JPH11111612A

JPH11111612A - 露光装置

Info

Publication number: JPH11111612A
Application number: JP9287682A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hagiwara; 茂萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体装置、液晶表示装置、あるい
は薄膜磁気ヘッド等の製造におけるフォトリソグラフィ
工程で使用され、ＫｒＦやＡｒＦエキシマレーザを露光
光源に用いた露光装置に関し、高速でシャッタの開閉を
行うことができ、且つ耐久性を向上させたシャッタを有
する露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】光源からの光を通過させ、または遮光する
シャッタＳＨを有し、シャッタＳＨを通過した光でレチ
クルＲに描画されたパターンを照明して基板Ｗ上に転写
する露光装置において、シャッタＳＨは、レーザ光の進
行方向にほぼ垂直な一方向に対向して設けられた２枚の
ブレード１ａ、１ｂを有し、２枚のブレード１ａ、１ｂ
は、開閉に際し同期して一方向を互いに逆向きに移動し
てパルス光を通過させ、または遮光する。

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、液晶
表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等の製造におけるフ
ォトリソグラフィ工程で使用される露光装置に関し、特
に、ＫｒＦやＡｒＦエキシマレーザを露光光源に用いた
露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置等の集積度が向上する
につれて、回路の最少パターン線幅は小さくなる傾向に
あり、そのため露光光源として従来主流であった水銀ラ
ンプに代わって、エキシマレーザを用いた露光装置が用
いられるようになってきた。エキシマレーザを用いた露
光装置は、エキシマレーザ光源と露光装置本体とで構成
される。エキシマレーザ光源は、光ファイバ等によるイ
ンターフェースケーブルを介して露光装置本体と接続さ
れ、露光装置本体側の制御装置のシーケンスに従ってレ
ーザ光を発するようになっている。

【０００３】エキシマレーザは、一般にフッ素等のハロ
ゲンガス、クリプトン、アルゴン等の不活性ガス、及び
ヘリウム、ネオン等の希ガスの３種の混合ガスをレーザ
チャンバに封入し、チャンバ内の放電によりハロゲンガ
スと不活性ガスとが反応して、ナノ秒オーダのパルス光
としてレーザ光を放出する。

【０００４】このエキシマレーザでは、所定の安定した
エキシマ光を発振できるように、非露光時においてもエ
キシマレーザの内部状態を把握して適切にパルス光を制
御するためダミー発振を行っている。このダミー発振に
より、露光に先立って、例えばレーザ光源の放電電極へ
印加される高電圧値（ＨＶ）、パルス発光しているレー
ザ光のスペクトル幅、あるいはパルス光のパルスエネル
ギー安定性の調整が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このダミー発振は、従
来、露光工程における比較的長時間の露光休止状態中に
適宜行うようにしており、より最適なエキシマ光の制御
を目的として、例えばウェハ交換毎の最初の露光の直前
あるいはアライメントの直前に行われている。このダミ
ー発振時のエキシマレーザのパルス光は、露光に用いら
れるものではないので、ダミー発振中のパルス光は被露
光基板上に照射しないように遮光しておく必要がある。
そのためエキシマレーザの光射出口にはシャッタが設け
られている。このシャッタは、ダミー発振時だけでな
く、安全上の要請から万一不意にレーザ光が発光したと
しても、その発光を遮光するためにも用いられる。

【０００６】このダミー発振中のパルス光を遮光するシ
ャッタとして、一般的に図５に示すようなエア駆動によ
る往復式シャッタが用いられている。図５において、エ
キシマレーザの筐体内のパルス光の射出口近傍に設けら
れたプレート５の中央部に、エキシマレーザのビーム形
状と同等の長方形形状の開口４が形成されている。この
開口４を介してエキシマレーザのパルス光が射出するよ
うになっている。図５（ａ）は、エア駆動式の往復式シ
ャッタが開放している状態を示しており、開口４からの
パルス光を通過させるように、板状のシャッタブレード
１１が開口４に対して図中左側に位置している。シャッ
タブレード１１は、空圧シリンダ１５の駆動により図中
左右方向に移動するアーム１３の先端部に固定されて、
アーム１３の移動と共に移動できるようになっている。
図５（ｂ）は、空圧シリンダ１５の駆動によりアーム１
３が図中右方向に移動して、アーム１３先端部のシャッ
タブレード１１が開口４を完全に遮蔽した状態を示して
いる。このように、ダミー発振を行わせる場合には、図
５（ｂ）に示すようにシャッタブレード１１で開口４を
遮蔽して、ダミー発振に係るパルス光を遮光し、実際の
露光の際には、図５（ａ）に示すようにシャッタを開放
して開口４からパルス光が出射できるようにしている。

【０００７】さて近年、最適な露光光で被露光基板を露
光するために、より頻繁にエキシマレーザのダミー発振
を行わせるようになってきている。そこで上述の往復式
シャッタにおいて、ダミー発振の際に開口４を遮蔽して
エキシマレーザのパルス光に直接曝されるシャッタブレ
ード１１の耐久性を高める必要が生じている。ダミー発
振の頻度が高くなれば強い紫外光のエキシマレーザ光に
シャッタブレード１１が曝される回数が増加するので、
これに対する耐久性を高めるためにはシャッタブレード
１１の板厚をより厚くさせる必要が生じている。

【０００８】また、近年の露光装置の高スループット化
の要求に対応して、シャッタの開閉に要する時間をでき
るだけ短くする必要も生じている。シャッタの開閉時間
を短くする、つまり、シャッタを高速で開閉させるため
にはシャッタブレード１１の加速時、減速時における加
速度を大きくする必要があり、このためにはシャッタブ
レード１１を軽量にする必要が生じる。一方、シャッタ
を安定して高速移動させるにはシャッタブレード１１の
機械的耐久性を向上させる観点からシャッタブレード１
１の板厚を厚くする必要が生じる。ところが、シャッタ
ブレード１１を軽量にすることと、シャッタブレード１
１を厚くすることとは相反するため、従来のシャッタブ
レードでは同時に双方の要求を満足させることは困難で
ある。

【０００９】本発明の目的は、高速でシャッタの開閉を
行うことができ、且つ耐久性を向上させたシャッタを有
する露光装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の実施の形態を表
す図１乃至図４に対応付けて説明すると、上記目的は、
光源からの光を通過させ、または遮光するシャッタ（Ｓ
Ｈ）を有し、シャッタ（ＳＨ）を通過した光でレチクル
（Ｒ）に描画されたパターンを照明して基板（Ｗ）上に
転写する露光装置において、シャッタ（ＳＨ）は、複数
のブレード（１ａ、１ｂ）を有し、複数のブレード（１
ａ、１ｂ）を開閉させて光を通過させ、または遮光する
ことを特徴とする露光装置によって達成される。

【００１１】そして、シャッタ（ＳＨ）は、光の進行方
向にほぼ垂直な一方向に対向して設けられた２枚のブレ
ード（１ａ、１ｂ）を有し、２枚のブレード（１ａ、１
ｂ）は、開閉に際し一方向を互いに逆向きに移動するこ
とを特徴とする。また、光源は、パルス光を射出するこ
とを特徴とする。

【００１２】さらに、シャッタ（ＳＨ）は、光源のダミ
ー発振によるパルス光を遮光することを特徴とする。ま
た、シャッタ（ＳＨ）は、遮光時において、各ブレード
（１ａ、１ｂ）の一端部が所定量重なり合う領域を有し
ていることを特徴とする。さらに、シャッタ（ＳＨ）
は、複数のブレード（１ａ、１ｂ）に対して光の進行方
向に設けられた１または２以上のブレード（１ｃ）をさ
らに有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による露光
装置を図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の
形態による露光装置の概略の構成を図１を用いて説明す
る。図１は本実施の形態における露光装置全体の構成を
示す斜視図である。エキシマレーザ光源１０の本体部に
は希ガスハライド等の混合ガスが封入されたレーザチャ
ンバ、共振器を構成する半透過性フロントミラー、露光
波長を狭帯化するための、回折格子および、プリズム、
エタロン等からなる狭帯化モジュール、波長の安定性、
スペクトル幅をモニターするための分光器やレーザパワ
ーのモニター用のディテクタ等からなるモニターモジュ
ール、およびシャッタＳＨ等が設けられている。シャッ
タＳＨについては、後程、図２乃至図４を用いて詳述す
る。レーザチャンバに対するガス交換動作、あるいは波
長安定化のための制御、放電印加電圧の制御等は制御装
置１２によって行なわれる。また、制御装置１２はイン
ターフェース７を介して、露光装置本体側の主制御装置
４０からの指令やリクエスト信号により制御されるよう
になっている。

【００１４】エキシマレーザ光源１０からのパルス光は
可動ミラーＭ１、固定ミラーＭ２を介してビーム成形光
学系１４に入射して所定の断面形状、サイズに成形され
る。ビーム成形光学系１４からのパルス光は駆動部１６
によって所定角度内で揺動する揺動ミラーＭ３で反射さ
れた後、オプティカルインテグレータとして機能するフ
ライアイレンズＦＬに入射し、多数の２次光源（スポッ
ト光）に変換される。フライアイレンズＦＬの各エレメ
ントレンズの射出側にできたエキシマビームの各スポッ
ト光は、コンデンサレンズ系２４によって、レチクルブ
ラインド（照明視野絞り）ＲＢ上でほぼ一様な強度分布
となるように重ね合わされる。

【００１５】レチクルブラインドＲＢを透過したエキシ
マレーザ光はレンズ系２６、固定ミラーＭ４、主コンデ
ンサーレンズ２８、及び固定ミラーＭ５を介してレチク
ルＲの回路パターン領域を照明する。ここでレチクルブ
ラインドＲＢはレンズ系２６と主コンデンサーレンズ２
８とによって、レチクルＲと共役になっている。レチク
ルＲは専用のレチクルアライメント系３０Ｘ、３０Ｙに
よって装置本体に対してＸ、Ｙ、θ方向に位置決めされ
ている。レチクルＲの回路パターンの像は投影レンズＰ
ＬによってウェハＷ上に縮小投影される。ウェハＷはＸ
ステージ３２Ｘ上に載置され、このＸステージ３２Ｘは
ベース上をＹ方向に移動するＹステージ３２Ｙ上をＸ方
向に移動する。これによってウェハＷは投影像面に沿っ
て２次元移動し、ステップ・アンド・リピート方式の露
光が行なわれる。

【００１６】上記の構成において、可動ミラーＭ１とレ
ーザ光源１０との間には、露光装置本体を収納するサー
マルチャンバーの隔壁（図示せず）があり、レーザ光源
１０はサーマルチャンバーの外部に設置されている。主
制御装置４０は、露光装置のＸ−Ｙステージ３２Ｘ、３
２Ｙの移動、レチクルアライメント系３０Ｘ、３０Ｙに
よるレチクルＲの位置決め、ウェハアライメント系（図
示を省略）によるウェハＷの位置検出、動作、レチクル
ブラインドＲＢの設定や、光電素子（図示せず）を用い
た露光量制御動作、あるいはエキシマビームの可干渉性
によって生じる干渉縞等を低減させるための振動ミラー
Ｍ３の振動によるスペックル低減動作等を実行する。

【００１７】また、露光装置側の主制御装置４０とレー
ザ光源側の制御系１２との間には、インターフォース７
が設けられている。このインターフェース７を介して、
主制御装置４０はエキシマレーザ光源１０の操作を全て
行うことがきるようになっている。例えば露光装置本体
側の主制御装置４０からエキシマレーザ光源１０の制御
装置１２ヘは、インターフェース７を介して発光トリガ
信号、高電圧の充電開始信号、発振開始信号、発振停止
信号等が送られ、エキシマレーザ光源１０の制御装置１
２から主制御装置４０へは、同じくインターフェース７
を介して発振スタンバイ完了信号、内部シャッタポジシ
ョン信号、インターロック作動中を示す信号等が送られ
る。

【００１８】次に、本実施の形態による露光装置に用い
られているシャッタＳＨの概略の構成および動作を図２
および図３を用いて説明する。図２は、エキシマレーザ
のパルス光の出射方向からみたシャッタＳＨを示してい
る。図３は、エキシマレーザのパルス光の出射方向に対
して垂直上方からみたシャッタＳＨを含む断面を示して
いる。

【００１９】図２に示すシャッタＳＨは、エア駆動によ
る往復式シャッタであって、２枚のシャッタブレード１
ａ、１ｂを有し、２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂを
開閉させて光を通過させ、または遮光するようになって
いる。そして、２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂは、
パルス光の進行方向にほぼ垂直な一方向に対向して設け
られ、開閉に際し一方向を互いに逆向きに同期して移動
するようになっている。

【００２０】図２において、エキシマレーザの筐体内の
パルス光の射出口近傍に設けられたプレート５の中央部
に、エキシマレーザのビーム形状と同等の長方形形状の
開口４が形成されている。この開口４は、図５で示した
従来のシャッタブレード１１が遮光する開口４と同一の
大きさ、同一形状である。この開口４を介してエキシマ
レーザのパルス光が射出するようになっている。図２
（ａ）は、本実施の形態のエア駆動式の往復式シャッタ
が開放している状態を示しており、開口４からのパルス
光を通過させるように、板状の２枚のシャッタブレード
１ａ、１ｂが開口４に対して図中左右両側に位置してい
る。また、シャッタブレード１ａ、１ｂは図３に示すよ
うに、プレート５を挟んでプレート５の表面側、裏面側
に配置されている。

【００２１】シャッタブレード１ａは、空圧シリンダ３
ａの駆動により図中左右方向に移動するアーム２ａの先
端部に固定され、アーム２ａの移動と共に図中矢印方向
に移動できるようになっている。シャッタブレード１ｂ
は、空圧シリンダ３ｂの駆動により図中左右方向に移動
するアーム２ｂの先端部に固定されて、アーム２ｂの移
動と共に図中矢印方向に移動できるようになっている。
シャッタブレード１ａ、１ｂは、空圧シリンダ３ａ、３
ｂにより同期して駆動され、図中矢印方向で互いに反対
方向に移動して、シャッタの開閉を行う。

【００２２】図２（ｂ）は、空圧シリンダ３ａの駆動に
よりアーム２ａが図中右方向に移動して、また、空圧シ
リンダ３ｂの駆動によりアーム２ｂが図中左方向に移動
して、アーム２ａ、２ｂ先端部のシャッタブレード１
ａ、１ｂで開口４を遮蔽した状態を示している。このよ
うに、ダミー発振を行わせる場合には、図２（ｂ）に示
すように２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂで開口４を
遮蔽してダミー発振に係るパルス光を遮光し、実際の露
光の際には、図２（ａ）に示すようにシャッタを開放し
て開口４からパルス光が出射できるようにしている。

【００２３】図２からわかるように、本実施の形態にお
ける２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂは、図５を用い
て説明した従来のシャッタブレード１１に比較して、ブ
レードの移動方向の幅が約１／２になっている。従っ
て、２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂのそれぞれの板
厚が従来のシャッタブレード１１と等しい場合には、２
枚のシャッタブレード１ａ、１ｂの各々の重量は、従来
のシャッタブレード１１の約半分になる。従って、例え
ば２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂのそれぞれの板厚
を従来の約２倍に厚くしても、少なくとも従来と同様の
速度で開閉動作を行うことができると共に、板厚が厚く
なった分だけ耐久性を向上させることができる。

【００２４】また、２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂ
のそれぞれの移動ストロークは、従来のシャッタブレー
ド１１の約半分にまで短くなるので、たとえシャッタブ
レード１ａ、１ｂのそれぞれの移動速度が従来のシャッ
タブレード１１と同一であったとしても、約１／２の移
動時間で開閉動作を行うことができるようになる。従っ
て、耐久性を向上させ、且つ高速で開閉動作を行うこと
ができるようになる。

【００２５】次に、図３に示すように、シャッタＳＨの
シャッタブレード１ａ、１ｂをエキシマレーザのパルス
光の出射方向に対して垂直上方からみると、シャッタブ
レード１ａ、１ｂのレーザ光の射出方向に距離Ｄの空隙
が生じている。この距離Ｄは、主としてプレート５を介
してその両側にシャッタブレード１ａ、１ｂを配置して
いる関係上、少なくともプレート５の板厚以上の距離を
設ける必要から生じたものである。ところが、この空隙
があるため、パルス光が図示の方向からシャッタブレー
ド１ａ、１ｂに照射した場合、シャッタブレード１ｂで
の散乱光がシャッタブレード１ａで反射して洩れる可能
性がある。そこで、本実施の形態においては、シャッタ
ＳＨを閉じてパルス光を遮光する際には、シャッタブレ
ード１ｂでの散乱光がシャッタブレード１ａを介して洩
れてしまわない程度にシャッタブレード１ａ、１ｂの一
端部を所定量Ｌだけ重なり合うようにしている。この場
合の空隙の距離Ｄと所定の重なり量Ｌとは、シャッタブ
レード１ａ、１ｂの表面上体等を勘案して最適化するこ
とができる。

【００２６】次に、本実施の形態におけるシャッタＳＨ
の他の構成例を図４を用いて説明する。図４は、エキシ
マレーザのパルス光の出射方向に対して垂直上方からみ
たシャッタＳＨを含む断面を示している。図４は、図３
に示したようなシャッタブレード１ａ、１ｂの配置に、
さらに第３のシャッタ機構によるシャッタブレード１ｃ
を設けたものである。図４では、第３のシャッタ機構の
うち、空圧シリンダおよびアームの図示は省略してい
る。図４に示すようにシャッタブレード１ｃは、シャッ
タブレード１ｂを挟んでパルス光の進行方向にシャッタ
ブレード１ａと対向する位置に配置され、シャッタを閉
じた状態ではその端部がシャッタブレード１ｂの端部と
所定量重なるようになっている。シャッタブレード１ｃ
は、シャッタブレード１ａ、１ｂと同期してシャッタブ
レード１ａと同方向に移動する。図４に示すようなシャ
ッタブレード１ｃを設けることにより、開口４を遮蔽し
た際のシャッタブレード１ａ、１ｂ端部の重なり領域か
ら洩れ光が発生しても、当該洩れ光をほぼ完全に遮断す
ることができるようになる。

【００２７】このように本実施の形態におけるシャッタ
ＳＨを用いることにより、シャッタブレードの移動スト
ロークを短縮させることによりシャッタ開閉時間を短縮
させることができ、またシャッタブレードの移動方向の
ブレード幅を短縮させて、ブレード重量を増加させずに
ブレードの板厚を厚くすることができるのでシャッタの
耐久性を向上させることができるようになる。

【００２８】以上説明した装置構成およびシャッタＳＨ
を備えた本実施の形態による露光装置のダミー発振にお
ける動作を説明する。まず、主制御装置４０から制御装
置１２にエキシマレーザのダミー発振開始信号が送られ
る。当該信号を受けてエキシマレーザ光源１０はシャッ
タＳＨを閉じてダミー発振を開始する。次に、露光装置
の主制御装置４０からエキシマレーザ光源１０の制御装
置１２にデータ取得リクエスト信号が送られる。制御装
置１２はデータ取得リクエスト信号を受けて、ダミー発
振しているエキシマレーザ光源１０から、例えばレーザ
光源の放電電極へ印加される高電圧値（ＨＶ）、パルス
発光しているレーザ光のスペクトル幅、パルス光のパル
スエネルギー安定性等をパラメータとするデータを取得
する。

【００２９】上記データの取得が終了すると、エキシマ
レーザ光源１０の制御装置１２は露光装置側の主制御装
置４０にデータ取得終了信号を送出し、当該信号を受け
て主制御装置４０はエキシマレーザ光源１０の制御装置
１２にデータ送信リクエスト信号を送る。制御装置１２
は、上記取得したデータを主制御装置４０に送信する。
上記データを受信したら主制御装置４０からエキシマレ
ーザ光源１０の制御装置１２にダミー発振停止信号が送
られ、レーザを停止させる。

【００３０】主制御装置４０は、取り込んだ上記データ
のそれぞれを、主制御装置４０の記憶装置に予め設定し
た設定値と比較して、エキシマレーザ光源の調整を行
い、露光動作に移行する。

【００３１】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置に本発
明を適用したが、本発明はこれに限られず、例えば、ス
テップ・アンド・スキャン方式の露光装置、あるいは電
子ビーム露光装置などにもちろん適用可能である。

【００３２】また、上記実施の形態においては、図３に
示したように２枚のシャッタブレード１ａ、１ｂを、プ
レート５を介して対向するように配置したが、本発明は
もちろんこれに限られず、２枚のシャッタブレード１
ａ、１ｂをエキシマレーザのパルス光の進行方向にプレ
ート５の前方、あるいは後方に配置するようにしてもよ
い。また、配置するシャッタブレードの数は、上記実施
の形態のように２枚あるいは３枚に限られず、４枚以上
であってもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、高速でシ
ャッタの開閉を行うことができ、且つ耐久性を向上させ
たシャッタを有する露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による露光装置及びその
エキシマレーザ光源の構成の概略を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態による露光装置のエキシ
マレーザ光源に用いたシャッタＳＨの構成を示す図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態による露光装置のエキシ
マレーザ光源に用いたシャッタＳＨの構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の一実施の形態による露光装置のエキシ
マレーザ光源に用いたシャッタＳＨの他の構成を示す図
である。

【図５】従来のエキシマレーザ光源に用いたシャッタＳ
Ｈの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃシャッタブレード２ａ、２ｂアーム３ａ、３ｂ空圧シリンダ４開口５プレート１０エキシマレーザ光源１２制御装置１４ビーム成形光学系１６駆動部２４コンデンサレンズ系２６レンズ系２８主コンデンサレンズ３０Ｘ、３０Ｙレチクルアライメント系３２ＸＸステージ３２ＹＹステージ４０主制御装置ＳＨシャッタＷウェハＭ３揺動ミラーＭ４固定ミラーＲＢレチクルブラインドＦＬフライアイレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を通過させ、または遮光する
シャッタを有し、前記シャッタを通過した光でレチクル
に描画されたパターンを照明して基板上に転写する露光
装置において、前記シャッタは、複数のブレードを有し、前記複数のブ
レードを開閉させて前記光を通過させ、または遮光する
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記シャッタは、前記光の進行方向にほぼ垂直な一方向
に対向して設けられた２枚のブレードを有し、前記２枚
のブレードは、開閉に際し前記一方向を互いに逆向きに
移動することを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の露光装置におい
て、前記光源は、パルス光を射出することを特徴とする露光
装置。
【請求項４】請求項３記載の露光装置において、前記シャッタは、前記光源のダミー発振による前記パル
ス光を遮光することを特徴とする露光装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装
置において、前記シャッタは、遮光時において、前記各ブレードの一
端部が所定量重なり合う領域を有していることを特徴と
する露光装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装
置において、前記シャッタは、前記複数のブレードに対して前記光の
進行方向に設けられた１または２以上のブレードをさら
に有することを特徴とする露光装置。