(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光のストークスパラメターを測定する装置であって、
光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第１、第２、第３光分割素子を含み、前記第１光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第２光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第１光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第３光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第１、第２、第３光分割素子が配置された第１光分割手段と、
前記第２光分割素子を透過した光と前記第３光分割素子を反射した光のうち一方が入射する第１の偏光子と、
該第１の偏光子により分離された２つの光束の各々を受光する第１と第２の受光手段と、
前記第２光分割素子を透過した光と前記第３光分割素子を反射した光のうち前記第１の偏光子に入射しないもう一方が入射する位相差板と、
前記位相差板を透過した光が入射する第２の偏光子と、
前記第２の偏光子を透過した光を受光する第３の受光手段と、
前記第１、第２、第３の受光手段の受光光量に基づいて前記光源からの光のストークスパラメターの少なくとも１つを求める演算手段と、を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第４、第５、第６光分割素子を含み、前記第４光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第５光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第４光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第６光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第４、第５、第６光分割素子が配置された第２光分割手段と、
前記第２光分割手段で分割された光が入射する第３の偏光子と、
前記第３の偏光子を透過した光を受光する第４の受光手段と、を有することを特徴とする請求項１の測定装置。
【請求項３】
前記光源からの光はパルス光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第７、第８、第９光分割素子を含み、前記第７光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第８光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第７光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第９光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第７、第８、第９光分割素子が配置された第３光分割手段と、
前記第８光分割素子を透過した光と前記第９光分割素子を反射した光のうち一方が入射する装置と、
前記第８光分割素子を透過した光と前記第９光分割素子を反射した光のうち前記装置に入射しないもう一方が入射する請求項１から３のいずれか１項記載の測定装置とを有することを特徴とする装置群。
【請求項５】
前記装置は露光装置であることを特徴とする請求項４の装置群。
【請求項６】
前記測定装置の測定結果を前記露光装置にフィードバックし、前記露光装置を制御することを特徴とする請求項５の装置群。
【請求項７】
前記測定装置の測定結果を前記光源にフィードバックし、前記光源を制御することを特徴とする請求項５の装置群。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光束のストークスパラメターを求める際に好適な測定装置及びそれを有する装置群に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として図６にストークスメーターを示す。ストークスメーターは光束の４つのストークスパラメター、Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3を求めることで、光束の偏光状態を求めるものである。ストークスパラメター、Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3はそれぞれ、全光量、ｐ直線偏光成分もしくは基準座標軸に対するｘ偏光成分、＋４５°直線偏光成分と、右回り円偏光成分を示す指標である。
【０００３】
図６において、５１０１は光源、５１０２は光源からの光束、５１０３は位相差板、５１０４は偏光子、５１０５は受光器、５１０６は表示部または演算器である。５１０４の偏光子は回転可能となっており、５１０３の位相差板は入射光束の光路への挿入と待避が可能となっている。
【０００４】
位相差板５１０３が待避した状態で、偏光子５１０４を回転させ、偏光子５１０４の回転角度が０°、９０°、４５°の時の受光器５１０５の出力をそれぞれＩ1、Ｉ2、Ｉ3とする。また、光源５１０１からの光束の波長をλとして偏光にλ／４の位相差を発生する位相差板５１０３の進相軸を４５°として光路へ挿入し、偏光子５１０４の回転角度を９０°とした時の受光器５１０５からの出力をＩ4とする。
【０００５】
受光器５１０５からのこれらの出力を用いて、ストークスパラメター、Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3は以下の通りの演算により求められる。
【０００６】
Ｓ0＝Ｉ1＋Ｉ2
Ｓ1＝Ｉ1−Ｉ2
Ｓ2＝２＊Ｉ3−（Ｉ1＋Ｉ2）
Ｓ3＝２＊Ｉ4−（Ｉ1＋Ｉ2）
こうして光源５１０１からの光束の偏光状態を調べることに利用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のストークスメーターは偏光子などを回転する系がある場合が多いため、ストークスパラメターが急に変化する場合には測定が困難であるか、測定器が大きいものとなっている。また、偏光状態をストークスメーターで測定した光束を利用する場合には、ストークスメーターで測定している時と、装置等で光束を利用する時とで、時間的にずれているため、実際に利用している光束のパラメターを求められないなどの課題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の測定装置は、
光源からの光のストークスパラメターを測定する装置であって、
光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第１、第２、第３光分割素子を含み、前記第１光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第２光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第１光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第３光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第１、第２、第３光分割素子が配置された第１光分割手段と、
前記第２光分割素子を透過した光と前記第３光分割素子を反射した光のうち一方が入射する第１の偏光子と、
該第１の偏光子により分離された２つの光束の各々を受光する第１と第２の受光手段と、
前記第２光分割素子を透過した光と前記第３光分割素子を反射した光のうち前記第１の偏光子に入射しないもう一方が入射する位相差板と、
前記位相差板を透過した光が入射する第２の偏光子と、
前記第２の偏光子を透過した光を受光する第３の受光手段と、
前記第１、第２、第３の受光手段の受光光量に基づいて前記光源からの光のストークスパラメターの少なくとも１つを求める演算手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第４、第５、第６光分割素子を含み、前記第４光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第５光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第４光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第６光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第４、第５、第６光分割素子が配置された第２光分割手段と、
前記第２光分割手段で分割された光が入射する第３の偏光子と、
前記第３の偏光子を透過した光を受光する第４の受光手段と、を有することを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記光源からの光はパルス光であることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の装置群は、
光源からの光を反射光と透過光に分離し、偏光成分の光分割特性が互いに同一な第７、第８、第９光分割素子を含み、前記第７光分割素子に入射する光のｐ偏光成分の透過光が前記第８光分割素子にｓ偏光成分として入射するように、前記第７光分割素子に入射する光のｓ偏光成分の反射光が前記第９光分割素子にｐ偏光成分として入射するように前記第７、第８、第９光分割素子が配置された第３光分割手段と、
前記第８光分割素子を透過した光と前記第９光分割素子を反射した光のうち一方が入射する装置と、
前記第８光分割素子を透過した光と前記第９光分割素子を反射した光のうち前記装置に入射しないもう一方が入射する請求項１から３のいずれか１項記載の測定装置とを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は請求項４の発明において、
前記装置は露光装置であることを特徴としている。
請求項６の発明は請求項５の発明において、
前記測定装置の測定結果を前記露光装置にフィードバックし、前記露光装置を制御することを特徴としている。
請求項７の発明は請求項５の発明において、
前記測定装置の測定結果を前記光源にフィードバックし、前記光源を制御することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の測定装置（偏光状態検出装置）の第１実施例を図１、図２を用いて説明する。
【００１６】
図１において１０１は入射光束、１０２、１０３は入射光束を入射光束と同じ偏光状態の２つの光束に分割する分割手段（第１、第２光分割手段）である。１０４は２光束型のグラントムソン偏光プリズム（第１の偏光子）、１０７、１１０は１光束型のグラントムソン偏光プリズム（第３、第２の偏光子）、１０９はλ／４位相差板（位相差板）、１０５、１０６、１０８、１１１は受光部（第１、第２、第４、第３受光手段）、１１２は演算部（演算手段）である。
【００１７】
入射光束１０１は分割手段１０２に入射し、入射光束と同じ偏光状態で反射する第１の光束と、入射光束と同じ偏光状態で透過する第２の光束に分離される。第１の光束は二光束型のグラントムソンプリズム１０４に入射し、２つの直交する偏光に分割され、それぞれ受光部１０５と１０６に入射する。分割手段１０２を透過する第２の光束は更に分割手段１０３に入射し、入射光束と同じ偏光状態で反射する第３の光束と、入射光束と同じ偏光状態で透過する第４の光束に分離される。第３の光束は透過軸を−４５°に回転して固定した一光束型のグラントムソンプリズム１０７に入射し、＋４５°直線偏光成分を受光部１０８にて受光している。第４の光束は進相軸を＋４５°に回転して固定したλ／４位相差板に入射し、更に透過軸を０°に固定した一光束型のグラントムソンプリズム１１０に入射し、透過する偏光成分のみを受光部１１１で検出している。受光部１０５、１０６、１０８、１１１で検出された光量は演算部１１２で演算し、ストークスパラメターを求めている。
【００１８】
まず、図２において偏光状態を保存する光束分割手段を説明する。
【００１９】
図２は入射光束を入射光束と同じ偏光状態の２光束に分割する分割手段の説明図である。２０１は入射光束、２０４、２０５、２０６は光束が４５°の入射角で入射するように設置された平行平板（第１、第３、第２光分割素子）、２０２は２枚の平行平板によって２回反射する第１の光束、２０３は２枚の平行平板を両方透過する光束。２０７、２０８は本実施例では用いない不要光である。
【００２０】
平行平板２０４と平行平板２０５は平行平板２０４を反射するｐ偏光成分が平行平板２０５ではｓ偏光成分として反射するように設置されている。この構成によると、平行平板２０４をｓ偏光で反射する偏光成分は平行平板２０５ではｐ偏光成分として反射する。
【００２１】
一方、平行平板２０６は平行平板２０４を透過するｐ偏光成分が平行平板２０６ではｓ偏光成分として透過するように設置されている。この構成によると、平行平板２０４をｓ偏光で透過する偏光成分は平行平板２０６ではｐ偏光成分として反射する。
【００２２】
以下に入射光束と同じ偏光状態で二光束に分割される原理を説明する。ここでは簡略化のため、平行平板の裏面での反射は無視する。
【００２３】
入射光束が完全偏光であれば、その電界ベクトルは
Ｅ＝Ｅｐ＋Ｅｓ
と第１平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｐとｓ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｓとに分解して計算することが可能である。入射光束が部分偏光や非偏光の時もこれらは複数の完全偏光成分の集まりと考えられるので、各々の完全偏光が保存されれば良い。
【００２４】
材質の同じ平行平板３枚を用いると３つの平行平板のｐ偏光とｓ偏光の複素振幅反射率ｒp、ｒsは等しいため、入射光束のうち、第１平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分の複素振幅をＥp、ｓ偏光成分の複素振幅をＥsとすると、２回反射して得られる第１の光束２０２の第１偏光成分の複素振幅Ｅ11はＥ11＝ｒsｒpＥp
となる。一方第２偏光成分の複素振幅Ｅ12は
Ｅ12＝ｒpｒsＥs
となる。これらの足し合わせである反射光束の複素振幅Ｅ1は
Ｅ1＝ｒsｒp（Ｅp＋Ｅs）
となり、入射光束に対して定数ｒsｒpがかかっただけの光束となるため、この第１の光束２０２は偏光状態が入射光の偏光状態と同じ光束である。
【００２５】
一方２回透過して得られる第２の光束２０３の第１偏光成分の複素振幅Ｅ21は
Ｅ21＝ｔsｔpＥp
となる。一方第２偏光成分の複素振幅Ｅ22は
Ｅ22＝ｔpｔsＥs
となる。これらの足し合わせである反射光束の複素振幅Ｅ1は
Ｅ2＝ｔsｔp（Ｅp＋Ｅs）
となり、入射光束に対して定数ｔsｔpがかかっただけの光束となるため、この第２の光束２０３は偏光状態が入射光の偏光状態と同じ光束である。
【００２６】
なお、ここでは平行平板に対して入射角４５°で入射するとしたが、３枚の入射角が同じであれば、４５°である必要はない。また、グレーティング、ビームスプリッターなど、光束分割可能な素子で、素子の偏光に対する反射特性、透過特性などの分割特性が同じものを３つ用いれば、同様の効果が得られる。ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓなどは単なる実数定数であるとは限らず、膜のついたスプリッターなどを用いる場合は、位相の変化を示す複素数定数となることもある。
【００２７】
図１では不要光は図示していないが、図２の光束２０７と光束２０８は迷光となるため、ビームダンパーなどで吸収させている。
【００２８】
図１において、演算部１１２は、４つのディテクター１０５、１０６、１０８、１１１で検出される光量を以下の通り演算し、ストークスパラメターＳ0〜Ｓ3を求めている。ここでは２つの光束分割手段１０２と１０３は同じ特性を持っており、入射光と出射光は上記に説明した関係があるとする。また、グラントムソンプリズム１０４、１０７と波長板１０９の透過率は１００％と仮定する。受光部１０５、１０６、１０８、１１１で得られる光束の電界の複素振幅ＥA，ＥB，ＥC，ＥDはそれぞれ
ＥA＝ｒpｒsＥs
ＥB＝ｒsｒpＥp
【００２９】
【数１】
0003689681.tif 000002
【００３０】
となり、受光部１０５、１０６、１０８、１１１で検出する光量Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、Ｉ4はそれぞれ
Ｉ1＝｜ｒpｒs｜2｜Ｅs｜2
Ｉ2＝｜ｒsｒp｜2｜Ｅp｜2
【００３１】
【数２】
0003689681.tif 000003
【００３２】
である。ｒp、ｒs、ｔp、ｔsは予め計算か測定により求めておくことで、これらの定数分は補正演算を行う。演算部において以下の演算を行うことにより、ストークスパラメターＳ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3を求めている。
【００３３】
Ｓ0＝（Ｉ1＋Ｉ2）／｜ｒpｒs｜2
Ｓ1＝（Ｉ1−Ｉ2）／｜ｒpｒs｜2
Ｓ2＝２＊Ｉ3／｜ｒpｒsｔpｔs｜2−Ｓ0
Ｓ3＝２＊Ｉ4／｜ｔpｔs｜4−Ｓ0
上記のようにストークスパラメターを求めると、光束の光量を含め、偏光状態のすべての情報が得られるが、必要な情報だけを測定、計算する場合もある。
【００３４】
なお、ここでは１０４にグラントムソンプリズムを用いて説明したが、ローションプリズム、セナルモンプリズム、ウォラストンプリズム、または誘電体多層膜等で形成した偏光ビームスプリッターなど直交する偏光成分を分離する光学素子ならば何を用いても良い。ただし、どちらの偏光成分をどのディテクターで検出しているかに応じて、演算式は上記説明と異なる場合もある。
【００３５】
また１０７、１１０もグラントムソンプリズムを用いて説明したがこれも直線偏光成分を取り出すことが可能な光学素子であれば何を用いても良い。偏光素子としてブリュースター窓を用いることで安価な装置も可能である。
【００３６】
また、１０４で光束を２つに分離する変わりに、直線偏光成分を取り出す偏光素子を用い、１０２の分割手段の前に同じ分割手段をもう一つ設けてもう一本光束を分離し、１０２で分離した光束と直交する直線偏光成分を取り出すよう偏光素子と検出器を設けることも可能である。この方法は特に直線偏光成分を正確に取り出すために２つの精度の高いプリズムを利用する場合に有効である。
【００３７】
（実施例２）
本発明の第２実施例は光源を有する装置において、偏光状態検出装置によって光の偏光状態を実時間測定するものである。図３において本実施例を説明する。３０１は光源、３０２は光源からの光を偏光状態を保存したまま２光束に分割する図２で示す構成と同様の光束分割手段（第３光分割手段）、３０３は光源の光を利用する装置、３０４は実施例１で説明した偏光状態検出装置、３０５と３０６は光源の光と同じ偏光状態の２光束である。
【００３８】
光源３０１からの光は実施例１の図２に示した偏光状態を保存したまま２光束に分割する光束分割手段３０２に入射し、同じ偏光状態を持つ光束３０５と３０６に分割する。一方の光束３０５は偏光状態検出装置３０４によって偏光状態を測定することに用いる。もう一方の光束３０６はそのまま装置に導入される。
【００３９】
本実施例によると装置で用いている光束の偏光状態を実時間で計測している。本実施例の装置は、各種照明装置、露光装置、光学測定装置、光学観察装置、干渉計など偏光状態の変化が装置の性能を左右する装置などに用いている。
【００４０】
（実施例３）
本発明の第３実施例は実施例２において偏光状態検出装置３０４からの偏光状態に関する情報を装置３０３に送信し、この情報に基づいて装置３０３の制御をしているものである。
【００４１】
装置の制御としては、所望の偏光状態で無い場合は装置を停止するものや、装置に導入された光束の偏光状態を、装置で利用する最適な偏光状態に変換させるよう光学系によって調整するなどがある。また、求めた偏光状態に基づき装置による測定結果を補正するものもある。
【００４２】
（実施例４）
本発明の第４実施例は偏光状態検出装置によって光の偏光状態を実時間測定し、フィードバック制御をする光源である。図４において本実施例を説明する。４０１は光源、４０２は光源からの光を、偏光状態を保存したまま２光束に分割する図２で示す構成と同様の光束分割手段（第３の光分割手段）、４０４は実施例１で説明した偏光状態検出装置、４０５と４０６は光源の光と同じ偏光状態の２光束、４０７は光源制御部である。
【００４３】
光源４０１からの光は実施例１の図２に示した偏光状態を保存したまま２光束に分割する光束分割手段４０２に入射し、同じ偏光状態を持つ光束４０５と４０６に分割する。一方の光束４０５は偏光状態検出装置４０４によって光源の偏光状態を測定することに用いる。
【００４４】
本実施例によると光源からの光の偏光状態を実時間で計測している。この偏光状態に関する情報を光源制御部４０７に送信し、光源４０１にフィードバックし、偏光状態を一定の状態に保つべく、光源４０１の発光パラメターもしくは光源に含まれている不図示の偏光状態制御素子を制御している。また、場合によっては偏光状態を一定に保つだけではなく、所望の変化をするよう制御している。
【００４５】
（実施例５）
本発明の第５実施例は実施例４の光源が特にパルス光源であることを特徴とする光源である。
【００４６】
（実施例６）
本発明の第６実施例は光源を有する露光装置において、偏光状態検出装置によって光の偏光状態を実時間測定するものである。図５において本実施例を説明する。５０１は光源、５０２は光源からの光を、偏光状態を保存したまま２光束に分割する図２で示す構成と同様の光束分割手段（第３の光分割手段）、５０３は光源の光を利用する露光装置、５０４は実施例１で説明した偏光状態検出装置、５０５と５０６は光源の光と同じ偏光状態の２光束である。
【００４７】
光源５０１からの光は実施例１の図２に示した偏光状態を保存したまま２光束に分割する光束分割手段５０２に入射し、同じ偏光状態を持つ光束５０５と５０６に分割する。一方の光束５０５は偏光状態検出装置５０４によって偏光状態を測定することに用いる。もう一方の光束５０６はそのまま露光装置に導入される。
偏光状態検出装置５０４による偏光状態の情報は矢印５０７のように露光装置に送信される。不図示の露光装置の制御部はこの偏光状態の情報に基づき、露光装置の照明系のパラメターを調整して、最適な照明光によってレチクルを照明している。
【００４８】
なお、図５では光分割部と偏光状態検出装置が露光装置外に出ているが、物理的には露光装置内に収まっていてもよい。
【００４９】
（実施例７）
本発明の第７実施例は第５実施例の露光装置において、偏光状態検出装置によって測定した偏光状態に基づき、露光に適した偏光状態で発光するように光源を制御するものである。光源の制御は露光装置内の制御部から信号を出している。
【００５０】
（実施例８）
本発明の第８実施例は光源と照明光学系を有する露光装置において、照明系で形成した照明光を第１実施例の図２で示した光分割手段によって偏光状態を変化させること無く光分割し、一方の光束を第１実施例で説明した偏光状態検出装置によって偏光状態の測定を行うものである。
【００５１】
露光装置の制御部は偏光状態検出装置によって求めた偏光状態の情報を照明系にフィードバックし、照明系を常に露光に適した状態に保つよう制御している。また同時にステージ、シャッター、絞りなど露光条件を調整する部位の制御に利用している。
【００５２】
なお実施例中、偏光状態の情報はストークスパラメターであるか、その一部であるか、（例えばストークスパラメターＳ0〜Ｓ3のうちのパラメターＳ0、Ｓ1、Ｓ3）ストークスパラメターを用いて算出可能な偏光に関する情報のいずれでもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると回転素子が無い偏光状態検出装置を構成しているため、高速で、かつ実時間で偏光状態を測定している。
【００５４】
またパルス光源の各パルスの偏光状態変化や、高速に変化する偏光状態を測定している。また本発明によると光源を用いる装置の光の偏光状態を測定している。またその光の偏光状態を元に装置を制御している。また本発明によると露光装置の光源の偏光状態を検出し、その情報を元に露光パラメターなどを補正している。また本発明によると光源の偏光状態を検出し、その情報を光源にフィードバックし、発光パラメターの補正をしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例の図
【図２】  本発明の第１実施例の光分割手段の図
【図３】  本発明の第２実施例の光源を有する装置の図
【図４】  本発明の第４実施例の光源の図
【図５】  本発明の第６実施例の露光装置の図
【図６】  従来のストークスメーターの図
【符号の説明】
５１０１，  １０１，  ３０１，  ４０１，  ５０１：光源
５１０２，  ２０１，  ２０２，  ２０３，  ３０５，  ３０６：光束
５１０３，  １０９：位相差板
５１０４：偏光子
５１０５，  １０５，  １０６，  １０８，  １１１：受光器
５１０６，  １１２：表示部または演算部
１０２，  １０３，  ３０２，  ４０２，  ５０２：偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段
１０４：２光束型のグラントムソン偏光プリズム
１０７，  １１０：１光束型のグラントムソン偏光プリズム
２０４，  ２０５，  ２０６，  ４０５，  ４０６，  ５０５，  ５０６：平行平板
２０７，  ２０８：不要光
３０４，  ４０４，  ５０４：偏光状態検出装置
４０７：光源制御部
５０３：露光装置
【図１】
0003689681.tif 000004
【図２】
0003689681.tif 000005
【図３】
0003689681.tif 000006
【図４】
0003689681.tif 000007
【図５】
0003689681.tif 000008
【図６】
0003689681.tif 000009