(57)【要約】【課題】　光学系による偏光状態への影響を決定する方法及び装置と、分析装置を提供する。【解決手段】　本発明は、被験光学系による放射光線の偏光状態への影響を決定する方法及び装置であって、所定の入射偏光状態の放射光線を光学系に送り、出射偏光状態を測定し、入射偏光状態を基準として出射偏光状態を評価することによって、光学系による偏光状態への影響を決定する方法及び装置と、この目的に使用することができる分析装置とに関する。　本発明によれば、本方法及び装置を使用して、指定可能な開口の光学結像系による放射光線の偏光状態への影響を決定することができ、その決定はひとみ分解能で行われる。　たとえば、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズによる紫外線の偏光状態への影響の決定に使用される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　被験光学系による放射光線の偏光状態への影響を決定する方法において、
　所定の入射偏光状態の入射側放射光線を光学系に送り、
　光学系から出る放射光線によって出射偏光状態を測定し、
　入射偏光状態を基準として測定出射偏光状態を評価することによって、光学系による偏光状態への影響を決定する方法であって、
　指定可能な開口の光学結像系によって生じる偏光状態への影響は、ひとみ分解能で決定される方法。
【請求項２】
　所定の入射偏光状態は、結像系の物体面上に与えられ、出射偏光状態は、結像系の指定可能なひとみ範囲内でひとみ分解能で測定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　結像系の物体面から出る空間非干渉性点放射光線を入射側放射光線として与える請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
　評価は、位相減少ジョーンズ行列の決定を含み、関連の楕円偏光測定が実行される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
　所定の入射偏光状態の提供、出射偏光状態の測定、及び評価は、シヤリング干渉測定または点回折干渉測定を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
　シヤリング干渉測定または点回折干渉測定の結果は、下流側の偏光分析にかけられる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
　像補正のために、指定可能な開口の光学結像系によるひとみ像のひずみは、光学計算、測定値収集またはそれら２つの組み合わせによって決定されて、計算的に補正される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
　被験光学系による放射光線の偏光状態への影響を決定する装置において、
　所定の入射偏光状態で光学系に送る入射側放射光線を与える手段（１〜７）と、
　光学系から出る放射光線の出射偏光状態を測定する偏光検出手段（８〜１２；１４、１５）と、
　入射偏光状態を基準として測定出射偏光状態を評価することによって、光学系による偏光状態への影響を決定する評価ユニット（１３、１３ａ）とを備えた装置であって、
　偏光検出手段（８〜１２；１４、１５）は、出射偏光状態をひとみ分解能で測定するようにセットアップされており、
　評価ユニット（１３、１３ａ）は、偏光状態への影響をひとみ分解能で決定するようにセットアップされている装置。
【請求項９】
　入射側放射光線を与える手段は、結像系（２）の物体面上の穿孔マスク（７）と、上流側の第１偏光手段（４、５）とを有する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
　第１偏光手段は、直列に配置された偏光子ユニット（４）及び／または補償板ユニット（５）を含み、これらはさまざまな空間向きにセットすることができる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
　入射側放射光線を与える手段は、第１偏光手段の前方に拡散スクリーン（３）を有する請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
　偏光検出手段は、ＣＣＤ検出器（１０）と、上流側の第２偏光手段（１１、１２；１５）とを有する請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
　偏光検出手段は、シヤリング干渉計ユニット（１４）または点回折干渉分光ユニットを含む請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
　評価ユニット（１３、１３ａ）は、位相減少または完全ひとみ分解ジョーンズ行列を決定するようにセットアップされている請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
　特に請求項８乃至１４の１項に従った装置の偏光検出手段または偏光調整手段として使用される偏光分析装置であって、ビーム路上に順次配置された、
　周期構造体（２１）と、
　ビーム成形ユニット（２３、２９）と、
　補償板偏光子ユニット（２４）と、
　偏光分析素子（２５）、特に偏光ビームスプリッタ素子とを有する偏光分析装置。
【請求項１６】
　ビーム路上に順次配置された、
　ビーム成形ユニット（２３、２９）と、
　互いに回転した偏光方向に固定配置された複数の補償板素子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）を有する補償板偏光子ユニット（２４）と、
　偏光分析素子（２５）、特に偏光ビームスプリッタ素子とを有する、任意であるが請求項１５に記載の偏光分析装置。
【請求項１７】
　ビーム成形ユニットは、１つまたは複数の球面及び／または非球面屈折個別レンズ（２３）、１つまたは複数の回折レンズ、１つまたは複数の球面及び／または非球面ミラー素子、または該光学素子の組み合わせを有する請求項１５または１６に記載の偏光分析装置。
【請求項１８】
　周期構造体（２１）は、偏光分析素子の後に配置された検出素子（２６）に、それと一緒に側方へ移動するか、それに対して側方へ移動するように結合されるように構成されている請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の偏光分析装置。
【請求項１９】
　被験光学結像系の像側の偏光検出手段として、及び／または物体側の偏光調整手段として使用するように構成された請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の偏光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、請求項１の前文に従った、光学系によって生じる放射光線の偏光状態への影響を決定する方法、収差補正方法、及びそのような方法を実行するのに適した、請求項８の前文に従った装置、さらにその装置に使用することができる偏光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　光学系が放射光線の偏光状態にいかに影響を与えるかを決定するために使用することができるさまざまな方法及び装置が周知である。光学系とは、本明細書では、入射放射光線の透過及び／または反射を行う、特にレンズ及びそれで構成された対物レンズを含む１つまたは複数の光学素子からなる構造として理解されたい。放射光線とは、本明細書では、被験光学系に加えられる所望の電磁放射線、たとえば、可視光線または紫外線として理解されたい。特に、多様な形の楕円偏光方法及び楕円偏光装置が広く使用されている。偏光状態、及びそれが光学系によってどのように影響を受け、変化するかを説明するために、ストロークパラメータ、ミューラー行列、偏光行列及びジョーンズ行列などの適当な変数が使用されている。この点に関する詳細については、関連の文献を参照することができる。
【０００３】
　冒頭に述べた形式の方法及び装置が、米国特許第５，２９８，９７２号明細書で開示されている。この方法及びこの装置では、光学系によって生じる偏光状態への影響は、具体的には、被験光学系に割り当てられた単一組のストロークパラメータを決定し、それから得られるジョーンズ行列を決定することによって、一体的に決定される。放射光線をそれぞれ単一モード繊維で光学素子へ送り、それによって進路変更させる結果、空間ビームフィルタリングが行われる。
【０００４】
　物体の偏光像を形成するために偏光効果を利用することも周知である。米国特許第５，３９６，３２９号明細書には、結像光学素子に加えて、たとえば、補償板の形の光学リターダと、その下流側の直線偏光子とを有し、これらが両方とも回転するように構成されている対応の像記録光学系を示している。像検出ユニットとして、たとえば、撮像カメラ、ＣＣＤ検出器、または一列に並んだ個別検出素子が役立つ。計算評価は、各偏光関連成分についてストロークパラメータ及び１つのミューラー行列によって行われる。
【０００５】
　米国特許第５，１６６，７５２号明細書は、平行入射光束を被験光学系上に集束させて、個別の光線がさまざまな角度で入射するようにし、この被験光学系によって反射または透過した光コーンを再集束させて平行出射ビームにするようにした楕円偏光系を開示している。検出ユニットとしては、被験光学系に対する狭範囲の入射角の入射から生じる光線がそれぞれ当たる一列状の個別検出素子が役立つ。これの目的は、付随的に走査検出作動を必要としないで、被験光学系にさまざまな入射角で入射する光線の偏光状態を同時に検出できるようにすることである。この楕円偏光系を使用して、特に光学材料を、偏光状態の変化を生じる特性について、具体的に言うと、透過測定の場合、光学立体材料の複屈折についてテストすることができる。
【０００６】
　周知のように、高精度に結像する光学素子の像品質を決定するために、像側波面と理想結像挙動とのずれを非常に正確に決定することができる波面センサを利用することが可能である。この目的のために、たとえば、いわゆるシヤリング干渉計が使用されている。これに基づいた波面検出装置が、ＤＥ１０１ ０９ ９２９Ａ１号明細書で開示されている。この装置は、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズの像品質の決定にも適しており、たとえば、光学コンダクタ及びその出力部に配置された穿孔マスクを有する波面源を被験光学結像系の物体面上に与える手段と、物体面と対をなす像面上の回折格子とを備えている。回折格子の下流側には、たとえば、ＣＣＤチップの形の空間分解放射光線検出器が接続され、介在させた光学素子が、回折格子によって生じた干渉写真を検出器のセンサ表面上に結像する。この形式の波面センサ法は、結像系の通常作動で使用されるものと同じ放射光線で結像系をテストすることができ、結像系と一体化させて１つの部材にすることができる。したがって、この形式の波面センサは、作動干渉計（ＯＩ）とも呼ばれる。
【０００７】
　特にそのようなＯＩ装置であることができ、物体面上に配置されたマスク上に設けられた有効パターンを像平面上に結像するために使用される光学結像系の干渉測定に役立つ測定装置が、先行公報ではない独国特許出願第１０２ １７ ２４２．０号に記載されている。有効パターンに加えてマスク上に形成された測定パターンによって、干渉測定から波面源を実現することが提供されている。
【０００８】
　高精度結像系によって波面検出を行う、実際に使用されているさらなる方法の一例として、点回折干渉法があり、それの基本原理は、関連の専門家文献に記載されている−たとえば、『ディー・マラカラ（D. Malacara）著「光学機器工場試験（Optical Shop Testing）」第３．７章、ニューヨーク、ジョン・ウィレイ（John Wiley）出版、１９９１年』を参照のこと。米国特許第６，３４４，８９８Ｂ１号明細書、米国特許第６，３１２，３７３号明細書、特開平１１−１４２２９１号公報、ＷＯ ０２／４２７２８号公開公報では、具体的に記載されている。
【０００９】
　たとえば、マイクロリソグラフィ投影対物レンズとして使用される高開口数の最新の高精度結像系の場合、使用される放射光線の偏光状態への結像系の影響は、もはや無視できないものである。したがって、たとえば、短波長によく使用されるようなフッ化カルシウム製のレンズの場合には複屈折によって、また、偏向ミラーでは偏光効果によって、偏光が誘発する像品質への作用が発生する。したがって、高開口の光学結像系による偏光状態への影響を決定できると共に、偏光依存の像品質についての結論を引き出すために、量的に可能である必要がある。
【特許文献１】米国特許第５，２９８，９７２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３９６，３２９号明細書
【特許文献３】ＤＥ１０１ ０９ ９２９Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願第１０２ １７ ２４２．０号
【特許文献５】米国特許第６，３４４，８９８Ｂ１号明細書
【特許文献６】米国特許第６，３１２，３７３号明細書
【特許文献７】特開平１１−１４２２９１号公報
【特許文献８】ＷＯ ０２／４２７２８号公開公報
【非特許文献１】ディー・マラカラ（D. Malacara）著「光学機器工場試験（Optical Shop Testing）」第３．７章、ニューヨーク、ジョン・ウィレイ（John Wiley）出版、１９９１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　本発明の課題は、冒頭に述べた形式の新規な方法及び新規な装置と共に、この場合に使用できる偏光分析装置を提供し、それによって、被験光学系による使用放射光線の偏光状態への影響及び／または収差補正を比較的正確に決定することができ、したがって特に、光学結像系の場合、それらが像品質への偏光誘発影響を非常に正確に決定するのにも適するようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　本発明は、請求項１または７の特徴を有する方法、及び請求項８の特徴を有する装置と共に、請求項１５または１６の特徴を有する偏光分析装置を提供することによって、この問題を解決する。請求項１に記載の方法、及び請求項８に記載の装置の場合、被験光学系は、偏光状態への影響がひとみ分解能で決定される指定可能な開口の光学結像系である。本明細書で使用される「ひとみ分解能で」とは、光学結像系の、開口によって与えられたひとみ範囲の少なくとも一部分にわたる偏光状態へのこの影響を角度分解決定することであると理解されたい。
【００１２】
　したがって、偏光状態への影響の決定は、空間分解能を伴わない純粋一体測定としてではなく、考慮中のひとみ範囲内の個別の座標点に対するひとみ分解能で行われる。これによって、偏光状態への影響によって生じる可能性がある光学収差について、光学結像系をひとみ分解能でテストすることができる。重要な適用分野は、半導体部品の製造において、微細構造を、たとえば、紫外線でマスクからウェハへ転写しなければならないウェハ露光用のマイクロリソグラフィ投影露光装置の高精度投影対物レンズの場合の収差のテストである。
【００１３】
　請求項２に従った方法の発展では、結像系の物体面上に所定の入射偏光状態が与えられ、出射偏光状態は、結像系の指定可能なひとみ範囲内でひとみ分解能で測定される。
【００１４】
　請求項３に従った方法の発展では、結像系の物体面から出る空間非干渉性点放射光線を入射側放射光線として与える。この目的には、請求項９に従って発展させた装置であって、結像系の物体面上に１つまたは複数の開口を設けた穿孔マスクと、上流側の第１偏光手段とを有する装置が適している。第１偏光手段は、請求項１０に従った装置の発展では、直列に配置されてさまざまな空間向きにセットすることができる偏光子ユニット及び／または補償板ユニットを含むことができる。これは、回転可能な偏光子及び／または補償板を使用するか、事前設定された偏光子及び／または補償板ユニットを備えて切り換え可能なさまざまな光学チャネルを使用することによって、実現することができる。請求項１１に従ったさらなる改良では、装置は、第１偏光手段の前方に拡散スクリーンを有することができる。
【００１５】
　請求項１２に従って発展した装置は、偏光検出手段として、ＣＣＤ検出器と、上流側の第２偏光手段とを有する。このように構成された偏光検出手段は、考慮中のひとみ範囲のすべての空間座標について出射偏光状態をひとみ分解能で１回の測定作動で同時に測定することができ、その代わりに点状に測定する検出器を使用した場合に予想されるひとみ範囲のスキャンを行う必要がない。
【００１６】
　請求項４に従って発展した方法の場合、出射偏光状態の評価は、偏光状態への影響の楕円偏光測定から位相減少ジョーンズ行列を決定することを含む。
【００１７】
　請求項５に従った方法の発展の場合、出射側波面位相のひとみ分解空間特性は、シヤリング干渉法または点回折干渉法によって決定される。たとえば、請求項４の方法に従った位相減少ジョーンズ行列の決定と組み合わせると、それから光学結像系の完全なひとみ分解ジョーンズ行列を決定することができる。この場合、その方法を実行する装置の偏光検出手段は、請求項１３に従った発展の対応のシヤリングまたは点回折干渉計ユニットを有する。
【００１８】
　請求項６に従って発展した方法の場合、シヤリング干渉法または点回折干渉法によって出射側に得られた放射光線を偏光分析と組み合わせて、ジョーンズ行列の行列要素のモジュラス及び位相のひとみ分解決定を行うことができる。
【００１９】
　請求項７に従った方法は、ひとみ像のひずみの光学計算法、たとえば、光線追跡法、または測定値決定による検出側像補正を含む。この方法によってひずみを補正することができ、したがって、比較的単純でコスト効率が高い検出側光学素子を使用することができる。この場合、その方法は、請求項１〜６に従った方法と組み合わせて光学系による偏光状態への影響を決定すること、及び、それから独立させて、ひとみ像のひずみの補正が望ましい他の用途の両方に適している。特に、本方法は、偏光への影響を考慮しない形式の光学系を含めて、上記ＯＩ光学系などの、波面を収集する測定系に使用することもできる。
【００２０】
　本方法を実行する装置の評価ユニットは、請求項１４に従った発展では、位相減少または完全ひとみ分解ジョーンズ行列を決定するようにした方法を実行するように適当に構成されている。
【００２１】
　請求項１５または１６に従った偏光分析装置は、請求項１９に従って、被験光学系による放射光線の偏光状態への影響を本発明に従って決定する際の偏光検出手段または偏光調整手段として使用するのに特に適している。請求項１７に従った好都合な改良では、その構造は、１つまたは複数の球面及び／または非球面屈折レンズ、１つまたは複数の回折レンズ、１つまたは複数の球面及び／または非球面ミラー素子、またはこれらの光学素子の組み合わせからなるビーム成形光学素子を有する。１つの実施形態では、たとえば、請求項７に従ったひとみ像ひずみの測定値収集を実行できるようにする周期構造体が、ビーム成形光学素子の前方に配置されている。
【００２２】
　必要に応じて、請求項１８に従って、周期構造体を偏光分析素子の後に配置された検出素子に、それと一緒に側方へ移動するように結合できるように構成するか、そのように結合しないで相互に側方へ移動できるように周期構造体及び検出素子を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
　本発明の好都合な実施形態を図面に示し、以下にさらに詳細に説明する。
【００２４】
　図１は、光学系の結像部による偏光状態の影響を決定するための装置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の構造を概略的に示している。投影露光装置は通常、所望の放射光線、たとえば、約２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの波長範囲の紫外線を供給する光学系の照明部としての照明系１と、光学系の結像部としての下流側の投影対物レンズ２とを備えている。そこまでは従来通りである構造が、投影対物レンズ２によって生じる使用放射光線の偏光状態への影響を、楕円偏光計機能を利用したいわゆる開口数（ＮＡ）測定法によって補うために使用される装置の構成部材によって拡張されている。この装置は、投影対物レンズ２のひとみ範囲全体にわたって位相減少ジョーンズ行列を空間分解で決定するのに特に適しており、その場合、比較的高開口の結像光学系が必要である。
【００２５】
　この装置は、照明系１と投影対物レンズ２との間に、所定の入射偏光状態で投影対物レンズ２用の入射側放射光線を与える手段を備えている。この手段には、ビーム路上に順に拡散スクリーン３と、回転式偏光子４と、回転式補償板５（任意）と、スポットレンズと、１つまたは複数の開口を有するいわゆるピンホールまたは穿孔マスク７とが含まれる。十分に強力な散乱構造を有する拡散スクリーン３によって、空間非干渉性放射光線が十分に供給される。穿孔マスク７は、スポットレンズ６の焦点面上に配置されており、スポットレンズ６は、ほぼ均一に照明されており、同時に投影対物レンズ２の物体面を形成している。これは、物体面上に、できる限り空間非干渉性の点光源を生じる。投影対物レンズ２の下流側に顕微鏡対物レンズ８が配置されており、このレンズ８の焦点面が投影対物レンズ２の像面と一致しており、被験投影対物レンズ２の開口数以上の開口数を有する。したがって、顕微鏡対物レンズ８は、穿孔マスク７の平面上の物点を無限遠に結像する、すなわち、真の平行ビーム路になる。平行ビームの強度分布の鮮明像が、適当な低開口リレー光学素子９、たとえば、４ｆ光学素子によって検出素子１０上に形成され、この検出素子は、たとえば、ＣＣＤチップまたは撮像カメラである。
【００２６】
　ここまでの上記構成部材は、スポットレンズ／穿孔マスクユニット６、７の既知の所定角度依存放射率及び顕微鏡／リレー光学素子ユニット８、９の既知の所定角度依存透過率と組み合わせられて、投影対物レンズ２の透過率を全ひとみ範囲にわたって空間分解決定することができるＮＡ測定装置を形成している。照明の放射率分布は、たとえば、ゴニオメータ式に懸架された測定ダイオードによる角度可変走査によって予め決定することができる。顕微鏡ユニットは、既知の強度分布の平行ビームを使用した後方徹照法か、再びゴニオメータ測定装置で焦点開口コーンを走査することによって、校正することができる。ゴニオメータ測定装置での走査方法自体は、現時点で問題の投影対物レンズ２のテストに確かに可能であるが、本明細書に記載する処理モードの利点は、このように校正された装置を使用して、投影対物レンズ２の多数の視野点をほぼ同時に、または、いずれにしても比較的短時間のうちに測定できることである。
【００２７】
　適当な偏光素子を追加することによって、このＮＡ測定装置は、投影対物レンズ２用の位相減少ジョーンズ行列をひとみ分解決定できるようにする楕円偏光計機能を再び獲得する。この目的は、第１に、投影対物レンズ２の入射すなわち照明側の回転式偏光子３と回転式補償板５とによって、また、第２に、出射側の回転式補償板１１と、その下流でリレー光学素子９及びＣＣＤ検出器１０間に設けられた出射側偏光子１２とによって達成される。照明部材６、７及び顕微鏡ユニット８の校正は、従来型楕円偏光計ユニットによって関連の開口コーンをゴニオメータ式に走査することによって行うことができる。この場合、偏光子及び補償板構造を通る対応の平行ビーム路は、少なくとも４つの線形独立偏光状態として定められる。
【００２８】
　具体的に言うと、その場合、照明側に４つの線形独立ストロークベクトルに対応した４つの異なった偏光状態を連続して設定することが可能であり、出射側で、投影対物レンズ２を透過して得られた放射光線のストロークベクトルを測定することができる。関連の文献から周知のように、既知の関係によって、入射側及び出射側ストロークベクトルがミューラー行列を生じ、これから位相減少ジョーンズ行列を引き出すことができる。
【００２９】
　この評価は、評価ユニット１３によって行われ、この評価ユニットは図１に概略的に示されているだけであって、ＣＣＤ検出器１０に結合され、この目的のために適当に構成されている。したがって、照明系１及び投影対物レンズ２を備えた投影露光装置に割り当てられた装置は、位相減少ジョーンズ行列をひとみ分解能で同時二次元決定できるようにする、すなわち、ジョーンズ行列の要素は、従って、投影対物レンズ２の偏光特性は、高開口の投影対物レンズ２のひとみ範囲全体にわたってひとみ座標の関数として空間分解決定される。
【００３０】
　それにより、ウェハに向けられた露光放射光線の偏光状態への投影対物レンズ２の影響を迅速かつ正確に決定することができる。高開口数の最新のマイクロリソグラフィ投影対物レンズの場合、たとえば、短波長用に使用されるフッ化カルシウムレンズでの複屈折効果や、偏光ミラーによる偏光効果のために、この影響が重要性を増している。放射光線の偏光状態への投影対物レンズのこれらの影響の空間分解能での知識を適当に利用して、投影露光装置の所望の結像／露光挙動を得ることができる。
【００３１】
　図２は、図１の構造の変更例を示し、わかりやすくするために、機能的に同一の素子には同一の参照記号を選択しており、これまでは図１の例の上記説明を参照することができる。特に、図２の例は、照明系１と、割り当てられた装置を利用して偏光特性をテスト中である投影対物レンズ２とを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置に関し、照明系１及び投影対物レンズ２間の構造は、図１のものに一致している。
【００３２】
　前述したように、図１の装置は、位相減少した、すなわち、ひとみ位置に従属した大域位相項までのひとみ分解ジョーンズ行列を決定するために使用される。図２の実施形態に使用された装置は、シヤリング干渉測定法を所定の入射偏光状態と組み合わせることによって、この大域位相項を決定することができる。したがって、この装置は、被験投影対物レンズ２の出射側にシヤリング干渉計ユニット１４を有し、それにＣＣＤ検出器１０が接続されている。適当な構造の評価ユニット１３ａが、ＣＣＤ検出器に結合されている。
【００３３】
　シヤリング干渉計ユニット自体は、たとえば、前述のＤＥ１０１ ０９ ９２９Ａ１号明細書、及び同様に前述の先行ドイツ特許出願第１０２ １７ ２４２．０号に記載されているような従来構造であり、さらなる詳細についてはこれらを参照することができる。必要な制御及び評価処理は、当該技術分野の専門家には関連の処理ステップの本説明から直ぐに明らかであるように、評価ユニット１３ａで実行される。ジョーンズ行列解析における基本的な二光束干渉法が、図３の例で概略的に説明されている。これは、オリジナルジョーンズ行列Ｔと、Δｘだけ変位したジョーンズ行列ＴΔとによって表される２つの視野の重合部の出射側放射強度を、合計行列Ｔ＋ＴΔと入射偏光行列Ｐｉｎとの行列積及びエルミート形共役合計行列（Ｔ＋ＴΔ）＋のトレースフォーメーションから生じる。オリジナル及び変位ジョーンズ行列Ｔ及びＴΔがそれぞれ定位相因子までわかっている場合、それらの位相差Δαは次式の関係から決定することができる。
【００３４】
　　ｅｘｐ［ｉΔα］＝Ｑ／トレース［ＴＰｉｎＴΔ＋］
但し、Ｑ＝トレース［ＴＰｉｎＴΔ＋］、Ｔ及びＴΔはそれぞれ位相減少オリジナル及び変位ジョーンズ行列を表す。移相技法を使用しながら、シヤリング干渉計ユニット１４での測定により、変調信号の振幅及び位相から一般的な複素数Ｑを得ることができる。現在考慮中のシヤリング干渉法を使用することにより、偏光対物レンズ２の実際の有効作動で使用されるものと同一の放射光線を使用することができるので、この測定法は、作動干渉計（ＯＩ）測定法とも呼ばれる。
【００３５】
　その場合、ひとみ座標ｘ全体にわたる位相α（ｘ）の空間特性を積分によって決定することができる。これにより、たとえば、図１の装置を利用した楕円偏光ＮＡ測定から、位相減少ジョーンズ行列がすでに既知である時、投影対物レンズ２用の完全なジョーンズ行列を決定することができる。唯一の前提条件は、図２のＯＩ測定の場合、照明の、すなわち、投影対物レンズ２の入射側の偏光状態が完全にわかっていることであり、この場合、それはまったくの非偏光であることもできる。図２の例では、入射側偏光子４及び任意の入射側補償板５を使用することによって、所定の完全偏光入射側放射状態がもたらされる。
【００３６】
　そのような複素数Ｑ＝トレース［ＴＰｉｎＴΔ＋］から個々のジョーンズ行列要素を推定することができないので、図２に従った装置は、単独で位相減少ジョーンズ行列を決定することができない。それとは対照的に、図４に従った構造ではこれが可能になり、その構造には、図２の構造と比べて、シヤリング干渉計ユニット１４とＣＣＤ検出器１０との間に回転式偏光子１５を設ける変更が加えられている。このために、図２の例の任意の入射側補償板が、図４の例では省かれている。その他の点では、これらの２つの実施形態は同一構造である。
【００３７】
　図４の装置の場合、ジョーンズ行列の個々の要素を入射側回転式偏光子４及び出射側回転式偏光子１５によって投影することができる。したがって、値ＴｘｘＴΔｘｘ＋は、トレースＱに対して、ｘ方向に直線偏光した状態のある入射側及び出射側設定を生じる。行列要素Ｔｘｘに対してＴｘｘ＝ａ・ｅｘｐ［ｉφ］を使用すると、これはトレース値Ｑに対して、
　　Ｑ＝ａ（ａ＋Δａ）・ｅｘｐ［−ｉΔφ］
の関係を生じ、これは、シヤリング干渉計ユニット１４での測定によって、したがって、モジュラスａ（ａ＋Δａ）及び位相−ｉΔφに対する微分表現によって決定することができるので、ジョーンズ行列要素Ｔｘｘは、ひとみ座標全体にわたる数値積分によって決定することができる。位相面φは、この場合に限って、すべてのひとみ位置で同一である積分定数まで決定される。
【００３８】
　同様に、他の行列要素Ｔｙｘ、Ｔｘｙ及びＴｙｙは、したがって全位相減少ジョーンズ行列は、ｙ方向に直線偏光された入射または出射状態を設定することによって決定することができる。４つのジョーンズ行列要素は、モジュラス及び位相がひとみ座標の関数として決定されるが、４つの関連位相面は、それらの積分定数がわからないため、相互間に決まった関係がない。たとえば、ひとみ範囲の少なくとも１点について、楕円偏光測定を行い、その測定結果が４つの位相面間に欠落している関係を生じるようにすることによって、これを解決することができる。たとえば、投影対物レンズ２の光軸に沿って市販の単軸楕円偏光計を使用した測定が、この目的には十分である。
【００３９】
　シヤリング干渉計の代わりに、完全なジョーンズ行列を完全なひとみ分解能で測定するための適当な偏光分析手段を備えた点回折干渉計を使用することもできる。図５は、そのような干渉計の好都合な実施形態を示している。図４に使用されている構成要素に加えて、点回折干渉計では、回折格子１６が使用されており、これは、回折効果によって、ピンホールマスク７によって生じた球面波をさまざまな成分波に分解し、ここではそれらが２つのビーム路１９及び２０で表されている。２つの成分波は、同様な軌跡で投影対物レンズ２を横切って進んだ後、対応のピンホールマスク７ａの異なった寸法のピンポール上に集束することによって、テスト波と基準波とに変換される。２つの成分波の干渉のため、対物レンズ開口全体の干渉写真が得られ、ビーム成形装置１８でＣＣＤ検出器１０上に結像される。図４のシヤリング干渉計を使用した方法と同様に、この干渉写真を図示の偏光子１５などの偏光分析手段と組み合わせることによって、偏光従属波面を得ることができ、したがって、シヤリング干渉計を用いた方法と同様に、投影対物レンズのジョーンズ行列を得ることができる。点回折干渉計の場合、位相測定の正確度を高めるために、移相方法を加えることもでき、これが作動ユニット１７で表されている。
【００４０】
　図６〜図１０は、図１、図２、図４及び図５の装置において偏光検出部として使用することができるさまざまな偏光分析装置構造を示しているが、これらは、所望の所定偏光状態を準備するために物体側に使用することもでき、その場合には検出素子をなくし、さらには空間またはひとみ分解能で偏光状態を測定する必要があるいずれの他の所望装置にも使用することができる。
【００４１】
　具体的に言うと、図６に示された分析装置は、上から下へ光入射方向に順に、凸レンズ２３の形のビーム成形レンズユニットと、ラムダ／４プレート２４の形の偏光子ユニットまたは補償板と、たとえば、偏光スプリッタキューブなどの偏光ビームスプリッタ素子の形の偏光子２５と、特に撮像カメラのＣＣＤイメージセンサにすることができる平形検出素子２６とを備えている。光学系の光軸２７及び斜め入射の光ビーム２８の進路も図示されている。
【００４２】
　そのように構成された図６の分析装置は、物体側の、たとえば、被験リソグラフィ対物レンズの物体面またはレチクル面上に配置された偏光子と協働して、被験光学系をラムダ／４プレート２４の回転によって空間またはひとみ分解能で楕円偏光測定することができ、したがって、その光学系の偏光状態への影響を決定することができる。
【００４３】
　図７は、図６の分析装置の変更例を示し、わかりやすくするために、機能的に同様な素子には同一の参照番号を付けている。図６の構造と比較すると、図７の分析装置の場合、周期構造体２１を備えた追加基板２２が、入射側に設けられている。この周期構造体２１は特に、シヤリング干渉測定用のシヤリング回折格子にすることができる。図７に示されているように、構造体２１は、ビーム成形レンズユニット２３から分離した独立基板として設けることができ、あるいは、平凸レンズとして構成されている場合、そのレンズユニットの上側の平面側を構造体２１の基板２２上に締め付けるか、他の方法で固定することができる。さらなる変更例として、構造体２１を直接的にそのような平凸レンズの上平面側に付着させることができる。平凸レンズを基板に締め付けるか、固定した構造は、作動中に構造体２１と検出素子２６とが一緒に側方移動する測定装置に特に適しているが、構造体２１及び検出素子２６が相互に側方移動する、たとえば、構造体２１だけか、検出素子２６だけが側方移動する光学系には、構造体２１を付着させた基板２２とレンズユニット２３とを移動に関して分離させることが好都合である。
【００４４】
　本発明に従った分析装置の基本概念は、ビームを大きく偏向させて偏光スプリッタ素子２５に当たるようにし、それによって十分に偏光されるようにする比較的単純な検出光学素子で間に合わせることにあり、被験対物レンズのひずんだひとみ像が検出面２６上に生じるが、幾分は適当な補正手段によって補償されることが認められている。特に高開口リソグラフィ対物レンズなどの被験高開口光学系用の好都合な補正手段は、検出レンズユニットの多素子構造にある。これに関して例を挙げると、図８は、さらなる変更例として、ビーム成形ユニットが２つの連続した、特に非球面レンズ２３ａ、２３ｂを有する分析装置を示している。これによって、ひずみ誤差を減少させると共に、全反射に対応した入射角を避けることができる。いずれにしても、高開口光学系では、大きい入射角が生じるので、さらにレンズ素子の反射防止膜が役立つ。
【００４５】
　図９は、図６の分析装置のさらなる変更例を示し、１つまたは複数の屈折光学素子の代わりにミラー素子２９が用いられ、これは、凸レンズ２３ｃの次に配置されて、光学系の光軸２７を、たとえば、図示のように９０°偏向させる。この場合、複数のミラー素子を用いることも可能であり、ミラー面は平面、球面または非球面にすることができる。そのような構造の利点として、たとえば、全高を減少させると共に、構造の色収差を抑えることができる。
【００４６】
　図６〜図９の分析装置では、楕円偏光角を測定するために、作動中にラムダ／４プレート２４を回転させるが、図１０は、補償板として相互に所定の関係に回転した偏光方向の、個別のラムダ／４小プレートなどの複数の個別ラムダ／４偏光素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃが用いられ、そのため、作動中にそれを回転させる必要がないさらなる分析装置の例を示している。その結果として、能動的に移動する部材をまったく有していない偏光分析装置が得られる。この点で、物体側偏光子ユニットを同様に構成して、回転した偏光方向の個別の永久配置のラムダ／４小プレートの楕円偏光測定を行うことができると言える。図１０の例では、個々のラムダ／４小プレート２４ａ、２４ｂ、２４ｃが、それぞれ１つの偏光スプリッタキューブ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ上に固定されている。あるいは、複数の、好ましくはすべてのラムダ／４小プレートを１つの偏光スプリッタキューブ上に一緒に固定することができる。レンズユニットは、このようにして形成された個々のチャネルに対して、図１０の例では基板の下側に固定された個々のレンズ２３ｄ、２３ｅ、２３ｆの領域からこれに一致するように構成されている。
【００４７】
　部分的に前述したように、検出レンズユニットに使用されるレンズの形式に関して言うと、必要に応じて、特に１つまたは複数の単純な球面レンズか、１つまたは複数の非球面レンズか、回折レンズが検討される。球面の個別レンズを有するレンズユニットは、テストの対象であって比較的小さい開口角を有する光学系にうまく適することができる。高開口数の場合、全反射の角度を超えることを避けると共に、偏光スプリッタ素子２５への入射角を十分に小さくしておくために、多重レンズ系、非球面レンズまたは回折レンズが好ましく、これは、比較的狭い範囲内の入射角に対してだけ、偏光ビーム分割機能を必要な程度まで果たすからである。さらに、ひとみ分解能は一般的に、縁部に向かって大きく減少する。
【００４８】
　図１１は、このために、ひとみの関数として入射角（ｉ角）の典型的特性を特性要因グラフで示している。前述したひとみひずみ誤差は、球面レンズの代わりに、１つまたは複数の非球面レンズまたは回折レンズを使用することによって減少させることができる。回折レンズは、たとえば、周期構造体２１を上側に支持している基板２２の下側に対応の回折構造体を形成することによって、実現することができる。この回折構造体の格子周期は、ビームがそれの開口角に従って偏向するように、局部的に適応させる。さまざまなチャネル間の相互作用を避けるために、偏光スプリッタ素子の間隔は、望ましくない回折度が、偏光スプリッタ素子の捕捉範囲に入らないように選択される。数値の例を挙げると、開口数が０．８５、光波長が１９３ｎｍの場合、２３０ｎｍの大きさの典型的な格子周期が生じる。
【００４９】
　上記レンズ側の、入射角及びひずみ誤差をできる限り小さくしておく目的に役立つ手段に加え、またそれから独立的に、被験光学系の、検出器面２６上に生じたひずみひとみ像が、検出器素子２６に接続された評価部内で適当に補償または補正される。このひずみ補正は、光学計算法、たとえば、光線追跡法によるか、構成された光学系でのひとみ像のひずみの測定値決定によって行われる。特に、投影対物レンズのひとみの基準パターンを検出素子２６上に結像する方法、モアレ法、位相差測定法、または干渉縞と、偏光分析装置の固定または可変焦点位置と組み合わせた検出素子２６上の計算所望位置との比較といった測定方法を使用することができる。これらの方法自体は周知の技法であるので、ここではさらに詳細に説明する必要がない。これらの技法を使用して、検出器平面上のひとみ像のひずみを補正するために必要な情報、たとえば、対応のひとみ像干渉写真を得ることができる。
【００５０】
　上記の測定方法は、周期構造体２１を使用することによって実施される。ひとみ像を補正するために、光学計算と測定値収集とを組み合わせることが可能である。
【００５１】
　評価側でこの補正手段を利用すれば、検出素子２６の全検出範囲にわたって一定であるシヤ距離を確保する顕微鏡対物レンズを検出側に使用することが必須でなくなる。これの代わりに、正弦条件が満たされていない単純な検出光学素子を使用することができる。検出側光学素子によるそのような非最適結像の影響は、光学計算法、たとえば、光線追跡法によるか、位相差測定によって決定されて、ひとみ像干渉写真の評価において適正に考慮される。光学素子の非最適調整によって生じるひずみ誤差においても、同様の記述が当てはまる。ひとみの結像用にビーム成形光学系がまったく使用されていない、偏光分析装置を配置しない純粋波面測定の場合にも同じことが当てはまる。
【００５２】
　以上に説明した実施形態から明らかなように、本発明は、楕円偏光解析と組み合わせたＮＡ測定技術、及び／または出射側偏光分析装置を用いた、または用いないシヤリング干渉計技法の使用によって、結像系による放射光線の偏光状態への影響を受認可能な費用で非常に正確かつ迅速に決定することができる。この場合、本発明は特に、マイクロリソグラフィ投影露光装置の最新の投影対物レンズなどの高開口結像系の場合でも、偏光状態への影響をひとみ座標の関数としてひとみ分解能で決定する。本発明は、そのような投影対物レンズに加えて、偏光状態への影響を空間分解能で検出しなければならない他のいずれの所望光学結像系にも適用することができることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】楕円偏光測定によって投影対物レンズによる偏光状態への影響を決定するために割り当てられた装置を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略的な側面図である。
【図２】図１に対応しているが、偏光状態への影響を決定する装置の、シヤリング干渉計ユニットを設けた変更例を有するマイクロリソグラフィ投影露光装置の説明図である。
【図３】図２に従った装置の作動モードの基礎を形成する、ジョーンズ行列解析での二光束干渉を説明する概略的な説明図である。
【図４】シヤリング干渉計ユニットの出射側に追加の偏光分析手段を有する変更形装置以外は図２に対応しているマイクロリソグラフィ投影露光装置の説明図である。
【図５】追加の偏光分析手段を有する点回折干渉計として作動する変更形装置以外は図２に対応しているマイクロリソグラフィ投影露光装置の説明図である。
【図６】たとえば、図１、図２、図４及び図５の形式の装置の偏光検出手段として使用することができる偏光分析装置の概略的な側面図である。
【図７】ひとみひずみの測定値収集のために追加された周期構造体を有する変更形の図６に対応した側面図である。
【図８】２つのレンズを有する変更形の図７に対応した側面図である。
【図９】ミラー素子を含む変更形の図６に対応した側面図である。
【図１０】相互に回転した偏光方向に永久的に配置された複数の個別ラムダ／４偏光素子を有する変更形の図６に対応した側面図である。
【図１１】図６〜図１０の形式に従った偏向分析装置の典型的な光学素子についてひとみの関数として入射角を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
　１　照明系
　２　投影対物レンズ
　３　拡散スクリーン
　４　回転式偏光子
　５　回転式補償板
　６　スポットレンズ
　７　穿孔マスク
　８　顕微鏡対物レンズ
　９　リレー光学素子
　１０　ＣＣＤ検出器
　１４　シヤリング干渉計ユニット
　１５　回転式偏光子
　１６　回折格子
　１７　作動ユニット
　１８　ビーム成形装置
　１９、２０　ビーム路
　２１　周期構造体
　２２　基板
　２３　レンズユニット
　２４　ラムダ／４プレート
　２５　偏光スプリッタ素子
　２６　検出素子
　２７　光軸
　２９　ミラー素子
【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】
2004061515.tif 000010
【図９】
2004061515.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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