JP2003059821A - 偏光器を備えた光学結像システムと、それに使用する水晶板 - Google Patents

偏光器を備えた光学結像システムと、それに使用する水晶板

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JP2003059821A JP2002131456A JP2002131456A JP2003059821A JP 2003059821 A JP2003059821 A JP 2003059821A JP 2002131456 A JP2002131456 A JP 2002131456A JP 2002131456 A JP2002131456 A JP 2002131456A JP 2003059821 A JP2003059821 A JP 2003059821A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学装置上に比較的反射防止性が高い被膜を
与えることによって憂慮すべき反射迷光を最小限に抑え
ると共に、像平面上およびシステムに用いることができ
る水晶板上に高コントラストの干渉縞を生じることがで
きる放出光ビームを発生させる。 【解決手段】 光学軸（１６）に沿って順次配置された
幾つかの結像光学構成要素（Ｌ１〜Ｌ１６）と、結像光
学構成要素の最後まで延在する領域内の予め決定可能な
場所に配置されて半径方向偏向光を生じる手段とを有す
る光学結像システムと、そのようなシステムに用いるこ
とができる水晶板である。半径方向偏向光の偏向平面を
回転させて、それを接線方向偏向光に変換する偏向回転
体（１４）、特に水晶板の形のものが、光学列内の半径
方向偏向光を生じる手段に続く結像光学構成要素が配置
されている場所から始まる領域内の予め決定可能な場所
に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学軸に沿って順
次配置された幾つかの結像光学構成要素と、結像光学構
成要素の最後のものまで延在する領域内に配置されて半
径方向偏向光を生じる手段とを有する光学結像システム
と、そのようなシステムに用いることができる水晶板と
に関する。
【０００２】
【関連技術】ドイツ特許公開公報第ＤＥ１９５ ３５ ３
９２ Ａ１号は、たとえば、光源としてＩ形水銀放電ラ
ンプを有するマイクロリトグラフ映写露光システムの形
をした上記形式の光学結像システムを開示している。そ
のようなシステムがウェハの露光用に半径方向偏向光を
用いるのは、その光がフォトレジスト層内へ、特に大き
い入射角で結合することを助ける一方、同時に、そのフ
ォトレジストの内側および外側接合面での反射によって
発生すると思われる定常波を最大限に抑えることができ
るようにするためである。複屈折物質を用いたさまざま
な形式の半径方向偏光器が、半径方向偏向光を生じると
期待される手段として挙げられた。ウェハに投射される
前に得られた半径方向偏向度が変化しないようにするた
めに、選択された半径方向偏光器は、光学列におけるシ
ステムの最後の位相補正すなわち偏向光学素子の後に続
く領域内に配置された。そのようなシステムの映写レン
ズとして反射屈折光学システムを用いた場合、関連の半
径方向偏光器は好ましくは、たとえば、その光学システ
ムの最後の偏向ミラーの次に配置されなければならな
い。そうでなければ、たとえば、映写露光システムの直
前の照明システム内に配置されるであろう。
【０００３】半径方向に偏向された光、すなわち、接合
面に入射する平面に平行に線形偏向された光は一般的
に、マイクロリトグラフ映写露光システムの結像光学装
置などの結像光学装置に関係する場合に好ましく、それ
は、半径方向偏向光が、それらの結像光学構成要素、特
にそれらのレンズ上の非常に効果的な反射防止被膜を利
用できるようにするからであり、このことは、特に、開
口数が高く、短い波長、たとえば、紫外線範囲に入る波
長のマイクロリトグラフ映写露光システムでは、そのよ
うなスペクトル範囲で使用するのに適した被膜材料がほ
とんどないため、非常に重要である。他方、ウェハなど
の上に物体を結像する時に可能な最良の干渉縞コントラ
ストを生じることができるようにするために、好ましく
は接線方向に偏向した光、すなわち、関連のレンズなど
のそれぞれの接合面上に対する結像光ビームの入射平面
に直角に線形偏向された光を照明として使用するべきで
ある。これを可能にするために、先行のドイツ特許出願
第１００ １０ １３１．３号は、ドイツ特許公開公報第
ＤＥ１９５ ３５ ３９２ Ａ１号の半径方向偏光器の代
わりに、セグメントに分かれた複屈折板から組み立てる
ことができる光学列内において映写レンズのひとみ平面
付近か、それの直前の照明システム内に配置された接線
方向偏向素子を用いることを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光学装置上
に比較的反射防止性が高い被膜を与えることによって憂
慮すべき反射迷光を最小限に抑えると共に、像平面上お
よびシステムに用いることができる水晶板上に高コント
ラストの干渉縞を生じることができる放出光ビームを発
生することができる、冒頭に述べた形式の光学結像シス
テムを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載されている特徴を有する光学結像システムと、請求項
６に記載されている特徴を有する水晶板とを提供するこ
とによって、その課題を解決する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明による光学結像システム
は、システムの結像光学構成要素の少なくとも一部が作
動するための半径方向偏向光を生じる手段と、その半径
方向偏向光の偏向平面を回転させてそれを接線方向偏向
光に変換することによって、結像平面上で接線方向に偏
向される光を生じることができる、システムの結像光学
構成要素の少なくとも１つ、好ましくは幾つか、あるい
はすべての後に続けて配置される偏向回転体とを提供す
ることを特徴とする。
【０００７】本発明に従った方法の結果として、半径方
向偏向光を生じる手段と偏向回転体との間に位置するシ
ステムのすべての結像光学構成要素が、それらが非常に
効果的な反射防止被膜を有する半径方向偏向光で作動す
ることができる。特に、光源、すなわち、システムの第
１結像光学構成要素の前方の位置とシステムの最後の結
像光学構成要素との間であるが、偏向回転体の前方のビ
ーム路の任意位置に配置された従来型の半径方向偏光器
が、半径方向偏向光を生じる手段として機能するであろ
う。偏向回転体は同時に、関連の結像光学構成要素に好
都合な半径方向偏向光を接線方向偏向光に変換し、これ
が像平面上に投射されて、その上に高コントラストの干
渉縞を生じることができるであろう。偏向の変換は、偏
向平面を回転させることによって行われ、それに伴った
強度損失は低レベルに抑えられるであろう。
【０００８】請求項２に従った本発明の別の実施形態に
よれば、光学的活性物質を有する板が、その偏向回転体
として用いられる。光学的活性物質は、透過光の偏向平
面を回転させることが知られており、それが回転する角
度は、その物質の厚さに比例し、関連の比例定数は、関
連の波長の減少に伴って増加するであろう。請求項３に
従った本発明の別の実施形態によれば、水晶板が、その
偏向回転体として働く。水晶板は複屈折特性も有する
が、板の寸法および向きを適当に定めることによって、
少なくとも紫外光、たとえば、約１５７ｎｍ以下の波長
を有する光に関する場合でなければ、水晶の光学的活性
によって所望の偏向回転がさほど変化しないような低い
レベルにその特性を抑えることができるであろう。
【０００９】請求項４および５に従った、光学結像シス
テムがマイクロリトグラフ映写露光システムである本発
明の好適な別の実施形態では、半径方向偏向光の偏向平
面を回転させて、それを接線方向偏向光に変換する偏向
回転体が、システムの映写レンズの、ビーム路が光学軸
にほぼ平行である部分、特にひとみ平面上、またはひと
み平面と照明すべきウェハなどを含む像平面との間に位
置する部分内に配置される。最初の配置では、偏向回転
体をひとみ平面上に配置することによって、偏向回転体
上への光のほぼ垂直な入射が高い光学的活性を生じて、
複屈折効果などの軸外れ照明の効果が最小に抑えられる
という利点が得られる。他方、偏向回転体を像平面にも
っと接近させて配置することによって、ひとみ平面と偏
向回転体との間に位置する結像光学素子も半径方向偏向
光が貫通すると共に、小型の偏向回転体を用いれば十分
であるという利点が得られる。
【００１０】請求項６によって定義された本発明による
水晶板の場合、板の結晶軸が、その表面に対する法線に
ほぼ平行な向きにある。その向きの水晶板は、本発明に
よる光学結像システム上の偏向回転体として用いるのに
特に適している。
【００１１】本発明の変更実施形態では、水晶板の厚さ
が５００μｍ以下、好ましくは約２００μｍ以下であ
る。そのように薄い板は、１５７ｎｍ以下の遠紫外線波
長での作動時の本発明による光学結像システムに対して
偏向回転機能を行うのに特に適している。
【００１２】
【実施例】本発明の好適な実施形態が添付の図面に示さ
れており、以下に説明する。
【００１３】図１は、映写レンズ内に偏向回転体が配置
されている点を除いて、ドイツ特許公開公報第ＤＥ１９
５ ３５ ３９２ Ａ１号に引用されているものと同様な
従来型マイクロリトグラフ映写露光システムを示す。ミ
ラー（２）によって集束される所望波長の照射紫外線を
放出する光源（１）、たとえば、Ｉ形水銀放電ランプか
らの光が、開口絞り（３）を照明し、それにレンズ
（４）が続くが、これは特に、ズームレンズにすること
ができ、さまざまな調節を、特に所望の円形開口の選択
を可能にする。水銀放電ランプの代わりに、約２６０ｎ
ｍ以下の、たとえば１５７ｎｍの波長で放出するレーザ
光源を上記光源（１）として用いてもよく、その場合に
はミラー（２）が不必要になるであろう。
【００１４】未偏向入射光を半径方向偏光に変換する半
径方向偏光器（５）が、レンズ（４）の次に配置されて
いる。半径方向偏光器（５）は、たとえば、大した光損
失を伴わないで変換を実施するドイツ特許公開公報第Ｄ
Ｅ１９５ ３５ ３９２ Ａ１号に記載された構造を有す
る円錐台形偏光器にすることができる。これによって生
じたほぼ半径方向に偏向した光は、この半径方向偏光器
（５）からハニカムコンデンサ（６）、および光学列に
おいてそれに続くリレーおよび視野レンズ（７）へ進
み、これらの後者の構成要素は集合的に、結像すべきパ
ターンを付けた「焦点板」とも呼ばれるマスク（８）の
光学照明を行うように働く。光学列においてこれらの構
成要素に続く、縮小レンズとして構成された映写レンズ
（９）が、映写レンズ（９）の物平面上に位置するパタ
ーンを、映写レンズ（９）の像平面上に位置するウェハ
（１１）上のフォトレジストフィルム（１０）上に超高
空間解像度で、好ましくは１μｍより優れた空間解像度
で結像する。このシステムの開口数は、好ましくは０．
５を超える必要があり、特に好ましくは０．７〜０．９
でなければならない。
【００１５】図２は、多数のレンズ（Ｌ１〜Ｌ１６）を
有する映写レンズ（９）の予想形状を概略的に示す。こ
の形式の映写レンズに一般的に用いられるレンズ配置の
多くが周知であるので、図２に示されたレンズ（Ｌ１〜
Ｌ１６）は、従来型レンズ配置に一般的に用いられるレ
ンズを表すものと解釈される必要があり、したがって、
矩形で記号表示されているが、もちろん、それらの真の
幾何学的形状を表すものではない。映写レンズ（９）の
作動を明確にするために、それぞれマスクの中心点（８
ａ）およびそのマスクの縁部付近の点（８ｂ）に対応し
た結像ビーム（１２、１３）の主光線（１２ａ、１３
ａ）および周辺光線（１２ｂ、１３ｂ）の経路が概略的
に示されている。
【００１６】図２に示された映写レンズの独特の特徴
は、偏向回転体（１４）の配置であり、本例の場合では
それが、一般的な開口絞りが配置される映写レンズのひ
とみ平面（１５）の直後に位置している。偏向回転体
（１４）は、入射された半径方向偏向光の偏向平面を回
転させて、それを接線方向偏向光に変換するように構成
されている。このために、図２に概略的に示された結晶
軸（１７）が映写レンズの光学軸にほぼ平行な向きであ
る薄い水晶板を用いることができ、水晶板（１４）の結
晶軸（１７）はその板の平面にほぼ直交する、すなわ
ち、その平面に対する法線にほぼ平行な向きである。
【００１７】水晶は光学的に活性であることが周知であ
り、通常の複屈折の場合と異なって、光学的活性によ
り、最初の向きに関係なく、入射光の偏向平面を回転さ
せる。光学的活性物質の別の利点は、二重像を生じない
ことである。ある物質の回転角は、それの厚さに比例
し、関連の比例定数は温度に伴って変化し、関連の波長
によってほぼ決定される。ここで関係する用途の場合、
その比例定数が波長の減少に伴って大きく増加し、紫外
線範囲、たとえば、１５０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長範囲
に入る波長では、可視光より数倍に増加することが特に
好都合であり、それが、マイクロリトグラフ映写照明シ
ステムに紫外線を用いる場合に所望回転を発生するため
に、わずかに約５００μｍ、好ましくは２００μｍ以下
の厚さの極薄水晶板（１４）を用いれば十分である理由
である。短い波長では複屈折効果が同時に大幅に増加す
ることはないであろうから、紫外線範囲内にある短い波
長では、憂慮すべき複屈折効果に対する望ましい光学的
活性作用の比が対応して改善されるであろう。
【００１８】ひとみ平面（１５）付近か、光線が光学軸
（１６）に平行に、またはそれに対してわずかな傾斜角
度で伝搬するビーム路上のいずれかの他の場所に偏向回
転体（１４）を配置することには、それに投射される光
線がその表面にほぼ垂直になるという利点があり、その
場合、水晶の本例の場合には望ましくない複屈折効果に
対する望ましい光学的活性作用の比が特に大きいであろ
う。図２に示された偏向回転体（１４）の特定位置の場
合、映写レンズの１６個のレンズ（Ｌ１〜Ｌ１６）のう
ちの１１個と、半径方向偏光器（５）から始まる照明シ
ステムの全光学列とが、光がほぼ半径方向に偏向される
ビーム路部分内に位置し、これによって関連のレンズ上
に非常に効果的な反射防止被膜を与えることができる一
方、偏向回転体（１４）は、ウェハ（１１）に投射され
た光が所望のほぼ接線方向の偏向を有するようにするで
あろう。
【００１９】あるいは、この偏向回転体（１４）は、シ
ステムの光学軸（１６）に沿ったいずれの任意の場所に
配置してもよいが、好ましくは、像平面すなわちウェハ
（１１）にできる限り接近させて配置することによっ
て、半径方向偏向光ができる限り多くの結像光学構成要
素を貫通するようにしなければならない。偏向回転体
（１４）をひとみ平面（１５）付近からウェハ（１１）
にもっと接近した位置へ移動させることによって、偏向
回転体（１４）について小さい直径を選択することがで
きる一方、偏向回転体（１４）の図示位置とウェハ（１
１）との間に位置するレンズ（Ｌ１２〜Ｌ１６）の少な
くとも一部にも半径方向偏向光が照射されるであろう。
しかし、その場合には、偏向回転体（１４）に投射され
るビームの発散、すなわち、光学軸（１６）に対する最
大傾斜角が増加するであろう。
【００２０】複屈折効果に対する光学的活性強さの比
は、入射角の増加に伴って減少し、これは、水晶素材の
複屈折による効果をわずかに悪化させるであろう。しか
し、許容できる最大入射角に関する決定は、関係する特
定用途に基づいて行われるであろう。完全に半径方向に
偏向された光の理想状態では、高いビーム発散、すなわ
ち、それに対する入射角が大きい場合でも複屈折効果が
発生しないので、これらの決定はまた、光が偏向回転体
（１４）に到達する前にそれの結晶の光学軸に対して光
が半径方向に偏向された程度によって決まる。しかし、
照明システムによって供給される光が完全には半径方向
に偏向されず、レンズ内の応力誘起複屈折のために完全
な半径方向偏向からのわずかな逸脱が発生するため、実
際には一般的にこの理想状態を達成できないであろう。
しかしながら、特に短い紫外線波長では、得られる非常
に高い光学的活性度のため、相当に高いビーム発散を許
容することができ、偏向回転体（１４）を最後のレンズ
（Ｌ１６）とウェハ（１１）との間に配置することさえ
可能である。偏向回転体（１４）をこのように配置する
ことによって、光学結像システムのすべての結像光学構
成要素が半径方向偏向光で作動することができるという
特に好都合な利点が得られ、偏向回転体（１４）を映写
レンズ内に組み込む必要がなくなる、すなわち、それの
外に配置してもよい。
【００２１】好適な実施形態の以上の説明から、本発明
に従った光学結像システムでは、結像光学構成要素の大
部分、好ましくはその少なくとも２／３に、これらの結
像光学構成要素が非常に効果的な反射防止被膜を有する
半径方向偏向光を照射するようにすることによって、迷
光の憂慮すべき効果をほとんどなくした高品質結像が達
成できることが明らかである。光学結像システムはま
た、たとえば、結像平面に位置するウェハ上のフォトレ
ジストを露光するためのマイクロリトグラフ映写照明シ
ステムとして使用する時に好都合であるような、高コン
トラストの干渉縞を発生できるようにするほぼ接線方向
に偏向されたビームを与えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】照明システム内に配置されて半径方向偏向光を
生じる手段と、映写レンズ内に配置された、偏向平面を
回転させて接線方向偏向光に変換する偏向回転体とを有
するマイクロリトグラフ映写露光システムの概略図であ
る。
【図２】図１に示された映写レンズの詳細図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ ミラー ３ 開口絞り ４ レンズ ５ 半径方向偏光器 ６ ハニカムコンデンサ ７ 視野レンズ ８ マスク ９ 映写レンズ １０ フォトレジストフィルム １１ ウェハ １２、１３ 結像ビーム １４ 偏向回転体 １５ ひとみ平面 １６ 光学軸 １７ 結晶軸 Ｌ１〜Ｌ１６ レンズ
【手続補正書】
【提出日】平成１４年５月９日（２００２．５．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA01 BA08 BA42 BB03 BC21 2H087 KA21 LA01 NA04 NA18 RA43 2H099 AA17 BA09 CA05 5F046 BA03 CB10 CB12 CB19 CB25

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学結像システム、特にマイクロリトグ
    ラフ映写露光システムであって、 光学軸（１６）に沿って順次配置された幾つかの結像光
    学素子（４、６、７およびＬ１〜Ｌ１６）と、 最後の結像光学素子（Ｌ１６）の前方の予め決定可能な
    場所に配置された、進行する光を半径方向に偏向させる
    手段（５）とを含み、 前記半径方向偏向光を接線方向偏向光に変換する偏向回
    転体（１４）を、光学列において前記半径方向偏光器
    （５）の次に続く結像光学素子（６）の後に続く予め決
    定可能な場所に配置した光学結像システム。
  2. 【請求項２】 前記偏向回転体は、光学的に活性の物質
    から形成された板（１４）を含む請求項１記載の光学結
    像システム。
  3. 【請求項３】 前記板（１４）は、前記光学軸（１６）
    に平行に並んだ光学軸を有する水晶から形成されている
    請求項２記載の光学結像システム。
  4. 【請求項４】 さらに、マイクロリトグラフ映写露光シ
    ステムを形成しており、前記偏向回転体（１４）は、前
    記マイクロリトグラフ映写露光システムの映写レンズ
    の、結像ビーム路が前記光学軸（１６）にほぼ平行であ
    る部分内に配置されている請求項１乃至３のいずれかに
    記載の光学結像システム。
  5. 【請求項５】 さらに、マイクロリトグラフ映写露光シ
    ステムを形成しており、前記偏向回転体（１４）は、前
    記マイクロリトグラフ映写露光システムの映写レンズの
    ひとみ平面（１５）と像平面（１０、１１）との間に配
    置されている請求項１乃至３のいずれかに記載の光学結
    像システム。
  6. 【請求項６】 特に請求項１乃至５のいずれかに記載の
    光学結像システムに用いられる水晶板であって、偏向回
    転体（１４）として構成されており、結晶軸（１７）が
    その平面にほぼ垂直である水晶板。
  7. 【請求項７】 さらに、厚さが５００μｍ以下、好まし
    くは２００μｍ以下である請求項６記載の水晶板。
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