説明

露光用放電励起レーザ装置

【課題】レーザ光の低空間コヒーレンス化をはかり、スペックルノイズの発生によるレジストパターン形成への悪影響を低減化すること。
【解決手段】発振段レーザ(MO)10からのビームは、MOビームステアリングユニット30を介して増幅段レーザ(PO)20の共振器内に注入され増幅発振される。増幅段レーザ(PO)20からのビームは、POビームステアリングユニット40を介してOPS50に入射し、OPS50からの光はコヒーレンスモニタ60を介して出力される。レーザコヒーレンスコントローラ66は、コヒーレンスモニタ60の検出値に基づいて、MOビームステアリングユニット30のミラー、POビームステアリングユニット40のミラー等のアクチュエータに駆動信号を送り、これらのミラーの角度などを制御し、出力レーザ光のコヒーレンスが所望の値になるように制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は露光用放電励起レーザ装置に関し、特に、レーザ光の低空間コヒーレンス化をはかり、露光装置のマスク及びウエハ上に発生するスペックル(干渉縞)を低減化することができる露光用放電励起レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体露光装置用光源としてはエキシマレーザが使用されている。特に、60nm以下のテクノロジーノードにおいては、高出力(40W以上)でかつ超狭帯域化(0.2pm以下)にされたArFレーザ光源が採用されている。
露光装置用光源のArFレーザ光源の要求を以下に示す。
1.高ドーズ安定性の確保と高スループット化に伴いさらに高出力の90W以上の出力が要求されている。かつ、レーザ光源の長寿命化が要求されている。
2.上記光源の要求を満たすために、ダブルチャンバ方式のArFレーザが実用化されている。ダブルチャンバ方式のレーザ装置の形態としては、アンプ側に共振器ミラーを設けないMOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式と共振器ミラーを設けるMOPO(Master Oscillator Power Oscillator)方式とに大別される。
3.露光装置の照明光学装置により照明されたマスク上に干渉縞(スペックル)が発生し、露光斑を抑制するために、レーザ光源の低空間コヒーレンス化や露光装置の照明光学装置の工夫による干渉縞(スペックル)の低減が行われている。
そこで、(i)ダブルチャンバ方式のレーザ光源の低空間コヒーレンス化と、(ii)露光装置の照明光学装置において、スペックルを消すための手法が提案されている。
【0003】
特許文献1には、発振段レーザ(MO)からのシード光を、増幅段レーザ(PO)の低コヒーレンス共振器に注入するMOPO方式のレーザ装置が提案されている。
低空間コヒーレンスのMOPO方式を採用することにより、MOPA方式に比べて、ビーム品位をMOPAと同等に維持した状態で、高い増幅効率と長いパルス幅を実現している。
図16は特許文献1に記載されるMOPO方式の概略構成を示す図である。
発振段レーザ(MO)100から放出されるレーザビームはシードレーザビームとして機能し、増幅段レーザ(PO)200はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。
発振段レーザ(MO)100、増幅段レーザ(PO)200は各々レーザチャンバ101,201を有し、その内部にはレーザガスが満たされており、内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極(図示せず)が設置され、これらの一対の電極に高電圧パルスが印加されることにより放電が発生する。
【0004】
発振段レーザ100は拡大プリズム301とグレーティング(回折格子)302によって構成された狭帯域化モジュール(LNM)300を有し、この狭帯域化モジュール300内の光学素子とフロントミラー102とでレーザ共振器を構成する。
発振段レーザ100からのレーザビーム(シードレーザビーム)は反射ミラー等を含む変換光学系400を介して増幅段レーザ(PO)200に注入され、増幅されて出力される。
増幅段レーザ(PO)200はリアミラー211、フロントミラー212からなる1組の光安定共振器が配置される。そして、注入されたシードレーザビームは同図の矢印のようにフロントミラー212、リアミラー211間で反射し、放電部を有効に通過してレーザビームが増幅されることによりパワーが増大して、フロントミラー212からレーザ光が出力される。
特許文献1に記載のものでは、発振段レーザ(MO)100からのシード光を増幅段レーザ(PO)200の安定共振器に注入するMOPO方式が採用されており、低空間コヒーレンスのMOPO方式を採用することにより、露光装置のマスク上での干渉縞(スペックル)の発生を抑制していた。
【0005】
特許文献2には、露光装置の照明光学装置を工夫して、干渉縞(スペックル)の低減を図る技術が開示されている。すなわち、ステップアンドスキャンによる露光装置では、レーザビームには、空間コヒーレンスが高い方向があり、その方向に、マスクとウエハを移動させることにより、スペックルの影響を低減している。
図17に上記照明光学装置の概略構成を示す。
図17において、エキシマレーザ光源300から射出されたレーザビームは、反射ミラー等からなる光学系301、フライアイレンズ302を経て、振動ミラー303に入射する。振動ミラー303は水平面上の所定の角度範囲内でレーザビームを走査する。
振動ミラー303で走査されたレーザビームは、光学系304を介してレチクルR上の短辺方向の幅がDの長方形の照明領域310に照射される。その照明領域310内のパターン像が投影光学系PLを介してウエハW上の長方形の露光領域311内に結像投影される。
【0006】
照明領域310に対してレチクルRを走査方向SRに走査し、照明領域310と共役な露光領域311に対してウエハWを走査方向SWに走査し、レチクルRのパターンを逐次ウエハW上に露光する。
以上のように、特許文献2に記載のものは、照明光学系中のフライアイレンズ(オプチカルインテグレータ)の手前に振動ミラーを配置し、オプティカルインテグレータに入射するレーザ光をその振動ミラーで走査することにより、マスク(レチクル)上に発生するスペックルパターンの位相を変えながら露光を行うことにより、スペックルによる露光斑を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第2004/095661号パンフレット
【特許文献2】特開平6−349701号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところが、テクノロジーノードが45nm以下の微細なパターンの露光では、上述した従来のダブルチャンバ方式のレーザ光源と露光装置の照明系によるスペックル低減方式を組合せたとしても、マスクパターン上の微細なスペックルノイズが消しきれていない。
このため、45nm以下の微細なスペックルノイズが発生したマスク像を投影レンズでウエハ上に回路パターンを結像させることになり、45nm以下のレジストパターンの形成に影響を及ぼしていた。
本発明は上述した事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、レーザ光の低空間コヒーレンス化をはかり、45nm以下の微細なパターンの露光に際して、スペックルノイズの発生によるレジストパターン形成への悪影響を低減化することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明においては、増幅段レーザ(PO)から出力されるレーザビームの方向を変動させる出射角変動手段を設け、前記出射角度を変動させる。さらに、コヒーレンスモニタにより最終出力ビームのコヒーレンスを検出して、所定のコヒーレンスとなるように、前記出射角度を変動させるアクチュエータを制御する。
すなわち、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
(1)レーザ光を出力するように構成された狭帯域発振段レーザと、レーザガスが封入されたチャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の放電電極と、前記放電電極間の放電空間を挟むように配置された共振器とを含み、前記狭帯域発振段レーザからのレーザ光を前記共振器に注入し、前記放電電極に高電圧パルスを印加して放電させて、前記レーザ光を増幅するように構成された増幅段レーザと、前記増幅段レーザから出力されたレーザ光を反射するミラーと、前記ミラーの傾きを変化させるように構成された出射角変動手段とを設ける。
(2)上記(1)において、前記出射角変動手段は、前記注入角変動手段による前記注入角度の変動方向に対して直交する方向に前記出射角度が変化するように、前記ミラーの傾きを変化させる。
(3)上記(1)または(2)において、少なくとも前記狭帯域発振段レーザがレーザ光を出力している間、前記出射角変動手段を制御する制御手段をさらに設け、前記制御手段は、前記放電電極に高電圧パルスが印加されて前記放電電極間に放電が発生する毎に前記出射角度が変動するように前記出射角変動手段を制御する。
(4)上記(3)において、前記増幅段レーザから出力されたレーザ光の空間コヒーレンスまたは空間コヒーレンスと相関するパラメータを計測するように構成された計測手段をさらに設け、前記制御手段は、前記計測手段の計測結果に基づいて前記出射角変動手段を制御する。
(5)上記(4)において、前記制御手段は、前記増幅段レーザから出力されたレーザ光の空間コヒーレンスが予め定められた上限及び下限の範囲内となるように、前記計測手段の計測結果に基づいて前記出射角変動手段を制御する。
(6)上記(3)〜(5)のいずれかにおいて、前記制御手段は、予め定められたプログラムに基づき前記出射角度が変動するように前記出射角変動手段を制御する。
(7)上記(4)または(5)において、前記計測手段は、ビームダイバージェンスを計測する装置とする。
(8)上記(4)または(5)において、前記計測手段は、ヤングの干渉計またはシェアリング干渉計とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)増幅段レーザ(PO)から出力されるレーザビームの方向を変動させる出射角変動手段を設け、出射角変動手段により、注入角変動手段による注入角の変動方向に対して直交する方向に、上記出射角を変動させることにより、レーザ光をより効果的に低コヒーレント化することができる。
(2)出力される出力レーザ光の空間コヒーレンスまたは空間コヒーレンスと相関するパラメータを計測する計測手段を設け、上記計測手段の計測結果に基づいて、出力レーザ光の空間コヒーレンスが、予め定められた上限及び下限の範囲内となるように、上記出射角変動手段を制御することにより、温度ドリフトなどによる光学素子の姿勢角度の変動の影響等を防ぎ、出力される光の空間コヒーレンスをより安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】図1は、本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
【図2】図2は、コヒーレンスモニタとしてビームダイバージェンスモニタを使用した場合の構成例を示す図である。
【図3】図3は、コヒーレンスモニタとしてヤングの干渉計を使用した場合の構成例を示す図である。
【図4】図4は、コヒーレンスモニタとしてシェアリングの干渉計を使用した場合の構成例を示す図である。
【図5】図5は、MOのビームステアリングユニットによって、ビームの角度を振るためのアクチュエータの構成例を示す図である。
【図6】図6は、高反射ミラー等を駆動するための一般的な2軸のジンバル機構付きのミラーホルダを有するアクチュエータの構成例を示す図である。
【図7】図7は、POのビームステアリングユニットによって、ビームの角度を振るためのアクチュエータの構成例を示す図である。
【図8】図8は、低コヒーレンスを実現するフローチャートのメインフローを示す図である。
【図9】図9は、ビームステアリングユニットのミラー等を駆動するアクチュエータの駆動サブルーチンを示す図である。
【図10】図10は、空間コヒーレンスをフィードバック制御する場合のメインフローを示す図である。
【図11】図11は、出力レーザ光の空間コヒーレンスと相関性のあるビームパラメータを検出するサブルーチン例を示す図である。
【図12】図12は、出力レーザ光の空間コヒーレンスの移動積算値で評価するサブルーチンの第1の実施例を示す図である。
【図13】図13は、出力レーザ光の空間コヒーレンスの移動積算値で評価するサブルーチンの第2の実施例を示す図である。
【図14】図14は、出力レーザ光の空間コヒーレンスの評価値に基づいてアクチュエータを駆動するサブルーチンの実施例を示す図である。
【図15】図15は、調整発振するためのサブルーチン例を示す図である。
【図16】図16は、特許文献1に記載されるMOPO方式の概略構成を示す図である。
【図17】図17は、マスクとウエハを移動させることにより、スペックルの影響を低減する照明光学装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図1は本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
同図において、本発明のレーザ装置は、大きく分けると、スペクトル幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ(MO:MasterOscillator)10と、発振段レーザ(MO)10から出力されたシード光を増幅共振させるための増幅段レーザ(PO:PowerOscillator)20から構成される。
また、発振段レーザ(MO)10から出力されたシード光の増幅段レーザ(PO)20への注入角度を調整するためのMOビームステアリングユニット30と、増幅段レーザ(PO)20の光共振器から出力された増幅光の角度を調整するためのPOビームステアリングユニット40と光のパルス幅を伸ばすための光学パルスストレッチャ(OPS:Optical Pulse Stretcher)50を有する。
さらに、レーザ光のコヒーレンスをモニタするコヒーレンスモニタ60と、レーザの出力ビームを遮断するためのレーザシャッタ65と、レーザ光のコヒーレンスをフィードバック制御するコヒーレンスコントローラ66を有する。
【0013】
発振段レーザ(MO)10は出力結合ミラー(OC)14と放電電極1aが設置されたレーザチャンバ11とスペクトル線幅を狭くするための狭帯域化モジュール(LNM)3で構成されている。
レーザチャンバ11内の放電電極1aに高電圧が印加され放電すると、OC14とLNM3の光共振器間でレーザ発振し、OC14からスペクトル幅が狭いレーザ光が出力される。LNM3はプリズムビームエキスパンダ3aとリトロー配置された回折格子3bで構成されており、このモジュールで波長が選択されスペクトルが狭くなる。放電電極1aは紙面と同一平面上にアノードとカソード電極が配置されている。発振段レーザ(MO)10のレーザビームは放電方向に対して長い長方形のビーム形状で出力される。
【0014】
この発振段レーザ(MO)10からのビームは、MOビームステアリングユニット30に配置されている2枚の高反射ミラー30a,30bにより反射されて増幅段レーザ(PO)20の共振器内にシード光を注入する。
この高反射ミラー30bの図示しないミラーホルダにはミラーの姿勢角度を変化させるためのアクチュエータが内蔵されている。
増幅段レーザ(PO)20はリアミラー25と放電電極2aが設置されたPOレーザチャンバ21とOC24から構成されている。シード光が増幅段レーザ(PO)20の共振器内に注入されると同期して、増幅段レーザ(PO)20のチャンバ21内部の放電電極2aに高電圧が印加され、放電する。これにより、シード光はリアミラー25とOC24間で共振し、増幅発振する。
【0015】
この増幅段レーザ(PO)20から出力されたビームは、POビームステアリングユニット40に配置されている2枚の高反射ミラー40a、40bにより反射されて、OPS50に入射する。
OPS50には、メインビームを分岐するためのビームスプリッタ50aと分岐された光を遅延し、かつ、転写結像させるためのリレーレンズ50b,50cと高反射ミラー50d−50gにより構成されている。
OPS50を出力した光はコヒーレンスを検出するためのコヒーレンスモニタ60を透過し、出力レーザ光に異常が発生した場合に、レーザ光を露光装置に伝達させないようするために設置されたシャッタ65を介して出力される。
レーザコヒーレンスコントローラ66は、コヒーレンスモニタ60の検出値に基づいて、後述するようにMOビームステアリングユニット30のミラー、POビームステアリングユニット40のミラーのアクチュエータに駆動信号を送り、これらのミラーの角度などを制御し、出力レーザ光のコヒーレンスが所望の値になるように制御する。
【0016】
次に上記コヒーレンスモニタ60の構成例を示す。
図2に本発明のコヒーレンスモニタとしてビームダイバージェンスモニタを使用した場合の構成例を示す。
図2(a)に上記ビームダイバージェンスモニタの側面図を示し、(b)に斜視図を示す。OPS50から出力されたレーザ光はビームスプリッタ61aにより一部の光を集光レンズ61bに導入し、集光レンズ61bの焦点面に2次元のCCD61cを配置して、そのプロファイルを計測する。
ビームダイバージェンスDは以下のように計算される。
D=BD/f…(1)
ここで、f:集光レンズ61bの焦点距離、BD:集光レンズ61bの焦点位置での集光面上でのプロファイル幅である。例えば、プロファイル幅BDは1/e2の値における全幅で計算してもよい。
【0017】
空間コヒーレンスのコヒーレント長XcとレーザビームダイバージェンスDとの間には以下の(2)式のような反比例の関係があるので(文献:Proceedings.SPIE Vol.1138 Optical Microlithography and Metrology for Microcircuit Fabrication(1989)pp137−143参照)、ビームダイバージェンスDが計算されると、以下の式から空間コヒーレンスのコヒーレント長Xcを求めることができる。ここでλ:波長である。
D・Xc=2λ…(2)
ここで、空間コヒーレンスのコヒーレント長Xcとは、干渉縞のコントラストが所定量(例えば1/e2)以下となるシェア間隔(またはピンホール間隔)である。なお、シェア間隔(またはピンホール間隔)に関しては後述する。
一般に、放電励起エキシマレーザビームダイバージェンスは、放電方向と同じ方向をV方向と定義し、放電に対して垂直な方向をH方向と定義すると、V方向のビームダイバージェンスDvとH方向のビームダイバージェンスDhは以下のような関係がある。
Dv>Dh…(3)
ビームダイバージェンスの評価として、放電方向Vと放電に対して垂直な方向Hに対して評価することが可能となる。
【0018】
上述したビームダイバージェンスモニタ計測によるコヒーレンスモニタのメリットは以下の通りである。
(1)計測システムの構成が比較的簡単で容易に構成できる。
(2)レーザのポインティング(出射方向)も計測可能であり、ポインティングの監視装置にもなる。
(3)ポインティングの計測により、低コヒーレンス化のためのミラーの姿勢角の量及び方向を検出して、その検出値に基づいてフィードバック制御できる。
【0019】
図3にコヒーレンスモニタとしてヤングの干渉計を使用した場合の構成例を示す。
図3(a)はヤングの干渉計の光学配置図を示し、同図(b)に、CCDにより検出された干渉縞の模式図を示す。
図3(a)において、ビームスプリッタ62aによりOPS50から出力されたレーザビームの一部がサンプルされ、所定の間隔Xのピンホール間隔のダブルピンホール62bにレーザビームを照射する。ダブルピンホール62bを透過した光は互いに干渉して干渉縞を発生させる。この干渉縞のプロファイルをCCD62cにより測定する。
(b)は、CCDにより検出された干渉縞の模式図を示す。干渉縞のコントラストCは次の式(4)により計算される。
【0020】
【数1】

【0021】
ここで、Imax:干渉縞の最大値、Imin:干渉縞の最小値である。
この干渉縞のコントラストCが高くなるほど、空間コヒーレンスは高くなり、低くなるほど空間コヒーレンスは低くなる。
放電方向V及び放電の垂直方向Hのコヒーレンスを計測する場合はそれぞれダブルピンホール62bをV方向とH方向に並べるように透過型の回転ステージ62dを回転させることによりそれぞれ計測することが可能なる。
また、別の実施例としては、V方向とH方向に対して並べるように、4個のピンホールを設置してCCDによりV方向とH方向のプロファイルを検出してもよい。
また、上記ピンホール間隔は露光装置に設けられているフライアイレンズの間隔(隣り合うフライアイレンズ単体同士の間隔)と略一致させるのがよい。すなわち、フライアイレンズの間隔が露光面における干渉の程度を決めており、これと同じ間隔でピンホールを設けることで、露光面での干渉の程度をそのまま反映させることができる。
ただし、フライアイレンズのピッチ間隔がダブルピンホールを製作できないくらい細かな間隔の場合はこの限りではなく、所定のピンホール間隔で製作し、コントラストを計測して、空間コヒーレンスの高さの相対値を比較してもよい。
【0022】
図4に、コヒーレンスモニタとしてシェアリングの干渉計を使用した場合の構成例を示す。
図4(a)はシェアリングの干渉計の光学配置図を示し、同図(b)にシェア量ΔSとCCDで観測された干渉縞のコントラストの関係を示す。
図4(a)において、シェアリング干渉計は光を回折するための回折格子63b、平行光を集光するための集光レンズ63c、0次光をカット±1次光を透過させる2ホール遮光板63d、回折格子63bの像を結像させるためのコリメータレンズ63eと干渉縞のプロファイルを計測するCCD63fで構成されている。
集光レンズ63cの前側焦点面に回折格子63b、後ろ側焦点面に±1次光を透過させる2ホール遮光板63dを配置する。また、±1次光を透過させる2ホール遮光板63dの位置がコリメータレンズ63eの前側焦点面となるように、コリメータレンズ63eが配置され、コリメータレンズ63eの後ろ側焦点面に回折格子63bの像が結像する。CCD63fは、この回折像の位置の基準位置からZの距離分だけ離れた位置に配置している。
【0023】
ビームスプリッタ63aによりOPS50から出力されたレーザビームの一部がサンプルされ、所定の間隔αの回折格子63bにレーザビームを照射する。回折格子63bを透過した光は回折し、集光レンズ63cに入射する。集光レンズ63cの焦点面には回折格子63bにより回折した光が各次数毎に集光する。ここで、±1次光の集光点の間隔をdとする。±1次光は2ホール遮光板63dを透過し、その他の次数(0次光、±2次光、)は遮光される。+1次光と−1次光はコリメータレンズ63eを介してコリメータレンズ83eの後ろ側焦点面に回折格子の像を結像する。
一般に回折の式は以下のように表される。
mλ=a(sinα+sinβ)…(5)
ここで、m:回折光の次数、a:回折格子の溝間隔、α:回折格子の入射角度(=0)、β:回折光の出射角度である。
1次光の回折角βは(5)式から
β=sin-1(λ/a)…(6)
±1次光の間隔dは以下の式により求めることができる。
d=2tanβ・f…(7)
【0024】
この回折格子63bの像とCCD63fの距離をZとするとシェア量ΔSは以下の式で表される。
ΔS=(d/f)Z…(8)
図4(b)にはシェア量ΔSとCCD63fで観測された干渉縞のコントラストCの関係が示されており、コントラストCの計算は前記(4)式で計算される。
シェア量ΔS=0(CCD63fの位置が回折格子の結像面にあるときZ=0)におけるコントラストCは1であり、CCD63fの位置少しずつ変化させて、その時の干渉縞の評価を行うことで、コントラストが計算できる。
一般的に、シェア量ΔSが大きくなるにつれて干渉縞のコントラストは小さくなる。例えば、コントラストが1/e2のコントラストになるシェア量を空間的コヒーレント長Xcとして空間コヒーレンスの指標とすることができる。
【0025】
コヒーレンスの計測としては、露光装置のフライアイレンズのピッチ間隔とシェア量ΔSが略一致するようにCCD63fの位置を固定して、干渉縞のコントラストを評価してもよいし、CCD63fの位置をスキャンさせてシェア量ΔSとCCD63fで観測された干渉縞のコントラストの関係を計測して評価してもよい。また、放電方向V及び放電の垂直方向Hのコヒーレンスをそれぞれ計測する場合は回折格子63bのピッチ方向をV方向とH方向に並べるように透過型の回転ステージ63gを回転させることによりそれぞれ計測することにより可能となる。
ヤングの干渉計に比べてシェアリング干渉計のメリットを以下に示す。
(1)シェア量ΔSを任意に設定可能であることである(ダブルピンホールが製作できないシェア量でも計測可能)。
(2)シェア量ΔSと干渉縞のコントラストCの関係を計測して、空間コヒーレンスのコヒーレント長Xcを計測できる。
【0026】
次に、前記MOビームステアリングユニット、POビームステアリングユニットによる低コヒーレント化について説明する。
図5に、MOのビームステアリングユニットによって、ビームの角度を振るためのアクチュエータの構成例を示す。
ビームステアリングユニットの構成は図8の実施例と機能的には同じである。
図5(a)は、MOビームステアリングユニット内のミラーの姿勢角度を振る例である。
発振段レーザ(MO)10から出力されたレーザビームを高反射ミラー31aにより反射させ、さらに高反射ミラー31bにより増幅段レーザ(PO)20に導く場合において、高反射ミラー31bのミラーホルダ34としてジンバル機構付きのホルダを使用し、パルス毎にミラー31bの姿勢角度を変化させる。ミラーホルダの機構34としては、図6に示したものと同じものでよい。
ビームを振る方向としては、レーザの放電方向に対して垂直な方向H方向に振るのが好ましいが、例えば、OPSのミラー、共振器ミラーなどにより、レーザビームを放電方向に対して垂直な方向であるH方向に振る場合には、MOビームステアリングユニット内のミラーにより、増幅段レーザ(PO)20に入射するレーザビームを、それと直交する方向に直交する方向に変動させるのが望ましい。
【0027】
図5(b)は、光路中にウエッジ基板35aを配置し、ウエッジ基板35aへの入射角度を変化させることにより、ビームの出射角度を振る例である。
発振段レーザ(MO)10から出力されたレーザビームを高反射ミラー31aにより反射させ、ウエッジ基板35aに入射屈折させてビームの方向を変化させ、さらに高反射ミラー31bにより増幅段レーザ(PO)20に導く構成となっている。ここでウエッジ基板35aはこの基板への入射角度を変化させられるように自動回転ステージ35bに固定されている。回転ステージ35bはパルスモータ32aの移動ピンの先にはPZT32bが設置されており、回転ステージ35bに固定されているプレート32dと当接されこのプレート32dの背面側にはプランジャネジ32cのピンが当接されている。粗動回転を行うときはパルスモータのピンが移動することにより回転ステージ35bを回転制御する。高速で、微調回転させる時は、PZT32bにより駆動させることにより、回転制御が可能となっている。
【0028】
図5(c)はウエッジ基板を入射光軸中心に回転させることによりレーザのビームの方向を変更する例である。
ウエッジ基板37aは透過型の回転ステージ37bに設置されており、歯車36bをパルスモータ32aで回転させることにより、歯車36aが回転する。歯車36aの上にはウエッジ基板37aが固定されており、レーザビームの方向が円周上を回転するような形でビームを振ることができる。例えば、露光装置の露光パルス数がNパルスであれば、Nパルスの間にウエッジ基板37aが1回転するように回転スピードを制御することにより、全方向での低コヒーレンス化が可能となる。
【0029】
図6に、一般的な2軸のジンバル機構付きのミラーホルダを有するアクチュエータの構成例を示す。
このジンバル機構付きミラーホルダはL型プレート72と、ミラー70が取り付けられたプレート71がパルスモータ73aの移動ピン76aとパルスモータ73bの移動ピン76bと支点77の3点で支持されている。これらの板の固定は引っ張りバネ75a及び75bにより行われている。
このミラーホルダの動作はパルスモータ73a,73bの移動ピン76a,76bが出し入れされることによりプレート71の姿勢角度が変化する。さらに、この例では、移動ピン76a,76bとプレート71との間にPZT(ピエゾ素子)74a,74bを設置してある。PZT74a,74bに高電圧を印加することにより、高速に厚みを変化させることができる。したがって、パルス毎にPZT74a,74bを駆動して、ミラーの姿勢角度を振ることが可能となる。
また、パルスモータ73a及びパルスモータ73bを駆動させることにより、2軸のミラー70の姿勢角度を変化させることができる。
なお、ミラーの調整機構はシンバル機構に限定されることなく、ミラーの姿勢角度を調節可能な機構がついていればよい。
【0030】
図7に、POのビームステアリングユニットによって、ビームの角度を振るためのアクチュエータの構成例を示す。
図7(a)は、POビームステアリングユニット内のミラーの姿勢角度を変えてビームを振る例を示す図である。
増幅段レーザ(PO)20から出力されたレーザビームを高反射ミラー41aにより反射させ、さらに高反射ミラー41bによりOPS50に導く場合において、同図に示すように高反射ミラー41bのミラーホルダ44として後述するジンバル機構付きのホルダを使用し、パルス毎にミラーの姿勢角度を変化させる。
ビームを振る方向としては、レーザの放電方向に対して垂直な方向H方向に振るのが好ましいが、MOビームステアリングユニットによって、ビームの角度を放電方向に対して垂直な方向であるH方向にずらす場合には、POビームステアリングユニット内のミラーにより、OPSに入射するレーザビームの入射角を、それと直交する方向に変動させのが望ましい。
【0031】
図7(b)は、光路中にウエッジ基板を配置し、ウエッジ基板への入射角度を変化させることにより、ビームの出射角度を振る例を示す図である。
増幅段レーザ(PO)20から出力されたレーザビームを高反射ミラー41aにより反射させ、ウエッジ基板45aに入射屈折させてビームの方向を変化させ、さらに高反射ミラー41bによりOPS50に導くシステムとなっている。ここでウエッジ基板45aはこの基板への入射角度を変化させられるように自動回転ステージ45bに固定されている。
自動回転ステージ45bはパルスモータ42aの移動ピンの先にはPZT42bが設置されており、回転ステージ45bに固定されているプレート42dと当接されこのプレート42dの背面側にはプランジャネジ42cのピンが当接されている。粗動回転を行うときはパルスモータのピンが移動することにより回転ステージ45bを回転制御する。高速で、微調回転させる時は、PZT42bにより駆動させることにより、回転制御が可能となっている。
図7(c)はウエッジ基板47aを入射光軸中心に回転させることによりレーザのビームの方向を変更する場合の構成例を示す図であり、(c−1)は(c−2)をAAから見た図である。
ウエッジ基板47aは透過型の回転ステージ47bに設置されており、歯車46bをパルスモータ42aで回転させることにより、歯車46aが回転する。歯車46aの上にはウエッジ基板47aが固定されており、レーザビームの方向が円周上を回転するような形でビームを振ることができる。例えば、露光装置の露光パルス数がNパルスであれば、Nパルスの間にウエッジ基板47aが1回転するように回転スピードを制御することにより、全方向での低コヒーレンス化が可能となる。
【0032】
次に、上記PO及びMOビームステアリングユニットによる低コヒーレンス化の制御例について説明する。
まず、空間コヒーレンスの指標値または空間コヒーレンスを検出せずに、パルス毎にレーザビームの角度を所定のプログラムにしたがって変化させる場合について説明する。
図8に、前記アクチュエータを駆動して、低コヒーレンスを実現するフローチャートのメインフローを示す。
低空間コヒーレンス化の制御のスタートはまず、ステップ101でレーザが発振したかどうかを検出する。この場合、実際の発光したことを検出しなくても、露光装置からの発光のトリガ信号を受信して、レーザ発振したと判断してもよい。
レーザの発光を検出すると、次のステップ102に移行し、空間コヒーレンスを低くするためのアクチュエータを駆動するサブルーチンにはいる。
このサブルーチンで空間コヒーレンスを低下させるための、ビームステアリングユニットのミラーの姿勢角度等を所定の角度まで駆動させ、再びステップ1に戻り、これを繰り返す。
【0033】
図9(a)に、低コヒーレンスを実現するため、PO及びMOビームステアリングユニットのミラー等を駆動するアクチュエータの駆動サブルーチンを示す。
このサブルーチンではまずステップ201でビーム振りのプログラムパターンを呼び出す。
そして、ステップ202に移行し、ステップ201で呼び出したプログラムパターンとなるようにMOまたはPOのビームステアリングユニットから出射するレーザビームの方向を変化させる。そして、メインルーチンに戻る。
図9(b)にビームの角度振りのプログラムパターンの例を示す。
このビームの角度振りのパターンを、ビームのポインティング(ビームの方向の指標)の点で表し、点が1パルスを表している。
ビームのポインティングを計測する場合は、前記図2に示したように、サンプル光を集光レンズで集光し、集光レンズの焦点面にCCDカメラを配置することによって計測できる。CCDカメラに計測された集光プロファイルの重心を計算することにより、ビームのポインティングすなわち方向を計測できる。
【0034】
この図の点の位置は例えば、パルス毎の集光ビームの重心位置を表しており、V方向はレーザの放電方向、H方向は放電方向に対して垂直な方向である。
パルス毎にビームの出射角度を、図に示すような点に集光するように、ミラーの角度やウエッジ基板の角度を変化させる。例えば、露光装置での露光積算パルス数を24パルスとすると、ビーム振りの周期は24パルスとし、25パルス目は開始点に戻るようにする。これにより、効率的な空間コヒーレンス化を行うことができる。
ここで、ポインティングの角度は、露光装置のビーム許容角度内で変化させる。ポインティングの変化の周期を露光装置の露光積算パルス数と一致させればよい。
【0035】
以下に具体例を示す。
(i)はH方向に開始点から終点まで直線的に所定の間隔でビームポインティングを変化させ、25パルス発振後に最初のポインティングに戻すパターンである。
(ii)はビームポインティングを結ぶ線が長方形の形になるように、開始点から終点まで所定の間隔でビームポインティングを変化させ、25パルス発振後に開始点ポインティングに戻すパターンである。
(iii)はビームポインティングを結ぶ線が円の形になるように、所定の間隔でビームポインティングを変化させ、25パルス発振毎に最初のポインティングに戻すパターンである。このようなパターンを形成する例として図5(c)及び図7(c)の実施例のようにウエッジ基板を光軸を回転軸として回転させることにより実施できる。
(iv)はビームポインティングを結ぶ線が楕円の形になるように、所定の間隔でビームポインティングを変化させ、25パルス発振毎に最初のポインティングに戻すパターンである。
上記(ii),(iii),(iv)の実施例では、開始点から終点の距離が小さいために、角度振りがスムーズに行うことができる点がメリットである。
ビームの角度振りのプログラムパターンはパルス毎のポインティングを結ぶ線が一筆書きになっていれば、どの露光装置のどの露光面においても略同じ、低空間コヒーレンスビームで露光できる。
【0036】
次に前記コヒーレンスモニタを用いて空間コヒーレンスをフィードバック制御する場合について説明する。
図10に空間コヒーレンスをフィードバック制御する場合のメインフローを示す。
低空間コヒーレンス化の制御のスタートはまず、ステップ400の調整発振サブルーチンに入る。このルーチンでは、レーザの出口のシャッタ65(図1参照)を閉じ、空間コヒーレンスが露光装置の要求仕様に対してOKとなるまで、調整発振し空間コヒーレンスを制御し、OKとなった所で露光準備OKの信号を露光装置に送信し、出射口のシャッタ65を開ける。
そして、実露光モードに入りステップ401でレーザが発振したかどうかを検出する。発振を検出したら、ステップ402に移行し、出力レーザ光の空間コヒーレンスと相関性のあるパラメータを検出する。
具体的には、ビームの集光プロファイルやヤングの干渉計や、シェアリング干渉計で生成された干渉縞のプロファイルである。この検出プロファイルはステップ403に移行し、空間コヒーレンスの移動積算値または積算値で評価するサブルーチンにはいる。
【0037】
空間コヒーレンスの移動積算値または積算値で評価するサブルーチンでは、集光プロファイルまたは干渉縞のプロファイルを積算し、空間コヒーレンスを評価する。
そして、ステップ404では出力レーザ光の空間コヒーレンスの評価値に基づいて、ビームステアリングユニットのミラー等の姿勢角度を駆動するアクチュエータを制御するサブルーチンが実行され、再びスタートに戻る。
ここで、移動積算パルス数や積算値を測定するパルス数は、露光装置で実際にレジストが露光される積算パルス数と同じにすることによって、空間コヒーレンスはどのウエハ上の任意の位置でのスペックルの発生を均一性よく抑制することができる。
【0038】
図11に、出力レーザ光の空間コヒーレンスと相関性のあるビームパラメータを検出するサブルーチン例を示す。
図11(a)は、図2に示したように、出力ビームを集光レンズで集光して、集光レンズの焦点面にCCDを配置して、この焦点面での集光プロファイルを計測した場合の実施例を示す。
まず、ステップ411において、集光プロファイルPnを検出する。具体的にはCCDの各ピクセルにおける光強度を検出する。
次に、ステップ412に移行し、集光プロファイルPnを記憶する。具体的にはCCDの各ピクセルにおける光強度のデータを記憶する。
図11(b)には、図3及び図4に示したように、ヤングの干渉計またはシェアリング干渉計により発生した干渉縞をCCDにより検出した場合の実施例を示す。
まず、ステップ421において、干渉縞のパターンFnを検出する。具体的にはCCDの各ピクセルにおける光強度を検出する。
次に、ステップ412に移行し、干渉縞のパターンFnを記憶する。具体的にはCCDの各ピクセルにおける光強度のデータを記憶する。そして、メインルーチンに戻る。
ここで、nはパルスの順番を示している。
【0039】
図12に、出力レーザ光の空間コヒーレンスの移動積算値または積算値で評価するサブルーチンの第1の実施例を示す。
この実施例は、空間コヒーレンスの検出器として出力レーザ光の集光レンズの焦点面でのプロファイルを検出する場合を示す。以下の実施例は移動積算値を評価している例である。サンプル数はk個とする。
まず、ステップ431においては、前回までの集光プロファイルの移動積算値SPn-1と移動積算パルス数k前の集光プロファイルPn-kと今回の集光プロファイルPnを記憶装置から呼び出す。
次のステップ432では、以下の式により、今回の積算サンプル数kの集光プロファイルの移動積算値SPnを計算する。
SPn=SPn-1−Pn-k+Pn
【0040】
次に、ステップ433に移行し、集光プロファイルの移動積算値SPnから、前記図2で説明した(1)式(D=BD/f)により、ビームダイバージェンス幅Dnを計算する。
そして、目標のビームダイバージェンス値Dtと実際のビームダイバージェンスDnとの差ΔDを計算する。
次のステップ435では、ビームダイバージェンスの目標値との差ΔDが、露光装置の要求仕様に対して、許容範囲に入っているか判断する。許容範囲に入っていれば、メインルーチンに戻る。一方、許容範囲に入っていなければ、ステップ436に移行し、空間コヒーレンスまたはビームの出射角度異常を露光装置に通知し、調整発振サブルーチンへ飛ぶ。
【0041】
図13に、本発明の出力レーザ光の空間コヒーレンスの移動積算値または積算値での評価するサブルーチンの第2の実施例を示す。
この実施例は空間コヒーレンスの検出器としてヤングの干渉計またはシェアリング干渉計での干渉縞のプロファイルを検出する場合を示す。以下の実施例は移動積算値を評価している例である。サンプル数はk個とする。
まず、ステップ441においては、前回までの干渉縞プロファイルの移動積算値SFn-1と移動積算パルス数k前の干渉縞プロファイルFn-kと今回の干渉縞プロファイルFnを記憶装置から呼び出す。
次のステップ442では、以下の式により今回の積算サンプル数kの集光プロファイルの移動積算値SFnを計算する。
SFn=SFn-1−Fn-1+Fn
【0042】
次に、ステップ443に移行し、干渉縞プロファイルの移動積算値SFnからコントラストCn(可視度:ビジビリティ)を、図3で説明した(4)式により計算する。そして、ステップ444で目標のコントラスト値Ctと実際のコントラストCnとの差ΔCを計算する。
次のステップ445では、コントラストの目標値Ctとの差ΔCが露光装置の要求仕様に対して、許容範囲に入っているか判断する。許容範囲に入っていれば、メインルーチンに戻る。一方、許容範囲に入っていなければ、ステップ446に移行し、空間コヒーレンスを露光装置に通知し、調整発振サブルーチンへ飛ぶ。
【0043】
図14に、出力レーザ光の空間コヒーレンスの評価値に基づいてアクチュエータを駆動するサブルーチンの実施例を示す。
図14(a)は空間コヒーレンスの検出器として、出力レーザ光のビームダイバージェンスを評価制御する場合の例を示す。
ステップ451ではビームダイバージェンスの目標値との差ΔDに基づいて、空間コヒーレンスを目標値に安定化するためのアクチュエータを駆動する。
このアクチュエータの具体例としては増幅段レーザ(PO)20または発振段レーザ(MO)10のビームステアリングユニットからのビームの出射角度を制御するアクチュエータに制御値を送信する。
【0044】
図14(b)は出力レーザ光の干渉縞のコントラストを評価制御する場合の例を示す。 ステップ452では干渉縞のコントラストの目標値との差ΔCに基づいて、空間コヒーレンスを目標値に安定化するためのアクチュエータを駆動する。このアクチュエータの具体例としては増幅段レーザ(PO)20または発振段レーザ(MO)10のビームステアリングユニットからのビームの出射角度を制御するアクチュエータに制御値を送信する。
【0045】
図15に、本発明の調整発振するためのサブルーチン例を示す。
調整発振サブルーチンでは、レーザの出口のシャッタ65(図1参照)を閉じ、空間コヒーレンスが露光装置の要求仕様に対してOKとなるまで、調整発振し空間コヒーレンスを制御し、OKとなった所で露光準備OKの信号を露光装置に送信し、出射口のシャッタ65を開ける。
以下フローチャートにより説明する。
まず、ステップ461において、レーザから露光装置にレーザビームが伝送されないように、レーザの出射口65を閉じ、露光装置に露光の準備NG信号を送る。
そして、メインルーチンと同様に、ステップ462でレーザが発振したかどうかを検出する。発振を検出したら、ステップ463に移行し、出力レーザ光の空間コヒーレンスと相関性のあるパラメータを検出する。具体的には、ビームの集光プロファイルやヤングの干渉計や、シェアリング干渉計で生成された干渉縞のプロファイルである。
【0046】
次にステップ464に移行し、この検出プロファイルに基づき、空間コヒーレンスの移動積算値または積算値で評価するサブルーチンにはいる。
このサブルーチンでは、集光プロファイルまたは干渉縞のプロファイルを積算し、空間コヒーレンスを評価する。
そして、ステップ465では出力レーザ光の空間コヒーレンスの評価値に基づいて、例えばミラー等の姿勢角度を駆動するアクチュエータを制御するサブルーチンが実行される。
そして、ステップ466で空間コヒーレンスの評価値が露光装置の要求仕様の許容範囲に入っているか判断する。許容範囲に入っていなければ、ステップ462に移行しこのルーチンを繰り返す。
そして、許容範囲に入れば、ステップ467に移行し出射光のシャッタ65を開け、露光装置に露光準備OK信号を送信し、メインルーチンに戻る。
【符号の説明】
【0047】
10 発振段レーザ(MO)
11 チャンバ
20 増幅段レーザ(PO)
21 チャンバ
30 MOビームステアリングユニット
40 POビームステアリングユニット
50 光パルスストレッチャ(OPS)
60 コヒーレンスモニタ
65 シャッタ
66 レーザコヒーレンスコントローラ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を出力するように構成された狭帯域発振段レーザと、
レーザガスが封入されたチャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の放電電極と、前記放電電極間の放電空間を挟むように配置された共振器とを含み、前記狭帯域発振段レーザからのレーザ光を前記共振器に注入し、前記放電電極に高電圧パルスを印加して放電させて、前記レーザ光を増幅するように構成された増幅段レーザと、
前記増幅段レーザから出力されたレーザ光を反射するミラーと、
前記ミラーの傾きを変化させるように構成された出射角変動手段と
を備えたことを特徴とする露光用放電励起レーザ装置。
【請求項2】
前記出射角変動手段は、前記注入角変動手段による前記注入角度の変動方向に対して直交する方向に前記出射角度が変化するように、前記ミラーの傾きを変化させる
ことを特徴とする請求項1に記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項3】
少なくとも前記狭帯域発振段レーザがレーザ光を出力している間、前記出射角変動手段を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記放電電極に高電圧パルスが印加されて前記放電電極間に放電が発生する毎に前記出射角度が変動するように前記出射角変動手段を制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項4】
前記増幅段レーザから出力されたレーザ光の空間コヒーレンスまたは空間コヒーレンスと相関するパラメータを計測するように構成された計測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記計測手段の計測結果に基づいて前記出射角変動手段を制御する
ことを特徴とする請求項3に記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項5】
前記制御手段は、前記増幅段レーザから出力されたレーザ光の空間コヒーレンスが予め定められた上限及び下限の範囲内となるように、前記計測手段の計測結果に基づいて前記出射角変動手段を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項6】
前記制御手段は、予め定められたプログラムに基づき前記出射角度が変動するように前記出射角変動手段を制御する
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一つに記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項7】
前記計測手段は、ビームダイバージェンスを計測する装置である
ことを特徴とする請求項4または5に記載の露光用放電励起レーザ装置。
【請求項8】
前記計測手段は、ヤングの干渉計またはシェアリング干渉計である
ことを特徴とする請求項4または5に記載の露光用放電励起レーザ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【公開番号】特開2012−156527(P2012−156527A)
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−60947(P2012−60947)
【出願日】平成24年3月16日(2012.3.16)
【分割の表示】特願2007−120919(P2007−120919)の分割
【原出願日】平成19年5月1日(2007.5.1)
【出願人】(300073919)ギガフォトン株式会社 (227)
【Fターム(参考)】