(57)【要約】    【課題】  分光器の分光方向に光軸の変動があっても、常に光学素子の光学特性を精度良く測定することができる光学装置を得ること。    【解決手段】  回折格子により分光を行う分光器と、該分光器からの出射光の光強度を検出するビーム強度センサとを有する光学装置において、  該ビーム強度センサは、光入射側から光出射側へ順に、入射光束の幅を制限する開口を含むアパーチャーと該アパーチャーからの光束の一部を検出する開口を含む受光センサとを有し、  該分光器による光の分光方向においては、該受光センサの開口の幅は該アパーチャーの開口の幅よりも大きく、  分光直交方向においては、該受光センサの開口の幅は、該アパーチャーの開口の幅よりも小さいことを特徴とする光学装置。【選択図】  図１
2005172568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子により分光を行う分光器と、該分光器からの出射光の光強度を検出するビーム強度センサとを有する光学装置において、
該ビーム強度センサは、光入射側から光出射側へ順に、入射光束の幅を制限する開口を含むアパーチャーと該アパーチャーからの光束の一部を検出する開口を含む受光センサとを有し、
該分光器による光の分光方向においては、該受光センサの開口の幅は該アパーチャーの開口の幅よりも大きく、
分光直交方向においては、該受光センサの開口の幅は、該アパーチャーの開口の幅よりも小さいことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記受光センサは、該受光センサの開口に対して分光直交方向に受光部を有していることを特徴とする請求項１の光学装置。
【請求項３】
回折格子により分光を行う分光器と、該分光器からの出射光の光強度を検出するビーム強度センサとを有する光学装置において、
該ビーム強度センサは、光入射側から光出射側へ順に、入射光束の幅を制限する開口を含むアパーチャーと該アパーチャーからの光束の一部を検出する受光センサとを有し、
該受光センサは、該分光器による光の分光直交方向において、所定の間隔を離れて２つのセンサを有し、該２つのセンサの分光方向の開口の幅は該アパーチャーの開口の幅よりも大きく、
分光直交方向においては、該２つのセンサの間隔の幅は、該アパーチャーの開口の幅よりも小さいことを特徴とする光学装置。
【請求項４】
光源手段と、該光源手段からの光束を請求項１、２又は３の光学装置を用いて、分光し、所定のスペクトルの光を被測定物体に入射させ、該被測定物体を介した光を受光する受光手段とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
前記光源手段は、ＥＵＶ光又はＸ線を放射する光源部を有していることを特徴とする請求項４の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及びそれを有する測定装置に関し、例えばＸ線・軟Ｘ線、ＥＵＶ光（極端紫外光）（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を対象とした光学素子の反射率や透過率等の光学特性を測定する際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のＸ線・軟Ｘ線、ＥＵＶ等の極短波長の光を対象とした半導体素子の製造装置が種々と提案されている。それに伴いこれらの製造装置に用いる光学素子の光学特性を測定する測定装置も種々と提案されている。
【０００３】
例えば、軟Ｘ線を試料に照射して試料の特性（物理特性、化学特性）を評価する測定装置としては、例えばミラーの反射率やフィルタの透過率を測定する測定装置がある（例えば非特許文献１）。この測定装置では試料に単色すなわち単一の波長の光を照射し、試料で反射した光の強度や試料を透過した光の強度を計測している。そのほかには、光電子分光装置や、蛍光Ｘ線分析装置など、光の試料との相互関係を検出する測定装置が種々な分野で用いられている。
【０００４】
又、単色の光を取り出す分光器は光源からの光を分光して特定の波長の光のみを取り出して試料に照射し反射光や透過光、発生する２次電子などを計測する測定が広く用いられている。
【０００５】
図６、図７は、非特許文献１に開示されている極短波長の光を対象とした光学素子の反射率の測定装置の概略図である。この測定装置は、光源手段１０１、分光器ＭＣ、ビーム強度センサＢＩ、センサー１０９より成っている。
【０００６】
図６、図７において、１０１はＥＵＶ、またはＸ線の光源である。１０２は光源１０１から出射したＥＵＶまたはＸ線を集光する前置集光ミラー、１０３は入射スリット、１０４はＥＵＶまたはＸ線を分光する回折格子、１０５は出射スリットである。１１６は光学素子１０８に入射する光の一部を計測する穴開きのＩ０モニター、１０７はアパーチャー、１０８は反射率を計測する測定対象である光学素子、１０９は光学素子で反射された光を計測するセンサーである。
【０００７】
図８には、従来のＩ０モニター１１６の構造を模式的に示す。図８に示すようにＩ０モニター１１６は被測定物に入射する光束の外側の光の強度を測定し、この強度を以ってＩ０モニター１１６の開口を通過して被測定物に入射する光の強度を予測している。
【０００８】
図８に示すＩ０モニター１１６により反射率を測定するためには、センサー１０９を図６、図７に示すように移動可能とし、被測定物である光学素子１０８の測定に先立って所定の光束に対するＩ０モニター１１６の出力とその際にＩ０モニター１１６を通過する光束の強度との関係（Ｉ０モニター１１６の感度）を測定しておく必要がある。
【０００９】
Ｉ０モニター１１６の感度計測は、図７に示すようにＩ０モニター１１６を通過した光束をセンサー１０９に直接入射させた時のＩ０モニター１１６の出力をＩ０ｉ、センサー１０９の出力をＩｉとし、
Ｉｎｉ＝Ｉｉ／Ｉ０ｉ
として行う。
【００１０】
この時センサー１０９の出力ＩｉをＩ０モニター１１６の出力Ｉ０ｉで割って係数とすることで、実際の測定時のＩ０モニター１１６の出力値からＩ０モニター１１６を通過した光束の強度を求める際の係数を得ることができる。
【００１１】
次に図６に示すように光学素子１０８を光軸中に移動し、センサー１０９を光学素子からの反射光が入射する位置に移動する。この時のセンサー１０９の出力をＩｒ、Ｉ０モニター１１６の出力をＩ０ｒとし、
Ｉｎｒ＝Ｉｒ／Ｉ０ｒ
とおく。
【００１２】
以上の計測より、反射率Ｒは
Ｒ＝Ｉｎｒ／Ｉｎｉ
と求めている。
【非特許文献１】Journal of X-ray Science and Technology 3, pp283-299 (1992). "A Soft X-Ray/EUV Reflectometer Based on a Laser Produced Plasma Source"（E.M.Gullikson, J.H.Underwood, P.C.Batson, and V.Nikitin）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記で説明したように、従来例の反射率測定装置においては、図８に示すようにＩ０モニター１１６による光束の強度の計測に用いている光は、光学素子１０８に入射する光の外周の光である。このような測定を行った場合には、特に測定に用いる光束が分光器により分光された光束である場合に精度の低下を生じる問題がある。
【００１４】
つまり、図９に示すように、光を回折格子などにより分光された光束は、分光方向に波長の分布を有するスペクトルになっているために、Ｉ０モニター１１６により強度が測定される光と、Ｉ０モニター１１６の開口を通過する光とでは波長が異なることとなる。特に、ＥＵＶ光源やＸ線光源から放射される光には、その発生原理に起因してスペクトル内に顕著な輝線がある場合が多く、波長によってその強度が大きく異なっている。
【００１５】
従って、図９中の点線のようにＩ０モニター１１６に入射する光束に分光方向の光軸の変動が起きると、輝線がＩ０モニター１１６の受光面１１６ａに入ってしまう等の変動が生じ、Ｉ０モニター１１６を通過する光に対するＩ０モニター１１６の感度が大きく変化する。この結果、測定される反射率に誤差が生じてしまう、という問題点が生じてくる。
【００１６】
また、ＥＵＶ光源やＸ線光源から放射される光においては、光源部で励起されてＥＵＶ光やＸ線を発生する物質の励起状態の変化などにより、結果として得られる光束の有するスペクトルの強度分布に変化を生じる場合がある。このような場合にも、実際に使用する波長とは異なる波長の光を用いて強度測定を行っている従来のＩ０モニター１１６を用いた際には、誤差が生じる可能性がある。
【００１７】
本発明は、分光器で光を分光して、所定の単色光で光学素子の光学特性を測定するとき、分光器の分光方向に光軸の変動や、光源からの光束のスペクトルの強度分布に変動があっても、常に光学素子の光学特性を精度良く測定することができる光学装置及びそれを有する測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明の光学装置は、回折格子により分光を行う分光器と、該分光器からの出射光の光強度を検出するビーム強度センサとを有する光学装置において、
該ビーム強度センサは、光入射側から光出射側へ順に、入射光束の幅を制限する開口を含むアパーチャーと該アパーチャーからの光束の一部を検出する開口を含む受光センサとを有し、
該分光器による光の分光方向においては、該受光センサの開口の幅は該アパーチャーの開口の幅よりも大きく、
分光直交方向においては、該受光センサの開口の幅は、該アパーチャーの開口の幅よりも小さいことを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記受光センサは、該受光センサの開口に対して分光直交方向に受光部を有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明の光学装置は、回折格子により分光を行う分光器と、該分光器からの出射光の光強度を検出するビーム強度センサとを有する光学装置において、
該ビーム強度センサは、光入射側から光出射側へ順に、入射光束の幅を制限する開口を含むアパーチャーと該アパーチャーからの光束の一部を検出する受光センサとを有し、
該受光センサは、該分光器による光の分光直交方向において、所定の間隔を離れて２つのセンサを有し、該２つのセンサの分光方向の開口の幅は該アパーチャーの開口の幅よりも大きく、
分光直交方向においては、該２つのセンサの間隔の幅は、該アパーチャーの開口の幅よりも小さいことを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明の測定装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を請求項１、２又は３の光学装置を用いて、分光し、所定のスペクトルの光を被測定物体に入射させ、該被測定物体を介した光を受光する受光手段とを有することを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記光源手段は、ＥＵＶ光又はＸ線を放射する光源部を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、分光器の分光方向に光軸の変動等があっても、常に光学素子の光学特性を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の各実施例を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１、図５は本発明の分光器とビーム強度モニタを有する光学機器を分光反射率測定装置に適用したときの実施例１の要部概略図である。
【００２６】
図１、図５において１０１は光源手段、ＳＭは分光器、ＢＩはビーム強度センサ、１０８は被測定物としての光学素子、１０９は受光手段である。
【００２７】
光源手段１０１はＥＵＶの光又はＸ線領域の光を放射するシンクロトロン放射光やレーザープラズマ光源等が用いられる。これらの光源１０１からは単一の波長ではなく連続したスペクトルの光が放射される。
【００２８】
分光器ＳＭは、光源手段１０１からの光を分光し、出射スリット１０５上にスペクトルを形成する（スリット１０３の開口１０３ａとスリット１０５の開口１０５ａとを共役関係とする）回動可能な回折格子１０４、回折格子１０４を回動させる駆動手段Ｍを有している。尚、回折格子１０４を手動で回動させるときには、駆動手段Ｍは必要ない。
【００２９】
ビーム強度センサＢＩはアパーチャー１０７と受光素子１０６を有している。尚、説明の容易のために、図１に示すように回折格子１０４への入射光とその回折光の光軸を含む面をＸ面とし、そのＸ面内で回折格子１０４からの回折光の内の受光素子１０６の中心を通る光軸をＺ軸と規定する。
【００３０】
まず、本実施例において光学素子１０８の反射率の測定方法について説明する。
【００３１】
図１の形態より、光学素子１０８を光路上より退避させ、又受光手段１０９を回動させて図５に示すようにビーム強度センサＢＩの開口を通過した光束が直接入射するように配置する。
【００３２】
まず図５の状態で、受光手段１０９と受光素子１０６から出力される光強度の計測を行なう。これを入射光計測と呼ぶ。この時の受光素子１０６からの出力をＩ０ｉとし、受光手段１０９からの出力をＩｉとし、入射光計測の結果を以下のように定義する。
【００３３】
Ｉｎｉ＝Ｉｉ／Ｉ０ｉ
この時、Ｉｎｉは受光素子１０６の出力とその際に受光素子１０６の開口を通過する光束の強度との関係を示し、受光素子１０６の感度を示すものである。
【００３４】
次に図１に示すように光学素子１０８を光軸中に移動し、光軸に対して所定の角度で設置する。また、受光手段１０９を光学素子１０８からの反射光が入射する位置に移動して、受光手段１０９と受光素子１０６から出力される光強度を測定する。これを反射光計測と呼ぶ。この時の受光手段１０９の出力をＩｒ、受光素子１０６の出力をＩ０ｒとし、反射光計測の結果を以下のように定義する。
【００３５】
Ｉｎｒ＝Ｉｒ／Ｉ０ｒ
以上の計測より、光学素子１０８の反射率Ｒは
Ｒ＝Ｉｎｒ／Ｉｎｉ
により求めることができる。
【００３６】
尚、本実施例においては、光学素子１０８の反射率の測定について説明したが、他に透過率も同様の方法で測定することができる。
【００３７】
本実施例のビーム強度センサＢＩにおいては、受光素子１０６に入射する光束を制限しているアパーチャー１０７を受光素子１０６より上流（光入射側）に設置している。図２（ａ）、（ｂ）、図３は、図１のビーム強度センサＢＩのアパーチャー１０７の開口１０７Ｐと受光素子１０６の開口１０６Ｐの位置関係、大きさを示した概略図である。
【００３８】
図２（ａ）は分光直交方向を含む面内（ＸＺ平面）での概略図であり、図１の紙面と垂直で回折格子１０４から開口１０６Ｐの中心を通る光軸を含む面内での概略図を示している。また、図２（ｂ）は分光方向（波長分散方向）を含む面内（ＹＺ平面）での概略図であり、図１の紙面内での概略図を示している。図３はアパーチャー１０７及び受光素子１０６の関係を示す斜視図である。
【００３９】
本実施例では、図２（ｂ）及び図３に示すように、波長分散方向では、受光素子１０６の開口１０６Ｐの幅１０６Ｙは、アパーチャー１０７の分光方向の開口１０７Ｐは幅１０７Ｙより大きくされている。
【００４０】
また、図２（ａ）及び図３に示すように分光方向と直交する分光直交方向の開口は、受光素子１０６の開口１０６Ｐの幅１０６Ｘの方がアパーチャー１０７の開口１０７Ｐの幅１０７Ｘより小さくされている。アパーチャー１０７の開口と受光素子１０６の開口１０６Ｐをこのような関係にすることにより、光学素子１０８に入射する光束の有する波長域と受光素子１０６の受光面１０６ａに入射する光束の有する波長域とは常に等しくなる。このようにすることで、受光素子１０６の開口１０６Ｐを通過して被測定物である光学素子１０８に入射する光束の光軸の位置が変動した場合でも、受光面１０６ａで測定する光強度と光学素子１０８に入射する光束の強度比をスペクトルの分布によらず一定にすることが出来る。
【００４１】
以下、具体的に光源手段１０１からのＥＵＶまたはＸ線等の出射光束の光軸（中心軸）の変動が起きた時について説明する。図２（ｂ）の点線で示した様に光軸が分光方向（Ｙ方向）に変動しても、光学素子１０８に入射する光束の幅と受光素子１０６の受光面１０６ａに入射する光束の幅がｗ１と等しいため、光軸の変動により生じた光学素子１０８への入射光の強度変動を受光素子１０６は正しくモニターすることが出来る。また、図２（ａ）のように、分光直交方向（Ｘ方向）に光軸が変動した場合は、光学素子１０８に入射する光と受光素子１０６の受光面１０６ａに入射する光の位置は違うが、この方向の強度分布は分光方向と比べ、小さいので、光軸変動により生じる受光素子１０６での計測誤差は小さい。
【００４２】
また、本実施例のビーム強度センサＢＩでは、受光素子１０６による光束の強度測定に用いる光線の波長と、実際に被測定物に入射する光束の波長が同一になるために、ＥＵＶ光源またはＸ線光源等から放射される光束のスペクトルの強度分布が変動した場合にも良好に強度測定を行うことが可能である。
【００４３】
以上説明したように、本実施例のビーム強度センサＢＩでは、光源手段１０１からの出射光束を制限するアパーチャー１０７を受光素子１０６より光源手段１側に設置し、当該アパーチャー１０７の開口と受光素子１０６の開口１０６Ｐの位置と大きさを所定にすることで、受光素子１０６に入射する光束の光軸の変動等が生じた場合にも、精度良く被測定物への光束の入射強度を測定することができる。具体的には、受光素子１０６は開口を持つセンサーであり、図２（ｂ）に示すように分光方向については、その開口１０６Ｐの幅１０６Ｙは、アパーチャー１０７の開口１０７Ｐの分光方向の幅１０７Ｙよりも広く、図２（ａ）に示すように、その分光直交方向については、アパーチャー１０７の開口１０７Ｐの幅１０７Ｘを受光素子１０６の開口１０６Ｐの幅１０６Ｘより大きくすることにより、光源手段１からの出射光束の光軸の変動が起きても、受光素子１０６の計測を正確に行うことができる。
【００４４】
特に、本実施例では反射率計測に用いない部分を計測する受光素子の計測する光の分光方向の幅、位置を反射率計測に用いる光と等しくすることにより、より高精度な反射率の計測を容易にしている。
【実施例２】
【００４５】
図４は、本発明の実施例２で用いる受光素子１０６の説明図である。実施例２は実施例１に比べて受光素子１０６として、２枚のセンサー１０６ａ、１０６ｂを所定の間隔で並べている点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００４６】
図４に示されているように、２つのセンサー１０６ａ、１０６ｂを分光直交方向（Ｘ方向）に所定の間隔１０６Ｘだけ離し分光方向に並べる。また、２つのセンサー１０６ａ、１０６ｂの間隔はアパーチャー１０７の開口１０７Ｐの幅１０７Ｘよりも小さくする。このような配置にすることにより、光学素子１０８に入射する光の分光方向の幅と、受光素子１０６の受光面１０６ａに入射する光を等しくすることが出来、穴開きセンサーを実施例１のように配置したのと同様の効果が得られる。
【００４７】
以上、説明したようにセンサー２枚を隙間を空けて並べることにより、高精度な受光素子の計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１の測定装置の概略図
【図２】本発明の実施例１に係る受光素子とアパーチャーとの説明図
【図３】本発明の実施例１に係る受光素子とアパーチャーとの説明図
【図４】本発明の実施例２に係る受光素子とアパーチャーとの説明図
【図５】本発明の実施例１の測定装置の概略図
【図６】従来の分光反射率測定装置の概略図
【図７】従来の分光反射率測定装置の概略図
【図８】図６におけるＩ０モニターとアパーチャーとの説明図
【図９】図６におけるＩ０モニターとアパーチャーとの説明図
【符号の説明】
【００４９】
ＳＭ：分光器
ＢＩ：ビーム強度センサ
１０１：光源
１０２：集光ミラー
１０３：入射スリット
１０４：回折格子
１０５：出射スリット
１０６：受光素子
１０６ａ：受光面
１０６Ｐ：開口
１０７：アパーチャー
１０７Ｐ：開口
１０８：光学素子
１０９：センサー
１１６：従来のＩ０モニター
【図１】
2005172568.tif 000003
【図２】
2005172568.tif 000004
【図３】
2005172568.tif 000005
【図４】
2005172568.tif 000006
【図５】
2005172568.tif 000007
【図６】
2005172568.tif 000008
【図７】
2005172568.tif 000009
【図８】
2005172568.tif 000010
【図９】
2005172568.tif 000011