TWI360837B - Polarization changing device, optical illumination - Google Patents
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Description
1360837 九、發明說明: 本申請是原申請案號94100817,申請日2005年〇1月 12曰,發明名稱為“偏光變換元件、光學照明裝置、曝光 裝置以及曝光方法”的分案申請。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於偏光變換元件、光學照明裝置、曝光 裝置、以及曝光方法,且特別是有關於一種曝光裝置,用 於製成半導體元件、影像攝取元件、液晶顯示元件、薄膜 磁性頭等微元件的微影製程中。 【先前技術】 、關於一些典型的曝光裝置,從光源射出的光束穿過做 為光學積分器(optical integrator)的複眼(fly eye)透鏡,以形
成由多個光源所構成的實質面光源的二次光源。由二次光 =(—般是光學照明裝置的照明瞳或是被形成於其附近的 照明瞳分佈)射出的絲,穿過被配置於複眼透鏡的後侧焦 點面附近的光圈而被限制後,入射於集光透鏡。 ’、、、 利用集光透鏡而被集光的光束,與被形成有所定圖案 /罩幕重疊地照明。穿過罩幕的圖案的光,穿過投影光^ 於㈣上。接著,在晶圓上,罩軸投影ί Ρ)。又,被形成於罩幕的圖案,在被高積集化時, ^微細圖案要正確地被轉印到晶圓上,在晶圓上要 =照度分佈是不可缺少的。 示為幻ΐ在發明人的日本專利第3246615號公開資料,揭 y、…了汽現將任意方向的微細圖案以忠實地轉印的照明^ 15926'Dl-pif 6 1360837 件,在複眼透鏡的後側焦點面形成輪帶狀的二次光 設定使穿過此輪帶狀二次光源的光束,在周方向的偏、亦且 向為直,偏光狀態(以下簡稱為「周方向偏光狀態」)。方 但疋,上述公開資料的技術,利用穿過複眼透鏡 成的圓形光東,限制穿過具有輪帶狀開口的光圈 , 光源。此結果,對於傳統技術,會使先圈產^ 進而使曝光裝置的產能低下,因此不適合。 、有馨於前述㈣題,本發明提出-種偏光變換元件, 方向的偏光方向的直線偏光狀態的八射 光,且可以防止光量損失。 %狀心的 換元r 縣學照明裝置’使用偏光變 能的入射光^換i勺ί早一方向的偏光方向的直線偏光狀 ;狀態:二的偏光方向的周方向偏 態的輪帶狀照明瞳分佈防止先㈤貝失’形成周方向偏光狀 又’本發明提供曝光裝置與曝光方法,使 狀防=損失,形成周方向偏光狀態的輪帶 :且;=㈣的_條件,將微細圖案忠實 為了解決前述問顳,士 〃卜 光變換元件L射㈣—實施例提供一種偏 能,利用右丄 偏光狀態成為所定的偏光狀 心利用有旋先性的光學_, 15926-Dl-pif 7 化分佈。 一方,第啟佳貫施例,該厚度分佈,被設定使將有約單 方向i的偏光方向的直線偏光狀態的光,變換成有約為周 判古,光方向的周方向偏光狀態的光。又,周方向被分 夕個區域’且這些區域中的任意2相鄰區域的厚度 :’、不同。於此情形,這些區域中的任意2相對區域, 早父乜有大約相等的旋光角度。 相Μ ^於此^形,前述任意2相對區域,較佳相互約有 :、厚度。又,該些多個區域之每一個,較佳都有約扇形 又周方向較佳有連續的厚度變化。又,於第一實施 例,較佳更有不具實質旋光性的中央區域。 、 θ根據本發明第二實施例,提供一光學照明裝置,包括 提供知'明光的光源,以及該光源與被照射面之間的光路被 配置第一實施例的偏光變換元件。 此根據第二較佳實施例,前述偏光變換元件,被配置於 別述光學照明裝置的瞳或其附近。又,較佳更包括一相位 部件,被配置於該光源與該偏光變換元件之間的光路中, 使對應入射約直線偏光狀態的光的偏光方向而變化。於此 情形,前述相位部件,較佳有1/2波長板,可以在做為前 述光學照明裝置的光軸中心的結晶光學軸上,自由旋轉^ 又’根據第二較佳實施例,較佳更包括第2相位部件, 被配置於該光源與該相位部件之間的光路中,使入射的搞 圓偏光狀態的光,變換成約直線偏光狀態的光。於此情形: 前述第2相位部件,較佳有1/4波長板,可以在做為前述 15926-Dl-pif 1360837 光學,¾明褒置的光轴中心的結晶光學軸上,自由旋轉。又’ 於弟一較佳實施例,前述中央區域的徑向方向的大小,較 佳為如述偏光變換元件的有效區域的徑方向大小的大於或 等於1/3。 於本發明第三實施例,提供光學照明裝置,對於根據 由光源供給的照明光,照明於被照射面的光學照明裝置。 前述光學照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共輕 的面内被形成的光強度分佈,關於在其所定的有效光源區 域的第1方向偏光的平均特定偏光率以RSPh(Ave)表示’ 關於第2方向偏光的平均特定偏光率以RSPv(Ave)表示’ 滿足 RSPh(Ave) > 70%,RSPv(Ave) > 70〇/〇。 又, RSPh(Ave) = lx (Ave)/(Ix+Iy) Ave ; RSPv(Ave) = Iy (Ave)/(Ix+Iy) Ave。 於此,lx (Ave)為通過所定的有效光源區域到達像面 的一點的光束,在第1方向偏光成分的強度平均。Iy (Ave) 為通過所定的有效光源區域到達像面的一點的光束,在第 2方向偏光成分的強度平均。(Ix+Iy) Ave為通過所定的有 效光源區域的全部光束強度的強度平均。又,前述光學照 明裝置的照明瞳面,定義成對應前述被照射面之光學傅立 葉轉換關係的面,在前述光學照明裝置與投影光學系統組 合的情形,可以定義出與投影光學系統的光圈光學共軛的 光學照明裝置内的面。又,與前述光學照明裝置的照明瞳 15926-Dl-pif 9 1360837 面共輛的面,不限定於前述光學照明裝置内的面,例如前 述光學照明裝置與投影光學系統組合時,也可以投影光學 系統内的面。更也可以是用以檢出光學照明裝置(或投影曝 光裝置)的偏光狀態的偏光測定器内的面。 本發明第四貫施例’提供曝光裝置,包括第二實施例 或第弟二貫施例的光學照明裝置’穿過該光學日明裝置將 罩幕上的圖案曝光於感光性基板上。本發明第五實施例, &供曝光方法,使用第二實施例或第三實施例的光學照明 裝置,將罩幕上的圖案曝光於感光性基板上。 f發,偏錢換元4,例如·有如水晶旋光性的 i: 成,在周方向有變化厚度分佈。於此,厚度 二Ϊ設定使約為單—方向的偏光方向的直線偏 光狀態的光。㈣t光方向的周方向偏 將有約為單-方向的偏光方;的二量損广’ 變換成有約_方向的 2偏歧相入射光, 偏光變換裝置。特 偏光狀態的光的 形成偏光變換裝置,淮而右j用有旋光性的光學材料以 優點。 敍料餘在相對域容易製造的 裝置,可以將明裝置’因為使用偏光變換 入射光,變換成ί::=偏光方向的直線偏光狀態的 態的光,可以良好防止光量損=偏光方向的周方向偏光狀 的輪帶狀朗衫佈。又,核 15926-Dl-pif 使用光學照明I置,可以良好防止光量損失,而形成周方 向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈,於適當的照明條件’可 以忠實且高產能地轉印微細圖案,進而元件製造也有良好 的產能。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂’下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖1緣示根據本發明實施例的曝光裝置示意圖。於圖
’分別設定沿著感光性基板即晶圓W的法線方向為Z 。由’晶圓W的面内與圖1的紙面平行的方向為γ軸,晶 的面内與圖1的紙面垂直的方向為X轴。請參照圖b ,只施例的曝光裝置’包含用以供給曝光的光(照明光)的 光源1。 做為光源1,例如可以使用供給248 nm波長光的Kr] 射刀子田射光源或是供給193 nm波長光的ArF準分子看 方^源。從光源1沿著Z方向射出的約平行光束,沿著} 與;有細長延伸的矩形狀斷面,且入射於由一對透鏡2: 孔b所構成的光束擴展器。各別的透鏡。病 折力在® 1的紙面内(YZ平面内)分別具有負屈折力與正层 内姑二因此,入射於光束擴展器2的光束,在圖1的紙® 大,並被整形為有所定的矩形斷面的光束。 穿過做為整形光學系統的光束擴展器2之大約平行白《 ’其由反射鏡3折曲偏向到Υ方向後,穿過1/4波長 11 1360837 板4a 1/2波長板4b、消偏振鏡(dep〇iarizer)4c、以及輪帶 照明用的繞射光學元件5,而人射於減點(也邮透鏡6。 於此,1/4波長板4a、1/2波長板仆以及消偏振鏡4c,如 後述,構成偏光狀態變換部4。無焦點光學系統設定為: 使無焦點賴6 ’其前難點位置與繞縣學元件$的位 置大約-致,且後側焦點位置與如财虛_示的所定面 7的位置大約一致。 %射光學7〇件,基板形成有高度差其間隔為曝 光的光(照明光)波長程度,使人射光束在所要的肢有繞 射作用。具體地’輪帶卿㈣繞射光學元件5,在具有 斷面為矩形狀的平行光束入射時,具有在遠場順或 是Fraunhofer繞射區域)形成輪帶狀光強度分佈的功能。 因此,入射於做為光束變換元件的繞射光學元件$的 約平行光束,在無f、點透鏡6的瞳面形成輪帶狀的光強度 分佈後,^平行光束從無焦點透鏡6被射出。又,無焦點 透鏡6的前透鏡群6a與後透鏡群奶之間的光路中的^面 或其附近’被配置圓錐柱狀鏡(axic〇n)系統8,轉細社構 與作用描述於後。以下’為簡單說明,忽略圓錐柱狀^ 統8,說明基本的結構與作用。 穿過無焦點透鏡6的光束,穿過可變σ值用的伸縮透 鐃9 (zoom lens)與偏光變換元件1〇,而入射於做為光學 積分器(optical imegrator)的微複眼透鏡(或是複眼透 巍)1卜偏光變換元件1G的結構與作職明於後。微複眼 遂鏡11 *由縱橫且密集配_多個具有正屈折力的微小 12 1360837 透鏡所構成的光學元件。一般而言,微複眼透鏡,例如是 利用平行平面板施加蝕刻處理以形成微小透鏡群所製成。
接者構成被複眼透鏡的各微小透鏡,比構成複眼透 鏡的各透鏡單元(lens element)微小。又,微複眼透鏡, ,由相互被隔絕的透鏡單元所構成的複眼透鏡不同,多個 微小透鏡(微小屈折面),不相互被隔絕而一體成形。然而, 在具,正屈折力的透鏡單元被縱橫配置的觀點上,微複眼 透鏡是與複眼透鏡相同之波面分割型的光學積分器。 所定面7的位置被配置於伸縮透鏡9的前側焦點位置 的附近,而微複眼透鏡n的入射面被配置於伸縮透鏡9 的後側焦齡置的附近。換言之,伸縮透鏡9配置成所定 面7與微複眼透鏡U的人射面實f上為傅立葉轉換關係, 進而配置成無焦點透鏡6的瞳面與微複眼透鏡〗〗 大致光學縣。 ^ 接考,微複眼透鏡 ^ ^ 叫丄齊煞荐、點透鏡丨
的瞳面相同’例如被形成以光軸Αχ^為中心的輪妒 射範圍。此輪帶狀照射範_全體雜是與伸 焦點距離依麵相似地變化。構賴複眼透鏡、 透鏡具有矩形狀_面,其與在罩幕Μ要形成 = 的形狀(進而在晶圓W上要形成曝光區域的形狀似。 入射微複眼透鏡11的光束是多個微 ^ 二雉分割,其後側焦點面或是其附近(進而照日戈^ : 大約相同光強度“的 一-人光源V疋以先軸ΑΧ做為中心的輪帶狀的 15926-Dl-pif 1360837 源所構成的二次光源被形成。從微複眼透鏡η的後側焦點 面或是其附近被形成的二次光源的光束,穿過分光器12a (beam splitter)及集光系統13後,與罩幕遮板(maskblind) 重疊地照明。 接著,作為照明視野光圈的罩幕遮板14 ,形成了矩形 狀的照射範圍,其對應構成微複眼透鏡11之各個微小透鏡 的形狀與焦點距離。再者,内部設置有分光器12a的偏光
監視器12,其内部結構與作用如後所述。穿過罩幕遮板14 的矩形狀開口部(透光部)的光束,在受到成像光學系統 15的集光作用後,重疊地照射在形成有所定圖案的罩幕M 上。 /、
即是,成像光學系統15,使罩幕遮板14的矩形狀開 口部的像被形成於罩幕Μ上。穿過罩幕^^賴案的光束, 又牙過投影鮮线PL,料幕圖案的像形成於感光性基 板即晶圓w上。接著’在與投影光學系統pL的光轴Αχ 垂直的平面(ΧΥ面)内,利用二維地驅動控制晶圓w進行 光,罩幕Μ的圖案依序被曝光於晶圓㈣ 以自二=光if切換部4中,1/4波長板4a 4皮構成可 故為中心的結晶光學轴,將入射 的輕換成直線偏絲束。又 被構成可以自由旋轉㈣料A 2波長板4b 軸’使人㈣錢偏光的偏光學 利用有互補形狀的楔形狀水 又相振鏡4c 曰日才文鏡與楔形狀石英稜鏡而被 15926-Dl-pif 1360837 構成。水晶稜鏡與石英稜鏡做為—體_鏡組合體,被構 成對照明光路可以自由插脫。 、使用KrF準分子雷射光源或是^準分子雷射光源做 為光源1的情形下,從這些光源被射出的光,-般有95% 以上的偏光度’且約直線偏光的光入射於1M波長板如。 但是,光源1與偏光狀態切換部4之間的光路中,有做為 背面反射鏡的直角稜鏡的情形時,入射的直線偏光的偏光 面不與P偏光面或s偏光面-致,利用直角稜鏡的全反射 使直線偏光變為橢圓偏光。 偏光狀態切換部4,雖然例如是由於直角稜鏡的全反 射造成的橢圓偏光光束入射,利用1/4波長板知的作用被 被變換成餘偏光光束,人射於1/2波長板4b。1/2波長 板4b的結晶光科,職騎的成直職光的偏光面設定 成〇度或90度時’入射於1/2波長板4b的直線偏光的光 束,其偏光面不會變化而通過。 又,1/2波長板4b的結晶光學軸,對應入射的直線偏 • 光的偏光面’以45度設定的情形,入射於1/2波長板4b 的直線偏光光束的偏光面’僅以9〇度變化被變換成直線偏 光的光。再者,消偏振鏡4c的水晶稜鏡的結晶光學軸,對 應入射的直線偏光的偏光面被設定成45度的情形,入射水 b曰棱鏡的直線偏光的光被變換成非偏光狀態的光(非偏 化)。 於偏光狀態切換部4,當消偏振鏡乜在照明光路中定 位’使水晶稜鏡的結晶光學轴相對入射的直線偏光的偏光 15926-Dl*pif 1360837 面為45度。另外,水晶稜鏡的結晶光學軸相對入射的直線 偏光的偏光面,設定為〇度或90度的角度時,入射水晶稜 鏡的直線偏光的偏光面不會變化而通過。又,1/2波長板 4b的結晶光學軸相對入射的直線偏光的偏光面,設定為 =.5度的角度時’入射1/2波長板4b的直線偏光的光,被 變換成含有偏光面不會變化而通過直線偏光成分和偏光面 僅90度變化的直線偏光成分的非偏光狀態的光。 、對於偏光狀悲切換部4,如上述,直線偏光的光入射 ;波長板4b,是為了以下的簡單說明,在圖1的z方 向具有偏光方向(電場方向)的直線偏光(以下稱2方向偏光) j光其入射於1/2波長板扑。消偏振鏡4c在照明光路中 =位吩’入射於1/2波長板扑的結晶光學軸相對Z方向偏 光的偏光面(偏光方向)設定為〇度或90度,且入射於1/2 ,長板4b的z方向偏光,其偏光面不會變化的z方向偏 ,通過,而入射於消偏振鏡4c的水晶.稜鏡。水晶稜鏡的結 晶光學軸,相對入射的z方向偏光的偏光面,因為設定為 45度的角度,入射水晶稜鏡Z方向偏光的光被變換成非偏 光狀態的光。 牙過水晶稜鏡被非偏光化的光,穿過為了補償光行進 方向而作為補償器(compensator)的石英稜鏡,以非低亦 狀態入射於繞射光學元件5。一方面,入射於1/2波長板 4士b的結晶光學軸相對z方向偏光的就面設定為^度 5 ^射於1/2波長板扑的Z方向偏光的光,其偏光面ί 又交化,如在圖1的X方向具有偏光方向(電場方向)的 15926-DKpif 16 f線偏光(以下稱x方向料)的光,人射於消偏振鏡4c的 =晶稜鏡。㈣人射於水晶稜鏡的結晶光學_ χ方向偏 值!!偏光面’因為設定為45度,入射水晶稜鏡的X方向 ^光的光,被賴成非偏光狀態,且穿過石英稜鏡,並以 非偏光狀態入射於繞射光學元件5。 反之,在消偏振鏡4c從照明光路退開時,入射於1/2 4b輯晶光學軸相騎z方向偏光的偏光面設定 k f或%度時,入射於1 /2波長板4 b的Z方向偏光的 =變化㈣過’以Z方向偏光狀g人射於繞射光學元 另一方面,入射於1/2波長板4b的結晶光學軸相對 牝方向偏光的偏光面設定為45度時,入射於1/2波長板 a / Z方向偏光的光,偏光面會僅變化9〇 向偏光的光,而以X方向偏光狀態入射於繞射光二方 4(^入上f ’對於偏光狀態切換部4,利用決定消偏振鏡 射光與=光路的定位,可以使非偏光狀態的光入射於繞 用、:兀件5。又,使消偏振鏡牝從照明光路退開,且利 面 ==光學軸相對於入射的Z方向 光入射度’可以使Z方向偏光狀態的 退開,且^學凡件5。再者,消偏振鏡^從照明光路 射的z古 定使1/2波長板4b的結晶光學軸相對於入 方向偏光的偏光面為45度,可以传X古a佑,。 態的光入射於繞射光學元件5,了以使X方向偏光狀 對於偏光狀態切換部4,利用由1/4波長板 / v板4b與消偏振鏡4C所組成的偏光狀態切換部 1592^Di-pif 17 1360837 則乍用,往繞射光學元件5的入射光的偏光狀態(進而照明 罩幕Μ與晶圓光的偏光狀態),可以在直線偏光狀態 與非偏光狀態之間切換,於直線偏光狀態的情形可以在 相^垂直的偏光狀態之間(Z方向偏光狀態與X方向 狀態之間)切換。 再者’對於偏光狀態切換部4,使1/2皮長板4b與消 -起從朗姐退開,且湘ι/4波長板如的 I:光;=相f於入射的橢圓偏光設定所要的角度,圓偏 光先了以入射於繞射光學元件5。又-般上,利用1/2 波長板4b的作用,往域風 散上則1/2 態,可以狀从衫件5的讀光的偏光狀 紅,^光方向的直線偏光狀態。 側為平面且對向罩幕:為凹8:=的二 平面且對向光二 面的弟2稷鏡部扑所構成。 折面與第2稜鏡部8b的二的凹圓錐狀屈 的形狀。又,第1稜鏡部::=,是可接合而互補 被構成可沿著光轴Αχ移動。第部8b之至少其一 :面與第2稜鏡部8b的凸_狀‘::::口 稜鏡=錐狀屈折面與第2 鏡系統8做為平行平面板 互接合的狀態’圓錐柱狀 輪帶狀二次光源。誠,使、1不會影響到被形成的 矛文鏡部8a的凹圓錐狀屈折 15926-D1-pif 面與第2稜鏡部讣的凸 系統8做為所謂光束搪二錐狀屈折面間離時,圓錐 柱狀鏡 鏡系統8的間隔變'、二機能。因此,隨著圓錐柱狀 圖2,會示相舞輪二::定面7的入射光角度。 作用說明。參照圖2,在抑^。人光源,圓錐柱狀鏡系統的 零且伸縮透鏡9的焦點距離^錐杈狀鏡系統8的間隔為 恝)’被形成最小輪帶狀__欠^、】、值的狀態(以下稱標準狀 系統8的間隔從零 到所定— 值^心,利較騎柱狀鏡 差的I/2··圖中以箭號表示)不_ ’其寬度(外控與内徑的 大,而變化成輪帶狀二次光源9芰化,外徑與内徑一起擴 狀鏡系統8的作用,輪$狀二。換言之,利用圓錐柱 輪帶比(内徑/外徑)與大小外人光源的寬度不會變化,其 圖3缚示相對輪帶狀_ 4、>起、交化。 明。參照圖3,在標準狀能^光源,伸縮透鏡的作用說 利用伸縮透鏡9的焦點^離^成㈣帶狀二次光源3〇a, 體形狀相㈣擴大而變化所定值擴大,其全 之,利用伸縮透鏡9的作用,二^狀二次光源3〇c。換言 會變化m與大,h_)—光賴輪帶比不 圖4繪示圖1的偏光臣t 又匕。 參照圖4,偏紐視H 結構示意斜視圖。 與;被配置於微複眼透鏡11 10 尤硌的弟1分光器12a。第1分异哭 12a例如是顧石英破璃 刀九為 素玻璃)的型態,且其且有將^ f塗佈的和丁面板(即是 、有將與入射光的偏光狀態相異的低 光狀態的反射光從光路取出的機能。 15926-Dl-pif 19 1360837 八利用第1分光器12a而從光路被取出的光,入射於第 2刀3光益12b。第2分光器12b與第1分光器12a相同,例 如疋利用石英破螭形成的沒有塗佈的平行面板型態,且其 具有^與入射光的偏光狀態相異的偏光狀態的反射光發生 的機能。接著’進行設定使相對第1分光器12a的P偏光 成為相對第2分光器12b的S偏光,且相對第1分光器12a 的S偏光成為相對第2分光器12b的P偏光。
又’透過第2分光器12b的光是利用第1光度檢測器 12c 被檢測,在第2分光器12b被反射的光是利用第2 光1檢測器12d而被檢測。第1光度檢測器12c與第2光 度榀測益12d的輪出,分別被輸給控制部(未示於圖)。控 制部依需要驅動構成偏光狀態切換部4的1/4波長板4a、 1/2波長板4b與消偏振鏡4c。
如上述,關於第1分光器12a與第2分光器12b,對 於P偏光的反射率與S偏光的反射率,實質上是不同。因 此,對於偏光監視器12,從第1分光器12a的反射光,含 有例如往第1分光器12a的入射光的約1〇%的§偏光成分 (對第1分光器12a的S偏光成分是對第2分光器12b的p 偏光成分)’與例如往第丨分光器12a的入射光的約1%的 p偏光成分(對第1分光器12a的P偏光成分是對第2分光 器12b的S偏光成分)。 又,從第2分光器12b的反射光,含有例如往第i分 光器12a的人射光的約觀…柯⑼❹偏光成分(對第 1分光器12a的P偏光成分是對第2分光器126的8偏光 15926-Dl-pif 20 1360837 成分)’與例如往第丨分光器12a的入射光的約 1%xl0%=0‘1%的的S偏光成分(對第1分光器12a的S偏 光成分是對第2分光器12b的p偏光成分)。 如此’對於偏光監視器12,第1分光器12a回應其反 射特性而具有將與入射光偏光狀態相異的偏光狀態的反射 光從光路取出的機能。其結果,很少受到第2分光器i2t> 造成的偏光變動的影響,根據第1光度檢測器12C的輪出 (關於第2分光器12b的透過光強度資料,即是從第1分光 益12a的反射光約相同偏光狀態的光的強度資料),可以檢 知往第1分光器12a的入射光的偏光狀態(偏光度),進而 往罩幕Μ的照明光的偏光狀態。 -又,對於偏光監視器12,被設定為相對第1分光器 12a的Ρ偏光為對第2分光器12b的S偏光,且對第1分 光器12a的S偏光為對第2分光器i2b的P偏光。其結果, 根據第2光度檢測器i2d的輸出(關於第1分光器12a與第 2分光器12b被順次反射光的強度資料),實質上不受往第 1分光器12a的入射光的偏光狀態的變化的影響,可以檢 知往第1分光器12a的入射光的光量(強度),進而往罩幕 Μ的照明光的光量。 接著,使用偏光監視器12,檢知往第1分光器12a的 入射光的偏光狀態,進而可以判定是否往罩幕M的照明光 是所要的非偏光狀態、直線偏光狀態、或圓偏光狀態。控 制部根據由偏光監視器12的檢知結果,確認往罩幕M(進 而晶圓W)的照明光是否為所要的非偏光狀態、直線偏光狀 15926-Dl-pif 21 4'= f先狀態的情形,驅動調整構成偏光狀態切換部 /Μ、1/2波長板扑與消偏振鏡4e,而可以 ί的照明光的狀態為所要的非偏光狀態、直線 偏光狀怨、或圓偏光狀態。 再者,取代輪帶照明用的繞射光學元 ^繞射絲元件(未示於圖),藉由設定於照明光路/ 了以進仃4極照明。4極照明用的繞射光學元件,在入射 狀的斷面的平行光束的情形,有在其遠場形成4極 風一、、生強度分佈的機能。因此,穿過4極照明用的繞射光 Ζ件的光東,在微複眼透鏡u的人射面,形成例如以光 ^做為中心的4個圓形狀照射區域所組成的4極狀照 ^區域。其結果’微複眼透鏡11白勺後側焦點面或其附近, =被形成於入射面的照射區域相同,被形成4極狀的二次 光源。 、婊又、’取代輪帶照明用的繞射光學元件5的圓形照明用 射光學元件(未示於圖),藉由設定於照明光路中,可 以進行一般的圓形照明。圓形照明用的繞射光學元件,在 射有矩形狀的斷面的平行光束的情形,有在其遠場形成 °的光強度分佈的機能。因此,穿過*形照明用的繞 /光學元件的光束’在微複眼透鏡11的人射面,形成例= =Ax做為中心、的圓形狀照射區域所組成的4極狀照 =區域。其結果,微複眼透鏡11的後側焦點面或其附近, 二破形成於入射面的照射區域相同,被形成圓形狀的二次 光源。 15926、Dl_pif 22 照明用ί繞的繞射光學元件5的其他多極 中,可二ί:,(不於圖),藉由設定於照明光路 地,取代=夕極照明(2極照明、8極照明等)。同樣 射光學元件學7^ 5的有適當特性的繞 的變換照明。曰&明光路中,可以進行各種形態 圖5 會示圖1的偏光變換元件 ==說明圖, 圖。根攄ϋ-周方向偏光狀態的輪帶狀二次光源示意 眼透鏡的偏光變換元件ig,被配置在微複 兄u的正刖面,即是昭明古風姑 近。因此,予裝置(1〜PL)的瞳或其附 斷面約_二===^件10入射有 芬照圖5,偏光變換元件1〇 其輪帶狀的有效區域=: 對基本元件相互有相同特性。 =對的 向(γ方向)_(光軸方向二=二: 種基本元件10Α〜10D各含2個。 具體而言,設定成第丨基本元件的厚度 4基本元件1〇D的厚度最小,第2基本元件的f 本元件的厚度大。其結果,偏光變換元子件^ 的一方的面(例如入射面)為平面狀’而另—面(例如出射 15926-Dl-pif 23 1360837 面)’利用各基本7L件1〇A〜1〇D的厚度不同,成為凹凸狀。 又’可以偏光變換元件10❾雙面(入射面與出射面)-起形 成凹凸狀。 又,本實施例’各基本元件10A〜10D是利用有旋光 性的光學侧亦即是做為結晶材料的水晶所構成 ,各基本 元件10A〜10D的結晶光學軸與光車由Αχ約一致,即是設定 成與入射光的行進方向約—致。以下,參照圖6,對水晶 的旋光性物簡單說明。參關6,由厚度為d的水晶所 構成的平彳了©板光學部材⑽,其結晶光學軸與光轴Αχ 被配置成-致。如此情形,利用光學部材刚的旋光性, 入射的直線偏光的偏光方向對絲AX僅旋轉-角度θ的 狀態被射出。 >此時,光學部材100的旋光性造成偏光方向的旋轉角 (旋光角度)Θ,利用光學部材1〇〇的厚度續旋光能ρ,以 下式(a)表示。 e=d . p (a) -般’水晶的旋光能p為波長依存性(依存朗光的波 旋光能值:旋光分散),具體地,使料的波長短, 曰有愈大的傾向。根據在「應用光學的第167頁 =相對於具有25〇·3麵的波長的光,水晶的旋光能為 153.9 度/mm。 施例’第!基本元件,被設定成厚度m, 在z方向偏光的直線偏光的光人㈣情形,z方向 軸使+180魏轉的方向,即是在z方向有偏光方向^直線 15926-Dl-pif 24 1360837 偏光的光使射出。因此’在此情形,如圖7所示的輪帶壯 二次光源31之中,受到一對第i基本元件1〇A的^光作 用的光束,通過形成的一對圓弧狀區域31A的光束的偏 方向是在Z方向。 ~ 第2基本元件10B,被設定成厚度dB,在z方向偏 光的直線偏光的光入射時,Z方向繞著γ軸使+135度旋轉 的方向,即是在Z方向繞著Y軸使_45度旋轉的方=疋^ 偏光方向的直線偏光的光射出。因此,在此情形,如圖7 所不的輪帶狀二次光源31之中,受到_對第2基本元件 10B的旋光作用的光束,通過形成的—對圓弧狀區域3ΐβ 的光束的偏光方向,是Z方向繞著γ轴使旋轉_45度的方 向。 第3基本元件10C ’被設定成厚度此,在ζ方向偏 光的直線絲的光人射時,Ζ方向繞著γ軸使度 的方向’即是有X方向偏光方向的直線偏光的光射出。因 此,在此情形,如圖7所示的輪帶狀二次光 :卜^第3基本元件1〇c的旋光作用的光束,通過形成白^ -對圓—弧狀區域31C的光束的偏光方向是在又方向。 J 4基本元件10D,被設定成厚度犯,在ζ 光的直線偏光的光入射時,Ζ方向繞著γ轴使地度旋轉 的方向有偏光方向的錄偏光的光㈣。目此,在此情形, 如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中,受到一 基 光作用的光束’通過形成的—_弧狀^域 3山的先束的偏光方向,是z方向繞著μ使旋轉-度 15926-Dl-pif 25 1360837 的方向。 再者,對分別被形成的8個基本元件進行組合可以得 到偏光變換元件10,也可以利用將平行平面板的水晶基板 形成所要的凹凸形狀(段差)而得到偏光變換元件1〇。又, 不將偏光變換元件10從光路退開時,可以進行通常的圓形 照明,且設定圓形狀的中央區域10E,其大小為偏光變換 元件10的有效區域的徑方向大小的大於等於3/1〇,較佳 Φ 為大於等於1/3,且沒有旋光性。於此,中央區域1〇£,可 以利用沒有旋光性的光學材料例如石英而形成,也可以是 簡單的圓形狀開口。但是,中央區域1〇E不是偏光變換元 件10的必要元件。再者,中央區域10E的大小是由周方 向偏光狀態區域與非此區域的邊界所決定。 於本實施例’周方向偏光輪帶照明時(通過輪帶狀的二 次光源的光束被設定成周方向偏光狀態的變形照明),有z 方向偏光的直線偏光的光被入射於偏光變換元件〗〇。其結 果,微複眼透鏡11的後側焦點面或其附近,如圖7所示, • 輪帶狀的二次光源(輪帶狀的瞳分佈)31被形成,通過此輪 帶狀的二次光源31的光束被設定成周方向偏光狀態。對於 周方向偏光狀態’分別通過構成輪帶狀的二次光源31的圓 弧狀區域31A〜31D的光束,沿著各圓弧狀區域31A〜31D 的圓周方向,而在中心位置的直線偏光狀態的偏光方向是 大約與以光轴AX做為中心的圓的切線方向一致。 接著,於本實施例,與因光圈大而發生光量損失的傳 統技術不同,利用偏光變換元件10的旋光作用,不會有實 15926-Dl-pif 26 1360837 貝的光量損失發生,可以形成周方向偏光狀態的輪 -次光源31。換言之’對於本實施例的照明光學=狀的 好地抑制光量損失,可以形成周方向偏光 ;明分佈。再者,對於本實施例,因為使用光忿 光作用,駐變換元件的製造容#,對於㈣/ 件的厚度公差可以很緩設定,達到優良效果。土本凡 又’根據周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳 1偏,帶狀照明,做為最終的被照明面的晶圓%被^ 白曰光疋以S偏光為主要成份的偏光狀態。於此,、,、 =有相對人射面垂直方向的偏光方向的直線偏 =的方向電性向量震動的偏光)。但是,人射面,定義2 :光到達媒介質的界面(被照射面:晶圓w表面),= /、點上的界面法線與入射光的面。 其結果,對於周方向偏光輪帶狀照明,可以提升P =糸統的光學性能(焦點深度等),可以得到在晶圓 :基板)上㈣比的罩幕圖案像。即是,對於本發明實 =,因為使用可以良好地抑制光量損失,且形成周 光^的鮮狀照明佈的照明絲裝置,用適當= 明仏件可以忠實且高產能地將微細轉 ‘、、、 接著,於本實施例,利用有X方向=方向的直線偏 光的光使其人射偏錢換树1G,如圖8所示通過輪= -次先源⑽光束設定為徑方向偏錄態,且進行徑方向 偏光輪帶照明(通過輪帶狀二次光源32的光束被設定成裎 方向偏先狀悲的變形照明)。於徑方向偏光狀態,分別通過 15926-Dl-pif 27 二次光源32的圓弧狀區域32A〜32D的光束, 直:=瓜狀區域32請關周方向,而在中心位置的 式光狀悲是大約與以光軸“做為中心的圓的半徑方 偏光ίί財向偏光狀㈣輪帶㈣、魏分佈的徑方向 照明’被照射到做為最終的被照明面的晶圓㈣ ’疋以P偏光為主要成份的偏光狀態。於此,p偏光, H對上較義的人射_平行方向的偏光方㈣直線偏 仃入射面方向電性向量震動的偏光)。其、结果,徑方 =偏光輪帶狀照明,被塗佈於晶圓上的光阻的光反射率減 Μ,在晶圓(感光性基板)上,可以得到良好的罩幕圖案像。 又,於上述實施例,入射偏光變換元件10的光束, 利用在Ζ方向有偏光方向的直線偏光狀態與在乂方向有偏 光方向的直線偏光狀態之間的切換,而實現周方向偏光輪 帶照明與徑方向偏光輪帶照明。但是,不限定於此,例如 對於在Ζ方向或X方向有偏光方向的直線偏光狀態的入射 光束’利用偏光變換元件10在如圖5所示的第1狀態與繞 著光軸ΑΧ使僅90度回轉的第2狀態之間切換,可以實現 周方向偏光輪帶照明與徑方向偏光輪帶照明。 又,於上述實施例,微複眼透鏡u的正前方配置偏 光變換元件1 〇。但疋’不限定於此,一般照明裝置(1〜PL) 的瞳或其附近,例如技影光學系統PL的瞳或其附近,成 像光學系統15的瞳或其附近’圓錐柱狀鏡系統8的正前方 (無焦點透鏡6的瞳或其附近)等可以配置偏光變換元件 ^926-01^ 28 1360837 ίο。 因此,如果投影光學系統PL中與成像光學系統15中 酉一己置偏光變換元件1〇,因為偏光變換元件1〇所要的有效 ,容易大’考慮到有困難得到高品質的大水晶基板的現:大 ^又,如果圓錐柱狀鏡糸統8的正前方配置偏光變 臭,,可以使偏光變換元件10所要的有效徑::又
=疋到最終被照射面的晶圓W的距離長,防止透鏡反射的 塗佈與鏡子的反射膜等會改變偏光狀態的因 其光路中而不佳。即是,透鏡的防止反射塗佈與鏡子的反 射臈,容易由於偏光狀態(P偏光與s偏光)與入射角的反 射率而變差’進而容易變化偏光狀態。 又,於上述實施例,偏光變換元件10的至少其一面 的(例如射出面)被形成凹凸狀,進而偏光變換元件10在周 方向有離散(不連續)變化厚度分佈。但是,不限定於此, 如偏光變換元件10在周方向具有約不連續變化的厚度分
佈,偏光變換元件10的至少其一面(例如射出面)可以形成 曲面狀。 八—又,於上述實施例,利用對應輪帶狀的有效區域的8 刀。j的8個扇形狀的基本元件,構成偏光變換元件。但 是,不限定於此,可以例如利用對應圓形狀有效區域的8 :的8個扇形狀的基本元件,或是利用對應圓形狀或輪 ,狀的有效區域的4個分割的4個扇形狀的基本元件,或 疋利用對應圓形狀或輪帶狀的有效區域的16個分割的16 個扇开^狀的基本元件構成偏光變換元件1〇。即是,偏光變 15926-Dl-pif 29 1360837 f形狀,有效區域分割數(基本元件的 里)寻刁以有多種不同的變形例。 川Δ Γ爪於上述實施例,雨水晶形成各種基本元件 ,(進而偏光變換元件1())。但是,不限定於此,使 用有旋紐當光學材射形成各基本元件。與此 情形,也可以使用對應使麟長的光有100度/mm以上的 旋,能的光學材料。即是,如果❹旋光能小的光學材料,
要得到偏光方向所要的旋轉角之所需的厚度會過厚,且由 於光量損失的原因而不佳。 又,於上述實施例,偏光變換元件10對應照明光路 固定設定,也可以使偏光變換元件10對應照明光路可以插 脫設定。又,於上述實施例,雖然相對晶圓w的s偏光與 輪帶照明組合為例,也可以相對晶圓评的s偏光與2極或 4極等的多極照明與圓形照明組合。又,於上述實施例, 往罩幕Μ的照明條件與往晶圓w的成像條件(數值孔徑與 像差)’例如罩幕Μ的圖案的種類等因此可以自動設定。 圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。 又’圖9的變形有例如圖丨所示的實施例類似的結構,其 差異點在於多個偏光變換元件可以交換的轉台10T (turret)。 圖10繪示做為圖9的交換機構的轉台10T被载置多 種偏光變換元件l〇a〜l〇e示意圖。如圖9與圖1〇所示,對 於變形例,與光軸AX平行方向做為轴可以旋轉的轉台ι〇τ 上,設置多種種類的偏光變換元件10a〜10e’利用轉台ι〇τ 30 15926-Dl-pif 1360837 的旋轉作用可以交換多種種類的偏光變換元件1〇a〜10e。 又,於圖9 ’多種種類的偏光變換元件iQa〜i〇e之中,僅 偏光變換元件’ 10b示於圖。又’對於做為偏光變換元 件的交換機構’不限定於轉台10T,例如滑動件也可以。 圖11A〜11E繪示多種偏光變換元件i〇a〜i〇e分別的結 構示意圖。於圖11A,第1偏光變換元件1 〇a具有與圖$ 所示的實施例的偏光彎換元件10相同的結構。於圖11B, 第2偏光變換元件10b,雖然具有與圖UA所示偏光變換 擊元件l〇a類似的結構,但不同點是於中央區域1〇E設置有 偏光消解部材104c。此偏光消解部;j;才i〇4c具有與圖}所 示的消偏振鏡4c相同結構,且有將入射的直線偏光的光變 換成非偏光狀態的光的功能。 於SH1C,第3偏光變換元件1〇c具有與圖nA所示 偏光變換元件10a類似結構,不同點在於中央區域观的 大小較大(第1〜第4基本元件10A〜1〇D的寬度較窄)。又, 於圖11D,第4偏光變換元件1〇d具有與圖nc所示偏光 •變換元件1〇C類似結構,差異點在於中央區域歷設置偏 光消解部材l〇4c。 於圖11E,f 5偏光變換元件1〇e不是由8個基本元 件所構成,而是由6個基本元件1〇c、1〇F、l〇G組合所構 成。第5偏光變換元件1〇e,以做為全體的光轴Αχ做為 中心有輪帶狀的有效區域,且此輪帶狀的有效區域以光轴 ΑΧ做為中心’利用在圓周方向等分割成6個扇形狀基本 兀件10C、10F、10G被構成。在這些6個扇形狀基本元件 15926-Dl-pif 31 l〇C ' iQp Λ ] Γ)(~1 , + ^ I Λ 夾者光軸AX相對的一對基本元件相互 5寸性。即是’ 6個基本元件1〇c、1〇F、1〇G,沿著 向)的厚度(光轴方向的長度)相互為異 禋=基本兀件10C、10F、1〇G各含2個。 接著’基本元件10c,與圖7所示的第3基本元件i〇c 」同2能部材’而省略其機能制。基本元件服,被 X疋有f度dF’在有z方向偏光的直線偏光人射情形,z f向、:著Y軸使旋轉+15〇度的方向,即是z方向繞著Y 由使旋轉-30度的方向的偏光方向的直線偏光的光射出。 基本元件10G,被設定有厚度dG,在有z方向偏光的直 線偏光入射情形,Z方向繞著γ軸使旋轉+3〇度方向的偏 光方向的直線偏光的光射出。又,取代中央區域10Ε,也 可以設置偏光消解部材l〇4c。 又’回到圖10,於轉台10T上設置未載置偏光變換元 件的開口部40,對於進行不是周方向偏光照明的偏光照明 的情形’進行大的σ值(σ值=照明光學裝置的罩幕側數值 孔徑/投影光學系統的罩幕側數值孔徑)的非偏光照明的情 形,此開口部40位於照明光路中。 又,如上述,被載置於轉台10Τ的偏光變換元件 10a〜10e的中央部,雖然以由圓形狀的開口或沒有旋光性 的材料構成_央區域10E或是設置偏光消解部材l〇4c為 例示之,也可以配置沒有設置中央區域10E或偏光消解部 材104c的偏光變換元件(由扇形狀的基本元件所組成的偏 光變換元件)。 15926-Dl-pif 32 1360837 圖12A 12C緣示利用偏光變換元件的作用被設定成 周方向偏光狀態的二次光源的—例示意圖。又,㈣ 12A〜12C ’為容易理解的絲變換元件,重繪於圖示。 圖12A’取代繞射光學元件5,在遠場(或是Fraunhofer 繞射區域)形成8極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束 變換元件)被設置於光路中,且偏光變換元件此或1%被 設置於照明光路的情形,以8極狀的二次光源33示之。因 此’通過8極狀的二次光源33的光束被設定成周方向偏 光狀態。對於周方向偏光狀態,分別通過構成8極狀的二 次光源33的8個圓形區域33A〜33d的光束,由8個圓形 區域33A〜33D結合成圓的圓周方向,即是與這些8個圓形 區域33A〜33D結合的圓的切線方向約一致的偏光方向的 直線偏光狀態。又,於圖12A,雖然8極狀的二次光源33 以8個圓形區域33A〜33D所構成為例示之,但不限定於有 8個區域形狀為圓形。 圖12B,取代繞射光學元件5,在遠場(或是Fraunh〇fer • 繞射區域)形成4極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束 變換元件)被設置於光路中,且偏光變換元件l〇c或1(M被 設置於照明光路的情形,以4極狀的二次光源34示之。因 此’通過4極狀的二次光源34的光束被設定成周方向偏 光狀態。對於周方向偏光狀態,分別通過構成4極狀的二 次光源34的4個區域34A、34C的光束,由4個區域μα、 34C結合成圓的圓周方向,即是與這些4個區域34A、34C 、结合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。 15926-Dl-pif 33 1360837 又,於圖12B,雖然4極狀的二次光源34以4個橢圓形區 域34A、34C所構成為例示之,但不限定於4個區域形狀 為橢圓形。 圖12C,取代繞射光學元件5,在遠場(或是Fraunhofer 繞射區域)形成6極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束 變換元件)被設置於光路中,且偏光變換元件l〇e被設置於 照明光路的情形,以6極狀的二次光源35示之。因此,通 過6極狀的二次光源35的光束被設定成周方向偏光狀 。對於周方向偏光狀態,分別通過構成6極狀的二次光 源35的6個區域35C、35F、35G的光束,由6個區域35C、 35F、35G結合成圓的圓周方向,即是與這些6個區域35C、 35F、35G結合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏 光狀態。又,於圖12C,雖然ό極狀的二次光源35以ό ,約梯形狀區域35C、35F、35G所構成為例示之,但不限 疋於6個區域形狀為約梯形狀。 一 又,於上述實施例與變形例,雖然偏光變換元件繞著 光軸被固定,偏光變換元件也可以繞著光軸使旋轉。圖13 為設置成繞著光财以旋轉的偏光變換元件10f的結構概 略圖。 於圖13,偏光變換元件1〇f,由4個基本元件i〇a、 =所組合構成。偏光變換元件iQf,有做為全體的光轴 缸Δ為中U的輪^狀有效區域,且這輪帶狀有效區域以光 -杜^中心在圓周方向被等分割成4個扇形形狀的基本 1〇C。在這4個基本元件10A、1〇c中,夾著光 15926-Dl-pif 34 ^ ΑΧ才目對的—對基本科相互有相同特性。即是 ί本凡件1QA、1GC’在沿著光穿過方向(丫方_厚度(先 2 ^向的長度)相互為異的2種基本元件1 〇 A、1 〇C分^含 於此’因為基本元件10A是與圖7所示的第j基本 =10A有相同機能的部材,基本元件㈣是與圖7所示的 第3基本元件有相_能的部材,而省略其機能說 月又取代中央區域10E的,也可以設置偏光消解部材 此偏光變換元件l〇f,以光軸Αχ做為中心設定成可 以旋轉,例如以光軸ΑΧ為中心使+45度或_45度可以旋 2。圖14Α〜14C繪示利用偏光變換元件1〇f的作用,被設 定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。又,於圖 14,為容易理解,偏光變換元件1〇f重複繪示。 圖14A’取代繞射光學元件5,在遠場(或是Fraunh〇fer 繞射區域)形成2極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束 k換元件)被設置於光路中,且偏光變換元件1〇f在旋轉角 度為〇度的狀態(基準狀態),在被設置於照明光路中的情 形下以2極狀的二次光源36(36A)示之。於此,通過二次 光源36(36A)的光束被設定為縱方向偏光方向。 圖14B,取代繞射光學元件5,在遠場(或是Fraunhofer 繞射區域)形成4極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束 變換元件)被設置於光路中,且偏光變換元件l0f在旋轉角 度為〇度的狀態(基準狀態),在被設置於照明光路中的情 15926-D]_pjf 35 1360837 形下以4極狀的二次光源37示之。於此,通過二次光源 37的光束被設定為周方向偏光方向。又,於圖14b,4極 狀的光強度分佈侷限在紙面内上下(Z方向)以及左右方向 (X方向)。 於周方向偏光狀態,分別通過構成4極狀的二次光源 37的4個圓形區域37A、37C的光束,由這4個圓形區域 37A、37C結合成的圓的圓周方向,即是有與這4個圓形 φ 區域37A、37C結合成的圓的切線方向約一致的偏光方向 的直線偏光狀態。又,於圖14B,雖然是以4極狀的二次 光源37由4個圓形區域37A ' 37C所構成而示之,4個區 域的形狀不限定為圓形。 圖14C,取代圖14B的繞射光學元件,在遠場(或是 Fraunhofer繞射區域)侷限紙面内+45度㈠35度)方向及紙 面内_45度(+135度)方向,形成4極狀的光強度分佈的繞 射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中,且偏光變換 元件l〇f在旋轉角度為+45度的狀態(相對基準狀態,順時 籲 鐘疑轉45度的狀態)使旋轉而設置於照明光路中的情形 下’以4極狀的二次光源38示之。 於圖14C,偏光狀態切換部4中的1/2波長板4b繞著 光軸使旋轉,相對偏光變換元件l〇f,使有+45度(_135度 方向)偏光方向的直線偏光入射。於此,因為基本元件1〇A 有使入射的直線偏光的偏光方向僅旋轉度± ηΧΐ8〇度 (η為整數)的機能,且基本元件10C有使入身;直線偏光: 偏光方向僅旋轉90度±ηχ180度(η為整數)的機能,通過4 36 15926-Dl-pif 1360837 極狀的二次光源38的光束被設定為周方向偏光狀態。 於圖14C所示的周方向偏光狀態,分別通過構成4極 * 狀的二次光源38的4個圓形區域38B、38D的光束,由這 • 4個圓形區域38B、38D結合成的圓的圓周方向,即是有 與這4個圓形區域38B、38D結合成的圓的切線方向約一 致的偏光方向的直線偏光狀態。又,於圖14C,雖然是以 4極狀的二次光源38由4個圓形區域383、381)所構成的 例子示之,4個區域的形狀不限定為圓形。 如此,利用偏光狀態切換部4的偏光方向的變更動 作,與利用偏光切換元件l〇f的旋轉作用,雖然4極狀二 次光源侷限在+45度(-135度)方向與_45度(+135度)方向, 雖然4極狀二次光源侷限在〇度(+18〇度)方向以及9〇度 (270度)即是縱橫方向,雖然2極狀二次光源侷限在〇度 (+180度)方向或90度(270度)即是縱橫方向,也可以實現 周方向偏光狀態。 又,以光轴AX做為中心在圓周方向被等分割而由8 # 個扇形狀的基本元件構成的偏光變換元件,也可以繞著光 軸AX旋轉。如圖丨5A所示,例如由8分割的基本元件所 構成的偏光變換元件(例如偏光變換元件1〇a),如果繞著光 軸AX使僅旋轉+45纟,分別通過構成8極狀二次光源% 的8個圓形區域39A〜39D的光束,具有相對此8個圓形區
• 域39A〜39D、结成的圓的圓周方向(8個圓形區域39A〜39D . 結成的圓的切線方向)使僅旋轉-45度的偏光方向的直線偏 光狀態。 15926-Dl-pif 广’如圖15B所示’分別通過構成8極狀二次光源的 固®形區域的光束,在有相對此8個圓形區域結合成的 ^圓周扣(8侧雜域結合成的_切線方向),長轴 方向破僅旋轉+45度的偏光方向的橢圓偏光的情形,如圖 ^所示的偏光變換元件(例如偏光變私件㈣,利用繞 光轴ΑΧ使僅旋轉+45度,如圖叹所示,可以得到約 周方向偏光狀態。 、圖16㈣偏光變換元件被配置在照明光學系統的瞳 附近位置内、®錐柱狀齡統8的正前面位置(人射側附近 位置)為例的示意圖。㈣16之例,利用伸縮透鏡系統9 的倍數變化作用,被投影到微複眼透鏡丨丨的入射面中央區 域10E的像的大小,與被投影到微複眼透鏡u的入射面 的各基本元件l〇A〜i〇D的像的大小會被變更,藉由圓錐柱 狀鏡系統8的動作,被投影到微複眼透鏡u的入射面的各 基本元件10A〜10D的像,以光軸AX為中心的半徑方向的 幅度被變更。 因此’有如圖16所示變形例的中央區域10E(或是偏 光消解部材l〇4c)的偏光變換元件,比起有變換倍率作用 的光學系統(伸縮透鏡9)而設置在光源側的情形,考慮中 央區域10E佔據區域利用伸縮透鏡9的變換倍率而被變 更’也可以決定中央區域10E的大小。 又,如圖16所示的變形例,在有中央區域10E(或是 偏光消解部材104c)的偏光變換元件,比起有變更輪帶比 作用的光學系統(圓錐柱狀鏡系統8)而設置在光源側的情 I5926-Dl-pif 38 1360837 形,如® 17所示,較佳滿足以下條件⑴與條件(2)的至少 其一° (1) (l〇in + AA)/10out < 0.75 (2) 〇·4 < (l〇in+ΔΑ)/1 Oout. 其中, l〇in :偏光變換元件i〇的中央區域1〇]E的有效半徑, lOout :偏光變換元件1〇的外側有效半徑, 二 AA:通過有變更輪帶比作用的光學系統的光束的内側 半徑的增加部份。 於此,不滿足條件(1)的情形,藉由偏光變換元件忉 使周方向偏光狀態被變換的輪帶狀的區域狹窄,因為不倉t 達成小輪帶比的輪帶狀或多極狀二次光源造成的周方向偏 光明而不好。又,不滿足條件(2)的情形,可以通過偏光 變換元件10的中央區域的光束的直徑明顯變小,例如當該 偏光變換元件10不會從照明光路外移,偏光狀態不變,因 為不能有小σ照明而不好。 又,如圖18所示’偏光變換元件被配置在照明光學 系統的瞳附近位置中,比起微複眼透鏡丨丨是在罩幕側的位 置’具體地’也可以設置在將罩幕遮板丨4的像投影到罩幕 上的成像光學系統15的瞳附近位置。在圖16與圖18所示 的實施例’與圖9到圖11的實施例相同,也可以有多個能 交換的偏光變換元件。 又,在上述實施例,比起偏光變換元件10,晶圓w 15926-Dl-pif 39 1360837
側的光學系統(照明光學系統與投影光學系統)有偏光像差 (延遲)的情形時,由於偏光像差,偏光方向會變化。於此 情形,在考慮此光學系統的偏光像差的影響上,利用偏光 變換元件ίο,較佳可以設定被旋轉的偏光;的方向。又, 利用偏光變換元件10,在晶圓W側的光路中被配置反射 部材的情形,被此反射部材反射在每個偏光方向產生相位 差。此時,考慮由反射面的偏光特性引起的光束相位差, 利用偏光變換元件10也可以設定被旋轉的偏光面的方向。 接著,說明偏光狀態的評量方法的實施例。於本實施 例,保持做為感光性基板的晶圓W的晶圓平台(基板平台) 的侧方,使用可以進出的晶圓面偏光監視器^,ς測出°到 達做為感光性基板的晶圓W的光束的偏光狀態。又,晶圓 面偏光監視器90 ,也可以被設置在晶圓平台内,且也可以 將該晶圓平台設置在別的計測平台上。
圖19繪示為了檢出照明晶圓w的光的偏光狀態以及 光強度的晶圓面偏光監視器90的結構示意圖。如圖19所 示’ b曰圓面偏光監視器90,包括可以定位於晶圓w的位 置或其附近的針孔部材91。通過針孔部材91的針孔91a 的光,穿過被配置在投影光學系統PL的像面位置或其附 近,如前侧焦點位置的對準透鏡92 (c〇mmatedlens)而成 為約平行的光束,並在被反射鏡93反射後,入射於中繼透 鏡系統94(relay lens)。穿過中繼透鏡系統94的約平行光 束,穿過做為相位移動元件的1/4 .波長板95與做為偏光元 件的偏光分光器96後,到達二維CCD 97 ( Charge c〇upled 15926-Dl-pif 40 1360837
Device,電荷耦合元件)的檢測面97a。於此,二維CCD 97 的檢測面97a與投影光學系統PL的射出瞳大致光學共 軛,進而與照明光學裝置的照明瞳面大致光學共軛。 1/4波長板95,被構成能以光軸做為中心旋轉,對於 此1/4波長板95,被連接到為了被設定成以光軸做為中心 旋轉的設定部98。如此,對晶圓W的照明光的偏光度不 是〇的情形,藉由設定部98使1/4波長板95繞著光轴旋 轉’而變化在二維CCD 97的檢測面97a光強度分佈。因 此’對於晶圓面偏光監視器90,一面使用設定部98而使 1/4波長板95繞著光軸使旋轉,而一面檢測出在檢測面 光強度分佈的變化,且從此檢測結果到利用旋轉相位移動 元件的方法,可以測定照明光的偏光狀態。 又’旋轉相位移動元件的方法,例如鹤田所描述的「光 鉛筆'給光技術者的應用光學」,如株式會社新技術通訊 (communications)的詳細記載。實際上,針孔部材9進 而針孔91a)沿著晶圓面使二維移動,在晶圓面的多個位 置測定照明光的偏光狀態。此時,對於晶 '因為檢測出在二維檢測面97a的光強度分佈 為=_的 件,偏光狀態即是用於測定4 : :位移動兀 位動元件與偏光元件(偏光八^StC>keS _’變化沿著相 件(偏先分九器96)的光轴的相對角度, 15926-Dl-pif 41 1360837
同時使相位移件或偏光元件從光路退開,依需要在至少 個相異狀悲仏測出在檢測面97a的光強度分佈變化。又, 於本只鈀例’雖然做為相位移動元件的1/4波長板%键 光轴旋轉,也可以使做為偏光元件的料分光器%繞= 軸旋轉,也可以使相位移動元件與偏光元件二者繞著光 旋轉。又’取代這些操作或是增加這些操作的,也可 做為相位㈣it件的1/4波長板95與做為偏光元件 分光益96之其一或二者從光路中插脫。 ,又,對於晶圓面偏光監視器90,利用反射鏡93的 光特性,是變域的偏光狀態。於此情形,因為預先知 的反射鏡93的偏光特性’根據姻所需要的計算所得到對 反射,93的偏光特性的偏絲態的影f,補正晶圓面偏光 ^視器90的測定結果,可且正確地測定朗光的偏光狀 態。又’不限於反射鏡,藉由變化由透鏡等的其他光學部 件引起偏光狀態的情形以相同地補正測定結果,可以正二 地測定照明光的偏光狀態。 以下,具體說明關於在照明光的瞳内的偏光狀態分佈 的評量。首先,通過在瞳上的一點(或是微小區域),而到 達像面上的-點(微小區域)的光線,—個_個算出對應的 特疋偏光度DSP。又,在以下說明,使用圖卜圖16、圖 18的XYZ座標系統。上述瞳上的一點(微小區域)對應二維 CCD97的一畫素,且像面上的一點(微小區域)對應針孔9】& 的XY座標系統。 此特定偏光度DSP,當在通過在瞳上的—點(或是微 15926-Dl-pjf 42 1360837 小區域),而到達像面上的一點(微小區域)的特定光線的x 方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強 IX,該特定光線的Y方向偏光成分(在瞳上γ方向的振 方向的偏光)的強度為Iy時, (3) DSP = (Ιχ - Iy) / (Ix+Iy) 又’此特定偏光度DSP,對應全部強度s 強度減去垂直直線偏光強度s],與(s]/S〇)相同 偏先 二二由㈣在瞳上的一點(或是微小區域),而到達像 上X方"^ Γί區域雨定絲的X方向偏光成分(在曈 上X方向的振動方向的偏光)的強度為Ιχ 在瞳上γ方向的^ ΛΑ,. 申3罩幕圖木的繞射光成為S偏光 偏光率Rsph、與垂直偏光(對應在圖案面内 ί直方向延伸的罩幕圖案的忐 特定偏光率贈ν。 堯射先成為s偏光的偏光)的 (4)(5) HSPh RSP.: :lx /(Ix+Iy) Iy /(Ix+Iy) f中,當理想的非偏光照明時Rs 當理想的水平偏光時RSPh為職,當理想 15926-D] -pjf 43 1360837 RSPV 為 100% 〇 又,對應通過在瞳上的一點(或县 面上的-點(微小區域)的光線的_個_^區’而到達像 ⑹〜(9)定義偏光度V時,對應通過所要式 到達像面上的-點(微小區域)的光束 域而 平均偏光度V(Ave)。 I 了Μ下式(10)定義 (6) V = (Si2 + S22 +s32)1/2/s〇 = (sf + s^+s,2)】72 ⑺ S],= S]/S〇 ⑻ S2,= =S2/S0 (9) s3, = s3/s〇
其中So為全部強度’為水平直線偏光強度減去垂直直線 偏光強度,S2為45度直線偏光強度減去135度直線偏光 強度,S3為右旋圓偏光強度減去左旋圓偏光強度。 (10) V(Ave) - Σ [S〇(Xi,y〇 . V(Xi , y〇] /I:s〇(Xi , y〇 0 又,於式(10),SMxi,yi)是對應通過所要的有效光源 區域(&,w)上的一點(或是微小區域)而到達像面上的一點 (微小區域)的光線的全部強度S〇,V(Xi,yd是對應通過所 要的有效光源區域(Xi,y〇上的一點(或是微小區域)而到達 像面上的一點(微小區域)的光線的偏光度。 44 15926-Dl-pif 1360837 又,對應通過所要的有效光源區域而到達像面上的一 點(微小區域)的光線,用下式(11)可以定義關於水平偏光的 平均特定偏光率RSPh(Ave),用下式(12)可以定義關於垂直 偏光的平均待定偏光率RSPv(Ave)。 (11) RSPh(Ave) = lx (Ave) / (Ix+Iy) Ave =Σ [S〇(Xi,yi) · RSPh (Xi,yj] /ESoOq,yi), • (12) RSPy(Ave) = Iy (Ave) / (Ix+Iy) Ave -Σ [S〇(Xj ’ yj . RSPV (Xj,%)] /2S〇(Xj,y!), 其中lx (Ave)是通過所定的有效光源區域(Xi,而到達像 面上的一點(微小區域)的光線在x方向偏光成分(在瞳上χ 方向的振動方向的偏光)的強度平均,Iy (Ave)是通過所定 的有效光源區域(Xi,yi)而到達像面上的一點(微小區域)的 光線在Y方向偏光成分(在曈上γ方向的振動方向的偏光) 的強度平均,RSPh(Xi,yi)是通過所定的有效光源區域(&, 鲁 丫1)而到達像面上的一點(微小區域)的光線的在水平偏光的 特定偏光率,RSPv(Xi,yi)是通過所定的有效光源區域㈤, 而到達像面上的一點(微小區域)的光線的在垂直偏光的 特定偏光率。又,(Ix+Iy)Ave是通過所定的有效光源區域 的全部光束的強度平均。 於此,當理想的非偏光照明時RSPh(Xi,yi),RSpv(Xi, y〇二者為5〇%’當理想的水平偏光時RSPh(Xi,yi)為1〇〇%, 當理想的垂直偏光時RSPv(Xi,幻為100%。 45 15926,Dl-pif 1360837 接著’對應通過所定的有效光源區域(Xi,yi)而到達像 面上的一點(微小區域)的光束,可以用下式(13)定義平均特 定偏光度DSP(A_ve彡。 (13) DSP(Ave) = (Ιχ - Iy) Ave / (Ix+Iy)Ave —{Σ[Ιχ(Χί,h) - Iy(Xi,yi)] /Σ[Ιχ(Χί ’ yi) + Iy(Xi,yi)]} =S]’(Ave)
={2S]/SS〇}
於此’(Ix-Iy) Ave是通過所定的有效光源區域⑵,%)而 到達像面上的一點(微小區域)的光束在X方向偏光成分的 強度與平均通過所定的有效光源區域^而到達像面上 的:點(微小區域)的光束在γ方向偏光成分的強度的相差 的平均,IX(Xi,yi)是通過所定的有效光源區域(Xi,y〇而到 達像面上的-點(則、區域)的光束在χ ^向偏光成分的強 度,1,yi)是通過所定的有效光源區域(Xi,yi)而到達像 =的-點(微小區域)的光束在γ方向偏光成分的強度, 二(ve)是在所定的有效光源區域(XD白勺心,成 均。 明時DSP(Ave)為〇,當 ,當理想的垂直偏光時 於式(13),當理想的非偏光照 理想的水平偏光時DSP(Ave)為1 DSP(Ave)為_i 〇 # — H中員他列的照奶光學裝置,進而曝光裝置,名
Li ^效光源區域(Xi,yi)的平均特定偏光率挪 (Ave) ’ RSPv(Ave)滿足 15926-Dl-pif 46 1360837 RSPh (Ave) > 70%,RSPV (Ave) > 70%, 可看到在所定的有效光源區域内是直線偏光。於此,.當平 均特定偏光率RSPh (Ave) ’ RSPV (Ave)不滿足上式條件的 'ί月形,在周方向偏光輪帶照明,或是周方向偏光四極照明、 周方向偏光二極照明等,在所定方向有偏光面因為不是所 希望的直線偏光狀態,對於有特定指向(pitch)方向的線 寬度的細圖案不能向上提升成像能力。 又,如圖13所示,使用4分割偏光變換元件10進行 • 4分割周方向偏光輪帶照明的情形,如圖2〇所示,輪帶形 狀的二次光源31為4分割,也可以對每一個分割區域 31A1、31A2、31C卜31C2的平均特定偏光率RSPh(Ave), R_SPv(Ave)進行評量。 對於上述實施例的曝光裝置,藉由照明光學裝置以照 明罩幕(十字標記)(照明步驟),藉由使用投影光學系統將 被形成於罩幕轉印用的圖案在感光性基板曝光(曝光步 驟)’可以製造微兀件(半導體元件、拍攝元件、液晶顯示 =件、薄膜電磁頭等)。以下,使用上述實施例的曝光裝置, 、在做為感光性基板的晶圓等形成電路圖案,而得到做為 :元件的半導體元件的實際方法為例,參照圖21的流程圖 做說明。 ▲首先,於圖21的步驟301 ’在一批次的晶圓上蒸錄金 上=。於下一步驟302,在這些一批次的晶圓上的金屬膜 塗佈光阻。之後,於步驟303,使用上述實施例的曝光 、置,罩幕上的圖案的像穿過投影光學系統,在這一批次 l5926-Dl-pif 1360837 的晶圓上的每個拍攝區域,順次被曝光轉印。之後,於步 驟304,進行這一批次的晶圓上的光阻顯影後,於步驟 3〇5,藉由在這一批次的晶圓上的光阻圖案做為罩幕,進行 J 口此,對應罩幕上圖案的電路圖案,被形成於每個 晶圓的每個拍攝區域。之後,藉由進行更上層的電路圖案 的形成等,使半導體元件等的元件被製造。根據上述半導 體兀件等的製造方法,有極微細電路圖案的半導體元件可 以有良好的產能。 又,對於上述實施例的曝光裝置,利用在平板(玻璃基 板)上,形成所定的圖案(電路圖案、電極圖案等),可以得 到做為微TL件的液晶顯示元件。以下,參照圖22的流程圖 ,為一例說明。在圖22 ,於圖案形成步驟4〇1,使用上述 K =例的曝光裝置’錢紐*板(被塗佈有*阻的玻璃基 板等)轉印曝光罩幕的圖案,所謂的微影製程被進行。利 用此微影製程步驟,在感紐基板上,含有多個電極等所 疋的圖案被I成c之後,被曝光的基板,利用經過顯景多步 刻频’移除光时轉的各步驟,基板上所定的 圖术破形成,接著進行彩色—彡成步驟402。 對於彩色濾光器形成步驟4G2,對應紅、綠 '薛3 個點為-組,被形成矩陣狀的多條配列,或是红、綠、薛 器i:組配列成多個水平掃描線方向,而升: 成^/色》慮光盗。接者,右忽念 Λ A t 在矽色濾光器形成步驟402之後, 合步驟403被進行。於單元組合步驟4〇3,=有 由圖案形齡驟·所得叫所定_料板,以及且^ 15926-Dl-pif =;ST所得到的彩色細等’而得 合步驟4〇3,例如’在由圖案形成步驟401所 二所-疋圖f的基板’以及使用由彩色濾光器形成步驟 扣α 到的衫色濾'光器之間,;主人液晶,而製造液晶面 沾、、广之曰曰日早兀)。之f,於模組的組合步驟404,進行被組合 (液晶單元)的顯示動作的電路’背光模組等的 ,使完成做為液晶顯示元件。根據上述液晶顯 進八於上述實施例,做為曝光的光,雖然使用KrF 丰刀子田射椒長248 nm)或是ArF準分子雷射 ⑼mn) ’料限找此,其料 ^的雷射光的F2雷射光源等,也可以適1用 者’對於上述貫施例’包括照明光 ‘ ====::r= 的液體)的方法’即所謂的液浸法。於此情带、 =光學系統與感光性基板之間的光路中填滿液體的二 '可以知用已在國際公開號WO99/49504中被揭_、 部填滿液體,日本料咖平6捕Μ也揭==的局 象的基板的平台在液槽中使移動的方法,曰本專利^ 15926-Dl-pjf 49 !36〇837 ==平台上形成所定深度的液槽,且在其 高折:率=投的光有穿透性且 =ΓΓ 例如二=== I離=先的光的情形’做為液體的可以使用純水、 液體的的光的F2雷射的情形,作為 化聚__)等的氣素^體雷射光,例如氣素系油或敦 【圖式簡單說明】 圖1繪示根據本發明實施例的曝光農置結構示意圖。 用說=繪示相對輪帶狀二次光源,圓錐柱狀鏡系統的作 圖3繪示相對輪帶狀二次光源,伸縮透鏡的作用說明。 圖4緣不圖1的偏光監視器的内部結構示意斜視圖。 圖5繪:圖1的偏錄換元件的内部結構示意圖。 圖6繪示水晶旋光性說明圖。 圖7緣禾利用偏光變換元件的作用,被設 偏光狀態的輪帶狀二次光源示意圖。 成門方向 圖8緣示利用偏光變換元件的作用,被設定成經 偏光狀態的輪帶狀二次光源示意圖。 ° 圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。 圖1〇緣示做為圖9的交換機構的轉台1〇τ被 種偏光變換元件10a〜l〇e示意圖。 夕 15926-Dl-pif 50 1360837 圖11A〜11E繪示多種偏光變換元件〗〇a〜丨〇e分別的結 構不意圖。 .圖12A〜12C繪示利用偏光變換元件的作用被設定成 .周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。 圖13繪示設置成迴繞光軸ΑΧ可以旋轉的偏光變換 元件10f的結構示意圖。 ' 圖14A〜14C繪示利用偏光變換元件1〇f的作用,被設 定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。 又 • ® 15A〜15C繪示由8個扇形基本構件所構成的偏光 變換元件,得到迴繞光轴Αχ可以旋轉的二次光源的一例 示意圖。 圖16繪示偏光變換元件,被配置在照明光學系統的 瞳附近位置内、圓錐柱狀鏡系統8的正前面位置(入射側附 近位置)一例示意圖。 圖17繪示如圖16所示的變化例,為滿足條件式(1) 與(2)的說明示意圖。 • ® 18繪示偏光變換元件,配置在綱光學系統的瞳 附近位置内、成像光料統15的_近位置-例示意圖。 圖19繪不為了檢出照明晶圓W的光的偏光狀態以及 光強度的晶圓面偏光監視器9Q的結構示意圖。 圖20繪不使用4分割的偏光變換元件10f,進行4分 . 額方向偏光輪帶朗,崎到輪帶狀二次絲31示意 圖。 囝、.S示彳于到做為微元件的半導體元件的實際製糕。 15926-Dl-pif 51 1360837 圖22繪示得到做為微元件的液晶顯示元件的實際製 程。 【主要元件符號說明】 I :光源 4:偏光狀態變換部 4a : 1/4波長板 4b : 1/2波長板 4c .消偏振鏡 • 5:繞射光學元件 6:無焦點透鏡 8:圓錐柱狀鏡系統 9 :伸縮透鏡 10 :偏光變換元件 10A〜10D :各基本元件 10E :中央區域 II :微複眼透鏡 Φ 12:偏光監視器 12a :分光器 13 :集光系統 14 :罩幕遮板 15:成像光學系統 104c:偏光消解部材 Μ :罩幕 PL :投影光學系統 15926-Dl-pif 52 1360837 w :晶圓
15926-Dl-pif 53
Claims (1)
- 十、申請專利範圍: 1. 一種光學照明裝置,為基於從光源所供給的照明光 而對被照射面進行照明的光學照明裝置’其特徵在於: 前述光學照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共輥的 面内所形成的光強度分佈,關於在所定的有效光源區域的 第1方向偏光的平均特定偏光率以RSPh(Ave)表示,關於 第2方向偏光的平均特定偏光率以RSPv(Ave)表示,滿足 RSPh(Ave) >70% , RSPv(Ave)〉70〇/〇。 2. 如申請專利範圍第i項所述的光學照明裝置,其中 前述光學照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共軛的面内 所形成的光強度分佈,其具有4極狀的強度分佈。 3. —種曝光裝置,包括: 如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學照明裝 置,且通過該光學照明裝置將所定的圖案曝光到感光性基 板上。、 4. 一種曝光方法,包括: 使用如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學照明 裝置,將所定的圖案曝光到感光性基板上。 5. —種元件製造方法,包括: 使用如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學照明 裝置,將所定的圖案曝光到感光性基板上的步驟;以及 將已曝光的所述感光性基板進行顯像的步驟。 15926-Dl-pif 54
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