[go: up one dir, main page]

JP2791038B2 - 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法 - Google Patents

分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法

Info

Publication number
JP2791038B2
JP2791038B2 JP63154697A JP15469788A JP2791038B2 JP 2791038 B2 JP2791038 B2 JP 2791038B2 JP 63154697 A JP63154697 A JP 63154697A JP 15469788 A JP15469788 A JP 15469788A JP 2791038 B2 JP2791038 B2 JP 2791038B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wavelength
light source
spectrum
excimer laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63154697A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01321325A (ja
Inventor
達男 原田
利栄 黒崎
敏昭 喜多
恒男 寺澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP63154697A priority Critical patent/JP2791038B2/ja
Priority to US07/370,034 priority patent/US4983039A/en
Publication of JPH01321325A publication Critical patent/JPH01321325A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2791038B2 publication Critical patent/JP2791038B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/04—Slit arrangements slit adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/04—Slit arrangements slit adjustment
    • G01J2003/047—Configuration of two or more entry or exit slits for predetermined delta-lambda
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G01J2003/1842—Types of grating
    • G01J2003/1847—Variable spacing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/2866—Markers; Calibrating of scan
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0294—Multi-channel spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G01J3/1804—Plane gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22—Gases
    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、限られた波長領域内で発振する輝線スペク
トル光源の発振波長を測定するために用いられる分光
器、特にエキシマレーザの発振波長を高分解能かつ高精
度で測定するのに適した分光器を備えた露光装置を用い
たパターン形成方法に関する。
〔従来の技術〕
エキシマレーザは、紫外線領域での高輝度光源として
半導体集積回路製造のための極微細パターン転写に使用
される。転写装置としては一般に高解像レンズを使つた
縮小投影露光装置が用いられる。露光光としては、遠紫
外光を用いるので投影レンズを構成する材料が石英など
に限定されてしまう。従つて、レンズの色収差発生を防
ぐため、使用する波長はレンズの設計条件に適合した特
定波長に限定され、かつ許容される発振スペクトル幅も
きわめて狭い。
そのため、縮小投影露光装置の用途に使用されるエキ
シマレーザは、その発振波長の厳密な制御が必要であ
り、これを実現するためには発振スペクトルを高精度に
測定する手段が必要不可欠である。
輝線スペクトル光源の発振波長を測定するためには、
従来から回折格子を用いた分光器が使用されてきてい
る。この場合、例えば光学技術ハンドブツク（1980
年）、p1066〜p1067に示されているツエルニー・ターナ
ー（Zerny Turner）型と呼ばれるモノクロメータが多く
使用される。第10図はその光学系構成を示すものであ
る。入射スリツト１から入射した光束が凹面鏡２で平行
光化され、平面回折格子４で反射回折された特定波長光
が凹面鏡３によつて出射スリツト42に収束，通過する。
ここで出射スリツトを通過する光波長は、回折格子の格
子溝間隔とその回転角度位置で定まり、回折格子を回転
させながら出射スリツトを通過する光強度を測定するこ
とにより入射光源の発振スペクトルを第11図のように求
めることが出来る。
ここで、回折格子の格子溝間隔を1/3600mm、凹面鏡の
焦点距離を1mとすると、例えばKrFエキシマレーザの発
振波長248.4nm付近での出射スリツト面上のスペクトル
分散は1nmあたり約4mmになり、縮小投影露光装置用光源
として必要な0.001nmオーダでの絶対波長及びスペクト
ル幅の測定は原理的に可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
縮小投影露光装置の用途の場合、使用する光源波長は
定められた媒質中での波長、すなわち真空中での波長あ
るいは発振周波数を一定に保つ必要がある。しかしなが
ら、回折格子分光器を使用して空気中で波長測定を行な
う場合、気圧や気温の変化により空気の屈折率も変化す
るため、モノクロメータにおける波長の読み取り値が一
定であつても、所定媒質中での波長が一定であるとは限
らない。それ故この光源波長の測定においては、既知の
一定周波数を持つた輝線スペクトルの波長測定を同一分
光器で行ない、分光器の校正を行なうと共に空気屈折率
の変動の影響を補正する必要がある。
輝線スペクトル光源の発振波長を時間的変動も含めて
測定する手段として、分光器のスペクトル結像面に空間
分解機能を持つた光電検出器、例えばリニヤイメージセ
ンサ等を用いる方法が有効である。この場合、分光器で
収束したスペクトルを更にレンズ系などを用いて撮像面
に拡大投影することにより、高分解能の波長測定が可能
となる。
ここで、被測定光波長と標準光波長が十分狭い波長差
内にあり、同一検知器上に二つのスペクトルを結像でき
れば標準光を基準にした波長測定が可能になるが、一般
には任意に被測定波長近傍の標準光を選択することは困
難である。例えば、KrFエキシマレーザの248.4nmスペク
トル用標準光としては、水銀の輝線スペクトル253.7nm
光が適しているが、前に示した4mm/nmの分散を持つ分光
器では、二つのスペクトル結像位置には約20mmの隔りが
あり、収束スペクトルを更にレンズ系で検知器面上へ拡
大投影する場合には、１個の検知器でこれら２波長のス
ペクトルを同時測定することはできない。
また、回折格子の回転により標準光と被測定光の所定
スペクトルが同一検知器面上に結像するよう機械的に切
換を行つて標準光と被測定光を交互に測定することも可
能であるが、この場合は標準光と被測定光を同時に検知
することは不可能である。また、機械的走査の誤差が被
測定波長の絶対精度低下を生ぜしめることになる。
本発明の目的は、ほぼ発振波長領域が限定されている
輝線スペクトル光源の発振波長を、機械的走査を行うこ
となく常に既知の光源波長を基準に測定することにあ
り、高い分解能と広い波長領域の両方を同時に満足させ
ることの出来なかつた従来の分光器の問題点を解決し、
露光光源の波長測定に用いることで微細パターンを安定
に形成できるパターン形成方法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、露光光源からの光ビームを第一の入射ス
リットから回折格子を経て検出器に入射させる工程、基
準光源からの光ビームを第１の入射スリットとは異なる
第二の入射スリットから前記回折格子を経て前記検出器
に入射させる工程、前記露光光源からの光ビームのスペ
クトルと前記基準光源からのスペクトルが同時に前記検
出器で検知されている工程、前記検出器で検出された前
記露光光源からの光ビームのスペクトルと前記基準光源
からのスペクトルを用いて、前記露光光源の波長を特定
する工程、前記露光光源の波長を所定の値に調整する工
程、前記露光光源からの光ビームを用いて、第一の基板
上に描かれたパターンを第二の基板上に投影し、パター
ンを形成する工程とを有するパターン形成方法、およ
び、エキシマレーザから発振されるレーザ光の一部を分
岐し、分光器の第一のスリットへ導く工程、既知の周波
数を有する標準光源からの光を前記分光器に設けられた
前記第一のスリットとは別の第二のスリットへ導く工
程、前記第一および第二のスリットから入射した光を所
定の光学系を経て、回折格子に入射させる工程、前記回
折格子によって反射回折された、前記エキシマレーザか
らの光の特定波長のスペクトルおよび前記標準光源から
の光の特定波長のスペクトルを検出器の任意の結像面上
に結像させる工程、前記エキシマレーザからの光の特定
波長のスペクトルと前記標準光源からの光の特定波長の
スペクトルとの前記結像面上の間隔を求めることで、前
記エキシマレーザの波長を特定する工程、前記特定され
たエキシマレーザの波長が、所定の波長と異なっている
場合は、エキシマレーザの波長を所定の波長に調整する
工程、前記調整を行うことで所定の波長に調整されるエ
キシマレーザを用いて、第一の基板上のパターンを半導
体ウエハに転写しパターン形成を行う工程とを有するパ
ターン形成方法により達成される。
〔作用〕
回折格子分光器において、回折格子の格子溝間隔を
σ，スペクトル波長をλ，スペクトル次数をｍとする
と、回折格子への入射角αと回折角βの間には次式の関
係が成り立つ。
ｍλ＝σ（sinα＋sinβ） …（１） ここで、被測定光波長は波長λＭの近傍であることが
わかつており、標準光の波長はλＲであるとする。この
とき、両スペクトル波長が共通の回折角βに対し（１）
式が成り立つように入射角αを選択すれば、標準光と被
測定光は同一検知器面上に収束する。例えば、水銀の輝
線スペクトル253.7nmを基準にKrFエキシマレーザの波長
248.4nmを測定する場合、格子溝間隔1/3600mmの回折格
子を用いたツエルニー・ターナー型分光器において１次
回折光の回折角βを20°とすると標準光の入射角αＲは
34.841°，被測定光の入射角αＭは33.519°となる。そ
れ故、分光器入射光学系の焦点距離を1mとすると23.07m
mの間隔で２個のスリツトを設けた入射スリツトを使用
し、標準光が入射角34.841°，回折角20°になるように
分光器を調整することにより被測定光もほぼ回折角が20
°になつて標準光の近傍に結像する。両スペクトルを更
にレンズ光学系等を用いて拡大し、その拡大像面にリニ
アイメージセンサ等空間分解機能を持つた光電検知器を
配置することにより、常に標準光を基準とした被測定光
波長を高分解能で時間的変化も含めて測定することが出
来る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図により説明する。第１図
は、ツエルニー・ターナー型と呼ばれる光学系配置によ
る本発明の実施例である。図において、光フアイバF1に
より導かれた標準光BSがレンズL1により入射スリツトS1
を通過し、コリメータ鏡M1で平行光束化され回折格子４
に入射する。回折格子により反射回折された標準光の特
定波長スペクトルは、集光鏡M2により結像面Ｐ上に収束
する。一方、光フアイバーF2により導かれて被測定光BM
は、レンズL2により入射スリツトS2を通過し、コリメー
タ鏡M1により平行光束化されて回折格子４に入射し、反
射回折されたのち集光鏡M2により結像面Ｐ上に収束す
る。このとき標準光と被測定光の回折格子への入射角を
適当に選択することにより、標準光と被測定光の回折角
を極めて近い値にすることが可能である。例えば、回折
格子４の格子構間隔を1/3600mmとし、標準光の入射角α
Ｓを24.4°，被測定光の入射角αＭを23.222°とすると
水銀灯からの253.7nmを標準光とした場合、その回折角
βＳは30.0143°,KrFエキシマレーザが発振する248.4nm
を被測定光とした場合その回折角βＭは29.9964°とな
つて、集光鏡M2の焦点距離が1mの場合両スペクトルは0.
312mm隔つて結像する。この時、入射スリツトS1とS2の
間隔は、コリメータ鏡２の焦点距離を1mとすると20.56m
mである。
結像面Ｐ上に収束した二つのスペクトルを更に拡大レ
ンズL3を用いてリニアイメージセンサ５及び信号処理回
路６を用いて検出すると第２図に示すような輝線スペク
トル像が得られる。ここで拡大レンズL3の拡大倍率を25
倍とすると、リニアイメージセンサ上では標準光（253.
7nm）のスペクトルと被測定光（248.4nm）のスペクトル
の隔りは、約8mmであるので、この位置を基準にして被
測定レーザの発振波長測定を行う。光電面における波長
分散は、波長0.001nmあたり104μｍとなるので、リニア
イメージセンサのエレメント間隔を25μｍとすると４エ
レメントで0.001nmの波長差を測定できる。
第３図は、リトロー型と呼ばれる光学系配置による本
発明の実施例である。ここでは、凹面鏡Ｍが第１図に示
す実施例のコリメータ鏡M1と集光鏡M2の両機能を兼ねて
いる。
ここで回折格子の格子溝間隔を1/3600mmとし、標準光
の入射角αＳを27.48°，被測定光の入射角αＭを26.26
°とすると、標準光253.7nmの回折角βＳは26.8644°，
被測定光248.4nmの回折角βＭは、26.8589°となり、凹
面鏡の焦点距離が1mの場合、両スペクトルは0.096mm隔
つて結像面Ｐ上に収束する。同様に倍率が25倍のレンズ
L3で両スペクトルを結像するとその結像面での間隔は、
2.4mmとなり被測定光のリニアイメージセンサ５上での
分散は0.001nmあたり101μｍとなる。
なお、第３図に示した実施例では、凹面鏡Ｍが球面鏡
の場合、スリツトS1またはS2からの発散光束が凹面鏡に
対して軸外しの条件になるように配置されると、球面鏡
での反射光束は厳密な意味では平行光束にならない。こ
の近似平行光束を等間隔格子溝を持つ平面回折格子を用
いて反射回折させ、再び同一の球面鏡を使用してスペク
トルを収束させると、結像スペクトルに主としてコマ収
差から成る収差を発生させる。例えば、曲率半径2mの球
面鏡を用い、その100mm軸外し位置を中心として波長250
nmの光を入射すると、幅100mmの等間隔格子を使用した
場合のスペクトル面上での最大コマ収差量は約150μｍ
である。
この収差をなくすために、本発明では第３図に示す平
面回折格子４を格子溝間隔を変えた回折格子で構成し
た。本実施例において、回折格子中心での格子溝間隔を
σ０，入射角をα０とし、回折格子溝本数方向に中心か
らｘ隔たつた位置での入射角をα（ｘ）とすると、そこ
での格子溝間隔α（ｘ）を となるように格子溝間隔を変えた回折格子を使用すれ
ば、球面鏡Ｍに起因するスペクトルの収差が除去でき
る。例えば、回折格子の格子溝を中心格子溝との比とし
て最大約1.5×10-4変えることにより、先に示した光学
系で発生する約150μｍのコマ収差を除去することがで
きた。
第４図は、凹面回折格子を用いた本発明の実施例であ
る。凹面回折格子４′は、回折格子の光分散と凹面鏡の
集光の両機能を合せ持つ。そのため、平面回折格子分光
器におけるコリメータ鏡，集光鏡が不要であり、簡単な
光学系で、分光器を構成することができる。
本実施例で用いた凹面回折格子４′は、格子溝間隔を
1/3600mm,曲率半径1mとした。光フアイバーF1で導かれ
た標準光と光フアイバーF2で導かれた被測定光がスリツ
トS1,S2を通り、凹面回折格子４′に入射する。凹面回
折格子で反射回折されたスペクトルは、反射鏡７及び拡
大レンズL3を通つてリニアイメージセンサ５上に結像さ
れる。この構成からなる装置で、被測定光の波長を標準
光を基準に測定することができる。
ただし、本実施例では、等間隔直線状格子溝配列を持
つた凹面回折格子を用いる場合、入射スリツト及びスペ
クトル結像点はローランド円と呼ばれる円上に配置する
必要がある。この場合、標準光と被測定光のスペクトル
がわずかに離れていると固体撮像素子５上でデイフオー
カスを生じてしまい精密な測定が難かしくなる。また、
凹面回折格子では、格子溝の長さ方向に拡がつて入射し
た光束の焦線は、先に示したローランド円と離れた直線
になり、ローランド円上に結像したスペクトル像には非
点収差を生じる。
このような欠点をなくすためには、凹面回折格子の格
子溝間隔を不等間隔にすることにより達成可能である。
ここで、回折格子の格子溝配列を溝位置（ｘ）の関数と
して のようにするとパラメータb2の選択によりスペクトル結
像面を先のローランド円からレムニスケート（連珠線）
に変換できる。
この場合、光源及びスペクトル結像点を同一曲線上に
配置すると水平焦線FHは、次式のようになる。
ここでパラメータb2を0.168とすると、標準光光源位
置を入射角αＳ 26.34°，回折格子中心からの距離を10
75.008mm,被測定光光源位置を入射角αＭ 25.12°，中
心からの距離を1074.730mmとすると水銀灯253.7nmの標
準光は、回折角βＳ 28.0098°，中心からの距離を107
5.000mm,波長284.4nmの被測定光は回折角βＭ 28.0164
°，中心からの距離1075.000mmに結像し、スペクトル結
像面は回折光主光線と直交する。ここで焦点面上での回
折光分散は、4.383mm/nmとなる。
スペクトル面が回折光主光線と直交する場合、拡大レ
ンズを使用して高分散スペクトル像を固体撮像素子面上
に結像可能であり、ここで25倍レンズを用いて回折光を
拡大結像すると像面での波長分散は波長0.001nmあたり1
09.6μｍとなる。
ここで回折格子溝が直線状平行線であると、非点収差
が除去される垂直焦線FVは水平焦線FHと一致しないの
で、レムニスケート上で得られたスペクトル像には非点
収差が存在するがその量は等間隔格子溝回折格子を使用
してローランド円上にスペクトルを結像させる場合と比
較して大幅に低減される。
第５図は、発振波長範囲が既知である多種光源の発振
波長を測定する本発明の実施例である。被測定光源とし
ては、半導体レーザなどである。
図において凹面回折格子４′の中心格子溝間隔を1/30
0mm,曲率半径を500mmとし、スリットS1,S2，…S5の各位
置をそれぞれ凹面回折格子への入射角が10.94°,13.53
°,14.42°,22.95°,27.52°となるようにする。このと
きS1から標準光として波長632.8nmのHe-Neレーザ光を入
射せしめ、S2,S3,S4,S5から780nm,830nm,1300nm,1540nm
の波長が入射したとき回折角はいずれも０°となる。こ
こでスペクトル結像面Ｐ上での波長分散は0.15mm/nmと
なるので、レンズL3で４倍に拡大しリニアイメージセン
サ５上に結像させるとリニアイメージセンサ面上での分
散は0.6mm/nmとなる。リニアイメージセンサの素子間隔
が25μｍのものを用いれば、波長の測定分解能は0.04nm
/エレメントとなる。本実施例によれば半導体レーザの
ように波長領域が既知であれば、各レーザの合つた入射
位置を選択し、He-Neレーザ光を基準に発振波長を高分
解能で測定することができる。
第６図は、発振波長を安定化したエキシマレーザの実
施例である。図において、発振器21から発振された光線
27は、反射鏡22,23の間を往復しレーザ光28として出力
される。エキシマレーザの波長帯域幅は、通常0.3〜0.5
nmである。この波長帯域幅を狭帯化するためには、例え
ば図のようにエタロン24を光路内に置くことによつて第
７図に示すごとく容易に0.001nmオーダの波長帯域幅と
することができる。
この構成からなるエキシマレーザでは、例えばKrFガ
スを用いれば、波長248.4nmで波長帯域幅0.003nmていど
の紫外レーザ光が得られる。しかし、このままでは出力
されるレーザ光の波長は、エタロン24の置かれる状態、
つまり周辺の温度変化や振動によりエタロンに位置変化
が発生し、第７図のようにスペクトルの中心波長が本来
の波長からλａだけずれてしまうことになる。また、波
長帯域幅が狭帯化されない状態も発生する。これらの欠
陥はなくすために、本発明のエキシマレーザでは、レー
ザ発振器の他に、出力されるエキシマレーザの波長を標
準光と比較して正確に測定するための分光器40及びその
測定結果に従つてレーザ発振器内のエタロン24の位置を
微動して、出力されるレーザ光の波長が常に一定値にな
るように制御するための微動機構11及び制御回路6,9,10
とで構成した。
図において、本装置ではまずレーザから発振されたビ
ーム26をビームスプリツタ25で２つのビーム28,29に分
ける。ビーム28の強度に比べてはるかに弱い強度である
ビーム29を光フアイバF2を介して分光器の被測定光側の
スリツトS2側に導びく。一方スリツトS1側には基準とな
る水銀灯の光、つまり波長253.7nmの光が導かれてい
る。分光器を構成する光学系の諸元は、スリツトS1,S2
の間隔20.56mm,凹面鏡M1,M2の焦点距離1m,回折格子４の
格子溝間隔1/3600mm,スペクトルを拡大するレンズL3の
倍率25倍、リニアイメージセンサ５のエレメント間隔25
μｍである。
この分光器により、エキシマレーザの光の波長は標準
光を基準に0.001nmと高精度に測定される。エキシマレ
ーザ光波長の測定結果は制御回路９に送られ、予め設定
された値との比較が行なわれる。比較された結果、所定
の値と差があればエタロン24を微小に回転して、エキシ
マレーザ光26の波長が所定の値となるように制御する。
この結果、レーザの置かれている環境が変化しても常に
安定した波長をもつエキシマレーザ光を得ることができ
る。
第８図はエキシマレーザを光源とする投影露光装置の
実施例である。投影露光装置は半導体デバイスのパター
ンが描かれたレテイクル32を投影レンズ31でウエーハ33
上に等倍あるいは微小して転写するものである。投影レ
ンズ31の解像力は、光学の原理からレンズの開口数と使
用する光の波長で決まる。つまり、開口数が大きく、波
長を短かくすれば解像力を高くすることができる。そこ
で、短波長光源として高輝度な遠紫外光を発振するエキ
シマレーザが考えられる。エキシマレーザは例えばKrF
ガスを用いれば波長248.4nmの光を発振する。しかし、
遠紫外光に対して透過率の高いレンズ材料は、実用的に
石英に限られるので、投影レンズは石英のみで設計する
必要がある。従つて、石英のみで構成したレンズでは色
収差の発生を防ぐため第９図に示すごとく光の波長スペ
クトル幅を中心波長の変化を0.005nm以下にする必要が
ある。
そこで、本発明ではエキシマレーザ20から発振される
レーザ光27をビームスプリツタ25で分岐した光29をフア
イバーF2を介して分光器40に導く。分光器40では、水銀
灯８からの波長253.7nmの光を基準としてエキシマレー
ザ光の波長を測定する。測定結果は制御回路９に送ら
れ、所定の波長つまり投影レンズ31の設計波長との比較
が行なわれる。比較の結果、エキシマレーザ光の波長が
ずれている場合は、波長を制御するための制御回路10に
よりエキシマレーザ内のエタロン24を微小回転して所定
波長になるように自動的に調整する。これによつて照明
光28は常に投影レンズ31に合つた波長にすることができ
るので、ウエーハ33上には良好な形状の微細パターンを
形成することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、被測定光の波長を標準光を基準に同
一検知器上で同一時間に測定することができるので、被
測定光源の置かれている環境つまり温度，気圧，振動は
どの影響を受けず0.001nmという極めて高精度に波長測
定を行なうことができるという効果がある。また、エキ
シマレーザにおいては、波長変動を0.001nm以下におさ
えることができる。さらに露光装置においては、投影レ
ンズの性能を十分に発揮することができ、0.5μｍ以下
の微細パターンを安定に形成することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理及び一実施例を示す図、第２図は
本発明の分光器で検出されるスペクトルの模式図、第３
図は本発明の一実施例を示す図、第４図は凹面回折格子
を使つた分光器の実施例を示す図、第５図は波長範囲が
既知である複数の光源の波長を測定する本発明の実施例
を示す図、第６図はエキシマレーザの実施例を示す図、
第７図はエキシマレーザのスペクトルを説明する図、第
８図は露光装置の実施例を示す図、第９図は投影レンズ
の性能を示す図、第10図は従来の分光器を示す図、第11
図は分光器で得られるスペクトルを説明する図である。 S1……標準光用スリツト、S2……被測定光用スリツト、
F1,F2……フアイバー、M1……コリメータ鏡、M2……集
光鏡、４……回折格子、L3……拡大レンズ、５……リニ
アラインセンサ、６……信号処理回路、４′……凹面回
折格子、20……エキシマレーザ、24……エタロン、９…
…波長測定回路、10……微動機構制御回路、31……投影
レンズ、32……レテイクル、33……ウエーハ、34……コ
ンデンサレンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺澤 恒男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−47622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−208630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110686（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−191488（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−115066（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 3/18 G01J 3/30 G01J 3/443

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】露光光源からの光ビームを第一の入射スリ
    ットから回折格子を経て検出器に入射させる工程、 基準光源からの光ビームを第１の入射スリットとは異な
    る第二の入射スリットから前記回折格子を経て前記検出
    器に入射させる工程、 前記露光光源からの光ビームのスペクトルと前記基準光
    源からのスペクトルが同時に前記検出器で検知されてい
    る工程、 前記検出器で検出された前記露光光源からの光ビームの
    スペクトルと前記基準光源からのスペクトルを用いて、
    前記露光光源の波長を特定する工程、 前記露光光源の波長を所定の値に調整する工程、 前記露光光源からの光ビームを用いて、第一の基板上に
    描かれたパターンを第二の基板上に投影し、パターンを
    形成する工程とを有することを特徴とするパターン形成
    方法。
  2. 【請求項２】前記露光光源はエキシマレーザであり、前
    記基準光源は水銀灯であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載のパターン形成方法。
  3. 【請求項３】エキシマレーザから発振されるレーザ光の
    一部を分岐し、分光器の第一のスリットへ導く工程、 既知の周波数を有する標準光源からの光を前記分光器に
    設けられた前記第一のスリットとは別の第二のスリット
    へ導く工程、 前記第一および第二のスリットから入射した光を所定の
    光学系を経て、回折格子に入射させる工程、 前記回折格子によって反射回折された、前記エキシマレ
    ーザからの光の特定波長のスペクトルおよび前記標準光
    源からの光の特定波長のスペクトルを検出器の任意の結
    像面上に結像させる工程、 前記エキシマレーザからの光の特定波長のスペクトルと
    前記標準光源からの光の特定波長のスペクトルとの前記
    結像面上の間隔を求めることで、前記エキシマレーザの
    波長を特定する工程、 前記特定されたエキシマレーザの波長が、所定の波長と
    異なっている場合は、エキシマレーザの波長を所定の波
    長に調整する工程、 前記調整を行うことで所定の波長に調整されるエキシマ
    レーザを用いて、第一の基板上のパターンを半導体ウエ
    ハに転写しパターン形成を行う工程とを有することを特
    徴とするパターン形成方法。
  4. 【請求項４】前記光スペクトルの検出器として、位置分
    解能を有するアレイ状光電センサを用いたことを特徴と
    する特許請求の範囲第３項記載のパターン形成方法。
JP63154697A 1988-06-24 1988-06-24 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法 Expired - Fee Related JP2791038B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63154697A JP2791038B2 (ja) 1988-06-24 1988-06-24 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法
US07/370,034 US4983039A (en) 1988-06-24 1989-06-22 Spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63154697A JP2791038B2 (ja) 1988-06-24 1988-06-24 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01321325A JPH01321325A (ja) 1989-12-27
JP2791038B2 true JP2791038B2 (ja) 1998-08-27

Family

ID=15589969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63154697A Expired - Fee Related JP2791038B2 (ja) 1988-06-24 1988-06-24 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4983039A (ja)
JP (1) JP2791038B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016058287A1 (zh) * 2014-10-15 2016-04-21 清华大学深圳研究生院 一种光谱仪的设计方法以及光谱仪
WO2016061910A1 (zh) * 2014-10-22 2016-04-28 清华大学深圳研究生院 一种双入射狭缝光谱仪的设计方法以及双入射狭缝光谱仪
WO2016070494A1 (zh) * 2014-11-07 2016-05-12 清华大学深圳研究生院 一种高分辨率光谱仪的设计方法以及光谱仪

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5144374A (en) * 1990-04-27 1992-09-01 Cselt - Centro Studi E Laboratori Telecommunicazioni S.P.A. Optical spectroscopy system
CA2084923A1 (en) * 1991-12-20 1993-06-21 Ronald E. Stafford Slm spectrometer
US5489980A (en) * 1992-03-18 1996-02-06 Anthony; Michael Apparatus for rapid and accurate analysis of the composition of samples
DE69634321T2 (de) * 1995-03-15 2006-04-13 Yokogawa Electric Corporation, Musashino Optischer spektrumanalysator und spektroskop
US5933235A (en) * 1995-03-15 1999-08-03 Yokogawa Electric Corporation Optical spectrum analyzer and spectrometer
US5714392A (en) * 1996-07-26 1998-02-03 Advanced Micro Devices, Inc. Rapid thermal anneal system and method including improved temperature sensing and monitoring
US6097859A (en) 1998-02-12 2000-08-01 The Regents Of The University Of California Multi-wavelength cross-connect optical switch
WO1999001890A1 (fr) * 1997-07-03 1999-01-14 Hamamatsu Photonics K.K. Tube a decharge et procede de calibrage de longueur d'ondes laser en utilisant ce tube
US5978391A (en) * 1997-07-18 1999-11-02 Cymer, Inc. Wavelength reference for excimer laser
US5757483A (en) * 1997-08-06 1998-05-26 Stellarnet, Inc. Dual beam optical spectrograph
US5887014A (en) * 1997-08-20 1999-03-23 Cymer, Inc. Process for selecting operating range for narrow band excimer laser
EP0942266A1 (de) * 1998-03-11 1999-09-15 Gretag-Macbeth AG Spektrometer
EP0942267B1 (de) * 1998-03-11 2006-08-30 Gretag-Macbeth AG Spektrometer
US6125223A (en) * 1998-08-31 2000-09-26 Oriel Corporation Spectrally resolved light
US6184985B1 (en) * 1998-12-11 2001-02-06 Filmetrics, Inc. Spectrometer configured to provide simultaneous multiple intensity spectra from independent light sources
US6118530A (en) * 1999-05-18 2000-09-12 Bouevitch; Oleg Optical scanning spectrometer
US6597452B1 (en) 2000-11-17 2003-07-22 Jobin Yvon, Inc. Compact littrow-type scanning spectrometer
KR100406838B1 (ko) * 2001-06-22 2003-11-19 주식회사 파이맥스 다채널 분광분석을 위한 고속 주사형 겹살 분광광도계
KR100406029B1 (ko) * 2001-06-22 2003-11-19 주식회사 파이맥스 고속 주사형 다채널 다중광 분광광도계
HUP0104057A2 (hu) * 2001-10-02 2003-06-28 MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet Mérési elrendezés és eljárás félvezető szeletek és más tükörjellegű felületek érintésmentes, gyors kvantitatív topográfiai vizsgálatára
US6954271B2 (en) * 2001-10-10 2005-10-11 Analytical Spectral Devices, Inc. System and method for multiplexing inputs into a single spectrometer
US6885447B2 (en) * 2002-10-18 2005-04-26 Yokogawa Electric Corporation Spectrometer and optical spectrum analyzer
US6930775B1 (en) * 2002-11-22 2005-08-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Diffraction-based optical correlator
EP1784622A4 (en) * 2004-08-19 2009-06-03 Headwall Photonics Inc Multi-channel, multi-spectrum imaging spectrometer
JP4640577B2 (ja) * 2004-11-12 2011-03-02 横河電機株式会社 光スペクトラムアナライザ
DK200500840A (da) * 2005-06-09 2006-12-10 Banke Stefan Ovesen Raman minispektrometer tilpasset SSRS metode
US8189191B2 (en) * 2005-07-26 2012-05-29 Tufts University Spectroscopic imaging microscopy
US7702194B2 (en) * 2006-11-07 2010-04-20 Olympus Corporation Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches
US8131123B2 (en) 2006-11-07 2012-03-06 Olympus Corporation Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches and monitoring
US7720329B2 (en) * 2006-11-07 2010-05-18 Olympus Corporation Segmented prism element and associated methods for manifold fiberoptic switches
US8000568B2 (en) * 2006-11-07 2011-08-16 Olympus Corporation Beam steering element and associated methods for mixed manifold fiberoptic switches
US7873246B2 (en) * 2006-11-07 2011-01-18 Olympus Corporation Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches and monitoring
US7769255B2 (en) * 2006-11-07 2010-08-03 Olympus Corporation High port count instantiated wavelength selective switch
US7817274B2 (en) * 2007-10-05 2010-10-19 Jingyun Zhang Compact spectrometer
US7812949B2 (en) * 2007-10-17 2010-10-12 Horiba Jobin Yvon Inc. Spectrometer with cylindrical lens for astigmatism correction and demagnification
WO2009070459A1 (en) 2007-11-30 2009-06-04 Jingyun Zhang Miniature spectrometers working with cellular phones and other portable electronic devices
US8190025B2 (en) * 2008-02-28 2012-05-29 Olympus Corporation Wavelength selective switch having distinct planes of operation
NL2002968A1 (nl) * 2008-06-30 2009-12-31 Asml Netherlands Bv Optical element, lithographic apparatus including such an optical element, device manufacturing method, and device manufactured thereby.
US20110299083A1 (en) * 2009-02-18 2011-12-08 Horiba, Ltd Sample analyzing apparatus
US20100292581A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 Peter Guy Howard Dynamic Calibration of an Optical Spectrometer
WO2011137316A2 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 University Of Rochester Broad band czerny-turner spectrometer, methods, and applications
US8823932B2 (en) * 2011-04-04 2014-09-02 Corning Incorporated Multi field of view hyperspectral imaging device and method for using same
US8334975B1 (en) * 2011-09-26 2012-12-18 Raytheon Company Integrated 3-channel gas detection and measurement spectrometer
US8773659B2 (en) * 2012-01-13 2014-07-08 Roper Scientific Inc. Anastigmatic imaging spectrograph
CN102928077B (zh) * 2012-11-26 2015-10-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统
JP6673674B2 (ja) * 2015-11-12 2020-03-25 横河電機株式会社 分光測定装置
CN108387315A (zh) * 2018-05-08 2018-08-10 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 多狭缝光栅谱仪
EP3901596A4 (en) * 2018-12-20 2022-08-24 Hitachi High-Tech Corporation SPECTROPHOTOMETER, SPECTROSCOPIC ANALYZER AND METHOD OF MAKING A SPECTRALPHOTOMETER
WO2021065348A1 (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 コニカミノルタ株式会社 分光測定器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229566A (en) * 1961-11-24 1966-01-18 Cons Electrodynamics Corp Spectroscopic alignment monitor
US3171882A (en) * 1962-04-24 1965-03-02 Baird Atomic Inc Spectroscopic apparatus
US3522739A (en) * 1968-10-28 1970-08-04 Princeton Applied Res Corp Spectrophotometer apparatus utilizing a ratio measuring circuit
US3846024A (en) * 1972-06-12 1974-11-05 Baird Atomic Inc Optical alignment system for optical spectrometers
JPS5711228Y2 (ja) * 1975-03-14 1982-03-05
US4191473A (en) * 1978-01-09 1980-03-04 Hansch Theodor W Method of and apparatus for measuring the absolute wavelength of a source of unknown frequency radiation
NL7905871A (nl) * 1979-07-30 1981-02-03 Jan Willem Frederikse Spectrofotometer.
JPS58208630A (ja) * 1982-05-28 1983-12-05 Shimadzu Corp 平面回折格子分光器
SE8401773L (sv) * 1984-03-30 1985-10-01 Boh Optical Ab Frekvens- och effektreglering hos laserdioder
JPS6347622A (ja) * 1986-08-14 1988-02-29 Shimadzu Corp 分光装置
JPS63110686A (ja) * 1986-10-28 1988-05-16 Komatsu Ltd マルチモ−ド狭帯域発振エキシマレ−ザ
US4823354A (en) * 1987-12-15 1989-04-18 Lumonics Inc. Excimer lasers
JP2646225B2 (ja) * 1988-01-27 1997-08-27 株式会社小松製作所 レーザの波長制御装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016058287A1 (zh) * 2014-10-15 2016-04-21 清华大学深圳研究生院 一种光谱仪的设计方法以及光谱仪
US10345149B2 (en) 2014-10-15 2019-07-09 Graduate School At Shenzhen, Tsinghua University Method of spectrometer and spectrometer
WO2016061910A1 (zh) * 2014-10-22 2016-04-28 清华大学深圳研究生院 一种双入射狭缝光谱仪的设计方法以及双入射狭缝光谱仪
WO2016070494A1 (zh) * 2014-11-07 2016-05-12 清华大学深圳研究生院 一种高分辨率光谱仪的设计方法以及光谱仪

Also Published As

Publication number Publication date
US4983039A (en) 1991-01-08
JPH01321325A (ja) 1989-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2791038B2 (ja) 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法
US6160831A (en) Wavelength calibration tool for narrow band excimer lasers
JP3916876B2 (ja) 複光路２重エタロン分光器
US6538737B2 (en) High resolution etalon-grating spectrometer
US5747813A (en) Broadband microspectro-reflectometer
US6061129A (en) Compact high resolution grating spectrometer
JP3624783B2 (ja) ダブルパスエタロンスペクトロメータ
US20040100632A1 (en) Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system
JP2002510797A (ja) 軸外球面鏡と屈折素子を用いる分光計測システム
KR20010007487A (ko) 반도체 노광용 레이저광을 위한 파장 모니터 장치
US6317203B1 (en) Narrowband module inspection device
US5767966A (en) Optical spectrum measuring device
JP7461497B2 (ja) レーザ波長測定装置及び方法
JP2001264168A (ja) スペクトル分布測定用分光装置
US6597451B1 (en) Spectrometry measuring apparatus
US4850706A (en) Low profile spectral analysis system
US7268869B2 (en) In-situ spectrograph and method of measuring light wavelength characteristics for photolithography
US7248364B2 (en) Apparatus and method for optical characterization of a sample over a broadband of wavelengths with a small spot size
JP2001188023A (ja) 分光装置
JP2631553B2 (ja) レーザの波長制御装置
US6480275B2 (en) High resolution etalon-grating monochromator
JP3245189B2 (ja) 非点収差補正型分光装置
US6456361B1 (en) Method and instrument for measuring vacuum ultraviolet light beam, method of producing device and optical exposure apparatus
US4247200A (en) Projection type lens meter
JP2617320B2 (ja) レーザの波長制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees