(57)【要約】  本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系、及びマイクロリソグラフィ露光方法に関する。マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系は、像回転器（５０，５０’）を含み、それは、像回転器（５０，５０’）上に入射する光が少なくとも部分的に偏光されるように光学系に配置され、像回転器（５０，５０’）は、像回転器（５０，５０’）上に入射する光に対して、強度分布と偏光分布の両方を所定の回転角だけ回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系であって、
像回転器（５０，５０’）上に入射する光が少なくとも部分的に偏光されるように光学系に配置された像回転器（５０，５０’）、
を含み、
前記像回転器（５０，５０’）は、該像回転器（５０，５０’）上に入射する光に対して、強度分布と偏光分布の両方を所定の回転角だけ回転させる、
ことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記像回転器（５０，５０’）上に入射する前記光は、少なくとも近似的にタンジェンシャルな偏光分布又は少なくとも近似的にラジアルな偏光分布を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
照明系における照明設定が、二重極照明設定又は四重極照明設定である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】
回折光学要素（１２）を含み、
前記像回転器（５０，５０’）は、前記光の伝播方向において前記回折光学要素（１２）の直後に配置される、
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】
前記像回転器（５０，５０’）上に入射する前記光は、該像回転器（５０，５０’）の位置での入射光束の最大開口角が５°よりも大きくない角度スペクトルを有す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】
前記像回転器（５０，５０’）は、光学系の瞳平面に配置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】
前記像回転器（５０，５０’）は、光学系の視野平面に配置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】
前記像回転器（５０，５０’）は、少なくとも２つのビーム偏向光学要素（３０３，３０４，４０３〜４０５，４０６〜４０８，５０３〜５０８）を含む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】
前記ビーム偏向光学要素（３０３，３０４，４０３〜４０５，４０６〜４０８，５０３〜５０８）は、前記回転角を変更するために互いに対して調節可能であることを特徴とする請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記ビーム偏向光学要素（３０３，３０４）の少なくとも一方が、プリズムであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記プリズムは、立方結晶材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記立方結晶材料の結晶配向が、前記プリズムに入射する時に屈折される光ビームが該立方結晶材料の＜１００＞方向又は＜１１１＞方向のいずれかに伝播するようなものであることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記像回転器（５０，５０’）を交換するための交換デバイスを更に含む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】
マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系であって、
像回転器（５０）、
を含み、
前記像回転器（５０）は、該像回転器（５０）上に入射する光に対して、強度分布と偏光分布の両方を所定の回転角だけ回転させる、
ことを特徴とする照明系。
【請求項１５】
照明系（１０）と、
投影対物系（２０）と、
を有し、
前記照明系（１０）及び／又は前記投影対物系（２０）は、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光学系を含み、又は
前記照明系は、請求項１４に従って構成される、
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１６】
前記投影対物系（２０）は、０．８５よりも大きい、特に、１．１よりも大きい開口数を有することを特徴とする請求項１５に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項１７】
液浸モードで作動するように構成されることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項１８】
２５０ｎｍよりも短い、特に、２００ｎｍよりも短い、より具体的には、１６０ｎｍよりも短い、より具体的には、１５ｎｍよりも短い作動波長を用いて作動するように構成されることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項１９】
マイクロリソグラフィ露光方法であって、
感光材料の層が少なくとも部分的に適用された基板（４０）を準備する段階と、
照明系（１０）と投影対物系（２０）とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置を準備する段階と、
前記投影露光装置を用いて、少なくとも２つの異なるマスク構造を前記層の領域上に投影する段階と、
を含み、
これらのマスク構造の１つに入射する光に対して、強度分布と偏光分布の両方が、これらのマスク構造の他方の１つに入射する光に対して像回転器によって回転される、
ことを特徴とするマイクロリソグラフィ露光方法。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの異なるマスク構造を前記層の領域上に投影する前記段階は、異なる時点で行われる投影段階で実施され、
前記強度分布と前記偏光分布の同時回転が、前記投影露光装置を通過する光に対して、前記投影段階間の間に前記像回転器（５０，５０’）によって実施される、
ことを特徴とする請求項１９に記載のマイクロリソグラフィ露光方法。
【請求項２１】
前記少なくとも２つの異なるマスク構造を前記層の領域上に投影する前記段階は、これらのマスク構造が同時に投影されるように実施されることを特徴とする請求項１９に記載のマイクロリソグラフィ露光方法。
【請求項２２】
同時に投影されるこれらのマスク構造は、前記層の同じ領域上に投影されることを特徴とする請求項２１に記載のマイクロリソグラフィ露光方法。
【請求項２３】
微細構造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適用された基板（４０）を準備する段階と、
構造を有し、その像が生成されることになるマスク（３０）を準備する段階と、
請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ投影露光装置を準備する段階と、
前記投影露光装置を用いて前記マスク（３０）の少なくとも一部を前記層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、マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系、並びにマイクロリソグラフィ露光方法に関する。
【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のような微細構造構成要素の製造に用いられる。マイクロリソグラフィ処理は、照明系及び投影対物系を有する投影露光装置と呼ばれるものにおいて実施される。この場合、マスク構造を基板上の感光コーティング上に転写するために、照明系を用いて照明されるマスク（＝レチクル）の像は、投影対物系の像平面に配置されて感光層（フォトレジスト）で被覆された基板（例えば、シリコンウェーハ）上に投影される。
【０００３】
結像コントラストを最適化するために、照明系又は投影対物系内の偏光分布を特定的に設定又は補正するための様々な手法は公知である。例えば、液浸リソグラフィにおいて達成することができる高い開口を有する結像処理では、いわゆるベクトル効果に起因するコントラストの損失を回避するために、好ましい偏光分布は、ウェーハ平面内で回折次数がタンジェンシャルに偏光されるように構成される。高い開口を有する結像処理で発生する「ベクトル効果」という表現は、像領域内で偏光状態が同じであったものとしても、電界ベクトルのｐ偏光成分（ＴＭ成分）が互いに対して平行ではなくなることから生じるような異なる回折次数に対して電界ベクトルが異なる方向を有し、従って、結像コントラストが偏光状態に依存する状況を説明するのに用いられる。
【０００４】
ＷＯ２００５／０６９０８１Ａ２は、光学活性結晶を含み、結晶光軸の方向に変化する厚み分布を含み、それによって例えば一定の直線入力偏光分布をタンジェンシャル出力偏光分布（好ましい偏光方向又は電界ベクトルの振動方向が、光学系軸に向う半径と垂直関係に配向される）へと変換することができる偏光影響光学要素を開示している。
【０００５】
照明設定（すなわち、所定の平面内、特に、瞳平面内で得られる強度分布の）の適応化又は調節が望ましい状況も存在する。その例は、斜方又は傾斜マスク構造の像を生成するのに好ましい又は望ましいとすることができる光軸の回りの二重極照明設定又は四重極照明設定の照明極の回転である（すなわち、「回転された」二重極設定又は四重極設定の調節又は実現）。
【０００６】
図７は、斜方又は傾斜マスク構造７２５への照明設定のそのような適応化を略示している（これらのマスク構造では、反復的な方向が、それぞれ座標系内のｙ軸に対して角度αだけ回転されるか、又はマスク構造７１５が、水平構造しか持たない）。照明デバイスにおいて達成される図７ｃに記載の二重極照明設定７２０では、図７ｄに示しているマスク構造７２５への適応化又は適合化を実現するために、照明極７２１、７２２もまた、ｙ軸に対して角度αだけ回転される。しかし、強度分布のみの回転は、図７ａに記載の二重極照明設定７１０では、図７ｃに記載の二重極照明設定７２０における照明極７２０、７２１の回転の場合に、準タンジェンシャル偏光分布が存在しなくなり、上述のコントラストの最適化の低下を招く状況を発生させるという問題が生じる。
【０００７】
ＵＳ５，６１４，９８８は、特に、投影光学ユニット内の反射面を光軸の回りに回転させることにより、それぞれの投影光学ユニットを通して形成される像の間の適合化を複数の投影光学ユニットを有する投影露光装置において実現することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０６９０８１Ａ２
【特許文献２】ＵＳ５，６１４，９８８
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍ．Ｖ．Ｂｅｒｒｙ著「断熱変化を有する量子位相ファクタ」、ロンドン王立協会会報シリーズＡ（数学及び物理的科学）、１９８４年、３９２（１８０２）、４５〜５７ページ
【非特許文献２】Ｅ．Ｊ．Ｇａｌｖｅｚ及びＣＤ．Ｈｏｌｍｅｓ著「光学回転器の幾何学的位相」、米国光学会誌Ａ（光学系、像科学、及び視覚）、１９９９年、１６（８）、１９８１〜１９８５ページ
【非特許文献３】Ｅ．Ｊ．Ｇａｌｖｅｚ他著「可視のための可変幾何学的位相偏光回転器」、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、１９９９年、１７１（１〜３）、７〜１３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、リソグラフィ工程においてコントラストの損失を軽減又は回避することができるような方法で異なる照明設定を実現することができるマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系、並びにマイクロリソグラフィ露光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。
【００１２】
マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系は、回転器上に入射する光が少なくとも部分的に偏光されるように光学系に配置された像回転器を含み、像回転器は、像回転器上に入射する光に対して強度分布と偏光分布の両方を所定の回転角だけ回転させる。
【００１３】
光が「像回転器上に入射して少なくとも部分的に偏光される」という表現は、像回転器上に入射する光（光学系の作動中に）が、少なくとも０．２、特に少なくとも０．４、更に特に少なくとも０．６という偏光度を有することを表す上に用いるものである。この場合、偏光度を偏光光部分の強度と全体光の強度との比として定める。それに応じて、完全偏光光では偏光度は１であり、完全な非偏光光では偏光度はゼロであり、部分偏光光では、偏光度はゼロと１の間の値を有する。
【００１４】
本発明は、像回転器を用いて強度分布と偏光分布の両方の同時回転をマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系において実現するという概念に基づいている。
【００１５】
像回転器上に入射する光（光学系の作動中に）の強度分布と偏光分布の両方が回転されるということにより、照明極の回転の前の状況と比較すると、リソグラフィ工程中に互いに干渉する光束において好ましい偏光方向の向き（すなわち、ｓ偏光とｐ偏光の間の比）を互いに対して維持する可能性がもたらされる。特に、そのような状況は、二重極照明設定又は四重極照明設定の照明極が、異なる構造、例えば、斜方又は傾斜マスク構造に対する適応化又は適合化を実現するために同時に回転される場合に発生する可能性がある。例えば、水平及び／又は垂直構造しか持たないマスク構造に対して設定されたいわゆる準タンジェンシャル偏光分布、及び従ってそのような準タンジェンシャル偏光分布に対して得られるコントラストの最適化を維持することができる。
【００１６】
一般的に、「タンジェンシャル偏光分布」は、電界ベクトルの振動方向が、光学系軸に向う半径と垂直な関係に配向された偏光分布を表している。「準タンジェンシャル偏光分布」は、照明設定が、各々が一定の偏光分布を有する明確な照明極を含む偏光分布を表し、この場合「中心偏光」は、瞳の境界に対してタンジェンシャルに配向され、半径に対して垂直である（図６ａ及び図６ｃの双方向矢印を参照されたい）。
【００１７】
それに応じて、「ラジアル偏光分布」という用語は、電界ベクトルの振動方向が光学系軸の方向に配向された偏光分布を表す上に用いる。照明設定が、各々が一定の偏光状態を有する明確な照明極を含む偏光分布を表す上で「準ラジアル偏光分布」という表現を用い、この場合「中心偏光」は、それぞれ光学系軸に向う半径と平行に又は瞳の境界に対して垂直に配向される。
【００１８】
実施形態によると、像回転器は、少なくとも２つのビーム偏向光学要素（例えば、プリズム）を含む。好ましくは、ビーム偏向光学要素は、回転角を変更するために互いに対して調節することができるように構成される。
【００１９】
実施形態によると、少なくとも１つのプリズムは、立方結晶材料を含む。結晶材料の使用に起因して、例えば、溶融シリカのようなアモルファス材料との関連で発生する圧密化効果を回避することができる。立方結晶材料を用いた実施形態によると、この材料の結晶構造は、プリズムに入射する時に屈折される光ビームが、立方結晶材料の＜１００＞方向又は＜１１１＞方向のいずれかに伝播するようなものである。従って、固有複屈折効果及び望ましくない偏光効果を最小にすることができる。
【００２０】
更に別の態様によると、本発明の開示は、回転器上に入射する光に対して強度分布と偏光分布の両方を所定の回転角だけ回転させる像回転器を含むマイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系にも関する。この態様によると、本発明は、少なくとも部分的に偏光された光による像回転器の照射に限定されず、照明デバイスにおいて非偏光光が像回転器上に入射する像回転器の配列も含む。
【００２１】
本発明の開示はまた、照明系と投影対物系とを有し、照明系及び／又は投影対物系が上述の光学系を含み、又は照明デバイスが上述のように構成されたマイクロリソグラフィ投影露光装置にも関する。
【００２２】
照明系における本発明の実現の場合には、コントラストを最適化しながら、上述のように異なる構造、例えば、斜方又は傾斜マスク構造への適応化又は適合化を実現することができる。像回転器は、偏光分布を含む照明設定の回転を起こすように瞳平面に配置することができる。像回転器が照明系の視野平面に配置される場合には、照明視野の回転を起こすことができる。
【００２３】
像回転器が投影対物系に配置される場合には、例えば、いくつかの異なるマスク構造の結像中に、それぞれの回折次数が光軸の回りに回転される場合に各マスク構造を最適な強度分布及び偏光分布との組合せで用いることが可能である。更に、像回転器が投影対物系の視野平面に配置される場合には、像視野の方位角の配向を達成するための像視野の回転を実現することができる。
【００２４】
本発明は、比較的大きい開口数を有する投影対物系との関連で特定の利点を伴って達成することができ、これは、その場合に結像コントラストが互いに干渉する光ビームの偏光状態に強く依存するからである。好ましい実施形態によると、投影対物系は、０．８５よりも大きい、特に、１．１よりも大きい開口数を有する。更に、マイクロリソグラフィ投影露光装置は、液浸モードで作動するように構成される。
【００２５】
本発明は、特に、「二重露光」又は「二重パターン形成」とも呼ぶ工程において達成することができる。この工程では、ウェーハは、異なるマスク構造を用いて異なる投影段階（これらの段階は、例えば、互いに直接連続することができる）で露光される。
【００２６】
いくつかのマスクが同時に露光される場合には、投影対物系における像回転器の使用の更に別の利点が発生する。そのような場合には、結像処理において得られるコントラストに関して、フォトレジスト内に同時に生成されるマスク像が互いに最適な方式で整列することが望ましい場合がある。例えば、設計上の理由からマスク構造が互いに異なって整列する場合には、フォトレジスト上への入射の前に、本発明の像回転器を用いて強度分布と偏光分布の両方に関してマスク像を「回転し戻す」ことができる。このようにして、像回転器により、結像コントラストを劣化させることなくミスアラインメントを補償することができる。それによって結像コントラストの全体の最適化が得られる。
【００２７】
本発明の開示は、マイクロリソグラフィ露光方法にも関連し、本方法は、感光材料の層が少なくとも部分的に適用された基板を準備する段階と、照明系と投影対物系とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置を準備する段階と、投影露光装置を用いて少なくとも２つの異なるマスク構造を層のある一定の領域上に投影する段階とを含み、これらのマスク構造の１つに入射する光に対して、強度分布と偏光分布の両方は、像回転器によってこれらのマスク構造のうちの他方のものに入射する光に対して回転される。
【００２８】
本方法の実施形態によると、感光層上に投影されるマスク構造は、異なる時点に実施される投影段階間の間に変更される（これらの投影段階は、互いに直接連続することができ、又はこれらの段階間の間に１つ又はそれよりも多くの更に別の投影段階を実施することができる）。本発明の像回転器の使用により、感光層上に投影されるそれぞれのマスク構造に対して強度分布と偏光分布を同時に回転させることによって各マスク構造を最適な強度分布及び偏光分布との組合せに用いることができるので、最適なコントラストを維持することができる。像回転器によって起こされるそれぞれのマスク構造への強度分布及び偏光分布の適応化又は適合化は、特に、回折光学要素（ＤＯＥ）の途中交換、並びに他の偏光修正光学要素の交換なしに達成することができる。
【００２９】
更に別の実施形態によると、少なくとも２つの異なるマスク構造の投影は、これらのマスク構造が同時に投影されるように実施され、かつ更に別の実施形態によると、層の同じ領域上に投影されるように実施され、この投影は、特に、異なる投影対物系を用いて実施することができる。
【００３０】
本発明の更に別の構成は、本明細書の説明及び同じく従属請求項から得ることができる。
【００３１】
下記では、添付図面に示す例示的な実施形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態による光学系を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の構造の概略図である。
【図２】本発明による像回転器の効果を明らかにするための概略図である。
【図３】本発明の更に別の実施形態による像回転器の構造を明らかにするための概略図である。
【図４】本発明の更に別の実施形態による像回転器の構造を明らかにするための概略図である。
【図５】本発明の更に別の実施形態による像回転器の構造を明らかにするための概略図である。
【図６ａ】本発明による像回転器の効果を明らかにするための更に別の概略図である。
【図６ｂ】本発明による像回転器の効果を明らかにするための更に別の概略図である。
【図６ｃ】本発明による像回転器の効果を明らかにするための更に別の概略図である。
【図６ｄ】本発明による像回転器の効果を明らかにするための更に別の概略図である。
【図７】異なる回転角による照明極を有する照明設定を示し、同じくこれらの照明設定と組み合わせて用いられるマスクを示す概略図である。
【図８】ヘリシティ球上の閉曲線を示す本発明の概念を理論的に説明するのに用いる図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施形態による光学系を有するマイクロリソグラフィ露光装置の原理的構造を示す模式図であり、この露光装置は、照明系１０と投影対物系２０とを含む。照明系１０は、例えば、２４８ｎｍの作動波長に対するＫｒＦレーザ、１９３ｎｍの作動波長に対するＡｒＦレーザ、１５７ｎｍの作動波長に対するＦ2レーザ、又は約１３ｎｍの作動波長に対するＥＵＶ光源、並びに平行光ビームを生成するビーム形成光学系を含む光源ユニット１からの光を用いた構造保持マスク（レチクル）３０の照明のためなどに機能する。
【００３４】
照明系１０は、光源ユニット１からの光が最初に回折光学要素（ＤＯＥ）１２上に入射する光学ユニット１１を含む。ＤＯＥ１２は、それぞれの回折面構造によって定められる角度放射特性を用いて照明系の瞳平面に望ましい強度分布（例えば、二重極照明設定又は四重極照明設定）を生成する。
【００３５】
光学ユニット１１は、ズーム対物系及びアキシコンから成る配列（図示せず）を更に含むことができる。ズーム対物系が上流に配置された回折光学要素１２と併用して、それぞれのズーム位置及びアキシコン要素の位置に依存して瞳平面に異なる照明構成が生成される。光学ユニット１１は、図示の例では方向変更ミラー１３を更に含む。光伝播方向に光学ユニット１１の下流のビーム経路内には、混合光を生成するのに適するマイクロ光学要素を含む配列をそれ自体公知の方式で有する光混合デバイス（図示せず）が配置される。光混合デバイスには、光伝播方向にレンズ群１４が続き、その下流には、レチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）を有する視野平面が存在し、このレチクルマスキングシステム（ＲＥＭＡ）の像が、光伝播方向に下流の位置にあるＲＥＭＡ対物系１５により、更に別の視野平面に配置された構造保持マスク（レチクル）３０上に生成され、従って、ＲＥＭＡ対物系１５は、マスク３０上の照明領域の境界を定める。構造保持マスク３０は、感光層が設けられたウェーハ又は基板４０上に投影対物系２０を用いて結像される。
【００３６】
図１によると、照明系１０は像回転器５０を更に含み、これに関して、図２〜図６を参照して以下でより詳細に説明する。像回転器５０は、少なくとも部分的に偏光された光による照射を受け、この光の強度分布と偏光分布の両方の同時回転を達成する。
【００３７】
図１はまた、この回転の調節を制御するための制御ユニット（又は駆動ユニット）６０を略示している（例えば、適切なアクチュエータを用いる）。像回転器５０は、像回転器５０によって起こされる回転の角度を修正するために、互いに対して調節可能な少なくとも２つのビーム偏向光学要素を含む。
【００３８】
図１に破線で略示しているように、投影対物系２０内には像回転器５０’を設けることができる（像回転器５０に対して代替的又は追加的に）。
【００３９】
以下では、本発明の一般的な概念を図２を参照して説明する。
【００４０】
図２は、ビームの座標系がある一定の軸の回りに幾何学的に回転される場合に、強度分布と偏光分布の両方の回転が、３つのミラー２０１、２０２、及び２０３から成る配列を用いて如何に達成されるかを示している。この回転を示すために、それぞれの強度分布を略示し、第１のミラー２０１の上流では「２１１」、第１のミラー２０１と第２のミラー２０２の間では「２１２」、第２のミラー２０２と第３のミラー２０３の間では「２１３」、及び第３のミラー２０３の下流では「２１４」で表している。それぞれの好ましい偏光方向を双方向矢印で記号化している。強度分布と偏光分布の両方は、同じ回転角だけ同時に回転されていることが分る。
【００４１】
その結果、像回転器によって強度分布と偏光分布の両方の同時回転が提供される。奇数個のミラーの効果として、図２の配列を用いる時には像の反転又は再反転それぞれが得られる。そのような効果は、偶数個のミラーが用いられる場合は得られない。
【００４２】
図６ａ〜図６ｄは、投影露光装置におけるこの原理の実施を示している。図７と同様に、この図は、斜方マスク構造６２５への二重極照明設定の調節を示している（斜方マスク構造６２５では座標系のｙ軸に関して、又はマスク構造６５０に対しては反復的な方向が角度αだけ回転され、これらのマスク構造は、それぞれ水平構造のみを有する）。図６ｃによると、二重極照明設定６２０に対して、図６ｄのマスク構造６２５との適合化又は適応化をもたらすために、照明極６２１及び６２２は、照明デバイス内で調節されており、かつｙ軸に対して角度αだけ回転されている。図７の状況とは対照的に、一方を強度分布の対称軸とし、他方を偏光分布の対称軸とする対称軸間の関係は、偏光分布（好ましい偏光分布を双方向矢印で記号化している）も同時に回転されることの結果として維持される。言い換えれば、図６ｃに記載の強度分布の回転の後においても、準タンジェンシャル偏光分布、及び従ってコントラストの最適化が得られる。
【００４３】
本発明の概念の理論的説明では、本発明によって利用される幾何学的位相は、それぞれの物理システムがパラメータ空間内で閉じた経路Ｃを辿る場合に特に明瞭に（しかし、非限定的に）現れる湾曲したトポロジーに対してシステムのパラメータによって定められる平行移動の結果である。幾何学的位相は、経路又は曲線Ｃによって挟まれる（立体）角Ωである。この幾何学的位相は、「ベリー位相」とも呼ばれ、量子力学システムに対して、Ｍ．Ｖ．Ｂｅｒｒｙ著「断熱変化を有する量子位相ファクタ」、ロンドン王立協会会報シリーズＡ（数学及び物理的科学）、１９８４年、３９２（１８０２）、４５〜５７ページに説明されている。幾何学的位相の符号は、進行方向から生じる。完全な球は、幾何学的位相Ωに対応する。光学回転器では、パラメータ空間は、ヘリシティ球である修正されたエワルド球である（Ｅ．Ｊ．Ｇａｌｖｅｚ及びＣＤ．Ｈｏｌｍｅｓ著「光学回転器の幾何学的位相」、米国光学会誌Ａ（光学系、像科学、及び視覚）、１９９９年、１６（８）、１９８１〜１９８５ページを参照されたい）。
【００４４】
図８は、ヘリシティ球上の閉じた曲線又は経路Ｃを示している。ヘリシティベクトルｈは、伝播ベクトルｋ及び反射回数ｊを用いて式（１）に従って定められる。
【００４５】
【数１】
2011524642.tif 000003
【００４６】
従って、偶数回の反射では、ベクトルｈは、伝播ベクトルｋに対して平行であり、それに対して奇数回数の反射では、ベクトルｈは、伝播ベクトルｋに対して非平行である。従来技術では、ヘリシティ球上の幾何学的位相が、同じ値だけ直線偏光状態を回転させることも公知である（Ｅ．Ｊ．Ｇａｌｖｅｚ他著「可視のための可変幾何学的位相偏光回転器」、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、１９９９年、１７１（１〜３）、７〜１３ページを参照されたい）。
【００４７】
以下では、図３〜図５を参照して像回転器の例示的な実施形態を説明する。
【００４８】
図３によると、直線偏光平行レーザ放射線（例えば、２０ｍｍのビーム断面を有する）が、回折光学要素（ＤＯＥ）３０１上に入射し、二重極角度特性に従って２つの部分光束に分割され、この場合、挟角は、例えば、５°とすることができる。レンズ３０２による平行化の後に、光束は、互いに対して角度γだけ回転された２つのプリズム３０３と３０４の組合せ上に入射する。これらのプリズムをダブプリズムとも呼び、これらは、この実施形態による像回転器を形成している。角度γの変動により、回転角は、強度分布と偏光分布の両方を回転させるために調節することができる。
【００４９】
それに応じて、図３の実施形態では、像回転器は、２つのプリズム３０３及び３０４を含む。レンズ３０２及び３０５は任意的である。これらのレンズは、必要に応じて、プリズム３０３及び３０４の位置において平行化を行うことができ、又は平行ビーム経路を生成することができる。特に、ＤＯＥ３０１は、レンズ３０２の前側又は第１の焦点面に配置することができ、それに対して２つのプリズム３０３と３０４の間の平面は、レンズ３０２の後側又は第２の焦点面かつレンズ３０５の前側又は第１の焦点面に配置することができる。
【００５０】
図３によると、第１のプリズム３０３は、ｘ軸（基準エッジと呼ぶ）に対して平行に整列し、第２のプリズム３０４は、第１のプリズム３０３に対して角度γだけ回転される。
【００５１】
ヘリシティ球上でゼロよりも大きい面積を取り囲むためには、光ビームが、１つの平面内だけで伝播しないことが重要であり、これは、１つの平面内だけにおけるビーム伝播が、ヘリシティ球上で（真っ直ぐな）線しか生じないことになるからである。言い換えれば、ビーム伝播は、「第３の次元」においても発生すべきである。この効果は、図３に示している像回転器又はプリズム配列それぞれの例では、プリズムの一方の他方のプリズムに対する光軸回りの角度γの回転によって得られる。Ｅ．Ｊ．Ｇａｌｖｅｚ及びＣＤ．Ｈｏｌｍｅｓ著「光学回転器の幾何学的位相」、米国光学会誌Ａ（光学系、像科学、及び視覚）、１９９９年、１６（８）、１９８１〜１９８５ページには、得られる像回転が３６０°−２γであることが示されている。像回転器によって強度分布と偏光分布の両方が回転される所定の回転角をαで表し、第１のプリズム３０３（例えば、プリズムの基準エッジと呼ぶ）に対する第２のプリズム３０４の回転角をγで表すと、次式の関係が成り立つ。
α＝３６０°−２γ                （２）
【００５２】
像回転器によって調節される回転角αは、原理的にあらゆる望ましい値を有することができ、用途又は用いられる照明設定それぞれによっては、好ましい回転角は、９０°、４５°、又は２２．５°とすることができる。
【００５３】
図３の実施形態では、プリズム３０３及び３０４は、立方結晶材料（例えば、フッ化カルシウムＣａＦ2）で作られる。好ましい実施形態によると、結晶材料の結晶配向は、屈折されたビームが立方結晶材料内で少なくとも実質的に＜１００＞方向、又は少なくとも実質的に＜１１１＞方向のいずれかに伝播し、これは、この場合、立方結晶材料に起因して固有複屈折及び偏光の変化が最小にされるからである。特に、光学系軸は、＜１１０＞方向に整列するように配向することができ、これは、この場合、立方結晶材料内での＜１００＞方向に沿ったビーム伝播が得られるからである。
【００５４】
図４は、角度γだけ回転された照明極を有する偏光二重極照明設定を調節するための照明系内の像回転器の更に別の実施形態であり、図３のプリズム３０３及び３０４が、各々が３つのミラー４０３〜４０５又は４０６〜４０８それぞれを含むミラー群によって置換されたものを示している。この場合、ミラー４０６〜４０８から成るミラー群は、ミラー４０３〜４０５から成るミラー群に対して角度γだけ回転される（ミラー表面法線４０４又は４０７それぞれの方向を基準とする場合）。それに応じて、像回転器は、図４の実施形態では、各々が３つのミラー４０３〜４０５又は４０６〜４０８それぞれを含むミラー群を含む。レンズ４０２及び４０９は任意的であり、必要に応じて平行化を行うか、又はミラー群の位置において平行なビーム伝播を引き起こす。ミラー４０６〜４０８から成るミラー群が、ミラー４０３〜４０５から成るミラー群に対して回転される角度γ（ミラー表面法線４０４又は４０７それぞれの方向を基準とする）に依存して、図４に記載の像回転器によって調節される回転角αは、ここでもまた、上述の関係（２）によって与えられる。
【００５５】
図５は、照明系内の像回転器の更に別の実施形態を示している。図５によると、直線偏光平行レーザ放射線（例えば、２０ｍｍのビーム断面を有する）が、ＤＯＥ５０１上に入射し、二重極角度特性に従って２つの部分光束に分割され、この場合、角度は、ここでもまた、例えば、５°とすることができる。レンズ５０２の平行化の後に、光束は、ミラー５０３〜５０８から成るミラー配列上に入射する。第１のミラー５０３は、主光線を９０°だけ偏向する。第２のミラー５０４は、ｘ軸に対して角度γだけ回転され、主光線を２つのミラー５０５と５０６の組合せの方向に偏向する。ミラー５０７における反射及び角度γの偏向の後に、ミラー５０８は、主光線を光軸又はｚ方向それぞれに沿った方向に再度誘導する。
【００５６】
それに応じて、像回転器は、図５の実施形態ではミラー５０３〜５０８を含む。レンズ５０２及び５０９は任意的であり、必要に応じて平行化を行うか、又はミラー５０３〜５０８の位置において平行ビーム伝播を引き起こす。好ましくは、ＤＯＥ５０１は、レンズ５０２の前側又は第１の焦点面に配置され、２つのミラー５０５と５０６の間の平面は、レンズ５０２の後側又は第２の焦点面かつレンズ５０９の前側又は第１の焦点面内に位置する。強度分布と偏光分布の同時回転を起こすために、図５の配列において必要なミラー移動は、ミラー５０４及び５０７の回転を含む。一般的に、主光線を光軸又はｚ方向それぞれに沿った方向へと再度誘導するためには、更に別のミラー移動が必要である。
【００５７】
本発明を特定的な実施形態に基づいて説明したが、当業者は、例えば、個々の実施形態の特徴の組合せ及び／又は交換により、数々の変更及び代替実施形態を導出することができる。従って、当業者には、そのような変更及び別の実施形態が同様に本発明によって含まれ、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物による以外は限定されないことが明らかである。
【符号の説明】
【００５８】
１  光源ユニット
１０  照明系
２０  投影対物系
３０  構造保持マスク（レチクル）
５０，５０’  像回転器
【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】
2011524642.tif 000008
【図６ａ）】
2011524642.tif 000009
【図６ｂ）】
2011524642.tif 000010
【図６ｃ）】
2011524642.tif 000011
【図６ｄ）】
2011524642.tif 000012
【図７ａ）】
2011524642.tif 000013
【図７ｂ）】
2011524642.tif 000014
【図７ｃ）】
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【図７ｄ）】
2011524642.tif 000016
【図８】
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【国際調査報告】
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