(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、紫外域の光に対して高精度に偏光を計測することができる計測装置及び当該計測装置を有する露光装置を提供する。【解決手段】光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、前記紫外光に少なくとも３つの互いに異なる位相差を付与する光学ユニットと、前記光学ユニットを通過した前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記撮像素子の検出結果に基づいて、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有することを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、
前記紫外光に少なくとも３つの互いに異なる位相差を付与する光学ユニットと、前記光学ユニットを通過した前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記撮像素子の検出結果に基づいて、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記光学ユニットは、第１の回転角度、第２の回転角度及び第３の回転角度の少なくとも３つの回転角度で配置されることにより前記少なくとも３つの異なる位相差を前記紫外光に付与する位相子であり、
前記第１の回転角度は０度であり、前記第２の回転角度と前記第３の回転角度との差は９０度であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２の回転角度は、２７度乃至４２度の範囲又は４８度乃至６３度の範囲であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記光学ユニットが付与する位相差は、１２５度乃至１５５度の範囲であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項５】
前記第２の回転角度は、２７度乃至４２度の範囲又は４８度乃至６３度の範囲であり、
前記位相子が付与する位相差は、１２５度乃至１５５度の範囲であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項６】
前記光学ユニットは、第１の回転角度、第２の回転角度及び第３の回転角度の少なくとも３つの回転角度で配置されることにより前記少なくとも３つの異なる位相差を前記紫外光に付与する位相子を含んでおり、
前記第１の回転角度は０度であり、前記第２の回転角度と前記第３の回転角度は符号が反対であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項７】
前記光学ユニットは、第１の応力、第２の応力及び第３の応力の少なくとも３つの応力が付加されることにより複屈折を発生する光弾性部材であり、
前記第１の応力は、実質的に位相差を０度にする強さであり、前記第２の圧力と前記第２の圧力とは、位相差の大きさが等しく、且つ、互いに符号が異なる強さであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項８】
前記光弾性部材は、前記少なくとも３つの応力が付加される方向と基準軸とのなす角度が２７度乃至４２度の範囲又は４８度乃至６３度の範囲となるように配置されることを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、複数の画素で構成され、
前記複数の画素が検出した前記紫外光の光強度を、所定の数の画素毎に平均化することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項１０】
前記偏光計測手段は、前記光源から順に、前記光学ユニット、前記偏光素子、前記撮像素子を配置し、
前記偏光素子と前記撮像素子との間に、少なくとも１つ以上のブリュースター平板又は偏光ビームスプリッターを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項１１】
前記偏光素子は、偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項１２】
前記偏光ビームスプリッターは、前記紫外光が略ブリュースター角で入射するように配置されることを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】
光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、
前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有し、
前記撮像素子は、複数の画素で構成され、
前記複数の画素が検出した前記紫外光の強度を、所定の数の画素毎に平均化することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、
前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、
前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有し、
前記偏光計測手段は、前記光源から順に、前記光学ユニット、前記偏光素子、前記撮像素子を配置し、
前記偏光素子と前記撮像素子との間に、少なくとも１つ以上のブリュースター平板又は偏光ビームスプリッターを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、
前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを有し、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
光源からの紫外光をレチクルに照明する照明光学系を有し、前記レチクルのパターンを被処理体に露光する露光方法であって、
前記照明光学系の瞳面において、前記紫外光の偏光状態を制御するステップと、
前記照明光学系の瞳面より後段において、前記紫外光に１２５度乃至１５５度の範囲の異なる３つ以上の位相差を付与するステップと、
前記異なる３つ以上の位相差が付与された紫外光の光強度をそれぞれ求めるステップと、
前記紫外光の光強度を基に、前記紫外光の偏光状態を回復するステップと、
前記回復ステップで回復された前記紫外光の偏光状態をフィードバックし、前記紫外光の偏光状態を調整するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１７】
前記付与ステップは、第１の回転角度、第２の回転角度及び第３の回転角度の少なくとも３つの回転角度で配置されることにより前記少なくとも３つの異なる位相差を前記紫外光に付与する位相差によって行われ、
前記第１の回転角度は０度であり、前記第２の回転角度と前記第３の回転角度との差は９０度であることを特徴とする請求項１６記載の露光方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１５記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像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。
【請求項１９】
紫外光の偏光を計測する計測装置であって、
前記紫外光に少なくとも３つの異なる位相差を付与する光学ユニットと、
前記光学ユニットを通過した前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを有し、
前記撮像素子の検出結果に基づいて、紫外光の偏光状態を計測することを特徴とする計測装置。
【請求項２０】
前記光学ユニットは、第１の回転角度、第２の回転角度及び第３の回転角度の少なくとも３つの回転角度で配置されることにより前記少なくとも３つの異なる位相差を前記紫外光に付与する位相子であり、
前記第１の回転角度は０度であり、前記第２の回転角度と前記第３の回転角度との差は９０度であることを特徴とする請求項１９記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置における露光光の偏光状態の計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
近年では、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光波長の半分以下の大きさのパターンを露光するような（即ち、高解像を達成する）露光装置も開発されている。このような高解像化は、一般に、露光光の短波長化及び投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることでなされる。投影光学系のＮＡを大きくすることは、像面からの垂線と入射光の進行方向との成す角が大きくなることを意味しており、高ＮＡ結像と呼ばれる。
【０００４】
高ＮＡ結像では、露光光の偏光が問題となってくる。例えば、ラインとスペースが繰り返されているような、所謂、ライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを露光する場合を考える。Ｌ＆Ｓパターンは、平面波２光束干渉によって形成される。２光束の入射方向ベクトルを含む面を入射平面とし、入射平面に垂直な偏光をＳ偏光、入射平面に平行な偏光をＰ偏光とする。なお、単に紙面に垂直な偏光をＳ偏光と呼び、単に紙面に平行な偏光をＰ偏光と呼ぶこともある。２光束の入射方向ベクトルの互いに成す角が９０度の場合、Ｓ偏光は干渉するのでＬ＆Ｓパターンに応じた光強度分布が像面上に形成される。一方、Ｐ偏光は干渉しない（干渉の効果が打ち消される）ので光強度分布は一定となり、Ｌ＆Ｓパターンに応じた光強度分布が像面上に形成されることはない。Ｓ偏光とＰ偏光が混在していると、Ｓ偏光だけのときよりもコントラストが悪い光強度分布が像面上に形成され、Ｐ偏光の割合が大きくなると像面上の光強度分布のコントラストが低下し、最終的には、パターンが形成されなくなる。
【０００５】
このため、露光光の偏光を制御する必要があり、基礎実験なども行われている（例えば、非特許文献１参照。）。なお、露光光の偏光制御は、照明光学系、詳細には、照明光学系の瞳で行われる。照明光学系の瞳で偏光制御された露光光は、照明光学系の瞳以降の光学系を介してレチクルに照射され、更に、投影光学系によって集光され、像面上に結像する。偏光制御された露光光は、十分なコントラストの光強度分布を像面上に形成することができ、より微細なパターンを露光することが可能となる。
【０００６】
一方、照明光学系の瞳で露光光の偏光を制御したとしても、照明光学系の瞳以降の光学系、若しくは、投影光学系の影響によって、照明光学系の瞳で制御した偏光状態が常に維持されて像面上に到達するとは限らない。そのため、より理想的な照明光学系、若しくは、投影光学系の開発が進められており、照明光学系単体、若しくは、投影光学系単体の性能が向上している。
【０００７】
露光装置においては、特に、所望の偏光状態が再現されているかどうかが非常に重要である。照明光学系単体、若しくは、投影光学系単体での評価に問題がなくても、露光装置として組み立てた場合に、応力復屈折などで偏光特性が変化する可能性が十分にある。従って、露光装置としての偏光状態を計測することが必要であり、例えば、ストークスパラメータを求めることで、露光装置としての偏光状態を計測する計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ、  Ｖｏｌｕｍ  ５３７７  （２００４）  ｐｐ．６８
【特許文献１】特開２００３−３２９５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている計測装置は、ストークスパラメータから偏光状態を回復（計測）するため、偏光状態を保存したまま露光光を複数に分割し、複数に分割した露光光をそれぞれ検出しなければならない。従って、複数の露光光に分割するための光束分割手段や、複数に分割した露光光を検出するＣＣＤ等の検出素子が複数必要となる。このような計測装置を露光装置に設置することを考えると、構成が非常に複雑になると共に、計測装置を設置するための大きなスペースが露光装置に必要となる。勿論、露光装置の設計上、計測装置を設置するスペースがない場合や確保することができない場合もある。このように、特許文献１に開示されている計測装置を実際に露光装置に設置することは困難であるため、露光装置としての偏光を計測することができる新たな計測装置の開発が待たれている。
【０００９】
そこで、本発明は、簡易な構成でありながら、紫外域の光に対して高精度に偏光を計測することができる計測装置及び当該計測装置を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、前記紫外光に少なくとも３つの互いに異なる位相差を付与する光学ユニットと、前記光学ユニットを通過した前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記撮像素子の検出結果に基づいて、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の側面としての露光装置は、光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有し、前記撮像素子は、複数の画素で構成され、前記複数の画素が検出した前記紫外光の強度を、所定の数の画素毎に平均化することを特徴とする。
【００１２】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを含み、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有し、前記偏光計測手段は、前記光源から順に、前記光学ユニット、前記偏光素子、前記撮像素子を配置し、前記偏光素子と前記撮像素子との間に、少なくとも１つ以上のブリュースター平板又は偏光ビームスプリッターを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの紫外光を用いて、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記光源からの紫外光を前記レチクルに照明する照明光学系と、前記紫外光に位相差を付与する光学ユニットと、前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを有し、前記照明光学系の少なくとも一部を通過した前記紫外光の偏光状態を計測する偏光計測手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、光源からの紫外光をレチクルに照明する照明光学系を有し、前記レチクルのパターンを被処理体に露光する露光方法であって、前記照明光学系の瞳面において、前記紫外光の偏光状態を制御するステップと、前記照明光学系の瞳面より後段において、前記紫外光に１２５度乃至１５５度の範囲の異なる３つ以上の位相差を付与するステップと、前記異なる３つ以上の位相差が付与された紫外光の光強度をそれぞれ求めるステップと、前記紫外光の光強度を基に、前記紫外光の偏光状態を回復するステップと、前記回復ステップで回復された前記紫外光の偏光状態をフィードバックし、前記紫外光の偏光状態を調整するステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての計測装置は、紫外光の偏光を計測する計測装置であって、前記紫外光に少なくとも３つの異なる位相差を付与する光学ユニットと、前記光学ユニットを通過した前記紫外光の偏光状態に応じて異なる透過率を有する偏光素子と、前記偏光素子を通過した前記紫外光の光強度を検出する撮像素子とを有し、前記撮像素子の検出結果に基づいて、紫外光の偏光状態を計測することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な構成でありながら、紫外域の光に対して高精度に偏光を計測することができる計測装置及び当該計測装置を有する露光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】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
本発明者は、互いに直交する座標軸をｘ及びｙ、入射光の振幅の各々の軸に沿った偏光成分をＥｘ及びＥｙ、振幅Ｅｘと振幅Ｅｙとの位相差をδとしたとき、振幅Ｅｘ及びＥｙ、位相差δを計測することが偏光計測であることに注目した。
【００２１】
図１は、本発明の一側面としての計測装置（偏光計測手段）１の構成を示す概略断面図である。計測装置１は、ピンホール１０及びフーリエ変換光学系１３を介して、撮像素子２２を有する撮像手段２０に照明光を引き回すことができる。図１において、ＩＯは露光装置の照明光学系を、ＭＢはマスキングブレードを示している。露光装置のマスクＭＫには、一般に、パターン面にゴミが付着することを防止するために、透明薄膜のペリクルＰＫが装着されている。計測装置１は、マスクＭＫ及びペリクルＰＫに相当する大きさで構成することが可能であり、露光装置に搭載することができる。勿論、この計測装置１は、ペリクルＰＫが無い場合であっても、マスクステージ（マスク駆動機構）に搭載しても構わないし、勿論マスクステージとは独立して露光装置に搭載してもよい。好ましくはこの計測装置１、特にピンホール１０は、照明光学系及び／又は投影光学系の光軸に対して垂直な平面内で可動とすることが好ましい。勿論ピンホールを多数持つ部材とピンホールを塞ぐ遮光部材とを持ち、その遮光部材を駆動することによりピンホールが擬似的に可動な状態にしてもよい。
【００２２】
図示しない光源からの照明光は、照明光学系ＩＯで導光され、所望の照度分布としてマスク面に入射する。詳細には、照明光学系ＩＯで導光された照明光は、マスク面での照明領域を制限するマスキングブレードＭＢで必要領域に絞られ、ピンホール１０に入射する。
【００２３】
ピンホール１０の位置は、スペースの関係によって、マスク面相当から若干デフォーカスしてもよい。ピンホール１０を透過した照明光は、平行レンズ１１によって、略平行光となる。平行光となった照明光は、ミラーやプリズム等からなる方向変換素子１２を介して、フーリエ変換光学系１３に入射する。
【００２４】
フーリエ変換光学系１３は、撮像手段２０の撮像面に相当する位置に空中瞳像を形成する。かかる空中像は、方向変換素子１４を介して、撮像手段２０に入射する。撮像手段２０に入射した空中像は、撮像光学系２１によって、撮像面と略共役関係にある撮像素子２２に結像する。撮像手段２０は、本実施形態では、露光装置に備え付けられているが、計測装置１に備え付けられていてもよい。具体的には、本実施形態においては、撮像手段２０は、投影光学系の波面収差等の収差測定手段や、マスクと被露光体（ウェハ等の基板）との位置合わせ（アライメント）用の測定手段と兼用していても構わない。勿論、撮像手段２０は、露光装置とは別体で支持していても構わない。
【００２５】
計測装置１において、照明光がコリメートされている位置に、透過光に対して複屈折性を示す複屈折性部材（応力複屈折性を示す部材も含む）と、偏光素子とを配置することで、照明光の偏光計測が可能となる。複屈折性光学ユニット１００と、所定の偏光方向の光を透過しそれ以外の偏光方向の光を遮光する偏光素子１６とを配置した計測装置１を図２に示す。ここでの偏光素子１６とは、前述の所定の偏光方向の光に対する透過率と、それとは異なるある偏光方向の光に対する透過率とが、３０％以上、好ましくは５０％以上違うような構成であればよい。なお、図示しない光源側（即ち、光の入射側）から複屈折性光学ユニット１００、偏光素子１６の順に配置する。なお、図２では、撮像光学系２１と複屈折性光学ユニット１００との間に、方向変換素子１５を配置している。
【００２６】
計測装置１を用いた偏光計測について説明する。撮像素子２２で計測される光強度は、振幅Ｅｘ及びＥｙ、及び、位相差δの関数である。この関数の未知数は３つ（即ち、振幅Ｅｘ及びＥｙ、及び、位相差δ）である。従って、独立な３つの状態で光強度を計測することで、入射光の偏光状態を回復（計測）することができる。なお、独立な３つの状態は、例えば、透過光に位相差を与える複屈折性光学ユニット１００で３つ以上の位相差を与えたり、複屈折性光学ユニット１００の結晶軸の方向を変えたりすることで、形成することができる。３つ以上の位相差とは、勿論「位相差を与えない」のも１つの位相差とすることができるので、例えば、位相差を与えない状態、第１の位相差を与える状態、第１の位相差とは異なる第２の位相差を与える状態でもよい。位相差を与えない状態とは、前述の複屈折性光学ユニット１００の位置に実質的に複屈折性を持たない部材を配置してもよいし、又は複屈折性光学ユニット１００の位置に光学素子を配置しないことで達成してもよい。これにより、マスクＭＫを照明する照明光の偏光計測が可能となる。
【００２７】
複屈折性光学ユニット１００は、例えば、図３に示すように、位相子１１０と、位相子ホルダー１２０とから構成される。位相子１１０は、複屈折性を有する結晶を使用する。位相子ホルダー１２０は、図３面内で回転する回転機構を有する窓１２０ａを有し、かかる窓１２０ａに位相差（複屈折）を与える位相子１１０が配置されている。位相子１１０を互いに異なる３種類以上の角度（勿論０度を含んでいてもよい）に回転させてその３つの状態で光強度を計測すれば、照明光の偏光状態を回復（計測）することができる。ここで、図３は、複屈折性光学ユニット１００の構成の一例を示す概略平面図である。
【００２８】
また、図４に示すように、３つの窓１２０Ａａ乃至１２０Ａｃを有し、各々の窓に、異なる位相差を与える位相子１１０Ａ乃至１１０Ｃを配置した位相子ホルダー１２０Ａを複屈折性光学ユニット１００に使用してもよい。位相子１１０Ａ乃至１１０Ｃには、透過光に与える複屈折量は同じであるが進相軸の向きが異なっている位相子、或いは、透過光に異なる位相差を与えると共に、進相軸の向きが異なっている位相子を使用してもよい。各々の窓１２０Ａａ乃至１２０Ａｃが図４面内で回転する回転機構を有していれば、位相子１１０Ａ乃至１１０Ｃを固定した場合と比較して、自由度を向上させることができる。また、１つの窓は透過光に位相差を与えず、他の２つの窓は透過光に位相差を与えるようにしてもよい。位相差を与えない窓は、何もない素通しでもよいし、光路長を調整するために複屈折性のない硝材を配置してもよい。なお、位相子ホルダー１２０Ａが有する窓は、３つに限らず、３つ以上であればよい。ここで、図４は、複屈折性光学ユニット１００の構成の一例を示す概略平面図である。
【００２９】
図４に示す複屈折性光学ユニット１００を用いて偏光を計測するためには、まず、位相子１１０Ａに照明光を通過させ、光強度を計測する。次に、位相子ホルダー１２０Ａを移動させて、又は、照明光をずらして、位相子１１０Ｂに照明光を通過させ、光強度を計測する。更に、位相子ホルダー１２０Ａを移動させて、又は、照明光をずらして、位相子１１０Ｃに照明光を通過させ、光強度を計測する。このようにして得られた３つの光強度から照明光の偏光状態を回復（計測）する。
【００３０】
また、図５に示すように、光弾性素子１４０を複屈折性光学ユニット１００に使用してもよい。光弾性素子１４０は、応力を加えることによって複屈折を発生させることができる素子である。光弾性素子１４０は、加える応力に従って異なる複屈折を示し、透過光に３つ以上の位相差を与えることができる。ここで、図５は、複屈折性光学ユニット１００の構成の一例を示す概略断面図である。
【００３１】
光弾性素子１４０は、図５（ａ）に示すように、透光部１４２と、応力付加部１４４とを有する。透光部１４２は、応力付加部１４４によって長手方向に押される、又は、引かれることで透過光に複屈折を与える。従って、応力の方向に沿って擬似的に光学軸が形成される。図５（ｂ）に示すように、互いに直交するＳ偏光軸とＰ偏光軸とを規定すると、光弾性素子１４０は、擬似的な光学軸を一定の角度（傾け角）だけ傾けられて配置される。勿論、光弾性素子１４０の傾け角は可変にしてもよい。ここで、応力を加える（押圧力、引張力のいずれでもよい）方向に沿って複屈折性が生じる。従って、この応力を加える方向を入射光の偏光方向に対して傾けた上で、応力を調整すれば（光弾性素子１４０の複屈折性を変化させる）、入射光に対して与える位相差を可変とすることができる。
【００３２】
光弾性素子１４０は、透光部１４２に付加する応力を均一にしにくいという問題がある。応力が均一にならない場合、透過光に与える位相差を均一にすることができず、計測誤差を招いてしまう。そこで、透光部１４２に応力を付加する応力付加部１４４を共振させることで、透光部１４２に均一な応力を加えることが好ましい。
【００３３】
このように、計測装置１は、原理的に、露光装置としての偏光計測が可能である。しかし、本発明者は、照明光に与える位相差によって、計測装置１の計測精度にばらつきが存在することを発見した。そこで、以下では、計測装置１の計測精度を向上させる条件について説明する。
【００３４】
図３に示す位相子１１０は、上述したように、複屈折性を有する結晶で構成され、進相軸と、かかる進相軸に直交する遅相軸とを有する。ここで、撮像素子２２上に互いに直交するｘ軸とｙ軸を決める。一般的には、ｘ軸とｙ軸のどちらかは、偏光素子１６の透過軸に一致させる。進相軸か遅相軸のどちらかをｘ軸に一致させれば、位相子１１０は入射光振幅のｘ成分とｙ成分に相対位相差φを与えることができる。
【００３５】
偏光計測では、基準軸を設定する必要がある。基準軸は、計測者が設定することができる。例えば、基準軸は、偏光素子１６の透過軸でもよいし、本来形成するべき理想的な偏光の向きを基準軸にしてもよい。本実施形態では、撮像素子２２から図示しない光源の方向を見て、位相子１１０の進相軸、若しくは、進相軸が基準軸に重なった状態を回転角０度と定義する。このような状態において、反時計回りに位相子１１０を回転させたときの角度を正の角度、時計回りに位相子１１０を回転させたときの角度を負の角度と定義する。
【００３６】
まず、位相子１１０の回転角をα１（第１の回転角）の状態にして、撮像素子２２で照明光の強度を計測する（第１の強度）。同様に、位相子１１０の回転角をα２（第２の回転角）の状態にして、撮像素子２２で照明光の強度を計測する（第２の強度）。最後に、位相子１１０の回転角をα３（第３の回転角）の状態にして、撮像素子２２で照明光の強度を計測する（第３の強度）。第１の強度、第２の強度及び第３の強度を基に、適当な方程式を解くことによって、照明光の偏光状態を回復（計測）することができる。
【００３７】
このような偏光計測において、偏光計測の精度に関与するのは、位相子１１０が与える位相差φ、回転角度α１乃至α３、及び、偏光素子１６の消光比である。本実施形態では、照明光の偏光状態を高精度に計測するために最適な位相差φと回転角度α１乃至α３を明らかにする。更には、偏光素子１６の消光比を向上させるための構成も示す。なお、消光比とは、透過すべき偏光方向の光の光量（透過率）と遮光すべき偏光方向の光の光量（透過率）との比のことである。この消光比が低いと偏光素子が偏光素子としての機能を十分に果たせていないこととなり、変更計測に支障をきたす可能性がある。可視領域（略４００〜７００ｎｍの光）において用いられる偏光素子は消光比が高いものが開発されているが、紫外領域、特に２５０ｎｍ以下（２００ｎｍ以下）の波長領域の光に対して消光比の高い偏光素子は少ない。そのため、この消光比を向上させるような構成が必要となる。また、位相子１１０の形状誤差に起因する計測精度の劣化を低減する方法についても説明する。
【００３８】
位相子１１０を３回回転させる方法（即ち、位相子１１０の３つの回転角度の設定）は、図６に示すように、全部で４つ（第１乃至第４の回転方法）考えられる。なお、後述する第１乃至第４の回転方法は、回転の順序は順不同でかまわない。図６は、位相子１１０を回転させる方法を説明するための図である。
【００３９】
第１の回転方法は、第１の回転角をα１、第２の回転角をα２、第３の回転角をα３とする。第１の回転方法は、３つの回転角に相関がなく、一般的な回転方法である。
【００４０】
第２の回転方法は、第１の回転角を０度（即ち、回転させない）、第２の回転角をα１、第３の回転角をα２（勿論、α１とは異なる）とする。第２の回転方法は、３つの回転角に相関がないものの、第１の回転角が０度であるという特徴を有する。
【００４１】
第３の回転方法は、第１の回転角を０度（即ち、回転させない）、第２の回転角をα１、第３の回転角をα１＋９０度とする。第３の回転方法は、第２の回転角と第３の回転角との差が９０度であるという相関があり、更に、第１の回転角が０度であるという特徴を有する。
【００４２】
第４の回転方法は、第１の回転角を０度（即ち、回転させない）、第２の回転角をα１、第３の回転角を−α１とする。第４の回転方法は、第２の回転角の符号と第３の回転角の符号が異なるという相関があり、更に、第１の回転角が０度であるという特徴を有する。
【００４３】
第１乃至第４の回転方法を鋭意検討した結果、第３の回転方法が誤差に強く高精度の偏光計測が可能であることが分かった。この理由は、進相軸と遅相軸とが直交していることに起因する。第２の回転角における位相子１１０は、第３の回転角における位相子１１０の進相軸と遅相軸が入れ替わった関係にある。従って、第２の回転角の状態で位相差φを与え、第３の回転角の状態では第２の回転角で位相差−φを与えているとみなすことができる。かかる対称性のよさが誤差に強い原因である。
【００４４】
第３の回転方法において、第２の回転角α１は、位相子１１０の対称性から正の回転角を考えればよく、０度乃至９０度の範囲にある。更に、位相子１１０が与える位相差φは、０度乃至１８０度となる。本発明者は、鋭意検討した結果、最適な第２の回転角α１と、位相子１１０が与える位相差φの範囲を絞り込んだ。その結果をグラフとして図７に示す。図７のグラフは、誤差に対する敏感度を示しており、横軸に位相子１１０が与える位相差φを、縦軸に第２の回転角α１を採用する。ここで、図７は、第３の回転方法において、位相子１１０が与える最適な位相差と、最適な回転角との関係を示すグラフである。
【００４５】
図７の黒枠で囲んだ領域ＲＡ１及びＲＡ２が、誤差に対して鈍感な領域であることを示している。位相子１１０の対称性から好ましい領域は２つ（即ち、第１の領域ＲＡ１及び第２の領域ＲＡ２）ある。第１の領域ＲＡ１は、第２の回転角α１が２７度以上４２度以下（好ましくは３２度以上及び／又は３９度以下）の範囲、位相差φが１２５度以上１５５度以下（好ましくは１３０度以上及び／又は１５０度以下）の範囲である。第２の領域ＲＡ２は、第２の回転角α１が４８度以上６３度以下（好ましくは５１度以上及び／又は５８度以下）の範囲、位相差φが１２５度乃至１５５度（好ましくは１３０度以上及び／又は１５０度以下）の範囲である。勿論、第１の領域ＲＡ１と第２の領域ＲＡ２で回転角の符号を反転させても誤差に対して鈍感な領域になるため、回転角を反転させた領域も本実施例にとって好ましい領域である。
【００４６】
次に、偏光計測の精度を更に向上させるために、偏光素子１６を改良する。露光装置の光源の波長は、一般には、紫外光であり、良好な偏光素子が存在しない。耐久性や性能を考慮すると、ブリュースター平板に多層膜を付加した偏光ビームスプリッターが、紫外光に対する偏光素子としての役割を果たすことができるが、それでも十分な消光比を達成することはできない。ここで、ブリュースター平板とは、入射角が略ブリュースター角になるように設定された透光平行平板である。
【００４７】
そこで、偏光素子１６として、偏光ビームスプリッターを２つ以上使用する、若しくは、ブリュースター平板を２つ以上使用すればよい。更には、偏光ビームスプリッターとブリュースター平板を組み合わせてもよい。偏光ビームスプリッターは、一般的に、入射角が４５度になるように設定されているが、入射角を略ブリュースター角になるように設定すれば、消光比を改善することができる。
【００４８】
更に、偏光計測の精度を向上させるために、撮像素子２２での処理について考察する。撮像素子２２は、複数の画素で構成すると、光束内の任意の点における偏光状態を知ることができるため、都合がよい。ここで、画素とは、それ自体が光強度を計測することができる最小単位である。
【００４９】
撮像素子２２としてＣＣＤを用いた場合を例に説明する。入射光束のある部分の光は、ＣＣＤのある画素（以下「ピクセル」と称する。）に対応して入射する。従って、ＣＣＤの各ピクセルで偏光計測していけば、入射光束内の各点において偏光計測が可能となる。位相子１１０は、理想的には、平行平板であるが、加工誤差によって、楔型にもなるし、表面も完全な平板ではない。更に、入射光は、完全なコリメート光ではない。従って、位相子１１０の回転によって、光束が常に一定の方向に進むわけではない。例えば、ＣＣＤの１ピクセルの大きさに光束を絞ったとして、位相子１１０が第１の回転角の状態ではＣＣＤ上の特定のピクセル（第１のピクセル）に光が入射していたとする。しかしながら、位相子１１０が第２の回転角の状態では、上述の誤差によって、第１のピクセルからずれたピクセルに光が入射することになる。従って、ＣＣＤの各ピクセルにおいて偏光を計測してしまうと、計測誤差を含んでしまう。光束のずれに起因する計測誤差を低減するためには、ＣＣＤの１ピクセルで偏光を計測するのではなく、複数のピクセルで計測した光強度を平均化すればよい。
【００５０】
本発明者は、上述した計測装置１の計測精度を向上させる条件を検証するために、様々な実験を行った。以下、本発明者が行った具体的な実験について説明する。
【実施例１】
【００５１】
第１乃至第４の回転方法を比較した実験結果を図８に示す。実験では、ｙ方向に偏光する光を入射させ、偏光を計測した。計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以下である場合を、高精度な偏光計測として判断した。ここで、図８は、位相子１１０の回転方法と偏光計測の精度との比較を示す図である。
【００５２】
まず、図６に示したように、第１の回転方法と第２の回転方法は、何の相関もなく位相子１１０を回転させているため、第３の回転方法又は第４の回転方法よりも偏光計測の精度が悪いことが予想される。
【００５３】
以下、第３の回転方法による偏光計測の精度と第４の回転方法による偏光計測の精度とを比較する。比較に用いられた位相子が透過光に与える位相差は約１４４度である。なお、第３の回転方法の実験と第４の回転方法の実験での光束の大きさは同じである。
【００５４】
図８（ａ）は、第４の回転方法において、第２の回転角を５７度にしたときの実験結果を示している。図８（ｂ）は、第３の回転方法において、第２の回転角を５７度にしたときの実験結果を示している。図中の黒い部分は、計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以上であることを意味しており、偏光計測の精度が悪いことを示している。一方、図中の白い部分は、計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以下であることを意味しており、高精度な偏光計測であることを示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）を比較するに、第３の回転方法は、第４の回転方法よりも明らかに白い部分が多く、第３の回転方法は、第４の回転方法よりも精度がよいことが分かる。
【００５５】
この原理を拡張すれば、複屈折性光学ユニット１００として、図５に示す光弾性素子１４０を使用した場合の最適な応力の付加について説明することができる。第３の回転方法は、上述したように、第２の回転角の状態で位相差φを与え、第３の回転角の状態で位相差−φを与えているとみなすことができる。光弾性部材１４０は、応力を加えることによって透過光に位相差を与える部材である。応力を加えたときに透過光に位相差φを与えるならば、原理的に逆向きに応力を加えることで透過光に位相差−φを与えることができる。従って、光弾性素子１４０を用いて偏光を計測する場合は、４８度乃至６３度傾けて光弾性素子１４０を配置し、応力が加わっていない状態で第１の強度を取得する。次に、位相差φを与えるような応力を加えた状態で第２の強度を取得する。更に、位相差−φを与えるような応力を加えた状態で第３の強度を取得する。このようにして取得した第１の強度、第２の強度及び第３の強度を基に、適当な方程式を解き、偏光状態を回復（計測）すればよい。本発明者の実験によれば、位相差φ及び位相差−φの絶対値の差が７度以内であれば、高精度な偏光計測を行うことができた。
【実施例２】
【００５６】
第３の回転方法を用いて、位相子１１０が与える位相差φの最適値を求めるため、実施例１と別の実験を行った。実験では、透過光に約８７度の位相差を与える位相子Ａと、透過光に約１４４度の位相差を与える位相子Ｂとを用いた。また、ｙ方向に偏光する光を入射させ、偏光を計測した。計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以下である場合を、高精度な偏光計測として判断した。
【００５７】
以下、位相子Ａによる偏光計測の精度と位相子Ｂによる偏光計測の精度とを比較する。位相子Ａと位相子Ｂとを比較した実験結果を図９に示す。図９は、位相子１１０が与える位相差と偏光計測の精度との比較を示す図である。なお、位相子Ａの実験と位相子Ｂの実験での光束の大きさは同じである。
【００５８】
図９（ａ）は、第３の回転方法において、位相子Ａを使用し、第２の回転角を５７度にしたときの実験結果を示している。図９（ｂ）は、第３の回転方法において、位相子Ｂを使用し、第２の回転角を５７度にしたときの実験結果を示している。図中の黒い部分は、計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以上であることを意味しており、偏光計測の精度が悪いことを示している。一方、図中の白い部分は、計測した偏光のｙ成分強度に対するｘ成分強度が０．５％以下であることを意味しており、高精度な偏光計測であることを示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）を比較するに、位相子Ｂを使用した場合は、位相子Ａを使用した場合よりも明らかに白い部分が多く、位相子Ｂを使用した場合は、位相子Ａを使用した場合よりも精度がよいことが分かる。なお、図８（ｂ）と図９（ｂ）は同じ条件で測定されているものの結果が異なるのは、実験条件が異なるため光束の大きさが異なるためである。
【実施例３】
【００５９】
偏光素子１６の改良に関して説明する。１９３ｎｍの波長の光に対応することができる硝材としては、石英がある。まず、入射面を定義する。光線が石英平板に入射すると反射光が生じるが、入射光と反射光を含む平面を入射面とする。石英の１９３ｎｍの波長の光に対する屈折率は約１．５６１であり、ブリュースター角は約５７．３度になる。
【００６０】
石英平行平板を入射光に対してブリュースター角だけ傾けて配置すれば、入射面に対して平行な偏光成分は強度比でほぼ１００％透過し、入射面に垂直な偏光成分は強度比で約６８％透過する。入射面に対して平行な偏光成分の強度は、減衰させることなく、消光比を上げることができる。従って、このようなブリュースター平板を偏光素子１６と撮像素子２２との間に配置すれば、高い消光比を得ることができ、偏光計測の精度を向上させることができる。
【００６１】
同様に、偏光ビームスプリッターを偏光素子１６と撮像素子２２との間に配置すれば、高い消光比を得ることができ、偏光計測の精度を向上させることができる。
【００６２】
マスクＭＫに偏光計測の機能を有する計測装置１を配置する場合には、図１０に示すように、偏光素子１６として偏光ビームスプリッター１６Ａを使用し、偏光ビームスプリッター１６Ａで反射された光を撮像素子２２で計測するとよい。図１０を参照するに、図２に示す偏光素子１６が偏光ビームスプリッター１６Ａに置換され、偏光ビームスプリッター１６Ａは、複屈折性光学ユニット１００を透過した光束を上方に折り曲げていることが分かる。但し、光束を折り曲げる方向は、上方に限定するものではなく、上下左右のどちらに折り曲げてもよい。勿論、偏光ビームスプリッター１６Ａを透過した透過光を偏光計測に用いてもよい。更に、ビームスプリッター１６Ａで反射した反射光及びビームスプリッター１６Ａを透過した透過光の両方を用いて偏光計測をしてもよい。ここで、図１０は、偏光ビームスプリッターを使用した計測装置１の構成を示す概略断面図である。
【００６３】
偏光ビームスプリッター１６Ａは、一般的には、４５度の入射角で光が入射する。しかし、偏光ビームスプリッター１６Ａに入射する光の入射角が４５度の場合には、一般的に、十分な消光比を得ることができない。例えば、可視光用の偏光板の消光比は１％を十分下回るのに対して、入射角が４５度の１９３ｎｍの波長に対する偏光ビームスプリッターの消光比は、２５％程度である。そこで、入射角が略ブリュースター角（例えば、５７度）の偏光ビームスプリッター１６Ａを使用すれば消光比が３％程度になり、偏光計測の精度を飛躍的に向上させることができる。
【実施例４】
【００６４】
撮像素子２２での処理の違いによる偏光計測の精度について、第３の回転方法を用いて実験を行った。その際、約１４４度の位相差を与える位相子を使用し、第２の回転角を５７度とした。入射光は、ｘ軸から−４５度傾いた直線偏光である。偏光は、一般には、楕円偏光であり、楕円の長軸と短軸との比が０．５％以下の場合を、高精度な偏光計測として判断した。
【００６５】
以下、撮像素子２２をＣＣＤとし、かかるＣＣＤでの処理の違いによる偏光計測の精度を比較する。
【００６６】
図１１（ａ）は、ＣＣＤの各ピクセルで偏光を計測した実験結果を示している。図１１（ｂ）は、ＣＣＤの縦横５ピクセルの２５ピクセルの強度を平均化して偏光を計測した実験結果を示している。図中の黒い部分は、楕円の長軸と短軸との比が０．５％以上であることを意味しており、偏光計測の精度が悪いことを示している。一方、図中の白い部分は、楕円の長軸と短軸との比が０．５％以下であることを意味しており、高精度な偏光計測であることを示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を比較するに、ＣＣＤの複数のピクセルの光強度を平均化して偏光を計測した場合は、ＣＣＤの各ピクセルで偏光を計測した場合よりも明らかに白い部分が広がっている。従って、ＣＣＤの複数のピクセルの光強度を平均化して偏光を計測した場合は、ＣＣＤの各ピクセルで偏光を計測した場合よりも精度がよいことが分かる。
【実施例５】
【００６７】
位相子を３回回転させて偏光計測を行う方法では、振幅Ｅｘ及びＥｙ、及び、位相差δを求めることが可能である。しかしながら、撮像素子で観測されるのは光強度であるため、振幅の２乗と位相差の方程式を解くことになる。２次方程式を解くと解が２種類導出される。そのため、本偏光計測方法においても測定結果を解析すれば、２種類の偏光状態が回復（計測）されてしまう。前記２種類の偏光状態のうち、ひとつは入射光の偏光状態を反映しており、もうひとつは入射光の偏光状態とはなんら関係のない偏光状態を反映している。
【００６８】
一例を示す。ｘ方向、ｙ方向の強度の透過率がそれぞれ０．３％、８１．３％の偏光板をもちいて実験を行う。ここでは、第３の回転方法を用い、第２の回転角を５７度とする。位相子が与える位相差は、１４４．１度である。被検光として、振幅Ｅｘが０．８６６、振幅Ｅｙが０．５００、そして、位相差が−５０度の光を入射した。
【００６９】
回転角が０度のとき、観測された強度は０．１６５であった。さらに、回転角が５７度、１４７度のときの観測強度はそれぞれ、０．４２２、０．６５７であった。これら３種類の強度から偏光状態を回復すると、２種類の偏光状態が得られた。第一の偏光状態は、振幅Ｅｘが０．８６６、振幅Ｅｙが０．５００、そして、位相差が−５０度であった。第二の偏光状態は、振幅Ｅｘが１．２０２、振幅Ｅｙが０．５００、そして、位相差が−１５０度であった。
【００７０】
以上のように、位相子を３回回して偏光計測する方法では、正しい偏光状態のほかに、関係ない偏光状態も回復されてしまう。
【００７１】
２種類の偏光状態から正しい偏光状態を判別する方法を紹介する。第１の判別方法は、入射光強度を別途計測し、回復した偏光状態の強度と比較して、入射光強度に近いほうを選択する方法である。上述の例だと、入射光の強度は約１である。回復された２種類の偏光状態の強度を調べてみると、第一の偏光状態は強度が約１で、第二の偏光状態は強度が約１．７である。よって、この場合は入射光強度に近い第一の偏光状態が正解であると言える。
【００７２】
第二の判別方法は、第４の回転方法を用いる方法である。第４の回転方法は計測誤差に弱く、さらに入射偏光の右回り（Ｒｉｇｈｔ−ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）と左回り（Ｌｅｆｔ−ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）を区別できない。すなわち、位相差δの符号を特定できないという欠点がある。その代わり、入射光の振幅Ｅｘ、及び、Ｅｙを一義的に決定できるという特徴がある。この特徴を用いれば、別途入射光の強度を測定することなく偏光計測を行うことが可能になる。
【００７３】
例えば、前述の偏光計測系において、位相子の回転角を−５７度としたとき観測された強度は０．４０９であった。回転角が０度のときの強度と、回転角が５７度のときの強度、そして、回転角が−５７度のときの強度を用いて偏光回復した。結果は、振幅Ｅｘが０．８６６、振幅Ｅｙが０．５００となった。この結果と第３の回転方法から得られた結果を比較するに、正解は第一の偏光状態であることがわかる。
【００７４】
更に、第三の判別方法を紹介する。位相子を４回回転させて観測した強度を解析すると一義的に入射光のストークスパラメータを求めることができる。ストークスパラメータはＳ０、Ｓ１、Ｓ２、そして、Ｓ３で記述されＳ０は入射光の強度を表す。よって、Ｓ０を用いれば、別途入射光の強度を測定することなく偏光計測を行うことが可能になる。例えば、上述の偏光計測系において、位相子の回転角を０度、５７度、１４７度、そして、−５７度と回転させてストークスパラメータを求める。結果は、Ｓ０が１．００、Ｓ１が０．５０、Ｓ２が０．５６、そして、Ｓ３が−０．６６となった。Ｓ０が１．００なので、入射光の強度は１．００であることを示している。よって、第３の回転方法から得られた結果を比較するに、正解は第一の偏光状態であることがわかる。もしくは、位相子を４回回転させれば、Ｅｘの２乗、Ｅｙの２乗、ＥｘＥｙｃｏｓδ、そして、ＥｘＥｙｓｉｎδを求めることができる。その結果、一義的に偏光状態を測定することができる。
【００７５】
なお、位相子を４回回転させてストークスパラメータを測定する際も、４種類の回転角のひとつは０度で、どれかふたつに回転角の差が９０度になっていることが望ましい。すなわち、位相子を４回回転させる４種類の角度は、０、α１、α１＋９０、α２になっていることが好ましい。
【００７６】
最後に、第四の判別方法を紹介する。これは、回転角を変えて位相子を３回回す測定を行えばよい。すると、さらに２種類の偏光状態が得られるがそのうち１つの偏光状態は正解である。よって、位相子を３回回す測定を２回行えば（ただし、上記２回の測定では位相子の回転角を異なる）、得られた４種類の解のうち値が同じ解が２つあり、それが正解となる。実際の実験では、計測誤差がのるので、得られた４種類の解のうち値が近いものの平均をとったものを正解としてもよい。ここで、位相子を３回回す測定を２回おこなうわけであるが、やはり２回とも第三の回転方法がよい。第三の回転方法を２回組み合わせる方法として、例えば、１回目の測定において第二の回転角をα１にしたならば、２回目の測定において第二の回転角を−α１±９０度にすると位相子の誤差を取り除くことができ精度があがる。
【００７７】
以上のように、本実施例では第３の回転方法を用いたときに問題となる正解の判別方法について述べた。偏光回復された２種類の偏光状態のうち正解を判別するには、判別には別途入射光の強度測定するか解析して強度を比較し判別すればよい。
【実施例６】
【００７８】
以下、図１２を参照して、本発明の一側面としての露光装置３００について説明する。図１２は、本発明の露光装置３００の構成を示す概略断面図である。
【００７９】
露光装置３００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式又はステップ・アンド・リピート方式でレチクル３２０に形成された回路パターンを被処理体３４０に露光する露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００８０】
露光装置１は、図１２に示すように、レチクル３２０を照明する照明装置３１０と、レチクル３２０を載置するレチクルステージ３２５と、投影光学系３３０と、被処理体３４０を載置するウェハステージ３４５とを有する。
【００８１】
照明装置３１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３２０を照明し、光源部３１２と、照明光学系３１４とを有する。
【００８２】
光源部３１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができる。しかし、光源の種類は限定されず、その光源の個数も限定されない。光源部３１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。
【００８３】
照明光学系３１４は、レチクル３２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系３１４は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。
【００８４】
レチクル３２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ３２５に支持及び駆動される。レチクル３２０から発せられた回折光は投影光学系３３０を通り被処理体３４０上に投影される。レチクル３２０と被処理体３４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置３００は、スキャナーであるため、レチクル３２０と被処理体３４０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル３２０のパターンを被処理体３４０上に転写する。なお、ステッパーの場合は、レチクル３４０と被処理体３４０とを静止させた状態で露光が行われる
レチクルステージ３２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル３２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ３２５を駆動することでレチクル３２０を移動することができる。ここで、レチクル３２０又は被処理体３４０の面内で走査方向をＹ軸、それに垂直な方向をＸ軸、レチクル３２０又は被処理体３４０の面に垂直な方向をＺ軸とする。レチクルステージ３２５の近傍には、図示しないアライメントスコープが配置されている。なお、露光装置３００がレチクル面で偏光を計測する場合には、上述した計測装置１がレチクルステージ３２５に配置され、複屈折性光学ユニット１００（移相子１１０）、偏光素子１６及び撮像素子２２を介して照明光の偏光を計測する。
【００８５】
投影光学系３３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正の必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用する。
【００８６】
被処理体３４０は、ウェハステージ３４５に支持及び駆動される。被処理体３４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、その他の被処理体を広く含む。被処理体３４０にはフォトレジストが塗布されている。
【００８７】
ウェハステージ３４５は、図示しないウェハチャックによって被処理体３４０を支持する。ウェハステージ３４５は、レチクルステージ３２５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に被処理体３４０を移動する。また、レチクルステージ３２５の位置とウェハステージ３４５の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ３４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。レチクルステージ３２５及び投影光学系３３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。なお、露光装置３００が像面で偏光を計測する場合には、上述した計測装置１がウェハステージ３４５に配置される。本実施形態では、計測装置１は、レチクルステージ３２５及びウェハステージ３４５に各々配置されているが、いずれかのステージだけに配置されてもよく、レチクルステージ３２５とウェハステージ３４５に分けて配置してもよい。
【００８８】
露光において、光源部３１２から発せられた光束は、照明光学系３１４によりレチクル３２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル３２０を通過してレチクルパターンを反映する光は投影光学系３３０により被処理体３４０に結像される。露光装置３００は、レチクルステージ３２５及びウェハステージ３４５上に計測装置１を有し、紫外域の照明光（露光光）に対して偏光状態を高精度に計測することが可能である。従って、かかる計測結果を照明光学系にフィードバックして偏光状態を補正するなどして所望の偏光状態を再現性よく形成することができる。これにより、露光装置３００は、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【実施例７】
【００８９】
次に、図１３及び図１４を参照して、上述の露光装置３００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する行程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００９０】
図１４は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置３００によってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置３００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００９１】
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】
【００９２】
【図１】本発明の一側面としての計測装置（偏光計測手段）の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一側面としての計測装置（偏光計測手段）の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２に示す複屈折性部材の構成の一例を示す概略平面図である。
【図４】図２に示す複屈折性部材の構成の一例を示す概略平面図である。
【図５】図２に示す複屈折性部材の構成の一例を示す概略断面図である。
【図６】図３に示す位相子を回転させる方法を説明するための図である。
【図７】第３の回転方法において、位相子が与える最適な位相差と、最適な回転角との関係を示すグラフである。
【図８】位相子の回転方法と偏光計測の精度との比較を示す図である。
【図９】位相子が与える位相差と偏光計測の精度との比較を示す図である。
【図１０】偏光ビームスプリッターを使用した計測装置の構成を示す概略断面図である。
【図１１】撮像素子での処理の違いによる偏光計測の精度の比較を示す図である。
【図１２】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１                          計測装置
１０                        ピンホール
１１                        平行レンズ
１２、１４及び１５          方向変換素子
１３                        フーリエ変換光学系
１６                        偏光素子
１６Ａ                      偏光ビームスプリッター
２０                        撮像装置
２１                        撮像光学系
２２                        撮像素子
１００                      複屈折性光学ユニット
１１０                      位相子
１２０                      位相子ホルダー
１２０ａ                    窓
１１０Ａ乃至１１０Ｃ        位相子
１２０Ａ                    位相子ホルダー
１２０Ａａ乃至１２０Ａｃ    窓
１４０                      光弾性部材
１４２                      透光部
１４４                      応力付加部
【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】
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【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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