(57)【要約】リソグラフのステッパおよびスキャナのための実効光源コヒーレンスマトリクスの角度依存性（ｎｘ，ｎｙ）および空間依存性（ｘ，ｙ）の両方を分解するための方法および装置を記載している。最初に、その場(in-situ)光源計測機器を、その場(in-situ)偏光素子と組み合わせて、その場(in-situ)光源結像偏光子またはＩＳＩＰ(In-situ Source Imaging Polarizer)を作成する。ＩＳＩＰは、リソグラフ露光機に搭載され、整列され、適切な記録媒体または記録センサ上で露出される。レジストでコートしたウエハまたは電子センサを備えた記録センサは、多数の異なるフィールドポイントでの画像強度を取り込んむ。得られた測定値は、コンピュータプログラムに入力され、複数のフィールドポイントでの方向余弦の関数として、光源コヒーレンスマトリクスを再構成する。代替のＩＳＩＰ構成は、詳細に検討している。ＩＳＩＰの応用は、遠紫外線およびＥＵＶのリソグラフ、プロセス最適化、プロセス監視、チップ製造のためのマップ作成を行う偏光光源を含む。
2008527756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影結像システムでの光源の偏光状態を測定する方法であって、
少なくとも１つの、その場偏光素子グループを記録媒体に露出することと、
露出した偏光グループ内のサブコンポーネントでの強度を測定することと、
強度測定に基づいて、光源の偏光マトリクスを再構築することとを含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つの、その場偏光素子グループは、その場光源結像偏光子の中に含まれている請求項１記載の方法。
【請求項３】
その場光源結像偏光子は、レチクルをさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
その場光源結像偏光子は、その場光源計測機器をさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
記録媒体は、基板上に設けられる請求項１記載の方法。
【請求項６】
記録媒体は、電子センサを備える請求項１記載の方法。
【請求項７】
投影結像装置の偏光状態を測定するための装置であって、
その場光源計測機器と、
少なくとも１つの偏光素子を備えた、その場偏光素子グループとを含む装置。
【請求項８】
その場光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルをさらに含み、
第２面は、クロムコーティング中に少なくとも１つの開口を備えたクロムコーティングを含む請求項７記載の装置。
【請求項９】
第１面と第２面を持つレチクルであって、第１面は、少なくとも１つの開口を備えたコーティングを含むようにしたレチクルと、
少なくとも１つの開口を備えたアパーチャ板とをさらに含み、
アパーチャ板は、第１レチクル面から離れており、アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、クロムコーティング中の少なくとも１つの開口と対応するようにした請求項７記載の装置。
【請求項１０】
第１面と第２面を持つレチクルと、
レチクルの第２面に近接した少なくとも１つのレンズと、
レチクルの第２面の上方に搭載されたアパーチャ板とをさらに含み、
アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのレンズと対応するようにした請求項７記載の装置。
【請求項１１】
第１面と第２面を持つレチクルと、
第１および第２の反射プリズムと、
第１および第２の反射プリズムの間で、レチクルの第２面の上に水平に搭載された光源アパーチャ絞りとをさらに含む請求項７記載の装置。
【請求項１２】
第１面と第２面を持つレチクルと、
レチクルの第１面に近接した少なくとも１つのレンズと、
レチクルの第２面の上方に搭載されたアパーチャ板とを含み、
アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのレンズと対応しており、
アパーチャ板の開口の像が無限遠に結像されるようにした請求項７記載の装置。
【請求項１３】
偏光素子グループは、複数のフィールドポイントで、レチクルを横断してリニアに配置された少なくとも２つの偏光素子を含む請求項７記載の装置。
【請求項１４】
偏光素子グループは、その場光源計測機器の第１面を横断して２次元アレイに再製作され配置されて、対象となるリソグラフフィールド全体をカバーするようにした請求項７記載の装置。
【請求項１５】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項１６】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、
３つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項１７】
偏光素子グループは、４つの偏光素子と、１つの非偏光素子とを含み、
該素子は、レチクルの第２面に搭載され、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列しており、
非偏光素子は、レチクルのアパーチャ板において追加の開口を備える請求項７記載の装置。
【請求項１８】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された２つの素子を含み、
第１素子は、偏光性であって、９０度シート偏光子を備え、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して整列しており、
第２素子は、レチクルのアパーチャ板における追加の孔によって代表されるようにした請求項７記載の装置。
【請求項１９】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの素子を含み、
第１素子は、偏光性であって、９０度シート偏光子を備え、
第２素子は、０度シート偏光子であり、
第１素子および第２素子の両方はレチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列しており、
第３素子は、レチクルのアパーチャ板における追加の孔によって代表されるようにした請求項７記載の装置。
【請求項２０】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含み、
第１素子は、偏光性であって、４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、
第２素子は４５度シート偏光子であり、
第３素子は９０度シート偏光子であり、
各偏光素子は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２１】
偏光素子グループは、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２２】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２３】
偏光素子グループは、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、上記レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２４】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は、第１の４５度シート偏光子に近接して搭載された１／４波長板を備え、該４５度シート偏光子はアパーチャ絞りの第１面に近接して搭載されており、
第２偏光素子は、アパーチャ絞りの第２面に近接して搭載された第２の４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は、第２の４５度シート偏光子に近接して搭載された９０度シート偏光子を備え、
第４偏光素子は、レチクルでの開口に近接して搭載された０度シート偏光子を備える請求項７記載の装置。
【請求項２５】
偏光素子グループは、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、対応するアパーチャおよびレンズに対して位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２６】
偏光素子グループは、アパーチャ板での開口に近接して、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、アパーチャ板での対応する孔、およびレチクルの第１面に搭載された少なくとも１つのレンズの両方に対して、位置決めされ整列している請求項７記載の装置。
【請求項２７】
第１面および第２面を備えたレチクルと、
第２面に、コーティング中に少なくとも１つの開口を備えたクロムコーティングと、
レチクルの第１面に、レチクルの第２面でのコーティング中の開口の像を無限遠に形成するように構成された回折光学素子とをさらに含む請求項７記載の装置。
【請求項２８】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、
第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、
４つの偏光素子の各々は、レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含み、
第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、
第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、
第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、
３つの偏光素子の各々は、レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している請求項２７記載の装置。
【請求項３０】
個々の偏光素子を出た光の偏光状態は、固定量だけ増加または減少するようにした請求項７記載の装置。
【請求項３１】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された第１および第２の４５度偏光ビーム分岐素子を含み、
第１偏光ビーム分岐素子は、光源を２つの直交する偏光成分に分割し、一方の成分は、第２ビーム分岐素子に対して水平に通過するものであり、
各偏光素子は、アパーチャ板での対応する開口に対して整列しており、偏光した光はアパーチャ板の開口を通過するようにした請求項７記載の装置。
【請求項３２】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された、非４５度偏光ビーム分岐素子を含み、
該偏光ビーム分岐素子は、光源を２つの直交する偏光成分に分割し、その一方はアパーチャ板での対応する孔を通過するようにした請求項７記載の装置。
【請求項３３】
２つの偏光ビームスプリッタを備えた偏光素子グループとともに含まれる少なくとも１つの１／４波長板をさらに含み、
１／４波長板は、第１偏光ビームスプリッタの上面に近接して、あるいはレチクルの第１面の上で第１ビームスプリッタの下方に、あるいは第１ビームスプリッタに近接して水平に、あるいは第２ビームスプリッタの下方に、あるいはレチクルの第１面の上で第２ビームスプリッタの下方になるように、レチクルに搭載されるようにした請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
２つの偏光ビームスプリッタを備えた偏光素子グループとともに含まれる少なくとも１つの１／４波長板をさらに含み、
１／４波長板は、ビームスプリッタの下方でレチクルの第１面または第２面の上に搭載されるようにした請求項３２記載の装置。
【請求項３５】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、ガリレオ拡大望遠鏡と、１／４波長板とを含み、
該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、ガリレオ望遠鏡は１／４波長板に近接して搭載され、偏光ビームスプリッタはガリレオ望遠鏡に近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している請求項７記載の装置。
【請求項３６】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、ガリレオ拡大望遠鏡とを含み、
該素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムはガリレオ望遠鏡の前に搭載され、偏光ビームスプリッタはガリレオ望遠鏡に近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している請求項７記載の装置。
【請求項３７】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、異なる直径の２つのボールレンズと、１／４波長板とを含み、
該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、２つの異なる直径のボールレンズは１／４波長板に近接し、その後に搭載され、偏光ビームスプリッタは、ボールレンズに近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している請求項７記載の装置。
【請求項３８】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、異なる直径の２つのボールレンズとを含み、
該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは、２つの異なる直径のボールレンズの前に搭載され、偏光ビームスプリッタは、ボールレンズに近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している請求項７記載の装置。
【請求項３９】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された２つの偏光反射プリズムを含み、１／４波長板は、２つの偏光反射プリズムの間に配置される請求項７記載の装置。
【請求項４０】
偏光反射プリズムは、ワイヤ格子反射偏光子で置き換えられる請求項３９記載の装置。
【請求項４１】
偏光素子グループは、レチクルの面に搭載された、少なくとも２つの偏光反射プリズムを含み、１／４波長板は、何れか２つの偏光反射プリズムの間に配置される請求項７記載の装置。
【請求項４２】
偏光素子グループは、ワイヤ格子偏光子を含む請求項７記載の装置。
【請求項４３】
偏光素子グループは、シリコン基板上に成膜されたワイヤ格子偏光子を用いて、反射モードで動作するようにした請求項７記載の装置。
【請求項４４】
反射防止コーティングをさらに含む請求項４３記載の装置。
【請求項４５】
少なくとも２つのＥＵＶ反射性の面および板をさらに含み、
ＥＵＶ光は、第１偏光面から第２偏光面へ反射し、そして、アパーチャ板での孔を通過するようにしており、ここでは反射が光を偏光させるようにした請求項７記載の装置。
【請求項４６】
反射面は、多層ＥＵＶ反射器である請求項４５記載の装置。
【請求項４７】
偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、複屈折偏光子と、２つの反射プリズムと、１／４波長板とを含む光学素子を備え、
該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、複屈折偏光子は１／４波長板に近接して搭載され、第２反射プリズムは、複屈折偏光子の後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している請求項７記載の装置。
【請求項４８】
ガリレオ拡大望遠鏡は、複屈折偏光子を備える偏光素子グループの第１反射プリズムに近接して、その後に位置決めされている請求項４７記載の装置。
【請求項４９】
複屈折偏光子は、ロションプリズム、グラン−テーラープリズム、グラン−レーザープリズム、ウラストンプリズム、グラン−トムソンプリズム、ブルースター角プリズム、ニコルプリズム、グラン−フーコープリズム、またはビーム分岐グラン−トムソンプリズムである請求項４７記載の装置。
【請求項５０】
その場偏光素子グループは、入力照明器と出力照明器の間に配置された偏光子を含む請求項７記載の装置。
【請求項５１】
その場偏光素子グループは、既知の偏光状態を持つ光源を含む請求項７記載の装置。
【請求項５２】
投影結像装置の偏光状態を測定するための装置であって、
第１面と第２面を持つレチクルと、
レチクルの第２面に近接した少なくとも１つのレンズと、
レチクルの第２面の上方に搭載されたアパーチャ板であって、アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのレンズと対応するようにしたアパーチャ板と、
その場偏光素子グループとを含み、
該偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された第１および第２の４５度偏光ビームスプリッタ素子を含み、
第１偏光ビームスプリッタ素子は、光源を２つの直交する偏光成分に分割し、一方の偏光成分は、第２ビームスプリッタに対して水平に通過するようにし、
各偏光ビームスプリッタ素子は、アパーチャ板での対応する開口に対して整列しており、
偏光した光が、アパーチャ板の開口を通過するようにした装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体製造分野に関するものであり、特に、ＵＬＳＩリソグラフで利用される光源の特徴付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフは、デバイスの各層においてエッチングされたり成膜される最終的な特徴物(features)を規定することによって、半導体製造において極めて重要な役割を演ずる。通常、ステッパ（例えば、文献「Bruning et al., "Optical Lithography--Thirty Years and Three Orders of Magnitude", Proc. of SPIE, Vol. 3051, pp. 14-27, 1997」を参照）またはステップ、およびスキャン（例えば、上記文献「"Optical Lithography--Thirty Years and Three Orders of Magnitude"」を参照）の種々の典型的なものなどの投影結像装置は、幅広い構成に渡って可変である実効光源を使用している。
【０００３】
図１は、ステッパまたはスキャナで見られるような、典型的な投影結像システムのブロック図を示す。実効光源ＥＳは、レチクル(reticle)への入射光を発生して整形する責務がある。それは、光源ＬＳ（典型的には、エキシマレーザ）と、レチクルＲへの入射する、空間的かつ角度的に均一な光を生成するビーム整形光学系（ＩＩＯとＯＩＯ）の２つのブロックとを備える。
【０００４】
空間均一性の要件は簡単であり、それはレチクルＲを交差して一定でなければならない。角度均一性は、放射の角度スペクトル（ｄＥ／ｄｏ（ｎｘｒ，ｎｙｒ））が、全てのフィールドポイント（例えば、Ｒ上のｘ，ｙ横断位置）で同一であることを意味する。
【０００５】
図２ａは、典型的な光源（環状四重極(quadrupole)）の角度分布（図示する方向余弦座標ｎｘ，ｎｙ）を平面図で示す。光源内での光の正確な角度分布、放射強度またはｄＥ／ｄｏ（ｎｘ，ｎｙ）（立体角当りのエネルギー）は、その場(in-situ)方法によって測定可能ある。例えば、米国特許第６３５６３４５号、上記参照、発明者McArthur et al.、名称"In-Situ Source Metrology Instrument and Method of Use"、米国特許第６７４１３３８号、２００４年５月２５日、発明者Smith et al.、名称"Apparatus and Method for High Resolution In-Situ Illumination Source Measurement in Projection Imaging Systems"、米国特許公開ＵＳ２００５０２３１７０５号、２００５年１０月２０日、を参照のこと。
【０００６】
フォトリソグラフは、ｋ１値を、周知のレイリー解像限界（ｋ１＝０．５）より下回るようにしているため、とりわけ偏光光源である画像強調技術は、極めて重要である（例えば、文献「Sheppard et al., "Annular pupils, radial polarization, and superresolution", Applied Optics, Vol. 43, No. 22, pp. 4322-4327, August 1, 2004」を参照）。図２ａでの実効光源は、解像度の増強のために偏光している。
【０００７】
ポールＰ２，Ｐ４は、Ｘ方向（これらのポールにおいて矢印方向で示す）の直線偏光光からなり、一方、ポールＰ１，Ｐ３は、Ｙ方向に偏光している。低いｋ１の半導体応用について、実効光源の偏光状態はリソグラフ性能にとって極めて重要である。光学系の開口数が、〜０．７より増加するにつれて、ＸとＹ（ｐとｓ）の偏光状態に関する結像コントラストが劇的に相違するためである（例えば、文献「Smith et al., "Challenges in high NA, polarization, and photoresists", Proc. of SPIE, Vol. 4691-2, pp. 11-24, 2002」を参照）。
【０００８】
従って、投影機における実効光源の偏光状態を測定できる技術を有することが望まれている。
【０００９】
（露光光源、一般説明）
一般に、エキシマレーザまたはフィルタ付き水銀光源から出射する光は、典型的には、露光波長、バンド幅および偏光の観点で記述される。例えば、２４８ｎｍエキシマレーザは、０．１ｐｍに近いＦＷＨＭバンド幅(full wave half maximum)を有し、応用に応じて、幾つかの異なる偏光状態をとり得る。
【００１０】
レーザ（またはアークランプ）に続いて、露光光は再び修正され（偏光化または非偏光化）、特注の照明器を用いた結像のために整形される。上述したように、産業は急速に偏光光源の構成を利用しているにも関わらず、多くの応用において、レチクルに衝突する光の偏光は、非偏光である。
【００１１】
しかしながら、レーザビーム（またはフィルタ）は決して単色はなく、光学系でのビームの種々の相互作用に起因して、何れの光源の偏光状態も決して完全ではなく、偏光光と非偏光光の混合を常に含んでいる。非偏光化とは、異なる偏光状態の急速に変化する連続を伴う波の重ね合わせとして表現できる成分を意味する。
【００１２】
（偏光光）
ここでは主に、偏光および非偏光の露光光源の両方に関心を持つことになる。偏光（または非偏光）の光は、４個のストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（例えば、文献「Born et al., "Principles of Optics, Coherence Matrix and Stokes Parameters", Principles of Optics, 7th (expanded) Edition, pp. 619-632, 1999」を参照）、または等価には、その２×２の偏光マトリクス（例えば、上記文献「"Principles of Optics, Coherence Matrix and Stokes Parameters"」を参照）（時々、コヒーレンスマトリクスと称される）Ｐijによって完全に特徴付けられる。
【００１３】
【数１】
2008527756.tif 000003
【００１４】
ここで、Ｅiは時間変動電界成分であり、＜＞は時間平均化を示し、conjg()は複素共役化を示す。Ｐは、４つの成分を有し、ここでは４つのベクトルとして利用している。
【００１５】
【数２】
2008527756.tif 000004
【００１６】
ここで、Ｒｅ／Ｉｍは、実数部と虚数部を示す。我々の装置では、入射状態を偏光化したり他に変化させるために、種々のコンポーネントを採用している。これらのコンポーネントの物理的な偏光動作は、ジョーンズマトリクスを用いてほぼ正確に表現される（例えば、文献「Hecht, "Polarization", Optics, Third Edition, Chapter 8, pp. 319-376, 1998」を参照）。
【００１７】
本発明をより理解するために、偏光の数学的表現に関する概念および表記法、そして有形の物体（レンズ、光学系）との電場相互作用を再検討することが有用である（例えば、上記文献「"Principles of Optics, Coherence Matrix and Stokes Parameters"」と上記文献「"Polarization"」を参照）。
【００１８】
横電界は、式（３）によって定義できる。
【００１９】
【数３】
2008527756.tif 000005
【００２０】
偏光素子の効果は、ｅｊ→ｅ’ｊに変化させることである。
【００２１】
【数４】
2008527756.tif 000006
【００２２】
ここで、Ｊｋｊは、２×２のジョーンズマトリクスである。
【００２３】
連続した偏光素子の効果は、下記のようなジョーンズマトリクスの乗算によって説明される。
【００２４】
【数５】
2008527756.tif 000007
【００２５】
式（５）は、図２ｂに図解的に示しており、偏光ベクトルｅを持つ光が、最初に、ジョーンズマトリクスＪ１を持つ光学素子１に入射し、そして、ジョーンズマトリクスＪ２を持つ光学素子２に入射すると、最終システムの素子１と素子２の結果は、ジョーンズマトリクスＪ３＝Ｊ２＊Ｊ１、即ち、Ｊ２とＪ１のマトリクス積で表される。
【００２６】
測定可能な量は強度であり、光の色の関与分νｃ＋Δν（νｃ＝中心または公称の周波数）は下記のようになる。
【００２７】
【数６】
2008527756.tif 000008
【００２８】
周波数に関して積分して、測定した強度は、下記のようになる。
【００２９】
【数７】
2008527756.tif 000009
【００３０】
ここで、
【００３１】
【数８】
2008527756.tif 000010
【００３２】
【数９】
2008527756.tif 000011
【００３３】
ここで、ｔは、複素共役化、転置またはエルミート共役マトリクスを示す。
【００３４】
強度（Ｉ）は、下記のように表される。
【００３５】
【数１０】
2008527756.tif 000012
【００３６】
Ｉを、ＪＳおよびＰから独立した成分に関して書き換えると、下記の式が得られる
【００３７】
【数１１】
2008527756.tif 000013
【００３８】
ここで、ａ＝１：ｎで、ｎ個の異なる素子の配置を用いて光の強度測定値を分離すると、マトリクス形式で記述された最終結果は、下記のようになる。
【００３９】
【数１２】
2008527756.tif 000014
【００４０】
ＩＤの要素は、ミュラーマトリクスの列に関連し得る（例えば、文献「Azzam et al., "Propagation of Polarized Light", Elsevier Science B.V., ISBN 0 444 870164, 1999」を参照）。追加の公式は、例えば、文献「"Propagation of Polarized Light", supra:  Propagation of Polarized Light, R. Azzam, chapters 2 and 3」で見ることができる。
【００４１】
（その場(in-situ)光源計測学）
本発明の実践で使用する技術は、その場(in-situ)光源計測学である（例えば、上記米国特許第６３５６３４５号、上記米国特許第６７４１３３８号、上記文献「"Apparatus and Method for High Resolution In-Situ Illumination Source Measurement in Projection Imaging Systems"」を参照）。これは、入射光方向の関数（Ｐ＝Ｐ（ｎｘ，ｎｙ））として、偏光マトリクスＰを復元するために必要になる。
【００４２】
図１を参照して、それは、一般には、レチクルＲを、ピンホールカメラアレイ（例えば、上記米国特許第６３５６３４５号、上記米国特許第６７４１３３８号を参照）（ピンホールは、レチクル面の上方または下方にある）、あるいは、その場(in-situ)光源結像対物光学系（例えば、上記文献「"Apparatus and Method for High Resolution In-Situ Illumination Source Measurement in Projection Imaging Systems"」を参照）を備えたペリクルＰＥで置換することからなる。
【００４３】
これらの３つの配置は、図３においてＩＳＭＩ１（レチクル裏面ピンホール）、ＩＳＭＩ２（ペリクル面ピンホール）、ＩＳＭＩ３（その場(in-situ)光源結像対物光学系）として示している。他の構成（不図示）は、屈折系において、レチクル（ブランク屈折レチクル）の前または後に配置された透過ピンホールアレイとして作動する。
【００４４】
以下では、その場(in-situ)光源計測機器（ＩＳＭＩ）は、偏光素子との組合せにより一体化配置にしている。
【００４５】
（偏光解析法）
偏光光を用いて、薄膜、表面および材料の微細構造の光学的かつ固体状態の特性を特徴付けるための１つの普通の技術は、偏光解析法(ellipsometry)である。
【００４６】
基本原理（および装置）について、図４ａを参照してかなりやさしく説明する。これは、典型的なＰＣＳＡ（偏光子(Polarizer)、補償器(Compensator)、サンプル(Sample)、解析器(Analyzer)）システムを示している。より詳細な説明は、例えば、上記文献「"Propagation of Polarized Light"」において参照できる。
【００４７】
最初に、到来する検査光（Ｌ−図４ａ）の偏光状態は、典型的には既知であり、必要ならば、偏光子（Ｐ）および補償器（Ｃ）の使用により調整可能である。そして、入力光（Ｌ）は、対象となる材料（Ｓ−図４ａ）から反射（または、それを透過）する。サンプル界面との光（Ｌ）の相互作用は、入力において直線偏光から楕円偏光へ偏光（位相および振幅での可能な変化を含む）の変化を生じさせる（偏光に関する上記説明を参照）。
【００４８】
偏光の変化または偏光の楕円での変化は、解析器および検出器（図４ａ中のＡ，Ｄ）のシステムを用いて、サンプルから反射した光を解析することによって、測定される。
【００４９】
一般に、偏光解析法は、２つの値、Ψ(Psi)とΔ(Delta)を測定する。これは、サンプルまたは光学系との相互作用に関する偏光の変化を記述する。屈折系については、これら２つの値は、ｐ偏光およびｓ偏光についてのフレネル反射係数Ｒｐ，Ｒｓと関連する。
【００５０】
膜厚、光学定数、屈折率などの材料特性は、種々の材料モデル（例えば、振動子(oscillator)モデル）およびアルゴリズムを用いて、ΨとΔの測定値を用いることによって見つけられ、サンプルとの光の相互作用（偏光の変化）を記述した自明でない連立方程式を生成する。
【００５１】
（偏光分析）
偏光解析法は、バルク半導体材料、厚膜、薄膜、上述のような光学素子の光学特性を測定するために広く使用されているが、それは、電磁ベクトル波の偏光状態を測定できる技術として、より一般に定義されており（例えば、上記文献「"Propagation of Polarized Light"」を参照）、偏光分析(polarimetry)としても知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５２】
我々の現議論では、図４ｂに示した新規な偏光解析法／偏光分析の構成（図４ａと比較して）に関心がある。我々の現仕事は、偏光素子グループ（既知および可能性ある未知の特性を持つＰＥＧ(polarizing element groups)）、レチクルカメラ（Ｃ）、および既知の偏光および透過の特性を備えた光学系（Ｏ）（例えば、ジョーンズ瞳）の配置を用いて、多くの異なるフィールドポイントについて、入力光源（Ｌ）の偏光状態を測定するための方法を説明することである。
【００５３】
言い換えれば、我々は、レチクルおよび光学系（ＰＩＯ−可能なら偏光性のもの）を通過した後、方向余弦の関数として、入力光源（Ｌ）の偏光状態を測定する能力を備えた、その場(in-situ)フォトリソグラフ偏光分析のための方法および装置を説明するものである。
【００５４】
本発明の方法は、フロー図（図４ｃ）に図示しており、ここで説明したシンボルに関して、図４ａおよび図４ｂと容易に比較できる。
【００５５】
位相シフトマスクの使用や時間を要する較正を必要とせずに、横方向の空間成分（ｘ，ｙ）および角度成分（ｎｘ，ｎｙ）の両方に分解された偏光マトリクス（Ｐ＝Ｐ（ｎｘ，ｎｙ；ｘ，ｙ））を提供できる、投影結像装置におけるレチクルに入射する光の実際の偏光状態を測定するための技術を有することが要望されている。即ち、光源偏光マトリクスを測定するために、改善した方法および装置がこの分野で必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００５６】
投影結像システムでの光源の偏光状態を測定するための技術および装置を説明する。一実施形態は、少なくとも１つの、その場(in-situ)偏光素子グループを記録媒体上に露出することと、露出した偏光グループ内のサブコンポーネントでの強度を測定することと、光源の偏光マトリクスを再構築することとを含む。
【００５７】
そして、少なくとも１つの、その場(in-situ)偏光素子グループは、その場(in-situ)光源結像偏光子の中に含めることができる。その場(in-situ)光源結像偏光子は、レチクルをさらに含むことができる。その場(in-situ)光源結像偏光子は、その場(in-situ)光源計測機器をさらに含むことができる。
【００５８】
記録媒体は、基板上に設けることができる。記録媒体は、電子センサとすることができる。
【００５９】
その場(in-situ)光源計測機器は、その場(in-situ)偏光素子と組み合せて、実効光源コヒーレンスマトリクスの角度依存性（ｎｘ，ｎｙ）および空間依存性（ｘ，ｙ）の両方を分解することができる装置を作成する。
【００６０】
レジストコート付きウエハまたは電子センサを備えた記録センサは、不連続のフィールドポイントでの画像強度を取り込む。次に、これらの測定値は、コヒーレンスマトリクスを光源角度および光源位置の関数として再構築するコンピュータプログラムに入力される。
【００６１】
本発明に関する原動力は、より小さな半導体特徴物のサイズ／ピッチ（低いｋ１処理）に向けた連続的な後押しから由来する。これらの困難なピッチおよび特徴物の要求は、半導体製造者およびリソグラフ装置設計者（ステッパおよびスキャナの製造者）に対して、改善した結像および高い回路歩留まりのための液浸リソグラフ（高いＮＡ）および特注光源設計（二重極／四重極の偏光）の両方を導入させた。
【００６２】
偏光および液浸の技術は、本来、光学の世界では新しいものでないが、半導体製造者によるこれらの導入および使用は、ＵＬＳＩ製造の困難な挑戦を作出した。低いｋ１および高いＮＡのリソグラフについての処理ウインドウが極めて小さいためである。
【００６３】
高いＮＡの製造の挑戦は、１）高いＮＡシステムのためのＴＭ（ｐ，Ｘ）偏光光に関する理解およびコントラスト損失の管理（即ち、干渉する電磁波は、ｚ方向の電界成分を有し、簡単な近軸近似でモデル化できない。）、２）偏光依存性の収差（ジョーンズ瞳）、３）マスクの偏光、４）薄膜干渉（例えば、上記文献「"Challenges in high NA, polarization, and photoresists"」を参照）、を含む。
【００６４】
これら製造問題の全ては、露光光源の偏光に関連しているため、露光光源および照明器の完全性を測定して監視する能力は、適切なリソグラフの歩留まりを持つ処理を作成することに重大になる。
【００６５】
最後に、より重要なことに、工場床上で光源の偏光状態を迅速かつ正確に測定できる、工場（半導体製造工場）での機器が極めて少ないため（日常の処理運転を妨げたり、時間を要する光学系の調整を行うことなく）、その場(in-situ)偏光モニタへの必要性がより重要になるであろう。
【００６６】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の態様を例として説明している例示的な実施形態の下記説明から明らかとなろう
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
投影結像システムでの光源の偏光状態を測定するための一実施形態によれば、少なくとも１つの、その場(in-situ)偏光素子グループが記録媒体に露出される。次に、露出した偏光グループ内のサブコンポーネントでの強度が測定される。続いて、光源の偏光マトリクスを再構築する。そして、少なくとも１つの、その場(in-situ)偏光素子グループは、その場(in-situ)光源結像偏光子の中に含めることができる。その場(in-situ)光源結像偏光子は、レチクルをさらに含むことができる。その場(in-situ)光源結像偏光子は、その場(in-situ)光源計測機器をさらに含むことができる。
【００６８】
記録媒体は、基板上に設けることができる。記録媒体は、電子センサとすることができる。
【００６９】
他の実施形態において、投影結像装置の偏光状態を測定するための装置は、その場(in-situ)光源計測機器と、少なくとも１つの偏光素子を備えた、その場(in-situ)偏光素子グループとを含む。その場(in-situ)光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルを含むことができ、第２面には、コーティング中に少なくとも１つの開口を備えたクロムコーティングが存在する。
【００７０】
その場(in-situ)光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルを含むことができ、第１面には、コーティング中に少なくとも１つの開口を備えたコーティングが存在するものであり、そして、少なくとも１つの開口を備えたアパーチャ板を含むことができる。アパーチャ板は、第１レチクル面から離れて(offset)おり、アパーチャ板での開口は、コーティング中の少なくとも１つの開口と対応している。
【００７１】
さらに、その場(in-situ)光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルと、レチクルの第２面に近接した少なくとも１つのレンズと、レチクルの第２面の上方に搭載されたアパーチャ板とを含むことができ、アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのレンズと対応している。
【００７２】
さらに他の実施形態において、その場(in-situ)光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルと、第１および第２の反射プリズムと、第１および第２の反射プリズムの間で、レチクルの第２面の上に水平に搭載された光源アパーチャ絞り(stop)とを含むことができる。
【００７３】
他の実施形態において、その場(in-situ)光源計測機器は、第１面と第２面を持つレチクルと、レチクルの第１面に近接した少なくとも１つのレンズと、レチクルの第２面の上方に搭載されたアパーチャ板とを含み、アパーチャ板での少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのレンズと対応しており、アパーチャ板での開口の像が無限遠にある。
【００７４】
偏光素子グループは、複数のフィールドポイントで、レチクルを横断してリニアに配置された少なくとも２つの偏光素子を含んでもよい。さらに、偏光素子グループは、その場(in-situ)光源計測機器の第１面を横断して２次元アレイに再製作され配置されて、対象となるリソグラフフィールド全体をカバーするようにしてもよい。
【００７５】
さらに、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含むことができ、第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している。
【００７６】
さらに、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、３つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している。
【００７７】
他の例において、偏光素子グループは、４つの偏光素子と、１つの非偏光素子とを含んでもよく、該素子は、レチクルの第２面に搭載され、第１偏光素子は４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列しており、非偏光素子は、レチクルのアパーチャ板において追加の開口を備える。
【００７８】
他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された２つの素子を含んでもよく、第１素子は、偏光性であって、９０度シート偏光子を備え、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して整列しており、第２素子は、レチクルのアパーチャ板における追加の孔によって代表される。
【００７９】
他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの素子を含んでもよく、第１素子は、偏光性であって、９０度シート偏光子を備え、第２素子は０度シート偏光子であり、第１素子および第２素子の両方はレチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列しており、第３素子は、レチクルのアパーチャ板における追加の孔によって代表される。
【００８０】
さらに他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含んでもよく、第１素子は、偏光性であって、４５度シート偏光子の上面に近接して搭載された１／４波長板を備え、第２素子は４５度シート偏光子であり、第３素子は９０度シート偏光子であり、各偏光素子は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している。
【００８１】
偏光素子グループはまた、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している。
【００８２】
他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を備え、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、レチクルのアパーチャ板での対応する開口に対して位置決めされ整列している。
【００８３】
さらに他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、上記レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している。
【００８４】
さらに他の例において、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は、第１の４５度シート偏光子に近接して搭載された１／４波長板を備え、該４５度シート偏光子はアパーチャ絞りの第１面に近接して搭載されており、第２偏光素子は、アパーチャ絞りの第２面に近接して搭載された第２の４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は、第２の４５度シート偏光子に近接して搭載された９０度シート偏光子を備え、第４偏光素子は、レチクルでの開口に近接して搭載された０度シート偏光子を備える。
【００８５】
偏光素子グループは、レチクルの第１面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は、４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は、４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、対応するアパーチャおよびレンズに対して位置決めされ整列している。
【００８６】
他の例において、偏光素子グループは、アパーチャ板での開口に近接して、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は、４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は、４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、アパーチャ板での対応する孔、およびレチクルの第１面に搭載された少なくとも１つのレンズの両方に対して、位置決めされ整列している。
【００８７】
その場(in-situ)光源計測機器は、第１面および第２面を備えたレチクルと、第２面に、コーティング中に少なくとも１つの開口を備えたクロムコーティングと、レチクルの第１面に、レチクルの第２面でのコーティング中の開口の像を無限遠に形成するように構成された回折光学素子とをさらに含んでもよい。
【００８８】
該機器は、レチクルの第２面に搭載された４つの偏光素子を含む偏光素子グループをさらに含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、第４偏光素子は０度シート偏光子を備え、４つの偏光素子の各々は、レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している。
【００８９】
さらに、偏光素子グループは、レチクルの第２面に搭載された３つの偏光素子を含んでもよく、第１偏光素子は４５度シート偏光子の下方に搭載された１／４波長板を備え、第２偏光素子は４５度シート偏光子を備え、第３偏光素子は９０度シート偏光子を代表し、３つの偏光素子の各々は、レチクルの第２面での対応するクロム開口に対して位置決めされ整列している。
【００９０】
さらに、個々の偏光素子を出た光の偏光状態は、固定量だけ増加または減少する。
【００９１】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された２つの４５度偏光ビーム分岐素子を含み、第１偏光ビーム分岐素子は、光源を２つの直交する偏光成分に分割し、一方の成分は、第２ビーム分岐素子に対して水平に通過するものであり、各偏光素子は、アパーチャ板での対応する開口に対して整列しており、偏光した光はその孔を通過する。
【００９２】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された、非４５度偏光ビーム分岐素子を含み、該偏光ビーム分岐素子は、光源を２つの直交する偏光成分に分割し、その一方はアパーチャ板での対応する孔を通過する。
【００９３】
さらに、少なくとも１つの１／４波長板は、２つの偏光ビームスプリッタを備えた偏光素子とともに含まれてもよく、１／４波長板は、第１偏光ビームスプリッタの上面に近接して、あるいはレチクルの第１面の上で第１ビームスプリッタの下方に、あるいは第１ビームスプリッタに近接して水平に、あるいは第２ビームスプリッタの下方に、あるいはレチクルの第１面の上で第２ビームスプリッタの下方になるように、レチクルに搭載される。
【００９４】
他の例において、少なくとも１つの１／４波長板は、２つの偏光ビームスプリッタを備えた偏光素子とともに含まれてもよく、１／４波長板は、ビームスプリッタの下方でレチクルの第１面または第２面の上に搭載される。
【００９５】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、ガリレオ拡大望遠鏡と、１／４波長板とを含んでもよく、該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、ガリレオ望遠鏡は１／４波長板に近接して搭載され、偏光ビームスプリッタはガリレオ望遠鏡に近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している。
【００９６】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、偏光ビームスプリッタと、２つの反射プリズムと、異なる直径の２つのボールレンズと、１／４波長板とを含んでもよく、該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、２つの異なる直径のボールレンズは１／４波長板に近接し、その後に搭載される。偏光ビームスプリッタは、ボールレンズに近接し、その後に搭載され、第２反射プリズムは、偏光ビームスプリッタの後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している。偏光素子は、１／４波長板を含まない、ガリレオ望遠鏡またはボールレンズでもよい。さらに、ガリレオ拡大望遠鏡は、レチクルの第２面において偏光反射プリズムの間に配置してもよい。
【００９７】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、レチクルの第２面に搭載された２つの偏光反射プリズムを含んでもよく、１／４波長板は、２つの偏光反射プリズムの間に配置される。
【００９８】
他の例において、偏光反射プリズムは、ワイヤ格子(grid)反射偏光子で置き換えてもよい。さらに、偏光素子グループは、レチクルの面に搭載された、少なくとも２つの偏光反射プリズムを含んでもよく、１／４波長板は、何れか２つの偏光反射プリズムの間に配置される。偏光素子は、ワイヤ格子偏光子でもよい。
【００９９】
他の実施形態において、偏光素子グループは、シリコン基板上に成膜されたワイヤ格子偏光子を用いて、反射モードで動作してもよい。ワイヤ格子偏光子は、反射防止コーティングを含んでもよくまたはコート無しでもよい。
【０１００】
その場(in-situ)光源計測機器は、少なくとも２つのＥＵＶ反射性の面および板をさらに含んでもよく、ＥＵＶ光は、第１偏光面から第２偏光面へ反射し、そして、アパーチャ板での孔を通過するようにしており、ここでは反射が光を偏光させる。反射面は、多層ＥＵＶ反射器であってもよい。
【０１０１】
他の実施形態において、偏光素子グループの少なくとも１つの素子は、複屈折偏光子と、２つの反射プリズムと、１／４波長板とを含む光学素子を備え、該光学素子は、レチクルの第２面に搭載され、そこでは、第１反射プリズムは１／４波長板の前に搭載され、複屈折偏光子は１／４波長板に近接して搭載され、第２反射プリズムは、複屈折偏光子の後に搭載され、レチクルの第２面にあるクロム層での対応する孔に対して整列している。
【０１０２】
さらに、ガリレオ拡大望遠鏡は、複屈折偏光子を備える偏光素子グループの第１反射プリズムに近接して、その後に位置決めしてもよい。
【０１０３】
複屈折偏光子は、ロションプリズム、グラン−テーラープリズム、グラン−レーザープリズム、ウラストンプリズム、グラン−トムソンプリズム、ブルースター角プリズム、ニコルプリズム、グラン−フーコープリズム、またはビーム分岐グラン−トムソンプリズムであってもよい。
【０１０４】
さらに他の実施形態において、その場(in-situ)偏光素子グループは、入力照明器と出力照明器の間に配置された偏光子を含んでもよい。他の例において、その場(in-situ)偏光素子グループは、既知の偏光状態を持つ光源を含んでもよい。
【０１０５】
上述したように、低いｋ１のリソグラフに向けた原動力は、最新のＵＬＳＩ応用に用いられるステッパシステムおよびスキャナシステムの両方のための特注の偏光露光機構の使用を保証する。さらに、各フォトリソグラフ露光装置会社は、独自の照明器設計を備えた装置を生産することから、偏光機構はまったく変化して、特注の光源検査方法論を必要とする。
【０１０６】
図４ｃは、投影結像装置のその場(in-situ)偏光解析法／偏光分析のためのプロセスを示す。
【０１０７】
（第１実施形態）
図５（ａ）と図５（ｂ）は、投影結像装置内での装置およびその配置の概要を示している。図５（ａ）において、その場(in-situ)結像偏光子（ＩＳＩＰ）は、レチクルステージの上に配置され、標準レチクルであるようにして露出される。ＩＳＩＰは、装置のレチクルペリクル外装の内部に適合して、その搭載は特別な環境を必要としない。
【０１０８】
図５（ｂ）は、ＩＳＩＰの１／４波長／シート偏光部分の断面の詳細を示す。光線Ｒ１，Ｒ２は、実効光源ＥＳから投射され、１／４波長板ＱＷ、シート偏光子ＳＰ、そしてレチクルＲを通過する。ピンホール開口ＰＨを備えたアパーチャ板ＡＰは、光線角度をレチクル上の位置としてコード化する（例えば、文献「Smith et al., "Apparatus Method of Measurement and Method of Data Analysis for Correction of Optical System"」、米国特許第５９７８０８５号、１９９９年１１月２日、および上記米国特許第６７４１３３８号、を参照）。そして、光は、投影結像光学系ＰＩＯを通過してウエハＷに達する。
【０１０９】
（その場(in-situ)偏光子の設置、その場(in-situ)光源計測機器の設置）
種々の数の偏光状態を得るために、典型的には、偏光素子の４つ又はそれ以上の組合せが連携して、単一の偏光素子グループ（ＰＥＧ）になる。光学素子の組合せを用いて、ストークスまたはジョーンズパラメータを抽出する数学的記述が、ウォルフ(E. Wolf)による研究で上手くを説明されている（例えば、文献「Mandel et al., "Optical Coherence and Quantum Optics", Cambridge University Press, p. 345, 1995」を参照）。そこでは、典型的には６つの素子が用いられているが、４つで充分である。
【０１１０】
図６は、ＩＳＩＰの単一のフィールドポイント（レチクルＲの単一の横方向ｙ，ｙ領域）での偏光素子グループの平面図および３つの側面図を示す。図６に示すように、偏光素子グループの３つの側面図は、ＩＳＩＰの単一のフィールドポイントでＮＡ＝０．９５でＭ＝４の幾何である。
【０１１１】
図６において、片矢印は、シート偏光子の偏光軸を示し、平面図での線分は、１／４波長板の速軸(fast axis)方向を示し、円は、アパーチャ板でのピンホールの場所を示す。素子のサイズ合わせにより、この装置は、Ｎａｓ＝０．９４／４〜０．２４〜１４度の円錐角のレチクル側での実効光源の開口数に達することが可能になる。
【０１１２】
平面図において、片矢印は、シート偏光子ＳＰの偏光方向を示し、直線線分は、１／４波長板ＱＷの速軸方向を示し、円は、レチクル面より下方に配置されたアパーチャ板ＡＰでのピンホールＰＨの場所である。
【０１１３】
レチクルＲは、約３．８１ｍｍ厚であり、組み合わせた偏光子／１／４波長板の積層は≦２．５ｍｍ厚である。アパーチャ板ＡＰの遠隔(standoff)およびピンホールＰＨのサイズは、例えば、文献「McArthur et al., "In-Situ Source Metrology Instrument and Method of Use"」、米国特許第６３５６３４５号、２００２年３月１２日、および上記米国特許第６７４１３３８号を見れば記載されているように、ｚａｐ〜４．９ｍｍで、Ｄｐｈ〜０．１２ｍｍである。図６での側面図は、シート偏光子ＳＰの偏光方向を詳細に説明している。
【０１１４】
最後に、光源偏光の再構築のために、各素子の絶対的な偏光状態よりもＰＥＧ素子間の偏光の差に関心があるため、ＰＥＧ素子の順番（配置）および各素子の偏光方向はともに変更可能であることを、ここおよび請求項で説明している。後述のように、他の多くの組合せが可能である。
【０１１５】
半導体リソグラフにおける投影結像装置は、典型的には、単一のエキシマ波長またはＨｇランプの狭いバンド内で動作するため、１／４波長板ＱＷは、多次数の波長板（例えば、波長の整数倍＋１／４波長によって直交偏光の相対位相を遅延される）とすることができ、これは、典型的には、λ＝１５７ｎｍおよび１９３ｎｍで使用するために、水晶（ＳｉＯ２結晶）または、必要ならばフッ化マグネシウムで構成される。
【０１１６】
他の適切な一軸性結晶も使用可能である（例えば、ａ−ＢＢＯ）。結晶性の波長板は、広い入力角領域（＞２０°）に渡って動作し、薄く（＜１ｍｍ）かつ小さい横サイズのものにできる。
【０１１７】
透過型波長版の理論は、例えば、文献「"Quarter Waveplate references, theory", CVI Laser Optics and Coatings; Polarization Tutorial, pp. 204-206」において説明されている。一方、商業的に入手可能な例は、例えば、文献「"Quarter Waveplate references, devices", ThorLabs, Inc., p. 299」において示されている。
【０１１８】
シート偏光子Ｓｐは、典型的には、合成二色性材料であり、これらは１つの特定の方向に偏光した光を強く吸収するが、垂直な偏光をほぼ通過させる。これらは、典型的には、広い入力角動作領域（＞２０°の円錐角）を有する。動作原理は、例えば、上記文献「"Quarter Waveplate references, devices"」において説明されている。本発明の実践のため、我々は、≧５０：１の偏光の消光比（最大偏光の透過／最小偏光の透過）を必要とするが、より大きな消光比がおそらく利用可能であり、偏光状態のより正確な評価が可能なるであろう。我々は、ＰＥＧをレチクルペリクル外装の内部に適合させるという梱包(packaging)条件に従う必要がある。
【０１１９】
例えば、www.lasercomponents.comのＵＲＬで入手可能なウエブページ「">350 nm dichoric polarizer," 2004」、www.calingcatalog.comのＵＲＬで入手可能なウエブページ「">200 nm dichoric polarizer", pp. 84-85」、www.reynardcorp.comのＵＲＬで入手可能なウエブページ「">270 nm dichoric polarizer"」は、シート偏光子の例であり、これらの幾つかは２００ｎｍの波長より下で機能する。フォトニック結晶または他の合成二色性材料やフィルムなどのシート偏光子は、２００ｎｍより下の波長で使用できる。
【０１２０】
第１実施形態の変形で利用される、その場(in-situ)光源計測技術は、例えば、上記米国特許第６３５６３４５号および上記米国特許第６７４１３３８号のような、ペリクル平面ピンホール配置であり、図３においてＩＳＭＩ２として別個に図示している。
【０１２１】
図７は、レチクルＲに横断して配置された矩形状アレイ（９×１１）における、図６の複数の偏光素子グループ（ＰＥＧ）からなるＩＳＩＰの平面図を示す。これらの各ＰＥＧは、９９個のフィールドポイントのうちの１つ、または投影フィールドを横切る横方向位置に対応しており、そこでは光源コヒーレンスが測定される（Ｐのｘ，ｙ依存性）。
【０１２２】
（記録センサを投影光学系の後に配置）
図５ａを参照して、このポイントにおいて、我々は、その場(in-situ)光源結像偏光子（ＩＳＩＰ）を配置し、レチクルステージＲＳの上に搭載した。後続の露出ステップのために、我々は、記録手段を投影結像光学系ＰＩＯの出力側に配置する必要がある。典型的には、我々は、フォトレジストでコートされたウエハＷを利用することとし、我々の記録手段として、増加する露光量で露光される。他の代替は、ウエハステージＷＳに搭載された電子センサ（典型的には、撮像光学系を備えたＣＣＤカメラ）であり、これは、一回の露光で、単一のＰＥＧまたはＰＥＧサブコンポーネントでの強度プロファイルを記録できる。追加の露光は、他のＰＥＧまたはＰＥＧサブコンポーネントに関する強度プロファイルを提供する。
【０１２３】
（記録センサの露光および測定値の記録）
ＰＥＧを通過する際の画像の構造をより理解するために、図２ａは、偏光状態を異ならせるポールＰ１：Ｐ４を備えた、偏光した実効光源ＰＳの例を示す。図７の偏光素子グループＰＥＧ１を通過する際、このＰＳは、平面図およびポールの１つを通る部分側面図（図８）で示したウエハ面での強度パターンをもたらす。
【０１２４】
各ポールでの数値は、上部平坦の(flat-top)ポールセクションからなる偏光光源ＰＳの相対強度である。実際の強度構造は、側面図でＡＡ断面で示している。平面図における４つの強度パターン全ては、後段の再構築のために記録する必要がある。露光シーケンスの詳細は、記録手段用に用いられる技術に依存することなる。
【０１２５】
我々がウエハを使用する場合、露光シーケンスは、例えば、文献「de Ruyter et al., "Examples of Illumination Source Effects on Imaging Performance", ARCH Chemicals Microlithography Symposium, pp. 1-8, 2003」に記載されているようなものになる。我々は、露光量を増加させながら蛇行した露光を行って、ＰＥＧを通過する画像の一定強度等高線を明らかにする。追加の露光は、各画像回りの参照フレームを配置する。そして、ウエハがサイト別に撮影され、結果は電子フォーマット（例えば、.bmpまたは.tiff）で保存される。
【０１２６】
電子センサを利用した場合、典型的には、単一のＰＥＧまたはＰＥＧコンポーネントだけを撮像し、この場合、電子センサはウエハステージＷＳによってステップ送りされ、必要なＰＥＧの下での単一露光が行われる。他のフィールドポイントでの情報が必要である場合、更なる露光が行われる。
【０１２７】
（偏光マトリクスの再構築）
再構築のための入力は、各ＰＥＧサブコンポーネント（ｉＰＥＧ）における強度Ｉ（ｎｘ，ｎｙ，ｉＰＥＧ）である。これは、電子記録手段からの直接入力（ｘ，ｙでの倍率調整後）であるが、ウエハを記録媒体として使用した場合、幾つかの追加のステップを必要とする。
【０１２８】
これらのステップは、例えば、上記文献「"Examples of Illumination Source Effects on Imaging Performance"」および上記米国特許第６７４１３３８号に記載されており、簡単には、各写真における印刷した参照フレーム（上記を参照）を用いて、１つの写真を他の写真に対して横方向に見当合わせを行うことである。
【０１２９】
各写真内の現像した領域は、所望の強度（Ｉ（ｎｘ，ｎｙ））の一定強度等高線地図に対応しており、これらを積み重ねることによって、我々は、強度に関する良好な表現を得る。
【０１３０】
測定結果からのコヒーレンスマトリクスの抽出は、各ｉＰＥＧの相対的な最終スループットが既知であるか否かに依存することになる。前述した点は、これらの状況および、さらには偏光マトリクスが部分的に再構築される（即ち、Ｐの幾つかの成分だけが測定される）場合の両方を議論している。
【０１３１】
（フィールド横断補間）
ＰＥＧは、露光フィールドを横断してアレイ状に配置可能であることから、均一な格子を横断してストークスパラメータを再構築して、ＰＥＧ素子に直接対応したもの以外のポイントでの偏光状態を決定することが可能である。
【０１３２】
（組合せ１）
図６のＰＥＧを参照する。４つの測定セットが存在し、０°と４５°の直線偏光子、λ／４板→直線偏光子±４５°であり、我々は、それぞれの場合での既知である光学系の相対スループットを知る。理想的なコンポーネントに関して、設計マトリクス（（式１２）のＩＤ）は下記のようになる。
【０１３３】
【数１３】
2008527756.tif 000015
【０１３４】
偏光マトリクスを解くための式は、下記のようになる。
【０１３５】
【数１４】
2008527756.tif 000016
【０１３６】
（組合せ２）
この配置（図９）は、水平の直線偏光子（＋０°）を外して、このサブコンポーネントを偏光させていない点で、図６と相違している。図９に示すように、図６での水平の偏光子は除去され、偏光素子を用いずに、光源結像能力だけが存在している。
【０１３７】
４つの測定セットが存在し、光学系の相対スループットがそれぞれの場合で下記のように既知である。
【０１３８】
【数１５】
2008527756.tif 000017
【０１３９】
（組合せ３）
この組合せは、組合せ１と組合せ２を包含している。我々は、ｍ≧４の測定セットを有し、光学系の相対スループットがそれぞれの場合で下記のように既知である。
【０１４０】
ＩＤ＝偏光子および波長板のｍ個の配置に対応したｍ×４マトリクス
＝偏光マトリクスの完全な復元のための、階数(rank)４のマトリクス
【０１４１】
解くための方程式は、下記のようになる。
【０１４２】
【数１６】
2008527756.tif 000018
【０１４３】
（例えば、文献「Press et al., "Numerical Recipes, The Art of Scientific Computing", Cambridge University Press, pp. 52-64, 1990」を参照。）
【０１４４】
（組合せ４）
この場合、我々は、５つのｉＰＥＧ測定強度を有するが、各配置の相対スループットは未知である。この場合、素子の配置は、図１０のようになる。それは、図６のものと同じ配置であるが、ただ追加の非偏光素子が存在している。各コンポーネントの最終的な相対スループットは、演繹的には未知であっても、図１０に示したＰＥＧを用いて、集めたデータが光源コヒーレンスを再構築するために使用できる。
【０１４５】
全部で５つの測定セットまたは配置が存在している。設計マトリクスＩＤは、下記のようになる。
【０１４６】
【数１７】
2008527756.tif 000019
【０１４７】
偏光マトリクスを解くための方程式は、下記のようになる。
【０１４８】
【数１８】
2008527756.tif 000020
【０１４９】
ＩＤは、行間で１つの線形関係を持つ５×４マトリクスである。即ち、
【０１５０】
【数１９】
2008527756.tif 000021
【０１５１】
我々は、β１＝１と設定できる。それは、全体スケール（または正規化）を提供するためであり、モーメントまたは相関マトリクス法によって、β２…β５を解く。
【０１５２】
（モーメント法）
【０１５３】
【数２０】
2008527756.tif 000022
【０１５４】
そして、式Ｃ４．４は、β２…β５について解くことができる。
【０１５５】
（相関マトリクス法）
【０１５６】
【数２１】
2008527756.tif 000023
【０１５７】
そして、式Ｃ４．６は、β２…β５について解くことができる。
【０１５８】
（組合せ５）
これは、配置（ｉＰＥＧＳ）での相対スループットが未知である一般的な場合である。
【０１５９】
条件は、下記のものである。
・ｍ≧５の測定セットまたは配置
・未知である光学系の相対スループット
ＩＤ  ＝ｍ×５マトリクスの配置
＝階数(rank)４のマトリクス
【０１６０】
それは、特異値に対して垂直な部分空間での少なくとも１つの線形結合が、全てのβ値を含むという追加の性質を有することになる。ＩＤの特異値分解(decomposition)を行う場合、下記の式を別々に設定する。
【０１６１】
【数２２】
2008527756.tif 000024
【０１６２】
ここで、Ｕ  ＝  ｍ×ｍ直交マトリクス
Σ  ＝  ｍ×４特異値マトリクス
Ｖ  ＝  ４×４直交マトリクス
【０１６３】
そして、方程式を解くことになる。
【０１６４】
【数２３】
2008527756.tif 000025
【０１６５】
式Ｃ５．１の分解を用いて、下記（ｍ−４）条件が得られることになる。
【０１６６】
【数２４】
2008527756.tif 000026
【０１６７】
【数２５】
2008527756.tif 000027
【０１６８】
ベクトルβｊを乗算するマトリクスは、階数(rank)ｍを有する必要がある。βｊについての解は、このマトリクスのゼロ特異値である。
【０１６９】
（組合せ６）
図１１ｂ、ＰＥＧＢ、３つのセット。Ｖ，Ｈは無し。未知の相対スループット
【０１７０】
【数２６】
2008527756.tif 000028
【０１７１】
（組合せ７）
相対スループットが既知である場合、コヒーレンスマトリクスパラメータの部分抽出。図１１（ａ）のＰＥＧＡは、偏光無しと垂直偏光の２つの測定セットを含む。
【０１７２】
【数２７】
2008527756.tif 000029
【０１７３】
偏光マトリクスを解くための方程式は、下記のようになる。
【０１７４】
【数２８】
2008527756.tif 000030
【０１７５】
例えば、上記文献「"Numerical Recipes, The Art of Scientific Computing"」によって解くと、Ｐ１１とＰ２２を得る。
【０１７６】
この時点で、我々は、実効光源ＥＳを表現する偏光マトリクスＰ（ｎｘ，ｎｙ）（空間の添字ｘ，ｙは落ちた）の幾つかまたは全ての成分を抽出した。修正可能である我々の結果に対して、投影結像光学系（ＰＩＯ、図５）の一般的な影響が存在する。
【０１７７】
レンズは、一般に、入射光を、減衰させ、収差を生じさせ、偏光させる。レンズまたは投影光学系は、偏光配置に続いているため、レンズのジョーンズマトリクスは、それに乗算される。サブシステムによる光伝搬のシーケンスは、図１２に示している。
【０１７８】
偏光状態についてのプロパゲータ(propagator)は、下記のようになる。
【０１７９】
【数２９】
2008527756.tif 000031
【０１８０】
ウエハでの強度は、下記のようになる。
【０１８１】
【数３０】
2008527756.tif 000032
【０１８２】
非複屈折性で、非二色性（例えば、光学的に等方性）のレンズに関しては、下記のようになる。
【０１８３】
【数３１】
2008527756.tif 000033
【０１８４】
偏光移行への影響は、完全に下記によって設定される。
【０１８５】
【数３２】
2008527756.tif 000034
【０１８６】
その結果、等方性レンズに関して、式ＬＭ２は、透過によるスカラー乗算に還元する。
【数３３】
2008527756.tif 000035
【０１８７】
レンズが等方性でない場合、この方法を働かせるために、我々は、一般に、ＪｔＬＪＬに関してより多くの情報を必要とする。例えば、文献「Williamson, "High Numerical Aperture Catadioptric Lens"、米国特許第６４８６９４０号、２００２年１１月２６日」のレンズ設計は、ビーム分岐キューブの前後に配置された複数の波長板を含む。理想的には、このシステムは、下記ジョーンズマトリクスを有するであろう。
【０１８８】
【数３４】
2008527756.tif 000036
【０１８９】
組合せ１の解析シーケンスを繰り返して、式ＬＭ６のレンズ透過マトリクスを用いて、ＩＤマトリクスの計算は下記のようになる。
【０１９０】
【数３５】
2008527756.tif 000037
【０１９１】
（有限角度分解能）
有限角度分解能の影響は、下記のように表される。
【０１９２】
【数３６】
2008527756.tif 000038
【０１９３】
ここで、ＩＤｊ＝設計マトリクスのｊ番目の行であり、α，Ｂは、（図３参照）に係るその場(in-situ)結像技術に依存する。
【０１９４】
【数３７】
2008527756.tif 000039
【０１９５】
ＰＫに関する逆畳み込み演算(deconvolve)、あるいは少なくとも補正をすることができる。
【０１９６】
【数３８】
2008527756.tif 000040
【０１９７】
すると、最悪であっても、我々の分解能は、畳み込みによってぼやける。
本発明の方法の最終結果は、図１３に示している。そこには、偏光マトリクスまたはコヒーレンスマトリクスの特有の成分を、横方向位置ｘ，ｙおよび入射方向余弦ｎｘ，ｎｙの関数として列挙している。
【０１９８】
（更なる配置）
図１４は、３つのコンポーネントだけを含むＰＥＧの平面図を示す。このＰＥＧから集まるデータは、非偏光光源計測機器と組合せが可能であり、（例えば、上記米国特許第６３５６３４５号、上記米国特許第６７４１３３８号、上記米国特許公開第２００５０２３１７０５号）、立体角の関数として、光源全体に関する強度情報を入手するため、完全な光源コヒーレンスを再構築することができる。
【０１９９】
図１５は、第１実施形態の他の配置におけるマルチコンポーネントＰＥＧのうち２つのコンポーネント（ｉＰＥＧ）（Ｃ１，Ｃ２）を示す。シート偏光子ＳＰおよび１／４波長板ＱＷは、レチクル面ＲＦの上に配置される。この配置は、偏光素子にとってより大きなスペースが利用可能であり、ＳＰまたはＱＷの厚さ変動に起因した歪みが無い。
【０２００】
図１６は、第１実施形態の第３の配置におけるＰＥＧでの１つのコンポーネントＣ３を示す。光源結像のためのピンホールＰＨは、偏光素子ＳＰ，ＱＷとともに、レチクル裏面ＲＢに配置される（Ａ３，Ａ４のように）。ＳＰ，ＱＷの厚さ変動は、この配置では重要でなく、レチクル厚さのみを考慮する必要がある。
【０２０１】
図１７は、第１実施形態の第４の配置におけるＰＥＧでの１つのコンポーネントＣ４を示す。それは、レチクル裏面（ＲＢ）上にある、光源結像のためのピンホールＰＨと、レチクル面（ＲＦ）にある偏光素子ＱＷ（１／４波長板）およびＳＰ（シート偏光子）とからなる。
【０２０２】
結像特性は、全体（レチクル＋ＱＷ＋ＳＰ）厚さに依存するようになり、そのため、再構築処理で処理するための集合に先だって、我々は、この光学経路長をきちんと測定または特定する必要がある。
【０２０３】
図１８は、第１実施形態の第５の配置におけるマルチコンポーネントＰＥＧのうちのｉＰＥＧ（コンポーネント）Ｃ５を示す。この配置では、例えば、上記米国特許公開第２００５０２３１７０５号に係るその場(in-situ)結像対物光学系が、その場(in-situ)光源結像のために使用される。
【０２０４】
光（光線Ｒ１００で表す）は、反射プリズムＲＥＰに入射し、レチクル裏面（ＲＢ）に対して実質的に平行な方向に反射される。そして、１／４波長板ＱＷ、続いてシート偏光子ＳＰとなり、その後、その場(in-situ)結像対物アパーチャ絞りＩＡＳＳが、光源結像分解能のための開口数（ＮＡ１）を設定する。
【０２０５】
次に、光が、内部反射で動作する反射プリズムＲＥＰＩ（全内部反射またはアルミニウム外部コーティングが使用可能）を通過した後、光源結像レンズＩＬＳが、実効光源をレチクル面ＲＦに結像する。ＲＥＰを用いて光を折り曲げる理由は、投影結像システムの機械的条件の範囲内で、全体の光学梱包をレチクル裏面ＲＢの上方に適合させるためである。
【０２０６】
第１実施形態の第６の配置において、図１９は１つのコンポーネントＣ６を示し、これは、アパーチャ絞りＩＡＳＳおよび結像レンズＩＬＳからなるその場(in-situ)結像対物光学系を利用し、実効光源ＥＳをレチクル面ＲＦから少し離れて結像する。
【０２０７】
これらに続いて、シート偏光子ＳＰおよび１／４波長板ＱＷの偏光素子がある。ＳＰおよびＱＷの厚さは、光源が結像される、ＲＦから離れた量を決定するために、考慮する必要がある。
【０２０８】
他の種類のその場(in-situ)光源計測機器（ＩＳＭＩ）を図２０に示す。動作時に、ＥＳからの光（光線Ｒ７，Ｒ８で表す）は、レチクル裏面ＲＢの上または上方に配置されたアパーチャ板ＡＰのピンホールＰＨに入射する。レンズＬは、ピンホールＰＨを無限遠に結像するように設定される（即ち、主光線Ｒ７，Ｒ８が、Ｌを通過すると、平行光線として現れる）。こうして光源内部の角度位置がレチクル上の横方向位置に変換されるが、投影結像光学系ＰＩＯ（不図示）に入る光線の角度多様性は、光源の角度サイズによって設定されず、ピンホール開口数（ＮＡｐｈ）によって設定される。
【０２０９】
我々は、この配置クラスを無限結像ＩＳＭＩと称する（図３を参照）。この種類の配置のための１つの動機は、最終解答に対するレンズ透過変動の影響を最小化することであるが（上記参照）、本発明の実践で利用可能な偏光素子の範囲を広げることでもある（下記参照）。
【０２１０】
図２１は、無限結像その場(in-situ)光源計測機器の他の変形を示す。それは、回折光学素子（ＤＯＥ）を使用して、ピンホールＰＨから来る光を平行化している。
【０２１１】
ＰＥＧへの無限結像ＩＳＭＩの応用は、図２２に示しており、コンポーネントＣ７（ｉＰＥＧ）は、アパーチャ板ＡＰとレチクル裏面ＲＢの間に配置された、シート偏光子ＳＰおよび１／４波長板ＱＷを有する。
【０２１２】
（第２実施形態）
この第２実施形態は、第１実施形態とは、偏光素子として、シート偏光子ＳＰの代わりに偏光ビームスプリッタキューブ（ＰＢＳ）を利用する点で主に相違している。上記配置で使用される波長板は、特別にカットされた一軸性結晶板である。フロー図は、図４ｃ（ブロック１〜５）と同様であり、ここで説明する。
【０２１３】
（その場(in-situ)偏光子の設置）
偏光子の利用可能性は、動作すべき入射角範囲（視野またはＦＯＶ）の強力な機能である。投影結像装置にとって、実効光源ＥＳからレチクルＲに当たる光の円錐半角は、５〜２０度の範囲である。典型的な商用ＰＢＳは、２．５度のＦＯＶを有するであろし、（界面コーティングの詳細に依存して）反射だけの５０：１消光比で〜５度のＦＯＶまで使用可能であろう（例えば、文献「"CVI UV Polarizing Beamsplitter Cubes", CVI Laser Optics/New Focus」を参照）。
【０２１４】
より特殊な狭い波長バンド設計は、１５度のＦＯＶまで作動できる（例えば、文献「Baumeister, "Rudiments of the design of an immersed polarizing beam divider with a narrow spectral bandwidth and enhanced angular acceptance", Applied Optics, Vol. 36, No. 16, pp. 3610-3613, June 1997」を参照）。
【０２１５】
より大きな視野については、不満足な全内部反射(frustrated total internal reflection)（例えば、文献「Li, "The Design of Optical Thin Film Coatings", Optics & Photronics News, pp. 24-30, September 2003」と文献「Li et al., "High-performance thin-film polarizing beam splitter operating at angles greater than the critical angle", Applied Optics, Vol. 39, No. 16, pp. 2754-2771, June 2000」を参照）を用いたビームスプリッタが、適当な薄い誘電体膜が利用可能な波長において製造可能である。透過では、プリズム界面角を４５度に制限せずに、光学性能についてそれを調整すれば、より大きなＦＯＶも達成可能である。われわれの応用によって課される広いＦＯＶの一般条件のために、ＰＢＳは、１本のビームだけ（通常は通過）について高い偏光比（＞５０：１）を生成する必要がある。
【０２１６】
（その場(in-situ)光源計測機器の設置）
図２３は、偏光コンポーネントに関する幾つかの配置を示す。四角の点線は、これらの配置において１／４波長板の可能性ある配置（ＱＷＳまたは１／４波長板の場所）を示す。Ｃ８は、広い角度の４５度偏光ビームスプリッタＰＢＳを利用した、ＰＥＧの２つのコンポーネントを含む。ＰＢＳによって生成された各偏光は、異なるピンホールＰＨによって別々に結像される。Ｃ９は、透過光の高い偏光についてのみ最適化した広い角度の非４５度ＰＢＳを利用した、ＰＥＧの単一のコンポーネントである。
【０２１７】
図２４は、第２実施形態に関する他の配置を示す。Ｃ１０は、ガリレオ拡大望遠鏡ＧＥＴ（例えば、文献「Born et al., "Principles of Optics, 7th (expanded) Edition", Cambridge University Press, pp. 268-269, 2001」を参照）を利用した、ＰＥＧのコンポーネントであり、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する最終光源入力角範囲（ＦＯＶ）を低減している。ＦＯＶ低減は、ＰＢＳに必要な性能基準を緩和する。ＧＥＴは、負のレンズＮＬおよび正のレンズＰＬで構成される。
【０２１８】
図２５ａは、第２実施形態に関するさらに他の配置を示す。Ｃ１１は、ボールレンズ拡大望遠鏡ＥＴを利用した、ＰＥＧのコンポーネントであり、光源角度サイズを低減している。ＧＥＴと同様に、ＥＴは、入射ビームを２：４×の倍率で面で拡大し、同時に、同じ倍率で実効光源の角度範囲を低減している。
【０２１９】
図２５ｂは、さらに他の配置を示しており、偏光ビームスプリッタＰＢＳと組み合わせた無限結像ＩＳＭＩ（破線で示す）を利用している。無限結像ＩＳＭＩの構成によれば（上記参照）、ＩＳＭＩでのレンズＬは、アパーチャ絞りＡＳを無限遠に結像する。換言すると、実効光源ＥＳ（不図示）から来てＡＳの中心を通過する、例示の光源光線ＲＡは、レンズＬによって屈折し、レンズＬから、Ｚ方向（投影結像装置の光軸と一致）に対してほぼ平行に現れる。
【０２２０】
上記と同様に、アパーチャ絞りＡＳのエッジを通過するＥＳからの光線ＲＡ’は、ＰＢＳの底面から角度θ≒ＮＡＰＨ≒ＲＳＴＯＰ／ｆで現れる。ここで、ＲＳＴＯＰはアパーチャ絞りＡＳの半径であり、ｆはレンズＬの焦点距離である。
【０２２１】
これまでは、我々は、無限結像ＩＳＭＩの本構成動作で繰り返している。ＩＳＭＩの後は、偏光ビームスプリッタＰＢＳが配置される。透過モード（図示）において、これらは、他方に対する一方の偏光成分でかなりの低減（≧５０：１）になることになる。２０．７°の最大光源角まで、波長λ＝１９３．３ｎｍで動作するようにした配置に関して例示のパラメータは、（表１）に示す。
【０２２２】
【表１】
2008527756.tif 000041
表１  図２５．１の配置に関する例示の構成パラメータ。単位はミリメートル。
【０２２３】
表１の配置は、光線ＲＡとＲＡ’との間で角度２°を生成する。これは、ＰＢＳに関して、まさに従来のコーティングおよび標準的な構成の使用が可能になる。
【０２２４】
１／４波長板の介在は容易であり、これらは図２５ｂのＰＢＳの後に配置される。
【０２２５】
（ブロックＢ１３，Ｂ１４）
これは、第１実施形態のものと同じである。
【０２２６】
（ブロックＢ１５）
これは、拡大望遠鏡ＥＴまたはＧＥＴを使用する場合、明確に倍率を考慮して、偏光マトリクスに関する正しい結果に到達する必要がある点以外は、第１実施形態のものと同じである。
【０２２７】
（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態とは、１つ又はそれ以上の偏光反射プリズム（ＰＲＰ）を偏光素子として使用している点で主に相違している。波長板は、前述のものである。反射性の薄膜偏光子の幾つかの態様は、例えば、文献「Thomsen et al., "Polarizing and reflective coatings based on half-wave layer pairs", Applied Optics, Vol. 43, No. 22, pp. 4322-4327, January 1, 1997」で説明されている。再び、図４ｃのフロー図を参照する。
【０２２８】
（その場(in-situ)偏光子の設置、その場(in-situ)光源計測機器の設置）
図２６は、偏光反射プリズムを利用した、ＰＥＧでのコンポーネントに関する２つの配置を示す。Ｃ１１は、一対の偏光プリズム（ＰＲＰ）およびレチクル裏面ＲＢのピンホールを使用し、一方、配置Ｃ１２は、ＰＲＰでのＦＯＶ要件を低減するガリレオ拡大望遠鏡（ＧＥＴ）が前配置されたＰＲＰを利用している。
【０２２９】
図２７と図２８は、＞２の偏光反射プリズムのシーケンスを利用した第３の配置の斜視図および平面図を示す。ＰＲＰ１，ＰＲＰ２，ＰＲＰ３，ＰＲＰ４は、レチクル上面またはレチクル裏面と同一面に搭載される。図２８において、コンポーネント光軸に沿った光（矢印で示す）は、紙面上方からＰＲＰ１に入射して、その面にとどまってＰＲＰ１からＰＲＰ４へ通過し、その後、紙面から垂直に移動して、レチクル裏面ＲＢに配置されたピンホールＰＨを通過する。
【０２３０】
（ブロック３：５）
図４ｃにおけるブロック３〜ブロック５は、上述したものと同じである。
【０２３１】
（第４実施形態）
第４実施形態は、偏光素子として、ワイヤ格子偏光子（例えば、文献「Hecht, "Hecht, Optics Polarization and Wire Grid Polarizers", Second edition, Addison Wesley Publ, ISBN: 0-201-11609-X, p. 279, May 1990」を参照）を使用する点で主に相違している。波長板は、前述のものであり、ブロック説明に関して図３を参照できる。
【０２３２】
（その場(in-situ)偏光子の設置）
図２９は、透過基板上にある複数の平行導電線（ワイヤ格子）からなる反射偏光素子ＰＯの平面図および側面図を示す。導電線のピッチＧＰは、典型的には、波長／２である。これは、ゼロ次数以外の次数の伝搬が無く、高い偏光弁別が存在することも保証している（例えば、文献「 Miyake et al., "LPP-based reflectometer for EUV lithography"」を参照）。
【０２３３】
ワイヤに対して平行に偏光した、ＰＯへの入射光Ｒ１２はほぼ反射するが、直交した偏光は、ほぼ透過する。この素子は、第１実施形態のシート偏光子にほぼ類似した方法の光学配置、または第３実施形態のように反射で使用する場合に使用可能である。
【０２３４】
図３０は、反射だけで作動する偏光光学系ＰＯの平面図を示す。反射防止層または反射最小化層（平面偏光から外れたものに関して）および導電線（ＣＬ）を備えたシリコン（Ｓｉ）基板は、入射面に偏光した光に対して弱い反射器として、入射面に垂直に偏光した光に対して良好な反射器として機能する。
【０２３５】
（ブロック３：５）
図４ｃにおけるブロック３〜ブロック５は、上述したものと同じである。
【０２３６】
（第５実施形態）
第５実施形態は、ＥＵＶ（波長＝５：１００ｎｍ、特に、１３ｎｍ）投影結像装置のためのものである。光学配置は、反射面だけを含むが（例えば、oemagazine.com/fromTheMagazine/feb03euv.htmlのＵＲＬで入手可能なウエブページ「Harnet et al., "progress report: Engineers take the EUV lithography challenge", 2003」を参照）、その場(in-situ)光源計測の目的では（例えば、上記米国特許第６３５６３４５号と米国特許第６７４１３３８号を参照）、ピンホールを持つ金属板を含むことができる。
【０２３７】
例えば、文献「Schwartz, "Polarizers for extreme Ultraviolet Light", Physics 7810, 2001」で説明しているように、偏光の多くの実用的形態は、現在、角度θ〜ブルースタ角〜４５度で動作する多層反射器（ＭＬＲ）（図３１）であり、部分偏光子として機能する。入射面内の偏光は、反射時に大きく減衰する。こうした偏光子の視野は、ＮＡ＝０．２／Ｍ＝４の投影結像対物光学系に必要なものとほぼ同じ、即ち、３度である。
【０２３８】
本発明の実践に適切な配置は、図３２に示しており、偏光光は、偏光光学系ＰＯ１に当たって、偏光光学系ＰＯ２が配置された公称レチクル位置に向けて反射し、そして、別個に挿入されたピンホールＰＨを含むアパーチャ板ＡＰに入射する。ＥＵＶ手段での実用的な波長板が無いため、我々は、光源偏光マトリクスでのある情報（Ｐ１１，Ｐ２２）を復元することができる。
【０２３９】
（第６実施形態）
ＵＶ：ＤＵＶ波長領域で利用可能な種々の複屈折偏光子が存在している。例えば、ロションプリズム（例えば、www.klccgo.com/mfrochon.htmのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Rochon Prism"」を参照）、グラン−テーラープリズム（例えば、http://www.optosigma.com/miva/merchant.mv?Screen=PROD&Store_Code=OS&Product_Code=pg175&Category_Code=PolarizersのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Glan Taylor Prisms"」を参照）、グラン−レーザープリズム（例えば、www.u-oplaz.com/table/polarizingoptics02.htmのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Glan Laser Prism"」を参照）、ウラストンプリズム（例えば、www.wollastonprism.com/のＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Wollaston Prism"」を参照）、グラン−トムソンプリズム（例えば、http://www.optosigma.com/miva/merchant.mv?Screen=PROD&Store_Code=OS&Product_Code=pg176&Category_Code=PolarizersのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Glan Thompson Prisms"」を参照）、ブルースター角プリズム（例えば、www.klccgo.com/glbrewster.htmのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Brewster Angle Prism"」を参照）、ニコルプリズム（例えば、上記文献「"Polarization"」を参照）、グラン−フーコープリズム（例えば、http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/polpri2.htmlのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Glan-Foucault Prism"」を参照）、ビーム分岐グラン−トムソンプリズム（例えば、http://www.redoptronics.com/glan-thompson-polarizing-beamsplitter-cubes.htmlのＵＲＬで入手可能なウエブページ「"Glan Thompson Polarizing Beamsplitter Cubes"」を参照）などである。
【０２４０】
光源波長は、プリズム材料に影響し、アモルファスＢａＢ２Ｏ４（α−ＢＢＯ）はλ＝１９０ｎｍまで使用可能であり、方解石(calcite)はλ＝２１０ｎｍまで使用可能であるが、人工成長水晶はλ＝２００ｎｍまで、ＭｇＦ２はλ＝１５７ｎｍまで使用可能である。限界要因は、主として、プリズムによって有用に偏光される入射光の視野である。
【０２４１】
図３３は、偏光素子として、グラン−トムソンプリズム（ＧＴＰ）を用いた、ＰＥＧのコンポーネントＣ１２を備えた配置を示す。この配置は、より小さいＦＯＶ（＜１０度）の光源の場合に有用である。プリズム界面で特別な薄膜コーティング（例えば、ＦＴＩＲ）を利用すれば、それはより広い角度のＦＯＶに適用可能である。
【０２４２】
図３４は、第６実施形態の第２配置を示す。Ｃ１は、ガリレオ拡大望遠鏡ＧＥＴを用いたｉＰＥＧであり、最終光源円錐角を低減して、より普通のグラン−トムソンプリズム（ＧＴＰ）が使用可能である。
【０２４３】
（第７実施形態）
その場(in-situ)偏光子（例えば、０°、９０°、４５°、４５°＋１／４波長板）は、実効光源ＥＳ内で照射されるサブブロック間、多くの場合は、入力照明光学系ＩＩＯと出力照明光学系ＯＩＯの間で、スキャナ本体（図１）での位置に回転される。
【０２４４】
光源ＬＳの偏光が、固有の偏光解消光学系を含まないより簡易な投影結像装置において既知の偏光状態を生成するのに有効であるようにすることも可能である。
【０２４５】
リソグラフのステッパおよびスキャナのための実効光源コヒーレンスマトリクスの角度依存性（ｎｘ，ｎｙ）および空間依存性（ｘ，ｙ）の両方を分解するための方法および装置を記載している。修正したＳＭＩの使用は、偏光素子の適切なアレイを用いて構成される。
【０２４６】
上記説明は、本発明のある実施形態を詳細にする。しかしながら、上記がどれぐらい詳細であるかにかかわらず、本発明は、その精神または本質的特性から逸脱しないで他の特定の形態で実施できることは理解されよう。説明した実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、よって、本発明の範囲は、上記説明ではなく添付の請求項によって示される。請求項の意義および等価の範囲を備えた全ての変化は、これらの範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０２４７】
【図１】投影結像装置（ステッパまたはスキャナ）のブロック図である。
【図２ａ】増強した解像度のための偏光した実効光源の概略図である。
【図２ｂ】ジョーンズマトリクスによって表現されるような、２つの偏光素子の連続的な動作を示す。
【図３】本発明を実践する際に利用可能な３つの異なる、その場(in-situ)光源計測機器（ＩＳＭＩ）を示す。
【図４ａ】先行技術としてＰＣＳＡ偏光解析法に関する概略を示す。
【図４ｂ】ＩＳＭＩを用いた、その場(in-situ)偏光解析法に関するハードウエアおよびビームシステムを示す。
【図４ｃ】投影結像装置での、その場(in-situ)偏光解析法のための処理を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、投影結像装置でのレチクル（Ｒ）およびペリクル（ＰＥ）の組合せの代わりに、レチクルステージ（ＲＳ）上に設置された、その場(in-situ)光源結像偏光子（ＩＳＩＰ）を断面図で示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＳＩＰの追加の詳細を示す。
【図６】ＩＳＩＰの単一のフィールドポイントでの偏光素子グループの平面図および３つの側面図である。
【図７】レチクルＲに取り付けられた複数の偏光素子グループＩＳＩＰの平面図である。
【図８】偏光素子グループを通過した後、ウエハ面での図２ａの偏光光源を平面図および部分断面図の両方で示す。ポール上の数字は、相対的な光強度を示す。
【図９】偏光素子グループの他の変形の平面図および３つの側面図を示す。
【図１０】５つのコンポーネントを備えた偏光素子グループの平面図を示す。
【図１１】図１１（ａ）は、光源コヒーレンスの成分の幾つかを復元するために使用可能なＰＥＧの中に含まれる単一の偏光素子の平面図を示し、図１１（ｂ）は、光源コヒーレンスの成分の幾つかを復元するために使用可能なＰＥＧの中に含まれる２つの偏光素子の平面図を示す。
【図１２】投影結像光学系と、ジョーンズマトリクスとして表現される、その場(in-situ)レチクル偏光子との組合せを示す。
【図１３】全ての偏光マトリクス素子が測定される本発明の方法の最終結果を示す。
【図１４】３つのコンポーネントだけを含む偏光素子グループの平面図を示す。
【図１５】第１実施形態の他の配置での偏光素子グループにおける２つのコンポーネント（Ｃ１，Ｃ２）を示す。
【図１６】第１実施形態の第３の配置での偏光素子グループにおける１つのコンポーネントＣ３を示す。
【図１７】第１実施形態の第４の配置での偏光素子グループにおける１つのコンポーネントＣ４を示す。
【図１８】第１実施形態の第５の配置での偏光素子グループにおける１つのコンポーネントＣ５を示す。
【図１９】第１実施形態の第６の配置での偏光素子グループにおける１つのコンポーネントＣ６を示す。
【図２０】レンズＬを用いた、無限結像の、その場(in-situ)光源計測機器（ＩＳＭＩ）を示す。
【図２１】回折光学素子ＤＯＥ(diffractive optical element)を用いた、無限結像の、その場(in-situ)光源計測機器ＩＳＭＩを示す。
【図２２】第１実施形態の第７の配置での偏光素子グループにおける１つの偏光コンポーネントＣ７を示す。
【図２３】第２実施形態での偏光コンポーネントに関する幾つかの配置を示す。
【図２４】第２実施形態についての他の配置を示し、Ｃ１０は、ガリレオ(Gallilean)拡大望遠鏡を利用して、偏光ビームスプリッタＰＢＳ(polarized beam splitter)へ入射する最終光源入力角度範囲を減少させる偏光素子グループのコンポーネントである。
【図２５ａ】第２実施形態についてのさらに他の配置を示し、Ｃ１１は、ボールレンズ拡大望遠鏡を利用して、光源角度サイズを減少させる偏光素子グループのコンポーネントである。
【図２５ｂ】無限結像のＩＳＭＩを用いた、第２実施形態についての他の配置を示す。
【図２６】偏光反射プリズムを利用した第３実施形態での偏光素子グループの２つの配置を示す。
【図２７】一連の２以上の偏光反射プリズムを利用した、第３実施形態の第３の配置の斜視図を示す。
【図２８】レチクル上面を見下ろした、第３実施形態の第４の配置の平面図を示す。
【図２９】透過基板上の複数の平行導電ライン（ワイヤ格子）からなる偏光素子ＰＯの平面図および側面図を示す。
【図３０】反射のみで作動し、シリコンウエハ上に作製される偏光光学系を断面図で示す。
【図３１】部分偏光子として作動し、ほぼブルースター角で動作する多層反射器を示す。
【図３２】ＥＵＶその場(in-situ)光源結像偏光子を示す。
【図３３】第６実施形態についての配置を示し、Ｃ１２は、グラン−トムソンプリズム偏光子（ＧＴＰ）を備えた偏光素子グループのコンポーネントである。
【図３４】ガリレオ拡大望遠鏡（ＧＥＴ）を利用して、グラン−トムソンプリズム偏光子ＧＴＰに入射する実効光源角度サイズを減少させる、第６実施形態についての第２の配置を示す。
【図１】
2008527756.tif 000042
【図２ａ】
2008527756.tif 000043
【図２ｂ】
2008527756.tif 000044
【図３】
2008527756.tif 000045
【図４ａ】
2008527756.tif 000046
【図４ｂ】
2008527756.tif 000047
【図４ｃ】
2008527756.tif 000048
【図５】
2008527756.tif 000049
【図６】
2008527756.tif 000050
【図７】
2008527756.tif 000051
【図８】
2008527756.tif 000052
【図９】
2008527756.tif 000053
【図１０】
2008527756.tif 000054
【図１１ａ】
2008527756.tif 000055
【図１１ｂ】
2008527756.tif 000056
【図１２】
2008527756.tif 000057
【図１３】
2008527756.tif 000058
【図１４】
2008527756.tif 000059
【図１５】
2008527756.tif 000060
【図１６】
2008527756.tif 000061
【図１７】
2008527756.tif 000062
【図１８】
2008527756.tif 000063
【図１９】
2008527756.tif 000064
【図２０】
2008527756.tif 000065
【図２１】
2008527756.tif 000066
【図２２】
2008527756.tif 000067
【図２３】
2008527756.tif 000068
【図２４】
2008527756.tif 000069
【図２５ａ】
2008527756.tif 000070
【図２５ｂ】
2008527756.tif 000071
【図２６】
2008527756.tif 000072
【図２７】
2008527756.tif 000073
【図２８】
2008527756.tif 000074
【図２９】
2008527756.tif 000075
【図３０】
2008527756.tif 000076
【図３１】
2008527756.tif 000077
【図３２】
2008527756.tif 000078
【図３３】
2008527756.tif 000079
【図３４】
2008527756.tif 000080
【国際調査報告】
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