专利名称：光束变换元件、光学照明装置、曝光装置、以及曝光方法
技术领域：
本发明为关于光束变换元件，光学照明装置，曝光装置，以及曝光方法，特 别是关于用光刻蚀刻工程制造半导体元件，摄影元件液晶显示元件，薄膜 磁头等的微元件之际，其所使用的曝光装置适用的光学照明装置。
背景技术：
此种典型的曝光装置，由光源射出的光束，透过光学积分器(optical integrator)及錄眼透镜(fly-eye lens)，由多lt的光源形成实质的面光 源的二次光源。二次光源(一般为光学照明装置的照明瞳或在其近傍形成的 照明瞳分布)照出的光束，经配置在蝇眼透镜的后侧焦点面近傍的开口光圏 限制后，射入聚光透4竟(condenser lens)。
由该聚光透镜聚集的光束，重叠地照明己形成所定的图案的掩膜。透过 该掩膜的图案的光，通过光学投影系统在晶圆(wafer)上成像。如此，掩 膜图案投影曝光(复制)到晶片上。又，在掩膜形成的图案己被高度积体化， 该微细图案要正确地复制到晶片上，在晶片上有均匀的照明度分布是不可缺的。
例如在本申请人提出申请的日本专利第3M6615号公报中有揭露，为实 现能将任意方向的微细图案，忠实地复制之合适的照明条件，在蝇眼透镜的 后侧焦点面形成轮胎状的二次光源，将通过该4仑胎状的二次光源的光束，设
定成以该圆周方向为偏光方向的直线偏光状态(以下称「周方向偏光状态J) 的技术。日本专利第3246615号公报
但是，在上述的公报揭露的先前的技术，是将经蝇眼透镜形成的圓形光 束，再经有轮胎状开口部的开口光圏限制形成轮胎状的二次光源。结果，先 前的技术，在开口光圈发生大量的光量损失，引发曝光装置的通光量低下 的不适合现象。
发明内容
本发明的目的为能有效地抑制光量损失，且形成周方向偏光状态的轮 胎状的照明瞳分布。又，本发明因能有效抑制光量损失，且形成周方向偏光 状态的环状照明瞳，另一目的为能够在适切的照明条件下将任意方向的微 细图案忠实且高速地复制。
为达到上述的目的，本发明的第一形态，提供一种光束变换元件，可依
据入射光束在所定面形成所定的光强度分布。该光束变换元件包括
第一基本元件，用有旋光性的光学材料形成，可依据该入射光束，形成
该所定的光强度分布之中的第一区域分布；以及
第二基本元件，用有旋光性的光学材料形成，可依据该入射光束，形成
该所定的光强度分布之中的第二区域分布；
其特征为该些第一基本元件及第二基本元件，在沿着光的透过方向的
厚度互异。
本发明的第二形态，提供一种光束变换元件，可依入射光束在所定面 上，形成与该入射光束的断面形状不同形状的所定的光强度分布，该光束 变换元件的特征为配置有绕射面或折射面，用以在该所定面上形成该所定 的光强度分布；
该所定的光强度分布，其分布在该所定面的以所定点为中心的所定的 轮胎状区域，即所谓的所定轮胎状区域的至少一部份；以及
通过该所定轮胎状区域的由该光束变换元件输出的光束，其具有以该 所定轮胎状区域的圆周方向为偏光方向的直线偏光为主成分的偏光状态。
本发明的第三形态，提供一种光学照明装置，其是利用來自光源的光 束以照明一被照射面的光学照明装置，其特征为
为了要在该光学照明装置的照明瞳或在其近傍形成照明瞳分布，上述 光学照明装置配置有第一形态或第二形态的光束变换元件，以变换由光源 来的光束。
本发明的第四形态，提供一种曝光装置，其特征为包括该第三形态的 光学照明装置，所述照明装置用以照明掩膜，而使该曝光装置将该掩膜的 图案在感光性基板上进行曝光。
本发明的第五形态，才是供一种曝光方法，其特征为包括使用第三形态 的照明装置以照明掩膜的照明工程，以及将该掩膜的图案在感光性基板上 进行曝光的曝光工程。
本发明的光学照明装置，异于先前的装置，在开口光圈不发生大量的
发生实质的光量损失，能够形成周边方向偏光状态的轮胎状的照明瞳分布。、 亦即本发明的光学照明装置，能够良好地抑制光量损失，且能形成周边方向
偏光状态的轮胎状的照明瞳分布。
又，使用本发明的光学照明装置的曝光装置及曝光方法，因使用能够良 好地抑制光量损失，而且能形成周边方向偏光状态的轮胎状照明瞳分布的 光学照明装置，故能够在适切的照明条件下，忠实且高速地复制任意方向 的微小图案，亦即能够以高生产率制造良好的元件。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并配合所附图式，作详细i兌明如下。
图1绘示本发明的实施例的配备光学照明装置的曝光装置的构造概略图。
图2绘示在轮胎状照明形成轮胎状的二次光源。
图3绘示图1中，在无焦距透镜的前侧透镜群与后侧透镜群之间的光路
中，配置的圓锥旋转三棱镜系统的构造的概略图。
图4绘示圓锥旋转三棱镜系统对轮胎状的二次光源的作用的说明图。
图5绘示变焦距透镜对轮胎状二次光源的作用的说明图。
图6绘示在图1中，在无焦透镜的前侧透镜群与后侧透镜群之间的光
路中，配置的第一圆柱形透镜偶及第二圆柱形透镜偶的构造的概略图。
图7为说明第一圓柱形透镜偶及第二圆柱形透镜偶对轮胎状二次光源
的作用的第一图。
图8为说明第一圓柱形透镜偶及第二圆柱形透镜偶对轮胎状二次光源 的作用的第二图。
图9为说明第一圆柱形透镜偶及第二圆柱形透镜偶对轮胎状二次光源
的作用的第三图。
图IO绘示图1的偏光监视器的内部构造的概略的斜视图。
图11绘示本实施例的圆周方向偏光轮胎状照明用的光学绕射元件的构
造的概略图。
图12绘示设定成圓周方向偏光状态的轮胎状二次光源的概略图。
图13绘示第一基本元件的作用的说明图。
图14绘示第二基本元件的作用的说明图。
图15绘示第三基本元件的作用的说明图。
图16绘示第四基本元件的作用的说明图。
图17绘示水晶的旋光性的说明图。
图18 (a)绘示由沿圆周方向互相离开的八个圓弧状区域形成的圓周方
向偏光状态的八极状二次光源。
图18(b)绘示由沿圆周方向互相离开的四个圆弧状区域形成的圓周方 向偏光状态的四极状二次光源。
图19绘示沿圓周向互相重复的八圆弧状区域形成的圆周方向偏光状态 的轮胎状二次光源。
图20(a)绘示由沿圓周方向互相离开的六个区域形成的圆周方向偏光 状态的六极状二次光源。
图2 0 (b)绘示由沿圆周方向互相离开的复数个区域以及光轴上的区域 形成的圓周方向偏光状态的二次光源。
图21绘示沿圆周方向偏光轮胎状照明用的光学绕射元件的光射入侧之 面平面4t之例。
图22绘示制造微元件的半导体元件的程序的流程图。
图23绘示制造微元件的液晶显示元件的程序的流程图。
1:光源
4:偏光状态切换装置 4a: 1/4波长板 4b: 1/2波长4反
5,50:光学绕射元件(光束变换元件)
6:无焦透镜
8:圆锥旋转三棱镜系统
9,10:圆柱形透镜偶
11:变焦距透镜
12:微蝇眼透镜
13:偏光监视器
13a:第一光束分离器
13b:第二光束分离器
14:光学聚光系统
15:掩膜遮散体
16:光学成像系统
31:轮胎状二次光源
31A 31D:圆弧状区域
50A 5QD:基本元件
M:掩膜
PL:光学投影系统 W:晶圆
具体实施例方式
以下，依据所附图面说明本发明的实施例。
图1示本发明实施例的配备光学照明装置的曝光装置的构造的概略图。
在图1中，设定作为感光性基板的晶圆w的法线方向为z轴，在晶圆w的
面内与图1的纸面平行方向为Y轴，在晶圆W的面内与图1的纸面垂直方 向为X轴。本实施例的曝光装置设有光源1供给曝光用的光(照明光)。
光源1可使用例如供给波长248nm的光的KrF准分子激光器(Excimer Laser)光源，或供给波长193nm的光的ArF准分子激光器光源。由光源1 沿Z方向射出的大约平行的光束，在沿X方向延伸形成细长的矩形断面， 并射入由一对透镜2a及2b形成的光束扩大器2 (beam expander)。各透镜 2a及2b在图1的纸面内(YZ平面内)分别具有负的反射力^jt反射力。因此 射入了光束扩大器2的光束,在图1的纸面内被扩大，被整形成有所定的矩 形断面的光束。
通过有光学整形系统功能的光束扩大器2的大约平行的光束，其在經 由偏向镜3而被转向Y方向后，通过l/4波长板4a, 1/2波长板4b、消偏 振镜(非偏光化元件)4c (depolarizer )、以及轮胎状照明用的光学绕射元 件5,而射入无焦透镜(Afocal lense)6。此处的l/4波长板4a， 1/2波长 板4b,及消偏振镜4c为如后述的构成偏光状态切换装置4。该无焦透镜6 为光学无焦点系统， 一皮设定成该前侧焦点位置与光学绕射元件5的位置大 约一致，且该后侧焦点位置与图中虚线所示的所定面7的位置大约一致。
一般，光学绕射元件，为可在基板形成具有曝光光(照明光)的波长 程度的阶差的构造，其具有使入射光束向所希望的角度绕射的作用。具体 的说，轮胎状照明用的光学绕射元件5,在矩形断面的平行光束入射的场合， 有在其远场(Far Field又称夫琅禾费(Fraunhofer)绕射区域)形成轮胎 状的光强度分布的机能。因此，射入当做光束变换元件的光学绕射元件5 的大约平行的光束，在无焦透镜6的瞳面形成轮胎状的光强度分布后，构 成约略平行光束由无焦透镜6射出。
又，在无焦透镜6的前侧透镜群6a及后侧透镜群6b之间的光路中，在 其瞳面或瞳面近傍，由光源侧起依顺序配置有圆锥旋转三棱镜系统8，第一 圆柱形透镜偶9，以及第二圆柱形透镜偶10,该些元件的详细构造及作用 以后再述。以下为简化说明，暂时忽视圆锥旋转三棱镜系统8，第一圓柱形 透镜偶9，及第二圆柱形透镜偶10的作用，仅说明基本的构造及作用。
透过无焦透镜6的光束，通过a值变更用的变焦距透镜11 (Zoom Lense)， 而射入做为光学积分器的微蝇眼透镜12 (又叫蝇眼透镜)。微蝇眼透镜12， 为由有正折射力的多数的微小透镜纵橫且稠密配列的光学元件。 一般情况， 该微蝇眼透镜，例如是在平行平面板施行蚀刻处理形成微小透镜群的方式 而构成。
此处，构成微蝇眼透镜的各微小透镜，较构成蝇眼透镜的各透镜元件 更微小。又，微蝇眼透镜与由互相隔绝的透镜元件构成的蝇眼透镜不同，是
多数的微小透镜(微小折射面)未互相隔绝一体化形成。然而，由于有正折 射力的透镜元件纵横配置的点，微蝇眼透镜与蝇眼透镜同属波面分割型的 光学积分器。
所定面7的位置就在变焦距透镜11的前侧焦点位置近傍，微蝇眼透镜
12的入射面配置在变焦距透镜ll的后侧焦点位置近傍。换言之，变焦距透 镜11将所定面7与^t蝇眼透镜12的入射面实质的成传里叶变换(Fourier Transformation)的关系配置，亦即无焦透镜6的瞳面与微蝇眼透镜12的 入射面，构成光学的大约共轭的配置。
因此，在微蝇眼透镜12的入射面上，与无焦透镜6的瞳面同样地，形 成列如以光轴AX为中心的轮胎状的照域。该轮胎状的照域的全体形状，随 着变焦距透镜11的焦点距离而做相似的变化。构成微蝇眼透镜12的各微 小透镜，与在掩膜M上形成的全部照域的形状(在晶圓W上形成的全部曝光 区域的形状)有相似的矩形断面。
射入微蝇眼透镜12的光束，由多数的微小透镜分割成二次元化，在该 后侧焦点面(照明瞳)，如图2所示，形成与由入射光束形成的照域大约相 同光强度分布的二次光源，即由以光轴AX为中心的轮胎状的实质的面光源 形成的二次光源。由在微蝇眼透镜12的后侧焦点面形成的二次光源(一般 为光学照明装置的瞳面或在其近傍形成的照明瞳分布)射出的光束，通过光 束分离器13a (beamsplitter)及光学聚光系统M后，而重叠地照明掩膜 遮蔽体15。
如此，在做为照明视野光圈的掩膜遮蔽体15，对应构成微蝇眼透镜12 的各微小透镜的形状与焦点距离形成矩形的照域。又关于内藏光束分离器 13a的偏光监视器13的内部构成及作用，以后再说明。通过掩膜遮蔽体15 的矩形开口部(光透过部)的光束，在受到光学成像系统16的聚光作用后，重叠 照明己形成所定的图案的掩膜M。
亦即，光学成像系统16将掩膜遮蔽体15的矩形开口部的像在掩膜上 形成。透过掩膜M的图案的光束，通过光学投影系统PL，在感光性基板的 晶圆W上形成掩膜图案的像。如此，在与光学投影系统PL的光轴AX直交 的平面(XY面)内， 一面施行二次元的驱动控制晶圆， 一面进行总括曝光或 扫瞄曝光，将掩膜M的图案逐次在晶圓W的各曝光区域曝光。
又，在偏光状态切换装置4中，该1/4波长板4a,其光学结晶轴可以 光轴AX为中心自在的回转，而将射入的椭圓偏光的光线变换为直线偏光的 光。又l/2波长板4b,其光学结晶轴可以光轴AX为中心自在回转，而可变 化射入的直线偏光的偏光面。又，消偏振镜4c,由互补形状的楔形水晶棱 镜(未图示)及楔形石英棱镜(未图示)构成。该水晶棱镜与石英棱镜，为成 一体的棱镜组合体，可对照明光路进退自在的构造。
使用KrF准分子激光器光源或ArF准分子激光器光源作为光源1时，由 该些光源射出的光为典型的有大于等于95°/。的偏光度，而对1/4波长板4a 射入大略直线偏光的光。但在光源1与偏光状态切换装置4之间的光路中 有做为里面反射镜的直角棱镜存在的场合，如射入的直线偏光的偏光面与P 偏光面或S偏光面不一致时，由于直角棱镜的全反射，直线偏光会变成椭 圆偏光。
偏光状态切换装置4,例如在直角棱镜的全反射引起的椭圆偏光的光射 入，亦可由1/4波长板4a的作用变换成直线偏光的光，而射入1/2波长板 4b。此1/2波长板4b的光学结晶轴设定为对射入的直线偏光的偏光面形成 O度或90度角度的场合，射入1/2波长板4b的直线偏光的光偏光面不会变 化，保持原状通过。
又，1/2波长板4b的光学结晶轴设定为对射入的直线偏光的偏光面成 45度的角度的场合，入射1/2波长板4b的直线偏光的光会变换成偏光面变 化90度的直线偏光的光。再者，消偏振镜4c的水晶棱镜的光学结晶轴对 于入射的直线偏光的偏光面设定为45度的角度时，射入水晶棱镜的直线偏 光的光，被变换成非偏光状态(非偏光化)的光。
在偏光状态切换装置4中，该消偏振镜4c在照明光路中的位置，配置 在使该水晶棱镜的光学结晶轴对射入的直线偏光的偏光面形成45度的角度 的位置。另外，如设定成该水棱镜的光学结晶轴，对射入的直线偏光的偏 光面成Q度或90度的角度时，水晶棱镜对射入的直线偏光的光偏光面不发 生变化，而保持原状通过。又如1/2波长板4b的光学结晶轴，设定成对射 入的直线偏光的偏光面形成22. 5度的角度时，射入该1/2波长板4b的直 线偏光的光，变换成非偏光状态的光，而包含偏光面不变化直接通过的直 线偏光成份，以及仅有偏光面变化90度的直线偏光成份。
偏光状态切换装置4，如上述有直线偏光射入1/2波长板4b，但以下 的说明为简化起见，假定有图1中的Z方向的偏光方向(电场的方向)的直 线偏光(以下称Z方向偏光)的光射入1/2波长板，在照明光路中的消偏振 镜4c的位置决定后的场合，如设定1/2波长板4b的光学结晶轴对射入的Z 方向偏光的偏光面(偏光方向)成0度或90度的角度，则射入1/2波长板4b 的Z方向偏光的光，不会变化仍然以Z方向偏光射入消偏振镜4c的水晶棱 镜。因水晶棱镜的光学结晶轴已设定成对射入的Z方向偏光的偏光面形成 45度角度，故射入水晶棱镜的Z方向偏光的光被变换成非偏光状态的光。
经水晶棱镜非偏光化的光，为了补偿光的进行方向，再经过当做补偿 器的石英棱镜，以非偏光状态射入光学绕射元件5。另一方面，如i殳定l/2 波长板4b的光学结晶轴对入射的Z方向偏光的偏光面形成45度的角度， 则射入1/2波长板4b的Z方向偏光的光，仅偏光面变化90度，形成向图1
中的X方向的偏光方向(电场的方向)的直线偏光(以下称X方向偏光)的光， 而射入消偏振镜4c的水晶棱镜。因水晶棱镜的光学结晶轴亦设定成对射入 的X方向偏光的偏光面形成45度的角度，故射入水晶棱镜的X方向偏光的 光，被变换成非偏光状态的光，经过石英棱镜，以非偏光状态射入光学绕射 元件5。
对此，在将消偏振镜4c退出照明光路的场合，如设定该1/2波长板4b 的光学结晶轴，对射入的Z方向偏光的偏光面成0度或90度的角度，则射入 1/2波长板4b的Z方向偏光的光，偏光面不变化仍以Z方向偏光通过，并以 Z方向偏光状态射入光学绕射元件5。另一方面，如设定该1/2波长板4b 的光学结晶轴，对射入的Z方向偏光的偏光面成45度的角度，则射入1/2 波长板4b的Z方向偏光的光，仅偏光面变化90度变成X方向偏光的光， 以X方向偏光状态射入光学绕射元件5。
如以上所述，偏光状态切换装置4，利用在照明光路中插入消偏振镜4c 并决定其位置，可将非偏光状态的光射入光学绕射元件。又,把消偏振镜4c 由照明光路退出，且设定1/2波长板4b的光学结晶轴对射入的Z方向偏光 的偏光面成G度或90度的角度，则可将Z方向偏光状态的光射入光学绕射 元件5。再者，把消偏振镜4c自照明光路退出，且设定1/2波长板4b的光学 结晶轴对射入的Z方向偏光的偏光面成45度的角度，则将X方向偏光状态 的光射入光学绕射元件5。
换言之，偏光状态切换装置4利用1/4波长板4a与1/2波长板4b，以及消 偏振镜4c构成的偏光状态切换装置的作用，可将向光学绕射元件5的入射 光的偏光状态(在后述的本发明的圆周方向偏光轮胎状照明用的光学绕射 元件以外，使用通常的光学绕射元件的场合，为掩膜M及晶圆W照明的光 的偏光状态)，在直线偏光状态与非偏光状态之间切换。在直线偏光状态的 场合，可在互相直交的偏光状态间(Z方向偏光与X方向偏光之间)切换。
图3示出了在图1的无焦透镜6的前侧透镜群与后侧透镜群之间的光 路中，配置的圆锥旋转三棱镜系统的构成的概略图。该圆锥旋转三棱镜系统 8,由第一棱镜元件8a以及二棱镜元件8b构成，其是由光源侧顺序排列配 置，该第一棱镜元件8a向光源侧之面成平面且向掩膜侧之面为凹圓锥形曲折 面；该第二棱镜元件8b，则向掩膜侧之面为平面且向光源侧之面成凸圓锥 形的曲折面。
该第一棱镜元件8a的凹圆锥形曲折面，与第二棱镜元件8b的凸圓锥 形曲折面，为可对接的互补形形状。又，第一棱镜元件8a及第二棱镜元件 8b之中，至少有一个元件为可沿光轴AX移动的构造，且第一棱4fc元件8a 的凹圆锥形弯曲折面与第二棱镜元件8b的凸圆锥形弯曲折面的间隔为可变 的构造。
此处，第一棱镜元件8a的凹圓锥形曲折面，与第二棱^:元件8b的凸 圓锥形曲折面，在互相接合的状态时，圆锥旋转三棱镜系统8仅做为平行 平面板的机能，对形成的轮胎状的二次光源没有影响。但在第一棱镜元件 8a的凹圆锥形曲折面与第二棱镜元件8b的凸圆锥形曲折面隔离时，圆锥旋 转三棱镜系统8即有所谓光束扩大器的机能。因此，伴随圆锥旋转三棱镜 系统8的间隔变化，可变化对所定面7的入射光束的角度。
图4为说明圓锥旋转三棱镜系统对轮胎状的二次光源的作用的说明图。 参照图4,在圓锥旋转三棱镜系统8的间隔为零，且变焦距透镜11的焦点 距离设定在最小值的状态(以下称标准状态)形成的最小的轮胎状二次光源 30a，其可随着圓锥旋转三棱镜系统8的间隔由零扩大至所定的值，该二次光 源30a的宽度(外径与內径的差的1/2，图中用箭印表示)不变，其外径及内径 变化形成轮胎状二次光源30b。换言之，因圆锥旋转三棱镜系统8的作用， 该轮胎状二次光源的宽度不会变化，仅该轮胎比(内径/外径)及大小(外径) 一起变化。
图5说明变焦距透镜11对轮胎状二次光源的作用。参照图5，在标准 状态形成的轮胎状二次光源30a，因变焦距透镜11的焦点距离，从最小值 扩大至所定的值，变化成其全体形状相似的扩大的轮胎状二次光源30。换 言之，因变焦距透镜11的作用，轮胎状二次光源的轮胎比不变，其宽度及 大小(外径) 一起变化。
图6为图1的无焦透镜6在前侧镜群与后侧镜群之间的光路中配置的 第一圆柱形透镜偶9及第二圆柱形透镜偶10的构造的概略图。在图6中，由光 源侧依顺序配置第一圆柱形透镜偶9及第二圆柱形透镜偶10。第一圓柱形 透镜偶9，由光源侧起依序配置，例如在YZ平面内有负折射力且在XY平面 内无折射力的第一圆柱形负透镜9a,以及在同一 YZ平面内有正折射力且在 XY平面内无折射力的第一圓柱形正透镜9b。
另一方的第二圆柱形透镜偶10，由光源侧起依序配设，例如在XY平面 内有负折射力，且在YZ平面内无折射力的第二圓柱形负透镜10a，以及在 同样XY平面内有正折射力且在YZ平面内无折射力的第二圆柱形正透镜 10b。该第一圆柱形负透镜9a与第一圆柱形正透镜91),为以光轴AX为中心 成一体化旋转的构造。同样地，该第二圓柱形负透镜10a与第二圆柱形正 透镜10b，为以光轴AX为中心成一体化旋转的构造。
在图6所示的状态，第一圆柱形透镜偶9有向Z方向光束扩张功率的 机能，第二圆柱形透镜偶10有向X方向光束扩张功率的机能。又，第一圓 柱形透镜偶9的功率与第二圆柱形透镜偶10的功率设定成彼此相同。
图7至图9为说明第一圆柱形透镜偶9及第二圆柱形透镜偶10对轮胎 状二次光源的作用之图。图7之中，设定第一圓柱形透镜偶9的功率方向
为由光轴AX对Z轴转+45度的角度；第二圓柱形透镜偶10的功率方向为由 光轴对Z轴转-45度的角度。
因此，第一圆柱形透镜偶9的功率方向与第二圆柱形透镜偶10的功率 方向互相直交，在第一圆柱形透镜偶9与第二圓柱形透镜偶10的合成系统 中，z方向的功率与x方向的功率相同。其结果，如图7所示的正圆状态，通 过第一圆柱形透镜偶9与第二圆柱形透镜偶10的合成系统的光束，在z方 向及x方向受到同样功率的扩大作同，在照明瞳形成正圆的轮胎状二次光 源。
与上述对比，图8之中，设定第一圆柱形透镜偶9的功率方向为由光 轴AX对Z轴转例如+80度的角度，第二圆柱形透镜偶10的功率方向为由光 轴AX对Z轴转-80度的角度。因此，在第一圆柱形透镜偶9与第二圆柱形 透镜偶10的合成系统中，Z方向的功率小，X方向的功率较大。其结果，如 图8所示的横椭圆状态，通过第一圆柱形透镜偶9与第二圓柱形透镜偶10 的合成系统的光束，在X方向受到较Z方向更大的扩大作用的功率，在照 明瞳形成X方向细长的横形轮胎状二次光源。
又，图9中，设定第一圆柱形透镜偶9的功率方向为由光轴AX对Z轴 转例如+10度的角度，第二圓柱形透镜偶10的功率方向为由光轴对Z轴转 -10度的角度。则在第一圆柱形透镜偶9与第二圆柱形透镜偶10的合成系统 中，X方向的功率小，Z方向的功率较大。其结果如图9所示的纵椭圆状态， 通过第一圆柱形透镜偶9与第二圆柱形透镜偶10的合成系统的光束，在Z 方向受到较X方向更大的功率的扩大作用，在照明瞳形成Z方向细长的纵
向的轮胎状二次光源。
又，将第一圆柱形透镜偶9及第二圓柱形透镜偶10,设定成如图7所
示的正圆状态与图8所示的横椭圆状态之间的任意状态，能够形成各种纵 横比例的横长轮胎状二次光源。再如将第一圆柱形透镜偶9及第二圆柱形 透镜偶10，设定成图7所示的正圆状态与图9所的纵椭圓状态之间的任意 状态，就能够形成各种纵横比例的纵长轮胎状的二次光源。
图IO是图1中的偏光监视器的内部构成的概略斜视图。参照图10,偏 光监视器13设有第一光束分离器13a，配置在微蝇眼透镜12与光学聚光系 统14之间的光路中。该第一光束分离器13a，为例如由石英玻璃形成的未 涂装的平行平面板(即原玻璃)，有将与入射光的偏光状态不同的偏光状态 的反射光自光路取出的机能。
由第一光束分离器13a由光路中取出的光会射入第二光束分离器l化。 该第二光束分离器13b具有与第一光束分离器13a同样例如由石英玻璃形 成的未涂装的平行平面板的型态，而具有发生与入射光的偏光状态不同的偏光 状态的反射光的机能。然后设定成对第一光束分离器13a的P偏光成为对第
二光束分离器Ub的S偏光，且对第一光束分离器13a的S偏光成为对第 二光束分离器13b的P偏光。
又，透过第二光束分离器的光被第一光强度检测器13c检测出；在第 二光束分离器反射的光，由第二光强度检测器13d检测出。第一光强 度才企测器13c及第二光强度4企测器13d的输出，分别供给到控制部(未图示)。 控制部则依必要驱动构成偏光状态切换装置4的1/4波长板4a， 1/2波长 板4b，及消偏振镜4c。
如上述，在第一光束分离器13a及第二光束分离器13b中，对P偏光 的反射率与对S偏光的反射率实质上是不同的。因此，在偏光监视器13中， 来自于第一光束分离器13a的反射光包含例如向第一光束分离器13a的 入射光之约10%的S偏光成份(为对第一光束分离器13a的S偏光成份，即 对第二光束分离器13b的P偏光成份)；以及例如向第一光束分离器13a的 入射光之约1%的P偏光成份(为对第一光束分离器13a的P偏光成份，即对 第二光束分离器13b的S偏光成份)。
又，来自于第二光束分离器13b的反射光包含例如向第一光束分离 器13a的入射光的10% Xl% = 0. 1%左右的P偏光成份(为对第一光束分离 器13a的P偏光成份，即对第二光束分离器13b的S偏光成份)；以及例如 向第一光束分离器13a的入射光的10% Xl% = 0. 1%左右的S偏光成份(为 对第一光束分离器13a的S偏光成份，即对第二光束分离器13b的P偏光 成份)。
如上述，在偏光监视器n中，第一光束，离器13a,，对应该反射特
果，因第二光束分离器13b的偏光特性影响偏光变动极小，所以依据第一光 强度检测器13c的输出(第二光束分离器13b的透光的强度有关的情报，亦 即与来自第一光束分离器13a的反射光大约相同偏光状态的光的强度的情报)， 就能测知向第一光束分离器13入射光的偏光状态(偏光度)，亦即能测知掩 膜M的照明光的偏光状态。
又，在偏光监视器13中，设定对第一光束分离器13a的P偏光成为对 第二光束分离器13b的S偏光，且对第一光束分离器13a的S偏光成为对 第二光束分离器13b的P偏光。其结果，依据第二光强度检测器13d的输 出(在第一光束分离器13a及第二光束分离器13b顺次反射的光的强度有关 情报)，能够测知向第一光束分离器13a的入射光的光量，亦即能测知掩膜 M的照明光的光量，可实质地不受第一光束分离器13a的入射光的偏光状态 变化的影响。
如上述，利用偏光监视器13能测知向第一光束分离器13a的入射光的 偏光状态，也就是可以判定掩膜M的照明光是否为所希望的非偏光状态或
直线偏光状态。然后，在控制部依据偏光监视器13的检测结果，确认掩膜
M(或晶圓W)的照明光不是所定的非偏光状态或直线偏光状态的场合，即驱 动调整构成偏光状态切换装置4的1/4波长板4a， 1/2波长板4b及消偏振 镜4c,而可调整掩膜M的照明光的状态，成为所希望的非偏光状态或直线 偏光状态。
又，轮胎状照明用的光学绕射元件5，可用四极照明用的光学绕射元件 (未图示)取代而在照明光路中设置，就能施行四极照明。该四极照明用的 光学绕射元件，在具有矩形断面的平行光束射入的场合，有在其远场(Far Field)形成四极状光强度分布的机能。因此，通过四极照明用的光学绕射 元件的光束，在4效蝇眼透镜12的入射面，形成以光轴AX为中心的四个圆 形状的照域的四极状照域。其结果，在微蝇眼透镜12的后侧焦点面，亦形 成与该入射面形成的照域相同的四极状的二次光源。
又，该轮胎状照明用的光学绕射元件5,用圆形照明用的光学绕射元件 (未图示)取代而设置于照明光路中，就能施行通常的圓形照明。该圓形照 明用的光学绕射元件，在有矩形断面的平行光束射入的场合，有在远场形 成圆形的光强度分布的机能。因此，通过该圆形照明用的光学绕射元件的 光束，在微蝇眼透镜12的入射面，形成以光轴AX为中心的圓形照域形成 的四极状照域。其结果，在微蝇眼透镜12的后侧焦点面，亦形成与在该入 射面形成的照域相同的圆形状二次光源。
再者，该轮胎状照明用的光学绕射元件5，用其他的复数极照明用的光 学绕射元件(未图示)取代而设定于照明光路中，就可施行各种的复数极照 明(如二极照明，八极照明等)。同样地，将轮胎状照明用的光学绕射元件5， 用有适当的特性的光学绕射元件(未图示)取代设置于照明光路中，则能施 行各种形态的变形照明。
本实施例，用所谓的圆周方向偏光轮胎状照明用的光学绕射元件50，取 代轮胎状照明用的光学绕射元件5而设置于照明光路中，可将通过轮胎状 二次光源的光束设定成圆周方向偏光状态的变形照明，亦即能施行圆周方 向偏光的轮胎状照明。图ll是本实施例的圆周方向偏光的轮胎状照明用的 光学绕射元件的构造的概略图。又图12是被设定成圆周方向偏光状态的轮 胎状二次光源的概略图。
参照图11及图12,本实施例的圆周方向偏光的照明用的光学绕射元件 50，为具有互相同的矩形断面且在沿光的透过方向(Y方向)的厚度(光轴方 向的长度)互异的四种基本元件50A-50D,以纵;镜且稠密的配置而构成。此 处，第一基本元件50A的厚度最大，第四基本元件50D的厚度最小，第二基 本元件50B的厚度大于第三基本元件50C的厚度。
又，光学绕射元件50包含大约同数量的第一基本元件"A、第二基本 元件50B、第三基本元件50C,以及第四基本元件50D，且该些四种基本元
件为随机配置。而且，在各基本元件50A 50D的靠掩膜侧形成绕射面(图 中斜线部份所示)，各基本元件50A-50D的绕射面在与光轴AX(图11中未 示出)直交的一个平面整齐排列。其结果，光学绕射元件50的靠掩膜侧之 面为平面状，但光学绕射元件50的靠光源侧之面，则因各基本元件50A 50D的厚度相异而形成凹凸状。
如上述，第一基本元件50A的绕射面的构造，可形成在图12所示的轮 胎状二次光源31之中，对通过光轴AX的Z方向轴线对称的一对圆弧状区 域31A。亦即如图13所示，第一基本元件50A有在光学绕射元件50的远场 50E (引伸为各M元件50A ~ 50D的远场)对通过光轴AX的Z方向轴线形成对称 的一对圓弧状的光强度分布32A(与一对圓弧状区域31A对应)的^/L能。
第二基本元件50B的绕射面的构造，可在将通过光轴AX的Z方向轴线以Y 轴为中心回转-45度(在图12中向反时钟方向转45度)后，对该轴线形成对 称的一对圆弧状区域31B。亦即如图14所示，第二基本元件50B有在远场 50E的通过光轴AX的Z方向轴线对Y轴旋转-45度后，对该轴线形成对称 的一对圆弧状的光强度分布32B(对应于一对的圓弧状区域31B)的机能。
第三M元件50C的绕射面的构造,可对通过光轴AX的X方向的轴线形成 对称的一对图弧状区域31C。亦即如图15所示，第三基本元件50C有在远 域50E的通过光轴AX的X方向的轴线形成对称的一对圆弧状的光强度分布 32C(对应于一对的圆弧状区域31C)的机能。
第四基本元件50D的绕射面的构造，可在通过光轴AX的Z方向轴线依 Y轴旋转+45度(在图12中顺时镜方向旋转45度)后对该轴线形成对称的一 对圆弧状区域31D。亦即如图16所示，第四基本元件50D有在远场50E的 通过光轴AX的Z方向轴线依Y轴旋转+45度后，对该轴线形成对称的一对 圓弧状光强度分布32D(对应于一对的圆弧状区域31D)的才几能。又，各圓弧 状区域31A-31D的大小大约互同，该些八个圆弧状区域31A~31D不互相 重复且亦不互相隔离，构成以光轴AX为中心的轮胎状的二次光源31。
又，本实施例中，各基本元件50A-50D用有旋光性的光学材料的水晶 构成，各基本元件50A 50D的光学结晶轴设定成大约与光轴AX—致。以 下，参照图17对水晶的旋光性简单说明。参考图l7，厚度d的水晶形成的 平行平面板状的光学元件35,其光学结晶轴配置成与光轴AX —致。此场合， 因光学元件35的旋光性，射入的直线偏光的偏光方向以光轴AX为转轴只 回转e角的状态而射出。
此时，因光学元件35的旋光性发生的偏光方向的回转角e,依光学元 件35的厚度d与水晶的旋光能力p，可以下式(l)表示。 9=d p (1)
一般，水晶的旋光能力p,其具有当使用的光的波长越短，旋光能力p越
大的倾向，依日文文献「应用光学II J的第167页的记述，对波长250. 3nm 的光，水晶的旋光能力p为153. 9度/mm。
在本实施例中，第一基本元件50A设定厚度dA,如图13所示有Z方向 的偏光方向的直线偏光的光射入的场合，使射出的直线偏光的光有向该Z 方向沿Y轴转180度的方向亦即Z方向的偏光方向。其结果，通过使在远场 50E形成的一对圆弧状的光强度分布32A的光束的偏光方向成Z方向。通过图 12所示的一对圓弧状区域31A的光束的偏光方向亦成Z方向。
第二基本元件50B设定厚度dB，如图14所示有Z方向的偏光方向的直 线偏光的光射入的场合，使射出的直线偏光的光有向该Z方向沿Y轴转+135 度的方向，即该Z方向沿Y轴转-45度的方向的偏光方向。其结果，通过 在远场50E形成的一对圆弧状的光强度分布32B的光束的偏光方向，亦成为 由Z方向沿Y轴转-45度的方向。在图12所示的一对圓弧状区域31B，通 过的光束的偏光方向亦成由Z方向沿Y轴转-45度的方向。
第三基本元件50C设定厚度dC，如图15所示有Z方向的偏光方向的直 线偏光的光射入的场合，使射出的直线偏光的光有向该Z方向沿Y轴转+90 度的方向，即X方向的偏光方向。其结果，通过在远场50E形成的一对圆弧 状的光强度分布32C的光束的偏光方向亦成X方向。在图12所示的一对圆 孤状区域31C,通过的光束的偏光方向亦成X方向。
第四基本元件50D设定厚dD,如图16所示有Z方向的偏光方向的直线 偏光的光射入的场合，使射出的直线偏光的光有向该Z方向沿Y轴转+45度 的方向的偏光方向。其结果，通过在远场50E形成的一对圓弧状的光强度 分布32D的光束的偏光方向成为由Z方向沿Y轴转+45度的方向。在图l2 所示的一对圆弧状区域31D,通过的光束的偏光方向亦成为由Z方向沿Y轴 转+45度的方向。
本实施例，为在圆周方向偏光轮胎状照明时，于照明光路中设置圓周 方向偏光轮胎状照明用的光学绕射元件50，再向光学绕射元件50射入有Z 方向的偏光方向的直线偏光的光。其结果，在孩i錄眼透4竟12的后侧焦点面 (即照明瞳或其近傍)，形成如图12所示的4仑胎状的二次光源31 (轮胎状的照 明瞳分布)，通过该轮胎状的二次光源31的光束，4支_没定成圓周方向偏光 状态。
在圆周方向偏光状态，通过构成轮胎状二次光源的各圆弧状区域31A-31D的各光束，在各该些圓弧状区域31A~ 31D的以光轴AX为中心的圆周方 向，形成与圆的切线方向大约一致的偏光方向的直线偏光状态。
于本实施型态中，依据入射光束在所定面形成所定的光强度分布的光 学变换元件50包括第一基本元件50A,其是由有旋光性的光学材料制成， 并依据该入射光束,形成上述所定的光强度分布之中的第一区域分布32A;
以及，第二基本元件50B，其是由有旋光性的光学材料制成，并依据该入射 光束，形成上述所定的光强度分布之中的第二区域分布32B '其中，该第一 基本元件50A与该第二基本元件SOB,在沿光的透过方向的厚度互异。
如此，本实施例的开口光圈，异于先前技术的发生大量的光量损失，由 于当做光束变换元件的光学绕射元件50的绕射作用及旋光作用，能够实质 的不发生光量损失，而形成圓周方向偏光状态的轮胎状二次光源31。
在本实施例之一较佳实施型态中，利用设定该第一基本元件50A的厚 度及该第二基本元件50B的厚度，使在直线偏光射入时，形成该第一区域分 布32A的直线偏光的偏光方向，与形成该第二区域分布32B的直线偏光的 偏光方向不同。并且，所述的第一区域分布32A及该第二区域分布32B的 位置，被决定在该所定面的以所定点为中心的所定的轮胎状区域的所定轮 胎状区域的至少一部分，以及通过该第一区域分布32A及该第二区域分布 32B的光束，具有以该所定轮胎状区域的圆周方向为偏光方向的直线偏光为 主成份的偏光状态为较佳。
此时，所定的光强度分布与该所定轮胎状区域有大致同一形状的外形， 且通过第一区域分布32A的光束的偏光状态，具有与沿该第一区域分布32A 的圓周方向以其中心位置的该所定点为中心的圆的切线方向，几乎一致的 直线偏光成份；以及通过第二区域分布32B的光束的偏光状态，具有与沿该 第二区域分布32B的圓周方向以其中心位置的该所定点为中心的圓的切线 方向，几乎一致的直线偏光成份。或者，所定的光强度分布为在该所定轮胎 状区域内分布的多极状分布，亦即，通过该第一区域分布的光束的偏光状 态，具有与沿该第 一 区域分布的圆周方向以其中心位置的该所定点为中心 的圆的切线方向，几乎一致的直线偏光成份；以及通过该第二区域分布的光 束的偏光状态，具有与沿该第二区域分布的圆周方向以其中心位置的该所 定点为中心的圓的切线方向，几乎一致的直线偏光成份为较佳。
再者，在本实施例之一较佳实施型态中，所述的第一基本元件及该第 二基本元件，采用对使用波长的光有大于等于100度/隨的旋光能力的光学 材料而形成。并且，其中所述的第一基本元件及该第二基本元件是利用水 晶而形成。再者，其中所述的光束变换元件含有大约同数量的该第一基本 元件及该第二基本元件。以及，所述的第一基本元件及该第二基本元件， 有绕射作用或折射作用为较佳。
再者，在本实施例之一较佳实施型态中'所述的第一基本元件依据该 入射光束在该所定面上形成至少二个该第一区域分布；以及该第二基本元 件依据该入射光束在该所定面上形成至少二个该第二区域分布为较佳。并 且，光束变换元件还可以包括第三基本元件SOC，用有旋光性的光学材料 形成，依该入射光束形成该所定的光强度分布中的第三区域分布32C;以及
第四基本元件50D,用有旋光性的光学材料形成，依该入射光束形成该所定 的光强度分布中的第四区域分布32D。
并且，本实施型态中，光束变换元件50能依入射光束在所定面上，形 成与该入射光束的断面形状相异的所定的光强度分布；该光束变换元件配 置有绕射面或折射面，用以在该所定面上形成该所定的光强度分布；该所定 的光强度分布，其分布在该所定面以所定点为中心的所定轮胎状区域，即所 谓的所定轮胎状区域的至少一部份；以及通过所定轮胎状区域的由该光束 变换元件输出的光束，其具有以该所定轮胎状区域的圆周方向为偏光方向 的直线偏光为主成^f分的偏光状态。
如此，本实施例的开口光圈，异于先前技术的发生大量的光量损失，由 于当做光束变换元件的光学绕射元件50的绕射作用及旋光作用，能够实质 的不发生光量损失，而形成圆周方向偏光状态的轮胎状二次光源31。
在本实施例之一较佳实施型态中，所定的光强度分布具有多极形状或 轮胎状的外形。并且，光束变换元件是利用有旋光性的光学材料形成为佳。
再者，本实施型态的光学照明装置，是利用來自光源的光束以照明一 被照射面的光学照明装置，其特征在于，该光学照明装置包括上述的光束 变换元件，用以变换来自该光源的光束，以在该光学照明装置的照明瞳或 其近傍形成照明瞳分布。利用此构成，本实施型态的光学照明装置可以良 好地抑制光量损失，并形成圆周方向偏光状态的轮胎状的照明瞳分布。
在此，较佳的是，其中所述的光束变换元件为可与其他特性相异的光 束变换元件交换的构造。再者，在该光束变换元件与该被照射面之间的光 路中加设波面分割型的光学积分器，以及该光束变换元件，依入射光束在 该光学积分器的的射入面，形成该所定的光强度分布为较佳。
再者，在本实施例之一较佳实施型态的光学照明装置中，所定面上的 光强度分布，及通过该所定轮胎状区域的由该光束变换元件发出的光束的 偏光状态，二者的至少一方的设定，需考虑配置在该光源与该被照射面之 间的光路中的光学元件的影响。另外，将该光束变换元件发出的光束的偏 光状态，设定成在该被照射面照射的光为以S偏光为主成份的偏光状态为 较佳。
再者，本实施型态的曝光装置为包括上述的光学照明装置的曝光装置， 所述照明装置用以照明掩膜，而使该曝光装置将该掩膜的图案在感光性基 板上进行曝光。在此，所定面上的光强度分布，及通过该所定轮胎状区域的 由该光束变换元件发出的光束的偏光状态，二者的至少一方的设定，需考 虑配置在该光源与该被照射面之间的光路中的光学元件的影响为较佳。再 者，将该光束变换元件发出的光束的偏光状态，设定成在该被照射面照射 的光为以S偏光为主成份的偏光状态为较佳。
另外，本实施型态的曝光方法包括照明工程，其利用上述的光学照 明装置以照明一掩膜；以及曝光工程，将该掩膜的图案在感光性基板上进 行曝光。在此，所定面上的光强度分布，及通过该所定轮胎状区域的由该 光束变换元件输出的光束的偏光状态，二者的至少一方的设定，需考虑配置 在该光源与该被照射面之间的光路中的光学元件的影响为较佳。再者，将 该光束变换元件发出的光束的偏光状态，设定成在该被照射面照射的光为 以S偏光为主成份的偏光状态为较佳。
换言之，本实施例的光学照明装置，能良好的抑制光量损失，且能够 形成圓周方向偏光状态的轮胎状的照明瞳分布。其结果，本实施例的曝光 装置，因使用能良好抑制光量损失，且能够形成圆周方向偏光状态的轮胎状 的照明瞳分布的光学照明装置，故能够在适合的条件下忠实且高良率地复 制任意方向的微细圆案。
又，在根据圆周方向偏光状态的轮胎状照明瞳分布的圆周方向偏光轮 胎状照明，照射到作为被照射面的晶圆W的光，成为以S偏光为主成份的 偏光状态。此处的所谓的S偏光，为对入射面保持垂直的偏光方向的直线 偏光(在射入垂直的方向电矢量振动的偏光)。但所谓的入射面的定义，为 光到达媒质的境界面(被照射面；晶圆W的表面)时，在该点的境界面的包 含法线与光入射方向之面。
又在上述的实施例，使用相同的矩形断面的四种基本元件50A-50D,以
同样的数量纵横且稠密地随机配置，构成圓周方向偏光轮胎状照明用的光 学绕射元件50。但并不以此为限，各M元件的数量、断面形状、种类数、配
置等皆可能有各种的变形例。
又在上述的实施例，使用四种基本元件50A-50D形成的光学绕射元件 50，由不互相重复且不互相分开配置的八个圆弧状区域31A-31D，构成以 光轴AX为中心的轮胎状二次光源31。但并不以此为限，构成轮胎状二次光 源的区域的个数、形状、配置等亦有各种变形例的可能。
具体的说，如图18(a)所示的，例如利用四种基本元件组成的光学绕射 元件，形成由八个圓弧状区域沿圆周方向互相隔开地构成的圓周方向偏光 状态的八极状的二次光源33a亦可。又如圓18(b)所示，例如用四种基本元 件组成的光学绕射元件，形成由四个圆弧状区域沿圓周方向互相离开配置 的圆周方向偏光状态的四极状的二次光源33b亦可。又，在该些八极状的二 次光源或四极状的二次光源，各区域的形状不限定为圆弧状，例如圆形，椭 圆形，或扇形皆可以。又如图19所示，例如利用四种基本元件组成的光学 绕射元件，形成八个圆弧状区域沿圆周方向互相重复配置的圆周方向偏光 状态的轮胎状二次光源33c也可以。
又，除由四个或八个区域沿圆周方向互相离开配置成圆周方向偏光状
态的四极状或八极状的二次光源之外，如图20(a)所示，由六个区域沿圆周 方向互相离开配置形成圆周方向偏光状态的六极状的二次光源亦佳。又如 图20(b)所示，由复数的区域沿圆周方向互相离开配置成的圓周方向偏光状 态的多极状二次光源，以及在光轴上的区域形成的非偏光状态，或直线偏光 状态的中心极状二次光源，二者组成的二次光源亦可。又由二个区域沿圆 周方向互相离开形成圓周方向偏光状态的二极状的二次光源亦可。
又，上述的实施例，如图11所示，先个别形成四种的基本元件50A~ 50D，再将该些元件组合构成光学绕射元件50。但并不受上述的限定，对一 个水晶基板例如施行蚀刻加工形成各基本元件50A-50D的射出侧的绕射 面，以及射入侧的凹凸面， 一体化的构成光学绕射元件5 0也可以。
又，上述的实施例，用水晶形成各基本元件50A 50D(亦即光学绕射元 件50)。但并无此限定，用有旋光性的其他适当的光学材料，形成各基本元 件亦可。此场合，采用对使用波长的光有大于等于100度/醒的旋光能力的 光学材料较佳。亦即，使用旋光能力小的光学材料时，为得到偏光方向的 所要的回转角，元件必要的厚度过大而成为光量损失的原因，所以不佳。
又，在上述的实施例，形成轮胎状的照明瞳分布(二次光源)，但并不 以此为限，在照明瞳或其近傍形成圆形的照明瞳分布亦可。又，轮胎状的 照明瞳分布或多才及状的照明瞳分布，可再增加例如形成包含光轴的中心区 域分布，可实现所谓的有中心极的轮胎状照明，或有中心极的复数极照明。
又，在上述的实施例，在照明瞳或其近傍形成圆周方向偏光状态的照 明瞳分布。但有时在比光束变元件的光学绕射元件，更靠近晶圆侧的光学系 统(光学照明系统或光学投影系统)的偏光像差(retardation)，会引起偏 光方向的变化。此场合，需考虑该些光学系统的偏光像差的影响，适当地 设定通过在照明瞳或其近傍形成的照明瞳分布的光束的偏光状态。
又，与该偏光像差有关，在比光束变换元件更靠近晶圆侧的光学系统 (光学照明系统或光学投影系统)中，配置的反射元件的偏光特性，有时会 引起反射光在每偏光方向有相位差。在此场合，亦有必要考虑该反射元件 的偏光特性引起的相位差的影响，适当地设定通过在照明瞳或其近傍形成 的照明瞳分布的光束的偏光状态。
又，在比光束变换元件更靠近晶圓侧的光学系统(光学照明系统或光学 投影系统)中，配置的反射元件的偏光特性，有时会引起反射元件的反射率 依偏光方向变化。此场合，需考虑各偏光方向的反射率，在照明瞳或其近傍 形成的光强度分布加入补偿量，即在各基本元件的数量设定分布较佳。又 在比光束变换元件更靠近晶圆侧的光学系统的透过率，依偏光方向变化的 场合，亦可适用同样的方法补正。
又在上述的实施例，光学绕射元件50的光源侧之面，因各基本元件
SOA-SOD的厚度不同，形成有阶差的凹凸状。此点，如图21所示，厚度最 大的第一基本元件50A以外的基本元件，即在第二基本元件50B,第三基本 元件50C以及第四基本元件50D的入射侧附设补正元件36，可使光学绕射 元件50的光源侧(入射侧)之面成平面状。此场合，该补正元件36需使用 无旋光性的光学材料形成。
又，上述的实施例，只_说明在照明瞳或其近傍形成的照明瞳分布，通 过的光束为沿圓周方向有直线偏光成份的光束之例子。但不受此限定，通 过照明瞳分布的光束的偏光状态，只要以圆周方向为偏光方向的直线偏光 为主成份的状态，就能获得本发明要求的效果。
又在本实施例，使用由有绕射作用的复数种的基本元件构成的光学绕 射元件为光束变换元件，依据入射光束在所定的面上，形成与其断面形状 不同形状的光强度分布。但是并不以此为限，例如具有与各基本元件的绕 射面与光学性，大约相当的折射面的复数种的基本元件，亦即使用由复数 种有折射作用的基本元件，构成的光学折射元件为光束变换元件亦可。
在上述实施例的曝光装置，用光学照明装置照明掩膜(十字标记， reticle)(即照明工程)；用光学投影系统将在掩膜形成的复制用的图案， 在感光性基板上进行曝光(曝光工程)，如此能够制造微元件(半导体元件、 摄影元件、液晶显示元件、薄膜磁头等)。以下，参照图22的流程图，说 明使用上述实施例的曝光装置，在当做感光性基板的晶圆等形成所定的电 路图案，以制造樣么元件的半导体元件之际的程序。
首先，在图22的步骤301,在一組的晶圆上蒸镀金属膜。其次在步骤 302,在该一组晶圓的金属膜上涂布光刻胶。其次在步骤303，使用上述实 施例的曝光装置，使掩膜上的图案像通过该光学投影系统在该一组晶圓上 的各照射区域顺次曝光复制。其后在步骤304，进行该一组晶圆上的光刻胶 的显像，其后在步骤305，在该一组晶圓上，以光刻胶图案为掩膜而进行蚀 刻，在各晶圆上的各照射区域形成与掩膜上的图案对应的电路图案。其后， 进行更上层电路图案的形成等工程，以制造半导体元件等的元件。依上述 的半导体元件的制造方法，能够以良好的生产率制造有极微细电路图案的半导体元件。
又，上述的实施例的曝光装置，可在基板(玻璃基板)上形成所定的图案 (电路图案，电极图案等)，亦可制造微元件之一的液晶显示元件。以下，参 照图23的流程图，说明该制程的一例。图23中，在步骤401的图案形成 工程，使用上述实施例的曝光装置，将掩膜的图案在感光性基板(涂布光刻 胶的玻璃基板等)复制曝光，再施行所谓的光刻蚀刻工程。依该光刻蚀刻工 程，在感光性基板上形成含有多数的电极等的所定图案。其后，曝光过的 基板再经显像工程，蚀刻工程，光刻胶剥离工程等的各工程，在基板上形
成所定的图案，再移到其次的滤色器(color filter)形成工程402。
其次，在滤色器形成工程402,形成R(红)、G(绿)、B(蓝)对应的三个 点的组合多数成阵列状配列，或R、 B、 G的三个条紋状的滤色器组并在多 数条水平扫描线方向配列的滤色器。在滤色器形成工程402之后，进行元 件组合工程403。在元件组合工程403中，使用在图案形成工程401制作的 具有所定图案的基板，以及在滤色器形成工程402制造的滤色器等组合成 液晶面寺反(液晶元件)。
在元件组合工程403，例如，在图案形成工程401获得的有所定的图案 的基板，与滤色器形成工程402所得的滤色器之间注入液晶，而制成液晶 面板(液晶元件)。其后，在模组组合工程404，安装使组合的液晶面板(液 晶元件)进行显示动作的电路，背光才莫块等各零件以完成液晶显示元件。依 上述的液晶显示元件的制造方法，能以良好的生产率制造有极微细的电路 图案的液晶显示元件。
又，在上述的实施例，曝光的光源使用KrF准分子激光器的光(波长 248nm),或ArF准分子激光器的光(波长193nm) , ^S不以此为限，其他适 当的激光光源有例如供给波长157nm的激光的F2激光器光源等亦可适用本 发明。另外，在上述的实施例是以配备光学照明装置的曝光装置为例说明 本发明，但掩膜或晶圆以外的被照射面的照明的一般的光学照明装置，亦 显然可使用本发明。
又，在上述的实施例，在光学投影系统与感光性基板之间的光路中，使 用折射率大于1.1的媒体(典型的为液体)填满的方法，即用所谓的液浸法 为佳。此场合的在光学投影系统与感光性基板之间的光路中填满液体的方 法，有国际专利申"f青案W099/049504号公报揭露的局部的充满液体的方法；或 日本专利特开平6-124873号公报揭露的使保持曝光对象的基板的载台在液 槽中移动的方法；或日本专利特开平10-303114号公报揭露的在载台上形
成所定深度的液体槽且在其中保持基板的方法等可采用。此处，援引国际 专利申请案W099/049504号公报、日本专利特开平6-124873号公报、以及
曰本专利特开平10-303114号公报供参考。
又，上述的液体，以对曝光的光有透过性，折射率尽可能高，且对在光学 投影系统或基板表面涂布的光刻胶亦安定的较好。在例如用KrF准分子激 光或ArF准分子激光为曝光光的场合,该液体可^f吏用纯水或去离子水。又，曝 光光源使用F"敫光的场合，该液体可使用F2激光可透过的氟系油或过氟化 聚醚(Perf luoropolyether， PFPE)等的氟素系液体。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润 饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定的为准。
权利要求
1.一种光束变换元件，其特征在于能依入射光束在所定面上，形成与该入射光束的断面形状相异的所定的光强度分布；该光束变换元件配置有绕射面或折射面，用以在该所定面上形成该所定的光强度分布；该所定的光强度分布，其分布在该所定面以所定点为中心的所定轮胎状区域，即所谓的所定轮胎状区域的至少一部份；以及通过所定轮胎状区域的由该光束变换元件输出的光束，其具有以该所定轮胎状区域的圆周方向为偏光方向的直线偏光为主成份的偏光状态。
2、 根据权利要求1所述的光束变换元件，其特征在于该所定的光强度 分布，其具有多极形状或轮胎状的外形。
3、 根据权利要求2所述的光束变换元件，其特征在于该光束变换元件 是利用有旋光性的光学材料形成。
4、 根据权利要求3所述的光束变换元件，其特征在于该光束变换元件 包括第一基本元件，由有旋光性的光学材料制成，依据该入射光束，形成上 述所定的光强度分布之中的第一区域分布；以及第二基本元件，由有旋光性的光学材料制成，依据该入射光束，形成 上述所定的光强度分布之中的第二区域分布；其中，该第一基本元件与该第二基本元件，在沿光的透过方向的厚度互异。
5、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于其利用设定该第 一基本元件的厚度及该第二基本元件的厚度，使在直线偏光射入时，形成该 第一区域分布的直线偏光的偏光方向，与形成该第二区域分布的直线偏光 的偏光方向不同。
6、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于其中所述的第一 区域分布及该第二区域分布的位置，被决定在该所定面的以所定点为中心 的所定的轮胎状区域的所定轮胎状区域的至少 一部分，以及通过该第 一 区域分布及该第二区域分布的光束，具有以该所定轮胎状 区域的圆周方向为偏光方向的直线偏光为主成^f分的偏光状态。
7、 根据权利要求6所述的光束变换元件，其特征在于该光强度分布，与 该所定轮胎状区域有大致同一形状的外形，且通过第 一 区域分布的光束的偏光状态，具有与沿该第 一 区域分布的圆 周方向以其中心位置的该所定点为中心的圓的切线方向，几乎一致的直线偏光成〗分；以及 通过第二区域分布的光束的偏光状态，具有与沿该第二区域分布的圆 周方向以其中心位置的该所定点为中心的圆的切线方向，几乎一致的直线 偏光成份。
8、 根据权利要求6所述的光束变换元件，其特征在于该所定的光强度 分布，为在该所定轮胎状区域内分布的多极状分布；通过该第 一 区域分布的光束的偏光状态，具有与沿该第 一 区域分布的 圆周方向以其中心位置的该所定点为中心的圆的切线方向，几乎一致的直 线偏光成^f分；以及通过该第二区域分布的光束的偏光状态，具有与沿该第二区域分布的 圓周方向以其中心位置的该所定点为中心的圆的切线方向，几乎一致的直 线偏光成4分。
9、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于其中所述的光束 变换元件含有大约同数量的该第 一基本元件及该第二基本元件。
10、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于其中所述的第一 基本元件及该第二基本元件，有绕射作用或折射作用。
11、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于其中所述的第一 基本元件，依据该入射光束，在该所定面上形成至少二个该第一区域分布； 以及该第二基本元件，依据该入射光束，在该所定面上形成至少二个该第 二区域分布。
12、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于還包括 第三基本元件，用有旋光性的光学材料形成，依该入射光束形成该所定的光强度分布中的第三区域分布；以及第四基本元件，用有旋光性的光学材料形成，依该入射光束形成该所定 的光强度分布中的第四区域分布。
13、 根据权利要求4所述的光束变换元件，其特征在于该第一基本元件 及该第二基本元件，为一体化的形成。
14、 根据权利要求1 ~ 13任一项所述的光束变换元件，其特征在于该光 束变换元件使用在基于来自光源的光束而对被照射面进行照明的光学照明 装置中；其中，该光学照明装置的照明瞳或是其近旁的面形成照明瞳分布。
15、 根据权利要求1 13任一项所述的光束变换元件，其特征在于所述 光束变换元件与曝光装置共用，所述曝光装置基于来自光源的光束而对被 配置在被照射面的物体进行照明，且形成被照明的前述物体的像。
16、 根据权利要求15所述的光束变换元件，其特征在于照射到所述被 照射面的光以S偏光作为其主成分的偏光状态。
17、 根据权利要求16所述的光束变换元件，其特征在于来自所述光源 的光束的波长为193nm。
18、 一种绕射光学元件，其是使用在基于来自光源的光束而对被照明 物体进行照明的光学照明装置中的绕射光学元件，其特征在于该绕射光学 元件包括凹凸状的光学元件，其在该光学照明装置的照明瞳面或是其近旁的面， 亦即所定面形成所定的光强度分布；该光学元件包括厚度不同的部分，用以在上述所定的光强度分布处施 加所定的偏光状态。
19、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该被照明物体 为形成有所定图案的掩膜。
20、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该绕射光学元 件配置于所述光源与所述被照明物体之间的光路中。
21、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该所定面是在 该光学照明装置的照明瞳面或是其近旁的面。
22、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该繞射光學元 件配置于所述光源与所述掩膜之间的光路中。
23、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该偏光状态为 在该所定面以所定点为中心的所定轮胎状区域，亦即，其具有以该所定轮 胎状区域的圆周方向为偏光方向的直线偏光为主成^f分的偏光状态。
24、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该所定的光强 度分布，在该所定轮胎状区域内决定为轮胎状或多极形状。
25、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该所定的光强 度分布为轮胎状或多极形状。
26、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该凹凸状的光学元件是由水晶而形成。
27、 根据权利要求18所述的绕射光学元件，其特征在于该凹凸状的光 学元件是利用有旋光性的光学材料形成。
28、 一种绕射光学元件，其是使用在基于来自光源的光束而对一掩膜 进行照明的光学照明装置中的绕射光学元件，其特征在于该绕射光学元件 包括凹凸状的光学元件，在所定面形成所定的光强度分布； 该光学元件包括厚度不同的部分，用以在上述所定的光强度分布处施 加所定的偏光状态。
29、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该所定面是在 该光学照明装置的照明瞳面或是其近旁的面。
30、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该繞射光學元 件配置于所述光源与所述掩膜之间的光路中。
31、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该偏光状态为 在该所定面以所定点为中心的所定轮胎状区域，亦即，其具有以该所定轮 胎状区域的圓周方向为偏光方向的直线偏光为主成份的偏光状态。
32、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该所定的光强 度分布，在该所定轮胎状区域内决定为轮胎状或多极形状。
33、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该所定的光强 度分布为轮胎状或多极形状。
34、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该凹凸状的光 学元件是由水晶而形成。
35、 根据权利要求28所述的绕射光学元件，其特征在于该凹凸状的光 学元件是利用有旋光性的光学材料形成。
36、 一种光学照明装置，是用以照明一掩膜的光学照明装置，其特征 在于，该光学照明装置包括权利要求18 ~ 35任一项所述的绕射光学元件。
37、 一种曝光装置，其特征在于其包括权利要求36所述的光学照明装 置，其中，该曝光装置对于该掩膜的图案在感光性基板上进行曝光。
38、 一种曝光方法，其特征在于其包括照明工程，使用权利要求36所述的光学照明装置对一掩膜进行照明；以及曝光工程，对该掩膜的图案在感光性基板上进行曝光。
39、 一种微元件的制造方法，其特征在于包括照明工程，使用权利要求36所述的光学照明装置对一掩膜进行照明； 曝光工程，对该掩膜的图案在感光性基板上进行曝光；以及 显像工程，使所述感光性基板进行显像。
40、 根据权利要求39所述的微元件的制造方法，其特征在于所述光束 变换元件所发出的光束的偏光状态，设定成在所述感光性基板照射的光为 以S偏光为主成份的偏光状态。
全文摘要
本发明提供一种光学照明装置，不仅能有效地抑制光量损失，且能够形成圆周方向偏光状态的轮胎状的照明瞳分布。本发明的光学照明装置具有光束变换元件(50)，可依据入射光束而在所定面形成轮胎状的光强度分布。该光束变换元件用有旋光性的光学材料形成，且由依入射光束形成轮胎状光强度分布中的第一圆弧状区域分布的第一基本元件(50A)、形成第二圆弧状区域分布的第二基本元件(50B)、形成第三圆弧状区域分布的第三基本元件(50C)，以及形成第四圆弧状区域分布的第四基本元件(50D)所构成。各基本元件在沿光束的透过方向的厚度互异。
文档编号G02B19/00GK101369056SQ20081021149
公开日2009年2月18日 申请日期2004年11月2日 优先权日2003年11月20日
发明者豊田光纪 申请人:株式会社尼康