(57)【要約】【課題】  高精度に偏光特性を計測することが可能な計測方法及び計測装置を提供する。【解決手段】  偏光特性を計測する計測方法において、マスクのパターンの像を前記像面に投影し、光源の波長以下の幅の第１（２）スリットを像面において移動させながら第１（２）スリットを透過した光を検出して、第１（２）スリットの移動方向における第１（２）光強度分布を取得する。そして、第１光強度分布の最大値及び最小値となる位置をそれぞれ決定して、第２光強度分布のうち該決定されたそれぞれの位置における光強度を用いて指標値を算出し、指標値と偏光特性との関係を表す情報を用いて、該算出された指標値に対応する偏光特性を求める。【選択図】  図５
2010114363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンの像が投影される像面における光の偏光特性を計測する計測方法において、
光源からの光を用いて前記マスクを照明して、前記マスクのパターンの像を前記像面に投影するステップと、
前記光源の波長以下の幅の第１スリットを前記像面において移動させながら前記第１スリットを透過した光を検出して、前記第１スリットの移動方向における第１光強度分布を取得するステップと、
前記光源の波長以下の幅の第２スリットを前記像面において移動させながら前記第２スリットを透過した光を検出して、前記第２スリットの移動方向における第２光強度分布を取得するステップと、
前記第１光強度分布の最大値及び最小値となる位置をそれぞれ決定して、前記第２光強度分布のうち該決定されたそれぞれの位置における光強度を用いて指標値を算出する算出ステップと、
前記指標値と前記偏光特性との関係を表す情報を用いて、該算出された指標値に対応する前記偏光特性を求めるステップと
を有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記第１スリットの幅は、前記第２スリットの幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記第１光強度分布の最大値となる位置に対応する前記第２光強度分布の位置の光強度をＩａ、前記第１光強度分布の最小値となる位置に対応する前記第２光強度分布の位置の光強度をＩｂとすると、前記指標値は、（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項４】
マスクのパターンの像が投影される像面における光の偏光特性を計測する計測装置において、
前記光源の波長以下の幅の第１スリット及び第２スリットを前記像面において移動させる移動手段と、
前記第１スリット及び前記第２スリットを透過した光を受光する受光部と、
前記受光部からの情報を用いて前記偏光特性を算出する演算部とを有し、
前記計測装置は、光源からの光を用いて前記マスクを照明して前記マスクのパターンの像を前記像面に投影した際に、
前記移動手段を用いて前記像面において前記第１スリットを移動させながら、前記受光部が前記第１スリットを透過した光を受光して、前記第１スリットの移動方向における第１光強度分布を取得し、
前記移動手段を用いて前記像面において前記第２スリットを移動させながら、前記受光部が前記第２スリットを透過した光を受光して、前記第２スリットの移動方向における第２光強度分布を取得し、
前記演算部により、前記第１光強度分布の最大値及び最小値となる位置をそれぞれ決定して、前記第２光強度分布のうち該決定されたそれぞれの位置における光強度を用いて指標値を算出し、前記指標値と前記偏光特性との関係を表す情報を用いて、該算出された指標値に対応する前記偏光特性を求めることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
前記第１スリットの幅は、前記第２スリットの幅より小さいことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記第１光強度分布の最大値となる位置に対応する前記第２光強度分布の位置の光強度をＩａ、前記第１光強度分布の最小値となる位置に対応する前記第２光強度分布の位置の光強度をＩｂとすると、前記指標値は、（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）であることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
基板を露光する露光装置において、
光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、
該照明されたマスクのパターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、
請求項４乃至６の何れか１項に記載の計測装置とを有し、
前記計測装置は、前記投影光学系の像面における光の偏光特性を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記計測装置による計測結果を用いて、前記照明光学系又は前記投影光学系を制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて、基板を露光するステップと、
該露光された基板を現像するステップと、
該現像された基板からデバイスを形成するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光特性の計測方法、計測装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系の結像性能を評価するために、光学系の波面収差や偏光特性を計測し、その結果を結像性能として用いる場合がある。近年、偏光特性は、光学系のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が高くなるにつれて像面での像形成に大きな影響を与えるため、厳しい制御性能が求められている。
【０００３】
そのため、偏光特性の高精度な計測技術が必須となっている。例えば、照明系の出口や像面で結晶などの偏光子を用いて、偏光分布を計測するなどが行われている。その他には、レジストを塗布したウエハを用いて、偏光に敏感に変動するマスクのパターンをウエハ上に露光することが行われている。この評価方法では、露光した後、レジストを現像し、現像して形成されたレジスト像をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などで計測する必要がある。この評価方法では、レジスト塗布、現像、計測という工程が必要なため、一回の評価につき、長い時間と多くのコストが必要であるという課題があった。その他に、実際に露光を行うことなく、マスクのパターンを像面に対応する空中に結像させ、その像の光強度分布（以下、空中像と呼ぶ）を直接計測器で計測し、偏光度を求める方法（以下、空中像計測法と呼ぶ）が行われている。この方法の一例として、空中像をスリットで切り出して、スリットを透過した光を受光素子で計測するスリット方式が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来のスリット方式は、例えば、図１４に示すような遮光膜Ａ５１に形成されたスリットＡ５４０を用いている。図１５に図１４中のＡ０とＢ０を結んだ断面での、スリットスキャン方式の計測センサの模式図を示す。例えば、ラインアンドスペース（以下Ｌ／Ｓ）のパターンを照明し、結像させることにより周期的な強度分布の空中像４１が形成される。空中像４１の一部の光は、空中像４１の周期の３／２倍程度の幅を有するスリットＡ５４０を透過し、遮光膜Ａ５１を支える透明基板Ａ５２を透過した後に、受光素子Ａ５３に入射する。受光素子Ａ５３に照射された光は光電変換され、スリット信号Ｓとして出力される。
【０００５】
遮光膜Ａ５１、透明基板Ａ５２および受光素子Ａ５３で構成される計測センサＡ５０をステージＡ６０でｘ方向にＬ／Ｓの半ピッチ分だけステップし、ステップ前後のセンサ出力からコントラストを算出する。コントラストは光強度の最大値と最小値との差または比など明暗の程度を表し、例えば、光強度の最大値ｐと最小値ｑとを用いて、（ｐ‐ｑ）／（ｐ＋ｑ）で与えられる。空中像４１は、偏光度によって変化し、ｐ偏光成分が増加するに従って、次第にコントラストが低くなる。例えば、空中像４２のようなコントラストの低い光強度分布となる。つまり、偏光度の変化によってコントラストが変化するため、偏光度とコントラストの関係が分かれば、算出されたコントラストから偏光度を求めることができる。
【０００６】
また、スリット幅が互いに異なる２つのスリットを用いて、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の像面上強度ＩＴＥとＩＴＭを算出する方法がある（例えば、特許文献２参照）。スリット１のＴＥ偏光の透過率をε１ＴＥ、スリット１のＴＭ偏光の透過率をε１ＴＭ、スリット２のＴＥ偏光の透過率をε２ＴＥ、スリット２のＴＭ偏光の透過率をε２ＴＭとする。その場合、スリット１をスキャンして得られる像面の光強度Ｉ１（ｘ）とスリット２をスキャンして得られる像面の光強度Ｉ２（ｘ）は、
【０００７】
【数１】
2010114363.tif 000003
【０００８】
で表される。この連立方程式をＩＴＥとＩＴＭについて解くことで、ＴＥ偏光の像面の光強度ＩＴＥと、ＴＭ偏光の像面の光強度ＩＴＭを得ることが出来る。
【特許文献１】特開２００７−２８１４６３号公報
【特許文献２】特開平８−２２９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載のようなコントラストを算出する方式では、偏光度の変化に対するコントラストの変化が鈍感である。また、スリットの位置を正確に制御しなければ、コントラストと偏光度が１対１に対応しない場合があり、コントラストの変化から偏光度の変化を求めることが困難となる課題がある。
【００１０】
図１６に、コントラストと偏光度との関係を、シミュレーションにより求めた結果を示す。ここで、光源の波長を１９３ｎｍとし、光学系の最終面と像面の間には水が満たされているとした。また、ハーフピッチが４５ｎｍで、コントラストが１の周期的な光強度分布が像面に形成されているとした。スリットは、厚み１５０ｎｍのＴａの遮光膜に形成されているものとした。なお、偏光度ＲｏＰ（Ｒａｔｉｏ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、Ｉｓ／（Ｉｓ＋Ｉｐ）で定義した。Ｉｓはｓ偏光の光強度、Ｉｐはｐ偏光の光強度である。
【００１１】
スリット幅が８０ｎｍの場合は、ＲｏＰが１から０．９に変化しても、コントラストは０．２％しか変化しない。さらに、スリット幅が１６０ｎｍの場合は、コントラストが０．５以下では対応するＲｏＰは２つ存在し、コントラストからのみでは、２つのＲｏＰのどちらに対応するのか判断することが出来ない。
【００１２】
一方、特許文献２に記載のように、２つのスリットをスキャンして偏光方向毎の像面強度を算出する方法では、空中像と、計測された像面の強度分布が非線形に変化する場合には適用することが出来ないという課題がある。例えば、図１７に示すように、空中像の強度をＩｎｔ０（ｘ）とすると、一方のスリットでは空中像の定数倍である光強度分布Ｓ１（ｘ）が計測される。式で表すと、定数ａを用いて、
（数２）
Ｓ１（ｘ）＝ａ×Ｉｎｔ０（ｘ）
と表わせる。しかし、他方のスリットを用いて、Ｓ２（ｘ）のような、空中像と位相がずれている光強度分布が計測される場合では、空中像の定数倍とならず、数式２のようにＳ２（ｘ）を表すことが出来ない。そのため、数式１を解けなかったり、解が一意に決まらなかったりする場合がある。
【００１３】
そこで、本発明では、高精度に偏光特性を計測することができる計測方法及び計測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】
【００１４】
本発明の１つの側面としての計測方法は、マスクのパターンの像が投影される像面における光の偏光特性を計測する計測方法において、光源からの光を用いて前記マスクを照明して、前記マスクのパターンの像を前記像面に投影するステップと、前記光源の波長以下の幅の第１スリットを前記像面において移動させながら前記第１スリットを透過した光を検出して、前記第１スリットの移動方向における第１光強度分布を取得するステップと、前記光源の波長以下の幅の第２スリットを前記像面において移動させながら前記第２スリットを透過した光を検出して、前記第２スリットの移動方向における第２光強度分布を取得するステップと、前記第１光強度分布の最大値及び最小値となる位置をそれぞれ決定して、前記第２光強度分布のうち該決定されたそれぞれの位置における光強度を用いて指標値を算出する算出ステップと、前記指標値と前記偏光特性との関係を表す情報を用いて、該算出された指標値に対応する前記偏光特性を求めるステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の別の側面としての計測装置は、マスクのパターンの像が投影される像面における光の偏光特性を計測する計測装置において、光源の波長以下の幅の第１スリット及び第２スリットを前記像面において移動させる移動手段と、前記第１スリット及び前記第２スリットを透過した光を受光する受光部と、前記受光部からの情報を用いて前記偏光特性を算出する演算部とを有し、前記計測装置は、前記光源からの光を用いて前記マスクを照明して前記マスクのパターンの像を前記像面に投影した際に、前記移動手段を用いて前記像面において前記第１スリットを移動させながら、前記受光部が前記第１スリットを透過した光を受光して、前記第１スリットの移動方向における第１光強度分布を取得し、前記移動手段を用いて前記像面において前記第２スリットを移動させながら、前記受光部が前記第２スリットを透過した光を受光して、前記第２スリットの移動方向における第２光強度分布を取得し、前記演算部により、前記第１光強度分布の最大値及び最小値となる位置をそれぞれ決定して、前記第２光強度分布のうち該決定されたそれぞれの位置における光強度を用いて指標値を算出し、前記指標値と前記偏光特性との関係を表す情報を用いて、該算出された指標値に対応する前記偏光特性を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高精度に偏光特性を計測することが計測方法及び計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
図１は、第１の実施例における偏光特性の計測装置を説明するための模式的な等測投影図である。計測装置は、光源と、光源からの光をマスク２０に照明する照明光学系１０と、投影光学系３０と、センサ５０と、センサ５０を移動するステージ６０とを有する。また、センサ５０からの信号を処理する信号処理部７０と、信号処理部７０から出力される信号を参照してステージ６０を駆動制御する制御部８０とを有する。
【００１８】
光源からの光は照明光学系１０で屈折、反射又は回折され、マスク（レチクル）２０に照射される。マスク２０には、クロムなどの遮光膜でパターンが形成されている。パターンが形成されたマスク２０に光が照射されることにより、パターンに依存した透過光および回折光が発生する。半導体露光装置や液晶露光装置などの場合、前記パターンは、ウエハ等の基板に転写すべき回路パターンでもよく、計測専用のパターンでもよい。
【００１９】
マスク２０のパターンで発生した透過光および回折光は、投影光学系３０に照射され、投影光学系３０は、マスク２０のパターンを像面に結像させる。投影光学系３０の像面には、光源、照明光学系１０、投影光学系３０の特性やマスク２０のパターンに依存する光強度分布である空中像４０が形成される。
【００２０】
センサ５０は、空中像４０のうちセンサ５０のスリットとアライメント用開口から透過した光を、受光素子で受光して光電変換する。そして、電気信号を信号処理部７０に出力する。
【００２１】
演算部としての信号処理部７０は、センサ５０から出力される信号を演算処理し、演算処理された結果に対応した信号を制御部８０に出力する。制御部８０は、信号処理部７０からの信号に基づいてステージ６０の駆動を制御する。
【００２２】
図２に、センサ５０のスリットが形成されている部分の上面図を示す。センサ５０には遮光膜５１が設けられており、遮光膜５１には第１スリット５４１と第２スリット５４２が形成されている。第１スリット５４１の短手方向（ｘ方向）の幅をＷ１、第２スリット５４２の短手方向（ｘ方向）の幅をＷ２とすると、偏光方向によりスリット透過特性が異なるようにするためには、Ｗ１≦λ、Ｗ２≦λとする必要がある。ここで、λは光源の波長である。つまり、Ｗ１及びＷ２は光源の波長以下の値である必要がある。
【００２３】
さらに、第１スリット５４１の長手方向（ｙ方向）の長さＬ１と第２スリット５４２の長手方向（ｙ方向）の長さＬ２が、Ｌ１≧１０×λ、Ｌ２≧１０×λとなっている。このように、光源の波長λに比較して長いスリットにすることで、スリットからの透過光は、スリットの短手方向よりも長手方向の方の偏光依存性が小さくなる。さらに、長手方向においてスリットからの回折の効果が少ないために回折角が小さくなる。長手方向の回折角が小さくなることで、長手方向に対して垂直な方向に回折光のエネルギーが集中し、受光素子上の照度を高くすることが出来る。
【００２４】
図３は、ｘｚ平面で切ったセンサ５０の断面図である。遮光膜５１は、光を透過する基板５２上に形成されている。本実施例では、図３に示すような空中像４０が形成されており、空中像４０の一部はスリット５４を透過した後、光電変換部（受光部）５３に照射される。光電変換部５３は２次元アレイ状に分割されているものとする。光電変換部５３からの信号は、信号処理部７０に入力され、メモリに適宜記憶される。
【００２５】
図４は、ｙｚ平面で切ったセンサ５０の断面図である。ｙｚ平面内の空中像４０は図４に示すような光強度分布になっている。第１スリット５４１を透過した光と、第２スリット５４２を透過した光は、それぞれ異なる受光部に照射される。第１スリット５４１から透過した光は、スリット５４１とｚ方向にほぼ重なるように配置された第１の受光部５３１で光電変換され、電気信号Ｓ１として出力される。第２スリット５４２から透過した光は、第２スリット５４２とｚ方向にほぼ重なるように配置された第２の受光部５３２で光電変換され、電気信号Ｓ２として出力される。
【００２６】
次に、センサ５０を用いた偏光特性の計測方法を説明する。図５に計測方法のフローチャートを示す。図６は計測信号の一例を示す図である。まず、照明光学系１０を用いてマスク２０を照明し、投影光学系３０を用いてマスク２０のパターンの像を像面に投影する（Ｓ１０１）。投影光学系３０の像面には、図３及び図４に示したような光強度分布の空中像４０が形成されるとする。
【００２７】
そして、ステージ６０を用いて、サンプリング定理を満たすように、空中像４０の空間周波数より２倍以上高い周波数に相当する距離（空中像４０のピッチの半分以下の距離）だけ、センサ５０をｘ方向に移動（スキャン）する。なお、スリットの長手方向と空中像４０の縞の方向が平行になっていないと、計測信号の変調度が低下するため、適宜、スリットの角度、位置のアライメントを行う。そして、センサ５０をｘ方向に移動しながら、センサ５０のスリットを透過した光の強度（光量）を計測することにより、スリットの移動方向であるｘ方向の光強度分布の情報を取得する（Ｓ１０２）。スリットのスキャンにより得られた情報をスキャン信号と呼ぶことにする。第１スリット５４１からの透過光は第１の受光部５３１で受光されて、第１の受光部５３１から信号Ｓ１として信号処理部７０に入力される。そして、第１スリット５４１の移動に伴い変化した信号Ｓ１が信号処理部７０で蓄積されて、第１スリット５４１の移動方向における第１光強度分布が得られる。
【００２８】
また、同様に、第２スリット５４２からの透過光は第２の受光部５３２で受光されて、第２の受光部５３２から信号Ｓ２として信号処理部７０に入力される。そして、第２スリット５４２の移動に伴い変化した信号Ｓ２が信号処理部７０で蓄積されて、第２スリット５４２の移動方向における第２光強度分布が得られる。このようにして得られた第１光強度分布と第２光強度分布のデータは信号処理部７０で演算処理される。
【００２９】
第１光強度分布と第２光強度分布は、空中像４０と同じ周期で変動している。図６のｘｍａｘは空中像が最大（Ｐｅａｋ）となる位置で、ｘｍｉｎは空中像が最小（Ｖａｌｌｅｙ）となる位置である。第１光強度分布（Ｓ１）のうち最大値（Ｉ１ｍａｘ）となる位置は、空中像４０が最大強度となる位置ｘｍａｘと一致している。また、第１光強度分布（Ｓ１）のうち最小値（Ｉ１ｍｉｎ）となる位置は、空中像４０が最小強度となる位置ｘｍｉｎと一致している。しかし、第２光強度分布（Ｓ２）のうち最大値となる位置は、空中像４０が最大強度となる位置ｘｍａｘと異なっており、空中像４０が最小強度となる位置ｘｍｉｎと一致している。なお、強度の最大と最小とは、空中像強度の変動する１周期内での最大、最小のことである。
【００３０】
空中像４０が最大強度となる位置に、第２スリット５４２の中心がある場合でも、信号Ｓ２は最小値となる。これは、空中像４０を形成する光の入射角が大きく、スリットが光源の波長に比べて短いことにより、スリットの透過率が位置によって異なるためである。
【００３１】
そこで、信号処理部７０は、第１光強度分布（Ｓ１）の値に基づいて、図６に示すように、空中像４０が最大と最小となる位置を判別するための参照信号を生成する（Ｓ１０３）。この参照信号に基づいて、空中像が最大となる位置ｘｍａｘに第２スリット５４２がある場合の信号Ｓ２の値Ｉａ、空中像が最小となる位置ｘｍｉｎに第２スリット５４２がある場合の信号Ｓ２の値Ｉｂを求める（Ｓ１０４）。
【００３２】
そして、信号処理部７０はコントラストとしての指標値Ｃ、
（数３）
Ｃ≡（Ｉａ‐Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ）
を算出する（Ｓ１０５）。
【００３３】
次に、この指標値Ｃと空中像を形成する光の偏光特性との関係を具体的な例で説明する。波長が１９３ｎｍ、光学系の像面には水が満たされており、ハーフピッチ４５ｎｍ周期のコントラストが１の空中像が形成されている場合を考える。空中像のコントラストは、光強度の最大値ｐと最小値ｑとを用いて、（ｐ‐ｑ）／（ｐ＋ｑ）で与えられる。
【００３４】
図７は、コントラストの指標値Ｃと、空中像を形成する光の偏光特性である偏光度ＲｏＰとの関係を示す図である。ｓ偏光が主成分（ＲｏＰがほぼ１）であるの場合において、空中像の強度分布のうち最大値となる位置にスリットの中心がある場合のセンサの出力信号をＩａとする。また、空中像の強度分布のうち最小値となる位置にスリットの中心がある場合のセンサの出力信号をＩｂとしてある。
【００３５】
図６の第１光強度分布（Ｓ１）のように、空中像の最大強度となる位置と、第１光強度分布（Ｓ１）のうち最大値となる位置が同じ場合には、指標値Ｃは正の値となる。一方、信号Ｓ２のように、空中像の最大強度となる位置と、第２光強度分布（Ｓ２）のうち最小値となる位置が同じ場合には、指標値Ｃは負の値となる。
【００３６】
図７では、スリット幅８０ｎｍの場合は、常に指標値Ｃが正となるが、スリット幅１６０ｎｍの場合では、ＲｏＰが１から０に変化するに従い、指標値Ｃが負から正の値へと変化することが分かる。そこで、スリット幅８０ｎｍからの透過光を計測して得られた情報を第１光強度分布（Ｓ１）、スリット幅１６０ｎｍからの透過光を計測して得られた情報を第２光強度分布（Ｓ２）として、指標値Ｃを算出することが可能である。
【００３７】
図７から分かるように、第２光強度分布（Ｓ２）の最大値及び最小値で算出された指標値から、ＲｏＰを一意に決定することが出来る。そのため、第２光強度分布（Ｓ２）とＲｏＰとの関係を表す数式やテーブルを予め作成しておき、それらの数式やテーブルを参照することで、指標値Ｃの値から、空中像を形成する光の偏光度ＲｏＰを決定することが出来る（Ｓ１０６）。
【００３８】
このような演算処理をすることで、空中像を形成する光の偏光特性を正確に計測することが可能となり、計測精度の向上を図ることができる。
【００３９】
さらに、計測されたＲｏＰに基づいて、像形成に望ましいＲｏＰに近づくように、照明光学系の偏光制御や、投影光学系の収差の制御を行うことが可能となる。
【００４０】
次に、スリットの幅と指標値Ｃとの関係について説明する。図８に、ＲｏＰが０、０．５、１の場合の、コントラスト指標値Ｃのスリット幅依存性を示す。条件は前述したとおりで、波長が１９３ｎｍ、光学系の像面には水が満たされており、ハーフピッチ４５ｎｍ周期のコントラストが１の空中像が形成されている場合を考える。
【００４１】
スリット幅が１００ｎｍ以下と小さい場合では、ＲｏＰによる指標値Ｃの変化は小さいが、スリット幅が大きい場合においては、ＲｏＰによる変動が大きくなる。指標値Ｃが正の値の場合は、ｓ偏光が主成分の場合における空中像の像強度と、スリットからの透過光を計測して得られた信号が同じ傾向となることを示している。よって、第１スリット５４１の幅を、指標値Ｃの符号が反転しないように第２スリット５４２より小さくしておくことで、第１スリット５４１からの透過光を計測して得られた信号は、ｓ偏光が主成分の空中像の像強度と傾向が同じとなる。
【００４２】
また、スリット幅によって、指標値Ｃと偏光度ＲｏＰの値の関係が変化している。そのため、予めスリット幅をＳＥＭなどで計測しておくか、スリットを透過した光強度分布からスリット幅を求めるなどの手法で、スリット幅の情報を取得する。そして、求められた指標値Ｃから、スリット幅の情報、および、指標値ＣとＲｏＰとの関係を表す情報を用いて、ＲｏＰの値を求めることが可能となる。
【００４３】
図９に、ＭＴＦとスリット幅との関係を示す。ＭＴＦは、指標値Ｃの絶対値と、空中像のコントラストとの比である。式で示すと数式４となる。
（数４）
ＭＴＦ≡｜Ｃ｜／空中像のコントラスト
図９に示すように、偏光度ＲｏＰが１で、スリット幅が小さい場合は、空中像のコントラスト、指標値Ｃが共にほぼ１であるため、ＭＴＦはほぼ１となる。
【００４４】
しかし、偏光度ＲｏＰが０の場合では、空中像のコントラストが１より低下するが、指標値Ｃの低下は空中像のコントラストの低下に比べて小さいため、ＭＴＦの値が大きくなる。よって、ＲｏＰが０に近く、空中像のコントラストが低下した場合でも、指標値Ｃの値が算出可能となる。したがって、高精度な偏光特性の計測を行うことができる。
【００４５】
次に、前述のように計測して得られたセンサの計測データから、空中像そのものを算出する方法について説明する。
【００４６】
図１０に一般化したスキャン信号の模式図を示す。光学系により形成される縞状の空中像の強度分布がＩｎｔ０である場合において、スキャン信号として、ＳＳ２のように元の空中像とは異なった信号が得られるとする。
【００４７】
スキャン信号は、有限な厚みを有する遮光膜に形成されたスリットを透過した光を検出して得られた信号であるため、実際の空中像にスリットの透過特性がコンボリューションされた信号となる。
【００４８】
また、スリットの透過特性は、空中像を形成する光の偏光度によっても異なる。よって、スリット信号を、予め記憶しておいた偏光度を考慮したスリットの透過特性を参照するか、あるいはコンピュータで偏光度を考慮したスリットの透過特性を計算して、デコンボリューションなどの回復処理を行う。そうすることで、実際の空中像と同様の光強度分布が計測可能となる。以上の方法により、スリット形状と偏光度に依存することのない、高精度な空中像計測方法を提供することが可能となる。
【００４９】
また、回復処理を行う際に、光源の波長幅や、偏光度、光学系の収差などをあらかじめ求めておくか、光学系から他のセンサなどを用いて得られる計測値を参照することで、回復処理の精度が向上する。
【００５０】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例を説明する。第１の実施例とはスリットとの配置が異なる。第１の実施例では、第１スリット５４１と第２スリット５４２は、ｙ方向に並んで配置されていたが、本実施例では、図１１に示すように、第１スリット５４１と第２スリット５４２をｘ方向に並べて配置している。第１スリット５４１と第２スリット５４２の中心は、距離Ｐだけ離れているとする。
【００５１】
この場合には、スリットはｘ方向にスキャンされ、第１スリット５４１と第２スリット５４２は、空中像の値が異なる場所に位置する。ただし、距離Ｐが予め分かっていれば、第１スリット５４１を透過した光を計測して得られた信号、又は、第２スリット５４２を透過した光を計測して得られた信号において、距離Ｐを考慮して計測位置を補正すればよい。
【００５２】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例を説明する。前述の実施例とはスリットとの配置が異なる。本実施例では、図１２に示すように、第１スリット５４１として複数のスリットが配置され、また、第２スリット５４２として複数のスリットが配置されている。上述のように、第１スリット５４１の幅はＷ１、第２スリット５４２の幅はＷ２とする。
【００５３】
複数のスリットはそれぞれ、空中像の周期の整数倍に対応する位置に配置することで、複数のスリットの透過光量の合計が、１つのスリットの場合よりも増加するため、信号対雑音比（ＳＮ比）が向上し、計測精度の向上が期待できる。
【００５４】
図１３にスリットが１つ場合と複数の場合における受光面での強度分布を示す。図１３（ａ）に示すように、単一スリットを透過した光は、受光面で回折の効果により広がりをもつ。これを例えば、図１３（ｂ）に示すように２つのスリットにすると、２つのスリットからの透過光が干渉し、受光面では複数のピークをもつ光強度分布となる。このとき、ピークに光エネルギーが集中するため、ピーク近傍では、単一スリットよりも高い照度の光が照射される。この現象により、ＣＣＤイメージセンサなどの１次元または２次元受光素子アレイを用いる場合には、１つのピクセルで検出可能な信号強度が高くなるため、ＳＮ比が向上し、計測精度の向上や計測時間の短縮が可能となる。
【００５５】
なお、受光素子は、２次元受光素子アレイに限らず、センサ面で２次元的に複数配置されていればよい。
【００５６】
また、前述のセンサは計測装置一般に設けられるものであるが、センサを露光装置のステージ上に配置して、投影光学系を透過した光の偏光特性を計測してもよい。ただし、センサを取り外し可能にして、計測時にステージ上に配置して、計測が終了した後に取り外してもよい。
【００５７】
（実施例４）
次に、デバイス製造方法について説明する。デバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。デバイス製造方法においては、まず、センサを露光装置のステージ上に配置して、投影光学系の像面において偏光特性を計測する。そして、計測装置による計測結果を用いて、露光装置の照明光学系の偏光制御や投影光学系の収差制御を行う。そして、制御された照明光学系及び投影光学系を用いて、感光剤が塗布された基板を露光し、露光された基板を現像する。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。
【００５８】
以上、本発明によれば、高精度な偏光特性の計測が可能であるため、高精度に光学系の偏光特性を評価することが可能となり、製造コストの低減や光学系の結像性能の高精度化が可能になる。なお、偏光特性は前述の偏光度に限らず、ｓ偏光とｐ偏光の強度比など偏光に関する指標であればよい。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】計測装置の概略図である。
【図２】第１の実施例におけるセンサの上面図である。
【図３】第１の実施例におけるセンサの断面図である。
【図４】第１の実施例におけるセンサの断面図である。
【図５】偏光特性の計測方法を示すフローチャートである。
【図６】センサから出力される信号の一例を示す図である。
【図７】指標値Ｃと偏光度ＲｏＰとの関係を示す図である。
【図８】指標値Ｃとスリット幅との関係を示す図である。
【図９】ＭＴＦとスリット幅との関係を示す図である。
【図１０】一般化したスキャン信号の模式図である。
【図１１】第２の実施例におけるセンサの上面図である。
【図１２】第３の実施例におけるセンサの上面図である。
【図１３】スリットが１つ場合と複数の場合における受光面での強度分布を示す図である。
【図１４】センサの上面図である。
【図１５】センサの断面図である。
【図１６】コントラストと偏光度との関係とを表す図である。
【図１７】空中像及び計測信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  照明光学系
２０  マスク
３０  投影光学系
４０  空中像
５０  センサ
５１  遮光膜
５２  透明基板
５３  光電変換部
５３１  第１受光部
５３２  第２受光部
５４、５４１、５４２、５４３  スリット
６０  ステージ
７０  信号処理部
８０  制御部
【図１】
2010114363.tif 000004
【図２】
2010114363.tif 000005
【図３】
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【図４】
2010114363.tif 000007
【図５】
2010114363.tif 000008
【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１７】
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