JPS61278139A - 回折格子露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−
［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ッチの周期的凹凸
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５１−１１４１７１２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ＵｌｉＩ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
−あるいはハーフプリズム等の光分ｉＪ手段〈以下ハー
フミラ−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ず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（ピッチ）は、露光面に対するレーザー
ビ・−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。

よって、露光ミラーの角度を精密制ａｌｌザる必要があ
るが、機械的および組付は精度等により、設定角度と実
際の角度とが異なって、良好な露光精度が得られない恐
れがある。

ところで、上記露光ミラーの角度制御の方法としては、
露光ミラーの回転角をエンコーダで検出し、この検出値
が所定値となるように位置制御を行う方法が考えられる
が、この方式よりも露光ミラーの基準位置を決めておい
て格子周期に応じた角度位置まで該露光ミラーを回動操
作するパルスモータ等の制御を行う方式の方がコンピュ
ータによる制御が容易に行えるものである。

回折格子周期Δは、露光面の法線に対する入射角θに対
してレーザービームの波長をλとすると、△−λ／２ｓ
ｉｎθの関係があり、この格子周期を所望の値に設定す
る際に、その設定値に対応する入射角θを求め、この入
射角が得られるように露光ミラー角を調整するものであ
る。しかし、露光ミラーのＭ準位置での停止精度の誤差
、機械的加工精度あるいは組付は調整精度の誤差等によ
る再現性の誤差があるため、上ｉｃ！ｉＱ定値に対して
常に同じような誤差で実際に露光する格子周期にずれが
生じることになるものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、再現性のある誤差に対応して
精度のよい露光を行うために、２光束干渉法によって回
折格子の干渉縞パターンを露光する装置に、露光形成し
た回折格子の周期の実測値を求める検証手段を備えると
ともに、この実測値に基づいて露光ミラーの制御量を修
正するコントロールユニットを億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、回折格子周期の設定値に
基づく露光ミラーの角度制御を行って露光形成した回折
格子に、レーザービームを照射して回折格子周期の実測
値を求める検証手段を備えるとともに、上記検証手段に
よる複数の実測値をその設定値と比較し、補間処理を施
して補正テーブルを作成し、設定値に一致する実測値を
得るべく該設定値を上記補正テーブルに基づいて実測値
に対応する値に補正して露光ミラーの制ｔ！ｌ１ｆｆｔ
を修正するコントロールユニット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、検証手段によって格子周期の複数の実
測値を求めて、これに基づいてコントロールユニットで
設定値を実測値に対応する値に補正して露光ミラーの制
御量を修正することにより、設定値に対応して同様の再
現性のある誤差に対処して実際に露光する周期を設定値
と一致させることができ、精度の高い露光が実施できる
ものである。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

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ッ
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３２
５０オングストローム）を使用する。上ｉｋ！露光用レ
ーザー発振器１の投光部に、レーザービームＬを連断す
るインターロック用シャッター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によって直角方向に反射され、第
２レンズ１５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によってビーム径が拡大され、第３ミ
ラー１７によってさらに直角方向に反射され、露光用シ
ャッター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１日に導かれる。上記露光用レー
デ−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−１９に
よってレーザービームＬが２光束Ｌｌ。

Ｌ２に分れ、ハーフミラ−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）によって所定の入射角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−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２２、
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）によって
、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２８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の駆動によって、
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。ミラ一部３２を支持したフレーム３
３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
によっ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！１８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にはカップリ
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によって検出される。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０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ッチ素子である。

一方、基板１０を着脱自在に装着する試料台５は第５図
にも示ずように、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
って操作される。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の作動によって操作される。

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によっ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の側端面が男開面に形成されてＭＦ％而１
面ａ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ッチである。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（フォトセンサー）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によってスライドステージ４６の上部の軸受
部４６ａに支承され、外周部に配設されたスイッチ素子
５Ｇの作動によって回転範囲が規制され、原点位置く試
料着脱位Ｍ）が設定される。上記回転軸５５にはカップ
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によっ
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によって駆動され、
試料台５の前模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５５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６
３．６４　（プリズム）によって露光部１８内に入り、
露光用の第２光束Ｌ２と平行にハーフミラ−６５を経て
第９ミラー６６で反射されて基板１０の基準面１０ａ（
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−６
５で反射されて光検出器６７（フォトセンサー）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１１ツタ−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
Ｍ準位層に設置され、その光ｍが設定値以上になった際
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７５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によって
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によっ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によって変更可能に支
持されている。さらに、回転台７８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１夷読取器８８が設置され、その測定値が前記表示
８１Ｓ７９に表示される。なお、回転台７８はマニュア
ル操作によって回転され、微調整が調整機構８５によっ
て行なわれる。

上記検証手段７は、前記１−１　ｅ　−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を８Ｉ３よびレ
ーザビーム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７
７の回転調整によって行う。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Ｗ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
整を行って、そのときの角度を角度読取器８８によって
読み取り、０次光と１次光とのなす角度０（回折角度）
を測定する。

この回折角度θと回折格子周期△との間には、レーザー
ビームの波長をλとした時に、△−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、実際に露光した格子周期を求めて
検証するものである。

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によって覆われ、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１Ｉ９ａ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８ｂ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ョン８０によって
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、は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。

上記露光装置の露光条件は、第９図のシステム構成図に
示すように、コントロールユニット９０のコンピュータ
によってＩ制御する。すなわち、上記コントロールユニ
ット９０は、露光ミラー３゜４の角度制御により干渉縞
のピッチを変更調整して格子周期を制御する一方、この
格子周期に対応して試料台５のストローク移動をＩＩ整
し、また、試料台５の回転調整により基板１０の基準位
置決めを行い、さらに、露光用シャッター２５の開閉作
動により露光時間をｖ制御ザるものである。そして、上
記コン（−ロールユニット９０には、キーボード９１か
らの格子周期設定値の指令が入力されるとともに、検証
手段７で求めた実３１１値と設定値との関係のデータが
入力され、これに基づいて補正テーブルを作成し、設定
値の補正釘よってミラー角度を修正する格子周期の補正
機能を有している。また、露光ｌＩ＃間に関しては、光
量センサー５４による光１［定からのレーザービームの
パワーに対応する検出信号、キーボード９１からの指令
が入力される。なお、露光時の露光ミラー３．４の角度
は表示器９２に表示される。上記露光ミラー３．４の角
度制御は、この露光ミラー３．４を原点位置に作動し、
この状態から移動角度に対応する駆動パルス信号をパル
スモータ４０に出力し、所定角度まで回転させて行うも
のである。

上記コントロールユニット９０のＩＩ　Ｉｌｌによる露
光装置の処理としては、第１０図（Ａ）のフローチャー
トに示すような本露光処理がある。このフローチャート
（Ａ）は、本露光処理を行う際のサブルーチンである。

まず、本露光を行う場合には、ステップＳ１で露光する
回折格子の格子周期（ピッチ）を設定入力すると、コン
トロールユニット９ｏはステップＳ２でこの格子周期の
設定値に対応して、予め作成しである補正テーブルから
その値を補正して補正設定値を求める。続いて、ステッ
プＳ３でこの補正値に基づいて露光ミラー角度および試
料台５のストローク移動量を算出し、ステップＳ４でこ
の露光ミラー角度およびストローク移動量に応じたパル
スモータ４０．４８の駆動パルスを算出する。そして、
上記ミラー角駆動パルスをパルスモータ４０に出力して
露光ミラー３．４の角度制御を行う（ステップ８５）。

また、ステップＳ６で露光時間を設定する。この露光時
間は、設定値の入力もしくは自動露光の場合は光量セン
サー５４の検出信号に応じて演算設定する。

続いて、試料台５に基板１０を装着し、ステップＳ７で
試料装着をチェックした後、ステップＳ８で位置決め手
段６の回転パルスモータ４７を駆動して試料台５を試料
着脱位置から露光位置に回転し、基板１０の基準面１０
ａに対する位置決め用レーザーＬ３の反射ビームＬＡが
光検出器６７に入射した時にその回転を停止し、基板１
０の基準位置決めを行うとともに、ステップＳ９で試料
台５のストローク用パルスモータ４８を駆動して、試料
台５の所定位置へのストローク移動制御を行う。この状
態から露光シャッター２５を開放して露光を開始しくス
テップ５１０）、前記露光時間経過後に関して干渉縞パ
ターンの露光を終了するものである（ステップ＄１１）
。

１配本露光処理におけるステップＳ２で設定値の補正に
使用する補正テーブルは、第１０図（Ｂ）のフローチャ
ートに示すようなサブルーチン処理によって作成するも
のである。この補正テーブルを作成するためには、予め
試験的に補正テーブル用露光処理を行い、その露光形成
した回折格子を検証し、そのデータをもとに作成するも
のである。

補正テーブル用露光処理は、ステップ８２０で格子周期
の設定値を入力し、この設定値に基づいてステップＳ２
１でミラー角およびストローク移動量を棹出し、この後
、ステップ８２２〜Ｓ２９で前記本露光処理のステップ
＄４〜８１１と同様に露光を行う。露光を終了した基板
１０は、ステップＳ３０で格子周期を測定し、そのデー
タを入力する。この測定は、露光後の基板１０を試料台
５から取り外し、現像、エツチング処理を施して回折格
子を形成した後、検証手段７の検証ステージ７６に装置
し、その回折光の角度を読み取り、館述した関係式によ
って実測値格子周期を求めるものである。上記回折格子
の露光および格子周期の実測は、複数の格子周期の設定
値で行い、この設定値と実際に露光された格子周期の実
測値とのデータを入力する。このデータをメモリに記憶
し、ステップ８３１で設定値と実測値との関係を補間処
理を施して補正テーブルを作成するものである。

第１１図は、上記補正テーブルの作成方式をグラフ化し
たものである。横軸の設定値格子周期はコントロールユ
ニット９０に指令する格子周期の設定値であり、この設
定値に基づいてコンピュータは露光ミラー３．４の角度
を演埠し、対応するパルスモータ４０の制御量を求めて
駆動制御するものである。縦軸の実１ｌｌＩｌ値格子周
期は、補正テーブル用露光処理によって上記設定値に対
して実際に露光形成された格子周期の実３ｉｌｌ値であ
り、露光装置の各部品の加工誤差、組付は誤差、駆動系
の作動誤差等の誤差がないとすれば、両者は一致して破
線で示す直線上に実測値が位置するものである。しかし
、上記誤差等により、各実測値は破線からずれ、例えば
、Δ３の設定値に対して実測値はへ３′を示している。

そして、各実測点を通るように、補間処理を施して実線
のような補正カーブを作成し、この補正カーブに基づい
て補正テーブルを作成し、メモリに記憶するものである
。この補正テーブルは、例えば、設定値として八３の格
子周期指令入力があった場合に、この設定値を補正しな
いと同様の再現性でΔ３′の格子周期が露光されるが、
実測値がΔ３となるように補正カーブに沿って縦軸実測
値の△、の値に対応する横軸の設定値を△３″に補正し
、この△３゛′を設定入力指令として、露光ミラー３，
４の制御量をｅＪ譚するものである。

これにより、実際に露光される格子周期は設定値Δ３と
一致した△、の値となり、この補正機能により高い露光
精反が得られるものである。

なお、上記実施例においては、第１１図の補正カーブの
グラフがコントロールユニット９０のＣＲＴに表示され
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ＩＶ　−ＩＶ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、 第９図は露光ｉ置の作動系統を示すシステム構成図、 第１０図Ａ、Ｂはフローチャート図、 第１１図は補正デープルの作成方式の一例を示すグラフ
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・・・・・・露光用シャッター ７６・・・・・・検証ステージ　　８８・・・・・・角
度読取器９０・・・・・・コントロールユニット９１・
・・・・・キーボード 第４閃 第６図 第８Ｎ 匹 第１０図 （Ａ） （Ｂン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、露光ミラーの角度調整によつて感光材
   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って、回折格子
   周期の設定値に基づく露光ミラーの角度制御により露光
   形成した回折格子にレーザービームを照射して回折格子
   周期の実測値を求める検証手段を備えるとともに、上記
   検証手段による異なる設定値に対する複数の実測値をそ
   の設定値と比較し、補間処理を施して補正テーブルを作
   成し、設定値に一致する実測値を得るべく該設定値を上
   記補正テーブルに基づいて実測値に対応する値に補正し
   て露光ミラーの制御量を修正するコントロールユニット
   を備えたことを特徴とする回折格子露光装置。