照射光学装置、曝光装置及曝光方法

专利名称：照射光学装置、曝光装置及曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种照射光学装置、曝光装置及曝光方法，特别涉及用于以平版印刷步骤制造例如半导体元件、摄像元件、液晶显示元件或薄膜磁头的微型器件的曝光装置。
背景技术：
在这种类型的一般曝光装置中，从光源发出的光通量形成二次光源，其构成包括多个光源的基本上为平面的光源，所述多个光源通过由蝇眼透镜构成的光学积分器会聚在一起。来自该二次光源的光通量在进入聚光透镜之前，受到设置在蝇眼透镜的下游侧焦平面附近的孔径光阑的限制。
由该聚光透镜聚焦的光通量以叠加的方式照射用指定图形形成的掩模。在通过掩模图形之后，利用投影光学系统，将光在晶片上成像。以这种方式，通过在晶片上投影(即转印)曝光掩模图形。应该注意，在掩模上形成的图形具有高集合密度，因此为了将该精细的图形准确地转印到晶片上，在晶片上获得均匀的照射分布是必须的。
因此这样的技术已经引起注意，其中在蝇眼透镜的下游侧焦平面上形成圆形二次光源，并且照射的相干性(coherency)σ(σ值＝孔径光阑直径/投影光学系统的瞳孔直径，或者σ值＝照射光学系统出射侧的数值孔径/投影光学系统的入射侧数值孔径)可以通过改变其尺寸而变化。下面的技术也引起了注意，其中为了提高投影光学系统的景深和/或解像力，在蝇眼的下游侧焦平面上形成环形或四极形二次光源。

发明内容
本发明试图解决的问题利用上述常规曝光装置，根据掩模图形的特征，使用圆形的二次光源进行普通的圆形照射，使用环形或四极形的二次光源进行修改的照射(环状照射或四极照射)。然而，不能根据掩模的图形特征改变照射掩模的光的偏振状态，因此，通常以非偏振状态的光照射掩模，并且不一定能够获得用于较好地转印掩模图形所需的适当的照射状态。
另外，如果例如将ArF激基激光源用作光源，则通常通过使用用作光学透明部件的萤石来保证所要求的寿命，所述光学透明部件经受具有高能密度的光的照射。如下所述，本发明人发现，在受到激光照射时，萤石具有改变发光的偏振状态的性能。当入射线性偏振光通过由萤石形成的光学透明部件变成椭圆偏振光时，不仅石英棱镜停止了作为非偏振元件的功能，而且偏振状态的变化改变了入射在传感器上的光的偏振分量的实际比率，使得很难准确控制光量。
针对上述问题进行了本发明。本发明的一个目的是提供一种光学系统和照射光学装置，其能够抑制通过由立方系的晶体材料，例如萤石形成的光学透明部件的线性偏振光的偏振状态的变化。另外，本发明的一个目的是提供曝光装置和曝光方法，通过其，利用能够抑制线性偏振光的偏振状态变化的照射光学装置，可以在根据掩模图形特征实现的合适的照射状态下进行良好的曝光。
解决问题的装置为了解决上面的问题，根据本发明的第一方案，在包括由晶体材料形成的光学透明部件的光学系统中，提供一种光学系统，其特征在于，将受到光学照射时与所述光学透明部件的双折射变化有关的快轴的方向设置成与到所述光学透明部件的入射线性偏振光的电场振动方向基本上一致或基本上正交。
根据本发明的第二方案，提供一种照射光学装置，其特征在于，它包括根据第一方案的光学系统，并且通过该光学系统照射要照射的表面。
根据本发明的第三方案，在包括由立方系的晶体材料形成的光学透明部件的照射光学装置中，其中采用通过该光学透明部件的光照射要照射的表面，提供一种照射光学装置，其特征在于，将光在所述光学透明部件中的传播方向设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。
在第三方案的优选方式中，所述光学透明部件包括固定在光路中的位置上的光学部件，并且将所述光学部件的光轴设置成基本上和晶体取向<111>或晶体取向<100>一致。而且，在第三方案中，所述光学透明部件优选包括这样的棱镜，所述棱镜被设置成其入射面和出射面基本上与晶面{100}一致。作为选择，所述光学透明部件优选包括这样的棱镜，所述棱镜被设置成其入射面和出射面基本上与晶面{111}一致。可选的是，所述光学透明部件优选包括这样的棱镜，所述棱镜被设置成其入射面和出射面中的一个面基本上与晶面{111}一致，并且其中另一个面基本上与晶面{100}或晶面{211}一致。
另外，在第三方案的优选方式中，所述光学透明部件包括构成内面反射镜的直角棱镜，将其设置成所述直角棱镜的反射面基本上与晶面{100}一致，并且由所述直角棱镜的入射面光轴和所述直角棱镜的出射面光轴限定的面基本上与晶面{110}一致。作为选择，所述光学透明部件优选包括构成内面反射镜的直角棱镜，将其设置成所述直角棱镜的反射面和由所述直角棱镜的入射面光轴和所述直角棱镜的出射面光轴限定的面基本上都与晶面{110}一致。
另外，在第三方案的优选方式中，所述光学透明部件包括平行平板，用于平行移动沿所述光轴入射的光线，其被以能够相对于光轴倾斜的方式设置在所述光路中，其中将所述平行平板的光轴设置成基本上都与晶体取向<100>一致。在这种情况下，优选所述平行平板能够在从晶体取向<100>向晶体取向<111>的方向倾斜。
另外，根据第三方案的优选方式，所述光学透明部件包括平行平板，用于平行移动沿所述光轴入射的光线，其被以能够相对于光轴倾斜的方式设置在所述光路中，其中将所述平行平板的光轴设置成基本上都与晶体取向<111>一致。在这种情况下，优选所述平行平板能够在从晶体取向<111>向晶体取向<100>的方向倾斜。
另外，根据第三方案的优选方式，所述光学透明部件包括能够关于第一轴倾斜的第一平行平板和能够关于基本上与所述第一轴垂直的第二轴倾斜的第二平行平板。另外，在第三方案中，优选将在受到光学照射时与所述光学透明部件的双折射变化有关的快轴方向设置成与在所述光学透明部件上入射的线性偏振光的电场的振动方向基本上一致或基本上垂直。
在本发明的第四方案中，提供一种曝光装置，其特征在于，其包括根据第二方案或第三方案的照射光学装置，其中将掩模图形曝光到设置在所述照射面的光敏基片上。
在本发明的第五方案中，提供一种曝光方法，其特征在于，通过根据第二方案或第三方案的曝光光学装置照射掩模，由此将在所述被照射的掩模上形成的图形曝光到光敏基片上。
本发明的有益效果在根据本发明的光学系统和照射光学装置中，因为将与光学透明部件的双折射变化有关的快轴方向设置成与到光学透明部件的入射线性偏振光的电场的振动方向基本上一致或基本上垂直，所述光学透明部件由例如萤石的立方系的晶体材料形成，从而可以抑制通过光学透明部件的线性偏振光的偏振状态的变化。因此，如果将根据本发明的照射光学装置安装在例如曝光装置中，通过根据掩模的图形特征改变照射光的偏振状态，可以获得适当的照射状态。
另外，采用利用根据本发明的照射光学装置的曝光设备和曝光方法，由于通过根据掩模的图形特征来改变照射光的偏振状态可以获得适当的照射状态，从而，在根据掩模的图形特征来实现的适当的照射状态下可以进行良好的曝光，因此可以高产率地制造优质的器件。


图1示意性地示出了包括根据本发明实施例的照射光学装置的曝光装置的结构；图2示出了用于环形照射和四极照射所形成的环形二次光源和四极形二次光源；图3示出了用于二极照射所形成的二极形二次光源；图4示意性地示出了图1的相位部件和消偏振镜的结构；图5示意性地示出了根据第一修改实例的偏振状态切换装置的结构；图6示意性地示出了根据第二修改实例的偏振状态切换装置的结构；图7示意性地示出了根据第三修改实例的偏振状态切换装置的结构；图8示意性地示出了根据修改实例的消偏振镜的结构；图9示意性地示出了设置在光源和图1的偏振状态切换装置之间的光束匹配单元的内部结构；图10示出了萤石的晶体取向；图11示意性地示出了这样的实例，其中在偏振状态切换装置中还设置1/4波片，用于椭圆偏振光到线性偏振光的转换；图12是当获得构成微型器件的实例的半导体器件时所采用的技术的流程图；图13是当获得构成微型器件的实例的液晶显示元件时所采用的技术的流程图；图14示出了当线性偏振光入射光通过双折射介质时如何改变偏振状态；图15对应于图10，说明萤石晶体取向的另一表示方法；图16示意性地示出当晶体取向在
和[110]之间变化，并且ArF激基激光是沿该晶体取向在萤石上入射时，萤石中双折射变化量的变化；图17示意性地示出当晶体取向在
和[100]之间变化，并且ArF激基激光是沿该晶体取向在萤石上入射时，萤石中双折射变化量的变化；图18对应于图16，示意性地示出当具有高能密度的入射光在萤石上入射时，萤石中双折射变化量的变化；图19说明了关于直角棱镜的晶体取向的设置的实例；
图20说明了关于直角棱镜的晶体取向的设置的另一实例；图21说明了关于直角棱镜的晶体取向的设置的另一实例；图22说明了关于直角棱镜的晶体取向的设置的另一实例；图23说明了当从晶体取向<100>的方向看时的晶体取向配置；图24说明了当从晶体取向<111>的方向看时的晶体取向配置。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的曝光装置的结构，并包括照射光学装置。在图1中分别建立沿构成光敏基片的晶片W的法线方向的Z轴、在晶片表面内与图1的图平面平行的方向的Y轴、以及在晶片表面内与图1的图平面垂直的方向的Z轴。注意，在图1中，设置照射光学装置以便进行环状照射。
根据本实施例的曝光装置包括用于提供曝光光(照射光)的激光光源1。作为激光光源1，可以使用例如提供248nm波长的光的KrF激基激光光源，或者提供193nm波长的光的ArF激基激光光源。从激光光源1沿Z方向发射的基本上平行的光通量具有在X方向延伸为长边的矩形横截面，并被入射到包括一对透镜2a和2b的扩束器2。在图1的图平面(YZ平面)中，透镜2a和2b分别具有负屈折力和正屈折力。因此，在图1的图平面中扩展入射到扩束器2的光通量，并成形为具有指定矩形横截面的光通量。
通过由扩束器2构成的成形光学系统的基本上平行的光通量被偏转反射镜3偏转到Y方向，然后通过相位部件10、消偏振镜20和光学衍射元件4入射到连续变倍透镜5。下面将描述相位部件10和消偏振镜20的结构和作用。通常，通过在基片上形成具有曝光(照射光)的波长的量级的间距(pitch)的形成步骤来构成光学衍射元件，其具有将入射光束偏转成所需角度的作用。具体而言，当具有矩形横截面的平行光通量入射到其上时，光学衍射元件4具有在其远场(或Fraunhofer衍射区)上形成圆形光强分布的功能。
因此，通过光学衍射元件4的光通量在连续变倍透镜5的瞳孔位置形成具有圆形光强分布即圆形截面的光通量。将光学衍射元件4设置成能够从照射光路缩回。将连续变倍透镜5构成为能够在保持远焦系统的同时在指定范围内连续变化放大因数。通过连续变倍透镜5的光通量被入射到光学衍射元件6以用于环形照射。在连续变倍透镜5中，光学衍射元件4的发射源和光学衍射元件6的衍射平面以基本上光学共轭的方式耦合。另外，在光学衍射元件6的衍射平面或其附近的平面的点上聚焦的光通量的数值孔径根据连续变倍透镜5的放大因数而改变。
如果平行光通量入射，那么环形照射光学衍射元件6具有在远场形成环形光强分布的功能。这样构成光学衍射元件6，使得可以将其自由插入照射光路，并被这样构成，使得能够切换用于四极照射的光学衍射元件60、或用于圆形照射的光学衍射元件61、或用于X方向二极照射的光学衍射元件62、或用于Y方向二极照射的光学衍射元件63。下面将描述用于四极照射的光学衍射元件60、或用于圆形照射的光学衍射元件61、或用于X方向二极照射的光学衍射元件62、或用于Y方向二极照射的光学衍射元件63的结构和作用。
通过光学衍射元件6的光通量入射到变焦透镜7。微透镜阵列(或蝇眼透镜)8的入射面位于变焦透镜7后侧焦平面附近的位置。微透镜阵列8是包括垂直和水平稠密设置的具有正屈折力的多个微小透镜。通常，通过，例如在平行的平板上进行蚀刻处理而形成一组微小透镜，来构成微透镜阵列。
构成微透镜阵列的微小透镜比构成蝇眼透镜的透镜元件更微小。另外，在微透镜阵列中，与通过彼此隔离的透镜元件构成的蝇眼透镜相反，将彼此不隔离的多个微小透镜(微小衍射面)整体形成。然而，微透镜阵列是类似于蝇眼透镜的波面分割型光学积分器，其中垂直和水平地设置具有正屈折力的透镜元件。
如上所述，来自通过光学衍射元件4在连续变倍透镜5的瞳孔位置形成的圆形光强分布的光通量从连续变倍透镜5发出，然后构成具有入射到光学衍射元件6的各种角度分量的光通量。具体而言，光学衍射元件4构成具有角度光通量形成功能的光学积分器。相比之下，当平行光通量入射到光学衍射元件6上时，所述元件6具有在其远场形成环状光强分布的通量变换元件的功能。因此，通过光学衍射元件6的光通量形成例如在变焦透镜7的后侧焦平面(从而，透镜阵列8的入射面)上以光轴AX为中心的环状照射区。
在微透镜阵列8的入射面形成的环状照射区域的外径根据变焦透镜7的焦点距离而改变。以这种方式，变焦透镜7以基本傅立叶变换关系耦合光学衍射元件6和微透镜阵列8的入射面。如图2(a)所示，正如由入射光通量形成的照射区域，入射到微透镜阵列8的光通量被二维分割，因此在微透镜阵列8的后侧焦平面形成多个环状光源(以下称为“二次光源”)。
来自在微透镜阵列8的后侧焦平面形成的环状二次光源的光通量经过聚光器光学系统9的聚焦作用之后，它以叠加的方式照射用指定图形形成的掩模M。利用投影光学系统PL，通过掩模M的图形的光通量在构成光敏基片的晶片W上形成掩模图形的图像。以这种方式，在对与投影光学系统PL的光轴AX正交的平面(XY平面)内的晶片W进行二维驱动控制的同时，通过进行同步曝光或扫描曝光，在晶片W的各个曝光区域，对掩模M的图形过度曝光。
在本实施例中，当连续变倍透镜5的放大因数改变时，环状二次光源的中心高度(圆形的中线到光轴AX的距离)d0不变；只是它们的宽度(外径(直径)和内径(直径)的差的1/2)w0改变。具体而言，通过改变连续变倍透镜5的放大因数，可以改变环形二次光源的尺寸(外径)和形状(环形比内径/外径)。
另外，当变焦透镜7的焦距改变时，环状二次光源的中心高度d0不变；只是它们的宽度w0改变。具体而言，通过改变变焦透镜7的焦距，可以改变环形二次光源的外径，而不改变其环形比。从上面可以看出，在本实施例中，通过适当地改变连续变倍透镜5的放大因数和变焦透镜7的焦距，可以仅改变环形二次光源的环形比，而不改变它们的外径。
注意，通过在照射光路中设置光学衍射元件60代替光学衍射元件6，可以进行四极照射。如果平行的光通量入射其上，该用于四极照射的光学衍射元件60具有在远场形成四极形式的光强分布的功能。所以，通过光学衍射元件60的光通量在微透镜阵列8的入射面中形成包括例如以光轴AX为中心的圆形的四个照射区域的四极照射区。结果，如图2(b)所示，在在微透镜阵列8的后侧焦平面中也形成如在入射面形成的照射区域中的四极二次光源。
正如环形照射的情况，在四极照射中，也通过改变连续变倍透镜5的放大因数，可以改变四极二次光源的外径Do(四个圆形平面光源的外切圆的直径)和其环形比(四个圆形平面光源的内切圆的直径Di/四个圆形平面光源的外切圆的直径Do)。另外，通过改变变焦透镜7的焦距，可以改变四极二次光源的外径，而不改变其环形比。结果，通过适当地改变连续变倍透镜5的放大因数和变焦透镜7的焦距，可以仅改变四极二次光源的环形比，而不改变其外径。
另外，通过从照射光路移开光学衍射元件4，并在照射光路中设置用于圆形照射的光学衍射元件61代替光学衍射元件6或60，可以进行普通的圆形照射。在这种情况下，沿光轴AX具有矩形截面的光通量入射到连续变倍透镜5。入射到连续变倍透镜5的光通量根据放大因数放大或缩小，并仍以具有矩形截面的光通量的形式沿光轴AX从连续变倍透镜5发出，然后入射到光学衍射元件61。
如同光学衍射元件4，用于环形照射的光学衍射元件61当具有矩形截面的光通量入射到其上时，具有在远场中形成圆形光强分布的功能。因此，由光学衍射元件61形成的圆形光通量在通过变焦透镜7之后，在微透镜阵列8的入射面形成以光轴AX为中心的圆形照射区域。结果，在微透镜阵列8的后侧焦平面中也形成以光轴为中心的圆形二次光源。在这种情况下，通过改变连续变倍透镜5的放大因数或变焦透镜7的焦距，可以适当地改变圆形二次光源的外径。
另外，通过在照射光路中设置光学衍射元件62代替光学衍射元件6、60或61，可以进行X方向二极照射。用于X方向二极照射的光学衍射元件62当平行的光通量入射其上时，具有在远场形成沿X方向相隔一个间隔的二极光强分布的功能。因此，通过光学衍射元件62的光通量在微透镜阵列8的入射面形成例如二极照射区域，其包括沿X方向由间隔分开的、并以光轴AX为中心的两个圆形照射区域。结果，如图3(a)所示，以与在其入射面形成照射区域相同的方式，沿X方向在微透镜阵列8的后侧焦平面也形成二极二次光源。
另外，通过在照射光路中设置光学衍射元件63代替光学衍射元件6、60、61或62，可以进行Y方向二极照射。用于Y方向二极照射的光学衍射元件63当平行的光通量入射其上时，具有在远场中形成具有沿Z方向(对应于掩模或晶片上的Y方向)的间隔的二极光强分布的功能。因此，通过光学衍射元件63的光通量在微透镜阵列8的入射面形成例如二极照射区域，其包括沿Z方向由间隔分开的、并以光轴AX为中心的两个圆形照射区域。结果，如图3(b)所示，以与在其入射面形成照射区域相同的方式，沿Z方向在微透镜阵列8的后侧焦平面也形成二极二次光源。
在二极照射中，也与四极照射的情形况同，通过改变连续变倍透镜5的放大因数，可以改变二极二次光源的外径(两个圆形平面光源的外切圆的直径)do和环形比(两个圆形平面光源内切圆的直径di/两个圆形平面光源外切圆的直径do)。而且，通过改变变焦透镜7的焦距，可以改变二极二次光源的外径，而不改变二极二次光源的环形比。结果，通过适当地改变连续变倍透镜5的放大因数和变焦透镜7的焦距，可以仅改变该环形比，而不改变二极二次光源的外径。
图4示意性地示出了图1的相位部件和消偏振镜的结构。参考图4，通过被设置为使其晶体光轴关于光轴AX自由旋转的1/2波片来构成相位部件10。通过楔形石英晶体棱镜20a和形状与该石英晶体棱镜20a互补的楔形二氧化硅玻璃棱镜20b来构成消偏振镜20。石英晶体棱镜20a和二氧化硅玻璃棱镜20b构成整个棱镜组件，其被设置成从照射光路自由插入或移出。当将KrF激基激光光源或ArF激基激光光源用作激光光源1时，线性偏振光入射到1/2波片10。
如果将1/2波片10的晶体光轴设置为呈现相对于入射线性偏振光的偏振面为0°或90°的角，则入射到1/2波片10的线性偏振光被直接透射而不改变其偏振面。另外，如果将1/2波片10的晶体光轴设置为呈现相对于入射线性偏振光的偏振面为45°的角，则入射到1/2波片10的线性偏振光被转换成其偏振面已经改变90°的线性偏振光。此外，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置为呈现相对于入射线性偏振光的偏振面为45度的角，则该入射到石英晶体棱镜20a上的线性偏振光被转换成非偏振状态的光(即它被消偏)。
在该实施例中是这样设置的当消偏振镜20位于照射光路中的位置时，石英晶体棱镜20a的晶体光轴相对于入射线性偏振光的偏振面形成45°角。顺便提及，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射线性偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶体棱镜20a上的该线性偏振光将不改变其偏振面地透射。另外，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射线性偏振光的偏振面成22.5°角，则入射在1/2波片10上的该线性偏振光将被转换成非偏振状态的光，其包含直接透射而不改变其偏振面的线性偏振分量、和其偏振面已经改变90°的线性偏振分量。
如上所述，在该实施例中，来自激光光源1的线性偏振光入射到1/2波片10上，但是，为了简化下面的说明，假设为P偏振光入射到1/2波片10。如果消偏振镜20位于照射光路中的位置，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面形成0°或90°角，那么入射在1/2波片10上的该P偏振光将被作为P偏振光而不变地透射，其偏振面没有改变，并以这种状态入射在石英晶体棱镜20a上。由于石英晶体棱镜20a的晶体光轴被设置成相对于入射P偏振光的偏振面形成45°角，因此入射在石英晶体棱镜20a上的该P偏振光将被转换成非偏振状态的光。
通过该石英晶体棱镜20a的P偏振光通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M(因此晶片W)，二氧化硅玻璃棱镜20b用作补偿器，用于补偿光传播方向。如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在1/2波片10上的该P偏振光使其偏振面改变90°，从而变成入射到石英晶体棱镜20a上的S偏振光。由于石英晶体棱镜20a的晶体光轴被设置成相对于入射S偏振光的偏振面成45°角，因此入射在石英晶体棱镜20a上的该S偏振光将被转换成非偏振状态的光并通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M。
相比之下，当从照射光路取出消偏振镜20时，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在1/2波片10上的该P偏振光作为P偏振光直接透射，而不改变其偏振面，从而以P偏振状态的光照射掩模M。另一方面，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在1/2波片10上的该P偏振光的偏振面被改变90°，而变成S偏振光，从而以S偏振状态的光照射掩模M。
如上所述，在该实施例中，通过在照射光路中将消偏振镜20插入并定位，可以以非偏振状态照射掩模M。另外，通过从照射光路取出消偏振镜20，并且将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，则可以以P偏振状态照射掩模M。此外，通过从照射光路取出消偏振镜20，并且将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，则可以以S偏振状态照射掩模M。
换句话说，在该实施例中，通过包括1/2波片10和消偏振镜20的偏振状态切换装置的作用，照射由掩模M(从而晶片W)构成的受照表面的光的偏振状态可以在线性偏振状态和非偏振状态之间切换，在用线性偏振状态的光照射的情况下，可以在P偏振状态和S偏振状态之间切换(可以改变线性偏振光的偏振面)。结果，在该实施例中，根据掩模M的图形特征，可以通过改变照射光的偏振状态来获得适当的照射状态，因此在根据掩模M的图形特征实现的适当的照射状态下可以进行良好的曝光。
具体而言，通过例如在X方向设置二极照射，并通过在掩模M上用具有沿X方向的偏振面的线性偏振状态的光照射掩模M，可以在晶片W的临界层中忠实曝光具有沿X方向的极小线宽的图形。然后，例如通过切换到在Y方向的二极照射，并通过在掩模M上用具有沿Y方向的偏振面的线性偏振状态的光照射掩模M，可以在晶片W的临界层中忠实曝光具有沿Y方向的极小线宽的图形。
另外，在完成在临界层中的二次曝光之后，通过例如连续使用二极照射，或通过切换到四极照射或环形照射或圆形照射，并用非偏振状态的光照射掩模M，可以在晶片W上的临界层中以高输出曝光具有较大线宽的二维图形。这仅作为一个实例，通常，通过根据掩模M的图形特征而为二次光源设置合适的形状或尺寸，并且将照射掩模M的光设置成适当的偏振状态，可以在适当的照射状态下进行良好曝光。
实际上，在P偏振光射线倾斜入射的情况下和在S偏振光射线倾斜入射的情况下，在晶片W上形成的抗蚀剂层的表面的散布是不同的。具体而言，S偏振光的反射率高于P偏振光，因此P偏振光比S偏振光更深地穿透到抗蚀剂层内部。如果通过利用P偏振光和S偏振光对于抗蚀剂层的光学特征的不同，根据掩模M的图形特征改变照射光的偏振状态，而实现适当的照射状态，那么在适当的照射状态下可以进行良好的曝光。
应该注意，在上述实施例中，将构成用于按需要改变入射线性偏振光的偏振面的相位部件的1/2波片10设置在光源一侧上，而将用于按需要对入射线性偏振光消偏的消偏振镜20设置在掩模一侧。然而，对此并没有限制，通过在光源侧设置消偏振镜20和在掩模侧设置1/2波片10，可以获得同样好的光学效果。
另外，在上述实施例中，使用二氧化硅玻璃棱镜20b作为补偿器，用于补偿通过石英晶体棱镜20a的光的传播方向。然而，对此并没有限制，也可以使用由对KrF激基激光或ArF激基激光具有高耐受性的光学材料形成的楔形棱镜作为补偿器，例如石英晶体或二氧化硅玻璃。这也可用于其它有关的修改实例。
图5示意性地示出了根据第一修改实例的偏振状态切换装置的结构。根据图5第一修改实例的偏振状态切换装置具有与根据图4实施例的偏振状态切换装置类似的结构。然而，它们的基本不同在于在图4实施例的情况下，消偏振镜20被构造成能够相对于照射光路被自由插入或取出，而在图5的第一修改实例中，将构成消偏振镜20的石英晶体棱镜20a和二氧化硅玻璃棱镜20b一体构成，以便关于光轴AX自由旋转，从而被构造成使得石英晶体棱镜20a的晶体光轴可以关于光轴AX自由旋转。下面集中于相对于图4实施例的不同来描述图5的第一修改实例。
在第一修改实例中，当将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角时，则入射在1/2波片10的该P偏振光保持P偏振状态地从其透射通过，并保持其偏振面不变，然后入射到石英晶体棱镜20a。如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在石英晶体棱镜20a上的P偏振光将被转换成非偏振状态的光，结果是，通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M。另外，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶体棱镜20a上的P偏振光将直接透射，同时保持P偏振状态，即在通过二氧化硅玻璃棱镜20b以P偏振状态照射掩模M之前，其偏振面没有改变。
此外，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角时，则入射在1/2波片10的P偏振光的偏振面改变90°，而变成入射到石英晶体棱镜20a上的S偏振光。如果这里，将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，则入射在石英晶体棱镜20a上的该S偏振光被转换成非偏振状态的光，并且通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M。然而，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射S偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶体棱镜20a上的该S偏振光将被透射，同时仍保持为S偏振光，即其偏振面没有改变，从而通过二氧化硅玻璃棱镜20b以S偏振状态照射掩模M。
如上所述，在图5的第一修改实例中，通过结合1/2波片10关于光轴AX的旋转和石英晶体棱镜20a关于光轴AX的旋转，照射掩模M的光的偏振状态可以在线性偏振状态和非偏振状态之间切换，并且，在使用线性偏振光照射的情况下，可以在P偏振状态和S偏振状态之间切换。应该注意，还在图5的第一修改实例的情况下，将1/2波片10设置在光源侧，将消偏振镜20设置在掩模侧，但通过将消偏振镜20设置在光源侧、并将1/2波片10设置在掩模侧，可以获得同样好的光学效果。
图6示意性地示出了根据第二修改实例的偏振状态切换装置的结构。根据图6第二修改实例的偏振状态切换装置具有与根据图4实施例的偏振状态切换装置类似的结构。然而，在图4实施例的情况下，将消偏振镜20构造成能够相对于照射光路被自由插入或取出，而在图6的第二修改实例中，消偏振镜20的主要不同在于以固定的方式将其定位于照射光路的固定位置。下面集中于相对于图4实施例的不同来描述图6的第二修改实例。
在第二修改实例中，将石英晶体棱镜20a的晶体光轴定位在相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角的位置。因此，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，则入射在1/2波片10的P偏振光作为P偏振光不变地透射，即其偏振面不变，从而入射到石英晶体棱镜20a。因为石英晶体棱镜20a的晶体光轴被位于相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角的位置，所以入射在石英晶体棱镜20a的P偏振光不改变P偏振地透射，即其偏振面不变，因此通过二氧化硅玻璃棱镜20b以P偏振状态照射掩模M。
另外，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角时，则入射在1/2波片10上的P偏振光的偏振面改变90度，而变成入射到石英晶体棱镜20a上的S偏振光。因为石英晶体棱镜20a的晶体光轴被设置在相对于入射S偏振光的偏振面成0°或90°角的位置，所以入射在石英晶体棱镜20a上的该S偏振光将被以S偏振光不改变S偏振地透射，即，通过二氧化硅玻璃棱镜20b以S偏振状态照射掩模M。
另外，如果将1/2波片10的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成22.5°角，则如上所述，入射在1/2波片10上的P偏振光将被转换成非偏振状态的光，其包含不变地即不改变其偏振面地透射的P偏振分量、和偏振面改变90°的S偏振分量，并这样入射到石英晶体棱镜20a上。因为石英晶体棱镜20a的晶体光轴被置于相对于入射P偏振分量的偏振面和相对于入射S偏振分量的偏振面成0°或90°角的位置，因此入射在石英晶体棱镜20a的P偏振分量和S偏振分量不改变其偏振面地透射，因此通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M。
如上所述，在图6的第二修改实例中，在将消偏振镜20固定设置在照射光路中的位置的情况下，通过关于光轴AX适当旋转1/2波片10，则可以在线性偏振状态和非偏振状态之间切换照射掩模M的光的偏振状态，并且在以线性偏振光进行照射的情况下，可以在P偏振状态和S偏振状态之间切换。应该注意，在图6的第二修改实例中，尽管将1/2波片10设置在光源侧，将消偏振镜20设置在掩模侧，但通过将消偏振镜20设置在光源侧和将1/2波片10设置在掩模侧可以获得同样好的光学效果。
图7示意性地示出了根据第三修改实例的偏振状态切换装置的结构。图7的第三修改实例的偏振状态切换装置具有与根据图5的第一修改实例的偏振状态切换装置类似的结构。然而，在图5的第一修改实例的情况下，通过1/2波片10和消偏振镜20构造偏振状态切换装置，而在图7的第三修改实例中，偏振状态切换装置的主要不同在于其只通过关于光轴AX自由旋转的消偏振镜20构造。下面集中于相对于图5的第一修改实例的不同来描述图7的第三修改实例。
在第三修改实例中，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成45°角，则入射在石英晶体棱镜20a上的P偏振光将被转换成非偏振状态的光，因此通过二氧化硅玻璃棱镜20b以非偏振状态照射掩模M。然而，如果将石英晶体棱镜20a的晶体光轴设置成相对于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么P偏振光不变地透射，即入射在石英晶体棱镜20a上的P偏振光的偏振面不变，并从而通过二氧化硅玻璃棱镜20b以P偏振状态照射掩模M。
如上所述，在图7的第三修改实例中，通过关于光轴AX适当旋转石英晶体棱镜20a，可以在线性偏振状态和非偏振状态之间切换照射掩模M的光的偏振状态。应该注意，在图7的第三修改实例中，即使将消偏振镜20构造成可以关于AX光轴自由旋转、并构造成相对于照射光路被自由插入或取出，通过从照射光路取出消偏振镜20，而以P偏振状态照射掩模M，也可以获得同样好的光学效果。
图8示意性地示出了根据修改实例的消偏振镜的结构。虽然在上述实施例和第一到第三修改实例中，采用了其中设置消偏振镜20和石英晶体棱镜20a的结构，但如图8的修改实例所示，也可以使用偏振光束分光器21a和反射系统(21b到21e)来构造消偏振镜21。参考图8，消偏振镜21包括设置在照射光路中的偏振光束分光器21a。在入射到偏振光束分光器21a上的光中，P偏振光(由图中的两个箭头表示其偏振光方向)透射通过偏振光束分光器21a。
S偏振光(由图中的点表示其偏振光方向)被偏振光束分光器21a反射，然后在返回偏振光束分光器21a之前，通过由四个反射镜21b到21e构成的反射系统的作用，在与图8的平面平行的平面中反射四次。这样构成该反射系统(21b到21e)，使得透射通过偏振光束分光器21a的P偏振光的光路与由偏振光束分光器21a最终反射的S偏振光的光路基本上重合。这样，透射通过偏振光束分光器21a的P偏振光与由偏振光束分光器21a最终反射的S偏振光沿基本上相同的光路从消偏振镜21发射。也就是说，与P偏振光相比，S偏振光被延迟对应于反射系统(21b到21e)的光路的量。
由偏振光束分光器21a与反射系统(21b到21e)构成的消偏振镜21具有和由石英晶体棱镜20a与二氧化硅玻璃棱镜20b构成的消偏振镜20基本上相同的光学作用。因此，可以由根据图8修改实例的消偏振镜21替代根据实施例和第一修改实例到第三修改实例的消偏振镜20。也就是说，如果在图4的实施例中使用消偏振镜21，将偏振光束分光器21a和反射系统(21b到21e)构成为使得可以以整体的方式相对于照射光路插入或取出。
另外，如果在图5的第一修改实例或图7的第三修改实例中使用消偏振镜21，则将偏振光束分光器21a和反射系统(21b到21e)构成为使得能够以整体方式相对于光轴AX自由旋转。另外，如果在图6的第二修改实例中使用消偏振镜21，则将偏振光束分光器21a和反射系统(21b到21e)置于照射光路中的固定位置。
在根据图8的修改实例的消偏振镜21中，通过将反射系统(21b到21e)的光路长度基本上设置成大于照射光(曝光)的相干长度，则照射掩模M的激光的相干减少，因此可以实现减小晶片W上的斑点的对比度。对于能够应用于本发明的包括偏振光束分光器和反射系统的各种类型的消偏振镜的具体构造和修改实例，读者可以参考例如早期
公开日本专利申请No.H11-174365、早期
公开日本专利申请No.H11-312631、或者早期
公开日本专利申请No.2000-223396。
图9示意性地示出了设置在光源和图1的偏振状态切换装置之间的光束匹配单元的内部结构。在图9所示的光束匹配单元BMU中，由激光光源1(例如KrF激基激光光源或ArF激基激光光源)提供的平行光束在通过一对偏转棱镜31和平行平板32之后入射到扩束器2。将激光光源1设置在例如下层地板A上。
将一对偏转棱镜31的至少一个设置成能够关于光轴AX旋转。所以，可以通过关于光轴AX相对旋转的一对偏转棱镜31来调节平行光束相对于光轴AX的角度。具体而言，一对偏转棱镜31构成光束角度调节装置，用于调节由激光光源1提供的平行光束相对于光轴AX的角度。而且，将平行平板32构造成为能够关于在垂直于光轴AX的平面中的两个正交轴旋转。
所以，通过关于这些轴旋转平行平板32，而相对于光轴AX倾斜所述光束，可以将平行光束移动为与光轴AX平行。也就是说，平行平板32构成光束平行位移装置，用于相对于光轴AX移动从激光光源1提供的平行光束。以这种方式，来自激光光源1的平行光束，在它通过一对偏转棱镜31和平行平板32之后，通过在入射到第一直角棱镜33之前通过扩束器2而被放大并成形为具有预定截面形状的平行光束。
在通过上层地板B的开孔并入射到第六直角棱镜38之前，被构成内面反射镜的第一直角棱镜33偏转到垂直方向的平行光束被同样构成内面反射镜的第二直角棱镜34到第五直角棱镜37连续反射。如图9所示，将第二直角棱镜34到第五直角棱镜37设置成，使得被第一直角棱镜33偏转到垂直方向、并被引导到第六直角棱镜38的平行光束绕过例如提供纯水的管道和通风管道39。
被构成内反射镜的第六直角棱镜38偏转到水平方向的光束入射到半反射镜40。将由半反射镜40反射的光束引导到移位和倾斜检测系统41。另一方面，将通过半反射镜40的光束引导到包括1/2波片10和消偏振镜20的偏振状态切换装置42。移位和倾斜检测系统41检测入射到偏振状态切换装置42(因此入射到构成光学积分器的光学衍射元件4)的平行光束相对于光轴AX的位置位移和倾斜。
然而，当使用例如ArF激基激光光源1作为激光光源1时，通常，通过使用萤石作为经受具有高能密度的光的照射的光学透明元件，来保证所需寿命。最近，本发明人发现，当经受激光照射时，萤石具有改变发出的光的偏振状态的性能。特别是当经受在真空紫外区中具有高输出的激光的照射时，偏振状态的改变是显著的，并且该变化量根据萤石的晶体取向而不同。具体而言，考虑由于受到激光照射而导致的偏振状态的改变，这示出，在从激光照射开始的几十秒的过程中，通过萤石的光的偏振状态的特性逐渐变化，发出光的偏振状态然后稳定到稳定状态。
另外，由萤石产生的偏振状态的改变基本在从激光照射停止的几十秒后恢复。因此，如果重复对萤石的激光照射和照射停止，那么在每次开始激光照射时使通过萤石的光的偏振状态发生变化。如果将通过由萤石形成的光学透明部件的入射线性偏振光变成椭圆偏振光，则上述偏振状态切换装置中的石英晶体棱镜20a用作消偏振元件。另外，当使用曝光装置中的传感器进行光量控制时，很难对光量进行准确控制，因为偏振状态的变化改变了实际入射在传感器上的光的偏振分量的比率。
图10解释了萤石的晶体取向。参考图10，使用立方系的晶轴a1a2a3确定萤石的晶体取向。具体而言，分别沿晶轴+a1确定晶体取向[100]，沿晶轴+a2确定晶体取向
，以及沿晶轴+a3规定晶体取向
。而且，分别将晶体取向[101]规定为在a1a3面中与晶体取向[100]和晶体取向
成45°角的方向；将晶体取向[110]确定为在a1a2面中与晶体取向[100]和晶体取向
成45°角的方向；以及将晶体取向
确定为在a2a3面中与晶体取向
和的晶体取向
成45°角的方向。另外，将晶体取向[111]确定为相对于晶轴+a1、晶轴+a2和晶轴+a3成相等锐角的方向。图10仅示出在由晶轴+a1、晶轴+a2和晶轴+a3限定的空间中的晶体取向以相同的方式确定其它空间中的晶体取向。
应该注意，在本申请的说明书中，“在具有给定晶体取向的晶体结构方面是等同的晶体取向”表示，对于具有给定晶体取向的晶体结构，通过互换所讨论的晶体取向的指数顺序获得的晶体取向、或通过使这些指数的至少部分符号相反而获得的晶体取向。例如，如果给定的晶体取向是[uvw]，那么晶体取向[uwv]、[vuw]、[vwu]、[wuv]、[wvu]、[-uvw]、[-uwv]、[-vuw]、[-vwu]、[-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]、[-u-wv]、[-uv-w]、[-uw-v]、[-v-uw]、[-v-wu]、[-vu-w]、[-vw-u]、[-w-uv]、[-w-vu]、[wu-v]、[-wv-u]、[u-v-w]、[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]和[-w-v-u]是在晶体结构方面等同的晶体取向。另外，在本说明书中，将晶体取向[uvw]和与其在晶体结构方面等同的晶体取向表示为晶体取向<uvw>。另外，将晶体取向[uvw]和垂直于与其在晶体结构方面等同的晶体取向的平面，即晶面(uvw)，以及在晶体结构方面与其等同的晶面表示为晶面{uvw}。
作为各种实验和研究的结果，本发明人发现，萤石产生的偏振状态的变化实际上由萤石本身双折射的变化引起。另外，尽管萤石中的双折射变化量各不相同，但是，在现在可获得的基本全部萤石晶体中，已经发现双折射变化的现象是不可避免的，因此偏振状态变化的现象是不可避免的。因此，根据上面的发现，在本发明中，提出了两个技术用于最大限度地抑制入射在萤石上的线性偏振光的偏振状态的变化，因为基本上不可能消除来自萤石本身的双折射的变化。
通常，在由线性偏振光构成的入射光中，通过具有双折射的介质产生入射光的快轴分量和慢轴分量之间的相差，使光从线性偏振光变成椭圆偏振光。图14示出了在光路通过具有双折射的介质期间入射线性偏振光如何改变其偏振状态。在图14中，将介质的x方向取作快轴方向，将y方向取作慢轴方向，考虑这样的入射情况入射线性偏振光电场的振动方向从x轴向y轴方向倾斜角度φ(参见图14(a))。
如果将电场振幅的x分量和y分量分别表示为Ex0和Ey0，那么电场的x分量Ex和y分量Ey分别由下面的公式(1)和公式(2)表示。
Ex＝Ex0·cos{ω·t-(2π/λ)·(nx·d)}(1)Ex＝Ey0·cos{ω·t-(2π/λ)·(ny·d)}(2)在公式(1)和(2)中，ω是光的振动频率，t是时间，λ是光的波长，nx是介质在快轴方向的折射率，ny是介质在慢轴方向的折射率，d是介质中光路的长度。由于介质中的快轴分量的折射率nx和慢轴分量的折射率ny之间存在差别，因此快轴分量和慢轴分量之间的相差随光通过介质而逐渐增加。在图14中，(b)对应于当相差是0到π/2时的偏振状态，(c)对应于当相差π/2时的偏振状态，(d)对应于当相差是π/2到π时的偏振状态，(e)对应于当相差是π时的偏振状态。因此，当将线性偏振光引导到例如萤石的介质上时，发出光的偏振状态可以经过椭圆偏振而变成圆形偏振光，或者可以经过圆形偏振而再次变成线性偏振光。
现在参考图14，如果将入射线性偏振光电场的振动方向的角度φ设置成φ＝0或φ＝π/2，即如果将入射线性偏振光电场的振动方向设置成相对于与介质(例如由萤石制成的光学透明部件)双折射变化有关的快轴方向基本上一致或基本上正交，那么入射线性偏振光将只具有快轴分量和慢轴分量中的一个或另一个分量。结果，在快轴分量和慢轴分量之间不产生相差，入射线性偏振光将保持和线性偏振光相同的状态发出，而没有双折射变化。
也就是说，在根据本发明的第一技术中，在包括由例如萤石的晶体材料形成的光学透明部件的光学系统中，当受到光学照射时关于透明部件的双折射变化的快轴方向是确定的。通过将关于光学透明部件的双折射变化的快轴方向设置为与入射到光学透明部件的线性偏振光电场的振动方向基本上一致或垂直，而将双折射变化对偏振状态的影响抑制到最小，可以最大限度地抑制入射在光学透明部件上的线性偏振光的偏振状态的变化。
本发明人还从测量结果和应力双折射(在使用张力器(tensor)的分析中，假设垂直于光轴的应力分量是对称的计算)的考察中发现必须考虑双折射的变化对晶体取向的依赖性。下面描述双折射的晶体取向依赖性。图15是对应于图10的图，其中利用另一表示方法解释了萤石的晶体取向。图16示意性地示出了当晶体取向在
和[110]之间变化，并且ArF激基激光是沿该晶体取向在其上入射时的萤石中双折射变化的变化量。
另外，图17示意性地示出了当晶体取向在
和[100]之间变化，并且ArF激基激光是沿该晶体取向在其上入射时，萤石中双折射变化的变化量。另外，图18是对应于图16的图，示意性地示出了当入射光的能密度极高时，萤石中的双折射变化的变化量。在图16(b)、图17(b)和图18(b)中，水平轴表示ArF激基激光入射的晶体取向，垂直轴表示双折射变化的量。
参考图16，当晶体取向从
经过[111]到[11
变化时，可以看出当光在晶体取向
和晶体取向[111]的方向入射时双折射变化量极小，并且当光在晶体取向[110]的方向入射时双折射变化量最大。具体而言，可以看出当光在晶体取向<001>和晶体取向<111>的方向入射时，双折射变化量极小，并且当光在晶体取向<110>的方向入射时，双折射变化量最大。
参考图17，当晶体取向从
经过[101]到[100]变化时，可以看出当光在晶体取向
和晶体取向[100]的方向入射时，双折射变化量极小，并且当光在晶体取向[101]的方向入射时双折射变化量最大。具体而言，可以看出当光在晶体取向<100>的方向入射时，双折射变化量极小，并且当光在晶体取向<110>的方向入射时，双折射变化量最大。
参考图18，当晶体取向从
经过[111]到[110]变化时，可以看出当光在晶体取向[111]的方向入射时，双折射变化量极小，当光在晶体取向
的方向入射时，双折射变化量变大一些，并且当光在晶体取向[110]的方向入射时，双折射变化量最大。具体而言，可以看出当光在晶体取向<111>的方向入射时，双折射变化量极小，当光在晶体取向<100>的方向入射时，双折射变化量变大一些，并且当光在晶体取向<110>的方向入射时双折射变化量最大。
如上所述，参考图16和图17，可以看出，在萤石晶体中，当光在晶体取向<110>的方向入射时，双折射变化量最大，当光在晶体取向<100>和晶体取向<111>的方向入射时，实际上没有发现双折射。然而，参考图18可以看出如果入射光的能密度极高、或如果在萤石的照射区域中存在大的各向异性(由于萤石吸收光而产生大的内部应力，或输入具有旋转不对称截面的光通量)等，即使光在晶体取向<100>方向入射，也会出现一定量的双折射变化。
因此，在根据本发明的第二技术中，在照射表面的照射光学装置中，其中使光通过例如萤石的由立方晶系的晶体材料形成的光学透明部件，将光在该光学透明部件中的传播方向设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。结果，可以将该光学透明部件中产生的双折射变化抑制到低值，因此可以最大限度地抑制入射在该光学透明部件上的线性偏振光的偏振状态的变化。应该注意，通过结合第一技术和第二技术，可以更好地表现本发明的有利效果。
在本实施例中，在使用被设置在激光光源1和偏振状态切换装置42之间的光路中的萤石而形成的光学透明部件中，将光的传播方向设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。具体而言，如果使用萤石形成固定在光路中的位置的光学部件，例如构成扩束器2的透镜元件(2a、2b)，那么将该光学部件的光轴设置成与晶体取向<111>或晶体取向<100>基本上一致。
在这种情况下，因为激光基本上沿晶体取向<111>或晶体取向<100>透射，因此透射通过透镜元件(2a、2b)的线性偏振光的偏振状态基本上没有变化。同样，在由萤石形成一对偏转棱镜31的情况下，通过将光轴设置成基本上与晶体取向<111>或晶体取向<100>一致，可以基本上避免透射的线性偏振光的偏振状态的改变。
另外，如果由萤石形成构成内面反射镜的直角棱镜33到38，如图19所示，将直角棱镜33到38的入射面和发射面设置成基本上和晶面{100}一致，将直角棱镜33到38的反射面设置成基本上和晶面{110}一致。在这种情况下，直角棱镜33到38的侧面(严格地说，由入射面的光轴和发射面的光轴限定的面)基本上和晶面{100}一致。在图19的结构中，激光基本上沿晶体取向<100>透射，因此透射通过直角棱镜33到38的线性偏振光的偏振状态基本上不变。
另外，如图20所示，如此设置直角棱镜的入射面和发射面中的一个面，使其基本上与晶面{111}一致，将另一个面设置成使其基本上与晶面{211}一致。在这种情况下，直角棱镜的侧面(严格地说，由入射面的光轴和发射面的光轴限定的面)基本上和晶面{110}一致。另外，由于基本上与晶面{211}一致的面的光轴(晶体取向<211>)有些靠近晶体取向<111>，从而可以将透射通过直角棱镜的线性偏振光的偏振状态的变化抑制到相当的程度。
另外，如图21所示，可以将直角棱镜的反射面设置成基本上与晶面{100}一致，并可以将直角棱镜的侧面(严格地说，由入射面的光轴和发射面的光轴限定的面)设置成基本上和晶面{110}一致。另外，如图22所示，可以将直角棱镜的反射面和直角棱镜的侧面(严格地说，由入射面的光轴和发射面的光轴限定的面)设置成基本上和晶面{110}一致。在这些情况下，直角棱镜入射面光轴和发射面光轴在一定程度上靠近晶体取向<111>，因此可以将通过直角棱镜传播的线性偏振光的偏振状态的变化抑制到相当的程度。
应该注意，参考图19到图22，尽管相对于直角棱镜进行描述，但在普通棱镜的情况下，需要将其入射面和发射面设置成基本上与晶面{100}一致，或者将其设置成使入射面和发射面基本上与晶面{111}一致。另外，需要这样进行设置，使棱镜的入射面和发射面中的一个面基本上与晶面{111}一致，将另一个面设置成基本上与晶面{100}或晶面{211}一致。
另外，如果构成光束平行位移装置的平行平板32由萤石形成，通过其使沿光轴AX入射的光线平行位移，并且其被可相对于光轴AX倾斜地设置在光路中，则将平行平板32的光轴设置成基本上与晶体取向<100>一致。这是因为晶体取向<100>和晶体取向<110>成45°角，而晶体取向<111>和晶体取向<110>成约35°角。这通过参考图23和图24将很清楚，图23描述了从晶体取向<100>的方向看时晶体取向的设置，图24描述了从晶体取向<111>的方向看时晶体取向的设置。
当使平行平板32的光轴基本上和晶体取向<100>一致，即当它的光学平面基本上和晶面{100}一致时，如图23所示，无论平行平板32倾斜到哪一侧，存在接近到晶体取向<111>的倾斜方向(在图23中，左上/右下或左下/右上)，其离晶体取向<100>为约55°。以这种方式，通过使平行平板32的光轴基本上与晶体取向<100>一致，并且沿从晶体取向<100>向晶体取向<111>的方向向两面倾斜，则即使平行平板32相对于光轴AX倾斜到最大值(例如约30°)，也可以确保这样的状态，在所述状态中透射通过内部的激光的传播方向在某种程度上与晶体取向<110>分开。结果，可以将透射通过平行平板32的线性偏振光的偏振状态的变化抑制到较好的程度，而与其空间方位角无关。
相比之下，当使平行平板32的光轴基本上和晶体取向<111>一致，即当它的光学平面基本上和晶面{111}一致，如图24所示，当向一侧倾斜时，则在离晶体取向<111>约55°处，接近晶体取向<100>；而当向另一侧倾斜时，则在离晶体取向<111>约35°处，接近晶体取向<110>。在这种情况下，如果采用这样的设置，其中沿从晶体取向<111>到晶体取向<100>的方向(在图24中，从中间向右上、从中间向左上、或从中间直接向下)向一侧进行大倾斜，但是沿从晶体取向<111>到晶体取向<110>的方向(在图24中，从中间向左下、从中间向右下、或从中间直接向上)向另一侧根本不进行倾斜(或仅有一点倾斜)，则可以保证这样的状态，即其中在倾斜时通过内部的激光的传播方向在某种程度上与晶体取向<110>分开。结果，可以将透射通过平行平板32的线性偏振光的偏振状态的变化抑制到较好的程度，而与其空间方位角无关。
应该注意，在光束平行位移装置中，为了在两个轴上进行光线的平行位移，通常提供能够关于第一轴倾斜的第一平行平板和能够关于与第一轴基本上垂直的第二轴倾斜的第二平行平板。在这种情况下，对于相应的平行平板，优选使用根据本发明的第二技术(并且，如果必要，也使用第一技术)。
应该注意，在上面的描述中，为了避免透射通过设置在激光光源1和偏振状态切换装置42之间的光路中的光学透明部件的线性偏振光的偏振状态的变化，将光的传播方向设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。然而，对此并没有限制，通过对于设置在偏振状态切换装置42和构成照射表面的掩模M(从而晶片W)之间的光路中的光学透明部件以相同的方式进行设置，以避免在整个照射光路上的萤石中产生的线性偏振光的偏振状态的变化，甚至更优选。
另外，在上面的描述中，为了避免由萤石形成的光学透明部件的线性偏振光的偏振状态的变化，将光的传播方向设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。然而，对萤石并没有限制，通过对于由具有立方晶系的晶体材料，例如氟化钙、氟化钡或氟化镁形成的光学透明部件以相同的方式进行设置，可以避免在该晶体材料中产生的线性偏振光的偏振状态的变化。
另外，在上面的描述中，为了避免透射通过由例如萤石的立方晶系的晶体材料形成的光学透明部件的线性偏振光的偏振面的变化，对该晶体材料进行晶体取向的设置。代替这种技术，或补充这种技术，使用例如美国专利公开US 2002/0163741A(或WO 02/16993)中公开的技术，可以运动保持由立方晶系的晶体材料形成的光学透明部件。以这种方式，甚至在该光学透明部件由于当具有高能量密度的光通过由具有立方晶系的晶体材料，例如萤石形成的光学透明部件时产生的热量而膨胀(收缩)的情况下，仍可以抑制该光学透明部件中的应力双折射的产生，由此也可以抑制透射通过该光学透明部件的线性偏振光的偏振面的变化。
在图9所示的光束匹配单元BMU中，设置多个(在图9所示的例子的情况下为6个)直角棱镜33到38。通常，无论激光光束是KrF激基激光光源还是ArF激基激光光源，当将线性偏振光引导到构成内面反射镜的直角棱镜上时，如果入射线性偏振光的偏振面与P偏振面或S偏振面不一致，则在直角棱镜中的总反射将线性偏振光变成椭圆偏振光。在该实施例的偏振状态切换装置42的情况下，假设入射线性偏振光如果入射椭圆偏振光，则不能获得所需效果。
因此，在该实施例中，如图11所示，优选将1/4波片11另外设置在偏振状态切换装置42中的1/2波片10的光源侧(图中左侧)，例如这样设置1/4波片11其晶体光轴可以关于光轴AX自由旋转并构成第二相位部件，用于将入射椭圆偏振光转换成线性偏振光。在这种情况下，即使例如由直角棱镜产生的椭圆偏振光入射到偏振状态切换装置42，通过根据该入射椭圆偏振光的特征设置1/4波片11的晶体光轴，可以保持偏振状态切换装置42对入射到1/2波片10的线性偏振光的适当作用。应该注意，尽管在图11中，将1/4波片11设置在1/2波片10的光源侧，但也可以将1/4波片11设置在1/2波片10的掩模侧(图中右侧)。
在上面的描述中，将下面两种装置用于与图1到图4有关的实施例中，即用于避免透射通过由萤石形成的光学透明部件的线性偏振光的偏振状态的变化的装置、和用于甚至当例如由直角棱镜产生的椭圆偏振光入射时保持偏振状态切换装置的适当作用的装置。然而，对此并没有限制，可以以同样的方式将这些装置应用到与图5到图8有关的修改实例中。
采用根据上述实施例的曝光装置，通过利用照射光学装置照射(照射步骤)掩模(分划板)，并利用投影光学系统曝光图形(曝光步骤)来将在掩模上形成的图形转印到光敏基片上，可以制造微型器件(半导体元件、摄像元件、液晶显示元件或薄膜磁头等)。下面，将参考图12的流程图描述用于获得构成微型器件实例的半导体器件的技术实例，其中通过利用根据上述实施例的曝光装置在例如构成光敏基片实例的晶片上形成指定的电路图形。
首先，在图12的步骤301中，将金属膜蒸镀到一批晶片上。接着，在步骤302中，将光致抗蚀剂施加到该一批晶片的金属膜上。然后，在步骤303中，利用投影光学系统，通过对该批晶片上的照射区曝光，将在掩模上的图形的图像连续地转印。然后，在步骤304中，对该批晶片上的光致抗蚀剂进行显影；然后，在步骤305中，利用该批晶片上的抗蚀剂图形作为掩模进行蚀刻由此在晶片的照射区中形成对应于掩模上的图形的电路图形。此后，通过例如在其另一层上形成电路图形，制造例如半导体元件的器件。通过上述半导体器件制造方法，可以高产率地获得具有非常精细的电路图形的半导体器件。
另外，在根据上述实施例的曝光装置中，可以通过在平板(玻璃基片)上形成指定图形(电路图形和电极图形等)来获得构成微型器件实例的液晶显示元件。下面参考图13的流程图描述使用该技术的例子。在图13中，在图形形成步骤401中，执行所谓的光刻步骤，其中使用根据上述实施例的曝光装置对掩模图形曝光，并将其转印到光敏基片(例如涂有抗蚀剂的玻璃基片)上。通过该光刻步骤，在光敏基片上形成包括例如多个电极的指定图形。然后，通过进行各种步骤，例如显影步骤、蚀刻步骤和抗蚀剂去除步骤，在曝光的基片上形成指定图形，然后基片被转移到随后的滤色器形成步骤402。
接着，在滤色器形成步骤402中，形成滤色器，其中以矩阵形式设置对应于R(红)、G(绿)和B(蓝)的多组三点、或者在多个水平扫描行方向设置多组具有三个带R、G和B的滤色器。在该滤色器形成步骤402之后，进行单元组装步骤403。在单元组装步骤403中，使用例如具有通过图形形成步骤401获得的指定图形和通过滤色器形成步骤402获得的滤色器的基片，组装液晶板(液晶单元)。
在单元组装步骤403中，例如通过在具有通过图形形成步骤401获得的指定图形和通过滤色器形成步骤402获得的滤色器的基片和滤色器之间注入液晶来制造液晶板(液晶单元)。然后，在模块组装步骤404中，附接例如用于进行已组装的液晶板(液晶单元)的显示作用的电路的各个元件以及背部灯，以完成液晶显示元件的形成。使用如上所述的制造液晶显示元件的方法，可以高产率地获得具有极精细电路图形的液晶显示元件。
应该注意，在上述实施例中，通过会聚光学系统9会聚来自二次光源的光，并用于以叠加的方式照射掩模。然而，对此并没有限制，可以设置视场光阑(掩模挡板)的照射区和中继光学系统，其中在会聚光学系统9和掩模M之间的光路中的掩模M上形成该掩模挡板的图像。在这种情况下，会聚光学系统9会聚来自二次光源的光，并以叠加的方式照射掩模挡板，并且中继光学系统在掩模M上形成掩模挡板的开口(光学透明部分)的图像。
另外，在上述实施例中，可以应用将折射率大于1.1的介质(通常为液体)填充在投影光学系统和光敏基片之间的光路中的技术，即所谓的液体浸没方法。在这种情况下，作为用于将液体填充在投影光学系统和光敏基片之间的光路中的技术，可以使用下面的技术例如，如国际早期公开的专利申请No.WO 99/49504中所公开的用液体局部填充的技术、如在早期公开的日本专利申请No.H6-124873中公开的在液体槽中移动保持有将被曝光的基片的平台的技术、或者如在早期公开的日本专利申请No.H10-303114中公开的在平台上形成具有指定深度的液体槽，并在其中保持基片的技术。
应该注意，优选使用这样的液体它对曝光的光是透明的，但具有尽可能高的折射率，并且相对于投影光学系统和施加到基片表面的光致抗蚀剂是稳定的例如，在将KrF激基激光或ArF激基激光用作曝光光的情况下，可以使用纯水或去离子水作为液体。另外，在将F2激光用作曝光光的情况下，例如可以将能够透射F2激光的氟基油或全氟聚醚(PFPE)用作液体。
另外，尽管在上述实施例中，将KrF激基激光(波长248nm)或ArF激基激光(波长193nm)用作曝光的光，但对此并没有限制，本发明可以使用其它合适的激光光源，例如提供157nm波长的激光的F2激光光源，或不是激光光源的光源，例如提供诸如i射线或g射线或h射线的紫外光的灯光源。另外，尽管在上述实施例中举出包括照射光学装置的投影光学装置的实例来描述本发明，但是很明显，本发明可以应用于照射不是掩模的将被照射的表面的通常的照射光学装置。
标号说明1 激光光源4 光学衍射元件(光学积分器)5 连续变倍透镜6、60到63 光学衍射元件7 变焦透镜8 微透镜阵列(蝇眼透镜)9 聚光器光学系统10 相位部件(1/2波片)20、21 消偏振镜20a 石英晶体棱镜20b 氧化硅玻璃棱镜21a 偏振光束分光器M 掩模PL 光学投影系统W 晶片
权利要求
1.一种包括由晶体材料形成的光学透明部件的光学系统，其特征在于，在受到光学照射时与所述光学透明部件的双折射变化有关的快轴的方向被设置成与入射到所述光学透明部件上的线性偏振光的电场的振动方向基本上一致或基本上正交。
2.一种包括根据权利要求1的光学系统的光学照射装置，其特征在于，利用通过所述光学系统的光照射要照射的表面。
3.一种包括由立方系的晶体材料形成的光学透明部件的光学照射装置，其中利用通过所述光学透明部件的光照射要照射的表面，其特征在于，光在所述光学透明部件中的传播方向被设置成与晶体取向<110>相比更靠近晶体取向<111>或晶体取向<100>。
4.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括被固定设置在光路中的位置上的光学部件，并且所述光学部件的光轴被设置成基本上和晶体取向<111>或晶体取向<100>一致。
5.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括棱镜，并且所述棱镜的入射面和出射面被设置成基本上与晶面{100}一致。
6.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括棱镜，并且所述棱镜的入射面和出射面被设置成基本上与晶面{111}一致。
7.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括棱镜，所述棱镜的入射面和出射面中的一个面被设置成基本上与晶面{111}一致，并且其所述另一个面被设置成基本上与晶面{100}或晶面{211}一致。
8.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括构成内面反射镜的直角棱镜，所述直角棱镜的反射面被设置成基本上与晶面{100}一致，并且由所述直角棱镜的入射面的光轴和所述直角棱镜的出射面的光轴限定的面被设置成基本上与晶面{110}一致。
9.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括构成内面反射镜的直角棱镜，所述直角棱镜的反射面、以及由所述直角棱镜的入射面的光轴和所述直角棱镜的出射面的光轴限定的面被设置成基本上与晶面{110}一致。
10.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括用于平行移动沿所述光轴入射的光线的平行平板，其被以能够相对于所述光轴倾斜的方式设置在所述光路中，并且，所述平行平板的光轴被设置成基本上与晶体取向<100>一致。
11.根据权利要求10的光学照射装置，其特征在于，所述平行平板能够在从晶体取向<100>向晶体取向<111>的方向倾斜。
12.根据权利要求3的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括用于平行移动沿所述光轴入射的光线的平行平板，其被以能够相对于所述光轴倾斜的方式设置在所述光路中，并且，所述平行平板的光轴被设置成基本上都与晶体取向<111>一致。
13.根据权利要求12的光学照射装置，其特征在于，所述平行平板能够在从晶体取向<111>向晶体取向<100>的方向倾斜。
14.根据权利要求10到13中任一项的光学照射装置，其特征在于，所述光学透明部件包括能够关于第一轴倾斜的第一平行平板和能够关于基本上与所述第一轴垂直的第二轴倾斜的第二平行平板。
15.根据权利要求3到14中任一项的光学照射装置，其特征在于，在受到光学照射时与所述光学透明部件的双折射变化有关的快轴方向被设置成与入射到所述光学透明部件上的线性偏振光的电场的振动方向基本上一致或基本上垂直。
16.一种包括根据权利要求2到15中任一项的光学照射装置的曝光装置，其特征在于，被设置在所述将要照射的表面处的掩模的图形被曝光到光敏基片上。
17.一种曝光方法，其特征在于，通过根据权利要求2到15中任一项的光学照射装置照射掩模，并且将在所述被照射的掩模上形成的图形曝光到光敏基片上。
全文摘要
一种可以防止通过由例如萤石的立方系晶体材料形成的透光部件的线性偏振光的偏振状态的改变的照射光学系统。一种照射光学系统，包括，光源单元(1)，用于用来自光源单元的光提供线性偏振光来照射将要照射的表面(M、W)。该系统包括被设置在光源单元和将要照射的表面之间的光路上的偏振状态切换装置(10，20)，用于在线性偏振状态和非线性偏振状态之间切换用于照射将要照射的表面的光的偏振状态。偏振状态切换装置具有相位部件(10)，用于按需要改变入射线性偏振光的偏振面，以及消偏振镜(20)，用于按需要对入射线性偏振光消偏振。将与由萤石形成的透光部件的双折射变化有关的相位超前轴方向设置成与入射到透光部件上的线性偏振光的场振动方向基本一致或正交。
文档编号G02B27/28GK1856861SQ20048002731
公开日2006年11月1日 申请日期2004年6月29日 优先权日2003年7月24日
发明者村松研一, 小峯典男, 谷津修, 田中裕久 申请人:株式会社尼康