(57)【要約】【課題】マスクに対する照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができ、必要に応じて適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することのできる露光装置。【解決手段】マスク（Ｍ）を照明するための照明系（１〜８）を備え、マスクに形成されたパターンを感光性基板（Ｗ）に露光する露光装置。マスクおよび感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定手段（９）を備えている。また、照明系は、マスクに対する照明光の偏光状態を変化させるための偏光状態可変手段（３）をさらに備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクを照明するための照明系を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定手段を備え、
前記偏光状態測定手段は、移相子と、偏光子と、前記移相子および前記偏光子を介した光を検出するための光検出器とを有し、
前記移相子および前記偏光子のうちの少なくとも一方は光軸を中心として回転可能に構成され、
前記偏光状態測定手段は、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態を設定するための設定手段をさらに備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記偏光状態測定手段は、前記マスクが設定される第１面内の複数の位置、あるいは前記感光性基板が設定される第２面内の複数の位置における前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記偏光状態測定手段は、前記マスクの位置またはその近傍、前記マスクの共役位置またはその近傍、前記感光性基板の位置またはその近傍、あるいは前記感光性基板の共役位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材を有し、
前記ピンホール部材のピンホールを通過した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記光検出器は、前記照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために所定の位置に設定された二次元的な検出面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記偏光状態測定手段は、その光路中に配置された反射鏡を有し、該反射鏡の偏光特性による偏光状態への影響に基づいて測定結果を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記マスクに対する照明光の偏光状態または前記感光性基板に対する照明光の偏光状態を変化させるための偏光状態可変手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記偏光状態測定手段の測定結果に基づいて前記偏光状態可変手段の動作を制御するための制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記照明系は、偏光度０．９以上の光を供給するための光源と、該光源からの光を前記マスクへ導くための導光光学系とを有し、
前記偏光状態可変手段は、前記導光光学系の光路中に配置された移相子を有することを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記偏光状態可変手段は、前記導光光学系の光路中において前記移相子のマスク側に配置された偏光解消素子を有することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記マスクのパターン特性に応じて前記偏光状態可変手段の動作を制御することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１１】
マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態を測定する偏光状態測定工程を含み、
前記偏光状態測定工程は、移相子および偏光子を介した光を検出する工程を含み、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態において検出した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
前記偏光状態測定工程では、前記マスクが設定される第１面内の複数の位置、あるいは前記感光性基板が設定される第２面内の複数の位置における前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１１に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記偏光状態測定工程では、前記マスクの位置またはその近傍、前記マスクの共役位置またはその近傍、前記感光性基板の位置またはその近傍、あるいは前記感光性基板の共役位置またはその近傍に位置決めされたピンホールを通過した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１１または１２に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記偏光状態測定工程では、前記照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために、前記移相子および前記偏光子を介した光を所定の位置に設定された二次元的な検出面で検出することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記偏光状態測定工程は、光路中に配置された反射鏡の偏光特性による偏光状態への影響に基づいて測定結果を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記偏光状態測定工程の測定結果に基づいて前記マスクに対する照明光の偏光状態または前記感光性基板に対する照明光の偏光状態を変化させる偏光状態可変工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記偏光状態可変工程では、前記マスクのパターン特性に応じて前記マスクに対する照明光の偏光状態を変化させることを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。
【請求項１８】
結像光学系の像面に入射する結像光の偏光状態を測定する偏光状態測定装置であって、
移相子と、偏光子と、前記移相子および前記偏光子を介した光を検出するための光検出器とを備え、
前記移相子および前記偏光子のうちの少なくとも一方は光軸を中心として回転可能に構成され、
前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態を設定するための設定手段をさらに備えていることを特徴とする偏光状態測定装置。
【請求項１９】
前記偏光状態測定装置は、前記像面内の複数の位置における前記結像光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１８に記載の偏光状態測定装置。
【請求項２０】
前記像面またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材をさらに備え、該ピンホール部材のピンホールを通過した光に基づいて前記結像光の偏光状態を測定することを特徴とする請求項１８または１９に記載の偏光状態測定装置。
【請求項２１】
前記光検出器は、前記結像光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために所定の位置に設定された二次元的な検出面を有することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の偏光状態測定装置。
【請求項２２】
前記ピンホール部材と前記光検出器との間の光路中に配置された反射鏡をさらに備え、該反射鏡による偏光特性への影響に基づいて測定結果を補正することを特徴とする請求項２０または２１に記載の偏光状態測定装置。
【請求項２３】
マスクを照明するための照明系を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光に関する少なくとも４つのストークスパラメーターを測定するための偏光状態測定手段を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２４】
マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光に関する少なくとも４つのストークスパラメーターを測定するための偏光状態測定工程を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置、露光方法、および偏光状態測定装置に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するために使用される露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
現在、露光光源として、波長が約２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が約１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などが用いられている。これらのエキシマレーザ光源から供給される光束の９５％以上が直線偏光である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の露光装置では、上述の光源から供給される直線偏光の光を非偏光の光に変換し、非偏光状態の光でマスクを照明するのが通常である。ただし、マスクパターンの方向性によっては、直線偏光の光でマスクを照明することも考えられる。従来技術では、マスクに対する照明光が適切な偏光状態（非偏光状態を含む）になっているかどうかを判定することができず、その結果、マスクに対する照明光の偏光状態を適切に調整したり制御したりすることができなかった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、マスクに対する照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができ、必要に応じて適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、マスクを照明するための照明系を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定手段を備え、
前記偏光状態測定手段は、移相子と、偏光子と、前記移相子および前記偏光子を介した光を検出するための光検出器とを有し、
前記移相子および前記偏光子のうちの少なくとも一方は光軸を中心として回転可能に構成され、
前記偏光状態測定手段は、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態を設定するための設定手段をさらに備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態測定手段は、前記マスクが設定される第１面内の複数の位置、あるいは前記感光性基板が設定される第２面内の複数の位置における前記照明光の偏光状態を測定する。また、前記偏光状態測定手段は、前記マスクの位置またはその近傍、前記マスクの共役位置またはその近傍、前記感光性基板の位置またはその近傍、あるいは前記感光性基板の共役位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材を有し、前記ピンホール部材のピンホールを通過した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することが好ましい。
【０００９】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記光検出器は、前記照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために所定の位置に設定された二次元的な検出面を有する。また、前記偏光状態測定手段は、その光路中に配置された反射鏡を有し、該反射鏡の偏光特性による偏光状態への影響に基づいて測定結果を補正することが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記マスクに対する照明光の偏光状態または前記感光性基板に対する照明光の偏光状態を変化させるための偏光状態可変手段をさらに備えている。この場合、前記偏光状態測定手段の測定結果に基づいて前記偏光状態可変手段の動作を制御するための制御手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、偏光度０．９以上の光を供給するための光源と、該光源からの光を前記マスクへ導くための導光光学系とを有し、前記偏光状態可変手段は、前記導光光学系の光路中に配置された移相子を有する。この場合、前記偏光状態可変手段は、前記導光光学系の光路中において前記移相子のマスク側に配置された偏光解消素子を有することが好ましい。また、前記制御手段は、前記マスクのパターン特性に応じて前記偏光状態可変手段の動作を制御することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２形態では、マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態を測定する偏光状態測定工程を含み、
前記偏光状態測定工程は、移相子および偏光子を介した光を検出する工程を含み、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態において検出した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１３】
第２形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態測定工程では、前記マスクが設定される第１面内の複数の位置、あるいは前記感光性基板が設定される第２面内の複数の位置における前記照明光の偏光状態を測定する。また、前記偏光状態測定工程では、前記マスクの位置またはその近傍、前記マスクの共役位置またはその近傍、前記感光性基板の位置またはその近傍、あるいは前記感光性基板の共役位置またはその近傍に位置決めされたピンホールを通過した光に基づいて前記照明光の偏光状態を測定することが好ましい。
【００１４】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態測定工程では、前記照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために、前記移相子および前記偏光子を介した光を所定の位置に設定された二次元的な検出面で検出する。また、前記偏光状態測定工程は、光路中に配置された反射鏡の偏光特性による偏光状態への影響に基づいて測定結果を補正する工程を含むことが好ましい。
【００１５】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態測定工程の測定結果に基づいて前記マスクに対する照明光の偏光状態または前記感光性基板に対する照明光の偏光状態を変化させる偏光状態可変工程をさらに含む。また、前記偏光状態可変工程では、前記マスクのパターン特性に応じて前記マスクに対する照明光の偏光状態を変化させることが好ましい。
【００１６】
本発明の第３形態では、結像光学系の像面に入射する結像光の偏光状態を測定する偏光状態測定装置であって、
移相子と、偏光子と、前記移相子および前記偏光子を介した光を検出するための光検出器とを備え、
前記移相子および前記偏光子のうちの少なくとも一方は光軸を中心として回転可能に構成され、
前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも４つの状態を設定するための設定手段をさらに備えていることを特徴とする偏光状態測定装置を提供する。
【００１７】
第３形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態測定装置は、前記像面内の複数の位置における前記結像光の偏光状態を測定する。また、前記像面またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材をさらに備え、該ピンホール部材のピンホールを通過した光に基づいて前記結像光の偏光状態を測定することが好ましい。
【００１８】
また、第３形態の好ましい態様によれば、前記光検出器は、前記結像光の瞳内における偏光状態の分布を測定するために所定の位置に設定された二次元的な検出面を有する。また、前記ピンホール部材と前記光検出器との間の光路中に配置された反射鏡をさらに備え、該反射鏡による偏光特性への影響に基づいて測定結果を補正することが好ましい。
【００１９】
本発明の第４形態では、マスクを照明するための照明系を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光に関する少なくとも４つのストークスパラメーターを測定するための偏光状態測定手段を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００２０】
本発明の第５形態では、マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光に関する少なくとも４つのストークスパラメーターを測定するための偏光状態測定工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
マスクのパターン特性、例えばその微細度および方向性に応じて照明光（露光光）の偏光状態を適切に制御することによって、露光装置の結像性能を高めることができる。特に、投影光学系の限界解像力に近い微細度のパターンに対しては、パターンの方向性に応じて照明光の偏光方向を適切に設定する必要がある。例えば、縦長（横長）のライン状のパターンであれば、縦方向（横方向）に振動方向を有する直線偏光の光でマスク（ひいては感光性基板）を照明することが好ましい。また、例えば、縦長のラインと横長のラインとが混在するような２方向パターンであれば、非偏光の光でマスク（ひいては感光性基板）を照明することが好ましい。
【００２２】
本発明では、マスクおよび感光性基板のうちの少なくとも一方に対する照明光の偏光状態（非偏光状態を含む）を測定するための偏光状態測定手段を備えている。したがって、たとえばマスクを照明する光の偏光状態を測定し、照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができる。その結果、マスクへの照明光が適切な偏光状態になっていなければ、適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することができる。
【００２３】
以上のように、本発明の露光装置および露光方法では、マスクに対する照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができ、必要に応じて適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することができる。その結果、所望の偏光状態の光でマスクを照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００２４】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の偏光状態可変部の内部構成を概略的に示す図である。また、図３は、図１の偏光状態可変部の作用を説明する図である。また、図４は、図１の偏光状態測定装置の内部構成を概略的に示す図である。
【００２５】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば約１９３ｎｍの波長を有する光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源または約２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。すなわち、光源１は、偏光度０．９５以上の光を供給するための狭帯化エキシマレーザ光源であり、その射出光束の９５％以上が一方向に沿って振動方向を有する直線偏光である。
【００２６】
偏光度Ｖは、次の式（ａ）により表わされる。式（ａ）において、Ｓ０は全強度を、Ｓ１は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Ｓ２は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度を、Ｓ３は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。ここで、Ｓ０〜Ｓ３はストークスパラメーターと呼ばれる。
Ｖ＝（Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２）１／２／Ｓ０    （ａ）
【００２７】
光源１から射出されたほぼ平行な光束は、周知の構成を有するビーム送光系２を介して所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、偏光状態可変部３に入射する。ビーム送光系２は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ偏光状態可変部３へ導くとともに、後段の偏光状態可変部３へ入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
【００２８】
一方、偏光状態可変部３は、後述のウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を変化させる機能を有する。具体的には、偏光状態可変部３は、入射した直線偏光の光を振動方向の異なる直線偏光に変換したり、入射した直線偏光の光を非偏光の光に変換したり、入射した直線偏光の光を変換することなくそのまま射出したりする。なお、偏光状態可変部３の詳細な構成および作用については後述する。
【００２９】
偏光状態可変部３により必要に応じて偏光状態の変換された光束は、ビーム形状可変部４を介して、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレンズ）５に入射する。ビーム形状可変部４は、たとえば回折光学素子や変倍光学系などを含み、マイクロレンズアレイ５の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロレンズアレイ５の後側焦点面（照明瞳面）に形成される面光源の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。
【００３０】
一方、マイクロレンズアレイ５は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロレンズアレイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。
【００３１】
また、マイクロレンズアレイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロレンズアレイ５に代えて、回折光学素子や角柱状のロッド型インテグレータのようなオプティカルインテグレータを用いることもできる。
【００３２】
マイクロレンズアレイ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロレンズアレイ５の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。マイクロレンズアレイ５の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系６を介した後、マスクブラインド７を重畳的に照明する。なお、マイクロレンズアレイ５の後側または前側に開口絞りを配置して光束を制限することも可能である。
【００３３】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド７には、マイクロレンズアレイ５を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド７の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを重畳的に照明する。こうして、結像光学系８は、マスクブラインド７の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００３４】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００３５】
本実施形態の露光装置は、ウェハＷに対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定装置９と、たとえばコンデンサー光学系６の光路からビームスプリッター（不図示）を介して取り出された光に基づいて照明光（露光光）の光量を検出するための周知の構成を有する光量検出部１０とを備えている。なお、偏光状態測定装置９の詳細な構成および作用については後述する。また、光量検出部１０では、コンデンサー光学系６の光路に限定されることなく、他の適当な光路から取り出された光に基づいて光量を検出することもできる。
【００３６】
偏光状態測定装置９の測定結果および光量検出部１０の検出結果は、制御部１１に供給される。制御部１１は、偏光状態測定装置９の測定結果に基づいて偏光状態可変部３の動作を制御し、光量検出部１０の検出結果に基づいて光源１の出力を制御する。また、制御部１１は、マスクＭのパターン特性（微細度、方向性など）に応じて、偏光状態可変部３の動作およびビーム形状可変部４の動作をそれぞれ制御する。
【００３７】
図２を参照すると、偏光状態可変部３は、光源側から順に、水晶により形成されたλ／２板３１と、水晶により形成された偏角プリズムすなわち水晶プリズム３２ａと、石英ガラスにより形成された偏角プリズムすなわち石英プリズム３２ｂとにより構成されている。λ／２板３１、水晶プリズム３２ａおよび石英プリズム３２ｂは、光軸ＡＸを中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、λ／２板３１は移相子を構成し、水晶プリズム３２ａと石英プリズム３２ｂとは偏光解消素子３２を構成している。ここで、水晶プリズム３２ａは偏光解消作用を有し、石英プリズム３２ｂは水晶プリズム３２ａの偏角作用による光線の曲がりを補正する機能を有する。
【００３８】
図３（ａ）を参照すると、縦方向（図３中の鉛直方向）の直線偏光の入射光に対して、λ／２板３１の結晶光学軸３１ａが縦方向に対して４５度の角度をなすように設定されているので、λ／２板３１からの射出光は横方向の直線偏光に変換される。そして、横方向の直線偏光の入射光に対して、偏光解消素子３２を構成する水晶プリズム３２ａの結晶光学軸３２ｃが横方向に設定されているので、偏光解消素子３２からの射出光は偏光解消作用を受けることなく横方向の直線偏光のままである。すなわち、図３（ａ）の状態では、偏光状態可変部３に入射した縦方向の直線偏光の光は、横方向の直線偏光の光に変換されてビーム形状可変部４へ導かれる。
【００３９】
図３（ｂ）を参照すると、縦方向の直線偏光の入射光に対して、λ／２板３１の結晶光学軸３１ａが縦方向に設定されているので、λ／２板３１からの射出光は移相作用を受けることなく縦方向の直線偏光のままである。そして、縦方向の直線偏光の入射光に対して、水晶プリズム３２ａの結晶光学軸３２ｃが縦方向に対して４５度の角度をなすように設定されているので、偏光解消素子３２からの射出光は偏光解消作用を受けて非偏光に変換される。すなわち、図３（ｂ）の状態では、偏光状態可変部３に入射した縦方向の直線偏光の光は、非偏光状態の光に変換されてビーム形状可変部４へ導かれる。
【００４０】
図３（ｃ）を参照すると、縦方向の直線偏光の入射光に対して、λ／２板３１の結晶光学軸３１ａが縦方向に設定されているので、λ／２板３１からの射出光は移相作用を受けることなく縦方向の直線偏光のままである。そして、縦方向の直線偏光の入射光に対して、水晶プリズム３２ａの結晶光学軸３２ｃが縦方向に設定されているので、偏光解消素子３２からの射出光は偏光解消作用を受けることなく縦方向の直線偏光のままである。すなわち、図３（ｃ）の状態では、偏光状態可変部３に入射した縦方向の直線偏光の光は、偏光状態の変化を受けることなく縦方向の直線偏光のままビーム形状可変部４へ導かれる。
【００４１】
図４を参照すると、偏光状態測定装置９は、ウェハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材９０を備えている。なお、偏光状態測定装置９の使用時には、ウェハＷは光路から退避する。ピンホール部材９０のピンホール９０ａを通過した光は、コリメートレンズ９１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡９２で反射された後、リレーレンズ系９３に入射する。リレーレンズ系９３を介したほぼ平行な光束は、移相子としてのλ／４板９４および偏光子としての偏光ビームスプリッター９５を介した後、二次元ＣＣＤ９６の検出面９６ａに達する。
【００４２】
ここで、λ／４板９４は、光軸を中心として回転可能に構成されており、このλ／４板９４には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部９７が接続されている。こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、設定部９７を介してλ／４板９４を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ９６の検出面９６ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定装置９では、設定部９７を用いてλ／４板９４を光軸廻りに回転させながら検出面９６ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。
【００４３】
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材９０（ひいてはピンホール９０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定装置９では、二次元的な検出面９６ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
【００４４】
ところで、偏光状態測定装置９では、移相子としてλ／４板９４に代えてλ／２板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち４つのストークスパラメーターを測定するためには、移相子と偏光子（偏光ビームスプリッター９５）との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも４つの異なる状態で検出面９６ａにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。なお、本実施形態では移相子としてのλ／４板９４を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター９５を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としてのλ／４板９４および偏光子としての偏光ビームスプリッター９５のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。
【００４５】
また、偏光状態測定装置９では、反射鏡９２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡９２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡９２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいて偏光状態測定装置９の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が変化してしまう場合でも同様に測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、偏光状態測定装置９を用いてウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を測定し、照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができる。こうして、マスクＭへの照明光が適切な偏光状態になっていなければ、たとえば偏光状態可変部３における適切な光学調整により所望の偏光状態（非偏光状態を含む）を実現することができる。その結果、所望の偏光状態の光でマスクＭを照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【００４７】
また、本実施形態では、偏光状態可変部３を用いて、マスクＭに対する照明光の偏光状態を、たとえば縦方向の直線偏光と横方向の直線偏光と非偏光との間で変化させることができる。具体的には、たとえばマスクＭのパターンが縦長（横長）のライン状である場合、縦方向（横方向）の直線偏光の光でマスクＭを照明する。また、たとえばマスクＭのパターンが縦長のラインと横長のラインとの混在する２方向パターンである場合、非偏光の光でマスクＭを照明する。その結果、マスクＭのパターン特性、例えばその微細度および方向性に応じて照明光の偏光状態を適切に制御することによって、露光装置の結像性能を高めることができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、λ／２板３１と水晶プリズム３２ａと石英プリズム３２ｂとにより偏光状態可変部３を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光状態可変部３の具体的な構成については様々な変形例が可能である。図５は、変形例にかかる偏光状態可変部の構成を概略的に示す図である。図５を参照すると、変形例にかかる偏光状態可変部では、λ／２板３１に代えてフレネルロムλ／２板３４を用いるとともに、水晶プリズム３２ａと石英プリズム３２ｂとからなる偏光解消素子３２に代えて一対の偏光ビームスプリッター（３５ａ，３５ｂ）と一対のミラー（３５ｃ，３５ｄ）を組み合わせて構成された遅延型デポラライザー３５を用いている。なお、図５では、フレネルロムλ／２板３４および遅延型デポラライザー３５のうちの少なくとも一方の回転角を設定するための設定部の図示を省略している。
【００４９】
フレネルロムλ／２板３４は、光軸ＡＸ廻りの回転によりλ／２板３１と同様な移相子として機能する。一方、遅延型デポラライザー３５では、第１偏光ビームスプリッター３５ａにおいて、Ｐ偏光の光量とＳ偏光の光量とがほぼ等しくなるように入射直線偏光を分割する。そして、第２偏光ビームスプリッター３５ｂにおいて、第１偏光ビームスプリッター３５ａを透過して直接入射するＰ偏光と第１偏光ビームスプリッター３５ａで反射され一対のミラー３５ｃおよび３５ｄを介して入射するＳ偏光との間にコヒーレント長以上の光路差を付与して合成する。
【００５０】
こうして、遅延型デポラライザー３５では、第１偏光ビームスプリッター３５ａと第２偏光ビームスプリッター３５ｂとの協働作用により偏光解消を行うことができる。もちろん、水晶プリズムの場合と同様に、光軸ＡＸ廻りに回転させることにより偏光解消を行わないように設定することもできる。例えば、入射偏光が第１偏光ビームスプリッター３５ａにとってすべてＳ偏光であるような角度に設定すれば偏光解消は行われない。なお、上述の実施形態および変形例において偏光状態可変部に楕円偏光の照明光が入射する場合には、λ／４板などを用いて楕円偏光を直線偏光に変換して偏光状態可変部へ導くことになる。
【００５１】
また、上述の実施形態では、偏光状態測定装置９のピンホール部材９０をウェハＷの位置またはその近傍に位置決めしている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光状態測定装置９のピンホール部材９０をマスクＷの位置またはその近傍に位置決めし、マスクＭに対する照明光の偏光状態を測定することもできる。また、たとえば照明視野絞りとしてのマスクブラインド７の位置またはその近傍に偏光状態測定装置９のピンホール部材９０を位置決めし、マスクＭの共役位置またはその近傍における照明光の偏光状態を測定することもできる。
【００５２】
さらに、図６に示すように、偏光状態測定装置９のピンホール部材９０をマスクＷの位置またはその近傍に位置決めし、ピンホール部材９０とコリメートレンズ９１との間に投影光学系ＰＬが介在するような変形例も可能である。図６の変形例では、ピンホール部材９０のピンホール９０ａおよび投影光学系ＰＬを介した光に基づいて、ウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を測定することもできる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、偏光状態可変部３を構成するλ／２板３１および偏角プリズム３２ａを水晶により形成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いてこれらの光学部材を形成することもできる。あるいは、非複屈折性の材料に外部応力を作用させることによって得られた複屈折性材料などを用いることもできる。
【００５４】
ところで、上述の各実施形態の偏光状態測定装置を露光装置に着脱可能に設けるには、たとえば特開２００２−７１５１４号公報において波面収差測定装置を露光装置に着脱可能に設ける場合と同じ機械的構成を利用することができる。また、本実施形態の偏光状態測定装置を特開２００２−７１５１４号公報に開示の波面収差測定装置と一体化することもできる。また、上述の各実施形態では、偏光状態可変部３を照明系中に設けているが、この偏光状態可変部３を投影系中に設けることも可能である。
【００５５】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
先ず、図７のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００５７】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図８のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図８において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５８】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００５９】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＦ２レーザ光源のように偏光度を有する光を供給する他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。
【００６１】
また、上述の実施形態にかかる偏光状態測定装置では、露光装置の投影光学系の像面に設置されるウェハに対する照明光の偏光状態を測定している。しかしながら、これに限定されることなく、結像光学系の像面に入射する結像光の偏光状態を測定する偏光状態測定装置に対して本発明を適用することができることは明らかである。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、たとえばマスクを照明する光の偏光状態を測定し、マスクへの照明光が適切な偏光状態になっていなければ、適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することができる。すなわち、本発明の露光装置および露光方法では、マスクに対する照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定することができ、必要に応じて適切な光学調整により所望の偏光状態を実現することができる。その結果、所望の偏光状態の光でマスクを照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の偏光状態可変部の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】図１の偏光状態可変部の作用を説明する図である。
【図４】図１の偏光状態測定装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図５】変形例にかかる偏光状態可変部の構成を概略的に示す図である。
【図６】変形例にかかる偏光状態測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図８】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１  光源
２  ビーム送光系
３  偏光状態可変部
４  ビーム形状可変部
５  マイクロレンズアレイ（フライアイレンズ）
６  コンデンサー光学系
７  マスクブラインド（照明視野絞り）
８  結像光学系
９  偏光状態測定装置
１０  光量検出部
１１  制御部
３１  λ／２板
３２  偏光解消素子
３２ａ  水晶プリズム
３２ｂ  石英プリズム
９０  ピンホール部材
９０ａ  ピンホール
９４  λ／４板（移相子）
９５  偏光ビームスプリッター（偏光子）
９６  二次元ＣＣＤ
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
2005005521.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005005521.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005005521.tif 000007
【図６】
2005005521.tif 000008
【図７】
2005005521.tif 000009
【図８】
2005005521.tif 000010