JPH0552051B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザを光源とした露光装置、特に
レーザ光の波長を検知する波長検知手段からの出
力信号に基づいて、結像光学系の結像倍率を最適
に維持するようにした露光装置に関する。

［従来技術］ 一般に、光リソグラフイで半導体デバイスの高
密度集積化、超微細化を図るには、現在の水銀の
ｇ線（波長435nｍ）よりも回折効果の小さい遠
紫外線を用いる方が有利である。しかし、この遠
紫外線を投影縮小レンズを使つた半導体露光装置
で使用する場合には、この遠紫外線のレンズに対
する透過率が問題となる。つまり、波長が300n
ｍ以下の遠紫外線を良く透過させるガラス材は現
在の段階では石英およびホタル石しかなく、この
ホタル石は加工性と均質性に欠け、レンズとして
用いるには適さないため、結局、レンズは石英の
みで構成せざるを得ない。そして、石英のみでレ
ンズを構成した場合、色収差の補正ができないた
め、光源のスペクトル幅が拡がつていると遠紫外
線を用いたにもかかわらず、解像力が向上しな
い。従つて、遠紫外線の光源はスペクトル幅の狭
い方が有利である。このような状況で、遠紫外線
で発振し、しかも大きなエネルギーの得られるエ
キシマレーザが有望視されている。

しかし、エキシマレーザのスペクトル幅は0.5n
ｍ程度であり、このまま露光装置用光源として用
いた場合、上記理由により色収差の影響を無視で
きない。すなわちエキシマレーザを露光用の光源
とする場合、スペクトル幅の狭帯域化が前提とな
る。そこで従来は、レーザ共振器内に波長選択素
子を組み込み、エキシマレーザの自然発光スペク
トル幅中の特定波長だけを強制的にレーザ発振さ
せることによりエキシマレーザの狭帯域化を行つ
ていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、特にこのような波長狭帯域化エ
キシマレーザを露光用の光源とした場合、波長選
択素子に機械的振動、熱的膨張収縮等が加わる
と、発振波長がずれてピント位置および倍率がず
れるために解像力および解像寸法に重大な影響を
与えるという欠点があつた。

本発明は、この従来技術の欠点に鑑み、光源が
発するレーザ光の波長が変化しても、最適の倍率
が得られるような露光装置を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため本発明の露光装置は、
発振波長が不安定なレーザ光源と、該レーザ光源
が発するレーザ光により物体面を照明する照明光
学系と、該照明光学系により照明された物体面の
像を所定倍率で露光面に結像させる為の結像光学
系と、前記レーザ光の波長変化を検知する波長検
知手段と、該波長検知手段からの出力信号に基づ
いて、前記レーザ光の波長変化による前記結像光
学系の結像倍率の前記所定倍率からのずれを補正
するよう前記結像光学系の光軸方向に関する前記
物体面の位置を調整する制御手段とを有すること
を特徴とする。

［作用］ 本発明の露光装置においては、露光に際して
は、光源の発するレーザ光、例えば狭帯域化され
たエキシマレーザ光の波長を上記波長検知手段を
介して監視しており、そして、上記制御手段は該
波長検知手段の出力に応じて必要な場合にはあら
かじめ定められたシーケンスに基づいてあらかじ
め定められた範囲の倍率に収まるように物体面の
位置を調整する。したがつて、例えば石英のみで
構成された色収差補正のないレンズ系を結像光学
系として用いた場合でも、常に倍率のずれが補正
された状態で露光を行なうことができるため、解
像力の劣化を防ぐことができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る露光装置に構
成を示す。同図において、レーザ１から出射した
レーザビームはハーフミラー２によつて２つに分
割され、一方は下り返しミラー３を介して照明光
学系５に入射し、もう一方は波長検出装置４に入
射する。照明光学系５に入射したレーザビームは
均一に拡大された後、物体面８を照射し、結像レ
ンズ２０を通つて、像面（露光面）９に結像す
る。波長検出装置４では、例えばレーザ１がエキ
シマレーザの場合にはパルス１個またはパルス複
数個単位で、入射光の波長を測定し、その結果を
コントローラ７に伝送する。この結果に基づきコ
ントローラ７はあらかじめ定められたシーケンス
に従つて結像光学系の倍率が一定の許容範囲に入
り、しかもフオーカス位置に対し像面９が許容焦
点深度内に収まるように、微動装置６ａ，６ｂを
制御駆動させ物体面８および像面９を保持してい
るそれぞれのステージを移動させることにより物
体面８および／または像面９の位置を補正する。

第２図は、第１図の波長検出装置４の構成を示
す。この波長検出装置は絞り１２、拡大光学系１
３、グレーテイング１４およびレンズ１５から成
る通常の分光光学系にCCDラインセンサ１６を
組み合わせたもので、絞り１２を通して入射した
レーザ光の波長は、CCDラインセンサ１６上の
レーザ光入射位置として測定される。そして光源
エキシマレーザであれば、パルス１個またはパル
ス複数個単位で波長を検知し、第１図のコントロ
ーラ７にデータを転送する。この波長検出装置４
の分解能および再現性はおおむね0.05nｍあれば
十分である。

以上のようにして、光源の発するレーザ光の波
長を検知し倍率補正およびピント補正を行ないな
がら露光を行なうことができるので、本露光装置
は結像性能が従来のものより高い。

［発明の変形例］ 上述においては、波長検出装置４として第２図
のグレーテイングを用いたものを使用している
が、この代わりに第３図に示すようなフアブリベ
ローエタロンを用いたものを使用してもよい。

この場合、レーザビーム１７は凹レンズ１８で
拡大され、絞り１９を通つた後、エタロン２０に
よつて、CCD２１上に干渉縞を形成する。この
とき、波長が変化すると縞の位置が変わるため、
その差異をCCDで検知することにより波長変化
を検知することができる。この例では絶対的な波
長は測定できないが相対的な波長変化は検知で
き、この結果に基づきステージ制御を行なうこと
ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、波長検知
手段からの出力信号に基づいて、レーザ光の波長
変化による結像光学系の結像倍率の所定倍率から
のずれを補正するよう物体面の位置を調整するよ
うにしたため、レーザ光源の発振波長が変動して
も常にほぼ一定の最適な倍率で物体の像を投影で
き、したがつて発振波長が不安定な波長狭帯域変
したエキシマレーザ等を不都合なく用いて解像力
を向上させ、ひいては半導体製造装置等の製品歩
留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置の
構成図、第２図は、第１図の装置に使用される波
長検出装置の構成図、そして第３図は、第１図の
装置に使用される波長検出装置（または波長変動
検出装置）の変形例である。 １：レーザ、２：ハーフミラー、３：折り返し
ミラー、４：波長検出装置、５：照明光学系、６
ａ，６ｂ：ステージ微動装置、７：コントロー
ラ、８：物体面（ステージ）、９：像面（ステー
ジ）、１０：結像レンズ、１１，１７：レーザビ
ーム、１２，１９：絞り、１３：拡大光学系、１
４：グレーテイング、１５：集光レンズ、１６：
CCDラインセンサ、１８：凹レンズ、２０：エ
タロン、２１：CCDライン（またはエリア）セ
ンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振波長が不安定なレーザ光源と、該レーザ
   光源が発するレーザ光により物体面を照明する照
   明光学系と、該照明光学系により照明された物体
   面の像を所定倍率で露光面に結像させる為の結像
   光学系と、前記レーザ光の波長変化を検知する波
   長検知手段と、該波長検知手段からの出力信号に
   基づいて、前記レーザ光の波長変化による前記結
   像光学系の結像倍率の前記所定倍率からのずれを
   補正するよう前記結像光学系の光軸方向に関する
   前記物体面の位置を調整する制御手段とを有する
   ことを特徴とする露光装置。 ２ 前記制御手段は、前記波長検知手段からの出
   力信号に基づいて、前記レーザ光の波長変化によ
   り変位した前記結像光学系の像面に前記露光面を
   合致せしめるよう前記結像光学系の光軸方向に関
   する前記露光面の位置を調整する手段を備えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光
   装置。