JP2005183655A - 透過率測定装置及び透過率測定機構を備えている波面収差測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２００nm以下の紫外領域の光源を用い光路の酸素濃度変化などによって起こる光量変動の補正が必要な透過率測定装置及び波面収差測定装置で透過率分布測定を行う場合に、途中光路の酸素濃度揺らぎなどの経時的な光量変動の影響を校正でき、より精密な絶対透過率，透過率分布の測定を可能とすること。
【解決手段】 ２００nm以下の紫外領域の光源を用いる透過率測定装置において、光源の光量を測定する光量モニタと被検レンズの入射側，出射側に少なくとも２つのエネルギーセンサを有し、光路の酸素濃度変化などによって起こる光量変動を補正することが可能な透過率測定機構を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透過率測定装置及び、透過率測定機構を備えた波面収差測定装置に関するものであり、特に酸素による光吸収が起こる２００nm以下の波長域の光源を用いた場合の高精度な透過率測定に好適なものである。

従来、透過率測定装置で被検レンズの透過率測定を行う場合には次のように行われていた。ここでは高精度レンズとして、露光装置に搭載される投影レンズを例に取り、以下に図６を用いて詳細説明する。

光源１から発振された光が、引き回し光学系２を通り、その中に配置されているハーフミラー８で光は分岐され、分岐された光の一部は光量モニタ９で受光させる。またハーフミラー８で分岐された一部の光は引き回し光学系１０，固定ミラー１１により被検レンズ２０の物体面（Reticle面）１８の上部へと導かれ、Reticle-XYZステージ（１３，１４，１５）上へと入射する。入射光はさらに移動ミラー１６で反射されて被検レンズ２０の上面に達する。被検レンズ２０の入射側に、被検レンズ出射側で光量測定に用いるエネルギーセンサ２２を配置し、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。次に、被検レンズ２０の出射位置へエネルギーセンサ２２を配置して透過光を受光させ、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。これら被検レンズ入射側，出射側で同一のエネルギーセンサ２２を用いて光量を測定した値と光量モニタ９でそれぞれ測定した値を用いて、光源１の絶対光量の揺らぎを補正して被検レンズ２０の透過率測定を行っていた。また、Reticle-XYZステージ（１３，１４，１５）とWafer-XYZステージ（２３，２４，２５）を駆動させ、所望の座標においてエネルギーセンサ２２で光量を測定することにより、透過率分布測定を行っていた。このような装置は、例えば特許文献１に開示されている。

また従来、波面収差測定装置で高精度な被検レンズの透過率測定を行う場合には、次のように測定されていた。ここでは、高精度レンズとして、露光装置に搭載される投影レンズを例に取り、以下に図７を用いて詳細説明する。

まず、波面収差測定装置における波面収差測定方法について説明を行う。光源１から発振された光が、引き回し光学系２を通り、集光レンズ３により空間フィルタ４上へ、光束は集められる。ここで、空間フィルタ４の径はコリメータレンズ５のNAにより決まるエアリーディスク径の１／２程度に設定されている。これにより、空間フィルタ４からの出射光は理想球面波となり、ハーフミラー６で分岐された一部の光はコリメータレンズ５により平行光に変換され、引き回し光学系１０，固定ミラー１１により被検レンズ２０の物体面（Reticle面）１８の上部へと導かれ、Reticle-XYZステージ（１３，１４，１５）上へと入射する。入射光はさらに移動ミラー１６で反射されて被検レンズ２０の上面に達して被検レンズ２０を通り、ＲＳミラー２９で反射されて被検レンズ２０を通り、移動ミラー１６，固定ミラー１１で反射されて引き回し光学系１０を通る。さらにコリメータレンズ５，ハーフミラー６を透過して干渉縞観察用モニタ３１で干渉縞を観察し、波面収差を測定している。

また、波面収差測定装置における透過率測定機能は次のようであった。まず、被検レンズ２０の入射側に、被検レンズ出射側で光量測定に用いるエネルギーセンサ２２を配置し、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。次に、被検レンズ２０を光が透過する位置へエネルギーセンサ２２を配置して透過光を受光させ、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。これら被検レンズ入射側，出射側で同一のエネルギーセンサ２２を用いて光量を測定した値と光量モニタ９でそれぞれ測定した値を用いて、光源１の絶対光量の揺らぎを補正して被検レンズ２０の透過率測定を行っていた。また、Reticle-XYZステージ（１３，１４，１５）とWafer-XYZステージ（２３，２４，２５）を駆動させ、所望の座標においてエネルギーセンサ２２で光量を測定することにより、透過率分布測定を行っていた。
特開２００２−０２２６０８号公報

しかしながら、光源１にフッ素ダイマー（Ｆ_２）レーザ等の波長が２００nm以下の紫外領域のレーザ等を用いる場合には、酸素による光吸収が起こるため、途中光路を窒素などでパージする必要がある。

これら２００nm以下の紫外領域の波長の光源を用いた透過率測定装置及び波面収差測定装置で透過率を測定する際には、光量モニタ９など光源１の揺らぎ補正を行う機構までの酸素濃度変化などによる光量変動は補正できるが、光量モニタ９以降の光量変動補正が出来ず、特に被検レンズ２０に半導体露光装置に使用する投影レンズを用いて透過率分布測定などの時間が掛かり高精度な測定を行う場合には、測定中に光量モニタ９以降の光路の酸素濃度が経時的に変化するなどして精密な透過率分布測定が出来ず、経時的な光路の酸素濃度変化などによる光量変動の影響を補正できなかった。

本発明の透過率測定装置及び波面収差測定装置での透過率測定方法においては、上記の問題点を解決するために、以下の手段を設けた。

・被検レンズ２０の入射側にエネルギーセンサ１９を配置する。被検レンズ２０の透過率を測定する際には、入射側のエネルギーセンサ１９を参照して、出射側のエネルギーセンサ２２で測定を行い、途中光路の経時的な酸素濃度変化などによる光量変動の補正を行う。

・エネルギーセンサ１９，２２で光量を測定する前に、２つのエネルギーセンサをReticle側に配置するなど同じ条件で光量測定が出来る位置へ配置して、途中光路に配置した光量モニタ９と同期させて光量測定を行い、事前にエネルギーセンサ１９とエネルギーセンサ２２の出力比を求め、感度校正を行っておく。

・透過率測定の際には、前記出力比を用いてエネルギーセンサ１９，２２の数値を校正し、さらに光量モニタ９との同期を取って光源１の揺らぎの補正を行う。

以上述べたように、２００nm以下の紫外領域の光源を用い光路の酸素濃度変化などによって起こる光量変動の補正が必要な透過率測定装置及び波面収差測定装置で透過率分布測定を行う場合に、途中光路の酸素濃度揺らぎなどの経時的な光量変動の影響を校正でき、より精密な絶対透過率，透過率分布の測定が可能となる。

以下、本発明の実施形態を［図１］〜［図７］に基づいて説明する。

［図１］に本発明の第１の実施例を示す。［図１］における構成は、エネルギーセンサ１９以外は、従来例（［図６］）と同じである。［図２］に本発明の第２の実施例を示す。［図３］に本発明の第３の実施例を示す。［図３］における構成は、エネルギーセンサ１９以外は、従来例（［図７］）と同じである。また、［図４］に本発明の第２の実施例を示す。［図５］に本発明に用いるエネルギーセンサの感度校正方法を示す。［図５］は透過率測定機構を備えた波面収差測定装置でのエネルギーセンサの感度校正方法を示しているが、本発明の第１，第２の実施例（透過率測定装置）の場合も同様の方法である。

まず、透過率測定に用いるエネルギーセンサ１９，２２の感度校正方法について説明する。

［図５］は本発明におけるエネルギーセンサ１９，２２の感度校正の方法を示した図である。エネルギーセンサ１９，２２ともに被検レンズ２０の入射側位置など同条件で光が入射される位置に配置する。

まず、被検レンズ入射側エネルギーセンサ１９へ光が入射する位置へReticle-XYZステージ（１３，１４，１５）を駆動させる。エネルギーセンサ１９へ光を入射させその出力値EAを得ると同時に、途中光路に配置された光量モニタ９をエネルギーセンサ１９と同期させて測定し、エネルギーセンサ１９の出力値EAを光量モニタ９の出力値MAで規格化するなどして、光源１などの絶対光量揺らぎの補正を行う。感度校正時のエネルギーセンサ１９の感度校正出力値をCAとすると、CAは次のように表すことができる。

CA = EA／MA
次に被検レンズ出射側エネルギーセンサ２２へ光が入射する位置へReticle-XYZステージを駆動させる。エネルギーセンサ１９での測定と同様にエネルギーセンサ２２へ光を入射させてその出力値EBを得ると同時に、途中光路に配置された光量モニタ９をエネルギーセンサ２２と同期させて測定し、エネルギーセンサ２２の出力値EBを光量モニタ９の出力値MBで規格化するなどして、光源１などの絶対光量揺らぎの補正を行う。感度校正時のエネルギーセンサ２２の感度校正出力値をCBとすると、CBは次のように表せる。

CB = EB／MB
これらより、エネルギーセンサ１９，２２の感度比を計算する。

エネルギーセンサ１９に対するエネルギーセンサ２２の感度比をＫとすると、Ｋは次のように書ける。

Ｋ = CB／CA
以上の測定を複数回行って平均値を求めるなどして、エネルギーセンサ１９，２２のより確からしい感度比を計算してその値を採用し（Kavgとする）、被検レンズ２０の透過率測定時のエネルギーセンサ１９，２２の出力値の補正に用いる。

［図１］に本発明の第１の実施例を示す。［図１］では被検レンズとして、露光装置に搭載される投影レンズを例に取り説明を行う。また［図１］ではReticle側から光が入射する場合を示しているが、Wafer側から入射するような構成でも構わない。

まず、被検レンズ入射側エネルギーセンサ１９で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５を駆動させる。エネルギーセンサ１９と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、エネルギーセンサ１９での測定値E1Aを光量モニタ９の測定値M1Aで規格化した補正値C1Aを得る。

C1A = E1A／M1A
次に、コリメータレンズ１７からの光束が被検レンズ２０を透過し、被検レンズ出射側エネルギーセンサ２２で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させる。エネルギーセンサ２２と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、エネルギーセンサ２２での測定値E2Aを光量モニタ９の測定値M2Aで規格化した補正値C2Aを得る。

C2A = E2A／M2A
この補正値C2Aを、エネルギーセンサ１９，２２の感度比採用値Kavgで補正した値C2AKを求める。

C2AK = C2A／Kavg
C1A，C2AKを用いると、その測定座標(X1,Y1)での被検レンズ２０の透過率T0(X1,Y1)が求められる。

T0(X1,Y1) = C2AK／C1A
次に、Reticle-XYZステージ１３，１４，１５，Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させてエネルギーセンサ２２を次の透過率測定点へ移動させて、同様に透過率を求める。

以上の測定を全ての透過率測定点において実行するのだが、光路の酸素濃度の経時的変化など光量変動の影響を軽減するために、必要に応じて入射側エネルギーセンサ１９での光量測定を光量モニタ９と同期させて行い、得られた補正値を新たにC1Aとして登録して、全ての測定点において透過率の測定を行う。

また、被検レンズ２０に入射する光が直線偏光の場合には偏光を考慮するため、被検レンズ２０をコリメータレンズ１７からの出射光と相対的に９０°回転させて同様に透過率T90(X,Y)の測定を行う。

以上より、被検レンズ２０の同一測定座標の透過率T0(X,Y)，T90(X,Y)の平均値Tavg(X,Y)を計算して、Tavg(X,Y)を測定座標(X,Y)での透過率とし、絶対透過率や透過率分布の算出を行う。

Tavg(X,Y) = ( T0(X,Y) + T90(X,Y) )／ 2
［図２］に本発明の第２の実施例を示す。まずReticle側に配置した光路切換ミラー３０を光路中に挿入し、被検レンズ入射側エネルギーセンサ１９に光束を入射させる。光路切換ミラー３０はハーフミラーを用いても構わない。

エネルギーセンサ１９と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、本発明の第１の実施例と同様の方法で出力値C1Aを得る。

次に光路切換ミラー３０を駆動させて光路から外し、コリメータレンズ１７からの光束が被検レンズ２０を透過し、被検レンズ出射側エネルギーセンサ２２で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させる。

エネルギーセンサ２２と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、本発明の第１の実施例と同様の方法で出力値C2Aを得る。

被検レンズ２０の透過率分布を得るために、エネルギーセンサ２２で光量測定を行う次の測定点へ光が到達する位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させて、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。

同様に全ての測定点に対して光量測定を行うのだが、測定中に時間が経過し光量変動が起こった場合など必要に応じて、光路切換ミラー３０を光路中に挿入し、本発明の第１の実施例の場合と同様にエネルギーセンサ１９へ光束を入射させて光量モニタ９と同期させて光量測定を行い、光量モニタ９での測定値で補正を行った後の補正値を新たな補正値として登録を行う。

このようにして全ての測定点に対して測定を行い、本発明の第１の実施例と同様に絶対透過率，透過率分布Tavg(X,Y)を算出する。

［図３］に本発明の第３の実施例を示す。［図３］では被検レンズとして、露光装置に搭載される投影レンズを例に取り説明を行う。波面収差の測定方法は従来と同様である。また［図３］ではReticle側から光が入射する場合を示しているが、Wafer側から入射するような構成でも構わない。以下で本発明の第３の実施例における透過率測定の方法について説明する。

まず、被検レンズ入射側エネルギーセンサ１９で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５を駆動させる。エネルギーセンサ１９と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、エネルギーセンサ１９での測定値E3Aを光量モニタ９の測定値M3Aで規格化した補正値C3Aを得る。

C3A = E3A／M3A
次に、コリメータレンズ１７からの光束が被検レンズ２０を透過し、被検レンズ出射側エネルギーセンサ２２で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させる。エネルギーセンサ２２と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、エネルギーセンサ２２での測定値E4Aを光量モニタ９の測定値M2Aで規格化した補正値C4Aを得る。

C4A = E4A／M4A
この補正値C4Aを、エネルギーセンサ１９，２２の感度比採用値Kavgで補正した値C4AKを求める。

C4AK = C4A／Kavg
C3A，C4AKを用いると、その測定座標(X1,Y1)での被検レンズ２０の透過率T0(X1,Y1)が求められる。

T0(X1,Y1) = C4AK／C3A
次に、Reticle-XYZステージ１３，１４，１５，Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させてエネルギーセンサ２２を次の透過率測定点へ移動させて、同様に透過率の計算を行う。

以上の測定を全ての透過率測定点において実行するのだが、光路の酸素濃度の経時的変化など光量変動の影響を軽減するために、必要に応じて入射側エネルギーセンサ１９での光量測定を光量モニタ９と同期させて行い、その測定値を新たにC3Aとして登録して、全ての測定点において透過率の測定を行う。

また、被検レンズ２０に入射する光が直線偏光の場合には偏光を考慮するため、被検レンズ２０をコリメータレンズ１７からの出射光と相対的に９０°回転させて同様に透過率T90(X,Y)の測定を行う。

以上より、被検レンズ２０の同一測定座標の透過率T0(X,Y)，T90(X,Y)の平均値Tavg(X,Y)を計算して、Tavg(X,Y)を測定座標(X,Y)での透過率とし、絶対透過率や透過率分布の算出を行う。

Tavg(X,Y) = ( T0(X,Y) + T90(X,Y) )／ 2
［図４］に本発明の第４の実施例を示す。

本発明の第4の実施例においては、光路切換ミラー３０に固定ハーフミラーを採用するという方法も考えられるが、収差発生の懸念があるため波面収差測定装置には適用できず、本発明の第４の実施例の方法は特に有効である。まずReticle側に配置した光路切換ミラー３０を光路中に挿入し、被検レンズ入射側エネルギーセンサ１９に光束を入射させる。

エネルギーセンサ１９と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、本発明の第３の実施例と同様の方法で出力値C3Aを得る。

次に光路切換ミラー３０を駆動させて光路から外し、コリメータレンズ１７からの光束が被検レンズ２０を透過し、被検レンズ出射側エネルギーセンサ２２で光量測定が出来る位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させる。

エネルギーセンサ２２と光量モニタ９を同期させて光量測定を行い、本発明の第３の実施例と同様の方法で出力値C4Aを得る。

被検レンズ２０の透過率分布を得るために、エネルギーセンサ２２で光量測定を行う次の測定点へ光が到達する位置へReticle-XYZステージ１３，１４，１５、Wafer-XYZステージ２３，２４，２５を駆動させて、光量モニタ９と同期させて光量測定を行う。

以上の測定を全ての測定点に対して光量測定を行うのだが、測定中に時間が経過し光量変動が起こった場合など必要に応じて、光路切換ミラー３０を光路中に挿入し、エネルギーセンサ１９へ光束を入射させて光量モニタ９と同期させて光量測定を行い、光量モニタ９での測定値で補正を行った後の補正値を新たな補正値として登録を行う。

このようにして全ての測定点に対して測定を行い、本発明の第３の実施例と同様に絶対透過率，透過率分布Tavg(X,Y)を算出する。

本発明の第１の実施例である透過率測定装置での透過率測定方法を示す図。 本発明の第２の実施例である透過率測定装置での透過率測定方法を示す図。 本発明の第３の実施例である波面収差測定装置及びその装置での透過率測定法を示す図。 本発明の第４の実施例である波面収差測定装置及びその装置での透過率測定法を示す図。 本発明の透過率測定に用いるエネルギーセンサの感度校正方法を示す図。 従来の透過率測定装置での透過率測定方法を示す図。 従来の波面収差測定装置での透過率測定方法を示す図。

符号の説明

１ 光源
２ 引き回し光学系
３ 集光レンズ
４ 空間フィルタ
５ コリメータレンズ
６ ハーフミラー
７ 干渉計ユニット
８ 空間フィルタ
９ 光量モニタ
１０ 引き回し光学系
１１ 固定ミラー
１２ Reticle-XYZステージ基板
１３ Reticle-Yステージ
１４ Reticle-Xステージ
１５ Reticle-Zテージ
１６ 移動ミラー
１７ コリメータレンズ
１８ Reticle面
１９ エネルギーセンサ
２０ 被検レンズ
２１ Wafer面
２２ エネルギーセンサ
２３ Wafer-Zステー
２４ Wafer-Xステージ
２５ Wafer-Yステージ
２６ 光量表示器
２７ 光量表示器
２８ ホストコンピュータ
２９ RSミラー
３０ 光路切換ミラー
３１ 干渉縞観察用モニタ

Claims (10)

1. ２００nm以下の紫外領域の光源を用いる透過率測定装置において、光源の光量を測定する光量モニタと被検レンズの入射側，出射側に少なくとも２つのエネルギーセンサを有し、光路の酸素濃度変化などによって起こる光量変動を補正することが可能な透過率測定機構を備えていることを特徴とする透過率測定装置。
2. 前記、透過率測定機構は、被検レンズ入射側に配置されたエネルギーセンサと途中光路に配置した光量モニタを同期させて光量測定を行い、さらに被検レンズ出射側のエネルギーセンサと光量モニタを同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項１に記載の透過率測定装置。
3. 前記、透過率測定機構は、被検レンズ入射側ステージを駆動して、入射側の光路外に固定配置されたエネルギーセンサへ光を導いて光量モニタと同期させて光量測定を行い、さらに被検レンズ出射側に配置されたエネルギーセンサへ光束が入射する位置へ、入射側，出射側ステージをそれぞれ駆動させて光量モニタと同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項２に記載の透過率測定装置。
4. 前記、透過率測定機構は、被検レンズ入射側に光路切換ミラーを配置し、該ミラーを光路に挿入して入射側に配置されたエネルギーセンサへ光を導いて光量モニタと同期させて光量測定を行い、該ミラーを駆動させて光路外へ移動させ被検レンズ出射側に配置されたエネルギーセンサへ光束が入射する位置へ、入射側，出射側ステージをそれぞれ駆動させて光量モニタと同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項２に記載の透過率測定装置。
5. 前記、透過率測定機構は、連続した透過率測定において、必要に応じて被検レンズ入射側エネルギーセンサへ光を入射させて光量測定を行い、前記測定値を次測定点以降での透過率測定に用いることを特徴とした請求項３〜４のいずれか１つに記載の透過率測定装置。
6. ２００nm以下の紫外領域の光源を用いる波面収差測定装置において、光源の光量を測定する光量モニタと被検レンズの入射側，出射側に少なくとも２つのエネルギーセンサを有し、光路の酸素濃度変化などによって起こる光量変動を補正することが可能な透過率測定機構を備えていることを特徴とする波面収差測定装置。
7. 前記、被検レンズ入射側に配置されたエネルギーセンサと途中光路に配置した光量モニタを同期させて光量測定を行い、さらに被検レンズ出射側のエネルギーセンサと光量モニタを同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項６に記載の波面収差測定装置。
8. 前記、透過率測定機構は、被検レンズ入射側ステージを駆動して、入射側の光路外に固定配置されたエネルギーセンサへ光を導いて光量モニタと同期させて光量測定を行い、さらに被検レンズ出射側に配置されたエネルギーセンサへ光束が入射する位置へ、入射側，出射側ステージをそれぞれ駆動させて光量モニタと同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項７に記載の波面収差測定装置。
9. 前記、透過率測定機構は、被検レンズ入射側に光路切換ミラーを配置し、該ミラーを光路に挿入して入射側に配置されたエネルギーセンサへ光を導いて光量モニタと同期させて光量測定を行い、該ミラーを駆動させて光路外へ移動させ被検レンズ出射側に配置されたエネルギーセンサへ光束が入射する位置へ、入射側，出射側ステージをそれぞれ駆動させて光量モニタと同期させて光量測定を行うことで、被検レンズの透過率を測定することを特徴とする請求項７に記載の波面収差測定装置。
10. 前記、透過率測定機構は、連続した透過率測定において、必要に応じて被検レンズ入射側エネルギーセンサへ光を入射させて光量測定を行い、前記測定値を次測定点以降での透過率測定に用いることを特徴とした請求項８〜９のいずれか１つに記載の波面収差測定装置。

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