JPH1197781A

JPH1197781A - レーザー光反射装置およびそれを備えた光学装置

Info

Publication number: JPH1197781A
Application number: JP9255130A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tomofuji; 哲也友藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】反射鏡を備えた光学装置であって、反射鏡の寿
命の長い装置を提供する【解決手段】レーザー光を反射するための反射鏡１１
と、反射鏡１１を移動するための移動機構とを有し、移
動機構は、反射鏡１１を、反射鏡１１の主平面に含まれ
る方向ｘに移動させる。移動機構としては、例えば、反
射鏡１１を保持する反射鏡ホルダー２６と、溝２４の形
成されたベース２１と、溝２４に沿って反射鏡ホルダー
２６を駆動する駆動部とを用いる。駆動部は、溝２４の
内側に並べて配置された電磁石２５と、反射鏡ホルダー
２６の電磁石２５に対向する位置に配置された磁石２３
と、電磁石２５の極性を反転させることにより、反射鏡
ホルダーの移動を制御する制御部２９とを有する構成に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギーレー
ザーを反射させるレーザー反射鏡を有する光学装置に関
するものであって、特に、エキシマレーザー露光装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザー反射鏡を備えた光学装置
として、ここではレーザー反射鏡を備えたエキシマレー
ザー露光装置について説明する。一般的な、エキシマレ
ーザー露光装置の主要光学系の一例のブロック図を図７
に示す。

【０００３】図７のように、光軸１０上には、エキシマ
レーザー発振器１、レーザー光のビーム形状を露光対象
であるウエハ９の円形に近くするように整形し、拡大す
るためのレンズ２、レーザーの波長幅を所望の波長幅に
カットすると共に、光量を調整するフィルター３、ビー
ム形状をさらに円形に近く整形するためのレンズ４、ビ
ームの径方向の強度分布を一様にするための組レンズ
５、レーザー光を平行光線にするためのレンズ６、レチ
クル７、縮小レンズ８が順に配置されている。レチクル
７は不図示のレチクルホルダーに保持されている。な
お、図７では、レンズ２、４、５、６、８を便宜上、楕
円形状で示しているが、これは実際のレンズ形状ではな
く、上述のようなそれぞれのレンズの機能を達成するた
めのレンズ構造を有する。例えば、組レンズ５は、いわ
ゆるフライアイを含む。

【０００４】このような構成において、エキシマレーザ
ー発振器１から発射されたレーザー光は、レンズ２によ
り、ビーム形状を円形に近くするように整形および拡大
され、フィルター３により、所望の波長幅にカットさ
れ、光量を調整される。その後、レンズ４により、ビー
ム形状を円形に整形され、組レンズ５を通過することに
より、疑似面光源を形成し、レンズ６によりコリメート
され、所望のパターンが形成されたレチクル７を通過し
た後、レンズ８により縮小されて、シリコンウエハ９上
に照射される。これにより、ウエハ９上には、レチクル
７の像が投影される。

【０００５】基本的な光学系は、上記の通りであるが、
このままでは光路長が長く、装置が巨大となるため、通
常、いくつかのレーザー反射鏡１１、１２、１３を光軸
１０に配置し、光路を曲げることにより、装置の小型化
を図った構造となっている。

【０００６】また、上述の各光学部品は、光軸がずれる
ことを避けるために、光学調整を行った後、光学部品の
位置が変わらないように、図８のように、接着材８２に
よりベースプレート８１に直接固定されるか、あるいは
図９に示すように、光路がずれたときに修正できるよう
に、微動できるねじ止め構造によりベースプレートに固
定されていた。微動できるねじ止め構造は、ねじ８４と
ホルダー８３とにより構成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなエキシマレーザー露光装置を構成する各光学部品
は、部品内において損失（光吸収）が生じるため、光学
部品内でレーザー光が熱もしくはその他のエネルギーに
変換される。このため長時間レーザー光が照射される
と、レーザー光の変換されたエネルギーが光学部品内に
蓄積され、蓄積されたエネルギーにより光学部品が破
壊、もしくは光学特性が変化するという問題がある。特
に、反射鏡のうち、レーザー発振器１から発射されたレ
ーザー光が最初に入射する反射鏡１１へのダメージが大
きく、他の光学部品よりも寿命が短い。そのため、従来
は反射鏡１１が寿命に至った時点で、反射鏡１１を交換
等をする必要があった。

【０００８】本発明は、反射鏡を備えた光学装置であっ
て、反射鏡の寿命の長い装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、レーザー光を反射するための反射
鏡と、前記反射鏡を移動するための移動機構とを有し、
前記移動機構は、前記反射鏡を、前記反射鏡の主平面に
含まれる方向に移動させることを特徴とするレーザー光
反射装置が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の反
射鏡を備えた露光装置について説明する。

【００１１】まず、図３を用いて、本発明の第１の実施
の形態の反射鏡を備えた露光装置の構成について説明す
る。

【００１２】図３の露光装置は、レーザー発振器１に最
も近い反射鏡１１を反射鏡移動装置１１０に搭載した構
造である。反射鏡移動装置１１０を除いた光学部品は、
図７の従来の露光装置と同様の構成であるので、同じ光
学部品については、同じ番号を付し説明を省略する。

【００１３】ここで、反射鏡移動装置１１０の構成につ
いて図１および図２を用いて説明する。反射鏡移動装置
１１０は、図１のように反射鏡１１を保持する反射鏡ホ
ルダー２６と、溝２４が形成されたベースプレート２１
とを有する。溝２４は、中心の偏ったＶ溝であり、反射
鏡ホルダー２６の移動をガイドするために形成されてい
る。反射鏡ホルダー２６の底部は、溝２４に沿うよう
に、溝２４に相似な形状となっている。また、反射鏡ホ
ルダー２６の底部には、溝２４との間の摩擦を少なくす
るために、円柱形のコマ２２が回転可能に取り付けられ
ている。反射鏡ホルダー２６の上部には、反射鏡１１が
傾けられて、接着剤等で固定されている。反射鏡１１の
向きは、レーザー発振器１から出射されたレーザ光をフ
ィルター３の方向に偏向するように定められている。

【００１４】溝２４の長手方向、すなわち、反射鏡ホル
ダー２６の移動方向は、反射鏡１１の主平面と平行に定
められている。これにより、反射鏡１１の主平面の向き
を維持したまま、反射鏡１１を主平面に沿って移動させ
ることができる。具体的には、本実施の形態では、反射
鏡ホルダー２６の移動方向は、反射鏡１１の主平面に平
行であってしかも、ベースプレート２１の主平面と平行
な方向（図３のｘ方向）に移動させるように溝２４の方
向を定めている。

【００１５】また、ベースプレート２１の溝２４の両側
には、図２のように、複数の電磁石２５がそれぞれ一列
に並べて埋め込まれている。各電磁石２５には、制御装
置２９が接続されており、それぞれ電流が供給される。
また、反射鏡ホルダー２６の側面の底部には、電磁石２
５と対向する位置に永久磁石２３が埋め込まれている。
これら電磁石２５および永久磁石２３は、反射鏡ホルダ
ー２６を移動させる駆動力を生み出すリニアモーターを
構成している。制御装置２９は、図２のように、隣り合
う電磁石２５の磁極が逆極性となるように、電流を供給
する。永久磁石は２３は、停止時には、対向している電
磁石２５と引き合っている。反射鏡ホルダー２６を移動
させる際には、各電磁石２５に供給する電流を反転させ
ることにより、永久磁石２３との間に反発力を発生させ
て隣の電磁石２５まで移動させ、隣りの電磁石２５と引
き合う力で停止させる構成である。

【００１６】制御装置２９は、図３のようにレーザー光
の光路の近辺に配置されている光検出器３１または光検
出器３２の出力、または、レーザー発振器１の総駆動時
間から、反射鏡１１を移動させるべき時期に至ったかど
うかを判断する。光検出器３１は、ハーフミラーである
反射鏡１２を透過したレーザー光の光路上に配置されて
いる。光検出器３２は、レンズ４を通過した光束のう
ち、レンズ５ａに入射しない部分（いわゆる、蹴られる
部分）の光束を検出する位置に配置されている。

【００１７】また、ベースプレート２１の溝２４の両端
には、反射鏡ホルダー２６が万一暴走した場合に、少な
い衝撃で衝突させるために、弾性部材で構成されたバン
パー２８が取り付けられている。

【００１８】なお、溝２４を中心の偏ったＶ溝にしてい
るのは、反射鏡１１が傾いて固定された反射鏡ホルダー
２６の重心を、Ｖ溝２４のＶ字の先端の鉛直上に位置さ
せるためである。このようにすることにより、溝２４の
幅方向に安定させて反射鏡ホルダー２６を移動させるこ
とができる。

【００１９】また、反射鏡１１の大きさは、本実施の形
態では、縦２５ｍｍ、横（ｘ方向）５０ｍｍとした。反
射鏡１１上のレーザー光のスポット径は、縦１５ｍｍ、
横（ｘ方向）７ｍｍとした。反射鏡１１の移動距離は、
レーザー光のスポット径よりも長くする必要があるた
め、移動の１ステップを１２．５ｍｍとした。

【００２０】また、本実施の形態では、レーザー発振器
１は、波長３５０ｎｍ、パルス幅０．４ｎｍのエキシマ
レーザーである。また、この条件のレーザー発振器１か
ら出射されたレーザ光によって反射鏡１１がダメージを
受け、その反射光の強度が規格値よりも１０％以上低下
し、露光に支障が生じるのは、反射鏡１１に入射する総
エネルギー量が約３Ｊ／ｃｍ²に達した場合であること
が予め実験により確認された。

【００２１】次に、本実施の形態の露光装置の動作につ
いて説明する。

【００２２】露光装置の出荷時には、反射鏡１１は、反
射鏡１１上の端の領域３３ａにレーザースポットが位置
するように、アライメントされている。電磁石２５に
は、反射鏡ホルダー２６の永久磁石２３と、この位置で
引き合う極性になるように電流が流れるよう制御装置２
９が制御する。

【００２３】レーザー発振器１を発振させると、レーザ
ー光が出射され、レンズ２を通過して、反射鏡１１の領
域３３ａに照射され、反射される。そして、図７の構成
の場合と同様に、フィルタ３やレンズ４、５、６、８、
レチクル７を通過して、シリコンウエハ９を露光する。
このとき、レンズ５ａに入射しない光束は光検出器３２
により検出される。また、ハーフミラーである反射鏡１
２を透過した光束も光検出器３１により検出される。

【００２４】制御装置２９は、レーザー発振器１の総駆
動時間を検出し、総駆動時間が、予め計算により求めて
おいた、反射鏡１１に入射する総エネルギー量が２．５
Ｊ／ｃｍ²に達する総駆動時間に達したかどうかを検出
する。また、光検出器３１および光検出器３２の検出す
る光の強度のいずれかが、当初検出した光強度の９０％
以下になったかどうかを検出する。そして、総駆動時間
が予め求めた総駆動時間に達した場合、もしくは、光検
出器３１または光検出器３２の検出した光強度が当初の
９０％以下になった場合、制御装置２９は、各電磁石２
５に供給する電流を反転させ、電磁石の極性を反転させ
る。これにより、対向している永久磁石２３と電磁石２
５との間に反発する力が生じて、反射鏡ホルダー２６が
ｘ方向に隣の電磁石２５まで移動し、隣の電磁石２５と
永久磁石２３が引き合う力により反射鏡ホルダー２６が
停止し、この位置に固定される。これにより、反射鏡ホ
ルダー２６が１ステップ１２．５ｍｍ移動するため、反
射鏡１１上でレーザースポットが照射される領域は、図
２の領域３３ｂになる。領域３３ｂは、これまでレーザ
ー光が照射されていない領域であるため、ダメージを受
けておらず、規格値でレーザー光を反射することができ
る。

【００２５】この状態で、制御装置２９は再び総駆動時
間、および、光強度を検出し、これらが、上述の予め定
めた総駆動時間に達した場合、光強度が９０％以下に低
下した場合には、制御装置２９は再び電磁石２５の極性
を反転させ、反射鏡ホルダー２６を１ステップ移動さ
せ、反射鏡１１の領域３３ｃにレーザー光が照射される
ようにする。さらに、この領域３３ｃもダメージを受け
た場合には、さらに反射鏡ホルダーを移動させ、領域３
３ｄにレーザー光が照射されるようにする。

【００２６】このように、本実施の形態の反射鏡移動装
置１１０を備えた露光装置を用いることにより、反射鏡
１１を主平面方向に移動させることができるため、レー
ザー光の反射光の光軸をずらすことなく反射鏡１１上で
レーザー光の照射される領域を変えることができる。よ
って、本実施の形態の場合には、反射鏡１１の寿命を４
倍に引き延ばすことができ、反射鏡１１の交換周期を４
倍にのばすことができる。

【００２７】また、本実施の形態の反射鏡移動装置１１
０は、駆動装置としてリニアモータを用いているため、
少ない振動で移動させることができる。このため、反射
鏡１１の主平面の向きを、高い精度で保持した状態で移
動させることができるという効果が得られる。しかしな
がら、本発明は、リニアモータを用いたものに限定され
るわけではなく、図４に示すように、反射鏡ホルダー２
６にシャフト４０を取り付け、ベースプレート２１の外
側にモーター４１を配置し、ギアボックス４２を介して
モーター４１によりシャフト４０をｘ方向に移動させ、
位置制御をする構成にすることも可能である。

【００２８】なお、本実施の形態では、予め定めた総駆
動時間および反射光強度に達したタイミングで、反射鏡
を移動させる構成であったが、反射鏡を移動させるタイ
ミングはレーザー光が照射されている領域の光学的特性
が、露光に支障が出るほどまでに変質する前であればい
つ移動させてもかまわない。また、レーザー光を１度照
射した領域であっても、反射鏡の光学的特性が、露光に
支障が出るほど変質していなければ、再びその領域にレ
ーザー光を照射することができる。

【００２９】また、本実施の形態では、予め定めた総駆
動時間および光検出器３１および３２による反射光強度
の検出を行っているが、移動タイミングを決定するため
には常にこれらをすべて検出しなければならないわけで
はなく、これらのうちいずれか一つを検出すれば足り
る。また、照射するレーザー光の条件を変化させながら
露光を行う場合には、総駆動時間ではなく、総照射エネ
ルギーを計算または測定によって求め、これによって移
動タイミングを決定することももちろん可能である。

【００３０】また、総駆動時間および光検出器３１、３
２等による検出を行わずに、予め定めた時間で周期的に
領域３３ａ〜３３ｄを繰り返し、順に移動させていく構
成にすることもできる。移動周期は、反射鏡がダメージ
を受ける総駆動時間よりも短く設定する。反射鏡１１の
材質や構造によっては、同じ総照射量を照射する際に、
連続してレーザー光を照射された場合よりも、時間をあ
けて数回に分けて照射された場合の方が、受けるダメー
ジが少ないことがあり得る。これは、蓄積されたエネル
ギーにより反射鏡１１の変質が加速されうるためであ
る。このような材質の反射鏡１１の場合には、短い周期
で、領域３３ａ〜３３ｄの移動を繰り返した方が、反射
鏡１１の寿命を延ばすことができる。

【００３１】また、周期的に領域３３ａ〜３３ｄを繰り
返し、順に移動させていく構成のほか、常に予め定めた
速度で、反射鏡１１を移動させる構成にすることも可能
である。この場合、移動させている間も露光を行うこと
になるため、反射鏡１１の光軸ずれが生じにくいリニア
モータを用いる図２の構成が適している。

【００３２】次に第２の実施の形態の反射鏡移動装置に
ついて図５を用いて説明する。

【００３３】図５の反射鏡移動装置は、反射鏡１１を保
持する反射鏡ホルダー５１と、反射鏡ホルダー５１の法
線方向に固定された回転軸５５と、ギアボックス５３
と、エンコーダー５２と、モーター５４とを備えて構成
されている。ギアボックス５３は、モーター５４の回転
速度を適当な速度に減速して回転軸５５に伝達するため
のものである。エンコーダー５２は、回転軸５５の回転
角を検出し、制御装置２９に出力する。なお、本実施例
の反射鏡１１は、半径３５ｍｍの円形である。

【００３４】図５の構成において、制御装置２９が反射
鏡１１を移動させるタイミングは、第１の実施の形態と
同じである。制御装置２９が、反射鏡１１を移動させる
べきタイミングに達したことを検出した場合には、制御
装置２９はモーターを駆動させ、反射鏡１１を回転させ
る。エンコーダー５２の出力より、予め定めた角度だけ
反射鏡１１が回転したことを制御装置２９が検出した場
合には、制御装置２９はモーター５４を停止させる。こ
れにより、反射鏡１１が１ステップ移動し、レーザー光
が入射する領域が移動する。反射鏡１１の回転角度は、
反射鏡１１上でのレーザースポットが重なり合わない角
度に予め定めておく。本実施の形態では、反射鏡１１上
でのレーザースポット径が縦７ｍｍ、横１５ｍｍで、図
６に示すようにレーザースポットの見込み角は２６度で
あるので、１ステップの回転角は３０゜とした。

【００３５】また、図４および図５の構成で駆動源とし
てモーターを用いているが、圧電素子を用いたアクチュ
エーター等の他の駆動力を用いることも可能である。

【００３６】

【発明の効果】上述してきたように、反射鏡を備えた光
学装置であって、反射鏡の寿命の長い装置を提供するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の露光装置に用いら
れる反射鏡移動装置の構成を示す断面図。

【図２】図１の反射鏡移動装置の上面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の露光装置の全体構
成を示すブロック図。

【図４】本発明の第１の実施の形態の露光装置に用いる
ことのできる別の反射鏡移動装置の構成を示す説明図。

【図５】本発明の第２の実施の形態の反射鏡移動装置の
構成を示す説明図。

【図６】図５の反射鏡移動装置の反射鏡の移動角度を示
す説明図。

【図７】従来の反射鏡を用いた露光装置の全体構成を示
すブロック図。

【図８】図７の露光装置の反射鏡の固定方法を示す説明
図。

【図９】図７の露光装置の反射鏡の固定方法を示す説明
図。

【符号の説明】

１・・・レーザー発振器、２、４、６、８・・・レン
ズ、３・・・フィルター、５・・・組レンズ、７・・・
レチクル、９・・・シリコンウエハ、１０・・・光軸、
１１、１２、１３・・・反射鏡、２１・・・ベースプレ
ート、２２・・・こま、２３・・・永久磁石、２４・・
・溝、２５・・・電磁石、２６・・・反射鏡ホルダー、
２８・・・バンパー、２９・・・制御装置、３１、３２
・・・光検出器、４０・・・シャフト、４１・・・モー
ター、４２・・・ギアボックス、５１・・・反射鏡ホル
ダー、５２・・・エンコーダー、５３・・・ギアボック
ス、５４・・・モーター、５５・・・回転軸、８１・・
・ベースプレート、８２・・・接着剤、８３・・・ホル
ダー、８４・・・ねじ１１０・・・反射鏡移動装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光を反射するための反射鏡と、前
記反射鏡を移動するための移動機構とを有し、前記移動機構は、前記反射鏡を、前記反射鏡の主平面に
含まれる方向に移動させることを特徴とするレーザー光
反射装置。
【請求項２】請求項１に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記反射鏡の反射した光の強度を検出する光検出
部と、前記移動機構の動作を制御する制御部をさらに有
し、前記制御部は、前記光検出部の検出した反射光の強度
が、予め定めた強度に減少した場合に、前記移動機構に
予め定めた量だけ前記反射鏡の移動を指示することを特
徴とするレーザー光反射装置。
【請求項３】請求項１に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記反射鏡にレーザー光が照射された総照射時間
を求める時間検出部と、前記移動機構の動作を制御する
制御部をさらに有し、前記制御部は、前記時間検出部の検出した総照射時間
が、予め定めた時間に達した場合に、前記移動機構に予
め定めた量だけ前記反射鏡の移動を指示することを特徴
とするレーザー光反射装置。
【請求項４】請求項１に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記移動機構の動作を制御する制御部をさらに有
し、前記制御部は、予め定めた周期で、前記移動機構に予め
定めた量だけ前記反射鏡の移動を指示することを特徴と
するレーザー光反射装置。
【請求項５】請求項１に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記移動機構は、前記反射鏡を保持する反射鏡ホ
ルダーと、溝の形成されたベースと、前記溝に沿って前
記反射鏡ホルダーを移動させる駆動部とを備えることを
特徴とするレーザー光反射装置。
【請求項６】請求項５に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記駆動部は、前記溝の内側に並べて配置された
電磁石と、前記反射鏡ホルダーの前記電磁石に対向する
位置に配置された磁石と、前記電磁石の極性を反転させ
ることにより、前記反射鏡ホルダーの移動を制御する制
御部とを有することを特徴とするレーザー光反射装置。
【請求項７】請求項１に記載のレーザー光反射装置にお
いて、前記移動機構は、前記反射鏡を回転移動させる機
構であることを特徴とするレーザー光反射装置。
【請求項８】レーザー光を出射する光源と、前記光源か
ら出射されたレーザー光を通過させて、前記レーザー光
を所望のパターンに整形するレチクルを保持するための
レチクルホルダーと、前記レチクルを通過したレーザー
光を露光する露光対象を保持するための露光対象ホルダ
ーと、前記光源と前記レチクルとの間に配置され、前記
レーザー光の光路を偏向する反射装置とを有し、前記反射装置は、前記レーザー光を反射するための反射
鏡と、前記反射鏡を移動するための移動機構とを備え、前記移動機構は、前記反射鏡を、前記反射鏡の主平面に
含まれる方向に移動させることを特徴とするレーザー光
反射装置を備えた光学装置。