專利名稱：照射光學(xué)裝置、曝光裝置及曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照射光學(xué)裝置、曝光裝置及曝光方法，特別涉及用于以平版印刷步驟制造例如半導(dǎo)體元件、攝像元件、液晶顯示元件或薄膜磁頭的微型器件的曝光裝置。
背景技術(shù)：
在這種類型的一般曝光裝置中，從光源發(fā)出的光通量形成二次光源，其構(gòu)成包括多個光源的基本上為平面的光源，所述多個光源通過由蠅眼透鏡構(gòu)成的光學(xué)積分器會聚在一起。來自該二次光源的光通量在進(jìn)入聚光透鏡之前，受到設(shè)置在蠅眼透鏡的下游側(cè)焦平面附近的孔徑光闌的限制。
由該聚光透鏡聚焦的光通量以疊加的方式照射用指定圖形形成的掩模。在通過掩模圖形之后，利用投影光學(xué)系統(tǒng)，將光在晶片上成像。以這種方式，通過在晶片上投影(即轉(zhuǎn)印)曝光掩模圖形。應(yīng)該注意，在掩模上形成的圖形具有高集合密度，因此為了將該精細(xì)的圖形準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)印到晶片上，在晶片上獲得均勻的照射分布是必須的。
因此這樣的技術(shù)已經(jīng)引起注意，其中在蠅眼透鏡的下游側(cè)焦平面上形成圓形二次光源，并且照射的相干性(coherency)σ(σ值＝孔徑光闌直徑/投影光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔直徑，或者σ值＝照射光學(xué)系統(tǒng)出射側(cè)的數(shù)值孔徑/投影光學(xué)系統(tǒng)的入射側(cè)數(shù)值孔徑)可以通過改變其尺寸而變化。下面的技術(shù)也引起了注意，其中為了提高投影光學(xué)系統(tǒng)的景深和/或解像力，在蠅眼的下游側(cè)焦平面上形成環(huán)形或四極形二次光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖解決的問題利用上述常規(guī)曝光裝置，根據(jù)掩模圖形的特征，使用圓形的二次光源進(jìn)行普通的圓形照射，使用環(huán)形或四極形的二次光源進(jìn)行修改的照射(環(huán)狀照射或四極照射)。然而，不能根據(jù)掩模的圖形特征改變照射掩模的光的偏振狀態(tài)，因此，通常以非偏振狀態(tài)的光照射掩模，并且不一定能夠獲得用于較好地轉(zhuǎn)印掩模圖形所需的適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)。
另外，如果例如將ArF激基激光源用作光源，則通常通過使用用作光學(xué)透明部件的螢石來保證所要求的壽命，所述光學(xué)透明部件經(jīng)受具有高能密度的光的照射。如下所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在受到激光照射時，螢石具有改變發(fā)光的偏振狀態(tài)的性能。當(dāng)入射線性偏振光通過由螢石形成的光學(xué)透明部件變成橢圓偏振光時，不僅石英棱鏡停止了作為非偏振元件的功能，而且偏振狀態(tài)的變化改變了入射在傳感器上的光的偏振分量的實(shí)際比率，使得很難準(zhǔn)確控制光量。
針對上述問題進(jìn)行了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)和照射光學(xué)裝置，其能夠抑制通過由立方系的晶體材料，例如螢石形成的光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化。另外，本發(fā)明的一個目的是提供曝光裝置和曝光方法，通過其，利用能夠抑制線性偏振光的偏振狀態(tài)變化的照射光學(xué)裝置，可以在根據(jù)掩模圖形特征實(shí)現(xiàn)的合適的照射狀態(tài)下進(jìn)行良好的曝光。
解決問題的裝置為了解決上面的問題，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，在包括由晶體材料形成的光學(xué)透明部件的光學(xué)系統(tǒng)中，提供一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，將受到光學(xué)照射時與所述光學(xué)透明部件的雙折射變化有關(guān)的快軸的方向設(shè)置成與到所述光學(xué)透明部件的入射線性偏振光的電場振動方向基本上一致或基本上正交。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種照射光學(xué)裝置，其特征在于，它包括根據(jù)第一方案的光學(xué)系統(tǒng)，并且通過該光學(xué)系統(tǒng)照射要照射的表面。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，在包括由立方系的晶體材料形成的光學(xué)透明部件的照射光學(xué)裝置中，其中采用通過該光學(xué)透明部件的光照射要照射的表面，提供一種照射光學(xué)裝置，其特征在于，將光在所述光學(xué)透明部件中的傳播方向設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。
在第三方案的優(yōu)選方式中，所述光學(xué)透明部件包括固定在光路中的位置上的光學(xué)部件，并且將所述光學(xué)部件的光軸設(shè)置成基本上和晶體取向<111>或晶體取向<100>一致。而且，在第三方案中，所述光學(xué)透明部件優(yōu)選包括這樣的棱鏡，所述棱鏡被設(shè)置成其入射面和出射面基本上與晶面{100}一致。作為選擇，所述光學(xué)透明部件優(yōu)選包括這樣的棱鏡，所述棱鏡被設(shè)置成其入射面和出射面基本上與晶面{111}一致。可選的是，所述光學(xué)透明部件優(yōu)選包括這樣的棱鏡，所述棱鏡被設(shè)置成其入射面和出射面中的一個面基本上與晶面{111}一致，并且其中另一個面基本上與晶面{100}或晶面{211}一致。
另外，在第三方案的優(yōu)選方式中，所述光學(xué)透明部件包括構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡，將其設(shè)置成所述直角棱鏡的反射面基本上與晶面{100}一致，并且由所述直角棱鏡的入射面光軸和所述直角棱鏡的出射面光軸限定的面基本上與晶面{110}一致。作為選擇，所述光學(xué)透明部件優(yōu)選包括構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡，將其設(shè)置成所述直角棱鏡的反射面和由所述直角棱鏡的入射面光軸和所述直角棱鏡的出射面光軸限定的面基本上都與晶面{110}一致。
另外，在第三方案的優(yōu)選方式中，所述光學(xué)透明部件包括平行平板，用于平行移動沿所述光軸入射的光線，其被以能夠相對于光軸傾斜的方式設(shè)置在所述光路中，其中將所述平行平板的光軸設(shè)置成基本上都與晶體取向<100>一致。在這種情況下，優(yōu)選所述平行平板能夠在從晶體取向<100>向晶體取向<111>的方向傾斜。
另外，根據(jù)第三方案的優(yōu)選方式，所述光學(xué)透明部件包括平行平板，用于平行移動沿所述光軸入射的光線，其被以能夠相對于光軸傾斜的方式設(shè)置在所述光路中，其中將所述平行平板的光軸設(shè)置成基本上都與晶體取向<111>一致。在這種情況下，優(yōu)選所述平行平板能夠在從晶體取向<111>向晶體取向<100>的方向傾斜。
另外，根據(jù)第三方案的優(yōu)選方式，所述光學(xué)透明部件包括能夠關(guān)于第一軸傾斜的第一平行平板和能夠關(guān)于基本上與所述第一軸垂直的第二軸傾斜的第二平行平板。另外，在第三方案中，優(yōu)選將在受到光學(xué)照射時與所述光學(xué)透明部件的雙折射變化有關(guān)的快軸方向設(shè)置成與在所述光學(xué)透明部件上入射的線性偏振光的電場的振動方向基本上一致或基本上垂直。
在本發(fā)明的第四方案中，提供一種曝光裝置，其特征在于，其包括根據(jù)第二方案或第三方案的照射光學(xué)裝置，其中將掩模圖形曝光到設(shè)置在所述照射面的光敏基片上。
在本發(fā)明的第五方案中，提供一種曝光方法，其特征在于，通過根據(jù)第二方案或第三方案的曝光光學(xué)裝置照射掩模，由此將在所述被照射的掩模上形成的圖形曝光到光敏基片上。
本發(fā)明的有益效果在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)和照射光學(xué)裝置中，因?yàn)閷⑴c光學(xué)透明部件的雙折射變化有關(guān)的快軸方向設(shè)置成與到光學(xué)透明部件的入射線性偏振光的電場的振動方向基本上一致或基本上垂直，所述光學(xué)透明部件由例如螢石的立方系的晶體材料形成，從而可以抑制通過光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化。因此，如果將根據(jù)本發(fā)明的照射光學(xué)裝置安裝在例如曝光裝置中，通過根據(jù)掩模的圖形特征改變照射光的偏振狀態(tài)，可以獲得適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)。
另外，采用利用根據(jù)本發(fā)明的照射光學(xué)裝置的曝光設(shè)備和曝光方法，由于通過根據(jù)掩模的圖形特征來改變照射光的偏振狀態(tài)可以獲得適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)，從而，在根據(jù)掩模的圖形特征來實(shí)現(xiàn)的適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)下可以進(jìn)行良好的曝光，因此可以高產(chǎn)率地制造優(yōu)質(zhì)的器件。


圖1示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照射光學(xué)裝置的曝光裝置的結(jié)構(gòu)；圖2示出了用于環(huán)形照射和四極照射所形成的環(huán)形二次光源和四極形二次光源；圖3示出了用于二極照射所形成的二極形二次光源；圖4示意性地示出了圖1的相位部件和消偏振鏡的結(jié)構(gòu)；圖5示意性地示出了根據(jù)第一修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)；圖6示意性地示出了根據(jù)第二修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)；圖7示意性地示出了根據(jù)第三修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)；圖8示意性地示出了根據(jù)修改實(shí)例的消偏振鏡的結(jié)構(gòu)；圖9示意性地示出了設(shè)置在光源和圖1的偏振狀態(tài)切換裝置之間的光束匹配單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖10示出了螢石的晶體取向；圖11示意性地示出了這樣的實(shí)例，其中在偏振狀態(tài)切換裝置中還設(shè)置1/4波片，用于橢圓偏振光到線性偏振光的轉(zhuǎn)換；圖12是當(dāng)獲得構(gòu)成微型器件的實(shí)例的半導(dǎo)體器件時所采用的技術(shù)的流程圖；圖13是當(dāng)獲得構(gòu)成微型器件的實(shí)例的液晶顯示元件時所采用的技術(shù)的流程圖；圖14示出了當(dāng)線性偏振光入射光通過雙折射介質(zhì)時如何改變偏振狀態(tài)；圖15對應(yīng)于圖10，說明螢石晶體取向的另一表示方法；圖16示意性地示出當(dāng)晶體取向在
和[110]之間變化，并且ArF激基激光是沿該晶體取向在螢石上入射時，螢石中雙折射變化量的變化；圖17示意性地示出當(dāng)晶體取向在
和[100]之間變化，并且ArF激基激光是沿該晶體取向在螢石上入射時，螢石中雙折射變化量的變化；圖18對應(yīng)于圖16，示意性地示出當(dāng)具有高能密度的入射光在螢石上入射時，螢石中雙折射變化量的變化；圖19說明了關(guān)于直角棱鏡的晶體取向的設(shè)置的實(shí)例；
圖20說明了關(guān)于直角棱鏡的晶體取向的設(shè)置的另一實(shí)例；圖21說明了關(guān)于直角棱鏡的晶體取向的設(shè)置的另一實(shí)例；圖22說明了關(guān)于直角棱鏡的晶體取向的設(shè)置的另一實(shí)例；圖23說明了當(dāng)從晶體取向<100>的方向看時的晶體取向配置；圖24說明了當(dāng)從晶體取向<111>的方向看時的晶體取向配置。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的曝光裝置的結(jié)構(gòu)，并包括照射光學(xué)裝置。在圖1中分別建立沿構(gòu)成光敏基片的晶片W的法線方向的Z軸、在晶片表面內(nèi)與圖1的圖平面平行的方向的Y軸、以及在晶片表面內(nèi)與圖1的圖平面垂直的方向的Z軸。注意，在圖1中，設(shè)置照射光學(xué)裝置以便進(jìn)行環(huán)狀照射。
根據(jù)本實(shí)施例的曝光裝置包括用于提供曝光光(照射光)的激光光源1。作為激光光源1，可以使用例如提供248nm波長的光的KrF激基激光光源，或者提供193nm波長的光的ArF激基激光光源。從激光光源1沿Z方向發(fā)射的基本上平行的光通量具有在X方向延伸為長邊的矩形橫截面，并被入射到包括一對透鏡2a和2b的擴(kuò)束器2。在圖1的圖平面(YZ平面)中，透鏡2a和2b分別具有負(fù)屈折力和正屈折力。因此，在圖1的圖平面中擴(kuò)展入射到擴(kuò)束器2的光通量，并成形為具有指定矩形橫截面的光通量。
通過由擴(kuò)束器2構(gòu)成的成形光學(xué)系統(tǒng)的基本上平行的光通量被偏轉(zhuǎn)反射鏡3偏轉(zhuǎn)到Y(jié)方向，然后通過相位部件10、消偏振鏡20和光學(xué)衍射元件4入射到連續(xù)變倍透鏡5。下面將描述相位部件10和消偏振鏡20的結(jié)構(gòu)和作用。通常，通過在基片上形成具有曝光(照射光)的波長的量級的間距(pitch)的形成步驟來構(gòu)成光學(xué)衍射元件，其具有將入射光束偏轉(zhuǎn)成所需角度的作用。具體而言，當(dāng)具有矩形橫截面的平行光通量入射到其上時，光學(xué)衍射元件4具有在其遠(yuǎn)場(或Fraunhofer衍射區(qū))上形成圓形光強(qiáng)分布的功能。
因此，通過光學(xué)衍射元件4的光通量在連續(xù)變倍透鏡5的瞳孔位置形成具有圓形光強(qiáng)分布即圓形截面的光通量。將光學(xué)衍射元件4設(shè)置成能夠從照射光路縮回。將連續(xù)變倍透鏡5構(gòu)成為能夠在保持遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的同時在指定范圍內(nèi)連續(xù)變化放大因數(shù)。通過連續(xù)變倍透鏡5的光通量被入射到光學(xué)衍射元件6以用于環(huán)形照射。在連續(xù)變倍透鏡5中，光學(xué)衍射元件4的發(fā)射源和光學(xué)衍射元件6的衍射平面以基本上光學(xué)共軛的方式耦合。另外，在光學(xué)衍射元件6的衍射平面或其附近的平面的點(diǎn)上聚焦的光通量的數(shù)值孔徑根據(jù)連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)而改變。
如果平行光通量入射，那么環(huán)形照射光學(xué)衍射元件6具有在遠(yuǎn)場形成環(huán)形光強(qiáng)分布的功能。這樣構(gòu)成光學(xué)衍射元件6，使得可以將其自由插入照射光路，并被這樣構(gòu)成，使得能夠切換用于四極照射的光學(xué)衍射元件60、或用于圓形照射的光學(xué)衍射元件61、或用于X方向二極照射的光學(xué)衍射元件62、或用于Y方向二極照射的光學(xué)衍射元件63。下面將描述用于四極照射的光學(xué)衍射元件60、或用于圓形照射的光學(xué)衍射元件61、或用于X方向二極照射的光學(xué)衍射元件62、或用于Y方向二極照射的光學(xué)衍射元件63的結(jié)構(gòu)和作用。
通過光學(xué)衍射元件6的光通量入射到變焦透鏡7。微透鏡陣列(或蠅眼透鏡)8的入射面位于變焦透鏡7后側(cè)焦平面附近的位置。微透鏡陣列8是包括垂直和水平稠密設(shè)置的具有正屈折力的多個微小透鏡。通常，通過，例如在平行的平板上進(jìn)行蝕刻處理而形成一組微小透鏡，來構(gòu)成微透鏡陣列。
構(gòu)成微透鏡陣列的微小透鏡比構(gòu)成蠅眼透鏡的透鏡元件更微小。另外，在微透鏡陣列中，與通過彼此隔離的透鏡元件構(gòu)成的蠅眼透鏡相反，將彼此不隔離的多個微小透鏡(微小衍射面)整體形成。然而，微透鏡陣列是類似于蠅眼透鏡的波面分割型光學(xué)積分器，其中垂直和水平地設(shè)置具有正屈折力的透鏡元件。
如上所述，來自通過光學(xué)衍射元件4在連續(xù)變倍透鏡5的瞳孔位置形成的圓形光強(qiáng)分布的光通量從連續(xù)變倍透鏡5發(fā)出，然后構(gòu)成具有入射到光學(xué)衍射元件6的各種角度分量的光通量。具體而言，光學(xué)衍射元件4構(gòu)成具有角度光通量形成功能的光學(xué)積分器。相比之下，當(dāng)平行光通量入射到光學(xué)衍射元件6上時，所述元件6具有在其遠(yuǎn)場形成環(huán)狀光強(qiáng)分布的通量變換元件的功能。因此，通過光學(xué)衍射元件6的光通量形成例如在變焦透鏡7的后側(cè)焦平面(從而，透鏡陣列8的入射面)上以光軸AX為中心的環(huán)狀照射區(qū)。
在微透鏡陣列8的入射面形成的環(huán)狀照射區(qū)域的外徑根據(jù)變焦透鏡7的焦點(diǎn)距離而改變。以這種方式，變焦透鏡7以基本傅立葉變換關(guān)系耦合光學(xué)衍射元件6和微透鏡陣列8的入射面。如圖2(a)所示，正如由入射光通量形成的照射區(qū)域，入射到微透鏡陣列8的光通量被二維分割，因此在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面形成多個環(huán)狀光源(以下稱為“二次光源”)。
來自在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面形成的環(huán)狀二次光源的光通量經(jīng)過聚光器光學(xué)系統(tǒng)9的聚焦作用之后，它以疊加的方式照射用指定圖形形成的掩模M。利用投影光學(xué)系統(tǒng)PL，通過掩模M的圖形的光通量在構(gòu)成光敏基片的晶片W上形成掩模圖形的圖像。以這種方式，在對與投影光學(xué)系統(tǒng)PL的光軸AX正交的平面(XY平面)內(nèi)的晶片W進(jìn)行二維驅(qū)動控制的同時，通過進(jìn)行同步曝光或掃描曝光，在晶片W的各個曝光區(qū)域，對掩模M的圖形過度曝光。
在本實(shí)施例中，當(dāng)連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)改變時，環(huán)狀二次光源的中心高度(圓形的中線到光軸AX的距離)d0不變；只是它們的寬度(外徑(直徑)和內(nèi)徑(直徑)的差的1/2)w0改變。具體而言，通過改變連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)，可以改變環(huán)形二次光源的尺寸(外徑)和形狀(環(huán)形比內(nèi)徑/外徑)。
另外，當(dāng)變焦透鏡7的焦距改變時，環(huán)狀二次光源的中心高度d0不變；只是它們的寬度w0改變。具體而言，通過改變變焦透鏡7的焦距，可以改變環(huán)形二次光源的外徑，而不改變其環(huán)形比。從上面可以看出，在本實(shí)施例中，通過適當(dāng)?shù)馗淖冞B續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)和變焦透鏡7的焦距，可以僅改變環(huán)形二次光源的環(huán)形比，而不改變它們的外徑。
注意，通過在照射光路中設(shè)置光學(xué)衍射元件60代替光學(xué)衍射元件6，可以進(jìn)行四極照射。如果平行的光通量入射其上，該用于四極照射的光學(xué)衍射元件60具有在遠(yuǎn)場形成四極形式的光強(qiáng)分布的功能。所以，通過光學(xué)衍射元件60的光通量在微透鏡陣列8的入射面中形成包括例如以光軸AX為中心的圓形的四個照射區(qū)域的四極照射區(qū)。結(jié)果，如圖2(b)所示，在在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面中也形成如在入射面形成的照射區(qū)域中的四極二次光源。
正如環(huán)形照射的情況，在四極照射中，也通過改變連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)，可以改變四極二次光源的外徑Do(四個圓形平面光源的外切圓的直徑)和其環(huán)形比(四個圓形平面光源的內(nèi)切圓的直徑Di/四個圓形平面光源的外切圓的直徑Do)。另外，通過改變變焦透鏡7的焦距，可以改變四極二次光源的外徑，而不改變其環(huán)形比。結(jié)果，通過適當(dāng)?shù)馗淖冞B續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)和變焦透鏡7的焦距，可以僅改變四極二次光源的環(huán)形比，而不改變其外徑。
另外，通過從照射光路移開光學(xué)衍射元件4，并在照射光路中設(shè)置用于圓形照射的光學(xué)衍射元件61代替光學(xué)衍射元件6或60，可以進(jìn)行普通的圓形照射。在這種情況下，沿光軸AX具有矩形截面的光通量入射到連續(xù)變倍透鏡5。入射到連續(xù)變倍透鏡5的光通量根據(jù)放大因數(shù)放大或縮小，并仍以具有矩形截面的光通量的形式沿光軸AX從連續(xù)變倍透鏡5發(fā)出，然后入射到光學(xué)衍射元件61。
如同光學(xué)衍射元件4，用于環(huán)形照射的光學(xué)衍射元件61當(dāng)具有矩形截面的光通量入射到其上時，具有在遠(yuǎn)場中形成圓形光強(qiáng)分布的功能。因此，由光學(xué)衍射元件61形成的圓形光通量在通過變焦透鏡7之后，在微透鏡陣列8的入射面形成以光軸AX為中心的圓形照射區(qū)域。結(jié)果，在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面中也形成以光軸為中心的圓形二次光源。在這種情況下，通過改變連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)或變焦透鏡7的焦距，可以適當(dāng)?shù)馗淖儓A形二次光源的外徑。
另外，通過在照射光路中設(shè)置光學(xué)衍射元件62代替光學(xué)衍射元件6、60或61，可以進(jìn)行X方向二極照射。用于X方向二極照射的光學(xué)衍射元件62當(dāng)平行的光通量入射其上時，具有在遠(yuǎn)場形成沿X方向相隔一個間隔的二極光強(qiáng)分布的功能。因此，通過光學(xué)衍射元件62的光通量在微透鏡陣列8的入射面形成例如二極照射區(qū)域，其包括沿X方向由間隔分開的、并以光軸AX為中心的兩個圓形照射區(qū)域。結(jié)果，如圖3(a)所示，以與在其入射面形成照射區(qū)域相同的方式，沿X方向在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面也形成二極二次光源。
另外，通過在照射光路中設(shè)置光學(xué)衍射元件63代替光學(xué)衍射元件6、60、61或62，可以進(jìn)行Y方向二極照射。用于Y方向二極照射的光學(xué)衍射元件63當(dāng)平行的光通量入射其上時，具有在遠(yuǎn)場中形成具有沿Z方向(對應(yīng)于掩模或晶片上的Y方向)的間隔的二極光強(qiáng)分布的功能。因此，通過光學(xué)衍射元件63的光通量在微透鏡陣列8的入射面形成例如二極照射區(qū)域，其包括沿Z方向由間隔分開的、并以光軸AX為中心的兩個圓形照射區(qū)域。結(jié)果，如圖3(b)所示，以與在其入射面形成照射區(qū)域相同的方式，沿Z方向在微透鏡陣列8的后側(cè)焦平面也形成二極二次光源。
在二極照射中，也與四極照射的情形況同，通過改變連續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)，可以改變二極二次光源的外徑(兩個圓形平面光源的外切圓的直徑)do和環(huán)形比(兩個圓形平面光源內(nèi)切圓的直徑di/兩個圓形平面光源外切圓的直徑do)。而且，通過改變變焦透鏡7的焦距，可以改變二極二次光源的外徑，而不改變二極二次光源的環(huán)形比。結(jié)果，通過適當(dāng)?shù)馗淖冞B續(xù)變倍透鏡5的放大因數(shù)和變焦透鏡7的焦距，可以僅改變該環(huán)形比，而不改變二極二次光源的外徑。
圖4示意性地示出了圖1的相位部件和消偏振鏡的結(jié)構(gòu)。參考圖4，通過被設(shè)置為使其晶體光軸關(guān)于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)的1/2波片來構(gòu)成相位部件10。通過楔形石英晶體棱鏡20a和形狀與該石英晶體棱鏡20a互補(bǔ)的楔形二氧化硅玻璃棱鏡20b來構(gòu)成消偏振鏡20。石英晶體棱鏡20a和二氧化硅玻璃棱鏡20b構(gòu)成整個棱鏡組件，其被設(shè)置成從照射光路自由插入或移出。當(dāng)將KrF激基激光光源或ArF激基激光光源用作激光光源1時，線性偏振光入射到1/2波片10。
如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置為呈現(xiàn)相對于入射線性偏振光的偏振面為0°或90°的角，則入射到1/2波片10的線性偏振光被直接透射而不改變其偏振面。另外，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置為呈現(xiàn)相對于入射線性偏振光的偏振面為45°的角，則入射到1/2波片10的線性偏振光被轉(zhuǎn)換成其偏振面已經(jīng)改變90°的線性偏振光。此外，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置為呈現(xiàn)相對于入射線性偏振光的偏振面為45度的角，則該入射到石英晶體棱鏡20a上的線性偏振光被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光(即它被消偏)。
在該實(shí)施例中是這樣設(shè)置的當(dāng)消偏振鏡20位于照射光路中的位置時，石英晶體棱鏡20a的晶體光軸相對于入射線性偏振光的偏振面形成45°角。順便提及，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射線性偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶體棱鏡20a上的該線性偏振光將不改變其偏振面地透射。另外，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射線性偏振光的偏振面成22.5°角，則入射在1/2波片10上的該線性偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光，其包含直接透射而不改變其偏振面的線性偏振分量、和其偏振面已經(jīng)改變90°的線性偏振分量。
如上所述，在該實(shí)施例中，來自激光光源1的線性偏振光入射到1/2波片10上，但是，為了簡化下面的說明，假設(shè)為P偏振光入射到1/2波片10。如果消偏振鏡20位于照射光路中的位置，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面形成0°或90°角，那么入射在1/2波片10上的該P(yáng)偏振光將被作為P偏振光而不變地透射，其偏振面沒有改變，并以這種狀態(tài)入射在石英晶體棱鏡20a上。由于石英晶體棱鏡20a的晶體光軸被設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面形成45°角，因此入射在石英晶體棱鏡20a上的該P(yáng)偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光。
通過該石英晶體棱鏡20a的P偏振光通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M(因此晶片W)，二氧化硅玻璃棱鏡20b用作補(bǔ)償器，用于補(bǔ)償光傳播方向。如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在1/2波片10上的該P(yáng)偏振光使其偏振面改變90°，從而變成入射到石英晶體棱鏡20a上的S偏振光。由于石英晶體棱鏡20a的晶體光軸被設(shè)置成相對于入射S偏振光的偏振面成45°角，因此入射在石英晶體棱鏡20a上的該S偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光并通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M。
相比之下，當(dāng)從照射光路取出消偏振鏡20時，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在1/2波片10上的該P(yáng)偏振光作為P偏振光直接透射，而不改變其偏振面，從而以P偏振狀態(tài)的光照射掩模M。另一方面，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在1/2波片10上的該P(yáng)偏振光的偏振面被改變90°，而變成S偏振光，從而以S偏振狀態(tài)的光照射掩模M。
如上所述，在該實(shí)施例中，通過在照射光路中將消偏振鏡20插入并定位，可以以非偏振狀態(tài)照射掩模M。另外，通過從照射光路取出消偏振鏡20，并且將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，則可以以P偏振狀態(tài)照射掩模M。此外，通過從照射光路取出消偏振鏡20，并且將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，則可以以S偏振狀態(tài)照射掩模M。
換句話說，在該實(shí)施例中，通過包括1/2波片10和消偏振鏡20的偏振狀態(tài)切換裝置的作用，照射由掩模M(從而晶片W)構(gòu)成的受照表面的光的偏振狀態(tài)可以在線性偏振狀態(tài)和非偏振狀態(tài)之間切換，在用線性偏振狀態(tài)的光照射的情況下，可以在P偏振狀態(tài)和S偏振狀態(tài)之間切換(可以改變線性偏振光的偏振面)。結(jié)果，在該實(shí)施例中，根據(jù)掩模M的圖形特征，可以通過改變照射光的偏振狀態(tài)來獲得適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)，因此在根據(jù)掩模M的圖形特征實(shí)現(xiàn)的適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)下可以進(jìn)行良好的曝光。
具體而言，通過例如在X方向設(shè)置二極照射，并通過在掩模M上用具有沿X方向的偏振面的線性偏振狀態(tài)的光照射掩模M，可以在晶片W的臨界層中忠實(shí)曝光具有沿X方向的極小線寬的圖形。然后，例如通過切換到在Y方向的二極照射，并通過在掩模M上用具有沿Y方向的偏振面的線性偏振狀態(tài)的光照射掩模M，可以在晶片W的臨界層中忠實(shí)曝光具有沿Y方向的極小線寬的圖形。
另外，在完成在臨界層中的二次曝光之后，通過例如連續(xù)使用二極照射，或通過切換到四極照射或環(huán)形照射或圓形照射，并用非偏振狀態(tài)的光照射掩模M，可以在晶片W上的臨界層中以高輸出曝光具有較大線寬的二維圖形。這僅作為一個實(shí)例，通常，通過根據(jù)掩模M的圖形特征而為二次光源設(shè)置合適的形狀或尺寸，并且將照射掩模M的光設(shè)置成適當(dāng)?shù)钠駹顟B(tài)，可以在適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)下進(jìn)行良好曝光。
實(shí)際上，在P偏振光射線傾斜入射的情況下和在S偏振光射線傾斜入射的情況下，在晶片W上形成的抗蝕劑層的表面的散布是不同的。具體而言，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蝕劑層內(nèi)部。如果通過利用P偏振光和S偏振光對于抗蝕劑層的光學(xué)特征的不同，根據(jù)掩模M的圖形特征改變照射光的偏振狀態(tài)，而實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)，那么在適當(dāng)?shù)恼丈錉顟B(tài)下可以進(jìn)行良好的曝光。
應(yīng)該注意，在上述實(shí)施例中，將構(gòu)成用于按需要改變?nèi)肷渚€性偏振光的偏振面的相位部件的1/2波片10設(shè)置在光源一側(cè)上，而將用于按需要對入射線性偏振光消偏的消偏振鏡20設(shè)置在掩模一側(cè)。然而，對此并沒有限制，通過在光源側(cè)設(shè)置消偏振鏡20和在掩模側(cè)設(shè)置1/2波片10，可以獲得同樣好的光學(xué)效果。
另外，在上述實(shí)施例中，使用二氧化硅玻璃棱鏡20b作為補(bǔ)償器，用于補(bǔ)償通過石英晶體棱鏡20a的光的傳播方向。然而，對此并沒有限制，也可以使用由對KrF激基激光或ArF激基激光具有高耐受性的光學(xué)材料形成的楔形棱鏡作為補(bǔ)償器，例如石英晶體或二氧化硅玻璃。這也可用于其它有關(guān)的修改實(shí)例。
圖5示意性地示出了根據(jù)第一修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖5第一修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置具有與根據(jù)圖4實(shí)施例的偏振狀態(tài)切換裝置類似的結(jié)構(gòu)。然而，它們的基本不同在于在圖4實(shí)施例的情況下，消偏振鏡20被構(gòu)造成能夠相對于照射光路被自由插入或取出，而在圖5的第一修改實(shí)例中，將構(gòu)成消偏振鏡20的石英晶體棱鏡20a和二氧化硅玻璃棱鏡20b一體構(gòu)成，以便關(guān)于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)，從而被構(gòu)造成使得石英晶體棱鏡20a的晶體光軸可以關(guān)于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)。下面集中于相對于圖4實(shí)施例的不同來描述圖5的第一修改實(shí)例。
在第一修改實(shí)例中，當(dāng)將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角時，則入射在1/2波片10的該P(yáng)偏振光保持P偏振狀態(tài)地從其透射通過，并保持其偏振面不變，然后入射到石英晶體棱鏡20a。如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，那么入射在石英晶體棱鏡20a上的P偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光，結(jié)果是，通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M。另外，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶體棱鏡20a上的P偏振光將直接透射，同時保持P偏振狀態(tài)，即在通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以P偏振狀態(tài)照射掩模M之前，其偏振面沒有改變。
此外，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角時，則入射在1/2波片10的P偏振光的偏振面改變90°，而變成入射到石英晶體棱鏡20a上的S偏振光。如果這里，將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，則入射在石英晶體棱鏡20a上的該S偏振光被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光，并且通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M。然而，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射S偏振光的偏振面成0°或90°角，那么入射在石英晶體棱鏡20a上的該S偏振光將被透射，同時仍保持為S偏振光，即其偏振面沒有改變，從而通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以S偏振狀態(tài)照射掩模M。
如上所述，在圖5的第一修改實(shí)例中，通過結(jié)合1/2波片10關(guān)于光軸AX的旋轉(zhuǎn)和石英晶體棱鏡20a關(guān)于光軸AX的旋轉(zhuǎn)，照射掩模M的光的偏振狀態(tài)可以在線性偏振狀態(tài)和非偏振狀態(tài)之間切換，并且，在使用線性偏振光照射的情況下，可以在P偏振狀態(tài)和S偏振狀態(tài)之間切換。應(yīng)該注意，還在圖5的第一修改實(shí)例的情況下，將1/2波片10設(shè)置在光源側(cè)，將消偏振鏡20設(shè)置在掩模側(cè)，但通過將消偏振鏡20設(shè)置在光源側(cè)、并將1/2波片10設(shè)置在掩模側(cè)，可以獲得同樣好的光學(xué)效果。
圖6示意性地示出了根據(jù)第二修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖6第二修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置具有與根據(jù)圖4實(shí)施例的偏振狀態(tài)切換裝置類似的結(jié)構(gòu)。然而，在圖4實(shí)施例的情況下，將消偏振鏡20構(gòu)造成能夠相對于照射光路被自由插入或取出，而在圖6的第二修改實(shí)例中，消偏振鏡20的主要不同在于以固定的方式將其定位于照射光路的固定位置。下面集中于相對于圖4實(shí)施例的不同來描述圖6的第二修改實(shí)例。
在第二修改實(shí)例中，將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸定位在相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角的位置。因此，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，則入射在1/2波片10的P偏振光作為P偏振光不變地透射，即其偏振面不變，從而入射到石英晶體棱鏡20a。因?yàn)槭⒕w棱鏡20a的晶體光軸被位于相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角的位置，所以入射在石英晶體棱鏡20a的P偏振光不改變P偏振地透射，即其偏振面不變，因此通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以P偏振狀態(tài)照射掩模M。
另外，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角時，則入射在1/2波片10上的P偏振光的偏振面改變90度，而變成入射到石英晶體棱鏡20a上的S偏振光。因?yàn)槭⒕w棱鏡20a的晶體光軸被設(shè)置在相對于入射S偏振光的偏振面成0°或90°角的位置，所以入射在石英晶體棱鏡20a上的該S偏振光將被以S偏振光不改變S偏振地透射，即，通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以S偏振狀態(tài)照射掩模M。
另外，如果將1/2波片10的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成22.5°角，則如上所述，入射在1/2波片10上的P偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光，其包含不變地即不改變其偏振面地透射的P偏振分量、和偏振面改變90°的S偏振分量，并這樣入射到石英晶體棱鏡20a上。因?yàn)槭⒕w棱鏡20a的晶體光軸被置于相對于入射P偏振分量的偏振面和相對于入射S偏振分量的偏振面成0°或90°角的位置，因此入射在石英晶體棱鏡20a的P偏振分量和S偏振分量不改變其偏振面地透射，因此通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M。
如上所述，在圖6的第二修改實(shí)例中，在將消偏振鏡20固定設(shè)置在照射光路中的位置的情況下，通過關(guān)于光軸AX適當(dāng)旋轉(zhuǎn)1/2波片10，則可以在線性偏振狀態(tài)和非偏振狀態(tài)之間切換照射掩模M的光的偏振狀態(tài)，并且在以線性偏振光進(jìn)行照射的情況下，可以在P偏振狀態(tài)和S偏振狀態(tài)之間切換。應(yīng)該注意，在圖6的第二修改實(shí)例中，盡管將1/2波片10設(shè)置在光源側(cè)，將消偏振鏡20設(shè)置在掩模側(cè)，但通過將消偏振鏡20設(shè)置在光源側(cè)和將1/2波片10設(shè)置在掩模側(cè)可以獲得同樣好的光學(xué)效果。
圖7示意性地示出了根據(jù)第三修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置的結(jié)構(gòu)。圖7的第三修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置具有與根據(jù)圖5的第一修改實(shí)例的偏振狀態(tài)切換裝置類似的結(jié)構(gòu)。然而，在圖5的第一修改實(shí)例的情況下，通過1/2波片10和消偏振鏡20構(gòu)造偏振狀態(tài)切換裝置，而在圖7的第三修改實(shí)例中，偏振狀態(tài)切換裝置的主要不同在于其只通過關(guān)于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)的消偏振鏡20構(gòu)造。下面集中于相對于圖5的第一修改實(shí)例的不同來描述圖7的第三修改實(shí)例。
在第三修改實(shí)例中，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成45°角，則入射在石英晶體棱鏡20a上的P偏振光將被轉(zhuǎn)換成非偏振狀態(tài)的光，因此通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以非偏振狀態(tài)照射掩模M。然而，如果將石英晶體棱鏡20a的晶體光軸設(shè)置成相對于入射P偏振光的偏振面成0°或90°角，那么P偏振光不變地透射，即入射在石英晶體棱鏡20a上的P偏振光的偏振面不變，并從而通過二氧化硅玻璃棱鏡20b以P偏振狀態(tài)照射掩模M。
如上所述，在圖7的第三修改實(shí)例中，通過關(guān)于光軸AX適當(dāng)旋轉(zhuǎn)石英晶體棱鏡20a，可以在線性偏振狀態(tài)和非偏振狀態(tài)之間切換照射掩模M的光的偏振狀態(tài)。應(yīng)該注意，在圖7的第三修改實(shí)例中，即使將消偏振鏡20構(gòu)造成可以關(guān)于AX光軸自由旋轉(zhuǎn)、并構(gòu)造成相對于照射光路被自由插入或取出，通過從照射光路取出消偏振鏡20，而以P偏振狀態(tài)照射掩模M，也可以獲得同樣好的光學(xué)效果。
圖8示意性地示出了根據(jù)修改實(shí)例的消偏振鏡的結(jié)構(gòu)。雖然在上述實(shí)施例和第一到第三修改實(shí)例中，采用了其中設(shè)置消偏振鏡20和石英晶體棱鏡20a的結(jié)構(gòu)，但如圖8的修改實(shí)例所示，也可以使用偏振光束分光器21a和反射系統(tǒng)(21b到21e)來構(gòu)造消偏振鏡21。參考圖8，消偏振鏡21包括設(shè)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(由圖中的兩個箭頭表示其偏振光方向)透射通過偏振光束分光器21a。
S偏振光(由圖中的點(diǎn)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，通過由四個反射鏡21b到21e構(gòu)成的反射系統(tǒng)的作用，在與圖8的平面平行的平面中反射四次。這樣構(gòu)成該反射系統(tǒng)(21b到21e)，使得透射通過偏振光束分光器21a的P偏振光的光路與由偏振光束分光器21a最終反射的S偏振光的光路基本上重合。這樣，透射通過偏振光束分光器21a的P偏振光與由偏振光束分光器21a最終反射的S偏振光沿基本上相同的光路從消偏振鏡21發(fā)射。也就是說，與P偏振光相比，S偏振光被延遲對應(yīng)于反射系統(tǒng)(21b到21e)的光路的量。
由偏振光束分光器21a與反射系統(tǒng)(21b到21e)構(gòu)成的消偏振鏡21具有和由石英晶體棱鏡20a與二氧化硅玻璃棱鏡20b構(gòu)成的消偏振鏡20基本上相同的光學(xué)作用。因此，可以由根據(jù)圖8修改實(shí)例的消偏振鏡21替代根據(jù)實(shí)施例和第一修改實(shí)例到第三修改實(shí)例的消偏振鏡20。也就是說，如果在圖4的實(shí)施例中使用消偏振鏡21，將偏振光束分光器21a和反射系統(tǒng)(21b到21e)構(gòu)成為使得可以以整體的方式相對于照射光路插入或取出。
另外，如果在圖5的第一修改實(shí)例或圖7的第三修改實(shí)例中使用消偏振鏡21，則將偏振光束分光器21a和反射系統(tǒng)(21b到21e)構(gòu)成為使得能夠以整體方式相對于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)。另外，如果在圖6的第二修改實(shí)例中使用消偏振鏡21，則將偏振光束分光器21a和反射系統(tǒng)(21b到21e)置于照射光路中的固定位置。
在根據(jù)圖8的修改實(shí)例的消偏振鏡21中，通過將反射系統(tǒng)(21b到21e)的光路長度基本上設(shè)置成大于照射光(曝光)的相干長度，則照射掩模M的激光的相干減少，因此可以實(shí)現(xiàn)減小晶片W上的斑點(diǎn)的對比度。對于能夠應(yīng)用于本發(fā)明的包括偏振光束分光器和反射系統(tǒng)的各種類型的消偏振鏡的具體構(gòu)造和修改實(shí)例，讀者可以參考例如早期
公開日本專利申請No.H11-174365、早期
公開日本專利申請No.H11-312631、或者早期
公開日本專利申請No.2000-223396。
圖9示意性地示出了設(shè)置在光源和圖1的偏振狀態(tài)切換裝置之間的光束匹配單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在圖9所示的光束匹配單元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過一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31和平行平板32之后入射到擴(kuò)束器2。將激光光源1設(shè)置在例如下層地板A上。
將一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31的至少一個設(shè)置成能夠關(guān)于光軸AX旋轉(zhuǎn)。所以，可以通過關(guān)于光軸AX相對旋轉(zhuǎn)的一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31來調(diào)節(jié)平行光束相對于光軸AX的角度。具體而言，一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31構(gòu)成光束角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)由激光光源1提供的平行光束相對于光軸AX的角度。而且，將平行平板32構(gòu)造成為能夠關(guān)于在垂直于光軸AX的平面中的兩個正交軸旋轉(zhuǎn)。
所以，通過關(guān)于這些軸旋轉(zhuǎn)平行平板32，而相對于光軸AX傾斜所述光束，可以將平行光束移動為與光軸AX平行。也就是說，平行平板32構(gòu)成光束平行位移裝置，用于相對于光軸AX移動從激光光源1提供的平行光束。以這種方式，來自激光光源1的平行光束，在它通過一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31和平行平板32之后，通過在入射到第一直角棱鏡33之前通過擴(kuò)束器2而被放大并成形為具有預(yù)定截面形狀的平行光束。
在通過上層地板B的開孔并入射到第六直角棱鏡38之前，被構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的第一直角棱鏡33偏轉(zhuǎn)到垂直方向的平行光束被同樣構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的第二直角棱鏡34到第五直角棱鏡37連續(xù)反射。如圖9所示，將第二直角棱鏡34到第五直角棱鏡37設(shè)置成，使得被第一直角棱鏡33偏轉(zhuǎn)到垂直方向、并被引導(dǎo)到第六直角棱鏡38的平行光束繞過例如提供純水的管道和通風(fēng)管道39。
被構(gòu)成內(nèi)反射鏡的第六直角棱鏡38偏轉(zhuǎn)到水平方向的光束入射到半反射鏡40。將由半反射鏡40反射的光束引導(dǎo)到移位和傾斜檢測系統(tǒng)41。另一方面，將通過半反射鏡40的光束引導(dǎo)到包括1/2波片10和消偏振鏡20的偏振狀態(tài)切換裝置42。移位和傾斜檢測系統(tǒng)41檢測入射到偏振狀態(tài)切換裝置42(因此入射到構(gòu)成光學(xué)積分器的光學(xué)衍射元件4)的平行光束相對于光軸AX的位置位移和傾斜。
然而，當(dāng)使用例如ArF激基激光光源1作為激光光源1時，通常，通過使用螢石作為經(jīng)受具有高能密度的光的照射的光學(xué)透明元件，來保證所需壽命。最近，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)經(jīng)受激光照射時，螢石具有改變發(fā)出的光的偏振狀態(tài)的性能。特別是當(dāng)經(jīng)受在真空紫外區(qū)中具有高輸出的激光的照射時，偏振狀態(tài)的改變是顯著的，并且該變化量根據(jù)螢石的晶體取向而不同。具體而言，考慮由于受到激光照射而導(dǎo)致的偏振狀態(tài)的改變，這示出，在從激光照射開始的幾十秒的過程中，通過螢石的光的偏振狀態(tài)的特性逐漸變化，發(fā)出光的偏振狀態(tài)然后穩(wěn)定到穩(wěn)定狀態(tài)。
另外，由螢石產(chǎn)生的偏振狀態(tài)的改變基本在從激光照射停止的幾十秒后恢復(fù)。因此，如果重復(fù)對螢石的激光照射和照射停止，那么在每次開始激光照射時使通過螢石的光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化。如果將通過由螢石形成的光學(xué)透明部件的入射線性偏振光變成橢圓偏振光，則上述偏振狀態(tài)切換裝置中的石英晶體棱鏡20a用作消偏振元件。另外，當(dāng)使用曝光裝置中的傳感器進(jìn)行光量控制時，很難對光量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，因?yàn)槠駹顟B(tài)的變化改變了實(shí)際入射在傳感器上的光的偏振分量的比率。
圖10解釋了螢石的晶體取向。參考圖10，使用立方系的晶軸a1a2a3確定螢石的晶體取向。具體而言，分別沿晶軸+a1確定晶體取向[100]，沿晶軸+a2確定晶體取向
，以及沿晶軸+a3規(guī)定晶體取向
。而且，分別將晶體取向[101]規(guī)定為在a1a3面中與晶體取向[100]和晶體取向
成45°角的方向；將晶體取向[110]確定為在a1a2面中與晶體取向[100]和晶體取向
成45°角的方向；以及將晶體取向
確定為在a2a3面中與晶體取向
和的晶體取向
成45°角的方向。另外，將晶體取向[111]確定為相對于晶軸+a1、晶軸+a2和晶軸+a3成相等銳角的方向。圖10僅示出在由晶軸+a1、晶軸+a2和晶軸+a3限定的空間中的晶體取向以相同的方式確定其它空間中的晶體取向。
應(yīng)該注意，在本申請的說明書中，“在具有給定晶體取向的晶體結(jié)構(gòu)方面是等同的晶體取向”表示，對于具有給定晶體取向的晶體結(jié)構(gòu)，通過互換所討論的晶體取向的指數(shù)順序獲得的晶體取向、或通過使這些指數(shù)的至少部分符號相反而獲得的晶體取向。例如，如果給定的晶體取向是[uvw]，那么晶體取向[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]是在晶體結(jié)構(gòu)方面等同的晶體取向。另外，在本說明書中，將晶體取向[uvw]和與其在晶體結(jié)構(gòu)方面等同的晶體取向表示為晶體取向<uvw>。另外，將晶體取向[uvw]和垂直于與其在晶體結(jié)構(gòu)方面等同的晶體取向的平面，即晶面(uvw)，以及在晶體結(jié)構(gòu)方面與其等同的晶面表示為晶面{uvw}。
作為各種實(shí)驗(yàn)和研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，螢石產(chǎn)生的偏振狀態(tài)的變化實(shí)際上由螢石本身雙折射的變化引起。另外，盡管螢石中的雙折射變化量各不相同，但是，在現(xiàn)在可獲得的基本全部螢石晶體中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雙折射變化的現(xiàn)象是不可避免的，因此偏振狀態(tài)變化的現(xiàn)象是不可避免的。因此，根據(jù)上面的發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中，提出了兩個技術(shù)用于最大限度地抑制入射在螢石上的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化，因?yàn)榛旧喜豢赡芟齺碜晕炇旧淼碾p折射的變化。
通常，在由線性偏振光構(gòu)成的入射光中，通過具有雙折射的介質(zhì)產(chǎn)生入射光的快軸分量和慢軸分量之間的相差，使光從線性偏振光變成橢圓偏振光。圖14示出了在光路通過具有雙折射的介質(zhì)期間入射線性偏振光如何改變其偏振狀態(tài)。在圖14中，將介質(zhì)的x方向取作快軸方向，將y方向取作慢軸方向，考慮這樣的入射情況入射線性偏振光電場的振動方向從x軸向y軸方向傾斜角度φ(參見圖14(a))。
如果將電場振幅的x分量和y分量分別表示為Ex0和Ey0，那么電場的x分量Ex和y分量Ey分別由下面的公式(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是光的振動頻率，t是時間，λ是光的波長，nx是介質(zhì)在快軸方向的折射率，ny是介質(zhì)在慢軸方向的折射率，d是介質(zhì)中光路的長度。由于介質(zhì)中的快軸分量的折射率nx和慢軸分量的折射率ny之間存在差別，因此快軸分量和慢軸分量之間的相差隨光通過介質(zhì)而逐漸增加。在圖14中，(b)對應(yīng)于當(dāng)相差是0到π/2時的偏振狀態(tài)，(c)對應(yīng)于當(dāng)相差π/2時的偏振狀態(tài)，(d)對應(yīng)于當(dāng)相差是π/2到π時的偏振狀態(tài)，(e)對應(yīng)于當(dāng)相差是π時的偏振狀態(tài)。因此，當(dāng)將線性偏振光引導(dǎo)到例如螢石的介質(zhì)上時，發(fā)出光的偏振狀態(tài)可以經(jīng)過橢圓偏振而變成圓形偏振光，或者可以經(jīng)過圓形偏振而再次變成線性偏振光。
現(xiàn)在參考圖14，如果將入射線性偏振光電場的振動方向的角度φ設(shè)置成φ＝0或φ＝π/2，即如果將入射線性偏振光電場的振動方向設(shè)置成相對于與介質(zhì)(例如由螢石制成的光學(xué)透明部件)雙折射變化有關(guān)的快軸方向基本上一致或基本上正交，那么入射線性偏振光將只具有快軸分量和慢軸分量中的一個或另一個分量。結(jié)果，在快軸分量和慢軸分量之間不產(chǎn)生相差，入射線性偏振光將保持和線性偏振光相同的狀態(tài)發(fā)出，而沒有雙折射變化。
也就是說，在根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)中，在包括由例如螢石的晶體材料形成的光學(xué)透明部件的光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)受到光學(xué)照射時關(guān)于透明部件的雙折射變化的快軸方向是確定的。通過將關(guān)于光學(xué)透明部件的雙折射變化的快軸方向設(shè)置為與入射到光學(xué)透明部件的線性偏振光電場的振動方向基本上一致或垂直，而將雙折射變化對偏振狀態(tài)的影響抑制到最小，可以最大限度地抑制入射在光學(xué)透明部件上的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化。
本發(fā)明人還從測量結(jié)果和應(yīng)力雙折射(在使用張力器(tensor)的分析中，假設(shè)垂直于光軸的應(yīng)力分量是對稱的計(jì)算)的考察中發(fā)現(xiàn)必須考慮雙折射的變化對晶體取向的依賴性。下面描述雙折射的晶體取向依賴性。圖15是對應(yīng)于圖10的圖，其中利用另一表示方法解釋了螢石的晶體取向。圖16示意性地示出了當(dāng)晶體取向在
和[110]之間變化，并且ArF激基激光是沿該晶體取向在其上入射時的螢石中雙折射變化的變化量。
另外，圖17示意性地示出了當(dāng)晶體取向在
和[100]之間變化，并且ArF激基激光是沿該晶體取向在其上入射時，螢石中雙折射變化的變化量。另外，圖18是對應(yīng)于圖16的圖，示意性地示出了當(dāng)入射光的能密度極高時，螢石中的雙折射變化的變化量。在圖16(b)、圖17(b)和圖18(b)中，水平軸表示ArF激基激光入射的晶體取向，垂直軸表示雙折射變化的量。
參考圖16，當(dāng)晶體取向從
經(jīng)過[111]到[11
變化時，可以看出當(dāng)光在晶體取向
和晶體取向[111]的方向入射時雙折射變化量極小，并且當(dāng)光在晶體取向[110]的方向入射時雙折射變化量最大。具體而言，可以看出當(dāng)光在晶體取向<001>和晶體取向<111>的方向入射時，雙折射變化量極小，并且當(dāng)光在晶體取向<110>的方向入射時，雙折射變化量最大。
參考圖17，當(dāng)晶體取向從
經(jīng)過[101]到[100]變化時，可以看出當(dāng)光在晶體取向
和晶體取向[100]的方向入射時，雙折射變化量極小，并且當(dāng)光在晶體取向[101]的方向入射時雙折射變化量最大。具體而言，可以看出當(dāng)光在晶體取向<100>的方向入射時，雙折射變化量極小，并且當(dāng)光在晶體取向<110>的方向入射時，雙折射變化量最大。
參考圖18，當(dāng)晶體取向從
經(jīng)過[111]到[110]變化時，可以看出當(dāng)光在晶體取向[111]的方向入射時，雙折射變化量極小，當(dāng)光在晶體取向
的方向入射時，雙折射變化量變大一些，并且當(dāng)光在晶體取向[110]的方向入射時，雙折射變化量最大。具體而言，可以看出當(dāng)光在晶體取向<111>的方向入射時，雙折射變化量極小，當(dāng)光在晶體取向<100>的方向入射時，雙折射變化量變大一些，并且當(dāng)光在晶體取向<110>的方向入射時雙折射變化量最大。
如上所述，參考圖16和圖17，可以看出，在螢石晶體中，當(dāng)光在晶體取向<110>的方向入射時，雙折射變化量最大，當(dāng)光在晶體取向<100>和晶體取向<111>的方向入射時，實(shí)際上沒有發(fā)現(xiàn)雙折射。然而，參考圖18可以看出如果入射光的能密度極高、或如果在螢石的照射區(qū)域中存在大的各向異性(由于螢石吸收光而產(chǎn)生大的內(nèi)部應(yīng)力，或輸入具有旋轉(zhuǎn)不對稱截面的光通量)等，即使光在晶體取向<100>方向入射，也會出現(xiàn)一定量的雙折射變化。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)中，在照射表面的照射光學(xué)裝置中，其中使光通過例如螢石的由立方晶系的晶體材料形成的光學(xué)透明部件，將光在該光學(xué)透明部件中的傳播方向設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。結(jié)果，可以將該光學(xué)透明部件中產(chǎn)生的雙折射變化抑制到低值，因此可以最大限度地抑制入射在該光學(xué)透明部件上的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化。應(yīng)該注意，通過結(jié)合第一技術(shù)和第二技術(shù)，可以更好地表現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。
在本實(shí)施例中，在使用被設(shè)置在激光光源1和偏振狀態(tài)切換裝置42之間的光路中的螢石而形成的光學(xué)透明部件中，將光的傳播方向設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。具體而言，如果使用螢石形成固定在光路中的位置的光學(xué)部件，例如構(gòu)成擴(kuò)束器2的透鏡元件(2a、2b)，那么將該光學(xué)部件的光軸設(shè)置成與晶體取向<111>或晶體取向<100>基本上一致。
在這種情況下，因?yàn)榧す饣旧涎鼐w取向<111>或晶體取向<100>透射，因此透射通過透鏡元件(2a、2b)的線性偏振光的偏振狀態(tài)基本上沒有變化。同樣，在由螢石形成一對偏轉(zhuǎn)棱鏡31的情況下，通過將光軸設(shè)置成基本上與晶體取向<111>或晶體取向<100>一致，可以基本上避免透射的線性偏振光的偏振狀態(tài)的改變。
另外，如果由螢石形成構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡33到38，如圖19所示，將直角棱鏡33到38的入射面和發(fā)射面設(shè)置成基本上和晶面{100}一致，將直角棱鏡33到38的反射面設(shè)置成基本上和晶面{110}一致。在這種情況下，直角棱鏡33到38的側(cè)面(嚴(yán)格地說，由入射面的光軸和發(fā)射面的光軸限定的面)基本上和晶面{100}一致。在圖19的結(jié)構(gòu)中，激光基本上沿晶體取向<100>透射，因此透射通過直角棱鏡33到38的線性偏振光的偏振狀態(tài)基本上不變。
另外，如圖20所示，如此設(shè)置直角棱鏡的入射面和發(fā)射面中的一個面，使其基本上與晶面{111}一致，將另一個面設(shè)置成使其基本上與晶面{211}一致。在這種情況下，直角棱鏡的側(cè)面(嚴(yán)格地說，由入射面的光軸和發(fā)射面的光軸限定的面)基本上和晶面{110}一致。另外，由于基本上與晶面{211}一致的面的光軸(晶體取向<211>)有些靠近晶體取向<111>，從而可以將透射通過直角棱鏡的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化抑制到相當(dāng)?shù)某潭取?br> 另外，如圖21所示，可以將直角棱鏡的反射面設(shè)置成基本上與晶面{100}一致，并可以將直角棱鏡的側(cè)面(嚴(yán)格地說，由入射面的光軸和發(fā)射面的光軸限定的面)設(shè)置成基本上和晶面{110}一致。另外，如圖22所示，可以將直角棱鏡的反射面和直角棱鏡的側(cè)面(嚴(yán)格地說，由入射面的光軸和發(fā)射面的光軸限定的面)設(shè)置成基本上和晶面{110}一致。在這些情況下，直角棱鏡入射面光軸和發(fā)射面光軸在一定程度上靠近晶體取向<111>，因此可以將通過直角棱鏡傳播的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化抑制到相當(dāng)?shù)某潭取?br> 應(yīng)該注意，參考圖19到圖22，盡管相對于直角棱鏡進(jìn)行描述，但在普通棱鏡的情況下，需要將其入射面和發(fā)射面設(shè)置成基本上與晶面{100}一致，或者將其設(shè)置成使入射面和發(fā)射面基本上與晶面{111}一致。另外，需要這樣進(jìn)行設(shè)置，使棱鏡的入射面和發(fā)射面中的一個面基本上與晶面{111}一致，將另一個面設(shè)置成基本上與晶面{100}或晶面{211}一致。
另外，如果構(gòu)成光束平行位移裝置的平行平板32由螢石形成，通過其使沿光軸AX入射的光線平行位移，并且其被可相對于光軸AX傾斜地設(shè)置在光路中，則將平行平板32的光軸設(shè)置成基本上與晶體取向<100>一致。這是因?yàn)榫w取向<100>和晶體取向<110>成45°角，而晶體取向<111>和晶體取向<110>成約35°角。這通過參考圖23和圖24將很清楚，圖23描述了從晶體取向<100>的方向看時晶體取向的設(shè)置，圖24描述了從晶體取向<111>的方向看時晶體取向的設(shè)置。
當(dāng)使平行平板32的光軸基本上和晶體取向<100>一致，即當(dāng)它的光學(xué)平面基本上和晶面{100}一致時，如圖23所示，無論平行平板32傾斜到哪一側(cè)，存在接近到晶體取向<111>的傾斜方向(在圖23中，左上/右下或左下/右上)，其離晶體取向<100>為約55°。以這種方式，通過使平行平板32的光軸基本上與晶體取向<100>一致，并且沿從晶體取向<100>向晶體取向<111>的方向向兩面傾斜，則即使平行平板32相對于光軸AX傾斜到最大值(例如約30°)，也可以確保這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)中透射通過內(nèi)部的激光的傳播方向在某種程度上與晶體取向<110>分開。結(jié)果，可以將透射通過平行平板32的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化抑制到較好的程度，而與其空間方位角無關(guān)。
相比之下，當(dāng)使平行平板32的光軸基本上和晶體取向<111>一致，即當(dāng)它的光學(xué)平面基本上和晶面{111}一致，如圖24所示，當(dāng)向一側(cè)傾斜時，則在離晶體取向<111>約55°處，接近晶體取向<100>；而當(dāng)向另一側(cè)傾斜時，則在離晶體取向<111>約35°處，接近晶體取向<110>。在這種情況下，如果采用這樣的設(shè)置，其中沿從晶體取向<111>到晶體取向<100>的方向(在圖24中，從中間向右上、從中間向左上、或從中間直接向下)向一側(cè)進(jìn)行大傾斜，但是沿從晶體取向<111>到晶體取向<110>的方向(在圖24中，從中間向左下、從中間向右下、或從中間直接向上)向另一側(cè)根本不進(jìn)行傾斜(或僅有一點(diǎn)傾斜)，則可以保證這樣的狀態(tài)，即其中在傾斜時通過內(nèi)部的激光的傳播方向在某種程度上與晶體取向<110>分開。結(jié)果，可以將透射通過平行平板32的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化抑制到較好的程度，而與其空間方位角無關(guān)。
應(yīng)該注意，在光束平行位移裝置中，為了在兩個軸上進(jìn)行光線的平行位移，通常提供能夠關(guān)于第一軸傾斜的第一平行平板和能夠關(guān)于與第一軸基本上垂直的第二軸傾斜的第二平行平板。在這種情況下，對于相應(yīng)的平行平板，優(yōu)選使用根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)(并且，如果必要，也使用第一技術(shù))。
應(yīng)該注意，在上面的描述中，為了避免透射通過設(shè)置在激光光源1和偏振狀態(tài)切換裝置42之間的光路中的光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化，將光的傳播方向設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。然而，對此并沒有限制，通過對于設(shè)置在偏振狀態(tài)切換裝置42和構(gòu)成照射表面的掩模M(從而晶片W)之間的光路中的光學(xué)透明部件以相同的方式進(jìn)行設(shè)置，以避免在整個照射光路上的螢石中產(chǎn)生的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化，甚至更優(yōu)選。
另外，在上面的描述中，為了避免由螢石形成的光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化，將光的傳播方向設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。然而，對螢石并沒有限制，通過對于由具有立方晶系的晶體材料，例如氟化鈣、氟化鋇或氟化鎂形成的光學(xué)透明部件以相同的方式進(jìn)行設(shè)置，可以避免在該晶體材料中產(chǎn)生的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化。
另外，在上面的描述中，為了避免透射通過由例如螢石的立方晶系的晶體材料形成的光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振面的變化，對該晶體材料進(jìn)行晶體取向的設(shè)置。代替這種技術(shù)，或補(bǔ)充這種技術(shù)，使用例如美國專利公開US 2002/0163741A(或WO 02/16993)中公開的技術(shù)，可以運(yùn)動保持由立方晶系的晶體材料形成的光學(xué)透明部件。以這種方式，甚至在該光學(xué)透明部件由于當(dāng)具有高能量密度的光通過由具有立方晶系的晶體材料，例如螢石形成的光學(xué)透明部件時產(chǎn)生的熱量而膨脹(收縮)的情況下，仍可以抑制該光學(xué)透明部件中的應(yīng)力雙折射的產(chǎn)生，由此也可以抑制透射通過該光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振面的變化。
在圖9所示的光束匹配單元BMU中，設(shè)置多個(在圖9所示的例子的情況下為6個)直角棱鏡33到38。通常，無論激光光束是KrF激基激光光源還是ArF激基激光光源，當(dāng)將線性偏振光引導(dǎo)到構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡上時，如果入射線性偏振光的偏振面與P偏振面或S偏振面不一致，則在直角棱鏡中的總反射將線性偏振光變成橢圓偏振光。在該實(shí)施例的偏振狀態(tài)切換裝置42的情況下，假設(shè)入射線性偏振光如果入射橢圓偏振光，則不能獲得所需效果。
因此，在該實(shí)施例中，如圖11所示，優(yōu)選將1/4波片11另外設(shè)置在偏振狀態(tài)切換裝置42中的1/2波片10的光源側(cè)(圖中左側(cè))，例如這樣設(shè)置1/4波片11其晶體光軸可以關(guān)于光軸AX自由旋轉(zhuǎn)并構(gòu)成第二相位部件，用于將入射橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成線性偏振光。在這種情況下，即使例如由直角棱鏡產(chǎn)生的橢圓偏振光入射到偏振狀態(tài)切換裝置42，通過根據(jù)該入射橢圓偏振光的特征設(shè)置1/4波片11的晶體光軸，可以保持偏振狀態(tài)切換裝置42對入射到1/2波片10的線性偏振光的適當(dāng)作用。應(yīng)該注意，盡管在圖11中，將1/4波片11設(shè)置在1/2波片10的光源側(cè)，但也可以將1/4波片11設(shè)置在1/2波片10的掩模側(cè)(圖中右側(cè))。
在上面的描述中，將下面兩種裝置用于與圖1到圖4有關(guān)的實(shí)施例中，即用于避免透射通過由螢石形成的光學(xué)透明部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的變化的裝置、和用于甚至當(dāng)例如由直角棱鏡產(chǎn)生的橢圓偏振光入射時保持偏振狀態(tài)切換裝置的適當(dāng)作用的裝置。然而，對此并沒有限制，可以以同樣的方式將這些裝置應(yīng)用到與圖5到圖8有關(guān)的修改實(shí)例中。
采用根據(jù)上述實(shí)施例的曝光裝置，通過利用照射光學(xué)裝置照射(照射步驟)掩模(分劃板)，并利用投影光學(xué)系統(tǒng)曝光圖形(曝光步驟)來將在掩模上形成的圖形轉(zhuǎn)印到光敏基片上，可以制造微型器件(半導(dǎo)體元件、攝像元件、液晶顯示元件或薄膜磁頭等)。下面，將參考圖12的流程圖描述用于獲得構(gòu)成微型器件實(shí)例的半導(dǎo)體器件的技術(shù)實(shí)例，其中通過利用根據(jù)上述實(shí)施例的曝光裝置在例如構(gòu)成光敏基片實(shí)例的晶片上形成指定的電路圖形。
首先，在圖12的步驟301中，將金屬膜蒸鍍到一批晶片上。接著，在步驟302中，將光致抗蝕劑施加到該一批晶片的金屬膜上。然后，在步驟303中，利用投影光學(xué)系統(tǒng)，通過對該批晶片上的照射區(qū)曝光，將在掩模上的圖形的圖像連續(xù)地轉(zhuǎn)印。然后，在步驟304中，對該批晶片上的光致抗蝕劑進(jìn)行顯影；然后，在步驟305中，利用該批晶片上的抗蝕劑圖形作為掩模進(jìn)行蝕刻由此在晶片的照射區(qū)中形成對應(yīng)于掩模上的圖形的電路圖形。此后，通過例如在其另一層上形成電路圖形，制造例如半導(dǎo)體元件的器件。通過上述半導(dǎo)體器件制造方法，可以高產(chǎn)率地獲得具有非常精細(xì)的電路圖形的半導(dǎo)體器件。
另外，在根據(jù)上述實(shí)施例的曝光裝置中，可以通過在平板(玻璃基片)上形成指定圖形(電路圖形和電極圖形等)來獲得構(gòu)成微型器件實(shí)例的液晶顯示元件。下面參考圖13的流程圖描述使用該技術(shù)的例子。在圖13中，在圖形形成步驟401中，執(zhí)行所謂的光刻步驟，其中使用根據(jù)上述實(shí)施例的曝光裝置對掩模圖形曝光，并將其轉(zhuǎn)印到光敏基片(例如涂有抗蝕劑的玻璃基片)上。通過該光刻步驟，在光敏基片上形成包括例如多個電極的指定圖形。然后，通過進(jìn)行各種步驟，例如顯影步驟、蝕刻步驟和抗蝕劑去除步驟，在曝光的基片上形成指定圖形，然后基片被轉(zhuǎn)移到隨后的濾色器形成步驟402。
接著，在濾色器形成步驟402中，形成濾色器，其中以矩陣形式設(shè)置對應(yīng)于R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))的多組三點(diǎn)、或者在多個水平掃描行方向設(shè)置多組具有三個帶R、G和B的濾色器。在該濾色器形成步驟402之后，進(jìn)行單元組裝步驟403。在單元組裝步驟403中，使用例如具有通過圖形形成步驟401獲得的指定圖形和通過濾色器形成步驟402獲得的濾色器的基片，組裝液晶板(液晶單元)。
在單元組裝步驟403中，例如通過在具有通過圖形形成步驟401獲得的指定圖形和通過濾色器形成步驟402獲得的濾色器的基片和濾色器之間注入液晶來制造液晶板(液晶單元)。然后，在模塊組裝步驟404中，附接例如用于進(jìn)行已組裝的液晶板(液晶單元)的顯示作用的電路的各個元件以及背部燈，以完成液晶顯示元件的形成。使用如上所述的制造液晶顯示元件的方法，可以高產(chǎn)率地獲得具有極精細(xì)電路圖形的液晶顯示元件。
應(yīng)該注意，在上述實(shí)施例中，通過會聚光學(xué)系統(tǒng)9會聚來自二次光源的光，并用于以疊加的方式照射掩模。然而，對此并沒有限制，可以設(shè)置視場光闌(掩模擋板)的照射區(qū)和中繼光學(xué)系統(tǒng)，其中在會聚光學(xué)系統(tǒng)9和掩模M之間的光路中的掩模M上形成該掩模擋板的圖像。在這種情況下，會聚光學(xué)系統(tǒng)9會聚來自二次光源的光，并以疊加的方式照射掩模擋板，并且中繼光學(xué)系統(tǒng)在掩模M上形成掩模擋板的開口(光學(xué)透明部分)的圖像。
另外，在上述實(shí)施例中，可以應(yīng)用將折射率大于1.1的介質(zhì)(通常為液體)填充在投影光學(xué)系統(tǒng)和光敏基片之間的光路中的技術(shù)，即所謂的液體浸沒方法。在這種情況下，作為用于將液體填充在投影光學(xué)系統(tǒng)和光敏基片之間的光路中的技術(shù)，可以使用下面的技術(shù)例如，如國際早期公開的專利申請No.WO 99/49504中所公開的用液體局部填充的技術(shù)、如在早期公開的日本專利申請No.H6-124873中公開的在液體槽中移動保持有將被曝光的基片的平臺的技術(shù)、或者如在早期公開的日本專利申請No.H10-303114中公開的在平臺上形成具有指定深度的液體槽，并在其中保持基片的技術(shù)。
應(yīng)該注意，優(yōu)選使用這樣的液體它對曝光的光是透明的，但具有盡可能高的折射率，并且相對于投影光學(xué)系統(tǒng)和施加到基片表面的光致抗蝕劑是穩(wěn)定的例如，在將KrF激基激光或ArF激基激光用作曝光光的情況下，可以使用純水或去離子水作為液體。另外，在將F2激光用作曝光光的情況下，例如可以將能夠透射F2激光的氟基油或全氟聚醚(PFPE)用作液體。
另外，盡管在上述實(shí)施例中，將KrF激基激光(波長248nm)或ArF激基激光(波長193nm)用作曝光的光，但對此并沒有限制，本發(fā)明可以使用其它合適的激光光源，例如提供157nm波長的激光的F2激光光源，或不是激光光源的光源，例如提供諸如i射線或g射線或h射線的紫外光的燈光源。另外，盡管在上述實(shí)施例中舉出包括照射光學(xué)裝置的投影光學(xué)裝置的實(shí)例來描述本發(fā)明，但是很明顯，本發(fā)明可以應(yīng)用于照射不是掩模的將被照射的表面的通常的照射光學(xué)裝置。
標(biāo)號說明1 激光光源4 光學(xué)衍射元件(光學(xué)積分器)5 連續(xù)變倍透鏡6、60到63 光學(xué)衍射元件7 變焦透鏡8 微透鏡陣列(蠅眼透鏡)9 聚光器光學(xué)系統(tǒng)10 相位部件(1/2波片)20、21 消偏振鏡20a 石英晶體棱鏡20b 氧化硅玻璃棱鏡21a 偏振光束分光器M 掩模PL 光學(xué)投影系統(tǒng)W 晶片
權(quán)利要求
1.一種包括由晶體材料形成的光學(xué)透明部件的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在受到光學(xué)照射時與所述光學(xué)透明部件的雙折射變化有關(guān)的快軸的方向被設(shè)置成與入射到所述光學(xué)透明部件上的線性偏振光的電場的振動方向基本上一致或基本上正交。
2.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)照射裝置，其特征在于，利用通過所述光學(xué)系統(tǒng)的光照射要照射的表面。
3.一種包括由立方系的晶體材料形成的光學(xué)透明部件的光學(xué)照射裝置，其中利用通過所述光學(xué)透明部件的光照射要照射的表面，其特征在于，光在所述光學(xué)透明部件中的傳播方向被設(shè)置成與晶體取向<110>相比更靠近晶體取向<111>或晶體取向<100>。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括被固定設(shè)置在光路中的位置上的光學(xué)部件，并且所述光學(xué)部件的光軸被設(shè)置成基本上和晶體取向<111>或晶體取向<100>一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括棱鏡，并且所述棱鏡的入射面和出射面被設(shè)置成基本上與晶面{100}一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括棱鏡，并且所述棱鏡的入射面和出射面被設(shè)置成基本上與晶面{111}一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括棱鏡，所述棱鏡的入射面和出射面中的一個面被設(shè)置成基本上與晶面{111}一致，并且其所述另一個面被設(shè)置成基本上與晶面{100}或晶面{211}一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡，所述直角棱鏡的反射面被設(shè)置成基本上與晶面{100}一致，并且由所述直角棱鏡的入射面的光軸和所述直角棱鏡的出射面的光軸限定的面被設(shè)置成基本上與晶面{110}一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括構(gòu)成內(nèi)面反射鏡的直角棱鏡，所述直角棱鏡的反射面、以及由所述直角棱鏡的入射面的光軸和所述直角棱鏡的出射面的光軸限定的面被設(shè)置成基本上與晶面{110}一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括用于平行移動沿所述光軸入射的光線的平行平板，其被以能夠相對于所述光軸傾斜的方式設(shè)置在所述光路中，并且，所述平行平板的光軸被設(shè)置成基本上與晶體取向<100>一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述平行平板能夠在從晶體取向<100>向晶體取向<111>的方向傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括用于平行移動沿所述光軸入射的光線的平行平板，其被以能夠相對于所述光軸傾斜的方式設(shè)置在所述光路中，并且，所述平行平板的光軸被設(shè)置成基本上都與晶體取向<111>一致。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述平行平板能夠在從晶體取向<111>向晶體取向<100>的方向傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)的光學(xué)照射裝置，其特征在于，所述光學(xué)透明部件包括能夠關(guān)于第一軸傾斜的第一平行平板和能夠關(guān)于基本上與所述第一軸垂直的第二軸傾斜的第二平行平板。
15.根據(jù)權(quán)利要求3到14中任一項(xiàng)的光學(xué)照射裝置，其特征在于，在受到光學(xué)照射時與所述光學(xué)透明部件的雙折射變化有關(guān)的快軸方向被設(shè)置成與入射到所述光學(xué)透明部件上的線性偏振光的電場的振動方向基本上一致或基本上垂直。
16.一種包括根據(jù)權(quán)利要求2到15中任一項(xiàng)的光學(xué)照射裝置的曝光裝置，其特征在于，被設(shè)置在所述將要照射的表面處的掩模的圖形被曝光到光敏基片上。
17.一種曝光方法，其特征在于，通過根據(jù)權(quán)利要求2到15中任一項(xiàng)的光學(xué)照射裝置照射掩模，并且將在所述被照射的掩模上形成的圖形曝光到光敏基片上。
全文摘要
一種可以防止通過由例如螢石的立方系晶體材料形成的透光部件的線性偏振光的偏振狀態(tài)的改變的照射光學(xué)系統(tǒng)。一種照射光學(xué)系統(tǒng)，包括，光源單元(1)，用于用來自光源單元的光提供線性偏振光來照射將要照射的表面(M、W)。該系統(tǒng)包括被設(shè)置在光源單元和將要照射的表面之間的光路上的偏振狀態(tài)切換裝置(10，20)，用于在線性偏振狀態(tài)和非線性偏振狀態(tài)之間切換用于照射將要照射的表面的光的偏振狀態(tài)。偏振狀態(tài)切換裝置具有相位部件(10)，用于按需要改變?nèi)肷渚€性偏振光的偏振面，以及消偏振鏡(20)，用于按需要對入射線性偏振光消偏振。將與由螢石形成的透光部件的雙折射變化有關(guān)的相位超前軸方向設(shè)置成與入射到透光部件上的線性偏振光的場振動方向基本一致或正交。
文檔編號G02B27/28GK1856861SQ20048002731
公開日2006年11月1日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者村松研一, 小峯典男, 谷津修, 田中裕久 申請人:株式會社尼康