光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法

2023-06-15 08:28:21 3

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

發明內容
為了解決上述課題，本發明的第一型態提出一種光學照明裝置，其具 有光源部，以提供直線偏振光，並以光源部發出的光來照射被照射面。光 學照明裝置包括偏:展狀態切換手段，其配置在光源部與該被照射面之間的
間切換。
偏振狀態切換手段包括去偏振器，可自由地插入與脫離於照明光路中， 依據需要將入射的直線偏振光去偏振。
根據本發明的第 一型態，在特定偏振狀態為直線偏振狀態的情形時， 偏振狀態切換手段可以改變直線偏振的偏振面。此外，偏振狀態切換手段 可包括相位部材，依據需求改變入射的直線偏振光的偏振面。在此情形，
相位部材具有1/2波長板，其結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而 自由地旋轉。
此外，依據上述第一型態，去偏振器包括水晶稜鏡，其結晶光學軸是 以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。此外，去偏振器更包括偏振 分光器與反射系統。反射系統是使穿過偏振分光器的光的光路與被偏振分 光器最後反射的光的光路實質上一致，並且使被偏振分光器反射的光在平 面上反射多數次，再回到偏振分光器。偏振分光器與反射系統以光學照明 裝置的光軸為中心而自由地旋轉。
此外依據上述第一型態的話，去偏振器更包括偏振分光器與反射系統。 反射系統是使穿過偏振分光器的光的光路與被偏振分光器最後反射的光的 光路實質上一致，並且使被偏振分光器反射的光在平面上反射多數次，再 回到偏振分光器。偏振分光器與反射系統可一體地插入與脫離於照明光路。
此外，依據上述第一型態的話，偏振狀態切換手段更包括第二相位部 材，將入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光。此外，第二相位部材更包括 1/4波長板，且1/4波長板是以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。
此外，依據上述第一型態的話，配置在光源部與偏振狀態切換手段之 間的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行進方向是設定成比 結晶方位更接近或。在此情形，配置在偏振狀態切換手段 與被照射面之間的光路中，以立方晶系所形成的光穿透部材中，光行進方 向是設定成比結晶方位更接近或。
上述光穿透部材更包括光學部材，固定地定位在光路中，其中光學部 材的光軸設定成與結晶方位或結晶方位實質上上一致。此外， 光穿透部材包括直角稜鏡，做為背面反射鏡，其中直角稜鏡的入射面與出 射面是設定成實質上上與結晶面{100}—致，並且直角稜鏡的反射面設定成 實質上與結晶面{110)—致。此外，光穿透部材更包括平行面板，其可相對
光軸傾斜設置於光路中，使沿著光軸入射的光線平行移動，其中平行面板 的光軸是設定成實質上與結晶方位〈100〉一致。
此外，依據上述第一型態的話，光學照明裝置更包括照明瞳分布形成 手段，依據從光源部發出的光束，在光學照明裝置的睹面或瞠面的附近，
形成預定光強度分布；變更手段，用以變更預定光強度分布的形狀與大小 的至少其中之一；以及導光光學系統，將從預定光強度分布發出的光束導 引到被照射面。在此情形，偏振狀態切換手段是依據預定光強度分布的形 狀與大小的至少其中之一的變化，來變更用來照明被照射面的光的偏振狀 態。此外，偏振狀態切換手段是依據預定光強度分布的形狀與大小的至少 其中之一的變化，使用來照明被照射面的光的偏振狀態在直線偏振狀態與 非偏振狀態之間切換。
此外，依據上述第一型態的話，偏振狀態切換手段是依據該預定光強 度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，在前述特定偏振狀態下，光 的史託克參數的Sl成分是滿足下列條件0.6 ■ ISII。此外，在非偏振 狀態下，光的史託克參數的Sl與S2成分是滿足下列條件IS1I ^ 0. l以 及IS21 ^ 0.1。此外，光學照明裝置更包括偏振狀態變動修正手段，配置 在光源部與被照射面之間的光路中，用以修正在該被照射面上的偏振狀態 的變動。在此情形，偏振狀態變動修正手段更包括偏振監視器，配置在偏 振狀態切換手段與被照射面之間的光路中，用以檢測出光的偏振狀態；以 及控制部，依據偏振監視器的輸出，以控制偏振狀態切換手段。
此外，依據上述第一型態的話，偏振狀態切換手段更包括l/2波長板， 具有結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉；以及I/4波 長板，具有結晶光學軸以光學照明裝置的光軸為中心而自由地旋轉。使1/4 波長板的結晶光學軸與1/2波長板的結晶光學軸變化時，控制部回應偏振 監視器所得的檢測結果，使1/4波長板的結晶光學軸的角度位置定位在所 要位置，以使入射的橢圓偏振光變換成直線偏振光，並且使1/2波長板的 結晶光學軸的角度位置定位在所要位置，以使入射的直線偏振光變換成在 預定方向上具有偏振面的直線偏振光。在此情形，使1/4波長板的結晶光 學軸改變時，控制部將1/4波長板的結晶光學軸的角度位置定位在檢測結 果中的史託克參數S1成分的變化對比約略成最大時的第一角度位置，且在 1/4波長板的結晶光學軸設定在第一角度位置的狀態下，在使1/2波長板的 結晶光學軸變化時，將1/2波長板的結晶光學軸的角度位置定位在檢測結 果中的史託克參數S1成分約略成最大或最小時的第二角度位置。
此外，依據上述第一型態的話，上述偏振監視器更包括分光器，配置 在偏振狀態切換手段與被照射面之間的光路中，用以從光路中擷取出與入 射光的偏振狀態相異的偏振狀態的反射光或是穿透光；以及光強度檢測器，
用以檢測出被分光器從光路中擷取出的反射光或穿透光的強度，並依據光 強度檢測器的輸出，以檢測出入射到分光器的入射光的偏振狀態。在此情 形，分光器具有反射特性或穿透特性，使包含於反射光或該穿透光的P偏
振強度Ip與S偏振強度Is的強度比Ip/Is滿足Ip/Is 2的條件。
此外，依據上述第一型態的話，光學照明裝置更包括照明瞳分布形成 手段，依據光源部發出的光束，在光學照明裝置的瞳面或瞳面的附近形成 預定光強度分布，其中照明瞳分布形成手段是沿著對應被照射面上的預定 方向上的瞳面或瞳面的附近的面上的方向，形成隔著間隔的兩個高光強度 分布的區域，其中偏振狀態切換手段是將從兩個高光強度分布區域照明到 被照射面的光的偏振狀態，設定成在與預定方向垂直方向上具有偏振面的 直線偏振狀態。在此情形，前述兩個高光強度分部區域是對稱於光學照明 裝置的光軸而形成，其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區域外接的
夕卜接圓直徑4)0以及瞳面的直徑小p的比定義為ao， ao,o/(p,其中ao 滿足下列條件0.7 ^ ao。此外，兩個高光強度分部區域是對稱於該光 學照明裝置的光軸而形成，其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區域 外接的外接圓直徑)O以及瞳面的直徑)p的比)o/)p定義為ao，且以光軸為 中心，與兩個高光強度分部區域內接的內接圓直徑(i以及瞳面的直徑)p的 比(j)i/)p定義為o i，貝'J 0. 5 ^ ai/dO。
本發明的第二型態提供一種光學照明裝置，其依據從光源部發出的光， 以特定偏振狀態來照明被照射面。
光學照明裝置包括導光手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中， 將從光源部發出的光導引到被照射面；以及
偏振狀態變動修正手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用 以修正在該被照射面上的偏振狀態變動。
依據上述第二型態的話，偏振狀態變動修正手段更包括偏振狀態調整 手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以調整在被照射面上的 偏振狀態；偏振監視器，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以檢 測出光的偏振狀態；以及控制部，依據偏振監視器的輸出，以控制偏振狀 態調整手段。在此情形，偏振狀態調整手段包括可調整相位板，配置在光 源部與偏振監視器之間的光路中。此外，導光手段包括光學部材，具有使 入射的光的偏振狀態改變而射出的特性。上述光學部材可由結晶光學材料 所形成。
本發明第三型態提供 一 種光學照明裝置，其依據光源部所發出的光， 來照明被照射面。
此光學照明裝置包括導光手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以將光源部發出的光導引到被照射面；
以及偏振狀態穩定手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用 以穩定在被照射面上的偏振狀態。
依據上述第三型態的話，上述偏振狀態穩定手段可更包括偏振狀態調 整手段，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以調整在被照射面上
的偏振狀態；偏振監視器，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以 檢測出光的偏振狀態；以及控制部，依據偏振監視器的輸出，以控制偏振 狀態調整手段。在此情形，偏振狀態調整手段包括可調整相位板，配置在 光源部與偏振監視器之間的光路中。此外，導光手段包括光學部材，具有 使入射的光的偏振狀態改變而射出的特性。上述光學部材是由結晶光學材 料所形成。
此外，依據上述第三型態的話，偏振狀態穩定手段包括光穿透部材， 其配置在光源部與被照射面之間的光路中，且以立方晶系的結晶材料形成。 在此情形，上述光穿透部材的光行進方向較佳是設定在比結晶方位〈110〉更 近近結晶方位或結晶方位<100〉。此外光穿透部材具有光學部材，其 固定地定位在前述光路中，該光學部材的光軸較佳是設定成與結晶方位 <111〉或結晶方位<100〉實質上一致。或者是，前述光穿透部材具有做為背 面反射鏡的直角稜鏡，較佳而言，前述直角稜鏡的入射面與出射面是設定 成與結晶面{100}大約一致，而反射面試設定成與結晶面{110}大約一致。 或者是，光穿透部材具有平行面板，可相對於光軸傾斜地設置在前述光路 中，使沿著光軸入射的光線平行移動。較佳而言，前述平行面板的光軸是 設定成與結晶方位〈100〉大約一致。
本發明第四型態提供 一 種光學照明裝置的調整方法，光學照明裝置依 據從光源部發出的光，以特定偏振狀態來照明被照射面。
光學照明裝置的調整方法包括波長板設定步驟，將1/4波長板的結晶 光學軸設定在光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置，並且將1/2波 長板的結晶光學軸設定在光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置。
波長板設定步驟是使1/4波長板的結晶光學軸與1/2波長板的結晶光 學軸分別改變時，依據偏振狀態切換手段與被照射面間的光路中所檢測出 來的光偏振狀態的檢測結果，將1/4波長板的結晶光學軸設定在所要位置， 使入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光，並且將1/2波長板的結晶光學軸 設定在基準位置，使入射的直線偏振光變換成在預定方向上具有偏振面的 直線偏振光。
依據上述第四型態實施例的話，使1/4波長板的結晶光學軸改變時， 將1/4波長板的結晶光學軸設定在檢測結果中的史託克參數S1成分的變化 對比約略成最大時的第一角度位置，且在1/4波長板的結晶光學軸設定在
第一角度位置的狀態下，在使1/2波長板的結晶光學軸變化時，將1/2波 長板的結晶光學軸設定在檢測結果中的史託克參數S1成分約略成最大或最 小時的第二角度位置。此外，光學照明裝置的調整方法更包括照明瞳形成
步驟，依據從光源部發出的光束，在光學照明裝置的瞳面或瞳面的附近形
成預定光強度分布；照明瞳變更步驟，用以將預定光強度分布的形狀與大 小的至少其中之一變更；波長板重設定步驟，依據預定光強度分布的形狀 與大小的至少其中之一的變更，修正設定1/4波長板的結晶光學軸與1/2 波長板的結晶光學軸的至少其中之一。
本發明第五型態提供一種曝光裝置，包括第一至第三型態所記載的光 學照明裝置，或利用第四型態所記載的調整方法來進行調整的光學照明裝 置，將預定的圖案曝光到配置在前述被照射面的感光性基板上。
依據本發明第五型態的話，曝光裝置更包括投影光學系統，配置在預 定的圖案所設定的第 一設定面與感光性基板所設定的第二設定面之間的光 路中，將預定的圖案像形成於第二設定面上；瞳強度分布形成手段，用以 在投影光學系統的瞳與共軛位置或其附近的位置上形成預定光強度分布； 以及瞳強度分布變更手段，用以改變預定光強度分布的形狀與大小的至少 其中之一。在此情形，曝光裝置更包括偏振狀態變更手段，配置在光源部 與被照射面之間的光路中，用以改變照明到被照射面的光的偏振狀態，其 中瞳強度分布變更手段依據預定的圖案特性，改變預定光強度分布的形狀 與大小的至少其中之一。偏振狀態變更手段是依據預定光強度分布的形狀 與大小的至少其中之一的變化，來改變照明到被照射面的光的偏振狀態。 此外，在此情形，偏振狀態變更手段包括偏振狀態切換手段，用以將照明
態切換手段依據預定光強度分布的形狀與i小的至少其中之一的變化，在 特定偏振狀態與該非偏振狀態之間切換。
此外，依據本發明第五型態的話，瞳強度分布形成手段沿著在光罩上 所形成的線與空間圖案的間距方向上，以隔著間隔形成兩個高光強度分布 區域。偏振狀態變更手段將從兩個高光強度分部區域照明到被照射面的光 的偏振狀態，設定成在與間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直 線偏振狀態。或者是，瞳強度分布形成手段實質上以光學照明裝置的光軸 為中心，形成一個高光強度分部區域，其中偏振狀態變更手段是將從高光 強度分部區域照明到被照射面的光的偏振狀態，設定成在做為光罩的相移 光罩上所形成的線與空間的間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的 直線偏振狀態。在此情形，高光強度分部區域的大小以及該瞳面的直徑)P 的比定義為a, o=(|)/{|)p，其中ao滿足下列條件a S 0. 4。
本發明第六型態提供一種曝光方法，包括第一至第三型態所記載的光
學照明裝置，或利用第四型態所記載的調整方法來進行調整的光學照明裝 置，該曝光方法包括照明步驟，經由前述光學照明裝置，來照明光罩。
以及曝光步驟，將預定的圖案曝光到配置在前述被照射面的感光性基 板上。
依據本發明第六型態的話，曝光方法可更包括投影步驟，使用投影光
學系統，形成預定的圖案像；瞳強度分布形成步驟，用以在投影光學系統 的瞳與共軛位置或其附近的位置上形成預定光強度分布；以及瞳強度分布 變更步驟，用以改變預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一。在此 情形，瞳強度分布變更步驟更包括依據預定的圖案特性，改變預定光強度 分布的形狀與大小的至少其中之一，並且依據預定光強度分布的形狀與大 小的至少其中之一 的變化，來改變照明到被照射面的光的偏振狀態。
依據本發明第六型態的話，瞳強度分布形成步驟更包括沿著在光罩上 所形成的線與空間圖案的間距方向上，以隔著間隔形成兩個高光強度分布 區域，並且將從兩個高光強度分部區域照明到被照射面的光的偏振狀態， 設定成在與間距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態。 在此情形，兩個高光強度分部區域是對稱於光學照明裝置的光軸而形成，
其中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑(O以及瞳
面的直徑)P的比定義為cro， ao o/(p，其中ao滿足下列條件0. 7 ^ a o。此外，兩個高光強度分部區域是對稱於光學照明裝置的光軸而形成，其 中以光軸為中心，與兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑)O以及瞳面 的直徑(f)P的比(t)o/)p定義為ao,且以光軸為中心，與兩個高光強度分部區 域內接的內接圓直徑(l)i以及該瞳面的直徑(J)的比)i/)P定義為(J i， 0.5 ^ a i/ a o。
本發明第七型態提供一種曝光方法，用以將設定在第 一面的光罩的圖 案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。此曝光方法包括 第一步驟提供直線偏振光；
第二步驟依據第一步驟所提供的直線偏振光，照明光罩； 第三步驟將^f皮第二步驟照明的光罩的圖案曝光到感光性基板上； 第四步驟將第二面上的光的偏振狀態，切換於特定偏振狀態與非偏 振狀態之間，其中依據入射的直線偏振光，依據需求，將用來非偏振化的 去偏光器插入或脫離於照明光路中。
依據本發明第七型態的話，上述曝光方法的第四步驟可更包括改變直 線偏振的偏振面的步驟。此外，曝光方法的第三步驟可更包括使用投影 光學系統將光罩的圖案形成到第二面上；在與投影光學系統的瞳共軛的位 置或其附近的位置上，形成預定光強度分布；改變預定光強度分布的形狀 與大小的至少其中之一；以及依據預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一的變化，改變照明被照射面的光的偏振狀態。
本發明第八型態提供一種曝光方法，用以將設定在第一面的光罩的圖 案，曝光到配置在第二面上的感光性基板。曝光方法包括
第一步驟提供光；
第二步驟依據第一步驟所提供的光，照明光罩；
第三步驟，將在第二步驟被照明的光罩的圖案曝光到感光性基板上；
以及
第四步驟，修正在第二面上的光的偏振狀態的變動。 依據本發明第八型態的話，曝光方法更包括第五步驟，檢測出光的偏 振狀態。
第四步驟更包括一步驟，依據第五步驟所檢測出的光偏振狀態，來調 整第二面上的偏振狀態。
本發明第九型態提供一種光學照明裝置，其依據光源部發出的光，以 特定的偏振狀態來照明被照射面。
光學照明裝置包括偏振狀態變更手段，配置在光源部與被照射面之間 的光路中，以改變照明上述被照射面的光的偏振狀態；以及
縱橫比變換手段，用以改變在與前述被照射面在實質上為傅立葉轉換 關係的照明瞳上所形成的光強度分布的縱橫比。
依據本發明第九型態的話，偏振狀態變更手段可具備偏振狀態切換手
態之間;切換。此外:依據本發明第九實施例的話，縱橫比變i手段為配 置在與前述被照射面在實質上為傅立葉轉換關係的位置或其附近，並且包 括光學組件群，其具有改變垂直的兩個方向上的放大率的功能。
本發明第十型態提供一種曝光裝置，包括上述第九型態所記載的光學 照明裝置，用以將光罩的圖案曝光到配置在前述被照射面上的感光性基板。
依據本發明第十型態的話，前述偏振狀態變更手段依據光罩的圖案特 性，來變更光的偏振狀態；前述縱橫比變化手段依據光罩的圖案特性，來 改變在照明瞳上所形成的光強度分部的縱橫比。
本發明的第十一型態提供一種曝光方法，將設定在第 一面的光罩圖案， 曝光到設定在第二面的感光性基板上。此曝光方法包括
第一步驟提供特定偏振狀態的光；
第二步驟依據第一步驟所提供的光，照明光罩；
第三步驟將在第二步驟被照明的光罩圖案，曝光到感光性基板上；
第四步驟變更在第二面上的光的偏振狀態；
第五步驟改變在與第二面在實質上為傅立葉轉換關係的照明瞳上所 形成的光強度分布的縱橫比。
依據上述第十一型態的話，第四步驟依據光罩的圖案特性來改變光的 偏振狀態。此外，依據上述第十一型態的話，第五步驟依據光罩的圖案特 性來改變照明瞳上所形成的光強度縱橫比。
本發明第十二實施例提供一種光學照明裝置，以光源部發出的光來照 射被照射面。光學照明裝置包括
偏振照明設定手段，用以將照明被照射面的光的偏振狀態，設定成特
定偏振狀態；以及
光學積分器，配置在光源部與被照射面之間。
光學積分器包括沿著預定第 一方向的間距排列而成的第 一一維圓柱透 鏡陣列；以及以沿著與第 一方向交叉的第二方向的間距排列而成的第二一 維圓柱透鏡陣列。
依據本發明第十二型態的話，第 一與第二一維圓柱透鏡陣列為 一體地 設置在光穿透性基板上。
依據本發明第十二型態的話，光學照明裝置包括多數個包含第一與第 二一維圓柱透鏡陣列的圓柱透鏡陣列板。該些圓柱透鏡陣列板是沿著光學 照明裝置的光軸方向，隔著一間隔來配置。此外，沿著第——維圓柱透鏡 陣列的第 一方向的間距以及沿著第二一維圓柱透鏡陣列的第二方向的間 距，至少要有一個在2mm以下的間距。
本發明第十三型態提供一種曝光裝置，包括第十二型態所記載的光學 照明裝置，將光罩的圖案曝光到配置前述被照射面的感光性基板上。
本發明第十四型態提供一種曝光方法，包括照明步驟使用第十二型 態所記載的光學照明裝置，來照明光罩；以及曝光步驟，將前述光罩的圖 案曝光到配置在前述被照射面上的感光性基板上。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。經由上述可知，本 發明是有關於一種光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法。該光學照明裝 置，例如搭載於曝光裝置中，便可以依據光罩圖案的特性，抑制光量損且 使照明光的偏振狀態改變，得以實施適當的照明條件。具有提供直線偏振 光的光源部l,以光源部發出的光來照明被照射面(M、 W)。光學照明裝置具 有偏振狀態切換手段(IO、 20),配置在光源部與被照射面之間的光路中，
切換。偏振狀態切換手段更具有去偏振器20，其架構成可以自在地插入與 脫離於照明光路中，並且可依據所需將入射的直線偏振光去偏振。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和 其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附 圖，詳細說明如下。


圖l繪示具有本發明實施例的光學照明裝置的曝光裝置的結構示意圖。
圖2繪示以輪帶照明與四極照明所以形成的輪帶狀二次光源與四極狀 二次光源的示意圖。
圖3繪示以二極照明所以形成的二極狀二次光源的示意圖。 圖4繪示圖1的相位部材與去偏振器的架構示意圖。 圖5繪示第一變化例的偏振狀態切換手段的架構示意圖。 圖6繪示第二變化例的偏振狀態切換手段的架構示意圖。 圖7繪示第三變化例的偏振狀態切換手段的架構示意圖。 圖8繪示變化例的去偏振器的架構示意圖。
圖9繪示在圖1中配置在光源與偏振狀態切換手段之間的光束匹配單 元的內部構造示意圖。
圖IO繪示關於螢石的結晶方位的說明圖。
圖11繪示在偏振狀態切換手段中所附設的用來將橢圓偏振變換成直線 偏振的1/4波長板的示例圖。
圖12繪示製作半導體組件以做為微電子組件的方法流程圖。
圖13繪示製作液晶顯示組件以做為微電子組件的方法流程圖。
圖14繪示在二極照明中，以直線偏振狀態的光來照射光罩的概略示例圖。
圖15繪示在圓形照明中，以直線偏振狀態的光來照射光罩的概略示例圖。
圖16繪示在圖1的曝光裝置中，附設用來檢測照明光的偏振狀態的偏 振監^L器的架構示意圖。
圖17繪示圖16的偏振監視器的內部結構的立體示意圖。
圖18繪示圖11中偏振狀態切換手段的1/4波長板的結晶光學軸與I/2 波長板的結晶光學軸的調整方法流程圖。
圖19繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置時， 1/2波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監視器的輸出變化圖。
圖20繪示當1/4波長板的結晶光學軸設定在各角度位置的狀態時，1/2 波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監視器的輸出變化圖。
圖21繪示1/4波長板的結晶光學軸在各角度位置的狀態下的偏振監視 器的輸出對比變化圖。
圖22繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在使橢圓偏振光變換成直線 偏振光的第一角度位置時，1/2波長板的結晶光學軸在各角度位置的偏振監 視器的輸出變化圖。
圖23繪示具有與圖1或圖16相異結構的照明瞳分布形成手段的曝光
裝置的架構示意圖。
圖24繪示在圖23中，配置在遠焦透鏡的前側透鏡群與後側透鏡群之 間的光路中的圓錐旋軸三稜鏡光學系的架構示意圖。
圖25繪示圓錐旋軸三稜鏡光學是對於在圖23變化例的輪帶照明中所 形成的二次光源的作用說明圖。
圖26繪示變焦透鏡對於在圖23變化例的輪帶照明中所形成的二次光 源的作用說明圖。
圖27繪示在圖23中，配置在遠焦透鏡的前側透鏡群與後側透鏡群之 間的光路中的第 一 圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對的架構示意圖。
圖28繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對於在圖23變化例的輪 帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖29繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對於在圖23變化例的輪 帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
圖30繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對於在圖23變化例的輪 帶照明中所形成的二次光源的作用說明圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功 效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的光學照明裝置、曝光 裝置以及曝光方法其具體實施方式
、結構、方法、步驟、特徵及其功效， 詳細i兌明3口後。
圖1為概略繪示具備本發明實施例的光學照明裝置的曝光裝置架構圖。
如圖1所示，沿著感光基板的晶圓w的法線方向為設定為z軸，在晶圓w
表面上平行於圖1圖面的方向為設定為Y軸，在晶圓W表面上垂直於圖1 圖面的方向為設定為X軸。此外，在圖1中，光學照明裝置為設定進行輪 帶照明。
本實施例曝光裝置具備雷射光源1,用以提供曝光光(照明光)。雷射光 源1可以使用例如提供波長248nm光的KrF準分子雷射光源，或者是提供 波長193nm光的ArF準分子雷射光源等。從雷射光源1沿著Z方向射出的 大略平行光束，具有在X方向上延伸成細長矩形的剖面，並且入射到由透 鏡對2a, 2b所構成的光擴散器(beam expander )2。各透鏡2a， 2b在圖1 圖面上(YZ平面上)分別具有負折射能力與正折射能力。因此，入射到光擴 散器2的光束在圖1圖面上會被擴大，而被整形成具有預定矩形剖面的光 束。
透過做為整形光學系統的光擴散器2的大略平行光束被偏向鏡3片偏 向到Y方向後，經由相位部材10、去偏振器(非偏振化組件)20以及繞射光
學組件4，入射至遠焦變焦透鏡(afocal zoom lens) 5。相位部材10與去偏 振器20的構造與作用會在下文詳述。 一般來說，繞射光學組件為在基板上 形成具有曝光光(照明光)的波長左右間隔(pitch)的階梯構造，並具有將入 射光束繞射到預定角度的作用。具體來說，當具有矩形剖面的平行光束入 射時，繞射光學組件4具有在其遠場(far field)或夫琅和費(fraunhofer) 繞射區域上，形成圓形光強度分布的功能。
因此，經過繞射光學組件4的光束，會在遠焦變焦透鏡5的瞳位置上 形成圓形光強度分布，亦即具有圓形剖面的光束。繞射光學組件4為架構 成可以從照明光路退避的結構。遠焦變焦透鏡5為架構成一邊維持遠焦系 統(無焦點光學系統)， 一邊以在預定的範圍內連續地改變倍率。透過遠焦 變焦透鏡5的光束入射至輪帶照明用繞射光學組件6。遠焦變焦透鏡5實質 將繞射光學組件4的發射原點與繞射光學組件6的繞射面彼此光學共軛地 連結在一起。聚光於繞射光學組件6的繞射面上或其附近面上的一點的數 值孔徑為與遠焦變焦透鏡5的倍率相關的方式來變化。
當平行光束入射時，輪帶照明用繞射光學組件6具備在它的遠場上形 成環狀光強度分布的功能。繞射光學組件6架構成可以自由地插脫於照明 光路上，並且四極照明用繞射光學組件60、圓形照明用繞射光學組件61、 X方向二極照明用繞射光學組件62與Y方向二極照明用繞射光學組件63等 為架構成可以彼此互相切換。四極照明用繞射光學組件60、圓形照明用繞 射光學組件61、 X方向二極照明用繞射光學組件62與Y方向二極照明用繞 射光學組件63等的結構與作用會在下文中敘述。
經過繞射光學組件6的光束會入射至變焦透鏡7。微透鏡陣列(micro lens array,或複眼透4竟)8的入射面為一皮定位在變焦透《竟7的後側焦平面 附近。微透鏡陣列8為由排列成縱列且密集的多數個具有正折射能力微小 透鏡所構成的光學組件。 一般而言，微透鏡陣列為利用例如在平行面板上 進行蝕刻處理以形成微小透鏡群的方式來架構而成。
構成微透鏡陣列的各微小透鏡為比構成複眼透鏡的各透鏡組件更微 小。此外，微透鏡陣列與彼此相互隔離的透鏡組件所構成的複眼透鏡不同， 多數個微小透鏡(微小折射面)並不互相隔離，而是一體形成。但是，從具 有正折射能力的透鏡組件被排列成縱橫方式這點來看，微透鏡陣列與複眼 透鏡相同，為波前分割型的光學積分器。
如上所述，從透過繞射光學組件4，形成於遠焦變焦透鏡5的瞳位置上
的圓形光強度的光束，從遠焦變焦透鏡5射出後，會成為具有各種角度成 分的光束，而入射至繞射光學組件6。換句話說，繞射光學組件4為構成具 有角度光束成形功能的光學積分器。另一方面，當平行光束入射時，繞射 光學組件6具備^L為在其遠場上形成環狀光強度分布的光束變換組件的功
能。因此，透過繞射光學組件6的光束會在變焦透鏡7的後側焦平面上(也
在微透鏡陣列的入射面上)，形成以例如光軸AX為中心的輪帶狀照野。
微透鏡陣列8的入射面上所形成的輪帶狀照野的外徑為相依於變焦透 鏡7的焦點距離而改變。如此，變焦透鏡7在實質上以傅立葉轉換關係來 連結繞射光學組件5與微透鏡陣列8的入射面。入射至微透鏡陣列8的光 束為被二次元地分割，在微透鏡陣列8的後側焦平面上，則如圖2A所示， 會形成與入射光束所形成的照野相同的輪帶狀多數個光源(以下稱為二次 光源)。
從微透鏡陣列8後側焦平面上所形成的輪帶狀二次光源發出的光束， 在受到聚焦光學系統9的聚光作用後，便重疊地照明到已經形成預定圖案 的光罩M上。透過光造M的圖案的光束，經過投影光學系統PL，便將光罩 圖案的影像形成於感光性基板的晶圓W上。據此，在與投影光學系統PL的 光軸AX垂直的平面(XY平面)上， 一邊以二維地驅動控制晶圓W， 一邊做整 體曝光或掃描曝光，而將光罩M的圖案逐一地曝光於晶圓W上的各個曝光 區域上。
在本實施例中，當遠焦變焦透鏡5的倍率改變時，輪帶狀二次光源的 中心高度(圓形中心線的與光軸AX的距離)dO並不會改變，僅有它的寬度(夕卜 徑(直徑)與內徑(直徑)之差的1/2)w0會改變。亦即，利用使遠焦變焦透鏡 5的倍率改變，可以使輪帶狀二次光源的大小(外徑)以及它的形狀(輪帶比 內徑/外徑)同時改變。
此外，當變焦透鏡7的焦距改變時，輪帶狀二次光源的輪帶比不會改 變，中心高度d0及寬度wO會同時改變。亦即，利用使變焦透鏡7的焦距 改變，可以不改變輪帶狀二次光源的輪帶比，而改變外徑。如上所述，在 本實施例中，利用適當地改變遠焦變焦透鏡5的倍率與變焦透鏡7的焦距， 可以不使輪帶狀二次光源的外徑改變，僅改變它的輪帶比。
此外，利用將繞射光學組件60設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6，可以進行四極照明。當平行光束入射時，四極照明用繞射光學組件60 具備在其遠場上形成四點狀光強度分布的功能。因此，經過繞射光學組件 60的光束會在微透鏡陣列8的入射面上，形成例如以光軸AX為中心的四個 圓形照野所構成的四極狀照野。因此，如圖2A所示，在微透鏡陣列8的後 側焦平面上，也會形成與其入射面上所形成照野相同的四極狀二次光源。
在四極照明中，也與輪帶照明時相同，藉由使遠焦變焦透鏡5的倍率 改變，可以一起改變四極狀二次光源的外徑(四個圓形面光源的外接圓的直 徑)Do與輪帶比(四個圓形面光源的內接圓的直徑Di/四個圓形面光源的外 接圓的直徑Do)。此外，藉由使變焦透鏡7的焦距改變，可以不改變四極狀 二次光源的輪帶比，而改變它的外徑。因此，利用適當地改變遠焦變焦透
鏡5的倍率與變焦透鏡7的焦距，可以不使四極狀二次光源的外徑改變， 僅改變它的輪帶比。
此外，藉由使繞射光學組件4從照明光路退避，並且將圓形照明用繞
射光學組件61設定在照明光^^中以取代繞射光學組件6或60，便可以進行 一般圓形照明。在此情形，沿著光軸AX而具有矩形剖面的光束便入射至遠 焦變焦透鏡5。入射到遠焦變焦透鏡5的光束便依據它的倍率被放大或縮小， 具有矩形剖面的光束就這樣沿著光軸AX從遠焦變焦透鏡5出射，再入射至 繞射光學組件61。
與繞射光學組件4的情形相同，當具有矩形剖面的平行光束入射時， 圓形照明用繞射光學組件61具備在其遠場形成圓形光強度分布的功能。因 此，以繞射光學組件61所形成的圓形光束經過變焦透鏡7，在微透鏡陣列 8的入射面處，形成以光軸AX為中心的圓形照野。結果，在微透鏡陣列8 的後側焦平面也形成以光軸AX為中心的圓形二次光源。在此情形，利用改 變遠焦變焦透鏡5的倍率或變焦透鏡7的焦點，便可以適當地改變圓形二 次光源的外徑。
接著，利用將繞射光學組件62設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6、 60或61，便可以進行X方向二極照明。當平行光束入射時，X方向二極 照明用繞射光組件62具備在其遠場沿著X方向上，形成相隔一間隔的兩點 狀光強度分布的功能。因此，經過繞射光學組件62的光束便在微透鏡陣列 8的入射面上，形成例如以光軸AX為中心，沿著X方向上，形成由相隔一 間隔的兩個圓形照野所構成的二極狀照野。結果，如圖3A所示，與入射面 上所形成的照野相同，在微透鏡陣列8的後側焦平面上，也會沿著X方向 形成二極狀二次光源。
此外，利用將繞射光學組件63設定在照明光路中以取代繞射光學組件 6、 60、 61或62，便可以進行Y方向二極照明。當平行光束入射時，Y方向 二極照明用繞射光組件63具備在其遠場沿著Z方向(在光罩與晶圓上為對 應到Y方向)上，形成相隔一間隔的兩點狀光強度分布的功能。因此，經過 繞射光學組件63的光束便在微透鏡陣列8的入射面上，形成例如以光軸AX 為中心，沿著Z方向上，形成由相隔一間隔的兩個圓形照野所構成的二極 狀照野。結果，如圖3B所示，與入射面上所形成的照野相同，在微透鏡陣 列8的後側焦平面上，也會沿著Z方向形成二極狀二次光源。
在二極照明中也與四極照明的情形相同，藉由改變遠焦變焦透鏡5的 倍率，可以一起變更二極狀二次光源的外徑(兩個圓形面光源的外接圓直 徑)do以及輪帶比(兩個圓形面光源的內接圓直徑di/兩個圓形面光源的外 接圓直徑)。此外，藉由改變變焦透鏡7的焦距，可以不改變二極狀二次光 源的輪帶比，而改變它的外徑。結果，藉由適當地改變遠焦變焦透鏡5的
倍率與變焦透鏡7的焦距，便可以不改變二極狀二次光源的外徑，而僅改 變它的輪帶比。
圖4繪示圖1的相位部材與去偏振器的概略示意圖。參考圖4所示， 相位部材10為以其結晶光學軸可以光軸AX為中心自由地旋轉的1/2波長 板來架構而成。另一方面，去偏振器20為由楔形水晶稜鏡20a以及具有與 此水晶稜鏡20a相輔形狀的楔形石英稜鏡20b所構成。水晶稜鏡20a與石 英稜鏡20b為架構成一體的稜鏡組合體，且可自由地插脫於照明光路。當 使用KrF準分子雷射光源獲ArF準分子雷射光源做為雷射光源1時，因為 從此光源射出的光的偏振度一般具有95%以上的偏振度，故大致直線偏振光 便入射至1/2波長板10。
當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的直線偏振的偏振面為設定 成0度或90度時，入射至1/2波長板的直線偏振光會直接通過，而不會改 變偏振面。此外，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的直線偏振的 偏振面為設定成45度時，入射至1/2波長板的直線偏振光會變換成偏振面 僅改變90度的直線偏振光。當水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射的直 線偏振的偏振面為設定成45度時，入射至水晶稜鏡20a的直線偏振光會變 換成非偏振狀態的光(非偏振化)。
在本實施例中，當去偏振器20定位在照明光路中時，水晶稜鏡20a的 結晶光學軸相對於入射的直線偏振的偏振面是設定成45度。換句話說，當 水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射的直線偏振的偏振面是設定成0度 或90度時，入射至水晶稜鏡20a的直線偏振光會直接通過，而不會改變偏 振面。此外，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的直線偏振的偏振 面是設定成22. 5度時，入射至1/2波長板10的直線偏振光會被轉換成非 偏振狀態的光，其包含偏振面不會改變而直接通過的直線偏振成分以及偏 振面僅改變90度的直線偏振成分。
如上所述，在本實施例中，從雷射光源1發出的直線偏振光是入射至 1/2波長板10。但，為了簡化以下的說明，P偏振(圖l中，在l/2波長板 的位置上，於Z方向具有偏振面的直線偏振，以下稱為Z方向偏振)的光入 射到1/2波長板10。當將去偏振器20定位在照明光路中時，1/2波長板10
0度或90度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方向偏振)的光會直接通 過，而不改變它的偏振面，再入射至水晶稜鏡20a。因為水晶稜鏡20a的結 晶光學軸相對於入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45 度，入射至水晶稜鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光會被轉變為非偏振狀態 的光。經過水晶稜鏡20a而被非偏振化的光，經過用來補償光行進方向的 做為補償器的石英稜鏡20b，以非偏振狀態來照明光罩M(進而晶圓W)。另
一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射P偏振(Z方向偏振)的
偏振面所成的角度被設定為45度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方 向偏振)的光的偏振面會改變90度，而成為S偏振(圖1中，在l/2波長板 位置上，於X方向具有偏振面的直線偏振，以下稱為X偏振)的光，再入射 至水晶稜鏡20a。因為水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射S偏振(X方 向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45度，入射至水晶稜鏡20a的S偏 振(X方向偏振)的光會被轉變為非偏振狀態的光。經過石英稜鏡20b，以非 偏振狀態來照明光罩M。
相對地，使偏振器20從照明光路退避的情形下，當1/2波長板10的
度或90度時，入射到1/2波長板10 ; P偏振(Z方向偏振)的光會直接通過， 而不改變它的偏振面，並以P偏振(Z方向偏振)狀態的光來照明光罩M。另 一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射P偏振(Z方向偏振)的 偏振面所成的角度被設定為45度時，入射到1/2波長板10的P偏振(Z方 向偏振)的光的偏振面會改變90度，而成為S偏振，並且以S偏振(X方向 偏振)狀態的光來照明光罩M。
如上所述，在本實施例中，藉由將去偏振器20插入照明光路來定位， 可以非偏振狀態來照明光罩M。此外，藉由使去偏振器20從照明光路上退 避並且將1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射P偏振(Z方向偏振)的偏 振面所成的角度被設定為0度或90度，可以P偏振(Z方向偏振)。再者， 藉由使去偏振器20從照明光路上退避並且將1/2波長板10的結晶光學軸 相對於入射P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度被設定為45度，便可 以S偏振(X方向偏振)狀態，來照明光罩M。
換言之，在本實施例中，藉由1/2波長板10與去偏振器20所構成的 偏振狀態切換手段的作用，照明到做為被照射面的光罩M(或晶圓W)的光的
照明時，可以在P光狀態與S偏振狀態之間(互相垂直的偏振狀態之間)互 相切換。因此在本實施例中，因為因應光罩M的圖案特性來抑制光量損失， 並且使照明光的偏振狀態改變來實現適當的照明條件，故可以依據光罩M 的圖案特性而實現的適當的照明條件，來進行良好的曝光。特別是，以直 線偏振光來照明時，在偏振狀態切換手段處實質上沒有光量損失下，來自 光源1的直線偏振可以導引到被照射面。
具體而言，例如藉由設定在X方向二極照明，以及在光罩M上沿著X 方向，以具有偏振面的直線偏振狀態的光來照明光罩M，在晶圓W上的臨界 層，沿X方向的線寬的極小圖案可以忠實地曝光。接著，例如藉由切換成Y 方向二極照明，並且以在光罩M上沿Y方向上具有偏振面的直線偏振狀態
的光來對光罩M照明，在晶圓W上的同一臨界層，沿X方向的線寬的極小 圖案可以忠實地曝光。
接著，在臨界層的雙重曝光結束後，例如還是以二極照明方式，或者 是切換成四極照明或輪帶照明或圓形照明，並且以非偏振狀態的光來照明
光罩M,晶圓W上的非臨界層(中間層或粗糙層(rough layer))的線寬較寬 的二維圖案可以高產量來曝光。但是這是一個例子。 一般而言，藉由依據 光罩M的特性來設定二次光源的適當的形狀或大小，並且將照明光罩M的 光設定成適當的偏振狀態，便可以適當的照明條件來進行良好的曝光。
實際上，在P偏振光線傾斜入射到晶圓W的情形以及S偏振光線傾斜 入射到晶圓W的情形，在晶圓W上所形成的光阻層表面的散射是不相同的。 具體而言，S偏振者會比P偏振有較高的反射率，因此P偏振會比S偏振更 會深達光阻層的內部。利用這種相對於光阻層的P偏振與S偏振光學特性 差異，因應光罩M的圖案特性，使照明光的偏振狀態改變，以實現適當的 照明條件的話，便可以適當的照明條件來進行良好的曝光。
此外，在上述實施例中，做為須因應需要使入射的直線偏振光線的偏 振面改變的相位部材的1/2波長板10是配置在光源側，做為必須因應需要 使入射的直線偏振光線成為非偏振的去偏振器20是配置在光罩側。但是， 並不限定在此方式，將去偏振器20配置在光源側且將1/2波長板1G配置 在光罩側也可以獲得相同的光學作用與效果。
再者，於上述實施例中，做為用來補償經過水晶稜鏡20a的光線的行 進方向的補償器是使用石英稜鏡20b。但是，並不是只限於此方式。對於 KrF準分子雷射或ArF準分子雷射的高耐久性的光學材料，如水晶或螢石等 所形成的楔型稜鏡，也可以用來做為補償器。此點對於其它相關的變化例 也是相同的。
圖5是繪出第一變化例的偏振狀態切換手段的結構示意圖。圖5第一 變化例所示的偏振切換手段，與圖4實施例所示的偏振切換手段具有類似 的構造。但是，相對於圖4的去偏振器20是架構成可以自由插入與脫離於 照明光路，而在圖5的第一變形例中，構成去偏振器20的水晶稜鏡20a與 石英稜鏡20b是架構成可以一體地以光軸AX為中心而自由地旋轉。而水晶 稜鏡20a的結晶光學軸以光軸AX為中心而自由地旋轉是基本上的差異點。 接著，著重於與圖4實施例的差異點，來說明圖5的變化例。
在第1變化例中，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的P偏振 (Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在0度或90度，入射到1/2波 長板10的P偏振(Z方向偏振)的光並不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方 向偏振)直接通過，而入射至水晶稜鏡20a。此時，當水晶稜鏡20a的結晶 光學軸相對於入射的P偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在45度，入射到水晶稜鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光被轉換成非偏振狀 態，並且經由石英稜鏡20b，以非偏振狀態來，明光罩M。，此外，當水晶稜
是被設定在0度或90度，入射到水晶稜鏡20a的P偏振(Z方向偏振)的光 並不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，並且經由石英稜 鏡20b,以P偏振(Y方向偏振)狀態來照明光罩M。
另一方面，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的P偏振(Z方向 偏振)的偏振面所成的角度是被設定在45度，入射到1/2波長板10的P偏 振(Z方向偏振)的光會僅改變90度，而變成S偏振(X方向偏振)的光，再 入射到水晶稜鏡20a。此時，當水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射的P 偏振(Z方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在45度，入射到水晶稜鏡 20a的S偏振(X方向偏振)的光被轉換成非偏振狀態，並且經由石英稜鏡 20b，以非偏振狀態來照明光罩M。此外，當水晶稜鏡20a的結晶光學軸相 對於入射的S偏振(X方向偏振)的偏振面所成的角度是被設定在0度或90 度，入射到水晶稜鏡20a的S偏振(X方向偏振)的光並不會改變它的偏振面， 以S偏振(X方向偏振)直接通過，並且經由石英稜鏡20b,以S偏振(X方向 偏振)狀態來照明光罩M。
如以上所述，在圖5的第一變化例中，利用圍繞1/2波長板10的光軸 AX的旋轉以及圍繞水晶稜鏡20a的光軸AX的旋轉，用來照明光罩的光的偏 振狀態便可以在直線偏振狀態與非偏振狀態之間切換。在以直線偏振光來 照明的情形時，可以在P偏振狀態與S偏振狀態之間切換。此外，圖5的 第一變化例中也將1/2波長板10配置在光源側而將去偏振器20配置在光 罩側，但是將去偏振器20配置在光源側且將配置1/2波長板10在光罩側 也可以獲得相同的光學作用與效果。
圖6是繪示第二變化例的偏振切換手段的結構示意圖。圖6的第二變 化例所示的偏振切換手段，具有類似於圖4實施例的偏振切換手段的結構。 但是，在圖4的實施例中，去偏振器20是架構成可以自在地插入脫離於照 明光路，相對於此，圖6所示的第二變化例是把去偏振器M以故定的方式 定位在照明光路中。這點是基本上的差異。接著，便著重在與圖4實施例 的差異點，來說明圖6的第二變化例。
在第二變化例中，水晶稜鏡20a結晶光學軸的相對於入射的P偏振(Z 方向偏振)的偏振面所成的角度是被定位在O度或90度。因此，當1/2波
度是被定位在0度或90度，入射到1/2波長板;0的P偏振(Z方向偏振) 的光並不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，而入射至水 晶稜鏡20a。因為水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射的P偏振(Z方向
偏振)的偏振面所成的角度是被定位在Q度或90度，入射到水晶稜鏡20a 的P偏振(Z方向偏振)的光並不會改變它的偏振面，以P偏振(Z方向偏振) 直接通過，並且經由石英稜鏡20b,以P偏振(Y方向偏振)狀態來照明光罩M。
此外，當1/2波長板10的結晶光學軸相對於入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是設定在45度，入射到水晶稜鏡20a的P偏振(Z方向 偏振)的光，偏振面僅變化90度，而成為S偏振(X方向偏振)，再入射至水 晶稜鏡20a。因為水晶稜鏡20a的結晶光學軸是相對於入射的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，故入射至水晶稜鏡20a 的S偏振(X方向偏振)的光的偏振面並不會改變，以S偏振(X方向偏振)直 接通過，經由石英稜鏡20b,以S偏振的狀態來照明光罩M。
再者，當1 /2波長板10的結晶光學軸相對於入射的P偏振(Z方向偏振) 的偏振面所成的角度是設定在22.5度，如前所述，入射到1/2波長板10 的P偏振(Z方向偏振)的光並不會改變偏振面，包含其狀態直接通過的P偏 振(Z方向偏振)成分與偏振面改變90度的S偏振(X方向偏振)成分，轉換 成非偏振狀態，再入射至水晶稜鏡20a。因為水晶稜鏡10a的結晶光學軸是 相對於入射的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 水晶稜鏡20a的P偏振(Z方向偏振)成分與S偏振(X方向偏振)成分也不會 改變偏振面而直接通過，經過石英稜鏡20b，以非偏振狀態來照明光罩M。
如以上所述，在圖6的第二變化例中，利用在將去偏振器20固定地定 位在照明光路中的狀態，使1/2波長板10圍繞光軸AX適當地旋轉，用來 照明光罩的光的偏振狀態便可以在直線偏振狀態與非偏',狀態之間，刀換。 在以直線偏振光來照明的情形時，可以在P偏振狀態與 振狀，7之間切 換。此外，圖6的第二變化例中也將1/2波長板10配置在光W^將去偏 振器20配置在光罩側，但是將去偏振器20配置在光源側且將配置1/2波 長板10在光罩側也可以獲得相同的光學作用與效果。
圖7是繪示第三變化例的偏振切換手段的結構示意圖。圖7的第三變 化例所示的偏振切換手段，具有類似於圖5第一變化例的偏振切換手段的 結構。但是，在圖5的第一變化例中，偏振切換手段是由1/2波長板10與 去偏振器20構成；相對於此，圖7所示的第三變化例中，偏振狀態切換手 段僅僅由可以光軸AX為中心自由地旋轉的去偏振器所構成，這點是基本上 的差異。接著，便著重在與圖5第一變化例的差異點，來說明圖7的第三 變化例。
在第三變化例中，當水晶稜鏡20a的結晶光學軸相對於入射的P偏振 (Z方向偏振)的偏振面是被設定成45度的角度，入射到水晶稜鏡20a的P 偏振便變更成非偏振狀態，再經由石英稜鏡20b,以非偏振狀態來照明光罩
M。另一方面，當水晶稜鏡20a結晶光學軸的相對於入射P偏振(Z方向偏振) 的偏振面是被設定為0度或90度的角度，入射到水晶稜鏡20a的P偏振(Z 方向偏振)的光並不會改變偏振面，以P偏振(Z方向偏振)直接通過，再經 由石英稜鏡201)，以P偏振狀態(Z方向偏振)來照明光罩M。
如上所述，圖7第三變化例中，利用讓水晶稜鏡20a環繞光軸AX做適 當旋轉，照明光罩M的光的偏振狀態便可以在直線偏振狀態與非偏振狀態 之間切換。此外，在圖7第三變化例中，去偏振器20是架構成繞光軸AX 來自由地旋轉並且可以自由地插入與脫離於照明光路中，藉由使去偏振器 20從照明光路退避，即使設定成以P偏振來照明光罩M,也可以荻得相同 的光學作用與效果。
圖8為去偏振器變化例架構的示意圖。在上述實施例以及第一至第三 變化例中，去偏振器20為採用具有水晶稜鏡20a的結構，但是如圖8變化 例所示，可以是偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)所構成的去偏振器 21。參考圖8所示，去偏振器21具備配置在照明光路中的偏振分光器21a。 入射至偏振分光器21a的光中，相對於偏振分光器21a的偏振分離面，P偏 振光(在圖中，其偏振方向以雙箭頭表示)會穿透偏振分光器21a。
另一方面，相對於偏振分光器21a的偏振分離面，S偏振光(在圖中， 它的偏振方向以點來表示)被偏振分光器21a反射後，便利用四個反射鏡 21b 21e所構成的反射系統的作用，在平行於圖8圖面的平面上，被反射 四次，而回到偏振分光器21a。在此，反射系統(21b 21e)是架構成使穿過 偏振分光器21a的P偏振光的光路以及被偏振分光器21a做最後反射的S 偏振光的光路大致上一致。如此，穿過偏振分光器21a的P偏振光以及被 偏振分光器21a做最後反射的S偏振光會沿著大致同一光路，從去偏振器 21被射出。但是，S偏振光會相對於P偏振光而被延遲反射系統(21b 21e) 的光路長。
偏振分光器21a與反射系統(21b-21e)所構成的去偏振器21，基本上 是與由水晶稜鏡20a與石英稜鏡20b所構成的去偏振器20具有等效的光學 作用。因此，實施例以及第一至第三變化例的去偏光器20可以圖8變化例 的去偏光器21來更換。換句話說，在將去偏光器21應用於圖4實施例的 情形時，偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是架構成可以一體地且自 在地插入脫離於照明光路。
此外，將去偏振器21應用於圖5第一變化例或圖7第三變化例的情形 時，偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是架構成可一體地以光軸AX為 中心做自由地旋轉。再者，將去偏振器21應用於圖6第二變化例的情形時， 偏振分光器21a與反射系統(21b 21e)是被固定地定位在照明光路中。
在圖8變化例的去偏振器21中，藉由將反射系統(21b 21e)的光路長
在實質上是設定成大於照明光(曝光光)的可幹涉距離，可以達到降低照明 光罩M的雷射光的同調性(幹涉性)，進而可以達到降低在晶圓W上的光譜 對比。此外，具備偏振分光器與反射系統，可應用於本發明的去偏光器的
詳細構造與其各種變化例，可以參考例如特開平11-174365號公報、特開 平11-312631號公報、特開2000-223396號公報等。
圖9是繪示圖1中配置於光源與偏振狀態切換手段之間的光調和單元 (beam matching unit ， BMU)的內部構造示意圖。如圖9所示，光調和單元 MBU中，雷射光源1 (例如KrF準分子雷射光源或ArF準分子雷射光源)所供 應的平行光，經過偏角稜鏡對31與平行面板32後，入射至光擴散器2。激 光光源1是設置在例如下層的底板A上。
在此，偏角稜鏡對31中至少有一個是架構成可以光軸AX為中心而自 由旋轉。因此，藉由使偏角稜鏡對31繞著光軸AX做相對旋轉，便可以調 整相對於光軸AX的平行光束的角度。亦即，偏角稜鏡對31是架構成光束 角度調整手段，用來調整雷射光源1所供應平行光束的相對於光軸AX的角 度。此外，平行面板32是架構成在垂直於光軸AX的面上，可以繞著垂直 的兩個軸線做旋轉。
因此，藉由使平行面板32繞著各軸線旋轉，使傾斜於光軸AX,平行光 束便可以相對於光軸AX做平行移動。亦即，平行面板32是架構成光束平 行移動手段，用來使雷射光源1所提供的平行光束相對於光軸AX做平行移 動。如此，通過偏角稜鏡對31與平行面板32的從雷射光源1所發出的平 行光束，在經過光擴散器2,被擴大整形成具有預定剖面形狀的平行光束後， 便入射至第一直角稜鏡33。
利用做為背面反射鏡的第 一直角稜鏡33而被偏向到垂直方向的平行光 束，在被同樣做為背面反射鏡的第二直角稜鏡34至第五直角稜鏡37依序 反射後，便通過上層底板B的開口部，而入射到第六直角稜鏡38。如圖9 所示，第二直角稜鏡至第五直角稜鏡37是配置成使被第一直角稜鏡33偏 向至垂直方向而往第六直角稜鏡的平行光束，迂迴於如供應純水的配管與 換氣用的配管39等。
被做為背面反射鏡的第六直角稜鏡38偏向至水平方向的光束，入射至 半反射鏡40。被半反射鏡反射40反射的光束，會被導引至位置偏移傾斜檢 測系統41。另一方面，穿過半反射鏡40的光束會被導引至由1/2波長板 10與去偏振器20所構成的偏振狀態切換手段42。在位置偏移傾斜檢測系 統41,入射到偏振狀態切換手段42的平行光束(入射至做為光積分器的繞 射光學組件4)的相對於光軸AX的位置偏移與傾斜會被檢測出來。
在此，當使用例如ArF準分子雷射光源做為雷射光源1的情形時，一 般而言，要承受高能量密度光照射的光穿透部材是要使用螢石，以確保所需的持久性。在此情形，如後所述，在穿過以螢石形成的光穿透部材時， 直線偏振的偏振面會有短期與長期的變化。經過以螢石形成的光穿透部材，
當直線偏振的偏振面改變時，水晶稜鏡20a有可能會失去做為非偏振化組
件的功能。
圖10為關於螢石的結晶方位的說明圖。參考圖IO所示，螢石的結晶 方位是依據立方晶系的結晶軸a南a3來定義的。亦即，沿著結晶軸+a,是被 定義為結晶方位[IOO]，沿著結晶軸+a2是被定義為結晶方位
，沿著結 晶軸+a3是被定義為結晶方位
。此外，a,a3平面是定義為與結晶方位 [IOO]與結晶方位[OOI]成45度方向的結晶方位[101]， a&平面是定義為與 結晶方位[100]與結晶方位
成45度方向的結晶方位[110] ， a南平面是 定義為與結晶方位
與結晶方位
成45度方向的結晶方位[Oll]。 其次，與結晶軸+a,、結晶軸+a2與結晶軸+a3成相等銳角方向是定義為結晶 方位[lll]。在圖10中，只有被結晶軸+a,、結晶軸+&2與結晶軸+&3所定義 圍出的空間的結晶方位被繪出，但是在其它空間中也可以定義出相同的結 晶方位。
依據本案發明人的驗證，以螢石所形成的光穿透部材中，光的行進方 向若與結晶方位[111 ]或者與此方位為結晶結構等效的結晶方位一致的話， 透過此光穿透部材，直線偏振的偏振面在實質上不會有變化。同樣地，光 的行進方向若與結晶方位[100]或者與此方位為結晶結構等效的結晶方位 一致的話，透過以螢石形成的光穿透部材，直線偏振的偏振面在實質上不
會有變化。相反地，光的行進方向若與結晶方位Uio]或者與此方位為結晶 結構等效的結晶方位一致的話，透過以螢石形成的光穿透部材，直線偏振 的偏振面會有短期與長期的變化。
此外，在本說明書中，所謂的"與某結晶方位為結晶結構等效的結晶 方位"，是相對於某結晶方位，替換該結晶方位的指數的順序的結晶方位， 以及將各指數的至少一部分做符號反轉的結晶方位。例如在某結晶方位為的情形時，[uwv] 、 [v麗][vwu] [wuv] [wvu] [-uvw] 、 [-uwv] 、 [-v冊]、 、 [-WUV] 、 [-WVU] 、 [U-VW] 、 [U-WV] 、 [V-UW] 、 [V-WU] 、 [W-uv]、 [W-VU] 、 [UV-W〗、[UW-V] 、 [VU-W] 、 [VW-U] 、 [WU-V] 、 [WV-u] 、 [-u-vw]、、 [wu-v]、 [wv-u]、 [-u-vw]、 [-u-wv]、 [-uv-w]、 [-uw-v]、 [-v-uw]、 [-V1U] 、 [-vu-w] 、 [-vw-u] 、 [-w-uv] 、 [-w-vu] 、 [-wu-v] 、 [-wv-u] 、 [u-v-w]、 [u-w-v] 、 [u-w-v] 、 [v-u-w〗、[V-w-u] 、 [w-u-v〗、[w-v-u] 、 [-u-v-w]、 [_U_W-V] 、 [-v-u-w] 、 [-v-w-u] 、 [-w-u-v] 、 [-w-v-u]等為結晶結構上等 效的結晶方位。此外，結晶方位[uvw]以及與此為結晶結構上等效結晶方位 是以結晶方位〈uvw〉來表示。此外，垂直於結晶方位[uvw]以及與此為結晶 結構上等效結晶方位的面，亦即結晶面(uvw)以及與此為結晶結構上等效結
晶面是以(UVW)來表示。
再本實施例中，配置在雷射光源1與偏振切換手段42之間的光路中且 以螢石所形成的光穿透部材中，光的行進方向是設定為為比結晶方位〈110〉 更近的結晶方位或結晶方位。具體來說，以構成光擴散器2的 透鏡成分(2a， 2b)的方式，而固定地定位於光路中的光學部材是以螢石來 形成的情形時，其光學部材的光軸是設定成與結晶方位〈111〉或結晶方位 〈100〉實質上一致。
在此情形，因為雷射光是大致上沿著結晶方位或結晶方位 穿過，故穿過透鏡成分(2a， 2b)的直線偏振的偏振面在實質上並無變化。 相同地，在偏角稜鏡對31也以螢石來形成時，其光軸也是設定成大致上與 結晶方位〈111〉或結晶方位〈100〉一致，藉以在實質上可以避免穿過的直線 偏振的偏振面有改變。
此外，當做為背面反射鏡的直角稜鏡33至38是以螢石來形成時，直 角稜鏡33至38的入射面與出射面是設定成大致上與結晶面{100}—致，而 且直角稜鏡33至38的反射面是設定成大致上與結晶面{110}—致。在此情 形，因為雷射光是大致上沿著結晶方位穿過，故穿過直角稜鏡33至 38的直線偏振的偏振面在實質上並無改變。
此外，當被設置成在光路中可相對於光軸AX傾斜而使沿著光軸AX入
時，平行面板32的光軸是設定成大致上與結晶方位〈100〉一i。此乃相對 於結晶方位與結晶方位<110〉成約35度的角度，結晶方位〈100〉與結 晶方位〈110〉會成為4 5度的角度。
使平行面板32的光軸大致與結晶方位〈111〉一致的話，亦即使它的光 學面與結晶面{111}大致上一致的話，當使平行面板32以最大限度(例如30 度)相對於光軸AX傾斜時，通過其內部的雷射光的行進方向會變成在結晶 方位〈110〉附近。因此，使平行面板32的光軸與結晶方位〈100〉大致上一致 的話，亦即亦即使它的光學面與結晶面UOO)大致上一致的話，可以確保通 過其內部的雷射光的行進方向會與結晶方位<110〉有某個程度上的分離狀 態。因此，藉由使平行面板32的光軸與結晶方位〈100〉大致上一致，不管 它的姿勢如何，都可以避免穿過平行面板32的直線偏振的偏振面產生變化。
此外，在上述的說明中，由於穿過在雷射光源1與偏振切換手段42間 的光路中所配置的光穿透部材的直線偏振的偏振面的改變被迴避，光行進 方向是設定成比結晶方位<110〉更近結晶方位或。但是，並非局 限於此，對於偏振切換手段42與被照射面的光罩M(進而晶圓W)之間的光 路中所配置的光穿透部材，也可以進行相同的設定，藉以迴避橫跨整個照 明光路因為螢石所導致的直線偏振的偏振面改變。
此外，在上述的說明中，因為穿過以螢石所形成的光穿透部材的直線 偏振的偏振面變化被避免，光的行進方向是設定成比結晶方位〈110〉更近結
晶方位<111〉或結晶方位。但是並不局限於螢石，例如藉由對以氟化
鈣、氟化鋇、氟化鎂等立方晶系的結晶材料所構成的光穿透部材進行相同 的設定，也可以避免因該結晶材料所造成的直線偏振的偏振面變化。
在此，如圖9所示，多數個(圖9所示的例子為6個)直角稜鏡33~ 38 配置在光束匹配單元BMU中。 一般來說，雷射光源1不管是KrF準分子激 光光源或是ArF準分子雷射光源，在直線偏振入射到做為背面反射鏡的直 角稜鏡的情形下，入射的直線偏振的偏振面若沒和P偏振面或S偏振面一 致的話(入射的偏振面對於反射面，既不是P偏振也不是S偏振)，在直角 稜鏡的全反射會使直線偏振變成橢圓偏振。在本實施例的偏振狀態切換手 段42是以直線偏振入射做為前提，橢圓偏振入射時並無法達到所要的作用。
在本實施例中，如圖11所示，做為將入射的橢圓偏振光變換成直線偏 振光的第二相位部材，最好是將例如結晶光軸以光軸AX為中心可自由旋轉 的1/4波長板11，設置在偏振狀態切換手段42中的1/2波長板10的光源 側(圖面的左側)。在此情形，即使因為如直角稜鏡所造成，橢圓偏振入射 到偏振狀態切換手段42中，因應入射的橢圓偏振的特性，設定l/2波長板 11的結晶光學軸，藉此使直線偏振入射到1/2波長板，而得以維持偏振狀 態切換手段42的原本的動作。此外，圖11中，雖然在1/2波長板10的光 源側配置1/4波長板，但是也可以將1/4波長板11配置在1/2波長板10 的光罩側(圖面右側)。
此外，在上述說明中，穿透以螢石所形成的光穿透部材的直線偏振的 偏振面變化的迴避方法，以及即使因直角稜鏡引起的橢圓偏振入射也可以 維持偏振狀態切換手段的原本作用的方法，也可以應用到圖1至圖4的實 施例中。但是，並部限定於此，圖5至圖8的變化例也可以適用此方法。
此外，在上述的說明中，為了避免穿過螢石等的立方晶系所形成的光 穿透部材的直線偏振的偏振面變化(偏振狀態的改變)，便進行該結晶材料 的結晶方位的設定。用來取代上述方法或與上述方法合併使用，可以使用 例如美國專利公開US2002/0163741A號(或W0 02/16993號公報)所揭露的 方法，來動態地保持立方晶系的結晶材料所形成的光穿透部材。藉此，在 高能量密度的光通過由螢石等立方晶系所形成的光穿透部材時，即使因熱 造成的光穿透部材的膨脹或收縮，也可以抑制此光穿透部材產生的應力雙 折射的發生，也可以抑制穿過此光穿透部材的直線偏振的偏振面變化(偏振 狀態的改變)。
接著，具體而言，利用對於什麼樣的光罩圖案，要用什麼樣的偏振狀 態的光來照明光罩，來例示說明使投影光學系統的成像性能(焦深與解析度
等)提升，而可以進行良好且忠實的轉印。首先，例如二極照明(一般而言， 隔著一間隔的兩個高光強度分部區域形成在瞳面或其附近的照明方式)的
情形時，如圖14所示，沿著光罩上所形成的線與空間圖案(line and space pattern) 141的間3巨方向(x方向對應光罩上的X方向)，形成隔一間隔的 兩個面光源142a與142b，與兩個面光源142a、 142b相距間隔的方向(x方 向3於應瞳面上的X方向)垂直的方向(y方向》t應瞳面上的Z方向)上， 以具有偏振面(圖面上以雙向箭頭Fl表示)的直線偏振狀態的光來照明光 罩，可以對光罩圖案141，提升投影光學系統的成像能力。也就是說，對於 縱方向圖案與橫方向圖案混在一起的二維圖案，例如以非偏振狀態的光來 照明光罩，縱方向圖案與橫方向圖案間不會發生線寬異常，而可以進行高 產率的圖案轉印。
特別是，在上述二極照明中，在謀求投影光學系統的成像性能的提升 上，兩個面光源142a、 142b是對稱於光軸AX來形成，並且希望能滿足下
列條件式(l)。
0.7 ^ ao/(j)p (1)
在條件式(l)中，ao是定義成(J)o/(p的值(通稱外側cr)。在此，如圖 14所示，f)為以光軸AX為中心，與兩個面光源142a與142b的外接圓的 直徑，)p為瞳面143的直徑。此外，為圖謀投影光學系統的成像能力更加 提升，條件式(l)的下限值最好設定在0. 9。
此外，在上述二極照明中，在謀求投影光學系統的成像性能的提升上， 兩個面光源142a、 142b是對稱於光軸AX來形成，並且希望能滿足下列條 件式(2)。
0. 5 ^ (7 i/ cro (2)
在條件式(l)中，ai是定義成小i/(p的值(通稱內側a)。 cro為上述定 義成(j)o/)p的外側cj。在此，如圖14所示，(j)i為以光軸AX為中心，與兩 個面光源142a與142b的內接圓的直徑，小p為瞳面143的直徑。此外，為 圖謀投影光學系統的成像能力更加提升，條件式(2)的下限值最好設定在 0. 67 (約2/3)。
接著，例如圓形照明(一般而言，是大致以光軸為中心的一個高光強度 分部區域形成在瞳面或其附近的照明方式)的情形時，使用相移光罩做為光 罩並且如圖15所示，與相移光罩上所形成的線與空間圖案(line and space pattern) 151的間3巨方向(x方向對應光罩上的X方向)垂直的方向(y方向 對應瞳面上的Z方向)上，以具有偏振面(圖面上以雙向箭頭F2表示)的直 線偏振狀態的光來照明光罩，可以對光罩圖案151，提升投影光學系統的成 像能力。也就是說，圓形照明也與二極照明的情形相同，對於縱方向圖案 與橫方向圖案混在一起的二維圖案，例如以非偏振狀態的光來照明光罩，
縱方向圖案與橫方向圖案間不會發生線寬異常，而可以進行高產率的圖案 轉印。
特別是，在上述圓形照明中，在圖謀投影光學系統的成像性能的充分 提升上，希望可以滿足下列的條件式(3)。
a芸0.4 (3)
在條件式(3)中，cy是定義成(t)/(j)p的值(通稱cj值)。如圖15所示，) 為圓形面光源152的直徑(一般而言， 一個高光強度分布的區域的大小)， 而小p為上述瞳面153的直徑。此外，在更加謀求投影光學系統的成像性能 的提升上，希望能將條件式(3)的上限值設定在0. 3。
接著，說明本發明中實質的直線偏振狀態或實質的非偏振狀態的光應 該滿足的條件。首先，在本發明中，被認為實質上直線偏振的光的史託克 參數(Stokes， parameter)的Sl成分最好滿足下列條件式(4)。
0.6 S |S1| (4)
(Stokes， parameter)的Sl與S2成^最好滿足下列條件式(5)與(6)。 ^ IS1I ^ 0.1 (5) |S2| ^ 0. 1 (6)
此外，實質上直線偏振狀態的光為更接近直線偏振，故條件式(4)的下 限值最好更設定於0. 8。例如，光源以供應波長193nm的光的ArF準分子激 光，且在投影光學系統PL的成像側的數值孔徑為0. 92時，使用6Snm的線 與空間圖案的6。/。半調十字標記(half tone reticle,光罩誤差2±nm)，並 且如圖14所示的二極照明中，將ao設定為0. 93且ai設定為0. 73(亦即 各個面光源的a設定為0. 2)時，若曝光量誤差為2%,線寬誤差為±10%時， 可以將非偏振狀態時的焦深DOF(166nm)，提升到在縱方向圖案的焦深 DOF(202nm)。此外，在條件式(4)亦即偏振度值超過0. 8時，偏振度變化所 造成的線寬變化在實質上可以忽略。在上述條件下，偏振度0. 8(|S1|=0. 8) 與偏振度1. O(ISl卜l. 0)間的線寬差僅產生0. 2nm。此差異在實質上是可以 忽略的。也就是說，關於條件式(4)的值，在0.8至1.0的範圍內式無關緊 要的。
此外，在實質的非偏振光更接近非偏振時，條件式(5)的上限值以及條 件式(6)的上限值最佳是均設定在0. 04。在此，條件式(5)與(6),亦即偏振 度的值低於0, 1的情形下，因偏振造成的線寬差可以抑制在2nm以內(光源 波長為193nm,投影光學系統PL的成像側數值孔徑為0,78，使用50nm的 獨立圖案的相移光罩，且在圖15所示的圓形照明中的C7值設定在0. 2(小C7 照明)時)。接著，在條件式(5)與(6),亦即偏振度的值低於0.04的情形時， 因上述條件由偏振所造成的線寬差可以抑制在0. 7nm以內。此外，在條件
式(5)與(6)中，在微觀地來看面光源內的區域時，即使偏振度高，其區域 內若偏振狀態有非常細微的周期性變化的話，在實質上可看做非偏振，故
在計算面光源中的偏振度分布，可以使用a值為0. 1的大區域的移動平均。
因此，在例如以圓形照明或輪帶照明等中，殘留偏振度十分低的所需 非偏振狀態無法實現的話，縱方向與橫方向間會產生圖案的線寬差。此外， 在例如二極照明等之中，在預定方向上具有偏振面的所要直線偏振狀態無 法實現的話，對於具有特定間距的線寬的細微圖案的成像性能會無法提升。 在本實施例的變化例中，具備偏振監視器，以檢測出用來照明做為被照射 面的光罩M(乃至晶圓W)的光的偏振狀態。
圖16為在圖1的曝光裝置中附設用來檢測照明光的偏振狀態的偏振監 視器的架構示意圖。在圖16變化例的曝光裝置中，微透鏡陣列8與光罩M 間的架構是與圖1的曝光裝置不相同。換句話說，在變化例中，在微透鏡 陣列8的後焦平面上形成的二次光源(一般而言，在光學照明裝置的瞳面或 其附近所形成的預定光強度分布)所發出的光束，在經過分光器51以及聚 焦光學系統9a後，會重疊地照明光罩檔板MB。
如此，對應構成微透鏡陣列8的各微小透鏡的形狀與焦距的矩形照野 便形成於做為照明視野光圏的光罩檔板MB上。此外，內藏分光器51的偏 振監視器50的內部構造以及作用會在後文敘述。經過光罩檔板MB的矩形 開口部(光穿透部)的光束，在受到成像光學系統9b的聚光作用後，便重疊 地照明在已形成預定圖案的光罩M上。如此，成像光學系統9b變成將光罩 檔板MB的矩形開口部的像形成在光罩M上。
此外，在圖16變化例的曝光裝置中，偏向鏡3與繞射光學組件4之間 的構造與圖1的曝光裝置不同。亦即，在變化例中，配置圖ll所示結構的 偏振狀態切換手段(1/4波長板ll、 1/2波長板10與去偏振器20)，以取代 圖1的偏振狀態切換手段(1/2波長板10與去偏振器20)。如後所述，偏振 監視器50的輸出是供給到控制部70。此外，控制部70經由驅動系統71來 驅動偏振切換手段(ll、 10、 20)。此外，圖11所示結構的偏振狀態切換手 段中，1/2波長板10可以用多一片1/4波長板來代替。
圖17為圖16的偏振監視器的內部構造的立體示意圖。參考圖17所示， 偏振監視器50具備第一分光器51，其配置在微透鏡陣列8與聚焦光學系統 9a間的光路中。第一分光器51具有例如以石英玻璃構成的非鍍膜的平行面 板(亦即白玻璃)形態，並且具有將與入射光偏振狀態相異的偏振態反射光 從光路中擷取出來的功能。
從第一分光器51擷取出的光會入射到第二分光器52。與第一分光器 51相同，第二分光器52也具有例如以石英玻璃構成的非鍍膜的平行面板形
對第一分光器51的P偏振會變成對第二分光器52的S偏振，並且對第一 分光器51的S偏振會變成對第二分光器52的P偏振。
此外，穿過第二分光器52的光被第一光強度檢測器53檢測出，被第 二分光器52反射的光則被第二光強度檢測器54檢測出。第一光強度檢測 器53與第二光強度檢測器54的輸出分別傳送到控制系統70。此外，經由 驅動系統71，依據需求來驅動構成偏振狀態切換手段的1/4波長板11、 1/2 波長板10與去偏振器20。
如上所述，在第一分光器51與第二分光器52中，對P偏振的反射率 與對S偏振的反射率在實質上是不相同。因此，偏振監視器50中，第一分 光器51的反射光包含例如第一分光器51的入射光的10%左右的S偏振成分 (對第一分光器51為S偏振成分，對第二分光器52為P偏振成分)，以及 例如第一分光器51的入射光的1%左右的P偏振成分(對第一分光器51為P 偏振成分，對第二分光器52為S偏振成分)。
此外，第二分光器52的反射光包含例如第一分光器51的入射光的 10%xl%=0. 1%左右的P偏振成分(對第一分光器51為P偏振成分，對第二分 光器52為S偏振成分)，以及例如第一分光器51的入射光的l°/。xlO%=0. 1% 左右的S偏振成分(對第一分光器51為S偏振成分，對第二分光器52為P 偏振成分)。
如此，偏振監視器50中，、第一分光器5)便依據其反射特性，具有將
第二分光器52的偏振特性的偏振變動影響僅有一些，但是依據第一光強度 檢測器53的輸出(關於第二分光器52的穿透光的強度信息，亦即關於與第 一分光器51的反射光約略相同偏振狀態的光的強度信息)，便可以檢測出 第一分光器51的入射光的偏振狀態(偏振度)乃至對光罩M的照明光的偏振 狀態。
此外，偏振監視器50是設定成對第一分光器51為P偏振會變成對第 二分光器52為S偏振，且對第一分光器51為S偏振會變成對第二分光器 52為P偏振。結果，依據第二光強度檢測器54的輸出(關於被第一分光器 51與第二分光器52依序反射的光的強度信息)，在實質上遍布會受到第一 分光器51的入射光的偏振狀態變化的影響，便可以檢測出第一分光器51 的入射光的光量(強度)乃至對光罩M的照明光的光量。
如此，使用偏振監視器50，便可以檢測第一分光器51的入射光的偏振 狀態，進而得以判斷對光罩M的照明光是否為所要的非偏振狀態或是直線 偏振狀態。接著，當控制系統70依據偏振監視器50的檢測結果來確認對 光罩M(乃至晶圓W)的照明光是否為所要的非偏振狀態或是直線偏振狀態 時，經由驅動系統71來驅動調整構成偏振狀態切換手段的1/4波長板11、
1/2波長板10以及去偏振器20，便可以將對光罩M的照明光狀態調整成所 要的非偏振狀態或是直線偏振狀態。
如上所述，偏振監視器50、控制系統70、驅動系統71以及具有調整 在被照射面偏振狀態的功能的偏振狀態切換手段(ll、 10、 20),是被配置 在光源1與光罩M間的光路中，以構成用來修正在光罩M面上的偏振狀態 變動的偏振狀態變動修正手段。在此情形，偏振監視器50與光罩M間的光 路中，儘可能不要配置利用具有使入射的光的偏振狀態改變而射出的特性 的光學部材所形成的光學部材，例如是具有雙折射特性的螢石或者具有旋 光性的水晶等的結晶光學材料。此外，在偏振監視器50與光源1間的光路 中最好也儘可能地不要配置具有使入射的光的偏振狀態改變而射出的特性 的光學部材。但是，為了確保對光照射的持久性，例如將繞射光學組件4 或6等的光學部材以螢石或水晶等來形成時，這些光學部材所造成的偏振 變動影響有必要被考慮進去。
此外，在上述的說明中，假如第一分光器51的反射光是直接入射到第 一光強度檢測器53的話，第一光強度檢測器53的輸出並不會受到第二分 光器52的偏振特性所造成的偏振變動影響，故可以高精確度地檢測出第一 分光器51的入射光的偏振狀態。此外，並不局限於圖17所示的結構，偏 振監視器50的具體結構也可以有各種不同的變化。此外，在上述的說明中， 雖然偏振狀態切換手段是以1/4波長板11、 1/2波長板10與去偏振器20 所構成，但是偏振狀態切換手段也可以由1/2波長板10與去偏振器20來 構成。在此情形，控制系統70經由驅動系統71，依據所需來驅動1/2波長 板10與去偏振器20。
此外，在上述說明中，以高精確度來檢測出第一分光器的入射光偏振 狀態方面，第一分光器51與第二分光器52的對P偏振的反射率與對S偏 振的反射率最好具有充分差異的反射特性。具體來說，第一分光器51的反 射光所包含的P偏振強度Ip與S偏振強度Is的強度比Ip/Is，最好能夠滿 足Ip/Is 2的條件的反射特性。
此外，在上述說明中，使用具有平行面板形態的分光器，且將其反射 光從光路中擷取出來。但是，並不局限於此。使用分光器，將與入射光偏 振狀態不同的偏振狀態的穿透光從光路擷取出，再利用該分光器，依據從
態。在此情開:該分^器的^射光所包含的P偏振強度Ip與S偏振強度Is 的強度比Ip/Is,最好能夠滿足Ip/Is 2的條件的反射 特性。
因此，如前所述，因直角稜鏡的全反射影響，從雷射光源1發出的直 線偏振變成橢圓偏振，則考慮入射到偏振狀態切換手段(ll、 10、 20)。此外，若受到類似例如以螢石所形成的光學部材，而具有使入射的光的偏振 狀態改變特性的光學部材的影響時，從雷射光源1發出的直線偏振會變成 橢圓偏振，則考慮入射到偏振狀態切換手段(ll、 10、 20)。
在此情形，1/4波長板11會將入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光， 因應入射的橢圓偏振的長軸方向，必須將其結晶光學軸設定在所要的角度 位置上。此外，1/2波長板IO會將入射的直線偏振光轉換成在預定方向上 具有偏振面的直線偏振光，因應入射的直線偏振的偏振面方向，必須將其 結晶光學軸設定在所要的角度位置上。接著，以圖11的偏振狀態切換手段 (11、 10、 20)為例，來說明1/4波長板11的結晶光學軸以及1/2波長板10 的結晶光學軸的調整方法。在包含架構成結晶光學軸可以光軸為中心自由 地旋轉的1/4波長板11與1/2波長板10的光學系統中，下述的方法是一 般皆適用的。
圖18為調整圖11偏振狀態切換手段中的1/4波長板的結晶光學軸以 及1/2波長板的結晶光學軸的方法流程圖。參考圖18所示，在本實施例的 調整方法中，去偏振器20從光路退避，1/4波長板11的結晶光學軸與分別 起始設定標準的角度位置，例如在-45度的角度位置(Sll)。接著，在1/4 波長板11的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置的狀態下，將1/2波 長板10的結晶光學軸一邊從-45度的標準角度位置旋轉到+45度的角度位 置(如以每+5度旋轉)， 一邊擷取出1/2波長板10的結晶光學軸在各角度位 置的偏振監視器50輸出(S12)。
圖19繪示當1/4波長板的結晶光學軸固定在-45度的標準角度位置時， 1/2波長板的結晶光學軸在各個角度位置下的偏振監視器的輸出變化圖。在 圖19中，橫軸為1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏 振監視器50的輸出(史託克參數Sl成分的數值)。接著，將1/4波長板11 的結晶光學軸從-45度的標準角度位置以例如每+15度旋轉至+45度的角度 位置，在各角度位置下，將1/2波長板10的結晶光學軸一邊從-"度的標 準角度位置，以例如每+5度旋轉到+45度的角度位置， 一邊擷取出I/2波 長板10的結晶光學軸在各角度位置的偏振監視器50輸出(S13)。
圖20繪示當1/4波長板的結晶光學軸設定在各角度位置時，1/2波長 板的結晶光學軸在各個角度位置下的偏振監視器的輸出變化圖。在圖20中， a為1/4波長板11的結晶光學軸位在-45度的標準角度位置的狀態，b為 1/4波長板11的結晶光學軸位在-30度的標準角度位置的狀態，c為1/4波 長板11的結晶光學軸位在-15度的標準角度位置的狀態，d為1/4波長板 11的結晶光學軸位在O度的標準角度位置的狀態，e為1/4波長板11的結 晶光學軸位在+15度的標準角度位置的狀態，f為1/4波長板11的結晶光 學軸位在+30度的標準角度位置的狀態，g為I/4波長板11的結晶光學軸
位在+45度的標準角度位置的狀態。此外，與圖19相同，橫軸為1/2波長 板10的結晶光學軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監視器50的輸出。
圖21繪示1/4波長板的結晶光學軸在各角度位置狀態下的偏振監視器 的輸出對比變化圖。在圖21中，橫軸為1/4波長板11的結晶光學軸的角 度位置(度)，縱軸為偏振監視器50的輸出對比(史託克參數Sl成分的變化 對比)。在此，例如在1/4波長板11的結晶光學軸的各角度位置的輸出對 比，是使用圖20中以a~g各輸出變化曲線的最大值與最小值，利用對比 =(最大值-最小值)/ (最大值+最小值)來加以定義。
在圖21中，將1/4波長板的結晶光學軸設定在輸出對比為最大時，入 射至1/4波長板11的橢圓偏振光會被轉換成直線偏振。在本實施例的調整 方法中，參考1/4波長板11的結晶光學軸在各角度位置狀態下的偏振監視 器的輸出對比變化，求得輸出對比變成最大時的1/4波長板11的結晶光學 軸角度位置(在圖21的話，約為+30度的角度位置)，做為所要的第一角度 位置，使橢圓偏振光變換為直線偏振光(S14)。
圖22是繪示將1/4波長板的結晶光學軸固定在使橢圓偏振光變換為直 線偏振光的第一角度位置上時，1/2波長板的結晶光學軸在各角度位置下的 偏振監視器的輸出變化圖。在圖22中，橫軸為1/2波長板10的結晶光學 軸的角度位置(度)，縱軸為偏振監視器50的輸出。在圖22中，當1/2波 長板10的結晶光學軸設定在使偏振監視器50的輸出為最大或最小時，入 射到1/2波長板10的直線偏振光會被轉換成V偏振(縱偏振)或H偏振(橫 偏振)。
在本實施例的調整方法中，將1/4波長板11的結晶光學軸固定在第一 角度位置時，參考1/2波長板10的結晶光學軸在各角度位置下的偏振監視 器50的輸出變化，求取將輸出最大或最小時的1/2波長板10的結晶光學 軸的角度位置(在圖22的話，是約-17.5度或+27.5度的角度位置，或是其 附近)，做為所要的第二角度位置，使入射的直線偏振光被轉換成V偏振或 H偏振(S15)。
如此，在最後，控制系統70經由驅動系統71,將1/4波長板11的結 晶光學軸的角度位置定位在使入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光的第一 角度位置，並且將1/2波長板10的結晶光學軸的角度位置定位在使入射的 直線偏振光轉換成在特定方向具有偏振面直線偏振光(例如V偏振或H偏 振)的第二角度位置(S16)。此外，因應照明條件的變化(光學照明裝置的瞳 面或其附近所形成的光強度分布的形狀或大小的變化。)，來考慮上述第一 角度位置與第二角度位置，故1/4波長板11的結晶光學軸與1/2波長板10 的結晶光學軸最好因應需求來設定修正。此外，在上述實施例中，使用I/4 波長板與1/2波長板做為偏振狀態切換手段，但是也可以使用2片1/4波
長板來做為偏振狀態切換手段。
以上的說明是依據圖l或圖16，依據從光源發出的光束，用來在瞳面 或其附近形成預定光強度分布的照明瞳分布形成手段，為包含兩個繞射光 學組件(4、 6)的光學照明裝置，且曝光裝置具備此光學照明裝置。但是並 不局限於圖l或圖16的架構。本發明可適用的光學照明裝置可以有各種不
同的變化。圖23是繪示具有與圖1或圖16相異構造的照明瞳分布形成手
段的曝光裝置的結構示意圖。
圖23變化例的曝光裝置與圖16的曝光裝置具有類似的構造，但是照 明瞳分布形成手段的結構，亦即繞射光學組件4與微透鏡陣列8間的構造 是不相同的。下面著重在與圖16的曝光裝置的相異點，來說明圖23變化 例的結構與作用。在圖23變化例的曝光裝置中，例如經過輪帶照明用繞射 光學組件4a的光束，入射至遠焦透鏡(中繼光學系統)85。遠焦光學系統85 是設定成一種遠焦系統(無焦點光學系統)，使得前焦點位置與繞射光學組 件4a的位置大致相同，並且後焦點位置大致上與圖面虛線所示的預定面86 的位置一致。
因此，入射至繞射光學組件4a的大致平行光束，在遠焦透鏡85的瞳 面上形成輪帶狀的光強度分布後，便變成大致平行光束而從遠焦透鏡射出。 此外，遠焦透鏡85的前側透鏡群85a與後側透鏡群85b間的光路中，在瞳 或其附近位置，從光源側依序配置圓錐旋軸三稜鏡(cone axicon)87、第一 圓柱透鏡對88以及第二圓柱透鏡對89，但是他們的詳細構造與作用則在後 文敘述。以下為了簡單說明，忽略圓錐旋軸三稜鏡87、第一圓柱透鏡對88 以及第二圓柱透鏡對89的作用，來說明基本的架構與作用。
經過遠焦透鏡85的光束，經由cj值可變的變焦透鏡(倍率改變光學系 統)90，而入射到做為光學積分器的微透鏡陣列8。預定面86的位置是配置 在變焦透鏡90的前側焦點位置附近，微透鏡陣列8的入射面則配置在變焦 透鏡90的後側焦點位置附近。換言之，變焦透鏡90是配置成預定面86與 微透鏡陣列8的入射面在實質上為傅立葉轉換的關係，而遠焦透鏡85的瞳 面與微透鏡陣列8的入射面配置成光學共軛。因此，在微透鏡陣列8的入 射面上也與遠焦透鏡85的瞳面相同，會形成例如以光軸為中心的輪帶照野。 此輪帶照野的整體形狀與變焦透鏡90的焦點距離有關，做相似變化。
構成微透鏡陣列8的各微小透鏡，具有與應在光罩M上形成照野形狀 (乃至在晶圓W上應形成的曝光區域形狀)相似的矩形剖面。入射至微透鏡 陣列8的光束，被多數個微小透鏡二維地分割，並在其後焦平面(乃至照明 瞳)上形成具有與微透鏡陣列8的入射光所形成的照野約略相同光強度分布 的二此光源，亦即以光軸AX為中心形成實質上為輪帶狀面光源所構成的二 次光源。
圖24繪示圖23中配置在遠焦透鏡的前透鏡群與後透鏡群間的光路中
的圓錐旋軸三稜鏡光學系的架構示意圖。圓錐旋軸三稜鏡光學系87從光源 側依序包括在光源側朝向平面且在光罩側朝向凹圓錐狀的折射面的第一 稜鏡部材87a;以及在光罩側朝向平面且在光源側朝向凸圓錐狀的折射面的 第二稜鏡部材87b。
第一稜鏡部材87a的凹圓錐折射面與第二稜鏡部材87b的凸圓錐折射 面是被形成可互補地互相接觸。此外，至少第一稜鏡部材87a與第二稜鏡 部材87b的其中之一部材是架構成可以沿著光軸AX移動。第一稜鏡部材87a 的凹圓錐折射面與第二稜鏡部材87b的凸圓錐折射面間的間隔是可變的。
在第一稜鏡部材87a的凹圓錐折射面與第二稜鏡部材87b的凸圓錐折 射面互相接觸的狀態下，圓錐旋軸三稜鏡光學系87是做為平行面板的功能， 不會對所形成的輪帶狀二次光源有影響。但是，當在第一稜鏡部材87a的 凹圓錐折射面與第二稜鏡部材87b的凸圓錐折射面彼此互相分開的話，圓 錐旋軸三稜鏡光學系87則當做所謂的光擴散器的功能。因此，隨著圓錐旋 軸三稜鏡光學系87的間隔變化，對預定面86的入射光束的角度便會改變。
圖25繪示圓錐旋軸三稜鏡光學是對於圖23變化例的輪帶照明所形成 的二次光源的作用說明圖。在圖23變化例的輪帶照明，圓錐旋軸三稜鏡光 學系87的間隔為零且變焦透鏡90的焦距設定在最小值狀態下所形成的最 小輪帶狀二次光源130a，藉由使圓錐旋軸三稜鏡光學系87的間隔從零擴大 到預定值，其寬度(外徑與內徑之差的1/2:圖面已箭號表示)並不會改變， 變化成外徑與內徑同時被擴大的輪帶狀二次光源130b。換言之，利用圓錐 旋軸三稜鏡光學系87的作用，輪帶狀二次光源的寬度並不會改變，但其輪 帶比(內徑/外徑)以及大小(外徑)會同時改變。
圖26繪示變焦透鏡對於圖23變化例的輪帶照明所形成的二次光源的 作用說明圖。在圖23變化例的輪帶照明，以標準狀態所形成的輪帶狀二次 光源130a，藉由將變焦透鏡90的焦距從最小值擴大到預定值，其整體形狀 會被相似地放大到輪帶狀二次光源130c。換言之，藉由變焦透鏡90的作用， 輪帶狀二次光源的輪帶比並不會改變，其寬度與大小(外徑)會同時改變。
圖27是繪示配置在圖23中的遠焦透鏡的前透鏡群與後透鏡群間的光 路中的第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對的結構示意圖。在圖27中，從光 源側依序配置第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89。第一圓柱透鏡對 88從光源側依序例如包括在YZ平面上具有負折射能力且在XY平面上不 具有折射能力的第一圓柱負透鏡88a;以及在同樣YZ平面上具有正折射能 力且在XY平面上不具有折射能力的第一圓柱正透鏡88b。
另一方面，第二圓柱透鏡對89從光源側依序例如包括在XY平面上 具有負折射能力且在YZ平面上不具有折射能力的第二圓柱負透鏡8%;以
及在同樣XY平面上具有正折射能力且在YZ平面上不具有折射能力的第二 圓柱正透鏡89b。第一圓柱負透鏡88a與第一圓柱正透鏡88b是架構成以光 軸AX為中心而一體地旋轉的方式。相同地，第二圓柱負透鏡89a與第一圓 柱正透鏡89b是架構成以光軸AX為中心而一體地旋轉的方式。
如此，在圖27所示的狀態下，第一圓柱透鏡對88是做為在Z方向具 有放大率的光束擴大器的功能，第二圓柱透鏡對89是做為在X方向具有放 大率的光束擴大器的功能。在圖23的變化例中，第一圓柱透鏡對88的放 大率與第二圓柱透鏡對89的放大率是設定成彼此相同。
圖28至圖30繪示第一圓柱透鏡對與第二圓柱透鏡對對於圖23變化例 的輪帶照明所形成的二次光源的作用說明圖。在圖28中，第一圓柱透鏡對 88的放大率方向是設定成相對於Z軸且繞著光軸AX成+45度的角度，而第 二圓柱透鏡對89的放大率方向則設定為相對於Z軸且繞著光軸AX成-45度 的角度。
因此，第一圓柱透鏡對88的放大率方向與第二圓柱透鏡對89的放大 率方向彼此垂直；在第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學 系統中，Z方向的放大率與X方向的放大率是彼此相同的。結果，如圖28 所示的正圓形狀態下，通過第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合 成光學系統的光束，在Z方向與在X方向會以相同放大率而被放大，在照 明瞳處形成正圓形輪帶狀的二次光源。
相對地，在圖29中，第一圓柱透鏡對88的放大率方向是設定成相對 於Z軸且繞著光軸AX成+80度的角度，而第二圓柱透鏡對89的放大率方向 則設定為相對於Z軸且繞著光軸AX成-80度的角度。因此，在第一圓柱透 鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統中，X方向的放大率大於Z方 向的放大率。結果，在圖29的橫橢圓狀態下，通過第一圓柱透鏡對88與 第二圓柱透鏡對89的合成光學系統的光束，相較於Z方向，X方向會以較 大的放大率被放大，在照明瞳處形成X方向為細長的橫長輪帶狀的二次光 源。
另一方面，在圖30中，第一圓柱透鏡對88的放大率方向是設定成相 對於Z軸且繞著光軸AX成+10度的角度，而第二圓柱透鏡對89的放大率方 向則設定為相對於Z軸且繞著光軸AX成-10度的角度。因此，在第一圓柱 透鏡對88與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統中，Z方向的放大率大於X 方向的放大率。結果，在圖30的縱橢圓狀態下，通過第一圓柱透鏡對88 與第二圓柱透鏡對89的合成光學系統的光束，相較於X方向，Z方向會以 較大的放大率被放大，在照明瞳處形成Z方向為細長的縱長輪帶狀的二次 光源。
其次，藉由將第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透鏡對89設定在圖28的正圓形狀態與圖29的橫橢圓狀態間的任意狀態，便可以形成各種不同縱橫
比的橫長輪帶狀二次光源。此外，藉由將第一圓柱透鏡對88與第二圓柱透 鏡對89設定在圖28的正圓形狀態與圖30的縱橢圓狀態間的任意狀態，便 可以形成各種不同縱橫比的縱長輪帶狀二次光源。此外，在圖23變化例中， 利用設定圓形照明用的繞射光學組件或多數極(四極等)照明用繞射光學組 件等來取代輪帶狀照明用繞射光學組件4a,便可以進行圓形照明或各種變 形照明。如上述，圖23至圖30的變化例可以因應光罩M的特性，來改變 照明光的偏振狀態，更進而可以隨時地調整在照明瞳上所形成的二次光源 的縱橫比。藉此，便可使用依據光罩M的圖案特性所實現的適當照明條件， 來進行良好的曝光。
此外，在上述各實施例以及變化例中，當將對於被照射面(光罩面、晶 圓(感光性基板)面與成像面)的偏振狀態更換成例如直線偏振狀態與非偏 振狀態，或者X偏振狀態與Y偏振狀態時，若產生在被照射面的照度偏差 變動、在瞳面的光強度分部的變動或者在被照射面的遠心(te 1 ecentr ic)特 性的變動時，最好是依據被照射面的偏振狀態的改變，進行照度偏差的控 制、在瞳面的光強度分部的控制以及/或者在被照射面的遠心 (telecentric)特性的控制，以抑制將照度偏差的變動、在瞳面的光強度分 部的變動以及/或者在被照射面的遠心(te 1 ecent r ic)特性的變動控制。
例如，可藉由變更圖1的聚焦光學系9，圖16與圖23的構成聚焦光學 系9a的多數個透鏡組件中的至少一部分的透鏡位置與姿勢，可以控制關於 在被射射面的照度偏差。此外，在圖1的聚焦光學系9與光罩M間的光路 中，在圖16與圖23的聚焦光學系9a與光罩檔板MB間的光路中，配置例 如特開2002-100561號公報(以及與此對應的美國專利公開 US2003/0025890A,在本說明書參考使用美國專利公開US2003/025890A)所 開示的濃度濾鏡板，或特開2003-92253號公報(以及與此對應的美國專利 公開US2003/067591A , 在本說明書參考使用美國專利公開 US2003/067591A),利用控制該濃度濾鏡板的旋轉角與位置也可以控制在被 照射面上的照度偏差。此外，例如以特開2002-184676號公報所開示的可 變邊緣來取代圖16與圖23的光罩檔板MB,或將可變邊緣設置在光罩檔板 MB附近，將沿著掃描方向的曝光區域寬度設定成與非掃描方向不同，也可 以控制在被照射面上的照度偏差。
此外，利用將上述特開2002-100561號公報(美國專利公開 US2003/0025890A)或特開 2003-92253 號公報(美國專利公開 US2003/0067591A)所揭露的濃度濾鏡板，配置在照明瞳附近，例如微透鏡 陣列8的出射側附近，也可以控制在瞳面的光強度分布。
接著，關於遠心性的控制，可以利用變更圖1的聚焦光學系9，圖16
與圖23的構成聚焦光學系9a的多數個透鏡組件中的至少一部分的透鏡位 置與姿勢，來加以控制。
此外，關於這些被照射面上的照度偏差布置、瞳面的光強度分布控制 與遠心性控制方面，預先量測偏振狀態切換手段的設定狀態(去偏振器的插 脫、1/2波長板的旋轉角與1/4波長板的旋轉角)，被照射面上的照度偏差、 瞳面的光強度分布以及遠心的狀態的關聯性，依據偏振狀態切換手段的設 定狀態，也可以控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心 的狀態。此外，測量被照射面或與被照射面為光學共軛面上的被照射面的 照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態，再依據測量結果，也可以 控制被照射面上的照度偏差、瞳面的光強度分布以及遠心的狀態。
此外，在上述各實施例與變化例中，使用縱列且緻密排列的多數個具 有正折射能力微小透鏡所構成的微透鏡陣列8來做為光學積分器，但是可 以使用圓柱型微透鏡陣列來取代。圓柱型微透鏡陣列包括以沿著預定的第 一方向的間距排列而成的第——維圓柱透鏡陣列；及以沿著與第 一 方向交 叉的第二方向的間距排列而成的第二一維圓柱透鏡陣列。此圓柱型微透鏡 陣列的第一與第二一維圓柱透鏡陣列較佳是一體地設置在一個光穿透性基 板上，並具備多數個包含第 一與第二一維圓柱透鏡陣列的圓柱透鏡陣列板。 多數個圓柱透鏡陣列板較佳是沿著光軸方向，隔著一間隔來配置。此外， 沿著第——維圓柱透鏡陣列的第 一方向的間距以及沿著第二一維圓柱透鏡 陣列的第二方向的間距，較佳是至少要有一個在2mm以下的間距。
藉由此種架構，各折射面與在二維曲面(球面狀)上所形成的一般複眼 透鏡是不相同的，圓柱型微透鏡陣列的第 一與第二一維圓柱透鏡陣列的各 折射面是在一維曲面(圓柱狀)上所形成的，故高精密加工變得容易，進而 可以降低製造成本。特別是，在圓柱型微透鏡陣列的最小間距在2mm以下 的情形時，製造成本降低的效果是明顯的。也就是說，此種圓柱型微透鏡 陣列可以利用例如研磨加工、蝕刻加工與壓型加工等等方式來製造。
因為藉由應用達成低成本且高精密度面形狀的圓柱型微透鏡陣列可以 實驗均勻性優異的照明，故偏振照明的成像性能便大幅提升，而在整個曝 光區域上，可以形成轉印精確度好且細微的圖案。
此種圓柱型微透鏡陣列，在本案申請人的日本申請案特願第 2002-152634號說明數與圖式(以及其相對應，2003年5月27日向美國提 出申請的第445022號)中有所揭示。在本說明書中，參考該美國申請案第 445022號的揭示而使用。
在上述實施例的曝光裝置中，利用光學照明裝置來照明光罩(十字標 記)(照明製程)、藉由使用投影光學系統來將光罩上所形成的轉印圖案轉印 到感光性基板上(曝光製程)，便可以製造出微電子組件(半導體組件、攝影
組件、液晶顯示組件、薄膜磁頭等等)。接著，參考圖12的流程圖，來說 明使用上述實施例的曝光裝置，將預定的電路圖案形成於做為感光基板的 晶圓等上，以獲得半導體組件時的一種方法例。
首先，在圖12的步驟301，將金屬膜蒸鍍在一批晶圓上。接著在步驟 302，將光阻塗布在該批晶圓上的金屬膜上。之後，在步驟303，使用上述 實施例的曝光裝置，將光罩上的圖案像，經由投影光學系統，依序曝光轉 移到該批晶圓上的各個拍攝區域。之後，在步驟304，對該批晶圓上的光阻 進行顯影后，在步驟305,以該批晶圓上的光阻圖案為罩幕，進行蝕刻，藉 以將對應光罩上的電路圖案形成在各晶圓的各拍攝區域。之後，藉由形成 更上層電路圖案等，來製造出半導體組件等。依據上述半導體組件製造方 法的話，具備極細微的電路圖案的半導體組件也可以獲得良好的產率。
此外，在本發明實施例的曝光裝置中，藉由在面板(玻璃基板)上形成 預定圖案(電路圖案、電極圖案等)，可以得到做為微電子組件的液晶顯示 組件。接著，參考圖13的流程圖，來說明此時的方法例子。如圖13的圖 案形成工程401，使用上述實施例的曝光裝置，將光罩上的圖案轉印曝光到 感光性基板(塗布光阻的玻璃基板)上，即執行所謂的微影製程。利用此微 影製程，將包含多數電極的預定圖案形成於感光性基板上。之後，曝光的 基板利用顯影工程、蝕刻工程與光阻剝離工程等各工程，在基板上形成預 定的圖案，接著進入彩色濾鏡形成工程402。
接著，在彩色濾鏡形成工程402，對應紅R(Red)、綠G(Green)與藍 B(Blue)的三個點組合被排列成矩陣狀，或者R、 G、 B三條濾鏡組配置在復 數個水平掃描方向，以形成彩色濾鏡。接著，在彩色濾鏡形成工程402後， 執行組件(cell)組裝工程403。在組件組裝工程403,使用具有在圖案形成 工程401所得的預定圖案的基板以及在彩色濾鏡形成工程402所得的彩色 濾鏡等，組裝成液晶面板(液晶組件)。
在組件組裝工程403，例如在具有在圖案形成工程401所得的預定圖案 的基板以及在彩色濾鏡形成工程402所得的彩色濾鏡之間注入液晶，來制 造液晶面板(液晶組件)。之後，在模塊組裝工程404,安裝使組裝的液晶面 板(液晶組件)執行顯示動作的電路、背光組件等各部品，以完成液晶顯示 組件。依據上述液晶顯示組件製造方法的話，具有極細微的電路圖案的液 晶顯示組件也可以獲得良好的產率。
此外，在圖l的實施例中，利用聚焦光學系統9，將二次光源所發出的 光加以集光，並重疊地照明於光罩M上。但是本發明並不限定於此種實施 方式。如圖16所示的變化例，在聚焦光學系統9與光罩M之間的光路中， 也可以配置照明視野光圈(光罩擋板)與將此照明視野光圈的像形成於光罩 M上的中繼光學系統。在此情形，聚焦光學系統9便將二次光源所發出的光
加以集光並且重疊地照明於照明視野光圏上，中繼光學系統則將照明視野 光圈的開口部(光穿過部)的像形成於光罩M上。
此外，上述實施例是使用KrF準分子雷射光(波長248nm)或ArF準分 子雷射光(波長193nm)做為曝光光，但是本發明並不局限於此。其它合適 的雷射光源，例如供給波長157nm雷射光的F2雷射光源，或供給雷射光以 外的光源，如I線或g線等的紫外光的燈光源也是適用於本發明。其次， 上述實施例是以具備光學照明裝置的投影光學系統為例來說明本發明，但 是本發明也適用於用來照明光罩以外的被照射面的一般光學照明裝置者也 是可以明白的。
此外，在上述實施例中，以折射率大於1.1的i某體(一般為液體)來填 充於投影光學系統與感光性基板之間的光路中的方法，也可以使用所謂的 液體浸潤法。在此情形，做為把液體填充於投影光學系統與感光性基板之 間的光路中的方法，可以採用國際公開號W099/49504號公報所開示的局部 液體填充方法，或特開平6-124873號公報所開示的使保持曝光對象的平臺 在液體槽中移動的方法，或特開平10-303114號公報所開示的在平臺上形 成一定深度的液體槽，再將基板保持於其中的方法等等。
此外，做為液體，其對於曝光光具有穿透性，且折射率儘可能的高， 而對於投影光學系統或基板表面上所塗布的光阻，最好使用穩定之物。例 如在以KrF準分子雷射光或ArF準分子雷射光為曝光光時，可以使用純水 或去離子水為液體。此外，使用F2雷射光做為曝光光時，也可以使用可以 穿透F2雷射光者做為液體，例如氟素系油或過氟化聚醚(PFPE)等的氟素系 液體。
此外，如同特開平10-163099號公報、特開平10-214783號公報、特 表2000-505958號公報等所開示一般，本發明也適用於搭載兩個平臺的雙 平臺式(twin stage type)曝光裝置，其可以分別載置晶圓等的^f皮處理基板 且在XY方向可以獨立地移動。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式 上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發 明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利 用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實 施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對 以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術 方案的範圍內。
權利要求
1、一種光學照明裝置的調整方法，該光學照明裝置依據從光源部發出的光，以特定偏振狀態來照明被照射面，其特徵在於該光學照明裝置的調整方法包括以下步驟波長板設定步驟，將1/4波長板的結晶光學軸設定在該光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置，並且將1/2波長板的結晶光學軸設定在該光學照明裝置的照明光路中的預定角度位置；以及該波長板設定步驟是使該1/4波長板的結晶光學軸與該1/2波長板的結晶光學軸分別改變時，依據偏振狀態切換手段與該被照射面間的光路中所檢測出來的光偏振狀態的檢測結果，將該1/4波長板的結晶光學軸設定在所要位置，使入射的橢圓偏振光轉換成直線偏振光，並且將該1/2波長板的結晶光學軸設定在基準位置，使入射的直線偏振光變換成在預定方向上具有偏振面的直線偏振光。
2、 根據權利要求1所述的光學照明裝置的調整方法，其特徵在於其中 使該1/4波長板的結晶光學軸改變時，將該1/4波長板的結晶光學軸設定位置，且在該1/4波長板鄉的結晶光學軸設定在該第一角度位置的狀態下,在使1/2波長板的結晶光學軸變化時，將該1/2波長板的結晶光學軸設定 在該檢測結果中的史託克參數Sl成分約略成最大或最小時的第二角度位置。
3、 根據權利要求2所述的光學照明裝置的調整方法，其特徵在於更包 括以下步驟照明瞳形成步驟，依據從該光源部發出的光束，在該光學照明裝置的 瞳面或該瞳面的附近形成預定光強度分布；照明瞳變更步驟，用以將該預定光強度分布的形狀與大小的至少其中 之一變更；波長板重設定步驟，依據該預定光強度分布的形狀與大小的至少其中 之一的變更，修正設定該1/4波長板的結晶光學軸與該1/2波長板的結晶 光學軸的至少其中之一。
4、 經由通過權利要求1至3中任一權利要求所述的調整方法所調整的 光學照明裝置，將預定的圖案曝光到配置在該被照射面上的感光性基板上。
5、 根據權利要求4所述的曝光裝置，其特徵在於更包括 投影光學系統，配置在該預定的圖案所設定的第 一設定面與該感光性基板所設定的第二設定面之間的光路中，將該預定的圖案像形成於該第二 設定面上；瞳強度分布形成手段，用以在該投影光學系統的瞳與共輒位置或其附近的位置上形成預定光強度分布；以及瞳強度分布變更手段，用以改變該預定光強度分布的形狀與大小的至 少其中之一。
6、 根據權利要求5所述的曝光裝置，其特徵在於更包括偏振狀態變更 手段，配置在該光源部與該被照射面之間的光路中，用以改變照明到該被 照射面的光的偏振狀態，其中該瞳強度分布變更手段是依據該預定的圖案 特性，改變該預定光強度分布的形狀與大小的至少其中之一，該偏振狀態變更手段是依據該預定光強度分布的形狀與大小的至少其 中之一的變化，來改變照明到該被照射面的光的偏振狀態。
7、 根據權利要求6所述的曝光裝置，其特徵在於其中所述的偏振狀態 變更手段包括偏振狀態切換手段，用以將照明該被照射面的光的偏振狀態 在特定偏振狀態與非偏振狀態之間切換，其中該偏振狀態切換手段是依據該預定光強度分布的形狀與大小的至 少其中之一的變化，在該特定偏振狀態與該非偏振狀態之間切換。
8、 根據權利要求7所述的曝光裝置，其特徵在於其中所述的瞳強度分 布形成手段是沿著在光罩上所形成的線與空間圖案的間距方向上，以隔著 間隔形成兩個高光強度分布區域，該偏振狀態變更手段是將從該兩個高光強度分部區域照明到該被照射 面的光的偏振狀態，設定成在與該間距方向實質上垂直的方向上，具有偏 振面的直線偏振狀態。
9、 根據權利要求8所述的曝光裝置，其特徵在於其中在該兩個高光強 度分部區域是對稱於該光學照明裝置的光軸而形成，其中以該光軸為中心，與該兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑φo以及該瞳面的直徑φp的比定義為σo， σo=φo/φp,其中σo滿足下列條件 0. 7 ≦ σo。
10、 根據權利要求9所述的曝光裝置，其特徵在於其中所述的兩個高 光強度分部區域是對稱於該光學照明裝置的光軸而形成，其中以該光軸為 中心，與該兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑φo以及該瞳面的直徑 φp 的比小φo/φo定義為σo，且以該光軸為中心，與該兩個高光強度分部區域 內接的內接圓直徑φi以及該瞳面的直徑φP的比φi/φp定義為σi0. 5 ≦ σi/ σo。
11、 根據權利要求6所述的曝光裝置，其特徵在於其中所述的瞳強度 分布形成手段是實質上以該光學照明裝置的光軸為中心，形成一個高光強 度分部區域，其中該偏振狀態變更手段是將從該高光強度分部區域照明到 該被照射面的光的偏振狀態，設定成在相移光罩上所形成的線與空間的間 距方向實質上垂直的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態。
12、 根據權利要求11所述的曝光裝置，其特徵在於其中所述的高光強度分部區域的大小(j)以及該瞳面的直徑([)p的比定義為a, cj=(j)/(|)p，其中ao 滿足下列條件 a ^ 0. 4。
13、 一種曝光方法，其特徵在於其包括以下步驟照明步驟，經由通過權利要求1至3任何一項所述的調整方法所調整 的光學照明裝置，來照明預定的圖案；以及曝光步驟，將該預定的圖案曝光到配置在該被照射面的感光性基板上。
14、 根據權利要求13所述的曝光方法，其特徵在於更包括 投影步驟，使用投影光學系統，形成該預定的圖案像； 瞳強度分布形成步驟，用以在該投影光學系統的瞳與共軛位置或其附近的位置上形成預定光強度分布；以及瞳強度分布變更步驟，用以改變該預定光強度分布的形狀與大小的至 少其中之一。
15、 根據權利要求14所述的曝光方法，其特徵在於其中在該瞳強度分 布變更步驟，更包括依據該預定的圖案特性，改變該預定光強度分布的形 狀與大小的至少其中之一，並且依據該預定光強度分布的形狀與大小的至 少其中之一 的變化，來改變照明到該被照射面的光的偏振狀態。
16、 根據權利要求15所述的曝光方法，其特徵在於其中所述的瞳強度 分布形成步驟，更包括沿著在光罩上所形成的線與空間圖案的間距方向上， 以隔著間隔形成兩個高光強度分布區域，並且將從該兩個高光強度分部區 域照明到該被照射面的光的偏振狀態，設定成在與該間距方向實質上垂直 的方向上，具有偏振面的直線偏振狀態。
17、 根據權利要求16所述的曝光方法，其特徵在於其中在該兩個高光 強度分部區域是對稱於該光學照明裝置的光軸而形成，其中以該光軸為中心，與該兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑φ0以及該瞳面的直徑φP的比定義為σ0，σ0＝φ0/φP，其中σ0滿足下列條件 0.7 ≤σ0。
18、 根據權利要求16所述的曝光方法，其特徵在於其中所述的兩個高 光強度分部區域是對稱於該光學照明裝置的光軸而形成，其中以該光軸為中心，與該兩個高光強度分部區域外接的外接圓直徑φ0以及該瞳面的直徑 φP的比φ0/φP定義為σ0，且以該光軸為中心，與該兩個高光強度分部區域 內接的內接圓直徑φi以及該瞳面的直徑φp的比φi/φP定義為σi 0.5≤σi /σ0
全文摘要
本發明是有關於一種光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法。該光學照明裝置，例如搭載於曝光裝置中，便可以依據光罩圖案的特性，抑制光量損且使照明光的偏振狀態改變，得以實施適當的照明條件。具有提供直線偏振光的光源部(1)，以光源部發出的光來照明被照射面(M、W)。光學照明裝置具有偏振狀態切換手段(10、20)，配置在光源部與被照射面之間的光路中，用以使照明被照射面的光的偏振狀態在特定偏振狀態與非偏振狀態之間做切換。偏振狀態切換手段更具有去偏振器(20)，其架構成可以自在地插入與脫離於照明光路中，並且可依據所需將入射的直線偏振光去偏振。
文檔編號G03F7/20GK101201551SQ20071019564
公開日2008年6月18日 申請日期2003年12月2日 優先權日2002年12月3日
發明者小峰典男, 工藤威人, 村松研一, 松山知行, 田中裕久, 西永壽, 谷津修 申請人:株式會社尼康