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TWI494972B - 偏光變換元件、光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法 - Google Patents

偏光變換元件、光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法 Download PDF

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TWI494972B
TWI494972B TW101102214A TW101102214A TWI494972B TW I494972 B TWI494972 B TW I494972B TW 101102214 A TW101102214 A TW 101102214A TW 101102214 A TW101102214 A TW 101102214A TW I494972 B TWI494972 B TW I494972B
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廣田弘之
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Description

偏光變換元件、光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法
本申請是原申請案號94100817，申請日2005年01月12日，發明名稱為“偏光變換元件、光學照明裝置、曝光裝置以及曝光方法”的分案申請。
本發明是有關於偏光變換元件、光學照明裝置、曝光裝置、以及曝光方法，且特別是有關於一種曝光裝置，用於製成半導體元件、影像攝取元件、液晶顯示元件、薄膜磁性頭等微元件的微影製程中。
關於一些典型的曝光裝置，從光源射出的光束穿過做為光學積分器(optical integrator)的複眼(fly eye)透鏡，以形成由多個光源所構成的實質面光源的二次光源。由二次光源(一般是光學照明裝置的照明瞳或是被形成於其附近的照明瞳分佈)射出的光束，穿過被配置於複眼透鏡的後側焦點面附近的光圈而被限制後，入射於集光透鏡。
利用集光透鏡而被集光的光束，與被形成有所定圖案的罩幕重疊地照明。穿過罩幕的圖案的光，穿過投影光學系統成像於晶圓上。接著，在晶圓上，罩幕圖案被投影曝光(轉印)。又，被形成於罩幕的圖案，在被高積集化時，對於此微細圖案要正確地被轉印到晶圓上，在晶圓上要得到均一照度分佈是不可缺少的。
例如在發明人的日本專利第3246615號公開資料，揭示為了實現將任意方向的微細圖案以忠實地轉印的照明條 件，在複眼透鏡的後側焦點面形成輪帶狀的二次光源，且設定使穿過此輪帶狀二次光源的光束，在周方向的偏光方向為直線偏光狀態(以下簡稱為「周方向偏光狀態」)。
但是，上述公開資料的技術，利用穿過複眼透鏡所形成的圓形光束，限制穿過具有輪帶狀開口的光圈，以形成輪帶狀二次光源。此結果，對於傳統技術，會使光圈產生大量光損失，進而使曝光裝置的產能低下，因此不適合。
有鑒於前述的問題，本發明提出一種偏光變換元件，可以將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光，且可以防止光量損失。
又，本發明的目的是提供光學照明裝置，使用偏光變換元件，可以將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光，可以良好防止光量損失，形成周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈。
又，本發明提供曝光裝置與曝光方法，使用光學照明裝置可以良好防止光量損失，形成周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈，用適當的照明條件，可以將微細圖案忠實地且高產能轉印。
為了解決前述問題，本發明的第一實施例提供一種偏光變換元件，變換入射光的偏光狀態成為所定的偏光狀態，利用有旋光性的光學材料，以形成在周方向有厚度變 化分佈。
於第一較佳實施例，該厚度分佈，被設定使將有約單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光。又，周方向被分割成有多個區域，且這些區域中的任意2相鄰區域的厚度較佳為不同。於此情形，這些區域中的任意2相對區域，較佳有大約相等的旋光角度。
又，於此情形，前述任意2相對區域，較佳相互約有相等厚度。又，該些多個區域之每一個，較佳都有約扇形狀。又，周方向較佳有連續的厚度變化。又，於第一實施例，較佳更有不具實質旋光性的中央區域。
根據本發明第二實施例，提供一光學照明裝置，包括提供照明光的光源，以及該光源與被照射面之間的光路被配置第一實施例的偏光變換元件。
根據第二較佳實施例，前述偏光變換元件，被配置於前述光學照明裝置的瞳或其附近。又，較佳更包括一相位部件，被配置於該光源與該偏光變換元件之間的光路中，使對應入射約直線偏光狀態的光的偏光方向而變化。於此情形，前述相位部件，較佳有1/2波長板，可以在做為前述光學照明裝置的光軸中心的結晶光學軸上，自由旋轉。
又，根據第二較佳實施例，較佳更包括第2相位部件，被配置於該光源與該相位部件之間的光路中，使入射的橢圓偏光狀態的光，變換成約直線偏光狀態的光。於此情形，前述第2相位部件，較佳有1/4波長板，可以在做為前述 光學照明裝置的光軸中心的結晶光學軸上，自由旋轉。又，於第二較佳實施例，前述中央區域的徑向方向的大小，較佳為前述偏光變換元件的有效區域的徑方向大小的大於或等於1/3。
於本發明第三實施例，提供光學照明裝置，對於根據由光源供給的照明光，照明於被照射面的光學照明裝置。
前述光學照明裝置的照明瞳面或與該照明瞳面共軛的面內被形成的光強度分佈，關於在其所定的有效光源區域的第1方向偏光的平均特定偏光率以RSPh (Ave)表示，關於第2方向偏光的平均特定偏光率以RSPv (Ave)表示，滿足RSPh (Ave)>70%，RSPv (Ave)>70%。
又，RSPh (Ave)=Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave；RSPv (Ave)=Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave。
於此，Ix(Ave)為通過所定的有效光源區域到達像面的一點的光束，在第1方向偏光成分的強度平均。Iy(Ave)為通過所定的有效光源區域到達像面的一點的光束，在第2方向偏光成分的強度平均。(Ix+Iy)Ave為通過所定的有效光源區域的全部光束強度的強度平均。又，前述光學照明裝置的照明瞳面，定義成對應前述被照射面之光學傅立葉轉換關係的面，在前述光學照明裝置與投影光學系統組合的情形，可以定義出與投影光學系統的光圈光學共軛的光學照明裝置內的面。又，與前述光學照明裝置的照明瞳 面共軛的面，不限定於前述光學照明裝置內的面，例如前述光學照明裝置與投影光學系統組合時，也可以投影光學系統內的面。更也可以是用以檢出光學照明裝置(或投影曝光裝置)的偏光狀態的偏光測定器內的面。
本發明第四實施例，提供曝光裝置，包括第二實施例或第第三實施例的光學照明裝置，穿過該光學照明裝置將罩幕上的圖案曝光於感光性基板上。本發明第五實施例，提供曝光方法，使用第二實施例或第三實施例的光學照明裝置，將罩幕上的圖案曝光於感光性基板上。
本發明的偏光變換元件，例如利用有如水晶旋光性的光學材料被形成，在周方向有變化厚度分佈。於此，厚度分佈，例如，被設定使約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光。其結果，於本發明，可以實現防止光量損失，將有約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光的偏光變換裝置。特別是，因為利用有旋光性的光學材料以形成偏光變換裝置，進而有波長板在相對上很容易製造的優點。
另外，於本發明的光學照明裝置，因為使用偏光變換裝置，可以將約為單一方向的偏光方向的直線偏光狀態的入射光，變換成有約為周方向的偏光方向的周方向偏光狀態的光，可以良好防止光量損失，而形成周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈。又，本發明的曝光裝置與曝光方法， 使用光學照明裝置，可以良好防止光量損失，而形成周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈，於適當的照明條件，可以忠實且高產能地轉印微細圖案，進而元件製造也有良好的產能。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1繪示根據本發明實施例的曝光裝置示意圖。於圖1，分別設定沿著感光性基板即晶圓W的法線方向為Z軸，晶圓W的面內與圖1的紙面平行的方向為Y軸，晶圓W的面內與圖1的紙面垂直的方向為X軸。請參照圖1，本實施例的曝光裝置，包含用以供給曝光的光(照明光)的光源1。
做為光源1，例如可以使用供給248nm波長光的KrF準分子雷射光源或是供給193nm波長光的ArF準分子雷射光源。從光源1沿著Z方向射出的約平行光束，沿著X方向有細長延伸的矩形狀斷面，且入射於由一對透鏡2a與2b所構成的光束擴展器2(expander)。各別的透鏡2a與2b，在圖1的紙面內(YZ平面內)分別具有負屈折力與正屈折力。因此，入射於光束擴展器2的光束，在圖1的紙面內被放大，並被整形為有所定的矩形斷面的光束。
穿過做為整形光學系統的光束擴展器2之大約平行的光束，其由反射鏡3折曲偏向到Y方向後，穿過1/4波長 板4a、1/2波長板4b、消偏振鏡(depolarizer)4c、以及輪帶照明用的繞射光學元件5，而入射於無焦點(afocal)透鏡6。於此，1/4波長板4a、1/2波長板4b以及消偏振鏡4c，如後述，構成偏光狀態變換部4。無焦點光學系統設定為：使無焦點透鏡6，其前側焦點位置與繞射光學元件5的位置大約一致，且後側焦點位置與如圖中虛線所示的所定面7的位置大約一致。
一般，繞射光學元件，基板形成有高度差其間隔為曝光的光(照明光)波長程度，使入射光束在所要的角度有繞射作用。具體地，輪帶照明用的繞射光學元件5，在具有斷面為矩形狀的平行光束入射時，具有在遠場(far-field)(或是Fraunhofer繞射區域)形成輪帶狀光強度分佈的功能。
因此，入射於做為光束變換元件的繞射光學元件5的約平行光束，在無焦點透鏡6的瞳面形成輪帶狀的光強度分佈後，約平行光束從無焦點透鏡6被射出。又，無焦點透鏡6的前透鏡群6a與後透鏡群6b之間的光路中的瞳面或其附近，被配置圓錐柱狀鏡(axicon)系統8，其詳細結構與作用描述於後。以下，為簡單說明，忽略圓錐柱狀鏡系統8，說明基本的結構與作用。
穿過無焦點透鏡6的光束，穿過可變σ值用的伸縮透鏡9(zoom lens)與偏光變換元件10，而入射於做為光學積分器(optical integrator)的微複眼透鏡(或是複眼透鏡)11。偏光變換元件10的結構與作用說明於後。微複眼透鏡11是由縱橫且密集配列的多個具有正屈折力的微小 透鏡所構成的光學元件。一般而言，微複眼透鏡，例如是利用平行平面板施加蝕刻處理以形成微小透鏡群所製成。
接著，構成微複眼透鏡的各微小透鏡，比構成複眼透鏡的各透鏡單元(lens element)微小。又，微複眼透鏡，與由相互被隔絕的透鏡單元所構成的複眼透鏡不同，多個微小透鏡(微小屈折面)，不相互被隔絕而一體成形。然而，在具有正屈折力的透鏡單元被縱橫配置的觀點上，微複眼透鏡是與複眼透鏡相同之波面分割型的光學積分器。
所定面7的位置被配置於伸縮透鏡9的前側焦點位置的附近，而微複眼透鏡11的入射面被配置於伸縮透鏡9的後側焦點位置的附近。換言之，伸縮透鏡9配置成所定面7與微複眼透鏡11的入射面實質上為傅立葉轉換關係，進而配置成無焦點透鏡6的瞳面與微複眼透鏡11入射面為大致光學共軛。
接著，微複眼透鏡11的入射面上，與無焦點透鏡6的瞳面相同，例如被形成以光軸AX做為中心的輪帶狀照射範圍。此輪帶狀照射範圍的全體形狀是與伸縮透鏡9的焦點距離依存而相似地變化。構成微複眼透鏡11的各微小透鏡具有矩形狀的斷面，其與在罩幕M上要形成照射範圍的形狀(進而在晶圓W上要形成曝光區域的形狀)相似。
入射微複眼透鏡11的光束是利用多個微小透鏡而被二維分割，其後側焦點面或是其附近(進而照明瞳)，藉由入射光束，有與被形成的照射範圍大約相同光強度分佈的二次光源，即是以光軸AX做為中心的輪帶狀的實質面光 源所構成的二次光源被形成。從微複眼透鏡11的後側焦點面或是其附近被形成的二次光源的光束，穿過分光器12a(beam splitter)及集光系統13後，與罩幕遮板(mask blind)重疊地照明。
接著，作為照明視野光圈的罩幕遮板14，形成了矩形狀的照射範圍，其對應構成微複眼透鏡11之各個微小透鏡的形狀與焦點距離。再者，內部設置有分光器12a的偏光監視器12，其內部結構與作用如後所述。穿過罩幕遮板14的矩形狀開口部(透光部)的光束，在受到成像光學系統15的集光作用後，重疊地照射在形成有所定圖案的罩幕M上。
即是，成像光學系統15，使罩幕遮板14的矩形狀開口部的像被形成於罩幕M上。穿過罩幕M的圖案的光束，又穿過投影光學系統PL，將罩幕圖案的像形成於感光性基板即晶圓W上。接著，在與投影光學系統PL的光軸AX垂直的平面(XY面)內，利用二維地驅動控制晶圓W進行全部或掃描曝光，罩幕M的圖案依序被曝光於晶圓W的各曝光區域。
又，在偏光狀態切換部4中，1/4波長板4a被構成可以自由旋轉於以光軸AX做為中心的結晶光學軸，將入射的橢圓偏光光束變換成直線偏光光束。又，1/2波長板4b被構成可以自由旋轉於以光軸AX做為中心的結晶光學軸，使入射的直線偏光的偏光面變化。又，消偏振鏡4c利用有互補形狀的楔形狀水晶稜鏡與楔形狀石英稜鏡而被 構成。水晶稜鏡與石英稜鏡做為一體的稜鏡組合體，被構成對照明光路可以自由插脫。
使用KrF準分子雷射光源或是ArF準分子雷射光源做為光源1的情形下，從這些光源被射出的光，一般有95%以上的偏光度，且約直線偏光的光入射於1/4波長板4a。但是，光源1與偏光狀態切換部4之間的光路中，有做為背面反射鏡的直角稜鏡的情形時，入射的直線偏光的偏光面不與P偏光面或S偏光面一致，利用直角稜鏡的全反射使直線偏光變為橢圓偏光。
偏光狀態切換部4，雖然例如是由於直角稜鏡的全反射造成的橢圓偏光光束入射，利用1/4波長板4a的作用被被變換成直線偏光光束，入射於1/2波長板4b。1/2波長板4b的結晶光學軸，對應入射的成直線偏光的偏光面設定成0度或90度時，入射於1/2波長板4b的直線偏光的光束，其偏光面不會變化而通過。
又，1/2波長板4b的結晶光學軸，對應入射的直線偏光的偏光面，以45度設定的情形，入射於1/2波長板4b的直線偏光光束的偏光面，僅以90度變化被變換成直線偏光的光。再者，消偏振鏡4c的水晶稜鏡的結晶光學軸，對應入射的直線偏光的偏光面被設定成45度的情形，入射水晶稜鏡的直線偏光的光被變換成非偏光狀態的光(非偏光化)。
於偏光狀態切換部4，當消偏振鏡4c在照明光路中定位，使水晶稜鏡的結晶光學軸相對入射的直線偏光的偏光 面為45度。另外，水晶稜鏡的結晶光學軸相對入射的直線偏光的偏光面，設定為0度或90度的角度時，入射水晶稜鏡的直線偏光的偏光面不會變化而通過。又，1/2波長板4b的結晶光學軸相對入射的直線偏光的偏光面，設定為22.5度的角度時，入射1/2波長板4b的直線偏光的光，被變換成含有偏光面不會變化而通過直線偏光成分和偏光面僅90度變化的直線偏光成分的非偏光狀態的光。
對於偏光狀態切換部4，如上述，直線偏光的光入射於1/2波長板4b，是為了以下的簡單說明，在圖1的Z方向具有偏光方向(電場方向)的直線偏光(以下稱Z方向偏光)的光，其入射於1/2波長板4b。消偏振鏡4c在照明光路中定位時，入射於1/2波長板4b的結晶光學軸相對Z方向偏光的偏光面(偏光方向)設定為0度或90度，且入射於1/2波長板4b的Z方向偏光，其偏光面不會變化的Z方向偏光通過，而入射於消偏振鏡4c的水晶稜鏡。水晶稜鏡的結晶光學軸，相對入射的Z方向偏光的偏光面，因為設定為45度的角度，入射水晶稜鏡Z方向偏光的光被變換成非偏光狀態的光。
穿過水晶稜鏡被非偏光化的光，穿過為了補償光行進方向而作為補償器(compensator)的石英稜鏡，以非偏光狀態入射於繞射光學元件5。一方面，入射於1/2波長板4b的結晶光學軸相對Z方向偏光的偏光面設定為45度時，入射於1/2波長板4b的Z方向偏光的光，其偏光面僅90度變化，如在圖1的X方向具有偏光方向(電場方向)的 直線偏光(以下稱X方向偏光)的光，入射於消偏振鏡4c的水晶稜鏡。相對入射於水晶稜鏡的結晶光學軸的X方向偏光的偏光面，因為設定為45度，入射水晶稜鏡的X方向偏光的光，被變換成非偏光狀態，且穿過石英稜鏡，並以非偏光狀態入射於繞射光學元件5。
反之，在消偏振鏡4c從照明光路退開時，入射於1/2波長板4b的結晶光學軸相對於Z方向偏光的偏光面設定為0度或90度時，入射於1/2波長板4b的Z方向偏光的光不會變化而通過，以Z方向偏光狀態入射於繞射光學元件5。另一方面，入射於1/2波長板4b的結晶光學軸相對於Z方向偏光的偏光面設定為45度時，入射於1/2波長板4b的Z方向偏光的光，偏光面會僅變化90度而變成X方向偏光的光，而以X方向偏光狀態入射於繞射光學元件5。
如上述，對於偏光狀態切換部4，利用決定消偏振鏡4c插入照明光路的定位，可以使非偏光狀態的光入射於繞射光學元件5。又，使消偏振鏡4c從照明光路退開，且利用設定使1/2波長板4b的結晶光學軸相對於入射的Z方向偏光的偏光面為0度或90度，可以使Z方向偏光狀態的光入射於繞射光學元件5。再者，消偏振鏡4c從照明光路退開，且利用設定使1/2波長板4b的結晶光學軸相對於入射的Z方向偏光的偏光面為45度，可以使X方向偏光狀態的光入射於繞射光學元件5。
換言之，對於偏光狀態切換部4，利用由1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c所組成的偏光狀態切換部 的作用，往繞射光學元件5的入射光的偏光狀態(進而照明罩幕M與晶圓W的光的偏光狀態)，可以在直線偏光狀態與非偏光狀態之間切換，於直線偏光狀態的情形，可以在相互垂直的偏光狀態之間(Z方向偏光狀態與X方向偏光狀態之間)切換。
再者，對於偏光狀態切換部4，使1/2波長板4b與消偏振鏡4c一起從照明光路退開，且利用1/4波長板4a的結晶光學軸相對於入射的橢圓偏光設定所要的角度，圓偏光的光可以入射於繞射光學元件5。又一般上，利用1/2波長板4b的作用，往繞射光學元件5的入射光的偏光狀態，可以設定成在任意方向有偏光方向的直線偏光狀態。
次之，圓錐柱狀鏡系統8，順著光源側，由對向光源側為平面且對向罩幕側為凹圓錐狀的屈折面的第1稜鏡部8a，與對向罩幕側為平面且對向光源側為凸圓錐狀的屈折面的第2稜鏡部8b所構成。第1稜鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2稜鏡部8b的凸圓錐狀屈折面，是可接合而互補的形狀。又，第1稜鏡部8a與第2稜鏡部8b之至少其一被構成可沿著光軸AX移動。第1稜鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2稜鏡部8b的凸圓錐狀屈折面之間的間隔是可變的。
於此，對於第1稜鏡部8a的凹圓錐狀屈折面與第2稜鏡部8b的凸圓錐狀屈折面是相互接合的狀態，圓錐柱狀鏡系統8做為平行平面板的機能，且不會影響到被形成的輪帶狀二次光源。然而，使第1稜鏡部8a的凹圓錐狀屈折 面與第2稜鏡部8b的凸圓錐狀屈折面間離時，圓錐柱狀鏡系統8做為所謂光束擴展器的機能。因此，隨著圓錐柱狀鏡系統8的間隔變化，變化向所定面7的入射光角度。
圖2，繪示相對輪帶狀二次光源，圓錐柱狀鏡系統的作用說明。參照圖2，在設定圓錐柱狀鏡系統8的間隔為零且伸縮透鏡9的焦點距離最小值的狀態(以下稱標準狀態)，被形成最小輪帶狀二次光源30a，利用使圓錐柱狀鏡系統8的間隔從零到所定值而擴大，其寬度(外徑與內徑的差的1/2：圖中以箭號表示)不會變化，外徑與內徑一起擴大，而變化成輪帶狀二次光源30b。換言之，利用圓錐柱狀鏡系統8的作用，輪帶狀二次光源的寬度不會變化，其輪帶比(內徑/外徑)與大小(外徑)一起變化。
圖3繪示相對輪帶狀二次光源，伸縮透鏡的作用說明。參照圖3，在標準狀態被形成的輪帶狀二次光源30a，利用伸縮透鏡9的焦點距離從最小值到所定值擴大，其全體形狀相似地擴大而變化成輪帶狀二次光源30c。換言之，利用伸縮透鏡9的作用，輪帶狀二次光源的輪帶比不會變化，其寬度與大小(外徑)一起變化。
圖4繪示圖1的偏光監視器的內部結構示意斜視圖。參照圖4，偏光監視器12包含：被配置於微複眼透鏡11與集光系統13之間的光路的第1分光器12a。第1分光器12a例如是利用石英玻璃形成之沒有塗佈的平行面板(即是素玻璃)的型態，且其具有將與入射光的偏光狀態相異的偏光狀態的反射光從光路取出的機能。
利用第1分光器12a而從光路被取出的光，入射於第2分光器12b。第2分光器12b與第1分光器12a相同，例如是利用石英玻璃形成的沒有塗佈的平行面板型態，且其具有使與入射光的偏光狀態相異的偏光狀態的反射光發生的機能。接著，進行設定使相對第1分光器12a的P偏光成為相對第2分光器12b的S偏光，且相對第1分光器12a的S偏光成為相對第2分光器12b的P偏光。
又，透過第2分光器12b的光是利用第1光度檢測器12c而被檢測，在第2分光器12b被反射的光是利用第2光度檢測器12d而被檢測。第1光度檢測器12c與第2光度檢測器12d的輸出，分別被輸給控制部(未示於圖)。控制部依需要驅動構成偏光狀態切換部4的1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c。
如上述，關於第1分光器12a與第2分光器12b，對於P偏光的反射率與S偏光的反射率，實質上是不同。因此，對於偏光監視器12，從第1分光器12a的反射光，含有例如往第1分光器12a的入射光的約10%的S偏光成分(對第1分光器12a的S偏光成分是對第2分光器12b的P偏光成分)，與例如往第1分光器12a的入射光的約1%的P偏光成分(對第1分光器12a的P偏光成分是對第2分光器12b的S偏光成分)。
又，從第2分光器12b的反射光，含有例如往第1分光器12a的入射光的約10%×1%=0.1%的P偏光成分(對第1分光器12a的P偏光成分是對第2分光器12b的S偏光 成分)，與例如往第1分光器12a的入射光的約1%×10%=0.1%的的S偏光成分(對第1分光器12a的S偏光成分是對第2分光器12b的P偏光成分)。
如此，對於偏光監視器12，第1分光器12a回應其反射特性而具有將與入射光偏光狀態相異的偏光狀態的反射光從光路取出的機能。其結果，很少受到第2分光器12b造成的偏光變動的影響，根據第1光度檢測器12c的輸出(關於第2分光器12b的透過光強度資料，即是從第1分光器12a的反射光約相同偏光狀態的光的強度資料)，可以檢知往第1分光器12a的入射光的偏光狀態(偏光度)，進而往罩幕M的照明光的偏光狀態。
又，對於偏光監視器12，被設定為相對第1分光器12a的P偏光為對第2分光器12b的S偏光，且對第1分光器12a的S偏光為對第2分光器12b的P偏光。其結果，根據第2光度檢測器12d的輸出(關於第1分光器12a與第2分光器12b被順次反射光的強度資料)，實質上不受往第1分光器12a的入射光的偏光狀態的變化的影響，可以檢知往第1分光器12a的入射光的光量(強度)，進而往罩幕M的照明光的光量。
接著，使用偏光監視器12，檢知往第1分光器12a的入射光的偏光狀態，進而可以判定是否往罩幕M的照明光是所要的非偏光狀態、直線偏光狀態、或圓偏光狀態。控制部根據由偏光監視器12的檢知結果，確認往罩幕M(進而晶圓W)的照明光是否為所要的非偏光狀態、直線偏光狀 態、或圓偏光狀態的情形，驅動調整構成偏光狀態切換部4的1/4波長板4a、1/2波長板4b與消偏振鏡4c，而可以調整往罩幕M的照明光的狀態為所要的非偏光狀態、直線偏光狀態、或圓偏光狀態。
再者，取代輪帶照明用的繞射光學元件5的4極照明用的繞射光學元件(未示於圖)，藉由設定於照明光路中，可以進行4極照明。4極照明用的繞射光學元件，在入射有矩形狀的斷面的平行光束的情形，有在其遠場形成4極狀的光強度分佈的機能。因此，穿過4極照明用的繞射光學元件的光束，在微複眼透鏡11的入射面，形成例如以光軸AX做為中心的4個圓形狀照射區域所組成的4極狀照射區域。其結果，微複眼透鏡11的後側焦點面或其附近，與被形成於入射面的照射區域相同，被形成4極狀的二次光源。
又，取代輪帶照明用的繞射光學元件5的圓形照明用的繞射光學元件(未示於圖)，藉由設定於照明光路中，可以進行一般的圓形照明。圓形照明用的繞射光學元件，在入射有矩形狀的斷面的平行光束的情形，有在其遠場形成圓形狀的光強度分佈的機能。因此，穿過圓形照明用的繞射光學元件的光束，在微複眼透鏡11的入射面，形成例如以光軸AX做為中心的圓形狀照射區域所組成的4極狀照射區域。其結果，微複眼透鏡11的後側焦點面或其附近，與被形成於入射面的照射區域相同，被形成圓形狀的二次光源。
再者，取代輪帶照明用的繞射光學元件5的其他多極照明用的繞射光學元件(未示於圖)，藉由設定於照明光路中，可以進行各種多極照明(2極照明、8極照明等)。同樣地，取代輪帶照明用的繞射光學元件5的有適當特性的繞射光學元件，藉由設定於照明光路中，可以進行各種形態的變換照明。
圖5繪示圖1的偏光變換元件的內部結構示意圖。圖6繪示水晶旋光性說明圖。圖7繪示利用偏光變換元件的作用，被設定成周方向偏光狀態的輪帶狀二次光源示意圖。根據本發明實施例的偏光變換元件10，被配置在微複眼透鏡11的正前面，即是照明光學裝置(1~PL)的瞳或其附近。因此，在輪帶照明的情形，對偏光變換元件10入射有斷面約輪帶狀且以光軸AX做為中心的光束。
參照圖5，偏光變換元件10，有全體光軸AX做為中心輪帶狀的有效區域，其輪帶狀的有效區域以光軸AX做為中心，利用在圓周方向等分成8個扇形形狀的的基本元件被構成。在這些8個基本元件，夾著光軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，8個基本元件，延著光穿過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互不同的4種基本元件10A~10D各含2個。
具體而言，設定成第1基本元件10A的厚度最大，第4基本元件10D的厚度最小，第2基本元件10B的厚度比第3基本元件10C的厚度大。其結果，偏光變換元件10的一方的面(例如入射面)為平面狀，而另一面(例如出射 面)，利用各基本元件10A~10D的厚度不同，成為凹凸狀。又，可以偏光變換元件10的雙面(入射面與出射面)一起形成凹凸狀。
又，本實施例，各基本元件10A~10D是利用有旋光性的光學材料亦即是做為結晶材料的水晶所構成，各基本元件10A~10D的結晶光學軸與光軸AX約一致，即是設定成與入射光的行進方向約一致。以下，參照圖6，對水晶的旋光性進行簡單說明。參照圖6，由厚度為d的水晶所構成的平行面板光學部材100，其結晶光學軸與光軸AX被配置成一致。如此情形，利用光學部材100的旋光性，入射的直線偏光的偏光方向對光軸AX僅旋轉一角度θ的狀態被射出。
此時，光學部材100的旋光性造成偏光方向的旋轉角(旋光角度)θ，利用光學部材100的厚度d與旋光能ρ，以下式(a)表示。
θ=d．ρ (a)
一般，水晶的旋光能ρ為波長依存性(依存使用光的波長其不同旋光能值：旋光分散)，具體地，使用光的波長短，會有愈大的傾向。根據在「應用光學II」的第167頁的記載，相對於具有250.3nm的波長的光，水晶的旋光能ρ為153.9度/mm。
在本實施例，第1基本元件10A，被設定成厚度dA，在Z方向偏光的直線偏光的光入射的情形，Z方向繞著Y軸使+180度旋轉的方向，即是在Z方向有偏光方向的直線 偏光的光使射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第1基本元件10A的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區域31A的光束的偏光方向是在Z方向。
第2基本元件10B，被設定成厚度dB，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+135度旋轉的方向，即是在Z方向繞著Y軸使-45度旋轉的方向，有偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第2基本元件10B的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區域31B的光束的偏光方向，是Z方向繞著Y軸使旋轉-45度的方向。
第3基本元件10C，被設定成厚度dC，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+90度旋轉的方向，即是有X方向偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第3基本元件10C的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區域31C的光束的偏光方向是在X方向。
第4基本元件10D，被設定成厚度dD，在Z方向偏光的直線偏光的光入射時，Z方向繞著Y軸使+45度旋轉的方向有偏光方向的直線偏光的光射出。因此，在此情形，如圖7所示的輪帶狀二次光源31之中，受到一對第4基本元件10D的旋光作用的光束，通過形成的一對圓弧狀區域31D的光束的偏光方向，是Z方向繞著Y軸使旋轉+45度 的方向。
再者，對分別被形成的8個基本元件進行組合可以得到偏光變換元件10，也可以利用將平行平面板的水晶基板形成所要的凹凸形狀(段差)而得到偏光變換元件10。又，不將偏光變換元件10從光路退開時，可以進行通常的圓形照明，且設定圓形狀的中央區域10E，其大小為偏光變換元件10的有效區域的徑方向大小的大於等於3/10，較佳為大於等於1/3，且沒有旋光性。於此，中央區域10E，可以利用沒有旋光性的光學材料例如石英而形成，也可以是簡單的圓形狀開口。但是，中央區域10E不是偏光變換元件10的必要元件。再者，中央區域10E的大小是由周方向偏光狀態區域與非此區域的邊界所決定。
於本實施例，周方向偏光輪帶照明時(通過輪帶狀的二次光源的光束被設定成周方向偏光狀態的變形照明)，有Z方向偏光的直線偏光的光被入射於偏光變換元件10。其結果，微複眼透鏡11的後側焦點面或其附近，如圖7所示，輪帶狀的二次光源(輪帶狀的瞳分佈)31被形成，通過此輪帶狀的二次光源31的光束被設定成周方向偏光狀態。對於周方向偏光狀態，分別通過構成輪帶狀的二次光源31的圓弧狀區域31A~31D的光束，沿著各圓弧狀區域31A~31D的圓周方向，而在中心位置的直線偏光狀態的偏光方向是大約與以光軸AX做為中心的圓的切線方向一致。
接著，於本實施例，與因光圈大而發生光量損失的傳統技術不同，利用偏光變換元件10的旋光作用，不會有實 質的光量損失發生，可以形成周方向偏光狀態的輪帶狀的二次光源31。換言之，對於本實施例的照明光學裝置，良好地抑制光量損失，可以形成周方向偏光狀態的輪帶狀的照明分佈。再者，對於本實施例，因為使用光學元件的偏光作用，偏光變換元件的製造容易，對於典型的各基本元件的厚度公差可以很緩設定，達到優良效果。
又，根據周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈的周方向偏光輪帶狀照明，做為最終的被照明面的晶圓W被照射的光是以S偏光為主要成份的偏光狀態。於此，S偏光，是有相對入射面垂直方向的偏光方向的直線偏光(垂直入射面的方向電性向量震動的偏光)。但是，入射面，定義為當光到達媒介質的界面(被照射面：晶圓W表面)，包含在其點上的界面法線與入射光的面。
其結果，對於周方向偏光輪帶狀照明，可以提升投影光學系統的光學性能(焦點深度等)，可以得到在晶圓(感光性基板)上高對比的罩幕圖案像。即是，對於本發明實施例，因為使用可以良好地抑制光量損失，且形成周方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈的照明光學裝置，用適當的照明條件可以忠實且高產能地將微細圖案轉寫。
接著，於本實施例，利用有X方向偏光方向的直線偏光的光使其入射偏光變換元件10，如圖8所示通過輪帶狀二次光源32的光束設定為徑方向偏光狀態，且進行徑方向偏光輪帶照明(通過輪帶狀二次光源32的光束被設定成徑方向偏光狀態的變形照明)。於徑方向偏光狀態，分別通過 構成輪帶狀二次光源32的圓弧狀區域32A~32D的光束，沿著各圓弧狀區域32A~32D的圓周方向，而在中心位置的直線偏光狀態是大約與以光軸AX做為中心的圓的半徑方式一致。
根據徑方向偏光狀態的輪帶狀照明瞳分佈的徑方向偏光輪帶照明，被照射到做為最終的被照明面的晶圓W的光，是以P偏光為主要成份的偏光狀態。於此，P偏光，是相對上述定義的入射面的平行方向的偏光方向的直線偏光(平行入射面方向電性向量震動的偏光)。其結果，徑方向偏光輪帶狀照明，被塗佈於晶圓上的光阻的光反射率減小，在晶圓(感光性基板)上，可以得到良好的罩幕圖案像。
又，於上述實施例，入射偏光變換元件10的光束，利用在Z方向有偏光方向的直線偏光狀態與在X方向有偏光方向的直線偏光狀態之間的切換，而實現周方向偏光輪帶照明與徑方向偏光輪帶照明。但是，不限定於此，例如對於在Z方向或X方向有偏光方向的直線偏光狀態的入射光束，利用偏光變換元件10在如圖5所示的第1狀態與繞著光軸AX使僅90度回轉的第2狀態之間切換，可以實現周方向偏光輪帶照明與徑方向偏光輪帶照明。
又，於上述實施例，微複眼透鏡11的正前方配置偏光變換元件10。但是，不限定於此，一般照明裝置(1~PL)的瞳或其附近，例如投影光學系統PL的瞳或其附近，成像光學系統15的瞳或其附近，圓錐柱狀鏡系統8的正前方(無焦點透鏡6的瞳或其附近)等可以配置偏光變換元件 10。
因此，如果投影光學系統PL中與成像光學系統15中配置偏光變換元件10，因為偏光變換元件10所要的有效徑容易大，考慮到有困難得到高品質的大水晶基板的現狀而不佳。又，如果圓錐柱狀鏡系統8的正前方配置偏光變換元件10，可以使偏光變換元件10所要的有效徑減小，但是到最終被照射面的晶圓W的距離長，防止透鏡反射的塗佈與鏡子的反射膜等會改變偏光狀態的因素容易介入在其光路中而不佳。即是，透鏡的防止反射塗佈與鏡子的反射膜，容易由於偏光狀態(P偏光與S偏光)與入射角的反射率而變差，進而容易變化偏光狀態。
又，於上述實施例，偏光變換元件10的至少其一面的(例如射出面)被形成凹凸狀，進而偏光變換元件10在周方向有離散(不連續)變化厚度分佈。但是，不限定於此，如偏光變換元件10在周方向具有約不連續變化的厚度分佈，偏光變換元件10的至少其一面(例如射出面)可以形成曲面狀。
又，於上述實施例，利用對應輪帶狀的有效區域的8分割的8個扇形狀的基本元件，構成偏光變換元件10。但是，不限定於此，可以例如利用對應圓形狀有效區域的8分割的8個扇形狀的基本元件，或是利用對應圓形狀或輪帶狀的有效區域的4個分割的4個扇形狀的基本元件，或是利用對應圓形狀或輪帶狀的有效區域的16個分割的16個扇形狀的基本元件構成偏光變換元件10。即是，偏光變 換元件10的有效區域形狀，有效區域分割數(基本元件的數量)等，可以有多種不同的變形例。
又，於上述實施例，用水晶形成各種基本元件10A~10D(進而偏光變換元件10)。但是，不限定於此，使用有旋光性的其他適當光學材料可形成各基本元件。與此情形，也可以使用對應使用波長的光有100度/mm以上的旋光能的光學材料。即是，如果使用旋光能小的光學材料，要得到偏光方向所要的旋轉角之所需的厚度會過厚，且由於光量損失的原因而不佳。
又，於上述實施例，偏光變換元件10對應照明光路固定設定，也可以使偏光變換元件10對應照明光路可以插脫設定。又，於上述實施例，雖然相對晶圓W的S偏光與輪帶照明組合為例，也可以相對晶圓W的S偏光與2極或4極等的多極照明與圓形照明組合。又，於上述實施例，往罩幕M的照明條件與往晶圓W的成像條件(數值孔徑與像差)，例如罩幕M的圖案的種類等因此可以自動設定。
圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。又，圖9的變形有例如圖1所示的實施例類似的結構，其差異點在於多個偏光變換元件可以交換的轉台10T(turret)。
圖10繪示做為圖9的交換機構的轉台10T被載置多種偏光變換元件10a~10e示意圖。如圖9與圖10所示，對於變形例，與光軸AX平行方向做為軸可以旋轉的轉台10T上，設置多種種類的偏光變換元件10a~10e，利用轉台10T 的旋轉作用可以交換多種種類的偏光變換元件10a~10e。又，於圖9，多種種類的偏光變換元件10a~10e之中，僅偏光變換元件10a，10b示於圖。又，對於做為偏光變換元件的交換機構，不限定於轉台10T，例如滑動件也可以。
圖11A~11E繪示多種偏光變換元件10a~10e分別的結構示意圖。於圖11A，第1偏光變換元件10a具有與圖5所示的實施例的偏光變換元件10相同的結構。於圖11B，第2偏光變換元件10b，雖然具有與圖11A所示偏光變換元件10a類似的結構，但不同點是於中央區域10E設置有偏光消解部材104c。此偏光消解部材104c具有與圖1所示的消偏振鏡4c相同結構，且有將入射的直線偏光的光變換成非偏光狀態的光的功能。
於圖11C，第3偏光變換元件10c具有與圖11A所示偏光變換元件10a類似結構，不同點在於中央區域10E的大小較大(第1~第4基本元件10A~10D的寬度較窄)。又，於圖11D，第4偏光變換元件10d具有與圖11C所示偏光變換元件10c類似結構，差異點在於中央區域10E設置偏光消解部材104c。
於圖11E，第5偏光變換元件10e不是由8個基本元件所構成，而是由6個基本元件10C、10F、10G組合所構成。第5偏光變換元件10e，以做為全體的光軸AX做為中心有輪帶狀的有效區域，且此輪帶狀的有效區域以光軸AX做為中心，利用在圓周方向等分割成6個扇形狀基本元件10C、10F、10G被構成。在這些6個扇形狀基本元件 10C、10F、10G，夾著光軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，6個基本元件10C、10F、10G，沿著光的透過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互為異的3種類基本元件10C、10F、10G各含2個。
接著，基本元件10C，與圖7所示的第3基本元件10C有相同機能部材，而省略其機能說明。基本元件10F，被設定有厚度dF，在有Z方向偏光的直線偏光入射情形，Z方向繞著Y軸使旋轉+150度的方向，即是Z方向繞著Y軸使旋轉-30度的方向的偏光方向的直線偏光的光射出。基本元件10G，被設定有厚度dG，在有Z方向偏光的直線偏光入射情形，Z方向繞著Y軸使旋轉+30度方向的偏光方向的直線偏光的光射出。又，取代中央區域10E，也可以設置偏光消解部材104c。
又，回到圖10，於轉台10T上設置未載置偏光變換元件的開口部40，對於進行不是周方向偏光照明的偏光照明的情形，進行大的σ值(σ值=照明光學裝置的罩幕側數值孔徑/投影光學系統的罩幕側數值孔徑)的非偏光照明的情形，此開口部40位於照明光路中。
又，如上述，被載置於轉台10T的偏光變換元件10a~10e的中央部，雖然以由圓形狀的開口或沒有旋光性的材料構成中央區域10E或是設置偏光消解部材104c為例示之，也可以配置沒有設置中央區域10E或偏光消解部材104c的偏光變換元件(由扇形狀的基本元件所組成的偏光變換元件)。
圖12A~12C繪示利用偏光變換元件的作用被設定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。又，於圖12A~12C，為容易理解的偏光變換元件，重繪於圖示。
圖12A，取代繞射光學元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區域)形成8極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10a或10b被設置於照明光路的情形，以8極狀的二次光源33示之。因此，通過8極狀的二次光源33的光束被設定成周方向偏光狀態。對於周方向偏光狀態，分別通過構成8極狀的二次光源33的8個圓形區域33A~33D的光束，由8個圓形區域33A~33D結合成圓的圓周方向，即是與這些8個圓形區域33A~33D結合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。又，於圖12A，雖然8極狀的二次光源33以8個圓形區域33A~33D所構成為例示之，但不限定於有8個區域形狀為圓形。
圖12B，取代繞射光學元件5，在遠場(或是Fraunhofer 繞射區域)形成4極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10c或10d被設置於照明光路的情形，以4極狀的二次光源34示之。因此，通過4極狀的二次光源34的光束被設定成周方向偏光狀態。對於周方向偏光狀態，分別通過構成4極狀的二次光源34的4個區域34A、34C的光束，由4個區域34A、34C結合成圓的圓周方向，即是與這些4個區域34A、34C結合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。 又，於圖12B，雖然4極狀的二次光源34以4個橢圓形區域34A、34C所構成為例示之，但不限定於4個區域形狀為橢圓形。
圖12C，取代繞射光學元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區域)形成6極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10e被設置於照明光路的情形，以6極狀的二次光源35示之。因此，通過6極狀的二次光源35的光束被設定成周方向偏光狀態。對於周方向偏光狀態，分別通過構成6極狀的二次光源35的6個區域35C、35F、35G的光束，由6個區域35C、35F、35G結合成圓的圓周方向，即是與這些6個區域35C、35F、35G結合的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。又，於圖12C，雖然6極狀的二次光源35以6個約梯形狀區域35C、35F、35G所構成為例示之，但不限定於6個區域形狀為約梯形狀。
又，於上述實施例與變形例，雖然偏光變換元件繞著光軸被固定，偏光變換元件也可以繞著光軸使旋轉。圖13為設置成繞著光軸可以旋轉的偏光變換元件10f的結構概略圖。
於圖13，偏光變換元件10f，由4個基本元件10A、10C所組合構成。偏光變換元件10f，有做為全體的光軸AX為中心的輪帶狀有效區域，且這輪帶狀有效區域以光軸AX為中心在圓周方向被等分割成4個扇形形狀的基本元件10A、10C。在這4個基本元件10A、10C中，夾著光 軸AX相對的一對基本元件相互有相同特性。即是，4個基本元件10A、10C，在沿著光穿過方向(Y方向)的厚度(光軸方向的長度)相互為異的2種基本元件10A、10C分別含2個。
於此，因為基本元件10A是與圖7所示的第1基本元件10A有相同機能的部材，基本元件10C是與圖7所示的第3基本元件10C有相同機能的部材，而省略其機能說明。又，取代中央區域10E的，也可以設置偏光消解部材104c。
此偏光變換元件10f，以光軸AX做為中心設定成可以旋轉，例如以光軸AX為中心使+45度或-45度可以旋轉。圖14A~14C繪示利用偏光變換元件10f的作用，被設定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。又，於圖14，為容易理解，偏光變換元件10f重複繪示。
圖14A，取代繞射光學元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區域)形成2極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10f在旋轉角度為0度的狀態(基準狀態)，在被設置於照明光路中的情形下以2極狀的二次光源36(36A)示之。於此，通過二次光源36(36A)的光束被設定為縱方向偏光方向。
圖14B，取代繞射光學元件5，在遠場(或是Fraunhofer繞射區域)形成4極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10f在旋轉角度為0度的狀態(基準狀態)，在被設置於照明光路中的情 形下以4極狀的二次光源37示之。於此，通過二次光源37的光束被設定為周方向偏光方向。又，於圖14B，4極狀的光強度分佈侷限在紙面內上下(Z方向)以及左右方向(X方向)。
於周方向偏光狀態，分別通過構成4極狀的二次光源37的4個圓形區域37A、37C的光束，由這4個圓形區域37A、37C結合成的圓的圓周方向，即是有與這4個圓形區域37A、37C結合成的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。又，於圖14B，雖然是以4極狀的二次光源37由4個圓形區域37A、37C所構成而示之，4個區域的形狀不限定為圓形。
圖14C，取代圖14B的繞射光學元件，在遠場(或是Fraunhofer繞射區域)侷限紙面內+45度(-135度)方向及紙面內-45度(+135度)方向，形成4極狀的光強度分佈的繞射光學元件(光束變換元件)被設置於光路中，且偏光變換元件10f在旋轉角度為+45度的狀態(相對基準狀態，順時鐘旋轉45度的狀態)使旋轉而設置於照明光路中的情形下，以4極狀的二次光源38示之。
於圖14C，偏光狀態切換部4中的1/2波長板4b繞著光軸使旋轉，相對偏光變換元件10f，使有+45度(-135度方向)偏光方向的直線偏光入射。於此，因為基本元件10A有使入射的直線偏光的偏光方向僅旋轉180度±n×180度(n為整數)的機能，且基本元件10C有使入射直線偏光的偏光方向僅旋轉90度±n×180度(n為整數)的機能，通過4 極狀的二次光源38的光束被設定為周方向偏光狀態。
於圖14C所示的周方向偏光狀態，分別通過構成4極狀的二次光源38的4個圓形區域38B、38D的光束，由這4個圓形區域38B、38D結合成的圓的圓周方向，即是有與這4個圓形區域38B、38D結合成的圓的切線方向約一致的偏光方向的直線偏光狀態。又，於圖14C，雖然是以4極狀的二次光源38由4個圓形區域38B、38D所構成的例子示之，4個區域的形狀不限定為圓形。
如此，利用偏光狀態切換部4的偏光方向的變更動作，與利用偏光切換元件10f的旋轉作用，雖然4極狀二次光源侷限在+45度(-135度)方向與-45度(+135度)方向，雖然4極狀二次光源侷限在0度(+180度)方向以及90度(270度)即是縱橫方向，雖然2極狀二次光源侷限在0度(+180度)方向或90度(270度)即是縱橫方向，也可以實現周方向偏光狀態。
又，以光軸AX做為中心在圓周方向被等分割而由8個扇形狀的基本元件構成的偏光變換元件，也可以繞著光軸AX旋轉。如圖15A所示，例如由8分割的基本元件所構成的偏光變換元件(例如偏光變換元件10a)，如果繞著光軸AX使僅旋轉+45度，分別通過構成8極狀二次光源39的8個圓形區域39A~39D的光束，具有相對此8個圓形區域39A~39D結成的圓的圓周方向(8個圓形區域39A~39D結成的圓的切線方向)使僅旋轉-45度的偏光方向的直線偏光狀態。
又，如圖15B所示，分別通過構成8極狀二次光源的8個圓形區域的光束，在有相對此8個圓形區域結合成的圓的圓周方向(8個圓形區域結合成的圓的切線方向)，長軸方向被僅旋轉+45度的偏光方向的橢圓偏光的情形，如圖15A所示的偏光變換元件(例如偏光變換元件10a)，利用繞著光軸AX使僅旋轉+45度，如圖15C所示，可以得到約周方向偏光狀態。
圖16繪示偏光變換元件被配置在照明光學系統的瞳附近位置內、圓錐柱狀鏡系統8的正前面位置(入射側附近位置)為例的示意圖。於圖16之例，利用伸縮透鏡系統9的倍數變化作用，被投影到微複眼透鏡11的入射面中央區域10E的像的大小，與被投影到微複眼透鏡11的入射面的各基本元件10A~10D的像的大小會被變更，藉由圓錐柱狀鏡系統8的動作，被投影到微複眼透鏡11的入射面的各基本元件10A~10D的像，以光軸AX為中心的半徑方向的幅度被變更。
因此，有如圖16所示變形例的中央區域10E(或是偏光消解部材104c)的偏光變換元件，比起有變換倍率作用的光學系統(伸縮透鏡9)而設置在光源側的情形，考慮中央區域10E佔據區域利用伸縮透鏡9的變換倍率而被變更，也可以決定中央區域10E的大小。
又，如圖16所示的變形例，在有中央區域10E(或是偏光消解部材104c)的偏光變換元件，比起有變更輪帶比作用的光學系統(圓錐柱狀鏡系統8)而設置在光源側的情 形，如圖17所示，較佳滿足以下條件(1)與條件(2)的至少其一。
(1) (10in+△A)/10out<0.75
(2) 0.4<(10in+△A)/10out.
其中，10in：偏光變換元件10的中央區域10E的有效半徑，10out：偏光變換元件10的外側有效半徑，△A：通過有變更輪帶比作用的光學系統的光束的內側半徑的增加部份。
於此，不滿足條件(1)的情形，藉由偏光變換元件10使周方向偏光狀態被變換的輪帶狀的區域狹窄，因為不能達成小輪帶比的輪帶狀或多極狀二次光源造成的周方向偏光照明而不好。又，不滿足條件(2)的情形，可以通過偏光變換元件10的中央區域的光束的直徑明顯變小，例如當該偏光變換元件10不會從照明光路外移，偏光狀態不變，因為不能有小σ照明而不好。
又，如圖18所示，偏光變換元件被配置在照明光學系統的瞳附近位置中，比起微複眼透鏡11是在罩幕側的位置，具體地，也可以設置在將罩幕遮板14的像投影到罩幕上的成像光學系統15的瞳附近位置。在圖16與圖18所示的實施例，與圖9到圖11的實施例相同，也可以有多個能交換的偏光變換元件。
又，在上述實施例，比起偏光變換元件10，晶圓W側的光學系統(照明光學系統與投影光學系統)有偏光像差(延遲)的情形時，由於偏光像差，偏光方向會變化。於此情形，在考慮此光學系統的偏光像差的影響上，利用偏光變換元件10，較佳可以設定被旋轉的偏光面的方向。又，利用偏光變換元件10，在晶圓W側的光路中被配置反射部材的情形，被此反射部材反射在每個偏光方向產生相位差。此時，考慮由反射面的偏光特性引起的光束相位差，利用偏光變換元件10也可以設定被旋轉的偏光面的方向。
接著，說明偏光狀態的評量方法的實施例。於本實施例，保持做為感光性基板的晶圓W的晶圓平台(基板平台)的側方，使用可以進出的晶圓面偏光監視器90，檢測出到達做為感光性基板的晶圓W的光束的偏光狀態。又，晶圓面偏光監視器90，也可以被設置在晶圓平台內，且也可以將該晶圓平台設置在別的計測平台上。
圖19繪示為了檢出照明晶圓W的光的偏光狀態以及光強度的晶圓面偏光監視器90的結構示意圖。如圖19所示，晶圓面偏光監視器90，包括可以定位於晶圓W的位置或其附近的針孔部材91。通過針孔部材91的針孔91a的光，穿過被配置在投影光學系統PL的像面位置或其附近，如前側焦點位置的對準透鏡92(collimated lens)而成為約平行的光束，並在被反射鏡93反射後，入射於中繼透鏡系統94(relay lens)。穿過中繼透鏡系統94的約平行光束，穿過做為相位移動元件的1/4波長板95與做為偏光元 件的偏光分光器96後，到達二維CCD 97(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)的檢測面97a。於此，二維CCD 97的檢測面97a與投影光學系統PL的射出瞳大致光學共軛，進而與照明光學裝置的照明瞳面大致光學共軛。
1/4波長板95，被構成能以光軸做為中心旋轉，對於此1/4波長板95，被連接到為了被設定成以光軸做為中心旋轉的設定部98。如此，對晶圓W的照明光的偏光度不是0的情形，藉由設定部98使1/4波長板95繞著光軸旋轉，而變化在二維CCD 97的檢測面97a光強度分佈。因此，對於晶圓面偏光監視器90，一面使用設定部98而使1/4波長板95繞著光軸使旋轉，而一面檢測出在檢測面97a光強度分佈的變化，且從此檢測結果到利用旋轉相位移動元件的方法，可以測定照明光的偏光狀態。
又，旋轉相位移動元件的方法，例如鶴田所描述的「光鉛筆-給光技術者的應用光學」，如株式會社新技術通訊(communications)的詳細記載。實際上，針孔部材91(進而針孔91a)沿著晶圓面使二維移動，在晶圓面的多個位置測定照明光的偏光狀態。此時，對於晶圓面偏光監視器90，因為檢測出在二維檢測面97a的光強度分佈的變化，根據此檢測出的分佈資料，在照明光的瞳內可以測定偏光狀態的分佈。
又，對於晶圓面偏光監視器90，做為相位移動元件的1/4波長板95可以取代使用1/2波長板。使用相位移動元件，偏光狀態即是用於測定4個Stokes參數，變化沿著相 位動元件與偏光元件(偏光分光器96)的光軸的相對角度，同時使相位移件或偏光元件從光路退開，依需要在至少4個相異狀態檢測出在檢測面97a的光強度分佈變化。又，於本實施例，雖然做為相位移動元件的1/4波長板95繞著光軸旋轉，也可以使做為偏光元件的偏光分光器96繞著光軸旋轉，也可以使相位移動元件與偏光元件二者繞著光軸旋轉。又，取代這些操作或是增加這些操作的，也可以使做為相位移動元件的1/4波長板95與做為偏光元件的偏光分光器96之其一或二者從光路中插脫。
又，對於晶圓面偏光監視器90，利用反射鏡93的偏光特性，是變化光的偏光狀態。於此情形，因為預先知道的反射鏡93的偏光特性，根據利用所需要的計算所得到對反射鏡93的偏光特性的偏光狀態的影響，補正晶圓面偏光監視器90的測定結果，可且正確地測定照明光的偏光狀態。又，不限於反射鏡，藉由變化由透鏡等的其他光學部件引起偏光狀態的情形以相同地補正測定結果，可以正確地測定照明光的偏光狀態。
以下，具體說明關於在照明光的瞳內的偏光狀態分佈的評量。首先，通過在瞳上的一點(或是微小區域)，而到達像面上的一點(微小區域)的光線，一個一個算出對應的特定偏光度DSP。又，在以下說明，使用圖1、圖16、圖18的XYZ座標系統。上述瞳上的一點(微小區域)對應二維CCD97的一畫素，且像面上的一點(微小區域)對應針孔91a的XY座標系統。
此特定偏光度DSP，當在通過在瞳上的一點(或是微小區域)，而到達像面上的一點(微小區域)的特定光線的X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度為Ix，該特定光線的Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度為Iy時， (3) DSP=(Ix-Iy)/(Ix+Iy)。又，此特定偏光度DSP，對應全部強度S0 的水平直線偏光強度減去垂直直線偏光強度S1 ，與(S1 /S0 )相同。
又，由通過在瞳上的一點(或是微小區域)，而到達像面上的一點(微小區域)的特定光線的X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度為Ix，以及該特定光線的Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度為Iy，通過下式(4)、(5)，可以定義於水平偏光(對應在圖案面內水平方向延伸的罩幕圖案的繞射光成為S偏光的偏光)的特定偏光率RSPh 、與垂直偏光(對應在圖案面內垂直方向延伸的罩幕圖案的繞射光成為S偏光的偏光)的特定偏光率RSPv 。
(4) RSPh =Ix/(Ix+Iy)，(5) RSPv =Iy/(Ix+Iy)，其中，當理想的非偏光照明時RSPh ，RSPv 二者為50%， 當理想的水平偏光時RSPh 為100%，當理想的垂直偏光時RSPv 為100%。
又，對應通過在瞳上的一點(或是微小區域)而到達像面上的一點(微小區域)的光線的一個一個，當用以下式(6)~(9)定義偏光度V時，對應通過所要的有效光源區域而到達像面上的一點(微小區域)的光束，可以用下式(10)定義平均偏光度V(Ave)。
(6) V=(S1 2 +S2 2 +S3 2 )1/2 /S0 =(S1 ’2 +S2 ’2 +S3 ’2 )1/2
(7) S1 ’=S1 /S0
(8) S2 ’=S2 /S0
(9) S3 ’=S3 /S0 其中S0 為全部強度，S1 為水平直線偏光強度減去垂直直線偏光強度，S2 為45度直線偏光強度減去135度直線偏光強度，S3 為右旋圓偏光強度減去左旋圓偏光強度。
(10) V(Ave)=Σ[S0 (xi ，yi )‧V(xi ，yi )]/ΣS0 (xi ，yi )。
又，於式(10)，S0 (xi ，yi )是對應通過所要的有效光源區域(xi ，yi )上的一點(或是微小區域)而到達像面上的一點(微小區域)的光線的全部強度S0 ，V(xi ，yi )是對應通過所要的有效光源區域(xi ，yi )上的一點(或是微小區域)而到達 像面上的一點(微小區域)的光線的偏光度。
又，對應通過所要的有效光源區域而到達像面上的一點(微小區域)的光線，用下式(11)可以定義關於水平偏光的平均特定偏光率RSPh (Ave)，用下式(12)可以定義關於垂直偏光的平均特定偏光率RSPv (Ave)。
(11) RSPh (Ave)=Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave=Σ[S0 (xi ，yi )‧RSPh (xi ，yi )]/ΣS0 (xi ，yi )，(12) RSPV (Ave)=Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave=Σ[S0 (xi ，yi )‧RSPv (xi ，yi )]/ΣS0 (xi ，yi )，其中Ix(Ave)是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光線在X方向偏光成分(在瞳上X方向的振動方向的偏光)的強度平均，Iy(Ave)是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光線在Y方向偏光成分(在瞳上Y方向的振動方向的偏光)的強度平均，RSPh (xi ，yi )是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光線的在水平偏光的特定偏光率，RSPv (xi ，yi )是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光線的在垂直偏光的特定偏光率。又，(Ix+Iy)Ave是通過所定的有效光源區域的全部光束的強度平均。
於此，當理想的非偏光照明時RSPh (xi ，yi )，RSPv (xi ，yi )二者為50%，當理想的水平偏光時RSPh (xi ，yi )為100%， 當理想的垂直偏光時RSPv (xi ，yi )為100%。
接著，對應通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光束，可以用下式(13)定義平均特定偏光度DSP(Ave)。
(13) DSP(Ave)=(Ix-Iy)Ave/(Ix+Iy)Ave={Σ[Ix(xi ，yi )-Iy(xi ，yi )]/Σ[Ix(xi ，yi )+Iy(xi ，yi )]}=S1 ’(Ave)={ΣS1 /ΣS0 }於此，(Ix-Iy)Ave是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光束在X方向偏光成分的強度與平均通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光束在Y方向偏光成分的強度的相差的平均，Ix(xi ，yi )是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光束在X方向偏光成分的強度，Iy(xi ，yi )是通過所定的有效光源區域(xi ，yi )而到達像面上的一點(微小區域)的光束在Y方向偏光成分的強度，S1 ’(AVe)是在所定的有效光源區域(xi ，yi )的S1 ’成分的平均。
於式(13)，當理想的非偏光照明時DSP(Ave)為0，當理想的水平偏光時DSP(Ave)為1，當理想的垂直偏光時DSP(Ave)為-1。
現在，本實施例的照明光學裝置，進而曝光裝置，在 所定的有效光源區域(xi ，yi )的平均特定偏光率RSPh (Ave)，RSPv (Ave)滿足RSPh (Ave)>70%，RSPv (Ave)>70%，可看到在所定的有效光源區域內是直線偏光。於此，當平均特定偏光率RSPh (Ave)，RSPv (Ave)不滿足上式條件的情形，在周方向偏光輪帶照明，或是周方向偏光四極照明、周方向偏光二極照明等，在所定方向有偏光面因為不是所希望的直線偏光狀態，對於有特定指向(pitch)方向的線寬度的細圖案不能向上提升成像能力。
又，如圖13所示，使用4分割偏光變換元件10進行4分割周方向偏光輪帶照明的情形，如圖20所示，輪帶形狀的二次光源31為4分割，也可以對每一個分割區域31A1、31A2、31C1、31C2的平均特定偏光率RSPh (Ave)，RSPv (Ave)進行評量。
對於上述實施例的曝光裝置，藉由照明光學裝置以照明罩幕(十字標記)(照明步驟)，藉由使用投影光學系統將被形成於罩幕轉印用的圖案在感光性基板曝光(曝光步驟)，可以製造微元件(半導體元件、拍攝元件、液晶顯示元件、薄膜電磁頭等)。以下，使用上述實施例的曝光裝置，以在做為感光性基板的晶圓等形成電路圖案，而得到做為微元件的半導體元件的實際方法為例，參照圖21的流程圖做說明。
首先，於圖21的步驟301，在一批次的晶圓上蒸鍍金屬膜。於下一步驟302，在這些一批次的晶圓上的金屬膜 上塗佈光阻。之後，於步驟303，使用上述實施例的曝光裝置，罩幕上的圖案的像穿過投影光學系統，在這一批次的晶圓上的每個拍攝區域，順次被曝光轉印。之後，於步驟304，進行這一批次的晶圓上的光阻顯影後，於步驟305，藉由在這一批次的晶圓上的光阻圖案做為罩幕，進行蝕刻，因此，對應罩幕上圖案的電路圖案，被形成於每個晶圓的每個拍攝區域。之後，藉由進行更上層的電路圖案的形成等，使半導體元件等的元件被製造。根據上述半導體元件等的製造方法，有極微細電路圖案的半導體元件可以有良好的產能。
又，對於上述實施例的曝光裝置，利用在平板(玻璃基板)上，形成所定的圖案(電路圖案、電極圖案等)，可以得到做為微元件的液晶顯示元件。以下，參照圖22的流程圖做為一例說明。在圖22，於圖案形成步驟401，使用上述實施例的曝光裝置，在感光性基板(被塗佈有光阻的玻璃基板等)轉印曝光罩幕的圖案，所謂的微影製程被進行。利用此微影製程步驟，在感光性基板上，含有多個電極等所定的圖案被形成。之後，被曝光的基板，利用經過顯影步驟，蝕刻步驟，移除光阻步驟等的各步驟，基板上所定的圖案被形成，接著進行彩色濾光器形成步驟402。
對於彩色濾光器形成步驟402，對應紅、綠、藍3個點為一組，被形成矩陣狀的多條配列，或是紅、綠、藍的3條的濾光器為一組配列成多個水平掃描線方向，而形成彩色濾光器。接著，在彩色濾光器形成步驟402之後， 單元組合步驟403被進行。於單元組合步驟403，組裝有由圖案形成步驟401所得到的所定圖案的基板，以及使用由彩色濾光器形成步驟402所得到的彩色濾光器等，而得到液晶面板(液晶單元)。
單元組合步驟403，例如，在由圖案形成步驟401所得到的所定圖案的基板，以及使用由彩色濾光器形成步驟402所得到的彩色濾光器之間，注入液晶，而製造液晶面板(液晶單元)。之後，於模組的組合步驟404，進行被組合的液晶面板(液晶單元)的顯示動作的電路，背光模組等的各部件安裝，使完成做為液晶顯示元件。根據上述液晶顯示元件的製造方法，可以得到有極微細電路圖案的液晶顯示件，並使其有良好產能。
又，對於上述實施例，做為曝光的光，雖然使用KrF準分子雷射光(波長248nm)或是ArF準分子雷射光(波長193nm)，但不限定於此，其他適合的光源，例如供給波長157nm的雷射光的F2 雷射光源等，也可以適用本發明。再者，對於上述實施例，包括照明光學裝置的曝光裝置為例做說明，但是為了照明罩幕或晶圓以外的被照射面的一般照明光學裝置，可知地，也可以使用本發明。
又，於上述實施例，投影光學系統與感光性基板之間的光路中，也可以使用填滿有折射率大於等於1.1的媒介物(典型的液體)的方法，即所謂的液浸法。於此情形，做為投影光學系統與感光性基板之間的光路中填滿液體的方法，可以採用已在國際公開號WO99/49504中被揭示的局 部填滿液體，日本專利特開平6-124873也揭示保持曝光對象的基板的平台在液槽中使移動的方法，日本專利特開平10-303114也揭示在平台上形成所定深度的液槽，且在其中保持基板等的方法。
又，做為液體，較佳使用可以對曝光的光有穿透性且高折射率，而相對投影光學系統與基板表面被塗佈的光阻是安定的液體，例如以KrF準分子雷射光或是ArF準分子雷射光做為曝光的光的情形，做為液體的可以使用純水、去離子水。又，使用做為曝光的光的F2 雷射的情形，作為液體的有可以使用可以透過F2 雷射光，例如氟素系油或氟化聚醚(PFPE)等的氟素系液體。
1‧‧‧光源
4‧‧‧偏光狀態變換部
4a‧‧‧1/4波長板
4b‧‧‧1/2波長板
4c‧‧‧消偏振鏡
5‧‧‧繞射光學元件
6‧‧‧無焦點透鏡
8‧‧‧圓錐柱狀鏡系統
9‧‧‧伸縮透鏡
10‧‧‧偏光變換元件
10A~10D‧‧‧各基本元件
10E‧‧‧中央區域
11‧‧‧微複眼透鏡
12‧‧‧偏光監視器
12a‧‧‧分光器
13‧‧‧集光系統
14‧‧‧罩幕遮板
15‧‧‧成像光學系統
104c‧‧‧偏光消解部材
M‧‧‧罩幕
PL‧‧‧投影光學系統
W‧‧‧晶圓
圖1繪示根據本發明實施例的曝光裝置結構示意圖。
圖2繪示相對輪帶狀二次光源，圓錐柱狀鏡系統的作用說明。
圖3繪示相對輪帶狀二次光源，伸縮透鏡的作用說明。
圖4繪示圖1的偏光監視器的內部結構示意斜視圖。
圖5繪示圖1的偏光變換元件的內部結構示意圖。
圖6繪示水晶旋光性說明圖。
圖7繪示利用偏光變換元件的作用，被設定成周方向偏光狀態的輪帶狀二次光源示意圖。
圖8繪示利用偏光變換元件的作用，被設定成徑方向偏光狀態的輪帶狀二次光源示意圖。
圖9繪示多個偏光變換元件可以交換的變化示意圖。
圖10繪示做為圖9的交換機構的轉台10T被載置多種偏光變換元件10a~10e示意圖。
圖11A~11E繪示多種偏光變換元件10a~10e分別的結構示意圖。
圖12A~12C繪示利用偏光變換元件的作用被設定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。
圖13繪示設置成迴繞光軸AX可以旋轉的偏光變換元件10f的結構示意圖。
圖14A~14C繪示利用偏光變換元件10f的作用，被設定成周方向偏光狀態的二次光源的一例示意圖。
圖15A~15C繪示由8個扇形基本構件所構成的偏光變換元件，得到迴繞光軸AX可以旋轉的二次光源的一例示意圖。
圖16繪示偏光變換元件，被配置在照明光學系統的瞳附近位置內、圓錐柱狀鏡系統8的正前面位置(入射側附近位置)一例示意圖。
圖17繪示如圖16所示的變化例，為滿足條件式(1)與(2)的說明示意圖。
圖18繪示偏光變換元件，配置在照明光學系統的瞳附近位置內、成像光學系統15的瞳附近位置一例示意圖。
圖19繪示為了檢出照明晶圓W的光的偏光狀態以及光強度的晶圓面偏光監視器90的結構示意圖。
圖20繪示使用4分割的偏光變換元件10f，進行4分割周方向偏光輪帶照明，以得到輪帶狀二次光源31示意 圖。
圖21繪示得到做為微元件的半導體元件的實際製程。
圖22繪示得到做為微元件的液晶顯示元件的實際製程。
10‧‧‧偏光變換元件
10A~10D‧‧‧各基本元件
10E‧‧‧中央區域

Claims (31)

  1. 一種偏光變換元件，配置在光的光路，將所述光的偏光狀態進行變換，所述偏光變換元件的特徵在於：利用有旋光性的光學材料所形成，且相關於迴繞所定軸的周方向，所述光學材料具有厚度分佈，所述所定軸平行於所述光學材料的結晶光學軸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏光變換元件，其中該厚度分佈被設定，使將所定的一方向作為偏光方向的第1直線偏光狀態的、從所述結晶光學軸的方向入射到所述偏光變換元件的光，變換成：實質的以所述周方向作為偏光方向的第2直線偏光狀態的光，或是以與所述所定軸交叉的徑方向作為偏光方向的第3直線偏光狀態的光。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏光變換元件，其中周方向被分割成多個區域，且該些區域中相鄰的任意2區域的厚度不同。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之偏光變換元件，其中該些區域中相對的任意2區域，有約相等的旋光角度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之偏光變換元件，其中該相對的任意2區域，有約相等的厚度。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之偏光變換元件，其中每一該些區域，為大約扇形形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏光變換元件，其中有在周方向約為連續變化的厚度分佈。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏光變換元件還包括：沒有實質旋光性的中央區域。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之偏光變換元件，其中該中央區域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區域的徑向方向大小的大於等於3/10。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏光變換元件，其中所述光學材料包含：段差部，相關於所述周方向而使厚度為逐步地變化。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏光變換元件，其中所述光學材料是，相關於與所述所定軸交叉的徑方向，而具有一定的厚度。
  12. 一種光學照明裝置，利用照明光對物體進行照明，所述光學裝置包括：偏光變換元件，利用有旋光性的光學材料所形成，且配置於所述照明光的光路中，以變換所述照明光的偏光狀態；所述偏光變換元件是，以所述光學材料的結晶光學軸和所述光學照明裝置的光軸為平行的方式而進行配置，相關於迴繞所述光軸的周方向，所述光學材料具有厚度分佈。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光學照明裝置，其中所述偏光變換元件是，以將所定的一方向作為偏光方向 的第1直線偏光狀態的、從所述光軸的方向入射到所述偏光變換元件的光，變換成：實質的以所述周方向作為偏光方向的第2直線偏光狀態的光，或是以與所述光軸交叉的徑方向作為偏光方向的第3直線偏光狀態的光的方式，而設定所述厚度分佈。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，其中所述偏光變換元件包含：段差部，相關於所述周方向而使所述光學材料的厚度為逐步地變化。
  15. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，其中所述偏光變換元件是，相關於與所述光軸交叉的徑方向，而所述光學材料具有一定的厚度。
  16. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，更包括：光學積分器，配置在來自於所述偏光變換元件的所述照明光的光路。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之光學照明裝置，其中所述光學積分器是，以所述光學照明裝置的照明瞳面與所述光學積分器的後側焦點面為一致的方式而進行配置。
  18. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，其中該偏光變換元件，被配置於該光學照明裝置的照明瞳面或是該照明瞳面的附近。
  19. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，更包括：一相位部件，被配置於該偏光變換元件 的入射側的所述照明光的光路中，對於入射到所述偏光變換元件的所述照明光的偏光方向可以進行變更。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之光學照明裝置，其中該相位部件有一1/2波長板，可以迴繞所述光軸自由旋轉。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之光學照明裝置，其中該相位部件有一1/4波長板，可以迴繞所述光軸自由旋轉。
  22. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，其中該偏光變換元件還包括：不具實質旋光性的一中央區域。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之光學照明裝置，其中該中央區域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區域的徑向方向大小的大於等於3/10。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之光學照明裝置，其中該中央區域的徑向方向的大小，為該偏光變換元件的有效區域的徑向方向大小的大於等於1/3。
  25. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之光學照明裝置，更包括：一輪帶比變更光學系統，以變更被形成於該光學照明裝置的照明瞳面的二次光源的輪帶比。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之光學照明裝置，其中該偏光變換元件，被配置於該輪帶比變更光學系統的入射側的所述照明光的光路中，滿足：(10in+△A)/10out<0.75 0.4<(10in+△A)/10out，其中10in：該偏光變換元件的中央區域的有效半徑，10out：該偏光變換元件的外側有效半徑，△A：通過該輪帶比變更光學系統的光束的內側半徑的增加部份。
  27. 一種曝光裝置，利用通過所定的圖案的光，而使感光性基板進行曝光，所述曝光裝置包括：如申請專利範圍第12項至第26項任一項所述之光學照明裝置，對所述所定的圖案進行照明。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之曝光裝置，更包括：平台，保持所述感光性基板；以及投影光學系統，利用來自於所述圖案的光，而將所述圖案的像投影到被保持在所述平台的所述感光性基板。
  29. 一種曝光方法，利用通過所定的圖案的光，而使感光性基板進行曝光，所述曝光方法包括：使用如申請專利範圍第12項至第26項任一項所述之光學照明裝置，將所述所定的圖案進行照明。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之曝光方法，更包括：利用平台來保持所述感光性基板；以及利用來自於所述圖案的光，而將所述圖案的像投影到被保持在所述平台的所述感光性基板。
  31. 一種元件製造方法，包括：使用如申請專利範圍第29項或第30項所述之曝光方法，利用來自於所述所定的圖案的光使所述感光性基板進行曝光的步驟；以及將利用來自於所述所定圖案的光而已曝光的所述感光性基板進行顯像的步驟。
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