JP2009544146A - マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム、特に、マスク上に入射する投影光の照明角度依存偏光状態を設定することができる照明システムを提供する。
【解決手段】マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明システム（１２）は、光束を発生させるための第１の光学的配置（２６、３２；１３２）を有する。光束の光は、光束の断面の少なくとも一部にわたって異なる偏光状態を有し、空間的に少なくとも部分的にコヒーレントである。更に、照明システム（１２）は、第１の光学的配置（２６、３２；１３２）と瞳平面（４２）との間に配置された第２の光学的配置（３６、３８）を有する。第２の光学的配置（３６、３８）は、瞳平面（４２）内の少なくとも２つの異なる位置（Ｐ_xＰ_-xＰ_YＰ_-Y）間に光束を分割し、この場合に、第１の光学的配置によって発生された偏光状態を重ね合わせて、少なくとも２つの位置（Ｐ_xＰ_-XＰ_YＰ_-Y）で異なっている瞳偏光状態を形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムに関する。本発明は、特にシステムを用いてマスク上に入射する投影光の照明角度依存偏光状態を設定することができる照明システムに関する。

集積電気回路及び他の微細構造構成要素は、従来、複数の構造化された層を例えばシリコンウェーハとすることができる適切な基板上に付加することによって生成される。層を構造化するために、まずこれらの層は、特定の波長範囲の光、例えば深紫外（ＤＵＶ）スペクトル範囲の光に感受性を有するフォトレジストによって覆われる。この方法で被覆したウェーハは、その後、投影露光装置において露光される。マスク上に配置された回折構造パターンは、それによって投影対物器械の助けを得てフォトレジスト上に結像される。結像縮尺は、一般的に１よりも小さいので、そのような投影対物器械は、多くの場合に縮小対物器械とも呼ばれる。
フォトレジストが現像された後に、ウェーハは、マスク上のパターンに従って層が構造化されるようにエッチング処理を受ける。次に、尚も残留するフォトレジストは、層の他の部分から除去される。この処理は、全ての層がウェーハ上に付加され終わるまで繰り返される。

露光に用いられる投影露光装置は、投影光ビームによってマスク上に投影される構造体を照明する照明システムを含む。その光源として、一般的に照明システムは、直線偏光光を発生させるレーザを含む。しかし、非常に短い波の投影光（例えば、λ＝１５７ｎｍ）を用いる場合には、投影対物器械の結像特性を摂動させる望ましくない偏光依存効果が、ある一定の光学要素において発生する可能性がある。この例は、これらの短波長において石英ガラスのような従来のレンズ材料よりも非常に高い透明性を有し、従って、これらの材料に部分的に置き換わるか又は更には完全に置き換わるフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）の固有の複屈折である。

そのような偏光依存性を低減するために、例えば、ＵＳ６５３５２７３に説明されているように、一部のそのような投影露光装置には、レーザによって発生する直線偏光投影光を円偏光光へと変換するか又は更には非偏光光へと変換するための付加的な手段が設けられる。
一方、マスク上に入射する投影光の少なくとも一部が優先的な偏光方向を有し、すなわち、直線偏光又は楕円偏光されるある一定の場合には、結像のコントラストを高めることができることが既知である。偏光状態が、投影光がマスク上に達するところでの照明角度に依存する場合には、多くの場合にコントラストの更に別の改善を達成することができる。

この関連において、ＵＳ２００４／００５７０３６Ａ１は、ｓ偏光光だけに大きな入射角でマスクに当たることを許すべきであると提案しており、これは、ｓ偏光光が、投影対物器械の像平面内でコントラスト損失なしに干渉することができることによる。一方、小さい入射角でマスク上に入射する光は、非偏光のままに留まることができる。
国際特許出願ＷＯ２００５／０１７６２０は、好ましくは、マスク処理対物器械の瞳平面内に配置された照明システムのための偏光器を開示している。マスク処理対物器械は、視野開口をマスク上に結像し、それによって照明を受ける光視野の幾何学形状を確立する。マスク処理対物器械内に配置された偏光器は、光軸に対して傾斜して配置され、プリズム支持要素の間に付加することができ、又は肉薄の支持プレート上に付加することができる偏光選択性ビームスプリッタ層を含む。上記国際特許出願に説明されている例示的な実施形態では、偏光器は、瞳平面の異なる領域において異なる（直線）偏光状態が発生するように構成される。このようにして、例えば、本質的に極から接線方向に偏光された光が出射する四重極照明を構成することができる。従って、この公知の照明システムは、マスク上に入射する投影光の照明角度依存偏光状態を設定することを可能にする。しかし、この公知の偏光器に伴う欠点は、偏光器が、比較的高い光損失を引き起こすことである。

ＥＰ１３６７４４６Ａ１は、回折光学要素を収容する投影露光装置のための照明システムを開示している。回折光学要素は、それぞれ異なる回折特性を有することができる複数の個別の要素から成る。それにより、組み立てられた個々の要素の選択に依存して、この目的のためにレンズ又はａｘｉｃｏｎ要素を光軸に沿って変位させる必要なしに、その後の瞳平面内の照明を制御することができる。更に、回折光学要素のモジュール式キット型構造も、瞳平面でマスク内の特定の構造を結像するのに有用とすることができるもののような比較的複雑な強度分布を発生させることを可能にする。偏光制御構成要素、例えば、偏光器又は遅延板は、回折光学要素を構築する個々の要素に割り当てることができる。それにより、異なる偏光状態を瞳平面内の異なる位置において得ることができる。従って、この公知の照明システムは、マスク上に入射する投影光の照明角度依存偏光状態を設定するのに原理的には同様に適切である。
回折光学要素は、多数の個々の要素から成るので、望ましくない散乱光の生成を引き起こす比較的多くの縁部領域が形成される。更に、偏光制御構成要素は、比較的厳密な厚み公差に準拠すべきであり、これは、技術的に困難であり、従って、回折光学要素に対して高いコストをもたらす。

ＵＳ６５３５２７３ ＵＳ２００４／００５７０３６Ａ１ ＷＯ２００５／０１７６２０ ＥＰ１３６７４４６Ａ１

上述の背景に対して、本発明の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムを提供することであり、これを用いて、投影光の偏光状態は、光線がマスク上に達するところでの照明角度の関数として制御された方法で設定することができる。

この目的は、少なくとも部分的に空間コヒーレントである光が、少なくとも一部にわたって異なる偏光状態を有する断面を有する光ビームを発生させるための第１の光学的配置を有する照明システムによって達成される。第２の光学的配置が更に設けられ、第１の光学的配置と瞳平面の間に配置される。第２の光学的配置は、光ビームを瞳平面内で少なくとも２つの異なる位置上に分割し、第１の光学的配置によって発生する偏光状態を重ね合わせて、少なくとも２つの位置において異なる瞳偏光状態を形成する。

本発明は、異なる偏光状態を有するコヒーレント光成分の瞳平面内での制御された重ね合わせにより、光の偏光状態が望ましい種類で位置に依存する強度分布を得ることができ、それによってマスク平面に関して偏光状態の照明角度への望ましい依存性が構成されるという発見に基づいている。
第１の光学的配置は、例えば、熱光源を含むことができ、開口プレートの助けを得て、この光源の光からコヒーレントであるが非偏光の光が発生する。偏光フィルタ及び任意的に付加的な遅延板の助けを得て、この光から、例えば、異なる直線、円、又は楕円偏光状態を発生させることができ、更に、回折又は屈折光学要素の助けを得て、これらの偏光状態は瞳平面内で重ね合わせられ、望ましい偏光状態が形成される。

有利な例示的な実施形態では、第１の配置によって発生する光ビームの偏光状態は、少なくとも１つの方向に沿って、光ビームの断面の少なくとも一部にわたって連続的かつ周期的に変化する。それにより、適切な重ね合わせを用いて幅広い制限範囲内で瞳平面内にあらゆる望ましい偏光状態を設定することが可能になる。
光源が、例えばレーザの場合がそうであるように、直線偏光された少なくとも部分的に空間コヒーレントな投影光を発生させる場合には、第１の光学的配置は、特に簡単に生成することができる。通過する光ビームの偏光状態は、複屈折プリズムの助けを得て、ここで１つの方向に沿って周期的に修正することができる。このプリズムは、その厚みが１つの方向だけに沿って変化するという特性のみを有するべきである。この条件は、例えば楔形プリズムによって満たされる。この場合は、厚みが連続的に変化するので、通過する光ビームの偏光状態も同じくこの方向に沿って連続的に変化する。内側で厚みが連続的に変化する複数の断面が互いに非連続的に隣接する場合にも、同様の効果が得られる。この例は、例えば、のこぎり歯状のプロフィールを有するプリズムである。

別の例示的な実施形態では、プリズムは、連続厚みプロフィールの代わりに段付き厚み断面形状を有する。段が１つの方向に上がる場合には、階段部の形状が、プリズム全体に与えられる。段付き厚みプロフィールを有するプリズムは、通過する光ビームの偏光状態をプリズムの厚みが変化する方向に沿って連続的にではなく、非連続的に修正する。単位長さ当たりにより多くの段が設けられる程、重ね合わせによって得られる偏光状態は、厚み公差により依存しなくなる。
プリズムが、直線偏光投影光の偏光方向と４５°の角度を成す光学複屈折軸を有する場合には、全ての想定可能な偏光状態を発生させることができる。更に、これは、コヒーレントで異なって偏光された光成分の適切な重ね合わせにより、瞳平面内で同様に全ての想定可能な偏光状態を得ることができるということに対する前提条件である。

有利な構成では、第２の配置は、局所的に変化する回折特性を有する回折光学要素を含む。回折光学要素の使用は、それによって事実上あらゆる望ましい角度分布を発生させることができるということに関しては好ましい。瞳平面内の強度分布は、遠視野内の回折光学要素によって発生する角度分布に対応する。
回折光学要素が、互いに平行に配置された異なる回折特性を有する少なくとも２つのストリップを含む場合には、特に複屈折プリズムとの併用において、異なる偏光状態を有する２つの位置又は領域は、瞳平面内で照明することができる。
本発明の他の特徴及び利点は、図面の助けを得て以下の例示的な実施形態の説明において見出すことができる。

投影露光装置の非常に概略化した斜視図である。 本発明による照明システムの略子午断面図である。 ストリップ形の回折領域を有する回折光学要素の斜視図である。 Ｘ−Ｚ断面における図２の拡大詳細図である。 Ｙ−Ｚ断面における図２の拡大詳細図である。 図２に示す照明システムの瞳平面内に構成された強度及び偏光分布を示す図である。 図３に示す複屈折楔及び回折光学要素の配置をＸ−Ｚ断面に示す図である。 別の例示的な実施形態による照明システムの瞳平面内に構成された強度及び偏光分布を示す図である。 別の例示的な実施形態による回折光学要素の図３を基にした図である。 図９に示す回折光学要素を用いて瞳平面内で得られた強度及び偏光分布の図６及び８を基にした図である。 段付きプリズム及び図３に示す回折光学要素の配置の図７を基にしたＸ−Ｚ断面図である。

図１は、微細構造構成要素のリソグラフィ生産に適する投影露光装置１０の非常に概略化した斜視図を示している。投影露光装置１０は、図示の例示的な実施形態ではマスク１４上に円環切片の形状を有する幅狭な光視野１６を照明する投影光ビームを発生させるための照明システム１２を含む。マスク１４上の光視野１６の内側に横たわる構造１８は、投影対物器械２０の助けを得て感光層２２上に結像される。例えば、フォトレジストとすることができる感光層２２は、ウェーハ２４又は別の適切な基板上に付加され、投影対物器械２０の像平面内に横たわる。一般的に、投影対物器械２０は、結像縮尺β＜１を有するので、光視野１６内に横たわる構造１８は、縮小方式で領域１６’として結像される。

図示の投影露光装置１０では、マスク１４とウェーハ２４は、投影中にＹで表す方向に変位される。変位速度比は、投影対物器械２０の結像縮尺βに等しい。投影対物器械２０が反転像を発生させる場合には、これに関して、マスク１４とウェーハ２２の変位移動は、図１の矢印Ａ１とＡ２によって示すように反対方向になる。このようにして、光視野１６は、相当範囲の構造領域でさえも感光層２２上にコヒーレントに投影することができるように、マスク１４の上の走査移動で導かれる。従って、Ｙ方向を走査方向とも呼ぶことにする。しかし、本発明は、投影中に変位移動が起こらないウェーハステッパと呼ばれる投影露光装置において用いることもできる。

図２は、正しい縮尺ではない略子午断面で照明システム１２を詳描している。照明システム１２は、少なくとも部分的に空間的にコヒーレントな投影光を発生させる光源２６を含む。レーザによって放出される光は、空間的かつ時間的に高度にコヒーレントであるから、レーザは、光源２６として特に適切である。本明細書で説明する例示的な実施形態では、光源２６は、（深）紫外スペクトル範囲の光を発生させることができるエキシマレーザである。短波投影光の使用は、それによって光学結像において高分解能を得ることができるので有利である。それぞれ波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、及び１５７ｎｍを有する光を発生させることができるＫｒＦ、ＡｒＦ、又はＦ₂によるレーザ媒体エキシマレーザは、従来のものである。

しかし、少なくとも原理的には、熱光源により、例えば小さい口径の開口部を用いて（部分的に）コヒーレントな光ビームを発生させることができる場合には、熱光源も同様に適切である。
光源２６として用いられるエキシマレーザによって発生する光は、高度に平行化され、僅かしか発散しない。従って、この光は、最初にビーム拡大器２８内で拡大される。ビーム拡大器２８は、例えば、ほぼ矩形の光ビーム断面の寸法を拡大する可調節ミラー配置とすることができる。

拡大された光ビームは、この後、以下に簡潔に楔３２と呼ぶことにする光学複屈折楔形プリズム、補償器要素３４、及び回折光学要素３６を通過する。図３から９を参照して以下に詳細に説明するこれらの光学要素の助けを得ることにより、偏光状態が照明角度に依存する照明角度分布を構成することができる。
回折光学要素３６の後には、内部に回折光学要素３６が配置された視野平面３６と瞳平面４２との間のフーリエ関係を確立するズーム−ａｘｉｃｏｎモジュール３８が続く。従って、視野平面４０から同じ角度で出射する全ての光線は、瞳平面４２内の同じ点に達し、これに対して視野平面４０内の特定の点から出射する全ての光線は、同じ角度で瞳平面４２を通過する。

ズーム−ａｘｉｃｏｎモジュール３８は、４４によって表しているズーム対物器械、及び円錐形の相互補完面を有する２つのａｘｉｃｏｎ要素を含むａｘｉｃｏｎ群４６を含む。ａｘｉｃｏｎ群４６の助けを得て、放射状光分布は、瞳平面４２の円環形照明を得るように修正することができる。ズーム対物器械４４を調節することにより、瞳平面４２内で照明される領域の直径を修正することができる。

例えば、マイクロレンズアレイの配置とすることができる光学積分器は、瞳平面４２内又はその直近に配置される。各マイクロレンズは、マイクロレンズの幾何学形状に依存する角度スペクトルを有する発散光を発生させる２次光源を形成する。２次光源によって発生する光ビームは、集光装置５０により、中間視野平面５２内で中間視野平面５２が非常に均質な照明を受けるように重ね合わせられる。
図示の例示的な実施形態では、例えば、光路内に個々に挿入することができる複数の可調節ブレード及び／又は多くの幅狭な指状開口要素を含むことができる視野開口５４が中間視野平面５２内に配置される。中間視野平面５２は、視野開口対物器械５６の助けを得て、内部にマスク１４が配置された投影対物器械２０の対物面５８上に結像される。

図３は、回折光学要素３６を斜視図で示している。回折光学要素３６の下には、回折光学要素３６と楔３２の間の相対的な配置を示すために、楔３２を破線で示している。この例示的な実施形態においてこれらの間に配置される補償器要素３４は、明瞭化のために示していない。
回折光学要素３６は、少なくとも片側、ここでは楔３２から遠い方に面する側に異なる構造領域を有する基板６０を含む。図示の例示的な実施形態では、これらの領域は、全てが同じ幅ｗを有するストリップ６２Ｘ、６２Ｙの周期的な配置である。ストリップ６２Ｘの各々は、図３で６４Ｘによって表している２つの回折次数において示すように、Ｘ方向に光を回折する回折構造体を含む。Ｚ−Ｘ平における面回折角度は、Ｚ−Ｙ平面に関して対称であることを意図している。
ストリップ６２Ｙでは、同様の考えがＹ方向に対して当て嵌まる、すなわち、ストリップ６２Ｙは、光をＹ−Ｚ平面内だけに回折し、これを図３に２つの回折次数６４Ｙによって示している。

図４は、楔３２、補償器要素３４、及び回折光学要素３６をＸ−Ｚ平面に対して平行な断面に示している。ここでは視野平面４０と瞳平面４２の間のフーリエ関係を確立するズーム−ａｘｉｃｏｎモジュールをレンズ３８’によってのみ示している。このフーリエ関係により、回折光学要素３６から同じ角度で出射する全ての平行光線は、同じ点に到達する。ストリップ６２Ｘが、図４にそれぞれ実線及び破線で示すように、通過する平行化された光をＸ−Ｚ平面内にのみ角度＋α_x及び−α_xだけ回折する場合には、＋α_xだけ回折された光線は、全て瞳平面４２内の点Ｐ_xに到達し、−α_xだけ回折された光線は、全て点Ｐ_-xに到達する。このようにして、照明システム１０の光軸ＯＡから等しく離れており、かつ直径方向に互いに面して存在する２つの点は、瞳平面４２内で照明される。

同様の考えは、光をＹ−Ｚ平面内にのみ回折するストリップ６２Ｙに対しても当て嵌まる。これは、楔３２、補償器要素３４、及び回折光学要素３６をＹ−Ｚ平面に対する断面に示す図５に示している。ここでは、前と同様に角度α_y及び−α_yで出射する光線は、瞳平面４２内の２つの点Ｐ_y及びＰ_-yにそれぞれ到達する。
回折光学要素３６によって瞳平面４２内に発生する光分布を図６に示している。ここでは、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙによる回折は、点ではなくＰ_x、Ｐ_-x、Ｐ_y、及びＰ_-yによって表している拡張された極が形成されるように決められると仮定している。回折構造は非常に小さいので、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙでは、楔３２の厚み変化を無視することができる程小さい範囲にわたる各領域は、遠視野、すなわち、瞳平面４２内にそれぞれＰ_x、Ｐ_-x、Ｐ_y、及びＰ_-yを引き起こす角度スペクトルを発生させる。

図７は、楔３２、補償器要素３４、及び回折光学要素３６をＸ−Ｚ平面に対して平行な断面内に拡大縮尺で示している。既に説明したように、実質的に平行化され、直線偏光された高度に空間コヒーレントなレーザ光が楔３２に当たる。図７では、楔３２上に入射する光ビームのうちの２つの光線を７０、７２によって表している。Ｘ−Ｙ平面内のレーザ光の直線偏光方向を双方向矢印７４によって示しており、従って、双方向矢印７４は、９０°だけ「折り畳まれて」表されている。

楔３２は、複屈折材料、例えばフッ化マグネシウムから成る。楔３２は、楔角度γ、及び入射投影光の偏光方向７４と４５°の角度を成す光学複屈折軸を有する。楔角度γだけ傾斜して配置された上側楔表面７６により、光線７０、７２は、楔３２から出射する時に屈折され、それによってこれらの光線の方向において偏位する。補償器要素３４は、この偏位を相殺することを可能にする役割を有する。従って、補償器要素３４も同様に楔形であるが、楔角度は、補償器要素３４の屈折率に依存して楔３４の楔角度γとは異なる可能性がある。

光が複屈折楔３２を通過した後のＸ−Ｙ平面における偏光状態を補償器要素３４と回折光学要素３６の間に示している。この表現も、同様に９０°だけ「折り畳まれて」いる（双方向矢印７４と同様に）。楔３２を通過した後の光線の偏光状態は、それぞれの横断点において楔３２がどれ程肉厚であるかということに依存する。楔３２の厚みは、Ｘ方向に連続的に変化するので、偏光状態も、同様にこの方向に沿って連続的に変化する。従って、Ｘ方向にわたって眺めると、全ての偏光状態は、図７で回折光学要素３６の下に表しているように発生する。この図から、偏光状態の変動は、周期ｐを伴って周期的であることも分る。ストリップ６２Ｘ、６２Ｙの幅ｗは、ｐ＝２ｗになるように選択される。

以下では、投影光は、ストリップ幅ｗ内で空間的かつ時間的に完全にコヒーレントであると仮定することにする。一般的なエキシマレーザでは、ビーム拡大器２８内でのビーム拡大の後に、空間コヒーレンスは、一般的に約１から２ｍｍ程度である。従って、完全コヒーレンスという仮定は、０．５ｍｍよりも幅狭な、更に良好には、０．２５ｍｍよりも幅狭なストリップ幅ｗにおいてほぼ満たされる。

以下では、更に、２つの空間的かつ時間的にコヒーレントな光子ａ及びｂが、ストリップ６２Ｘのうちの１つを通過すると仮定することにする。２つの光子ａ、ｂが、楔３２を通過した後に符号が反対の位相と等しい強度とを有する場合には、光子ａ、ｂは、瞳平面４２内で重ね合わせられて直線偏光光を形成することになる。これは、図４及び５を参照して上述したように、同じ角度で回折した光線の重ね合わせが、ズーム−ａｘｉｃｏｎモジュール３８によって１つの点において発生するという事実を利用する。光強度は、連続して成形されたレーザビーム強度分布内の非常に近い隣接位置では事実上一定であるから、等しい光強度という仮定は正当化される。

直線偏光光を形成するここで考えている２つの光子ａ、ｂの重ね合わせは、数学的に式（１）によって説明することができる。

ここで、Ｅ_1a及びＥ_1bは、２つの光子ａ及びｂの電界ベクトルであり、μは、位相、従って、電界ベクトルの偏光状態を説明するものである。ここでは１に等しいと設定する量Ｅ_p1a、Ｅ_s1a、Ｅ_p1b、及びＥ_s1bは、楔３２の光学複屈折軸に対してそれぞれ平行及び直角な電界ベクトルＥ_1a及びＥ_1bの実数成分を表している。

従って、瞳平面４２内での２つの光子ａ及びｂの加算は、式（２）に従って直線偏光されるが偏光方向が初期状態に対して式（２）の角度だけ回転した光を生成する。

更に、同じ角度で回折した全ての光子は瞳平面内の１つの点に到達するので、幅ｗを有するストリップ６２Ｘを通過する全ての光子の重ね合わせが発生する。関係ｐ＝２ｗにより、光子の位相μは、−π／２と＋π／２の間の範囲に収まる。数学的には、重ね合わせは、次式で説明することができる。

従って、ストリップ６２Ｘを通過する左円偏光と右円偏光の間の偏光状態を有する全ての光子重ね合わせは、直線偏光光を生じ、ここでの光の偏光方向は、楔３２を通過する前に光が有した偏光方向７４に対して平行である。

ストリップ６２Ｙの場合には、重ね合わせが元の偏光方向７４に対して９０°だけ回転した偏光方向を有する直線偏光光を引き起こすことを除き、上記に対応する考えがストリップ６２Ｙにも同様に当て嵌まる。重ね合わせがもたらす直線偏光方向を図３に回折次数６４Ｘ、６４Ｙおける双方向矢印によって示している。
上述の重ね合わせにより、互いに９０°だけ回転した２つの極対、すなわち、一方のＰ_x、Ｐ_-xと他方のＰ_y、Ｐ_-yとは、図６で双方向矢印によって示すように、互いに対して９０°だけ回転した偏光状態を有する。全体として、それによってある一定のマスク１４を結像するのに特に好ましい接線偏光が引き起こされる。

上述の例示的な実施形態では、楔３２が望ましい偏光状態を生成するように、周期ｐ＝２ｗと楔角度γの間には次式の関係がなければならない。

ここで、λは光の波長であり、Δｎは、波長λにおける複屈折楔３２内の通常光線の屈折率ｎ_eと異常光線の屈折率ｎ_eの間の差のマグニチュードである。更に、ここでは、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙの配置は、１つのストリップ６２Ｘと１つのストリップ６２Ｙとが幅ｐの１つの周期内に完全に収まるように選択される。
当然ながら、補償器要素３４の代わりに、更に別の複屈折楔を用いることができる。図７に示す例示的な実施形態と比較すると、この場合には、２つの楔は、同じ楔角度γ／２を有するべきである。これに対する代替案として、両方の複屈折楔が楔角度γを有する場合には、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙの幅ｗを半分にすることができる。

他の偏光状態、例えば、楕円偏光状態を極Ｐ_x、Ｐ_-x、Ｐ_y、及びＰ_-yに構成することが望ましい場合には、回折光学要素３６を楔３２に対してＸ方向に沿って変位させることで十分である。従って、図２に８０によって表した適切な変位デバイスと共に、回折光学要素は、瞳平面４２内に異なる偏光状態を設定するための簡単に構成された偏光マニピュレータを形成する。この場合、回折要素３６がＸ方向に沿って半周期ｐ／２だけ変位されると、図８に示すように、瞳平面４２内で半径方向に直線偏光された光を有する極Ｐ_x、Ｐ_-x、Ｐ_y、及びＰ_-yが得られることになる。
原理的には、２つよりも多くの異なる種類の回折が異なるストリップを設けることも可能であり、この場合には、これらのストリップの配置も、同様に必ずしも等距離である必要はない。それにより、瞳平面４２内に部分的に偏光された極を構成することが可能になる。

図９は、ここでは３６’によって表している別の回折光学要素の例示的な実施形態の図３を基にした斜視図を示している。図３に示す例示的な実施形態とは対照的に、回折光学要素３２は、回折構造を含まないストリップ６２を含む。従って、ストリップ６２を通過する光は、光軸に対して平行に平行化されたままに留まる。
この例示的な実施形態においても、同様に全てのストリップ６２、６２Ｘ、及び６２Ｙは、同じストリップ幅ｗ＝ｐ／２を有する。しかし、図示の例示的な実施形態では、回折構造が設けられていないストリップ６２は、２周期半（一般的に２ｍ＋１／２）だけ互いからオフセット配置されているので、隣接する非構造ストリップ６２から出射する光は、互いに直角に偏光される。非構造領域６２の間の距離が更に十分に大きく、それによって隣接するストリップから出射する光子間にいかなる著しいコヒーレンス関係ももはや存在しない場合には、瞳平面４２内には、非偏光光を引き起こす直交偏光状態の非コヒーレントな重ね合わせが発生する。
ストリップ６２では回折が発生しないので、光軸に対して平行にストリップ６２から出射する光は、ズーム−ａｘｉｃｏｎモジュール３８により、瞳平面４２内の光軸上に位置する点に合焦されることになる。

非偏光光により、瞳平面４２内で中央の拡張された極を照明することが望ましい場合には、比較的小さい角度だけしか光を偏位させない微弱回折構造を領域６２内に設けることができる。従って、図１０は、得られた瞳平面４２を図６及び８を基にした図で示している。瞳平面４２の中央には、Ｐ_cで表した非偏光光が通過する付加的な極が存在する。
非偏光極を発生させるための代替オプションは、レーザ光の空間コヒーレンスセルよりも非常に幅の広いストリップを回折光学要素３６上に設けることから成る。導入部で既に言及したＵＳ６５３５２７３に同様の説明を見出すこともできるように、ストリップ幅がこうして正確に周期ｐの倍数である場合に、非偏光が得られる。

図１１は、別の例示的な実施形態に向けて異なる偏光状態を発生させることができる更に別の可能な方法を図７を基にした図で示している。図１１に示す代替的な配置は、複屈折段付きプリズム１３２、補償器要素１３４、及び図３からの回折光学要素３６を含む。
複屈折プリズム１３２は、実質的に図７に示す例示的な実施形態における楔３２と同じ方法で構成される。特に、ここでは前と同様に光学複屈折軸は、入射する投影光の偏光方向７４と４５°の角度を成す。しかし、図７に示している例示的な実施形態では連続した厚み変化を引き起こす傾斜楔表面７４は、複屈折プリズム１３２では、Ｘ方向に沿って段が上がる段付き表面１７６によって置換される。従って、階段部の形状は、複屈折プリズム１３２全体に与えられる。

補償器要素１３４は、段付きプリズムと同様に設計されるが、複屈折性のものではない。補償器要素１３４は、軸平行な光線７０、７２のみならず、光軸に対して（若干）傾斜した光線までもが下から複屈折プリズム１３２に当たる場合にのみ必要とされる。ここでは、補償器要素１３４は、プリズム１３２及び補償器要素１３４を通過する光線の方向分布が変化しないままに留まることを保証する。この点では、補償器要素１３４の効果は、原理的には、図７に示す配置の補償器要素３４の効果に対応する。屈折率がずれる場合には、補償器要素１３４は、傾斜方式で配置された屈折表面を含むことができる。高度に軸平行である光では、補償器要素１３４は完全に省略することができる。

段付き表面１７６、及び従ってＸ方向に沿った複屈折プリズム１３２の厚み（Ｚ方向に沿った寸法）分布は、Ｙ方向に直線偏光された（「折り畳まれた」双方向矢印７４を参照されたい）実質的に平行化された入射光、かつ高度に空間コヒーレントな光が、その偏光状態において変化しないか、又は偏光方向が９０°だけ回転されるか、又はこの光が右円又は左円偏光光に変換されるかのいずれかになるように設定される。

図示の例示的な実施形態では、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙが、それぞれ、Ｘ方向に円偏光から直線偏光に、更に逆向きの円偏光に変化する偏光状態を有する光を受信するように、厚み分布が更に設定される。ここでも偏光状態のこのシーケンスは、同様にｐ＝２ｗである周期ｐを伴って周期的である。
図１１の助けを得ると容易に理解することができるが、ストリップ６２Ｘ、６２Ｙの一方を通過する光の重ね合わせの間に、円偏光状態におけるＸ成分又はＹ成分は、各場合にＹ成分又はＸ成分のみが残るようにそれぞれ互いに相殺する。従って、瞳平面４２内の重ね合わせ点では、この例示的な実施形態においても同様に、光は、Ｙ方向又はＸ方向のいずれかに沿って直線偏光される。

当然ながら、段付き表面１７６を異なるように構成することができる。例えば、２つ又は３つよりも多くの異なる厚みを各ストリップ６２Ｘ、６２Ｙに割り当てることができる。例えば、直線偏光光を相対する方向の楕円偏光光へと変換する２つの厚みを設けることは実施可能である。しかし、重ね合わせ点で得られる偏光状態が複屈折プリズム１３２の厚み公差にできる限り依存しないように、一般的に、各帯域６２Ｘ、６２Ｙに少数の異なる厚みよりも多数の異なる厚みを割り当てる方が好ましい。これは、より多くの異なる偏光状態が重ね合わせられる場合には、個々の厚みが特定の値に対応しないかということが、相応により重要でなくなることによる。更に、厚み公差も、こうしてより簡単に互いに補償することができる。

３２ 第１の光学的配置
３６ 第２の光学的配置

Claims (34)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明システム（１２）であって、
   ａ）光ビームの断面の少なくとも一部にわたって、光が、
   −異なる偏光状態を有し、かつ
   −少なくとも部分的に空間コヒーレントである、
   光ビームを発生させるための第１の光学的配置（２６、３２；１３２）と、
   ｂ）瞳平面（４２）と、
   を有し、かつ
   ｃ）−前記第１の光学的配置（２６、３２；１３２）と前記瞳平面（４２）の間に配置され、かつ
   −前記瞳平面（４２）内の少なくとも２つの異なる位置（Ｐ_X、Ｐ_-X、Ｐ_Y、Ｐ_-Y）上に前記光ビームを分割し、一方、前記第１の光学的配置によって発生された前記偏光状態を重ね合わせて、該少なくとも２つの位置（Ｐ_X、Ｐ_-X、Ｐ_Y、Ｐ_-Y）で異なっている瞳偏光状態を形成する、
   第２の光学的配置（３６、３８）、
   を有することを特徴とする照明システム。
2. 前記第１の光学的配置（２６、３２；１３２）によって発生された前記光ビームの前記偏光状態は、該光ビームの前記断面の少なくとも前記一部にわたって少なくとも１つの方向（Ｘ）に沿って連続的及び周期的に変化することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 前記第１の配置は、
   ａ）直線偏光されて少なくとも部分的に空間コヒーレントである投影光を発生させるための光源（２６）、及び
   ｂ）通過する光ビームの前記偏光状態を１つの方向（Ｘ）に沿って周期的に修正する複屈折プリズム（３２；１３２）、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明システム。
4. 前記プリズム（３２）は、楔形であり、通過する光ビームの前記偏光状態は、前記方向（Ｘ）に沿って連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の照明システム。
5. 前記プリズム（１３２）は、段付きの厚みプロフィールを有し、通過する光ビームの前記偏光状態は、前記方向（Ｘ）に沿って非連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の照明システム。
6. 前記プリズム（３２；１３２）は、前記直線偏光投影光の偏光方向と４５°の角度を成す光学複屈折軸を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の照明システム。
7. 前記第２の配置（３８）は、局所的に変化する回折特性を有する回折光学要素（３６）を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の照明システム。
8. 前記回折光学要素（３６）は、互いに平行に配置されて異なる回折特性を有する少なくとも２つのストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）を含むことを特徴とする請求項７に記載の照明システム。
9. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）の前記回折特性は、周期的に変化することを特徴とする請求項８に記載の照明システム。
10. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）は、照明システム（１２）の光軸（ＯＡ）に対して直角に延び、かつ前記プリズム（３２；１３２）の前記厚みが変化する方向に対して直角に延びる方向（Ｙ）に対して平行に配置されることを特徴とする請求項４、及び請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載の照明システム。
11. 第１のストリップ（６２Ｘ）が、前記光をＸ−Ｚ平面の複数の方向に回折させ、第２のストリップ（６２Ｙ）が、該光をＹ−Ｚ平面の複数の方向に回折させることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の照明システム。
12. 前記第１のストリップ（６２Ｘ）は、遠視野で前記Ｘ方向に双極分布を発生させ、前記第２のストリップ（６２Ｙ）は、該遠視野で前記Ｙ方向に双極分布を発生させることを特徴とする請求項１１に記載の照明システム。
13. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）の幅は、個々のストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）を通過する前記光が、前記少なくとも２つの位置（Ｐ_X、Ｐ_-X、Ｐ_Y、Ｐ_-Y）のうちの１つに重ね合わせられた時に優先偏光方向を有するように選択されることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の照明システム。
14. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）の前記幅（ｗ）は、通過する前記光ビームの前記偏光状態が周期的に変化する周期の半分に等しいことを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
15. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）の前記幅（ｗ）は、個々のストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）を通過する前記光が、前記少なくとも２つの位置（Ｐ_X、Ｐ_-X、Ｐ_Y、Ｐ_-Y）のうちの１つに重ね合わせられた時に少なくとも本質的に直線偏光されるように選択されることを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の照明システム。
16. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）は、ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）を通過する前記光が空間コヒーレントであるほど小さい幅（ｗ）を有することを特徴とする請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の照明システム。
17. 前記光源（２６）としてエキシマレーザを有することを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の照明システム。
18. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）は、０．５ｍｍよりも狭い幅（ｗ）を有することを特徴とする請求項１６及び請求項１８のいずれか１項に記載の照明システム。
19. 前記ストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）は、０．２５ｍｍよりも狭い幅（ｗ）を有することを特徴とする請求項１８に記載の照明システム。
20. ２００ｎｍよりも短い波長を有する光を発生させる光源（２６）を有することを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の照明システム。
21. 前記第２の配置（３８）は、前記瞳平面（４２）の前記光ビームを少なくとも４つの極（Ｐ_X、Ｐ_-X、Ｐ_Y、Ｐ_-Y）上に分割し、
    前記瞳偏光状態は、互いに直径方向に相対する極の対（Ｐ_X、Ｐ_-X；Ｐ_Y、Ｐ_-Y）においてそれぞれ等しい、
    ことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の照明システム。
22. 一方の対（Ｐ_X、Ｐ_-X；Ｐ_Y、Ｐ_-Y）の前記瞳偏光状態は、他方の対（Ｐ_X、Ｐ_-X；Ｐ_Y、Ｐ_-Y）の該瞳偏光状態に直交することを特徴とする請求項２１に記載の照明システム。
23. 前記極（Ｐ_X、Ｐ_-X；Ｐ_Y、Ｐ_-Y）は、少なくともほぼ等しい形状を有することを特徴とする請求項２１及び請求項２２のいずれか１項に記載の照明システム。
24. 前記光ビームを分割する前記第２の配置（３８）は、光軸（ＯＡ）を含んで前記光が本質的に非偏光か又は円偏光される極（Ｐ_C）を付加的に発生させることを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載の照明システム。
25. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムであって、
    方向（Ｘ）に沿って変化する厚みを有する複屈折プリズム（３２；１３２）、
    を有し、かつ
    局所的に変化する偏光状態が瞳平面（４２）に得られるように、前記プリズム（３２；１３２）によって発生された偏光状態を重ね合わせる光学重ね合わせデバイス（３８）、
    を有することを特徴とする照明システム。
26. 前記プリズム（３２；１３２）は、楔形又は段付きであることを特徴とする請求項２５に記載の照明システム。
27. 直線偏光されて少なくとも部分的に空間コヒーレントである投影光を発生させるための光源（２６）を有することを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の照明システム。
28. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムであって、
    方向（Ｘ）に沿って変化する厚みを有する複屈折プリズム（３２；１３２）、
    を有し、かつ
    光路内の後者の背後に配置され、かつ局所的に変化する回折特性を有する回折光学要素（３６）、
    を有することを特徴とする照明システム。
29. 前記回折光学要素（３６）は、照明システム（１２）の光軸（ＯＡ）に対して直角に延びて前記プリズム（３２；１３２）が変化する厚みを有する方向に対して直角に延びる方向（Ｙ）に対して平行に配置された複数の異なる構造のストリップ（６２Ｘ、６２Ｙ）を有することを特徴とする請求項２８に記載の照明システム。
30. 前記プリズム（３２；１３２）は、楔形又は段付きであることを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の照明システム。
31. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムであって、
    光ビームを発生させるための光源（２６）、
    を有し、かつ
    少なくとも１つの方向に沿って０．５ｍｍよりも短い寸法を有する回折特性の異なる領域を含む回折光学要素（３６）、
    を有することを特徴とする照明システム。
32. 前記領域は、少なくとも１つの方向に沿って０．２５ｍｍよりも短い寸法を有することを特徴とする請求項３１に記載の照明システム。
33. 微細構造構成要素を生産する方法であって、
    ａ）請求項１から請求項３２のいずれか１項に記載の照明システム（１２）を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）を準備する段階と、
    ｂ）前記照明システム（１２）でマスク（１４）を照明する段階と、
    ｃ）前記照明されたマスク（１４）を感光層（２２）上に投影する段階と、
    を有することを特徴とする方法。
34. 請求項３３に記載の方法によって生産される微細構造構成要素。

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