JP2004037137A - 複屈折測定装置、除歪装置、偏光状態検出装置及び露光装置 - Google Patents
複屈折測定装置、除歪装置、偏光状態検出装置及び露光装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】被検測定物の紫外域における複屈折特性を簡便、高速、且つ高精度に測定する複屈折測定装置と、光学部材の熱処理工程において、熱処理時間を短縮化し、且つ複屈折量を制御することが可能な熱処理方法及び除歪装置と、上記複屈折測定装置により構成される偏光状態検出装置を搭載した露光装置を提供する。
【解決手段】光源と、特定の偏光方向の光束を抽出する偏光素子１０２と、被検測定物と、被検測定物を保持する試料ステージと、試料ステージを制御する制御手段と、被検測定物を射出した光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する光束分割手段と、光束分割手段により分割した光束の特定の偏光方向の光束を抽出する２つの偏光素子と、偏光素子を透過した光束の光量を検出する２つの光量検出手段と、光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、被検測定物から射出される光束の偏光状態の情報を求めることを特徴とする複屈折測定装置。
【選択図】 図１
【解決手段】光源と、特定の偏光方向の光束を抽出する偏光素子１０２と、被検測定物と、被検測定物を保持する試料ステージと、試料ステージを制御する制御手段と、被検測定物を射出した光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する光束分割手段と、光束分割手段により分割した光束の特定の偏光方向の光束を抽出する２つの偏光素子と、偏光素子を透過した光束の光量を検出する２つの光量検出手段と、光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、被検測定物から射出される光束の偏光状態の情報を求めることを特徴とする複屈折測定装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検測定物の複屈折量及び主軸方位を求める複屈折測定装置、及び該複屈折測定装置を搭載する除歪装置、及び該複屈折測定装置によって構成される偏光状態検出装置、及び該偏光状態検出装置を搭載する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複屈折は露光装置の結像性能に影響を与える要因の１つである。ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザ等を露光光源とする露光装置の光学系に用いられる蛍石には内部応力（応力歪）に起因する応力複屈折に加えて、その結晶構造に起因する真性複屈折（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が存在することが２００１年５月にＮＩＳＴの発表により明らかとなり、露光装置開発のためには、上記真性複屈折を含めた複屈折への配慮が課題となる。従って、露光波長における複屈折量を把握することが必要となる。従来の複屈折測定方法として、回転検光子法、バビネ補償子等を用いる位相補償法、４分の１波長板を用いるセナルモン法、光弾性変調素子を用いる位相変調法、ゼーマンレーザ等を光源に用いる光ヘテロダイン法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複屈折測定方法において、測定光源として紫外光を用いる場合には、測定波長における４分の１波長等の移相子や光弾性変調素子の製造が困難なことや、光源の安定性の問題により、蛍石等の紫外域における複屈折特性を簡便に測定することが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、被検測定物の紫外域における複屈折特性を簡便、高速、且つ高精度に測定することが可能な複屈折測定装置を提供することである。又、光学部材の熱処理工程において、熱処理時間を短縮化し、且つ複屈折量を制御することが可能な光学部材の熱処理方法及び除歪装置を提供することである。又、上記複屈折測定装置により構成される偏光状態検出装置を搭載した露光装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の複屈折測定装置は、光源と、該光源からの光束の特定の偏光方向の光束を抽出する偏光素子１と、少なくとも１つの被検測定物と、該被検測定物を保持する試料ステージと、該試料ステージを制御する制御手段と、該被検測定物を射出した光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、該光束分割手段により分割した光束の特定の偏光方向の光束を抽出する少なくとも２つの偏光素子２と、該偏光素子を透過した光束の光量を検出する少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、該被検測定物から射出される光束の偏光状態の情報を求めることを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１記載の発明において、上記光源は、パルス光源であることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の発明の複屈折測定装置は、請求項２記載の発明において、上記光源は、エキシマレーザであることを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１乃至３記載の発明において、上記偏光素子１は、直線偏光子から構成されることを特徴としている。
請求項５記載の発明の複屈折測定装置は、請求項４記載の発明において、上記偏光素子１は、該偏光素子１を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項６記載の発明の複屈折測定装置は、請求項５記載の発明において、上記試料ステージは、該被検測定物を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項７記載の発明の複屈折測定装置は、請求項６記載の発明において、上記試料ステージは、該被検測定物の測定範囲を手動又は自動で可変設定可能な測定位置可変手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項８記載の発明の複屈折測定装置は、請求項７記載の発明において、上記試料ステージは、被測定物を被検光束に対して挿脱可能に設けた挿脱手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項９記載の発明の複屈折測定装置は、請求項８記載の発明において、上記光束分割手段は、入射光束の偏光状態を保存した状態で少なくとも２つの光束に分割することを特徴としている。
【００１３】
請求項１０記載の発明の複屈折測定装置は、請求項９記載の発明において、上記偏光素子２は直線偏光子から構成されることを特徴としている。
【００１４】
請求項１１記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１０記載の発明において、上記偏光素子２は、該偏光素子２を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項１２記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１１記載の発明において、上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して直交ニコルの状態に設定することを特徴としている。
【００１６】
請求項１３記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１２記載の発明において、上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して平行ニコルの状態に設定することを特徴としている。
【００１７】
請求項１４記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１３記載の発明において、上記演算手段は、上記被検測定物の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴としている。
【００１８】
請求項１５記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１３記載の発明において、上記演算手段は、上記偏光素子１及び上記偏光素子２の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴としている。
【００１９】
請求項１６記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１４乃至１５記載の発明において、上記演算手段による解析結果を基に、上記被検測定物の複屈折量及び主軸方位を算出することを特徴としている。
【００２０】
請求項１７記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１６記載の発明において、上記演算手段による測定結果を上記被検測定物における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴としている。
【００２１】
請求項１８記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１６記載の発明において、上記演算手段による測定結果を上記偏光素子１及び上記偏光素子２における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴としている。
【００２２】
請求項１９記載の発明の除歪装置は、光学部材に熱処理を施すことにより該光学部材の製造過程に生じた歪を除去する除歪装置において、該除歪装置内に請求項１８記載の発明の複屈折測定手段を有することを特徴としている。
【００２３】
請求項２０記載の発明の除歪装置は、請求項１９記載の発明において、光学部材の熱処理中における複屈折量を測定し、測定結果を熱処理部にフィードバックして該光学部材の複屈折量が所望の範囲内に収まるように熱処理条件を制御することを特徴としている。
【００２４】
請求項２１記載の発明の偏光状態検出装置は、入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、該入射光束の偏光状態の情報を求めることを特徴としている。
【００２５】
請求項２２記載の発明の偏光状態検出装置は、入射光束と、該入射光束を用いる装置と、該入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は前記装置に用い、もう一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用いることを特徴としている。
【００２６】
請求項２３記載の発明の偏光状態検出装置は、請求項２２記載の発明において、更に前記偏光状態検出装置で求めた入射光束の偏光状態の情報を前記装置にフィードバックすることを特徴としている。
【００２７】
請求項２４記載の発明の偏光状態検出装置は、請求項２１乃至２３記載の発明において、更に前記入射光束がパルス光であることを特徴としている。
【００２８】
請求項２５記載の発明の露光装置は、光源と、前記光源からの入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用い、もう一方の光束は露光に用いることを特徴としている。
【００２９】
請求項２６記載の発明の露光装置は、請求項２５記載の発明において、更に前記偏光状態の情報を前記露光装置にフィードバックし、露光パラメータを制御することを特徴としている。
【００３０】
請求項２７記載の発明の露光装置は、請求項２６記載の発明において、更に前記偏光状態の情報を前記光源にフィードバックし、該光源を制御することを特徴としている。
【００３１】
請求項２８記載の発明の露光装置は、請求項２７記載の発明において、上記光源は、パルス光源であることを特徴としている。
【００３２】
請求項２９記載の発明の露光装置は、請求項２８記載の発明において、上記光源は、エキシマレーザであることを特徴としている。
【００３３】
請求項３０記載の発明のデバイス製造方法は、請求項２９記載の発明の露光装置を用いることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
図１は本発明の実施例１にかかる複屈折測定装置の構成を示す概略図である。以下、図１、図２及び図３を参照にしながら実施例１にかかる複屈折測定装置を説明する。
【００３５】
図１において光源１０１から射出される光束の進行方向をＺ軸、レーザの設置面においてＺ軸に対する垂直方向をＸ軸、レーザの設置面に対する法線方向をＹ軸とする。
【００３６】
図１において、実施例１にかかる複屈折測定装置は、光源１０１、偏光素子１０２、被検測定物１０３、試料ステージ１０４、光束分割手段１０５、偏光素子１０６、１０８、光量検出手段１０７、１０９、演算部１１０、制御部１１１により構成される。
【００３７】
光源１０１から射出される光束を、光軸方向に直交するＸＹ面内において予め設定された基準方位に対して透過軸方位が０度となるように配置される偏光素子１０２を介して直線偏光Ｌ０に変換して被検測定物１０３に入射させる。
【００３８】
ここで、偏光素子１０２、１０６、１０８は、グラントムソンプリズム、ローションプリズム、セナルモンプリズム、ウォラストンプリズム、又は誘電体多層膜等で形成した偏光ビームスプリッタなど直交する偏光成分を分離し直線偏光成分を取り出すことが可能な光学素子であれば何を用いてもよい。
【００３９】
試料ステージ１０４は回転機構を有し、ステッピングモータ等によって光軸を中心として回転制御される。前記ステッピングモータは制御部１１１の指令に基づいて制御され、上記基準方位に対して進相軸方位を０度から１８０度（又は０度から３６０度）の回転が複屈折測定の１サイクルとなる。
【００４０】
又、試料ステージ１０４はＸＹステージ等の測定位置可変機構を有し、光軸方向に直交する面内での測定位置を手動又は自動で可変制御できるようになっている。つまり、上記試料ステージ１０４により測定面上における２次元複屈折分布測定が可能となる。
【００４１】
光束分割手段１０５は３枚の平行平板で構成されている光束分割装置（図２）から成り、入射光束を入射光束の偏光状態を保存した状態で２光束に分割する機能を有する。被検測定物１０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは光束分割手段１０５により、光束Ｌｓの偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。
【００４２】
光束Ｌ１は偏光素子１０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０６を介して光量検出手段１０７に入射される。
【００４３】
光束Ｌ２は偏光素子１０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０８を介して光量検出手段１０９に入射される。
【００４４】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９は、被検測定物１０３の複屈折情報（複屈折量及び主軸の方位）を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部１１０にリアルタイムに出力する。
【００４５】
演算部１１０及び制御部１１１はＣＰＵ及びメモリを格納し、光源１０１、試料ステージ１０４などの複屈折測定装置の各部の動作を制御する。又、光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で検出された検出信号に基づいて、予め設定された演算アルゴリズムを実行することにより、被検測定物１０３の複屈折位相差Δ及び進相軸方位φを演算し、図示しない出力装置に複屈折測定の演算結果を出力する。
【００４６】
図２において偏光状態を保存する光束分割手段について説明する。
【００４７】
図２は入射光束を入射光束と同じ偏光状態を有する２光束に分割する光束分割手段の説明図である。２０１は入射光束、２０４、２０５、２０６は光束が４５°の入射角で入射するように設置された平行平板、２０２は２枚の平行平板によって２回反射する第１の光束、２０３は２枚の平行平板を両方透過する第２の光束である。２０７、２０８は本実施例では用いない不要光である。
【００４８】
第１の平行平板２０４と第２の平行平板２０５は、第１の平行平板２０４を反射するｐ偏光成分が第２の平行平板２０５ではｓ偏光成分として反射するように設置されている。この構成によると第１の平行平板２０４をｓ偏光で反射する偏光成分は第２の平行平板２０５ではｐ偏光成分として反射する。
【００４９】
一方、第３の平行平板２０６は、第１の平行平板２０４を透過するｐ偏光成分が第３の平行平板２０６ではｓ偏光成分として透過するように設置されている。
この構成によると第１の平行平板２０４をｓ偏光で透過する偏光成分は第３の平行平板２０６ではｐ偏光成分として透過する。
【００５０】
以下、上記光束分割手段が入射光束を入射光束と同じ偏光状態を有する２光束に分割する原理について説明する。ここでは簡略化のため、平行平板の裏面での反射は無視する。
【００５１】
入射光束が完全偏光であれば、その電界ベクトルは（数１）と表され、
【００５２】
【数１】
【００５３】
第１の平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｐとｓ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｓとに分解して計算することが可能である。入射光束が部分偏光や非偏光の時もこれらは複数の完全偏光の集まりであると考えられるので、各々の完全偏光が保存されればよい。
【００５４】
材質の同じ平行平板３枚を用いると３つの平行平板のｐ偏光とｓ偏光の複素振幅反射率ｒｐとｒｓは等しいため、入射光束のうち、第１の平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分の複素振幅をＥｐ、ｓ偏光成分となる直線偏光成分の複素振幅をＥｓとすると、平行平板を２回反射して得られる第１の光束２０２の第１偏光成分の複素振幅Ｅ１１は（数２）となる。
【００５５】
【数２】
【００５６】
一方、第２偏光成分の複素振幅Ｅ１２は（数３）となる。
【００５７】
【数３】
【００５８】
これらの足し合わせである反射光束の複素振幅Ｅ１は（数４）となり、
【００５９】
【数４】
【００６０】
入射光束に対して定数ｒｓｒｐがかかっただけの光束となるため、この第１の光束２０２は偏光状態が入射光束の偏光状態と同じ光束である。
一方、平行平板を２回透過して得られる第２の光束２０３の第１偏光成分の複素振幅Ｅ２１は（数５）となる。
【００６１】
【数５】
【００６２】
一方、第２偏光成分の複素振幅Ｅ２２は（数６）となる。
【００６３】
【数６】
【００６４】
これらの足し合わせである透過光束の複素振幅Ｅ２は（数７）となり、
【００６５】
【数７】
【００６６】
入射光束に対して定数ｔｓｔｐがかかっただけの光束となるため、この第２の光束２０３は偏光状態が入射光束の偏光状態と同じ光束である。
【００６７】
尚、ここでは平行平板に対して入射角４５°で入射するとしたが、３枚の入射角が同じであれば４５°である必要はない。又、グレーティング、ビームスプリッタなど、光束分割可能な素子で、素子の偏光に対する反射特性、透過特性などの分割特性が同じものを３つ用いれば、同様の効果が得られる。ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓなどは単なる実数定数であるとは限らず、膜のついたスプリッタなどを用いる場合には、位相の変化を示す複素数定数となることもある。
【００６８】
図１では不要光は図示していないが、図２の光束２０７と光束２０８は迷光となるため、ビームダンパーなどで吸収させている。
【００６９】
尚、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は補正演算を行う。
【００７０】
図１に示した本発明の実施例１の複屈折測定方法について説明する。
【００７１】
光源１０１から射出される光束は、前記基準方位に対して透過軸方位が０度となるように配置される偏光素子１０２を介して直線偏光に変換される。偏光素子１０２のジョーンズ行列は（数８）で表される。偏光素子１０２から射出される光束を光束Ｌ０すると、その偏光状態はジョーンズベクトルにより（数９）で表される。
【００７２】
【数８】
【００７３】
【数９】
【００７４】
前記光束Ｌ０は被検測定物１０３を透過し、被検測定物１０３が有する２つの主軸間（進相軸、遅相軸）の屈折率差に起因して生じる位相ずれにより楕円偏光に変換される。被検測定物１０３の複屈折位相差Δ及びその主軸の方位φとすると、被検測定物１０３のジョーンズ行列は（数１０）で表される。
【００７５】
【数１０】
【００７６】
被検測定物１０３は試料ステージ１０４により光軸を中心として回転する。回転角度をθとすると、この回転変換のジョーンズ行列は（数１１）で表される。又、被検測定物１０３のジョーンズ行列は（数１２）で表される。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
【数１２】
【００７９】
被検測定物１０３の回転角度θにおける射出光Ｌｓの偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１３）で表される。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
光束分割手段１０５により被検測定物１０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１４）、（数１５）で表される。
ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段１０５における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部１１０において補正演算を行う。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
【数１５】
【００８４】
光束Ｌ１は偏光素子１０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０６を介して光量検出手段１０７に入射される。又、光束Ｌ２は偏光素子１０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０８を介して光量検出手段１０９に入射される。偏光素子１０６及び偏光素子１０８のジョーンズ行列は（数１６）、（数１７）で表される。
【００８５】
【数１６】
【００８６】
【数１７】
【００８７】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１８）、（数１９）で表される。
【００８８】
【数１８】
【００８９】
【数１９】
【００９０】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部１１０にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で検出される補正後の光強度は（数２０）、（数２１）で表される。ただし、添え字＊は、複素共役な関係を示す。
【００９１】
【数２０】
【００９２】
【数２１】
【００９３】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で受ける光強度Ｉ１及びＩ２は被検測定物１０３の回転角度θに対して正弦的に変化する。演算部１１０において、被検測定物１０３の回転角度θに対する光強度Ｉ１及びＩ２の強度比Ｉ２／Ｉ１を算出することで、被検測定物１０３の複屈折情報を表す複屈折楕円体の楕円率を示す変化曲線をモニタすることができる。
【００９４】
被検測定物１０３の回転角度θに対する光強度比Ｉ２／Ｉ１の出力例を図３に示す。図３において光強度比Ｉ２／Ｉ１が最大となる時の偏光素子１０２の透過軸方位と被検測定物１０３の主軸方位との相対角度は４５°であり、被検測定物１０３からの出射光束Ｌｓは最大楕円の楕円偏光となる。光強度比Ｉ２／Ｉ１は楕円偏光の楕円率を示しているため、この変化曲線における光強度比Ｉ２／Ｉ１の最大値を（Ｉ２／Ｉ１）ｍａｘ及びその角度をθｍａｘとすると、被検測定物１０３の複屈折位相差Δ［ｄｅｇ．］及びその主軸の方位φ［ｄｅｇ．］は（数２２）、（数２３）で表される。
【００９５】
【数２２】
【００９６】
【数２３】
【００９７】
又、光源の波長をλ［ｎｍ］、被検測定物の厚みをｄ［ｃｍ］とすると、被検測定物１０３の複屈折量［ｎｍ／ｃｍ］は（数２４）で表される。
【００９８】
【数２４】
【００９９】
本実施例にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、特に光源に紫外光を用いる測定に適している。
【０１００】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、回転駆動する光学素子が１つであるため、従来の測定方法のように２つの光学素子の回転駆動周期を同期させる必要がないため同期ずれ等の影響を受けることなく高精度な複屈折測定が可能である。
【０１０１】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、楕円の最大光量と最小光量とを同時に測定することが可能となり、光源の光量変動等による影響を受けず、高精度な複屈折測定が可能である。
【０１０２】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物１０３の回転に対する光量を検出することにより、被検測定物１０３の複屈折量と主軸を同時に測定することができる。そのため、従来の測定方法に比べて測定時間の短縮化が可能となる。
【０１０３】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物１０３の回転に対して９０度間隔に演算される複数の複屈折データを平均化することで光学素子の有する製造誤差等による影響をキャンセルさせることが可能となる。又、演算部１１０の情報を制御部１１１にフィードバックし、回転角度範囲及び測定データのサンプリング数を制御することで被検測定物１０３の複屈折量に応じて局所的に精密測定が可能である。
【０１０４】
【実施例２】
図４は本発明の実施例２にかかる複屈折測定装置の構成を示す概略図である。以下、図４を参照にしながら実施例２にかかる複屈折測定装置を説明する。
【０１０５】
尚、本実施例は上述の実施例１において、偏光素子１０２、１０６、１０８において回転制御手段を有する構成を用いたほかは実施例１と同一の構成を有するため、以下の説明では共通する部分には同一の符号（下２桁）を付して詳細説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【０１０６】
図４において、実施例１にかかる複屈折測定装置は、光源４０１、偏光素子４０２、被検測定物４０３、試料ステージ４０４、光束分割手段４０５、偏光素子４０６、４０８、光量検出手段４０７、４０９、演算部４１０、制御部４１１により構成される。
【０１０７】
光源４０１から射出される光束を、制御部４１１により光軸を中心として回転制御される偏光素子４０２を介して直線偏光Ｌ０に変換して被検測定物４０３に入射させる。
【０１０８】
偏光素子４０２は回転機構を有し、ステッピングモータ等によって光軸を中心として回転制御される。前記ステッピングモータは制御部４１１の指令に基づいて制御され、上記基準方位に対して進相軸方位を０度から１８０度（又は０度から３６０度）の回転が複屈折測定の１サイクルとなる。
【０１０９】
又、試料ステージ４０４はＸＹステージ等の測定位置可変機構を有し、光軸方向に直交する面内での測定位置を手動又は自動で可変制御できるようになっている。つまり、上記試料ステージ４０４により測定面上における２次元複屈折分布測定が可能となる。
【０１１０】
被検測定物４０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは光束分割手段４０５により、光束Ｌｓの偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。
【０１１１】
光束Ｌ１は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態を保つように回転制御される偏光素子４０６を介して光量検出手段４０７に入射される。
【０１１２】
光束Ｌ２は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態を保つように回転制御される偏光素子４０８を介して光量検出手段４０９に入射される。
【０１１３】
光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９は、被検測定物４０３の複屈折情報（複屈折量及び主軸の方位）を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部４１０にリアルタイムに出力する。
【０１１４】
演算部４１０及び制御部４１１はＣＰＵ及びメモリを格納し、光源４０１、偏光素子４０２、４０６、４０８、試料ステージ４０４などの複屈折測定装置の各部の動作を制御する。又、光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で検出された検出信号に基づいて、予め設定された演算アルゴリズムを実行することにより、被検測定物４０３の複屈折位相差Δ及び進相軸方位φを演算し、図示しない出力装置に複屈折測定の演算結果を出力する。
【０１１５】
図４に示した本発明の実施例２の複屈折測定方法について説明する。
光源４０１から射出される光束の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２５）で表される。ここで、δは射出光束の直交成分における位相差を表す。
【０１１６】
【数２５】
【０１１７】
光源４０１からの射出光束は、制御部４１１により光軸を中心として回転制御される偏光素子４０２を介して直線偏光に変換される。偏光素子４０２及び回転変換のジョーンズ行列（数８）、（数１１）より、回転制御される偏光素子４０２のジョーンズ行列は（数２６）で表される。ただし、前記基準方位に対する偏光素子４０２の回転角度をθとする。
【０１１８】
【数２６】
【０１１９】
偏光素子４０２からの射出光束Ｌ０は被検測定物４０３を透過し、被検測定物４０３が有する２つの主軸間（進相軸、遅相軸）の屈折率差に起因して生じる位相ずれにより楕円偏光に変換される。偏光素子４０２の回転角度θにおける被検測定物４０３からの射出光束ＬＳの偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２７）で表される。
【０１２０】
【数２７】
【０１２１】
光束分割手段４０５により被検測定物４０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２８）、（数２９）で表される。ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段４０５における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部４１０において補正演算を行う。
【０１２２】
【数２８】
【０１２３】
【数２９】
【０１２４】
偏光素子４０６は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態を保つように回転制御されている。又、偏光素子４０８は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態を保つように回転制御されている。光束Ｌ１及び光束Ｌ２は偏光素子４０６及び偏光素子４０８を介して光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９に入射される。光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３０）、（数３１）で表される。
【０１２５】
【数３０】
【０１２６】
【数３１】
【０１２７】
光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部４１０にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。
【０１２８】
以下、光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で検出される検出信号から被検測定物４０３の複屈折量及び主軸方位を求めるアルゴリズムは実施例１と同じであるため省略する。
【０１２９】
本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物４０３が非回転のため、実施例１の構成では対応が困難な大口径のサンプルに対しても適応可能である。
【０１３０】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、特に光源に紫外光を用いる測定に適している。
【０１３１】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、楕円の最大光量と最小光量とを同時に測定することが可能となり、光源の光量変動等による影響を受けず、高精度な複屈折測定が可能である。
【０１３２】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光素子４０２、４０６、４０８の回転に対する光量を検出することにより、被検測定物４０３の複屈折量と主軸を同時に測定することができる。そのため、従来の測定方法に比べて測定時間の短縮化が可能となる。
【０１３３】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物４０３の回転に対して９０度間隔に演算される複数の複屈折データを平均化することで光学素子の有する製造誤差等による影響をキャンセルさせることが可能となる。又、演算部４１０の情報を制御部４１１にフィードバックし、回転角度範囲及び測定データのサンプリング数を制御することで被検測定物４０３の複屈折量に応じて局所的に精密測定が可能である。
【０１３４】
尚、本実施例は光源４０１と偏光素子４０２の間に入射光束の偏光状態を直線偏光に変換する不図示の偏光素子を配置する構成も可能である。
【０１３５】
【実施例３】
図５及び図６は本発明の実施例３にかかる除歪装置の構成を示す概略図である。以下、図５及び図６を参照にしながら実施例３にかかる除歪装置を説明する。
【０１３６】
尚、本実施例は、上述の実施例２の複屈折測定装置において、被検測定物４０３が熱処理部内に格納されている構成を有するほかは実施例２と同一の構成を有するため、以下の説明では共通する部分には同一の符号（下２桁）を付して詳細説明を省略し、実施例２と異なる部分を中心に説明する。
【０１３７】
図５において、実施例３にかかる除歪装置は、光源５０１、偏光素子５０２、被検測定物５０３、熱処理部５１２、光束分割手段５０５、偏光素子５０６、５０８、光量検出手段５０７、５０９、演算部５１０、制御部５１１により構成される。
【０１３８】
実施例３にかかる除歪装置は、被検測定物５０３が熱処理部５１２内に格納されている構成を有し、被検測定物５０３の熱処理工程における複屈折経時変化を計測し、その計測結果に基づいて制御部５１１により被検測定物５０３の複屈折量が所定の範囲内になるように熱処理条件を制御して被検測定物５０３の熱処理を行う装置である。
【０１３９】
図６において熱処理部５１２について説明する。
【０１４０】
熱処理部５１２は、サンプル収納保持室６０１を有するステンレス容器６０２、前記ステンレス容器６０２の外側周辺の側部、底部、及び上部に、それぞれ独立に温度制御が可能な加熱ヒーター等を内蔵する複数個の発熱体６０３、その周りを断熱壁６０４により囲まれた構成となっている。
【０１４１】
サンプル収納保持室６０１内の温度は温度制御部によって制御可能であり、ステンレス容器６０２の四方に設置された、それぞれ独立に温度制御が可能な複数個の発熱体６０３により容器を加熱することにより、サンプル収納保持室６０１内の温度むらを低減して、容器内に収納された被検測定物６０３をより均一に熱処理することができる。
【０１４２】
又、熱処理部５１２には、光源５０１より射出される光束Ｌ０をサンプル収納保持室６０１内に導くための導光管体６０５、及び被検測定物６０３の透過光束Ｌｓをサンプル収納室６０１外に射出するための導光管体６０６が設けられている。この導光管体６０５、６０６には、サンプル収納保持室６０１内の雰囲気と外部とを遮断するための透明シャッター６０７、６０８、透明石英窓、又は蛍石窓６０９、６１０等が設けられている。
【０１４３】
尚、被検測定物５０３は、レーザ光の入射面及び出射面の両面が平行になるように光学研磨が施されてあり、入射面及び出射面に対してレーザ光が垂直に入射及び出射するようにサンプル保持台６１１により保持されている。
【０１４４】
本実施例にかかる除歪装置によれば、被検測定物５０３の熱処理工程における複屈折量の経時変化をリアルタイムに計測することが可能となり、更にその結果に基づいて、制御部５１１により被検測定物５０３の熱処理条件（温度、保持時間、昇温速度、冷却速度等）をフィードバック制御することにより、被検測定物５０３の複屈折量の制御及び熱処理時間の短縮化が可能となる。
【０１４５】
尚、本実施例は光源５０１と偏光素子５０２の間に入射光束の偏光状態を直線偏光に変換する不図示の偏光素子を配置する構成も可能である。
【０１４６】
【実施例４】
図７は本発明の実施例４にかかる偏光状態検出装置の構成を示す概略図である。以下、図７を参照にしながら実施例４にかかる偏光状態検出装置を説明する。
【０１４７】
図７において、実施例４にかかる偏光状態検出装置は、光束分割手段７０１、７０２、偏光素子７０３、７０５、光量検出手段７０４、７０６、演算部７０７、制御部７０８により構成される。
【０１４８】
所望の装置の光源から射出される光束Ｌ０は偏光状態を保存した状態で２光束に分割する光束分割手段７０１により、光束Ｌ０と同じ偏光状態を有する光束ＬＭと光束ＬＳに分割される。一方の光束ＬＳは実施例４にかかる偏光状態検出装置によって偏光状態を測定することに用いる。もう一方の光束ＬＭは所望の装置に導入される。
【０１４９】
光束分割手段７０１により分割された被検光束ＬＳは、光束分割手段７０２により同じ偏光状態を有する光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２は制御部７０８により光軸を中心として回転制御される偏光素子７０３、７０５を介して光量検出手段７０４、７０６に入射される。ここで偏光素子７０３、７０５は互いに直交ニコルの状態を保つように回転制御されている。
【０１５０】
光量検出手段７０４、７０６は、被検光束ＬＳの偏光状態の情報を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部７０７にリアルタイムに出力する。
【０１５１】
図７に示した本発明の実施例４の偏光状態検出方法について説明する。
【０１５２】
進行方向をＺ軸とする被検光束ＬＳの偏光状態は、その電界ベクトルを直交二成分に分解して（数３２）で表される。ここで、ＡＸ、ＡＹは各成分の振幅、δはＸ成分とＹ成分の位相差を示している。
【０１５３】
【数３２】
【０１５４】
被検光束ＬＳは、光束分割手段７０２により偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３３）、（数３４）で表される。ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段７０２における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部７０７において補正演算を行う。
【０１５５】
【数３３】
【０１５６】
【数３４】
【０１５７】
光束Ｌ１及び光束Ｌ２は互いに直交ニコルの状態を保つように回転制御されている偏光素子７０３、７０５を介して光量検出手段７０４、７０６に入射される。ここでは、回転面の基準方位（θ＝０度）に対して、偏光素子７０３の透過軸方位を０度とし、偏光素子７０５の透過軸方位を９０度としている。
【０１５８】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３５）、（数３６）で表される。
【０１５９】
【数３５】
【０１６０】
【数３６】
【０１６１】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部７０７にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で検出される補正後の光強度は（数３７）、（数３８）で表される。ただし、添え字＊は、複素共役な関係を示す。
【０１６２】
【数３７】
【０１６３】
【数３８】
【０１６４】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で受ける光強度Ｉ１及びＩ２は偏光素子７０３、７０５の回転角度θに対して正弦的に変化する。演算部７０７において回転角度θに対する光強度Ｉ１及びＩ２の強度比Ｉ２／Ｉ１を算出し、（数３９）により位相情報量Δに変換することで、被検光束ＬＳの偏光状態の情報を表す変化曲線をモニタすることができる。
【０１６５】
【数３９】
【０１６６】
被検光束ＬＳの回転角度θに対する位相情報量Δの出力例を図８に示す。図８において位相情報量Δが最小となるΔｍｉｎと、その時の回転角度θｍｉｎから、（数４０）及び（数４１）により、被検光束ＬＳの偏光状態を表す情報としてＸ成分とＹ成分の位相差δ及び各成分の振幅比ＡＹ／ＡＸが算出される。
【０１６７】
【数４０】
【０１６８】
【数４１】
【０１６９】
又、被検光束ＬＳの光量Ｉは（数４２）で算出される。
【０１７０】
【数４２】
【０１７１】
本実施例にかかる偏光状態検出装置によれば、被検光束の光量変動の経時変化を計測するとともに、被検光束の偏光状態の経時変化を簡便に計測することが可能となる。本実施例の偏光状態検出装置は、各種照明装置、露光装置、光学測定装置、光学観察装置、干渉計等の偏光状態の変化が性能を左右する装置などに用いられる。
【０１７２】
【実施例５】
本発明の実施例５にかかる露光装置は、実施例４の偏光状態検出手段を有することを特徴とする露光装置である。本実施例にかかる露光装置によれば、露光装置の照明系の偏光状態を常時検出することが可能であるため、照明系を常に露光に適した偏光状態に保つようにフィードバック制御することが可能となる。又、照明系の偏光特性の変化に関わらず正確な露光量の検出を行うことが可能であるため、露光光量を高精度にフィードバック制御することが可能となる。
【０１７３】
【実施例６】
本発明の実施例６にかかるデバイス製造方法は、実施例５の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法である。本実施例にかかるデバイス製造方法によれば、かかる露光装置を使用することは、スループットを向上させるだけでなく、高品位なデバイスを提供することが可能となる。
【０１７４】
【発明の効果】
本発明にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、光源に紫外光を用いる簡便な複屈折測定が可能となる。更に、偏光状態を保存する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、高速、且つ高精度な複屈折測定が可能となる。
【０１７５】
又、本発明にかかる除歪装置は、熱処理工程における光学部材の複屈折量の経時変化を計測し、熱処理条件をフィードバック制御することにより、光学部材の複屈折量の制御及び熱処理時間の短縮化が可能となる。
【０１７６】
又、本発明にかかる偏光状態検出装置は、被検光束の光量変動の経時変化を計測するとともに、被検光束の偏光状態の経時変化を計測することが可能となる。又、本発明にかかる露光装置は、照明系を常に露光に適した偏光状態に保つようにフィードバック制御し、露光光量を高精度にフィードバック制御することが可能となる。
【０１７７】
又、本発明にかかるデバイス製造方法は、スループットを向上させるだけでなく、高品位なデバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の複屈折測定装置の図である。
【図２】実施例１の光束分割装置の図である。
【図３】実施例１の出力例である。
【図４】実施例２の複屈折測定装置の図である。
【図５】実施例３の除歪装置の図である。
【図６】実施例３の熱処理部の図である。
【図７】実施例４の偏光状態検出装置の図である。
【図８】実施例４の出力例である。
【符号の説明】
１０１、４０１、５０１ 光源
１０２、４０２、５０２ 偏光素子
１０３、４０３、５０３ 被検測定物
１０４、４０４ 試料ステージ
１０５、４０５、５０５、７０１、７０２ 偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段
１０６、４０６、５０６、１０８、４０８、５０８、７０３、７０５ 偏光素子
１０７、４０７、５０７、１０９、４０９、５０９、７０４、７０６ 光量検出手段
１１０、４１０、５１０、７０７ 演算部
１１１、４１１、５１１、７０８ 制御部
２０１、２０２、２０３、２０７、２０８ 光束
２０４、２０５、２０６ 平行平板
５１２ 熱処理部
６０１ サンプル収納室
６０２ ステンレス容器
６０３ 発熱体
６０４ 断熱壁
６０５、６０６ 導光管体
６０７、６０８ 透明シャッター
６０９、６１０ 透明石英窓、又は蛍石窓
６１１ サンプル保持台
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検測定物の複屈折量及び主軸方位を求める複屈折測定装置、及び該複屈折測定装置を搭載する除歪装置、及び該複屈折測定装置によって構成される偏光状態検出装置、及び該偏光状態検出装置を搭載する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複屈折は露光装置の結像性能に影響を与える要因の１つである。ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザ等を露光光源とする露光装置の光学系に用いられる蛍石には内部応力（応力歪）に起因する応力複屈折に加えて、その結晶構造に起因する真性複屈折（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が存在することが２００１年５月にＮＩＳＴの発表により明らかとなり、露光装置開発のためには、上記真性複屈折を含めた複屈折への配慮が課題となる。従って、露光波長における複屈折量を把握することが必要となる。従来の複屈折測定方法として、回転検光子法、バビネ補償子等を用いる位相補償法、４分の１波長板を用いるセナルモン法、光弾性変調素子を用いる位相変調法、ゼーマンレーザ等を光源に用いる光ヘテロダイン法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複屈折測定方法において、測定光源として紫外光を用いる場合には、測定波長における４分の１波長等の移相子や光弾性変調素子の製造が困難なことや、光源の安定性の問題により、蛍石等の紫外域における複屈折特性を簡便に測定することが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、被検測定物の紫外域における複屈折特性を簡便、高速、且つ高精度に測定することが可能な複屈折測定装置を提供することである。又、光学部材の熱処理工程において、熱処理時間を短縮化し、且つ複屈折量を制御することが可能な光学部材の熱処理方法及び除歪装置を提供することである。又、上記複屈折測定装置により構成される偏光状態検出装置を搭載した露光装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の複屈折測定装置は、光源と、該光源からの光束の特定の偏光方向の光束を抽出する偏光素子１と、少なくとも１つの被検測定物と、該被検測定物を保持する試料ステージと、該試料ステージを制御する制御手段と、該被検測定物を射出した光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、該光束分割手段により分割した光束の特定の偏光方向の光束を抽出する少なくとも２つの偏光素子２と、該偏光素子を透過した光束の光量を検出する少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、該被検測定物から射出される光束の偏光状態の情報を求めることを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１記載の発明において、上記光源は、パルス光源であることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の発明の複屈折測定装置は、請求項２記載の発明において、上記光源は、エキシマレーザであることを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１乃至３記載の発明において、上記偏光素子１は、直線偏光子から構成されることを特徴としている。
請求項５記載の発明の複屈折測定装置は、請求項４記載の発明において、上記偏光素子１は、該偏光素子１を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項６記載の発明の複屈折測定装置は、請求項５記載の発明において、上記試料ステージは、該被検測定物を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項７記載の発明の複屈折測定装置は、請求項６記載の発明において、上記試料ステージは、該被検測定物の測定範囲を手動又は自動で可変設定可能な測定位置可変手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項８記載の発明の複屈折測定装置は、請求項７記載の発明において、上記試料ステージは、被測定物を被検光束に対して挿脱可能に設けた挿脱手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項９記載の発明の複屈折測定装置は、請求項８記載の発明において、上記光束分割手段は、入射光束の偏光状態を保存した状態で少なくとも２つの光束に分割することを特徴としている。
【００１３】
請求項１０記載の発明の複屈折測定装置は、請求項９記載の発明において、上記偏光素子２は直線偏光子から構成されることを特徴としている。
【００１４】
請求項１１記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１０記載の発明において、上記偏光素子２は、該偏光素子２を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項１２記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１１記載の発明において、上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して直交ニコルの状態に設定することを特徴としている。
【００１６】
請求項１３記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１２記載の発明において、上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して平行ニコルの状態に設定することを特徴としている。
【００１７】
請求項１４記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１３記載の発明において、上記演算手段は、上記被検測定物の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴としている。
【００１８】
請求項１５記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１３記載の発明において、上記演算手段は、上記偏光素子１及び上記偏光素子２の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴としている。
【００１９】
請求項１６記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１４乃至１５記載の発明において、上記演算手段による解析結果を基に、上記被検測定物の複屈折量及び主軸方位を算出することを特徴としている。
【００２０】
請求項１７記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１６記載の発明において、上記演算手段による測定結果を上記被検測定物における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴としている。
【００２１】
請求項１８記載の発明の複屈折測定装置は、請求項１６記載の発明において、上記演算手段による測定結果を上記偏光素子１及び上記偏光素子２における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴としている。
【００２２】
請求項１９記載の発明の除歪装置は、光学部材に熱処理を施すことにより該光学部材の製造過程に生じた歪を除去する除歪装置において、該除歪装置内に請求項１８記載の発明の複屈折測定手段を有することを特徴としている。
【００２３】
請求項２０記載の発明の除歪装置は、請求項１９記載の発明において、光学部材の熱処理中における複屈折量を測定し、測定結果を熱処理部にフィードバックして該光学部材の複屈折量が所望の範囲内に収まるように熱処理条件を制御することを特徴としている。
【００２４】
請求項２１記載の発明の偏光状態検出装置は、入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、該入射光束の偏光状態の情報を求めることを特徴としている。
【００２５】
請求項２２記載の発明の偏光状態検出装置は、入射光束と、該入射光束を用いる装置と、該入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は前記装置に用い、もう一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用いることを特徴としている。
【００２６】
請求項２３記載の発明の偏光状態検出装置は、請求項２２記載の発明において、更に前記偏光状態検出装置で求めた入射光束の偏光状態の情報を前記装置にフィードバックすることを特徴としている。
【００２７】
請求項２４記載の発明の偏光状態検出装置は、請求項２１乃至２３記載の発明において、更に前記入射光束がパルス光であることを特徴としている。
【００２８】
請求項２５記載の発明の露光装置は、光源と、前記光源からの入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用い、もう一方の光束は露光に用いることを特徴としている。
【００２９】
請求項２６記載の発明の露光装置は、請求項２５記載の発明において、更に前記偏光状態の情報を前記露光装置にフィードバックし、露光パラメータを制御することを特徴としている。
【００３０】
請求項２７記載の発明の露光装置は、請求項２６記載の発明において、更に前記偏光状態の情報を前記光源にフィードバックし、該光源を制御することを特徴としている。
【００３１】
請求項２８記載の発明の露光装置は、請求項２７記載の発明において、上記光源は、パルス光源であることを特徴としている。
【００３２】
請求項２９記載の発明の露光装置は、請求項２８記載の発明において、上記光源は、エキシマレーザであることを特徴としている。
【００３３】
請求項３０記載の発明のデバイス製造方法は、請求項２９記載の発明の露光装置を用いることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
図１は本発明の実施例１にかかる複屈折測定装置の構成を示す概略図である。以下、図１、図２及び図３を参照にしながら実施例１にかかる複屈折測定装置を説明する。
【００３５】
図１において光源１０１から射出される光束の進行方向をＺ軸、レーザの設置面においてＺ軸に対する垂直方向をＸ軸、レーザの設置面に対する法線方向をＹ軸とする。
【００３６】
図１において、実施例１にかかる複屈折測定装置は、光源１０１、偏光素子１０２、被検測定物１０３、試料ステージ１０４、光束分割手段１０５、偏光素子１０６、１０８、光量検出手段１０７、１０９、演算部１１０、制御部１１１により構成される。
【００３７】
光源１０１から射出される光束を、光軸方向に直交するＸＹ面内において予め設定された基準方位に対して透過軸方位が０度となるように配置される偏光素子１０２を介して直線偏光Ｌ０に変換して被検測定物１０３に入射させる。
【００３８】
ここで、偏光素子１０２、１０６、１０８は、グラントムソンプリズム、ローションプリズム、セナルモンプリズム、ウォラストンプリズム、又は誘電体多層膜等で形成した偏光ビームスプリッタなど直交する偏光成分を分離し直線偏光成分を取り出すことが可能な光学素子であれば何を用いてもよい。
【００３９】
試料ステージ１０４は回転機構を有し、ステッピングモータ等によって光軸を中心として回転制御される。前記ステッピングモータは制御部１１１の指令に基づいて制御され、上記基準方位に対して進相軸方位を０度から１８０度（又は０度から３６０度）の回転が複屈折測定の１サイクルとなる。
【００４０】
又、試料ステージ１０４はＸＹステージ等の測定位置可変機構を有し、光軸方向に直交する面内での測定位置を手動又は自動で可変制御できるようになっている。つまり、上記試料ステージ１０４により測定面上における２次元複屈折分布測定が可能となる。
【００４１】
光束分割手段１０５は３枚の平行平板で構成されている光束分割装置（図２）から成り、入射光束を入射光束の偏光状態を保存した状態で２光束に分割する機能を有する。被検測定物１０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは光束分割手段１０５により、光束Ｌｓの偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。
【００４２】
光束Ｌ１は偏光素子１０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０６を介して光量検出手段１０７に入射される。
【００４３】
光束Ｌ２は偏光素子１０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０８を介して光量検出手段１０９に入射される。
【００４４】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９は、被検測定物１０３の複屈折情報（複屈折量及び主軸の方位）を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部１１０にリアルタイムに出力する。
【００４５】
演算部１１０及び制御部１１１はＣＰＵ及びメモリを格納し、光源１０１、試料ステージ１０４などの複屈折測定装置の各部の動作を制御する。又、光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で検出された検出信号に基づいて、予め設定された演算アルゴリズムを実行することにより、被検測定物１０３の複屈折位相差Δ及び進相軸方位φを演算し、図示しない出力装置に複屈折測定の演算結果を出力する。
【００４６】
図２において偏光状態を保存する光束分割手段について説明する。
【００４７】
図２は入射光束を入射光束と同じ偏光状態を有する２光束に分割する光束分割手段の説明図である。２０１は入射光束、２０４、２０５、２０６は光束が４５°の入射角で入射するように設置された平行平板、２０２は２枚の平行平板によって２回反射する第１の光束、２０３は２枚の平行平板を両方透過する第２の光束である。２０７、２０８は本実施例では用いない不要光である。
【００４８】
第１の平行平板２０４と第２の平行平板２０５は、第１の平行平板２０４を反射するｐ偏光成分が第２の平行平板２０５ではｓ偏光成分として反射するように設置されている。この構成によると第１の平行平板２０４をｓ偏光で反射する偏光成分は第２の平行平板２０５ではｐ偏光成分として反射する。
【００４９】
一方、第３の平行平板２０６は、第１の平行平板２０４を透過するｐ偏光成分が第３の平行平板２０６ではｓ偏光成分として透過するように設置されている。
この構成によると第１の平行平板２０４をｓ偏光で透過する偏光成分は第３の平行平板２０６ではｐ偏光成分として透過する。
【００５０】
以下、上記光束分割手段が入射光束を入射光束と同じ偏光状態を有する２光束に分割する原理について説明する。ここでは簡略化のため、平行平板の裏面での反射は無視する。
【００５１】
入射光束が完全偏光であれば、その電界ベクトルは（数１）と表され、
【００５２】
【数１】
第１の平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｐとｓ偏光成分となる直線偏光成分Ｅｓとに分解して計算することが可能である。入射光束が部分偏光や非偏光の時もこれらは複数の完全偏光の集まりであると考えられるので、各々の完全偏光が保存されればよい。
【００５４】
材質の同じ平行平板３枚を用いると３つの平行平板のｐ偏光とｓ偏光の複素振幅反射率ｒｐとｒｓは等しいため、入射光束のうち、第１の平行平板の反射の際にｐ偏光成分となる直線偏光成分の複素振幅をＥｐ、ｓ偏光成分となる直線偏光成分の複素振幅をＥｓとすると、平行平板を２回反射して得られる第１の光束２０２の第１偏光成分の複素振幅Ｅ１１は（数２）となる。
【００５５】
【数２】
一方、第２偏光成分の複素振幅Ｅ１２は（数３）となる。
【００５７】
【数３】
これらの足し合わせである反射光束の複素振幅Ｅ１は（数４）となり、
【００５９】
【数４】
入射光束に対して定数ｒｓｒｐがかかっただけの光束となるため、この第１の光束２０２は偏光状態が入射光束の偏光状態と同じ光束である。
一方、平行平板を２回透過して得られる第２の光束２０３の第１偏光成分の複素振幅Ｅ２１は（数５）となる。
【００６１】
【数５】
一方、第２偏光成分の複素振幅Ｅ２２は（数６）となる。
【００６３】
【数６】
これらの足し合わせである透過光束の複素振幅Ｅ２は（数７）となり、
【００６５】
【数７】
入射光束に対して定数ｔｓｔｐがかかっただけの光束となるため、この第２の光束２０３は偏光状態が入射光束の偏光状態と同じ光束である。
【００６７】
尚、ここでは平行平板に対して入射角４５°で入射するとしたが、３枚の入射角が同じであれば４５°である必要はない。又、グレーティング、ビームスプリッタなど、光束分割可能な素子で、素子の偏光に対する反射特性、透過特性などの分割特性が同じものを３つ用いれば、同様の効果が得られる。ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓなどは単なる実数定数であるとは限らず、膜のついたスプリッタなどを用いる場合には、位相の変化を示す複素数定数となることもある。
【００６８】
図１では不要光は図示していないが、図２の光束２０７と光束２０８は迷光となるため、ビームダンパーなどで吸収させている。
【００６９】
尚、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は補正演算を行う。
【００７０】
図１に示した本発明の実施例１の複屈折測定方法について説明する。
【００７１】
光源１０１から射出される光束は、前記基準方位に対して透過軸方位が０度となるように配置される偏光素子１０２を介して直線偏光に変換される。偏光素子１０２のジョーンズ行列は（数８）で表される。偏光素子１０２から射出される光束を光束Ｌ０すると、その偏光状態はジョーンズベクトルにより（数９）で表される。
【００７２】
【数８】
【数９】
前記光束Ｌ０は被検測定物１０３を透過し、被検測定物１０３が有する２つの主軸間（進相軸、遅相軸）の屈折率差に起因して生じる位相ずれにより楕円偏光に変換される。被検測定物１０３の複屈折位相差Δ及びその主軸の方位φとすると、被検測定物１０３のジョーンズ行列は（数１０）で表される。
【００７５】
【数１０】
被検測定物１０３は試料ステージ１０４により光軸を中心として回転する。回転角度をθとすると、この回転変換のジョーンズ行列は（数１１）で表される。又、被検測定物１０３のジョーンズ行列は（数１２）で表される。
【００７７】
【数１１】
【数１２】
被検測定物１０３の回転角度θにおける射出光Ｌｓの偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１３）で表される。
【００８０】
【数１３】
光束分割手段１０５により被検測定物１０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１４）、（数１５）で表される。
ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段１０５における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部１１０において補正演算を行う。
【００８２】
【数１４】
【数１５】
光束Ｌ１は偏光素子１０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０６を介して光量検出手段１０７に入射される。又、光束Ｌ２は偏光素子１０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態になるように配置される偏光素子１０８を介して光量検出手段１０９に入射される。偏光素子１０６及び偏光素子１０８のジョーンズ行列は（数１６）、（数１７）で表される。
【００８５】
【数１６】
【数１７】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数１８）、（数１９）で表される。
【００８８】
【数１８】
【数１９】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部１１０にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で検出される補正後の光強度は（数２０）、（数２１）で表される。ただし、添え字＊は、複素共役な関係を示す。
【００９１】
【数２０】
【数２１】
光量検出手段１０７及び光量検出手段１０９で受ける光強度Ｉ１及びＩ２は被検測定物１０３の回転角度θに対して正弦的に変化する。演算部１１０において、被検測定物１０３の回転角度θに対する光強度Ｉ１及びＩ２の強度比Ｉ２／Ｉ１を算出することで、被検測定物１０３の複屈折情報を表す複屈折楕円体の楕円率を示す変化曲線をモニタすることができる。
【００９４】
被検測定物１０３の回転角度θに対する光強度比Ｉ２／Ｉ１の出力例を図３に示す。図３において光強度比Ｉ２／Ｉ１が最大となる時の偏光素子１０２の透過軸方位と被検測定物１０３の主軸方位との相対角度は４５°であり、被検測定物１０３からの出射光束Ｌｓは最大楕円の楕円偏光となる。光強度比Ｉ２／Ｉ１は楕円偏光の楕円率を示しているため、この変化曲線における光強度比Ｉ２／Ｉ１の最大値を（Ｉ２／Ｉ１）ｍａｘ及びその角度をθｍａｘとすると、被検測定物１０３の複屈折位相差Δ［ｄｅｇ．］及びその主軸の方位φ［ｄｅｇ．］は（数２２）、（数２３）で表される。
【００９５】
【数２２】
【数２３】
又、光源の波長をλ［ｎｍ］、被検測定物の厚みをｄ［ｃｍ］とすると、被検測定物１０３の複屈折量［ｎｍ／ｃｍ］は（数２４）で表される。
【００９８】
【数２４】
本実施例にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、特に光源に紫外光を用いる測定に適している。
【０１００】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、回転駆動する光学素子が１つであるため、従来の測定方法のように２つの光学素子の回転駆動周期を同期させる必要がないため同期ずれ等の影響を受けることなく高精度な複屈折測定が可能である。
【０１０１】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、楕円の最大光量と最小光量とを同時に測定することが可能となり、光源の光量変動等による影響を受けず、高精度な複屈折測定が可能である。
【０１０２】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物１０３の回転に対する光量を検出することにより、被検測定物１０３の複屈折量と主軸を同時に測定することができる。そのため、従来の測定方法に比べて測定時間の短縮化が可能となる。
【０１０３】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物１０３の回転に対して９０度間隔に演算される複数の複屈折データを平均化することで光学素子の有する製造誤差等による影響をキャンセルさせることが可能となる。又、演算部１１０の情報を制御部１１１にフィードバックし、回転角度範囲及び測定データのサンプリング数を制御することで被検測定物１０３の複屈折量に応じて局所的に精密測定が可能である。
【０１０４】
【実施例２】
図４は本発明の実施例２にかかる複屈折測定装置の構成を示す概略図である。以下、図４を参照にしながら実施例２にかかる複屈折測定装置を説明する。
【０１０５】
尚、本実施例は上述の実施例１において、偏光素子１０２、１０６、１０８において回転制御手段を有する構成を用いたほかは実施例１と同一の構成を有するため、以下の説明では共通する部分には同一の符号（下２桁）を付して詳細説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【０１０６】
図４において、実施例１にかかる複屈折測定装置は、光源４０１、偏光素子４０２、被検測定物４０３、試料ステージ４０４、光束分割手段４０５、偏光素子４０６、４０８、光量検出手段４０７、４０９、演算部４１０、制御部４１１により構成される。
【０１０７】
光源４０１から射出される光束を、制御部４１１により光軸を中心として回転制御される偏光素子４０２を介して直線偏光Ｌ０に変換して被検測定物４０３に入射させる。
【０１０８】
偏光素子４０２は回転機構を有し、ステッピングモータ等によって光軸を中心として回転制御される。前記ステッピングモータは制御部４１１の指令に基づいて制御され、上記基準方位に対して進相軸方位を０度から１８０度（又は０度から３６０度）の回転が複屈折測定の１サイクルとなる。
【０１０９】
又、試料ステージ４０４はＸＹステージ等の測定位置可変機構を有し、光軸方向に直交する面内での測定位置を手動又は自動で可変制御できるようになっている。つまり、上記試料ステージ４０４により測定面上における２次元複屈折分布測定が可能となる。
【０１１０】
被検測定物４０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは光束分割手段４０５により、光束Ｌｓの偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。
【０１１１】
光束Ｌ１は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態を保つように回転制御される偏光素子４０６を介して光量検出手段４０７に入射される。
【０１１２】
光束Ｌ２は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態を保つように回転制御される偏光素子４０８を介して光量検出手段４０９に入射される。
【０１１３】
光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９は、被検測定物４０３の複屈折情報（複屈折量及び主軸の方位）を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部４１０にリアルタイムに出力する。
【０１１４】
演算部４１０及び制御部４１１はＣＰＵ及びメモリを格納し、光源４０１、偏光素子４０２、４０６、４０８、試料ステージ４０４などの複屈折測定装置の各部の動作を制御する。又、光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で検出された検出信号に基づいて、予め設定された演算アルゴリズムを実行することにより、被検測定物４０３の複屈折位相差Δ及び進相軸方位φを演算し、図示しない出力装置に複屈折測定の演算結果を出力する。
【０１１５】
図４に示した本発明の実施例２の複屈折測定方法について説明する。
光源４０１から射出される光束の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２５）で表される。ここで、δは射出光束の直交成分における位相差を表す。
【０１１６】
【数２５】
光源４０１からの射出光束は、制御部４１１により光軸を中心として回転制御される偏光素子４０２を介して直線偏光に変換される。偏光素子４０２及び回転変換のジョーンズ行列（数８）、（数１１）より、回転制御される偏光素子４０２のジョーンズ行列は（数２６）で表される。ただし、前記基準方位に対する偏光素子４０２の回転角度をθとする。
【０１１８】
【数２６】
偏光素子４０２からの射出光束Ｌ０は被検測定物４０３を透過し、被検測定物４０３が有する２つの主軸間（進相軸、遅相軸）の屈折率差に起因して生じる位相ずれにより楕円偏光に変換される。偏光素子４０２の回転角度θにおける被検測定物４０３からの射出光束ＬＳの偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２７）で表される。
【０１２０】
【数２７】
光束分割手段４０５により被検測定物４０３の複屈折情報を有する光束Ｌｓは偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数２８）、（数２９）で表される。ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段４０５における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部４１０において補正演算を行う。
【０１２２】
【数２８】
【数２９】
偏光素子４０６は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が平行ニコルの状態を保つように回転制御されている。又、偏光素子４０８は制御部４１１により偏光素子４０２に対して透過軸方位が直交ニコルの状態を保つように回転制御されている。光束Ｌ１及び光束Ｌ２は偏光素子４０６及び偏光素子４０８を介して光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９に入射される。光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３０）、（数３１）で表される。
【０１２５】
【数３０】
【数３１】
光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部４１０にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。
【０１２８】
以下、光量検出手段４０７及び光量検出手段４０９で検出される検出信号から被検測定物４０３の複屈折量及び主軸方位を求めるアルゴリズムは実施例１と同じであるため省略する。
【０１２９】
本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物４０３が非回転のため、実施例１の構成では対応が困難な大口径のサンプルに対しても適応可能である。
【０１３０】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、特に光源に紫外光を用いる測定に適している。
【０１３１】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、楕円の最大光量と最小光量とを同時に測定することが可能となり、光源の光量変動等による影響を受けず、高精度な複屈折測定が可能である。
【０１３２】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、偏光素子４０２、４０６、４０８の回転に対する光量を検出することにより、被検測定物４０３の複屈折量と主軸を同時に測定することができる。そのため、従来の測定方法に比べて測定時間の短縮化が可能となる。
【０１３３】
更に、本実施例にかかる複屈折測定装置は、被検測定物４０３の回転に対して９０度間隔に演算される複数の複屈折データを平均化することで光学素子の有する製造誤差等による影響をキャンセルさせることが可能となる。又、演算部４１０の情報を制御部４１１にフィードバックし、回転角度範囲及び測定データのサンプリング数を制御することで被検測定物４０３の複屈折量に応じて局所的に精密測定が可能である。
【０１３４】
尚、本実施例は光源４０１と偏光素子４０２の間に入射光束の偏光状態を直線偏光に変換する不図示の偏光素子を配置する構成も可能である。
【０１３５】
【実施例３】
図５及び図６は本発明の実施例３にかかる除歪装置の構成を示す概略図である。以下、図５及び図６を参照にしながら実施例３にかかる除歪装置を説明する。
【０１３６】
尚、本実施例は、上述の実施例２の複屈折測定装置において、被検測定物４０３が熱処理部内に格納されている構成を有するほかは実施例２と同一の構成を有するため、以下の説明では共通する部分には同一の符号（下２桁）を付して詳細説明を省略し、実施例２と異なる部分を中心に説明する。
【０１３７】
図５において、実施例３にかかる除歪装置は、光源５０１、偏光素子５０２、被検測定物５０３、熱処理部５１２、光束分割手段５０５、偏光素子５０６、５０８、光量検出手段５０７、５０９、演算部５１０、制御部５１１により構成される。
【０１３８】
実施例３にかかる除歪装置は、被検測定物５０３が熱処理部５１２内に格納されている構成を有し、被検測定物５０３の熱処理工程における複屈折経時変化を計測し、その計測結果に基づいて制御部５１１により被検測定物５０３の複屈折量が所定の範囲内になるように熱処理条件を制御して被検測定物５０３の熱処理を行う装置である。
【０１３９】
図６において熱処理部５１２について説明する。
【０１４０】
熱処理部５１２は、サンプル収納保持室６０１を有するステンレス容器６０２、前記ステンレス容器６０２の外側周辺の側部、底部、及び上部に、それぞれ独立に温度制御が可能な加熱ヒーター等を内蔵する複数個の発熱体６０３、その周りを断熱壁６０４により囲まれた構成となっている。
【０１４１】
サンプル収納保持室６０１内の温度は温度制御部によって制御可能であり、ステンレス容器６０２の四方に設置された、それぞれ独立に温度制御が可能な複数個の発熱体６０３により容器を加熱することにより、サンプル収納保持室６０１内の温度むらを低減して、容器内に収納された被検測定物６０３をより均一に熱処理することができる。
【０１４２】
又、熱処理部５１２には、光源５０１より射出される光束Ｌ０をサンプル収納保持室６０１内に導くための導光管体６０５、及び被検測定物６０３の透過光束Ｌｓをサンプル収納室６０１外に射出するための導光管体６０６が設けられている。この導光管体６０５、６０６には、サンプル収納保持室６０１内の雰囲気と外部とを遮断するための透明シャッター６０７、６０８、透明石英窓、又は蛍石窓６０９、６１０等が設けられている。
【０１４３】
尚、被検測定物５０３は、レーザ光の入射面及び出射面の両面が平行になるように光学研磨が施されてあり、入射面及び出射面に対してレーザ光が垂直に入射及び出射するようにサンプル保持台６１１により保持されている。
【０１４４】
本実施例にかかる除歪装置によれば、被検測定物５０３の熱処理工程における複屈折量の経時変化をリアルタイムに計測することが可能となり、更にその結果に基づいて、制御部５１１により被検測定物５０３の熱処理条件（温度、保持時間、昇温速度、冷却速度等）をフィードバック制御することにより、被検測定物５０３の複屈折量の制御及び熱処理時間の短縮化が可能となる。
【０１４５】
尚、本実施例は光源５０１と偏光素子５０２の間に入射光束の偏光状態を直線偏光に変換する不図示の偏光素子を配置する構成も可能である。
【０１４６】
【実施例４】
図７は本発明の実施例４にかかる偏光状態検出装置の構成を示す概略図である。以下、図７を参照にしながら実施例４にかかる偏光状態検出装置を説明する。
【０１４７】
図７において、実施例４にかかる偏光状態検出装置は、光束分割手段７０１、７０２、偏光素子７０３、７０５、光量検出手段７０４、７０６、演算部７０７、制御部７０８により構成される。
【０１４８】
所望の装置の光源から射出される光束Ｌ０は偏光状態を保存した状態で２光束に分割する光束分割手段７０１により、光束Ｌ０と同じ偏光状態を有する光束ＬＭと光束ＬＳに分割される。一方の光束ＬＳは実施例４にかかる偏光状態検出装置によって偏光状態を測定することに用いる。もう一方の光束ＬＭは所望の装置に導入される。
【０１４９】
光束分割手段７０１により分割された被検光束ＬＳは、光束分割手段７０２により同じ偏光状態を有する光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２は制御部７０８により光軸を中心として回転制御される偏光素子７０３、７０５を介して光量検出手段７０４、７０６に入射される。ここで偏光素子７０３、７０５は互いに直交ニコルの状態を保つように回転制御されている。
【０１５０】
光量検出手段７０４、７０６は、被検光束ＬＳの偏光状態の情報を含む光信号としてこの光信号を検出し、その光信号の光強度に相当する検出信号を演算部７０７にリアルタイムに出力する。
【０１５１】
図７に示した本発明の実施例４の偏光状態検出方法について説明する。
【０１５２】
進行方向をＺ軸とする被検光束ＬＳの偏光状態は、その電界ベクトルを直交二成分に分解して（数３２）で表される。ここで、ＡＸ、ＡＹは各成分の振幅、δはＸ成分とＹ成分の位相差を示している。
【０１５３】
【数３２】
被検光束ＬＳは、光束分割手段７０２により偏光状態を保存した状態で光束Ｌ１と光束Ｌ２に分割される。光束Ｌ１と光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３３）、（数３４）で表される。ここで、ｒｐ、ｒｓ、ｔｐ、ｔｓは光束分割手段７０２における平行平板のｐ偏光とｓ偏光に対する複素振幅反射率及び複素振幅透過率であり、予め計算か測定により求めておくことで、これら定数分は演算部７０７において補正演算を行う。
【０１５５】
【数３３】
【数３４】
光束Ｌ１及び光束Ｌ２は互いに直交ニコルの状態を保つように回転制御されている偏光素子７０３、７０５を介して光量検出手段７０４、７０６に入射される。ここでは、回転面の基準方位（θ＝０度）に対して、偏光素子７０３の透過軸方位を０度とし、偏光素子７０５の透過軸方位を９０度としている。
【０１５８】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で受ける光束Ｌ１及び光束Ｌ２の偏光状態はジョーンズベクトルにより（数３５）、（数３６）で表される。
【０１５９】
【数３５】
【数３６】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６は光束Ｌ１及び光束Ｌ２の光信号を検出し、光強度に相当する検出信号を演算部７０７にリアルタイムに出力し、補正演算を行う。光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で検出される補正後の光強度は（数３７）、（数３８）で表される。ただし、添え字＊は、複素共役な関係を示す。
【０１６２】
【数３７】
【数３８】
光量検出手段７０４及び光量検出手段７０６で受ける光強度Ｉ１及びＩ２は偏光素子７０３、７０５の回転角度θに対して正弦的に変化する。演算部７０７において回転角度θに対する光強度Ｉ１及びＩ２の強度比Ｉ２／Ｉ１を算出し、（数３９）により位相情報量Δに変換することで、被検光束ＬＳの偏光状態の情報を表す変化曲線をモニタすることができる。
【０１６５】
【数３９】
被検光束ＬＳの回転角度θに対する位相情報量Δの出力例を図８に示す。図８において位相情報量Δが最小となるΔｍｉｎと、その時の回転角度θｍｉｎから、（数４０）及び（数４１）により、被検光束ＬＳの偏光状態を表す情報としてＸ成分とＹ成分の位相差δ及び各成分の振幅比ＡＹ／ＡＸが算出される。
【０１６７】
【数４０】
【数４１】
又、被検光束ＬＳの光量Ｉは（数４２）で算出される。
【０１７０】
【数４２】
本実施例にかかる偏光状態検出装置によれば、被検光束の光量変動の経時変化を計測するとともに、被検光束の偏光状態の経時変化を簡便に計測することが可能となる。本実施例の偏光状態検出装置は、各種照明装置、露光装置、光学測定装置、光学観察装置、干渉計等の偏光状態の変化が性能を左右する装置などに用いられる。
【０１７２】
【実施例５】
本発明の実施例５にかかる露光装置は、実施例４の偏光状態検出手段を有することを特徴とする露光装置である。本実施例にかかる露光装置によれば、露光装置の照明系の偏光状態を常時検出することが可能であるため、照明系を常に露光に適した偏光状態に保つようにフィードバック制御することが可能となる。又、照明系の偏光特性の変化に関わらず正確な露光量の検出を行うことが可能であるため、露光光量を高精度にフィードバック制御することが可能となる。
【０１７３】
【実施例６】
本発明の実施例６にかかるデバイス製造方法は、実施例５の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法である。本実施例にかかるデバイス製造方法によれば、かかる露光装置を使用することは、スループットを向上させるだけでなく、高品位なデバイスを提供することが可能となる。
【０１７４】
【発明の効果】
本発明にかかる複屈折測定装置は、測定光学系に４分の１波長板等の移相子を必要としないため、光源に紫外光を用いる簡便な複屈折測定が可能となる。更に、偏光状態を保存する光束分割手段を用いることにより、被検光束の有する複屈折情報を２つ以上の受光素子で検出することができるため、高速、且つ高精度な複屈折測定が可能となる。
【０１７５】
又、本発明にかかる除歪装置は、熱処理工程における光学部材の複屈折量の経時変化を計測し、熱処理条件をフィードバック制御することにより、光学部材の複屈折量の制御及び熱処理時間の短縮化が可能となる。
【０１７６】
又、本発明にかかる偏光状態検出装置は、被検光束の光量変動の経時変化を計測するとともに、被検光束の偏光状態の経時変化を計測することが可能となる。又、本発明にかかる露光装置は、照明系を常に露光に適した偏光状態に保つようにフィードバック制御し、露光光量を高精度にフィードバック制御することが可能となる。
【０１７７】
又、本発明にかかるデバイス製造方法は、スループットを向上させるだけでなく、高品位なデバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の複屈折測定装置の図である。
【図２】実施例１の光束分割装置の図である。
【図３】実施例１の出力例である。
【図４】実施例２の複屈折測定装置の図である。
【図５】実施例３の除歪装置の図である。
【図６】実施例３の熱処理部の図である。
【図７】実施例４の偏光状態検出装置の図である。
【図８】実施例４の出力例である。
【符号の説明】
１０１、４０１、５０１ 光源
１０２、４０２、５０２ 偏光素子
１０３、４０３、５０３ 被検測定物
１０４、４０４ 試料ステージ
１０５、４０５、５０５、７０１、７０２ 偏光状態を保存して光束を分割する光束分割手段
１０６、４０６、５０６、１０８、４０８、５０８、７０３、７０５ 偏光素子
１０７、４０７、５０７、１０９、４０９、５０９、７０４、７０６ 光量検出手段
１１０、４１０、５１０、７０７ 演算部
１１１、４１１、５１１、７０８ 制御部
２０１、２０２、２０３、２０７、２０８ 光束
２０４、２０５、２０６ 平行平板
５１２ 熱処理部
６０１ サンプル収納室
６０２ ステンレス容器
６０３ 発熱体
６０４ 断熱壁
６０５、６０６ 導光管体
６０７、６０８ 透明シャッター
６０９、６１０ 透明石英窓、又は蛍石窓
６１１ サンプル保持台
Claims (30)
- 光源と、
該光源からの光束の特定の偏光方向の光束を抽出する偏光素子１と、
少なくとも１つの被検測定物と、
該被検測定物を保持する試料ステージと、
該試料ステージを制御する制御手段と、
該被検測定物を射出した光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、
該光束分割手段により分割した光束の特定の偏光方向の光束を抽出する少なくとも２つの偏光素子２と、
該偏光素子を透過した光束の光量を検出する少なくとも２つの光量検出手段と、
該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、
該被検測定物から射出される光束の偏光状態の情報を求めることを特徴とする複屈折測定装置。 - 上記光源は、パルス光源であることを特徴とする請求項１記載の複屈折測定装置。
- 上記光源は、エキシマレーザであることを特徴とする請求項２記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子１は、直線偏光子から構成されることを特徴とする請求項１乃至３記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子１は、該偏光素子１を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴とする請求項４記載の複屈折測定装置。
- 上記試料ステージは、該被検測定物を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴とする請求項５記載の複屈折測定装置。
- 上記試料ステージは、該被検測定物の測定範囲を手動又は自動で可変設定可能な測定位置可変手段を有することを特徴とする請求項６記載の複屈折測定装置。
- 上記試料ステージは、被測定物を被検光束に対して挿脱可能に設けた挿脱手段とを有することを特徴とする請求項７記載の複屈折測定装置。
- 上記光束分割手段は、入射光束の偏光状態を保存した状態で少なくとも２つの光束に分割することを特徴とする請求項８記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子２は直線偏光子から構成されることを特徴とする請求項９記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子２は、該偏光素子２を光軸に対して回転可能な回転手段を有することを特徴とする請求項１０記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して直交ニコルの状態に設定することを特徴とする請求項１１記載の複屈折測定装置。
- 上記偏光素子２は、上記偏光素子１に対して平行ニコルの状態に設定することを特徴とする請求項１２記載の複屈折測定装置。
- 上記演算手段は、上記被検測定物の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴とする請求項１３記載の複屈折測定装置。
- 上記演算手段は、上記偏光素子１及び上記偏光素子２の回転角度に対する上記光量検出手段の出力結果に基づいて、該被検測定物から射出される光束の偏光状態変化を解析することを特徴とする請求項１３記載の複屈折測定装置。
- 請求項１４乃至１５記載の複屈折測定装置において、上記演算手段による解析結果を基に、上記被検測定物の複屈折量及び主軸方位を算出することを特徴とする複屈折測定装置。
- 上記演算手段による測定結果を上記被検測定物における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴とする請求項１６記載の複屈折測定装置。
- 上記演算手段による測定結果を上記偏光素子１及び上記偏光素子２における回転手段にフィードバックして該被検測定物の複屈折量及び主軸方位の精密測定を行うことを特徴とする請求項１６記載の複屈折測定装置。
- 光学部材に熱処理を施すことにより該光学部材の製造過程に生じた歪を除去する除歪装置において、該除歪装置内に請求項１８記載の複屈折測定手段を有することを特徴とする除歪装置。
- 前記除歪装置において、光学部材の熱処理中における複屈折量を測定し、測定結果を熱処理部にフィードバックして該光学部材の複屈折量が所望の範囲内に収まるように熱処理条件を制御することを特徴とする請求項１９記載の除歪装置。
- 入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも１つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、該入射光束の偏光状態の情報を求めることを特徴とする偏光状態検出装置。
- 入射光束と、該入射光束を用いる装置と、該入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、
第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は前記装置に用い、もう一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用いることを特徴とする偏光状態検出装置。 - 更に前記偏光状態検出装置で求めた入射光束の偏光状態の情報を前記装置にフィードバックすることを特徴とする請求項２２記載の偏光状態検出装置。
- 前記入射光束がパルス光であることを特徴とする請求項２１乃至２３記載の偏光状態検出装置。
- 光源と、前記光源からの入射光束を該入射光束と同じ偏光状態を有する２つの光束に分割する少なくとも２つの光束分割手段と、少なくとも２つの偏光素子と、該偏光素子を回転制御する回転手段と、少なくとも２つの光量検出手段と、該光量検出手段の受光光量を演算する演算手段とを有し、
第１の該光束分割手段により分割した一方の光束は該入射光束の偏光状態の情報を求めることに用い、もう一方の光束は露光に用いることを特徴とする露光装置。 - 更に前記偏光状態の情報を前記露光装置にフィードバックし、露光パラメータを制御することを特徴とする請求項２５記載の露光装置。
- 更に前記偏光状態の情報を前記光源にフィードバックし、該光源を制御することを特徴とする請求項２６記載の露光装置。
- 上記光源は、パルス光源であることを特徴とする請求項２７記載の露光装置。
- 上記光源は、エキシマレーザであることを特徴とする請求項２８記載の露光装置。
- 請求項２９記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
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