JP2001281093A

JP2001281093A - 散乱測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JP2001281093A
Application number: JP2000092994A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Tani; 裕久谷; Yoko Suzuki; 葉子鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外領域での正確な散乱測定、更には散乱光
の角度分布をも測定可能とした散乱光測定方法及び測定
装置を提供することを目的とする。【解決手段】光学素子から発生する散乱光の光量を測
定する方法において、前記散乱光を測定する検出工程
は、前記散乱光の波長を別の波長に変換する波長変換工
程と、前記変換された波長を受光する受光工程とを備え
る方法とした。光学素子から発生する散乱光の光量を測
定する装置において、前記散乱光を測定する検出部は、
前記散乱光の波長を別の波長に変換する波長変換部材
と、前記変換された波長を受光する受光部材とを備える
構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学材料及び光学薄膜
における散乱光量の測定方法及び測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の集積度増加の為、半
導体製造用縮小投影露光装置（ステッパー）についてそ
の高解像力化の要求が高まっている。一般にステッパー
によるフォトリソグラフィー解析度Rは、 R = k（λ / NA）で表される。ここで、kは比例定数、λは露光波長、NA
は光学系の開口数である。

【０００３】従って、ステッパーにおけるフォトリソグ
ラフィー解像度向上の一つの方法としては、λを小さく
すること即ち、ステッパー光源波長の短波長化が挙げら
れ、その光源としてエキシマレーザであるKrFエキシマ
レーザ（波長λ=248nm）及びArFエキシマレーザ（波長
λ=193nm）、更にはF2レーザ（波長λ=157nm）の実用化
が進められている。そこで短波長光源の実用化には、短
波長領域における光学素子の開発が不可欠となる。

【０００４】ここで光学素子の開発とは、ステッパーの
性能向上のために高機能で高品質な光学素子を開発する
ことで、高品質な光学素子とは、理想の光学特性（透過
率、反射率など）に出来る限り近い性能を持った光学素
子である。しかし現実の光学素子では、理想の光学特性
を劣化させる様々な原因があり、その中でも光学素子で
生ずる吸収と散乱が代表として挙げられる。光学素子に
おける吸収が大きい場合は光学素子への照射レーザ光吸
収により熱収差が発生し、光学素子における散乱が大き
い場合は散乱による迷光でコントラストが低下する。よ
って、いずれの場合もステッパーの解像力に悪影響を与
える。従って、光学素子で生じる吸収と散乱を低減させ
ることは、高品質な光学素子作製のための必要条件であ
る。それ故に光学素子での微小な吸収や散乱を測定する
手段が重要となり、計測評価に関する高精度化も不可欠
となる。

【０００５】一般に光学素子の光学特性は、透過率Ｔ、
反射率Ｒ、吸収Ａ及び散乱Ｓで表され、このうち吸収と
散乱を加えたものは損失Ｌと呼ばれ、以下のように表さ
れる。１＝Ｔ+Ｒ+Ａ+Ｓ＝Ｔ+Ｒ+Ｌ光学素子の損失Ｌは、分光光度計を用いた透過率と反射
率測定から計算で得ることが出来る。しかし、これらの
方法では吸収Ａと散乱Ｓを独立に測定することが不可能
であるため、別々の測定器により計測しなければならな
い。

【０００６】一般に、吸収を測定する場合には、光学素
子に光を照射したときに発生する熱量を測定するカロリ
メトリー法が用いられ、散乱を測定する場合には、積分
球を用いた全散乱測定（ＴＩＳ）方法や散乱の角度分布
情報が得られる角度分解散乱測定（ＡＲＳ）方法により
測定されている。全散乱測定（ＴＩＳ）方法は、光源か
らの測定光をサンプルに照射し、サンプルにより四方に
散乱される散乱光を積分球内壁で多重反射させて強度を
平均化した後、積分球内部に設置された光検出器にて測
定する方法である。角度分解散乱測定（ＡＲＳ）方法
は、ある特定の角度方向への散乱光を測定するために、
狭い立体角を持った集光部と光検出器からなる受光部
が、サンプルを中心とした球面上を可動しながら計測
し、全立体角に渡り測定することで散乱光を求める方法
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積分球
を用いた従来の測定方法には、３つの問題点がある。第
1の問題点は、積分球の校正に用いられる標準散乱板に
関してである。実際に測定するにあたっては積分球の校
正が必要となり、一般的には、ある波長での標準拡散板
等を用いた校正方法が採られている。測定の高精度化に
は適切な標準拡散板の選択が必要であり、測定したい波
長領域、即ち光源波長に対応した標準散乱板を用いるこ
とが望ましいが、上記エキシマレーザのような紫外領域
においては、校正に使用できるような標準拡散板が存在
しない。

【０００８】第2の問題点は、サンプルによる散乱光を
積分球内壁で多重反射させることによる検出光量の低減
化である。実質的な反射率が100%でない限り、積分球内
壁で繰り返し反射されることによる光量の低減化は免れ
ることができない。加えて、積分球内壁の材料は硫酸バ
リウムやテトラフルオロエチレンであり、紫外光に対し
て大きな吸収量を示す。その為、上記レーザにおける散
乱光を測定する場合には、従来の積分球では効率が低下
して高精度な測定が困難となる。

【０００９】第3の問題点は、従来法では積分球内壁で
多重反射させて強度を平均化した後、光検出器にて測定
する為、後方散乱された光量もしくは前方散乱された光
量の合計値に関する情報しか得られない点である。即
ち、散乱光の散乱方向に関する情報が全く得られないの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の発明は、光学素子から発生する散乱光の光
量を測定する方法において、前記散乱光を測定する検出
工程は、前記散乱光の波長を別の波長に変換する波長変
換工程と、前記変換された波長を受光する受光工程とを
備える方法とした。

【００１１】第２の発明は、光学素子から発生する散乱
光の光量を測定する装置において、前記散乱光を測定す
る検出部は、前記散乱光の波長を別の波長に変換する波
長変換部材と、前記変換された波長を受光する受光部材
とを備える構成とした。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明にかかる第一実施形態
の散乱光測定装置の概略断面図である。チャンバ10内に
は、光源11、ビーム成形光学系12、光量調節光学系13、
ビームスプリッタ14、測定光量モニタセンサ15、蛍光体
（シンチレータ）16a、16b、ディテクタ17a、17b、駆動
機構18、ビームストップ19a、19bが設置されている。

【００１３】測定する波長によっては大気中成分（酸素
など）により吸収が生じるため、チャンバ10内を、真空
もしくは窒素などといった測定波長に対して影響を及ぼ
さないガスでパージすることが好ましい。光源11には、
ハロゲンランプ、水銀ランプ、Ｄ2ランプなどを用いる
ことも出来るが、測定精度を上げるためには単色性に優
れ、高輝度性及び指向性の優れたレーザ光源を用いるの
が好ましい。さらに、評価される光学素子が実際に使用
されるレーザ光源と同じものを用いるのが評価の上でよ
り好ましい。光源11より照射される光はビーム成形光学
系12により概平行光にされ、ビームスプリッタ14により
参照光と測定光とに分離される。参照光は、光量モニタ
センサ15にてモニタリングされ、測定光の光量変動など
を確認することに利用される。測定光は、光量調節光学
系13により光量が既知の値に調整される。

【００１４】図２は、本発明にかかる第一実施形態の散
乱光測定装置におけるサンプル設置部分を示す図であ
る。サンプル20は波長変換部である蛍光体（シンチレー
タ）16a、16bと受光部であるディテクタ17a、17bからな
る検出器の間に挟まれるよに設置され、測定光がサンプ
ル２０のみに照射されるように、蛍光体（シンチレー
タ）16a、16bには測定光の光軸上に穴が設けられてい
る。なお、蛍光体（シンチレータ）16a、16bとディテク
タ17a、17bからなる検出器は駆動機構18により図２にお
いて上下、左右、及び前後方向に可動である。本発明に
おいては、測定光をサンプル20に照射して発生した散乱
光は、サンプル20の前後に設置された蛍光体（シンチレ
ータ）16a、16bで捕捉され、さらに波長変換される。波
長変換された光はディテクタ17a、17bにて計測される。
サンプル20及び蛍光体（シンチレータ）16a、16bを透過
した測定光はビームストップ19aにて、捕捉、吸収され
る。

【００１５】次に測定方法を図３から図６に基づいて説
明する。（校正）図３及び図４は、装置の校正を説明する図であ
る。サンプルの散乱測定をする前に、装置の校正を行
う。リファレンス（１００％）測定するために、駆動機
構18により検出器を上下、左右に移動させて蛍光体（シ
ンチレータ）16aまたは16bの穴を測定光の光軸から外
す、すなわち、蛍光体（シンチレータ）16aまたは16bを
測定光の光軸上に入れる。蛍光体（シンチレータ）16
a、16b及びディテクタ17a、17bの感度などを考慮して光
量調整光学系13により既知の光量に減光した測定光を蛍
光体（シンチレータ）16aまたは16bに照射し、波長変換
された光をディテクタ17a、17bにて計測する。同時に、
ビームスプリッタ14により分岐された参照光を光量モニ
タセンサ15にて計測する。これら計測値及び減光比から
演算を行い、リファレンス（１００％）時の第１の値を
求める。

【００１６】次にバックグランド（０％）測定するため
に、検出器を元の位置に戻して測定光が蛍光体（シンチ
レータ）16a、16bの穴を通過するようにする。光量調整
光学系13により減光した測定光量をサンプルの測定を行
う際の測定光量もしくは最大光量に戻し、ディテクタ17
a、17bによる計測及び光量モニタセンサ計測及び光量モ
ニタセンサ15による参照光の計測を行う。これら計測値
から演算を行い、バックグランド（０％）時の第２の値
を求める。第１及び第２の値も基に校正が行われる。（測定）図５は、測定方法を説明する図である。

【００１７】サンプルを所定の位置に設置し、サンプル
からの散乱量や蛍光体（シンチレータ）16a、16b及びデ
ィテクタ17a、17bの感度などを考慮して光量調整光学系
13により既知の光量に調光した測定光をサンプルに照射
し、蛍光体（シンチレータ）16aまたは16bにて捕捉され
た散乱光がディテクタ17a、17bにより測定される。同時
に、ビームスプリッタ14により分岐された参照光を光量
モニタセンサ15にて測定する。上記測定結果などを元に
演算し、その演算結果を０-１００％の時の値と比較計
算することでサンプルの散乱光量を高精度で測定するこ
とが可能となる。

【００１８】本発明による測定方法を用いることによ
り、積分球での測定時に必要となる標準拡散板等が不要
となり、紫外領域においても高精度な測定が可能とな
る。また、積分球材質による吸収効率低下といった問題
も本機構を用いることで解消される。更に、図６のよう
に検出器を前後に可動させながら（サンプル20と蛍光体
（シンチレータ）16a、16bとの距離を変化させながら）
散乱測定することにより捕捉範囲設定が自在となり、こ
れらデータ処理することで散乱光の散乱方向に関する情
報も短時間で容易に得ることが可能となる。

【００１９】図７は本発明にかかる第二実施形態の散乱
光測定装置におけるサンプル設置部分を示す図である。
サンプル20は波長変換部である蛍光体（シンチレータ）
16a、16bの間に挟まれるように設置され、更にそれらの
外側に変換波長光の空間分布光量測定が可能である検出
素子（CCD）21a、21bを設置する。本発明にかかる第一
実施形態と同様に、測定光がサンプル20に照射されるよ
うに、蛍光体（シンチレータ）16a、16b、及び検出素子
21a、21bには測定光の光路上に穴が設けられている。こ
の場合、サンプル20からの散乱光は蛍光体（シンチレー
タ）16a、16bで捕捉され、さらに波長変換された後、検
出素子21a、21bにて計測される。

【００２０】蛍光体（シンチレータ）16a、16bでは、場
所に応じて散乱光を検出できるので、波長変換光の発生
分布を計測することで散乱光の角度分布測定が短時間で
容易に可能となる。なお、第二実施形態の散乱光測定装
置の基本的な構成は第一実施形態の散乱光測定装置と同
様であるので、説明は省略する。図８は本発明にかかる
第三実施形態の散乱光測定装置におけるサンプル設置部
分を示す図である。第二実施形態との相違点は散乱光検
出器の構成で、蛍光体（シンチレータ）16a、16bが無く
検出素子（CCD）21a、21bのみで構成されている点であ
る。なお、検出素子21a、21bの種類として、フォトダイ
オード（Ｓｉ、ＡｌＧａｎなど）、フォトトランジス
タ、マイクロチャンネルプレートなどが用いられるが特
に限定されない。また形状もプレート状（円盤形状な
ど）、ライン状など特に限定されない。但し、ライン状
の場合は全立体角を測定するために工夫（走査など）が
必要となる。なお、第二実施形態の散乱光測定装置の基
本的な構成は第一の実施形態の散乱光測定装置と同様で
あるので、説明は省略する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した通り、散乱光の波長を別の
波長に変換する波長変換部と、変換された波長を受光す
る受光部からなる検出器を有する散乱光測定方法及び測
定装置によって、従来では困難であった紫外領域での散
乱光測定や散乱光の角度分布測定が、簡単な機構でより
高精度に、短時間で、そして容易に計測することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる第一実施形態の散乱光
測定装置の概略断面図である。

【図２】図２は、本発明にかかる第一実施形態の散乱光
測定装置におけるサンプル設置部分を示す図である。

【図３】図３は、本発明にかかる第一実施形態の散乱光
測定装置の校正を説明する図である。

【図４】図４は、本発明にかかる第一実施形態の散乱光
測定装置の校正を説明する図である。

【図５】図５は、本発明にかかる第一実施形態の散乱光
測定方法を説明する図である。

【図６】図６は、本発明にかかる第一実施形態における
検出器の動きを説明する図である。

【図７】図７は、本発明にかかる第二実施形態の散乱光
測定装置におけるサンプル設置部分を示す図である。

【図８】図８は、本発明にかかる第三実施形態の散乱光
測定装置におけるサンプル設置部分を示す図である。

【符号の説明】

10・・・チャンバ 11・・・光源 12・・・ビーム成形光学系 13・・・光量調節光学系 14・・・ビームスプリッタ 15・・・測定光量モニタセンサ 16a・・・蛍光体（シンチレータ） 16b・・・蛍光体（シンチレータ） 17a・・・ディテクタ 17b・・・ディテクタ 18・・・駆動機構 19a・・・ビームストップ 19b・・・ビームストップ 20・・・サンプル 21a・・・検出素子（CCDなど） 21b・・・検出素子（CCDなど）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子から発生する散乱光の光量を測定
する方法において、前記散乱光を測定する検出工程は、
前記散乱光の波長を別の波長に変換する波長変換工程
と、前記変換された波長を受光する受光工程とからなる
ことを特徴とする散乱測定方法。
【請求項２】光学素子から発生する散乱光の光量を測定
する装置において、前記散乱光を測定する検出部は、前
記散乱光の波長を別の波長に変換する波長変換部材と、
前記変換された波長を受光する受光部材とからなること
を特徴とする散乱測定装置。
【請求項３】前記受光部材は、前記散乱光の散乱角度分
布情報を含んだ変換波長光の空間分布を測定することを
特徴とする請求項２記載の散乱測定装置。
【請求項４】前記測定光の波長が３５０ｎｍ以下の紫外
領域であることを特徴とする請求項２記載の散乱測定装
置。
【請求項５】光学素子に測定光を照射したときの光学素
子より発生する散乱光の光量を測定する方法において、
前記散乱光を測定する検出器に直接測定光を入れて装置
校正することを特徴とする散乱測定装置。
【請求項６】前記測定光の波長が３５０ｎｍ以下の紫外
領域であることを特徴とする請求項５記載の散乱測定装
置。