(57)【要約】【課題】投影レンズの偏光状態を簡便に評価可能とする偏光評価マスク、露光装置、及び偏光評価方法を提供する。【解決手段】一態様に係る偏光評価マスクは、露光装置の投影レンズの偏光状態を評価するために投影レンズよりも照明光の上流側に配置される。偏光評価マスクは、透明基板、遮光部、複数の１／４波長板、及び複数の偏光子を備える。遮光部は、透明基板に形成され複数の開口部を有する。複数の１／４波長板は、少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに進相軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の偏光子は、１／４波長板よりも照明光の上流側に配置され１／４波長板に重畳させて少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに透過軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の開口部の各々において、偏光子の方位角と１／４波長板の方位角との組み合わせが異なる。【選択図】図３
2011053664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置の投影レンズの偏光状態を評価するために前記投影レンズよりも照明光の上流側に配置される偏光評価マスクであって、
透明基板と、
前記透明基板に形成され複数の開口部を有する遮光部と、
少なくとも１つの前記開口部を覆うように形成され互いに進相軸の方位角が所定角度ずつ異なる複数の１／４波長板と、
前記１／４波長板よりも前記照明光の上流側に配置され前記１／４波長板に重畳させて少なくとも１つの前記開口部を覆うように形成され互いに透過軸の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子とを備え、
前記複数の開口部の各々において、前記偏光子の前記方位角と前記１／４波長板の前記方位角との組み合わせが異なる
ことを特徴とする偏光評価マスク。
【請求項２】
複数の前記偏光子は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
複数の前記１／４波長板は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
１６個の前記開口部において、前記偏光子の方位置角と前記１／４波長板の方位角との組み合わせは互いに異なる
ことを特徴とする請求項１記載の偏光評価マスク。
【請求項３】
前記複数の開口部は、所定ピッチをもって直線状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の偏光評価マスク。
【請求項４】
前記透明基板は、石英にて構成され、
前記遮光部は、クロムにて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の偏光評価マスク。
【請求項５】
前記１／４波長板は、
正一軸性結晶で構成された第１波長板と、
負一軸性結晶で構成された第２波長板とを備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の偏光評価マスク。
【請求項６】
前記第１波長板は、水晶にて構成され、
前記第２波長板は、フッ化ランタンにて構成されている
ことを特徴とする請求項５記載の偏光評価マスク。
【請求項７】
前記偏光子は、方解石にて構成されている
ことを特徴とする請求項６記載の偏光評価マスク。
【請求項８】
複数の貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の各々に嵌合された複数の偏光素子ユニットとを更に備え、
前記偏光素子ユニットの各々は、前記透明基板、前記遮光部、少なくとも１つの前記１／４波長板、及び複数の前記偏光子を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の偏光評価マスク。
【請求項９】
前記遮光部は、矩形板状に形成され、且つ長手方向に一列に並ぶ複数の前記開口部を有し、
複数の前記偏光素子ユニットは、各々１つの前記遮光部を備え、且つ複数の前記開口部が一列に並ぶように配列されている
ことを特徴とする請求項８記載の偏光評価マスク。
【請求項１０】
投影レンズと、投影レンズの偏光状態を評価するために前記投影レンズよりも照明光の上流側に配置される偏光評価マスクとを備える露光装置であって、
前記偏光評価マスクは、
透明基板と、
前記透明基板に形成され複数の開口部を有する遮光部と、
少なくとも１つの前記開口部を覆うように形成され互いに進相軸の方位角が所定角度ずつ異なる複数の１／４波長板と、
前記１／４波長板よりも前記照明光の上流側に配置され前記１／４波長板に重畳させて少なくとも１つの前記開口部を覆うように形成され互いに透過軸の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子とを備え、
前記複数の開口部の各々において、前記偏光子の前記方位角と前記１／４波長板の前記方位角との組み合わせが異なる
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
複数の前記偏光子は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
複数の前記１／４波長板は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
１６個の前記開口部において、前記偏光子の方位置角と前記１／４波長板の方位角との組み合わせは互いに異なる
ことを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
【請求項１２】
前記複数の開口部は、所定ピッチをもって直線状に配置されている
ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】
前記透明基板は、石英にて構成され、
前記遮光部は、クロムにて構成されている
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項記載の露光装置。
【請求項１４】
前記１／４波長板は、
正一軸性結晶で構成された第１波長板と、
負一軸性結晶で構成された第２波長板とを備える
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項記載の露光装置。
【請求項１５】
前記第１波長板は、水晶にて構成され、
前記第２波長板は、フッ化ランタンにて構成されている
ことを特徴とする請求項１４記載の露光装置。
【請求項１６】
前記偏光子は、方解石にて構成されている
ことを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
【請求項１７】
複数の貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の各々に嵌合された複数の偏光素子ユニットとを更に備え、
前記偏光素子ユニットの各々は、前記透明基板、前記遮光部、少なくとも１つの前記１／４波長板、及び複数の前記偏光子を備える
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項記載の露光装置。
【請求項１８】
前記遮光部は、矩形板状に形成され、且つ長手方向に一列に並ぶ複数の前記開口部を有し、
複数の前記偏光素子ユニットは、各々１つの前記遮光部を備え、且つ複数の前記開口部が一列に並ぶように配列されている
ことを特徴とする請求項１７記載の露光装置。
【請求項１９】
露光装置の投影レンズの偏光状態を評価するための偏光評価方法であって、
前記投影レンズよりも照明光側の位置に、前記照明光の下流側から、開口部を有する遮光部、前記開口部を覆う１／４波長板、前記１／４波長板に重畳する偏光子を配置し、
前記１／４波長板の進相軸の方位角、及び前記偏光子の透過軸の方位角を所定角度毎に切り替えて両者の方位角の組み合わせを複数通りに異ならせ、それぞれの組み合わせ毎に前記照明光に前記偏光子を透過させて得られる光の強度を測定し、
前記強度に基づいてミュラー行列を演算する
ことを特徴とする偏光評価方法。
【請求項２０】
複数の前記偏光子は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
複数の前記１／４波長板は、４５°ずつ異なる４通りの方位角を与え、
１６個の前記開口部において、前記偏光子の方位置角と前記１／４波長板の方位角との組み合わせは互いに異なる
ことを特徴とする請求項１９記載の偏光評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施の形態は、露光装置の偏光特性を評価するのに使用される偏光評価マスク、露光装置、及び偏光評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体露光装置の分野では、微細パターンの解像度を向上させるため、投影レンズの最下レンズと半導体基板との間を液体で浸し、開口数１以上の超高ＮＡ投影レンズを可能にした、所謂、液浸露光装置が知られている。しかし、このように開口数が増大したため、照明光の偏光状態による解像力低下が問題視され始め、照明光の２次光源面内での偏光状態が特殊な分布を持つ、偏光照明技術が開発されている。そして、偏光状態を評価する技術も開発されている。
【０００３】
従来より、偏光状態の表現には一般的にジョーンズベクトル或いはストークスパラメータが用いられる。ジョーンズベクトルは、振幅ａｘ、ａｙ、及び位相差δにより、電場ベクトルＥを以下の（数式１）のように表現したものである。
【０００４】
【数１】
2011053664.tif 000003
…（数式１）
【０００５】
このようなジョーンズベクトルで表現され得る完全偏光の光が光学素子の通過に際して、何らかの影響を受ける場合において、その光学素子の特性を表現したものがジョーンズ行列であり、以下の（数式２）で表される。ただし、ジョーンズベクトルの各要素が複素数で表現されることから、ジョーンズ行列の各要素も複素数で表現される。
【０００６】
【数２】
2011053664.tif 000004
…（数式２）
【０００７】
ジョーンズベクトルは、電場ベクトルそのものを用いた表現をしているため、一般的な光学シミュレータなどでそのまま使える利点がある。しかし、具体的なジョーンズベクトルの一例を見ても、それが直線偏光なのか楕円偏光なのか、或いは偏光の主軸がどの方向を向いているのか等、直感的には何ら示唆を与えるものではない。また、具体的なジョ−ンズ行列の一例を見ても、この行列がどのように偏光状態を変換する機能を有しているのか直感的には理解しづらく、光学系の設計や誤差の要因解析などに活用するには甚だ見通しを立てづらいという欠点がある。更に、ジョーンズベクトルやジョーンズ行列が取り扱う偏光状態は完全偏光のみで、一般的な非偏光成分を含む部分偏光には対応できない。したがって、偏光計測や偏光解析を行う場合は、特別な場合を除いて、ストークスパラメータとミュラー行列が用いられることが一般的である。
【０００８】
ストークスパラメータは、４つの要素ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３からなるテンソルである。要素ｓ０を光の全強度、要素ｓ１を０°直線偏光成分の強度、要素ｓ２を４５°直線偏光成分の強度、要素ｓ３を右回り円偏光成分の強度とすれば、完全偏光のストークスパラメータは、以下の（数式３）で表される。即ち、ジョーンズベクトルの各要素が複素数で表されるのに対し、ストークスパラメータの各要素は計測が可能な実数である。
【０００９】
【数３】
2011053664.tif 000005
…（数式３）
【００１０】
ストークスパラメータの要素ｓ１、ｓ２、ｓ３は、夫々、図５に示すポアンカレ球のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対応し、任意の偏光状態はポアンカレ球表面の１点で表現される。また、経度は偏光の方位角θの２倍に、緯度は楕円率角εの２倍に相当する。即ち、赤道上の点は直線偏光を表し、極に近づくほど楕円偏光から円偏光に近づく。偏光の極性は、北半球では右回りで、南半球では左回りである。
【００１１】
要素ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３には、以下の（数式４）の関係が成り立つ。（数式４）において右辺は完全偏光成分の強度を表しており、左辺から右辺を引いた値が非偏光成分の強度に対応している。
【００１２】
【数４】
2011053664.tif 000006
…（数式４）
【００１３】
上記（数式４）を、図５のポアンカレ球で表現すると、右辺はポアンカレ球の半径に相当するため、完全偏光ではポアンカレ球は最大となりその半径はｓ０と一致する。一方、非偏光成分が多くなるに従いポアンカレ球は小さくなり、完全非偏光では原点に収束する。
ストークスパラメータにおいて、ジョーンズベクトルに対するジョーンズ行列に相当するものが以下の（数式５）のミュラー行列である。
【００１４】
【数５】
2011053664.tif 000007
…（数式５）
【００１５】
即ち、ある光学素子のミュラー行列をＭ、入射光のストークスパラメータＳ、出射光のストークスパラメータをＳ’とおくと、夫々の関係は以下の（数式６）で表される。
【００１６】
【数６】
2011053664.tif 000008
…（数式６）
【００１７】
一般的な各光学素子のミュラー行列はすでに分かっており、例えば方位角θの直線偏光子Ｐ、及び１／４波長板Ｑは夫々以下の（数式７）、（数式８）となる。
【００１８】
【数７】
2011053664.tif 000009
…（数式７）
【００１９】
【数８】
2011053664.tif 000010
…（数式８）
【００２０】
また、方位角θでの透過率比χ２の偏光子Ｐ’及びリタデーション誤差δの１／４波長板Ｑ’は夫々以下の（数式９）、（数式１０）となる。
【００２１】
【数９】
2011053664.tif 000011
…（数式９）
【００２２】
【数１０】
2011053664.tif 000012
…（数式１０）
【００２３】
偏光状態は、以上の（数式１）〜（数式１０）を考慮して評価される。そして、公知の偏光評価方法には、次の３つの方法が含まれる。第１の偏光評価方法は、ウエハステージに到達した光の偏光状態を評価するものである。第２の偏光評価方法は、マスクを照明する光の偏光状態を計測するものである。第３の偏光評価方法は、偏光マスクと偏光モニターの間にある投影レンズのミュラー行列を決定するものである。
【００２４】
第１の偏光評価方法では、特殊な位相シフトパターンを有するテストマスクを用い、そのテストマスクを露光した際に形成されるレジストパターンから、２次光源面内での偏光状態のバランスを評価する。或いは、第１の偏光評価方法の別の形態においては、収差の偏光板の違いによる差を評価する。この第１の偏光評価方法の別の形態において用いられるマスクは、通常の収差評価パターンを２つ有するテストマスクの裏面、或いはダスト対策のために通常のフォトマスクに取り付けられるペリクルの面に２種類の偏光板を有する。これら２種類の偏光板を用いて、収差の偏光板の違いによる差が計測される。
【００２５】
第２の偏光評価方法に用いられる偏光計測マスクは、テストマスク上に照明光の上流側から見て順に広視野角１／４波長板と薄板偏光子とを備える。また、偏光計測マスクは、波長板の進相軸と偏光子の透過軸が４５度ずつ異なる１６パターンの組み合わせに対応する窓を持つ。この１６個の窓を通してウエハステージ上に搭載されたイメージセンサーで照明像を観察することで、マスクを照明する偏光状態は計測される。
【００２６】
第３の偏光評価方法は、照明光の偏光状態をポアンカレ球上の対角関係および直交関係にある６条件に設定し、ウエハステージ上の偏光モニターと、偏光計測マスクと用いて、ミュラー行列を決定するものである。
【００２７】
しかし、第３の偏光評価方法に必要となる６条件の偏光状態のうち、少なくとも２つの偏光状態に関しては、実際の露光装置での形成が難しい。したがって、露光装置の照明レンズの内部に偏光素子を追加する必要があるため、露光装置のユーザーが単独で第３の偏光評価方法を実施することは困難である。また、６つの偏光状態をそれぞれ計測する必要があり、実施できたとしても計測時間が大幅に増加する。すなわち、投影レンズのミュラー行列（偏光）を、簡便に評価する方法の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ２００６／０１８７４５１
【特許文献２】特許第３６５１６７６号公報
【特許文献３】特開２００７−１７９００３号公報
【特許文献４】特許第３９７１３６３号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６９２４  ６９２４１Ｔ
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ａ−Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｖｉｓｉｏｎ  １３  １１０６（１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、投影レンズの偏光状態を簡便に評価可能とする偏光評価マスク、露光装置、及び偏光評価方法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】
【００３１】
一態様に係る偏光評価マスクは、露光装置の投影レンズの偏光状態を評価するために投影レンズよりも照明光の上流側に配置される。偏光評価マスクは、透明基板、遮光部、複数の１／４波長板、及び複数の偏光子を備える。遮光部は、透明基板に形成され複数の開口部を有する。複数の１／４波長板は、少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに進相軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の偏光子は、１／４波長板よりも照明光の上流側に配置され１／４波長板に重畳させて少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに透過軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の開口部の各々において、偏光子の方位角と１／４波長板の方位角との組み合わせが異なる。
【００３２】
一態様に係る露光装置は、投影レンズと、投影レンズの偏光状態を評価するために投影レンズよりも照明光の上流側に配置される偏光評価マスクとを備える。偏光評価マスクは、透明基板、遮光部、複数の１／４波長板、及び複数の偏光子を備える。遮光部は、透明基板に形成され複数の開口部を有する。複数の１／４波長板は、少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに進相軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の偏光子は、１／４波長板よりも照明光の上流側に配置され１／４波長板に重畳させて少なくとも１つの開口部を覆うように形成され互いに透過軸の方位角が所定角度ずつ異なる。複数の開口部の各々において、偏光子の方位角と１／４波長板の方位角との組み合わせが異なる。
【００３３】
一態様に係る偏光評価方法は、露光装置の投影レンズの偏光状態を評価するための方法である。偏光評価方法においては、先ず、投影レンズよりも照明光側の位置に、照明光の下流側から、開口部を有する遮光部、開口部を覆う１／４波長板、１／４波長板に重畳する偏光子を配置する。次に、１／４波長板の進相軸の方位角、及び偏光子の透過軸の方位角を所定角度毎に切り替えて両者の方位角の組み合わせを複数通りに異ならせ、それぞれの組み合わせ毎に照明光に偏光子を透過させて得られる光の強度を測定する。続いて、強度に基づいてミュラー行列を演算する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係るホトマスクを含む露光装置の概略図である。
【図２】偏光評価マスク７０の上面図である。
【図３】偏光素子ユニット７２Ａの断面図である。
【図４】偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄの上面図である。
【図５】ポアンカレ球を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、一実施形態に係る偏光評価マスク、及び偏光評価方法を説明する。
【００３６】
［実施形態］
［構成］
図１は、本発明の実施形態に係るホトマスクを含む露光装置の概略図である。実施形態に係る露光装置は、照明光を基板に照射して、基板上に所定のパターンを形成する。また、露光装置は、後述する投影レンズ４０のミュラー行列（偏光状態）を特定する。露光装置は、図１に示すように、光源装置１０、照明レンズ２０、ホトマスクステージ３０、投影レンズ４０、ウエハステージ５０、及び偏光モニタ６０を有する。
【００３７】
光源装置１０は、照明光Ｌ１を照明レンズ２０に照射する。照明レンズ２０は、照明光Ｌ１を所望の輝度分布や偏光状態に変換して光Ｌ２を生成し、その光Ｌ２をホトマスクステージ３０に照明する。ホトマスクステージ３０は、ホトマスクを載置可能に構成されている。また、ホトマスクステージ３０は、偏光評価マスク７０（ミュラー行列測定マスク）を配置しており、偏光評価マスク７０にて照明された光Ｌ２を所望の輝度分布や偏光状態に変換して光Ｌ３を生成し、その光Ｌ３を投影レンズ４０に照射する。投影レンズ４０は、光Ｌ３を所望の輝度分布や偏光状態に変換して光Ｌ４を生成し、その光Ｌ４をウエハステージ５０に照射する。ウエハステージ５０は、基板を載置可能に構成されている。偏光モニタ６０は、ウエハステージ５０に照射された光Ｌ４を光Ｌ５に変換して、その光Ｌ５の偏光状態を測定可能に構成されている。
【００３８】
偏光モニタ６０は、図１に示すように、コリメータ６１、１／４波長板６２、プリズム型偏光板６３、検出器６４を有する。
【００３９】
コリメータ６１は、ウエハステージ４に照射された光を平行にして、１／４波長板６２に導光する。
【００４０】
１／４波長板６２は、回転可能に構成されており、各回転角に応じて光Ｌ４を偏光させるように構成されている。すなわち、１／４波長板６２の進相軸の方位角θ３は、角度jに可変である。１／４波長板６２は、偏光した光をプリズム型偏光子６３に導光する。１／４波長板６２は、厚さがほぼ等しい２枚の並行平板を重ねた構成を有する。これにより、１／４波長板６２の回転の際、光軸ずれは、無視できるほど小さい。
【００４１】
プリズム型偏光子６３は、固定されている。すなわち、プリズム型偏光子６３の透過軸の方位角θ４は、角度Θに固定されている。プリズム型偏光子６３は、光Ｌ４を偏光させた光Ｌ５を検出器６４に導光する。
【００４２】
検出器６４は、プリズム型偏光子６３からの光Ｌ５の強度を検出する。
【００４３】
次に、図２を参照して、偏光評価マスク７０の構成について説明する。図２は、偏光評価マスク７０の上面図である。偏光評価マスク７０は、投影レンズ４０のミュラー行列（偏光状態）を評価するために投影レンズ４０よりも照明光の上流側に配置される。偏光評価マスク７０は、図２に示すように、基板７１、及び偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄ、７３Ａ〜７３Ｄ、７４Ａ〜７４Ｄを有する。
【００４４】
基板７１は、図２に示すように、矩形板状に形成されている。基板７１は、第１位置Ｐ１にてＸ方向（スキャン方向）に所定ピッチをもって直線状に配列された４つの貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４を有する。また、基板７１は、第２位置Ｐ２にてＸ方向に所定ピッチをもって直線状に配列された４つの貫通孔Ｈ２１〜Ｈ２４を有する。さらに、基板７１は、第３位置Ｐ３にてＸ方向に所定ピッチをもって直線状に配列された４つの貫通孔Ｈ３１〜Ｈ３４を有する。第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１から、Ｙ方向（Ｘ方向に直交する方向）に＋５０ｍｍの距離を持つ。第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１から、Ｙ方向に−２５ｍｍの距離を持つ。
【００４５】
偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄ、７３Ａ〜７３Ｄ、７４Ａ〜７４Ｄは、図２に示すように、基板７１上の長方形状（例えば、１３２ｍｍ×１０４ｍｍ）の露光領域ＡＲ内に形成されている。偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄは、基板７１の貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４に嵌合されている。また、偏光素子ユニット７３Ａ〜７３Ｄは、基板７１の貫通孔Ｈ２１〜Ｈ２４に嵌合されている。さらに、偏光素子ユニット７４Ａ〜７４Ｄは、基板７１の貫通孔Ｈ３１〜Ｈ３４に嵌合されている。
【００４６】
すなわち、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄは、第１位置Ｐ１にてＸ方向に所定ピッチをもって直線状に配列され、偏光素子ユニット７３Ｂ〜７３Ｄは、第２位置Ｐ２にてＸ方向に所定ピッチをもって直線状に配列され、偏光素子ユニット７４Ｂ〜７４Ｄは、第３位置Ｐ３にてＸ方向に所定ピッチをもって直線状に配列されている。
【００４７】
偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄ、７３Ａ〜７３Ｄ、７４Ａ〜７４Ｄは、各々、光を透過する４つの窓Ｗを有する。言い換えると、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄは、第１位置Ｐ１に合計１６個の窓Ｗを有する。偏光素子ユニット７３Ａ〜７３Ｄは、第２位置Ｐ２に合計１６個の窓Ｗを有し、偏光ユニット７４Ａ〜７４Ｄは、第３位置Ｐ３に合計１６個の窓Ｗを有する。
【００４８】
次に、図３及び図４を参照して、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄの構成について説明する。図３は、偏光素子ユニット７２Ａの断面図である。偏光素子ユニット７２Ｂ〜７２Ｄの断面は、図３と同様であるため、省略している。図４は、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄの上面図である。
【００４９】
先ず、偏光素子ユニット７２Ａについて説明する。偏光素子ユニット７２Ａは、図３に示すように、ハウジング７２１、螺子７２２、透明基板７２３、遮光部７２４、広視野角１／４波長板７２５ａ、及び薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄを有する。
【００５０】
ハウジング７２１は、図３に示すように、基板７１に設けられた貫通孔Ｈ１１に配置されている。ハウジング７２１は、基板７１の裏面から突出しないように、螺子７２２にて基板７１に固定されている。ハウジング７２１は、透明基板７２３、遮光部７２４、広視野角１／４波長板７２５ａ、及び薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄを支持している。
【００５１】
透明基板７２３は、図３に示すように、光Ｌ２を透過するように構成されている。透明基板７２３は、例えば、石英にて構成されている。
【００５２】
遮光部７２４は、図３に示すように、透明基板７２３の照明光の上流側に光Ｌ２の一部を遮光するように構成されている。遮光部７２４は、開口部７２４ａ〜７２４ｄ（上述した窓Ｗに相当）を有する。開口部７２４ａ〜７２４ｄは、Ｘ方向に所定ピッチをもって並んで設けられている。遮光部７２４は、クロムにて構成されている。開口部７２４ａ〜７２４ｄの直径は、例えば、１ｍｍである。
【００５３】
広視野角１／４波長板７２５ａは、図３及び図４に示すように、開口部７２４ａ〜７２４ｄを覆うように形成されている。広視野角１／４波長板７２５ａの進相軸の方位角θ２は、０°に設定されている。広視野角１／４波長板７２５ａは、２枚の結晶板から成る１／４波長板、及び２枚の結晶板から成る零波長板を組み合わせて構成されている。２枚の結晶板から成る１／４波長板は、正一軸性結晶である水晶にて構成されている。２枚の結晶板から成る零波長板は、負一軸性結晶であるフッ化ランタンにて構成されている。ここで、水晶とフッ化ランタンは、ｎｅ−ｎｏ（ｎｅは異常光線の屈折率を意味し、ｎｏは常光線の屈折率を意味する）の絶対値及び平均屈折率が同等であるため、広い斜入射角まで安定した１／４波長板が構成できる。
【００５４】
薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄは、図３及び図４に示すように、広視野角１／４波長板７２５ａよりも照明光の上流側に配置され広視野角１／４波長板７２５ａに重畳させて開口部７２４ａ〜７２４ｄを覆うように形成されている。薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄは、互いに透過軸の方位角θ１が４５°ずつ異なるように設定されている（θ１＝０°、４５°、９０°、１３５°（−４５°））。薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄは、方解石にて構成され、光学軸が面内に向くように薄くスライスされ、厚さ８０μｍまで研磨されたものである。薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄは、広視野角１／４波長板７２５ａよりも小さく形成されている。
【００５５】
次に、偏光素子ユニット７２Ｂについて説明する。偏光素子ユニット７２Ｂは、図４に示すように、広視野角１／４波長板７２５ｂを有する。広視野角１／４波長板７２５ｂの進相軸の方位角θ２は、４５°に設定されている。なお、偏光素子ユニット７２Ｂのその他の構成は、偏光素子ユニット７２Ａと同様である。
【００５６】
次に、偏光素子ユニット７２Ｃについて説明する。偏光素子ユニット７２Ｃは、図４に示すように、広視野角１／４波長板７２５ｃを有する。広視野角１／４波長板７２５ｃの進相軸の方位角θ２は、９０°に設定されている。なお、偏光素子ユニット７２Ｃのその他の構成は、偏光素子ユニット７２Ａと同様である。
【００５７】
次に、偏光素子ユニット７２Ｄについて説明する。偏光素子ユニット７２Ｄは、図４に示すように、広視野角１／４波長板７２５ｄを有する。広視野角１／４波長板７２５ｄの進相軸の方位角θ２は、１３５°（−４５°）に設定されている。なお、偏光素子ユニット７２Ｄのその他の構成は、偏光素子ユニット７２Ａと同様である。
【００５８】
すなわち、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄは、互いに透過軸の方位角θ１が４５°ずつ異なるように設定されている。これにより、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄは、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄ、及び薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの組み合わせにより、１６パターンに偏光した光を生成することができる。
なお、偏光素子ユニット７３Ａ〜７３Ｄ、７４Ａ〜７４Ｄは、偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄと同様の構成を有する。
【００５９】
［第１算出方法］
次に、ミュラー行列の第１算出方法について説明する。第１算出方法は、１６パターンの方位角θ１とθ２の組み合わせのうち、４パターンの組み合わせを測定して、ミュラー行列を算出する方法である。例えば、第１算出方法は、１つの偏光素子ユニット７２Ａを測定するのみで、ミュラー行列を算出することができる。
【００６０】
はじめに、偏光評価マスク７０から検出器６４までの光学系配置は、以下の（数式１１）で表すことができる。なお、（数式１１）において、偏光評価マスク７０に照射される光Ｌ２のストークスパラメータをＳとし、検出器６４に照射される光Ｌ５のストークスパラメータをＳ’とする。また、薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄのミュラー行列をＰ’θ１とし、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄのミュラー行列をＱ’θ２とする。また、１／４波長板６２のミュラー行列をＱθ３とし、プリズム型偏光板６３のミュラー行列をＰθ４とする。また、投影レンズ４０のミュラー行列をＭとする（図１参照）。
【００６１】
【数１１】
2011053664.tif 000013
…（数式１１）
【００６２】
ここで、偏光評価マスク７０に設置した薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの方位角θ１と広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄの方位角θ２は、４５°おきに設定されている。また、偏光モニタ６０の１／４波長板６２の方位角θ３は、角度jに可変であり、プリズム型偏光子６３の方位角θ４は、角度Θに固定されている。したがって、以下に示すように、θ１とθ２の全ての組み合わせは、１６パターンある。
【００６３】
θ１＝０°、４５°、９０°、１３５°（−４５°）
θ２＝０°、４５°、９０°、１３５°（−４５°）
θ３＝j（可変）
θ４＝Θ（固定）
【００６４】
そして、偏光評価マスク７０の薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの振幅透過率比をχ、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄの方位角θ２でのリタデーション誤差をδθ２とすると、各条件での検出器６４上での光強度Ｉθ2、θ1（j）（＝ｓ’０）は、下記の（数式１２）となる。
【００６５】
【数１２】
2011053664.tif 000014
…（数式１２）
【００６６】
ただし、上記の（数式１２）に示される係数は、以下に示す（数式１３）〜（数式２９）を意味する。
【００６７】
【数１３】
2011053664.tif 000015
…（数式１３）
【００６８】
【数１４】
2011053664.tif 000016
…（数式１４）
【００６９】
【数１５】
2011053664.tif 000017
…（数式１５）
【００７０】
【数１６】
2011053664.tif 000018
…（数式１６）
【００７１】
【数１７】
2011053664.tif 000019
…（数式１７）
【００７２】
【数１８】
2011053664.tif 000020
…（数式１８）
【００７３】
【数１９】
2011053664.tif 000021
…（数式１９）
【００７４】
【数２０】
2011053664.tif 000022
…（数式２０）
【００７５】
【数２１】
2011053664.tif 000023
…（数式２１）
【００７６】
【数２２】
2011053664.tif 000024
…（数式２２）
【００７７】
【数２３】
2011053664.tif 000025
…（数式２３）
【００７８】
【数２４】
2011053664.tif 000026
…（数式２４）
【００７９】
【数２５】
2011053664.tif 000027
…（数式２５）
【００８０】
【数２６】
2011053664.tif 000028
…（数式２６）
【００８１】
【数２７】
2011053664.tif 000029
…（数式２７）
【００８２】
【数２８】
2011053664.tif 000030
…（数式２８）
【００８３】
【数２９】
2011053664.tif 000031
…（数式２９）
【００８４】
上記において、照明光Ｌ２の偏光状態Ｓ（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）、薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの振幅透過率比χ、及び広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄのリタデーション誤差δθ２は、予め測定可能であるため、（数式１４）〜（数式２９）に示す全ての係数は算出可能である。したがって、方位角θ１と方位角θ２による１６パターンの組み合わせのうち、少なくとも４パターンの組み合わせについて測定すればよい。すなわち、偏光モニタ６０に搭載の１／４波長板６２の方位角θ３（＝j）を所望の角度ごとに回転させながら、検出器６４で透過強度Ｉθ１、θ２（j）を計測する。続いて、連立方程式を解くのと同様の方法で、（数式１３）のH０（j）、H１（j）、H２（j）及びH３（j）を算出する。次に、各H０（j）、H１（j）、H２（j）及びH３（j）についてフーリエ解析を行い、定数項ａｉ、ｃｏｓ（２j）の項ｂｉ、ｓｉｎ（２j）の項ｃｉ、ｃｏｓ（４j）の項ｄｉ、及びｓｉｎ（４j）の項ｅｉについて夫々係数を求める。これにより、投影レンズ４０のミュラー行列の全要素を決定することができる。ただし、ｉ＝０、１、２、３である。
【００８５】
例えば、H０（j）にフーリエ解析を行うと、以下の（数式３０）に示すミュラー行列の４要素（ｍ００、ｍ１０、ｍ２０、ｍ３０）を算出できる。
【００８６】
【数３０】
2011053664.tif 000032
2011053664.tif 000033
2011053664.tif 000034
2011053664.tif 000035
…（数式３０）
【００８７】
H１（j）、H２（j）及びH３（j）についてもH０（j）と同様であり，H１（j）からは（ｍ０１、ｍ１１、ｍ２１、ｍ３１）を、H２（j）からは（ｍ０２、ｍ１２、ｍ２２、ｍ３２）を、H３（j）からは（ｍ０３、ｍ１３、ｍ２３、ｍ３３）を算出できる。尚、偏光モニタ６０に搭載のプリズム型偏光子６３の固定された方位角θ４（＝Θ）は、次式（数式３１）で表され、本測定結果から算出することが可能である。
【００８８】
【数３１】
2011053664.tif 000036
…（数式３１）
【００８９】
［第２算出方法］
次に、ミュラー行列の第２算出方法について説明する。第２算出方法は、１６パターンの方位角θ１と方位角θ２の組み合わせを全て測定して、ミュラー行列を算出する方法である。すなわち、第２算出方法は、４つの偏光素子ユニット７２Ａ〜７２Ｄを測定して、ミュラー行列を算出する方法である。上述の第１算出方法では、１６パターンの方位角θ１と方位角θ２の組み合わせのうち、少なくとも４パターンの組み合わせについて測定すれば、ミュラー行列の全要素を決定できる。しかしながら、第１算出方法では、選び方によっては計算上の誤差が大きくなり、不適当な組み合わせが存在する。例えば、偏光モニタ６０のプリズム型偏光子６３の方位角θ４（＝Θ）が０°方向に固定され、照明光Ｌ２が非偏光である場合について考える。この場合（数式１３）は、以下の（数式３２）、（数式３３）のように書き換えることができる。
【００９０】
【数３２】
2011053664.tif 000037
…（数式３２）
【００９１】
【数３３】
2011053664.tif 000038
2011053664.tif 000039
2011053664.tif 000040
2011053664.tif 000041
2011053664.tif 000042
…（数式３３）
【００９２】
また、照明光Ｌ２のストークスパラメータは、以下の（数式３４）となる。
【００９３】
【数３４】
2011053664.tif 000043
…（数式３４）
【００９４】
このとき、方位角θ１が０°、９０°である薄板偏光子７２６ａ、７２６ｃのみを用いて方位角θ１、θ２の４パターン以上の組み合わせを選択して計測すると、H２（j）の係数が他に比べて著しく小さいことから、計算精度が低下することが分かる。方位角θ１が４５°、−４５°である薄板偏光子７２６ｂ、７２６ｄのみを用いて方位角θ１、θ２の４パターン以上の組み合わせを選択して計測しても、同様にH１（j）の精度が低下する。また、方位角θ２が０°、９０°である広視野角１／４波長板７２５ａ、７２５ｃのみを用いて方位角θ１、θ２の４パターン以上の組み合わせを選択して計測すると、H１（j）とH２（j）の両方について係数がほとんどゼロとなるため、計算精度が低下する。方位角θ２が４５°、−４５°である広視野角１／４波長板７２５ｂ、７２５ｄのみを用いて方位角θ１、θ２の４パターン以上の組み合わせを選択して計測すると、H１（j）とH３（j）が独立ではなく、両者とも誤差が大きくなることが分かる。したがって、如何なる場合においても、確実に精度良くミュラー行列の全ての要素を決定するためには、偏光評価マスク７０に設けられた方位角θ１、θ２の１６パターンの組み合わせの全てを測定する必要がある。
【００９５】
そこで、第２算出方法は、１６パターンの組み合わせの測定結果を全て使い、解析的にミュラー行列の各要素を決定する。まず、（数式１２）を以下の（数式３５）のように書き換える。
【００９６】
【数３５】
2011053664.tif 000044
…（数式３５）
【００９７】
ただし、（数式３５）に記載の係数は、以下の（数式３６）に示す関係を有する。
【００９８】
【数３６】
2011053664.tif 000045
2011053664.tif 000046
2011053664.tif 000047
2011053664.tif 000048
2011053664.tif 000049
…（数式３６）
【００９９】
次に、各方位角θ１、θ２の組み合わせごとに、回転移相子法の要領で検出器６４上での光強度Ｉθ２、θ１（j）を一定の間隔で複数の角度jに対して測定する。続いて、測定結果に基づき、フーリエ解析を用いて各方位角θ１、θ２の組み合わせにおけるUθ２、θ１，Vθ２、θ１，Wθ２、θ１，Xθ２、θ１及びYθ２、θ１を算出する。次に、１６パターンの組み合わせにおけるUθ２、θ１，Vθ２、θ１，Wθ２、θ１，Xθ２、θ１及びYθ２、θ１に基づき、最小二乗法を用いて、ａｊ，ｂｊ，ｃｊ，ｄｊ及びｅｊを求める。これにより、ミュラー行列の全要素を決定できる。
【０１００】
具体的には，３つの行列Ｇ、Ｕ、及びＡを以下に示す（数式３７）〜（数式３９）のように定義する。ただし、[ab]は、１６パターンの組み合わせにおけるaq2,q1bq2,q1の総和であり、以下に示す（数式４０）に示す関係とする。
【０１０１】
【数３７】
2011053664.tif 000050
…（数式３７）
【０１０２】
【数３８】
2011053664.tif 000051
【０１０３】
【数３９】
2011053664.tif 000052
…（数式３９）
【０１０４】
【数４０】
2011053664.tif 000053
…（数式４０）
【０１０５】
このように定義することで、正規方程式「Ｕ＝ＧＡ」を立てることができる。すなわち、行列Ｇの逆行列を計算することで、以下の（数式４１）に示すように行列Ａの全要素を一度に算出することができる。
【０１０６】
【数４１】
2011053664.tif 000054
…（数式４１）
【０１０７】
そして、（数式４１）を（数式３０）に代入し、ミュラー行列Ｍの全要素が決定できる。
【０１０８】
［効果］
本実施形態によれば、ホトマスクステージ３０に偏光評価マスク７０を配置し、偏光モニタ６０で光の強度を測定することにより、投影レンズ４０のミュラー行列（偏光特性）の計測を簡便に実施することができる。
【０１０９】
さらに、偏光評価マスク７０は、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄと薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの方位角θ１、θ２の組み合わせが異なる１６個の窓Ｗをスキャン方向一列に並べて形成されている。これにより、１６パターンの組み合わせにおいて常に同じ像高位置で測定できるため、像高の違いによる測定誤差をなくし、信頼性の高い測定が可能となる。
【０１１０】
また、薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄの各々は、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄよりも小さく設計されている。これにより、薄板偏光子７２６ａ〜７２６ｄは、非常に破損しやすい方解石で構成されているが、質量や体積を小さく抑えられ、衝撃や熱膨張によって破損しないようにされている。
【０１１１】
［その他の実施の形態］
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１１２】
例えば、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄは、波長１９３ｎｍに対する十分な透過性がある材料で、正一軸性結晶と負一軸性結晶との組み合わせであれば、如何なる光学材料の組み合わせであってもよい。また、広視野角１／４波長板７２５ａ〜７２５ｄは、正一軸性結晶と負一軸性結晶との組み合わせに限定されず、最終的に夫々２枚ずつからなる４枚の結晶板を組み合わせた際の位相遅れが概ね９０°であればよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…光源装置、  ２０…照明レンズ、  ３０…ホトマスクステージ、  ４０…投影レンズ、  ５０…ウエハステージ、  ６０…偏光モニタ。
【図１】
2011053664.tif 000055
【図２】
2011053664.tif 000056
【図３】
2011053664.tif 000057
【図４】
2011053664.tif 000058
【図５】
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