JP2005003634A

JP2005003634A - エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定装置および測定方法

Info

Publication number: JP2005003634A
Application number: JP2003170369A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Murakami; 栄一村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定において照射照度に対する透過率を正確に測定する。
【解決手段】被検サンプルＣａＦ２にたいし、レーザービーム照射手段とレーザービーム受光手段を有し、レーザービーム照射手段において、偏光解消板を配置することを特徴としている。これによって、サンプルのもつ複屈折に依存せず、正確な透過率を算出する装置および測定方法を提案する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置にもちいられる光学素子の、エキシマレーザー光に対する透過率を測定する装置、および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造するためのリソグラフィ工程において、レチクル上のパターン像を投影光学系を介してウエハ上に露光する露光装置が用いられている。半導体集積回路の線幅の微細化が進み、その手段として露光光源の露光波長を短波長化する方法が一般的である。
【０００３】
波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを露光装置光源として採用した露光装置がすでに開発され、さらに短い波長である波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長１５７ｎｍのＦ２レーザーがもちいられている。
【０００４】
これら短波長化に伴い、投影系・照明系に使用可能な光学材料も石英ガラス、およびフッ化カルシウム（ＣａＦ２）結晶などに限られるようになった。
【０００５】
いずれも各露光波長に対し高い透過率を有すると同時に、エキシマレーザー光照射時において透過率劣化がないことが要求される。
【０００６】
特に露光装置の透過率性能を保証する為には、投影系・照明系各部に応じたエキシマレーザー照度０．１〜３０ｍＪ／ｃｍ２相当にて透過率および各照度にたいする透過率劣化量を評価することが必須である。
【０００７】
従来、エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定には様々な方法がある（例えば、特許文献１参照。）。その中でも、図２に示す方法がある。いずれも、評価する光学素子に露光波長のエキシマレーザー光を照射しその透過率を直接測定する方法である。
【０００８】
１はＡｒＦエキシマレーザー光源、レーザー光はＮ２パージされた２のチャンバー内に導光される。３は開口絞り、１１、１２は照度を可変とするためのＮＤである。ここでは１１にＮＤ１（透過率１０％）と１２にＮＤ２（透過率５０％）が２３のステージ上に配置され、レーザー光軸上に移動しＮＤ１のとき１０のサンプル上における照射照度が３ｍＪ／ｃｍ２、ＮＤ２のとき１５ｍＪ／ｃｍ２にて照射する。さらに、レーザー光軸上から退避させ、照度３０ｍＪ／ｃｍ２にて照射する。４は均一光学系で所望のビーム径内が均一なビームに形成され、５のビーム径調整光学系で所望の照射径に調整する。
【０００９】
６ａはＣａＦ２ビームスプリッターで、反射光は７ａのＮＤを透過後、レーザー光量をモニターするため２１ａのフォトダイオードで構成するディテクターＡで受光される。一方６ａのビームスプリッターを透過したレーザー光は２０のステージ上に搭載された１０の光学素子サンプル（被検物Φ３０厚み３０ｍｍ）を透過し６ｂのＣａＦ２ビームスプリッターを介し７ｂのＮＤを透過後、２１ｂのディテクターＢで受光される。８はストッパーである。
【００１０】
これらステージ制御、ディテクターからの出力は２２のコントローラーにて処理される。
【００１１】
今、ＡｒＦエキシマレーザーからのレーザー光を周波数５００Ｈｚ、エネルギー１５ｍＪにて発振し、ＮＤ１を配置する。このとき光学素子サンプル（被検物）上の照度は３ｍＪ／ｃｍ２で照射される。
【００１２】
光学素子サンプル（ここではＣａＦ２）をステージにてレーザー光軸から退避させた時の各ディテクター出力Ａ０、Ｂ０を測定し（Ｂ０／Ａ０）を算出する。次に光学素子サンプルをステージにてレーザー光軸上に移動し、この時の各ディテクター出力Ａｓ、Ｂｓを測定し（Ｂｓ／Ａｓ）を算出する。
【００１３】
これらから、（Ｂｓ／Ａｓ）／（Ｂ０／Ａ０）を算出し、透過率を求める。
【００１４】
次にＮＤ２を配置、さらにＮＤを退避させ、それぞれ１５ｍＪ／ｃｍ２、３０ｍＪ／ｃｍ２で照射し同様に透過率を求める。
【００１５】
このような構成によって、光学素子サンプル（被検物）としてＣａＦ２を測定した結果を図４に示す。横軸を照射パルス数、縦軸に透過率測定値をとった。
ＣａＦ２の場合、各照度にて照射後、２０〜３０万パルス前後で透過率が一定になる。この透過率を読み取ることにより各照度にたいする透過率を求めることができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１１−８３６７６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成および方法において、ＮＤの種類を複数配置し、各照度にたいする透過率を求めた結果を図５に示す。
【００１８】
ここで、被検物であるＣａＦ２サンプルを光軸周りに角度を変えて設定した場合、同一サンプルでありながら透過率が異なるという問題が生じた。
【００１９】
すなわち、任意にサンプルを配置（このときの光軸周りの角度を０度とする。）し測定した結果と、これからサンプルを光軸周りに９０度回転して、再度測定した結果とで０．１〜０．３％の差が生じていることがわかる。
【００２０】
この原因は以下の理由から説明できる。
【００２１】
一般にＣａＦ２は複屈折性を有している。これはＣａＦ２結晶内部の応力ひずみに起因するものと、結晶そのものが有している真性複屈折に起因するものがある。
【００２２】
このため、照射レーザーのサンプル入射前の偏光状態はサンプルＣａＦ２の複屈折により変化し、サンプル出射後は異なる偏光状態となる。
【００２３】
照射するＡｒＦレーザーは直線偏光（実際には１：９〜２：８の楕円偏光）を有している。
【００２４】
サンプルを退避させて測定される各ディテクター出力Ａ０、Ｂ０はこの偏光にたいしビームスプリッター６ａ、６ｂで反射した光量が受光される。
【００２５】
一方、被検サンプルＣａＦ２が挿入された場合、前述のとおりサンプルのもつ複屈折により、サンプルを透過した後偏光状態は変化する。したがって、測定される各ディテクター出力Ａｓ、Ｂｓはサンプルを退避させて測定した時と異なる偏光状態で、ビームスプリッター６ａ、６ｂで反射した光量が受光される。
【００２６】
この偏光状態の変化によってビームスプリッター６ａ、６ｂにおけるＰ成分とＳ成分の反射率が異なり、結果として透過率が変化してしまうのである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題に対応するため本発明では、照射ビームの被検サンプルの複屈折による偏光状態の変化をなくすため、偏光解消板を配置し、サンプルの光軸周り回転方向に依存しない透過率測定装置および測定方法を提案するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施例である。
【００２９】
１はＡｒＦエキシマレーザー光源、レーザー光はＮ２パージされた２のチャンバー内に導光される。３は開口絞り、１１、１２は照度を可変とするためのＮＤである。ここでは１１にＮＤ１（透過率１０％）と１２にＮＤ２（透過率５０％）が２３のステージ上に配置され、レーザー光軸上に移動しＮＤ１のとき１０のサンプル上における照射照度が３ｍＪ／ｃｍ２、ＮＤ２のとき１５ｍＪ／ｃｍ２にて照射する。さらに、レーザー光軸上から退避させ、照度３０ｍＪ／ｃｍ２にて照射する。
【００３０】
そして３１に本発明の特徴とする偏光解消板を配置してある。
【００３１】
その構成を図７に示す。３２の楔にした水晶板（楔角１度）と、さらに楔によって傾いたビームを補正するための３３のＣａＦ２（楔角１．３度）から構成される。３１の偏光解消板はこれを構成する水晶板の結晶軸がレーザーの直線偏光方向に対し４５度傾けて配置する。これにより透過したレーザービームは各部位相差が生じる。この各部で異なる位相差をもったビームを分割し再度合成する、４の均一光学系（ハエノ目光学系）および５のビーム径調整光学系を透過させることにより、偏光状態をランダムにする。
【００３２】
６ａはＣａＦ２ビームスプリッターで、反射光は７ａのＮＤを透過後、レーザー光量をモニターするため２１ａのフォトダイオードで構成するディテクターＡで受光される。一方６ａのビームスプリッターを透過したレーザー光は２０のステージ上に搭載された１０の光学素子サンプル（被検物Φ３０厚み３０ｍｍ）を透過し６ｂのＣａＦ２ビームスプリッターを介し７ｂのＮＤを透過後、２１ｂのディテクターＢで受光される。８はストッパーである。
【００３３】
これらステージ制御、ディテクターからの出力は２２のコントローラーにて処理される。
【００３４】
今、ＡｒＦエキシマレーザーからのレーザー光を周波数５００Ｈｚ、エネルギー１５ｍＪにて発振し、ＮＤ１を配置する。このとき光学素子サンプル（被検物）上の照度は３ｍＪ／ｃｍ２で照射される。
【００３５】
光学素子サンプル（ここではＣａＦ２）をステージにてレーザー光軸から退避させた時の各ディテクター出力Ａ０、Ｂ０を測定し（Ｂ０／Ａ０）を算出する。次に光学素子サンプルをステージにてレーザー光軸上に移動し、この時の各ディテクター出力Ａｓ、Ｂｓを測定し（Ｂｓ／Ａｓ）を算出する。
【００３６】
これらから、（Ｂｓ／Ａｓ）／（Ｂ０／Ａ０）を算出し、透過率を求める。
【００３７】
次にＮＤ２を配置、さらにＮＤを退避させ、それぞれ１５ｍＪ／ｃｍ２、３０ｍＪ／ｃｍ２で照射し同様に透過率を求める。
【００３８】
本発明による透過率測定結果を図６に示す。
【００３９】
各照射照度に対する透過率が、被検サンプルの光軸周り回転方向０度９０度で一致した結果をえた。
【００４０】
（実施例２）
レーザー光源が、波長１５７．６ｎｍのＦ２レーザーの場合を実施例２に示す。
【００４１】
Ｆ２用として、３４の偏光解消板を図８に示す。
【００４２】
Ｆ２光に高透過率を有する３５の楔にしたＭｇＦ２と、さらに楔によって傾いたビームを補正するための３６のＣａＦ２から構成される。
【００４３】
その他、測定系は実施例１と同様である。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明は、エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定において、被検サンプルの複屈折に依存せず正確な透過率測定を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を記載したものである。
【図２】従来例。
【図３】本発明の第二の実施例を記載したものである。
【図４】従来例で得られた測定結果。
【図５】従来例で得られた測定結果。
【図６】本発明で得られた測定結果。
【図７】本発明の第一の実施例にて構成される偏光解消板。
【図８】本発明の第二の実施例にて構成される偏光解消板。
【符号の説明】
１ＡｒＦエキシマレーザー光源
２チャンバー
３開口絞り
４均一光学系
５ビーム径調整光学系
６ＣａＦ２ビームスプリッター
７ＮＤ
８ストッパー
１０光学素子サンプル（被検物）
１１，１２ＮＤ
２１ディテクター
２２コントローラー
２０，２３ステージ
３１，３４偏光解消板
３２水晶板
３４ＭｇＦ２板
３３，３５ＣａＦ２板
４０Ｆ２エキシマレーザー光源
４１，４２ＮＤ

Claims

エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定において、該レーザー光照射手段と該レーザー光を受光する手段を備え、該レーザー光の偏光成分を解消する光学手段を有することを特徴とする測定装置。
前記請求項１におけるレーザー光の偏光成分を解消する光学手段は水晶板から構成されることを特徴とする測定装置。
前記請求項１におけるレーザー光の偏光成分を解消する光学手段はＭｇＦ２から構成されることを特徴とする測定装置。
エキシマレーザー光に対する光学素子の透過率測定において、該レーザー光照射手段と該レーザー光を受光する手段を備え、該レーザー光の偏光成分を解消する光学手段を有することを特徴とする測定方法。
前記請求項１におけるレーザー光の偏光成分を解消する光学手段は水晶板から構成されることを特徴とする測定方法。
前記請求項１におけるレーザー光の偏光成分を解消する光学手段はＭｇＦ２から構成されることを特徴とする測定方法。