JP4185102B2 - Exposure equipment - Google Patents

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は、露光装置に関する。   The present invention relates to an exposure apparatus.

半導体集積回路の微細化の要求に伴い、露光装置の露光波長も短波長化が要求されており、現在では、ArFエキシマレーザ(193nm)やF2レーザ(157nm)等も実用化段階に入ってきている。このような短波長の露光光を使用する場合、光学系を構成する光学部材(レンズ等)の材料には、良好な透過率を考慮して、フッ化カルシウム結晶(蛍石)が用いられることが多くなっている。しかし、蛍石は複屈折性が大きく、また、入射された光の偏光方向によって波面収差が発生したり、或いは波面を分裂させ、光の干渉性を低下させたりするという難点がある。このため、収差の小さい光学系を設計するためには、光学系の複屈折の大きさを数値的に把握しておく必要がある。   With the demand for miniaturization of semiconductor integrated circuits, the exposure wavelength of the exposure apparatus is also required to be shortened. At present, ArF excimer laser (193 nm), F2 laser (157 nm) and the like have entered the practical stage. Yes. When using such short-wavelength exposure light, calcium fluoride crystals (fluorite) should be used as the material for the optical members (lenses, etc.) that make up the optical system in consideration of good transmittance. Is increasing. However, fluorite has a large birefringence, and has a drawback that wavefront aberration is generated depending on the polarization direction of incident light, or the wavefront is split to reduce the coherence of light. For this reason, in order to design an optical system with small aberrations, it is necessary to numerically grasp the magnitude of birefringence of the optical system.

平面的な光学部材の複屈折の大きさを示すには、複屈折の方向(方位角)θと位相差Δとを同定することが一般的に行なわれている。この方法は、曲面を有する光学部材(レンズ等)を複数有する光学系の複屈折性を表現するのには適当でない。このため、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。   In order to indicate the magnitude of birefringence of a planar optical member, it is generally performed to identify the birefringence direction (azimuth angle) θ and the phase difference Δ. This method is not suitable for expressing the birefringence of an optical system having a plurality of optical members (lenses and the like) having a curved surface. For this reason, Jones matrix and Mueller matrix are generally used to show the characteristics of an optical system having birefringence.

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)=(E、E)を、振幅a、a及び位相差δにより、次のように表現するものである。 The Jones matrix is a 2-by-2 matrix that represents the optical characteristics of an optical element that passes completely polarized light that can be expressed by a Jones vector. The Jones vector expresses the electric field vector (E) = (E x , E y ) by the amplitude a x , a y and the phase difference δ as follows.

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、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。   When perfectly polarized light that can be expressed by such a Jones vector passes through the optical element and undergoes some conversion, the Jones matrix represents the characteristics of the optical element. For example, a Jones matrix of a polarizer with an azimuth angle θ = 0 ° is expressed as follows.

ジョーンズ行列は、完全偏光(非偏光成分を含まない光)のみを取り扱うことができ、非偏光成分を含む部分偏光を取り扱うことができない。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。   The Jones matrix can handle only completely polarized light (light that does not include an unpolarized component), and cannot handle partially polarized light that includes an unpolarized component. For this reason, the Mueller matrix that can handle the non-polarized component is suitable for expressing the birefringence characteristics of the optical system including the fluorite lens in which generation of the non-polarized component is unavoidable. The Mueller matrix is a 4 × 4 matrix that represents the optical characteristics of the optical element through which the partially polarized light expressed by the Stokes parameter passes.

ストークスパラメータは、sを光の全強度、sを0°直線偏光成分の強度、sを45°直線偏光成分の強度、sを右回り円偏光成分の強度として、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。 The Stokes parameters are as follows, where s 0 is the total intensity of light, s 1 is the intensity of the 0 ° linearly polarized component, s 2 is the intensity of the 45 ° linearly polarized component, and s 3 is the intensity of the clockwise circularly polarized component. In particular, for completely polarized light, it is expressed as follows.

このストークスパラメータでは、(s −(s +s +s ))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。 In this Stokes parameter, (s 0 2 − (s 1 2 + s 2 2 + s 3 2 )) 1/2 represents a non-polarized component. That is, according to the Stokes parameter, partially polarized light including a non-polarized component can be expressed.

このようなストークスパラメータで表現される部分偏光の光が、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ミュラー行列である。例えば、方位角θ=0°の偏光子のミュラー行列(P)は、次のように表現される。なお、以下では、方位角θのミュラー行列を、記号(Pθ)と表わすこととする。 When partially polarized light expressed by such a Stokes parameter passes through the optical element and undergoes some conversion, the Mueller matrix represents the characteristics of the optical element. For example, the Mueller matrix (P 0 ) of a polarizer with an azimuth angle θ = 0 ° is expressed as follows. In the following description, the Mueller matrix of the azimuth angle θ is represented as a symbol (P θ ).

このミュラー行列が測定できれば、あらゆる偏光の光に対して、光学素子がどのように偏光状態を変換するのかを簡単に計算することが可能になる。ミュラー行列を、単一の光学部材について測定する装置としては、例えば特許文献1等に記載されたミュラー偏光解析計などが知られている。   If this Mueller matrix can be measured, it will be possible to easily calculate how the optical element converts the polarization state for light of any polarization. As an apparatus for measuring a Mueller matrix with respect to a single optical member, for example, a Mueller ellipsometer described in Patent Document 1 is known.

しかし、特許文献1等に記載のミュラー偏光解析計では、単一の光学部材を測定対象とするものであり、例えば露光装置等に組み込み済みの、複数の光学部材からなる光学系等を測定対象にするものではない。   However, in the Mueller ellipsometer described in Patent Document 1 and the like, a single optical member is a measurement target, and an optical system composed of a plurality of optical members already incorporated in an exposure apparatus or the like is a measurement target. It is not something to be done.

近年、露光装置においては、投影するパターンのコントラストを高める等の目的のため、特定の偏光方向の露光光を投影することが行なわれている。しかし、投影光学系で生じる複屈折や非偏光成分が無視できない場合、この複屈折の大きさや非偏光成分を定量的に評価し、これを考慮に入れた露光光の偏光方向を選択しなければ、露光光の偏光方向が所望の通りにならないことが生じ得る。また、露光装置の投影光学系等の特性は、経年変化や汚れの付着等により変化し得る。従って、露光装置の投影光学系等のミュラー行列を、露光装置を分解することなく測定することが望まれていた。
特表2000−502461号公報(第19〜22頁、図1〜4等)
In recent years, in an exposure apparatus, for the purpose of increasing the contrast of a pattern to be projected, exposure light having a specific polarization direction is projected. However, if the birefringence and non-polarization components generated in the projection optical system cannot be ignored, the magnitude of this birefringence and the non-polarization components must be quantitatively evaluated, and the polarization direction of the exposure light taking this into account must be selected. The polarization direction of the exposure light may not be as desired. Further, the characteristics of the projection optical system and the like of the exposure apparatus can change due to secular change, dirt adhesion, and the like. Therefore, it has been desired to measure the Mueller matrix such as the projection optical system of the exposure apparatus without decomposing the exposure apparatus.
JP 2000-502461 A (Pages 19-22, FIGS. 1-4)

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、露光装置を分解することなく装置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露光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an exposure apparatus that can measure the Mueller matrix of an optical system included in the apparatus without disassembling the exposure apparatus.

本発明の一態様に係る露光装置は、光束を発する光源と、前記光束をフォトマスクに導く照明光学系と、マスクパターンの像を前記被露光体上に投影するための投影光学系とを備えた露光装置において、前記光束をポワンカレ球上で直交する関係にある複数の偏光光のいずれかに順次変換して出力可能とされた第1の偏光変換装置と、前記投影光学系による前記マスクパターンの像の結像位置の近傍に載置され前記偏光光が前記照明光学系と前記フォトマスクと前記投影光学系とを通過した後の変換偏光光の光強度を検出する光強度検出部と、直線偏光子及び直線移相子を含み前記変換偏光光の光路に挿入される第2の偏光変換装置と、前記直線偏光子の方位角及び前記直線移相子の挿脱又は方位角を切り替えることにより前記光強度検出部で検出される前記光強度の複数のデータを取得して、得られた複数の光強度のデータに基づき前記変換偏光光のストークスパラメータを演算するパラメータ演算部とを備えたことを特徴とする。   An exposure apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source that emits a light beam, an illumination optical system that guides the light beam to a photomask, and a projection optical system that projects an image of a mask pattern onto the object to be exposed. In the exposure apparatus, the mask pattern by the projection optical system, the first polarization conversion apparatus capable of sequentially converting the light beam into any one of a plurality of polarized lights having a perpendicular relationship on the Poincare sphere and outputting them. A light intensity detector that is mounted in the vicinity of the imaging position of the image and detects the light intensity of the converted polarized light after the polarized light has passed through the illumination optical system, the photomask, and the projection optical system; A second polarization conversion device that includes a linear polarizer and a linear phase shifter and is inserted in the optical path of the converted polarized light; and switches between the azimuth angle of the linear polarizer and the insertion / removal of the linear phase shifter or the azimuth angle. By the light intensity detector To obtain a plurality of data of the light intensity detected, characterized in that a parameter calculator for calculating said transformation Stokes parameters of polarized light based on the data of a plurality of light intensity obtained.

このとき、前記直線偏光子は、方位角を45×n°(nは整数)に設定可能とすることができる。また、パラメータ演算部は、前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を0°、90°、45°及び−45°に設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、前記直線移相子を前記直線偏光子の方位角と異なる所定の方位角で挿入すると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°の間、又は45°及び−45°の間で切り替えて、この切り替えの前後において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータを演算するように構成することができる。あるいは、前記パラメータ演算部は、前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°に設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算し、前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を45°及び−45°に設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算し、前記直線移相子を前記直線偏光子の方位角と異なる所定の方位角で挿入すると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°の間、又は45°及び−45°の間で切り替えて、この切り替えの前後において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基づいて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算するように構成することもできる。 At this time, the linear polarizer can be set to have an azimuth angle of 45 × n ° (n is an integer). In addition, the parameter calculation unit separates the linear phase shifter or makes the linear polarizer and the azimuth coincide with each other and sets the azimuth of the linear polarizer to 0 °, 90 °, 45 °, and −45 °. Then, data on the light intensity detected by the light intensity detector at each azimuth angle is acquired, and the linear phase shifter is inserted at a predetermined azimuth angle different from the azimuth angle of the linear polarizer and the linearly polarized light The azimuth angle of the child is switched between 0 ° and 90 °, or between 45 ° and −45 °, and the light intensity data detected by the light intensity detector before and after this switching is acquired, and these The Stokes parameter of the converted polarized light can be calculated based on the light intensity data. Alternatively, the parameter calculation unit may remove the linear phase shifter or make the linear polarizer and the azimuth angle coincide with each other and set the azimuth angle of the linear polarizer to 0 ° and 90 °. The light intensity data detected by the light intensity detector in FIG. 3 is obtained, and the Stokes parameters (s 0 ′, s 1 ′, s 2 ′, s 3) of the converted polarized light are obtained based on the light intensity data. ) S 0 ′ and s 1 ′ of “)” are calculated, and the linear phase shifter is separated or the azimuth angle of the linear polarizer is matched and the azimuth angle of the linear polarizer is set to 45 ° and −45 °. The light intensity data detected by the light intensity detector at each azimuth angle is set and the Stokes parameters (s 0 ′, s 1 ′) of the converted polarized light are obtained based on the light intensity data. , S 2 ′, s 3 ′) s 0 'And s 2 ' are calculated, the linear phase shifter is inserted at a predetermined azimuth angle different from the azimuth angle of the linear polarizer, and the azimuth angle of the linear polarizer is between 0 ° and 90 °, or 45 The light intensity data detected by the light intensity detection unit is acquired before and after the switching, and the Stokes parameter of the converted polarized light is obtained based on the light intensity data. It may be configured to calculate s 0 ′ and s 3 ′ of (s 0 ′, s 1 ′, s 2 ′, s 3 ′).

本発明に係る露光装置によれば、露光装置内部に組み込まれた光学系のミュラー行列を、装置を分解等することなく測定することができ、これにより、投影光の偏光方向を、測定されたミュラー行列に合わせて選択することが可能となり、露光装置の性能の向上に寄与することができる。   According to the exposure apparatus of the present invention, the Mueller matrix of the optical system incorporated in the exposure apparatus can be measured without disassembling the apparatus, whereby the polarization direction of the projection light was measured. It is possible to select according to the Mueller matrix, which can contribute to the improvement of the performance of the exposure apparatus.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態] 図1は、本発明の第1の実施の形態が適用される露光装置100の構成を示す。図1に示すように、この露光装置100は、光源装置1、第1偏光変換装置2、照明光学系3、フォトマスク5、投影光学系6、第2偏光変換装置7、光検出器8、演算制御部11、ドライバ12、ドライバ13及びA/D変換器14とを備えている。図1において、10はウェーハなどの被露光体が載置される結像面である。光源装置1は、所定の波長を有し所定の方向に偏光された露光光を出射する、例えばレーザ光源装置であり、ここでは、水平方向すなわち0°方向の直線偏光の露光光を出射するものとする。照明光学系3、フォトマスク5及び投影光学系6は、公知のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。   First Embodiment FIG. 1 shows a configuration of an exposure apparatus 100 to which a first embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the exposure apparatus 100 includes a light source device 1, a first polarization conversion device 2, an illumination optical system 3, a photomask 5, a projection optical system 6, a second polarization conversion device 7, a photodetector 8, An arithmetic control unit 11, a driver 12, a driver 13, and an A / D converter 14 are provided. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an image plane on which an object to be exposed such as a wafer is placed. The light source device 1 is, for example, a laser light source device that emits exposure light having a predetermined wavelength and polarized in a predetermined direction. Here, the light source device 1 emits exposure light that is linearly polarized in the horizontal direction, that is, 0 °. And Since the illumination optical system 3, the photomask 5, and the projection optical system 6 are the same as known ones, detailed description thereof is omitted.

第1偏光変換装置2及び第2偏光変換装置7は、投影光学系6等のミュラー行列を測定するため、通過する光束の偏光状態に変化を与える機能を有するものである。従って、第1偏光変換装置2及び第2偏光変換装置7は、投影光学系6等のミュラー行列の測定時にのみ露光装置100の光学系中に挿入され、通常時(例えば露光動作時)には光路外へ離脱される。光路外に離脱させる代わりに、通過する光束の偏光状態の変化がゼロになるように設定することも可能である。   The first polarization conversion device 2 and the second polarization conversion device 7 have a function of changing the polarization state of the light beam passing therethrough in order to measure the Mueller matrix of the projection optical system 6 and the like. Accordingly, the first polarization conversion device 2 and the second polarization conversion device 7 are inserted into the optical system of the exposure apparatus 100 only at the time of measuring the Mueller matrix such as the projection optical system 6, and at normal times (for example, during the exposure operation). Leave the light path. Instead of separating the light beam from the optical path, it is possible to set the change in the polarization state of the light beam passing through to be zero.

第1偏光変換装置2は、光源装置1からの出射された露光光の偏光方向を変換するためのものであり、図2に示すように、1/2波長板21と、1/4波長板22とを備えている。1/2波長板21は、照明光学系3の光軸O周りに回転可能に保持され、これにより、その方位角が22.5度刻みで変更することができるようになっている。なお、1/2波長板21の代わりに、偏光解消板と方位角を変更可能な直線偏光子の組合せを利用してもよい。1/4波長板22も同様に、照明光学系3の光軸O周りに回転可能に保持され、これにより、その方位角が45度刻みで変更することができるようになっている。具体的には、1/2波長板21の方位角と1/4波長板22の方位角とを次に示す〔表1〕の左側のように設定すると、この第1偏光変換装置2を通過した偏光光(S(i))(i=1〜6)の偏光方向を〔表1〕の右側のように変換することができる。 1/4波長板22は、円偏光を第1偏光変換装置2から出射させる場合に、直線偏光子21を通過した光束の偏光方向に対し方位角が45°となるようにして挿入され、それ以外の場合には、直線偏光子21を通過した光束の偏光方向と方位角が一致するようにして挿入される。なお、1/2波長板21及び1/4波長板22の回転の制御は、演算制御部11からの制御信号に基づき、ドライバ12が行う。また、1/2波長板21と、1/4波長板22とは、光源装置1への戻り光の発生を防止するため、僅かに光軸に対し傾けたハの字型に配置される。 The first polarization conversion device 2 is for converting the polarization direction of the exposure light emitted from the light source device 1, and as shown in FIG. 2, a half-wave plate 21 and a quarter-wave plate 22. The half-wave plate 21 is held so as to be rotatable around the optical axis O of the illumination optical system 3, whereby the azimuth angle can be changed in increments of 22.5 degrees. Instead of the half-wave plate 21, a combination of a depolarizing plate and a linear polarizer capable of changing the azimuth angle may be used. Similarly, the quarter-wave plate 22 is held rotatably around the optical axis O of the illumination optical system 3, so that the azimuth angle can be changed in increments of 45 degrees. Specifically, when the azimuth angle of the half-wave plate 21 and the azimuth angle of the quarter-wave plate 22 are set as shown on the left side of the following [Table 1], it passes through the first polarization conversion device 2. The polarization direction of the polarized light (S (i) ) (i = 1 to 6) can be converted as shown on the right side of [Table 1]. The quarter-wave plate 22 is inserted so that the azimuth is 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam that has passed through the linear polarizer 21 when circularly polarized light is emitted from the first polarization conversion device 2. In other cases, it is inserted such that the polarization direction and the azimuth angle of the light beam that has passed through the linear polarizer 21 coincide. Note that the rotation of the half-wave plate 21 and the quarter-wave plate 22 is controlled by the driver 12 based on a control signal from the arithmetic control unit 11. Further, the half-wave plate 21 and the quarter-wave plate 22 are arranged in a square shape slightly inclined with respect to the optical axis in order to prevent generation of return light to the light source device 1.

すなわち、この実施の形態で第1偏光偏光装置2から射出される偏光光(S(1))、(S(2))、(S(3))、(S(4))、(S(5))、(S(6))は、図3に示すように、ポワンカレ球PB上で、ポワンカレ球PBと座標軸X、Y、Zとの6つの交点により表現される。これらの偏光光(S(1))、(S(2))、(S(3)、(S(4))、(S(5))、(S(6))は、ストークスベクトルにより、次の[数5]のように表現される。 That is, in this embodiment, the polarized light (S (1) ), (S (2) ), (S (3) ), (S (4) ), (S ( 5) ) and (S (6) ) are represented by six intersections of the pointe sphere PB and the coordinate axes X, Y, and Z on the pointe sphere PB as shown in FIG. These polarized lights (S (1) ), (S (2) ), (S (3 ), (S (4) ), (S (5) ), (S (6) ) are expressed by Stokes vectors, It is expressed as the following [Equation 5].

ただし、偏光光(S(1))、(S(2))、(S(3))、(S(4))、(S(5))、(S(6))は、必ずしも図3に示すような組合せである必要はなく、ポワンカレ球PB上で互いに直交する関係にある光、及びそれらと原点対称である光の組合せであればよい。例えば、楕円偏光の光を利用しても構わない。 However, polarized light (S (1) ), (S (2) ), (S (3) ), (S (4) ), (S (5) ), (S (6) ) are not necessarily shown in FIG. There is no need to be a combination as shown in FIG. 2, and any combination of light that is orthogonal to each other on the Poincare sphere PB and light that is symmetrical with the origin may be used. For example, elliptically polarized light may be used.

また、第2偏光変換装置7は、図4に示すように、1/4波長板71と、直線偏光子72とを備えている。1/4波長板71は、その方位角が−45°に固定されると共に、図5に示すように、光路内に挿脱自在に保持されている。また、直線偏光子72は、光軸Oを中心として回転自在に保持され、その方位角が45°刻みで変更できるようにされている。また、第2偏光変換装置7は、それ自体露光装置100の光路から挿脱可能とされ、測定対象とする光学系等の位置に応じてその挿入位置を変更可能にされている。なお、1/4波長板71の挿脱の制御及び直線偏光子72の回転の制御は、演算制御部11からの制御信号に基づき、ドライバ13が行う。   The second polarization conversion device 7 includes a quarter wavelength plate 71 and a linear polarizer 72 as shown in FIG. The quarter wavelength plate 71 has an azimuth angle fixed at −45 ° and is detachably held in the optical path as shown in FIG. Further, the linear polarizer 72 is rotatably held around the optical axis O, and the azimuth angle can be changed in increments of 45 °. Further, the second polarization conversion device 7 itself can be inserted into and removed from the optical path of the exposure apparatus 100, and the insertion position can be changed according to the position of the optical system or the like to be measured. The driver 13 performs the insertion / removal control of the quarter-wave plate 71 and the rotation control of the linear polarizer 72 based on a control signal from the arithmetic control unit 11.

ここで、この第2の偏光変換装置7が無いとした場合に、上記の偏光光(S(1))、(S(2))、(S(3))、(S(4))、(S(5))及び(S(6))が投影光学系6を通過して変換を受けた後の偏光光(変換偏光光)を、それぞれ(S(1)’)、(S(2)’)、(S(3)’)、(S(4)’)、(S(5)’)及び(S(6)’)とする。 Here, when it is assumed that the second polarization conversion device 7 is not provided, the above polarized light (S (1) ), (S (2) ), (S (3) ), (S (4) ), Polarized light (converted polarized light) after (S (5) ) and (S (6) ) are converted by passing through the projection optical system 6 is converted into (S (1) ′) and (S (2 ), respectively. ) '), (S (3) '), (S (4) '), (S (5) ') and (S (6) ').

本実施の形態では、1/4波長板71の挿入及び離脱、及び直線偏光子72の方位角の変更を後述のように行なうことにより、変換偏光光(S(1)’)、(S(2)’)、(S(3)’)、(S(4)’)、(S(5)’)及び(S(6)’)の光検出器8上での受光状態を変化させる。光検出器8は、図1に示すように、投影光学系6によるマスクパターン5の像の形成位置である結像面10の近傍に配置されている。この受光状態の変化に基づき、後述するように変換偏光光(S(1)’)、(S(2)’)、(S(3)’)、(S(4)’)、(S(5)’)及び(S(6)’)の偏光状態をストークスベクトルとして検出する。光検出器8の検出信号は、A/D変換器14により演算制御部11に入力される。演算制御部11は、この検出信号と、その際の第1偏光変換装置2及び第2偏光変換装置7の制御状態とに基づき、変換偏光光(S’)のストークスパラメータを演算すると共に、投影光学系6等のミュラー行列を決定する。 In the present embodiment, conversion polarized light (S (1) ′), (S ( 1) is performed by inserting and removing the quarter wavelength plate 71 and changing the azimuth angle of the linear polarizer 72 as described later. 2) The light receiving state on the photodetector 8 of '), (S (3) '), (S (4) '), (S (5) ') and (S (6) ') is changed. As shown in FIG. 1, the photodetector 8 is disposed in the vicinity of the imaging plane 10 that is the position where the image of the mask pattern 5 is formed by the projection optical system 6. Based on the change in the light receiving state, the converted polarized light (S (1) ′), (S (2) ′), (S (3) ′), (S (4) ′), (S ( 5) The polarization states of ') and (S (6) ') are detected as Stokes vectors. The detection signal of the photodetector 8 is input to the arithmetic control unit 11 by the A / D converter 14. The calculation control unit 11 calculates the Stokes parameter of the converted polarized light (S ′) based on this detection signal and the control states of the first polarization conversion device 2 and the second polarization conversion device 7 at that time, and also projects the projection. The Mueller matrix of the optical system 6 etc. is determined.

偏光光(S)と、変換偏光光(S’)との関係は、投影光学系6の光学特性を示すミュラー行列(M)により、次のように表現され得る。   The relationship between the polarized light (S) and the converted polarized light (S ′) can be expressed by the Mueller matrix (M) indicating the optical characteristics of the projection optical system 6 as follows.

従って、偏光光(S(1)’)、(S(2)’)、(S(3)’)、(S(4)’)、(S(5)’)及び(S(6)’)がストークスベクトルとして検出されると、ミュラー行列(M)の各列の各列の要素は、次の[数7]〜[数10]のようにして演算することができる。 Therefore, polarized light (S (1) '), (S (2) '), (S (3) '), (S (4) '), (S (5) ') and (S (6) ' ) Is detected as a Stokes vector, the elements of each column of the Mueller matrix (M) can be calculated as the following [Equation 7] to [Equation 10].

次に、本実施の形態において、投影光学系6のミュラー行列(M)を測定する手順を説明する。   Next, in the present embodiment, a procedure for measuring the Mueller matrix (M) of the projection optical system 6 will be described.

まず、第1偏光変換装置2の1/2波長板21及び1/4波長板22の方位角を調整して、偏光光(S(i))(i=1〜6)を射出させ、ミュラー行列(M)が未知である投影光学系6を通過させて変換偏光光(S(i)’)に変換させた後、光検出器8で受光する。第2偏光変換装置7は、図1に示す通り、測定対象である投影光学系6の直後に配置する。 First, the azimuth angles of the half-wave plate 21 and the quarter-wave plate 22 of the first polarization conversion device 2 are adjusted to emit polarized light (S (i) ) (i = 1 to 6), and Mueller After passing through the projection optical system 6 in which the matrix (M) is unknown and converted into converted polarized light (S (i) '), the light is received by the photodetector 8. As shown in FIG. 1, the second polarization conversion device 7 is disposed immediately after the projection optical system 6 that is a measurement target.

この状態において、まず、第2偏光変換装置7の1/4波長板71は光路から離脱させ、直線偏光子72の方位角を0°と90°に設定し、それぞれの方位角において光検出器8の出力信号を得る。方位角0°の直線偏光子のミュラー行列(P)及び方位角90°の直線偏光子のミュラー行列(P90)は、それぞれ上述の[数4]、次の[数11]のように表現される。 In this state, first, the quarter-wave plate 71 of the second polarization conversion device 7 is detached from the optical path, the azimuth angles of the linear polarizer 72 are set to 0 ° and 90 °, and the photodetectors at the respective azimuth angles. 8 output signals are obtained. The Mueller matrix (P 0 ) of a linear polarizer with an azimuth angle of 0 ° and the Mueller matrix (P 90 ) of a linear polarizer with an azimuth angle of 90 ° are expressed by the above [Equation 4] and the following [Equation 11], respectively. Expressed.

従って、直線偏光子72の方位角を0°と90°に設定した場合の光検出器8上での偏光光(PS’)及び(P90S’)のストークスパラメータは、次の[数12]、[数13]のように表わされる。 Therefore, the Stokes parameters of the polarized light (P 0 S ′) and (P 90 S ′) on the photodetector 8 when the azimuth angle of the linear polarizer 72 is set to 0 ° and 90 ° are as follows: [Expression 12] and [Expression 13].


このとき光検出器8で測定される光強度は、それぞれ、次に示す[数14]及び[数15]のようになる。   At this time, the light intensities measured by the photodetector 8 are as shown in the following [Equation 14] and [Equation 15], respectively.

従って、s’、s’は、次のように決定できる。 Therefore, s 0 ′ and s 1 ′ can be determined as follows.

同様に、s’、s’は、第2偏光変換装置7の1/4波長板71は光路から離脱させ、直線偏光子71の方位角を45°と−45°(又は135°)に設定し、それぞれの方位角において光検出器8の出力信号を得ることにより演算できる。なお、方位角45°の直線偏光子のミュラー行列(P45)及び方位角−45°の直線偏光子のミュラー行列(P−45)は、それぞれ次の[数18]、次の[数19]のように表現される。 Similarly, for s 2 ′ and s 0 ′, the quarter wavelength plate 71 of the second polarization conversion device 7 is separated from the optical path, and the azimuth angle of the linear polarizer 71 is 45 ° and −45 ° (or 135 °). And can be calculated by obtaining the output signal of the photodetector 8 at each azimuth angle. Note that the Mueller matrix (P 45 ) of a linear polarizer with an azimuth angle of 45 ° and the Mueller matrix (P −45 ) of a linear polarizer with an azimuth angle of −45 ° are the following [Equation 18] and the following [Equation 19], respectively. ] Is expressed as follows.


従って、s’、s’を求めるのと同様の手法により、s’、s’を次の式により求めることができる。 Accordingly, s 2 ′ and s 0 ′ can be obtained by the following equations by the same method as that for obtaining s 1 ′ and s 0 ′.

次に、s’を測定するため、第2偏光変換装置7において、方位角−45°の1/4波長板71を挿入すると共に、直線偏光子71の方位角を0°と90°の間で切り替え、それぞれの方位角において光検出器8で受光される光の光強度を測定する。 Next, in order to measure s 3 ′, in the second polarization conversion device 7, a quarter wavelength plate 71 having an azimuth angle of −45 ° is inserted, and the azimuth angles of the linear polarizer 71 are set to 0 ° and 90 °. The light intensity of the light received by the photodetector 8 at each azimuth angle is measured.

ここで、方位角θの1/4波長板のミュラー行列(Qθ)は、 Here, the Mueller matrix (Q θ ) of the quarter wavelength plate of the azimuth angle θ is

と表わされる。従って、露光光(S’)が、方位角−45°の1/4波長板71と、方位角が0°又は90°の直線偏光子72とを通過して生成される露光光(P−45S’)及び(P90−45S’)のストークスパラメータは、次の[数23]、[数24]のように表わされる。 It is expressed as Therefore, the exposure light (P 0) generated when the exposure light (S ′) passes through the ¼ wavelength plate 71 having an azimuth angle of −45 ° and the linear polarizer 72 having an azimuth angle of 0 ° or 90 °. The Stokes parameters of (Q −45 S ′) and (P 90 Q −45 S ′) are expressed as the following [Equation 23] and [Equation 24].

’とs’とは、以下のようにして決定される。 s 3 ′ and s 0 ′ are determined as follows.

このようにして、変換偏光光(S’)のストークスパラメータの要素s’〜s’が求まると、上記[数7]〜[数10]により、投影光学系6のミュラー行列(M)の各列の要素が求められる。 Thus, when the Stokes parameter elements s 0 ′ to s 3 ′ of the converted polarized light (S ′) are obtained, the Mueller matrix (M) of the projection optical system 6 is obtained by the above [Equation 7] to [Equation 10]. The elements of each column are obtained.

なお、この第1の実施の形態では、第1偏光変換装置2において1/2波長板21と1/4波長板22を使用し、1/2波長板21は照明光学系3の光軸O周りにその方位角を22.5度刻みで変更することで、光源装置1からの出射光を所望の偏光状態に変換したが、これに変えて、第1偏光変換装置2は方位角が45度刻みで変更可能な旋光子と1/4波長板で構成されていても良い。   In the first embodiment, the first polarization converter 2 uses the half-wave plate 21 and the quarter-wave plate 22, and the half-wave plate 21 is the optical axis O of the illumination optical system 3. The emitted light from the light source device 1 is converted into a desired polarization state by changing the azimuth angle around the 22.5 degree around. Instead, the first polarization conversion device 2 has an azimuth angle of 45. You may be comprised with the optical rotator and the quarter wavelength plate which can be changed in steps.

また、この第1の実施の形態では、第2偏光変換装置7において1/4波長板71を使用しているが、これは一例であり、一般的には2つの直交する電気ベクトルに位相差Δを与える直線移相子が使用し得る。   In the first embodiment, the quarter-wave plate 71 is used in the second polarization conversion device 7, but this is only an example, and in general, a phase difference between two orthogonal electric vectors is obtained. Linear phase shifters that give Δ can be used.

また、この第1の実施の形態では、s’を測定するため、第2偏光変換装置7において、方位角−45°の1/4波長板71を挿入すると共に、直線偏光子71の方位角を0°と90°の間で切り替えていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、方位角90°の1/4波長板71を挿入すると共に、直線偏光子71の方位角を45°と−45°の間で切り替えるようにしてもよい。 In the first embodiment, in order to measure s 3 ′, a quarter wavelength plate 71 having an azimuth angle of −45 ° is inserted in the second polarization conversion device 7 and the azimuth of the linear polarizer 71 is also measured. Although the angle is switched between 0 ° and 90 °, the present invention is not limited to this. For example, a quarter wavelength plate 71 having an azimuth angle of 90 ° may be inserted, and the azimuth angle of the linear polarizer 71 may be switched between 45 ° and −45 °.

また、第1の実施の形態では、1/4波長板71が不要な場合は光路から離脱させていたが、離脱させる代わりに直線偏光子72と方位角を一致させるだけとしてもよい。   In the first embodiment, the quarter wavelength plate 71 is separated from the optical path when it is not necessary. However, the linear polarizer 72 and the azimuth angle may be made to coincide with each other instead of being separated.

また、直線偏光子72の方位角を切り替えると共に1/4波長板71の挿脱又は方位角を切り替える代わりに、直線偏光子72の方位角は例えば0°に固定し、1/4波長板71の方位角を変更しつつ、光強度を測定するようにしてもよい。   Further, instead of switching the azimuth angle of the linear polarizer 72 and inserting / removing the quarter wavelength plate 71 or switching the azimuth angle, the azimuth angle of the linear polarizer 72 is fixed at 0 °, for example, and the quarter wavelength plate 71 The light intensity may be measured while changing the azimuth angle.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

第1の実施の形態では、光軸Oに沿った投影光学系6のミュラー行列を測定する。これに対し第2の実施の形態では、周期や方向を変えた回折格子パターンを備えたフォトマスク5を用いて投影光学系6の瞳内の様々な方向に光を飛ばし、これにより、投影光学系5の瞳内でのミュラー行列の分布を測定する。   In the first embodiment, the Mueller matrix of the projection optical system 6 along the optical axis O is measured. On the other hand, in the second embodiment, light is blown in various directions in the pupil of the projection optical system 6 using a photomask 5 having a diffraction grating pattern whose period and direction are changed. The distribution of the Mueller matrix in the pupil of the system 5 is measured.

このため、1/4波長板71に対しても変換偏光光(S’)が斜めに入射する。一般に1/4波長板では、入射光の入射角に応じてリタ−デーションが変化する。このため、1/4波長板71に斜めに変換偏光光(S’)が入射する場合、1/4波長板71は一般的な直線偏光子として取り扱われる必要がある。このため、本実施の形態では、変換偏光光(S’)のストークスパラメータの要素のうちs’を測定する場合、1/4波長板71を方位角−45°、45°の2条件で測定し、それぞれの方位角において、更に直線偏光子71の方位角を0°と90°とで切り替える。これにより、1/4波長板71のリタ−デーションが光の入射角により変化したとしても、s’を高精度に測定することができる。 For this reason, the converted polarized light (S ′) is also incident on the quarter-wave plate 71 obliquely. In general, in a quarter wave plate, the retardation changes according to the incident angle of incident light. For this reason, when the converted polarized light (S ′) is obliquely incident on the quarter-wave plate 71, the quarter-wave plate 71 needs to be handled as a general linear polarizer. For this reason, in the present embodiment, when measuring s 3 ′ among the Stokes parameter elements of the converted polarized light (S ′), the quarter wavelength plate 71 is subjected to two conditions of azimuth angles of −45 ° and 45 °. Measurement is performed, and at each azimuth angle, the azimuth angle of the linear polarizer 71 is further switched between 0 ° and 90 °. Thus, 1/4 wavelength plate 71 Rita - even Deshon is changed by the incident angle of the light, can be measured s 3 'with high precision.

変換偏光光(S’)のストークスパラメータの要素s’、s’、s’の測定については、第1の実施の形態と同様に、直線偏光子72の方位角を適宜変更することにより、測定することが可能である。 For the measurement of the Stokes parameter elements s 0 ′, s 0 ′, and s 2 ′ of the converted polarized light (S ′), the azimuth angle of the linear polarizer 72 is appropriately changed as in the first embodiment. Can be measured.

本実施の形態におけるs’の測定手順を具体的に説明する。 The measurement procedure of s 3 ′ in the present embodiment will be specifically described.

まず、1/4波長板71の方位角を45°に設定して光路に挿入し、この状態において直線偏光子72の方位角を0°に設定する。このとき、方位角が45°に設定された1/4波長板72に斜め方向から変換偏光光(S’)が入射する場合における1/4波長板72のミュラー行列を(RΔ45)(リタ−ダンスΔ)とすると、第2偏光変換装置7を通過する光(PΔ45S’)は、 First, the azimuth angle of the quarter wave plate 71 is set to 45 ° and inserted into the optical path, and in this state, the azimuth angle of the linear polarizer 72 is set to 0 °. At this time, the Mueller matrix of the quarter-wave plate 72 when the converted polarized light (S ′) is incident on the quarter-wave plate 72 whose azimuth angle is set to 45 ° from an oblique direction is represented by (R Δ45 ) (Rita −dance Δ), the light (P 0 R Δ45 S ′) passing through the second polarization conversion device 7 is

と表現され、光検出器8で検出される光強度I(PΔ45S’)は、次の[数28]のように表現することができる。 The light intensity I (P 0 R Δ45 S ′) detected by the photodetector 8 can be expressed as the following [ Equation 28].

同様に、1/4波長板71の方位角を45°、直線偏光子72の方位角を90°に設定した場合、第2偏光変換装置7を通過して光検出器8で検出される光I(P90Δ45S’)は、次の[数29]のように表現することができる。 Similarly, when the azimuth angle of the quarter-wave plate 71 is set to 45 ° and the azimuth angle of the linear polarizer 72 is set to 90 °, light that passes through the second polarization conversion device 7 and is detected by the photodetector 8. I (P 90 R Δ45 S ′) can be expressed as the following [ Equation 29].

また、1/4波長板71を方位角−45°に設定し、更に直線偏光子71の方位角を0°と90°とで切り替えて、次に示す[数30]、[数31]で表現される光強度を有する光を、光検出器8で検出する。ただし、(RΔ-45)は、方位角が−45°に設定された1/4波長板72に斜め方向から変換偏光光(S’)が入射する場合の、1/4波長板71のミュラー行列である。 Further, the ¼ wavelength plate 71 is set to an azimuth angle of −45 °, and the azimuth angle of the linear polarizer 71 is switched between 0 ° and 90 °, and the following [Equation 30] and [Equation 31]. Light having the expressed light intensity is detected by the photodetector 8. However, (R Δ−45 ) is the wavelength of the quarter-wave plate 71 when the converted polarized light (S ′) is incident on the quarter-wave plate 72 whose azimuth is set to −45 ° from an oblique direction. Mueller matrix.

従って、例えば、[数30]から[数29]を減算して得られる[数32]と、事前に第1の実施の形態と同様の方法で測定したs´とから1/4波長板71の実際のリタ−ダンスΔが求められる。 Therefore, for example, from [Equation 30] obtained by subtracting [Equation 29] and s 1 ′ measured in advance by the same method as in the first embodiment, a quarter-wave plate 71 actual retardances Δ are determined.

さらに、[数29]から[数31]を減算して得られる[数33]と、この求められたリタ−ダンスΔとに基づき、s´を決定することができる。このようにして、1/4波長板のリタ−ダンスの入射角依存性を考慮することで、図6に示すような測定結果が期待できる。図6において、円は投影光学系6の開口数NAを示している。 Furthermore, s 3 ′ can be determined based on [Equation 33] obtained by subtracting [Equation 31] from [Equation 29] and the obtained retardance Δ. Thus, the measurement result as shown in FIG. 6 can be expected by considering the incident angle dependence of the retardation of the quarter wavelength plate. In FIG. 6, the circle indicates the numerical aperture NA of the projection optical system 6.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態を、図7に基づいて説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第1及び第2の実施の形態では、フォトマスク5には偏光特性が無いことを前提に投影光学系6のミュラー行列を測定していた。しかし、フォトマスクは、研磨加工などの工程により複屈折を持つに至ることがあり、或いはフォトマスクを露光装置に固定する際に応力複屈折を生じたりすることがある。そこで、本実施の形態では、このような偏光特性を有するフォトマスク5を直線移相子とみなし、そのミュラー行列(RΔθ)を投影光学系6とは別途演算する。 In the first and second embodiments, the Mueller matrix of the projection optical system 6 is measured on the assumption that the photomask 5 has no polarization characteristic. However, the photomask may have birefringence due to a process such as polishing, or stress birefringence may occur when the photomask is fixed to the exposure apparatus. Therefore, in the present embodiment, the photomask 5 having such polarization characteristics is regarded as a linear phase shifter, and its Mueller matrix (R Δθ ) is calculated separately from the projection optical system 6.

フォトマスク5のミュラー行列(RΔθ)を演算するため、本実施の形態では、図7に示すように、直線偏光子15をフォトマスク5の下流側、具体的にはフォトマスク5と投影光学系6の間に配置する。この直線偏光子15は、2つの方位角で挿入可能にされており、ここでは、方位角が0°と45°の2通りに設定され得るものとする。0°、45°それぞれの方位角において、第1偏光変換装置2から、2通りの偏光光(ここでは、右回り円偏光(S(3))、左回り円偏光(S(6))とする)を出射させ、この4つの組合せから、光検出器8において4通りの光強度を検出し、この検出結果に基づき、ミュラー行列(RΔθ)を演算する。なお、第2偏光変換装置7は、光路外に離脱されているのが好ましいが、光路内に挿入したままとしてもよい。 In order to calculate the Mueller matrix (R Δθ ) of the photomask 5, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the linear polarizer 15 is placed downstream of the photomask 5, specifically, the photomask 5 and the projection optics. Place between systems 6. The linear polarizer 15 can be inserted at two azimuth angles. Here, the azimuth angle can be set to two types of 0 ° and 45 °. At each azimuth angle of 0 ° and 45 °, the first polarization converter 2 gives two kinds of polarized light (here, clockwise circularly polarized light (S (3) ), counterclockwise circularly polarized light (S (6) )) From the four combinations, the light detector 8 detects four light intensities, and calculates the Mueller matrix (R Δθ ) based on the detection result. The second polarization conversion device 7 is preferably detached from the optical path, but may be inserted in the optical path.

フォトマスク5のミュラー行列(RΔθ)を演算する具体的な手順を次に述べる。 A specific procedure for calculating the Mueller matrix (R Δθ ) of the photomask 5 will be described next.

まず、第1偏光変換装置2から右回り円偏光(S(3))を出射し、また、直線偏光子15の方位角を0°に設定する。投影光学系6のミュラー行列を(M)(ここでは、偏光特性を有するフォトマスク5を含まない、投影光学系6のみのミュラー行列を意味している)とすると、光検出部8に達する偏光変換光(MPΔθ(3))は、次の[数34]により表現され、光検出部8で検出される光強度ICWは、下記の[数35]で表現される。 First, the clockwise circularly polarized light (S (3) ) is emitted from the first polarization conversion device 2, and the azimuth angle of the linear polarizer 15 is set to 0 °. If the Mueller matrix of the projection optical system 6 is (M) (in this case, it means a Mueller matrix of only the projection optical system 6 that does not include the photomask 5 having polarization characteristics), the polarization that reaches the light detection unit 8 The converted light (MP 0 R Δθ S (3) ) is expressed by the following [Equation 34], and the light intensities I 0 and CW detected by the light detection unit 8 are expressed by the following [Equation 35]. .

同様に、第1偏光変換装置2から左回り円偏光(S(6))を出射し且つ直線偏光子15の方位角を0°に設定した場合に光検出部8で検出される光強度I0、CCWは、下記の[数36]で表現される。 Similarly, the light intensity I detected by the light detection unit 8 when the left-handed circularly polarized light (S (6) ) is emitted from the first polarization conversion device 2 and the azimuth angle of the linear polarizer 15 is set to 0 °. 0 and CCW are expressed by the following [ Equation 36].


同様に、第1偏光変換装置2から右回り円偏光(S(3))を出射し且つ直線偏光子15の方位角を45°に設定した場合に光検出部8で検出される光強度I45、CWは、下記の[数37]で表現される。 Similarly, the light intensity I detected by the light detection unit 8 when the clockwise polarized light (S (3) ) is emitted from the first polarization conversion device 2 and the azimuth angle of the linear polarizer 15 is set to 45 °. 45, CW is expressed by the following [Equation 37].

同様に、第1偏光変換装置2から左回り円偏光(S(6))を出射し且つ直線偏光子15の方位角を45°に設定した場合に光検出部8で検出される光強度I45、CCWは、下記の[数38]で表現される。 Similarly, the light intensity I detected by the light detection unit 8 when the left-handed circularly polarized light (S (6) ) is emitted from the first polarization conversion device 2 and the azimuth angle of the linear polarizer 15 is set to 45 °. 45, CCW is expressed by the following [ Equation 38].

この[数35]〜[数38]から、フォトマスク5を直線移相子とみなした場合の方位角θとリタ-ダンスΔが、投影光学系6のみのミュラー行列(M)とは独立に、次に示す[数39]、[数40]のように決定される。   From [Equation 35] to [Equation 38], the azimuth angle θ and retardance Δ when the photomask 5 is regarded as a linear phase shifter are independent of the Mueller matrix (M) of the projection optical system 6 alone. The following [Equation 39] and [Equation 40] are determined.

[数40]に示すリタ-ダンスΔの符号(+、−)は、計算だけからは決定できない。しかし、フォトマスク5をクランプした際に生じる応力複屈折の符号は十分に予測可能であるため、これらの予測との比較から容易に符号を決定することができる。   The sign (+, −) of the retardance Δ shown in [Equation 40] cannot be determined by calculation alone. However, since the sign of the stress birefringence generated when the photomask 5 is clamped is sufficiently predictable, the sign can be easily determined from comparison with these predictions.

こうして求められた方位角θとリタ-ダンスΔとから、フォトマスク5のミュラー行列(RΔθ)を決定することができる。 From the thus determined azimuth angle θ and retardance Δ, the Mueller matrix (R Δθ ) of the photomask 5 can be determined.

フォトマスク5が偏光特性を有する場合、第1、第2の実施の形態に示す方法により測定されたミュラー行列((M´)とする)は、実際の投影光学系6のみのミュラー行列(M)とは、以下の関係にある。   When the photomask 5 has polarization characteristics, the Mueller matrix (M ′) measured by the method shown in the first and second embodiments is the Mueller matrix (M ′) of only the actual projection optical system 6. ) Has the following relationship.

従って、実際の投影光学系6のみのミュラー行列(M)は、(RΔθ)の逆行列(RΔθ −1)を利用して、次のようにして決定することができる。 Thus, the actual projection optical system 6 only the Mueller matrix (M) can be the inverse matrix using the (R [Delta] [theta] -1), as follows decisions (R [Delta] [theta]).

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態を、図8に基づいて説明する。本実施の形態では、フォトマスク5だけでなく、照明光学系3にも偏光特性がある場合に、投影光学系6のミュラー行列を高精度に測定することを意図している。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, when not only the photomask 5 but also the illumination optical system 3 has polarization characteristics, it is intended to measure the Mueller matrix of the projection optical system 6 with high accuracy.

またこの実施の形態では、照明光学系3とフォトマスク5とを1つの光学素子とみなし、そのミュラー行列を(R)とする。   In this embodiment, the illumination optical system 3 and the photomask 5 are regarded as one optical element, and its Mueller matrix is (R).

照明光学系3が、第3の実施の形態におけるフォトマスク5と同様に直線移相子とみなせる場合、(R)は、   When the illumination optical system 3 can be regarded as a linear phase shifter like the photomask 5 in the third embodiment, (R) is

とおくことができる。任意のRΔθを何回かけてもこの形で表現できるからである。この照明光学系3とフォトマスク5の合計のミュラー行列(R)を決定できれば、第3の実施の形態と同様に投影光学系6のみのミュラー行列(M)を決定することができる。 It can be said. This is because an arbitrary R Δθ can be expressed in this form no matter how many times. If the total Mueller matrix (R) of the illumination optical system 3 and the photomask 5 can be determined, the Mueller matrix (M) of only the projection optical system 6 can be determined as in the third embodiment.

図8に示すように、フォトマスク5と投影光学系6との間には、直線偏光子15´と1/4波長板16との組合せからなる第3偏光変換装置9が配置される。この第3偏光変換装置9は、第2の偏光変換装置7と同様の構成を有しているので、第2偏光変換装置7を結像面10からフォトマスク5と投影光学系6との間に移動させて、第3偏光変換装置として使用するようにしてもよい。勿論、第2偏光変換装置7はそのままとし、新たに第3偏光変換装置を設けることも可能である。   As shown in FIG. 8, a third polarization conversion device 9 composed of a combination of a linear polarizer 15 ′ and a quarter wavelength plate 16 is disposed between the photomask 5 and the projection optical system 6. Since the third polarization conversion device 9 has the same configuration as that of the second polarization conversion device 7, the second polarization conversion device 7 is disposed between the image mask 10 and the photomask 5 and the projection optical system 6. And may be used as a third polarization conversion device. Of course, the second polarization conversion device 7 can be left as it is, and a third polarization conversion device can be newly provided.

この第3偏光変換装置9の直線偏光子15´は、方位角が0°と90°との間の2通りに切り替え可能にされ、また、1/4波長板16は、光路から離脱された状態(又は直線偏光子15´と方位角が一致させられた状態)と、方位角−45°で光路に挿入された状態とを切り替え可能にされている。   The linear polarizer 15 ′ of the third polarization conversion device 9 can be switched between two azimuth angles between 0 ° and 90 °, and the quarter-wave plate 16 is detached from the optical path. The state (or the state in which the azimuth angle coincides with that of the linear polarizer 15 ′) and the state inserted in the optical path at an azimuth angle of −45 ° can be switched.

本実施の形態では、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から0°直線偏光(S(1))と90°直線偏光(S(4))を出射させることによりミュラー行列(R)の要素r11を演算する。 In the present embodiment, in the state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter wavelength plate 16 is separated from the optical path, the first polarization conversion device 2 outputs 0 ° linearly polarized light (S ( 1) ) and 90 ° linearly polarized light (S (4) ) are emitted to calculate the element r 11 of the Mueller matrix (R).

まず、0°直線偏光(S(1))を投影した場合、投影光学系6のみのミュラー行列を(M)であるとして、光検出器8に到達する変換偏光光は、 First, when 0 ° linearly polarized light (S (1) ) is projected, the converted polarized light reaching the photodetector 8 is assumed that the Mueller matrix of only the projection optical system 6 is (M).

と表現され、光検出器8で検出される変換偏光光の光強度は、 And the light intensity of the converted polarized light detected by the photodetector 8 is

と表現される。次に、第1偏光変換装置2から出力される偏光光のみを0°直線偏光(S(1))から90°直線偏光(S(4))に変更した場合、光検出器8で検出される変換偏光光の光強度は、 It is expressed. Next, when only the polarized light output from the first polarization conversion device 2 is changed from 0 ° linearly polarized light (S (1) ) to 90 ° linearly polarized light (S (4) ), it is detected by the photodetector 8. The light intensity of the converted polarized light is

と表現される。この[数45]、[数46]とから、r11を次の[数47]のように演算することができる。 It is expressed. The [number 45] can be calculated as from the [number 46], r 11 of the following [Expression 47].

同様に、r12は、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から45°直線偏光(S(2))と−45°直線偏光(S(5))とを順次出射させることにより、次の[数48]のように演算することができる。 Similarly, r 12 is 45 ° linearly polarized light (S) from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter-wave plate 16 is separated from the optical path. By sequentially emitting (2) ) and −45 ° linearly polarized light (S (5) ), the following [Equation 48] can be calculated.

同様に、r13は、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から右回り円偏光(S(3))と左回り円偏光(S(6))とを順次出射させることにより、次の[数49]のように演算することができる。 Similarly, r 13 is a clockwise circularly polarized light (S) from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter wavelength plate 16 is separated from the optical path. By sequentially emitting (3) ) and counterclockwise circularly polarized light (S (6) ), the following [Equation 49] can be calculated.

また、r21は、直線偏光子15´の方位角を45°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から0°直線偏光(S(1))と90°直線偏光(S(4))とを順次出射させることにより、次の[数50]のように演算することができる。 In addition, r 21 sets the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ to 45 ° and removes the 0 ° linearly polarized light (S ( By sequentially emitting 1) ) and 90 ° linearly polarized light (S (4) ), the following [Equation 50] can be calculated.

またr22は、直線偏光子15´の方位角を45°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から45°直線偏光(S(2))と−45°直線偏光(S(5))とを順次出射させることにより、次の[数51]のように演算することができる。 R 22 is 45 ° linearly polarized light (S (2) from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 45 ° and the quarter-wave plate 16 is separated from the optical path. ) ) And −45 ° linearly polarized light (S (5) ) are sequentially emitted, and can be calculated as the following [Equation 51].

同様に、r23は、直線偏光子15´の方位角を45°に設定し且つ1/4波長板16を光路から離脱させた状態において、第1偏光変換装置2から右回り円偏光(S(3))と左回り円偏光(S(6))とを順次出射させることにより、次の[数52]のように演算することができる。 Similarly, r 23 is the clockwise circularly polarized light (S) from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 45 ° and the quarter wave plate 16 is separated from the optical path. By sequentially emitting (3) ) and counterclockwise circularly polarized light (S (6) ), the following [Equation 52] can be calculated.

一方、r31、r32、r33を演算する場合には、1/4波長板16を、方位角−45°で光路に挿入する。 On the other hand, when calculating r 31 , r 32 , and r 33 , the quarter-wave plate 16 is inserted into the optical path at an azimuth angle of −45 °.

まず、r31は、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を方位角−45°で光路に挿入した状態において、第1偏光変換装置2から0°直線偏光(S(1))90°直線偏光(S(6))とを順次出射させることにより演算することができる。 First, r 31 is set to 0 ° from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter wavelength plate 16 is inserted into the optical path at an azimuth angle of −45 °. The calculation can be performed by sequentially emitting linearly polarized light (S (1) ) and 90 ° linearly polarized light (S (6) ).

0°直線偏光(S(1))出射した場合には、光検出器8に到達する変換偏光光は、 When the 0 ° linearly polarized light (S (1) ) is emitted, the converted polarized light reaching the photodetector 8 is

と表現され、光検出器8で検出される変換偏光光の光強度は、 And the light intensity of the converted polarized light detected by the photodetector 8 is

と表現される。第1偏光変換装置2から出力される偏光光を90°直線偏光(S(4))に変更した場合、光検出器8で検出される変換偏光光の光強度は、 It is expressed. When the polarized light output from the first polarization conversion device 2 is changed to 90 ° linearly polarized light (S (4) ), the light intensity of the converted polarized light detected by the photodetector 8 is

となる。この[数54]、[数55]とから、r31を次の[数56]のように演算することができる。 It becomes. The [number 54] can be calculated as from the [number 55], r 31 of the following [Expression 56].

同様に、r32は、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を方位角−45°で光路に挿入させた状態において、第1偏光変換装置2から45°直線偏光(S(2))と−45°直線偏光(S(5))とを順次出射させることにより、次の[数57]のように演算することができる。 Similarly, r 32 is set from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter wavelength plate 16 is inserted into the optical path at an azimuth angle of −45 °. By sequentially emitting 45 ° linearly polarized light (S (2) ) and −45 ° linearly polarized light (S (5) ), it is possible to calculate as in the following [Equation 57].

同様に、r33は、直線偏光子15´の方位角を0°に設定し且つ1/4波長板16を方位角−45°で光路に挿入させた状態において、第1偏光変換装置2から右回り円偏光(S(3))と左回り円偏光(S(6))を順次出射させることにより、次の[数58]のように演算することができる。 Similarly, r 33 is set from the first polarization conversion device 2 in a state where the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and the quarter wavelength plate 16 is inserted into the optical path at an azimuth angle of −45 °. By sequentially emitting clockwise circularly polarized light (S (3) ) and counterclockwise circularly polarized light (S (6) ), calculation can be performed as in the following [Equation 58].

このようにして、照明光学系3とフォトマスク5を1つの光学系とみなした場合のミュラー行列(R)が決定できるため、この(R)の逆行列を用いて補正することで、投影光学系6のみのミュラー行列(M)を、以下の[数59]のようにして決定することができる。   In this way, since the Mueller matrix (R) when the illumination optical system 3 and the photomask 5 are regarded as one optical system can be determined, correction using the inverse matrix of (R) makes it possible to perform projection optics. The Mueller matrix (M) of only the system 6 can be determined by the following [Equation 59].

なお、第3偏光変換装置9については、上記した第2偏光変換装置7に関する様々な変更と同様の変更が適用し得る。例えば、1/4波長板16の代わりに、位相差Δを与える直線移相子が一般的に使用し得る。また、直線偏光子15´の方位角を切り替えると共に1/4波長板16の挿脱又は方位角を切り替える代わりに、直線偏光子15´の方位角は例えば0°に固定し、1/4波長板16の方位角を変更しつつ、光強度を測定するようにしてもよい。   In addition, about the 3rd polarization converter 9, the change similar to the various change regarding the above-mentioned 2nd polarization converter 7 can be applied. For example, instead of the quarter-wave plate 16, a linear phase shifter that provides a phase difference Δ can be generally used. Further, instead of switching the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ and inserting / removing the quarter wavelength plate 16 or switching the azimuth angle, the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is fixed at, for example, 0 °, and ¼ wavelength. The light intensity may be measured while changing the azimuth angle of the plate 16.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。この実施の形態では、
照明光学系3とフォトマスク5とを1つの光学素子と見た場合に、それが任意の偏光素子、すなわちミュラー行列(R)が、
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment,
When the illumination optical system 3 and the photomask 5 are viewed as one optical element, it is an arbitrary polarizing element, that is, a Mueller matrix (R),

で表わされる場合について説明する。例えば、照明光学系3の内部に偏光解消板等の光学素子が組み込まれている場合を想定している。[数60]では、行列(R)の左上の要素r00を1としている。r00は、非偏光を入射させたときの出射光の強度、すなわち、この光学系の透過率に相当し、他の全ての要素はr00の係数倍で表わすことができるためである。 The case represented by is described. For example, it is assumed that an optical element such as a depolarization plate is incorporated in the illumination optical system 3. In [Equation 60], the element r 00 at the upper left of the matrix (R) is set to 1. r 00 is the intensity of the emitted light when illuminating unpolarized light, i.e., corresponds to the transmittance of the optical system, all the other elements in order that can be represented by factor multiplication of r 00.

本実施の形態では、図8に示す露光装置の構成において、直線偏光子15´の方位角を2通り(例えば0°と90°、あるいは45°と−45°等)に切り替え、且つそれぞれの方位角について第1偏光変換装置2からポワンカレ球PB上で原点対称な2種類の偏光光(例えば(S(1))と(S(4))、又は(S(2))と(S(5))、又は(S(3))と(S(6))等)を照明光学系3に入射させることにより、この[数60]に示すミュラー行列(R)の要素を演算する。 In the present embodiment, in the configuration of the exposure apparatus shown in FIG. 8, the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is switched between two (for example, 0 ° and 90 °, or 45 ° and −45 °, etc.) Two types of polarized light (eg, (S (1) ) and (S (4) ) or (S (2) ) and (S ( 5) ), or (S (3) ) and (S (6) ) etc.) are made incident on the illumination optical system 3, thereby calculating the elements of the Mueller matrix (R) shown in [Equation 60].

まず、(R)の要素r11、r12、r13の演算の手法について説明する。直線偏光子15´の方位角を0°又は90°のいずれかとし、且つそれぞれの方位角において、偏光光(S(1))、(S(4))を順次第1偏光変換装置2から出射させる。 First, a method for calculating the elements r 11 , r 12 , and r 13 in (R) will be described. The azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to either 0 ° or 90 °, and polarized light (S (1) ) and (S (4) ) are sequentially transmitted from the first polarization conversion device 2 at each azimuth angle. Let it emit.

まず、直線偏光子15´の方位角0°と、偏光光(S(1))の方位角との組合せにより、次の[数61]が得られる。 First, the following [Equation 61] is obtained by the combination of the azimuth angle 0 ° of the linear polarizer 15 ′ and the azimuth angle of the polarized light (S (1) ).

また、直線偏光子15´の方位角0°と、偏光光(S(4))の方位角との組合せにより、次の[数62]が得られる。 Further, the following [Equation 62] is obtained by a combination of the azimuth angle 0 ° of the linear polarizer 15 ′ and the azimuth angle of the polarized light (S (4) ).

この[数61]と[数62]の和と差の比をとると、   Taking the ratio of the sum and difference of [Equation 61] and [Equation 62],

となる。この比を、   It becomes. This ratio is

とおく。同様に、直線偏光子15´の方位角を90°に設定すると共に、偏光光(S(1))、(S(4))を投影することにより、次の[数65]が得られる。 far. Similarly, the following [Equation 65] is obtained by setting the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ to 90 ° and projecting the polarized light (S (1) ) and (S (4) ).

その他の照明条件についても、同様にして、次に示す[数66]〜[数69]   The other illumination conditions are similarly expressed by the following [Equation 66] to [Equation 69].

従って、r10が決定できれば、以上の[数66]〜[数69]を用いて、次の[数70]〜[数72]のようにしてr11、r12、r13を演算することができる。 Therefore, if r 10 can be determined, r 11 , r 12 , and r 13 are calculated as in the following [Equation 70] to [Equation 72] using the above [Equation 66] to [Equation 69]. Can do.

また、r21、r22、r23を求めるには、直線偏光子15´の方位角を45°及び−45°とし、かつ、それぞれの方位角において、ポワンカレ球PB上で原点対称である2種類の偏光光を出射させる。これにより、次の[数73]〜[数78]が得られ、更に、この[数73]〜[数78]において、r20を決定することにより、r21、r22、r23が次の[数79]〜[数81]のように求められる。 In order to obtain r 21 , r 22 , and r 23 , the azimuth angles of the linear polarizer 15 ′ are set to 45 ° and −45 °, and the respective azimuth angles are symmetrical with respect to the origin on the Poincare sphere PB. A kind of polarized light is emitted. Thus, to obtain the following equation [73] - [Expression 78], further, in the [Expression 73] - [Expression 78], by determining the r 20, r 21, r 22 , r 23 following [Equation 79] to [Equation 81].

また、r31、r32、r33を求めるには、1/4波長板16を方位角−45°にして光路に挿入すると共に直線偏光子15´の方位角を0°及び90°とし、かつ、それぞれの直線偏光子15´の方位角において、ポワンカレ球PB上で原点対称である2種類の偏光光を出射させる。これにより、これにより、次の[数82]〜[数87]が得られ、更に、この[数82]〜[数87]において、r30を決定することにより、r31、r32、r33が次の[数88]〜[数90]のように求められる。 In order to obtain r 31 , r 32 , and r 33 , the ¼ wavelength plate 16 is inserted into the optical path with an azimuth angle of −45 °, and the azimuth angle of the linear polarizer 15 ′ is set to 0 ° and 90 °. In addition, at the azimuth angle of each linear polarizer 15 ′, two types of polarized light that is symmetrical on the origin on the Poincare sphere PB are emitted. Thus, Thus, to obtain the following equation [82] - [Expression 87], and further, in this [Expression 82] - [Expression 87], by determining the r 30, r 31, r 32 , r 33 is obtained as in the following [Equation 88] to [Equation 90].


一方、r01、r02、r03は、以下の[数91]〜[数93]のようにして共通に算出される。 On the other hand, r 01 , r 02 and r 03 are calculated in common as in the following [Equation 91] to [Equation 93].

以上のように、r10、r20、r30を決定できれば、照明光学系3とフォトマスク5を含む光学系全体のミュラー行列(R)を、投影光学系6のミュラー行列(M)とは独立に同定することができる。これらr10、r20、r30は、上記の関係式より次の[数94]〜[数96]で表わされる。 As described above, if r 10 , r 20 , and r 30 can be determined, the Mueller matrix (R) of the entire optical system including the illumination optical system 3 and the photomask 5 is referred to as the Mueller matrix (M) of the projection optical system 6. Can be identified independently. These r 10 , r 20 , and r 30 are expressed by the following [Equation 94] to [Equation 96] from the above relational expression.

但し、各係数は、次の[数97]のようにおいた。   However, each coefficient was set as in the following [Equation 97].

このようにして、照明光学系3とフォトマスク5とからなる光学系のミュラー行列(R)が求まると、この逆行列(R−1)を用いて、第1の実施の形態に示す方法で測定された、照明光学系3から投影光学系6までの全光学系のミュラー行列(M´)を、以下のように補正することができる。 When the Mueller matrix (R) of the optical system composed of the illumination optical system 3 and the photomask 5 is obtained in this way, this inverse matrix (R −1 ) is used to obtain the method shown in the first embodiment. The measured Mueller matrix (M ′) of the entire optical system from the illumination optical system 3 to the projection optical system 6 can be corrected as follows.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれら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において、様々な変更、追加等が可能である。例えば、上記実施の形態では、ポワンカレ球PB上で直交する関係にある3つの偏光光(S(1))〜(S(3))と、これらとポワンカレ球PB上で原点対称である偏光光(S(4))〜(S(6))の計6種類の偏光光を入射させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、3つの直交関係にある偏光光(S(1))〜(S(3))の他には、偏光光(S(4))〜(S(6))のうちの任意の1つのみを入射させ、4種類の偏光光のみを測定対象としての光学系に入射させるだけでも十分である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change, addition, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, in the above embodiment, the three polarized lights (S (1) ) to (S (3) ) that are orthogonal to each other on the Poincare sphere PB, and the polarized light that is symmetrical with the origin on the Poincare sphere PB. Although six types of polarized light of (S (4) ) to (S (6) ) are incident, the present invention is not limited to this. For example, in addition to the polarized light (S (1) ) to (S (3) ) having three orthogonal relationships, any one of the polarized lights (S (4) ) to (S (6) ) It is sufficient that only the four types of polarized light are incident on the optical system as the measurement target.

6種類の投影光(S(1))〜(S(6))を、ミュラー行列(M)を有する光学系により変換した変換偏光光(S(1)´)〜(S(6)´)は、次のように表わされる。 Converted polarized light (S (1) ′) to (S (6) ′) obtained by converting six types of projection light (S (1) ) to (S (6) ) by an optical system having a Mueller matrix (M). Is expressed as follows.

例えば(S(1)´)と(S(4)´)とから、ミュラー行列(M)の2行目及び2行目は、次のようにして求められる。 For example, from (S (1) ′) and (S (4) ′), the second and second rows of the Mueller matrix (M) are obtained as follows.


このようにしてミュラー行列(M)の4行のうち2行が求まれば、残りの2行は残り2つの変換偏光光(S(2))と(S(3))、又は(S(5))と(S(6))により求められる。 When two rows of the four rows of the Mueller matrix (M) are obtained in this way, the remaining two rows are the remaining two converted polarized lights (S (2) ) and (S (3) ), or (S ( 5) ) and (S (6) ).

本発明の第1の実施の形態が適用される露光装置100の構成を示す。1 shows a configuration of an exposure apparatus 100 to which a first embodiment of the present invention is applied. 第1偏光変換装置2の構成を示す。The structure of the 1st polarization converter 2 is shown. 第1偏光偏光装置2から射出される偏光光(S(1))、(S(2))、(S(3))、(S(4))、(S(5))、(S(6))を、ポワンカレ球PB上で表現している。Polarized light (S (1) ), (S (2) ), (S (3) ), (S (4) ), (S (5) ), (S ( 6) ) is expressed on the Poincare sphere PB. 第2偏光変換装置7の構成を示す。The structure of the 2nd polarization converter 7 is shown. 第2偏光変換装置7の構成を示す。The structure of the 2nd polarization converter 7 is shown. ミュラー行列(M)の測定結果の一例を示す。An example of the measurement result of the Mueller matrix (M) is shown. 本発明の第3の実施の形態が適用される露光装置100の構成を示す。The structure of the exposure apparatus 100 with which the 3rd Embodiment of this invention is applied is shown. 本発明の第4の実施の形態が適用される露光装置100の構成を示す。The structure of the exposure apparatus 100 with which the 4th Embodiment of this invention is applied is shown.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・露光装置、 1・・・光源装置、 2・・・第1偏光変換装置、 3・・・照明光学系、 5・・・フォトマスク、 6・・・投影光学系、 7・・・第2偏光変換装置、 8・・・光検出器、 9・・・第3偏光変換装置、 10・・・結像面、 11・・・演算制御部、 12・・・ドライバ、 13・・・ドライバ、 14・・・A/D変換器、 15、15´・・・直線偏光子、 16・・・1/4波長板、 21・・・1/2波長板、 22・・・1/4波長板、 PB・・・ポワンカレ球、 71・・・1/4波長板、 72・・・直線偏光子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Exposure apparatus, 1 ... Light source device, 2 ... 1st polarization converter, 3 ... Illumination optical system, 5 ... Photomask, 6 ... Projection optical system, 7 ... 2nd polarization conversion device, 8... Photodetector, 9... 3rd polarization conversion device, 10... Imaging plane, 11. Driver, 14 ... A / D converter, 15, 15 '... Linear polarizer, 16 ... 1/4 wavelength plate, 21 ... 1/2 wavelength plate, 22 ... 1 / 4 wavelength plate, PB ... Poincare sphere, 71 ... 1/4 wavelength plate, 72 ... Linear polarizer.

Claims (12)

光束を発する光源と、
前記光束をフォトマスクに導く照明光学系と、
マスクパターンの像を前記被露光体上に投影するための投影光学系と
を備えた露光装置において、
前記光束をポワンカレ球上で直交する関係にある複数の偏光光のいずれかに順次変換して出力可能とされた第1の偏光変換装置と、
前記投影光学系による前記マスクパターンの像の結像位置の近傍に載置され前記偏光光が前記照明光学系と前記フォトマスクと前記投影光学系とを通過した後の変換偏光光の光強度を検出する光強度検出部と、
直線偏光子及び直線移相子を含み前記変換偏光光の光路に挿入される第2の偏光変換装置と、
前記直線偏光子の方位角及び前記直線移相子の挿脱又は方位角を切り替えることにより前記光強度検出部で検出される前記光強度の複数のデータを取得して、得られた複数の光強度のデータに基づき前記変換偏光光のストークスパラメータを演算するパラメータ演算部と
を備えたことを特徴とする露光装置。
A light source that emits a luminous flux;
An illumination optical system for guiding the luminous flux to a photomask;
In an exposure apparatus comprising: a projection optical system for projecting an image of a mask pattern onto the object to be exposed;
A first polarization conversion device capable of sequentially converting the light flux into any one of a plurality of polarized light beams that are orthogonal to each other on a Poincare sphere;
The light intensity of the converted polarized light after being placed near the imaging position of the image of the mask pattern by the projection optical system after the polarized light passes through the illumination optical system, the photomask, and the projection optical system. A light intensity detector for detecting;
A second polarization conversion device including a linear polarizer and a linear phase shifter and inserted into the optical path of the converted polarized light;
A plurality of light obtained by acquiring a plurality of data of the light intensity detected by the light intensity detector by switching an azimuth angle of the linear polarizer and an insertion / removal of the linear phase shifter or an azimuth angle An exposure apparatus comprising: a parameter calculation unit that calculates a Stokes parameter of the converted polarized light based on intensity data.
前記直線偏光子は、方位角を45×n°(nは整数)に設定可能とされた請求項1記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 1, wherein the linear polarizer can be set to have an azimuth angle of 45 × n ° (n is an integer). 前記パラメータ演算部は、
前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を0°、90°、45°及び−45°に設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、
前記直線移相子を前記直線偏光子の方位角と異なる所定の方位角で挿入すると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°の間、又は45°及び−45°の間で切り替えて、この切り替えの前後において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、
これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータを演算することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
The parameter calculator is
At the respective azimuth angles, the linear phase shifter is separated or the azimuth angles of the linear polarizer and the linear polarizer are matched, and the azimuth angles of the linear polarizer are set to 0 °, 90 °, 45 °, and −45 °. Obtaining light intensity data detected by the light intensity detector;
The linear phase shifter is inserted at a predetermined azimuth angle different from the azimuth angle of the linear polarizer, and the azimuth angle of the linear polarizer is switched between 0 ° and 90 °, or between 45 ° and −45 °. The light intensity data detected by the light intensity detector before and after this switching is acquired,
2. An exposure apparatus according to claim 1, wherein a Stokes parameter of the converted polarized light is calculated based on the data of the light intensity.
前記パラメータ演算部は、
前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°に順次設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算し、
前記直線移相子を離脱させるか又は前記直線偏光子と方位角を一致させると共に前記直線偏光子の方位角を45°及び−45°に順次設定してそれぞれの方位角において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基いて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算し、
前記直線移相子を前記直線偏光子の方位角と異なる所定の方位角で挿入すると共に前記直線偏光子の方位角を0°及び90°の間、又は45°及び−45°の間で切り替えて、この切り替えの前後において前記光強度検出部で検出された光強度のデータを取得し、これらの光強度のデータに基づいて、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
The parameter calculator is
The linear phase shifter is removed or the azimuth angle of the linear polarizer is matched with the azimuth angle of the linear polarizer, and the azimuth angle of the linear polarizer is sequentially set to 0 ° and 90 °. The detected light intensity data is obtained, and based on these light intensity data, the Stokes parameters (s 0 ′, s 1 ′, s 2 ′, s 3 ′) of the converted polarized light s 0 ′ and Calculate s 1 '
The linear phase shifter is separated or the azimuth angle of the linear polarizer is made coincident, and the azimuth angle of the linear polarizer is sequentially set to 45 ° and −45 °, and the light intensity detection unit at each azimuth angle. in obtaining data of the detected light intensity, based on the data of these light intensities, the Stokes parameters of the converted polarized light (s 0 ', s 1' , s 2 ', s 3') of s 0 ' And s 2 '
The linear phase shifter is inserted at a predetermined azimuth angle different from the azimuth angle of the linear polarizer, and the azimuth angle of the linear polarizer is switched between 0 ° and 90 °, or between 45 ° and −45 °. Thus, before and after this switching, data on the light intensity detected by the light intensity detector is acquired, and based on the data on the light intensity, the Stokes parameters (s 0 ′, s 1 ′, 2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein s 0 ′ and s 3 ′ of s 2 ′, s 3 ′) are calculated.
前記直線移相子は、1/4波長板である請求項1乃至4いずれか1項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 1, wherein the linear phase shifter is a ¼ wavelength plate. 前記1/4波長板は、前記変換偏光光のストークスパラメータ(s’、s’、s’、s’)のs’及びs’を演算する場合において、第1の方位角と、この第1の方位角とは90°異なる第2の方位角とで挿入され、前記パラメータ演算部は、それぞれの方位角において光強度のデータを得て、前記変換偏光光のストークスパラメータを演算する請求項5記載の露光装置。 The quarter-wave plate has a first orientation when calculating s 0 ′ and s 3 ′ of Stokes parameters (s 0 ′, s 1 ′, s 2 ′, s 3 ′) of the converted polarized light. And a second azimuth angle that is 90 ° different from the first azimuth angle, and the parameter calculation unit obtains light intensity data at each azimuth angle, and a Stokes parameter of the converted polarized light. 6. An exposure apparatus according to claim 5, wherein 前記光源が発する前記光束は直線偏光光であり、
前記第1の偏光変換装置は、偏光回転素子及び1/4波長板により構成され、
前記1/4波長板は、直線偏光を円偏光に変換する場合に、前記偏光回転素子を通過した前記光束の偏光方向に対し方位角が45°となるようにして挿入され、それ以外の場合には前記光束の変更方向と方位角が一致するようにして挿入されるか又は前記光束の光路から離脱される
ことを特徴とする請求項1記載の露光装置。
The luminous flux emitted from the light source is linearly polarized light,
The first polarization conversion device includes a polarization rotation element and a quarter wavelength plate,
The quarter-wave plate is inserted so that the azimuth is 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam that has passed through the polarization rotation element when converting linearly polarized light into circularly polarized light, and in other cases The exposure apparatus according to claim 1, wherein the light beam is inserted such that the direction of change of the light flux coincides with the azimuth angle, or is removed from the optical path of the light flux.
前記偏光回転素子は、前記光束を基準として方位角を22.5度おきに変化させることができるように構成された1/2波長板である請求項7記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 7, wherein the polarization rotation element is a half-wave plate configured to change an azimuth angle every 22.5 degrees with respect to the light flux. 前記偏光回転素子は、前記光束を基準として方位角を45度おきに変化させることができるように構成された1/2波長板である請求項7記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 7, wherein the polarization rotation element is a half-wave plate configured to change an azimuth angle every 45 degrees with respect to the light flux. 前記偏光回転素子は、偏光解消素子と方位角を変更可能な直線偏光子とから構成された請求項7記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 7, wherein the polarization rotation element includes a depolarization element and a linear polarizer capable of changing an azimuth angle. 前記フォトマスクと前記投影光学系との間に、方位角を45×n°(nは整数)に設定可能とされた直線偏光子及び直線移相子を含む第3の偏光変換装置を配置することができるように構成されたことを特徴とする請求項1記載の露光装置。   A third polarization conversion device including a linear polarizer and a linear phase shifter whose azimuth angle can be set to 45 × n ° (n is an integer) is disposed between the photomask and the projection optical system. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure apparatus is configured to be able to perform the operation. 前記パラメータ演算部は、前記第3の偏光変換装置の前記直線偏光子の方位角と前記第3偏光変換装置の前記直線移相子の挿脱又は方位角とを複数通りの状態に切り替えると共に前記それぞれの状態においてポワンカレ球上で原点対称な2種類の偏光光のいずれかを前記第1の偏光変換装置から出射させることにより前記光強度検出部から複数通りの光強度のデータを取得し、この複数通りの光強度データに基づき前記フォトマスク及び前記照明光学系のミュラー行列のパラメータを演算する請求項11記載の露光装置。   The parameter calculation unit switches the azimuth angle of the linear polarizer of the third polarization conversion device and the insertion / removal of the linear phase shifter of the third polarization conversion device or the azimuth angle to a plurality of states, and In each state, a plurality of types of polarized light that is symmetrical with respect to the origin on the Poincare sphere are emitted from the first polarization conversion device to obtain data on a plurality of light intensities from the light intensity detector. 12. The exposure apparatus according to claim 11, wherein a parameter of the Mueller matrix of the photomask and the illumination optical system is calculated based on a plurality of types of light intensity data.
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