JP2009277928A - 偏光状態計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクに向かう放射ビームの偏光状態をより正確に計測できる偏光状態計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】偏光状態計測装置には、照明光学系内に配置され、且つ露光光源から照明光学系を介してレチクルに向かう露光光のうち一部の露光光を選択するビーム選択板６２と、該ビーム選択板６２を露光光の進行方向と交差する方向に移動させる移動機構６３と、ビーム選択板６２によって選択された一部の露光光を受光する受光装置と、前記一部の露光光のＳ偏光成分の光強度、Ｐ偏光成分の光強度及び一部の露光光の変更比率を算出する光量算出部とを備えている。受光装置は、移動機構６３の駆動によって、ビーム選択板６２が選択する一部の露光光が変更されても、該変更された一部の露光光を受光できるように移動する。
【選択図】図６

Description

本発明は、所定のパターンが形成されたマスクを照射する放射ビームの偏光状態を計測可能な偏光状態計測装置、該偏光状態計測装置を備える露光装置、及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法に関するものである。

一般に、半導体集積回路などのマイクロデバイスを製造するための露光装置は、所定のパターンが形成されたレチクルなどのマスクを照射するための照明光学系を備えている。このマスクのパターンは、照明光学系から射出された露光光で照射された後、投影光学系によって所定倍率まで縮小されてウエハ、ガラスプレートなどの基板に投影される。

こうした露光装置に用いられる投影光学系は、複数の光学素子を有している。例えば、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet ）光を露光光として用いる露光装置では、投影光学系を構成する反射ミラーの入射面側には、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層する成膜処理が施されている。なお、このような多層膜が成膜された反射ミラーのことを、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーというものとする。

ところで、露光装置のメンテナンス時には、投影光学系を構成する各Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーの吸熱量を推定したり、基板を照射する露光光の強度などを調整したりする目的で、投影光学系の透過率の推定が行われる。ところが、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーの反射率は、該ミラーに入射する露光光の入射角、及び露光光の偏光状態、即ちＰ偏光成分とＳ偏光成分との比率などによって変わってしまう。そのため、投影光学系の透過率を推定するためには、投影光学系に入射する露光光、即ちマスクを照射する露光光の偏光状態を計測する必要があった。そこで、近年では、照明光学系から射出された露光光の偏光状態を計測するための装置として、例えば特許文献１に記載の偏光状態計測装置が提案されている。

この偏光状態計測装置は、照明光学系から射出された露光光を検出するための光検出器を備えており、該光検出器には、照明光学系からの露光光が位相子及び偏光素子を介して導かれる。なお、位相子は、λ／２波長板とλ／４波長板の２つの波長板から構成されている。
特開２００７−５９５６６号公報

ところで、照明光学系には、一対のフライアイミラー、及びマスクを照射する露光光の形状を変形させるための開口絞りなどが設けられている。そのため、露光光の光路における開口絞りの位置や開口絞りの開口部の形状などが変更された場合、フライアイミラーを構成する各反射面のうち、レチクルを照射するために有効な反射面と、レチクルの照射に使用されない反射面との組み合わせが変わってしまう。この場合、各反射面から出射される露光光の偏光状態は反射面毎に異なるため、マスクを照射する露光光の偏光状態が変わってしまう問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスクに向かう放射ビームの偏光状態をより正確に計測できる偏光状態計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の偏光状態計測装置は、所定のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を照射する放射ビーム（ＥＬ）の偏光状態を計測する偏光状態計測装置（５０）であって、前記マスク（Ｒ）に向かう前記放射ビーム（ＥＬ）のうち一部の放射ビーム（ＥＬ）を選択可能なビーム選択部（６２）と、該ビーム選択部（６２）を前記放射ビーム（ＥＬ）の進行方向と交差する交差方向に移動させる選択部移動機構（６３）と、該ビーム選択部（６２）に選択された前記一部の放射ビーム（ＥＬ）を受光する受光素子（５９）を有し、該受光素子（５９）によって受光された前記一部の放射ビーム（ＥＬ）の第１偏光成分及び該第１偏光成分と直交する第２偏光成分の強度に応じた強度信号を出力する受光装置（５１）と、該受光装置（５１）からの強度信号に基づき前記第１偏光成分の強度及び前記第２偏光成分の強度をそれぞれ検出し、該検出結果に基づき前記一部の放射ビーム（ＥＬ）の偏光状態を算出する算出部（７６）とを備えたことを要旨とする。

本発明によれば、マスクに向かう放射ビームの偏光状態をより正確に計測できる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明を具体化した第１の実施形態について図１〜図７に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の露光装置１１は、波長が１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線領域である極端紫外光、即ちＥＵＶ（Extreme Ultraviolet ）光を露光光ＥＬとして用いるＥＵＶ露光装置であって、内部が真空雰囲気となるチャンバ１２（図１では二点鎖線で示す。）内に設置されている。この露光装置１１は、露光光源１３と、照明光学系１４と、所定のパターンが形成された反射型のレチクルＲを保持するレチクルステージ１５と、投影光学系１６と、表面にレジストなどの感光性材料が塗布されたウエハＷを保持するウエハステージ１７とを備えている。なお、本実施形態の露光光源１３としては、レーザ励起プラズマ光源が用いられており、該露光光源１３は、波長が５〜２０ｎｍ（例えば１３．５ｎｍ）となるＥＵＶ光を射出する。

照明光学系１４は、チャンバ１２の内部と同様に、内部が真空雰囲気に設定される筐体１８（図１では一点鎖線で示す。）を備えている。この筐体１８内には、露光光源１３から出力された露光光ＥＬを集光するコリメート用ミラー１９が設けられており、該コリメート用ミラー１９は、入射した露光光ＥＬを略平行に変換して射出する。そして、コリメート用ミラー１９から射出された露光光ＥＬは、オプティカルインテグレータの一種であるフライアイ光学系２０に入射する。このフライアイ光学系２０は、一対のフライアイミラー２１，２２を備えており、該各フライアイミラー２１，２２のうち入射側に配置される入射側フライアイミラー２１は、レチクルＲの被照射面（即ち、図１における下面であって、パターン形成面）とは共役となる位置に配置されている。こうした入射側フライアイミラー２１で反射された露光光ＥＬは、射出側に配置される射出側フライアイミラー２２に入射する。その結果、射出側フライアイミラー２２が、面光源として機能する。なお、射出側フライアイミラー２２近傍には、開口絞り２３が配置されており、該開口絞り２３は、図示しない移動機構によって露光光ＥＬの光路外に退避移動可能である。

また、照明光学系１４には、フライアイ光学系２０から射出された露光光ＥＬを筐体１８外に射出するコンデンサミラー２４が設けられている。そして、コンデンサミラー２４から射出された露光光ＥＬは、コンデンサミラー２４よりもレチクルＲ側に配置された折り返し用の反射ミラー２５により、レチクルステージ１５に保持されるレチクルＲに導かれる。なお、照明光学系１４を構成する各ミラー１９，２１，２２，２４，２５の反射面には、露光光ＥＬを反射する反射層がそれぞれ形成されている。この反射層は、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層した多層膜から構成される。

レチクルステージ１５は、後述する投影光学系１６の物体面側に配置されており、レチクルＲを静電吸着する静電チャック２６と、レチクルＲをＹ軸方向（図１における左右方向）に所定ストロークで移動させるレチクルステージ駆動部２７とを備えている。このレチクルステージ駆動部２７は、レチクルＲをＸ軸方向（図１において紙面と直交する方向）及びθｚ方向（Ｚ軸周りの回転方向）にも移動可能に構成されている。そして、レチクルＲにおいて上記パターンが形成された被照射面で反射された露光光ＥＬは、投影光学系１６に導かれる。

投影光学系１６は、チャンバ１２の内部と同様に、内部が真空雰囲気に設定される鏡筒２８（図１では一点鎖線で示す。）を備えている。この鏡筒２８内には、複数枚（本実施形態では６枚）の反射型のミラー２９，３０，３１，３２，３３，３４が収容されている。そして、物体面側であるレチクルＲ側から導かれた露光光ＥＬは、第１ミラー２９、第２ミラー３０、第３ミラー３１、第４ミラー３２、第５ミラー３３、第６ミラー３４の順に反射され、ウエハステージ１７に保持されるウエハＷに導かれる。なお、各ミラー２９〜３４の反射面には、露光光ＥＬを反射する反射層がそれぞれ形成されている。この反射層は、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を交互に積層した多層膜から構成される。

ウエハステージ１７は、ウエハＷを静電吸着する静電チャック３５と、ウエハＷをＹ軸方向に所定ストロークで移動させる図示しないウエハステージ駆動部とを備えている。このウエハステージ駆動部は、ウエハＷをＸ軸方向及びＺ軸方向にも移動可能に構成されている。また、ウエハステージ１７には、静電チャック３５を保持する不図示のウエハホルダと、該ウエハホルダのＺ軸方向における位置及びＸ軸周り、Ｙ軸周りの傾斜角を調整する図示しないＺレベリング機構とが組み込まれている。そして、投影光学系１６から射出された露光光ＥＬがウエハＷの被照射面（即ち、図１における上面）を照射することにより、ウエハＷには、レチクルＲ上の上記パターンを所定倍率に縮小したパターン像が投影転写される。

次に、フライアイ光学系２０を構成する各フライアイミラー２１，２２について図２（ａ）（ｂ）に基づき説明する。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、各フライアイミラー２１，２２には、露光光ＥＬの進行方向を横切る面内に配列された複数の反射面４０，４１がそれぞれ形成されている。入射側フライアイミラー２１の各反射面４０と射出側フライアイミラー２２の各反射面４１とは、個別に対応する関係にあると共に、同一の焦点距離を有している。そのため、入射側フライアイミラー２１に入射した露光光ＥＬの光束は、入射側フライアイミラー２１の反射面４０毎に波面分割され、波面分割された多数の光束は、開口絞り２３を介して射出側フライアイミラー２２に入射する。すなわち、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１には、該各反射面４１に個別対応する入射側フライアイミラー２１の反射面４０から射出された光束がそれぞれ入射する。そして、射出側フライアイミラー２２から射出された多数の光束がレチクルＲの被照射面上で重畳することにより、レチクルＲ上での高照度均一性が確保される。

ここで、開口絞り２３の開口部２３ａが露光光ＥＬの光路において露光光ＥＬの光軸と略直交する方向に変位したり、開口絞り２３の開口部２３ａの形状が変形（例えば、円形状から円環状に変形）したりすると、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち、露光光ＥＬの光束が入射する反射面（以下、「有効反射面」という。）４１ａと入射しない反射面（以下、「非有効反射面」という。）４１ｂとの組み合わせが変更される。また、各反射面４１に入射する露光光ＥＬの光束の入射角度などが互いに異なることから、各反射面４１から射出される露光光ＥＬの光束の偏光状態は、反射面４１毎に互いに異なってしまう。その結果、全ての有効反射面４１ａの集合体の大きさや形状、即ち有効反射面４１ａと非有効反射面４１ｂとの組み合わせが変更された場合には、照明光学系１４からレチクルＲに入射する露光光ＥＬの偏光状態が変更される。そのため、射出側フライアイミラー２２において有効反射面４１ａと非有効反射面４１ｂとの組み合わせが変更されても、レチクルＲに入射する露光光ＥＬの偏光状態を正確に取得するためには、射出側フライアイミラー２２から射出される各光束の偏光状態を個別に計測する必要がある。そこで、本実施形態の露光装置１１には、射出側フライアイミラー２２から射出される各光束を射出側フライアイミラー２２の反射面４１毎に計測可能な偏光状態計測装置５０が設けられている。なお、偏光状態とは、露光光ＥＬの第１偏光成分としてのＳ偏光（S-polarized light）成分の光強度、Ｓ偏光とは直交する第２偏光成分としてのＰ偏光（P-polarized light）成分の光強度、及び露光光ＥＬのＳ偏光成分とＰ偏光成分との偏光比率のことを示している。

図１及び図３に示すように、偏光状態計測装置５０は、偏光状態の計測を行わない場合には露光光ＥＬの光路外（図１ではレチクルステージ１５の＋Ｙ方向側（図１における右側））の退避位置に配置される受光装置５１と、該受光装置５１を照明光学系１４から射出された露光光ＥＬの光路に位置する計測位置（本実施形態では、露光時にはレチクルＲが配置される位置）に搬送する搬送機構５２（図７参照）とを備えている。すなわち、受光装置５１は、露光光ＥＬの偏光状態の計測を行う場合には、レチクルＲの代わりにレチクルステージ１５上に配置される。

受光装置５１は、レチクルステージ１５の静電チャック２６に静電吸着される板状のベース部材５３と、ベース部材５３に図示しない支持部材を介して支持される照射位置選択板５４と、ベース部材５３に支持される観察光学系５５（図３にて一点鎖線が囲まれた部分）とを備えている。照射位置選択板５４は、レチクルＲの被照射面と同一面内（図３にて二点鎖線で示す位置）内に配置されるようになっており、直径が０．１〜１ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）となる第１通過孔５４ａ（開口あるいはピンホールともいう。）を有している。

観察光学系５５には、照射位置選択板５４に接近する位置に配置される入射方向選択板５６と、該入射方向選択板５６を基準とした場合に照射位置選択板５４の反対位置に配置される計測部５７（図３にて破線で囲まれた部分）とが設けられている。入射方向選択板５６には、上記第１通過孔５４ａと同程度の直径を有する第２通過孔５６ａが形成されている。なお、第１通過孔５４ａ内を通過した露光光ＥＬは、第１通過孔５４ａ内の通過後に広がることがある。そのため、計測部５７には、様々な方向に進行する露光光ＥＬが入射しようとする。一例として、投影光学系１６の開口数（ＮＡ）が０．２５、投影光学系１６の縮小投影倍率が１／４倍、照明光学系１４の開口数が０．８である場合、露光光ＥＬの入射角の広がりが約±３°となる。そこで、本実施形態では、第１通過孔５４ａを通過した露光光ＥＬのうち一方向に進行する露光光ＥＬのみ、即ち広がりを有しない露光光ＥＬが、入射方向選択板５６の第２通過孔５６ａ内を通過して計測部５７側に導かれる。

計測部５７には、第２通過孔５６ａを通過した露光光ＥＬの入射角θが予め設定された所定角度（ブリュースター角（Brewster's angle））となる反射面５８ａを有する偏光反射ミラー５８と、該偏光反射ミラー５８にて反射された露光光ＥＬを受光する受光素子５９とが設けられている。偏光反射ミラー５８は、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に積層されたＭｏ／Ｓｉ多層膜ミラーであって、偏光反射ミラー５８に積層される多層膜の周期長が９．７ｎｍである場合のブリュースター角は約４７°である。

また、計測部５７には、図４及び図７に示すように、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を、該偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬの光軸を中心に回動させる第１回動機構６０が設けられている。そして、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９が第１の配置態様（図４にて破線で示す配置態様）である場合、偏光反射ミラー５８は、照明光学系１４から射出された露光光ＥＬのＳ偏光成分を受光素子５９に向けて射出する。一方、第１の配置態様の偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を第１回動機構６０の駆動によって９０°だけ回動させて第２の配置態様（図４にて実線で示す配置態様）にした場合、該偏光反射ミラー５８は、照明光学系１４から射出された露光光ＥＬのＰ偏光成分を受光素子５９に向けて射出する。なお、偏光反射ミラー５８に対する露光光ＥＬの入射角θは、第１の配置態様であっても第２の配置態様であってもブリュスター角に維持される。

また、観察光学系５５には、入射方向選択板５６及び計測部５７を、照明光学系１４から射出された露光光ＥＬが結像する中心点Ｓ（即ち、露光光ＥＬと図３における二点鎖線との交点）を中心に図３において一点鎖線の矢印に示す方向に回動させるための第２回動機構６１（図７参照）が設けられている。この第２回動機構６１の駆動によって、図５に示すように、入射方向選択板５６の第２通過孔５６ａを通過する露光光ＥＬの進行方向が変更される。その結果、計測部５７は、種々の進行方向を有する露光光ＥＬの偏光特性を進行方向毎に計測可能である。

また、偏光状態計測装置５０には、図６に示すように、露光時に開口絞り２３が配置される位置に配置可能なビーム選択板６２が設けられている。このビーム選択板６２は、露光光ＥＬの偏光状態を計測する場合、図示しない搬送機構によって、開口絞り２３の代わりに射出側フライアイミラー２２近傍に配置される。また、ビーム選択板６２には、射出側フライアイミラー２２の反射面４１と同等の大きさ及び形状を有する第３通過孔６２ａが形成されている。そのため、ビーム選択板６２が露光光ＥＬの光路に配置される場合、第３通過孔６２ａを通過した露光光ＥＬは、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち１つの反射面４１にのみ入射した後、レチクルステージ１５側に射出される。すなわち、ビーム選択板６２によって、一つの有効反射面４１ａが選択される。

さらに、偏光状態計測装置５０には、露光光ＥＬの光路に配置されたビーム選択板６２を射出側フライアイミラー２２と略平行な仮想平面上で移動させるための移動機構６３が設けられている。この移動機構６３の駆動によってビーム選択板６２が移動した場合、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち露光光ＥＬが入射する有効反射面４１ａが変更される。

次に、本実施形態の偏光状態計測装置５０を制御する制御装置について図７に基づき説明する。
図７に示すように、制御装置７０の図示しない入力側インターフェースには、受光素子５９が電気的に接続されており、該受光素子５９からは、受光した露光光ＥＬの光強度に対応した強度信号が入力される。また、制御装置７０の図示しない出力側インターフェースには、レチクルステージ駆動部２７、搬送機構５２、第１回動機構６０、第２回動機構６１及び移動機構６３が電気的に接続されている。そして、制御装置７０は、受光素子５９からの強度信号に基づき露光光ＥＬの偏光状態を計測するために、レチクルステージ駆動部２７、搬送機構５２、第１回動機構６０、第２回動機構６１及び移動機構６３を個別に制御する。

また、制御装置７０には、ＣＰＵなどから構成される第１駆動制御部７１、第２駆動制御部７２、第３駆動制御部７３、第４駆動制御部７４及び第５駆動制御部７５が設けられている。また、制御装置７０には、ＣＰＵなどから構成される光量算出部７６、不揮発性メモリやＲＡＭなどから構成されるメモリ部７７及びＣＰＵなどから構成される透過率推定部７８が設けられている。第１駆動制御部７１は、搬送機構５２の駆動を制御し、受光装置５１を上記退避位置と計測位置との間で移動させる。また、第２駆動制御部７２は、レチクルステージ駆動部２７の駆動を制御し、計測位置に位置する受光装置５１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。また、第３駆動制御部７３は、第１回動機構６０の駆動を制御し、計測部５７の偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を上記第１の配置態様と第２の配置態様との間で回動させる。

また、第４駆動制御部７４は、第２回動機構６１の駆動を制御し、入射方向選択板５６の第２通過孔５６ａを通過する露光光ＥＬの進行方向を変更させる。また、第５駆動制御部７５は、移動機構６３の駆動を制御し、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち有効反射面４１ａとして選択される反射面４１を変更させる。また、光量算出部７６は、受光素子５９からの強度信号に基づき露光光ＥＬのＳ偏光成分の光強度、Ｐ偏光成分の光強度及び偏光比率（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率）を算出する。また、メモリ部７７には、光量算出部７６にて算出された露光光ＥＬの偏光状態が記憶される。

そして、透過率推定部７８は、メモリ部７７に記憶された露光光ＥＬの光束毎（即ち、射出側フライアイミラー２２の反射面４１毎）の偏光状態（露光光ＥＬのＳ偏光成分の光強度、Ｐ偏光成分の光強度及び偏光比率）と、開口絞り２３の開口部２３ａの形状や位置とに基づき、投影光学系１６の透過率（投影光学系１６への入射光の光量と投影光学系１６からの射出光の光量との比率）が推定される。なお、投影光学系１６の透過率は、該投影光学系１６の各ミラー２９〜３４に入射する露光光ＥＬの偏光状態及び入射方向が分かれば推定可能である。

次に、本実施形態の偏光状態計測装置５０による照明光学系１４から射出された露光光ＥＬの偏光状態を計測する際の作用について説明する。
さて、搬送機構５２の駆動によって受光装置５１がレチクルＲの代わりに計測位置に配置され、且つビーム選択板６２が開口絞り２３の代わりに露光光ＥＬの光路に配置されると、照明光学系１４から受光装置５１（即ち、レチクルＲの配置される位置）に向かう露光光ＥＬの偏光状態の計測が開始される。まず、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち入射側フライアイミラー２１から射出された露光光ＥＬの光束が入射する反射面４１、即ち有効反射面４１ａがビーム選択板６２の第３通過孔６２ａによって選択される。すると、露光光源１３から照明光学系１４を介して受光装置５１に向かう露光光ＥＬのうち、選択された有効反射面４１ａから射出された一部の露光光ＥＬのみが受光装置５１に向かうことになる。この際、レチクルステージ１５に保持される受光装置５１は、選択された有効反射面４１ａから射出された一部の露光光ＥＬを受光素子５９にて受光できるように、レチクルステージ駆動部２７によってＸ軸方向又はＹ軸方向に移動する。すなわち、ビーム選択板６２の移動に連動し、受光装置５１の位置合せが行われる。

そして、受光装置５１の位置合せが完了すると、偏光反射ミラー５８の反射面５８ａに対する露光光ＥＬの入射角θがブリュスター角となるように、第２回動機構６１によって計測部５７が回動する。すると、計測部５７の偏光反射ミラー５８及び受光素子５９が第１の配置態様（又は第２の配置態様）であることから、偏光反射ミラー５８に入射した露光光ＥＬのうちＳ偏光成分（又はＰ偏光成分）のみが、受光素子５９に導かれる。なお、照射位置選択板５４の第１通過孔５４ａを通過した露光光ＥＬの入射角がある程度の広がりを有することがあり、このような場合、該第１通過孔５４ａを通過した露光光ＥＬは、複数方向に進行しようとする。そのため、互いに異なる複数方向に進行する露光光ＥＬのうち所望する一方向に進行する露光光ＥＬが、入射方向選択板５６の第２通過孔５６ａ内を通過して偏光反射ミラー５８に導かれるように、第２回動機構６１によって観察光学系５５を回動させてもよい。これにより、所望する方向に進行する露光光ＥＬが、偏光反射ミラー５８に入射する。

すると、偏光反射ミラー５８からは、その反射面５８ａに入射した露光光ＥＬのうちＳ偏光成分（又はＰ偏光成分）のみが受光素子５９に向けて射出され、該受光素子５９からは、受光した露光光ＥＬの光強度に対応した強度信号が出力される。その結果、制御装置７０の光量算出部７６によって、強度信号に基づき露光光ＥＬのＳ偏光成分（又はＰ偏光成分）の光強度が算出され、該算出結果がメモリ部７７の所定領域に記憶される。続いて、第１回動機構６０によって、計測部５７の偏光反射ミラー５８及び受光素子５９が第１の配置態様（又は第２の配置態様）から第２の配置態様（又は第１の配置態様）に回動する。すると、受光素子５９には、偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬのＳ偏光成分及びＰ偏光成分のうち、計測部５７の回動前とは異なる偏光成分が入射する。その結果、制御装置７０の光量算出部７６によって、強度信号に基づき露光光ＥＬのＰ偏光成分又はＳ偏光成分の光強度が算出され、該算出結果がメモリ部７７の所定領域に記憶される。さらに、光量算出部７６によって、受光装置５１に導かれた露光光ＥＬのＳ偏光成分とＰ偏光成分との偏光比率が算出されてメモリ部７７に記憶される。

そして、射出側フライアイミラー２２の一つの反射面４１から射出される露光光ＥＬの偏光状態の計測が完了すると、該計測の完了した反射面４１以外の他の反射面４１から射出される露光光ＥＬの偏光状態を計測するための準備が行われる。すなわち、移動機構６３の駆動に基づきビーム選択板６２によって選択される有効反射面４１ａが変更されると共に、該有効反射面４１ａの変更に連動して受光装置５１の位置合せが行われ、上記他の反射面４１から射出された露光光ＥＬの偏光状態の計測が行われる。そして、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１について、それぞれから射出される露光光ＥＬの偏光状態が反射面４１毎に計測されると、受光装置５１は、搬送機構５２によって計測位置から退避位置に搬送される。また、ビーム選択板６２は、露光光ＥＬの光路外に搬送され、開口絞り２３が、露光光ＥＬの光路に配置される。

そして、投影光学系１６の透過率を推定する場合、開口絞り２３の開口部２３ａの配置位置及び形状から、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうちレチクルＲに向かう露光光ＥＬの光束を射出する有効反射面４１ａが特定される。すると、特定された各有効反射面４１ａから射出される露光光ＥＬの偏光状態が、メモリ部７７から有効反射面４１ａ毎に読み出される。そして、レチクルＲの被照射面に反射して投影光学系１６に入射する露光光ＥＬの偏光状態が、透過率推定部７８によって推定される。その結果、投影光学系１６の各ミラー２９〜３４を介してウエハＷ側に射出される露光光ＥＬの光強度が、より高精度に推定される。すなわち、投影光学系１６の透過率、即ち光学特性は、より高精度に推定される。

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）露光光源１３から照明光学系１４を介してレチクルＲに向かう露光光ＥＬのうちビーム選択板６２の第３通過孔６２ａによって選択された一部の露光光ＥＬのみが受光装置５１側に導かれ、該受光装置５１の受光素子５９からの各強度信号に基づき一部の露光光ＥＬの偏光状態が算出される。しかも、移動機構６３が露光光ＥＬの光軸と交差する方向にビーム選択板６２を移動させることにより、レチクルＲに向かう露光光ＥＬのうちビーム選択板６２の第３通過孔６２ａによって選択される一部の露光光ＥＬが変更される。そのため、本実施形態の偏光状態計測装置５０では、レチクルＲに向かう露光光ＥＬの光束毎に偏光状態が計測される。その結果、レチクルＲに向かう露光光ＥＬを射出する照明光学系１４内において開口絞り２３の位置が変更されたり、開口絞り２３の開口部２３ａの形状が変わったりしても、新たに計測を行うこともなく、レチクルＲに向かう露光光ＥＬの偏光状態を正確に推定できる。

（２）ビーム選択板６２は、入射側フライアイミラー２１から射出される露光光ＥＬの各光束のうち、一つの光束のみを選択可能に構成されている。そのため、本実施形態の偏光状態計測装置５０は、入射側フライアイミラー２１から射出される光束毎に偏光状態を計測できる。

（３）受光装置５１の位置は、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち、ビーム選択板６２によって有効反射面４１ａに選択される反射面４１に応じて変更される。そのため、ビーム選択板６２によって有効反射面４１ａに選択される反射面４１から射出される露光光ＥＬの進行方向が変更されても、受光素子５９は、該露光光ＥＬを受光できる。

（４）偏光反射ミラー５８は、その反射面５８ａに入射する露光光ＥＬの入射角θがブリュスター角となるように配置されている。そのため、偏光反射ミラー５８からは、該偏光反射ミラー５８に入射した露光光ＥＬのＳ偏光成分又はＰ偏光成分のみが射出されることになり、露光光ＥＬの偏光状態の計測精度の向上に貢献できる。

（５）また、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９は、該偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬの光軸周りに回動可能である。そのため、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を第１の配置態様にした場合、受光素子５９は、偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬのＳ偏光成分を受光する。一方、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を第２の配置態様にした場合、受光素子５９は、偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬのＰ偏光成分を受光する。その結果、偏光反射ミラー５８に入射する露光光ＥＬのＳ偏光成分の光強度及びＰ偏光成分の光強度を確実に計測できる。

（６）ビーム選択板６２の第３通過孔６２ａは、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち１つの反射面４１のみを選択可能である。そのため、ビーム選択板６２の第３通過孔６２ａが射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうち複数（例えば２つ）の反射面４１のみを選択可能な構成である場合に比して、投影光学系１６の透過率の推定精度を向上させることができる。

（７）本実施形態では、受光装置５１のＸ軸方向やＹ軸方向における位置は、レチクルステージ駆動部２７の駆動によって変更される。そのため、レチクルステージ駆動部２７以外の変更機構にて受光装置５１のＸ軸方向及びＹ軸方向における位置を変更させる場合に比して、露光装置１１全体としての部品点数の減少に貢献できる。

（８）また、投影光学系１６に入射する露光光ＥＬの偏光状態をより正確に推定できるため、投影光学系１６を構成する各ミラー２９〜３４での発熱量を個別に推定することもできる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・実施形態において、レチクルステージ駆動部２７が、受光装置５１のＸ軸方向への移動量を十分に確保できない構成である場合、受光装置５１のＸ軸方向における位置を変更させるための変更機構を、レチクルステージ駆動部２７とは別に設けてもよい。また、受光装置５１のＸ軸方向及びＹ軸方向における位置を変更させるための変更機構を、レチクルステージ駆動部２７とは別に設けてもよい。

・実施形態において、入射方向選択板５６を省略してもよい。このように構成しても、受光素子５９には、射出側フライアイミラー２２の１つの反射面４１ａから射出された露光光ＥＬの光束のみが導かれる。

・実施形態において、射出側フライアイミラー２２の各反射面４１のうちビーム選択板６２によって有効反射面４１ａに選択される反射面４１が変更された場合には、該新たな有効反射面４１ａから射出される露光光ＥＬを受光素子５９によって受光されるように、照射位置選択板５４、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９のうち少なくとも１つのみを移動させてもよい。この場合、照射位置選択板５４、偏光反射ミラー５８及び受光素子５９を個別に移動させる機構を備えることが望ましい。

・実施形態において、照射位置選択板５４を、ビーム選択板６２によって有効反射面４１ａに選択される反射面４１からの露光光ＥＬを観察光学系５５側に導くことが可能であれば、レチクルＲの被照射面と同一面となる位置近傍に配置してもよい。

・実施形態において、ビーム選択板６２の第３通過孔６２ａは、射出側フライアイミラー２２の複数（例えば２つ）の反射面４１に対応した形状であってもよい。この場合、受光装置５１側には、２つの反射面４１から射出された露光光ＥＬの光束が導かれることになる。

・実施形態において、各フライアイミラー２１，２２は、複数の反射ミラーを組み合わせた構成であってもよい。
・実施形態において、露光装置１１は、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置であってもよい。また、露光装置１１は、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などであってもよい。

・実施形態において、露光光源１３は、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）等を出力可能な光源であってもよい。また、露光光源１３は、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を出力可能な光源であってもよい。この場合、照明光学系１４や投影光学系１６を構成する光学素子として、レンズを用いてもよい。もちろん、オプティカルインテグレータに関しても、透過型の光学素子から構成されたものであってもよい。

次に、本発明の実施形態の露光装置１１によるデバイスの製造方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。

まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクルＲなど）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラス、セラミックス等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。

次に、ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図９は、半導体デバイスの場合におけるステップＳ１０４の詳細工程の一例を示す図である。
ステップＳ１１１（酸化ステップ）おいては、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）においては、基板表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）においては、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）においては、基板にイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

基板プロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、基板に感光性材料を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置１１）によってマスクの回路パターンを基板に転写する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）において、ステップＳ１１６にて露光された基板を現像して、基板の表面に回路パターンからなるマスク層を形成する。さらに続いて、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となった感光性材料を取り除く。すなわち、ステップＳ１１８及びステップＳ１１９において、マスク層を介して基板の表面を加工する。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

本実施形態における露光装置を示す概略構成図。 （ａ）は入射側フライアイミラーの平面図、（ｂ）は射出側フライアイミラーの平面図。 偏光状態計測装置の受光装置を示す概略構成図。 偏光反射ミラー及び受光素子が回動する様子を示す概略構成図。 観察光学系が回動した様子を示す概略構成図。 ビーム選択板を示す概略構成図。 電気的な構成を示すブロック図。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

符号の説明

１１…露光装置、１４…照明光学系、１６…投影光学系、２０…オプティカルインテグレータとしてのフライアイ光学系、２７…変更機構としてのレチクルステージ駆動部、４０，４１…反射面、５０…偏光状態計測装置、５１…受光装置、５２…受光装置用移動機構としての搬送機構、５４…ピンホール部材としての照射位置選択板、５８…光学素子としての偏光反射ミラー、５８ａ…反射面、５９…受光素子、６０…第１回動機構、６２…ビーム選択部としてのビーム選択板、６２ａ…開口としての第３通過孔、６３…選択部移動機構としての移動機構、７２…連動制御装置を構成する第２駆動制御部、７５…連動制御装置を構成する第５駆動制御部、７６…算出部としての光量算出部、７８…推定装置としての透過率推定部、ＥＬ…放射ビームとしての露光光、Ｒ…マスクとしてのレチクル。

Claims (14)

1. 所定のパターンが形成されたマスクを照射する放射ビームの偏光状態を計測する偏光状態計測装置であって、
   前記マスクに向かう前記放射ビームのうち一部の放射ビームを選択可能なビーム選択部と、
   該ビーム選択部を前記放射ビームの進行方向と交差する交差方向に移動させる選択部移動機構と、
   該ビーム選択部に選択された前記一部の放射ビームを受光する受光素子を有し、該受光素子によって受光された前記一部の放射ビームの第１偏光成分及び該第１偏光成分と直交する第２偏光成分の強度に応じた強度信号を出力する受光装置と、
   該受光装置からの強度信号に基づき前記第１偏光成分の強度及び前記第２偏光成分の強度をそれぞれ検出し、該検出結果に基づき前記一部の放射ビームの偏光状態を算出する算出部と
   を備えた偏光状態計測装置。
2. 前記選択部移動機構は、前記交差方向における前記放射ビームの断面内の複数の位置が選択されるように前記ビーム選択部を移動させ、
   前記受光装置は、前記放射ビームの断面内の前記複数の位置を通過した前記一部の放射ビームのそれぞれを前記受光素子にて受光可能に構成され、
   前記算出部は、前記複数の位置を通過した前記一部の放射ビームの偏光状態をそれぞれ算出する請求項１に記載の偏光状態計測装置。
3. 前記受光装置の位置を、前記受光素子によって前記一部の放射ビームが受光されるように変更させる変更機構をさらに備えた請求項１又は請求項２に記載の偏光状態計測装置。
4. 前記受光装置は、前記マスクのパターン形成面と同一面内、あるいはその近傍に配置されるピンホール部材と、前記一部の放射ビームのうち前記ピンホール部材を通過した放射ビームを前記受光素子に導くための光学素子とをさらに有すると共に、
   前記一部の放射ビームのうち前記ピンホール部材を通過した放射ビームが前記受光素子によって受光されるように、前記ピンホール部材、前記光学素子及び前記受光素子のうち少なくとも一つの位置を相対的に変更させる変更機構をさらに備えた請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の偏光状態計測装置。
5. 前記ビーム選択部の前記交差方向への移動に連動して、前記ピンホール部材及び前記光学素子のうち少なくとも一つの位置が変位するように、前記選択部移動機構及び前記変更機構をそれぞれ制御する連動制御装置をさらに備えた請求項４に記載の偏光状態計測装置。
6. 前記光学素子は、前記一部の放射ビームのうち前記ピンホール部材を通過した放射ビームに対して、予め設定された所定角度傾斜した反射面を有すると共に、
   前記受光装置は、前記光学素子及び受光素子を、前記一部の放射ビームのうち前記ピンホール部材を通過した前記放射ビームの光軸又は該光軸と平行な軸周りに回動させる回動機構をさらに有する請求項４に記載の偏光状態計測装置。
7. 前記回動機構は、前記一部の放射ビームのうち前記ピンホール部材を通過した放射ビームの第１偏光成分を受光可能な位置と、前記第２偏光成分を受光可能な位置との間で前記光学素子及び受光素子を回動させる請求項６に記載の偏光状態計測装置。
8. 前記ビーム選択部は、前記マスクを照明する照明光学系内に配置されている請求項１〜請求項７のうち何れか一項に記載の偏光状態計測装置。
9. 前記照明光学系は、オプティカルインテグレータを備えており、
   前記ビーム選択部は、前記オプティカルインテグレータを介した放射ビームのうち前記一部の放射ビームを選択する請求項８に記載の偏光状態計測装置。
10. 前記オプティカルインテグレータは、前記放射ビームの進行方向を横切る面内に配列された複数の反射面を有し、
    前記ビーム選択部は、前記各反射面のうち少なくとも一つの反射面に対応した形状に形成される開口を有する請求項９に記載の偏光状態計測装置。
11. 所定のパターンが形成されたマスクに放射ビームを導く照明光学系と、
    前記マスクを介した放射ビームを感光性材料が塗布された基板に照射する投影光学系と、
    請求項１〜請求項９のうち何れか一項に記載の偏光状態計測装置と
    を備えた露光装置。
12. 前記受光装置を、前記ビーム選択部によって選択された前記一部の放射ビームの光路である計測位置と、前記一部の放射ビームの光路外である退避位置との間で移動させる受光装置用移動機構をさらに備えた請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記偏光状態計測装置にて計測された前記一部の放射ビームの偏光状態のそれぞれに基づき前記投影光学系の光学特性を推定する推定装置をさらに備えた請求項１１又は請求項１２に記載の露光装置。
14. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、
    前記リソグラフィ工程は、請求項１１〜請求項１３のうち何れか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。

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