JP2005500527A - レーザー帯域幅を測定するためのコンボルーション法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、レーザーの帯域幅が分光計のスリット関数に比べて大きくない環境の下で、分光計を使って得られた帯域幅データに基づいて、超狭帯域レーザービームの帯域幅データを計算するための、簡単で信頼でき、使い易い方法を提供する。分光計のスリット関数が求められる（２０）。レーザービームのスペクトルデータは、分光計を使って測定され、レーザービームのスペクトルと分光計のスリット関数のコンボルーションを表す、測定されたレーザービームのスペクトルを作る（７６）。この測定されたレーザースペクトルは、次に、分光計のスリット関数と数学的にコンボルブされ、二重にコンボルブされたスペクトルが作られる。真のレーザー帯域幅を表す帯域幅値は、測定されたレーザースペクトルと二重にコンボルブされたスペクトルから求められる。真のレーザー帯域幅は、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」と、対応する「二重にコンボルブされた帯域幅」の間の差を求めることによって算定されるのが望ましい。本方法は、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」が２つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅とを表し、「二重にコンボルブされた帯域幅」が１つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅とを表すので、真のレーザー帯域幅を上手く見積もることができる。而して、この差が、真のレーザー帯域幅を表すことになる。好適な実施形態では、測定された帯域幅のパラメータは、半値全幅帯域幅と９５％の積分帯域幅である。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光計に、厳密には狹帯域レーザービームの帯域幅を測定するための分光計に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、米国特許出願第０９／９３１，７２６号「レーザー帯域幅を測定するためのコンボルーション法」、２０００年２月２５日出願の米国特許出願第０９／５１３，３２４号、２０００年１２月１４日出願の米国特許出願第０９／７３７，１８１号「ダブルパス・ダブルエタロン・分光計」、及び２００１年１月２９日出願の米国特許出願第０９／７７２，２９３号「高分解能エタロン格子モノクロメーター」に優先権を請求し、これら全てを参考文献としてここに援用する。
【０００３】
分光計は、レーザービームのスペクトル（即ち、波長の関数としてのビームの光度）を測定するための周知の装置である。最近の集積回路のリソグラフィーに用いられる紫外線レーザーの光源は、非常に狭い帯域幅を有し、厳しい帯域幅規格で作動することが要求される。これらのレーザーのスペクトルを測定するのに用いられる分光計は、回折格子ベースの分光計とＦａｂｒｉ−Ｐｅｒｏｔエタロンベースの分光計の２つに大きく分類される。
【０００４】
リソグラフィーに用いられる代表的なＫｒＦエキシマレーザーに関する説明は、米国特許第５，９９１，３２４号に記載されており、参考文献としてここに援用する。これらのレーザーには２つのスペクトル帯域幅特性があり、マイクロリソグラフィ用途で広範に言及されている。これらは、ピーク光度の５０パーセントで測定されるレーザーのスペクトル帯域幅で、半値全幅帯域幅（省略してＦＷＨＭ）と呼ばれるものと、レーザーエネルギーの９５％を含み、９５％積分帯域幅（省略して９５％Ｉ）と呼ばれるスペクトル帯域幅である。スペクトルが広がると、シリコンウェーハ上に印刷される集積回路の形状にぼけが生じ、歩留まり問題に繋がる恐れもあるので、レーザが、マイクロリソグラフィ・チップ製造の間、常に規定の範囲内で作動することは非常に重要である。従って、レーザースペクトルに、連続する正確なモニタリング能力を提供することが非常に重要である。
【０００５】
分光計の品質の尺度は、そのスリット関数である。これは、非常に狭いスペクトルを測定するときに、分光計によって記録されるスペクトルである。レーザービームのスペクトルを正確に測定する分光計では、分光計自身のスリット関数帯域幅は、レーザーの帯域幅より相当小さくなければならない。
【０００６】
ＫｒＦレーザーの名目波長は約２４８ｎｍの範囲にあり、ＡｒＦレーザーの名目波長は約１９３ｎｍの範囲にある。現在のＫｒＦ及びＡｒＦリソグラフィレーザーは、これらの範囲内の非常に狭い帯域幅で作動し、ＦＷＨＭ帯域幅では約０．４ｐｍから０．６ｐｍ、９５％Ｉ帯域幅では約１．５ｐｍである。ＬａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋＢｅｒｌｉｎが提供しているＥＬＩＡＳモデルのエシェル分光計のような非常に優れた格子分光計は、ＦＷＨＭ帯域幅で約０．１４ｐｍの範囲内にあり、９５％Ｉ帯域幅で約０．５４ｐｍの範囲内にあるスリット関数を有している。（このスリット関数は、約２４８．２５の基準波長で、アルゴンイオンレーザーの周波数二倍ビームを非常に狭いスペクトルとして使って測定された。周波数二倍線のＦＷＨＭ帯域幅は、約０．０４ｐｍである。）この分光計のスリット関数値は、測定されている帯域幅より幾分小さいが、相当小さいわけではないことは明らかである。結果的に、測定されたレーザースペクトルはレーザービームの真のスペクトルではなく、レーザービームスペクトルと分光計のスリット関数スペクトルのコンボルーションである。先行技術では、フーリエ変換を利用して測定されたスペクトルをデ・コンボルブするデ・コンボルーション技法を使用できるが、使用できる正規のコンボルーション・アルゴリズムは使い辛く、特に９５％Ｉでは、スペクトルの外翼におけるデータが広い統計上の変動を受けるので、お粗末な結果になることも多い。
【０００７】
必要とされているのは、良好なＦＷＨＭ及び９５％Ｉのデータを作ることができる分光計と、これらの測定されたデータを使って、正確で安定した信頼できる帯域幅のデータを計算するための簡単で正確な使い易い方法である。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許出願第０９／９３１，７２６号
【特許文献２】
米国特許出願第０９／５１３，３２４号
【特許文献３】
米国特許出願第０９／７３７，１８１号
【特許文献４】
米国特許出願第０９／７７２，２９３号
【特許文献５】
米国特許第５，９９１，３２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされているのは、良好なＦＷＨＭ及び９５％Ｉのデータを作ることができる分光計と、これらの測定されたデータを使って、正確で安定した信頼できる帯域幅のデータを計算するための簡単で正確な使い易い方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、レーザーの帯域幅が分光計のスリット関数と比べて大きくない環境において、分光計を使って得られた帯域幅データに基づいて、超狭帯域レーザービームの帯域幅データを計算するための、簡単で信頼でき、使い易い方法を提供する。
【００１１】
分光計のスリット関数は定められている。レーザービームのスペクトルデータは、分光計を使って測定され、レーザービームのスペクトルと分光計のスリット関数のコンボルーションを表す、測定されたレーザービームのスペクトルを作る。この測定されたレーザースペクトルは、次に、分光計のスリット関数と数学的にコンボルブされ、二重にコンボルブされたスペクトルが作られる。真のレーザー帯域幅を示す帯域幅値は、測定されたレーザースペクトルと、二重にコンボルブされたスペクトルから求められる。
【００１２】
真のレーザー帯域幅は、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」と、対応する「二重にコンボルブされた帯域幅」との間の差を求めることによって算定するのが望ましい。「測定されたレーザー帯域幅の２倍」は、２つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表し、「二重にコンボルブされた帯域幅」は、１つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表すので、本方法は、真のレーザー帯域幅に関して優れた見積もりを提供する。而して、その差が、真のレーザー帯域幅を表す。
【００１３】
或る好適な実施形態では、測定された帯域幅のパラメータは、半値全幅帯域幅と、９５％積分帯域幅である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
装置
この第１好適実施形態は、線状狭幅ＫｒＦレーザー、線状狭幅ＡｒＦレーザー又はＦ2レーザーのようなリソグラフィガス放電レーザーの帯域幅を測定するのに用いるのが望ましい。好適な分光計は、ドイツのベルリンに本社のあるＬａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋＢｅｒｌｉｎ社が提供するＥＬＩＡＳ分光計（輝線分析分光計の頭字語）として知られている格子分光計である。帯域幅のパラメーターを計算するには、ウインドウズＮＴ及び本明細書に記載の特定のアルゴリズムによって作動するパーソナルコンピューターを用いるのが望ましい。
【００１６】
方法
帯域幅の測定を行うための重要な段階を図１に示し、以下に説明する。
（１）スリット関数
図２０及び２２に示すように、レーザーの帯域幅を計算する前に、分光計のスリット関数を測定する。これは、実質的にゼロの帯域幅を有するスペクトルを測定することによって行われるのが望ましい。好適な超狹帯域源は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社のような販売元から入手可能で、ＫｒＦの波長の範囲内で標準波長を作り、僅か約０．０４ｐｍの帯域幅を有する、周波数二倍のアルゴンイオンレーザーである。背景ノイズが減算され、スリット関数が正規化される。スリット関数は、以下に述べるように、スペクトル計算を行うために書かれているコンピュータープログラムのディレクトリ内に記憶される。
【００１７】
（２）帯域幅の測定
帯域幅の測定は、以下のように行われる。
（Ａ）分析するビームの約４％のような小部分を、ビームスプリッターを使って抽出し、抽出されたビームの一部分を光学ファイバーに集める。この光を、ＥＬＩＡＳ分光計を使って分析する。図２Ａは、分光計の構成要素（分光計販売元の提供）の図である。図２Ａの図面に記載されている分光計の機能に関する製造元の説明は、下記の通りである。
エシェル格子の理論的解像能力を用いることができるようにするためには、分光計の光学システムは２つの要件を満足しなければならない。第一に、ほぼ回折制限された画像が実現されなければならない。第二に、線形アレイの一般的な画素幅が約２５μｍであると考え、５−１０画素のエントランススリットの回折制限された画像を走査できるようにするためには、線形分散度が十分に高くなければならない。
ＥＬＩＡＳでは、リトロー装置内の３６０ｍｍ幅エシェル格子を、交互に複光路又は単光路で用いることができる。
これにより、ソフトウェアによってモーター制御され、プロファイル特徴に対する非常に高い解像能力か、又は、解像能力は低いが、波長キャリブレーションに対する広い検査範囲と高い信号対ノイズ比、の何れかを備えて作動することができる。
【００１８】
ＥＬＩＡＳの１０ｍの最終的カメラ焦点距離は、２．５ｍ軸外し放物面と、それに続く４対１の接線画像再生スケールを有するアナモルフィック倍率光学系により達成される。
平行なリトロービーム内に僅か２つの折り畳み鏡を用いることによって、このコンセプトは、小型で、熱的及び機械的に非常に安定したシステムとなる。
排他的に、広帯域ＵＶ層を備えた反射光学系を利用することによって、色収差が回避され、測定波長を選択する際の制限が無くなる。
放射線の分光計への連結は、ＳＭＡ光ファイバー・インターフェースを介して、又は、ファイバーにはビーム光度が高すぎる恐れがある場合には、機器の前端にディフューザーを備えた反射転送光学系を介して、実現することができる。
分光計の出力は、図２Ａに示すような検出器７６によって集められる一式のフォトダイオードアレイスペクトル光度データである。
【００１９】
（３）アルゴリズム
ＰＣは、図１に示す項目を達成するよう設計されているアルゴリズムを使ってプログラムされているのが望ましい。各スペクトルの測定値毎に、７０で示しているようにレーザーの試験データが読み取られる。７２で示しているように、背景が減算され、データが正規化され、正規化された、測定されたレーザースペクトルができる。ＦＷＨＭ及び９５％積分帯域幅は、７４で示している生のスペクトルデータから計算される。これらの値は、レーザーと分光計両方からの帯域幅寄与を含んでおり、スペクトルはビームスペクトルとスリット関数との単独のコンボルーションを示しているという事実に起因し、ＦＷＨＭc及び９５％Ｉcとして識別される。７６で示しているように、コンピューターは、次に、正規化された（単独にコンボルブされた）測定されたスペクトルと、測定された正規化されたスリット関数とのコンボルーションを実行し、二重にコンボルブされたレーザービームスペクトルを作る。コンピューターは、この二重にコンボルブされたレーザービームスペクトルから、７８で示しているように、ＦＷＨＭ及び９５％積分値を計算し、ＦＷＨＭcc及び９５％Ｉccを作る（下付き文字ccは、スペクトルが二重にコンボルブされているという事実を指している）。次に、コンピューターは、単独にコンボルブされた帯域幅値を二重にコンボルブされた値から減算して、ΔＦＷＨＭ及びΔ９５％Ｉ値を得る。次に、全て図１に示すように、これらのΔ値を単独にコンボルブされた値から減算すると、レザービームのＦＷＨＭ及び９５％積分のデ・コンボルブされた値の最良の見積もりが得られる。その結果は、８０で示しているように、ディスプレイ表示される。読者は、ＦＷＨＭcを２倍したものからＦＷＨＭccを減算することによって、そして９５％Ｉcを２倍したものから９５％Ｉccを減算することによっても、同じ結果が得られることに注目されたい。***
ＬＡＳＥＲ ＦＷＨＭ＝２（ＦＷＨＭc）−（ＦＷＨＭcc）、
ＬＡＳＥＲ ９５％Ｉ＝２（９５％Ｉc）−（９５％Ｉcc）
【００２０】
図３Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、３Ａは未知のレーザースペクトル、３Ｂは測定されたスリット関数、３Ｃは、未知のレーザースペクトルと測定されたスリット関数とのコンボルーションである測定されたレーザースペクトル、３Ｄは測定されたレーザースペクトルと分光計のスリット関数との計算されたコンボルーション、を表している。ＦＷＨＭT及び９５％ＩT（Ｔは真の帯域幅を表す）、ＦＷＨＭc、９５％Ｉc、ＦＷＨＭcc及び９５％Ｉccの値は、図に示している。
【００２１】
この技法は、真のレーザー帯域幅を上手く見積もる。読者は、その結果が「真の」レーザー帯域幅の見積もりであることを理解しなければならない。見積もりが真の帯域幅値にどれほど近いかは、スペクトルの形状次第である。レーザースペクトルとスリット関数が共にローレンツ曲線の場合、帯域幅の見積もりは真の帯域幅に等しい。ガウス曲線スペクトルの場合、上記技法を使って得られる見積もりは、一般的に、真の帯域幅値と違ってもせいぜい１％である。例えば、真の帯域幅が０．３８７３ｐｍで、スリット関数が０．１ｐｍとする。出願人の技法は、０．３８７７ｐｍの帯域幅（即ち、約０．１パーセントの無難なエラー）と見積もることになる。この技法が機能する理由を合理的に説明すると、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」は２つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表し、「二重にコンボルブされた帯域幅」は１つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表すからである。
【００２２】
クロスチェック
上記の技法の値を更に検証するために、出願人は、上記技法の結果を、ＡｒＦレーザービームを分析することによって収集された１９セットの実際の分光計データを用いる、先行技術による正規のＦＦＴデ・コンボルーション技法を使って得られた正規のデ・コンボルーションの結果と比較した。その結果を表１に示す。
【００２３】
表１
【００２４】
この表は、先に述べたように、真のレーザービーム帯域幅と分光計のスリット関数とのコンボルーションを表す生データから得られたＦＷＨＭ及び９５％Ｉ帯域幅値を含んでいる。第３及び第４列は、先に述べたように本発明の好適な実施形態の技法を適用した結果である。第５及び第６列は、正規のＦＦＴデ・コンボルーションの結果である。
【００２５】
試験データとよく合う既知の曲線形状を見出すのが難しかったため、正規のＦＥＴデ・コンボルーションを行うのに、出願人の一人は約３日間を要した。第２及び第３列の結果は、ほぼ瞬時に作成される。表１のデータを比較すると、本発明の技法は、一般的に、正規のデ・コンボルーション法によって手間を掛けて得た値の約１０％以内にある結果を出していることがわかる。
【００２６】
９５パーセント積分帯域幅
出願人は、既に９５パーセント積分帯域幅について言及しているが、まだそれを定義していない。このパラメーターは、スペクトル定義パラメーターとして広範に使用されているが、単一の普遍的に使用される正確な定義はない。一般的には、このパラメーターは、解析される光のエネルギーの９５パーセントが含まれるスペクトル幅を示すと了解されている。利用されている９５％Ｉには４つの正確な定義がある。それらを、図４Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに関して以下に説明する。
【００２７】
１）９５％Ｉ（ピーク）：図４Ａに示しているこの定義では、光度のピークを始点とし、窓を両側に左右対称に、総エネルギーの９５％が窓内に含まれるまで開く。これは、ＥＬＩＡＳ分光計の製造元が使用する定義である。
【００２８】
２）９５％Ｉ（ＣｏＧ）：この定義はＥ９５（ピーク）に非常によく似ているが、先ずスペクトルの重心を計算し、次にＣｏＧ（重心）を中心にして窓を広げる。リソグラフィ装置の代表的な製造元の１つは、この定義を選んでいる。
【００２９】
３）９５％Ｉ（２．５％）：図４Ｃに示しているこの定義では、スペクトル積分の２．５％ポイントと９７．５％ポイントとの間の距離を測定する。これは出願人が選んでいる定義である。
【００３０】
４）９５％Ｉ（最小量）：最後に、図４Ｄに示しているように、エネルギーの９５％を含んでいる全ての可能な窓を走査し、最も狭いものを選択する。
【００３１】
本発明を実施する際、９５％Ｉに関する上記定義は、何れも利用することができる。先に述べたように、出願人は、９５％Ｉ（２．５％）と称する定義を選択している。
【００３２】
本発明には、その範囲を変更することなく様々な修正を施すことができる。上記説明は全て、本発明の一例に過ぎない。当業者には容易に理解頂けるように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、数多くの修正及び変更を行うことができる。パルスデータの各セット毎にノイズデータを１セット測定し、そのノイズデータを使ってパルスデータを補正するのが望ましい。しかし、この１対１の技法に対してこれ以外の変更例を用いることもできる。例えば、ノイズデータ１セットを用いて数（例えば１０）セットのパルスデータを補正することもできる。通常、ノイズデータは実質的にランダムなので、パルスデータの各セットを補正するのに、数（例えば１０）セットのノイズデータの移動平均を使うのが好都合である。実験結果が、ノイズのランダムな変動はこのノイズの一時的な変動より大きいことを示すような場合、このアプローチが有効である。従って、上記開示は本発明を制限するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲に述べる事項によって定められるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好適な実施形態を実行するための基本的な段階を示すフローチャートである。
【図２Ａ】先行技術による分光計の基本的な構成要素を示す図である。
【図２Ｂ】先行技術による回折格子分光計のスリット関数のグラフである。
【図３Ａ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｂ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｃ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｄ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図４Ａ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｂ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｃ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｄ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【０００１】
本発明は、分光計に、厳密には狹帯域レーザービームの帯域幅を測定するための分光計に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、米国特許出願第０９／９３１，７２６号「レーザー帯域幅を測定するためのコンボルーション法」、２０００年２月２５日出願の米国特許出願第０９／５１３，３２４号、２０００年１２月１４日出願の米国特許出願第０９／７３７，１８１号「ダブルパス・ダブルエタロン・分光計」、及び２００１年１月２９日出願の米国特許出願第０９／７７２，２９３号「高分解能エタロン格子モノクロメーター」に優先権を請求し、これら全てを参考文献としてここに援用する。
【０００３】
分光計は、レーザービームのスペクトル（即ち、波長の関数としてのビームの光度）を測定するための周知の装置である。最近の集積回路のリソグラフィーに用いられる紫外線レーザーの光源は、非常に狭い帯域幅を有し、厳しい帯域幅規格で作動することが要求される。これらのレーザーのスペクトルを測定するのに用いられる分光計は、回折格子ベースの分光計とＦａｂｒｉ−Ｐｅｒｏｔエタロンベースの分光計の２つに大きく分類される。
【０００４】
リソグラフィーに用いられる代表的なＫｒＦエキシマレーザーに関する説明は、米国特許第５，９９１，３２４号に記載されており、参考文献としてここに援用する。これらのレーザーには２つのスペクトル帯域幅特性があり、マイクロリソグラフィ用途で広範に言及されている。これらは、ピーク光度の５０パーセントで測定されるレーザーのスペクトル帯域幅で、半値全幅帯域幅（省略してＦＷＨＭ）と呼ばれるものと、レーザーエネルギーの９５％を含み、９５％積分帯域幅（省略して９５％Ｉ）と呼ばれるスペクトル帯域幅である。スペクトルが広がると、シリコンウェーハ上に印刷される集積回路の形状にぼけが生じ、歩留まり問題に繋がる恐れもあるので、レーザが、マイクロリソグラフィ・チップ製造の間、常に規定の範囲内で作動することは非常に重要である。従って、レーザースペクトルに、連続する正確なモニタリング能力を提供することが非常に重要である。
【０００５】
分光計の品質の尺度は、そのスリット関数である。これは、非常に狭いスペクトルを測定するときに、分光計によって記録されるスペクトルである。レーザービームのスペクトルを正確に測定する分光計では、分光計自身のスリット関数帯域幅は、レーザーの帯域幅より相当小さくなければならない。
【０００６】
ＫｒＦレーザーの名目波長は約２４８ｎｍの範囲にあり、ＡｒＦレーザーの名目波長は約１９３ｎｍの範囲にある。現在のＫｒＦ及びＡｒＦリソグラフィレーザーは、これらの範囲内の非常に狭い帯域幅で作動し、ＦＷＨＭ帯域幅では約０．４ｐｍから０．６ｐｍ、９５％Ｉ帯域幅では約１．５ｐｍである。ＬａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋＢｅｒｌｉｎが提供しているＥＬＩＡＳモデルのエシェル分光計のような非常に優れた格子分光計は、ＦＷＨＭ帯域幅で約０．１４ｐｍの範囲内にあり、９５％Ｉ帯域幅で約０．５４ｐｍの範囲内にあるスリット関数を有している。（このスリット関数は、約２４８．２５の基準波長で、アルゴンイオンレーザーの周波数二倍ビームを非常に狭いスペクトルとして使って測定された。周波数二倍線のＦＷＨＭ帯域幅は、約０．０４ｐｍである。）この分光計のスリット関数値は、測定されている帯域幅より幾分小さいが、相当小さいわけではないことは明らかである。結果的に、測定されたレーザースペクトルはレーザービームの真のスペクトルではなく、レーザービームスペクトルと分光計のスリット関数スペクトルのコンボルーションである。先行技術では、フーリエ変換を利用して測定されたスペクトルをデ・コンボルブするデ・コンボルーション技法を使用できるが、使用できる正規のコンボルーション・アルゴリズムは使い辛く、特に９５％Ｉでは、スペクトルの外翼におけるデータが広い統計上の変動を受けるので、お粗末な結果になることも多い。
【０００７】
必要とされているのは、良好なＦＷＨＭ及び９５％Ｉのデータを作ることができる分光計と、これらの測定されたデータを使って、正確で安定した信頼できる帯域幅のデータを計算するための簡単で正確な使い易い方法である。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許出願第０９／９３１，７２６号
【特許文献２】
米国特許出願第０９／５１３，３２４号
【特許文献３】
米国特許出願第０９／７３７，１８１号
【特許文献４】
米国特許出願第０９／７７２，２９３号
【特許文献５】
米国特許第５，９９１，３２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされているのは、良好なＦＷＨＭ及び９５％Ｉのデータを作ることができる分光計と、これらの測定されたデータを使って、正確で安定した信頼できる帯域幅のデータを計算するための簡単で正確な使い易い方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、レーザーの帯域幅が分光計のスリット関数と比べて大きくない環境において、分光計を使って得られた帯域幅データに基づいて、超狭帯域レーザービームの帯域幅データを計算するための、簡単で信頼でき、使い易い方法を提供する。
【００１１】
分光計のスリット関数は定められている。レーザービームのスペクトルデータは、分光計を使って測定され、レーザービームのスペクトルと分光計のスリット関数のコンボルーションを表す、測定されたレーザービームのスペクトルを作る。この測定されたレーザースペクトルは、次に、分光計のスリット関数と数学的にコンボルブされ、二重にコンボルブされたスペクトルが作られる。真のレーザー帯域幅を示す帯域幅値は、測定されたレーザースペクトルと、二重にコンボルブされたスペクトルから求められる。
【００１２】
真のレーザー帯域幅は、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」と、対応する「二重にコンボルブされた帯域幅」との間の差を求めることによって算定するのが望ましい。「測定されたレーザー帯域幅の２倍」は、２つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表し、「二重にコンボルブされた帯域幅」は、１つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表すので、本方法は、真のレーザー帯域幅に関して優れた見積もりを提供する。而して、その差が、真のレーザー帯域幅を表す。
【００１３】
或る好適な実施形態では、測定された帯域幅のパラメータは、半値全幅帯域幅と、９５％積分帯域幅である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
装置
この第１好適実施形態は、線状狭幅ＫｒＦレーザー、線状狭幅ＡｒＦレーザー又はＦ2レーザーのようなリソグラフィガス放電レーザーの帯域幅を測定するのに用いるのが望ましい。好適な分光計は、ドイツのベルリンに本社のあるＬａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋＢｅｒｌｉｎ社が提供するＥＬＩＡＳ分光計（輝線分析分光計の頭字語）として知られている格子分光計である。帯域幅のパラメーターを計算するには、ウインドウズＮＴ及び本明細書に記載の特定のアルゴリズムによって作動するパーソナルコンピューターを用いるのが望ましい。
【００１６】
方法
帯域幅の測定を行うための重要な段階を図１に示し、以下に説明する。
（１）スリット関数
図２０及び２２に示すように、レーザーの帯域幅を計算する前に、分光計のスリット関数を測定する。これは、実質的にゼロの帯域幅を有するスペクトルを測定することによって行われるのが望ましい。好適な超狹帯域源は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社のような販売元から入手可能で、ＫｒＦの波長の範囲内で標準波長を作り、僅か約０．０４ｐｍの帯域幅を有する、周波数二倍のアルゴンイオンレーザーである。背景ノイズが減算され、スリット関数が正規化される。スリット関数は、以下に述べるように、スペクトル計算を行うために書かれているコンピュータープログラムのディレクトリ内に記憶される。
【００１７】
（２）帯域幅の測定
帯域幅の測定は、以下のように行われる。
（Ａ）分析するビームの約４％のような小部分を、ビームスプリッターを使って抽出し、抽出されたビームの一部分を光学ファイバーに集める。この光を、ＥＬＩＡＳ分光計を使って分析する。図２Ａは、分光計の構成要素（分光計販売元の提供）の図である。図２Ａの図面に記載されている分光計の機能に関する製造元の説明は、下記の通りである。
エシェル格子の理論的解像能力を用いることができるようにするためには、分光計の光学システムは２つの要件を満足しなければならない。第一に、ほぼ回折制限された画像が実現されなければならない。第二に、線形アレイの一般的な画素幅が約２５μｍであると考え、５−１０画素のエントランススリットの回折制限された画像を走査できるようにするためには、線形分散度が十分に高くなければならない。
ＥＬＩＡＳでは、リトロー装置内の３６０ｍｍ幅エシェル格子を、交互に複光路又は単光路で用いることができる。
これにより、ソフトウェアによってモーター制御され、プロファイル特徴に対する非常に高い解像能力か、又は、解像能力は低いが、波長キャリブレーションに対する広い検査範囲と高い信号対ノイズ比、の何れかを備えて作動することができる。
【００１８】
ＥＬＩＡＳの１０ｍの最終的カメラ焦点距離は、２．５ｍ軸外し放物面と、それに続く４対１の接線画像再生スケールを有するアナモルフィック倍率光学系により達成される。
平行なリトロービーム内に僅か２つの折り畳み鏡を用いることによって、このコンセプトは、小型で、熱的及び機械的に非常に安定したシステムとなる。
排他的に、広帯域ＵＶ層を備えた反射光学系を利用することによって、色収差が回避され、測定波長を選択する際の制限が無くなる。
放射線の分光計への連結は、ＳＭＡ光ファイバー・インターフェースを介して、又は、ファイバーにはビーム光度が高すぎる恐れがある場合には、機器の前端にディフューザーを備えた反射転送光学系を介して、実現することができる。
分光計の出力は、図２Ａに示すような検出器７６によって集められる一式のフォトダイオードアレイスペクトル光度データである。
【００１９】
（３）アルゴリズム
ＰＣは、図１に示す項目を達成するよう設計されているアルゴリズムを使ってプログラムされているのが望ましい。各スペクトルの測定値毎に、７０で示しているようにレーザーの試験データが読み取られる。７２で示しているように、背景が減算され、データが正規化され、正規化された、測定されたレーザースペクトルができる。ＦＷＨＭ及び９５％積分帯域幅は、７４で示している生のスペクトルデータから計算される。これらの値は、レーザーと分光計両方からの帯域幅寄与を含んでおり、スペクトルはビームスペクトルとスリット関数との単独のコンボルーションを示しているという事実に起因し、ＦＷＨＭc及び９５％Ｉcとして識別される。７６で示しているように、コンピューターは、次に、正規化された（単独にコンボルブされた）測定されたスペクトルと、測定された正規化されたスリット関数とのコンボルーションを実行し、二重にコンボルブされたレーザービームスペクトルを作る。コンピューターは、この二重にコンボルブされたレーザービームスペクトルから、７８で示しているように、ＦＷＨＭ及び９５％積分値を計算し、ＦＷＨＭcc及び９５％Ｉccを作る（下付き文字ccは、スペクトルが二重にコンボルブされているという事実を指している）。次に、コンピューターは、単独にコンボルブされた帯域幅値を二重にコンボルブされた値から減算して、ΔＦＷＨＭ及びΔ９５％Ｉ値を得る。次に、全て図１に示すように、これらのΔ値を単独にコンボルブされた値から減算すると、レザービームのＦＷＨＭ及び９５％積分のデ・コンボルブされた値の最良の見積もりが得られる。その結果は、８０で示しているように、ディスプレイ表示される。読者は、ＦＷＨＭcを２倍したものからＦＷＨＭccを減算することによって、そして９５％Ｉcを２倍したものから９５％Ｉccを減算することによっても、同じ結果が得られることに注目されたい。***
ＬＡＳＥＲ ＦＷＨＭ＝２（ＦＷＨＭc）−（ＦＷＨＭcc）、
ＬＡＳＥＲ ９５％Ｉ＝２（９５％Ｉc）−（９５％Ｉcc）
【００２０】
図３Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、３Ａは未知のレーザースペクトル、３Ｂは測定されたスリット関数、３Ｃは、未知のレーザースペクトルと測定されたスリット関数とのコンボルーションである測定されたレーザースペクトル、３Ｄは測定されたレーザースペクトルと分光計のスリット関数との計算されたコンボルーション、を表している。ＦＷＨＭT及び９５％ＩT（Ｔは真の帯域幅を表す）、ＦＷＨＭc、９５％Ｉc、ＦＷＨＭcc及び９５％Ｉccの値は、図に示している。
【００２１】
この技法は、真のレーザー帯域幅を上手く見積もる。読者は、その結果が「真の」レーザー帯域幅の見積もりであることを理解しなければならない。見積もりが真の帯域幅値にどれほど近いかは、スペクトルの形状次第である。レーザースペクトルとスリット関数が共にローレンツ曲線の場合、帯域幅の見積もりは真の帯域幅に等しい。ガウス曲線スペクトルの場合、上記技法を使って得られる見積もりは、一般的に、真の帯域幅値と違ってもせいぜい１％である。例えば、真の帯域幅が０．３８７３ｐｍで、スリット関数が０．１ｐｍとする。出願人の技法は、０．３８７７ｐｍの帯域幅（即ち、約０．１パーセントの無難なエラー）と見積もることになる。この技法が機能する理由を合理的に説明すると、「測定されたレーザー帯域幅の２倍」は２つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表し、「二重にコンボルブされた帯域幅」は１つのレーザー帯域幅と２つの分光計のスリット関数帯域幅を表すからである。
【００２２】
クロスチェック
上記の技法の値を更に検証するために、出願人は、上記技法の結果を、ＡｒＦレーザービームを分析することによって収集された１９セットの実際の分光計データを用いる、先行技術による正規のＦＦＴデ・コンボルーション技法を使って得られた正規のデ・コンボルーションの結果と比較した。その結果を表１に示す。
【００２３】
表１
この表は、先に述べたように、真のレーザービーム帯域幅と分光計のスリット関数とのコンボルーションを表す生データから得られたＦＷＨＭ及び９５％Ｉ帯域幅値を含んでいる。第３及び第４列は、先に述べたように本発明の好適な実施形態の技法を適用した結果である。第５及び第６列は、正規のＦＦＴデ・コンボルーションの結果である。
【００２５】
試験データとよく合う既知の曲線形状を見出すのが難しかったため、正規のＦＥＴデ・コンボルーションを行うのに、出願人の一人は約３日間を要した。第２及び第３列の結果は、ほぼ瞬時に作成される。表１のデータを比較すると、本発明の技法は、一般的に、正規のデ・コンボルーション法によって手間を掛けて得た値の約１０％以内にある結果を出していることがわかる。
【００２６】
９５パーセント積分帯域幅
出願人は、既に９５パーセント積分帯域幅について言及しているが、まだそれを定義していない。このパラメーターは、スペクトル定義パラメーターとして広範に使用されているが、単一の普遍的に使用される正確な定義はない。一般的には、このパラメーターは、解析される光のエネルギーの９５パーセントが含まれるスペクトル幅を示すと了解されている。利用されている９５％Ｉには４つの正確な定義がある。それらを、図４Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに関して以下に説明する。
【００２７】
１）９５％Ｉ（ピーク）：図４Ａに示しているこの定義では、光度のピークを始点とし、窓を両側に左右対称に、総エネルギーの９５％が窓内に含まれるまで開く。これは、ＥＬＩＡＳ分光計の製造元が使用する定義である。
【００２８】
２）９５％Ｉ（ＣｏＧ）：この定義はＥ９５（ピーク）に非常によく似ているが、先ずスペクトルの重心を計算し、次にＣｏＧ（重心）を中心にして窓を広げる。リソグラフィ装置の代表的な製造元の１つは、この定義を選んでいる。
【００２９】
３）９５％Ｉ（２．５％）：図４Ｃに示しているこの定義では、スペクトル積分の２．５％ポイントと９７．５％ポイントとの間の距離を測定する。これは出願人が選んでいる定義である。
【００３０】
４）９５％Ｉ（最小量）：最後に、図４Ｄに示しているように、エネルギーの９５％を含んでいる全ての可能な窓を走査し、最も狭いものを選択する。
【００３１】
本発明を実施する際、９５％Ｉに関する上記定義は、何れも利用することができる。先に述べたように、出願人は、９５％Ｉ（２．５％）と称する定義を選択している。
【００３２】
本発明には、その範囲を変更することなく様々な修正を施すことができる。上記説明は全て、本発明の一例に過ぎない。当業者には容易に理解頂けるように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、数多くの修正及び変更を行うことができる。パルスデータの各セット毎にノイズデータを１セット測定し、そのノイズデータを使ってパルスデータを補正するのが望ましい。しかし、この１対１の技法に対してこれ以外の変更例を用いることもできる。例えば、ノイズデータ１セットを用いて数（例えば１０）セットのパルスデータを補正することもできる。通常、ノイズデータは実質的にランダムなので、パルスデータの各セットを補正するのに、数（例えば１０）セットのノイズデータの移動平均を使うのが好都合である。実験結果が、ノイズのランダムな変動はこのノイズの一時的な変動より大きいことを示すような場合、このアプローチが有効である。従って、上記開示は本発明を制限するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲に述べる事項によって定められるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好適な実施形態を実行するための基本的な段階を示すフローチャートである。
【図２Ａ】先行技術による分光計の基本的な構成要素を示す図である。
【図２Ｂ】先行技術による回折格子分光計のスリット関数のグラフである。
【図３Ａ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｂ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｃ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図３Ｄ】本発明の好適実施形態を実行する際に重要な様々なスペクトルの１例を示している。
【図４Ａ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｂ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｃ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
【図４Ｄ】９５％Ｉ帯域幅の様々な定義の１例を表している。
Claims (12)
- スリット関数を定義している分光計を使って、前記分光計のスリット関数の対応する帯域幅と比べて大きくない帯域幅を有する光源の帯域幅の測定を行うための方法において、
Ａ）前記分光計のスリット関数を決定する段階と、
Ｂ）前記スリット関数のデジタル表現をデジタルコンピュータープロセッサ内に記憶する段階と、
Ｃ）分光計を使って前記光源のスペクトル測定を行い、真の光源スペクトルと前記スリット関数のコンボルーションを表す測定されたスペクトルを求める段階と、
Ｄ）前記測定されたスペクトルの少なくとも１つの帯域幅を求めて、少なくとも１つの測定された帯域幅を得る段階と、
Ｅ）前記コンピュータープロセッサを使って、前記測定されたスペクトルと前記スリット関数のコンボルーションを実行し、真の光源スペクトル及び２つのスリット関数を表す二重にコンボルブされたスペクトルを作り出し、前記二重にコンボルブされたスペクトルの少なくとも１つの帯域幅を求める段階と、
Ｆ）前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅と、前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅とを使って、前記光源の少なくとも１つの帯域幅値を見積もる段階と、から成ることを特徴とする方法。 - 前記見積もりは、前記二重にコンボルブされたスペクトルの前記少なくとも１つの帯域幅から前記測定されたスペクトルの前記少なくとも１つの測定された帯域幅を減算して少なくとも１つのデルタ帯域幅を得て、次に、前記少なくとも１つの測定されたスペクトルから前記少なくとも１つのデルタ帯域幅を減算することによって行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記見積もりは、前記測定されたスペクトルから得られた少なくとも１つの測定された帯域幅を２倍し、その結果から、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた少なくとも１つの帯域幅を減算することによって行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、９５％Ｉ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、９５％Ｉ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、９５％Ｉ帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅と９５％Ｉ帯域幅とを備えている少なくとも２つの帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅と９５％Ｉ帯域幅とを備えている少なくとも２つの帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
- 前記測定されたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの測定された帯域幅と、前記二重にコンボルブされたスペクトルから求められた前記少なくとも１つの帯域幅は、それぞれ、ＦＷＨＭ帯域幅と９５％Ｉ帯域幅とを備えている少なくとも２つの帯域幅を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
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