JPH0130292B2

JPH0130292B2 -

Info

Publication number: JPH0130292B2
Application number: JP60119311A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shirato; Masami Yoneda; Yutaka Oohashi
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1989-06-19
Also published as: JPS61278139A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、レーザービームを２光束に分けて交
差照射させる２光束干渉法による格子状干渉縞パ
ターンを基板上の露光面に露光する回折格子露光
装置に関するものである。

（従来技術）従来より、半導体基板表面に微小なピツチの周
期的凹凸を有する回折格子を形成するについて、
格子状パターンを露光する方法として、２光束干
渉法が使用されている（例えば、特開昭51−
114142号公報、特開昭57−150805号公報参照）。

この２光束干渉法は、基板に感光材層を形成
し、この基板を支持台に支持し、レーザービーム
をハーフミラーあるいはハーフプリズム等の光分
割手段（以下ハーフミラーという）で２光束に分
け、両レーザービームを所定の入射角度で露光面
上に両側から照射し、両レーザービームが干渉し
て発生する格子状の干渉縞パターンを感光材に露
光するものである。上記２光束干渉における回折
格子の周期（ピツチ）は、露光面に対するレーザ
ービームの入射角すなわち露光ミラーの角度を変
更することにより可変調整できる。そして、上記
周期は所定の値に正確に形成する必要がある。

しかして、上記露光ミラーの角度変更による露
光面への２光束の入射角の調整は微細であり、露
光中に上記入射角を測定することは困難である。
よつて、露光ミラーの角度を精密制御する必要が
あるが、機械的および組付け精度等により、設定
角度と実際の角度とが異なつて、良好な露光精度
が得られない恐れがある。

ところで、上記露光ミラーの角度制御の方法と
しては、露光ミラーの回転角をエンコーダで検出
し、この検出値が所定値となるように位置制御を
行う方法が考えられるが、この方式よりも露光ミ
ラーの基準位置を決めておいて格子周期に応じた
角度位置まで該露光ミラーを回動操作するパルス
モータ等の制御を行う方式の方がコンピユータに
よる制御が容易に行えるものである。

回折格子周期Λは、露光面の法線に対する入射
角θに対してレーザービームの波長をλとする
と、Λ＝λ／２ sinθの関係があり、この格子周
期を所望の値に設定する際に、その設定値に対応
する入射角θを求め、この入射角が得られるよう
に露光ミラー角を調整するものである。しかし、
露光ミラーの基準位置での停止精度の誤差、機械
的加工精度あるいは組付け調整精度の誤差等によ
る再現性の誤差があるため、上記設定値に対して
常に同じような誤差で実際に露光する格子周期に
ずれが生じることになるものである。

（発明の目的）本発明は上記事情に鑑み、再現性のある誤差に
対応して精度のよい露光を行うために、２光束干
渉法によつて回折格子の干渉縞パターンを露光す
る装置に、露光形成した回折格子の周期の実測値
を求める検証手段を備えるとともに、この実測値
に基づいて露光ミラーの制御量を修正するコント
ロールユニツトを備え露光精度の向上を図るよう
にした回折格子露光装置を提供することを目的と
するものである。

（発明の構成）本発明の回折格子露光装置は、回折格子周期の
設定値に基づく露光ミラーの角度制御を行つて露
光形成した回折格子に、レーザービームを照射し
て回折格子周期の実測値を求める検証手段を備え
るとともに、上記検証手段による複数の実測値を
その設定値と比較し、補間処理を施して補正テー
ブルを作成し、設定値に一致する実測値を得るべ
く該設定値を上記補正テーブルに基づいて実測値
に対応する値に補正して露光ミラーの制御量を修
正するコントロールユニツトを備えたことを特徴
とするものである。

（発明の効果）本発明によれば、検証手段によつて格子周期の
複数の実測値を求めて、これに基づいてコントロ
ールユニツトで設定値を実測値に対応する値に補
正して露光ミラーの制御量を修正することによ
り、設定値に対応して同様の再現性のある誤差に
対処して実際に露光する周期を設定値と一致させ
ることができ、精度の高い露光が実施できるもの
である。

（実施例）以下、図面に沿つて本発明の実施例を説明す
る。第１図は上カバーを省略して示す露光装置の
全体平面図、第２図はその側面図である。

露光装置は、露光用レーザー発振器１、露光光
学系２、露光ミラー３，４、試料台５、基板位置
決め手段６、検証手段７、定盤８、カバー９およ
びコントロールユニツト部（図示せず）を備えて
いる。

上記露光用レーザー発振器１としては、微細格
子を形成するためには波長の短いHe−Cdレーザ
ー（波長3250オングストローム）を使用する。上
記露光用レーザー発振器１の投光部に、レーザー
ビームＬを遮断するインターロツク用シヤツター
１１が設置され、発振されたレーザービームＬは
露光光学系２の第１ミラー１２および第２ミラー
１３によつて直角方向に反射され、第１レンズ１
４とレンズ１５とを有する第１ビームエキスパン
ダー１６によつてビーム径が拡大され、第３ミラ
ー１７によつてさらに直角方向に反射され、露光
用シヤツター２５を介して前記露光用レーザー発
振器１と平行に形成された露光部１８に導かれ
る。上記露光用レーザー発振器１に対しては定電
圧レーザー電源（図示せず）が接続されている。

上記露光部１８では露光光学系２のハーフミラ
ー１９によつてレーザービームＬが２光束L₁，
L₂に分れ、ハーフミラー１９で反射した一方の
第１光束L₁は、第４ミラー２０から、第３レン
ズ２１、ピンホール２２、第４レンズ２３を有す
る一方の第２ビームエキスパンダー２４を経て第
１露光ミラー３（可動ミラー）によつて所定の入
射角θで試料台５上の基板１０上の露光面に照射
される。また、ハーフミラー１９を透過した他方
の第２光束L₂は、第５および第６ミラー２６，
２７から、同様に第３レンズ２１、ピンホール２
２、第４レンズ２３を有する他方の第２ビームエ
キスパンダー２８を経て第２露光ミラー４（可動
ミラー）によつて、前記一方の第１光束L₁とそ
の反対側から所定の入射角θで試料台５上の基板
１０上の露光面に照射して合成される。第１およ
び第２露光ミラー３，４は、それぞれミラー回動
機構用のパルスモータ４０の駆動によつて、回折
格子の周期に対応してその角度が変更調整され
る。

すなわち、上記露光ミラー３，４の支持構造を
第３図および第４図に示す。ミラー部３２を支持
したフレーム３３は、両端部が両側の支持部３４
に水平方向軸を中心として回動可能に支持され、
その回動角度が調整ネジ３５によつて微調整可能
に設けられている。また、上記支持部３４は回転
テーブル３６に固着され、垂直方向の回転軸３７
により回転自在に、定盤８に固着されたフレーム
３８に支承されている。この回転軸３７にはカツ
プリング３９を介してパルスモータ４０の駆動軸
４０ａが接続され、所定角度回転駆動されるとと
もに、その回転角度は角度読取器４１によつて検
出される。このパルスモータ４０は定盤８に形成
された凹部８ａ内に配設されている。第１露光ミ
ラー３と第２露光ミラー４とは、対称的な作動を
し、両側の入射角θが常に同じになるようにす
る。なお、第３図において、４２は原点位置検出
器、４３は回転範囲設定用のスイツチ素子であ
る。

一方、基板１０を着脱自在に装着する試料台５
は第２図にも示すように、回転自在にスライドス
テージ４６に支承され、その回転は回転用パルス
モータ４７の作動によつて操作される。このスラ
イドステージ４６は露光面と垂直な方向に摺動可
能に支持され、その移動はスライド用パルスモー
タ４８の作動によつて操作される。

上記試料台５に装着される基板１０は第６図に
示すように、ガラス板４９に貼り付けられ、露光
時には表面に感光材層が設けられている。このガ
ラス板４９が試料台５の先端部に図の左方から挿
入され、上端面を押圧する押えスプリング５０
と、鎖線で示す前面両側を押圧する押えスプリン
グ５１によつて着脱可能に装着され、起伏動する
試料押え５２で固定され、この試料押え５２と反
対側の基板１０の側端面が劈開面に形成されて基
準面１０ａとなる。５３はガラス板４９に接触し
て作動する試料の有無を検知するマイクロスイツ
チである。一方、上記基板１０を外した状態の試
料台５の前端面には、光量センサー５４（フオト
センサー）が設置され、その測定に基づいて露光
時間を設定するものである（第５図参照）。

上記のような先端部構造を有する試料台５は水
平方向の回転軸５５によつてスライドステージ４
６の上部の軸受部４６ａに支承され、外周部に配
設されたスイツチ素子５６の作動によつて回転範
囲が規制され、原点位置（試料着脱位置）が設定
される。上記回転軸５５にはカツプリング５７を
介して回転用のパルスモータ４７の駆動軸４７ａ
が接続され、試料台５の回転操作が行なわれる。
該スライドステージ４６の下部はガイドバー５８
によつて定盤８上に設置された支持基体６０に摺
動自在に支持され、送りねじ５９が螺合されてい
る（第１図参照）。該送りねじ５９はパルスモー
タ４８によつて駆動され、試料台５の前後方向の
ストローク移動操作が行なわれる。

さらに、上記露光部１８の側方には基板位置決
め手段６が設置されている。該位置決め手段６
は、位置決め用レーザービームL₃を出力するHe
−Neレーザー発振器６２が試料台５の回転軸５
５と平行に設置され、この位置決め用レーザービ
ームL₃は第７および第８ミラー６３，６４（プ
リズム）によつて露光部１８内に入り、露光用の
第２光束L₂と平行にハーフミラー６５を経て第
９ミラー６６で反射されて基板１０の基準面１０
ａ（壁開面）に照射される。この基準面１０ａで
反射された反射ビームL₄は、第９ミラー６６か
らハーフミラー６５で反射されて光検出器６７
（フオトセンサー）に照射される。６８は位置決
め用レーザービームL₃を遮断するシヤツターで
ある。

上記光検出器６７は、基準面１０ａが所定角度
位置にあるときに、これから反射した反射ビーム
L₄の照射する基準位置に設置され、その光量が
設定値以上になつた際に検出信号を出力し、回転
用パルスモータ４７の作動を停止して位置決めを
行うものである。

また、この露光装置には基板１０上に形成され
た回折格子周期を確認するための検証手段７が設
けられている。該検証手段７は、前記露光光学系
２の第２ミラー１３と第１ビームエキスパンダー
１６との間の光路に移動可能にスライドミラー７
５が配設され、このスライドミラー７５は露光処
理時には後退移動させ、露光用レーザー発振器１
からのレーザービームＬによる露光を阻害しない
が、検証時には前進位置に移動操作して上記光路
中に配置し、このレーザービームＬを検証ステー
ジ７６に対して反射するものである。該検証ステ
ージ７６は回折格子取付部７７を有し、該取付部
７７は回転台７８によつて回転自在に支持され、
その回転角度が計測され、表示部７９に表示され
る。

上記検証ステージ７６の詳細構造を、第７図お
よび第８図に示す。回折格子Ｇの取付部７７には
第７図の左方から回折格子Ｇのガラス板４９が挿
入され、上下の押えスプリング８１で固定され
る。上記取付部７７は中間枠体８２に基板１０と
垂直方向の軸を中心として回動自在に支持され、
上部の位置決め機構８３によつて回動角度が微調
整される。

また、上記中間枠体８２は回転台７８上に立設
された縦部材８４に、迎角が調整機構９３によつ
て変更可能に支持されている。さらに、回転台７
８は定盤８に固定された支持基体８６に回転可能
に支承され、その回転軸８７に角度読取器８８が
設置され、その測定値が前記表示部７９に表示さ
れる。なお、回転台７８はマニユアル操作によつ
て回転され、微調整が調整機構８５によつて行な
われる。

上記検証手段７は、前記He−Cdレーザーが紫
外域で目視不能であるので、レーザービームを可
視化する蛍光紙を使用して行う。まず、基板１０
にレーザービームＬを当て回折格子作成面を定盤
面８およびレーザビームＬと直角となるように調
整機構９３により調整する。次に、基板１０の基
準面１０ａの位置決めを、この基準面１０ａにレ
ーザービームＬを当てて取付部７７の回転調整に
よつて行う。次に、回転台７８を回転させて格子
面にレーザービームＬを当て、回折格子Ｇで反射
した反射ビームが入射ビームと一致するように回
転台７８を調整する。格子面に直角に反射ビーム
が生じる０次光と、露光時の入射角θに相当する
角度に格子面が傾斜した時に反射ビームが生じる
１次光とで同様に角度調整を行つて、そのときの
角度を角度読取器８８によつて読み取り、０次光
と１次光とのなす角度θ（回折角度）を測定する。

この回折角度θと回折格子周期Λとの間には、
レーザービームの波長をλとした時に、 Λ＝λ／（２ sinθ）の関係式が成立し、この
式に測定した回折角度θを代入することにより、
実際に露光した格子周期を求めて検証するもので
ある。

前記両レーザー発振器１および６２を除く光学
系は、カバー９によつて覆われ、レーザー発振器
１および６２の発熱による影響および露光中の空
気の揺ぎによる露光精度の低下に対処している。
このカバー９の一部に試料の着脱、ピンホール調
整等の操作用の開閉蓋９ａが形成されている。ま
た、露光装置全体は定盤８の上に設置され、高さ
の低い部分は定盤８の上に配設された補助定盤８
ｂの上に設置され、所定の光学精度を得るように
取付精度が確保される。また、上記定盤８は除振
用のエアサスペンシヨン８０によつて支持され、
露光中の振動による乱れに対処している。さら
に、上記露光装置は、ほこり等による露光精度の
低下に対処するため、クリーンルームで略一定の
温度条件で使用される。

上記露光装置の露光条件は、第９図のシステム
構成図に示すように、コントロールユニツト９０
のコンピユータによつて制御する。すなわち、上
記コントロールユニツト９０は、露光ミラー３，
４の角度制御により干渉縞のピツチを変更調整し
て格子周期を制御する一方、この格子周期に対応
して試料台５のストローク移動を調整し、また、
試料台５の回転調整により基板１０の基準位置決
めを行い、さらに、露光用シヤツター２５の開閉
作動により露光時間を制御するものである。そし
て、上記コントロールユニツト９０には、キーボ
ード９１からの格子周期設定値の指令が入力され
るとともに、検証手段７で求めた実測値と設定値
との関係のデータが入力され、これに基づいて補
正テーブルを作成し、設定値の補正によつてミラ
ー角度を修正する格子周期の補正機能を有してい
る。また、露光時間に関しては、光量センサー５
４による光量測定からのレーザービームのパワー
に対応する検出信号、キーボード９１からの指令
が入力される。なお、露光時の露光ミラー３，４
の角度は表示器９２に表示される。上記露光ミラ
ー３，４の角度制御は、この露光ミラー３，４を
原点位置に作動し、この状態から移動角度に対応
する駆動パルス信号をパルスモータ４０に出力
し、所定角度まで回転させて行うものである。

上記コントロールユニツト９０の制御による露
光装置の処理としては、第１０図Ａのフローチヤ
ートに示すような本露光処理がある。このフロー
チヤートＡは、本露光処理を行う際のサブルーチ
ンである。

まず、本露光を行う場合には、ステツプS1で
露光する回折格子の格子周期（ピツチ）を設定入
力すると、コントロールユニツト９０はステツプ
S2でこの格子周期の設定値に対応して、予め作
成してある補正テーブルからその値を補正して補
正設定置を求める。続いて、ステツプS3でこの
補正値に基づいて露光ミラー角度および試料台５
のストローク移動量を算出し、ステツプS4でこ
の露光ミラー角度およびストローク移動量に応じ
たパルスモータ４０，４８の駆動パルスを算出す
る。そして、上記ミラー角駆動パルスをパルスモ
ータ４０に出力して露光ミラー３，４の角度制御
を行う（ステツプS5）。また、ステツプS6で露光
時間を設定する。この露光時間は、設定値の入力
もしくは自動露光の場合は光量センサー５４の検
出信号に応じて演算設定する。

続いて、試料台５に基板１０を装着し、ステツ
プS7で試料装着をチエツクした後、ステツプS8
で位置決め手段６の回転パルスモータ４７を駆動
して試料台５を試料着脱位置から露光位置に回転
し、基板１０の基準面１０ａに対する位置決め用
レーザーL₃の反射ビームL₄が光検出器６７に入
射した時にその回転を停止し、基板１０の基準位
置決めを行うとともに、ステツプS9で試料台５
のストローク用パルスモータ４８を駆動して、試
料台５の所定位置へのストローク移動制御を行
う。この状態から露光シヤツター２５を開放して
露光を開始し（ステツプS10）、前記露光時間経
過後に閉じて干渉縞パターンの露光を終了するも
のである（ステツプS11）。

上記本露光処理におけるステツプS2で設定値
の補正に使用する補正テーブルは、第１０図Ｂの
フローチヤートに示すようなサブルーチン処理に
よつて作成するものである。この補正テーブルを
作成するためには、予め試験的に補正テーブル用
露光処理を行い、その露光形成した回折格子を検
証し、そのデータをもとに作成するものである。

補正テーブル用露光処理は、ステツプS20で格
子周期の設定値を入力し、この設定値に基づいて
ステツプS21でミラー角およびストローク移動量
を算出し、この後、ステツプS22〜S29で前記本
露光処理のステツプS4〜S11と同様に露光を行
う。露光を終了した基板１０は、ステツプS30で
格子周期を測定し、そのデータを入力する。この
測定は、露光後の基板１０を試料台５から取り外
し、現像、エツチング処理を施して回折格子を形
成した後、検証手段７の検証ステージ７６に装着
し、その回折光の角度を読み取り、前述した関係
式によつて実測値格子周期を求めるものである。
上記回折格子の露光および格子周期の実測は、複
数の格子周期の設定値で行い、この設定値と実際
に露光された格子周期の実測値とのデータを入力
する。このデータをメモリに記憶し、ステツプ
S31で設定値と実測値との関係を補間処理を施し
て補正テーブルを作成するものである。

第１１図は、上記補正テーブルの作成方式をグ
ラフ化したものである。横軸の設定値格子周期は
コントロールユニツト９０に指令する格子周期の
設定値であり、この設定値に基づいてコンピユー
タは露光ミラー３，４の角度を演算し、対応する
パルスモータ４０の制御量を求めて駆動制御する
ものである。縦軸の実測値格子周期は、補正テー
ブル用露光処理によつて上記設定値に対して実際
に露光形成された格子周期の実測値であり、露光
装置の各部品の加工誤差、組付け誤差、駆動系の
作動誤差等の誤差がないとすれば、両者は一致し
て破線で示す直線上に実測値が位置するものであ
る。しかし、上記誤差等により、各実測値は破線
からずれ、例えば、Λ₃の設定値に対して実測値
はΛ₃′を示している。

そして、各実測点を通るように、補間処理を施
して実線のような補正カーブを作成し、この補正
カーブに基づいて補正テーブルを作成し、メモリ
に記憶するものである。この補正テーブルは、例
えば、設定値としてΛ₃の格子周期指令入力があ
つた場合に、この設定値を補正しないと同様の再
現性でΛ₃′の格子周期が露光されるが、実測値が
Λ₃となるように補正カーブに沿つて縦軸実測値
のΛ₃の値に対応する横軸の設定値をΛ₃″に補正
し、このΛ₃″を設定入力指令として、露光ミラー
３，４の制御量を演算するものである。

これにより、実際に露光される格子周期は設定
値Λ₃と一致したΛ₃の値となり、この補正機能に
より高い露光精度が得られるものである。

なお、上記実施例においては、第１１図の補正
カーブのグラフがコントロールユニツト９０の
CRTに表示される。

【図面の簡単な説明】

第１図は上カバーを省略して示す回折格子露光
装置の全体概略平面図、第２図は回折格子露光装
置の側面図、第３図は露光ミラーの支持機構を示
す縦断面図、第４図は第３図の−線に沿う断
面図、第５図は基板支持台の支持機構を示す縦断
面図、第６図は支持台の前端部構造を示す正面
図、第７図は検証手段の検証ステージを一部断面
にして示す側面図、第８図は第７図の部分断面平
面図、第９図は露光装置の作動系統を示すシステ
ム構成図、第１０図Ａ，Ｂはフローチヤート図、
第１１図は補正テーブルの作成方式の一例を示す
グラフである。１……露光用レーザー発振器、２……露光光学
系、３，４……露光ミラー、５……試料台、７…
…検証手段、８……定盤、１０……基板、２５…
…露光用シヤツター、７６……検証ステージ、８
８……角度読取器、９０……コントロールユニツ
ト、９１……キーボード。

Claims

【特許請求の範囲】

１露光用レーザービームを露光光学系の光分割
手段で２光束に分け、露光ミラーの角度調整によ
つて感光材に所定の角度で両側から入射して生ず
る格子状干渉縞パターンを露光する回折格子露光
装置であつて、回折格子周期の設定値に基づく露
光ミラーの角度制御により露光形成した回折格子
にレーザービームを照射して回折格子周期の実測
値を求める検証手段を備えるとともに、上記検証
手段による異なる設定値に対する複数の実測値を
その設定値と比較し、補間処理を施して補正テー
ブルを作成し、設定値に一致する実測値を得るべ
く該設定値を上記補正テーブルに基づいて実測値
に対応する値に補正して露光ミラーの制御量を修
正するコントロールユニツトを備えたことを特徴
とする回折格子露光装置。