(57)【要約】      （修正有）【課題】偏光誘起複屈折の逆効果が低減されるか、さらには除去される照明装置を提供する。【解決手段】マイクロリソグラフィ用投影露光装置のための照明システムが、第１の偏光マニピュレータＰＭ１、第２の偏光マニピュレータＰＭ２、およびそれらの間に配置される少なくとも１つの光学エレメントＬ１、Ｌ２を含む。これらの偏光マニピュレータは、光線の電界ベクトルの方向がこれらの偏光マニピュレータの間において時間的に変化するが、これらの偏光マニピュレータの外において偏光状態が固定されることを保証する。これは、高エネルギの光が、２つの偏光マニピュレータの間に配置されている光学エレメント内に複屈折を誘起することを防止する。【選択図】図３
2006041540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６１１，ＰＭ６２１、ＰＭ１１１）、第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ２２、ＰＭ３２、ＰＭ４２、ＰＭ５２、ＰＭ６１２，ＰＭ６２２、Ｐ１１２）、それらの間に配置される少なくとも１つの光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２，１８，３０）を含むマイクロリソグラフィ用投影露光装置（ＰＥＡ）のための照明システムにおいて：
（ａ）前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６１１，ＰＭ６２１、Ｐ１１１）に入る光線（Ｒ）の電界ベクトルが、時間的に固定されている第１の方向（ＰＤi）において振動し、
（ｂ）前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６１１，ＰＭ６２１、Ｐ１１１）から放出される光線（Ｒ）の電界ベクトルが時間的に変化する第２の方向（ＰＤm）において振動し、
（ｃ）前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ２２、ＰＭ３２、ＰＭ４２、ＰＭ５２、ＰＭ６１２，ＰＭ６２２、Ｐ１１２）から放出される光線（Ｒ）の電界ベクトルが時間的に固定されている第３の方向（ＰＤo）において振動する、照明システム。
【請求項２】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ６１１）は、楕円偏光された光を生成する請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ６１１）は、円偏光された光を生成する請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ６１１）は、１／４波長プレートまたは３／４波長プレートを含む請求項２または３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ６１１）は、円偏光された光を生成し、前記第１の方向（ＰＤi）に対して４５°の角度をなす主軸を有する１／４波長プレートまたは３／４波長プレートを含む請求項１に記載の照明システム。
【請求項６】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ６１２）は、楕円偏光された光を直線偏光された光に変換する請求項２に記載の照明システム。
【請求項７】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ６１２）は、１／４波長プレートまたは３／４波長プレートを含む請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６２１）と、前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２２、ＰＭ３２、ＰＭ４２、ＰＭ５２、ＰＭ６２２）は、それぞれ偏光回転子を含む請求項１に記載の照明システム。
【請求項９】
少なくとも１つの偏光回転子は、半波長プレート（ＰＭ３１，ＰＭ３２、ＰＭ５１，ＰＭ５２、ＰＭ６２１，ＰＭ６２２）を含む請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの偏光回転子（ＰＭ６２１，ＰＭ６２２）は、第１の半波長プレートと第２の半波長プレートを含み、それらが、前記第１の半波長プレートの主軸が前記第２の半波長プレートの主軸と４５°の角度をなすように配置される請求項８に記載の照明システム。
【請求項１１】
少なくとも１つの偏光回転子（ＰＭ２１，ＰＭ２２、ＰＭ４１，ＰＭ４２）は光学的にアクティブな材料を含む請求項８に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記光学的にアクティブな材料は液晶である請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
少なくとも１つの偏光回転子は偏光変調器を含む請求項８に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記偏光変調器は、磁気光学効果または電気光学効果を利用する請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ４１、ＰＭ５１）と前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ４２、ＰＭ５２）は、前記第２の方向を断続的に回転する請求項８に記載の照明システム。
【請求項１６】
少なくとも１つの偏光マニピュレータは、前記光線（Ｒ）が前記偏光回転子（５８１，５８２）内を通過する第１のポジションと、前記光線（Ｒ）が前記偏光回転子（５８１，５８２）内を通過しない第２のポジションの間で前記偏光回転子（５８１，５８２）を変位させるためのアクチュエータ（５９１，９５２）を含む請求項１５に記載の照明システム。
【請求項１７】
少なくとも１つの偏光回転子は、ステップ関数によって与えられるコントロール電圧が印加される偏光変調器（ＰＭ４１，ＰＭ４２）を含む請求項１５に記載の照明システム。
【請求項１８】
ｍ＝１、３、５、．．．として、前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ４１，ＰＭ４２）が第１の方向をｍ×９０°回転させる請求項１５に記載の照明システム。
【請求項１９】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ４２）は、第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ４１）によって導入された第１の方向の回転を反転させる請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２０】
第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ３）が、第１と第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ４１，ＰＭ４２、ＰＭ５１，ＰＭ５２）の間に配置される請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ３）は、直線偏光の一様な偏光分布を直線偏光の放射状偏光分布または直線偏光の接線状偏光分布に変換する請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２２】
前記第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ３）は、前記照明システムの瞳平面（２８）内またはその直近に配置される請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２３】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１１）と前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１２）との間に配置される第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）を含み、その第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）は、前記照明システム（１１１０）の光軸（ＯＡ）に平行な光学軸を有する光学的にアクティブな結晶（１１０１）を含み、その結晶（１１０１）は、前記光学軸の方向に沿って局所的に変化する厚さを有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項２４】
前記厚さは、前記第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）のエレメント軸（ＥＡ）から外側を向く任意の半径方向内において一定である請求項２３に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記厚さは、純粋に、前記エレメント軸（ＥＡ）から半径方向に外側を向く基準方向（ＲＡ）に関係するアジマス角（θ）の関数である請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記エレメント軸（ＥＡ）は、前記照明システム（１１１０）の光軸（ＯＡ）に一致する請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１１）と前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１２）との間に配置され、偏光方向が放射方向から接線方向に変化する四重対称性を有する偏光分布を生成する第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）を含み、前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１１）は、ｍ＝１、３、５、．．．とするとき、第１の方向をｍ×９０°回転させ、前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１２）は、ｎ＝１、３、５、．．．とするとき、ｎ×４５°の角度で方向を変更することのできる光学軸を有する半波長プレート（１１９８）の機能を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項２８】
前記偏光方向は、放射方向から接線方向に連続的に変化する請求項２７に記載の照明システム。
【請求項２９】
前記第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）は、０°、９０°、１８０°、２７０°のアジマス角において偏光方向が接線方向を向き、４５°、１３５°、２２５°、３１５°のアジマス角において偏光方向が半径方向を向く偏光分布を生成し、前記アジマス角（θ）は、前記エレメント軸（ＥＡ）から半径方向に外側を向く基準方向（ＲＡ）に関係する請求項２７に記載の照明システム。
【請求項３０】
前記第３の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１３）は請求項２５に従って構成される請求項２５に記載の照明システム。
【請求項３１】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１１）は、前記偏光回転子（１１８１）を、前記光線が前記偏光回転子（１１８１）内を通過する第１のポジションと、前記光線が前記偏光回転子（１１８１）内を通過しない第２のポジションの間において変位するためのアクチュエータ（１１９１）を含む請求項２７に記載の照明システム。
【請求項３２】
前記第１の偏光マニピュレー（ＰＭ１１１）は、光学的にアクティブな結晶を含む請求項２７に記載の照明システム。
【請求項３３】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１２）は、ゼロ次の半波長プレート（１１９８）を含む請求項２７に記載の照明システム。
【請求項３４】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ１１２）は、前記半波長プレート（１１９８）を回転させるためのアクチュエータ（Ｍ１１）を含む請求項３３に記載の照明システム。
【請求項３５】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ２１、ＰＭ３１）と前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２２、ＰＭ３２）は、連続して第２の方向（ＰＤm）を回転させる請求項８に記載の照明システム。
【請求項３６】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ２１、ＰＭ３１）と前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２２、ＰＭ３２）は、少なくとも０°から９０°までの範囲内である回転角αで前記第２の方向（ＰＤm）を回転する請求項３５に記載の照明システム。
【請求項３７】
前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ２２、ＰＭ３２、ＰＭ４２、ＰＭ５２、ＰＭ６１２，ＰＭ６２２、ＰＭ１１２）は、前記照明システムの最後の光学エレメントである請求項１に記載の照明システム。
【請求項３８】
（ａ）第１のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ６１１，ＰＭ６１２）と、
（ｂ）前記第１のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ６１１，ＰＭ６１２）に続く請求項２に従った第２のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ２１，ＰＭ２２）と、
（ｃ）前記第１のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ６１１，ＰＭ６１２）と前記第２のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ６２１，ＰＭ６２２）の間に配置された、少なくとも１つの別の偏光マニピュレータ（ＰＭ３）と、
を含む請求項１に記載の照明システム。
【請求項３９】
前記第１のペアの偏光マニピュレータ（ＰＭ６１１，ＰＭ６１２）は請求項２に従って構成される請求項１に記載の照明システム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの別の偏光マニピュレータ（ＰＭ３）は、直線偏光の一様な偏光分布を直線偏光の放射状偏光分布または直線偏光の接線状偏光分布に変換する請求項２６に記載の照明システム。
【請求項４１】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６１１，ＰＭ６２１）に入る前記光線（Ｒ）は、前記第２の偏光マニピュレータ（ＰＭ２、ＰＭ２２、ＰＭ３２、ＰＭ４２、ＰＭ５２、ＰＭ６１２，ＰＭ６２２）から放出される前記光線（Ｒ）と同一の偏光状態を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項４２】
直線偏光された光を生成する光源（１４）を含む請求項１に記載の照明システム。
【請求項４３】
前記第１の偏光マニピュレータ（ＰＭ１、ＰＭ２１、ＰＭ３１、ＰＭ４１、ＰＭ５１、ＰＭ６１１，ＰＭ６２１、ＰＭ１１１）は、前記光の角度分布を修正する第１の光学ラスタ・エレメント（１８）と前記光源（１４）との間に配置される請求項１に記載の照明システム。
【請求項４４】
マイクロリソグラフィ用投影露光装置（ＰＥＡ）のための照明システムであって：
（ａ）前記照明システムの動作の間、固定された偏光方向（ＰＤi）を有する直線偏光された光線が入射される光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）と、
（ｂ）前記光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）を回転軸（ＯＡ）周りに回転するためのアクチュエータ（７４０）と、
（ｃ）あらかじめ決定済みのコントロール・パターンに従って前記アクチュエータをコントロールするコントロール・ユニット（７４８）と、
を含む照明システム。
【請求項４５】
前記アクチュエータ（７４０）は、前記光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）を、９０°またはその奇数倍の角度で回転させるために適合されている請求項４４に記載の照明システム。
【請求項４６】
前記コントロール・ユニット（７４８）は、前記照明システムの露光動作期間と露光動作期間の間の一時停止の間に回転を開始させる請求項４４に記載の照明システム。
【請求項４７】
前記コントロール・ユニット（７４８）は、前記照明システムの露光動作の間に回転を開始させる請求項４４に記載の照明システム。
【請求項４８】
前記コントロール・ユニット（７４８）は、前記アクチュエータ（７４０）を、それが前記光学エレメントを連続して回転するようにコントロールする請求項４４に記載の照明システム。
【請求項４９】
前記コントロール・ユニット（７４８）は、前記アクチュエータ（７４０）が前記光学エレメントを断続的に回転させようにそのアクチュエータ（７４０）をコントロールする請求項４４に記載の照明システム。
【請求項５０】
前記コントロール・ユニット（７４８）は、前記アクチュエータ（７４０）が前記光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）を９０°またはその奇数倍の角度で回転させるようにそのアクチュエータ（７４０）をコントロールする請求項４４に記載の照明システム。
【請求項５１】
前記回転軸（ＯＡ）は、前記光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）の対称軸である請求項４４に記載の照明システム。
【請求項５２】
前記アクチュエータ（７４０）は、複数の光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）と接続されている請求項４４に記載の照明システム。
【請求項５３】
請求項１に従った照明システム（１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、１１１０）を含む投影露光装置。
【請求項５４】
あらかじめ決定済みの波長を有する光に敏感なレイヤ（ＰＲ）を露光するための投影露光装置であって：
（ａ）前記あらかじめ決定済みの波長を有する投影光線を放射する第１の光源（１４）と、
（ｂ）少なくとも１つの部分において投影光が支配的な第１の包括的偏光方向（８３０，８３４）を有するように、投影光線が通る少なくとも１つのポイントを含む光学エレメント（Ｌ８１，Ｌ８２）と、
（ｃ）前記少なくとも１つのポイントにおいて補償光が、前記支配的な第１の包括的偏光方向と、４５，１°と９０°の間の角度（α）をなす支配的な第２の包括的偏光方向（８３２，８３６）を有するように前記光学エレメント（Ｌ８１，Ｌ８２）に向けることができる補償光線を放射する第２の光源（１４、９１４）と、
を含む、投影露光装置。
【請求項５５】
前記補償光は、前記レイヤ（ＰＲ）が敏感でない波長を有する請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項５６】
前記第２の光源に接続されたコントロール・ユニットを含み、そのコントロール・ユニットが、前記感光レイヤ（ＰＲ）が前記補償光線によって露光されない時間期間の間においてのみ前記第２の光源が補償光を放出することを保証する請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項５７】
前記コントロール・ユニット（８１３）に接続され、前記補償光による前記感光レイヤの露光を防止するシャッタ（８１６）を含む請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項５８】
前記シャッタ（８１６）は、前記感光レイヤ（ＰＲ）の直前に配置される請求項５７に記載の投影露光装置。
【請求項５９】
前記第２の光源は、前記第１の光源（１４）と同一である請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項６０】
前記投影光を補償光に変換し、前記投影光のパス内に挿入することのできる偏光マニピュレータ（８１２）を含む請求項５９に記載の投影露光装置。
【請求項６１】
前記偏光マニピュレータ（８１２）は、それを通る光の偏光方向を、４５°を超える角度で回転させる請求項６０に記載の投影露光装置。
【請求項６２】
前記偏光マニピュレータ（８１２）は、それを通る光の偏光方向を、９０°またはその奇数倍の角度で回転させる請求項６０に記載の投影露光装置。
【請求項６３】
前記補償光線が直線偏光する請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項６４】
前記支配的な第１の包括的偏光方向と前記支配的な第２の包括的偏光方向の間の角度は９０°である請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項６５】
前記少なくとも１つのポイントを通る前記補償光線は、前記少なくとも１つのポイントを通る前記投影光線の偏光方向と少なくとも実質的に直交する偏光方向を有する請求項５４に記載の投影露光装置。
【請求項６６】
マイクロ構造化されたデバイスを製造するマイクロリソグラフィの方法であって：
（ａ）感光レイヤを支持する基板（Ｗ）を提供するステップと、
（ｂ）前記感光レイヤ上に結像されることになる構造（ＳＴ）を含むマスク（Ｍ）を提供するステップ、
（ｃ）請求項１に従って照明システム（１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）を提供するステップと、
（ｄ）前記マスク（Ｍ）の少なくとも一部を前記感光レイヤ上に、投影レンズ（ＰＬ）を用いて投影するステップと、
を含む方法。
【請求項６７】
請求項６６の方法に従って製造されることをフィーチャとするマイクロ構造化されたデバイス。
【請求項６８】
マイクロ構造化されたデバイスの製造に使用される投影露光装置を動作させる方法において：
（ａ）投影光線が、光学エレメント（Ｌ８１，Ｌ８２）の少なくとも１つの部分を、前記少なくとも１つの部分において投影光が支配的な第１の包括的偏光方向（８３０，８３４）を有するように通るように、前記投影光線を用いて感光レイヤ（ＰＲ）を露光するステップと、
（ｂ）補償光線を前記光学エレメントに指向させるステップであって、前記少なくとも１つの部分における補償光が、前記支配的な第１の包括的偏光方向と、４５，１°と９０°の間の角度（α）をなす支配的な第２の包括的偏光方向（８３２，８３６）を有するように指向させるステップ、
を含む方法。
【請求項６９】
前記補償光線は直線偏光される請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記補償光は、前記第１の偏光方向（８３０）と少なくとも実質的に直交する第２の偏光方向（８３２）を有する請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記投影光線と前記補償光線は、同一の光源（１４）によって放射される請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
さらに：
前記投影光のパス内に前記投影光を補償光に変換する偏光マニピュレータ（８１２）を挿入するステップ、と、
前記感光レイヤ上に前記補償光が入射することをシャッタ（８１６）によって防止するステップ、
を含む請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
マイクロ構造化されたデバイスを製造するマイクロリソグラフィの方法であって：
（ａ）感光レイヤ（ＰＲ）を支持する基板（Ｗ）を提供するステップと、
（ｂ）前記感光レイヤ上に結像されることになる構造（ＳＴ）を含むマスク（Ｍ）を提供するステップと、
（ｃ）前記照明システムの動作の間、固定された偏光方向（ＰＤi）を有する直線偏光された光線が入射される光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）を含む照明システム（７１０）を提供するステップと、
（ｄ）あらかじめ決定済みの時間パターンに従って前記光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２）を回転させるステップと、
（ｅ）前記マスク（Ｍ）の少なくとも一部を、投影レンズ（ＰＬ）を用いて前記感光レイヤ（ＰＲ）上に投影するステップと、
を含む方法。
【請求項７４】
マイクロリソグラフィ用投影露光装置（ＰＥＡ）の投影レンズ（ＰＬ）の物体平面内に挿入されるマスク（Ｍ）を投影する方法において：
（ａ）固定された偏光方向を伴う直線偏光された光を生成する光源（１４）を提供するステップと、
（ｂ）前記光源（１４）によって放射される光線（Ｒ）の電界ベクトルが振動する方向を、前記光線（Ｒ）が少なくとも１つの光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２，１８，３０）を通る前に断続的に、あるいは連続的に変化させるステップと、
（ｃ）前記光線（Ｒ）が前記少なくとも１つの光学エレメント（Ｌ１，Ｌ２，１８，３０）を通った後に、前記電界ベクトルの方向を、それが時間的に固定されるように操作するステップ、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリソグラフィ用投影露光装置のための照明システムに関する。より詳細に述べれば、本発明は、あらかじめ決定された偏光状態を有する投影光を用いてマスクを照明する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイ、その他のマイクロ構造化されたデバイスを製造するためのテクノロジである。より詳細に述べれば、マイクロリソグラフィのプロセスは、エッチングのプロセスとともに、基板上、たとえばシリコン・ウエハ上に形成された薄膜スタック内にフィーチャをパターン形成するために使用される。製造において、最初に、深紫外線（ＤＵＶ）光等の放射線に対して敏感な材料であるフォトレジストを用いてウエハがコーティングされる。次に表面にフォトレジストを設けたウエハが、ステップ‐アンド‐スキャン・ツール等の投影露光装置内においてマスクを通った投影光によって露光される。このマスクは、フォトレジスト上に投影される回路パターンを含む。露光の後、フォトレジストが現像されてマスク内に含まれていた回路パターンに対応する像ができる。その後、エッチ・プロセスが回路パターンをウエハ上の薄膜スタックへ転写する。最後にフォトレジストが除去される。
【０００３】
投影露光装置は、通常、照明システム、投影レンズを含み、さらにフォトレジストがコーティングされたウエハのアライメントを行うためのウエハ・アライメント・ステージを含む。照明システムは、細長い矩形のスリット形状を有することのできる照明フィールド内のマスクの領域を照明する。マイクロ構造化されたデバイスを製造するためのテクノロジが進歩するに伴って、照明システムへの要求も増加の一途をたどっている。たとえば、慎重に選択された偏光状態を有する投影光を用いてマスクを照明することが、フォトレジスト上へのマスクの像ングをかなり改善できることがわかった。現時点においては、直線偏光された光を用いてマスクを照明することが、特に有利であると見られている。
【０００４】
しかしながら、直線偏光された光を用いてマスクを照明することは種々の困難を伴う。もっとも顕著な問題の１つは、一般に偏光誘起複屈折と呼ばれる効果である。この効果は、たとえば非特許文献１および非特許文献２の中で述べられている。この効果は、ほとんどすべての適切な光学材料内において、それらがより長い時間にわたって高い強度と一定の偏光方向を有する直線偏光された光にさらされるとき、複屈折が現れることと関係がある。この複屈折は、材料内のわずかな密度変動によって生じる。複屈折材料内においては、入射光の方向に関する材料の向きの関数として、かつその偏光の関数として屈折率が変化する。偏光誘起複屈折の場合においては、速軸または遅軸のいずれかが、入射光の電界ベクトルが振動する方向と平行になる。
【０００５】
この方向が変化しない限り、電界ベクトルが材料の速軸または遅軸のいずれかと平行に振動を続けるため、偏光誘起複屈折はほとんど問題とならない。したがって、複屈折によって生じる一般的な効果、たとえば、直線偏光された光から楕円偏光された光への変換が生じない。
【０００６】
しかしながら、異なる‐かつ、必ずしも直交しない‐偏光方向を有する直線偏光された光を用いてマスクが照明できると望ましいことが多い。たとえば、瞳平面内に偏光マニピュレータを配置し、マニピュレータのエリア全体にわたって接線状の偏光分布を作ることが提案されている。その場合、すべての可能性のある偏光方向が、その後に続く光学エレメント内に生じる。その種の偏光マニピュレータを挿入することによって照明セッティングを変更する場合には、電界ベクトルの方向が、以前の照明セッティングによって誘起された複屈折の遅軸または速軸と必ずしも平行である必要がない。したがって、偏光誘起複屈折が目立つようになり、言い換えると新しい照明セッティングにおける光の偏光状態が複屈折によって擾乱されることになる。
【０００７】
特許文献１から、マスクを照明する直線偏光された光の偏光方向を変化させることを可能にする照明システムが公知である。
【０００８】
類似のコンセプトが、特許文献２から公知となる照明システムに採用されている。しかしながら、この公知の照明システムにおいては、マスクが擬似的な偏光消去光にさらされるように、続いて生じるレーザ・パルスが直交偏光状態を有する。
【０００９】
特許文献３からは、マイクロリソグラフィ用投影装置のための別の照明システムが公知となり、それにおいては、半波長プレートが高い角速度で光軸周りに回転される。この角速度は、その後に生じるパルスの直線偏光状態が２つの直交方向の間を交番するようにレーザ・パルスの周波数と同期される。その結果、ウエハ上のフォトレジストが、擬似的な偏光消去光にさらされる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，４４２，１８４Ａ号
【特許文献２】米国特許第５，２３３，４６０号
【特許文献３】米国特許第６，４８３，５７３Ｂ１号
【特許文献４】米国特許第６，２８５，４４３号
【特許文献５】米国特許第６，３９２，８９０Ｂ２号
【非特許文献１】Ｎ．Ｆ．ボレリ（Ｎ．  Ｆ．  Ｂｏｒｅｌｌｉ）ほか著「エキシマ・レーザ‐インデュースド・エキスパンジョン・イン・ハイドロジェンーローデッド・シリカ（Ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ‐ｉｎｄｕｃｅｄ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｉｎ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ‐ｌｏａｄｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）」アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）第７８巻第１７号、２００１年４月２３日、ｐ２４５２‐２４５４
【非特許文献２】Ｎ．Ｆ．ボレリ（Ｎ．  Ｆ．  Ｂｏｒｅｌｌｉ）ほか著「ポーラライズド・エキシマ・レーザ‐インデュースド・バイレフリンジェンス・イン・シリカ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ‐ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃａ）」アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）第８０巻第２号、２００２年１月１４日、ｐ２１９‐２２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述した偏光誘起複屈折の逆効果が低減されるか、さらには除去される照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面によれば、この目的はマイクロリソグラフィ用投影露光装置のための照明システムによって達成される。当該照明システムは、第１、第２の偏光マニピュレータおよびそれらの間に配置される少なくとも１つの光学エレメントを含む。第１の偏光マニピュレータに入る光線の電界ベクトルは、時間的に固定されている第１の方向で振動する。第１の偏光マニピュレータから放出される光線の電界ベクトルは、時間的に変化する第２の方向で振動する。第２の偏光マニピュレータから放出される光線の電界ベクトルは、時間的に固定されている第３の方向で振動する。
【００１３】
この種の照明システムは、第１、第２の偏光マニピュレータの間に配置されるすべての光学エレメントが、当該光学エレメントに対する偏光方向が時間的に変化する光にさらされることを保証する。その結果として、偏光誘起複屈折の原因となる密度変動が生じないか、その種の変動を生じたとしてもそれらが対称になり、正味の複屈折がゼロになる。ここで言う対称は、第１の密度変動によってもたらされる（単独で考えた場合）偏光誘起複屈折の速軸が、第２の密度変動によってもたらされる別の偏光誘起複屈折の遅軸に一致することを意味する。
【００１４】
第２の偏光マニピュレータは、変化の方向、すなわち２つの偏光マニピュレータの間において電界ベクトルの振動する方向が、再度時間的に固定された方向に変更されることを保証するタスクを有する。
【００１５】
第２の方向、すなわち２つの偏光マニピュレータの間において電界ベクトルの振動する方向の変化は、種々のアプローチを使用して達成することができる。
【００１６】
おそらくはもっとも単純なアプローチは、２つの偏光マニピュレータの間における光が楕円偏光されること、あるいはより好ましくは円偏光されることの保証である。この場合、第２の方向の時間的な変化が極めて高速になる。楕円偏光された光の楕円率が１（これは、円偏光された光に対応する）に近づくほど、その光によって上記の少なくとも１つの光学エレメント内に誘起される複屈折が小さくなる。
【００１７】
入射光の直線偏光状態を楕円偏光または円偏光状態に変換するためには、この特性を有する任意の公知のデバイスを使用することができる。そのために１／４波長プレートまたは３／４波長プレートが頻繁に使用される。２つの偏光マニピュレータの間における偏光状態を円とする必要がある場合には、１／４波長プレートまたは３／４波長プレートが、第１の方向（すなわち、到来光の偏光方向）に対して４５°の角度をなす主軸を有する必要がある。それに代えて、半波長プレートを伴う適切に配向された直線偏光子の組み合わせを、円偏光子として使用することも可能である。
【００１８】
第２の偏光マニピュレータは、楕円偏光または円偏光された光を、再び直線偏光された光に変換するタスクを有する。このため、第２の偏光マニピュレータについても、この分野で周知のとおり、たとえば１／４波長プレート、３／４波長プレート、または半波長プレートを伴う適切に配向された直線偏光子の組み合わせとすることができる。
【００１９】
第２の方向を時間的に変化させる別の方法は、それぞれのマニピュレータが偏光回転子を含む偏光マニピュレータを使用することである。この関係において、偏光回転子は、第１の固定された偏光方向を別の固定された偏光方向へ回転することのできる任意のデバイスを意味する。この回転は、楕円偏光または円偏光された光の電界ベクトルの回転と比較すると非常にゆっくりである。しかしながら、偏光誘起複屈折を防止するために回転の角速度は重要でない。
【００２０】
また偏光方向の回転が遅い場合には、偏光回転子として使用することができる多くのデバイスがこの分野で知られている。
【００２１】
たとえば半波長プレートは、その半波長プレートの主軸と入射光の偏光方向の間の角度をβとするとき、偏光方向を２βの角度で回転する特性を有している。この角度βが４５°に等しい場合には、入射光の偏光状態が、直交する偏光状態に変換される。入力偏光方向とは独立に、偏光方向に９０°の回転を与える回転子は、第１の半波長プレートの主軸が第２の半波長プレートの主軸と４５°の角度をなすように配置された第１の半波長プレートと第２の半波長プレートで構成することができる。
【００２２】
偏光状態を回転する別のアプローチは、光学的にアクティブな材料を含む偏光回転子の使用である。これらの材料は、それぞれの材料内を光線が伝播する距離に依存して偏光方向を回転する特性を有する。異なる厚さのアクティブ材料を使用することによって、回転の角度を変更することが可能である。
【００２３】
特に好都合なことは、アクティブ材料としての液晶の使用である。特定の液晶では、結晶がさらされる電界強度に応じて偏光方向を回転させることが可能である。したがって、２つの偏光マニピュレータの間において偏光方向を連続的に回転させることが、単に第１の偏光マニピュレータの液晶に印加する電圧を変更することだけで可能になる。
【００２４】
それに代えて少なくとも１つの偏光回転子が、たとえば磁気光学効果または電気光学効果を利用することのできる偏光変調器を含んでもよい。この種の変調器は、たとえばファラデー、カー、あるいはポッケルス回転子として入手することができる。
【００２５】
２つの偏光マニピュレータの間における光の偏光方向は、連続的に回転してもよく、あるいは断続的に回転してもよい。偏光方向が断続的に回転される場合には、最終的にそれらの偏光マニピュレータの間の光学エレメント内において対称密度変動が生じ、その結果として偏光誘起複屈折が生じないように回転角度が決定されることを保証する必要がある。もっとも単純なケースでは、この角度を９０°またはその奇数倍とする。
【００２６】
偏光方向の断続的な回転を達成するためには、第１、第２の偏光マニピュレータが、それぞれ、光線が偏光回転子を通過する第１のポジションと光線が偏光回転子を通過しない第２のポジションの間において偏光回転子を変位させるためのアクチュエータを含めばよい。この場合、回転子自体を回転させること、あるいは変化させたコントロール電圧を印加することがまったく不要となる。
【００２７】
回転角度が９０°またはその奇数倍である場合には、第１、第２の偏光マニピュレータの間に、直線偏光の一様な偏光分布を直線偏光の放射状偏光分布または直線偏光の接線状偏光分布に変換する第３の偏光マニピュレータをアレンジすることができる。この種の追加の偏光マニピュレータは、通常、照明システムの瞳平面内またはその直近に配置される。この種の第３の偏光マニピュレータは、直線偏光の放射状偏光分布または直線偏光の接線状偏光分布を生成するために特定の入力偏光状態またはそれに対して直交する偏光状態を必要とすることから、そのほかの回転角度がある場合には、この偏光マニピュレータが機能しなくなる。
【００２８】
第３の偏光マニピュレータは、照明システムの光軸に平行な光学軸を有する光学的にアクティブな結晶から構成することができる。この結晶は、光学軸の方向に沿って局所的に変化する厚さを有する。この種の第３の偏光マニピュレータは、それ自体、米国特許出願第６０／５３７，３２７号に開示されているが、入射光束の偏光分布が既知であり、かつ時間的に一定であれば、また少なくとも概略で結晶の光学軸と平行にその光が通過すれば、任意の偏光分布を得ることを可能にする。
【００２９】
別の好適な実施態様によれば、偏光方向が放射方向から接線方向に変化する四重対称性を有する偏光分布を生成する第３の偏光マニピュレータが提供される。第１の偏光マニピュレータは、ｍ＝１、３、５、．．．とするとき、第１の方向をｍ×９０°回転させ、第２の偏光マニピュレータは、ｎ＝１、３、５、．．．とするとき、ｎ×４５°の角度で方向を変更することのできる光学軸を有する半波長プレートの機能を有する。この種の第３の偏光マニピュレータは、第１の偏光マニピュレータによって導入された回転とは無関係に放射状または接線状の偏光分布を獲得する上で単一の半波長プレート（または任意の等価デバイス）があれば充分であるという利点を有する。したがって、第２の偏光マニピュレータとしてかさの大きな回転子を使用する必要がなくなる。これは、通常、第２の偏光マニピュレータがマスク平面の直前に配置されることから重要な利点である。照明システムのこの部分においては、追加の光学エレメントを収容するために利用可能な空間が非常に制限されることが多い。
【００３０】
第３の偏光マニピュレータの設計に応じて、第３の偏光マニピュレータによって生成される偏光方向を、放射方向から接線方向へ離散的に変化させることもできれば、連続的に変化させることもできる。前述した局所的に変化する厚さ分布を有する光学的にアクティブな結晶は、四重対称性を有する偏光分布を得るために特に適している。
【００３１】
追加の偏光マニピュレータの使用を可能にする別の方法は、少なくとも２ペアの偏光マニピュレータを、追加の偏光マニピュレータの前後にアレンジする。その場合、追加の偏光マニピュレータを通る光が常に同一の直線偏光状態を有することが保証される。これは、概して、特定の入力偏光状態を必要とするすべての偏光マニピュレータに適用できる。
【００３２】
可能な限り多くの光学エレメントが偏光誘起複屈折から保護されることを確実にするために、第１、第２の偏光マニピュレータは、それぞれ、照明システムの先頭と末尾の極めて近くに配置される必要がある。その場合、それらの間に配置されるすべての光学エレメントは、電界ベクトルが振動する方向が時間的に変化する光にさらされることになり、したがって、偏光誘起複屈折によってもたらされる擾乱のリスクが低減されるか、あるいは取り除かれる。
【００３３】
本発明の第２の側面によれば、前述した目的が、照明システムの動作の間に、固定された偏光方向を有する直線偏光された光線が入射される光学エレメントを含む照明システムによって達成される。さらにこの照明システムは、その光学エレメントを回転軸周りに回転するためのアクチュエータを含む。また、そのアクチュエータをあらかじめ決定済みのコントロール・パターンに従ってコントロールするアクチュエータ用のコントロール・ユニットが提供される。
【００３４】
このように、本発明のこの第２の側面によれば、固定された光学エレメントに対して偏光方向を変化させるのではなく、その逆に、入射光の固定された偏光方向に対して、光学エレメントの角度ポジションを変化する。いずれの場合においても、結果は本質的に同じであり、言い換えれば、入射光の偏光方向とその光が通過する光学材料の向きの間の相対的なポジションが変化する。したがって、偏光誘起複屈折の原因となる密度変動が生じないか、その種の変動を生じたとしてもそれらが対称になり、正味の包括的な複屈折がゼロになる。
【００３５】
光学エレメントの回転は、入射光の偏光方向が完全に固定されていないか、入射光が完全に直線偏光されていない場合にも有用となる。たとえば、入射光の偏光方向にある種のジッターが存在する場合、あるいは入射光が楕円偏光され、楕円率が大きい場合にも偏光誘起複屈折を生じることがある。その場合にも、光学エレメントの回転によって、偏光誘起複屈折を実質的に低減することが可能になる。
【００３６】
しかしながら、通常、偏光方向は実質的に固定されることになる。この場合には、アクチュエータが光学エレメントを９０°またはその奇数倍の角度で回転するように適合されていると有利である。光学エレメントの材料内の密度変動を防止できなかったとしても、その種の密度変動がある場合には、それらが対称となること、したがって正味の複屈折効果が存在しなくなることが保証される。
【００３７】
特定の場合においては、コントロール・ユニットが、照明システムの露光動作期間と露光動作期間の間の一時停止の間に回転を開始することが必要となることもある。このことは、フォトレジストが投影光に露光されないときに限って回転が許されることを意味する。たとえば、光学エレメントが回転対称軸を有してない場合には、光学エレメントを回転させることが、その光学特性を変更することになる。通常、露光操作の間にこれが許容されることはあり得ない。その種の場合には、露光動作期間と露光動作期間の間の一時停止の間に光学エレメントを回転させるだけでなく、投影光源または追加の光源によって生成される補償光を用いてエレメントを照明することも必要になる。これについては、さらに詳細な説明を後述する。
【００３８】
しかしながら、照明システム内の光学エレメントは、一般に回転対称である。したがって、コントロール・ユニットは、照明システムの露光動作の間に、その光学特性を変化させることなく回転を開始させることができる。さらに、光学エレメントを連続的に回転することも可能であり、その結果、材料内の密度変動が完全に、あるいは少なくとも実質的に防止される。
【００３９】
動作の間に光学エレメントを連続的に回転させることに代えて、露光動作期間と露光動作期間の間の一時停止の間にのみ光学エレメントに、好ましくは９０°またはその奇数倍の回転を与え、その後、望ましい角度に回転した光学エレメントを用いて動作を再開することも可能である。次の一時停止の間においては、再び光学エレメントの回転、たとえばそのオリジナルのポジションへ戻す回転が行われる。この手順に従えば、光学エレメントが実質的に等しい持続時間にわたって、２つの異なる（好ましくは直交する）偏光方向を有する光にさらされることになる。この手順は、光学エレメントが多重対称軸、たとえば三重、または四重対称軸を有する場合にも行うことが可能である。その場合は対称性が光学エレメントの回転角度を決定する。
【００４０】
一般に照明システムは、投影光が通過する光学エレメントを複数含んでいる。多くの場合には、非常に高い放射線密度が生じる光学エレメントだけを回転させれば充分であるとすることができる。通常それらは、小径のレンズまたは瞳平面の近傍に配置されるレンズである。回転を必要とする光学エレメントの数が１を超える場合、および特にその種の光学エレメントが互いに隣接している場合には、アクチュエータが複数の光学エレメントに接続されていると有利なことがある。これは、複数の光学エレメントを単一のアクチュエータを用いて同時に回転させることを可能にする。
【００４１】
ここで注意する必要があるが、本発明の第２の側面に関連した上記の考察は、種々の偏光方向を伴う直線偏光された光が光学エレメント上の特定のポイントに入射する場合にも適用できる。支配的な偏光方向が存在しない場合には、偏光誘起複屈折が生じないことになる。しかしながら支配的な偏光方向が存在するのであれば、少なくとも１つの光学エレメントの回転もまた、偏光誘起複屈折の発生を抑えることになる。
【００４２】
本発明の第３の側面によれば、前述した目的が、あらかじめ決定済みの波長を有する光に敏感なレイヤを露光するための投影露光装置によって達成され、当該装置は：
（ａ）あらかじめ決定済みの波長を有する投影光線を放射する第１の光源；
（ｂ）少なくとも１つのポイントにおいて投影光が支配的な第１の包括的偏光方向を有するように、投影光線が通る少なくとも１つのポイントを含む光学エレメント；
（ｃ）補償光線を放射する第２の含み、その補償光を、上記の少なくとも１つのポイントにおいて支配的な第１の包括的偏光方向と４５．１°と９０°の間の角度をなす支配的な第２の包括的偏光方向を有するように光学エレメントに向けることができる。
【００４３】
本発明のこの側面は、システムの通常の動作の間に生じ、かつ最終的に複屈折をもたらすことのある偏光誘起密度変動のオフセットのために補償光が使用される場合には、投影光の偏光方向または光学エレメントの角度ポジションのいずれも変更する必要がないという考察を基礎としている。光学エレメントの少なくとも１つのポイント上における補償光の支配的な第２の包括的偏光方向は、支配的な第１の包括的偏光方向と４５°を超える角度をなす必要があり、これは、それが満たされなければ偏光誘起密度変動を、少なくとも部分的に、補償することが不可能であり、増加することさえあるためである。理想的にはこれら２つの方向の間の角度が、実質上９０°に等しいとする。
【００４４】
補償光が、上記のレイヤが敏感でない波長を有する場合には、投影光によってそのレイヤが露光されている間に第２の光源を動作させて補償光を放射することができる。これには、時間軸上において、続いて生じる露光の間の期間、メンテナンス期間、あるいはそのほかの動作の中断に補償プロセスが限定されないという利点がある。この場合には、補償光の波長が、投影光より有意に小さくない偏光誘起密度変動をもたらすように選択されることが保証されるだけでよい。補償光に対する材料の応答がはるかに強くなる波長が選択される場合には、短い時間期間だけ補償光を光学エレメントに対して指向するだけで充分とすることができる。
【００４５】
直線偏光された光または、より一般的に支配的な第２の包括的偏光方向を有する光に対する光学エレメントの材料のまったく同じ応答は、投影光と補償光がともに同一の波長を有するときに達成される。しかしながら、その場合においては、補償光線によって感光レイヤを露光できない時間内においてのみ第２の光源が補償光を放射することが、第２の光源に接続されているコントロール・ユニットによって保証されなければならない。コントロール・ユニットは、感光レイヤを表面に伴うウエハが投影レンズの正面に配置されていない時間期間の開始時に、たとえば開始コマンドを第２の光源に伝えることができる。
【００４６】
好適な実施態様においては、投影露光装置がコントロール・ユニットに接続され、補償光による感光レイヤの露光を防止するシャッタを含む。これによって、続いて生じる露光の間の短時間の期間内においてさえ、光学エレメント上に補償光を指向させることが可能になる。第１の光源と感光レイヤの間のすべての光学エレメントが補償光によって誘起される複屈折補償の利益を受ける必要があるとすれば、その種のシャッタを感光レイヤの直前にアレンジする必要がある。照明システムと投影露光装置の投影レンズの間にシャッタが配置される場合には、偏光誘起複屈折によってもたらされる逆効果から照明システム内のエレメントだけを保護することが可能になる。投影レンズ内の光の強度が、先行する光学エレメント内における吸収に起因して照明システム内より低くなるため、しばしばこれで充分となる。これらの光の強度は、低すぎて投影レンズの光学エレメント内に密度変動を生じさせることができない。
【００４７】
投影光と補償光の波長を同一とする必要がある場合に、異なる偏光方向を伴う光を放射する２つの異なる光源の提供を考えることができる。しかしながら、同一の効果を、追加の偏光マニピュレータと１つの光源だけを用いて達成可能であり、その場合の追加の偏光マニピュレータは、それが光線のパス内に挿入されているか否かに応じて入射光から投影光または補償光のいずれかを生成する。ビーム・スプリッタと結合器を補助として、互いに異なる偏光方向を有する投影光と補償光を同時に生成することも可能である。その後、照明システムの出口側にある偏光フィルタが、その光からすべての望ましくない偏光方向を除去することができる。
【００４８】
入射光が直線偏光される場合には、偏光マニピュレータは、それを通過する光の偏光方向を４５°より大きい角度で、好ましくは９０°またはその奇数倍の角度で回転させればよい。この結果として、直線偏光された入射光の場合には、同様に直線偏光されているが、異なる（好ましくは直交する）偏光方向を有する補償光がもたらされる。これに関して、光線のパス内に偏光マニピュレータが挿入されるときに投影光が生成されるか、あるいはそれが取り除かれたときに生成されるかは重要でない。
【００４９】
偏光誘起密度変動の完全な補償を達成するためには、支配的な第１、第２の包括的偏光方向の間に形成される角度を実質的に９０°とする必要がある。光学エレメントの少なくとも１つのポイントを通る異なる偏光方向を有する投影光線がいくつかある場合には、当該少なくとも１つのポイントを通過する補償光が、その少なくとも１つのポイントを通過するそれぞれの投影光線の偏光方向に対して少なくとも実質的に直交する偏光方向を有するように、たとえば適切な第２の光源を用いて、あるいは偏光マニピュレータを用いてアレンジすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施態様について説明する。
【００５１】
図１は、本発明を使用することのできる一例の投影露光装置の高度に簡略化した斜視図を示している。全体をＰＥＡとして示したこの投影露光装置は、投影光束を生成する照明システム１０を備えており、それについては図２〜１４を参照してさらに説明する。投影光束は、図示の実施形態の場合、小構造ＳＴを擁しているマスクＭ上の細い矩形の光視野ＬＦ(light field)を照明する。光視野ＬＦ内の小構造ＳＴは、ウエハＷ上に堆積され、かつ投影レンズＰＬの像平面に配置されたフォトレジスト上に結像される。投影レンズＰＬが１より小さい倍率を有するので、光視野ＬＦ内における構造ＳＴの縮小された像ＬＦ’がウエハＷ上に投影される。
【００５２】
投影の間、マスクＭとウエハＷは、Ｙ軸のスキャン方向に沿って移動する。マスクＭとウエハＷの速度比は、投影レンズＰＬの倍率に等しい。投影レンズＰＬが像を反転させる場合には、マスクＭとウエハＷが、互いに反対方向に移動し、図１の矢印Ａ１とＡ２によって示される通りになる。このように光視野ＬＦは、マスクＭ上のより大きな構造化されたエリアも連続的にフォトレジスト上に投影できるようにマスクＭ上をスキャンする。
【００５３】
図２は、照明システム１０のメリジオナル平面の断面図を示している。簡明のため、図２の例示は、かなり簡略化されており、縮尺にも従っていない。このことは特に、種々の光学ユニットが非常のわずかな光学エレメントのみによって表されていることを意味する。実際には、これらのユニットが、これよりかなり多くのレンズやそのほかの光学エレメントを含む。照明システム１０は、例示の実施形態においてはエキシマ・レーザ１４として具体化されている光源を含む。エキシマ・レーザ１４は、深紫外線（ＤＵＶ）スペクトル・レンジの波長、たとえば１９３ｎｍの波長を有する投影光を放射する。
【００５４】
続いてこの投影光がビーム拡張ユニット１６に入り、そこで光束が拡張される。ビーム拡張ユニット１６を通過した後の投影光は、第１の偏光マニピュレータＰＭ１に入射するが、その機能の説明については、図３および４ａ〜４ｃを参照して後述する。第１の偏光マニピュレータＰＭ１を通過した後の投影光は、第１の回折光学エレメント１８によって回折される。第１の回折光学エレメント１８は、１ないしは複数の回折格子を含んでおり、それが、発散が導入されるように各入射光線を回折させる。図２においてはこれが、発散する２つの光線２０、２２に分岐される軸方向の光線として略図的に示されている。したがって第１の回折光学エレメント１８は、投影光の角度分布を修正する。また第１の回折光学エレメント１８は、このほかの種類の任意の光学ラスタ・エレメントに置き換えることも可能であり、たとえばフレネル・ゾーン・プレートによってマイクロ‐レンズが形成されるマイクロ‐レンズ・アレイに置き換えることができる。この目的に適したさらに別の光学ラスタ・エレメントの例が、特許文献４から与えられ、その内容は、参照によりこれに援用される。
【００５５】
第１の回折光学エレメント１８は、ズーム・レンズ群２５とアキシコン・エレメント２７ａ、２７ｂのペア２７だけが示されている第１の対物レンズ２６の物体平面２４内に配置されている。参照番号２８は、第１の対物レンズ２６の射出瞳平面を示している。射出瞳平面２８内またはそれに近接して、異なる光学コンポーネント用の交換ホルダ２９が配置されている。これらの光学コンポーネントは、交換ホルダ２９内に挿入されたとき、瞳平面２８内の光の特定の光学特性、たとえば偏光分布を修正する。
【００５６】
別の光学ラスタ・エレメントの形式の視野区画コンポーネント３０もまた、第１の対物レンズ２６の瞳平面２８内またはそれに近接して配置されている。視野区画コンポーネント３０は、各ポイントに対して発散を導入し、またマスクＭ上の光視野のジオメトリに影響を与える。図２においては、視野区画コンポーネント３０によって導入される発散が、入射する光線２０、２２に対して、発散している光線２０ａ、２０ｂと２２ａ、２２ｂによって略図的に表されている。
【００５７】
発散している光線２０ａ、２０ｂと２２ａ、２２ｂが第２の対物レンズ３２内に入る。図２においてはそれが、単一の集光レンズ３２によって表されている。第２の対物レンズ３２は、入射瞳が第１の対物レンズ２６の射出瞳平面２８と一致するように照明システム１０内に配置される。第２の対物レンズ３２の像平面３４は、視野平面であり、そこには調整可能なストップ３８が配置される。ストップ３８は、スキャン方向Ｙ内において、照明される光視野ＬＦの鋭いエッジを確保する。このため、第２の対物レンズ３２の像平面３４に一致する物体平面を有する第３の対物レンズ４２が、照明システム１０の光軸４４に沿って配置される。第３の対物レンズ４２の像平面４６内に、マスク・ステージ（図示せず）を使用してマスクＭを配置する。第３の対物レンズ４２とマスクＭの間には、第２の偏光マニピュレータＰＭ２が配置されている。
【００５８】
図３は、図２に示されている照明システム１０をさらに簡略化した図である。ズーム・レンズ群２５とアキシコン・ペア２７が単一のレンズＬ１によって共通に示されており、交換ホルダ２９と第２の偏光マニピュレータＰＭ２の間のすべての光学エレメントは、単一のレンズＬ２によって表されている。
【００５９】
図３に示されている実施形態においては、レーザ１４が、紙面に対して平行であり、かつ図３には両方向矢印ＰＤiによって示されている偏光方向を有する直線偏光された光を生成することが仮定されている。偏光マニピュレータＰＭ１は、１／４波長プレートであり、１／４波長プレートの主軸が入射光の偏光方向ＰＤiと４５°の角度を形成するように、照明システム１０の光軸ＯＡに関して配向される。その結果、偏光マニピュレータＰＭ１から出た光が円偏光する。図３においてはこれが、円形矢印５０によって単一の光線Ｒに対して示されている。
【００６０】
さらに、第１の偏光マニピュレータＰＭ１と第２の偏光マニピュレータＰＭ２の間の光学エレメント、すなわちレンズＬ１、Ｌ２、および第２の回折光学エレメント３０が、この円偏光を、光線Ｒが第２の偏光マニピュレータＰＭ２に入射するまで維持することが仮定されている。第２の偏光マニピュレータＰＭ２は、３／４波長プレートであり、主軸が偏光方向ＰＤiに関して４５°の角度をなすように光軸ＯＡに対して配向される。したがって、偏光マニピュレータＰＭ２が光線Ｒの円偏光状態を直線偏光状態に逆変換することになる。図３においてはそれが両方向矢印ＰＤoによって示されている。照明システム１０を通過する間に光線の伝播方向の周りに偏光方向が回転されなかったことになるため、第１の偏光マニピュレータＰＭ１に入る前と第２の偏光マニピュレータＰＭ２から出た後の光線Ｒの偏光状態が同一になる。
【００６１】
２つの偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２が照明システム１０を分割する３つの部分における光線Ｒの偏光状態が、図式的に図４ａ、４ｂ、４ｃに例示されている。
【００６２】
図４ａ、４ｃは、光線Ｒの伝播方向に垂直な平面内の偏光方向ＰＤi、ＰＤoを示している。図４ｂは、第１、第２の偏光マニピュレータＰＭ１とＰＭ２の間における光線Ｒに関する電界ベクトル５２を示している。電界ベクトル５２は、図４ｂに円形矢印５４によって示されているように、伝播方向の周りの円を描く動きとなる。電界ベクトル５２の回転の方向は、第１の偏光マニピュレータＰＭ１内に含まれている１／４波長プレートの主軸と、入射光の偏光方向ＰＤiの関係に依存する。
【００６３】
電界ベクトル５２の高速回転に起因して、レンズＬ１、Ｌ２と第２の回折光学エレメント３０を通るすべてのポイントは、一様な偏光方向の分配を経験する。優先される偏光方向が存在しないので、レーザ１４によって放出される高輝度の光が、最終的に光学的複屈折をもたらす光学材料内における一様でなく分布された密度変動を生じさせることはできない。このことは、その材料が、高輝度の光によってもたらされる劣化をまったく受けないと言うことを意味していない。しかしながら、それらの劣化が等方性であり、その結果、その材料の光学特性の変化があったとしても、それも等方性になる。したがって、２つの偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２の間に配置されたすべての光学エレメント内において、異方性効果である偏光誘起複屈折が生じることができない。
【００６４】
ここで理解する必要があるが、これまで説明した実施形態は種々の方法で修正できる。たとえば照明システム１０が、その出口側において同一でなく、異なる直線偏光状態とする必要がある場合には、たとえば追加の半波長プレートを適切に配向することによってそれを達成することができる。その種の半波長プレートを、単一のエレメントを構成するように第２の偏光マニピュレータＰＭ２内に組み込むこともできる。たとえば、照明システム１０の入力と出口側における偏光状態を直交させる場合には、第１、第２の偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２をともに１／４波長プレートとするか、あるいはともに３／４波長プレートとすればよい。
【００６５】
また、２つの偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２の間における光線Ｒの偏光状態が正確に円形であることに絶対的な必要性はない。多くの場合には、わずかな楕円偏光状態もまた、非常に良好な範囲で偏光誘起複屈折の発生を防止する。許容可能な楕円の程度は、偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２の間の光学エレメントに求められる寿命に依存する。
【００６６】
さらにまた、それぞれの回折光学エレメント１８、３０の後に投影光の発散が増加することから、偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２として使用される波長プレートは、各エレメントによって導入される３６０°の位相シフトの数に関して異なることがある。光軸と、第１の回折光学エレメント１８から発出する光線の間に形成される角度が比較的小さいことから、第１の偏光マニピュレータＰＭ１のために多次の１／４波長プレートを使用することができる。第２の回折光学エレメント３０の後では、通常、これらの角度がかなり大きくなる。したがって、第２の偏光マニピュレータＰＭ２としてゼロ次、擬似ゼロ次、または少なくとも低次の波長プレートを使用することが必要となる。
【００６７】
図５は、図３と類似の例示により、照明システムについての第２の実施形態を示している。図５に例示されている全体が２１０によって示される照明システムは、偏光マニピュレータＰＭ２１、ＰＭ２２を含むが、その偏光マニピュレータＰＭ２１、ＰＭ２２が光学的アクティビティの効果を発揮する液晶であるという点において第１の実施形態の偏光マニピュレータＰＭ１、ＰＭ２と異なる。材料の特定の軸に沿って光線が伝播するとき、直線光の光線の振動面が連続回転を受ける場合に、その材料は光学的にアクティブであると言う。いくつかの光学的にアクティブな材料を用いると、回転の角度が材料内のパスの長さだけでなく、液晶がさらされる電界にも依存する。回転角度をコントロールするこのアプローチは、たとえば、一般的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において広く利用されている。
【００６８】
したがって、照明システム２１０の偏光マニピュレータＰＭ２１、ＰＭ２２は、それぞれ液晶のほかに電極のペアを含み、その結果、各液晶を概略均質な電界にさらすことができる。電界強度は、コントロール・ユニット２５６を使用してコントロール電圧を修正することによって変化させることが可能である。
【００６９】
次に照明システム２１０の機能について、図６、７を参照して説明する。図６は、第１の偏光マニピュレータＰＭ２１から出た後の光線Ｒの偏光方向ＰＤmを実線として示している。偏光方向ＰＤmは、第１の偏光マニピュレータＰＭ２１に入る前の光線Ｒの偏光方向ＰＤiに対して、伝播方向の周りにαの回転を受けている。２つの偏光マニピュレータＰＭ２１、ＰＭ２２の間に、偏光状態を変更する光学エレメントが存在しないので、光線Ｒは、回転された偏光方向ＰＤmを有したまま第２の偏光マニピュレータＰＭ２２に入射する。
【００７０】
コントロール・ユニット２５６は、第２の偏光マニピュレータＰＭ２２に含まれている液晶に対して、オリジナルの偏光状態が復元されるような電圧を印加する。したがって、マスクＭ上に入射する光は、第１の偏光マニピュレータＰＭ２１上に入射する光と同一の偏光状態を有する。偏光マニピュレータＰＭ２１、ＰＭ２２の間の光学材料が複屈折となることを回避するため、照明システム２１０の動作の間にわたって角度αが変更される。
【００７１】
この変更をどのようにすれば実現できるかについては、多くの異なる可能性が存在する。
【００７２】
図７は、回転角αが時間ｔの関数として示されたグラフである。この例においては、コントロール・ユニット２５６が第１の偏光マニピュレータＰＭ２１内の液晶に印加される電圧を、偏光方向が直線的に９０°まで増加し、続いて直線的に０°まで逆転し、その後再び９０°まで増加するという形で続くようにコントロールする。図５においては、９０°の回転を受けた偏光方向（すなわち、紙面に対して直交する方向）が記号５９によって示されている。この時間変化の結果、回転角が０°と９０°の間に一様に分散される。この角度αの範囲は、複屈折の遅軸がその速軸と直交することから充分である。偏光方向が０°と９０°の間のこの角度範囲を超えてスイープすると、速軸と遅軸のいずれも、直線偏光された光線Ｒによって材料へ『燃え尽きる』ことが不可能になる。
【００７３】
図８は、照明システムの第３の実施形態を示しており、その全体が３１０によって示されている。この照明システム３１０においては、それぞれが半波長プレートと当該半波長プレートに光軸ＯＡ周りに回転角αの回転を与えるアクチュエータを含む偏光マニピュレータＰＭ３１、ＰＭ３２が使用される。図８においては、アクチュエータが２つのモータＭ１、Ｍ２によって示されている。半波長プレートの回転は、図８において、円形の矢印５８、６０によって示されている。
【００７４】
すでに述べたように半波長プレートは、直線偏光された光の偏光方向にαの回転を与える効果を有する。角度αは、半波長プレートの主軸と入射光の偏光方向の間における角度の２倍のサイズを有する。また、この実施形態においては、第２の偏光マニピュレータＰＭ３２の半波長プレートが、オリジナルの偏光方向が復元されるように配向される。コントロール・ユニット３５６が、０°と４５°の間の範囲の角度でこれらの半波長プレートが同期して回転するようにモータＭ１、Ｍ２をコントロールする場合には、第２の実施形態について図７に示した効果と同一の効果を達成することができる。
【００７５】
図９は、図７に示したものと類似のグラフを示している。実線は角度αの変化、すなわち第１の偏光マニピュレータＰＭ３１内における偏光状態が、照明システム３１０の動作時間ｔの間にわたって回転させられる角度の変化を表している。破線は、半波長プレートが回転させられる角度βである。両方の半波長プレートが同一の方向に連続して回転すると、２つの偏光マニピュレータＰＭ３１、ＰＭ３２の間における偏光方向ＰＤmの回転が半波長プレートの角周波数の２倍になるという結果がもたらされる。
【００７６】
図１０は第４の実施形態に従った照明システムを示しており、その全体が４１０によって示されている。照明システム４１０は、交換ホルダ２９内に第３の偏光マニピュレータＰＭ３が挿入されているという点だけが照明システム２１０と異なる。第３の偏光マニピュレータＰＭ３は、図１１に略図的に示されているとおり、一様な直線偏光分布を放射状偏光分布に変換する。放射状偏光分布は、各光線が直線偏光されているが、光線Ｒが第３の偏光マニピュレータＰＭ３を通過するポジションに応じて偏光方向が異なるという点が一様な直線偏光分布と異なる。偏光方向は、各ポジションについて、第３の偏光マニピュレータＰＭ３の中心を通っている光軸に向いている。
【００７７】
このため第３の偏光マニピュレータＰＭ３は、エレメントのエリア全体にわたって分布する複数の六辺形半波長プレートを含むことができる。この種の偏光マニピュレータについての詳細は、特許文献５に記述されており、その内容は、参照によりこれに援用されている。第３の偏光マニピュレータＰＭ３として使用できる別の光学エレメントは、米国特許出願第６０／５３７，３２７号に開示されており、それについては、図２３〜２５を参照して簡単な説明を後述する。この先の出願の完全な開示は、参照によりこれに援用される。
【００７８】
第３の偏光マニピュレータＰＭ３は、明確かつ一様な直線偏光状態を、その入力側において必要とすることから、図７に示されるような方法で偏光方向を連続的に回転させることができない。しかしながら、偏光マニピュレータＰＭ４１、ＰＭ４２内に含まれる液晶がコントロール・ユニット４５６によってコントロールされ、図１２に略図的に示されているように、それらが同期して０°と９０°の回転角度の間で切り替えられる場合には、第３の偏光マニピュレータＰＭ３が、オリジナルの一様な直線偏光状態を有する光またはオリジナルに直交する一様な直線偏光状態を有する光のいずれかにさらされる。
【００７９】
第１の偏光マニピュレータＰＭ４１によって偏光方向が変えられない場合には、第３の偏光マニピュレータＰＭ３が、接線状偏光分布を生成する。第２の偏光マニピュレータＰＭ４２が偏光方向を回転させないので、マスクＭが、接線状偏光状態を有する光によって照明される。しかしながら、第１の偏光マニピュレータＰＭ４１が偏光方向を９０°回転させる場合には、第３の偏光マニピュレータＰＭ３が放射状偏光分布を生成する。この、すべての偏光方向が放射方向に走る放射状偏光分布は、その後、第２の偏光マニピュレータＰＭ４２内において追加の９０°の回転を受ける。この場合においても、結果として望ましい接線状偏光分布がもたらされる（図１０参照）。
【００８０】
したがって、照明システム４１０は、連続的ではなく、９０°の離散的な値で断続的に偏光方向を回転させる。同様にこれも、偏光マニピュレータＰＭ４１、ＰＭ４２の間の光学材料内における複屈折を防止するために充分である。その理由は、直交する直線偏光方向を有する２つの光線によって誘起される密度変動もまた直交することである。したがって、光学材料内に複屈折が生じ得ず、２つの直交する偏光状態は、常に同一の屈折率を経験することになる。
【００８１】
偏光回転子としての液晶の使用は、偏光方向をほとんど瞬時に回転させることが液晶によって可能になることから、この実施形態の場合に特に有利である。したがって、続いて生じる露光の間の短い中断においてさえも、偏光マニピュレータＰＭ４１、ＰＭ４２の間の偏光方向が回転することが可能になる。
【００８２】
いくぶん遅くはなるが、断続的に偏光方向に９０°の回転を与える別のアプローチを図１３に示す。第５の実施形態に従ったこの照明システムには、その全体が５１０により示されているが、それぞれが交換ホルダ５７１、７２、２つの半波長プレートをそれぞれ含む半波長プレート５８１と回転子５８２、アクチュエータ５９１、５９２をそれぞれ含む偏光マニピュレータＰＭ５１、ＰＭ５２が備えられている。アクチュエータ５９１、５９２は、コントロール・ユニット５５６に接続されており、それによって、図１３に矢印５９６により示されるとおり、半波長プレート５８１および回転子５８２を交換ホルダ５７１、５７２内にそれぞれ挿入し、かつそこから取り除くことができるようにアクチュエータ５９１、５９２をコントロールすることが可能になる。
【００８３】
半波長プレート５８１と回転子５８２が、図１３の破線によって示されるように光線のパス外のポジションにある場合には、レーザ１４によって提供される一様な直線偏光状態が、第３の偏光マニピュレータＰＭ３に光線が入射するまで維持されることになる。これらの一様な偏光分布は、図１０、１１を参照して説明を前述したとおり、接線状偏光分布に変換される。第２の半波長プレート５８２もまた光線のパス外にあることから、投影光は、接線状偏光分布を伴ってマスクＭ上に入射することになる。
【００８４】
コントロール・ユニット５５６のコントロール・コマンドに応答して、アクチュエータ５９１、５９２が、半波長プレート５８１と回転子５８２をそれぞれの交換ホルダ５７１、５７２内へ移動させる。半波長プレート５８１の主軸は、偏光方向に９０°の回転が生じるように配置される。回転子５８２は、偏光方向を９０°回転させるべく構成される。この効果は、図１０〜１２を参照して前述した液晶を使用する偏光方向の回転によって達成されるものに同一である。
【００８５】
図１４は、第６の実施形態に従った照明システム６１０を示している。照明システム６１０もまた第３の偏光マニピュレータＰＭ３を含んでおり、それが交換ホルダ２９内に挿入されている。前述した実施形態とは異なり、この照明システム６１０は、２ペアの偏光マニピュレータ、すなわちマニピュレータＰＭ６１１とＰＭ６１２の第１のペア、およびマニピュレータＰＭ６２１とＰＭ６２２の第２のペアを含む。第３の偏光マニピュレータＰＭ３は、電界ベクトルが振動する方向の時間的変化によって影響を受けないように、これら２ペアの偏光マニピュレータの間に配置されている。したがって、第３の偏光マニピュレータＰＭ３の直前における投影光束の偏光分布は、常に、第３の偏光マニピュレータＰＭ３によって求められる形式を有することができる。
【００８６】
各ペアの偏光マニピュレータＰＭ６１１、６１２と６２１、６２２は、これまで述べたうちの任意の実施形態に従って実現することができる。図示の実施形態においては、第１のペアの偏光マニピュレータＰＭ６１１、ＰＭ６１２が、図３に示した第１の実施形態を参照して説明した態様で１／４波長プレートと３／４波長プレートをそれぞれ含んでいる。第２のペアの偏光マニピュレータＰＭ６２１、ＰＭ６２２は、２つの半波長プレートをそれぞれ含んでおり、それらは、両方のプレートの主軸が、それらの間に４５°の角度を形成するように配置されている。この種の２つの半波長プレートの組み合わせは、入射光の偏光方向が未知であるか、変化する場合であっても、偏光方向の方向に９０°の回転が与えられることを保証する。
【００８７】
図１５は、第７の実施形態に従った照明システム７１０を示している。偏光マニピュレータを有する代わりに、照明システム７１０は、全体が７４０として示されるアクチュエータを含む。アクチュエータ７４０は、レンズＬ１、Ｌ２を、光軸ＯＡに一致するそれらの共通回転対称軸周りに回転させることを可能にする。
【００８８】
このためアクチュエータ７４０は、モータＭによって回転される歯付きローラ７４２を含む。レンズＬ１、Ｌ２の外周には、歯付きホイール・リム７４４、７４６が取り付けられている。歯付きホイール・リム７４４、７４６は、歯付きローラ７４２とともに、歯車係合を構成し、それが、モータＭとレンズＬ１、Ｌ２の間の伝達を提供する。したがって、モータＭの付勢は、レンズＬ１、Ｌ２の共通回転対称軸周りの回転をもたらす。
【００８９】
モータＭは、コントロール・ユニット７４８に接続されており、それによりあらかじめ決定済みのコントロール・パターンに従ってモータＭをコントロールすることが可能になる。図示の実施形態においてはこのパターンが、照明システム７１０の露光動作の間にわたって、レンズＬ１、Ｌ２が連続的に、ゆっくりと回転されるように設定される。これは、偏光方向ＰＤiを有する直線偏光された光によって、レンズＬ１、Ｌ２が作られている材料内に偏光誘起複屈折が生じ得ないことを保証する。これは、レンズＬ１、Ｌ２の連続的な回転に起因して、偏光方向ＰＤiとレンズＬ１、Ｌ２の材料の間に固定された空間的関係が存在しないことによる。
【００９０】
コントロール・ユニット７４８は、上記に代えて、照明システム７１０の露光動作期間と露光動作期間の間の一時停止間にのみレンズＬ１、Ｌ２が回転されるような方法でモータＭをコントロールすることもできる。これは、光学エレメントが回転対称性を有してなく、多重対称性だけを有している場合に有利である。すなわち、光学エレメントの形状が任意角度の回転の下に一様性を保つのではなく、特定の角度、たとえば９０°の回転の下に一様性を保つことを意味する。この場合、その光学エレメントの光学特性は、特定の角度の回転が行われたときに限って同一となる。一時停止間に光学エレメントを回転することは、光学エレメントの形状だけが回転対称であり、それ自体の材料（たとえば、その結晶構造）が回転対称でない場合においても有利である。
【００９１】
照明システムの動作の間にレンズＬ１、Ｌ２が連続的に回転させられない場合には、最終的には複屈折をもたらす偏光誘起密度変動を完全に防止できないこともあり得る。しかし、アクチュエータ７４０の補助によってレンズＬ１、Ｌ２に９０°またはその奇数倍の回転を与えると、少なくとも実質的に対称な密度変動を達成することは可能である。
【００９２】
この状況が、ＸＶＩ‐ＸＶＩ線に沿った照明システム７１０の断面が示されている図１６に例示されており。両方向矢印ＰＤiは、入射光の偏光方向を示す。参照番号７５０は、レンズＬ２と固定的に関連付けられた基準方向を示す。レンズＬ１、Ｌ２が、照明システム７１０の動作期間と動作期間の間における一時停止の間に、矢印７５２によって示されるように９０°の回転角度で回転した場合には、続いて生じる基準方向７５０が偏光方向ＰＤiに一致する動作期間の間に、レンズＬ２（およびレンズＬ２）が入射光にさらされることになる。これは、その前と同様に密度変動を誘起するが、方向が直交する。２つの角度ポジションの間における動作期間の持続時間が同一であれば、複屈折が生じない。
【００９３】
モータＭのコントロールについては、このほかの種々のコントロール・パターンが可能であることを理解すべきである。たとえば、レンズＬ１、Ｌ２を照明システム７１０の動作の間に、レンズＬ１、Ｌ２の合計の回転角度が９０°となるまで、１０°の回転角度で断続的にレンズＬ１、Ｌ２を回転させることも可能である。その後、レンズＬ１、Ｌ２が、それらのオリジナルのポジションに戻るまで、同一の手順を逆行させればよい。偏光誘起密度変動のある種の『ぼかし』は、最大回転角度が４５°に満たない場合であっても達成することができる。これが、偏光誘起複屈折の発生の抑圧に充分となることもある。
【００９４】
図１７ａは、本発明の第８の実施形態に従った投影露光装置ＰＥＡ２のメリジオナル平面の断面図を極めて簡略化して示している。
【００９５】
投影露光装置ＰＥＡ２は、８１０として示されている照明システムが、さらに半波長プレート８１１を含み、それをレーザ１４によって放射される光線のパス内に挿入できるという点において図１、２に示されている投影露光装置ＰＥＡと異なる。このため、照明システム８１０内にアクチュエータ８１２が備えられ、その機能がコントロール・ユニット８１３によってコントロールされる。半波長プレート８１１は、放射された光の偏光方向に関して、半波長プレート８１１が光線のパス内に挿入された場合には、この偏光方向が９０°の回転を受けるように配向される（両方向矢印８１４参照）。
【００９６】
投影露光装置ＰＥＡ２は、さらに全体が８１６として示されているシャッタを含む。シャッタ８１６は、投影レンズＰＬ８の最後のレンズＬ８２と、フォトレジストＰＲの間に配置されており、適切なアクチュエータ（図示せず）の補助によって光線のパス内に移動することができる２つの可動ブレード８１８、８２０を含む。投影露光装置用のシャッタが概してこの分野で公知であることから、ここではこれ以上の詳細を論じない。
【００９７】
図１７ａは、投影モードの投影露光装置ＰＥＡ２を示している。このことは、レーザ１４によって放射される光線の直線偏光が投影露光装置ＰＥＡ２の光学部品全体を通じて、その光線がフォトレジストＰＲ上に入射するまで維持されることを意味する。この固定された直線偏光状態を伴う動作の間に、レーザ１４とフォトレジストＰＲの間に配置された少なくともいくつかの光学エレメント内に偏光誘起密度変動が生じることがある。補償をまったく伴わない場合には、これらの密度変動が最終的に複屈折をもたらすことになる。
【００９８】
図１７ｂは、補償モードの投影露光装置ＰＥＡ２を示している。補償モードにおいては、アクチュエータ８１２によって半波長プレート８１１が光線のパス内に挿入され、その結果、オリジナルの偏光方向が９０°回転する。図１７ｂでは、この回転した偏光方向が記号８２２によって示されている。光線が照明システム８１０と投影レンズＰＬ８内に配置された種々の光学エレメントを通り抜ける間にわたって、この偏光方向が有意の変更を受けないことを前提とすると、レーザ１４によって放射される光は、このとき、密度変動の補償を誘起する補償光として作用する。このことは、補償モードにおいて光線によって誘起される密度変動が、投影モードにおいて誘起される密度変動に対して直交することを意味する。投影露光装置ＰＥＡ２が、投影モードと補償モードにおいて等しい持続時間にわたって動作する場合には、複屈折が生じ得ない。
【００９９】
補償モードの光がフォトレジストＰＲ上に入射することを防止するため、最後のレンズＬ８２を通過した光が投影レンズＰＬ８から出ることができないようにシャッタ８１６を作動させる。シャッタ８１６は、コントロール・ユニット８１３に接続されており、その動作を照明システム８１０内における半波長プレート８１１の挿入と同期させることができる。
【０１００】
図１８ａと１８ｂは、最後のレンズＬ８２上の特定ポイント上の光線の、投影モードと補償モードにおける偏光方向８３０、８３２をそれぞれ示している。明確にわかるとおり、当該特定ポイントに入射する光は、すべて、同一の偏光方向を有し、直線偏光されている。補償モードにおいては、すべての偏光方向が９０°回転し、その結果、その特定ポイントが、投影モードと比較した場合に直交する偏光方向を有する直線偏光された光にさらされる。
【０１０１】
レンズＬ８２の第２のポイントにおいては、図１９ａと１９ｂに示されるように、物理的な条件が、より複雑なものとなる。ここで、第２のポイントを通る光線が結合されて、結果として得られる偏光状態が、支配的な包括的偏光方向８３４を伴う楕円偏光として記述できると仮定する。包括的偏光方向は、この場合、楕円の長軸である。この種の直線偏光状態からの逸脱は、たとえば、中間の複屈折光学エレメントによって生じる。図１９ａにおいて、偏光状態の楕円は、密度変動を誘起するに充分な大きさであると仮定する。
【０１０２】
図１９ｂは、補償モードにおける第２のポイントの状態を示している。ここでも、包括的な偏光状態が楕円であるが、図１９ｂに、矢印８３６によって示されている、その楕円の長軸によって与えられる支配的な包括的偏光方向が、４５°より大きい角度αだけ回転している。半波長プレート８１１によって誘起される９０°の角度からのずれは、中間の複屈折光学材料によっても生じることがある。しかしながら、投影モードにおける支配的な包括的偏光方向８３４が、４５°を超えて回転することから、この補償モードにおいても補償効果が得られる。
【０１０３】
図２０は、ＰＥＡ３として示した投影露光装置の第９の実施形態を示している。投影露光装置ＰＥＡ３は、追加のレーザ９１４を含んでおり、それが、フォトレジストＰＲが敏感でない波長を有する補償光を放出する。したがって、投影露光装置ＰＥＡ３の通常の露光動作の間に補償を行うことができる。このために追加のレーザ９１４によって放出される光は、レーザ１４によって放射される光の方向と直交する偏光方向を有する。レーザ１４と追加のレーザ９１４によって放射される光は、片側ミラー付きエレメントとして具体化された結合器９３０に補助されて結合される。
【０１０４】
図２１は、図２と類似の表現により極めて簡略化して示した、本発明の第１０の実施形態に従った投影露光装置を示している。投影露光装置ＰＥＡ４の照明システム１０１０は、片側ミラー付きのディバイダと結合器、平面ミラー、半波長プレート１０１４を含むアレンジメント１０１２を含む。このアレンジメント１０１２は、入射光の強度の約半分を分離し、その偏光方向を９０°回転し、この分岐と、偏光方向が変更されていないオリジナルの光を結合する。その結果、アレンジメント１０１２から出る光は、直交する偏光方向を伴う２つの直線偏光状態を含む。これは、照明システム１０１０内のその後に続く光学エレメント内に偏光誘起複屈折が生じないことを保証する。光がマスクＭ上に入射する前に、一方の偏光方向が、偏光フィルタ１０１６によって投影光から取り除かれる。
【０１０５】
図２２は、第１１の実施形態に従った照明システムの第１の動作モードを示している。全体が１１１０によって示されるこの照明システムは、図８と１０に示されている照明システムと同様に第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３を含み、接線状偏光分布を生成することが意図されている。しかしながら、第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３は、以下から明らかになるとおり、放射状または接線状の偏光分布のいずれも生成しない。まず、図２３〜２５を参照して第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３の構造について説明する。
【０１０６】
第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３は、その斜視図を図２３に示すが、光学的アクティビティの効果を発揮する結晶１１０１を含む。約１８０ｎｍ〜８００ｎｍの間の範囲の波長については、結晶１１０１として結晶質石英（ＳｉＯ2）を使用することができる。より長い波長については、ＡｇＧａＳ2またはＴｅＯ2といった別の結晶を使用することができる。直線偏光された光線が、結晶質石英内を、その光学軸に対して平行に進むと、偏光方向が、結晶学的構造に応じて時計方向または反時計方向に回転する。図示の実施形態においては、石英結晶が偏光方向を時計方向に回転することが仮定されている。右周りの回転を導入する材料は、一般的にｄ旋光性と呼ばれる。結晶質石英の旋光能力は、１９３ｎｍの波長において、３２５．２＋／‐０．５°／ｍｍである。
【０１０７】
直線偏光された光が光学的にアクティブな結晶内を、その光学軸と平行に進むと、結晶内を光線が通過した幾何学的パス長だけに依存する角度で偏光方向が回転されることになる。異なる光線を異なる角度で回転させる必要がある場合には、適切な厚さの結晶１１０１のプロファイルを選択することによってそれを達成できる。その場合、光線が結晶内をその光学軸と少なくとも概略平行に伝播することだけが保証される必要がある。通常、瞳平面２８を通過する光線が照明システム１１１０の光軸ＯＡと小さい角をなすことから、このことは、結晶の光学軸を光軸ＯＡと平行に整列させる必要があることを意味する。
【０１０８】
図２３に示されている実施形態においては、結晶１１０１が、実質的にディスク形状であり、平坦なベース表面１１０３と、その反対側の２つのエリア１１０５ａ、１１０５ｂも分割されたトップ表面を有する。第３の偏光マニピュレータＥＭ１１３のエレメント軸ＥＡは、光学軸１１０１と平行に整列され、照明システム１１１０の光軸ＯＡと一致する。エレメント軸ＥＡと垂直に、エレメント軸ＥＡと交差し、アジマス角θの基準軸として機能する基準軸ＲＡを定義することができる。図２３の例示においては、２つのエリア１１０５ａ、１１０５ｂに、それぞれ０°から１８０°まで、および１８０°から３６０°までのアジマス角範囲が割り当てられている。
【０１０９】
エレメント軸ＥＡに対して垂直であり、かつ基準軸ＲＡと角度θをなす任意の半径Ｒに沿って、結晶１１０１は、一定の厚さｄを有する。この『厚さ』という用語は、結晶１１０１の、その光学軸に沿ったかさに関係する。したがって、結晶１１０１の厚さプロファイルは、純粋にアジマス角θの関数であり、エレメント軸ＥＡからの半径方向距離の関数ではない。
【０１１０】
結晶１１０１の中心には、ボア１１０７が備わっており、それによって結晶１１０１の取り扱いが簡単になる。さらに第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３は、結晶１１０１を支えるマウント１１０９を含む。
【０１１１】
図２４は、θ＝０°からθ＝３６０°までのアジマス角範囲にわたる結晶１１０１の厚さプロファイルｄ（θ）を例示したグラフである。図２４からわかるように、厚さは、θ＝０°からθ＝１８０°までの間、最小の厚さｄminから最大の厚さｄmaxまで直線的に増加している。結晶１１０１のこの部分は、トップ表面のエリア１１０５ａに対応する。角度θ＝１８０°においては、厚さがｄmaxからｄminに落ちることから厚さプロファイルにステップが存在し、その後は、角度がθ＝３６０°に到達するまで、再びｄminからｄmaxまで直線的に増加する。この第２の部分は、エリア１１０５ｂに対応する。角度θ＝３６０°、すなわちエリア１１０５ｂと１１０５ａの間には、再び厚さプロファイルにステップが存在する。
【０１１２】
図２５は、代替厚さ分布ｄ’（θ）を示したグラフである。この厚さ分布ｄ’（θ）は、結晶１１０１がｄ旋光性ではなくｌ旋光性である場合、すなわち通り過ぎる光線の偏光方向を反時計方向に回転する場合に、図２４に示されている厚さ分布ｄ（θ）と同じ物理的効果を達成する。これは、図２５に示されているようにアジマス角θの増加に伴って反時計方向の回転を減ずることが、事実上、図２４に示されるような時計方向の回転の増加を意味するという効果による。
【０１１３】
再度図２２を参照するが、さらに照明システム１１１０は、第１の偏光マニピュレータＰＭ１１１を含み、そこには、交換ホルダ１１７１、回転子１１８１、アクチュエータ１１９１が含まれている。アクチュエータ１１９１は、コントロール・ユニット１１５６に接続されており、それによってアクチュエータ１１９１を、図２２内に両方向矢印１１９６によって示されるように、交換ホルダ１１７１内への回転子１１８１の挿入と、そこからの取り出しが可能となるようにコントロールすることができる。
【０１１４】
回転子１１８１は、図示の実施形態においては、一定の厚さを有する光学的にアクティブな結晶であり、その厚さは、９０°の偏光方向の回転が達成されるように決定される。それに代えて、回転子１１８１が単一の半波長プレートを含み、その光学軸が入射光の初期偏光方向に対して４５°をなすようにしてもよい。
【０１１５】
第２の偏光マニピュレータＰＭ１１２は、半波長プレート１１９８および、半波長プレート１１９８を照明システム１１１０の光軸ＯＡ周りに少なくとも４５°回転するためのモータＭ１１を含む。モータＭ１１は、コントロール・ユニット１１５６によってコントロールされる。
【０１１６】
図２２に示されている第１の動作モードにおいては、回転子１１８１が交換ホルダ１１７１から引き出され、その結果、入射光がその初期偏光方向ＰＤiを維持する。これが図２６に示されており、そこには、照明システム１１１０の光軸ＯＡに沿った種々の位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４における瞳全体にわたる偏光分布を図式的に例示されている。図２２に矢印によって示されているとおり、参照番号Ｌ１は、第１の偏光マニピュレータＰＭ１１１の直前のポジションを表す。参照番号Ｌ２およびＬ３は、それぞれ第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３の直前および直後のポジションに対応する。参照番号Ｌ４は、第２の偏光マニピュレータＰＭ１１２の直後のポジションに対応する。
【０１１７】
ここで、投影光束が瞳平面２８の環状領域のみを通過するように照明システム１１１０が設定されているものと仮定する。これは、たとえば図２に示されているようにアキシコン・エレメント２７ａ、２７ｂを離すことによって達成することができる。その結果、図２６に示されている瞳にわたる偏光分布についても環状領域に制限される。回転子１１８１が引き出される第１の動作モードでは、位置Ｌ２において、すなわち第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３の直前において、投影光が初期の偏光方向ＰＤiを伴って完全に直線偏光されたままとなる。このとき、第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３が、結晶１１０１を光線が通過する場所に応じて偏光方向を回転する。
【０１１８】
照明システム１１１０において結晶１１０１が、基準軸ＲＡが紙面内に横たわるように配向されているとすれば、これが結果として位置Ｌ３に示される偏光分布をもたらす。この偏光分布は、放射状と接線状の偏光方向が交番する四重対称性によって特徴付けされる。図示の構成においては、接線状偏光がアジマス角０°、９０°、１８０°、２７０°において達成され、放射状偏光がアジマス角４５°、１３５°、２２５°、３１５°において達成される。結晶１１０１が直線的な厚さプロファイルを有することから、偏光方向が接線方向と放射方向の間において連続的に変化する。結晶１１０１がステップ状の厚さプロファイルを伴って設計されている場合には、偏光方向が滑らかにならず、放射状偏光方向と接線状偏光方向の間においてステップ状に変化する。
【０１１９】
図２２に示されている第１の動作モードにおいては、半波長プレート１１９８が、その光学軸が初期偏光方向ＰＤiと平行に走るような角度ポジションにある。図２６にはこれが軸の向きＡＯによって略図的に示されている。この向きにおいては、半波長プレート１１９８が位置Ｌ３における偏光分布を、位置Ｌ４について示されているとおりのマスクＭに望ましい接線状偏光分布に変換する。これは、事実上、半波長プレートがその光学軸において偏光方向のミラーリングを行うことを考えれば容易に理解することができる。
【０１２０】
図２７に、照明システム１１１０の第２の動作モードを示す。コントロール・ユニット１１５６によって開始されるこの第２の動作モードにおいては、回転子１１８１がアクチュエータ１１９１を介して交換ホルダ１１７１内に挿入される。それに加えて、半波長プレート１１９８がモータＭ１１によって４５°回転させられる。第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３の角度ポジションは変更されない。
【０１２１】
図２８は、第２の動作モードにおける偏光分布を、図２６に類似の表現を用いて示している。回転子１１８１の挿入に起因して、位置Ｌ２、すなわち第３の偏光マニピュレータＰＭ１１３の直前における偏光方向は、この場合９０°の回転を受ける。第３の偏光マニピュレータＰ１１３は、この偏光分布を位置Ｌ３に示されている偏光分布に変換する。この偏光分布は、図２６に示されている位置Ｌ３の偏光分布を、すべての偏光方向を９０°回転することによって得ることができる。
【０１２２】
図２８には、回転された半波長プレート１１９８の光学軸の向きＡＯ’が略図的に示されている。この回転された軸の向きＡＯ’に起因して、位置Ｌ３における偏光分布は、この場合にもマスクＭの近傍において接線状偏光分布に変換される。したがって、照明システム１１１０は、両方の動作モードにおいて接線状偏光分布を得ることが可能であり、しかも第１、第２の偏光マニピュレータＰＭ１１１、ＰＭ１１２の間における偏光方向を交番させる。
【０１２３】
図１３に示されている第５の実施形態とは対照的に、照明システム１１１０は、第２の偏光マニピュレータＰＭ１１２用に半波長プレートを１つだけしか必要としない。この半波長プレート１１９８は、ゼロ次のプレートとして構成することができる。これは、位置Ｌ４において生じる、より大きな入射角の観点から有利である。同じ理由から、入射角に応じて幾何学的パス長が異なるため、照明システムのこの部分に光学的にアクティブな結晶の使用は困難である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】照明システムを含む投影露光装置の簡略化した斜視図である。
【図２】偏光マニピュレータとして１／４波長プレートと３／４波長プレートを含む図１の照明システムを通る断面を示したメリジオナル平面の断面図である。
【図３】図２の照明システムを、さらに簡略化して示した説明図である。
【図４】照明システムの入口側の偏光方向を示した説明図（ａ）、円偏光された光の電界ベクトルを示した説明図（ｂ）、照明システムの出口側の偏光方向を示した説明図（ｃ）である。
【図５】偏光マニピュレータとして液晶を含む本発明の第２の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図６】液晶によってもたらされる偏光方向の回転を示した説明図である。
【図７】回転角αの時間的変化を例示したグラフである。
【図８】偏光マニピュレータとして半波長プレートを含む本発明の第３の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図９】図８に示されている第３の実施形態について回転角αの時間的変化を例示したグラフである。
【図１０】第３の偏光マニピュレータを含み、かつ液晶を偏光マニピュレータとして含む本発明の第４の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図１１】放射状偏光分布を略図的に表現した説明図である。
【図１２】図１０に示されている第４の実施形態について回転角αの時間的変化を例示したグラフである。
【図１３】第３の偏光マニピュレータを含み、かつ２つの移動可能な偏光マニピュレータを含む本発明の第５の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図１４】２ペアの偏光マニピュレータおよびそれらのペアの間に配置される第３の偏光マニピュレータを含む本発明の第６の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図１５】照明システムの動作の間に２つのレンズを回転するためのアクチュエータを含む本発明の第７の実施形態に従った照明システムを、図２と類似の態様で例示した説明図である。
【図１６】図１５に示されている照明システムのＸＶＩ‐ＸＶＩ線に沿った断面図である。
【図１７ａ】本発明の第８の実施形態に従った投影露光装置を、投影モードについてかなり簡略化して示した説明図である。
【図１７ｂ】図１７ａの投影露光装置を、補償モードについて示した説明図である。
【図１８】光学エレメントの第１のポイントにおける偏光方向を、それぞれ投影モードおよび補償モードについて示した説明図である。
【図１９】光学エレメントの第２のポイントにおける偏光方向を、それぞれ投影モードおよび補償モードについて示した説明図である。
【図２０】装置の露光動作の間に偏光誘起複屈折の補償が行われる本発明の第９の実施形態に従った投影露光装置をかなり簡略化して示した説明図である。
【図２１】装置の露光動作の間に照明システムの中だけで偏光誘起複屈折の補償が行われる本発明の第１０の実施形態に従った投影露光装置をかなり簡略化して示した説明図である。
【図２２】第３の偏光マニピュレータを含み、かつ挿入可能な回転子を第１の偏光マニピュレータとして、回転可能な半波長プレートを第２の偏光マニピュレータとして含む本発明の第１１の実施形態に従った照明システムを、第１の動作モードについて示した説明図である。
【図２３】図２２に例示されている第３の偏光マニピュレータの斜視図である。
【図２４】図２３に示されている第１のマニピュレータの厚さプロファイルを、ｄ旋光性の光学的にアクティブな結晶について例示したグラフである。
【図２５】図２３に示されている第１のマニピュレータの厚さプロファイルを、ｌ旋光性の光学的にアクティブな結晶について例示したグラフである。
【図２６】光軸に沿った種々のポジションにおける瞳偏光分布を、第１の動作モードについて示した説明図である。
【図２７】図２２の照明システムを第２の動作モードについて示した説明図である。
【図２８】光軸に沿った種々のポジションにおける瞳偏光分布を、第２の動作モードについて示した説明図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  照明システム、１４  エキシマ・レーザ、１６  ビーム拡張ユニット、１８  第１の回折光学エレメント、２０  光線、２０ａ、ｂ  発散した光線、２２  光線、２２ａ、ｂ  発散した光線、２４  物体平面、２５  ズーム・レンズ群、２６  第１の対物レンズ、２７  アキシコン・エレメントのペア、２７ａ  アキシコン・エレメント、２７ｂ  アキシコン・エレメント、２８  射出瞳平面；瞳平面、２９  交換ホルダ、３０  視野区画コンポーネント；第２の回折光学エレメント、３２  第２の対物レンズ；集光レンズ、３４  像平面、４２  第３の対物レンズ、４４  光軸、４６  像平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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