JP5846471B2

JP5846471B2 - 偏光影響光学装置及びマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系

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Publication number: JP5846471B2
Application number: JP2011040782A
Authority: JP
Inventors: サンガーインゴ
Original assignee: カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: US20110194093A1; JP2011164626A; DE102011003035A1

Description

本発明は、偏光影響光学装置、及びマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系、特に、照明系又は投影対物系に関する。具体的には、本発明は、望ましい偏光分布を具備する上で高い柔軟性を可能にする偏光影響光学装置に関する。

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処理は、照明系及び投影対物系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、照明系を用いて照明されるマスク（＝レチクル）の像が、感光層（フォトレジスト）で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、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、照明系において瞳平面及び／又はレチクル内にある一定の偏光分布を特定的にターゲットを定めた方式で設定するための様々な手法は公知である。特に、照明系及び同じく投影対物系の両方において、高コントラスト結像に対してタンジェンシャル偏光分布を設定することは公知である。個々の直線偏光光の電界強度ベクトルの振動面が、光学系軸に向く半径に対してほぼ垂直に向けられた偏光分布を表す上で「タンジェンシャル偏光」（又は「ＴＥ偏光」）という用語を用いる。それとは対照的に、個々の直線偏光光ビームの電界強度ベクトルの振動面が、光学系軸に対してほぼラジアル方向に向けられた偏光分布を表す上で「ラジアル偏光」（又は「ＴＭ偏光」）という表現を用いる。

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プロフィールを有する偏光影響光学要素を開示している。

ＵＳ６３９２８００Ｂ２からは、特に、入射光ビームの全体の断面内で実質的にラジアル方向に直線偏光された光を有する射出光ビームへの変換において、ラジアル方向の圧縮応力に露出される応力複屈折４分の１位相差板を偏光方向を４５°だけ回転させる円複屈折板との組合せで、場合によっては通常の４分の１位相差板の上流装置に用いることは公知である。

ＷＯ２００６／０７７８４９Ａ１からは、特に、入射直線偏光光の偏光方向を可変的に調節可能な回転角で回転させ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偏光状態の変換に対して照明系の瞳平面内又はその近位に配置することは公知である。

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ができ、かつビーム経路内に導入することができてその作用を要素の位置、例えば、回転、偏心、又は傾斜を変更することによって変化させることができる偏光影響光学要素の形態のもの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いる。

ＷＯ２００５／０６９０８１Ａ２ＵＳ６３９２８００Ｂ２ＷＯ２００６／０７７８４９Ａ１ＷＯ２００５／０３１４６７Ａ２

本発明の目的は、望ましい偏光分布を具備する上で高い柔軟性を可能にする偏光影響光学装置とマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系とを提供することである。

この目的は、独立請求項１に記載の特徴による装置、及び請求項１１に記載の特徴による光学系によって遂げられる。

偏光影響光学装置は、第１のλ／２板と第２のλ／２板とを含む少なくとも１つの対を含み、第１のλ／２板と第２のλ／２板は、互いに部分的に重なり、重ね合わせ領域及び少なくとも１つの非重ね合わせ領域を形成する。

本発明による偏光影響光学装置の構成は、互いに異なる偏光照明設定をこれらの照明設定の間の変更に対して偏光影響光学装置を交換又はその位置に関して変更する必要なく、この装置の異なる領域の部分照明を用いて柔軟に設定することを可能にする。従って、本発明は、２つのλ／２板の部分重ね合わせによって少なくとも２つの領域を設け、これらの領域を光が通過する際にλ／２板のうちの片方だけを通過するか、両方のλ／２板を通過するか、又はλ／２板のうちのいずれをも通過しないかに依存して互いに異なる射出偏光分布を生成するという概念に基づいている。

このようにして投影露光装置において可能になる異なる照明設定の柔軟な設定は、特に付加的な光学構成要素の必要なく行うことができ、それによって構造的な複雑さ及び経費、更に、例えば、リソグラフィ工程におけるコストが低減される。更に、上述のことによって付加的な光学構成要素の使用に伴う伝達損失が回避される。

実施形態では、重ね合わせ領域は、第１のλ／２板のみが存在する第１の非重ね合わせ領域と、第２のλ／２板のみが存在する第２の非重ね合わせ領域との間に配置される。

重ね合わせ領域及び少なくとも１つの非重ね合わせ領域の各々は、特に円セグメント形状にあるそれぞれの幾何学形状を有することができる。この場合、重ね合わせ領域を形成する円セグメントは、少なくとも１つの非重ね合わせ領域を形成する円セグメントとは異なる開き角を有することができる。

実施形態では、第１のλ／２板は第１の複屈折速軸を有し、第２のλ／２板は第２の複屈折速軸を有し、第１の速軸と第２の速軸は、互いに対して４５°±５°の角度で配置される。

実施形態では、装置上に重ね合わせ領域内で入射する第１の直線偏光光ビームの振動面は、第１の回転角だけ回転され、装置上に少なくとも１つの非重ね合わせ領域内で入射する第２の直線偏光光ビームの振動面は、第２の回転角だけ回転され、第１の回転角は、第２の回転角とは異なる。

実施形態では、第１のλ／２板のみを通過する第２の直線偏光光ビームの振動面及び第２のλ／２板のみを通過する第３の直線偏光光ビームの振動面は、それぞれ第２及び第３の回転角だけ回転され、第２の回転角は、第３の回転角とは異なる。

実施形態では、第２の回転角と第３の回転角は、マグニチュードが同じであり、反対の符号のものである。

実施形態では、第１のλ／２板と第２のλ／２板は、互いの重ね合わせ領域内で９０°回転子を形成する。

実施形態では、本発明による装置の各々は、それぞれの第１のλ／２板とそれぞれの第２のλ／２板とを含む２つの対を有し、第１の対と第２の対は、装置の対称軸の互いに反対の側に配置される。

更に別の態様では、本発明は、本発明による偏光影響光学装置を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系に関し、偏光影響光学装置は、光学系内で重ね合わせ領域及び同じく少なくとも１つの非重ね合わせ領域の両方が、少なくとも部分的に光学系の光学有効領域に配置されるように配置される。

実施形態では、偏光影響光学装置は、光学系の作動時に、装置上に入射する光ビームの光ビーム断面にわたって一定の好ましい偏光方向を有する直線偏光分布を近似的なタンジェンシャル偏光分布に変換する。

実施形態では、第１のλ／２板は、装置上に入射する光ビームの好ましい偏光方向に対して２２．５°±２°の角度で延びる第１の複屈折速軸を有し、第２のλ／２板は、装置上に入射する光ビームの好ましい偏光方向に対して−２２．５°±２°の角度で延びる第２の複屈折速軸を有する。

本発明は、更に、マイクロリソグラフィ投影露光装置、及び微細構造構成要素のマイクロリソグラフィ製造のための方法に関する。

本発明の更に別の構成は、本明細書及び特許請求の範囲において明らかになる。

以下では、添付図面に図示の実施形態を用いて本発明をより詳細に説明する。

本発明の実施形態による偏光影響光学装置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の構造を示す模式図である。本発明の特定的な実施形態による偏光影響光学装置の構造を示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の動作モードを示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の動作モードを示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の動作モードを示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の動作モードを示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の異なる可能な使用を示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の異なる可能な使用を示す模式図である。図２の偏光影響光学装置の異なる可能な使用を示す模式図である。

図１は、光源ユニット１０１と、照明系１１０と、結像される構造を有するマスク１２５と、投影対物系１３０と、露光される基板１４０とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置１００の概略図である。光源ユニット１０１は、その光源としてＤＵＶ又はＶＵＶレーザ、例えば、１９３ｎｍのためのＡｒＦレーザ、１５７ｎｍのためのＦ₂レーザ、１２６ｎｍのためのＡｒ₂レーザ、又は１０９ｎｍのためのＮｅ₂レーザを含み、更に平行光ビームを生成するビーム形成光学手段を含む。光ビームの光線は直線偏光分布を有し、個々の光線の電界ベクトルの振動面は単一の方向に延びている。

平行光ビームは、発散増大光学要素１１１上に入射する。発散増大光学要素１１１は、例えば、回折ラスタ要素又は屈折ラスタ要素のラスタ板とすることができる。各ラスタ要素は、ラスタ要素の広がり及び焦点距離によって決められる角度分散を有する光線束を生成する。ラスタ板は、その後の対物系１１２の物体平面内、又はその近位に配置される。対物系１１２は、可変直径の平行光ビームを生成するズーム対物系である。平行光ビームは、方向変更ミラー１１３により、アキシコン１１５を含む光学ユニット１１４へともたらされる。ズーム対物系１１２とアキシコン１１５との併用により、アキシコン要素のそれぞれのズーム設定及び位置によっては、瞳平面１１６内に異なる照明構成が生成される。

瞳平面１１６内、又はその直近には偏光影響光学装置２００が配置され、その構造及び動作モードを図２から図５を参照して以下に説明する。光学ユニット１１４にはレチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）１１８が続き、レチクルマスキングシステム１１８は、ＲＥＭＡ対物系１１９によって構造保持マスク（レチクル）１２５上に結像され、それによってレチクル１２５上の照明領域の境界を定める。構造保持マスク１２５は、投影対物系１３０を用いて感光基板１４０上に結像される。この例では、投影対物系１３０の最後の光学要素１３５と感光基板１４０との間には、空気とは異なる屈折率を有する液浸液１３６が配置される。

図１に示している偏光影響光学装置２００は、照明系内に用いられるが、更に別の実施形態では、投影対物系内での使用も可能である。

図２ａは、本発明の実施形態による偏光影響光学装置２００の模式図を示している。

図示の実施形態における偏光影響光学装置２００は、それぞれ部分的に相互に重なるλ／２板２１０、２２０、及び２３０、２４０を含み、これらのλ／２板は、装置２００の対称軸（図２では、対称軸は、水平方向又はｘ方向に延びる）の互いに反対側に設けられ、互いに類似の構造のものであり、従って、説明を大幅に容易にするために、λ／２板２１０、２２０から構成される第１の対だけを参照する。

λ／２板２１０、２２０の各々は、望ましい作動波長において十分な透過性を有する適切な複屈折材料、例えば、結晶石英（ＳｉＯ₂）又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作られ、各々、円セグメントの形状にある幾何学形状のものであり、図示の実施形態では、それぞれの円セグメントは、各々９０°の開き角を含む。この点に関して、図２の例における部分重ね合わせは、「Ａ」によって示している重ね合わせ領域が、６０°の開き角（一般的に、好ましくは、６０°±２０°、特に６０°±１０°）にわたって延び、それに対して重ね合わせ領域「Ａ」の両側に設けられた非重ね合わせ領域「Ｂ−１」及び「Ｂ−２」は、３０°（一般的に、好ましくは、３０°±１０°、特に３０°±５°）の開き角にわたって延びるように選択される。しかし、本発明が、指定した特定の開き角又は開き角の範囲に限定されず、従って、実施されるそれぞれの望ましい照明設定に依存して他の開き角を選択ことができることは理解されるであろう。

また、図２は、ｙ方向に延びる一定の好ましい偏光方向Ｐを有する直線偏光光の入射放射線を含む状況において、光が偏光影響光学装置２００を通過した後に各場合に与えられる好ましい偏光方向も示している。この場合、それぞれ得られる好ましい偏光方向は、第１の非重ね合わせ領域「Ｂ−１」（すなわち、第１のλ／２板２１０だけによって覆われる領域）に対してＰ’で表しており、第２の非重ね合わせ領域「Ｂ−２」（すなわち、第２のλ／２板２２０だけによって覆われる領域）に対してＰ’’で表しており、重ね合わせ領域「Ａ」（すなわち、第１のλ／２板２１０及び同じく第２のλ／２板２２０によって覆われる領域）に対してＰ’’’で表している。

上述の領域内でのそれぞれの好ましい偏光方向の発生を図３ａ〜図３ｄに模式的に示しており、これらの図では、複屈折速軸（高屈折率の方向に延びる）のそれぞれの位置を第１のλ／２板２１０に対して破線「ｆａ−１」で示しており、第２のλ／２板２２０に対して破線「ｆａ−２」で示している。図示の実施形態では、第１のλ／２板２１０の複屈折速軸「ｆａ−１」は、装置２００上に入射する光ビームの好ましい偏光分布Ｐに対して２２．５°±２°の角度で延び、第２のλ／２板２２０の複屈折速軸「ｆａ−２」は、装置２００上に入射する光ビームの好ましい偏光分布Ｐに対して−２２．５°±２°の角度で延びている。

光が第１のλ／２板２１０を通過した後に与えられる好ましい偏光方向Ｐ’は、元の（入射する）好ましい偏光方向Ｐの速軸「ｆａ−１」に関する鏡像に対応し（図３ａを参照されたい）、光が第２のλ／２板２２０を通過した後の好ましい偏光方向Ｐ’’は、元の（入射する）好ましい偏光方向Ｐの速軸「ｆａ−２」に関する鏡像に対応する（図３ｂを参照されたい）。その結果、それぞれ光が非重ね合わせ領域「Ｂ−１」及び「Ｂ−２」を通過した後の好ましい偏光方向Ｐ’及びＰ’’は、装置２０上に入射する光ビームの好ましい偏光方向Ｐに対して±４５°の角で延びている。

装置２００上に重ね合わせ領域「Ａ」内で入射する光ビーム対しては、第１のλ／２板２１０から射出する光ビームの好ましい偏光方向Ｐ’（図３ｃを参照されたい）は、第２のλ／２板２００上に入射する光ビームの入射偏光分布に対応し、従って、図３ｄで重ね合わせ領域「Ａ」から射出する光ビームの好ましい偏光方向Ｐ’’’は、装置２００上に入射する光ビームの好ましい偏光方向Ｐに対して９０°の角度で延びている。

図４は、装置２００の光学有効区域全体が、図４に示している一定の直線的な好ましい偏光方向を有する偏光分布４１０を含む光で照明される状況において、光が装置２００を通過した後に発生する偏光分布４２０を示している。

偏光分布４２０は、内部で好ましい偏光方向がそれぞれ一定に少なくとも近似的にタンジェンシャル方向に、すなわち、光軸ＯＡに向く半径に対して垂直に延びる円セグメントの形状にある８つの領域４２１〜４２８を有する準タンジェンシャル偏光分布である。

λ／２板２１０、２２０、又は２３０、２４０のうちのいずれもが、光が装置２００を通過した後に発生する偏光分布４２０の領域４２３及び４２７内には配置されないので、好ましい偏光方向は、元の好ましい偏光方向に対応し、従って、ｙ方向に延びている。

本発明による偏光影響光学装置に関連して可能な異なる偏光分布の柔軟な設定は、図５ａ〜図５ｂを参照することによって明らかになる。

この場合、準タンジェンシャル偏光分布を有する図５ａに示している四重極照明設定５１０、又は光軸ＯＡの回りに図５ａに対して４５°だけ回転されて、同じく準タンジェンシャル偏光分布を有する図５ｂに示している四重極照明設定５２０（クエーサー照明設定）の両方は、これらの２つの照明設定の間の変更に対して偏光影響光学装置２００を交換するか又はその位置を変更する必要なく、図４の領域４２１、４２３、４２５、及び４２７、又は図４の領域４２２、４２４、４２６、及び４２８のいずれかだけの部分照明を用いて生成することができる。

本発明による装置２００を用いて可能な２つの照明設定５１０と５２０の間の変更は、特に装置２００では、例えば、ＯＰＣ法（ＯＰＣ＝光学近接効果補正）を用いて準タンジェンシャル照明設定５１０に最適化された従来実施されている生成工程を更に実施することができるが、更に、照明設定５２０（４５°だけ回転された照明極内に準タンジェンシャル偏光分布を有する）を用いることができるという利点を有する。

更に別の実施形態（図示せず）によると、偏光影響光学装置２００に加えてビーム経路内に９０°回転子を配置することができ、その結果、上述の図４及び図５の準タンジェンシャル偏光分布４２０、５１０、及び５２０の代わりに、好ましい偏光方向又は電界強度ベクトルの振動方向が、対応する位置においてラジアル方向に、すなわち、光軸ＯＡに向く半径と平行に延びる準ラジアル射出偏光分布を相応に生成することができる。この９０°回転子は、代替的に、光伝播方向に偏光影響光学装置２００の上流又は同じく下流に配置することができ、ビームの各個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動面が９０°だけ回転されることを公知の方式で可能にする。９０°回転子の可能な構成は、α_pが光学活性結晶の特定の回転能を指定する場合に、約９０°／α_pの厚みを有する平行平面板をビーム経路内に設ける段階を含む。９０°回転子の更に別の可能な構成は、複屈折結晶の２つのλ／２板から９０°回転子を構成する段階を伴っている。

本発明を特定的な実施形態を用いて説明したが、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別の実施形態が明らかであろう。従って、当業者は、そのような変形及び別の実施形態も同様に本発明に包含され、かつ本発明の範囲は、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を認めるであろう。

１００マイクロリソグラフィ投影露光装置
１０１光源ユニット
１１０照明系
１２５マスク
１３０投影対物系
１４０基板

Claims

第１のλ／２板（２１０，２３０）と第２のλ／２板（２２０，２４０）とを含む少なくとも１つの対、
を含み、
前記第１のλ／２板（２１０，２３０）と前記第２のλ／２板（２２０，２４０）は、互いに部分的に重なり、重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）及び少なくとも１つの非重ね合わせ領域（Ｂ−１，Ｂ−２；Ｄ−１，Ｄ−２）を形成し、
前記第１のλ／２板（２１０，２３０）は、第１の複屈折速軸（ｆａ−１）を有し、前記第２のλ／２板（２２０，２４０）は、第２の複屈折速軸（ｆａ−２）を有し、該第１の速軸（ｆａ−１）と該第２の速軸（ｆａ−２）は、互いに対して４５°±５°の角度で配置される、
ことを特徴とする偏光影響光学装置（２００）。
前記重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）は、前記第１のλ／２板（２１０，２３０）のみが存在する第１の非重ね合わせ領域（Ｂ−１；Ｄ−１）と前記第２のλ／２板（２２０，２４０）のみが存在する第２の非重ね合わせ領域（Ｂ−２；Ｄ−２）との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏光影響光学装置。
前記重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）及び前記少なくとも１つの非重ね合わせ領域（Ｂ−１，Ｂ−２；Ｄ−１，Ｄ−２）の各々は、円セグメントの形状の幾何学形状のものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏光影響光学装置。
前記重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）を形成する前記円セグメントは、前記少なくとも１つの非重ね合わせ領域（Ｂ−１，Ｂ−２；Ｄ−１，Ｄ−２）を形成する前記円セグメントとは異なる開き角を有することを特徴とする請求項３に記載の偏光影響光学装置。
前記重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）において装置（２００）上に入射する第１の直線偏光光ビームの振動面が、第１の回転角だけ回転され、前記少なくとも１つの非重ね合わせ領域（Ｂ−１，Ｂ−２；Ｄ−１，Ｄ−２）において装置上に入射する第２の直線偏光光ビームの振動面が、第２の回転角だけ回転され、該第１の回転角は、該第２の回転角とは異なることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光影響光学装置。
前記第１のλ／２板（２１０，２３０）のみを通過する第２の直線偏光光ビームの前記振動面及び前記第２のλ／２板（２２０，２４０）のみを通過する第３の直線偏光光ビームの前記振動面は、それぞれ、第２及び第３の回転角だけ回転され、該第２の回転角は、該第３の回転角とは異なることを特徴とする請求項５に記載の偏光影響光学装置。
前記第２の回転角と前記第３の回転角は、マグニチュードが同じであり、かつ反対の符号のものであることを特徴とする請求項６に記載の偏光影響光学装置。
前記第１のλ／２板（２１０，２３０）と前記第２のλ／２板（２２０，２４０）は、前記互いの重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）内で９０°回転子を形成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項に記載の偏光影響光学装置。
各対が、それぞれの第１のλ／２板（２１０，２３０）とそれぞれの第２のλ／２板（２２０，２４０）を含む２つの対を備え、該第１の対と該第２の対は、装置（２００）の対称軸の互いに反対の側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項に記載の偏光影響光学装置。
マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系であって、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の偏光影響光学装置（２００）、
を含み、
前記偏光影響光学装置（２００）は、重ね合わせ領域（Ａ，Ｃ）及び同じく少なくとも１つの非重ね合わせ領域（Ｂ−１，Ｂ−２；Ｄ−１，Ｄ−２）の両方が少なくとも部分的に光学系の光学有効領域内に配置されるように光学系に配置される、
ことを特徴とする光学系。
前記偏光影響光学装置（２００）は、光学系の作動時に、該装置上に入射する光ビームの光ビーム断面にわたって一定である好ましい偏光方向を有する直線偏光分布（４１０）を近似的なタンジェンシャル偏光分布（４２０）に変換することを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
前記第１のλ／２板（２１０，２３０）は、前記装置（２００）上に入射する光ビームの前記好ましい偏光方向に対して２２．５°±２°の角度で延びる第１の複屈折速軸（ｆａ−１）を有し、前記第２のλ／２板（２２０，２４０）は、該装置（２００）上に入射する光ビームの該好ましい偏光方向に対して−２２．５°±２°の角度で延びる第２の複屈折速軸（ｆａ−２）を有することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の光学系。
照明系と投影対物系とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
請求項１から９のいずれか１項に記載の偏光影響光学装置（２００）又は請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の光学系を有する、
ことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
微細構造構成要素をマイクロリソグラフィ製造する方法であって、
感光材料の層が少なくとも部分的に適用された基板（１４０）を準備する段階と、
結像される構造を有するマスク（１２５）を準備する段階と、
請求項１３に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置（１００）を準備する段階と、
前記マスク（１２５）の少なくとも一部を前記投影露光装置（１００）を用いて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。