JP5510987B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置に関する。
マイクロリソグラフィは、例えば集積回路又はLCDなどの微細構造構成要素の製造に利用される。マイクロリソグラフィ・プロセスは、照明系と投影対物レンズとを持つ投影露光装置と呼ばれるもので実行される。この照明系を用いて照射されたマスク(=レチクル)の像が、この場合、上記投影対物レンズを用いて基板(例えば、シリコン・ウェーハ)上に投影される。この基板は、感光層(フォトレジスト)で覆われており、かつ、その投影対物レンズの像面内に配置されて、そのマスク構造物を、この基板の感光塗膜上に転写する。
上記照明系にも、例えば、定められた偏光分布を与えるか、あるいは、特に、偏光分布を操作するために、上記対物レンズにリターデイション素子が使用されることが多い。その点において、例として、例えば、ラムダ/2(1/2波長)板を使用するか、あるいは、固有に、又は自然に複屈折の材料でできた1つ又は複数のレンズのリターデイションに起因する偏光分布の不要な外乱を特に補償することがある。「リターデイション(retardation)」という用語は、直交する(互いに垂直な)2つの偏光状態の光路差を表すために使用される。
その点において、このようなリターデイション装置を利用に対して、現在及び将来の投影露光装置には、それぞれのリターデイション素子によって生成されるリターデイション分布の均等性に関して増し続ける厳しさが要求される。しかしながら、公知の複屈折リターデイション装置にかかわる一問題は、生成されるリターデイション分布が、現在、その複屈折材料中の電磁放射線のそれぞれの伝搬方向に依存していることである。生成されるリターデイション分布に及ぼす上記電磁放射線の伝搬方向又は入射角の影響は、一般に、この複屈折材料の厚さが増すとともに大きくなるから、「ゼロ次(zero-order)」リターデイション素子と呼ばれるものが使用されることが多い。しかしながら、これは、製造技術の点から、また次に観測されることになっている一般に数ミクロンという小さな部品厚さに関して、諸問題に結びつけられる。
特許文献1は、とりわけ、例えば偏光測定データに基づいて修正変更される偏光マニピュレータ装置を用いて、偏光状態を所望の偏光状態に合わせる投影露光装置における方法を開示している。
特許文献2と特許文献3は、とりわけ、ビーム伝搬方向が<110>結晶方向に平行であるアルカリ土類金属フッ化結晶材料(特に、フッ化カルシウム(CaF2)又はフッ化バリウム)から作られるリターデイション素子を開示している。
特許文献4は、複屈折作用を持つ透過型光学素子と、その透過型光学素子の製造用のプロセスを開示しており、そこでは、所定期間の間、応力複屈折性(stress-birefringent properties)を持つ粗い光学素子の少なくとも1つの所定領域に作用した後で、生成される結果は、継続する作用なしに持続する変化が、その光学材料の内部応力分布に起こることである。
特許文献5は、光学的に正の結晶材料と光学的に負の結晶材料が互いに組み合わされている複数の平面板から成る複合リターデイション板を開示している。
米国特許出願公開第2005/0146704A1号 米国特許出願公開第2004/0218271A1号 国際公開第2004/063777A1号 独国特許出願公開第10312003A1号 米国特許第2,607,272号
本発明の目的は、複屈折リターデイション装置が比較的に大きい部品厚さを持つときでも、電磁放射線の入射角又は伝搬方向に応じて、その複屈折リターデイション装置で生成されるリターデイションの不要変化を減らすか、又は避けることのできる上記複屈折リターデイション装置を持つマイクロリソグラフィ投影露光装置を提供することである。
本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置は、
・第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメントと、
・第2の光学結晶軸を持ち、また、上記第1のサブエレメントの前又は後に、少なくとも1つのリターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメントと、
を含み、
上記第1の光学結晶軸と上記第2の光学結晶軸がそれぞれ、上記光学系軸線に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、あるいは、互いに90°±5°の角度をなして配置されているような上記リターデイション素子を有する少なくとも1つの複屈折リターデイション装置を持っている。
光学的に正の一軸性の結晶材料(同様に:光学的に正の性格を持つ複屈折材料)という用語は、本明細書では、異常屈折率neが正常屈折率noよりも大きい光学的に一軸性の結晶材料を表すために、使用される。同様に、光学的に負の一軸性の結晶材料(同様に:光学的に負の性格を持つ複屈折材料)という用語は、異常屈折率neが正常屈折率noよりも小さい光学的に一軸性の結晶材料を表すために、使用される。
上記リターデイション素子の素子軸線という用語は、上記リターデイション素子の回転対称構成が本発明の一実施形態により与えられる場合に、その対称軸、さらに、又は一般に、このリターデイション素子の動作時に光伝搬方向に向く軸線を表すために使用される。それゆえ、その軸線に沿って、上記リターデイション素子が、その方向に生成されるリターデイションに関して設計される。
本発明により特に適し、また、250nmよりも短いマイクロリソグラフィの代表的な動作波長に対して、充分に透過的である光学的に正の材料は、例えば、結晶質石英(Si2)とフッ化マグネシウム(MgF2)である。本発明により特に適した光学的に負の材料は、例えば、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)である。
本発明は、反対の光学的性格を持つ光学的に一軸性の結晶材料(すなわち、光学的に正の一軸性の結晶材料と光学的に負の一軸性の結晶材料)を、それらの結晶材料中のそれぞれの光学結晶軸の本発明による向きにおいて組み合わせると、そのときに発生する反対の効果の結果として、この生成されるリターデイションの、その電磁放射線の入射角又は伝搬方向への依存性を大幅に減らすことができるという認識に基づいている。
その点において、リターデイションの角度依存性を減らす本発明による効果は、これらのサブエレメントの両側にて、光学結晶軸の互いに垂直な向きでも、さらに、これらの光学結晶軸の互いに平行な向きの場合でも、達成できる。本発明により、これらの光学結晶軸の互いに垂直な向きの場合には、後でさらに詳しく説明される通り、そのリターデイションは、その場合、これらの光学結晶軸の一方のサブエレメントにおいて、このリターデイション装置の傾斜角αが大きくなるにつれて連続的に減少するが、しかるに、他方のサブエレメントにおいて、そのリターデイションは、傾斜角αが大きくなるにつれて連続的に増大して、その結果、このリターデイション装置の傾斜角に応じたリターデイションの変化がより小さくなるという意味で補償効果が達成されることになるという事実が利用される。
これらの結晶軸の互いに平行な向きの場合に、本発明は、このリターデイション装置を傾斜させると、光学的に反対の性格を持つ2つの結晶材料の異なる屈折率に基づいて、その入射光ビームが、大きい方の平均屈折率を含むサブエレメントを、その垂直面に対して、小さい方の平均屈折率を含むサブエレメントよりも小さい角度で(すなわち、光が垂直方向に通り抜ける所に「さらに近づく」位置にて)なお通り抜けるという事実を利用している。その結果、このリターデイション装置の傾斜が大きくなるにつれて(すなわち、このリターデイション装置への電磁放射線の入射角が大きくなるにつれて)、上記小さい方の平均屈折率を含む結晶材料は、事実上、さらに大きい角度依存性を呈し、次に、これらの2つの側での部品厚さの適切な選択に基づいて、小さい方の平均屈折率の結晶材料を含むサブエレメントには、大きい方の平均屈折率の結晶材料と比較して、より大きいリターデイション(すなわち、ラムダ/2板の場合にλ/2の総合リターデイションを達成するために、例えば、石英のサブエレメントでは1*λの大きさに換算したリターデイション、また、サファイアのサブエレメントでは1.5*λの大きさに換算したリターデイション)が設定される限りでは、所望の補償効果という意味において、上記角度依存性を利用できる。これら2つの部品の光学的に反対の性格とともに、そのことから、これも後でさらに詳しく説明される通り、或る部品厚さまで、このリターデイション装置の傾斜角に応じたリターデイションの変化がさらに小さいという意味で、補償効果を達成することも可能になる(さらに具体的に言えば、弱い方の屈折力を持つ結晶材料において、角度依存性がさらに大きくなっても、強い方の屈折力を持つ結晶材料において、その角度依存性が過剰補償されない限り)。
本発明の利点は、リターデイション装置における電磁放射線の入射角又は伝搬方向に応じて、生成されるリターデイションの変化が減らされる結果として、光学的に一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(すなわちゼロ次より高次のリターデイション素子)に関して、さらに大きい部品厚さを使用することも可能であり、しかも、そのリターデイションに関しては、角度依存性が依然として受け入れられ、したがって、小さな部品厚さに結びつけられる製造技術の問題が回避される。
上述の0°±5°と90°±5°の基準はそれぞれ、それぞれの軸線間又は方向間のそれぞれ平行な向きと垂直な向きからの一定の偏差が、なおも可能であるか、あるいは、本発明に含まれると見なされるという要点を表している。
本発明の一実施態様によれば、このリターデイション素子は、その素子軸線に対して回転対称構成である。特に、この素子軸線は、その光学系軸線と同一であるか、あるいは、その光学系軸線と平行である。
本発明の一実施態様によれば、上記第1のサブエレメント及び/又は上記第2のサブエレメントは、その光学系軸線に対して直角方向に変化する厚さのプロファイルを持っている。このような厚さのプロファイルの形成が部品厚さの減少とともにますます問題となってくるので、これらのサブエレメントのさらに大きい部品厚さが本発明により可能となり、それにもかかわらず、生成されるリターデイションに関しては、角度依存性がさらに低くなり、そのことが、後でさらに詳しく説明される通り、本明細書では特に有利である。
本発明はさらに、
・第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメントと、
・第2の光学結晶軸を持ち、また、上記第1のサブエレメントの前又は後に、少なくとも1つのリターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメントと、
を持ち、
上記第1の光学結晶軸と上記第2の光学結晶軸がそれぞれ、上記光学系軸線に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、あるいは、互いに90°±5°の角度をなして配置され、また、
上記第1のサブエレメント及び/又は上記第2のサブエレメントが、その光学系軸線に対して直角方向に変化する厚さのプロファイルを持っているような上記リターデイション素子を含む複屈折リターデイション装置にも関わっている。
この態様により、光学的に正の結晶材料でできたサブエレメントと光学的に負の結晶材料でできたサブエレメントを、本発明により、これらの結晶軸の適切な向きを選択して組み合わせることは、変動しうる厚さのプロファイルを含むこれらのサブエレメントの少なくとも1つを提供して、有利に組み合わされる。このような厚さのプロファイルの形成が、部品厚さの減少とともに、製造技術の観点からさらに困難となるので、充分な角度受入れで(すなわち、この生成されるリターデイションに関して、角度依存性が低い)、比較的に大きい部品厚ささえも可能にする本発明による上述の着想は、本明細書では特に有利である。したがって、所望の(例えば、非球面の)厚さのプロファイルは、充分に確立された技術を使用して、それぞれのサブエレメントに組み入れられることもある。その点において、所望の(比較的に高い)レベルの角度受入れは、例えば、光学的に反対の性格を持つサブエレメントを追加して材料を除去することで、厚さを減らす代わりに、本発明により、達成される。
本発明はさらに、
・第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメントと、
・第2の光学結晶軸を持ち、また、上記第1のサブエレメントの前又は後に、少なくとも1つのリターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメントと、
を持ち、
上記第1の光学結晶軸と上記第2の光学結晶軸がそれぞれ、上記光学系軸線に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、あるいは、互いに90°±5°の角度をなして配置され、また、
上記光学的に負の一軸性の結晶材料が、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)とを含むグループから選択されるような上記リターデイション素子を含む複屈折リターデイション装置にも関わっている。
本発明はさらに、
・第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメントと、
・第2の光学結晶軸を持ち、また、上記第1のサブエレメントの前又は後に、少なくとも1つのリターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメントと、
を持ち、
上記第1の光学結晶軸と上記第2の光学結晶軸がそれぞれ、上記光学系軸線に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、あるいは、互いに90°±5°の角度をなして配置され、また、
上記光学的に正の一軸性の結晶材料がフッ化マグネシウム(MgF2)を含むような上記リターデイション素子を含む複屈折リターデイション装置にも関わっている。
本発明はさらに、微細構造構成要素のマイクロリソグラフィ製造(microlithographic production)用のプロセス、及び微細構造構成要素にも関わっている。
本発明のさらに他の構成は、以下の説明及び併記の特許請求の範囲にも記載されることになっている。
本発明は、以下の添付図面に示される例示として、実施形態を用いて、後でさらに詳しく説明される。
図1a、図1b及び図2a、図2bを参照して、まず最初に、リターデイション素子が、例えば結晶質石英などの光学的に一軸性の結晶材料でできた平面平行板10の形式を取っている場合に、生成されるリターデイションに関して、入射光ビームSの方向に対する上記平面平行板の傾斜角に見出される依存性を述べる。その点において、この光学的に一軸性の結晶材料の光学結晶軸caは、図1a、図1bでも、また図2a、図2bでも、平面平行板10の平面内にある。
図1a、図1bは、平面平行板10が、垂直な光入射を持つ位置からスタートして(図1a)、光学結晶軸caに垂直な平面内で傾斜が行われるように(図1b)、すなわち、光学結晶軸caと平行な向きにある回転軸線を中心として、角度αだけ傾斜されるような状況を考慮に入れている。この傾斜は、以下において、状況1とも呼ばれる。
この場合に、下にφSで特定されるリターデイションは、次式により与えられる。
Figure 0005510987
その場合に、この屈折率の差ne−noは、様々な傾斜角αでも一定にとどまる。そこでは、傾斜角αが大きくなるにつれて、平面平行板10中で光ビームSによりカバーされる幾何学的距離、したがって、その結果得られるリターデイションも大きくなる。
図2a、図2bは、平面平行板10が、垂直な光入射を含む位置からスタートして(図2a)、光学結晶軸caに対して平行であるか、又は共面である平面内で傾斜が行われるように、すなわち、光学結晶軸caに対して垂直向きにある回転軸線を中心として、角度αだけ傾斜されるような状況を考慮に入れている。この傾斜は、以下において、状況2とも呼ばれる。
この場合に、下にφDで特定されるリターデイションは、次式により与えられる。
Figure 0005510987
その場合に、傾斜角αが大きくなるにつれて、この屈折率の差ne−noが連続的に小さくなり、また、平面平行板10中で光ビームSによりカバーされる幾何学的距離が増す。しかしながら、最後に挙げた効果は、傾斜角αが大きくなるにつれて屈折率の差が小さくなることを完全には補償しないことを意味するから、両方の効果を考慮して総体的に発生するリターデイションは、傾斜角αが大きくなるにつれて、連続的に小さくなる。
平面平行板10が、垂直な光入射を含む位置からスタートして(図1a、図2a)角度αだけ傾斜されるが、その傾斜が、光学結晶軸caと平行な平面内でも、また、光学結晶軸caに垂直な平面内でもないような一般的な状況では、φで特定されるリターデイションは、次式により与えられる。
Figure 0005510987
式中、αは傾斜角を表し、また、θは、光伝搬方向又は光学系軸線OA(z軸)に垂直な平面(xy平面)内に配置された所定の基準軸(例えば、x軸)と関係があるこの結晶軸の向きの方位角を表している。
この点において、この方位角θの値=0は、図1bに示される状況1に対応している。それゆえ、図1bでは、光学結晶軸caに垂直な平面内で傾斜が発生する。図3の唯一の略示グラフ表現により、図1a、図1bに示される傾斜と、図2a、図2bに示される2つの極端な傾斜の間で、傾斜角αの変化に対してリターデイションφが一定にとどまるような傾斜方向(すなわち、傾斜に関して方位角)が存在する。本発明は、後でさらに詳しく説明されるように、その効果を働かせる。
表1aと表1bは、上述の式(3)の結果として、λ≒193.304nmの動作波長にて、結晶質石英のラムダ/2板(no≒1.660455、ne≒1.673963)に対して、様々な傾斜角αで、リターデイションが変化することを示している。また、表1aは、ゼロ次のラムダ/2板用に用いられる(すなわち、ゼロ次のラムダ/2板で起こされるリターデイションは、厳密にはλ/2であって、約7.1552μmの板の厚さに対応する)。また、表1bは、1次の板に用いられる(すなわち、光が1次の板を垂直方向に通り抜ける場合に、その1次の板で生成されるリターデイションは、厳密にλ+λ/2であって、約21.4655μmの板の厚さに対応する)。
Figure 0005510987
したがって、このリターデイションは、傾斜方向によっても、また、傾斜角によっても、かなり広い範囲で(すなわち、上に指定された傾斜角値では、約25%以下だけ)、変化する。
上述の問題を解決するために、図4は、本発明の第1の実施形態によれば、複屈折リターデイション装置400のだいたいの構造を示しており、そこでは、ラムダ/2板が、複屈折リターデイション装置400により具現されている。
複屈折リターデイション装置400は、光学的に等方性の結晶質石英でできたキャリヤ(支持体)410上に、光学的に正の一軸性の複屈折結晶材料(すなわち、ne−no>0)の平面板の形式を取る第1のリターデイション素子420と、この第1のリターデイション素子420上に、光学的に負の一軸性の複屈折結晶材料(すなわち、ne−no<0)のさらに他の平面板の形式を取る第2のリターデイション素子430とを含み、しかも、これらのリターデイション素子は、素子軸線EAに沿って次々に配置されており、また、この例示された実施形態によれば、互いにじかに接触している(本発明は、それに限定されることはない)。第1のリターデイション素子420中の光学結晶軸と第2のリターデイション素子430中の光学結晶軸はそれぞれ、ca−1とca−2で表されている。これら2つの光学結晶軸(ca−1とca−2)の向きはそれぞれ、これらの平面板の平面内に配置されており、かつ、90°の角度で互いに交差している。本発明により特に適切な光学的に正の材料は、結晶質石英(Si2)とフッ化マグネシウム(MgF2)である。本発明により特に適切な光学的に負の材料は、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)である。図4に示される構造の第1の実施形態用の正確なデータは、表2に指定されている。
Figure 0005510987
表3は、角度依存関係における表1の実施形態について、さらに具体的に言えば、上に定められた状況1についても、また、上に定められた状況2についても、リターデイションの値を述べている。
Figure 0005510987
図4及び表2の実施形態において、表3からわかるように、このリターデイションは、図1と図2を参照して述べられた状況と比較して、傾斜方向(すなわち、方位角θ)によっても、また、傾斜角によっても、非常にわずかにだけ(さらに具体的に言えば、上に指定された傾斜角値のみでは、約0.28%以下だけ)変化し、この点において、傾斜角α=20°の場合でも、状況1と状況2との差がゼロになっている。
その結果、リターデイション素子420とリターデイション素子430の厚さも、いわゆるゼロ次素子のそれぞれの厚さよりも、大きくなることもある。さらに、その点において、表5からわかるように、傾斜方向と傾斜角に応じて、許容できるリターデイション変化が認められる。表5は、表3と同様に、1次板に対するリターデイションの値(すなわち、このリターデイション装置で生成されるリターデイションは、光がこのリターデイション装置を垂直方向に通り抜ける場合に、厳密にλ/2+λである)を提示している。その場合、このリターデイション装置の正確なデータは、表4に示されている。
Figure 0005510987
Figure 0005510987
傾斜方向に応じたリターデイション変化も、また、傾斜角に応じたリターデイション変化も、図1と図2を参照して述べられた状況と比較して、この1次リターデイション装置に対しても非常にわずかであって、上に指定された傾斜角値では、最大で0.86%である。
表6と表7は、同様に、中間の角度範囲(20°の傾斜角まで)に対して、10次リターデイション装置のさらに他の実施形態も示している(すなわち、光がこのリターデイション装置を垂直方向に通り抜ける場合に、このリターデイション装置で生成されるリターデイションは、厳密にλ/2+10*λ/2である)。
Figure 0005510987
Figure 0005510987
傾斜方向に応じたリターデイション変化も、また、傾斜角に応じたリターデイション変化も、図1と図2を参照して述べられた状況と比較して、この中間の角度範囲に対して、なお非常にわずかであって、上に指定された傾斜角値では、最大で0.34%である。
全体として、上述の実施形態は、本発明による高次のリターデイション装置では、傾斜角と傾斜方向に応じたリターデイションの変化が、図1と図2に示されるように個別の板から成る従来のリターデイション装置を用いる対応するリターデイション変化よりも大幅に小さいことを示している。
このリターデイション装置の次数がさらに大きくなると、温度感受性(すなわち、温度の変化とともに、リターデイションの変化が大きくなる)が高まり、例えば、上述の10次のリターデイション装置の例では、温度によるリターデイション変化は、1°Cの温度変化で約0.4nmである。リソグラフィのために、投影対物レンズを比較的に適切に温度制御できることを考慮に入れる場合には、一方では、ともなう問題ができるだけ少ない製造と、他方では、リターデイションに関して、なお低い温度依存性(1°Cの温度変化で約0.12nm〜0.24nm)との間の関係のように、例えば次数K=5(すなわち、光がこのリターデイション装置を垂直方向に通り抜ける場合に、このリターデイション装置で生成されるリターデイションは、厳密にλ/2+5*λ/2である)に対して、適切な妥協点が得られる。この点において、この傾斜方向の変化は、特に自由に選択できる角度でも、ゼロになることもある。
図5は、本発明のさらに他の実施形態による複屈折リターデイション装置500のだいたいの構造を示しており、さらに、ラムダ/2板が、複屈折リターデイション装置500により具現されている。
複屈折リターデイション装置500は、この場合も、光学的に等方性の石英ガラスでできたキャリヤ(支持体)510上に、光学的に正の一軸性の複屈折結晶材料(すなわち、ne−no>0)の平面板の形式を取る第1のリターデイション素子520と、この第1のリターデイション素子520上に、光学的に負の一軸性の複屈折結晶材料(すなわち、ne−no<0)のさらに他の平面板の形式を取る第2のリターデイション素子530とを含む。第1のリターデイション素子520中の光学結晶軸と第2のリターデイション素子530中の光学結晶軸はそれぞれ、ca−1とca−2で表されている。これらの光学結晶軸(ca−1とca−2)の向きはそれぞれ、この平面板の平面内に配置されており、かつ、互いに平行な関係で向けられている。適切な光学的に正の一軸性の材料は、この場合も、結晶質石英(Si2)とフッ化マグネシウム(MgF2)である。適切な光学的に負の一軸性の材料は、この場合も、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)である。図5に示される構造を含む実施形態用の正確なデータは、表8に指定されている。
Figure 0005510987
Figure 0005510987
傾斜方向に応じたリターデイション変化も、また、傾斜角に応じたリターデイション変化も、図1と図2を参照して述べられた状況と比較して、非常にわずかであって、上に指定された傾斜角値では、最大で1.56%である。
図5、及び表8と表9に示される実施形態では、サファイアと比較して小さい石英結晶体の(平均)屈折率が使用され、その点において、このことから、リターデイションに関して傾斜角への依存性が、例えば20°の傾斜角の場合よりも大きくなり、また、その入射光ビームは、垂直面に対して、その石英のサブエレメントよりも小さい角度で(すなわち、光が垂直方向に通り抜ける所に「さらに近づく」位置にて)、このサファイアのサブエレメントを通り抜ける。
これら2つの側での部品厚さの適切な選択に基づいて、大きい方の平均屈折率を持つサブエレメントに大きい方のリターデイション(すなわち、例えば、石英のサブエレメントでは1*λの大きさに換算したリターデイション、また、サファイアのサブエレメントでは1.5*λの大きさに換算したリターデイション)が設定される。次に、これら2つの部品の光学的に反対の性格とともに、リターデイション装置500の傾斜角に応じた総合装置のリターデイションの変化がさらに小さいという意味で、補償効果を達成することができる。
しかしながら、リターデイションの角度依存性に関して図5の実施形態に適用される補償原理(すなわち、これらのサブエレメント中の光学結晶軸の平行な向きで)は、厚さが増すとともに、石英結晶体の角度依存性がサファイアの角度依存性を過剰補償するので、これらのサブエレメントの選択された厚さに限定される。好ましくは、ここで、これら2つのサブエレメントの厚さは、大きい方の屈折率を含むサブエレメントに、大きい方のリターデイションが生成されるように選択される。その場合、傾斜角α=40°に対して、以下で表10と表11の例からわかるように、所与の傾斜角に対して、2つの極端な傾斜方向(すなわち、上に定められた状況1と状況2)の差をゼロにすることが可能である。これと対照的に、表12は、光学的に反対の性格を持つ2つのサブエレメントを含み、またラムダ/2板としての総合効果を持ち、さらに、個々のサブエレメントに関して40°の傾斜角に最適化された値を超えてリターデイションを大きくするリターデイション装置では、状況1のリターデイションと状況2のリターデイションとの差が連続的に大きくなることを示している。
Figure 0005510987
Figure 0005510987
Figure 0005510987
状況1用の総合リターデイションと、状況2用の総合リターデイションとの差は、このリターデイション装置の個々のサブエレメントの厚さが増すにつれて大きくなるが、そのような差が、図6中のグラフにも示されている。図6では、サファイアのサブエレメント530に関して5*λ+0.5λのリターデイション(石英のサブエレメント520としては5*λのリターデイションに対応する)までの範囲Aが表示されていて、この場合も、一方では、ともなう問題ができるだけ少ない製造と、他方では、傾斜方向と傾斜角とともにリターデイションのなお許容できる変化、及び、なお低いレベルの温度依存性との間で適切な妥協点を表している。
図7を参照して、3つ以上の個々のサブエレメント(図示される実施形態では、4つのサブエレメント)から成るリターデイション装置のさらに他の実施形態を後で述べる。これらの実施形態はそれぞれ、反対の光学的性格を持つ光学的に一軸性の結晶材料を含む平面板の形式をそれぞれが取っている第1の対のサブエレメントと第2の対のサブエレメントを持ち、しかも、1つの対に関係するサブエレメントの光学結晶軸はそれぞれ、この平面板の平面内で向けられ、また互いに垂直な関係にある。その場合、これらのサブエレメントにより共同で生成されるリターデイションが動作波長の整数倍(例えば、5*λ)であるように、第1の対のサブエレメントの厚さを選択する。すなわち、これらの厚さが、高次(例えば、5次)の「空板(empty plate)」(すなわち、光が垂直方向に板を通り抜ける場合に、偏光中立的である板)を形成する。これらのサブエレメントにより共同で生成されるリターデイションが動作波長の2分の1の奇数倍(例えば、5*λ+λ/2=11/2*λ)であるように、第2の対のサブエレメントの厚さを選択する。すなわち、これらの厚さが、高次(例えば、5次)の「ラムダ/2板」を形成する。ラムダ/2のリターデイションはそれぞれの場合に、本明細書では、例示としてのみ示されており、また、そのとき、全体的にこれらのサブエレメントにより生成されるリターデイションが、4分の1動作波長の奇数倍(すなわち、例えば5*λ+λ/4=21/4*λ)であるように、第2の対のサブエレメントの厚さを選択する限りにおいて、例えばラムダ/4のように、結果として得られる別の所望のリターデイションを設定することも可能であることが理解されよう。状況1と状況2における総合装置のリターデイションが同一であるように、このリターデイション装置を、所定の角度向けに設計できる。その点において、同時に、このリターデイション装置の温度感受性(すなわち、温度の変化とともに、リターデイションが変わる)は、ゼロ次のリターデイション素子の場合と同じくらい低い。特定の実施形態は、例示として、表13と表14に記述される。
Figure 0005510987
Figure 0005510987
高次のリターデイション装置の前述例では、光学結晶軸の向きは、高精度で(例えば、ゼロ次のリターデイション素子に対して)、この板の平面内にあることに留意されたい。
本発明は、前述の実施形態に示される平面板を持つリターデイション装置には限定されない。もっと適切に言えば、光学的に反対の性格を持つ光学的に一軸性の結晶材料を含むサブエレメントと、光学結晶軸の互いに垂直な(「交差した」)向きか、互いに平行な向きのいずれかを組み合わせるという本発明による原理はまた、例えば米国特許第6,252,712 B1号からの偏光影響型光学素子(polarisation-influencing optical element)として知られているように、その横断面にわたって変化する厚さのプロファイルを含むリターデイション装置に適用されることもある。この種の偏光影響型光学素子は、例えば、投影対物レンズに存在する偏光分布の外乱を補償するために使用される。
ここで、投影対物レンズでは、光学系軸線の方向に変化する厚さのプロファイル(非常に誇張された形式で示されている)を持つ上記の偏光影響型光学素子は、偏光影響型光学素子800に対して図8に略示されるように、反対の光学的性格を持つ少なくとも2つのサブエレメントから成っている。偏光影響型光学素子800は、2つのサブエレメント(810と820)を含み、しかも、それらのサブエレメントの光学結晶軸は、それぞれca−1とca−2により特定され、また、それぞれ、この板の平面内で向けられて、90°の角度で互いに交差している。本発明により特に適切な光学的に正の材料は、結晶質石英(Si2)とフッ化マグネシウム(MgF2)である。本発明により特に適切な光学的に負の材料は、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)である。これらの部品寸法は、リソグラフィ対物レンズ(lithography objective)内のそれぞれの位置に応じて、したがって、例えば30mm〜300mmの範囲内のそれぞれの角度ローディング(angle loading)に応じても、かなり変化することもある。
図9は、図8と同様に、2つのサブエレメント(910と920)を含む偏光影響型光学素子900を示している。図9では、これらのサブエレメントは、例えば石英ガラスなどの光学的に等方性の材料でできたキャリヤ(支持体)要素930の互いに向かい合う側の表面上に配置されている。この石英ガラス・キャリヤの厚さは、例えば、それぞれの直径に応じて、ほぼ2mm〜20mmの範囲内で変化することもある。これらの結晶体の厚さ変化は、例えば0μm〜10μmの範囲内にある。
平面板の形式を取っているサブエレメントの構成とともに、上述のものと同様に、対向する光学キャリヤの光学的に一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(それぞれ、810、820、及び910、920)を、図8と図9に示されるように、本発明により組み合わせれば、傾斜方向へのリターデイションの依存性、さらに、傾斜角への依存性も大幅に減らすことができる。さらに、所定の角度ローディングのために平面板の形式を取っているサブエレメントの構成とともに述べられた表10と表11の実施形態と同様に、そのリターデイションも、その傾斜方向の影響を受けないこともある。さらに、方位角及び/又は傾斜角を介してのリターデイションの変化に関して、所望の構成を設定して、次に、このような効果を、光学系軸線に垂直な方向に、あるいは、この偏光影響型光学素子の光伝搬方向に垂直な横断面にわたって上述のように厚さ、リターデイションが変化することに起因する変化に、加えるようにすることも可能である。
図10は、それぞれが図9に対応する構造を持ち、また、それぞれ2つのサブエレメント(951aと951b、952aと952b、953aと953b)から成る3つの偏光影響型光学素子(951、952、953)でできている機構を略示しており、しかも、それぞれca−1とca−2で特定される光学結晶軸がそれぞれ、この板の平面内で向けられ、また、同一の偏光影響型光学素子(951、952、953)に関係するサブエレメントの光学結晶軸(ca−1とca−2)が、この場合も、それぞれ90°の角度にて互いに交差している。その場合、光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(953bと952b)では、光学結晶軸ca−2が互いに垂直な関係で向けられるが、一方、光学的に負の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(953aと952a)では、光学結晶軸ca−1が互いに垂直な関係で向けられるように、第3の偏光影響型光学素子(953)と第2の偏光影響型光学素子(952)を配置している。光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント951bでは、光学結晶軸ca−2が、サブエレメント(952bと953b)のそれぞれの光学結晶軸(ca−2)に対して、0°とは異なり、かつ90°とも異なる角度(一般に、90°の整数倍とは異なる角度)に向けられるように、第1の偏光影響型光学素子(951)を配置しており、また、光学的に負の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント951a中の光学結晶軸ca−1は、サブエレメント951bの光学結晶軸ca−2に垂直に配置される。図10の実施形態では、光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント951bでは、光学結晶軸ca−2は、x軸に対して、xy平面内で45°に向けられるが(z軸は、それぞれの素子軸線の方向に、あるいは光伝搬方向に延びている)、一方、光学的に負の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント951a中の光学結晶軸ca−1は、x軸に対してxy平面内で135°の角度に向けられる。
リターデイション装置950を用いて、偏光影響型光学素子(951、952、953)の個々の厚さのプロファイル(すなわち、それらのサブエレメント951aと951b、サブエレメント952aと952b、サブエレメント953aと953bの厚さのプロファイル)を適切に選択すれば、リターデイション装置950の傾斜角、又は通り抜ける光の入射角によっても、また、光学系軸線に垂直な方向に、あるいはこの偏光影響型光学素子の光伝搬方向に垂直な横断面にわたって、位置座標によっても、所望のどんなリターデイション変化も設定することが、基本的に可能となる。
平面板の形式を取っているサブエレメントに関連してすでに述べられた利点と同様に、リターデイションに関してなお許容できる角度依存性で、サブエレメント951〜サブエレメント953の厚さを、例えば50μm〜500μmの範囲内で大きくすることが、高次の偏光影響型光学素子を利用して、図10のリターデイション装置950で実施されることもある。
図10のリターデイション装置950の個々のサブエレメントは、直接に次々と続くものとして図10に示されているが、これらのサブエレメントは、好ましい実施形態により投影対物レンズで使用されるときには、図11に略示されるように、投影対物レンズにわたって分布するように配置されている。この投影対物レンズにわたって分布されたリターデイション装置107−109を用いれば、特に非対称像フィールドの場合に、追加の補正オプションを与えることが可能である。
図11は、マイクロリソグラフィ投影露光装置100の構造の略図を示している。マイクロリソグラフィ投影露光装置100は、照明装置101と投影対物レンズ102を持っており、また、光軸OAは、マイクロリソグラフィ投影露光装置100のレンズ機構(詳細には示されてない)により定められている。マスクホルダ104を用いてビーム経路中に固定されたマスク103が、照明装置101と投影対物レンズ102との間に配置されている。マスク103は、ミクロンからナノメートルまでの範囲内の構造を持っており、その像は、投影対物レンズ102を用いて、例えば4分の1又は5分の1に縮小して、像面IP上に形成される。基板ホルダ106により位置づけられる感光性基板105又はウェーハは、像面IP内に固定されている。像面IP又はウェーハにもっとも近い光学素子は、例えば、固有に複屈折の材料でできたレンズであることもある。そのレンズのIDBは、本発明によるリターデイション装置により補償される。
本発明が特定の実施形態を参照して述べられているが、多数の変形例及び代替実施形態は、例えば、個々の実施形態の特徴の組合せ及び/又は交換により、当業者には明らかとなろう。よって、このような変形例及び代替実施形態も、本発明に含まれ、また、本発明の範囲は、併記の特許請求の範囲、及びその同等物の意味においてのみ限定されることが当業者に理解されよう。
a:光が垂直方向に通り抜ける従来の複屈折リターデイション素子の略図である。 b:光が傾斜して通り抜ける従来の複屈折リターデイション素子の略図である。 a:光が垂直方向に通り抜ける従来の複屈折リターデイション素子の略図である。 b:光が傾斜して通り抜ける従来の複屈折リターデイション素子の略図である。 それぞれ図2で示されるリターデイション素子の傾斜角及び方位角(それぞれ、上に定められている)と、この光学結晶軸に応じて、このリターデイション素子によって生成されるリターデイションの構成を定量的に示す。 本発明によるリターデイション装置の実施形態の略図を示す。 本発明によるリターデイション装置の実施形態の略図を示す。 図5に示されるリターデイション装置の次数K及びそのリターデイション装置の傾斜角への総合リターデイションの依存性を明らかにするために、そのリターデイション装置に対し、また所定の傾斜角に対する略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 4つのサブエレメントを持つリターデイション装置のさらに他の好ましい実施形態の略図を示す。 様々な厚さのプロファイルのサブエレメントから成るリターデイション装置のさらに他の実施形態を示す。 様々な厚さのプロファイルのサブエレメントから成るリターデイション装置のさらに他の実施形態を示す。 様々な厚さのプロファイルのサブエレメントから成るリターデイション装置のさらに他の実施形態を示す。 本発明によるリターデイション装置が備えられているマイクロリソグラフィ投影露光装置の略図を示す。
符号の説明
107、108、109 複屈折リターデイション装置
400 リターデイション素子
410 キャリヤ(支持体)
420 第1のサブエレメント
430 第2のサブエレメント

Claims (19)

  1. 少なくとも1つのリターデイション素子(400、500、710〜760、800、900、950)を有する複屈折リターデイション装置(107〜109)を持っているマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、前記リターデイション素子が、
    第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメント(420、520、711、721、731、741、752、761、820、920、951b)と、
    第2の光学結晶軸を持ち、かつ、前記第1のサブエレメントの前又は後に、前記リターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメント(430、530、712、723、733、743、751、762、810、910、951a)と、
    を含み、
    前記第1の光学結晶軸と前記第2の光学結晶軸がそれぞれ、前記光学系軸線(OA)に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、又は、互いに90°±5°の角度をなして配置され、
    前記第1のサブエレメント及び前記第2のサブエレメントの厚さは、所与の傾斜角に対して、大きい方の屈折率を含むサブエレメントに、大きい方のリターデイションが生成されるように選択されてい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。
  2. 前記第1のサブエレメント(420、520、711、721、731、741、752、761)と、前記第2のサブエレメント(430、530、712、723、733、743、751、762)が、実質的に平面板の形であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  3. 前記第1のサブエレメント(820、920、951b)及び/又は前記第2のサブエレメント(810、910、951a)が、前記光学系軸線に対して直角方向に変化する厚さのプロファイルを持っていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  4. 前記リターデイション素子(400、500、710〜760、800、900、950)が、前記素子軸線に対して回転対称構成のものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  5. 前記素子軸線が前記光学系軸線(OA)と平行であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  6. 前記第1のサブエレメント(420、520、920、951b)及び/又は前記第2のサブエレメント(430、530、910、951a)が、光学的に等方性の材料でできたキャリヤ(支持体)要素(410、510、930,951c)上に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  7. 所定の動作波長の光が前記光学系軸線と平行な関係で通り抜ける場合に、前記リターデイション装置が、R=R0+K*λ(式中、Kは少なくとも3であり、好ましくは少なくとも5である)のリターデイションを生成することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  8. 第1の結晶軸と第2の結晶軸の互いに平行な配置では、これら2つのサブエレメントの一方(530)の結晶材料が、他方のサブエレメント(520)の結晶材料よりも大きい平均屈折率を持ち、光が前記素子軸線に沿って前記リターデイション素子(500)を通り抜ける場合に、他のサブエレメント(520)よりも大きいリターデイションが生成されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  9. 光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(952b、953b)の光学結晶軸がそれぞれ互いに垂直な関係で向けられ、また、光学的に負の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(952a、953a)の光学結晶軸がそれぞれ互いに垂直な関係で向けられるように相対的に配置された少なくとも2つのこのようなリターデイション素子(952、953)を前記リターデイション装置が持っていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  10. 前記第3のリターデイション素子(953)の光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(951b)において、前記光学結晶軸が、前記第1のリターデイション素子(951)及び前記第2のリターデイション素子(952)中の光学的に正の一軸性の結晶材料でできたサブエレメント(951b、952b)のそれぞれの光学結晶軸に対して90°の整数倍とは異なる角度に向けられるように、前記第1のリターデイション素子(951)及び前記第2のリターデイション素子(952)に対して配置された少なくとも1つの第3のリターデイション素子(953)を前記リターデイション装置が持っていることを特徴とする請求項9に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  11. 前記リターデイション素子(951〜953)が、前記光学系軸線(OA)に沿って直接に続く関係で配置されることを特徴とする請求項9又は10に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  12. 前記次々と続くそれぞれのリターデイション素子が互いにじかに接触して配置されることを特徴とする請求項11に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  13. 前記光学的に正の一軸性の結晶材料が、結晶質石英(SiO2)とフッ化マグネシウム(MgF2)とを含むグループから選択されることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  14. 前記光学的に負の一軸性の結晶材料が、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)とを含むグループから選択されることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
  15. 少なくとも1つのリターデイション素子(400、500、710〜760、800、900、950)を含む複屈折リターデイション装置であって、前記リターデイション素子が、
    第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメント(820、920,951b)と、
    第2の光学結晶軸を持ち、また、前記第1のサブエレメントの前又は後に、前記リターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメント(810、910、951a)と、
    を持ち、
    前記第1の光学結晶軸と前記第2の光学結晶軸がそれぞれ、前記光学系軸線(OA)に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、又は、互いに90°±5°の角度をなして配置され、
    前記第1のサブエレメント(820、920、951b)及び/又は前記第2のサブエレメント(810、910、951a)が、前記光学系軸線(OA)に対して直角方向に変化する厚さのプロファイルを持ち、
    前記第1のサブエレメント及び前記第2のサブエレメントの厚さは、所与の傾斜角に対して、大きい方の屈折率を含むサブエレメントに、大きい方のリターデイションが生成されるように選択されることを特徴とする、複屈折リターデイション装置。
  16. 少なくとも1つのリターデイション素子(400、500、710〜760、800、900、950)を含む複屈折リターデイション装置であって、前記リターデイション素子が、
    第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメント(420、520、711、721、731、741、752、761、820、920、951b)と、
    第2の光学結晶軸を持ち、また、前記第1のサブエレメントの前又は後に、前記リターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメント(430、530、712、723、733、743、751、762、810、910、951a)と、
    を持ち、
    前記第1の光学結晶軸と前記第2の光学結晶軸がそれぞれ、前記光学系軸線(OA)に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、又は、互いに90°±5°の角度をなして配置され、また、
    前記光学的に負の一軸性の結晶材料が、サファイア(Al23)とフッ化ランタン(LaF3)とを含むグループから選択され、
    前記第1のサブエレメント及び前記第2のサブエレメントの厚さは、所与の傾斜角に対して、大きい方の屈折率を含むサブエレメントに、大きい方のリターデイションが生成されるように選択されることを特徴とする、複屈折リターデイション装置。
  17. 少なくとも1つのリターデイション素子(400、500、710〜760、800、900、950)を含む複屈折リターデイション装置であって、前記リターデイション素子が、
    第1の光学結晶軸を持つ光学的に正の一軸性の結晶材料でできた第1のサブエレメント(420、520、711、721、731、741、752、761、820、920、951b)と、
    第2の光学結晶軸を持ち、また、前記第1のサブエレメントの前又は後に、前記リターデイション素子の素子軸線に沿って配置されている光学的に負の一軸性の結晶材料でできた第2のサブエレメント(430、530、712、723、733、743、751、762、810、910、951a)と、
    を持ち、
    前記第1の光学結晶軸と前記第2の光学結晶軸がそれぞれ、前記光学系軸線(OA)に垂直な平面内に配置され、しかも、互いに0°±5°の角度をなして、又は、互いに90°±5°の角度をなして配置され、
    前記光学的に正の一軸性の結晶材料がフッ化マグネシウム(MgF2)を含み、
    前記第1のサブエレメント及び前記第2のサブエレメントの厚さは、所与の傾斜角に対して、大きい方の屈折率を含むサブエレメントに、大きい方のリターデイションが生成されるように選択されることを特徴とする、複屈折リターデイション装置。
  18. 照明装置(101)及び投影対物レンズ(102)を含み、また、前記照明装置(101)及び/又は前記投影対物レンズ(102)が、請求項15ないし17のいずれかに記載のリターデイション装置(107〜109)を持ってい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(100)。
  19. 感光材料でできている1層が少なくとも一部付けられている基板(105)を用意するステップと、
    複写される構成体を持つマスク(103)を用意するステップと、
    請求項1ないし14のいずれかに記載の、又は請求項18に記載の投影露光装置(100)を用意するステップと、
    前記投影露光装置(100)を用いて、前記層の1領域上に、前記マスク(103)の少なくとも一部として投影するステップと、
    を含むことを特徴とする、微細構造構成要素のマイクロリソグラフィ製造用のプロセス。
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