JP2003035822A

JP2003035822A - 偏光器および偏光器を備えたマイクロリソグラフィー投影システム

Info

Publication number: JP2003035822A
Application number: JP2002144608A
Authority: JP
Inventors: Karl-Heinz Schuster; シュースターカール・ハインツ
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-02-07
Also published as: US20020176166A1; EP1260849B1; US6856379B2; EP1260849A1; DE50201710D1; DE10124803A1

Abstract

(57)【要約】【課題】単純なデザインで、低い製造原価と高い透過
率を可能にする。【解決手段】直線偏光されたあるいは円偏光された入
射光を、半径方向あるいは接線方向に偏光された射出光
に、実質上、透過損失なく変換するに適した偏光器は、
その実施の態様のうちの一つにおいて、複屈折材料から
作られた板を有し、その入口面および出口面の上に、回
折格子あるいはフレネル表面の形状の偏向構造（８，
９）を備えた小さなゾーン（１１，１２）が作成されて
いる。前記複屈折材料の結晶軸（５）は入射光束と平行
に整列されている。前記偏向構造は、前記結晶軸（５）
に対して傾斜した透過方向（１３）に沿った光を偏向
し、透過した光のフィールド構成要素間の移相を引き起
こす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学軸に沿って入
射する光束を、その断面上の、局部的に変化する偏光状
態の所定の分布を有する射出光束に変換するための偏光
器に関する。

【０００２】

【関連技術】マイクロリソグラフィック投影照明システ
ムの場合には、結像のために使用される光の偏光状態
は、より高い結像忠実度を提供するために、頻繁に選択
的にコントロールされる。ここで記述されたものに類似
している偏光器は、照明システムおよび／または投影レ
ンズに設置され、この目的のために使用されよう。

【０００３】照明システムとしての使用を目的とされ、
その全断面上で大きく半径方向に偏向される射出光束を
生成する前記タイプの偏光器は、ドイツ特許公報第１９
５３５３９２号から知られている。半径方向の偏光は、
それらの像側で、約０．５〜約０．７までの範囲にある
典型的な開口数を有するレンズ、および反射防止膜を持
っていないフォトレジストの使用には都合が良い。ここ
でこの偏光は、フォトレジストへ光の最適のカップリン
グを生成するブルースター角に近い入射角度で生じる、
前記フォトレジストにおける偏光感光反射による外乱を
抑えるために使用される。

【０００４】直線偏光された入射光を半径方向に偏光さ
れた光へ変換する偏光器の１つの実施の態様は、その全
表面を覆う、多数の、六角形の、２分の１波長板から成
る。ここで、前記２分の１波長板は、その結晶軸が入射
光束の方向に関して整列された複屈折材料から作られて
いて、各２分の１波長板は、前記光学軸上に整列され前
記２分の１波長板と交差する、動径に沿った入射光の偏
光方向を変える。この分割された配列は、フィルタリン
グによるのではなく、専ら入射光の偏光状態を回転する
ことにより、局部的に変化する好ましい偏光状態の所望
の所定分布を生成し、これにより高い透過率を達成でき
る。前記タイプの偏光器を組み立てることは、それらの
分割された構造により困難である。さらに、偏光器は、
その厚さが、使用される波長および相互に直角に偏光さ
れたフィールド構成要素の結晶軸に直角である屈折率の
差によって決定され、非常に薄く、関連する波長および
使用される材料に依存し、前記タイプの素子の取り付け
をより困難にするだろう。

【０００５】フォトレジスト上で、歪められた結像を防
ぐために、半径方向に平面−偏光された光も導入する、
マイクロリソグラフィーで使用するための投影照明シス
テムは、米国特許公報第５，３６５，３７１号および関
連するＣＩＰ特許、米国特許公報第５，４３６，７６１
号により知られており、高い透過損失をもたらす偏光フ
ィルターのいくつかの実施の態様が示されている。半径
偏光器は、投影レンズ瞳またはシステム停止の平面の近
傍においてインストールされる。

【０００６】その瞳の平面に位置する、分割された偏光
板を有するように形成されるカタディオプトリック投影
レンズは、米国特許公報第５，６９１，８０２号により
知られている。前記分割された板は、相互に直交する直
線偏光および異なる屈折率を有する円形の内部ゾーンお
よび環状の外部ゾーンを有することによって、相互に別
個の像平面を作成する一対の非干渉の光束を生成し、フ
ィールドのレンズ深度を増加するのに、総体として役に
立つ。

【０００７】円錐形の表面と結合して使用された場合、
それらの光学軸に関して優先的に半径方向あるいは接線
方向のどちらかに偏光される、すなわち、それらの断面
におけるすべての位置において、変化する好ましい軸対
称分布を有する射出光束の生成のために使用される偏向
するアキシコン配列は、米国特許公報第４，７５５，０
２７号により知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、単純
なデザイン、低い製造原価および高い透過率によって特
徴付けられる偏光器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による偏光器は、
直線または円形に偏光された入射光を、好ましい偏光方
向の軸対称分布を持つ射出光に変換するために、特に適
するよう意図されている。

【００１０】本発明の解決手段を例示すると、請求項１
に述べられた特性を有する偏光器である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の有用な実施の態様は、従
属請求項中で述べられている。前記請求項のすべてに現
われている用語は、この明細書の内容で使用される。

【００１２】本発明の意味における偏光器の場合には、
結晶軸および有限軸厚を有する少なくとも一つの複屈折
の要素が、前記偏光器からの射出光の、相互に直角に偏
光されたフィールド構成要素間の、移相の作成のために
設置される。前記偏光器の照明された断面は、好ましく
はその全断面を覆うように配列される、多数のゾーンあ
るいはフィールドに細分される。少なくとも前記ゾーン
の一つは、光が透過する方向がそのゾーンの結晶軸に関
して斜めになるように形成される。好ましくは、個々の
そのようなゾーンはこの方法により形成されるべきであ
る。結晶軸に関してある角度における透過は、前記結晶
軸の方向に関して、０°より大きく、９０°未満の角度
で傾けられた透過方向により特徴付けられる。前記透過
方向および前記結晶軸は、透過の平面を限定する。軸厚
および前記軸外し−透過ゾーンのそれぞれの傾斜角度
は、前記フィールド構成要素の光学経路の差が、前記偏
光器を通過した後の所定の位相遅れに相当するように互
いに関係して選択され、前記位相遅れは、その全断面を
好ましくは同一に覆っている。前記透過平面の配向およ
び個々のそのような軸外し透過ゾーンのための前記傾斜
の方向は、所望の好適な局部的偏光方向がその出口面で
得られるように選択される。

【００１３】したがって、前記偏光器は、その各ゾーン
で位相遅れ板として作用し、光が軸を外して透過する。
位相遅れＧ＝Ｗ×｜ｎ_ao−ｎ_o｜は、その入口面とその
出口面との間の透過方向に沿って通過する横切った光路
長Ｗと、一対の相互に直交する偏光されたフィールド構
成要素（異常光線および通常光線）に対する異常光線の
屈折指数ｎ_aoと通常光線の屈折指数ｎ_oの差ｎ_ao−ｎ_oの
積に相当する。ここで、前記位相遅れを部分的に決定す
る前記フィールド構成要素に対する前記屈折指数の差
は、傾斜角度ＮＷおよび関連の複屈折材料のタイプに依
存し、前記傾斜角度を適切にセットすることにより確立
される。

【００１４】例えば、前記結晶軸に関して傾斜の小さな
角度がセットされる場合、前記結晶軸に沿って０になる
屈折指数の差が、比較的低くなるということは、軸厚
が、所定の位相遅れを生ずるために、相応して大きく選
ばれなければならないということを意味する。このこと
は、本発明による偏光器の組み立ておよび取り扱いを単
純化し、必要に応じて自由な構成要素の形で作ることも
できる。軸厚の選択は、偏光器の作用が、入射される光
の偏光状態および射出される光に対する所望の偏光分布
に適応するように利用できる。例えば、前記光の４分の
１波長の位相遅れがセットされた場合、前記偏光器へ入
射する円偏光は、各々の前記ゾーンにより、その出口面
から射出される直線偏光へ変換されるであろう。前記傾
斜方向の変更は、個々のそのようなゾーンの出口平面上
の好適な偏光方向に配向させること、例えば、偏光器の
光学軸に関して、接線方向あるいは半径方向のいずれか
に配向させることを可能にするだろう。２分の１波長位
相遅れのセットは、透過した直線偏光の偏光平面を、直
線偏光された入射光に対して、局部的に回転させること
を許容し、前記透過した直線偏光の偏光平面は、順番
に、光学軸に関して配向され、好ましくは、前記ゾーン
内の傾斜の局部的方向の適切な選択を通じて、光学軸に
関して接線方向にあるいは半径方向のいずれかに配向さ
れる。

【００１５】その有用な進歩は、偏光器の光学軸に対し
て概略的に平行に配向された結晶軸を備えた複屈折素子
を有すること、すなわち、入射光が傾斜角度およびその
ゾーンのために選ばれた方向において、各々の前記ゾー
ンを通過するように偏光される偏向構造が、前記複屈折
素子の各々の前記ゾーンに割り当てられることによって
顕著になり、前記偏光器の全断面を覆う、単一の複屈折
素子を使用する、単純に設計された、特に容易に作られ
た、不分割の偏光器の形成を可能にする。

【００１６】前記複屈折素子は、入射光を軸外し透過方
向に偏向するために、その入口面上で整列された偏向構
造、および光が入射の方向に対して平行に出るように前
記偏向を取消す、その出口面上で整列された偏向構造を
好ましくは持つべきである。例えば、前記複屈折素子
は、フッ化マグネシウムまたは結晶石英から作られた平
面−平行板から成形され、その場合前記偏向構造は、そ
の入口および／または出口表面上に、適切に構成された
ゾーンが提供されることにより作成される。これによっ
て、本質的に薄い板の形をしており、単一な光学的に活
性な素子から成る偏光器の使用が可能になり、そのため
の利用可能なスペースが制限されていても、投影照明シ
ステム内の適した位置へ組み込むことができる。

【００１７】各々の前記ゾーン上の前記偏向構造は、そ
のゾーンのために選ばれた透過方向に対する、各々の前
記ゾーン上に入射する光を偏光するのに、あるいは前記
偏光を取消すのに役立ち、その場合前記偏向構造は、例
えばフレネル表面にタイプが類似する屈折構造を作成す
るための、例えばライン回折格子にタイプが類似する回
折構造、あるいは、例えば、ブレーズド回折格子にタイ
プが類似する構造のどちらかであり、光学的回折および
屈折の両方は前記偏光に寄与する。ホログラフィー構造
もまた可能である。

【００１８】もし前記偏光器の照明された断面が小さな
フィールドあるいはゾーン、例えば、一定の偏向の小さ
な六角形ゾーンへ細分されている場合、前記偏光器の照
明された断面全体を多かれ少なかれ覆うのに、それは有
用であろう。他の、好ましくは多角形の外形をしたゾー
ン、例えば正方形または三角形のゾーンも可能である。
前記フィールドあるいはゾーンの総数は、前記ゾーン
が、典型的には平均１０％未満、好ましくは前記偏光器
の全断面領域の１％〜１０％を占める断面領域を持つよ
うに、好ましくは、１０から１００まであるいはそれ以
上の範囲とすべきであり、その場合、前記ゾーンの寸法
は、所望の局部的に好適な偏光方向の方向許容範囲に適
するように調整され、前記偏光器の好適な実施の態様の
場合には、数量概略的に±２％以下になるだろう。より
小さな大きさのゾーンの使用によって、所望の局部的な
接線方向あるいは半径方向の偏光の、ほぼ連続的な分布
に到達することが可能になるだろう。ゾーンからゾーン
に対して連続的な遷移を持っている構造、および、十分
に限定されていないゾーンの境界は、別の可能性を表わ
す。前記の活性なゾーンの間の、狭い空のスペースを除
去することは同様に可能であり、特に前記偏光器が照明
システムに使用されるときに許容される。

【００１９】記述されたタイプの偏光器は作ることが特
に安価である。それらの結晶軸の必要とされる配向性を
備えた、未加工の二酸化ケイ素あるいはフッ化マグネシ
ウムの結晶は、例えば２０ｃｍあるいは３０ｃｍの、で
きるだけ大きな直径を備えたものでさえ、それらの複屈
折板、特に二酸化ケイ素結晶が組み立てには利用可能で
ある。単一のそのような板のみは、偏光器を作るために
組み立てる必要性から、典型的には、１０分の数ミリメ
ートルであるその厚さにより、比較的がっしりとしてお
り、組み立ての間の取り扱いが容易である。前記偏向
の、すなわち、回折性および／または屈折性の前記板の
表面上の構造は、多数のそのような板が組み立てられる
とき、組み立てコストを低く維持するために、適当なリ
ソグラフィックプロセスを使用して組み立てられる。前
記構造も、基本的に、機械的な方法によって作成され
る。

【００２０】本発明による偏光器の別の種類は、その断
面を覆って整列され、好ましくはその全体表面を覆う、
いくつかの複屈折素子によって特徴付けられ、前記複屈
折素子の各々の結晶軸は、所望の傾斜角度および方向
が、関連の特別なゾーンから得られるように、偏光器の
光学軸に関して、最初に記述された方法で斜めに傾けら
れる。ここで関連するこのように分割された偏光器は、
本発明による偏光器の場合では、個々のゾーンの結晶軸
が、前記光学軸、および前記板の平面に関して、傾斜し
ている点を除いて、ドイツ特許公報第ＤＥ１９５３５３
９２号の図１において示されたこれらの実施の態様に類
似して構成される。

【００２１】本発明は、同様の少なくとも一つの偏光器
を組込んだ、マイクロリソグラフィック投影システムに
関する。前記投影システムは、マスクを照明するため
に、光源、例えば、レーザーを備えた照明装置を有し、
投影レンズが付随する前記照明装置は、前記投影レンズ
の像平面上の前記マスク上にパターンを結像させ、構成
されるアイテムには、例えば、フォトレジストの層でコ
ーティングされたウェーハがある。本発明による偏光器
を一つ以上組込むことは、関連の光学的能力を完全に利
用することを可能にするだろう。例えば、偏光器を使用
して、透過した光束を半径方向に偏光することによっ
て、効率および均質性が改善されることにより、前記フ
ォトレジストおよび光学縦列中の前記偏光器に付随する
これらのすべてのレンズによる反射が、一様に縮小され
るので、光がフォトレジストの前記層へ結ばれることに
なる。ブルースター角未満の大きな角度で入射する光に
とっては、照明された領域のエッジ付近で生じる光強度
の下落によって、光強度が最低になる場所で、前記効果
が最も著しくなる。前記フォトレジストおよび前記ウェ
ーハ間の境界面で散乱する光を含む、散乱光による空間
的解像度へのいかなる悪影響も、均質化され、縮小され
るだろう。

【００２２】他方では、接線方向の偏光は、反射防止コ
ートされたフォトレジストおよび非常に高い像側の開口
数が使用される場合において有用であり、干渉縞コント
ラストが決定的な要因になるだろう。干渉縞コントラス
トは、その偏光が入射する平面に対して直交配向される
一対の光束の二重光束干渉が生じる時、最大限になるだ
ろう。接線方向の偏光は、干渉縞コントラストの著しい
増加を許容することが認められる。

【００２３】本発明による偏光器は、好ましくは、照明
システム内に、すなわち、前記光源と前記光源により照
明された前記マスクとの間に、配置される。半径方向に
偏向させる偏光器の場合、半径方向の偏光の利点を、光
学縦列中の前記偏光器に付随するレンズへ光を結ぶため
に利用できるように、ビーム経路の起点の近くに前記偏
光器を配置することが特に有用である。しかしながら、
対称の光学素子、例えば、照明システムの長さを短くす
るために使用されるもの、あるいはカタディオプトリッ
ク投影レンズ上で使用されるものなどがある偏光鏡は、
通常、入射光の偏光状態を変更し、考慮に入れられるべ
きものである。光が透過する方向において、照明システ
ムの光学軸に関して非対称である最終の偏光用の構成要
素に続けて前記偏光器を配置することは、偏光器の出口
から投影レンズの像平面まで、すべての方向に広がる偏
光分布の最大限の乱されない透過を得るためには有用で
ある。構成要素は、専ら屈折性の光学素子から成る投影
レンズを有するシステムの場合には、前記照明システム
の最終の偏向鏡であり得、あるいは、カタディオプトリ
ック投影レンズの場合には、前記投影レンズの最終の鏡
であり得る。

【００２４】前記偏光器が前記照明システムに組み込ま
れており、前記投影レンズストップの平面に結合してい
る平面に位置している配列が特に好適である。その場
合、前記投影レンズのシステムストップの周辺における
偏光の分布に、前記周辺に偏光器を組み入れる必要なし
で、影響を及ぼす可能性があり、その結果、前記偏光器
が容易に照明システムの相および偏光光束の必要条件を
満たすので有用であり、偏光器が前記投影レンズへ組み
込まれている場合は、はるかに困難になるだろう。

【００２５】しかしながら、前述したように、前記偏光
器の出口において広がっている偏光分布を正確に複写す
ることは、光学縦列中の前記偏光器に後続する構成要素
のどれも、偏光に対しいかなる大きな効果もない場合、
あるいはそれらの効果が互いに取り消される場合のみ可
能になる。

【００２６】照明システム内の危険でない位置での偏光
器の前記都合のよい配列は、関連の特別な適用により要
求されるように、それらが他のタイプの偏光器、例え
ば、前記ウェーハの平面において、円偏光、半径方向の
偏光あるいは接線方向の偏光を与える偏光器により取り
替えられるようにするために、それらに互換性を与えて
いる。

【００２７】最初のおよび他の特性は、請求項だけでな
く詳細な説明および図面においても、理解することがで
き、個々の特徴は、本発明の実施の態様としておよび他
の領域において、単独であるいはその組合せにおいて使
用され、個々に有用でかつ特許性のある実施の態様を示
している。

【００２８】

【実施例】図１は、円偏光された入射光（２）をその出
口において半径方向に偏光された光（３）に変換するた
めの、本発明による偏光器（１）の好適な実施の態様を
描写する。前記半径方向の偏光器の中心は、異方性の光
学的単一軸の結晶から作られた平面−平行板（４）であ
り、この結晶軸は、その平面−平行な外側の表面（６，
７）に、概略的に平行である。前記板が作られた材料は
操作波長の光に対し透過性であり、好適な操作波長は紫
外スペクトル領域にあり、かつ約２６０ｎｍ未満であ
る。前記の単一体の板（４）は、１５７ｎｍの波長での
使用のために、例えばフッ化マグネシウムから作られ、
あるいは１９３ｎｍの波長での使用のために、フッ化マ
グネシウムまたは石英（二酸化ケイ素）から作られる。
前記板（４）は、システム光学軸に対して、その結晶軸
（５）が平行であり、その外側の表面（６，７）が直交
するように、光束の経路へ挿入される。前記板の軸厚
（Ｄ）は、典型的にはおおよそ１０分の数ミリメートル
であり、必要に応じて、例えばおおよそ０．５ｍｍ〜３
ｍｍのように十分に大きくなり、取り付けられた時は自
立する。等方性の材料、例えば石英ガラスあるいはフッ
化カルシウムから作られた支持体は、その上で前記板が
操作位置において自重によって保持され、前記板を支持
するために設置することもできる。

【００２９】相互に関連する偏光特性を備えた偏向構造
（８，９）は、前記板の入口面（６）および出口面
（７）の上で成形される。示された実施例の場合におい
て、前記偏向構造は、六角形ゾーンの形をしており、前
記板の入口面（６）および出口面（７）の全範囲を覆っ
ている。個々のそのような六角形のゾーン内に偏向構造
があり、規定された回折格子が形成されるよう同様に動
作し、後者の平行な規定された直線の配向性は、通常は
各自の弧度によってゾーン（１０，１１）ごとに異な
る。

【００３０】前記偏光器の働きを、前記の相互に関連し
た回折構造（１０）（前記板の上部の面（６）の上）お
よび（１２）（前記板の下部の面（７）の上）の作用に
基づいて説明する。前記システムの光学軸と平行に入射
する光（２）は、前記板の前記入口面（６）上の前記偏
向構造（１０）に当たる。回折格子のこの透過は、入射
する放射を回折により、前記放射の第１の回折される順
序が、前記板（４）を通って透過される方向（１３）
が、後者の結晶軸（５）に関して斜めになるように偏光
するだろう。ここでは、前記結晶軸（５）に対して平行
でもなく、直交してもいないあらゆる透過方向を、「斜
め」と解釈する。そのような透過方向は、０°以上９０
°未満の範囲にある傾斜角度（ＮＷ）によって特徴付け
られる。前記板の前記出口面（７）上の前記回折構造
（１２）は、前記板の入口面（６）上の前記構造（１
０）によって生成された偏光を消去し、後者の構造（１
０）と同じ回折格子定数を持つので、前記板から射出さ
れる光（３）は、前記システムの光学軸に対し平行にお
よび前記入射光に関して相殺されて、置き換えられるこ
とになる。関連の関係は、図１において大いに誇張され
ている。前記結晶軸（５）の方向および透過方向（１
３）は、透過平面を限定し、前記板の前記入口面（６）
と交差する線（１４）は、前記偏光回折格子構造（１
０）のラインに直交し、その傾斜方向を限定する。前記
板の厚さ（Ｄ）および前記傾斜角度（ＮＷ）における透
過方向（１３）に沿った前記結晶内を光が横断する光路
長（Ｗ）の相関関係は、Ｗ＝Ｄ／ｃｏｓ（ＮＷ）によっ
て示される。

【００３１】前記板（４）が作られた材料の複屈折によ
り、相互に直交する二つの振幅方向を備えた光波長、す
なわち、相互に直交する偏光されたフィールド構成要素
の形をしている光波長は前記板内を伝わり、前記構成要
素の一つの振幅方向（１５）は前記透過平面にあり、前
記構成要素のもう一つの振幅方向（１６）は前記透過平
面に直交する。本特許出願上では、前記透過平面におい
て振れる前記の構成要素（１５）は「通常光線」（添字
_o）と名付けられ、直交して振れる前記の構成要素（１
６）は「異常光線」（添字_ao）と名付けられる。一般
に、異なる屈折率、通常光線の屈折率ｎ_oと異常光線の
屈折率ｎ_aoは、関連の透過方向に応じて変化し、複屈折
材料の場合、各々の前記構成要素に当てはまるだろう。
複屈折結晶の負の単一軸の場合のそれらの相互関係が、
図２において概略的に示される。一般的に知られている
ように、通常光線の屈折率ｎ_oは、すべての方向におい
て同じであり、一方、異常光線の屈折率ｎ_aoは、前記結
晶軸（５）に関して前記傾斜角度（ＮＷ）に応じて変化
する。それらの差Δｎ＝｜ｎ_ao−ｎ_o｜は消え、すなわ
ち、前記結晶軸（５）に沿ってｎ_oはｎ_aoと等しくな
り、直交する方向で最大Δｎ_maxに達するだろう。位相
遅れ板に関する理論から知られているように、前記相互
に直交する偏光されたフィールド構成要素は、前記複屈
折材料へ同じ方向に向かって射出するが、Ｇ=Ｗ×｜ｎ
_ao−ｎ_o｜で示される位相遅れＧを伴う。

【００３２】前記偏光器の特別な特徴は、前記傾斜角度
（ＮＷ）が、適切な寸法取り、および／または前記偏向
構造の形成により、ある極限値によって束縛された範囲
以内にある値にセットされ、前記傾斜角度は、示された
規定の回折格子構造の場合には、その回折格子定数（前
記ラインに対し直交して測定される、隣接したラインの
間の距離）が減少するに従って、増加するだろう。図２
から理解されるように、通常光線および異常光線の屈折
指数の前記差Δｎは、非常に低い値を呈してもよく、単
なるそれらの最大の差Δｎ_maxの小さな平面になり、小
さな傾斜角度付近で、すなわち、前記透過方向（１３）
が前記結晶軸（５）にほとんど一致したときに、光伝搬
の前記方向（１３）と前記結晶軸（５）の間の角度が直
角になる場合に、到達するだろう。本発明によって作成
される所定の材料から作られた板の、前記通常光線およ
び前記異常光線の屈折率において非常に低い差を設定す
る機会は、本発明による偏光器の場合には、所望の位相
遅れＧを生成するのに必要な前記板の厚さ（Ｄ）に結び
つき、前記偏光器の出口における前記偏光構成要素は、
従来の位相遅れ板に比べ数倍大きく、入射光の伝搬方向
は、それらの結晶軸に直交である。本発明はこのように
都合悪く薄い偏光器を回避することが可能になり、特
に、好ましくは大きな断面を備えた偏光器を使用する場
合に有用である。

【００３３】図１において示される実施の態様の場合に
は、前記板の前記厚さ（Ｄ）および前記傾斜角度（Ｎ
Ｗ）は、前記偏光回折格子のために適している回折格子
定数を選んでセットされ、前記光路（Ｗ）上の前記入射
光の４分の１波長の前記透過光の前記フィールド構成要
素間（１５，１６）の位相遅れＧを与えるために選ば
れ、４分の１波長板の場合と類似している、円偏光され
た入射光がその出口面において直線偏光された射出光へ
変換される。他の実施の態様の場合には、前記傾斜角度
（ＮＷ）および前記板の前記厚さ（Ｄ）は、互いに順応
し、２分の１波長板の場合と類似し、前記偏光構成要素
間の位相遅れは２分の１波長になるだろう。前記タイプ
の偏光器は、直線偏光された入射光の偏光面の回転のた
めに適している。

【００３４】射出する前記偏光板上の、各々の前記ゾー
ンのための前記好適な偏光方向の配向性は、各々の前記
ゾーン上の前記偏向構造を方向付けることにより変えら
れる。後者の配向性は、個々のそのようなゾーンの透過
平面の配向性を決定し、すなわち、局部的に決定し、し
たがって、前記の相互に直交して偏光されたフィールド
構成要素（１５，１６）の振幅平面の配向性を同じく決
定するだろう。前記構成要素（１５，１６）の配向性は
「誘導された結晶軸」とも名付けられる。

【００３５】本発明による偏光器の前記斜めの偏光は、
個々のそのようなゾーン上で、接線方向にあるいは半径
方向のいずれかに偏光され、すなわち、入射光（２）か
ら接線方向または半径方向のいずれかに局部的に偏光さ
れ、射出光（３）の生成のために利用されるであろう。
しかしながら、前記斜めの偏光は、円偏光された入射光
の場合、前記誘導された結晶軸（１５，１６）が、前記
偏光器の出口面上の、所望の半径方向または接線方向の
配向性に関して局部的に４５°の角度で配向されるよう
に、４５°の角度であり、図１において示される偏光器
の平面図である図３に基づいて、より詳細に説明され
る。前記板の上部の表面（６）と前記透過平面の交線
（１４）によって示される、前記偏向構造の回折格子上
のラインの配向性、それによって決定される透過平面の
配向性、および前記誘導された結晶軸（矢印によって示
される）の配向性の結果は、すべて示されている。個々
のそのような小平面に関係している動径（２３，２４，
２５）は、前記偏光器の光学軸（２６）上で起こり、関
連の小平面の中心を通り、いくつかの選択された六角形
ゾーン（２０，２１，２２）のために同様に示されてい
る。

【００３６】前記誘導された結晶軸（１５，１６）は、
前記偏光器の出口で半径方向に偏光された光を得るため
に、前記ゾーンの各々の半径方向に関して局部的に４５
°の角度に配向されなければならないので、前記ゾーン
の各々の前記透過平面と各々の前記回折構造上の前記ラ
インの両方は、各々の半径方向に関して４５°の角度で
配向され、円偏光された入射光を直線偏光された光に変
換する、個々のそのような４分の１波長の小平面をもた
らす原因となり、前記小平面の中心近傍におけるその偏
光方向は、その出口面（図４参照）から出るように、そ
の小平面の半径方向に沿って正確に整列される。前記偏
光をもたらす前記回折構造は、タービン羽根のように、
前記偏光器の中央の光学軸（２６）から外側に向かって
弧を描いているが、一定の偏光を備えた有限の大きさの
フィールド、またはゾーンが成形されるので、有限の長
さを有するということが理解されるだろう。最大受け入
れ可能な許容方向、すなわち、前記偏光器の出口面の全
体表面上の偏光の局部的方向の、最大に許容される離脱
は、所望の半径方向の偏光から、前記ゾーンの大きさの
調節により、特に関連する個々の適用に対してセットさ
れるだろう。局部的配向性間の連続的な遷移は、所定の
ゾーンの境界なしで、可能になる。

【００３７】本発明の原理は、同一の実施の態様の例に
基づいて説明され、他のタイプでの使用を意図した偏光
器に、同様に直ちに適用される。例えば、図３において
示される構造に基づく出口において、円偏光された入射
光を接線方向に偏光された光へ変換するための偏光器
は、前記ゾーンの各々の前記偏向構造の前記回折格子上
のラインを、前記結晶軸の方向に関して９０°回転させ
ることにより得られる。前記ゾーンの各々の出口面から
射出される光は、図５において示されるように、その
後、接線方向に偏光される。

【００３８】前記原理は、例えば、図４において示され
る半径方向の偏光、あるいは図５において示される接線
方向の偏光などのような、所望の偏光方向を有する直線
偏光された光の生成のために、同様に利用され、入射光
束から、個々のそのようなゾーンを覆って、前記ゾーン
から射出される直線偏光された光の、偏光平面を局部的
に回転させることによって、その全体断面上の単一方向
に直線偏光される。同様のものを得るために、前記板の
厚さ（Ｄ）は、関連の傾斜角度に依存する、通常および
異常光線の屈折率中の差が、透過光によって横切られた
光路長（Ｗ）上で、所望の２分の１波長の位相遅れが生
ずるように、前記傾斜角度（ＮＷ）に順応すべきであ
る。さらに、個々のそのようなゾーンに対して、前記偏
向構造は、誘導された結晶軸が、例えば接線方向または
半径方向などの、前記入射光の偏光方向と所望の偏光方
向間に関連する角度の二等分線上で、局部的に正確に整
列されるように、整列されなければならない。２分の１
波長板の場合には、前記誘導された結晶軸の一つにおい
て、前記入射光の伝搬の方向を反射することにより、射
出光の偏光方向が得られることはよく知られている。前
述の位相遅れの場合には、前記偏光器の好適な実施の態
様の場合、所望の４分の１波長あるいは２分の１波長の
位相遅れから±５％〜±１０％外れて変化する位相遅れ
が、前記板の厚さおよび前記入射光の入射角度の変化に
依存して生じるだろう。

【００３９】図６は、本発明による偏光器の他の実施の
態様の例を示す。しかしながら、同じく軸厚（Ｄ）を備
えた平面−平行板の形状である前記偏光器（３０）は、
図１において示される実施の態様とは、各々が通常、六
角形外形を有するいくつかの複屈折素子（３１〜３４）
から成っているという点で異なる。複屈折素子は、例え
ば光学的に接触して、互いに取り付けられており、前記
素子間のギャップを残さず、平面の偏光器を成形するよ
うに、モザイク状に組み立てられている。前記六角形ゾ
ーン（３５〜３８）の寸法は、図１において示される六
角形ゾーンの寸法と一致するようになっている。前記光
学素子（３１〜３４）は、それらの結晶軸（３９，４
０，４１）が、それぞれ、前記六角形ゾーンの側面の表
面および上部／下部の表面に関して斜めになるように、
複屈折材料のブロックからカットされている。前記偏光
器の光学軸（４２）に関する、個々のそのような素子の
結晶軸の傾斜角度（ＮＷ）は、前記素子のすべてについ
て同様である。それにも関わらず、隣接した光学素子
は、示されたセグメント上で、それらの結晶軸が、前記
偏光器の前記光学軸（４２）に関し、異なる角度位置と
なる点において、互いに異なっており、前記光学素子の
前記結晶軸は、ある付近を除いて、前記光学軸（４２）
に関し絡み合い、すなわち、互いに対して平行にならな
いことを意味している。前記の絡み合いは、前記光学軸
（４２）に対して平行な方向（４３）に沿って光が透過
した場合、それらの各透過方向（４３）および結晶軸に
より限定される前記光学素子の各々の透過平面が、３つ
の前記光学素子（３２，３３，３４）の前記透過平面の
交線（４４，４５，４６）によって概略的に示されるよ
うに、異なる配向性を持つ原因となる。

【００４０】上述した実施の態様の場合、前記偏光器
は、その働きのために位相遅れ板の原理を使用する。前
記偏光器に入る際、入射光は、各自に当てはまる屈折率
によって決定された異なる速度で伝播する、通常光線お
よび異常光線へ分解され、Ｇ＝Ｗ×｜ｎ_ao−ｎ_o｜によ
って示される位相遅れＧにつながる。このとき、横切ら
れた光路長（Ｗ）は、前記板の厚さ（Ｄ）と等しく、か
つ図２において示される屈折率の差は、前記傾斜角度
（ＮＷ）によって決定され、その傾斜角度は、前記光学
素子が結晶性材料の大きなブロックからカットされた時
に、決定される。図１による実施の態様の場合、前記板
の前記厚さ（Ｄ）は、より小さい傾斜角度（ＮＷ）およ
びそれに対応する屈折率の差を選ぶことにより、取り扱
いが容易になるように、十分に大きく作られる。円偏光
を、局部的に直線偏光に変換する際は、前記厚さ（Ｄ）
は、その結果生じる位相遅れが前記光４分の１波長と等
しくなるように、選択されるべきである。直線偏光の偏
光平面が回転するのであれば、前記位相遅れは前記波長
の２分の１にセットされるべきである。前記光学素子の
各々の、直線偏光された射出光の偏光平面の配向性は、
各々の透過平面の配向性によって決定され、半径方向の
偏光器を生産するために、図３において示される類似し
た方法で配向させられ、あるいは、接線方向の偏光器を
生産するために、９０°回転してもよい。この実施の態
様の一つの主な利点は、いくつかのやや複雑な成形作業
を必要とする偏向構造を使用するためにその必要がなく
なることである。

【００４１】図７はマイクロリソグラフィック投影照明
システム（５０）を示しており、本発明による偏光器を
装備している。前記システムは、この特別の場合におい
て、ウェーハスキャナー／マッピング装置であり、その
レーザーの帯域幅を狭くするための装置（５２）を備え
たレーザー光源（５１）を含み、直線偏光された光束を
放射する。照明システム（５３）は、大きな、はっきり
と限定された、高度に均質な、照明されたフィールドを
生成し、光学縦列において付随する投影レンズ（５４）
のテレセントリック性必要条件に整合される。前記照明
システム（５３）は照明モードの選択のための装置を有
し、例えば、可変のコヒーレンス係数、環状の照明され
たフィールド、およびダイポール（双極子）あるいはク
ワドラポール（４極子）照明などを備えた従来の照明に
切り替えられる。前記照明システムは、全長を縮小する
ために、偏光鏡（５５）を含んでいる。前記照明システ
ムには、マスク（５７）の保持および操作のための装置
（５６）が付随し、前記マスクが、前記投影レンズ（５
４）の像平面（５８）にあり、走査駆動装置の使用によ
り前記平面を覆って翻訳可能であるように、配置され
る。前記投影レンズ（５４）は、フォトレジストの層に
よりコーティングされたウェーハ（５９）の上に前記マ
スクの縮小された像を投影する、屈折光学素子のみを含
んでいる軸対称の縮小レンズであるように設計され、前
記ウェーハが、前記投影レンズ（５４）の像平面（６
０）において整列され、前記マスク（５７）を備えた同
期中の前記ウェーハを翻訳することを可能にするために
走査駆動装置を含んでいる装置（６１）によって適所に
保持される。前記システムのすべてはコントロールユニ
ット（６２）によってコントロールされる。

【００４２】前記照明システム（５３）内で、前記偏光
鏡（５５）には、前記システムの光学縦列に挿入され
る、本発明による偏光器（６３）が付随し、前記偏光器
が、図１において示される実施の態様のようなモノリシ
ック板、または、図６において示されたような分割され
た偏光器のどちらかとして、形成される。前記偏光器の
軸厚は、２分の１波長板と類似した方法で作動し、その
全体断面上において、直線方向に偏光された入射光を、
図３に示されるように、半径方向に偏光され、その出口
面において射出される光に変換するように選択される。
前記半径方向の偏光は、前記マスクの平面（５８）に位
置し、前記像平面（６０）に繰り越され、鏡などの素子
がないので、前記偏光に作用する前記偏光器が付随して
いる。前記半径方向の偏光は、特に高い開口数では、前
記投影レンズ（５４）のコートしたレンズの透過率に有
用な効果があり、投影像の強度を増加させることによっ
て、ウェーハ・スループットが増加する。前記偏光器
（６３）は、前記システムのシステムストップ（６５）
の平面に接合する平面に位置するように、前記システム
の光学軸（６４）に沿って配列され、前記システムスト
ップの周辺における直線偏光を生成することが可能にな
る。多くの高機能レンズの場合はいずれにせよ、光学素
子用の利用可能スペースが限られていたため、設置が困
難であるか不可能であったのだが、これは前記投影レン
ズ瞳の位置における作用なので、前記周辺に光学素子を
それ以上加える必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】入口面および出口面の上に偏向構造を有する、
本発明による偏光器の好適な実施の態様の略断面図であ
る。

【図２】図１において示された偏光器の働きを説明する
ために使用された線図である。

【図３】円偏光された光を半径方向に偏光された光に変
換する、六角形偏向ゾーンの回折格子を有する、図１に
おいて示された偏光器の平面図である。

【図４】図３で示された偏光器の出口面で、半径方向に
偏光された光線を射出する、偏光の平面の配向性を示す
図である。

【図５】接線方向に偏光された光を生成するための単一
体の偏光器の別の実施の態様の、出口面上の偏光平面の
配向性を示す図である。

【図６】本発明による分割された偏光器の実施の態様の
概略図である。

【図７】その照明システム中の本発明による偏光器を備
えたマイクロリソグラフィック投影照明システムの図で
ある。

【符号の説明】

１偏光器２入射光４平面−平行板５結晶軸６入口面７出口面８，９偏光構造１３透過方向２０，２１，２２六角形ゾーン２３，２４，２５動径２６光学軸３１，３２，３３，３４光学素子３９，４０，４１結晶軸４２光学軸４３透過方向５０マイクロリソグラフィック投影照明システム５１レーザー光源５３照明システム５４投影レンズ５５偏光鏡５７マスク５９ウェーハ６２コントロールユニット６３偏光器６４光学軸６５システムストップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA08 BA42 BC21 2H099 AA11 BA09 CA05 5F046 CB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学軸に沿って入射する光束を、その断
面上で、局部的に変化する偏光状態の、所定の分布を有
する射出光束へ変換するための偏光器であって：少なく
とも一つの複屈折素子（４，３１〜３４）は、相互に直
交偏光された、透過光のフィールド構成要素間で移相の
生成を目的として、結晶軸（５，３９，４０，４１）お
よび有限軸厚（Ｄ）を有し；前記偏光器の照明された断
面は、多数のゾーン（１０，１１，１２，２０，２１，
２２，３５〜３８）に細分され；少なくとも一つの前記
ゾーンは、光に対するその透過方向（１３，４３）が、
前記ゾーン内の前記ゾーンの前記結晶軸（５，３９，４
０，４１）に関して傾斜され、かつ前記透過方向および
前記結晶軸により規定された透過平面に位置するように
形成された前記偏光器において；前記ゾーンの軸厚
（Ｄ）および傾斜角度（ＮＷ）は、前記ゾーン内の前記
フィールド構成要素の光路長の差が、前記偏光器の射出
における所定の相対的位相遅れに一致するように整合さ
れ、すべてのそのようなゾーン（３５〜３８）の透過平
面（１３，４３）の配向性は、所望の局部的な好ましい
偏光方向が前記ゾーン内に存在するように予備整列され
ることを特徴とする、偏光器。
【請求項２】個々の前記ゾーン（１０，１１，１２，
２０，２１，２２，３５〜３８）が、記述された方法で
形成されることを特徴とする、請求項１に記載の偏光
器。
【請求項３】光学軸と概略的に平行に整列された結晶
軸（５）を有する複屈折素子（４）を備え、そのゾーン
のための所定の傾斜角度および傾斜方向を与えるように
設計された少なくとも一つの偏向構造（８）、好ましく
は個々のそのようなゾーンに対して一つ、が前記複屈折
素子に割り当てられ、該複屈折素子（４）は、好ましく
は、前記偏光器の全断面を覆って広がる、単一の素子で
あることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載
の偏光器。
【請求項４】前記傾斜した透過方向（１３）に沿った
入射光（２）を偏向するための偏向構造（８）が、前記
複屈折素子（４）の入口面（６）の上に設置され、前記
偏向を逆にするための偏向構造（９）が前記複屈折素子
（４）の出口面（７）の上に設置されることを特徴とす
る、先行の請求項のいずれかに記載の偏光器。
【請求項５】前記複屈折素子が、複屈折材料、特に、
フッ化マグネシウムまたは結晶石英から作られた板
（４）であり、前記偏向構造（８，９）が好ましくは前
記板の前記入口面（６）および／または前記出口面
（７）上で直接に成形されることを特徴とする、請求項
３または請求項４に記載の偏光器。
【請求項６】少なくとも一つの前記偏向構造（８，
９）が回折構造、特に、ライン回折格子であり、および
／または少なくとも一つのそのような偏向構造が屈折構
造、特に、フレネル表面の形状のようなもので、および
／または少なくとも一つの前記偏向構造が回折および屈
折構造であり、および／または少なくとも一つの前記偏
向構造がホログラムと同じ方法において光を偏向するこ
とを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の偏光
器。
【請求項７】いくつかの複屈折素子（３１〜３４）が
その断面を覆って、好ましくはその全体表面を覆うよう
に広がって配列され、個々のそのような素子がゾーンを
成形し、かつ有限軸厚（Ｄ）を有し、しかも個々のその
ような複屈折素子の結晶軸（３９，４０，４１）が、光
の透過方向（４３）に関して斜めになり、前記透過平面
は前記結晶軸および前記透過方向により規定されること
を特徴とする、請求項１に記載の偏光器。
【請求項８】前記偏光器（１，３０）が、入射円偏光
を、射出する局部的な直線偏光に変換するように設計さ
れており、前記偏光器からの射出光が、好ましくは接線
方向にあるいは半径方向に偏光され、好ましくは前記所
定の相対的位相遅れ（Ｇ）が概略的に前記入射光の４分
の１波長であることを特徴とする、先行の請求項のいず
れかに記載の偏光器。
【請求項９】前記偏光器（１，３０）が、その全体断
面上を単一の方向に直線偏光される入射光を、射出する
局部的な直線偏光に変換するように設計され、前記偏光
器からの射出光が、好ましくは接線方向にあるいは半径
方向に偏光され、好ましくは前記所定の相対的位相遅れ
（Ｇ）が概略的に前記入射光の２分の１波長であること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の偏光
器。
【請求項１０】前記偏光器（１，３０）、特に前記板
（４）が１００μｍより大きい軸厚（Ｄ）を有し、該軸
厚は、好ましくはおよそ２００μｍからおよそ６００μ
ｍまでの範囲を有することを特徴とする、先行の請求項
のいずれかに記載の偏光器。
【請求項１１】断面が、一定の偏光角度および／また
は等しい傾斜角度（ＮＷ）の小さなゾーン（１０，１
１，１２，２０，２１，２２，３５〜３８）へ細分さ
れ、その照明された断面の全体を覆い、好ましくは非被
覆の面を残さず、前記ゾーンが好ましくは、多角形、好
ましくは六角形であり、および／またはその断面が好ま
しくは等しい大きさおよび／または外形である小さなゾ
ーン（１０，１１，１２，２０，２１，２２，３５〜３
８）へ細分され、そのようなゾーンの総数は１０あるい
は１００以上のオーダーであることを特徴とする、先行
の請求項のいずれかに記載の偏光器。
【請求項１２】マスク（５７）を照明するための光源
（５１）を含んでいる照明装置（５３）、および該照明
装置に付随する投影レンズ（５４）であって、前記投影
レンズの像平面（６０）上の前記マスク（５７）上に現
われるパターンの像を形成するための該投影レンズを装
備したマイクロリソグラフィック投影システムにおい
て、請求項１〜１１のいずれかに記載の少なくとも一つ
の偏光器（１，３０，６３）が前記投影システム（５
０）の中へ組み込まれていることを特徴とする、マイク
ロリソグラフィック投影システム。
【請求項１３】前記偏光器（６３）が前記照明装置
（５３）へ、前記光源（５１）と前記マスク（５７）と
の間、好ましくは、前記投影レンズ（５４）のシステム
開口（６５）に接合する平面の周辺において組み込まれ
ており、および／または、偏光器は互換性があることを
特徴とする、請求項１２に記載のマイクロリソグラフィ
ック投影システム。