JPH0322407A

JPH0322407A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0322407A
Application number: JP1155820A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Go; 郷　勝人; Tsunesaburo Uemura; 植村　恒三郎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、パルス発光する露光光源、例えばエキシマレ
ーザを備えるとともに、この露光光における照度均一化
と露光量制御とのための機構を備えた露光装置に関する
。

［従来の技術］ＬＳＩ製造等に用いられる露光装置において露光光とし
てレーザ光を用いた場合、レーザ光の持つ可干渉性によ
り、照射面上にスペックルと呼ばれる照度ムラ（干渉パ
ターン）を発生する場合がある。．この照度ムラは、半
導体素子製造におけるパターン線幅コントロールに悪影
響を与える。

このスペックルを低減させる手段として、照明光学系中
に振動くラーを設け、これを一定周期で変位させてレー
ザ光路を少しずつ移動することにより、レーザ光の空間
コヒーレンシーを見かけ上低減させる技術が知られてい
る。例えば、エキシマレーザのようなパルス光源では、
こうしてレザ光路を移動させながらパルス発光を行うこ
とに１？にに■ ２より、各パルス発光で発生するスペックルパターンがず
れて重なり、複数回のパルス発光の後に゛照射面上の積
算照度が平滑化される。

この振動ミラーの駆動方法には、オープンループ制御に
よる駆動方法とクローズドルーブ制御による駆動方法が
ある。

ここで、オープンルーブ制御による駆動方法とは、振動
くラーを位置センサを用いることなしに変位させる方法
である。ここで、光源のパルス発光時期は、振動ミラー
の変位周期やレーザの最大繰り返し周波数等を考慮して
予め適正に設定さ−れる。また、クローズドループ制御
による駆動方法とは、光源を適当な周波数でパルス発光
させるとともに、振動ミラーの変位量を位置センサによ
り検出することにより振動くラーを所定の変位量に位置
決めし、これに同期させて光源のパルス発光を行う方法
である。

［発明が解決しようとする課題コここで述べた、振動ミラーを一定周期で変位させる方法
は、照射面上の積算照度の平滑化に対し効果を持つ。し
かし、この種の用途に使われる振動くラーの振幅はわず
かなものであり、この小さな振幅中に多数回のパルス発
光時期が設定されるから、これらの方法では実用上の問
題を残す。すなわち、オープンルーブ制御による駆動方
法では振動ミラーの変位が、振動なラー駆動素子への指
令入力値に対して線形（リニア）でなかったり、ヒステ
リシスを持つ場合、振動亙ラーの振幅中での発光位置の
分布が偏り易いため、照射面上の積算照度が十分に平滑
化されない。

また、クローズドルーブ制御による駆動方法では、位置
センサの検出信号をフィードバックして振動主ラーを目
標位置に位置決めすることに時間を要するため、光源の
発光周波数を高く設定できない。例えば、エキシマレー
ザが今後、より高い周波数でパルス発光できるようにな
っても、この高い周波数を生かせない。すなわち、装置
のスルブットの向上を制限してしまう。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、ス
ペックル移動手段とその制御手段とをより簡素に構成す
るとともに、より効率的に照射面上の積算照度を平滑化
させる。すなわち、より均一な露光作業を可能とする露
光装置を提供することを目的とする。

［ｉＪｌ！題を解決するための手段］本発明に係る露光装置は、可干渉性の露光光をパルス発
光する光源と、露光光をマスク上に照射する照明光学系
とを備え、マスクのマスクパターンを露光光の複数回の
照射により被露光体上に転写する露光装置において、露光光により被露光体上に発生するスペックルパターン
の位置を周期的に移動させる走査を行う移動手段と、移動手段によるスペックルパターンの走査位置を検出す
る位置検出手段と、スペックルパターンの走査における所定の目標位置にお
いて光源がパルス発光するように、位置検出手段により
検出された走査位置に従って光源のパルス発光時期を制
御する制御手段とを備える。

［作用］本発明に係る露光装置において、外部トリガ方式の光源
は、可干渉性のパルス光を露光光として発生する。また
、照明光学系が露光光をマスク上に導き照射する。これ
により、マスクのマスクパターンが被露光体上に転写さ
れる。また、１回の露光転写には、露光光の複数（数十
以上）のパルスがマスクに照射されて行われる。このと
き、可干渉性の露光光は、被露光体上にスペックルパタ
ーン（例えば、一次元の干渉縞）を発生してしまう。

本発明に係る露光装置の移動手段は、スペックルパター
ンの発生位置を被露光体上で周期的に移動させる走査を
行う。また、位置検出手段は、例えば移動手段の変位を
検出することにより、スペックルパターンの走査位置を
検出する。

本発明に係る露光装置において、制御手段は、予め定め
られたスペックルパターンの走査における所定の目標位
置において光源をパルス発光させる。すなわち、位置検
出手段により検出された走査位置と目標位置とを比較し
、一致したときに光源に対し発光トリガを出力する。

［発明の実施例コ本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本実施例の露光装置であり、レチクル（マス
クと同義）Ｒのパターンを、被露光体であるウェハＷに
転写する。また、露光光の被照射面上に現れるスペック
ルパターンは、所定周期で振動する振動ミラー３により
走査される。

第２図は、第１図に示す実施例の露光装置におけるバル
スレーザ光源１の制御の様子を示すブロック図である。

ここで、制御手段は、トリガ制御部１１とコントローラ
７とからなり、バルスレザ光源１は、トリガ制御部１１
からトリガ信号を受けてレーザ光（露光光）を発生し、
振動ミラー３（スペックルの移動手段）は、露光動作を
制御するコントローラ７からのミラー制御信号に従って
駆動される。

本実施例は、振動ミラー３の変位量によりスペックルパ
ターンの走査位置が検出される構成で、位置検出部１０
（位置検出手段）により振動よラ−３の変位量が検出さ
れてトリガ制御部１１にミラー位置信号として送出され
る。従って、トリガ制御部１１は、コントローラ７から
の基礎データ（露光条件等）に応じて定められる目標く
ラ−位置とミラー位置信号とを比較して、次々にトリガ
信号をパルスレーザ光源１に送出ずる。

第１図において、ウエハＷは、投影レンズ６を介してレ
チクルＲと対向する。また、パルスレザ光源１から発射
された露光光は、ビームエクスバンダ２により断面を正
方形に整形された後に振動ミラー３で反射され、プライ
アイレンズ４とコンデンサレンズ５とを介してレチクル
Ｒ上の所定領域を照明する。

プライアイレンズ４は、入射光をその断面内で分割して
、コンデンサレンズ５を介して所定領域上で重ね合せる
ことにより露光光の断面密度を均一化させるものである
。しかし、エキシマレーザ光のように完全にインコヒー
レントではなく、ある程度空間的コヒーレンシイーの高
い露光光の場合、プライアイレンズ４を構成する各ロッ
ドレンズから出射する露光光は、互いに交差し合い干渉
してレチクルＲ面上に明暗の干渉縞パターンを形成する
。そして、レチクルＲ面上の明暗パターンは、投影レン
ズ６によりウェハＷに転写されるから、ウェハＷ面上で
も同様な干渉縞が発生する。

エキシマレーザは、パルスあたりのエネルギーのばらつ
きが大きく、通常、複数回のパルス発光を重ね合せて積
算エネルギーを平均化させる。これにより、露光量制御
の精度を達成する。

振動ミラー３が固定している場合、複数回のパルス発光
の間ずっと、ウェハ面上の干渉縞パターンも同じ位置に
固定されるから、常に同じ干渉縞パターンが照射重畳さ
れて露光量密度の均一性を損なう。このときの露光量密
度の分布（干渉縞を横切る方向の分布）は、第３図（ａ
）となった。ウェハ上の露光領域を横切って周期ｙｐの
うねりを持ち、１回のパルス発光によるスペックルパタ
ーンと対応したばらつきを有する。

振動ミラー３の傾きが異なれば、すなわち、フライアイ
レンズ４へのパルス光の入射角が異なれば、１パルスの
発光の毎に周期Ｙｐのうねりのピークが左右にずれるか
ら、例えば、この振動くラーを適正に変位させて各パル
ス発光ごとの露光量ピークをほぼ等間隔で干渉縞を横切
る方向に移動させ、露光終了時に丁度周期Ｙｐだけ移動
するように制御すれば、効率的な露光量分布の平滑化が
達成される。この方式により平滑化されたウェハＷ上の
露光量分布を第３図（ｂ）　に示す。

ウェハＷ上でスペックルパターンを周期Ｙｐだけ移動す
るための振動ミラー３の変位量ΔＭは、照明光学系の構
成と投影レンズとにより異なった値となるが、振動ミラ
ー３を一定量変位させて露光量分布をとる実験により容
易に測定される（例えば、ウェハステージ上に設けた撮
像素子により干渉縞を撮像して、そのピッチを求める等
）。また、周期Ｙｐのスペックルパターン移動に対し、
露光量分布の平滑化のために最低限必要なパルス発光回
数ｎ　ｗｉｎは、パルス発光回数ｎを適当に設定して同
様な露光量分布をとる実験により測定される。つまり、
発光回数ｎ〉最低発光回数ｎ　ｍｌｎの場合であれば、
照度分布上のリップルを抑えた露光が可能である。

コントローラ７は、予め測定された変位量ΔＭと、必要
な露光量に対応するパルス発光回数ｎとから、次式によ
り１パルス発光あたりのミラー変位量Δｍを算出してト
リガ制御部１１に発光スレッショルドレベルとしてｎ個
の目標くラー変位位置ｍを設定する。

Δｍ＝ΔＭ＋ｎｍ＝Δｍｘｌ、ΔｍＸ２、・・・Δｍｘｎ一方、コント
ローラ７は、所定のプログラムに従ってドライバ８にく
ラー制御信号を送出し、ドライバ８は、この制御信号を
増幅してくラー駆動素子である圧電素子９に印加する。

振動ミラー３は、この印加電圧に応じて変位する。

振動ミラー３の変位は、振動くラー３に取り付けられた
静電容量式センサ等の位置検出部１０によりモニタされ
、くラ−位置信号としてトリガ制御部１１に送出される
。トリガ制御部１１は、前述のｎ個の目標ミラー変位位
置ｍと稟ラ−位置信号とを比較し、一致した瞬間に、バ
ルスレーザ光源１に発光トリガを送出する。こうして、
ｎ個の目Ｓａｔラー変位位置ｍにおいてパルス発光が行
われて照射面上の積算露光量分布が平滑化される。

第４図は、振動ミラー３の一駆動例で、コントローラ７
は、単純増加または単純減少する亙ラー制御信号（第４
図中の破線）を送出し、振動ミラー３は、この制御信号
と、圧電素子９の特性とに応じた変位軌跡（第４図中の
実線）を示す。ここで、圧電素子９は、印加電圧に対し
てリニアな変位を示さず、また、ヒステリシスを有する
から、それぞれのパルス発光の行われる時期１，〜ｔ１
〜１ｎは、正確には等間隔ではない。

しかしながら、予め測定した圧電素子９の非線形な特性
を考慮して、それを補正して線形にするような制御信号
をコントローラ７から送出させ、第４図中、点線で示さ
れるような線形な振動くラー３駆動を行うことも可能で
ある。このとき、各パルス発光の行われる一時期ｔ１〜
１，〜ｔｌｌは等１１ｌ　２間隔となるため、その間隔をレーザの最小発光周期に近
ずけることでスループットを低下させることなく露光量
分布を平滑化させることができる。

第５図は、振動くラー３の別の駆動例で、振動くラー３
は不連続な階段状の変位軌跡を持つ。

本駆動例は、各階段ステップの立ち上がり間隔を揃えれ
ば、各パルス発光の間隔が揃うという特徴がある。コン
トローラ７は、圧電素子９のヒステリシス特性を加味し
て制御信号を出力し、各階段ステップの立ち上がり、も
しくは立ち下がり整定時には必ず次の目ｉｔラー変位位
置ｍを横切っていて（オーバシュート、アンダーシュー
トに左右されない）、また、立ち上がりの間隔をパルス
レーザ光源１の最小発光周期近くに設定することにより
、パルスレーザ光源１の最大発光周波数を用いた効率的
な露光が可能となる。

以上のように本実施例によれば、被照射面で発生するス
ペックル、特に１次元や２次元の干渉縞のように一定の
周期を持ったものに対して、その１周期内で干渉縞を一
定微小量ずつ移動させることにより、複数回のパルス発
光による平滑化を、ランダムに干渉縞を移動させる場合
に比べ格段に効率良く行うことが可能である。ここで、
位置決め制御系は簡素な構成であり、露光装置のスルー
プットも低下しない。

本実施例の露光装置は、この露光量分布の平滑化機構と
光量検出系等を持つ露光量制御機構とを組み合わせるこ
とにより、所望の露光量を所望の均一性で照射面上に制
御することが可能である。

［発明の効果］本発明に係る露光装置においては、可干渉性の露光光を
用いることにより被露光体上に発生するスペックルパタ
ーンを移動手段により周期的に移動させるから、被露光
体上における積算の露光量分布は平滑化される。

また、１回の露光転写に必要な複数回の露光光のパルス
照射は、スペックルパターンの走査において予め定めら
れた複数個の目標位置で行われるから、毎回の露光転写
においてスペックルパターン低減の効果が再現性高く得
られる。ここで、目欅位置は、スペックルパターンの移
動による積算露光量分布の平滑化が最適に行われるよう
に設定されるから、被露光体上に発生するスペックルパ
ターンの影響を最小にできる。

本発明に係る露光装置においては、制御手段が予め定め
られたスペックルパターンの目標位置において光源をパ
ルス発光させる構成、すなわち、基本的に光源だけが制
御される構成である。従って、移動手段や位置検出手段
の構成と動作とは、相当に自由な選択が可能で、簡略な
ものを選択して高速度な走査を行わせることが可能であ
る。これにより、光源の高い周波数でのパルス発光にも
容易に対応できる。

本発明に係る露光装置は、位置検出手段により検出され
たスペックルの走査位置と目標位置とを比較し、一致し
たときに光源に対し発光トリガを出力するという極めて
単純な動作により、これらの効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の投影露光装置の概略な構成
を示す模式図である。第２図は、本発明の実施例の投影露光装置における光源
の制御を説明する模式図である。第３図は、本発明の実施例の投影露光装置における振動
ミラー３の効果を示し、（ａ）は、振動ミラー３固定時
の露光量分布の線図、（ｂ）は、振動主ラー３動作時の
露光量分布の線図である。第４図は、本発明の実施例の投影露光装置における振動
ミラー３の作動例を示す、振動くラー３軌跡の線図であ
る。第５図は、本発明の実施例の投影露光装置における振動
ミラー３の別の作動例を示す、振動ミラー３軌跡の線図
である。［主要部分の符号の説明コ１・・・パルスレーザ光源　３・・・振動ミラー４・・
・フライアイレンズ　５・・・コンデンサレンズ７・・
・コントローラ　　　１０・・・位置検出部１１・・・
トリガ制御部　　Ｒ・・・レチクルＷ・・・ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】可干渉性のパルス光を露光光として発生する光源と、前
記露光光をマスク上に照射する照明光学系とを備え、前
記マスクのマスクパターンを前記露光光の複数回の照射
により被露光体上に転写する露光装置において、前記露光光により前記被露光体上に発生するスペックル
パターンの位置を周期的に移動させる走査を行う移動手
段と、前記移動手段による前記スペックルパターンの走査位置
を検出する位置検出手段と、前記スペックルパターンの前記走査における所定の目標
位置において前記光源がパルス発光するように、前記位
置検出手段により検出された前記走査位置に従って前記
光源のパルス発光時期を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とする露光装置。