JP2006058038A - Ｅｕｖ用シアリング干渉計の回折格子の回折方向測定方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】 ＥＵＶ光を用いた投影露光光学系を評価するためにシアリング干渉計が使用されている。高精度で露光光学系を測定するためには干渉計に用いられる回折格子の回折方向を高精度で測定する必要とする。特に非点収差を含むＥＵＶ波面の測定には高い精度で回折方向を求める必要があるが、現状では回折方向を高い精度で測定する手段がない。
【解決手段】 回折ビームの相対的位置関係を可視光によりビームの分離を良くして測定したり、回折ビーム間の角度を小さくする工程を設けてオートコリメータ等によりビーム間角度の測定を行う。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ＥＵＶ用シアリング干渉計に使用される回折格子の回折方向の測定方法に関するものである。

従来から投影露光技術を中核とするリソグラフィ技術を用いて半導体チップをより小型に、素子密度をより高くした半導体装置が製造されている。この流れの基本にあるものは「より狭い回路線幅」の追求であり、そのための手段は投影光学系の「高ＮＡ化」であり、露光波長の「短波長化」である。そして現在、この短波長化の技術としてＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet:極端紫外線）を用いる開発が盛んに行われている。

一般的に、高精度な装置の開発と実用化にはその装置の精度を測定する技術が不可欠である。ＥＵＶ光を用いた投影光学系の結像性能を測定する方法として、シアリング干渉計や点回折干渉計を用いることが提案されている。例えば、K.A.Goldberg他：「EUV interferometric testing and alignment of the 0.3 NA MET optics」 Proceedings of SPIE Vol.5374, 2004; P.64-P.72 を参照。

シアリング干渉計は、他の干渉計と同様、被検物を経た測定光束が形成する干渉縞をＣＣＤカメラなどの二次元検出器により検出するものである。しかし、干渉縞を形成する２波面が、何れも被検物を経た同じ測定光束の波面である点において、他の干渉計と異なっている。ＥＵＶ光用のシアリング干渉計では、被検物を経た測定光束の波面を２つに分割（シア）するための分割手段として回折格子が使用される。そして、分割された波面の分割方向（シア方向、回折格子の回折方向）及び分割量（回折格子での回折角度）を基に、検出器が出力する干渉縞データから被検物を経た波面（透過波面または反射波面）が再現される。従って、シアリング干渉計により被検物を経た波面を高精度に再現するためには、回折格子の回折方向（干渉計のシア方向）と回折角度（シア量）を精度良く求めることが重要である。

ところで、被検波面をシアリング干渉計により測定し、Zernikeの多項式により波面を表現する場合、焦点ぼけや非点収差などは一方向のみに回折する回折格子による測定では測定できず、回折格子の方向を変えて測定を行っている。例えば、直交する２つの方向の回折格子を用いている。この点に関しては、G. Harbers他：「Analysis of lateral shearing interferograms by use of Zernike polynomials」, Applied Optics Vol. 35, No.11, 1996; P.6161- 6172が参考になる。このようにシアリング干渉計を用いて被検波面を測定する場合には回折方向が異なる複数の回折格子を用いる必要がある。そこで実際に被検波面を測定する際には異なる回折方向を有する複数の回折格子を回折格子板上に並べ、回折格子板を移動させて測定に必要な回折格子を選択している。この場合、複数の回折格子それぞれの回折方向を高精度に把握することが重要であるが、それぞれの回折方向の相対的な値（即ち、回折方向の角度差）を高精度に把握すれば足りることもある。

以上のように、一般的に結像光学系の評価はその光学系を通過した波面の収差によりなされるが、シアリング干渉計を用いて波面収差を測定する場合、波面の測定精度を決定する要素としてシアの方向（回折格子を使用する場合には回折方向）とシア量が重要である。この回折方向とシア量を測定する方法が特開２００４−０３７４２９に開示され、測定装置の図が同公報の図１に記されている。測定方法の要点は、干渉計の瞳面（又はその共役面である開口絞り）に指標を置き、この指標を後段の共役な位置に置かれた観察装置（例えばＣＣＤ）により観察し、指標のズレから回折方向（シア方向）とシア量を決めるものである。
特開２００４−０３７４２９

しかしながら、上記の方法では、非点収差を高精度に測定するために必要な精度で回折方向を測定することはできないことが判明した。
そこで、本発明は、ＥＵＶ用シアリング干渉計の波面のシア方向（回折格子の回折方向）を高精度に測定する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の手段は、
ＥＵＶの波長領域のシアリング干渉計に用いられる回折格子の回折方向の測定方法であって、
可視光レ−ザ−ビ−ムを前記回折格子に照射して零次及び高次回折ビ−ムを生じせしめ、
所定の面内における前記零次回折ビームと前記高次回折ビームのビーム相対位置を光電的に検出する回折方向測定方法である。

この方法では、可視光レ−ザービ−ムを回折格子に照射し、その高次回折ビームの零次回折ビームに対する相対位置を光電的に検出している。そのために、回折角が大きくなってビームの位置分離の程度が大きくなり、測定精度が向上し、且つ測定装置中に指標を挿入する必要が無いので測定自体が簡単になる。

上記課題を解決するための第２の手段は、
上記第１の手段に対して、
２次元アナログセンサ、２次元離散センサのアナログ的な使用、開口走査方式のいずれかを用いて前記ビーム相対位置を光電的に検出することである。

ビームの位置検出には例えばＣＣＤのような受光部が離散的なセンサではどうしてもビームの位置検出精度に不足を生じる。そこで、受光部（画素）が離散的ではないセンサ（本願発明ではアナログセンサと言う）又は開口を連続的に走査する方式から選択した方法により光電的にビームの相対位置を検出している。これにより、高精度にビームの相対位置を測定することが可能になる。

上記課題を解決するための第３の手段は、
ＥＵＶの波長領域のシアリング干渉計に用いられる回折格子の回折方向の測定方法であって、
可視光レ−ザ−ビ−ムを前記回折格子に照射して零次及び高次回折ビ−ムを生じせしめ、
該零次回折ビームと該高次回折ビームとがなすビーム間角度が小さくなるように変換し、
該変換された零次回折ビーム及び高次回折ビームを検出する回折方向測定方法である。

このように、検出すべきビーム間角度を小さくすることにより、簡単な検出装置の使用が可能になり、高精度な測定が容易に可能になる。
上記課題を解決するための第４の手段は、
ビーム間角度を小さくする方法として、回折により生じた零次回折ビーム及び一次回折ビームを折り返し光学素子により折り返し、その後再度前記回折格子を通すことにしている。

この方法によれば、ビーム間角度を小さくすることが容易であり、特に折り返し光学素子と回折方向が特定の関係になると再度の回折によりほぼ平行な２つのビームが得られ、ビーム間角度の測定がより容易になる。

上記課題を解決するための第５の方法は、
ビーム間角度を小さくする方法として、回折により生じた一次回折ビームをレンズ又はミラ−に通すことにしている。

この方法は容易にビーム間角度を小さく出来る方法である。
上記課題を解決するための第６の方法は、
前記第３〜第５の方法を実施する際に、
コリメータ又は干渉法により零次回折ビーム及び高次回折ビームを検出し、ビーム間角度を求めることである。

検出すべきビーム間角度が小さくなると、コリメータにより容易にビーム間角度を測定することが出来る。また、同じように、干渉縞を形成して干渉縞の解析によっても容易にビーム間角度を測定することも可能である。これらの測定装置、方法は既存の確立された技術であり、本発明に応用すれば容易に高精度な角度測定が可能になる。

本発明では、ＥＵＶの波長領域のシアリング干渉計に用いられる回折格子の回折方向の測定に際して、可視光レ−ザーを用いて回折角を大きくし、必要な角度精度が得られる面内において、検出素子がアナログ的である方法を用いている。これにより必要な精度で回折角の測定が可能になる。また、別の方法としては、可視光レーザーを用いて十分な光量を有する回折ビームを容易に生じさせ、その上でこれらのビームのなすビーム間角度を小さくすることにより容易に、高精度に回折方向を測定することを可能にしている。回折格子の回折方向を高精度に測定することが可能になると、シアリング干渉計を用いた波面の再現精度、特に非点収差を含む波面の再現精度が向上する。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１に基づいて本発明の請求項１及び２が係わる第１実施形態について説明する。

ＥＵＶ用シアリング干渉計に用いられる回折格子は、透過部と遮蔽部が交互にピッチ数μｍで並べられている。実際にＥＵＶ光が照射される直径は、干渉計中での測定ビームの集光点との位置関係によって変化するが、数ｍｍ以下である。

図１はＸ方向に回折する場合を示しているが、他の方向に対しても同様に行える。
回折方向を測定すべき回折格子１に、波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー２を照射する。回折格子の格子ピッチは２μｍであり、レ−ザ−ビームの直径は１ｍｍである。回折格子を通過するとビームは高次に回折されるが、図１には零次回折（回折されない）ビーム１１と一次回折ビーム１２（破線）のみが記されている。一次回折角θは２μｍ・ｓｉｎθ＝６３２．８ｎｍよりθ＝０．３２ｒａｄとなる。回折格子から距離Ｌｍｍだけ離れた測定面に２次元センサを置く。センサの位置検出精度をＲμｍとし、回折角検出要求精度をＤ秒とすると、（３６００＊１８０／３．１４）＊２＊（Ｒ＊１０^-3）／（Ｌ＊０．３２）＜＝Ｄより、１．２９＊１０³（Ｒ／Ｄ）＜＝Ｌ（ｍｍ）とすれば所定の角度精度により回折方向（図１中では２つのビームを結ぶ直線がＸ軸となす角度）が測定できる。例えば、Ｒ＝０．５，Ｄ＝０．３とすると、Ｌ≒２ｍとなる。この場合、零次回折ビームと１次回折ビームのＸＹ面上での距離はおよそＬ＊０．３２＝６．４＊１０²ｍｍとなる。本発明での「所定の面」とは、このように必要な分解能を得るための測定面である。

回折された２つのビームの相対位置測定は、互いに距離が正確に定められた２つの２次元センサ１３により行う。センサとしては２次元アナログセンサ、例えばＰＳＤ（Position Sensitive Detector：位置検出素子）や４分割センサ−（４象限センサとも言う）である。これらのセンサは基本的に離散的な画素を単位とする受光部を持たないので、画素の大きさにより制限される分解能の制限を受けない。尚、ＰＳＤや４象限センサに関しては、藤村著：光応用技術 III−５ 「光計測」 日本オプトメカトロニクス境界編 １９
９１年 Ｐ．１５３−１５４参照。また、上市されているものには、ＰＳＤとして浜松ホトニクス社製Ｓ２０４４、４分割センサにはＳ４３４９がある。

２つの回折ビームの相対位置測定に関しては、離散的な受光部を有するＣＣＤのような素子を用い、これを微小量走査する方式によっても高精度に測定することが可能になる。本発明では、このような方法を離散的な素子のアナログ的な使用と言う。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が微少量だけ素子を走査させた時の画素の配置例である。画素と画素の非受光部を走査により測定可能になって高精度な測定ができる。

次に２つのセンサの位置関係に関して記しておく。基本的にはＸＹ面内（観察面内）で、原点とＸ＝Ｌ・tanθの位置に２次元センサを置いて零次回折ビーム１１の位置座標および一次回折ビーム１２の位置座標を求める。しかし、この方法において回折ビームが２次元センサの測定領域から外れることもある。その場合には２次元センサを微少量位置変化させてセンサの測定領域に入るようにし、その時のセンサの位置微少量変化を正確に求める。位置変化量は、例えば、リニアエンコーダや干渉測距計を用いて測定し、センサの位置変化量と位置変化したセンサ内の受光位置により回折ビームの位置を測定する。

回折されたビームの相対位置測定の他の方法は、細いスリット（例えば１μ幅）や開口エッジをビームに対して走査することにより光電的に行うことである。このスリットを走査する方法を模式的に図３に示した。図３は測定面の平面図であり、ビームに向かう形で見た場合の図である。測定面には直交するスリット２５（ａ）、２５（ｂ）を有するスリット板２０が配置されており、そのスリット板２０の位置は干渉計２３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）によりＸ、Ｙ面内で制御されている。２４（ａ）、（ｂ）は測定鏡である。図示の状態からスリット板をＸ方向に移動させて、スリット２５（ａ）により零次回折ビーム１１と一次回折ビーム１２を順次走査し、スリットを通ったビームを不図示の光電子増倍管により電気信号として出力させる。Ｘ方向の走査が終了すると、Ｘ方向の走査出力を基にスリット２５（ｂ）を干渉計によって位置制御しながら移動させ、Ｙ方向にビーム１１を走査し、次いでＸ方向にスリット板を移動させ、ビーム１２を走査する。走査による電気出力は図４（ａ），（ｂ）のようになる。これによってビーム１１，１２のＸ、Ｙ座標値が定まる。２つのビームのそれぞれのＸ，Ｙの座標が定まると、２つのビームを結ぶ線分の傾き、即ちビームの回折方向が決定される。
［第２実施例］
本実施例は本発明の請求項３、４に係わる実施の形態に関する説明である。

図５を参照しながら、まず測定原理の説明を行う。
回折格子１に可視光レーザ−ビーム２を照射して零次回折ビーム１１と一次回折ビーム１２を励起させる。折り返しプリズム４５（折り返し光学素子）により２つのビームを折り返し、再度回折格子１を通過させる。折り返しプリズム４５は断面が直角二等辺三角形であり、折り返しプリズム４５の稜線４７とは直交するように配置されている。従って、折り返し零次回折ビーム４６は入射ビーム１１と平行にプリズム４５から出るが、折り返し一次回折ビーム４９は一般的には回折方向と折り返し用プリズム４５の稜線４７との位置関係により定まる方向をもってプリズム４５より出る。これらのビーム４６，４９を再度回折格子１に通し、ハーフミラー４８を介して観察すると、折り返し零次回折ビーム４６が回折されたビーム、折り返し一次回折ビーム４９が再度回折されたビームの複数ビームが観察される。ここで、一次回折ビーム１２の回折方向が折り返し用プリズム４５の稜線４７と直交する場合を考えてみる。この場合、折り返し零次回折ビーム４６、入射一次回折ビーム１２、折り返し一次回折ビーム４９は同一平面内に入ることになる。そして、再度回折格子４１を通過すると、折り返し零次回折ビーム４６の一次回折ビームと折り返し一次回折ビーム４９の零次回折ビームは平行になる。従って、例えばコリメータにより観察すると、コリメータの観察面では１点のみが観察される。そこで、折り返し用プリズム４５を微少角度回転走査し、その時の観察面での像点の位置変化を観察する。像点が１点になる時の、折り返し用プリズム４５の回転角を測定すると回折格子１の回折方向が折り返し用プリズムの稜線４７と直交する方向になる。勿論、この現象を利用する際にコリメータを利用する以外にも手段はある。この点は後の説明で補足する。

尚、折り返しプリズムは断面が必ずしも直角２等辺３角形である必要はなく、零次回折ビームに直交する辺を有する台形状でも良い。また、プリズムである必要も無く、反射鏡であっても良い。

次に本実施例の測定方法を実施するための好適な光学系を記しておく。図６はその例である。回折方向の測定を要する回折格子１にレ−ザ−ビーム２を照射して零時回折ビーム１１と一次回折ビーム１２を励起する。回折格子ではこの他にも高次の回折ビームが励起されるので、レンズ５８（ａ）、マスク５９（ａ）、レンズ５８（ｂ）を用いて必要な次数のビームのみを折り返し用プリズム４５に入射させる。この折り返し用プリズム４５は回転機構６０に取りつけられている。折り返し用プリズム４５で折り返された零時回折ビームと一次回折ビーム４９はレンズ５８（ｂ）を経てマスク５９（ａ）に達する。折り返し零次回折ビーム４６はマスク５９（ａ）の開口を通過して再度回折格子１に達するが、折り返し一次回折ビーム４９はプリズム４５の回転角に依存してマスク５９（ａ）により遮断されることがある。しかし、プリズム４５の稜線と回折格子１の回折方向が直角に近くなると折り返し一次ビーム４９はマスク５９（ａ）のもう一方の開口を通過して再度回折格子に達する。再度の回折により高次の回折ビームが励起されるが、回折格子１で再度回折されたビームのうち、折り返し零次回折ビームの再回折１次ビームのみが通過できるようにレンズ５８（ｃ）、マスク５９（ｂ）を配置する。すると、最初の回折により励起された零次回折ビームの再回折一次ビームは、折り返し用プリズム４５に対する入射条件に依存することなくマスク５９（ｂ）の開口を通過する。一方、最初の回折により励起された一次回折ビームの再回折零次ビームは、回折方向とプリズム４５の稜線方向が直交する場合に近くなるとマスク５９（ｂ）の開口を通過することになる。そこで、マスク５９（ｂ）の開口の後に光電変換素子（不図示）を置いて光量を検出する。そして、その最大出力もたらすプリズム４５の回転角（ＸＹＺ座標系での稜線４７の方向角度と考えてよい）を求めると回折格子の回折方向が定まる。ここでは、マスク５９（ｂ）の後に光電変換素子を置いて光量を測定しているが、先の説明のように、マスク５９（ｂ）の後にレンズ５８（ｄ）を置いて再度平行ビームを取り出し、再回折零次ビームと再回折１次ビームをオートコリメータ９５により観察してもよい。また、２つのビームを干渉させて干渉縞を解析することにより２つのビーム間角度を検出し、回折方向を計算しても良い。

また、レンズ５８（ｄ）により平行ビームを形成するのではなく、集光させる方法でも良い（図中の点線表示）。この場合、オートコリメータの代わりに２次元センサを置き、２つの折り返し回折ビームの集光位置を検出し、プリズム４５，レンズ５８、ハーフミラ−４８の光学特性を基に集光位置情報から２つのビーム間角度を求め、回折格子の回折方向を計算する。

さらに、このような光学系を用いて、複数の回折格子の回折角の差を高精度に求める方法を記す。
まず図８のように回折格子（ａ）７１と回折格子（ｂ）７２を回折格子板７３に取りつけておく。この回折格子板７３を図６中の位置に移動可能に取りつける。

第１の回折格子７１を測定位置（図６の回折格子１の位置）に移動して上記の方法により回折方向を測定する。次に、第２の回折格子７２を測定位置に移動して同様に第２の回折格子の回折方向を測定する。この時、回折格子板７３の端面には反射鏡８１（図９）が取りつけられていて、この第１，第２の回折格子の切り替えに際しては、干渉計８２により移動時の方向制御を行っている。これによって、切り替えた時の回折格子の方向が制御されることになる。従って、第１の回折方向の測定後、回折格子板７３を移動させ、同時に回転機構６０をあらかじめ決められた角度だけ回転させたときに第１、第２の回折格子の格子方向（従って、回折方向）と回転機構の角度合わせが正確になされ、相対的な角度がより正確に求まることになる。

［第３実施例］
本実施例は本発明の請求項５に係わる実施の形態に関する説明である。
図７を参照しながら説明を行う。

回折格子１に可視光レーザ−ビーム２を照射して零次回折ビーム１１と一次回折ビーム１２を励起させる。図７（ａ）では零次回折ビームを光軸とするレンズ９１を置き、一次回折ビーム１２を屈折させてビーム１１との角度を小さくする。

図７（ｂ）では一次回折ビームをミラ−９２により折り曲げてビーム１１との角度を小さくする。このように２つのビームのなす角度を小さくした後、オートコリメータや干渉縞観察法により２つのビームのなす角度（方向も含めた角度）を測定する。レンズ９１やミラ−９２の光学系における位置とその光学特性より変化前の２つのビームのなす角度、即ち回折方向が求まる。

小さくなったビーム間角度の測定に関しては、第２実施例のように行えば良い。

半導体装置の高密度化は携帯電子機器の発展にとって必至の技術であり、本発明はその高密度化にとって必至な回路の細線化技術の一端である。従って、本発明は電子産業上必ず利用される技術である。

２つの回折ビームの相対位置測定法の概念図である。 離散的受光素子の走査時の位置関係を示す図である。 ２つのビームの相対位置関係を開口走査方式で測定する概念図である。 ビーム走査によって得られる出力例である。 折り返し光学素子を用いた、ビーム間角度変換原理図である。 折り返し光学素子を用いたビーム間角度測定系の例を示す図である。 ビーム間角度変換光学素子の例を示す図である。 回折格子板の例である。 回折格子板の斜視図である。

符号の説明

１ ・・・・ 回折格子
２ ・・・・ レ−ザ−ビ−ム
１１ ・・・・ 零次回折ビーム
１２ ・・・・ 一次回折ビーム
１３ ・・・・ ２次元センサ
２０ ・・・・ スリット板
２３ ・・・・ 干渉計
２４ ・・・・ 測定鏡
２５ ・・・・ スリット
４５ ・・・・ 折り返しプリズム
４７ ・・・・ 稜線
４８ ・・・・ ハーフミラ−
５８ ・・・・ レンズ
５９ ・・・・ マスク
６０ ・・・・ 回転機構
７３ ・・・・ 回折格子板
８１ ・・・・ 反射鏡
９１ ・・・・ レンズ
９２ ・・・・ ミラ−
９５ ・・・・ オートコリメータ−

Claims (6)

1. ＥＵＶの波長領域のシアリング干渉計に用いられる回折格子の回折方向の測定方法であって、
   可視光レ−ザ−ビ−ムを前記回折格子に照射して零次及び高次回折ビ−ムを生じせしめ、
   所定の面内における前記零次回折ビームと前記高次回折ビームのビーム相対位置を光電的に検出する
   ことを特徴とする回折方向測定方法。
2. 請求項１記載の回折方向測定方法であって、
   ２次元アナログセンサ、２次元離散センサのアナログ的な使用、開口走査方式のいずれかを用いて前記ビーム相対位置を光電的に検出する
   ことを特徴とする回折方向測定方法。
3. ＥＵＶの波長領域のシアリング干渉計に用いられる回折格子の回折方向の測定方法であって、
   可視光レ−ザ−ビ−ムを前記回折格子に照射して零次及び高次回折ビ−ムを生じせしめ、
   該零次回折ビームと該高次回折ビームとがなすビーム間角度が小さくなるように変換し、
   該変換された零次回折ビーム及び高次回折ビームを検出する
   ことを特徴とする回折方向測定方法。
4. 請求項３記載の回折方向測定方法であって、
   回折により生じた前記零次回折ビーム及び前記一次回折ビームを折り返し光学素子により折り返し、その後再度前記回折格子を通すことによりビーム間角度を小さくすることを特徴とする回折方向測定方法。
5. 請求項３記載の回折方向測定方法であって、
   回折により生じた前記前記一次回折ビームをレンズ又はミラ−に通すことによりビーム間角度を小さくする
   ことを特徴とする回折方向測定方法。
6. 請求項３乃至５記載の回折方向測定方であって、
   コリメータ又は干渉法により前記零次回折ビーム及び高次回折ビームを検出し、前記ビーム間角度を求める
   ことを特徴とする回折方向測定方法。