JP4588635B2 - マイクロリソグラフィ照明方法及びその方法を実行するための投影照明系 - Google Patents

Description

本発明は、投影対物レンズの物体面の領域内に配置されたマスクのパターンの少なくとも１つの像によって、投影対物レンズの像面の領域内に配置された基板を照明するための照明方法、及びこの方法を実行するための投影照明系に関する。

マイクロリソグラフィ照明方法及び投影照明系は、半導体部品及び他の微細構造部品の製造に使用される。それらは、以下の本文では一般形でマスク又はレチクルと呼ぶフォトマスク又は目盛り付きレチクルのパターンを、感光層をコーティングした基板上に、たとえばフォトレジストをコーティングした半導体ウェハ上に非常に高い分解能で縮小して投影するために使用される。

マイクロリソグラフィ用の投影照明系は、マスクを照明放射光で照明するための照明系とともに、マスクに続いて投影対物レンズを有し、これはマスクのパターンを投影対物レンズの像面上に結像するために使用される。この場合、マスクによって変化させられた放射光が投影対物レンズを通過し、これは、基板に向かう出力光を発生し、その出力光の特性が、像形成の品質を決定する。この場合、出力偏光状態、すなわち投影対物レンズから出射され基板に向かう出力光の偏光状態が、波長の減少及び開口数の増加にますます重要な役割を果たす。

像側の開口数ＮＡがさほど高くなく、純粋屈折（ジオプトリック）形であり、通常は２４８ｎｍ以上の波長の無偏光を使用して作動する従来のリソグラフィ対物レンズを使用するとき、ほとんどの場合で出力偏光状態は重要ではない。それに対して、偏光で作動する光学系、たとえば偏光選択物理的ビームスプリッタ（ビームスプリッタキューブ、ＢＳＣ）を備えた反射屈折投影対物レンズでは、出力偏光状態が重要なパラメータである。

合成石英ガラスの複屈折効果は、約１９３ｎｍの作動波長でも大きい。たとえば、圧密化の回避及び／又は色誤差の補正のために使用される、フッ化カルシウムなどのフッ化物結晶材料を使用するとき、これらの材料が偏光−光学効果を有することを念頭に置く必要がある。応力誘発及び／又は固有複屈折のため、それらは、それらを通過する光に偏光変化効果を生じる可能性がある。

現在は、約１５７ｎｍ以下の作動波長用のレンズ材料として、フッ化カルシウムだけが必要な品質及び量で入手可能である。これらの短い作動波長では、固有複屈折の影響が、１９３ｎｍの波長の場合より数倍も強い。応力複屈折も同様に、しばしば混乱を生じる程度に観察される。

投影照明系に使用される多くの光学系に偏向鏡が使用され、斜め放射光入射で作動することができ、したがって偏光効果を生じる可能性があることも念頭に置く必要がある。たとえば、照明ビーム路内、すなわち光源と照明系の出口との間に１つ又は複数の偏向鏡を設け、それにより、照明装置の物理的長さを短縮することができる。光源から発生する放射光のｓ偏光及びｐ偏光フィールド成分の反射レベルの違いのために、たとえば、部分的に偏光した照明放射光を最初は無偏光の放射光から生じることが可能である。直線偏光したレーザ光を使用する場合、直線偏光の方向を変化させることができ、あるいは適当な位相効果を使用することにより、楕円偏光状態を生じることができる。反射屈折系の場合、投影対物レンズの領域内に、斜め照明される偏向鏡も同様にしばしば設けられ、これは偏向変化効果を有し、したがって出力偏向状態に影響を与える。

高い開口数、たとえば、ＮＡ＝０．８５以上の値の場合、像形成電界のベクトル特性もますます注目されるようになっている。たとえば、電界のｓ偏光成分、すなわち入射方向及び基板の表面に対する垂線によって定められる入射面に対して直角に振動する成分は、それに直角に振動するｐ偏光成分よりうまく干渉し、かつ良好なコントラストを生じる。反対に、ｐ偏光は一般的に、フォトレジスト内により良好に結合される。したがって、特定偏光の出力放射光で、たとえば、高いアパーチャの使用に応じて接線方向偏光又は放射方向偏光で作動させることがすでに提案されている。時には、円偏光又は無偏光の出力放射光でさえも望ましい。

不都合な偏光状態は、結像された構造の幅の変化をその方向全体にわたって生じる可能性がある。像の所望の方向独立性に対するそのような干渉は、しばしばＨＶ差又は微小寸法変化（ＣＤ変化）と呼ばれる。フィールド全体にわたる結像構造の幅の変化も観察される。さらに、結像すべき構造の寸法と結像された構造の寸法との間に望ましくない非線形関係が発生するであろう。加えて、不都合な偏光状態は、テレセントリック誤差を誘発する可能性があり、これは、異なった調節平面間に望ましくない歪みをもたらす可能性がある。とりわけ、偏光を伴って作動する光学系において、たとえば偏光素子上での漏れ透過によって発生する可能性がある寄生偏光の放射光が、コントラスト減少効果を有するであろう。

欧州特許出願ＥＰ０９３７９９９Ａ１号は、光ビームの断面全体の偏光分布の混乱を引き起こす１つ又は複数の光学素子を含むマイクロリソグラフィ投影対物レンズを開示している。偏光分布のこの混乱は、断面全体で不規則的に変化する厚さを有する少なくとも１つの複屈折光学素子を有する偏光補償器によって、少なくとも部分的に補償される。偏光補償器は、固定的な所定の、空間的に変化する効果機能を有し、完全に組み立てられ、かつ調節された光学系で記録される偏光−光学測定データに基づいて「偏光ゴーグル」の形で個別に作製されて、製造者によって光学系内に永久的に取り付けられる。

ＥＰ９６４２８２Ａ２号は、偏向鏡を有する反射屈折投影系を光が通過するときに導入される好適な偏光方向の問題に取り組み、その結果、２つ以上のコーティングを有してｓ偏光及びｐ偏光に対して異なった偏向レベルを有する偏向鏡を提供している。結果的に、レチクル面ではまだ無偏光である光が、像面で部分的に偏光され、このことは、結像特性の方向依存性をもたらすと言える。偏光進みを生じるために所定の残留偏光率を有する部分偏光を照明系内に発生し、これを投影光学系によって補償し、それにより、出力部に無偏光が出射されるようにすることにより、この効果に対処している。

ＥＰ０６０２９２３Ｂ１号（ＵＳ５，７１５，０８４Ａ号に対応）は、直線偏光で作動させられ、かつ偏光ビームスプリッタを有する反射屈折投影対物レンズであって、偏光ビームスプリッタ内で、通過する光の偏光状態を変化させる装置をビームスプリッタキューブと像面との間に設け、それにより、入射した直線偏光を円偏光（無偏光の相当語句）に変換するようにした、反射屈折投影対物レンズを開示している。これは、構造方向に関係ない結像コントラストを確実に得ることを目的としている。対応する提案が、ＥＰ０６０８５７２号（ＵＳ５，５３７，２６０Ａ号に対応）にもなされている。

ＵＳ５，６７３，１０３号は、少なくとも２つの異なった構造方向を有し、偏光を使用して好適な偏光方向で結像されることを意図したレチクル構造用の投影照明方法を開示している。回転可能な偏光制御装置を使用し、構造方向に関して最適に回転させることにより、照明放射光の好適な偏光方向を各構造方向に対して整合させることができる。

ＵＳ５，９２２，５１３号は、楕円偏光で作動する投影照明方法を記載している。理論的考慮に基づいて、この特許文献は、楕円率及び楕円角をレチクル構造に応じて設定し、それによって最適コントラストを生じるようにすることを提案している。
欧州特許出願ＥＰ０９３７９９９Ａ１号 ＥＰ９６４２８２Ａ２号 ＥＰ０６０２９２３Ｂ１号（ＵＳ５，７１５，０８４Ａ号に対応） ＥＰ０６０８５７２号（ＵＳ５，５３７，２６０Ａ号に対応） ＵＳ５，６７３，１０３号 ＵＳ５，９２２，５１３号

本発明は、マイクロリソグラフィ照明方法、及びその方法を実行するのに適した投影照明系であって、約１９３ｎｍ以下の短い作動波長で良好な結像性能も可能にする投影照明系を提供するという目的に基づく。１つの具体的な目的は、投影照明系の全寿命にわたって、偏光依存結像誤差を最小限に抑えることである。さらなる目的は、投影照明系の調節を簡単にすることである。

この目的を達成するために、本発明は、請求項１の特徴を有する照明方法とともに、請求項１７の特徴を有する投影照明系を提供している。

好都合な発展が、従属請求項に特定されている。すべての請求項の表現は、参照によって本説明の内容に含まれる。

発明の実施の形態

最初に述べたタイプの本発明による照明方法では、マスクのパターンが、照明系からの照明放射光で照明され、これにより、パターンによって変化した放射光が生成される。この放射光は、投影対物レンズを通過して、出力偏光状態を有して基板に向けられた出力放射光を生成する。少なくとも１つの偏光操作装置を用いて出力偏光状態を可変調節する結果、実際の出力偏光状態が、対応の照明用に予定されている公称出力偏光状態に、照明プロセスに対して指定されるような、偏光の影響を受ける結合誤差に対する許容誤差に適合することができる程度まで一致する。

本発明は、偏光収差、すなわち電界のベクトル特性に関する効果を有効に補正することができるようにする。本発明の１つの主要な利点は、出力偏光状態の可変調節により、投影照明系の作動中だけに発生しうる結像誤差を、たとえば半導体部品の製造者の敷地で制御し、かつ最小限に抑えることも可能になることである。これは、リソグラフィ対物レンズの光学素子の残留吸収が加熱につながり、それ自体が機械的応力をもたらし、それが同様に影響されやすい材料内の複屈折効果の発生又は変化をもたらす可能性があるという事実を考慮する必要があるからである。この場合、加熱の空間パターンは一般的に用途に固有であり、したがって、常に投影照明系の最適化設計によって考慮することができない。投影照明系の寿命中の偏光効果におけるさらなる変化が、放射光誘発及び汚染物誘発層劣化や応力の緩和によって、又はその他、偏光効果を生じる素子の位置変化、たとえば移動及び傾斜によって引き起こされる可能性がある。本発明による投影照明系の場合、適当な偏光操作によって出力偏光状態を可変に設定することが可能であるので、そのような偏光変化に迅速に反応することができ、それにより、結像性能を全体的に所定の基準内に維持することができる。

したがって、照明系及び／又は投影対物レンズが、ビームの断面全体の偏光分布に混乱を引き起こす少なくとも１つの光学素子を含み、また、この混乱又は干渉を少なくとも部分的に補償するように出力偏光状態を調節することが特に可能である。したがって、この目的のために使用される１つ又は複数の偏光操作装置を、そのような混乱の部分的又は完全な補償を行う補償器（複数可）として構成することができる、又は適応構成することができる。

したがって、本発明による出力偏光状態の調節は、好適な変更例では、投影照明系の作動中、特にその使用位置で行われる。

調節プロセスを使用位置から離れた位置で、たとえば製造者の敷地で、たとえば最初に使用する前及び／又は保守点検作業中の調節作業で実行することができる。本発明により、調節及び保守点検のための相当な時間及びコスト利益を達成することができる。

この用途のために、「偏光操作装置」とは、偏光−光学効果を有し、入射放射光の偏光状態を確定的に予め決定することができるようにして変化させることができ、以下の本文で「偏光素子」とも代替的に呼ばれる１つ又は複数の素子を有する装置である。これらは一体状でも、２つ以上の部品から形成されてもよい。この場合、偏光操作装置は代替的に、偏光マニピュレータとも呼ばれ、異なった偏光−光学効果機能に対応する少なくとも２つの異なった構造を有する。

考えられる偏光状態変化は特に、放射光ビームの断面全体の偏光状態の計画的位置依存変更を含む。位置に依存する効果を有する偏光素子は、以下の本文では「位置変化」又は「空間変化」とも呼ばれる。さらに、放射光の入射角に依存する効果を有する偏光素子が可能である。これらは、以下の本文では「角度変化」とも呼ばれる。偏光−光学効果を有する部品又は偏光素子は、入射角及び位置の両方に依存する効果を有することもでき、その場合、一般的には依存性の一方が支配的になる。たとえば、等方性層での固有複屈折及び層透過又は反射で角度依存偏光効果が起きる。位置依存効果には、横方向に、すなわち断面全体に構成された素子を使用することができ、これは、たとえば回折又は結晶−光学ベースに基づいて行われることができる。位置依存効果は、異方性層上での透過又は反射によっても同様に達成されることができる。最後になるが、位置変化効果は、応力−光学効果を有する材料内の機械的応力の、計画的に設定され、かつおそらく可変である位置分布によって達成されることもできる。

２つの引用されたタイプの偏光素子の偏光−光学効果は、それぞれの光学系における設置位置によって決まる。ひとみ面付近又はひとみ面上に配置されたとき、位置変化素子はひとみに作用し、角度変化素子はフィールドに作用する。フィールド付近、すなわちフィールド面上又はその付近に配置されたとき、これがまったく逆になる。この場合、位置変化素子はフィールドに作用し、角度変化素子はひとみに作用する。したがって、フィールド上及びひとみ上の偏光状態は、設置位置及びおそらくは適当な組み合わせの選択の影響を、少なくともほぼ個別に受けることができる。

１つの発展では、出力偏光状態の調節は、所定の位置変化及び／又は角度変化効果機能を備える、偏光−光学効果を有する少なくとも１つの部品を、照明系に組み込まれた光源と投影対物レンズの像面との間のビーム路内に所定の設置位置で挿入することを含み、この挿入は、必要に応じて実行されることができる。したがって、このような偏光素子をビーム路内に挿入すること、又はそれをビーム路から取り除くことによって、出力偏光状態を変化させることができる。

偏光−光学効果を備え、かつ第１効果機能を有する第１部品を、偏光−光学効果を備え、かつ第１効果機能と同じではない第２効果機能を有する少なくとも１つの第２部品と交換することが特に有利であり、それにより、おそらくは設置位置の偏光素子を取り除くことと組み合わせて、偏光状態に影響を与えるための２つ又は３つ以上の異なる選択肢の選択、又はその間の切り換えを行うことが可能である。

代替として、又は追加的に、偏光−光学効果を有する少なくとも１つの調節可能な部品の効果機能の段階的又は連続的変化により、出力偏光状態の調節を行うことが可能である。これを光学系内に永久的に設置することができるが、それを調節可能な偏光素子と交換することも同様に可能である。

照明系内に偏光操作装置が設けられている場合、マスクに当たる照明放射光の偏光状態を計画的に調節し、それにより、マスク面上に、たとえば実質的又は完全な無偏光又は円偏光を、あるいはほぼ直線偏光された光を与えることができる。照明放射光のいずれの操作も、出力偏光状態に影響を与えることができ、また同様にして最適化されることができる。

投影対物レンズの物体面と像面との間に１つ又は複数の偏光操作装置を使用することにより、結像に影響を与えることができる。この場合、おそらくは偏光操作装置を投影対物レンズの外側に、すなわち物体面と対物レンズ入口との間、又は対物レンズ出口と像面との間に配置することができる。これには、投影対物レンズ内への重大な介入を回避することができるという利益がある。多くの実施形態では、投影対物レンズ上又はその内部に少なくとも１つの偏光操作装置が設けられる。

偏光操作装置は、交換可能な装置であって、これにより、適当な偏光素子を任意選択で照明ビーム路又は結像ビーム路に挿入するか、それらから取り除くことができ、又はおそらく異なった偏光変化効果を有する偏向素子と交換することができる。ビーム路内に位置する調節可能な偏光素子を交換せずに、その効果機能を段階的又は連続的に変化させる装置も可能である。たとえば、遅延装置上の局部的に変化する遅延効果の位置分解（空間分解）調節を使用して、たとえば、応力複屈折材料からなる部品の応力状態を、予め決定することができる位置分布に基づいて適当なアクチュエータによって調節することにより、偏光素子の断面全体の偏光−光学効果の局部分布を変化させることができる。１つ又は複数の偏向素子の効果機能は、その位置を変化させることによって、たとえば１つ又は複数の複屈折素子の回転、偏心又は傾斜によって変化させることもできる。

多くの場合、測定された偏光−光学パラメータに基づいて偏光操作を実行することが特に有効であることがわかった。したがって、一発展では、少なくとも１つの偏光測定装置を用いて出力偏光状態を測定し、それにより、現在の実際の出力偏光状態を表す少なくとも１つの実際信号を発生する。最適化に必要な補正は、実際出力偏光状態と所望の公称出力偏光状態との比較によって決定されることができる。実際信号に応じて、少なくとも１つの調節信号が発生され、次にそれを使用して、少なくとも１つの偏光操作装置によって出力偏光状態を調節し、それにより、これを公称出力偏光状態に近づけることができる。

実際信号は、たとえば投影対物レンズのフィールド面の領域、特に像面の領域内の偏光状態の角度分解及び／又は位置分解測定によって発生させることができる。ひとみ面の領域内に存在する偏光状態の位置分解測定も可能である。

これにより、出力偏光状態の実時間制御のための制御ループを提供することができる。偏光制御を実行するために必要な光学及び／又は電子部品は、ウェハステッパ又はウェハスキャナの一部でよく、それにより、投影照明系の作動中に偏光制御を使用することができる。たとえば、個々の照明プロセスの間の製造中断時に、測定を実行することができ、かつ投影対物レンズ及び／又は照明系を適当な偏光操作によって最適化することができる。

予め与えられている事前設定関係、たとえば設定表などに基づいて、偏光操作装置用の１つ又は複数の調節信号を発生することも可能である。これにより、投影照明系の順方向補正が可能であり、それにより、たとえばプロセス特定ベースに基づいて特定タイプの照明プロセス用に出力偏光状態を最適化することができる。事前設置関係のためのデータは、理論的にはモデル計算に基づいて、かつ／又は実験的に決定されることができる。

上記及びさらなる特徴は、特許請求の範囲からだけでなく、本明細書及び図面からも明らかであり、本発明の実施形態及び他の分野において、個々の特徴はそれぞれの場合に単独で、又は小組み合わせの形をとる２つ以上の組み合わせで実現され、かつ有利な実施形態とともに、それ自体特許性がある実施形態を表すことができる。

図１は、集積回路及び他の微細構造部品を１μｍの数分の１の分解度でマイクロリソグラフィ製造するための投影照明系１の一例を示す。この装置１は、照明系２と投影対物レンズ６とを有し、照明系２は、照明系の出口すなわち像面４上に配置されたフォトマスク５を照明するためのものであり、投影対物レンズ６は、その物体面４上に配置されたフォトマスクのパターンを投影対物レンズの像面７上に縮小して結像する。たとえば、像面７上には、感光層をコーティングした半導体ウェハが配置される。

照明系２用の光源として、レーザ８、たとえば遠赤外線域（ＤＵＶ）において２４８ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの作動波長で使用されるエキシマレーザが使用される。放出される光ビーム内の光は概ね直線偏光されている。下流の光学装置９が、光源の光を成形して、それを下流の光混合装置１０に送る。図示の例では、光学装置９は、ビームエクスパンダを有し、これはレーザ８の下流側に配置されて、コヒーレンスを減少させ、かつビームを側部長さのアスペクト比ｘ／ｙが１より大きい矩形ビーム断面に成形するために使用される。ビームエクスパンダの下流側の第１回折光学ラスタ素子が、下流のズームアキシコン対物レンズの物体面上に配置され、それのひとみ面上に第２光学ラスタ素子が設けられている。これらの装置は、照明系を異なった照明モード間で、たとえば可変コヒーレンス度の従来型照明、環状フィールド照明及び二重極又は四重極照明間で切り換えることができるようにする。光は次に、入力光学系に入り、これは光を光混合装置の入口面１１に送る。光は、光混合装置１０内で多重内部反射によって混合かつ均一化されて、光混合装置の出口１２にほぼ均一に現れる。光混合装置の出口にすぐ隣接して、中間フィールド面があり、これにレチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）１３、すなわち調節可能なフィールドアパーチャが配置されている。やはりＲＥＭＡ対物レンズと呼ばれる下流側の対物レンズ１４は、２つ以上のレンズ群と、ひとみ面１５と、偏向鏡１６とを有し、レチクルマスキング系の中間フィールド面をレチクル又はフォトマスク５上に結像する。

このような照明系の構造及び作動方法に関するさらなる詳細は、たとえば第ＥＰ０７４７７７２Ａ１号に見つけることができ、その内容は、参照によって本出願の内容に含まれる。光混合装置を省いた実施形態も可能である。

これにより、ウェハステッパの場合、一般的に高さ及び幅間が任意の所望アスペクト比、たとえば１：１〜１：２である矩形のチップに対応する構造表面全体が、可能な限り均一に、かつ縁部をできる限り鮮明にして、レチクル５上に照明される。上記タイプのウェハスキャナの場合、たとえば、アスペクト比が一般的に１：２〜１：８の矩形である細いストリップがレチクル５上に照明され、照明系のｙ方向に対応する方向に走査することにより、チップの構造フィールド全体が逐次式に照明される。この場合も、照明は、非常に均一であり、かつ少なくとも走査方向に直角をなす方向、すなわちｘ方向に鮮明な縁部を生じるように設計される。

例外的な場合、フォトマスク５上の照明表面を他の形にすることも可能である。レチクルマスキング系１３の開口及び光混合装置１０の光出口１２の断面形状を必要なフィールド形状に正確に一致させる。その例では、ｘ方向の幅がｙ方向（走査方向）の全高の２倍以上である。

マスク５の保持及び操作を行う装置２０が、照明系の後方に配置され、そのため、マスクは投影対物レンズの物体面４上に位置し、この平面上で走査駆動部によって移動させられて、出射方向（ｙ方向）のスキャナ動作を行うことができる。

投影対物レンズ６がマスク面４の後に続き、縮小対物レンズとして機能し、マスク上に配置されているパターンの像を縮小して、たとえば１：４又は１：５の縮尺で、フォトレジスト層で被覆され、かつ縮小対物レンズの像面７上に配置されたウェハ２１上に結像する。他の縮尺、たとえば１：２０又は１：２００までのより大きい縮尺も可能である。ウェハ２１は、スキャナ駆動部を有する装置２２によって保持され、それにより、レチクル５と同期し、かつそれに平行にウェハを移動させることができる。

偏光測定装置３０が、ビーム方向においてウェハ面７の後方に配置され、投影照明系の出力偏光状態、すなわちウェハに向けられた出力放射光の偏光状態を測定することができる。例示的な照明系では、ウェハ面７のフィールドの位置分解及び角度分解測定が可能であるが、他の実施形態は投影対物レンズ６の出口ひとみ１６の位置分解測定用に設計され、これは投影対物レンズの出口での角度分解に対応する。偏光測定装置からの測定信号は、それに接続された制御装置３１によって処理されて、制御装置は偏光測定値を使用して、１つ又は複数の偏光操作装置４０、５０、６０、７０、８０用の制御信号を発生し、これらの装置は、投影照明系のビーム路上の選択設置位置に配置されている。

図示の実施形態では、偏光操作装置４０が、対物レンズ１４の入口のロッドインテグレータの出口の中間フィールド面付近のフィールドに近い設置位置に設けられ、偏光操作装置５０が、対物レンズ１４のひとみ面１５の領域内に設けられ、それにより、レチクル面４に入射する照明放射光の偏光状態を調節することができる。フィールドの近くで対物レンズの入口に位置する偏光操作装置６０、ひとみの近くで像フィールドに近い投影対物レンズのひとみ１６の領域内の偏光操作装置７０、及びフィールドの近くで像面のすぐ近傍の、すなわちフィールドに近いさらなる偏光操作装置８０が、投影対物レンズ６用に設けられている。ほとんどの実施形態では、そのような偏光操作装置の一部だけが設けられており、また照明系内又は投影対物レンズ内の他の設置位置か、光学系の外側に位置するフィールド面付近、たとえばレチクル面４の直前又は直後、あるいは直接的にウェハ面７上に配置されることもできる。

図２は、投影対物レンズ１０６の一実施形態を示し、これは、偏光選択物理的ビーム分割を行う反射屈折投影対物レンズの形をしている。これは、その物体面（マスク面１０４）とその像面（ウェハ面１０７）との間の反射屈折対物レンズ部分１２５と、これの後方の純粋屈折対物レンズ部分１２６とを有する。反射屈折対物レンズ部分は、凹面鏡１２７及びビーム偏向装置１２８を有し、実中間像を生成し、実中間像は、ビームスプリッタ（１２９）の領域内又はそれから離れた位置に配置されることができる。ビーム偏向装置は、偏光選択ビームスプリッタ層１３０を有する物理的ビームスプリッタ１２９を有し、この偏光選択ビームスプリッタ層１３０は、光軸１３１の、物体面に対して直角をなす部分に対して傾斜している。ビーム偏向装置はまた、光路上でビームスプリッタの直後に配置された偏向鏡１３２を有し、これはビームスプリッタ層での反射と協働して、物体面及び像面を平行に配置することができ、これにより、スキャナ動作が簡単になる。１つ、かつ唯一の実中間像が生成されるので、２つの相互に光学的に共役関係にあるひとみ面が、物体面と像面との間に位置する、すなわち、ひとみ面１３５が凹面鏡付近に、ひとみ面１３６が屈折対物レンズ部分内で像の近くに設けられる。ひとみ面は一般的に、完全には平坦でなく、そのため、それらをひとみ表面とも呼ぶことができる。

本例では、照明系は、直線偏光照明光を放出するように設計されている。しかしながら、構造方向依存結像を簡単にするために、レチクルを円偏光で照明しなければならない。これを達成するために、直線偏光を円偏光に変換するために、たとえば、１／４波長板１４０の形の装置が、照明系の出口とレチクル面との間に配置されている。投影対物レンズ自体は、円偏光で作動するように設計されており、円偏光をビームスプリッタ層１３０に対してｓ偏光され、したがってうまく反射する光に変換するために、たとえば１／４波長板１４１の形の装置を物体面とビームスプリッタとの間に有する。偏光回転装置１４２がビームスプリッタ層１３０と凹面鏡１２７との間に配置され、１／４波長板として機能し、したがってその結果として、光がそれを２回通過するとき、好適な偏光方向が９０°にわたって回転し、そのため、凹面鏡からの戻り路上でビームスプリッタ層に到達する光は、これに対してｐ偏光され、したがって透過する。屈折対物レンズ部分では、１／４波長板として機能するさらなる遅延装置１４３が、偏向鏡１３２と像面との間のひとみ面１３６付近に設けられ、入射直線偏光を無偏光の相当語句である円偏光に変換する。

ｐ偏光の残留成分の何らかの漏れ透過がビームスプリッタ層で発生する場合、この光は光トラップ１４５内に閉じ込められる。

本実施形態では、フィールド内の強度不均一性は、フィールドの近くに配置された遅延装置１４０、１４１の遅延効果によって補正されることができ、これらの遅延装置は位置分解ベースで設定され、それにより、遅延効果は１／４波長の公称値と局所的に異なる。遅延装置１４１の後方の光は、これらの空間的に閉じ込められた場所で楕円偏光し、そのため、光がすべてビームスプリッタ層１３０で反射されるのではなく、その一部は通過して光トラップ１４５に達する。１／４波長の公称値との差は、補正すべき干渉がほぼ補償されるように選択されるべきである。

ひとみ上の強度均一性も同様に、１／４波長の公称値と局部的に異なる遅延装置１４２の遅延効果によって補正されることができる。これらの点で、遅延装置１４２の後方の光路上の光は純粋にｐ偏光されているのではなく、楕円偏光されており、そのため、光はすべてがビームスプリッタ層を透過するのではなく、その一部が反射される。１／４波長の公称値との差は、やはり補正すべき干渉がほぼ補償されるように選択されなければならない。

このため、遅延装置１４０、１４１、１４２、１４３の各々は、調節式偏光マニピュレータとして使用されることができ、これにより、ウェハ側の出力偏光状態を可変式に調節することができる。図３を参照しながら、１つの考えられる設計構成を説明する。

参照のために図３を使用して、偏光操作装置１５０の一実施形態を説明するが、この偏光操作装置１５０は、遅延装置の局部的に異なる遅延効果の位置分解調節を可能にし、かつ可変式に調節されることができ、それにより、偏光素子の断面全体における偏光−光学遅延効果の局部又は空間分布の変化により、偏光素子の効果作用の位置分解変化が可能である。偏光操作装置１５０は、フッ化カルシウムからなる平行平面板１５１を有し、フッ化カルシウムの結晶＜１００＞軸がその板の平面に直角に並べられ、設置状態では光軸にほぼ平行に位置するようにされる。それぞれの場合、個別に電気的に作動させられる列状のアクチュエータ１５２が、矩形板の周縁の互いに向き合う長手方向側部上にはめ付けられて、たとえば目盛り付き圧電素子、モータ駆動式マイクロメータねじ又は逓減ステップモータの形をとることができる。フッ化物結晶材料の応力−複屈折特性により、板１５１上に機械的プレストレスが発生し、それにより、適当な厚さのフッ化カルシウム板は、１／４波長板の効果を断面全体にわたってほぼ均一に有することができる。応力フッ化カルシウムからなる、所定の均一遅延効果を有する遅延素子の構造に関する詳細は、たとえば米国特許第６，３２４，００３Ｂ１号に見ることができる。石英ガラスからなる応力−複屈折平面板を用いる実施形態が、たとえば本出願人の米国特許第６，１４１，１４８号（ＥＰ０９４２３００号に対応）に開示されている。これらの文献の開示内容は、参照によって本説明の文脈に含まれる。

従来装置と異なり、本発明による偏光操作装置の場合、瞬時光学系状態に個別に合わせることができる位置分解補正を可能にするために、遅延板１５１上の圧力発生アクチュエータ１５２の計画的な作動によって予め決定することができる遅延プロフィールに従って、局部的に異なる遅延効果を生じることが可能である。遅延効果の異なった空間分布間で連続的な変化を生じることを可能にするために、駆動されることができるアクチュエータを介して時間−可変補正関係を設定することもできる。この場合、アクチュエータ１５２の数、フィールド１５３の幾何学的形状、及び対応の偏光操作装置と隣接のフィールド面との間の距離によって位置分解度を調節することができ、また、板材の材料特性によって決まる。

上記タイプのウェハスキャナを使用するとき、主因子は、スキャナスリット全体で平均を取った遅延である。これが図４に概略的に示されている。この場合、実線は、ｘ位置の関数として走査方向（ｙ方向）に平均を取った遅延Ｖ_Ｍのフィールドプロフィールを表す。これは、アクチュエータ１５２によって発生した板上の応力を調節することによって、位置分解ベースで設定され、それにより、平均強度プロフィールＩ_Ｍがフィールド全体でシミュレートされ（点線で示す）、上記と同様にして補正される。これにより、フィールド全体での強度不均一性を部分的、又はほぼ完全に補償することが可能になる。ひとみ付近にそのような偏光操作装置を適当に配置することによって、ひとみ領域での対応の位置分解補正が可能である。

１／４波長板又は同等の遅延装置を設けている上記タイプの投影対物レンズの場合、既存の遅延素子を本発明に従った偏光操作装置と交換することができるので、光学部品をまったく追加することなく、偏光操作のこの変化を実行することができる。遅延に応じて、補正は０％〜１００％の任意の値をとることができ、かつ位置関数は任意の所望の、ほぼ非対称的なプロフィールをとることができるので、最大の補正範囲が可能である。

遅延装置１４０、１４１、１４２、１４３の各々をこのように、又は同様にして偏光マニピュレータとして構成することができ、一般的には１つ又は２つの適当に位置付けられたマニピュレータで十分である。図示のタイプの偏光マニピュレータは、幾何学的ビーム分割を行う反射屈折投影対物レンズ、純粋屈折投影対物レンズ又は照明系内に設置されることもできる。異なった遅延効果を有する素子、たとえば１／２波長板を同様に使用して、特定の遅延効果の位置分解可変設定を行うこともできる。

偏光状態を確実に制御するために、一部の実施形態では、較正すべき圧力を導入する素子、及び／又はそれらが導入する圧力及び／又は監視すべきそれらの位置の準備をしている。代替として、又は追加的に、この目的のために選択偏光状態の測定処理を行って、遅延素子の計画的なトリミングを可能にすることができる。特に、応力を印加された矩形板の場合、異なった用途のために可変複屈折軸位置を与えるために、これらを回転可能に設計することが有意義であろう。

矩形板の代替として、円形の応力複屈折ディスクを設け、特定の半径方向又は接線方向の複屈折プロフィールを計画的に生じるために、その円周上に２つ以上の半径方向に作用するアクチュエータを配置することも可能である。

計画的に調節することができ、また必要ならば、設置状態で変化させることができる偏光−光学効果を偏光マニピュレータに与えるために考えられるさらに多くの方法がある。たとえば、特に光軸を中心にして回転できるようにするために、遅延装置（リターダ）を回転可能に取り付けることができる。この場合、平行平面板の回転は、スカラ光学効果にまったく変化を生じない。その応力が波面の変形をもたらす可能性があるが、板の厚さを十分に大きくすれば、これを小さく保つことができ、あるいはスカラ手段によってその効果を補正することができる。加えて、不均一応力を印加された平行平面板の軸移動は、偏光状態の場合だけに明らかであるが、スカラ波面では明らかでない。理論的にはスカラ光学効果を伴わないで回転することができる応力又は応力印加レンズによって影響を加えることができる偏光層も可能である。さらに、少なくとも１つが複屈折材料からなるウェッジの回転及び／又は軸移動も可能である。たとえば、応力印加フッ化カルシウム、又は、たとえばフッ化マグネシウムをこの目的に使用することができ、必要ならば、それをフッ化カルシウム基板の上に締め付けることができ、又は他の方法で固定することができる。回転可能な回折サブ波長格子も可能である。そのような素子の動作原理についてはさらに詳細に後述する。光軸を中心にした回転及びそれに対する横方向偏心の代替として、又はそれに追加して、偏光操作用の適当な偏光素子を傾斜させることも可能である。

投影照明系の偏光−光学特性の変化による出力偏光状態の調節は、固定的な所定の偏光−光学効果を有する偏光素子を必要に応じてビーム路内に挿入又はそれから除去することにより、又は適当な交換装置を用いて異なった効果機能を有する偏光素子と交換することによっても達成することができる。これは好ましくは、出力偏光状態を所望の必要値に近づけるために、偏光−光学測定データに応じて行われることができる。

図５を参照しながら、角度変化偏光素子の例を説明する一方、図６は、（主に）位置変化（空間変化）偏光素子の例を示す。図５（ａ）に示され、かつ応力印加フッ化カルシウムからなる平面板２０１は、角度変化偏光素子２００を形成し、入射角によって決まる遅延効果を有する。この場合、入射ビーム２０２が光軸に平行であれば、複屈折の程度及びビームが適当な方向に通過する材料の厚さに応じて、電界ベクトルの互いに垂直な成分間に光路長差ＯＰＤ_１が発生する。光軸に対して角度を付けて進むビーム２０３の場合、ビームが通過する光学材料の長さが大きくなり、複屈折の程度も、ビームが軸方向に通過するときと異なるであろう。全体として、この結果によってフィールド成分に対して光路長差ＯＰＤ_２が生じるが、ＯＰＤ_２はＯＰＤ_１と同じではない。その結果、入射角によって決まる遅延効果が生じる。図５（ｂ）の角度変化偏光素子２１０は、透明基板２１１を有し、その入口側上に、等方性複屈折効果を有する誘電多層組織２１２が付着されている。複屈折板と同様に、この結果として、層組織内に異なった光路長差ＯＰＤ_１及びＯＰＤ_２を有して、入射角によって決まる遅延効果が生じる。

このような層組織は特に、多数の個別層を有し、かつ個別層の２つ以上又はすべてが、照明放射光の作動波長に比べて小さい光学層厚さを有する多層組織であろう。その結果、いわゆる形状複屈折が生じる。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、主に位置変化する偏光素子の例を示し、これらはすべて、放射形対称的又は回転対称的空間効果機能、又は非対称的空間効果機能を有するであろう。偏光素子２２０は平行平面透明板２２１を有し、その入口側に回折構造部２２２が付着され、それにより、位置依存型複屈折分布を計画的に生じるようになっている。これらのような構造は、構造誘発複屈折（構造的複屈折）を発生させることができ、これは、構造の周期性長さが、それが使用した作動波長に比べて小さい（サブ波長又はサブ波長構造）とき、特に顕著である。サブ波長構造の場合、妨害的なより高い回折オーダーは発生しない。一部の状況では、これらのような層は、同時に反射防止効果を有するであろう。例示的な光学系では、異なった格子定数ｇ_１、ｇ_２及び構造幅ｂ_１、ｂ_２を有する直線回折格子が互いに横に並べて配置されて、入射位置によって決まる光路長差ＯＰＤ_１及びＯＰＤ_２を生じる。

直線サブ波長回折格子の固有偏光を概略的に示す図７を参照しながら、サブ波長回折格子の作動方法をより詳細に説明する。小さい格子定数では、それぞれ格子溝に平行及び直角の固有偏光Ｅ‖及びＥ┴を以下の有効媒体モデルに従って計算することができる。

この場合、Ｆはフィリング率であって、格子定数ｇ及び構造幅ｂから

に従って得られる。但し、ｎは媒体の屈折率であり、ｎ_０は環境の屈折率である。たとえば、ｎ＝１．５８かつｎ_０＝１の場合、０〜約０．１３の大きさの光路長差及び複屈折ＯＰＤ＝ｎ_ＴＭ−ｎ_ＴＥをフィリング率に応じて達成することができ、たとえば１０ｎｍの複屈折を達成するために、Ｆ＝０．５では１０ｎｍ／０．１２７２＝７８．６ｎｍの格子深さが必要である。例として説明されている直線複屈折分布に加えて、適当な円形サブ波長回折格子によって半径方向又は接線方向複屈折分布も可能であり、又はより一般的な回折格子によって、より一般的な複屈折分布、おそらくは非対称的複屈折分布が可能である。

達成することができる光路長差は通常、２〜３ｎｍの大きさであるので、サブ波長構造は主に、光ビームの断面全体で小さい光路長差を補償するのに適している。そうでなければ、サブ回折格子を与えるのに必要なアスペクト比が比較的大きくなるであろう。これは、たとえば（前後に並べて配置された）２つ以上の素子の組み合わせを使用することによって克服することができる。ボリューム複屈折（応力複屈折及び／又は固有複屈折）との組み合わせも可能であり、この場合、たとえば、複屈折結晶の残留偏光誤差を補償するために回折構造を使用することが可能である。より大きくした格子周期をすでに述べているが、それらの効果を有効媒体理論に基づいて計算することはできない。最後になるが、回折構造を高屈折率コーティング又は高屈折率基板に組み込むことができる。これにより、より低いアスペクト比でより大きい複屈折（光路長差）を得ることが可能になる。図８を参照しながら、前後に並べられた２つ以上のサブ波長構造を有する偏光素子をより詳細に説明する。

図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、主に位置変化する偏光素子の他の可能性を示す。この場合、図６（ｂ）の偏光素子３２０は平行平面透明基板３２１を有し、その入口側に、異なった厚さの、したがってそれぞれ異なった複屈折ＯＰＤ_１及びＯＰＤ_２を有する遅延小板３２２、３２３が、互いに横に並べて付着されている。これにより、偏光素子の断面全体に複屈折効果の任意の所望位置分布を得ることができる（図１１を参照）。対応の効果を、図６（ｃ）に示されたタイプの異方性コーティングによっても達成することができる。この目的のために、異方性コーティング３４２が透明基板３４１（平面平行形でよく、あるいはウェッジ又はレンズ形でもよい）に塗布され、それぞれ異なった複屈折ＯＰＤ_１及びＯＰＤ_２の、互いに横に並んだ領域３４３、３４４を有し、それにより、複屈折効果の所望の位置分布が達成される。

最後に説明した偏光素子は、その断面全体に固定的な所定の角度変化及び／又は位置変化効果を有する。これらを使用し、それにより、必要に応じて１つ又は複数のそのような素子を光学系のビーム路内に挿入する、又はそれをこのビーム路から取り除くことによって、所望の偏光状態を設定することができる。この目的のために、偏光マニピュレータを、図１に示されたマニピュレータ４０、５０、６０、７０、８０と同じように、交換装置として構成することができる。一般的に、そのような交換化可能な偏光素子を光学系内の任意地点に組み込むことができる。特にこの場合、設計の目的のためにひとみ付近又はフィールド付近を自由に選択することができる。この場合、アパーチャ付近（たとえば、図１のひとみ１６の領域内）の位置が特に有益である。他方で、外部から自由にアクセス可能である位置も重要である。この結果として、交換機能のハードウェアの複雑さが最小限に抑えられる。純粋屈折投影体物レンズの場合、これらは、たとえば対物レンズの端部、すなわちレチクル又はウェハに最も近い位置にある素子である（図１の素子６０及び８０を参照）。図１の偏光素子８０は、たとえば図５又は図６に示されているように、偏光素子の形をとった交換可能な閉鎖板であることができる。反射屈折系では、これに凹面鏡の領域が追加される（たとえば、図２の偏光素子１４２を参照）。光学系の、周囲に隣接する最終境界面に、たとえばサブ波長構造をコーティングする、かつ／又は設けることができる。

交換可能性に関して言うと、マスク及びウェハ自体を偏光素子用の位置として使用することもできる。たとえば、レチクルの近くのいわゆる「ハードペリクル」上に偏光フィルタを取り付けることができる。微細構造又は方向性ファセットからなるラスタでマスク（レチクル）をコーティングする、又はそれを被覆し、それにより、有利な偏光を達成し、それぞれのレチクル構造に一致させることも可能である。たとえば、感光層を覆う適当なコーティング（上部反射防止コーティング）により、図５（ｂ）又は図６（ｃ）に示されたタイプの偏光フィルタをウェハ上に設けることができる。一般的に、レチクル上又はウェハ上の偏光素子には、光学系内の素子ほど厳しくない寿命要求を満たせばよいという利点がある。

さらに、照明系内での偏光−光学効果は、偏光素子の位置によって決まる。原則的に照明光学系内のすべての位置を交換可能な偏光素子用に使用可能であるが、画像形成対物レンズ１４のひとみ１５の領域（図１の偏光マニピュレータ５０）に加えて、この投影対物レンズの端部（たとえば、図１の偏光マニピュレータ４０）又は入力群９の端部がそのような素子に適切である。さらに、レチクルの後面も利用可能である。

構造誘発複屈折を有する回折素子を使用して、多くの偏光変換を生じることができる。任意の所望の楕円の入力放射光を円偏光に変換することは、リソグラフィ光学の分野において特に技術的に重要である。これは、「回折擬似減偏光器」によって達成されることができる。この文脈において、これはジョーンズマトリックスＪの回折素子を意味し、これは、楕円率＞０の偏光放射光を

によって円偏光に変換することができる。

角度φの直線複屈折構造では、ジョーンズマトリックスは以下のようになる。

所定の入力偏光状態に適した偏光素子を見つけるために、上記のジョーンズマトリックスをその上の方程式に代入することができ、角度φ又はΔΨについての解を見つけることができる。

直線偏光入力放射光では、解は適当に回転させた１／４波長リターダである。入力放射光がより楕円になるほど、必要な遅延が短くなり、かつ角度向きに沿った最小値の幅がより広くなる。いずれの場合も、入力偏光を説明する２つの可変パラメータａ及びαは、複屈折素子の２つの未知数φ（角度向き）及びΔΨ（遅延）の逆である。

第１遅延効果を有する第１遅延装置と、第１効果と同一ではない第２遅延効果を有する少なくとも１つの第２遅延装置とを備えた少なくとも１つの遅延群を有する偏光操作装置によって、より一般的な偏光変換が可能である。たとえば、図８（ａ）は、光伝播方向に前後させて配置された２つの遅延板４０１、４０２を有し、その各々に、異なった向き及び／又は構造パラメータ（格子定数、構造幅）を有する異なった寸法のサブ波長構造４０３、４０４を付着させた偏光マニピュレータ４００を示す。遅延を生じるための回折構造を使用するとき、図８（ｂ）に示されているように、２つ以上の異なった向き及び／又は寸法の回折構造４５２、４５３を共通の基板４５１上に収容した偏光マニピュレータ４５０を提供することも可能である。

異なった効果を有する少なくとも２つの遅延装置（リターダ）を有する遅延群の場合、ジョーンズマトリックスを「基本マトリックス」の積にする既知の分解が利用される。したがって、いずれの所望のジョーンズマトリックスも、２つの相互回転した１／４波長リターダ及び１／２波長リターダの積として表すことができる（たとえば、V. Bagini, R. Borghi, F. Gori, F. Frezza, G. Schettini, G.S: Spagnoloによる論文“The Simon Mukunda Polarization gadget”Eur. J. Phys. 17 （１９９６年）２７９〜２８４頁を参照されたい）。したがって、本発明の範囲内で、１／４波長遅延の効果を有する第１遅延装置、１／２波長遅延の効果を有する第２遅延装置、及び１／４波長遅延の効果を有する第３遅延装置をこの順序で設けた遅延群を偏光操作装置として使用することも可能である。この場合、個々の遅延装置は、上述したように、サブ波長構造、被覆基板又は他の適当なリターダ、たとえば適当な厚さの複屈折材料からなる板によって提供されることができる。

この場合、遅延装置は、有効断面全体にわたって同一の遅延効果を有するであろう。断面全体に多数の個別の遅延素子を有し、それらがラスタ配列に配置されて断面をほぼ満たすようにした遅延装置を使用することも可能である。この場合、個々の遅延素子は、遅延効果の絶対量（λ／ｘ）の点で、かつ／又はそれらの軸向き（複屈折材料の結晶主軸の向き）の点で異なるであろう。図９〜図１１を参照しながら、このタイプの遅延群を備える偏光操作装置のさまざまな実施形態を説明する。

図９は、入射放射光の任意の所望偏光状態を位置分解ベースに基づいて出力放射光の任意の他の所望偏光状態に変換することができる偏光素子５００を概略的に示す。偏光素子は、３つの遅延装置５０１、５０２、５０３を有する遅延群であって、これらの遅延装置は光の伝播方向に前後に並べて配置され、それぞれが板の形であり、それらの照明される断面全体に多数の個別の六角形遅延素子５１０、５１１、５２０、５２１、５３０、５３１を有し、遅延装置の各々は互いに直接的に隣接させて配置されて、表面をほぼ満たしている。光の伝播方向に前後に並べて配置されている遅延素子５１１、５２１、５３１又は５１０、５２０、５３０は、それぞれ複屈折材料の（両方向矢印によって記号表示されている）光軸の向きが異なっており、また全体で多数の光学チャネルを形成し、その各々が確定偏光変化効果を有する。１／４波長遅延の効果を有する第１遅延素子５１０、５１１、１／２波長遅延の効果を有する第２遅延素子５２０、５２１、及び１／４波長遅延の効果を有する第３遅延素子５３０、５３１が、この順序で各光学チャネル内に配置されている。図８に関連してすでに説明しているように、２つの１／４波長リターダと１つの１／２波長リターダとを、１／４波長−１／２波長−１／４波長の順にしてこのように組み合わせることは、任意の所望の偏光状態の入力放射光から、任意の所望の出力偏光状態を、おそらくは完全偏光した出力偏光状態でさえも得るために達成されることができる。十分に微細な位置分解度を達成するために、好適な実施形態では、それぞれの場合に４を超える、１０を超える、又は５０を超える個別遅延素子のラスタ配列及び／又はセグメント又はファセット配列が設けられ、それらの結晶軸を互いに所望通りに回転させることができる。板の形をとる個々の遅延装置の構造配置の可能な方法は、たとえばＥＰ０７６４８５８号に見つけることができ、これに関してそれに開示されている内容は、本説明の内容に含まれる。個々の遅延素子を被覆基板及び／又はサブ波長構造を備える基板で形成することもできる。

図１０を参照しながら、そのような遅延群を実現するために考えられる２つの有利な方法を説明する。１つの可能性（図１０ａ）は、各ラスタ遅延装置に対して、たとえば平行平面板の形をとる個別の透明基板６０１、６０２、６０３を使用し、それにより、表面を満たすように個々の遅延素子６１０、６１１、６１２を基板の片面上に締め付けるか、他の何らかの方法でそれらを光学的に中性に固定するものである。図１０（ｂ）に示されているような偏光素子６５０も可能であり、これでは、各光学チャネルに対して、同一形状であるが、結晶軸の向きが異なる３つの遅延素子６５１、６５２、６５３が直接的に互いに締め付けられており、また、このサンドウィッチ構造が透明基板６６０に締め付けられている。

図１１を参照しながら、偏光素子７００の１つの実施形態を説明するが、これでは特に、入射光の直線偏光状態を出力光の任意の所望楕円偏光状態に、又はその逆に変換することができる。このラスタ化された偏光素子では、たとえば六角形であることができる多数の個別の複屈折遅延素子７０２が、平行平面透明基板７０１上に配置されて、表面を満たしている。それぞれが個別の光学チャネルを画定する隣接した遅延素子７０２、７０３は、この場合、達成される遅延の絶対量の点、及びそれらの結晶軸の向きの点の両方で異なるであろう。入射した直線偏光に対して、各チャネル内の楕円偏光した出力放射光の楕円の向きは、この場合はリターダの軸の向きによって決定され、楕円率の程度は、遅延の絶対量又は強度によって決定される。遅延の程度、すなわち生じる光路長差は、この場合はパラメータλ／ｘによって表され、但しｘは好ましくは＞１、特に≧２である。

図１１は、個別に作製され、厚さが異なる遅延素子７０２、７０３を基板に締め付けたλ／ｘリターダを示す。別法として、異なった強さの遅延を有する「セル」を一体状の原材料から材料除去により、たとえばエッチングによって作製することも可能である。図６（ａ）と同様に回折構造を使用することも可能である。

図９〜図１１に示されているタイプの偏光変化光学部品は、たとえば投影照明系の照明系内に使用され、それにより、光学系の部品によって引き起こされる光源からの光の偏光状態の望ましくない変化を予想する、又は遡久的に補償することができる。特に、直線偏光された光源を有する光学系における光混合ロッド１０の減偏光効果を補正することが可能である。たとえば、図９又は図１０に示されたタイプの位置分解リターダを光源８とロッド入口１１との間のひとみ面の領域内で使用して、直線入力偏光を楕円出力偏光に変換し、それにより、直線偏光状態が照明系のひとみ面１５に再び生じるようにすることができる。照明系の部品の減偏光効果を遡久補正する場合、このような位置分解偏光素子をひとみ面１５の領域内に使用し、それにより、このひとみ面の領域内の楕円偏光状態を、照明系の出力で再び直線偏光状態に変換することができるであろう。

本明細書に記載した、固定的な所定の位置分解及び／又は角度分解偏光変化効果を有する偏光素子はすべて、交換可能な偏光素子として使用されることができ、これらは適当な交換装置を用いて、選択的にビーム路内に挿入される、又はそれから取り除かれることができ、それにより、投影照明系の出力偏光状態を確定的に設定することができる。

上記偏光素子はすべて、本発明に従った偏光操作装置の状況で使用されることができる。本出願に記載した、角度変化及び／又は位置変化効果を有する偏光素子及び偏光変化光学部品はすべて、照明系、又はマイクロリソグラフィ投影照明系の投影光学で、又は他の分野、たとえば他の投影系の分野、又は顕微鏡検査の分野で、それらを交換する能力から独立させて有利に使用されることもできる。このことは、たとえば図２〜図４に関連して記載した調節可能な遅延系用の、可変調節可能な偏光変化効果を有する上記偏光素子にも当てはまる。

本発明による投影照明系の一実施形態の概略図を示す。 本発明の一実施形態による反射屈折投影対物レンズの概略図を示す。 遅延効果を位置分解ベースに基づいて可変に調節することができる遅延板を備える偏光操作装置の一実施形態の概略図を示す。 遅延素子の断面全体において不均一である遅延を説明するための概略図である。 角度変化偏光素子のさまざまな実施形態を示す。 主に位置変化する偏光素子のさまざまな実施形態を示す。 サブ波長格子内での構造誘発複屈折の発生を説明する概略図を示す。 異なった構造のサブ波長格子を備える偏光素子の実施形態を示す。 直列接続された１／４波長及び１／２波長遅延装置を有して、任意の所望偏光状態を任意の他の所望偏光状態に位置分解変換するための偏光素子の変更例を示す。 図９に示されているタイプの偏光素子のさまざまな実施形態を示す。 直線偏光から任意の所望楕円偏光に、又はその逆に変化させるための偏光素子（λ／ｘリターダ）の一実施形態を示す。

符号の説明

２ 照明系
５ フォトマスク
６、１０６ 投影対物レンズ
７、１０７ ウェハ面
８ レーザ
９ 光学装置
１０ 光混合装置
１４ 対物レンズ
１５、１３５、１３６ ひとみ面
２１ ウェハ
３０ 偏光測定装置
３１ 制御装置
４０、５０、６０、７０、８０、１５０ 偏光操作装置
１２５ 反射屈折対物レンズ部分
１２６ 純粋屈折対物レンズ部分
１２７ 凹面鏡
１２８ ビーム偏向装置
１３０ 偏光選択ビームスプリッタ層
１３１ 光軸
１３２ 偏向鏡
１４０、１４１、１４２、１４３、５０１、５０２、５０３ 遅延装置
１４５ 光トラップ
１５１ 平行平面板
１５２ アクチュエータ
２００、２１０ 角度変化偏光素子
２０１ 平面板
２０２ 入射ビーム
２１１、３４１、６０１、６０２、６０３、６６０ 透明基板
２２０、３２０、６５０、７００ 偏光素子
２２１、３２１、７０１ 平行平面透明板
４００ 偏光マニピュレータ
４０１、４０２ 遅延板
４０３、４０４ サブ波長構造
４５２、４５３ 回折構造
５１０、５１１、５２０、５２１、５３０、５３１、６１０、６１１、６１２、６５１、６５２、６５３、７０２、７０３ 遅延素子

Claims (32)

1. 投影露光系の投影対物レンズの物体面の領域内に配置されたマスクのパターンの少なくとも１つの像によって、投影対物レンズの像面の領域内に配置された基板を露光するための露光方法であって、
   照明系からの照明放射光でパターンを照明して、パターンによって変化した放射光を生成すること、
   パターンによって変化した放射光を投影対物レンズを通過させて、出力偏光状態を有して基板に向けられた出力放射光を生成すること、
   少なくとも１つの偏光測定装置を用いて出力偏光状態を測定して、現在の実際の出力偏光状態を表す実際信号を発生すること、及び
   少なくとも１つの偏光操作装置を用いて出力偏光状態を実際信号から導出された調節信号に応じて可変調節して、出力偏光状態を露光用に予定されている公称出力偏光状態に近づけること、
   を含み、
   出力偏光状態の測定は、投影対物レンズのフィールド面の領域内での角度分解及び位置分解測定の少なくとも一方を含み、又は出力偏光状態の測定は、投影対物レンズのひとみ面の領域内での偏光状態の位置分解測定を含む、
   露光方法。
2. 出力偏光状態は、投影露光系の作動中に投影露光系の使用現場で調節される、請求項１に記載の露光方法。
3. 偏光操作装置は、光学系のひとみ面付近又はひとみ面上に位置する設置位置に配置された少なくとも１つの偏光素子を有し、かつ／又は偏光操作装置は、光学系のフィールド面付近又はフィールド面上の設置位置に配置された少なくとも１つの偏光素子を有する、請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 照明系及び投影対物レンズの少なくとも一方は、放射光ビームの断面全体の偏光分布に混乱を引き起こす少なくとも１つの光学素子を含み、また、出力偏光状態は、混乱が少なくとも部分的に補償されるように調節される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
5. 出力偏光状態の調節は、所定の効果機能を有する少なくとも１つの偏光素子を任意選択で、照明系に組み込まれた光源と投影対物レンズの像面との間のビーム路内に所定の設置位置で挿入することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光方法。
6. 出力偏光状態の調節は、第１効果機能を有する第１偏光素子を、第１効果機能と異なる第２効果機能を有する少なくとも１つの第２偏光素子と交換することを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光方法。
7. 出力偏光状態の調節は、ビーム路上に配置された少なくとも１つの調節可能な偏光素子の効果機能の段階的又は連続的変化を含み、また好ましくは、効果機能の変化は、リターデーション装置の局部的に異なるリターデーション効果の位置分解調節を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の露光方法。
8. 少なくとも１つの偏光操作装置用の少なくとも１つの調節信号を事前設定された関係に基づいて発生すること、及び
   出力偏光状態を調節信号に応じて調節すること、
   をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光方法。
9. 投影露光系の偏光状態は、フィールド全体及びひとみ全体で、ほぼ互いに独立的に影響を受ける、請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光方法。
10. 照明系の出力での偏光状態は、マスク上の照明フィールド全体での偏光状態の変化が最小限に抑えられるように最適化され、また好ましくは、照明系の出力での偏光状態は、マスクを設置しようとするフィールド面上の２つのそれぞれのフィールド点の間での直線偏光率Ｐ_LINの差の絶対値が１０％を超えないように最適化される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の露光方法。
11. 投影対物レンズの物体面の領域内に配置されたマスクのパターンの少なくとも１つの像で投影対物レンズの像面の領域内に配置された基板を露光するための投影露光系であって、
    パターンを照明放射光で照明するための照明系と、
    出力偏光状態を有して基板に向けられた出力放射光を用いて像面の領域内にパターンの像を生成するための投影対物レンズと、
    出力偏光状態を可変調節するための少なくとも１つの偏光操作装置と、
    出力偏光状態を測定するための少なくとも１つの偏光測定装置と、
    少なくとも１つの偏光操作装置を偏光測定装置からの測定信号に応じて制御するための制御装置と、
    を備え、
    偏光測定装置は、投影対物レンズの像面の領域内の偏光状態の位置分解及び角度分解測定の少なくとも一方を行うように設計され、又は偏光測定装置は、投影対物レンズのひとみ面の領域内の偏光状態の位置分解測定を行うように設計されている、
    投影露光系。
12. 出力偏光状態の実時間制御のために制御ループが設けられており、制御ループは、
    少なくとも１つの偏光測定装置と、
    偏光測定装置に接続された制御ユニットと、
    制御ユニットに接続された少なくとも１つの偏光操作装置と、
    を有する、請求項１１に記載の投影露光系。
13. 偏光測定装置は、
    透明ピンホールを有するマスクと、
    正の屈折率を有するレンズ又はレンズ群と、
    検出器表面を有する空間分解検出器と、
    を備え、ピンホールを通過する放射光の角度分布が、レンズ又はレンズ群によって検出器表面上で空間的放射光分布に変換される、請求項１１又は１２に記載の投影露光系。
14. ピンホールを有するマスクと検出器表面との間に、回転可能なリターデーション素子及び偏光ビームスプリッタが設けられている、請求項１３に記載の投影露光系。
15. 偏光測定系を投影対物レンズの光軸に垂直な方向に移動させる駆動システムであって、それにより、投影対物レンズの像面の異なったフィールド点にピンホールを位置付ける、駆動システムが設けられている、請求項１３又は１４に記載の投影露光系。
16. 投影露光系のフィールド面付近又はフィールド面上に少なくとも１つの偏光操作装置が配置され、かつ／又は投影露光系のひとみ面付近又はひとみ面上に少なくとも１つの偏光操作装置が配置されている、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の投影露光系。
17. 照明系及び投影対物レンズの少なくとも一方は、ビームの断面全体の偏光分布に混乱を生じる少なくとも１つの光学素子を含み、また、偏光操作装置は、混乱を少なくとも部分的に補償する補償器として構成されている、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の投影露光系。
18. 少なくとも１つの偏光操作装置は、交換装置の形をとり、これにより、１つ又は複数の偏光素子を任意選択で照明ビーム路又は結像ビーム路に挿入するか、それらから取り除くことができる、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の投影露光系。
19. 少なくとも１つの偏光操作装置は、交換装置の形をとり、これは、異なった効果機能を有する少なくとも２つの偏光素子と組み合わされ、交換装置は、異なった機能を有する偏光素子を交換するための交換装置である、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の投影露光系。
20. 少なくとも１つの偏光操作装置は、投影照明系のビーム路上に配置された調節可能な偏光素子の効果機能を段階的又は連続的に変化させる装置の形をとる、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の投影露光系。
21. 調節可能な偏光素子は、応力複屈折材料からなる少なくとも１つのリターデーション素子を備える関連のリターデーション装置を有し、リターデーション素子は、予め決定することができる位置分布に従って、予め決定することができる応力状態の可変調節を行うための対応のアクチュエータを有し、好ましくはリターデーション装置は、偏光素子の効果機能の位置分解変化を、リターデーション装置の断面全体のリターデーション効果の位置分布の変化によって行うことができるように可変に調節可能に構成されている、請求項２０に記載の投影露光系。
22. 少なくとも１つの偏光操作装置は、移動可能に取り付けられた少なくとも１つのリターデーション装置を有し、また好ましくは、少なくとも１つの偏光操作装置は、回転可能に取り付けられた少なくとも１つのリターデーション装置を含む、請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の投影露光系。
23. 少なくとも１つの偏光操作装置は、光軸に関して横方向に偏心した状態、及び傾斜した状態の少なくとも一方であるように構成された少なくとも１つの偏光素子を含む、請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の投影露光系。
24. 少なくとも１つの偏光操作装置は、複屈折材料からなる少なくとも１つの等方性又は異方性コーティングを付着させた基板を有する偏光素子を含み、また好ましくは、偏光素子は、コーティングを含む偏光素子の機械的変形を行うための関連装置を有する、請求項１１〜２３のいずれか１項に記載の投影露光系。
25. コーティングは、多数の個別層を有する形状複屈折多層組織であり、個別層の２つ以上又はすべてが、照明放射光の作動波長に比べて小さい光学層厚さを有する、請求項２４に記載の投影露光系。
26. 少なくとも１つの偏光操作装置は、構造誘発複屈折を生じるための少なくとも１つの複屈折サブ波長構造を有する少なくとも１つの回折偏光素子を備え、また好ましくは、少なくとも１つの偏光操作装置は、少なくとも１つの偏光素子を含み、また、偏光素子のための位置変化効果機能を生じるために、異なったサブ波長構造を有するさまざまな領域を互いに横に並べて配置している、請求項１１〜２５のいずれか１項に記載の投影露光系。
27. 少なくとも１つの偏光操作装置は、第１リターデーション効果を有する少なくとも１つの第１リターデーション装置と、第１リターデーション効果と異なる少なくとも１つの第２リターデーション装置とを有する少なくとも１つのリターデーション群を備える、請求項１１〜２６のいずれか１項に記載の投影露光系。
28. リターデーション群内の少なくとも１つのリターデーション装置は、その有効断面全体にわたって同一のリターデーション効果を有する、請求項２７に記載の投影露光系。
29. リターデーション群内の少なくとも１つのリターデーション装置は、リターデーション装置の断面全体に分散し、かつラスタ配列に配置されて表面領域をほぼ満たす多数の個別リターデーション素子を有する、請求項２７又は２８に記載の投影露光系。
30. ラスタ配列のリターデーション素子は、リターデーション効果の絶対量（λ／ｘ）の点及び結晶軸の向きの点の少なくとも一方で異なる、請求項２９に記載の投影露光系。
31. リターデーション群は、１／４波長リターデーションの効果を有する第１リターデーション装置、１／２波長リターデーションの効果を有する第２リターデーション装置、及び１／４波長リターデーションの効果を有する第３リターデーション装置をこの順序で備える、請求項２７〜３０のいずれか１項に記載の投影露光系。
32. 少なくとも１つの偏光操作装置は、少なくとも１つの偏光素子を有し、異なったリターデーション効果（λ／ｘ）を有する異なった個別のリターデーション素子が、互いに横に並べて配置されている、請求項１１〜３１のいずれか１項に記載の投影露光系。

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