(57)【要約】【課題】  輝線スペクトルを有するような波長依存性の高い光源を用いた場合であっても、試料（ミラー等の光学素子）の分光光学特性を高精度に計測することができる方法及びそのシステムを提供すること。【解決手段】  この分光光学特性計測方法は、分光器によって波長分解された計測光を試料に照射し、試料を経由した計測光の強度を検出して試料の分光光学特性を計測する方法において、試料の分光光学特性計測時の波長分解能において計測光の波長ごとの光強度を予め計測するステップと、光強度が極大又は極小となる設定波長を選定するステップと、選定された設定波長の計測光で試料を経由した計測光の強度を検出するステップを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光器の設定波長に基づいて波長分解された計測光を試料に照射し、該試料を経由した前記計測光の強度を検出して前記試料の分光光学特性を計測する方法において、
該試料の分光光学特性計測時の波長分解能において前記計測光の波長ごとの光強度を予め計測するステップと、
該光強度が極大又は極小となる前記設定波長を選定するステップと、
該選定された設定波長の計測光で前記試料を経由した該計測光の強度を検出するステップを有することを特徴とする分光光学特性計測方法。
【請求項２】
前記計測光が輝線スペクトルを有する光であって、前記選定された設定波長が実質的に該輝線スペクトルの波長を含むことを特徴とする請求項１に記載の分光光学特性計測方法。
【請求項３】
複数の前記選定された設定波長における前記試料の分光光学特性結果を用いて、波長補間により前記選定された設定波長以外の波長における前記試料の分光光学特性を求めるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の分光光学特性計測方法。
【請求項４】
前記分光光学特性は、反射率、透過率、光電子スペクトルのうち少なくともいずれか１であることを特徴とする請求項１に記載の分光光学特性計測方法。
【請求項５】
計測光を射出する光源と、
前記計測光を設定波長に基づいて波長分解する分光器と、
波長分解されて前記分光器から出射される前記計測光を試料に向けて照射する光学系と、
前記試料を経由した計測光の強度を検出する検出器と、
前記試料の分光光学特性計測時の波長分解能において前記計測光の波長ごとの光強度を計測し、該光強度が極大又は極小となる前記設定波長を選定し、該選定された設定波長の計測光で前記試料を経由した該計測光の強度を検出することで前記試料の分光光学特性を求める制御部とを有することを特徴とする分光光学特性計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光学特性計測方法及び分光光学特性計測システムに係り、特に輝線スペクトルを有する光源を用いてミラー等の光学素子の分光光学特性を計測する方法及びそのシステムに関する。本発明は、特に半導体露光装置に用いられるミラーの分光光学特性計測に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来からミラー等の光学素子の分光光学特性（分光特性）を計測するシステムとして、図９に示すようなものが知られている。この分光光学特性計測システムは、大略レーザプラズマ光源１０１、回折格子分光器１０２、反射率計測室１０３を有して構成される。
【０００３】
レーザプラズマ光源１０１はアルミニウム、銅、タングステン、金等の金属や非金属、高密度化されたガスや液体等からなるターゲットに短パルスレーザ光を集中してプラズマを発生させるものである。短パルスレーザ光によって励起された原子の電子準位間の遷移に伴い、その準位間のエネルギー差に相当するエネルギーの光子がプラズマから放射される。励起された原子は複数の電子準位を有するので、それらの準位間の遷移に伴って放射される光子のエネルギーは複数の離散的な値となる。したがって、光源から放射される光のスペクトルは輝線スペクトルと連続スペクトルが合成されたスペクトルとなる。
【０００４】
回折格子分光器１０２は、内部に前置鏡１０４、入口スリット１０５、回折格子１０６、回折格子を回転させることにより光の波長を掃引する波長掃引機構１０７、出口スリット１０８、後置鏡１０９を有して構成される。
【０００５】
回折格子１０６は凹面等間隔格子あるいは平面不等間隔格子であって、光の収束作用を有している。光源１０１から放射された光は分光器１０２によって単色化され、略単一の波長を有する光のみが反射率計測室１０３内の試料１１０に照射される。例えば、特定波長におけるこの試料１１０としてのミラーの反射率を計測する場合は、試料１１０に照射するその単波長の光の強度と試料１１０において反射されたその単波長の光の強度とを検出器を用いて計測する。そして両者の光強度の比を算出することにより、試料１１０の反射率とする。この場合、試料１１０に照射する光の強度を計測する検出器として、試料１１０からの反射光強度を計測するための検出器１１１を兼用してもよいし、図示しない他の検出器を用いてもよい。
【０００６】
従来の分光光学特性計測装置として、例えば以下の非特許文献１に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】イー・エム・ガリソン（E.M.Gullikson）、ジェイ・エイチ・アンダーウッド（J.H.Underwood）、ピー・シー・バットソン（P.C.Batson）、ヴィー・ニキティン（V.Nikitin）著、「ア  ソフト  エックス−レイ／イーユーヴィー  リフレクトメーター  ベイスト  オン  ア  レーザー  プロデュースド  プラズマ  ソース（A Soft X-Ray/EUV Reflectometer Based on a Laser Produced Plasma Source）」、ジャーナル  オブ  エックス−レイ  サイエンス  アンド  テクノロジー（Journal of X-ray Science and Technology）、（米国）、１９９２年、第３巻、ｐ．２８３−２９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の分光光学特性計測装置には例えば以下のような問題があった。分光器は設定した単一の波長だけでなく、その設定波長近傍の波長の光をも通過させてしまう。この設定波長に対し通過可能な波長の幅を通過波長幅という。分光器の波長分解能は、（通過する光の中心波長）／（通過波長幅）で定義される。光源から放射される光の強度に波長依存性がない場合、試料に照射される光の平均波長（＝通過する光の中心波長）は分光器の設定波長と一致する。光源から放射される光の強度に波長依存性がある場合（例えば、光源が輝線スペクトルを有する場合）は、試料に照射される光の平均波長は分光器の設定波長と必ずしも一致しない。
【０００９】
例えば、分光器を通過する光の波長帯域の中に１本の輝線が含まれた場合において、図１０に示すように分光器の設定波長と輝線の波長とが一致しているならば、試料に照射される光の平均波長は分光器の設定波長に一致する。ところが図１１に示すように、分光器の設定波長と輝線の波長とが一致していない場合には、試料に照射される光の平均波長は分光器の設定波長に一致しない。また、図１２に示すように、分光器の通過波長幅内に光源の輝線が複数存在する場合、一般には、試料に照射される光の平均波長は分光器の設定波長と一致しない。したがって、このような場合には、試料の分光光学特性を正確に計測することが困難になってしまう。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、例えば輝線スペクトルを有するような波長依存性の高い光源を用いた場合であっても、試料（ミラー等の光学素子）の分光光学特性を高精度に計測することができる方法及びそのシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての分光光学特性計測方法は、分光器の設定波長に基づいて波長分解された計測光を試料に照射し、試料を経由した計測光の強度を検出して試料の分光光学特性を計測する方法において、試料の分光光学特性計測時の波長分解能において計測光の波長ごとの光強度を予め計測するステップと、光強度が極大又は極小となる設定波長を選定するステップと、選定された設定波長の計測光で試料を経由した計測光の強度を検出するステップを有することを特徴とする。
【００１２】
計測光が輝線スペクトルを有する光であって、選定された設定波長が実質的に輝線スペクトルの波長を含んでもよい。複数の選定された設定波長における試料の分光光学特性結果を用いて、波長補間により選定された設定波長以外の波長における試料の分光光学特性を求めるステップをさらに有してもよい。また、分光光学特性は、反射率、透過率、光電子スペクトルのうち少なくともいずれか１であってもよい。
【００１３】
本発明の他の側面としての分光光学特性計測システムは、計測光を射出する光源と、計測光を設定波長に基づいて波長分解する分光器と、波長分解されて分光器から出射される計測光を試料に向けて照射する光学系と、試料を経由した計測光の強度を検出する検出器と、試料の分光光学特性計測時の波長分解能において計測光の波長ごとの光強度を計測し、光強度が極大又は極小となる設定波長を選定し、選定された設定波長の計測光で試料を経由した計測光の強度を検出することで試料の分光光学特性を求める制御部とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、波長依存性の高い光源、例えば輝線スペクトルを有するような光源を用いた場合であっても、試料の分光光学特性を高精度に計測することが可能となる。例えば、分光器から出射される光の強度が分光器の波長掃引に対して極大あるいは極小となる設定波長を選定し、その設定波長において試料の分光光学特性を計測することにより、設定波長と実際に照射される光の波長とのずれを低減することができ、高精度かつ簡便な手順によって試料の分光光学特性計測を行うことができる。試料の光学特性計測の際には、必要以上に分光器の波長分解能を高めることがないので、計測スループット向上にも寄与することができる。
【００１６】
得られた分光光学特性結果を波長補間して等間隔の波長間隔、あるいは任意の波長における光学特性を算出する工程を含むことにより、任意の波長における試料の光学特性を求めることができる。
【００１７】
本発明の光学装置は、反射率、透過率、光電子スペクトル等の波長依存特性の高精度な計測に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る分光光学特性計測方法を実現する分光器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る分光光学特性計測方法の手順を説明するフローチャートである。
【図３】図１に示す分光器において波長分解能Ａに設定した状態での計測光の各波長ごとの強度を示したグラフである。
【図４】図１に示す分光器において波長分解能Ｂに設定した状態での計測光の各波長ごとの強度を示したグラフである。
【図５】図１に示す分光器の設定波長と出射光の波長との波長ずれを波長ごとに示したグラフである。
【図６】従来の分光光学特性計測によって得られたミラーの波長ごとの反射率を示したグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１に係る分光光学特性計測方法を用いて得られたミラーの波長ごとの反射率を示したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る分光光学特性計測方法において、波長分解能Ｂの状態における各設定波長ごとの出射光強度と波長ずれとの関係を示したグラフである。
【図９】従来の分光光学特性計測システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】分光器の設定波長と計測光の波長との関係を示す概念図であって、設定波長と計測光の輝線の波長とが一致している状態を示す。
【図１１】分光器の設定波長と計測光の波長との関係を示す概念図であって、設定波長と計測光の輝線の波長とが一致していない状態を示す。
【図１２】分光器の設定波長と計測光の波長との関係を示す概念図であって、分光器の通過波長幅内に光源の輝線が複数存在する場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る分光光学特性計測方法を実現する分光器２の概略構成を示すブロック図である。この分光器２は、前置鏡４、入口スリット５、回折格子６、波長掃引機構７、出口スリット８、後置鏡９を有して大略構成されている。回折格子６は波長掃引のための回転機構（波長掃引機構）７に接続されており、回転角と回折格子６からの出射光の間の関係は予め求めた換算式によって求めることができるようになっている。この分光器２、分光器２に計測光を入射するための光源１、光学素子等の試料１０を経由した計測光強度を検出するための検出器１１を有して分光光学特性計測システムＳが構成されている。分光光学特性計測システムＳは図示しない制御部を有しており、この制御部が後述する波長ずれの算出を行ったり、その算出結果に基づいて波長掃引機構を制御し、設定波長を決定したりする。この実施の形態１において、光源１は輝線スペクトルを有する計測光を射出する。
【００２０】
分光器２の波長分解能は設定により変化させることができるようになっている。例えば、出口スリット８のスリット幅を変えたり、回折格子６から出口スリット８間での間に配置される図示しない結像光学系の倍率を変えることにより変化させることができる。出口スリット８のスリット幅を狭くすれば波長分解能が高くなり光量は減少する。出口スリット８のスリット幅を広くすれば波長分解能が低くなり光量は増大する。
【００２１】
図２は、この実施の形態１に係る分光光学特性計測方法の手順を説明するフローチャートである。この実施の形態１においては、まず、光源１からの計測光を分光器２内に入射する。分光器２の波長分解能を高くした状態（以下、波長分解能Ａという。）で波長掃引を行いながら分光器２からの出射光の強度計測を行う（Ｓ．１）。この際、分光器２からの出射光を試料１０を介さずに直接検出器１１によって計測する。回折格子６の回転角と出射光の波長との関係は、予め求めた換算式と略一致する結果となる。このときの計測結果を図３に示す。図３は、波長分解能Ａの状態での計測光の各波長ごとの強度を示したもので、横軸が分光器２の設定波長、縦軸が光強度である。この計測においては波長分解能が高めているので、設定波長と計測光の実際の波長との実質的な波長ずれは殆ど生じることがない。したがって、横軸は、実際の光の波長を示していると考えてよい。
【００２２】
次に、分光器２の波長分解能を実際の試料１０の分光光学特性計測時の波長分解能（以下、波長分解能Ｂという。）に変更する。この波長分解能Ｂにおける計測では、波長分解能Ａにおける計測よりも波長分解能が低いが計測速度が向上する。したがって、波長分解能Ｂの値は、必要分解能や計測速度等の事情を考慮して適宜選択される。この波長分解能Ｂの状態で、波長掃引を行いながら分光器２からの出射光の強度計測を行う。この際、分光器２からの出射光を試料１０を介さずに直接検出器１１によって計測する。このときの計測結果を図４に示す。図４は、波長分解能Ｂの状態での計測光の各波長ごとの強度を示したもので、横軸が分光器２の設定波長、縦軸が光強度である。この計測においては波長分解能が高くないので、設定波長と計測光の実際の波長との間には波長ずれが生じている。
【００２３】
なお、波長分解能Ｂの状態におけるこの分光器２の装置関数（図１０〜１２も参照。）が予めわかっていれば、波長分解能Ｂの状態における出射光の波長と光強度との関係（すなわち図４に示すグラフ）を演算により求めることも可能である。その際には、分光器２に入射する計測光の状態（すなわち、図３に示す波長と光強度との関係）とその装置関数とを用いる。ここで、装置関数とは分光器をある波長に設定した時に、分光器に入射する光と出射する光の強度比の波長依存性のことである。本実施の形態１においては、分光器２の装置関数の関数形をガウシアンと仮定している。このガウシアンの標準偏差をσとする。
【００２４】
波長分解能Ｂの状態での計測において生じる分光器２の設定波長と分光器２からの出射光の波長との間の波長ずれを演算により求める。この波長ずれも波長分解能Ｂの状態での装置関数に基づいて算出することができる。もちろん、演算によらなくても、例えば、分光器２からの出射光をさらに別の分光器を用いて分光することにより、波長ずれを計測によって求めることもできるが、ここでは説明を省略する。この分光器２の設定波長と出射光の波長との波長ずれを波長ごとに示したグラフが図５である。図５において、横軸は分光器２の設定波長であり、縦軸は波長ずれ量である。
【００２５】
この図５に示す結果に基づいて、波長ずれが最小（すなわち０）となる設定波長、又は波長ずれが予め定めた所定の波長ずれ許容値以下である設定波長を複数選定し（Ｓ．２）、これを波長セットとする。例えば、図５における点Ｘ、点Ｙは波長ずれが０となる点であり、その点Ｘ、点Ｙに相当する設定波長Ｘ１、Ｙ１を選定する。
【００２６】
波長分解能Ｂの状態において分光器２をこの選定された波長セットの設定波長に設定し、ミラー等の試料１０を所定の位置にセットして試料１０の分光光学特性計測を行う（Ｓ．３）。この波長セットの設定波長を用いて計測を行う限り、設定波長と実際の計測光の波長（分光器２からの出射光の波長）との波長ずれは０か又は所定の許容値以下である。したがって、試料の分光光学特性計測を高精度に行うことができる。計測の際に分光器の波長分解能を必要以上に高めることもないので、高い計測スループットも実現することができる。
【００２７】
図５よりわかるように、波長ずれが０又は所定の波長ずれ許容値以下である設定波長は離散的に存在し、かつその間隔は不均等である場合が一般的である。したがって、波長セットの設定波長も一定間隔の複数波長ではなく、波長間隔が不均等である。その場合、波長セットの設定波長以外の波長における試料１０の分光光学特性は公知のデータ補間方法（例えば、外挿、内挿、又はｎ次曲線近似等）を用いて補間により算出する（Ｓ．４）。それにより、擬似的に等間隔の波長ごとの試料１０の分光光学特性を得ることができる。
【００２８】
例えば、本実施の形態を用いない従来の分光光学特性計測によって得られたミラーの波長ごとの反射率を図６に示す。この結果においては、例えば計測点Ｐ、Ｑにおいて計測結果にガタつきが見られる。このガタつきは分光器の設定波長と実際の計測光の波長との波長ずれに起因して発生したと考えられる。すなわち、図６の横軸は分光器の設定波長であるが、これら計測点Ｐ，Ｑにおいてこの設定波長と実際の計測光の波長とは波長ずれを生じていると考えられる。
【００２９】
一方、本実施の形態に係る分光光学特性計測方法を用いて得られた上記ミラーの波長ごとの反射率を図７に示す。ここでは、波長ずれが０又は所定の波長ずれ許容値以下である波長セットを用いて計測を行っているので、図６に見られた計測結果のガタつきもなく、計測が高精度に行われていることがわかる。
【００３０】
この実施の形態１に係る方法は、試料にミラーを用いた反射率計に適用可能ではあるが、もちろんそれに限られるものではない。例えば反射型ＸＡＦＳ、蛍光ＸＡＦＳ、Ｘ線小角散乱、軟Ｘ線分光計、Ｘ線回折、ＸＰＳ、ＡＥＳ、ＲＨＥＥＤ、ＲＥＥＤ等のような試料の波長依存性計測に適用することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、図５に示す波長ずれが０又は所定の波長ずれ許容値以下である設定波長を波長セットとして選定し、その波長セットに基づいて計測を行った。しかし、波長ずれが０の点以外であっても、図５の結果から設定波長と実際の計測光の波長との波長ずれがわかる。したがって、任意の設定波長において試料の分光光学特性を計測し、その特性結果に対応する設定波長に波長ずれ量を加味して実際の計測光の波長を算出し、実際の計測光の波長とそれに対応する光学特性とを高精度に得ることも可能である。
【００３２】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る分光光学特性計測方法について説明する。この方法を実現する分光器としては、上記実施の形態１において用いられた分光器２と同様のものを用いる。その他、上記実施の形態１と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
上記実施の形態１の場合と同様に、波長分解能Ａの状態で光源１からの計測光のスペクトル解析を高精度に行って図３に示す結果を得る。その後、波長分解能Ｂの状態で光源１からの計測光のスペクトル解析を行って図４に示す結果を得る。さらに分光器２の装置関数に基づいて、分光器２の設定波長と実際の計測光の波長との波長ずれを算出し、図５に示す結果を得る。
【００３４】
ここで、図４に示す結果及び図５に示す結果に基づいて、波長分解能Ｂの状態における各設定波長ごとの出射光強度と波長ずれとの関係を算出する。その算出結果を図８に示す。図８において、横軸は波長ずれで縦軸は出射光の強度である。
【００３５】
図から明らかなように、波長分解能Ｂの状態においては、波長ずれが０の部分でグラフが略水平を呈している。すなわち分光器２から出射される光強度の微分値が０である。これは、図４に示すグラフにおいて光強度が極大値、極小値を示す点では波長ずれが略０であることを示している。したがって、分光器２の波長分解能Ｂの状態で計測光のスペクトル解析を行い、その光強度が極大又は極小となる設定波長を選定して試料１０の分光光学特性計測を行えば、波長ずれの殆どない高精度な分光光学特性計測を行うことができる。
【００３６】
光強度が極大又は極小となる設定波長は離散的かつ不均等に存在しているので、上記実施の形態１の場合と同様に、公知のデータ補間方法を用いて試料の分光光学特性を得ることができる。
【００３７】
この実施の形態２に係る方法も、試料にミラーを用いた反射率計に適用可能ではあるが、もちろんそれに限られるものではない。例えば反射型ＸＡＦＳ、蛍光ＸＡＦＳ、Ｘ線小角散乱、軟Ｘ線分光計、Ｘ線回折、ＸＰＳ、ＡＥＳ、ＲＨＥＥＤ、ＲＥＥＤ等のような試料の波長依存性計測に適用することができる。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１…レーザプラズマ光源
２，１０２…回折格子分光器
１０３…反射率計測室
４，１０４…前置鏡
５，１０５…入口スリット
６，１０６…回折格子
７，１０７…波長掃引機構
８，１０８…出口スリット
９，１０９…後置鏡
１０，１１０…試料
１１，１１１…検出器
【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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