JPH07142805A

JPH07142805A - 半導体露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH07142805A
Application number: JP5309798A
Authority: JP
Inventors: Toru Ogawa; 透小川; Masaya Uematsu; 政也植松
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】大きな焦点深度を有する半導体露光装置を提供
する。【構成】半導体露光装置は、レーザ光源１０、及びレー
ザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高
調波発生装置２０を具備している。そして、エタロン２
７を備えた第２高調波発生装置２０が複数備えられてお
り、各第２高調波発生装置から射出される光の波長をエ
タロン２７によって異ならせる。あるいは又、半導体露
光装置は、レーザ光源、及びレーザ光源から射出された
光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた
波長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備し
ている。そして、エタロンを備え、第２高調波発生装置
から射出される光の波長をエタロンによって変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大きな焦点深度を付与
するために、露光光源から射出される光の波長を異なら
せあるいは又変化させ得る半導体露光装置及びかかる半
導体露光装置を用いた露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置においては、レジストの
露光に用いる光の波長をλ、レンズの開口数をＮＡとし
たとき、解像度及び焦点深度ＤＯＦは、以下の式で表わ
される。解像度＝ｋ₁λ／ＮＡ式（１）ＤＯＦ＝ｋ₂λ／ＮＡ² 式（２）ここでｋ₁、ｋ₂は半導体露光装置に依存した定数であ
る。

【０００３】従来の半導体露光装置においては、半導体
集積回路の集積度を高めるために、式（１）から明らか
なように、短波長の露光光源を使用する必要がある。こ
の露光光源として、例えば超高圧水銀アークランプやエ
キシマ・レーザを挙げることができる。

【０００４】従来の露光光源においては、射出される光
の波長は一定であり、単焦点であるため、波長λが短く
なるに従い、式（２）にて求められる焦点深度が十分で
なくなっている。そのため、段差を有するような領域
（例えば、コンタクトホール部）上のレジストにパター
ンを焼き付ける場合、十分な解像度を得ることが困難に
なりつつある。

【０００５】このような焦点深度の問題を解決するため
の一手段にＦＬＥＸ法がある。このＦＬＥＸ法の概要
を、以下、簡単に説明する。通常、レチクルに形成され
たパターンを縮小投影光学系（縮小投影レンズ等）を用
いて、ウエハステージに載置されたウエハ上に形成され
たレジストに転写する。この際、ＦＬＥＸ法において
は、ウエハ上に形成されたレジスト層と縮小投影光学系
との間の距離を変えて、最低２回露光を行う。ウエハ上
に形成されたレジスト層と縮小投影光学系との間の距離
（Ｚ）は、ウエハステージをＺ軸方向に移動させること
で変化させることができる。

【０００６】このようなＦＬＥＸ法によって得られるレ
ジストの厚さ方向の光強度分布を模式的に図１３に示
す。ウエハ上に形成されたレジスト層と縮小投影光学系
との間の距離がＺの場合の露光によって、図１３の左側
の（ａ）のような光強度分布が得られる。また、ウエハ
上に形成されたレジスト層と縮小投影光学系との間の距
離をＺ−ΔＺに変化させて露光することによって、図１
３の中央の（ｂ）のような光強度分布が得られる。この
ような２回の露光の結果、図１３の右側の（ｃ）に示す
ような、レジストの厚さ方向の光強度分布を得ることが
できる。その結果、焦点深度の値を大きくすることが可
能になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなＦＬＥＸ法
は焦点深度の値を大きくする効果的な方法であるが、最
低２回の露光を行う必要があるため、スループットの低
下を招くという問題がある。また、ウエハステージをＺ
軸方向に移動させる必要があるために、アライメントが
変化する虞がある。更には、図１４に模式的な一部断面
図を示すように、露光・現像後のレジスト６４のエッジ
部にテーパーが付くという問題もある。この現象は、露
光時の、エッジ部が形成されるレジスト部分のｄＩ／ｄ
ｘの値（エッジ部が形成されるレジスト部分の光強度の
微分係数）が小さいことに起因する。レジストのエッジ
部にテーパーが付くと、例えば、エッチング工程におい
て、所望のエッチング形状を得ることができなくなる。

【０００８】従って、本発明の目的は、大きな焦点深度
を有する半導体露光装置を提供することにある。また、
本発明の目的は、１回の露光でしかもウエハステージを
移動することなく、大きな焦点深度にてシャープな露光
を行うことを可能にする露光方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る半導体露光装置は、レー
ザ光源、及びレーザ光源から射出された光が入射されそ
してこの入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光
を射出する第２高調波発生装置を具備している。そし
て、波長分散素子を備えた第２高調波発生装置が複数備
えられており、波長分散素子によって各第２高調波発生
装置から射出される光の波長を異ならせることを特徴と
する。

【００１０】本発明の第１の態様に係る半導体露光装置
においては、例えば、レーザ光源は、レーザダイオー
ド、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学
結晶素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、
第２高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器
及び波長分散素子から成り、レーザ光源から射出された
光を第２高調波発生装置の数だけ分割し、各分割された
光を第２高調波発生装置を構成する波長分散素子に入射
させ、波長分散素子にて分光された光を光共振器に入射
させる。

【００１１】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る半導体露光装置は、レーザ光源、及びレー
ザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高
調波発生装置を具備している。そして、レーザ光源及び
第２高調波発生装置が複数備えられており、各第２高調
波発生装置から射出される光の波長が異なることを特徴
とする。

【００１２】本発明の第２の態様に係る半導体露光装置
においては、例えば、レーザ光源は、レーザダイオー
ド、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学
結晶素子及び波長分散素子から構成されたＬＤ励起固体
レーザから成り、第２高調波発生装置は非線形光学結晶
素子及び光共振器から成り、波長分散素子にて分光され
た光を光共振器に入射させる。

【００１３】あるいは又、例えば、レーザ光源は、レー
ザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、
非線形光学結晶素子から構成されたＬＤ励起固体レーザ
から成り、第２高調波発生装置は、非線形光学結晶素
子、光共振器及び波長分散素子から成り、波長分散素子
にて分光された光を光共振器に入射させる。

【００１４】これらの第１又は第２の態様に係る半導体
露光装置においては、各第２高調波発生装置から射出さ
れる光を合成する光合成手段を更に備えていることが望
ましい。波長分散素子は、例えばエタロンから構成する
ことができる。

【００１５】上記の目的を達成するための本発明の第１
の態様に係る露光方法は、レーザ光源、及び波長分散素
子を備え且つレーザ光源から射出された光が入射されそ
してこの入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光
を射出する第２高調波発生装置を複数具備し、波長分散
素子によって各第２高調波発生装置から射出される光の
波長を異ならせる半導体露光装置を用いた露光方法であ
る。そして、第２高調波発生装置の各々から射出された
波長の異なる光を合成し、かかる合成された光を用い
て、レチクルに形成されたパターンをウエハ上に形成さ
れたレジストに転写することを特徴とする。

【００１６】本発明の第１の態様に係る露光方法におい
ては、レーザ光源を、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧ
から成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子から成る
ＬＤ励起固体レーザから構成し、第２高調波発生装置
を、非線形光学結晶素子、光共振器及び波長分散素子か
ら構成し、レーザ光源から射出された光を第２高調波発
生装置の数だけ分割し、各分割された光を第２高調波発
生装置を構成する波長分散素子に入射させ、波長分散素
子にて分光された光を光共振器に入射させることが好ま
しい。

【００１７】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る露光方法は、複数のレーザ光源、及びレー
ザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する複数の
第２高調波発生装置を具備し、各第２高調波発生装置か
ら射出される光の波長が異なる半導体露光装置を用いた
露光方法である。そして、第２高調波発生装置の各々か
ら射出された波長の異なる光を合成し、かかる合成され
た光を用いて、レチクルに形成されたパターンをウエハ
上に形成されたレジストに転写することを特徴とする。

【００１８】本発明の第２の態様に係る露光方法におい
ては、例えば、レーザ光源を、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素
子及び波長分散素子から成るＬＤ励起固体レーザから構
成し、第２高調波発生装置を非線形光学結晶素子及び光
共振器から構成し、波長分散素子にて分光された光を光
共振器に入射させる。

【００１９】あるいは又、例えば、レーザ光源を、レー
ザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及
び非線形光学結晶素子から成るＬＤ励起固体レーザから
構成し、第２高調波発生装置を、非線形光学結晶素子、
光共振器及び波長分散素子から構成し、波長分散素子に
て分光された光を光共振器に入射させる。

【００２０】これらの第１及び第２の態様に係る露光方
法においては、波長分散素子として、例えばエタロンを
用いることができる。

【００２１】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係る半導体露光装置は、レーザ光源、及びレー
ザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高
調波発生装置を具備している。そして、波長分散素子を
備え、波長分散素子によって第２高調波発生装置から射
出される光の波長を変化させることを特徴とする。

【００２２】本発明の第３の態様に係る半導体露光装置
においては、レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：
ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子、
波長分散素子及び波長分散素子制御装置から構成された
ＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波発生装置は非
線形光学結晶素子及び光共振器から構成することができ
る。

【００２３】あるいは又、レーザ光源は、レーザダイオ
ード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形
光学結晶素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成
り、第２高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共
振器、波長分散素子及び波長分散素子制御装置から構成
することができる。

【００２４】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係る露光方法は、レーザ光源、及びレーザ光源
から射出された光が入射されそしてこの入射光の第２高
調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高調波発
生装置を具備した半導体露光装置を用いる。そして、第
２高調波発生装置から射出される光の波長を連続的若し
くは段階的に変化させ、かかる光を用いて、レチクルに
形成されたパターンをウエハ上に形成されたレジストに
転写することを特徴とする。

【００２５】本発明の第３の態様に係る露光方法におい
ては、レーザ光源を、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧ
から成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子、波長分
散素子及び波長分散素子制御装置から成るＬＤ励起固体
レーザから構成し、第２高調波発生装置を非線形光学結
晶素子及び光共振器から構成し、波長分散素子制御装置
にて波長分散素子による分光を変化させ、これによって
波長を変化させることができる。

【００２６】あるいは又、レーザ光源を、レーザダイオ
ード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形
光学結晶素子から成るＬＤ励起固体レーザから構成し、
第２高調波発生装置を、非線形光学結晶素子、光共振
器、波長分散素子及び波長分散素子制御装置から構成
し、波長分散素子制御装置にて波長分散素子による分光
を変化させ、これによって波長を変化させることができ
る。

【００２７】本発明の第３の態様に係る半導体露光装置
及び露光方法においては、波長分散素子として、例えば
エタロンを用いることができる。

【００２８】

【作用】一般に、縮小投影光学系の色収差を考慮する
と、レンズ開口数が０．４の場合、露光光の半値幅は３
ｐｍ以下とする必要がある。また、レンズ開口数が０．
４〜０．４５の場合、露光光の半値幅は２ｐｍ以下、レ
ンズ開口数が０．４５を越える場合、露光光の半値幅は
１．５ｐｍ以下とする必要がある。従って、従来の技術
においては、露光光の狭帯域化を施すことに注力されて
いる。また、露光光の波長がλからλ±Δλに変化する
と、縮小投影光学系によって形成される焦点面がずれる
（変動する）ことが知られている。

【００２９】本発明の半導体露光装置においては、正確
に制御された複数の波長を有する露光光を得ることがで
き、あるいは又、可変波長の露光光を得ることができ
る。従って、縮小投影光学系によって形成される焦点面
を正確に制御された状態でずらす（変動させる）ことが
できる。その結果、本発明の半導体露光装置において
は、大きな焦点深度を得ることができる。

【００３０】本発明の露光方法においては、正確に制御
された複数の波長を有する露光光を得ることができ、あ
るいは又、可変波長の露光光を得ることができるので、
１回の露光でしかもウエハステージを移動することな
く、大きな焦点深度にてシャープな露光を行うことがで
きる。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。尚、実施例１は、本発明の第１の態様に
係る半導体露光装置及び露光方法に関する。また、実施
例２は、本発明の第２の態様に係る半導体露光装置及び
露光方法に関する。更に、実施例３は、本発明の第３の
態様に係る半導体露光装置及び露光方法に関する。

【００３２】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
態様に係る半導体露光装置及び露光方法に関する。図１
に模式図を示すように、実施例１の半導体露光装置は、
レーザ光源１０、及びレーザ光源１０から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置２０を具備
している。半導体露光装置は複数（実施例１においては
３つ。但し３つに限定されないが奇数が望ましい）の第
２高調波発生装置２０を有し、各第２高調波発生装置２
０にはエタロンから成る波長分散素子２７が備えられて
おり、波長分散素子２７によって第２高調波発生装置２
０から射出される光の波長を異ならせる。

【００３３】また、実施例１の露光方法においては、レ
ーザ光源１０、及びエタロンから成る波長分散素子２７
を備え且つレーザ光源１０から射出された光が入射され
そして該光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を複数具備し、波長分散
素子２７によって各第２高調波発生装置から射出される
光の波長を異ならせる半導体露光装置を用いる。そし
て、第２高調波発生装置２０の各々から射出された波長
の異なる光を合成し、かかる合成された光を用いて、レ
チクル６２に形成されたパターンをウエハ６５上に形成
されたレジスト６４に転写する。

【００３４】尚、場合によっては、第２高調波発生装置
の各々から射出された光を順次用いて、レチクルに形成
されたパターンをウエハ上に形成されたレジストに転写
することも可能である。

【００３５】この波長分散素子２７によって各第２高調
波発生装置２０から射出される光の波長を異ならせる。
即ち、波長分散素子２７であるエタロンを構成する２枚
の平行平面ガラス（両面は半鍍銀されあるいは多重層反
射膜が形成されている）の間隔（ギャップ間隔）をＤ、
相対する反射面への入射角をθ、波長分散素子から射出
される光の波長をλ₀とすれば、波長分散素子に入射す
る光から波長λ₀の波長の光を分光し、選択的に射出さ
せるためには、２Ｄｃｏｓθ＝ｍλ₀（ｍは整数）を満
足するように、ギャップ間隔Ｄ若しくは入射角θを制御
すればよい。

【００３６】レーザ光源１０から射出された光は、ハー
フミラー４０から成る光分割手段によって第２高調波発
生装置２０の数だけ分割される。第２高調波発生装置２
０に入射する光の強度は、各ハーフミラー４０の光透過
率を変えることによって制御することができる。

【００３７】各第２高調波発生装置２０から射出された
波長の異なる光は、光を合成する光合成手段によって１
つのビームに合成される。光合成手段は、例えば、図１
に示すように複数のハーフミラー４１とすることができ
る。あるいは又、複数のプリズムと、かかるプリズムか
ら射出された光が一ヶ所に集められた位置に配置された
フライアイレンズ（ハエの目レンズ）とすることができ
る。更には、如何なる形成の光合成手段を採用してもよ
い。尚、図１中、４２は反射鏡である。

【００３８】光合成手段４１から射出された光は、反射
鏡６１を介してレチクル６２を照射し、レチクル６２に
形成されたパターンを縮小投影レンズ６３を介してウエ
ハ６５上に形成されたレジスト６４に転写する。レチク
ル６２に形成されたパターンは、レジスト６４上に形成
すべきパターンが例えば５倍に拡大されたものである。
縮小投影レンズ６３は、入射した光を透過し、例えば１
／５に縮小した光学像をウエハ６５に形成されたレジス
ト６４に投影する。これによって、レジスト６４には微
細パターンが形成される。

【００３９】光合成手段４１から射出された光は、実施
例１においては異なる波長を有する３つの光が合成され
たものである。かかる合成された光の波長と光強度の関
係を模式的に図２の（Ａ）に示す。また、レジスト６４
の厚さ方向における光強度分布を模式的に図２の（Ｂ）
に示す。光強度が或る値以上である範囲が、焦点深度
（ＤＯＦ）に相当する。

【００４０】波長が２６６ｎｍで開口数ＮＡが０．４５
の縮小投影レンズ６３を用いた光学系においては、波長
が１ｐｍ変化すると、焦点面は０．３〜０．５μｍ程度
変化する。従って、第２高調波発生装置２０の各々から
射出された波長の異なる３つの光（λ＝２６６．０００
ｎｍ、λ−Δλ＝２６６．０００ｎｍ−１ｐｍ、及びλ
＋Δλ＝２６６．０００ｎｍ＋１ｐｍ）を合成し、かか
る合成された光を用いると、焦点深度約１μｍにて、レ
チクル６２に形成されたパターンをウエハ６５上に形成
されたレジスト６４に転写することができる。実施例１
においては、ＦＬＥＸ法において、ウエハステージのＺ
軸方向の位置を変えて３回（第２高調波発生装置２０の
数に相当する）露光したと同等の効果を、１回の露光で
得ることができる。

【００４１】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
を、図３、図４及び図５を参照して説明する。尚、図３
においては、１つの第２高調波発生装置２０のみを図示
した。

【００４２】レーザ光源１０は、レーザダイオード１
１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２、非線形
光学結晶素子１３から構成された、第２高調波を射出し
得るＬＤ励起固体レーザから成る。第２高調波発生装置
２０は、非線形光学結晶素子２１、光共振器２２及び波
長分散素子２７から成る。波長分散素子２７はエタロン
から成る。光共振器２２の共振器長を制御するための共
振器長制御装置３０が更に備えられている。

【００４３】レーザ光源１０から射出された光は、第２
高調波発生装置２０の数だけハーフミラー４０によって
分割される。各分割された光は、第２高調波発生装置２
０を構成する波長分散素子２７に入射され、波長分散素
子２７にて分光された波長は光共振器２２に入射する。
各第２高調波発生装置２０を構成する波長分散素子２７
から射出される光の波長は、各第２高調波発生装置２０
によって少しずつ異なっている。

【００４４】第２高調波発生装置２０は、光共振器２２
に入射された光の第２高調波に基づいた波長を有する光
（固体レーザ媒質が生成するレーザ光を基準とした場
合、第４若しくは第５高調波）を射出する。各第２高調
波発生装置２０を構成する光共振器２２の共振器長は、
各光共振器２２に入射する光の波長に合わせて異ならせ
てある。また、各第２高調波発生装置２０から射出され
る光の波長は少しずつ異なっている。尚、以下、ナノメ
ートルオーダーの波長の値を議論するが、この波長の値
は第２高調波、第４高調波、第５高調波等を説明するた
めのみの値であり、各第２高調波発生装置２０から射出
される光の実際の波長の値はピコメートルオーダーで異
なっている点を指摘しておく。

【００４５】図３に示すように、レーザ光源１０は、例
えば、複数のレーザダイオード１１（射出光の波長：８
０８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２
（射出光の波長：１０６４ｎｍ）、及びＫＴＰ（ＫＴｉ
ＯＰＯ₄）から成る非線形光学結晶素子１３から構成さ
れている。固体レーザ媒質１２は、端面励起方式であ
る。このような構成により、レーザ光源１０からは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質の第２高調波である
５３２ｎｍの光が射出される。レーザ光源１０には、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２の前方に１／４
波長板１４が配置されている。これによって、レーザ光
源において、所謂ホールバーニング効果による多モード
発振を抑制することができる。

【００４６】非線形光学結晶素子１３は、平面鏡１５及
び凹面鏡１６から成る光共振器の光路内に配置されてお
り、所謂外部ＳＨＧ方式（レーザ発振器の外部に構成し
た光共振器中に配置する方式）を構成する。平面鏡１５
は光の殆どを反射する。また、凹面鏡１６はＮｄ：ＹＡ
Ｇから成る固体レーザ媒質の第２高調波の殆どを透過
し、その他の波長を有する光を殆ど反射する。凹面鏡１
６は、例えばダイクロイックミラーで構成することがで
きる。

【００４７】図３に示すように、第２高調波発生装置２
０は、例えばＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）から成る非線形
光学結晶素子２１、光共振器２２及び波長分散素子２７
から構成されている。第２高調波発生装置２０を構成す
る非線形光学結晶素子２１は、光共振器２２の光路内に
配置されている。即ち、第２高調波発生装置２０は、所
謂外部ＳＨＧ方式である。この光共振器２２において
は、所謂フィネス値（共振のＱ値に相当する）を例えば
１００〜１０００程度と大きくして、光共振器２２内部
の光密度を、光共振器２２に入射される光の光密度の数
百倍とすることによって、光共振器２２内に配置された
非線形光学結晶素子２１の非線形効果を有効に利用する
ことができる。

【００４８】光共振器２２は、一対の凹面鏡２３，２４
及び一対の平面鏡２５，２６から構成されている。第２
高調波発生装置２０に入射した光（例えば、５３２ｎｍ
の波長を有する光）は、第１の凹面鏡２３を透過し、非
線形光学結晶素子２１を透過して少なくとも一部が第２
高調波（例えば、波長２６６ｎｍの光）にされた後、第
２の凹面鏡２４によって反射され、次に、平面鏡２５，
２６によって反射され、更には、第１の凹面鏡２３によ
って反射される。このような状態において、第２の凹面
鏡２４に入射した光（例えば、波長２６６ｎｍの光）の
少なくとも一部が第２の凹面鏡２４を透過し、第２高調
波発生装置２０から光合成手段４１に向かって射出され
る。また、平面鏡２６から第１の凹面鏡２３へと入射し
た光の一部分（例えば、波長５３２ｎｍの光）は、第１
の凹面鏡２３を透過し、後述する共振器長制御装置３０
へと入射する。尚、第１及び第２の凹面鏡２３，２４、
平面鏡２５，２６は、以上の説明のように光を反射・透
過させるように設計する。第２の凹面鏡２４は、例えば
ダイクロイックミラーで構成することができる。

【００４９】第２高調波発生装置２０から射出された光
の波長は、第２高調波発生装置２０に入射する光を基準
とすれば、かかる入射光の第２高調波である。即ち、第
２高調波発生装置２０に入射する入射光の波長は５３２
ｎｍであり、第２高調波発生装置２０から射出する光は
２６６ｎｍである。尚、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レー
ザ媒質１２から射出されるレーザ光の波長（１０６４ｎ
ｍ）を基準とすれば、第２高調波発生装置２０から射出
される光は第４高調波に相当する。第２高調波発生装置
２０からは、波長２６６ｎｍの狭帯域を有するレーザ光
が連続的に射出され、かかる光のモード均一性は高い。

【００５０】露光用光源には、更に、共振器長制御装置
３０が備えられている。光共振器２２の共振器長（Ｌ）
は、共振器長制御装置３０によって精密に制御され一定
長に保持される。この光共振器２２の共振器長（Ｌ）を
一定長に精密に保持することにより、第２高調波発生装
置２０から射出される射出光の強度を一定に保持するこ
とができる。尚、共振器長（Ｌ）は、第１の凹面鏡２
３、第２の凹面鏡２４、平面鏡２５、平面鏡２６、及び
第１の凹面鏡２３のそれぞれの反射面を結んだ光路長に
相当する。

【００５１】第２高調波発生装置２０から射出される射
出光の波長をλとしたとき、光共振器２２の共振器長Ｌ
₀が、λ＝Ｌ₀／Ｎ（但し、Ｎは正数）を満足するとき
（ロック状態とも呼ぶ）、光共振器２２は共振し、第２
高調波発生装置２０は高強度の光を安定に射出する。言
い換えれば、光共振器２２における光路位相差Δが２π
の整数倍のとき、第２高調波発生装置を構成する光共振
器２２は共振状態となる。即ち、ロック状態となる。こ
こで、非線形光学結晶素子２１の屈折率をｎ、厚さをｌ
としたとき、光路位相差Δは（４πｎｌ／λ）で表わす
ことができる。

【００５２】また、光共振器２２の共振器長Ｌ₀±ΔＬ₀
が、λ≠（Ｌ₀±ΔＬ₀）／Ｎ’（但し、Ｎ’は正数）の
とき（アンロック状態とも呼ぶ）、第２高調波発生装置
２０は低強度の光を射出する。言い換えれば、光共振器
２２における光路位相差Δが２πの整数倍からずれたと
き、第２高調波発生装置を構成する光共振器２２は非共
振状態となる。即ち、アンロック状態となる。

【００５３】従って、第２高調波発生装置２０から波長
λの光を安定に射出するためには、光共振器２２の共振
器長（Ｌ）の経時的な変動（具体的には、例えば、凹面
鏡２３，２４、平面鏡２５，２６の位置の変動）を出来
る限り小さくする必要がある。そこで、共振器長制御装
置３０の制御によって、第１の凹面鏡２３と第２の凹面
鏡２４とを結ぶ光軸上で、第１の凹面鏡２３を移動させ
たり、かかる光軸に対する第１の凹面鏡２３の配置角度
を変化させ、光共振器２２の共振器長（Ｌ）の経時的な
変動を抑制し、光共振器２２の共振器長（Ｌ）を一定に
保持する。

【００５４】共振器長制御装置３０は、本出願人が平成
４年３月２日付で特許出願した「レーザ光発生装置」
（特開平５−２４３６６１号）に詳述されている。

【００５５】この形式の共振器長制御装置３０は、図３
に示すように、フォトダイオード等の光検出器３１、ボ
イスコイルモータ（ＶＣＭ）３２、ボイスコイルモータ
制御回路（ＶＣＭ制御回路）３３、位相変調器３４から
構成される。位相変調器３４は、レーザ光源１０と第２
高調波発生装置２０との間の光路内に配置されており、
レーザ光源１０から射出された光を位相変調する所謂Ｅ
Ｏ（電気光学）素子やＡＯ（音響光学）素子から成る。
位相変調器３４と第２高調波発生装置２０との間には、
集光レンズ３５が配置されている。ボイスコイルモータ
３２には、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３が
取り付けられている。

【００５６】図４に模式図を示すように、ボイスコイル
モータ３２は、磁性材料から成る基体３２０、１つ以上
の電磁石（所謂ボイスコイル）３２２、磁性体から成る
ヨーク３２３、及び少なくとも１つのコイルバネ（ある
いは渦巻き状の板バネ）３２１から構成された電磁アク
チュエータである。コイルバネ３２１は、その一端が基
体３２０に取り付けられ、そして他端がヨーク３２３に
取り付けられている。また、ヨーク３２３には、第１の
凹面鏡２３及び電磁石３２２が取り付けられている。電
磁石３２２に電流を流すと、磁界が形成され、ヨーク３
２３と基体３２０との間の距離が変化する。その結果、
第１の凹面鏡２３の位置を移動させることができる。即
ち、電磁石３２２に流す電流を制御することによって、
光共振器２２の共振器長（Ｌ）を変化させることができ
る。ボイスコイルモータ３２に対して、サーボ制御が行
われる。

【００５７】ボイスコイルモータ３２の駆動電流は数十
〜数百ｍＡ程度である。従って、駆動回路構成を安価に
作製することができる。しかも、サーボループの複共振
の周波数を数十ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以上とすることが
でき、位相回りの少ない周波数特性を有するため、サー
ボ帯域を数十ＭＨｚと広帯域化することができ、安定し
た制御を得ることができる。

【００５８】光共振器２２がロック状態にあるとき、例
えば第１の凹面鏡２３から射出され光検出器３１に到達
する光の強度が極小となり、また、かかる光の位相が大
きく変化する。このような変化を利用して光共振器の制
御を行うことが、例えば、R.W.P.Drever, et al. "Lase
r Phase and Frequency Stabilization Using an Optic
al Resonator", Applied Physics B31. 97-105(1983)に
開示されている。光共振器２２のロック状態の制御は、
基本的にはこの技術を応用している。

【００５９】即ち、例えば第１の凹面鏡２３を透過し、
光検出器３１に到達する光の強度が常に極小値（例えば
０）となるように、ＶＣＭ制御回路３３によってボイス
コイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２３の位置を
変化させれば、光共振器２２のロック状態を安定して保
持することができる。言い換えれば、レーザ光源１０か
ら射出された光を位相変調信号に基づき位相変調を施し
て、第２高調波発生装置２０に入射させ、第２高調波発
生装置２０からの戻り光を光検出器３１によって検出す
ることで検出信号を得る。そして、かかる検出信号を、
位相変調信号にて同期検波し、誤差信号を取り出す。こ
の誤差信号が０となるようにＶＣＭ制御回路３３によっ
て、ボイスコイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２
３の位置を変化させる。

【００６０】ＶＣＭ制御回路３３は、図５に構成図を示
すように、例えば、発振器３３０、位相変調器駆動回路
３３１、同期検波回路３３２、ローパスフィルタ３３
３、及びボイスコイルモータ駆動回路（ＶＣＭ駆動回
路）３３４から構成されている。

【００６１】発振器３３０から出力された周波数ｆ
_m（例えば１０ＭＨｚ）の変調信号は、位相変調器駆動
回路３３１を介して位相変調器３４に送られる。位相変
調器３４においては、レーザ光源１０から射出された光
（周波数ｆ_O。１０¹⁴Ｈｚオーダー）に位相変調が施さ
れ、周波数ｆ_O±ｆ_mのサイドバンドが生成される。

【００６２】光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３
を通過して光共振器２２の系外に射出された光（周波
数：ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）は、光検出器３１によって検出
される。このような周波数（ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）を有す
る光の間のビートを検出するＦＭサイドバンド法によっ
て、極性を有する誤差信号を得ることができ、かかる誤
差信号に基づき光共振器２２の共振器長（Ｌ）を制御す
る。

【００６３】即ち、この光検出器３１から出力された信
号は、同期検波回路３３２に送られる。この信号は、周
波数ｆ_Oの光の強度信号と、周波数ｆ_mの変調信号に対応
する信号とが重畳された信号である。同期検波回路３３
２には、発振器３３０から出力された変調信号も（必要
に応じて波形整形や位相遅延等が施されて）供給され
る。光検出器３１から出力された信号と変調信号とは同
期検波回路３２２において乗算され、同期検波が行われ
る。同期検波回路３３２から出力された検波出力信号は
ローパスフィルタ３３３に入力され、ローパスフィルタ
３３３においてこの検波出力信号から変調信号成分を除
去することで、光共振器２２の共振器長の誤差信号が生
成される。ここで、誤差信号とは、光共振器２２の設定
共振器長（Ｌ₀）に対する測定共振器長（Ｌ₀±ΔＬ₀）
の差（±ΔＬ₀）を表わす信号である。

【００６４】この誤差信号はＶＣＭ駆動回路３３４に送
られ、かかる誤差信号に基づきボイスコイルモータ３２
が駆動され（具体的には、電磁石３２２に流れる電流を
制御し）、第１の凹面鏡２３を透過しそして光検出器３
１に到達する光が極小値となるように（言い換えれば、
光共振器２２の共振器長がＬ₀となり、誤差信号が０と
なるように）、光共振器２２の共振器長（Ｌ）が調整さ
れる。

【００６５】光共振器２２の共振器長（Ｌ）がＬ₀に設
定されている場合（即ち、ロック状態においては）、共
振器長制御装置３０の制御によって、光共振器２２の共
振器長（Ｌ）の経時的な変動を、第２高調波発生装置２
０に入射する光の波長の１／１０００〜１／１００００
に抑えることができる。

【００６６】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様に係る半導体露光装置及び露光方法に関する。図６
に模式図を示すように、実施例２の半導体露光装置は、
レーザ光源１０、及びレーザ光源１０から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置２０を具備
している。そして、レーザ光源１０及び第２高調波発生
装置２０が複数（実施例２においては３つ。但し３つに
限定されないが奇数が望ましい）備えられており、各第
２高調波発生装置２０から射出される光の波長が異な
る。

【００６７】図７に示すように、レーザ光源１０は、レ
ーザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ
媒質１２、非線形光学結晶素子１３及び波長分散素子１
７から構成されたＬＤ励起固体レーザから成る。また、
第２高調波発生装置２０は非線形光学結晶素子２１及び
光共振器２２から成る。そして、エタロンから成る波長
分散素子１７にて分光された光を光共振器２２に入射さ
せる。各レーザ光源１０にて生成される光の強度を変化
させることによって、第２高調波発生装置の各々から射
出される光の強度を制御することができる。各第２高調
波発生装置２０から射出された光は、光合成手段によっ
て合成され、レチクル６２に入射される。

【００６８】複数のレーザ光源１０及び各レーザ光源に
対応した第２高調波発生装置２０を備えている点、及び
各レーザ光源１０に波長分散素子１７が備えられている
点、光分割手段が不要である点が、実施例１の半導体露
光装置と異なる点である。その他の構造は基本的には実
施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。

【００６９】尚、波長分散素子をレーザ光源１０に組み
込む代わりに、実施例１と同様に、第２高調波発生装置
２０に組み込んでもよい。即ち、図８に示すように、レ
ーザ光源１０は、レーザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧ
から成る固体レーザ媒質１２、非線形光学結晶素子１３
から構成されたＬＤ励起固体レーザから成る。また、第
２高調波発生装置２０は、非線形光学結晶素子２１、光
共振器２２及び波長分散素子２７から成る。そして、エ
タロンから成る波長分散素子２７にて分光された波長を
光共振器２２に入射させるように構成することもでき
る。

【００７０】実施例２の露光方法は、複数のレーザ光源
１０、及びレーザ光源１０から射出された光が入射され
そしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置２０を具備し、
各第２高調波発生装置２０から射出される光の波長が異
なる半導体露光装置を用いる。そして、第２高調波発生
装置２０の各々から射出された波長の異なる光を合成
し、かかる合成された光を用いて、レチクル６２に形成
されたパターンをウエハ６５上に形成されたレジスト６
４に転写する。

【００７１】尚、場合によっては、第２高調波発生装置
２０の各々から射出された光を順次用いて、レチクル６
２に形成されたパターンをウエハ６５上に形成されたレ
ジスト６４に転写することも可能である。

【００７２】第２高調波発生装置２０の各々から射出さ
れた波長の異なる光を合成し、かかる合成された光を用
いて、レチクル６２に形成されたパターンをウエハ６５
上に形成されたレジスト６４に転写する具体的な方法
は、実施例１と同様とすることができ、詳細な説明は省
略する。

【００７３】尚、実施例２の露光方法においては、実施
例２の半導体露光装置にて説明した半導体露光装置（図
６を参照）を使用する。即ち、レーザ光源１０を、レー
ザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒
質１２、非線形光学結晶素子１３及び波長分散素子１７
から成るＬＤ励起固体レーザから構成する。また、第２
高調波発生装置２０を非線形光学結晶素子２１及び光共
振器２２から構成する。そして、エタロンから成る波長
分散素子１７にて分光された光を光共振器２２に入射さ
せる。

【００７４】あるいは又、実施例２の変形の半導体露光
装置にて説明した半導体露光装置（図８を参照）を使用
する。即ち、レーザ光源１０を、レーザダイオード１
１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２及び非線
形光学結晶素子１３から成るＬＤ励起固体レーザから構
成する、また、第２高調波発生装置２０を、非線形光学
結晶素子２１、光共振器２２及び波長分散素子２７から
構成する。そして、エタロンから成る波長分散素子２７
にて分光された光を光共振器２２に入射する。

【００７５】（実施例３）実施例３は、本発明の第３の
態様に係る半導体露光装置及び露光方法に関する。図９
に模式図を示すように、実施例３の半導体露光装置は、
レーザ光源１０、及びレーザ光源１０から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置２０を具備
している。そして、エタロンから成る波長分散素子１７
を備え、波長分散素子１７によって、第２高調波発生装
置２０から射出される光の波長を変化させる。

【００７６】第２高調波発生装置２０から射出される光
の波長を変えるためには、ＬＤ励起固体レーザ１０から
射出される光の波長を変化させる必要がある。そのため
には、波長分散素子１７を構成するエタロンのギャップ
間隔Ｄ及び／又は入射角θを制御することによって、２
Ｄｃｏｓθ＝ｍλ₀（ｍは整数）を満足する波長λ₀の光
を、波長分散素子に入射する光から分光して選択的にＬ
Ｄ励起固体レーザ１０から射出させればよい。このよう
なエタロンのギャップ間隔Ｄ及び／又は入射角θを制御
するために、波長分散素子制御装置１８がレーザ光源１
０には備えられている。波長分散素子制御装置１８は、
例えばモータと歯車から構成され、波長分散素子を構成
するエタロンの２枚の平行平面ガラス（両面は半鍍銀さ
れあるいは多重層反射膜が形成されている）のギャップ
間隔をＤ、相対する反射面への入射角θを精密に変化さ
せ得る機構を有する。

【００７７】実施例２にて説明した半導体露光装置と概
ね同様に、レーザ光源１０は、レーザダイオード１１、
Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２、非線形光学
結晶素子１３及び波長分散素子１７から構成されたＬＤ
励起固体レーザから成る。波長分散素子１７はエタロン
から成り、波長分散素子１７を制御するための波長分散
素子制御装置１８が備えられている。また、第２高調波
発生装置２０は、非線形光学結晶素子２１及び光共振器
２２から成る（図１０参照）。

【００７８】あるいは又、実施例２の変形にて説明した
半導体露光装置と概ね同様に、レーザ光源１０は、レー
ザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒
質１２及び非線形光学結晶素子１３から構成されたＬＤ
励起固体レーザから成る。また、第２高調波発生装置２
０は非線形光学結晶素子２１、光共振器２２及び波長分
散素子２７から成る。波長分散素子２７はエタロンから
成り、波長分散素子制御装置２８が第２高調波発生装置
２０に備えられている（図１１参照）。

【００７９】実施例３の半導体露光装置が実施例２（あ
るいはその変形）にて説明した半導体露光装置と相違す
る点は、レーザ光源１０及び第２高調波発生装置２０が
１つである点、波長分散素子制御装置１８，２８を備え
ており、第２高調波発生装置２０から射出される光の波
長が可変である点にある。

【００８０】第２高調波発生装置２０の光共振器２２に
入射する光の波長が波長分散素子１７，２７によって変
化させられるので、この光共振器２２に入射する光の波
長の変化に追従するように、光共振器２２の共振器長を
共振器長制御装置３０によって制御し、光共振器２２の
ロック状態を安定して保持する必要がある。

【００８１】実施例３の露光方法は、レーザ光源１０、
及びレーザ光源１０から射出された光が入射されそして
この入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を具備した半導体露光装
置を用いる。そして、第２高調波発生装置２０から射出
される光の波長を連続的若しくは段階的に変化させ、か
かる光を用いて、レチクル６２に形成されたパターンを
ウエハ６５上に形成されたレジスト６４に転写する。

【００８２】実施例３の露光方法においては、レーザ光
源１０を、レーザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成
る固体レーザ媒質１２、非線形光学結晶素子１３、波長
分散素子１７及び波長分散素子制御装置１８から成るＬ
Ｄ励起固体レーザから構成する。また、第２高調波発生
装置２０を非線形光学結晶素子２１及び光共振器２２か
ら構成する。波長分散素子１７はエタロンから成り、波
長分散素子制御装置１８にて波長分散素子１７による分
光状態を変化させ、これによって露光光の波長を変化さ
せることができる。

【００８３】あるいは又、レーザ光源１０を、レーザダ
イオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１
２及び非線形光学結晶素子１３から成るＬＤ励起固体レ
ーザから構成する。また、第２高調波発生装置２０を、
非線形光学結晶素子２１、光共振器２２、波長分散素子
２７及び波長分散素子制御装置２８から構成する。波長
分散素子２７はエタロンから成り、波長分散素子制御装
置２８にて波長分散素子１７による分光状態を変化さ
せ、これによって露光光の波長を変化させることができ
る。

【００８４】第２高調波発生装置２０から射出される光
の波長を連続的若しくは段階的に変化させることによっ
て、図１２の（Ａ）若しくは（Ｂ）に示すような光強度
と光の波長の関係を得ることができる。また、レジスト
６４の厚さ方向における光強度を模式的に図１２の
（Ｃ）に示す。光強度は、レーザ光源１０の出力を変化
させることによって、あるいは又、期間を基準として、
波長分散素子制御装置１８，２８の制御量を変化させる
ことによって（即ち、光の波長を連続的に変化させる場
合には、ｄＤ／ｄｔあるいはｄθ／ｄｔを、露光開始か
ら露光終了まで連続的に変化させ、また、光の波長を段
階的に変化させる場合には、変化させるまでの時間を変
え）、変化させることができる。

【００８５】波長が２６６ｎｍで開口数ＮＡが０．４５
の縮小投影レンズ６３を用いた光学系においては、波長
が１ｐｍ変化すると、焦点面は０．３〜０．５μｍ程度
変化する。従って、第２高調波発生装置２０の各々から
射出された光の波長を、λ−Δλ＝２６６．０００ｎｍ
−１ｐｍから、λ＝２６６．０００ｎｍを経由して、λ
＋Δλ＝２６６．０００ｎｍ＋１ｐｍまで変化させるこ
とによって、焦点深度約１μｍにて、レチクル６２に形
成されたパターンをウエハ６５上に形成されたレジスト
６４に転写することができる。実施例３においては、光
の波長を連続的に変化させる場合には、ＦＬＥＸ法にお
いて、ウエハステージのＺ軸方向の位置を変える回数を
無限回数として無限回数露光したと同等の効果を、１回
の露光で得ることができる。また、光の波長を段階的に
変化させる場合には、ＦＬＥＸ法において、ウエハステ
ージのＺ軸方向の位置を変える回数は段階的に変化させ
た回数に相当し、かかる回数、露光したと同等の効果
を、１回の露光で得ることができる。

【００８６】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。本発明における半導体露光装置は、上述した実
施例のような屈折系の光学系を用いた投影露光装置にの
み限定されるものでなく、例えば反射系の光学系や近接
露光装置にも応用することができる。

【００８７】固体レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧ以外に
も、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＢＥＬ、ＬＮＰ等から構成
することができる。レーザダイオードによる固体レーザ
媒質の励起方式も、端面励起方式だけでなく、側面励起
方式や表面励起方式とすることができ、更にはスラブ固
体レーザを用いることもできる。また、非線形光学結晶
素子として、ＫＴＰやＢＢＯの他にも、ＬＮ、ＱＰＭ
ＬＮ、ＬＢＯ、ＫＮ等、入射光や射出光に要求される光
の波長に依存して適宜選定することができる。

【００８８】波長分散素子を、粗調用及び微調用の２組
のエタロンから構成することもできる。また、回析格子
やプリズムから構成したり、エタロンと回析格子とプリ
ズムの組み合わせ、ビームエキスパンダとエタロンと回
析格子の組み合わせ、リトロ配置の回析格子とビームエ
キスパンダの組み合わせ、斜入射回析格子、プリズムに
よるビームエキスパンダとリトロ配置の回析格子の組み
合わせ等から構成することもできる。波長分散素子は、
レーザ光源１０及び第２高調波発生装置２０を構成する
光共振器２２の両方に組み込むこともできる。

【００８９】本発明の第１及び第２の半導体露光装置に
おいて、波長分散素子制御装置によって波長分散素子を
制御することもできる。また、射出される光の波長をモ
ニターにて計測し、その結果に基づき波長分散素子制御
装置を制御することもできる。モニターとしては、光の
一部をビームスプリッターで分岐させて、モニターエタ
ロンに入射させてフリンジの状態を計測する方式、分光
器を用いる方式、ガスセルの吸収線を参照する方式等を
挙げることができる。

【００９０】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
及び共振器長制御装置３０の構造、波長分散素子１７，
２７の配置位置は例示であり、適宜設計変更することが
できる。

【００９１】一対の反射鏡から成る光共振器の光路内に
固体レーザ媒質と非線形光学結晶素子が配置された、所
謂内部ＳＨＧ方式のレーザ光源を用いることもできる。
また、固体レーザ媒質１２からの射出光を非線形光学結
晶素子１３に通すような構造（即ち、平面鏡１５及び凹
面鏡１６から成る光共振器を省略する構造）とすること
もできる。更には、レーザ光源として、ＬＤ励起固体レ
ーザの代わりに、例えば青色半導体レーザを使用し、か
かる半導体レーザの射出光を第２高調波発生装置に直接
入射させることもできるし、かかる半導体レーザと非線
形光学結晶素子とを組み合わせた所謂内部ＳＨＧ方式か
ら成るレーザ光源と第２高調波発生装置との組み合わせ
構造とすることもできる。また、平面鏡１５及び凹面鏡
１６から成る光共振器の共振器長の制御のために、共振
器長制御装置３０を別途設けることもできる。

【００９２】第２高調波発生装置２０における光共振器
２２の構造を、例えば、凹面鏡と平面鏡から構成された
ファブリ−ペロー型共振器とすることもできる。この場
合、第２高調波発生装置２０に入射する入射光を透過
し、そして第２高調波発生装置２０からの戻り光を反射
する反射鏡を、第２高調波発生装置２０の手前に配置
し、かかる反射鏡で反射された光を光検出器３１で検出
すればよい。光共振器２２の共振器長を一定とするため
には、第１の凹面鏡２３を移動させるだけでなく、他の
鏡を移動させてもよい。

【００９３】共振器長制御装置３０の別の態様として、
ＰＺＴ等から成る共振器長制御装置を挙げることができ
る。即ち、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３を
移動させるために、ＰＺＴ等から成る積層圧電素子及び
共振器長（Ｌ）の長さ変化に比例した信号をこの積層圧
電素子に供給する制御装置から成る共振器長制御装置を
用い、かかる信号をフィードバックしてサーボループを
構成する。これによって、光共振器２２の共振器長の制
御を行い、第２高調波発生装置２０から射出される射出
光を安定化することもできる。

【００９４】第２高調波発生装置から射出される光は、
レーザ光源からの入射光の第２高調波に基づいた波長を
有する光であるが、この第２高調波発生装置から射出さ
れる光の波長は、実施例にて説明したように、固体レー
ザ媒質の射出する光を基準とした第４高調波だけでな
く、第５高調波とすることもできる。この場合には、例
えばＮｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質から射出され
る光（波長：１０６４ｎｍ）と、第２高調波発生装置２
０から射出される光（波長：２６６ｎｍ）とを合成し
て、再び別の第２高調波発生装置２０（例えば、非線形
光学結晶素子として有機結晶の urea ＣＯ（ＮＨ₂）₂
を用いる）を通すことによって、Ｎｄ：ＹＡＧから成る
固体レーザ媒質の第５高調波（波長：２１３ｎｍ）を生
成することができる。

【００９５】基板としては、シリコン半導体基板、Ｇａ
Ａｓ等の化合物半導体基板、ＴＦＴ等を形成するための
ガラス基板等を例示することができる。

【００９６】

【発明の効果】本発明の半導体露光装置においては、大
きな焦点深度を得ることができる。従って、単一波長の
露光光では露光が困難であったパターン（例えば、コン
タクトホール）が解像可能になり、微細パターンの形成
が可能になる。

【００９７】また、本発明の露光方法においては、１回
の露光でしかもウエハステージを移動することなく、大
きな焦点深度にてシャープな露光を行うことができる。
しかも、ＦＬＥＸ法において、ウエハステージのＺ軸方
向の位置を変える回数を例えば３回（場合によっては無
限回数）として、例えば３回（場合によっては無限回
数）露光したと同等の効果を得ることができる。

【００９８】本発明の第１及び第２の態様に係る半導体
露光装置及び露光方法においては、第２高調波発生装置
の数、あるいは又、レーザ光源と第２高調波発生装置の
数を奇数とし、｜Δλ｜の値を同じにすることによっ
て、倍率色収差の発生を抑制することができる。ここ
で、倍率色収差とは、露光光の波長がλのとき、大きさ
Ｘ×Ｙのパターンがレジストに形成されたとすれば、露
光光の波長がλ＋Δλに変化したとき、大きさ（Ｘ＋Δ
Ｘ）×（Ｙ＋ΔＹ）のパターンがレジストに形成され
（即ち、パターン寸法が拡大する）、露光光の波長がλ
−Δλに変化したとき、大きさ（Ｘ−ΔＸ）×（Ｙ−Δ
Ｙ）のパターンがレジストに形成される（即ち、パター
ン寸法が縮小する）ような現象を指す。｜Δλ｜の値を
同じにすることによって、パターン寸法の拡大と縮小と
が打ち消し合うので、倍率色収差の発生を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体露光装置の概要を示す図であ
る。

【図２】実施例１における、レジストに到達する光の波
長と光強度の関係、及びレジストの厚さ方向における光
強度分布を模式的に示す図である。

【図３】実施例１におけるレーザ光源、第２高調波発生
装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図４】ボイスコイルモータの模式図である。

【図５】共振器長制御装置を構成するＶＣＭ制御回路の
構成図である。

【図６】実施例２の半導体露光装置の概要を示す図であ
る。

【図７】実施例２におけるレーザ光源、第２高調波発生
装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図８】実施例２の変形におけるレーザ光源、第２高調
波発生装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図９】実施例３の半導体露光装置の概要を示す図であ
る。

【図１０】実施例３におけるレーザ光源、第２高調波発
生装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図１１】実施例３の変形におけるレーザ光源、第２高
調波発生装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図１２】実施例３における、レジストに到達する光の
波長と光強度の関係、及びレジストの厚さ方向における
光強度分布を模式的に示す図である。

【図１３】従来のＦＬＥＸ法を説明するためのレジスト
の厚さ方向における光強度分布等を示す図である。

【図１４】従来のＦＬＥＸ法における問題点を説明する
ための露光・現像後のレジストの模式的な一部断面図で
ある。

【符号の説明】

１０レーザ光源１１レーザダイオード１２固体レーザ媒質１３非線形光学結晶素子１４１／４波長板１５平面鏡１６凹面鏡１７，２７波長分散素子１８，２８波長分散素子制御装置２０第２高調波発生装置２１非線形光学結晶素子２２光共振器２３第１の凹面鏡２４第２の凹面鏡２５，２６平面鏡３０共振器長制御装置３１光検出器３２ボイスコイルモータ３２０基体３２１コイルバネ３２２電磁石３２３ヨーク３３ＶＣＭ制御回路３３０発振機３３１位相変調器駆動回路３３２同期検波回路３３３ローパスフィルタ３３４ＶＣＭ駆動回路３４位相変調器３５集光レンズ４０ハーフミラー４１光合成手段６１反射鏡６２レチクル６３縮小投影レンズ６４レジスト６５ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── 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 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備した
半導体露光装置であって、波長分散素子を備えた第２高調波発生装置が複数備えら
れており、該波長分散素子によって各第２高調波発生装
置から射出される光の波長を異ならせることを特徴とす
る半導体露光装置。
【請求項２】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：
ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子
から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調
波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び波長
分散素子から成り、レーザ光源から射出された光を第２
高調波発生装置の数だけ分割し、各分割された光を第２
高調波発生装置を構成する波長分散素子に入射させ、該
波長分散素子にて分光された光を該光共振器に入射させ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項３】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備した
半導体露光装置であって、該レーザ光源及び第２高調波発生装置が複数備えられて
おり、各第２高調波発生装置から射出される光の波長が
異なることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項４】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：
ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子及
び波長分散素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから
成り、第２高調波発生装置は、非線形光学結晶素子及び
光共振器から成り、波長分散素子にて分光された光を該
光共振器に入射させることを特徴とする請求項３に記載
の半導体露光装置。
【請求項５】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：
ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子か
ら構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波
発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び波長分
散素子から成り、波長分散素子にて分光された光を該光
共振器に入射させることを特徴とする請求項４に記載の
半導体露光装置。
【請求項６】各第２高調波発生装置から射出される光を
合成する光合成手段を更に備えていることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体露
光装置。
【請求項７】波長分散素子はエタロンから成ることを特
徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の
半導体露光装置。
【請求項８】レーザ光源、及び波長分散素子を備え且つ
該レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高
調波発生装置を複数具備し、該波長分散素子によって各
第２高調波発生装置から射出される光の波長を異ならせ
る半導体露光装置を用いた露光方法であって、該第２高調波発生装置の各々から射出された波長の異な
る光を合成し、かかる合成された光を用いて、レチクル
に形成されたパターンをウエハ上に形成されたレジスト
に転写することを特徴とする露光方法。
【請求項９】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：
ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素子か
ら構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波
発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び波長分
散素子から成り、レーザ光源から射出された光を第２高
調波発生装置の数だけ分割し、各分割された光を第２高
調波発生装置を構成する波長分散素子に入射させ、該波
長分散素子にて分光された光を該光共振器に入射させる
ことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】複数のレーザ光源、及び該レーザ光源か
ら射出された光が入射されそして該光の第２高調波に基
づいた波長を有する光を射出する複数の第２高調波発生
装置を具備し、各第２高調波発生装置から射出される光
の波長が異なる半導体露光装置を用いた露光方法であっ
て、該第２高調波発生装置の各々から射出された波長の異な
る光を合成し、かかる合成された光を用いて、レチクル
に形成されたパターンをウエハ上に形成されたレジスト
に転写することを特徴とする露光方法。
【請求項１１】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素
子及び波長分散素子から構成されたＬＤ励起固体レーザ
から成り、第２高調波発生装置は非線形光学結晶素子及
び光共振器から成り、波長分散素子にて分光された光を
光共振器に入射させることを特徴とする請求項１０に記
載の露光方法。
【請求項１２】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び
波長分散素子から成り、波長分散素子にて分光された光
を光共振器に入射させることを特徴とする請求項１０に
記載の露光方法。
【請求項１３】波長分散素子はエタロンから成ることを
特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記
載の露光方法。
【請求項１４】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出
された光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた
波長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備し
た半導体露光装置であって、該波長分散素子を備え、該波長分散素子によって該第２
高調波発生装置から射出される光の波長を変化させるこ
とを特徴とする半導体露光装置。
【請求項１５】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素
子、波長分散素子及び波長分散素子制御装置から構成さ
れたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波発生装置
は非線形光学結晶素子及び光共振器から成ることを特徴
とする請求項１４に記載の半導体露光装置。
【請求項１６】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器、波
長分散素子及び波長分散素子制御装置から成ることを特
徴とする請求項１４に記載の半導体露光装置。
【請求項１７】波長分散素子はエタロンから成ることを
特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に
記載の半導体露光装置。
【請求項１８】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出
された光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた
波長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備し
た半導体露光装置を用いた露光方法であって、該第２高調波発生装置から射出される光の波長を連続的
若しくは段階的に変化させ、かかる光を用いて、レチク
ルに形成されたパターンをウエハ上に形成されたレジス
トに転写することを特徴とする露光方法。
【請求項１９】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質、非線形光学結晶素
子、波長分散素子及び波長分散素子制御装置から構成さ
れたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波発生装置
は非線形光学結晶素子及び光共振器から成り、波長分散
素子制御装置にて波長分散素子による分光を変化させ、
これによって波長を変化させることを特徴とする請求項
１８に記載の露光方法。
【請求項２０】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器、波
長分散素子及び波長分散素子制御装置から成り、波長分
散素子制御装置にて波長分散素子による分光を変化さ
せ、これによって波長を変化させることを特徴とする請
求項１８に記載の露光方法。
【請求項２１】波長分散素子はエタロンから成ることを
特徴とする請求項１８乃至請求項２０のいずれか１項に
記載の露光方法。