偏振調(diào)制光學(xué)元件的制作方法

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專利名稱：偏振調(diào)制光學(xué)元件的制作方法
偏振調(diào)制光學(xué)元件本申請是申請?zhí)枮?00580002241. 9 (國際申請?zhí)朠CT/EP2005/000320)、發(fā)明名稱為"偏振調(diào)制光學(xué)元件"的發(fā)明專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及影響光線偏振的光學(xué)元件。該光學(xué)元件具有厚度分布并且由具有光軸的旋光晶體組成或構(gòu)成。在持續(xù)努力取得顯微光刻領(lǐng)域中更精細(xì)分辨率結(jié)構(gòu)的過程中，存在同時對基本上三個指導(dǎo)性構(gòu)思的追求。其中第一個是提供非常高的數(shù)值孔徑的投影物鏡。第二個是追求更短波長(如248nm、193nm、或157nm)的恒定趨勢。最后，存在有通過將高折射率的浸沒介質(zhì)引入到投影物鏡的最后一個光學(xué)元件和光敏襯底之間的空間而增加可達(dá)到的分辨率的構(gòu)思。后一種技術(shù)被稱為浸沒光刻術(shù)。在利用限定偏振的光照明的光學(xué)系統(tǒng)中，依照菲涅耳方程，電場矢量的s-和p-分量在具有不同折射率的兩種介質(zhì)的界面處分別經(jīng)歷不同程度反射和折射。在上下文中，平行于光線入射面振蕩的偏振分量被稱為P-分量，而垂直于光線入射面振蕩的偏振分量被稱為s-分量。與p-分量相比，在s-分量中發(fā)生的不同程度的反射和折射對成像過程有明顯的有害影響。利用偏振的特定分布可以避免這個問題，其中在光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面上，獨立的線性偏振光線的電場矢量的振蕩平面具有相對于光軸近似徑向的取向。這種類型的偏振分布在下文中將被稱為徑向偏振。如果在物鏡的場平面上，依照前述的定義徑向偏振的光束遇到具有不同折射率的兩種介質(zhì)之間的界面，則只有電場矢量的p-分量呈現(xiàn)，以使前述的對成像質(zhì)量的有害影響被大大減小。與前述的構(gòu)思類似，還可選擇偏振分布，其中在系統(tǒng)的光瞳面上，獨立的線性偏振光線的電場矢量的振蕩平面具有垂直于從光軸發(fā)出的半徑的取向。這種類型的偏振分布在下文中將被稱為切向偏振。如果依照這個定義的切向偏振的光束遇到具有不同折射率的兩種介質(zhì)之間的界面，則只有電場矢量的s-分量呈現(xiàn)，以使如在前述的例子中那樣，發(fā)生在場平面上的反射和折射中存在有均勻性。在光瞳面上，提供具有切向或徑向偏振的照明是非常重要的，尤其是在實現(xiàn)前述的浸沒光刻術(shù)的構(gòu)思時尤其重要，因為其對以折射率的差異以及在從投影物鏡的最后一個光學(xué)元件到浸沒介質(zhì)和從浸沒介質(zhì)到涂敷光敏層的襯底的相應(yīng)界面處很強的入射斜角為基礎(chǔ)而預(yù)計的偏振狀態(tài)具有相當(dāng)大的負(fù)面影響。美國專利6， 191， 880B1公開了用于生成近似徑向偏振的光學(xué)布置。該布置包括其中相應(yīng)的擇優(yōu)方向被定向的半波片的光柵以使在線性偏振光通過該光柵布置時，振蕩平面被旋轉(zhuǎn)到從光軸發(fā)出的半徑的方向。然而，因為該光柵布置是通過加入大量的獨立取向的半波片而制成的，所以其制造昂貴。此外，在每個獨立的、直徑通常介于10和20mm之間的半波片面積內(nèi)，偏振方向的變化是恒定的，以使通過這個構(gòu)思未能產(chǎn)生連續(xù)的徑向偏振。
在DE 19807120A1中提出的具有不規(guī)則變化厚度的晶狀石英的雙折射元件用于光學(xué)系統(tǒng)中偏振的定義狀態(tài)的局部像差的補償。然而，這種類型的雙折射元件中厚度的變化導(dǎo)致偏振的局部差異狀態(tài)。尤其是，在這種類型的布置中，通常不會保持偏振的線性狀態(tài)。發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是提出一種偏振調(diào)制光學(xué)元件，該元件通過下述的方式以最
小的強度損失影響光線的偏振，即根據(jù)具有獨立光線振蕩平面方向的第一分布的線性偏振
光，光學(xué)元件生成具有獨立光線振蕩平面方向的第二分布的線性偏振光。本發(fā)明的其他目的是提出具有與振蕩平面的第二分布(偏振分布)的熱穩(wěn)定性有
關(guān)的改進(jìn)的偏振調(diào)制光學(xué)元件特性的光學(xué)系統(tǒng)，并且在光線已經(jīng)通過光學(xué)系統(tǒng)中附加的光
學(xué)元件之后使這些元件對偏振分布的影響減至最小。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到前述的目的，提出了偏振調(diào)制光學(xué)元件，該光學(xué)元件由旋光晶體組成或構(gòu)成，并且按照本發(fā)明將光學(xué)元件成形為具有在垂直于光軸的方向上變化的厚度分布。另外，如權(quán)利要求57、64、65、70和75所描述的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中，給出了按照本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的附加的優(yōu)選實施例。按照本發(fā)明的偏振調(diào)制光學(xué)元件具有使第一線性偏振光線的振蕩平面和第二線性偏振光線的振蕩平面分別依照第一和第二旋轉(zhuǎn)角被旋轉(zhuǎn)的作用，其中第一旋轉(zhuǎn)角不同于第二旋轉(zhuǎn)角。按照本發(fā)明，偏振調(diào)制光學(xué)元件由旋光材料制成。
在下文中，對本發(fā)明構(gòu)思的有利的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行描述。為了根據(jù)線性偏振光以最小的強度損失生成線性偏振光線的任意選擇的分布，具有光軸的旋光晶體被用作偏振調(diào)制光學(xué)元件的原材料。晶體的光軸(還被稱為各向同性的軸)由只有一個與光軸方向相關(guān)聯(lián)的光傳播速度的特性來定義。換句話說，在光軸的方向上行進(jìn)的光線不會經(jīng)歷線性雙折射。偏振調(diào)制光學(xué)元件具有在垂直于晶體光軸的方向上變化的厚度分布。在上下文中，術(shù)語"線性偏振分布"與其中獨立的光線被線性偏振但獨立電場矢量的振蕩平面不能取不同方向的偏振分布的意思一起使用。如果線性偏振光沿著晶體的光軸穿過偏振調(diào)制光學(xué)元件的話，則電場矢量的振蕩平面依照與晶體內(nèi)傳播的距離成比例的角度被旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的方向(即振蕩平面是順時針旋轉(zhuǎn)還是逆時針旋轉(zhuǎn))取決于晶體材料，例如右旋石英對左旋石英。偏振平面平行于光線的偏振和傳播的各自對應(yīng)方向。為了產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的任意選擇的分布，如果厚度分布被設(shè)計成以使第一線性偏振光線的振蕩平面和第二線性偏振光線的振蕩平面分別依照第一和第二旋轉(zhuǎn)角被旋轉(zhuǎn)，這將是有利的，其中第一旋轉(zhuǎn)角不同于第二旋轉(zhuǎn)角。通過將元件成形為在每個位置處具有特定厚度，能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩平面的任意選擇的旋轉(zhuǎn)角。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的旋光材料是適合的，這取決于所使用輻射的波長，這些材料具體為石英、Te(^和AgGaS2。在本發(fā)明有利的實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件具有與晶體的光軸方向取向相同的元件軸。與元件軸相比，光學(xué)元件的厚度分布僅為方位角e的函數(shù)，其中相對于以直角與
元件軸相交的參考軸來測量方位角e。利用按照這種設(shè)計的厚度分布，光學(xué)元件的厚度沿著以直角與元件軸相交并與參考軸形成方位角e的半徑是恒定的。
在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，在距元件軸的恒定距離r處的厚度分布d(r， 9)的方位剖面(azimuthal section) d (r =常數(shù)，e)是方位角e的線性函數(shù)。在理想的情形下，這個方位剖面在方位角9 =0處具有不連續(xù)。在距離元件軸的恒定距離r處的線
性函數(shù)d(r二常數(shù)，e)具有斜度h卜:其中a代表旋光晶體的旋光率。在e = 0的
不連續(xù)位置處，存在有量值為360。
/a的厚度突變步長。在不連續(xù)位置處的步長還可以分布在若干度數(shù)的方位角范圍內(nèi)。然而，在漸變范圍內(nèi)，這具有非優(yōu)化偏振分布的結(jié)果。
在本發(fā)明的又一個有利的實施例中，在距元件軸的恒定距離r處的厚度分布d(r， 9)的方位剖面d(r二常數(shù)，9)是具有相同斜度m的方位角e的線性函數(shù)，但是在理想情
形下，分別在方位角e =0和e =180°處具有兩處不連續(xù)。在每個不連續(xù)位置處，存在
有量值為180。
/a的厚度突變步長。在不連續(xù)位置處的兩個突變步長還可以分布在若干度數(shù)的方位角范圍內(nèi)。然而，在漸變范圍內(nèi)，這具有非優(yōu)化偏振分布的結(jié)果。
在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，在距元件軸的恒定距離r處以及在10。 < e <170°的第一方位角范圍內(nèi)的厚度分布d(r， e)的方位剖面d(r二常數(shù)，e)是具有第一斜度m的方位角e的線性函數(shù)，同時在190。 < e < 350°的第二方位角范圍內(nèi)的方位剖面是具有第二斜度n的方位角e的線性函數(shù)。斜度m和n具有相同的絕對值但是符號相
反。在距元件軸的距離r處，斜度m和n的量值是!m卜ln卜利用這種布置，所有方位
角(包括e =0和e = 180° )的厚度分布是沒有厚度突變的連續(xù)函數(shù)。在本發(fā)明的又一個有利的實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件被分成許多具有不同厚度
的平面平行部分或包含至少兩個平面平行部分。這些部分可以比如配置成若干扇形圓，但
是它們還可以具有六邊形、正方形、矩形或梯形。在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，一對第一平面平行部分被布置在所述偏振調(diào) 制光學(xué)元件的中心元件軸的相對側(cè)上，以及一對第二平面平行部分被布置在所述元件軸的相對側(cè)并且相對于所述第一平面平行部分在所述元件軸周圍被環(huán)向移位，其中每個所述第一部分具有的厚度不同于每個所述第二部分的厚度。在本發(fā)明的又一個有利的實施例中，通過偏振調(diào)制光學(xué)元件的線性偏振光的振蕩平面在至少一個所述第一平面平行部分內(nèi)被旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)角13p并且在至少一個所述第二平面平行部分內(nèi)被旋轉(zhuǎn)第二旋轉(zhuǎn)角！32，以使！^和！^近似符合或者符合表達(dá)式
|3 2-13! I = (2n+l) 90° ，其中n表示整數(shù)。
在有利的實施例中，13 i和13 2近似符合或者符合表達(dá)式13工=90° +p *180° ，其中P表示整數(shù)，并且P2 = q*180° ，其中q表示除零以外的整數(shù)。正如下面將要詳細(xì)討論的，偏振調(diào)制光學(xué)元件的這樣的實施例可便利地用于影響橫向偏振光的偏振以使出射光具有偏振分布，取決于入射光，所述偏振分布近似為切向或徑向偏振。可特別使一對第二平面平行部分相對于所述一對第一平面平行部分在所述元件軸附近環(huán)向移位大約90。。在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，所述一對第一平面平行部分和所述一對第二
平面平行部分被布置在所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的中心開口或中心擋光的相對側(cè)上。所述第一和第二對的相鄰部分通過對進(jìn)入所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的線性偏振光
7來說不透明的區(qū)域而被彼此分離。所述第一和第二組的所述部分通過架座(mounting)特別被結(jié)合在一起。所述架座對進(jìn)入所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的線性偏振光來說可以是不透明的。架座可具有基本上為輻條車輪的形狀。在本發(fā)明的又一個有利的實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件包含第一組基本平面平行部分，其中橫向線性偏振光的振蕩平面被旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)角P i ;偏振調(diào)制光學(xué)元件包含第二組基本平面平行部分，其中橫向線性偏振光的振蕩平面被旋轉(zhuǎn)第二旋轉(zhuǎn)角，以使！^和P2 近似符合或者符合表達(dá)式I e廠e」=(2n+l) *90° ，其中n表示整數(shù)。
在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，13工和13 2近似符合表達(dá)式13工= 90° +p*180° ，其中p表示整數(shù)，并且P2 = q 180° ，其中q表示除零以外的整數(shù)。
在本發(fā)明的又一個有利的實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件的厚度分布具有無厚度突變的連續(xù)表面等高線，據(jù)此可生成任意選擇的偏振分布，其厚度分布用位置的連續(xù)函數(shù)表示。為了確保光學(xué)元件的適當(dāng)?shù)臋C械穩(wěn)定性，重要的是使偏振調(diào)制光學(xué)元件的最小厚度dmin至少等于元件直徑D的0. 002倍。如果用于光學(xué)元件的旋光材料還具有雙折射特性，如在利用晶狀石英的情形下，雙折射必須考慮傳播方向偏離光學(xué)晶體軸方向的光線。晶體內(nèi)9(T /a的傳播距離導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)90°的線性偏振。如果除了旋轉(zhuǎn)作用以外還出現(xiàn)了雙折射，則90。旋轉(zhuǎn)將等同于相對于光的電場矢量的快軸和慢軸之間的交換。因此，如果晶體內(nèi)行進(jìn)的距離等于的180。 /a 整數(shù)倍，利用小的入射角為光線提供雙折射的總補償。為了滿足前述的、關(guān)于機械穩(wěn)定性的
要求同時使雙折射的作用減至最小，如果偏振調(diào)制光學(xué)元件被設(shè)計成具有"，=^'^~的最小厚度(其中N表示正整數(shù))則是尤其有利的。從制造的觀點來看，提供具有中心開口或具有中心擋光的光學(xué)元件是尤其有利的。對于未精確平行于光學(xué)晶體軸傳播的光線來說，將存在旋轉(zhuǎn)角的偏差。另外，雙折射現(xiàn)象將產(chǎn)生影響。因此，在角相對于光學(xué)晶體軸的擺動范圍內(nèi)，如果包含大量光線的入射光束的最大入射角不大于100mrad、優(yōu)選地不大于70mrad、以及特別優(yōu)選地不大于45mrad，則是尤其有利的。為了提供對偏振狀態(tài)的更靈活的控制，光學(xué)布置便利地裝配了允許至少一個另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件將被放置在光路上的裝置。這個另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件可以是具有上述特征的附加元件。然而，它還可以被配置成旋光材料的平面平行片或兩個半波片的布置，其相應(yīng)的雙折射的快軸和慢軸相對于彼此被旋轉(zhuǎn)了 45° 。可放置于光學(xué)布置中的另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件可特別地通過下述方式來設(shè)計，即它使線性偏振光線的振蕩平面旋轉(zhuǎn)90。。如果光學(xué)布置中的第一偏振調(diào)制元件產(chǎn)生切向偏振的話，這是尤其有利的。通過插入90° -旋轉(zhuǎn)器，可將切向偏振轉(zhuǎn)換為徑向偏振。
在光學(xué)布置的另一個有利的實施例中，將另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件配置成作為與 180°的方位角范圍對應(yīng)的半空間的半波片而工作的平面平行片可能是有利的。如果第一
偏振調(diào)制光學(xué)元件具有只隨方位角e變化的厚度分布0~=常數(shù)，e)、以及如果在i(T < e <170°的第一方位角范圍內(nèi)厚度分布0~=常數(shù)，e)是具有第一斜度m的方位角e的線性函數(shù)，而在190。 < e < 350°的第二方位角范圍內(nèi)厚度分布是具有第二斜度n的方位角9的線性函數(shù)并且斜度m和n具有相同的絕對值但是符號相反的話，這種配置尤其令人關(guān)注。在最初軸平行光線已經(jīng)通過偏振調(diào)制元件之后，尤其是發(fā)生在偏振調(diào)制元件的斜面上的折射可導(dǎo)致在最初軸平行光線方向上的偏差。為了補償由偏振調(diào)制元件引起的這種類型的波前偏差，在光學(xué)系統(tǒng)的光路中布置非旋光材料的補償片是有利的，補償片的厚度分布被設(shè)計成以使其基本上補償了由偏振調(diào)制光學(xué)元件引起的傳輸幅射的角偏差。另外，覆蓋偏振調(diào)制元件的成形表面的浸沒流體可用于相同用途。前述的偏振調(diào)制元件以及裝配了偏振調(diào)制元件的光學(xué)布置被便利地用于顯微光刻應(yīng)用的投影系統(tǒng)中。尤其是，這種類型的偏振調(diào)制元件和裝配了偏振調(diào)制元件的光學(xué)布置非常適合于其中使用了前述的浸沒技術(shù)(即其中在離襯底最近的光學(xué)元件和襯底之間的空間內(nèi)提供了折射率不同于空氣的浸沒介質(zhì))的投影系統(tǒng)。

在下文中，將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地解釋，其中
圖1說明了具有厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件；圖2示意性地說明了線性偏振光線在沿著旋光晶體中的光軸傳播時振蕩平面是如何被旋轉(zhuǎn)的；圖3說明了偏振調(diào)制光學(xué)元件的第一示范實施例；圖4a示意性地說明了偏振調(diào)制光學(xué)元件的第二示范實施例；圖4b說明了在圖4a的偏振調(diào)制光學(xué)元件的實施例中作為方位角的函數(shù)的厚度分布；圖4c說明了在偏振調(diào)制光學(xué)元件的另一個實施例中作為方位角的函數(shù)的厚度分布；圖4d說明了在圖3的偏振調(diào)制光學(xué)元件的實施例中作為方位角的函數(shù)的厚度分布；圖4e說明了在偏振調(diào)制光學(xué)元件的又一個實施例中作為方位角的函數(shù)的厚度分布；圖4f示意性地說明了偏振調(diào)制光學(xué)元件的另一個示范實施例；圖5示意性地說明了在一束光線通過具有按照圖3或4d的厚度分布的偏振調(diào)制
光學(xué)元件之前和之后該束光線的偏振分布；圖6示意性地說明了在一束光線通過裝配了具有按照圖3的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件以及另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件的光學(xué)布置之前和之后該束光線的偏振分布；
圖7a示意性地說明了在一束光線通過裝配了具有按照圖4e的厚度分布的偏振調(diào) 制光學(xué)元件以及平面平行片、被配置成半波片的一半的光學(xué)布置之前和之后該束光線的偏振分布；圖7b示出的是平面平行片、被配置成半波片的一半的平面圖；圖8示意性地說明了具有偏振調(diào)制光學(xué)元件的顯微光刻投影系統(tǒng)；以及圖9示意性地示出了通過調(diào)節(jié)其溫度和/或溫度分布用作偏振調(diào)制元件的旋光材
9料的平行平面片；圖10示出了旋光材料的平行片與雙折射材料制成的片的結(jié)合；以及
圖11示意性示出了光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用的溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué)元件。
具體實施例方式
圖1說明了旋光材料的偏振調(diào)制光學(xué)元件1。特別適合于這種用途的是具有至少一個對所用光的波長來說是透明的光學(xué)晶體軸的旋光晶體。例如，Te02在1000nm至300nm 的波長范圍內(nèi)工作，AgGaS2在500nm至480nm的波長范圍內(nèi)工作，以及石英在800nm到低至 193nm的波長范圍內(nèi)工作。偏振調(diào)制光學(xué)元件1被設(shè)計成以使元件軸的取向平行于光學(xué)晶體軸。為了產(chǎn)生選擇的偏振分布，光學(xué)元件l被設(shè)計成具有厚度分布(平行于元件軸EA所測得的)，所述的厚度分布在垂直于元件軸EA的方向上變化，還包含在比如元件軸EA的固定距離處方位角方向9 (參見圖3)上的光學(xué)元件的厚度變化。圖2將用來詳細(xì)解釋旋光晶體的功能，并且特別要解釋由這種晶體制成的偏振調(diào) 制元件的功能。旋光晶體具有在晶體結(jié)構(gòu)中所固有的至少一個光軸0A。在線性偏振光沿著這個光軸OA行進(jìn)時，電場矢量206的振蕩平面按照量值與光在晶體202內(nèi)行進(jìn)的距離d成比例的角度P被旋轉(zhuǎn)。距離d和旋轉(zhuǎn)角度之間的比例因子是旋光率a。后者是特定材料的量并且其依賴于通過晶體傳播的光線波長。例如在石英中，在21.6t:的溫度下，波長為180nm 時的旋光率被測得約為a = (325. 2±0. 5)° /mm，波長為193nm時的旋光率被測得約為a =323.1° /mm。對本發(fā)明將旋光材料用于照明系統(tǒng)和/或比如用于顯微光刻的投影設(shè)備的投影光學(xué)系統(tǒng)的物鏡來說，同樣重要的是還考慮旋光率的溫度相依性。給定波長的旋光率a的溫度相依性是由a (T) = a。(T。) + Y*(T_T。)給定的適當(dāng)?shù)囊约暗谝痪€性近似值，其中Y 是旋光率a的線性溫度系數(shù)。在這種情形下，a (T)是溫度T時的旋光系數(shù)或旋光率，a。是參考溫度T。時的旋光率。對于旋光石英材料來說，室溫時，波長為193nm下的Y值為Y =2. 36mrad/(mm*K)。再次參見圖2，尤其是，在晶體202內(nèi)沿著光軸OA傳播的光不會經(jīng)歷線性雙折射。因此，當(dāng)線性偏振光線沿著光軸OA橫穿旋光晶體202時，除了依賴于光線在晶體202內(nèi)行進(jìn)的距離d的電場矢量206的振蕩平面的空間取向的變化之外，其偏振狀態(tài)保持相同。
基于旋光晶體的這個特性，通過設(shè)計圖1的具有根據(jù)位置而變化的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件1，能夠產(chǎn)生任意選擇的線性偏振分布。厚度分布被設(shè)計成可具有使平行線性偏振光線的偏振方向依照根據(jù)光線橫穿光學(xué)元件的位置而變化的角度被旋轉(zhuǎn)的作用。
更一般、可選地或者除偏振調(diào)制元件的厚度d = d(x， y)變化之外，旋光率a還可能本身依賴于調(diào)制元件內(nèi)的位置以使a變?yōu)閍 (x，y，z)或a (r， 9 ，z)，其中如圖l所示，x， y或r， e是垂直于偏振調(diào)制元件的元件軸EA(或可選地為光軸OA)的平面上的笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)，其中z是沿著元件軸EA的軸。當(dāng)然，球面坐標(biāo)中的描述如r、 e 、(p或其他描述也是可能的?？紤]到旋光率a的變化，如果在z-方向上不存在a相關(guān)性，偏振調(diào)制光學(xué)元件通常包含定義為D(x， y) = d(x， y)*a (x， y)的"光學(xué)有效厚度D"的變化分布。在a還可依賴于z-方向(沿著光軸或元件軸EA或者在光學(xué)系統(tǒng)中更一般地沿著優(yōu)選方向或平行于光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向)的情形中，D必須通過沿著偏振調(diào)制光學(xué)元件的積分D(x，y) = / a (x，y，z)dz(x，y)來計算。通常，如果偏振調(diào)制光學(xué)元件用于具有光軸或由光束傳過光學(xué)系統(tǒng)所定義的優(yōu)選方向的光學(xué)系統(tǒng)，則通過沿著偏振調(diào)制光學(xué)元件內(nèi)光線的光路積分旋光率a來計算光學(xué)有效厚度D。在這個一般特性下，本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包含光軸或由傳過光學(xué)系統(tǒng)的光束的方向給定的優(yōu)選方向。光學(xué)系統(tǒng)還包含由坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)描述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中坐標(biāo)系統(tǒng)的一個優(yōu)選坐標(biāo)平行于光學(xué)系統(tǒng)的光軸或平行于優(yōu)選方向。作為實例，在上述的情形中，這個優(yōu)選方向是z-坐標(biāo)，其為優(yōu)選坐標(biāo)。另外，偏振調(diào)制光學(xué)元件包含旋光材料并且還包含如上所定義的有效光學(xué)厚度D的分布，其中有效光學(xué)厚度D至少作為不同于描述偏振調(diào)制光學(xué)元件的坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)選坐標(biāo)的一個坐標(biāo)的函數(shù)來變化。在上面的實例中，有效光學(xué)厚度D至少作為不同于z-坐標(biāo)(優(yōu)選坐標(biāo))的x-或y-坐標(biāo)的函數(shù)來變化。存在有不同的獨立方法來改變旋光材料的有效光學(xué) 厚度。一種方法是通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、或者通過使旋光材料經(jīng)歷不均勻的溫度分布、或者通過改變旋光材料的幾何厚度來改變旋光率。同樣地，所提到的獨立方法的組合導(dǎo)致旋光材料的有效光學(xué)厚度的變化。圖3說明了特別適合于產(chǎn)生切向偏振的偏振調(diào)制光學(xué)元件301的實施例。在圖4d 和圖5的上下文中將提供詳細(xì)的描述。圖3所說明的實施例用來介紹將在下文中與這里所定義的特定含義一起使用的若干技術(shù)術(shù)語。偏振調(diào)制光學(xué)元件301為圓柱形，其具有底面303和相對表面305。底面303被設(shè)計成平坦的圓形表面。元件軸EA垂直于該平坦表面伸展。相對表面305具有依照給定的厚度分布相對于元件軸EA的等高線形狀。旋光晶體的光軸平行于元件軸EA。在底面伸展的參考軸RA以直角與元件軸相交并充當(dāng)了由此測量方位角e的基準(zhǔn)。在圖3所說明的特定配置中，偏振調(diào)制光學(xué)元件301的厚度沿著垂直于元件軸EA并且相對于參考軸RA指向角度9的半徑R是不變的。因此，在圖3說明的實施例中，厚度分布只取決于方位角e 并且由d二d(e)給定。光學(xué)元件301具有與元件軸EA共軸的可選的中心孔307。在偏振調(diào)制光學(xué)元件的另外的優(yōu)選實施例中，厚度可沿著半徑R變化以使厚度分布為d = d(R， 9 )。在另外的更廣義的優(yōu)選實施例中，圖3所示的厚度分布不代表如上所述的偏振光學(xué)元件的幾何厚度d，但是取決于所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)，該分布代表光學(xué)有效厚度D二D(R， e)= D(x，y)。在這種情形下，同樣地，在對通過的光束的偏振平面方向的變化有效的偏振調(diào)制光學(xué)元件的分布中要考慮旋光率的任何分布，如a = a (x，y) = a (R， 9)或a = a (x，y， z) = a (R， 9 ， z)。另外，應(yīng)當(dāng)提到的是，偏振調(diào)制光學(xué)元件301未必需要包含平坦的底面303。這個表面通常還可包含等高線形狀的表面，如相似或等于圖3所示的用305指示的表面。在這樣的情形中，便于相對于與光軸或元件軸垂直的平面來描述等高線表面303和305。
圖4a示意性地描述了偏振調(diào)制光學(xué)元件401的另一個實施例。在這個表述中，通過偏振調(diào)制光學(xué)元件401中心的元件軸EA與圖形的平面垂直，并且晶體的光學(xué)晶體軸平行于元件軸。如圖3的實施例那樣，偏振調(diào)制光學(xué)元件401具有可選的中心孔407。偏振調(diào)制光學(xué)元件401被分成許多平面平行部分409，這些平面平行部分409呈扇形圓的形狀，它們各自的厚度不同?？梢韵胂缶哂信c部分409不同形狀的可選用實施例。它們可以被配置成比如六邊形、正方形、矩形或梯形光柵單元。
正如結(jié)合圖3所描述的，可修改按照圖4a的實施例以使扇形的不同厚度應(yīng)當(dāng)被理解為不同的有效光學(xué)厚度D。在這種情形下，旋光率a可從一個扇形體變化到另一個扇形體。為了制造這樣的實施例，偏振調(diào)制光學(xué)元件比如可具有如圖4a所示的形狀，其中扇形 409至少部分地被比如任何非旋光材料互換，這是將旋光率變化為零的最簡單的例子。同樣作為另一個實施例，可用充滿旋光或非旋光液體的小池或隔室來代替扇形409。在這種情形下，偏振調(diào)制光學(xué)元件可包含旋光或非旋光部分。如果扇形409只是部分被小池所代替或者如果至少一個小池被用于偏振調(diào)制光學(xué)元件401，則在一個元件40中比如旋光晶體與比如旋光或非旋光液體的組合是可能的。按照本發(fā)明的這種光學(xué)系統(tǒng)可包含偏振調(diào)制光學(xué)元件，所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件包含旋光或非旋光液體和/或旋光晶體。另外，按照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的偏振調(diào)制光學(xué)元件能夠便利地包含順時針或逆時針旋光材料。這些材料可以是固態(tài)或液態(tài)的旋光材料。利用小池中的液體具有下列優(yōu)點通過改變液體或者液體內(nèi)旋光材料的濃度，可以很容易控制偏振變化的大小。同樣地，比如通過旋光液體的溫度控制，可控制由于旋光率a的熱系數(shù)Y造成的旋光率a的任何熱變化，以使小池內(nèi)的溫度是不變的或者使溫度具有預(yù)定值T以使旋光率具有值為a (T) = a。(T。) + Y*(T_T。)。此外，利用由控制單元控制的適當(dāng)?shù)募訜岷?或冷卻單元，在液體內(nèi)形成某一溫度分布也是可能的。
依照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)便于修改第一線性偏振光線和第二線性偏振光線各自相應(yīng)的振蕩平面。兩種光線傳過光學(xué)系統(tǒng)并且至少部分光束傳過光學(xué)系統(tǒng)。光線還以不同路徑通過偏振調(diào)制光學(xué)元件，并且依照各自相應(yīng)的第一和第二旋轉(zhuǎn)角被旋轉(zhuǎn)以使第一角度不同于第二角度。通常，按照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的偏振調(diào)制光學(xué)元件將進(jìn)入所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的、具有第一線性偏振分布的光束變成從所述偏振調(diào)制光學(xué)元件出射的光束。出射光束具有第二線性偏振分布，其中第二線性偏振分布不同于第一線性偏振分布。
圖4b示出了如圖4a所示的被分成扇形的偏振調(diào)制光學(xué)元件401的沿著方位剖面 d(r二常數(shù)，e)的厚度分布。如在本文中使用的術(shù)語方位剖面指沿著圖4a中標(biāo)記的圓411 穿過厚度分布d(e，r)(即在恒定半徑r處O?！秂《360°的方位角范圍內(nèi)伸展)的剖面。通常，分布示出了沿著圓411的光學(xué)有效厚度D二D(e)。被分成扇形部分的偏振調(diào)制光學(xué)元件401的方位剖面具有階梯狀的分布，其中每一階對應(yīng)于相鄰扇形單元之間厚度d或光學(xué)有效厚度D的差。分布具有比如最大厚度dmax 和最小厚度d幽。為了覆蓋線性偏振光的振蕩平面的旋轉(zhuǎn)角范圍O。《13《360° ，在cLx 和cLn之間必須存在有36(T /a的差。分布的每個獨立階的高度取決于扇形單元的數(shù)目 n并具有360。 /(n*a)的大小。在方位角9 =0°處，分布具有不連續(xù)，在此處偏振調(diào)制光學(xué)元件401的厚度從(1*跳至(1_。光學(xué)元件的不同實施例可具有厚度分布，其中方位剖
面具有兩個厚度不連續(xù)，如在e =o°和e = 180°處。在可選用實施例中，分布具有比如最大光學(xué)有效厚度D^和最小光學(xué)有效厚度 D^，并且?guī)缀魏穸萪是比如不變的，導(dǎo)致元件401的獨立扇形體409的旋光率a的變化。為了覆蓋線性偏振光的振蕩平面的旋轉(zhuǎn)角范圍O。《13《360° ，在a^和cimin之間必須存在有36(T /d的差。分布的每個獨立階的旋光率的變化取決于扇形單元409的數(shù)目n并具有360° /(n*d)的大小。在方位角9 =0°處，分布具有與光學(xué)有效厚度有關(guān)的不連續(xù)，在此處光學(xué)有效厚度從Dmin跳至Dmax。應(yīng)當(dāng)指出，在該實施例中，便利之處在于，在偏振調(diào)制光學(xué)元件401的幾何厚度d中不存在不連續(xù)。同樣地，其中方位剖面具有兩個光學(xué)有效厚度不連續(xù)的光學(xué)有效厚度的厚度分布可以很容易獲得，如在e =0°和0 = 180°處。
為了實現(xiàn)所定義的旋光率大小的變化A a = 360° /(n'd)(如果有n個角扇形體409形成了元件401)，則獨立扇形單元409優(yōu)選地包含或由填充了具有所需旋光率a的旋光液體的小池或隔室組成。作為實例，對于第m扇形單元，旋光率是a (m) = a min+m * 360° / (n*d)以及0《m《n。所需的旋光率比如可以通過液體的旋光材料的濃度或者通過改變液體材料本身來調(diào)節(jié)。在另一個實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件401的扇形體409可包含固態(tài)旋光材料
(如晶狀石英)和填充有旋光材料的隔室或小池部分，并且將這些部分在光傳播方向上一
個挨一個的放置?？蛇x地或另外，小池本身可包含如晶狀石英這樣的旋光材料。前述的調(diào)制偏振光學(xué)元件將線性偏振入射光轉(zhuǎn)換為其中線性偏振光線的振蕩平
面依照取決于每個獨立的扇形單元厚度(或光學(xué)有效厚度)的角被旋轉(zhuǎn)的線性偏振分布。
然而，據(jù)此偏振方向被旋轉(zhuǎn)的角在獨立的扇形單元上是不變的。因此，獨立的場矢量的振蕩
平面方向的分布函數(shù)只取某些離散值。利用沿著方位剖面具有連續(xù)變化的厚度(光學(xué)有效厚度)分布的光學(xué)元件可獲得線性偏振的連續(xù)分布。圖4c說明了連續(xù)變化厚度分布的實例。在這個實施例中，方位剖面411示出了在 0《e《360°的方位角范圍內(nèi)斜度為m二-18(T /(a n)的厚度(通常為光學(xué)有效厚度)的線性下降。這里，斜度被定義為螺旋斜度。另外，斜度可由m二-180° /(a * n * r)來定義，其中r是中心在元件軸EA的圓的半徑。在這種情形下，比如，如果偏振調(diào)制光學(xué)元件301具有給定的恒定螺旋斜度(螺旋導(dǎo)程)，則斜度取決于元件軸的距離。
在本文中，符號a表示旋光晶體的旋轉(zhuǎn)率。正如在圖4b的前述實施例中，圖4c 的厚度分布同樣在方位角9 =0°處具有不連續(xù)，偏振調(diào)制光學(xué)元件401的厚度從U兆至cLx大約有360。
/a的量值變化。在圖4d中示出的偏振調(diào)制光學(xué)元件的另一個實施例具有同樣適合于產(chǎn)生線性偏振(尤其是切向定向的偏振)的連續(xù)分布的厚度分布(通常為光學(xué)有效厚度分布)。這個厚度分布對應(yīng)于圖3所示的實施例，其中角度e在逆時針方向上被測量。在這個實施例中，方位剖面411是在O < e < 180°和180° < e < 360°兩個范圍的各自范圍內(nèi)斜度為m二-"(T /(a n)的方位角e的線性函數(shù)。厚度分布在方位角e = 0°禾P e = 180°處具有不連續(xù)，在此處厚度突然從4^升至(1_大約有180° /a的量值變化。
圖4e表示偏振調(diào)制光學(xué)元件401的另一個實施例的沿著方位剖面的厚度分布 (通常為光學(xué)有效厚度分布)。在這個例子中，方位剖面是在0< e <180°的范圍內(nèi)第一斜度為m以及在180。 < e < 360°的范圍內(nèi)第二斜度為n的方位角9的線性函數(shù)。斜度m和n具有相等的絕對值但是具有相反的符號。在距元件軸的距離為r處，m和n各自的量值是111 = -180° /(a n .r)和n二l80。 /(a n r)。雖然最小厚度(1^和最大厚度d^之間的差再次近似等于180° /a ，即與圖4d的實施例相同，在兩個方位角范圍內(nèi)的斜度使用相反符號的概念避免了不連續(xù)的發(fā)生。另外，提到了，對于某些特定應(yīng)用，順時針和逆時針旋光材料被結(jié)合進(jìn)偏振調(diào)制光學(xué)元件。當(dāng)厚度分布的斜度沿著方位剖面隨較小的半徑大大增加時，從制造的觀點來看，
13在圓形偏振調(diào)制光學(xué)元件的中心軸周圍的中心部分提供中心開口 407或者中心擋光是有利的。此外，為了機械穩(wěn)定性而將偏振調(diào)制光學(xué)元件設(shè)計成具有不小于元件直徑的千分
之二的最小厚度cUn是必要的。利用cLn二N'90。/d的最小厚度是尤其有利的，其中N
是正整數(shù)。這個設(shè)計選擇用來使對以相對于光軸的角度穿過偏振調(diào)制元件的入射光束的光線的雙折射作用減至最小。圖4f示意性說明了偏振調(diào)制光學(xué)元件的另一個實施例421。正如圖4a所示，通過偏振調(diào)制光學(xué)元件421中心的元件軸EA垂直于圖形的平面，并且光學(xué)晶體軸平行于元件軸。然而，與圖3和圖4a的實施例(其中偏振調(diào)制光學(xué)元件301、401優(yōu)選地由一片如晶體材料例子中的晶狀石英制成)相反，偏振調(diào)制光學(xué)元件421包含旋光晶體材料的四個分離的扇形部分422、423、424、425，這四個分離的扇形部分通過架座(mounting)裝置426結(jié)合起來，架座裝置426由比如金屬制成并且其形狀可以被描述成具有四個徑向輻條428的圓片427 。架座優(yōu)選地對進(jìn)入偏振調(diào)制光學(xué)元件輻射來說是不透明的，因此還充當(dāng)了使扇形部分422、423、424、425彼此分離的隔離物。當(dāng)然，按照圖4f的本發(fā)明的實施例不打算受限于架座裝置426的任何特定形狀和面積，還可以省略架座裝置426。按照未在圖4f中說明的可選用實施例，比如借助于衍射結(jié)構(gòu)或其它適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué) 部件，進(jìn)入偏振調(diào)制光學(xué)元件的入射光還可選擇性地被引導(dǎo)到扇形部分上。
扇形部分422和424具有被選擇的第一厚度dl以使部分422和424導(dǎo)致線性偏振軸平行光的振蕩平面被旋轉(zhuǎn)了 90° +p 180° ，其中p表示整數(shù)。扇形部分423和425 具有被選擇的第二厚度d2以使部分423和425導(dǎo)致線性偏振軸平行光的振蕩平面被旋轉(zhuǎn) Tq*180° ，其中q表示除零以外的整數(shù)。因此，在y-方向上被線性偏振的一束軸平行光線進(jìn)入偏振調(diào)制光學(xué)元件421時，通過扇形部分423和425的光線在保持其振蕩平面不變的情況下從偏振調(diào)制光學(xué)元件421中射出，而通過扇形部分422和424的光線在保持其振蕩平面旋轉(zhuǎn)至x-方向的情況下從偏振調(diào)制光學(xué)元件421中射出。作為通過偏振調(diào)制光學(xué) 元件421的結(jié)果，出射光具有偏振分布，該偏振分布在扇形部分422、423、424、425的中心線 429和430處是精確切向的并且對于偏振調(diào)制光學(xué)元件421的其余部分接近切向偏振分布。
在x-方向上被線性偏振的一束軸平行光線進(jìn)入偏振調(diào)制光學(xué)元件421時，通過扇形部分423和425的光線在保持其振蕩平面不變的情況下從偏振調(diào)制光學(xué)元件421中射出，而通過扇形部分422和424的光線在保持其振蕩平面旋轉(zhuǎn)至y-方向的情況下從偏振調(diào) 制光學(xué)元件421中射出。作為通過偏振調(diào)制光學(xué)元件421的結(jié)果，出射光具有偏振分布，該偏振分布在扇形部分422 、423 、424、425的中心線429和430處是精確徑向的并且對于偏振調(diào)制光學(xué)元件421的其余部分接近徑向偏振分布。當(dāng)然，按照圖4f的本發(fā)明實施例不打算受限于圖4f中示范說明的扇形部分的形狀和面積以及數(shù)目，以使可使用其它適當(dāng)?shù)男螤?具有但不限于比如梯形、矩形、正方形、六邊形或圓形幾何形狀)以及或多或少的扇形部分422、423、424、425。此外，通?？梢赃x擇由扇形部分422、423、424、425提供的旋轉(zhuǎn)角！^和P2，(即扇形部分422、423、424、425的相應(yīng)厚度)以近似地符合表達(dá)式I e廠l^1 = (2n+l) *90° ，其中n表示整數(shù)，比如還要考慮使用的入射光的相對布置，其具有不必與x-或y-方向?qū)?zhǔn)的偏振平面。利用結(jié)合圖4f 所描述的實施例，還能夠接近具有切向偏振的偏振分布。
為了由波長為193nm的線性偏振光以及獨立光線的電場矢量振蕩平面的均等方向產(chǎn)生切向偏振分布，可使用比如具有按照圖3和4d設(shè)計的晶狀石英的偏振調(diào)制光學(xué)元件。石英對波長為193nm的光的旋光率a是在范圍(325. 2±0. 5) ° /mm，其在波長為180nm 時測得或者更精確地說它在21. 6t:時為321. 1° /mm。在直到lOOmrad的小范圍入射角內(nèi)，旋光的強度和作用近似恒定。比如可以按照下列描述來設(shè)計實施例如果使用晶狀石英，則為最小厚度dmin選擇近似等于90。 /a的276.75ym量值。另外，最小厚度cLn還可以是這個量值的整數(shù)倍。元件直徑是llOmm，其中旋光部分的直徑稍微小一些，比如是105mm。底面被設(shè)計成如圖3所說明的平坦表面。相對表面具有依照圖4d的厚度分布d(r， e)。厚度分布由下面的數(shù)學(xué)關(guān)系來定義
D(r,e〉 = 27S.7S + 10 . 5
IBO。 — 9 180。
mm
2 D(r, 6) = 276 .75 +
360o — 8 180Q
553-51iam,對于o《9《180°以及
553 .51 vim,對于180《9《360°以及
IT >
10 . 5
2
mm D(r， 9 ) =0 對于r S
10 . 5
2
mm 上述數(shù)據(jù)是示范地基于(325. 2±0，5) ° /mm的旋光率a的。如果旋光率a變化至321. 1° /mm(即21. 6。C溫度下、193nm時的值)，則厚度分布將發(fā)生如下變化 D(r,9〉 = 278.6 + D(r,9) = 278.S+ D(r， 9 ) =0
18Op — 0 180。
180e
對于r ^
557]am對于0《9《180c
557pm對于180《9《360°以及r
,、m 1Q'5 以及r > -mm
2
10.5
2
mm
10
mm 按照這個實施例的偏振調(diào)制光學(xué)元件具有直徑為10. 5的中心開口 407，即最大孔徑的十分之一。對于第一給定實例，在不連續(xù)處發(fā)現(xiàn)的厚度最大和最小分別是830. 26 m 和276. 75iim。利用自動拋光過程可產(chǎn)生前述的實施例。用拋光后被無縫地連在一起的兩個楔形或螺旋形半波片制成偏振調(diào)制元件尤其便利。如果元件由半波片制成，則很容易并且在某些額外優(yōu)勢的應(yīng)用中使用一個順時針和一個逆時針旋光材料，如順時針晶狀石英和逆時針晶狀石英(R-石英和L-石英)。圖5示意性地說明了具有按照圖3和4d的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件501如何使具有均勻取向的線性偏振分布517的輸入光束513的偏振分布轉(zhuǎn)換為出射光束515的切向偏振519。從下面可以看到這一點在最小厚度處(如在9 = 180°處)橫穿偏振調(diào) 制光學(xué)元件的輸入光束513的線性偏振光線覆蓋了旋光晶體內(nèi)的90。 /a的距離。這導(dǎo)致了電場矢量的振蕩平面被旋轉(zhuǎn)90。。另一方面，在9 =45°的位置處橫穿偏振調(diào)制光學(xué) 元件501的線性偏振光線覆蓋了旋光晶體內(nèi)的135。 /a的距離，因此這個光線的電場矢量的振蕩平面被旋轉(zhuǎn)135。。對于輸入光束513的每條光線，可得出類似的結(jié)論。
15
圖6示意性地說明了具有按照圖3和4d的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件601并結(jié)合另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件621的光學(xué)布置如何使具有均勻取向的線性偏振分布617的輸入光束613的偏振分布轉(zhuǎn)換為出射光束615的徑向偏振623。正如在圖5的上下文中解釋的，偏振調(diào)制光學(xué)元件601產(chǎn)生切向偏振分布。通過光束的每條獨立的線性偏振光線的各自對應(yīng)的振蕩平面的90。-旋轉(zhuǎn)，可將切向偏振分布轉(zhuǎn)換為徑向偏振分布。利用按照圖 6的光學(xué)布置實現(xiàn)這個過程存在有若干不同的可能性。一種可能的構(gòu)思是將旋光晶體的平面平行片作為另外的偏振調(diào)制元件621布置在光路上，其中該片的厚度近似為90° /a p， ap表示旋光晶體的旋光率。正如在偏振調(diào)制元件601中那樣，平面平行片的光學(xué)晶體軸同樣平行于元件軸。作為另一種可能的構(gòu)思，另外的偏振調(diào)制元件621可被配置成由兩個半波片組合成的90。-旋轉(zhuǎn)器。90° -旋轉(zhuǎn)器由雙折射晶體材料的兩個半波片組成。每個半波片具有與更高折射率的方向相關(guān)聯(lián)的慢軸，以及垂直于慢軸、與更低折射率的方向相關(guān)聯(lián)的快軸。兩個半波片彼此相對地被旋轉(zhuǎn)，因此它們各自的快軸和慢軸被設(shè)置成互相呈 45°的角。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以預(yù)計用于產(chǎn)生徑向偏振分布的另外可能的實施例。例如，可將另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件621連接至偏振調(diào)制光學(xué)元件601 。為了允許從切向到徑向偏振的快速轉(zhuǎn)變，可提供允許將另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件621放置在光路上并再次將其移去或由另一個元件代替的互換裝置。還可利用具有依照圖4e的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件產(chǎn)生切向偏振分布。在本發(fā)明的這個實施例中的厚度分布不具有不連續(xù)。正如在圖7a中看到的，輸入光束713的均勻取向偏振分布717首先被偏振調(diào)制光學(xué)元件701轉(zhuǎn)換為出射光束715的線性偏振分布 727。在圖4e所示的厚度分布的方位角范圍0《e《180°中，通過偏振調(diào)制光學(xué)元件701 的輸入光束713的一半被轉(zhuǎn)換，以使出射光束的相對應(yīng)的一半具有切向偏振分布。然而，另外的一半具有不同的、非切向的偏振分布727。在光路中需要另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件，以便于完全將從偏振調(diào)制光學(xué)元件701射出的光束715的偏振分布727轉(zhuǎn)換為切向偏振分布 719。在這個例子中，另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件被配置成作為具有第一一半729和第二一半 731的平面平行片725。圖7b示出了平面平行片725的平面圖。第一一半729由對光線的偏振狀態(tài)沒有影響的各向同性材料制成，而第二一半731被設(shè)計成半波片。在圖7a的光學(xué) 布置中，平面平行片725被定向以使偏振調(diào)制光學(xué)元件701的參考軸RA在平面平行片上的投影RA'基本上沿著第一一半729和第二一半731之間的分隔線。半波片的雙折射的慢軸LA垂直于這個分隔線。另外，還可利用具有圖4e給定的厚度分布的偏振調(diào)制光學(xué)元件獲得切向偏振，如果元件由晶狀石英的兩個一半的楔形或螺旋形單元組成，其中一個單元的旋光性是順時針并且另一個單元的旋光性是逆時針。在這種情形下，正如其在圖7a的實施例中那樣，附加的平面平行片725是不必要的。在這個實施例中，優(yōu)選地，每個楔形單元具有不變的螺旋斜度，但是如圖4e的分布所示的那樣，斜度具有不同的方向。另外，幾何厚度d的斜度具有相同的絕對值是不必要的，如果光學(xué)有效厚度D的斜度具有相同的絕對值，則其是足夠的。在這種情形下，對于形成偏振調(diào)制光學(xué)元件的兩個楔形元件的絕對值，旋光率a是不同的。圖8示意性地說明了包括光源單元835、照明系統(tǒng)839、掩模853、投影物鏡855和襯底859的顯微光刻投影系統(tǒng)833，其中掩模853攜帶微結(jié)構(gòu)，襯底859被曝光于投影系統(tǒng)。光源單元835包括DUV-或VUV-激光(例如192nm的ArF激光、157nm的F2激光、126nm的 Ar2激光或109nm的Ne2激光)和產(chǎn)生平行光束的波束成形光學(xué)系統(tǒng)。光束的光線具有線性偏振分布，其中單條光線的電場矢量的振蕩平面的取向是均勻方向的。照明系統(tǒng)839的主要配置在DE 19529563 (US 6， 258， 433)中被描述。平行光束指向散度增加光學(xué)元件837。作為散度增加光學(xué)元件，可使用例如具有衍射或折射光柵單元布置的光柵片。每個光柵單元產(chǎn)生其角分布由光柵單元的尺寸和焦距確定的光束。光柵片位于物鏡804的光路下游的物面上或附近。物鏡840是一個變焦距物鏡，其產(chǎn)生具有可變直徑的平行光束。方向變化的反射鏡841使平行光束指向包含了軸錐鏡843(即旋轉(zhuǎn)對稱棱鏡布置)的光學(xué)單元842。根據(jù)軸錐鏡元件的變焦距和位置設(shè)置，變焦距物鏡840與軸錐鏡843合作在光瞳面845上產(chǎn)生不同的照明分布。偏振調(diào)制光學(xué)元件801(如圖3所示的類型)被布置在光瞳面845 上。在光路上，偏振調(diào)制光學(xué)元件801的后面是補償片847，其具有被設(shè)計成可補償偏振調(diào) 制光學(xué)元件在通過它的光線中造成的角偏差的厚度分布。光學(xué)單元842的后面是分劃板掩蔽系統(tǒng)(REMA)849。 REMA物鏡851將分劃板掩蔽系統(tǒng)849的圖像投射到結(jié)構(gòu)攜帶掩模(分劃板)853上，據(jù)此分劃板853的照明面積被界定。投影物鏡855將結(jié)構(gòu)攜帶掩模853的圖像投射到光敏襯底859上。投影物鏡的最后一個光學(xué)元件857和光敏襯底859之間的空間包含了具有折射率不同于空氣的浸沒液體861 。如圖8所述，本發(fā)明額外的好處是按照本發(fā)明的偏振調(diào)制光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)可用于顯微光刻投影系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)偏振分布以及偏振分布的溫度補償。在某些應(yīng)用中，先進(jìn) 的顯微光刻投影系統(tǒng)要求在分劃板853處具有大約5?；蚋?、在某些情形下甚至比r更好的精度的預(yù)定的偏振分布。因為分劃板處的偏振分布受各種光學(xué)元件的影響(例如張力導(dǎo)致的雙折射、或獨立光學(xué)元件的溫度的不明確或不受控制的變化)，偏振分布可隨時間發(fā)生不可預(yù)測的或者無法控制的變化。為了更正這樣的變化，偏振調(diào)制光學(xué)元件的旋光率a的溫度相關(guān)可用來控制偏振角度的大小。依照本發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選地包含偏振控制系統(tǒng)，用于控制傳過光學(xué)系統(tǒng)的光束的偏振分布。令人關(guān)注的偏振分布位于光學(xué)系統(tǒng)中的預(yù)定位置處。偏振控制系統(tǒng)包含至少一個加熱或冷卻裝置以此修改偏振調(diào)制光學(xué)元件的溫度和/或溫度分布從而影響預(yù)定位置處光束的偏振分布。在這里，偏振調(diào)制光學(xué)元件可具有變化的或不變的有效光學(xué)厚度。在不變的有效光學(xué)厚度的情形中，光學(xué)系統(tǒng)包含光軸或由傳過光學(xué)系統(tǒng)的光束方向給定的優(yōu)選方向。光學(xué)系統(tǒng)另外包含由坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)描述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中坐標(biāo)系統(tǒng)的一個優(yōu)選坐標(biāo)平行于光軸或平行于所述優(yōu)選方向。偏振調(diào)制光學(xué)元件包含固態(tài) 和/或液態(tài)旋光材料，其中有效光學(xué)厚度作為與坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)選坐標(biāo)不同的至少一個坐標(biāo) 的函數(shù)是不變的。光學(xué)系統(tǒng)還包含偏振控制系統(tǒng)，用于控制光束(傳過光學(xué)系統(tǒng)的)在光學(xué)系統(tǒng)中的預(yù)定位置處的偏振分布，并且偏振控制系統(tǒng)包含至少一個加熱或冷卻裝置以此修改偏振調(diào)制光學(xué)元件的溫度和/或溫度分布從而影響預(yù)定位置處光束的偏振分布。
作為實例，如果偏振調(diào)制光學(xué)元件(如在按照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中使用的)由包含平行片或形成為平行片的合成(晶狀)石英制成的，這種片的10mm厚度將由于旋光率a 的線性溫度系數(shù)Y ( Y =2. 36mrad/(mm*K))而導(dǎo)致23. 6mrad/。C或23. 6mrad/K(等效于 1.35° /K)的偏振變化。這些數(shù)據(jù)對應(yīng)于193nm的波長。在如圖9示意性示出的這樣的實施例中，平行片901的光軸OA被定向成平行或近似平行光學(xué)系統(tǒng)中光的傳播(由附圖標(biāo)記950表示)。近似平行指平行片901的光軸OA和傳過光學(xué)系統(tǒng)的光的方向之間的角度小于200mrad，優(yōu)選地小于100mrad乃至小于50mrad?？刂破?01的溫度將導(dǎo)致偏振的受控的變化。例如，如果片的溫度將被控制在2(TC至4(TC的范圍內(nèi)，對于石英制成的這樣的片901來說，可使偏振角在大約±13.5°的范圍內(nèi)可控制地變化。這個高度敏感性允許通過溫度控制來控制偏振分布。在這樣的情形下，甚至具有大約0. lmm直到20mm的厚度d的平面片將變成偏振調(diào)制光學(xué)元件901，能夠通過控制片901的溫度可控制地調(diào)節(jié)偏振分布。優(yōu)選地對于合成(晶狀)石英，片901的厚度是r^278.5iim(n為任何整數(shù))，對于大約21.6t:、波長為193nm的情形，n = 1時該厚度導(dǎo)致偏振平面至少90°的旋轉(zhuǎn)，n = 2時該厚度導(dǎo)致偏振平面180°的旋轉(zhuǎn)并且通常為11*90°的旋轉(zhuǎn)。對于偏振平面90。的旋轉(zhuǎn)，合成石英應(yīng)當(dāng)至少是278. 5iim厚；對于偏振平面180°的旋轉(zhuǎn)，合成石英應(yīng)當(dāng)至少是557. 1 y m厚；對于偏振平面270°的旋轉(zhuǎn)，合成石英應(yīng)當(dāng)是835. 5iim厚；對于偏振平面360。的旋轉(zhuǎn)，合成石英是l. 114mm厚。關(guān)于厚度的制造容限是大約士2iim。因此制造容限導(dǎo)致在大約21. 6°C和193nm時通過片的光的偏振平面的±0.64°的角誤差。對于這個誤差，不得不考慮由片(或偏振調(diào)制光學(xué)元件)的溫度波動導(dǎo)致的額外誤差，這個誤差通過旋光率a的線性溫度系數(shù)y = 2. 36mrad/(mm*K) = 0. 15° /(mm*K)給出。使用具有至少一個溫度傳感器902、903的感溫裝置、至少一個加熱器904、905以及控制電路910，通過閉環(huán)或開環(huán)控制可進(jìn)行片901的溫度控制，具有至少一個溫度傳感器902、903的感溫裝置用于確定片901的溫度(或提供代表或等于偏振調(diào)制光學(xué)元件的溫度和/或溫度分布的溫度傳感器值)，至少一個加熱器904、905優(yōu)選地包含紅外加熱器，用于通過紅外輻射906加熱所述的片，控制電路910用于控制至少一個加熱器904、905。作為感溫裝置的實例，可使用具有投影光學(xué)的紅外敏感CCD元件，其中投影光學(xué)使片901的至少一部分在CCD元件上成像以使片901的可視部分的溫度分布可通過CCD元件信號分析來確定?？刂齐娐?10可包含計算機系統(tǒng)915或者可被連接至顯微光刻投影系統(tǒng)833 (參見圖8)的計算機或控制系統(tǒng)915。在溫度受控的片901的優(yōu)選實施例中，厚度被選擇成以使n*90°的偏振旋轉(zhuǎn)(n為任何整數(shù))在溫度T = (T__Tmin) /2+Tmin時取得，而T隨和Tmin為片901(或通常為偏振調(diào)制光學(xué)元件)的最高和最低溫度。優(yōu)選地，加熱器或加熱系統(tǒng)(并且還有像珀耳帖元件這樣的冷卻裝置)被布置成以使其不在顯微光刻投影系統(tǒng)833的光路上、或者其不在傳過按照本發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)的光束的光路上。優(yōu)選地，具有按照本發(fā)明偏振控制系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)被用于具有被布置于偏振調(diào)制光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)中預(yù)定位置之間的至少一個附加光學(xué)元件的系統(tǒng)，以使光束在從偏振調(diào)制光學(xué)元件傳播至預(yù)定位置時接觸至少一個附加的光學(xué)元件。附加的光學(xué)元件優(yōu)選地包括透鏡、棱鏡、反射鏡、折射和衍射光學(xué)元件或含有線性雙折射材料的光學(xué)元件。因此，按照本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)可形成顯微光刻投影系統(tǒng)833的部分。在另一個優(yōu)選實施例中，偏振調(diào)制光學(xué)元件901 (如圖9所示的片)的溫度對應(yīng)于預(yù)定溫度分布。作為實例，這樣的溫度分布通過下列方式獲得使用多個紅外加熱器904、905在光學(xué)元件901上產(chǎn)生輻射分布，該輻射分布利用已經(jīng)描述過的控制電路以受控的方式加熱光學(xué)元件901。在這樣的實施例中，同樣多個溫度傳感器902、903可用于控制電路910。利用這個實施例，可局部調(diào)節(jié)顯微光刻投影系統(tǒng)833的場平面或光瞳面上的偏振狀態(tài)。另外，可用一個或多個珀耳帖元件907、908來替代或補充加熱器或加熱元件904、 905。一個或多個珀耳帖元件優(yōu)選地被連接至控制電路910以使利用開環(huán)和/或閉環(huán)控制的控制是可能的。珀耳帖元件的優(yōu)點是，可取得偏振調(diào)制光學(xué)元件901的受控冷卻。同時加熱或冷卻光學(xué)元件901導(dǎo)致偏振調(diào)制光學(xué)元件901中復(fù)雜的溫度分布，在通過元件901之后，其導(dǎo)致傳過比如顯微光刻投影系統(tǒng)833的光950的復(fù)雜的偏振分布。當(dāng)然，除上述之外的其他加熱或冷卻機構(gòu)可用來取得偏振調(diào)制光學(xué)元件901的所需的溫度分布或所需的溫度。
如偏振調(diào)制光學(xué)元件801的平面片901在顯微光刻投影設(shè)備833(參見圖8)的照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，優(yōu)選地位于光瞳面845和/或光源單元835和所述光瞳面845之間的位置處。在這些位置上使用平面片901具有下列優(yōu)點通過片901并通過顯微光刻投影設(shè)備的光的入射角小于大約6° (100mrad)。如果光在進(jìn)入片901之前是線性偏振的，在這些小的角度下，由片901導(dǎo)致的線性雙折射的影響非常小以使通過片901的光的偏振幾乎同忽略的橢圓部分呈線性關(guān)系。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，測量通過按照本發(fā)明的偏振調(diào)制光學(xué)元件901 或光學(xué)系統(tǒng)的光的偏振狀態(tài)。為此，偏振控制系統(tǒng)包含偏振測量裝置，其提供代表或等于光學(xué)系統(tǒng)中預(yù)定位置處的光束的偏振或偏振分布的偏振值。另外，控制電路根據(jù)溫度傳感器的值和/或偏振值通過開環(huán)或閉環(huán)控制來控制至少一個加熱或冷卻裝置。測定的偏振狀態(tài) 與需要的狀態(tài)相比較，并且在測定的狀態(tài)偏離容限值更多的情況下，如平面片901這樣的偏振調(diào)制元件的溫度和/或溫度分布被改變以使測得的和需要的偏振狀態(tài)之間的差異變得更小，并且如果可能則小到使差異在容限值內(nèi)。在圖9中，取決于偏振測量裝置960，偏振狀態(tài)的測量在原處或利用單獨的特定測量方法來測量。偏振測量裝置可與控制電路910相連，以使取決于測定的偏振狀態(tài)值，加熱機構(gòu)904、905和/或907、908被控制加熱和/或冷卻以使測得的和需要的偏振狀態(tài)之間的差異變得更小。在開環(huán)或閉環(huán)形式中可實施控制。
用作偏振調(diào)制光學(xué)元件或作為這樣的元件一部分的平面片901尤其適合用來校正通過的光束的偏振狀態(tài)的取向。在本發(fā)明的另一個實施例中，用作偏振調(diào)制光學(xué)元件的平面片901(包含或由旋光材料組成)與包含或由線性雙折射材料組成的片971結(jié)合(參見圖10)。利用本發(fā)明的這個實施例中，通過的光束950的取向和相位可被支配以使比如平面偏振光束在通過平面片901和971之后變?yōu)闄E圓偏振，或反之亦然。在這個實施例中，如同結(jié)合圖9所描述的，至少一個片901或971在其溫度和/或溫度分布方面被控制。另外，可改變片901和971 的順序以使通過的光束先通過包含或由線性雙折射材料組成的片971，然后再通過包含或由旋光材料組成的片901，或反之亦然。優(yōu)選地，這兩種片沿著系統(tǒng)的光軸OA被連續(xù)布置。同樣，包含或由線性雙折射材料組成的不止一個片、和/或包含或由旋光材料組成的不止一個片可用來操縱通過的光束的偏振狀態(tài)。另外，平面片971或901可通過包含旋光材料的液體隔室或小池進(jìn)行互換。同樣地，包含或由線性雙折射材料組成的平面片971以及包含或由旋光材料組成的平面片901可被布置成以使至少一個另外的光學(xué)元件981被放置于這些平面片之間。這個元件981可以是比如透鏡、衍射或折射光學(xué)元件、反射鏡或附加的平面片。在本發(fā)明附加的實施例中，偏振調(diào)制元件或通常為偏振光學(xué)元件是溫度補償?shù)?，以此減少由于偏振調(diào)制元件的溫度波動而由所述元件產(chǎn)生的偏振分布的任何誤差，對于合成石英材料來說，這些誤差由石英的旋光率a的線性溫度系數(shù)給出(上面已經(jīng)提到該系數(shù) 為y = 2.36mrad/(mm*K) =0.15° /(mm*K))。溫度補償利用存在有一種具有順時針旋光性的石英材料和一種具有逆時針旋光性的石英材料(R-石英和L-石英)的合成石英來實現(xiàn)。順時針和逆時針旋光性的各自對應(yīng)的旋光率a的大小幾乎相等。旋光率的差異小于 0、3%。合成石英具有順時針旋光性(R-石英)還是具有逆時針旋光性(L-石英)，這取決于用于合成石英制造過程的籽晶。如圖11所示，R-石英和L-石英可結(jié)合用來制成熱量或溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué) 元件911。關(guān)于偏振狀態(tài)的變化，這樣的溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué)元件911等同于厚度為d 的合成石英的平面片。例如，兩個平面片921和931在傳過包含有溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué) 元件911的光學(xué)系統(tǒng)的光線方向950上被布置成彼此相鄰。如此布置所述片以使一個片931 由厚度為4的R-石英制成，而另外的片921由厚度為dJ勺L-石英制成，并且|dK-d」=d。如果c!r和4中的較小厚度(min(dK，dL))大于d或min(dK，cQ > d (在大多數(shù)情形下，由于光學(xué)元件的機械穩(wěn)定性，這是必需的)，則偏振狀態(tài)的溫度相關(guān)性變?yōu)椴糠盅a償，這意味著 R-石英和L-石英片的系統(tǒng)的溫度相關(guān)性小于y = 2. 36mrad/ (mm*K) = 0. 15° / (mm*K)，其中d是兩個片的厚度差的絕對值d二 |dK-d」。下面的實例證實了這種結(jié)果。具有厚度比如 dK = 557. 1 m(與入射偏振平面相比，導(dǎo)致現(xiàn)有偏振平面的180°的順時針變化)的R_石英片931與具有厚度4 = 557. 1 m+287. 5 P m(與入射偏振平面相比，導(dǎo)致現(xiàn)有偏振平面的 270°的逆時針變化)的L-石英片921相結(jié)合。在光通過平面片921、931之后，這導(dǎo)致偏振平面的9(T的逆時針變化，對應(yīng)于如果僅使用R-石英片，偏振平面的270。的順時針變化。在這種情形下，未完全獲得溫度補償，但是與只使用dK = 557. 1 ii m+287. 5 y m的R-石英片使其減至約為0.13。 /K相比，如果兩種片同時使用的話可使其減至約為0.04。 /K。這有一個溫度相關(guān)的明顯下降，因為即使溫度將改變l(TC，偏振平面的變化仍然小于1° 。
通常，由R-或L-石英制成的任何結(jié)構(gòu)化的偏振調(diào)制光學(xué)元件(如結(jié)合圖3和4a 所描述的元件)可以和各自對應(yīng)的其他石英類型(L-或R-石英)的平面片結(jié)合，以使結(jié)合的系統(tǒng)911將具有與偏振變化有關(guān)的減少的溫度相關(guān)性。替代平面片，可使用同樣由各自對應(yīng)的其他石英類型制成的結(jié)構(gòu)化光學(xué)元件，以使圖11中所示的片921和931可以是如本說明所述的、具有相反符號的旋光率、順時針和逆時針改變偏振狀態(tài)的結(jié)構(gòu)化偏振調(diào)制光學(xué)元件。為了概括上述溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué)元件911的實例，本發(fā)明還涉及光學(xué)系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包含光軸OA或由傳過光學(xué)系統(tǒng)的光束的方向給出的優(yōu)選方向950。光學(xué)系統(tǒng)包含由坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)描述的溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué)元件911，其中坐標(biāo)系統(tǒng)的一個優(yōu)選坐標(biāo)平行于光軸OA或平行于所述優(yōu)選方向950。溫度補償?shù)钠裾{(diào)制光學(xué)元件 911包含第一 921和第二 931偏振調(diào)制光學(xué)元件。第一和/或第二偏振調(diào)制光學(xué)元件包含固態(tài)和/或液態(tài)旋光材料以及有效光學(xué)厚度的分布，其中有效光學(xué)厚度至少作為與坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)選坐標(biāo)不同的一個坐標(biāo)的函數(shù)來變化。另外或可選地，第一 921和/或第二 931偏振調(diào)制光學(xué)元件包含固態(tài)和/或液態(tài)旋光材料，其中有效光學(xué)厚度作為與坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)選坐標(biāo)不同的至少一個坐標(biāo)的函數(shù)是不變的。作為附加的特征，第一和第二偏振調(diào)制光學(xué)元件921、931包含具有符號相反的旋光率的旋光材料，或者與第二偏振調(diào)制光學(xué)元件的旋光
20材料相比，第一偏振調(diào)制光學(xué)元件包含具有相反符號的旋光率的旋光材料。在平面片的情形中，優(yōu)選地第一和第二片的第一和第二厚度差異的絕對值小于較小的片的厚度。
在本發(fā)明的附加實施例中，偏振調(diào)制元件包含經(jīng)歷過磁場的旋光和/或非旋光材料成分，以使沿著光束通過偏振調(diào)制元件的傳播方向存在著磁場的場分量?？扇缟纤龇?析旋光材料分量。然而，同樣可使用具有如結(jié)合旋光材料所描述的相同的或相似的結(jié)構(gòu)的非旋光材料。由于法拉第效應(yīng)，磁場的應(yīng)用也將改變通過旋光和/或非旋光材料的光的偏振狀態(tài)，并且可通過磁場控制偏振狀態(tài)。在本說明中對按照本發(fā)明的偏振調(diào)制光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)的各種實施例進(jìn)行了描述。另外，通過互換和/或結(jié)合個別特征和/或在本應(yīng)用中描述的個別實施例的特征，還可獲得按照本發(fā)明的偏振調(diào)制光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)的附加實施例。
權(quán)利要求
一種偏振調(diào)制光學(xué)元件，其具有厚度分布并且包含具有光軸的旋光晶體，其中如在所述光軸方向上測量的，所述厚度分布是可變的，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件包含至少兩個不同厚度或不同光學(xué)有效厚度的平面平行部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中第一線性偏振光線和第二線性偏振光線各自對應(yīng)的振蕩平面分別依照第一旋轉(zhuǎn)角和第二旋轉(zhuǎn)角，以所述第一旋轉(zhuǎn)角不同于所述第二旋轉(zhuǎn)角的方式被旋轉(zhuǎn)。
3. —種偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中第一線性偏振光線的振蕩平面和第二線性偏振光線的振蕩平面分別依照第一旋轉(zhuǎn)角和第二旋轉(zhuǎn)角以所述第一旋轉(zhuǎn)角不同于所述第二旋轉(zhuǎn)角的方式被旋轉(zhuǎn)，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件包含旋光材料，并且其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件包含至少兩個不同厚度或不同有效光學(xué)厚度的平面平行< 部分。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述部分被配置成扇形圓、或六邊形、正方形、矩形或梯形光柵單元和/或至少包含小池，所述小池包含旋光或非旋光液體。
5. 如權(quán)利要求1至4中任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中一對第一平面平行部分被布置在所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的中心元件軸的相對側(cè)，以及其中一對第二平面平行部分被布置在所述元件軸的相對側(cè)并且相對于所述第一平面平行部分在所述元件軸周圍被環(huán)向移位，其中每個所述第一部分具有的厚度或光學(xué)有效厚度不同于每個所述第二部分的厚度或光學(xué)有效厚度。
6. 如權(quán)利要求5所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中通過此處的線性偏振光的振蕩平面在至少其中一個所述第一平面平行部分內(nèi)依照第一旋轉(zhuǎn)角P工而被旋轉(zhuǎn)，并且在至少其中一個所述第二平面平行部分內(nèi)依照第二旋轉(zhuǎn)角|32而被旋轉(zhuǎn)，以使！^和！32近似符合表達(dá)式|3 2-13! I = (2n+l) 90° ，其中n表示整數(shù)。
7. 如權(quán)利要求6所達(dá)的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中|^和|32近似符合表達(dá)式1^ = 90° +p*180° ，其中p表示整數(shù)，并且|32 = q 180° ，其中q表示除零以外的整數(shù)。
8. 如權(quán)利要求5至7的任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述一對第二平面平行部分相對于所述一對第一平面平行部分在所述元件軸附近依照大約90°的角度被環(huán)向移位。
9 如權(quán)利要求5至8的任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述一對第一平面平行部分和所述一對第二平面平行部分被布置在所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的中心開口或中心擋光的相對側(cè)上。
10. 如權(quán)利要求5至9的任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述第一和第二對的相鄰部分通過對進(jìn)入所述偏振調(diào)制光學(xué)元件的線性偏振光來說不透明或非旋光的區(qū)域而彼此隔離開。
11. 如權(quán)利要求5至10的任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述第一和第二對的所述部分通過架座被結(jié)合在一起。
12. 如權(quán)利要求11所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述架座對進(jìn)入所述偏振調(diào)制光學(xué) 元件的線性偏振光來說是不透明或非旋光的。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述架座具有基本上為輻條車輪的形狀。
14. 如權(quán)利要求1至13的任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，包含第一組基本平面平行部分，其中橫向線性偏振光的振蕩平面依照第一旋轉(zhuǎn)角P i而被旋轉(zhuǎn)，并且包含第二組基本平面平行部分，其中橫向線性偏振光的振蕩平面依照第二旋轉(zhuǎn)角而被旋轉(zhuǎn)，以使h和 |32近似符合表達(dá)式I e2-e」=(2n+l) *90° ，其中n表示整數(shù)。
15. 如權(quán)利要求14所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中|^和h近似符合表達(dá)式1^ = 90° +p*180° ，其中p表示整數(shù)，并且P2 = q 180° ，其中q表示除零以外的整數(shù)。
16. 如前述權(quán)利要求中任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述旋光晶體是石英、 Te02或AgGaS2。
17. 如前述權(quán)利要求中任何一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件將具有第一線性偏振分布的輸入光束轉(zhuǎn)換為具有第二線性偏振分布的出射光束，并且其中所述第一線性偏振分布不同于所述第二線性偏振分布。
18. 如權(quán)利要求17所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述出射光束的偏振分布為近似切向偏振分布。
19. 如權(quán)利要求17所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述出射光束的偏振分布為近似徑向偏振分布。
20. 如前述權(quán)利要求的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件具有基本取向為所述旋光晶體的光軸方向的元件軸，并且其中與所述元件軸有關(guān)的所述厚度分布具有只取決于方位角e的變化，所述方位角e根據(jù)垂直于所述元件軸并與所述元件軸相交的參考軸來測量。
21. 如權(quán)利要求20所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述厚度分布沿著取向垂直于所述元件軸并與所述參考軸呈角度e的半徑具有常數(shù)值。
22. 如前述權(quán)利要求的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，還具有元件直徑D和最小厚度dmin，其中所述最小厚度dmin至少等于所述元件直徑D的0. 002倍。
23. 如前述權(quán)利要求的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述厚度分布具有最90°小厚度《, =# ——其中a代表所述旋光晶體的旋光率并且N表示正整數(shù)。
24. 如前述權(quán)利要求的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件具有中心開口或中心擋光。
25. 如前述權(quán)利要求的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件，其中所述偏振調(diào)制光學(xué)元件將具有第一偏振分布的輸入光束轉(zhuǎn)換為具有第二偏振分布的出射光束，其中所述輸入光束由具有相對于所述旋光晶體光軸的角分布的多條光線組成，并且其中所述角分布具有未超過100mrad的最大入射角。
26. —種具有如權(quán)利要求1至25的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件的光學(xué)布置，其中所述光學(xué)布置被配置成使可將至少一個另外的振調(diào)制光學(xué)元件放置于光路上。
27. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)布置，其中所述另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件包含依照權(quán)利要求1至25的至少其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件。
28. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)布置，其中所述另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件包含旋光晶體的平面平行片和/或小池，所述小池包含旋光或非旋光液體。
29. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)布置，其中所述另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件包含由兩個彼此相對旋轉(zhuǎn)45。的半波片制成的旋轉(zhuǎn)器。
30. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)布置，其中所述另外的偏振調(diào)制光學(xué)元件使通過所述光學(xué)布置的線性偏振光線的振蕩平面旋轉(zhuǎn)90。。
31. 如權(quán)利要求26至30的任何一個所述的光學(xué)布置，其中補償片被布置在所述光學(xué)系統(tǒng)的光路中，所述補償片具有被配置成可基本上補償由所述偏振調(diào)制光學(xué)元件引起的傳輸輻射的角偏差的厚度分布。
32. —種投影系統(tǒng)，包含輻射源、可操作用來照明結(jié)構(gòu)化的掩模的照明系統(tǒng)、以及將所述掩模結(jié)構(gòu)的圖像投射到光敏襯底的投影物鏡，其中如權(quán)利要求1至25的其中一個所述的偏振調(diào)制光學(xué)元件被布置在所述照明系統(tǒng)中。
33. 如權(quán)利要求32所述的投影系統(tǒng)，其中如權(quán)利要求26至31的其中一個所述的光學(xué) 布置被布置在所述照明系統(tǒng)中。
34. 如權(quán)利要求32或權(quán)利要求33所述的投影系統(tǒng)，其中在離所述襯底最近的光學(xué)元件和所述襯底之間存在有折射率不同于空氣的浸沒介質(zhì)。
35. —種制造微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體部件的方法，包含使用如權(quán)利要求32至34的其中一個所述的投影系統(tǒng)的步驟。
全文摘要
由旋光晶體材料組成的偏振調(diào)制光學(xué)元件(1)具有厚度分布，其中正如在光軸方向上所測量的，厚度在光學(xué)元件的面積上變化。偏振調(diào)制光學(xué)元件(1)具有使第一線性偏振光線的振蕩平面和第二線性偏振光線的振蕩平面分別依照第一旋轉(zhuǎn)角和第二旋轉(zhuǎn)角被旋轉(zhuǎn)的作用，其中第一旋轉(zhuǎn)角和第二旋轉(zhuǎn)角彼此不同。
文檔編號G03F7/20GK101726863SQ20091025378
公開日2010年6月9日申請日期2005年1月14日優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者D·菲奧爾卡, M·德格恩特爾申請人:卡爾蔡司Smt股份公司

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