JPH0375842B2 - - Google Patents

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。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、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を検証する検証手段
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、露光光学系内に
進退して露光用レーザービームの少なくとも一部
を取出す反射手段を配設するとともに、この反射
手段で取出したレーザービームの指向方向に検証
ステージを有し、該検証ステージは回折格子をレ
ーザービームの照射を受光できるように支持する
取付部を有し、さらに、検証ステージの回転角を
読み取る角度読取器が設置され、回折格子による
回折角度を測定することによつて露光形成した回
折格子の周期を検証する検証手段を備えたことを
特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、反射手段によつて露光用レー
ザービームを取出し、検証ステージに取付けた回
折格子による回折光の回折角度を読取つて周期を
正確に検証することができるため、この結果を露
光時の露光ミラーの設定角度の修正に利用でき、
精度のよい回折格子の露光が可能となるものであ
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と第２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５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（反射手段）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およびレーザービーム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／（2sinθ）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、そ
の周期を求めて検証するとともに、露光時に設定
した周期とを比較して、設定値を修正するもので
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。

上記露光装置による露光条件は、コントロール
ユニツトのコンピユータ（図示せず）によつて制
御される。露光する回折格子の周期の設定は、両
露光ミラー３，４の回動角度によつて露光干渉縞
のピツチを変更調整し、この露光ミラー３，４の
回動角度に対応して試料台５の露光面を前後移動
させて行うものである。また、露光時間は前記光
量センサー５４の検出による露光用レーザー発振
器１からのレーザービームのパワーに対応し、支
持台５のストローク位置等に応じて演算決定し、
露光用シヤツター２５の開放時間の設定によつて
自動露光を行う。

上記露光装置の作用を説明する。露光する回折
格子の周期（ピツチ）を設定すると、コンピユー
タはその周期に対応する露光ミラー３，４の回転
角度すなわち基板１０に対するレーザービームの
入射角度θおよび試料台５のストローク位置を演
算し、その設定角度となるように露光ミラー３，
４の操作用のパルスモータ４０を作動する。ま
た、露光時間の入力もしくは自動露光の場合には
光量センサー５４の検出信号に応じて露光時間を
演算し、設定する。

続いて、試料台５に基板１０を装着すると、こ
の試料台５は装着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、試料台５を所定位置にストロー
ク移動する。この状態から露光を開始し、前記露
光時間だけ露光用シヤツター２５を開放して干渉
縞パターンを露光するものである。

上記のように露光した基板１０は、試料台５か
ら取り外し、現像、エツチング処理等を施して回
折格子Ｇを形成した後、検証ステージ７６に回折
格子Ｇを装着し、スライドミラー７５を移動して
レーザービームＬを検証ステージ７６に照射し、
その回折光の角度を求めるものである。

上記実施例によれば、検証手段７のスライドミ
ラー７５により露光用レーザービームＬをそのま
ま回折格子の検証用に使用するので、検証手段７
全体がコンパクトに形成できる。また、検証結果
に基づいて、周期の設定値と実際の回折格子の周
期値との誤差を求め、その差に応じて露光ミラー
３，４の制御量を修正することにより、設定値と
露光周期とを近付けることができ、露光精度の向
上が得られる。さらに、検証ステージ７６には、
基板１０の基準面１０ａの位置決め機構８３を有
することから、検証作業が簡易に能率よく行うこ
とができるものである。

【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、４９……ガラス板、１０ａ
……基準面、７５……スライドミラー（反射手
段）、７６……検証ステージ、７７……回折格子
取付部、７８……回転台、７９……表示部、８３
……位置決め機構、８６……支持基体、８８……
角度読取器。

Claims (1)

1. 【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、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、前記露光光学系
   内に進退し露光用レーザービームの少なくとも一
   部を取付出す反射手段を配設するとともに、この
   反射手段で取出したレーザービームの指向方向に
   検証ステージを有し、該検証ステージは回折格子
   をレーザービームの照射を受光できるように支持
   する回転可能な取付部を有し、さらに、回折格子
   の格子面と直角に反射する０次光が入射方向に戻
   る時の取付部の回転角を読み取るとともに回折格
   子で回折した１次光が入射方向に戻る時の回転角
   を読み取るための角度読取器が設置され、上記角
   度読取器による測定に基づく回折格子の回折角度
   から露光形成した回折格子の周期を検証する検証
   手段を備えたことを特徴とする回折格子露光装
   置。 ２ 前記検証ステージは、垂線方向の軸を中心と
   して回転自在に設けられた定盤状の回折格子取付
   部を有するとともに、回折格子の位置決め機構を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の回折格子露光装置。