JP2008064694A

JP2008064694A - 干渉計測装置

Info

Publication number: JP2008064694A
Application number: JP2006244980A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iijima; 仁飯島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】真空チャンバーを減圧する際に生じる空気の断熱膨張による被測定物の温度低下を抑制し、測定タクトの向上を図る。
【解決手段】真空チャンバー１１３内で被測定物Ｗ₁およびＴＳレンズ１０７を搭載しているステージ１０５、１０６に温調水を流動させる流路１１０、１１１を設ける。真空チャンバー１１３を真空ポンプ１１７によって減圧する工程で、流路１１０、１１１に温調水を供給し、ステージ１０５、１０６の温度を制御することで、被測定物Ｗ₁およびＴＳレンズ１０７の温度低下を抑制する。これにより減圧状態での高精度な測定にもかかわらず高タクトで測定することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体露光装置用の縮小投影光学レンズ、ミラー等の光学部品の面形状や光学系の波面収差を高精度に測定するための干渉計測装置に関するものである。

従来より高精度な球面レンズ、ミラーの形状測定方法として干渉計を用いるのが一般的である。また近年、半導体露光装置の微細化、高精度化と共に露光光源波長はＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（λ＝１５７ｎｍ）と短波長化している。さらにはＥＵＶ光（Extreme Ultra Violet：λ＝１３．６ｎｍ）までも露光光源として使用されるに至っている。これらの露光装置用の投影光学レンズ、ミラーについては１〜０．１ｎｍの形状精度が求められる。このような高精度な測定を行うためには測定環境の制御が重要であり、特に高精度な測定を行うためには空気の揺らぎを排除する必要がある。従って被測定物を真空（減圧）環境化にして測定する必要がある。

しかし、被測定物を真空（減圧）環境化する際に、空気の断熱膨張による温度低下により被測定物の表面温度が低下し熱変形を起こす。従って通常は、真空（減圧）環境にしてから十分な温度ならし時間をおいて測定する必要がある。要求測定精度が高いほど、この温度慣らし時間が必要となり、ＥＵＶレベルにおいては１日以上必要となる。

減圧時の空気の断熱膨張による被測定物の温度低下による面変形を避け、かつ測定タクトを向上させるために、例えば図４に示す構成が知られている。これは、干渉計測光学系を収容する真空チャンバー１０１７内に複数の被測定物１００８を置けるストッカー１０１２を有している。干渉計測光学系はレーザ光源１００１、ビームエキスパンダー１００２、偏光ビームスプリッター１００３、参照平面ミラー１００５、真空チャンバー１００７、集光レンズ１０１０からなっている。１００８は測定される被測定物である。あらかじめサブチャンバー１０１８およびゲートバルブ１０２０ａ、１０２０ｂを用いて被測定物１００８を減圧環境に置き、ストッカー１０１２上で測定の順番を待つ間に温度慣らしを完了させることができる（特許文献１参照）。

しかし、十分な温度ならし時間を確保し、かつ測定タクト上げるためには一定数の被測定物を真空チャンバー内に保管する必要がある。また真空チャンバー内での作業になるため被測定物を自動で交換する機構も有する必要がある。従って、必然的に真空チャンバーのサイズが大きくなってしまうという未解決の課題がある。

また、空気の揺らぎの影響を押さえる方法としては、他に、屈折率が空気の約１／１０のＨｅガスで置換する方法や、参照面と被測定物を近接させる方法が知られている。しかし、前者は測定ごとにＨｅ充填が必要でコストがかかり、測定空間をＨｅで満たすためには時間を要し、後者は参照面を非常に近接させるため、接近時に参照面と被測定物の接触の危険性がある。また、球面測定においては被測定物の曲率毎にほぼ同じ曲率の参照面を用意する必要がある。

従って、一般には測定空間を真空（減圧）環境にして測定することが高精度な測定においては有利である。
特許第３４６６７０７号公報

従来の真空チャンバーを用いる干渉計測装置では、被測定物を真空（減圧）環境にしてから、被測定物の温度が安定するまでに非常に長い時間を必要とするため測定タクトが非常に悪くなる。特に高精度な測定を行う場合は長時間の被測定物の温度慣らしが必要となる。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、断熱膨張による被測定物の温度低下を抑制し、装置を大型化することなく測定タクトの向上を図ることのできる干渉計測装置を提供することを目的とするものである。

本発明の干渉計測装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内において被測定物の形状を測定するための干渉光学系と、前記真空チャンバーの減圧時に、空気の断熱膨張による前記被測定物の温度低下を抑制するための温調手段と、を有することを特徴とする。

減圧時の被測定物の温度低下を検出し、能動的に抑制することで、温度慣らし時間を短縮し、測定タクトを向上できる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１によるフィゾー干渉計を用いた干渉計測装置を示すものであるが、フィゾー型以外の干渉計でもよい。この干渉計測装置は、レーザ光源、干渉縞画像取得用のＣＣＤカメラ等を内蔵する干渉計本体１０１、測定光径を拡大するビームエキスパンダー１０２、レーザ光を９０度折り曲げるための折り曲げミラー１０３を有する。さらに、減圧環境と大気を分ける真空窓１０４、ｘ、ｙ、ｚ、ｘチルト、ｙチルトができるステージ１０５、１０６、参照球面を有し透過波面を球面波に変換するＴＳレンズ１０７を備えている。

また、取得した干渉縞からステージ１０５上の被測定物Ｗ₁の形状を計算するＰＣ１０８と、ステージ１０５、１０６またはホルダを温調するための温調水の流路（配管手段）１１０、１１１と、を有する。流路１１０、１１１は、温調水の温度を制御するためのチラー等を含む温度制御器１１２に接続される。被測定物Ｗ₁とＴＳレンズ１０７を内蔵する真空チャンバー１１３には、チャンバー内圧力を制御するための真空制御器１１４、リークバルブ１１５、排気バルブ１１６、真空ポンプ１１７、圧力計１１８が接続される。

干渉計本体１０１から出射したレーザ光はビームエキスパンダー１０２でレーザ径を広げ、折り曲げミラー１０３により上方へ９０度折り曲げられる。その後レーザ光は真空窓１０４を通過してＴＳレンズ１０７に入射する。ＴＳレンズ１０７ではその中の参照面においてレーザ光の一部が反射され、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻っていく。

ステージ１０６上のＴＳレンズ１０７を透過したレーザ光は球面波に変換され、被測定物Ｗ₁により反射されて、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻る。干渉計本体１０１内ではＴＳレンズ１０７からの反射光と被測定物Ｗ₁からの反射光が干渉して干渉縞を作り、この干渉縞をＣＣＤカメラにて取得し、ＰＣ１０８により被測定物Ｗ₁の形状が算出される。

被測定物Ｗ₁を真空チャンバー１１３内に設置した後、真空ポンプ１１７により真空チャンバー１１３内を真空（減圧）にする。この排気動作の際、真空チャンバー１１３内の空気が断熱膨張し、真空チャンバー１１３内の温度が低下し、被測定物Ｗ₁およびＴＳレンズ１０７の表面温度が低下する。

通常、高精度な測定においてはこの温度低下が元に戻り、温度分布がなくなるまで温度慣らしとして放置しておくが、真空環境のため空気による熱伝達がなく、温度慣らしのための時間は大気の場合よりも長くなる。

規定した圧力になったあとは真空制御器１１４により規定の圧力になるように真空ポンプ１１７、リークバルブ１１５、排気バルブ１１６を制御する。

本実施例では、被測定物Ｗ₁、ＴＳレンズ１０７に直接接しているステージ１０５、１０６またはホルダに温調された温調水を流すことでこの温度慣らし時間の短縮を行う。具体的には真空チャンバー１１３の排気時に被測定物Ｗ₁およびＴＳレンズ１０７に取り付けられた温度センサー１１９の検出値を用いて、被測定物Ｗ₁およびＴＳレンズ１０７の温度が規定の温度になるように温調水の温度を温度制御器１１２にて制御する。

これにより、排気中においても被測定物Ｗ₁、ＴＳレンズ１０７の温度を一定に保つことができるため、排気後の温度慣らし時間を大幅に短縮することができる。さらに、真空チャンバー１１３内の圧力が規定の圧力に到達した後は、一定の温度を保つように温度制御器１１２にて温調水の温度を制御することにより温度が安定した環境で測定することができる。

真空チャンバー１１３の排気中の被測定物Ｗ₁、ＴＳレンズ１０７の温度低下を抑えることにより温度慣らし時間が短縮され、高精度な測定にも関わらず測定タクトの向上を行うことができる。

図２は実施例２による干渉計測装置を示す。この干渉計測装置は、レーザ光源、干渉縞画像取得用のＣＣＤカメラ等を内蔵する干渉計本体１０１、測定光径を拡大するビームエキスパンダー１０２、レーザ光を９０度折り曲げるための折り曲げミラー１０３を有する。さらに、減圧環境と大気を分ける真空窓１０４、ｘ、ｙ、ｚ、ｘチルト、ｙチルトができるステージ１０５、１０６、参照球面を有し透過波面を球面波に変換するＴＳレンズ１０７を備えている。

また、取得した干渉縞からステージ１０５上の被測定物Ｗ₂の形状を計算するためのＰＣ１０８と、被測定物Ｗ₂、ＴＳレンズ１０７の近傍にそれぞれ配設された放熱部材である放熱板２１０、２１１と、これらの温度を制御する温度制御器２１２とを有する。真空チャンバー１１３は、チャンバー内圧力を制御するための真空制御器１１４、リークバルブ１１５、排気バルブ１１６、真空ポンプ１１７、圧力計１１８が接続される。

干渉計本体１０１から出射したレーザ光はビームエキスパンダー１０２でレーザ径を広げ、折り曲げミラー１０３により上方へ９０度折り曲げられる。その後レーザ光は真空窓１０４を通過してＴＳレンズ１０７に入射する。ＴＳレンズ１０７ではその中の参照面においてレーザ光の一部が反射され、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻っていく。ステージ１０６上のＴＳレンズ１０７を透過したレーザ光は球面波に変換され、被測定物Ｗ₂により反射されて、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻る。干渉計本体１０１内ではＴＳレンズ１０７からの反射光と被測定物Ｗ₂からの反射光が干渉して干渉縞を作り、この干渉縞をＣＣＤカメラにて取得し、ＰＣ１０８により被測定物Ｗ₂の形状が算出される。

被測定物Ｗ₂を真空チャンバー１１３内に設置した後、真空ポンプ１１７により真空チャンバー１１３内を真空（減圧）にする。この排気動作の際、真空チャンバー１１３内の空気が断熱膨張し、真空チャンバー１１３内の温度が低下し、被測定物Ｗ₂およびＴＳレンズ１０７の表面温度が低下する。

本実施例では、被測定物Ｗ₂、ＴＳレンズ１０７の近傍に放熱板２１０、２１１を配置し、減圧時の空気の断熱膨張による温度低下によって被測定物Ｗ₂およびＴＳレンズ１０７表面から奪われた熱を放熱板２１０、２１１に供給する。これによって、慣らし時間の短縮が可能となる。具体的には排気中および排気後に、温度センサー１１９によって真空チャンバー１１３内の温度を測定し、真空チャンバー１１３内の空気の温度が規定の温度になるように放熱板２１０、２１１を加熱する。

温度センサー１１９は、真空チャンバー１１３内の空気の温度ではなく、直接被測定物Ｗ₂、ＴＳレンズ１０７表面の温度を測定してもよい。この場合も被測定物Ｗ₂、ＴＳレンズ１０７の温度が規定した値になるように放熱板２１０、２１１の温度を制御する。

あらかじめ実験または計算から排気速度に対する被測定物Ｗ₂およびＴＳレンズ１０７の温度変化が見積もられている場合には、排気速度に合わせて放熱板２１０、２１１の温度を制御することで、さらに温度慣らし時間を短縮することができる。このように能動的に被測定物Ｗ₂およびＴＳレンズ１０７の温度低下を抑制することにより、温度慣らしに必要な時間を短縮することが可能となり、高精度な測定にも関わらず測定タクトの向上を行うことができる。

図３は実施例３による干渉計測装置を示す。この干渉計測装置は、レーザ光源、干渉縞画像取得用のＣＣＤカメラ等を内蔵する干渉計本体１０１、測定光径を拡大するビームエキスパンダー１０２、レーザ光を９０度折り曲げるための折り曲げミラー１０３を有する。また、減圧環境と大気を分ける真空窓１０４、ｘ、ｙ、ｚ、ｘチルト、ｙチルトができるステージ１０５、１０６、参照球面を有し透過波面を球面波に変換するＴＳレンズ１０７を備えている。

さらに、取得した干渉縞からステージ１０５上の被測定物Ｗ₃の形状を計算するためのＰＣ１０８を有する。真空チャンバー１１３には、チャンバー内圧力を制御するための真空制御器１１４、リークバルブ１１５、排気バルブ１１６、真空ポンプ１１７、圧力計１１８、リークさせる空気（気体）の温度を制御するための温度制御器３１２が接続される。

干渉計本体１０１から出射したレーザ光はビームエキスパンダー１０２でレーザ径を広げ、折り曲げミラー１０３により上方へ９０度折り曲げられる。その後レーザ光は真空窓１０４を通過してＴＳレンズ１０７に入射する。ＴＳレンズ１０７ではその中の参照面においてレーザ光の一部が反射され、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻っていく。ステージ１０６上のＴＳレンズ１０７を透過したレーザ光は球面波に変換され、被測定物Ｗ₃により反射されて、同じ光路を干渉計本体１０１へ戻る。干渉計本体１０１内ではＴＳレンズ１０７からの反射光と被測定物Ｗ₃からの反射光が干渉して干渉縞を作り、この干渉縞をＣＣＤカメラにて取得し、ＰＣ１０８により被測定物Ｗ₃の形状が算出される。

被測定物Ｗ₃を真空チャンバー１１３内に設置した後、真空ポンプ１１７により真空チャンバー１１３内を真空（減圧）にする。この排気動作の際、真空チャンバー１１３内の空気が断熱膨張し、真空チャンバー１１３内の温度が低下し、被測定物Ｗ₃およびＴＳレンズ１０７の表面温度が低下する。

本実施例では、真空制御時にリークバルブ１１５から供給する空気の温度をコントロールすることでこの温度慣らし時間を短縮する。具体的には、真空チャンバー１１３内が規定の圧力に到達した後に、排気バルブ１１６により排気流量を一定にし、リークバルブ１１５を制御することにより吸入する空気の流量をコントロールすることで真空チャンバー１１３内の圧力を維持する。真空チャンバー１１３の排気時には空気の断熱膨張による温度低下が生じるが、この温度低下を補うために必要な分、温度制御器３１２によって温度を上げた空気をリークバルブ１１５から真空チャンバー１１３内に供給する。これによって、被測定物Ｗ₃およびＴＳレンズ１０７の温度低下を抑制し、かつ温度慣らし時間を短縮することができる。

また、排気動作時にリークバルブ１１５から温度を上昇させた空気を供給しながら減圧にすることで、被測定物Ｗ₃およびＴＳレンズ１０７の温度低下を抑制してもよい。減圧に要する時間が多少長くなったとしても慣らしの時間を大幅に短縮することができるため、全体として減圧後から測定開始できるまでの時間を短縮することができる。このように能動的に被測定物Ｗ₃およびＴＳレンズ１０７の温度低下を抑制することにより温度慣らしに必要な時間を短縮することが可能となり、高精度な測定にも関わらず測定タクトの向上を行うことができる。

実施例１を示す模式図である。実施例２を示す模式図である。実施例３を示す模式図である。従来例を示す模式図である。

符号の説明

１０１干渉計本体
１０２ビームエキスパンダー
１０３折り曲げミラー
１０４真空窓
１０５、１０６ステージ
１０７ＴＳレンズ
１１０、１１１流路
１１２、２１２、３１２温度制御器
１１３真空チャンバー
１１５リークバルブ
１１６排気バルブ
１１７真空ポンプ
１１８圧力計
１１９温度センサー
２１０、２１１放熱板
１００１レーザ光源
１００２ビームエキスパンダー
１００３偏光ビームスプリッター
１００５参照平面ミラー
１００７真空チャンバー
１００８被測定物
１０１０集光レンズ
１０１２ストッカー
１０１８ワーク交換用サブチャンバー
１０２０ａ、１０２０ｂゲートバルブ

Claims

真空チャンバーと、前記真空チャンバー内において被測定物の形状を測定するための干渉光学系と、前記真空チャンバーの減圧時に、空気の断熱膨張による前記被測定物の温度低下を抑制するための温調手段と、を有することを特徴とする干渉計測装置。
前記温調手段は、断熱膨張により前記被測定物から奪われた熱量を補うための温調水を前記被測定物の近傍に供給する配管手段を有することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
前記温調手段は、前記被測定物の近傍に配設された放熱部材を有し、前記放熱部材に、断熱膨張により前記被測定物から奪われた熱量を補うのに必要な分の熱量を供給することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
前記温調手段は、減圧時の断熱膨張により奪われた熱量を供給するために必要な分だけ温度を上昇させた気体を前記真空チャンバー内に供給する機構を有することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。