JPH11233396A - Manufacture of semiconductor device and aligner - Google Patents

Manufacture of semiconductor device and aligner

Info

Publication number
JPH11233396A
JPH11233396A JP10030835A JP3083598A JPH11233396A JP H11233396 A JPH11233396 A JP H11233396A JP 10030835 A JP10030835 A JP 10030835A JP 3083598 A JP3083598 A JP 3083598A JP H11233396 A JPH11233396 A JP H11233396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
wavelength
exposure
light
dye
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.)
Pending
Application number
JP10030835A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiwamu Takehisa
究 武久
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 JP10030835A priority Critical patent/JPH11233396A/en
Publication of JPH11233396A publication Critical patent/JPH11233396A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform at low running expense photolithography by using exposure light which has wavelength in the vacuum ultraviolet region. SOLUTION: An excitation beam K1 (wavelength of 248 nm) from a KrF excimer laser 101 is partially reflected by a beam splitter 110 and excites a dye laser oscillator 102. The dye laser oscillator 102 narrows the band by an etalon 116, a narrowed band laser beam L1 having a wavelength of 386 nm is extracted from the dye laser oscillator 102, and it enters a nonlinear optical crystal 117 of a wavelength conversion part 104 through a dye laser amplifier 103. Thus, a laser beam L3 having a wavelength of 193 nm, i.e., the second higher harmonic waves, is generated, injected into an injection synchronous type ArF excimer laser 105 as a seed beam, and an exposure light L4, which has a power required for exposure and has a narrowed band wavelength of 193 nm, is generated in the ArF excimer laser 105, without the use of a band- narrowed element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術および露光技術に関し、特に、真空紫外域の波長の
紫外線等をフォトリソグラフィの露光光として用いる技
術等に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique and an exposure technique, and more particularly to a technique which is effective when applied to a technique using ultraviolet light having a wavelength in a vacuum ultraviolet region as exposure light for photolithography.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトリソグラフィ技術として露光装置
(ステッパと呼ばれることもある。)に要求される性能
としては、解像度、アライメント精度、処理能力、装置
信頼性など種々のものが存在する。その中でも、パター
ンの微細化に直接つながる解像度Rは、R=k・λ/N
A(k:定数、λ:露光波長、NA:投影レンズの開口
数)によって表される。したがって良好な解像度を得る
ためには、露光波長λという光学パラメータが重要なフ
ァクターになる。
2. Description of the Related Art There are various types of performance required for an exposure apparatus (sometimes called a stepper) as a photolithography technique, such as resolution, alignment accuracy, processing ability, and apparatus reliability. Among them, the resolution R directly leading to the miniaturization of the pattern is R = k · λ / N
A (k: constant, λ: exposure wavelength, NA: numerical aperture of the projection lens). Therefore, in order to obtain good resolution, the optical parameter called the exposure wavelength λ is an important factor.

【0003】従来の露光装置では、おもに水銀ランプの
g線(波長:435nm)やi線(波長:365nm)
が露光光源として利用されてきたが、より微細な加工線
幅を実現するための一層の短波長な露光光源として、波
長248nmのKrFエキシマレーザが利用されるよう
になってきた。なお、KrFエキシマレーザが光源とし
て利用される露光装置を、以下、KrF露光機と呼ぶ。
In a conventional exposure apparatus, a g-line (wavelength: 435 nm) or an i-line (wavelength: 365 nm) of a mercury lamp is mainly used.
Has been used as an exposure light source, but a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm has come to be used as an exposure light source having a shorter wavelength to realize a finer processing line width. An exposure apparatus using a KrF excimer laser as a light source is hereinafter referred to as a KrF exposure machine.

【0004】露光光源としてのKrFエキシマレーザに
要求される性能としては、発振するレーザ光の波長幅を
狭くする(以下、狭帯域化と呼ぶ。)必要がある。その
理由としては、露光装置の縮小投影レンズの色収差を抑
えるためである。これを達成するために、KrFエキシ
マレーザには波長の狭帯域化素子が用いられている。な
お、実際には約0.8pm程度まで狭帯域化する必要があ
る。
As the performance required of a KrF excimer laser as an exposure light source, it is necessary to narrow the wavelength width of the oscillating laser light (hereinafter, referred to as narrowing the band). The reason is to suppress chromatic aberration of the reduction projection lens of the exposure apparatus. To achieve this, a KrF excimer laser uses a wavelength narrowing element. Actually, it is necessary to narrow the band to about 0.8 pm.

【0005】そして次世代のフォトリソグラフィとして
さらに微細な加工を行うための露光光源として、波長1
93nmのArFエキシマレーザを用いた露光装置(一
般にArF露光機と呼ばれる。)の利用も検討されてい
る。ArF露光機の技術的課題としては、波長193n
mでは波長248nmよりも石英ガラスにおける波長分
散が大きくなることから、露光レンズを石英のみの単色
レンズで構成することが困難になるため、色消しレンズ
を用いることが検討されている。しかし、それでも要求
される波長幅は約1pm以下と、露光用KrFエキシマ
レーザと同等の狭帯域化が必要になる。なお、これに関
しては、例えば、OPTRONICS、1997年、N
o.9、第106頁から第111頁において説明されて
いる。
As an exposure light source for performing finer processing as next-generation photolithography, a wavelength of 1
The use of an exposure apparatus using a 93 nm ArF excimer laser (generally called an ArF exposure machine) is also being studied. As a technical problem of the ArF exposure machine, the wavelength 193n
In the case of m, the wavelength dispersion in the quartz glass becomes larger than the wavelength of 248 nm, so that it is difficult to configure the exposure lens with a monochromatic lens made of only quartz. Therefore, the use of an achromatic lens has been studied. However, the required wavelength width is still about 1 pm or less, and a narrow band equivalent to that of a KrF excimer laser for exposure is required. Regarding this, for example, OPTRONICS, 1997, N
o. 9, page 106 to page 111.

【0006】一方、露光装置を用いて特に面積の大きな
集積回路を製造する場合に、回路パターンが描画された
レチクルと、ウェハとを移動しながら露光するスキャン
型の露光装置(スキャナと呼ばれることがある。)が用
いられることがある。スキャン型のKrF露光機では、
露光光であるKrFエキシマレーザのレーザ光を照射さ
せながら、ウェハ上の露光部分を移動させるため、レー
ザ光のパルス安定性が高い必要がある。すなわち、パル
スエネルギーにばらつきが大きいと、多数のパルスを同
じ部分に照射して、積算されるレーザ光のエネルギーを
増やすことで、露光エネルギーを均一化する必要があ
り、その結果、スキャンのスピードを高くとれないから
である。なお、スキャン型露光機に関しては、例えば、
電子材料、1995年3月、第107頁から第111頁
において説明されている。
On the other hand, when an integrated circuit having a particularly large area is manufactured by using an exposure apparatus, a scan type exposure apparatus (also called a scanner) for exposing while moving a reticle on which a circuit pattern is drawn and a wafer is moved. ) May be used. In a scan type KrF exposure machine,
In order to move the exposed portion on the wafer while irradiating the laser light of the KrF excimer laser as the exposure light, the pulse stability of the laser light needs to be high. That is, if the pulse energy has a large variation, it is necessary to irradiate a large number of pulses to the same portion and increase the energy of the integrated laser beam to make the exposure energy uniform, thereby increasing the scanning speed. Because it cannot be taken high. In addition, regarding the scan type exposure machine, for example,
Electronic Materials, March 1995, pp. 107-111.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】露光用ArFエキシマ
レーザでは、KrFエキシマレーザよりも狭帯域化がさ
らに困難であり、1pm程度に狭帯域化すると、レーザ
出力が大きく低下することが問題であった。しかも、露
光用ArFエキシマレーザで用いられる狭帯域化素子
が、KrFエキシマレーザの場合に比べてさらに短期間
で劣化することも問題であった。ArFエキシマレーザ
用の狭帯域化素子はフッ化カルシウムなどの材質を使う
場合があり、KrFエキシマレーザの場合よりもさらに
高価になるため、劣化によりこれを頻繁に交換すること
から、ランニングコストが高くなるからである。その理
由として、ArFエキシマレーザのレーザ光の波長19
3nmは真空紫外域であるため、一般に多くの光学材で
は吸収率が高くなる。そのため狭帯域化素子自体が、発
振したレーザ光を吸収して、短期間でダメージが生じる
からである。
In an ArF excimer laser for exposure, it is more difficult to narrow the band than in a KrF excimer laser, and when the band is narrowed to about 1 pm, the laser output is greatly reduced. . In addition, there is a problem that the band-narrowing element used in the exposure ArF excimer laser is deteriorated in a shorter time than in the case of the KrF excimer laser. A narrow band element for an ArF excimer laser may use a material such as calcium fluoride, which is more expensive than that of a KrF excimer laser. Because it becomes. The reason is that the wavelength of the ArF excimer laser beam 19
Since 3 nm is in the vacuum ultraviolet region, generally, the absorption rate of many optical materials is high. This is because the band-narrowing element itself absorbs the oscillated laser light and causes damage in a short period of time.

【0008】なお、ArFエキシマレーザを発振器と増
幅器とで構成し、発振器において十分な狭帯域化を行
い、増幅器でレーザ出力を高めることができる。これは
発振増幅器と呼ばれることがある。また、この増幅器の
代わりにもう一段発振器を設けて、一段目の発振器から
のレーザ光を二段目の発振器へ注入する方式が用いられ
ることもある。これは注入同期と呼ばれる構成であり、
二段目の発振器へ注入する一段目の発振器のレーザ光は
シード光と呼ばれることがある。これら発振増幅器や注
入同期の場合には、狭帯域化と高出力化とを両立できる
が、発振器で必要な狭帯域化素子は、やはり波長193
nmの真空紫外光が直接通過することから、短期間で劣
化することがあった。なお、ArFエキシマレーザの注
入同期に関しては、例えば、第41回応用物理学関係連
合講演会、講演予稿集、第928頁、29a−E−1、
1994年において説明されている。
[0010] The ArF excimer laser is composed of an oscillator and an amplifier. The oscillator can be made sufficiently narrow and the amplifier can increase the laser output. This is sometimes called an oscillation amplifier. In some cases, another amplifier is provided instead of the amplifier, and a laser beam from the first oscillator is injected into the second oscillator. This is a configuration called injection locking,
The laser light of the first-stage oscillator that is injected into the second-stage oscillator may be called seed light. In the case of these oscillation amplifiers and injection locking, it is possible to achieve both narrowing of the band and high power. However, the band narrowing element required for the oscillator also has a wavelength of 193.
Since the vacuum ultraviolet light of nm directly passes, it may deteriorate in a short period of time. In addition, regarding the injection locking of the ArF excimer laser, for example, for example, the 41st Federation of Applied Physics-related Lectures, Proceedings, p. 928, 29a-E-1,
It was described in 1994.

【0009】また、ArF露光機の第2の問題点とし
て、露光用ArFエキシマレーザが、通常、露光用Kr
Fエキシマレーザよりもパルスエネルギーのばらつきが
大きくなることから、スキャン型のArF露光機では、
より多数のパルスの露光光を同じ部分に照射させなけれ
ばならなくなる。したがって、スキャン速度を高くでき
ず、スループットが低くなることが問題であった。
A second problem of the ArF exposure apparatus is that an exposure ArF excimer laser is usually
Since the variation of the pulse energy is larger than that of the F excimer laser, the scan type ArF exposure device
It becomes necessary to irradiate the same portion with exposure light of a larger number of pulses. Therefore, the scanning speed cannot be increased, and the throughput decreases.

【0010】また、以上のようにスキャン型のArF露
光機では、露光光のパルスエネルギーのばらつきが小さ
いことが望まれていたが、光源として、前述したような
ArFエキシマレーザの注入同期を用いる場合、パルス
エネルギーのばらつきが大きくなることもあった。すな
わち、注入同期においては、露光光のパルスエネルギー
ばらつきは、シード光のパルスエネルギーばらつきが増
幅されて大きくなる場合があるからである。
As described above, in the scan type ArF exposure apparatus, it is desired that the pulse energy of the exposure light has a small variation. However, when the injection synchronization of the above-described ArF excimer laser is used as the light source, In some cases, variation in pulse energy was increased. That is, in the injection locking, the pulse energy variation of the exposure light may become large due to the amplification of the pulse energy variation of the seed light.

【0011】本発明の目的は、低ランニングコストで、
真空紫外域の波長の露光光を用いたフォトリソグラフィ
によるパターン転写を行うことが可能な半導体装置の製
造技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a low running cost,
An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing technique capable of performing pattern transfer by photolithography using exposure light having a wavelength in a vacuum ultraviolet region.

【0012】本発明の他の目的は、パルスエネルギーの
ばらつきの小さい真空紫外域の波長の露光光を用いるこ
とにより、高スループットで、スキャン方式のフォトリ
ソグラフィによるパターン転写を行うことが可能な半導
体装置の製造技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of transferring a pattern by scanning photolithography at a high throughput by using exposure light having a wavelength in a vacuum ultraviolet region having a small variation in pulse energy. The present invention is to provide a manufacturing technology.

【0013】本発明の他の目的は、低ランニングコスト
で露光光のエネルギーばらつきの小さい安定な露光を行
うことが可能な露光技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an exposure technique capable of performing stable exposure with low energy fluctuation of exposure light at low running cost.

【0014】本発明の他の目的は、スキャン方式の露光
におけるスループットの向上を実現することが可能な露
光技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an exposure technique capable of improving the throughput in scanning exposure.

【0015】本発明の他の目的は、露光光学系の低コス
ト化および長寿命化を実現することが可能な露光技術を
提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an exposure technique capable of realizing low cost and long life of an exposure optical system.

【0016】本発明の他の目的は、低コストで半導体装
置を大量に製造することが可能な露光技術を提供するこ
とである。
Another object of the present invention is to provide an exposure technique capable of manufacturing a large number of semiconductor devices at low cost.

【0017】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0019】すなわち、本発明では、露光原版を経由す
る露光光にて前記露光原版上の所望のパターンを半導体
ウェハに転写するフォトリソグラフィを用いて半導体装
置を製造する半導体装置の製造方法において、狭帯域化
手段を備えた第1のレーザ発生部から出力される一つま
たは複数の第1のレーザを、波長変換手段にて、より波
長の短い第2のレーザに変換し、得られた前記第2のレ
ーザをシード光として注入同期型の第2のレーザ発生部
に入力し、前記第2のレーザ発生部から出力される第3
のレーザを前記露光光として用いる。
That is, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device using photolithography in which a desired pattern on the exposure master is transferred to a semiconductor wafer with exposure light passing through the exposure master. One or more first lasers output from the first laser generator provided with the banding means are converted into a second laser having a shorter wavelength by the wavelength converting means, and the obtained second laser is obtained. 2 is input to the injection-locked second laser generator as the seed light, and the third laser output from the second laser generator is input to the second laser generator.
Is used as the exposure light.

【0020】また、本発明では、露光光を発生する露光
光源と、前記露光光をレチクルを経由して露光対象物に
照射する露光光学系とを含む露光装置において、前記露
光光源は、狭帯域化手段を備え狭帯域化された一つまた
は複数の第1のレーザを出力する第1のレーザ発生部
と、前記第1のレーザを、より波長の短い第2のレーザ
に変換する波長変換手段と、前記第2のレーザをシード
光として動作する注入同期型の第2のレーザ発生部から
なり第3のレーザを出力する第2のレーザ発生部と、を
含む構成としたものである。
According to the present invention, in an exposure apparatus including an exposure light source for generating exposure light and an exposure optical system for irradiating the exposure light to an object to be exposed via a reticle, the exposure light source may have a narrow band. First laser generator for outputting one or a plurality of narrowed first lasers provided with a wavelength converting means, and wavelength converting means for converting the first laser into a second laser having a shorter wavelength And a second laser generation unit that includes an injection-locked second laser generation unit that operates using the second laser as seed light and that outputs a third laser.

【0021】より具体的には、一例として、ArF露光
機等の露光装置の光源として、狭帯域化された波長19
3nmのレーザ光をシード光とした注入同期型のArF
エキシマレーザを用い、かつ該シード光として、KrF
エキシマレーザあるいはXeClエキシマレーザを励起
光源とした色素レーザ(以下、KrFエキシマレーザ励
起色素レーザと呼ぶ。)を波長変換した高調波、あるい
は半導体レーザを励起光源としたNd:YLFレーザ
(以下、半導体励起Nd:YLFレーザと呼ぶ。)等の
固体レーザをベースとした波長変換を用いたものであ
る。なお、本発明においては、特にArFエキシマレー
ザの構成に依らず、単に波長193nmの露光光を用い
る露光装置のことをArF露光機と呼ぶ。
More specifically, as an example, as a light source of an exposure apparatus such as an ArF exposure apparatus, a narrow band wavelength 19 is used.
Injection-locked ArF using 3 nm laser light as seed light
Using an excimer laser and using KrF
A harmonic obtained by wavelength conversion of a dye laser using an excimer laser or a XeCl excimer laser as an excitation light source (hereinafter referred to as a KrF excimer laser excitation dye laser), or an Nd: YLF laser using a semiconductor laser as an excitation light source (hereinafter referred to as semiconductor excitation). A wavelength conversion based on a solid-state laser such as a Nd: YLF laser is used. In the present invention, an exposure apparatus that simply uses exposure light having a wavelength of 193 nm regardless of the configuration of an ArF excimer laser is referred to as an ArF exposure apparatus.

【0022】半導体レーザは、それ自体の温度によって
レーザ光の波長が変化する。一方、固体レーザでは、一
般に用いられる結晶の吸収スペクトルが波長によって大
きく変化する。従って、本発明では、Nd:YLFレー
ザ等の固体レーザを励起する半導体レーザは温度制御さ
れる。これにより、周囲の温度変化によらず固体レーザ
の結晶を常に同じ強度で励起することができることか
ら、安定したエネルギのシード光を生成し、このシード
光を注入同期型のArFエキシマレーザのシード光とし
て用いることができる。
In a semiconductor laser, the wavelength of laser light changes depending on the temperature of the semiconductor laser. On the other hand, in a solid-state laser, the absorption spectrum of a generally used crystal greatly changes depending on the wavelength. Therefore, in the present invention, the temperature of a semiconductor laser that excites a solid-state laser such as an Nd: YLF laser is controlled. As a result, the solid-state laser crystal can be always excited with the same intensity regardless of the ambient temperature change, so that seed light of stable energy is generated, and this seed light is used as the seed light of the injection-locked ArF excimer laser. Can be used as

【0023】また、前記色素レーザを波長変換した高調
波としては、特に前記色素レーザから取り出されたレー
ザ光の第2高調波を用いたものである。あるいはまた、
前記色素レーザを少なくとも2台用いて、一方の色素レ
ーザからのレーザ光の第2高調波と、もう一方の色素レ
ーザからのレーザ光との和周波数を用いたものである。
Further, as the harmonic obtained by wavelength-converting the dye laser, a second harmonic of laser light extracted from the dye laser is used. Alternatively,
At least two dye lasers are used and the sum frequency of the second harmonic of the laser light from one dye laser and the laser light from the other dye laser is used.

【0024】あるいはまた、前記Nd:YLFレーザ等
の第1の固体レーザをベースとした波長変換としては、
前記Nd:YLFレーザの第4高調波と、前記Nd:Y
LFレーザの第2高調波を励起光源としたチタンサファ
イアレーザ等の第2の固体レーザのレーザ光との和周波
数を用いたものである。
Alternatively, the wavelength conversion based on the first solid-state laser such as the Nd: YLF laser is as follows.
The fourth harmonic of the Nd: YLF laser and the Nd: Y
It uses the sum frequency with the laser light of a second solid-state laser such as a titanium sapphire laser using the second harmonic of the LF laser as an excitation light source.

【0025】ところで、色素セルを用いた一般の色素レ
ーザにおいて、エキシマレーザのレーザ光(すなわち励
起光)をレーザ光と直交する横方向から照射する構成を
とる場合に、KrFエキシマレーザを色素レーザの励起
光源として用いると、一般に色素レーザの励起に使われ
る波長308nmのXeClエキシマレーザよりも波長
が短いことから、励起光は色素溶液中で強く吸収を受け
てしまう。その結果、色素溶液中での吸収長が短くな
り、色素セル中の色素溶液全体に励起光が浸透できず、
レーザ発振が困難になる。そこで、本発明における色素
レーザ発振器として、それに使われる色素溶液をジェッ
ト方式で循環させたものである。
By the way, in a general dye laser using a dye cell, when a laser beam of an excimer laser (that is, excitation light) is irradiated from a lateral direction orthogonal to the laser beam, a KrF excimer laser is used. When used as an excitation light source, the excitation light is strongly absorbed in the dye solution because it has a shorter wavelength than a 308 nm wavelength XeCl excimer laser generally used for excitation of the dye laser. As a result, the absorption length in the dye solution is shortened, and the excitation light cannot penetrate the entire dye solution in the dye cell,
Laser oscillation becomes difficult. Accordingly, the dye solution used in the dye laser oscillator of the present invention is circulated by a jet method.

【0026】前記色素レーザ、あるいは前記Nd:YL
Fレーザを波長変換した高調波を狭帯域化するために
は、前記色素レーザ、及び前記Nd:YLFレーザを狭
帯域化すればよいが、それらは全て波長約386nm以
上になるため、193nmに比べて遥かに長く、狭帯域
化素子は劣化しにくくなり、その寿命はArFエキシマ
レーザの共振器内に配置される狭帯域化素子に比べて大
幅に長くなる。
The dye laser or the Nd: YL
In order to narrow the band of the harmonics obtained by wavelength conversion of the F laser, the dye laser and the Nd: YLF laser may be narrowed. However, since all of them have a wavelength of about 386 nm or more, the wavelength is higher than that of 193 nm. The band-narrowing element is much longer and hardly deteriorates, and the life thereof is significantly longer than that of the band-narrowing element arranged in the resonator of the ArF excimer laser.

【0027】しかも、本発明の露光光源から得られる露
光光のパルスエネルギーの安定性に関しては、本発明で
は注入同期の構成をとっていることから、シード光のエ
ネルギー安定性に依存することになる。すなわちシード
光を発生するシステムのベースとなるレーザのエネルギ
ー安定性に依存することになる。そこで本発明ではKr
Fエキシマレーザ、あるいはNd:YLFレーザのエネ
ルギー安定性に左右される。
Further, the stability of the pulse energy of the exposure light obtained from the exposure light source of the present invention depends on the energy stability of the seed light because the injection locking configuration is adopted in the present invention. . That is, it depends on the energy stability of the laser which is the base of the system for generating the seed light. Therefore, in the present invention, Kr
It depends on the energy stability of the F excimer laser or Nd: YLF laser.

【0028】ところで、第1のレーザ発生部を構成する
KrFエキシマレーザあるいはXeClエキシマレーザ
では、第2のレーザ発生部を構成するArFエキシマレ
ーザに比べて、レーザエネルギーのばらつきが小さいこ
とが知られている。たとえば、KrFエキシマレーザあ
るいはXeClエキシマレーザのエネルギばらつきは約
7%(3σ値)以下に対して、ArFエキシマレーザで
は約10%前後と報告されている。
By the way, it is known that the KrF excimer laser or the XeCl excimer laser constituting the first laser generator has a smaller variation in laser energy than the ArF excimer laser constituting the second laser generator. I have. For example, it is reported that the energy variation of a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser is about 7% (3σ value) or less, while that of an ArF excimer laser is about 10%.

【0029】したがって、エネルギばらつきの大きなA
rFエキシマレーザを単独で露光光源として用いる場合
よりも、本発明のように、エネルギばらつきのより小さ
いKrFエキシマレーザあるいはXeClエキシマレー
ザから得られたレーザを、シード光として注入同期型の
ArFエキシマレーザ等の第2のレーザ発生部に入力す
る構成のほうが、ArFエキシマレーザ等の第2のレー
ザ発生部から得られる露光光のパルスエネルギーが安定
する。
Therefore, A with large energy variation
A laser obtained from a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser having a smaller energy variation as in the present invention than the case where an rF excimer laser is used alone as an exposure light source is used as an injection-locked ArF excimer laser as a seed light. In the configuration of inputting to the second laser generator, the pulse energy of the exposure light obtained from the second laser generator such as an ArF excimer laser is more stable.

【0030】また、Nd:YLFレーザ等の固体レーザ
では、励起光源として通常の高出力半導体レーザを用い
ると、パルスエネルギーの安定性を高くできることが知
られている。その理由としては、例えばNd:YAGレ
ーザに比べて、通常の高出力半導体レーザの発振波長で
ある803nm前後における吸収率の変化が小さいた
め、半導体レーザの発振波長が温度変化等により多少変
動しても、Nd:YLFの励起への影響が小さいからで
ある。したがって室温の変動によるレーザエネルギーの
変動を小さくできる。
In a solid-state laser such as an Nd: YLF laser, it is known that the stability of pulse energy can be increased by using a normal high-power semiconductor laser as an excitation light source. The reason is that the change in the absorptivity around 803 nm, which is the oscillation wavelength of a normal high-power semiconductor laser, is smaller than that of, for example, an Nd: YAG laser. This is because the influence on the excitation of Nd: YLF is small. Therefore, fluctuations in laser energy due to fluctuations in room temperature can be reduced.

【0031】なお、KrFエキシマレーザ励起色素レー
ザでは、色素の種類を変えることによって、波長約34
0nm以上約1μm以下で、ほぼ連続的にレーザ発振波
長を定められることが知られている。すなわち波長約3
86nmで発振させることができるため、その第2高調
波によって波長193nmを発生でき、ArFエキシマ
レーザのシード光として用いることができる。
In the case of a KrF excimer laser-excited dye laser, a wavelength of about 34 nm is obtained by changing the type of dye.
It is known that the laser oscillation wavelength can be determined almost continuously from 0 nm to about 1 μm. That is, a wavelength of about 3
Since the laser beam can be oscillated at 86 nm, its second harmonic can generate a wavelength of 193 nm and can be used as seed light of an ArF excimer laser.

【0032】また同様に、前記色素レーザを少なくとも
2台用いて、一方の色素レーザの第2高調波と、もう一
方の色素レーザのレーザ光との和周波数も、波長193
nmを発生できる。
Similarly, by using at least two dye lasers, the sum frequency of the second harmonic of one dye laser and the laser light of the other dye laser also has a wavelength of 193.
nm.

【0033】また、前記Nd:YLFレーザからなる第
1の固体レーザの第2高調波では波長約524nmのグ
リーン光であるため、チタンサファイアレーザ等の第2
の固体レーザを励起することができる。このチタンサフ
ァイアレーザは波長約700nmから900nmに亘る
任意な波長でレーザ動作できるため、波長約740nm
でレーザ発振できる。一方、前記Nd:YLFレーザの
第4高調波は波長約262nmであることから、波長約
740nmのレーザ光と波長約262nmのレーザ光の
和周波数によって波長193nmのシード光を発生でき
る。
Since the second harmonic of the first solid-state laser comprising the Nd: YLF laser is green light having a wavelength of about 524 nm, the second harmonic such as a titanium sapphire laser is used.
Can be excited. Since this titanium sapphire laser can operate at an arbitrary wavelength ranging from about 700 nm to 900 nm, the wavelength is about 740 nm.
Laser oscillation. On the other hand, since the fourth harmonic of the Nd: YLF laser has a wavelength of about 262 nm, seed light having a wavelength of 193 nm can be generated by the sum frequency of the laser light having a wavelength of about 740 nm and the laser light having a wavelength of about 262 nm.

【0034】しかも前記色素レーザの励起光源であるK
rFエキシマレーザとして、露光機として一世代前の不
要になったKrF露光機のKrFエキシマレーザを利用
することができる。
Further, K, which is an excitation light source of the dye laser,
As the rF excimer laser, a KrF excimer laser of a KrF exposure machine which has become unnecessary one generation ago can be used as an exposure machine.

【0035】また、色素溶液をジェット方式で循環させ
ると、色素溶液の厚みを1mm以下にすることが容易で
あるため、励起光の吸収長が短くなっても、励起領域と
レーザ光の通過領域とを一致させることが容易になる。
When the dye solution is circulated by the jet method, the thickness of the dye solution can be easily reduced to 1 mm or less. Therefore, even if the absorption length of the excitation light is short, the excitation region and the laser light passage region are small. It is easy to match with.

【0036】また、ArFエキシマレーザを不安定共振
器で構成すると、取り出されるレーザ光はリング状のビ
ーム断面を有するようになることから、このレーザ光を
用いれば、特別な光学系を利用しなくても、輪帯照明を
適用したことになり、より高解像度を実現することがで
きる。
When the ArF excimer laser is composed of an unstable resonator, the extracted laser beam has a ring-shaped beam cross section. Therefore, if this laser beam is used, no special optical system is used. Even so, this means that annular illumination is applied, and higher resolution can be realized.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0038】図1は、本発明の一実施の形態である半導
体装置の製造方法および露光装置に用いられる露光光源
の構成の一例を示す概念図である。露光光源100は、
大別してKrFエキシマレーザ101と、色素レーザ発
振器102と、色素レーザ増幅器103と、波長変換部
104と、ArFエキシマレーザ105と、パルス同期
装置107とで構成される。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure light source used in a semiconductor device manufacturing method and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The exposure light source 100
It is roughly composed of a KrF excimer laser 101, a dye laser oscillator 102, a dye laser amplifier 103, a wavelength converter 104, an ArF excimer laser 105, and a pulse synchronizer 107.

【0039】KrFエキシマレーザ101から取り出さ
れた波長248nmのレーザ光K1(以下、励起光と呼
ぶ。)は、ビームスプリッタ110aに当たり、そのパ
ワーの約30%がここで反射し、反射した励起光K2は
色素レーザ発振器102の方へ進み、その励起光として
用いられる。色素レーザ発振器102は、出力鏡113
と回折格子114とで共振器が構成されている。励起光
K2は、レンズ112aを通り、色素レーザ発振器10
2のレーザ媒質である色素溶液115aに集光する。こ
れによって色素レーザ発振器102は発振し、レーザ光
L1が出力鏡113から共振器外部に取り出される。
The laser light K1 (hereinafter referred to as excitation light) having a wavelength of 248 nm extracted from the KrF excimer laser 101 strikes the beam splitter 110a, and about 30% of its power is reflected here, and the reflected excitation light K2 Goes to the dye laser oscillator 102 and is used as the excitation light. The dye laser oscillator 102 has an output mirror 113
And the diffraction grating 114 constitute a resonator. The excitation light K2 passes through the lens 112a and passes through the dye laser oscillator 10
The light is focused on the dye solution 115a, which is the second laser medium. As a result, the dye laser oscillator 102 oscillates, and the laser beam L1 is extracted from the output mirror 113 to the outside of the resonator.

【0040】なお色素溶液115aとしてはBBQなど
の色素が適しており、これらの色素を用いれば波長38
0〜390nmでレーザ動作できる。なおこれに関して
は、例えば、内野修、他3名「XeClレーザー励起高
効率色素レーザー」レーザー研究 第6巻 第4号 昭
和54年3月、第57頁から第59頁において説明され
ている。したがって色素レーザ発振器102では、回折
格子114によって、ここでは波長386nmで発振す
るように設定されている。
A dye such as BBQ is suitable for the dye solution 115a.
Laser operation is possible at 0 to 390 nm. This is described, for example, by Osamu Uchino and three others in “XeCl Laser Excited High Efficiency Dye Laser”, Vol. 6, No. 4, March 1979, pp. 57-59. Therefore, the dye laser oscillator 102 is set to oscillate at a wavelength of 386 nm by the diffraction grating 114 here.

【0041】また色素レーザ発振器102には狭帯域化
素子であるエタロン116が共振器中に挿入されてお
り、これにより波長幅約0.2pmの狭帯域にレーザ発振
するようになっている。
In the dye laser oscillator 102, an etalon 116, which is a band narrowing element, is inserted in the resonator, so that the laser oscillates in a narrow band having a wavelength width of about 0.2 pm.

【0042】色素レーザ発振器102から取り出された
レーザ光L1は、ビームスプリッタ110bに当たり、
ここで数%程度のパワーが反射して、波長モニター10
6に入り、ここで波長と波長幅をモニターしている。
The laser light L1 extracted from the dye laser oscillator 102 hits the beam splitter 110b,
Here, the power of about several percent is reflected, and the wavelength monitor 10
In step 6, the wavelength and the wavelength width are monitored.

【0043】ビームスプリッタ110bを通過したレー
ザ光L1は、色素レーザ増幅器103中の色素溶液11
5bに入射する。なお、色素溶液115a、115b
は、薄膜状になって図1の紙面に垂直な方向に循環して
いる。
The laser light L1 having passed through the beam splitter 110b is applied to the dye solution 11 in the dye laser amplifier 103.
5b. Note that the dye solutions 115a, 115b
Are circulated in a thin film form in a direction perpendicular to the plane of FIG.

【0044】一方、KrFエキシマレーザ101から取
り出された励起光K1の内、ビームスプリッタ110a
を透過した約70%のパワーの励起光K3はミラー11
1aで反射して色素レーザ増幅器103へ進み、レンズ
112bを通り、色素溶液115bに集光する。その結
果、レーザ光L1は増幅して、レーザ光L2が得られ
る。レーザ光L2は、波長変換部104内に進み、レン
ズ112cを通り、非線形光学結晶117中で集光す
る。これにより、その第2高調波である波長193nm
のレーザ光L3が発生し、レンズ112dを通って、波
長変換部104を出射する。
On the other hand, of the excitation light K1 extracted from the KrF excimer laser 101, the beam splitter 110a
The excitation light K3 having a power of about 70% transmitted through
The light is reflected by 1a, advances to the dye laser amplifier 103, passes through the lens 112b, and is focused on the dye solution 115b. As a result, the laser light L1 is amplified and a laser light L2 is obtained. The laser light L2 advances into the wavelength conversion unit 104, passes through the lens 112c, and is focused in the nonlinear optical crystal 117. Thereby, the wavelength 193 nm, which is the second harmonic, is obtained.
Is emitted, and exits the wavelength conversion unit 104 through the lens 112d.

【0045】なお非線形光学結晶117としては、例え
ば、Sr2 Be2 2 7 結晶(SBBOと略され
る。)など第2高調波で波長193nmを発生できるも
のが適する。なお、SBBOに関しては、例えば、NA
TURE、第373巻、第26号、1995年、第32
2頁から第324頁において説明されている。なおレー
ザ光L3の波長幅としては、レーザ光L2の波長幅の半
分の約0.1pmになる。
As the nonlinear optical crystal 117, a material capable of generating a wavelength of 193 nm with the second harmonic, such as a Sr 2 Be 2 B 2 O 7 crystal (abbreviated as SBBO), is suitable. For SBBO, for example, NA
TURE, Vol. 373, No. 26, 1995, 32
This is described on pages 2 to 324. Note that the wavelength width of the laser light L3 is about 0.1 pm, which is half the wavelength width of the laser light L2.

【0046】このレーザ光L3は反射鏡111b、及び
111cで反射して、ArFエキシマレーザ105内に
注入される。すなわち、レーザ光L3はArFエキシマ
レーザ105のシード光となる。したがって、ArFエ
キシマレーザ105から取り出されたレーザ光L4は、
波長と波長幅はシード光であるレーザ光L3と同等であ
り、パワーだけが増加したものとなる。すなわち、この
レーザ光L4は、波長幅が0.1pmと十分に狭く、波長
193nmのDUV光であり、露光光として利用され
る。
This laser beam L 3 is reflected by the reflecting mirrors 111 b and 111 c and injected into the ArF excimer laser 105. That is, the laser light L3 becomes the seed light of the ArF excimer laser 105. Therefore, the laser light L4 extracted from the ArF excimer laser 105 is
The wavelength and the wavelength width are equivalent to the laser light L3 as the seed light, and only the power is increased. That is, the laser light L4 is a DUV light having a sufficiently narrow wavelength width of 0.1 pm and a wavelength of 193 nm, and is used as exposure light.

【0047】ここで、ArFエキシマレーザ105の構
造に関して、図6を用いて説明する。図6に示したよう
に、ArFエキシマレーザ105では、レーザ管120
の両側に、出力鏡121と穴付反射鏡122とが配置さ
れ、また出力鏡121の内側に小さな凸面鏡123が配
置されている。シード光であるレーザ光L3は、穴付反
射鏡122の穴からレーザ管120の中に進み、凸面鏡
123で反射して、レーザ管120内を再び進み、穴付
反射鏡122で反射して、さらにレーザ管120内を再
び進んで、出力鏡121から取り出される。したがっ
て、ArFエキシマレーザ105では、狭帯域化素子は
用いられていない。なお、図6に示されたArFエキシ
マレーザ105の共振器構成は、一般に不安定共振器と
呼ばれるものであり、出力鏡121から取り出されるレ
ーザ光は中空のリング形状になる。なお、このリング形
状の寸法は、凸面鏡123の口径や、穴付反射鏡122
の曲率等を適宜設定することで、後述の露光装置におけ
る縮小投影光学系にて必要とされる輪帯照明の仕様に随
意に適合させることが可能である。
Here, the structure of the ArF excimer laser 105 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, in the ArF excimer laser 105, the laser tube 120
An output mirror 121 and a reflecting mirror 122 with holes are disposed on both sides of the output mirror 121, and a small convex mirror 123 is disposed inside the output mirror 121. The laser light L3, which is the seed light, travels through the hole of the holed reflecting mirror 122 into the laser tube 120, is reflected by the convex mirror 123, travels again inside the laser tube 120, is reflected by the holed reflecting mirror 122, Further, the laser beam travels through the laser tube 120 again and is taken out from the output mirror 121. Therefore, in the ArF excimer laser 105, no band-narrowing element is used. Note that the resonator configuration of the ArF excimer laser 105 shown in FIG. 6 is generally called an unstable resonator, and the laser light extracted from the output mirror 121 has a hollow ring shape. The size of the ring shape depends on the diameter of the convex mirror 123 and the size of the reflecting mirror 122 with a hole.
By appropriately setting the curvature or the like, it is possible to arbitrarily conform to the specification of the annular illumination required by the reduction projection optical system in the exposure apparatus described later.

【0048】なお、ArFエキシマレーザ105を動作
させる際に、レーザ発振のタイミングをKrFエキシマ
レーザ101と同期させる必要があるため、KrFエキ
シマレーザ101とArFエキシマレーザ105とはパ
ルス同期装置107によって制御されている。
When operating the ArF excimer laser 105, it is necessary to synchronize the laser oscillation timing with the KrF excimer laser 101. Therefore, the KrF excimer laser 101 and the ArF excimer laser 105 are controlled by the pulse synchronizer 107. ing.

【0049】以上のように、本発明では露光光の波長幅
を定めるのが、色素レーザ発振器102であり、そこで
は狭帯域化素子である回折格子114とエタロン116
とが用いられていることから、DUV光L4も狭帯域化
されることになる。
As described above, in the present invention, the wavelength width of the exposure light is determined by the dye laser oscillator 102, in which the diffraction grating 114 and the etalon 116, which are band narrowing elements, are provided.
Is used, the DUV light L4 is also narrowed.

【0050】すなわち、ArFエキシマレーザ105に
おいて狭帯域化素子を用いなくても、取り出されるDU
V光L4が狭帯域化されることになる。これに対して、
従来の露光用ArFエキシマレーザ発振器では、図12
に示されたArFエキシマレーザ発振器600の構成図
からわかるように、レーザ管601を挟むように配置さ
れた出力鏡602と回折格子603とによって共振器が
組まれ、出力鏡602からDUV光L601を取り出す
ようになっていた。ところが、回折格子603や、狭帯
域化するためのプリズム604などが利用されるが、特
に特殊な反射膜がコーティングされた回折格子603に
は、DUV光が直接照射されることから、劣化しやすく
なり、頻繁に交換する必要が生じることから、高ランニ
ングコストになることが問題であった。
That is, even if the ArF excimer laser 105 does not use a band-narrowing element, the extracted DU
The V light L4 is narrowed. On the contrary,
In a conventional ArF excimer laser oscillator for exposure, FIG.
As can be seen from the configuration diagram of the ArF excimer laser oscillator 600 shown in FIG. 7, a resonator is formed by the output mirror 602 and the diffraction grating 603 disposed so as to sandwich the laser tube 601, and the DUV light L 601 is output from the output mirror 602. I was going to take it out. However, although a diffraction grating 603 and a prism 604 for narrowing the band are used, the diffraction grating 603 coated with a special reflective film is directly irradiated with DUV light, and thus easily deteriorates. Therefore, frequent replacement is required, and thus high running cost is a problem.

【0051】なお、本実施の形態で用いられるKrFエ
キシマレーザ101としては、ここでは、露光用KrF
エキシマレーザを利用している。ただし、KrFエキシ
マレーザを露光光源として用いる従来の露光装置では、
KrFエキシマレーザに狭帯域化素子が必要であった。
これに対して、本実施の形態では、KrFエキシマレー
ザ101を色素レーザの励起光源として用いているが、
色素レーザのレーザ媒質である色素は、一般に波長幅数
十nm以上もの広い吸収スペクトルを有している。した
がって励起光源であるKrFエキシマレーザ101を狭
帯域化する必要はなく、狭帯域化素子を構成するプリズ
ムや回折格子を外して、通常の全反射鏡に置き換えれば
よい。
The KrF excimer laser 101 used in the present embodiment is a KrF exposing laser
Excimer laser is used. However, in a conventional exposure apparatus using a KrF excimer laser as an exposure light source,
The KrF excimer laser required a band-narrowing element.
On the other hand, in the present embodiment, the KrF excimer laser 101 is used as the excitation light source of the dye laser.
A dye, which is a laser medium of a dye laser, generally has a broad absorption spectrum having a wavelength width of several tens nm or more. Therefore, it is not necessary to narrow the band of the KrF excimer laser 101 serving as the excitation light source, and the prism and diffraction grating constituting the band narrowing element may be removed and replaced with a normal total reflection mirror.

【0052】また、本実施の形態では、露光光として用
いるDUV光の波長や波長幅を直接モニターする代わり
に、色素レーザ発振器102のレーザ光L1をモニター
している。したがって波長モニター112として波長3
86nmと紫外域でも比較的長い波長を測定することか
ら、短期間で劣化することがなく、波長モニター交換に
よるランニングコストも低減できるようになった。
In this embodiment, the laser light L1 of the dye laser oscillator 102 is monitored instead of directly monitoring the wavelength and the wavelength width of the DUV light used as the exposure light. Therefore, the wavelength 3
Since a relatively long wavelength is measured even in the ultraviolet region of 86 nm, there is no deterioration in a short period of time, and the running cost due to wavelength monitor replacement can be reduced.

【0053】また、本実施の形態では、色素レーザ発振
器102と色素レーザ増幅器103の励起光源としてK
rFエキシマレーザ101が用いられているが、励起光
K2、K3は波長248nmであるため、波長308n
mのXeClエキシマレーザとは異なり、色素溶液11
5a、及び115bにおいて励起光K2、及びK3は強
く吸収され、吸収長は通常1mm以下と短くなる。そこ
で、図1に示されているように、露光光源100を構成
する色素レーザ発振器102、及び色素レーザ増幅器1
03では、色素溶液115a、115bをジェット方式
で循環させている。そのため色素溶液115a、115
bの厚みを、吸収長程度まで短くできるようになり、励
起光K2、K3による励起領域と色素レーザのレーザ光
の通過領域とをほぼ一致させることができる。なお、こ
れとは反対に、広く利用されている色素セルを用いる方
式では、ガラス製の色素セルの内部に色素溶液を流すた
め、色素溶液の厚みが小さくなると、流体損失が増え
て、色素溶液を流しにくくなる問題が生じる。
In this embodiment, the excitation light source for the dye laser oscillator 102 and the dye laser amplifier 103 is K
Although the rF excimer laser 101 is used, since the excitation lights K2 and K3 have a wavelength of 248 nm, a wavelength of 308 n
m XeCl excimer laser, the dye solution 11
In 5a and 115b, the excitation lights K2 and K3 are strongly absorbed, and the absorption length is usually as short as 1 mm or less. Therefore, as shown in FIG. 1, the dye laser oscillator 102 and the dye laser
In 03, the dye solutions 115a and 115b are circulated by a jet method. Therefore, the dye solutions 115a, 115
The thickness of b can be reduced to about the absorption length, and the excitation region by the excitation lights K2 and K3 and the laser light passage region of the dye laser can be made substantially coincident. Contrary to this, in the method using a widely used dye cell, the dye solution flows inside the glass dye cell.Thus, when the thickness of the dye solution is reduced, the fluid loss increases, and the dye solution increases. This causes a problem that it becomes difficult to flow.

【0054】次に本実施の形態の露光装置の構成の一例
を、図2を用いて説明する。露光装置200は、露光装
置本体150と、図1で示した露光光源100とで構成
されている。露光装置200はクリーンルーム内のグレ
ーチング210bの上に設置されており、露光光源10
0はクリーンルームのグレーチング210bの下のフロ
アー(一般に床下と呼ばれる。)の床210aの上に設
置されている。すなわち、本実施の形態ではクリーンル
ームはダウンフローと呼ばれる方式になっており、清浄
化された空気が上から下へ流れており、グレーチング2
10bを通って、床下へ抜けるようになっている。
Next, an example of the configuration of the exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. The exposure apparatus 200 includes an exposure apparatus main body 150 and the exposure light source 100 shown in FIG. The exposure apparatus 200 is installed on the grating 210b in the clean room, and
Numeral 0 is installed on the floor 210a of the floor (generally called the under floor) below the grating 210b of the clean room. That is, in the present embodiment, the clean room is of a type called a down flow, in which purified air flows from top to bottom, and
Through 10b, it goes under the floor.

【0055】露光光源100から取り出された波長19
3nmの露光光L4は、ミラー201aで反射して、グ
レーチング210bを抜けて、レンズ201cを通り、
カライドスコープ202に入射する。これにより、内部
で全反射を繰り返すことで、露光光L4aはその強度分
布が均一化される。また、図に示してあるように、入射
したレーザ光が内部で全反射を繰り返しても、出射する
レーザ光を構成する各光線の進行方向は変わらない。す
なわちリング状の露光光L4aをレンズ201cで集光
すると、光軸にほぼ平行な成分の光線が存在しなくな
る。しかし本実施の形態ではカライドスコープを用いて
いるため、露光光がカライドスコープ202から出射し
ても(露光光L4b)、光軸にほぼ平行な成分の光線は
存在しないため、輪帯照明に利用できる。なお、カライ
ドスコープ202は、ここではフッ化カルシウム(Ca
2 )製のガラス棒が用いられている。すなわちフッカ
カルシウムは紫外光を良く通すからである。ただし本発
明の露光光源から十分に均一な強度分布のレーザ光が取
り出される場合には、本発明の露光装置において、カラ
イドスコープなどの均一化光学系を利用しなくてもよ
い。
The wavelength 19 extracted from the exposure light source 100
The 3 nm exposure light L4 is reflected by the mirror 201a, passes through the grating 210b, passes through the lens 201c,
The light enters the callide scope 202. Thereby, the intensity distribution of the exposure light L4a is made uniform by repeating total internal reflection. Further, as shown in the drawing, even if the incident laser light is repeatedly totally internally reflected, the traveling direction of each light beam constituting the emitted laser light does not change. That is, when the ring-shaped exposure light L4a is condensed by the lens 201c, there is no light beam having a component substantially parallel to the optical axis. However, since the kaleidoscope is used in the present embodiment, even if the exposure light is emitted from the kaleidoscope 202 (exposure light L4b), there is no light beam having a component substantially parallel to the optical axis. Available to In addition, the callide scope 202 is made of calcium fluoride (Ca
F 2) made of a glass rod is used. In other words, it is because fucca calcium transmits ultraviolet light well. However, when laser light having a sufficiently uniform intensity distribution is extracted from the exposure light source of the present invention, the exposure apparatus of the present invention does not need to use a homogenizing optical system such as a kaleidoscope.

【0056】カライドスコープ202を出射した均一な
強度分布を有する露光光L4bは、ミラー201bで反
射して、ビーム拡大器203によりビームが拡げられ、
ミラー201cで反射してからランダム位相板204を
通る。ここで露光光のスペックルノイズが除去され、コ
ンデンサレンズ205を通ってレチクル206に照射さ
れる。レチクル206を出射したレーザ光は石英レンズ
から成る縮小投影レンズ207を通り、ステージ208
に乗せられたウェハ209上に当たる。これによってレ
チクル206でのパターンがウェハ209上に縮小投影
される。
The exposure light L4b having a uniform intensity distribution emitted from the kaleidoscope 202 is reflected by the mirror 201b, and the beam is expanded by the beam expander 203.
After being reflected by the mirror 201c, it passes through the random phase plate 204. Here, the speckle noise of the exposure light is removed, and the exposure light is irradiated on the reticle 206 through the condenser lens 205. The laser beam emitted from the reticle 206 passes through a reduction projection lens 207 made of a quartz lens,
On the wafer 209 placed on the wafer. Thus, the pattern on the reticle 206 is reduced and projected on the wafer 209.

【0057】以上より、本実施の形態ではArFエキシ
マレーザ105の出力である193nmの露光光の波長
幅を十分小さくできるため、従来のKrF露光機と同様
に石英レンズを用いた縮小投影レンズ207を用いるこ
とができるようになった。すなわち高価な色消しレンズ
が不要となり、露光装置の製造コストを低減できるよう
になった。
As described above, in the present embodiment, the wavelength width of the exposure light of 193 nm, which is the output of the ArF excimer laser 105, can be made sufficiently small, so that the reduction projection lens 207 using a quartz lens can be used similarly to the conventional KrF exposure apparatus. Can now be used. That is, an expensive achromatic lens becomes unnecessary, and the manufacturing cost of the exposure apparatus can be reduced.

【0058】また、露光光源100では、前述したよう
に、図6に示された不安定共振器型のArFエキシマレ
ーザ105が用いられているため、露光光L4はリング
状になっている。一方、露光装置本体150では、露光
光L4aの強度分布を均一化させるためにカライドスコ
ープ202を用いているため、カライドスコープ202
から出射した露光光L4bもリング状になる。したがっ
て本実施の形態では輪帯照明を行うようになり、高い解
像度で露光処理が行える。
As described above, the exposure light source 100 uses the unstable resonator type ArF excimer laser 105 shown in FIG. 6 as described above, so that the exposure light L4 has a ring shape. On the other hand, since the exposure apparatus main body 150 uses the kaleidoscope 202 to make the intensity distribution of the exposure light L4a uniform, the kaleidoscope 202
The exposure light L4b emitted from the light source also becomes ring-shaped. Therefore, in the present embodiment, annular illumination is performed, and exposure processing can be performed with high resolution.

【0059】なお、カライドスコープ202では、入射
されるレーザ光の強度分布を均一化する機能を有するこ
とで知られているが、これだけでなく、入射されるレー
ザ光を構成する各光線の拡がり角度が保たれる。すなわ
ち、カライドスコープ202から出射するレーザ光も、
平行ビームに戻すとリング状になる。したがって本実施
の形態では、レーザ光の強度分布を均一化する手段とし
て、特にカライドスコープを用いたものである。なお本
実施の形態におけるカライドスコープとは、露光光であ
るレーザ光を高く透過するガラス製の棒状部材のことを
示し、その内部にレーザ光を入射させると、内面で全反
射を繰り返すことで、出射したレーザ光の強度分布が均
一化される機能を有するものであれば、どのような形
状、材質であってもよい。また、カライドスコープに関
しては、例えば、レーザー研究、第22巻、第11号、
平成6年、第67頁から74頁において説明されてい
る。
Although the kaleidoscope 202 is known to have a function of making the intensity distribution of the incident laser light uniform, not only this but also the spread of each light beam constituting the incident laser light is known. The angle is maintained. That is, the laser light emitted from the kaleidoscope 202 also
When the beam is returned to the parallel beam, it becomes ring-shaped. Therefore, in this embodiment, as a means for making the intensity distribution of the laser beam uniform, a kaleidoscope is particularly used. Note that the kaleidoscope in this embodiment refers to a glass rod-shaped member that highly transmits laser light as exposure light, and when laser light is incident on the inside thereof, total reflection is repeated on the inner surface. Any shape and material may be used as long as it has a function of making the intensity distribution of the emitted laser light uniform. Regarding the kaleidoscope, for example, Laser Research, Vol. 22, No. 11,
It is described in 1994, pages 67 to 74.

【0060】なお、輪帯照明に関しては、例えば、UL
SIリソグラフィ技術の革新、株式会社サイエンスフォ
ーラム発行、第45から47頁において説明されてい
る。これに対して、従来の一般な露光装置において輪帯
照明を用いるには、露光光の中心部をカットしていたこ
とから、照度(正確には、ウェハに照射される露光光の
全パワー)が低くなり、スループットが低下することが
あった。
As for annular illumination, for example, UL
This is described in Innovation of SI Lithography Technology, published by Science Forum Co., Ltd., pp. 45-47. On the other hand, to use annular illumination in a conventional general exposure apparatus, the central portion of the exposure light is cut, so that the illuminance (to be exact, the total power of the exposure light applied to the wafer) And the throughput may decrease.

【0061】なお、露光装置としては、図2に例示され
るステッパ方式に限らず、図7に例示されるようなスキ
ャン方式の露光装置にも適用することができる。
The exposure apparatus is not limited to the stepper type illustrated in FIG. 2, but may be applied to a scan type exposure apparatus illustrated in FIG.

【0062】すなわち、スキャン方式の場合には、通常
のX−Y、チルト、回動、上下動等の変位が可能なステ
ージ208aの上に、所定の1軸方向に往復動するとと
もにウェハ209が載置されるウェハスキャンステージ
208bが設けられ、一方、レチクル206は、ウェハ
スキャンステージ208bと同一の軸方向に往復動する
レチクルスキャンステージ206aに載置される構成で
あるところが、図2の露光装置と異なっている。
That is, in the case of the scanning method, the wafer 209 is reciprocated in a predetermined one-axis direction while the wafer 209 is moved on the stage 208a which can be displaced such as normal XY, tilt, rotation, vertical movement, and the like. A wafer scan stage 208b to be mounted is provided, while the reticle 206 is configured to be mounted on a reticle scan stage 206a that reciprocates in the same axial direction as the wafer scan stage 208b. Is different.

【0063】すなわち、ウェハスキャンステージ208
bおよびレチクルスキャンステージ206aは、往復動
モータ500aおよび往復動モータ500bを介して、
同期制御部500にて同期して互いに逆方向に移動する
構成となっている。
That is, the wafer scan stage 208
b and the reticle scan stage 206a are connected via a reciprocating motor 500a and a reciprocating motor 500b.
The synchronous control unit 500 is configured to move in opposite directions in synchronization with each other.

【0064】これにより、図8に例示されるように、レ
チクル206上のウェハ209上の単位チップに対する
露光領域550が、縮小投影レンズ207等の投影光学
系の露光フィールド551に内接し、露光領域550の
短辺に1辺が等しい矩形露光フィールド552によって
長辺方向(図8の左右方向)に走査されることにより、
露光領域550の全体のパターンがウェハ209上に転
写される。
As a result, as shown in FIG. 8, the exposure area 550 for the unit chip on the wafer 209 on the reticle 206 is inscribed in the exposure field 551 of the projection optical system such as the reduction projection lens 207. By scanning in the long side direction (left and right direction in FIG. 8) by the rectangular exposure field 552 having one side equal to the short side of 550,
The entire pattern of the exposure area 550 is transferred onto the wafer 209.

【0065】このスキャン方式の露光装置において、前
述のArFエキシマレーザ105から出力される露光光
としてのレーザ光L4を露光光として使用する場合、当
該レーザ光L4は、より安定なKrFエキシマレーザ1
01から得られるレーザをシード光とする注入同期で動
作するのでパルス出力が安定しており、したがって、た
とえば、当該パルス出力のばらつきを考慮してスキャン
速度を遅くして露光領域の単位面積当たりの光量の積算
値を均一化する等の配慮が不要となり、より高速なスキ
ャンによるスループットの向上を実現することができ
る。
In this scanning type exposure apparatus, when the laser light L4 as the exposure light output from the ArF excimer laser 105 is used as the exposure light, the laser light L4 is more stable than the KrF excimer laser 1
Since the operation is performed by injection locking using the laser obtained from the laser light source 01 as the seed light, the pulse output is stable. Therefore, for example, the scan speed is reduced in consideration of the variation of the pulse output to reduce the exposure area per unit area. It is not necessary to consider, for example, to make the integrated value of the light amount uniform, and the throughput can be improved by faster scanning.

【0066】次に本実施の形態の露光装置に用いられる
露光光源の第2実施の形態を図3で説明する。図3は、
露光光源300の構成図である。露光光源300は、大
別してKrFエキシマレーザ101と、色素レーザ発振
器102´(構成は図1に示された色素レーザ発振器1
02と同様であるが、発振波長が異なる。)と、色素レ
ーザ増幅器103´(構成は図1に示された色素レーザ
増幅器103と同様であるが、増幅波長が異なる。)
と、波長変換部104´(構成は図1に示された波長変
換部104と同様であるが、変換する波長が異なる。)
と、色素レーザ発振器301と、波長合成器302と、
ArFエキシマレーザ105と、パルス同期装置107
とで構成される。
Next, a second embodiment of the exposure light source used in the exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of an exposure light source 300. The exposure light source 300 is roughly divided into a KrF excimer laser 101 and a dye laser oscillator 102 ′ (the structure of the dye laser oscillator 1 shown in FIG. 1).
02 but with a different oscillation wavelength. ) And a dye laser amplifier 103 ′ (the configuration is the same as that of the dye laser amplifier 103 shown in FIG. 1, but the amplification wavelength is different.)
And a wavelength conversion unit 104 '(the configuration is the same as that of the wavelength conversion unit 104 shown in FIG. 1, but the wavelength to be converted is different).
A dye laser oscillator 301, a wavelength synthesizer 302,
ArF excimer laser 105 and pulse synchronizer 107
It is composed of

【0067】KrFエキシマレーザ101から取り出さ
れた波長248nmの励起光K1は、ビームスプリッタ
110aに当たり、そのパワーの約20%がここで反射
し、反射したレーザ光K2は色素レーザ発振器102´
の方へ進み、励起光として用いられる。色素レーザ発振
器102´では、レーザ媒質としてはCoumarin
500などの色素が適しており、この色素を用いれば波
長500nm前後で効率よくレーザ動作できる。ここで
は波長約510nmで発振するように内部の回折格子
(図3では省略してあるが、図1の114に相当。)で
設定される。
The excitation light K1 having a wavelength of 248 nm extracted from the KrF excimer laser 101 hits the beam splitter 110a, and about 20% of its power is reflected here, and the reflected laser light K2 is converted into the dye laser oscillator 102 '.
, And used as excitation light. In the dye laser oscillator 102 ', Coumarin is used as a laser medium.
A dye such as 500 is suitable, and if this dye is used, laser operation can be efficiently performed at a wavelength of about 500 nm. Here, an internal diffraction grating (not shown in FIG. 3, but corresponds to 114 in FIG. 1) is set to oscillate at a wavelength of about 510 nm.

【0068】色素レーザ発振器102´から取り出され
たレーザ光L1´は、ビームスプリッタ110bに当た
り、ここで数%程度のパワーが反射して、波長モニター
106に入り、ここで波長と波長幅をモニターしてい
る。
The laser beam L1 'taken out of the dye laser oscillator 102' hits the beam splitter 110b, where the power of about several percent is reflected and enters the wavelength monitor 106, where the wavelength and wavelength width are monitored. ing.

【0069】ビームスプリッタ110bを通過したレー
ザ光L1´は、色素レーザ増幅器103´中に入射す
る。
The laser light L1 'having passed through the beam splitter 110b enters the dye laser amplifier 103'.

【0070】一方、KrFエキシマレーザ101から取
り出された励起光K1の内、ビームスプリッタ110a
を透過した約80%のパワーの励起光K3の内、約60
%はビームスプリッタ110cで反射して、色素レーザ
増幅器103´へ進み、増幅作用に寄与する。その結
果、レーザ光L1´は増幅して、レーザ光L2´が得ら
れる。レーザ光L2´は、波長変換部104´内に進
み、その第2高調波である波長約255nmのレーザ光
L3´が発生する。
On the other hand, of the excitation light K1 extracted from the KrF excimer laser 101, the beam splitter 110a
Of the pumping light K3 of about 80% power transmitted through
% Is reflected by the beam splitter 110c, proceeds to the dye laser amplifier 103 ', and contributes to the amplification. As a result, the laser light L1 'is amplified and a laser light L2' is obtained. The laser light L2 'proceeds into the wavelength conversion unit 104', and a laser light L3 'having a wavelength of about 255 nm, which is the second harmonic, is generated.

【0071】なお波長変換部104´で用いられる非線
形光学結晶としては、例えば、β−BaB2 4 結晶
(一般にBBOと略される。)など第2高調波で波長約
255nmを効率よく発生できるものが適する。
The nonlinear optical crystal used in the wavelength converter 104 ′ can efficiently generate a wavelength of about 255 nm with a second harmonic such as a β-BaB 2 O 4 crystal (generally abbreviated as BBO). Things are suitable.

【0072】レーザ光L3´はダイクロイックミラー3
03に当たる。ダイクロイックミラー303は、波長約
255nm近傍において高い反射率を有し、波長約80
0nm近傍において、高い透過率となる特性を有してい
る。したがって、レーザ光L3´はここで反射して波長
合成器302へ向かう。
The laser beam L3 'is applied to the dichroic mirror 3
It hits 03. The dichroic mirror 303 has a high reflectance near a wavelength of about 255 nm, and has a wavelength of about 80 nm.
In the vicinity of 0 nm, it has a characteristic of high transmittance. Therefore, the laser beam L3 'is reflected here and travels to the wavelength combiner 302.

【0073】ビームスプリッタ110cを透過した励起
光K5は、色素レーザ発振器301内に進み、励起光源
として利用される。その結果、色素レーザ発振器301
が発振して、レーザ光L5が取り出される。
The excitation light K5 transmitted through the beam splitter 110c advances into the dye laser oscillator 301 and is used as an excitation light source. As a result, the dye laser oscillator 301
Oscillates, and a laser beam L5 is extracted.

【0074】色素レーザ発振器301では、色素とし
て、波長約800nm前後で効率よくレーザ動作可能な
色素が必要であり、ここではDOTCと呼ばれる色素が
用いられている。
In the dye laser oscillator 301, a dye capable of efficiently performing laser operation at a wavelength of about 800 nm is required as the dye. In this case, a dye called DOTC is used.

【0075】レーザ光L5は、ダイクロイックミラー3
03を透過するため、波長合成器302に向かい、アク
ロマティックレンズ304aによって非線形光学結晶3
05内に集光される。また、ダイクロイックミラー30
3を反射したレーザ光L3´も、アクロマティックレン
ズ304aを通ることで非線形光学結晶305内で同一
地点に集光されることから、非線形光学結晶305内で
は、波長約255nmのレーザ光と波長約800nmの
レーザ光とが合成され、それらの和周波数である波長1
93nmのレーザ光が発生する。これはアクロマティッ
クレンズ304bを通り、波長合成器302から外部へ
取り出される。なお、非線形光学結晶305としては、
和周波数によって193nmを発生できるBBO結晶な
どが適する。BBOを用いた和周波発生に関しては、例
えば、Applied Optics、第36巻、第1
8号、1997年、第4159頁から第4162頁にお
いて説明されている。
The laser beam L5 is applied to the dichroic mirror 3
03, the light passes through the wavelength synthesizer 302 and passes through the achromatic lens 304a.
It is condensed in 05. Also, the dichroic mirror 30
The laser light L3 'reflected from the light source 3 is also condensed at the same point in the nonlinear optical crystal 305 by passing through the achromatic lens 304a. The laser light of 800 nm is synthesized, and the wavelength 1 which is the sum frequency thereof is used.
A 93 nm laser beam is generated. The light passes through the achromatic lens 304b and is extracted from the wavelength synthesizer 302 to the outside. In addition, as the nonlinear optical crystal 305,
A BBO crystal that can generate 193 nm according to the sum frequency is suitable. Regarding sum frequency generation using BBO, for example, Applied Optics, Vol. 36, No. 1
No. 8, 1997, pages 4159 to 4162.

【0076】波長193nmのレーザ光L7はミラー1
11cで反射して、ArFエキシマレーザ105内に注
入される。すなわち、レーザ光L7はArFエキシマレ
ーザ105のシード光となる。これにより、第1実施の
形態と同様に、波長193nmの増幅されたレーザ光L
4が取り出される。これが露光光として利用される。
The laser beam L7 having a wavelength of 193 nm is
The light is reflected by 11 c and injected into the ArF excimer laser 105. That is, the laser light L7 becomes seed light of the ArF excimer laser 105. Thereby, similarly to the first embodiment, the amplified laser light L having a wavelength of 193 nm is obtained.
4 is taken out. This is used as exposure light.

【0077】第2実施の形態の特徴としては、第1実施
の形態とは異なり、2台の色素レーザ発振器102´、
及び301から、それぞれ波長510nm、及び800
nmでレーザ発振させている。これらは可視域及び近赤
外域であるため、それらで利用される狭帯域化素子など
がさらに長期間に渡って利用できる。ただし、狭帯域化
は2台の色素レーザ発振器102´及び301のどちら
か一方で行えば良い。
The feature of the second embodiment is that, unlike the first embodiment, two dye laser oscillators 102 ',
And 301, wavelengths 510 nm and 800, respectively.
The laser is oscillated in nm. Since these are the visible region and the near-infrared region, the band-narrowing element and the like used therefor can be used for a longer period of time. However, band narrowing may be performed by one of the two dye laser oscillators 102 'and 301.

【0078】次に本発明の露光光源の第3実施の形態を
図4および図5、等を参照して説明する。図4は、露光
光源400の構成図であり、図5は、その構成の一部を
さらに詳細に例示した概念図である。露光光源400
は、半導体励起Nd:YLFレーザ401、波長変換部
402と403、チタンサファイアレーザ404、及び
波長合成器405と、ArFエキシマレーザ406と、
パルス制御装置408とで構成される。
Next, a third embodiment of the exposure light source according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a configuration diagram of the exposure light source 400, and FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a part of the configuration in more detail. Exposure light source 400
Are a semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401, wavelength converters 402 and 403, a titanium sapphire laser 404, a wavelength synthesizer 405, an ArF excimer laser 406,
And a pulse control device 408.

【0079】本実施の形態の半導体励起Nd:YLFレ
ーザ401は、たとえば、図5に例示されるように、N
d:YLF結晶からなる固体レーザ401aと、その両
端部に臨んで配置され、共振器を構成する全反射鏡40
1b、出力鏡401c、超音波Qスイッチ401e、さ
らには、この共振器内の光路上に配置されたエタロン等
の狭帯域化素子401d、固体レーザ401aを励起す
るための励起光401fを発生する複数の半導体レーザ
401g、等で構成されている。
The semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401 of the present embodiment is, for example, as shown in FIG.
d: solid-state laser 401a made of a YLF crystal and total reflection mirror 40 arranged facing both ends thereof and forming a resonator
1b, an output mirror 401c, an ultrasonic Q switch 401e, a plurality of narrowing elements 401d such as an etalon arranged on an optical path in the resonator, and a plurality of pump lights 401f for exciting a solid-state laser 401a. Semiconductor laser 401g, etc.

【0080】複数の半導体レーザ401gは、図示しな
い温度制御機構等により、稼働中の温度が所定の範囲内
に制御される。
The operating temperatures of the plurality of semiconductor lasers 401g are controlled within a predetermined range by a temperature control mechanism (not shown) or the like.

【0081】固体レーザ401aの励起を行う半導体レ
ーザ401gは、たとえば、発振波長が約0.8μm帯で
あるAlGaAs(アルミニウム・ガリウム・砒素)混
晶からなる高出力タイプのものを用いることができる。
As the semiconductor laser 401g that excites the solid-state laser 401a, for example, a high-output type semiconductor laser made of AlGaAs (aluminum / gallium / arsenic) mixed crystal having an oscillation wavelength of about 0.8 μm can be used.

【0082】半導体励起Nd:YLFレーザ401から
取り出された波長1047nmのレーザ光L41は、ビ
ームスプリッタ410aをほぼ透過して、波長変換部4
02に入射し、波長約523nmの第2高調波のレーザ
光L42が取り出される。レーザ光L42は、ビームス
プリッタ410bに入射し、ここでほば50%が透過し
て、波長変換部403に入射する。その結果、レーザ光
L42の第2高調波、すなわちレーザ光L41の第4高
調波である波長約262nmのレーザ光L44が取り出
される。
The laser beam L41 having a wavelength of 1047 nm extracted from the semiconductor-excited Nd: YLF laser 401 almost passes through the beam splitter 410a, and
02, and a second harmonic laser beam L42 having a wavelength of about 523 nm is extracted. The laser light L42 enters the beam splitter 410b, where approximately 50% of the light is transmitted, and enters the wavelength conversion unit 403. As a result, a second harmonic of the laser beam L42, that is, a laser beam L44 having a wavelength of about 262 nm, which is the fourth harmonic of the laser beam L41, is extracted.

【0083】波長変換部402において用いるべき非線
形光学結晶として、例えば、KTP結晶などが適する。
また、波長変換部403では、用いるべき非線形光学結
晶として、例えば、BBO結晶などが適する。
As a nonlinear optical crystal to be used in the wavelength converter 402, for example, a KTP crystal is suitable.
In the wavelength converter 403, for example, a BBO crystal or the like is suitable as the nonlinear optical crystal to be used.

【0084】なお、半導体励起Nd:YLFレーザ40
1では上述のように超音波Qスイッチ401eが用いら
れており、これにより繰返し数1kHzのパルス動作を
している。すなわちレーザ光L41は1kHzの繰り返
しのパルスレーザ光になっている。
The semiconductor-pumped Nd: YLF laser 40
1, the ultrasonic Q switch 401e is used as described above, thereby performing a pulse operation at a repetition rate of 1 kHz. That is, the laser beam L41 is a 1 kHz repetitive pulsed laser beam.

【0085】本実施の形態において、固体レーザの一例
として半導体励起Nd:YLFレーザ401を用いた理
由を以下に説明する。Nd:YLF結晶は蛍光寿命が5
20μsecと、Nd:YAG結晶に比較して約2倍も
長いため、特に、AO−Qスイッチ(超音波Qスイッ
チ)による繰り返し動作において、約1kHz以下の場
合、図11に例示されるように、Nd:YAG結晶の約
2倍のレーザ出力を得ることができることが知られてい
る。一方、本実施の形態の場合には、Nd:YLFレー
ザからのレーザ光を波長変換したレーザ光を、ArFエ
キシマレーザのシード光として用いるが、一般にエキシ
マレーザは1kHz以下の繰返し周波数で動作し、これ
以上にすることは困難である。
In the present embodiment, the reason why the semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401 is used as an example of the solid-state laser will be described below. Nd: YLF crystal has a fluorescence lifetime of 5
20 μsec, which is about twice as long as that of the Nd: YAG crystal. In particular, in the case of the repetitive operation using the AO-Q switch (ultrasonic Q switch), when the frequency is about 1 kHz or less, as shown in FIG. It is known that a laser output approximately twice that of an Nd: YAG crystal can be obtained. On the other hand, in the case of the present embodiment, the laser light obtained by wavelength-converting the laser light from the Nd: YLF laser is used as the seed light of the ArF excimer laser. Generally, the excimer laser operates at a repetition frequency of 1 kHz or less, It is difficult to do more.

【0086】従って、これらのことを考慮すると、エキ
シマレーザの繰返し周波数である1kHz程度で、N
d:YAG結晶よりも高出力が得られるNd:YLF結
晶を用いたほうが、高いエネルギのシード光を得るのに
好都合であり、本実施の形態では、Nd:YLF結晶を
採用している。なお、Nd:YLFレーザのレーザエネ
ルギーに関しては、例えば、日経技術図書株式会社、発
行、「先端レーザーテクノロジー」、第473頁等の文
献において説明されている。
Therefore, taking these facts into consideration, at about 1 kHz which is the repetition frequency of the excimer laser, N
It is more convenient to use a Nd: YLF crystal, which can obtain a higher output than a d: YAG crystal, to obtain high energy seed light. In this embodiment, an Nd: YLF crystal is used. Note that the laser energy of the Nd: YLF laser is described in, for example, the publications of Nikkei Technical Publication Co., Ltd., “Advanced Laser Technology”, page 473, and the like.

【0087】レーザ光L42のうち、ビームスプリッタ
410bで反射したレーザ光L43は、ミラー411a
で反射してから、チタンサファイアレーザ404に入射
し、その励起光として利用される。その結果、チタンサ
ファイアレーザ404が発振し、波長約740nmのレ
ーザ光L45が取り出される。
The laser beam L43 reflected by the beam splitter 410b among the laser beams L42 is reflected by a mirror 411a.
After being reflected by the laser beam, the laser beam enters the titanium sapphire laser 404 and is used as excitation light. As a result, the titanium sapphire laser 404 oscillates, and laser light L45 having a wavelength of about 740 nm is extracted.

【0088】波長約262nmのレーザ光L44は、ダ
イクロイックミラー412で反射し、一方、波長約74
0nmのレーザ光L45はダイクロイックミラー412
を透過するようになっている。その結果、これらのレー
ザ光は重ね合わさった一本のレーザ光L46になり、波
長合成器405に入り、それらの和周波数が発生し、波
長193nmのレーザ光L47が取り出される。なお、
波長合成器405では、用いるべき非線形光学結晶とし
て、例えば、BBO結晶やCLBO結晶などが適する。
The laser light L44 having a wavelength of about 262 nm is reflected by the dichroic mirror 412, while the laser light L44 having a wavelength of about
The laser beam L45 of 0 nm is applied to the dichroic mirror 412.
Is transmitted. As a result, these laser beams become one superposed laser beam L46, enter the wavelength synthesizer 405, generate a sum frequency thereof, and extract a laser beam L47 having a wavelength of 193 nm. In addition,
In the wavelength synthesizer 405, for example, a BBO crystal or a CLBO crystal is suitable as the nonlinear optical crystal to be used.

【0089】レーザ光L47はミラー411bで反射し
てから、ArFエキシマレーザ406のシード光として
利用される。これにより、増幅された波長193nmの
レーザ光L48が得られ、露光光として用いられる。な
お、ArFエキシマレーザ406も1kHzの繰返し数
で動作している。
The laser beam L47 is reflected by the mirror 411b and then used as seed light for the ArF excimer laser 406. Thus, an amplified laser beam L48 having a wavelength of 193 nm is obtained and used as exposure light. Note that the ArF excimer laser 406 also operates at a repetition rate of 1 kHz.

【0090】本実施の形態では、半導体励起Nd:YL
Fレーザ401が、狭帯域化素子401dにて狭帯域化
されている。また、取り出されるレーザ光L41の一部
がビームスプリッタ410aで反射して、波長モニター
407に入射し、ここで波長が常時モニターされる。こ
れによって常時安定した波長に設定される。
In this embodiment, the semiconductor excitation Nd: YL
The F laser 401 is narrowed by the band narrowing element 401d. In addition, a part of the extracted laser light L41 is reflected by the beam splitter 410a and enters the wavelength monitor 407, where the wavelength is constantly monitored. As a result, the wavelength is always set to a stable value.

【0091】また、1kHzで動作している半導体励起
Nd:YLFレーザ401とArFエキシマレーザ40
6とは、パルス制御装置408によってそれらの発振タ
イミングの同期がとられている。
A semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401 and an ArF excimer laser 40 operating at 1 kHz
6, the oscillation timing is synchronized by the pulse control device 408.

【0092】本実施の形態では、シード光L47の発生
のベースとなるレーザが半導体励起Nd:YLFレーザ
401であるが、半導体励起Nd:YLFレーザ401
において励起光源として用いられている半導体レーザ4
01gには、発振波長803nmの通常の高出力タイプ
が用いられている。一方、Nd:YLF結晶の吸収スペ
クトルは図10に示したように、波長803nm前後で
はほとんど一定である。これに対して、固体レーザとし
て広く使われているYAGレーザのNd:YAG結晶で
は、波長800から805nmにおいて吸収率が大きく
変化する。
In this embodiment, a semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401 is used as a base for generating the seed light L47, but a semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401 is used.
Semiconductor laser 4 used as an excitation light source in
For 01g, a normal high output type having an oscillation wavelength of 803 nm is used. On the other hand, the absorption spectrum of the Nd: YLF crystal is almost constant around the wavelength of 803 nm as shown in FIG. On the other hand, in the Nd: YAG crystal of the YAG laser widely used as a solid-state laser, the absorption changes greatly from a wavelength of 800 to 805 nm.

【0093】また、Nd:YLF結晶の吸収スペクトル
はNd:YAG結晶に比べて、波長の変化に対して比較
的ゆるやかなカーブを示すため、半導体レーザ401g
の励起光401fの波長の温度変化による影響が小さく
なる。
Since the absorption spectrum of the Nd: YLF crystal shows a relatively gentle curve with respect to the change in wavelength as compared with the Nd: YAG crystal, the semiconductor laser 401g
Of the wavelength of the excitation light 401f due to a temperature change is reduced.

【0094】したがって周囲の温度変化により、半導体
レーザ401gの発振波長が変化しても、Nd:YAG
結晶に比べて、Nd:YLF結晶の励起率の変化は小さ
い。これにより、半導体励起Nd:YLFレーザ401
では、パルス安定性が特に高くなるため、シード光L4
7のパルス安定性も高くなる。したがって露光光として
使われるレーザ光L48のパルス安定性が高くなる。
Therefore, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser 401g changes due to a change in ambient temperature, Nd: YAG
The change in the excitation ratio of the Nd: YLF crystal is smaller than that of the crystal. Thus, the semiconductor-pumped Nd: YLF laser 401
In this case, since the pulse stability becomes particularly high, the seed light L4
7 also has higher pulse stability. Therefore, the pulse stability of the laser beam L48 used as the exposure light increases.

【0095】このため、前述のように、このレーザ光L
48をスキャン方式の露光装置の露光光に用いた場合に
スキャン速度の高速化によるスループットの向上を実現
できる。
Therefore, as described above, this laser beam L
When 48 is used as the exposure light of the scanning type exposure apparatus, the throughput can be improved by increasing the scanning speed.

【0096】次に本発明の半導体装置の製造方法の一実
施の形態を図9を用いて説明する。すなわち、図9の
(1)〜(5)は、本実施の形態の半導体装置の製造方
法の一例を工程順に例示した断面図である。
Next, one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. That is, (1) to (5) of FIG. 9 are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment in the order of steps.

【0097】この実施の形態の半導体装置の製造方法の
場合、例えば図2に示した露光装置200を用いて半導
体装置を製造する場合について説明する。
In the case of the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, a case of manufacturing a semiconductor device using, for example, the exposure apparatus 200 shown in FIG. 2 will be described.

【0098】図9では、フォトリソグラフィによる加工
を施す工程の一例として、シリコン基板1001の表面
に堆積(デポジション)された二酸化珪素(SiO2
の薄膜1002に微少な穴(コンタクトホール)を空け
る場合を簡単に示してある。
In FIG. 9, as an example of a step of performing processing by photolithography, silicon dioxide (SiO 2 ) deposited (deposited) on the surface of a silicon substrate 1001 is shown.
The case where a minute hole (contact hole) is made in the thin film 1002 of FIG.

【0099】フォトリソグラフィ加工では、先ず始めに
図9(1)に示したように、シリコン基板1001の上
に堆積されたSiO2 等の薄膜1002にレジスト10
03が塗布される。
In the photolithography process, first, as shown in FIG. 9A, a resist 10 is deposited on a thin film 1002 such as SiO 2 deposited on a silicon substrate 1001.
03 is applied.

【0100】次に、図9(2)に示したように露光光L
6a(多数の矢印で示したもの)をシリコン基板100
1の表面のレジスト1003に照射することによって露
光処理が行われる。すなわちレチクル206(図2)を
経由することによって光軸に垂直な平面内における照射
分布が所定のパターンとなった露光光がレジスト100
3に照射される。ここでは直径ΔWの穴に相当する領域
には露光光L6aは照射されない。
Next, as shown in FIG. 9B, the exposure light L
6a (shown by a number of arrows)
Exposure is performed by irradiating the resist 1003 on the first surface. That is, exposure light having a predetermined pattern of irradiation distribution in a plane perpendicular to the optical axis through the reticle 206 (FIG. 2) is applied to the resist 100.
3 is irradiated. Here, the exposure light L6a is not applied to the area corresponding to the hole having the diameter ΔW.

【0101】なお本実施の形態では、レジスト1003
はネガレジストと呼ばれるものであり、露光後に現像す
ると、図9(3)に示したように露光光L6aが照射さ
れなかった直径ΔWの穴のところのみが現像液に溶けて
除去され、開口1003aが形成される。
In this embodiment, the resist 1003
Is a negative resist. When developed after exposure, as shown in FIG. 9 (3), only the holes of diameter ΔW where the exposure light L6a was not irradiated are dissolved in the developing solution and removed, and the opening 1003a is removed. Is formed.

【0102】そこで、図9(4)に示したように、エッ
チングを施すとレジスト1003の開口1003aから
露出した薄膜1002がエッチングにより除去される。
Therefore, as shown in FIG. 9D, when etching is performed, the thin film 1002 exposed from the opening 1003a of the resist 1003 is removed by etching.

【0103】最後に、図9(5)に示したようにアッシ
ングなどによりレジスト1003を除去することで、直
径ΔWのコンタクトホール1002aを有する薄膜10
02がシリコン基板1001上に残ることになる。
Finally, as shown in FIG. 9 (5), the resist 1003 is removed by ashing or the like, thereby forming a thin film 10 having a contact hole 1002a having a diameter ΔW.
02 will remain on the silicon substrate 1001.

【0104】本実施の形態では、露光光の波長が193
nmとなっているため、通常の露光によっても、最小約
0.19μmの直径の穴(コンタクトホールなど)や、幅
0.19μmの線の加工を施すことができる。さらに本実
施の形態の露光装置では照度を低下させずに、輪帯照明
を構成できるため、露光波長の約60%の波長0.12μ
mの直径の穴や線を高いスループットで加工することが
できる。
In this embodiment, the wavelength of the exposure light is 193.
nm, so even with normal exposure,
0.19μm diameter hole (contact hole, etc.) and width
Processing of 0.19 μm lines can be performed. Further, in the exposure apparatus of the present embodiment, the annular illumination can be configured without lowering the illuminance, so that the wavelength 0.12 μm, which is about 60% of the exposure wavelength,
Holes and lines with a diameter of m can be machined with high throughput.

【0105】なお、本実施の形態の半導体装置の製造方
法にて半導体メモリ素子や半導体論理素子等の半導体装
置を製造する場合、各工程に要求される寸法精度に応じ
て、旧来のi線(波長365nm)やKrFエキシマレ
ーザ(波長248nm)を露光光とする露光装置と、本
実施の形態のようなArFエキシマレーザ(波長193
nm)を露光光とする露光装置とを使い分けることがで
きる。
When a semiconductor device such as a semiconductor memory element or a semiconductor logic element is manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a conventional i-line ( An exposure apparatus using 365 nm wavelength or a KrF excimer laser (248 nm wavelength) as the exposure light, and an ArF excimer laser (193 nm wavelength) as in the present embodiment.
nm) as the exposure light.

【0106】たとえば、半導体メモリ素子等では、特に
微細加工が必要な素子分離工程、ゲート層形成工程、コ
ンタクトホール形成工程、キャパシタ形成工程、などの
工程に本実施の形態のArFエキシマレーザを露光光と
する露光装置を用い、それ以外の工程には、旧来のi線
やKrFエキシマレーザを露光光とする露光装置を用い
ることが考えられる。
For example, in the case of a semiconductor memory device or the like, the ArF excimer laser of this embodiment is used for exposing light to an element isolation step, a gate layer formation step, a contact hole formation step, a capacitor formation step, etc., which require particularly fine processing. It is conceivable to use an exposure apparatus that uses a conventional i-line or a KrF excimer laser as the exposure light in the other steps.

【0107】ただし、たとえば1Gビット以上のDRA
M等の半導体装置では、上記工程以外の比較的寸法精度
の制限が緩やかな配線層形成工程等においても、要求さ
れる寸法精度が旧来のi線やKrFエキシマレーザを露
光光とする露光装置では実現できないので、その場合に
は、本実施の形態のArFエキシマレーザを露光光とす
る露光装置を全ての工程に適用してもよい。
However, for example, DRA of 1 Gbit or more
In semiconductor devices such as M, even in a wiring layer forming step in which the dimensional accuracy is relatively strict, other than the above-described steps, the required dimensional accuracy is lower than that of the conventional exposure apparatus using i-line or KrF excimer laser as the exposure light. In such a case, the exposure apparatus using the ArF excimer laser of this embodiment as exposure light may be applied to all steps.

【0108】以上説明したように、本発明では、上述の
ように、ArFエキシマレーザ自体に狭帯域化素子を設
けなくても、十分狭帯域化されたDUV光が得られる。
しかも本発明の露光光源において使用する狭帯域化素子
には、波長約386nm以上のレーザ光が照射されるだ
けであるため、狭帯域化素子が劣化しにくい。したがっ
て従来の露光用ArFエキシマレーザに比べて低ランニ
ングコストを実現できる。
As described above, in the present invention, as described above, DUV light having a sufficiently narrow band can be obtained without providing a narrow band element in the ArF excimer laser itself.
In addition, the band-narrowing element used in the exposure light source of the present invention is only irradiated with laser light having a wavelength of about 386 nm or more, so that the band-narrowing element is not easily deteriorated. Therefore, a lower running cost can be realized as compared with the conventional ArF excimer laser for exposure.

【0109】また、シード光を発生させるレーザとし
て、KrFエキシマレーザ、あるいは半導体励起方式の
Nd:YLFレーザ等の固体レーザをベースとすること
から、パルスの安定性が高くなった。これによって本発
明の露光光源を図7等に例示したスキャン型のArF露
光機に用いると、スループットが高くなる。
Since the solid-state laser such as a KrF excimer laser or a semiconductor-pumped Nd: YLF laser is used as a laser for generating the seed light, the pulse stability is improved. Thus, when the exposure light source of the present invention is used in the scan type ArF exposure apparatus illustrated in FIG. 7 and the like, the throughput is increased.

【0110】また、本発明の露光光源として、特にKr
Fエキシマレーザを用いて構成する場合、そのKrFエ
キシマレーザに、露光装置として一世代前のKrF露光
機のKrFエキシマレーザを再び利用することができ
る。したがって新たにKrFエキシマレーザを購入する
必要がない。これによって露光光源本体も低コストで構
成できるようになった。
Further, as the exposure light source of the present invention, in particular, Kr
In the case of using an F excimer laser, the KrF excimer laser of the KrF exposing machine of one generation before can be used again as the exposure apparatus for the KrF excimer laser. Therefore, there is no need to purchase a new KrF excimer laser. As a result, the exposure light source body can be configured at low cost.

【0111】また、本発明の露光光源を構成するArF
エキシマレーザを不安定共振器で構成することで、輪帯
照明になる。したがって照度を低下させることなく、輪
帯照明を適用できる。
Further, ArF constituting the exposure light source of the present invention
By configuring the excimer laser with an unstable resonator, it becomes annular illumination. Therefore, annular illumination can be applied without lowering the illuminance.

【0112】さらにまた、本発明では、露光装置の光学
系の寿命も長くなる効果がある。すなわち、露光用Ar
Fエキシマレーザは、KrFエキシマレーザに比べて、
パルス幅が10ns程度と短いため、ピークパワーが高
くなり、露光装置の光学系を構成する石英ガラスにコン
パクション等の劣化が生じやすくなることも問題であっ
た。これに対して、本発明の露光光源の露光光のパルス
幅は、シード光のパルス幅にほぼ等しくなるが、シード
光のパルス幅はベースとなるレーザであるKrFエキシ
マレーザ、あるいは半導体励起Nd:YLFレーザのパ
ルス幅にほぼ等しくなることから、ArFエキシマレー
ザよりもパルス幅を長くすることが容易であり、ピーク
パワーを下げられ、縮小投影レンズ等の光学系の寿命を
長くすることが可能になる。
Further, according to the present invention, the life of the optical system of the exposure apparatus is prolonged. That is, Ar for exposure
The F excimer laser is compared with the KrF excimer laser.
Since the pulse width is as short as about 10 ns, the peak power is increased, and there is a problem that the quartz glass constituting the optical system of the exposure apparatus is liable to deteriorate such as compaction. On the other hand, the pulse width of the exposure light of the exposure light source according to the present invention is substantially equal to the pulse width of the seed light, but the pulse width of the seed light is a base laser such as a KrF excimer laser or a semiconductor excitation Nd: Since the pulse width is almost equal to the pulse width of the YLF laser, it is easy to make the pulse width longer than that of the ArF excimer laser, the peak power can be reduced, and the life of an optical system such as a reduction projection lens can be extended. Become.

【0113】さらにまた、本発明をフッ素レーザに適用
することもできる。すなわち、本発明を構成するArF
エキシマレーザの代わりにフッ素レーザを用いること
で、注入同期されたフッ素レーザを構成できる。これに
よりフッ素レーザの波長を狭帯域化することも可能であ
る。
Furthermore, the present invention can be applied to a fluorine laser. That is, ArF constituting the present invention
By using a fluorine laser instead of an excimer laser, a fluorine laser that is injection-locked can be configured. This makes it possible to narrow the wavelength of the fluorine laser.

【0114】また、本発明の露光光源では、既に述べた
ように、従来のArFエキシマレーザよりも波長幅を狭
くできるようになったが、これによると、本発明の露光
光源を用いた露光装置を構成する際に、より大きな開口
比(NA)を有する縮小投影レンズを適用することが可
能になった。その結果、従来のArF露光機よりも解像
度を高めることができ、より微細な加工が可能になっ
た。なおこの理由として、露光光に要求される波長幅は
NAの自乗に反比例するからである。
Further, as described above, the wavelength width of the exposure light source of the present invention can be made narrower than that of the conventional ArF excimer laser. It has become possible to apply a reduction projection lens having a larger aperture ratio (NA) when constructing. As a result, the resolution can be increased as compared with the conventional ArF exposure apparatus, and finer processing has become possible. The reason is that the wavelength width required for the exposure light is inversely proportional to the square of NA.

【0115】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say, there is.

【0116】[0116]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.

【0117】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
低ランニングコストで、真空紫外域の波長の露光光を用
いたフォトリソグラフィによるパターン転写を行うこと
ができる、という効果が得られる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
The effect that pattern transfer by photolithography using exposure light having a wavelength in the vacuum ultraviolet region can be performed at low running cost is obtained.

【0118】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、パルスエネルギーのばらつきの小さい真空紫外域
の波長の露光光を用いることにより、高スループットで
スキャン方式のフォトリソグラフィによるパターン転写
を行うことができる、という効果が得られる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, by using exposure light having a wavelength in a vacuum ultraviolet region having a small variation in pulse energy, it is possible to perform pattern transfer by scanning photolithography at high throughput. Can be obtained.

【0119】本発明の露光装置によれば、低ランニング
コストで露光光のエネルギーばらつきの小さい安定な露
光を行うことができる、という効果が得られる。
According to the exposure apparatus of the present invention, there is obtained an effect that stable exposure with small energy fluctuation of exposure light can be performed at low running cost.

【0120】本発明の露光装置によれば、スキャン方式
の露光におけるスループットの向上を実現することがで
きる、という効果が得られる。
According to the exposure apparatus of the present invention, it is possible to improve the throughput in the exposure by the scanning method.

【0121】本発明の露光装置によれば、露光光学系の
低コスト化および長寿命化を実現することができる、と
いう効果が得られる。
According to the exposure apparatus of the present invention, it is possible to reduce the cost and lengthen the life of the exposure optical system.

【0122】本発明の露光装置によれば、低コストで半
導体装置を大量に製造することができる、という効果が
得られる。
According to the exposure apparatus of the present invention, an effect is obtained that a large number of semiconductor devices can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法および露光装置に用いられる露光光源の構成の一例
を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure light source used in a semiconductor device manufacturing method and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法に用いられる露光装置の構成の一例を示す概念図で
ある。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure apparatus used for a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法および露光装置に用いられる露光光源の構成の他の
例を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing another example of a configuration of an exposure light source used in a method of manufacturing a semiconductor device and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法および露光装置に用いられる露光光源の構成のさら
に他の例を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing still another example of a configuration of an exposure light source used in a method of manufacturing a semiconductor device and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法および露光装置に用いられる露光光源を構成する固
体レーザの構成の一例を示す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a solid-state laser constituting an exposure light source used in a method of manufacturing a semiconductor device and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法および露光装置に用いられる露光光源を構成するA
rFエキシマレーザの構成の一例を示す概念図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an exposure light source used in a method of manufacturing a semiconductor device and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention;
It is a conceptual diagram which shows an example of a structure of an rF excimer laser.

【図7】本発明の一実施の形態であるスキャン方式の露
光装置の構成の一例を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a scanning type exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施の形態であるスキャン方式の露
光装置の作用の一例を示す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of the operation of a scanning type exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図9】(1)〜(5)は、本発明の一実施の形態であ
る半導体装置の製造方法の一例を工程順に例示した断面
図である。
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps;

【図10】本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法および露光装置に用いられる露光光源を構成する
固体レーザの作用の一例を示す線図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of an operation of a solid-state laser constituting an exposure light source used in a method of manufacturing a semiconductor device and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法および露光装置に用いられる露光光源を構成する
固体レーザの作用の一例を示す線図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of an operation of a solid-state laser constituting an exposure light source used in a semiconductor device manufacturing method and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図12】考えられる従来のArFエキシマレーザの構
成の一例を示す概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of a possible configuration of a conventional ArF excimer laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 露光光源 101 KrFエキシマレーザ 102、102´ 色素レーザ発振器 103、103´ 色素レーザ増幅器 104、104´ 波長変換部 105 ArFエキシマレーザ 106 波長モニター 107 パルス同期装置 110a、110b、110c ビームスプリッタ 111a、111b、111c ミラー 112a、112b、112c、112d レンズ 113 出力鏡 114 回折格子 115a、115b 色素溶液 116 エタロン 117 非線形光学結晶 120 レーザ管 121 出力鏡 122 穴付反射鏡 123 凸面鏡 L1、L2 レーザ光(波長386nm) L3 レーザ光(波長193nmのDUV光) L4、L4a、L4b レーザ光(波長193nmの
DUV光であり、露光光になる。) K1、K2、K3 励起光(KrFエキシマレーザ発振
器101からのレーザ光) 150 露光装置本体 200 露光装置 201a、201b、201c ミラー 202 カライドスコープ 203 ビーム拡大器 204 ランダム位相板 205 コンデンサーレンズ 206 レチクル 206a レチクルスキャンステージ 207 縮小投影レンズ 208 ステージ 208a ステージ 208b ウェハスキャンステージ 209 ウエハー 210a クリーンルーム床下の床 210b グレーチング 300 露光光源 301 色素レーザ発振器 303 ダイクロイックミラー 304a、304b アクロマティックレンズ 305 非線形光学結晶 400 露光光源 401 半導体励起Nd:YLFレーザ 402、403 波長変換部 404 チタンサファイアレーザ 405 波長合成器 406 ArFエキシマレーザ 407 波長モニター 408 パルス制御装置 410a、410b ビームスプリッタ 411a、411b ミラー 412 ダイクロイックミラー L41 レーザ光(波長1047nm) L42、L43 レーザ光(波長約524nm) L44 レーザ光(波長約262nm) L45 レーザ光(波長約740nm) L47 レーザ光(波長193nmのシード光) L48 露光光(波長193nm) L1´、L2´ レーザ光(波長約510nm) L3´ レーザ光(波長約255nm) L5 レーザ光(波長約800nm) L6 レーザ光(波長約255nmと波長約800n
mとを含む) L7 レーザ光(波長193nmのDUV光を含む) 500 同期制御部 500a 往復動モータ 500b 往復動モータ 550 露光領域 551 露光フィールド 552 等しい矩形露光フィールド 600 ArFエキシマレーザ発振器 601 レーザ管 602 出力鏡 603 回折格子 604 プリズム L401 レーザ光(DUV光) 1001 シリコン基板 1002 薄膜 1002a コンタクトホール 1003 レジスト 1003a 開口
REFERENCE SIGNS LIST 100 Exposure light source 101 KrF excimer laser 102, 102 'Dye laser oscillator 103, 103' Dye laser amplifier 104, 104 'Wavelength conversion unit 105 ArF excimer laser 106 Wavelength monitor 107 Pulse synchronizer 110a, 110b, 110c Beam splitter 111a, 111b, 111c Mirror 112a, 112b, 112c, 112d Lens 113 Output Mirror 114 Diffraction Grating 115a, 115b Dye Solution 116 Etalon 117 Nonlinear Optical Crystal 120 Laser Tube 121 Output Mirror 122 Perforated Mirror 123 Convex Mirror L1, L2 Laser Light (wavelength 386 nm) L3 Laser light (DUV light of 193 nm wavelength) L4, L4a, L4b Laser light (DUV light of 193 nm wavelength and becomes exposure light) K1, K2, K3 Excitation light (K (Laser light from F excimer laser oscillator 101) 150 Exposure apparatus main body 200 Exposure apparatus 201a, 201b, 201c Mirror 202 Calliscope 203 Beam expander 204 Random phase plate 205 Condenser lens 206 Reticle 206a Reticle scan stage 207 Reduction projection lens 208 Stage 208a Stage 208b Wafer Scan Stage 209 Wafer 210a Floor Under Clean Room Floor 210b Grating 300 Exposure Light Source 301 Dye Laser Oscillator 303 Dichroic Mirror 304a, 304b Achromatic Lens 305 Nonlinear Optical Crystal 400 Exposure Light Source 401 Semiconductor Excitation Nd: YLF Laser 402, 403 Wavelength Conversion Part 404 titanium sapphire laser 405 wavelength synthesizer 406 A rF excimer laser 407 wavelength monitor 408 pulse controller 410a, 410b beam splitter 411a, 411b mirror 412 dichroic mirror L41 laser light (wavelength 1047 nm) L42, L43 laser light (wavelength about 524 nm) L44 laser light (wavelength about 262 nm) L45 laser light (Wavelength: about 740 nm) L47 laser light (193 nm wavelength seed light) L48 exposure light (193 nm wavelength) L1 ′, L2 ′ laser light (wavelength: about 510 nm) L3 ′ laser light (wavelength: about 255 nm) L5 laser light (wavelength: about 800 nm) ) L6 laser light (wavelength about 255 nm and wavelength about 800 n)
m) L7 Laser light (including DUV light having a wavelength of 193 nm) 500 Synchronous control unit 500a Reciprocating motor 500b Reciprocating motor 550 Exposure area 551 Exposure field 552 Equivalent rectangular exposure field 600 ArF excimer laser oscillator 601 Laser tube 602 Output Mirror 603 Diffraction grating 604 Prism L401 Laser light (DUV light) 1001 Silicon substrate 1002 Thin film 1002a Contact hole 1003 Resist 1003a Opening

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光原版を経由する露光光にて前記露光
原版上の所望のパターンを半導体ウェハに転写するフォ
トリソグラフィを用いて半導体装置を製造する半導体装
置の製造方法であって、 狭帯域化手段を備えた第1のレーザ発生部から出力され
る一つまたは複数の第1のレーザを、波長変換手段に
て、より波長の短い第2のレーザに変換し、得られた前
記第2のレーザをシード光として注入同期型の第2のレ
ーザ発生部に入力し、前記第2のレーザ発生部から出力
される第3のレーザを前記露光光として用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device using photolithography in which a desired pattern on the exposure master is transferred to a semiconductor wafer with exposure light passing through the exposure master, comprising: Means for converting one or more first lasers output from the first laser generator into a second laser having a shorter wavelength by a wavelength converter, and obtaining the second laser. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: inputting a laser as a seed light to an injection-locked second laser generator, and using a third laser output from the second laser generator as the exposure light. .
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記第1のレーザ発生部は、KrFエキシマレーザまた
はXeClエキシマレーザを励起光源とし、狭帯域化素
子を含む色素レーザからなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、前記色素レーザから出力される狭
帯域化された前記第1のレーザの第2高調波として前記
第2のレーザを出力する非線形光学結晶からなることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first laser generator includes a dye laser including a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser as an excitation light source and including a band-narrowing element. The second laser generator is composed of an ArF excimer laser, and the wavelength converter outputs the second laser as a second harmonic of the narrowed first laser output from the dye laser. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a nonlinear optical crystal.
【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記第1のレーザ発生部は、KrFエキシマレーザまた
はXeClエキシマレーザを励起光源とし、少なくとも
どちらか一方が狭帯域化素子を含む互いに異なる波長の
レーザを前記第1のレーザとして出力する複数の色素レ
ーザからなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、複数の前記色素レーザの各々から
出力される異なる波長の前記レーザからなる第1のレー
ザの和周波数の第2のレーザを生成する波長合成器から
なることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first laser generator includes a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser as an excitation light source, and at least one of the first laser generator and the second laser generator includes a band-narrowing element. A plurality of dye lasers that output lasers having different wavelengths as the first laser; the second laser generating unit includes an ArF excimer laser; and the wavelength conversion unit outputs the laser light from each of the plurality of dye lasers. A wavelength synthesizer for generating a second laser having a sum frequency of a first laser composed of the lasers having different wavelengths.
【請求項4】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記第1のレーザ発生部は、半導体レーザにて励起され
る第1の固体レーザと、前記第1の固体レーザの出力か
ら第2高調波を生成する第1の波長変換素子と、前記第
2高調波から第4高調波を生成する第2の波長変換素子
と、第1の波長変換素子から得られる前記第2高調波の
一部を用いて励起される第2の固体レーザとからなり、
前記第1のレーザは、前記第1の固体レーザの出力の第
4高調波および前記第4高調波とは波長の異なる前記第
2の固体レーザの出力からなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、前記第1の固体レーザの出力の第
4高調波および前記第2の固体レーザの出力の和周波数
の第2のレーザを生成する波長合成器からなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first laser generator includes a first solid-state laser pumped by the semiconductor laser and an output of the first solid-state laser. A first wavelength conversion element that generates a second harmonic, a second wavelength conversion element that generates a fourth harmonic from the second harmonic, and a second wavelength conversion element that is obtained from the first wavelength conversion element. A second solid-state laser that is partially pumped,
The first laser includes a fourth harmonic of an output of the first solid-state laser and an output of the second solid-state laser having a wavelength different from that of the fourth harmonic. , An ArF excimer laser, wherein the wavelength converting means is a wavelength synthesizer that generates a second laser having a fourth harmonic of the output of the first solid-state laser and a sum frequency of the output of the second solid-state laser. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の半導体
装置の製造方法において、 前記第2のレーザ発生部は不安定共振器で構成され、前
記第2のレーザ発生部から出力される前記第3のレーザ
は、光路に直交する平面内での光量の空間分布がリング
状を呈し、前記第3のレーザによる輪帯照明にて前記露
光原版上の所望のパターンを半導体ウェハに転写するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said second laser generator is constituted by an unstable resonator, and is output from said second laser generator. The third laser has a ring-shaped spatial distribution of the amount of light in a plane orthogonal to the optical path, and transfers a desired pattern on the exposure original to a semiconductor wafer by annular illumination by the third laser. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項6】 請求項1,2,3または4記載の半導体
装置の製造方法において、 前記露光光を前記露光原版を経由して前記半導体ウェハ
に照射させる露光光学系の光軸に直交する方向に、露光
中に前記露光原版と前記半導体ウェハを、互いに逆方向
に走査させるスキャン露光を行うことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said exposure light is irradiated on said semiconductor wafer through said exposure master in a direction orthogonal to an optical axis of an exposure optical system. A method of manufacturing the semiconductor device, wherein the exposure original and the semiconductor wafer are subjected to scan exposure for scanning in opposite directions during exposure.
【請求項7】 露光光を発生する露光光源と、前記露光
光を前記露光原版を経由して露光対象物に照射する露光
光学系とを含む露光装置であって、 前記露光光源は、狭帯域化手段を備え狭帯域化された一
つまたは複数の第1のレーザを出力する第1のレーザ発
生部と、前記第1のレーザを、より波長の短い第2のレ
ーザに変換する波長変換手段と、前記第2のレーザをシ
ード光として動作する注入同期型の第2のレーザ発生部
からなり第3のレーザを出力する第2のレーザ発生部
と、を含むことを特徴とする露光装置。
7. An exposure apparatus comprising: an exposure light source that generates exposure light; and an exposure optical system that irradiates the exposure light onto an object to be exposed via the exposure master, wherein the exposure light source has a narrow band. First laser generator for outputting one or a plurality of narrowed first lasers provided with a wavelength converting means, and wavelength converting means for converting the first laser into a second laser having a shorter wavelength An exposure apparatus, comprising: an injection-locked second laser generator that operates using the second laser as a seed beam; and a second laser generator that outputs a third laser.
【請求項8】 請求項7記載の露光装置において、 前記第1のレーザ発生部は、KrFエキシマレーザまた
はXeClエキシマレーザを励起光源とし、狭帯域化素
子を含む色素レーザからなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、前記色素レーザから出力される狭
帯域化された前記第1のレーザの第2高調波として前記
第2のレーザを出力する非線形光学結晶からなる第1の
構成、 前記第1のレーザ発生部は、KrFエキシマレーザまた
はXeClエキシマレーザを励起光源とし、少なくとも
どちらかが狭帯域化素子を含む互いに異なる波長のレー
ザを前記第1のレーザとして出力する複数の色素レーザ
からなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、複数の前記色素レーザの各々から
出力される異なる波長の前記レーザからなる第1のレー
ザの和周波数の第2のレーザを生成する波長合成器から
なる第2の構成、 前記第1のレーザ発生部は、半導体レーザにて励起され
る第1の固体レーザと、前記第1の固体レーザの出力か
ら第2高調波を生成する第1の波長変換素子と、前記第
2高調波から第4高調波を生成する第2の波長変換素子
と、第1の波長変換素子から得られる前記第2高調波の
一部を用いて励起される第2の固体レーザとからなり、
前記第1のレーザは、前記第1の固体レーザの出力の第
4高調波および前記第4高調波とは波長の異なる前記第
2の固体レーザの出力からなり、 前記第2のレーザ発生部は、ArFエキシマレーザから
なり、 前記波長変換手段は、前記第1の固体レーザの出力の第
4高調波および前記第2の固体レーザの出力の和周波数
の第2のレーザを生成する波長合成器からなる第3の構
成、 のいずれかの構成を備えたことを特徴とする露光装置。
8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the first laser generator includes a dye laser including a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser as an excitation light source, and a dye laser including a band-narrowing element. The laser generating section is made of an ArF excimer laser, and the wavelength converting means outputs the second laser as a second harmonic of the narrowed first laser output from the dye laser. A first configuration made of a crystal, wherein the first laser generating section uses a KrF excimer laser or a XeCl excimer laser as an excitation light source, and at least one of the first lasers outputs a laser having a different wavelength including a band-narrowing element. The second laser generating section is made of an ArF excimer laser, and the wavelength conversion is performed. The second means comprises a wavelength synthesizer for generating a second laser having a sum frequency of a first laser consisting of the lasers having different wavelengths output from each of the plurality of dye lasers; A laser generator configured to generate a first solid-state laser excited by the semiconductor laser, a first wavelength conversion element that generates a second harmonic from an output of the first solid-state laser, A second wavelength conversion element that generates four harmonics, and a second solid-state laser that is excited by using a part of the second harmonic obtained from the first wavelength conversion element,
The first laser includes a fourth harmonic of an output of the first solid-state laser and an output of the second solid-state laser having a wavelength different from that of the fourth harmonic. , An ArF excimer laser, wherein the wavelength converting means comprises a wavelength synthesizer that generates a second laser having a fourth harmonic of the output of the first solid-state laser and a sum frequency of the output of the second solid-state laser. An exposure apparatus comprising any one of the following configurations:
【請求項9】 請求項7または8記載の露光装置におい
て、 前記露光光源の前記第2のレーザ発生部は不安定共振器
で構成され、前記第2のレーザ発生部から出力される前
記第3のレーザは光路に直交する平面内での光量の空間
分布がリング状を呈し、前記第3のレーザを露光光とす
る輪帯照明が行われることを特徴とする露光装置。
9. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the second laser generator of the exposure light source is constituted by an unstable resonator, and the third laser output from the second laser generator. An exposure apparatus, wherein a spatial distribution of a light amount in a plane orthogonal to an optical path of the laser is ring-shaped, and annular illumination using the third laser as exposure light is performed.
【請求項10】 請求項7または8記載の露光装置にお
いて、 前記露光原版および前記半導体ウェハを、前記露光光学
系の光軸に直交する方向に、露光中に互いに逆方向に同
期して走査させるスキャン露光機構を備えたことを特徴
とする露光装置。
10. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the exposure master and the semiconductor wafer are synchronously scanned in a direction orthogonal to an optical axis of the exposure optical system and in mutually opposite directions during exposure. An exposure apparatus comprising a scan exposure mechanism.
JP10030835A 1998-02-13 1998-02-13 Manufacture of semiconductor device and aligner Pending JPH11233396A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10030835A JPH11233396A (en) 1998-02-13 1998-02-13 Manufacture of semiconductor device and aligner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10030835A JPH11233396A (en) 1998-02-13 1998-02-13 Manufacture of semiconductor device and aligner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11233396A true JPH11233396A (en) 1999-08-27

Family

ID=12314766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10030835A Pending JPH11233396A (en) 1998-02-13 1998-02-13 Manufacture of semiconductor device and aligner

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11233396A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001060550A (en) * 1999-06-30 2001-03-06 Lambda Physik G Zur Herstellung Von Lasern Mbh Method and device for reducing speckle of laser beam and lithography equipment
WO2016121281A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 ギガフォトン株式会社 Solid-state laser system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001060550A (en) * 1999-06-30 2001-03-06 Lambda Physik G Zur Herstellung Von Lasern Mbh Method and device for reducing speckle of laser beam and lithography equipment
WO2016121281A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 ギガフォトン株式会社 Solid-state laser system
CN107112708A (en) * 2015-01-30 2017-08-29 极光先进雷射株式会社 Solid laser system
JPWO2016121281A1 (en) * 2015-01-30 2017-11-09 ギガフォトン株式会社 Solid state laser system
US10256594B2 (en) 2015-01-30 2019-04-09 Gigaphoton Inc. Solid-state laser system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3514073B2 (en) Ultraviolet laser device and semiconductor exposure device
US8817839B2 (en) Two-stage laser system for aligners
JP5100990B2 (en) Driver laser for extreme ultraviolet light source device and LPP type extreme ultraviolet light source device
JP2000223408A (en) Semiconductor manufacturing device, and manufacture of semiconductor device
JP2007206452A (en) Deep ultraviolet light source, mask inspection device using same, and exposure device
JP5256606B2 (en) Laser apparatus, excimer laser apparatus, light irradiation apparatus and exposure apparatus, light generation method, excimer laser light generation method, light irradiation method, exposure method, and device manufacturing method
JPH11233396A (en) Manufacture of semiconductor device and aligner
JPH11233867A (en) Pulse laser light generator
JP2974394B2 (en) Laser exposure equipment
JPWO2002065597A1 (en) Light source device, light irradiation device, and device manufacturing method
JPH1167623A (en) Exposure light source and exposure device and manufacture of semiconductor device
JP2003163393A (en) Light source unit and irradiation unit
JP2008171852A (en) Gas discharge type laser device, exposure method and device, and method for manufacturing device
JPH10268367A (en) Method and device for laser wavelength conversion, method and device for exposure, and manufacture of semiconductor device
JP2000091205A (en) Exposure light source, aligner, and manufacture of semiconductor device
JPH07211620A (en) Aligner for semiconductor
JP2000357836A (en) Super narrow frequency band fluorine laser device
JP2008124321A (en) Laser device, light irradiation device, exposure device, method for generating light, method for irradiating light, exposure method, and method for manufacturing device
JPH10270326A (en) Exposure light source, exposure method and aligner
JP4023579B2 (en) ArF excimer laser laser gas, ArF excimer laser and scanning exposure machine
JP2526983B2 (en) Exposure equipment
JPH11251666A (en) Method and apparatus for generating laser beam
JPH053141A (en) Ultravioler ray exposure device
JPH07170010A (en) Light source equipment
JP2002261361A (en) Optical amplifying apparatus, light source apparatus, and light irradiation apparatus