JPH02237012A

JPH02237012A - 露光装置

Info

Publication number: JPH02237012A
Application number: JP1057498A
Authority: JP
Inventors: Naoto Sano; 直人佐野; Masato Aketagawa; 正人明田川; Kazushi Nakano; 一志中野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-19
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810400B2

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】（技術分野）本発明は露光装置に関するものであり、特にエキシマレ
ーザー等のレーザーを露光用光源として用いる露光装置
に関する．〔従来技術〕近年、ＬＳＩ等の集積回路の高集積化に伴い、１μｍ以
下の微細パターンを正確にウエハ上に形成する事ができ
る露光装置が使用されている。

また、装置の解像線巾を更に細かくするために、遠紫外
域の大強度の光を放射するエキシマレーザーを露光用光
源として搭載した露光装置の開発も盛んに行なわれてい
る．この種の露光装置では、レーザー光の断面形状を整形し
た後、被露光基板に対する露光量制御或いはレーザー光
の位置ずれ等を補正するために、レーザー光の光路中に
淘ビームスブリッターを斜設し、このビームスブリツタ
を介してレーザー光の一部を光検出器に導くことがある
。しかしながら、このような方法でレーザー光を光検出
器に導くことは、露光に使用するレーザー光の利用効率
を下げることになり、好ましくない．く発明の概要〉本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、レー
ザー光の光路中にビームスブリッター等を斜設すること
なく、レーザー光の一部を光検出器へ導くことが可能な
露光装置を提供することを目的とする．この目的を達成するために、本発明の露光装置は、レー
ザー光の断面形状を整形する所定形状の光伝達部を備え
た光束整形部材と、該光束整形部材の光伝達部からのレ
ーザー光を該被露光基板に向ける光学系と、該光伝達部
の周囲に入射するレーザー光を光検出器に導くために該
光束整形部材の該光伝達部の近傍に形成した光抽出部と
を有することを特徴としており、光束整形部材の光伝達
部を介して被露光基板へ伝達されない不要な光を光検出
器へ導くように構成している。評、レーザー光の利用効
率を向上させることができ、ウエ八等の被露光基板を露
光する際の露光時間を短縮化することが可能になる。

本発明の露光装置の具体的な形態や更なる特徴は後述す
る実施例に記載されている．（実施例）第１図は本発明の露光装置の一実施例を示す全体の構成
図である．Ａは露光装置本体を示す。１は波長λｗ２４
８．４ｎｍのレーザー光を放射するＫｒＦエキシマレー
ザーであり、防振クッション４上のレーザ一定盤３上に
設置されたＸＹθステージ２上に固定されている。Ｂは
レーザー１からのレーザー光２ｏを露光装置本体１の光
学系へ伝送する伝送光学系であり、図示されたミラー５
を含む複数個の光学部品で構成されている。この伝送光
学系の詳細は後述する。６は照明光学系、９は半導体製
造用の回路パターンが描かれたレチクル、９０はレチク
ルホルダ、１ｏはレチクル９の回路パターンを投影する
為の投影レンズ、１１はレンズ支持台、１２はウエハ（
被露光基板）、１３はウエハ１２を吸着固定するチャッ
ク、１４はＸＹステージ、１５はステッパ一定盤、１６
は防振クッションである。エキシマレーザー１から射出
したレーザー光２０は、伝送系光学Ｂを通過して露光装
置本体Ａの照明光学系６に入射する。

そして照明光学系６でビーム径を拡大された後、レチク
ル９、投影レンズ１０を経て、１２のウェハ上に到達す
る．照明光学系６と投影レンズ１ｏから成る露光用光学
系は、ステッパ一定盤１５に固定されたレンズ支持台１
１によって一体化されて固定されているため、露光装置
本体Ａ内での各光学系の相対位置は実質的に不変である
。レチクル９上には前述のように回路パターンが描かれ
ており、レーザー光で回路パターンを照明することによ
り、投影レンズ１０により１／５に縮小されたパターン
がウエハ１２上に転写される。

ウエハｌ２は、ウエハチャック１３上に真空吸着されて
おり、ウェハチャック１３は、ステーツパ一定盤１５上
に設けられた可動のＸＹス゜テージ４上に固定されてい
る．ウエハ１２をＮＹステージ１４により互いに直交す
るＸおよびＹの２方向に搬送することができ、縮小され
たパターンを、ウエハ上の任意の位置に転写することが
できる。

通常ウエハ１２上には数十ショットの縮小パターンが転
写されるため、ＸＹステージ１４をＸまたはＹ方向にス
テップ穆動させては、レチクル９と投影レンズ１０を介
してレーザー光を各ショットに照射して、各ショットに
パターンの転写を行なうという動作をくり返し行うこと
になる．また、１７はＸＹステージ１４上に固設した光検出器か
ら成る照度計であり、ＸＹステージ１４を駆動すること
により、投影レンズ１０の像面に位置付けられ、投影レ
ンズ１０の像面における照度を測定する．この照度計１
７で測定される照度がウエハ１２面上での照度として見
なされ、露光時の露光量制御のための制御データとして
用いられる。

第２図は第１図に示した伝送光学系の具体的な構成を示
す拡大図であり、本露光装置の特徴となる構成が描かれ
ている．また、第２図において、第１図に描かれた部材
と同一の部材には第１図と同じ符号が符してある。２１
は凹レンズ、２２は凸レンズで、レンズ２１と２２でア
ナモフイックビームエキスパンダー系を構成する．２３
は円形開口（光伝達部）を有する光束整形部材で、第３
図に示すように光束整形部材２３の光伝達部２３Ａの周
囲の所定位置に２個のピンホール２９が形成されている
。２４は光束整形部材２３の円形間口２３Ａを通過した
断面形状が円形のレーザー光を受ける像回転プリズムで
あり、不図示の回転機構により伝送光学系Ｂの光軸を回
転軸として回転可能（図中矢印Ｗ参照）に設置してある
。２５は光束整形部材２９のピンホール２９を通過した
レーザー光を像回転プリズム２４を介して受ける小型反
射鏡で、ピンホール２９からのレーザー光を集光レンズ
２６に向けて反射する．集光レンズ２６は反射鏡２５で
反射したレーザー光をラインセンサ２７上に集光する．
ラインセンサ２７からの光電変換信号は信号線３０を介
してレーザー光束モニター装置３１に入力される．２８
はビームエキスパンダー系であり、光束整形部材２３の
円形開口２３Ａ及び像回転プリズム２４を通過したレー
ザー光を受けて、このレーザー光の光束径を拡大した後
、露光装置本体Ａの照明光学系６へ指向する．エキシマレーザー１から射出したレーザー光は反射鏡５
で反射され、凹レンズ２１と凸レンズ２２から成るビー
ムエキスパンダー系に入射する．エキシマレーザー１か
らのレーザー光の断面形状は、レーザーの放電部の形状
に応じて決まり、通常長方形の形状を有する．本実施例
ではレーザー光の断面形状を長方形から略正方形にする
ために凹レンズ２ｌと、凸レンズ２１を各々トーリック
レンズで構成し、アナモフィックなビームエキスパンダ
ー系としている．従ってこのビームエキスパンダー系（
２１．２２）を通過したレーザー光の断面形状は略正方
形となる．ビームエキスパンダー系（２１．２２）から
のレーザー光は反射鏡５で反射され、光束整形部材２３
に入射する．光束整形部材２３の円形開口２３Ａの直径
は、入射するレーザー光の正方形断面の一辺の長さより
小さく設定されており、円形開口２３Ａの中心とレーザ
ー光の中心は伝送光学系Ｂの光軸上に位置する．従って
、光束整形部材２３の円形開口２３Ａによりレーザー光
の断面形状が円形に変換され、しかもレーザー光の中心
付近の比較的パワー密度が一様な部分が取り出される。

一方、光束整形部材２３の円形開口２３Ａの周囲に入射
して光束整形部材２３で遮光されるレーザー光の一部は
、２つのピンホール２９を通過する．光束整形部材２３
の円形間口２３Ａを通過したレーザー光と２つのピンホ
ール２９を通過した２本のレーザー光は像回転プリズム
２４に入射し、円形間口２３Ａを通過したレーザー光は
ビームエキスパンダー系２８へ向けられ、ピンホール２
９を通過した２本のレーザー光は反射鏡２５へ向けられ
る．像回転プリズム２４を前述の回転機構により回転させる
と、円形開口２３Ａを通過したレーザー光とピンホール
２９を通過した２本のレーザー光が回転し、像回転プリ
ズム２４の光射出側からレーザー光を観察すると、第４
図に示すような形状となる．第４図において、４１は光
束整形部材２３の円形開口２３Ａを通過したレーザー光
の断面であり、４２はピンホール２９を通過したレーザ
ー光の軌跡を示している．像回転プリズム２４を回転さ
せると、第４図に示すように、ピンホール２・９を通過
した２本のレーザー光がリング状の軌跡を描いて回転す
るので、反射鏡２５は２木のレーザー光の軌跡（光路）
上の所定位置に２本レーザー光を同時に反射できるよう
に設置される．また、２本のレーザー光の軌跡を一致さ
せるために、本実施例では光束整形部材２３の円形開口
２３Ａの中心から互いに等しい距離だけ離れた位置に２
つのピンホールを形成した。

本実施例においてレーザー光の光路中に回転可能な像回
転プリズムを設けたのは、光束整形部材２３の円形開口
２３Ａを通過した露光に使用するレーザー光の断面強度
分布を均一化するためである．即ち、光束整形部材２３
でレーザー１から射出したレーザー光の中心部付近の光
を取り出すことにより、比較的パワー密度が均一なレー
ザー光を得ることができるが、レーザー光の断面強度分
布が完全に均一なものではない。とりわけ、エキシマレ
ーザー１から射出するレーザー光は光軸に関して非対称
な強度分布をもつので、この強度分布を少なくとも光軸
に関して対称にしてやる必要がある。そこで、光束整形
部材２３の円形開口２３Ａを通過したレーザー光を像回
転プリズム２４に入射させ、像回転プリズム２４を光軸
を回転軸として回転させることによりレーザー光を光軸
の回りで回転させ、光軸に関して対称でほぼ均一な断面
強度分布をもつレーザー光を形成するのである．従って
、第１図に示す本実施例の露光表面では、ウエハ１２を
レーザー光で露光する時、像回転プリズム２４が回転せ
しめられ、そして断面強度分布がほぼ均一なレーザー光
が照明光学系６で拡大されてレチクル９に向けられる。

さて、反射鏡２５に入射するピンホール２９からの２本
のレーザー光は反射鏡２５で反射されて集、光レンズ２
６を介してラインセンサ２７上に各々集光する．レーザ
ー１から射出するレーザー光は平行光束又は所定の角度
で拡がった（若しくは収斂した）光であり、アナモフイ
ツクビームエキスパンダー系（２１．２２）はこのレー
ザー光を拡大するのみならず平行光束として射出するよ
うに構成される．従って、光束整形部材２３に入射する
レーザー光はレーザー１が正常に動作している限り平行
光束であり、光束整形部材２３の円形間口２３Ａとピン
ホール２９、及び像回転プリズム２４を通過した後の各
レーザー光も同様に平行光束となる。本実施例では、ラ
インセンサ２７の受光面が集光レンズ２６の焦点位置に
くるように両者の位置関係を定めており、集光レンズ２
６が反射鏡２５で反射された２本の各々が平行光束から
成るレーザー光を受けるため、レーザー１が正常に動作
しており、各部材（５，２１，２２，２３．２４）が正
確にセッティングしてあれば、この２本のレーザー光は
集光レンズ２６によりラインセンサ２７の受光面上の同
一位置に集光する．この時のラインセンサ２７の受光面
上で照度分布が第５図（Ａ）に図示してある。第５図（
Ａ）では照度をラインセンサ２７の出力レベルとしてグ
ラフの縦軸に、レーザー光の受光面上の入射位置をグラ
フの横軸にとり、ラインセンサ２７の受光面上での照度
分布が描かれている。

また、前述のようにラインセンサ２７からの出力信号は
信号線３０を介してレーザー光束モニター装置３１に入
力される．本実施例では、レーザー光束モニター装置３
１内のメモリー内に、第５図（Ａ）に示す状態によける
ラインセンサ２７の受光面上での最大照度（ラインセン
サ２７からの出力信号のピーク値）と最大照度を示す受
光面上の位置（出力信号のピーク位置を各々基準強度及
び基準位置として記憶している。そして、ラインセンサ
２７からの出力信号のピーク値とピーク位置の基準強度
と基準位置からのずれを検出することにより、レーザー
光の光束系の変動や拡がり角（平行度）の変動をモニタ
ーしている。例えば、レーザー１の動作特性の変動又は
部材（５．２１．２２）のセッティング位置の変動によ
り光束整形部材２３に入射するレーザー光の拡がり角が
大きくなると、２つのピンホール２９に入射するレーザ
ー光の入射角も変化するので、ラインセンサ２７からの
出力信号は第５図（Ｂ）に示すようになる。また、同様
の原因で光束整形部材２３に入射するレーザー光の光束
径が大きくなると（但し、レーザーの出力が一定、レー
ザー光は平行光束）、２つのピンホール２９に入射する
レーザー光の強度が小さくなるので、ラインセンサ２７
からの出力信号は第５図（Ｃ）に示すようになる．このように、レーザー光の断面形状を整形する光束整形
部材２３の円形開口２３Ａの周囲に形成したピンホール
２９で抽出したレーザー光をラインセンサ２７で検出す
るように構成すれば、レーザー光のウエハ１２の露光の
ための利用効率を高めることができ、ウエハ１２を露光
する時の露光時間を短縮することが可能になる。また、
レーザー光束モニター装置３１でレーザー光の光束径や
拡がり角等を常時モニターすることができるので、照明
光学系６へ入射するレーザー光の光束径や拡がり角の変
動を検出して自動的に修正することも可能になる。特に
、本実施例の如く、レーザー１と露光装置本体Ａを異な
る基台上に設置して、レーザーからのレーザー光を比較
的光路が長い伝送光学系Ｂを介して露光装置本体Ａに導
く場合、伝送光学系Ｂのセッティングを高精度に行わな
ければならないので、伝送光学系Ｂの調整等にラインセ
ンサの出力信号を利用すると有効である。また、レーザ
ー１自身の動作特性の変動も検出可能であるため、レー
ザー１の異常を早期発見できるという利点も生じる。

本実施例では、レーザー１からのレーザー光を更に効率
良く露光装置本体Ａへ導くために、伝送光学系Ｂを構成
するレンズ（２１，２２．２８）及び像回転プリズム２
９をＳｉｎ２で構成している。また、露光装置本体Ａの
照明光学系６中のレンズや投影レンズ１０もＳｉｎ．等
のレーザー光に対して透過率の良い硝材から成る。

第２図において、反射鏡２５は２つのピンホール２９か
らのレーザー光を同時に反射し、集光レンズ２へ向けて
いるが、反射ｕｔ２５の大きさを更に小さくし、２つの
ピンホール２９からのレーザー光を順次反射鏡２５で反
射して集光レンズ２６へ向けラインセンサで交互に受光
するように構成することもできる．また、光束整形部材
２３は円形開口２３Ａによりレーザー光を伝達するもの
であるが、円形開口２３Ａの代りに楕円形の反射面を不
透明基板上に形成して、反射型の光束整形部材とするこ
ともできる．この場合も楕円形反射面で入射レーザー光
の中央部付近を反射して、断面形状が円形のレーザー光
を照明光学系６へ向けて、反射面の周囲に設けた少なく
とも１個のピンホールからのレーザー光をラインセンサ
２６に向ける．反射型の光束整形部材は、例えば、第２
図中のビームエキスパンダー系（２１．２２）と像回転
プリズム２４の間にある反射鏡５の位置にレーザー光を
像回転プリズム２４の方向に反射するように斜設すれば
良く、光束整形部材のピンホールを通過したレーザー光
を直接集光レンズで集光し、ラインセンサ等の光検出器
へ向けることが可能になる。従って、第２図に示す反射
鏡２５の如き光路を折り曲げるための部材が不要になる
。

一方、第２図の構成を若干変更することにより反射鏡２
５と集光レンズ２６を省略することができる。即ち、光
束整形部材２３のピンホール２９からのレーザー光を像
回転プリズム２４に向けることなく直接ＣＣＤ等の２次
元センサアレイで受光し、このセンサアレイの出力をレ
ーザー光束モニター装置３１に入力すれば良い。

上述したいずれの構成であっても、第１図及び第２図が
示す露光装置と同様の効果を得ることができ、第１図に
示すように投影レンズを用いてレチクルの回路パターン
をウエハ上に投影する形態の露光装置に限らず、被露光
基板をレーザー光で走査してパターンを描くような形態
を含む種々の露光装置に本発明は適用できる．以上説明した実施例は、光検出器としてラインセンサや
２次元センサアレイを使用してレーザー光の光束径の変
動や拡がり角の変動を検出するものであったが、本発明
は光検出器をこのような用途に使用する形態に限定され
ない．例えば、光束整形部材のピンホールからのレーザ
ー光を光電変換素子で受光し、光電変換素子からの出力
信号を積算露光計へ入力し、露光量制御を行うような形
態としても良い。この場合も、光束整形部材でけられて
照明光学系へ向けられ槃ないレーザー光を検出するので
、露光に使用するレーザー光の利用効率を向上させるこ
とが可能になる。

また、光検出器へレーザー光を導くために光束整形部材
にピンホールを形成する代りに、微小反射面を光束整形
部材の開口の周囲の所定箇所に形成し、この微小反射面
によりレーザー光を反射して抽出し、光検出器へ向ける
ことも可能である。

（発明の効果〕以上、本発明によれば、光束整形部材の光伝達部の周囲
に入射するレーザー光を光検出器に導く光抽出部を光伝
達部の近傍に形成しているため、レーザー光の光路中に
ビームスブリッター等を斜設することなく、クエ八等の
被露光基板へ伝達されない不要な光を光検出器へ導くこ
とができ、レーザー光の利用効率を向上させた露光装置
を提供することが可能になる。従って、被露光基板を露
光する時の露光時間を短縮することができ、スルーブッ
トの高い露光装置となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る露光装置の一実施例を示す全体構
成図。第２図は第１図に示す伝送光学系の具体的構成を示す拡
大図。第３図は光束整形部材の平面図。第４図は回転している，像回転プリズムから射出するレ
ーザー光の状態を示す模式図。第５図（Ａ）〜（Ｃ）はラインセンサからの出力例を示
すグラフ図。１・・・レーザー　　　　　　６・・・照明光学系、９
・・・レチクル、　　　　　１０・・・投影レンズ、１
２・・・ウエハ、　　　　　　２０・・・レーザー光、
２３轡光束整形部材、　　２３Ａ・・・円形開口、２　
４−・・像回転プリズム、　　２６・・・ラインセンサ
、２９・・・ピンホール２ｑｌヴ日（Ａフ ζβ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザーからのレーザー光で被露光基板を露光す
る露光装置において、該レーザー光の断面形状を整形す
る所定形状の光伝達部を備えた光束整形部材と、該光束
整形部材の光伝達部からのレーザー光を該被露光基板に
向ける光学系と、該光伝達部の周囲に入射するレーザー
光を光検出器に導くために該光束整形部材の該光伝達部
の近傍に形成した光抽出部とを有することを特徴とする
露光装置。
（２）前記光抽出部がピンホールから成り、更に、該ピ
ンホールを通過した光を前記光検出器に導く反射鏡を有
す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。
（３）前記レーザーがエキシマレーザーであり、前記光
伝達部を円形の開口で構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第（２）項記載の露光装置。
（４）前記光検出器がセンサアレイから成り、更に、該
センサアレイと前記反射鏡の間に前記反射鏡が反射した
光を該センサアレイ上に集光する集光レンズを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の露光装
置。
（５）前記光学系は前記光学系の光軸を回転軸として回
転可能な像回転プリズムを有し、前記反射鏡が該像回転
プリズムを介して前記ピンホールからの光を受けること
を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の露光装置
。
（６）前記光検出部が複数個のピンホールから成ること
を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の露光装置
。
（７）更に、前記光検出器で光電変換して得られた信号
を受け、該信号の大きさに応じて前記レーザー光の光束
径の変動を検出する検出手段を有す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。