JP2007057244A - 偏光測定装置、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成にしたがって小型化およびコストの低減が図られ、露光装置に求められる所要精度で光の偏光状態を測定することのできる偏光測定装置。
【解決手段】 所定面上において互いに隣接する第１開口（２１ａ）と第２開口（２１ｂ）とを有する開口部材（２１）と、第１開口を介して入射した光のうち、第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出する第１偏光子（２３ａ）と、第２開口を介して入射した光のうち、第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出する第２偏光子（２３ｂ）と、第１偏光子から射出された第１直線偏光の光および第２偏光子から射出された第２直線偏光の光を検出するための光検出部（２４ａ，２４ｂ）とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、偏光測定装置、露光装置、および露光方法に関し、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おける露光光の偏光状態の測定に関するものである。

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、コンデンサーレンズにより集光された後、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。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。

露光装置では、これらのエキシマレーザ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（ひいてはウェハ）を照明する。あるいは、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（ひいてはウェハ）を照明する。本出願人は、ウェハ（またはマスク）に対する照明光（露光光）が所望の偏光状態（非偏光状態を含む）であることを確認するために、回転移相法を利用して光の偏光状態を測定する偏光測定装置を提案している（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００５−５５２１号公報

具体的に、上述の特許文献１に開示された偏光測定装置は、光の入射側から順に、ピンホール部材と、コリメートレンズと、移相子としての１／４波長板と、偏光子としての偏光ビームスプリッターと、光検出器としての二次元ＣＣＤとを備えている。この偏光測定装置では、１／４波長板および偏光ビームスプリッターが光軸廻りにそれぞれ回転可能に構成され、回転移相子法に基づいてウェハ（感光性基板）への照明光に関する４つのストークスパラメーター（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）を測定する。

露光装置では、この種の偏光測定装置の小型化を図り、ウェハステージ（基板ステージ）の内部にコンパクトな状態で収めることが求められている。しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来の偏光測定装置では、１／４波長板および偏光ビームスプリッターの回転機構が必要であるため、装置の小型化およびコストの低減が困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にしたがって小型化およびコストの低減が図られているにもかかわらず、たとえば露光装置に求められる所要精度で光の偏光状態を測定することのできる偏光測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、露光装置に求められる所要精度で光の偏光状態を測定することのできる小型の偏光測定装置を用いて、所望の偏光状態の光でマスクおよび感光性基板を照明し、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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光の偏光状態を測定する偏光測定装置において、
所定面上に位置する第１開口を有する第１開口部材と、
前記所定面上において前記第１開口に隣接する第２開口を有する第２開口部材と、
前記第１開口を介して入射した光のうち、第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出する第１偏光子と、
前記第２開口を介して入射した光のうち、前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出する第２偏光子と、
前記第１偏光子から射出された前記第１直線偏光の光および前記第２偏光子から射出された前記第２直線偏光の光を検出するための光検出部とを備えていることを特徴とする偏光測定装置を提供する。

本発明の第２形態では、所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
第１形態の偏光測定装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板に投影露光する露光方法において、
前記感光性基板の位置または前記所定のパターンの位置に対応して前記第１開口および前記第２開口が配置された第１形態の偏光測定装置を用いて、前記感光性基板の位置または前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する測定工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第４形態では、光の偏光状態を測定する偏光測定装置において、
第１開口を有する第１開口部材と、
前記第１開口を通過した光を受光するための受光素子と、
前記第１開口よりも前側において前記第１開口と光学的にほぼ共役な位置に配置された第１偏光子および第２偏光子とを備え、
前記第１偏光子は、入射光のうち、第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出し、
前記第２偏光子は、入射光のうち、前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出することを特徴とする偏光測定装置を提供する。

本発明の第５形態では、所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
第４形態の偏光測定装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第６形態では、投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板に投影露光する露光方法において、
前記感光性基板の位置に対応して前記第１開口が配置され且つ前記所定のパターンの位置に対応して前記第１偏光子および前記第２偏光子が配置された第４形態の偏光測定装置を用いて、前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する測定工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第７形態では、入射光のうち第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出する第１偏光子と、入射光のうち前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出する第２偏光子とを含む偏光子ユニットが、平面に沿って複数設けられていることを特徴とする偏光子ユニット部材を提供する。

本発明の第８形態では、所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記感光性基板の位置における照度分布を計測するための照度計測部とを備えた露光装置において、前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する偏光測定方法であって、
第７形態の偏光子ユニット部材を前記所定のパターンに対応する位置に設定する設定工程と、
前記所定のパターンの位置に設定された前記偏光子ユニット部材の各偏光子ユニットの位置に応じて、前記照度計測部を前記感光性基板に対応する所定面に沿って一体的に移動させる駆動工程とを含むことを特徴とする偏光測定方法を提供する。

本発明の偏光測定装置では、入射光に関する２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁の面内分布だけが測定可能である。しかしながら、露光装置に適用される場合、瞳面内の任意の微小領域における偏光状態はほぼ直線偏光状態であるため、照明光（露光光）に関する２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁の値が特に重要である。また、本発明の偏光測定装置では、各構成要素が固定的に位置決めされるだけで回転機構が不要であるため、装置の小型化およびコストの低減を容易に図ることができる。

このように、本発明の偏光測定装置では、簡素な構成にしたがって小型化およびコストの低減が図られているにもかかわらず、たとえば露光装置に求められる所要精度で光の偏光状態を測定することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、光の偏光状態を所要精度で測定することのできる小型の偏光測定装置を用いて、所望の偏光状態の光でマスクおよび感光性基板を照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

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。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や約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、たとえば偏光度が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。偏光度Ｖは、ストークスパラメーターＳ₀〜Ｓ₃を用いて次の式（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。
Ｖ＝（Ｓ₁ ²＋Ｓ₂ ²＋Ｓ₃ ²）^1/2／Ｓ₀ （ａ）

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。

一方、偏光状態可変部３は、後述のマスクＭ（ひいてはウェハＷ）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、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１／２波長板と、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とにより構成されている。１／２波長板、水晶プリズムおよび石英プリズムは、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、１／２波長板は移相子を構成し、水晶プリズムと石英プリズムとは偏光解消素子を構成している。ここで、水晶プリズムは偏光解消作用を有し、石英プリズムは水晶プリズム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。偏光状態可変部３では、１／２波長板の結晶光学軸の方向および水晶プリズムの結晶光学軸の方向を適宜設定することにより、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。

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、マイクロフライアイレンズ（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、マイクロフライアイレンズ５の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロフライアイレンズ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。

一方、マイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズ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。

また、マイクロフライアイレンズは、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フライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズ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。

マイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズ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。マイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズ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。

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、マイクロフライアイレンズ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。すなわち、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。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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のパターンが順次露光される。

本実施形態の露光装置は、たとえばウェハステージＷＳの内部に収められてウェハ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（光強度）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。

偏光測定装置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。

図２は、図１の偏光測定装置の内部構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、偏光測定装置９は、投影光学系ＰＬの像面位置（ウェハＷの位置）またはその近傍に位置決め可能な開口部材２１と、一対のコリメートレンズ２２ａ，２２ｂと、一対の偏光ビームスプリッター２３ａ，２３ｂと、一対のフォトダイオード２４ａ，２４ｂとを備えている。開口部材２１には、互いに隣り合う２つの開口（たとえばピンホール）２１ａおよび２１ｂが形成されている。

開口部材２１の第１開口２１ａを通過した光は、第１コリメートレンズ（第１集光素子）２２ａを介してほぼ平行な光束になり、たとえばプリズム型の第１偏光ビームスプリッター（第１偏光子）２３ａを介した後、第１フォトダイオード（第１受光素子）２４ａに達する。同様に、開口部材２１の第２開口２１ｂを通過した光は、第２コリメートレンズ（第２集光素子）２２ｂを介してほぼ平行な光束になり、同じくプリズム型の第２偏光ビームスプリッター（第２偏光子）２３ｂを介した後、第２フォトダイオード（第２受光素子）２４ｂに達する。第１フォトダイオード２４ａの出力および第２フォトダイオード２４ｂの出力は信号処理部２５に供給され、信号処理部２５の出力すなわち偏光測定装置９の出力は制御部１１に供給される。

第１偏光ビームスプリッター２３ａは、入射光のうち、図２の紙面に平行な方向に偏光方向を有する横偏光（第１直線偏光）の光だけを選択的に透過（射出）するように設定されている。一方、第２偏光ビームスプリッター２３ｂは、入射光のうち、図２の紙面に垂直な方向に偏光方向を有する縦偏光（第２直線偏光）の光だけを選択的に透過するように設定されている。したがって、第１開口２１ａを通過した光のうち、第１偏光ビームスプリッター２３ａにより選択的に透過された横偏光成分だけが、第１フォトダイオード２４ａにより検出される。また、第２開口２１ｂを通過した光のうち、第２偏光ビームスプリッター２３ｂにより選択的に透過された縦偏光成分だけが、第２フォトダイオード２４ｂにより検出される。

こうして、信号処理部２５では、第１偏光ビームスプリッター２３ａを透過して第１フォトダイオード２４ａにより検出された瞳面内の横偏光平均強度Ｉｈと、第２偏光ビームスプリッター２３ｂを透過して第２フォトダイオード２４ｂにより検出された瞳面内の縦偏光平均強度Ｉｖとに基づいて、第１開口２１ａおよび第２開口２１ｂを含む微小領域（ウェハＷ上の微小領域に対応）に達する照明光（露光光）の偏光状態、すなわち照明光に関する２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁が検出される。

偏光度指標としての２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁と、横偏光強度（水平直線偏光強度）Ｉｈおよび縦偏光強度（垂直直線偏光強度）Ｉｖとの関係は、次の式（ｂ）および（ｃ）に示す通りである。
Ｓ₀＝Ｉｖ＋Ｉｈ （ｂ）
Ｓ₁＝Ｉｖ−Ｉｈ （ｃ）

偏光測定装置９は、ウェハステージＷＳの内部に収められているので、駆動部としてのウェハステージＷＳの作用により、投影光学系ＰＬの像面に沿って二次元的に移動可能である。したがって、投影光学系ＰＬの像面に沿って偏光測定装置９を二次元的にステップ移動させつつ、第１開口２１ａおよび第２開口２１ｂを含む微小領域に達する照明光に関する２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁を検出することにより、投影光学系ＰＬの有効結像領域（ウェハＷの露光領域に対応）内の複数の点に達する照明光の縦横偏光度の分布、すなわち像面内偏光分布を測定することができる。

以上のように、回転移相子法に基づく従来の偏光測定装置では、照明光に関する４つのストークスパラメーター（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）の瞳面内分布および像面内分布が測定可能であるが、本実施形態の偏光測定装置９では、照明光に関する２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁の像面内分布だけが測定可能である。しかしながら、露光装置の場合、瞳面内の任意の微小領域における偏光状態はほぼ直線偏光状態であるため、４つのストークスパラメーターＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃のうち、２つのストークスパラメーターＳ₀およびＳ₁の値、とりわけＳ₁／Ｓ₀の値が特に重要である。

また、従来の偏光測定装置では、１／４波長板および偏光ビームスプリッターの回転機構が必要であるため装置の小型化およびコストの低減が困難であるが、本実施形態の偏光測定装置９では、各構成要素が固定的に位置決めされるだけで回転機構が不要であるため、装置の小型化およびコストの低減を容易に図ることができる。すなわち、本実施形態の偏光測定装置９では、簡素な構成にしたがって小型化およびコストの低減が図られているにもかかわらず、露光装置に求められる所要精度で光の偏光状態を測定することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、光の偏光状態を所要精度で測定することのできる小型の偏光測定装置９を用いて、所望の偏光状態の光でマスクＭおよびウェハＷ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。

なお、上述の説明では、互いに隣り合う２つの開口２１ａおよび２１ｂを１つの共通開口部材２１に形成しているが、第１開口２１ａを有する第１開口部材と第２開口２１ｂを有する第２開口部材とを別の部材として構成することもできる。ただし、構成の簡素化および製造上の観点から、２つの開口２１ａおよび２１ｂを１つの共通開口部材２１に設けることが好ましい。また、各光学要素が機械的に干渉しない範囲で、第１開口２１ａと第２開口２１ｂとの間隔をできるだけ小さく設定することが好ましい。

また、上述の説明では、１つの共通開口部材２１と、一対のコリメートレンズ２２ａ，２２ｂと、一対の偏光ビームスプリッター２３ａ，２３ｂと、一対のフォトダイオード２４ａ，２４ｂと、信号処理部２５とからなる１つのユニットとしての偏光測定装置９を、投影光学系ＰＬの像面に沿って二次元的に移動させることにより、像面内の偏光分布を測定している。しかしながら、これに限定されることなく、図３（ａ）に示すように、図２の偏光測定装置９から信号処理部２５を除く偏光ユニット３１Ａを一次元的に複数配置することにより第１変形例にかかる偏光測定装置９Ａを構成することもできる。図３では、図面の明瞭化のために信号処理部の図示を省略している。

第１変形例の偏光測定装置９Ａでは、偏光ユニット３１Ａ（２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ）が一方向に沿って複数個（図３（ａ）では５つだけを示す）配置されている。したがって、たとえば複数の偏光ユニット３１Ａの配置方向と直交する方向（一般には配置方向と交差する方向）に沿って複数の偏光ユニット３１Ａを一体的に移動させることにより、すなわち駆動部としてのウェハステージＷＳを複数の偏光ユニット３１Ａの配置方向と直交する方向に沿って移動させることにより、照明光の像面内偏光分布を測定することができる。

また、第１変形例の偏光測定装置９Ａでは、偏光ユニット３１Ａが一対のフォトダイオード２４ａ，２４ｂを備えているが、図２の偏光測定装置９から一対のフォトダイオード２４ａ，２４ｂと信号処理部２５とを除く偏光ユニット３１Ｂ（２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）を一次元的に複数配置するとともに、フォトダイオードに代えて１つの共通のラインセンサ（一次元センサ）を用いる第２変形例も可能である。

図３（ｂ）に示す第２変形例の偏光測定装置９Ｂでは、偏光ユニット３１Ｂが一方向に沿って複数個（図３（ｂ）では５つだけを示す）配置され、これらの複数の偏光ユニット３１Ｂの配置方向に沿って直線状に細長く延びる光検出面を有する１つの共通ラインセンサ３１Ｃが配置されている。したがって、たとえば複数の偏光ユニット３１Ｂの配置方向と直交する方向に沿って複数の偏光ユニット３１Ｂと共通ラインセンサ３１Ｃとを一体的に移動させることにより、照明光の像面内偏光分布を測定することができる。

なお、第１変形例の偏光測定装置９Ａおよび第２変形例の偏光測定装置９Ｂでは、偏光ユニット３１Ａまたは３１Ｂ毎に開口部材を備えているが、上述したように構成の簡素化および製造上の観点から、複数の偏光ユニット３１Ａまたは３１Ｂに共通の１つの開口部材を用いることが好ましい。また、各光学要素が機械的に干渉しない範囲で、互いに隣り合う２つの開口の間隔をできるだけ小さく設定することが好ましい。

また、図示を省略したが、図２の偏光測定装置９から信号処理部２５を除く偏光ユニットを二次元的に複数配置することにより偏光測定装置を構成することもできる。さらに、図２の偏光測定装置９から一対のフォトダイオード２４ａ，２４ｂと信号処理部２５とを除く偏光ユニットを二次元的に複数配置するとともに、１つの共通の二次元センサ（二次元な光検出面を有するセンサ；二次元ＣＣＤなど）を用いることにより偏光測定装置を構成することもできる。

なお、上述の説明では、投影光学系ＰＬの像面（ウェハＷの露光面に対応）に沿った偏光分布を測定しているが、図２に示す本実施形態の偏光測定装置９、図３（ａ）に示す第１変形例の偏光測定装置９Ａ、または図３（ｂ）に示す第２変形例の偏光測定装置９Ｂの開口位置を投影光学系ＰＬの物体面（マスクＭのパターン面に対応）に位置決めすることにより、マスクＭに対する照明光の偏光状態を測定することができる。この場合、光の偏光状態に対する投影光学系ＰＬの影響を別の装置を用いて測定するか、あるいは投影光学系ＰＬの影響が実質的に無いものとして扱うことになる。実際に、投影光学系ＰＬは厳しい管理に基づいて製造されており、光の偏光状態に対する投影光学系ＰＬの影響は極めて小さいことが多い。

また、露光装置に既設の照度ムラセンサを利用して投影光学系ＰＬの物体面（マスクＭのパターン面に対応）に沿った光の偏光分布を測定する変形例も可能である。図４に示す第３変形例の偏光測定装置９Ｃ（参照符号９Ｃは不図示）は、たとえばウェハステージＷＳの内部に既設された照度ムラセンサ９ＣＡと、投影光学系ＰＬの物体面に沿って随時位置決めされる偏光子ユニット部材９ＣＢとにより構成されている。照度ムラセンサ９ＣＡは、投影光学系ＰＬの像面位置（ウェハＷの位置）またはその近傍に位置決め可能な開口部材４１と、コリメートレンズ（集光素子）４２と、フォトダイオード（受光素子）４３とを備えている。開口部材４１の開口（たとえばピンホール）４１ａを通過した光は、コリメートレンズ４２を介してほぼ平行な光束になり、フォトダイオード４３に達する。

フォトダイオード４３の出力は信号処理部（不図示）に供給され、信号処理部の出力は制御部１１に供給される。照度ムラセンサ９ＣＡは、ウェハステージＷＳの内部に収められているので、駆動部としてのウェハステージＷＳの作用により、投影光学系ＰＬの像面に沿って二次元的に移動可能である。したがって、投影光学系ＰＬの像面に沿って照度ムラセンサ９ＣＡを二次元的にステップ移動させつつ、開口４１ａの位置に達する照明光の照度を検出することにより、投影光学系ＰＬの有効結像領域（ウェハＷの露光領域に対応）内における照度分布を測定することができる。なお、照度ムラセンサのさらに詳細な構成および作用については、国際公開第ＷＯ２００５／０３１７９９号パンフレットを参照することができる。

一方、偏光子ユニット部材９ＣＢは、一対の偏光子（偏光ビームスプリッター）４７ａ，４７ｂを含む偏光ユニット５１を平面に沿って二次元的に複数配置することにより構成され、偏光状態の測定に際して投影光学系ＰＬの物体面（マスクＭのパターン面に対応）に沿って位置決めされる。各偏光ユニット５１は、複数の偏光ユニット５１に共通の開口部材４５と、一対のコリメートレンズ４６ａ，４６ｂと、一対の偏光ビームスプリッター４７ａ，４７ｂとを備えている。開口部材４５の第１開口４５ａを通過した光は、第１コリメートレンズ４６ａを介してほぼ平行な光束になり、第１偏光ビームスプリッター４７ａを介した後、投影光学系ＰＬへ入射する。

同様に、開口部材４５の第２開口４５ｂを通過した光は、第２コリメートレンズ４６ｂを介してほぼ平行な光束になり、第２偏光ビームスプリッター４７ｂを介した後、投影光学系ＰＬへ入射する。第１偏光ビームスプリッター４７ａは、入射光のうち、図４の紙面に平行な方向に偏光方向を有する横偏光の光だけを選択的に透過するように設定されている。一方、第２偏光ビームスプリッター４７ｂは、入射光のうち、図４の紙面に垂直な方向に偏光方向を有する縦偏光の光だけを選択的に透過するように設定されている。

第３変形例の偏光測定装置９Ｃ（９ＣＡ，９ＣＢ）では、偏光状態の測定に際して、複数の偏光ユニット５１のうちの１つの偏光ユニット５１中の一方の偏光ビームスプリッター（４７ａまたは４７ｂ）と光学的に共役な位置に照度ムラセンサ９ＣＡの開口４１ａを位置決めする。次いで、当該偏光ユニット５１中の他方の偏光ビームスプリッター（４７ｂまたは４７ａ）と光学的に共役な位置に照度ムラセンサ９ＣＡの開口４１ａを位置決めする。さらに、上述の位置決め動作を、当該偏光ユニット５１を除く複数の偏光ユニット５１について順次行う。

したがって、各偏光ユニット５１について、第１開口４５ａを通過した光のうち第１偏光ビームスプリッター４７ａにより選択的に透過された横偏光成分だけが投影光学系ＰＬを通過して、照度ムラセンサ９ＣＡのフォトダイオード４３により検出される。また、各偏光ユニット５１について、第２開口４５ｂを通過した光のうち第２偏光ビームスプリッター４７ｂにより選択的に透過された縦偏光成分だけが投影光学系ＰＬを通過して、照度ムラセンサ９ＣＡのフォトダイオード４３により検出される。

こうして、第３変形例の偏光測定装置９Ｃ（９ＣＡ，９ＣＢ）では、第１偏光ビームスプリッター４７ａを透過してフォトダイオード４３により検出された瞳面内の横偏光平均強度Ｉｈと、第２偏光ビームスプリッター４７ｂを透過してフォトダイオード４３により検出された瞳面内の縦偏光平均強度Ｉｖとに基づいて、投影光学系ＰＬの有効照明領域（マスクＭの照明領域に対応）内の複数の点（複数の偏光ユニット５１の面内位置）に達する照明光の縦横偏光度の分布、すなわち物体面内偏光分布を測定することができる。

なお、上述の説明では、偏光子ユニット部材９ＣＢを構成する各偏光ユニット５１が、共通の開口部材４５と一対のコリメートレンズ４６ａ，４６ｂとを含んでいるが、偏光ビームスプリッター４７ａ，４７ｂの特性に照らしてマスクＭへの照明ＮＡ（開口数）が充分小さく、偏光ビームスプリッター４７ａ，４７ｂが所望の機能を発揮することができる場合には、開口部材４５および一対のコリメートレンズ４６ａ，４６ｂの設置を省略することもできる。また、上述の説明では、露光装置に既設の照度ムラセンサ９ＣＡを利用しているが、この照度ムラセンサとは別体で同様の構成を有する偏光測定装置用のセンサを設けて利用することもできる。

また、上述の説明では、照度ムラセンサ９ＣＡが露光用のウェハステージＷＳに設けられている場合を想定している。しかしながら、これに限定されることなく、露光用のウェハステージＷＳとは独立して移動可能な計測用ステージに照度ムラセンサ９ＣＡを設けることもできる。同様に、図２に示す本実施形態の偏光測定装置９、図３（ａ）に示す第１変形例の偏光測定装置９Ａ、または図３（ｂ）に示す第２変形例の偏光測定装置９Ｂを計測用ステージに設けることもできる。

なお、このような計測用ステージには、投影光学系ＰＬを介して形成されたスリットマークの空間像を検出して投影光学系ＰＬの収差やフォーカス位置を検出する空間像検出器や、アライメント検出系の基準マーク、斜入射ＡＦ（オートフォーカス）系の基準反射面、投影光学系ＰＬの射出瞳に形成される光源像の形状や強度分布を計測する照明σ分布計測器、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する波面収差計測器などが典型的に設けられる。

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５のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図５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１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。

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６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６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。

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。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。

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。

また、上述の実施形態にかかる偏光測定装置では、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、または投影光学系の物体面に設置されるマスク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、一般に照明光学系の被照射面に入射する照明光の偏光状態を測定する偏光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。

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１の偏光測定装置の内部構成を概略的に示す図である。 （ａ）は第１変形例にかかる偏光測定装置の構成を概略的に示す図であり、（ｂ）は第２変形例にかかる偏光測定装置の構成を概略的に示す図である。 第３変形例にかかる偏光測定装置の構成を概略的に示す図である。 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。 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 マイクロフライアイレンズ（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 偏光測定装置
１０ 光量検出部
１１ 制御部
２１ 開口部材
２２ コリメートレンズ（集光素子）
２３ 偏光ビームスプリッター（偏光子）
２４ フォトダイオード（受光素子）
２５ 信号処理部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (23)

1. 光の偏光状態を測定する偏光測定装置において、
   所定面上に位置する第１開口を有する第１開口部材と、
   前記所定面上において前記第１開口に隣接する第２開口を有する第２開口部材と、
   前記第１開口を介して入射した光のうち、第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出する第１偏光子と、
   前記第２開口を介して入射した光のうち、前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出する第２偏光子と、
   前記第１偏光子から射出された前記第１直線偏光の光および前記第２偏光子から射出された前記第２直線偏光の光を検出するための光検出部とを備えていることを特徴とする偏光測定装置。
2. 前記第１開口と前記第１偏光子との間の光路中に配置された第１集光素子と、前記第２開口と前記第２偏光子との間の光路中に配置された第２集光素子とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の偏光測定装置。
3. 前記第１開口部材と前記第１偏光子と前記第２開口部材と前記第２偏光子とを前記所定面に沿って一体的に移動させるための駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光測定装置。
4. 前記光検出部は、前記第１偏光子から射出された前記第１直線偏光の光を受光するための第１受光素子と、前記第２偏光子から射出された前記第２直線偏光の光を受光するための第２受光素子と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項に記載の偏光測定装置。
5. 前記第１開口部材と前記第１偏光子と前記第２開口部材と前記第２偏光子とを含むユニットを、前記所定面に沿って複数備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の偏光測定装置。
6. 前記複数のユニットは、前記所定面上の第３方向に沿って配列され、
   前記駆動部は、前記所定面上において前記第３方向と交差する第４方向に沿って前記複数のユニットを一体的に移動させることを特徴とする請求項５に記載の偏光測定装置。
7. 前記光検出部は、前記複数のユニットに亘って前記第３方向に延びる光検出面を有することを特徴とする請求項６に記載の偏光測定装置。
8. 所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光測定装置を備えていることを特徴とする露光装置。
9. 前記感光性基板の位置または前記所定のパターンの位置に対応して、前記第１開口および前記第２開口が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板に投影露光する露光方法において、
    前記感光性基板の位置または前記所定のパターンの位置に対応して前記第１開口および前記第２開口が配置された請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光測定装置を用いて、前記感光性基板の位置または前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する測定工程を含むことを特徴とする露光方法。
11. 光の偏光状態を測定する偏光測定装置において、
    第１開口を有する第１開口部材と、
    前記第１開口を通過した光を受光するための受光素子と、
    前記第１開口よりも前側において前記第１開口と光学的にほぼ共役な位置に配置された第１偏光子および第２偏光子とを備え、
    前記第１偏光子は、入射光のうち、第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出し、
    前記第２偏光子は、入射光のうち、前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出することを特徴とする偏光測定装置。
12. 前記第１偏光子に対応して配置されて第２開口を有する第２開口部材と、
    前記第２偏光子に対応して配置されて第３開口を有する第３開口部材と、
    前記第２開口と前記第１偏光子との間の光路中に配置された第１集光素子と、
    前記第３開口と前記第２偏光子との間の光路中に配置された第２集光素子とをさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の偏光測定装置。
13. 前記第１開口部材と前記受光素子とを所定面に沿って一体的に移動させるための駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の偏光測定装置。
14. 前記第１偏光子と前記第２偏光子とを含む偏光子ユニットを、前記所定面と光学的にほぼ共役な面に沿って複数備えていることを特徴とする請求項１３に記載の偏光測定装置。
15. 所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
    請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の偏光測定装置を備えていることを特徴とする露光装置。
16. 前記所定のパターンが位置する第１面の近傍に前記第１偏光子および前記第２偏光子が配置され、前記感光性基板が位置する第２面の近傍に前記第１開口が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
17. 前記第１開口を前記第２面内で移動可能に保持するステージをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
18. 前記ステージには、前記感光性基板が載置されることを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
19. 投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板に投影露光する露光方法において、
    前記感光性基板の位置に対応して前記第１開口が配置され且つ前記所定のパターンの位置に対応して前記第１偏光子および前記第２偏光子が配置された請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の偏光測定装置を用いて、前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する測定工程を含むことを特徴とする露光方法。
20. 入射光のうち第１方向に偏光方向を有する第１直線偏光の光を選択的に射出する第１偏光子と、入射光のうち前記第１方向とほぼ直交する第２方向に偏光方向を有する第２直線偏光の光を選択的に射出する第２偏光子とを含む偏光子ユニットが、平面に沿って複数設けられていることを特徴とする偏光子ユニット部材。
21. 各偏光子ユニットは、前記第１偏光子に対応して配置されて第２開口を有する第２開口部材と、前記第２偏光子に対応して配置されて第３開口を有する第３開口部材と、前記第２開口と前記第１偏光子との間の光路中に配置された第１集光素子と、前記第３開口と前記第２偏光子との間の光路中に配置された第２集光素子とをさらに備えていることを特徴とする請求項２０に記載の偏光子ユニット部材。
22. 前記偏光子ユニット部材は、マスク上の所定のパターンの像を感光性基板上に投影する露光装置に載置可能に構成され、
    前記マスクとほぼ同一の外形を有していることを特徴とする請求項２０または２１に記載の偏光子ユニット部材。
23. 所定のパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記感光性基板の位置における照度分布を計測するための照度計測部とを備えた露光装置において、前記所定のパターンの位置における光の偏光状態を測定する偏光測定方法であって、
    請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の偏光子ユニット部材を前記所定のパターンに対応する位置に設定する設定工程と、
    前記所定のパターンの位置に設定された前記偏光子ユニット部材の各偏光子ユニットの位置に応じて、前記照度計測部を前記感光性基板に対応する所定面に沿って一体的に移動させる駆動工程とを含むことを特徴とする偏光測定方法。

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