專利名稱：偏光變換元件、光學(xué)照明裝置、曝光裝置以及曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于偏光變換元件、光學(xué)照明裝置、曝光裝置、以及曝光方法，且特別是有關(guān)于一種曝光裝置，用于制成半導(dǎo)體元件、影像攝取元件、液晶顯示元件、薄膜磁性頭等的微元件的微影制程中。
背景技術(shù)：
關(guān)于一些典型的曝光裝置，從光源射出的光束藉由做為光學(xué)積分器(optical integrator)的復(fù)眼(fly eye)透鏡，以形成由多個光源所構(gòu)成的實質(zhì)面光源的二次光源。由二次光源(一般是光學(xué)照明裝置的照明瞳或是被形成于其附近的照明瞳分布)射出的光束，藉由被配置于復(fù)眼透鏡的后側(cè)焦點面附近的光圈而被限制后，入射于集光透鏡。
利用集光透鏡而被集光的光束，與被形成有所定圖案的罩幕重迭地照明。穿過罩幕的圖案的光，藉由投影光學(xué)系統(tǒng)成像于晶圓上。接著，在晶圓上，罩幕圖案被投影曝光(轉(zhuǎn)印)。又，被形成于罩幕的圖案，在被高積集化時，對于此微細圖案要正確地被轉(zhuǎn)印到晶圓上，在晶圓上要得到均一照度分布是不可缺少的。
例如在發(fā)明人的日本專利第3246615號公開資料，揭示為了實現(xiàn)將任意方向的微細圖案以忠實地轉(zhuǎn)印的照明條件，在復(fù)眼透鏡的后側(cè)焦點面形成輪帶狀的二次光源，且設(shè)定使穿過此輪帶狀二次光源的光束，在周方向的偏光方向為直線偏光狀態(tài)(以下簡稱為「周方向偏光狀態(tài)」)。
但是，上述公開資料的技術(shù)，利用藉由復(fù)眼透鏡所形成的圓形光束，限制具有輪帶狀開口的光圈，以形成輪帶狀二次光源。此結(jié)果，對于傳統(tǒng)技術(shù)，會使光圈產(chǎn)生大量光損失，進而使曝光裝置的產(chǎn)能低下，因此不適合。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于前述的問題，本發(fā)明提出一種偏光變換元件，可以將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，且可以防止光量損失。
又，本發(fā)明的目的是提供光學(xué)照明裝置，使用偏光變換元件，可以將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，可以良好防止光量損失，形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布。
又，本發(fā)明提供曝光裝置與曝光方法，使用光學(xué)照明裝置可以良好防止光量損失，形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布，用適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，可以將微細圖案忠實地且高產(chǎn)能轉(zhuǎn)印。
為了解決前述問題，本發(fā)明的第一實施例提供一種偏光變換元件，變換入射光的偏光狀態(tài)成為所定的偏光狀態(tài)，利用有旋光性的光學(xué)材料，以形成在周方向有厚度變化分布。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例，提供一光學(xué)照明裝置，包括提供照明光的光源，以及該光源與被照射面之間的光路被配置第一實施例的偏光變換元件。
于本發(fā)明第三實施例，提供光學(xué)照明裝置，對于根據(jù)由光源供給的照明光，照明于被照射面的光學(xué)照明裝置，前述光學(xué)照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共軛的面內(nèi)被形成的光強度分布，關(guān)于在其所定的有效光源區(qū)域的第1方向偏光的平均特定偏光率以RSPh(Ave)表示，關(guān)于第2方向偏光的平均特定偏光率以RSPv(Ave)表示，滿足RSPh(Ave)＞70％，RSPv(Ave)＞70％。
又，RSPh(Ave)＝Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave；RSPv(Ave)＝Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave。
于此，Ix(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第1方向偏光成分的強度平均。Iy(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第2方向偏光成分的強度平均。(Ix+Iy)Ave為通過所定的有效光源區(qū)域的全部光束強度的強度平均。又，前述光學(xué)照明裝置的照明瞳面，定義成對應(yīng)前述被照射面的光學(xué)傅立葉轉(zhuǎn)換關(guān)系的面，在前述光學(xué)照明裝置與投影光學(xué)系統(tǒng)組合的情形，可以定義出與投影光學(xué)系統(tǒng)的光圈光學(xué)共軛的光學(xué)照明裝置內(nèi)的面。又，與前述光學(xué)照明裝置的照明瞳面共軛的面，不限定于前述光學(xué)照明裝置內(nèi)的面，例如前述光學(xué)照明裝置與投影光學(xué)系統(tǒng)組合時，也可以投影光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的面。更也可以是用以檢出光學(xué)照明裝置(或投影曝光裝置)的偏光狀態(tài)的偏光測定器內(nèi)的面。
本發(fā)明第四實施例，提供曝光裝置，包括第二實施例或第第三實施例的光學(xué)照明裝置，穿過該光學(xué)照明裝置將罩幕上的圖案曝光于感光性基板上。
本發(fā)明第五實施例，提供曝光方法，使用第二實施例或第第三實施例的光學(xué)照明裝置，將罩幕上的圖案曝光于感光性基板上。
本發(fā)明第六實施例，提供一種制造偏光變換元件的方法，是將入射光的偏光狀態(tài)變換成所定的偏光狀態(tài)的該偏光變換元件的制造方法，其包括準(zhǔn)備有旋光性的光學(xué)材料；以及設(shè)定該光學(xué)材料在周方向變化的厚度分布。
本發(fā)明的偏光變換元件，例如利用有如水晶旋光性的光學(xué)材料被形成，在周方向有變化厚度分布。于此，厚度分布，例如，被設(shè)定使約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光。其結(jié)果，于本發(fā)明，可以實現(xiàn)防止光量損失，將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光的偏光變換裝置。特別是，因為利用有旋光性的光學(xué)材料以形成偏光變換裝置，進而有波長板在相對上很容易制造的優(yōu)點。
另外，于本發(fā)明的光學(xué)照明裝置，因為使用偏光變換裝置，可以將約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，可以良好防止光量損失，而形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布。又，本發(fā)明的曝光裝置與曝光方法，使用光學(xué)照明裝置，可以良好防止光量損失，而形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布，于適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，可以忠實且高產(chǎn)能地轉(zhuǎn)印微細圖案，進而元件制造也有良好的產(chǎn)能。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。


圖1繪示根據(jù)本發(fā)明實施例的曝光裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2繪示相對輪帶狀二次光源，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)的作用說明。
圖3繪示相對輪帶狀二次光源，伸縮透鏡的作用說明。
圖4繪示圖1的偏光監(jiān)視器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意斜視圖。
圖5繪示圖1的偏光變換元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6繪示水晶旋光性說明圖。
圖7繪示利用偏光變換元件的作用，被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀二次光源示意圖。
圖8繪示利用偏光變換元件的作用，被設(shè)定成徑方向偏光狀態(tài)的輪帶狀二次光源示意圖。
圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。
圖10繪示做為圖9的交換機構(gòu)的轉(zhuǎn)臺10T被載置多種偏光變換元件10a～10e示意圖。
圖11A～11E繪示多種偏光變換元件10a～10e分別的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12A～12C繪示利用偏光變換元件的作用被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的二次光源的一例示意圖。
圖13繪示設(shè)置成回繞光軸AX可以旋轉(zhuǎn)的偏光變換元件10f的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14A～14C繪示利用偏光變換元件10f的作用，被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的二次光源的一例示意圖。
圖15A～15C繪示由8個扇形基本構(gòu)件所構(gòu)成的偏光變換元件，得到回繞光軸AX可以旋轉(zhuǎn)的二次光源的一例示意圖。
圖16繪示偏光變換元件，被配置在照明光學(xué)系統(tǒng)的瞳附近位置內(nèi)、圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的正前面位置(入射側(cè)附近位置)一例示意圖。
圖17繪示如圖16所示的變化例，為滿足條件式(1)與(2)的說明示意圖。
圖18繪示偏光變換元件，配置在照明光學(xué)系統(tǒng)的瞳附近位置內(nèi)、成像光學(xué)系統(tǒng)15的瞳附近位置一例示意圖。
圖19繪示為了檢出照明晶圓W的光的偏光狀態(tài)以及光強度的晶圓面偏光監(jiān)視器90的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20繪示使用4分割的偏光變換元件10f，進行4分割周方向偏光輪帶照明，以得到輪帶狀二次光源31示意圖。
圖21繪示得到做為微元件的半導(dǎo)體元件的實際制程。
圖22繪示得到做為微元件的液晶顯示元件的實際制程。
1光源 4偏光狀態(tài)變換部4a1/4波長板 4b1/2波長板4c消偏振鏡 5繞射光學(xué)元件6無焦點透鏡 8圓錐柱狀鏡系統(tǒng)9伸縮透鏡 10偏光變換元件10A～10D各基本元件 10E中央?yún)^(qū)域11微復(fù)眼透鏡12偏光監(jiān)視器12a分光器 13集光系統(tǒng)14罩幕遮板 15成像光學(xué)系統(tǒng)104c偏光消解部材M罩幕PL投影光學(xué)系統(tǒng) W晶圓具體實施方式
圖1繪示根據(jù)本發(fā)明實施例的曝光裝置示意圖。于圖1中，分別設(shè)定沿著感光性基板即晶圓W的法線方向為Z軸，晶圓W的面內(nèi)與圖1的紙面平行的方向為Y軸，晶圓W的面內(nèi)與圖1的紙面垂直的方向為X軸。請參照圖1，本實施例的曝光裝置，包含用以供給曝光的光(照明光)的光源1。
做為光源1，例如可以使用供給248nm波長光的KrF準(zhǔn)分子激光光源或是供給193nm波長光的ArF準(zhǔn)分子激光光源。從光源1沿著Z方向射出的約平行光束，沿著X方向有細長延伸的矩形狀斷面，且入射于由一對透鏡2a與2b所構(gòu)成的光束擴展器2(expander)。各別的透鏡2a與2b，在圖1的紙面內(nèi)(YZ平面內(nèi))分別具有負屈折力與正屈折力。因此，入射于光束擴展器2的光束，在圖1的紙面內(nèi)被放大，并被整形為有所定的矩形斷面的光束。
穿過做為整形光學(xué)系統(tǒng)的光束擴展器2之大約平行的光束，其由反射鏡3折曲偏向到Y(jié)方向后，穿過1/4波長板4a、1/2波長板4b、消偏振鏡(depolarizer)4c、以及輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5，而入射于無焦點(afocal)透鏡6。于此，1/4波長板4a、1/2波長板4b以及消偏振鏡4c，如后述，構(gòu)成偏光狀態(tài)變換部4。無焦點光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定為使無焦點透鏡6，其前側(cè)焦點位置與繞射光學(xué)元件5的位置大約一致，且后側(cè)焦點位置與如圖中虛線所示的所定面7的位置大約一致。
一般，繞射光學(xué)元件，基板形成有高度差其間隔為曝光的光(照明光)波長程度，使入射光束在所要的角度有繞射作用。具體地，輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5，在具有斷面為矩形狀的平行光束入射時，具有在遠場(far-field)(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成輪帶狀光強度分布的功能。
因此，入射于做為光束變換元件的繞射光學(xué)元件5的約平行光束，在無焦點透鏡6的瞳面形成輪帶狀的光強度分布后，約平行光束從無焦點透鏡6被射出。又，無焦點透鏡6的前透鏡群6a與后透鏡群6b之間的光路中的瞳面或其附近，被配置圓錐柱狀鏡(axicon)系統(tǒng)8，其詳細結(jié)構(gòu)與作用描述于后。以下，為簡單說明，忽略圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8，說明基本的結(jié)構(gòu)與作用。
穿過無焦點透鏡6的光束，穿過可變σ值用的伸縮透鏡9(zoom lens)與偏光變換元件10，而入射于做為光學(xué)積分器(optical integrator)的微復(fù)眼透鏡(或是復(fù)眼透鏡)11。偏光變換元件10的結(jié)構(gòu)與作用說明于后。微復(fù)眼透鏡11是由縱橫且密集配列的多個具有正屈折力的微小透鏡所構(gòu)成的光學(xué)元件。一般而言，微復(fù)眼透鏡例如是利用平行平面板施加蝕刻處理以形成微小透鏡群所制成。
接著，構(gòu)成微復(fù)眼透鏡的各微小透鏡，比構(gòu)成復(fù)眼透鏡的各透鏡單元(lens element)微小。又，微復(fù)眼透鏡，與由相互被隔絕的透鏡單元所構(gòu)成的復(fù)眼透鏡不同，多個微小透鏡(微小屈折面)，不相互被隔絕而一體成形。然而，在具有正屈折力的透鏡單元被縱橫配置的觀點上，微復(fù)眼透鏡是與復(fù)眼透鏡相同之波面分割型的光學(xué)積分器。
所定面7的位置被配置于伸縮透鏡9的前側(cè)焦點位置的附近，而微復(fù)眼透鏡11的入射面被配置于伸縮透鏡9的后側(cè)焦點位置的附近。換言之，伸縮透鏡9配置成所定面7與微復(fù)眼透鏡11的入射面實質(zhì)上為傅立葉轉(zhuǎn)換關(guān)系，進而配置成無焦點透鏡6的瞳面與微復(fù)眼透鏡11的入射面為大致光學(xué)共軛。
接著，微復(fù)眼透鏡11的入射面上，與無焦點透鏡6的瞳面相同，例如被形成以光軸AX做為中心的輪帶狀照射范圍。此輪帶狀照射范圍的全體形狀是與伸縮透鏡9的焦點距離依存而相似地變化。構(gòu)成微復(fù)眼透鏡11的各微小透鏡具有矩形狀的斷面，其與在罩幕M上要形成照射范圍的形狀(進而在晶圓W上要形成曝光區(qū)域的形狀)相似。
入射微復(fù)眼透鏡11的光束是利用多個微小透鏡而被二維分割，其后側(cè)焦點面或是其附近(進而照明瞳)，藉由入射光束，有與被形成的照射范圍大約相同光強度分布的二次光源，即是以光軸AX做為中心的輪帶狀的實質(zhì)面光源所構(gòu)成的二次光源被形成。從微復(fù)眼透鏡11的后側(cè)焦點面或是其附近被形成的二次光源的光束，穿過分光器12a(beam splitter)及集光系統(tǒng)13后，與罩幕遮板(mask blind)重迭地照明。
接著，作為照明視野光圈的罩幕遮板14，形成了矩形狀的照射范圍，其對應(yīng)構(gòu)成微復(fù)眼透鏡11之各個微小透鏡的形狀與焦點距離。再者，內(nèi)部設(shè)置有分光器12a的偏光監(jiān)視器12，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與作用如后所述。穿過罩幕遮板14的矩形狀開口部(透光部)的光束，在受到成像光學(xué)系統(tǒng)15的集光作用后，重迭地照射在形成有所定圖案的罩幕M上。
即是，成像光學(xué)系統(tǒng)15，使罩幕遮板14的矩形狀開口部的像被形成于罩幕M上。穿過罩幕M的圖案的光束，又穿過投影光學(xué)系統(tǒng)PL，將罩幕圖案的像形成于感光性基板即晶圓W上。接著，在與投影光學(xué)系統(tǒng)PL的光軸AX垂直的平面(XY面)內(nèi)，利用二維地驅(qū)動控制晶圓W進行全部或掃描曝光，罩幕M的圖案依序被曝光于晶圓W的各曝光區(qū)域。
又，在偏光狀態(tài)切換部4中，1/4波長板4a被構(gòu)成可以自由旋轉(zhuǎn)于以光軸AX做為中心的結(jié)晶光學(xué)軸，將入射的橢圓偏光光束變換成直線偏光光束。又，1/2波長板4b被構(gòu)成可以自由旋轉(zhuǎn)于以光軸AX做為中心的結(jié)晶光學(xué)軸，使入射的直線偏光的偏光面變化。又，消偏振鏡4c利用有互補形狀的楔形狀水晶棱鏡與楔形狀石英棱鏡而被構(gòu)成。水晶棱鏡與石英棱鏡做為一體的棱鏡組合體，被構(gòu)成對照明光路可以自由插脫。
使用KrF準(zhǔn)分子激光光源或是ArF準(zhǔn)分子激光光源做為光源1的情形下，從這些光源被射出的光，一般有95％以上的偏光度，且約直線偏光的光入射于1/4波長板4a。但是，光源1與偏光狀態(tài)切換部4之間的光路中，有做為背面反射鏡的直角棱鏡的情形時，入射的直線偏光的偏光面不與P偏光面或S偏光面一致，利用直角棱鏡的全反射使直線偏光變?yōu)闄E圓偏光。
偏光狀態(tài)切換部4，雖然例如是由于直角棱鏡的全反射造成的橢圓偏光光束入射，利用1/4波長板4a的作用被變換成直線偏光光束，入射于1/2波長板4b。1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸，對應(yīng)入射的成直線偏光的偏光面設(shè)定成0度或90度時，入射于1/2波長板4b的直線偏光的光束，其偏光面不會變化而通過。
又，1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸，對應(yīng)入射的直線偏光的偏光面以45度設(shè)定的情形，入射于1/2波長板4b的直線偏光光束的偏光面，僅以90度變化被變換成直線偏光的光。再者，消偏振鏡4c的水晶棱鏡的結(jié)晶光學(xué)軸，對應(yīng)入射的直線偏光的偏光面被設(shè)定成45度的情形，入射水晶棱鏡的直線偏光的光被變換成非偏光狀態(tài)的光(非偏光化)。
于偏光狀態(tài)切換部4，當(dāng)消偏振鏡4c在照明光路中定位，使水晶棱鏡的結(jié)晶光學(xué)軸相對入射的直線偏光的偏光面為45度。另外，水晶棱鏡的結(jié)晶光學(xué)軸相對入射的直線偏光的偏光面，設(shè)定為0度或90度的角度時，入射水晶棱鏡的直線偏光的偏光面不會變化而通過。又，1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對入射的直線偏光的偏光面，設(shè)定為22.5度的角度時，入射1/2波長板4b的直線偏光的光，被變換成含有偏光面不會變化而通過直線偏光成分和偏光面僅90度變化的直線偏光成分的非偏光狀態(tài)的光。
對于偏光狀態(tài)切換部4，如上述，直線偏光的光入射于1/2波長板4b，是為了以下的簡單說明，在圖1的Z方向具有偏光方向(電場方向)的直線偏光(以下稱Z方向偏光)的光，其入射于1/2波長板4b。消偏振鏡4c在照明光路中定位時，入射于1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對Z方向偏光的偏光面(偏光方向)設(shè)定為0度或90度，且入射于1/2波長板4b的Z方向偏光，其偏光面不會變化的Z方向偏光通過，而入射于消偏振鏡4c的水晶棱鏡。水晶棱鏡的結(jié)晶光學(xué)軸，相對入射的Z方向偏光的偏光面，因為設(shè)定為45度的角度，入射水晶棱鏡Z方向偏光的光被變換成非偏光狀態(tài)的光。
穿過水晶棱鏡被非偏光化的光，穿過為了補償光行進方向而作為補償器(compensator)的石英棱鏡，以非偏光狀態(tài)入射于繞射光學(xué)元件5。一方面，入射于1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對Z方向偏光的偏光面設(shè)定為45度時，入射于1/2波長板4b的Z方向偏光的光，其偏光面僅90度變化，如在圖1的X方向具有偏光方向(電場方向)的直線偏光(以下稱X方向偏光)的光，入射于消偏振鏡4c的水晶棱鏡。相對入射于水晶棱鏡的結(jié)晶光學(xué)軸的X方向偏光的偏光面，因為設(shè)定為45度，入射水晶棱鏡的X方向偏光的光，被變換成非偏光狀態(tài)，且穿過石英棱鏡，并以非偏光狀態(tài)入射于繞射光學(xué)元件5。
反之，在消偏振鏡4c從照明光路退開時，入射于1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對于Z方向偏光的偏光面設(shè)定為0度或90度時，入射于1/2波長板4b的Z方向偏光的光不會變化而通過，以Z方向偏光狀態(tài)入射于繞射光學(xué)元件5。另一方面，入射于1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對于Z方向偏光的偏光面設(shè)定為45度時，入射于1/2波長板4b的Z方向偏光的光，偏光面會僅變化90度而變成X方向偏光的光，而以X方向偏光狀態(tài)入射于繞射光學(xué)元件5。
如上述，對于偏光狀態(tài)切換部4，利用決定消偏振鏡4c插入照明光路的定位，可以使非偏光狀態(tài)的光入射于繞射光學(xué)元件5。又，使消偏振鏡4c從照明光路退開，且利用設(shè)定使1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對于入射的Z方向偏光的偏光面為0度或90度，可以使Z方向偏光狀態(tài)的光入射于繞射光學(xué)元件5。再者，消偏振鏡4c從照明光路退開，且利用設(shè)定使1/2波長板4b的結(jié)晶光學(xué)軸相對于入射的Z方向偏光的偏光面為45度，可以使X方向偏光狀態(tài)的光入射于繞射光學(xué)元件5。
換言之，對于偏光狀態(tài)切換部4，利用由1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c所組成的偏光狀態(tài)切換部的作用，往繞射光學(xué)元件5的入射光的偏光狀態(tài)(進而照明罩幕M與晶圓W的光的偏光狀態(tài))，可以在直線偏光狀態(tài)與非偏光狀態(tài)之間切換，于直線偏光狀態(tài)的情形，可以在相互垂直的偏光狀態(tài)之間(Z方向偏光狀態(tài)與X方向偏光狀態(tài)之間)切換。
再者，對于偏光狀態(tài)切換部4，使1/2波長板4b與消偏振鏡4c一起從照明光路退開，且利用1/4波長板4a的結(jié)晶光學(xué)軸相對于入射的橢圓偏光設(shè)定所要的角度，圓偏光的光可以入射于繞射光學(xué)元件5。又一般上，利用1/2波長板4b的作用，往繞射光學(xué)元件5的入射光的偏光狀態(tài)，可以設(shè)定成在任意方向有偏光方向的直線偏光狀態(tài)。
次之，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8，順著光源側(cè)，由對向光源側(cè)為平面且對向罩幕側(cè)為凹圓錐狀的屈折面的第1棱鏡部8a，與對向罩幕側(cè)為平面且對向光源側(cè)為凸圓錐狀的屈折面的第2棱鏡部8b所構(gòu)成。第1棱鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2棱鏡部8b的凸圓錐狀屈折面，是可接合而互補的形狀。又，第1棱鏡部8a與第2棱鏡部8b的至少其一被構(gòu)成可沿著光軸AX移動。第1棱鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2棱鏡部8b的凸圓錐狀屈折面之間的間隔是可變的。
于此，對于第1棱鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2棱鏡部8b的凸圓錐狀屈折面是相互接合的狀態(tài)，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8做為平行平面板的機能，且不會影響到被形成的輪帶狀二次光源。然而，使第1棱鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2棱鏡部8b的凸圓錐狀屈折面間離時，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8做為所謂光束擴展器的機能。因此，隨著圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的間隔變化，變化向所定面7的入射光角度。
圖2，繪示相對輪帶狀二次光源，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)的作用說明。參照圖2，在設(shè)定圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的間隔為零且伸縮透鏡9的焦點距離最小值的狀態(tài)(以下稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，被形成最小輪帶狀二次光源30a，利用使圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的間隔從零到所定值而擴大，其寬度(外徑與內(nèi)徑的差的1/2圖中以箭號表示)不會變化，外徑與內(nèi)徑一起擴大，而變化成輪帶狀二次光源30b。換言之，利用圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的作用，輪帶狀二次光源的寬度不會變化，其輪帶比(內(nèi)徑/外徑)與大小(外徑)一起變化。
圖3繪示相對輪帶狀二次光源，伸縮透鏡的作用說明。參照圖3，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)被形成的輪帶狀二次光源30a，利用伸縮透鏡9的焦點距離從最小值到所定值擴大，其全體形狀相似地擴大而變化成輪帶狀二次光源30c。換言之，利用伸縮透鏡9的作用，輪帶狀二次光源的輪帶比不會變化，其寬度與大小(外徑)一起變化。
圖4繪示圖1的偏光監(jiān)視器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意斜視圖。參照圖4，偏光監(jiān)視器12包含被配置于微復(fù)眼透鏡11與集光系統(tǒng)13之間的光路的第1分光器12a。第1分光器12a例如是利用石英玻璃形成的沒有涂布的平行面板(即是素玻璃)的型態(tài)，且其具有將與入射光的偏光狀態(tài)相異的偏光狀態(tài)的反射光從光路取出的機能。
利用第1分光器12a而從光路被取出的光，入射于第2分光器12b。第2分光器12b與第1分光器12a相同，例如是利用石英玻璃形成的沒有涂布的平行面板型態(tài)，且其具有使與入射光的偏光狀態(tài)相異的偏光狀態(tài)的反射光發(fā)生的機能。接著，進行設(shè)定使相對第1分光器12a的P偏光成為相對第2分光器12b的S偏光，且相對第1分光器12a的S偏光成為相對第2分光器12b的P偏光。
又，透過第2分光器12b的光是利用第1光度檢測器12c而被檢測，在第2分光器12b被反射的光是利用第2光度檢測器12d而被檢測。第1光度檢測器12c與第2光度檢測器12d的輸出，分別被輸給控制部(未示于圖)。控制部依需要驅(qū)動構(gòu)成偏光狀態(tài)切換部4的1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c。
如上述，關(guān)于第1分光器12a與第2分光器12b，對于P偏光的反射率與S偏光的反射率，實質(zhì)上是不同。因此，對于偏光監(jiān)視器12，從第1分光器12a的反射光，含有例如往第1分光器12a的入射光的約10％的S偏光成分(對第1分光器12a的S偏光成分是對第2分光器12b的P偏光成分)，與例如往第1分光器12a的入射光的約％P偏光成分(對第1分光器12a的P偏光成分是對第2分光器12b的S偏光成分)。
又，從第2分光器12b的反射光，含有例如往第1分光器12a的入射光的約10％×1％＝0.1％的P偏光成分(對第1分光器12a的P偏光成分是對第2分光器12b的S偏光成分)，與例如往第1分光器12a的入射光的約1％×10％＝0.1％的的S偏光成分(對第1分光器12a的S偏光成分是對第2分光器12b的P偏光成分)。
如此，對于偏光監(jiān)視器12，第1分光器12a回應(yīng)其反射特性而具有將與入射光偏光狀態(tài)相異的偏光狀態(tài)的反射光從光路取出的機能。其結(jié)果，很少受到第2分光器12b造成的偏光變動的影響，根據(jù)第1光度檢測器12c的輸出(關(guān)于第2分光器12b的透過光強度資料，即是從第1分光器12a的反射光約相同偏光狀態(tài)的光的強度資料)，可以檢知往第1分光器12a的入射光的偏光狀態(tài)(偏光度)，進而往罩幕M的照明光的偏光狀態(tài)。
又，對于偏光監(jiān)視器12，被設(shè)定為相對第1分光器12a的P偏光為對第2分光器12b的S偏光，且對第1分光器12a的S偏光為對第2分光器12b的P偏光。其結(jié)果，根據(jù)第2光度檢測器12d的輸出(關(guān)于第1分光器12a與第2分光器12b被順次反射光的強度資料)，實質(zhì)上不受往第1分光器12a的入射光的偏光狀態(tài)的變化的影響，可以檢知往第1分光器12a的入射光的光量(強度)，進而往罩幕M的照明光的光量。
接著，使用偏光監(jiān)視器12，檢知往第1分光器12a的入射光的偏光狀態(tài)，進而可以判定是否往罩幕M的照明光是所要的非偏光狀態(tài)、直線偏光狀態(tài)、或圓偏光狀態(tài)?？刂撇扛鶕?jù)由偏光監(jiān)視器12的檢知結(jié)果，確認往罩幕M(進而晶圓W)的照明光是否為所要的非偏光狀態(tài)、直線偏光狀態(tài)、或圓偏光狀態(tài)的情形，驅(qū)動調(diào)整構(gòu)成偏光狀態(tài)切換部4的1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c，而可以調(diào)整往罩幕M的照明光的狀態(tài)為所要的非偏光狀態(tài)、直線偏光狀態(tài)、或圓偏光狀態(tài)。
再者，取代輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5的4極照明用的繞射光學(xué)元件(未示于圖)，藉由設(shè)定于照明光路中，可以進行4極照明。4極照明用的繞射光學(xué)元件，在入射有矩形狀的斷面的平行光束的情形，有在其遠場形成4極狀的光強度分布的機能。因此，穿過4極照明用的繞射光學(xué)元件的光束，在微復(fù)眼透鏡11的入射面，形成例如以光軸AX做為中心的4個圓形狀照射區(qū)域所組成的4極狀照射區(qū)域。其結(jié)果，微復(fù)眼透鏡11的后側(cè)焦點面或其附近，與被形成于入射面的照射區(qū)域相同，被形成4極狀的二次光源。
又，取代輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5的圓形照明用的繞射光學(xué)元件(未示于圖)，藉由設(shè)定于照明光路中，可以進行一般的圓形照明。圓形照明用的繞射光學(xué)元件，在入射有矩形狀的斷面的平行光束的情形，有在其遠場形成圓形狀的光強度分布的機能。因此，穿過圓形照明用的繞射光學(xué)元件的光束，在微復(fù)眼透鏡11的入射面，形成例如以光軸AX做為中心的圓形狀照射區(qū)域所組成的4極狀照射區(qū)域。其結(jié)果，微復(fù)眼透鏡11的后側(cè)焦點面或其附近，與被形成于入射面的照射區(qū)域相同，被形成圓形狀的二次光源。
再者，取代輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5的其他多極照明用的繞射光學(xué)元件(未示于圖)，藉由設(shè)定于照明光路中，可以進行各種多極照明(2極照明、8極照明等)。同樣地，取代輪帶照明用的繞射光學(xué)元件5的有適當(dāng)特性的繞射光學(xué)元件，藉由設(shè)定于照明光路中，可以進行各種形態(tài)的變換照明。
圖5繪示圖1的偏光變換元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖6繪示水晶旋光性說明圖。圖7繪示利用偏光變換元件的作用，被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀二次光源示意圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的偏光變換元件10，被配置在微復(fù)眼透鏡11的正前面，即是照明光學(xué)裝置(1～PL)的瞳或其附近。因此，在輪帶照明的情形，對偏光變換元件10入射有斷面約輪帶狀且以光軸AX做為中心的光束。
參照圖5，偏光變換元件10，有全體光軸AX做為中心輪帶狀的有效區(qū)域，其輪帶狀的有效區(qū)域以光軸AX做為中心，利用在圓周方向等分成8個扇形形狀的的基本元件被構(gòu)成。在這些8個基本元件，夾著光軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，8個基本元件，延著光穿過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互不同的4種基本元件10A～10D各含2個。
具體而言，設(shè)定成第1基本元件10A的厚度最大，第4基本元件10D的厚度最小，第2基本元件10B的厚度比第3基本元件10C的厚度大。其結(jié)果，偏光變換元件10的一方的面(例如入射面)為平面狀，而另一面(例如出射面)，利用各基本元件10A～10D的厚度不同，成為凹凸?fàn)?。又，可以偏光變換元件10的雙面(入射面與出射面)一起形成凹凸?fàn)睢?br> 又，本實施例，各基本元件10A～10D是利用有旋光性的光學(xué)材料亦即是做為結(jié)晶材料的水晶所構(gòu)成，各基本元件10A～10D的結(jié)晶光學(xué)軸與光軸AX約一致，即是設(shè)定成與入射光的行進方向約一致。以下，參照圖6，對于水晶的旋光性進行簡單說明。參照圖6，由厚度為d的水晶所構(gòu)成的平行面板光學(xué)部材100，其結(jié)晶光學(xué)軸與光軸AX被配置成一致。如此情形，利用光學(xué)部材100的旋光性，入射的直線偏光的偏光方向?qū)廨SAX僅旋轉(zhuǎn)一角度θ的狀態(tài)被射出。
此時，光學(xué)部材100的旋光性造成偏光方向的旋轉(zhuǎn)角(旋光角度)θ，利用光學(xué)部材100的厚度d與旋光能ρ，以下式(a)表示。
θ＝d.ρ(a)一般，水晶的旋光能ρ，為波長依存性(依存使用光的波長其不同旋光能值旋光分散)，具體地，使用光的波長短，會有愈大的傾向。根據(jù)在《應(yīng)用光學(xué)II》的第167頁的記載，相對于具有250.3nm的波長的光，水晶的旋光能ρ為153.9度/mm。
在本實施例，第1基本元件10A，被設(shè)定成厚度dA，在Z方向偏光的直線偏光的光入射的情形，Z方向繞著Y軸使+180度旋轉(zhuǎn)的方向，即是在Z方向有偏光方向的直線偏光的光使射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第1基本元件10A的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區(qū)域31A的光束的偏光方向是在Z方向。
第2基本元件10B，被設(shè)定成厚度dB，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+135度旋轉(zhuǎn)的方向，即是在Z方向繞著Y軸使-45度旋轉(zhuǎn)的方向，有偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第2基本元件10B的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區(qū)域31B的光束的偏光方向，是Z方向繞著Y軸使旋轉(zhuǎn)-45度的方向。
第3基本元件10C，被設(shè)定成厚度dC，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+90度旋轉(zhuǎn)的方向，即是有X方向偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第3基本元件10C的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區(qū)域31C的光束的偏光方向是在X方向。
第4基本元件10D，被設(shè)定成厚度dD，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+45度旋轉(zhuǎn)的方向有偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第4基本元件10D的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區(qū)域31D的光束的偏光方向，是Z方向繞著Y軸使旋轉(zhuǎn)+45度的方向。
再者，對分別被形成的8個基本元件進行組合可以得到偏光變換元件10，也可以利用將平行平面板的水晶基板形成所要的凹凸形狀(段差)而得到偏光變換元件10。又，不將偏光變換元件10從光路退開時，可以進行通常的圓形照明，且設(shè)定圓形狀的中央?yún)^(qū)域10E，其大小為偏光變換元件10的有效區(qū)域的徑方向大小的大于等于3/10，較佳為大于等于1/3，且沒有旋光性。于此，中央?yún)^(qū)域10E，可以利用沒有旋光性的光學(xué)材料例如石英而形成，也可以是簡單的圓形狀開口。但是，中央?yún)^(qū)域10E不是偏光變換元件10的必要元件。再者，中央?yún)^(qū)域10E的大小是由周方向偏光狀態(tài)區(qū)域與非此區(qū)域的邊界所決定。
于本實施例，周方向偏光輪帶照明時(通過輪帶狀的二次光源的光束被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的變形照明)，有Z方向偏光的直線偏光的光被入射于偏光變換元件10。其結(jié)果，微復(fù)眼透鏡11的后側(cè)焦點面或其附近，如圖7所示，輪帶狀的二次光源(輪帶狀的瞳分布)31被形成，通過此輪帶狀的二次光源31的光束被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)。對于周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成輪帶狀的二次光源31的圓弧狀區(qū)域31A～31D的光束，沿著各圓弧狀區(qū)域31A～31D的圓周方向，而在中心位置的直線偏光狀態(tài)的偏光方向是大約與以光軸AX做為中心的圓的切線方向一致。
接著，于本實施例，與因光圈大而發(fā)生光量損失的傳統(tǒng)技術(shù)不同，利用偏光變換元件10的旋光作用，不會有實質(zhì)的光量損失發(fā)生，可以形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀的二次光源31。換言之，對于本實施例的照明光學(xué)裝置，良好地抑制光量損失，可以形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀的照明分布。再者，對于本實施例，因為使用光學(xué)元件的偏光作用，偏光變換元件的制造容易，對于典型的各基本元件的厚度公差可以很緩設(shè)定，達到優(yōu)良效果。
又，根據(jù)周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布的周方向偏光輪帶狀照明，做為最終的被照明面的晶圓W被照射的光是以S偏光為主要成份的偏光狀態(tài)。于此，S偏光，是有相對入射面垂直方向的偏光方向的直線偏光(垂直入射面的方向電性向量震動的偏光)。但是，入射面，定義為當(dāng)光到達媒介質(zhì)的界面(被照射面晶圓W表面)，包含在其點上的界面法線與入射光的面。
其結(jié)果，對于周方向偏光輪帶狀照明，可以提升投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能(焦點深度等)，可以得到在晶圓(感光性基板)上高對比的罩幕圖案像。即是，對于本發(fā)明實施例，因為使用可以良好地抑制光量損失，且形成周方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布的照明光學(xué)裝置，用適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件可以忠實且高產(chǎn)能地將微細圖案轉(zhuǎn)寫。
接著，于本實施例，利用有X方向偏光方向的直線偏光的光使其入射偏光變換元件10，如圖8所示通過輪帶狀二次光源32的光束設(shè)定為徑方向偏光狀態(tài)，且進行徑方向偏光輪帶照明(通過輪帶狀二次光源32的光束被設(shè)定成徑方向偏光狀態(tài)的變形照明)。于徑方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成輪帶狀二次光源32的圓弧狀區(qū)域32A～32D的光束，沿著各圓弧狀區(qū)域32A～32D的圓周方向，而在中心位置的直線偏光狀態(tài)是大約與以光軸AX做為中心的圓的半徑方式一致。
根據(jù)徑方向偏光狀態(tài)的輪帶狀照明瞳分布的徑方向偏光輪帶照明，被照射到做為最終的被照明面的晶圓W的光，是以P偏光為主要成份的偏光狀態(tài)。于此，P偏光，是相對上述定義的入射面的平行方向的偏光方向的直線偏光(平行入射面方向電性向量震動的偏光)。其結(jié)果，徑方向偏光輪帶狀照明，被涂布于晶圓上的光阻的光反射率減小，在晶圓(感光性基板)上，可以得到良好的罩幕圖案像。
又，于上述實施例，入射偏光變換元件10的光束，利用在Z方向有偏光方向的直線偏光狀態(tài)與在X方向有偏光方向的直線偏光狀態(tài)之間的切換，而實現(xiàn)周方向偏光輪帶照明與徑方向偏光輪帶照明。但是，不限定于此，例如對于在Z方向或X方向有偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光束，利用偏光變換元件10在如圖5所示的第1狀態(tài)與繞著光軸AX使僅90度回轉(zhuǎn)的第2狀態(tài)之間切換，可以實現(xiàn)周方向偏光輪帶照明與徑方向偏光輪帶照明。
又，于上述實施例，微復(fù)眼透鏡11的正前方配置偏光變換元件10。但是，不限定于此，一般照明裝置(1～PL)的瞳或其附近，例如投影光學(xué)系統(tǒng)PL的瞳或其附近，成像光學(xué)系統(tǒng)15的瞳或其附近，圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的正前方(無焦點透鏡6的瞳或其附近)等可以配置偏光變換元件10。
因此，如果投影光學(xué)系統(tǒng)PL中與成像光學(xué)系統(tǒng)15中配置偏光變換元件10，因為偏光變換元件10所要的有效徑容易大，考慮到有困難得到高品質(zhì)的大水晶基板的現(xiàn)狀而不佳。又，如果圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的正前方配置偏光變換元件10，可以使偏光變換元件10所要的有效徑減小，但是到最終被照射面的晶圓W的距離長，防止透鏡反射的涂布與鏡子的反射膜等會改變偏光狀態(tài)的因素容易介入在其光路中而不佳。即是，透鏡的防止反射涂布與鏡子的反射膜，容易由于偏光狀態(tài)(P偏光與S偏光)與入射角的反射率而變差，進而容易變化偏光狀態(tài)。
又，于上述實施例，偏光變換元件10的至少其一面的(例如射出面)被形成凹凸?fàn)?，進而偏光變換元件10在周方向有離散(不連續(xù))變化厚度分布。但是，不限定于此，如偏光變換元件10在周方向具有約不連續(xù)變化的厚度分布，偏光變換元件10的至少其一面(例如射出面)可以形成曲面狀。
又，于上述實施例，利用對應(yīng)輪帶狀的有效區(qū)域的8分割的8個扇形狀的基本元件，構(gòu)成偏光變換元件10。但是，不限定于此，可以例如利用對應(yīng)圓形狀有效區(qū)域的8分割的8個扇形狀的基本元件，或是利用對應(yīng)圓形狀或輪帶狀的有效區(qū)域的4個分割的4個扇形狀的基本元件，或是利用對應(yīng)圓形狀或輪帶狀的有效區(qū)域的16個分割的16個扇形狀的基本元件構(gòu)成偏光變換元件10。即是，偏光變換元件10的有效區(qū)域形狀，有效區(qū)域分割數(shù)(基本元件的數(shù)量)等，可以有多種不同的變形例。
又，于上述實施例，用水晶形成各種基本元件10A～10D(進而偏光變換元件10)。但是，不限定于此，使用有旋光性的其他適當(dāng)光學(xué)材料可形成各基本元件。與此情形，也可以使用對應(yīng)使用波長的光有100度/mm以上的旋光能的光學(xué)材料。即是，如果使用旋光能小的光學(xué)材料，要得到偏光方向所要的旋轉(zhuǎn)角之所需的厚度會過厚，且由于光量損失的原因而不佳。
又，于上述實施例，偏光變換元件10對應(yīng)照明光路固定設(shè)定，也可以使偏光變換元件10對應(yīng)照明光路可以插脫設(shè)定。又，于上述實施例，雖然相對晶圓W的S偏光與輪帶照明組合為例，也可以相對晶圓W的S偏光與2極或4極等的多極照明與圓形照明組合。又，于上述實施例，往罩幕M的照明條件與往晶圓W的成像條件(數(shù)值孔徑與像差)，例如罩幕M的圖案的種類等因此可以自動設(shè)定。
圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。又，圖9的變形有例如圖1所示的實施例類似的結(jié)構(gòu)，其差異點在于其具有使多個偏光變換元件可以交換的轉(zhuǎn)臺10T(turret)。
圖10繪示做為圖9的交換機構(gòu)的轉(zhuǎn)臺10T被載置多種偏光變換元件10a～10e示意圖。如圖9與圖10所示，對于變形例，與光軸AX平行方向做為軸可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺10T上，設(shè)置多種種類的偏光變換元件10a～10e，利用轉(zhuǎn)臺10T的旋轉(zhuǎn)作用可以交換多種種類的偏光變換元件10a～10e。又，于圖9，多種種類的偏光變換元件10a～10e之中，僅偏光變換元件10a，10b示于圖。又，對于做為偏光變換元件的交換機構(gòu)，不限定于轉(zhuǎn)臺10T，例如滑動件也可以。
圖11A～11E繪示多種偏光變換元件10a～10e分別的結(jié)構(gòu)示意圖。于圖11A，第1偏光變換元件10a具有與圖5所示的實施例的偏光變換元件10相同的結(jié)構(gòu)。于圖11B，第2偏光變換元件10b，雖然具有與圖11A所示偏光變換元件10a類似的結(jié)構(gòu)，但不同點是于中央?yún)^(qū)域10E設(shè)置有偏光消解部材104c。此偏光消解部材104c，具有與圖1所示的消偏振鏡4c相同結(jié)構(gòu)，且有將入射的直線偏光的光變換成非偏光狀態(tài)的光的功能。
于圖11C，第3偏光變換元件10c具有與圖11A所示偏光變換元件10a類似結(jié)構(gòu)，不同點在于中央?yún)^(qū)域10E的大小較大(第1～第4基本元件10A～10D的寬度較窄)。又，于圖11D，第4偏光變換元件10d具有與圖11C所示偏光變換元件10c類似結(jié)構(gòu)，差異點在于中央?yún)^(qū)域10E設(shè)置偏光消解部材104c。
于圖11E，第5偏光變換元件10e，不是由8個基本元件所構(gòu)成，而是由6個基本元件10C、10F、10G組合所構(gòu)成。第5偏光變換元件10e，以做為全體的光軸AX做為中心有輪帶狀的有效區(qū)域，且此輪帶狀的有效區(qū)域以光軸AX做為中心，利用在圓周方向等分割成6個扇形狀基本元件10C、10F、10G被構(gòu)成。在這些6個扇形狀基本元件10C、10F、10G，夾著光軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，6個基本元件10C、10F、10G，沿著光的透過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互為異的3種類基本元件10C、10F、10G各含2個。
接著，基本元件10C，與圖7所示的第3基本元件10C有相同機能部材，而省略其機能說明?；驹?0F，被設(shè)定有厚度dF，在Z方向有偏光方向的直線偏光入射情形，Z方向繞著Y軸使旋轉(zhuǎn)+150度的方向，即是Z方向繞著Y軸使旋轉(zhuǎn)-30度的方向的偏光方向的直線偏光的光射出?；驹?0G，被設(shè)定有厚度dG，在Z方向有偏光方向的直線偏光入射情形，Z方向繞著Y軸使旋轉(zhuǎn)+30度方向的偏光方向的直線偏光的光射出。又，取代中央?yún)^(qū)域10E，也可以設(shè)置偏光消解部材104c。
又，回到圖10，于轉(zhuǎn)臺10T上設(shè)置未載置偏光變換元件的開口部40，對于進行不是周方向偏光照明的偏光照明的情形，進行大的σ值(σ值＝照明光學(xué)裝置的罩幕側(cè)數(shù)值孔徑/投影光學(xué)系統(tǒng)的罩幕側(cè)數(shù)值孔徑)的非偏光照明的情形，此開口部40位于照明光路中。
又，如上述，被載置于轉(zhuǎn)臺10T的偏光變換元件10a～10e的中央部，雖然以由圓形狀的開口或沒有旋光性的材料構(gòu)成中央?yún)^(qū)域10E或是設(shè)置偏光消解部材104c為例示之，也可以配置沒有設(shè)置中央?yún)^(qū)域10E或偏光消解部材104c的偏光變換元件(由扇形狀的基本元件所組成的偏光變換元件)。
圖12A～12C繪示利用偏光變換元件的作用被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的二次光源的一例示意圖。又，于圖12A～12C，為容易理解的偏光變換元件，重繪于圖示。
圖12A，取代繞射光學(xué)元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成8極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10a或10b被設(shè)置于照明光路的情形，以8極狀的二次光源33示之。因此，通過8極狀的二次光源33的光束被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)。對于周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成8極狀的二次光源33的8個圓形區(qū)域33A～33D的光束，由8個圓形區(qū)域33A～33D結(jié)合成圓的圓周方向，即是與這些8個圓形區(qū)域33A～33D結(jié)合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。又，于圖12A，雖然8極狀的二次光源33以8個圓形區(qū)域33A～33D所構(gòu)成為例示之，但不限定于有8個區(qū)域形狀為圓形。
圖12B，取代繞射光學(xué)元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成4極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10c或10d被設(shè)置于照明光路的情形，以4極狀的二次光源34示之。因此，通過4極狀的二次光源34的光束被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)。對于周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成4極狀的二次光源34的4個區(qū)域34A、34C的光束，由4個區(qū)域34A、34C結(jié)合成圓的圓周方向，即是與這些4個區(qū)域34A、34C結(jié)合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。又，于圖12B，雖然4極狀的二次光源34以4個橢圓形區(qū)域34A、34C所構(gòu)成為例示之，但不限定于4個區(qū)域形狀為橢圓形。
圖12C，取代繞射光學(xué)元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成6極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10e被設(shè)置于照明光路的情形，以6極狀的二次光源35示之。因此，通過6極狀的二次光源35的光束被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)。對于周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成6極狀的二次光源35的6個區(qū)域35C、35F、35G的光束，由6個區(qū)域35C、35F、35G結(jié)合成圓的圓周方向，即是與這些6個區(qū)域35C、35F、35G結(jié)合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。又，于圖12C，雖然6極狀的二次光源35以4個約梯形狀區(qū)域35C、35F、35G所構(gòu)成為例示之，但不限定于6個區(qū)域形狀為約梯形狀。
又，于上述實施例與變形例，雖然偏光變換元件繞著光軸被固定，偏光變換元件也可以繞著光軸使旋轉(zhuǎn)。圖13為設(shè)置成繞著光軸可以旋轉(zhuǎn)的偏光變換元件10f的結(jié)構(gòu)概略圖。
于圖13，偏光變換元件10f，由4個基本元件10A、10C所組合構(gòu)成。偏光變換元件10f有做為全體的光軸AX為中心的輪帶狀有效區(qū)域，且這輪帶狀有效區(qū)域以光軸AX為中心在圓周方向被等分割成4個扇形形狀的基本元件10A、10C。在這4個基本元件10A、10C中，夾著光軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，4個基本元件10A、10C，在沿著光穿過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互為異的2種基本元件10A、10C分別含2個。
于此，因為基本元件10A是與圖7所示的第1基本元件10A有相同機能的部材，基本元件10C是與圖7所示的第3基本元件10C有相同機能的部材，而省略其機能說明。又，取代中央?yún)^(qū)域10E的，也可以設(shè)置偏光消解部材104c。
此偏光變換元件10f，以光軸AX做為中心設(shè)定成可以旋轉(zhuǎn)，例如以光軸AX為中心使+45度或-45度可以旋轉(zhuǎn)。圖14A～14C繪示利用偏光變換元件10f的作用，被設(shè)定成周方向偏光狀態(tài)的二次光源的一例示意圖。又，于圖14，為容易理解，偏光變換元件10f重復(fù)繪示。
圖14A，取代繞射光學(xué)元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成2極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10f在旋轉(zhuǎn)角度為0度的狀態(tài)(基準(zhǔn)狀態(tài))，在被設(shè)置于照明光路中的情形下以2極狀的二次光源36(36A)示之。于此，通過二次光源36(36A)的光束被設(shè)定為縱方向偏光方向。
圖14B，取代繞射光學(xué)元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)形成4極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10f在旋轉(zhuǎn)角度為0度的狀態(tài)(基準(zhǔn)狀態(tài))，在被設(shè)置于照明光路中的情形下以4極狀的二次光源37示之。于此，通過二次光源37的光束被設(shè)定為周方向偏光方向。又，于圖14B，4極狀的光強度分布局限在紙面內(nèi)上下(Z方向)以及左右方向(X方向)。
于周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成4極狀的二次光源37的4個圓形區(qū)域37A、37C的光束，由這4個圓形區(qū)域37A、37C結(jié)合成的圓的圓周方向，即是有與這4個圓形區(qū)域37A、37C結(jié)合成的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。又，于圖14B，雖然是以4極狀的二次光源37由4個圓形區(qū)域37A、37C所構(gòu)成而示之，4個區(qū)域的形狀不限定為圓形。
圖14C，取代圖14B的繞射光學(xué)元件，在遠場(或是Fraunhofer繞射區(qū)域)局限紙面內(nèi)+45度(-135度)方向及紙面內(nèi)-45度(+135度)方向，形成4極狀的光強度分布的繞射光學(xué)元件(光束變換元件)被設(shè)置于光路中，且偏光變換元件10f在旋轉(zhuǎn)角度為+45度的狀態(tài)(相對基準(zhǔn)狀態(tài)，順時鐘旋轉(zhuǎn)45度的狀態(tài))使旋轉(zhuǎn)而設(shè)置于照明光路中的情形下，以4極狀的二次光源38示之。
于圖14C，偏光狀態(tài)切換部4中的1/2波長板4b繞著光軸使旋轉(zhuǎn)，相對偏光變換元件10f，使有+45度(-135度方向)偏光方向的直線偏光入射。于此，因為基本元件10A有使入射的直線偏光的偏光方向僅旋轉(zhuǎn)180度±n×180度(n為整數(shù))的機能，且基本元件10C有使入射直線偏光的偏光方向僅旋轉(zhuǎn)90度±n×180度(n為整數(shù))的機能，通過4極狀的二次光源38的光束被設(shè)定為周方向偏光狀態(tài)。
于圖14C所示的周方向偏光狀態(tài)，分別通過構(gòu)成4極狀的二次光源38的4個圓形區(qū)域38B、38D的光束，由這4個圓形區(qū)域38B、38D結(jié)合成的圓的圓周方向，即是有與這4個圓形區(qū)域38B、38D結(jié)合成的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。又，于圖14C，雖然是以4極狀的二次光源38由4個圓形區(qū)域38B、38D所構(gòu)成的例子示之，4個區(qū)域的形狀不限定為圓形。
如此，利用偏光狀態(tài)切換部4的偏光方向的變更動作，與偏光切換元件10f的旋轉(zhuǎn)作用，雖然4極狀二次光源局限在+45度(-135度)方向與-45度(+135度)方向，雖然4極狀二次光源局限在0度(+180度)方向以及90度(270度)即是縱橫方向，雖然2極狀二次光源局限在0度(+180度)方向或90度(270度)即是縱橫方向，也可以實現(xiàn)周方向偏光狀態(tài)。
又，以光軸AX做為中心在圓周方向被等分割而由8個扇形狀的基本元件構(gòu)成的偏光變換元件，也可以繞著光軸AX旋轉(zhuǎn)。如圖15A所示，例如由8分割的基本元件所構(gòu)成的偏光變換元件(例如偏光變換元件10a)，如果繞著光軸AX使僅旋轉(zhuǎn)+45度，分別通過構(gòu)成8極狀二次光源39的8個圓形區(qū)域39A～39D的光束，具有相對此8個圓形區(qū)域39A～39D結(jié)合成的圓的圓周方向(8個圓形區(qū)域39A～39D結(jié)合成的圓的切線方向)使僅旋轉(zhuǎn)-45度的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。
又，如圖15B所示，分別通過構(gòu)成8極狀二次光源的8個圓形區(qū)域的光束，在有相對此8個圓形區(qū)域結(jié)合成的圓的圓周方向(8個圓形區(qū)域結(jié)合成的圓的切線方向)，長軸方向被僅旋轉(zhuǎn)+45度的偏光方向的橢圓偏光的情形，如圖15A所示的偏光變換元件(例如偏光變換元件10a)，利用繞著光軸AX使僅旋轉(zhuǎn)+45度，如圖15C所示，可以得到約周方向偏光狀態(tài)。
圖16繪示偏光變換元件被配置在照明光學(xué)系統(tǒng)的瞳附近位置內(nèi)、圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的正前面位置(入射側(cè)附近位置)為例的示意圖。于圖16之例，利用伸縮透鏡系統(tǒng)9的倍數(shù)變化作用，被投影到微復(fù)眼透鏡11的入射面中央?yún)^(qū)域10E的像的大小，與被投影到微復(fù)眼透鏡11的入射面的各基本元件10A～10D的像的大小會被變更，藉由圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8的動作，被投影到微復(fù)眼透鏡11的入射面的各基本元件10A～10D的像，以光軸AX為中心的半徑方向的幅度被變更。
因此，有如圖16所示變形例的中央?yún)^(qū)域10E(或是偏光消解部材104c)的偏光變換元件，比起有變換倍率作用的光學(xué)系統(tǒng)(伸縮透鏡9)而設(shè)置在光源側(cè)的情形，考慮中央?yún)^(qū)域10E占據(jù)區(qū)域利用伸縮透鏡9的變換倍率而被變更，也可以決定中央?yún)^(qū)域10E的大小。
又，如圖16所示的變形例，在有中央?yún)^(qū)域10E(或是偏光消解部材104c)的偏光變換元件，比起有變更輪帶比作用的光學(xué)系統(tǒng)(圓錐柱狀鏡系統(tǒng)8)而設(shè)置在光源側(cè)的情形，如圖17所示，較佳滿足以下條件(1)與條件(2)的至少其一。
(1)(10in+ΔA)/10out＜0.75(2)0.4＜(10in+ΔA)/10out.
其中，10in偏光變換元件10的中央?yún)^(qū)域10E的有效半徑，10out偏光變換元件10的外側(cè)有效半徑，ΔA通過有變更輪帶比作用的光學(xué)系統(tǒng)的光束的內(nèi)側(cè)半徑的增加部份。
于此，不滿足條件(1)的情形，藉由偏光變換元件10使周方向偏光狀態(tài)被變換的輪帶狀的區(qū)域狹窄，因為不能達成小輪帶比的輪帶狀或多極狀二次光源造成的周方向偏光照明而不好。又，不滿足條件(2)的情形，可以通過偏光變換元件10的中央?yún)^(qū)域的光束的直徑明顯變小，例如當(dāng)該偏光變換元件10不會從照明光路外移，偏光狀態(tài)不變，因為不能有小σ照明而不好。
又，如圖18所示，偏光變換元件被配置在照明光學(xué)系統(tǒng)的瞳附近位置中，比起微復(fù)眼透鏡11是在罩幕側(cè)的位置，具體地，也可以設(shè)置在將罩幕遮板14的像投影到罩幕上的成像光學(xué)系統(tǒng)15的瞳附近位置。在圖16與圖18所示的實施例，與圖9到圖11的實施例相同，也可以有多個能交換的偏光變換元件。
又，在上述實施例，比起偏光變換元件10，晶圓W側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)(照明光學(xué)系統(tǒng)與投影光學(xué)系統(tǒng))有偏光像差(延遲)的情形時，由于偏光像差，偏光方向會變化。于此情形，在考慮此光學(xué)系統(tǒng)的偏光像差的影響上，利用偏光變換元件10，較佳可以設(shè)定被旋轉(zhuǎn)的偏光面的方向。又，利用偏光變換元件10，在晶圓W側(cè)的光路中被配置反射部材的情形，被此反射部材反射在每個偏光方向產(chǎn)生相位差。此時，考慮由反射面的偏光特性引起的光束相位差，利用偏光變換元件10也可以設(shè)定被旋轉(zhuǎn)的偏光面的方向。
接著，說明偏光狀態(tài)的評量方法的實施例。于本實施例，保持做為感光性基板的晶圓W的晶圓平臺(基板平臺)的側(cè)方，使用可以進出的晶圓面偏光監(jiān)視器90，檢測出到達做為感光性基板的晶圓W的光束的偏光狀態(tài)。又，晶圓面偏光監(jiān)視器90，也可以被設(shè)置在晶圓平臺內(nèi)，且也可以將該晶圓平臺設(shè)置在別的計測平臺上。
圖19繪示為了檢出照明晶圓W的光的偏光狀態(tài)以及光強度的晶圓面偏光監(jiān)視器90的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖19所示，晶圓面偏光監(jiān)視器90，包括可以定位于晶圓W的位置或其附近的針孔部材91。通過針孔部材91的針孔91a的光，穿過被配置在投影光學(xué)系統(tǒng)PL的像面位置或其附近，如前側(cè)焦點位置的對準(zhǔn)透鏡92(collimated lens)而成為約平行的光束，并在被反射鏡93反射后，入射于中繼透鏡系統(tǒng)94(relay lens)。穿過中繼透鏡系統(tǒng)94的約平行光束，穿過做為相位移動元件的1/4波長板95與做為偏光元件的偏光分光器96后，到達二維CCD97(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)的檢測面97a。于此，二維CCD 97的檢測面97a與投影光學(xué)系統(tǒng)PL的射出瞳大致光學(xué)共軛，進而與照明光學(xué)裝置的照明瞳面大致光學(xué)共軛。
1/4波長板95，被構(gòu)成能以光軸做為中心旋轉(zhuǎn)，對于此1/4波長板95，被連接到為了被設(shè)定成以光軸做為中心旋轉(zhuǎn)的設(shè)定部98。如此，對晶圓W的照明光的偏光度不是0的情形，藉由設(shè)定部98使1/4波長板95繞著光軸旋轉(zhuǎn)，而變化在二維CCD 97的檢測面97a光強度分布。因此，對于晶圓面偏光監(jiān)視器90，一面使用設(shè)定部98而使1/4波長板95繞著光軸使旋轉(zhuǎn)，而一面檢測出在檢測面97a光強度分布的變化，且從此檢測結(jié)果到利用旋轉(zhuǎn)相位移動元件的方法，可以測定照明光的偏光狀態(tài)。
又，旋轉(zhuǎn)相位移動元件的方法，例如鶴田所描述的《光鉛筆-給光技術(shù)者的應(yīng)用光學(xué)》，如株式會社新技術(shù)通訊(communications)的詳細記載。實際上，針孔部材90(進而針孔90a)沿著晶圓面使二維移動，在晶圓面的多個位置測定照明光的偏光狀態(tài)。此時，對于晶圓面偏光監(jiān)視器90，因為檢測出在二維檢測面97a的光強度分布的變化，根據(jù)此檢測出的分布資料，在照明光的瞳內(nèi)可以測定偏光狀態(tài)的分布。
又，對于晶圓面偏光監(jiān)視器90，做為相位移動元件的1/4波長板95可以取代使用1/2波長板。使用相位移動元件，偏光狀態(tài)，即是用于測定4個Stokes參數(shù)，變化沿著相位移動元件與偏光元件(偏光分光器96)的光軸的相對角度，同時使相位移動元件或偏光元件從光路退開，依需要在至少4個相異狀態(tài)檢測出在檢測面97a的光強度分布變化。又，于本實施例，雖然做為相位移動元件的1/4波長板95繞著光軸旋轉(zhuǎn)，也可以使做為偏光元件的偏光分光器96繞著光軸旋轉(zhuǎn)，也可以使相位移動元件與偏光元件二者繞著光軸旋轉(zhuǎn)。又，取代這些操作或是增加這些操作的，也可以使做為相位移動元件的1/4波長板95與做為偏光元件的偏光分光器96的其一或二者從光路中插脫。
又，對于晶圓面偏光監(jiān)視器90，利用反射鏡93的偏光特性，是變化光的偏光狀態(tài)。于此情形，因為預(yù)先知道的反射鏡93的偏光特性，根據(jù)利用所需要的計算所得到對反射鏡93的偏光特性的偏光狀態(tài)的影響，補正晶圓面偏光監(jiān)視器90的測定結(jié)果，可且正確地測定照明光的偏光狀態(tài)。又，不限于反射鏡，藉由變化由透鏡等的其他光學(xué)部件引起偏光狀態(tài)的情形以相同地補正測定結(jié)果，可以正確地測定照明光的偏光狀態(tài)。
以下，具體說明關(guān)于在照明光的瞳內(nèi)的偏光狀態(tài)分布的評量。首先，通過在瞳上的一點(或是微小區(qū)域)，而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線，一個一個算出對應(yīng)的特定偏光度DSP。又，在以下說明，使用圖1、圖16、圖18的XYZ座標(biāo)系統(tǒng)。上述瞳上的一點(微小區(qū)域)對應(yīng)二維CCD97的一畫素，且像面上的一點(微小區(qū)域)對應(yīng)針孔90a的XY座標(biāo)系統(tǒng)。
此特定偏光度DSP，當(dāng)在通過在瞳上的一點(或是微小區(qū)域)，而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的特定光線的X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度為Ix，該特定光線的Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度為Iy時，(3)DSP＝(Ix-Iy)/(Ix+Iy)。
又，此特定偏光度DSP，對應(yīng)全部強度S0的水平直線偏光強度減去垂直直線偏光強度S1，與(S1/S0)相同。
又，由通過在瞳上的一點(或是微小區(qū)域)，而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的特定光線的X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度為Ix，以及該特定光線的Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度為Iy，通過下式(4)、(5)，可以定義于水平偏光(對應(yīng)在圖案面內(nèi)水平方向延伸的罩幕圖案的繞射光成為S偏光的偏光)的特定偏光率RSPh、與垂直偏光(對應(yīng)在圖案面內(nèi)垂直方向延伸的罩幕圖案的繞射光成為S偏光的偏光)的特定偏光率RSPv。
(4)RSPh＝Ix/(Ix+Iy)，(5)RSPv＝Iy/(Ix+Iy)，其中，當(dāng)理想的非偏光照明時RSPh，RSPv二者為50％，當(dāng)理想的水平偏光時RSPh為100％，當(dāng)理想的垂直偏光時RSPv為100％。
又，對應(yīng)通過在瞳上的一點(或是微小區(qū)域)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線的一個一個，當(dāng)用以下式(6)～(9)定義偏光度V時，對應(yīng)通過所要的有效光源區(qū)域而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束，可以用下式(10)定義平均偏光度V(Ave)。
(6)V＝(S12+S22+S32)1/2/S0＝(S1’2+S2’2+S3’2)1/2(7)S1’＝S1/S0(8)S2’＝S2/S0(9)S3’＝S3/S0其中S0為全部強度，S1為水平直線偏光強度減去垂直直線偏光強度，S2為45度直線偏光強度減去135度直線偏光強度，S3為右旋圓偏光強度減去左旋圓偏光強度。
(10)V(Ave)＝∑[S0(x1，y1).V(x1，y1)]/∑S0(x1，y1)。
又，于式(10)，S0(x1，y1)是對應(yīng)通過所要的有效光源區(qū)域(x1，y1)上的一點(或是微小區(qū)域)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線的全部強度S0，V(x1，y1)是對應(yīng)通過所要的有效光源區(qū)域(x1，y1)上的一點(或是微小區(qū)域)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線的偏光度。
又，對應(yīng)通過所要的有效光源區(qū)域而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線，用下式(11)可以定義關(guān)于水平偏光的平均特定偏光率RSPh(Ave)，用下式(12)可以定義關(guān)于垂直偏光的平均特定偏光率RSPv(Ave)。
(11)RSPh(Ave)＝Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave＝∑[S0(x1，y1).RSPh(x1，y1)]/∑S0(x1，y1)，(12)RSPv(Ave)＝Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave＝∑[S0(x1，y1).RSPv(x，y)]/∑S0(x1，y1)，其中Ix(Ave)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線在X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度平均，Iy(Ave)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線在Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度平均，RSPh(x1，y)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線的在水平偏光的特定偏光率，RSPv(x1，y1)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光線的在垂直偏光的特定偏光率。又，(Ix+Iy)Ave是通過所定的有效光源區(qū)域的全部光束的強度平均。
于此，當(dāng)理想的非偏光照明時RSPh(x1，y1)，RSPv(x1，y1)二者為50％，當(dāng)理想的水平偏光時RSPh(x1，y1)為100％，當(dāng)理想的垂直偏光時RSPv(x1，y1)為100％。
接著，對應(yīng)通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束，可以用下式(13)定義平均特定偏光度DSP(Ave)。
(13)DSP(Ave)＝(Ix-Iy)Ave/(Ix+Iy)Ave＝{∑[Ix(x1，y1)-Iy(x1，y1)]/∑[Ix(x1，y1)+Iy(x1，y1)]}＝S1’(Ave)＝{∑S1/∑S0}于此，(Ix-Iy)Ave是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束在X方向偏光成分的強度與平均通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束在y方向偏光成分的強度的相差的平均，Ix(x1，y1)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束在X方向偏光成分的強度，Iy(x1，y1)是通過所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)而到達像面上的一點(微小區(qū)域)的光束在Y方向偏光成分的強度，S1’(Ave)是在所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)的S1’成分的平均。
于式(13)，當(dāng)理想的非偏光照明時DSP(Ave)為0，當(dāng)理想的水平偏光時DSP(Ave)為1，當(dāng)理想的垂直偏光時DSP(Ave)為-1。
現(xiàn)在，本實施例的照明光學(xué)裝置，進而曝光裝置，在所定的有效光源區(qū)域(x1，y1)的平均特定偏光率RSPh(Ave)，RSPv(Ave)滿足RSPh(Ave)＞70％，RSPv(Ave)＞70％，可看到在所定的有效光源區(qū)域內(nèi)是直線偏光。于此，當(dāng)平均特定偏光率RSPh(Ave)，RSPv(Ave)不滿足上式條件的情形，在周方向偏光輪帶照明，或是周方向偏光四極照明、周方向偏光二極照明等，在所定方向有偏光面因為不是所希望的直線偏光狀態(tài)，對于有特定指向(pitch)方向的線寬度的細圖案不能向上提升成像能力。
又，如圖13所示，使用4分割偏光變換元件10進行4分割周方向偏光輪帶照明的情形，如圖20所示，輪帶形狀的二次光源31為4分割，也可以對每一個分割區(qū)域31A1、31A2、31C1、31C2的平均特定偏光率RSPh(Ave)，RSPv(Ave)進行評量。
對于上述實施例的曝光裝置，藉由照明光學(xué)裝置以照明罩幕(十字標(biāo)記)(照明步驟)，藉由使用投影光學(xué)系統(tǒng)將被形成于罩幕轉(zhuǎn)印用的圖案在感光性基板曝光(曝光步驟)，可以制造微元件(半導(dǎo)體元件、拍攝元件、液晶顯示元件、薄膜電磁頭等)。以下，使用上述實施例的曝光裝置，以在做為感光性基板的晶圓等形成電路圖案，而得到做為微元件的半導(dǎo)體元件的實際方法為例，參照圖9的流程圖做說明。
首先，于圖9的步驟301，在一批次的晶圓上蒸鍍金屬膜。于下一步驟302，在這些一批次的晶圓上的金屬膜上涂布光刻膠。之后，于步驟303，使用上述實施例的曝光裝置，使罩幕上的圖案的像通過投影光學(xué)系統(tǒng)，在這一批次的晶圓上的每個拍攝區(qū)域，順次被曝光轉(zhuǎn)印。之后，于步驟304，進行這一批次的晶圓上的光刻膠顯影后，于步驟305，藉由在這一批次的晶圓上的光刻膠圖案做為罩幕而進行蝕刻，因此，對應(yīng)罩幕上圖案的電路圖案，被形成于每個晶圓的每個拍攝區(qū)域。之后，藉由進行更上層的電路圖案的形成等，使半導(dǎo)體元件等的元件被制造。根據(jù)上述半導(dǎo)體元件等的制造方法，有極微細電路圖案的半導(dǎo)體元件可以有良好的產(chǎn)能。
又，對于上述實施例的曝光裝置，利用在平板(玻璃基板)上，形成所定的圖案(電路圖案、電極圖案等)，可以得到做為微元件的液晶顯示元件。以下，參照圖10的流程圖做為一例說明。在圖10，于圖案形成步驟401，使用上述實施例的曝光裝置，在感光性基板(被涂布有光刻膠的玻璃基板等)轉(zhuǎn)印曝光罩幕的圖案，所謂的微影制程被進行。利用此微影制程步驟，在感光性基板上，含有多個電極等所定的圖案被形成。之后，被曝光的基板，利用經(jīng)過顯影步驟，蝕刻步驟，移除光刻膠步驟等的各步驟，基板上所定的圖案被形成，接著進行彩色濾光器(color filter)形成步驟402。
對于彩色濾光器形成步驟402，對應(yīng)紅、綠、藍3個點為一組，被形成矩陣狀的多條配列，或是紅、綠、藍的3條的濾光器為一組配列成多個水平掃描線方向，而形成彩色濾光器。接著，在彩色濾光器形成步驟402之后，單元組合步驟403被進行。于單元組合步驟403，組裝有由圖案形成步驟401所得到的所定圖案的基板，以及使用由彩色濾光器形成步驟402得到的彩色濾光器等，而得到液晶面板(液晶單元)。
單元組合步驟403，例如，在由圖案形成步驟401所得到的所定圖案的基板，以及使用由彩色濾光器形成步驟402所得到的彩色濾光器之間注入液晶，而制造液晶面板(液晶單元)。之后，于模塊的組合步驟404，進行被組合的液晶面板(液晶單元)的顯示動作的電路，背光模塊等的各部件安裝，使完成做為液晶顯示元件。根據(jù)上述液晶顯示元件的制造方法，可以得到有極微細電路圖案的液晶顯示件，并使其有良好產(chǎn)能。
又，對于上述實施例，做為曝光的光，雖然使用KrF準(zhǔn)分子激光光(波長248nm)或是ArF準(zhǔn)分子激光光(波長193nm)，但不限定于此，其他適合的光源，例如供給波長157nm的激光光的F2激光光源等，也可以適用本發(fā)明。再者，對于上述實施例，包括照明光學(xué)裝置的曝光裝置為例做說明，但是為了照明罩幕或晶圓以外的被照射面的一般照明光學(xué)裝置，可知地，也可以使用本發(fā)明。
又，于上述實施例，投影光學(xué)系統(tǒng)與感光性基板之間的光路中，也可以使用填滿有折射率大于等于1.1的媒介物(典型的液體)的方法，即所謂的液浸法。于此情形，做為投影光學(xué)系統(tǒng)與感光性基板之間的光路中填滿液體的方法，可以采用已在國際公開號WO99/49504中被揭示的局部填滿液體，特開平6-124873也揭示保持曝光對象的基板的平臺在液槽中使移動的方法，日本專利特開平10-303114也揭示在平臺上形成所定深度的液槽，且在其中保持基板等的方法。
又，做為液體，較佳使用可以對曝光的光有穿透性且高折射率，而相對投影光學(xué)系統(tǒng)與基板表面被涂布的光阻是安定的液體，例如以KrF準(zhǔn)分子激光光或是ArF準(zhǔn)分子激光光做為曝光的光的情形，做為液體的可以使用純水、去離子水。又，使用做為曝光的光的F2激光的情形，作為液體的有可以使用可以透過F2激光光，例如氟素系油或氟化聚醚(PFPE)等的氟素系液體。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)其中RSPh(Ave)＝Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave，RSPv(Ave)＝Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave，Ix(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第1方向偏光成分的強度平均，Iy(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第2方向偏光成分的強度平均，(Ix+Iy)Ave為通過所定的有效光源區(qū)域的全部光束強度的強度平均。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中前述光學(xué)照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共軛的面內(nèi)被形成的光強度分布，其具有4極狀的強度分布。
24.一種曝光裝置，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求11至23任一項所述的光學(xué)照明裝置，以穿過該光學(xué)照明裝置，將所定的圖案曝光到感光性基板上。
25.一種曝光方法，其特征在于包括使用權(quán)利要求11至23任一項所述的光學(xué)照明裝置，將所定的圖案曝光到感光性基板上。
26.一種制造偏光變換元件的方法，是將入射光的偏光狀態(tài)變換成所定的偏光狀態(tài)的該偏光變換元件的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備有旋光性的光學(xué)材料；以及設(shè)定該光學(xué)材料在周方向變化的一厚度分布。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該厚度分布被設(shè)定，使將有約單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，或是有約在徑向方向的偏光方向的徑方向偏光狀態(tài)的光。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該設(shè)定在周方向變化的厚度分布的步驟，是在周方向被分割的多個區(qū)域中，設(shè)定使相鄰的任意2區(qū)域的厚度不同的厚度分布。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中在該些區(qū)域中，相對的任意2區(qū)域有約相同的旋光角度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中相對的任意2區(qū)域有約相同的厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該設(shè)定在周方向變化的厚度分布的步驟，是設(shè)定在周方向約連續(xù)變化的厚度分布。
32.根據(jù)權(quán)利要求26至31的任一項所述的制造偏光變換元件的方法，其中準(zhǔn)備有旋光性的光學(xué)材料的該步驟，該光學(xué)材料設(shè)定結(jié)晶光學(xué)軸為入射光的行進方向。
權(quán)利要求
1.一種偏光變換元件，將入射光的偏光狀態(tài)變換成一所定的偏光狀態(tài)，其特征在于其包括利用有旋光性的光學(xué)材料所形成，有在周方向變化的一厚度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光變換元件，其中該厚度分布，被設(shè)定使將有約單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，或是有約在徑向方向的偏光方向的徑方向偏光狀態(tài)的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏光變換元件，其特征在于其中周方向被分割成多個區(qū)域，且該些區(qū)域中相鄰的任意2區(qū)域的厚度不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏光變換元件，其特征在于其中該些區(qū)域中相對的任意2區(qū)域，有約相等的旋光角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏光變換元件，其特征在于其中該相對的任意2區(qū)域，有約相等的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項所述的偏光變換元件，其特征在于其中每一該些區(qū)域，為大約扇形形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏光變換元件，其特征在于其中有在周方向為連續(xù)變化的厚度分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的偏光變換元件，其特征在于其中更包括不具實質(zhì)旋光性的中央?yún)^(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏光變換元件，其特征在于其中該中央?yún)^(qū)域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區(qū)域的徑向方向大小的大于等于3/10。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的偏光變換元件，其特征在于其中該光學(xué)材料，是由結(jié)晶光學(xué)軸被設(shè)定成入射光的行進方向的結(jié)晶材料所形成。
11.一種光學(xué)照明裝置，其特征在于包括一光源，以提供照明光；以及根據(jù)權(quán)利要求1至10的其一所述的偏光變換元件，配置于該光源與被照射面之間的一光路中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該偏光變換元件，被配置于該光學(xué)照明裝置的瞳或是瞳附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中更包括一相位部件，被配置于該光源與該偏光變換元件之間的光路中，使對應(yīng)入射約直線偏光狀態(tài)的光的偏光方向而變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該相位部件有一1/2波長板，可以在做為前述光學(xué)照明裝置的光軸中心的結(jié)晶光學(xué)軸上，自由旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中更包括一第2相位部件，被配置于該光源與該相位部件之間的光路中，使入射的橢圓偏光狀態(tài)的光，變換成約直線偏光狀態(tài)的光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該第2相位部件有一1/4波長板，可以在做為前述光學(xué)照明裝置的光軸中心的結(jié)晶光學(xué)軸上，自由旋轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16任一項所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該中央?yún)^(qū)域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區(qū)域的徑向方向大小的大于等于3/10。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該中央?yún)^(qū)域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區(qū)域的徑向方向大小的大于等于1/3。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18任一項所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中更包括一輪帶比變更光學(xué)系統(tǒng)，以變更被形成于該光學(xué)照明裝置的瞳的二次光源的輪帶比。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該偏光變換元件，被配置于該光源與該輪帶比變更光學(xué)系統(tǒng)之間的光路中，滿足(10in+ΔA)/10out＜0.750.4＜(10in+ΔA)/10out，其中10in該偏光變換元件的中央?yún)^(qū)域的有效半徑，10out該偏光變換元件的外側(cè)有效半徑，ΔA通過該輪帶比變更光學(xué)系統(tǒng)的光束的內(nèi)側(cè)半徑的增加部份。
21.根據(jù)權(quán)利要求11至20任一項所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中該光學(xué)材料，是由結(jié)晶光學(xué)軸被設(shè)定成入射光的行進方向的結(jié)晶材料所形成。
22.一種光學(xué)照明裝置，對于根據(jù)光源供給的照明光，照明于被照射面的光學(xué)照明裝置，前述光學(xué)照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共軛的面內(nèi)被形成的光強度分布，關(guān)于在其所定的有效光源區(qū)域的第1方向偏光的平均特定偏光率以RSPh(Ave)表示，關(guān)于第2方向偏光的平均特定偏光率以RSPv(Ave)表示，滿足RSPh(Ave)＞70％，RSPv(Ave)＞70％，其中RSPh(Ave)＝Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave，RSPv(Ave)＝Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave，Ix(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第1方向偏光成分的強度平均，Iy(Ave)為通過所定的有效光源區(qū)域到達像面的一點的光束，在第2方向偏光成分的強度平均，(Ix+Iy)Ave為通過所定的有效光源區(qū)域的全部光束強度的強度平均。
23.一種曝光裝置，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求11至22任一項所述的光學(xué)照明裝置，以穿過該光學(xué)照明裝置，將所定的圖案曝光到感光性基板上。
24.一種曝光方法，其特征在于包括使用權(quán)利要求11至22任一項所述的光學(xué)照明裝置，將所定的圖案曝光到感光性基板上。
25.一種制造偏光變換元件的方法，是將入射光的偏光狀態(tài)變換成所定的偏光狀態(tài)的該偏光變換元件的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備有旋光性的光學(xué)材料；以及設(shè)定該光學(xué)材料在周方向變化的一厚度分布。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該厚度分布被設(shè)定，使將有約單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，或是有約在徑向方向的偏光方向的徑方向偏光狀態(tài)的光。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該設(shè)定在周方向變化的厚度分布的步驟，是在周方向被分割的多個區(qū)域中，設(shè)定使相鄰的任意2區(qū)域的厚度不同的厚度分布。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中在該些區(qū)域中，相對的任意2區(qū)域有約相同的旋光角度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中相對的任意2區(qū)域有約相同的厚度。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造偏光變換元件的方法，其特征在于其中該設(shè)定在周方向變化的厚度分布的步驟，是設(shè)定在周方向約連續(xù)變化的厚度分布。
31.根據(jù)權(quán)利要求25至30的其一所述的制造偏光變換元件的方法，其中準(zhǔn)備有旋光性的光學(xué)材料的該步驟，該光學(xué)材料設(shè)定結(jié)晶光學(xué)軸為入射光的行進方向。
全文摘要
一種偏光變換元件，可以將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光，且可以防止光量損失。偏光變換元件10變換入射光的偏光狀態(tài)成為所定的偏光狀態(tài)。例如利用有如水晶旋光性的光學(xué)材料所形成，在周方向有厚度變化的分布。厚度分布，被設(shè)定使約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態(tài)的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態(tài)的光。周方向被分割成有多個區(qū)域10A～10D，且這些區(qū)域中的任意2相鄰區(qū)域的厚度不同。又，這些區(qū)域中的任意2相對區(qū)域有大約相等的旋光角度。
文檔編號H01L21/027GK1914525SQ20058000318
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者谷津修, 重松幸二, 廣田弘之, 松山知行 申請人:株式會社尼康