JP5635264B2 - 光学システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械 - Google Patents

光学システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械 Download PDF

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Description

本発明は、光学システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械に関する。特に、本発明は、望ましい偏光分布を与える上で高度な柔軟性を可能にする偏光制御光学配置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械に関する。
マイクロリソグラフィは、例えば、集積回路又はＬＣＤのような微細構造構成要素の製造に用いられる。マイクロリソグラフィ工程は、照明システム及び投影対物器械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。この場合には、照明システムを用いて照らされるマスク（＝レチクル）の像が、投影対物器械により、感光層（フォトレジスト）で被覆されて投影対物器械の像平面に配置された基板（例えば、シリコンウェーハ）上に投影され、それによってマスク構造が、基板上の感光コーティング上に転写される。
結像コントラストを最適化するために、照明システムにおける瞳平面及び／又はレチクル内で所定の偏光分布を具体的に設定するための様々な手法は公知である。
ＷＯ２００５／０６９０８１Ａ２は、光学活性結晶を含み、結晶の光軸の方向に変化する厚み分布を伴う偏光制御光学要素を開示している。
特に、ＷＯ２００６／０７７８４９Ａ１から、偏光状態の変換のために、入射する直線偏光光の偏光方向を可変調節可能な回転角で回転することができる複数の可変光学回転子要素を有する光学要素を照明システムの瞳平面内又はその近くに配置することは公知である。これらの回転子要素によって与えられる可変回転角又は偏光状態はまた、特に、例えば２つの異なるシステムを互いに適応させるために、偏光状態を測定するためのデバイスによって供給される測定結果に従っても調節される。
ＷＯ２００５／０３１４６７Ａ２は、投影露光装置において、複数の位置に配置することもでき、かつビーム経路内に導入することができる偏光制御光学要素の形態とすることができる１つ又はそれよりも多くの偏光マニピュレータデバイスを用いて偏光分布に影響を与えることを開示しており、これらの偏光制御要素の作用は、要素の位置、例えば、回転、偏芯、又は傾斜を変更することによって変更することができる。
ＷＯ２００５／０６９０８１Ａ２ ＷＯ２００６／０７７８４９Ａ１ ＷＯ２００５／０３１４６７Ａ２ ＷＯ０３／０７７０１１Ａ１
本発明の目的は、望ましい偏光分布をもたらす上で高度な柔軟性を有する光学システム、及び特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械を提供することである。
この目的は、独立請求項１の特徴によって達せられる。
本発明による光学システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械は、光学活性物質の少なくとも２つの偏光制御光学要素を有する少なくとも１つの偏光制御光学配置を含み、偏光制御要素のうちの少なくとも１つは回転可能に配置される。
本発明によると、光学活性物質の少なくとも２つの偏光制御光学要素が提供され、これらの偏光制御要素のうちの少なくとも１つが回転可能に配置されるということにより、光学システムにおける必要に応じた回転によってこれらの偏光制御光学要素を可変的に位置決めし、場合によってビーム経路内でこれらの要素の相互の重ね合わせを異なる程度に形成する可能性がもたらされ、それによって偏光分布の調節性に関して高レベルの柔軟性がもたらされる。これに関して、特に、入射光が両方の偏光制御光学要素を通過するか、これらの要素のうちの片方のみを通過するか、又はこれらの要素のいずれをも通過しないかということに依存して、これらの要素の重ね合わせによって与えられる、光学活性物質の全体的な厚みに依存する異なる全体回転効果を生成するために、単純に要素を回転することによってビーム経路内の２つの偏光制御光学要素の重畳領域を作成、回避、又は特に変更することができる。
本発明による配置の更に別の利点は（例えば、互いに対して変位可能な楔部材を有する構成との比較で）、実質的に瞳平面にわたって望ましい所定の偏光状態又は所定の偏光分布を得ることができるようにほぼ全体の瞳区域を用いることができる点である。
好ましい実施形態によると、上述の偏光制御要素の各々は、回転可能に配置される。特に、偏光制御要素は、互いに独立して回転可能に配置することができる。
好ましい実施形態によると、少なくとも２つの偏光制御光学要素の各々は、ここでもまた、好ましくは、これらの要素の各々が直線偏光光の偏光方向の９０°又はその奇数倍数の回転を引き起こすように選択された一定の厚みのものである。従って、この場合には、両方の偏光制御要素を通過する際に、偏光状態は１８０°回転される。この構成では、偏光制御要素のそれぞれの回転位置の変化は、一定の偏光方向を有する最初の直線偏光光から複数の異なる偏光分布を作り出すことを可能にし、これに関して瞳の個々の領域は、これらの領域の偏光方向に関して異なるように９０°回転するか（要素のうちの１つのみを通過する時）、又は変更せずに留めるか（両方の要素を通過し、又はいずれの要素も通過しない時）のいずれかとすることができる。
好ましい実施形態によると、偏光制御光学配置は、光学システムの瞳平面の少なくとも直近に配置される。
好ましい実施形態によると、偏光制御光学配置において少なくとも１つの中立位置が存在し、この中立位置では、少なくとも２つの偏光制御光学要素は、配置を通過する光の偏光状態を実質的に未変更のままに残す。これは、例えば、偏光状態において変化が望ましくない場合には、配置全体を光学システム内で常設的に留めることができるという利点を有する。
好ましい実施形態によると、偏光制御光学配置上に当たる直線偏光光の好ましい偏光方向が９０°回転されるこの配置に対する少なくとも１つの位置が存在する。これは、光学システムの２つの部分の間の偏光制御光学配置の作用によってそれぞれの部分において発生する（例えば、ミラーにおける反射現象の結果として）位相の急変の補償を実施するのに適する９０°遅延器としての設定を柔軟に選択することを可能にする。この場合には、第２の部分における位相の急変の総和が、第１の部分における同じものを正確に相殺するように、２つの互いに垂直な偏光状態は、９０°遅延器としての本発明による偏光制御光学配置の作用によって置換される。
好ましい実施形態によると、少なくとも２つの偏光制御光学要素は、光学システムのビーム経路内のこの要素の光学活性表面が、円の扇形、好ましくは、半円形の形状にあるそれぞれの幾何学形状のものであるように配置される。この場合に、ここでもまた、好ましくは、少なくとも２つの偏光制御光学要素は、これらの要素の光学活性表面が、これらの要素の少なくとも１つの回転位置において互いに補足し合い、円形表面全体を構成する（平面図において、又は投影面として）ように回転可能に配置される。偏光制御要素のそれぞれの光学活性表面の半円形幾何学形状の結果、これらの要素の適切な回転により、円の切片の形状にあり、互いに異なる偏光方向を有する幾何学形状領域を生成することが可能になる。これらの偏光分布は、最初に、第一近似において接線を成す偏光分布において、Ｘ方向に好ましい偏光方向を有する光成分と、Ｙ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とを含む「疑似接線」偏光分布と呼ばれる（「Ｘ−Ｙ偏光」とも呼ばれる）ものを含み、これらの２つの光成分は、特に、光ビーム断面内で占有するこれらの光成分の全体表面積、及び同じくこれらの光成分の強度の両方に関して対応するものとすることができる（ここではＸ軸及びＹ軸が、直交座標システムの互いに垂直な軸であり、Ｘ軸及びＹ軸に対して垂直なＺ軸は、光学システム軸又は光伝播方向に対して平行に延びると仮定する）。
一方では、生成することができる偏光分布はまた、上記に定めた分布に対して変更された垂直及び水平極の大きさを有する偏光分布を含むことができ、従って、これに関して、Ｘ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とＹ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とは、光ビーム断面内で占有するこれらの光成分の合計面積、及びこれらの光成分の強度それぞれに関して対応しない。言い換えれば、本発明による偏光制御光学配置は、偏光分布に関して光ビーム断面内に存在する区域の相対サイズ関係を一定の好ましい偏光方向を有しながら連続的に変更することができる偏光分布を作り出すことができる。
更に別の好ましい構成によると、偏光制御光学配置は、光学システム軸に対して垂直に配向された光学結晶軸を有する複屈折結晶材料の更に別の光学要素を有する。好ましくは、この更に別の光学要素は、光学システム軸回りに回転可能に配置される。更に、この更に別の光学要素は、好ましくは、ラムダ／４プレート又はラムダ／４プレート配置を有する。この更に別の光学要素は、好ましくは、偏光制御光学配置を通過する光ビームの中心部分領域内にのみ配置される。
この設計構成は、円偏光光又は更に有効に偏光されていない光が、瞳の中心領域（この領域のサイズは、更に別の光学要素の範囲に依存する）内に生成される偏光分布を生成することを可能にする。
これに関して、本発明は、円偏光状態が光学活性物質の固有状態を表すので、本発明による配置では、円偏光光が、偏光状態に関して影響を受けない条件で光学活性物質を通過するという事実を利用する。更に、上述の更に別の光学要素（ラムダ／４プレート）の回転により、この光学要素の光学結晶軸の配向を配置に当たる光の偏光方向に対して調節することができる、言い換えれば、ラムダ／４プレートは、それが線形入射偏光を円偏光へと変換する位置と、線形入射偏光を未変更のままに残す位置との間で変位することができる。
更に別の実施形態によると、上述の更に別の光学要素は、ラムダ／４プレートのマトリックス状又はチェス盤状配置を有することができる。この場合には、このマトリックス又はチェス盤状配置の個々の領域は、問題とするこれらの領域が、直線入射偏光をそれぞれ右回り円偏光光及び左回り円偏光光へと変換するように、互いに対して９０°だけ回転される光学結晶軸を有することができ、結像過程において構成要素を重ね合わせることにより、これらの偏光光から、瞳領域の中心領域内で非偏光光が再度設定される。
円偏光光が、円偏光状態としての偏光状態に関して影響を受けることなく光学活性物質を通過するという上述の一般的な原理の利用は、光学活性物質の固有状態が本発明による偏光制御配置に制限されず、他の配置又は光学システムにおいて一般的に実施することができることを表している。
更に別の態様によると、本発明は、更に、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し、照明システムにおいて異なる照明環境を設定することができ、少なくとも１つの光学要素の回転により、照明システム内に存在する偏光分布をそれぞれ設定された照明環境に適応させることができる。
この場合には、これらの照明環境は、生成される照明極のサイズ及び／又は形状によって異なるものとすることができ、この場合、偏光分布をこれらの照明極のサイズ及び／又は形状に連続的に適応させることができる。
好ましい実施形態によると、これらの照明環境のうちの少なくとも１つは、環状照明環境である。
好ましい実施形態によると、少なくとも１つの光学要素は、光学活性物質から作られる。
更に別の態様によると、本発明はまた、特に、上述の特徴を有する光学システム又は照明システムにおける少なくとも１つの照明極内で偏光分布を設定する方法に関し、偏光分布の設定は、少なくとも１つ光学要素の回転によって行われる。
更に別の態様によると、本発明はまた、光学活性物質の少なくとも１つの光学要素を含む光学システム、特に、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械に関し、この光学要素は、光学システムの作動において、それが円偏光光によって少なくとも領域別に照射されるように配置される。
更に別の態様によると、本発明はまた、光学システム、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械を作動させる方法に関し、このシステムは、光学活性物質の少なくとも１つの光学要素を有し、この光学システムは、円偏光光で少なくとも領域別に照射される。
本発明は、更に、マイクロリソグラフィ投影露光装置、微細構造構成要素のマイクロリソグラフィ生産の方法、及び微細構造構成要素に関する。
本発明の更に別の構成を本明細書及び特許請求の範囲に示す。
以下では、一例として添付図面に示す実施形態を用いて本発明をより詳細に説明する。
本発明によるマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムの構造の模式図である。 本発明による偏光制御光学配置の構造の模式的側面図である。 所定の入射偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図３ａ）に対して図２の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 更に別の実施形態における本発明による偏光制御光学配置の構造を示す模式的側面図である。 所定の入射偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図５ａ）に対して図４の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 所定の入射偏光分布（図５ａ）に対して図４の偏光制御光学要素の異なる回転位置によって得ることができる偏光分布を示す模式図である。 本発明による偏光制御光学配置の更に別の構成を示す模式図である。 更に別の実施形態における本発明による偏光制御光学配置の構造を示す模式図である。 更に別の実施形態における本発明による偏光制御光学配置を用いて生成することができる出射偏光分布を示す模式図である。 光学システムにおいて設定することができる異なる照明環境を示す模式図である。 光学システムにおいて設定することができる異なる照明環境を示す模式図である。 光学システムにおいて設定することができる異なる照明環境を示す模式図である。 光学システムにおいて設定することができる異なる照明環境を示す模式図である。 光学システムにおいて設定することができる異なる照明環境を示す模式図である。
図１は、本発明の実施形態によるマイクロリソグラフィ露光装置の照明システムの原理における構造を示す模式図である。
照明システム１は、例えば、１９３ｎｍの作業波長におけるＡｒＦレーザ、及び平行光ビームを発生させるビーム形成光学システムを含む光源ユニット（示していない）からの光による構造担持マスク（レチクル）２の照明のための役割を達成する。
例示している実施形態によると、光源ユニットの平行光ビームは、最初に、瞳平面Ｐ１内のそれぞれの回折表面構造によって定められる角放射特性によって望ましい強度分布（例えば、双極分布又は四重極分布）を生成する回折光学要素３（「瞳形成要素」とも呼ばれる）に当たる。図１の示しているように、光伝播方向に回折光学要素３の下流には、可変直径を有する平行光ビームを生成するズーム対物器械、及びａｘｉｃｏｎを有する光学ユニット４が配置される。ズーム対物器械をその上流に配置された回折光学要素３と共に用いて、それぞれのズーム位置及びａｘｉｃｏｎ要素の位置に依存して、異なる照明構成が瞳平面Ｐ１内に生成される。光学ユニット４は、更に方向変更ミラー４ａを含む。
この実施形態によると、偏光制御光学配置５は、瞳平面Ｐ１内に配置される。この配置は、以下に説明する偏光制御光学配置の構成のいずれかを含むことができる。
ビーム経路における光伝播方向に偏光制御光学配置５の下流には、混合光を生成するのに適するマイクロ光学素子をそれ自体公知の方式で有する光混合デバイス６が配置される。代替的に、光混合デバイスは、ハニカム集光器、又は例えば石英ガラス又は同じくフッ化カルシウム結晶のような作業波長の光に対して透過的な材料の棒状集積器を含むことができる。
光伝播方向光に混合デバイス６の後には、レンズ群７が続き、その下流にはレチクルマスクシステム（ＲＥＭＡ）を有する視野平面Ｆ１があり、光伝播方向に下流の位置にあるＲＥＭＡ対物器械８により、視野平面Ｆ２に配置された構造担持マスク（レチクル）２の上にこのレチクルマスクシステム（ＲＥＭＡ）の像が生成され、それによってレチクル２上の照明領域の範囲が定められる。構造担持マスク２は、投影対物器械（ここでは示していない）により、感光層が設けられたウェーハ又は基板上に結像される。
図２を参照すると、ここには偏光制御光学配置２００の簡単な模式的側面図が示されている。偏光制御光学配置２００は、共通回転軸（例示している実施形態では光学システム軸ＯＡと対応する）回りに互いに独立して回転可能に配置された第１の偏光制御光学要素２１０及び第２の偏光制御光学要素２２０を含む。この回転可能配置の実装は、例えば、光学要素２１０、２２０が各々光学使用区域を超えてそれぞれの範囲を含み、更にこれらの光学要素の光学的に用いられないそれぞれの領域内で、回転デバイス（好ましくは、作動可能な）を用いて回転することができる保持要素内に例えばクランプ締め又は接着によって保持することによって行うことができる。更に、別の実施形態によると、偏光制御光学要素２１０及び２２０の一方のみが回転可能に配置される。
２つの偏光制御光学要素２１０及び２２０は、各々、光学活性石英結晶から平面プレートの形態で製造され、それぞれの結晶材料の光学結晶軸は、上述の回転軸と（すなわち、例示している座標システムのｚ軸に対応する光学システム軸とも）平行関係に配向される。更に、例示している実施形態における偏光制御光学要素２１０、２２０は、各々、一定の厚みを有する平面プレートの形態にあり、厚みは、要素２１０、２２０が直線偏光光の偏光方向の９０°又はその奇数倍数の回転を生成するように選択される。１９３ｎｍの波長及び２１．６℃の温度において約３２３．１°／ｍｍの特定の回転機能αを有する光学活性合成石英結晶を用いる場合には、この条件は、偏光制御光学要素２１０、２２０の２７８．５μｍ又はその奇数倍数の厚みに対応する。比較目的で自然の石英に対して、例えば、Ｏa（自然石英）＝３２５．２±０．５°／ｍｍに関して光学活性を特定し、２０℃と２５℃の間の雰囲気温度において、ΔＯa／ΔＴ＝２．３７ｍｒａｄ／（ｍｍ℃）±０．１４ｍｒａｄ／（ｍｍ℃）の温度依存性を確認した。
基本的に必要に応じて選択することができる幾何学形状を有する（例えば、円形プレート又は矩形プレートの形態で）偏光制御光学要素２１０及び２２０は、偏光状態のビーム経路内でのこれらの要素２１０、２２０の各々の光学有効表面がそれぞれ半円形幾何学形状のものであるように、例示している実施形態に従ってビーム経路内で配置される。図３ｂ〜図３ｋの模式図では、要素２１０、２２０のそれぞれの光学有効表面を互いに異なるハッチングで示しており、個々の要素２１０、２２０のそれぞれの回転位置に依存して存在する重畳領域を対応するダブルハッチングによって区別している。またこれらの図は、要素２１０、２２０の作用によって光伝播方向に偏光制御光学配置２００の下流に設定される偏光分布をそれぞれの好ましい偏光方向を示す矢印の方向によってより具体的に示している。従って、実際の回転角をより明瞭に例示するために、ここではこれらの矢印を単方向矢印（双方向矢印ではなく）としてのみ示しているが、これに関して、例えば、１８０°の回転角による入射偏光の回転は、結局は偏光分布を未変更のままに残す。
それぞれ図３ｂ及び図３ｃに示している配置３１０及び配置３２０では、偏光制御要素２１０及び２２０は、互いに完全に重畳するように位置決めされる。従って、結果として、偏光制御光学配置２００の後に入射偏光（図３ａでＹ方向に向いている）に対して変更されない偏光方向を有するそれぞれ半円形領域３１１及び３２１が存在し、更にまた偏光方向が１８０°だけ回転されたそれぞれ半円形領域３１２及び３２２が存在する。従って、結果として図３ｂに示している設定及び同じく図３ｃに示している設定の両方で、偏光制御光学配置２００の作用に関して出射偏光分布は入射偏光分布に対応し、これから各場合において配置２００の偏光分布を変更しない中立位置を含むことができる。
図３ｄ及び図３ｅでは、偏光制御光学要素２１０及び２２０の位置は、これらの要素の光学有効表面が重畳せず、円形の表面全体を賄うように互いに補足し合う（平面図において、又は投影面として）ように選択される。その結果、偏光方向の９０°の回転は、各々、２つのそれぞれの半円形領域３３１及び３３２内、並びにそれぞれ３４１及び３４２内において発生する。特に、そのような設定は、偏光制御光学配置の作用が、光学システムの２つの部分の間で光学システムのそれぞれの部分で発生する位相の急変の補償を行うように計画される時に適している。この場合には、第２の部分における位相の急変の総和が、第１の部分におけるものと正確に相殺されるように、２つの互いに垂直の偏光状態は、９０°遅延器としての本発明による偏光制御光学配置の作用によって置換される。望ましくない偏光状態変化を低減／補償する原理は、例えば、ＷＯ０３／０７７０１１Ａ１から公知であり、従って、本発明による偏光制御光学配置においても実施することができる。
偏光制御光学要素２１０及び２２０の図３ｇに示している配置３６０は、Ｙ方向に（すなわち、垂直に）互いに対向する関係にある２つの領域３６２及び３６４内で重畳しないように（各場合に偏光方向の９０°の回転が発生するように）選択される。それとは対照的に、２つの要素２１０と２２０は、領域３６３内で重畳し、それによってこの領域内で偏光方向は１８０°だけ回転される。Ｘ方向に領域３６３とは反対の関係にある領域３６１内では、それぞれ要素２１０及び２２０のいずれもこのビーム経路内には存在せず、それによってこの領域内では偏光方向のいかなる回転も全く発生しない。得られる偏光分布は、第一近似では、Ｘ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とＹ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とを有する接線偏光分布を含むので、「疑似接線」又は「Ｘ−Ｙ偏光」と呼ばれる。図３ｇの配置３６０の場合には、これらの２つの光成分は、光ビーム断面内で占めるこれらの光成分の合計表面、及び同じくこれらの光成分の強度の両方に関して対応している。
図３ｆ及び図３ｈに示している配置の各々は、要素２１０、２２０の重畳領域、及び要素２１０又は２２０それぞれのいずれによっても覆われない領域が、要素２１０、２２０のうちの片方だけによってそれぞれ覆われる領域（すなわち、図３ｆでは領域３５２及び３５４であり、図３ｈでは領域３７２及び３７４である）よりもそれぞれ小さいか（図３ｆの領域３５１、３５３）又は大きい（図３ｈの領域３７１、３７３を参照されたい）ように選択される。その結果、Ｘ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とＹ方向に好ましい偏光方向を有する光成分とは、光ビーム断面内で占めるそれぞれこれらの光成分の合計面積及びこれらの光成分の強度に関して対応しない。それぞれ重畳領域３５３及び３７３のマグニチュードを変更することにより、個々の極のサイズ又は光ビーム断面内に存在する面積を一定の好ましい偏光方向を有しながら連続的に変更することが可能になる。
図３ｊに示している要素２１０及び２２０の配置３９０では、要素２１０及び２２０の非重畳領域は、Ｘ方向に対向する関係で水平に配置され、これに対して垂直に対向して配置された領域３９２及び３９４内では、要素２１０及び２２０は、重畳するか（領域３９４）又は全く存在しないか（領域３９２）のいずれかである。その結果、図３ｊの配置３９０は、それぞれＸ軸及びＹ軸における好ましい偏光方向が光学システム軸ＯＡに向う半径と平行な関係で方向付けられる「疑似放射状」偏光分布と呼ばれるものを生成する。上述の図３ｆ及び図３ｈの実施形態と同様に、図３ｉ及び図３ｋの実施形態は、光ビーム断面内に存在してそれぞれＸ方向及びＹ方向において対向する関係にある極サイズ又は表面積が一定の好ましい偏光方向を有しながら変更される方法で、上述の図３ｊの配置３９０に関して修正される。
本発明による偏光制御光学配置の更に別の実施形態を以下に説明するために、ここで図６及び図７を参照する。この配置は、合計で６つの偏光制御要素が光学システム軸ＯＡに沿って連続して配置され、光学システム軸ＯＡ（共通回転軸を形成する）回りに回転可能に配置されることにおいて、図２及び図３を参照して説明した偏光制御配置２００とは異なっている。これらの要素（ここでもまた、光学システム軸ＯＡに対して平行な光学結晶軸を有する光学活性石英結晶から作られた）の各々は、ここでもまた、一定の厚みのものであり、図２及び図３とは異なり、半円ではなく、四分円の形状にある。これに対応する配置を例えば図７ａ（同様に図７ｃ、図７ｅ等）に平面図として示しており、これに関して、「１」、「１＋２」、「２＋３」等は、問題とする円の扇形内に存在するそれぞれの要素又はこの扇形内で重畳する要素を区別している。図２及び図３の例で既にそうであったように、個々の要素の回転は、関係する完全円の中心点回りで発生する。個々偏光制御要素の厚みは、光伝播方向に最初にある２つの要素それぞれが、直線偏光光の偏光方向の４５°又はその奇数倍数の回転を生成するように選択される。光伝播方向に続く次の２つの要素（すなわち、配置の第３及び第４の要素）は、直線偏光光の偏光方向の９０°の回転を生成するような厚みのものである。光伝播方向に更に続く２つの要素（すなわち、配置の第５及び第６の要素）は、それぞれ、直線偏光光の偏光方向の１３５°の回転を引き起こす。
図２及び図３の例を用いて既に説明されているように、偏光状態は、複数のプレートを通過する時に、光がそれぞれ通過するプレートの個々の回転の総和によって回転される。
この配置は、以下に説明するように望ましい偏光状態をもたらすという点で柔軟性において更なる改善を遂げる。最初に、図６は、２つのそれぞれの重ね合わせ要素の組合せによって得ることができる、得られる回転全体の概要を示している。この場合には、個々の偏光制御要素には、連続して「１」から「６」の番号が振られており、光がこれらの２つのプレートを通過する際に生じる回転角を度で明示し、また矢印記号の形態でも明示している。
ここで図７ａから図７ｐは、偏光制御光学配置のこれらの実施形態に対して、６つの偏光制御光学要素の合計で８つの異なる構成をそれぞれ生成した出射偏光分布と共に示している。これに関して、図７ｂは、図７ａの構成に関連する出射偏光分布を示しており、図７ｄは、図７ｃの構成に関連する出射偏光分布を示しており、以降同様に続く。全ての場合で、それぞれの入射偏光分布は、それぞれ図３ａ及び図５ａのもの、すなわち、Ｙ方向に好ましい偏光方向を有する直線偏光分布に対応する。
それぞれ図７ａ及び図７ｃの構成は、それぞれ図３ｇ及び図３ｊとの比較において、それぞれ、理想的な接線偏光分布及び放射状偏光分布に更に良好に近似した疑似接線偏光分布（図７ａ、図ｂ）及び疑似放射状偏光分布（図７ｃ、図７ｄ）を生成するのに適している。
図７ｅ〜図７ｆの構成は、結果として偏光状態に影響を与えない中立位置に対応する。図７ｇ〜図７ｈの構成は、好ましい偏光方向の９０°の標準回転に対応し、従って、上述の図３ｄ及び図３ｅの構成と同様に、非偏光作動における残存偏光の残留程度を最小にするのに適している。
図７ｉ〜７ｊの構成は、図３ｇの実施形態と同様に、疑似接線Ｘ−Ｙ偏光の生成に対応し、図７ｋ〜図７ｌの更に可能な構成によって光学システム軸ＯＡ回りに４５°回転して生成することができる。
相応に、それぞれ図７ｍ〜図７ｎ及び図７ｏ〜図７ｐの構成は、それぞれ、好ましい偏光方向の４５°（図７ｍ〜図７ｎ）及び１３５°（図７ｏ〜図７ｐ）の均一な回転に対応する。
以下に図４及び図５ａ〜図５ｃを参照して、本発明の更に別の実施形態による偏光制御光学配置を説明する。最初に、この偏光制御光学配置４００は、図２及び図３の配置２００の２つの偏光制御光学要素２１０及び２２０を有する。しかし、更に、配置４００の部分構成要素として、光伝播方向に（例示している座標システムではｚ軸に沿って）上記配置２００の上流に配置された複屈折結晶材料の更に別の光学要素４１０が存在し、この複屈折結晶材料では、要素２１０及び２２０とは対照的に、光学結晶軸は、光学システム軸ＯＡに対して垂直に配向される。例示している実施形態によると、更に別の光学要素４１０は、ラムダ／４プレートの形態にあり、また要素２１０及び２２０の回転軸（例示している実施形態では、ここでもまた、光学システム軸ＯＡと対応する）回りに、要素２１０及び２２０とは独立して回転可能に配置される。更に、要素４１０は、円形幾何学形状を含み、例示している実施形態では、配置を通過する光ビームの直径の約５０％の直径のものである（すなわち、例えば、最大瞳直径の約５０％）。
図５ａ〜図５ｃに示しているように、図４の配置４００によると、一定の偏光方向を有する元の線形入射偏光分布（図５ａを参照されたい）から、瞳の中心領域（光学要素４１０の範囲に依存するサイズを有する）内にあるラムダ／４プレートの作用によって円偏光光を生成する出射偏光分布を生成することができる。これに関して、有用になる効果は、この円偏光状態が光学活性物質の固有状態を表すので、ラムダ／４プレートによって生成される円偏光光が、偏光状態に影響を与えることなくその後の要素２１０、２２０を通過することである。線形入射偏光分布から円偏光光を生成する上述の作用は、要素４１０における光学結晶軸が、線形入射偏光分布における好ましい偏光方向に対して実質的に４５°の角度にあることを前提とするので、円偏光を生成するという上述の効果は、光学システム軸ＯＡ回りの要素４１０の回転によって修正又は抑制することができる。特に、例示している実施形態では、要素４１０における光学結晶軸が、線形入射偏光の好ましい偏光方向（すなわち、例示している座標システムのｙ方向）に対して平行である場合には、この偏光方向が、ここでもまた、ラムダ／４プレートの複屈折材料に関連して固有状態を形成するので、光学要素４１０は、いかなる偏光制御作用も持たない。
この意味において、プレートの回転位置及び同じく出射偏光分布を図３の見方と同様に例示している図５ｂに示す構成は、図３ｇと同様の疑似接線偏光分布の生成に対応するが、瞳の中心領域５１５内では円偏光分布を有する。図５に示している配置５２０は、図３ｆと同様に、垂直極５２２、５２４と比較して水平極５２１、５２３に関して異なるサイズを有する同じく疑似接線の偏光分布の生成に対応し、更に、瞳の中心領域５２５に円偏光分布を有する。同様に、図２及び図３を参照して既に説明した構成の全てにおいて図４の偏光制御光学配置４００を用いると、瞳の中心領域内に円偏光を含む対応する出射偏光分布を生成することができ、すなわち、瞳の中心領域内のこの円偏発光は、他の偏光制御要素又は回転子プレートの位置とは独立して行われる。
更に、各場合に瞳の中心領域において円偏光分布を同様に有する図７ａ〜図７ｐに詳細に示す出射偏光分布を生成するために、光の伝播方向に偏光回転子又は偏光制御要素の上流に配置されたラムダ／４プレートの原理を図６及び図７を参照して説明した配置に対して適用することができることが認められるであろう。
更に別の実施形態によると、図５ｄの模式図に示しているように、更に別の光学要素４１０は、ラムダ／４プレートの場所にマトリックス状又はチェス盤状のラムダ／４プレート配置５７０を有することができ、この場合には、互いに隣接して配置されたこのマトリックス状配置のラムダ／４プレートは、それぞれ、互いに対して９０°だけ回転された光学結晶軸を有し、更に、図４と同様に、この配置は、例えば、光伝播方向に偏光制御配置２００（図５ｄでは５６０によって区別されている）の上流に位置決めされ、好ましくは、更に、Ｚ方向に延びる光学システム軸ＯＡ回りに回転可能に配置される。更に、別の実施形態によると、更に別の光学要素４１０は、偏光制御要素のマトリックス状又はチェス盤状分布を含むことができ、この場合には、この分布内のそれぞれの隣接する要素は、ラムダ／４及び（３*ラムダ／４）の遅延を交互に生成する。
好ましくは、上述のマトリックス状配置では、「逆」複屈折領域が、瞳中心の回りに点対称に配置される。結像過程における個々の構成要素の重ね合わせの結果、両方の構成のそれぞれは、瞳の中心領域内での疑似非偏光光の生成を可能にする。また、これらの構成では、マトリックス形態配置の上述の作用は、回転軸を形成する光学システム軸に関する約４５°の回転によってそれぞれ開始及び停止することができる。ラムダ／４−プレート（又は（３*ラムダ／４）−プレート）のマトリックス状又はチェス盤状配置を有するこの構成は、前に説明した（図２、図３、及び図６、図７のそれぞれを参照して）偏光制御配置の各々と組み合わせることができる。
図８ａ〜図８ｅは、光学システム、例えば、図１に示しているような照明システムにおいて設定することができ、かつ例えば用いられるそれぞれのマスクに従って好ましいものである典型的な照明環境を示しており、図８ａは、いわゆる「小シグマ」を有する照明環境（小シグマ設定とも呼ばれる）を示し、図８ｂは、環状照明環境を示し、図８ｃは、Ｃクアド設定とも呼ばれる四重極照明環境を示し、図８ｄは、四重極の４つの極がＣクアド設定に対して各場合にそれぞれｘ軸及びｙ軸に関してｚ軸回りに４５°だけ回転させて配置されたｑｕａｓａｒ設定とも呼ばれる照明環境を示している。図８ｅは、図８ｃと同様であるが、ｘ方向に対向する関係で配置された極（「水平」極）のサイズが変更された照明環境を示している。本発明による偏光制御光学配置は、特に、偏光制御光学要素のうちの少なくとも１つを回転することにより、照明システムにおいてそれぞれ設定されたか又は存在する偏光分布を、極サイズに関して、それぞれ設定された照明環境、すなわち、照明極のサイズ及び／又は形状へと連続的に適応させるために用いることができる。
今後特定的な実施形態を参照して本発明を説明する場合には、例えば、個々の実施形態の特徴の組合せ及び／又は置換によって当業者には数々の変形及び別の構成が明らかであろう。従って、そのような変形及び別の構成も同様に本発明によって包含され、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが当業者には明らかであろう。
１ 照明システム
２ 構造担持マスク（レチクル）
４ 光学ユニット
３ 回折光学要素
Ｐ１ 瞳平面

Claims (31)

  1. 光学システム、特に、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム又は投影対物器械であって、
    光学活性物質の少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）を有する少なくとも１つの偏光制御光学配置（２００、４００、５５０）、
    を含み、
    前記偏光制御要素（２１０、２２０）の少なくとも１つは、回転可能に配置され、
    前記光学システムは、光学システム軸（ＯＡ）を有し、
    前記光学活性物質は、それぞれ、光学活性結晶材料であり、該光学結晶の軸が、それぞれ、前記光学システム軸（ＯＡ）に平行であり、
    重畳領域が、前記少なくとも１つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）の回転によって可変であり、
    前記重畳領域は、光学システムを通過する光の光ビームが該重畳領域内で両方の偏光制御光学要素（２１０、２２０）を通過することによって形成される、
    ことを特徴とする光学システム。
  2. 前記偏光制御要素（２１０、２２０）の各々は、回転可能に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
  3. 少なくとも１つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）が、光学システム軸（ＯＡ）に垂直な平面において回転可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学システム。
  4. 前記偏光制御光学要素（２１０、２２０）の各々は、それぞれ、前記光学システム軸（ＯＡ）に垂直な平面において回転可能であることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
  5. 前記偏光制御光学要素（２１０、２２０）は、共通回転軸回りに回転可能に配置されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光学システム。
  6. 前記共通回転軸と一致する光学システム軸（ＯＡ）を有することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
  7. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）は、それぞれ、一定の厚みのものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学システム。
  8. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）のうちの少なくとも１つ及び好ましくは該要素の各々の前記厚みは、それが直線偏光光の偏光方向の９０°又はその奇数倍の回転を生成するように選択され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項に記載の光学システム。
  9. 光学システム軸（ＯＡ）を有し、
    前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）は、前記光学システム軸（ＯＡ）に沿って直列に配置される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学システム。
  10. 前記光学活性物質は、石英、ＴｅＯ2、又はＡｇＧａＳ2であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学システム。
  11. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）が、前記偏光制御光学配置を通過する光の偏光状態を実質的に未変更のままに残す、該偏光制御光学配置の少なくとも１つの中立位置が存在することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学システム。
  12. 前記偏光制御光学配置上に当たる直線偏光光の好ましい偏光方向が９０°回転される、該偏光制御光学配置の少なくとも１つの位置が存在することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光学システム。
  13. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）は、光学システムのビーム経路におけるそれらの光学有効表面が、それぞれ、円の扇形の形態の幾何学形状、好ましくは、半円形幾何学形状又は四分円の形態の幾何学形状のものであるような方法で配置されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光学システム。
  14. 前記偏光制御光学配置は、２つよりも多いそのような偏光制御光学要素を有することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光学システム。
  15. 前記偏光制御光学配置は、６つのそのような偏光制御光学要素を有することを特徴とする請求項１４に記載の光学システム。
  16. 前記偏光制御光学要素のうちの少なくとも２つは、互いに異なる厚みのものであることを特徴とする請求項１５に記載の光学システム。
  17. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）の前記光学有効表面は、少なくとも１つの回転位置において光伝播方向に完全に重畳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項に記載の光学システム。
  18. 少なくとも１つの回転位置における前記偏光制御光学要素（２１０、２２０）の前記光学有効表面は、円形全体区域を提供するために互いに補足し合うことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の光学システム。
  19. 前記少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）の少なくとも１つの位置における前記偏光制御光学配置は、一定の偏光方向を有する入射偏光分布を近似接線偏光分布に変換することを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の光学システム。
  20. 前記偏光制御光学配置は、光学システムの瞳平面（Ｐ１）の少なくとも直近に配置され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項に記載の光学システム。
  21. 光学システム軸（ＯＡ）を有し、
    前記偏光制御光学配置（４００）は、前記光学システム軸（ＯＡ）に対して垂直に配向された光学結晶軸を有する複屈折結晶材料の更に別の光学要素（４１０）を有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の光学システム。
  22. 前記更に別の光学要素（４１０）は、前記光学システム軸（ＯＡ）回りに回転可能に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の光学システム。
  23. 前記更に別の光学要素（４１０）は、ラムダ／４−プレート又はラムダ／４−プレートの配置を有することを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の光学システム。
  24. 前記更に別の光学要素は、ラムダ／４−プレートのマトリックス状配置（５７０）を有し、該配置の少なくとも２つの隣接ラムダ／４−プレートにおける前記光学結晶軸は、互いに対して９０°回転され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項に記載の光学システム。
  25. 前記更に別の光学要素は、前記偏光制御光学配置を通過する光ビームの中心部分領域においてのみ配置されることを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか１項に記載の光学システム。
  26. 前記更に別の光学要素は、円形幾何学形状を伴っていることを特徴とする請求項２１から請求項２５のいずれか１項に記載の光学システム。
  27. 前記更に別の光学要素は、光学システムの作動において該光学要素を通過する光ビームの直径の４０％から６０％の範囲にある直径のものであることを特徴とする請求項２１から請求項２６のいずれか１項に記載の光学システム。
  28. 特に請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の光学システムにおいて使用するための偏光制御光学システムであって、
    その配置が、光学活性物質から成る少なくとも２つの偏光制御光学要素（２１０、２２０）を有し、
    前記偏光制御光学要素（２１０、２２０）の少なくとも１つは、回転可能に配置される、
    ことを特徴とする光学システム。
  29. 前記偏光制御光学要素（２１０、２２０）の各々は、回転可能に配置されることを特徴とする請求項２８に記載の偏光制御光学システム。
  30. 照明システム及び投影対物器械を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
    照明システム及び／又は投影対物器械が、請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の光学システムである、
    ことを特徴とする投影露光装置。
  31. 微細構造構成要素をマイクロリソグラフィ生産する方法であって、
    感光材料の層が少なくとも部分的に付加される基板を準備する段階と、
    その像が生成される構造を有するマスク（２）を準備する段階と、
    請求項３０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層のある一定の領域上に前記マスク（２）の少なくとも一部を投影する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
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