JPH1062240A - 散乱測定装置とその測定方法 - Google Patents

散乱測定装置とその測定方法

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JPH1062240A
JPH1062240A JP8218292A JP21829296A JPH1062240A JP H1062240 A JPH1062240 A JP H1062240A JP 8218292 A JP8218292 A JP 8218292A JP 21829296 A JP21829296 A JP 21829296A JP H1062240 A JPH1062240 A JP H1062240A
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integrating sphere
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scattering
excimer laser
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Satoru Oshikawa
識 押川
Yoshinori Watanabe
義則 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エキシマレーザーのサンプルに対する散乱を
定量的に評価するに際し、測定値の再現性が良く、精度
良く測定することが可能な散乱測定装置とその測定方法
を提供する。 【解決手段】基板上に形成された薄膜状のサンプル又は
光学材料のサンプルに測定光を照射したときの散乱を積
分球を用いて測定する散乱測定装置であって、前記測定
光がエキシマレーザーであり、前記積分球の内壁がテト
ラフルオロエチレン(PTFE)からなることを特徴と
する散乱測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学材料及び光学
薄膜の散乱量を測定する測定装置及び測定方法に関する
ものである。
【0002】
【従来技術】近年、半導体素子の集積度を増すために、
半導体製造用縮小投影露光装置(ステッパー)の高解像
力化の要求が高まっている。このステッパーによるフォ
トリソグラフィーの解像度を上げる一つの方法として、
光源波長の短波長化が挙げられる。それに伴って、この
短波長における光学素子などの計測評価が不可欠になり
つつある。
【0003】光学素子の評価項目のうちで重要な項目の
一つとして、散乱が挙げられる。光学部品の散乱量を計
測する方法として、サンプルに測定光を照射したときの
散乱を積分球を用いて測定する方法と、サンプルにスポ
ット的に測定光を照射し、散乱の角度分布などを測定す
る方法がある。前者は全散乱量について測定可能である
が、散乱の角度分布等は測定できない。
【0004】一方、後者は散乱の角度分布などを測定す
ることによって、表面の傷などの表面状態を観測するこ
とができるが、非常に複雑な解析が必要である。従っ
て、表面状態や表面形状を測定する場合は後者の方式を
用いるが、一般的に散乱量を測定する場合は、測定の簡
便性から前者を採用する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の散乱測
定装置に使用されている積分球の内壁材は硫酸バリウム
であり、硫酸バリウムは紫外光を吸収するので、エキシ
マレーザーをサンプルに照射したときの散乱量を測定す
る場合の散乱測定装置には適用することができない。
【0006】また、エキシマレーザーは大気中の不純物
が光学系に付着した場合、光線の直進性が損なわれ、透
過率の低下という現象が生じる。透過率の低下は積分球
の効率の低下にもつながる。積分球の内壁に大気中の不
純物が付着した場合も同様に、サンプルからの散乱光の
直進性が損なわれ、光量が低下するという問題が生じる
ことが予測される。
【0007】さらに、積分球の内壁の汚れの程度によっ
て、散乱効率が変動し、正確な測定ができないという問
題が生じることが予測される。本発明は、かかる問題点
に鑑みてなされたものであり、エキシマレーザーのサン
プルに対する散乱を定量的に評価するに際し、測定値の
再現性が良く、精度良く測定することが可能な散乱測定
装置とその測定方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
の結果、テトラフルオロエチレン(PTFE)が紫外光
に対して吸収が少なく、測定光がエキシマレーザーであ
る場合に、テトラフルオロエチレン(PTFE)を積分
球の内壁として使用可能であることを見いだし本発明を
するに至った。
【0009】本発明は第一に「基板上に形成された薄膜
状のサンプル又は光学材料のサンプルに測定光を照射し
たときの散乱を積分球を用いて測定する散乱測定装置で
あって、前記測定光がエキシマレーザーであり、前記積
分球の内壁がテトラフルオロエチレン(PTFE)から
なることを特徴とする散乱測定装置(請求項1)」を提
供する。
【0010】また、本発明は第二に「基板上の形成され
た薄膜状のサンプル又は光学材料のサンプルにエキシマ
レーザーを照射したときの散乱を積分球を用いて測定す
る散乱測定方法であって、前記サンプルにエキシマレー
ザーを照射する前に、拡散板を前記積分球に設置し、前
記拡散板にエキシマレーザーを照射し、前記拡散板から
の反射光を前記積分球で多重反射させることにより前記
積分球の内壁を洗浄することを特徴とする散乱測定方法
(請求項2)」を提供する。
【0011】また、本発明は第三に「前記積分球の内壁
の洗浄の度合いをモニターすることを特徴とする請求項
2記載の散乱測定方法(請求項3)」を提供する。ま
た、本発明は第四に「前記積分球の内壁の洗浄後、前記
積分球の効率を測定することを特徴とする請求項2記載
の散乱測定方法(請求項4)」を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図1には、本発明の実施形態の
散乱測定装置の断面概略図が示されている。チャンバー
20内には、光源11から入射されるエキシマレーザー
をサンプル上に集光させるビーム成形光学系12と、エ
キシマレーザーの光量を調節する光量調整光学系13
と、光量調整されたエキシマレーザーを参照光と測定光
に分離するビームスプリッター18と、参照光を受光す
る光量モニタセンサー19と、積分球15と、測定光、
反射光を吸収するビームストップ16a、16bが設置
されている。
【0013】積分球15には積分球の内壁で多重反射さ
れた光を受光する光量モニタセンサー17が設置されて
いる。光源はArFエキシマレーザー(波長193n
m)光源11であり、パルス幅が約20nsecのものを用
いた。パルス照射(測定)光はビーム成形光学系12に
より集光されてサンプル14に照射される。サンプル1
4面での光径は約2mmΦである。
【0014】サンプル14は30mmФで厚さ2mmの
円形ペレット状の石英ガラス基板又は蛍石基板(測定光
であるエキシマレーザーの内部透過率が99%以上であ
る)上に薄膜を1μm以下の厚さにて形成したものであ
る。エキシマレーザーは酸素中又は照射により発生する
オゾンに吸収されるので、光学系等は窒素パージされた
チャンバー20内に配置されている。
【0015】チャンバー20内を窒素パージする方法
は、図示されていない装置により窒素を導入し、窒素の
置換度合いは、酸素濃度をモニタすることにより行う。
エキシマレーザー(測定光)の強度は光量調整光学系1
3により調節され、また測定光強度はエキシマレーザー
はビームスプリッター18より、約9:1の割合で測定
光と参照光に分離されているので、参照光を光量モニタ
センサー19によりモニタすることによりわかる。
【0016】サンプル14によってレーザー耐久性が異
なるので、測定光の強度を光量調整光学系13で調節す
ることによりサンプル14の破壊を防止している。積分
球15はテトラフルオロエチレン(PTFE)の塊をく
りぬいて空洞にし、測定光が通過する貫通孔15a、1
5bを形成したものである。サンプル14の前方散乱
(サンプルの前方に散乱する光)を測定する場合は、サ
ンプル14を積分球15の貫通孔15bに設置し、後方
散乱(サンプルの後方に散乱する光)を測定する場合
は、積分球15の貫通孔15aに設置する。
【0017】どちらを測定する場合もサンプル14は垂
直入射に対して約2゜〜5゜傾けて、光学ガラス上に形
成された膜面側からエキシマレーザーが入射されるよう
に設置する。即ち、ビームストップ16aが固定されて
いる場合は、積分球15の貫通孔15a、15bに設置
するサンプルの設置位置は、積分球15の貫通孔15a
に設置するときは、垂直入射に対して約5゜傾け、積分
球15の貫通孔15bに設置するときは、垂直入射に対
して約5゜傾けて設置する。
【0018】サンプル14の設置方法は、挟み込みタイ
プのサンプルホルダーにより固定する。また、サンプル
14からの反射光の角度に合わせてビームストップ16
aの位置を微調節する機構をビームストップ16aに設
けてもよい。積分球15の貫通孔15aに設置されたサ
ンプル14に照射されたエキシマレーザーは透過光、反
射光、散乱光、吸収とに分離される。透過光は積分球1
5の15bを通過してビームストップ16bにより吸収
される。反射光はサンプル14が前記の通り傾けて設置
されているので光学系に影響を与えることなく、ビーム
ストップ16aにより吸収される。
【0019】散乱光は四方八方に散乱するが、積分球1
5に入射される方向(後方に散乱される光)にあるもの
は積分球15内で多重反射され、積分球15の内部に設
置してある光量モニタセンサー17で受光され、電気変
換され、出力される。(図1(a)参照) 積分球15の貫通孔15bに設置されたサンプル14に
照射されたエキシマレーザーは透過光、反射光、散乱
光、吸収とに分離される。透過光はビームストップ16
bで吸収される。反射光はサンプルが前記の通り傾けて
設置されているので、15aを通過後光学系に影響を与
えることなく、ビームストップ16aにより吸収され
る。
【0020】散乱光は四方八方に散乱するが積分球15
に入射される方向(前方に散乱される光)にあるものは
積分球15内で多重反射され、積分球15の内部に設置
してある光量モニタセンサー17で受光され、電気変換
され、出力される。(図1(b)参照) 次に測定方法を説明する。
【0021】先ず、PTFEからなる標準拡散板を15
bに設置する。図示されていない装置によりチャンバー
20内に窒素を導入し、窒素の置換度合を、酸素濃度を
モニタすることにより確認する。エキシマレーザーの光
量をPTFEからなる標準拡散板がレーザーダメージを
受けない程度のパワーに光量調整光学系13で調整し、
照射する。
【0022】同時に、ビームスプリッターで分離された
参照光を光量モニタセンサー19で受光し、拡散板から
の散乱光を積分球15内に設置された光量モニタセンサ
ー17で受光し、その比率の変動を測定する。エキシマ
レーザーの光量はPTFEからなる標準拡散板がレーザ
ーダメージを受けない程度のパワーであるため、光学系
のレンズ表面12、13、18、積分球15の内壁にダ
メージを与えることなく積分球15内の雰囲気、光学系
のレンズ12、13、18及び積分球15の内壁に付着
した汚れが分解され、洗浄される。洗浄が完了したかど
うかは、参照光の光量と拡散板の散乱光の光量との比
率、即ち光量モニタセンサー19と拡散板の散乱光が積
分球15によって多重反射され、積分球15内に設けら
れた光量モニタセンサー17で受光された光量との比率
によって知ることができる。比率が初期値(汚染される
前の状態)に近づき安定したことを確認すれば、洗浄は
終了する。
【0023】次に、PTFEからなる標準拡散板を取り
出し、分光光度計で拡散反射率を測定する。この拡散反
射率と、前記した参照光の光量と拡散板の散乱光の光量
との比率、即ち光量モニタセンサー19と拡散板の散乱
光が積分球15によって多重反射され、積分球15に設
けられた光量モニタセンサー17で受光された光量との
比率により積分球15の効率が導き出せる。
【0024】積分球15の貫通孔15a、15bにサン
プル14を設置しないで、測定光を数回照射し、参照光
の光量と測定光が窒素パージされた積分球15を単に通
過した場合の散乱光の光量、即ち光量モニタセンサー1
9と測定光が窒素雰囲気中を通過することによって生じ
る散乱光が積分球15で反射されて光量モニタセンサー
17で受光される光量とを測定する。
【0025】この値がバックグラウンド値となる。測定
光の窒素雰囲気中での散乱光(バックグラウンド値)を
キャンセルすることにより、サンプル14のエキシマレ
ーザーに対する真の散乱を測定することができる。エキ
シマレーザーは1ショットごとにエネルギーがばらつくので
数回照射することにより、参照光を規格化する。
【0026】サンプル14を積分球15の貫通孔15b
に設置し、サンプル14の測定個所を変えて5〜10カ
所について前方散乱を測定する。サンプル14を貫通孔
15bから取り外し、貫通孔15aに設置し、同様に後
方散乱を測定する。測定結果に基づいてサンプル14の
測定光に対する散乱量が算出される。
【0027】
【発明の効果】以上説明した通り、積分球を用いた散乱
測定装置の積分球の内壁にテトラフルオロエチレン(P
TFE)を採用することによって、測定光がエキシマレ
ーザーであってもエキシマレーザーをサンプルに照射し
たときに生じる散乱光の積分球での吸収がなく、精度良
く測定することができる。
【0028】また、サンプルを測定する前に、エキシマ
ーレーザーを用いて積分球の内壁を洗浄し、しかもその
洗浄の度合いをモニターしているので、エキシマレーザ
ーのサンプルに対する散乱量を定量的に評価するに際
し、再現性良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる散乱測定装置の概略断面図であ
り、(a)は前方散乱の光路図であり、(b)は後方散
乱の光路図である。
【符号の説明】
11・・・エキシマレ−ザー光源 12・・・ビーム成形光学系 13・・・光量調整光学系 14・・・サンプル 15・・・積分球(内壁がPTFE) 16a、16b・・・ビームストップ 17、19・・・光量モニタセンサー 18・・・ビームスプリッター 20・・・チャンバー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された薄膜状のサンプル又は
    光学材料のサンプルに測定光を照射したときの散乱を積
    分球を用いて測定する散乱測定装置であって、 前記測定光がエキシマレーザーであり、前記積分球の内
    壁がテトラフルオロエチレン(PTFE)からなること
    を特徴とする散乱測定装置。
  2. 【請求項2】基板上の形成された薄膜状のサンプル又は
    光学材料のサンプルにエキシマレーザーを照射したとき
    の散乱を積分球を用いて測定する散乱測定方法であっ
    て、 前記サンプルにエキシマレーザーを照射する前に、拡散
    板を前記積分球に設置し、前記拡散板にエキシマレーザ
    ーを照射し、前記拡散板からの反射光を前記積分球で多
    重反射させることにより前記積分球の内壁を洗浄するこ
    とを特徴とする散乱測定方法。
  3. 【請求項3】前記積分球の内壁の洗浄の度合いをモニタ
    ーすることを特徴とする請求項2記載の散乱測定方法。
  4. 【請求項4】前記積分球の内壁の洗浄後、前記積分球の
    効率を測定することを特徴とする請求項2記載の散乱測
    定方法。
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