JP2002033255A

JP2002033255A - 露光装置、及び照明装置

Info

Publication number: JP2002033255A
Application number: JP2000214756A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mogi; 清茂木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】結像画像にスペックルが生じることを防止す
る。【解決手段】照明装置１と、照明装置１からの光に基
づく照明光を用いて露光処理を行う露光処理部２Ａ〜２
Ｄを備えた露光装置であり、照明装置１は、その中心波
長が互いに僅かに異なるパルス光を出射する複数の光源
１１Ａ〜１１Ｄと、各光源１１Ａ〜１１Ｄから出射され
るパルス光が互いに重複しないように発振タイミングを
制御する発振制御部１２と、各光源１１Ａ〜１１Ｄから
出射される各パルス光を合波して出力する合波装置１３
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバ
イス等をリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用さ
れる露光装置、及び該露光装置等に適用される照明装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロデバイスを製造するためのリソ
グラフィ工程においては、フォトマスク（レチクルを含
む）上に形成された回路パターンを半導体ウエハやガラ
スプレート等の感光基板上に転写する露光装置が使用さ
れる。このようなマイクロデバイスの製造においては、
その集積度を向上するため、さらなる解像力の向上が要
請されている。このような要請に応じるため、露光装置
においては、水銀ランプによるｇ線（波長４３６ｎｍ）
やｉ線（波長３６５ｎｍ）から、ＫｒＦエキシマレーザ
光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長
１９３ｎｍ）というように、使用する照明光の短波長化
が図られている。

【０００３】また、近時においては、エキシマレーザ光
源は、装置構成が複雑・大型で、初期コストやランニン
グコストが高いので、この問題を緩和すべく、固体レー
ザなどを用いて可視域ないし赤外域の光を発振させ、該
光を波長変換して上記の各種光源による光と同じ波長あ
るいは異なる波長の紫外光とし、該紫外光を露光処理に
用いる照明光とするものも開発されている。光源として
固体レーザのようなコヒーレント光を発振するものを用
いた場合には、波長変換の効率が高いため、波長変換素
子としては非線形光学効果を有する光学結晶（非線形光
学結晶）が好適に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光源と
して固体レーザのようなコヒーレント光を出射するもの
を用いた場合には、結像画像に干渉効果による光の明暗
（スペックル）が生じることがあり、高精度なパターン
の転写形成ができない場合があるという問題がある。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、結像画像にスペックルが生じることを防止し
て、高精度なパターンの転写形成を可能とし、高性能で
高品質なマイクロデバイス等を製造できるようにするこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施
の形態の図に示す参照符号を付して説明するが、本発明
の各構成要件は、これら参照符号によって限定されるも
のではない。

【０００７】上記目的を達成するための本発明の露光装
置は、照明装置（１）と、該照明装置からの光に基づく
照明光を用いて露光処理を行う露光処理部（２Ａ〜２
Ｄ）を備えた露光装置において、前記照明装置は、互い
に僅かに波長の異なるパルス光を出射する複数の光源
（１１Ａ〜１１Ｄ）と、前記光源から出射される各パル
ス光を合波して出力する合波装置（１３）とを有するこ
とを特徴とする。

【０００８】上記目的を達成するための本発明の他の露
光装置は、照明装置（１）と、該照明装置からの光に基
づく照明光を用いて露光処理を行う露光処理部（２Ａ〜
２Ｄ）を備えた露光装置において、前記照明装置は、パ
ルス光を出射する光源（１６）と、前記光源から出射さ
れるパルス光の波長が時間的に変動するように該光源を
制御する発振制御部（１７）とを有することを特徴とす
る。

【０００９】結像画像に生じるスペックルは光の波長が
固定的である場合には一定の傾向をもって出現するが、
波長が変化するとスペックルの傾向も変化、即ち、明暗
の位置や形状が変化することになる。

【００１０】上記本発明の露光装置によると、互いに僅
かに波長の異なる複数のパルス光を合波して重畳的に集
合した光を射出するようにしたから、重畳された各パル
ス光によるスペックルはそれぞれの位置や形状が異なる
ので、それぞれのパルス光によって平均化されることに
なり、全体としてスペックルの少ない均一的な光とな
る。即ちレチクルＲ又はウエハＷ上で露光用照明光が照
射される照明領域又は露光領域内の照度均一性を向上さ
せることができる。

【００１１】同様に、上記本発明の他の露光装置による
と、その波長が経時的に変動する光を射出するようにし
たから、時間的に先に射出されたパルス光によるスペッ
クルと時間的に後に射出されたパルス光によるスペック
ルは、それぞれの位置や形状が異なるので、それぞれの
パルス光によって平均化されることになり、全体として
スペックルの少ない均一的な光となる。即ちレチクルＲ
又はウエハＷ上で露光用照明光が照射される照明領域又
は露光領域内の照度均一性を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００１３】第１実施形態図１は本発明の第１実施形態の露光システムの概略構成
図、図２は該露光システムの露光処理部の構成を示す図
である。

【００１４】この露光システム（露光装置）は、図１に
示されているように、照明装置１及び複数の露光処理部
２Ａ〜２Ｄを備えて構成される。

【００１５】［露光処理部］露光処理部２Ａ〜２Ｄは、
それぞれ独立して光源を備えていない点を除いて、通常
の露光装置とほぼ同様の構成を備えており、図１では４
台としているが、１〜３台でも５台以上であってもよ
い。

【００１６】まず、図２を参照して、各露光処理部２Ａ
〜２Ｄの構成について説明する。ここでは、各露光処理
部２Ａ〜２Ｄは互いに同様の構成を有するものとし、露
光処理部２Ａについて説明する。

【００１７】露光処理部２Ａは、フォトマスクとしての
レチクル上に形成されたパターンの像を投影光学系を介
してウエハ（感光基板）上の各ショット領域に逐次転写
するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露
光装置である。

【００１８】同図において、照明装置１からの光（ここ
では、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長１９３ｎｍの光
とする）としての紫外光ＩＬは、露光処理部２Ａとの間
で光路を位置的にマッチングさせるための可動ミラー等
を含むビームマッチングユニット（ＢＭＵ）２１を通
り、パイプ２２を介して光アッテネータとしての可変減
光器２３に入射する。

【００１９】ウエハＷ上のレジストに対する露光量を制
御するための露光コントローラ（露光制御装置）２４
は、照明装置１との間で通信することにより、発光の開
始及び停止、発振周波数、及びパルスエネルギーで定ま
る出力を制御するとともに、可変減光器２３における紫
外光ＩＬに対する減光率を段階的又は連続的に調整す
る。なお、照明光として、ＡｒＦエキシマレーザと同じ
波長１９３ｎｍ以外の光、例えば、ＫｒＦエキシマレー
ザと同じ波長２４８ｎｍの光、Ｆ_２レーザと同じ波長
１５７ｎｍの光、Ａｒ_２エキシマレーザと同じ波長１
２６ｎｍの光やその他の波長２００ｎｍ程度以下の真空
紫外線あるいはそれ以上の紫外線を用いることができ
る。

【００２０】可変減光器２３を通った光ＩＬは、所定の
光軸に沿って配置されるレンズ系２５、２６よりなるビ
ーム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ
（ロットインテグレータ、又はフライアイレンズなどで
あって、同図ではフライアイレンズ）２７に入射する。
なお、フライアイレンズ２７は、照度分布均一性を高め
るために、直列に２段配置してもよい。

【００２１】フライアイレンズ２７の射出面には開口絞
り系２８が配置されている。開口絞り系２８には、通常
照明用の円形の開口絞り、複数の偏心した小開口よりな
る変形照明用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り等が切
り換え自在に配置されている。フライアイレンズ２７か
ら出射されて開口絞り系２８の所定の開口絞りを通過し
た光ＩＬは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッ
タ２９に入射する。ビームスプリッタ２９で反射された
光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ３０に入
射し、インテグレータセンサ３０の検出信号は露光コン
トローラ２４に供給されている。

【００２２】ビームスプリッタ２９の透過率及び反射率
は予め高精度に計測されて、露光コントローラ２４内の
メモリに記憶されており、露光コントローラ２４は、イ
ンテグレータセンサ３０の検出信号より間接的に投影光
学系ＰＬに対する光ＩＬの入射光量（ウエハＷ上での照
明光量に対応）をモニタできるように構成されている。

【００２３】ビームスプリッタ２９を透過した光ＩＬ
は、反射ミラー３１及びコンデンサレンズ系３２を経て
レチクルブラインド機構３３内の固定照明視野絞り（固
定ブラインド）３４に入射する。固定ブラインド３４
は、投影光学系ＰＬの円形視野内の中央で走査露光方向
と直交した方向に伸びるように配置された直線スリット
状又は矩形状の開口部を有する。さらに、レチクルブラ
インド機構３３内には、固定ブラインド３４とは別に照
明視野領域の走査露光方向の幅を可変とするための可動
ブラインド３５が設けられている。可動ブラインド３５
の開口率の情報は露光コントローラ２４にも供給され、
インテグレータセンサ３０の検出信号から求められる入
射光量にその開口率を乗じた値が、投影光学系ＰＬに対
する実際の入射光量となる。

【００２４】レチクルブラインド機構３３の固定ブライ
ンド３４でスリット状に整形された紫外パルス光ＩＬ
は、結像用レンズ系３６、反射ミラー３７、及び主コン
デンサレンズ系３８を介して、レチクルＲの回路パター
ン領域上で固定ブラインド３４のスリット状の開口部と
相似な照明領域を一様な強度分布で照射する。即ち、固
定ブラインド３４の開口部又は可動ブラインド３５の開
口部の配置面は、結像用レンズ系３６と主コンデンサレ
ンズ系３８との合成系によってレチクルＲのパターン面
とほぼ共役となっている。

【００２５】紫外パルス光ＩＬのもとで、レチクルＲの
照明領域内の回路パターンの像が両側テレセントリック
な投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例え
ば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬの結像面に配
置されたウエハＷ上のレジスト層のスリット状の露光領
域に転写される。その露光領域は、ウエハＷ上の複数の
ショット領域のうちの１つのショット領域上に位置して
いる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を
とり、Ｚ軸に垂直な平面内で走査方向（図２の紙面に平
行な方向）にＸ軸をとり、走査方向に直交する非走査方
向（図２の紙面に対して垂直な方向）にＹ軸をとって説
明する。

【００２６】このとき、レチクルＲは、その両側部近傍
の領域がレチクルホルダ（不図示）上に真空吸着されて
おり、このレチクルホルダは伸縮可能な複数の駆動素子
を介してレチクルステージ３９上に載置されている。レ
チクルステージ３９は、レチクルベース４０上にＸ方向
に等速移動できるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向
に微動できるように載置されている。レチクルステージ
３９（レチクルＲ）の２次元的な位置、及び回転角は駆
動制御ユニット４１内のレーザ干渉計によってリアルタ
イムに計測されている。この計測結果及び装置全体の動
作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系４２か
らの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット４１内の駆
動モータ（リニアモータやボイスコイルモータ等）は、
レチクルステージ３９の走査速度及び位置の制御を行
う。

【００２７】そして、レチクルＲのアライメントを行う
際には、レチクルＲに形成されている一対のレチクルア
ライメントマーク（不図示）の中心を投影光学系ＰＬの
露光フィールドのほぼ中心に設定した状態で、レチクル
アライメントマークが照明光ＩＬと同じ波長域の照明光
で照明される。レチクルアライメントマークの像はウエ
ハステージ４３上のアライメントマーク（不図示）の近
傍に形成され、レチクルアライメント顕微鏡（不図示）
でレチクルアライメントマークの像に対するウエハステ
ージ４３上のアライメントマークの位置ずれ量を検出
し、これらの位置ずれ量を補正するようにレチクルステ
ージ３９を位置決めすることで、レチクルＲのウエハＷ
に対する位置合わせが行われる。

【００２８】この際に、アライメントセンサ（不図示）
で対応する基準マークを観察することで、アライメント
センサの検出中心からレチクルＲのパターン像の中心ま
での間隔（ベースライン量）が算出される。ウエハＷ上
に重ね合わせ露光を行う場合には、アライメントセンサ
の検出結果をそのベースライン量で補正した位置に基づ
いてウエハステージ４３を駆動することで、ウエハＷ上
の各ショット領域にレチクルＲのパターン像を高い重ね
合わせ精度で転写できる。

【００２９】一方、ウエハＷは、ウエハホルダＷＨを介
してＺチルトステージ４４上に吸着保持され、Ｚチルト
ステージ４４は、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平
面に沿って２次元移動するＸＹステージ４５上に固定さ
れ、Ｚチルトステージ４４及びＸＹステージ４５により
ウエハステージ４３が構成されている。Ｚチルトステー
ジ４４は、ウエハＷの表面をオートフォーカス方式及び
オートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ
込み、ＸＹステージ４５はウエハＷのＸ方向への等速走
査、Ｘ方向及びＹ方向へのステッピングを行う。Ｚチル
トステージ４４（ウエハＷ）の２次元的な位置、及び回
転角は駆動制御ユニット４６内のレーザ干渉計によって
リアルタイムに計測されている。この計測結果及び主制
御系４２からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット
４６内の駆動モータ（リニアモータ等）は、ＸＹステー
ジ４５の走査速度及び位置の制御を行う。ウエハＷの回
転誤差は、主制御系４２及び駆動制御ユニット４１を介
してレチクルステージ３９を回転することで補正され
る。

【００３０】主制御系４２は、レチクルステージ３９及
びＸＹステージ４５のそれぞれの移動位置、移動速度、
移動加速度、位置オフセット等の各種情報を駆動制御ユ
ニット４１及び４６に送る。そして、走査露光時には、
レチクルステージ３９を介して紫外パルス光ＩＬの照明
領域に対してレチクルＲが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に
速度Ｖｒで走査されるのに同期して、ＸＹステージ４５
を介してレチクルＲのパターンの像の露光領域に対して
ウエハＷが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度β・Ｖｒ
（βはレチクルＲからウエハＷへの投影倍率）で走査さ
れる。

【００３１】また、主制御系４２は、ウエハＷ上の各シ
ョット領域のレジストを適正露光量で走査露光するため
の各種露光条件を設定して、露光コントローラ２４とも
連携して最適な露光シーケンスを実行する。即ち、ウエ
ハＷ上の１つのショット領域への走査露光開始の指令が
主制御系４２から露光コントローラ２４に発せられる
と、露光コントローラ２４は照明装置１による照明光の
射出を開始するとともに、インテグレータセンサ３０の
検出信号等に基づき投影光学系ＰＬに対する入射光量を
求める。そして、露光コントローラ２４では、その入射
光量及び投影光学系ＰＬの透過率に応じて、走査露光後
のウエハＷ上のレジストの各点で適正露光量が得られる
ように、照明装置１の出力（発振周波数及びパルスエネ
ルギー等）及び可変減光器２３の減光率を制御する。そ
して、当該ショット領域への走査露光の終了時に、照明
装置１による照明光の射出が停止される。

【００３２】また、この実施形態のＺチルトステージ４
４上のウエハホルダＷＨの近傍には光電検出器よりなる
照射量モニタ４７が設置され、照射量モニタ４７の検出
信号も露光コントローラ２４に供給されている。照射量
モニタ４７は、投影光学系ＰＬによる露光領域の全体を
覆う大きさの受光面を備え、ＸＹステージ４５を駆動し
てその受光面を投影光学系ＰＬの露光領域を覆う位置に
設定することで、投影光学系ＰＬを通過した紫外パルス
光ＩＬの光量を計測できる。この実施形態では、インテ
グレータセンサ３０及び照射量モニタ４７の検出信号を
用いて投影光学系ＰＬの透過率を計測する。なお。照射
量モニタ４７の代わりに、その露光領域内での光量分布
を計測するためのピンホール状の受光部を有する照度む
らセンサを使用しても良い。

【００３３】この実施形態では、照明光として、波長１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ相当の光を用いている
ため、パイプ２２内から可変減光器２３、レンズ系２
５，２６、さらにフライアイレンズ２７〜主コンデンサ
レンズ系３８までの光路を外気から遮断するサブチャン
バ４８が設けられ、そのサブチャンバ４８内の全体には
配管４９を通して不活性ガス（窒素やヘリウム等）が供
給される。同様に投影光学系ＰＬの鏡筒内部の空間（複
数のレンズ素子間の空間）の全体にも配管５０を介して
不活性ガスが供給される。

【００３４】その不活性ガスの供給は、サブチャンバ４
８や投影光学系ＰＬの鏡筒の気密性が高い場合は、一度
大気との完全な置換が行われた後はそれ程頻繁に行う必
要はない。しかしながら、光路内に存在する各所の物質
（硝材、コート材、接着剤、塗料、金属、セラミックス
等）から生じる水分子や炭化水素分子等が光学素子の表
面に付着して起こる透過率変動を考慮すると、温度制御
された不活性ガスを光路内で強制的にフローさせつつ、
ケミカルフィルタや静電フィルタによってそれらの不純
物分子を除去していくことも必要である。

【００３５】なお、上述した露光処理部２Ａ〜２Ｄは、
ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装
置（スキャニング・ステッパー）としたが、レチクルと
ウエハとを静止させた状態でレチクルパターンの全面に
露光用照明光を照射して、そのレチクルパターンが転写
されるべきウエハ上の一つの区画領域（ショット領域）
を一括露光するステップ・アップ・リピート方式の縮小
投影型の露光装置（ステッパー）、その他の形式の露光
装置であってもよい。また、各露光処理部２Ａ〜２Ｄ
は、互いに同一の形式の露光装置である必要はなく、ス
キャン型のもの、静止型のもの、その他のものを混在さ
せることもできる。また、上記形式に関係なく１回の露
光動作で露光される基板上の領域の大きさが異なる（一
例としては投影光学系のフィールドサイズが異なる）露
光装置同士を混在させてもよい。

【００３６】また、露光処理部２Ａ〜２Ｄは、半導体素
子、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、薄膜磁
気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、
及びＤＮＡチップなどの製造に用いられるもののみなら
ず、レチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基
板、又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する
ものであってもよい。

【００３７】マイクロデバイスは、デバイスの機能・性
能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマ
スク（レチクル）を製作するステップ、ウエハ又はガラ
スプレート（感光基板）を制作するステップ、上述の露
光装置（露光処理部２Ａ〜２Ｄ）によりマスクのパター
ンを感光基板に露光転写するステップ、デバイス組み立
てステップ（ボンディング工程を含む）、検査ステップ
等を経て製造される。

【００３８】［照明装置］次に、この実施形態の照明装
置１について説明する。照明装置１は、図１に示されて
いるように、複数の光源１１Ａ〜１１Ｄ、発振制御部１
２、合波装置１３、分配装置１４及び複数の波長変換装
置１５Ａ〜１５Ｄを備えている。また、図示は省略して
いるが、各光源１１Ａ〜１１Ｄ、合波装置１３、分配装
置１４、各波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄ、及び各露光処
理部２Ａ〜２Ｄの間を光学的に結合する、ミラー、レン
ズ、その他の光学素子等により構成される送光装置を備
えている。なお、以下の説明では、光源１１Ａ〜１１Ｄ
から出射され、波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄにより波長
変換される前の光を基本波ということがある。

【００３９】各光源１１Ａ〜１１Ｄは、可視光または赤
外光を発生するＹＡＧレーザや半導体レーザ等の固体レ
ーザを備えて構成され、必要に応じて発振されたパルス
光を所定の出力にまで増幅する増幅装置等が備えられ
る。各固体レーザはここではＱスイッチ方式のパルスレ
ーザとする。

【００４０】発振制御部１２は、露光制御装置２４によ
る制御の下、各光源１１Ａ〜１１Ｄが射出する各パルス
光の発振タイミングを適宜にずらして各パルス光のパル
スが互いに重ならないようにする制御及びその他の制御
を実施する。

【００４１】各光源１１Ａ〜１１Ｄから出射されたパル
ス光は、複数の光路結合用のビームスプリッタ１３Ａ〜
１３Ｄ（但し、１３Ａは全反射ミラーでもよい）を備え
た合波装置１３により合波集合されて単一の光として出
力される。合波装置１３から出力され、送光装置により
送られた光は、複数の光路分岐用のビームスプリッタ１
４Ａ〜１４Ｄ（但し、１４Ｄは全反射ミラーでもよい）
を備えた分配装置１４によりほぼ均等に分岐されて対応
する波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄに供給される。

【００４２】各波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄは、入射さ
れた基本波を波長変換して対応する露光処理部２Ａ〜２
Ｄに供給する。波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄは、波長変
換素子としての非線形光学結晶、レンズ、ミラー、ビー
ムスプリッタ、その他の光学素子等を適宜に配置して構
成される。非線形光学結晶は、特定の光学結晶、例えば
ＡＤＰ、ＫＤＰ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ、ＳＢＢ
Ｏ、ＣＢＯ等が有する非線形光学効果により基本波をそ
の波長よりも短い波長の光に変換するものであり、基本
波がコヒーレント光の場合に変換効率が高く、この場合
に出力される光もコヒーレント光となる。波長変換装置
１５Ａ〜１５Ｄは、例えば、基本波の波長を７７２ｎｍ
とした場合に、その４倍高調波としてのＡｒＦエキシマ
レーザ相当の光（波長１９３ｎｍ）に波長変換したもの
を露光処理部２Ａ〜２Ｄに供給する。

【００４３】各光源１１Ａ〜１１Ｄから出射されたパル
ス光は、合波装置１３により合波集合された後に、ほぼ
均等に分配されて、各露光処理部２Ａ〜２Ｄについてそ
れぞれその近傍に設けられた波長変換装置１５Ａ〜１５
Ｄに入射されてそれぞれ波長変換され、対応する露光処
理部２Ａ〜２Ｄに露光処理に用いる照明光として供給さ
れる。

【００４４】図３（ａ）〜（ｃ）は波長スペクトルを示
す図であり、横軸が波長（λ）、縦軸が強度である。図
３（ｂ）において、λ１、λ２、λ３、λ４は、それぞ
れ波長変換後の光（照明光）の各光源１１Ａ〜１１Ｄに
より射出されたパルス光に対応する成分の波長スペクト
ルを示している。Δλは露光処理部２Ａ〜２Ｄで使用さ
れる照明光の波長スペクトル幅である。各スペクトルλ
１、λ２、λ３、λ４のスペクトル幅は、照明光のスペ
クトル幅Δλに対して十分小さく、かつ各λ１、λ２、
λ３、λ４のそれぞれの中心波長は照明光のスペクトル
幅Δλの範囲内で互いに僅かに異なるように設定されて
いる。

【００４５】照明光はこのような各スペクトルλ１、λ
２、λ３、λ４が重畳されたものとなるから、各スペク
トルλ１、λ２、λ３、λ４について、それぞれスペッ
クルが発生する場合であっても、重なり合った部分で互
いに平均化されて相殺されるので、全体としてはスペッ
クルの少ない均一な照明光となる。従って、各露光処理
部２Ａ〜２Ｄにおいて、線幅誤差等の小さい高精度なパ
ターンの転写形成を実現することができ、品質や信頼性
の高いマイクロデバイスを製造することができるように
なる。

【００４６】本実施形態では、重畳された各光源１１Ａ
〜１１Ｄから出射されたパルス光のパルスが互いに重な
り合わないように、発振制御部１２が各光源１１Ａ〜１
１Ｄによるパルス光の発振タイミングをずらして発振さ
せるように制御しているので、各パルス光間で干渉を生
じることがなく、これによって露光精度が劣化すること
がない。

【００４７】また、合波装置１３により合波集合した光
をさらに分配装置１４によりほぼ均等に分配して各露光
処理部２Ａ〜２Ｄに供給するようにしたから、それぞれ
の露光処理部２Ａ〜２Ｄに対応してそれぞれ照明装置１
を設ける構成と比較して、全体として構成が簡略であ
る。

【００４８】さらに、各光源１１Ａ〜１１Ｄから出射さ
れたパルス光を合波装置１３により合波して、送光装置
により露光処理部２Ａ〜２Ｄの近傍まで送光し、その後
に分配装置１４により分配して、対応する波長変換装置
１５Ａ〜１５Ｄにより照明光の波長に波長変換するよう
にしており、光源１１Ａ〜１１Ｄから波長変換装置１５
Ａ〜１５Ｄまでの間で送られる光は、可視域ないし赤外
域の光なので、反射鏡その他の光学素子による吸収・散
乱、あるいは送光空間中に存在する酸素等の光吸収物質
による吸収が無い等、送光に伴う光の損失が紫外光を送
る場合と比較して極めて小さく、高効率的であるととも
に、送光装置等を安価に構成することが可能である。ま
た、各波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄは対応する露光処理
部２Ａ〜２Ｄの近傍に設けられているので、これらの間
の送光距離が短く、これらの部分における光の損失も少
なく高効率的であるとともに、波長変換装置１５Ａ〜１
５Ｄから出射された紫外光と対応する露光処理部２Ａ〜
２Ｄとの間の光学的位置の整合性も高くすることができ
る。

【００４９】各光源１１Ａ〜１１Ｄで発振するパルス光
（基本波）の波長と、波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄで波
長変換した後の光（照明光）の波長との関係としては、
特に限定されないが、例えば、以下のようにすることが
できる。

【００５０】基本波の波長を１．５１〜１．５９μｍの
範囲内として、波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内であ
る８倍高調波に波長変換し、又は波長が１５１〜１５９
ｎｍの範囲内である１０倍高調波に波長変換することが
できる。特に基本波の波長を１．５４４〜１．５５３μ
ｍの範囲内とし、波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の
８倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザとほ
ぼ同一波長となる紫外光を得るようにし、あるいは基本
波の波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とし、波長
が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波に波長変
化して、Ｆ_２レーザとほぼ同一波長となる紫外光を得る
ようにできる。

【００５１】また、基本波の波長を１．０３〜１．１２
μｍの範囲内として、波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲
内である７倍高調波に波長変換し、特に基本波の波長を
１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とし、波長が１５
７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波に波長変換して、
Ｆ_２レーザとほぼ同一波長となる紫外光を得るように
してもよい。

【００５２】なお、上述した説明では、合波装置１３で
合波集合された光を分配装置１４により均等に分配する
ようにしたが、必要に応じて他の分配率となるようにし
てもよい。また、必要に応じて、送光装置の波長変換装
置１５Ａ〜１５Ｄの前後において、光パワーを増幅する
増幅装置を設けてもよい。

【００５３】さらに、本実施形態のように、合波後の光
を分配装置により均等に分配するのではなく、図示は省
略するが光路切換装置を設けて、各波長変換装置１５Ａ
〜１５Ｄに選択的に送光するようにできる。このための
構成としては、例えば、上述のビームスプリッタ１４Ａ
〜１４Ｃに代えて、対応する波長変換装置１５Ａ〜１５
Ｃに向かって光路を選択的に折り曲げ又は解除できる可
動式の全反射ミラーを配置し、これらの可動式のミラー
を適宜に駆動するようにして、各波長変換装置１５Ａ〜
１５Ｄのうちの任意の一つに選択的に送光するようにで
きる。また、このように光路の切り換えを複数のミラー
により行うのではなく、単一のミラーの角度調整により
光の進行方向を変更するものや光の屈折を利用したもの
により行うようにしてもよい。

【００５４】各光源（１１Ａ〜１１Ｄ）の数としては、
上述の実施形態のように４つに限られるものではなく、
２以上であれば他の数とすることができる。また、露光
処理部（２Ａ〜２Ｄ）及び波長変換装置（１５Ａ〜１５
Ｄ）の数も４つに限られず、１以上の任意の数とするこ
とができる。

【００５５】また、上述した実施形態では、各光源１１
Ａ〜１１Ｄ、合波装置１３、分配装置１４、各波長変換
装置１５Ａ〜１５Ｄ、及び各露光処理部２Ａ〜２Ｄの間
を光学的に結合する送光装置として、ミラー、レンズ、
その他の光学素子等により構成されるものを採用してい
るが、各光源１１Ａ〜１１Ｄ、合波装置１３、分配装置
１４、及び各波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄ間については
光ファイバケーブルを備えたものを採用することができ
る。

【００５６】この場合においては、合波装置１３や分配
装置１４としても、ミラーやビームスプリッタを用いた
ものでなく、複数の光ファイバを用いて（例えば、複数
の光ファイバを融着・延伸等して）構成される光ファイ
バ型の合波装置や分配装置を採用することができる。同
じくこの場合において、光路中に増幅装置を配置すると
きは、エルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの
両方）がドープされたファイバーアンプを採用すること
ができる。

【００５７】石英を用いた通常の光ファイバケーブルや
これを用いた光ファイバ型の合分配装置は、構成が簡略
で低コストであるという利点を有しているが、紫外光に
適用することは伝送損失等の観点から一般に難しい。本
実施形態では、光源１１Ａ〜１１Ｄから波長変換装置１
５Ａ〜１５Ｄの間で送られる光は、紫外光ではなく、可
視光ないし赤外光として、これを波長変換装置１５Ａ〜
１５Ｄで照明光としての紫外光に波長変換するものであ
るから、送光装置等として石英等を用いた通常の光ファ
イバケーブルやこれを用いた光ファイバ型の合分配装置
を採用することができ、これにより構成が簡易になると
ともに、コストを低くすることができる。

【００５８】また、このように光ファイバケーブル等に
より送光することが可能であるから、ミラー等の光学素
子を用いた送光装置と比較して、該光学素子間のアライ
メント等の調整が簡易になるとともに、各光学素子間の
位置的不整合を少なくでき、光損失を少なくすることが
できる。光ファイバーケーブル等を採用することによ
り、各露光処理部２Ａ〜２Ｄの配置に関する自由度も向
上することができる。

【００５９】波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄよりも露光処
理部２Ａ〜２Ｄ側で送光用に光ファイバを使用すること
も可能であり、この場合には、その光ファイバは、例え
ば、紫外域の光に対しても損失が少ないフッ素をドープ
した合成石英等を材料として用いる。

【００６０】第２実施形態次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して
説明する。上述した第１実施形態と実質的に同一の構成
部分については、同一の番号を付して、その説明は省略
することにし、異なる部分についてのみ説明することに
する。

【００６１】上述した第１実施形態の照明装置１は、複
数の光源１１Ａ〜１１Ｄを備え、これらから出射された
パルス光を合波装置１３により合波集合させるようにし
たものであるが、この第２実施形態の照明装置は、単一
の光源１６とこれを制御する発振制御部１７を備えて構
成される。この光源１６及び発振制御部１７は、上述し
た光源１１Ａ〜１１Ｄ及び発振制御部１２とほぼ同様で
あるが、以下の機能を有している点で相違する。即ち、
この第２実施形態の照明装置は、発振制御部１７による
制御に基づき、光源１６が出射するパルス光の波長をそ
の中心波長を中心として所定の範囲内（照明光として必
要とされる波長スペクトル幅Δλの範囲内）で振動的に
変動させることができる。発振制御部１７によるこの波
長を変動させる制御は、例えばパルス単位で行うことが
できる。

【００６２】光源１６から出射されるパルス光は、図３
（ａ）に示すように、時間的に複数のパルス間でその波
長スペクトル（中心波長）が照明光の波長スペクトル幅
Δλの範囲内で順次僅かに異なるように制御されてい
る。図３（ａ）において、実線で示すのは、光源１６か
ら出射されるパルス光のうち最初に発生したパルスにつ
いての波長スペクトルであり、各々点線で示す波長スペ
クトルは、その後に順次発生するパルスについての波長
スペクトルである。

【００６３】照明光は各パルス毎に波長スペクトルが僅
かに異なるから、各パルスについて、それぞれスペック
ルが発生する場合であっても、重なり合った部分で互い
に平均化されて相殺されるので、全体としてはスペック
ルの少ない均一な照明光となる。従って、露光処理部２
Ａにおいて、線幅誤差等の小さい高精度なパターンの転
写形成を実現することができ、品質や信頼性の高いマイ
クロデバイスを製造することができるようになる。

【００６４】この第２実施形態は、上述した第１実施形
態と比較して光源の数が少ないにもかかわらず、同様の
効果を達成することができる点で優れている。但し、発
振制御部１７による制御は多少複雑となるので、この観
点からは上述した第１実施形態の方が優れている。

【００６５】なお、図４では、波長変換装置１５Ａ及び
露光処理部２Ａが１つのものを例示しているが、図１と
同様に複数の露光処理部に対して分配ないし選択供給す
る構成としてもよいことは勿論である。その他について
は、図１に示した第１実施形態及びその変形例と同様で
ある。

【００６６】また、第１実施形態において、各光源１１
Ａ〜１１Ｄ及び発振制御部１２に、第２実施形態の光源
１６及び波長制御部１７と同様なパルス毎の波長変動制
御機能を具備せしめて、それぞれについて同様な制御を
行うようにすることができる。図３（ｃ）に光源が２つ
の場合で、それぞれのパルス光についてパルス毎の波長
変動制御を実施した場合のスペクトルを示す。同図中、
実線で示すのが、２つの光源についての最初のパルスに
ついての波長スペクトルであり、これらにそれぞれ隣接
して各々点線で示すのが、その後に発生されたパルスに
ついての波長スペクトルである。図３（ａ）、（ｂ）と
比較して、各波長スペクトルをさらに分散的にすること
ができ、スペックルの平均化効果をさらに高めることが
期待できる。また、図３（ａ）の場合と比較して、より
高速制御が可能となる。なお、本例ではパルス単位でそ
の波長スペクトルを異ならせるとしたが、これは１パル
ス毎でもよいし、あるいは複数パルス毎でもよい。

【００６７】第３実施形態図５は本発明の第３実施形態の概略構成を示す図であ
る。上述した第１実施形態及び第２実施形態と実質的に
同一の構成部分については同一の符号を付して、その説
明は省略することにする。

【００６８】この第３実施形態は、１台のマスタ露光装
置（マスタ装置）ＭＡ及び複数のスレーブ露光装置（ス
レーブ装置）ＳＬ１，ＳＬ２，…からなる露光システム
（露光装置）であり、マスタ露光装置ＭＡはそれ自体単
独で露光処理を行うことができ、スレーブ露光装置ＳＬ
１，ＳＬ２，…は必要（生産能力の増強）に応じて増設
することができるようになっている。

【００６９】マスタ装置ＭＡは、上述した第２実施形態
と同じ固体レーザを有する光源１６及びその発振を制御
する発振制御部１７を備えている。また、マスタ装置Ｍ
Ａは、光源１６の固体レーザから出射された可視光又は
赤外光（基本波）を照明光としての紫外光に波長変換す
る波長変換装置１５Ａ、光源１６と波長変換装置１５Ａ
とを光学的に接続する送光装置、及び波長変換装置１５
Ａで波長変換された光を用いて露光処理を実施する露光
処理部２Ａ等を備えて構成されている。

【００７０】スレーブ装置ＳＬ１は、波長変換装置１５
Ｂ、マスタ露光装置ＭＡの光源１６と波長変換装置１５
Ｂとを光学的に接続する送光装置、及び波長変換装置１
５Ｂで波長変換された光を用いて露光処理を実施する露
光処理部２Ｂ等を備えて構成されている。スレーブ露光
装置ＳＬ２，…は、スレーブ装置ＳＬ１と基本的に同様
の構成となっている。

【００７１】マスタ露光装置ＭＡが単独で設置されてい
る場合には、光源１１からの基準光は送光装置により波
長変換装置１５Ａに伝送され、ここで照明光としての紫
外光に波長変換されて、露光処理部２Ａに入射され、露
光処理が実施される。

【００７２】生産能力を増大させる場合には、スレーブ
露光装置ＳＬ１を追加的に設置することにより対応する
ことができる。即ち、光源１１からの基準光をマスタ露
光装置ＭＡの送光装置による光路中に分岐装置としての
ミラー（この場合は反射率５０％のビームスプリッタ）
１８Ａを設けて、光源１１からの基本波を、スレーブ露
光装置ＳＬ１の送光装置のミラー（この場合は全反射ミ
ラー）１８Ｂを介して波長変換装置１５Ｂに分配する。
スレーブ露光装置ＳＬ２，…を増設する場合も同様であ
る。

【００７３】なお、マスタ露光装置ＭＡの分岐装置（ミ
ラー１８Ａ等）は、マスタ露光装置ＭＡに予め設けられ
ている必要はなく、スレーブ露光装置ＳＬ１等を増設す
るときに追加するようにしてもよい。但し、分岐装置
（ミラー１８Ａ等）は、マスタ露光装置ＭＡに予め設け
ておき、スレーブ露光装置ＳＬ１，…を増設していない
ときには、かかる分岐機能を停止した状態にしておくよ
うにしてもよい。

【００７４】この第３実施形態によると、光源１６を備
えたマスタ露光装置ＭＡを単独で設置しておき、必要に
応じて光源を備えない複数のスレーブ露光装置ＳＬ１，
ＳＬ２，…を一括的にあるいは順次的に増設することが
できるから、生産能力の増強に柔軟に対応することがで
き、しかも、増設用のスレーブ露光装置ＳＬ１，ＳＬ
２，…は、光源を有していないので、少なくともその分
だけ安価であり、全体として低コスト化を実現すること
ができる。

【００７５】なお、分岐装置としては、複数の可動ミラ
ーの姿勢を制御して光路を択一的に分岐させるもの、あ
るいは複数のビームスプリッタにより均等にあるいは不
均等に分配するもののいずれを用いてもよい。

【００７６】また、必要に応じて、マスタ露光装置ＭＡ
及び／又はスレーブ装置ＳＬ１，ＳＬ２，…の波長変換
装置１５Ａ，１５Ｂの上流側又は下流側に増幅装置を設
けて、光パワーを増幅するようにできる。なお、光ファ
イバケーブルを用いて、マスタ露光装置ＭＡの光源１６
と各スレーブ露光装置ＳＬ１，ＳＬ２，…を光学的に接
続するようにしてもよく、この場合の増幅装置としては
光ファイバ型のもの（例えば、エルビウムドープ光ファ
イバアンプ）を採用するとよい。

【００７７】上述した各実施形態において、波長変換装
置１５Ａ〜１５Ｄは対応する露光処理部２Ａ〜２Ｄのチ
ャンバー（露光処理部の全体を覆う箱）の内側又は外側
のいずれに設けてもよい。波長変換装置１５Ａ〜１５Ｄ
を当該チャンバーの内側に設ける場合には、例えば、照
明光学系を支持する架台に一体に設けることができる。
また、光源１６などはクリーンルームの床下（ユーティ
リティースペース）に配置するようにしてもよい。ま
た、送光装置に用いられる光ファイバケーブルやコリメ
ートレンズ等としては、フッ素ドープ合成石英から形成
されたものを採用することができ、特に波長１２０ｎｍ
〜１８０ｎｍの照明光に対して有効である。

【００７８】上述した第３実施形態では、上述した第２
実施形態と同じ単一の光源１６及び発振制御部１７を採
用した場合について説明しているが、上述した第１実施
形態と同じ複数の光源１１Ａ〜１１Ｄ及び発振制御部１
２を採用することも勿論可能である。

【００７９】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、結像画像
にスペックルが生じることが防止される、即ちレチクル
Ｒ又はウエハＷ上で露光用照明光が照射される照明領域
又は露光領域内の照度均一性を向上させることができる
ので、高精度なパターンを転写形成することができるよ
うになるという効果がある。その結果、高性能で高品質
なマイクロデバイス等を製造することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の露光システムの構成
を示す図である。

【図２】本発明の実施形態の露光処理部の構成を示す
図である。

【図３】本発明の実施形態の光の波長スペクトルを示
す図である。

【図４】本発明の第２実施形態の露光システムの構成
を示す図である。

【図５】本発明の第３実施形態の露光システムの構成
を示す図である。

【符号の説明】

１…照明装置１１Ａ〜１１Ｄ…光源１２…発振制御部１３…合波装置１４…分配装置１５Ａ〜１５Ｄ…波長変換装置２Ａ〜２Ｄ…露光処理部Ｒ…レチクル（フォトマスク）Ｗ…ウエハ（感光基板）ＰＬ…投影光学系２１…ビームマッチングユニット２２，２３，２５〜３８…照明光学系２４…露光制御装置ＭＡ…マスタ露光装置ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３…スレーブ露光装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明装置と、該照明装置からの光に基づ
く照明光を用いて露光処理を行う露光処理部を備えた露
光装置において、前記照明装置は、中心波長が互いに異なるパルス光を出
射する複数の光源と、前記各光源から出射される各パル
ス光を合波して出力する合波装置とを有することを特徴
とする露光装置。
【請求項２】前記各光源から出射されるパルス光の波
長スペクトル幅は、前記照明光の波長スペクトル幅より
も狭く、かつ該パルス光の中心波長は該照明光の波長ス
ペクトル幅の範囲内で互いに異なることを特徴とする請
求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記照明装置は、前記各光源から出力さ
れる各パルス光の発振タイミングが互いに異なるように
前記光源を制御する発振制御部を有することを特徴とす
る請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】前記発振制御部は、前記光源から出射さ
れるパルス光の波長が経時的に変動するように該光源を
制御することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の
露光装置。
【請求項５】照明装置と、該照明装置からの光に基づ
く照明光を用いて露光処理を行う露光処理部を備えた露
光装置において、前記照明装置は、パルス光を出射する光源と、前記光源
から出射されるパルス光の中心波長が経時的に変動する
ように該光源を制御する発振制御部とを有することを特
徴とする露光装置。
【請求項６】前記光源から出射されるパルス光の中心
波長は前記照明光の波長スペクトル幅の範囲内で変動す
ることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】前記発振制御部は、前記パルス光の波長
がパルス毎に変動するように前記光源を制御することを
特徴とする請求項５又は６に記載の露光装置。
【請求項８】前記光源は固体レーザを含むことを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９】前記照明装置と前記露光処理部を光学的
に接続する光路を有する送光装置を備え、前記照明装置は、前記送光装置を介して送られた光を当
該光の波長よりも短い波長の光に変換して前記照明光と
して出力する波長変換装置を有することを特徴とする請
求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】前記光源が出射する光は可視光ないし
赤外光であり、前記波長変換装置は該可視光ないし赤外
光を紫外光に波長変換することを特徴とする請求項９に
記載の露光装置。
【請求項１１】前記波長変換装置がそれぞれ対応して
配置された前記露光処理部を複数備え、前記送光装置は前記合波装置からの光を前記各波長変換
装置に分配する分配装置を含むことを特徴とする請求項
９又は１０に記載の露光装置。
【請求項１２】前記波長変換装置がそれぞれ対応して
配置された前記露光処理部を複数備え、前記送光装置は前記合波装置からの光を前記各波長変換
装置のうちのいずれかに選択的に送る光路切換装置を含
むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の露光装
置。
【請求項１３】前記波長変換装置を前記各露光処理部
がそれぞれ備える照明光学系に近接して設けたことを特
徴とする請求項１１又は１２に記載の露光装置。
【請求項１４】中心波長が互いに異なるパルス光を出
射する複数の光源と、前記各パルス光の発振タイミングが互いに異なるように
前記光源を制御する発振制御部と、前記光源から出射される各パルス光を合波して出力する
合波装置と、前記合波装置により合波された後の光を送光する送光装
置と、前記送光装置により送られた光を当該光の波長よりも短
い波長の光に変換する波長変換装置とを備えたことを特
徴とする照明装置。
【請求項１５】パルス光を出射する光源と、前記光源から出射されるパルス光の中心波長が経時的に
変動するように該光源を制御する発振制御部と、前記合波装置により合波された後の光を送光する送光装
置と、前記送光装置により送られた光を当該光の波長よりも短
い波長の光に変換する波長変換装置とを備えたことを特
徴とする照明装置。
【請求項１６】前記光源は固体レーザを含み、前記送光装置は光ファイバケーブルを含み、前記波長変換装置は非線形光学結晶を含むことを特徴と
する請求項１４又は１５に記載の照明装置。