JP2002198301A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さい単位干渉露光領域の重ね合わせにより
長尺範囲の均一露光を可能とした露光装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光源１の出力光ビームＡ０は、ミ
ラー２で反射されてコリメートレンズ系３に入射され、
ビーム径を拡大したコリメート光Ａ１を生成する。この
コリメート光Ａ１は、光波を２分して偏向交差させる光
学デバイスであるプリズム４１により２分されて光路偏
向し、それらの交差によって、ワーク５で干渉縞５３を
生成する。ワーク５を搭載したステージ６を、干渉縞４
３の周期の整数倍のピッチでステップ的に駆動して、干
渉縞４３による複数回の露光をオーバラップさせること
により、長尺の周期構造を露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フォトリソグラ
フィ工程に用いられる露光装置に係り、特に微細周期構
造を持つスケール等の加工に適用して有用な露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体集積回路等の微細加工
技術に適用される露光方法として、縮小投影露光、電子
ビーム（ＥＢ）露光等が一般に用いられている。また、
回折格子等の微細な繰り返しパターンの加工に適した露
光法としては、レーザ光等のコヒーレント光を用いた光
波干渉露光（ホログラフィック露光）がある。これは、
レーザ出力光を２光波に分岐し、それぞれの光波を露光
に適したビーム径になるうに拡大コリメートした後に交
差させて、その公差領域に生じる干渉縞を利用してワー
クを露光するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のホログ
ラフィック露光法には、次のような問題があった。 平行波面の露光ビームは、光強度がガウシアン分布を
有する。このため、広範囲を均一に露光するためには、
ビーム径を必要な露光範囲以上にまで大きく拡大するこ
とが必要になる。その結果、長尺のスケール等の露光装
置を作るには、光学部品が高価になり、場合によっては
光学部品の製造が困難である。 ビーム径を拡大することにより、そのビーム径内で空
気屈折率変動等の環境変動による光路長変化が生じるた
め、均一な周期構造の露光が難しく、また均一な周期構
造を露光するためには安定した環境が必要となる。 更に、との関連で広範囲の均一露光のためにはレー
ザ出力光の一部しか使用できないことから、長い露光時
間が必要となり、フォトレジストの安定性や選択性が問
題になる。露光時間を短くするために光量を大きくしよ
うとすると、光源が高価なものとなってしまう。 ホログラフィック露光に限らず、他の露光法でも同様
であるが、長尺の繰り返しパターンを露光する際につな
ぎ露光を行うと、周期構造の不均一性が生じる。

【０００４】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、小さい単位干渉露光領域の重ね合わせにより長
尺範囲の均一露光を可能とした露光装置を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る露光装置
は、露光すべきワークを搭載するステージと、コヒーレ
ント光源と、このコヒーレント光源の出力光を径を拡大
してコリメートするコリメートレンズ系と、このコリメ
ートレンズ系から得られるコリメート光を２分した光波
を偏向交差させることにより前記ワーク上に干渉縞を生
成する光学デバイスと、前記ワークのある範囲を均一露
光するために前記ステージを重ね合わせエネルギーの分
布が均一になるピッチでステップ的に駆動して、前記干
渉縞による複数回の露光をオーバラップさせるステージ
駆動装置と、を備えたことを特徴とする。

【０００６】この発明によると、拡大コリメート光をプ
リズム等の光学デバイスを用いて２分して偏向交差させ
干渉させて得られる干渉縞の多重露光を行うことによ
り、コンパクトな光学系で長尺の周期構造を露光するこ
とができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の実施例による
ホログラフィック露光装置の構成例を示している。この
露光装置の露光用光源は、コヒーレント光源としてのレ
ーザ光源１である。レーザ光源１の出力光ビームＡ０
は、ミラー２により光路偏向されて、コリメートレンズ
系３に入射される。コリメートレンズ系３は、光ビーム
Ａ０を集光する入射レンズ（集光レンズ）３１と、その
集光位置付近に配置された空間フィルタ（ピンホール）
３２、及び集光してビーム径が拡大された光をコリメー
トするコリメートレンズ３３を有する。コリメートレン
ズ系３は、鏡筒３４に一体に収められている。

【０００８】コリメートレンズ系３の下には、コリメー
ト光から干渉縞を生成するための光学デバイスとして、
この実施例ではプリズム４１を収容したプリズムホルダ
４が取り付けられている。コリメート光学系３とプリズ
ムホルダ４とは、互いに回転、傾斜、横方向の相対移動
が可能に結合されている。プリズム４１は、コリメート
レンズ系３から得られる拡大コリメート光Ａ１を頂角で
受けて２分した光波を偏向交差させることにより、その
下方に配置された露光すべきワーク５上に干渉縞を生成
するための光路偏向干渉デバイスである。

【０００９】具体的に、プリズム４１は、図２に拡大し
て示したように、傾斜角θの２面が交差する頂角部が、
拡大コリメート光Ａ１に対向するように配置されてい
る。レーザ光源１の真空波長をλ、プリズムの傾斜角θ
の斜面での屈折による２分割光波の交差角をα、屈折率
をｎとすると、干渉縞周期Ｐは、Ｐ＝λ／（２ｎｓｉｎ
α）で表される。

【００１０】図４は、平面図で示したプリズム４１とコ
リメート光Ａ１の関係、同じく平面図（ワーク５側から
見た）で示した干渉縞４３とワーク５の関係、更に干渉
縞４３の単位露光領域の光強度分布を示している。図示
のように、プリズム４１はその頂角部が形成する稜線４
２が、拡大コリメート光Ａ１の光軸と直交し、且つワー
ク５の移動方向ｘとも直交するように配置されている。
これにより、コリメート光Ａ１はその光軸で２分され且
つ、２分された光波は互いに交差するように光路が偏向
される結果、干渉縞４３を生成することになる。

【００１１】また干渉縞４３は、遮光部により不要部分
を遮光することで、単位露光領域を規定するフラットト
ップの干渉縞強度分布を示す。この様に生成される干渉
縞４３が露光光として、ステージ６に搭載されたワーク
５に照射され、露光が行われる。ワーク５の前面には、
露光用シャッター７が配置されている。この露光用シャ
ッター７の開閉と、ステージ駆動回路９によるステージ
６のｘ方向のステップ的駆動の組み合わせにより、ワー
ク５に対して、干渉縞による多重露光を行う。

【００１２】ワーク５の上方には、干渉縞の位相、周期
及び強度を検出する干渉縞検出器８が配置されている。
この干渉縞検出器８の出力はコントローラ１２に送られ
る。また、ワーク５の位置を測定する測長器１０が設け
られ、その測定データもコントローラ１２に送られる。
そしてコントローラ１２は、干渉縞検出器８の検出デー
タ及び、測長器１０により測定されるワーク静止後の位
置データに基づいて、干渉縞走査機構を構成するアクチ
ュエータ１４を制御して、露光干渉縞の位相を制御す
る。具体的にいえば、コントローラ１２により、ワーク
５上に露光する干渉縞をｘ方向に連続的につなげるよう
に、前回露光時の干渉縞位相に合わせるべく、プリズム
４１のｘ方向位置を微小変位制御する。

【００１３】即ち、ワーク５の移動においては、干渉縞
のつなぎ合わせ位相を一致させたステップ露光と長尺時
に重ね合わせた露光エネルギー分布が均一になるような
等ピッチ送りを繰り返し（ステップ・アンド・リピー
ト）行うように、ステージを制御して、長尺周期構造の
露光を行うようにしている。なお、コリメートレンズ系
３の主要部分は、一点鎖線で示したように安定化チャン
バ２１に収容されて、露光光の安定化が図られている。
この安定化チャンバ２１は、各種駆動保持機構を含む。

【００１４】具体的な露光工程では、前述のように干渉
縞走査・安定化と共に、露光シャッター７の開閉制御が
行われる。即ち、コントローラ１２は、干渉縞検出器８
により検出される干渉縞が安定状態にあることを確認し
て、露光シャッター７を開いて、露光エネルギーがある
値になるまで露光をする。そして、露光シャツター７を
閉じてステップ露光を終了し、ステージ６を一定距離送
る。以下、同様の動作の繰り返しとなる。

【００１５】干渉縞走査機構は、前述のように、プリズ
ムホルダ４をコリメートレンズ系３に対して、ｘ方向に
微少駆動するＰＺＴアクチュエータ１４により構成され
る。このアクチュエータ１４によりプリズム４１を微小
駆動すると、コリメート光Ａ１の分割位置が移動する結
果、生成される干渉縞４２をｘ方向に微小距離走査する
ことができる。従って、干渉縞検出器８の出力を監視し
てコントローラ１２によりアクチュエータ１４を制御す
ることにより、単位干渉縞による露光をｘ方向につなげ
て長尺周期構造の多重露光を行う際に、そのつなぎを正
確に制御することが可能になる。

【００１６】図３Ａは、そのようなつなぎ露光による干
渉光強度分布を示している。単位露光領域の干渉縞強度
分布は、図４で説明したようにフラットトップとなり、
これをステップ的に送り且つ各露光位置で位相制御を行
うことにより、広い露光範囲Ｌを均一露光することが可
能になる。

【００１７】この実施例では更に、干渉縞の周期補正機
構及びステージの真直度（ピッチング）補正機構を備え
ている。干渉縞の周期補正機構は、コリメートレンズ系
３に設けられたＰＺＴアクチュエータ１３である。この
アクチュエータ１３によりコリメートレンズ系３を相対
的にプリズム４１に対して傾斜させる。図２に一点鎖線
で示したように、プリズム４１をコリメート光Ａ１に対
して相対的にヨー方向に微小回転傾斜させることによっ
て、得られる干渉縞４３の周期を微調整することができ
る。

【００１８】図５は、プリズム４１の回転傾斜角と得ら
れる干渉縞周期の関係を示している。回転傾斜角ｘと周
期ｙの関係は、負の二次関数で近似されるため、ある傾
斜位置を初期位置として、正負の微小傾斜角によって干
渉縞周期を可変できる。

【００１９】従って、干渉縞検出器８の検出データを監
視しながら、コントローラ１２によりこのアクチュエー
タ１３を制御することによって、干渉縞周期変動を補正
して安定した干渉縞周期を得ることができる。

【００２０】ステージ真直度補正機構は、ステージ６の
真直度を測定する真直度測定器１１と、プリズムホルダ
４をコリメートレンズ系３に対して、光軸周りに微小回
転させるＰＺＴアクチュエータ１５とを備えて構成され
る。真直度測定器１１の出力をコントローラ１２により
監視しながら、アクチュエータ１５を制御して、干渉縞
４３をワーク５に対して相対回転させることにより、長
尺露光の際のピッチング補正ができる。

【００２１】以上のようにこの実施例によると、干渉露
光光を重ね合わせて露光することにより、長尺の周期構
造デバイスに対し均一な露光強度で露光することが可能
になる。しかも、プリズム内で光波を２分岐して偏向交
差させて干渉縞を生成するため、外乱に対して安定であ
る。更に、光学系はコンパクトであり、露光装置を小型
で低コスト且つ安定性の高いものとすることができる。
また、単位露光光の重ね合わせを利用するので、レーザ
光源が小さいものでもトータルとして大きな露光強度が
得られるから、露光時間の短縮が図られ、また光源の選
択性が高いものとなる。更に、露光の長尺化は、干渉光
学系に依存することなく、容易に長尺化が可能であり、
高性能の周期構造デバイスを作ることが可能になる。更
に、プリズム傾斜に対して干渉縞周期が２次の特性で変
化するため、干渉縞周期の微調整も簡単である。ステー
ジ真直度の影響も、プリズムの相対回転により安定に補
正することができる。

【００２２】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば、光波を２分して偏向交差させて干渉縞を生成するた
めの光学デバイスとして、図６（ａ）に示すように、上
記実施例と同様のプリズム４１をその頂角を逆配置して
用いてもよい。或いはまた、図６（ｂ）に示すように回
折格子４１ａを用いることもできる。

【００２３】図６（ｂ）のように回折格子４１ａを用い
た場合、干渉縞強度分布は、図３Ａに対して図３Ｂのよ
うになる。即ち、ガウシアン分布を有する干渉露光光ａ
１，ａ２，ａ３，…を一定の送り移動量で送りながら多
重露光することにより、トータルの露光光強度ｂは、あ
る範囲Ｌで均一になる。この範囲Ｌが、スケール等の周
期構造デバイスの有効長に達するように繰り返し露光を
行うことによって、長尺の周期構造の露光が可能にな
る。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、プ
リズム等の光学デバイスによるコリメート光の２分岐と
交差による干渉縞を生成し、これを用いて多重露光する
ことにより、小さい光学系で長尺の周期構造デバイスの
均一露光を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例による露光装置の構成を示
す図である。

【図２】 同実施例による干渉縞露光の原理を示す図で
ある。

【図３Ａ】 同実施例による長尺露光の露光強度分布を
示す図である。

【図３Ｂ】 他の実施例による長尺露光の露光強度分布
を示す図である。

【図４】 同実施例によるプリズム、干渉縞、ワークの
相対関係を示す図である。

【図５】 同実施例によるプリズム傾斜による干渉縞周
期変化の特性を示す図である。

【図６】 他の実施例による光学デバイスを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザ光源、２…ミラー、３…コリメートレンズ
系、３１…入射レンズ、３２…空間フィルタ、３３…コ
リメートレンズ、４…プリズムホルダ、４１…プリズム
（光学デバイス）、５…ワーク、６…ステージ、７…露
光シャッター、８…干渉縞検出器、９…ステージ駆動回
路、１０…測長器、１１…真直度検出器、１２…コント
ローラ、１３，１４，１５…アクチュエータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光すべきワークを搭載するステージ
   と、 コヒーレント光源と、 このコヒーレント光源の出力光を径を拡大してコリメー
   トするコリメートレンズ系と、 このコリメートレンズ系から得られるコリメート光を２
   分した光波を偏向交差させることにより前記ワーク上に
   干渉縞を生成する光学デバイスと、 前記ワークのある範囲を均一露光するために前記ステー
   ジを重ね合わせエネルギーの分布が均一になるピッチで
   ステップ的に駆動して、前記干渉縞による複数回の露光
   をオーバラップさせるステージ駆動装置と、を備えたこ
   とを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記ワークに照射される干渉縞の位相、
   周期及び強度を検出する干渉縞検出器と、前記ステージ
   の移動距離を測定する測長器と、前記光学デバイスを前
   記ワークの移動方向に微少変位させて露光干渉縞を走査
   し安定化させる干渉走査機構と、前記干渉縞検出器及び
   測長器の出力に基づいて干渉縞を制御するコントローラ
   とを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記光学デバイスを前記コリメート光の
   光軸周りに微小角度回転させることにより、前記干渉縞
   の縞方向とワークの真直度を補正する真直度補正機構
   と、前記ワークの真直姿勢を検出する真直度測定器とを
   有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記光学デバイスを、前記コリメート光
   の光軸方向と前記ワークの移動方向とがなす角内で微小
   角度傾斜させることにより、前記干渉縞の周期を補正す
   る干渉縞周期補正機構を有することを特徴とする請求項
   １記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記コリメートレンズ系は、安定化チャ
   ンバに収容されていることを特徴とする請求項１記載の
   露光装置。