JPH10284410A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性ある連続的な出力光制御が可能な露光
装置及び露光方法を提供する。 【解決手段】 この露光装置は、光源からの光により光
学系７１，７２，７３，７４，７５を介して所定パター
ン７５を基板７７上に転写する露光装置において、２０
０ｎｍ以下の中心波長を有する光を出力する光源１０
と、光源１０から出力した光が通過する密閉された酸素
含有密閉容器１２と、容器１２内の酸素濃度をを調整す
る装置３３と、光源１０から出力した光の光量を検出す
る受光素子３１と、この光量の検出結果に基づき酸素濃
度調整装置３３を制御する装置３２とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶表示素子等を製造するために、２００ｎｍ以下の中
心波長を有する光により半導体ウェハやガラスプレート
等の感光基板上に回路パターンを転写する露光装置及び
露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】露光装置において、エキシマレーザ等の
パルス発振放電型ガスレーザを光源とする場合、光源の
出力変動が大きいため、露光時の感光基板における照射
量に誤差が生じてしまう。この対策として、露光時の照
射パルス数を複数とし、照射量の誤差を減少させてい
る。この場合、パルス数を多くすればするほど、誤差は
減少するものの、露光時間が増大するため生産性が低下
してしまう。一方、一発振あたりの出力を増大させる
と、露光時間は減少するものの、照射量の誤差が増大し
てしまう。これを防止するため、一発振あたりの出力を
制御し、誤差及び生産性を適正な範囲にすることが必要
である。この一発振あたりの出力制御は、従来まで、レ
ーザ発振回路への投入エネルギの制御、ＮＤフィルタに
よる出力光の制御等により行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術におけるレーザ発振回路への投入エネルギの変更は、
レーザの放電状態の変化をもたらすため、制御誤差が大
きくなってしまう欠点があった。

【０００４】また、ＮＤフィルタを、その都度変更する
方法は、連続的な制御ができない欠点があり、更にＮＤ
フィルタ自体がレーザ光により損傷し、このため経時変
化により透過率が変わってしまうという欠点があった。
また、網状のフィルタを用いた場合には、露光の際の照
明強度にむらができてしまうことがあるという欠点があ
った。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の欠点を解消
し、信頼性ある連続的な出力光制御が可能な露光装置及
び露光方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的達
成のため、光源からの光により光学系を介して所定パタ
ーンを基板上に転写する露光装置において、２００ｎｍ
以下の中心波長を有する光を出力する光源と、前記光源
から出力した光が通過する密閉された酸素含有光路と、
前記密閉された酸素含有光路内の酸素分子数を調整する
手段と、前記光源から出力した光の光量を検出する手段
と、この光量の検出結果に基づき前記酸素分子数調整手
段を制御する手段とを具備する。

【０００７】光は２００ｎｍ以下の中心波長を有する場
合、酸素により吸収を受ける。従って、本発明の露光装
置によれば、光源から２００ｎｍ以下の中心波長を有す
る光が出力し、密閉された酸素含有光路を通過する際に
酸素により吸収を受けるため、その光のエネルギが減少
する。この酸素による吸収は、酸素含有光路における酸
素分子数に依存する。従って、酸素含有光路における酸
素分子数を酸素分子数調整手段により調整することによ
って、酸素含有光路における酸素による光の吸収量を調
整できる。これによって、光のエネルギを連続的に変え
ることが可能となる。

【０００８】この酸素分子数調整手段を光量検出手段で
検出した光量に基づいて制御手段により制御することに
よって、基板上の露光に必要な光のエネルギを連続的に
制御することができる。よって、信頼性ある連続的な出
力光制御が可能な露光装置を提供できる。

【０００９】また、前記酸素含有光路が前記光源と前記
光量検出手段との間に配置されていると、酸素含有光路
を通過した光の光量を検出しこの検出結果に基づき酸素
分子数調整手段を制御することができる。

【００１０】また、前記酸素含有光路を密閉された容器
に形成すると、密閉光路が構成でき、酸素分子数の調整
も容器内で容易にできる。例えば、この密閉容器に連通
して前記酸素分子数調整手段として酸素濃度調整手段を
設け、密閉容器内の酸素濃度を変えることによって、酸
素含有光路内の酸素分子数を変えることができる。な
お、酸素分子数調整手段は、別の構成であってよく、例
えば、容器の光路長方向に容器の長さを伸縮自在に調整
する手段を設けて構成してもよく、また、容器内の空気
圧を制御することにより構成することもできる。また、
この容器は光軸方向に複数設けてもよい。

【００１１】また、本発明は、光源からの光により光学
系を介して所定パターンを基板上に転写する露光方法に
おいて、前記光源から出力した光の光量を検出するステ
ップと、この光量の検出結果に基づき前記光が通過する
密閉された光路中の酸素分子数を変化させるステップと
を具備する。この露光方法によれば、密閉光路中におけ
る酸素分子数を検出光量に基づいて変化させることによ
り、基板上に露光するための光のエネルギを連続的に制
御することができる。よって、信頼性ある連続的な出力
光制御が可能な露光方法を提供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
つき図面を参照しながら説明する。図１は、本発明によ
る露光装置の一例を概略的に示す模式図である。図１に
示す露光装置において、レーザ光源１０から出力された
２００ｎｍ以下の中心波長を有するレーザ光は、酸素含
有密閉容器１２を通過してから、ハーフミラー７１、光
強度一様化照明部７２を通り反射ミラー７３で折りまげ
られた後、コンデンサーレンズ７４を通って、レチクル
７５を照射する。レチクル７５は回路パターン等が描か
れたマスクである。このレチクル７５を通過したレーザ
光は、投影レンズ７６を介し、ウエハー基板７７上で上
記回路パターンを結像する。なお、図示されてはいない
が、露光装置のこれらの光学系は、光が２００ｎｍ以下
であるため、酸素による光のエネルギー低下防止・オゾ
ンガス拡散防止のため、密閉され、その内部は窒素のよ
うなガスで置換されている。また、投影レンズ７６は、
色収差補正されたレンズにより構成されている。

【００１３】レーザ光源１０から出力したレーザ光は酸
素含有密閉容器１２を通過し、その一部がハーフミラー
７１で反射されて受光素子３１に入射し、レーザ光の光
量を検出し、この検出信号を制御装置３２に送る。レー
ザ光の光量が変化して検出信号に変動が生じると、制御
装置３２から酸素濃度調整装置３３に信号が送られ、調
整装置３３が酸素含有密閉容器１２内の酸素濃度を変え
るように構成されている。

【００１４】図２は、図１の露光装置のレーザ光源１０
及び酸素含有密閉容器１２をより詳しく説明するための
図である。図２のレーザ光源１０は、レーザ媒質ガスを
内部に密閉し一対の放電電極１１ｃ、１１ｄを有するレ
ーザ励起放電部１１と、レーザ励起部１１の両端面を挟
むように配置された一対の共振器１３ａ、１３ｂとを備
え、各構成部分１１，１３ａ、１３ｂはレーザ光源１０
の光軸ｐ上に配置されている。酸素ガスを内部に含み密
閉された酸素含有密閉容器１２が共振器１３ａに近接し
て配置され、この酸素含有密閉容器１２内にレーザ光が
通る酸素含有光路が形成され、この光路長は光軸ｐに沿
った容器１２の長さに対応する。

【００１５】レーザ光源１０のレーザ励起放電部１１
は、光軸ｐ方向の両端面に光透過窓１１ａ、１１ｂを備
える。また、放電電極１１ｃ、１１ｄには、レーザ発振
時に電源（図示省略）から所定の電圧が加えられる。密
閉容器１２は、光軸ｐ方向の両端面に光透過窓１２ａ、
１２ｂを備える。これらの光透過窓は、合成石英等の材
料から構成できるが、２００ｎｍ以下の中心波長を有す
る光を透過できる材料であればいずれでもよい。

【００１６】共振器の一方１３ａは出力ミラーを構成
し、この出力ミラー１３ａは、レーザ励起放電部１１の
光透過窓１１ａと密閉容器１２の光透過窓１２ｂとの間
に近接して挟まれるように配置されている。共振器の他
方１３ｂは反射ミラーを構成し、この反射ミラー１３ｂ
は、レーザ励起放電部１１の光透過窓１１ｂと近接し対
向するように配置されている。

【００１７】酸素含有密閉容器１２は、管１２ｄ及び内
部に酸素濃度測定のための酸素センサ１２ｃを備える。
この容器１２の外部には図１に示す酸素濃度調整装置３
３が設けられ、管１２ｄにより容器１２の内部と連通さ
れている。図１に示す制御装置３２からの信号に基づき
酸素濃度制御装置３３は、容器３２内の酸素濃度を調整
するため酸素ガスを供給し、また、窒素等の酸素以外の
ガスを供給する。これにより、容器１２内の酸素濃度を
増減させることができる。酸素センサ１２ｃにより容器
１２内の酸素濃度を測定することができ、また、酸素セ
ンサ１２ｃからの信号に基づき容器１２内の酸素濃度を
一定に保つこともできる。

【００１８】以上のレーザ光源１０及び酸素含有密閉光
路１２を含む露光装置の動作を説明する。レーザ光源１
０のレーザ励起放電部１１内のレーザ媒質ガスを、例え
ば、ＡｒＦとすると、ＡｒＦエキシマレーザ光源が構成
される。図８は、ＡｒＦエキシマレーザ光源から放出さ
れるレーザ光の波長に対する強度分布を表す曲線
（ａ）、及びこのレーザ光の強度分布内における酸素ガ
スによる光吸収特性を表す曲線（ｂ）を示す。このレー
ザ光は、強度分布曲線（ａ）に示すように、波長１９
３．４〜１９３．５ｎｍ近傍に中心波長を有する。光吸
収特性曲線（ｂ）には複数のピーク部と谷部とが存在
し、所定の波長に対応する谷部において酸素による吸収
のためレーザ光の強度が低下するが、所定の波長に対応
するピーク部において酸素による吸収はほとんどないこ
とが分かる。

【００１９】レーザ光源１０の励起のため、レーザ励起
放電部１１の放電電極１１ｃ、１１ｄ間に所定の電圧を
加えると、両電極間に放電が生じ、この放電により生じ
る励起状態のエキシマの誘導放出によってレーザ光源１
０はパルス発振する。これにより、光軸ｐ方向の一対の
共振器１３ａ、１３ｂ間でレーザ光が反射し往復する。
レーザ光源１０が発振臨界状態に達すると、パルスレー
ザ光が出力ミラー１３ａから放出される。

【００２０】このレーザ光は、例えば、光源がＡｒＦエ
キシマレーザ光源であると、酸素含有密閉容器１２を通
過した場合、図８の酸素による光吸収特性曲線（ｂ）に
示すように、複数の特定の波長においてレーザ光の強度
が減少し、図８に示す周波数帯域においてレーザ光は全
体としてそのエネルギが減少することが分かる。そし
て、複数の特定の波長におけるレーザ光の強度の減少の
度合は、レーザ光の通過する光路中の酸素分子数に依存
する。

【００２１】酸素含有密閉容器１２の光透過窓１２ａか
らでた光は、ハーフミラー７１を通過し、上述のよう
に、ウエハ基板７７に至る。このとき、レーザ光の出力
が所定値からずれると、ハーフミラー７１で反射された
光が入射した受光素子３１における検出光量が変動す
る。この光量の変動に応じて制御装置３２から酸素濃度
調整装置３３に信号がだされ、調整装置３３は、容器１
２内の酸素濃度を増減させる。酸素濃度の増減により酸
素分子数も変化し、この変化に応じ容器１２内における
レーザ光の強度の減少の度合も変化する。例えば、酸素
濃度が高くなり酸素分子数が増えれば、レーザ光がより
吸収され、レーザ光の強度は減少する。従って、酸素含
有密閉容器１２内の酸素濃度と、受光素子３１における
光量と、ウエハ基板７７上の最終的な光量との関係を予
め求めておき、この最終的な光量が所定値となるよう
に、容器１２内の酸素濃度を調整することにより、光量
を段階的にではなく、連続的に制御することが可能とな
る。

【００２２】次に、図２における酸素含有密閉容器の変
形例を図３及び図４により説明する。

【００２３】図３に示す酸素含有密閉容器２２は、両端
に光透過窓２２ａ、２２ｂを設け、容器の長さ方向Ｌに
形成される光路長を変えることのできるように蛇腹２３
を設けたものである。蛇腹２３は、駆動装置２４により
駆動され、Ｌ方向に伸縮自在に構成されている。駆動装
置２４は図１の制御装置３２からの信号に基づき蛇腹２
３を伸縮させて光路長を変え、光路における酸素分子数
を変えることができる。

【００２４】図４に示す密閉容器２５は、両端に光透過
窓２５ａ、２５ｂを設け、内部に空気を含み、管２５ｄ
及び内部に圧力測定のための圧力センサ２５ｃを備え
る。この容器２５の外部には空気圧制御装置２６が設け
られ、管２５ｄにより容器２５の内部と連通されてい
る。図１に示す制御装置３２からの信号に基づき空気圧
制御装置２６は、容器２５内の空気圧を増減できる。こ
の空気圧の変動により容器中の酸素分子数を変化させ
る。なお、容器２５の内表面には活性炭等から構成され
るオゾンガス吸着材２５ｅが設けられており、レーザ光
による酸素の光分解に伴い容器２５内にオゾンガスが発
生しても、これを吸着して減少させることができる。特
に、容器内のオゾンガス量が増えると、容器２５内にお
ける光吸収特性が変化して光の波長変動等のおそれがあ
るが、これを防止できる。なお、このオゾンガス吸着材
は、図２及び図３に示した容器１２，２２にも備えるこ
とができる。

【００２５】図５に本発明によるレーザ光源及び酸素含
有容器についての別の例を示す。図５に示すレーザ光源
は、一対の共振器の両方を酸素含有密閉容器中に配置し
た以外は、図１のものと基本的構成が同じである。図５
のレーザ光源４０のレーザ励起放電部４１は、レーザ媒
質ガスを内部に密閉し一対の放電電極４１ｃ、４１ｄを
備え、この放電部４１の光透過窓４１ａ、４１ｂの両側
であって光軸ｐ上に酸素含有密閉容器４２，４４が配置
されている。

【００２６】この容器４２の一端面は光透過窓４２ａが
設けられ、他端面はレーザ励起放電部４１の光透過窓４
１ａの面に直接に接合されている。容器４４の一端面は
レーザ励起放電部４１の光透過窓４１ｂの面に直接に接
合され、他端面は閉鎖されている。容器４２の内部には
レーザ励起放電部４１の光透過窓４１ａに近接して対向
するように出力ミラー４３ａが配置されている。また、
容器４４の内部には反射ミラー４３ｂが放電部４１の光
透過窓４１ｂに近接して対向するように配置されてい
る。レーザ光は容器４２の光透過窓４２ａから放出され
る。

【００２７】この図５に示す構成においても図２と同様
の効果を得ることができる。なお、本例では酸素分子数
調整手段については図示省略しているが、図２に示した
ものと同様のものや、図３，図４に示したものを備える
ことができる。

【００２８】図６に本発明によるレーザ光源及び酸素含
有密閉容器の更に別の例を示す。図６に示すレーザ光源
は、レーザ励起放電部及び一対の共振器を１つの酸素含
有密閉容器内に配置した以外は、図５のものと基本的構
成が同じである。図６のレーザ光源５０は、レーザ媒質
ガスを内部に密閉し一対の放電電極５１ｃ、５１ｄを有
するレーザ励起放電部５１と、一対の共振器５３ａ、５
３ｂとを備え、酸素含有密閉容器５２が放電部５１と一
対の共振器５３ａ、５３ｂとを内部に含む。

【００２９】この容器５２の一端面には光透過窓５２ａ
が設けられ、他端面は閉鎖されている。レーザ励起放電
部５１は、光軸ｐ方向の両端面に光透過窓５１ａ、５１
ｂが設けられ、光透過窓５１ａと容器５２の光透過窓５
２ａとが所定距離だけ離れるように容器５２内に配置さ
れている。この放電部５１を挟むように一対の共振器５
３ａ、５３ｂも容器５２内に配置されている。出力ミラ
ー５３ａは、放電部５１の光透過窓５１ａに近接して対
向するように配置されている。また、反射ミラー５３ｂ
は放電部５１の光透過窓５１ｂに近接して対向するよう
に配置されている。レーザ光は容器５２の光透過窓５２
ａから放出される。酸素含有密閉容器５２内の出力ミラ
ー５３ａと光透過窓５２ａとの間に、レーザ光が出力さ
れる際に通る酸素含有光路が形成される。

【００３０】この図６に示す構成においても図２と同様
の効果を得ることができる。なお、本例では酸素分子数
調整手段については図示省略しているが、図２に示した
ものと同様のものや、図３，図４に示したものを備える
ことができる。また、図５及び図６に示した例では、共
振器等の光学部品や容器の内表面等の酸素に触れる部分
には損傷防止のためカバーを施してもよい。

【００３１】なお、図１に示す露光装置において、上述
した酸素含有密閉容器を光軸ｐ上に複数配置してもよ
い。この場合、酸素濃度を固定した容器と、酸素分子数
調整手段を設けた容器とを別々に配置してもよい。

【００３２】次に、図７により本発明の露光装置の別の
例を説明する。図７は、露光装置の概略的な構成を示す
模式図であり、図１に示した露光装置と基本的構成は同
一であるが、光量を装置の光学系において検出する手段
を加えたものである。図７に示す露光装置において、反
射ミラー７３とコンデンサーレンズ７４との間にハーフ
ミラー８１を配置し、ハーフミラー８１で反射した光が
受光素子８２に入射し、レーザ光の光量を検出し、この
検出信号を制御装置３２に送る。レーザ光の光量の検出
信号に変動が生じると、制御装置３２から酸素濃度調整
装置３３に信号が送られ、調整装置３３は、容器１２内
の酸素濃度を増減させる。従って、図７に示した露光装
置の構成によれば、図１の場合と同様の効果を得ること
ができる。なお、光量を検出する位置は、本例に限られ
ることなく、光学系の他の位置であってもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、２００ｎｍ以下の中心
波長を有する光が通過する酸素含有光路における酸素分
子数を検出した光量に基づいて制御することにより、基
板上の露光に必要な光のエネルギを連続的に制御するこ
とができる。よって、信頼性ある連続的な出力光制御が
可能な露光装置及び露光方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の一例を示す概略的な模
式図である。

【図２】図１の露光装置において用いることのできるレ
ーザ光源、酸素含有密閉容器及び酸素分子数調整手段の
一例を示す模式的な側断面図である。

【図３】図１の露光装置において用いることのできる酸
素含有密閉容器及び酸素分子数調整手段の他の例を示す
模式的な側断面図である。

【図４】図１の露光装置において用いることのできる酸
素含有密閉容器及び酸素分子数調整手段の別の例を示す
模式的な側断面図である。

【図５】図１の露光装置において用いることのできるレ
ーザ光源及び酸素含有密閉容器の他の例を示す模式的な
側断面図である。

【図６】図１の露光装置において用いることのできるレ
ーザ光源及び酸素含有密閉容器の別の例を示す模式的な
側断面図である。

【図７】本発明による露光装置の他の例を示す概略的な
模式図である。

【図８】ＡｒＦエキシマレーザから出力される光の強度
分布曲線（ａ）及び酸素による光吸収特性曲線（ｂ）で
ある。

【符号の説明】

１０，４０，５０ レーザ光源 １２，２２，２５、４２，５２、４４ 酸素含有密閉
容器 ２５ｅ オゾン吸着手
段 ３１，８２ 受光素子 ３２ 制御装置 ３３ 酸素濃度制御
装置 ２４ 駆動装置 ２６ 空気圧制御装
置 ７１，８１ ハーフミラー ７５ レチクル ７６ 投影レンズ ７７ ウエハ基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光により光学系を介して所定
   パターンを基板上に転写する露光装置において、 ２００ｎｍ以下の中心波長を有する光を出力する光源
   と、 前記光源から出力した光が通過する密閉された酸素含有
   光路と、 前記密閉された酸素含有光路内の酸素分子数を調整する
   手段と、 前記光源から出力した光の光量を検出する手段と、 この光量の検出結果に基づき前記酸素分子数調整手段を
   制御する手段と、を具備する露光装置。
2. 【請求項２】 前記酸素含有光路が前記光源と前記光量
   検出手段との間に配置されている請求項１記載の露光装
   置。
3. 【請求項３】 前記酸素含有光路は密閉された容器に形
   成されている請求項１または２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 光源からの光により光学系を介して所定
   パターンを基板上に転写する露光方法において、 前記光源から出力した光の光量を検出するステップと、 この光量の検出結果に基づき前記光が通過する密閉され
   た光路中の酸素分子数を変化させるステップとを具備す
   る露光方法。