专利名称：光学照明装置、曝光装置以及曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种光学照明装置、曝光装置以及曝光方法，特别是涉及 一种以微影制程来制造半导体组件、摄影组件、液晶显示组件与薄膜磁头 等的微装置的曝光装置。
背景技术：
在此种典型曝光装置中，从光源发射出的光束经由做为光学积分器的 复眼透镜，形成由多数光源所构成的做为实质面光源的二次光源。来自二 次光源的光束，经过配置在复眼透镜后侧焦平面附近的光圈加以限制后， 便入射至聚焦透镜。
被聚焦透镜所聚光的光束则重叠地照明到已形成预定图案的光罩上。 穿透过光罩图案的光则经过投影光学系统，成像在晶圓上。以此方式，光 罩图案便被投影曝光(转印)到晶圓上。此外，形成在光罩上的图案是高积 集度，故对于将此细微的图案转印到晶圓上而言，在晶圓上获得均匀的照 度分布是必须的。
在复眼透镜的后侧焦平面上形成圓形的二次光源，使其大小改变，以 改变照明的同调性(coherence) cr ( a值-光圈孔径/对殳影光学系统的瞳径， 或者a值=照明光学系统出射侧的数值孔径/投影光学系统入射侧的数值孔 径)的技术是相当受到注意的。此外，在复眼透镜的后侧焦平面上，形成轮 带状或四极状的二次光源，以提升投影光学系统的焦深与分辨率的技术也 受到关注。
在上述的传统曝光装置中，因应光罩图案的特性，根据圆形二次光源 来进行一般的圆形照明，根据轮带状或四极状二次光源来进行变形照明(轮 带照明或四极照明)。然而，因应光罩图案特性， 一般是不改变照明光罩的 光的偏振状态，以非偏振状态的光来照明光罩。因此，无法实现所必要的 照明条件，来忠实地转印光罩图案
有鉴于上述问题，本发明的目的提供一种光学照明装置，例如搭载于 曝光装置中，便可以依据光罩图案的特性，抑制光量损且使照明光的偏振 状态改变，得以实施适当的照明条件。
本发明的另一目的是提供一种曝光装置与曝光方法，其使用可以依据 光罩图案的特性，使照明光的偏振状态改变的光学照明装置，因而可以依 据光罩的图案特性，以适当的照明条件来进行优良的曝光。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的第一型态提出一种光学照明装置，其具 有光源部，以提供直线偏振光，并以光源部发出的光来照射被照射面。光 学照明装置包括偏振状态切换手段，其配置在光源部与该被照射面之间的
间切换。
偏振状态切换手段包括去偏振器，可自由地插入与脱离于照明光路中， 依据需要将入射的直线偏振光去偏振。
根据本发明的第 一型态，在特定偏振状态为直线偏振状态的情形时， 偏振状态切换手段可以改变直线偏振的偏振面。此外，偏振状态切换手段 可包括相位部材，依据需求改变入射的直线偏振光的偏振面。在此情形，
相位部材具有1/2波长板，其结晶光学轴以光学照明装置的光轴为中心而 自由地旋转。
此外，依据上述第一型态，去偏振器包括水晶棱镜，其结晶光学轴是 以光学照明装置的光轴为中心而自由地旋转。此外，去偏振器更包括偏振 分光器与反射系统。反射系统是使穿过偏振分光器的光的光路与被偏振分 光器最后反射的光的光路实质上一致，并且使被偏振分光器反射的光在平 面上反射多数次，再回到偏振分光器。偏振分光器与反射系统以光学照明 装置的光轴为中心而自由地旋转。
此外依据上述第一型态的话，去偏振器更包括偏振分光器与反射系统。 反射系统是使穿过偏振分光器的光的光路与被偏振分光器最后反射的光的 光路实质上一致，并且使被偏振分光器反射的光在平面上反射多数次，再 回到偏振分光器。偏振分光器与反射系统可一体地插入与脱离于照明光路。
此外，依据上述第一型态的话，偏振状态切换手段更包括第二相位部 材，将入射的椭圆偏振光转换成直线偏振光。此外，第二相位部材更包括 1/4波长板，且1/4波长板是以光学照明装置的光轴为中心而自由地旋转。
此外，依据上述第一型态的话，配置在光源部与偏振状态切换手段之 间的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行进方向是设定成比 结晶方位<110>更接近<111〉或<100>。在此情形，配置在偏振状态切换手段 与被照射面之间的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行进方 向是设定成比结晶方位<110〉更接近<111〉或<100〉。
上述光穿透部材更包括光学部材，固定地定位在光路中，其中光学部 材的光轴设定成与结晶方位<111>或结晶方位<100>实质上上一致。此外， 光穿透部材包括直角棱镜，做为背面反射镜，其中直角棱镜的入射面与出 射面是设定成实质上上与结晶面{100}—致，并且直角棱镜的反射面设定成 实质上与结晶面{110}—致。此外，光穿透部材更包括平行面板，其可相对
光轴倾斜设置于光路中，使沿着光轴入射的光线平行移动，其中平行面板 的光轴是设定成实质上与结晶方位〈100〉一致。
此外，依据上述第一型态的话，光学照明装置更包括照明瞳分布形成 手段，依据从光源部发出的光束，在光学照明装置的瞳面或瞳面的附近，
形成预定光强度分布；变更手段，用以变更预定光强度分布的形状与大小 的至少其中之一；以及导光光学系统，将从预定光强度分布发出的光束导 引到被照射面。在此情形，偏振状态切换手段是依据预定光强度分布的形 状与大小的至少其中之一的变化，来变更用来照明被照射面的光的偏振状 态。此外，偏振状态切换手段是依据预定光强度分布的形状与大小的至少 其中之一的变化，使用来照明被照射面的光的偏振状态在直线偏振状态与 非偏振状态之间切换。
此外，依据上述第一型态的话，偏振状态切换手段是依据该预定光强 度分布的形状与大小的至少其中之一的变化，在前述特定偏振状态下，光 的史托克参数的Sl成分是满足下列条件0.6 ^ ISII。此外，在非偏振 状态下，光的史托克参数的Sl与S2成分是满足下列条件|S1| ^ 0. l以 及IS21 S 0.1。此外，光学照明装置更包括偏振状态变动修正手段，配置 在光源部与被照射面之间的光路中，用以修正在该被照射面上的偏振状态 的变动。在此情形，偏振状态变动修正手段更包括偏振监视器，配置在偏 振状态切换手段与被照射面之间的光路中，用以检测出光的偏振状态；以 及控制部，依据偏振监视器的输出，以控制偏振状态切换手段。
此外，依据上述第一型态的话，偏振状态切换手段更包括1/2波长板， 具有结晶光学轴以光学照明装置的光轴为中心而自由地旋转；以及1/4波 长板，具有结晶光学轴以光学照明装置的光轴为中心而自由地旋转。使1/4 波长板的结晶光学轴与1/2波长板的结晶光学轴变化时，控制部回应偏振 监视器所得的检测结果，使1/4波长板的结晶光学轴的角度位置定位在所 要位置，以使入射的椭圆偏振光变换成直线偏振光，并且使1/2波长板的 结晶光学轴的角度位置定位在所要位置，以使入射的直线偏振光变换成在 预定方向上具有偏振面的直线偏振光。在此情形，使1/4波长板的结晶光 学轴改变时，控制部将1/4波长板的结晶光学轴的角度位置定位在检测结 果中的史托克参数S1成分的变化对比约略成最大时的第一角度位置，且在 1/4波长板的结晶光学轴设定在第一角度位置的状态下，在使1/2波长板的 结晶光学轴变化时，将1/2波长板的结晶光学轴的角度位置定位在检测结 果中的史托克参数S1成分约略成最大或最小时的第二角度位置。
此外，依据上述第一型态的话，上述偏振监视器更包括分光器，配置 在偏振状态切换手段与被照射面之间的光路中，用以从光路中撷取出与入 射光的偏振状态相异的偏振状态的反射光或是穿透光；以及光强度检测器，
用以检测出被分光器从光路中撷取出的反射光或穿透光的强度，并依据光 强度检测器的输出，以检测出入射到分光器的入射光的偏振状态。在此情 形，分光器具有反射特性或穿透特性，使包含于反射光或该穿透光的P偏
振强度Ip与S偏振强度Is的强度比Ip/Is满足Ip/Is < 1/2或者Ip/Is > 2的条件。
此外，依据上述第一型态的话，光学照明装置更包括照明瞳分布形成 手段，依据光源部发出的光束，在光学照明装置的瞳面或瞳面的附近形成 预定光强度分布，其中照明瞳分布形成手段是沿着对应被照射面上的预定 方向上的瞳面或瞳面的附近的面上的方向，形成隔着间隔的两个高光强度 分布的区域，其中偏振状态切换手段是将从两个高光强度分布区域照明到 被照射面的光的偏振状态，设定成在与预定方向垂直方向上具有偏振面的 直线偏振状态。在此情形，前述两个高光强度分部区域是对称于光学照明 装置的光轴而形成，其中以光轴为中心，与两个高光强度分部区域外接的 外接圓直径cj)o以及瞳面的直径())p的比定义为ao， ao o/(j)p，其中ao 满足下列条件0.7 ^ ao。此外，两个高光强度分部区域是对称于该光 学照明装置的光轴而形成，其中以光轴为中心，与两个高光强度分部区域 外接的外接圆直径(j)o以及瞳面的直径(j)p的比(()o/(l)p定义为ao，且以光轴为 中心，与两个高光强度分部区域内接的内接圓直径(J)i以及瞳面的直径小p的 比小i/(t)P定义为cr i，贝'J 0. 5〇 ai/ao。
本发明的第二型态提供一种光学照明装置，其依据从光源部发出的光， 以特定偏振状态来照明被照射面。
光学照明装置包括导光手段，配置在光源部与被照射面之间的光路中， 将从光源部发出的光导引到被照射面；以及
偏振状态变动修正手段，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用 以修正在该被照射面上的偏振状态变动。
依据上述第二型态的话，偏振状态变动修正手段更包括偏振状态调整 手段，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用以调整在被照射面上的 偏振状态；偏振监视器，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用以检 测出光的偏振状态；以及控制部，依据偏振监视器的输出，以控制偏振状 态调整手段。在此情形，偏振状态调整手段包括可调整相位板，配置在光 源部与偏振监视器之间的光路中。此外，导光手段包括光学部材，具有使 入射的光的偏振状态改变而射出的特性。上述光学部材可由结晶光学材料 所形成。
本发明第三型态提供一种光学照明装置，其依据光源部所发出的光， 来照明被照射面。
此光学照明装置包括导光手段，配置在光源部与被照射面之间的光路
中，用以将光源部发出的光导引到被照射面；
以及偏振状态稳定手段，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用 以稳定在被照射面上的偏振状态。
依据上述第三型态的话，上述偏振状态稳定手段可更包括偏振状态调 整手段，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用以调整在被照射面上
的偏振状态；偏振监视器，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用以 检测出光的偏振状态；以及控制部，依据偏振监视器的输出，以控制偏振 状态调整手段。在此情形，偏振状态调整手段包括可调整相位板，配置在 光源部与偏振监视器之间的光路中。此外，导光手段包括光学部材，具有 使入射的光的偏振状态改变而射出的特性。上述光学部材是由结晶光学材 料所形成。
此外，依据上述第三型态的话，偏振状态稳定手段包括光穿透部材， 其配置在光源部与被照射面之间的光路中，且以立方晶系的结晶材料形成。 在此情形，上述光穿透部材的光行进方向较佳是设定在比结晶方位〈110〉更 近近结晶方位<111〉或结晶方位<100〉。此外光穿透部材具有光学部材，其 固定地定位在前述光路中，该光学部材的光轴较佳是设定成与结晶方位 <111>或结晶方位<100>实质上一致。或者是，前述光穿透部材具有做为背 面反射镜的直角棱镜，较佳而言，前述直角棱镜的入射面与出射面是设定 成与结晶面{100}大约一致，而反射面试设定成与结晶面{110}大约一致。 或者是，光穿透部材具有平行面板，可相对于光轴倾斜地设置在前述光路 中，使沿着光轴入射的光线平行移动。较佳而言，前述平行面板的光轴是 设定成与结晶方位〈100〉大约一致。
本发明第四型态提供一种光学照明装置的调整方法，光学照明装置依 据从光源部发出的光，以特定偏振状态来照明被照射面。
光学照明装置的调整方法包括波长板设定步骤，将1/4波长板的结晶 光学轴设定在光学照明装置的照明光路中的预定角度位置，并且将I/2波 长板的结晶光学轴设定在光学照明装置的照明光路中的预定角度位置。
波长板设定步骤是使1/4波长板的结晶光学轴与1/2波长板的结晶光 学轴分别改变时，依据偏振状态切换手段与被照射面间的光路中所检测出 来的光偏振状态的检测结果，将1/4波长板的结晶光学轴设定在所要位置， 使入射的椭圓偏振光转换成直线偏振光，并且将1/2波长板的结晶光学轴 设定在基准位置，使入射的直线偏振光变换成在预定方向上具有偏振面的 直线偏振光。
依据上述第四型态实施例的话，使1/4波长板的结晶光学轴改变时， 将1/4波长板的结晶光学轴设定在检测结果中的史托克参数S1成分的变化 对比约略成最大时的第一角度位置，且在1/4波长板的结晶光学轴设定在
第一角度位置的状态下，在使1/2波长板的结晶光学轴变化时，将1/2波 长板的结晶光学轴设定在检测结果中的史托克参数S1成分约略成最大或最 小时的第二角度位置。此外，光学照明装置的调整方法更包括照明瞳形成 步骤，依据从光源部发出的光束，在光学照明装置的瞳面或瞳面的附近形
成预定光强度分布；照明瞳变更步骤，用以将预定光强度分布的形状与大 小的至少其中之一变更；波长板重设定步骤，依据预定光强度分布的形状 与大小的至少其中之一的变更，修正设定1/4波长板的结晶光学轴与1/2 波长板的结晶光学轴的至少其中之一 。
本发明第五型态提供一种曝光装置，包括第一至第三型态所记载的光 学照明装置，或利用第四型态所记载的调整方法来进行调整的光学照明装 置，将预定的图案曝光到配置在前述被照射面的感光性基板上。
依据本发明第五型态的话，曝光装置更包括投影光学系统，配置在预 定的图案所设定的第 一设定面与感光性基板所设定的第二设定面之间的光 路中，将预定的图案像形成于第二设定面上；瞳强度分布形成手段，用以 在投影光学系统的瞳与共轭位置或其附近的位置上形成预定光强度分布； 以及瞳强度分布变更手段，用以改变预定光强度分布的形状与大小的至少 其中之一。在此情形，曝光装置更包括偏振状态变更手段，配置在光源部 与被照射面之间的光路中，用以改变照明到被照射面的光的偏振状态，其 中瞳强度分布变更手段依据预定的图案特性，改变预定光强度分布的形状 与大小的至少其中之一 。偏振状态变更手段是依据预定光强度分布的形状 与大小的至少其中之一 的变化，来改变照明到被照射面的光的偏振状态。 此外，在此情形，偏振状态变更手段包括偏振状态切换手段，用以将照明
态切换手段依据预定光强度分布的形状与大小的至少其中之一的变化，在 特定偏振状态与该非偏振状态之间切换。
此外，依据本发明第五型态的话，瞳强度分布形成手段沿着在光罩上 所形成的线与空间图案的间距方向上，以隔着间隔形成两个高光强度分布 区域。偏振状态变更手段将从两个高光强度分部区域照明到被照射面的光 的偏振状态，设定成在与间距方向实质上垂直的方向上，具有偏振面的直 线偏振状态。或者是，瞳强度分布形成手段实质上以光学照明装置的光轴 为中心，形成一个高光强度分部区域，其中偏振状态变更手段是将从高光 强度分部区域照明到被照射面的光的偏振状态，设定成在做为光罩的相移 光罩上所形成的线与空间的间距方向实质上垂直的方向上，具有偏振面的 直线偏振状态。在此情形，高光强度分部区域的大小以及该瞳面的直径())P 的比定义为ci， a /())p，其中cjo满足下列条件ct互0. 4。
本发明第六型态提供一种曝光方法，包括第一至第三型态所记载的光
学照明装置，或利用第四型态所记载的调整方法来进行调整的光学照明装 置，该曝光方法包括照明步骤，经由前述光学照明装置，来照明预定的图 案。
以及曝光步骤，将预定的图案曝光到配置在前述被照射面的感光性基 板上。
依据本发明第六型态的话，曝光方法可更包括投影步骤，使用投影光
学系统，形成预定的图案像；瞳强度分布形成步骤，用以在投影光学系统 的瞳与共轭位置或其附近的位置上形成预定光强度分布；以及瞳强度分布 变更步骤，用以改变预定光强度分布的形状与大小的至少其中之一。在此 情形，瞳强度分布变更步骤更包括依据预定的图案特性，改变预定光强度 分布的形状与大小的至少其中之一，并且依据预定光强度分布的形状与大 小的至少其中之一的变化，来改变照明到被照射面的光的偏振状态。
依据本发明第六型态的话，瞳强度分布形成步骤更包括沿着在光罩上 所形成的线与空间图案的间距方向上，以隔着间隔形成两个高光强度分布 区域，并且将从两个高光强度分部区域照明到被照射面的光的偏振状态， 设定成在与间距方向实质上垂直的方向上，具有偏振面的直线偏振状态。 在此情形，两个高光强度分部区域是对称于光学照明装置的光轴而形成， 其中以光轴为中心，与两个高光强度分部区域外接的外接圓直径小o以及瞳 面的直径(j)P的比定义为cjo， cjo o/())p,其中cjo满足下列条件0. 7 ^ cr o。此外，两个高光强度分部区域是对称于光学照明装置的光轴而形成，其
中以光轴为中心，与两个高光强度分部区域外接的外接圆直径(j)O以及瞳面 的直径小p的比小o/(t)p定义为ao，且以光轴为中心，与两个高光强度分部区 域内"l姿的内4妄圓直径(l)i以及该瞳面的直径())的比(l)i/(j)p定义为a i, 0.5 ^ a i/ (j o。
本发明第七型态提供一种曝光方法，用以将设定在第 一面的光罩的图 案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。此曝光方法包括 第一步骤提供直线偏振光；
第二步骤依据第一步骤所提供的直线偏振光，照明光罩； 第三步骤将被第二步骤照明的光罩的图案曝光到感光性基板上； 第四步骤将第二面上的光的偏振状态，切换于特定偏振状态与非偏 振状态之间，其中依据入射的直线偏振光，依据需求，将用来非偏振化的 去偏光器插入或脱离于照明光路中。
依据本发明第七型态的话，上述曝光方法的第四步骤可更包括改变直 线偏振的偏振面的步骤。此外，曝光方法的第三步骤可更包括使用投影 光学系统将光罩的图案形成到第二面上；在与投影光学系统的瞳共轭的位 置或其附近的位置上，形成预定光强度分布；改变预定光强度分布的形状
与大小的至少其中之一；以及依据预定光强度分布的形状与大小的至少其
中之一的变化，改变照明被照射面的光的偏振状态。
本发明第八型态提供一种曝光方法，用以将设定在第 一面的光罩的图
案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。曝光方法包括 第一步骤提供光；
第二步骤依据第一步骤所提供的光，照明光罩；
第三步骤，将在第二步骤被照明的光罩的图案曝光到感光性基板上；
以及
第四步骤，修正在第二面上的光的偏振状态的变动。 依据本发明第八型态的话，曝光方法更包括第五步骤，检测出光的偏 振状态。
第四步骤更包括一步骤，依据第五步骤所检测出的光偏振状态，来调 整第二面上的偏振状态。
本发明第九型态提供一种光学照明装置，其依据光源部发出的光，以 特定的偏振状态来照明被照射面。
光学照明装置包括偏振状态变更手段，配置在光源部与被照射面之间 的光路中，以改变照明上述被照射面的光的偏振状态；以及
纵横比变换手段，用以改变在与前述被照射面在实质上为傅立叶转换 关系的照明瞳上所形成的光强度分布的纵横比。
依据本发明第九型态的话，偏振状态变更手段可具备偏振状态切换手
态之间作切换。此外，'依据本发明第九实施例的话，纵横比变^b手段为配 置在与前述被照射面在实质上为傅立叶转换关系的位置或其附近，并且包 括光学组件群，其具有改变垂直的两个方向上的放大率的功能。
本发明第十型态提供一种曝光装置，包括上述第九型态所记载的光学 照明装置，用以将光罩的图案曝光到配置在前述被照射面上的感光性基板。
依据本发明第十型态的话，前述偏振状态变更手段依据光罩的图案特 性，来变更光的偏振状态；前述纵横比变化手段依据光罩的图案特性，来 改变在照明瞳上所形成的光强度分部的纵横比。
本发明的第十 一型态提供一种曝光方法，将设定在第 一面的光罩图案， 曝光到设定在第二面的感光性基板上。此曝光方法包括'
第一步骤提供特定偏振状态的光；
第二步骤依据第一步骤所提供的光，照明光罩；
第三步骤将在第二步骤被照明的光罩图案，曝光到感光性基板上；
第四步骤变更在第二面上的光的偏振状态；
第五步骤改变在与第二面在实质上为傅立叶转换关系的照明瞳上所
形成的光强度分布的纵横比。
依据上述第十一型态的话，第四步骤依据光罩的图案特性来改变光的 偏振状态。此外，依据上述第十一型态的话，第五步骤依据光罩的图案特 性来改变照明睹上所形成的光强度纵横比。
本发明第十二实施例提供一种光学照明装置，以光源部发出的光来照
射被照射面。光学照明装置包括
偏振照明设定手段，用以将照明被照射面的光的偏振状态，设定成特 定偏纟展状态；以及
光学积分器，配置在光源部与被照射面之间。
光学积分器包括沿着预定第 一方向的间距排列而成的第——维圆柱透 镜阵列；以及以沿着与第 一方向交叉的第二方向的间距排列而成的第二一 维圆柱透镜阵列。
依据本发明第十二型态的话，第一与第二一维圆柱透镜阵列为一体地 设置在光穿透性基板上。
依据本发明第十二型态的话，光学照明装置包括多数个包含第一与第 二一维圓柱透镜阵列的圓柱透镜阵列板。该些圓柱透镜阵列板是沿着光学 照明装置的光轴方向，隔着一间隔来配置。此外，沿着第——维圓柱透镜 阵列的第 一方向的间距以及沿着第二一维圓柱透镜阵列的第二方向的间 距，至少要有 一个在2mm以下的间距。
本发明第十三型态提供一种曝光装置，包括第十二型态所记载的光学 照明装置，将光罩的图案曝光到配置前述被照射面的感光性基板上。
本发明第十四型态提供一种曝光方法，包括照明步骤使用第十二型 态所记载的光学照明装置，来照明光罩；以及曝光步骤，将前述光罩的图 案曝光到配置在前述被照射面上的感光性基板上。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本 发明是有关于一种光学照明装置、曝光装置以及曝光方法。该光学照明装 置，例如搭载于曝光装置中，便可以依据光罩图案的特性，抑制光量损且 使照明光的偏振状态改变，得以实施适当的照明条件。具有提供直线偏振 光的光源部l,以光源部发出的光来照明被照射面(M、 W)。光学照明装置具 有偏振状态切换手段(IO、 20)，配置在光源部与被照射面之间的光路中，
切i。偏振状态切换手段更具有去偏振器其架构i可以自在地插入与 脱离于照明光路中，并且可依据所需将入射的直线偏振光去偏振。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附
图，详细说明如下。
图1绘示具有本发明实施例的光学照明装置的曝光装置的结构示意图。
图2绘示以轮带照明与四极照明所以形成的轮带状二次光源与四极状 二次光源的示意图。
图3绘示以二极照明所以形成的二极状二次光源的示意图。 图4绘示图1的相位部材与去偏振器的架构示意图。 图5绘示第一变化例的偏振状态切换手段的架构示意图。 图6绘示第二变化例的偏振状态切换手段的架构示意图。 图7绘示第三变化例的偏振状态切换手段的架构示意图。 图8绘示变化例的去偏振器的架构示意图。
图9绘示在图1中配置在光源与偏振状态切换手段之间的光束匹配单 元的内部构造示意图。
图IO绘示关于萤石的结晶方位的说明图。
图11绘示在偏振状态切换手段中所附设的用来将椭圓偏振变换成直线 偏振的1/4波长板的示例图。
图12绘示制作半导体组件以做为微电子组件的方法流程图。
图13绘示制作液晶显示组件以做为微电子组件的方法流程图。
图14绘示在二极照明中，以直线偏振状态的光来照射光罩的概略示例图。
图15绘示在圓形照明中，以直线偏振状态的光来照射光罩的概略示例图。
图16绘示在图1的曝光装置中，附设用来检测照明光的偏振状态的偏 振监视器的架构示意图。
图17绘示图16的偏振监视器的内部结构的立体示意图。
图18绘示图11中偏振状态切换手段的1/4波长板的结晶光学轴与1/2 波长板的结晶光学轴的调整方法流程图。
图19绘示当1/4波长板的结晶光学轴固定在-45度的标准角度位置时， 1/2波长板的结晶光学轴在各角度位置的偏振监视器的输出变化图。
图20绘示当1/4波长板的结晶光学轴设定在各角度位置的状态时，1/2 波长板的结晶光学轴在各角度位置的偏振监视器的输出变化图。
图21绘示1/4波长板的结晶光学轴在各角度位置的状态下的偏振监视 器的输出对比变化图。
图22绘示当1/4波长板的结晶光学轴固定在使椭圓偏振光变换成直线 偏振光的第一角度位置时，1/2波长板的结晶光学轴在各角度位置的偏振监 视器的输出变化图。图23绘示具有与图1或图16相异结构的照明瞳分布形成手段的曝光
装置的架构示意图。
图24绘示在图23中，配置在远焦透镜的前侧透镜群与后侧透镜群之 间的光路中的圆锥旋轴三棱镜光学系的架构示意图。
图25绘示圆锥旋轴三棱镜光学是对于在图23变化例的轮带照明中所 形成的二次光源的作用说明图。
图26绘示变焦透镜对于在图23变化例的轮带照明中所形成的二次光 源的作用说明图。
图27绘示在图23中，配置在远焦透镜的前侧透镜群与后侧透镜群之 间的光路中的第 一 圓柱透镜对与第二圆柱透镜对的架构示意图。
图28绘示第一圆柱透镜对与第二圓柱透镜对对于在图23变化例的轮 带照明中所形成的二次光源的作用说明图。
图29绘示第一圓柱透镜对与第二圓柱透镜对对于在图23变化例的轮 带照明中所形成的二次光源的作用说明图。
图30绘示第一圓柱透镜对与第二圓柱透镜对对于在图23变化例的轮 带照明中所形成的二次光源的作用说明图。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所釆取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学照明装置、曝光 装置以及曝光方法其具体实施方式
、结构、方法、步骤、特征及其功效， i羊细"i兌明长口后。
图1为概略绘示具备本发明实施例的光学照明装置的曝光装置架构图。 如图1所示，沿着感光基板的晶圓W的法线方向为设定为Z轴，在晶圓W 表面上平行于图1图面的方向为设定为Y轴，在晶圓W表面上垂直于图1 图面的方向为设定为X轴。此外，在图1中，光学照明装置为设定进行轮 带照明。
本实施例曝光装置具备激光光源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长248nm光的KrF准分子激光光源，或者是提供 波长193nm光的ArF准分子激光光源等。从激光光源1沿着Z方向射出的 大略平行光束，具有在X方向上延伸成细长矩形的剖面，并且入射到由透 4竟对2a， 2b所构成的光扩散器(beam expander )2。各透4竟2a, 2b在图1 图面上(YZ平面上)分别具有负折射能力与正折射能力。因此，入射到光扩 散器2的光束在图1图面上会被扩大，而被整形成具有预定矩形剖面的光 束。
透过做为整形光学系统的光扩散器2的大略平行光束被偏向镜3片偏
向到Y方向后，经由相位部材10、去偏振器(非偏振化组件)20以及绕射光 学组件4，入射至远焦变焦透镜(afocal zoom lens) 5。相位部材10与去偏 振器20的构造与作用会在下文详述。 一般来说，绕射光学组件为在基板上 形成具有曝光光(照明光)的波长左右间隔(pi tch)的阶梯构造，并具有将入 射光束绕射到预定角度的作用。具体来说，当具有矩形剖面的平行光束入 射时，绕射光学组件4具有在其远场(far field)或夫琅和费(fraunhofer) 绕射区域上，形成圓形光强度分布的功能。
因此，经过绕射光学组件4的光束，会在远焦变焦透镜5的瞳位置上 形成圆形光强度分布，亦即具有圓形剖面的光束。绕射光学组件4为架构 成可以从照明光路退避的结构。远焦变焦透镜5为架构成一边维持远焦系 统(无焦点光学系统)， 一边以在预定的范围内连续地改变倍率。透过远焦 变焦透镜5的光束入射至轮带照明用绕射光学组件6。远焦变焦透镜5实质 将绕射光学组件4的发射原点与绕射光学组件6的绕射面彼此光学共轭地 连结在一起。聚光于绕射光学组件6的绕射面上或其附近面上的一点的数 值孔径为与远焦变焦透镜5的倍率相关的方式来变化。
当平行光束入射时，轮带照明用绕射光学组件6具备在它的远场上形 成环状光强度分布的功能。绕射光学组件6架构成可以自由地插脱于照明 光路上，并且四极照明用绕射光学组件60、圓形照明用绕射光学组件61、 X方向二极照明用绕射光学组件62与Y方向二极照明用绕射光学组件63等 为架构成可以彼此互相切换。四极照明用绕射光学组件60、圆形照明用绕 射光学组件61、 X方向二极照明用绕射光学组件62与Y方向二极照明用绕 射光学组件63等的结构与作用会在下文中叙述。
经过绕射光学组件6的光束会入射至变焦透镜7。微透镜阵列(micro lens array,或复眼透镜)8的入射面为被定位在变焦透镜7的后侧焦平面 附近。微透镜阵列8为由排列成纵列且密集的多数个具有正折射能力微小 透镜所构成的光学组件。 一般而言，微透镜阵列为利用例如在平行面板上 进行蚀刻处理以形成微小透镜群的方式来架构而成。
构成微透镜阵列的各微小透镜为比构成复眼透镜的各透镜组件更微 小。此外，微透镜阵列与彼此相互隔离的透镜组件所构成的复眼透镜不同， 多数个微小透镜(微小折射面)并不互相隔离，而是一体形成。但是，从具 有正折射能力的透镜组件被排列成纵横方式这点来看，微透镜阵列与复眼 透镜相同，为波前分割型的光学积分器。
如上所述，从透过绕射光学组件4，形成于远焦变焦透镜5的瞳位置上 的圓形光强度的光束，从远焦变焦透镜5射出后，会成为具有各种角度成 分的光束，而入射至绕射光学组件6。换句话说，绕射光学组件4为构成具 有角度光束成形功能的光学积分器。另一方面，当平行光束入射时，绕射
光学组件6具备做为在其远场上形成环状光强度分布的光束变换组件的功
能。因此，透过绕射光学组件6的光束会在变焦透镜7的后侧焦平面上(也 在微透镜阵列的入射面上)，形成以例如光轴AX为中心的轮带状照野。
微透镜阵列8的入射面上所形成的轮带状照野的外径为相依于变焦透 镜7的焦点距离而改变。如此，变焦透镜7在实质上以傅立叶转换关系来 连结绕射光学组件5与微透镜阵列8的入射面。入射至微透镜阵列8的光 束为被二次元地分割，在微透镜阵列8的后侧焦平面上，则如图2A所示， 会形成与入射光束所形成的照野相同的轮带状多数个光源(以下称为二次 光源)。
从微透镜阵列8后侧焦平面上所形成的轮带状二次光源发出的光束， 在受到聚焦光学系统9的聚光作用后，便重叠地照明到已经形成预定图案 的光罩M上。透过光造M的图案的光束，经过投影光学系统PL，便将光罩 图案的影像形成于感光性基板的晶圓W上。据此，在与投影光学系统PL的 光轴AX垂直的平面(XY平面)上， 一边以二维地驱动控制晶圓W， 一边做整 体曝光或扫描曝光，而将光罩M的图案逐一地曝光于晶圆W上的各个曝光 区域上。
在本实施例中，当远焦变焦透镜5的倍率改变时，轮带状二次光源的 中心高度(圓形中心线的与光轴AX的距离)dO并不会改变，仅有它的宽度(夕卜 径(直径)与内径(直径)之差的1/2)w0会改变。亦即，利用使远焦变焦透镜 5的倍率改变，可以使轮带状二次光源的大小(外径)以及它的形状(轮带比 内径/外径)同时改变。
此外，当变焦透镜7的焦距改变时，轮带状二次光源的轮带比不会改 变，中心高度d0及宽度w0会同时改变。亦即，利用使变焦透镜7的焦距 改变，可以不改变轮带状二次光源的轮带比，而改变外径。如上所述，在 本实施例中，利用适当地改变远焦变焦透镜5的倍率与变焦透镜7的焦距， 可以不使轮带状二次光源的外径改变，仅改变它的轮带比。
此外，利用将绕射光学组件60设定在照明光路中以取代绕射光学组件 6，可以进行四极照明。当平行光束入射时，四极照明用绕射光学组件60 具备在其远场上形成四点状光强度分布的功能。因此，经过绕射光学组件 60的光束会在微透镜阵列8的入射面上，形成例如以光轴AX为中心的四个 圓形照野所构成的四极状照野。因此，如图2A所示，在微透镜阵列8的后 侧焦平面上，也会形成与其入射面上所形成照野相同的四极状二次光源。
在四极照明中，也与^^带照明时相同，藉由4吏远焦变焦透镜5的倍率 改变，可以一起改变四极状二次光源的外径(四个圓形面光源的外接圓的直 径)Do与轮带比(四个圓形面光源的内接圓的直径Di/四个圓形面光源的外 接圓的直径Do)。此外，藉由使变焦透镜7的焦距改变，可以不改变四极状
二次光源的轮带比，而改变它的外径。因此，利用适当地改变远焦变焦透 镜5的倍率与变焦透镜7的焦距，可以不使四极状二次光源的外径改变， 仅改变它的轮带比。
此外，藉由使绕射光学组件4从照明光路退避，并且将圆形照明用绕
射光学组件61设定在照明光路中以取代绕射光学组件6或60,便可以进行 一般圆形照明。在此情形，沿着光轴AX而具有矩形剖面的光束便入射至远 焦变焦透镜5。入射到远焦变焦透镜5的光束便依据它的倍率被放大或缩小， 具有矩形剖面的光束就这样沿着光轴AX从远焦变焦透镜5出射，再入射至 绕射光学组件61。
与绕射光学组件4的情形相同，当具有矩形剖面的平行光束入射时， 圆形照明用绕射光学组件61具备在其远场形成圓形光强度分布的功能。因 此，以绕射光学组件61所形成的圓形光束经过变焦透镜7，在微透镜阵列 8的入射面处，形成以光轴AX为中心的圆形照野。结果，在微透镜阵列8 的后侧焦平面也形成以光轴AX为中心的圓形二次光源。在此情形，利用改 变远焦变焦透镜5的倍率或变焦透镜7的焦点，便可以适当地改变圓形二 次光源的外径。
接着，利用将绕射光学组件62设定在照明光路中以取代绕射光学组件 6、 60或61，便可以进行X方向二极照明。当平行光束入射时，X方向二极 照明用绕射光组件62具备在其远场沿着X方向上，形成相隔一间隔的两点 状光强度分布的功能。因此，经过绕射光学组件62的光束便在微透镜阵列 8的入射面上，形成例如以光轴AX为中心，沿着X方向上，形成由相隔一 间隔的两个圓形照野所构成的二极状照野。结果，如图3A所示，与入射面 上所形成的照野相同，在微透镜阵列8的后侧焦平面上，也会沿着X方向 形成二极状二次光源。
此外，利用将绕射光学组件63设定在照明光路中以取代绕射光学组件 6、 60、 61或62,便可以进行Y方向二极照明。当平行光束入射时，Y方向 二极照明用绕射光组件63具备在其远场沿着Z方向(在光罩与晶圓上为对 应到Y方向)上，形成相隔一间隔的两点状光强度分布的功能。因此，经过 绕射光学组件63的光束便在微透镜阵列8的入射面上，形成例如以光轴AX 为中心，沿着Z方向上，形成由相隔一间隔的两个圓形照野所构成的二极 状照野。结果，如图3B所示，与入射面上所形成的照野相同，在微透镜阵 列8的后侧焦平面上，也会沿着Z方向形成二极状二次光源。
在二极照明中也与四极照明的情形相同，藉由改变远焦变焦透镜5的 倍率，可以一起变更二极状二次光源的外径(两个圓形面光源的外接圓直 径)do以及轮带比(两个圆形面光源的内接圓直径di/两个圓形面光源的外 接圆直径)。此外，藉由改变变焦透镜7的焦距，可以不改变二极状二次光源的轮带比，而改变它的外径。结果，藉由适当地改变远焦变焦透镜5的 倍率与变焦透镜7的焦距，便可以不改变二极状二次光源的外径，而仅改 变它的轮带比。
图4绘示图1的相位部材与去偏振器的概略示意图。参考图4所示， 相位部材10为以其结晶光学轴可以光轴AX为中心自由地旋转的1/2波长 板来架构而成。另一方面，去偏振器20为由楔形水晶棱镜20a以及具有与 此水晶棱镜20a相辅形状的楔形石英棱镜20b所构成。水晶棱镜20a与石 英棱镜20b为架构成一体的棱镜组合体，且可自由地插脱于照明光路。当 使用KrF准分子激光光源获ArF准分子激光光源做为激光光源1时，因为 从此光源射出的光的偏振度一般具有95%以上的偏振度，故大致直线偏振光 便入射至1/2波长板10。
当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的直线偏振的偏振面为设定 成0度或90度时，入射至1/2波长板的直线偏振光会直接通过，而不会改 变偏振面。此外，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的直线偏振的 偏振面为设定成45度时，入射至1/2波长板的直线偏振光会变换成偏振面 仅改变90度的直线偏振光。当水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射的直 线偏振的偏振面为设定成45度时，入射至水晶棱镜20a的直线偏振光会变 换成非偏振状态的光(非偏振化)。
在本实施例中，当去偏振器20定位在照明光路中时，水晶棱镜20a的 结晶光学轴相对于入射的直线偏振的偏振面是设定成45度。换句话说，当 水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射的直线偏振的偏振面是设定成0度 或90度时，入射至水晶棱镜20a的直线偏振光会直接通过，而不会改变偏 振面。此外，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的直线偏振的偏振 面是设定成22. 5度时，入射至1/2波长板10的直线偏振光会被转换成非 偏振状态的光，其包含偏振面不会改变而直接通过的直线偏振成分以及偏 振面仅改变90度的直线偏振成分。
如上所述，在本实施例中，从激光光源1发出的直线偏振光是入射至 1/2波长板10。但，为了简化以下的说明，P偏振(图l中，在l/2波长板 的位置上，于Z方向具有偏振面的直线偏振，以下称为Z方向偏振)的光入 射到1/2波长板10。当将去偏振器20定位在照明光路中时，1/2波长板10
0度或90度时，入射到1/2波长板10口的P偏振(Z方向偏振)的光会直:通 过，而不改变它的偏振面，再入射至水晶棱镜20a。因为水晶棱镜20a的结 晶光学轴相对于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被设定为45 度，入射至水晶棱镜20a的P偏振(Z方向偏振)的光会被转变为非偏振状态 的光。经过水晶棱镜20a而被非偏振化的光，经过用来补偿光行进方向的
做为补偿器的石英棱镜20b,以非偏振状态来照明光罩M(进而晶圓W)。另
一方面，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射P偏振(Z方向偏振)的 偏振面所成的角度被设定为45度时，入射到1/2波长板10的P偏振(Z方 向偏振)的光的偏振面会改变90度，而成为S偏振(图1中，在l/2波长板 位置上，于X方向具有偏振面的直线偏振，以下称为X偏振)的光，再入射 至水晶棱镜20a。因为水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射S偏振(X方 向偏振)的偏振面所成的角度被设定为45度，入射至水晶棱镜20a的S偏 振(X方向偏振)的光会被转变为非偏振状态的光。经过石英棱镜20b，以非 偏振状态来照明光罩M。
相对地，使偏振器20从照明光路退避的情形下，当1/2波长板10的
度或90度时，入射到1/2波长板10 ; P偏振(Z方向偏振)的光会直接通过， 而不改变它的偏振面，并以P偏振(Z方向偏振)状态的光来照明光罩M。另 一方面，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射P偏振(Z方向偏振)的 偏振面所成的角度被设定为45度时，入射到1/2波长板10的P偏振(Z方 向偏振)的光的偏振面会改变90度，而成为S偏振，并且以S偏振(X方向 偏振)状态的光来照明光罩M。
如上所述，在本实施例中，藉由将去偏振器20插入照明光路来定位， 可以非偏振状态来照明光罩M。此外，藉由使去偏振器20从照明光路上退 避并且将1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射P偏振(Z方向偏振)的偏 振面所成的角度被设定为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从照明光路上退避并且将1/2波长板10的结晶光学轴 相对于入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被设定为45度，便可 以S偏振(X方向偏振)状态，来照明光罩M。
换言之，在本实施例中，藉由1/2波长板10与去偏振器20所构成的 偏振状态切换手段的作用，照明到做为被照射面的光罩M(或晶圆W)的光的
照明时，可以在P光状态与S偏振状态之间(互相垂直的偏振状态之间)互 相切换。因此在本实施例中，因为因应光罩M的图案特性来抑制光量损失， 并且使照明光的偏振状态改变来实现适当的照明条件，故可以依据光罩M 的图案特性而实现的适当的照明条件，来进行良好的曝光。特别是，以直 线偏振光来照明时，在偏振状态切换手段处实质上没有光量损失下，来自 光源1的直线偏振可以导引到被照射面。
具体而言，例如藉由设定在X方向二极照明，以及在光罩M上沿着X 方向，以具有偏振面的直线偏振状态的光来照明光罩M，在晶圓W上的临界 层，沿X方向的线宽的极小图案可以忠实地曝光。接着，例如藉由切换成Y
方向二极照明，并且以在光罩M上沿Y方向上具有偏振面的直线偏振状态
的光来对光罩M照明，在晶圓W上的同一临界层，沿X方向的线宽的极小
图案可以忠实地曝光。
接着，在临界层的双重曝光结束后，例如还是以二极照明方式，或者 是切换成四极照明或轮带照明或圆形照明，并且以非偏振状态的光来照明 光罩M,晶圓W上的非临界层(中间层或粗糙层(rough layer))的线宽较宽 的二维图案可以高产量来曝光。但是这是一个例子。 一般而言，藉由依据 光罩M的特性来设定二次光源的适当的形状或大小，并且将照明光罩M的 光设定成适当的偏振状态，便可以适当的照明条件来进行良好的曝光。
实际上，在P偏振光线倾斜入射到晶圆W的情形以及S偏振光线倾斜 入射到晶圆W的情形，在晶圓W上所形成的光阻层表面的散射是不相同的。 具体而言，S偏振者会比P偏振有较高的反射率，因此P偏振会比S偏振更 会深达光阻层的内部。利用这种相对于光阻层的P偏振与S偏振光学特性 差异，因应光罩M的图案特性，使照明光的偏振状态改变，以实现适当的 照明条件的话，便可以适当的照明条件来进行良好的曝光。
此外，在上述实施例中，做为须因应需要使入射的直线偏振光线的偏 振面改变的相位部材的1/2波长板10是配置在光源侧，做为必须因应需要 使入射的直线偏振光线成为非偏振的去偏振器20是配置在光罩侧。但是， 并不限定在此方式，将去偏振器20配置在光源侧且将1/2波长板10配置 在光罩侧也可以获得相同的光学作用与效果。
再者，于上述实施例中，做为用来补偿经过水晶棱镜20a的光线的行 进方向的补偿器是使用石英棱镜20b。但是，并不是只限于此方式。对于 KrF准分子激光或ArF准分子激光的高耐久性的光学材料，如水晶或萤石等 所形成的楔型棱镜，也可以用来做为补偿器。此点对于其它相关的变化例 也是相同的。
图5是绘出第一变化例的偏振状态切换手段的结构示意图。图5第一 变化例所示的偏振切换手段，与图4实施例所示的偏振切换手段具有类似 的构造。但是，相对于图4的去偏振器20是架构成可以自由插入与脱离于 照明光路，而在图5的第一变形例中，构成去偏振器20的水晶棱镜20a与 石英棱镜20b是架构成可以一体地以光轴AX为中心而自由地旋转。而水晶 棱镜20a的结晶光学轴以光轴AX为中心而自由地旋转是基本上的差异点。 接着，着重于与图4实施例的差异点，来说明图5的变化例。
在第1变化例中，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的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 长板10的P偏振(Z方向偏振)的光并不会改变它的偏振面，以P偏振(Z方 向偏振)直接通过，而入射至水晶棱镜20a。此时，当水晶棱镜20a的结晶
光学轴相对于入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被设定在
45度，入射到水晶棱镜20a的P偏振(Z方向偏振)的光被转换成非偏振状 态，并且经由石英棱镜20b，以非偏振状态来照明光罩M。此外，当水晶棱
是被设定在0度或90度，入射到水晶棱镜20a口的P偏振(Z方向偏振)的光 并不会改变它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通过，并且经由石英棱 镜20b，以P偏振(Y方向偏振)状态来照明光罩M。
另一方面，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的P偏振(Z方向 偏振)的偏振面所成的角度是被设定在45度，入射到1/2波长板10的P偏 振(Z方向偏振)的光会仅改变90度，而变成S偏振(X方向偏振)的光，再 入射到水晶棱镜20a。此时，当水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射的P 偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被设定在45度，入射到水晶棱镜 20a的S偏振(X方向偏振)的光被转换成非偏振状态，并且经由石英棱镜 20b，以非偏振状态来照明光罩M。此外，当水晶棱镜20a的结晶光学轴相 对于入射的S偏振(X方向偏振)的偏振面所成的角度是被设定在0度或90 度，入射到水晶棱镜20a的S偏振(X方向偏振)的光并不会改变它的偏振面， 以S偏振(X方向偏振)直接通过，并且经由石英棱镜20b，以S偏振(X方向 偏振)状态来照明光罩M。
如以上所述，在图5的第一变化例中，利用围绕1/2波长板10的光轴 AX的旋转以及围绕水晶棱镜20a的光轴AX的旋转，用来照明光罩的光的偏 振状态便可以在直线偏振状态与非偏振状态之间切换。在以直线偏振光来 照明的情形时，可以在P偏振状态与S偏振状态之间切换。此外，图5的 第一变化例中也将1/2波长板10配置在光源侧而将去偏振器20配置在光 罩侧，但是将去偏振器20配置在光源侧且将配置1/2波长板10在光罩侧 也可以获得相同的光学作用与效果。
图6是绘示第二变化例的偏振切换手段的结构示意图。图6的第二变 化例所示的偏振切换手段，具有类似于图4实施例的偏振切换手段的结构。 但是，在图4的实施例中，去偏振器20是架构成可以自在地插入脱离于照 明光路，相对于此，图6所示的第二变化例是^l巴去偏振器20以故定的方式 定位在照明光路中。这点是基本上的差异。接着，便着重在与图4实施例 的差异点，来说明图6的第二变化例。
在第二变化例中，水晶棱镜20a结晶光学轴的相对于入射的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，当1/2波 长板10的结晶光学轴相对于入射的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波长板10的P偏振(Z方向偏振) 的光并不会改变它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通过，而入射至水
晶棱镜20a。因为水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射的P偏振(Z方向 偏振)的偏振面所成的角度是被定位在G度或90度，入射到水晶棱镜20a 的P偏振(Z方向偏振)的光并不会改变它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振) 直接通过，并且经由石英棱镜20b,以P偏振(Y方向偏振)状态来照明光罩 M。
此外，当1/2波长板IO的结晶光学轴相对于入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是设定在45度，入射到水晶棱镜20a的P偏振(Z方向 偏振)的光，偏振面仅变化90度，而成为S偏振(X方向偏振)，再入射至水 晶棱镜20a。因为水晶棱镜20a的结晶光学轴是相对于入射的S偏振(X方 向偏振)的偏振面而被定位在Q度或90度的角度，故入射至水晶棱镜20a 的S偏振(X方向偏振)的光的偏振面并不会改变，以S偏振(X方向偏振)直 接通过，经由石英棱镜20b,以S偏振的状态来照明光罩M。
再者，当1/2波长板10的结晶光学轴相对于入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是设定在22. 5度，如前所述，入射到1/2波长板10 的P偏振(Z方向偏振)的光并不会改变偏振面，包含其状态直接通过的P偏 振(Z方向偏振)成分与偏振面改变90度的S偏振(X方向偏振)成分，转换 成非偏振状态，再入射至水晶棱镜20a。因为水晶棱镜10a的结晶光学轴是 相对于入射的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 水晶棱镜20a的P偏振(Z方向偏振)成分与S偏振(X方向偏振)成分也不会 改变偏振面而直接通过，经过石英棱镜20b，以非偏振状态来照明光罩M。
如以上所述，在图6的第二变化例中，利用在将去偏振器20固定地定 位在照明光路中的状态，使1/2波长板10围绕光轴AX适当地旋转，用来
在以直线偏振光来照明的情;时，可以在P偏振i态与S偏振状态之间切 换。此外，图6的第二变化例中也将1/2波长板10配置在光源侧而将去偏 振器20配置在光罩侧，但是将去偏振器20配置在光源侧且将配置1/2波 长板IO在光罩侧也可以获得相同的光学作用与效果。
图7是绘示第三变化例的偏振切换手段的结构示意图。图7的第三变 化例所示的偏振切换手段，具有类似于图5第一变化例的偏振切换手段的 结构。但是，在图5的第一变化例中，偏振切换手段是由1/2波长板10与 去偏振器20构成；相对于此，图7所示的第三变化例中，偏振状态切换手 段仅仅由可以光轴AX为中心自由地旋转的去偏振器所构成，这点是基本上 的差异。接着，便着重在与图5第一变化例的差异点，来说明图7的第三 变化例。
在第三变化例中，当水晶棱镜20a的结晶光学轴相对于入射的P偏振 (Z方向偏振)的偏振面是被设定成45度的角度，入射到水晶棱镜20a的P
偏振便变更成非偏振状态，再经由石英棱镜20b,以非偏振状态来照明光罩
M。另一方面，当水晶棱镜20a结晶光学轴的相对于入射P偏振(Z方向偏振) 的偏振面是被设定为0度或90度的角度，入射到水晶棱镜20a的P偏振(Z 方向偏振)的光并不会改变偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通过，再经 由石英棱镜20b，以P偏振状态(Z方向偏振)来照明光罩M。
如上所述，图7第三变化例中，利用让水晶棱镜20a环绕光轴AX做适 当旋转，照明光罩M的光的偏振状态便可以在直线偏振状态与非偏振状态 之间切换。此外，在图7第三变化例中，去偏振器20是架构成绕光轴AX 来自由地旋转并且可以自由地插入与脱离于照明光路中，藉由使去偏振器 20从照明光路退避，即使设定成以P偏振来照明光罩M，也可以获得相同 的光学作用与效果。
图8为去偏振器变化例架构的示意图。在上述实施例以及第一至第三 变化例中，去偏振器20为采用具有水晶棱镜20a的结构，但是如图8变化 例所示，可以是偏振分光器21a与反射系统(21b-21e)所构成的去偏振器 21。参考图8所示，去偏振器21具备配置在照明光路中的偏振分光器21a。 入射至偏振分光器21a的光中，相对于偏振分光器21a的偏振分离面，P偏 振光(在图中，其偏振方向以双箭头表示)会穿透偏振分光器21a。
另一方 面，相对于偏振分光器21a的偏振分离面，S偏振光(在图中， 它的偏振方向以点来表示)被偏振分光器21a反射后，便利用四个反射镜 21b 21e所构成的反射系统的作用，在平行于图8图面的平面上，被反射 四次，而回到偏振分光器21a。在此，反射系统(21b-21e)是架构成使穿过 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，穿过偏振分光器21a的P偏振光以及被 偏振分光器21a做最后反射的S偏振光会沿着大致同一光路，从去偏振器 21被射出。但是，S偏振光会相对于P偏振光而被延迟反射系统(21b ~ 21e) 的光路长。
偏振分光器21a与反射系统(21b 21e)所构成的去偏振器21，基本上 是与由水晶棱镜20a与石英棱镜20b所构成的去偏振器20具有等举的光学 作用。因此，实施例以及第一至第三变化例的去偏光器20可以图8变化例 的去偏光器21来更换。换句话说，在将去偏光器21应用于图4实施例的 情形时，偏振分光器21a与反射系统(21b-21e)是架构成可以一体地且自 在地插入脱离于照明光^各。
此外，将去偏振器21应用于图5第一变化例或图7第三变化例的情形 时，偏振分光器21a与反射系统(21b 21e)是架构成可一体地以光轴AX为 中心做自由地旋转。再者，将去偏振器21应用于图6第二变化例的情形时， 偏振分光器21a与反射系统(21b 21e)是被固定地定位在照明光路中。
在图8变化例的去偏振器21中，藉由将反射系统(21b 21e)的光路长 在实质上是设定成大于照明光(曝光光)的可干涉距离，可以达到降低照明 光罩M的激光光的同调性(干涉性)，进而可以达到降低在晶圆W上的光谱 对比。此外，具备偏振分光器与反射系统，可应用于本发明的去偏光器的 详细构造与其各种变化例，可以参考例如特开平11-174365号公报、特开 平11-312631号公报、特开2000-223396号公报等。
图9是绘示图1中配置于光源与偏振状态切换手段之间的光调和单元 (beam matching unit, BMU)的内部构造示意图。如图9所示，光调和单元 MBU中，激光光源1 (例如KrF准分子激光光源或ArF准分子激光光源)所供 应的平行光，经过偏角棱镜对31与平行面板32后，入射至光扩散器2。激 光光源1是设置在例如下层的底板A上。
在此，偏角棱镜对31中至少有一个是架构成可以光轴AX为中心而自 由旋转。因此，藉由使偏角棱镜对31绕着光轴AX做相对旋转，便可以调 整相对于光轴AX的平行光束的角度。亦即，偏角棱镜对31是架构成光束 角度调整手段，用来调整激光光源1所供应平行光束的相对于光轴AX的角 度。此外，平行面板32是架构成在垂直于光轴AX的面上，可以绕着垂直 的两个轴线做旋转。
因此，藉由使平行面板32绕着各轴线旋转，使倾斜于光轴AX，平行光 束便可以相对于光轴AX做平行移动。亦即，平行面板32是架构成光束平 行移动手段，用来使激光光源1所提供的平行光束相对于光轴AX做平行移 动。如此，通过偏角棱镜对31与平行面板32的从激光光源1所发出的平 行光束，在经过光扩散器2,被扩大整形成具有预定剖面形状的平行光束后， 便入射至第一直角棱镜33。
利用做为背面反射镜的第 一 直角棱镜3 3而被偏向到垂直方向的平行光 束，在被同样做为背面反射镜的第二直角棱镜34至第五直角棱镜37依序 反射后，便通过上层底板B的开口部，而入射到第六直角棱镜38。如图9 所示，第二直角棱镜至第五直角棱镜37是配置成使被第一直角棱镜33偏 向至垂直方向而往第六直角棱镜的平行光束，迂回于如供应纯水的配管与 换气用的配管39等。
被做为背面反射镜的第六直角棱镜38偏向至水平方向的光束，入射至 半反射镜40。被半反射镜反射40反射的光束，会被导引至位置偏移倾斜检 测系统41。另一方面，穿过半反射镜40的光束会被导引至由1/2波长板 10与去偏振器20所构成的偏振状态切换手段42。在位置偏移倾斜检测系 统41,入射到偏振状态切换手段42的平行光束(入射至做为光积分器的绕 射光学组件4)的相对于光轴AX的位置偏移与倾斜会被检测出来。
在此，当使用例如ArF准分子激光光源做为激光光源1的情形时，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萤石，以确保所 需的持久性。在此情形，如后所述，在穿过以萤石形成的光穿透部材时， 直线偏振的偏振面会有短期与长期的变化。经过以萤石形成的光穿透部材，
当直线偏振的偏振面改变时，水晶棱镜20a有可能会失去做为非偏振化组 件的功能。
图10为关于萤石的结晶方位的说明图。参考图IO所示，萤石的结晶 方位是依据立方晶系的结晶轴a南a3来定义的。亦即，沿着结晶轴+ai是被 定义为结晶方位[IOO]，沿着结晶轴+a2是被定义为结晶方位
，沿着结 晶轴+&3是被定义为结晶方位
。此外，a南平面是定义为与结晶方位 [IOO]与结晶方位[OOI]成45度方向的结晶方位[101]， a&平面是定义为与 结晶方位[100]与结晶方位
成45度方向的结晶方位[110], a南平面是 定义为与结晶方位
与结晶方位
成45度方向的结晶方位[Oll]。 其次，与结晶轴+a,、结晶轴+a2与结晶轴+a3成相等锐角方向是定义为结晶 方位[lll]。在图10中，只有被结晶轴+a"结晶轴+&2与结晶轴+&3所定义 围出的空间的结晶方位被绘出，但是在其它空间中也可以定义出相同的结 晶方位。
依据本案发明人的验证，以萤石所形成的光穿透部材中，光的行进方 向若与结晶方位[lll]或者与此方位为结晶结构等效的结晶方位一致的话， 透过此光穿透部材，直线偏振的偏振面在实质上不会有变化。同样地，光 的行进方向若与结晶方位[100]或者与此方位为结晶结构等效的结晶方位 一致的话，透过以萤石形成的光穿透部材，直线偏振的偏振面在实质上不 会有变化。相反地，光的行进方向若与结晶方位[110]或者与此方位为结晶 结构等效的结晶方位一致的话，透过以萤石形成的光穿透部材，直线偏振 的偏振面会有短期与长期的变化。
此外，在本说明书中，所谓的"与某结晶方位为结晶结构等效的结晶 方位"，是相对于某结晶方位，替换该结晶方位的指数的顺序的结晶方位， 以及将各指数的至少一部分做符号反转的结晶方位。例如在某结晶方位为 [uvw]的情开j时，[uwv] 、 [vuw] [vwu] [wuv] [wvu] [—uvw] 、 [一uwv] 、 [—vuw]、
-vwu]、[-wuv]、[-wvu]、[u-vw]、[u_wv]、[v-冊]、[V-WU] 、 [W-uv]、
■W-VU]、[uv-w]、[uw_v]、[vu—w]、[vw-u]、[wu-v]、[wv-u] 、 [一u-vw]、
-u-wv]、[wu-v]、[wv-u]、[一u-vw]、[_u_wv]、[-uv-w]、[一而-v] 、 [一v-丽]、
—V—WU]、[_vu—w]、[_vw_u]、[1一UV、[_w_vu]、[1U-V]、[_wv—u] 、 [u—v_w]、
■ U—w—v]、[U_W-V]、[v_u-w] 、 [v--U] 、 [W-'u-v] 、 [w--v-u] 、 [-u-v-w]、
—u—w_v]、[_v_u-.W] 、[—V—W—u]、[-_W_U—V]、[_w_v_u]等为结晶结构上等
效的结晶方位。此外，结晶方位[uvw]以及与此为结晶结构上等效结晶方位 是以结晶方位〈uvw〉来表示。此外，垂直于结晶方位[uvw]以及与此为结晶结构上等效结晶方位的面，亦即结晶面(UVW)以及与此为结晶结构上等效结 晶面是以(UVW)来表示。
再本实施例中，配置在激光光源1与偏振切换手段42之间的光路中且 以萤石所形成的光穿透部材中，光的行进方向是设定为为比结晶方位<110〉 更近的结晶方位<111〉或结晶方位<100>。具体来说，以构成光扩散器2的 透镜成分(2a， 2b)的方式，而固定地定位于光路中的光学部材是以萤石来 形成的情形时，其光学部材的光轴是设定成与结晶方位〈111〉或结晶方位 <100>实质上一致。
在此情形，因为激光光是大致上沿着结晶方位<111>或结晶方位<100〉 穿过，故穿过透镜成分(2a， 2b)的直线偏振的偏振面在实质上并无变化。 相同地，在偏角棱镜对31也以萤石来形成时，其光轴也是设定成大致上与 结晶方位<111>或结晶方位<100>—致，藉以在实质上可以避免穿过的直线 偏振的偏振面有改变。
此外，当做为背面反射镜的直角棱镜33至38是以萤石来形成时，直 角棱镜33至38的入射面与出射面是设定成大致上与结晶面{100}—致，而 且直角棱镜33至38的反射面是设定成大致上与结晶面{110}—致。在此情 形，因为激光光是大致上沿着结晶方位〈100〉穿过，故穿过直角棱镜33至 38的直线偏振的偏振面在实质上并无改变。
此外，当被设置成在光路中可相对于光轴AX倾斜而使沿着光轴AX入 射的光线平行移动的做为光束平行移动手段的平行面板32是以萤石来形成 时，平行面板32的光轴是设定成大致上与结晶方位〈100〉一致。此乃相对 于结晶方位<111>与结晶方位<110>成约35度的角度，结晶方位〈100〉与结 晶方位〈110〉会成为4 5度的角度。
使平行面板32的光轴大致与结晶方位〈111〉一致的话，亦即使它的光 学面与结晶面{111}大致上一致的话，当使平行面板32以最大限度(例如30 度)相对于光轴AX倾斜时，通过其内部的激光光的行进方向会变成在结晶 方位〈110〉附近。因此，使平行面板32的光轴与结晶方位<100>大致上一致 的话，亦即亦即使它的光学面与结晶面{100}大致上一致的话，可以确保通 过其内部的激光光的行进方向会与结晶方位〈110〉有某个程度上的分离状 态。因此，藉由使平行面板32的光轴与结晶方位〈100〉大致上一致，不管 它的姿势如何，都可以避免穿过平行面板32的直线偏振的偏振面产生变化。
此外，在上述的说明中，由于穿过在激光光源1与偏振切换手段42间 的光路中所配置的光穿透部材的直线偏振的偏振面的改变被回避，光行进 方向是设定成比结晶方位<110>更近结晶方位<111>或<100>。但是，并非局 限于此，对于偏振切换手段42与被照射面的光罩M(进而晶圓W)之间的光 路中所配置的光穿透部材，也可以进行相同的设定，藉以回避横跨整个照
明光路因为萤石所导致的直线偏振的偏振面改变。
此外，在上述的说明中，因为穿过以营石所形成的光穿透部材的直线 偏振的偏振面变化被避免，光的行进方向是设定成比结晶方位〈110〉更近结 晶方位<111〉或结晶方位<100>。但是并不局限于萤石，例如藉由对以氟化
4丐、氟化钡、氟化镁等立方晶系的结晶材料所构成的光穿透部材进行相同
的设定，也可以避免因该结晶材料所造成的直线偏振的偏振面变化。
在此，如图9所示，多数个(图9所示的例子为6个)直角棱镜33~ 38 配置在光束匹配单元BMU中。 一般来说，激光光源1不管是KrF准分子激 光光源或是ArF准分子激光光源，在直线偏振入射到做为背面反射镜的直 角棱镜的情形下，入射的直线偏振的偏振面若没和P偏振面或S偏振面一 致的话(入射的偏振面对于反射面，既不是P偏振也不是S偏振)，在直角 棱镜的全反射会使直线偏振变成椭圆偏振。在本实施例的偏振状态切换手 段42是以直线偏振入射做为前提，椭圓偏振入射时并无法达到所要的作用。
在本实施例中，如图11所示，做为将入射的椭圓偏振光变换成直线偏 振光的第二相位部材，最好是将例如结晶光轴以光轴AX为中心可自由旋转 的1/4波长板11,设置在偏振状态切换手段42中的1/2波长板10的光源 侧(图面的左侧)。在此情形，即使因为如直角棱镜所造成，椭圓偏振入射 到偏振状态切换手段42中，因应入射的椭圓偏振的特性，设定l/2波长板 11的结晶光学轴，藉此使直线偏振入射到1/2波长板，而得以维持偏振状 态切换手段42的原本的动作。此外，图ll中，虽然在1/2波长板10的光 源侧配置1/4波长板，但是也可以将1/4波长板11配置在1/2波长板10 的光罩侧(图面右侧)。
此外，在上述说明中，穿透以萤石所形成的光穿透部材的直线偏振的 偏振面变化的回避方法，以及即使因直角棱镜引起的椭圆偏振入射也可以 维持偏振状态切换手段的原本作用的方法，也可以应用到图1至图4的实 施例中。但是，并部限定于此，图5至图8的变化例也可以适用此方法。
此外，在上述的说明中，为了避免穿过萤石等的立方晶系所形成的光 穿透部材的直线偏振的偏振面变化(偏振状态的改变)，便进行该结晶材料 的结晶方位的设定。用来取代上述方法或与上述方法合并使用，可以使用 例如美国专利公开US2002/0163741A号(或W0 02/16993号公报)所揭露的 方法，来动态地保持立方晶系的结晶材料所形成的光穿透部材。藉此，在 高能量密度的光通过由萤石等立方晶系所形成的光穿透部材时，即使因热 造成的光穿透部材的膨胀或收缩，也可以抑制此光穿透部材产生的应力双 折射的发生，也可以抑制穿过此光穿透部材的直线偏振的偏振面变化(偏振 状态的改变)。
接着，具体而言，利用对于什么样的光罩图案，要用什么样的偏振状
态的光来照明光罩，来例示说明使投影光学系统的成像性能(焦深与分辨率 等)提升，而可以进行良好且忠实的转印。首先，例如二极照明(一般而言， 隔着一间隔的两个高光强度分部区域形成在瞳面或其附近的照明方式)的
情形时，如图14所示，沿着光罩上所形成的线与空间图案(line and space pattern) 141的间距方向(x方向对应光罩上的X方向)，形成隔一间隔的 两个面光源142a与142b,与两个面光源142a、 142b相距间隔的方向(x方 向对应瞳面上的X方向)垂直的方向(y方向对应睹面上的Z方向)上， 以具有偏振面(图面上以双向箭头Fl表示)的直线偏振状态的光来照明光 罩，可以对光罩图案141，提升投影光学系统的成像能力。也就是说，对于 纵方向图案与横方向图案混在一起的二维图案，例如以非偏振状态的光来 照明光罩，纵方向图案与横方向图案间不会发生线宽异常，而可以进行高 产率的图案转印。
特别是，在上述二极照明中，在谋求投影光学系统的成像性能的提升 上，两个面光源142a、 142b是对称于光轴AX来形成，并且希望能满足下 列条件式(l)。
<formula>formula see original document page 31</formula>(1)
在条件式(l)中，cjo是定义成f)/())p的值(通称外侧a)。在此，如图 14所示，小o为以光轴AX为中心，与两个面光源142a与142b的外接圓的 直径，小p为瞳面143的直径。此外，为图谋投影光学系统的成像能力更加 提升，条件式(1)的下限值最好设定在0. 9。
此外，在上述二极照明中，在谋求投影光学系统的成像性能的提升上， 两个面光源142a、 142b是对称于光轴AX来形成，并且希望能满足下列条 件式(2)。
<formula>formula see original document page 31</formula> (2)
在条件式(l)中，ai是定义成小i/小p的值(通称内侧cj)。 cio为上述定 义成(j)o/(l)p的外侧a。在此，如图14所示，小i为以光轴AX为中心，与两 个面光源142a与142b的内接圆的直径，小p为瞳面143的直径。此外，为 图谋投影光学系统的成像能力更加提升，条件式(2)的下限值最好设定在 0. 67 (约2/3)。
接着，例如圓形照明(一般而言，是大致以光轴为中心的一个高光强度 分部区域形成在瞳面或其附近的照明方式)的情形时，使用相移光罩做为光 罩并且如图15所示，与相移光罩上所形成的线与空间图案(line and space pattern) 151的间3巨方向(x方向对应光罩上的X方向)垂直的方向(y方向 对应瞳面上的Z方向)上，以具有偏振面(图面上以双向箭头F2表示)的直 线偏振状态的光来照明光罩，可以对光罩图案151，提升投影光学系统的成 像能力。也就是说，圓形照明也与二极照明的情形相同，对于纵方向图案
与横方向图案混在一起的二维图案，例如以非偏振状态的光来照明光罩， 纵方向图案与横方向图案间不会发生线宽异常，而可以进行高产率的图案 转印。
特别是，在上述圓形照明中，在图谋投影光学系统的成像性能的充分 提升上，希望可以满足下列的条件式(3)。
ct S 0.4 (3)
在条件式(3)中，cj是定义成(j)/(t)p的值(通称cj值)。如图15所示，小 为圓形面光源152的直径(一般而言， 一个高光强度分布的区域的大小)， 而小p为上述瞳面153的直径。此外，在更加谋求投影光学系统的成像性能 的提升上，希望能将条件式(3)的上限值设定在0. 3。
该满足的条件。首先，在z发明中，被认为实^i直线偏振的光的史托克
参数(Stokes， parameter)的Sl成分最好满足下列条件式(4)。 0. 6 ^ IS1I (4)
(Stokes， parameter)的Sl与S2成^最好满足下列条件式(5)与(6) 。 ^ |S1| S 0. 1 (5) |S2| S 0. 1 (6)
此外，实质上直线偏振状态的光为更接近直线偏振，故条件式(4)的下 限值最好更设定于0. 8。例如，光源以供应波长193nm的光的ArF准分子激 光，且在投影光学系统PL的成像侧的数值孔径为0. 92时，使用65nra的线 与空间图案的6。/。半调十字标记(half tone reticle,光罩误差2±nm)，并 且如图14所示的二极照明中，将cro设定为0. 93且ai设定为0. 73(亦即 各个面光源的cr设定为0. 2)时，若曝光量误差为2%,线宽误差为±10°/。时， 可以将非偏振状态时的焦深DOF(166nm)，提升到在纵方向图案的焦深 DOF(202nm)。此外，在条件式(4)亦即偏振度值超过0. 8时，偏振度变化所 造成的线宽变化在实质上可以忽略。在上述条件下，偏振度0. 8(|S1|=0. 8) 与偏振度1. 0(1 Sl 1=1. 0)间的线宽差仅产生0. 2nm。此差异在实质上是可以 忽略的。也就是说，关于条件式(4)的值，在0.8至1.0的范围内式无关紧 要的。
此外，在实质的非偏振光更接近非偏振时，条件式(5)的上限值以及条 件式(6)的上限值最佳是均设定在0. 04。在此，条件式(5)与(6)，亦即偏振 度的值低于0. 1的情形下，因偏振造成的线宽差可以抑制在2nm以内(光源 波长为193nm，投影光学系统PL的成像侧数值孔径为0.78，使用50nm的 独立图案的相移光罩，且在图15所示的圆形照明中的cr值设定在0. 2(小a 照明)时)。接着，在条件式(5)与(6)，亦即偏振度的值低于0. 04的情形时，
因上述条件由偏振所造成的线宽差可以抑制在0. 7nm以内。此外，在条件 式(5)与(6)中，在微观地来看面光源内的区域时，即使偏振度高，其区域 内若偏振状态有非常细微的周期性变化的话，在实质上可看做非偏振，故 在计算面光源中的偏振度分布，可以使用a值为0. 1的大区域的移动平均。
因此，在例如以圓形照明或轮带照明等中，残留偏振度十分低的所需 非偏振状态无法实现的话，纵方向与横方向间会产生图案的线宽差。此外， 在例如二极照明等之中，在预定方向上具有偏振面的所要直线偏振状态无 法实现的话，对于具有特定间距的线宽的细微图案的成像性能会无法提升。 在本实施例的变化例中，具备偏振监视器，以检测出用来照明做为被照射 面的光罩M(乃至晶圆W)的光的偏振状态。
图16为在图1的曝光装置中附设用来检测照明光的偏振状态的偏振监 视器的架构示意图。在图16变化例的曝光装置中，微透镜阵列8与光罩M 间的架构是与图1的曝光装置不相同。换句话说，在变化例中，在微透镜 阵列8的后焦平面上形成的二次光源(一般而言，在光学照明装置的瞳面或 其附近所形成的预定光强度分布)所发出的光束，在经过分光器51以及聚 焦光学系统9a后，会重叠地照明光罩档板MB。
如此，对应构成微透镜阵列8的各微小透镜的形状与焦距的矩形照野 便形成于做为照明视野光圏的光罩档板MB上。此外，内藏分光器51的偏 振监视器50的内部构造以及作用会在后文叙述。经过光罩档板MB的矩形 开口部(光穿透部)的光束，在受到成像光学系统9b的聚光作用后，便重叠 地照明在已形成预定图案的光罩M上。如此，成像光学系统9b变成将光罩 档板MB的矩形开口部的像形成在光罩M上。
此外，在图16变化例的曝光装置中，偏向镜3与绕射光学组件4之间 的构造与图1的曝光装置不同。亦即，在变化例中，配置图ll所示结构的 偏振状态切换手段(1/4波长板ll、 1/2波长板10与去偏振器20)，以取代 图1的偏振状态切换手段(1/2波长板10与去偏振器20)。如后所述，偏振 监视器50的输出是供给到控制部70。此外，控制部70经由驱动系统71来 驱动偏振切换手段(ll、 10、 20)。此外，图11所示结构的偏振状态切换手 段中，1/2波长板10可以用多一片1/4波长板来代替。
图17为图16的偏振监视器的内部构造的立体示意图。参考图17所示， 偏振监视器50具备第一分光器51,其配置在微透镜阵列8与聚焦光学系统 9a间的光路中。第一分光器51具有例如以石英玻璃构成的非镀膜的平行面 板(亦即白玻璃)形态，并且具有将与入射光偏振状态相异的偏振态反射光 从光路中撷取出来的功能。
从第一分光器51撷取出的光会入射到第二分光器52。与第一分光器 51相同，第二分光器52也具有例如以石英玻璃构成的非镀膜的平行面板形
对第一分光器51的P偏振会变成对第二分光器52的S偏振，并且对第一 分光器51的S偏振会变成对第二分光器52的P偏振。
此外，穿过第二分光器52的光被第一光强度检测器53检测出，被第 二分光器52反射的光则被第二光强度检测器54检测出。第一光强度检测 器53与第二光强度检测器54的输出分别传送到控制系统70。此外，经由 驱动系统71，依据需求来驱动构成偏振状态切换手段的1/4波长板11、 1/2 波长板10与去偏振器20。
如上所述，在第一分光器51与第二分光器52中，对P偏振的反射率 与对S偏振的反射率在实质上是不相同。因此，偏振监视器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 (对第一分光器51为S偏振成分，对第二分光器52为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(对第一分光器51为P 偏振成分，对第二分光器52为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(对第一分光器51为P偏振成分，对第二分 光器52为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(对第一分光器51为S偏振成分，对第二分光器52为P 偏振成分)。
如此，偏振监视，50中，、第、一分光器5 便依据其反射特性，具有将
第二分光器52的偏振特性的偏振变动影响仅有一些，但是依据第一光强度 检测器53的输出(关于第二分光器52的穿透光的强度信息，亦即关于与第 一分光器51的反射光约略相同偏振状态的光的强度信息)，便可以检测出 第一分光器51的入射光的偏振状态(偏振度)乃至对光罩M的照明光的偏振 状态。
此外，偏振监视器50是设定成对第一分光器51为P偏振会变成对第 二分光器52为S偏振，且对第一分光器51为S偏振会变成对第二分光器 52为P偏振。结果，依据第二光强度检测器54的输出(关于被第一分光器 51与第二分光器52依序反射的光的强度信息)，在实质上遍布会受到第一 分光器51的入射光的偏振状态变化的影响，便可以检测出第一分光器51 的入射光的光量(强度)乃至对光罩M的照明光的光量。
如此，使用偏振监视器50，便可以检测第一分光器51的入射光的偏振 状态，进而得以判断对光罩M的照明光是否为所要的非偏振状态或是直线 偏振状态。接着，当控制系统70依据偏振监视器50的检测结果来确认对 光罩M(乃至晶圆W)的照明光是否为所要的非偏振状态或是直线偏振状态
时，经由驱动系统71来驱动调整构成偏振状态切换手段的1/4波长板11、
1/2波长板10以及去偏振器20，便可以将对光罩M的照明光状态调整成所 要的非偏振状态或是直线偏振状态。
如上所述，偏振监视器50、控制系统70、驱动系统71以及具有调整 在被照射面偏振状态的功能的偏振状态切换手段(ll、 10、 20)，是被配置 在光源1与光罩M间的光路中，以构成用来修正在光罩M面上的偏振状态 变动的偏振状态变动修正手段。在此情形，偏振监视器50与光罩M间的光 路中，尽可能不要配置利用具有使入射的光的偏振状态改变而射出的特性 的光学部材所形成的光学部材，例如是具有双折射特性的萤石或者具有旋 光性的水晶等的结晶光学材料。此外，在偏振监视器50与光源1间的光路 中最好也尽可能地不要配置具有使入射的光的偏振状态改变而射出的特性 的光学部材。但是，为了确保对光照射的持久性，例如将绕射光学组件4 或6等的光学部材以萤石或水晶等来形成时，这些光学部材所造成的偏振 变动影响有必要被考虑进去。
此外，在上述的说明中，假如第一分光器51的反射光是直接入射到第 一光强度^H则器53的话，第一光强度检测器53的输出并不会受到第二分 光器52的偏振特性所造成的偏振变动影响，故可以高精确度地检测出第一 分光器51的入射光的偏振状态。此外，并不局限于图17所示的结构,偏 振监视器50的具体结构也可以有各种不同的变化。此外，在上述的说明中， 虽然偏振状态切换手段是以1/4波长板11、 1/2波长板10与去偏振器20 所构成，但是偏振状态切换手段也可以由1/2波长板10与去偏振器20来 构成。在此情形，控制系统70经由驱动系统71，依据所需来驱动l/2波长 板10与去偏振器20。
此外，在上述说明中，以高精确度来检测出第一分光器的入射光偏振 状态方面，第一分光器51与第二分光器52的对P偏振的反射率与对S偏 振的反射率最好具有充分差异的反射特性。具体来说，第一分光器51的反 射光所包含的P偏振强度Ip与S偏振强度Is的强度比Ip/Is，最好能够满 足Ip/Is < 1/2或Ip/Is > 2的条件的反射特性。
此外，在上述说明中，使用具有平行面板形态的分光器，且将其反射 光从光路中撷取出来。但是，并不局限于此。使用分光器，将与入射光偏 振状态不同的偏振状态的穿透光从光路撷取出，再利用该分光器，依据从 光路取出的穿透光强度，也可以检测出入射至该分光器的入射光的偏振状 态。在此情形，该分光器的反射光所包含的P偏振强度Ip与S偏振强度Is 的强度比Ip/Is,最好能够满足Ip/Is < 1/2或Ip/Is 〉 2的条件的反射 特性。—
因此，如前所述，因直角棱镜的全反射影响，从激光光源1发出的直
线偏振变成椭圆偏振，则考虑入射到偏振状态切换手段(ll、 10、 20)。此 外，若受到类似例如以萤石所形成的光学部材，而具有使入射的光的偏振 状态改变特性的光学部材的影响时，从激光光源l发出的直线偏振会变成
椭圓偏振，则考虑入射到偏振状态切换手段(ll、 10、 20)。
在此情形，1/4波长板11会将入射的椭圓偏振光转换成直线偏振光， 因应入射的椭圓偏振的长轴方向，必须将其结晶光学轴设定在所要的角度 位置上。此外，1/2波长板IO会将入射的直线偏振光转换成在预定方向上 具有偏振面的直线偏振光，因应入射的直线偏振的偏振面方向，必须将其 结晶光学轴设定在所要的角度位置上。接着，以图11的偏振状态切换手段 (11、 10、 20)为例，来说明1/4波长板11的结晶光学轴以及1/2波长板10 的结晶光学轴的调整方法。在包含架构成结晶光学轴可以光轴为中心自由 地旋转的1/4波长板11与1/2波长板10的光学系统中，下述的方法是一 般皆适用的。
图18为调整图11偏振状态切换手段中的1/4波长板的结晶光学轴以 及1/2波长板的结晶光学轴的方法流程图。参考图18所示，在本实施例的 调整方法中，去偏振器20从光路退避，1/4波长板11的结晶光学轴与分别 起始设定标准的角度位置，例如在-45度的角度位置(Sll)。接着，在1/4 波长板11的结晶光学轴固定在-45度的标准角度位置的状态下，将1/2波 长板10的结晶光学轴一边从-45度的标准角度位置旋转到+45度的角度位 置(如以每+5度旋转)， 一边撷取出1/2波长板10的结晶光学轴在各角度位 置的偏振监视器50输出(S12)。
图19绘示当1/4波长板的结晶光学轴固定在-45度的标准角度位置时， 1/2波长板的结晶光学轴在各个角度位置下的偏振监视器的输出变化图。在 图19中，横轴为1/2波长板10的结晶光学轴的角度位置(度)，纵轴为偏 振监视器50的输出(史托克参数Sl成分的数值)。接着，将1/4波长板11 的结晶光学轴从-45度的标准角度位置以例如每+15度旋转至+45度的角度 位置，在各角度位置下，将l/2波长板10的结晶光学轴一边从-45度的标 准角度位置，以例如每+5度旋转到+45度的角度位置， 一边撷取出1/2波 长板10的结晶光学轴在各角度位置的偏振监视器50输出(S13)。
图20绘示当1/4波长板的结晶光学轴设定在各角度位置时，1/2波长 板的结晶光学轴在各个角度位置下的偏振监视器的输出变化图。在图20中， a为1/4波长板11的结晶光学轴位在-45度的标准角度位置的状态，b为 1/4波长板11的结晶光学轴位在-30度的标准角度位置的状态，c为1/4波 长板11的结晶光学轴位在-15度的标准角度位置的状态，d为1/4波长板 11的结晶光学轴位在O度的标准角度位置的状态，e为1/4波长板11的结 晶光学轴位在+15度的标准角度位置的状态，f为1/4波长板11的结晶光
学轴位在+ 30度的标准角度位置的状态，g为1/4波长板11的结晶光学轴
位在+45度的标准角度位置的状态。此外，与图19相同，横轴为l/2波长 板10的结晶光学轴的角度位置(度)，纵轴为偏振监视器50的输出。
图21绘示1/4波长板的结晶光学轴在各角度位置状态下的偏振监视器 的输出对比变化图。在图21中，横轴为1/4波长板11的结晶光学轴的角 度位置(度)，纵轴为偏振监视器50的输出对比(史托克参数Sl成分的变化 对比)。在此，例如在1/4波长板11的结晶光学轴的各角度位置的输出对 比，是使用图20中以a~g各输出变化曲线的最大值与最小值，利用对比 - (最大值-最小值)/ (最大值+最小值)来加以定义。
在图21中，将1/4波长板的结晶光学轴设定在输出对比为最大时，入 射至1/4波长板11的椭圓偏振光会被转换成直线偏振。在本实施例的调整 方法中，参考1/4波长板11的结晶光学轴在各角度位置状态下的偏振监视 器的输出对比变化，求得输出对比变成最大时的1/4波长板11的结晶光学 轴角度位置(在图21的话，约为+ 30度的角度位置)，做为所要的第一角度 位置，使椭圓偏振光变换为直线偏振光(S14)。
图22是绘示将1 /4波长板的结晶光学轴固定在使椭圓偏振光变换为直 线偏振光的第一角度位置上时，1/2波长板的结晶光学轴在各角度位置下的 偏振监视器的输出变化图。在图22中，横轴为1/2波长板10的结晶光学 轴的角度位置(度)，纵轴为偏振监视器50的输出。在图22中，当1/2波 长板10的结晶光学轴设定在使偏振监视器50的输出为最大或最小时，入 射到1/2波长板10的直线偏振光会被转换成V偏振(纵偏振)或H偏振(横 偏振)。
在本实施例的调整方法中，将1/4波长板11的结晶光学轴固定在第一 角度位置时，参考1/2波长板10的结晶光学轴在各角度位置下的偏振监视 器50的输出变化，求取将输出最大或最小时的1/2波长板10的结晶光学 轴的角度位置(在图22的话，是约-17. 5度或+27. 5度的角度位置，或是其 附近)，做为所要的第二角度位置，使入射的直线偏振光被转换成V偏振或 H偏振(S15)。
如此，在最后，控制系统70经由驱动系统71，将1/4波长板11的结 晶光学轴的角度位置定位在使入射的椭圓偏振光转换成直线偏振光的第一 角度位置，并且将1/2波长板10的结晶光学轴的角度位置定位在使入射的
振)的第二角度位置(S16)。此外，因应照明条件的变化(光学照明装置的瞳 面或其附近所形成的光强度分布的形状或大小的变化。)，来考虑上述第一 角度位置与第二角度位置，故1/4波长板11的结晶光学轴与1/2波长板10 的结晶光学轴最好因应需求来设定修正。此外，在上述实施例中，使用1/4
波长板与1/2波长板做为偏振状态切换手段，但是也可以使用2片1/4波
长板来做为偏振状态切换手段。
以上的说明是依据图l或图16，依据从光源发出的光束，用来在瞳面 或其附近形成预定光强度分布的照明瞳分布形成手段，为包含两个绕射光 学组件(4、 6)的光学照明装置，且曝光装置具备此光学照明装置。但是并 不局限于图l或图16的架构。本发明可适用的光学照明装置可以有各种不 同的变化。图23是绘示具有与图1或图16相异构造的照明瞳分布形成手 段的曝光装置的结构示意图。
图23变化例的曝光装置与图16的曝光装置具有类似的构造，但是照 明瞳分布形成手段的结构，亦即绕射光学组件4与微透镜阵列8间的构造 是不相同的。下面着重在与图16的曝光装置的相异点，来说明图23变化 例的结构与作用。在图23变化例的曝光装置中，例如经过轮带照明用绕射 光学组件4a的光束，入射至远焦透镜(中继光学系统)85。远焦光学系统85 是设定成一种远焦系统(无焦点光学系统)，使得前焦点位置与绕射光学組 件4a的位置大致相同，并且后焦点位置大致上与图面虚线所示的预定面86 的位置一致。
因此，入射至绕射光学组件4a的大致平行光束，在远焦透镜85的瞳 面上形成轮带状的光强度分布后，便变成大致平行光束而从远焦透镜射出。 此外，远焦透镜85的前侧透镜群85a与后侧透镜群85b间的光路中，在瞳 或其附近位置，从光源侧依序配置圓锥旋轴三棱镜(cone axicon)87、第一 圆柱透镜对88以及第二圓柱透镜对89,但是他们的详细构造与作用则在后 文叙述。以下为了简单说明，忽略圓锥旋轴三棱镜87、第一圆柱透镜对88 以及第二圓柱透镜对89的作用，来说明基本的架构与作用。
经过远焦透镜85的光束，经由a值可变的变焦透镜(倍率改变光学系 统)90，而入射到做为光学积分器的微透镜阵列8。预定面86的位置是配置 在变焦透镜90的前侧焦点位置附近，微透镜阵列8的入射面则配置在变焦 透镜90的后侧焦点位置附近。换言之，变焦透镜90是配置成预定面86与 微透镜阵列8的入射面在实质上为傅立叶转换的关系，而远焦透镜85的瞳 面与微透镜阵列8的入射面配置成光学共轭。因此，在纟敞透镜阵列8的入 射面上也与远焦透镜85的瞳面相同，会形成例如以光轴为中心的轮带照野。 此轮带照野的整体形状与变焦透镜90的焦点距离有关，做相似变化。
构成微透镜阵列8的各微小透镜，具有与应在光罩M上形成照野形状 (乃至在晶圓W上应形成的曝光区域形状)相似的矩形剖面。入射至微透镜 阵列8的光束，被多数个微小透镜二维地分割，并在其后焦平面(乃至照明 瞳)上形成具有与微透镜阵列8的入射光所形成的照野约略相同光强度分布 的二此光源，亦即以光轴AX为中心形成实质上为轮带状面光源所构成的二
次光源。
图24绘示图23中配置在远焦透镜的前透镜群与后透镜群间的光路中
的圆锥旋轴三棱镜光学系的架构示意图。圓锥旋轴三棱镜光学系87从光源 侧依序包括在光源侧朝向平面且在光罩侧朝向凹圆锥状的折射面的第一 棱镜部材87a;以及在光罩侧朝向平面且在光源侧朝向凸圓锥状的折射面的 第二棱镜部材87b。
第一棱镜部材87a的凹圓锥折射面与第二棱镜部材87b的凸圆锥折射 面是被形成可互补地互相接触。此外，至少第一棱镜部材87a与第二棱镜 部材87b的其中之一部材是架构成可以沿着光轴AX移动。第一棱镜部材87a 的凹圓锥折射面与第二棱镜部材87b的凸圓锥折射面间的间隔是可变的。
在第一棱镜部材87a的凹圆锥折射面与第二棱镜部材87b的凸圆锥折 射面互相接触的状态下，圆锥旋轴三棱镜光学系87是做为平行面板的功能， 不会对所形成的轮带状二次光源有影响。但是，当在第一棱镜部材87a的 凹圆锥折射面与第二棱镜部材87b的凸圆锥折射面彼此互相分开的话，圓 锥旋轴三棱镜光学系87则当做所谓的光扩散器的功能。因此，随着圓锥旋 轴三棱镜光学系87的间隔变化，对预定面86的入射光束的角度便会改变。
图25绘示圆锥旋轴三棱镜光学是对于图23变化例的轮带照明所形成 的二次光源的作用说明图。在图23变化例的轮带照明，圓锥旋轴三棱镜光 学系87的间隔为零且变焦透镜90的焦距设定在最小值状态下所形成的最 小轮带状二次光源130a,藉由使圓锥旋轴三棱镜光学系87的间隔从零扩大 到预定值，其宽度(外径与内径之差的1/2:图面已箭号表示)并不会改变， 变化成外径与内径同时被扩大的轮带状二次光源130b。换言之，利用圓锥 旋轴三棱镜光学系87的作用，轮带状二次光源的宽度并不会改变，但其轮 带比(内径/外径)以及大小(外径)会同时改变。
图26绘示变焦透镜对于图23变化例的轮带照明所形成的二次光源的 作用说明图。在图23变化例的轮带照明，以标准状态所形成的轮带状二次 光源130a，藉由将变焦透镜90的焦距从最小值扩大到预定值，其整体形状 会被相似地放大到轮带状二次光源130c。换言之，藉由变焦透镜90的作用， 轮带状二次光源的轮带比并不会改变，其宽度与大小(外径)会同时改变。
图27是绘示配置在图23中的远焦透镜的前透镜群与后透镜群间的光 路中的第一圆柱透镜对与第二圓柱透镜对的结构示意图。在图27中，从光 源侧依序配置第一圓柱透镜对88与第二圓柱透镜对89。第一圓柱透镜对 88从光源侧依序例如包括在YZ平面上具有负折射能力且在XY平面上不 具有折射能力的第一圓柱负透镜88a;以及在同样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镜88b。
另一方面，第二圆柱透镜对89从光源侧依序例如包括在XY平面上具有负折射能力且在YZ平面上不具有折射能力的第二圆柱负透镜89a;以 及在同样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 圓柱正透镜89b。第一圆柱负透镜88a与第一圓柱正透镜88b是架构成以光 轴AX为中心而一体地旋转的方式。相同地，第二圓柱负透镜89a与第一圓 柱正透镜89b是架构成以光轴AX为中心而一体地旋转的方式。
如此，在图27所示的状态下，第一圓柱透镜对88是做为在Z方向具 有放大率的光束扩大器的功能，第二圓柱透镜对89是做为在X方向具有放 大率的光束扩大器的功能。在图23的变化例中，第一圓柱透镜对88的放 大率与第二圓柱透镜对89的放大率是设定成彼此相同。
图28至图30绘示第一圓柱透镜对与第二圓柱透镜对对于图23变化例 的轮带照明所形成的二次光源的作用说明图。在图28中，第一圓柱透镜对 88的放大率方向是设定成相对于Z轴且绕着光轴AX成+45度的角度，而第 二圆柱透镜对89的放大率方向则设定为相对于Z轴且绕着光轴AX成-45度 的角度。
因此，第一圆柱透镜对88的放大率方向与第二圓柱透镜对89的放大 率方向彼此垂直；在第一圓柱透镜对88与第二圓柱透镜对89的合成光学 系统中，Z方向的放大率与X方向的放大率是彼此相同的。结果，如图28 所示的正圓形状态下，通过第一圓柱透镜对88与第二圓柱透镜对89的合 成光学系统的光束，在Z方向与在X方向会以相同放大率而被放大，在照 明瞳处形成正圓形轮带状的二次光源。
相对地，在图29中，第一圓柱透镜对88的放大率方向是设定成相对 于Z轴且绕着光轴AX成+80度的角度，而第二圆柱透镜对89的放大率方向 则设定为相对于Z轴且绕着光轴AX成-80度的角度。因此，在第一圓柱透 镜对88与第二圓柱透镜对89的合成光学系统中，X方向的放大率大于Z方 向的放大率。结果，在图29的横椭圓状态下，通过第一圓柱透镜对88与 第二圆柱透镜对89的合成光学系统的光束，相较于Z方向，X方向会以较 大的放大率被放大，在照明瞳处形成X方向为细长的横长轮带状的二次光 源。
另一方面，在图30中，第一圆柱透镜对88的放大率方向是设定成相 对于Z轴且绕着光轴AX成+10度的角度，而第二圓柱透镜对89的放大率方 向则设定为相对于Z轴且绕着光轴AX成-IO度的角度。因此，在第一圆柱 透镜对88与第二圆柱透镜对89的合成光学系统中，Z方向的放大率大于X 方向的放大率。结果，在图30的纵椭圓状态下，通过第一圆柱透镜对88 与第二圆柱透镜对89的合成光学系统的光束，相较于X方向，Z方向会以 较大的放大率被放大，在照明瞳处形成Z方向为细长的纵长轮带状的二次 光源。
其次，藉由将第一圓柱透镜对88与第二圓柱透镜对89设定在图28的 正圆形状态与图29的横椭圓状态间的任意状态，便可以形成各种不同纵横 比的横长轮带状二次光源。此外，藉由将第一圓柱透镜对88与第二圆柱透 镜对89设定在图28的正圆形状态与图30的纵椭圓状态间的任意状态，便 可以形成各种不同纵横比的纵长轮带状二次光源。此外，在图23变化例中， 利用设定圆形照明用的绕射光学组件或多数极(四极等)照明用绕射光学组 件等来取代轮带状照明用绕射光学组件4a，便可以进行圓形照明或各种变 形照明。如上述，图23至图30的变化例可以因应光罩M的特性，来改变 照明光的偏振状态，更进而可以随时地调整在照明瞳上所形成的二次光源 的纵横比。藉此，便可使用依据光罩M的图案特性所实现的适当照明条件， 来进行良好的曝光。
此外，在上述各实施例以及变化例中，当将对于被照射面(光罩面、晶 圓(感光性基板)面与成像面)的偏振状态更换成例如直线偏振状态与非偏 振状态，或者X偏振状态与Y偏振状态时，若产生在被照射面的照度偏差 变动、在瞳面的光强度分部的变动或者在被照射面的远心(te 1 ecent r i c)特 性的变动时，最好是依据被照射面的偏振状态的改变，进行照度偏差的控 制、在瞳面的光强度分部的控制以及/或者在被照射面的远心 (telecentric)特性的控制，以抑制将照度偏差的变动、在瞳面的光强度分 部的变动以及/或者在纟皮照射面的远心(telecentric)特性的变动控制。
例如，可藉由变更图1的聚焦光学系9,图16与图23的构成聚焦光学 系9a的多数个透镜组件中的至少一部分的透镜位置与姿势，可以控制关于 在被射射面的照度偏差。此外，在图1的聚焦光学系9与光罩M间的光路 中，在图16与图23的聚焦光学系9a与光罩档板MB间的光路中，配置例 如特开2002-100561号公报(以及与此对应的美国专利公开 US2003/0025890A,在本说明书参考使用美国专利公开US2003/025890A)所 开示的浓度滤镜板，或特开2003-92253号公才艮(以及与此对应的美国专利 公开US2003/067591A ， 在本说明书参考使用美国专利公开 US2003/067591A)，利用控制该浓度滤镜板的旋转角与位置也可以控制在被 照射面上的照度偏差。此外，例如以特开2002-184676号公报所开示的可 变边缘来取代图16与图23的光罩档板MB,或将可变边缘设置在光罩档板 MB附近，将沿着扫描方向的曝光区域宽度设定成与非扫描方向不同，也可 以控制在被照射面上的照度偏差。
此外，利用将上述特开2002-100561号公报(美国专利公开 US2003/0025890A)或特开 2003-92253 号公报(美国专利公开 US2003/0067591A)所揭露的浓度滤镜板，配置在照明瞳附近，例如孩t透镜 阵列8的出射侧附近，也可以控制在瞳面的光强度分布。接着，关于远心性的控制，可以利用变更图1的聚焦光学系9，图16
与图23的构成聚焦光学系9a的多数个透镜组件中的至少一部分的透镜位 置与姿势，来加以控制。
此外，关于这些被照射面上的照度偏差布置、瞳面的光强度分布控制 与远心性控制方面，预先量测偏振状态切换手段的设定状态(去偏振器的插 脱、1/2波长板的旋转角与1/4波长板的旋转角)，被照射面上的照度偏差、 瞳面的光强度分布以及远心的状态的关联性，依据偏振状态切换手段的设 定状态，也可以控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光强度分布以及远心 的状态。此外，测量被照射面或与被照射面为光学共轭面上的被照射面的 照度偏差、瞳面的光强度分布以及远心的状态，再依据测量结果，也可以 控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光强度分布以及远心的状态。
此外，在上述各实施例与变化例中，使用纵列且致密排列的多数个具 有正折射能力微小透镜所构成的微透镜阵列8来做为光学积分器，但是可 以使用圓柱型微透镜阵列来取代。圓柱型微透镜阵列包括以沿着预定的第 一方向的间距排列而成的第——维圓柱透镜阵列；及以沿着与第 一 方向交 叉的第二方向的间距排列而成的第二一维圓柱透镜阵列。此圆柱型微透镜 阵列的第一与第二一维圓柱透镜阵列较佳是一体地设置在一个光穿透性基
板上，并具备多数个包含第 一与第二一维圆柱透镜阵列的圓柱透镜阵列板。 多数个圓柱透镜阵列板较佳是沿着光轴方向，隔着一间隔来配置。此外， 沿着第——维圓柱透镜阵列的第 一方向的间距以及沿着第二一维圓柱透镜 阵列的第二方向的间距，较佳是至少要有一个在2mm以下的间距。
藉由此种架构，各折射面与在二维曲面(球面状)上所形成的一般复眼 透镜是不相同的，圓柱型微透镜阵列的第 一与第二一维圆柱透镜阵列的各 折射面是在一维曲面(圓柱状)上所形成的，故高精密加工变得容易，进而 可以降低制造成本。特别是，在圓柱型微透镜阵列的最小间距在2隱以下 的情形时，制造成本降低的效果是明显的。也就是说，此种圆柱型微透镜 阵列可以利用例如研磨加工、蚀刻加工与压型加工等等方式来制造。
因为藉由应用达成低成本且高精密度面形状的圆柱型微透镜阵列可以 实验均勾性优异的照明，故偏振照明的成像性能便大幅提升，而在整个曝 光区域上，可以形成转印精确度好且细微的图案。
此种圓柱型微透镜阵列，在本案申请人的日本申请案特愿第 2002-152634号说明数与图式(以及其相对应，2003年5月27日向美国提 出申请的第445022号)中有所揭示。在本说明书中，参考该美国申请案第 445022号的揭示而使用。
在上述实施例的曝光装置中，利用光学照明装置来照明光罩(十字标 记)(照明制程)、藉由使用投影光学系统来将光罩上所形成的转印图案转印
到感光性基板上(曝光制程)，便可以制造出微电子組件(半导体组件、摄影 组件、液晶显示组件、薄膜^f兹头等等)。接着，参考图12的流程图，来说 明使用上述实施例的曝光装置，将预定的电路图案形成于做为感光基板的 晶圆等上，以获得半导体组件时的一种方法例。
首先，在图12的步骤301，将金属膜蒸镀在一批晶圓上。接着在步骤 302，将光阻涂布在该批晶圓上的金属膜上。之后，在步骤303,使用上述 实施例的曝光装置，将光罩上的图案像，经由投影光学系统，依序曝光转 移到该批晶圓上的各个拍摄区域。之后，在步骤304,对该批晶圆上的光阻 进行显影后，在步骤305，以该批晶圓上的光阻图案为罩幕，进行蚀刻，藉 以将对应光罩上的电路图案形成在各晶圆的各拍摄区域。之后，藉由形成 更上层电路图案等，来制造出半导体组件等。依据上述半导体组件制造方 法的话，具备极细微的电路图案的半导体组件也可以获得良好的产率。
此外，在本发明实施例的曝光装置中，藉由在面板(玻璃基板)上形成 预定图案(电路图案、电极图案等)，可以得到做为微电子组件的液晶显示 组件。接着，参考图13的流程图，来说明此时的方法例子。如图13的图 案形成工程401，使用上述实施例的曝光装置，将光罩上的图案转印曝光到 感光性基板(涂布光阻的玻璃基板)上，即执行所谓的微影制程。利用此微 影制程，将包含多数电极的预定图案形成于感光性基板上。之后，曝光的 基板利用显影工程、蚀刻工程与光阻剥离工程等各工程，在基板上形成预 定的图案，接着进入彩色滤镜形成工程402。
接着，在彩色滤镜形成工程402，对应红R(Red)、绿G(Green)与蓝 B(Blue)的三个点组合被排列成矩阵状，或者R、 G、 B三条滤镜组配置在复 数个水平扫描方向，以形成彩色滤镜。接着，在彩色滤镜形成工程402后， ^M亍组件(cell)组装工程403。在组件组装工程403，使用具有在图案形成 工程401所得的预定图案的基板以及在彩色滤镜形成工程402所得的彩色 滤镜等，组装成液晶面板(液晶组件)。
在组件组装工程403，例如在具有在图案形成工程401所得的预定图案 的基板以及在彩色滤镜形成工程402所得的彩色滤镜之间注入液晶，来制 造液晶面板(液晶组件)。之后，在模块组装工程404，安装使组装的液晶面 板(液晶组件)执行显示动作的电路、背光组件等各部品，以完成液晶显示 组件。依据上述液晶显示组件制造方法的话，具有极细微的电路图案的液 晶显示组件也可以获得良好的产率。
此外，在图l的实施例中，利用聚焦光学系统9，将二次光源所发出的 光加以集光，并重叠地照明于光罩M上。但是本发明并不限定于此种实施 方式。如图16所示的变化例，在聚焦光学系统9与光罩M之间的光路中， 也可以配置照明视野光圈(光罩挡板)与将此照明视野光圈的像形成于光罩
M上的中继光学系统。在此情形，聚焦光学系统9便将二次光源所发出的光 加以集光并且重叠地照明于照明视野光圈上，中继光学系统则将照明一见野
光圈的开口部(光穿过部)的像形成于光罩M上。
此外，上述实施例是使用KrF准分子激光光(波长248nm)或ArF准分 子激光光(波长193nm)做为曝光光，但是本发明并不局限于此。其它合适 的激光光源，例如供给波长157nm激光光的F2激光光源，或供给激光光以 外的光源，如I线或g线等的紫外光的灯光源也是适用于本发明。其次， 上述实施例是以具备光学照明装置的投影光学系统为例来说明本发明，但 是本发明也适用于用来照明光罩以外的被照射面的 一般光学照明装置者也 是可以明白的。
此外，在上述实施例中，以折射率大于1.1的媒体(一般为液体)来填 充于投影光学系统与感光性基板之间的光路中的方法，也可以使用所谓的 液体浸润法。在此情形，做为把液体填充于投影光学系统与感光性基板之 间的光路中的方法，可以采用国际公开号WO99/49504号公报所开示的局部 液体填充方法，或特开平6-124873号公报所开示的使保持曝光对象的平台 在液体槽中移动的方法，或特开平10-303114号公报所开示的在平台上形 成一定深度的液体槽，再将基板保持于其中的方法等等。
此外，做为液体，其对于曝光光具有穿透性，且折射率尽可能的高， 而对于投影光学系统或基板表面上所涂布的光阻，最好使用稳定之物。例 如在以KrF准分子激光光或ArF准分子激光光为曝光光时，可以使用纯水 或去离子水为液体。此外，使用F2激光光做为曝光光时，也可以使用可以 穿透F2激光光者做为液体，例如氟素系油或过氟化聚醚(PFPE)等的氟素系 液体。
此外，如同特开平10-163099号公报、特开平10-214783号公报、特 表2000-505958号公报等所开示一般，本发明也适用于搭载两个平台的双 平台式(twin stage type)曝光装置，其可以分别载置晶圓等的被处理基板 且在XY方向可以独立地移动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实 施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术 方案的范围内。
权利要求
1、一种光学照明装置，依据从光源部发出的光，以特定偏振状态来照明被照射面，其特征在于该光学照明装置包括导光手段，配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，将从该光源部发出的光导引到该被照射面；以及偏振状态变动修正手段，配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，用以修正在该被照射面上的偏振状态变动。
2、 根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的偏振状态变动修正手段更包括偏振状态调整手段，配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，用 以调整在被照射面上的偏振状态；偏振监视器，配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，用以检测 出光的偏振状态；以及控制部，依据该偏振监视器的输出，以控制该偏振状态调整手段。
3、 根据权利要求2所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的偏振状态调整手段包括可调整相位板，配置在该光源部与该偏振监视器之间的 光路中。
4、 根据权利要求3所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的导光手段包括光学部材，具有使入射的光的偏振状态改变而射出的特性。
5、 根据权利要求4所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光学部材是由结晶光学材料所形成。
6、 根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的偏振该被照射面上的光偏振状态的变动。
7、 根据权利要求6所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光穿透部材由结晶光学材料所构成。
8、 根据权利要求7所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光穿透部材是由立方晶系的结晶材料所构成，配置在该光源部与该被照射面之 间的光路中，光行进方向设定成比结晶方位<110〉更接近结晶方位<111>或 结晶方位<100〉。
9、 根据权利要求8所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的偏振状态变动修正手段配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，包括偏光 状态调整手段，以调整再该被照射面上的偏光状态，其中该光穿透部材是 由立方晶系所形成，光行进方向设定成比结晶方位<110>更接近<111>或 <100>
10、 根据权利要求9所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光 穿透部材包括位置固定在该光路中的光学部材，该光学部材的光轴是设定成与结晶方位〈111〉或结晶方位〈100〉实质上一致。
11、 根据权利要求9所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光穿透部材包括做为背面反射镜的直角棱镜，其中该直角棱镜的入射面与出射面设定成大致上与结晶面{100}—致，且该直角棱镜的反射面设定成实质 上与结晶面{110} —致。
12、 根据权利要求9所述的光学照明装置，其特征在于其中所述的光 穿透部材包括平行面板，在该光路中以可倾斜于该光轴设置，并且使沿着 该光轴入射的光线平行移动，该平行面板的光轴是设定成与结晶方位<100> 实质上一致。、
13、根据权利要求,9、中:壬一权利要求所述的光学照明装置，、其特征在 的长时间变动。
14、 一种曝光装置，其特征在于其包括权利要求1至13中任一权利要 求所述的光学照明装置，将预定的图案曝光到配置在该被照射面上的感光 性基板上。
15、 根据权利要求14所述的曝光装置，其特征在于更包括 投影光学系统，配置在该预定的图案所设定的第 一设定面与该感光性基板所设定的第二设定面之间的光路中，将该预定的图案像形成于该第二 设定面上；瞳强度分布形成手段，用以在该投影光学系统的瞳与共轭位置或其附 近的位置上形成预定光强度分布；以及瞳强度分布变更手段，用以改变该预定光强度分布的形状与大小的至 少其中之一。
16、 根据权利要求15所述的曝光装置，其特征在于更包括偏振状态变 更手段，配置在该光源部与该被照射面之间的光路中，用以改变照明到该 被照射面的光的偏振状态，其中该瞳强度分布变更手段是依据该预定的图 案特性，改变该预定光强度分布的形状与大小的至少其中之一，该偏振状态变更手段是依据该预定光强度分布的形状与大小的至少其 中之一的变化，来改变照明到该被照射面的光的偏振状态。
17、 根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于其中所述的偏振状 态变更手段包括偏振状态切换手段，用以将照明该被照射面的光的偏振状 态在特定偏振状态与非偏振状态之间切换，其中该偏振状态切换手段是依据该预定光强度分布的形状与大小的至 少其中之一的变化，在该特定偏振状态与该非偏振状态之间切换。
18、 根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于其中所述的瞳强度分布形成手段是沿着在光罩上所形成的线与空间图案的间距方向上，以隔 着间隔形成两个高光强度分布区域，该偏振状态变更手段是将从该两个高光强度分部区域照明到该被照射 面的光的偏振状态，设定成在与该间距方向实质上垂直的方向上，具有偏 振面的直线偏振状态。
19、 根据权利要求18所述的曝光装置，其特征在于其中在该两个高光 强度分部区域是对称于该光学照明装置的光轴而形成，其中以该光轴为中心，与该两个高光强度分部区域外接的外接圓直径 0以及该瞳面的直径小 的比定义为δ0， δo= o/ Ωp,其中oo满足下列条件 0. 7 ≤δ0。
20、 根据权利要求19所述的曝光装置，其特征在于其中所述的两个高 光强度分部区域是对称于该光学照明装置的光轴而形成，其中以该光轴为中心，与该两个高光强度分部区域外接的外接圓直径 0以及该瞳面的直径 0P的比 o/ p定义为δ0,且以该光轴为中心，与该两个高光强度分部区域 内接的内接圆直径 i以及该瞳面的直径 p的比小 i/ oP定义为δi 0. 5 ≤ δi/ δ0。
21、 根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于其中所述的瞳强度 分布形成手段是实质上以该光学照明装置的光轴为中心，形成一个高光强 度分部区域，其中该偏振状态变更手段是将从该高光强度分部区域照明到 该被照射面的光的偏振状态，设定成在相移光罩上所形成的线与空间的间 距方向实质上垂直的方向上，具有偏振面的直线偏振状态。
22、 根据权利要求21所述的曝光装置，其特征在于其中所述的高光强 度分部区域的大小 以及该瞳面的直径 P的比定义为δ ， δ / p,其中 δ0满足下列条件δ≤0.4
23、 一种曝光方法，其特征在于其包括以下步骤照明步骤，经由权利要求1至13任何一项所述的光学照明装置，或经 由通过权利要求46至48任何一项所述的调整方法所调整的光学照明装置， 来照明预定的图案；以及曝光步骤，将该预定的图案曝光到配置在该被照射面的感光性基板上。
24、 根据权利要求23所述的曝光方法，其特征在于更包括 投影步骤，使用投影光学系统，形成该预定的图案像；瞳强度分布形成步骤，用以在该投影光学系统的瞳与共轭位置或其附 近的位置上形成预定光强度分布；以及瞳强度分布变更步骤，用以改变该预定光强度分布的形状与大小的至少其中之一。
25、 根据权利要求24所述的曝光方法，其特征在于其中在该瞳强度分 布变更步骤，更包括依据该预定的图案特性，改变该预定光强度分布的形 状与大小的至少其中之一，并且依据该预定光强度分布的形状与大小的至 少其中之一的变化，来改变照明到该被照射面的光的偏振状态。
26、 根据权利要求25所述的曝光方法，其特征在于其中所述的瞳强度 分布形成步骤，更包括沿着在光罩上所形成的线与空间图案的间距方向上， 以隔着间隔形成两个高光强度分布区域，并且将从该两个高光强度分部区 域照明到该被照射面的光的偏振状态，设定成在与该间距方向实质上垂直 的方向上，具有偏振面的直线偏振状态。
27、 根据权利要求26所述的曝光方法，其特征在于其中在该两个高光 强度分部区域是对称于该光学照明装置的光轴而形成，其中以该光轴为中心，与该两个高光强度分部区域外接的外接圓直径ΦO以及该瞳面的直径ΦP的比定义为cro, QOo=Φo/ΦP，其中cto满足下列条件 0. 7 ≤ ao。
28、 根据权利要求26所述的曝光方法，其特征在于其中所述的两个高 光强度分部区域是对称于该光学照明装置的光轴而形成，其中以该光轴为 中心，与该两个高光强度分部区域外接的外接圓直径小o以及该瞳面的直径 ΦP的比Φo/Φp定义为ao,且以该光轴为中心，与该两个高光强度分部区域 内接的内4妾圓直径4) i以及该瞳面的直径小p的比Φi/Φp定义为Q i0. 5 = Q i/ Q 0。
29、 一种曝光方法，用以将设定在第一面的光罩的图案，曝光到配置 在第二面上的感光性基板，其特征在于该曝光方法包括以下步骤第一步骤，提供光；第二步骤，依据该第一步骤所提供的该光，照明该光罩； 第三步骤，将在该第二步骤被照明的该光罩的图案曝光到该感光性基 板上；以及第四步骤，修正在该第二面上的光的偏振状态的变动。
30、 根据权利要求29所述的曝光方法，其特征在于更包括第五步骤， 检测出光的偏振状态，其中该第四步骤更包括一步骤，依据该第五步骤所 检测出的光偏振状态，来调整该第二面上的偏振状态。
31、 根据权利要求30所述的曝光方法，其特征在于其中所述的第四步 骤用来补正该供给的光的光路中的光穿透部材所引起的在该第二面上的光 偏振状态的变动。
32、 根据权利要求31所述的曝光方法，其特征在于其中所述的第四步 骤是用来对在该被照射面上的偏振状态的长时间变动。
33、 一种光学照明装置，以光源部发出的光来照射被照射面，包括 偏振光照明设定手段，将从该光源部发出的前述光的偏振状态，设定为特定的偏振状态；以及光穿透部材，配置在该光源部与该偏振光照明设定手段之间的光路中， 其特征在于该光穿透部材是以立方晶系所形成，该光穿透部材是形成为穿过该光穿透部材的光的行进方向是设定成 比结晶方位< 110>更接近结晶方位< 111 〉或结晶方位< 10 0〉。
34、 根据权利要求33所述的光学照明装置，其特征在于该光穿透部 材是萤石、氟化钙、氟化钡或氟化镁所形成。
35、 一种光学照明装置，以光源部发出的光来照射被照射面，包括 偏振光照明设定手段，将从该光源部发出的前述光的偏振状态，设定为特定的偏振状态；以及光穿透部材，配置在该光源部与该偏振光照明设定手段之间的光路中， 其特征在于该光穿透部材是被动态地保持住，以抑制该光穿透部材所产生的应力 双折射。
36、 一种曝光装置，其特征在于其包括权利要求33至35中任一权利 要求所述的光学照明装置，将光罩的图案曝光到配置在该被照射面上的感 光性基板上。
37、 一种曝光方法，其特征在于其包括以下步骤照明步骤，使用权利要求33至35中任一权利要求所述的光学照明装 置，来照明光罩；以及曝光步骤，将该光罩的图案曝光到配置在该被照射面上的感光性基板上。
全文摘要
本发明是有关于一种光学照明装置、曝光装置以及曝光方法。该光学照明装置，例如搭载于曝光装置中，便可以依据光罩图案的特性，抑制光量损且使照明光的偏振状态改变，得以实施适当的照明条件。具有提供直线偏振光的光源部(1)，以光源部发出的光来照明被照射面(M、W)。光学照明装置具有偏振状态切换手段(10、20)，配置在光源部与被照射面之间的光路中，用以使照明被照射面的光的偏振状态在特定偏振状态与非偏振状态之间做切换。偏振状态切换手段更具有去偏振器(20)，其架构成可以自在地插入与脱离于照明光路中，并且可依据所需将入射的直线偏振光去偏振。
文档编号G03F7/20GK101201553SQ20071019564
公开日2008年6月18日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月3日
发明者小峯典男, 工藤威人, 村松研一, 松山知行, 田中裕久, 西永寿, 谷津修 申请人:株式会社尼康