(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源と、
構造化されたマスクを照明するように操作される照明システムと、
感光性基板上にマスク構造のイメージを投影する投影対物レンズと、
光学システムであって、
当該光学システムは、光軸および偏光変調光学素子を含み、
基準座標系の１つの基準座標は前記光軸に対して平行であるか、または前記光学システムを通って伝播する光ビームの方向に対して平行であり、
前記偏光変調光学素子は、旋光性材料を含み、有効光学厚さのプロファイルを有し、    前記有効光学厚さは少なくとも、前記基準座標系の前記基準座標と異なる１つの座標の関数として変化する、
光学システムと、
を含み、
空気とは異なる屈折率を有する液浸媒体が、前記基板と当該基板に最も近い光学素子との間に存在する、
ことを特徴とする投影システム。
【請求項２】
前記偏光変調光学素子は少なくとも、前記基準座標系の前記基準座標と異なる１つの座標の関数として変化する比旋光度を有する、請求項１記載の投影システム。
【請求項３】
前記偏光変調光学素子は少なくとも、前記基準座標系の前記基準座標と異なる１つの座標の関数として変化する幾何学的形状を有する、請求項１記載の投影システム。
【請求項４】
前記偏光変調光学素子は、旋光性液体または非旋光性液体および／または旋光性結晶を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項５】
前記偏光変調光学素子は、時計まわりの旋光性材料および逆時計まわりの旋光性材料を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項６】
異なる経路で前記光学システムを通って伝播し、前記偏光変調光学素子を通過する第１の直線偏光光線と第２の直線偏光光線の各振動面は、それぞれ第１の回転角度と第２の回転角度だけ回転され、
前記第１の回転角度は前記第２の回転角度と異なる、請求項１から５までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項７】
前記偏光変調光学素子は、当該偏光変調光学素子に入射する第１の直線偏光分布を有する光束を、前記偏光変調光学素子を出射し、第２の直線偏光分布を有する光束に変換し、前記第２の直線偏光分布は前記第１の直線偏光分布と異なる、請求項１から６までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項８】
偏光コントロールシステムを含み、当該偏光コントロールシステムは光学システムを通って伝播する光ビームの偏光分布を、光学システム内の予め定められた位置でコントロールし、
当該偏光コントロールシステムは、前記偏光変調光学素子の温度および／または温度分布を修正するために、少なくとも１つの加熱デバイスまたは冷却デバイスを含み、光学システム内の予め定められた位置で光ビームの偏光分布に影響を与える、請求項１から７までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項９】
少なくとも１つの偏光変調光学素子は旋光性材料または非旋光性材料を含み、当該旋光性材料または非旋光性材料は、当該偏光変調光学素子を通って伝播する光ビームの方向に平行な磁界成分を伴う磁界の影響を受ける、請求項１から８までのいずれか１項記載の投影システム。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載された投影システムを使用するステップを含む、
ことを特徴とする、マイクロ構造化された半導体コンポーネントを製造する方法。
【請求項１１】
光学システムであって、
当該光学システムは、光軸および偏光変調光学素子を含み、
基準座標系の１つの基準座標は前記光軸に対して平行であるか、または前記光学システムを通って伝播する光ビームの方向に対して平行であり、
前記偏光変調光学素子は、時計まわりの旋光性材料および逆時計まわりの旋光性材料を含み、有効光学厚さのプロファイルを有し、
前記有効光学厚さは少なくとも、前記基準座標系の前記基準座標と異なる１つの座標の関数として変化する、
ことを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線の偏光に影響を及ぼす光学素子に関する。この光学素子は厚さプロファイルを有し、光学軸を伴う旋光性結晶から成る。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィの領域においてより優れた解像度を有する構造体を得ようとする継続的な努力において、実質的に３つの先導的なコンセプトが平行して追究されている。これらのコンセプトのうちの第１のコンセプトは、非常に高い開口数を有する投影対物レンズを提供することである。第２のコンセプトは、例えば２４８ｎｍ，１９３ｎｍまたは１５７ｎｍ等のより短い波長へ向かう一定の傾向である。最後に、高い屈折係数を有する液浸媒体を、投影対物レンズの最後の光学素子と感光性基板の間の空間に導入することによって、到達可能な解像度を高めるコンセプトがある。最後の技術は液浸リソグラフィと称される。
【０００３】
定められた偏光の光によって照明される光学システムでは、電界ベクトルのｓ成分およびｐ成分はフレネルの式に相応して、異なる屈折係数を有する２つの媒体のインタフェースでの異なる反射および屈折度合いそれぞれに影響される。このコンテキストおよび以降で、光線の入射面に対して平行に振動する偏光成分をｐ成分と称し、光線の入射面に対して垂直に振動する偏光成分をｓ成分と称する。ｓ成分において生じる反射および屈折の異なる度合いは、ｐ成分と比較して、イメージングプロセスに格段に有害な影響を与える。
【０００４】
この問題は、特別な偏光分布（distribution of the polarization）によって回避される。ここで各直線偏光光線（linearly polarized light rays）の電界ベクトルの振動面は、光学システムの瞳面において、光軸に対してほぼ放射状の配向を有している。この種の偏光分布を以降で放射偏光（radial polarization）と称する。前述の定義に相応して放射偏光された光線束が、対物レンズのフィールド面において、異なる屈折係数の２つの媒体に入射すると、電界ベクトルのｐ成分のみが存在する。従ってイメージングクォリティへの上述した有害な作用がかなり低減される。
【０００５】
前述のコンセプトと類似して、次のような偏光分布も選択可能である。すなわち、各直線偏光光線の電界ベクトルの振動面がシステムの瞳面において光軸から生じる半径に対して垂直な配向を有する偏光分布である。このタイプの偏光分布を以降で接線偏光（tangential polarization）と称する。この定義に相応して接線偏光された光線束が、異なる屈折係数の２つの媒体の間のインタフェースに入射すると、電界ベクトルのｓ成分のみが存在し、上述の場合のように、フィールド面における反射および屈折において統一性が生じる。
【０００６】
接線偏光または放射偏光のいずれかを有する照明を、瞳面において提供することが非常に重要である。これは殊に、液浸リソグラフィの上述したコンセプトを実行する場合に非常に重要である。なぜなら、偏光の状態へ甚大な負の作用が与えられるからである。これは屈折係数における差および、投影対物レンズの最後の光学素子から液浸媒体へのインタフェース、および液浸媒体からコーティングされた感光基板までのインタフェースそれぞれでの非常に傾斜した入射角に基づいて予期される。
【０００７】
米国特許第６１９１８８０Ｂ１号は、ほぼ放射状の偏光を生じさせる光学装置を開示している。この装置は、殊に、半波長板のラスタを含む。このラスタの、各優先方向は、次のように配向されている。すなわち、直線偏光光がこのラスタ装置を通過すると、振動面が光軸から生じる半径の方向へ回転されるように配向されている。しかし、このラスタ装置は多数の個々に配向された半波長板を合わせることによって製造されているので、製造コストが高い。さらに、偏光方向の変化は各半波長板のエリア内で一定であり、この半波長板の直径は典型的に１０〜２０ｍｍである。従って、継続的な放射偏光はこのコンセプトによって生じない。
【０００８】
厚さの不規則な変化による水晶の複屈折素子は、ＤＥ１９８０７１２０Ａ１号において提示されている。これは、光学システムにおける偏光の定められた状態の局部的な収差を補償するために用いられる。しかしこのタイプの複屈折素子における厚さの変化は、局部的に異なった偏光状態を生じさせてしまう。殊に、偏光の直線状態は通常は、このタイプの装置では保持されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６１９１８８０Ｂ１号
【特許文献２】ＤＥ１９８０７１２０Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って本発明の課題は、次のような偏光変調光学素子（polarization-modulating optical element）を提示することである。すなわち、最小の強度損失で、各光線の振動面の第１の方向分布を伴う直線偏光から、各光線の振動面の第２の方向分布を伴う直線偏光を光学素子が生じさせるように、光線の偏光に影響を与える偏光変調光素子を提示することである。
【００１１】
本発明のさらなる課題は、振動面の第２の分布（偏光分布）の熱安定性に関する偏光変調光学素子の改善された特性を有する光学素子を提示し、光線がこの素子を通過した後で偏光分布へ与えられる光学システム内の付加的な光学素子の影響を最小化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するために、旋光性結晶から成り、本発明と相応に、厚さプロファイルで成形された偏光変調光学素子が提示される。この厚さプロファイルは、光軸に対して垂直な方向において変化する。さらにこの光学システムは特許請求の範囲５７，６４，６５，７０および７５に記載されているように、本発明のこれらの課題を解決する。
【００１３】
本発明に相応したこの光学システムの付加的な有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明に相応した偏光変調光学素子は次のような効果を有している。すなわち、第１の直線偏光光線の振動面と第２の直線偏光光線の振動面がそれぞれ、第１の回転角度および第２の回転角度で回転されるという効果を有している。第１の回転角度は、第２の回転角度と異なる。本発明で、偏光変調光学素子は旋光性材料から成る。
【００１５】
本発明の有利なさらなる利点を以下に記載する。
【００１６】
直線偏光光から、最小強度損失で、直線偏光光線の任意に選択された分布を生じさせるために、光学軸を伴う旋光性結晶が、偏光変調光学素子の原料として使用される。等方性の軸とも称されるこの結晶の光学軸は、光軸の方向に関連した光伝播の唯一の速が存在する特性によって定められる。換言すれば、光軸の方向において移動する光線は直線複屈折の影響を受けない。この偏光変調光学素子は、結晶の光学軸に対して垂直な方向において変化する厚さプロファイルを有している。このコンテキストおよび以降における用語「直線偏光分布」は、個々の光線が直線に偏光されているが、各電界ベクトルの振動面は異なった方向に配向可能な偏光分布の意味で用いられる。
【００１７】
直線偏光光が、結晶の光学軸に沿ってこの偏光変調光学素子を横切ると、電界ベクトルの振動面は、この結晶内を移動距離に比例する角度で回転される。回転の向き、すなわち振動面が時計回りに回転されるかまたは逆時計回りに回転されるかは、結晶材料に依存する。例えば右回りの水晶対左回りの水晶である。偏光面は光線の各偏光方向および伝播方向に対して平行である。任意に選択された回転角度の分布を得るために、第１の直線偏光光線の振動面および第２の直線偏光光線の振動面が、それぞれ第１の回転角度および第２の回転角度で回転されるように厚さプロファイルが設計されるのは有利である。第１の回転角度は第２の回転角度と異なっている。この素子を各箇所で特定の厚さで成形することによって、振動面に対する回転の任意に選択された回転角度を実現することが可能である。
【００１８】
異なった旋光性材料は、使用される放射波長に依存して適切に見つけられる。これは殊に水晶、ＴｅＯ2およびＡｇＧａＳ2である。
【００１９】
本発明の有利な実施形態では、この偏光変調光学素子は水晶の光学軸と同じ方向に配向された素子軸を有している。この素子軸に関連して、光学素子の厚さプロファイルは、方位角θ単独の関数である。ここでこの方位各θは基準軸に対して相対的に測定される。この基準軸は素子軸と直角に交差する。この設計に相応する厚さプロファイルによって、光学素子の厚さは、素子軸と直角に交差し、基準軸と方位角θを成す半径に沿って一定である。
【００２０】
本発明の別の有利な実施形態では、素子軸から一定の距離ｒでの、厚さプロファイルｄ（ｒ，θ）の方位部分ｄ（ｒ＝定数，θ）は、方位角θの一次関数である。理想的な場合には、この方位部分は方位角で不連続性を有している。素子軸から一定の距離ｒでの一次関数ｄ（ｒ＝定数，θ）はスロープ
【数１】
0005639941.tif 000002
を有しており、この式においてαは旋光性結晶の比旋光度に対する状態である。θ＝０に対する不連続的な位置では、３６０°／αの量による、厚さにおける急峻な段が存在する。不連続な位置でのこの段は、幾つかの度数の方位角領域にわたって配分されてもよい。しかしこれは、移行領域における最適化されていない偏光分布の結果を有する。
【００２１】
本発明のさらなる有利な実施形態では、素子軸から一定の距離ｒでの、厚さプロファイルｄ（ｒ，θ）の方位部分ｄ（ｒ＝定数，θ）は、同じスロープｍを有する方位角θの一次関数であるが、理想的な場合には、それぞれ、方位角θ＝０およびθ＝１８０°での２つの不連続性を伴う。各不連続的な位置では、１８０°／αの量による、厚さにおける急峻な段が存在する。不連続な位置での２つの急峻な段は、幾つかの度数の方位角領域にわたって配分されてもよい。しかし、これは、移行領域における最適化されていない偏光分布の結果を有する。
【００２２】
本発明のさらなる有利な実施形態では、素子軸から一定の距離ｒで、かつ１０°＜θ＜１７０°の第１の方位角領域での、厚さプロファイルｄ（ｒ，θ）の方位部分ｄ（ｒ＝定数，θ）は、第１のスロープｍを有する方位角θの一次関数であり、１９０°＜θ＜３５００°の第２の方位角領域では、方位部分は第２のスロープｎを有する方位角θの一次関数である。スロープｍおよびｎは同じ絶対量を有しているが、反対の符号を有している。素子軸から距離ｒでのスロープｍおよびｎの量は、
【数２】
0005639941.tif 000003
である。この配置によって、θ＝０およびθ＝１８０°を含む全ての方位角に対する厚さプロファイルは、厚さにおける急峻な変化を伴わない連続的な関数である。
【００２３】
本発明のさらなる有利な実施形態では、偏光変調光学素子は、異なる厚さを有する多数の平面平行部分に分けられる、または少なくとも２つの平面平行部分を含む。これらの部分は例えば円のサークルとして構成され得る。しかしこれらの部分が六角形、正方形、長方形または台形を有していてもよい。
【００２４】
本発明のさらなる有利な実施形態では、第１の平面平行部分の対が前記偏光変調光学素子の中央素子軸の反対側に配置され、第２の平面平行部分の対が素子軸の反対側に配置され、前記第１の平面平行部分に関して、前記素子軸のまわりの周辺に配置される。ここで前記各第１の部分は各第２の部分の厚さとは異なる厚さを有している。
【００２５】
本発明のさらなる有利な実施形態では、偏光変調光学素子を通過する直線偏光光の振動面が、第１の回転角β1によって、前記第１の平面平行部分の少なくとも１つ内で回転され、第２の回転角β2によって、前記第２の平面平行部分の少なくとも１つ内で回転される。従ってβ1およびβ2は、式|β2-β1|=（２ｎ+１）・９０°にほぼ従っている、または従う。この式でｎは整数をあらわす。
【００２６】
有利な実施形態では、β1は式β1=９０°+ｐ・１８０°にほぼ従っている、または従い、ここでｐは整数を表している。β2は、は式β2=ｑ・１８０°にほぼ従っている、または従い、ここでｑは０とは異なる整数を表している。以下でより詳細に示すように、偏光変調光学素子のこのような実施形態は有利には、伝播する偏光光の偏光に影響を与えることに使用される。これによって出力する光は、入射光に依存して、実質的に接線偏光された偏光分布または実質的に放射状に偏光された偏光分布を有する。
【００２７】
第２の平面平行部分の対は、殊に、第１の平面平行部分に関連して、前記素子軸の周りで約９０°で円周方向にずらされている（circumferentially displaced）。
【００２８】
本発明のさらなる有利な実施形態では、第１の平面平行部分の対と第２の平面平行部分の対は、前記偏光変調光学素子の中央開口部または中央掩蔽部（central obscuration）の反対側に配置されている。
【００２９】
前記第１および第２の対の隣接部分は、相互に領域によって空間が開けられている。この領域は、前記偏光変調光学素子に入射する直線偏光光に対して不透明である。前記第１および第２のグループの前記部分は殊に、取付部によって共に保持されている。この取付部は、前記偏光変調光学素子に入射する直線偏光光に対して不透明である。この取付部は、実質的にスポークホイール（spoke-wheel）形状を有している。
【００３０】
本発明のさらなる有利な実施形態では、偏光変調光学素子は、実質的な平面平行部分の第１グループを含み、ここで、伝播している直線偏光光の振動面は第１の回転角度β1によって回転される。偏光変調光学素子はさらに、実質的な平面平行部分の第２グループを含み、ここで、伝播している直線偏光光の振動面は第２の回転角度によって回転される。従って、β1およびβ2は、式|β2-β1|=（２ｎ+１）・９０°にほぼ従っている、または従う。この式でｎは整数をあらわす。
【００３１】
本発明のさらなる有利な実施形態では、β1は式β1=９０°+ｐ・１８０°にほぼ従っている、または従い、ここでｐは整数を表している。β2は、は式β2=ｑ・１８０°にほぼ従っている、または従い、ここでｑは０とは異なる整数を表している。
【００３２】
本発明のさらなる有利な実施形態では、偏光変調光学素子の厚さプロファイルは、厚さにおける急峻な変化なしに連続的な表面輪郭を有している。ここでは任意に選択された偏光分布が生成される。ここでこの厚さプロファイルは、位置の連続的な関数によってあらわされる。
【００３３】
光学素子の適切な機械的安定性を確実にするために、偏光変調光学素子の最小の厚さｄminを少なくとも、素子の直径Ｄの０．００２倍と等しくすることが重要である。
【００３４】
例えば水晶の場合にはよくあることだが、光学素子に使用されている旋光性材料が複屈折特性も有している場合には、光線に対して複屈折性が考慮されなければならない。この光線の伝播方向は、光学結晶軸の方向から偏差している。結晶内の９０°／αの移動距離によって、直線偏光は９０°で回転される。複屈折が回転効果に対して付加的に存在する場合には、９０°の回転は、光の電界ベクトルに対する関係における早い軸と遅い軸との間の変換に等しい。従って、結晶内で移動した距離が１８０°／αの整数倍に等しい場合、小さい入射角で複屈折の全体的な補償が光線に対して行われる。複屈折の影響を最小化しながら、機械的な安定性に対する上述した要求に応えるために、偏光変調光学素子が
【数３】
0005639941.tif 000004
の最小厚さで設計されるのは殊に有利である。この式でＮは正の整数をあらわしている。
【００３５】
製造の観点から、この光学素子に中央での孔または中央掩蔽部を設けるのは殊に有利である。
【００３６】
光線が、正確には光学結晶軸と平行して伝播しない場合には、回転角度の偏差が存在している。付加的に、複屈折現象は影響を有する。従って、光学結晶軸と相対した角度の広がり内の多数の光線を伴う入射光束の最大の入射角度が１００ｍｒａｄよりも大きくないのは殊に有利である。これは有利には７０ｍｒａｄよりも大きくなく、特に有利には４５ｍｒａｄよりも大きくない。
【００３７】
偏光状態に関する、さらなる柔軟性を提供するために、光学装置には有利には、次のようなデバイスが具備される。すなわち、少なくとも１つのさらなる偏光変調光学素子が光路内に配置されることを可能にするデバイスが具備される。このさらなる偏光変調光学素子は、上述した特徴を有する付加的な素子であり得る。しかしこれは、旋光性材料の平面平行面または２つの半波長板の装置として構成されてもよい。この、複屈折の各速い軸および遅い軸は相互に４５°回転される。
【００３８】
光学装置内に配置され得るこのさらなる偏光変調光学素子は、殊に次のように設計可能である。すなわちこれが直線偏光光線の振動面を９０°回転させる。光学装置内の第１の偏光変調素子が、接線偏光を生じさせる場合にこれは殊に有利である。９０°の回転を挿入する場合、この接線偏光は放射偏光に変換される。
【００３９】
光学装置のさらなる有利な実施形態では、さらなる偏光変調光学素子を平面平行板として構成することは有利である。これは、１８０°の方位角領域に相当する半空間に対する半波長板として機能する。第１の偏光変調光学素子が方位角θによってのみ変化する厚さプロファイル（ｒ＝定数，θ）を有し、１０°＜θ＜１７０°の第１の方位角領域において、この厚さプロファイル（ｒ＝定数，θ）が第１のスロープｍを伴う方位角θの一次関数であり、１９０°＜θ＜３５０°の第２の方位角領域において、この厚さプロファイル（ｒ＝定数，θ）が第２のスロープｎを伴う方位角θの一次関数である場合にこの構成は殊に有利である。ここでスロープｍとｎは同じ絶対量を有しているが反対の符号を有している。
【００４０】
殊に、偏光変調素子のスロープを有する表面で生じる屈折によって、偏光変調素子を通過した後に元来の軸平行光線の方向において偏差が生じる。偏光変調素子によって生じた波面のこの種の偏差を補償するために、非旋光性材料から成る補償プレートを光学システムの光路内に配置するのは有利である。ここでこの補償プレートの厚さプロファイルは次のように設計されている。すなわち、これが、偏光変調光学素子によって生じた、実質的に透過された放射の角度偏差を補償するように設計されている。択一的に、偏光変調素子の輪郭形成された表面を覆う液浸液が同じ目的で使用され得る。
【００４１】
前述の偏光変調素子および、この偏光変調光学素子に具備された光学装置は有利には、マイクロリソグラフィ用途に対する投影系において使用される。ことにこの種の偏光変調素子およびこの偏光変調光学素子に具備された光学装置は、上述した液浸技術が使用されている投影系に良く適合する。すなわち、空気とは異なる屈折係数を有する液浸媒体が、基板に最も近い光学素子と、基板との間に存在する投影系に良く適合する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子を示した図。
【図２】直線偏光光線が旋光性結晶内の光学軸に沿って伝播する場合に、どのように振動面が回転されるのかを示した概略図。
【図３】偏光変調光学素子の第１の実施例を示した図。
【図４ａ】偏光変調光学素子の第２の実施例を概略的に示した図。
【図４ｂ】図４ａに示された偏光変調光学素子の実施形態における、方位角の関数としての厚さプロファイルを示した図。
【図４ｃ】偏光変調光学素子のさらなる実施形態における、方位角の関数としての厚さプロファイルを示した図。
【図４ｄ】図３に示された偏光変調光学素子の実施形態における、方位角の関数としての厚さプロファイルを示した図。
【図４ｅ】偏光変調光学素子のさらなる実施形態における、方位角の関数としての厚さプロファイルを示した図。
【図４ｆ】偏光変調光学素子のさらなる実施形態の概略図。
【図５】図３または４ｄに記載された厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子を通過する前および後の光線束の偏光分布を概略的に示した図。
【図６】図３に記載された厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子およびさらなる偏光変調光学素子を有する光学配置を通過する前および後の光線束の偏光分布を概略的に示した図。
【図７ａ】図４ｅに記載された厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子および、その半分が版波長板として構成されている平面平行板を有する光学配置を通過する前および後の光線束の偏光分布を概略的に示した図。
【図７ｂ】その半分が半波長板として構成されている平面平行板の平面図。
【図８】偏光変調光学素子を伴うマイクロリソグラフィ投影システムを概略的に示した図。
【図９】その温度および／または温度プロファイルを調整することによって偏光変調素子として使用されている旋光性材料から成る平行平面板を概略的に示した図。
【図１０】旋光性材料から成る平行板と複屈折材料から成る板との組み合わせを示した図。
【図１１】光学システム内での使用のための温度補償がされた偏光変調光学素子を概略的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、旋光性材料から成る偏光変調光学素子１を示している。殊に、この目的に良く適しているのは、使用されている光の波長に対して透過性である少なくとも１つの光学結晶軸を有する旋光性結晶である。例えばＴｅＯ2は、１０００ｎｍ〜３００ｎｍまでの波長の領域において作用し、ＡｇＧａＳ2は５００ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域において作用し、水晶は８００ｎｍ〜１９３ｎｍまでの波長領域において作用する。偏光変調光学素子１は、素子軸が光学結晶軸に対して平行に配向されるように設計されている。選択された偏光分布を生じさせるために、光学素子１は厚さプロファイル（素子軸ＥＡに対して平行に測定される）を伴って設計されている。ここでこの厚さプロファイルは、素子軸ＥＡに対して垂直な方向において変化する。すなわち、例えば素子軸ＥＡの固定された距離で、方位方向θ（図３を参照）において光学素子の厚さにおいて変化を含む。
【００４４】
図２は、旋光性結晶の機能、殊にこのような結晶から成る偏光変調素子の機能をより詳細に説明するために用いられる。
【００４５】
旋光性結晶は、少なくとも１つの光学軸ＯＡを有している。この光学軸は結晶構造体において固有のものである。直線偏光光がこの光学軸ＯＡに沿って伝播すると、電界ベクトル２０６の振動面が、結晶２０２内を光が移動した距離ｄとしての比例した大きさの角度βで回転される。距離ｄと回転角度の間の比例ファクタは、比旋光度αである。後者は材料特有の数であり、結晶内を伝播する光線の波長に依存する。例えば水晶では、温度２１．６℃で、１８０ｎｍの波長での比旋光度は約α＝（３２５．２±０．５）°／ｍｍとして測定され、１９３ｎｍではα＝３２３．１°／ｍｍである。
【００４６】
本発明には次のことも重要である。すなわち、旋光性材料を、例えばマイクロリソグラフィにおいて使用される投影装置の照明システムにおいておよび／または投影光学システムの対物レンズにおいて使用することも重要である。比旋光度の温度依存性も考慮される。所与の波長に対する比旋光度αの温度依存性は、α（Ｔ）＝α0（Ｔ0）+γ＊（Ｔ−Ｔ0）によってあらわされる良好かつ第１の一次近似である。ここでγは比旋光度αの線形温度係数である。このケースにおいてα（Ｔ）は温度Ｔでの旋光性係数または比旋光度であり、α0は基準温度Ｔ0での比旋光度である。旋光性水晶材料の場合には、波長１９３ｎｍおよび室温での値γはγ＝２．３６ｍｒａｄ／（ｍｍ*Ｋ）である。
【００４７】
再び図２を参照されたい。殊に、結晶２０２内で光学軸ＯＡに沿って伝播する光は、直線的な複屈折の影響を受けない。従って、直線偏光光線が旋光性結晶２０２を、光学軸ＯＡに沿って伝播する場合、電界ベクトル２０６の振動面の空間的な配向いおける変化を除いて偏光のその状態は維持される。これは結晶２０２内を光線が移動した距離ｄに依存する。
【００４８】
旋光性結晶のこの特性に基づいて、図１に示された偏光変調光学素子を、位置に依存して変化する厚さプロファイルで設計することによって、任意に選択された直線偏光分布を生じさせることができる。この厚さプロファイルは、次のような作用を有するように設計されている。すなわち、平行直線偏光光線の偏光の方向が、光線が光学素子を通過する位置に依存して変化する角度で回転される作用を有するように設計されている。
【００４９】
より一般的には、偏光変調素子の厚さの変化ｄ＝ｄ（ｘ，ｙ）に対して択一的にまたは付加的に、比旋光度αそれ自体が、変調素子内の位置に依存してよい。従ってαはα（ｘ，ｙ，ｚ）またはα（ｒ，θ，ｚ）になり、ここでｘ，ｙまたはｒ，θは、例えば図１に示されているように、偏光変調素子の素子軸ＥＡ（または光学軸ＯＡに対して択一的）に対する平面垂直における直交座標または極座標である。ここでｚは、素子軸ＥＡに沿った軸である。当然、ｒ，θ，φ等の球座標または他の座標で表すことも可能である。比旋光度αの変化を考慮すると、偏光変調光学素子は、一般的に「光学的に有効な厚さ（optical effective thickness）Ｄ」の変化するプロファイルを有する。これはｚ方向においてαの依存がない場合には、
Ｄ（ｘ，ｙ）＝ｄ（ｘ，ｙ）*α（ｘ，ｙ）によって定められる。αがｚ方向において（光軸または素子軸ＥＡに沿って、またはより一般的には光学システムにおける優先方向または光学システムの光軸に対して平行する方向に沿って）も依存する場合には、Ｄは、偏光変調光学素子に沿って、積分Ｄ（ｘ，ｙ）＝∫α（ｘ，ｙ，ｚ）ｄｚ（ｘ，ｙ）によって計算されなければならない。一般的に、偏光変調光学素子が光学システム内で使用されている場合には、光学的に有効な厚さＤは、偏光変調光学素子内の光線の行路に沿った比旋光度αを積分することによって計算される。ここでこの光学システムは、光軸または光学システムを通る光ビームの伝播によって定められた優先方向を有する。この一般的な観点の下で、本発明は光学システムに関係する。この光学システムは、光軸または優先方向を含む。この優先方向は、光学システムを通って伝播する光ビームの方向によって与えられる。すなわちこの光学システムは、座標系の座標によって記述される偏光変調光学素子を含む。ここで座標系の１つの優先座標は、光学システムの光軸に対して平行、または優先方向に対して平行である。例として、上述したケースではこの優先方向はｚ座標である。これは優先座標である。付加的に、偏光変調光学素子は、旋光性材料および上述したような効果的な光学的厚さＤのプロファイルを有している。ここで効果的な光学厚さＤは少なくとも、偏光変調光学素子を示す座標系の優先座標から異なる１つの座標の関数として変化する。上述の例では、効果的な光学的厚さＤは、少なくとも、ｚ座標（優先座標）とは異なる、ｘ座標またはｙ座標の関数として変化する。旋光性材料の効果的な光学的厚さを変化させるための種々異なる独立した方法がある。１つは、適切な材料を選択すること、または統一されていない温度分布を旋光性材料に与えること、または旋光性材料の幾何学的形状厚さを変えることによって比旋光度を変えることである。上述した独立した方法を組み合わせることによっても、旋光性材料の有効な光学的厚さを変えることができる。
【００５０】
図３は、偏光変調光学素子３０１の実施形態を示している。この偏光変調光学素子は特に接線偏光を生じさせるのに適している。詳細な説明は、図４ｄおよび５のコンテキスト内に示されている。図３に示された実施形態は、本明細書で定められる特定の意味で以降で使用される幾つかの技術的な用語を導入するために用いられる。
【００５１】
偏光変調光学素子３０１は円筒状であり、底面３０３と対向面３０５を有している。底面３０３は、平面な円状の面として設計される。素子軸ＥＡは、この平面面に対して垂直に延在する。対向面３０５は、この素子軸ＥＡに関連して、所与の厚さプロファイルに相応して輪郭形状を有している。旋光性結晶の光学軸は、素子軸ＥＡと平行に走行している。基準面内に延在する基準軸ＲＡは、直角で素子軸と交差し、基準として用いられる、この基準から方位角θが測定される。図３に示された特別な構成では、偏光変調光学素子３０１の厚さは、半径Ｒに沿って一定である。この半径Ｒは素子軸ＥＡに対して垂直であり、基準軸ＲＡに相対して角度θで方向付けされている。従って、図３の図示された実施例では厚さプロファイルは方位角θにのみ依存し、ｄ＝ｄ（θ）によってあらわされる。この光学素子３０１は中央孔３０７を有しており、この中央孔は素子軸ＥＡと同軸である。偏光光学素子の他の有利な実施形態ではこの厚さは半径に沿って変化する。従って、この厚さプロファイルはｄ＝ｄ（Ｒ，θ）であり。さらに普遍化された有利な実施形態では、図３に示された厚さプロファイルは、上述のように変調光学素子の幾何学的形状の厚さｄをあらわしているのではない。しかし、このプロファイルは、使用されている座標軸に依存して、光学的に有効な厚さＤ＝Ｄ（Ｒ，θ）＝Ｄ（ｘ，ｙ）をあらわす。この場合には、例えばα＝α（ｘ，ｙ）＝α（Ｒ，θ）またはα＝α（ｘ，ｙ，ｚ）＝α（Ｒ，θ，ｚ）等の比旋光度のあらゆるプロファイルも、偏光変調光学素子のプロファイルにおいて考慮される。これは、通過された光ビームの偏光面の方向における変化に対して効果的である。
【００５２】
付加的に、偏光変調光学素子３０１は、平面な底面３０３を必ずしも含む必要はないということに言及しておく。この表面は一般的には、輪郭形成された表面も含む。これは例えば、図３に示された３０５によって設計された表面と類似している、または等しい。このような場合には、輪郭表面３０３および３０５を、光軸または素子軸に垂直な平面表面に相対して記述するのは有利である。
【００５３】
図４ａは、偏光変調光学素子４０１のさらなる実施形態を概略的に示している。この偏光変調光学素子の中央を通る素子軸ＥＡは、この図では、図平面に対して垂直に走行している。この結晶の光学的な結晶軸はこの素子軸に対して平行に走行する。図３の実施形態と同じように、この偏光変調光学素子４０１は、オプショナルの中央孔４０７を有している。この偏光変調光学素子４０１は、円の扇形形状で、多数の平面平行部分４０９に分けられる。これは、それらの厚さにおいて異なる。これらの部分４０９の異なった形状を伴う択一的な実施形態が可能である。これらは、例えば六辺形、正方形、長方形または台形形状のラスタ素子として構成可能である。
【００５４】
図３に関連して示されたように、図４ａに示された実施形態は修正可能であり、従って扇形の異なる厚さは、異なる有効光学厚さＤとして理解されるべきである。この場合には比旋光度αは１つのセグメントから他のセグメントへも変化してよい。このような実施形態を製造するために、偏光変調光学素子は例えば図４ａに示された形状を有することができる。ここで扇形４０９は少なくとも部分的に、例えばあらゆる非旋光性材料によって交換される。これは、比旋光度を０に変える最もシンプルなケースである。さらなる実施形態として、扇形４０９をキュベット（cuvettes）またはセルによって置き換えてもよい。これらのキュベットまたはセルは、旋光性液体または非旋光性液体によって満たされている。この場合には、偏光変調光学素子は、旋光性部分と非旋光性部分を含んでよい。扇形４０９が部分的にのみキュベットによって置き換えられる場合、または少なくとも１つのキュベットが偏光変調光学素子４０１内で使用されている場合、例えば旋光性結晶を例えば旋光性液体または非旋光性液体を１つの素子４０内で組み合わせることが可能である。本発明に相応するこのような光学システムは、旋光性液体または非旋光性液体および／または旋光性結晶を含む偏光変調光学素子を含んでよい。さらに、本発明に相応する光学システムの偏光変調光学素子が、時計回りおよび逆時計回りに旋光性材料を含むことが可能であるのは有利である。これらの材料は、固体または液体の旋光性材料であり得る。キュベットにおいて液体を使用することによって次のような利点が生じる。すなわち液体を変えることによって、またはこの液体内の旋光性材料の濃度を変えることによって、偏光における変化の大きさを容易にコントロールすることができるという利点が生じる。比旋光度αの熱係数γによる比旋光度αのあらゆる熱的変化も、例えば旋光性液体の温度コントロールによってコントロール可能である。これによって、キュベット内の温度が一定であるか、または温度が予め定められた値Ｔを有する。これによって、比旋光度は値α（Ｔ）＝α0（Ｔ0）+γ＊（Ｔ−Ｔ0）を有する。コントロール手段によってコントロールされた適切な加熱および／または冷却手段によって液体内の特定の温度分布を形成することも可能である。
【００５５】
本発明に相応した光学システムは有利には、第１の直線偏光光線および第２の直線偏光光線の各振動面を修正する。両方の光線は光学システムを通って伝播し、少なくとも、光学システムを通って伝播する光ビームの一部である。この光線は、異なる経路を有する偏光変調光学素子も通過し、それぞれ第１および第２の回転角度で回転される。これによって、第１の角度は第２の角度とは異なる。一般的に、本発明に相応する光学システムの偏光変調光学素子は、前記偏光変調光学素子に入射する第１の直線偏光分布を有する光束を、前記偏光変調光学素子から出る光束に変える。この出射光束は、第２の直線偏光分布を有しており、ここでこの第２の直線偏光分布は、第１の直線偏光分布とは異なっている。
【００５６】
図４ｂは、偏光変調光学素子４０１に対する、図４ａに示されたように扇形に分けられた方位部分ｄ（ｒ＝定数，θ）に沿った厚さプロファイルを示している。この文脈で使用されている用語である方位部分は、次のような部分を意味している。すなわち、図４ａに示された円４１１に沿って厚さプロファイルｄ（θ，ｒ）を横切る部分を意味している。すなわち、一定の半径ｒで０°≦θ≦３６０°の方位角領域にわたって延在する部分である。一般的にこのプロファイルは、円４１１に沿った光学的に有効な厚さＤ＝Ｄ（θ）を示している。
【００５７】
扇形状部分に分けられた偏光変調光学素子４０１の方位部分は、階段形状プロファイルを有している。ここでこのプロファイル内では各ステップは厚さｄにおける差または隣接する扇素子間の光学的有効厚さＤに相当する。このプロファイルは、例えば最大厚さｄmaxと最小厚さｄminを有している。直線偏光光の振動面の回転角度の領域に対する０°≦β≦３６０°の領域をカバーするために、ｄmaxとｄminの間に３６０°／αの差があるはずである。このプロファイルの各個々の段の高さは、扇形素子の数ｎに依存し、３６０°／（ｎ・α）の大きさを有している。方位角θ＝０°では、このプロファイルは不連続性を有しており、ここでは偏光変調光学素子４０１の厚さはｄminからｄmaxへ跳躍している。光学素子の異なった実施形態は厚さプロファイルを有しており、ここでは、方位部分は厚さの２つの不連続性を有している。これは例えばθ＝０°とθ＝１８０°である。
【００５８】
択一的な実施形態では、このプロファイルは例えば最大の光学有効厚さＤmaxと最小の光学有効厚さＤminを有している。幾何学的形状の厚さｄは例えば一定であり、これは素子４０１の個々のセグメント４０９の比旋光度αの変化をもたらす。直線偏光光の振動面の回転角度の領域に対する０°≦β≦３６０°の領域をカバーするために、αmaxとαminの間に３６０°／ｄの差があるはずである。このプロファイルの各個々の段の比旋光度の変化は、扇形素子４０９の数ｎに依存し、３６０°／（ｎ・ｄ）の大きさを有している。方位角θ＝０°では、このプロファイルは、光学的有効厚さに関する不連続性を有しており、ここではこれはＤminからＤmaxへ跳躍する。有利にはこの実施形態において、偏光変調光学素子４０１の幾何学的形状厚さｄにおける不連続性は存在しないことを指摘しておく。方位部分が光学的有効厚さの２つの不連続性を有する、光学的有効厚さの厚さプロファイルも容易に実現可能である。これは例えばθ＝０°およびθ＝１８０°においてある。Δα＝３６０°／（ｎ・ｄ）の比旋光度の大きさにおける定められた変化を実現するために（素子４０１を形成するために、ｎ個の角セグメント４０９が存在する場合には）、個々の扇形セグメント４０９は有利にはキュベットまたはセルから成る。これは、必要な比旋光度αを伴う旋光性液体によって満たされている。例として、ｍ番目の扇形素子の場合には、比旋光度α（ｍ）＝αmin+ｍ*３６０°／（ｎ・ｄ）であり、０≦ｍ≦ｎである。必要な比旋光度は例えば、液体の旋光性材料の濃度、または液体材料自体を変えることによって調整される。
【００５９】
さらなる実施形態では、偏光変調光学素子４０１のセグメント４０９は、固体の旋光性材料（結晶性水晶等）と、旋光性材料によって満たされているセルまたはキュベットから成る。これらのコンポーネントは、光伝播方向において相互後ろに置かれる。択一的にまたは付加的に、キュベットそれ自体は、結晶性水晶のような旋光性材料を含む。
【００６０】
上述した偏光変調光学素子は、直線偏光入射光を直線偏光分布に変える。ここでは、直線偏光光線の振動面は各扇形素子の厚さ（または光学的に有効な厚さ）に依存する角度によって回転される。しかし偏光の方向が回転されるこの角度は、各扇形素子にわたって一定である。従って、個々のフィールドベクトルの振動面の方向に対する分布関数は、特定の離散値しかとらない。
【００６１】
直線偏光の連続的な分布は、方位部分に沿って連続的に変化する厚さ（光学的に有効な厚さ）プロファイルを有している光学素子によって達成される。
【００６２】
連続的に変化する厚さプロファイルの例は図４ｃに示されている。この実施形態において方位部分４１１は、厚さ（一般的に光学有効厚さ）において、スロープｍ＝−１８０°／（α・π）で、０≦θ≦３６０°の方位角領域にわたって、線形の増加を示している。ここでこのスロープは、スクリューのスロープとして定められる。択一的にこのスロープは、ｍ＝−１８０°／（α*π*ｒ）によって定められる。ここでｒは、素子軸ＥＡで中央に配置されている円の半径である。このケースでは、このスロープは素子軸の距離に依存する。これは例えば偏光変調光学素子３０１が所与の一定のスクリュースロープ（screw-slope）を有している場合（スクリューのリード）である。
【００６３】
このコンテキストにおいて記号αは、旋光性結晶の比旋光度をあらわしている。図４ｂの上述された実施例でのように、図４ｃの厚さプロファイルは同じように方位角θ＝０°で非連続性を有する。偏光変調光学素子４０１の厚さは、ほぼ３６０°／αの量によって、ｄminからｄmaxへ跳躍する。
【００６４】
偏光変調光学素子のさらなる実施形態は図４ｄに示されている。これは厚さプロファイル（一般的には光学的に有効な厚さプロファイル）を有している。これは同じように、直線偏光、殊に接線配向された偏光の連続的な分布を生じさせるのに適している。この厚さプロファイルは、図３に示された実施例に相応する。ここでは角度θは逆時計方向に測定される。この実施形態において方位部分４１１は、０＜θ＜１８０°および１８０°＜θ＜３６０°の各２つの領域にわたった、スロープｍ＝−１８０°／（α・π）を有する方位角θの一次関数である。厚さプロファイルは、θ＝０°およびθ＝１８０°で非連続性を有する。ここで厚さは突発的に、１８０°／αの量によって、ｄminからｄmaxへ上昇する。
【００６５】
図４ｅは、偏光変調光学素子４０１のさらなる実施形態に対する方位部分に沿った厚さプロファイル（一般的には光学的に有効な厚さプロファイル）をあらわしている。方位部分はこのケースでは、０＜θ＜１８０°に対する第１のスロープｍと、１８０°＜θ＜３６０°に対する第２のスロープｎを伴う方位角θの一次関数である。このスロープｍおよびｎは、等しい絶対値を有しているが、反対の符号を有している。素子軸からの距離ｒでのｍおよびｎに対する各量は、ｍ＝−１８０°／（α・π・ｒ）およびｎ＝１８０°／（α・π・ｒ）である。最小厚さｄminと最大厚さｄmaxとの間の差は再びほぼ１８０°／αである。すなわち、図４ｄの実施形態と同じである。２つの方位角領域におけるスロープに対して反対の符号を使用しているコンセプトによって、非連続性が生じるのが回避される。
【００６６】
付加的に、特定の比旋光度に対して時計回りおよび逆時計回りの旋光性材料が偏光変調光学素子内で組み合わされるということを言及しておく。
【００６７】
方位部分に沿って厚さプロファイルのスロープが、小さい半径とともに強力に増大するので、製造の観点から中央開口部４０７または中央掩蔽部を、円偏光変調光学素子の中央軸の回りの中央部分に設けるのは有利である。さらに、機械的な安定性の理由のために、素子直径の千分の２を下回らない、最小厚さｄminを有する偏光変調光学素子を設計することが必要である。ｄmin＝Ｎ・９０°／αの最小厚さを使用することは特に有利である。ここでＮは正の整数である。この設計選択は、入射光束の光線に対する複屈折の影響を最小化するために用いられる。ここでこの入射光束は、光軸に相対する角度で偏光変調素子を通過する。
【００６８】
図４ｆは、偏光変調光学素子のさらなる実施形態４２１を概略的に示している。図４ａのように、偏光変調光学素子の中央部分を通過する素子軸ＥＡは、図平面に対して垂直に走行し、光学的な結晶軸はこの素子軸に対して平行に走行する。しかし、結晶性水晶のような結晶性材料の場合のように偏光変調光学素子３０１、４０１が有利には１つの部品から成る図３および４ａの実施形態とは反対に、偏光変調光学素子４２１は、旋光性結晶材料の４つの別個の扇形部分４２２，４２３，４２４，４２５から成る。これらの扇形部分は取り付けデバイス４２６によってともに保持される。この取り付けデバイスは例えば金属から成り、その形状は４つの放射状スポーク４２８を有する円形プレート４２７として記述される。この取り付けは有利には、偏光変調光学素子に入射する放射に対して不透明である。これによって、スペーサーとしても用いられる。これは、扇形状部分４２２，４２３，４２４，４２５を相互に別個にする。当然ながら、図４ｆに従った本発明の実施形態は、いかなる特定の形状および、省かれてもよい取り付けデバイス４２６の領域によっても限定されるものではない。
【００６９】
図４ｆに示されていない択一的な実施形態では、偏光変調光学素子に入射する入射光は、扇形状部分上へ選択的に方向付けされ得る。これは例えば、回折構造体または他の適切な光学コンポーネントによって行われる。扇形状部分４２２および４２４は第１の厚さｄ１を有している。これは選択されて、部分４２２および４２４は、直線偏光された、軸に平行な光の振動面を９０°+ｐ・１８０°回転させる。ここでｐは整数をあらわしている。扇形状部分４２３および４２５は第２の厚さｄ２を有する。これは選択されて、部分４２３および４２５は、直線偏光された、軸に平行な光の振動面をｑ・１８０°回転させる。ここでｑは０ではない整数をあらわす。従って、ｙ方向において直線偏光されている軸平行光線の束が偏光変調光学素子４２１に入射すると、扇形状部分４２３および４２５を通過する光線は、その振動面を変えずにこの偏光変調光学素子４２１から出射する。また扇形状部分４２２および４２４を通過する光線は、その振動面をｘ方向に回転させて、この偏光変調光学素子４２１から出射する。偏光変調光学素子４２１を通過した結果、出射光は次のような偏光分布を有する。すなわち、扇形状部分４２２，４２３，４２４，４２５の中央線４２９および４３０で正確に接線であり、偏光変調光学素子４２１の残りに対して接線偏光分布に近い偏光分布を有する。
【００７０】
ｘ方向において直線偏光された軸平行光線の束が偏光変調光学素子４２１に入射すると、扇形状部分４２３および４２５を通過する光線はこの偏光変調光学素子４２１から、その振動面を変えずに出射し、また扇形状部分４２２および４２４を通過する光線は、その振動面をｙ方向に回転させて、この偏光変調光学素子４２１から出射する。偏光変調光学素子４２１を通過した結果、出射光は次のような偏光分布を有する。すなわち、扇形状部分４２２，４２３，４２４，４２５の中央線４２９および４３０で正確に放射状であり、偏光変調光学素子４２１の残りに対して放射状偏光分布に近い偏光分布を有する。
【００７１】
当然ながら、図４ｆに従った本発明の実施形態は、図４ｆに例示された扇形状部分の形状、領域および数に限定されるものではない。従って他の適切な形状（これは例えば台形形状、長方形、正方形、六角形または円形の幾何学的形状を有するが、これに限定されない）が、多かれ少なかれ扇形状部分４２２，４２３，４２４および４２５と同様に使用可能である。さらに、扇形状部分４２２，４２３，４２４，４２５（すなわち、扇形状部分４２２，４２３，４２４，４２５の相当する厚さ）によって与えられる回転角度β1およびβ2がより一般的に選択されて、式｜β1−β2｜＝（２ｎ+１）・９０°とほぼ一致してよい。ここでｎは整数をあらわす。これは例えば、相対的な配置も考察するためである。ここでは、ｘまたはｙ方向と必ずしもアライメントされない偏光面を有している入射光が使用されている。図４と関連して説明された実施形態では、接線偏光を伴う偏光分布に近づけることも可能である。
【００７２】
１９３ｎｍの波長と、個々の光線の電界ベクトルの振動面の統一方向を有する直線偏光光から接線偏光分布を生じさせるために、例えば、図３および４ｄに示された設計を有する結晶性水晶の偏光変調光学素子を使用することができる。１９３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の比旋光度αは、（３２５．２±０．５）°／ｍｍの領域にある。これは１８０ｎｍの波長で測定されたものである。またより詳細にはこれは、２１．６℃で３２１．１°／ｍｍである。旋光性の強さおよび効果は、１００ｍｒａｄまでの入射角の小さい領域内でほぼ一定である。例えば以下の記述に従って、ある実施形態が設計可能である：すなわち、結晶性水晶が使用されている場合には、最小厚さｄminに対して２７６．７５μｍの量が選択される。これは９０°／αに実質的に等しい。択一的に、最小厚さｄminがこの量の整数倍であってもよい。素子直径は１１０ｍｍである。旋光性部分の直径は幾分小さく、例えば１０５ｍｍである。底面は、図３に示されているように、平面表面として設計されている。対向面は、図４ｄに従って厚さプロファイルｄ（ｒ，θ）を有している。この厚さプロファイルは、以下の数学的な関係によって定められる：
【数４】
0005639941.tif 000005
【００７３】
上述のデータは、（３２５．２±０．５）°／ｍｍの比旋光度に対する例に基づいている。１９３ｎｍで２１．６℃の温度での値である比旋光度αが３２１．１°／ｍｍに変わると、厚さプロファイルは以下のように変化する：
【数５】
0005639941.tif 000006
【００７４】
この実施形態に相応する偏光変調光学素子は中央開口部４０７を有している。これは直径１０．５を有している。すなわち、最大開口の１０分の１である。最大厚さおよび最小はそれぞれ第１の所与の例に対して８３０．２６μｍおよび２７６．７５μｍである。
【００７５】
上述した実施例は、ロボット研磨プロセスによって製造される。偏光変調光学素子を、２つのくさび形状または螺旋形状の半部分から製造するのは特に有利である。これらは研磨の後にシームレスに結合される。この素子が半板から製造される場合には、１つの時計まわりおよび逆時計まわりの旋光性材料を使用するのは容易であり、幾つかの用途では有利である。これは時計まわり結晶性水晶および逆時計まわり結晶性水晶である（右水晶および左水晶）。
【００７６】
図５は、図３および４ｄに従った厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子５０１がどのように、統一して配向された直線偏光分布５１７を有する入射光束５１３の偏光分布を、出射光束５１５の接線偏光５１９に変換するのかを概略的に示している。これは次のようにして視覚化されている：偏光変調光学素子を最小厚さの場所で、例えばθ＝１８０°で通過する入射光束５１３の直線偏光光線は、旋光性結晶内で９０°／αの距離をカバーする。これによって、電界ベクトルの振動面は、９０°で回転される。他方で、偏光変調光学素子５０１を、θ＝４５°を伴う場所で通過する直線偏光された光線は、旋光性結晶内で１３５°／αの距離をカバーする。従って、この光線の電界ベクトルの振動面は１３５°で回転される。同じような結論が、入射光束５１３の各光線に対して示される。
【００７７】
図６は、図３および４ｄに従った厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子６０１を伴う光学配置が、さらなる偏光変調素子６２１と組み合わされてどのように、統一して配向された直線偏光分布６１７を有する入射光束６１３の偏光分布を、出射光束６１５の放射状偏光６２３に変えるのかを概略的に示している。図５のコンテキストにおいて説明されたように、偏光変調光学素子６０１は、接線偏光分布を生じさせる。接線偏光分布は、光束の各直線偏光された光線の各振動面の９０°の回転によって、放射状偏光分布に変換される。これを、図６に従った光学装置で成し遂げるための幾つかの異なった方法がある。１つの可能なコンセプトは、旋光性結晶の平面平行板をさらなる偏光変調素子６２１として光路内に配置することである。ここでは、板の厚さは約９０°／αpであり、ここでαｐは、旋光性結晶の比旋光度をあらわしている。偏光変調素子６０１内でのように、平面平行板の光学結晶軸は同じように素子軸に対して平行に走行する。他の可能なコンセプトとして、さらなる偏光変調素子６２１は９０°回転部として構成される。これは２つの半波長板から構成される。９０°回転部は、複屈折結晶材料の２つの半波長板から成る。各板は、遅い軸と、この遅い軸に直交した速い軸を有している。ここでこの遅い軸は、より高い屈折率の方向に関連しており、速い軸はより低い屈折率の方向に関連している。２つの半波長板は相互に相対的に回転され、その各速い軸および遅い軸は相互から４５°の角度でセットになっている。
【００７８】
当然ながら放射状偏光分布を生じさせるためのさらなる各実施形態が、本発明の範囲内で考えられる。例えば、さらなる偏光変調光学素子６２１が、偏光変調光学素子６０１に接続される。接線偏光から放射状偏光への迅速な切換を可能にするために、交換デバイスを設けることができる。これによって、さらなる偏光変調素子６２１が光路内に配置され、再び除去される、または他の素子によって置き換えられる。
【００７９】
接線偏光分布は、図４ｅに従った厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子によっても生成される。本発明のこの実施形態において厚さプロファイルは、不連続性を有していない。図７ａに示されているように、入射光束７１３の、統一されて方向付けされた偏光分布７１７ははじめに、偏光変調光学素子７０１によって、出射光束７１５の直線偏光分布７２７に変換されている。図４ｅに示された厚さプロファイルの方位角領域０≦θ≦１８０°において偏光変調光学素子７０１を通過する入射光束７１３の二分の一が変換され、出射する光束の相応する二分の一が接線偏光分布を有する。しかし他の半分は、異なった、非接線偏光分布７２７を有する。偏光変調光学素子７０１から出射する光束７１５の偏光分布７２７を完全に接線偏光分布７１９へ変換するために、さらなる偏光変調光学素子がこの光路内で必要とされる。このさらなる偏光変調光学素子はこの場合には、平面平行板７２５として構成される。この平面平行板は第１の半分７２９と第２の半分７３１を有している。平面平行板７２５の平面図が図７ｂに示されている。第１の半分７２９は、等方性材料から成る。これは、光線の偏光の状態に影響を与えない。また第２の半分７３１は半波長板として設計されている。図７ａの光学装置内の平面平行板７２５は次のように配置されている。すなわち、偏光変調光学素子７０１の基準軸ＲＡの投影ＲＡ' が、平面平行板上で、実質的に、第１の半分７２９と第２の半分７３１の間の分離線に沿って走行するように配置されている。半波長板の複屈折の遅い軸ＬＡは、この分離線に対して垂直である。択一的に、接線偏光は次のような場合に、図４ｅによって与えられた厚さプロファイルを有する偏光変調光学素子によっても得られる。すなわち、この素子が、結晶性水晶の２つの半くさび形状または螺旋形状素子から構成されている場合である。ここで１つの素子の旋光性は時計まわりであり、他の素子の旋光性は逆時計まわりである。この場合には、図７ａの実施形態でのように、付加的な平面平行板７２５は必要ではない。この実施形態では、有利には各くさび形状素子は一定のスクリュースロープを有する。しかしこのスロープは、図４ｅに示されているプロファイルとは異なる方向を有する。さらに、幾何学的形状厚さｄのスロープが同じ絶対値を有する必要はない。光学有効厚さのスロープＤが同じ絶対値を有していれば十分である。この場合には、比旋光度αは、２つのくさび形状素子に対する絶対値に異なって留意する。これらのくさび形状素子は、偏光変調光学素子を形成する。
【００８０】
図８は、マイクロリソグラフィ投影システム８３３を概略的に示している。これは光源ユニット８３５，照明システム８３９，マイクロ構造をもたらすマスク８５３，投影対物レンズ８５５および投影に曝される基板８５９を含む。光源ユニット８３５は、ＤＵＶレーザまたはＶＵＶレーザを含む。これは例えば１９２ｎｍに対するＡｒＦレーザ、１５７ｎｍに対するＦ2レーザ、１２６ｎｍに対するＡｒ2レーザまたは１０９ｎｍに対するＮｅ2レーザである。光源ユニットはさらにビーム成形光学システムを含む。これは平行光束を生じさせる。光束の光線は直線偏光分布を有しており、ここで各光線の電界ベクトルの振動面は統一した方向に配向される。照明システム８３９の基本構造は、ＤＥ１９５２９５６３（ＵＳ６２５８４３３）に記載されている。平行光束は拡散上昇（divergence-increasing）光学素子８３７上に入射する。発散上昇光学素子としては、例えばラスタ板を使用することができる。これは回折性または屈折性のラスタ素子の配置を伴う。各ラスタ素子は光束を生じさせ、この光束の角度分布は、このラスタ素子の寸法および焦点距離によって定められる。ラスタ板は、光路において下流に続く、対物レンズ８４０の対象面または対象面近傍に配置されている。対物レンズ８４０は、可変直径を伴う平行な光束を生じさせるズーム対物レンズである。方向変化ミラー８４１は、平行光束を光学ユニット８４２へ向ける。ここでこの光学ユニットは、アキシコン（axicon）（すなわち、回転対称プリズム配置）８４３を含む。ズーム対物レンズ８４０はアキシコン８４３と共働し、瞳面８４５において異なる照明プロファイルを生じさせる。これはズームおよびアキシコン素子の位置の設定に依存する。例えば図３に示された種類の偏光変調素子８０１は、瞳面８４５に配置されている。偏光変調光学素子８０１には、光路において、補償プレート８４７が続く。この補償プレートは、角度偏差を補償するように設計された厚さプロファイルを有する。この角度偏差は、偏光変調光学素子によって、この偏光変調光学素子を通過する光線内で生じる。光学ユニット８４２にはレチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）８４９が後続する。ＲＥＭＡ対物レンズ８５１は、レチクルマスキングシステム８４９のイメージを構造搬送マスク（レチクル）８５３上に投影する。これによってレチクル８５３の照明領域の境界が定められる。投影対物レンズ８５５は、構造搬送マスク８５３のイメージを感光性基板８５９上へ投影する。投影対物レンズの最後の光学素子８５７と、感光性基板８５９の間の空間は、浸液８６１を含む。この浸液は、空気とは異なる屈折率を有する。
【００８１】
本発明の付加的な利点は、本発明に相応する偏光変調光学素子または光学システムが、図８に示されたマイクロリソグラフィ投影システムにおいて、偏光分布の調整にも、偏光分布の温度補償にも使用可能であるということである。最新のマイクロリソグラフィ投影システムは幾つかの用途において、レチクル８５３で、予め定めらえた偏光分布を必要とする。これは約５°またはそれより良好な精度を伴う、幾つかのケースでは１°よりも良好な精度を伴う。
【００８２】
レチクルでの偏光分布は、種々の光学素子によって影響される。例えばテンション誘導された複屈折性、または、個々の光学素子の温度の定められていないまたはコントロールされていない変化によって影響される。従って、偏光分布は時間にわたって予知できずにまたはコントロールできずに変化する。このような変化を修正するために、偏光変調光学素子の比旋光度αの温度依存性を、偏光角度の大きさをコントロールするために使用することができる。本発明の実施形態に従った光学システムは有利には、偏光コントロールシステムを含む。これは、光学システムを通って伝播する光ビームの偏光分布をコントロールする。関心対象の偏光分布は、光学システムの予め定められた位置での偏光分布である。偏光コントロールシステムは、偏光変調光学素子の温度および／または温度分布を修正するために、少なくとも１つの加熱または冷却デバイスを含む。これによって予め定められた位置での光ビームの偏光分布に影響が与えられる。ここで偏光変調光学素子が可変の有効光学厚さまたは一定の有効光学厚さを有していてよい。
【００８３】
一定の有効光学厚さの場合には、光学システムは、光学システムを通って伝播する光ビームの方向によって与えられる光軸または優先方向（preferred direction）を含む。この光学システムは付加的に、座標系の座標によって記述される偏光変調光学素子を含む。ここで座標系の１つの優先座標は、光軸に対して平行であるか、または前記優先方向に対して平行である。偏光変調光学素子は固体および／または液体の旋光性材料を含む。ここで有効光学厚さは、座標系の優先座標とは異なる少なくとも１つの座標の関数として一定である。光学システムはさらに、光学システム内の予め定められた場所で、（光学システムを通って伝播する）光ビームの偏光分布をコントロールする偏光コントロールシステムを含む。この偏光コントロールシステムは、偏光変調光学素子の温度および／または温度分布を修正するために、少なくとも１つの加熱または冷却デバイスを含む。これによって予め定められた位置での光ビームの偏光分布に影響が与えられる。
【００８４】
例として、（例えば本発明に相応する光学システム内で使用されるような）偏光変調光学素子が、平行板を含んで、または平行板として構成されて、合成（結晶性）水晶から成る場合には、このような板の１０ｍｍの厚さは結果的に、１．３５°／Kに等しい、２３．６ｍｒａｄ／℃または２３．６ｍｒａｄ／Kの偏光の変化を生じさせる。これは、γ＝２．３６ｍｒａｄ／（ｍｍ*K）を伴う比旋光度αの線形温度係数γによる。これらのデータは１９３ｎｍの波長に相当する。図９に概略的に示されている、このような実施形態では、平行板９０１の光軸ＯＡは、光学システムにおいて光の伝播（参照番号９５０によって示されている）に対して、平行にまたはほぼ平行に方向付けされる。ほぼ平行が意味するのは、平行板９０１の光軸ＯＡと、光学システムを通って伝播する光の方向との間の角度が２００ｍｒａｄよりも小さく、有利には１００ｍｒａｄよりも小さく、または５０ｍｒａｄよりも小さいということである。板９０１の温度をコントロールすることによって、偏光の変化がコントロールされる。例えば板の温度が約２０℃から４０℃の領域内でコントロールされる場合、偏光角度は、水晶から成るこのような板９０１に対しては約±１３．５°の領域内でコントロール可能に変化される。この高い感度によって、温度コントロールによる偏光分布のコントロールが可能になる。このような場合には、約０．１ｍｍから２０ｍｍまでの厚さｄを伴う平行板も、偏光変調光学素子９０１になり、板９０１の温度を変えることによって偏光分布をコントロール可能に調整することができる。有利には、合成（結晶性）水晶の場合には、板９０１の厚さはｎ*２７８．５μｍである（ｎはあらゆる整数である）。この結果、ｎ＝１の場合には少なくとも９０°の偏光面の回転になり、ｎ＝２の場合には１８０°の回転になり、これは一般的にはｎ*９０°で、１９３ｎｍの波長に対して、約２１．６℃の場合である。偏光面の９０°の回転の場合には、合成水晶は少なくとも２７８．５μｍであり、１８０°の回転の場合には少なくとも５５７．１μｍであり、２７０°回転の場合には厚さは８３５．５μｍであるべきであり、偏光の３６０°回転の場合には、厚さは１．１１４ｍｍである。厚さに関する製造公差は約±２μｍである。従ってこの製造公差によって、光の偏光面の角度が不正確になる。この光は約±０．６４°の板を約２１．６℃かつ１９３ｎｍで通過する。この不正確さのために、この板（または偏光変調光学素子）の温度変動によって生じる付加的な不正確性が考慮されなければならない。これは比旋光度αの線形温度係数γによって与えられる。ここでγ＝２．３６ｍｒａｄ／（ｍｍ*Ｋ）＝０．１５°／（ｍｍ*Ｋ）である。
【００８５】
板９０１の温度コントロールは、温度センシングデバイスを用いて、閉ループまたは開ループコントロールによって行われる。ここでこの温度センシングデバイスは、板９０１の温度を定める（または偏光変調光学素子の温度および／または温度分布をあらわすまたはこれに等しい温度センサ値を与える）少なくとも１つの温度センサ９０２，９０３と、有利には赤外放射線９０６によって板を加熱する赤外線ヒータを含む、少なくとも加熱装置９０４，９０５と、少なくとも１つの加熱装置９０４，９０５をコントロールするためのコントロール回路９１０を伴う。温度センシングデバイスの温度の例としては、投影光学系を伴う反応性のＣＣＤ素子が使用されてよい。ここで投影光学系は、板９０１の少なくとも一部をＣＣＤ素子上に結像し、これによって板９０１の見られる部分の温度プロファイルがＣＣＤ素子信号を分析することによって定められる。コントロール回路９１０は、コンピュータシステム９１５を含む、またはマイクロリソグラフィ投影システム８３３（図８参照）のコンピュータまたはコントロールシステム９１５と接続される。温度がコントロールされる板９０１の有利な実施形態では、厚さが選択され、ｎ*９０°（ｎはあらゆる整数）の偏光の回転が温度T＝（Tmax−Ｔmin）／２+Ｔminで得られる。ここでTmaxおよびＴminは、板９０１（または一般的には偏光変調光学素子）の最大温度および最小温度である。有利には、加熱装置または加熱システム（およびペルチエ素子のような冷却デバイス）が次のように配置される。すなわちこれがマイクロリソグラフィ投影システム８３３の光路内ではなく、または本発明の実施形態に従った光学システムを通って伝播する光ビームの光路内でないように配置される。有利には、本発明に従った偏光コントロールシステムを伴うこの光学システムは、次のようなシステム内で使用される。すなわち、偏光変調光学素子と光学システム内の予め定められた位置との間に配置された少なくとも１つの付加的な光学素子を伴うシステム内で使用される。このような配置によって、光ビームは、偏光変調光学素子から予め定められた位置へ伝播するときに、少なくとも１つの付加的な光学素子に接触する。付加的な光学素子は有利にはレンズ、プリズム、ミラー、屈折性又は回折性の光学素子または線形の複屈折材料を含む光学素子を有する。従って、本発明に相応する光学システムは、マイクロリソグラフィ投影システム８３３の一部を形成する。
【００８６】
さらなる有利な実施形態では、偏光変調光学素子９０１（図９では板として示されている）の温度は予め定められた温度プロファイルに相当する。例として、このような温度プロファイルは、複数の赤外線ヒータ９０４，９０５を使用することによって得られる。これによって光学素子９０１にわたった放射状分布が生じる。これは、上述したようにコントロール回路によってコントロールされて光学素子９０１を加熱する。このような実施形態では、コントロール回路９１０に対して複数の温度センサ９０２，９０３も使用される。この実施形態では、マイクロリソグラフィ投影システム８３３のフィールド面または瞳面における偏光状態を局部的に調整することができる。
【００８７】
択一的にまたは付加的に、加熱装置または加熱デバイス９０４，９０５が１つまたは複数のペルチエ素子９０７，９０８によって置き換えられるまたは補足される。１つまたは複数のペルチエ素子は有利にはコントロール回路９１０に接続され、開および／または閉ループコントロールによるコントロールが可能である。ペルチエ素子の利点は、偏光マニピュレーティング光学素子９０１のコントロールされた冷却が得られるということである。光学素子を同時に加熱および冷却することによって、偏光変調光学素子９０１内で複雑な温度分布が生じる。これによって、例えば素子９０１を通過した後に、マイクロリソグラフィ投影システム８３３を通って伝播する光９５０の複雑な偏光分布が生じる。当然ながら、上述したものの他の加熱手段および冷却手段を使用して、偏光変調光学素子９０１の必要な温度プロファイルまたは必要な温度を得ることができる。
【００８８】
マイクロリソグラフィ投影装置８３３（図８参照）の照明システムにおいて偏光変調光学素子８０１として平面板（plane plate）９０１を使用することは、瞳面８４５および／または光源ユニット８３５と上述した瞳面８４５の間の位置で有利である。平面板９０１をこの位置で使用することは次のような利点を有する。すなわち、板９０１およびマイクロリソグラフィ投影装置を通過する入射光の角度が６°（１００ｍｒａｄ）よりも小さいという利点を有する。この小さい角度で、板９０１によって生じる線形複屈折の影響は非常に小さい。従って、板９０１に入射する前に光が直線偏光されていた場合には、無視できる楕円形状部分を伴って、板９０１を通過した後の光の伝播はほぼ直線である。
【００８９】
本発明のさらなる有利な実施形態では、本発明に相応する偏光変調光学素子９０１または光学システムを通過した光の偏光の状態が測定される。このために、偏光コントロールシステムは、偏光値を与える偏光測定デバイスを含む。ここでこの偏光値は、光学システム内の所定の位置での光ビームの偏光または偏光分布を代表する、またはこれに等しい。さらに、コントロール回路は、少なくとも１つの加熱または冷却デバイスを、開ループコントロールまたは閉ループコントロールによって、温度センサ値および／または偏光値に依存してコントロールする。偏光の測定状態は必要な状態と比較され、測定された状態偏差が許容値を上回っている場合には、平面板９０１等の偏光変調光学素子の温度および／または温度分布が変えられ、偏光の測定された状態と必要な状態の間の差がより小さくなり、可能であればこの差が許容値内である程度に小さくなる。図９には、偏光状態の測定がその場で測定される、または別個の特別な測定によって、偏光測定デバイス９６０に依存して測定される。偏光測定デバイスは、コントロール回路９１０と接続される。これによって、測定された偏光状態値に依存して、加熱手段９０４，９０５および／または９０７，９０８がコントロールされて加熱されるおよび／または冷却される。この結果、測定され、必要とされる偏光状態が小さくなる。このコントロールは開ループモードまたは閉ループモードで行われる。
【００９０】
偏光変調光学素子として使用される、またはこの種のエレメントの一部である平面板９０１は特に、通過した光束の偏光状態の配向を背優勢するのに適している。
【００９１】
本発明のさらなる実施形態では、偏光変調光学素子として使用されている平面板９０１（旋光性材料を含むまたは旋光性材料から成る）は、直線複屈折性材料を含むまたはこれから成る板９７１（図１０を参照）と組み合わされる。本発明のこの実施形態では、通過光束９５０の配向および位相に影響が与えられ、例えば、平面偏光光束は、２つの板９０１と９７１を通過した後に、またはこの逆を通過した後に楕円偏光される。この実施形態では少なくとも１つの板９０１または９７１が、その温度および／または温度分布に関して、図９に関連して記載したようにコントロールされる。さらに、板９０１と９０７のシーケンスが変えられ、通過光束ははじめに、線形複屈折材料を含むまたはこれから成る板９７１を通過し、その後に、旋光性材料を含むまたはこれから成る板９０１を通過してもよい。またその逆でもよい。有利には２つの板は、連続的に、このシステムの光軸ＯＡに沿って配置される。また、線形複屈折材料を含むまたはこれから成る１つより多い板および／または、旋光性材料を含むまたはこれから成る１つより多い板が、通過光束の偏光状態を操作するために用いられてもよい。さらに、平面板９７１または９０１が旋光性材料を含む液体セルまたはキュベットによって置き換えられてもよい。線形複屈折材料を含むまたはこれから成る平行板９７１および旋光性材料を含むまたはこれから成る板９０１が配置され、少なくとも１つの他の光学素子９８１がこれらの平面板の間に配置されることが可能である。この素子９８１は例えばレンズ、回折性または屈折性の光学素子、ミラーまたは付加的な平面板であってよい。
【００９２】
本発明の付加的な実施形態では、偏光変調光学素子または一般的には偏光光学素子は温度補償されて、偏光変調光学素子によって、この素子の温度変動が原因でもたらされる偏光分布の不正確さが低減される。これは、合成水晶材料の場合には、水晶に対する比旋光度αの線形温度係数γによって与えられる（これは、上述したようにγ＝２．３６ｍｒａｄ／（ｍｍ*Ｋ）＝０．１５°／（ｍｍ*Ｋ）である）。この温度補償は、合成水晶の場合には、時計まわりの旋光性を伴う１つの水晶材料と逆時計まわりの旋光性を伴う１つの水晶材料が存在するという認識を使用する（右水晶および左水晶）。時計まわり旋光性および反時計まわり旋光性の両方は、各比旋光度αに関する大きさにおいてほぼ等しい。比旋光度の差は０．３％を下回る。合成水晶が時計まわり（右水晶）の旋光性を有しているか、または逆時計まわり（左水晶）の旋光性を有しているかは、種結晶に依存する。この種結晶は合成水晶の製造プロセスにおいて使用される。
【００９３】
右水晶および左水晶は、図１１に示されているように、熱、または温度補償された偏光変調光学素子９１１を製造するために結合される。偏光状態の変化に関して、この種の温度補償された偏光変調光学素子９１１は厚さｄの合成水晶の平面板に等しい。例えば、２つの平面板９２１および９３１は、光の方向９５０において相互に背後に配置される。この光は光学システムを通って伝播し、この光学システムは温度補償された偏光変調光学素子９１１を含む。板のこの配置によって、１つの板９３１は厚さｄRを伴う右水晶から成り、他の板９２１は厚さｄLを伴う左水晶から成り、｜ｄR−ｄL｜＝ｄである。ｄRおよびｄL（ｍｉｎ（ｄR，ｄL））の小さい方の厚さが、ｄまたはｍｉｎ（ｄR，ｄL）＞ｄより大きい場合には、偏光状態の温度依存が部分的に補償される。これは次のことを意味する。すなわち、右水晶および左水晶板のシステムの温度依存性がγ＝２．３６ｍｒａｄ／（ｍｍ*Ｋ）*ｄ＝０．１５°／（ｍｍ*Ｋ）*ｄより小さいことを意味する。ここでｄは、２つの板の厚さの差の絶対値ｄ＝｜ｄR−ｄL｜である。以下の説明はこの効果を証明する。例えば厚さｄR＝５５７．１μｍを伴う右水晶板９３１（結果として、入射偏光面と比較して出射偏光面の１８０°時計まわり変化を生じさせる）は、厚さｄL＝５５７．１μｍ+２８７．５μｍを伴う左水晶板９２１（結果として、入射偏光と比較して出射偏光面の２７０°逆時計まわり変化を生じさせる）と組み合わされる。この結果、光が平面板９２１，９３１両方を通過した後に、９０°の偏光面の逆時計まわり変化が生じる。これは、右水晶板のみが使用されている場合の偏光面の２７０°の時計まわり方向の変化に相当する。温度補償が完全に得られない場合には、２つの板が使用されている場合には、これは約０．０４°／Ｋの値まで低減される。これは、ｄR＝５５７．１μｍ+２８７．５μｍの右水晶板だけが使用されている場合には０．１３°／Ｋであるのと比較される。これは温度依存性の格段の低減である。なぜなら、温度が１０℃変化しても、偏光板の変化は１°よりも小さいからである。
【００９４】
一般的に、右水晶または左水晶から成るあらゆる構造化された偏光変調光学素子（例えば図３および図４ａと組み合わされて記述された素子）が、それぞれ他の水晶タイプ（左水晶または右水晶）の平面板と組み合わされる。この結果、組み合わされたシステム９１１が、偏光の変化に関して低減された温度依存性を有する。平行板の代わりに、それぞれ他の水晶タイプから成る構造化された光学素子が使用されてもよい。これによって、図１１において、示された板９２１および９３１が、この明細書で言及された構造化された偏光変調光学素子になる。これは反対の符号の比旋光度を有し、時計まわりおよび逆時計まわりに偏光状態を変化させる。
【００９５】
温度補償された偏光変調光学素子９１１の上述した例を一般化するために、本発明は、光軸ＯＡまたは優先方向９５０を含む光学システムにも関連する。これは光学システムを伝播して通る光ビームの方向によって定められる。光学システムは、座標系の座標によってあらわされる、温度補償された偏光変調光学素子９１１を含む、座標系の座標によってあらわされている。ここで、座標系の１つの優先座標は光軸ＯＡに対して平行である、または前記優先方向９５０に対して平行である。温度補償された偏光変調光学素子９１１は、第１の偏光変調光学素子９２１と第２の偏光変調光学素子９３１を含む。第１および／または第２の偏光変調光学素子は固体および／または液体の旋光性材料と、有効光学厚さのプロファイルを含む。ここで有効光学厚さは、少なくとも、座標系の優先座標とは異なる１つの座標の関数として変化する。付加的にまたは択一的に、第１の偏光変調光学素子９２１および／または第２の偏光変調光学素子９３１は、固体および／または液体の旋光性材料を含む。ここで有効光学厚さは、少なくとも、座標系の優先座標とは異なる１つの座標の関数として一定である。付加的な特徴として、第１および第２の偏光変調光学素子９２１，９３１は、反対の符号の比旋光度を有する旋光性材料を含む。または第１の偏光変調光学素子は、次のような旋光性材料を含む。すなわち、第２の偏光変調光学素子の旋光性材料と比較して反対の符号の比旋光度を伴う旋光性材料を含む。平行板の場合には、有利には第１および第２の板の第１および第２の厚さの差の絶対値はより小さい板の厚さよりも小さい。
【００９６】
本発明の有利な実施形態では、偏光変調光学素子は旋光性材料成分および／または非旋光性材料成分を含む。ここで、この成分は磁界の影響を受け、これによって磁界のフィールド成分が、偏光変調素子を通る光ビームの伝播方向に沿って存在する。旋光性材料成分は上述したように解釈されてよい。しかし旋光性材料も使用される。これは、旋光性材料と関連して記述したのと同じまたは類似の構造を有する。磁界の使用によって、ファラデー効果によって、旋光性および／または非旋光性材料を通過する光の偏光状態も変化し、偏光状態は磁界によってコントロールされる。
【００９７】
本発明に従った偏光変調光学素子に対する、または光学システムに対する種々の実施例をこの出願で説明した。さらに、本発明に従った偏光変調光学素子または光学システムの付加的な実施例が、本出願において示された個々の実施例の個々の特徴および／または特性を交換するおよび／または組み合わせることによって得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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