JP3077920B2 - 光学系評価装置及び光学系評価方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、Ｘ線露光装
置、Ｘ線顕微鏡等の光学系、つまり真空紫外線からＸ線
領域の１０００Å以下の波長帯に用いられる光学系を評
価するための技術に関するもので、光学系の位置合わ
せ、更には光学系に使用する多層膜ミラーについて評価
を行う光学系評価装置及び光学系評価方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、真空紫外線からＸ線領域でのミラ
ーを用いた結像光学系の応用が盛んに行なわれている。
図６に従来のＸ線顕微鏡の一例を示す。図において、６
１はターゲット、６２は集光ミラー、６３は試料、６４
は対物ミラー、６５はフィルムである。この顕微鏡で用
いられる２個の集光ミラー６２、対物ミラー６４の光軸
合わせは、可視光によりパタン像を撮像管（図示してい
ない）に投影して、結像パタンあるいは、結像信号を見
ながら位置合わせを行っていた。

【０００３】しかしながら、Ｘ線顕微鏡で実際に用いる
波長域は数１０〜数１００Ａで、可視光の波長域とは大
幅に異なるために、十分な解像度の確認が不可能であ
る。このため、高精度な位置合わせが必要な場合には、
実際に使用する波長によりフィルム６５に焼き付けを行
って、光軸の位置調整をすることが必要である。

【０００４】また、図７に従来のＸ線縮小投影露光装置
で用いられているシュワルツシュルト光学系の例を示
す。図において、７１は放射光源、７２はスリット、７
３はパタンである反射マスク、７４は光学部、７５はウ
ェハである。Ｘ線縮小投影露光では、反射マスク７３の
パタンを所望のサイズに縮小し、感光材を塗布したウェ
ハ７７等に転写する。光学部７４の縮小光学系は２枚の
凹凸ミラー７５、７６で構成されているため、ミラー間
の位置合わせ、収差補正を適正に行わないと、良好な結
像パタンを得ることができない。

【０００５】このため、ミラー間の位置合わせ及び収差
補正が重要となる。通常は光学系の位置調整は可視光光
源により行なっている。すなわち可視光を所定の反射マ
スク７３のパタンに反射させ、このパタン像をシュワル
ツシュルト光学系の凸面ミラー７５、凹面ミラー７６と
順次反射させ、光学顕微鏡により、マスクパタン像を観
察し、凹凸ミラー７５、７６間の位置合わせを行ってい
る。

【０００６】しかしながら、この光学系は軟Ｘ線領域で
の波長帯での分解能を有するため、可視光では高分解能
での調整ができない問題がある。また、ミラー７５、７
６として軟Ｘ線ミラーとの多層膜ミラーを用いているた
め、使用波長帯とミラーの多層膜の波長帯とのマッチン
グが重要となるが、可視光では使用波長帯の違いのた
め、マッチング調整は不可能である。このため、実際に
パタン転写して、そのパタンの解像度を評価している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した、従来の
図６のＸ線顕微鏡においては、可視光による調整では、
十分に解像度の確認が不可能である。また、実際に使用
する波長によりフィルムに焼き付けを行う方法では、多
くの時間を必要とすることとなる。

【０００８】更に、従来の図７のＸ線縮小投影露光装置
では、可視光では高分解能での調整ができない。また、
使用波長帯とミラーの多層膜の波長帯とのマッチング調
整が可視光では不可能である。このため、実際にパタン
転写して、そのパタンの解像度を評価しなければならな
い。しかし、軟Ｘ線領域の波長帯を用いるには、高真空
で取り扱うため、露光毎に、真空の引き、排気のための
操作時間が必要になるため、光学系の位置合わせに長大
な時間が要する。

【０００９】本発明の目的は、実際に使用する１０００
Å以下の波長の光源を使用して、光学系から得た結像手
段を、結像パタンを観察しながら位置合わせを行える光
学系評価手段を提供し、更には光学系に使用する多層膜
ミラーの性能評価を行える光学系評価手段を提供するも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、１０００Å以
下の波長の真空紫外線からＸ線領域の照明光源と、前記
照明光源からの照明光の波長を連続的に走査する分光器
と、前記分光器を通して前記照明光源からの照明光が投
影されるパタンと、数枚からなる複数の多層膜ミラーと
各多層膜ミラーの空間的な位置を決定する移動機構とを
有する光学部と、該光学部により縮小または拡大された
パタン像を検出、拡大し、その像を表示する拡大撮像部
とを備えた光学系において、照明光源からの照明光を分
光器によって、その波長を連続的に走査して、パタンの
結像状態を高精度に観察することにより、光学系で使用
している多層膜ミラーと照明光とのマッチング度を評価
する。

【００１１】

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、分光器により波長を連続
的に走査し結像を観察しながら、結像パタンの輝度が最
大になるときの波長、および各波長の輝度を求めること
により、照明光源と多層膜とのマッチング度、マッチン
グ幅を求めることができるので、多層膜ミラーの性能を
評価することが可能となる。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕本発明をＸ線縮小投影露光装置に適用した
例を実施例１として、図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本例の全体を示す構成図、図２は、図１におけ
る光学系の構成図、図３は、光学系の位置座標を表す構
成図、図４は、本例の位置調整を説明するためのフロー
チャートである。

【００１４】図１において、１は照明光源、２は分光
器、３はマスクパタン、４は光学部、４１は光学部のミ
ラー、４２はミラー調整機構、６はマスクパタン３と光
学部４を搭載したベースステージ、５は拡大撮像部、５
０はＸ線ズーミング管、５１はＣＣＤカメラ、５２は画
像処理装置、５３はＣＲＴモニタである。

【００１５】照明光源１から照射した照射光を、分光器
２を通してマスクパタン３に投影する。マスクパタン３
としては、透過型のマスクあるいは、反射型マスクのい
ずれを用いることもできるが、本例では透過型を使用し
ている。パタンの縮小率はミラー４１によって一義的に
きまるので、その所定縮小倍率に設定するため、マスク
パタン３と光学部４間の位置を決める。マスクパタン３
を透過した分光光が、光学部４に入射される。該光学部
４により所定の倍率で縮小されたマスクパタン像は拡大
撮像部５のＸ線ズーミング管５０の光電面に結像され
る。

【００１６】Ｘ線ズーミング管５０によりＸ線のパタン
像を光電子像に変換し、電子レンズにより電子像を拡大
してから、ＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）に入射
し電子増倍したのち、蛍光面を発光させて、その蛍光面
をＣＣＤカメラ５１により読みだし、画像処理装置５２
に取り込み、入力画像の画質改善を行い、ＣＲＴモニタ
５３へ拡大パタン像を写す。この拡大されたマスクパタ
ン像を目視観察することにより、パタンの縮小率、パタ
ン像のボケ、収差等を調整し、最適な光学系の結像条件
をリアルタイムに得ることができる。

【００１７】次に、光学部４の位置調整機構について説
明する。

【００１８】図２は光学部４としてシュワルツシュルト
縮小光学系を用いたときの位置調整機構例である。この
光学系は凹凸の２枚の球面ミラー４１１、４１２で構成
されており、マスクパタン３を通過した分光光を凸ミラ
ー４１１、凹ミラー４１２に順に反射させ、拡大撮像部
５へ縮小パタンを導く。これらのミラー４１１、４１２
は多層膜ミラーにより構成される。この多層膜ミラーの
評価方法については後述する。なお、光学部４の位置調
整機構の座標系は図３に示すように光軸の方向をＺ軸、
垂直方向をＹ軸、Ｚ軸Ｙ軸に直交する方向をＸ軸として
いる。

【００１９】光学部の位置調整機構としては、マスクパ
タン３、光学部４を搭載したベースステージ６、マスク
パタン３と光学部４間の位置を設定するためのマスクパ
タン駆動ステージ３１、および凹凸ミラー４間の間隙調
整ステージ４２１、および収差補正用Ｘステージ４２
２、収差補正用Ｙステージ４２３より構成されている。

【００２０】これらの位置調整機構の詳細について説明
すると、まず、凹凸ミラー間の間隙調整ステージ４２１
は、所定の縮小倍率になるように凹凸ミラー間の間隙を
決める。間隙調整ステージ４２１の駆動部としては、微
小ステップ移動が可能なＤＣモーター等により行ってい
る。

【００２１】マスクパタン駆動ステージ３１を光軸方向
は、所定縮小倍率に設定するため、マスクパタン３と光
学部４間の位置を決める。同ステージ部はＤＣモータに
より行い、位置検出はポテンショメータ等により行う。

【００２２】ベースステージ６はマスクパタン３、光学
部４と拡大撮像部５のＸ線ズーミング管５０の光電面間
のフォーガス調整を行うものである。シュワルツシュル
ト縮小光学系の焦点深度は数μｍ程度である。ベースス
テージ６の駆動部はＤＣモータ等により、サブミグロン
の位置停止精度を確保する。位置検出としては、レーザ
ー干渉計、リニヤスケール等により行う。

【００２３】凹凸ミラー間の収差補正Ｘステージ４２
２、収差補正Ｙステージ４２３としては凹ミラー側の
Ｘ，Ｙ軸駆動部にＤＣモータ等を用い、位置検出として
はポテンシュメータ等により行う。

【００２４】次に、位置調整手順について説明する。

【００２５】図４に位置調整手順の処理フローを示す。
まず、縮小倍率を設定するため、凹凸ミラー間の位置を
間隙調整ステージ４２１を動作させる。つぎに、マスク
パタン３と光学部４間の位置決めを行うために、マスク
パタン駆動ステージ３１を動作させて、所定の縮小倍率
位置に設定する（ステップ４０１）。

【００２６】縮小倍率を設定したのち、Ｘ線ズーミング
管５０の光電面に縮小パタンを結像させるため、マスク
パタン３、および光学部４を搭載したベースステージ６
を動作させ焦点合わせを行う。焦点合わせはベースステ
ージ６をＸ線ズーミング管５０に近づけていき、Ｘ線ズ
ーミング管５０により拡大された結像パタンにより行
う。結像パタンは画像処理装置５２により累積加算等に
より良好なパタン像を得てから、そのパタン像の輝度を
求め、この輝度が最大になるようにベースステージ６を
移動させる。この操作は目視により輝度信号を観察して
最大位置を求めることもできるが、輝度信号から得たフ
ィードバック信号を６のベースステージの駆動部に印可
することにより自動焦点合わせも可能である（ステップ
４０２）。

【００２７】次に、フォーカスが合った状態で、パタン
の縮小率を合わせる。パタンの縮小率は、あらかじめ基
準のメッシュパタン等により、ＣＲＴモニタ５３上での
メッシュサイズで校正したデータを収集しておく。この
校正データとマスクパタン像より所定の倍率であるか調
べ、縮小率が違う場合は縮小光学系の凹凸ミラー間の間
隙調整ステージ４２１を動作させて所定の縮小倍率に設
定する（ステップ４０３）。もし、縮小率合わせのとき
に、焦点ずれが生じたときは、上記の焦点合わせの処理
を随所行う（ステップ４０４）。

【００２８】縮小率、焦点合わせが終了したのち、結像
パタンの収差補正を行う。収差補正は縮小光学系の収差
補正用ステージ４２２、４２３により収差補正を行う。
収差補正ステージ４２２、４２３は凹ミラー４１２を光
軸に対してＸ，Ｙの２軸方向に移動調整し、凹ミラー４
１２と凸ミラー４１１間の収差が最小になるようにする
（ステップ４０５）。収差補正のときに焦点、縮小倍率
が変動したときは、上記の処理を操り返し、焦点、縮小
倍率、収差のすべてが良好なとき、処理を終了する（ス
テップ４０６）。

【００２９】凹凸ミラー４１１、４１２が球面の場合
は、本例のようにＸ，Ｙ２軸により収差補正が可能であ
るが、非球面で凹凸ミラーが構成されている場合は、
Ｘ，Ｙ軸の他に、凹凸ミラー間の傾き、あおりを調整す
る必要がある。このときは、傾き補正用α，β軸を設
け、これにより、ミラー間の平行度を合わせる。

【００３０】このように、結像パタンを直接観察しなが
ら所定の縮小率で、収差のない光学系の位置調整が可能
となる。従来のように一度転写してパタンの確認する必
要がないので、光学系の調整時間の大幅の短縮ができ
る。

【００３１】次に、上記の凸ミラー４１１、凹ミラー４
１２として使用される多層膜ミラーの性能評価について
述べる。

【００３２】上記した光学系の位置調整が終了した後、
照明光１を分光器２により所定の波長帯を連続的に波長
分光して取り出す。分光光としては光学部で用いられて
いる多層膜ミラーの構成材料により最適な波長帯が決定
される。いま、光学部としてＭｏ／Ｓｉの多層膜を用い
た凹凸ミラーにより縮小光学系を構成したときは、Ｘ線
での反射率が１３０Å近辺の波長帯で高くなる。分光器
により選択する波長を変えていき、そのときの、結像パ
タンの輝度を画像処理装置により算出し、輝度が最大に
なるときの波長、および各波長の輝度を求めることによ
り、照明光源と多層膜とのマッチング度、マッチング幅
が求められ、これにより多層膜ミラーの性能評価ができ
る。

【００３３】〔実施例２〕次に、本発明の光学系評価装
置とＸ線縮小投影露光装置とを組み合わせて一体とした
例を実施例２として、図５を用いて説明する。図５にお
いて、既に説明した実施例１と同一の機能を有するもの
は、同一の符号を付け、繰り返しの説明は省略する。

【００３４】図において、７はウェハ、８は切替えステ
ージ、９はスリット、１０はマスクパタンである。本例
においては、拡大撮像部５とウェハ７とを切替えステー
ジ８に一緒に搭載し、該切替えステージ８の移動によ
り、光学部４の結像位置に、拡大撮像部５とウェハ７と
を交互に位置させている。

【００３５】本例の動作について説明すると、Ｘ線によ
りウェハ７に縮小パタンを転写する前に、切替えステー
ジ８を矢印Ａの方向に移動させ、光学部４の結像位置に
拡大撮像部５を設定して図示の状態とする。その後、上
記実施例１において説明した手順により縮小光学系の縮
小倍率、フォーカス、収差補正等をＸ線ズーミング管の
パタンにより最適調整を行う。調整が終了した後、切替
えステージ８を矢印Ｂの方向へ移動して拡大撮像部５を
待避させ、光学部４の結像位置に転写すべきウエハ７を
セットする。このように、光学系の最適調整を行った後
に直ちにパタン転写ができるので、転写性能の向上、効
率化が可能となる。

【００３６】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３７】以上の説明では、主として発明の利用分野
をＸ線縮小投影露光装置に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、例えば、Ｘ線顕
微鏡等にも適用できる。本発明は、少なくとも波長が１
０００Å以下の光源を使用する光学系に対して適用可能
なものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、遠紫外線から軟Ｘ線領域で用
いられる光学系の光軸、収差補正等の位置調整及び多層
膜ミラーの性能評価といった光学系評価を、所定の波長
帯によりモニターによりパタン像を見ながら直接調整す
ることが可能となり、短時間に高精度の評価が行えると
いう効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の装置構成図。

【図２】 図１の光学系の構成図。

【図３】 図２の光学系の位置座標を示す図。

【図４】 位置調整手順のフローチャート。

【図５】 本発明の実施例２の装置構成図。

【図６】 従来のＸ線顕微鏡の構成図。

【図７】 従来のＸ線縮小投影露光装置の構成図。

【符号の説明】

１…照明光源、２…分光器、３…マスクパタン、３１…
マスクパタン駆動ステージ、４…光学部、４１…ミラ
ー、４１１…凸ミラー、４１２…凹ミラー、４２…ミラ
ー調整機構、４２１…凹凸ミラー間の間隙調整ステー
ジ、４２２…収差補正用Ｘステージ、４２３…収差補正
用Ｙステージ、５…拡大撮像部、５０…Ｘ線ズーミング
管、５１…ＣＣＤカメラ、５２…画像処理装置、５３…
ＣＲＴモニター、６…ベースステージ、７…ウェハ、８
…切替えステージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝田 勉 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 芳賀 恒之 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 鳥居 康弘 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−24945（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−153550（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G01N 23/00 - 23/227 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パタンと、 １ ０００Å以下の波長の光を投影する照明光源と、前記照明光源からの照明光の波長を連続的に走査し、分
   光光を前記パタンに投影する分光器と、 複数の多層膜ミラーと、前記各多層膜ミラーの空間的な
   位置を決定する移動機構とを有する光学部と、 前記光学部により得た像を検出、拡大し、その像を表示
   する拡大撮像部とを備えたことを特徴とする光学系評価
   装置。
2. 【請求項２】 パタンを光学部を通して拡大撮像部に拡
   大投影し、パタン像により複数の多層膜ミラーの移動機
   構を動作させて光軸位置合わせを行った後、投影する照
   明光を分光器により波長分光して、多層膜ミラーの性能
   を評価する光学系評価方法。