JP2002520810A - 減偏光子を有するマイクロリソグラフィの照明システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、１つの放射波長を有するエキシマレーザ（１）、ビーム拡大系（２）、光ミキシング系（５）ならびに照射面を有する、マイクロリソグラフィの照明システムに関する。このシステムでは、複屈折材料から成る光学素子（ＤＰ）が光束横断面に配置されており（例えばハンル減偏光子）、この光学素子の厚さは、光束横断面にわたって、照射波長の倍数で変化する。少なくとも１つの光ミキシング系（Ａ１，Ｌ１，５）が前記光学素子に後置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ある放射波長のエキシマレーザ、ビーム拡大系、光ミキシング系、
及び照射平面を有するマイクロリソグラフィの照明システムに関する。

【０００２】 そのような照明システムは、波長が２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの
ＤＵＶマイクロリソグラフィにおいて公知であり、例えば特にヨーロッパ特許出
願公開第０７４７７７２号公報に記載されている。

【０００３】 さらに本発明は、請求項７の上位概念に記載の投影露光装置に関する。

【０００４】 そのような照明システムには疑似減偏光子が用いられている。疑似減偏光子と
の概念は次のように説明される、すなわちこのような素子は、偏光を実際に解消
するのでなく、単に光束の横断面にわたって種々の偏光変化を生ぜしめるにすぎ
ない。したがって、空間的中央において偏光の何らの特別な優位方向は存在しな
い。

【０００５】 文献から種々の疑似減偏光子が公知である。

【０００６】 ハンル（Hanle）減偏光子が、補償くさびに関連して、例えばベルンハルト・
ハレ・ナッハフォルガ社（Bernhard Halle Nachfolger GmbH）により光学的実験
素子として提案されている。

【０００７】 東ドイツ特許出願公開第２８１０１１号公報には、測定装置（分光器）用に紫
外線（ＵＶ）領域において用いるための、直線複屈折くさび及び円複屈折くさび
から成る減偏光子が記載されている。

【０００８】 Fuyun Xuの『ＳＰＩＥ』第１７５２巻（１９９２）３０７〜３１０頁に、交差
した光学軸を有する２つのくさびの配置を含む種々の石英減偏光子が記載されて
いる。

【０００９】 これらの素子の場合に生ずる偏光分布（幾何学的に互いに並んだ全ての偏光方
向）を重畳するための手段がそれぞれ示されておらず、それはおそらく、測定装
置において面状検出器が積分を行うことに基づいている。

【００１０】 マイクロリソグラフィでは、方向に依存しない構造伝達を実現するために、非
偏光の利用が有利である。しかし、波長が３００ｎｍ未満のマイクロリソグラフ
ィシステムの場合、光源として有利には直線偏光されたエキシマレーザが用いら
れる。このようなエキシマレーザは、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの
波長を有している。

【００１１】 偏光の特別な優位方向無しに光を発生するために、円偏光を発生するλ／４板
を用いることが公知である。この場合、遅延許容偏差に対する要求は非常に厳密
である、例えばλ／１００の遅延ひずみはなお６％の残偏光を生ぜしめる。その
ように狭い許容偏差を有する遅延板の製作は、短い波長の場合にはコストがかか
り、それに相応して高価になる。その上、狭い許容偏差は、小さい温度領域のみ
で保持することができる。

【００１２】 本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載のマイクロリソグラフィの照明シ
ステム又は請求項７の上位概念に記載の投影露光装置の、像平面において偏光の
優位方向無しに光を発生する装置を技術的に容易に且つコストを安く提供するこ
とである。

【００１３】 上記課題は本発明により、請求項１に記載の特徴部により解決される。

【００１４】 つまり、非常に狭い許容偏差を有する遅延板の代わりに、局部的に所定の種々
の遅延を有する遅延素子が用いられ（疑似減偏光子）、後続の光学系の光ミキシ
ング素子により、照射領域全体において均一に非偏光が発生される。このとき、
その厚さは放射波長の任意の倍数（整数倍でなくともよい）にわたって変化され
る。非偏光の発生は円偏光に比して次のような更なる利点を有する、すなわちシ
ステムにおいて、後続の意図しないで偏光変化する素子が、偏光状態の、不都合
な楕円偏光への戻し変換を何ら生ぜしめることはない。このことは特に、また非
常に短い波長の場合に有利である。

【００１５】 従属請求項２〜６に有利な変形実施例が示されている。請求項２及び３による
と、減偏光素子はくさび、有利にはハンル（Hanle）減偏光子である。代替的に
、例えば複屈折材料から成るレンズを用いてもよい。実際において請求項４に記
載の手段が重要である、その手段を用いて有利には、光学軸の屈曲ひいては収容
装置構造の複雑化が回避される。

【００１６】 請求項５は特に請求項４に関連して最適である、なぜなら、屈折による補償が
減偏光の増大に結びついているからである。

【００１７】 請求項６では、２つの光ミキシング系が、２つの相互に光学的に共役された面
に設けられており、したがって、ミキシング及び減偏光が、更なるビーム路にお
いてそれぞれの位置で保証される。

【００１８】 請求項７に記載の投影露光装置は、請求項１から６までのいずれか１項に記載
の減偏光子を有する照明システムを有している。請求項８及び９では、有利には
、組合すべき対物レンズのタイプ（純粋にレフラクティブ或いはカタディオプト
リック）が示されている。

【００１９】 これらの対物レンズのタイプは、例えば米国特許第５２６０８３２号公報、ド
イツ特許第１９６３９５８６号公報および米国特許第５６９１８０２号公報に記
載されている。

【００２０】 次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。

【００２１】 図１は、多数の互いに並んで配置された小さなレンズ素子により後続の光ミキ
シングを有するレーザビームにおいて、減偏光子として細いくさび形の遅延板を
略線的に示している。

【００２２】 図２は、ダブルくさび減偏光子として遅延素子の別の実施形態を略線的に示す
。

【００２３】 図３は、光学系のなかの任意の位置で非偏光を発生するための、２つの光学的
共役面において、それぞれ多数の互いに並んで配置された小さなレンズ素子を含
んでいる２つの光ミキシング素子により後続の光ミキシングを有するシングルく
さび減偏光子を略線的に示している。

【００２４】 図４は、本発明の投影露光装置を略線的に示す。

【００２５】 図１に対して： ここで用いられている疑似減偏光子ＤＰは、石英板又は別の複屈折材料から成
り、平たいくさびの形を有している。この結晶は、くさびを透過する光に複屈折
作用が及ぼされるようにカットされている。光学軸は光の偏光方向に対して４５
°で配向されている。

【００２６】 この場合、出射した光束はくさび方向に沿って連続的に変化する偏光状態を有
しており、該偏光状態は、直線偏光から円偏光を介して、９０°回転されて直線
偏光される、及び逆に円偏光に移行してゆく。局部的に異なる偏光状態は、後続
する”フライアイ”レンズＦＬ１とその後ろに設けられている収束レンズＬ１と
により、Ｌ１の後ろの焦点面Ｆ’において完全に重畳される。

【００２７】 くさびの傾斜は有利には次のように選択される、すなわち、くさびの長さにわ
たって光学遅延の種々のオーダーの値が得られる。この場合、減偏光作用は僅か
に光束の大きさ（直径）に依存するにすぎない。光束の大きさが丁度くさび板上
の距離の倍数に相当する場合、最適な効果が得られ、その距離にわたって遅延が
１つの波長分だけ変化する。この場合、光は平面Ｆ’のそれぞれの位置において
完全に減偏光される。最大に生ずる残留偏光度は、遅延オーダーの数が増大する
と急速に減少する。例えば、遅延変化が光束の大きさにわたって４波長より大き
い場合、最大生ずる残留偏光度は、光束の正確な大きさに依存せずに４％未満で
ある。

【００２８】 適当な光学的に均質で透過性のある材料から成る、ビーム路においてくさび減
偏光子に後続しているくさびＡＫは、減偏光子ＤＰのくさび角度にての屈折によ
る光束の偏向を補償するために用いられる。補償くさびＡＫのくさび角度は次の
ように選択される、すなわち、２つの材料の屈折率の平均の差を考慮して、減偏
光子ＤＰの偏向作用が丁度補償される。

【００２９】 くさびは、異なる厚さを有する光学素子の最も簡単な形である。しかしながら
別の形、例えば段階状又はレンズ形も基本的に適している。

【００３０】 所望の減偏光は、空間的に分離された種々の偏光状態を本発明に基いて結合し
て重畳することにより得られる。

【００３１】 シングルくさび疑似減偏光子の代わりに、例えば既述の東ドイツ特許出願公開
第２８１０１１号公報又はFuyun Xuから公知の疑似減偏光子の別の実施形態を用
いることも出来る。ダブルくさび疑似減偏光子を用いることは特に有利である。
この場合、平均して屈折により何ら光の偏向が行われず、遅延のオーダーの数は
２倍になっている。

【００３２】 図２に、光の方向Ｌ、偏光方向Ｐｏｌ、及び複屈折くさび板ＤＰ１，ＤＰ２の
光学軸ｎ_ｏ，ｎ_ｅの配向が略線的に示されている。図２ｂは、ビーム路の側断面
図である。

【００３３】 図３に対して： 図１で既に説明した部材ＤＫ，ＡＫ，ＦＬ１，Ｌ１により、収束レンズＬ１の
後ろの焦点面Ｆ’においてのみ最適な減偏光が得られる。第２の”フライアイ”
レンズＦＬ２を平面Ｆ’に設け、その後ろに焦点距離Ｆ２の間隔で収束レンズＬ
２を配置することにより、Ｆ’に対する共役面Ｆ”に対しても最適な減偏光が達
成され、ひいてはシステムのそれぞれ別の面においても最適な減偏光が得られる
。

【００３４】 ”フライアイ”レンズＦＬ１，ＦＬ２及び収束レンズＬ１，Ｌ２の代わりに、
別の光ミキシング系を用いてもよい（例えばガラス棒）。

【００３５】 ”フライアイ”レンズＦＬ１及びＦＬ２は、ラスタレンズ又はハニカムレンズ
（Wabenlinsen）として、周知の方法で個別に構成することができる（ヨーロッ
パ特許第０４０１６０８号公報（８９０２２Ｐ）参照）が、又はマイクロ構造技
術を用いてハニカム板としても、さらにバイナリー光学素子、フレネルアレイ等
として形成することも出来る。ハニカムコンデンサとしてそのような素子は、マ
イクロリソグラフィの照明システムにおいて良く使われている。

【００３６】 減偏光により全ての素子が有利に作動するために、確かに疑似減偏光子にとっ
て重要な位置は、コリメートされているが既に拡大されたレーザビームのなかの
光学系の始端である。しかしながらまた、疑似減偏光子をいずれか別の位置、例
えばガラス棒の前に配置することも可能である。その後ろで、さらに完全な光ミ
キシングが行われなければならない。

【００３７】 図４はさらに、本発明の投影露光装置の１つの実施例を示す。

【００３８】 Ｂは照明システムであり、この照明システムは、 ２４８ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍのエキシマレーザ１を有しており、 該エキシマレーザは一般に、インジェクションロッキング、エタロン、格子
のように帯域幅を制限するための手段を含んでおり、 ビーム拡大系を有しており、 該ビーム拡大系は、狭い方形横断面から広幅な正方形の又は最適に丸い形状
を発生させ、例えばヨーロッパ特許第０４０１６０８号公報（８９０２２Ｐ）に
記載の同時にコヒーレンスを減少させるミラーボックス、又はアナモルフィック
な構造のテレスコープシステムを有するか、或いはそれらの組合せを有しており
、 疑似減偏光子３を有しており、 該疑似減偏光子は、既述の図１〜３に基づき、２つのくさび板ＤＰ１及びＤ
Ｐ２、ラスタレンズ板ＦＬ１ならびに収束レンズＬ１を有しており、 ヨーロッパ特許出願公開第０７４７７７２号公報（９５０２３Ｐ）から公知の
ように、照明手段を調整するために、ズームアキシコン群をオプションとして有
しており、 光ミキシング素子として、また図３に対して説明した機能において、ガラス棒
５を有しており、 レチクル−マスキング系（ＲＥＭＡ）６、マスク上において（レチクル、８）
照射される領域（スキャンスリット又はステッパの場合には個々のチップ等）を
固定するための調整可能な絞りを有しており、 ＲＥＭＡ対物レンズ７（ドイツ特許出願公開第１９６５３９８３号公報（９６
０３３Ｐ）参照）を有しており、 該ＲＥＭＡ対物レンズは、レチクル−マスキング系６をマスク８上にシャー
プに結像し、均一でテレセントリックな照明を行い、 構成素子１〜７の領域に、例えば四極形照明、均質補正等の調整のために、必
要に応じて、図示していない絞り、スカイフィルタ（Verlaufsfilter）、回析光
学素子等を有している。

【００３９】 さらに、投影露光装置は、 マスク８（レチクル）を有しており、 該マスクは、ステップアンドリピート又はスキャンニング方法において位置
決め及びシフトのために、保持系８１の上に結像すべき構造体を備えており、 投影対物レンズ９を有しており、 該投影対物レンズは、ここでは略線的に、ドイツ特許出願公開第１９６３９
５８６号公報（９６０３４Ｐ）に基づく同軸の構造のカタディオプトリック縮小
対物レンズとして示されており、 対象物用テーブル（ウエハチャック）１１の上に対象物１０（ウエハ）を有し
ており、 該対象物は構造化されて露光され、前記テーブルは保持系８１と同様に、正
確な位置決め（オートフォーカス等）のため及びステップアンドリピート又はス
キャンニングにおいてシフトするために用いられる。

【００４０】 装置全体が計算機システム２０により周知の方法で、その都度結像すべきマス
ク８の構造及び特性に整合して、制御及び調整される。

【００４１】 勿論、マイクロリソグラフィの投影露光装置のここで例として示した構造は、
種々の方法で変形することができる。本発明の主要部分は常に、後置されたミキ
シング素子を備えた、横断面にわたって変化する厚さを有する少なくとも１つの
複屈折光学素子である。

【００４２】 この場合、ハンル減偏光子は、やはり利用可能なコルニュ（Cornu）減偏光子
と異なり、簡単な形式の際に光方向において非常に短小であるという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 多数の互いに並んで配置された小さなレンズ素子により後続の光ミキシングを
有するレーザビームにおいて、減偏光子として細いくさび形の遅延板を略線的に
示す。

【図２】 ダブルくさび減偏光子として遅延素子の別の実施形態を略線的に示す。

【図３】 光学系のなかの任意の位置で非偏光を発生するための、２つの光学的共役面に
おいて、それぞれ多数の互いに並んで配置された小さなレンズ素子を含んでいる
２つの光ミキシング素子により後続の光ミキシングを有するシングルくさび減偏
光子を略線的に示す。

【図４】 本発明の投影露光装置の１つの実施例を略線的に示す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの放射波長を有するエキシマレーザ（１）と、 ビーム拡大系（２）と 光ミキシング系（５）と、 照射面とを有する、マイクロリソグラフィの照明システムにおいて、 複屈折材料から成る光学素子（ＤＰ）が光束横断面に配置されており（例えば
   ハンル減偏光子）、 前記光学素子の厚さは、光束横断面にわたって、照射波長の倍数で変化し、 少なくとも１つの光ミキシング系（Ａ１，Ｌ１，５）が前記光学素子に後置
   されていることを特徴とする照明システム。
2. 【請求項２】 前記光学素子（ＤＰ）がくさびであることを特徴とする、請
   求項１に記載の照明システム。
3. 【請求項３】 前記光学素子（ＤＰ）がハンル減偏光子であることを特徴と
   する、請求項２に記載の照明システム。
4. 【請求項４】 第２の光学素子（ＤＰ，ＡＫ）は、複屈折材料から成る前記
   光学素子の平均的な屈折作用を補償することを特徴とする、請求項１から３まで
   のいずれか１項記載の照明システム。
5. 【請求項５】 複屈折材料から成る別の光学素子（ＤＰ２）は、円複屈折か
   又は前記第１の光学素子（ＤＰ１）に対して回転された複屈折軸を有しているこ
   とを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の照明システム。
6. 【請求項６】 それぞれ１つの光ミキシング系（ＦＬ１，Ｌ１，ＦＬ２，Ｌ
   ２，５）が、２つの互いに共役された面、例えば照射面に対して等価な面及びそ
   れに対して共役された面に配置されていることを特徴とする、請求項１から５ま
   でのいずれか１項記載の照明システム。
7. 【請求項７】 照明システム（Ｂ）と、 保持系（８１）の上にマスク（８）と、 投影対物レンズ（９）と、 支持系（１１）の上に照射対象物（１０）と、 制御及び調整システム（２０）とを有するマイクロリソグラフィの投影露光装
   置において、 前記照明システム（Ｂ）が請求項１から６までの少なくとも１項に基づいて構
   成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィの投影露光装置。
8. 【請求項８】 前記投影対物レンズは屈折作用を有していることを特徴とす
   る、請求項７に記載のマイクロリソグラフィの投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記投影対物レンズ（９）が、有利にはセントラルシェーデ
   ィングを有する軸対称の構造の又はシュップマン（Schupmann）アクロマートの
   変形タイプの、カタディオプトリックであることを特徴とする、請求項７に記載
   のマイクロリソグラフィの投影露光装置。