(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光影響光学装置を有する光学系であって、
この偏光影響光学装置（１５０）が、
光学結晶軸を有する光学活性材料から構成され、かつ該光学結晶軸の方向に変化する厚みプロファイルを有する少なくとも１つの偏光影響光学要素（２００，２３０）と、
少なくとも１つのλ／２板（２５０）と、
回転子（２４０）上に入射する光の偏光方向の一定の偏光回転角の回転をもたらす少なくとも１つの回転子（２４０）と、
前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）及び前記少なくとも１つの回転子（２４０）を互いに独立して光学ビーム経路の内側の位置と該光学ビーム経路の外側の位置との間で移動することができるアクチュエータ装置と、
を含み、
前記回転子（２４０）は、光学活性材料で作られかつ前記光学系の光軸（ＯＡ）と平行に延びる光学結晶軸を有する、
ことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記アクチュエータ装置は、更に、前記偏光影響光学要素（２００，２３０）を前記λ／２板（２５０）及び前記回転子（２４０）とは独立して前記光学ビーム経路の内側の位置と該光学ビーム経路の外側の位置との間で移動するのに使用することができることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記回転子（２４０）は、該回転子（２４０）上に入射する光の偏光方向の９０°の偏光回転角の回転をもたらすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
更に、前記回転子（２４０）を異なる偏光回転角を有する回転子で置換するための交換装置が具備されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）は、前記光軸（ＯＡ）又はそれと平行な軸の回りに回転可能に構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記偏光影響光学要素（２００，２３０）は、該偏光影響光学要素（２００，２３０）を通過する光ビームの光ビーム断面にわたって一定の選定された偏光方向を有する直線偏光分布を少なくとも近似的にタンジェンシャルな偏光分布に変換するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記偏光影響光学要素（２００，２３０）は、該偏光影響光学要素（２００，２３０）を通過する光ビームの光ビーム断面にわたって一定の選定された偏光方向を有する直線偏光分布をタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布に変換するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記偏光影響光学要素（２００，２３０）は、要素軸（ＥＡ）を有し、前記厚みプロファイルは、方位角（θ）だけに依存し、
前記方位角は、前記要素軸（ＥＡ）に対して垂直で該要素軸と交わる基準軸（ＲＡ）に対するものである、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学活性材料は、結晶石英であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）は、前記光学ビーム経路内のその位置に関して、光伝播方向に関して前記偏光影響光学要素（２００，２３０）の下流に配置されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）は、光学的に正の単軸結晶材料の少なくとも１つの第１の部分要素と、光学的に負の単軸結晶材料の少なくとも１つの第２の部分要素とを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）は、前記光伝播方向に関して照明デバイスの第１の瞳平面の下流に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１３】
前記光伝播方向に関して前記少なくとも１つのλ／２板（２５０）の上流の光学系に発生する系リターデーションが、該光伝播方向に関して該少なくとも１つのλ／２板（２５０）の下流の光学系に発生する系リターデーションによって少なくとも部分的に補償されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１４】
前記偏光影響光学装置（１５０）は、複数のλ／２板の配列を含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１５】
複屈折の速軸のアラインメントが、λ／２板のこの配列内で変化することを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
各瞳点において、λ／２板のこの配列内の前記複屈折の前記速軸は、各場合にこの瞳点での望ましい偏光方向に対して垂直又は平行に延びることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光学系。
【請求項１７】
光学系が、マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系であることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１８】
照明デバイスと投影レンズとを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
照明デバイス（１１０）及び／又は投影レンズ（１３０）が、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の光学系を含む、
ことを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項１９】
微細構造化構成要素のマイクロリソグラフィ製造の方法であって、
感光材料の層が少なくとも部分的にその上に付加された基板（１４０）を準備する段階と、
結像される構造を有するマスク（１２５）を準備する段階と、
請求項１８に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置（１００）を準備する段階と、  前記投影露光装置（１００）を用いて前記マスク（１２５）の少なくとも一部を前記層のある一定の領域上に投影する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系に関する。特に本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明デバイス又は投影レンズにおける使用に適し、タンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布を含む異なる偏光分布の柔軟な設定を可能にする偏光影響光学装置を有する光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィは、例えば、集積回路又はＬＣＤのような微細構造化構成要素を生成するのに使用される。マイクロリソグラフィ処理は、照明デバイス及び投影レンズを含むいわゆる投影露光装置において実施される。この場合、マスク構造を基板の感光コーティングに転写するために、照明デバイスを用いて照明されるマスク（＝レチクル）の像が、感光層（フォトレジスト）で被覆されて投影レンズの像平面に配置された基板（例えば、シリコンウェーハ）上に投影される。
【０００３】
高コントラスト結像の目的で、照明デバイスと投影レンズの両方においてタンジェンシャル偏光分布を設定することは既存の慣習である。「タンジェンシャル偏光」（又は「ＴＥ偏光」）は、個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動平面の向きが、光学系軸に向く円の半径に対してほぼ垂直に定められる偏光分布を意味すると理解すべきである。それとは対照的に「ラジアル偏光」（又は「ＴＭ偏光」）は、個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動平面の向きが、ほぼ光学系軸に対する半径方向に定められる偏光分布を意味すると理解すべきである。それに応じて、準タンジェンシャル偏光分布又は準ラジアル偏光分布は、上述の基準が少なくとも近似的に満たされる偏光分布を意味すると理解すべきである。
【０００４】
更に、照明デバイスの瞳にわたって変化する更に別の偏光分布を設定する必要もある。
【０００５】
従来技術に関しては、純粋に例示的な意味でＷＯ  ２００５／０６９０８１  Ａ２、ＵＳ  ２００６／００５５９０９  Ａ１、ＷＯ  ０３／０７７０１１  Ａ１、及びＤＥ  １０  ２００９  ０５５  １８４  Ｂ４を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ  ２００５／０６９０８１  Ａ２
【特許文献２】ＵＳ  ２００６／００５５９０９  Ａ１
【特許文献３】ＷＯ  ０３／０７７０１１  Ａ１
【特許文献４】ＤＥ  １０  ２００９  ０５５  １８４  Ｂ４
【特許文献５】ＤＥ  １０  ２００７  ０５９  ２５８  Ａ１
【特許文献６】ＷＯ  ２００５／０２６８４３  Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、タンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布を含む異なる偏光分布の柔軟な設定を可能にする特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系は、偏光影響光学装置を含み、この偏光影響光学装置は、光学結晶軸を有する光学活性材料から構成され、光学結晶軸の方向に変化する厚みプロファイルを有する少なくとも１つの偏光影響光学要素と、少なくとも１つのλ／２板と、回転子上に入射する光の偏光方向の一定の偏光回転角の回転をもたらす少なくとも１つの回転子と、少なくとも１つのλ／２板及び少なくとも１つの回転子を互いに独立して光学ビーム経路の内側の位置と光学ビーム経路の外側の位置との間で移動することができるアクチュエータ装置とを含む。
【０００９】
本発明は、特に、厚みが変化し、光学活性材料から作られた偏光影響光学要素と、回転子と、λ／２板とで構成される偏光影響装置を用いて、λ／２板及び／又は回転子の光学ビーム経路内への選択的導入により、異なる出力偏光分布の間で選択又は切り換えを柔軟に行うことができ、特にタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布を生成することができるという概念に基づいている。
【００１０】
これ以降の本文では、そのような「タンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布」（ＴＥ／ＴＭ偏光分布又はＴＭ／ＴＥ偏光分布とも呼ぶことができる）は、タンジェンシャル偏光分布とラジアル偏光分布の間に（連続的又は段階的）遷移を有する偏光分布を意味するものと理解すべきである。言い換えれば、そのような偏光分布は、瞳内で個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動平面の向きが、光学系軸に向く円の半径に対してほぼ垂直に定められた点と、個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動平面の向きが、光学系軸に向く円の半径に対してほぼ平行に定められた点の間の遷移において、電界強度ベクトルの振動平面が、これら２つの「極端な」位置の間に位置し、瞳にわたってタンジェンシャルアラインメントからラジアルアラインメントに連続的又は段階的に遷移する点を有する。
【００１１】
本発明による偏光影響光学装置に存在する偏光影響光学要素に対する付加的な構成要素、すなわち、λ／２板及び回転子を選択的に互いに独立して光学ビーム経路に導入するか又は光学ビーム経路から取り出すことができるように構成することにより、ビーム経路に置かれたこれらの構成要素の組合せに基づいて、異なる出力偏光分布の間で柔軟な方式で切り換えを行うことができる。この場合、アクチュエータ装置は、偏光影響光学装置のそれぞれの上述の構成要素に関連付けられた個々のアクチュエータを有することができる。
【００１２】
本発明の範囲で、上述の「タンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布」は、特に、変化する厚みプロファイルを有する光学活性材料で作られるＷＯ  ２００５／０６９０８１  Ａ２等から公知の偏光影響光学要素の効果をλ／２板によって得られる「対称性破壊」と組み合わせることによって得られる。これは、偏光影響光学要素が、以下により詳細に説明するように、例えば、最初にタンジェンシャル偏光分布又は準タンジェンシャル偏光分布を生成することができるのに対して、偏光影響光学装置内のλ／２板の結果として、タンジェンシャル偏光分布又は準タンジェンシャル偏光分布をタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布に変換することにより、最終的に得られる出力偏光分布を更に修正することができることによる。この場合、λ／２板の偏光影響効果は、λ／２板の光学結晶軸上に入射する光の選定された偏光方向の鏡像反転に対応する。更に、この偏光影響効果は、λ／２板の回転実施形態（以下により詳細に説明する）の場合に更に柔軟に修正することができる（光学系軸の回り、又は光伝播方向と平行な軸の回りの回転可能性により）。
【００１３】
上述のタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布を含む異なる偏光分布への本発明による切り換えは、この場合は特に偏光影響光学要素の回転又は偏光影響光学要素の交換を必要とすることなく実施することができ、従って、一般的に制限を受ける利用可能設置空間の場合（例えば、偏光影響光学要素の交換又は回転に十分ではない）にも達成することができる。
【００１４】
本発明による偏光影響光学装置内に更に設けられる好ましくは９０°回転子として構成することができる回転子は、必要に応じて、上述のＴＥ／ＴＭ出力偏光分布又はＴＭ／ＴＥ出力偏光分布の代わりに、タンジェンシャル偏光分布とラジアル偏光分布との間で前と同じく連続的又は段階的であるが、９０°回転子によって導入される選定された偏光方向の回転の結果として、上述の例がラジアル偏光を有していたまさにその位置にタンジェンシャルに延びる選定された偏光方向を有し、その逆も同様である遷移が存在することを可能にする。更に、λ／２板が、光学ビーム経路の外側に配置される場合には、回転子は、例えば、偏光影響光学要素によって生成されたタンジェンシャル偏光分布をラジアル偏光分布に変換することができ、又はその逆も同様である。
【００１５】
本発明の実施形態において、回転子も同じくλ／２板として具現化されるか又は少なくとも１つのλ／２板を含むことができる。
【００１６】
一実施形態により、アクチュエータ装置は、更に偏光影響光学要素をλ／２板及び回転子とは独立して、光学ビーム経路の内側の位置と光学ビーム経路の外側の位置との間で移動するのに使用することができる。
【００１７】
一実施形態により、光学系は光軸を有し、生成される出力偏光分布を更に柔軟な方式で変更するために、λ／２板は、光軸又はそれと平行な軸の回りに回転可能に構成される。回転可能なλ／２板を有する光学系のこの実施形態は、偏光影響光学装置内に回転子が存在する上述の概念とは独立して更に有利である。
【００１８】
従って、更に別の態様により、本発明の開示は、光軸及び偏光影響光学装置を有する特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系に関し、この偏光影響光学装置は、光学結晶軸を有する光学活性材料から構成されて光学結晶軸の方向に変化する厚みプロファイルを有する少なくとも１つの偏光影響光学要素と、少なくとも１つのλ／２板とを含み、λ／２板は、光軸の回り又はそれと平行な軸の回りに回転可能に構成される。
【００１９】
一実施形態により、光学系は、λ／２板及び偏光影響光学要素を互いに独立して光学ビーム経路の内側の位置と光学ビーム経路の外側の位置との間で移動することができるアクチュエータ装置を更に含む。
【００２０】
一実施形態により、λ／２板は、光学的に正の単軸結晶材料の少なくとも１つの第１の部分要素と、光学的に負の単軸結晶材料の少なくとも１つの第２の部分要素とを有する。λ／２板のこの実施形態（それ自体ＤＥ  １０  ２００７  ０５９  ２５８  Ａ１から公知）は、特に、光線が互いに全て平行なわけではなく角度分布を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の平面内でλ／２板の入射角に依存しない偏光影響効果を保証することを可能にする。特に、偏光の入射角に依存しない設定は、瞳平面に一致しない平面内、又は他に光伝播方向に視野生成光学要素の下流に配置され、従って、光が異なる角度で通過する瞳平面に相当する平面内のいずれかで行うことができる。
【００２１】
この場合、これ以降の本文において、光学的に正の単軸結晶材料（又は光学的に正の性質を有する複屈折材料）は、従来の術語に従って異常屈折率ｎeが正常屈折率ｎoよりも大きい光学的単軸結晶材料を意味すると理解すべきである。それに応じて、光学的に負の単軸結晶材料（又は光学的に負の性質を有する複屈折材料）は、異常屈折率ｎeが正常屈折率ｎoよりも小さい光学的単軸結晶材料を意味すると理解すべきである。一例として、適切な光学的に正の材料は、結晶石英（ＳｉＯ2）及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）である。一例として、適切な光学的に負の材料は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）及びフッ化ランタン（ＬａＦ3）である。λ／２板に対応する効果を生成するのに適する部分要素の厚みに関する例示的な量的仕様に関しては、ＤＥ  １０  ２００７  ０５９  ２５８  Ａ１を参照されたい（この文献内の表１及びそれ以降を参照されたい）。
【００２２】
上述の位置のうちの１つにおける（すなわち、第１の瞳平面に対して下流の位置における）λ／２板の配列は、特に、そのような位置決めが、リターデーション補償効果を得ることができる点で有利とすることができ、これは、柔軟な偏光設定という最初に得ようとした本発明による効果を凌ぐ。光学系に存在し、照明デバイスのうちでλ／２板の光伝播方向に関して先行する（「第１の」）部分の内部に生成又は集積される望ましくない偏光楕円度は、λ／２板の効果によって反転されるので（すなわち、右回り楕円から左回り楕円に変更されるか、又はその逆も同様である）、照明デバイスのうちで光伝播方向に関してλ／２板に対してその後の（「第２の」）部分の内部で生成又は集積される偏光楕円度の得られる望ましくない系リターデーションの少なくとも部分的な補償を得ることができる。原理的に、この補償は、偏光影響光学装置の構成要素としての上述の９０°回転子（同じくλ／２板として具現化することができる）によってもたらすことができる。
【００２３】
この態様により、本発明により利用されるλ／２板は、この点に関して、第１に望ましい偏光分布のターゲットを定めた生成に役立つか又は寄与し、第２に望ましくない系リターデーションの少なくとも部分的な補償ももたらすので二重の機能を受け持つ。
【００２４】
本発明は、更に、マイクロリソグラフィ投影露光装置と、微細構造化構成要素のマイクロリソグラフィ製造の方法とに関する。
【００２５】
本発明の更に別の実施形態は、本明細書及び従属請求項から得ることができる。
【００２６】
本発明を添付図面に示す例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による偏光影響光学装置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の設計を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施形態による偏光影響光学装置の設計を説明するための概略図である。
【図３ａ】本発明による偏光影響光学装置内に設けられた偏光影響光学要素の例示的な実施形態を説明するための概略図である。
【図３ｂ】本発明による偏光影響光学装置内に設けられた偏光影響光学要素の例示的な実施形態を説明するための概略図である。
【図３ｃ】本発明による偏光影響光学装置内に設けられた偏光影響光学要素の例示的な実施形態を説明するための概略図である。
【図３ｄ】本発明による偏光影響光学装置内に設けられた偏光影響光学要素の例示的な実施形態を説明するための概略図である。
【図４】本発明の範囲で生成することができる異なる出力偏光分布の概略図である。
【図５】本発明の範囲で生成することができる異なる出力偏光分布の概略図である。
【図６】本発明による偏光影響光学装置内に設けられたλ／２板の更に別の態様を説明するための概略図である。
【図７】本発明の更に別の実施形態を説明するための概略図である。
【図８】本発明の更に別の実施形態を説明するための概略図である。
【図９】本発明の更に別の実施形態を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の更に別の実施形態を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、光源ユニット１０１と、照明デバイス１１０と、結像される構造を有するマスク１２５と、投影レンズ１３０と、露光される基板１４０とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置１００の概略図を示している。光源として、光源ユニット１０１は、ＤＵＶレーザ又はＶＵＶレーザ、例えば、１９３ｎｍのためのＡｒＦレーザ、１５７ｎｍのためのＦ2レーザ、１２６ｎｍのためのＡｒ2レーザ、又は１０９ｎｍのためのＮｅ2レーザと、平行光ビームを生成するビーム成形光学ユニットとを含む。光ビーム内の光線は、直線偏光分布を有し、個々の光線の電界ベクトルの振動平面は、均一な方向に延びている。
【００２９】
平行光ビームは、発散増大光学要素１１１上に入射する。一例として、回折格子要素又は屈折格子要素で作られた格子板を発散増大光学要素１１１として使用することができる。各格子要素は、光線ペンシルを生成し、その角度分布は、格子要素の広がり及び焦点距離によって決定される。格子板は、その後のレンズ１１２の物体平面又はその近くに位置する。レンズ１１２は、可変直径を有する平行光ビームを生成するズームレンズである。平行光ビームは、偏向ミラー１１３を用いて、アキシコン１１５を含む光学ユニット１１４にもたらされる。ズームレンズ１１２をアキシコン１１５と併用することにより、ズーム設定とアキシコン要素の位置とに依存して異なる照明構成が瞳平面１１６内に生成される。
【００３０】
更に別の実施形態において、異なる照明構成を生成するための照明デバイスは、（発散増大光学要素１１１、及びアキシコン１１５と併用されるズームレンズ１１２の代わりに）互いに独立して調節することができる複数のミラー要素を含み、例えば、ＷＯ  ２００５／０２６８４３  Ａ２から公知のミラー配列を有することができる。これらのミラー要素は、各場合に−２°から＋２°まで、特に−５°から＋５°まで、更に特定的には−１０°から＋１０°までの角度範囲で個々に傾斜させることができる。ミラー配列内のミラー要素の適切な傾斜配列を使用することにより、予め均一化及び平行化されたレーザ光を各場合に望ましい照明設定に依存してミラー要素によって対応する方向に偏向することで、瞳平面１１６内に望ましい光分布、例えば、輪帯照明設定、又は他に二重極設定又は四重極設定を同じく形成することができる。
【００３１】
瞳平面１１６又はその直近には、図２及びそれ以降を参照して以下の本文でより詳細に以下に説明する偏光影響光学装置が存在する。
【００３２】
光学ユニット１１４には、レチクルマスキング系（ＲＥＭＡ）１１８が続き、レチクルマスキング系（ＲＥＭＡ）１１８は、ＲＥＭＡレンズ１１９を用いて構造担持マスク（レチクル）１２５上に結像され、その結果、レチクル１２５上の照明領域の境界を定める。構造担持マスク１２５は、投影レンズ１３０を用いて感光基板１４０上に結像される。投影レンズ１３０の最後の光学要素１３５と感光基板１４０の間には、空気とは異なる屈折率を有する液浸液１３６を置くことができる。
【００３３】
図２により、偏光影響光学装置１５０は、光伝播方向（矢印「Ｌ」で表す）に連続して、回転子２４０、図３ａ〜図３ｄを参照して以下により詳細に説明する偏光影響光学要素２００、及びλ／２板２５０を有する。この場合、回転子２４０自体を（更に別の）λ／２板として具現化することができ、又は少なくとも１つのλ／２板を含むことができる。更に、λ／２板２５０も、λ／２板として任意的に実施される回転子２４０と同様に、回転軸の回りに回転させることができるように実施することができ（図８を参照して以下により詳細に説明するように）、この回転軸は光学系軸に沿って、又はそれと平行に延びている。
【００３４】
偏光影響光学要素２００は、光学活性材料、特に石英で作られ、光学結晶軸の方向に変化する厚みプロファイルを有する。光学活性結晶及びそのような結晶で作られた偏光影響光学要素の一般的な作動モードを図３ｄに例示している。光学的に、活性結晶は、結晶構造によって規定される少なくとも１つの光学結晶軸ＣＡを有する。直線偏光光が、この光学結晶軸ＣＡに沿って伝播する場合には、電界ベクトル２８１の振動平面は、結晶２８０を通じて進む距離ｄに比例する回転角βだけ回転される。対応する比例定数は、固有光学回転αであり、材料上に放射される波長に依存する材料特定の変数を構成する。一例として、１８０ｎｍの波長において、石英の固有光学回転は（３２５．２±０．５）°／ｍｍと求められた。
【００３５】
図３ａは、そのような偏光影響光学要素２００の特定の例示的な実施形態を示している。この例示的な実施形態において、偏光影響光学要素２００の厚みプロファイルは、要素２００が、要素２００を通過する光ビームの光ビーム断面にわたって一定の選定された偏光方向を有する直線偏光分布をタンジェンシャル偏光分布に変換するようなものである。この例示的な実施形態において、偏光影響光学要素２００は、円形平面として具現化された底面区域３０３と、それと反対に位置する区域３０５と、更に製造の理由から中心孔１１とを有する円筒形状を有し、この要素は部分要素２１０、２２０から構成される。
【００３６】
例示的な実施形態において、偏光影響光学要素２００は、要素軸と交わり、方位角θに対する基準軸として機能する基準軸ＲＡと角度θを構成する要素軸ＥＡに対して垂直な半径Ｒに沿って一定の厚みを有する。従って、図３ｂに示す厚みプロファイルは、方位角θにしか依存しない。図３ａ、図３ｂの例示的な実施形態において、厚みプロファイルｄ（ｒ，θ）を通る方位角切断面ｄ（ｒ＝定数，θ）は、方位角１０°＜θ＜１７０°（より特定的には０°＜θ＜１８０°）及び方位角１９０°＜θ＜３５０°（より特定的には１８０°＜θ＜３６０°）、並びに要素軸からの一定の距離ｒにおいて方位角θの線形関数であり、この線形関数は、αが光学活性結晶の固有光学回転である時に、少なくとも近似的に勾配｜ｍ｜＝１８０°／απｒを有する。
【００３７】
偏光影響光学要素２００の実施形態に関して、本発明は、図３ａに示す厚みプロファイルに限定されず、部分要素２１０、２２０内で方位角の関数として連続して変化する。図３ｃの上面図に示す更に別の例示的な実施形態により、偏光影響光学要素２３０のセグメントは、段階的プロファイルを有するか又は個々のそれぞれ平行平面円弧形の要素２３１で構成することができる。この場合、それぞれ９０°の偏光回転角をもたらす２つの互いに反対のそれぞれ平行平面の板のみを用いて偏光影響光学要素を設計することにより、準タンジェンシャル偏光分布を得ることができる。
【００３８】
ここで、本発明は、厚みが変化し、光学活性材料から構成される上述の偏光影響光学要素２００をλ／２板２５０及び（好ましくは、９０°）回転子２４０と組み合わせることにより、図２及びそれ以降を参照して以下の本文で説明するように、λ／２板２５０及び／又は回転子２４０を光学ビーム経路に選択的に導入するか又はそこから取り出すことができることにより、柔軟な方式で異なる偏光分布を設定することを可能にする。
【００３９】
λ／２板２５０及び回転子２４０を光学ビーム経路に選択的に配置するために、偏光影響光学装置１５０は、λ／２板２５０と回転子２４０とを互いに独立して共通の進行方向に（示す例示的な実施形態では示す座標系のｙ方向に沿って）移動し、このようにしてこれらの構成要素を光学ビーム経路に選択的に位置決めするために、例えば、収縮器として具現化することができる適切なアクチュエータを有する。構成要素２４０、２５０及び要素２００の可動性も、図２に示す双方向矢印で表現している。
【００４０】
再度図２を参照すると、最初に回転子２４０が、回転子２４０上に入射する光の偏光方向の一定の偏光回転角の回転をもたらし、例示的な実施形態では、この偏光回転角は、ビーム内の各個々の直線偏光光線の電界強度ベクトルの振動平面が９０°だけ回転されることによって９０°である。
【００４１】
更に別の例示的な実施形態において、回転子２４０は、光伝播方向に関して偏光影響光学要素２００の下流に配置することができる。回転子２４０の１つの可能な実施形態は、光学活性結晶から構成される平行平面板をビーム経路に設けることであり、この平行平面板の厚みは、αPが、光学活性結晶の固有光学回転を示す時に約９０°／αPであり、この平行平面板の光学結晶軸は、その要素軸及び光学系軸と平行に延びている。更に別の例示的な実施形態により、回転子２４０は、複屈折結晶で作られた２つのλ／２板で構成することができる。これらのλ／２板は、低屈折率方向に延びる遅軸と、それに対して垂直な、高屈折率方向に延びる速軸とをそれぞれ有する。この場合、２つのλ／２板は、その遅軸又は速軸それぞれが４５°の角度を構成するように互いに対して回転される。
【００４２】
更に、回転子２４０は、それ自体λ／２板として具現化することができる。この場合、単に一例として、図２の配列から進めて、λ／２板として具現化された回転子２４０を用いた瞳に依存しない偏光方向の回転、偏光影響光学要素２００を用いたタンジェンシャル偏光分布への変換、最終的に（更に別の）λ／２板２５０を用いたタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布への変換を与えることができる。
【００４３】
更に別の実施形態において、複数の異なる回転子（互いに異なる偏光回転角を有する）のうちの１つを適切なアクチュエータを用いて光学ビーム経路から押し出す、又はビーム経路に押し込むために交換装置を使用することができる。単に一例として、この交換装置は、適切な回転機構及び任意的に一体化されたモータが装備されたれ回転式交換装置とすることができる。
【００４４】
図４ａ〜図４ｃの概略図は、偏光影響光学要素２００とλ／２板２５０との相互作用によって達成することができる出力偏光分布を示すように機能する。この場合、図４ｂに示す偏光分布Ｐ４０１は、一定の直線入力偏光分布の場合に、偏光影響光学要素２００によって得られるタンジェンシャル偏光分布に対応する。
【００４５】
λ／２板２５０は、λ／２板２５０の光学結晶軸上で入射光の選定された偏光方向の鏡像反転をもたらし、この光学結晶軸の位置を図４ｃに描き、「ｆａ」で表しており、光学結晶軸は、図示の座標系内のｙ方向に延びている。更に別の例示的な実施形態において、生成される出力偏光分布を柔軟な方式で更に変更するために、λ／２板２５０を光学系軸ＯＡ又は光伝播方向（矢印「Ｌ」で表す）と平行な軸の回りに回転可能に設計することができる。λ／２板２５０は、適切な複屈折材料、例えば、光伝播方向又は光学系軸（示す座標系内のｚ方向に延びる）に対して垂直な光学結晶軸の向きを有する結晶石英で作ることができ、この場合、λ／２リターデーションを提供するのに数マイクロメートル（μｍ）という比較的薄い厚みしか必要とされない。
【００４６】
偏光分布Ｐ４０１からλ／２板２５０の下流で得られる出力偏光分布Ｐ４０２を図４ｃに例示しており、この出力偏光分布Ｐ４０２は、選定された偏光方向又は電界強度ベクトルの振動方向が、「１２時」、「３時」、「６時」、及び「９時」で表される位置において接線方向に延び、ｘ軸又は光学系軸ＯＡの回りにこれらの位置に対して４５°だけ回転された位置において半径方向に延びるようなものである。これらの位置の間では、瞳にわたって振動方向がタンジェンシャルアラインメントからラジアルアラインメントに連続して遷移することにより、これらの「極端」の間に連続する遷移がある。従って、偏光影響光学要素２００とλ／２板２５０との相互作用によって生成される出力偏光分布は、タンジェンシャル偏光分布とラジアル偏光分布との間で連続する遷移を有し、従って、「タンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布」を構成する。図４ｃに示すこの偏光分布をＴＥ／ＴＭ偏光分布又はＴＭ／ＴＥ偏光分布と呼ぶことができる。
【００４７】
偏光影響光学要素２００、λ／２板２５０、及び任意的に回転子２４０から構成される本発明による偏光影響光学装置１５０は、図５ａ〜図５ｄを参照して説明するように、異なる偏光分布を柔軟に設定するために使用することができる。
【００４８】
偏光影響光学要素２００及びλ／２板２５０との組合せ使用の場合に回転子２４０が達成することができることは、偏光影響光学装置１５０が、図５ａにも再度概略的に例示し、「Ｐ５０１」で表す図４ｃに記載のタンジェンシャル／ラジアル混合出力偏光分布の代わりに、優先的な偏光方向又は電界強度ベクトルの振動方向が、「１２時」、「３時」、「６時」、及び「９時」で表される位置において半径方向に延び、ｘ軸又は光学系軸ＯＡの回りにこれらの位置に対して４５°だけ回転された位置において接線方向に延びる図５ｂに示す出力偏光分布を生成することである。この出力偏光分布Ｐ５０２もまた、タンジェンシャル偏光分布とラジアル偏光分布との間で連続する遷移を有し、同じくタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布を構成する。
【００４９】
更に、偏光影響光学装置１５０は、図５ｄに記載のタンジェンシャル出力偏光分布（回転子２４０とλ／２板２５０の両方が光学ビーム経路の外側に配置された場合）又は準タンジェンシャル出力偏光分布（偏光影響光学要素２００の実施形態に依存して）、又は他に図５ｃに記載のラジアル出力偏光分布（回転子２４０が光学ビーム経路に配置され、λ／２板２５０が光学ビーム経路の外側に配置された場合）又は準ラジアル出力偏光分布（偏光影響光学要素２００の実施形態に依存して）を生成することができる。
【００５０】
要約すると、図２に示す偏光影響光学装置１５０は、個々の構成要素２４０、２００、及び２５０を光学ビーム経路に選択的に導入することにより、異なる出力偏光分布の間で柔軟な方式で切り換えるために使用することができ、特に、図５ａ〜図５ｄに概略的にしか例示していない出力偏光分布、すなわち、上述のタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布Ｐ５０１及びＰ５０２（図５ａ及び図５ｂに記載の）に加えて、ラジアル偏光分布Ｐ５０３（図５ｃ）及びタンジェンシャル偏光分布Ｐ５０４（図５ｄ）を設定することができる。
【００５１】
λ／２板２５０は、図１に基づいて説明した配列では、光学ビーム経路内のその位置に関して偏光影響光学装置１５０の残りの構成要素と一所に照明装置１１０の第１の瞳平面に配置されるが、本発明は、これに限定されない。代替的に、更に別の実施形態において、λ／２板２５０を照明デバイスの第１の瞳に対して下流の位置に配置することができる。この場合、特に、λ／２板２５０の適切な位置決めにより、リターデーション補償効果を得ることができ、これは、最初に得ようとした本発明による柔軟な偏光設定の作用を凌ぎ、これに対して、図６ａ〜図６ｃを参照して以下の本文で説明する。
【００５２】
かなり簡略化した概略図６ａでは、ブロック「Ｉ」は、照明デバイスのうちで光伝播方向にλ／２板２５０の上流に配置された区画を表し、ブロック「ＩＩ」は、照明デバイスのうちで光伝播方向にλ／２板２５０の下流に配置された区画を表している。図６ｂ、図６ｃに更に略示すように、λ／２板２５０は、照明デバイスのうちで光伝播方向に関してλ／２板２５０に先行する部分（ブロック「Ｉ」）内で望ましくなく生成又は集積された偏光楕円度の反転をもたらす。この場合、図６ｂに示す偏光分布は、光学系内で、例えば、レンズのような光学構成要素の材料内の例えば、複屈折の速軸のラジアル分布又はタンジェンシャル分布によってもたらされる場合がある。
【００５３】
λ／２板２５０によってもたらされる偏光楕円度の反転の結果として、照明デバイスのうちで光伝播方向に関してλ／２板２５０に続く部分（ブロック「ＩＩ」）内で生成又は集積された偏光楕円度により、望ましくない系リターデーションの少なくとも部分的な補償を得ることができる。この場合、本発明により利用されるλ／２板２５０は、第１に（図４〜図５に基づいて上述のように）望ましい偏光分布のターゲットを定めた生成に寄与し、第２に望ましくない系リターデーションの少なくとも部分的な補償ももたらすことから二重の機能を受け持つ。
【００５４】
上述の補償原理は、一定の直線（意図された）偏光分布の場合の望ましくない系リターデーションの補償に限定されず、他のより複雑な（意図された）偏光分布に関連して達成することができる。この場合、上述の補償効果の最適な実現のために、光学系内で生成される特定の（意図された）偏光分布に基づいて、単一のλ／２板の代わりに複数のλ／２板の配列を使用することができ、このλ／２板配列では、複屈折の速軸のアラインメントは変化することができ、特に各場合に個々のλ／２板内の各瞳点における偏光方向に対して理想的には垂直又は平行に延びている。
【００５５】
更に、上述の補償原理を提供するのに利用されるλ／２板（又は複数のλ／２板の配列）は、原理的に、光線が互いに対して全て平行なわけではないが角度分布を有する位置、すなわち、例えば、瞳平面に一致しない平面内、又は他に光伝播方向に視野生成光学要素の下流に配置され、従って、光が異なる角度で通過する瞳平面に相当する平面内のいずれかに配置することができる。
【００５６】
そのような状況においても、λ／２板による（又は複数のλ／２板の配列による）偏光の入射角に依存しない設定を提供するために、λ／２板（又は対応する配列のλ／２板）は、それ自体ＤＥ  １０  ２００７  ０５９  ２５８  Ａ１から公知の方式で、このλ／２板又はこれらのλ／２板が、光学的に正の単軸結晶材料から構成される第１の部分要素と、光学的に負の単軸結晶材料の少なくとも１つの第２の部分要素とを有するように設計することができる。一例として、適切な光学的に正の材料は、結晶石英（ＳｉＯ2）及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）である。一例として、適切な光学的に負の材料は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）及びフッ化ランタン（ＬａＦ3）である。リターデーション要素のうちの１つの内部にそれぞれ存在する部分要素に関する例示的な量的仕様に関して、特にλ／２板に対応する効果を生成するのに適切な厚みに関しては、ＤＥ  １０  ２００７  ０５９  ２５８  Ａ１を参照されたい（この文献内の表１及びそれ以降を参照されたい）。原理的には、そのような実施形態において本発明により利用されるλ／２板（又は対応する配列のλ／２板）は、照明デバイス内のどこかに配置することができ、好ましくは、λ／２板又はλ／２板配列上に入射する光線の入射角は、４０°よりも大きくない。
【００５７】
図７〜図１０は、本発明の更に別の例示的な実施形態を説明するための概略図を示している。最初に図７ａ−図７ｌは、表形式を用いて、表の先頭の列（すなわち、図７ａ、図７ｃ、図７ｅ、図７ｇ、図７ｉ、及び図７ｋ）に列記した図２に記載の設計における本発明による偏光影響光学装置１５０内に含まれる構成要素２４０、２００、及び２５０の光学ビーム経路の内外のそれぞれの位置の概略図のそれぞれ隣にある表の第２の列（すなわち、図７ｂ、図７ｄ、図７ｆ、図７ｈ、図７ｊ、及び図７ｌ）に、それぞれ得ることができる偏光分布を示している。この場合、配列１５０上にそれぞれ入射する光は、図７ａ〜図７ｂから分るように、ｙ方向に偏光され、λ／２板２５０は、複屈折の速軸の向きが、ｘ方向又はｙ方向のいずれかに定められるように配置される。
【００５８】
図７の例にある偏光影響光学要素２００は、それぞれ図３ａ〜図３ｂに基づいて説明した厚みプロファイルを伴って実施されるが（すなわち、一定の選定された直線偏光方向を少なくとも近似的にタンジェンシャルな偏光分布に変換するために）、本発明は、これに限定されず、従って、それぞれ望ましい偏光分布を生成するために、更に別の実施形態では偏光影響光学要素２００の異なる厚みプロファイルを選択することができる。
【００５９】
図１０ａ〜図１０ｂは、単に一例として、偏光影響光学要素２００の更に可能な厚みプロファイル及びその効果を説明している。図１０ａに示すこの厚みプロファイルは、図３ｂに記載の厚みプロファイルに対して正確に反転されたものであるように選択され、その結果、一定の直線入力偏光分布（ｙ方向に延びる偏光方向を有する）から、タンジェンシャル偏光分布ではなく、図１０に示すタンジェンシャル／ラジアル混合出力偏光分布が生成される。更に別の実施形態において、偏光影響光学要素２００を右手又は左手のあらゆる光学活性の結晶石英で作ることができる。
【００６０】
本発明の発展形態では、既に上述し、図８及び図９を参照して以下の本文で説明するように、１つの偏光影響光学要素２００（例えば、図３又は図１０で上述したように実施されるもの）は、好ましくは、光学系の光軸ＯＡの回り又はそれと平行な軸の回りに回転可能に設計されたλ／２板２５０としか併用しない場合がある。それによって例えば図８ａ〜図８ｃに示すように、偏光影響光学要素２００を用いて最初に生成されたタンジェンシャル偏光分布をλ／２板２５０内の複屈折の速軸の向きに基づいて、異なるタンジェンシャル／ラジアル混合偏光分布に変換することが可能になる。更に、この場合、図９ａ〜図９ｌに示すように、偏光影響光学要素２００及びλ／２板２５０をそれぞれ生成される出力偏光分布を変更するために、好ましくは、光学ビーム経路の内外に選択的に互いに独立して移動することができる。更に、図９ｇに示すように、偏光影響光学要素２００とλ／２板２５０との順序を入れ替えることができる（すなわち、λ／２板２５０が、光伝播方向に偏光影響光学要素２００の上流に配置される）。偏光影響光学要素の上述の実施形態に対して、図９ａ〜図９ｌは、ここでもまた、表形式を用いて、配列内に含まれる構成要素２００及び２５０において得られる光学ビーム経路の内外の個々の異なる位置（図９ａ、図９ｃ、図９ｅ、図９ｇ、図９ｉ、及び図９ｋ）の隣にある適切な第２の列に、それぞれ得ることができる偏光分布（図９ｂ、図９ｄ、図９ｆ、図９ｈ、図９ｊ、及び図９ｌ）を示している。
【００６１】
本発明を特定的な実施形態に基づいて説明したが、当業者には、例えば、個々の実施形態の特徴の組合せ及び／又は入れ替えにより、多くの変形及び別の実施形態が明らかであろう。従って、当業者には、そのような変形及び別の実施形態が、本発明によって付随的に含まれ、本発明の範囲が、特許請求の範囲及びその均等物の意味の範囲でのみ限定されることは明らかである。
【符号の説明】
【００６２】
１５０  偏光影響光学装置
２００  偏光影響光学要素
２４０  回転子
２５０  λ／２板
Ｌ  矢印、光伝播方向
【図１】
0005566501.tif 000002
【図２】
0005566501.tif 000003
【図３ａ】
0005566501.tif 000004
【図３ｂ】
0005566501.tif 000005
【図３ｃ】
0005566501.tif 000006
【図３ｄ】
0005566501.tif 000007
【図４】
0005566501.tif 000008
【図５】
0005566501.tif 000009
【図６】
0005566501.tif 000010
【図７】
0005566501.tif 000011
【図８】
0005566501.tif 000012
【図９】
0005566501.tif 000013
【図１０】
0005566501.tif 000014