JP2000091205A

JP2000091205A - 露光光源および露光装置ならびに半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000091205A
Application number: JP10259593A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Takehisa; 究武久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】低ランニングコストで短波長／高出力の露光
光を発生させる。【解決手段】露光光源１００は、ＸｅＣｌエキシマレ
ーザ１０１にて励起される色素レーザ発振器１０２およ
び色素レーザ増幅器１０３、３つの波長変換器１０４
ａ，１０４ｂ，１０４ｃで構成される。色素レーザ発振
器１０２から取り出された波長４４０ｎｍのレーザ光Ｌ
１は、色素レーザ増幅器１０３で増幅されて高出力のレ
ーザ光Ｌ３となる。レーザ光Ｌ３はビームスプリッタ１
１５ｃでレーザ光Ｌ４，Ｌ７に分岐され、レーザ光Ｌ４
は、波長変換器１０４ａに入射して第２高調波である波
長２２０ｎｍの紫外光を発生させ、レーザ光Ｌ７は、波
長変換器１０４ｂに入射して、ＯＰＯにより波長１５９
０ｎｍの赤外光Ｌ９を発生させる。紫外光Ｌ６と赤外光
Ｌ９はダイクロイックミラー１１７ｂで合成され、波長
変換器１０４ｃに入射してＳＦＭが行われ、波長１９３
ｎｍの露光光Ｌ１２が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光技術および半
導体装置の製造技術に関し、特に、紫外領域の波長の露
光光を用いて微細なパターンの転写を行うフォトリソグ
ラフィ等に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィ技術における露光装
置（以下、露光機と記す。）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（スループッ
ト）、装置信頼性などで評価される。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／
ＮＡ（ｋ：定数、λ：露光波長、ＮＡ：投影レンズの開
口数）によって表されるため、シャープな解像度を得る
には、露光波長λの短い露光光源を用いることが重要に
なる。

【０００３】従来の参考技術の露光機では、おもに水銀
ランプのｇ線（波長：４３６ｎｍ）やｉ線（波長：３６
５ｎｍ）が露光光源として利用されており、より微細な
加工線幅を実現するための露光光源として、波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザが利用されることもある。
そして次世代のフォトリソグラフィ技術としてさらに微
細な加工を行うための露光光源として、波長１９３ｎｍ
のＡｒＦエキシマレーザの利用が検討されている。

【０００４】露光光源としてのＡｒＦエキシマレーザ
は、ＫｒＦエキシマレーザよりも高出力化が難しいと考
えられており、その結果、レーザ出力として、ＫｒＦエ
キシマレーザでは平均出力約１０Ｗの装置が広く用いら
れているのに対して、ＡｒＦエキシマレーザでは、出力
は５Ｗ程度である。なお、露光光源としてのエキシマレ
ーザに関しては、例えば、第４５回応用物理学関係連合
講演会、講演予講集、３０ａ−ＹＬ−３、および３０ａ
−ＹＬ−４、第７３０頁において説明されている。

【０００５】露光用のＫｒＦエキシマレーザあるいはＡ
ｒＦエキシマレーザでは、図１２に示した露光用エキシ
マレーザ８００のように、出力鏡８０１と狭帯域化モジ
ュール８０２とで構成された共振器中にレーザ管８０３
が配置されている。狭帯域化モジュール８０２は、一般
に回折格子８０５、プリズム８０６、エタロン８０７等
で構成されており、発振させるレーザ光の波長幅を狭く
して、かつ安定化させるためのものである。レーザ管８
０３は、内部に封入されたレーザガスを放電させてレー
ザ動作を起こすものであり、レーザ光を取り出すため
に、両端にレーザウインド８０４ａ，８０４ｂが取り付
けられている。また、出力鏡８０１から取り出されるレ
ーザ光Ｌ８０が露光に使われるが、その波長や波長幅等
をモニターするために、レーザ光Ｌ８０の一部をビーム
スプリッタ８０８で分離して、ミラー８０９を経て、波
長モニター８１０へ導いている。レーザの発振波長を粗
調整するには、例えば、波長モニター８１０からは、信
号線８１１ａによって回折格子８０５の設定角度を微動
させ、発振波長を微調整するには、信号線８１１ｂによ
ってエタロンの設定角度を微動させる場合がある。

【０００６】ＡｒＦエキシマレーザを露光光源として用
いる際の大きな技術的課題の一つは、ランニングコスト
が高いことである。図１３に示したＫｒＦエキシマレー
ザとＡｒＦエキシマレーザの維持費の一例から判るよう
に、ＡｒＦエキシマレーザでは、ＫｒＦエキシマレーザ
に比べて、レーザガスや各交換パーツの寿命が短くなっ
て交換頻度が増すため、維持費はＫｒＦエキシマレーザ
の約５倍にもなる。

【０００７】なお、図１３に示したＫｒＦエキシマレー
ザとＡｒＦエキシマレーザの維持費は、露光光源として
の一般的なＫｒＦエキシマレーザとＡｒＦエキシマレー
ザの特性から算出した費用であり、年間のトータルパル
ス数を、通常の量産時に相当する５ビリオンパルスとし
た場合の費用である。また、交換目安である各パーツの
寿命等に関しては、例えば、第４３回応用物理学関係連
合講演会、講演予講集、２７ａ−ＰＡ−−５、および
６、第１００２頁において説明されている。また、交換
費用に関しては、ＫｒＦエキシマレーザに関するパーツ
の価格と交換作業代を合わせた一般的な費用の概算値を
示してある。ただしＡｒＦエキシマレーザに関する各々
の費用は不確定であるためＫｒＦエキシマレーザと区別
していないが、光学部品に高価なフッ化カルシウムが利
用されると考えられることから、ＫｒＦエキシマレーザ
より費用は高くなると予想される。

【０００８】図１３から判るように、ＡｒＦエキシマレ
ーザの維持費が高くなるおもな原因は、高価な狭帯域化
モジュールと波長モニターの寿命が短く、それらを頻繁
に交換する必要が生じるからである。狭帯域化モジュー
ルと波長モニターの寿命が短い原因としては、これらを
構成する光学素子等にフォトンエネルギーの高い波長１
９３ｎｍの紫外光が直接照射されるからと考えられる。
すなわち、フォトンエネルギーが高くなると、光学材を
構成する分子の結合を切断しやすくなって、ダメージを
与えやすいからである。また、レーザ光の波長が短くな
ると、一般に光学材における透過率が低下し、レーザ光
の吸収が増す。それによってもダメージが生じやすくな
ることも要因である。

【０００９】そこで狭帯域化モジュール等を用いずに、
狭帯域化された波長１９３ｎｍの紫外光を発生できる低
ランニングコストの露光光源も提案されている。

【００１０】例えば波長約１μｍで動作するＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ（以下、ＹＡＧレーザと略す。）等の固体レー
ザをベースとして、そのレーザ光を非線形光学結晶（以
下、単に結晶と呼ぶ。）を用いて何度か波長変換するこ
とで波長１９３ｎｍの露光光を発生させる方式である
（以下、固体レーザの波長変換による光源と呼ぶ。）。
この光源では、ベースとなる固体レーザがエキシマレー
ザに比べて非常に狭帯域化されているため、狭帯域化モ
ジュールを不要にできる場合がある。

【００１１】固体レーザの波長変換による光源の構成例
としては、例えば、図１４に示したように、波長１０６
４ｎｍで発振するＹＡＧレーザのレーザ光を３回の波長
変換によって波長２１３ｎｍの第５高調波を発生させ、
さらにこの第５高調波と、ＹＡＧレーザの基本波を約2.
１ミクロンへＯＰＯ（ＯｐｔｉｃａｌＰａｒａｍｅｔ
ｒｉｃＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎと呼ばれる波長変換の
一種であり、おもに入射光より長い波長のレーザ光を発
生させる手法である。）によって発生させた赤外光とを
ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶（以下、ＣＬＢＯと示す。）など
を用いて和周波数（以下、ＳＦＭと示す。ＳＦＭとはＳ
ｕｍＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｉｘｉｎｇの略であ
る。）を発生させて、波長１９３ｎｍの紫外光を得るも
のである。これに関しては、例えば、ＳＰＩＥＶｏ
ｌ．３０５１、ｐｐ．８８２−８８９、あるいは第４５
回応用物理学関係連合講演会、講演予講集、３０ｐ−Ｖ
−１２第１００９頁、あるいはＬａｓｅｒＦｏｃｕｓ
ＷｏｒｌｄＪａｎｕａｒｙ１９９８，ｐｐ．１１３
−１１８において説明されている。また、ＯＰＯに関し
ては、例えば、レーザー研究、第２１巻、第２号、第２
９５〜３０４頁において説明されている。また、ＣＬＢ
Ｏに関しては、例えば、レーザー研究、第２６巻、第３
号、第２１５〜２１９頁、１９９８年において説明され
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記固体レーザの波長
変換による光源では、波長１９３ｎｍの露光光の平均出
力は１００ｍＷ程度であり、露光光源として必要な１０
Ｗ程度まで高出力化することが困難であった。

【００１３】その理由としては、第１に、波長変換によ
って得られる露光光の平均出力を増やすためには、固体
レーザから取り出される基本波の平均出力を増加させね
ばならず、その結果、特に最初の波長変換に用いられる
結晶に入射させるレーザ光の平均出力が高くなるため、
結晶が急激に温度上昇する結果、位相整合条件が外れ
て、波長変換効率が悪化することが挙げられる。例え
ば、固体レーザから取り出される基本波の４％前後が波
長１９３ｎｍの紫外光になると報告されているが、その
場合、露光光を１０Ｗ得るには、基本波は計２００Ｗ程
度が必要になる。なお、露光光１０Ｗを得る場合に、各
結晶に入射させるべきレーザ光の平均出力の例を図１４
において（）内に示した。特に最初の第２高調波を発生
させる（これをＳＨＧ（＝ＳｅｃｏｎｄＨａｒｍｏｎ
ｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と呼ぶことがある。）際
に、平均出力１００Ｗを越えるレーザ光を結晶に照射さ
せる必要が生じ、結晶内で急激に温度上昇して波長変換
効率が低下することがある。

【００１４】また、第２の理由としては、露光光１０Ｗ
程度を得るには、前記のように、ベースとなる固体レー
ザを２００Ｗ程度まで高出力化する必要があるが、固体
レーザにおいて、１００Ｗを越える平均出力のレーザ光
を、しかも波長変換効率が高いシングルモードで発振さ
せることが困難なことが挙げられる。すなわち、固体レ
ーザで１００Ｗ以上に高出力化すると、レーザ媒質であ
る結晶が加熱して、結晶内部での温度勾配が大きくなる
ため、レーザ光のビーム質が悪化する。その結果、シン
グルモードで発振させ続けることが困難になるからであ
る。

【００１５】本発明の目的は、低ランニングコストに
て、紫外域で高い平均出力の露光光を発生できる露光光
源を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、波長１９３ｎｍで平
均出力１０Ｗ程度の紫外域の露光光を発生できる低ラン
ニングコストの露光光源を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、低ランニングコスト
にて、紫外域で高い平均出力の露光光を用いた高スルー
プットのフォトリソグラフィを実現することが可能な露
光装置を提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、低ランニングコスト
にて、波長１９３ｎｍで平均出力１０Ｗ程度の紫外光を
露光光として用いるフォトリソグラフィを高スループッ
トで行うことが可能な露光装置を提供することにある。

【００１９】本発明の他の目的は、低コストで、より微
細な回路パターンを有する次世代の半導体装置を製造す
る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。

【００２０】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。

【００２１】

【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、
以下のとおりである。

【００２２】本発明による露光光源では、ＸｅＣｌエキ
シマレーザあるいは銅蒸気レーザを励起光源とする第１
の色素レーザを含み、該第１の色素レーザのレーザ光を
第１の結晶によってＳＨＧを発生させ、かつ該第１の色
素レーザのレーザ光をＯＰＯにより長波長側に変換した
赤外光か、あるいは前記ＸｅＣｌエキシマレーザあるい
は銅蒸気レーザを励起光源とする第２の色素レーザから
の赤色光か、あるいは前記ＸｅＣｌエキシマレーザを励
起光源とする固体レーザからの赤外光を、前記ＳＨＧに
よる紫外光とをＳＦＭによって発生させた紫外光を露光
光としたものである。

【００２３】この手段では、前記第１の色素レーザの波
長が約0.４ミクロンから0.６ミクロンになるため、その
ＳＨＧによって発生する紫外光は約0.２ミクロンから0.
３ミクロンとなる。したがってこの紫外光と、前記赤外
光あるいは赤色光とのＳＦＭによって、波長１９３ｎｍ
の紫外光を発生することが可能である。

【００２４】これによると、ベースとなるレーザがＸｅ
Ｃｌエキシマレーザあるいは銅蒸気レーザであるため、
どちらも１ｋＷ程度の高出力化も可能であり、市販の装
置でも１００〜２００Ｗの高出力タイプが入手できる。
しかもそれらのガスレーザからのレーザ光を直接波長変
換して用いるわけではなく、色素レーザの励起光源とし
て用いることから、シングルモードで発振させる必要が
ないことからも高出力化は容易である。なお、ＸｅＣｌ
エキシマレーザを励起光源とした高出力な色素レーザに
関しては、例えば、ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａ
ｓｅｒｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，１
９８６，ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍ
ｅｒｉｃａ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，ＴＨＩ
１，ｐ．２６６において、平均出力１００Ｗの装置に関
して述べられている。

【００２５】しかも波長変換させるレーザ光は、色素レ
ーザからのレーザ光であるが、色素レーザはシングルモ
ードで発振させやすいことから、本発明ではベースとな
る高出力な前記ガスレーザからのレーザ光を、先ず色素
レーザのレーザ光に変換する構成をとったものである。
色素レーザがシングルモードで発振させやすい理由とし
ては、レーザ媒質である色素溶液中に、励起光を小さく
集光することで、ビーム径を細くでき、その結果、フレ
ネル数を小さくできるからである。

【００２６】さらにまた、本発明では、波長変換の回数
が２〜３回で済むため、波長変換に用いられる複数の非
線形光学結晶のうち、入射するレーザ光の平均出力が最
も高いものでも、従来の参考技術の固体レーザの波長変
換による光源の場合に比べて、１／４程度に下げられ
る。したがって非線形光学結晶における発熱の問題が緩
和される。

【００２７】しかも本発明では、狭帯域化された露光光
を得るために、色素レーザにおいて狭帯域化すればよ
く、色素レーザでは波長約４００ｎｍ以上で動作させる
ため、波長１９３ｎｍに比べて十分長く、光学素子等の
劣化を抑制できる。

【００２８】また、前記色素レーザから得られるレーザ
光の波長を安定化させるために、色素レーザを増幅器の
みで構成し、かつ色素レーザ発振器の代わりに、Ｈｅ−
ＣｄレーザあるいはＡｒイオンレーザを用いたものであ
る。

【００２９】これによると、Ｈｅ−Ｃｄレーザは波長４
４２ｎｍ（より正確には４４1.６ｎｍ）でレーザ発振で
き、また、Ａｒイオンレーザは、波長４５５ｎｍ（より
正確には４５4.５ｎｍ）、４５８ｎｍ（より正確には４
５7.９ｎｍ）、４７７ｎｍ（より正確には４７6.５ｎ
ｍ）、４８８ｎｍ等の青色領域でレーザ発振できる。し
たがってこれらの波長のレーザ光はクーマリン系等の色
素を用いた色素レーザで効率よく増幅でき、それによっ
て高出力の青色光を得られ、そのＳＨＧにより波長約２
２１〜２４４ｎｍの紫外光が得られる。したがって該紫
外光と赤外光とのＳＦＭによって波長１９３ｎｍの露光
光が得られる。

【００３０】また、本発明では、特にＳＦＭに必要な赤
外光として、ＸｅＣｌエキシマレーザを励起光源とする
固体レーザからのレーザ光を利用できるため、従来の参
考技術の固体レーザをベースとした露光光源とは異な
り、ＯＰＯを用いずにＳＦＭによって波長１９３ｎｍの
露光光を発生させることも可能になる。

【００３１】

【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。

【００３２】図１に、本発明の一実施の形態（これを第
１実施の形態とする。）の露光光源１００の構成の一例
を示す。

【００３３】露光光源１００は、大別して、色素レーザ
の励起光源として使われているＸｅＣｌエキシマレーザ
１０１、色素レーザ発振器１０２、色素レーザ増幅器１
０３、波長変換器１０４、および波長モニター１０５と
で構成される。なお、一点鎖線で示された波長変換器１
０４は、３つの波長変換器１０４ａ，１０４ｂ，１０４
ｃ、で構成される。

【００３４】ＸｅＣｌエキシマレーザ１０１は、出力鏡
１１１と全反射鏡１１２のみで共振器が構成されてお
り、それらの間にレーザ管１１３が配置されている。す
なわちＸｅＣｌエキシマレーザ１０１はフリーランニン
グと呼ばれる広帯域発振の装置である。出力鏡１１１か
ら取り出された波長３０８ｎｍの励起光Ｐ１は、ビーム
スプリッタ１１５ａに当たり、ここで一部が反射して、
励起光Ｐ２のように進み、色素レーザ発振器１０２の励
起光として利用される。色素レーザ発振器１０２は、出
力鏡１２１と回折格子１２２とで共振器が構成されてお
り、それらの間に、レーザ媒質である色素溶液１２３ａ
とエタロン１２４とが配置されている。なお色素溶液１
２３ａ（および後述する１２３ｂ）は、紙面で上下方向
にジェットとして流れている。

【００３５】励起光Ｐ２がレンズ１２５ａによって色素
溶液１２３ａに集光されるとレーザ発振する。色素溶液
１２３ａとしては、波長４４０ｎｍ前後において３０％
以上の高い効率で動作できる例えばクーマリン４４０
（クーマリン１２０と呼ばれる場合もある。）がエチレ
ングリコールに溶かされたものが好ましい。

【００３６】回折格子１２２は発振波長を粗調整するた
めに用いられており、その設定角度を変えることで、発
振波長が変化する。本実施の形態では発振波長が４４０
ｎｍに設定されている。またエタロン１２４により、発
振するレーザ光の波長幅は約0.５ｐｍに狭帯域化されて
いる。

【００３７】色素レーザ発振器１０２から取り出された
波長４４０ｎｍのレーザ光Ｌ１は、色素レーザ増幅器１
０３に入射し、色素溶液１２３ｂを通過する。一方、ビ
ームスプリッタ１１５ａを透過した励起光Ｐ３は、ミラ
ー１１６ａで反射して、レンズ１２５ｂを通り、この色
素溶液１２３ｂに集光する。したがって色素溶液１２３
ｂを通過するレーザ光Ｌ１は増幅されて高出力のレーザ
光Ｌ３となる。

【００３８】レーザ光Ｌ３はビームスプリッタ１１５ｃ
で分割される。ビームスプリッタ１１５ｃを透過したレ
ーザ光Ｌ４は、波長変換器１０４ａに入射し、レンズ１
２５ｃを通って結晶１３０ａに集光する。これによって
第２高調波である波長２２０ｎｍの紫外光が発生し、レ
ンズ１２５ｄを通って平行なビームのレーザ光Ｌ５とな
って、波長変換器１０４ａを出射する。ただしレーザ光
Ｌ５には、波長２２０ｎｍの紫外光と波長４４０ｎｍの
基本波との両方を含む。

【００３９】波長変換器１０４ａから取り出されたレー
ザ光Ｌ５はダイクロイックミラー１１７ａに当たる。レ
ーザ光Ｌ５に含まれている残留基本波は、ダイクロイッ
クミラー１１７ａを透過して分離され、ストッパ１２８
ａで止められる。一方、レーザ光Ｌ５に含まれている紫
外光Ｌ６は、ダイクロイックミラー１１７ａで反射す
る。

【００４０】本実施の形態では、結晶１３０ａにはＢＢ
Ｏが用いられている。その理由として、ＢＢＯは波長４
４０ｎｍのレーザ光の第２高調波を発生できる数少ない
結晶の一つであるからである。

【００４１】ビームスプリッタ１１５ｃで反射したレー
ザ光Ｌ７は、ミラー１１６ｂで反射して、波長変換器１
０４ｂに入射する。ここではＯＰＯにより、入射光の波
長が長波長側に変換される。波長変換器１０４ｂ内で
は、２枚の共振ミラー１２６ａ，１２６ｂの間に結晶１
３０ｂが配置されている。共振ミラー１２６ｂから取り
出されるレーザ光Ｌ８は、プリズム１２７を通って波長
ごとに分散する。これにより、波長１５９０ｎｍの赤外
光Ｌ９が波長変換器１０４ｂを出射する。なお、結晶１
３０ｂには、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）、ＢＢＯ（β−Ｂ
ａＢ₂Ｏ₄）、ＣＴＡ等種々の結晶が利用できる。ま
た、プリズム１２７で分離された赤外光Ｌ８以外のレー
ザ光Ｌ１０は、ストッパ１２８ｂで止められる。

【００４２】ダイクロイックミラー１１７ａで反射した
紫外光Ｌ６は、波長変換器１０４ｂで発生した赤外光Ｌ
９と、ダイクロイックミラー１１７ｂで合成される。す
なわちレーザ光Ｌ１１は、波長２２０ｎｍと波長１５９
０ｎｍの２波長から成る。

【００４３】レーザ光Ｌ１１は、ミラー１１６ｃで反射
して、波長変換器１０４ｃに入射する。ここでも同様
に、レンズ１２５ｅを通って結晶１３０ｃに集光し、前
記２波長のレーザ光のＳＦＭが行われ、波長１９３ｎｍ
の紫外光が発生する。これは、レンズ１２５ｆを通って
平行ビームになった露光光Ｌ１２として波長変換器１０
４ｃから取り出され、露光に利用される。なおＳＦＭに
おける結晶１３０ｃとして市販品としては、ＢＢＯある
いはＣＬＢＯを用いることが可能であるが、波長１９３
ｎｍにおける透過率がより高いＣＬＢＯを用いることが
好ましい。

【００４４】本実施の形態では、露光光Ｌ１２の波長を
安定化するために、色素レーザ発振器１０２の発振波長
を安定化させている。すなわち色素レーザ発振器１０２
から取り出されるレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光Ｌ２
としてビームスプリッタ１１５ｂで分離され、波長モニ
ター１０５へ入射し、その波長と波長幅がモニターされ
る。波長が設定値よりずれると、信号線１０８ａにより
色素レーザ発振器１０２の回折格子１２２にフィードバ
ックが掛かり、設定値に戻るようになる。また、ずれ量
が微小の場合は、信号線１０８ｂにより、エタロン１２
４にフィードバックが掛かる。

【００４５】本発明の特徴は、露光光として１０Ｗ程度
を得るための高出力化が可能であることであり、それに
関して以下で説明する。

【００４６】本実施の形態では、各波長変換器における
結晶に入射させるレーザ光の中で最も高出力なものは、
以下で説明するように、紫外光Ｌ６を発生させるための
レーザ光Ｌ４の平均出力は４０Ｗ程度でよい。したがっ
て従来の参考技術の全固体レーザの波長変換による光源
に比べて高出力化に向いている。

【００４７】すなわち、図１４および図２に示すよう
に、従来の参考技術の方式と本発明において、各波長変
換において、仮に変換効率５０％（ＯＰＯは２５％）が
得られる場合に、波長１９３ｎｍの露光光を平均出力１
０Ｗ得る場合の、各結晶に入射させるレーザ光（図中で
矢印で示してある。）の平均出力を（）内に示した。こ
れによると、従来の参考技術では、最初のＳＨＧにおい
て平均出力１６０Ｗものレーザ光を入射させる必要があ
るが、本発明では４０Ｗと、従来の参考技術に比べて１
／４に下げられることになる。これによって結晶におけ
る発熱が軽減され、温度上昇による位相整合のずれが少
なくなり、常時高い効率で波長変換することができる。
さらに、結晶への入射パワーを低くできることで、結晶
の劣化が抑制され、結晶の寿命も長くなった。なお、図
１４において（）内に示された結晶はおもなものであ
り、これ以外も考えられる。

【００４８】また、本実施の形態では、波長１９３ｎｍ
の露光光を合成するために、結晶３個が使われるため、
従来の参考技術の全固体レーザによる波長１９３ｎｍの
露光光源に比べて、ダメージ等による結晶交換に伴うラ
ンニングコストが低い特徴もある。

【００４９】また、図１４および図２に示したように、
ベースとなるレーザに必要な平均出力は、従来の参考技
術では１９０Ｗであるが、本実施の形態では２００Ｗと
ほぼ同等になる。しかし従来の参考技術では、出力１９
０Ｗでシングルモードに近い高ビーム質のＹＡＧレーザ
が必要になるが、これを一般の装置として実用化するこ
とも困難であった。すなわち固体レーザを平均出力１０
０Ｗ以上に高出力化すると、熱的影響が大きくなり、ビ
ーム質が悪化して、シングルモードでの発振が困難にな
るからである。これに対して、本発明では、ＸｅＣｌエ
キシマレーザは、マルチモードで広帯域発振の装置でよ
く、市販の装置が利用できることも大きな特徴である。

【００５０】なお、本発明の露光光源の維持費と、従来
の参考技術のＡｒＦエキシマレーザの維持費との比較の
一例を図３に示す。前記第１実施の形態のように、本発
明では、露光光の狭帯域化を波長４４０ｎｍの色素レー
ザで行うため、狭帯域化素子である回折格子１２２やエ
タロン１２４が劣化することはない。また、波長の安定
化に関しても、波長４４０ｎｍのレーザ光をモニターし
ているため、波長モニターも劣化することはない。した
がって年間維持費がＡｒＦエキシマレーザの場合の約１
／１０にまで低減できる。

【００５１】なお本実施の形態では、色素レーザ発振器
１０２と色素レーザ増幅器１０３においては、励起光Ｐ
２、およびＰ３を、それぞれレンズ１２５ａ、および１
２５ｂによって、色素溶液１２３ａ、および１２３ｂに
対して集光しているため、集光点はほぼ１点の場合があ
る。ところが、励起光Ｐ２、およびＰ３はＸｅＣｌエキ
シマレーザ１０１からのレーザ光であるため、ビームの
拡がり角が方向によって異なることから、励起光の集光
部が１点とはならず、多少細長い形状になることもあ
る。その場合は、色素レーザ発振器１０２からのレーザ
光Ｌ１のビーム断面が細長い形状になって、ビーム拡が
り角が方向によって異なる場合がある。その際は、波長
変換において、例えばレンズ１２５ｃの代わりに、シリ
ンドリカルレンズ等を用いて、ビーム拡がり角の大きな
方向のみを集光して、ビーム拡がり角の小さい方向には
平行なビームのまま、結晶に通すことが好ましい。

【００５２】さらにこの場合、波長変換によって最終的
に得られる露光光Ｌ１２も、方向によってビーム拡がり
角が異なる場合がある。その場合、ビーム拡がり角の小
さい方向には、コヒーレンス長が長くなることから、露
光時にスペックルノイズが大きくなり、反対に、ビーム
拡がり角の大きな方向には、コヒーレンス長が短くなる
ことから、スペックルノイズが小さくなる場合がある。
したがってその場合は、図１０を用いて後述するよう
に、スキャン型の露光機を用いて、スペックルノイズの
大きな方向がスキャン方向になるように設定すればよ
い。

【００５３】次に本発明の露光光源を用いた露光機に関
して図４を用いて説明する。露光機２００は、露光機本
体２０１と、図１で示した露光光源１００とで構成され
ている。露光機２００はクリーンルーム内のグレーチン
グ２０２の上に設置されており、露光光源１００は大き
く２つに分かれて離されており、ＸｅＣｌエキシマレー
ザ１０１、色素レーザ発振器１０２、色素レーザ増幅器
１０３、および波長モニター１０５は、クリーンルーム
のグレーチング２０２の下の床下の床２０３の上に設置
されており、波長変換器１０４は床上に配置されてい
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
は、上から下へ流れており、グレーチング２０２を通っ
て、床下へ抜けるようになっている。

【００５４】露光光源１００における色素レーザ増幅器
１０３（ただし図１に示されている。）から取り出され
たレーザ光Ｌ３は、ミラー２０４ａで反射して、グレー
チング２０２の開口部を抜け、ミラー２０４ｂで反射し
て、波長変換器１０４に入射する。ここで、第１実施の
形態で説明したように、波長１９３ｎｍの露光光Ｌ１２
が発生し、これが露光機本体２０１の内部に進む（これ
を露光光Ｌ２０とする。）。

【００５５】露光光Ｌ２０は、ミラー２０４ｃで反射し
て、レンズ２０５を通り、ガラスロッド２０６に入射す
る。これにより、内部で全反射を繰り返すことで、ここ
を出射した露光光Ｌ２１はその強度分布が均一化され
る。なお、ガラスロッド２０６はフッ化カルシウムから
成る。フッ化カルシウムは紫外光を良く通すからであ
る。

【００５６】ガラスロッド２０６を出射した均一な強度
分布を有する露光光Ｌ２１は、ミラー２０４ｄで反射し
て、ビーム拡大器２０７によりビームが拡げられ、ミラ
ー２０４ｅで反射してからランダム位相板２０８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２０９を通ってレチクル２１０に照射され
る。レチクル２１０を通ったレーザ光Ｌ２２は、色消し
レンズから成る縮小投影レンズ２１１を通り、ステージ
２１２に乗せられたウエハー２１３上に照射される。こ
れによってレチクル２１０のパターンがウエハー２１３
に縮小投影され、露光される。

【００５７】本実施の形態では、本発明の露光光源１０
０を用いているため、波長変換器１０４のみが露光機本
体２０１の真横に設置でき、スペース的に最も大きなＸ
ｅＣｌエキシマレーザ等の励起光源を床下に設置でき
る。これによってクリーンルーム内での露光機全体とし
ての占有スペースを削減できる。

【００５８】また、床下のＸｅＣｌエキシマレーザ１０
１で励起された色素レーザからのレーザ光Ｌ３を床上ま
で導く際に、図４に示された２枚のミラー２０４ａ，２
０４ｂを経由するが、実際には露光光源と露光機本体と
の位置ずれを調整できるように、７〜８枚のミラーを用
いる場合がある。特に露光光源であるＫｒＦエキシマレ
ーザを床下に設置する場合、図１５に示した斜視図のよ
うに、多数のミラー（ここでは８枚の４５度ミラーＭ１
〜Ｍ８）を用いる場合がある。ところが露光光源として
ＡｒＦエキシマレーザを用いる場合、波長１９３ｎｍで
は、４５度ミラーでの反射率が９５％前後に低下するた
め（ただし、ＫｒＦエキシマレーザでは４５度ミラーで
の反射率を９９％以上にすることが可能であった。）、
多数のミラーによるビーム伝送が困難になることもＡｒ
Ｆエキシマレーザを露光光源に用いる場合の技術的課題
であった。そのため、従来の参考技術では、ＡｒＦエキ
シマレーザを、露光機本体の真横の床上に設置すること
が多く、その結果、クリーンルームにおける占有スペー
スが増大することも技術的課題であった。これに対し
て、本発明では、ビームを伝送中に損失することなく、
露光光源の大部分を床下に設置できる。

【００５９】次に、本発明の露光光源の別の実施の形態
（第２実施の形態とする。）を図５を用いて説明する。

【００６０】第２実施の形態の露光光源３００では、図
１に示した露光光源１００で用いられていた色素レーザ
発振器１０２の代わりに、イオンレーザの一種であるＨ
ｅ−Ｃｄレーザ３０２が用いられている。Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザは、一般に波長４４２ｎｍと３２５ｎｍとでレーザ
発振するが、ここでは、波長４４２ｎｍで動作するもの
が用いられている。なお、Ｈｅ−Ｃｄレーザは通常連続
発振することが知られている。

【００６１】波長４４２ｎｍの連続波のレーザ光Ｌ３１
は、色素レーザ増幅器３０３を通過することで増幅され
る。色素レーザ増幅器３０３は２段増幅となっており、
励起光源には、ＸｅＣｌエキシマレーザ３０１が用いら
れている。

【００６２】ＸｅＣｌエキシマレーザ３０１から取り出
された励起光Ｐ３１は、ビームスプリッタ３１０ａによ
って、励起光Ｐ３２とＰ３３に２分割される。励起光Ｐ
３２は、レンズ３１２ａを通って色素溶液３１５ａに集
光し、励起光Ｐ３３はミラー３１１ａで反射してレンズ
３１２ｂを通り、色素溶液３１５ｂに集光する。レーザ
光Ｌ３１は、励起光Ｐ３２、およびＰ３４が集光されて
いる色素溶液３１５ａ、および３１５ｂを通過する際に
増幅される。なお、色素溶液３１５ａ，３１５ｂは、第
１実施の形態と同様のクーマリン系の色素が用いられて
いる。

【００６３】増幅されたレーザ光Ｌ３２は、波長変換器
３０４に進み、先ず、ビームスプリッタ３１０ｂに当た
る。ここを透過したレーザ光Ｌ３３は波長変換器３０４
ａに入射して、ＳＨＧが行われる。波長変換器３０４ａ
から取り出されたレーザ光Ｌ３４のうち、ダイクロイッ
クミラー３１８ａを透過する基本波はストッパ３１９で
止められ、波長２１１ｎｍの紫外光Ｌ３５はダイクロイ
ックミラー３１８ａを反射する。なお波長変換器３０４
ａで利用する結晶としては、第１実施の形態と同様に、
基本波４２２ｎｍでＳＨＧの位相整合が可能なＢＢＯが
好ましい。

【００６４】一方、ビームスプリッタ３１０ｂで反射し
たレーザ光Ｌ３６は、ミラー３１１ｂで反射して、波長
変換器３０４ｂに入射する。ここではＯＰＯにより波長
１５４０ｎｍの赤外光Ｌ３７が発生する。

【００６５】ダイクロイックミラー３１８ａで反射した
紫外光Ｌ３５は、ダイクロイックミラー３１８ｂに当た
って透過し、一方、赤外光Ｌ３７はダイクロイックミラ
ー３１８ｂに当たって反射するため、これらは合成され
てレーザ光Ｌ３８となる。レーザ光Ｌ３８はミラー３１
１ｃで反射して、波長変換器３０４ｃに入射する。ここ
ではＳＦＭが行われ、波長１９３ｎｍの露光光Ｌ３９が
発生する。なおこのＳＦＭにおいて必要な結晶として
は、第１実施の形態と同様に、ＣＬＢＯが好ましい。

【００６６】なお、図５に示された波長変換器３０４
ａ，３０４ｂ，３０４ｃの内部構成に関しては、図１に
示された波長変換器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと同
様であるため、ここでは省略する。

【００６７】本実施の形態では、図１に示した第１実施
の形態における色素レーザ発振器１０２の代わりにＨｅ
−Ｃｄレーザ３０２が用いられている。その理由は、先
ず、Ｈｅ−Ｃｄレーザは、第１実施の形態における色素
レーザ発振器１０２で必要な波長４４０ｎｍに近い波長
４４２ｎｍで固定されたレーザ光を発生できるからであ
る。また、Ｈｅ−Ｃｄレーザは連続動作のガスレーザで
あるため、波長幅が約１ＧＨｚ程度と狭いため、露光光
源として十分狭い波長幅の露光光Ｌ３９が得られ、しか
も波長が安定することも本実施の形態の特徴である。し
たがって第１実施の形態で用いた色素レーザ発振器１０
２と高精度な波長モニター１０５が不要になる。

【００６８】なお、Ｈｅ−Ｃｄレーザ３０２の代わりに
Ａｒイオンレーザを用いてもよく、Ａｒイオンレーザ
は、波長４５５ｎｍ，４５８ｎｍ，４７７ｎｍ，４８８
ｎｍなどブルー領域に多数の発振ラインを有することか
ら、これらの青色光は、色素レーザ増幅器３０３におい
て、クーマリン４５０、クーマリン４６０、クーマリン
４８０等のクーマリン系色素を用いることで効率よく増
幅できる。またそれらのＳＨＧは、それぞれ２２７ｎ
ｍ，２２９ｎｍ，２３８ｎｍ，２４４ｎｍとなり、それ
ぞれ波長約0.９〜1.３ミクロンの赤外光と合成してＳＦ
Ｍを行うことで、波長１９３ｎｍの露光光を得ることが
できる。Ａｒイオンレーザを用いる場合も、連続動作の
ガスレーザであるため、波長幅が狭く、波長が安定する
だけでなく、レーザ出力の安定性が高いため、最終的に
得られる露光光のエネルギー安定性が高くなる特徴もあ
る。

【００６９】次に、本発明の露光光源のさらに他の実施
の形態（第３実施の形態とする。）を図６を用いて説明
する。

【００７０】第３実施の形態の露光光源４００は、大別
して、色素レーザ４０２、固体レーザ４０３、波長変換
器４０４、および色素レーザ４０２と固体レーザ４０３
の励起光源として用いられているＸｅＣｌエキシマレー
ザ４０１とで構成されている。

【００７１】ＸｅＣｌエキシマレーザ４０１から取り出
された励起光Ｐ４１は、ビームスプリッタ４１０に当た
り、約８０％が透過する。透過した励起光Ｐ４２は、ミ
ラー４１１ａで反射して、色素レーザ４０２の励起光と
して利用される。

【００７２】色素レーザ４０２では、色素としてクーマ
リン４５０が用いられており、これによって波長４５２
ｎｍのレーザ光Ｌ４１が効率よく発生する。レーザ光Ｌ
４１は、波長変換器４０４における波長変換器４０４ａ
に進み、ＳＨＧが行われる。これによって波長２２６ｎ
ｍの紫外光を含むレーザ光Ｌ４２が取り出され、ダイク
ロイックミラー４１２ａに当たり、波長２２６ｎｍの紫
外光Ｌ４３は反射する。このＳＨＧにおける結晶として
は、第１、および第２実施の形態と同様に、ＢＢＯが好
ましい。なお、ダイクロイックミラー４１２ａを透過す
る残留基本波はストッパ４１３で止められる。

【００７３】一方、ビームスプリッタ４１０で反射した
励起光Ｐ４３は、固体レーザ４０３の励起光として利用
される。

【００７４】固体レーザ４０３では、固体レーザ媒質４
２０としてスラブ状のＮｄ：ＹＬＦ結晶（以下、ＹＬＦ
結晶と略す。）が用いられており、これが出力鏡４２１
と全反射鏡４２２とで組まれた共振器中に配置されてい
る。固体レーザ媒質４２０に励起光Ｐ４３がシリンドリ
カルレンズ４２４によって線状に集光することで、レー
ザ動作する。なお、シリンドリカルレンズ４２４によっ
て励起光Ｐ４３は紙面の上下方向に絞られながら、固体
レーザ媒質４２０に集光する。

【００７５】ただし本実施の形態では、共振器中にプリ
ズム４２３が配置されており、これによって固体レーザ
媒質４２０の1.３ミクロン帯でレーザ動作するようにな
っている。ただし、本実施の形態では固体レーザ媒質４
２０としてＹＬＦ結晶が用いられており、それによって
波長１３１３ｎｍでレーザ発振し、赤外光Ｌ４４が取り
出される。

【００７６】ダイクロイックミラー４１２ａで反射した
紫外光Ｌ４３と、赤外光Ｌ４４とは、ダイクロイックミ
ラー４１２ｂで合成され、レーザ光Ｌ４５となる。

【００７７】レーザ光Ｌ４５は、ミラー４１１ｂで反射
して、波長変換器４０４ｂに進み、波長２２６ｎｍの紫
外光と波長１３１３ｎｍの赤外光とのＳＦＭが行われ、
波長１９３ｎｍの露光光Ｌ４６が発生する。なおこのＳ
ＦＭにおいて必要な結晶としては、第１、および第２実
施の形態と同様にＣＬＢＯが好ましい。

【００７８】以上のように本実施の形態では、ＳＦＭで
波長１９３ｎｍの発生に必要な長波長側の赤外光を、Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザ４０１を励起光源とした固体レー
ザ４０３で発生させるのが特徴である。その結果、前記
第１実施の形態と第２実施の形態とは異なり、ＯＰＯを
行わずに赤外光を発生させることができる。その長所と
しては、ＯＰＯで発生させた赤外光は、波長幅が広くな
りすぎ（たとえば２０ｎｍ）、ＳＦＭでの変換効率の劣
化をもたらす懸念がある。あるいはまた、ＯＰＯでは、
得られるレーザ光のエネルギーの安定性が悪い場合もあ
った。これに対して、本実施の形態では、発振波長が定
まった固体レーザの基本波をＳＦＭ用の赤外光とするこ
とで、色素レーザ４０２においてのみ波長安定化すれ
ば、ＳＦＭによって発生させる波長１９３ｎｍの露光光
の波長が安定する。

【００７９】ただし図５で示した第２実施の形態に似た
方式として、色素レーザ４０２における色素レーザ発振
器（ただし図示せず。）の代わりに、波長４５５ｎｍの
ラインのみを取り出したＡｒイオンレーザを用いても、
ＳＦＭによって波長約１９３ｎｍ（より正確には波長１
９3.７ｎｍ）の露光光を発生させることができ、その場
合は、波長を安定化させた色素レーザ発振器が不要にな
る。

【００８０】なお、本実施の形態において、固体レーザ
４０３として波長１０６４ｎｍで発振する通常のＹＡＧ
レーザを用いた場合に、色素レーザ４０２の波長安定化
を容易にするには、波長４７３ｎｍのラインのみを取り
出したＡｒイオンレーザを、色素レーザ４０２における
色素レーザ発振器（ただし図示せず。）の代わりに用い
てもよい。その場合、ＳＦＭに必要な紫外光の波長は約
２３６ｎｍになるため、波長約１９３ｎｍ（より正確に
は１９3.４ｎｍ）の露光光が得られる。ただし波長１９
3.４ｎｍの近傍には酸素の吸収ラインが存在するため、
得られる露光光を空気中で長距離伝搬させることは困難
になることから、伝送路を窒素で満たす必要が生じる。

【００８１】本実施の形態のようにＯＰＯを行わずに、
波長１９３ｎｍを得るためのＳＦＭに必要な赤外光を発
生できることは、従来の参考技術の固体レーザをベース
とした露光光源では困難であった。すなわち、従来の参
考技術の露光光源では、ＳＦＭとして、固体レーザの第
５高調波と、基本波からのＯＰＯによる赤外光とを合成
させていたが、第５高調波の波長は、ＹＡＧレーザを用
いると、２１３ｎｍであるため、赤外光の波長は約2.１
ミクロンになり、また、固体レーザとしてＹＬＦレーザ
を用いるならば、その第５高調波は２０９ｎｍであるた
め、赤外光の波長は約2.５ミクロンになる。ところが1.
３ミクロンより長い波長で効率よく動作する固体レーザ
がほとんど存在しないことから、従来の参考技術ではＯ
ＰＯを利用する以外に赤外光の発生は困難であった。

【００８２】これに対して、本発明では、特にＳＦＭに
用いる紫外光が、色素レーザから作られることから、そ
の波長は可変になる。したがって色素レーザの波長を適
当に選ぶことで、ＳＦＭで必要な赤外光の波長として、
通常の固体レーザの基本波に一致させることが可能にな
った。

【００８３】また本実施の形態では、特に固体レーザ４
０３における波長1.３ミクロン帯のレーザ光を用いてい
るが、これは一般に固体レーザで用いられる波長1.０ミ
クロン帯のレーザ光をＳＦＭに用いる場合に比べて、以
下の特徴がある。

【００８４】もしもＹＬＦ結晶における最も強い発振線
である波長１０４７ｎｍをＳＦＭに必要な赤外光とする
ならば、波長１９３ｎｍの露光光を発生させるには、波
長２３７ｎｍの紫外光が必要になり、前記本実施の形態
の場合の波長２２６ｎｍに比べて長くなる。すなわちＳ
ＦＭでは紫外光と赤外光との波長差が小さくなる程、Ｓ
ＦＭを実現できる結晶に大きな複屈折率を必要として、
ＳＦＭが実現できる結晶が限られてくるからである。

【００８５】なお、本実施の形態における固体レーザ４
０３において、固体レーザ媒質４２０として特にスラブ
状のレーザ結晶を用いている（一般にスラブレーザと呼
ばれる。）理由としては、スラブレーザは、一般に熱的
影響に強く、高品質のレーザビームが常時得られやすい
からである。特に本実施の形態のように、励起光Ｐ４３
としてＸｅＣｌエキシマレーザ４０１からの紫外光が用
いられると、レーザ発振に寄与せずに、単にレーザ結晶
の発熱に使われるレーザ光の割合が増すため、固体レー
ザ媒質４２０における熱的負荷が大きいからである。ま
た、スラブレーザでは、レーザ発振開始直後と定常状態
におけるビーム品質がほとんど変わらない特徴があるた
め、固体レーザ４０３から取り出されるレーザ光Ｌ４４
を波長変換器４０４ｂで波長変換に利用する際に、安定
した波長変換が行えるからである。特に本発明の露光光
源は露光に用いるものであるが、露光では、ウエハー上
のチップに露光光を照射する時と、次のチップに照射さ
せるためにウエハーを移動させる時とで、露光光のＯＮ
とＯＦＦとが頻繁に繰り返される。そのため、従来の参
考技術のロッド状のレーザ媒質を用いた固体レーザを適
用するならば、ビームの広がり角が頻繁に変化すること
があり、波長変換が安定しないことがあるからである。
なお、スラブレーザに関しては、例えば、平成５年レー
ザー学会学術講演会２０周年記念（第１３回）年次大
会、３０ａＶ９、第３９〜４２頁において説明されてい
る。

【００８６】次に、本発明の露光光源のさらに他の実施
の形態（第４実施の形態とする。）を図７を用いて説明
する。

【００８７】第４実施の形態の露光光源５００では、色
素レーザの励起光源として銅蒸気レーザ５０１が用いら
れている。銅蒸気レーザ５０１は、通常の高出力タイプ
の装置であり、広く知られているように、取り出される
レーザ光（すなわち励起光Ｐ５１）は、波長５１１ｎｍ
（より正確には５１0.６ｎｍとされているが、ここでは
５１１ｎｍと示す。）と波長５７８ｎｍの２つの波長が
含まれており、それらの出力比は、一般的な装置と同様
に、それぞれ約６対４になっている。

【００８８】励起光Ｐ５１は、ダイクロイックミラー５
１０ａに当たり、ここで高く透過する波長５１１ｎｍの
励起光Ｐ５２は、第１の色素レーザ５０２ａの励起光と
して利用される。すなわち、ダイクロイックミラー５１
０ａは、４５度で入射する波長５１１ｎｍのレーザ光を
高く透過し、４５度で入射する波長５７８ｎｍのレーザ
光をほぼ全反射する特性を有している。第１の色素レー
ザ５０２ａは、発振器と増幅器とで構成されているが、
図１に示した色素レーザ発振器１０２と色素レーザ増幅
器１０３とを合わせた構成になっているため、その詳細
な構成は省略する。

【００８９】第１の色素レーザ５０２ａでは、色素とし
てローダミン１１０が用いられており、これによって波
長５５０ｎｍのレーザ光Ｌ５１が効率よく発生する。レ
ーザ光Ｌ５１は、波長変換器５０３における波長変換器
５０３ａに進み、第２高調波である波長２７５ｎｍの紫
外光を含むレーザ光Ｌ５２が発生する。このＳＨＧにお
ける結晶としては、第１、第２、および第３実施の形態
と同様に、ＢＢＯでもよいが、ここでは基本波の波長５
５０でＳＨＧの位相整合が可能なＣＬＢＯを用いること
も可能である。レーザ光Ｌ５２の内、紫外光Ｌ５３はダ
イクロイックミラー５１０ｂで反射する。一方、残留基
本波はダイクロイックミラー５１０ｂを透過して、スト
ッパ５１２で止められる。

【００９０】一方、ダイクロイックミラー５１０ａで反
射した波長５７８ｎｍの励起光Ｐ５３は、第２の色素レ
ーザ５０２ｂの励起光として利用される。

【００９１】第２の色素レーザ５０２ｂでは、色素とし
てＤＣＭが用いられており、それによって波長６５０ｎ
ｍの赤色光Ｌ５４が発生する。ＤＣＭを用いる理由とし
ては、ＤＣＭは波長６５０ｎｍ前後において効率よく動
作する色素であるからである。

【００９２】ダイクロイックミラー５１０ｂで反射した
紫外光Ｌ５３と、赤色光Ｌ５４とは、ダイクロイックミ
ラー５１０ｃで合成され、レーザ光Ｌ５５のように進
む。

【００９３】レーザ光Ｌ５５は、ミラー５１１ｂで反射
して、波長変換器５０３ｂに進み、波長２７５ｎｍの紫
外光と波長６５０ｎｍの赤色光とのＳＦＭが行われ、波
長１９３ｎｍの露光光Ｌ５６が発生する。

【００９４】以上のように本実施の形態では、ＳＦＭで
波長１９３ｎｍの発生に必要な長波長側のレーザ光を色
素レーザで発生させるのが特徴である。その理由とし
て、第１の色素レーザで波長５５０ｎｍを発生させるに
は、銅蒸気レーザの波長５１１ｎｍの励起光のみしか利
用されないため、波長５７８ｎｍの励起光も有効に利用
するために、第２の色素レーザを使用するものである。

【００９５】なお、ＳＦＭにおける結晶としては、本実
施の形態ではＣＬＢＯよりもＢＢＯを用いる方が好まし
い。その理由としては、ＳＦＭにおける短波長側の波長
が２７５ｎｍと、第１から第３実施の形態に比べて長く
なっているが、ＢＢＯはＣＬＢＯよりも複屈折率が大き
いため、効率よくＳＦＭが行えるからである。

【００９６】なお、ＢＢＯを用いたＳＦＭによって波長
約１９３ｎｍを発生させる手法に関しては、例えば、Ｓ
ＰＩＥＶｏｌ．１０１７，１９８８，ｐｐ．１５０−
１５４、あるいは、ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，Ｖ
ｏｌ．３６，Ｎｏ．１８，１９９７，ｐｐ．４１５９−
４１６２等において説明されている。これらによると、
波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザと波長約８７０
ｎｍの色素レーザとのＳＦＭ、およびアルゴンイオンレ
ーザのＳＨＧである波長２５７ｎｍとチタンサファイア
レーザの波長約７９０ｎｍとのＳＦＭが報告されてい
る。どちらもＢＢＯを用いることから、発生する波長１
９３ｎｍの吸収が大きく、出力１０Ｗ程度の露光光を発
生させる場合の最終の結晶としては適さない。また、一
般にエキシマレーザのレーザ光を直接波長変換させる場
合、変換効率を上げるため、ビーム質を向上させたり、
パルス幅をＰＳの領域まで短くする等の手段を用いる必
要があり、その結果、出力が低下することも技術的課題
になる。

【００９７】一方、本実施の形態の長所としては、第１
実施の形態や第２実施の形態とは異なり、波長変換器５
０３ｂにおけるＳＦＭに必要なレーザ光のうち、長波長
側の赤色光が、第２の色素レーザ５０２ｂによって作ら
れるものである。したがって、波長変換用の結晶が２個
で済むため、結晶の交換による維持費が低くなる効果が
ある。

【００９８】また、本実施の形態では、色素レーザの励
起光源として銅蒸気レーザが用いられているが、高出力
タイプの銅蒸気レーザでは、通常の繰返し数が４〜６ｋ
Ｈｚと、エキシマレーザに比べて高い。そこで、本実施
の形態の露光光源５００を用いた露光機では、高い繰返
し数の露光により、スペックルノイズの抑制効果が大き
い。すなわちスペックルノイズは、特に波長変換に適し
たシングルモードのレーザ光において大きく、これを抑
制するには、多数のレーザパルスを位置的にずらしなが
ら重ねるのが好ましいと考えられているからである。

【００９９】次に、本発明の露光光源のさらに他の実施
の形態（第５実施の形態とする。）を図８を用いて説明
する。

【０１００】第５実施の形態の露光光源６００は、大別
して、色素レーザ６０２、固体レーザ６０３、波長変換
器６０４、および色素レーザ６０２と固体レーザ６０３
の励起光源として用いられているＸｅＣｌエキシマレー
ザ６０１とで構成されている。ただし、波長変換器６０
４以外は、図６に示された第３実施の形態の露光光源４
００と同じ構成である。

【０１０１】ＸｅＣｌエキシマレーザ６０１から取り出
された励起光Ｐ６１は、ビームスプリッタ６１０ａに当
たる。ここを透過した励起光Ｐ６２は、ミラー６１１ａ
で反射して、色素レーザ６０２の励起に利用される。一
方、ビームスプリッタ６１０ａを反射した励起光Ｐ６３
は固体レーザ６０３の励起に利用される。

【０１０２】色素レーザ６０２から取り出された波長４
５２ｎｍのレーザ光Ｌ６０は、そのほぼ半分のパワーが
ビームスプリッタ６１０ｂを透過する。透過したレーザ
光Ｌ６０ａは波長変換器６０４における波長変換器６０
４ａに進み、ＳＨＧが行われる。これによって波長２２
６ｎｍの紫外光Ｌ６１が発生する。なお、本実施の形態
では、残留基本波に関しては省略する。

【０１０３】固体レーザ６０３から取り出された波長１
３１３ｎｍの赤外光Ｌ６２は、ダイクロイックミラー６
１２ａに当ってほぼ半分のパワーが反射する。反射した
赤外光は、ミラー６１１ｂで反射した紫外光Ｌ６１と合
成され、レーザ光Ｌ６３となる。

【０１０４】波長２２６ｎｍの紫外光と波長１３１３ｎ
ｍの赤外光との合成光であるレーザ光Ｌ６３は、ミラー
６１１ｃで反射して、波長変換器６０４ｃに進み、ＳＦ
Ｍが行われ、波長１９３ｎｍの紫外光Ｌ６４が発生す
る。なお、紫外光Ｌ６４は、ここでは紙面に平行な偏光
方向を有するレーザ光とする。紫外光Ｌ６４は、偏光ビ
ームスプリッタ６１４に当たり、ここを透過する。

【０１０５】一方、色素レーザ６０２から取り出された
レーザ光Ｌ６０の内、残りの半分のパワーのレーザ光Ｌ
６０ｂは、ビームスプリッタ６１０ｂで反射し、ミラー
６１１ｄで反射して、波長変換器６０４ｂに進む。ここ
ではＳＨＧが行われ、波長２２６ｎｍの紫外光Ｌ６５が
発生する。

【０１０６】固体レーザ６０３から取り出された赤外光
Ｌ６２の内、ダイクロイックミラー６１２ａを透過した
赤外光Ｌ６２’は、ダイクロイックミラー６１２ｂに当
たる。これによって紫外光Ｌ６５は、ミラー６１１ｅで
反射してから赤外光Ｌ６２’と合成される。

【０１０７】したがって波長２２６ｎｍの紫外光と波長
１３１３ｎｍの赤外光との合成光Ｌ６６は、ミラー６１
１ｆで反射して、波長変換器６０４ｄに進み、ＳＦＭが
行われ、波長１９３ｎｍの紫外光Ｌ６７が発生する。な
お、紫外光Ｌ６７も、ここでは紙面に平行な偏光方向を
有するレーザ光とする。

【０１０８】紫外光Ｌ６７は、９０度旋光子６１３を通
過することで、紙面に垂直な偏光方向を有する紫外光Ｌ
６７’となる。紫外光Ｌ６７はミラー６１１ｇで反射し
て、偏光ビームスプリッタ６１４に当たり、今度は、こ
こで反射する。したがって、紫外光Ｌ６４と紫外光Ｌ６
７’とは偏光ビームスプリッタ６１４によって合成さ
れ、直交する２方向の偏光を有する紫外光Ｌ６８が形成
される。

【０１０９】紫外光Ｌ６８は、偏光解消板６１５を通過
し、無偏光になり、これが露光光Ｌ６９として露光に利
用される。

【０１１０】本実施の形態では、ＳＦＭに必要な紫外光
を発生させるためのＳＨＧを行う波長変換器と、ＳＦＭ
を行う波長変換器とをどちらも２個づつ用いている。そ
のため、それぞれにおける結晶に入射されるレーザ光の
パワーが約半分で済み、結晶内での発熱が少ないことか
ら、波長変換が安定する特徴がある。

【０１１１】すなわち露光光Ｌ６９は、波長１９３ｎｍ
の２本の紫外光Ｌ６４とＬ６７とが偏光を利用して合成
されたものであるため、例えば、露光光Ｌ６９として平
均出力１０Ｗを得るには、紫外光Ｌ６４とＬ６７とは約
５Ｗでよい。したがって紫外光Ｌ６１とＬ６５として
は、約１０Ｗ程度で済むことから、最初のＳＨＧ用結晶
へ入射させるレーザ光Ｌ６０ａ、およびＬ６０ｂは、ど
ちらも約２０Ｗ程度で済む。

【０１１２】次に、本発明の露光光源を用いた露光機を
スキャン型の露光機として構成する場合の実施の形態に
関して以下に説明する。

【０１１３】なお、スキャン型露光機とは、露光機を用
いて大きな画角を露光させる場合や、精度良くパターン
転写させる場合に、レチクルとウエハーとを移動させな
がら露光する装置のことである。図９に一般的なスキャ
ン型露光機の構成の一例を示す。スキャン型露光機で
は、露光光をレチクルの一部の細長い領域に照射して、
その部分のみをウエハーへ転写させるのもであり、露光
中にレチクルとウエハーをスキャンさせることで、レチ
クル全体のパターンをウエハーに転写させるものであ
る。なお、スキャン型露光機に関しては、例えば、工業
調査会発行「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。

【０１１４】図１０に示したのは、本発明のスキャン型
露光機７００の構成の一部である。全体の配置は、図４
に示した露光機２００とほぼ同等であるため、特に異な
る点を示した。

【０１１５】本発明の露光光源（例えば図１に示した露
光光源１００）から得られる波長１９３ｎｍの露光光Ｌ
１２は、スキャン型露光機７００の露光機本体内のシリ
ンドリカルレンズ７０１ａを通って一方向のみが集光さ
れ、断面が細長い長方形であるスラブロッド７０２中に
入射する。なおスラブロッド７０２とは、断面形状が長
方形のガラスロッドのことであり、材質としては、フッ
化カルシウムが用いられている。

【０１１６】スラブロッド７０２を出射した露光光Ｌ７
０は、シリンドリカルレンズ７０１ｂと７０１ｃとを通
ることで、断面形状が整形され、Ｙ方向に細長い露光光
Ｌ７１になる。露光光Ｌ７１は、レンズ７０３ａを通過
し、ミラー７０４ａ、および７０４ｂで反射し、レンズ
７０３ｂを通り、ビーム断面が縮小された平行ビームに
なり、レチクル７０４上で細長い領域Ｒ７０を照射す
る。

【０１１７】レチクル７０４はレチクルステージ７０５
の駆動部７０５ａに載せられており、駆動部７０５ａは
レチクルステージ７０５の固定部７０５ｂ上でＸ方向に
往復移動するようになっている。これによりレチクル７
０４はＸ方向に往復移動をする。

【０１１８】レチクル７０４を通過した露光光は、縮小
投影レンズ７０６を通過して、ウエハー７０７に照射さ
れる。ウエハー７０７はウエハーステージ７０８の駆動
部７０８ａに載せられており、駆動部７０８ａはウエハ
ーステージ７０８の固定部７０８ｂ上でＸ方向に往復移
動するようになっている。これによりウエハー６０７も
Ｘ方向に往復移動をする。ただしウエハーステージ７０
８の駆動部７０８ａの移動方向は、レチクルステージ７
０５の駆動部７０５ａの移動方向と常に反対になってい
る。

【０１１９】図１０に示されたように、スラブロッド７
０２の配置方向として、断面形状の細長い長方形がＸ方
向になっているが、これと直交する断面の短辺の方向
（すなわちＹ方向）に関しては、スラブロッド７０２中
を進む露光光は何度も全反射を繰り返すため、出射した
露光光Ｌ７０は、Ｙ方向に強度分布が均一化されること
になる。

【０１２０】一方、Ｘ方向に関しては、レチクル７０４
とウエハー７０７をスキャンさせるため、ウエハー７０
７上で露光光が瞬間的に照射される細長い領域Ｒ７１が
Ｘ方向にスキャンされると、レチクル７０４が投影され
るショット領域７０９内では、Ｘ方向に均一な露光量を
与えることになる。

【０１２１】したがって本実施の形態のスキャン型露光
機では、Ｘ方向にもＹ方向にも均一な露光量が与えられ
るようになる。また、ウエハーにおける露光量が均一化
されるだけでなく、スペックルノイズの低減にもなり、
これは特に波長変換によって露光光を発生させる本発明
では効果が大きい。

【０１２２】すなわち本実施の形態のスキャン型露光機
では、スキャンしない方向のみをスラブロッド７０２に
よる均一化を行っているところが特徴である。その理由
として、もしも直交する２方向とも、正方形断面のガラ
スロッド等によって均一化しようとするならば、内部を
進む露光光が十分な全反射回数が得られるように、正方
形の辺を短くする（すなわち、細長いガラスロッドを用
いる）必要が生じるが、その結果、ガラスロッドの内部
でのレーザ光強度が高くなり、劣化しやすくなるという
技術的課題が生じる。また、劣化を抑制するために、断
面積を大きくする（すなわち、太いガラスロッドを用い
る）ならば、十分な全反射回数を得るために、ガラスロ
ッドの長さを長くする必要が生じる。ところがその結
果、ガラスロッドにおける吸収が大きくなり、露光光の
出力が低下することが技術的課題になる。したがって本
実施の形態のようにスラブロッドを用いることで、ロッ
ド中での吸収損失が小さく、しかも十分な全反射回数を
得ることができ、さらに劣化することもない。

【０１２３】次に本発明の露光光源を用いて半導体集積
回路を製造する場合の一実施の形態を図１１を用いて説
明する。この場合、例えば図４に示した露光機２００を
用いて半導体集積回路を製造する場合について説明す
る。

【０１２４】図１１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（Ｓｉ
Ｏ₂）の薄膜１００２に微少な穴（コンタクトホール）
を形成する場合を簡単に示してある。

【０１２５】フォトリソグラフィ加工では、先ず始めに
（１）に示したように、シリコン基板１００１の上に堆
積されたＳｉＯ₂の薄膜１００２にレジスト１００３が
塗布される。次に（２）に示したように露光光Ｌ２３
（多数の矢印で示したもの）をシリコン基板１００１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２１０（図４）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Ｌ２３がレジスト１０
０３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Ｌ２３は照射されない。

【０１２６】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、（３）に示したように露光光Ｌ２３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。

【０１２７】そこで（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。

【０１２８】最後に（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１００２が
シリコン基板１００１上に残ることになる。

【０１２９】本発明では、例えば、図１に示した第１の
実施の形態では、露光光Ｌ２３の波長が１９３ｎｍとな
っているため、通常の露光によっても、最小約0.１８μ
ｍの直径の穴（コンタクトホールなど）や、幅0.１８μ
ｍの線の加工を施すことができる。さらに位相シフトな
どの超高解像技術を用いると、露光波長の約半分の波長
0.１μｍまでの直径の穴や線の加工を施すことができ
る。したがって本発明の露光機を用いると、コンタクト
ホールやゲート加工など、設計ルール程度の微細な加工
を行う場合に有効である。

【０１３０】また、特に図１０に示したスキャン型露光
機７００を用いるならば、従来の参考技術よりも均一な
露光が行えるため、部分的な露光過不足が無く、製品の
歩留まりが高まる。

【０１３１】以上説明したように、本発明の露光光源で
は、露光光の狭帯域化を、波長約４００ｎｍ以上の色素
レーザ発振器で行うため、狭帯域化素子等が短期間で劣
化することがない。したがってＡｒＦエキシマレーザに
比べてランニングコストが低い。

【０１３２】また、ベースとなるレーザとして、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザや銅蒸気レーザを用いるため、これら
は数百Ｗの高出力化が容易であり、露光光１０Ｗを得る
のに必要な２００Ｗ前後の装置としても安価で入手の容
易な市販のものが利用できる。換言すれば、１０Ｗ程度
の高い出力の露光光を用いるので、１ショット当たりの
露光所要時間を短縮して露光工程でのスループットを向
上させることができる。

【０１３３】また、波長変換に用いるレーザ光は、色素
レーザからのレーザ光であるが、色素レーザはシングル
モードで発振させやすいため、波長変換効率を高くする
ことが容易である。

【０１３４】しかもまた、波長１９３ｎｍの露光光を発
生させるまでの波長変換の回数が２〜３回で済むため、
露光光１０Ｗを得るには、最初の非線形光学結晶への入
射パワーは４０Ｗ程度でよいことから、非線形光学結晶
における急激な温度上昇を抑制でき、高い効率で波長変
換が行え、しかも非線形光学結晶の寿命も長くなる。

【０１３５】また、本発明を構成する色素レーザの発振
器の代わりにＨｅ−ＣｄレーザあるいはＡｒイオンレー
ザを用いることで、前記色素レーザの増幅器から取り出
されるレーザ光が狭帯域化でき、また波長も安定化され
る。すなわち波長安定化された狭帯域化の色素レーザ発
振器が不要になるため、露光光源としてのコスト低減が
図れる。

【０１３６】また、特にＳＦＭに必要な赤外光として、
前記ＸｅＣｌエキシマレーザを励起光源とする固体レー
ザの基本波を利用できるため、ＯＰＯを利用せずに波長
１９３ｎｍを得るＳＦＭが行える。その結果、結晶の数
が２個で済むだけでなく、ＳＦＭでの変換効率を十分高
くさせることが可能になった。

【０１３７】また、本発明の露光機では、露光光源の大
部分を床下に設置できるため、ＡｒＦエキシマレーザを
用いる場合に比べて、クリーンルーム内での占有スペー
スを４０％前後削減できる。特に露光機は、種々の半導
体製造装置の中でも必要台数が多いことが知られており
（例えば、１つの半導体工場当たり、３０台程度の露光
機を用いる場合がある。）、省スペース化のメリットは
大きい。

【０１３８】また、本発明のスキャン型露光機のよう
に、スラブロッドを用いることで、ウエハー上で均一な
露光量を実現することができるため、製造される半導体
集積回路の歩留まりが向上する。

【０１３９】また、本発明の露光装置では、維持費が低
くなるため、半導体集積回路のコストを低減できる。

【０１４０】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。

【０１４１】

【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。

【０１４２】本発明の露光光源によれば、低ランニング
コストにて、紫外域で高い平均出力の露光光を発生でき
る、という効果が得られる。

【０１４３】また、本発明の露光光源によれば、低ラン
ニングコストにて、波長１９３ｎｍで平均出力１０Ｗ程
度の紫外域の露光光を発生できる、という効果が得られ
る。

【０１４４】本発明の露光装置によれば、低ランニング
コストにて、紫外域で高い平均出力の露光光を用いた高
スループットのフォトリソグラフィを実現することがで
きる、という効果が得られる。

【０１４５】また、本発明の露光装置によれば、低ラン
ニングコストにて、波長１９３ｎｍで平均出力１０Ｗ程
度の紫外光を露光光として用いるフォトリソグラフィを
高スループットで行うことができる、という効果が得ら
れる。

【０１４６】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、低コストで、より微細な回路パターンを有する次
世代の半導体装置を製造することができる、という効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態の露光光源の構成の一
例を示すブロック図である。

【図２】本発明の露光光源の主構成の一例を示す説明図
である。

【図３】ＡｒＦエキシマレーザと本発明の露光光源の維
持費の一例を対比して示す表である。

【図４】本発明の露光装置の一実施の形態である露光機
の構成の一例を示す概念図である。

【図５】本発明の第２実施の形態の露光光源の構成の一
例を示す概念図である。

【図６】本発明の第３実施の形態の露光光源の構成の一
例を示す概念図である。

【図７】本発明の第４実施の形態の露光光源の構成の一
例を示す概念図である。

【図８】本発明の第５実施の形態の露光光源の構成の一
例を示す概念図である。

【図９】一般的なスキャン型露光機の構成の一例を示す
説明図である。

【図１０】本発明の露光装置の一実施の形態であるスキ
ャン型露光機の構成の一例を示す概念図である。

【図１１】（１）〜（５）は、本発明の露光装置の一実
施の形態である露光機を用いた露光処理の一例を工程順
に示す説明図である。

【図１２】従来の参考技術の露光用エキシマレーザの構
成図である。

【図１３】ＫｒＦエキシマレーザおよびＡｒＦエキシマ
レーザの維持費の一例を対比して示す表である。

【図１４】固体レーザの波長変換による従来の参考技術
光源の主構成を示す説明図である。

【図１５】ＫｒＦエキシマレーザを用いた従来の参考技
術の露光機の配置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１００本発明の露光光源１０１ＸｅＣｌエキシマレーザ１０２色素レーザ発振器１０３色素レーザ増幅器１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ波長変換器１０５波長モニター１０８ａ，１０８ｂ信号線１１１出力鏡１１２全反射鏡１１３レーザ管１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃビームスプリッタ１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃミラー１１７ａ，１１７ｂダイクロイックミラー１２１出力鏡１２２回折格子１２３ａ，１２３ｂ色素溶液１２４エタロン１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄ，１２５ｅ，
１２５ｆレンズ１２６ａ，１２６ｂＯＰＯ用の共振ミラー１２７プリズム１２８ａ，１２８ｂストッパ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ非線形光学結晶Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ＸｅＣｌエキシマレーザ１０１か
らのレーザ光（励起光）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ７波長４４０ｎｍのレ
ーザ光Ｌ５波長２２０ｎｍの紫外光を含むレーザ光Ｌ６波長２２０ｎｍの紫外光Ｌ８波長１５９０ｎｍの赤外光を含むレーザ光Ｌ９波長１５９０ｎｍの赤外光Ｌ１０波長４４０ｎｍの残留基本波と波長６０８ｎ
ｍの赤色光とを含むレーザ光Ｌ１１波長２２０ｎｍの紫外光と波長１５９０ｎｍ
の赤外光との合成光Ｌ１２波長１９３ｎｍの露光光２００露光機２０１露光機本体２０２グレーチング２０３床下の床２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅ
ミラー２０５レンズ２０６ガラスロッド２０７ビーム拡大器２０８ランダム位相板２０９コンデンサレンズ２１０レチクル２１１縮小投影レンズ２１２ウエハーステージ２１３ウエハーＬ２０，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３波長１９３ｎｍの
露光光３００本発明の露光光源３０１ＸｅＣｌエキシマレーザ３０２Ｈｅ−Ｃｄレーザ３０３色素レーザ増幅器３０４，３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ波長変換器３１０ａ，３１０ｂビームスプリッタ３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃミラー３１２ａ，３１２ｂレンズ３１５ａ，３１５ｂ色素溶液３１８ａ，３１８ｂダイクロイックミラー３１９ストッパＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４ＸｅＣｌエキシマ
レーザ３０１からのレーザ光（励起光）Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３，Ｌ３６波長４４２ｎｍの
レーザ光Ｌ３４波長２２１ｎｍの紫外光を含むレーザ光Ｌ３５波長２２１ｎｍの紫外光Ｌ３７波長１５４０ｎｍの赤外光Ｌ３８波長２２１ｎｍの紫外光と波長１５４０ｎｍ
の赤外光との合成光Ｌ３９波長１９３ｎｍの露光光４００本発明の露光光源４０１ＸｅＣｌエキシマレーザ４０２色素レーザ４０３固体レーザ４０４，４０４ａ，４０４ｂ波長変換器４１０ビームスプリッタ４１１ａ，４１１ｂミラー４１２ａ，４１２ｂダイクロイックミラー４１３ストッパ４２０固体レーザ媒質４２１出力鏡４２２全反射鏡４２３プリズム４２４シリンドリカルレンズＰ４１，Ｐ４２，Ｐ４３ＸｅＣｌエキシマレーザ４
０１からのレーザ光（励起光）Ｌ４１波長４５２ｎｍのレーザ光Ｌ４２波長２２６ｎｍの紫外光を含むレーザ光Ｌ４３波長２２６ｎｍの紫外光Ｌ４４波長１３１３ｎｍの赤外光Ｌ４５波長２２６ｎｍの紫外光と波長１３１３ｎｍ
の赤外光との合成光Ｌ４６波長１９３ｎｍの露光光５００本発明の露光光源５０１銅蒸気レーザ５０２ａ，５０２ｂ第１および第２の色素レーザ５０３，５０３ａ，５０３ｂ波長変換器５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃダイクロイックミラ
ー５１１ａ，５１１ｂミラーＰ５１銅蒸気レーザ４０１からのレーザ光（励起
光）Ｐ５２銅蒸気レーザ４０１からの波長５１１ｎｍの
励起光Ｐ５３銅蒸気レーザ４０１からの波長５７８ｎｍの
励起光Ｌ５１波長５５０ｎｍのレーザ光Ｌ５２波長２７５ｎｍの紫外光を含むレーザ光Ｌ５３波長２７５ｎｍの紫外光Ｌ５４波長６５０ｎｍの赤色光Ｌ５５波長２７５ｎｍの紫外光と波長６５０ｎｍの
赤色光との合成光Ｌ５６波長１９３ｎｍの露光光６００本発明の露光光源６０１ＸｅＣｌエキシマレーザ６０２色素レーザ６０３固体レーザ６０４，６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄ
波長変換器６１０ａ，６１０ｂビームスプリッタ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃ，６１１ｄ，６１１ｅ，
６１１ｆ，６１１ｇミラー６１２ａ，６１２ｂダイクロイックミラー６１３９０度旋光子６１４偏光ビームスプリッタ６１５偏光解消板Ｐ６１，Ｐ６２，Ｐ６３励起光Ｌ６０，Ｌ６０ａ，Ｌ６０ｂ波長４５２ｎｍのレー
ザ光Ｌ６１，Ｌ６５波長２２６ｎｍの紫外光Ｌ６２，Ｌ６２’ 波長１３１３ｎｍの赤外光Ｌ６３，Ｌ６６波長２２６ｎｍの紫外光と波長１３
１３ｎｍの赤外光との合成光Ｌ６４，Ｌ６７，Ｌ６７’，Ｌ６８波長１９３ｎｍ
の紫外光Ｌ６９波長１９３ｎｍの露光光７００本発明のスキャン型露光機７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃシリンドリカルレン
ズ７０２スラブロッド７０３ａ，７０３ｂレンズ７０４ａ，７０４ｂミラー７０５レチクルステージ７０５ａレチクルステージ７０５の駆動部７０５ｂレチクルステージ７０５の固定部７０６縮小投影レンズ７０７ウエハー７０８ウエハーステージ７０８ａウエハーステージ７０８の駆動部７０８ｂウエハーステージ７０８の固定部７０９ショット領域Ｌ７０，Ｌ７１，Ｌ７２露光光Ｒ７０，Ｒ７１露光光の照射領域８００露光用エキシマレーザ８０１出力鏡８０２狭帯域化モジュール８０３レーザ管８０４ａ，８０４ｂレーザウインド８０５回折格子８０６プリズム８０７エタロン８０８ビームスプリッタ８０９ミラー８１０波長モニター８１１ａ，８１１ｂ信号線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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のレーザ光を出力する色素レーザ発
生手段と、前記第１のレーザ光から当該第１のレーザ光よりも短波
長の第２のレーザ光を得る高調波発生手段と、前記第１のレーザ光から当該第１のレーザ光よりも長波
長の第３のレーザ光を得る長波長変換手段と、前記第２および第３のレーザ光から、前記第２のレーザ
光よりも短波長の第４のレーザ光を出力する和周波数発
生手段と、を含むことを特徴とする露光光源。
【請求項２】請求項１記載の露光光源において、前記色素レーザ発生手段は、色素レーザ発振器と、前記
色素レーザ発振器から出力されるレーザ光を増幅して前
記第１のレーザ光として出力する色素レーザ増幅器と、
前記色素レーザ発振器および色素レーザ増幅器に励起光
を供給する励起光源と、を含むことを特徴とする露光光
源。
【請求項３】請求項１記載の露光光源において、前記色素レーザ発生手段は、イオンレーザ発振器と、前
記イオンレーザ発振器から出力されるレーザ光を増幅し
て前記第１のレーザ光として出力する色素レーザ増幅器
と、前記色素レーザ増幅器に励起光を供給する励起光源
と、を含むことを特徴とする露光光源。
【請求項４】第１のレーザ光を出力する色素レーザ発
生手段と、前記第１のレーザ光から、当該第１のレーザ光よりも短
波長の第２のレーザ光を得る高調波発生手段と、前記第１のレーザ光よりも長波長の第３のレーザ光を出
力する固体レーザと、前記第２および第３のレーザ光から、前記第２のレーザ
光よりも短波長の第４のレーザ光を出力する和周波数発
生手段と、前記色素レーザ発生手段および前記固体レーザに励起光
を供給する励起光源と、を含むことを特徴とする露光光源。
【請求項５】第１のレーザ光を出力する第１の色素レ
ーザ発生手段と、前記第１のレーザ光から、当該第１のレーザ光よりも短
波長の第２のレーザ光を得る高調波発生手段と、前記第１のレーザ光よりも長波長の第３のレーザ光を出
力する第２の色素レーザ発生手段と、前記第２および第３のレーザ光から、前記第２のレーザ
光よりも短波長の第４のレーザ光を出力する和周波数発
生手段と、前記第１および第２の色素レーザ発生手段に励起光を供
給する励起光源と、を含むことを特徴とする露光光源。
【請求項６】請求項４記載の露光光源において、前記高周波発生手段および前記和周波数発生手段が互い
に対応する個数だけ複数個並列に設けられ、前記色素レ
ーザ発生手段から出力される前記第１のレーザ光を複数
の前記高周波発生手段に分散して入力し、個々の前記高
周波発生手段出力される複数系列の前記第２のレーザ光
と前記固体レーザから出力される前記第３のレーザ光と
を、対応する複数の前記和周波数発生手段の各々に入力
して得られる複数系列の前記第４のレーザ光を併合して
最終的に露光光として出力することを特徴とする露光光
源。
【請求項７】請求項２，３，４または５記載の露光光
源において、前記励起光源は、ＸｅＣｌエキシマレーザ、銅蒸気レー
ザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＵＶ−Ａｒイオンレーザの
いずれかからなることを特徴とする露光光源。
【請求項８】露光原版を経由した露光光を半導体ウェ
ハに照射することにより、前記露光原版のパターンを前
記半導体ウェハに転写する露光装置であって、前記露光
光を出力する露光光源として、請求項１，２，３，４，
５，６または７記載の露光光源を備えたことを特徴とす
る露光装置。
【請求項９】請求項８記載の露光装置において、前記露光装置が、前記露光原版と前記半導体ウェハとを
互いに逆方向にスキャンさせつつ前記転写動作を行うス
キャン型露光装置であるとき、前記露光光の光路上には均一光学系としてスラブ状のガ
ラスロッドが配置され、前記ガラスロッドから出射する
レーザ光において、前記ガラスロッド内での全反射回数
の多い方向を前記スキャン方向と直交する方向になるよ
うに前記ガラスロッドが配置されることを特徴とする露
光装置。
【請求項１０】露光原版を経由した露光光を半導体ウ
ェハに照射することにより、前記露光原版のパターンを
前記半導体ウェハに転写するフォトリソグラフィによっ
て、前記半導体ウェハに半導体装置を形成する半導体装
置の製造方法であって、前記フォトリソグラフィに、請求項１，２，３，４，
５，６または７記載の露光光源、または請求項８または
９記載の露光装置を用いることを特徴とする半導体装置
の製造方法。