JPH1012957A

JPH1012957A - ビーム制御装置及びこれを用いた露光装置

Info

Publication number: JPH1012957A
Application number: JP8184009A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Nakajima; 利治中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザビームの性能（ビーム品質）を常に良
好な状態に保つこと。【解決手段】検出手段（１３，１４）によって、レー
ザ光源（１）から出射したレーザビームの性能を検出す
る。演算手段（２８）において、検出の結果に基づき、
レーザビームの正常時の性能に対する検出された性能の
誤差量を算出する。そして、補正手段（２９，３０〜３
６他）により、算出された誤差量に基づいて、レーザビ
ームの性能を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム制御装置及
びこれを用いた露光装置に関し、特に、露光装置の露光
用の光として使用されるレーザビームの性能を制御する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置をはじめ種々の技
術分野においてレーザビームの使用及び研究が盛んに行
われている。半導体製造用の露光装置においては、製造
されるべきＬＳＩの高密度化に伴い、高解像性能が要求
されてきている。露光装置の解像力を向上させるために
は、露光光の波長を短くする必要がある。歴史的に見
て、露光用の光としては、水銀ランプのｇ線（波長４３
６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレ
ーザ（波長２４８ｎｍ）というように、ＤＲＡＭ（ダイ
ナミック型・ランダム・アクセス・メモリ）の容量が増
加するに伴って、露光光の波長が短くなってきている。
そして、１ＧＤＲＡＭの製造には、光源としてＡｒＦエ
キシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の使用が検討されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光光
の短波長化により高解像度が得られる反面、光源を長期
間使用した場合に、放電チャンバー内の金属製の放電電
極が放電によって削られてしまうことがある。特に、Ａ
ｒＦエキシマレーザ光は、これまで使用されてきた露光
光に比べて波長が更に短いため、電極の磨耗が顕著であ
る。水銀ランプは、光源の構造上、放電電極の磨耗の問
題はあまり生じない。また、ＫｒＦエキシマレーザは、
放電方法（回路）の改良及び放電電極の材質、形状の改
良により、放電による電極の劣化をある程度抑えること
ができる。

【０００４】光源の放電電極が磨耗すると、光源から出
力されるレーザ光の出射位置，ビームの大きさ，ビーム
の広がり角及び射出方向が徐々に変化してしまう。その
結果、露光装置においては、オプティカルインテグレー
タ（フライアイレンズ）の照射領域が変わり、以下のよ
うな（１）〜（４）のような不都合が生じる。

【０００５】（１）ビームの大きさの変化フライアイレンズに入射するビームの断面積が大きくな
ると、フライアイレンズの周辺で遮光される光の量が多
くなり、ウエハ等の感光基板上での照度が低下してしま
う。また、逆に、ビームの大きさが小さくなると、フラ
イアイレンズ内のレンズエレメントの中に光が入射しな
いエレメントが存在し、ウエハ面上での照度ムラが発生
する。

【０００６】（２）ビーム出射位置の変化光源から出射するビームの出射位置が変化すると、フラ
イアイレンズ全体にビームが照射されなくなり、フライ
アイレンズの周辺で遮光される光の量が増加し、ウエハ
上での照度が低下することになる。また、ビームの射出
位置の変化により、ビームの大きさが小さくなった場合
と同様に、フライアイレンズ内のレンズエレメントの中
に光が入射しないエレメントが存在し、ウエハ面上での
照度ムラを生じる。

【０００７】（３）ビームの広がり角の変化光源から出射するビームの広がり角が変化すると、露光
装置の照明系内での共役位置がずれてしまい、フライア
イレンズの入射面での照射領域の変化により、照度低下
及び照度ムラが発生する。

【０００８】（４）ビームの出射方向の変化光源から出射するビームの出射方向（角度）が変化する
と、フライアイレンズの入射端面での照度低下及び照度
ムラが発生し、露光装置の照明系内で共役をとる位置が
変化するため、テレセントリック系のずれが生じる。ま
た、他の光学部材（リレーレンズ，シリンダズーム，ズ
ームエキスパンダ等）上でビームが、光学部材の径から
はみ出してしまう（所謂ケラレ）という問題もある。

【０００９】本発明は上記のような状況に鑑みて成され
たものであり、レーザビームの性能（ビーム品質）を常
に良好な状態に保つことができるビーム制御装置を提供
することを目的とする。

【００１０】また、レーザビームの性能（ビーム品質）
を常に良好な状態に保つことによって、常に良好な照明
状態で露光作業を行い得る露光装置を提供することを他
の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するために、本発明のビーム制御装置は、レーザ光源
（１）から出射したレーザビームの性能を検出する検出
手段（１３，１４）と；この検出の結果に基づき、レー
ザビームの正常時の性能に対する検出された性能の誤差
量を算出する演算手段（２８）と；このように算出され
た誤差量に基づいて、レーザビームの性能を補正する補
正手段（２９，３０〜３６他）とを備えている。検出手
段（１３，１４）は、上記性能として、レーザ光源
（１）から出射するレーザビームの出射位置，ビームの
大きさ，広がり角及び出射方向の内の少なくとも１つを
検出するように構成することができる。

【００１２】また、上記のようなビーム制御装置を使用
した本発明の露光装置においては、レーザ光源（１）の
性能を監視する検査モード中に、マスク（２４）に向か
う光を検出手段（１３，１４）に導く光路切換手段（８
８）を備えるように構成しても良い。この時、検出手段
（１３，１４）と光路切換手段（８８）の間に、レーザ
ビームのエネルギーを減衰させる減衰手段（９０）を設
けることが望ましい。

【００１３】

【作用】上記のような構成の本発明において、例えば、
レーザビームの照度分布を均一化するフライアイレンズ
（１６）を使用した場合、光源（１）からの光学距離が
フライアイレンズ（１６）と同じになる位置に、ビーム
位置・大きさモニタ（１３）を配置してビームの位置と
大きさを検出する。また、このモニタ（１３）から得ら
れた情報を基に、照明光学系内の折り曲げミラー（３，
５，８）、ズームエキスパンダー（１０）、シリンダズ
ームレンズ（４）、リレーレンズ（２，７）等の光学部
品を微調整して、フライアイレンズ（１６）でのビーム
のずれが最少になるような制御を行う。

【００１４】また、ビーム位置・大きさを計測するモニ
タ系（１３）への光をさらに分割し、分割した光の光路
上にそれぞれレンズを配置し、そのレンズを透過するレ
ーザビームの集光点のデフォーカスおよび、光路に垂直
な面内での集光点の位置ずれを計測する。そして、この
ような計測結果に基づいて、光源（１）のビーム出射方
向のずれ、ビーム発散角（広がり角）の変化を検出す
る。その後、このように検出されたデータに基づき、例
えば、照明光学系内の折り曲げミラー（３，５，８）、
ズームエキスパンダー（１０）、シリンダズームレンズ
（４）、リレーレンズ（２，７）等の光学部品を微調整
して、フライアイレンズ（１６）に入射するレーザビー
ムの角度ずれが最少になるような制御を行う。

【００１５】上記のようなレーザビームの性能の検出及
び補正は、光源（１６）の諸性能を確認するためのセル
フロック発光時に行う。すなわち、露光装置における露
光作業やアライメント作業以外の時間に、レーザビーム
の性能制御を行うことにより、スループットを低下させ
ることなく光学系の微調整を行なうことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を以下
に示す実施例に基づいて説明する。本実施例は、半導体
デバイス製造用の投影露光装置に本発明を適用したもの
である。

【００１７】

【実施例】図１は、本実施例にかかる投影露光装置の全
体の構成を照明系を中心に示す。本実施例において、露
光用のレーザ光を射出する光源１は、ＡｒＦエキシマレ
ーザである。光源１から出射したレーザ光をレチクル２
４側に導く照明光学系は、リレーレンズ２，７と、レー
ザ光源１から出射したビームの方向を変えるミラー３，
５，８，１１，２２と、長方形状のビームを成形するシ
リンダズームレンズ４と、減光手段としてのメッシュフ
ィルター９（あるいはＮＤフィルター）と、ビームの大
きさを調整するズームエキスパンダ１０と、レチクル２
４上を均一に照明するための第１フライアイレンズ１６
及び第２フライアイレンズ１７と、照明系のＮＡ（開口
数）を形成するためのσ絞り１８と、レチクル２４の照
射範囲を規制するレチクルブラインド２０と、第２フラ
イアイレンズ１７の出口，レチクルブラインド２０及び
レチクル２４の共役をとるためのリレー系１９，２１
と、レチクル２４上に焦点を合わせるためのコンデンサ
レンズ２３とを備えている。

【００１８】上記のような照明光学系の中で、レーザ光
源１の出射口あるいはレーザ共振器の出口ミラー（図示
せず）と第１フライアイレンズ１６とは、リレーレンズ
２，７によって共役な関係が保たれている。シリンダズ
ームレンズ４は、レーザ光源１から出射したレーザビー
ムを第１フライアイレンズ１６の形状に合わせた長方形
状に成形する。また、ズームエキスパンダ１０は、ビー
ムの大きさを第１フライアイレンズ１６の大きさに合わ
せるように構成されている。

【００１９】上記のような構成の本実施例において、レ
ーザ光源１から出射し照明系内に導かれたエキシマレー
ザ光は、リレーレンズ２を透過し、ミラー３で反射した
後、シリンダズームレンズ４に入射する。シリンダズー
ムレンズ４において、断面形状を長方形に成形されたレ
ーザビームは、ミラー５，リレーレンズ７，ミラー８，
メッシュフィルタ９を介してズームエキスパンダ１０に
入射する。ミラー５を透過した光は、エネルギーモニタ
６によって検出される。ズームエキスパンダ１０で大き
さを調整されたレーザビームは、ミラー１１で反射して
第１フライアイレンズ１６に入射する。一方、ミラー１
１を透過した僅かな光は、ミラー１２，１５によって出
射位置・大きさモニタ１３と広がり角・出射方向モニタ
１４で検出される。

【００２０】第１フライアイレンズ１６によって照度均
一化が図られた光は、第２フライアイレンズ１７，σ絞
り１８，リレー系１９，レチクルブラインド２０，リレ
ー系２１及びミラー２２を介してコンデンサレンズ２３
に入射する。コンデンサレンズ２３を透過したレーザ光
は、レチクル上２４に均一な照度分布で照射され、レチ
クル２４に形成されたパターンの像が投影光学系（投影
レンズ）２５によって所定の倍率に縮小され、ウエハな
どの感光基板２６上に投影される。基板ステージ２７上
に載置された感光基板２６上には、エキシマレーザ光に
感度を有するフォトレジストが塗布されており、レチク
ル２４に形成されたパターンの像で露光されるようにな
っている。

【００２１】本実施例の照明系には、以上のような光学
的な構成の他に、エキシマレーザ光源１のエネルギーの
ばらつきを計測するエネルギーモニタ６と、レーザ光源
１から出射したレーザビームの出射位置及び大きさを計
測する出射位置・大きさモニタ１３と、当該レーザビー
ムの広がり角及び出射方向（角度）を計測する広がり角
・出射方向モニタ１４と、レチクル２４上で照射される
エネルギー密度を計測するインデグレータセンサ（図示
せず）とから成る計測系が備えられている。このような
計測系の中で、出射位置・大きさモニタ１３と広がり角
・出射方向モニタ１４とは、ズームエキスパンダ１０と
第１フライアイレンズ１６の間に配置されたミラー１１
の透過光を利用して計測を行うようになっている。ま
た、出射位置・大きさモニタ１３は、当該モニタ１３の
受光面からエキシマレーザ光源１の出口までの光学距離
と、第１フライアイレンズ１６の入り口からエキシマレ
ーザ光源１の出口までの光学距離とが互いに等しくなる
ような位置に配置されている。

【００２２】図２に示すように、エネルギーモニタ６、
出射位置・大きさモニタ１３、広がり角・出射方向モニ
タ１４の出力信号は、演算処理ユニット２８に供給され
るようになっている。演算処理ユニット２８は、各モニ
タ（６，１３，１４）からの検出信号に基づいて、駆動
系３０〜３６の駆動量等に関する所定の演算を行うよう
になっている。すなわち、光源１から出射したレーザビ
ームの諸性能（ビーム出射位置，大きさ，広がり角，出
射方向）を正常状態に補正するための演算を行う。正常
状態とは、例えば、光源１の初期調整時の状態とするこ
とができる。制御装置２９は、演算処理ユニット２８の
出力信号に基づき、駆動系３０〜３６を介して、リレー
レンズ２，ミラー３，シリンダズームレンズ４，ミラー
５，リレーレンズ７，ミラー８，ズームエキスパンダ１
０を駆動制御するようになっている。

【００２３】次に、出射位置・大きさモニタ１３による
レーザ光の出射位置及び大きさの検出方法及び、補正方
法について図３〜図５を参照して説明する。照明光学系
内を通過して第１フライアイレンズ１６に入る直前のエ
キシマレーザ光は、図３（Ａ）のように四角形状のビー
ム６０となっている。図３（Ａ）において、縦方向がレ
ーザ光源１のカソード・アノード間の方向を示し、横方
向がエキシマレーザガスが流れる方向に相当する。ビー
ム６０の強度分布は、横方向の強度分布がガウシアン関
数形状６４、縦方向がトップハット形状６２となってい
る。このようなビーム６０に対して出射位置・大きさモ
ニタ１３を図３（Ｂ）のように配置する。

【００２４】出射位置・大きさモニタ１３は、正方形状
に配置された４つの２分割センサＡ，Ｂ，Ｒ，Ｌと、そ
の中心に配置された１つの非分割センサＣとから構成さ
れている。２分割センサＡ，Ｂ，Ｒ，Ｌは、それぞれ内
側受光部（ＡＩ，ＢＩ，ＲＩ，ＬＩ）と外側受光部（Ａ
Ｏ，ＢＯ，ＲＯ，ＬＯ）とから構成されている。各セン
サの内側受光部と外側受光部の分割位置（境界線）の向
きは、図３（Ｂ）に示すように、センサＡ，Ｂは横向き
に、センサＲ，Ｌは縦向きになるようにそれぞれ配置す
る。センサＣは、ビーム６０中心の光量を計測し、ビー
ム全体のエネルギー量を代表させるようになっている。

【００２５】センサＡの分割線の位置、回転角度、セン
サ本体の傾斜は、内側受光部ＡＩによる検出値ＡＩと、
外側受光部ＡＯによる検出値ＡＯに関する以下の式
（１）に示す値が最大になるように調整される。

【００２６】（ＡＩ−ＡＯ）／Ｃ・・・・（１）

【００２７】ここで、上記式（１）に示す値が最大にな
るのは、強度分布波形６４の傾きが最大になる位置、す
なわち、傾斜の略中央付近にセンサＡの分割部分が対応
するように当該センサを配置した場合となる。

【００２８】センサＢ、Ｌ、Ｒについても同様に下記の
式（２），（３），（４）に示す値がそれぞれ最大にな
るように微調整して取り付ける。各センサＡ，Ｂ，Ｌ，
Ｒを以上のように配置することにより、出射位置・大き
さモニタ１３は、ビーム射出位置及びビーム形状の変化
を最も高い感度で検出できることになる。

【００２９】（ＢＩ−ＢＯ）／Ｃ・・・・（２）（ＬＩ−ＬＯ）／Ｃ・・・・（３）（ＲＩ−ＲＯ）／Ｃ・・・・（４）

【００３０】演算処理ユニット２８においては、センサ
Ａ，Ｂ，Ｌ，Ｒの各分割受光部の和（ＡＩとＡＯ，ＢＩ
とＢＯ，ＲＩとＲＯ，ＬＩとＬＯ）を以下の式（５）〜
（８）ように、それぞれＡｗ，Ｂｗ，Ｌｗ，Ｒｗとして
求める。

【００３１】Ａｗ=ＡＩ＋ＡＯ・・・・（５）Ｂｗ=ＢＩ＋ＢＯ・・・・（６）Ｌｗ=ＬＩ＋ＬＯ・・・・（７）Ｒｗ=ＲＩ＋ＲＯ・・・・（８）

【００３２】次に、上記のような出射位置・大きさモニ
タ１３の各センサＡ，Ｂ，Ｌ，Ｒの出力値に基づく、レ
ーザビームの出射位置の計測方法及び補正方法について
説明する。演算処理ユニット２８は、ビームの縦方向の
位置ＰＶおよび横方向の位置ＰＨを以下の式（９），
（１０）のように表す。

【００３３】ＰＶ=（Ａｗ−Ｂｗ）／２Ｃ・・・・（９）ＰＨ=（Ｌｗ−Ｒｗ）／２Ｃ・・・・（１０）

【００３４】演算処理ユニット２８は、露光装置の光軸
調整直後における第１フライアイレンズ１６に入射する
光の縦方向及び横方向の値ＰＶ０とＰＨ０を初期値とし
て以下の式（１１），（１２）ように予め求め、記憶し
ておく。

【００３５】ＰＶ０=（Ａｗ−Ｂｗ）／２Ｃ・・・・（１１）ＰＨ０=（Ｌｗ−Ｒｗ）／２Ｃ・・・・（１２）

【００３６】図４は、光源１の初期調整時の状態（正常
状態）でのビーム６０と、縦方向にずれたビーム６６と
を２分割センサＡ，Ｂで検出する様子を示す。ここで、
初期状態のビーム６０においては、センサＡ，Ｂによっ
て検出される値Ａｗ（＝ＡＩ＋ＡＯ）とＢｗ（＝ＢＩ＋
ＢＯ）がほぼ等しくなるため、値ＰＶは約０となる。一
方、縦方向上にずれたレーザビーム６６においては、値
Ａｗが初期状態の時より大きくなり、値Ｂｗは初期状態
の時より小さくなるため、値ＰＶ（＝（Ａｗ−Ｂｗ）／
２Ｃ）は初期状態の時より大きな値となる。そこで、演
算処理ユニット２８は、初期状態（正常状態）でのビー
ム６０の縦方向及び横方向の値ＰＶ０，ＰＨ０と、縦方
向にずれたビーム６６の実際の計測値ＰＶ，ＰＨとの差
を求める。また、その差が以下の式（１３），（１４）
に示すように０となるような、照明光学系のミラー３，
５，８の位置（駆動量）を算出する。そして、このよう
に算出されたデータに基づき、制御装置２９により駆動
系３５，３３，３１を介してミラー３，５，８を前後に
移動させる。

【００３７】｜ＰＶ−ＰＶ０｜ → ０・・・・（１３）｜ＰＨ−ＰＨ０｜ → ０・・・・（１４）

【００３８】次に、出射位置・大きさモニタ１３を用い
たレーザビームの大きさの検出及び、補正方法について
説明する。本実施例においては、レーザビームの縦方向
および横方向の大きさＳＶ，ＳＨは、演算処理ユニット
２８により、以下の式（１５），（１６）のように表さ
れる。

【００３９】ＳＶ=（Ａｗ＋Ｂｗ）／２Ｃ・・・・（１５）ＳＨ=（Ｌｗ＋Ｒｗ）／２Ｃ・・・・（１６）

【００４０】演算処理ユニット２８は、露光装置の光軸
調整直後における第１フライアイレンズ１６に入射する
光の縦方向及び横方向の値ＳＶ０とＳＨ０を初期値とし
て以下の式（１７），（１８）ように求め、記憶してお
く。

【００４１】ＳＶ０=（Ａｗ＋Ｂｗ）／２Ｃ・・・・（１７）ＳＨ０=（Ｌｗ＋Ｒｗ）／２Ｃ・・・・（１８）

【００４２】図５は、初期状態（正常状態）でのビーム
６０と、縮小したビーム６８と拡大したビーム７０とを
２分割センサＡ，Ｂで検出する様子を示す。ここで、縮
小したビーム６８に対する値ＳＶは、初期状態のビーム
６０の値ＳＶ０に比べて小さくなる。また、拡大したビ
ーム７０に対する値ＳＶは、初期状態のビーム６０の値
ＳＶ０に比べて大きくなる。そこで、演算処理ユニット
２８は、初期状態（正常状態）でのビームの縦方向及び
横方向の値ＳＶ０，ＳＨ０と、実際に計測された値Ｓ
Ｖ，ＳＨとの差を求める。また、その差が以下の式（１
９），（２０）のように０となるような、シリンダズー
ムレンズ４、ズームエキスパンダ１０の駆動量を算出す
る。そして、このように算出されたデータに基づき、制
御装置２９により駆動系３４，３０を介してシリンダズ
ームレンズ４、ズームエキスパンダ１０を駆動調整す
る。

【００４３】｜ＳＶ−ＳＶ０｜ → ０・・・・（１９）｜ＳＨ−ＳＨ０｜ → ０・・・・（２０）

【００４４】以上、光源１から出射したレーザビームの
出射位置及び大きさについて、センサＡ，Ｂによる１方
向（上下方向）の計測方法及び補正方法について説明し
たが、センサＬ，Ｒによる他方向（左右方向）の計測及
び補正動作もセンサＡ，Ｂの場合と同様に行う。ここで
は、その説明を省略する。

【００４５】次に、本実施例によるレーザビームの広が
り角及び出射方向（角度）の検出方法及び補正方法につ
いて説明する。図６は、レーザ光源１から出射したレー
ザビームの広がり角及び出射方向（角度）を検出する広
がり角・出射方向モニタ１４の構成を示す。広がり角・
出射方向モニタ１４は、ミラー１５（図１参照）で反射
したレーザビームをミラー５１によって２分割し、ミラ
ー５１で反射した光を出射方向の検出用とし、ミラー５
２で反射した光を広がり角の検出用として使用するよう
になっている。

【００４６】ビームの広がり角を検出する系は、ミラー
５２の後方に配置された集光レンズ５４と、該レンズ５
４の焦点の位置に配置されたピンホールセンサ５６とか
ら構成されている。そして、このセンサ５６、あるいは
集光レンズ５４をレーザビームの進行方向に沿って前後
に振動させることにより、レーザ光源１から出射したレ
ーザビームの広がり角を検出するようになっている。す
なわち、レーザビームの広がり角によって変化する集光
レンズ５４の焦点位置を観察することによってレーザビ
ームの広がり角を計測する。

【００４７】まず、図７及び図８を用いて、ピンホール
センサ５６による広がり角の検出動作について説明す
る。光源１から出射したレーザビームの広がり角が正常
であり、図７（Ａ）に示すように、集光レンズ５４の焦
点位置とピンホールセンサ５６との位置が一致する場合
には、ピンホールセンサ５６が集光レンズ５４の焦点の
前後に振動することになる。従って、ピンホールセンサ
５６によって２周期分の光強度波形が検出される（図７
（Ｂ）参照）。そこで、最初に、集光レンズ５４の焦点
位置Ｆ０にピンホールセンサ５６を配置して初期キャリ
ブレーションを行う。図７（Ａ）において、波形Ｃ１は
ピンホールセンサ５６を初期焦点位置Ｆ０に対して１方
向（往路）に駆動したときに検出されるレーザビームの
強度を示し、波形Ｃ２はピンホールセンサ５６を他方向
（復路）に駆動したときに検出されるレーザビームの強
度を示す。また、図７（Ｂ）は、上記のように検出され
た波形Ｃ１とＣ２とを合成した１サイクル分の波形Ｃ３
を示す。波形Ｃ３から分かるように、レーザ光源１から
出射するレーザビームの広がり角が正常の場合（初期状
態）には、レーザビームの強度分布は２周期分の周期関
数として検出される。

【００４８】その後、レーザ光源１から出射するレーザ
ビームの広がり角が変化し、図８（Ａ）に示すように、
初期焦点位置Ｆ０より手前で焦点が合っている場合に
は、ピンホールセンサ５６を初期焦点位置Ｆ０の前後に
１方向（右から左）に駆動したときに検出される強度波
形はＣ４のようになる。また、他方向（左から右）に駆
動したときに検出される強度波形はＣ５のようになる。
図８（Ｂ）は、上記のように検出された波形Ｃ４とＣ５
を合成した１サイクル分の波形Ｃ６を示す。波形Ｃ６か
ら分かるように、レーザ光源１から出射するレーザビー
ムの広がり角が正常な状態からずれている場合には、図
７（Ｂ）に示すような２周期分の波形Ｃ３は得られず、
図８（Ｂ）のような波形Ｃ６となる。

【００４９】そこで、レンズ５４の初期焦点位置Ｆ０と
実際に計測した焦点位置Ｆとの差を求める。また、レン
ズ５４の焦点Ｆが初期焦点位置Ｆ０に位置するように、
すなわち、以下の条件式（２１）を満たすように、演算
処理ユニット２８によって、リレー系２，７、シリンダ
ーズーム４、ズームエキスパンダ１０の調整量を算出す
る。そして、演算処理ユニット２８の出力データに基づ
き、制御装置２９により、駆動系３６，３２，３４，３
０を介してリレー系２，７、シリンダーズームレンズ
４、ズームエキスパンダ１０を駆動調整を行う。

【００５０】｜Ｆ−Ｆ０｜ → ０・・・・（２１）

【００５１】次に、広がり角・出射方向モニタ１４によ
るビーム出射方向の検出及び補正手順について、図６に
加え図９を参照して説明する。ビーム出射方向の検出系
は、ミラー５１の後方に配置されたピンホール５５及び
集光レンズ５３と、レンズ５３の焦点位置に配置された
４分割センサ５７とから構成されている。図９に示すよ
うに、４分割センサ５７は４つの受光部８０，８２，８
４，８６から構成され、これらの受光部８０，８２，８
４，８６において検出される光量の割合によって、レー
ザビーム８５の出射方向を検出するようになっている。

【００５２】予め、露光装置本体の光軸の調整直後に、
４分割センサ５７の各受光部８０，８２，８４，８６の
出力が互いに等しくなるような位置Ｂ０に当該センサ５
７を配置して初期キャリブレーションを行う。この位置
Ｂ０を初期値として、光源のエキシマレーザ１を使い始
めた後も、常時４分割センサ５７によってレーザビーム
８５の位置Ｂを検出すると共に、初期位置Ｂ０との差を
求める。そして、以下の条件式（２２）を満たすように
照明系のミラー３，５，８，の角度を調整する。

【００５３】｜Ｂ−Ｂ０｜ → ０・・・・（２２）

【００５４】すなわち、演算処理ユニット２８が、４分
割センサ５７（モニタ１３）からの信号に基づいて、ミ
ラー３，５，８の調整角度を算出し、算出されたデータ
を制御装置２９に供給する。制御装置２９は、演算処理
ユニット２８からのデータに基づいて、駆動系３５，３
３，３１を介して、ミラー３，５，８の駆動制御を行
う。

【００５５】以上の説明では、レーザビームの性能検出
及び補正について、レーザビームの出射位置、大きさ、
広がり角、出射方向の順で説明したが、実際には、最初
にビームの広がり角と出射方向を補正し、その後、ビー
ムの位置及び大きさの補正を行う。なお、照明光学系内
のリレー系２，７、シリンダーズームレンズ４、ズーム
エキスパンダ１０、ミラー３，５，８の位置を移動させ
たり、角度を変えることは、ビームの各性能（出射位
置，大きさ，広がり角，出射方向）と一対一に対応して
いるわけではないため、それぞれを理想の状態に一度の
操作で追い込むことは難しい。一度の操作で所定の性能
に追い込めない場合には、各々の補正を交互に繰り返
す。

【００５６】以上説明したように、本実施例において
は、出射位置・大きさモニタ１３及び広がり角・出射方
向モニタ１４によって、ＡｒＦエキシマレーザ１の電極
の磨耗などによるビームの性能を計測し、補正している
ため、第１フライアイレンズ１６に常に正常な状態のレ
ーザビームが入射する。このため、感光基板２６上での
照度均一性が確保されるとともに、十分な照度を得るこ
とができる。また、露光装置の照明系内で共役をとる位
置が安定し、テレセントリック系のずれを生じることが
ない。

【００５７】図１０は、上記実施例の一部を改良した本
発明の他の実施例の要部の構成を示す。上記実施例にお
いては、計測系（射出位置・大きさモニタ１３，広がり
角・射出方向モニタ１４）において、ミラー１１の透過
光を利用しているが、本実施例においては、レーザビー
ムの光路の中に光路変換ミラー８８を挿入し、露光用の
光路と計測用の光路を切り替えて計測を行うようになっ
ている。この場合、露光装置がレーザ光源１を使用して
いない時、すなわち、レーザ光源１がレーザ自身の出力
ビームのエネルギーやスペクトル幅を確認するための発
振を行っているセルフロックモードの時に、ビームの出
射位置，大きさ，広がり角，出射方向をそれぞれ計測
し、補正する。これにより、露光装置のスループットを
下げることなく、高い信頼でレーザビーム性能を維持す
ることができる。本実施例のように、露光用の光路と計
測用の光路を切り替えて使用する場合には、計測系の光
路に大エネルギーの光が入ってしまうことがあるため、
計測系の光学素子の寿命を延ばすため、計測系の光路の
途中にＮＤフィルター９０、或いはメッシュフィルター
といった減光手段を配置する。

【００５８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、ビームの大きさおよび位置を検出するモニタ１
３には、２分割センサ（Ａ，Ｂ，Ｒ，Ｌ）を用いている
が、全面にＣＣＤ素子を配置した構成のセンサを用いて
も良い。ＣＣＤ素子を用いることにより、分解能が向上
し、ビーム全体の形状が把握できる等、ビーム形状に関
する詳細な変化を検出することができる。また、上記実
施例では、静止露光タイプの露光装置を念頭にして説明
したが、本発明は、走査型（スキャンタイプ）の露光装
置に適用できることは言うまでもない。また、光源とし
ては、ＡｒＦエキシマレーザの他に、ＫｒＦエキシマレ
ーザでも、大出力を取り出すために電極の消耗が激しく
なったときは、本発明の採用が有効になる。また、固体
レーザあるいはＹＡＧレーザの高調波を使う装置で高調
波を作り出すための光学素子が経時変化したり、使用パ
ルス数によって変化するような場合にも本発明は有効で
ある。

【００５９】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、レーザ
ビームの性能（ビーム品質）を常に良好な状態に保つこ
とができるという効果がある。また、これにより、常に
良好な照明状態で露光作業を行い得ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構
成を照明系を中心に示す概念図である。

【図２】図２は、実施例の制御系の構成を示すブロック
図である。

【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は、実施例の要部の構成を
示す説明図及び平面図である。

【図４】図４は、実施例の作用を説明するための説明図
である。

【図５】図５は、実施例の作用を説明するための説明図
である。

【図６】図６は、実施例の要部の構成を示す概念図であ
る。

【図７】図７（Ａ），（Ｂ）は、実施例の動作及び作用
を示す説明図である。

【図８】図８（Ａ），（Ｂ）は、実施例の動作及び作用
を示す説明図である。

【図９】図９は、実施例の要部の構成を示す概念図であ
る。

【図１０】図１０は、本発明の他の実施例の構成を示す
概念図である。

【符号の説明】

１・・・ＡｒＦエキシマレーザ光源２，７・・・リレーレンズ３，５，８，１１・・・ミラー４・・・シリンダズームレンズ６・・・エネルギーモニタ１０・・・ズームエキスパンダ１６，１７・・・フライアイレンズ１３・・・出射位置・大きさモニタ１４・・・広がり角・出射方向モニタ２４・・・レチクル２５・・・投影レンズ２６・・・感光基板２８・・・演算処理ユニット２９・・・制御装置３０〜３６・・・駆動系５３，５４・・・集光レンズ５５・・・ピンホール５６・・・ピンホールセンサ５７・・・４分割センサ８８・・・光路切換ミラー９０・・・ＮＤフィルター

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６ＤＨ０１Ｓ 3/223 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から出射したレーザビームの性
能を検出する検出手段と；前記検出の結果に基づき、前
記レーザビームの正常時の性能に対する前記検出された
性能の誤差量を算出する演算手段と；前記算出された誤
差量に基づいて、前記レーザビームの性能を補正する補
正手段とを備えたことを特徴とするビーム制御装置。
【請求項２】前記検出手段は前記性能として、前記レー
ザ光源から出射するレーザビームの出射位置，ビームの
大きさ，広がり角及び出射方向の内の少なくとも１つを
検出することを特徴とする請求項１に記載のビーム制御
装置。
【請求項３】レーザ光源から出射したレーザビームを所
定パターンが形成されたマスクに照射し、前記パターン
の像を感光基板上に転写する露光装置において、前記レーザ光源から出射したレーザビームの性能を検出
する検出手段と；前記検出の結果に基づき、前記レーザ
ビームの正常時の性能に対する前記検出された性能の誤
差量を算出する演算手段と；前記算出された誤差量に基
づいて、前記レーザビームの性能を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項４】前記レーザ光源の性能を監視する検査モー
ド中に、前記マスクに向かうレーザビームを前記検出手
段に導くための光路切換手段を更に備えたことを特徴と
する請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】前記検出手段と前記光路切換手段の間に、
前記レーザビームのエネルギーを減衰させる減衰手段を
更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の露光装
置。
【請求項６】前記検出手段は前記性能として、前記レー
ザ光源から射出されるレーザビームの出射位置，ビーム
の大きさ，広がり角及び射出方向の内の少なくとも１つ
を検出することを特徴とする請求項３，４又は５に記載
の露光装置。
【請求項７】前記レーザ光源は、ＡｒＦエキシマレーザ
であることを特徴とする請求項３，４，５又は６に記載
の露光装置。