JP2501053B2 - 紫外パルスレ―ザによる投影式露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩを製造す
るためのウエハ基板上に微細な回路パターンをフォトリ
ピートして縮小投影焼付する紫外パルスレーザによる投
影式露光方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図１は従来より使用されているフォトリ
ピータの構成図である。光源部分１の下に使用パターン
の例えば１０倍の像を記録したレチクルプレートを固定
するレチクル保持部２がある。この下にカメラ胴部３が
あって、その最下部に露光レンズ（縮小投影レンズ）４
が取付けられている。縮小露光の際はレチクルプレート
は光源部分からくる光に照明され、その像は露光レンズ
４でプレートホルダー６に固定された被露光プレート５
の面上に結像し、縮小露光が行われる。１回縮小露光が
終るとＸＹステージ７が自動的に被露光プレートを次の
露光部分まで移動して停止し、次の縮小露光が行われ
る。このように必要な部分に次々と自動的に縮小露光が
行われ、一枚の被露光プレート（基板）への露光が完了
する。 【０００３】上記光源部分１の詳細を図２に示す。反射
集光器８の上部に取付けられた光源ランプ９から出た集
束光１０はシャッター１１を経て、光の強度分布を一様
にする光インテグレーター１２を経て一様分布の強度の
拡散光となってコリメータレンズ１４に入り、平行光１
５となって図１のレチクル保持部２に入射する。 【０００４】また、特開昭４８−３０８７５号公報に露
光用の光源としてパルスレーザ光を用いることが知られ
ている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来技術の縮小投影式露光装置の光源として、後者の従
来技術のパルスレーザ光源を用いた場合、レーザ光源は
一般的にスペクトルバンド幅が狭いことに起因し、いわ
ゆるスペックルノイズが発生し、微細な回路パターンを
高い分解能で転写することができないという課題を有し
ていた。 【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
高出力で短い波長の紫外パルスレーザ光を用いてスペッ
クル模様を低減して、レチクル上に形成された微細な回
路パターンを縮小投影レンズにより基板上の所望の位置
に高い分解能で転写することができるようにした紫外パ
ルスレーザによる投影式露光方法を提供することにあ
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】即ち本発明は、上記目的
を達成するために、紫外パルスレーザ光源から出射した
紫外パルスレーザ光についてスペックル抑制光学系によ
り可干渉性を低減すると共に光インテグレータにより強
度分布を一様にして拡散光を照射し、この照射された紫
外パルスレーザの拡散光を集光レンズにより集光させて
所望の微細な回路パターンを形成したレチクルに向けて
照明し、この照明によりレチクル上の所望の微細な回路
パターンを縮小投影レンズにより基板上の所望の位置に
結像せしめて前記所望の微細な回路パターンを基板上の
所望の位置に投影露光することを特徴とする紫外パルス
レーザによる投影式露光方法である。また本発明は、上
記紫外パルスレーザによる投影式露光方法において、上
記スペックル抑制光学系として、互いに可干渉距離以上
異ならしめた複数の光路長を有する光学系であることを
特徴とする。 【０００８】 【作用】上記構成により、高出力の短い波長の紫外パル
スレーザ光源から出射した紫外パルスレーザ光について
スペックル抑制光学系により可干渉性を低減すると共に
光インテグレータにより強度分布を一様にして拡散光を
照射し、この照射された紫外パルスレーザの拡散光を集
光レンズにより集光させて所望の微細な回路パターンを
形成したレチクルに向けて照明することにより、微細な
回路パターン上の各点は強度分布を一様にして拡散照明
されることになり、レチクルに形成された微細な回路パ
ターンを縮小投影レンズにより基板上の所望の位置に結
像せしめてスペックル模様が生じることなく、しかも高
い分解能で露光転写することができる。またスペックル
抑制光学系として、互いに可干渉距離以上異ならしめた
複数の光路長を有する光学系を用いることにより、容易
に紫外パルスレーザ光について可干渉性を低減してスペ
ックル模様の発生をなくすことができる。 【０００９】 【実施例】以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具
体的に説明する。図３は本発明の露光装置であるフォト
リピータの一実施例の概略構成を示した図、図４は図３
に示す光源部分１６を詳細に示した構成図である。 【００１０】１６は高出力の平行なレーザ光を出力する
光源部分である。即ちパルス巾の十分短いパルス光を出
すレーザ発振器１７から出た露光用のレーザ光１８は、
ミラー１９で下方に曲げられ、シャッター２０を通って
光インテグレータ２１に入って光の強度分布が一様な拡
散光２２となってコリメーターレンズ２３に入射し、平
行光束２４となってレチクル保持部２に進む。そしてＸ
Ｙステージ７を連続的に移動させ、所定位置でパルスレ
ーザを出力することによりレチクル像は露光レンズ（縮
小投影レンズ）４により被露光プレート（基板）５に転
写される。 【００１１】フォトリピータの送りは通常早くても１０
０mm／ｓまでであるが、送りをかけたまま露光を行うた
めには、移動による像のずれがパターンに影響を与えな
いだけ短い時間の露光にしなければならない。例えば、
１μｍパターンの場合、０．１μｍ以下の像のずれにお
さえるためには、１μｓ以下の短いパルス巾のレーザで
ある必要がある。また露光波長３０００〜４０００Åで
通常フォトレジストの露光には１０ｍＪ／cm³以上のエ
ネルギー密度が必要である。途中の光学系での透過率を
１／３とすると、最大１０mm角のチップで必要なレーザ
出力は３０ｍＪである。 【００１２】以上述べた如く、露光波長３０００〜４０
００Åでパルス巾１μｓ以下、レーザ出力３０ｍＪ以上
のレーザを用いれば、フォトリピーターはレチクル保持
部（マスターレチクル）２と被露光プレート５を相対的
に１００mm／ｓ以下の速度で移動させながら所定の位置
に来たことを示すトリガー信号で連続的に露光を行うこ
とができ、露光時間は大巾に短縮することができる。 【００１３】なお、従来技術に述べてあるように、ＸＹ
ステージ７を間欠的に移動させ、所望の位置でパルスレ
ーザを出力することによりレチクル像は、被露光プレー
ト（基板）５に転写できることもできることは明らかで
ある。 【００１４】図４は光源部分１６の他の一実施例の構成
を示すものである。パルス巾の十分短いパルス光を出す
レーザ発振器１７から出たレーザ光１８はミラー１９で
下方に屈げられ、シャッター２０を通って光インテグレ
ーター２１に入り、広い領域から光の強度分布が一様な
拡散光２２となってコリメーターレンズ（集光レンズ）
２３に入射し、前記光インテグレーター２１の出射端の
広い領域の拡散像を露光レンズ４の入射瞳に結像させる
べく平行光束２４となってレチクル保持部２に送られ
る。即ち、上記光インテグレーター２１の出射端の広い
領域から光の強度分布が一様な拡散光２２となってコリ
メーターレンズ２３に入射するため、レチクル上の各点
は、広がりをもった角度で一様照明されることになる。
そしてこの光で照明されたレチクルの像は、露光レンズ
４により移動しながら被露光プレート５に転写される。 【００１５】本実施例の特徴は、図４に示す投影式露光
装置の照明光学系にスペックルの発生を抑制するスペッ
クル抑制光学系２５を備えた点にある。露光光源にレー
ザを用いた場合レーザ光は可干渉性が強いため、転写パ
ターンにスペックル模様が生じる。図４及び図５の中に
示されている光インテグレータ２１がかなりのスペック
ル抑制効果をもつが、微細なパターンの場合、高い分解
能が要求されるため、これだけでは高精度の転写は困難
である。そこで図５に示すようにスペックル抑制光学系
２５を用いてはじめて微細なパターンを正確にしかも高
速で転写することを得る。 【００１６】図６は本発明に用いたスペックル抑制光学
系の一例を示すものである。可干渉性の高いレーザ光１
８はセル２６に入射し、中の液体２７を通過することに
より、光のバンド巾が広がり、可干渉性が低減された低
干渉性レーザ光２８として出てくる。液体２７には牛乳
を水で薄めた液や、二硫化炭素など色々なものが利用で
きる。 【００１７】図７は本発明中に用いたスペックル抑制光
学系の他の一例を示したものである。可干渉性の高いレ
ーザ光１８は可干渉長を越えるような長さの不均一さを
もった光ファイバ束２９に入り、空間内で波面を異なら
しめて低干渉性の光３０として出てくるため、スペック
ルの発生を抑制することができる。 【００１８】図８は本発明中に用いたスペックル抑制光
学系２５の他の一例を示したものである。可干渉性の高
いレーザ光１８はセル２６に入り、中の液体２８を通る
ことにより、光のバンド巾が広がり、可干渉性が低減さ
れ、低干渉性のレーザ光２８として出てくる。次にこの
光は、この光のもつ可干渉長より長い、長さの不均一さ
をもった光ファイバー束２９に入り、さらに低干渉性の
レーザ光３０となって出ていく。この光で露光を行うこ
とにより、短パルスのレーザ光でも十分露光の際のスペ
ックルの発生を抑制することができる。 【００１９】図９は本発明中に用いたスペックル抑制光
学系２５の他の一例を示したものである。可干渉性の高
いレーザ光１８はモーター３１によって回転させられて
いるスリガラス３２に当り、ランダムな光変調を受け、
空間内で波面を異ならしめて可干渉性が低減された拡散
光３３となり、次に静止したスリガラス３４に入射して
再び光の方向をランダムに変えられ、可干渉性が低減さ
れた拡散光３５となって出てくる。従ってこの光を使う
ことによりスペックルの発生をおさえることができる。 【００２０】この回転スリガラスを２個以上通過させれ
ばスペックルの抑制効果はそれだけ高くなる。しかし、
レーザ光の透過率は低下するため、一定の限度がある。
またスリガラスは必ずしも回転である必要はなく、振動
や一方向への移動など任意の運動でよい。静止スリガラ
スだけでもある程度効果はあるが運動スリガラスを加え
ることにより、その効果は飛躍する。 【００２１】以上のような各種のスペックル抑制光学系
を単独または複数個光源部分の光路中に設けることによ
り、微細なパターンを高い分解能で転写することができ
る。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、高出力の短い波長の紫
外パルスレーザ光源から出射した紫外パルスレーザ光に
ついてスペックル抑制光学系により可干渉性を低減する
と共に光インテグレータにより強度分布を一様にして拡
散光を照射し、この照射された紫外パルスレーザの拡散
光を集光レンズにより集光させて所望の微細な回路パタ
ーンを形成したレチクルに向けて照明することにより、
微細な回路パターン上の各点は強度分布を一様にして拡
散照明されることになり、レチクルに形成された微細な
回路パターンを縮小投影レンズにより基板上の所望の位
置に結像せしめてスペックル模様が生じることなく、し
かも高い分解能で露光転写することができる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】フォトリピータを示す概略構成図。 【図２】光源部分１を詳細に示す構成図。 【図３】フォトリピータの一実施例の概略構成図。 【図４】光源部分１６を詳細に示した構成図。 【図５】光源部分の他の例を示す構成図。 【図６】スペックル抑制光学系の一例。 【図７】スペックル抑制光学系の他の一例。 【図８】スペックル抑制光学系２５の他の一例。 【図９】スペックル抑制光学系２５の他の一例。 【符号の説明】 ２…レチクル保持部、 ３…カメラ胴部、 ４…露光レンズ（縮小投影レンズ）、 ５…被露光プレート（基板）、 ６…プレートホルダー、 ７…ＸＹステージ、 １６…光源部分、 １７…レーザ発振器、 ２０…シャッター、 ２１…光インテグレーター、 ２３…コリメートレンズ、 ２５…スペックル抑制光学系

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．紫外パルスレーザ光源から出射した紫外パルスレー
   ザ光についてスペックル抑制光学系により可干渉性を低
   減すると共に光インテグレータにより強度分布を一様に
   して拡散光を照射し、この照射された紫外パルスレーザ
   の拡散光を集光レンズにより集光させて所望の微細な回
   路パターンを形成したレチクルに向けて照明し、この照
   明によりレチクル上の所望の微細な回路パターンを縮小
   投影レンズにより基板上の所望の位置に結像せしめて前
   記所望の微細な回路パターンを基板上の所望の位置に投
   影露光することを特徴とする紫外パルスレーザによる投
   影式露光方法。２ ．上記スペックル抑制光学系として、互いに可干渉距
   離以上異ならしめた複数の光路長を有する光学系である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の紫外パル
   スレーザによる投影式露光方法。