(57)【要約】      （修正有）【課題】露光装置の照明光の偏光状態の評価を、ユーザが独力で簡単に実施することを可能にした偏光評価マスク及び偏光評価方法を提供する。【解決手段】露光装置の照明光１が照射される露光領域内に３個のマーク領域が形成され、このマーク領域内の遮光膜３００には、微小開口パターン４０と、２種類の光学素子５０、６０が配置されている。微小開口パターン４０は、１６個の微小開口部を、間隔Ｄ＝３．０ｍｍだけ離れて正方格子状４行×４列に配置している。光学素子５０は、透過偏光の方位角が４５°毎に異なる４つの薄型偏光子からなる。光学素子６０は、進相軸の方位角が４５°毎に異なる４つの１／４波長板からなる。【選択図】図２
2007179003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置の照明光の偏光状態を評価するための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微小開口部を有する遮光部と、
前記複数の微小開口部を覆うように形成され互いに透過偏光の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子と、
前記偏光子よりも照明光の上流側に配置され前記偏光子に重畳させて前記微小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
を備え、
前記複数の前記微小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】
前記微小開口部の各々は同一の直径を有する円形形状とされた請求項１記載の偏光評価マスク。
【請求項３】
前記微小開口部はｎ列×ｎ行（ｎは整数）の格子状に配列されていると共に、
前記偏光子と前記１／４波長板とは、前記ｎ列又はｎ行のいずれか１つを覆う略長方形をなし、各列又は各行毎に前記方位角が異ならされてい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４】
前記微小開口部は１６個であり、前記偏光子の透過偏光の方位角及び前記１／４波長板の進相軸の方位角は、前記４５°ずつ方位角が異なる４種類とされている請求項１記載の偏光評価マスク。  
【請求項５】
前記透明基板の前記照明光の下流側の面に形成される反射防止膜を備えた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６】
露光装置の照明光の偏光状態を評価するための偏光評価マスクであって、
透明基板と、
前記透明基板の第１面に形成された微小開口部を有する遮光部と、
偏光子の透過偏光の方位角及び前記偏光子よりも照明光の上流側に配置された１／４波長板の進相軸の方位角を所定角度毎に飛び飛びの複数の角度に選択的に設置可能に構成された光学素子保持部と
を備えたことを特徴とする偏光評価マスク。
【請求項７】
前記第１面と反対側の第２面に前記透明基板が凹状に後退した窪み部を有しており、
前記光学素子保持部は、前記窪み部の形状に沿った形状を有すると共に前記偏光子及び前記１／４波長板の形状に沿った取り付け枠を備えており、
前記取り付け枠は、偏光子の透過偏光の方位角及び１／４波長板の進相軸の方位角を所定角度毎に飛び飛びの複数の角度に選択的に設置可能に構成された
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】
露光装置の照明光の偏光状態を評価するための偏光評価方法であって、
前記露光装置での通常の露光に用いるホトマスクの位置に、該ホトマスクに代えて、照明光の上流側から見て１／４波長板、偏光子の順で並び更にこの１／４波長板及び偏光子により覆われる微小開口部を有する遮光部を有するマスクを配置するステップと、
前記偏光子の透過偏光の方位角θ１、及び前記１／４波長板の進相軸の方位角θ２を、飛び飛びの角度Δθ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マスクを通過させて得られる光の光強度を測定するステップと、
前記光強度に基づいて前記照明光の偏光状態を示すストークスパラメータの要素（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）を演算するステップと
を備えたことを特徴とする偏光評価方法。
【請求項９】
前記偏光子及び前記１／４波長板の前記方位角は、飛び飛びの角度Δθ＝４５°ずつ異なる角度に設定されることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１０】
前記偏光子及び前記１／４波長板の前記方位角が飛び飛びの角度Δθ＝４５°ずつ異なる４通りの角度に設定されることにより全１６通りの方位角の組み合わせに設定され、それぞれの組み合わせにおいて前記光強度の測定が行われることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１１】
光強度の測定は、前記マスクの下流に位置する投影レンズの更に下流の位置において行われる請求項１０記載の偏光評価方法。
【請求項１２】
光強度の測定は、前記マスクの下流に位置する投影レンズの更に下流の位置において行われ、且つ前記投影レンズは、リターデーションのみを変化させるものであり、
前記偏光子及び前記１／４波長板の前記方位角は、飛び飛びの角度Δθ＝４５°ずつ異なる４通りの角度に設定され、全１６通りの方位角の組み合わせが設定可能とされ、
この全１６通りの組み合わせのうちの６つの組み合わせにおいて前記光強度の測定が行われることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１３】
光強度の測定は、前記マスクの下流に位置する投影レンズの更に下流の位置に設置された撮像装置を用いて行われることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１４】
光強度の測定は、前記マスクの下流に位置する投影レンズの更に下流の位置に設置された感光基板を用いることにより行われることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１５】
光強度の測定は、前記マスクと前記の下流に位置する投影レンズとの間の位置において行われ、
前記偏光子及び前記１／４波長板の前記方位角は、飛び飛びの角度Δθ＝４５°ずつ異なる４通りの角度に設定され、全１６通りの方位角の組み合わせが設定可能とされ、
この全１６通りの組み合わせのうちの６つの組み合わせにおいて前記光強度の測定が行われることを特徴とする請求項８記載の偏光評価方法。
【請求項１６】
露光装置の被転写基板上に照射される照射光の偏光状態を評価するための偏光計測装置であって、
複数の微小開口部を有する遮光部と、
前記遮光部よりも前記照射光の上流側に配置され、前記遮光部に対向する面にて前記微小開口部を中心として窪んだ第１の球面を有する透明基板と、
前記遮光部よりも前記照射光の下流側に配置され前記微小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射光の下流側に配置され前記１／４波長板に重畳させて前記複数の微小開口部を覆うように形成され互いに透過偏光の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子と、
前記偏光子よりも前記照射光の下流側に配置され、前記偏光子からの透過光を受光する光検出器と
を備え、
前記複数の前記微小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計測装置。
【請求項１７】
前記透明基板は、前記照射光の上流側の面に前記微小開口部を中心として突出した第２の球面を有することを特徴とする請求項１６に記載の偏光計測装置。
【請求項１８】
前記透明基板は、前記照射光の上流側の面に前記照射光に対する反射防止膜を有することを特徴とする請求項１６又は１７記載の偏光計測装置。
【請求項１９】
前記偏光子と前記光検出器との間に設けられ、前記照射光の波長の近傍の光のみを透過する狭帯域バンドパスフィルターを備えることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項記載の偏光計測装置。
【請求項２０】
前記偏光子と前記光検出器との間に設けられ、前記偏光子を透過した光の光路を決める光学レンズを備えることを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１項記載の偏光計測装置。
【請求項２１】
前記光検出器よりも前記照射光の上流側の面に設けられ、特定の前記微小開口部を通過した前記照射光のみを通過させる開口部を有し、その他前記微小開口部を通過した前記照射光を遮光する遮光部材を備えることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか１項記載の偏光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、偏光評価方法、及び偏光特性を計測する偏光計測装置に関する。
【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以上の投影レンズを可能にした、いわゆる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大きくなったために、照明光の偏光による解像力低下が問題視され始め、照明光のσ内での偏光状態が特殊の分布を持つような、偏光照明技術の開発が急がれている。また、照明光の偏光状態を評価する技術の開発も急がれている。偏光評価では、偏光楕円の楕円率、偏光楕円の主軸の向き、偏光の回転方向（右回り又は左回り）、又は全強度の中での偏光成分と非偏光成分の比率（偏光度）などのファクターを測定する必要がある。これらのファクターを、露光装置のユーザが、露光装置メーカの助けを借りることなく、独力で簡便に測定することができるのが望ましい。
【０００３】
また、露光装置の露光波長の短波長化に対応する為、その光学系には透過率を考慮して複屈折性の高いフッ化カルシウム結晶（蛍石）等が用いられるようになっており、こうした光学系の複屈折の大きさを定量的に測定する必要がある。これについても、露光装置のユーザが、露光装置メーカの助けを借りることなく、独力で簡便に測定することができるのが望ましい。複屈折性を有する光学系の特性を示すには、一般的にジョーンズ行列やミュラー行列が使用される。ジョーンズ行列は、ジョーンズベクトルで表現され得る完全偏光を通過させる光学素子の光学特性を表現する２行２列の行列である。ジョーンズベクトルは、電場ベクトル（Ｅ）＝（Ｅｘ、Ｅｙ）を、振幅ａｘ、ａｙ及び位相差δにより、次のように表現するものである。
【０００４】
【数１】
2007179003.tif 000003
【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、光学素子を通過して何らかの変換を受ける場合において、その光学素子の特性を表したものがジョーンズ行列である。例えば、透過偏光の方位角θ＝０°の偏光子のジョーンズ行列は、次のように表現される。
【０００６】
【数２】
2007179003.tif 000004
【０００７】
ジョーンズベクトルは、一般的な光学シミュレータにおいては、電場ベクトルを用いて計算が行うことができる点で有利である。しかし、ベクトル及び変換行列の各要素が複素数で表現されるため、実験的に直接観察される物理量と一対一対応させることができない。このため、実測値とジョーンズベクトルを結びつけるために、量子力学などで用いられるパウリ行列を導入する手法も提案されているが、反って問題を複雑化しているように思われ、わざわざジョーンズベクトルを採用する意義が減却されてしまう。また、ジョーンズベクトルは完全偏光しか想定していないため、半導体露光装置の偏光状態としては寧ろ一般的である、非偏光成分を含む部分偏光には対応できない、という致命的な欠点がある。
【０００８】
このため、非偏光成分の発生が不可避な蛍石レンズを含む光学系の複屈折特性の表現には、非偏光成分をも取り扱うことができるミュラー行列が適している。ミュラー行列は、ストークスパラメータで表現された部分偏光が通過する光学素子の光学特性を表現する４行４列の行列である。
【０００９】
ストークスパラメータは、ｓ０を光の全強度、ｓ１を０°直線偏光成分の強度（図２５に示すポワンカレ球のＸ軸）、ｓ２を４５°直線偏光成分の強度（図２５に示すポワンカレ球のＹ軸）、ｓ３を右回り円偏光成分の強度（図２５に示すポワンカレ球のＺ軸（北極））として、次のように表し、特に完全偏光に対しては次のように表わされる。
【００１０】
【数３】
2007179003.tif 000005
【００１１】
ポワンカレ球上において、その経度は偏光の方位角θの２倍に、緯度はその楕円率角εの２倍に対応している（図２５参照）。すなわち、任意の偏光状態は、ポワンカレ球の表面上の１点で表現することが可能である。
【００１２】
このストークスパラメータでは、（ｓ０２−（ｓ１２＋ｓ２２＋ｓ３２））１／２は非偏光成分を表している。すなわち、ストークスパラメータによれば、非偏光成分を含む部分偏光をも表現することができる。換言すれば、ポワンカレ球の大きさにより部分偏光の度合が表現され、完全偏光ではＳｏとポワンカレ球の半径は一致し、非偏光成分が大きくなる程ポワンカレ球は小さくなる。なお、光がどの程度偏光しているかの指標としての偏光度Ｖを、
【００１３】
【数４】
2007179003.tif 000006
【００１４】
と定義することができる。
【００１５】
ストークスパラメータで表現されたある偏光状態から別の偏光状態への変換は、４行４列のミュラー行列を用いて表現することができる。例えば、図２６（ａ）に示すように、偏光状態（Ｓ）の光がある光学素子を通過して別の偏光状態（Ｓ’）の光に変換された場合、この光学素子のミュラー行列（Ｍ）を用いて、
【００１６】
【数５】
2007179003.tif 000007
【００１７】
となる。また、図２６（ｂ）のように複数の光学系が直列に並ぶ場合は、
【００１８】
【数６】
2007179003.tif 000008
【００１９】
と表現される。従って、光学素子のミュラー行列を把握していれば、光学素子を何枚重ねても、入射前の偏光状態から透過後の偏光状態を計算で正確に予測することが可能となる。例えば、透過偏光の方位角θ、偏光強度比（１：χ）の偏光子のミュラー行列は、次の式により表される。
【００２０】
【数７】
2007179003.tif 000009
【００２１】
また、進相軸の方位角θ、リターデーションΔ＝π／２＋δ（δ<<１）の１／４波長板のミュラー行列は、次の式により表される。
【００２２】
【数８】
2007179003.tif 000010
【００２３】
光学系のミュラー行列も、露光装置のユーザが、露光装置メーカの助けを借りることなく、独力で簡便に測定することができるのが望ましい。このような露光装置は、本出願の発明者が、例えば特許文献１により既に提案している。この装置によれば、半導体露光装置のユーザは、メーカの助けを借りずに、内部に含まれる光学系のミュラー行列を測定することができる。
【００２４】
しかし、この特許文献１の装置は、照明光の偏光状態自体を測定できるものではない。従って、照明光の偏光状態の測定は、露光装置メーカの助けを借りて行うしかなく、ユーザがこれを独力で評価する方法は存在しない。また、内部に含まれる光学系を透過し、被転写基板に照射される照射光の偏光状態の計測もユーザが独力で評価することは困難である。
【特許文献１】特開２００５−１１６７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、照明光或いは照射光の偏光状態の評価を、ユーザが独力で簡単に実施することを可能にした偏光評価マスク、偏光評価方法、及び偏光計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明の一の態様に係る偏光評価マスクは、露光装置の照明光の偏光状態を評価するための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微小開口部を有する遮光部と、前記複数の微小開口部を覆うように形成され互いに透過偏光の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子と、前記偏光子よりも照明光の上流側に配置され前記偏光子に重畳させて前記微小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波長板とを備え、前記複数の前記微小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。
【００２７】
この発明の別の一態様に係る偏光評価マスクは、露光装置の照明光の偏光状態を評価するための偏光評価マスクであって、透明基板と、前記透明基板の第１面に形成された微小開口部を有する遮光部と、前記偏光子の透過偏光の方位角及び前記偏光子よりも照明光の上流側に配置された１／４波長板の進相軸の方位角を所定角度毎に飛び飛びの複数の角度に選択的に設置可能に構成された光学素子保持部とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
この発明の一態様に係る偏光評価方法は、露光装置の照明光の偏光状態を評価するための偏光評価方法であって、前記露光装置での通常の露光に用いるホトマスクの位置に、該ホトマスクに代えて、照明光の上流側から見て１／４波長板、偏光子の順で並び更にこの１／４波長板及び偏光子により覆われる微小開口部を有する遮光部を有するマスクを配置するステップと、前記偏光子の透過偏光の方位角θ１、及び前記１／４波長板の進相軸の方位角θ２を、飛び飛びの角度Δθ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マスクを通過させて得られる光の光強度を測定するステップと、前記光強度に基づいて前記照明光の偏光状態を示すストークスパラメータの要素（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）を演算するステップとを備えたことを特徴とする。
【００２９】
この発明の一態様に係る偏光計測装置は、露光装置の被転写基板上に照射される照射光の偏光状態を評価するための偏光計測装置であって、複数の微小開口部を有する遮光部と、前記遮光部よりも前記照射光の上流側に配置され、前記遮光部に対向する面にて前記微小開口部を中心として窪んだ第１の球面を有する透明基板と、前記遮光部よりも前記照射光の下流側に配置され前記微小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射光の下流側に配置され前記１／４波長板に重畳させて前記複数の微小開口部を覆うように形成され互いに透過偏光の方位角が所定角度ずつ異なる複数の偏光子と、前記偏光子よりも前記照射光の下流側に配置され、前記偏光子からの透過光を受光する光検出器とを備え、前記複数の前記微小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。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、照明光或いは照射光の偏光状態の評価を、ユーザが独力で簡単に実施することができる偏光評価マスク、偏光評価方法、及び偏光計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る偏光評価マスク、偏光評価方法、及び偏光計測装置を詳細に説明する。
【００３２】
［第１の実施の形態］  図１は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光評価マスクが適用され得る露光装置の概略構成を示している。図１に示すように、この露光装置では、図示しない光源装置から射出された照明光１を、照明光学系２により所望の輝度分布や偏光状態に変換した後、ホトマスクステージ６上に載置されたホトマスク３に照明する。そして、ホトマスク３を通過した光は、投影レンズ４を介して感光膜を塗布されたウエハ５上に投影される。これにより、ウエハ５にホトマスク３のパターンが転写される。なお、ウエハ５はウエハステージ７上に載置される。本実施の形態の偏光評価マスクは、このホトマスク３を照明する照明光１の偏光状態（Ｓ）を計測するために用いる装置である。具体的には、ホトマスク３を載置するホトマスクステージ６から、ホトマスク３を除去し代わりに本実施の形態の偏光評価マスクを載置し、ウエハ５上に形成される像を計測することにより、照明光１の偏光状態（Ｓ）を計測する。
【００３３】
本実施の形態の偏光評価マスク３０の一例を図２に示す。偏光評価マスク３０は、透明材料からなる基板３０１と、基板３０１の表面に形成される遮光膜３００とを備えている。照明光１が照射される露光領域内には、複数個（図２では３個）のマーク領域が形成され、このマーク領域内の遮光膜３００には、微小開口パターン４０が形成されている。更に、この微小開口パターン４０と重畳するように、２種類の光学素子５０、６０が配置されている。この２種類の光学素子５０、６０は、微小開口パターン４０よりも照明光１の上流側（上面）に位置する。
【００３４】
このマーク領域に形成される微小開口パターン４０は、図３に示すように、１６個の微小開口部４０１−４１６を、例えば間隔Ｄ＝３．０ｍｍだけ離れて正方格子状４行×４列に配置したものである。微小開口部４０１−４０４の４つが第１行に横方向に並び、４０５−４０８の４つがが第２行に横方向に並び、４０９−４１２が第３行に、４１３−４１６が第４行に横方向に並んで配置され、これにより微小開口部４０１−４１６は格子状に配列されている。これら微小開口部４０１−４１６は円形状に遮光膜３００が取去られることで形成され、開口部の直径は５７．２μｍで、全て同一の形状である。なお、微小開口部４０１−４１６の形状は円形状には必ずしも限定されず、例えば多角形状としてもよい。また、これらの配列も上述の４列×４行に限定されるものではなく、２列×８行のような長方形状の配列、千鳥状の配列等でも構わない。
【００３５】
これら微小開口部４０１−４１６の上には、図４に示すように、透過偏光の方位角が４５°毎に異なる４つの薄型偏光子５０１−５０４が配置され、これら薄型偏光子５０１−５０４により、１つの光学素子５０が構成されている。これらの薄型偏光子５０１−５０４は、３ｍｍ×１２ｍｍの長方形をしており、厚さは０．５ｍｍである。この薄型偏光子５０１−５０４は、表面に金属細線、或いは照明光の波長に対して金属的な光学特性を有する材料の細線が平行に並んだ構造をした、所謂ワイヤー・グリッド・ポラライザ（ＷＧＰ）とすることができる。或いは、複屈折性と光吸収特性を有する結晶性光学材料を適当な結晶方向で適当な厚さで薄くスライスした吸収型偏光子でもよい。なお、ＷＧＰに使用される金属的な光学特性を有する材料としては、アルミニウムなどの金属のほかに、例えば、多層カーボンナノチューブや、シリコンやガリウム砒素などの半導体材料が挙げられる。
【００３６】
これら４つの薄型偏光子５０１−５０４は、格子状に並んだ微小開口パターン４０１−４１６のうち、横一行に並んだ４つをそれぞれ覆うように形成されている。すなわち、透過偏光の方位角０°の薄型偏光子５０１は第１行目の微小開口部４０１−４０４を覆うように配置される。また、方位角４５°の薄型偏光子５０２は第２行目の微小開口部４０５−４０８を覆うように配置される。また方位角９０°の薄型偏光子５０３は第３行目の微小開口部４０９−４１２を覆うように配置される。更に、方位角−４５°の薄型偏光子５０４は第４行目の微小開口部４１３−４１６を覆うように配置される。
【００３７】
更にこれら薄型偏光子５０１−５０４の上には、図５に示すように、進相軸の方位角が４５°毎に異なる４つの１／４波長板６０１−６０４が配置される。これら４つの１／４波長板６０１−６０４により、光学素子６０が形成されている。これらの１／４波長板６０１−６０４は、薄型偏光子５０１−５０４とは交差する縦長方向を向くように配置される。そして、各１／４波長板６０１−６０４は、格子状に並んだ微小開口パターン４０１−４１６のうち、縦一列に並んだ４つのうちの１つをそれぞれ覆うように形成されている。すなわち、方位角０°の１／４波長板６０１は微小開口部４０１、４０５、４０９、４１３の第１列を覆うように配置される。方位角４５°の１／４波長板６０２は微小開口部４０２、４０６、４１０、４１４の第２列を覆うように配置される。方位角９０°の１／４波長板６０３は微小開口部４０３、４０７、４１１、４１５の第３列を覆うように配置される。方位角−４５°の１／４波長板６０４は微小開口部４０４、４０８、４１２、４１６の第４列を覆うように配置される。
【００３８】
上記のように薄型偏光子５０１−５０４、及び１／４波長板６０１−６０４が配置されることにより、微小開口部４０１−４１６の各々は、偏光子の透過偏光の方位角と１／４波長板の進相軸の方位角との組み合わせがすべて異なっている。これにより、各微小開口部４０１−４１６を通過する光の偏光状態がすべて異なり、これを以下に説明するように特定することにより照明光１の偏光状態を測定することが可能になる。
【００３９】
次に本実施の形態の偏光評価マスク３０を用い、ウエハ５上に転写された像から照明光の偏光状態（Ｓ）を計測する方法について説明する。
【００４０】
ここで問題が２点ある。１つは、偏光評価マスク３０とウエハ５の間には投影レンズ４があり、この投影レンズ４により偏光状態（Ｓ’）が変化するが、その投影レンズ４のミュラー行列（Ｍ）が未知である点である。もう１点は、偏光評価マスク３０に入射する照明光１は直入射だけでなく、照明ＮＡで規定される様々な入射角を持っているが、偏光評価マスク３０に組み込まれる光学素子４０、５０は、直入射でしか対応せず、斜め入射では性能が劣る点である。しかし、本実施の形態の方法では、以下の説明から明らかになるように、投影レンズ４のミュラー行列（Ｍ）にも影響されず、また、斜め入射による光学素子４０、５０の誤差にも影響されずに偏光状態（Ｓ）を計測することが可能となっている。
【００４１】
偏光評価マスク３０の載置方法及び露光方法について、図６を参照して説明する。図６は、通常の露光におけるホトマスク３と、本実施の形態の偏光評価マスク３０の位置関係を示しており、左側はホトマスク３の露光を示しており、右側が本実施の形態の偏光評価マスク３０の露光を示している。
【００４２】
通常の露光工程で、ホトマスク３によりウエハ５を露光する場合には、マスクパターン１０はホトマスク３の下面、即ち照明光１の下流側に来る。このホトマスク３の下面（物体面）とウエハ５の表面（像面）は投影レンズ４に関して光学的に共役の関係にある。このため、ホトマスク３の下面にあるマスクパターン１０がウエハ５の上に転写され転写像１００となる。
【００４３】
一方、本実施の形態の偏光評価マスク３０をホトマスク３に替えてホトマスクテーブル６に載置してウエハ５を露光する場合、微小開口パターン４０（４０１−４１６）は基板３０１の上面、すなわち照明光１の上流側にある。この微小開口パターン４０（４０１−４１６）はピンホールレンズの役割を果たし、照明光１の輝度分布２０の像２１を基板３０１下面に結像する。基板３０１の下面とウエハ５の表面は光学的共役の関係にあり、輝度分布の像２１の像２００がウエハ５上に転写される。
【００４４】
従って、図７に示すように、輝度分布２０内の点Ｐからの光線は、微小開口パターン４０に斜めに入射し、ウエハ５上の像２００内の点Ｐ´に到達する。ウエハ５上の像２００の強度分布は、様々な角度で偏光評価マスク３０へ入射して最終的にウエハ５へ到達した光の強度分布に対応している。また、偏光評価マスク３０には、各マーク領域に１６つの微小開口部４０１−４１６が配置されているため、ウエハ５上に形成される像は、図８に示すようにそれぞれの微小開口部４０１−４１６に対応した１６つの像２０１−２１６となる。また、微小開口部４０１−４１６同士の最近接距離Ｄは、ウエハ５上の各像２０１−２１６が重なり合わない程度の距離Ｄ´になるように設定する。
【００４５】
高精度の計測を行うためには、偏光評価マスク３０の下面での光の反射を考慮する必要がある。即ち、図９に示すように、偏光評価マスク３０の基板３０１の下面での照明輝度分布の像２１は、このマスク下面で反射した後にマスク上面で反射し、再びマスク下面で像２１の３倍の大きさを持つ像２３を形成する。この三倍像２３が隣の像と重ならないように、微小開口部同士の最近接距離Ｄを設定する必要がある。また、三倍像２３の強度を抑える目的で、図９に示すように偏光評価マスク３０の下面に反射防止膜３１０を成膜しておくことは、計測精度向上に効果がある。
【００４６】
次に、この照明光分布の像２０１−２１６から、照明光１の偏光状態、すなわちストークスパラメータを算出する方法について、説明する。まず、投影レンズ４のミュラー行列Ｍを
【００４７】
【数９】
2007179003.tif 000011
【００４８】
とおくことにする。このミュラー行列Ｍの各要素（ｍｉｊ）は未知の定数である。本実施の形態では、このミュラー行列の各要素に依存しない式で照明光１の偏光状態、即ちストークスパラメータを表現する。この計算方法について、以降詳述する。
【００４９】
光学素子５０および６０中における薄型偏光子５０１−５０４および１／４波長板６０１−６０４の方位角をそれぞれθ１、θ２とし、更に照明光１の偏光状態、すなわちストークスパラメータを（Ｓ）＝（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）とおくと、ウエハ５の位置に載置されたイメージセンサに入射する光のストークスパラメータ（Ｓ´）＝（ｓ０’、ｓ１’、ｓ２’、ｓ３’）は、
【００５０】
【数１０】
2007179003.tif 000012
【００５１】
となる。このとき、イメージセンサで検出可能な光強度は、パラメータｓ０’に相当するため、これを以後、Ｉ（Ｐθ１Ｑθ２）のように表現することにする。
【００５２】
例えば、薄型偏光子５０１−５０４および１／４波長板６０１−６０４の方位角を共に０°に設定したときにストークスパラメータは、
【００５３】
【数１１】
2007179003.tif 000013
【００５４】
となるため、イメージセンサで受光する光強度は
【００５５】
【数１２】
2007179003.tif 000014
【００５６】
と表される。このような計算を、偏光子の方位角（０°、４５°、９０°、−４５°）と１／４波長板の方位角（０°、４５°、９０°、−４５°）の全組み合わせについて行い、纏めたものが表１である。
【００５７】
【表１】
2007179003.tif 000015
【００５８】
特に、照明光の０度直線偏光成分ｓ１は、［表２］中の＋／−記号で示した８条件の光強度と、偏光子の消光比χ、及び１／４波長板のリターデーション誤差δから、以下の式で表される。 
【００５９】
【数１３】
2007179003.tif 000016
【００６０】
【表２】
2007179003.tif 000017
【００６１】
同様に、照明光の９０°直線偏光成分ｓ２は、［表３］中の＋／−記号で示した４条件の光強度と、偏光子の消光比χ、及び１／４波長板のリターデーション誤差δから、以下の式を用いて算出することができる。
【００６２】
【数１４】
2007179003.tif 000018
【００６３】
【表３】
2007179003.tif 000019
【００６４】
さらにまた、照明光の右回り円偏光成分ｓ３は、［表４］に示すように４条件の光強度から、以下の式を用いて算出することができる。
【００６５】
【数１５】
2007179003.tif 000020
【００６６】
【表４】
2007179003.tif 000021
【００６７】
このように、照明光の完全偏光成分を規定する（ｓ１、ｓ２、ｓ３）は、投影レンズのミュラー行列（Ｍ）に関係無く、１６条件での光強度測定結果から決定することができる。ただし、偏光子５０１−５０４の消光率χの入射角依存性を予め測定しておく必要がある。１／４波長板６０１−６０４のリターデーション誤差δについては計測結果から算出することも可能なので、後で詳述する。
【００６８】
また、全体の照明光強度の中で偏光成分と非偏光成分の量を比較するためには、照明光の強度ｓ０が必要となる。この１６条件での光強度測定結果から、このｓ０を厳密に算出することは困難だが、近似的に算出することは可能である。即ち、[数１６]−[数１９]のようにおくと、Ｓ０は[数２０]のように表すことができる。
【００６９】
【数１６】
2007179003.tif 000022
【００７０】
【数１７】
2007179003.tif 000023
【００７１】
【数１８】
2007179003.tif 000024
【００７２】
【数１９】
2007179003.tif 000025
【００７３】
【数２０】
2007179003.tif 000026
【００７４】
特に、１／４波長板のリターデーション誤差δが充分に小さい場合（δ<<１）、偏光フィルターの性能が良い場合（χ<<１）、または照明光１に直線偏光成分や非偏光成分が多く円偏光成分が充分少ない（｜ｓ３｜<<１）場合等においては、［数２０］右辺の第２項は無視することができて、
【００７５】
【数２１】
2007179003.tif 000027
【００７６】
と、近似することができる。このように、ストークスパラメータの要素（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）のすべてを、投影レンズ４のミュラー行列Ｍが未知の状況においても計算により求めることができる。なお、一般に偏光状態をストークスパラメータを用いて表現する場合には、（ｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３）とはせず、全ての要素をｓ０で規格化し、（ｓ１／ｓ０、ｓ２／ｓ０、ｓ３／ｓ０）のように３つの要素を持つベクトルで表現される場合もある。
【００７７】
次に、前述したリターデーション誤差δの計算方法について詳述する。偏光子の偏光強度比χを前もって測定しておくことは、それほど大変なことではないが、１／４波長板のリターデーション誤差δを様々な入射角において測定することは、非常に困難な作業となる。しかし、次の２式［数２２］、［数２３］のようにＣ、Ｄをおくと、リターデーション誤差δは、上述のように測定した１６条件での光強度測定結果から以下の［数２４］のように決定することができる。
【００７８】
【数２２】
2007179003.tif 000028
【００７９】
【数２３】
2007179003.tif 000029
【００８０】
【数２４】
2007179003.tif 000030
【００８１】
このように本実施形態では、投影レンズ４のミュラー行列Ｍが未知でも高精度にホトマスク３を照明する照明光の偏光状態（Ｓ）を決定できる。なお、上記の偏光評価マスク３０は、１６個の微小開口部４０１−４１６に対し、４５度単位で偏光子および１／４波長板の方位角の組み合わせが異ならせるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、微小開口部の数、および方位角等は、さまざまに設定することが可能である。
【００８２】
なお、上記の実施の形態において、最近接距離Ｄは、偏光評価マスク３０へ入射する光線の最大入射角が大きいほど大きくとる必要がある。通常の０．２５インチ厚（Ｌ＝６．４ｍｍ）のホトマスク基板を使用した図２に示すマスク構造の場合、最大入射角が１５度だと、マスク３０下面での像２１の直径は約２．５ｍｍとなるため、最近接距離Ｄは少なくとも３．０ｍｍ以上が必要である。この場合、１つのマーク領域の面積は１２ｍｍ×１２ｍｍ以上となる。さらに、三倍像２３の影響も考えると、Ｄ＞６．０ｍｍとなり、マーク領域の面積は２４ｍｍ×２４ｍｍ以上が必要となる。このような大面積のマーク領域を有する偏光評価マスク３０は現実的ではない。従って、最大入射角が１０°以上の露光装置に対しては、図１０に示す変形例の偏光評価マスク３０Ｍが有効となる。
【００８３】
この偏光評価マスク３０Ｍは、ひと回り小さな０．０９インチ厚（Ｌ＝２．３ｍｍ）の基板３０１’を使用し、また通常使用する０．２５インチ厚のホトマスクを刳りぬいて窪み部を形成した支持体３１２を備え、この窪み部にこの基板３０１'を嵌め込んだ構造をしている。光学素子５０、６０はこの支持体３１２の内部に埋め込まれている。
【００８４】
この偏光評価マスク３０Ｍを使用すると、マスク下面での像２１の半径は約０．９５ｍｍとなり、最近接距離Ｄ＝１．５ｍｍで充分である。また、Ｄ＞２．０ｍｍとすれば、三倍像２３の影響も排除できるため、１つあたりのマーク領域の面積を現実的な広さにすることが可能となる。ただし、０．２５インチ厚のホトマスク基板をそのまま使用する場合（図２）の微小開口部４０１ー４１６の直径は５７．２μｍであったが、図１０のように０．０９インチ厚の基板３０１’を利用する場合はその直径を３４．３μｍ程度に変更するのが好適である。これらの直径は、マスク３０Ｍ下面での像２１の分解能が最も高くなるように設定される。
【００８５】
［第２の実施の形態］  次に、本発明の第２の実施の形態に係る偏光評価マスク３０´を、図１１等を参照して説明する。第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。
【００８６】
本実施の形態の偏光評価マスク３０'は、基板３０１の一面に形成された遮光膜３００の例えば中心付近に１つの微小開口部４１７（直径５５μｍ程度）のみを備える。この微小開口部４１７に対向する基板３０１の裏面には、深さ４ｍｍ程度の窪み部３２が形成されている。そして、この窪み部３２の中に、図１２に示すような取り付け冶具３３−３５と共に薄型偏光子と１／４波長板とが所定の方位角を有するように組み込まれ、順次この方位角（取り付け角度）が取り付け治具３３−３５により所定角度ずつ手動で変化させられることにより、第１の実施の形態と同様の測定が可能になっている。
【００８７】
薄型偏光子と１／４波長板は、図１２に示す取り付け冶具３３−３５によって、４５°毎に手動で回転させて偏光評価マスク３０'に取り付けることが可能で、それぞれ独立に、飛び飛びの複数の方位角（４５×ｎ°（ｎは整数））を選択的に設定して偏光評価マスク３０´に固定することができる。
【００８８】
図１２（ａ）に示す取り付け治具３３は、正方形状の薄型偏光子８を所定の角度で組み込むための取り付け治具である。その外形は、窪み３２と略一致しており、その中央部には、正方形状の薄型偏光子８が４５度単位で方位角を変更可能なような取り付け枠３３１が形成されている。また、図１２（ｂ）に示す取り付け治具３４は、この取り付け治具３３と同様にその外形は窪み３２と一致しており、その中央部には、１／４波長板９を嵌め込むための取り付け枠３４１、および、取り付け治具３５を固定するための八角形状の窪み部３４２が形成されている。また図１２（ｃ）に示す取り付け治具３５は、外形が窪み部３４２に沿った八角形とされており、１／４波長板９を４５度ずつ方位角を変更可能に固定する。ここでの１／４波長板９は、円板の一部を直線状に切り欠いた形状とされ、これにより方位角が外観から判別できるようにされている。このような１／４波長板９をはめ込むための取り付け枠３５１が、取り付け治具３５に設けられている。
【００８９】
図１３は取り付け治具３３−３５による薄型偏光子８および１／４波長板９の取り付け手順を説明したものである。まず、同図（ａ）に示すような窪み部３２に、同図（ｂ）に示すように取り付け治具３３を嵌め込む。そして、同図（ｃ）に示すように、この取り付け治具３３の取り付け枠３３１に、薄型偏光子８を、任意の方位角に合わせて嵌め込む。続いて、同図（ｄ）に示すように、この取り付け治具３３の上に、窪み３２部に合わせて取り付け治具３４を嵌め込む。そして、同図（ｅ）に示すように、この取り付け治具３４の取り付け枠３４１に、１／４波長板９を任意の方位角に合わせて嵌め込んだ後、同図（ｆ）に示すように、その上から取り付け治具３５を嵌め込んで１／４波長板９の方位角を固定する。このような取り付け手順を、第１の実施の形態と同様に１６通りの方位角の組み合わせすべてについて行い、それぞれについて光強度を測定することにより、照明光１の偏光状態を測定することができる。
【００９０】
図１４に偏光評価用ホトマスク３０´の断面図を模式的に示した。照明光は、１／４波長板９、薄型偏光子８、そして微小開口部４１７の順に進む。このとき、薄型偏光子８や基板３０１により生ずる複屈折の計測精度への影響を避けるため、この薄型偏光子３０１は配向したアルミニウム細線で形成された偏光膜が光の上流側（１／４波長板９の直下）にくるように配置されている。
【００９１】
微小開口部４１７を通過した光は、投影レンズ４を通過した後、結像面であるイメージセンサ２３上で再び集光される。このとき、図１５に示すように、結像面２２から外れた高さにイメージセンサ２３を設置するのが好適である。これにより、ピンホールカメラの原理に従い、照明光分布２０を、このイメージセンサ２３の受光面に像２１として結像させることができる。
【００９２】
以上、発明の第１及び第２の実施の形態に係る偏光評価マスク及びその偏光評価マスクを用いた偏光評価方法を説明したが、本発明の偏光評価マスク及びその偏光評価マスクを用いた偏光評価方法はこれら実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。例えば、投影レンズ４のミュラー行列（Ｍ）が、単純なリターデーションのみを変化させる光学系であると見なせるなどの理由から、
【００９３】
【数２５】
2007179003.tif 000031
【００９４】
と仮定しても差し支えない場合、照明光１の偏光状態すなわちストークスパラメータを、以下に示すように上記実施の形態よりも少ない測定結果から決定することができる。
【００９５】
【数２６】
2007179003.tif 000032
【００９６】
【数２７】
2007179003.tif 000033
【００９７】
【数２８】
2007179003.tif 000034
【００９８】
【数２９】
2007179003.tif 000035
【００９９】
従って、例えば下記［表５］中の（＊）で示す６条件（偏光子と１／４波長板の方位角の組み合わせ）のみの測定で充分となる。ただし、今までの議論では、１／４波長板のリターデーション誤差δは十分に小さい、という近似のもとに計算してきたが、このδが無視できないほど大きい場合であっても、（＆）で示す条件を追加することで、予めδを測定していなくとも、充分な精度で照明光のストークスパラメータを決定することが可能である。また、ここで示す組み合わせはほんの一例であって、この組み合わせに限定されるものではない。［数２６］−［数２９］を参照しつつ、適宜最適の組み合わせを選択することができる。
【０１００】
【表５】
2007179003.tif 000036
【０１０１】
また、図１６に示すように、偏光評価マスク３０の下流側にイメージセンサ２３を取り付けることも可能である。この構成によれば、投影レンズ４に光を通過させることなく照明光１の偏光状態を測定するので、上記と同様に、６通りの方位角の組み合わせのみで測定が可能になる。
【０１０２】
［第３の実施の形態］  図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置が適用され得る露光装置の概略構成を示している。なお、第１の実施の形態の説明に用いられた露光装置と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
図１７に示すように、この露光装置は、図１に示した露光装置と略同様であり、その異なる箇所は、ウエハステージ７上に計測ステージ１０を設けている点である。計測ステージ１０は、投影レンズ４の直下へ移動可能であり、ウエハに照射される照射光１’の偏光状態（Ｓ）を計測するものである。この計測ステージ１０内に、本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａが設けられている。特に、本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａは、露光装置において投影レンズ４とウエハ５との間を純水等の液体で満たした状態が好適であるが、特にその状態に限られるものではない。
【０１０４】
図１８は、本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置の断面図である。図１８に示すように、偏光計測装置１０Ａは、下面に窪んだ第１の球面１１１Ａを有する透明基板１１Ａと、ピンホール（微小開口）１２１を有するピンホール板１２と、薄型の１／４波長板１３と、薄型の偏光子１４と、偏光子１４に対して平行移動可能な光検出器１５とから構成されている。ピンホール１２１と第１の球面１１１Ａとが一致するように、透明基板１１Ａとピンホール板１２とが配置されている。偏光子１４としては、表面に金属細線、或いは照明光の波長に対して金属的な光学特性を有する材料の細線が平行に並んだ構造をした、所謂ワイヤー・グリッド・ポラライザー（ＷＧＰ）が適応できる。また、偏光子１４としては、複屈折性を有し、特に照明光の波長に対し吸収係数の差が大きい結晶性光学材料を適当な厚さで薄くスライスした吸収型偏光子が適応できる。
【０１０５】
図１９は、図１８に示す第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａにおいて光検出器１５を省略した状態を示す下面図である。図１９に示すように、ピンホール板１２は、等間隔に４列×４行の同一形状のピンホール１２１を有している。そのピンホール板１２の一方の面に、進相軸が４５°ずつ異なる４つの１／４波長板１３ａ〜１３ｄが、各々平行に配列されている。そして、各１／４波長板１３ａ〜１３ｄの上に、それらと直交するように、４つの偏光子１４ａ〜１４ｄが配置されている。また、各１／４波長板１３ａ〜１３ｄと、偏光子１４ａ〜１４ｄとの重なる箇所には、ピンホール１１２が設けられている。上記のような異なる４つの１／４波長板１３ａ〜１３ｄ及び偏光子１４ａ〜１４ｄの配置により、透過軸の異なる複数の組み合わせについて透過光強度を測定すれば、第１の実施形態に記載のように照射光の偏光状態（Ｓ）を決定することができる。
【０１０６】
なお、ピンホール１２１の形状は、必ずしも円形状に限られるものではなく、例えば多角形としてもよい。また、これらの配列も上述の４列×４行に限定されるものではなく、２列×８行のような長方形の配列、千鳥状の配列等でも構わない。
【０１０７】
ここで、従来の偏光計測装置を説明する。従来の偏光計測装置は、例えば、ピンホール板、コリメータレンズ、１／４波長板、偏光子、光検出器により構成される。ピンホール板は、ウエハ面と共役関係となる位置に設けられる。したがって、従来の偏光計測装置において、そのウエハ面へ入射する光の最大入射角が大きいことから、コリメータレンズは超高ＮＡの必要がある。しかしながら、その超高ＮＡのコリメータレンズのミュラー行列の影響は無視できないほど大きく、測定結果から取り除くことができないという問題があった。
【０１０８】
対して、上記のような構造を有する本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａによれば、例えば、投影レンズ４とウエハ５との間を純水等の液体で満たした場合、透明基板１１Ａの上側の屈折率ｎは１．４４、透明基板１１Ａの屈折率ｎは１．５６となる。また、透明基板１１Ａの下側は大気であるため、その屈折率ｎは、１．０となる。
【０１０９】
そして、透明基板１１Ａの下面には第１の球面１１１Ａを有しており、且つこの第１の球面１１１Ａの中心にピンホール１２１が配置されているので、屈折率の差が最大となる透明基板１１Ａと大気の界面では、１／４波長板１３や偏光子１４へ入射される偏光状態へ影響を与えることがない。よって、例えば、投影レンズ４の１以上の高ＮＡ化を実現することができる。
【０１１０】
また、薄型の１／４波長板１３ａ〜１３ｄ、及び薄型の偏光子１４ａ〜１４ｄを用いているので、一般的な偏光解析装置と比較して、偏光計測装置１０Ａの全体構成を薄くすることが可能である。従って、露光装置の空間的な制約に対し、搭載の可能性を広げ、例えば、既存の露光装置に対しても搭載を可能にしている。
【０１１１】
また、異なる４つの１／４波長板１３ａ〜１３ｄ及び偏光子１４ａ〜１４ｄの配置により、計測に必要な全ての組み合わせが実現できると共に、光学素子の和を最小限（４つずつ）にすることにより、コストを抑えることが可能である。
【０１１２】
［第４の実施の形態］  図２０は、本発明の第４の実施の形態に係る偏光計測装置の断面図である。なお、第３の実施の形態と同様の構成は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
図２０に示すように、第４の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｂにおいては、透明基板１１Ｂが、第３の実施の形態の構成と異なる。
【０１１４】
透明基板１１Ｂは、下面に窪んだ第１の球面１１１Ｂと、上面に突出した第２の球面１１２Ｂとを有する。また、これら球面１１１Ｂ，１１２Ｂの中心は、ピンホール板１２のピンホール１２１と一致するように配置されている。
【０１１５】
上記のような透明基板１１Ｂを有する偏光計測装置１０Ｂによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、偏光計測装置１０Ｂによれば、透明基板１１Ｂの上面である純水等の液と透明基板の界面においても、同様に偏光特性への影響を避けることができる。即ち、液の種類（液の屈折率）に拘わらず、ピンホール１２１を透過する光線は、全て透明基板１１Ｂの上面及び下面に垂直に入射され、偏光状態に何ら変化を与えることはない。
【０１１６】
［第５の実施の形態］  図２１は、本発明の第５の実施の形態に係る偏光計測装置の断面図である。なお、第３の実施の形態と同様の構成は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１７】
図２１に示すように、第５の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｃにおいては、透明基板１１Ｃが、第３の実施の形態の構成と異なる。
【０１１８】
透明基板１１Ｃは、その下面に窪んで形成された球面１１１Ｃと、その上面に反射防止膜１１２Ｃとを有している。なお。球面１１１Ｃの中心軸は、ピンホール１２１と一致するように設けられている。
【０１１９】
この反射防止膜１１２Ｃにより、反射による透過光の偏光変化を低減することが可能となる。純水の屈折率ｎは、１．４４であり、例えば、透明基板１１Ｃの屈折率ｎは、１．５６である。透明基板１１Ｃへの直入射における反射率は０．１６％で、入射角が９０°に近づくにつれて反射率が大きくなり、且つ、ｓ偏光成分の反射率が零となるブリュースタ角近傍では、透過光のｐ／ｓ偏光強度比も変化する。また、屈折率が近い場合のブリュースタ角は４５°の近傍である。従って、反射防止膜１１２Ｃは、入射角４５°近傍でｐ偏光の反射率が最小となるように設定すれば、透過光の偏光状態を変わらないようにすることができる。なお、第５の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｃによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
［第６の実施の形態］  図２２は、本発明の第６の実施の形態に係る偏光計測装置の断面図である。なお、第３の実施の形態と同様の構成は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２１】
図２２に示すように、第６の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｄは、さらに、偏光子２４と光検出器１５との間に狭帯域バンドパスフィルター１６を設けている点で、第３の実施の形態の構成と異なる。
【０１２２】
ここで、例えば、偏光子２４が複屈折率を有する結晶性光学材料を薄く加工した吸収型偏光子である場合、極端紫外光に対して蛍光を発する。この蛍光は、光検出器１５へ達し、計測精度を悪化させることとなる。狭帯域バンドパスフィルター１６は、露光光の波長の近傍以外の波長光をカットする機能があり、吸収型偏光子が発した蛍光が光検出器１５へ到達するのを防ぐことができる。なお、第６の実施の形態に係る偏向計測装置１０Ｄによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
［第７の実施の形態］  図２３は、本発明の第７の実施の形態に係る偏光計測装置の断面図である。なお、第５の実施形態と同様の構成は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２４】
図２３に示すように、第７の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｅは、第５実施形態の構成に、狭帯域バンドパスフィルター１６、そして、その下方に結像レンズ１７を設けたものである。なお、結像レンズ１７は、その中心軸がピンホール１２１と一致するように、設けられている。
【０１２５】
ここで、従来の偏光計測装置にあっては、隣接するピンホールを通過する光が重なるという問題があった。そこで、各ピンホールの間隔を離す構成が考えられるが、この構成とすれば、１／４波長板や偏光子を大きくしなければならず、偏光計測装置の製造コストが増加してしまう。また、ピンホールの間隔を短くすれば、偏光子と光検出器の受光面までの距離を短くする必要があり、このような構成で光検出器を移動させることは、装置設計の上でも困難であった。つまり、全てのピンホールを通過する光を一度に検出できるような大型の極端紫外線用ＣＣＤ等が必要であった。
【０１２６】
そこで、上記構成のように結像レンズ１７を設けることにより、狭帯域バンドパスフィルター１６から光検出器１５までの距離Ｅを大きくとることが可能となり、且つ光検出器１５の移動を容易にすることができる。なお、第７の実施の形態に係る偏向計測装置１０Ｅによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
［第８の実施の形態］  図２４は、本発明の第８の実施形態に係る偏光計測装置の断面図である。なお、第７の実施の形態と同様の構成は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２８】
図２４に示すように、第８の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｆは、さらに、光検出器１５の上面に取り付けられた、所定の大きさの開口１８ａを有する遮光板１８を一体に設けている点で、第７の実施の形態の構成と異なる。
【０１２９】
上記のように遮光板１８を設けることにより、隣接するピンホール１２１を通過した光を遮光することができるので、検出器１５の受光面におけるイメージサイズをピンホール１２１の間隔以上に拡大することができる。なお、第８の実施の形態に係る偏向計測装置１０Ｆによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光評価マスクが適用され得る半導体露光装置の構成を模式的に示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る偏光評価マスク３０の構成を模式的に示す。
【図３】偏光評価マスク３０中の微小開口パターン４０の一例を示している。
【図４】偏光評価マスク中３０中の光学素子５０の構成例を示している。
【図５】偏光評価マスク中３０中の光学素子６０の構成例を示している。
【図６】偏光評価マスク３０の載置方法及び露光方法を、通常のホトマスクと比較して説明したものである。
【図７】照明光１の輝度分布２０とウエハ５上に形成される像２００との関係を説明している。
【図８】ウエハ５上に形成される微小開口部４０１−４１６に対応した１６つの像２０１−２１６の例を図示したものである。
【図９】基板３０１の下面での光の反射の影響を説明したものである。
【図１０】第１の実施の形態の変形例に係る偏光評価マスク３０Ｍの構成例を示す。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る偏光評価マスク３０’の構成を模式的に示す。
【図１２】偏光評価マスク３０’において偏光子及び１／４波長板を取り付けるのに用いられる取り付け治具３３−３５の構造を示している。
【図１３】取り付け治具３３−３５による偏光評価マスク３０’の構造を示している。
【図１４】偏光評価用ホトマスク３０´の断面図を模式的に示す。
【図１５】像２１の観察のために設置されるイメージセンサ２３の配置位置等を説明している。
【図１６】イメージセンサ２３の別の配置方法を説明している。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置が適用され得る半導体露光装置の構成を模式的に示す。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａの構成の断面図を模式的に示す。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ａの構成の上面図を模式的に示す。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｂの構成の断面図を模式的に示す。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｃの構成の断面図を模式的に示す。
【図２２】本発明の第６の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｄの構成の断面図を模式的に示す。
【図２３】本発明の第７の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｅの構成の断面図を模式的に示す。
【図２４】本発明の第８の実施の形態に係る偏光計測装置１０Ｆの構成の断面図を模式的に示す。
【図２５】ポアンカレ球を説明する図である。
【図２６】ミュラー行列とストークスパラメータの関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１・・・照明光、  ２・・・照明光学系、  ３・・・ホトマスク、  ４・・・投影レンズ、  ５・・・ウエハ、  ６・・・マスクステージ、  ７・・・ウエハステージ、  １０Ａ〜１０Ｅ・・・偏光計測装置、  １１Ａ・・・透明基板、  １２・・・ピンホール板、  １３・・・１／４波長板、  １４・・・偏光子、  １５・・・検出器１５、  ３０・・・偏光評価マスク、  ４０・・・微小開口パターン、  ４０１−４１６・・・微小開口パターン、  ５０・・・光学素子、  ５０１−５０４・・・薄型偏光子、  ６０・・・光学素子、  ６０１−６０４・・・１／４波長板、  ３００・・・遮光膜、  ３０１・・・基板、  ３３−３５・・・取り付け治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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