JPH10335213A - 露光装置の波長管理装置および波長管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光光の波長変化を正確に把握して波長管理
を行うこと。 【解決手段】 本発明は、露光光を受ける光ピックアッ
プ２と、光ピックアップ２で受けた露光光に基づき波長
に対する光強度分布を検出する検出器４と、検出器４に
て検出した光強度分布と予め検出した基準となる光強度
分布とを比較するコンピュータ５とを備えている波長管
理装置であり、予め、基準となる露光光の波長に対する
光強度分布を検出して基準光強度分布を求めておく工程
と、所定の期間経過後に、その時点での露光光の波長に
対する光強度分布を検出して対象光強度分布を求める工
程と、対象光強度分布と基準光強度分布とを比較し、そ
の結果に応じて所定の波長管理を行う工程とを備えてい
る波長管理方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の製
造で用いられる露光装置の波長管理装置および波長管理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等の電子部品の製造において
は、基板上に塗布したレジスト等の感光材料に所定のレ
チクルを通過させた露光光を照射し、現像を行うことで
微細なパターンを形成している。

【０００３】基板に対して露光光を照射する露光装置
は、水銀ランプ等の光源から出射される光を所定の干渉
フィルタに通し、特定波長の露光光を選択するようにし
ている。従来の露光装置においては、基板を搭載するス
テージ上にセンサーを配置し、露光光の光強度をモニタ
ーして露光時間の制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな露光装置では、センサーに入力されたトータルエネ
ルギー強度をモニタするのみであり、センサーの感度幅
内での波長変化、例えば露光波長を選択する干渉フィル
タの水分の吸着等によってその中心波長がシフトした場
合にそれを把握できないという問題がある。

【０００５】この干渉フィルタの中心波長がシフトする
と、感光材料のパターニングにおける解像力に大きな影
響を与える。図１２は干渉フィルタの中心波長のシフト
量と諸収差変化量との関係を示す図である。すなわち、
干渉フィルタの中心波長がシフトすることで、コンタク
トホール歪みに影響を与える非点収差や像面湾曲が増加
し、これによって解像力に悪影響を及ぼすことになる。

【０００６】従来の露光装置では、露光光の波長シフト
を正確に把握できないため、経験に基づく定期的なメイ
ンテナンスによって解像力の低下を防止している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された露光装置の波長管理装置およ
び波長管理方法である。

【０００８】すなわち、本発明の露光装置の波長管理装
置は、光源からの出射光を所定のフィルタを通過させ、
レチクルを介して基板上に露光光を照射する露光装置に
おいて、露光光の照射対象となる基板を保持するステー
ジ上に配置される受光手段と、受光手段で受けた露光光
に基づき波長に対する光強度分布を検出する検出手段
と、検出手段にて検出した光強度分布と予め検出した基
準となる光強度分布とを比較する比較手段とを備えてい
る。

【０００９】また、本発明の露光装置の波長管理方法
は、予め、基板を保持するステージ上において露光光を
受けて、その露光光の波長に対する光強度分布を検出し
て基準光強度分布を求めておく工程と、所定の期間経過
後に、ステージ上においてその時点での露光光を受けて
この露光光の波長に対する光強度分布を検出して対象光
強度分布を求める工程と、対象光強度分布と基準光強度
分布とを比較し、その比較結果に応じて所定の波長管理
を行う工程とを備えている。

【００１０】本発明の露光装置の波長管理装置では、予
め検出した基準となる光強度分布と、検出手段にて検出
した光強度分布とを比較する比較手段を備えていること
から、この比較手段で２つの光強度分布の差を得ること
ができ、基準から露光光がどの程度ずれているかを正確
に把握できるようになる。

【００１１】また、本発明の露光装置の波長管理方法で
は、予め基準となる露光光において基準光強度分布を求
めておき、所定の期間経過後に露光に用いる露光光の光
強度分布を求め、基準光強度分布との比較を行っている
ことから、所定の期間において露光光の光強度分布がど
の程度ずれているかという経時的な変化を正確に把握で
きるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の露光装置の波長
管理装置および波長管理方法における実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は露光装置の波長管理装置にお
ける第１実施形態を説明する構成図である。

【００１３】すなわち、第１実施形態の波長管理装置
は、光源Ｌ、干渉フィルタＦ、ミラーＭ、レチクルＲ、
縮小投影レンズＬＺ、基板１を搭載するステージ１０を
備えた露光装置において、ステージ１０上に載置される
光ピックアップ２と、光ピックアップ２で受けた光を伝
達する光ファイバ３と、光ピックアップ２で受けた光の
波長に対する光強度分布を検出する検出器４と、検出器
４で得た光強度分布に基づき波長管理を行うコンピュー
タ５とを備えた構成となっている。

【００１４】露光装置としては、水銀ランプ等の光源Ｌ
から出射した光が干渉フィルタＦを通過し、ミラーＭで
反射してレチクルＲに到達する。そして、レチクルＲを
通過し縮小投影レンズＬＺで所定のサイズに縮小された
露光光を基板１上へ照射することになる。

【００１５】本実施形態の波長管理装置では、基板１が
搭載されるステージ１０上に配置された光ピックアップ
２で露光装置の露光光を受け、光ファイバ３を介して検
出器４へ送る。これにより露光光の波長に対する光強度
分布を得ることができるようになっている。

【００１６】図２は光ピックアップ２を説明する図で、
（ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。光ピックアッ
プ２は内部に全反射のプリズムＰＲを備えており、取り
込み口２１から入った露光光を直角に全反射し、光ファ
イバ３へ導入するものである。

【００１７】図３は光ピックアップのホルダーを説明す
る図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。ホル
ダー２２は光ピックアップ２（図２参照）の下部を保持
してステージ１０（図１参照）上に固定するものであ
る。ホルダー２２にはねじ孔が設けられており、セット
した光ピックアップ２をねじによって固定し、取り付け
た際には再現性良くステージ１０に位置決めできるよう
になっている。また、このねじを外すことによって容易
に取り外すことが可能となる。

【００１８】この装置において露光光の波長管理を行う
には、先ず、露光装置の初期状態（例えば、条件設定
時）を基準として、この状態での露光光の波長に対する
光強度分布を検出する。検出を行うには、ステージ１０
をＸＹ方向へ適宜移動して、光ピックアップ２に露光光
が照射されるようにする。この状態で光源Ｌから光を出
射し、干渉フィルタＦ、ミラーＭ、レチクルＲ、縮小投
影レンズＬＺを介して基準となる露光光を生成し、光ピ
ックアップ２で受光する。

【００１９】次に、この光ピックアップ２で受けた基準
となる露光光を光ファイバ３を介して検出器４へ送り、
ここで波長に対する光強度分布を検出する。

【００２０】図４は基準光（基準となる露光光）の光強
度分布を示す図であり、図中Ｃ１に示す波形は初期状態
における水銀ランプ（ｉ線：波長３６５ｎｍ）の光強度
分布、図中Ｃ２に示す波形は初期状態における干渉フィ
ルタＦを介した露光光の光強度分布を示している。

【００２１】このような初期状態の光強度分布をコンピ
ュータ５（図１参照）のメモリ（図示せず）に記憶して
おく。なお、この初期状態での光強度分布を基準光強度
分布と言うものとする。

【００２２】次に、所定期間経過後（例えば、定期的
に）、光ピックアップ２（図２参照）をホルダー２２
（図３参照）に取り付け、ステージ１０（図１参照）を
ＸＹ方向へ適宜移動して、光ピックアップ２で露光光を
受けるようにする。その後、光ピックアップ２で受けた
露光光を光ファイバ３を介して検出器４へ送り、波長に
対する光強度分布を検出する。なお、ここで得た光強度
分布を対象光強度分布と言うものする。

【００２３】図５は対象光の光強度分布（対象光強度分
布）を示す図であり、図中Ｃ１’に示す波形は検出時に
おける水銀ランプ（ｉ線）の光強度分布、図中Ｃ２’に
示す波形は検出時における干渉フィルタＦを介した露光
光の光強度分布を示している。

【００２４】次いで、コンピュータ５において、予めメ
モリ（図示せず）に記憶しておいた基準光強度分布と、
ここで検出した対象光強度分布との比較を行う。第１実
施形態においては、この比較で基準光強度分布における
中心波長と対象光強度分布の中心波長との差を演算す
る。

【００２５】例えば、図４に示す基準光強度分布と図５
に示す対象光強度分布との比較では、水銀ランプの光強
度分布Ｃ１、Ｃ１’の中心波長には差が現れていない
が、干渉フィルタＦを介した露光光の光強度分布Ｃ２、
Ｃ２’の中心波長に差が現れている。

【００２６】すなわち、ここでは、干渉フィルタＦを介
した露光光の光強度分布Ｃ２、Ｃ２’の中心波長が約３
ｎｍシフトしている。このシフト量は、図１２からも分
かるように、収差変化量が大きくなって解像度に悪影響
を及ぼすと考えられる。

【００２７】コンピュータ５は、この２つの光強度分布
の中心波長の差を演算し、その差分が所定値を越えてい
る場合には、干渉フィルタＦのメインテナンスが必要で
あると判断し、所定の警告を行うようにする。

【００２８】このような露光光の光強度分布の検出を定
期的に行うことで、干渉フィルタＦの水分の吸着等の影
響でその中心波長がシフトしたことを正確に把握でき、
そのシフト量が許容範囲を越えた場合には調整や交換等
のメインテナンス時期を的確に知らせることができるよ
うになる。

【００２９】次に本発明の第２実施形態を説明する。図
６は第２実施形態を説明する構成図である。第２実施形
態における波長管理装置は、光源Ｌ、干渉フィルタＦ、
ミラーＭ、レチクルＲ、縮小投影レンズＬＺ、基板１を
搭載するステージ１０を備えた露光装置において、ステ
ージ１０上に載置される光ピックアップ２と、光ピック
アップ２で受けた光を伝達する光ファイバ３と、光ピッ
クアップ２で受けた光の波長に対する光強度分布を検出
する検出器４と、検出器４で得た光強度分布に基づき波
長管理を行うコンピュータ５と、コンピュータ５で得た
演算結果に基づき駆動部７を制御する制御部６とを備え
た構成となっている。

【００３０】第２実施形態では、特にコンピュータ５で
演算した基準光強度分布と対象光強度分布との比較結果
を制御部６へ送り、比較結果に応じて制御部６から駆動
部７へ送った駆動信号によって干渉フィルタＦの光軸に
対する角度を調整する点に特徴がある。

【００３１】図７および図８は干渉フィルタＦの回転機
構を説明する図である。図７に示す例では、干渉フィル
タＦを装着するホルダーＨに駆動部であるステッピング
モータ７１を取り付けた構成となっており、制御部６か
ら送られる駆動信号によってステッピングモータ７１を
駆動し、微小ステップでホルダーＨを回転させ、干渉フ
ィルタＦの光軸に対する角度を調整する。

【００３２】また、図８に示す例では、ホルダーＨ内に
一対の支持軸Ｓ１、Ｓ２で干渉フィルタＦを回転支持し
た構成となっており、一対の支持軸Ｓ１、Ｓ２に対して
９０°の位置に設けられたピンＰを移動することで干渉
フィルタＦを支持軸Ｓ１、Ｓ２を中心に回転できるよう
になっている。

【００３３】いずれの回転機構でも、干渉フィルタＦを
光軸に対して傾けることで、干渉フィルタＦを通過する
光の光路長を変化させ、干渉フィルタＦの中心波長をず
らすようにする。第２実施形態では、この干渉フィルタ
Ｆの傾きと中心波長のずれとの関係を利用して、基準光
強度分布と対象光強度分布との差を調整している。

【００３４】次に、具体的な調整手順を説明する。先
ず、露光装置の初期状態（例えば、条件設定時）を基準
として、この状態での露光光の波長に対する光強度分布
すなわち基準光強度分布を検出する。

【００３５】検出を行うには、ステージ１０をＸＹ方向
へ適宜移動して、光ピックアップ２に基準となる露光光
を照射するようにする。この状態で光ピックアップ２で
受けた基準となる露光光を光ファイバ３を介して検出器
４へ送り、ここで波長に対する光強度分布を検出する。
そして、これを基準光強度分布としてコンピュータ５の
メモリ（図示せず）に記憶しておく。

【００３６】次に、所定期間経過後（例えば、定期的
に）、光ピックアップ２をホルダー２２（図３参照）に
取り付け、ステージ１０をＸＹ方向へ適宜移動して、光
ピックアップ２で露光光を受けるようにする。その後、
光ピックアップ２で受けた露光光を光ファイバ３を介し
て検出器４へ送り、ここで波長に対する光強度分布すな
わち対象光強度分布を検出する。

【００３７】次いで、コンピュータ５において、予めメ
モリ（図示せず）に記憶しておいた基準光強度分布と、
検出した対象光強度分布との比較を行い、基準光強度分
布における中心波長と対象光強度分布の中心波長との差
を演算する。

【００３８】この演算で、例えば、中心波長が基準に対
して長波長側へシフトしている値が算出された場合に
は、制御部６から駆動部７へ干渉フィルタＦの光軸に対
する角度を光軸側へ傾けるよう信号を与える。干渉フィ
ルタＦが光軸側へ傾くことで光路長が長くなり、その中
心波長が短波長側へシフトすることになる。

【００３９】一方、演算において中心波長が基準に対し
て短波長側へシフトしている値が算出された場合には、
制御部６から駆動部７へ干渉フィルタＦの光軸に対する
角度を光軸に対して垂直な方向側へ傾けるよう信号を与
える。干渉フィルタＦが光軸と垂直な方向側へ傾くこと
で光路長が短くなり、その中心波長が長波長側へシフト
することになる。

【００４０】このように２つの光強度分布の中心波長の
ずれ量に基づき、干渉フィルタＦを所定の方向へ所定量
傾けることで、中心波長のずれを補正することができ
る。図９は中心波長の補正時の光強度分布を示す図であ
る。このように、基準光強度分布Ｃ１の中心波長と対象
光強度分布Ｃ１’の中心波長とが一致するよう干渉フィ
ルタＦの角度調整を行い、干渉フィルタＦの水分の吸着
等による波長シフトを補正する。

【００４１】なお、干渉フィルタＦの角度を調整しても
基準光強度分布Ｃ１の中心波長と対象光強度分布Ｃ１’
の中心波長とが一致しない場合（許容範囲内に納まらな
い場合）は、補正不可能として干渉フィルタＦの交換を
促す警告を発生するようにすればよい。

【００４２】次に本発明の第３実施形態を説明する。図
１０は第３実施形態であるミラープロジェクションアラ
イナの構成図である。ミラープロジェクションアライナ
は、水銀ランプ等の光源Ｌから混合波長（例えば、ｉ
線：波長３６５ｎｍ、ｈ線：波長４０５ｎｍ、ｇ線：波
長４３６ｎｍ）の露光光を照射するものであり、光源Ｌ
から出射した光を２次光源レンズで拡散させ、ミラーＭ
１、スリット、ミラーＭ２、干渉フィルタＦ、ミラーＭ
３、ミラーＭ４、マスク、ミラーＭ５、ミラーＭ６、ミ
ラーＭ７で反射させて基板１へ照射するものである。

【００４３】第３実施形態では、このようなミラープロ
ジェクションアライナの基板１上で露光光を受ける光ピ
ックアップ２と、光ピックアップ２で受けた露光光を伝
達する光ファイバ３と、光ファイバ３を伝達した露光光
の波長に対する光強度分布を検出する検出器４と、検出
器４で得た光強度分布に基づき波長管理を行うコンピュ
ータ５とを備えた構成となっている。

【００４４】ミラープロジェクションアライナによって
露光を行う場合には、混合波長（例えば、ｉ線、ｈ線、
ｇ線）を構成する各波長の強度比が解像度に影響を与え
る。この各波長の強度比は、ミラーＭ１〜Ｍ７の反射面
の汚れや干渉フィルタＦの水分の吸着等による特性劣化
等によって生じる。そこで、第３実施形態では、基準光
強度分布における各波長の光強度と、対象光強度分布に
おける各波長の光強度との比を検出し、この比に基づい
て波長管理を行っている。

【００４５】波長管理を行うには、先ず、ミラープロジ
ェクションアライナの初期状態（例えば、条件設定時）
を基準として、この状態での露光光の波長に対する光強
度分布すなわち基準光強度分布を検出する。図１１は混
合波長の光強度分布を示す図である。図中Ｃ１で示す波
形が基準光強度分布である。この基準光強度分布をコン
ピュータ５のメモリ（図示せず）に記憶しておく。

【００４６】次いで、所定期間経過後（例えば、定期的
に）、光ピックアップ２（図２参照）にてその所定期間
経過後の露光光を受け、検出器４において波長に対する
光強度分布すなわち対象光強度分布を検出する。図１１
におけるＣ１’で示す波形が対象光強度分布である。

【００４７】次に、コンピュータ５において、予めメモ
リ（図示せず）に記憶しておいた基準光強度分布と、検
出した対象光強度分布との、各波長毎の光強度比を演算
する。例えば、図１１に示す基準光強度分布（図中Ｃ１
参照）と、検出した対象光強度分布（図中Ｃ１’参照）
とにおける各波長（例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線）での光
強度比を各々演算する。この図１１例では、特にｉ線で
の光強度比が大きくなっている。

【００４８】コンピュータ５は、この各波長での光強度
比を演算し、その値が所定値を越えている場合には、ミ
ラーＭ１〜Ｍ７や干渉フィルタＦのメインテナンスが必
要であると判断し、所定の警告を発するようにする。

【００４９】このような露光光の光強度分布の検出を定
期的に行い、各波長での光強度比を演算することで、ミ
ラーＭ１〜Ｍ７の反射面の汚れや干渉フィルタＦの水分
の吸着等による特性劣化を正確に把握でき、その光強度
比が許容範囲を越えた場合には調整や交換等のメインテ
ナンス時期を的確に知らせることができるようになる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
の波長管理装置および波長管理方法によれば次のような
効果がある。すなわち、露光装置における露光光の光強
度分布を検出することで、基準の露光光に対する中心波
長のシフトや特定波長の光強度比を把握することがで
き、フィルタや光学系のメインテナンスを的確に行うこ
とができるようになる。これによって、常に最適な状態
で露光を行うことができ、プロセスの安定化および製品
の信頼性向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を説明する構成図である。

【図２】光ピックアップを説明する図である。

【図３】ホルダーを説明する図である。

【図４】基準光の光強度分布を示す図である。

【図５】対象光の光強度分布を示す図である。

【図６】第２実施形態を説明する構成図である。

【図７】回転機構を説明する図（その１）である。

【図８】回転機構を説明する図（その２）である。

【図９】補正時の光強度分布を示す図である。

【図１０】ミラープロジェクションアライナの構成図で
ある。

【図１１】混合波長光の光強度分布を示す図である。

【図１２】波長シフトに対する諸収差変化量を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光ピックアップ ３ 光ファイバ ４ 検出器 ５ コンピュータ ６ 制御部 ７ 駆動部 １０ ステージ Ｆ 干渉フィルタ Ｌ 光源 ＬＺ 縮小投影レンズ Ｍ ミラー Ｒ レチクル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの出射光を所定のフィルタを通
   過させ、レチクルを介して基板上に露光光を照射する露
   光装置において、 前記露光光の照射対象となる基板を保持するステージ上
   に配置される受光手段と、 前記受光手段で受けた露光光に基づき波長に対する光強
   度分布を検出する検出手段と、 前記検出手段にて検出した光強度分布と、予め検出した
   基準となる光強度分布とを比較する比較手段とを備えて
   いることを特徴とする露光装置の波長管理装置。
2. 【請求項２】 前記比較手段は、前記基準となる光強度
   分布における中心波長と、前記検出手段にて検出した光
   強度分布における中心波長との差を出力することを特徴
   とする請求項１記載の露光装置の波長管理装置。
3. 【請求項３】 前記比較手段は、前記基準となる光強度
   分布における特定波長の光強度と、前記検出手段にて検
   出した光強度分布における該特定波長の光強度との比を
   出力することを特徴とする請求項１記載の露光装置の波
   長管理装置。
4. 【請求項４】 前記比較手段から出力された比較結果に
   応じて前記フィルタの光軸に対する角度を調整するフィ
   ルタ駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１記
   載の露光装置の波長管理装置。
5. 【請求項５】 光源からの出射光を所定のフィルタを通
   過させ、レチクルを介して基板上に露光光を照射する露
   光装置において、 予め、前記基板を保持するステージ上において前記露光
   光を受けて、該露光光の波長に対する光強度分布を検出
   して基準光強度分布を求めておく工程と、 所定の期間経過後に、前記ステージ上においてその時点
   での露光光を受けて、該露光光の波長に対する光強度分
   布を検出して対象光強度分布を求める工程と、 前記対象光強度分布と前記基準光強度分布とを比較し、
   その比較結果に応じて所定の波長管理を行う工程とを備
   えていることを特徴とする露光装置の波長管理方法。
6. 【請求項６】 前記対象光強度分布と前記基準光強度分
   布との比較として、該対象光強度分布における光強度の
   ピーク波長と、該基準光強度分布における光強度のピー
   ク波長との差を求めることを特徴とする請求項５記載の
   露光装置の波長管理方法。
7. 【請求項７】 前記対象光強度分布と前記基準光強度分
   布との比較として、該対象光強度分布における特定波長
   の光強度と、該基準光強度分布における該特定波長の光
   強度との比を求めることを特徴とする請求項５記載の露
   光装置の波長管理方法。
8. 【請求項８】 前記対象光強度分布と前記基準光強度分
   布とを比較し、その比較結果に応じて前記フィルタの光
   軸に対する角度を調整することを特徴とする請求項５記
   載の露光装置の波長管理方法。