專利名稱：光束變換元件、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)明為關(guān)于光束變換元件，光學(xué)照明裝置，曝光裝置，以及曝光方法，特別是關(guān)于用光刻蝕刻工程制造半導(dǎo)體元件，攝影元件液晶顯示元件，薄膜磁頭等的微元件之際，其所使用的曝光裝置適用的光學(xué)照明裝置。
背景技術(shù)：
此種典型的曝光裝置，由光源射出的光束，透過光學(xué)積分器(opticalintegrator)及蠅眼透鏡(fly-eye 1ens)，由多數(shù)的光源形成實(shí)質(zhì)的面光源的二次光源。二次光源(一般為光學(xué)照明裝置的照明瞳或在其近傍形成的照明瞳分布)照出的光束，經(jīng)配置在蠅眼透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)面近傍的開口光圈限制后，射入聚光透鏡(condenser 1ens)。
由該聚光透鏡聚集的光束，重疊地照明己形成所定的圖案的掩膜。透過該掩膜的圖案的光，通過光學(xué)投影系統(tǒng)在晶圓(wafer)上成像。如此，掩膜圖案投影曝光(復(fù)制)到晶片上。又，在掩膜形成的圖案己被高度積體化，該微細(xì)圖案要正確地復(fù)制到晶片上，在晶片上有均勻的照明度分布是不可缺的。
例如在本申請(qǐng)人提出申請(qǐng)的日本專利第3246615號(hào)公報(bào)中有揭露，為實(shí)現(xiàn)能將任意方向的微細(xì)圖案，忠實(shí)地復(fù)制之合適的照明條件，在蠅眼透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)面形成輪胎狀的二次光源，將通過該輪胎狀的二次光源的光束，設(shè)定成以該圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光狀態(tài)(以下稱「周方向偏光狀態(tài)」)的技術(shù)。
日本專利第3246615號(hào)公報(bào)但是，在上述的公報(bào)揭露的先前的技術(shù)，是將經(jīng)蠅眼透鏡形成的圓形光束，再經(jīng)有輪胎狀開口部的開口光圈限制形成輪胎狀的二次光源。結(jié)果，先前的技術(shù)，在開口光圈發(fā)生大量的光量損失，引發(fā)曝光裝置的通光量低下的不適合現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為能有效地抑制光量損失，且形成周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。又，本發(fā)明因能有效抑制光量損失，且形成周方向偏光狀態(tài)的環(huán)狀照明瞳，另一目的為能夠在適切的照明條件下將任意方向的微細(xì)圖案忠實(shí)且高速地復(fù)制。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的第一形態(tài)，提供一種光束變換元件，可依據(jù)入射光束在所定面形成所定的光強(qiáng)度分布。該光束變換元件包括第一基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，可依據(jù)該入射光束，形成該所定的光強(qiáng)度分布之中的第一區(qū)域分布；以及第二基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，可依據(jù)該入射光束，形成該所定的光強(qiáng)度分布之中的第二區(qū)域分布；其特征為該些第一基本元件及第二基本元件，在沿著光的透過方向的厚度互異。
本發(fā)明的第二形態(tài)，提供一種光束變換元件，可依入射光束在所定面上，形成與該入射光束的斷面形狀不同形狀的所定的光強(qiáng)度分布，該光束變換元件的特征為配置有繞射面或折射面，用以在該所定面上形成該所定的光強(qiáng)度分布；該所定的光強(qiáng)度分布，其分布在該所定面的以所定點(diǎn)為中心的所定的輪胎狀區(qū)域，即所謂的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部份；以及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件輸出的光束，其具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成分的偏光狀態(tài)。
本發(fā)明的第三形態(tài)，提供一種光學(xué)照明裝置，其是利用來自光源的光束以照明一被照射面的光學(xué)照明裝置，其特征為為了要在該光學(xué)照明裝置的照明瞳或在其近傍形成照明瞳分布，上述光學(xué)照明裝置配置有第一形態(tài)或第二形態(tài)的光束變換元件，以變換由光源來的光束。
本發(fā)明的第四形態(tài)，提供一種曝光裝置，其特征為包括該第三形態(tài)的光學(xué)照明裝置，所述照明裝置用以照明掩膜，而使該曝光裝置將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。
本發(fā)明的第五形態(tài)，提供一種曝光方法，其特征為包括使用第三形態(tài)的照明裝置以照明掩膜的照明工程，以及將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光的曝光工程。
本發(fā)明的光學(xué)照明裝置，異于先前的裝置，在開口光圈不發(fā)生大量的光量損失，并利用光束變換元件的光學(xué)繞射元件的繞射作用及旋光作用，不發(fā)生實(shí)質(zhì)的光量損失，能夠形成周邊方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。亦即本發(fā)明的光學(xué)照明裝置，能夠良好地抑制光量損失，且能形成周邊方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。
又，使用本發(fā)明的光學(xué)照明裝置的曝光裝置及曝光方法，因使用能夠良好地抑制光量損失，而且能形成周邊方向偏光狀態(tài)的輪胎狀照明瞳分布的光學(xué)照明裝置，故能夠在適切的照明條件下，忠實(shí)且高速地復(fù)制任意方向的微小圖案，亦即能夠以高生產(chǎn)率制造良好的元件。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示本發(fā)明的實(shí)施例的配備光學(xué)照明裝置的曝光裝置的構(gòu)造概略圖。
圖2繪示在輪胎狀照明形成輪胎狀的二次光源。
圖3繪示圖1中，在無焦距透鏡的前側(cè)透鏡群與后側(cè)透鏡群之間的光路中，配置的圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的概略圖。
圖4繪示圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)對(duì)輪胎狀的二次光源的作用的說明圖。
圖5繪示變焦距透鏡對(duì)輪胎狀二次光源的作用的說明圖。
圖6繪示在圖1中，在無焦透鏡的前側(cè)透鏡群與后側(cè)透鏡群之間的光路中，配置的第一圓柱形透鏡偶及第二圓柱形透鏡偶的構(gòu)造的概略圖。
圖7為說明第一圓柱形透鏡偶及第二圓柱形透鏡偶對(duì)輪胎狀二次光源的作用的第一圖。
圖8為說明第一圓柱形透鏡偶及第二圓柱形透鏡偶對(duì)輪胎狀二次光源的作用的第二圖。
圖9為說明第一圓柱形透鏡偶及第二圓柱形透鏡偶對(duì)輪胎狀二次光源的作用的第三圖。
圖10繪示圖1的偏光監(jiān)視器的內(nèi)部構(gòu)造的概略的斜視圖。
圖11繪示本實(shí)施例的圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件的構(gòu)造的概略圖。
圖12繪示設(shè)定成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源的概略圖。
圖13繪示第一基本元件的作用的說明圖。
圖14繪示第二基本元件的作用的說明圖。
圖15繪示第三基本元件的作用的說明圖。
圖16繪示第四基本元件的作用的說明圖。
圖17繪示水晶的旋光性的說明圖。
圖18(a)繪示由沿圓周方向互相離開的八個(gè)圓弧狀區(qū)域形成的圓周方向偏光狀態(tài)的八極狀二次光源。
圖18(b)繪示由沿圓周方向互相離開的四個(gè)圓弧狀區(qū)域形成的圓周方向偏光狀態(tài)的四極狀二次光源。
圖19繪示沿圓周向互相重復(fù)的八圓弧狀區(qū)域形成的圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源。
圖20(a)繪示由沿圓周方向互相離開的六個(gè)區(qū)域形成的圓周方向偏光狀態(tài)的六極狀二次光源。
圖20(b)繪示由沿圓周方向互相離開的復(fù)數(shù)個(gè)區(qū)域以及光軸上的區(qū)域形成的圓周方向偏光狀態(tài)的二次光源。
圖21繪示沿圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件的光射入側(cè)之面平面化之例。
圖22繪示制造微元件的半導(dǎo)體元件的程序的流程圖。
圖23繪示制造微元件的液晶顯示元件的程序的流程圖。
1光源4偏光狀態(tài)切換裝置4a1/4波長板4b1/2波長板5，50光學(xué)繞射元件(光束變換元件)6無焦透鏡8圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)9，10圓柱形透鏡偶11變焦距透鏡12微蠅眼透鏡13偏光監(jiān)視器13a第一光束分離器13b第二光束分離器14光學(xué)聚光系統(tǒng)15掩膜遮散體16光學(xué)成像系統(tǒng)31輪胎狀二次光源31A～31D圓弧狀區(qū)域50A～50D基本元件M掩膜PL光學(xué)投影系統(tǒng)W晶圓具體實(shí)施方式
以下，依據(jù)所附圖面說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1示本發(fā)明實(shí)施例的配備光學(xué)照明裝置的曝光裝置的構(gòu)造的概略圖。在圖1中，設(shè)定作為感光性基板的晶圓W的法線方向?yàn)閆軸，在晶圓W的面內(nèi)與圖1的紙面平行方向?yàn)閅軸，在晶圓W的面內(nèi)與圖1的紙面垂直方向?yàn)閄軸。本實(shí)施例的曝光裝置設(shè)有光源1供給曝光用的光(照明光)。
光源1可使用例如供給波長248nm的光的KrF準(zhǔn)分子激光器(ExcimerLaser)光源，或供給波長193nm的光的ArF準(zhǔn)分子激光器光源。由光源1沿Z方向射出的大約平行的光束，在沿X方向延伸形成細(xì)長的矩形斷面，并射入由一對(duì)透鏡2a及2b形成的光束擴(kuò)大器2(beam expander)。各透鏡2a及2b在圖1的紙面內(nèi)(YZ平面內(nèi))分別具有負(fù)的反射力及正反射力。因此射入了光束擴(kuò)大器2的光束，在圖1的紙面內(nèi)被擴(kuò)大，被整形成有所定的矩形斷面的光束。
通過有光學(xué)整形系統(tǒng)功能的光束擴(kuò)大器2的大約平行的光束，其在經(jīng)由偏向鏡3而被轉(zhuǎn)向Y方向后，通過1/4波長板4a，1/2波長板4b、消偏振鏡(非偏光化元件)4c(depolarizer)、以及輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，而射入無焦透鏡(Afocal lense)6。此處的1/4波長板4a，1/2波長板4b，及消偏振鏡4c為如后述的構(gòu)成偏光狀態(tài)切換裝置4。該無焦透鏡6為光學(xué)無焦點(diǎn)系統(tǒng)，被設(shè)定成該前側(cè)焦點(diǎn)位置與光學(xué)繞射元件5的位置大約一致，且該后側(cè)焦點(diǎn)位置與圖中虛線所示的所定面7的位置大約一致。
一般，光學(xué)繞射元件，為可在基板形成具有曝光光(照明光)的波長程度的階差的構(gòu)造，其具有使入射光束向所希望的角度繞射的作用。具體的說，輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，在矩形斷面的平行光束入射的場(chǎng)合，有在其遠(yuǎn)場(chǎng)(Far Field又稱夫瑯禾費(fèi)(Fraunhofer)繞射區(qū)域)形成輪胎狀的光強(qiáng)度分布的機(jī)能。因此，射入當(dāng)做光束變換元件的光學(xué)繞射元件5的大約平行的光束，在無焦透鏡6的瞳面形成輪胎狀的光強(qiáng)度分布后，構(gòu)成約略平行光束由無焦透鏡6射出。
又，在無焦透鏡6的前側(cè)透鏡群6a及后側(cè)透鏡群6b之間的光路中，在其瞳面或瞳面近傍，由光源側(cè)起依順序配置有圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8，第一圓柱形透鏡偶9，以及第二圓柱形透鏡偶10，該些元件的詳細(xì)構(gòu)造及作用以后再述。以下為簡化說明，暫時(shí)忽視圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8，第一圓柱形透鏡偶9，及第二圓柱形透鏡偶10的作用，僅說明基本的構(gòu)造及作用。
透過無焦透鏡6的光束，通過σ值變更用的變焦距透鏡11(Zoom Lense)，而射入做為光學(xué)積分器的微蠅眼透鏡12(又叫蠅眼透鏡)。微蠅眼透鏡12，為由有正折射力的多數(shù)的微小透鏡縱橫且稠密配列的光學(xué)元件。一般情況，該微蠅眼透鏡，例如是在平行平面板施行蝕刻處理形成微小透鏡群的方式而構(gòu)成。
此處，構(gòu)成微蠅眼透鏡的各微小透鏡，較構(gòu)成蠅眼透鏡的各透鏡元件更微小。又，微蠅眼透鏡與由互相隔絕的透鏡元件構(gòu)成的蠅眼透鏡不同，是多數(shù)的微小透鏡(微小折射面)未互相隔絕一體化形成。然而，由于有正折射力的透鏡元件縱橫配置的點(diǎn)，微蠅眼透鏡與蠅眼透鏡同屬波面分割型的光學(xué)積分器。
所定面7的位置就在變焦距透鏡11的前側(cè)焦點(diǎn)位置近傍，微蠅眼透鏡12的入射面配置在變焦距透鏡11的后側(cè)焦點(diǎn)位置近傍。換言之，變焦距透鏡11將所定面7與微蠅眼透鏡12的入射面實(shí)質(zhì)的成傳里葉變換(FourierTransformation)的關(guān)系配置，亦即無焦透鏡6的瞳面與微蠅眼透鏡12的入射面，構(gòu)成光學(xué)的大約共軛的配置。
因此，在微蠅眼透鏡12的入射面上，與無焦透鏡6的瞳面同樣地，形成列如以光軸AX為中心的輪胎狀的照域。該輪胎狀的照域的全體形狀，隨著變焦距透鏡11的焦點(diǎn)距離而做相似的變化。構(gòu)成微蠅眼透鏡12的各微小透鏡，與在掩膜M上形成的全部照域的形狀(在晶圓W上形成的全部曝光區(qū)域的形狀)有相似的矩形斷面。
射入微蠅眼透鏡12的光束，由多數(shù)的微小透鏡分割成二次元化，在該后側(cè)焦點(diǎn)面(照明瞳)，如圖2所示，形成與由入射光束形成的照域大約相同光強(qiáng)度分布的二次光源，即由以光軸AX為中心的輪胎狀的實(shí)質(zhì)的面光源形成的二次光源。由在微蠅眼透鏡12的后側(cè)焦點(diǎn)面形成的二次光源(一般為光學(xué)照明裝置的瞳面或在其近傍形成的照明瞳分布)射出的光束，通過光束分離器13a(beam splitter)及光學(xué)聚光系統(tǒng)14后，而重疊地照明掩膜遮蔽體15。
如此，在做為照明視野光圈的掩膜遮蔽體15，對(duì)應(yīng)構(gòu)成微蠅眼透鏡12的各微小透鏡的形狀與焦點(diǎn)距離形成矩形的照域。又關(guān)于內(nèi)藏光束分離器13a的偏光監(jiān)視器13的內(nèi)部構(gòu)成及作用，以后再說明。通過掩膜遮蔽體15的矩形開口部(光透過部)的光束，在受到光學(xué)成像系統(tǒng)16的聚光作用后，重疊照明己形成所定的圖案的掩膜M。
亦即，光學(xué)成像系統(tǒng)16將掩膜遮蔽體15的矩形開口部的像在掩膜上形成。透過掩膜M的圖案的光束，通過光學(xué)投影系統(tǒng)PL，在感光性基板的晶圓W上形成掩膜圖案的像。如此，在與光學(xué)投影系統(tǒng)PL的光軸AX直交的平面(XY面)內(nèi)，一面施行二次元的驅(qū)動(dòng)控制晶圓，一面進(jìn)行總括曝光或掃瞄曝光，將掩膜M的圖案逐次在晶圓W的各曝光區(qū)域曝光。
又，在偏光狀態(tài)切換裝置4中，該1/4波長板4a，其光學(xué)結(jié)晶軸可以光軸AX為中心自在的回轉(zhuǎn)，而將射入的橢圓偏光的光線變換為直線偏光的光。又1/2波長板4b，其光學(xué)結(jié)晶軸可以光軸AX為中心自在回轉(zhuǎn)，而可變化射入的直線偏光的偏光面。又，消偏振鏡4c，由互補(bǔ)形狀的楔形水晶棱鏡(未圖示)及楔形石英棱鏡(未圖示)構(gòu)成。該水晶棱鏡與石英棱鏡，為成一體的棱鏡組合體，可對(duì)照明光路進(jìn)退自在的構(gòu)造。
使用KrF準(zhǔn)分子激光器光源或ArF準(zhǔn)分子激光器光源作為光源1時(shí)，由該些光源射出的光為典型的有大于等于95％的偏光度，而對(duì)1/4波長板4a射入大略直線偏光的光。但在光源1與偏光狀態(tài)切換裝置4之間的光路中有做為里面反射鏡的直角棱鏡存在的場(chǎng)合，如射入的直線偏光的偏光面與P偏光面或S偏光面不一致時(shí)，由于直角棱鏡的全反射，直線偏光會(huì)變成橢圓偏光。
偏光狀態(tài)切換裝置4，例如在直角棱鏡的全反射引起的橢圓偏光的光射入，亦可由1/4波長板4a的作用變換成直線偏光的光，而射入1/2波長板4b。此1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸設(shè)定為對(duì)射入的直線偏光的偏光面形成0度或90度角度的場(chǎng)合，射入1/2波長板4b的直線偏光的光偏光面不會(huì)變化，保持原狀通過。
又，1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸設(shè)定為對(duì)射入的直線偏光的偏光面成45度的角度的場(chǎng)合，入射1/2波長板4b的直線偏光的光會(huì)變換成偏光面變化90度的直線偏光的光。再者，消偏振鏡4c的水晶棱鏡的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)于入射的直線偏光的偏光面設(shè)定為45度的角度時(shí)，射入水晶棱鏡的直線偏光的光，被變換成非偏光狀態(tài)(非偏光化)的光。
在偏光狀態(tài)切換裝置4中，該消偏振鏡4c在照明光路中的位置，配置在使該水晶棱鏡的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)射入的直線偏光的偏光面形成45度的角度的位置。另外，如設(shè)定成該水棱鏡的光學(xué)結(jié)晶軸，對(duì)射入的直線偏光的偏光面成0度或90度的角度時(shí)，水晶棱鏡對(duì)射入的直線偏光的光偏光面不發(fā)生變化，而保持原狀通過。又如1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸，設(shè)定成對(duì)射入的直線偏光的偏光面形成22.5度的角度時(shí)，射入該1/2波長板4b的直線偏光的光，變換成非偏光狀態(tài)的光，而包含偏光面不變化直接通過的直線偏光成份，以及僅有偏光面變化90度的直線偏光成份。
偏光狀態(tài)切換裝置4，如上述有直線偏光射入1/2波長板4b，但以下的說明為簡化起見，假定有圖1中的Z方向的偏光方向(電場(chǎng)的方向)的直線偏光(以下稱Z方向偏光)的光射入1/2波長板，在照明光路中的消偏振鏡4c的位置決定后的場(chǎng)合，如設(shè)定1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面(偏光方向)成0度或90度的角度，則射入1/2波長板4b的Z方向偏光的光，不會(huì)變化仍然以Z方向偏光射入消偏振鏡4c的水晶棱鏡。因水晶棱鏡的光學(xué)結(jié)晶軸已設(shè)定成對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面形成45度角度，故射入水晶棱鏡的Z方向偏光的光被變換成非偏光狀態(tài)的光。
經(jīng)水晶棱鏡非偏光化的光，為了補(bǔ)償光的進(jìn)行方向，再經(jīng)過當(dāng)做補(bǔ)償器的石英棱鏡，以非偏光狀態(tài)射入光學(xué)繞射元件5。另一方面，如設(shè)定1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)入射的Z方向偏光的偏光面形成45度的角度，則射入1/2波長板4b的Z方向偏光的光，僅偏光面變化90度，形成向圖1中的X方向的偏光方向(電場(chǎng)的方向)的直線偏光(以下稱X方向偏光)的光，而射入消偏振鏡4c的水晶棱鏡。因水晶棱鏡的光學(xué)結(jié)晶軸亦設(shè)定成對(duì)射入的X方向偏光的偏光面形成45度的角度，故射入水晶棱鏡的X方向偏光的光，被變換成非偏光狀態(tài)的光，經(jīng)過石英棱鏡，以非偏光狀態(tài)射入光學(xué)繞射元件5。
對(duì)此，在將消偏振鏡4c退出照明光路的場(chǎng)合，如設(shè)定該1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸，對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面成0度或90度的角度，則射入1/2波長板4b的Z方向偏光的光，偏光面不變化仍以Z方向偏光通過，并以Z方向偏光狀態(tài)射入光學(xué)繞射元件5。另一方面，如設(shè)定該1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸，對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面成45度的角度，則射入1/2波長板4b的Z方向偏光的光，僅偏光面變化90度變成X方向偏光的光，以X方向偏光狀態(tài)射入光學(xué)繞射元件5。
如以上所述，偏光狀態(tài)切換裝置4，利用在照明光路中插入消偏振鏡4c并決定其位置，可將非偏光狀態(tài)的光射入光學(xué)繞射元件。又，把消偏振鏡4c由照明光路退出，且設(shè)定1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面成0度或90度的角度，則可將Z方向偏光狀態(tài)的光射入光學(xué)繞射元件5。再者，把消偏振鏡4c自照明光路退出，且設(shè)定1/2波長板4b的光學(xué)結(jié)晶軸對(duì)射入的Z方向偏光的偏光面成45度的角度，則將X方向偏光狀態(tài)的光射入光學(xué)繞射元件5。
換言之，偏光狀態(tài)切換裝置4利用1/4波長板4a與1/2波長板4b，以及消偏振鏡4c構(gòu)成的偏光狀態(tài)切換裝置的作用，可將向光學(xué)繞射元件5的入射光的偏光狀態(tài)(在后述的本發(fā)明的圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件以外，使用通常的光學(xué)繞射元件的場(chǎng)合，為掩膜M及晶圓W照明的光的偏光狀態(tài))，在直線偏光狀態(tài)與非偏光狀態(tài)之間切換。在直線偏光狀態(tài)的場(chǎng)合，可在互相直交的偏光狀態(tài)間(Z方向偏光與X方向偏光之間)切換。
圖3示出了在圖1的無焦透鏡6的前側(cè)透鏡群與后側(cè)透鏡群之間的光路中，配置的圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)的構(gòu)成的概略圖。該圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8，由第一棱鏡元件8a以及二棱鏡元件8b構(gòu)成，其是由光源側(cè)順序排列配置，該第一棱鏡元件8a向光源側(cè)之面成平面且向掩膜側(cè)之面為凹圓錐形曲折面；該第二棱鏡元件8b，則向掩膜側(cè)之面為平面且向光源側(cè)之面成凸圓錐形的曲折面。
該第一棱鏡元件8a的凹圓錐形曲折面，與第二棱鏡元件8b的凸圓錐形曲折面，為可對(duì)接的互補(bǔ)形形狀。又，第一棱鏡元件8a及第二棱鏡元件8b之中，至少有一個(gè)元件為可沿光軸AX移動(dòng)的構(gòu)造，且第一棱鏡元件8a的凹圓錐形彎曲折面與第二棱鏡元件8b的凸圓錐形彎曲折面的間隔為可變的構(gòu)造。
此處，第一棱鏡元件8a的凹圓錐形曲折面，與第二棱鏡元件8b的凸圓錐形曲折面，在互相接合的狀態(tài)時(shí)，圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8僅做為平行平面板的機(jī)能，對(duì)形成的輪胎狀的二次光源沒有影響。但在第一棱鏡元件8a的凹圓錐形曲折面與第二棱鏡元件8b的凸圓錐形曲折面隔離時(shí)，圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8即有所謂光束擴(kuò)大器的機(jī)能。因此，伴隨圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8的間隔變化，可變化對(duì)所定面7的入射光束的角度。
圖4為說明圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)對(duì)輪胎狀的二次光源的作用的說明圖。參照?qǐng)D4，在圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8的間隔為零，且變焦距透鏡11的焦點(diǎn)距離設(shè)定在最小值的狀態(tài)(以下稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))形成的最小的輪胎狀二次光源30a，其可隨著圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8的間隔由零擴(kuò)大至所定的值，該二次光源30a的寬度(外徑與內(nèi)徑的差的1/2，圖中用箭印表示)不變，其外徑及內(nèi)徑變化形成輪胎狀二次光源30b。換言之，因圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系統(tǒng)8的作用，該輪胎狀二次光源的寬度不會(huì)變化，僅該輪胎比(內(nèi)徑/外徑)及大小(外徑)一起變化。
圖5說明變焦距透鏡11對(duì)輪胎狀二次光源的作用。參照?qǐng)D5，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)形成的輪胎狀二次光源30a，因變焦距透鏡11的焦點(diǎn)距離，從最小值擴(kuò)大至所定的值，變化成其全體形狀相似的擴(kuò)大的輪胎狀二次光源30。換言之，因變焦距透鏡11的作用，輪胎狀二次光源的輪胎比不變，其寬度及大小(外徑)一起變化。
圖6為圖1的無焦透鏡6在前側(cè)鏡群與后側(cè)鏡群之間的光路中配置的第一圓柱形透鏡偶9及第二圓柱形透鏡偶10的構(gòu)造的概略圖。在圖6中，由光源側(cè)依順序配置第一圓柱形透鏡偶9及第二圓柱形透鏡偶10。第一圓柱形透鏡偶9，由光源側(cè)起依序配置，例如在YZ平面內(nèi)有負(fù)折射力且在XY平面內(nèi)無折射力的第一圓柱形負(fù)透鏡9a，以及在同一YZ平面內(nèi)有正折射力且在XY平面內(nèi)無折射力的第一圓柱形正透鏡9b。
另一方的第二圓柱形透鏡偶10，由光源側(cè)起依序配設(shè)，例如在XY平面內(nèi)有負(fù)折射力，且在YZ平面內(nèi)無折射力的第二圓柱形負(fù)透鏡10a，以及在同樣XY平面內(nèi)有正折射力且在YZ平面內(nèi)無折射力的第二圓柱形正透鏡10b。該第一圓柱形負(fù)透鏡9a與第一圓柱形正透鏡9b，為以光軸AX為中心成一體化旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造。同樣地，該第二圓柱形負(fù)透鏡10a與第二圓柱形正透鏡10b，為以光軸AX為中心成一體化旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造。
在圖6所示的狀態(tài)，第一圓柱形透鏡偶9有向Z方向光束擴(kuò)張功率的機(jī)能，第二圓柱形透鏡偶10有向X方向光束擴(kuò)張功率的機(jī)能。又，第一圓柱形透鏡偶9的功率與第二圓柱形透鏡偶10的功率設(shè)定成彼此相同。
圖7至圖9為說明第一圓柱形透鏡偶9及第二圓柱形透鏡偶10對(duì)輪胎狀二次光源的作用之圖。圖7之中，設(shè)定第一圓柱形透鏡偶9的功率方向?yàn)橛晒廨SAX對(duì)Z軸轉(zhuǎn)+45度的角度；第二圓柱形透鏡偶10的功率方向?yàn)橛晒廨S對(duì)Z軸轉(zhuǎn)-45度的角度。
因此，第一圓柱形透鏡偶9的功率方向與第二圓柱形透鏡偶10的功率方向互相直交，在第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)中，z方向的功率與x方向的功率相同。其結(jié)果，如圖7所示的正圓狀態(tài)，通過第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)的光束，在z方向及x方向受到同樣功率的擴(kuò)大作同，在照明瞳形成正圓的輪胎狀二次光源。
與上述對(duì)比，圖8之中，設(shè)定第一圓柱形透鏡偶9的功率方向?yàn)橛晒廨SAX對(duì)Z軸轉(zhuǎn)例如+80度的角度，第二圓柱形透鏡偶10的功率方向?yàn)橛晒廨SAX對(duì)Z軸轉(zhuǎn)-80度的角度。因此，在第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)中，Z方向的功率小，X方向的功率較大。其結(jié)果，如圖8所示的橫橢圓狀態(tài)，通過第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)的光束，在X方向受到較Z方向更大的擴(kuò)大作用的功率，在照明瞳形成X方向細(xì)長的橫形輪胎狀二次光源。
又，圖9中，設(shè)定第一圓柱形透鏡偶9的功率方向?yàn)橛晒廨SAX對(duì)Z軸轉(zhuǎn)例如+10度的角度，第二圓柱形透鏡偶10的功率方向?yàn)橛晒廨S對(duì)Z軸轉(zhuǎn)-10度的角度。則在第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)中，X方向的功率小，Z方向的功率較大。其結(jié)果如圖9所示的縱橢圓狀態(tài)，通過第一圓柱形透鏡偶9與第二圓柱形透鏡偶10的合成系統(tǒng)的光束，在Z方向受到較X方向更大的功率的擴(kuò)大作用，在照明瞳形成Z方向細(xì)長的縱向的輪胎狀二次光源。
又，將第一圓柱形透鏡偶9及第二圓柱形透鏡偶10，設(shè)定成如圖7所示的正圓狀態(tài)與圖8所示的橫橢圓狀態(tài)之間的任意狀態(tài)，能夠形成各種縱橫比例的橫長輪胎狀二次光源。再如將第一圓柱形透鏡偶9及第二圓柱形透鏡偶10，設(shè)定成圖7所示的正圓狀態(tài)與圖9所的縱橢圓狀態(tài)之間的任意狀態(tài)，就能夠形成各種縱橫比例的縱長輪胎狀的二次光源。
圖10是圖1中的偏光監(jiān)視器的內(nèi)部構(gòu)成的概略斜視圖。參照?qǐng)D10，偏光監(jiān)視器13設(shè)有第一光束分離器13a，配置在微蠅眼透鏡12與光學(xué)聚光系統(tǒng)14之間的光路中。該第一光束分離器13a，為例如由石英玻璃形成的未涂裝的平行平面板(即原玻璃)，有將與入射光的偏光狀態(tài)不同的偏光狀態(tài)的反射光自光路取出的機(jī)能。
由第一光束分離器13a由光路中取出的光會(huì)射入第二光束分離器13b。該第二光束分離器13b具有與第一光束分離器13a同樣例如由石英玻璃形成的未涂裝的平行平面板的型態(tài)，而具有發(fā)生與入射光的偏光狀態(tài)不同的偏光狀態(tài)的反射光的機(jī)能。然后設(shè)定成對(duì)第一光束分離器13a的P偏光成為對(duì)第二光束分離器13b的S偏光，且對(duì)第一光束分離器13a的S偏光成為對(duì)第二光束分離器13b的P偏光。
又，透過第二光束分離器13b的光被第一光強(qiáng)度檢測(cè)器13c檢測(cè)出；在第二光束分離器13b反射的光，由第二光強(qiáng)度檢測(cè)器13d檢測(cè)出。第一光強(qiáng)度檢測(cè)器13c及第二光強(qiáng)度檢測(cè)器13d的輸出，分別供給到控制部(未圖示)。控制部則依必要驅(qū)動(dòng)構(gòu)成偏光狀態(tài)切換裝置4的1/4波長板4a，1/2波長板4b，及消偏振鏡4c。
如上述，在第一光束分離器13a及第二光束分離器13b中，對(duì)P偏光的反射率與對(duì)S偏光的反射率實(shí)質(zhì)上是不同的。因此，在偏光監(jiān)視器13中，來自于第一光束分離器13a的反射光包含例如向第一光束分離器13a的入射光之約10％的S偏光成份(為對(duì)第一光束分離器13a的S偏光成份，即對(duì)第二光束分離器13b的P偏光成份)；以及例如向第一光束分離器13a的入射光之約1％的P偏光成份(為對(duì)第一光束分離器13a的P偏光成份，即對(duì)第二光束分離器13b的S偏光成份)。
又，來自于第二光束分離器13b的反射光包含例如向第一光束分離器13a的入射光的10％×1％＝0.1％左右的P偏光成份(為對(duì)第一光束分離器13a的P偏光成份，即對(duì)第二光束分離器13b的S偏光成份)；以及例如向第一光束分離器13a的入射光的10％×1％＝0.1％左右的S偏光成份(為對(duì)第一光束分離器13a的S偏光成份，即對(duì)第二光束分離器13b的P偏光成份)。
如上述，在偏光監(jiān)視器13中，第一光束分離器13a，有對(duì)應(yīng)該反射特性，自光路取出與入射光的偏光狀態(tài)不同的偏光狀態(tài)的反射光的機(jī)能。其結(jié)果，因第二光束分離器13b的偏光特性影響偏光變動(dòng)極小，所以依據(jù)第一光強(qiáng)度檢測(cè)器13c的輸出(第二光束分離器13b的透光的強(qiáng)度有關(guān)的情報(bào)，亦即與來自第一光束分離器13a的反射光大約相同偏光狀態(tài)的光的強(qiáng)度的情報(bào))，就能測(cè)知向第一光束分離器13入射光的偏光狀態(tài)(偏光度)，亦即能測(cè)知掩膜M的照明光的偏光狀態(tài)。
又，在偏光監(jiān)視器13中，設(shè)定對(duì)第一光束分離器13a的P偏光成為對(duì)第二光束分離器13b的S偏光，且對(duì)第一光束分離器13a的S偏光成為對(duì)第二光束分離器13b的P偏光。其結(jié)果，依據(jù)第二光強(qiáng)度檢測(cè)器13d的輸出(在第一光束分離器13a及第二光束分離器13b順次反射的光的強(qiáng)度有關(guān)情報(bào))，能夠測(cè)知向第一光束分離器13a的入射光的光量，亦即能測(cè)知掩膜M的照明光的光量，可實(shí)質(zhì)地不受第一光束分離器13a的入射光的偏光狀態(tài)變化的影響。
如上述，利用偏光監(jiān)視器13能測(cè)知向第一光束分離器13a的入射光的偏光狀態(tài)，也就是可以判定掩膜M的照明光是否為所希望的非偏光狀態(tài)或直線偏光狀態(tài)。然后，在控制部依據(jù)偏光監(jiān)視器13的檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)掩膜M(或晶圓W)的照明光不是所定的非偏光狀態(tài)或直線偏光狀態(tài)的場(chǎng)合，即驅(qū)動(dòng)調(diào)整構(gòu)成偏光狀態(tài)切換裝置4的1/4波長板4a，1/2波長板4b及消偏振鏡4c，而可調(diào)整掩膜M的照明光的狀態(tài)，成為所希望的非偏光狀態(tài)或直線偏光狀態(tài)。
又，輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，可用四極照明用的光學(xué)繞射元件(未圖示)取代而在照明光路中設(shè)置，就能施行四極照明。該四極照明用的光學(xué)繞射元件，在具有矩形斷面的平行光束射入的場(chǎng)合，有在其遠(yuǎn)場(chǎng)(FarField)形成四極狀光強(qiáng)度分布的機(jī)能。因此，通過四極照明用的光學(xué)繞射元件的光束，在微蠅眼透鏡12的入射面，形成以光軸AX為中心的四個(gè)圓形狀的照域的四極狀照域。其結(jié)果，在微蠅眼透鏡12的后側(cè)焦點(diǎn)面，亦形成與該入射面形成的照域相同的四極狀的二次光源。
又，該輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，用圓形照明用的光學(xué)繞射元件(未圖示)取代而設(shè)置于照明光路中，就能施行通常的圓形照明。該圓形照明用的光學(xué)繞射元件，在有矩形斷面的平行光束射入的場(chǎng)合，有在遠(yuǎn)場(chǎng)形成圓形的光強(qiáng)度分布的機(jī)能。因此，通過該圓形照明用的光學(xué)繞射元件的光束，在微蠅眼透鏡12的入射面，形成以光軸AX為中心的圓形照域形成的四極狀照域。其結(jié)果，在微蠅眼透鏡12的后側(cè)焦點(diǎn)面，亦形成與在該入射面形成的照域相同的圓形狀二次光源。
再者，該輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，用其他的復(fù)數(shù)極照明用的光學(xué)繞射元件(未圖示)取代而設(shè)定于照明光路中，就可施行各種的復(fù)數(shù)極照明(如二極照明，八極照明等)。同樣地，將輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5，用有適當(dāng)?shù)奶匦缘墓鈱W(xué)繞射元件(未圖示)取代設(shè)置于照明光路中，則能施行各種形態(tài)的變形照明。
本實(shí)施例，用所謂的圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件50，取代輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件5而設(shè)置于照明光路中，可將通過輪胎狀二次光源的光束設(shè)定成圓周方向偏光狀態(tài)的變形照明，亦即能施行圓周方向偏光的輪胎狀照明。圖11是本實(shí)施例的圓周方向偏光的輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件的構(gòu)造的概略圖。又圖12是被設(shè)定成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源的概略圖。
參照?qǐng)D11及圖12，本實(shí)施例的圓周方向偏光的照明用的光學(xué)繞射元件50，為具有互相同的矩形斷面且在沿光的透過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)互異的四種基本元件50A～50D，以縱橫且稠密的配置而構(gòu)成。此處，第一基本元件50A的厚度最大，第四基本元件50D的厚度最小，第二基本元件50B的厚度大于第三基本元件50C的厚度。
又，光學(xué)繞射元件50包含大約同數(shù)量的第一基本元件50A、第二基本元件50B、第三基本元件50C，以及第四基本元件50D，且該些四種基本元件為隨機(jī)配置。而且，在各基本元件50A～50D的靠掩膜側(cè)形成繞射面(圖中斜線部份所示)，各基本元件50A～50D的繞射面在與光軸AX(圖11中未示出)直交的一個(gè)平面整齊排列。其結(jié)果，光學(xué)繞射元件50的靠掩膜側(cè)之面為平面狀，但光學(xué)繞射元件50的靠光源側(cè)之面，則因各基本元件50A～50D的厚度相異而形成凹凸?fàn)睢?br> 如上述，第一基本元件50A的繞射面的構(gòu)造，可形成在圖12所示的輪胎狀二次光源31之中，對(duì)通過光軸AX的Z方向軸線對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31A。亦即如圖13所示，第一基本元件50A有在光學(xué)繞射元件50的遠(yuǎn)場(chǎng)50E(引伸為各基本元件50A～50D的遠(yuǎn)場(chǎng))對(duì)通過光軸AX的Z方向軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32A(與一對(duì)圓弧狀區(qū)域31A對(duì)應(yīng))的機(jī)能。
第二基本元件50B的繞射面的構(gòu)造，可在將通過光軸AX的Z方向軸線以Y軸為中心回轉(zhuǎn)-45度(在圖12中向反時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)45度)后，對(duì)該軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31B。亦即如圖14所示，第二基本元件50B有在遠(yuǎn)場(chǎng)50E的通過光軸AX的Z方向軸線對(duì)Y軸旋轉(zhuǎn)-45度后，對(duì)該軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32B(對(duì)應(yīng)于一對(duì)的圓弧狀區(qū)域31A)的機(jī)能。
第三基本元件50C的繞射面的構(gòu)造，可對(duì)通過光軸AX的X方向的軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圖弧狀區(qū)域31C。亦即如圖15所示，第三基本元件50C有在遠(yuǎn)域50E的通過光軸AX的X方向的軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32C(對(duì)應(yīng)于一對(duì)的圓弧狀區(qū)域31C)的機(jī)能。
第四基本元件50D的繞射面的構(gòu)造，可在通過光軸AX的Z方向軸線依Y軸旋轉(zhuǎn)+45度(在圖12中順時(shí)鏡方向旋轉(zhuǎn)45度)后對(duì)該軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31D。亦即如圖16所示，第四基本元件50D有在遠(yuǎn)場(chǎng)50E的通過光軸AX的Z方向軸線依Y軸旋轉(zhuǎn)+45度后，對(duì)該軸線形成對(duì)稱的一對(duì)圓弧狀光強(qiáng)度分布32D(對(duì)應(yīng)于一對(duì)的圓弧狀區(qū)域31D)的機(jī)能。又，各圓弧狀區(qū)域31A～31D的大小大約互同，該些八個(gè)圓弧狀區(qū)域31A～31D不互相重復(fù)且亦不互相隔離，構(gòu)成以光軸AX為中心的輪胎狀的二次光源31。
又，本實(shí)施例中，各基本元件50A～50D用有旋光性的光學(xué)材料的水晶構(gòu)成，各基本元件50A～50D的光學(xué)結(jié)晶軸設(shè)定成大約與光軸AX一致。以下，參照?qǐng)D17對(duì)水晶的旋光性簡單說明。參考圖17，厚度d的水晶形成的平行平面板狀的光學(xué)元件35，其光學(xué)結(jié)晶軸配置成與光軸AX一致。此場(chǎng)合，因光學(xué)元件35的旋光性，射入的直線偏光的偏光方向以光軸AX為轉(zhuǎn)軸只回轉(zhuǎn)θ角的狀態(tài)而射出。
此時(shí)，因光學(xué)元件35的旋光性發(fā)生的偏光方向的回轉(zhuǎn)角θ，依光學(xué)元件35的厚度d與水晶的旋光能力ρ，可以下式(1)表示。
θ＝d·ρ(1)一般，水晶的旋光能力ρ，其具有當(dāng)使用的光的波長越短，旋光能力ρ越大的傾向，依日文文獻(xiàn)「應(yīng)用光學(xué)II」的第167頁的記述，對(duì)波長250.3nm的光，水晶的旋光能力ρ為153.9度/mm。
在本實(shí)施例中，第一基本元件50A設(shè)定厚度dA，如圖13所示有Z方向的偏光方向的直線偏光的光射入的場(chǎng)合，使射出的直線偏光的光有向該Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)180度的方向亦即Z方向的偏光方向。其結(jié)果，通過使在遠(yuǎn)場(chǎng)50E形成的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32A的光束的偏光方向成Z方向。通過圖12所示的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31A的光束的偏光方向亦成Z方向。
第二基本元件50B設(shè)定厚度dB，如圖14所示有Z方向的偏光方向的直線偏光的光射入的場(chǎng)合，使射出的直線偏光的光有向該Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)+135度的方向，即該Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)-45度的方向的偏光方向。其結(jié)果，通過在遠(yuǎn)場(chǎng)50E形成的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32B的光束的偏光方向，亦成為由Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)-45度的方向。在圖12所示的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31B，通過的光束的偏光方向亦成由Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)-45度的方向。
第三基本元件50C設(shè)定厚度dC，如圖15所示有Z方向的偏光方向的直線偏光的光射入的場(chǎng)合，使射出的直線偏光的光有向該Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)+90度的方向，即X方向的偏光方向。其結(jié)果，通過在遠(yuǎn)場(chǎng)50E形成的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32C的光束的偏光方向亦成X方向。在圖12所示的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31C，通過的光束的偏光方向亦成X方向。
第四基本元件50D設(shè)定厚dD，如圖16所示有Z方向的偏光方向的直線偏光的光射入的場(chǎng)合，使射出的直線偏光的光有向該Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)+45度的方向的偏光方向。其結(jié)果，通過在遠(yuǎn)場(chǎng)50E形成的一對(duì)圓弧狀的光強(qiáng)度分布32D的光束的偏光方向成為由Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)+45度的方向。在圖12所示的一對(duì)圓弧狀區(qū)域31D，通過的光束的偏光方向亦成為由Z方向沿Y軸轉(zhuǎn)+45度的方向。
本實(shí)施例，為在圓周方向偏光輪胎狀照明時(shí)，于照明光路中設(shè)置圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件50，再向光學(xué)繞射元件50射入有Z方向的偏光方向的直線偏光的光。其結(jié)果，在微蠅眼透鏡12的后側(cè)焦點(diǎn)面(即照明瞳或其近傍)，形成如圖12所示的輪胎狀的二次光源31(輪胎狀的照明瞳分布)，通過該輪胎狀的二次光源31的光束，被設(shè)定成圓周方向偏光狀態(tài)。
在圓周方向偏光狀態(tài)，通過構(gòu)成輪胎狀二次光源的各圓弧狀區(qū)域31A～31D的各光束，在各該些圓弧狀區(qū)域31A～31D的以光軸AX為中心的圓周方向，形成與圓的切線方向大約一致的偏光方向的直線偏光狀態(tài)。
于本實(shí)施型態(tài)中，依據(jù)入射光束在所定面形成所定的光強(qiáng)度分布的光學(xué)變換元件50包括第一基本元件50A，其是由有旋光性的光學(xué)材料制成，并依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第一區(qū)域分布32A；以及，第二基本元件50B，其是由有旋光性的光學(xué)材料制成，并依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第二區(qū)域分布32B，其中，該第一基本元件50A與該第二基本元件50B，在沿光的透過方向的厚度互異。
如此，本實(shí)施例的開口光圈，異于先前技術(shù)的發(fā)生大量的光量損失，由于當(dāng)做光束變換元件的光學(xué)繞射元件50的繞射作用及旋光作用，能夠?qū)嵸|(zhì)的不發(fā)生光量損失，而形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源31。
在本實(shí)施例之一較佳實(shí)施型態(tài)中，利用設(shè)定該第一基本元件50A的厚度及該第二基本元件50B的厚度，使在直線偏光射入時(shí)，形成該第一區(qū)域分布32A的直線偏光的偏光方向，與形成該第二區(qū)域分布32B的直線偏光的偏光方向不同。并且，所述的第一區(qū)域分布32A及該第二區(qū)域分布32B的位置，被決定在該所定面的以所定點(diǎn)為中心的所定的輪胎狀區(qū)域的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部分，以及通過該第一區(qū)域分布32A及該第二區(qū)域分布32B的光束，具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)為較佳。
此時(shí)，所定的光強(qiáng)度分布與該所定輪胎狀區(qū)域有大致同一形狀的外形，且通過第一區(qū)域分布32A的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布32A的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過第二區(qū)域分布32B的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布32B的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份?；蛘?，所定的光強(qiáng)度分布為在該所定輪胎狀區(qū)域內(nèi)分布的多極狀分布，亦即，通過該第一區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過該第二區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份為較佳。
再者，在本實(shí)施例之一較佳實(shí)施型態(tài)中，所述的第一基本元件及該第二基本元件，采用對(duì)使用波長的光有大于等于100度/mm的旋光能力的光學(xué)材料而形成。并且，其中所述的第一基本元件及該第二基本元件是利用水晶而形成。再者，其中所述的光束變換元件含有大約同數(shù)量的該第一基本元件及該第二基本元件。以及，所述的第一基本元件及該第二基本元件，有繞射作用或折射作用為較佳。
再者，在本實(shí)施例之一較佳實(shí)施型態(tài)中，所述的第一基本元件依據(jù)該入射光束在該所定面上形成至少二個(gè)該第一區(qū)域分布；以及該第二基本元件依據(jù)該入射光束在該所定面上形成至少二個(gè)該第二區(qū)域分布為較佳。并且，光束變換元件還可以包括第三基本元件50C，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第三區(qū)域分布32C；以及第四基本元件50D，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第四區(qū)域分布32D。
并且，本實(shí)施型態(tài)中，光束變換元件50能依入射光束在所定面上，形成與該入射光束的斷面形狀相異的所定的光強(qiáng)度分布該光束變換元件配置有繞射面或折射面，用以在該所定面上形成該所定的光強(qiáng)度分布；該所定的光強(qiáng)度分布，其分布在該所定面以所定點(diǎn)為中心的所定輪胎狀區(qū)域，即所謂的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部份；以及通過所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件輸出的光束，其具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
如此，本實(shí)施例的開口光圈，異于先前技術(shù)的發(fā)生大量的光量損失，由于當(dāng)做光束變換元件的光學(xué)繞射元件50的繞射作用及旋光作用，能夠?qū)嵸|(zhì)的不發(fā)生光量損失，而形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源31。
在本實(shí)施例之一較佳實(shí)施型態(tài)中，所定的光強(qiáng)度分布具有多極形狀或輪胎狀的外形。并且，光束變換元件是利用有旋光性的光學(xué)材料形成為佳。
再者，本實(shí)施型態(tài)的光學(xué)照明裝置，是利用來自光源的光束以照明一被照射面的光學(xué)照明裝置，其特征在于，該光學(xué)照明裝置包括上述的光束變換元件，用以變換來自該光源的光束，以在該光學(xué)照明裝置的照明瞳或其近傍形成照明瞳分布。利用此構(gòu)成，本實(shí)施型態(tài)的光學(xué)照明裝置可以良好地抑制光量損失，并形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。
在此，較佳的是，其中所述的光束變換元件為可與其他特性相異的光束變換元件交換的構(gòu)造。再者，在該光束變換元件與該被照射面之間的光路中加設(shè)波面分割型的光學(xué)積分器，以及該光束變換元件，依入射光束在該光學(xué)積分器的的射入面，形成該所定的光強(qiáng)度分布為較佳。
再者，在本實(shí)施例之一較佳實(shí)施型態(tài)的光學(xué)照明裝置中，所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響。另外，將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)為較佳。
再者，本實(shí)施型態(tài)的曝光裝置為包括上述的光學(xué)照明裝置的曝光裝置，所述照明裝置用以照明掩膜，而使該曝光裝置將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。在此，所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響為較佳。再者，將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)為較佳。
另外，本實(shí)施型態(tài)的曝光方法包括照明工程，其利用上述的光學(xué)照明裝置以照明一掩膜；以及曝光工程，將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。在此，所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件輸出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響為較佳。再者，將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)為較佳。
換言之，本實(shí)施例的光學(xué)照明裝置，能良好的抑制光量損失，且能夠形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。其結(jié)果，本實(shí)施例的曝光裝置，因使用能良好抑制光量損失，且能夠形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布的光學(xué)照明裝置，故能夠在適合的條件下忠實(shí)且高良率地復(fù)制任意方向的微細(xì)圓案。
又，在根據(jù)圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀照明瞳分布的圓周方向偏光輪胎狀照明，照射到作為被照射面的晶圓W的光，成為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)。此處的所謂的S偏光，為對(duì)入射面保持垂直的偏光方向的直線偏光(在射入垂直的方向電矢量振動(dòng)的偏光)。但所謂的入射面的定義，為光到達(dá)媒質(zhì)的境界面(被照射面；晶圓W的表面)時(shí)，在該點(diǎn)的境界面的包含法線與光入射方向之面。
又在上述的實(shí)施例，使用相同的矩形斷面的四種基本元件50A～50D，以同樣的數(shù)量縱橫且稠密地隨機(jī)配置，構(gòu)成圓周方向偏光輪胎狀照明用的光學(xué)繞射元件50。但并不以此為限，各基本元件的數(shù)量、斷面形狀、種類數(shù)、配置等皆可能有各種的變形例。
又在上述的實(shí)施例，使用四種基本元件50A～50D形成的光學(xué)繞射元件50，由不互相重復(fù)且不互相分開配置的八個(gè)圓弧狀區(qū)域31A～31D，構(gòu)成以光軸AX為中心的輪胎狀二次光源31。但并不以此為限，構(gòu)成輪胎狀二次光源的區(qū)域的個(gè)數(shù)、形狀、配置等亦有各種變形例的可能。
具體的說，如圖18(a)所示的，例如利用四種基本元件組成的光學(xué)繞射元件，形成由八個(gè)圓弧狀區(qū)域沿圓周方向互相隔開地構(gòu)成的圓周方向偏光狀態(tài)的八極狀的二次光源33a亦可。又如圓18(b)所示，例如用四種基本元件組成的光學(xué)繞射元件，形成由四個(gè)圓弧狀區(qū)域沿圓周方向互相離開配置的圓周方向偏光狀態(tài)的四極狀的二次光源33b亦可。又，在該些八極狀的二次光源或四極狀的二次光源，各區(qū)域的形狀不限定為圓弧狀，例如圓形，橢圓形，或扇形皆可以。又如圖19所示，例如利用四種基本元件組成的光學(xué)繞射元件，形成八個(gè)圓弧狀區(qū)域沿圓周方向互相重復(fù)配置的圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀二次光源33c也可以。
又，除由四個(gè)或八個(gè)區(qū)域沿圓周方向互相離開配置成圓周方向偏光狀態(tài)的四極狀或八極狀的二次光源之外，如圖20(a)所示，由六個(gè)區(qū)域沿圓周方向互相離開配置形成圓周方向偏光狀態(tài)的六極狀的二次光源亦佳。又如圖20(b)所示，由復(fù)數(shù)的區(qū)域沿圓周方向互相離開配置成的圓周方向偏光狀態(tài)的多極狀二次光源，以及在光軸上的區(qū)域形成的非偏光狀態(tài)，或直線偏光狀態(tài)的中心極狀二次光源，二者組成的二次光源亦可。又由二個(gè)區(qū)域沿圓周方向互相離開形成圓周方向偏光狀態(tài)的二極狀的二次光源亦可。
又，上述的實(shí)施例，如圖11所示，先個(gè)別形成四種的基本元件50A～50D，再將該些元件組合構(gòu)成光學(xué)繞射元件50。但并不受上述的限定，對(duì)一個(gè)水晶基板例如施行蝕刻加工形成各基本元件50A～50D的射出側(cè)的繞射面，以及射入側(cè)的凹凸面，一體化的構(gòu)成光學(xué)繞射元件50也可以。
又，上述的實(shí)施例，用水晶形成各基本元件50A～50D(亦即光學(xué)繞射元件50)。但并無此限定，用有旋光性的其他適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)材料，形成各基本元件亦可。此場(chǎng)合，采用對(duì)使用波長的光有大于等于100度/mm的旋光能力的光學(xué)材料較佳。亦即，使用旋光能力小的光學(xué)材料時(shí)，為得到偏光方向的所要的回轉(zhuǎn)角，元件必要的厚度過大而成為光量損失的原因，所以不佳。
又，在上述的實(shí)施例，形成輪胎狀的照明瞳分布(二次光源)，但并不以此為限，在照明瞳或其近傍形成圓形的照明瞳分布亦可。又，輪胎狀的照明瞳分布或多極狀的照明瞳分布，可再增加例如形成包含光軸的中心區(qū)域分布，可實(shí)現(xiàn)所謂的有中心極的輪胎狀照明，或有中心極的復(fù)數(shù)極照明。
又，在上述的實(shí)施例，在照明瞳或其近傍形成圓周方向偏光狀態(tài)的照明瞳分布。但有時(shí)在比光束變?cè)墓鈱W(xué)繞射元件，更靠近晶圓側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)照明系統(tǒng)或光學(xué)投影系統(tǒng))的偏光像差(retardation)，會(huì)引起偏光方向的變化。此場(chǎng)合，需考慮該些光學(xué)系統(tǒng)的偏光像差的影響，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定通過在照明瞳或其近傍形成的照明瞳分布的光束的偏光狀態(tài)。
又，與該偏光像差有關(guān)，在比光束變換元件更靠近晶圓側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)照明系統(tǒng)或光學(xué)投影系統(tǒng))中，配置的反射元件的偏光特性，有時(shí)會(huì)引起反射光在每偏光方向有相位差。在此場(chǎng)合，亦有必要考慮該反射元件的偏光特性引起的相位差的影響，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定通過在照明瞳或其近傍形成的照明瞳分布的光束的偏光狀態(tài)。
又，在比光束變換元件更靠近晶圓側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)照明系統(tǒng)或光學(xué)投影系統(tǒng))中，配置的反射元件的偏光特性，有時(shí)會(huì)引起反射元件的反射率依偏光方向變化。此場(chǎng)合，需考慮各偏光方向的反射率，在照明瞳或其近傍形成的光強(qiáng)度分布加入補(bǔ)償量，即在各基本元件的數(shù)量設(shè)定分布較佳。又在比光束變換元件更靠近晶圓側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)的透過率，依偏光方向變化的場(chǎng)合，亦可適用同樣的方法補(bǔ)正。
又在上述的實(shí)施例，光學(xué)繞射元件50的光源側(cè)之面，因各基本元件50A～50D的厚度不同，形成有階差的凹凸?fàn)?。此點(diǎn)，如圖21所示，厚度最大的第一基本元件50A以外的基本元件，即在第二基本元件50B，第三基本元件50C以及第四基本元件50D的入射側(cè)附設(shè)補(bǔ)正元件36，可使光學(xué)繞射元件50的光源側(cè)(入射側(cè))之面成平面狀。此場(chǎng)合，該補(bǔ)正元件36需使用無旋光性的光學(xué)材料形成。
又，上述的實(shí)施例，只說明在照明瞳或其近傍形成的照明瞳分布，通過的光束為沿圓周方向有直線偏光成份的光束之例子。但不受此限定，通過照明瞳分布的光束的偏光狀態(tài)，只要以圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的狀態(tài)，就能獲得本發(fā)明要求的效果。
又在本實(shí)施例，使用由有繞射作用的復(fù)數(shù)種的基本元件構(gòu)成的光學(xué)繞射元件為光束變換元件，依據(jù)入射光束在所定的面上，形成與其斷面形狀不同形狀的光強(qiáng)度分布。但是并不以此為限，例如具有與各基本元件的繞射面與光學(xué)性，大約相當(dāng)?shù)恼凵涿娴膹?fù)數(shù)種的基本元件，亦即使用由復(fù)數(shù)種有折射作用的基本元件，構(gòu)成的光學(xué)折射元件為光束變換元件亦可。
在上述實(shí)施例的曝光裝置，用光學(xué)照明裝置照明掩膜(十字標(biāo)記，reticle)(即照明工程)；用光學(xué)投影系統(tǒng)將在掩膜形成的復(fù)制用的圖案，在感光性基板上進(jìn)行曝光(曝光工程)，如此能夠制造微元件(半導(dǎo)體元件、攝影元件、液晶顯示元件、薄膜磁頭等)。以下，參照?qǐng)D22的流程圖，說明使用上述實(shí)施例的曝光裝置，在當(dāng)做感光性基板的晶圓等形成所定的電路圖案，以制造微元件的半導(dǎo)體元件之際的程序。
首先，在圖22的步驟301，在一組的晶圓上蒸鍍金屬膜。其次在步驟302，在該一組晶圓的金屬膜上涂布光刻膠。其次在步驟303，使用上述實(shí)施例的曝光裝置，使掩膜上的圖案像通過該光學(xué)投影系統(tǒng)在該一組晶圓上的各照射區(qū)域順次曝光復(fù)制。其后在步驟304，進(jìn)行該一組晶圓上的光刻膠的顯像，其后在步驟305，在該一組晶圓上，以光刻膠圖案為掩膜而進(jìn)行蝕刻，在各晶圓上的各照射區(qū)域形成與掩膜上的圖案對(duì)應(yīng)的電路圖案。其后，進(jìn)行更上層電路圖案的形成等工程，以制造半導(dǎo)體元件等的元件。依上述的半導(dǎo)體元件的制造方法，能夠以良好的生產(chǎn)率制造有極微細(xì)電路圖案的半導(dǎo)體元件。
又，上述的實(shí)施例的曝光裝置，可在基板(玻璃基板)上形成所定的圖案(電路圖案，電極圖案等)，亦可制造微元件之一的液晶顯示元件。以下，參照?qǐng)D23的流程圖，說明該制程的一例。圖23中，在步驟401的圖案形成工程，使用上述實(shí)施例的曝光裝置，將掩膜的圖案在感光性基板(涂布光刻膠的玻璃基板等)復(fù)制曝光，再施行所謂的光刻蝕刻工程。依該光刻蝕刻工程，在感光性基板上形成含有多數(shù)的電極等的所定圖案。其后，曝光過的基板再經(jīng)顯像工程，蝕刻工程，光刻膠剝離工程等的各工程，在基板上形成所定的圖案，再移到其次的濾色器(color filter)形成工程402。
其次，在濾色器形成工程402，形成R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))對(duì)應(yīng)的三個(gè)點(diǎn)的組合多數(shù)成陣列狀配列，或R、B、G的三個(gè)條紋狀的濾色器組并在多數(shù)條水平掃描線方向配列的濾色器。在濾色器形成工程402之后，進(jìn)行元件組合工程403。在元件組合工程403中，使用在圖案形成工程401制作的具有所定圖案的基板，以及在濾色器形成工程402制造的濾色器等組合成液晶面板(液晶元件)。
在元件組合工程403，例如，在圖案形成工程401獲得的有所定的圖案的基板，與濾色器形成工程402所得的濾色器之間注入液晶，而制成液晶面板(液晶元件)。其后，在模組組合工程404，安裝使組合的液晶面板(液晶元件)進(jìn)行顯示動(dòng)作的電路，背光模塊等各零件以完成液晶顯示元件。依上述的液晶顯示元件的制造方法，能以良好的生產(chǎn)率制造有極微細(xì)的電路圖案的液晶顯示元件。
又，在上述的實(shí)施例，曝光的光源使用KrF準(zhǔn)分子激光器的光(波長248nm)，或ArF準(zhǔn)分子激光器的光(波長193nm)，但不以此為限，其他適當(dāng)?shù)募す夤庠从欣绻┙o波長157nm的激光的F2激光器光源等亦可適用本發(fā)明。另外，在上述的實(shí)施例是以配備光學(xué)照明裝置的曝光裝置為例說明本發(fā)明，但掩膜或晶圓以外的被照射面的照明的一般的光學(xué)照明裝置，亦顯然可使用本發(fā)明。
又，在上述的實(shí)施例，在光學(xué)投影系統(tǒng)與感光性基板之間的光路中，使用折射率大于1.1的媒體(典型的為液體)填滿的方法，即用所謂的液浸法為佳。此場(chǎng)合的在光學(xué)投影系統(tǒng)與感光性基板之間的光路中填滿液體的方法，有國際專利申請(qǐng)案W099/049504號(hào)公報(bào)揭露的局部的充滿液體的方法；或日本專利特開平6-124873號(hào)公報(bào)揭露的使保持曝光對(duì)象的基板的載臺(tái)在液槽中移動(dòng)的方法；或日本專利特開平10-303114號(hào)公報(bào)揭露的在載臺(tái)上形成所定深度的液體槽且在其中保持基板的方法等可采用。此處，援引國際專利申請(qǐng)案W099/049504號(hào)公報(bào)、日本專利特開平6-124873號(hào)公報(bào)、以及日本專利特開平10-303114號(hào)公報(bào)供參考。
又，上述的液體，以對(duì)曝光的光有透過性，折射率盡可能高，且對(duì)在光學(xué)投影系統(tǒng)或基板表面涂布的光刻膠亦安定的較好。在例如用KrF準(zhǔn)分子激光或ArF準(zhǔn)分子激光為曝光光的場(chǎng)合，該液體可使用純水或去離子水。又，曝光光源使用F2激光的場(chǎng)合，該液體可使用F2激光可透過的氟系油或過氟化聚醚(Perfluoropolyether，PFPE)等的氟素系液體。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視前述的申請(qǐng)專利范圍所界定的為準(zhǔn)。
(按照條約第19條的修改)27、根據(jù)權(quán)利要求15所述的光束變換元件，其特征在于該光束變換元件包括第一基本元件，由有旋光性的光學(xué)材料制成，依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第一區(qū)域分布；以及第二基本元件，由有旋光性的光學(xué)材料制成，依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第二區(qū)域分布；其中，該第一基本元件與該第二基本元件，在沿光的透過方向的厚度互異。
28、根據(jù)權(quán)利要求27所述的光束變換元件，其特征在于其利用設(shè)定該第一基本元件的厚度及該第二基本元件的厚度，使在直線偏光射入時(shí)，形成該第一區(qū)域分布的直線偏光的偏光方向，與形成該第二區(qū)域分布的直線偏光的偏光方向不同。
29、根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一區(qū)域分布及該第二區(qū)域分布的位置，被決定在該所定面的以所定點(diǎn)為中心的所定的輪胎狀區(qū)域的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部分，以及通過該第一區(qū)域分布及該第二區(qū)域分布的光束，具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
30、根據(jù)權(quán)利要求29所述的光束變換元件，其特征在于該光強(qiáng)度分布，與該所定輪胎狀區(qū)域有大致同一形狀的外形，且通過第一區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過第二區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份。
31、根據(jù)權(quán)利要求29所述的光束變換元件，其特征在于該所定的光強(qiáng)度分布，為在該所定輪胎狀區(qū)域內(nèi)分布的多極狀分布；通過該第一區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過該第二區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份。
32、根據(jù)權(quán)利要求27～31任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的光束變換元件含有大約同數(shù)量的該第一基本元件及該第二基本元件。
33、根據(jù)權(quán)利要求27～32任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件及該第二基本元件，有繞射作用或折射作用。
34、根據(jù)權(quán)利要求27～33任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件，依據(jù)該入射光束，在該所定面上形成至少二個(gè)該第一區(qū)域分布；以及該第二基本元件，依據(jù)該入射光束，在該所定面上形成至少二個(gè)該第二區(qū)域分布。
35、根據(jù)權(quán)利要求27～34任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于還包括第三基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第三區(qū)域分布；以及第四基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第四區(qū)域分布。
36、根據(jù)權(quán)利要求27～35任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于該第一基本元件及該第二基本元件，為一體化的形成。
37、根據(jù)權(quán)利要求1～15或27～36任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于該光束變換元件使用在基于來自光源的光束而對(duì)被照射面進(jìn)行照明的光學(xué)照明裝置中；其中，該光學(xué)照明裝置的照明瞳或是其近旁的面形成照明瞳分布。
38、一種繞射光學(xué)元件，其是使用在基于來自光源的光束而對(duì)被照明物體進(jìn)行照明的光學(xué)照明裝置中的繞射光學(xué)元件，其特征在于該繞射光學(xué)元件包括凹凸?fàn)畹墓鈱W(xué)元件，其在該光學(xué)照明裝置的照明瞳面或是其近旁的面，亦即所定面形成所定的光強(qiáng)度分布；該光學(xué)元件包括厚度不同的部分，用以在上述所定的光強(qiáng)度分布處施加所定的偏光狀態(tài)。
39、根據(jù)權(quán)利要求38所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該被照明物體為形成有所定圖案的掩膜。
40、根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該繞射光學(xué)元件配置于所述光源與所述被照明物體之間的光路中。
41、一種繞射光學(xué)元件，其是使用在基于來自光源的光束而對(duì)一掩膜進(jìn)行照明的光學(xué)照明裝置中的繞射光學(xué)元件，其特征在于該繞射光學(xué)元件包括凹凸?fàn)畹墓鈱W(xué)元件，在所定面形成所定的光強(qiáng)度分布；該光學(xué)元件包括厚度不同的部分，用以在上述所定的光強(qiáng)度分布處施加所定的偏光狀態(tài)。
42、根據(jù)權(quán)利要求41所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該所定面是在該光學(xué)照明裝置的照明瞳面或是其近旁的面。
43、根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該繞射光學(xué)元件配置于所述光源與所述掩膜之間的光路中。
44、根據(jù)權(quán)利要求38～43任一項(xiàng)所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該偏光狀態(tài)為在該所定面以所定點(diǎn)為中心的所定輪胎狀區(qū)域，亦即，其具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
45、根據(jù)權(quán)利要求44所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該所定的光強(qiáng)度分布，在該所定輪胎狀區(qū)域內(nèi)決定為輪胎狀或多極形狀。
46、根據(jù)權(quán)利要求38～43任一項(xiàng)所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該所定的光強(qiáng)度分布為輪胎狀或多極形狀。
47、根據(jù)權(quán)利要求38～46任一項(xiàng)所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該凹凸?fàn)畹墓鈱W(xué)元件是由水晶而形成。
48、根據(jù)權(quán)利要求38～47任一項(xiàng)所述的繞射光學(xué)元件，其特征在于該凹凸?fàn)畹墓鈱W(xué)元件是利用有旋光性的光學(xué)材料形成。
49、一種光學(xué)照明裝置，是用照明一掩膜的光學(xué)照明裝置，其特征在于，該光學(xué)照明裝置包括權(quán)利要求38～48任一項(xiàng)所述的繞射光學(xué)元件。
50、一種曝光裝置，其特征在于其包括權(quán)利要求49所述的光學(xué)照明裝置，其中，該曝光裝置對(duì)于該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。
51、一種曝光方法，其特征在于其包括照明工程，使用權(quán)利要求49所述的光學(xué)照明裝置進(jìn)行照明；以及曝光工程，對(duì)該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。
權(quán)利要求
1.一種光束變換元件，能夠依據(jù)入射光束在所定面形成所定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，該光束變換元件包括第一基本元件，由有旋光性的光學(xué)材料制成，依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第一區(qū)域分布；以及第二基本元件，由有旋光性的光學(xué)材料制成，依據(jù)該入射光束，形成上述所定的光強(qiáng)度分布之中的第二區(qū)域分布；其中，該第一基本元件與該第二基本元件，在沿光的透過方向的厚度互異。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束變換元件，其特征在于其利用設(shè)定該第一基本元件的厚度及該第二基本元件的厚度，使在直線偏光射入時(shí)，形成該第一區(qū)域分布的直線偏光的偏光方向，與形成該第二區(qū)域分布的直線偏光的偏光方向不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一區(qū)域分布及該第二區(qū)域分布的位置，被決定在該所定面的以所定點(diǎn)為中心的所定的輪胎狀區(qū)域的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部分，以及通過該第一區(qū)域分布及該第二區(qū)域分布的光束，具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光束變換元件，其特征在于該光強(qiáng)度分布，與該所定輪胎狀區(qū)域有大致同一形狀的外形，且通過第一區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過第二區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光束變換元件，其特征在于該所定的光強(qiáng)度分布，為在該所定輪胎狀區(qū)域內(nèi)分布的多極狀分布；通過該第一區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第一區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份；以及通過該第二區(qū)域分布的光束的偏光狀態(tài)，具有與沿該第二區(qū)域分布的圓周方向以其中心位置的該所定點(diǎn)為中心的圓的切線方向，幾乎一致的直線偏光成份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件及該第二基本元件，采用對(duì)使用波長的光有大于等于100度/mm的旋光能力的光學(xué)材料而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件及該第二基本元件是利用水晶而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的光束變換元件含有大約同數(shù)量的該第一基本元件及該第二基本元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件及該第二基本元件，有繞射作用或折射作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于其中所述的第一基本元件，依據(jù)該入射光束，在該所定面上形成至少二個(gè)該第一區(qū)域分布；以及該第二基本元件，依據(jù)該入射光束，在該所定面上形成至少二個(gè)該第二區(qū)域分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于還包括第三基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第三區(qū)域分布；以及第四基本元件，用有旋光性的光學(xué)材料形成，依該入射光束形成該所定的光強(qiáng)度分布中的第四區(qū)域分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11任一項(xiàng)所述的光束變換元件，其特征在于該第一基本元件及該第二基本元件，為一體化的形成。
13.一種光束變換元件，其特征在于能依入射光束在所定面上，形成與該入射光束的斷面形狀相異的所定的光強(qiáng)度分布；該光束變換元件配置有繞射面或折射面，用以在該所定面上形成該所定的光強(qiáng)度分布；該所定的光強(qiáng)度分布，其分布在該所定面以所定點(diǎn)為中心的所定輪胎狀區(qū)域，即所謂的所定輪胎狀區(qū)域的至少一部份；以及通過所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件輸出的光束，其具有以該所定輪胎狀區(qū)域的圓周方向?yàn)槠夥较虻闹本€偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光束變換元件，其特征在于該所定的光強(qiáng)度分布，其具有多極形狀或輪胎狀的外形。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的光束變換元件，其特征在于該光束變換元件是利用有旋光性的光學(xué)材料形成。
16.一種光學(xué)照明裝置，是利用來自光源的光束以照明一被照射面的光學(xué)照明裝置，其特征在于，該光學(xué)照明裝置包括權(quán)利要求1～15任一項(xiàng)所述的光束變換元件，用以變換來自該光源的光束，以在該光學(xué)照明裝置的照明瞳或其近傍形成照明瞳分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于其中所述的光束變換元件為可與其他特性相異的光束變換元件交換的構(gòu)造。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于在該光束變換元件與該被照射面之間的光路中加設(shè)波面分割型的光學(xué)積分器，以及該光束變換元件，依入射光束在該光學(xué)積分器的的射入面，形成該所定的光強(qiáng)度分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求16～18任一項(xiàng)所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于該所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響。
20.根據(jù)權(quán)利要求16～19任一項(xiàng)所述的光學(xué)照明裝置，其特征在于將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
21.一種曝光裝置，其特征為包括權(quán)利要求16～20任一項(xiàng)所述的光學(xué)照明裝置，所述照明裝置用以照明掩膜，而使該曝光裝置將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的曝光裝置，其特征在于該所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的曝光裝置，其特征在于將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
24.一種曝光方法，其特征在于所述曝光方法包括照明工程，其利用權(quán)利要求16～20任一項(xiàng)所述的光學(xué)照明裝置以照明一掩膜；以及曝光工程，將該掩膜的圖案在感光性基板上進(jìn)行曝光。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的曝光方法，其特征在于該所定面上的光強(qiáng)度分布，及通過該所定輪胎狀區(qū)域的由該光束變換元件輸出的光束的偏光狀態(tài)，二者的至少一方的設(shè)定，需考慮配置在該光源與該被照射面之間的光路中的光學(xué)元件的影響。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的曝光方法，其特征在于將該光束變換元件發(fā)出的光束的偏光狀態(tài)，設(shè)定成在該被照射面照射的光為以S偏光為主成份的偏光狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)照明裝置，不僅能有效地抑制光量損失，且能夠形成圓周方向偏光狀態(tài)的輪胎狀的照明瞳分布。本發(fā)明的光學(xué)照明裝置具有光束變換元件(50)，可依據(jù)入射光束而在所定面形成輪胎狀的光強(qiáng)度分布。該光束變換元件用有旋光性的光學(xué)材料形成，且由依入射光束形成輪胎狀光強(qiáng)度分布中的第一圓弧狀區(qū)域分布的第一基本元件(50A)、形成第二圓弧狀區(qū)域分布的第二基本元件(50B)、形成第三圓弧狀區(qū)域分布的第三基本元件(50C)，以及形成第四圓弧狀區(qū)域分布的第四基本元件(50D)所構(gòu)成。各基本元件在沿光束的透過方向的厚度互異。
文檔編號(hào)G02B19/00GK1883029SQ20048003412
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者豊田光紀(jì) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社尼康