JP2010520628A - 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

本発明は、光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、光伝播方向に光混合システムの上流に配置され、かつ複数のマイクロレンズ（２０ａ、２０ｂ、．．．）が周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイ（２０）とを含み、偏光解消素子（１０、５００〜９００）が、光伝播方向にマイクロレンズアレイ（２０）の下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する残存偏光分布に対する、一方で偏光解消素子（１０、５００〜９００）と他方でマイクロレンズアレイ（２０）の周期性との相互作用によってもたらされる寄与が５％を上回らない最大偏光度を有するようなものである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。
【選択図】図１

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。特に、本発明は、実質的な非偏光光が求められ、かつ照明システムの瞳平面に含まれる残存偏光分布の局所変動を大幅に又は完全に排除することができる照明システムに関する。

マイクロリソグラフィは、例えば、集積回路又はＬＣＤのような微細構造素子の製造に用いられる。マイクロリソグラフィ工程は、照明システムと投影対物系とを有する投影露光装置と呼ばれるものにおいて実施される。照明システムを用いて照らされるマスク（＝レチクル）の像は、この場合、マスク構造を基板上の感光コーティング上に転写するために、感光層（フォトレジスト）によって被覆されて投影対物系の像平面に配置された基板（例えば、シリコンウェーハ）上に投影対物系を用いて投影される。

多くの用途のための投影露光装置では、できる限り非偏光の光の生成が望ましい。この目的のために、例えば、ＷＯ００／０２０９２及びＵＳ５，２５３，１１０から、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子及びその下流に配置された光混合システムを用いてレーザ源からの直線偏光光の偏光を解消することが公知である。そのようなＨａｎｌｅ偏光解消素子は、作業波長の光に対して透過的な複屈折材料から作られた少なくとも第１の楔プレートを含み、典型的には、第１の楔プレートのビーム偏向を補償し、作業波長の光に対して透過的な複屈折又は非複屈折材料から作られた第２の楔プレートも含む。通常、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子の第１の楔プレートは、複屈折材料の光学結晶軸とレーザ源からの直線偏光光の電界強度ベクトルの振動方向との間の角度が実質的に４５°であるように配置される。

しかし、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子の使用にも関わらず、光は、照明システムの瞳平面において局所的に変化する残存偏光度を依然として有する可能性があり、かつこの点に関してこの残存偏光は、特に縞形態の周期的成分を伴う可能性があることが見出されている。この局所的かつ場合によっては周期的な変動は、照明システムに存在する反射防止層（ＡＲ層）並びに高反射層（ＨＲ層）によって引き起こされる更に別の残存偏光効果と重ね合わされ、従って、その結果、照明性能に重大な悪影響を及ぼす残存偏光度の変動が存在する。

ＷＯ００／０２０９２ ＵＳ５，２５３，１１０

本発明の目的は、照明システムの瞳平面に伴う残存偏光分布の局所変動を大幅に又は完全に排除することができる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る。

この目的は、独立請求項の特徴によって遂げられる。本発明の更に別の構成は、本明細書及び従属請求項に見出されることになる。

マイクロリソグラフィ投影露光装置の本発明による照明システムは、光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に、偏光解消素子上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子と、光伝播方向に光混合システムの上流に配置され、複数のマイクロレンズが周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイとを含み、偏光解消素子は、一方で偏光解消素子と他方でマイクロレンズアレイの周期性との相互作用によって提供される、光伝播方向にマイクロレンズアレイの下流に配置された瞳平面に発生する残存偏光分布への寄与が５％を上回らない最大偏光度を有するようなものである。

好ましくは、光伝播方向にマイクロレンズアレイ（２０）の下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する残存偏光分布への上述の寄与は、２％を上回らず、より好ましくは、１％を上回らない最大偏光度を有する。

偏光度又はＤＯＰ値（ＤＯＰ＝「ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ」）は、全体光の強度に対する偏光光成分の強度の比として定められ、すなわち、次式が当て嵌まる。

ここで、ｓ₁、ｓ₂、ｓ₃、及びｓ₀は、偏光状態を説明するストークスベクトルのストークスパラメータを表している。

この点に関して、ＤＯＰ値は、瞳点において、この瞳点を囲む値の平均値からそれぞれ計算され（移動畳み込み）、平均化における範囲として、最大瞳直径の約１０パーセントの直径を有する円形範囲を選択することができる。

本発明は、照明システムにおいて有効な光混合のために用いられる偏光解消素子の角度分布を生成するのに用いられるマイクロレンズアレイとの組合せにおいて、偏光解消素子及びマイクロレンズアレイが、各々照明システムの瞳平面の前に配置される場合には、マイクロレンズアレイを通過する光ビームが、偏光解消素子によってこれらの光ビームに対してそれぞれ得られる偏光制御作用に依存して互いに異なる偏光状態を含み、適切な手段なしには、瞳平面に発生するこれらの偏光状態の重ね合わせが、瞳平面に局所的に又はそれぞれの位置に依存して変化する偏光度を有する残存偏光分布をもたらすという認識に基づいている。

ここで、本発明によると、偏光解消素子に関する適切な設計構成は、瞳平面に発生する偏光分布への寄与において、一方でマイクロレンズアレイの周期性と他方で偏光解消素子との間の上述の相互作用に起因して発生する望ましくない差を相殺し、その結果、瞳平面内の残存偏光分布への寄与は理想的には存在しない（又は最小限の寄与又は均一な寄与しか存在しない）。特に、本発明は、一方で偏光解消素子と他方でマイクロレンズアレイの周期性との相互作用を利用して、モアレ効果をほぼ完全に又は完全に防止することを達成する。

更に別の手法によると、マイクロリソグラフィ投影露光装置の本発明よる照明システムは、光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に、偏光解消素子上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子と、光伝播方向に光混合システムの上流に配置され、複数のマイクロレンズが周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイとを含み、偏光解消素子は、一方で偏光解消素子と他方でマイクロレンズアレイの周期性との相互作用によって提供される光伝播方向にマイクロレンズアレイの下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する残存偏光分布への寄与が瞳平面にわたって実質的に均一であるようなものである。

本発明の実施形態によると、偏光解消素子は、その断面にわたって周期的である互いに直交する偏光状態の連続(succession)を生成し、この周期的な連続は、マイクロレンズアレイ内でマイクロレンズアレイの周期性の整数倍数に対応する相互の間隔を有する位置で互いに隣接するマイクロレンズを通過する少なくとも２つ、好ましくは、全ての光ビームが、互いに直交する偏光状態を有するように、マイクロレンズアレイの周期性に適応される。

従って、本発明によるこの手法によると、マイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズを互いに対応する位置で（すなわち、同一の「相対位置」で）通過する瞳平面のビームのマイクロレンズアレイの周期性によって実施される重ね合わせは、特に、これらのビームに対する直交する偏光状態の設定によって有効な非偏光光を提供するための瞳平面の重ね合わせを得るために用いられる。この点に関して、これ以降では、マイクロレンズアレイの周期性の整数倍数だけ互いに離間した位置を表す上で、マイクロレンズアレイの異なるマイクロレンズ内の「互いに対応する位置」という表現を用いる。

従って、本発明の第１の手法によると、偏光解消素子の「偏光解消周期」（すなわち、偏光解消素子によって設定される偏光状態の繰り返しが、光伝播方向又は照明システムの光学システム軸に対して垂直な平面内の偏光解消素子の断面にわたって発生する周期）のマイクロレンズアレイの周期性への適切な整合は、上述の偏光解消周期が、マイクロレンズアレイを通過するどの光ビームがどの偏光状態を有するかに関して決定しているので、達成される。

「互いに直交する偏光状態」という表現は、互いに対して９０°だけ回転した好ましい偏光方向を有する直線偏光状態を表すだけではなく、反対の掌性の円偏光状態（すなわち、左回り円偏光及び右回り円偏光）を表すためにも用いる。

本発明の実施形態によると、偏光解消素子は、複屈折材料から製造され、その断面にわたって照明システムの光学システム軸に対して垂直に変化する厚みプロフィールを有する。ここで複屈折材料という用語は、線形複屈折を示す材料、並びに円複屈折を示す材料の両方を含むべきである（すなわち、光学活性）。

本発明の更に別の実施形態によると、偏光解消素子は、それが、照明システムの光学システム軸に対して垂直な平面に、光学的有効領域内にいかなる周期性も伴わない分布を有する互いに直交する偏光状態を生成するように設計される。この手法によると、偏光解消素子の偏光解消作用は、一方で偏光解消素子によって設定される偏光状態（又は偏光縞）と、他方でマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上のそれぞれの位置との間の周期的重ね合わせ効果をもたらす関係性が最初から存在しないようなものであり、従って、偏光解消素子内で同じリターデーション効果を受けるビームは、マイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズを異なる関連位置で（すなわち、マイクロレンズアレイの周期の整数倍数で互いに離間していない位置で）通過する。

態様によると、一方で偏光解消素子によって設定される偏光状態と、他方でマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上のそれぞれの対応位置との間の周期的重ね合わせ効果をもたらす関係性は、非周期的に設定される偏光解消素子によって生成される偏光状態の変動によって達成することができる。更に、偏光解消素子によって設定される同一の偏光状態を有する光ビームがマイクロレンズアレイのマイクロレンズを異なる相対位置で通過するというここで望まれる効果は、真っ直ぐではなく曲線又は弧上に延びる偏光解消素子の等しいリターデーションの線によって達成することができ、これに対しては以下でより詳細に説明する。

更に、本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置、マイクロリソグラフィ素子の製造のための方法、及びマイクロリソグラフィ素子に関する。

以下に、添付図面に例示的に示す実施形態を用いて、本発明をより詳細に説明する。

偏光解消素子とマイクロレンズアレイの間の相互作用の結果としての照明システムの瞳平面の残存偏光の局所変動の発生を示す模式図である。 瞳平面内の残存偏光において図１に示すように含まれる局所変動を低減又は回避するための本発明の実施形態による偏光解消素子の構成を説明する模式図である。 瞳平面内の残存偏光において図１に示すように含まれる局所変動を低減又は回避するための本発明の実施形態による偏光解消素子の構成を説明する模式図である。 瞳平面内の残存偏光において図１に示すように含まれる局所変動を低減又は回避するための偏光解消素子の更に別の実施形態を説明する模式図である。 瞳平面内の残存偏光において図１に示すように含まれる局所変動を低減又は回避するための偏光解消素子の更に別の実施形態を説明する模式図である。 更に別の実施形態による偏光解消素子の模式図である。 更に別の実施形態による偏光解消素子の模式図である。 更に別の実施形態による偏光解消素子の模式図である。 更に別の実施形態による偏光解消素子の模式図である。 更に別の実施形態による偏光解消素子の模式図である。

最初に、図１は、偏光解消素子とマイクロレンズアレイの間の相互作用の結果としての照明システムの瞳平面の残存偏光の局所変動の発生を説明するために照明システムの一部分を示す模式図を示している。

図１を参照すると、例示している座標システムにおいてｙ方向を指す好ましい偏光方向を有し、レーザ光源（示していない）、例えば、約１９３ｎｍの作業波長を有するフッ化アルゴンレーザによって生成される直線偏光光は、第１の楔プレート１１及び第２の楔プレート１２を有するＨａｎｌｅ偏光解消素子１０上に入射する。楔プレート１１及び１２は、各々複屈折材料、例えば、石英結晶又は作業波長の光に対して透過的な別の適切な材料から作られる。第２の楔プレート１２は、第１の楔プレート１１によるビーム偏向を補償するように機能し、この理由から、光学システム軸ＯＡに対して垂直に延びる第２の楔プレート１２の光出射表面は、第１の楔プレート１１の光入射表面と平行関係で配置され、光学システム軸ＯＡに対して傾斜した第２の楔プレート１２の光入射表面は、第１の楔プレート１１の傾斜した光入射表面と平行関係で配置される。

光伝播方向（例示している座標システムのｚ方向に延びる）にＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の下流に配置されているのは、図２の平面図に示し、かつ図示の例によるとハニカム構造で約１．７ｍｍの大きさ又は周期で配置された回折マイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、．．．を含むフレネル帯域ＤＯＥの形態にあるマイクロレンズアレイ２０である。マイクロレンズアレイ２０は、偏光解消素子１０の作用結果として異なる偏光状態で入射する光ビームにおいて角度分布を生成する。この配列では、フレネル帯域ＤＯＥの各個々のセルは、瞳平面ＰＰ全体の上に結像され、個々のセル又はマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、．．．内で互いに対して対応する位置に配置された点は、瞳平面Ｐ内の同じ位置上に結像される。これらの個々の点上に入射し、フレネル帯域ＤＯＥをそれぞれの場所で通過する光ビームは、フレネル帯域ＤＯＥの上流にある問題の位置において偏光解消素子１０によって生成されるそれぞれの効果に依存して互いに異なる偏光状態を含む。瞳平面におけるこれらの偏光状態の重ね合わせは、適切な手段がないと瞳平面の残存偏光分布への位置依存の寄与を生じる。

また、図１は、偏光分布の模式的で大幅に簡略化した図を示しており、これは、Ｐ２０で示し、光伝播方向にＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の下流でマイクロレンズアレイ２０の上流に発生する。この概略図では、偏光分布Ｐ２０は、交互に互いに直交する偏光状態を含む縞を含み、この縞パターンの周期は、マイクロレンズアレイ２０のものよりも短い。

この点に関して、光伝播方向にＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の下流で得られる偏光分布Ｐ２０をそれぞれｘ方向とｙ方向とに交替する直線偏光状態の連続として略形式で示している。偏光状態のＨａｎｌｅ偏光解消素子の長さにわたる変化が既知の方式で連続的に発生するという実情から、この点に関して、周期的に繰り返す偏光状態の連続は、楔方向（すなわち、例示している座標システムのｘ方向）に設定される。言い換えれば、ｘ方向のいずれかの位置から始めて、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０の周期性又は偏光解消周期の半分に対応する一定の距離の後に、それぞれの直交する偏光状態が発生する。

図１は、図２ａ〜図２ｂを参照して以下により詳細に構造を説明するマイクロレンズアレイ２０の個々のセルのうちから５つのセル２０ａ〜２０ｅを示している。同様に照明システムの瞳平面ＰＰの位置も例示しており、マイクロレンズアレイ２０と瞳平面ＰＰの間に配置されたレンズシステム３０を簡略化のための単一のレンズで例示している。

図１の模式図は、瞳平面ＰＰ上に入射する３つのビーム束４０、５０、及び６０から成るビーム構成を示しており、これらのビーム束は、マイクロレンズアレイ２０の上流に存在するＨａｎｌｅ偏光解消素子１０によって設定されるそれぞれの偏光分布Ｐ２０に依存して異なる好ましい偏光方向を含む。この点に関して、ｘ方向を指す好ましい偏光方向を含む部分ビームを図１では破線で例示しており、それに対してｙ方向に好ましい方向を含む部分ビームを図１では実線を用いて示している。

ビーム束４０、５０、及び６０で瞳平面ＰＰ内に入射する部分ビームを仕分けすると、瞳平面ＰＰ内では、ビーム束４０は、ｙ方向に偏光された部分ビーム及びｘ方向に偏光された２つの部分ビームから成り、従って、ビーム束４０は、ｘ方向に過剰偏光を有することが示されている。それとは対照的に、ビーム束５０は、ｘ方向に偏光された２つの部分ビーム及びｙ方向に偏光された３つの部分ビームから成り、従って、このビーム束５０は、ｙ方向に過剰偏光を有する。ビーム束６０は、ｙ方向に偏光された２つの部分ビーム及びｘ方向に偏光された２つの部分ビームから成る。従って、ｘ方向又はｙ方向に過剰直線偏光を持たないのは、ビーム束６０のみである。

その結果、図１に示しているように、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０のマイクロレンズアレイ２０との相互作用は、瞳平面ＰＰにおいて実質的に縞状に変調された残存偏光分布への寄与を生じる。

以下では、最初に図２ａ〜図２ｂを参照してマイクロレンズアレイ２０の構造をより詳細に説明する。マイクロレンズアレイ２０は、例示している実施形態では、関わる表面区域を充填するために各々が六角形の幾何学形状のものである複数のマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、．．．を含む。

マイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、．．．は、屈折性及び同じく回折性のものとすることができ、例示している実施形態では、各々が半径方向に外向きの方向に互いに間隔を増すように配置された円形及び同心に延びる回折構造から成る構造を基本的に公知の方式で備えるいわゆるフレネルＤＯＥの形態にある。

同様に図２ａ〜図２ｂから分るように、例示している実施形態のマイクロレンズアレイ２０は、そのマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ．．．の縦方向がｘ軸と平行関係にはなく、光学システム軸ＯＡ（ｚ方向に延びる）の回りにｘ軸に対して１５°の角度だけ回転して配置される。マイクロレンズアレイのハニカム構造のｘ軸に対するこの回転配列の唯一の目的は、照明システムにおいて、いわゆるインテグレータバー(integrator bar)を用いて発生するその後の光混合効果に関して、円形照明環境への近似の改善を達成することである。しかし、本発明が、マイクロレンズアレイ２０のハニカム構造のｘ軸に対する例示している回転配列に限定されず、代替的にマイクロレンズアレイ２０は、ｘ軸に対して異なる回転角（０°、すなわち、回転なしを含む）で配置することができることは認められるであろう。

また、図２ａは、２つの点Ｐ１及びＰ２を示しており、これらの点Ｐ１とＰ２とを結合する直線をＰ１Ｐ２で示している。マイクロレンズアレイ２０の個々のマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、．．．は同一であり、点Ｐ１及びＰ２は、マイクロレンズ２０ａ及び２０ｂそれぞれの内で同じ相対位置で配置されるので、点Ｐ１及びＰ２からの光ビーム又は光子は、瞳平面ＰＰ内の同じ場所で遭遇する。従って、図２ａのマイクロレンズアレイ２０にわたる結合線Ｐ１Ｐ２のいかなる平行変位も、瞳平面ＰＰ内の同じ場所において遭遇するか、又は相互重ね合わせ関係にある光ビームが発する２つの点の結合を生じる。

本発明による図２ｂから明快に分るように、ここでＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の偏光解消周期Ｄ１は、マイクロレンズアレイの周期性に整合又は適応される。この整合は、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０の偏光解消周期Ｄ１に関する適切な選択により、マイクロレンズアレイ２０内の点Ｐ１及びＰ２を通過する（従って、瞳平面ＰＰ内で相互重ね合わせ関係にある）光ビームが、直交する偏光状態を含むように達成される。従って、この整合により、瞳平面ＰＰ内の同じ場所にそれぞれ入射する光ビームは、直交偏光状態を保持し、瞳平面ＰＰ内での重ね合わせの結果、非偏光光が生じる。

図２ｂを参照すると、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０の偏光解消周期Ｄ１のマイクロレンズアレイ２０の周期性へのこの整合は、次式の条件に対応する。
Ｄ１＝２＊ａ＊ｃｏｓα （２）
ここで、ａは、マイクロレンズアレイ２０の周期性を表し、αは、ｘ軸に対するマイクロレンズアレイの回転角を表す（例示している実施形態ではα＝１５°である）。

Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０の偏光解消周期ＤＰは、次式の関係（３）に従ってＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の楔角γから誘導される。
γ＝ａｒｃｔａｎ（（λ／Δｎ）／ＤＰ） （３）

ここで、Δｎは、通常屈折率ｎ_oと異常屈折率ｎ_o−ｎ_eの間の差ｎ_o−ｎ_eを表し、従って、例示している実施形態では、石英結晶において、λ＝１９３．３６ｎｍで差Δｎ＝０．１３４６５である。特定的な実施形態では、マイクロレンズアレイ２０の周期性に対して、約ａ≒１．９ｎｍの値が選択される。式（２）によると、この値は、ＤＰ＝Ｄ１、すなわち、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子１０の基本的偏光解消周期Ｄ１に対してＤ１≒３．６８ｍｍの値を与える。同じく適切な更に別の偏光解消周期ＤＰは、Ｄ１／３^Nによって与えられ、ここで、Ｎは、ゼロよりも大きい自然数である。言い換えれば、本発明による望ましい効果を誘導するＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の偏光解消周期ＤＰの値は、同様に基本的偏光解消周期Ｄ１の３分の１、９分の１など、すなわち、次式によっても発生する。

用いられる偏光解消素子が、複屈折楔（複屈折材料の光学結晶軸と、レーザ源から到来する直線偏光光の電界強度ベクトルの振動方向との間に４５°の角度を有し、並びに補償楔から成るＨａｎｌｅ偏光解消素子である場合に、偏光解消周期に対してＤ１／３の値が選択された場合、楔角に対して式（３）から値γ＝４０’（弧分）と１４’’（弧秒）が与えられる。

従って、一般的には、偏光解消素子の偏光解消周期ＤＰは、次式の条件が満たされるように選択される。
ＤＰ＝（２＊ａ＊ｃｏｓα）／３^N、（Ｎ＝０、１、２、．．．） （５）
ここで、対応する楔角γは、式（３）から確認される。このようにして確認されることになる楔角γに関して、５パーセントまで、好ましくは、２パーセントまで、より好ましくは、１パーセントまでの偏差は、本発明では許容範囲内であると考えられるか又は受け入れられる。

以下に図３及び図４を参照して説明する更に別の実施形態によると、瞳平面ＰＰ内での互いに直交する偏光状態の重ね合わせという上記に解説した概念は、上記の代わりに楔の方向に対して垂直の方向（すなわち、ｙ方向）に互いに直交する偏光状態の交替シーケンス(alternate sequence)が同様の方式で設定された場合には、ｘ方向におけるＨａｎｌｅ偏光解消素子の偏光解消周期のマイクロレンズアレイ２０の周期性への適応なしに達成することができる。これは、更に、入力された偏光が一定の距離ｙ₀の後の各場合に９０°だけ回転するように偏光状態のステップ状変動が上記ｙ方向に生成される方法で達成される。

偏光状態のステップ状変動を生成するために、実施形態は、偏光解消素子をｘ方向には依然として楔構成を含むが、ｙ方向には連続するステップの間にλ／２（又はその奇数倍数）の有効リターデーション差が存在するようなステップ（例えば、エッチングによって生成される）を有するように構造化することができることを提供する。この目的のために、例えば、図１に示している実施形態の変更形態では、エッチングを用いて、上述のように縞状にｙ方向に互いに続く凹部及び隆起部分から成る構造を楔プレートの平坦な光入射表面に設けることができる。石英結晶からの偏光解消素子の楔プレートの製造の場合には、凹部とそれに続く隆起部分の間のλ／２の望ましいリターデーション差は、約７μｍの深さの縞状凹部のエッチングによって設定することができる。別の実施形態によると、互いに対してλ／２のリターデーション差又は相対経路差を有するステップ状の一連の領域の設定は、光学活物質(optically active material)（例えば、照明システムの光学システム軸と平行関係にある光学結晶軸の方向を有する石英結晶）から成る追加要素を用いて得ることができる。この場合には、この追加要素の厚みプロフィールは、好ましい偏光方向の回転角が互いに９０°だけ異なる縞状領域がｙ方向に連続して発生するように光学結晶軸の方向に変化する。

この点に関して得られる効果を図３及び図４を用いて例示しており、図３は、一方でｙ方向に連続して発生し、ｘ方向に縞状に延びるＨａｎｌｅ偏光解消素子の上述の領域３０１、３０２、３０３、及び３０４と、他方で光伝播方向に続くマイクロレンズアレイとの組合せによってそれぞれ生成される部分瞳３１０、３２０、３３０、及び３４０の加算を示している。

Ｈａｎｌｅ偏光解消素子の偏光解消周期の図３及び図４には含まれていないマイクロレンズアレイの周期性との整合の結果、それぞれ図３及び図４に示しているように得られる部分瞳３１０から３４０及び４１０から４４０それぞれが、各々モアレパターンを提供する。図３に示しているように、これらのモアレパターンは、部分瞳３１０から３４０の重ね合わせによって得られる偏光分布３５０へと加算され、瞳平面に局所的に変化する残存偏光分布（又は得られるモアレパターン）を生じるが、図４に示している部分瞳４１０から４４０の加算は、ｙ方向に付加的に生成された上述のステップ関数の結果として、有効な非偏光光を有する偏光分布４５０を誘導する。

以下に図５から図９を参照して、重ね合わせが、一方でＨａｎｌｅ偏光解消素子１０の効果、及び他方でマイクロレンズアレイ２０の効果に関して発生する残存偏光における周期的重ね合わせ構造の生成を防止するという本発明の概念に同様に基づく本発明の更に別の実施形態を説明する。

上述の本発明の概念には基づくが、図５から図９の更に別の実施形態による周期的重ね合わせ構造のこの防止は、上述の実施形態とは異なり、Ｈａｎｌｅ偏光解消素子の偏光解消周期のマイクロレンズアレイの周期性への整合によって達成されるのではなく、偏光解消素子の偏光解消作用が、一方で偏光解消素子によって設定される偏光状態（又は偏光縞）と、他方でマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上のそれぞれの位置との間の周期的重ね合わせ構造をもたらす関係性が最初から存在しないような性質のものであるということによって達成される。

以下に説明するように、周期的重ね合わせ構造をもたらす関係性は、一方では、偏光解消素子によって生成される偏光状態の変化を非周期的に設定することによって防止することができる（以下図５から図７を参照されたい）。更に、瞳平面内の残存偏光又は周期的重ね合わせ構造の局所変動を防止する望ましい効果は、真っ直ぐではなく曲線で又は弧上に延びる偏光解消素子の等しいリターデーションの線によって得ることができる（図８及び図９を参照されたい）。両方の場合に、偏光解消素子内で同じリターデーション効果を受けるビームは、マイクロレンズアレイの異なるマイクロレンズを異なる関連位置で（すなわち、互いにマイクロレンズアレイの周期性の整数倍数では離間していない位置で）通過する。より正確には、偏光解消素子内で同じリターデーション効果を受けるか又は同じ偏光状態を含むビームは、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを異なる相対位置で通過し、その結果として、瞳平面内の残存偏光分布の局所変動（又は周期的重ね合わせ構造、ビート効果、又はモアレパターン）も防止される。

図５ａから図５ｂは、図１のＨａｎｌｅ偏光解消素子１０とは異なり、楔プレートからではなく、円柱レンズ５１０及び５２０から形成される実施形態の偏光解消素子５００を示している。更に、複屈折材料から作られる円柱レンズ５１０及び５２０における光学結晶軸の方向は、図１に示しているＨａｎｌｅ偏光解消素子１０のそれぞれの向きと同様に延びている。第２の円柱レンズ５２０は、第１の円柱レンズ５１０によって引き起こされるビーム偏向の補償のために役立ち、これから２つの円柱レンズ５１０及び５２０が互いに全体的に補って平行平面形状を生じるように、円柱レンズ５１０に対して補完的な構成のものである。図５の実施形態の変更形態では、図１の実施形態においてと全く同様に、第２の円柱レンズ５２０は、光学等方性材料（例えば、石英ガラス）から製造することができることは認められるであろう。

図５ｂは、図５ａに示している偏光解消素子５００を用いて得られる偏光状態の変化を示している模式図である。この点に関して、ここでも図１と同様に、光伝播方向に偏光解消素子５００の下流に生じる偏光分布を互いに直交する好ましい偏光方向を有する領域を含む縞パターンとして模式的に簡易形式で示している。これらの縞の幅（又はｘ方向の長さ）は、偏光解消素子５００の中心位置からの距離が拡大する時に２次関数的に縮小することが分るであろう。

更に別の実施形態によると、図６に示している偏光解消素子６００は、球面レンズ、すなわち、図１及び図５それぞれと同様の結晶方位を有する複屈折材料から成る平凸レンズ６１０及び平凹レンズ６２０から作ることができる。偏光解消素子６００のこの構成は、特に製造工学の観点から、より具体的には平凸レンズ６１０との補完関係にある平凹レンズ６２０のより容易な製造に関して有利である。

レンズ６１０及び６２０それぞれにおける光学結晶軸は、ここでも照明システムの光学システム軸に対して垂直な平面に配置され、図１及び図５と同様に互いに対して９０°の角度にある。

偏光解消素子の長さにわたる、等しいリターデーション効果の位置の間隔の局所変動が得られる偏光解消素子の上述の構成は、説明した円柱レンズ又は球面レンズからの偏光解消素子の構成に限定されない。より正確には、偏光解消素子を製造するのに組み立てられる複屈折材料を含むレンズ要素は、最終的に偏光解消作用に寄与する厚みプロフィールの変化が光軸に対して半径方向に非線形であるように選択されるいずれか他の形状のものとすることができる。一般的には、これは、偏光解消素子の光学作動インタフェースが自由曲面の形態にあることによって達成することができる。この点に関して、ビーム偏向を補正するという意味で唯一重要な注意事項は、補完的に対応する部分の製造が成功することである（図６の平凹レンズ６２０又は図５の円柱レンズ５２０と同様に）。図７は、自由形状インタフェースによって設計された偏光解消素子７００の模式図である。

図８に示している更に別の実施形態の偏光解消素子８００では、その第１のレンズ要素８１０は、ここでもｘ方向に楔形の断面のものであるが、円柱形状が重ね合わされる。これは、ｘｚ断面で見るとレンズ要素８１０の厚み（ｚ方向に測定した）が正のｘ軸に沿って線形に減少するが、それと同時にｙｚ断面で見るとｚ方向のレンズ要素８１０の長さがｙ座標への２次関数的依存性をそれぞれ提供することを意味する。ここでも第１及び第２のレンズ要素８１０、８２０が互いに補って平行平面形状を生じるように、第２のレンズ要素８２０は、第１のレンズ要素８１０におけるビーム偏向を補償するために、ここでもまた、第１のレンズ要素８１０と補完関係にある。

レンズ要素８１０及び８２０内の光学結晶軸の方向は、上述の実施形態と同様に選択され、すなわち、これらの光学結晶軸は、ここでも照明システムの光学システム軸ＯＡに対して垂直な平面にあり、互いに９０°の角度をなす。更に、図８に示しているように、第２のレンズ要素８２０は、代替的に光学等方性材料（例えば、石英ガラス）から製造することができる。

偏光解消素子８００の設計構成の結果は、リターデーションがｘ方向に沿って大きさ及び向きにおいて一定である従来の二重楔とは異なり、ｘ方向とｙ方向の両方に沿って大きさ及び方向が位置に依存するリターデーションが得られることである。言い換えれば、第１の偏光解消素子要素８１０上の位置であって、この位置に関してそこを通過するビームが同じリターデーション効果を受ける位置が、非線形曲線又は弧上に位置するので、等しいリターデーションの線（「偏光解消縞」とも呼ぶ）は、曲線構成で延びている。図５から図７を参照してこれまでに説明した実施形態と同様に、この設計構成によっても、等しいリターデーションの光ビームは、マイクロレンズアレイ２０の個々のレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを互いに異なる相対位置で通過する。その結果、ここでもこの設計構成により、一方で偏光解消素子と他方でマイクロレンズアレイとの間の相互作用から発生する周期的重ね合わせ構造の望ましい防止がもたらされる。

更に別の実施形態の偏光解消素子９００を図９に示している。偏光解消素子９００は、図１のＨａｎｌｅ偏光解消素子１０と同様に線形複屈折材料（例えば、光伝播方向又は光学システム軸ＯＡと垂直関係で延びる光学結晶軸を有する石英結晶）の楔プレートの形態にある第１の部分要素９１０を以前と同様に含む。偏光解消素子９００は、光学活物質、例えば、光伝播方向又は光学システム軸と平行関係で延びる光学結晶軸を有する石英結晶から作られた（「回転子楔」として）第２の部分要素９２０を更に含み、第２の部分要素９２０の楔構成と第１の部分要素９１０の楔構成とは互いに垂直な平面にある。図９に示している実施形態では、第１の部分要素９１０の楔構成がｘ方向にあるのに対して、第２の部分要素９２０の楔構成はｙ方向にある。

第１の部分要素９１０及び第２の部分要素９２０によって引き起こされるビーム偏向の補正は、光学等方性材料（例えば、石英ガラス）から成る更に別の補償要素（示していない）によって達成することができる。また、図９の偏光解消素子９００の設計構成は、ｘ方向及びｙ方向の両方において位置依存のリターデーション効果を生じる。図５から図８の実施形態おいてと全く同様に、この設計構成による結果は、偏光解消素子９００内で同じリターデーション効果を受ける光ビームが、マイクロレンズアレイ２０の個々のマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを異なる場所で通過することであり、従って、一方でマイクロレンズアレイ２０のマイクロレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、．．．内の位置と、他方で偏光解消素子９００によって生成される偏光状態との間の周期的重ね合わせパターンをもたらす関係性が防止されることである。

本発明を特定的な実施形態を参照して説明したが、当業者には、例えば、個々の実施形態の特徴の組合せ及び／又は交換によって数々の変形及び代替的な実施形態が明らかであろう。従って、当業者には、そのような変形及び代替的な実施形態も同様に本発明によって包含されており、本発明の範囲が、特許請求の範囲及びその均等物の意味においてのみ限定されることは認められるであろう。

Claims (28)

1. 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、
   光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、
   前記光伝播方向に前記光混合システムの上流に配置され、かつ複数のマイクロレンズ（２０ａ、２０ｂ、．．．）が周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイ（２０）と、
   を含み、
   前記偏光解消素子（１０、５００〜９００）は、前記光伝播方向に前記マイクロレンズアレイ（２０）の下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する残存偏光分布に対する、一方で該偏光解消素子（１０、５００〜９００）と他方で該マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性との相互作用によってもたらされる寄与が５％を上回らない最大偏光度を有するようなものである、
   ことを特徴とする照明システム。
2. 前記光伝播方向に前記マイクロレンズアレイ（２０）の下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する前記残存偏光分布に対する前記寄与は、２％を上回らない、更により好ましくは、１％を上回らない最大偏光度を有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. 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、
   光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、
   前記光伝播方向に前記光混合システムの上流に配置され、かつ複数のマイクロレンズ（２０ａ、２０ｂ、．．．）が周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイ（２０）と、
   を含み、
   前記偏光解消素子（１０、５００〜９００）は、前記光伝播方向に前記マイクロレンズアレイ（２０）の下流に配置された瞳平面（ＰＰ）に発生する残存偏光分布に対する、一方で該偏光解消素子（１０、５００〜９００）と他方で該マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性との相互作用によってもたらされる寄与が該瞳平面（ＰＰ）にわたって実質的に均一であるようなものである、
   ことを特徴とする照明システム。
4. 前記偏光解消素子（１０）は、その断面にわたって周期的であって偏光解消周期によって記述することができる、互いに直交する偏光状態の連続を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明システム。
5. 前記偏光解消周期は、前記マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性に対応する相互の間隔を有する位置で該マイクロレンズアレイ（２０）内の互いに隣接するマイクロレンズを通過する少なくとも２つ、好ましくは、全ての光ビームが互いに直交する偏光状態を有するように、該マイクロレンズアレイ（２０）の該周期性に適応されることを特徴とする請求項４に記載の照明システム。
6. 前記偏光解消周期（ＤＰ）は、前記瞳平面（ＰＰ）において前記マイクロレンズアレイ（２０）の互いに隣接するマイクロレンズを通過した後に相互に重ね合わせた関係にある少なくとも２つ、好ましくは、全ての光ビームが互いに直交する偏光状態を有するように、該マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性に適応されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の照明システム。
7. 前記偏光解消周期（ＤＰ）は、条件：
   ＤＰ＝（２＊ａ＊ｃｏｓα）／３^N
   を満たし、ここで、ａは、前記マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性を表し、αは、該マイクロレンズアレイ（２０）と照明システムの光学システム軸（ＯＡ）に垂直な平面との間の角度を表し（α≧０）、ＤＰは、該偏光解消周期を表し、Ｎは、ゼロよりも大きいか又はゼロに等しい整数を表すことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の照明システム。
8. 前記偏光解消素子（１０、５００〜９００）は、複屈折材料から製造され、かつ照明システムの光学システム軸（ＯＡ）に対して垂直なその断面にわたって変化する厚みプロフィールを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の照明システム。
9. 前記偏光解消素子（１０）は、複屈折材料の少なくとも１つの楔形部分を有し、光出射表面が、その光入射表面に対して楔角で延びていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の照明システム。
10. 前記偏光解消素子（１０）は、前記楔方向と垂直な方向に、互いに直交する偏光状態の交替シーケンスを生成するように設計されることを特徴とする請求項９に記載の照明システム。
11. 前記互いに直交する偏光状態の交替シーケンスは、前記楔方向に垂直な方向の前記偏光解消素子（１０）の前記厚みプロフィールの変化によって達成されることを特徴とする請求項１０に記載の照明システム。
12. 前記互いに直交する偏光状態の交替シーケンスは、照明システムの光学システム軸（ＯＡ）の方向に変化する厚みプロフィールを有する光学活物質の領域によって達成されることを特徴とする請求項１０に記載の照明システム。
13. 前記偏光解消素子（５００〜９００）は、照明システムの光学システム軸（ＯＡ）と垂直な平面において、光学的に有効な領域内にいかなる周期性も伴わない分布を有する互いに直交する偏光状態を生成するように適応されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明システム。
14. 前記偏光解消素子（５００〜９００）は、照明システムの光学システム軸（ＯＡ）と垂直な平面において、非線形曲線上に延びる位置で互いに直交する偏光状態を生成するように適応されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、及び請求項１３のいずれか１項に記載の照明システム。
15. 前記偏光解消素子（５００〜９００）は、照明システムの光学システム軸（ＯＡ）に対して半径方向である方向に非線形に変化する厚みプロフィールを伴っていることを特徴とする請求項１から請求項３、請求項１３、及び請求項１４のいずれか１項に記載の照明システム。
16. 前記偏光解消素子（５００〜９００）は、少なくとも１つの非平面光学的有効表面を有することを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の照明システム。
17. 前記偏光解消素子（５００〜９００）の少なくとも１つの光学的有効表面が、自由曲面であることを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の照明システム。
18. 前記偏光解消素子（６００）は、少なくとも領域に関する様式において平凸形状のものであることを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の照明システム。
19. 前記偏光解消素子（５００）は、少なくとも領域に関する様式において円柱形状のものであることを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の照明システム。
20. 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、
    光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、
    前記光伝播方向に前記光混合システムの上流に配置され、かつ複数のマイクロレンズ（２０ａ、２０ｂ、．．．）が周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイ（２０）と、
    を含み、
    前記偏光解消素子（１０）は、その断面にわたって周期的であって偏光解消周期によって記述することができる互いに直交する偏光状態の連続を生成し、該偏光解消周期は、前記マイクロレンズアレイ（２０）内の互いに隣接するマイクロレンズを該マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性に対応する相互の間隔を有する位置で通過する少なくとも２つ、好ましくは、全ての光ビームが互いに直交する偏光状態を有するように、該マイクロレンズアレイ（２０）の該周期性に適応される、
    ことを特徴とする照明システム。
21. 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、
    光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、
    前記光伝播方向に前記光混合システムの上流に配置され、かつ複数のマイクロレンズ（２０ａ、２０ｂ、．．．）が周期性を有して配置されたマイクロレンズアレイ（２０）と、
    を含み、
    前記偏光解消素子（１０）は、その断面にわたって周期的であって偏光解消周期によって記述することができる互いに直交する偏光状態の連続を生成し、該偏光解消周期は、前記瞳平面（ＰＰ）において前記マイクロレンズアレイ（２０）の互いに隣接するマイクロレンズを通過した後に相互に重ね合わせた関係にある少なくとも２つ、好ましくは、全ての光ビームが互いに直交する偏光状態を有するように、該マイクロレンズアレイ（２０）の前記周期性に適応される、
    ことを特徴とする照明システム。
22. 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、
    光伝播方向の下流に配置された光混合システムと共に偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する偏光光の有効な偏光解消を少なくとも部分的に引き起こす偏光解消素子（１０、５００〜９００）と、
    前記光伝播方向に前記光混合システムの上流に配置されたマイクロレンズアレイ（２０）と、
    を含み、
    前記偏光解消素子（５００〜９００）は、照明システムの光学システム軸（ＯＡ）と垂直な平面において、光学的に有効な領域内にいかなる周期性も伴わない分布を有する互いに直交する偏光状態を生成するように適応される、
    ことを特徴とする照明システム。
23. 前記マイクロレンズアレイ（２０）は、フレネル帯域ＤＯＥであることを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の照明システム。
24. 前記マイクロレンズアレイ（２０）は、前記偏光解消素子（１０）の下流の前記光伝播方向内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の照明システム。
25. 前記偏光解消素子（１０、５００〜９００）上に入射する前記偏光光は、直線偏光光であることを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の照明システム。
26. 照明システムと、
    投影対物系と、
    を含み、
    前記照明システムは、請求項１から請求項２５のいずれか１項に従って設計される、
    ことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
27. 微細構造素子のマイクロリソグラフィ製造の方法であって、
    感光材料の層が少なくとも部分的に付加された基板を準備する段階と、
    再現される構造を有するマスクを準備する段階と、
    請求項２６に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置を準備する段階と、
    前記投影露光装置を用いて前記マスクの少なくとも一部を前記層のある一定の領域上に投影する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
28. 請求項２７に記載の方法によって製造された微細構造素子。

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