JP2009086692A - マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムに関するもので、高い屈折率の結晶材料をしても、映像特性における固有複屈折の影響を低減できるものを提供する。
【解決手段】固有複屈折材料のレンズを有する少なくとも2つのレンズグループ(10〜60)を有し、前記各レンズグループ(10〜60)は、それぞれ、(100)方位の複数のレンズを有する第1のサブグループと、(111)方位の複数のレンズを有する第2のサブグループとを有し、前記各サブグループの複数のレンズは、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されている、光学システム。
【選択図】図1
【解決手段】固有複屈折材料のレンズを有する少なくとも2つのレンズグループ(10〜60)を有し、前記各レンズグループ(10〜60)は、それぞれ、(100)方位の複数のレンズを有する第1のサブグループと、(111)方位の複数のレンズを有する第2のサブグループとを有し、前記各サブグループの複数のレンズは、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されている、光学システム。
【選択図】図1
Description
本発明は、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムに関する。特に、本発明は、大きな固有複屈折の材料でできたレンズを一枚以上備えた、対物レンズまたは照明システムに関する。
光学結像における、フッ化物結晶レンズの固有複屈折の副作用を軽減することを目的として、同じ結晶カットのフッ化物結晶レンズを互いに回転した関係(クロッキングと称せられる)で配置すること、そして、付加的には、異なった結晶カット(例えば、(100)方位レンズおよび(111)方位レンズ)を有した、複数のグループのそのような配置を組み合わせることは、公開公報US2004/015170A1およびWO02/093209A2において知られている。
フッ化物結晶レンズの所謂「クロッキング」は、固有複屈折が、対称特性((111)方位結晶では3回対称、そして(100)方位結晶では4回対称)である、瞳面において引き起こされるレタデーション(遅延)分布を生み出すという、認識に基づいている。そのパターンは、同じカットのレンズを相互に回転させる組み合わせによって均一化できる。すなわち、分布が、方位角上、対称になる(この場合、方位角αLは、レンズ軸に垂直な結晶面に投影されるビーム方向と、レンズに固定的にリンクされる参照方向との間の角度である)。この構成を以後、「均一グループ」と称する。レタデーション(遅延)という用語は、二つの直交する(相互に直角である)偏光状態の光路における違いを意味する。更に、特に、レタデーションの早い軸が互いに直交している、(111)方位の結晶材料から成る均一グループと(100)方位の結晶材料から成る均一グループとの場合は、(111)方位と(100)方位の材料の組み合わせは、個々のグループから生じるレタデーションを相互に補償し、そして、複屈折分布における最大のレタデーションのために得られる値において更なる低減がなされる。
現在のマイクロ・リソグラフィーの対物レンズにおいて、特に、1.0以上の開口数の値を有する、液浸リソグラフィーの対物レンズにおいて、高屈折率の材料を使用することの要求が非常に高まっている。ここでの「高」とは、クオーツの屈折率である、所定の波長、波長193nmで約1.56を超える屈折率を意味している。従来知られていたもので、DUV波長およびVUV波長(<250nm)において1.6以上の屈折率を有する材料は、例えば、193nmで約1.87の屈折率を有するスピネル、および、その波長でたぶん2.65の屈折率を有するYAGである。波長248nmでは、スピネルの屈折率2.45およびYAGの屈折率2.65もまた非常に高い。これらの材料をレンズの材料として用いる場合に発生する問題は、これらの材料が立方体結晶構造を有することに起因する固有の複屈折を有していることにある。例えば、スピネルでは、波長193nmにおいて52nm/cmであることが測定されている。用語「レンズ」とは、全ての透明な光学的コンポーネントであり、そして、自由形状の面、非球面、そして、平面を備えていることでもある。DUV波長、特に、VUV波長の領域で高屈折率である結晶は、透明な光学エレメントとして用いる場合、大変なトラブルを引き起こす高い固有複屈折もまた有しているのが一般的である。高い屈折率が、像の近くの領域において特に有利であるという限りにおいて、例えば、最近のレンズエレメントでは、このことが、なおさら当てはまる。しかし、リソグラフィー・対物レンズでは大きなビーム角が発生し、そして、この大きな角度において、固有複屈折が、(100)方位および(111)方位の結晶カットにおいて、特に高くなる。
更に、高屈折の結晶材料を、その固有複屈折の悪い影響を制限しながら、使用可能にする試みが、2005年12月23日出願であって、60/753715のシリーズ番号をもつ、非公開の米国仮出願「Projektionsobjektive einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage」に開示されている。この開示内容は、本出願に参考として組み入れられるものである。
発明の目的は、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に対物レンズまたは照明システムを提供すること、特に、結像特性における固有複屈折の影響を低減しながら、高屈折率を有する結晶材料を使用した、光学システム、特に対物レンズまたは照明システムを提供することである。
本発明は、高屈折率および高複屈折(特に、Δn=50nm/cm以上の高複屈折)を有する材料から作られた1つまたは2つのレンズを備えた対物レンズであって、特に、結像特性においての有害な効果を避けるために、高複屈折によって引き起こされるレタデーションを軽減するようにした対物レンズに関する。
本発明によれば、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムは、MgAl2O4,MgOおよびガーネット、特に、Y3Al5O12(YAG)およびLu3Al5O12(LuAG)を含むグループの結晶材料のレンズを少なくとも1つ有する。ここで、前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントは同じ結晶カットを有し、かつ、レンズ軸について互いに相対的に回転して配置されている、あるいは、前記結晶材料が2つの異なった結晶カットが存在する、または、2つの条件が満たされている(すなわち、後者の場合、前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントが両方とも同じ結晶カットを有して、かつ、レンズ軸について互いに相対的に回転して配置され、ならびに、特に、(100)方位および(111)方位の結晶カットの点で、2つの異なった結晶カット、が存在する。)。
本発明で用いられる用語「エレメント」は、例えば、前記少なくとも2つのエレメントが、1つの共通のレンズを形成するために、繋ぎ目無く互いに結合される、または一緒に締め付けられている、可能性を有している。
本発明によれば、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムは、NaCl,KCl、KJ,NaJ,RbJそしてCsJを含むグループの結晶材料でできたレンズを少なくとも1つ有する。ここで、前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントは同じ結晶カットを有し、かつ、レンズ軸について互いに相対的に回転して配置されている、あるいは、前記結晶材料が2つの異なった結晶カットが存在する、または、2つの条件が満たされている(すなわち、後者の場合、前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントが両方とも同じ結晶カットを有して、かつ、レンズ軸について互いに相対的に回転して配置され、ならびに、特に、(100)方位および(111)方位の結晶カットの点で、2つの異なった結晶カット、が存在する。)。
実施例に従えば、前記2つのエレメントは、それらが一緒になって1つのレンズを形成するために、一緒に捻られている、または繋ぎ目無く結合されている。
実施例に従えば、前記2つのエレメントは、2つの分離したレンズを形成する。
実施例に従えば、前記2つのエレメントの結合は、2つの相互に垂直な偏光状態のために、軸対称分布のレタデーションを提供する。
実施例に従えば、前記2つのエレメントの結合は、非回転配置と比較して、または、同じ結晶カットを有する、結晶材料の唯一のエレメントと比較して、レタデーションの値の点で大きな低減を導き出している。「値の大きな低減」という表現は、(開口角や方位角に依存した)レタデーションの観点での分布を示すために用いられる。レタデーション分布の観点での最大値が、前記2つのエレメントの結合は、非回転配置と比較して、または、同じ結晶カットを有する、結晶材料の唯一のエレメントと比較して、少なくとも20%まで低減される。
実施例に従えば、前記結晶材料を有するレンズの光軸に相対して発生する最大ビーム角度は、25°以上、好ましくは、30°以上である。
前述したクロッキングの考えによって実現される補償の効果は完全なものではなく、特に、強い複屈折物質(Δnが100nm/cmまでおよびそれ以上までの値を有する)の場合、結像特性の観点で重要である残余のレタデーションが(理想的に補償されない固有複屈折のために)発生する。特に、同じカットを有するレンズを相互に回転して組み合わせたものによって形成された均一なレンズグループは、レタデーション分布の観点で明らかに均一である、すなわち、軸対称であるが、楕円状の固有の偏光の観点からは均一ではなく、その結果、レタデーションの低減においてエラーが残る結果となる。
更に、本発明は、強い複屈折の材料(Δnが100nm/cmまで、そしてそれ以上の値を有する)を適用したとき、レタデーションの低減に関し、残余のエラーを低減することを目的としている。この観点で、光学系の複屈折に起因するレタデーションにおける残余のエラーが、線形的でなく、複屈折材料の複屈折率Δnまたは厚さdの増加に伴って2次方程式的に増加発生する(後で詳しく説明する)、その結果、例えば、相互に回転しているレンズの個々の厚さを低減すれば、残余のエラーに関し、比例以上の度合いの低減を実現できるという認識を本発明は利用している。
それゆえ、本発明の更なる態様によれば、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムは、固有複屈折材料のレンズを備えた、少なくとも2つのレンズグループを有しており、ここで、各レンズグループは、(100)方位のレンズの第1のサブグループと、(111)方位のレンズの第2のサブグループをそれぞれ有し、そして、各サブグループのレンズはレンズ軸に対して互いに相対的に回転した関係で配置されている。
その点において、好ましい構成に従えば、本発明で用いられる意味での、用語「レンズグループ」とは、各連続したグループのレンズを意味するとして用いられ、あるレンズグループに属するレンズが、光軸に沿って、連続してあるいは相互に隣接して、光学系において配置されているという意味で用いられる。
好ましい実施例に従えば、各サブグループのレンズ同士は、各サブグループが2つの相互に直角な偏光状態に対し軸対称分布のレタデーションを有するように、レンズ軸に関し互いに相対的に回転して配置されている。
更なる実施例に従えば、各サブグループのレンズ同士は、レンズ軸に関し互いに相対的に回転した位置関係にない場合と比較して、レタデーションに関する値が大幅に低減するように、レンズ軸に関し互いに相対的に回転した位置関係にある。この「値が大幅に低減」という表現は、回転関係にない場合のレタデーション分布における最大値に対し、回転関係にある場合のレタデーション分布の最大値が少なくとも20%低減する、ことにおいての、(開口角や方位角に依存した)レタデーションに関する分布のことを意味している。
更なる実施例に従えば、第1のサブグループは、レンズ軸に関し、互いに、(45°+k*90°)の回転関係にて配置されている、2つの(100)方位のレンズを有しており、そして、第2のサブグループは、レンズ軸に関し、互いに、(60°+l*90°)の回転関係にて配置されている、2つの(111)方位のレンズを有している。ただし、kとlは整数である。
更なる実施例に従えば、レンズグループの(100)方位レンズと(111)方位レンズは互いに交互に配置されている。
更なる実施例に従えば、或るレンズグループのレンズは、他のレンズグループのレンズに対し、レンズ軸に関し、回転して配置されている。
更なる実施例に従えば、或るレンズグループのサブグループのレンズは、最大厚さがDi(i=1,2,・・・)かつ固有複屈折Δniの材料からできており、そして、他のグループのサブグループのレンズは、最大厚さがDj(j=1,2,・・・)かつ固有複屈折Δnjの材料からできており、そして、各2つのレンズは、各ペア毎に、Δni*Di=Δnj*Djの関係を満足する。好ましくは、Di,Dj≦30mmが、更に好ましくは、Di,Dj≦20mmが、更により好ましくは、Di,Dj≦10mmが、最大厚さDi、Djに対して成り立つ。
更なる実施例に従えば、レンズグループの数は少なくとも3、より好ましくは少なくとも4である。
更なる実施例に従えば、それらのレンズの少なくとも1つのレンズの材料の固有複屈折は、少なくともΔn=50nm/cm、更に好ましくは少なくともΔn=75nm/cm、更により好ましくは、少なくともΔn=100nm/cmである。
更なる実施例に従えば、レンズは、少なくとも部分的に、立方体構造を有する結晶材料を有している。
更なる実施例に従えば、光学システムは、MgAl2O4,MgOおよびガーネット、特に、Y3Al5O12(YAG)およびLu3Al5O12を含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを備えている。
更なる実施例に従えば、光学システムは、NaCl,KCl、KJ,NaJ,RbJそしてCsJを含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを備えている。
更なる実施例に従えば、光学システムは、少なくとも0.8,好ましくは少なくとも1.0、更に好ましくは少なくとも1.2、更により好ましくは1.4であるイメージサイドの開口数(NA)を有している。
更なる実施例に従えば、動作波長λにおけるビームの最大レタデーションがλ/10以下である。
本発明は、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムは、少なくとも屈折率1.8を有する結晶材料の光学エレメントを少なくとも1つ有している。ここで、動作波長λにおける最大レタデーションは、λ/10以下である。特に好ましくは、前記結晶材料が立方体結晶材料である。
本発明は、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、少なくともΔn=50nm/cmの固有屈折率および少なくとも1cmの最大ビーム路を有する立方体の結晶材料の光学エレメントを少なくとも1つ有する。なお、動作波長λにおいて現れる最大レタデーションはλ/10以下である。
本発明は、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、少なくともΔn=50nm/cmの固有屈折率を有する立方体結晶材料を通って、少なくとも1cmのビーム路が延びている。なお、少なくとも2つのレンズは、レンズ軸に関し、互いに回転して関係で配置されている。
本発明は、本発明に従った対物レンズを有するマイクロ・リソグラフィー投影露光装置および本発明に従った照明システムを有するマイクロ・リソグラフィー投影露光装置に関する。
本発明の構成を以下の詳細な説明と従属項にて説明する。また、本発明を、図面を伴った実施例によって詳しく以下説明する。
図1において、本発明の実施例に従う光学システムのためのレンズ構成100は、レンズ11〜14で構成される第1のレンズグループ10と、レンズ21〜24で構成される第2のレンズグループ20とを有している。
これらのレンズは、少なくとも部分的には、強い固有複屈折の立方体結晶材料から作られている。レンズ材料の複屈折は、好ましくは、少なくともΔn=50nm/cm、更に好ましくは、少なくともΔn=75nm/cm、更により好ましくは、少なくともΔn=100nm/cmである。
その点、複屈折の値Δn(nm/cm)は、(開口角θLと軸角αLとで定義される)あるビーム方向を対し、結晶の中でカバーされる物理的ビーム路に関係する、2つの互いに直角な線形偏光状態に対する、光伝搬の差異の比を特定している。固有複屈折の値は、従って、ビーム路やレンズ形状からは独立している。あるビームに対する光伝搬の違い(以下、レタデーションと称する)は、従って、カバーするそのビームによる複屈折の増幅によって得られる。
このケースでは、レンズ11と13がレンズグループ10の第1のサブグループを形成し、レンズ12と14がレンズグループ10の第2のサブグループを形成する。第1サブグループのレンズ11と13は、(111)方位にそれぞれ方向付けられ、そして、レンズ軸に関し、互いに相対的に60°回転した位置関係にある。第2サブグループのレンズ12と14は、(100)方位にそれぞれ方向付けられ、そして、レンズ軸に関し、互いに相対的に45°回転した位置関係にある。
そのレンズ軸が、{100}結晶面(すなわち、立方体結晶の対称特性のために結晶面が等しい)に垂直であるレンズを(100)方位レンズと呼ぶ。同じように、そのレンズ軸が、{111}結晶面に垂直であるレンズを(111)方位レンズと呼ぶ。
第1のサブグループと第2のサブグループの両方、すなわち、レンズグループ10の全体は、レタゼーションの観点での分布が均一、瞳面において軸対称である、のグループを形成する。更に加えて、同一方向レンズ11と13、12と14における相互に回転(ツイスト)した配置の結果、固有複屈折によって引き起こされるレタゼーションの分布は、回転しない配置の場合と比べて、固有複屈折の値が低減される。
加えて、(111)方位のレンズ11と13において、および、(100)方位のレンズ12と14において、レタゼーションの早い軸は相互に直角の関係にあるので、レンズ11,13とレンズ12,14とを有する2つのサブグループの組み合わせによって、2つのレタデーションが相互に補償され、そして、複屈折分布において最大レタデーションの値を低減される。
レンズ構成100の第2のレンズグループ20は第1のレンズグループ10と同じ構成である。したがって、レンズ21と23は、レンズグループ20の第1サブグループを形成し、レンズ22と24は、第2サブグループを形成する。第1サブグループのレンズ21と23はそれぞれ(111)方位の方向性を有し、そして、レンズ軸に関し60°互いに回転した配置となっている。第2サブグループのレンズ22と24はそれぞれ(100)方位の方向性を有し、そして、レンズ軸に関し45°互いに回転した配置となっている。
図2において、本発明の実施例に従う光学システムのためのレンズ構成200は、レンズ31〜34で構成される第1レンズグループ30と、レンズ41〜44で構成される第2レンズグループ40と、レンズ51〜54で構成される第3レンズグループ50と、レンズ61〜64で構成される第4レンズグループ60とを有している。この構成において、レンズ31と33はレンズグループ30の第1サブグループを形成し、レンズ32と34はレンズグループ30の第2サブグループを形成している。第1サブグループのレンズ31と33はそれぞれ(111)方位の方向性を有し、レンズ軸に関し60°互いに回転した配置となっている。第2サブグループのレンズ32と34はそれぞれ(100)方位の方向性を有し、レンズ軸に関し45°互いに回転した配置となっている。レンズ構成200の第2〜4レンズグループ40〜60は第1レンズグループ30と同じ構成である。
2つ以上のレンズグループ10,20,・・・は、それ自身の中に、均一で、かつ、最大値の観点で低減された、レタデーション分布を有している。本発明に従えば、それは、同じ方向性のレンズを互いに適切な回転をした配置にすることによって実現され、また、各レンズグループ内に(100)方位レンズと(111)方位レンズとを上述した関係で組み合わせることによっても実現される。
図1と図2の実施例に示されたレンズグループ構成100と200は、以下の更なる有利性を提供する。すなわち、2以上のレンズグループ10,20,・・・の連続した接続(それ自体の中に、均一であって、かつ、最大値の観点で低減された、レタデーション分布を既に有している)は、最大値の更なる低減、または、レタデーションの低減された分布を提供する。特に、全体として同じ厚さの単一レンズグループを有する構成(例えば、レンズグループ10の構成を有する単一レンズグループであって、より厚いレンズ(特に2倍の厚さ)でできている構成)と比較すると、最大値の更なる低減、または、レタデーションの低減された分布は明確である。
換言すれば、最大値が既に低減されたレタデーションの分布に関する分布を備えたレンズグループ(例えば、2つの(100)方位のレンズであって互いに回転した配置してあるレンズと、2つの(111)方位のレンズであって互いに回転した配置であるレンズとから、すなわち、最大値を低減されたレタデーション分布を有する均一グループを形成するために全部で4つのレンズの組み合わせによって、そのレンズを構成できる)は更に再分割される。図1と図2の実施例に従えば、その再分割は、2つまたは4つのそのようなレンズグループであって、各々レンズグループが、レンズ軸に関し相互に回転した配置である2つの(100)方位レンズと、レンズ軸に関し相互に回転した配置である2つの(111)方位レンズとを有するレンズグループに、すると効果的である。
本発明に従えば、上述した「再分割」の目的は次のようなことを提供することである。すなわち、個々のレンズから成るグループまたは光学エレメントのために全体として同じ厚さを達成するために、レンズグループの個々の相互に回転した各レンズは、各々、より薄い厚さまたはより弱い複屈折である、特に、一例として、最大厚さが半分(同じ材料)または複屈折が半分である。
本発明に従えば、それは、構成全体のレタデーションを補償する点において、単一レンズグループ(例えば、レンズグループ10による)を構成するとき、残ってしまう「残余エラー」の更なる低減を達成する。この場合、一方における最大レタデーションと他方における複屈折の値との間には非線形の関係が存在することの結果として、複数のグループの連続する結合(すなわち、各グループの再分割)によって、それに相応する比例以上の低減を実現できるという事実を本発明は利用している。詳細は後で説明する。
本発明は、描かれたレンズ11〜14,21〜24・・・またはレンズグループ10,10・・・のような特定の形状に限定されない。つまり、基本的に、如何なる断面の、如何なる湾曲の、そして、特に、如何なる平面形状または立方形状の構成であってもよい。更に、個々のレンズ11〜14,21〜24・・・は、選択的に光学システムから独立していても良いし、各レンズ同士が、スペースを空けて又は空けなくて配置させても良いし、あるいは、1つ以上のエレメントを提供するために結合されても良い(例えば、繋ぎ目無く接続する又は結合することによって)。
また、本発明は、例として取り上げた、((100)方位レンズのための)回転角度が45°や((111)方位レンズのための)60°に限定されない。むしろ、レンズグループ10,20,・・・のレンズ構成は本発明に包含されるものである。本発明は、サブグループのそれぞれ同じ方向性を有するレンズ同士が、それらの長軸に関し、異なった回転角度で相互に回転配置されて、その結果、最大値に関する低減されたレタデーション分布が、サブグループ内で全体として実現される、ことである。
本発明は、レンズが計4つ(特に、各レンズグループ内の、2つの(111)方位レンズと2つの(100)方位レンズ)という数値には限定されない。むしろ、レンズグループ10,20,・・内のこれらのレンズ構成もまた本発明に含まれ、本発明には、各レンズグループ10,20内に2つの(111)方位レンズおよび/または2つの(100)方位レンズ以上のものがある。
レンズ11〜14,21〜24・・・またはレンズグループ10,20,・・・は、同じ、本質的に複屈折材料から、あるいは、異なった、本質的に複屈折材料から作られる。
クロッキングによるIDB補償では、トータルのレタデーションを最小化するために、(100)方位ペアは(111)方位ペアと組み合わせられる。(100)方位の材料と(111)方位の材料とによる並列面による板の場合、好ましくは、次の厚さの比が、同じ角度のローディング(光伝搬)を、同じく、満足する(本発明はこれに限定されない)。
D100/D111=2/3
更に、(100)方位レンズと(111)方位レンズは、互いに同じ最大厚さであることも、あるいは、異なった最大厚さであることもあり得る。しかし、好ましくは、各2つのレンズグループ(例えば、レンズグループ10と20)のレンズi,jは、レンズi,jの材料の固有複屈折がそれぞれΔniとΔnjであるなら、異なったレンズグループからの各2つのレンズが条件Δni*Di=Δnj*Djを満足するような最大厚さを有するレンズ・ペアである。同じ材料を使用する場合、レンズグループの(100)方位レンズと他のレンズグループの(111)方位レンズとは同じ最大厚さを有している場合、そのような(Δn*Dの各値が等しい)場合には、レタデーションにおける残余エラーが最高に低減される。
更に、(100)方位レンズと(111)方位レンズは、互いに同じ最大厚さであることも、あるいは、異なった最大厚さであることもあり得る。しかし、好ましくは、各2つのレンズグループ(例えば、レンズグループ10と20)のレンズi,jは、レンズi,jの材料の固有複屈折がそれぞれΔniとΔnjであるなら、異なったレンズグループからの各2つのレンズが条件Δni*Di=Δnj*Djを満足するような最大厚さを有するレンズ・ペアである。同じ材料を使用する場合、レンズグループの(100)方位レンズと他のレンズグループの(111)方位レンズとは同じ最大厚さを有している場合、そのような(Δn*Dの各値が等しい)場合には、レタデーションにおける残余エラーが最高に低減される。
図3は、レンズあるいはプレートの再分割数を増加させた場合の、複屈折に対するレタデーションを関数として表示したものである。N=1〜4(すなわち、例として、1〜4レンズグループ、図2におけるレンズグループ30〜60,この場合N=4)の場合、それは、図3に示す、Δnに依存する最大レタデーションを与える。この点で、全てのレンズグループは相互に同じ方向に向いており、すなわち、個々の結合は線形的に重畳されることが想定される。100nmの複屈折Δnの場合、最大レタデーションが、52nmから、N=2の場合は33nmへ、N=3の場合は22nmへ、N=4の場合は18nmへ低減される。
本発明に従う構成によって実現される、レタデーションにおける残余エラーの上述した低減は、本発明に従って、特に、高固有複屈折を有する材料から作られるレンズまたはレンズグループに適用される。それは正確には、図3のN=1のカーブから直接明らかなような、「残余エラー」が高いことが想定されるようなシステムに関係する(ここでの「残余エラー」とは、複数の連続して結合されたグループに対し、本発明の再分割を適用しなかったときの、固有偏光の楕円率によって引き起こされる残余レタデーションを意味する)。
図4から分かるように、レンズ軸に関し回転する配置によって、すなわち、2(N=2)以上のレンズグループを重畳させることによって、最大レタデーションにおける更なる低減が実現できる。この点で、図4aは、連続する同じ方向性の’fours’グループ(4枚組)の分布を示しており、図4bはレンズ軸に関し相互に90°回転した位置関係にある連続した’fours’グループ(4枚組)の分布を示している。図4cは、同じ方向性を有するグループの場合である図4aの別の、代替の図であって、図4cの上部分は、レタデーションの絶対値の分布(単位nm)を示しており、図4cの下部分は、早い軸の方向の分布を示している。
更に、図1および図2の一例の目的としてのみ描かれている実施例において、個々のレンズグループ10〜60において、レンズグループ10〜60の(100)方位レンズと(111)方位レンズは、それぞれ、互いに交代に、いわゆる、「交互配置(permutated arrangement)」に配置されている。しかし、本発明はそのような交互配置に限定されるわけではない。むしろ、レンズグループ10〜60内のそのようなレンズ配置は、本発明に包含されていると考えられる。本発明では、レンズグループ10〜60の(100)方位レンズと(111)方位レンズは、それぞれ相互に交互の関係で配置されるのではなく、例えば、同じ方向性を有する少なくとも2つのレンズが連続して配置されていてもよい。
しかし、図1および図2で例として示した交番配置または交互配置は、相対的に更に均一の構成を、かつ更に小さいレタデーション(例えば、約ファクター2だけ小さい)を提供する限りにおいて有利である。このことは、図5a、b(これは(111)−(111)−(100)−(100)列を有するレンズグループ、いわゆる非交互配置)、あるいは、図6a,b(これは(111)−(100)−(111)−(100)列、いわゆる交互配置)に示された相応のプロットの比較によって明らかである。図5cは、図5aの別の、代替の図であって、図5cの上部分はレタデーションの絶対値(単位nm)の分布を示し、図5cの下部分は早い軸の方向の分布を示している。図5dは、図5bの別の、代替の図であって、図5dの上部分はレタデーションの絶対値(単位nm)の分布を示し、図5dの下部分は早い軸の方向の分布を示している。更に、図6cは、図6aの別の、代替の図であって、図6cの上部分はレタデーションの絶対値(単位nm)の分布を示し、図6cの下部分は早い軸の方向の分布を示している。図6dは、図6bの別の、代替の図であって、図6dの上部分はレタデーションの絶対値(単位nm)の分布を示し、図6dの下部分は早い軸の方向の分布を示している。
非交互配置(以下、タイプ1という)の例として、[111,111,100,100]とする相応の配置が示され、図5aでは、方位角[60°、0°、45°、0°]の場合を示し、図6aでは、[80°、20°、45°、0°]の場合を示す。すなわち、(111)レンズの第1の均一グループは、(100)レンズの第2の均一グループに比べ、20°だけ回転した関係にある。図5aおよび図6aのレンズの厚さは、レンズの順番に:10mm,10mm、6.66mm,6.66mmである。材料の屈折率は、1.85およびNA1.5と考える。したがって、材料の最大角度は54.2°である。
交互配置(以下、タイプ2という)の例として、[111,100,111,100]とする相応の配置が示され、図5bでは、方位角[60°、45°、0°、0°]の場合を示し、図6bでは、[80°、45°、20°、0°]の場合を示す。すなわち、(111)レンズの第1の均一グループは、(100)レンズの第2の均一グループに比べ、20°だけ回転した関係にある。図5bおよび図6bのレンズの厚さは、レンズの順番に:10mm、6.66mm、10mm、6.66mmである。したがって、構成全部の厚さは33.32mmとなる。材料の屈折率は、1.85およびNA1.5と考える。したがって、材料の最大角度は54.2°である。
図5a,bに示す分布と図6a,bに示す分布とを比較すると、図6a,b(タイプ2)は、図5a,bに比べ、分布が幾分更に均一で、レタデーションは約ファクター2だけ小さいことが分かる。なお、タイプ2は定義によって、2つの同じ方向性カットが連続して配置されることはない。したがって、システムの結晶カットにとって、順番の観点からなるべく混合(ミックス)されることが有利である。換言すれば、補償の改善は、交互となるプレート(板)の並び(順序)によって実現される。
本発明に従って、レンズの交番の並びによってレタデーションの低減が実現されることを以下説明する。一部の発明者の調査により、行列積の固有値は行列の入替では変化しないように、固有複屈折の分布はペアの入替では変化しないことが示された。しかし、固有ベクトルが変化することには注意するべきである。純粋に組み合わせの項において、4−レンズの組み合わせにとって、4(枚)組み合わせの各々に6クラス(分類)が存在する。クラス(分類)内では、エレメントはペア交換を含む。発明者が行った調査は、その6クラスがたった2つの異なるタイプのレタデーション分布(すなわち、タイプ1とタイプ2)に帰結することを示している。なお、タイプ2は定義によって、2つの同じ方向性カットが連続して配置されることはない。このことの1つの理由は、ツイステッド−ネマチックLCDにおける断熱分極回転と等価な効果である。(複屈折軸方向において連続する変化(すなわち、例えば、TN−LCDにおける0°〜90°への回転)を伴うシステムにおいて、波長に関しゆっくりと回転が行われるとするならば、線形に偏光された光は主軸の回転につながる)。それゆえ、好ましくは、出来る限り最適化する固有複屈折のIDB補償にとって、主軸は、レンズグループが連続する回転を有さないようなレンズグループ内で出来る限り配置するようにすべきである(同じ結晶カットだが回転した状態で直接連続する2つのレンズは、先述した意味で、好ましくない主軸配置を表すからである)。
すでに述べたが、図1および図2の実施例で実行された、複数のグループの連続する結合(または個々のグループの再分割)において、本発明は、一方の最大レタデーションと他方の複屈折の値との間には非線形の関係がある結果、相応する比例以上の低減を実現可能とするという事実を利用している。
図7は、或るレンズグループ(例えば、図1のレンズグループ10)に対する、レタデーション(単位nm)の複屈折Δn(単位nm/cm)に対する依存性を示し、同様に、3次補間法を適用して得られた値を示している。(111)−(111)−(100)−(100)の順で、厚さが順番に10mm,10mm,6.6mm,6.6mm、すなわちレンズグループ全体での厚さが33.2mmである、4つのレンズからなるレンズグループに対する各値は確かである。ここで、プレートまたはレンズの組み合わせには一定の厚さが存在することを仮定したことは指摘しておく。式(1)および式(2)から分かるように、固有複屈折から生じる最大レタデーションに対する決定すべきパラメータは値Δn*dであるので、レタデーションの最大レンズまたはプレート厚さに対する依存性は、図7のプロットに相応する形状のようである。相応する値は表1に示してある。
立方形状を提供する良好な近似は次のような式である
低いレベルの複屈折にとって、2次で十分の近似である。複屈折が増加するにしたがって、1次と3次の項を考慮することが必要となる。タイプ1,タイプ2の記号の意味は、図5、6に関係する前述の説明と同じである。タイプ1の場合、データはΔn=100nmまでが有効である。そこまでで、レタデーションがすでにλ/2に達しているからである。
本発明に従えば、最大レタデーションの複屈折に対する非線形な依存性が、複数のレンズグループに対する再分割によって、比例以上の低減を実現可能にしている。
図1のレンズグループ10のような4つのレンズからなる1個のレンズグループまたは1個のエレメントをN個のレンズグループまたはN個のエレメント(すなわち、例えば、図1のレンズグループ10と20のような各4個のレンズからなる2個のレンズグループ、N=2)で置き換えることに基づき、オリジナルのエレメントの厚さに等しい累積の厚さは、次のようになる。
クロッキングによるレタデーションの低減にも拘わらず、まだ残っている「残余エラー」を概略説明するために、図8を参考にする。同じカットで相互に回転した状態で形成している均一グループ自体は、レタデーション分布の観点からは確かに均一である(すなわち、それらは軸対称である)が、しかし、それらは固有偏光の楕円率の点ではそうではない、という認識に本発明は基づいている。
図8は、図8aで100−カットの、図8bで111−カットの、均一レンズ・ペアの固有偏光の楕円率を示している。(100)カットの0°と45°における均一グループの結晶および(111)カットの0°と60°における均一グループの結晶は、それぞれ、レタデーションの大きさと大きな主軸の方向に対し、完全な軸対称を有しているが、しかし、発明者による調査が示したように、固有偏光の楕円率に対し、そうではない。ジョーンズ瞳面(Jones pupil)における、レタデーション分布の主軸は、回転したカットに対し完全に一致しないが、軸上に渡って変化する角度と大きさを有している。しかし、回転した線形固有偏光効果を備えた、遅れ(retarding)ジョーンズ行列を重複させることにより、全行列はもはや如何なる線形固有偏光効果を有しないが、しかし、楕円効果は有する。45°の角度を有する、2つのλ/2の板は、例えば、回転子として動作し、それゆえ、円形固有偏光効果を有する。各4回分布または3回分布が、(100)方位の材料および(111)方位の材料の均一グループにそれぞれ発生するので、完全補償が発生しないことを対称理由がすでに示している。
図9は、本願発明に従った配列を用いた1つまたはそれ以上のレンズを有する、対物レンズまたは照明システムを備えたマイクロ・リソグラフィー投影露光装置の基本の構造のダイアグラム図を示している。
図9において、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置300は、光源301、照明システム302、マスク(レクチル)303,マスク・キャリア・ユニット304,投影対物レンズ305、光に反応する構造を有するサブストレート306およびサブストレート・キャリア・ユニット307を有している。図9は、光源301からサブストレート306までの光線ビームを区切って2つの光線の構成を模式的に示したものである。高い屈折率を備えたレンズを照明システムに用いることは有利であるが、この場合、高い固有複屈折は補償されなければならない。
この場合、照明システム302によって照射されたマスク303の像は、サブストレート306(例えばシリコンウエファ)上に投影対物レンズによって投影される。このサブストレートは、そこに光感応レイヤー(フォトレジスト)がコーテングされ、サブストレート306上の光感応コーテング上にマスク構成を転写するために、投影対物レンズ305の映像面として配置されている。
好ましい実施例の上記記載は、一例として挙げたものである。しかし、当業者であれば、本発明およびその利点を理解するだけでなく、適当なその変形も見つけることもできる。それゆえ、本発明は、付け加えられたクレームやそれと等価なものにおいて定義された発明の考えや範囲をカバーすることを意図としている。
Claims (29)
- マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
前記光学システムは、固有複屈折材料のレンズを有する少なくとも2つのレンズグループ(10〜60)を有し、
前記各レンズグループ(10〜60)は、それぞれ、(100)方位の複数のレンズを有する第1のサブグループと、(111)方位の複数のレンズを有する第2のサブグループとを有し、
前記各サブグループの複数のレンズは、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されていることを特徴とする光学システム。 - 各サブグループが2つの相互に直角な偏光状態に対し、軸対称のレタデーション分布を有するように、前記各サブグループの複数のレンズが、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されている、請求項1記載の光学システム。
- 各サブグループが、非回転のレンズ配置と比較して、レタデーションの値を十分低減するように、前記各サブグループのレンズ同士が、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されている、請求項1または2記載の光学システム。
- 前記第1のサブグループが2つの(100)方位レンズを有し、その各レンズがレンズ軸に関し、45°+k*90°の角度で相互に相対的に回転して配置され、
前記第2のサブグループが2つの(111)方位レンズを有し、その各レンズがレンズ軸に関し、60°+l*120°の角度で相互に相対的に回転して配置され、
ただし、kとlは整数である、
請求項1から3のいずれかに記載の光学システム。 - 前記レンズグループ(10〜60)の(100)方位レンズと(111)方位レンズとが交互に配置されている、請求項1から4のいずれかに記載の光学システム。
- ある1つのサブグループ(10〜60)のレンズが、他の1つのレンズグループ(10〜60)のレンズに対し、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転して配置されている、
請求項1から5のいずれかに記載の光学システム。 - あるレンズグループ(10〜60)のあるサブグループの複数のレンズがそれぞれ最大厚さDi(i=1,2,・・)であって、固有複屈折Δniの材料からできており、
別のレンズグループ(10〜60)のあるサブグループの複数のレンズがそれぞれ最大厚さDj(j=1,2,・・)であって、固有複屈折Δnjの材料からできており、
前記各2つのレンズにとって、ペアで、条件Δni*Di=Δnj*Djを満たす、
請求項1から6のいずれかに記載の光学システム。 - 最大厚さDi,Djが、Di,Dj≦30mm、好ましくはDi,Dj≦20mm、更に好ましくはDi,Dj≦10mm、を満たす、請求項7記載の光学システム。
- 前記レンズグループ(10〜60)の数が、少なくとも3である、
請求項1から8のいずれかに記載の光学システム。 - 前記レンズグループ(10〜60)の数が、少なくとも4である、
請求項1から9のいずれかに記載の光学システム。 - 前記複数のレンズの少なくとも1つのレンズの材料の固有複屈折が、少なくともΔn=50nm/cm、好ましくは少なくともΔn=75nm/cm、更に好ましくは100nm/cmである、請求項1から10のいずれかに記載の光学システム。
- 前記複数のレンズが、少なくとも部分的には立方体結晶構造の結晶材料を有する、
請求項1から11のいずれかに記載の光学システム。 - 光学システムは、MgAl2O4,MgOおよびガーネット、特に、Y3Al5O12(YAG)およびLu3Al5O12を含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを有している、
請求項1から12のいずれかに記載の光学システム。 - 光学システムは、NaCl,KCl、KJ,NaJ,RbJそしてCsJを含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを有している、
請求項1から13のいずれかに記載の光学システム。 - 光学システムは、少なくとも0.8、好ましくは少なくとも1.0、更に好ましくは少なくとも1.2、更により好ましくは1.4であるイメージサイドの開口数(NA)を有している、請求項1から14のいずれかに記載の光学システム。
- 動作波長λにおいて現れる最大レタデーションがλ/10以下である、請求項1から15のいずれかに記載の光学システム。
- マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
MgAl2O4,MgOおよびガーネット、特に、Y3Al5O12(YAG)およびLu3Al5O12を含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを有し、
前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントは、同じ結晶カットを有し、かつ、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されており、
および/または、2つの異なる結晶カットの結晶材料が存在する、
ことを特徴とする光学システム。 - マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
NaCl,KCl、KJ,NaJ,RbJそしてCsJを含むグループの結晶材料を有する少なくとも1つのレンズを有し、
前記結晶材料の少なくとも2つのエレメントは、同じ結晶カットを有し、かつ、レンズ軸に関し、相互に相対的に回転した位置関係で配置されており、
および/または、2つの異なる結晶カットの結晶材料が存在する、
ことを特徴とする光学システム。 - 前記2つのエレメントは、一体となってレンズを形成するように、互いに締め付けられている、請求項17または18の光学システム。
- 前記2つのエレメントは、2つの別個のレンズを形成する、請求項17または18の光学システム。
- 前記2つのエレメントの組み合わせが、2つの相互に直角な偏光状態のための軸対称なレタデーション分布を提供する、請求項17から20のいずれかに記載の光学システム。
- 前記2つのエレメントの組み合わせが、非回転の配置のものと比較して、または、同じ結晶カットの結晶材料の単一のエレメントからなる状態と比較して、レタデーションの値を十分低減する、
請求項17から21のいずれかに記載の光学システム。 - 前記結晶材料のレンズにおいてレンズ軸に対し発生する最大ビーム角が、25°以上、好ましくは30°以上である、請求項17から22のいずれかに記載の光学システム。
- マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
少なくとも1.8の屈折率を有する結晶材料の光学エレメントを少なくとも1つ有し、 動作波長λにおいて現れる最大レタデーションが1/λ以下である、
ことを特徴とする光学システム。 - マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
少なくともΔn=50nm/cmの固有複屈折および少なくとも1cmの最大ビーム路を有する、立方体結晶材料の光学エレメントを少なくとも1つ有し、
動作波長λにおいて現れる最大レタデーションが1/λ以下である、
ことを特徴とする光学システム。 - マイクロ・リソグラフィー投影露光装置のための光学システム、特に、対物レンズまたは照明システムであって、
少なくとも1cmのビーム路が、少なくともΔn=50nm/cmの固有複屈折を有する立方体結晶材料の光学エレメントの中を延在し、
少なくとも2つのレンズがレンズ軸に関し、相互に相対的に回転して配置されている、ことを特徴とする光学システム。 - 前記光学システムの動作波長が、250nm以下、特に200nm以下、更に特に160nm以下である、請求項1から26のいずれかに記載の光学システム。
- 請求項1から27いずれか記載の対物レンズを備えた、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置。
- 請求項1から27いずれか記載の照明システムを備えた、マイクロ・リソグラフィー投影露光装置。
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