光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法

文檔序號：2733173閱讀：119來源：國知局

專利名稱：光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法，特別是涉及一種以微影制程來制造半導體組件、攝影組件、液晶顯示組件與薄膜磁頭等的微裝置的曝光裝置。
背景技術：
在此種典型曝光裝置中，從光源發(fā)射出的光束經由做為光學積分器的復眼透鏡，形成由多數光源所構成的做為實質面光源的二次光源。來自二次光源的光束，經過配置在復眼透鏡后側焦平面附近的光圈加以限制后，便入射至聚焦透鏡。
被聚焦透鏡所聚光的光束則重疊地照明到已形成預定圖案的光罩上。穿透過光罩圖案的光則經過投影光學系統，成像在晶圓上。以此方式，光罩圖案便被投影曝光(轉印)到晶圓上。此外，形成在光罩上的圖案是高積集度，故對于將此細微的圖案轉印到晶圓上而言，在晶圓上獲得均勻的照度分布是必須的。
在復眼透鏡的后側焦平面上形成圓形的二次光源，使其大小改變，以改變照明的同調性(coherence) a ( a值-光圈孔徑M殳影光學系統的瞳徑，或者a值=照明光學系統出射側的數值孔徑/投影光學系統入射側的數值孔徑)的技術是相當受到注意的。此外，在復眼透鏡的后側焦平面上，形成輪帶狀或四極狀的二次光源，以提升投影光學系統的焦深與分辨率的技術也受到關注。
在上述的傳統曝光裝置中，因應光罩圖案的特性，根據圓形二次光源來進行一般的圓形照明，根據輪帶狀或四極狀二次光源來進行變形照明(輪帶照明或四極照明)。然而，因應光罩圖案特性，一般是不改變照明光罩的光的偏振狀態(tài)，以非偏振狀態(tài)的光來照明光罩。因此，無法實現所必要的照明條件，來忠實地轉印光罩圖案
有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的提供一種光學照明裝置，例如搭載于曝光裝置中，便可以依據光罩圖案的特性，抑制光量損且使照明光的偏振狀態(tài)改變，得以實施適當的照明條件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種曝光裝置與曝光方法，其使用可以依據光罩圖案的特性，使照明光的偏振狀態(tài)改變的光學照明裝置，因而可以依據光罩的圖案特性，以適當的照明條件來進行優(yōu)良的曝光。

發(fā)明內容
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一型態(tài)提出一種光學照明裝置，其具有光源部，以提供直線偏振光，并以光源部發(fā)出的光來照射被照射面。光學照明裝置包括偏振狀態(tài)切換手段，其配置在光源部與該被照射面之間的
間切換。
偏振狀態(tài)切換手段包括去偏振器，可自由地插入與脫離于照明光路中，依據需要將入射的直線偏振光去偏振。
根據本發(fā)明的第一型態(tài)，在特定偏振狀態(tài)為直線偏振狀態(tài)的情形時，偏振狀態(tài)切換手段可以改變直線偏振的偏振面。此外，偏振狀態(tài)切換手段可包括相位部材，依據需求改變入射的直線偏振光的偏振面。在此情形，
相位部材具有1/2波長板，其結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。
此外，依據上述第一型態(tài)，去偏振器包括水晶棱鏡，其結晶光學軸是以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。此外，去偏振器更包括偏振分光器與反射系統。反射系統是使穿過偏振分光器的光的光路與被偏振分光器最后反射的光的光路實質上一致，并且使被偏振分光器反射的光在平面上反射多數次，再回到偏振分光器。偏振分光器與反射系統以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。
此外依據上述第一型態(tài)的話，去偏振器更包括偏振分光器與反射系統。反射系統是使穿過偏振分光器的光的光路與被偏振分光器最后反射的光的光路實質上一致，并且使被偏振分光器反射的光在平面上反射多數次，再回到偏振分光器。偏振分光器與反射系統可一體地插入與脫離于照明光路。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，偏振狀態(tài)切換手段更包括第二相位部材，將入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光。此外，第二相位部材更包括 1/4波長板，且1/4波長板是以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，配置在光源部與偏振狀態(tài)切換手段之間的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行進方向是設定成比結晶方位<110>更接近<111>或<100>。在此情形，配置在偏振狀態(tài)切換手段與被照射面之間的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行進方向是設定成比結晶方位<110>更接近<111>或<100>。
上述光穿透部材更包括光學部材，固定地定位在光路中，其中光學部材的光軸設定成與結晶方位<111〉或結晶方位<100>實質上上一致。此外，光穿透部材包括直角棱鏡，做為背面反射鏡，其中直角棱鏡的入射面與出射面是設定成實質上上與結晶面{100}—致，并且直角棱鏡的反射面設定成實質上與結晶面{110}—致。此外，光穿透部材更包括平行面板，其可相對
光軸傾斜設置于光路中，使沿著光軸入射的光線平行移動，其中平行面板的光軸是設定成實質上與結晶方位< 1 00>—致。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，光學照明裝置更包括照明瞳分布形成手段，依據從光源部發(fā)出的光束，在光學照明裝置的瞳面或瞳面的附近，
形成預定光強度分布；變更手段，用以變更預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一；以及導光光學系統，將從預定光強度分布發(fā)出的光束導引到被照射面。在此情形，偏振狀態(tài)切換手段是依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，來變更用來照明被照射面的光的偏振狀態(tài)。此外，偏振狀態(tài)切換手段是依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，使用來照明被照射面的光的偏振狀態(tài)在直線偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài)之間切換。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，偏振狀態(tài)切換手段是依據該預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，在前述特定偏振狀態(tài)下，光的史托克參數的Sl成分是滿足下列條件0.6 ^ ISII。此外，在非偏振狀態(tài)下，光的史托克參數的S1與S2成分是滿足下列條件ISII ^ 0. l以及IS21 ^ 0.1。此外，光學照明裝置更包括偏振狀態(tài)變動修正手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以修正在該被照射面上的偏振狀態(tài) 的變動。在此情形，偏振狀態(tài)變動修正手段更包括偏振監(jiān)視器，配置在偏振狀態(tài)切換手段與被照射面之間的光路中，用以檢測出光的偏振狀態(tài)；以及控制部，依據偏振監(jiān)視器的輸出，以控制偏振狀態(tài)切換手段。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，偏振狀態(tài)切換手段更包括1/2波長板，具有結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉；以及1/4波長板，具有結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。使1/4 波長板的結晶光學軸與1/2波長板的結晶光學軸變化時，控制部回應偏振監(jiān)視器所得的檢測結果，使1/4波長板的結晶光學軸的角度位置定位在所要位置，以使入射的橢圓偏振光變換成直線偏振光，并且使1/2波長板的結晶光學軸的角度位置定位在所要位置，以使入射的直線偏振光變換成在預定方向上具有偏振面的直線偏振光。在此情形，使1/4波長板的結晶光學軸改變時，控制部將1/4波長板的結晶光學軸的角度位置定位在檢測結果中的史托克參數S1成分的變化對比約略成最大時的第一角度位置，且在 1/4波長板的結晶光學軸設定在第一角度位置的狀態(tài)下，在使1/2波長板的結晶光學軸變化時，將1/2波長板的結晶光學軸的角度位置定位在檢測結果中的史托克參數S1成分約略成最大或最小時的第二角度位置。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，上述偏振監(jiān)視器更包括分光器，配置在偏振狀態(tài)切換手段與被照射面之間的光路中，用以從光路中擷取出與入射光的偏振狀態(tài)相異的偏振狀態(tài)的反射光或是穿透光；以及光強度檢測器，
用以檢測出被分光器從光路中擷取出的反射光或穿透光的強度，并依據光強度檢測器的輸出，以檢測出入射到分光器的入射光的偏振狀態(tài)。在此情形，分光器具有反射特性或穿透特性，使包含于反射光或該穿透光的P偏
振強度Ip與S偏振強度Is的強度比Ip/Is滿足Ip/Is < 1/2或者Ip/Is 〉 2的條件。
此外，依據上述第一型態(tài)的話，光學照明裝置更包括照明瞠分布形成手段，依據光源部發(fā)出的光束，在光學照明裝置的瞳面或瞳面的附近形成預定光強度分布，其中照明瞳分布形成手段是沿著對應被照射面上的預定方向上的瞳面或瞳面的附近的面上的方向，形成隔著間隔的兩個高光強度分布的區(qū)域，其中偏振狀態(tài)切換手段是將從兩個高光強度分布區(qū)域照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成在與預定方向垂直方向上具有偏振面的直線偏振狀態(tài)。在此情形，前述兩個高光強度分部區(qū)域是對稱于光學照明裝置的光軸而形成，其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區(qū)域外接的外接圓直徑(J)o以及瞳面的直徑())p的比定義為ao, ao o/(()p，其中ao 滿足下列條件0.7 ^ cjo。此外，兩個高光強度分部區(qū)域是對稱于該光學照明裝置的光軸而形成，其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區(qū)域
外接的外接圓直徑(|)0以及瞳面的直徑(j)p的比(j)0/(()p定義為(JO，且以光軸為
中心，與兩個高光強度分部區(qū)域內接的內接圓直徑())i以及瞳面的直徑小p的比())i/(l)p定義為CJ i，則0. 5 S (7i/ao。
本發(fā)明的第二型態(tài)提供一種光學照明裝置，其依據從光源部發(fā)出的光，以特定偏振狀態(tài)來照明被照射面。
光學照明裝置包括導光手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，將從光源部發(fā)出的光導引到被照射面；以及
偏振狀態(tài)變動修正手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以修正在該被照射面上的偏振狀態(tài)變動。
依據上述第二型態(tài)的話，偏振狀態(tài)變動修正手段更包括偏振狀態(tài)調整手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以調整在被照射面上的偏振狀態(tài)；偏振監(jiān)視器，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以檢測出光的偏振狀態(tài)；以及控制部，依據偏振監(jiān)視器的輸出，以控制偏振狀態(tài)調整手段。在此情形，偏振狀態(tài)調整手段包括可調整相位板，配置在光源部與偏振監(jiān)視器之間的光路中。此外，導光手段包括光學部材，具有使
入射的光的偏振狀態(tài)改變而射出的特性。上述光學部材可由結晶光學材料所形成。
本發(fā)明第三型態(tài)提供一種光學照明裝置，其依據光源部所發(fā)出的光，來照明被照射面。
此光學照明裝置包括導光手段，配置在光源部與被照射面之間的光路
中，用以將光源部發(fā)出的光導引到被照射面；
以及偏振狀態(tài)穩(wěn)定手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以穩(wěn)定在被照射面上的偏振狀態(tài)。
依據上述第三型態(tài)的話，上述偏振狀態(tài)穩(wěn)定手段可更包括偏振狀態(tài)調整手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以調整在被照射面上
的偏振狀態(tài)；偏振監(jiān)視器，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以檢測出光的偏振狀態(tài)；以及控制部，依據偏振監(jiān)視器的輸出，以控制偏振狀態(tài)調整手段。在此情形，偏振狀態(tài)調整手段包括可調整相位板，配置在光源部與偏振監(jiān)視器之間的光路中。此外，導光手段包括光學部材，具有
使入射的光的偏振狀態(tài)改變而射出的特性。上述光學部材是由結晶光學材料所形成。
此外，依據上述第三型態(tài)的話，偏振狀態(tài)穩(wěn)定手段包括光穿透部材，其配置在光源部與被照射面之間的光路中，且以立方晶系的結晶材料形成。在此情形，上述光穿透部材的光行進方向較佳是設定在比結晶方位〈110〉更近近結晶方位<111>或結晶方位<100〉。此外光穿透部材具有光學部材，其固定地定位在前述光路中，該光學部材的光軸較佳是設定成與結晶方位 <111>或結晶方位<100>實質上一致?；蛘呤?，前述光穿透部材具有做為背面反射鏡的直角棱鏡，較佳而言，前述直角棱鏡的入射面與出射面是設定成與結晶面{100}大約一致，而反射面試設定成與結晶面{110}大約一致。或者是，光穿透部材具有平行面板，可相對于光軸傾斜地設置在前述光路中，使沿著光軸入射的光線平行移動。較佳而言，前述平行面板的光軸是設定成與結晶方位<10 0>大約一致。
本發(fā)明第四型態(tài)提供一種光學照明裝置的調整方法，光學照明裝置依據從光源部發(fā)出的光，以特定偏振狀態(tài)來照明被照射面。
光學照明裝置的調整方法包括波長板設定步驟，將1/4波長板的結晶光學軸設定在光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置，并且將1/2波長板的結晶光學軸設定在光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置。
波長板設定步驟是使1/4波長板的結晶光學軸與1/2波長板的結晶光學軸分別改變時，依據偏振狀態(tài)切換手段與被照射面間的光路中所檢測出來的光偏振狀態(tài)的檢測結果，將1/4波長板的結晶光學軸設定在所要位置，使入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光，并且將1/2波長板的結晶光學軸
直線偏i光。 ''" 。、
依據上述第四型態(tài)實施例的話，使1/4波長板的結晶光學軸改變時，將1/4波長板的結晶光學軸設定在檢測結果中的史托克參數S1成分的變化對比約略成最大時的第一角度位置，且在1/4波長板的結晶光學軸設定在第一角度位置的狀態(tài)下，在使1/2波長板的結晶光學軸變化時，將1/2波長板的結晶光學軸設定在檢測結果中的史托克參數S1成分約略成最大或最小時的第二角度位置。此外，光學照明裝置的調整方法更包括照明瞳形成步驟，依據從光源部發(fā)出的光束，在光學照明裝置的瞳面或瞳面的附近形
成預定光強度分布；照明瞳變更步驟，用以將預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一變更；波長板重設定步驟，依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變更，修正設定1/4波長板的結晶光學軸與1/2 波長板的結晶光學軸的至少其中之一。
本發(fā)明第五型態(tài)提供一種曝光裝置，包括第一至第三型態(tài)所記載的光學照明裝置，或利用第四型態(tài)所記載的調整方法來進行調整的光學照明裝置，將光罩的圖案曝光到配置在前述被照射面的感光性基板上。
依據本發(fā)明第五型態(tài)的話，曝光裝置更包括投影光學系統，配置在光罩所設定的第一設定面與感光性基板所設定的第二設定面之間的光路中，將光罩的圖案像形成于第二設定面上；瞳強度分布形成手段，用以在投影光學系統的瞳與共軛位置或其附近的位置上形成預定光強度分布；以及瞳強度分布變更手段，用以改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一。在此情形，曝光裝置更包括偏振狀態(tài)變更手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以改變照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)，其中瞳強度分布變更手段依據光罩的圖案特性，改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一。偏振狀態(tài)變更手段是依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，來改變照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)。此外，在此情形，偏振狀態(tài)變更手段包括偏振狀態(tài)切換手段，用以將照明被照射
手段依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，在特定偏振狀態(tài)與該非偏振狀態(tài)之間切換。
此外，依據本發(fā)明第五型態(tài)的話，瞳強度分布形成手段沿著在光罩上所形成的線與空間圖案的間距方向上，以隔著間隔形成兩個高光強度分布區(qū)域。偏振狀態(tài)變更手段將從兩個高光強度分部區(qū)域照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成在與間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態(tài)?；蛘呤牵珡姸确植夹纬墒侄螌嵸|上以光學照明裝置的光軸為中心，形成一個高光強度分部區(qū)域，其中偏振狀態(tài)變更手段是將從高光強度分部區(qū)域照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成在做為光罩的相移光罩上所形成的線與空間的間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態(tài)。在此情形，高光強度分部區(qū)域的大小以及該瞳面的直徑())p 的比定義為cj， a,/())p，其中cro滿足下列條件a S 0. 4。
本發(fā)明第六型態(tài)提供一種曝光方法，包括第一至第三型態(tài)所記載的光
學照明裝置，或利用第四型態(tài)所記載的調整方法來進行調整的光學照明裝置，該曝光方法包括照明步驟，經由前述光學照明裝置，來照明光罩。
以及曝光步驟，將光罩的圖案曝光到配置在前述被照射面的感光性基板上。
依據本發(fā)明第六型態(tài)的話，曝光方法可更包括投影步驟，使用投影光
學系統，形成光罩的圖案像；瞳強度分布形成步驟，用以在投影光學系統的瞳與共輒位置或其附近的位置上形成預定光強度分布；以及瞳強度分布變更步驟，用以改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一。在此情形，瞳強度分布變更步驟更包括依據光罩的圖案特性，改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一，并且依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，來改變照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)。
依據本發(fā)明第六型態(tài)的話，瞳強度分布形成步驟更包括沿著在光罩上所形成的線與空間圖案的間距方向上，以隔著間隔形成兩個高光強度分布區(qū)域，并且將從兩個高光強度分部區(qū)域照明到被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成在與間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態(tài)。在此情形，兩個高光強度分部區(qū)域是對稱于光學照明裝置的光軸而形成，
其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區(qū)域外接的外接圓直徑())O以及瞳面的直徑小p的比定義為ao, cjo o/(()p，其中ao滿足下列條件0. 7 S a o。此外，兩個高光強度分部區(qū)域是對稱于光學照明裝置的光軸而形成，其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區(qū)域外接的外接圓直徑(t)o以及瞳面的直徑(j)P的比(j)0/())p定義為C7 0,且以光軸為中心，與兩個高光強度分部區(qū) 域內接的內接圓直徑())i以及該瞳面的直徑())的比(l)i/())p定義為cr i, 0.5蕓 a i/ a o。
本發(fā)明第七型態(tài)提供一種曝光方法，用以將設定在第一面的光罩的圖案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。此曝光方法包括第一步驟提供直線偏振光；
第二步驟依據第一步驟所提供的直線偏振光，照明光罩；第三步驟將被第二步驟照明的光罩的圖案曝光到感光性基板上；第四步驟將第二面上的光的偏振狀態(tài)，切換于特定偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài)之間，其中依據入射的直線偏振光，依據需求，將用來非偏振化的去偏光器插入或脫離于照明光路中。
依據本發(fā)明第七型態(tài)的話，上述曝光方法的第四步驟可更包括改變直線偏振的偏振面的步驟。此外，曝光方法的第三步驟可更包括使用投影光學系統將光罩的圖案形成到第二面上；在與投影光學系統的瞳共軛的位置或其附近的位置上，形成預定光強度分布；改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一；以及依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其
中之一的變化，改變照明被照射面的光的偏振狀態(tài)。
本發(fā)明第八型態(tài)提供一種曝光方法，用以將設定在第一面的光罩的圖案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。曝光方法包括
第一步驟提供光；
第二步驟依據第一步驟所提供的光，照明光罩；
第三步驟，將在第二步驟被照明的光罩的圖案曝光到感光性基板上；
以及
第四步驟，修正在第二面上的光的偏振狀態(tài)的變動。依據本發(fā)明第八型態(tài)的話，曝光方法更包括第五步驟，檢測出光的偏振狀態(tài)。
第四步驟更包括一步驟，依據第五步驟所檢測出的光偏振狀態(tài)，來調整第二面上的偏振狀態(tài)。
本發(fā)明第九型態(tài)提供一種光學照明裝置，其依據光源部發(fā)出的光，以特定的偏振狀態(tài)來照明被照射面。
光學照明裝置包括偏振狀態(tài)變更手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，以改變照明上述被照射面的光的偏振狀態(tài)；以及
縱橫比變換手段，用以改變在與前述被照射面在實質上為傅立葉轉換關系的照明瞳上所形成的光強度分布的縱橫比。
依據本發(fā)明第九型態(tài)的話，偏振狀態(tài)變更手段可具備偏振狀態(tài)切換手
態(tài)之間作切換。此外，依據本發(fā)明第九實施例的話，縱橫比變化手段為配置在與前述被照射面在實質上為傅立葉轉換關系的位置或其附近，并且包括光學組件群，其具有改變垂直的兩個方向上的放大率的功能。
本發(fā)明第十型態(tài)提供一種曝光裝置，包括上述第九型態(tài)所記載的光學照明裝置，用以將光罩的圖案曝光到配置在前述^^皮照射面上的感光性基一反。
依據本發(fā)明第十型態(tài)的話，前述偏振狀態(tài)變更手段依據光罩的圖案特性，來變更光的偏振狀態(tài)；前述縱橫比變化手段依據光罩的圖案特性，來改變在照明瞳上所形成的光強度分部的縱橫比。
本發(fā)明的第十一型態(tài)提供一種曝光方法，將設定在第一面的光罩圖案，曝光到設定在第二面的感光性基板上。此曝光方法包括
第一步驟提供特定偏振狀態(tài)的光；
第二步驟依據第一步驟所提供的光，照明光罩；
第三步驟將在第二步驟被照明的光罩圖案，曝光到感光性基板上；
第四步驟變更在第二面上的光的偏振狀態(tài)；
第五步驟改變在與第二面在實質上為傅立葉轉換關系的照明瞳上所形成的光強度分布的縱橫比。
依據上述第十一型態(tài)的話，第四步驟依據光罩的圖案特性來改變光的偏振狀態(tài)。此外，依據上述第十一型態(tài)的話，第五步驟依據光罩的圖案特性來改變照明瞳上所形成的光強度縱;f黃比。
本發(fā)明第十二實施例提供一種光學照明裝置，以光源部發(fā)出的光來照
射被照射面。光學照明裝置包括
偏振照明設定手段，用以將照明被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成特
定偏振狀態(tài)；以及
光學積分器，配置在光源部與被照射面之間。
光學積分器包括沿著預定第一方向的間距排列而成的第一一維圓柱透鏡陣列；以及以沿著與第一方向交叉的第二方向的間距排列而成的第二一維圓柱透鏡陣列。
依據本發(fā)明第十二型態(tài)的話，第一與第二一維圓柱透鏡陣列為一體地設置在光穿透性基板上。
依據本發(fā)明第十二型態(tài)的話，光學照明裝置包括多數個包含第一與第二一維圓柱透鏡陣列的圓柱透鏡陣列板。該些圓柱透鏡陣列板是沿著光學照明裝置的光軸方向，隔著一間隔來配置。此外，沿著第一-^~維圓柱透鏡陣列的第一方向的間距以及沿著第二一維圓柱透鏡陣列的第二方向的間距，至少要有一個在2mm以下的間距。
本發(fā)明第十三型態(tài)提供一種曝光裝置，包括第十二型態(tài)所記載的光學照明裝置，將光罩的圖案曝光到配置前述被照射面的感光性基板上。
本發(fā)明第十四型態(tài)提供一種曝光方法，包括照明步驟使用第十二型態(tài)所記載的光學照明裝置，來照明光罩；以及曝光步驟，將前述光罩的圖案曝光到配置在前述被照射面上的感光性基板上。
本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。經由上述可知，本發(fā)明是有關于一種光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法。該光學照明裝置，例如搭載于曝光裝置中，便可以依據光罩圖案的特性，抑制光量損且使照明光的偏振狀態(tài)改變，得以實施適當的照明條件。具有提供直線偏振光的光源部l,以光源部發(fā)出的光來照明被照射面(M、 W)。光學照明裝置具有偏振狀態(tài)切換手段(IO、 20)，配置在光源部與被照射面之間的光路中，
切換。偏振狀態(tài)切換手段更具有去偏振器20,其架構成可以自在地插入與脫離于照明光路中，并且可依據所需將入射的直線偏振光去偏振。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

圖1繪示具有本發(fā)明實施例的光學照明裝置的曝光裝置的結構示意圖。
圖2繪示以輪帶照明與四極照明所以形成的輪帶狀二次光源與四極狀二次光源的示意圖。
圖3繪示以二極照明所以形成的二極狀二次光源的示意圖。圖4繪示圖1的相位部材與去偏振器的架構示意圖。圖5繪示第一變化例的偏振狀態(tài)切換手段的架構示意圖。圖6繪示第二變化例的偏振狀態(tài)切換手段的架構示意圖。圖7繪示第三變化例的偏振狀態(tài)切換手段的架構示意圖。圖8繪示變化例的去偏振器的架構示意圖。
圖9繪示在圖1中配置在光源與偏振狀態(tài)切換手段之間的光束匹配單元的內部構造示意圖。
圖IO繪示關于螢石的結晶方位的說明圖。
圖11繪示在偏振狀態(tài)切換手段中所附設的用來將橢圓偏振變換成直線偏振的1/4波長板的示例圖。
圖12繪示制作半導體組件以做為微電子組件的方法流程圖。
圖13繪示制作液晶顯示組件以做為微電子組件的方法流程圖。
圖14繪示在二極照明中，以直線偏振狀態(tài)的光來照射光罩的概略示例圖。
圖15繪示在圓形照明中，以直線偏振狀態(tài)的光來照射光罩的概略示例圖。
圖16繪示在圖1的曝光裝置中，附設用來檢測照明光的偏振狀態(tài)的偏振監(jiān)^L器的架構示意圖。
圖17繪示圖16的偏振監(jiān)視器的內部結構的立體示意圖。
圖18繪示圖11中偏振狀態(tài)切換手段的1/4波長板的結晶光學軸與1/2 波長板的結晶光學軸的調整方法流程圖。
圖19繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置時， 1 /2波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監(jiān)視器的輸出變化圖。
圖20繪示當1/4波長板的結晶光學軸設定在各角度位置的狀態(tài)時，1/2
波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監(jiān)視器的輸出變化圖。
圖21繪示1/4波長板的結晶光學軸在各角度位置的狀態(tài)下的偏振監(jiān)視
器的輸出對比變化圖。
圖22繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在使橢圓偏振光變換成直線
偏振光的第一角度位置時，1/2波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監(jiān)
視器的輸出變化圖。
圖23繪示具有與圖1或圖16相異結構的照明瞳分布形成手段的曝光
裝置的架構示意圖。
圖24繪示在圖23中，配置在遠焦透鏡的前側透鏡群與后側透鏡群之間的光路中的圓錐旋軸三棱鏡光學系的架構示意圖。
圖25繪示圓錐旋軸三棱鏡光學是對于在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖26繪示變焦透鏡對于在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖27繪示在圖23中，配置在遠焦透鏡的前側透鏡群與后側透鏡群之間的光路中的第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對的架構示意圖。
圖28繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對于在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖29繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對于在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖30繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對于在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發(fā)明提出的光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法其具體實施方式
、結構、方法、步驟、特征及其功效， -洋細i兌明3口后。
圖1為概略繪示具備本發(fā)明實施例的光學照明裝置的曝光裝置架構圖。
如圖1所示，沿著感光基板的晶圓w的法線方向為設定為z軸，在晶圓w
表面上平行于圖1圖面的方向為設定為Y軸，在晶圓W表面上垂直于圖1 圖面的方向為設定為X軸。此外，在圖1中，光學照明裝置為設定進行輪帶照明。
本實施例曝光裝置具備激光光源1，用以提供曝光光(照明光)。激光光源1可以使用例如提供波長248nm光的KrF準分子激光光源，或者是提供波長193nm光的ArF準分子激光光源等。從激光光源1沿著Z方向射出的大略平行光束，具有在X方向上延伸成細長矩形的剖面，并且入射到由透鏡對2a， 2b所構成的光擴散器(beam expander )2。各透鏡2a， 2b在圖1 圖面上(YZ平面上)分別具有負折射能力與正折射能力。因此，入射到光擴散器2的光束在圖1圖面上會被擴大，而被整形成具有預定矩形剖面的光束。
透過做為整形光學系統的光擴散器2的大略平行光束被偏向鏡3片偏向到Y方向后，經由相位部材10、去偏振器(非偏振化組件)20以及繞射光學組件4，入射至遠焦變焦透鏡(afocal zoom lens) 5。相位邵材10與去偏振器20的構造與作用會在下文詳述。一般來說，繞射光學組件為在基板上形成具有曝光光(照明光)的波長左右間隔(pitch)的階梯構造，并具有將入射光束繞射到預定角度的作用。具體來說，當具有矩形剖面的平行光束入射時，繞射光學組件4具有在其遠場(f ar field)或夫瑯和費(fraunhofer) 繞射區(qū)域上，形成圓形光強度分布的功能。
因此，經過繞射光學組件4的光束，會在遠焦變焦透鏡5的瞳位置上形成圓形光強度分布，亦即具有圓形剖面的光束。繞射光學組件4為架構成可以從照明光路退避的結構。遠焦變焦透鏡5為架構成一邊維持遠焦系統(無焦點光學系統)，一邊以在預定的范圍內連續(xù)地改變倍率。透過遠焦變焦透鏡5的光束入射至輪帶照明用繞射光學組件6。遠焦變焦透鏡5實質將繞射光學組件4的發(fā)射原點與繞射光學組件6的繞射面彼此光學共軛地連結在一起。聚光于繞射光學組件6的繞射面上或其附近面上的一點的數值孔徑為與遠焦變焦透鏡5的倍率相關的方式來變化。
當平行光束入射時，輪帶照明用繞射光學組件6具備在它的遠場上形成環(huán)狀光強度分布的功能。繞射光學組件6架構成可以自由地插脫于照明光路上，并且四極照明用繞射光學組件60、圓形照明用繞射光學組件61、 X方向二極照明用繞射光學組件62與Y方向二極照明用繞射光學組件63等為架構成可以彼此互相切換。四極照明用繞射光學組件60、圓形照明用繞射光學組件61、 X方向二極照明用繞射光學組件62與Y方向二極照明用繞射光學組件63等的結構與作用會在下文中敘述。
經過繞射光學組件6的光束會入射至變焦透鏡7。微透鏡陣列(micro lens array,或復眼透鏡)8的入射面為被定位在變焦透鏡7的后側焦平面附近。微透鏡陣列8為由排列成縱列且密集的多數個具有正折射能力微小透鏡所構成的光學組件。一般而言，微透鏡陣列為利用例如在平行面板上進行蝕刻處理以形成微d 、透鏡群的方式來架構而成。
構成微透鏡陣列的各微小透鏡為比構成復眼透鏡的各透鏡組件更微小。此外，微透鏡陣列與彼此相互隔離的透鏡組件所構成的復眼透鏡不同，多數個微小透鏡(微小折射面)并不互相隔離，而是一體形成。但是，從具有正折射能力的透鏡組件被排列成縱橫方式這點來看，微透鏡陣列與復眼透鏡相同，為波前分割型的光學積分器。
如上所述，從透過繞射光學組件4，形成于遠焦變焦透鏡5的瞳位置上的圓形光強度的光束，從遠焦變焦透鏡5射出后，會成為具有各種角度成分的光束，而入射至繞射光學組件6。換句話說，繞射光學組件4為構成具有角度光束成形功能的光學積分器。另一方面，當平行光束入射時，繞射光學組件6具備做為在其遠場上形成環(huán)狀光強度分布的光束變換組件的功
能。因此，透過繞射光學組件6的光束會在變焦透鏡7的后側焦平面上(也
在微透鏡陣列的入射面上)，形成以例如光軸AX為中心的輪帶狀照野。
微透鏡陣列8的入射面上所形成的輪帶狀照野的外徑為相依于變焦透鏡7的焦點距離而改變。如此，變焦透鏡7在實質上以傅立葉轉換關系來連結繞射光學組件5與微透鏡陣列8的入射面。入射至微透鏡陣列8的光束為被二次元地分割，在微透鏡陣列8的后側焦平面上，則如圖2A所示，會形成與入射光束所形成的照野相同的輪帶狀多數個光源(以下稱為二次光源)。
從微透鏡陣列8后側焦平面上所形成的輪帶狀二次光源發(fā)出的光束，在受到聚焦光學系統9的聚光作用后，便重疊地照明到已經形成預定圖案的光罩M上。透過光造M的圖案的光束，經過投影光學系統PL，便將光罩圖案的影像形成于感光性基板的晶圓W上。據此，在與投影光學系統PL的光軸AX垂直的平面(XY平面)上，一邊以二維地驅動控制晶圓W，一邊做整體曝光或掃描曝光，而將光罩M的圖案逐一地曝光于晶圓W上的各個曝光區(qū)域上。
在本實施例中，當遠焦變焦透鏡5的倍率改變時，輪帶狀二次光源的中心高度(圓形中心線的與光軸AX的距離)d0并不會改變，僅有它的寬度(夕卜徑(直徑)與內徑(直徑)之差的1/2)w0會改變。亦即，利用使遠焦變焦透鏡 5的倍率改變，可以使輪帶狀二次光源的大小(外徑)以及它的形狀(輪帶比內徑/外徑)同時改變。
此外，當變焦透鏡7的焦距改變時，輪帶狀二次光源的輪帶比不會改變，中心高度dO及寬度wO會同時改變。亦即，利用使變焦透鏡7的焦距改變，可以不改變輪帶狀二次光源的輪帶比，而改變外徑。如上所述，在本實施例中，利用適當地改變遠焦變焦透鏡5的倍率與變焦透鏡7的焦距，可以不使輪帶狀二次光源的外徑改變，僅改變它的輪帶比。
此外，利用將繞射光學組件60設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6,可以進行四極照明。當平行光束入射時，四極照明用繞射光學組件60 具備在其遠場上形成四點狀光強度分布的功能。因此，經過繞射光學組件 60的光束會在微透鏡陣列8的入射面上，形成例如以光軸AX為中心的四個圓形照野所構成的四極狀照野。因此，如圖2A所示，在微透鏡陣列8的后側焦平面上，也會形成與其入射面上所形成照野相同的四極狀二次光源。
在四極照明中，也與輪帶照明時相同，藉由使遠焦變焦透鏡5的倍率改變，可以一起改變四極狀二次光源的外徑(四個圓形面光源的外接圓的直徑)Do與輪帶比(四個圓形面光源的內接圓的直徑Di/四個圓形面光源的外接圓的直徑Do)。此外，藉由使變焦透鏡7的焦距改變，可以不改變四極狀二次光源的輪帶比，而改變它的外徑。因此，利用適當地改變遠焦變焦透
鏡5的倍率與變焦透鏡7的焦距，可以不使四極狀二次光源的外徑改變，僅改變它的輪帶比。
此外，藉由使繞射光學組件4從照明光路退避，并且將圓形照明用繞射光學組件61設定在照明光路中以取代繞射光學組件6或60，便可以進行一般圓形照明。在此情形，沿著光軸AX而具有矩形剖面的光束便入射至遠焦變焦透鏡5。入射到遠焦變焦透鏡5的光束便依據它的倍率被放大或縮小，具有矩形剖面的光束就這樣沿著光軸AX從遠焦變焦透鏡5出射，再入射至繞射光學組件61。
與繞射光學組件4的情形相同，當具有矩形剖面的平行光束入射時，圓形照明用繞射光學組件61具備在其遠場形成圓形光強度分布的功能。因此，以繞射光學組件61所形成的圓形光束經過變焦透鏡7，在微透鏡陣列 8的入射面處，形成以光軸AX為中心的圓形照野。結果，在微透鏡陣列8 的后側焦平面也形成以光軸AX為中心的圓形二次光源。在此情形，利用改變遠焦變焦透鏡5的倍率或變焦透鏡7的焦點，便可以適當地改變圓形二次光源的外徑。
接著，利用將繞射光學組件62設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6、 60或61，便可以進行X方向二極照明。當平行光束入射時，X方向二極照明用繞射光組件62具備在其遠場沿著X方向上，形成相隔一間隔的兩點狀光強度分布的功能。因此，經過繞射光學組件62的光束便在微透鏡陣列 8的入射面上，形成例如以光軸AX為中心，沿著X方向上，形成由相隔一間隔的兩個圓形照野所構成的二極狀照野。結果，如圖3A所示，與入射面上所形成的照野相同，在微透鏡陣列8的后側焦平面上，也會沿著X方向形成二極狀二次光源。
此外，利用將繞射光學組件63設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6、 60、 61或62，便可以進行Y方向二極照明。當平行光束入射時，Y方向二極照明用繞射光組件63具備在其遠場沿著Z方向(在光罩與晶圓上為對應到Y方向)上，形成相隔一間隔的兩點狀光強度分布的功能。因此，經過繞射光學組件63的光束便在微透鏡陣列8的入射面上，形成例如以光軸AX 為中心，沿著Z方向上，形成由相隔一間隔的兩個圓形照野所構成的二極狀照野。結果，如圖3B所示，與入射面上所形成的照野相同，在微透鏡陣列8的后側焦平面上，也會沿著Z方向形成二極狀二次光源。
在二極照明中也與四極照明的情形相同，藉由改變遠焦變焦透鏡5的倍率，可以一起變更二極狀二次光源的外徑(兩個圓形面光源的外接圓直徑)do以及輪帶比(兩個圓形面光源的內接圓直徑di/兩個圓形面光源的外接圓直徑)。此外，藉由改變變焦透鏡7的焦距，可以不改變二極狀二次光源的輪帶比，而改變它的外徑。結果，藉由適當地改變遠焦變焦透鏡5的
倍率與變焦透鏡7的焦距，便可以不改變二極狀二次光源的外徑，而僅改變它的輪帶比。
圖4繪示圖1的相位部材與去偏振器的概略示意圖。參考圖4所示，相位部材10為以其結晶光學軸可以光軸AX為中心自由地旋轉的1/2波長板來架構而成。另一方面，去偏振器20為由楔形水晶棱鏡20a以及具有與此水晶棱鏡20a相輔形狀的楔形石英棱鏡20b所構成。水晶棱鏡20a與石英棱鏡20b為架構成一體的棱鏡組合體，且可自由地插脫于照明光路。當使用KrF準分子激光光源獲ArF準分子激光光源做為激光光源1時，因為從此光源射出的光的偏振度一般具有95%以上的偏振度，故大致直線偏振光便入射至1/2波長板10。
當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面為設定成0度或90度時，入射至1/2波長板的直線偏振光會直接通過，而不會改變偏振面。此外，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面為設定成45度時，入射至1/2波長板的直線偏振光會變換成偏振面僅改變90度的直線偏振光。當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面為設定成45度時，入射至水晶棱鏡20a的直線偏振光會變換成非偏振狀態(tài)的光(非偏振化)。
在本實施例中，當去偏振器20定位在照明光路中時，水晶棱鏡"a的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面是設定成45度。換句話說，當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面是設定成0度或90度時，入射至水晶棱鏡20a的直線偏振光會直接通過，而不會改變偏振面。此外，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的直線偏振的偏振面是設定成22. 5度時，入射至1/2波長板10的直線偏振光會被轉換成非偏振狀態(tài)的光，其包含偏振面不會改變而直接通過的直線偏振成分以及偏振面僅改變90度的直線偏振成分。
如上所述，在本實施例中，從激光光源1發(fā)出的直線偏振光是入射至 1/2波長板10。但，為了簡化以下的說明，P偏振(圖l中，在l/2波長板的位置上，于Z方向具有偏振面的直線偏振，以下稱為Z方向偏振)的光入射到1/2波長板10。當將去偏振器20定位在照明光路中時，I/2波長板10
0度或90度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光會直接通過，而不改變它的偏振面，再入射至水晶棱鏡20a。因為水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45 度，入射至水晶棱鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光會被轉變?yōu)榉瞧駹顟B(tài) 的光。經過水晶棱鏡20a而被非偏振化的光，經過用來補償光行進方向的做為補償器的石英棱鏡20b,以非偏振狀態(tài)來照明光罩M(進而晶圓W)。另
的結晶光
一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射P偏振(Z方向偏振)的
偏振面所成的角度被設定為45度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光的偏振面會改變90度，而成為S偏振(圖1中，在l/2波長板位置上，于X方向具有偏振面的直線偏振，以下稱為X偏振)的光，再入射至水晶棱鏡20a。因為水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射S偏振(X方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45度，入射至水晶棱鏡20a的S偏振(X方向偏振)的光會被轉變?yōu)榉瞧駹顟B(tài)的光。經過石英棱鏡20b，以非偏振狀態(tài)來照明光罩M。
相對地，使偏振器20從照明光路退避的情形下，當1/2波長板10的
度或90度時，入射到1/2波長板10 ; P偏振(Z方向偏振)的光會直接通過，而不改變它的偏振面，并以P偏振(Z方向偏振)狀態(tài)的光來照明光罩M。另一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光的偏振面會改變90度，而成為S偏振，并且以S偏振(X方向偏振)狀態(tài)的光來照明光罩M。
如上所述，在本實施例中，藉由將去偏振器20插入照明光路來定位，可以非偏振狀態(tài)來照明光罩M。此外，藉由使去偏振器20從照明光路上退避并且將1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為0度或90度，可以P偏振(Z方向偏振)。再者，藉由使去偏振器20從照明光路上退避并且將1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45度，便可以S偏振(X方向偏振)狀態(tài)，來照明光罩M。
換言之，在本實施例中，藉由1/2波長板10與去偏振器20所構成的偏振狀態(tài)切換手段的作用，照明到做為被照射面的光罩M(或晶圓W)的光的
照明時，可以在P光狀態(tài)與S偏振狀態(tài)之間(互相垂直的偏振狀態(tài)之間)互相切換。因此在本實施例中，因為因應光罩M的圖案特性來抑制光量損失，并且使照明光的偏振狀態(tài)改變來實現適當的照明條件，故可以依據光罩M 的圖案特性而實現的適當的照明條件，來進行良好的曝光。特別是，以直線偏振光來照明時，在偏振狀態(tài)切換手段處實質上沒有光量損失下，來自光源1的直線偏振可以導引到被照射面。
具體而言，例如藉由設定在X方向二極照明，以及在光罩M上沿著X 方向，以具有偏振面的直線偏振狀態(tài)的光來照明光罩M，在晶圓W上的臨界層，沿X方向的線寬的極小圖案可以忠實地曝光。接著，例如藉由切換成Y 方向二極照明，并且以在光罩M上沿Y方向上具有偏振面的直線偏振狀態(tài)
的光來對光罩M照明，在晶圓W上的同一臨界層，沿X方向的線寬的極小圖案可以忠實地曝光。
接著，在臨界層的雙重曝光結束后，例如還是以二極照明方式，或者是切換成四極照明或輪帶照明或圓形照明，并且以非偏振狀態(tài)的光來照明
光罩M，晶圓W上的非臨界層(中間層或粗糙層(rough layer))的線寬較寬的二維圖案可以高產量來曝光。但是這是一個例子。一般而言，藉由依據光罩M的特性來設定二次光源的適當的形狀或大小，并且將照明光罩M的光設定成適當的偏振狀態(tài)，便可以適當的照明條件來進行良好的曝光。
實際上，在P偏振光線傾斜入射到晶圓W的情形以及S偏振光線傾斜入射到晶圓W的情形，在晶圓W上所形成的光阻層表面的散射是不相同的。具體而言，S偏振者會比P偏振有較高的反射率，因此P偏振會比S偏振更會深達光阻層的內部。利用這種相對于光阻層的P偏振與S偏振光學特性差異，因應光罩M的圖案特性，使照明光的偏振狀態(tài)改變，以實現適當的照明條件的話，便可以適當的照明條件來進行良好的曝光。
此外，在上述實施例中，做為須因應需要使入射的直線偏振光線的偏振面改變的相位部材的1/2波長板IO是配置在光源側，做為必須因應需要使入射的直線偏振光線成為非偏振的去偏振器20是配置在光罩側。但是，并不限定在此方式，將去偏振器20配置在光源側且將1/2波長板10配置在光罩側也可以獲得相同的光學作用與效果。
再者，于上述實施例中，做為用來補償經過水晶棱鏡20a的光線的行進方向的補償器是使用石英棱鏡20b。但是，并不是只限于此方式。對于 KrF準分子激光或ArF準分子激光的高耐久性的光學材料，如水晶或螢石等所形成的楔型棱鏡，也可以用來做為補償器。此點對于其它相關的變化例也是相同的。
圖5是繪出第一變化例的偏振狀態(tài)切換手段的結構示意圖。圖5第一變化例所示的偏振切換手段，與圖4實施例所示的偏振切換手段具有類似的構造。但是，相對于圖4的去偏振器20是架構成可以自由插入與脫離于照明光路，而在圖5的第一變形例中，構成去偏振器20的水晶棱鏡20a與石英棱鏡20b是架構成可以一體地以光軸AX為中心而自由地旋轉。而水晶棱鏡20a的結晶光學軸以光軸AX為中心而自由地旋轉是基本上的差異點。接著，著重于與圖4實施例的差異點，來說明圖5的變化例。
在第1變化例中，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的P偏振 (Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在0度或90度，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光并不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，而入射至水晶棱鏡20a。此時，當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在
45度，入射到水晶棱鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光被轉換成非偏振狀態(tài)，并且經由石英棱鏡20b,以非偏振狀態(tài)來照明光罩M。此外，當水晶棱
是被設定在G度或90度，入射到水晶棱鏡20a口的P偏振(Z方向偏振)的光并不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，并且經由石英棱鏡20b,以P偏振(Y方向偏振)狀態(tài)來照明光罩M。
另一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在45度，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光會僅改變90度，而變成S偏振(X方向偏振)的光，再入射到水晶棱鏡20a。此時，當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的P 偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在45度，入射到水晶棱鏡 20a的S偏振(X方向偏振)的光被轉換成非偏振狀態(tài)，并且經由石英棱鏡 20b，以非偏振狀態(tài)來照明光罩M。此外，當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的S偏振(X方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在0度或90 度，入射到水晶棱鏡20a的S偏振(X方向偏振)的光并不會改變它的偏振面，以S偏振(X方向偏振)直接通過，并且經由石英棱鏡20b，以S偏振(X方向偏振)狀態(tài)來照明光罩M。
如以上所述，在圖5的第一變化例中，利用圍繞1/2波長板10的光軸 AX的旋轉以及圍繞水晶棱鏡20a的光軸AX的旋轉，用來照明光罩的光的偏
照明的情;;，可以在p偏振i態(tài)與s偏振狀態(tài)之間切換:此外，'圖;的
第一變化例中也將1/2波長板10配置在光源側而將去偏振器20配置在光罩側，但是將去偏振器20配置在光源側且將配置1/2波長板10在光罩側也可以獲得相同的光學作用與效果。
圖6是繪示第二變化例的偏振切換手段的結構示意圖。圖6的第二變化例所示的偏振切換手段，具有類似于圖4實施例的偏振切換手段的結構。但是，在圖4的實施例中，去偏振器20是架構成可以自在地插入脫離于照明光路，相對于此，圖6所示的第二變化例是把去偏振器20以故定的方式定位在照明光路中。這點是基本上的差異。接著，便著重在與圖4實施例的差異點，來說明圖6的第二變化例。
在第二變化例中，水晶棱鏡20a結晶光學軸的相對于入射的P偏振(Z 方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在0度或90度。因此，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在Q度或90度，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振) 的光并不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直4妄通過，而入射至水晶棱鏡20a。因為水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在0度或90度，入射到水晶棱鏡20a 的P偏振(Z方向偏振)的光并不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振) 直接通過，并且經由石英棱鏡20b,以P偏振(Y方向偏振)狀態(tài)來照明光罩M。
此外，當1/2波長板IO的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是設定在45度，入射到水晶棱鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光，偏振面僅變化90度，而成為S偏振(X方向偏振)，再入射至水晶棱鏡20a。因為水晶棱鏡20a的結晶光學軸是相對于入射的S偏振(X方向偏振)的偏振面而被定位在G度或90度的角度，故入射至水晶棱鏡20a 的S偏振(X方向偏振)的光的偏振面并不會改變，以S偏振(X方向偏振)直接通過，經由石英棱鏡20b，以S偏振的狀態(tài)來照明光罩M。
再者，當1/2波長板10的結晶光學軸相對于入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是設定在22. 5度，如前所述，入射到1/2波長板10 的P偏振(Z方向偏振)的光并不會改變偏振面，包含其狀態(tài)直接通過的P偏振(Z方向偏振)成分與偏振面改變90度的S偏振(X方向偏振)成分，轉換成非偏振狀態(tài)，再入射至水晶棱鏡20a。因為水晶棱鏡10a的結晶光學軸是相對于入射的P偏振成分的偏振面而被定位在0度或90的角度，故入射至水晶棱鏡20a的P偏振(Z方向偏振)成分與S偏振(X方向偏振)成分也不會改變偏振面而直接通過，經過石英棱鏡20b,以非偏振狀態(tài)來照明光罩M。
如以上所述，在圖6的第二變化例中，利用在將去偏振器20固定地定位在照明光路中的狀態(tài)，使1/2波長板10圍繞光軸AX適當地旋轉，用來
在以直線偏振光來照明的情開;時^可以在P偏振i態(tài)與S偏振狀態(tài)之間切
換。此外，圖6的第二變化例中也將1/2波長板10配置在光源側而將去偏振器20配置在光罩側，但是將去偏振器20配置在光源側且將配置1/2波長板IO在光罩側也可以獲得相同的光學作用與效果。
圖7是繪示第三變化例的偏振切換手段的結構示意圖。圖7的第三變化例所示的偏振切換手段，具有類似于圖5第一變化例的偏振切換手段的結構。但是，在圖5的第一變化例中，偏振切換手段是由1/2波長板10與去偏振器20構成；相對于此，圖7所示的第三變化例中，偏振狀態(tài)切換手段僅僅由可以光軸AX為中心自由地旋轉的去偏振器所構成，這點是基本上的差異。接著，便著重在與圖5第一變化例的差異點，來說明圖7的第三變化例。
在第三變化例中，當水晶棱鏡20a的結晶光學軸相對于入射的P偏振 (Z方向偏振)的偏振面是被設定成45度的角度，入射到水晶棱鏡20a的P 偏振便變更成非偏振狀態(tài)，再經由石英棱鏡20b,以非偏振狀態(tài)來照明光罩
M。另一方面，當水晶棱鏡20a結晶光學軸的相對于入射P偏振(Z方向偏振) 的偏振面是被設定為0度或90度的角度，入射到水晶棱鏡20a的P偏振(Z 方向偏振)的光并不會改變偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，再經由石英棱鏡20b,以P偏振狀態(tài)(Z方向偏振)來照明光罩M。
如上所述，圖7第三變化例中，利用讓水晶棱鏡20a環(huán)繞光軸AX做適當旋轉，照明光罩M的光的偏振狀態(tài)便可以在直線偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài) 之間切換。此外，在圖7第三變化例中，去偏振器20是架構成繞光軸AX 來自由地旋轉并且可以自由地插入與脫離于照明光路中，藉由使去偏振器 20從照明光路退避，即使設定成以P偏振來照明光罩M，也可以獲得相同的光學作用與效果。
圖8為去偏振器變化例架構的示意圖。在上述實施例以及第一至第三變化例中，去偏振器20為采用具有水晶棱鏡20a的結構，但是如圖8變化例所示，可以是偏振分光器21a與反射系統(21b-21e)所構成的去偏振器 21。參考圖8所示，去偏振器21具備配置在照明光路中的偏振分光器na。入射至偏振分光器21a的光中，相對于偏振分光器21a的偏振分離面，P偏振光(在圖中，其偏振方向以雙箭頭表示)會穿透偏振分光器21a。
另一方面，相對于偏振分光器21a的偏振分離面，S偏振光(在圖中，它的偏振方向以點來表示)被偏振分光器21a反射后，便利用四個反射鏡 21b 21e所構成的反射系統的作用，在平行于圖8圖面的平面上，被反射四次，而回到偏振分光器21a。在此，反射系統(Hb 21e)是架構成使穿過偏振分光器21a的P偏振光的光路以及被偏振分光器21a做最后反射的S 偏振光的光路大致上一致。如此，穿過偏振分光器21a的P偏振光以及被偏振分光器21a做最后反射的S偏振光會沿著大致同一光路，從去偏振器 21被射出。但是，S偏振光會相對于P偏振光而被延遲反射系統(21b ~ 21e) 的光路長。
偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)所構成的去偏振器21，基本上是與由水晶棱鏡20a與石英棱鏡20b所構成的去偏振器20具有等效的光學作用。因此，實施例以及第一至第三變化例的去偏光器20可以圖8變化例的去偏光器21來更換。換句話說，在將去偏光器21應用于圖4實施例的情形時，偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是架構成可以一體地且自在地插入脫離于照明光路。
此外，將去偏振器21應用于圖5第一變化例或圖7第三變化例的情形時，偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是架構成可一體地以光軸AX為中心做自由地旋轉。再者，將去偏振器21應用于圖6第二變化例的情形時，偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是被固定地定位在照明光路中。
在圖8變化例的去偏振器21中，藉由將反射系統(21b 21e)的光路長
在實質上是設定成大于照明光(曝光光)的可干涉距離，可以達到降低照明光罩M的激光光的同調性(干涉性)，進而可以達到降低在晶圓W上的光譜對比。此外，具備偏振分光器與反射系統，可應用于本發(fā)明的去偏光器的
詳細構造與其各種變化例，可以參考例如特開平11-174365號公報、特開平11-312631號公報、特開2000-223396號公報等。
圖9是繪示圖1中配置于光源與偏振狀態(tài)切換手段之間的光調和單元 (beam matching unit, BMU)的內部構造示意圖。如圖9所示，光調和單元 MBU中，激光光源1 (例如KrF準分子激光光源或ArF準分子激光光源)所供應的平行光，經過偏角棱鏡對31與平行面板32后，入射至光擴散器2。激光光源1是設置在例如下層的底板A上。
在此，偏角棱鏡對31中至少有一個是架構成可以光軸AX為中心而自由旋轉。因此，藉由使偏角棱鏡對31繞著光軸AX做相對旋轉，便可以調整相對于光軸AX的平行光束的角度。亦即，偏角棱鏡對31是架構成光束角度調整手段，用來調整激光光源1所供應平行光束的相對于光軸AX的角度。此外，平行面板32是架構成在垂直于光軸AX的面上，可以繞著垂直的兩個軸線做旋轉。
因此，藉由使平行面板32繞著各軸線旋轉，使傾斜于光軸AX,平行光束便可以相對于光軸AX做平行移動。亦即，平行面板32是架構成光束平行移動手段，用來使激光光源1所提供的平行光束相對于光軸AX做平行移動。如此，通過偏角棱鏡對31與平行面板32的從激光光源1所發(fā)出的平行光束，在經過光擴散器2,被擴大整形成具有預定剖面形狀的平行光束后，便入射至第一直角棱鏡33。
利用做為背面反射鏡的第一直角棱鏡33而被偏向到垂直方向的平行光束，在被同樣做為背面反射鏡的第二直角棱鏡34至第五直角棱鏡37依序反射后，便通過上層底板B的開口部，而入射到第六直角棱鏡38。如圖9 所示，第二直角棱鏡至第五直角棱鏡37是配置成使被第一直角棱鏡33偏向至垂直方向而往第六直角棱鏡的平行光束，迂回于如供應純水的配管與換氣用的配管39等。
被做為背面反射鏡的第六直角棱鏡38偏向至水平方向的光束，入射至半反射鏡40。被半反射鏡反射40反射的光束，會被導引至位置偏移傾斜檢測系統41。另一方面，穿過半反射鏡40的光束會被導引至由1/2波長板 10與去偏振器20所構成的偏振狀態(tài)切換手段42。在位置偏移傾斜檢測系統41，入射到偏振狀態(tài)切換手段42的平行光束(入射至做為光積分器的繞射光學組件4)的相對于光軸AX的位置偏移與傾斜會被檢測出來。
在此，當使用例如ArF準分子激光光源做為激光光源1的情形時，一般而言，要承受高能量密度光照射的光穿透部材是要使用螢石，以確保所
需的持久性。在此情形，如后所述，在穿過以螢石形成的光穿透部材時，直線偏振的偏振面會有短期與長期的變化。經過以螢石形成的光穿透部材，
當直線偏振的偏振面改變時，水晶棱鏡20a有可能會失去做為非偏振化組
件的功能。
圖10為關于螢石的結晶方位的說明圖。參考圖IO所示，螢石的結晶方位是依據立方晶系的結晶軸a,a2a3來定義的。亦即，沿著結晶軸+a,是被定義為結晶方位[IOO]，沿著結晶軸+a2是被定義為結晶方位
，沿著結晶軸+&3是被定義為結晶方位
。此外，a,a3平面是定義為與結晶方位 [IOO]與結晶方位[OOI]成45度方向的結晶方位[101] , a&平面是定義為與結晶方位[100]與結晶方位
成45度方向的結晶方位[110]， &2&3平面是定義為與結晶方位
與結晶方位
成45度方向的結晶方位[Oll]。其次，與結晶軸+a,、結晶軸+a2與結晶軸+a3成相等銳角方向是定義為結晶方位[lll]。在圖10中，只有被結晶軸+a，、結晶軸+&2與結晶軸+&3所定義圍出的空間的結晶方位被繪出，但是在其它空間中也可以定義出相同的結晶方位。
依據本案發(fā)明人的驗證，以螢石所形成的光穿透部材中，光的行進方向若與結晶方位[111]或者與此方位為結晶結構等效的結晶方位一致的話，透過此光穿透部材，直線偏振的偏振面在實質上不會有變化。同樣地，光的行進方向若與結晶方位[100]或者與此方位為結晶結構等效的結晶方位一致的話，透過以螢石形成的光穿透部材，直線偏振的偏振面在實質上不會有變化。相反地，光的行進方向若與結晶方位[110]或者與此方位為結晶結構等效的結晶方位一致的話，透過以荄石形成的光穿透部材，直線偏振的偏振面會有短期與長期的變化。
此外，在本說明書中，所謂的"與某結晶方位為結晶結構等效的結晶方位"，是相對于某結晶方位，替換該結晶方位的指數的順序的結晶方位，以及將各指數的至少一部分做符號反轉的結晶方位。例如在某結晶方位為 [uvw]的情形時,[uwv] 、 [vuw] [vwu] [wuv] [wvu] [—uvw] 、 [一uwv] 、 [—vuw]、 [-VWU] 、 [-WUV] 、 [-WVU] 、 [U-vw] 、 [u-wv] 、 [v-麗]、[v-wu] 、 [w-uv]、 [w-vu] 、 [uv-w] 、 [uw-v〗、[vu-w] 、 [vw_u] 、 [wu-v] 、 [wv-u] 、 [-u-vw]、 [-u-wv] 、 [wu-v]、[群-u] 、 [-u-vw] 、 [-u-wv] 、 [-uv-w]、[-冊-v〗、[-v-冊]、 [_v_wu] 、 [-vu-w] 、 [-vw-u] 、 [-w-uv] 、 [-w-vu] 、 [-wu-v] 、 [-wv-u] 、 [u-v-w]、 [u—w-v] 、 [u—w-v] 、 [v-u-w] 、 [v—w-u] 、 [w-u-v] 、 [w-v-u] 、 [一u-v-w]、 [-u-w-v] 、 [_v_u-w] 、 [-V-W-U] 、 [-W-U-V] 、 [_w_v-u]等為結晶結構上等效的結晶方位。此外，結晶方位[uvw]以及與此為結晶結構上等效結晶方位是以結晶方位〈uvw〉來表示。此外，垂直于結晶方位[uvw]以及與此為結晶結構上等效結晶方位的面，亦即結晶面(uvw)以及與此為結晶結構上等效結
晶面是以{uvw}來表示。
再本實施例中，配置在激光光源1與偏振切換手段42之間的光路中且以螢石所形成的光穿透部材中，光的行進方向是設定為為比結晶方位<110>
更近的結晶方位<111〉或結晶方位<100>。具體來說，以構成光擴散器2的透鏡成分(2a， 2b)的方式，而固定地定位于光路中的光學部材是以螢石來形成的情形時，其光學部材的光軸是設定成與結晶方位〈111〉或結晶方位〈100〉實質上一致。
在此情形，因為激光光是大致上沿著結晶方位<111〉或結晶方位<100> 穿過，故穿過透鏡成分(2a， 2b)的直線偏振的偏振面在實質上并無變化。相同地，在偏角棱鏡對31也以螢石來形成時，其光軸也是設定成大致上與結晶方位<111〉或結晶方位<100>—致，藉以在實質上可以避免穿過的直線偏振的偏振面有改變。
此外，當做為背面反射鏡的直角棱鏡33至38是以螢石來形成時，直角棱鏡33至38的入射面與出射面是設定成大致上與結晶面{100}—致，而且直角棱鏡33至38的反射面是設定成大致上與結晶面{110}—致。在此情形，因為激光光是大致上沿著結晶方位〈100〉穿過，故穿過直角棱鏡33至 38的直線偏振的偏振面在實質上并無改變。
此外，當被設置成在光路中可相對于光軸AX傾斜而使沿著光軸AX入射的光線平行移動的做為光束平行移動手段的平行面板32是以螢石來形成時，平行面板32的光軸是設定成大致上與結晶方位〈100〉一致。此乃相對于結晶方位<111>與結晶方位<110>成約35度的角度，結晶方位<100〉與結晶方位〈110〉會成為4 5度的角度。
使平行面板32的光軸大致與結晶方位〈111〉一致的話，亦即使它的光學面與結晶面{111}大致上一致的話，當使平行面板32以最大限度(例如30 度)相對于光軸AX傾斜時，通過其內部的激光光的行進方向會變成在結晶方位〈110〉附近。因此，使平行面板32的光軸與結晶方位〈100〉大致上一致的話，亦即亦即使它的光學面與結晶面UOO)大致上一致的話，可以確保通過其內部的激光光的行進方向會與結晶方位<110>有某個程度上的分離狀態(tài)。因此，藉由使平行面板32的光軸與結晶方位〈100〉大致上一致，不管它的姿勢如何，都可以避免穿過平行面板32的直線偏振的偏振面產生變化。
此外，在上述的說明中，由于穿過在激光光源1與偏振切換手段"間的光路中所配置的光穿透部材的直線偏振的偏振面的改變被回避，光行進方向是設定成比結晶方位<110〉更近結晶方位<111>或<100>。但是，并非局限于此，對于偏振切換手段42與被照射面的光罩M(進而晶圓W)之間的光路中所配置的光穿透部材，也可以進行相同的設定，藉以回避橫跨整個照明光路因為螢石所導致的直線偏振的偏振面改變。
此外，在上述的說明中，因為穿過以螢石所形成的光穿透部材的直線偏振的偏振面變化被避免，光的行進方向是設定成比結晶方位〈110〉更近結晶方位<111>或結晶方位<100>。但是并不局限于螢石，例如藉由對以氟化 4丐、氟化鋇、氟化鎂等立方晶系的結晶材料所構成的光穿透部材進行相同的設定，也可以避免因該結晶材料所造成的直線偏振的偏振面變化。
在此，如圖9所示，多數個(圖9所示的例子為6個)直角棱鏡33-38 配置在光束匹配單元BMU中。一般來說，激光光源1不管是KrF準分子激光光源或是ArF準分子激光光源，在直線偏振入射到做為背面反射鏡的直角棱鏡的情形下，入射的直線偏振的偏振面若沒和P偏振面或S偏振面一致的話(入射的偏振面對于反射面，既不是P偏振也不是S偏振)，在直角棱鏡的全反射會使直線偏振變成橢圓偏振。在本實施例的偏振狀態(tài)切換手段42是以直線偏振入射做為前提，橢圓偏振入射時并無法達到所要的作用。
在本實施例中，如圖11所示，做為將入射的橢圓偏振光變換成直線偏振光的第二相位部材，最好是將例如結晶光軸以光軸AX為中心可自由旋轉的1/4波長板11，設置在偏振狀態(tài)切換手段42中的1/2波長板10的光源側(圖面的左側)。在此情形，即使因為如直角棱鏡所造成，橢圓偏振入射到偏振狀態(tài)切換手段42中，因應入射的橢圓偏振的特性，設定l/2波長板 11的結晶光學軸，藉此使直線偏振入射到1/2波長板，而得以維持偏振狀態(tài)切換手段42的原本的動作。此外，圖ll中，雖然在1/2波長板10的光源側配置1/4波長板，但是也可以將1/4波長板11配置在1/2波長板10 的光罩側(圖面右側)。
此外，在上述說明中，穿透以螢石所形成的光穿透部材的直線偏振的偏振面變化的回避方法，以及即使因直角棱鏡引起的橢圓偏振入射也可以維持偏振狀態(tài)切換手段的原本作用的方法，也可以應用到圖1至圖4的實施例中。但是，并部限定于此，圖5至圖8的變化例也可以適用此方法。
此外，在上述的說明中，為了避免穿過螢石等的立方晶系所形成的光穿透部材的直線偏振的偏振面變化(偏振狀態(tài)的改變)，便進行該結晶材料的結晶方位的設定。用來取代上述方法或與上述方法合并使用，可以使用例如美國專利公開US2002/0163741A號(或W0 02/16993號公報)所揭露的方法，來動態(tài)地保持立方晶系的結晶材料所形成的光穿透部材。藉此，在高能量密度的光通過由螢石等立方晶系所形成的光穿透部材時，即使因熱造成的光穿透部材的膨脹或收縮，也可以抑制此光穿透部材產生的應力雙折射的發(fā)生，也可以抑制穿過此光穿透部材的直線偏振的偏振面變化(偏振狀態(tài)的改變)。
接著，具體而言，利用對于什么樣的光罩圖案，要用什么樣的偏振狀態(tài)的光來照明光罩，來例示說明使投影光學系統的成像性能(焦深與分辨率等)提升，而可以進行良好且忠實的轉印。首先，例如二極照明(一般而言，隔著一間隔的兩個高光強度分部區(qū)域形成在瞳面或其附近的照明方式)的
情形時，如圖14所示，沿著光罩上所形成的線與空間圖案(lineand space pattern) 141的間3巨方向(x方向對應光罩上的X方向)，形成隔一間隔的兩個面光源142a與142b,與兩個面光源142a、 142b相距間隔的方向(x方向對應瞳面上的X方向)垂直的方向(y方向對應瞳面上的Z方向)上，以具有偏振面(圖面上以雙向箭頭Fl表示)的直線偏振狀態(tài)的光來照明光罩，可以對光罩圖案141，提升投影光學系統的成像能力。也就是說，對于縱方向圖案與橫方向圖案混在一起的二維圖案，例如以非偏振狀態(tài)的光來照明光罩，縱方向圖案與橫方向圖案間不會發(fā)生線寬異常，而可以進行高產率的圖案轉印。
特別是，在上述二極照明中，在謀求投影光學系統的成像性能的提升上，兩個面光源142a、 142b是對稱于光軸AX來形成，并且希望能滿足下列條件式(l)。
<formula>formula see original document page 28</formula>(1)
在條件式(l)中，C7 0是定義成f)/(t)P的值(通稱外側(J)。在此，如圖
14所示，(()o為以光軸AX為中心，與兩個面光源142a與142b的外接圓的直徑，())p為瞳面143的直徑。此外，為圖謀投影光學系統的成像能力更加提升，條件式(l)的下限值最好設定在0. 9。
此外，在上述二極照明中，在謀求投影光學系統的成像性能的提升上，兩個面光源142a、 142b是對稱于光軸AX來形成，并且希望能滿足下列條件式(2)。
<formula>formula see original document page 28</formula> (2)
在條件式(l)中，ai是定義成(j)i/())p的值(通稱內側cj)。 ao為上述定義成())o/(l)p的外側a。在此，如圖14所示，())i為以光軸AX為中心，與兩個面光源142a與142b的內接圓的直徑，小p為瞳面143的直徑。此外，為圖謀投影光學系統的成像能力更加提升，條件式(2)的下限值最好設定在 0. 67 (約2/3)。
接著，例如圓形照明(一般而言，是大致以光軸為中心的一個高光強度分部區(qū)域形成在瞳面或其附近的照明方式)的情形時，使用相移光罩做為光罩并且如圖15所示，與相移光罩上所形成的線與空間圖案(line and space pattern) 151的間3巨方向(x方向^"應光罩上的X方向)垂直的方向(y方向對應瞳面上的Z方向)上，以具有偏振面(圖面上以雙向箭頭F2表示)的直線偏振狀態(tài)的光來照明光罩，可以對光罩圖案151，提升投影光學系統的成像能力。也就是說，圓形照明也與二極照明的情形相同，對于縱方向圖案與橫方向圖案混在一起的二維圖案，例如以非偏振狀態(tài)的光來照明光罩，縱方向圖案與橫方向圖案間不會發(fā)生線寬異常，而可以進行高產率的圖案轉印。
特別是，在上述圓形照明中，在圖謀投影光學系統的成像性能的充分
提升上，希望可以滿足下列的條件式(3)。 cj S 0.4 (3)
在條件式(3)中，a是定義成())/(j)p的值(通稱a值)。如圖15所示，小為圓形面光源152的直徑(一般而言，一個高光強度分布的區(qū)域的大小)，而小p為上述瞳面153的直徑。此外，在更加謀求投影光學系統的成像性能的提升上，希望能將條件式(3)的上限值設定在0. 3。
該滿足的條件。首先，在i發(fā)明中，被認為實ii直線偏振的光的史托克參數(Stokes， parameter)的Sl成分最好滿足下列條件式(4)。 0.6 ^ IS1I (4)
此外，在本發(fā)明中，被認為實質上非偏振狀態(tài)的光的史托克參數 (Stokes， parameter)的Sl與S2成分最好滿足下列條件式(5)與(6)。 IS1I ^ 0. 1 (5) |S2| ^ 0. 1 (6)
此外，實質上直線偏振狀態(tài)的光為更接近直線偏振，故條件式(4)的下限值最好更設定于0. 8。例如，光源以供應波長193nm的光的ArF準分子激光，且在投影光學系統PL的成像側的數值孔徑為0. 92時，使用65nm的線與空間圖案的6。/。半調十字標記(half tone reticle,光罩誤差2±nm),并且如圖14所示的二極照明中，將ao設定為0. 93且ct i設定為0. 73(亦即各個面光源的a設定為0. 2)時，若曝光量誤差為2°/ ，線寬誤差為±10%時，可以將非偏振狀態(tài)時的焦深DOF(166nm)，提升到在縱方向圖案的焦深 DOF(202nm)。此外，在條件式(4)亦即偏振度值超過0. 8時，偏振度變化所造成的線寬變化在實質上可以忽略。在上述條件下，偏振度O. 8(|S1|=0. 8) 與偏振度1. 0(1 Sl 1=1. 0)間的線寬差僅產生0. 2nm。此差異在實質上是可以忽略的。也就是說，關于條件式(4)的值，在O. 8至1.0的范圍內式無關緊要的。
此外，在實質的非偏振光更接近非偏振時，條件式(5)的上限值以及條件式(6)的上限值最佳是均設定在0. 04。在此，條件式(5)與(6)，亦即偏振度的值低于0. 1的情形下，因偏振造成的線寬差可以抑制在2腦以內(光源波長為193nm,投影光學系統PL的成像側數值孔徑為0.78,使用50nm的獨立圖案的相移光罩，且在圖15所示的圓形照明中的a值設定在0. 2(小cj 照明)時)。接著，在條件式(5)與(6)，亦即偏振度的值低于0.04的情形時，因上述條件由偏振所造成的線寬差可以抑制在0. 7nm以內。此外，在條件
式(5)與(6)中，在微觀地來看面光源內的區(qū)域時，即使偏振度高，其區(qū)域
內若偏振狀態(tài)有非常細微的周期性變化的話，在實質上可看做非偏振，故
在計算面光源中的偏振度分布，可以使用a值為0. 1的大區(qū)域的移動平均。
因此，在例如以圓形照明或輪帶照明等中，殘留偏振度十分低的所需非偏振狀態(tài)無法實現的話，縱方向與橫方向間會產生圖案的線寬差。此外，在例如二極照明等之中，在預定方向上具有偏振面的所要直線偏振狀態(tài)無法實現的話，對于具有特定間距的線寬的細微圖案的成像性能會無法提升。在本實施例的變化例中，具備偏振監(jiān)視器，以檢測出用來照明做為被照射面的光罩M(乃至晶圓W)的光的偏振狀態(tài)。
圖16為在圖1的曝光裝置中附設用來檢測照明光的偏振狀態(tài)的偏振監(jiān) 視器的架構示意圖。在圖16變化例的曝光裝置中，微透鏡陣列8與光罩M 間的架構是與圖1的曝光裝置不相同。換句話說，在變化例中，在微透鏡陣列8的后焦平面上形成的二次光源(一般而言，在光學照明裝置的瞳面或其附近所形成的預定光強度分布)所發(fā)出的光束，在經過分光器51以及聚焦光學系統9a后，會重疊地照明光罩檔板MB。
如此，對應構成微透鏡陣列8的各微小透鏡的形狀與焦距的矩形照野便形成于做為照明視野光圈的光罩檔板MB上。此外，內藏分光器51的偏振監(jiān)視器50的內部構造以及作用會在后文敘述。經過光罩檔板MB的矩形開口部(光穿透部)的光束，在受到成像光學系統9b的聚光作用后，便重疊地照明在已形成預定圖案的光罩M上。如此，成像光學系統9b變成將光罩檔板MB的矩形開口部的像形成在光罩M上。
此外，在圖16變化例的曝光裝置中，偏向鏡3與繞射光學組件4之間的構造與圖1的曝光裝置不同。亦即，在變化例中，配置圖ll所示結構的偏振狀態(tài)切換手段(1/4波長板11、 1/2波長板10與去偏振器20)，以取代圖1的偏振狀態(tài)切換手段(1/2波長板10與去偏振器20)。如后所述，偏振監(jiān)視器50的輸出是供給到控制部70。此外，控制部70經由驅動系統71來驅動偏振切換手段(ll、 10、 20)。此外，圖11所示結構的偏振狀態(tài)切換手段中，1/2波長板10可以用多一片1/4波長板來代替。
圖17為圖16的偏振監(jiān)視器的內部構造的立體示意圖。參考圖17所示，偏振監(jiān)視器50具備第一分光器51，其配置在微透鏡陣列8與聚焦光學系統 9a間的光路中。第一分光器51具有例如以石英玻璃構成的非鍍膜的平行面板(亦即白玻璃)形態(tài)，并且具有將與入射光偏振狀態(tài)相異的偏振態(tài)反射光從光路中擷取出來的功能。
從第一分光器51擷取出的光會入射到第二分光器52。與第一分光器 51相同，第二分光器52也具有例如以石英玻璃構成的非鍍膜的平行面板形
對第一分光器51的P偏振會變成對第二分光器52的S偏振，并且對第一分光器51的S偏振會變成對第二分光器52的P偏振。
此外，穿過第二分光器52的光被第一光強度檢測器53檢測出，被第二分光器52反射的光則被第二光強度檢測器54檢測出。第一光強度檢測器53與第二光強度檢測器54的輸出分別傳送到控制系統70。此外，經由驅動系統71，依據需求來驅動構成偏振狀態(tài)切換手段的1/4波長板11、 1/2 波長板10與去偏振器20。
如上所述，在第一分光器51與第二分光器52中，對P偏振的反射率與對S偏振的反射率在實質上是不相同。因此，偏振監(jiān)視器50中，第一分光器51的反射光包含例如第一分光器51的入射光的10%左右的S偏振成分 (對第一分光器51為S偏振成分，對第二分光器52為P偏振成分)，以及例如第一分光器51的入射光的1%左右的P偏振成分(對第一分光器51為P 偏振成分，對第二分光器52為S偏振成分)。
此外，第二分光器52的反射光包含例如第一分光器51的入射光的 10%xl°/。=0. 1%左右的P偏振成分(對第一分光器51為P偏振成分，對第二分光器52為S偏振成分)，以及例如第一分光器51的入射光的l%xlO /。=0. 1% 左右的S偏振成分(對第一分光器51為S偏振成分，對第二分光器52為P 偏振成分)。
如此，偏振監(jiān)視器50中，第一分光器51便依據其反射特性，具有將
第二分光器52的偏振特性的偏振變動影響僅有一些，但是依據第一光強度檢測器53的輸出(關于第二分光器52的穿透光的強度信息，亦即關于與第一分光器51的反射光約略相同偏振狀態(tài)的光的強度信息)，便可以檢測出第一分光器51的入射光的偏振狀態(tài)(偏振度)乃至對光罩M的照明光的偏振狀態(tài)。
此外，偏振監(jiān)視器50是設定成對第一分光器51為P偏振會變成對第二分光器52為S偏振，且對第一分光器51為S偏振會變成對第二分光器 52為P偏振。結果，依據第二光強度檢測器54的輸出(關于被第一分光器 51與第二分光器52依序反射的光的強度信息)，在實質上遍布會受到第一分光器51的入射光的偏振狀態(tài)變化的影響，便可以檢測出第一分光器51 的入射光的光量(強度)乃至對光罩M的照明光的光量。
如此，使用偏振監(jiān)視器50，便可以檢測第一分光器51的入射光的偏振狀態(tài)，進而得以判斷對光罩M的照明光是否為所要的非偏振狀態(tài)或是直線偏振狀態(tài)。接著，當控制系統70依據偏振監(jiān)視器50的檢測結果來確認對光罩M(乃至晶圓W)的照明光是否為所要的非偏振狀態(tài)或是直線偏振狀態(tài) 時，經由驅動系統71來驅動調整構成偏振狀態(tài)切換手段的1/4波長板11、1/2波長板10以及去偏振器20，便可以將對光罩M的照明光狀態(tài)調整成所要的非偏振狀態(tài)或是直線偏振狀態(tài)。
如上所述，偏振監(jiān)視器50、控制系統70、驅動系統71以及具有調整在被照射面偏振狀態(tài)的功能的偏振狀態(tài)切換手段(ll、 10、 20)，是被配置在光源1與光罩M間的光路中，以構成用來修正在光罩M面上的偏振狀態(tài) 變動的偏振狀態(tài)變動修正手段。在此情形，偏振監(jiān)視器50與光罩M間的光路中，盡可能不要配置利用具有使入射的光的偏振狀態(tài)改變而射出的特性的光學部材所形成的光學部材，例如是具有雙折射特性的螢石或者具有旋光性的水晶等的結晶光學材料。此外，在偏振監(jiān)視器50與光源1間的光路中最好也盡可能地不要配置具有使入射的光的偏振狀態(tài)改變而射出的特性的光學部材。但是，為了確保對光照射的持久性，例如將繞射光學組件4 或6等的光學部材以螢石或水晶等來形成時，這些光學部材所造成的偏振變動影響有必要被考慮進去。
此外，在上述的說明中，假如第一分光器51的反射光是直接入射到第一光強度檢測器5 3的話，第一光強度檢測器53的輸出并不會受到第二分光器52的偏振特性所造成的偏振變動影響，故可以高精確度地檢測出第一分光器51的入射光的偏振狀態(tài)。此外，并不局限于圖17所示的結構，偏振監(jiān)視器50的具體結構也可以有各種不同的變化。此外，在上述的說明中，雖然偏振狀態(tài)切換手段是以1/4波長板11、 1/2波長板10與去偏振器20 所構成，但是偏振狀態(tài)切換手段也可以由1/2波長板10與去偏振器20來構成。在此情形，控制系統70經由驅動系統71，依據所需來驅動l/2波長板10與去偏振器20。
此外，在上述說明中，以高精確度來檢測出第一分光器的入射光偏振狀態(tài)方面，第一分光器51與第二分光器52的對P偏振的反射率與對S偏振的反射率最好具有充分差異的反射特性。具體來說，第一分光器51的反射光所包含的P偏振強度Ip與S偏振強度Is的強度比Ip/Is,最好能夠滿足Ip/Is < 1/2或Ip/Is 〉 2的條件的反射特性。
此外，在上述說明中，使用具有平行面板形態(tài)的分光器，且將其反射光從光路中擷取出來。但是，并不局限于此。使用分光器，將與入射光偏振狀態(tài)不同的偏振狀態(tài)的穿透光從光路擷取出，再利用該分光器，依據從光路取出的穿透光強度，也可以檢測出入射至該分光器的入射光的偏振狀態(tài)。在此情形，該分光器的反射光所包含的P偏振強度Ip與S偏振強度Is 的強度比Ip/Is，最好能夠滿足Ip/Is < 1/2或Ip/Is > 2的條件的反射特性。
因此，如前所述，因直角棱鏡的全反射影響，從激光光源1發(fā)出的直線偏振變成橢圓偏振，則考慮入射到偏振狀態(tài)切換手段(ll、 10、 20)。此
外，若受到類似例如以螢石所形成的光學部材，而具有使入射的光的偏振狀態(tài)改變特性的光學部材的影響時，從激光光源1發(fā)出的直線偏振會變成橢圓偏振，則考慮入射到偏振狀態(tài)切換手段(ll、 10、 20)。
在此情形，1/4波長板11會將入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光，因應入射的橢圓偏振的長軸方向，必須將其結晶光學軸設定在所要的角度位置上。此外，1/2波長板IO會將入射的直線偏振光轉換成在預定方向上具有偏振面的直線偏振光，因應入射的直線偏振的偏振面方向，必須將其結晶光學軸設定在所要的角度位置上。接著，以圖11的偏振狀態(tài)切換手段 (11、 10、 20)為例，來說明1/4波長板11的結晶光學軸以及1/2波長板10 的結晶光學軸的調整方法。在包含架構成結晶光學軸可以光軸為中心自由地旋轉的1/4波長板11與1/2波長板10的光學系統中，下述的方法是一般皆適用的。
圖18為調整圖11偏振狀態(tài)切換手段中的1/4波長板的結晶光學軸以及1/2波長板的結晶光學軸的方法流程圖。參考圖18所示，在本實施例的調整方法中，去偏振器20從光路退避，1/4波長板11的結晶光學軸與分別起始設定標準的角度位置，例如在-45度的角度位置(Sll)。接著，在1/4 波長板11的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置的狀態(tài)下，將1/2波長板10的結晶光學軸一邊從-45度的標準角度位置旋轉到+45度的角度位置(如以每+5度旋轉)，一邊擷取出1/2波長板10的結晶光學軸在各角度位置的偏振監(jiān)視器50輸出(S12)。
圖19繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置時， 1/2波長板的結晶光學軸在各個角度位置下的偏振監(jiān)視器的輸出變化圖。在圖19中，橫軸為1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監(jiān)視器50的輸出(史托克參數Sl成分的數值)。接著，將1/4波長板11 的結晶光學軸從-45度的標準角度位置以例如每+15度旋轉至+45度的角度位置，在各角度位置下，將1/2波長板10的結晶光學軸一邊從-45度的標準角度位置，以例如每+5度旋轉到+45度的角度位置，一邊擷取出1/2波長板10的結晶光學軸在各角度位置的偏振監(jiān)視器50輸出(S13)。
圖20繪示當1/4波長板的結晶光學軸設定在各角度位置時，1/2波長板的結晶光學軸在各個角度位置下的偏振監(jiān)視器的輸出變化圖。在圖20中， a為1/4波長板11的結晶光學軸位在-45度的標準角度位置的狀態(tài)，b為 1/4波長板11的結晶光學軸位在-30度的標準角度位置的狀態(tài)，c為1/4波長板11的結晶光學軸位在-15度的標準角度位置的狀態(tài)，d為1/4波長板 11的結晶光學軸位在O度的標準角度位置的狀態(tài)，e為I/4波長板11的結晶光學軸位在+15度的標準角度位置的狀態(tài)，f為1/4波長板11的結晶光學軸位在+3Q度的標準角度位置的狀態(tài)，g為1/4波長板11的結晶光學軸
位在+45度的標準角度位置的狀態(tài)。此外，與圖19相同，橫軸為l/2波長板10的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監(jiān)視器50的輸出。
圖21繪示1/4波長板的結晶光學軸在各角度位置狀態(tài)下的偏振監(jiān)視器的輸出對比變化圖。在圖21中，橫軸為1/4波長板11的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監(jiān)視器50的輸出對比(史托克參數Sl成分的變化對比)。在此，例如在1/4波長板11的結晶光學軸的各角度位置的輸出對比，是使用圖20中以a g各輸出變化曲線的最大值與最小值，利用對比 =(最大值-最小值)/ (最大值+最小值)來加以定義。
在圖21中，將1/4波長板的結晶光學軸設定在輸出對比為最大時，入射至1/4波長板11的橢圓偏振光會被轉換成直線偏振。在本實施例的調整方法中，參考1/4波長板11的結晶光學軸在各角度位置狀態(tài)下的偏振監(jiān)視器的輸出對比變化，求得輸出對比變成最大時的1/4波長板ll的結晶光學軸角度位置(在圖21的話，約為+30度的角度位置)，做為所要的第一角度位置，使橢圓偏振光變換為直線偏振光(S14)。
圖22是繪示將1/4波長板的結晶光學軸固定在使橢圓偏振光變換為直線偏振光的第一角度位置上時，1/2波長板的結晶光學軸在各角度位置下的偏振監(jiān)視器的輸出變化圖。在圖22中，橫軸為1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監(jiān)視器50的輸出。在圖22中，當1/2波長板10的結晶光學軸設定在使偏振監(jiān)視器50的輸出為最大或最小時，入射到1/2波長板10的直線偏振光會被轉換成V偏振(縱偏振)或H偏振(橫偏振)。
在本實施例的調整方法中，將1/4波長板11的結晶光學軸固定在第一角度位置時，參考1/2波長板10的結晶光學軸在各角度位置下的偏振監(jiān)視器50的輸出變化，求取將輸出最大或最小時的1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置(在圖22的話，是約-17.5度或+27. 5度的角度位置，或是其附近)，做為所要的第二角度位置，使入射的直線偏振光被轉換成V偏振或 H偏振(S15)。
如此，在最后，控制系統70經由驅動系統71，將1/4波長板11的結晶光學軸的角度位置定位在使入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光的第一角度位置，并且將1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置定位在使入射的直線偏振光轉換成在特定方向具有偏振面直線偏振光(例如V偏振或H偏振)的第二角度位置(S16)。此外，因應照明條件的變化(光學照明裝置的瞳面或其附近所形成的光強度分布的形狀或大小的變化。)，來考慮上述第一角度位置與第二角度位置，故1/4波長板11的結晶光學軸與1/2波長板10 的結晶光學軸最好因應需求來設定修正。此外，在上述實施例中，使用1/4 波長板與1/2波長板做為偏振狀態(tài)切換手段，但是也可以使用2片1/4波
長板來做為偏振狀態(tài)切換手段。
以上的說明是依據圖l或圖16,依據從光源發(fā)出的光束，用來在瞳面或其附近形成預定光強度分布的照明瞳分布形成手段，為包含兩個繞射光學組件(4、 6)的光學照明裝置，且曝光裝置具備此光學照明裝置。但是并
不局限于圖1或圖16的架構。本發(fā)明可適用的光學照明裝置可以有各種不同的變化。圖23是繪示具有與圖1或圖16相異構造的照明瞳分布形成手段的曝光裝置的結構示意圖。
圖23變化例的曝光裝置與圖16的曝光裝置具有類似的構造，但是照明瞳分布形成手段的結構，亦即繞射光學組件4與微透鏡陣列8間的構造是不相同的。下面著重在與圖16的曝光裝置的相異點，來說明圖23變化例的結構與作用。在圖23變化例的曝光裝置中，例如經過輪帶照明用繞射光學組件4a的光束，入射至遠焦透鏡(中繼光學系統)85。遠焦光學系統85 是設定成一種遠焦系統(無焦點光學系統)，使得前焦點位置與繞射光學組件4a的位置大致相同，并且后焦點位置大致上與圖面虛線所示的預定面86 的位置一致。
因此，入射至繞射光學組件4a的大致平行光束，在遠焦透鏡85的瞳面上形成輪帶狀的光強度分布后，便變成大致平行光束而從遠焦透鏡射出。此外，遠焦透鏡85的前側透鏡群85a與后側透鏡群85b間的光^^中，在瞳或其附近位置，從光源側依序配置圓錐旋軸三棱鏡(cone axicon)87、第一圓柱透鏡對88以及第二圓柱透鏡對89，但是他們的詳細構造與作用則在后文敘述。以下為了簡單說明，忽略圓錐旋軸三棱鏡87、第一圓柱透鏡對88 以及第二圓柱透鏡對89的作用，來說明基本的架構與作用。
經過遠焦透鏡85的光束，經由a值可變的變焦透鏡(倍率改變光學系統)90，而入射到做為光學積分器的微透鏡陣列8。預定面86的位置是配置在變焦透鏡90的前側焦點位置附近，微透鏡陣列8的入射面則配置在變焦透鏡90的后側焦點位置附近。換言之，變焦透鏡90是配置成預定面86與微透鏡陣列8的入射面在實質上為傅立葉轉換的關系，而遠焦透鏡85的瞳面與微透鏡陣列8的入射面配置成光學共軛。因此，在微透鏡陣列8的入射面上也與遠焦透鏡85的瞳面相同，會形成例如以光軸為中心的輪帶照野。此輪帶照野的整體形狀與變焦透鏡90的焦點距離有關，做相似變化。
構成微透鏡陣列8的各微小透鏡，具有與應在光罩M上形成照野形狀 (乃至在晶圓W上應形成的曝光區(qū)域形狀)相似的矩形剖面。入射至微透鏡陣列8的光束，被多數個微小透鏡二維地分割，并在其后焦平面(乃至照明瞳)上形成具有與微透鏡陣列8的入射光所形成的照野約略相同光強度分布的二此光源，亦即以光軸AX為中心形成實質上為輪帶狀面光源所構成的二次光源。
圖24繪示圖23中配置在遠焦透鏡的前透鏡群與后透鏡群間的光路中的圓錐旋軸三棱鏡光學系的架構示意圖。圓錐旋軸三棱鏡光學系87從光源側依序包括在光源側朝向平面且在光罩側朝向凹圓錐狀的折射面的第一棱鏡部材87a;以及在光罩側朝向平面且在光源側朝向凸圓錐狀的折射面的第二棱鏡部材87b。
第一棱鏡部材87a的凹圓錐折射面與第二棱鏡部材87b的凸圓錐折射面是被形成可互補地互相接觸。此外，至少第一棱鏡部材87a與第二棱鏡部材87b的其中之一部材是架構成可以沿著光軸AX移動。第一棱鏡部材87a 的凹圓錐折射面與第二棱鏡部材87b的凸圓錐折射面間的間隔是可變的。
在第一棱鏡部材87a的凹圓錐折射面與第二棱鏡部材87b的凸圓錐折射面互相接觸的狀態(tài)下，圓錐旋軸三棱鏡光學系87是做為平行面板的功能，不會對所形成的輪帶狀二次光源有影響。但是，當在第一棱鏡部材87a的凹圓錐折射面與第二棱鏡部材87b的凸圓錐折射面彼此互相分開的話，圓錐旋軸三棱鏡光學系87則當做所謂的光擴散器的功能。因此，隨著圓錐旋軸三棱鏡光學系87的間隔變化，對預定面86的入射光束的角度便會改變。
圖25繪示圓錐旋軸三棱鏡光學是對于圖23變化例的輪帶照明所形成的二次光源的作用說明圖。在圖23變化例的輪帶照明，圓錐旋軸三棱鏡光學系87的間隔為零且變焦透鏡90的焦距設定在最小值狀態(tài)下所形成的最小輪帶狀二次光源130a，藉由使圓錐旋軸三棱鏡光學系87的間隔從零擴大到預定值，其寬度(外徑與內徑之差的1/2:圖面已箭號表示)并不會改變，變化成外徑與內徑同時被擴大的輪帶狀二次光源130b。換言之，利用圓錐旋軸三棱鏡光學系87的作用，輪帶狀二次光源的寬度并不會改變，但其輪帶比(內徑/外徑)以及大小(外徑)會同時改變。
圖26繪示變焦透鏡對于圖23變化例的輪帶照明所形成的二次光源的作用說明圖。在圖23變化例的輪帶照明，以標準狀態(tài)所形成的輪帶狀二次光源130a，藉由將變焦透鏡90的焦距從最小值擴大到預定值，其整體形狀會被相似地放大到輪帶狀二次光源130c。換言之，藉由變焦透鏡90的作用，輪帶狀二次光源的輪帶比并不會改變，其寬度與大小(外徑)會同時改變。
圖27是繪示配置在圖23中的遠焦透鏡的前透鏡群與后透鏡群間的光路中的第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對的結構示意圖。在圖27中，從光源側依序配置第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89。第一圓柱透鏡對 88從光源側依序例如包括在YZ平面上具有負折射能力且在XY平面上不具有折射能力的第一圓柱負透鏡88a;以及在同樣YZ平面上具有正折射能力且在XY平面上不具有折射能力的第一圓柱正透鏡88b。
另一方面，第二圓柱透鏡對89從光源側依序例如包括在XY平面上具有負折射能力且在YZ平面上不具有折射能力的第二圓柱負透鏡89a;以
及在同樣XY平面上具有正折射能力且在YZ平面上不具有折射能力的第二圓柱正透鏡89b。第一圓柱負透鏡88a與第一圓柱正透鏡88b是架構成以光軸AX為中心而一體地旋轉的方式。相同地，第二圓柱負透鏡89a與第一圓柱正透鏡89b是架構成以光軸AX為中心而一體地旋轉的方式。
如此，在圖27所示的狀態(tài)下，第一圓柱透鏡對88是做為在Z方向具有放大率的光束擴大器的功能，第二圓柱透鏡對89是做為在X方向具有放大率的光束擴大器的功能。在圖23的變化例中，第一圓柱透鏡對88的放大率與第二圓柱透鏡對89的放大率是設定成彼此相同。
圖28至圖30繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對于圖23變化例的輪帶照明所形成的二次光源的作用說明圖。在圖28中，第一圓柱透鏡對 88的放大率方向是設定成相對于Z軸且繞著光軸AX成+45度的角度，而第二圓柱透鏡對89的放大率方向則設定為相對于Z軸且繞著光軸AX成-45度的角度。
因此，第一圓柱透鏡對88的放大率方向與第二圓柱透鏡對89的放大率方向彼此垂直；在第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統中，Z方向的放大率與X方向的放大率是彼此相同的。結果，如圖28 所示的正圓形狀態(tài)下，通過第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統的光束，在Z方向與在X方向會以相同放大率而被放大，在照明瞳處形成正圓形輪帶狀的二次光源。
相對地，在圖29中，第一圓柱透鏡對88的放大率方向是設定成相對于Z軸且繞著光軸AX成+80度的角度，而第二圓柱透鏡對89的放大率方向則設定為相對于Z軸且繞著光軸AX成-80度的角度。因此，在第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統中，X方向的放大率大于Z方向的放大率。結果，在圖29的橫橢圓狀態(tài)下，通過第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統的光束，相較于Z方向，X方向會以較大的放大率被放大，在照明瞳處形成X方向為細長的橫長輪帶狀的二次光源。
另一方面，在圖30中，第一圓柱透鏡對88的放大率方向是設定成相對于Z軸且繞著光軸AX成+10度的角度，而第二圓柱透鏡對89的放大率方向則設定為相對于Z軸且繞著光軸AX成-1Q度的角度。因此，在第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡，89的合成光學系統中，Z方向的放大率大于X 方向的放大率。結果，在圖30的縱橢圓狀態(tài)下，通過第一圓柱透鏡對88 與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統的光束，相較于X方向，Z方向會以較大的放大率被放大，在照明瞳處形成Z方向為細長的縱長輪帶狀的二次光源。
其次，藉由將第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89設定在圖28的
正圓形狀態(tài)與圖29的橫橢圓狀態(tài)間的任意狀態(tài)，便可以形成各種不同縱橫
比的橫長輪帶狀二次光源。此外，藉由將第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89設定在圖28的正圓形狀態(tài)與圖30的縱橢圓狀態(tài)間的任意狀態(tài)，便可以形成各種不同縱橫比的縱長輪帶狀二次光源。此外，在圖23變化例中，利用設定圓形照明用的繞射光學組件或多數極(四極等)照明用繞射光學組件等來取代輪帶狀照明用繞射光學組件4a，便可以進行圓形照明或各種變形照明。如上述，圖23至圖30的變化例可以因應光罩M的特性，來改變照明光的偏振狀態(tài)，更進而可以隨時地調整在照明瞳上所形成的二次光源的縱橫比。藉此，便可使用依據光罩M的圖案特性所實現的適當照明條件，來進行良好的曝光。
此外，在上述各實施例以及變化例中，當將對于被照射面(光罩面、晶圓(感光性基板)面與成像面)的偏振狀態(tài)更換成例如直線偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài)，或者X偏振狀態(tài)與Y偏振狀態(tài)時，若產生在被照射面的照度偏差變動、在瞳面的光強度分部的變動或者在被照射面的遠心(te 1 ecentr i c)特性的變動時，最好是依據被照射面的偏振狀態(tài)的改變，進行照度偏差的控制、在瞳面的光強度分部的控制以及/或者在被照射面的遠心 (telecentric)特性的控制，以抑制將照度偏差的變動、在瞳面的光強度分部的變動以及/或者在#皮照射面的遠心(te 1 ecentr ic)特性的變動控制。
例如，可藉由變更圖1的聚焦光學系9，圖16與圖23的構成聚焦光學系9a的多數個透鏡組件中的至少一部分的透鏡位置與姿勢，可以控制關于在被射射面的照度偏差。此外，在圖1的聚焦光學系9與光罩M間的光路中，在圖16與圖23的聚焦光學系9a與光罩檔板MB間的光路中，配置例如特開2002-100561號公報(以及與此對應的美國專利公開 US2003/0025890A,在本說明書參考使用美國專利公開US2003/025890A)所開示的濃度濾鏡板，或特開2003-92253號公報(以及與此對應的美國專利公開US2003/067591A ，在本說明書參考使用美國專利公開 US2003/067591A)，利用控制該濃度濾鏡板的旋轉角與位置也可以控制在被照射面上的照度偏差。此外，例如以特開2002-184676號公報所開示的可變邊緣來取代圖16與圖23的光罩檔板MB,或將可變邊緣設置在光罩檔板 MB附近，將沿著掃描方向的曝光區(qū)域寬度設定成與非掃描方向不同，也可以控制在被照射面上的照度偏差。
此外，利用將上述特開2002-100561號公報(美國專利公開 US2003/0025890A)或特開 2003-92253 號公報(美國專利公開 US2003/0067591A)所揭露的濃度濾鏡板，配置在照明瞳附近，例如微透鏡陣列8的出射側附近，也可以控制在瞳面的光強度分布。
接著，關于遠心性的控制，可以利用變更圖1的聚焦光學系9,圖16
與圖23的構成聚焦光學系9a的多數個透鏡組件中的至少一部分的透鏡位置與姿勢，來加以控制。
此外，關于這些被照射面上的照度偏差布置、瞳面的光強度分布控制與遠心性控制方面，預先量測偏振狀態(tài)切換手段的設定狀態(tài)(去偏振器的插脫、1/2波長板的旋轉角與1/4波長板的旋轉角)，被照射面上的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態(tài)的關聯性，依據偏振狀態(tài)切換手段的設定狀態(tài)，也可以控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態(tài)。此外，測量被照射面或與被照射面為光學共軛面上的被照射面的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態(tài)，再依據測量結果，也可以控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態(tài)。
此外，在上述各實施例與變化例中，使用縱列且致密排列的多數個具有正折射能力微小透鏡所構成的微透鏡陣列8來做為光學積分器，但是可以使用圓柱型微透鏡陣列來取代。圓柱型微透鏡陣列包括以沿著預定的第一方向的間距排列而成的第——維圓柱透鏡陣列；及以沿著與第一方向交叉的第二方向的間距排列而成的第二一維圓柱透鏡陣列。此圓柱型微透鏡陣列的第一與第二一維圓柱透鏡陣列較佳是一體地設置在一個光穿透性基板上，并具備多數個包含第一與第二一維圓柱透鏡陣列的圓柱透鏡陣列板。多數個圓柱透鏡陣列板較佳是沿著光軸方向，隔著一間隔來配置。此外，沿著第——維圓柱透鏡陣列的第一方向的間距以及沿著第二一維圓柱透鏡陣列的第二方向的間距，較佳是至少要有一個在2mm以下的間距。
藉由此種架構，各折射面與在二維曲面(球面狀)上所形成的一般復眼透鏡是不相同的，圓柱型微透鏡陣列的第一與第二一維圓柱透鏡陣列的各折射面是在一維曲面(圓柱狀)上所形成的，故高精密加工變得容易，進而可以降低制造成本。特別是，在圓柱型微透鏡陣列的最小間距在2隱以下的情形時，制造成本降低的效果是明顯的。也就是說，此種圓柱型微透鏡陣列可以利用例如研磨加工、蝕刻加工與壓型加工等等方式來制造。
因為藉由應用達成低成本且高精密度面形狀的圓柱型微透鏡陣列可以實驗均勻性優(yōu)異的照明，故偏振照明的成像性能便大幅提升，而在整個曝光區(qū)域上，可以形成轉印精確度好且細微的圖案。
此種圓柱型微透鏡陣列，在本案申請人的日本申請案特愿第 2002-152634號說明數與圖式(以及其相對應，2003年5月27日向美國提出申請的第445022號)中有所揭示。在本說明書中，參考該美國申請案第 445022號的揭示而使用。
在上述實施例的曝光裝置中，利用光學照明裝置來照明光罩(十字標記)(照明制程)、藉由使用投影光學系統來將光罩上所形成的轉印圖案轉印到感光性基板上(曝光制程)，便可以制造出微電子組件(半導體組件、攝影
組件、液晶顯示組件、薄膜磁頭等等)。接著，參考圖12的流程圖，來說明使用上述實施例的曝光裝置，將預定的電路圖案形成于做為感光基板的晶圓等上，以獲得半導體組件時的一種方法例。
首先，在圖12的步驟301,將金屬膜蒸鍍在一批晶圓上。接著在步驟 302,將光阻涂布在該批晶圓上的金屬膜上。之后，在步驟303,使用上述實施例的曝光裝置，將光罩上的圖案像，經由投影光學系統，依序曝光轉移到該批晶圓上的各個拍攝區(qū)域。之后，在步驟304，對該批晶圓上的光阻進行顯影后，在步驟305，以該批晶圓上的光阻圖案為罩幕，進行蝕刻，藉以將對應光罩上的電路圖案形成在各晶圓的各拍攝區(qū)域。之后，藉由形成更上層電路圖案等，來制造出半導體組件等。依據上述半導體組件制造方法的話，具備極細微的電路圖案的半導體組件也可以獲得良好的產率。
此外，在本發(fā)明實施例的曝光裝置中，藉由在面板(玻璃基板)上形成預定圖案(電路圖案、電極圖案等)，可以得到做為微電子組件的液晶顯示組件。接著，參考圖13的流程圖，來說明此時的方法例子。如圖13的圖案形成工程401，使用上述實施例的曝光裝置，將光罩上的圖案轉印曝光到感光性基板(涂布光阻的玻璃基板)上，即執(zhí)行所謂的微影制程。利用此微影制程，將包含多數電極的預定圖案形成于感光性基板上。之后，曝光的基板利用顯影工程、蝕刻工程與光阻剝離工程等各工程，在基板上形成預定的圖案，接著進入彩色濾鏡形成工程402。
接著，在彩色濾鏡形成工程402，對應紅R(Red)、綠G (Green)與藍 B(Blue)的三個點組合被排列成矩陣狀，或者R、 G、 B三條濾鏡組配置在復數個水平掃描方向，以形成彩色濾鏡。接著，在彩色濾鏡形成工程402后，執(zhí)行組件(cell)組裝工程403。在組件組裝工程403，使用具有在圖案形成工程401所得的預定圖案的基板以及在彩色濾鏡形成工程402所得的彩色濾鏡等，組裝成液晶面板(液晶組件)。
在組件組裝工程403，例如在具有在圖案形成工程401所得的預定圖案的基板以及在彩色濾鏡形成工程402所得的彩色濾鏡之間注入液晶，來制造液晶面板(液晶組件)。之后，在模塊組裝工程404，安裝使組裝的液晶面板(液晶組件)執(zhí)行顯示動作的電路、背光組件等各部品，以完成液晶顯示組件。依據上述液晶顯示組件制造方法的話，具有極細微的電路圖案的液晶顯示組件也可以獲得良好的產率。
此外，在圖l的實施例中，利用聚焦光學系統9，將二次光源所發(fā)出的光加以集光，并重疊地照明于光罩M上。但是本發(fā)明并不限定于此種實施方式。如圖16所示的變化例，在聚焦光學系統9與光罩M之間的光路中，也可以配置照明視野光圏(光罩擋板)與將此照明視野光圈的像形成于光罩 M上的中繼光學系統。在此情形，聚焦光學系統9便將二次光源所發(fā)出的光加以集光并且重疊地照明于照明視野光圏上，中繼光學系統則將照明視野光圏的開口部(光穿過部)的像形成于光罩M上。
此外，上述實施例是使用KrF準分子激光光(波長248nm)或ArF準分子激光光(波長193nm)做為曝光光，但是本發(fā)明并不局限于此。其它合適的激光光源，例如供給波長157nm激光光的F2激光光源，或供給激光光以外的光源，如I線或g線等的紫外光的燈光源也是適用于本發(fā)明。其次，上述實施例是以具備光學照明裝置的投影光學系統為例來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明也適用于用來照明光罩以外的被照射面的一般光學照明裝置者也是可以明白的。
此外，在上述實施例中，以折射率大于1.1的媒體(一般為液體)來填充于投影光學系統與感光性基板之間的光路中的方法，也可以使用所謂的液體浸潤法。在此情形，做為把液體填充于投影光學系統與感光性基板之間的光路中的方法，可以采用國際公開號WO99/49504號公報所開示的局部液體填充方法，或特開平6-124873號公報所開示的使保持曝光對象的平臺在液體槽中移動的方法，或特開平10-303114號公報所開示的在平臺上形成一定深度的液體槽，再將基板保持于其中的方法等等。
此外，做為液體，其對于曝光光具有穿透性，且折射率盡可能的高，而對于投影光學系統或基板表面上所涂布的光阻，最好使用穩(wěn)定之物。例如在以KrF準分子激光光或ArF準分子激光光為曝光光時，可以使用純水或去離子水為液體。此外，使用F2激光光做為曝光光時，也可以使用可以穿透F2激光光者做為液體，例如氟素系油或過氟化聚醚(PFPE)等的氟素系液體。
此外，如同特開平10-163099號公報、特開平10-214783號公報、特表2000-505958號公報等所開示一般，本發(fā)明也適用于搭載兩個平臺的雙平臺式(twin stage type)曝光裝置，其可以分別載置晶圓等的被處理基板且在XY方向可以獨立地移動。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1、一種光學照明裝置，以光源部發(fā)出的光來照射被照射面，其特征在于該光學照明裝置包括偏振照明設定手段，用以將照明該被照射面的光的偏振狀態(tài)，設定成特定偏振狀態(tài)；以及光學積分器，配置在該光源部與該被照射面之間，其中該光學積分器包括沿著預定第一方向的間距排列而成的第一一維圓柱透鏡陣列；以及以沿著與第一方向交叉的第二方向的間距排列而成的第二一維圓柱透鏡陣列。
2、根據權利要求1所述的光學照明裝置，其特征在于其中所述的第一與該第二一維圓柱透鏡陣列是一體地設置在一光穿透性基板上。
3、根據權利要求2所述的光學照明裝置，其特征在于包括多數個包含該第一與該第二一維圓柱透鏡陣列的圓柱透鏡陣列板，其中該些圓柱透鏡陣列板是沿著該光學照明裝置的光軸方向，隔著間隔來配置。
4、根據權利要求3所述的光學照明裝置，其特征在于其中沿著該第一一維圓柱透鏡陣列的該第一方向的間距以及沿著該第二一維圓柱透鏡陣列的該第二方向的間距，至少要有一個在小于等于2mm的間距。
5、根據權利要求4所述的光學照明裝置，其特征在于其中所述的偏振照明設定手段，配置在該光源部與該該被照射面之間，且使照明該被照射面的光的偏振狀態(tài)，抑制光量損失且在特定偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài)之間切換。
6、根據權利要求4所述的光學照明裝置，其特征在于其中所述的偏振照明設定手段，配置在該光源部與該該被照射面之間，且該特定偏振狀態(tài)為直線偏振狀態(tài)的情形時，可以改變該直線偏振的偏才展面的方位。
7、根據權利要求4所述的光學照明裝置，其特征在于其中所述的光學積分器在該光學照明裝置的瞳面或其附近形成預定的光強度分布，該偏振照明設定手段根據該光學積分器所形成的前述預定光強度分布的形狀及大小中的至少其中之一，對照明該被照射面的光的偏振狀態(tài)進行設定。
8、根據權利要求4所述的光學照明裝置，其特征在于更包括偏振狀態(tài) 換手段，配置在該光源部與該該被照射面之間的光路中，用來對該被照射面上的偏振狀態(tài)的變動進行修正。
9、根據權利要求8所述的光學照明裝置，其特征在于其中所述的偏振狀態(tài)換手段是用來對該被照射面的光的偏振狀態(tài)的變動進行修正。
10、一種曝光裝置，其特征在于其包括權利要求1至9中任一權利要求所述的光學照明裝置，將光罩的圖案曝光到配置在該被照射面上的感光性基板上。
11、一種曝光方法，其特征在于其包括以下步驟照明步驟，使用權利要求1至9中任一權利要求所述的光學照明裝置，來照明光罩；以及曝光步驟，將該光罩的圖案曝光到配置在該被照射面上的感光性基板上。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法。該光學照明裝置，例如搭載于曝光裝置中，便可以依據光罩圖案的特性，抑制光量損且使照明光的偏振狀態(tài)改變，得以實施適當的照明條件。具有提供直線偏振光的光源部(1)，以光源部發(fā)出的光來照明被照射面(M、W)。光學照明裝置具有偏振狀態(tài)切換手段(10、20)，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以使照明被照射面的光的偏振狀態(tài)在特定偏振狀態(tài)與非偏振狀態(tài)之間做切換。偏振狀態(tài)切換手段更具有去偏振器(20)，其架構成可以自在地插入與脫離于照明光路中，并且可依據所需將入射的直線偏振光去偏振。
文檔編號G03F7/20GK101201552SQ20071019564
公開日2008年6月18日申請日期2003年12月2日優(yōu)先權日2002年12月3日
發(fā)明者小峯典男, 工藤威人, 村松研一, 松山知行, 田中裕久, 西永壽, 谷津修申請人:株式會社尼康

完整全部詳細技術資料下載