(57)【要約】【課題】  ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法、およびＥＵＶ領域の単波長光に対する物質の透過率を測定する方法の提供。【解決手段】  ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定することを含む、ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定することを含む、ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法。
【請求項２】
１）ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程、
２）多層膜ミラーを光の入射方向に対して回転させて反射する単波長光の波長を変え、その反射光強度を測定する工程、
３）所定の波長領域について工程２）を繰り返す工程、
を含む、ＥＵＶ領域の単波長光の強度スペクトルを測定する方法。
【請求項３】
ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を表面に物質の薄膜が形成された多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程を含む、ＥＵＶ領域における物質の透過率の測定方法。
【請求項４】
１）ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を表面に物質の薄膜が形成された多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程、
２）多層膜ミラーを光の入射方向に対して回転させて反射する単波長光の波長を変え、その反射光強度を測定する工程、
３）所定の波長領域について工程２）を繰り返す工程、
を含む、ＥＵＶ領域における物質の透過率スペクトルの測定方法。
【請求項５】
多層膜ミラーが、Ｍｏ／Ｓｉ，Ｍｏ／Ｃ／Ｓｉ，ＭｏＲｕ／Ｓｉ，ＭｏＢｅ／Ｓｉ，ＭｏＡｇ／Ｓｉ，Ｒｕ／Ｃ，Ｃｒ／Ｃ，Ｗ／Ｃ，Ｎｉ／Ｃ多層膜である、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
１）ＥＵＶ光源、２）回折格子、３）多層膜ミラー、および受光素子を含み、ＥＵＶ光源から照射されたＥＵＶ光が回折格子により分光され、この分光された光が多層膜ミラーに入射し、多層膜ミラーの反射光が受光素子により検出されるように配置された、光強度測定装置。
【請求項７】
多層膜ミラーを光の入射方向に対して可動させる手段を有する、請求項６記載の装置。
【請求項８】
多層膜ミラーが、Ｍｏ／Ｓｉ，Ｍｏ／Ｃ／Ｓｉ，ＭｏＲｕ／Ｓｉ，ＭｏＢｅ／Ｓｉ，ＭｏＡｇ／Ｓｉ，Ｒｕ／Ｃ，Ｃｒ／Ｃ，Ｗ／Ｃ，Ｎｉ／Ｃ多層膜である、請求項６または７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法、およびＥＵＶ領域の単波長光に対する物質の透過率を測定する方法に関する。さらに本発明は、ＥＵＶ領域における光の強度スペクトルおよび物質の透過率スペクトルの測定方法、並びに本発明方法を実施するのに好適な光強度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている露光装置は、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光を光源として使用するものである。露光装置の解像力は使用する光の波長に比例し、光の波長が短いほど微細なパターンを形成できる。ＫｒＦエキシマレーザーの次世代としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、さらにはＦ２レーザーの使用も検討されている。
しかし、屈折光学系を用いたさらなる単波長化には材料面での限界があり、その先は波長を１３ｎｍまで短くしたＥＵＶ光を用いることが検討されている。この波長域での光は全ての物質で強く吸収されると共に、屈折率が１に近いため、原理的に屈折によるレンズ作用を利用することができない。
このため、たとえばフォトレジストに実際に照射される特定波長の強度およびＥＵＶ領域における光強度スペクトルや、使用されるフォトレジストの特定波長における透過率およびＥＵＶ領域における透過率スペクトルも従来の方法では測定できなかった。そこで、これらを簡便に測定できる新規な方法が求められていたのである。
【０００３】
ＥＵＶ領域の分光スペクトルを得るためには、たとえば、斜入射型全反射ミラーと回折格子を組み合わせ、光源からの光を回折格子で分光し、裏面入射型Ｘ線ＣＣＤカメラなどのイメージセンサーによって回折格子からの光の空間強度分布を測定する方法が考えられる。この光学系を利用して、透過率スペクトルを得るためには、ＥＵＶ光を一定の割合で透過させる金属基板上に樹脂膜を形成し、基板と樹脂膜を光路に挿入する事が考えられるが、金属基板による吸収により透過光の強度は極端に小さくなり、測定が困難であった。また、金属基板を薄く作成する程、基板による吸収を低減させることができるが、金属基板が薄い程、基板を破壊する事無く樹脂膜を形成する事が難しいため、実用的な透過率測定装置を製作することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決し、ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法、および該方法を利用したＥＵＶ領域の単波長光に対する物質の透過率を測定する方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、ＥＵＶ領域における光の強度スペクトルおよび物質の透過率スペクトルの測定方法も提供する。本発明はまた、本発明方法を実施するのに好適な光強度測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定することを含む、ＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法に関する。
本発明において、ＥＵＶ光とは、極紫外（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）領域の波長を有する光をいう。本明細書においては、ＥＵＶ光は数ｎｍから数十ｎｍの範囲の波長を有する光をいい、典型的には５から４０ｎｍの範囲の光をいい、より典型的には１０から２０ｎｍの範囲の波長を有する光をいい、最も典型的には１３ｎｍ近傍の波長を有する光をいう。
ＥＵＶの光源としては任意のものが使用できる。たとえば、ＸｅジェットＬＬＰ等のレーザープラズマ光源、キャピラリー放電プラズマ光源等の放電プラズマ光源が使用できる。レーザープラズマ光源としては、固体ターゲットのものおよびガスターゲットのものの両者が好適に使用でき、レーザーとしてはたとえば、ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーが使用できる。
回折格子はＥＵＶ光を分光できるものであれば任意のものが使用できる。
本発明方法において、回折格子により分光された光は多層膜ミラーに入射される。
【０００６】
多層膜ミラーは、好ましくはＭｏ／Ｓｉ，Ｍｏ／Ｃ／Ｓｉ，ＭｏＲｕ／Ｓｉ，ＭｏＢｅ／Ｓｉ，ＭｏＡｇ／Ｓｉ，Ｒｕ／Ｃ，Ｃｒ／Ｃ，Ｗ／Ｃ，またはＮｉ／Ｃ多層膜である。多層膜ミラーはＥＵＶ光を所定の入射角で受け、ＥＵＶ光が多層膜ミラーにおいて透過反射する間に最適波長を選択して、反射により単波長の光を受光素子に送るという作用を有する。
ＥＵＶ光の多層膜ミラーへの入射角度は、５度から８５度の範囲であればよいが、通常４５度近傍が、サンプルと検出器の配置並びに反射率の点で好ましい。
本発明において単波長光とは完全な単波長である必要はなく、半値幅で＋／−３ｎｍ以下、好ましくは＋／−２ｎｍ以下、より好ましくは＋／−１ｎｍ以下の分布の光であればよい。
【０００７】
多層膜ミラーにより反射された単波長光は、受光素子によりその強度が測定される。受光素子としては、反射光の強度を精度良く測定できるものであれば任意のものが使用できるが、一般的にはＸ線ＣＣＤカメラが好適に使用される。
本発明の方法により、ＥＵＶ領域の単波長の光強度を簡便に測定することができる。本発明方法においては、回折格子と多層膜ミラーを組み合わせることにより、より精度良く単波長を得ることができるので、その強度測定結果も望ましいものとなる。
本発明はさらに、１）ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程、
２）多層膜ミラーを光の入射方向に対して回転させて反射する単波長光の波長を変え、その反射光強度を測定する工程、
３）所定の波長領域について工程２）を繰り返す工程、
を含む、ＥＵＶ領域の単波長光の強度スペクトルを測定する方法を提供する。
ＥＵＶ光源および回折格子については前記の通りである。
【０００８】
多層膜ミラーは通常、目的とする波長と入射角度を定めて設計され、単波長光を決まった角度にのみ反射する様に設計・製造される。例えば、１３ｎｍの波長の光を４５度の入射角で反射する様設計された多層膜ミラーを使用し、設計通りに４５度の角度で図１のような強度分布を有するＥＵＶ光を入射すると、図２に示されるように一定のピーク幅を持った単波長化された反射光スペクトルが得られる。これを、入射角度を４５度からずらす事により、図３に示す様に反射される光の波長はシフトさせることができる。本発明では、上記の現象を利用し、回折格子によってあらかじめ分光された様々な波長のＥＵＶ光を、多層膜ミラーへの入射角度を変えることによって反射させてその強度分布を測定することを可能とした。
一般に多層膜ミラーは入射光に対して、通常は４５度である一定角度に保持し、所定の波長のみからなる単波長光を反射するために使用される。本発明におけるように、多層膜ミラーと回折格子を組み合わせ、回折格子からの入射光に対する多層膜ミラーの角度を変化させ、それにより得られる光の波長を変化させるという発想は従来全くなく、新規なものである。
【０００９】
本発明は上記の強度測定方法を利用する物質のＥＵＶ領域における透過率の測定方法を提供する。すなわち、本発明は、ＥＵＶ光を回折格子により分光し、表面に物質の薄膜が形成された多層膜ミラーに分光された光を入射し、ついで単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程を含む、ＥＵＶ領域における物質の透過率の測定方法に関する。
【００１０】
多層膜ミラー表面にレジストを塗布した場合の光の反射の模式図を図４に示す。強度Ｉ０の入射光はレジスト層３を通過した後多層膜ミラー２の表面で反射され、再度レジスト層を通ったのち、受光素子に到達する。反射光はレジストで吸収された分だけ強度が低下し、強度はＩｔとなる。したがって、Ｉｔ／Ｉ０とレジスト中を光が透過した光路長からレジストの透過率を求めることができる。
上記のＩ０は前記の本発明のＥＵＶ領域の単波長光の強度測定方法により測定することができる。たとえば、多層膜ミラー表面になにも存在しない状態での光強度の測定を行い、そのデータを使用して後日、透過率の測定を行っても良い。また、多層膜ミラー表面になにも存在しない状態での光強度の測定データと光源からサンプリングした光の強度との関係をデータベース化し、透過率測定時に光源から別途サンプリングした光強度に基づいて入射光強度Ｉ０を決定しても良い。
【００１１】
物質は多層膜ミラーの表面に薄膜が形成できるものであれば、制限はない。また薄膜の厚さは、多層膜ミラーからの反射光が受光素子によって精度良く検出できる強度を有するように調節され、適当な厚さは物質の種類により異なる。物質は好ましくは有機物、典型的にはポリマーであり、より典型的にはフォトレジストである。物質の薄膜は、スピンコーティングなどの公知の方法により形成することができる。
【００１２】
さらに、本発明は上記の透過率の測定方法において、前記の単波長光の強度スペクトルを測定する方法と同様、回折格子によってあらかじめ分光された様々な波長のＥＵＶ光を、多層膜ミラーへの入射角度を変えることによって異なる波長の光を反射させてその強度分布を測定することにより、ＥＵＶ領域における物質の透過率スペクトルを測定する方法を提供する。
すなわち、本発明は、
１）ＥＵＶ光を回折格子により分光し、分光された光を表面に物質の薄膜が形成された多層膜ミラーに入射し、単波長光を反射し、その反射光強度を測定する工程、
２）多層膜ミラーを光の入射方向に対して回転させて反射する単波長光の波長を変え、その反射光強度を測定する工程、
３）所定の波長領域について工程２）を繰り返す工程、
を含む、ＥＵＶ領域における物質の透過率スペクトルの測定方法に関する。
【００１３】
本発明の方法により、ＥＵＶ領域における特定の単波長光における物質の透過率、およびＥＵＶ領域における物質の透過率スペクトルを測定することができる。
【００１４】
また、本発明は上記の本発明方法を実施するのに好適な装置を提供する。
本発明の装置は、１）ＥＵＶ光源、２）回折格子、３）多層膜ミラー、および受光素子を含み、ＥＵＶ光源から照射されたＥＵＶ光が回折格子により分光され、この分光された光が多層膜ミラーに入射し、多層膜ミラーの反射光が受光素子により検出されるように配置された、光強度測定装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ＥＵＶ領域の単波長光の強度を測定することができる。また、ＥＵＶ領域の単波長光に対する物質の透過率を測定することができる。さらに本発明においては、多層膜ミラーを動かして反射される光の波長を変化させることにより、ＥＵＶ領域における光の強度スペクトルおよび物質の透過率スペクトルを測定することができる。これらは従来技術では達成できなかった全く新規な効果である。
また、本発明の方法によれば、スピンコート法により簡単に樹脂膜を作成し、その透過率を測定する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の装置の構成例を図５に示す。
ＥＵＶ光源１１から照射されたＥＵＶ光は、回折格子１５に至る。回折格子により光は分光され、多層膜ミラー１７に入射し、ミラーからの反射光が受光素子１８により検出される。好ましくは全反射型の斜入射型ミラー１３がＥＵＶ光源と回折格子との間に設けられる。これはデブリが回折格子に直接飛ぶことを防止するため、および集光して光強度を大きくするために好ましい。全反射ミラーの代わりにシャッターを設けて、回折格子がデブリにより汚染されることを防止することもできる。また、分光の精度をあげるため、任意に、ピンホール１２，およびスリット１４および１６を設けることができる。図５の上段は光の進むＸ−Ｙ平面に対して上から見たものであり、下段はそれに対応して光の進むＸ−Ｙ平面を横から見た図である。図６は回折格子１５で分光された光が波長ごとに異なる光路で多層膜ミラー１７に入射する様子を示した図である。図示されたように、回折格子１５で分光された光は、Ｘ−Ｙ平面内で波長によりＹ方向に分布する。
【００１７】
多層膜ミラー１７により入射光を反射し、ＣＣＤカメラなどの受光素子８に送る様子を図７に示す。図７は光の進むＸ−Ｙ平面を横から見た図である。多層膜ミラー１７により反射された光はＺ方向に進むこととなる。
多層膜ミラーは１３ｎｍの光が４５度で入射した場合に１３ｎｍの光のみを反射できるように設計されているものとする。多層膜ミラーへ１３ｎｍの光が４５度で入射した場合には通常どおり１３ｎｍの光が反射される。しかし、入射角度を大きくした場合には、１３ｎｍよりも長い波長の光が反射される。一方、入射角度を小さくした場合には、１３ｎｍよりも短い波長の光が反射される。入射角が変化しているため、当然反射角も変化するので、ＣＣＤカメラの受光箇所はＸ方向に変化する。ところで、回折格子で分光された光は波長に対してＹ方向に分布しているので、多層膜ミラーにより反射された光のＣＣＤカメラによる受光箇所はＸ方向およびＹ方向の両方で変化する。
【００１８】
この変化の様子を示したのが図８である。図中の角度は多層膜ミラーへの入射角度である。それぞれの写真において左下を座標の原点として見れば、入射角度が大きくなるにつれて受光箇所のＸおよびＹの値はどちらも大きくなることが示されている。入射角度により反射される光の波長は異なるのであるから、それぞれの角度における光強度を測定すれば、測定波長全体の強度スペクトルが得られるのである。
また、多層膜ミラーの表面にフォトレジストのよう物質の薄膜を形成し、同様の実験を行えば、測定波長全体にわたる透過率スペクトルが得られる。
なお、図では多層膜ミラーにより反射された光はＺ方向に進むが、多層膜ミラーの回転方向を変えることにより反射された光をＸ−Ｙ平面に進ませることも可能であり、必要に応じ適宜変更することができる。
【００１９】
さらに本発明はその一態様として、多層膜ミラーの評価方法も提供する。
すなわち、各波長ごとの反射強度を測定することにより、所定の性能が得られているか否かを判定することができるのである。
【実施例】
【００２０】
図５に示された装置により、多層膜ミラーとして４５度反射に設計されたＭｏ／Ｓｉ多層膜ミラーを使用して実験を行った。
レジストを塗布してないミラーからの反射光強度スペクトルを図９に示す。これはミラーへの入射角を変化させた場合の反射光強度の空間分布をＣＣＤイメージセンサーからの出力で得、その光強度が強い角度の波長方向分布をプロットしたものである。これによりミラーの角度に対応した、反射光強度スペクトルが得られる。
次にレジスト（住友化学工業（株）製ＰＡＲ−１０１）を塗布したミラーからの反射光強度スペクトルを図１０に示す。これにより図９の各波長スペクトルに対応するレジスト塗布時の反射光強度スペクトルが得られる。
図９と図１０の各ピークを積分し、対応するピークの積分の比（レジスト未塗布時強度／レジスト塗布時強度）を計算し、さらにこの値を膜厚１００ｎｍのものに換算し、レジストの透過率を計算した。結果を図１１に示す。
これにより各波長におけるレジストの透過率スペクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】入射ＥＵＶ光の強度分布の例を示す図
【図２】単波長化された反射光スペクトルを示す図
【図３】反射される光の波長のシフトを示す図
【図４】多層膜ミラー表面にレジストを塗布した場合の光の反射の模式図
【図５】本発明の装置の構成例
【図６】本発明の装置における光路を示す図
【図７】本発明の装置における光路を示す図
【図８】本発明の装置におけるＣＣＤカメラの受光位置の変化を示す図
【図９】図９は実施例の結果を示す図である。
【図１０】図１０は実施例の結果を示す図である。
【図１１】図１１は実施例の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：シリコン層
２：多層膜層
３：レジスト
１１：ＥＵＶ光源
１２：ピンホール
１３：斜入射型ミラー
１４：スリット
１５：回折格子
１６：スリット
１７：多層膜ミラー
１８：受光素子
【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１０】
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【図１１】
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