の実施形態は、投影露光系の投影画像におけるスペックルの視認性を低減する方法を提供する。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、ビーム伝送系のレーザから直接放出されたレーザ光よりもコヒーレンスが低減された光ビームを供給するビーム伝送系を提供する。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態は、撮像されるパターニング構造を照明するのに用いられる光の均一性を向上させることによって撮像性能が改善された投影露光系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、光ビームの生成方法は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程と、前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、ビーム整形光学素子を通過し物体平面に入射する第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、前記分離する工程及び前記合成する工程が、前記縦レーザモードの光を少なくとも第１の光線部と第２の光線部とに分離する工程と、前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程とを含むことを特徴とする。第１の光線部と第２の光線部とを別々に処理することにより、第１及び第２の光線部が投影光学系の物体平面又は像平面において同時に生成されないため、第１の光線部によって生じるスペックルパターンと第２の光線部によって生じるスペックルパターンとが物体平面において同時に生成されず、あるいは第１及び第２の光線部間の干渉によって低減が起こる。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、レーザは第１のレーザ光ビームを生成し、前記第１のレーザ光ビームは、第１の部分ビームと第２の部分ビームとに分離される。第２の部分ビームに対して、第１の部分ビームの光路差が与えられ、その後、第１及び第２の部分ビームが合成されて第２のレーザ光ビームが形成される。光路差Δｌは、約０．８・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．８・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。上記式中、λ0はレーザによって生成される光の平均波長であり、Δλlatはレーザの１つの横レーザモードから生成される光の線幅である。
【００１２】
本明細書に記載のさらなる典型的な実施形態によれば、光路差Δｌは、約０．８５・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．５・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。また、光路差Δｌは、約０．９・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．２・λ02／（２Δλlat）よりも小さくてもよい。
【００１３】
本発明の典型的な実施形態によれば、前記第１の部分ビームと前記第２の部分ビームとを合成する工程は、前記第１及び第２の部分ビームの断面が前記第２の合成ビームの断面内において互いに隣接して配置されるように行なわれる。
【００１４】
さらなる典型的な実施形態によれば、複数の第１及び第２の部分ビームは、それらの断面が、前記合成されたビームの断面内において交互に配置されるように合成される。
【００１５】
典型的な実施形態によれば、前記第１の部分ビームのビーム経路は、前記第２の部分ビームのビーム経路に対して横方向にずれる。このような第１の部分ビームと第２の部分ビームとのずれは、第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離の１０分の１よりも大きく、横レーザモードの幅に対応する距離よりも小さい距離であってよい。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、ビーム伝送系は、第１のレーザ光ビームを生成するためのレーザと、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置される光遅延装置とを含み、前記光遅延装置は、前記第１のレーザ光ビームの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成され、光路差は約０．８・λ02／（２Δλlat）よりも大きく、約１．８・λ02／（２Δλlat）よりも小さい。
【００１７】
典型的な実施形態によれば、光遅延装置は、透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記スタックは、前記第１のレーザ光ビームの複数の第１の部分ビームが前記第１のプレートを通過し、複数の第２の部分ビームが隣接する第１のプレート間の空間を通過するように前記第１のレーザ光ビームの前記ビーム経路に配置される。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切ることを特徴とする。
【００１９】
この実施形態において、前記光路差は１．８・λ2／（２Δλlat）よりも大きくてもよい。
【００２０】
典型的な実施形態によれば、前記第１のプレートはそれぞれ、前記光遅延装置を通過する光の方向に対して実質的に平行に配置される。
【００２１】
さらなる典型的な実施形態によれば、透明材料からなる第２のプレートが、隣接する第１のプレート間に挟持される。前記第１のプレートの長さ及び／又は前記第１のプレートの材料の屈折率はそれぞれ、前記第２のプレートの長さ及び前記第２のプレートの材料の屈折率と異なる。
【００２２】
典型的な実施形態によれば、前記光遅延装置は、前記第１のレーザ光ビームの前記ビーム経路に配置され透明材料からなる第３のプレートを含み、前記第３のプレートの表面は、前記第３のプレートを通過する前記第１のレーザ光ビームの方向に対して横切るように配向される。前記第１の部分ビームは前記第３のプレートを直接通過し、前記第２の部分ビームは、前記第３のプレートの表面で２回以上内部反射し、前記第１の部分ビームと合成される。
【００２３】
典型的な実施形態によれば、前記光遅延装置のすぐ上流にある前記第１のレーザ光ビームの断面と、前記光遅延装置のすぐ下流にある前記第２のレーザ光ビームの断面とは実質的に同じである。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、前記閉ループのビーム経路に配置され、１００ｎｍよりも大きい振幅を持つ複数の凸部及び凹部を有する構造化された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本明細書に記載の典型的な実施形態によれば、前記凸部及び凹部の横伸長は、前記位相変化表面と接触し前記キャビティ内の１つの縦レーザモードから発生するレーザ光のコヒーレント部の横伸長よりも小さい。つまり、前記凸部及び凹部の横伸長は、前記位相変化素子の位置の前記レーザ光ビームのコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい。
【００２６】
このため、１つの縦レーザモードによって生成される光は、閉ループを通過するたびに起こるレーザ光と位相変化表面との接触によってレーザモードの波面が変化するように、複数の異なる凸部及び／又は凹部と接触する。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態によれば、ビーム伝送系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、前記閉ループのビーム経路に配置された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子と、前記光遅延装置を通過する前記レーザ光ビームに照射される前記位相変化表面の表面部を伝搬する表面弾性波を生成するための表面波生成器とを含むことを特徴とする。
【００２８】
生成される表面弾性波は、位相変化表面を通過する際、１つの縦レーザモードによって生成されたレーザ光の異なる部分が、異なる位相変化を受けるような、構造化された位相変化表面を生成させるという効果を有する。
【００２９】
上述した実施形態において、位相変化素子は、レーザパルス光の有効モード数又はレーザパルス光のコヒーレンスセルの有効数を人為的に増加させるという効果を有する。このため、より多くの独立した相関性のないスペックルパターンが形成され、像平面に重畳されるスペックルパターンの数が増えることにより、像平面の光強度の観察可能なばらつきを低減することができる。
【００３０】
前記レーザは、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザなどのエキシマレーザを含んでいてもよい。
【００３１】
さらなる典型的な実施形態によれば、前記レーザは、プリズム及び反射格子などの光学素子を有する線幅減少モジュールを含む。
【００３２】
さらなる典型的な実施形態によれば、前記ビーム伝送系はさらに、分散プレート、回折光学素子、屈折光学素子などの光学素子を含む。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、投影露光系は、像平面に物体平面を結像するための投影光学系と、前記物体平面の領域にパターニング構造を搭載するための第１の台と、前記投影光学系の像平面の領域に基板を搭載するための第２の台とを含むことを特徴とする。投影露光系はさらに、上述したような、前記物体平面を照明する撮像光を生成するためのビーム伝送系を含む。
【００３４】
本発明のさらなる実施形態によれば、投影露光系は、レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置された光遅延装置とを含むビーム伝送系と、その物体平面に配置されたパターニング構造をその像平面に結像するための投影光学系とを含み、前記物体平面に配置されたパターニング構造を照明するために前記ビーム伝送系によって伝送されたレーザ光ビームが、前記物体平面において、２％よりも小さいスペックル強度変化を有することを特徴とする。
【００３５】
このように、パターニング構造を照明する光のスペックルコントラストを低減することにより、投影光学系の物体平面において実質的に均一な光強度を実現できるという特別の利点が得られる。
【００３６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の典型的な実施形態を詳細に説明することにより、上記及び本発明の有利な特徴を明らかにするが、本発明のすべての実施形態が必ずしも本明細書に記載されている個々の利点を示すとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態における投影露光系の概略図である。
【図２】図１に示す投影露光系のビーム伝送系のレーザの概略図である。
【図３】図２に示すレーザによって生成されたレーザ光の線幅を示すグラフである。
【図４】図２に示すレーザの縦レーザモードと横レーザモードの概略図である。
【図５】図１に示す投影露光系のビーム伝送系の光遅延装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す光遅延装置によって生じた光路差を示すグラフである。
【図７】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図８】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図９】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の断面図である。
【図１０】図９に示す光遅延装置の位相変化素子の断面図である。
【図１１】図９に示す光遅延装置に使用できる位相変化素子のさらなる例の断面図である。
【図１２】図９に示す光遅延装置に使用できる位相変化素子のさらなる例の正面図である。
【図１３】図１に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の斜視図である。
【図１４】本発明のさらなる実施形態における投影露光系の概略図である。
【図１５】図１又は図２に示す投影光学系のビーム伝送系に使用できる光遅延装置のさらなる実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に示す典型的な実施形態において、機能及び構造が等しい構成要素は、可能な限り同じ参照符号で示す。従って、特定の実施形態の個々の構成要素の特徴を理解するために、他の実施形態の説明及び課題を解決するための手段を参照されたい。
【００３９】
図１は、投影露光系１を模式的に示している。投影露光系１は投影光学系３を含み、この投影光学系３は、投影光学系３の像平面７上に投影光学系３の物体平面５を結像するための複数のレンズ又はミラーを含んでいる。レチクル９は、レチクル９が与えるパターニング構造が物体平面５に配置されるようにレチクルステージ１１に搭載される。ウエハ１３は、ウエハ１３の表面に設けられた感光性レジストが像平面７に配置されるようにウエハステージ１５に搭載される。レチクル９のパターニング構造は、ビーム伝送系２１によって生成される撮像光のビーム１７によって照明される。
【００４０】
ビーム伝送系２１は、レーザ光源２３を含んでいる。本実施形態において、レーザ光源２３は、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザなどのエキシマレーザである。後でより詳細に説明するが、レーザ光源２３によって生成されるレーザ光ビーム２５は、光遅延装置２７を通過し、レーザ光のコヒーレンスを低減させる。ビーム２５はその後、ビームエキスパンダー２９を通過する。ビームエキスパンダー２９は、屈折光学素子、レンズ系３１、フライアイ素子などの屈折光学素子３３、さらなるレンズ系３５、回折板３７、ガラスロッドなどのビーム均一化装置３９、ミラー４３で反射してレチクル９に入射するさらなるレンズ系４１により構成することができる。光学素子２９、３１、３３、３５、３７、３９及び４１は、照明ビーム１７の光の光強度がレチクル９の照明領域において実質的に一定となり、物体平面５に対する角度分布が所望の角度分布となるように配置されている。
【００４１】
ここまで説明した光学素子２９〜４１の配置は、照射ビーム１７を整形するための従来の配置であってもよい。ビーム伝送系のさらなる従来の配置は、例えば、米国特許第６，２８５，４４３号明細書、同第５，９２６，２５７号明細書及び同第５，７１０，６２０号明細書により知られている。その内容をここに参照することにより援用する。
【００４２】
図２は、エキシマレーザ光源２３の概略図である。レーザ光源２３は、紫外線を放出するエキシマ分子を生成するため、高電圧パルスによって励起されたガスを封入したガスチャンバー５１を含んでいる。
【００４３】
レーザ光源２３はさらに、生成されたビーム２５が通過するレーザの出射窓を形成する半透明ミラー５３を含んでいる。レーザ２３はさらに、線幅減少モジュール５５を含んでいる。線幅減少モジュール５５は、絞り（aperture）５７と、２つのプリズム５９と、反射格子６１とにより構成されている。ガスチャンバー５１と出射窓５３との間には、さらなるビーム形成絞り（beam defining aperture）６３が配置されている。
【００４４】
レーザ２３は、例えば、４，０００Ｈｚ〜６，０００Ｈｚの繰り返し周波数で、約２０ｎｓ〜約１５０ｎｓの持続時間を有するレーザ光パルスを生成してもよい。例えば、各パターンをウエハに露光するのに４０パルスが用いられる。レーザ２３は、複数の横レーザモードと縦レーザモードをサポートするマルチモードレーザである。このレーザから放出される光２５の平均波長はλ0である。線幅減少モジュール５５により、平均波長λ0のまわりの波長分布は、図３に示すような比較的狭い線幅Δλbであり、図３には波長λに対する光強度Ｉの分布を表す線６５が示されている。レーザ２３から放出される光２５は、ビーム２５の光の線幅Δλbよりも小さい線幅を有する複数の縦レーザモードと横レーザモードから発生する。図３には、線幅Δλmを有する典型的なレーザモードのスペクトル強度分布を表す線６７が示されている。
【００４５】
図４は、レーザ２３によって生成される光パルス７１の概略図である。光パルス７１は、チャンバー５１内の複数の縦レーザモードと横レーザモードから生成される光で構成され、コヒーレント光の体積７３は制限される。この略図において、コヒーレント光の体積７３はそれぞれ、縦方向の伸長ｌc（long）及び両横方向の伸長ｌc（lat）を有する。図４の参照符号７５は、異なる横モードによって同時に生成される複数のコヒーレンス体積（coherence volume）を示し、参照符号７６は、同じ横位置で異なる縦モードによって生成されるコヒーレンス体積を示している。特定の横位置で放出される光を供給する一連の縦モード７６も横モードと呼ばれる。
【００４６】
尚、図４はあくまでも概略図であって、単に例示を目的としたものである。実際には、コヒーレンスセルは、図４に示されているような立方形ではない。また、コヒーレンス体積は、縦方向と横方向の両方において重複する。
【００４７】
１つのコヒーレンス体積７３内の光はコヒーレント光であるため、１つのコヒーレンスセル７３から発生する光から干渉パターンが形成され得る。しかし、１つのコヒーレンスセルからの光に異なるコヒーレンスセルからの光が重畳しても、異なるセル間でコヒーレンス状態は実現されないため、干渉パターンは生成されない。
【００４８】
図４に斜線で示した典型的なコヒーレンスセル７３の光は、ピーク波長λlでは、図３の線６７で示すようなスペクトル密度を有すると仮定される。その他のコヒーレンスセルからの光は異なるピーク波長を有し、線幅が僅かに異なる場合があるため、すべてのコヒーレンスセルの光を合わせると、図３の線６５で示すようなスペクトル分布となる。
【００４９】
レーザキャビティ５１の形状及び線幅減少モジュール５５の分散により、レーザによって放出される光の平均波長は、ビーム２５の断面において異なる。ビームの方向に対して平行な１列に配置された複数の縦モードで形成された１つの横モードによって生成されるレーザ光のスペクトル分布は、ビーム全体のスペクトル分布よりも狭く、縦レーザモードのスペクトル分布よりも広い。図３の線６６は、典型的な横レーザモードのスペクトル分布を示している。
【００５０】
以下の表１に、典型的なＫｒＦレーザ及び典型的なＡｒＦレーザのデータを示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
λ0はピーク波長を表し、Δλbはビームを形成する複数のレーザモードから生成されるレーザ光の線幅を表し、Ｎlongは縦モードの数を表し、Ｎlatは横モードの数を表し、Ｎtot＝Ｎlong・Ｎlatで、これは１つのパルスを供給するレーザモードの合計数を表している。
【００５３】
ビームの各横位置で、複数の縦モードからなる横モードから光が生成される。１つの縦モードの線幅はΔλmで表され、得られる特定の横位置での横モードの線幅はΔλlatで表される。
【００５４】
ｌmは、式ｌm＝λ02／２・Δλmによって計算される１つのレーザモードからの光のコヒーレンス長を表している。
【００５５】
表１にさらに、比較式（comparative expression）ｌlat＝λ02／２・Δλlat及びｌb＝λ02／２・Δλbを示す。
【００５６】
１つのコヒーレンスセル７３からの光は、ビーム伝送系２１を通過し物体平面５に入射する。物体平面５のどの位置においても、入射光は、ビーム伝送系を異なる光路で通過しそれぞれ僅かに異なる光路長を経た光線からなる。従って、１つのコヒーレンスセル７３からのコヒーレント光は、物体平面５において、スペックルパターンなどの干渉パターンを発生させる場合がある。その光強度は物体平面において変調され、そこでスペックルコントラストは１００％もの高率になる場合がある。つまり、建設的干渉が一部で起こり、他の部分で完全破壊的干渉が起こる可能性がある。
【００５７】
異なるコヒーレンスセルから発生する光は互いに干渉しないため、各コヒーレンスセルは物体平面において独立したスペックルパターンをもたらす。このように複数の独立したパターンによって物体平面の光強度が平均化され、
【００５８】
【数１】
【００５９】
で平均化することにより、強度変調は、１つのコヒーレンスセルの光によって起こる変調と比較して小さくなる。
【００６０】
このような平均化を行なっても、光強度分布は物体平面５において十分に一定とはならない場合がある。このため、撮像光のビーム経路に光遅延装置が配置されている。
【００６１】
また、ビーム伝送系の形状に応じて、異なる縦モードが物体平面において同じスペックルパターンを発生させることができる。この場合、平均化に係わるモードの数Ｎは、レーザによってサポートされるモードの合計数Ｎtotではなく、縦モードの少ない方の数Ｎlatによって決定される。
【００６２】
光遅延装置２７は、照明光のコヒーレンスを低減させる機能を有し、図５に示すような構成を有している。光遅延装置２７は、ｄ2の間隔で並べられ、厚さがｄ1の複数のガラスプレートにより構成されている。ガラスプレート８１は、スタックとして搭載され、両側面８５においてプレート８１と噛み合った２つのフレーム８３によって固定されている（図５においては、一方のフレームのみが示されている）。破線８７は、プレート８１の前面８９に入射するビーム２５の断面を示す。プレート８１の平坦な主面９１は、ビーム２５に対して平行な方向に長さＬにわたって延びている。
【００６３】
プレート８１のスタックに入射するビーム２５は、ガラスプレート８１を通過する第１の部分ビームと隣接するガラスプレート８１間の空間を通過する第２の部分ビームとに分離される。プレート８１を通過する第１の部分ビームは、隣接するプレート８１間の空間を通過する第２の部分ビームに対して、Δｌ＝（ｎ−ｌ）・Ｌ（但し、隣接するプレート間の媒質の屈折率は１とする）の光遅延又は光路長差を生じる。長さＬは、Δｌ＝λ02／２・Δλlatを満たすように選択される。また、スタックのピッチｄ1＋ｄ2は、入射ビーム２５の横レーザモードの横伸長と同じかそれより小さくなるように選択される。ビーム断面が正方形の場合、横レーザモードの横伸長は、およそビームの直径を
【００６４】
【数２】
【００６５】
で割ったものとなる。ここで、
【００６６】
【数３】
【００６７】
は、ビームの横モードの数である。従って、１つの横レーザモードからのコヒーレント光は、光遅延される少なくとも１つの第１の部分ビームと、遅延されず光遅延装置２７を通過する少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離される。
【００６８】
これについて図６でさらに説明する。図６において、第１の線９５は、遅延されない第１の部分ビームの時間的な強度分布を表し、第２の線９７は、遅延される第１の部分ビームの時間的な強度分布を表している。
【００６９】
光パルス９５及び９７のそれぞれが、物体平面５においてスペックルパターンを形成する可能性があることは明らかであるため、光遅延装置２７は、物体平面で干渉パターンを形成できる光モードの数を倍増するという第１の効果を有する。この光遅延装置２７の第１の効果により、物体平面５の強度変調を
【００７０】
【数４】
【００７１】
だけ低減することができる。
【００７２】
さらに、パルス９５及び９７の時間的な重なりにより、パルス９５の光は、パルス９７のコヒーレント光と干渉する可能性がある。しかし、プレート８１を通過する光は、プレート８１間の空間を通過する光よりもｌlatだけ遅延されるだけでなく、プレートを通過する光は、プレート８１を通過しない光に対して位相がずれる。この位相のずれは０〜２πの範囲内であり、光の長さＬと波長λに依存する。レーザモードの波長λは、ピーク波長λ0のまわりにおいてランダムな分布を有するため、光遅延装置２７によって様々なレーザモードからの光が受けるこの位相のずれもランダムな分布を有する。従って、図６において斜線部分として示されたパルス９５及び９７の光強度の重複部分は、物体平面５において干渉パターンを生成する。干渉パターンは、ランダムな平均化が起こるように、コヒーレンスセルごとに異なる。従って、光遅延装置２７の第２の効果は、第１及び第２の部分ビーム間にランダムな位相のずれを導入して、物体平面の強度変調をさらに低減させることである。
【００７３】
上記で説明したような光遅延装置を用いれば、スペックルにより、レーザ光のコヒーレンスを、投影露光系の物体平面、つまり、像平面の強度変調が１％と低くなるまで低減することができる。
【００７４】
さらなる実施形態によれば、図５に示すような光遅延装置がビーム２５上に配置される。この場合、プレート８１の長さＬを大きくして、図６の線９５と線９７との実質的な重複が起こらないように、Δλ02／２・Δλlatよりも大きい実質的にさらに大きな光遅延差又は光路長差ΔＬを生成する。このような重複がなくても、この実施形態によれば、互いに干渉しないレーザモードの数が増えるため、物体平面のスペックルコントラストの低減に寄与することができる。
【００７５】
さらなる実施形態によれば、図５に示すタイプの複数の光遅延装置がビーム２５のビーム経路に配置される。例えば、ビーム２５において、第１の光遅延装置２７を第２の光遅延装置２７の上流に配置することができる。第１及び第２の光遅延装置のプレート８１は、ビーム２５に対して異なる向きを有していてもよい。例えば、第１の光遅延装置のプレート８１を図５に示すように水平方向に向け、第２の光遅延装置のプレート８１を垂直方向に向けることができる。
【００７６】
さらなる実施例によれば、第１及び第２の光遅延装置の両方のプレートは同じ方向に向けられる。この場合、第２の光遅延装置のプレートは、第１の光遅延装置のプレートに対して水平方向に（laterally）ずらされる。これにより、第１の光遅延装置のプレートだけを通過するビームレーザ光、第２の光遅延装置のプレートだけを通過するビームレーザ光、第１及び第２の光遅延装置の両方のプレートを通過するビームレーザ光、第１及び第２の光遅延装置のいずれのプレートも通過しないビームレーザ光が生成する。
【００７７】
さらにまた、第１及び第２の光遅延装置は、長さＬが異なるプレートを有することができる。
【００７８】
図７は、ビーム伝送系において用いることのできる光遅延装置２７ａのさらなる実施形態を示す。
【００７９】
光遅延装置２７ａは、図５のものと同様の構造を有している。すなわち、厚さがｄ1の複数の平行なガラスプレート８１ａがｄ2の間隔で配置されている。プレート８１ａは、入射ビーム２５ａ方向の長さＬ1を有している。また、ｄ2の厚さを有するガラスプレート８２が隣接するプレート８１間に挟持されている。プレート８２の前面は、プレート８１ａの前面８９ａと面一になっている。プレート８２は、プレート８１ａの長さＬ1よりも小さいビーム２５ａ方向の長さＬ2を有している。長さＬ1及び長さＬ2は、所望の光遅延ｌmが生じるよう、以下の関係式を満たすように設定されている。
【００８０】
【数５】
【００８１】
上記関係式中、
ｎ1はプレート８１ａの材料の屈折率であり、
ｎ2はプレート８２の材料の屈折率である。但し、単純化のため、隣接するプレート８１間の空隙内のガス又は真空の屈折率は１と仮定する。
【００８２】
さらに、プレート８２の材料は、レーザ光の吸収及び散乱などにより、プレート８１ａの材料の吸光度よりも高い吸光度を有していてもよい。さらに、プレート８１ａを通過する第１の部分ビームとプレート８２を通過する第２の部分ビームが光遅延装置２７ａを通過する際に実質的に同じ吸光度を有するように、長さＬ1及び長さＬ2が決定される。
【００８３】
図８は、さらなる実施形態である光遅延装置２７ｂを示す。光遅延装置２７ｂは、第１の主面１０３と第１の主面１０３に平行な第２の主面１０５とを有するガラスプレート１０１を含んでいる。第１の主面１０３は、入射するレーザ光ビーム２５ｂを横切るように配向し、さらに、第１の主面１０３のノーマル表面は、入射ビーム２５ｂの方向に対して角度aで配向している。第２の主面１０５は、半透明な面であり、入射ビーム２５ｂを、プレート１０１を直接通過する第１のビーム２６と、第２の主面１０５で反射しその後第１の主面１０３で反射して第２の主面１０５を通過しビーム２６に重畳する第２の部分ビーム２８とに分離する。プレート１０１の厚さｄは、部分ビーム２８が部分ビーム２６に対して、Δｌ＝λ02／（２Δλlat）の遅延を生じるように選択される。
【００８４】
【数６】
【００８５】
上記関係式中、ｎはプレート１０１の材料の屈折率である。
【００８６】
角度aにより、部分ビーム２８は、部分ビーム２６に対して、水平方向に（laterally）量δＤだけずれる。このようなずれはさらに、部分ビーム２８の光が部分ビーム２６の光と干渉することによって生成される干渉パターンの変調の低減に寄与する。
【００８７】
ずれδＤは、横モードの横伸長に基づいて決められるのが有利である。第１の実施例によれば、角度αは以下の関係式を満たす。
【００８８】
【数７】
【００８９】
さらなる実施例によれば、角度αは以下の関係式を満たす。
【００９０】
【数８】
【００９１】
又は
【００９２】
【数９】
【００９３】
入射ビーム２５ｂの直径Ｄ1と比較すると、合成された部分ビーム２６、２８の直径Ｄ2は、δＤという小さい値分だけ増加している。
【００９４】
図９は、さらなる実施形態である光遅延装置２７ｃを示す。光遅延装置２７ｃは、５つの表面１１３、１１４、１１５、１１６及び１１７を有するプリズム１１１を含んでいる。
【００９５】
表面１１３は、入射ビーム２５ｃを、プリズム１１１の表面１１３で直接反射する第１の部分ビーム２６ｃと、表面１１３で屈折しプリズム１１１のバルク材に入射する第２の部分ビーム３０とに分離する半透明の表面である。ビーム３０はその後、内部反射によってプリズム１１１の表面１１４、１１５、１１６及び１１７で反射して、再度プリズム１１１の内部から表面１１３に入射する。このビームの一部は、表面１１３を通過し、遅延ビーム２８ｃとして、表面１１３で直接反射したビーム２６ｃと結合する。ビーム３０のビーム経路は、プリズム１１１内で閉ループを形成する。
【００９６】
プリズム１１１は、（１００）結晶面が表面１１３に対して４５°の角度で配向されるような結晶方位を有するＣａＦ2材料で構成することができる。このような結晶方位は、材料に本質的に備わっている複屈折が材料を通過するビーム３０を減少させる効果を有する点において有利である。入射ビーム２５ｃの光が、2分の1波長板１２１などの偏光子１２１によって偏光されると、遅延されたビーム２８ｃは、直接反射したビーム２６ｃと実質的に同じ偏光を有する。
【００９７】
位相変化素子１０１ｃのようなさらなるプレートは、ビーム３０がプレート１０１ｃの表面１０３ｃに実質的に直交して入射するように、プリズム１１１を通過するビーム３０のビーム経路に配置される。
【００９８】
図１０は、プレート１０１ｃの拡大断面の一部を模式的に示す。プレート１０１ｃの構造化された表面１０３ｃは、凸部１３１と凹部１３３が形成された段差面であり、プレート１０１ｃの厚さは表面において様々である。最小厚さはｂであり、最大厚さはｂ＋ａである。同じ厚さの窪み部（step portions）は横寸法ｓを有している。突起部（steps）の高さａ及び窪み部の幅ｓはどちらも、プレート１０１ｃの表面において様々である。図示された実施例の場合、幅ｓは、プレート１０１ｃを通過するビーム３０の横レーザモードの横伸長ｌc（lat）の０．１〜５．０倍の範囲内にある。突起部（stepped portions）の最大高さａは、レーザ光のある複数の波長と同じになってもよい。例えば、高さａの値は、２００〜５００ｎｍの範囲内、又は数μｍと高くてもよい。凸部１３１及び凹部１３３は、例えば、リソグラフィ法によって作製することができる。
【００９９】
さらに、突起部のそれぞれの高さ及びその幅ｓの分布は、プレート１０１ｃの位相変化効果もビーム２８ｃの断面においてランダムな効果を有するように、ランダムな分布を有する。
【０１００】
構造化された表面１０３ｃは、表面１０３ｃを通過するレーザ光の波面を微量に変形させて表面１０３ｃを通過した光の伝搬方向を微量に変化させるという効果を有する。この光が表面１１３を通過して、表面１１３で直接反射したビーム２６ｃと結合した場合、直接反射した光と完全には一致しない。このため、合成されたビーム２６、２８は、同じ縦レーザモードによって生成され僅かに異なる方向に伝搬する光を含む。これにより、光遅延装置の下流に配置された物体平面においてスペックルパターンが異なる。異なるスペックルパターンの数が増加することにより、物体平面の光分布の均一性が大幅に向上する。
【０１０１】
また、一度（a first time）構造化された表面１０３ｃを通過したビーム３０の光の一部は、表面１１３で反射し、再び（a second time）構造化された表面１０３ｃを通過する。これにより、この光にさらなる位相変化効果が与えられる。この光の一部は半透明な表面１１３を通過してビーム２６ｃと合成され、また一部は表面１１３ｃで反射し、構造化された表面１０３ｃなどを通過することによってさらなる位相変化効果を得る。
【０１０２】
図１１は、さらなる実施例である、構造化された位相変化表面１０３ｄを有するプレート１０１ｄを模式的に示す。構造化された表面１０３ｄは、複数の凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとを含んでいる。凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは、プレート１０１ｄ上で複数の小さなプリズムを形成し、これにより、表面１０３ｄを通過するレーザ光の波面のずれが起こる。表面上の横方向のプリズムの特性寸法又は伸長は、例えば、同じ縦レーザモードから発生するレーザ光の一部の横伸長Ｌｃ（ｌａｔ）よりも小さく、例えば、５〜１０分の１である。表面１０３ｄの主面方向に対するプリズムの表面部の傾斜角度εは、プリズムごとにランダムに異なっていてもよい。さらにまた、凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとの間の振幅又は高さの差は、プリズムごとにランダムに異なっていてもよい。
【０１０３】
図９に示す実施形態においては、位相変化表面１０３ｃをビーム３０が通過する。しかし、この構造化された位相変化表面と接触するビームがそこで反射するように、構造化された位相変化表面を反射面１１３、１１４、１１５、１１６及び１１７の一つとして用いることができる。
【０１０４】
図１５は、さらなる実施形態である図９に示したのと同様の閉ループ型光ビーム経路を生成するプリズムを含む光遅延装置２７ｄを模式的に示す斜視図である。この実施形態において、構造化された位相変化表面１０３ｄは、プリズムの反射面１１４ｄに設けられる。閉ループを通過する光ビームは、内部反射によって構造化された位相変化表面１０３ｄで反射する。表面１０３ｄは、大きさや面方位がランダムなプリズムを形成する複数の凸部１３１ｄと凹部１３３ｄとによって構造化されている。図１５において凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは大きく描かれているが、実際には凸部１３１ｄと凹部１３３ｄは小さく、その特徴的な横伸長は、構造化された表面に入射し反射するレーザ光のコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい。
【０１０５】
図１２は、反射性を有する位相変化表面の正面図であり、反射面の構造は表面弾性波によって生成される。このため、複数のインターディジタル電極１４３を含む表面波生成器１４１が表面１０３ｅ上に設けられており、高周波生成器１４５に接続されている。表面１０３ｅを形成するプレート１０１ｅの基板材料は、高周波生成器１４５によって生成される高周波電圧が表面１０３ｅを方向１４７に伝搬する表面弾性波を生成するように、圧電性の材料からなる。図１２の破線１４９は表面弾性波の波面を示し、図１２の矩形１５１は表面１０３ｅの一部を示している。この部分で、ビーム３０が表面１０３ｅに入射し、表面弾性波１４９と接触してもよい。
【０１０６】
図１３は、図９に示したものと同様のさらなる光遅延装置の斜視図である。図１３に示す光遅延装置２７ｆは、反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆが、プリズムに備えられた内部反射面ではなく、ミラー１１４ｆ、１１５ｆ、１１６ｆであるという点において、図９に示したものとは異なっている。半透明の表面１１３ｆは、ビーム２５ｆが入射するビームスプリッタとして設けられており、このビームの一部２６ｆはビームスプリッタ１１３ｆを通過し、もう一部３０ｆはビームスプリッタ１１３ｆで反射する。その後、反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆで反射することにより、ビーム３０ｆの閉ループ型ビーム経路が形成され、ビーム３０ｆは再度ビームスプリッタ１１３ｆに入射する。このビームの一部はビームスプリッタ１１３ｆで反射し、ビーム２８ｆとしてビーム２６ｆと結合するが、このビームのもう一部は、ビームスプリッタ１１３ｆを通過し、２回目以降閉ループを通過する。反射面１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆのいずれも、上述した図１０、図１１及び図１２を参照して説明したタイプの構造化された表面として形成することができる。さらにまた、ビーム３０ｆがこのプレートを通過する際に位相変化を生じさせることができるように、そのような構造化された表面を有するプレートをミラー１１４ｆ、１１５ｆ及び１１６ｆのいずれかの間に配置してもよい。
【０１０７】
図１４は、さらなる実施例である、上述したような光遅延装置を搭載できる投影露光系１ｇの概略図である。投影露光系１ｇは、物体平面５ｇが像平面７ｇ上に結像されるように、投影光学系３ｇの物体平面５ｇを照明するためのビーム伝送系２１ｇを含んでいる。
【０１０８】
ビーム伝送系２１ｇは、エキシマレーザなどのレーザ光源２３ｇを含んでいる。レーザ２３ｇは、光源２３ｇから放出されるビーム２５ｇが既に拡大ビームとなるように、ビーム拡大光学素子を含んでいてもよい。ビーム２５ｇは、レーザ光のコヒーレンスを低減し、物体平面５ｇと像平面７ｇにおいてそれぞれ発生するスペックルコントラストを低減する上述したタイプの光遅延装置２７ｇを通過する。
【０１０９】
光遅延装置２７ｇを通過したレーザ光は、瞳整形（pupil shaping）ディフューザ３２を通過する。瞳整形ディフューザ３２は、集光レンズ１６４によって生成される瞳面１７１の形状及び光分布を決めるコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）などの回折格子を備えていてもよい。
【０１１０】
瞳面１７１には、フライアイインテグレータ３３ｇが配置されている。フライアイインテグレータ３３ｇを通過した光は、レンズ又はレンズ系１６３を通過し、レンズ１６３の下流にフィールド面１５７を形成する。フィールド面１５７は、レチクルマスキングレンズ系１６７、１６９により、投影光学系３ｇの物体平面５ｇ上に結像される。フィールド面１５７には、レーザ光で照明される物体平面５ｇの部分を形成するための視野絞り１５３が配置されている。上述したようなタイプの光遅延装置２７ｇがレーザ光のビーム経路に配置されるため、物体平面５ｇにおいて生成されるスペックルコントラストは、２％又は１％よりも小さい量にまで効果的に低減される。
【０１１１】
さらなる実施形態によれば、図５、図７及び図８に示すどの光遅延装置でも、図９に示すタイプのビーム経路、すなわち、複数の反射面によって形成される閉ループ型経路に配置することができる。尚、図９のプリズム１１１と組み合わせて説明した５つの反射面の数は単に例示であり、反射面の数は、反射面の相対的角度を適切に調整することにより、３つや４つに減らしたり、又は５つ以上に増やしたりすることができる。さらにまた、図１０に示した位相変化素子のようなプレートを、閉ループの外側のビーム伝送系のビーム経路に配置することもできる。例えば、図１０に示す位相変化素子のようなプレートを、図１に示すビーム伝送系において光遅延装置２７として配置してもよい。
【０１１２】
上記で説明した実施形態の１つを上記で説明した別の実施形態と組み合わせ、組み合わせた実施形態が、上記で説明した実施形態の１つ又はそれ以上の特徴及び上記で説明した別の実施形態の１つ又はそれ以上の特徴を備えることも想定される。
【０１１３】
以上、特定の典型的な実施形態について本発明を説明したが、様々な変更や変形が可能なことは当業者に明らかである。従って、本明細書に記載した本発明の典型的な実施形態は、本発明を説明するものであって、限定するものではない。添付した特許請求の範囲において定義されている本発明の要旨及び範囲を逸脱しない範囲内において種々な変更を行なうことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程と、
前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、ビーム整形光学素子を通過し物体平面に入射する第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、
前記分離する工程及び前記合成する工程が、前記縦レーザモードの光を少なくとも第１の光線部と第２の光線部とに分離する工程と、前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程とを含むことを特徴とする光ビームの生成方法。
【請求項２】
前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程が、前記第２の光線部に対して、前記第１の光線部の光遅延を発生させる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つが、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つにおける１つの縦レーザモードから発生する光線部の横伸長（lateral extension）よりも小さい前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つに対して横切る特徴的な横伸長を有する複数の位相変化構造（phase changing structure）と接触する（interact）請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記光遅延が、前記第１及び第２の光線部が時間的な重なりを持つような時間の長さを有する請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程が、前記第２の光線部に対し、前記第１の光線部の伝搬方向において差を発生させる工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置される光遅延装置であって、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成され、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つにおける１つの縦レーザモードから発生する光線部の横伸長よりも小さい前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つに対して横切る特徴的な横伸長を有する複数の位相変化構造を含む光遅延装置とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項７】
前記複数の位相変化構造が、複数のプレートを含む請求項６に記載のビーム伝送系。
【請求項８】
前記複数のプレートが、それぞれ、前記第１のレーザ光ビームのビーム方向に対して実質的に平行に配置された請求項７に記載のビーム伝送系。
【請求項９】
前記複数の位相変化構造が、表面上に設けられた複数の凸部及び凹部を含む請求項６に記載のビーム伝送系。
【請求項１０】
前記光遅延装置が、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの１つに閉ループ型ビーム経路を形成するように構成された請求項６〜９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項１１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程であって、前記複数の縦レーザモードのうちの１つの縦レーザモードによって生成される光は、平均的な第１の線幅を有し、前記合成された第１のビームのレーザ光は、前記第１のビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅を有し、前記合成された第１のビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する第３の線幅を有し、前記第２の線幅は前記第１の線幅よりも大きく、前記第３の線幅は前記第２の線幅よりも大きい工程と、
前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、
前記少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせる工程と、
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、
以下の関係式を満たすことを特徴とする光ビームの生成方法。
【数１】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
λ0は前記第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、
Δλlは前記第２の線幅を表している。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成する工程は、前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームの断面が前記合成された第２のビームの断面内において互いに隣接して配置されるように行なわれる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
複数の第１の部分ビームと複数の第２の部分ビームとは、前記第１の部分ビームと前記第２の部分ビームの断面が前記合成された第２のビームの断面内において交互に隣接して配置されるように第２の合成ビームに合成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成する工程は、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が横方向にずれるように行なわれる請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離の１０分の１よりも大きい距離だけ横方向にずれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離よりも小さい距離だけ横方向にずれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザであって、前記複数の縦レーザモードのうちの１つの縦レーザモードによって生成される光は、平均的な第１の線幅を有し、前記第１のビームのレーザ光は、前記第１のビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅を有し、前記第１のビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する第３の線幅を有し、前記第２の線幅は前記第１の線幅よりも大きく、前記第３の線幅は前記第２の線幅よりも大きいレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、
以下の関係式を満たすことを特徴とするビーム伝送系。
【数２】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
λ0は前記第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、
Δλlは前記第２の線幅を表している。
【請求項１８】
前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切る請求項１７に記載のビーム伝送系。
【請求項１９】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、
前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切ることを特徴とするビーム伝送系。
【請求項２０】
前記第１のプレートの表面が、前記光遅延装置に入射する前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して実質的に平行に配向された請求項１８又は１９に記載のビーム伝送系。
【請求項２１】
前記第１のプレートが、以下の関係式を満たす前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に沿った長さに延びている請求項１１に記載のビーム伝送系。
【数３】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
ｎは前記第１のプレートの透明材料の屈折率を表し、
ｄは前記第１のプレートの長さを表している。
【請求項２２】
前記スタックが、透明材料からなる複数の第２のプレートを含み、前記第２のプレートが隣接する第１のプレートの間に挟持されている請求項１８〜２１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２３】
２つの隣接する第１のプレートのそれぞれの厚さが、前記２つの隣接する第１のプレート間の空隙よりも大きい請求項１８〜２２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２４】
前記光遅延装置が、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され透明材料からなる第３のプレートを含み、前記第３のプレートが、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して横切るように配置され、前記第３のプレートの厚さが以下の関係式を満たす請求項１７〜２２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【数４】
上記関係式中
Δｌは前記光路差を表し、
ｎは前記第３のプレートの透明材料の屈折率を表し、
ｄは前記第３のプレートの厚さを表している。
【請求項２５】
前記第３のプレートのノーマル表面（a surface normal of the third plate）が、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して所定の角度で配向しており、かつ、以下の関係式を満たす請求項２４に記載のビーム伝送系。
【数５】
上記関係式中、
Ｄlは前記光遅延装置のすぐ上流の前記第１のレーザ光ビームの断面を表し、
Ｎlatは前記第１のビームの横レーザモードの数を表し、
αは前記ビーム経路の向きに対する前記第３のプレートのノーマル表面の角度を表し、 ｄは前記第３のプレートの厚さを表している。
【請求項２６】
以下の関係式を満たす請求項１７〜２５のいずれかに記載のビーム伝送系。
【数６】
上記関係式中、
Ｄlは前記光遅延装置のすぐ上流の前記第１のレーザ光ビームの断面を表し、
Ｄ2は前記光遅延装置のすぐ下流の前記第２のレーザ光ビームの断面を表している。
【請求項２７】
前記レーザ光の一部のビーム経路が閉ループを形成するように配置された複数の反射面をさらに含む請求項１７〜２６のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２８】
前記閉ループを通過するレーザ光の一部のビーム経路が、前記閉ループを通過しないレーザ光の一部と結合する請求項２７に記載のビーム伝送系。
【請求項２９】
段差面を有するプレートが、前記閉ループを形成するビーム経路に配置される請求項２７又は２８に記載のビーム伝送系。
【請求項３０】
光遅延装置が、前記閉ループを形成するビーム経路に配置された請求項２７〜２９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、
前記閉ループのビーム経路に配置され、１００ｎｍよりも大きい振幅を持つ複数の凸部及び凹部を有する構造化された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項３２】
前記凸部及び凹部の横伸長が、前記位相変化表面と接触し前記キャビティ内の１つの縦レーザモードから発生するレーザ光線部の横伸長よりも小さい請求項３１に記載のビーム伝送系。
【請求項３３】
前記凸部及び凹部の横伸長が、前記位相変化表面の位置のレーザ光のコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい請求項３１に記載のビーム伝送系。
【請求項３４】
前記位相変化表面の凸部及び凹部が段差形状を有する請求項３１〜３３のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３５】
前記位相変化表面の凸部及び凹部のそれぞれが、前記位相変化表面の主面方向に対して実質的に平行に配向する表面部を含む請求項３４に記載のビーム伝送系。
【請求項３６】
前記位相変化表面の凸部及び凹部が楔形状を有する請求項３１〜３３のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３７】
前記位相変化表面の凸部及び凹部のそれぞれが、前記位相変化表面の主面方向に対して傾斜した表面部を含む請求項３６に記載のビーム伝送系。
【請求項３８】
前記凸部の傾斜角度が隣接する凸部間で異なる請求項３７に記載のビーム伝送系。
【請求項３９】
前記凸部及び凹部の傾斜角度がランダムに分布している請求項３７又は３８に記載のビーム伝送系。
【請求項４０】
前記凸部及び凹部の振幅がランダムに分布している請求項３１〜３９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、
前記閉ループのビーム経路に配置された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子と、
前記光遅延装置を通過する前記レーザ光ビームに照射される前記位相変化表面の表面部を伝搬する表面弾性波を生成するための表面波生成器とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項４２】
前記位相変化素子の位相変化表面を、前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームが通過する請求項３１〜４１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４３】
前記位相変化素子の位相変化表面が、前記光遅延装置の複数の反射面の１つである請求項３１〜３１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４４】
前記光遅延装置が、前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームが通過する半反射ミラーを含む請求項３１〜３２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４５】
前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームの一部が、前記半反射ミラーを通過し、前記半反射ミラーで反射したレーザ光ビームと結合する請求項４４に記載のビーム伝送系。
【請求項４６】
前記レーザがエキシマレーザである請求項１７〜４５のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４７】
前記エキシマレーザが、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザのうちの１つである請求項４６に記載のビーム伝送系。
【請求項４８】
前記レーザが、線幅減少モジュール（a line narrowing module）を含む請求項１７〜４７のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４９】
前記線幅減少モジュールが、プリズムと反射格子の少なくとも一方を含む請求項４８に記載のビーム伝送系。
【請求項５０】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された回折光学素子をさらに含む請求項１７〜４９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５１】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された分散プレートをさらに含む請求項１７〜５０のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５２】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された光混合器をさらに含む請求項１７〜５１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５３】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置されたフライアイレンズをさらに含む請求項１７〜５２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５４】
基板にパターニング構造を結像するための投影露光系であって、
請求項１〜５３のいずれかに記載のビーム伝送系と、
像平面に物体平面を結像するための投影光学系と、
前記ビーム伝送系によって生成された第２のレーザ光ビームのビーム経路内の前記物体平面の領域にパターニング構造を搭載するための第１の台と、
前記投影光学系の像平面の領域に前記基板を搭載するための第２の台とを含むことを特徴とする投影露光系。
【請求項５５】
基板にパターニング構造を結像するための投影露光系であって、
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置された光遅延装置とを含むビーム伝送系と、
その物体平面に配置されたパターニング構造をその像平面に結像するための投影光学系とを含み、
前記物体平面に配置されたパターニング構造を照明するために前記ビーム伝送系によって伝送されたレーザ光ビームが、前記物体平面において、２％よりも小さいスペックル強度変化（a speckle−generated intensity variation ）を有することを特徴とする投影露光系。
【請求項５６】
前記スペックル強度変化が前記物体平面において１％よりも小さい請求項５５に記載の投影露光系。
【請求項１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程と、
前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、ビーム整形光学素子を通過し物体平面に入射する第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、
前記分離する工程及び前記合成する工程が、前記縦レーザモードの光を少なくとも第１の光線部と第２の光線部とに分離する工程と、前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程とを含むことを特徴とする光ビームの生成方法。
【請求項２】
前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程が、前記第２の光線部に対して、前記第１の光線部の光遅延を発生させる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つが、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つにおける１つの縦レーザモードから発生する光線部の横伸長（lateral extension）よりも小さい前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つに対して横切る特徴的な横伸長を有する複数の位相変化構造（phase changing structure）と接触する（interact）請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記光遅延が、前記第１及び第２の光線部が時間的な重なりを持つような時間の長さを有する請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記分離された第１及び第２の光線部を別々に処理する工程が、前記第２の光線部に対し、前記第１の光線部の伝搬方向において差を発生させる工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置される光遅延装置であって、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成され、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つにおける１つの縦レーザモードから発生する光線部の横伸長よりも小さい前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの少なくとも１つに対して横切る特徴的な横伸長を有する複数の位相変化構造を含む光遅延装置とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項７】
前記複数の位相変化構造が、複数のプレートを含む請求項６に記載のビーム伝送系。
【請求項８】
前記複数のプレートが、それぞれ、前記第１のレーザ光ビームのビーム方向に対して実質的に平行に配置された請求項７に記載のビーム伝送系。
【請求項９】
前記複数の位相変化構造が、表面上に設けられた複数の凸部及び凹部を含む請求項６に記載のビーム伝送系。
【請求項１０】
前記光遅延装置が、前記第１の部分ビーム及び前記第２の部分ビームの１つに閉ループ型ビーム経路を形成するように構成された請求項６〜９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項１１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードを励起し、前記複数の縦レーザモードによって生成された光を合成して、第１のレーザ光ビームを形成する工程であって、前記複数の縦レーザモードのうちの１つの縦レーザモードによって生成される光は、平均的な第１の線幅を有し、前記合成された第１のビームのレーザ光は、前記第１のビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅を有し、前記合成された第１のビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する第３の線幅を有し、前記第２の線幅は前記第１の線幅よりも大きく、前記第３の線幅は前記第２の線幅よりも大きい工程と、
前記第１のレーザ光ビームを、少なくとも１つの第１の部分ビームと少なくとも１つの第２の部分ビームとに分離する工程と、
前記少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせる工程と、
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成して、第２の合成レーザ光ビームを形成する工程とを含む光ビームの生成方法であって、
以下の関係式を満たすことを特徴とする光ビームの生成方法。
【数１】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
λ0は前記第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、
Δλlは前記第２の線幅を表している。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成する工程は、前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームの断面が前記合成された第２のビームの断面内において互いに隣接して配置されるように行なわれる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
複数の第１の部分ビームと複数の第２の部分ビームとは、前記第１の部分ビームと前記第２の部分ビームの断面が前記合成された第２のビームの断面内において交互に隣接して配置されるように第２の合成ビームに合成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームと前記少なくとも１つの第２の部分ビームとを合成する工程は、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が横方向にずれるように行なわれる請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離の１０分の１よりも大きい距離だけ横方向にずれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第１の部分ビームのビーム経路が、前記少なくとも１つの第２の部分ビームのビーム経路に対して、前記第１のレーザ光ビームの断面の横レーザモードの幅に対応する距離よりも小さい距離だけ横方向にずれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザであって、前記複数の縦レーザモードのうちの１つの縦レーザモードによって生成される光は、平均的な第１の線幅を有し、前記第１のビームのレーザ光は、前記第１のビームの各横位置において、横レーザモードに対応する第２の線幅を有し、前記第１のビームのレーザ光は、その断面全体にわたって平均化した場合、複数の横レーザモードに対応する第３の線幅を有し、前記第２の線幅は前記第１の線幅よりも大きく、前記第３の線幅は前記第２の線幅よりも大きいレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、
以下の関係式を満たすことを特徴とするビーム伝送系。
【数２】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
λ0は前記第１のレーザ光ビームの光の平均波長であり、
Δλlは前記第２の線幅を表している。
【請求項１８】
前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切る請求項１７に記載のビーム伝送系。
【請求項１９】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードから第１のレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第２の部分ビームに対して、前記第１のレーザ光ビームの少なくとも１つの第１の部分ビームの光路差を生じさせるように構成された光遅延装置とを含むビーム伝送系であって、
前記光遅延装置が、所定の間隔で配置され透明材料からなる複数の第１のプレートで構成されるスタックを含み、前記第１のプレートを複数の第１の部分ビームのビーム経路が横切り、隣接する第１のプレート間の空間を複数の第２の部分ビームのビーム経路が横切ることを特徴とするビーム伝送系。
【請求項２０】
前記第１のプレートの表面が、前記光遅延装置に入射する前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して実質的に平行に配向された請求項１８又は１９に記載のビーム伝送系。
【請求項２１】
前記第１のプレートが、以下の関係式を満たす前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に沿った長さに延びている請求項１１に記載のビーム伝送系。
【数３】
上記関係式中、
Δｌは前記光路差を表し、
ｎは前記第１のプレートの透明材料の屈折率を表し、
ｄは前記第１のプレートの長さを表している。
【請求項２２】
前記スタックが、透明材料からなる複数の第２のプレートを含み、前記第２のプレートが隣接する第１のプレートの間に挟持されている請求項１８〜２１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２３】
２つの隣接する第１のプレートのそれぞれの厚さが、前記２つの隣接する第１のプレート間の空隙よりも大きい請求項１８〜２２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２４】
前記光遅延装置が、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路に配置され透明材料からなる第３のプレートを含み、前記第３のプレートが、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して横切るように配置され、前記第３のプレートの厚さが以下の関係式を満たす請求項１７〜２２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【数４】
上記関係式中
Δｌは前記光路差を表し、
ｎは前記第３のプレートの透明材料の屈折率を表し、
ｄは前記第３のプレートの厚さを表している。
【請求項２５】
前記第３のプレートのノーマル表面（a surface normal of the third plate）が、前記第１のレーザ光ビームのビーム経路の向きに対して所定の角度で配向しており、かつ、以下の関係式を満たす請求項２４に記載のビーム伝送系。
【数５】
上記関係式中、
Ｄlは前記光遅延装置のすぐ上流の前記第１のレーザ光ビームの断面を表し、
Ｎlatは前記第１のビームの横レーザモードの数を表し、
αは前記ビーム経路の向きに対する前記第３のプレートのノーマル表面の角度を表し、 ｄは前記第３のプレートの厚さを表している。
【請求項２６】
以下の関係式を満たす請求項１７〜２５のいずれかに記載のビーム伝送系。
【数６】
上記関係式中、
Ｄlは前記光遅延装置のすぐ上流の前記第１のレーザ光ビームの断面を表し、
Ｄ2は前記光遅延装置のすぐ下流の前記第２のレーザ光ビームの断面を表している。
【請求項２７】
前記レーザ光の一部のビーム経路が閉ループを形成するように配置された複数の反射面をさらに含む請求項１７〜２６のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項２８】
前記閉ループを通過するレーザ光の一部のビーム経路が、前記閉ループを通過しないレーザ光の一部と結合する請求項２７に記載のビーム伝送系。
【請求項２９】
段差面を有するプレートが、前記閉ループを形成するビーム経路に配置される請求項２７又は２８に記載のビーム伝送系。
【請求項３０】
光遅延装置が、前記閉ループを形成するビーム経路に配置された請求項２７〜２９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、
前記閉ループのビーム経路に配置され、１００ｎｍよりも大きい振幅を持つ複数の凸部及び凹部を有する構造化された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項３２】
前記凸部及び凹部の横伸長が、前記位相変化表面と接触し前記キャビティ内の１つの縦レーザモードから発生するレーザ光線部の横伸長よりも小さい請求項３１に記載のビーム伝送系。
【請求項３３】
前記凸部及び凹部の横伸長が、前記位相変化表面の位置のレーザ光のコヒーレンスセルの横伸長よりも小さい請求項３１に記載のビーム伝送系。
【請求項３４】
前記位相変化表面の凸部及び凹部が段差形状を有する請求項３１〜３３のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３５】
前記位相変化表面の凸部及び凹部のそれぞれが、前記位相変化表面の主面方向に対して実質的に平行に配向する表面部を含む請求項３４に記載のビーム伝送系。
【請求項３６】
前記位相変化表面の凸部及び凹部が楔形状を有する請求項３１〜３３のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項３７】
前記位相変化表面の凸部及び凹部のそれぞれが、前記位相変化表面の主面方向に対して傾斜した表面部を含む請求項３６に記載のビーム伝送系。
【請求項３８】
前記凸部の傾斜角度が隣接する凸部間で異なる請求項３７に記載のビーム伝送系。
【請求項３９】
前記凸部及び凹部の傾斜角度がランダムに分布している請求項３７又は３８に記載のビーム伝送系。
【請求項４０】
前記凸部及び凹部の振幅がランダムに分布している請求項３１〜３９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４１】
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、
前記レーザ光ビームのビーム経路に配置され、前記ビーム経路が閉ループを構成するように配置された複数の反射面を含む光遅延装置と、
前記閉ループのビーム経路に配置された位相変化表面を含む少なくとも１つの位相変化素子と、
前記光遅延装置を通過する前記レーザ光ビームに照射される前記位相変化表面の表面部を伝搬する表面弾性波を生成するための表面波生成器とを含むことを特徴とするビーム伝送系。
【請求項４２】
前記位相変化素子の位相変化表面を、前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームが通過する請求項３１〜４１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４３】
前記位相変化素子の位相変化表面が、前記光遅延装置の複数の反射面の１つである請求項３１〜３１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４４】
前記光遅延装置が、前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームが通過する半反射ミラーを含む請求項３１〜３２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４５】
前記光遅延装置を通過するレーザ光ビームの一部が、前記半反射ミラーを通過し、前記半反射ミラーで反射したレーザ光ビームと結合する請求項４４に記載のビーム伝送系。
【請求項４６】
前記レーザがエキシマレーザである請求項１７〜４５のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４７】
前記エキシマレーザが、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザのうちの１つである請求項４６に記載のビーム伝送系。
【請求項４８】
前記レーザが、線幅減少モジュール（a line narrowing module）を含む請求項１７〜４７のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項４９】
前記線幅減少モジュールが、プリズムと反射格子の少なくとも一方を含む請求項４８に記載のビーム伝送系。
【請求項５０】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された回折光学素子をさらに含む請求項１７〜４９のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５１】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された分散プレートをさらに含む請求項１７〜５０のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５２】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置された光混合器をさらに含む請求項１７〜５１のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５３】
前記第２のレーザ光ビームのビーム経路に配置されたフライアイレンズをさらに含む請求項１７〜５２のいずれかに記載のビーム伝送系。
【請求項５４】
基板にパターニング構造を結像するための投影露光系であって、
請求項１〜５３のいずれかに記載のビーム伝送系と、
像平面に物体平面を結像するための投影光学系と、
前記ビーム伝送系によって生成された第２のレーザ光ビームのビーム経路内の前記物体平面の領域にパターニング構造を搭載するための第１の台と、
前記投影光学系の像平面の領域に前記基板を搭載するための第２の台とを含むことを特徴とする投影露光系。
【請求項５５】
基板にパターニング構造を結像するための投影露光系であって、
レーザのキャビティ内の複数の縦レーザモードからレーザ光ビームを生成するレーザと、前記レーザ光ビームのビーム経路に配置された光遅延装置とを含むビーム伝送系と、
その物体平面に配置されたパターニング構造をその像平面に結像するための投影光学系とを含み、
前記物体平面に配置されたパターニング構造を照明するために前記ビーム伝送系によって伝送されたレーザ光ビームが、前記物体平面において、２％よりも小さいスペックル強度変化（a speckle−generated intensity variation ）を有することを特徴とする投影露光系。
【請求項５６】
前記スペックル強度変化が前記物体平面において１％よりも小さい請求項５５に記載の投影露光系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４７０１９（Ｐ２０１２−１４７０１９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８４６３４（Ｐ２０１２−８４６３４）
【出願日】平成２４年４月３日（２０１２．４．３）
【分割の表示】特願２００７−５４３７８１（Ｐ２００７−５４３７８１）の分割
【原出願日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月３日（２０１２．４．３）
【分割の表示】特願２００７−５４３７８１（Ｐ２００７−５４３７８１）の分割
【原出願日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]