JP2004534234A - 放射エネルギーを算定するためのセンサと、そのことへの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素をオゾンに変換することのできる種類の放射のエネルギーを算定するためのセンサおよびこのようなセンサの使用を提供する。
【解決手段】センサは、ガス入口（４）とガス出口（６）とを有して放射を通すことのできる測定室（１）と、ガス入口を介して測定室に酸素含有ガス（９）を供給しかつガス出口を介してガスを排出するための手段（８）と、測定室内にあるガスまたはガス出口を介して排出されるガス（９ａ）のオゾン含有量を測定するための１つのオゾン検出素子（１０）と、測定されたオゾン含有量から放射エネルギーを算定するための評価手段（１２）とを含む。このセンサは、例えば、放射で作動する光学結像システムにおいて放射エネルギーを算定するのに使用することができる。例えばマイクロリソグラフィ投影露光システムにおける使用。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素をオゾンに変換することのできる種類の放射のエネルギーを算定するためのセンサと、このようなセンサの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射エネルギーセンサはさまざまな実施で、さまざまな目的に、例えば、放射源から放出される放射エネルギーを所要の例えば一定した値に調整するために光学結像システムの放射源を制御または調節するための装置において、一般に使用される。このような応用分野には、半導体技術においてレジスト被覆ウェハ表面にマスク構造を結像するための紫外放射で作動するホトリソグラフィ投影露光装置がある。紫外放射は、放射が酸素含有ガスに衝突するとき酸素をオゾンに変換する種類の放射に属する。
【０００３】
ホトリソグラフィ投影露光装置内での前記応用目的に関して、結像に利用する放射のエネルギーを算定し、これに基づいて放射エネルギーを例えば一定値に調整できるようにするためにホトダイオードで作動する光電センサを利用することが公知である。例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。これらの光電センサは波長が例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍの紫外放射のエネルギーを算定するのに利用される。しかしこのようなセンサの活性面は代表的には２ｍｍ×２ｍｍに限定されており、従って比較的小さい。特に紫外範囲でも電磁放射のエネルギーを算定するための他の公知種類のセンサはいわゆるパイロセンサである。これは、照射時に温められて膨張する放射吸収層を有する熱センサである。この膨張が圧電結晶に作用し、圧電結晶は熱膨張に比例した電気信号を発生する。
【０００４】
ホトダイオードで作動する光電センサでも、パイロセンサでも、測定のために普通、付属する放射源によって発生される放射の一部が例えばビーム分割器によって測定放射として出射されてセンサに供給される。この出射された放射分は次に本来の放射有効機能にはもはや利用できない。
【特許文献１】
米国特許第５２５０７９７号明細書
【特許文献２】
米国特許第５７２８４９５号明細書
【特許文献３】
米国特許第６１４１０８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、特に例えば１５７ｎｍの低い波長の紫外放射に対しても比較的僅かな放射損失で確実な放射エネルギー算定を可能とするセンサを提供しかつそれを使用することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を、本発明は、ガス入口とガス出口とを有して放射を通すことのできる測定室と、ガス入口を介して測定室に酸素含有ガスを供給しかつガス出口を介してガスを排出するための手段と、測定室内にあるガスまたはガス出口を介して排出されるガスのオゾン含有量を測定するための少なくとも１つのオゾン検出素子と、測定されたオゾン含有量から放射エネルギーを算定するための評価手段とを特徴とするセンサを提供することによって、また放射で作動する光学結像システムにおいて放射エネルギーを検出することへのかかるセンサの使用によって解決する。
【０００７】
本発明に係るセンサはガス入口とガス出口とを有して放射を通すことのできる測定室を含み、ガス入口を介して測定室に酸素含有ガスを供給しかつガス出口を介してガスを排出するための手段が設けられている。センサはさらに、測定室内にあるガスまたはガス出口を介して排出されるガスのオゾン含有量を測定するための単数または複数のオゾン検出素子を含む。付属する評価手段によって、測定されたオゾン含有量を基に放射エネルギーが算定される。
【０００８】
このように構成されたセンサは、酸素が存在する場合酸素を少なくとも部分的にオゾンに変換する放射のエネルギーを算定するのに適している。このオゾン変換は、例えば経験的に求めることのできる限定的仕方で放射エネルギーに依存しており、例えばこれに比例している。従って酸素含有ガスが測定室に供給されると、供給された酸素は測定室に入射されたこのような放射によって少なくとも部分的にオゾンに変換され、測定室内にまだあるガスまたはガス出口を介して排出されるガスのオゾン含有量は放射エネルギーに依存する。従ってオゾン含有量の測定によって、究明する放射エネルギーが評価手段によって算定される。
【０００９】
このセンサの主要な利点は、本来の放射有効機能用の測定室に入射される放射全体が失われるのでなく、オゾン変換に寄与した放射分のみが失われることにある。残りの測定放射分は測定室から出射後に所定の有効機能を果たすことができる。
【００１０】
本発明の設計上有利な１構成において請求項２によれば、放射によって長手方向で横断可能な直線状測定管によって測定室が形成されている。従って放射は放射転向手段を必要とすることなく測定室を直線的に横切ることができる。これに加えて、与えられた測定室容積において通過長さが比較的長くなり、それとともにオゾン形成度が高まり、これは測定室内の与えられた酸素量において測定感度を高めるのに寄与する。
【００１１】
本発明の設計上有利な他の１構成において請求項３によれば、ガス入口とガス出口が測定室の相反する末端領域に配置されている。これにより、測定室を通して相応に長いガス流路が生じ、これはやはり、供給されたガス中に含まれた酸素と入射放射との強力な相互作用に寄与し、従って高いオゾン形成率に、それとともに測定感度に寄与する。
【００１２】
請求項４による本発明の１構成において、オゾン検出素子は好ましくはガス出口の領域またはこのガス出口から出発するガス出口管路にあり、測定室を通過する放射を乱すことがなく、測定室のガス出口側領域で、放射によって形成される全オゾンを含有したガスのオゾン含有量を検出する。
【００１３】
請求項５による本発明の１構成では、ガス供給手段が酸素含有ガスの供給率および／または酸素濃度を可変調整するように整えられている。これは例えば、センサの測定感度を調整し、これによりセンサ用に高い測定範囲ダイナミクスを実現するのに利用することができる。
【００１４】
本発明に係るセンサの有利な使用は、請求項６によれば、放射で作動する光学結像システムにある。これは特にホトリソグラフィ投影露光装置である。その場合放射エネルギーセンサは制御装置または調節装置の内部で、相応する放射源によって発生される使用放射、特に紫外放射のエネルギーを検出し、制御装置または調節装置によって放射エネルギーを所要値に調整し、例えば一定に保つことができるようにするのに利用される。
【００１５】
本発明の有利な１実施形態が図面に示してあり、以下で説明される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図示した放射エネルギーセンサは直線状測定管１によって形成される測定室を含む。放射を吸収しない放射透過性の例えばＣａＦ_２からなる各１つの窓２、３によって測定管は両方の正面を密閉されている。一方の正面から僅かな距離を置いて測定管１の管側面にガス入口４が設けられており、このガス入口にガス入口管路５が通じている。他方の反対側の正面から僅かな距離を置いて測定管１の管側面に相応にガス出口６が設けられており、このガス出口からガス出口管路７が出発している。
【００１７】
ブロック図の態様で概略示しただけの従来のガス供給手段８が測定管１のガス入口側４、５に付設されており、これらのガス供給手段で純粋酸素または他の酸素含有ガス９は可変調整可能な供給率および／または酸素濃度でガス供給管路５に供給することができる。ガス出口管路７の内部に従来のオゾン検出素子１０が位置決めされており、その電気測定信号出力端に増幅器１１が接続されており、増幅器の出力信号はＡＤ変換器と評価を行う計算ユニットとを有する評価部１２に供給される。オゾン検出素子は例えばいわゆる半導体センサの態様で一般に利用されている。
【００１８】
図示したセンサは、供給された酸素含有ガスを収容した測定管１に被測定放射を流通させ、形成されたオゾンの放射エネルギーに依存した含有量をオゾン検出素子１０によって測定することによって、酸素をオゾンに変換することのできる種類の放射のエネルギー算定を可能とする。
【００１９】
使用時、被測定放射１２、例えば波長１５７ｎｍの紫外放射は、測定管１の一方の正面を介してそこの密閉窓２を貫通して測定管に入射され、引き続き直線状測定管１の長手方向に沿って測定管を横断し、反対側の正面でそこの密閉窓３を貫通して再び測定管１から進出する。同時に、ガス供給手段８によって酸素含有ガス９は所要の制御可能な供給率および／または酸素濃度でガス入口４を介して測定管１に供給される。供給された酸素含有ガスは測定管１内をその長手方向に沿って流れて、ガス出口６を介して再び出ていくことになる。従って入射された放射１２は測定管１を横断する間、貫流する酸素含有ガスと接触し、これにより、ガス中に含まれた酸素の放射エネルギーに依存した部分がオゾンに変換される。従って、ガス出口６を介して測定管１から排出されるガス９ａは、供給された酸素含有ガス流９に比べて放射エネルギーに依存して高まったオゾン含有量を有する。
【００２０】
オゾン検出素子１０はこのオゾン含有量、すなわち単位時間当りに形成されるオゾン量を検出し、この情報を電気信号として増幅器１１に転送する。増幅器で増幅された信号は評価部１２においてＡＤ変換器によってデジタル化され、次に評価計算機によって処理される。その際、測定管１を横断する放射１２のエネルギーに対する測定されたオゾン含有量の機能的依存関係は評価計算機には既知であり、例えば経験的に求めることができ、評価計算機はこの機能的依存関係を基に、測定されたオゾン含有量に依存して、究明する放射エネルギーを算定する。
【００２１】
上で代表的例について述べた本発明に係る放射エネルギーセンサは、オゾンを形成する放射のエネルギーを検出することのできる多種多様な応用分野に明らかに適しており、幾つかの特殊な利点を有する。重要な応用分野は、結像する放射のエネルギーを検出して監視し、各所要値に調整できるようにするために光学結像システムでこの放射エネルギーセンサを利用することである。特にこの放射エネルギーセンサは紫外放射で作動するホトリソグラフィ投影露光装置、特にその照明システムにおいて使用することができる。最近では、例えば１５７ｎｍの小さな波長の紫外放射を使った特別なシステムが利用される。この放射に対しては実用的放射エネルギーセンサは本来あまり存在していない。本発明に係る放射エネルギーセンサはまさに波長の低いこのような紫外放射に対しても十分に正確な放射エネルギー算定を可能とする。というのもこの放射は強くオゾンを形成しながら酸素によって吸収され、オゾン形成率が放射エネルギーに比例しているからである。
【００２２】
本発明に係る放射エネルギーセンサの利点は対数ＳＮ比を有するその動力学が大きいことにある。というのもその感度はごく大きな測定範囲を超えて測定管１内の酸素流を相応に変更することによって調節できるからである。酸素流はガス供給手段８によって、詳細にはガス供給率および／または供給された酸素含有ガス９中の酸素濃度を変更することによって、可変調整することができる。特に、本発明に係る放射エネルギーセンサは、従来形式の光電センサまたはパイロセンサと比較して高い感度値に調整することができる。その際、オゾン検出素子１０の感度は普通実質的に一定している。
【００２３】
本発明に係る放射エネルギーセンサの他の大きな利点は、通過ビーム中で放射エネルギーの算定をそれが可能とすることにある。すなわち、センサから進出する放射１２ａは本来の有効機能を果たすためにシステムに提供され、センサに入射された放射１２に比べて、オゾンを形成しつつセンサ中の酸素によって吸収された部分だけその強度が僅かに弱まっているだけである。応用事例に応じて測定室１は被測定放射のビーム路中に直接設けることができ、または放射の一部を主ビーム路から出射し、次に測定室１に流通させ、引き続き再び主ビーム路に入射させることができる。
【００２４】
センサの測定室に常に新鮮に供給される酸素含有ガスを貫流させることによって、本発明に係る放射エネルギーセンサは連続運転時に老化に曝されていない。センサの反応時間は一義的にはオゾン検出素子の反応時間によって決まる。測定室をこのように絶えずガスフラッシングする代案として、特定の応用事例について、各測定過程の間に酸素含有ガスを単に時々脈動させて供給し、または測定中は新鮮な酸素含有ガスの供給を行うのでなく、最初に測定室に酸素含有ガスを充填し、次に測定室に放射を流通させ、その後に測定室内でガスのオゾン含有量を測定し、または測定室をフラッシングし、測定室から排除されるガスのオゾン含有量を測定することも考慮に値する。
【００２５】
図示した放射エネルギーセンサのさまざまな変更態様が本発明の枠内で可能であることは自明である。応用事例に応じて、直線状測定管の代りに、そのエネルギーを算定される放射が少なくとも部分領域で横断する任意の他の形状にされた測定室を使用することができる。さらに、ガス入口およびガス出口の位置は必要に応じて変更することができ、同様に、図示例では測定管正面を介して行われる放射の入射および出射は他の測定室個所で予定しておくこともできる。その際、それに沿って放射が酸素含有ガスと接触するガス通過路は測定室容積に対して長い方が一般に有利である。オゾン検出素子はガス出口管路中に配置する代りに測定室自体のなかに、好ましくはそのガス出口側領域に配置しておくこともできる。さらに、必要なら複数のオゾン検出素子を好適な個所に位置決めしておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】例えば紫外放射の放射エネルギーを算定するためのセンサの略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ 直線状測定管
２、３ 窓
４ ガス入口
５ ガス入口管路
６ ガス出口
７ ガス出口管路
８ ガス供給手段
９ 酸素含有ガス
１０ オゾン検出素子
１１ 増幅器

Claims (6)

1. 酸素をオゾンに変換することのできる種類の放射のエネルギーを算定するためのセンサにおいて、
   ‐ガス入口（４）とガス出口（６）とを有して放射（１２）を通すことのできる測定室（１）と、
   ‐ガス入口を介して測定室に酸素含有ガス（９）を供給しかつガス出口を介してガスを排出するための手段（８）と、
   ‐測定室内にあるガスまたはガス出口を介して排出されるガス（９ａ）のオゾン含有量を測定するための少なくとも１つのオゾン検出素子（１０）と、
   ‐測定されたオゾン含有量から放射エネルギーを算定するための評価手段（１２）と
   を特徴とするセンサ。
2. さらに、放射（１２）によって長手方向で横断可能な直線状測定管（１）によって測定室が形成されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサ。
3. さらに、ガス入口（４）とガス出口（６）が測定室（１）の相反する末端領域にあることを特徴とする、請求項１、２記載のセンサ。
4. さらに、オゾン検出素子（１０）がガス出口（６）の領域またはこのガス出口から出発するガス出口管路（７）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のセンサ。
5. さらに、ガス供給手段（８）が酸素含有ガスの供給率および／または酸素濃度を可変調整するように整えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のセンサ。
6. 放射（１２）で作動する光学結像システムにおいて放射エネルギーを検出することへの、請求項１〜５のいずれか１項記載のセンサの使用。

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