JP2689264B2 - 回折格子縞露光装置におけるレーザー光の方向調整方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、格子状干渉縞パターン等を感光材上に露光
する回折格子縞露光装置におけるレーザー光の偏位を補
正する方法およびその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、半導体の基板表面などに微細な間隔の周期的
凹凸を有する回折格子は、光集積回路の分野において多
用されているが、この回折格子の形成には、レーザー光
を２光束に分割してこれを感光材上に交差照射させる２
光束干渉法による格子状干渉縞パターンを感光材上に露
光し、現像，エッチングする方法が採用されている。

この２光束干渉法は、レーザー光をハーフミラー、ハ
ーフプリズム等の光分割手段で２光束に分割し、この両
分割レーザー光を感光材上に等しい角度で両側から照射
して、感光材上の各点における両分割レーザー光の光路
差に起因する干渉を生ぜしめ、所定の間隔の格子縞パタ
ーンを形成するものである。この格子縞パターンの間隔
は、レーザー光の波長や感光材への入射角度によって設
定することができるが、高精度の格子縞パターンを得る
ためには、感光材上における対応する各点での光の強さ
を等しくすることが必要である。そして、光の強さを等
しくするようにハーフミラー等の光分割手段を適正に選
定していても、露光装置を構成する各構成要素のセッテ
ィング誤差や機械的振動などのほか、レーザー光の物理
的経時変化などにより光分割手段に入光させる前に行う
レーザー光の拡径のさいに、光軸から偏位を生ずること
があり、これが感光材上における対応する各点での光の
強さに不均等を生ぜしめ、微細な干渉を必要とする回折
格子の回折効率を悪化させる等の悪影響を及ぼす欠点が
あった。

そこで、従来は事前に作業者が光分割手段にて分割す
る前に行うレーザー光の拡径のさいに拡径した部分の周
縁部にレーザーパワーメーター等を置き、レーザー光の
強さの分布を測定しながら、その光の強さの分布が均一
になるように拡径光学系の調整、例えば拡径光学系を構
成するピンホールの位置の調整を行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の作業者による調整方法は人間の
勘にたよる調整があるので、個人差が必然的に生ずると
いう欠点があるのみならず、常時測定することができな
い場合が多く、間歇的にしか調整することができないた
め、他の作業に気をとられ、調整がおろそかになる欠点
もあった。

本発明は、かかる現状に鑑み、２光束干渉法によって
感光材上の対応する各点における光の強さを均等にして
回折格子の干渉縞パターンを精度良く露光することがで
きるようにするための回折格子縞露光装置用レーザー光
の方向調整方法およびその装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、かかる目的を達成するため、レーザー発振
器から射出されたレーザー光を方向補正光学系を経て拡
径用光学系に導き、該拡径用光学系により平行な光束に
拡径せられたレーザー光を光分割光学系にて２光束に分
割し、感光材に両側から等しい角度で入射させて両光束
を干渉させ、感光材に回折格子縞を露光する回折格子縞
露光方法において、前記拡径用光学系の光路内に前記拡
径用光学系の光軸から対称位置に配置した複数の光学セ
ンサーにて拡径用光学系の光軸からのレーザー光の偏位
の有無、方向を検出し、その偏位の有無、方向に応じて
前記方向補正光学系を変位せしめることを特徴とする回
折格子縞露光装置におけるレーザー光の方向調整方法、
およびレーザー発振器から射出されたレーザー光の方向
を補正する方向補正光学系と、この方向補正光学系を経
たレーザー光を拡径し平行な光束となす拡径用光学系
と、この拡径された平行なレーザー光束を２光束に分割
するための光分割光学系と、両分割光を両側から等しい
角度で入射させて両光束の干渉により生ずる回折格子縞
を形成するための露光ミラーよりなる回折格子縞露光装
置における前記拡径用光学系の光路内に前記光分割光学
系の光軸からの対称位置にレーザー光の光軸からの偏位
を検出する複数の光学センサーを配置し、その偏位に応
じて前記方向補正光学系を変位せしめる駆動系を配置し
たことを特徴とする回折格子縞露光装置におけるレーザ
ー光の方向調整装置である。

〔作用〕

本発明におけるレーザー光の方向調整方法および装置
においては、２光束への分割の前に行うレーザー光の拡
径にさいしてそのレーザー光の強さを複数の光学センサ
ーで測光して、その測光値の差からレーザー光の光軸か
らの偏位を検出し、その偏位の方向に応じて自動的に補
正光学系を偏位せしめることにより、感光材上の対応す
る各点における光の強さを均等になし、回折効率の良好
な高精度の干渉パターンを得ることができる。

また、レーザー光の拡径にさいし光軸からのレーザー
光の偏位を常時、自動調整することができるので、露光
作業が容易になり、見落としのない確実な調整が可能と
なるほか、作業者の手間がはぶけ、他の作業に専心する
ことができると共に、個人差を含まない正確な調整がで
きることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に従って詳細に説明する
こととする。

図において、１は回折格子縞露光装置にして、これは
レーザー発振器2,方向補正光学系３、拡径光学系（ビー
ムエキスパンダ）4,光分割光学系（ビームスプリッタ
ー）5,露光ミラー6,6,試料台７等を備えている。

レーザー発振器２は、レーザー光等のコヒーレントな
光束を発振するものにして、レーザー光としては各種の
波長λのレーザー等を使用することができ、例えば、He
−Cdレーザー、Arレーザー、Krレーザー等が使用され
る。

方向補正光学系３は、上記レーザー発振器２より発振
されたレーザー光の方向を補正調整するもので、図にお
いては、角度が可変のミラーが示されており、これは例
えば正転および逆転の可能なパルスモーターなどによっ
て回動可能な円形の支持台８上に垂直に載置されてい
る。このほか、方向補正光学系３としては、方向を可変
するものであれば良く、ミラーの回転のほかプリズムの
回転、傾斜やコーナーキューブの移動、レンズの移動な
どを利用して方向補正しても良い。

拡径光学系（ビームエキスパンダ）４は、レーザー発
振器２から射出されたレーザー光束L₀を拡径された平行
光束Ｌとするものにして、図においては第１レンズ９と
ピンホール10と第２レンズ11が示されている。このほ
か、凹レンズ、凹面鏡等を単独または他の光学系と組み
合わせて使用しても良いことは勿論である。

光分割光学系（ビームスプリッター）５は、拡径され
た光束Ｌを２光束に分割するためのもので、ハーフミラ
ー、ハーフプリズムなどが使用される。これによって２
光束L₁,L₂に分割される。

露光用ミラー6,6は、光分割光学系で分割した一方の
第１光束L₁を反射ミラー６′を経て所定の入射角θ（θ
は露光面の法線と露光面へ入射するレーザー光とのなす
角）で試料台７上の感光材12（例えば、フォトレジスト
を塗布した基板）に照射し、他方の第２光束L₂を前記一
方の第１光束L₁の反対側から等しい入射角θで試料台７
上の感光材12に照射して両光束L₁,L₂を干渉させ、干渉
縞のピッチをＰとするとき、Ｐ＝λ/2sinθの式で計算
される干渉縞を生じさせる。一例としてArレーザーの波
長λ＝0.3638μ，入射角θ＝60゜の場合、干渉縞のピッ
チＰは0.21μとなる。

露光用ミラー6,6はパルスモータの駆動によって角度
を可変に調整することが望ましいが、このさい両ミラー
6,6は対称的な作動をし、両側の入射角θが常に同じよ
うになるようにする。

次に、本発明の重要部をなす光学センサーについて述
べるが、これは、レーザー光が拡径光学系４にて拡径さ
れた位置で、かつその光軸から離れた対称位置に設けら
れている。

この光学センサー13としては、同一形状、同一機能を
有するフォトダイオード13a,13bが使用されるが、光学
系の光軸Ｘから等距離にあるから、これによりレーザー
光の光軸Ｘからのずれを知ることができる。フォトダイ
オード13aと13bとの光量差は、フォトダイオード13a,13
bよりの電気量の差として出力され、これを差動増幅器1
4にて電位差として増幅され、方向補正光学系の駆動部1
5に供給され、その差の正負により駆動部15が正回転ま
たは逆回転をすることにより、方向補正光学系３の方向
が補正され、フォトダイオード13aと13bとの光量差が無
くなるように修正される。

この具体的な電子回路の一例を第２図に示すが、これ
に限らず各種の回路が使用しうる。

第２図において、フォトダイオード13a,13bは電流の
向きが逆となるように接続され、一方が接地されるとと
もに、他方が第１増幅器16の反転入力側に入力され、フ
ォトダイオード13a,13bの電気量差は第１増幅器16と抵
抗R₁と共同して電圧差に変換される。ここで、第１増幅
器の非反転入力は接地されている。増幅された電圧は、
抵抗R₂を経て基準電圧V₀と共に比較器17の反転入力側に
入力される。この基準電圧はフォトダイオード13a,13b
への光量差が０になる場合に、比較器17への入力電圧が
０となるように補正するためのものである。また、R₃,R
₄は正帰還用の抵抗で、ヒステレシス特性を与えるため
のものである。すなわち、比較器17への入力電圧が抵抗
R₃,R₄で定まる所定の値α（ヒステリシス巾）以内の場
合には、比較器17からの出力は変化せず、所定の値αを
超えた場合には出力が反転する。比較器17からの出力電
圧は第２増幅器18を経て方向補正光学系３の駆動部15に
伝達され、出力の正負に応じて駆動部15が正回転または
逆回転をすることにより方向補正光学系３の補正がなさ
れる。

なお、19は、手動により方向補正光学系３の自動補正
を停止するためのスイッチである。

前述の電子回路では、フォトダイオード13a,13bの電
気量差を増幅したが、先ずそれぞれを増幅した後に比較
器にて比較しても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光
学センサーにてレーザー光の偏位を検出し、その偏位に
応じて自動的に方向補正光学系を変位せしめうるので、
作業者は他の作業に専心することができると共に、個人
差のない正確な調整が行われ、高精度の回折格子縞の露
光が可能となるなどの実用上における優れた効果を奏す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものにして、第１図はその
概略説明図、第２図はレーザー光の偏位補正のための具
体的回路図である。 1:回折格子縞露光装置 2:レーザー発振器、3:方向補正光学系 4:拡径光学系、5:光分割光学系 6:露光ミラー、7:試料台 8:支持台、9:第１レンズ 10:ピンホール、11:第２レンズ 12:感光材 13a,13b:フォトダイオード 14:差動増幅器、15:駆動部 16:第１増幅器、17:比較器 18:第２増幅器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー発振器から射出されたレーザー光
   を方向補正光学系を経て拡径用光学系に導き、該拡径用
   光学系により平行な光束に拡径せられたレーザー光を光
   分割光学系にて２光束に分割し、感光材に両側から等し
   い角度で入射させて両光束を干渉させ、感光材に回折格
   子縞を露光する回折格子縞露光方法において、前記拡径
   用光学系の光路内に前記拡径用光学系の光軸からの対称
   位置に配置した複数の光学センサーにて拡径用光学系の
   光軸からのレーザー光の偏位の有無、方向を検出し、そ
   の偏位の有無、方向に応じて前記方向補正光学系を変位
   せしめることを特徴とする回折格子縞露光装置における
   レーザー光の方向調整方法。
2. 【請求項２】レーザー発振器から射出されたレーザー光
   の方向を補正する方向補正光学系と、この方向補正光学
   系を経たレーザー光を拡径し平行な光束となす拡径用光
   学系と、この拡径された平行なレーザー光束を２光束に
   分割するための光分割光学系と、両分割光を両側から等
   しい角度で入射させて両光束の干渉により生ずる回折格
   子縞を形成するための露光ミラーよりなる回折格子縞露
   光装置における前記拡径用光学系の光路内に前記光分割
   光学系の光軸からの対称位置にレーザー光の光軸からの
   偏位を検出する複数の光学センサーを配置し、その偏位
   に応じて前記方向補正光学系を変位せしめる駆動系を配
   置したことを特徴とする回折格子縞露光装置におけるレ
   ーザー光の方向調整装置。