JP3312447B2

JP3312447B2 - 半導体露光装置

Info

Publication number: JP3312447B2
Application number: JP30874393A
Authority: JP
Inventors: 透小川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH07142800A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光光源としてのレー
ザ光源からの光でレチクルに形成された半導体回路パタ
ーン等をウエハ上に形成されたレジストに転写するため
の半導体露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体露光装置においては、半導
体集積回路の集積度を高めるために、短波長の露光光源
が使用されている。この露光光源として、例えば超高圧
水銀アークランプやエキシマ・レーザを挙げることがで
きる。

【０００３】超高圧水銀アークランプにおいては、射出
光の波長は、４３５．８ｎｍ（ｇ線）、４０４．７ｎｍ
（ｈ線）あるいは３６５ｎｍ（ｉ線）である。然るに、
これらの波長の内で最も短波長のｉ線を用いても、近年
の半導体集積回路に要求される０．２５μｍ級の微細パ
ターンを形成することはできない。半導体集積回路にお
けるかかる微細加工の限界を越えるためには、露光光源
から射出される光の波長自体を一層短くする必要があ
る。

【０００４】このような要求に対処するための方法の１
つに、エキシマ・レーザを露光光源として使用する方法
がある。エキシマ・レーザでは、通常希ガスとハロゲン
系ガスとの組み合せからなる混合気体中の放電でレーザ
発振を行わせる。混合気体としてＫｒＦを用いた場合に
は波長２４８ｎｍのレーザ光を、ＡｒＦを用いた場合に
は波長１９３ｎｍのレーザ光を得ることができる。

【０００５】しかしながら、エキシマ・レーザを半導体
露光装置の光源として用いる場合、以下のような問題点
がある。（Ａ）エキシマ・レーザのガスの寿命が短く、頻繁にガ
スを交換する必要がある。その結果、ランニングコスト
や保守コストの上昇を招き、しかも、半導体露光装置の
稼動率が低下する。（Ｂ）レーザ装置の寸法が大きく、クリーンルーム内で
大きな占有面積を必要とする。（Ｃ）発振動作がパルス発振であり、各パルスにおける
光強度の変動が大きい。（Ｄ）波長選択を行わない場合、数１００ｐｍの発振線
幅を有しているため、波長選択制御が困難である。

【０００６】このようなエキシマ・レーザの問題点を解
決し、しかも露光光源から射出される光の波長自体を短
くする別の方法として、例えばレーザダイオードによっ
て励起されたＮｄ：ＹＡＧレーザから射出されたレーザ
光（波長：１０６４ｎｍ）の第４高調波（２６６ｎｍ）
を露光光源とする方法が提案されている（例えば、特開
平５−３１４１号公報を参照のこと）。

【０００７】一方、露光光源から射出される光の波長が
短くなると、焦点深度（ＤＯＦ）の値が小さくなる。即
ち、解像度を高めるためには波長の短い光でレジストを
露光される必要があるが、その結果、焦点深度の値が小
さくなる。このような相反する要求を満たすための技術
の１つに斜方照明法がある。この斜方照明法は、露光光
源とレチクルとの間に配置されたフライアイレンズ上に
フィルターを置き、レチクルを斜め方向から照射する方
法である。フィルターは、光を透過する４ヶ所の開口部
を有する。

【０００８】一般に、レチクルに入射した光は、レチク
ルに形成されたパターンで回析される。そして、パター
ンで回析されずに直進した０次回析光と、パターンによ
って回析された±１次回析光、更に高次の±ｎ次回析光
が生成する。レチクルに形成されたパターンのピッチ
（ｄ）と回析角（θ）との間には、光の波長をλとした
とき、ｄｓｉｎθ＝ｎλ という関係がある。従って、
ピッチ（ｄ）が小さくなるほど回析角（θ）は大きくな
る。０次回析光を投影光学系に垂直方向から入射させた
場合、通常では、０次回析光と±１次回析光との干渉に
よって結像される。しかしながら、条件によっては、±
１次回析光を投影光学系に入射させることができなくな
る。然るに、０次回析光を投影光学系に斜めから入射さ
せると、±１次回析光の内の一方は投影光学系に入射可
能になる。その結果、投影光学系に入射した０次回析光
と±１次回析光の内の一方とが干渉して結像するので、
微細なパターンを結像させることができ、解像度を向上
させることが可能になる。

【０００９】また、０次回析光を投影光学系に垂直方向
から入射させた場合、０次回析光及び±１次回析光が入
射するが、このとき、＋１次回析光と−１次回析光の成
す角度をθ₁とする。一方、０次回析光を投影光学系に
斜めから入射させると、±１次回析光の内の一方のみが
投影光学系に入射可能になる。その結果、投影光学系に
入射した０次回析光と±１次回析光の内の一方とが干渉
して結像する。この０次回析光と±１次回析光の一方と
の成す角度をθ₂とすると、θ₂＜θ₁となる。従って、
斜方照明法によって、焦点深度の値を大きくすることが
可能になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】エキシマ・レーザを半
導体露光装置の露光光源として使用した場合の問題点を
解決するためには、特開平５−３１４１号公報に開示さ
れた技術は極めて効果的である。しかしながら、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザから射出されたレーザ光は、その干渉性の
高さから、可干渉距離が１ｋｍ程度ある。一方、ＫｒＦ
エキシマ・レーザから射出されたレーザ光の可干渉距離
は０．２５ｍ程度である。尚、光のスペクトル分布を波
数（波長の逆数）で表わしてガウス分布を示すとき、ス
ペクトルの半値幅Δν（ｃｍ^-1）と可干渉距離ＣＬ（ｃ
ｍ）との間には近似的に、 Δν×ＣＬ≒１の関係が成立する。

【００１１】このように高い干渉性を有するレーザ光を
基板上に形成されたレジストに照射すると、スペックル
パターンが発生し、良質なるパターン転写性を得ること
ができない。干渉性を低下させるためには、通常、レー
ザ光を石英から成る楔状の回転拡散板やすりガラス等を
通過させているが、レーザ光の光強度低下を招くという
問題がある。

【００１２】斜方照明法においては、フライアイレンズ
の上にフィルターを置くので、基板面における照度の低
下を招くという問題がある。また、フライアイレンズは
元来、露光光を多数の単位レンズを通過させることによ
って、単一の露光光源からの光を仮想的に多数の点光源
に変換し、個々の単位レンズから射出される光の積分効
果によりレチクル面の照度斑を解消する機能を有する。
従って、フライアイレンズにフィルターが装着される
と、照度斑の解消に寄与する単位レンズ数が減少し、照
度斑が増加する。また、フィルターの開口部が小さいた
めに、近接効果が増大するという問題もある。

【００１３】従って、本発明の第１の目的は、簡単な構
造でしかも光強度を低下させることなくレーザ光の干渉
性を低減することができる半導体露光装置を提供するこ
とにある。更に本発明の第２の目的は、第１の目的と併
せて、超解像技術の一種である斜方照明法によるレジス
ト露光を照度低下等を招くことなく可能にする半導体露
光装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するための本発明の第１の態様に係る半導体露光装置
は、レーザ光源、及びこのレーザ光源から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備して
いる。そして、（イ）第２高調波発生装置から射出され
た光の光路をＮ個（但しＮ≧２）の光路に分割する光路
分割手段と、（ロ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割され
た光路に配置された光路長伸長手段と、（ハ）Ｎ個に分
割された光路を１つに合成する光路合成手段、とから成
り、分割された光路の光路長と他の光路の光路長との光
路差が、第２高調波発生装置から射出された光の可干渉
距離以上であることを特徴とする。

【００１５】上記の第１の目的を達成するための本発明
の第２の態様に係る半導体露光装置は、レーザ光源、及
びこのレーザ光源から射出された光が入射されそしてこ
の入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出
する第２高調波発生装置を具備している。そして、
（イ）レーザ光源から射出された光をＮ個（但しＮ≧
２）の光路に分割する光路分割手段と、（ロ）Ｎ個の分
割された光路に配置された第２高調波発生装置と、
（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ニ）Ｎ個に分割された光路
を１つに合成する光路合成手段、とから成り、分割され
た光路の光路長と他の光路の光路長との光路差が、第２
高調波発生装置から射出された光の可干渉距離以上であ
ることを特徴とする。

【００１６】上記の第１の目的を達成するための本発明
の第３の態様に係る半導体露光装置は、Ｎ個（但しＮ≧
２）のレーザ光源、及び各レーザ光源から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出するＮ個の第２高調波発生装置を具
備している。そして、（イ）少なくとも（Ｎ−１）個の
第２高調波発生装置から射出された光の光路に配置され
た光路長伸長手段と、（ロ）Ｎ個の第２高調波発生装置
から射出された光の光路を１つに合成する光路合成手
段、とから成り、或る第２高調波発生装置から光路合成
手段に至る光路長と、他の第２高調波発生装置から光路
合成手段に至る光路長との光路差が、第２高調波発生装
置から射出された光の可干渉距離以上であることを特徴
とする。

【００１７】上記の第１の目的を達成するための本発明
の第４の態様に係る半導体露光装置は、レーザ光源、及
びこのレーザ光源から射出された光が入射されそしてこ
の入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出
する第２高調波発生装置を具備している。そして、
（イ）第２高調波発生装置から射出された光の光路をＮ
個（但しＮ≧２）の光路に分割する光路分割手段と、
（ロ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ハ）Ｎ個の分割された光路
に配置された光路移動手段と、（ニ）Ｎ個に分割された
光路を１つに合成する光路合成手段、とから成り、分割
された光路の光路長と他の光路の光路長との光路差が、
第２高調波発生装置から射出された光の可干渉距離の５
０％以上１００％未満であり、光路合成手段における各
光路末端の位置を光路移動手段によって移動させること
を特徴とする。分割された光路の光路長と他の光路の光
路長との光路差が、第２高調波発生装置から射出された
光の可干渉距離の５０％未満では、最終的に、十分な干
渉性の低減を得ることができなくなる。

【００１８】上記の第１の目的を達成するための本発明
の第５の態様に係る半導体露光装置は、レーザ光源、及
びこのレーザ光源から射出された光が入射されそしてこ
の入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出
する第２高調波発生装置を具備している。そして、
（イ）レーザ光源から射出された光をＮ個（但しＮ≧
２）の光路に分割する光路分割手段と、（ロ）Ｎ個の分
割された光路に配置された第２高調波発生装置と、
（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ニ）Ｎ個の分割された光路
に配置された光路移動手段と、（ホ）Ｎ個に分割された
光路を１つに合成する光路合成手段、とから成り、分割
された光路の光路長と他の光路の光路長との光路差が、
第２高調波発生装置から射出された光の可干渉距離の５
０％以上１００％未満であり、光路合成手段における各
光路末端の位置を光路移動手段によって移動させること
を特徴とする。

【００１９】上記の第１の目的を達成するための本発明
の第６の態様に係る半導体露光装置は、Ｎ個（但しＮ≧
２）のレーザ光源、及び各レーザ光源から射出された光
が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出するＮ個の第２高調波発生装置を具
備している。そして、（イ）少なくとも（Ｎ−１）個の
第２高調波発生装置から射出された光の光路に配置され
た光路長伸長手段と、（ロ）Ｎ個の第２高調波発生装置
から射出された光の光路に配置された光路移動手段と、
（ハ）Ｎ個の第２高調波発生装置から射出された光の光
路を１つに合成する光路合成手段、とから成り、或る第
２高調波発生装置から光路合成手段に至る光路長と、他
の第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光路長と
の光路差が、第２高調波発生装置から射出された光の可
干渉距離の５０％以上１００％未満であり、光路合成手
段における各光路末端の位置を光路移動手段によって移
動させることを特徴とする。

【００２０】これらの各態様の半導体露光装置において
は、光路長伸長手段は一対の凹面鏡から構成することが
できる。この場合、一対の凹面鏡による光の反射回数を
異ならせることによって光路長を制御することができ
る。また、光路合成手段をフライアイレンズから構成す
ることができる。

【００２１】上記の第２の目的を達成するためには、上
記した各態様の半導体露光装置において、光路合成手段
上で四重極を形成する。ここで、四重極が形成されると
は、光路合成手段上に光強度の強い領域が４つ形成され
ることを意味する。尚、この４つの領域の光強度ピーク
は、光路合成手段の中心から延びるＸ軸及びＹ軸（これ
らの軸は直交している）上に存在し、しかも、光路合成
手段の中心から等距離に位置し、各領域における光強度
ピークは等しい。

【００２２】これらの各態様の半導体露光装置において
は、レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧか
ら成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子から構成
されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２高調波発生装
置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び共振器長制御
装置から成ることが好ましい。

【００２３】

【作用】本発明の半導体露光装置においては、各光路の
光路長を光路長伸長手段によって変え、露光光の干渉性
を低下させる。この光路長伸長手段は、露光光の光強度
の大幅な低下を招くことがない。また、四重極を容易に
光路合成手段上に形成することができ、斜方照明法によ
る高い解像度と大きな焦点深度を半導体露光装置に付与
することができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明の半導体露光装置を説明する。

【００２５】（実施例１）実施例１は、本発明の半導体
露光装置の第１の態様に関する。実施例１の半導体装置
は、図１に概念図を示すように、レーザ光源１０、及び
このレーザ光源１０から射出された光が入射されそして
この入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を具備している。そし
て、（イ）第２高調波発生装置２０から射出された光の
光路をＮ個（但しＮ≧２）の光路に分割する光路分割手
段４１と、（ロ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された
光路に配置された光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０
Ｃと、（ハ）Ｎ個に分割された光路を１つに合成する光
路合成手段５０から成る。分割された光路の光路長と他
の光路の光路長との光路差は、第２高調波発生装置から
射出された光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋｍ）以上
である。

【００２６】レーザ光源１０及び第２高調波発生装置２
０の詳細については後述する。

【００２７】光路分割手段４１は、例えばハーフミラー
から構成することができる。光路分割手段４１に入射し
た光の例えば５０％は反射され、残りの５０％は光路分
割手段４１を透過するように、光路分割手段４１を構成
することが望ましい。実施例１においては、第２高調波
発生装置２０から射出された光の光路は４つ（Ｎ＝４）
に分割されるが、これに限定されるものではなく、最低
２つに分割すればよい。各光路における光強度は等しく
したが、等しくなくともよい。

【００２８】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは
一対の凹面鏡から成る。実施例１においては、光路長伸
長手段は、３つの光路内に配置されており、１つの光路
には配置されていないが、全ての光路内に光路長伸長手
段を配置してもよい。一方の凹面鏡に入射した光は、一
対の凹面鏡の間で反射を繰り返し、所定の回数反射した
後、他方の凹面鏡から射出する。一対の凹面鏡間の距離
をＡ、反射回数をＢ、凹面鏡間に存在する媒質（例えば
空気）の屈折率をｎとすれば、光路長伸長手段によっ
て、光路長はＡ×Ｂ×ｎだけ伸長される。各光路長伸
長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０ＣにおけるＡ，Ｂ，ｎの値
を変えることによって、各光路長伸長手段における光路
長を変えることができる。

【００２９】第２高調波発生装置２０から光路長伸長手
段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を経由して光路合成手
段５０に至る光路長（光路長伸長手段が配置されていな
い場合には、第２高調波発生装置２０から光路合成手段
５０に至る光路長）を、分割された光路の光路長と規定
する。光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を
経由する分割された光路の光路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，
ＯＰＬ_Cとし、光路長伸長手段を配置していない分割さ
れた光路の光路長をＯＰＬ_Dとすれば、これらの各光路
長と可干渉距離ＣＬとの間に以下の関係を成り立たせ
る。｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_B｜≧ＣＬ｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_C｜≧ＣＬ｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_D｜≧ＣＬ｜ＯＰＬ_B−ＯＰＬ_C｜≧ＣＬ｜ＯＰＬ_B−ＯＰＬ_D｜≧ＣＬ｜ＯＰＬ_C−ＯＰＬ_D｜≧ＣＬ

【００３０】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの
各々を射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光
は、例えばプリズム（あるいはウェッジ）４３を通過し
て、フライアイレンズから成る光路合成手段５０によっ
て１つの光路に合成され、出来る限り均一に重ね合わさ
れる。各光路からの光が出来る限り均一に光路合成手段
５０を照射するように、プリズム４３を配置する。

【００３１】光路合成手段５０を射出した光は、反射鏡
６０を介してレチクル６１を照射し、レチクル６１に形
成されたパターンを縮小投影光学系６２を介して基板６
４上に形成されたレジスト６３に転写する。レチクル６
１に形成されたパターンは、レジスト６３上に形成すべ
きパターンが例えば５倍に拡大されたものである。縮小
投影光学系６２は、入射した光を透過し、例えば１／５
に縮小した光学像をウエハ６４に形成されたレジスト６
３に投影する。これによって、レジスト６３には微細パ
ターンが形成される。尚、参照番号６５は、基板６４を
載置し、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向に基板６４を移動させるた
めの基板ステージである。

【００３２】尚、上記の光学系においては、光路合成手
段５０の有効光源面と投影光学系６２の射出瞳とは共役
である。また、レチクル６１とレジスト６３とは共役で
ある。

【００３３】このように、光路長伸長手段４０Ａ，４０
Ｂ，４０Ｃを配置することによって、光路合成手段５０
によって合成された光の干渉性が低減し、スペックルパ
ターンが発生することを効果的に防止することができ
る。

【００３４】（実施例２）実施例２は、本発明の半導体
露光装置の第２の態様に関する。実施例２の半導体装置
は、図２に概念図を示すように、レーザ光源１０、及び
このレーザ光源１０から射出された光が入射されそして
この入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を具備している。そし
て、（イ）レーザ光源から射出された光をＮ個（但しＮ
≧２）の光路に分割する光路分割手段４１と、（ロ）Ｎ
個の分割された光路に配置された第２高調波発生装置２
０と、（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路
に配置された光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
と、（ニ）Ｎ個に分割された光路を１つに合成する光路
合成手段５０とから成る。分割された光路の光路長と他
の光路の光路長との光路差は、第２高調波発生装置から
射出された光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋｍ）以上
である。

【００３５】光路分割手段４１は、実施例１と同様に、
例えばハーフミラーから構成することができる。実施例
２においては、レーザ光源１０から射出された光の光路
は４つ（Ｎ＝４）に分割されるが、これに限定されるも
のではなく、最低２つに分割すればよい。各光路におけ
る光強度は等しくしたが、等しくなくともよい。

【００３６】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
は、実施例１と同様に、一対の凹面鏡から成る。光路長
伸長手段は、３つの光路内に配置されており、１つの光
路には配置されていないが、全ての光路内に光路長伸長
手段を配置してもよい。

【００３７】第２高調波発生装置２０から光路長伸長手
段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを経由して光路合成手段５０
に至る光路長（光路長伸長手段が配置されていない場合
には、第２高調波発生装置２０から光路合成手段５０に
至る光路長）を、分割された光路の光路長と規定する。
光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを経由する分割
された光路の光路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，ＯＰＬ_Cと
し、光路長伸長手段を配置していない分割された光路の
光路長をＯＰＬ_Dとすれば、これらの各光路長と可干渉
距離ＣＬとの間に、実施例１と同様の関係を成り立たせ
る。

【００３８】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの
各々を射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光
は、例えばプリズム４３を通過して、フライアイレンズ
から成る光路合成手段５０によって１つの光路に合成さ
れ、出来る限り均一に重ね合わされる。各光路からの光
が出来る限り均一に光路合成手段５０を照射するよう
に、プリズム４３を配置する。

【００３９】（実施例３）実施例３は、本発明の半導体
露光装置の第３の態様に関する。実施例３の半導体装置
は、図３に概念図を示すように、Ｎ個（但しＮ≧２）の
レーザ光源１０、及び各レーザ光源１０から射出された
光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた
波長を有する光を射出するＮ個の第２高調波発生装置２
０を具備している。そして、（イ）少なくとも（Ｎ−
１）個の第２高調波発生装置２０から射出された光の光
路に配置された光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
と、（ロ）Ｎ個の第２高調波発生装置２０から射出され
た光の光路を１つに合成する光路合成手段５０とから成
る。或る第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光
路長と、他の第２高調波発生装置から光路合成手段に至
る光路長との光路差は、第２高調波発生装置から射出さ
れた光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋｍ）以上であ
る。

【００４０】実施例３においては、レーザ光源１０及び
第２高調波発生装置２０を４つ（Ｎ＝４）としたが、こ
れに限定されるものではなく、最低２つあればよい。各
第２高調波発生装置２０から射出される光の強度は等し
くしたが、等しくなくともよい。

【００４１】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
は、実施例１と同様に、一対の凹面鏡から成る。光路長
伸長手段は、３つの第２高調波発生装置２０に対して配
置されており、１つの第２高調波発生装置２０に対して
は配置されていないが、全ての第２高調波発生装置２０
に対して光路長伸長手段を配置してもよい。各第２高調
波発生装置２０から光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４
０Ｃの各々を経由して光路合成手段５０に至る光路の光
路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，ＯＰＬ_Cとし、第２高調波発
生装置２０から直接、光路合成手段５０に至る光路の光
路長をＯＰＬ_Dとすれば、これらの光路長と可干渉距離
ＣＬとの間に、実施例１と同様の関係を成り立たせる。

【００４２】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの
各々を射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光
は、例えばプリズム４３を通過して、フライアイレンズ
から成る光路合成手段５０によって１つの光路に合成さ
れ、出来る限り均一に重ね合わされる。各光路からの光
が出来る限り均一に光路合成手段５０を照射するよう
に、プリズム４３を配置する。

【００４３】（実施例４）実施例４は、本発明の半導体
露光装置の第４の態様に関する。実施例４の半導体装置
は、図４に概念図を示すように、レーザ光源１０、及び
このレーザ光源１０から射出された光が入射されそして
この入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を具備している。そし
て、（イ）第２高調波発生装置２０から射出された光の
光路をＮ個（但しＮ≧２）の光路に分割する光路分割手
段４１と、（ロ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された
光路に配置された光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０
Ｃと、（ハ）Ｎ個の分割された光路に配置された光路移
動手段４３，４４と、（ニ）Ｎ個に分割された光路を１
つに合成する光路合成手段５０とから成る。

【００４４】分割された光路の光路長と他の光路の光路
長との光路差は、第２高調波発生装置２０から射出され
た光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋｍ）の５０％以上
１００％未満であり、光路合成手段５０における各光路
末端の位置を光路移動手段４３，４４によって移動させ
る。

【００４５】光路分割手段４１は、実施例１と同様に、
例えばハーフミラーから構成することができる。実施例
４においては、レーザ光源１０から射出された光の光路
は４つ（Ｎ＝４）に分割されるが、これに限定されるも
のではなく、最低２つに分割すればよい。各光路におけ
る光強度は等しくしたが、等しくなくともよい。

【００４６】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
は、実施例１と同様に、一対の凹面鏡から成る。光路長
伸長手段は、３つの光路内に配置されており、１つの光
路には配置されていないが、全ての光路内に光路長伸長
手段を配置してもよい。

【００４７】第２高調波発生装置２０から光路長伸長手
段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を経由して光路合成手
段５０に至る光路長（光路長伸長手段が配置されていな
い場合には、第２高調波発生装置２０から光路合成手段
５０に至る光路長）を、分割された光路の光路長と規定
する。光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を
経由する分割された光路の光路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，
ＯＰＬ_Cとし、光路長伸長手段を配置していない分割さ
れた光路の光路長をＯＰＬ_Dとすれば、これらの各光路
長と可干渉距離ＣＬとの間に以下の関係を成り立たせ
る。０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_B｜＜ＣＬ０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_C｜＜ＣＬ０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_A−ＯＰＬ_D｜＜ＣＬ０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_B−ＯＰＬ_C｜＜ＣＬ０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_B−ＯＰＬ_D｜＜ＣＬ０．５ＣＬ≦｜ＯＰＬ_C−ＯＰＬ_D｜＜ＣＬ

【００４８】光路移動手段は、例えばプリズム４３と、
モータ及び歯車機構（詳細は図示せず）から成りプリズ
ム４３を回動させる回動機構４４とから構成することが
できる。このような光路移動手段４３，４４によって、
光路合成手段５０上における各光路末端の位置を移動さ
せる。光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を
射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光は、例
えばプリズム４３を通過して、フライアイレンズから成
る光路合成手段５０によって１つの光路に合成され、出
来る限り均一に重ね合わされる。

【００４９】例えば光路長伸長手段４０Ａを射出しそし
てプリズム４３を通過した光の光路の光路合成手段５０
上における末端は、光路移動手段４３，４４によって、
例えば光路合成手段５０のＸ軸（方向は任意）に沿っ
て、その位置を移動させられる。また、例えば光路長伸
長手段４０Ｂを射出しそしてプリズム４３を通過した光
の光路の光路合成手段５０上における末端は、光路移動
手段４３，４４によって、例えば光路合成手段５０のＸ
軸に沿って、その位置を移動させられる。但し、光路長
伸長手段４０Ａを射出した光の移動方向とは逆の方向に
移動させられる。

【００５０】一方、例えば光路長伸長手段４０Ｃを射出
しそしてプリズム４３を通過した光の光路の光路合成手
段５０上における末端は、光路移動手段４３，４４によ
って、例えば光路合成手段５０のＹ軸（Ｘ軸と直交す
る）に沿って、その位置を移動させられる。また、例え
ば光路長伸長手段を経由せずにプリズム４３を通過した
光の光路の光路合成手段５０上における末端は、光路移
動手段４３，４４によって、例えば光路合成手段５０の
Ｙ軸に沿って、その位置を移動させられる。但し、光路
長伸長手段４０Ｃを射出した光の移動方向とは逆の方向
に移動させられる。

【００５１】これらの光路の末端の移動速度は一定であ
っても、一定でなくともよい。

【００５２】実施例４においては、光路合成手段５０に
到達する直前の各光の干渉性は、光路長伸長手段４０
Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによって十分には低減されていな
い。しかしながら、光路合成手段５０における各光路末
端の位置を光路移動手段４３，４４によって移動させる
ので、各光の干渉性を十分に低減させることができる。
また、光路合成手段５０における照度を均一化すること
ができる。

【００５３】（実施例５）実施例５は、本発明の半導体
露光装置の第５の態様に関する。実施例５の半導体装置
は、図５に概念図を示すように、レーザ光源１０、及び
このレーザ光源１０から射出された光が入射されそして
この入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射
出する第２高調波発生装置２０を具備している。そし
て、（イ）レーザ光源１０から射出された光をＮ個（但
しＮ≧２）の光路に分割する光路分割手段４１と、
（ロ）Ｎ個の分割された光路に配置された第２高調波発
生装置２０と、（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割さ
れた光路に配置された光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，
４０Ｃと、（ニ）Ｎ個の分割された光路に配置された光
路移動手段４３，４４と、（ホ）Ｎ個に分割された光路
を１つに合成する光路合成手段５０とから成る。

【００５４】分割された光路の光路長と他の光路の光路
長との光路差は、第２高調波発生装置２０から射出され
た光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋｍ）の５０％以上
１００％未満であり、光路合成手段５０における各光路
末端の位置を光路移動手段４３，４４によって移動させ
る。

【００５５】光路分割手段４１は、実施例１と同様に、
例えばハーフミラーから構成することができる。実施例
５においては、レーザ光源１０から射出された光の光路
は４つ（Ｎ＝４）に分割されるが、これに限定されるも
のではなく、最低２つに分割すればよい。各光路におけ
る光強度は等しくしたが、等しくなくともよい。

【００５６】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
は、実施例１と同様に、一対の凹面鏡から成る。光路長
伸長手段は、３つの光路内に配置されており、１つの光
路には配置されていないが、全ての光路内に光路長伸長
手段を配置してもよい。

【００５７】第２高調波発生装置２０から光路長伸長手
段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を経由して光路合成手
段５０に至る光路長（光路長伸長手段が配置されていな
い場合には、第２高調波発生装置２０から光路合成手段
５０に至る光路長）を、分割された光路の光路長と規定
する。光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を
経由する分割された光路の光路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，
ＯＰＬ_Cとし、光路長伸長手段を配置していない分割さ
れた光路の光路長をＯＰＬ_Dとすれば、これらの光路長
と可干渉距離ＣＬとの間に、実施例４と同様の関係を成
り立たせる。

【００５８】光路移動手段は、実施例４と同様に、例え
ばプリズム４３と、モータ及び歯車機構（詳細は図示せ
ず）から成りプリズム４３を回動させる回動機構４４と
から構成することができる。このような光路移動手段４
３，４４によって、光路合成手段５０上における各光路
末端の位置を移動させる。光路長伸長手段４０Ａ，４０
Ｂ，４０Ｃの各々を射出した光、及び光路長伸長手段を
経由しない光は、例えばプリズム４３を通過して、フラ
イアイレンズから成る光路合成手段５０によって１つの
光路に合成され、出来る限り均一に重ね合わされる。

【００５９】光路合成手段５０における、光路移動手段
４３，４４による各光路末端の位置の移動は、実施例４
と同様とすることができる。

【００６０】（実施例６）実施例６は、本発明の半導体露光装置の第６の態様に関
する。実施例６の半導体装置は、図６に概念図を示すよ
うに、Ｎ個（但しＮ≧２）のレーザ光源１０、及び各レ
ーザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光
の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出するＮ個
の第２高調波発生装置２０を具備している。そして、
（イ）少なくとも（Ｎ−１）個の第２高調波発生装置２
０から射出された光の光路に配置された光路長伸長手段
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、（ロ）Ｎ個の第２高調波発
生装置２０から射出された光の光路に配置された光路移
動手段４３，４４と、（ハ）Ｎ個の第２高調波発生装置
２０から射出された光の光路を１つに合成する光路合成
手段５０とから成る。

【００６１】或る第２高調波発生装置から光路合成手段
に至る光路長と、他の第２高調波発生装置から光路合成
手段に至る光路長との光路差は、第２高調波発生装置２
０から射出された光の可干渉距離ＣＬ（例えば、１ｋ
ｍ）の５０％以上１００％未満であり、光路合成手段５
０における各光路末端の位置を光路移動手段４３，４４
によって移動させる。

【００６２】実施例６においては、レーザ光源１０及び
第２高調波発生装置２０を４つ（Ｎ＝４）としたが、こ
れに限定されるものではなく、最低２つあればよい。各
第２高調波発生装置２０から射出される光の強度は等し
くしたが、等しくなくともよい。

【００６３】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
は、実施例１と同様に、一対の凹面鏡から成る。光路長
伸長手段は、３つの第２高調波発生装置２０に対して配
置されており、１つの第２高調波発生装置２０に対して
は配置されていないが、全ての第２高調波発生装置２０
に対して光路長伸長手段を配置してもよい。

【００６４】各第２高調波発生装置２０から光路長伸長
手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を経由して光路合成
手段５０に至る光路の光路長をＯＰＬ_A，ＯＰＬ_B，ＯＰ
Ｌ_Cとし、第２高調波発生装置２０から直接、光路合成
手段５０に至る光路の光路長をＯＰＬ_Dとすれば、これ
らの光路長と可干渉距離ＣＬとの間に、実施例４と同様
の関係を成り立たせる。

【００６５】光路移動手段は、実施例４と同様に、例え
ばプリズム４３と、モータ及び歯車機構（詳細は図示せ
ず）から成りプリズム４３を回動させる回動機構４４と
から構成することができる。このような光路移動手段４
３，４４によって、光路合成手段５０上における各光路
末端の位置を移動させる。光路長伸長手段４０Ａ，４０
Ｂ，４０Ｃの各々を射出した光、及び光路長伸長手段を
経由しない光は、例えばプリズム４３を通過して、フラ
イアイレンズから成る光路合成手段５０によって１つの
光路に合成され、出来る限り均一に重ね合わされる。

【００６６】光路合成手段５０における、光路移動手段
４３，４４による各光路末端の位置の移動は、実施例４
と同様とすることができる。

【００６７】（実施例７）実施例１〜実施例６において
は、各光路からの光が出来る限り均一に光路合成手段５
０を照射するように、プリズム４３を配置する。これに
対して、実施例７及び実施例８においては、本発明の半
導体露光装置を所謂斜方照明法に適用する。

【００６８】実施例７の半導体露光装置は、図７に概念
図を示すように、プリズム４３とフライアイレンズから
成る光路合成手段５０との間にシリンドリカルレンズ４
５を配置した点を除き、実施例１にて説明した装置と同
様とすることができる。また、４つの光路から光路合成
手段５０に入射する光の光強度は等しくする。

【００６９】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの
各々を射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光
は、例えばプリズム４３を通過して、更に、シリンドリ
カルレンズ４５によって矩形ビーム形状とされた後、フ
ライアイレンズから成る光路合成手段５０によって１つ
の光路に合成される。光路合成手段５０へ斜め方向から
各光を同じ入射角で入射させる。図８の（Ａ）に、光路
合成手段５０上における、４つの矩形形状の光ビームの
配置を模式的に示す。シリンドリカルレンズの曲率を変
えることによって、各光ビームの短辺方向の長さを変え
ることができる。各光ビームの間隔は、プリズム４３の
位置を変化させることによって変えることができる。

【００７０】図８の（Ａ）中、光路長伸長手段４０Ａ，
４０Ｂ，４０Ｃの各々を射出した光に基づく光路合成手
段５０における光ビームを４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃで示
し、光路長伸長手段を経由しない光に基づく光ビームを
４６Ｄで示した。矩形の光ビームの各端部は光路合成手
段５０上で重ね合わされ、四重極が形成される。四重極
を結ぶ領域は、光ビームの光強度や重ね合わせ量に応じ
た光強度を有する。また、光ビームが直接照射されない
光路合成手段５０の中心部５０Ｃは、各光ビームからの
光の滲み出しにより、所定の光強度を有する。

【００７１】図８の（Ｂ）に示すように、各光ビーム４
６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄの端部が若干はみ出すよ
うに各光ビームを重ね合わせてもよい。これによって、
光路合成手段５０上で占める四重極の領域や光路合成手
段５０の中心部５０Ｃの面積比を適宜変えることができ
る。

【００７２】実施例７においては、光路合成手段５０に
到達する直前の各光の干渉性は、光路長伸長手段４０
Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによって十分に低減される。また、
光路合成手段５０において四重極を形成することができ
る。これによって、従来の技術において説明した、斜方
照明法における０次回析光の投影光学系への入射、及び
±１次回析光の一方のみの投影光学系への入射を達成す
ることができる。

【００７３】実施例７においては、実施例１にて説明し
た半導体露光装置を基本として、四重極を形成させた
が、実施例２又は実施例３にて説明した半導体露光装置
を基本とすることもできる。

【００７４】（実施例８）実施例８の半導体露光装置
は、図９に概念図を示すように、プリズム４３とフライ
アイレンズから成る光路合成手段５０との間にレンズ４
７を配置した点を除き、実施例４にて説明した装置と同
様とすることができる。また、４つの光路から光路合成
手段５０に入射する光の光強度は等しくする。

【００７５】光路長伸長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの
各々を射出した光、及び光路長伸長手段を経由しない光
は、実施例７と同様に、例えばプリズム４３を通過し
て、更に、レンズ４７によって円形のビーム形状とされ
た後、フライアイレンズから成る光路合成手段５０によ
って１つの光路に合成される。

【００７６】実施例８が実施例７と相違する点は、円形
の光ビームが、光路合成手段５０上で移動させられる点
にある。この移動は、光路移動手段４３，４４によって
達成することができる。

【００７７】実施例４〜実施例６においては、光路長伸
長手段４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を射出した光、及
び光路長伸長手段を経由しない光が、例えばプリズム４
３を通過して、フライアイレンズから成る光路合成手段
５０によって１つの光路に合成され、出来る限り均一に
重ね合わされるように、光路移動手段４３，４４を制御
する。これに対して、実施例８においては、光路移動手
段４３，４４を制御して、光路合成手段５０上における
光ビームの移動速度を変化させ、これによって四重極を
形成する。

【００７８】例えば光路長伸長手段４０Ａを射出しそし
てプリズム４３を通過した光の光路の光路合成手段５０
上における末端は、光路移動手段４３，４４によって、
例えば光路合成手段５０のＸ軸（方向は任意）に沿っ
て、その位置を移動させられる。移動速度を、光路合成
手段５０の外縁部では早く、光路合成手段５０の中心部
５０Ｃでは遅くする。また、例えば光路長伸長手段４０
Ｂを射出しそしてプリズム４３を通過した光の光路の光
路合成手段５０上における末端は、光路移動手段４３，
４４によって、例えば光路合成手段５０のＸ軸に沿っ
て、その位置を移動させられる。移動速度を、光路合成
手段５０の外縁部では早く、光路合成手段５０の中心部
５０Ｃでは遅くする。但し、光路長伸長手段４０Ａを射
出した光の移動方向とは逆の方向に移動させられる。

【００７９】一方、例えば光路長伸長手段４０Ｃを射出
しそしてプリズム４３を通過した光の光路の光路合成手
段５０上における末端は、光路移動手段４３，４４によ
って、例えば光路合成手段５０のＹ軸（Ｘ軸と直交す
る）に沿って、その位置を移動させられる。移動速度
を、光路合成手段５０の外縁部では早く、光路合成手段
５０の中心部５０Ｃでは遅くする。また、例えば光路長
伸長手段を経由せずにプリズム４３を通過した光の光路
の光路合成手段５０上における末端は、光路移動手段４
３，４４によって、例えば光路合成手段５０のＹ軸に沿
って、その位置を移動させられる。移動速度を、光路合
成手段５０の外縁部では早く、光路合成手段５０の中心
部５０Ｃでは遅くする。但し、光路長伸長手段４０Ｃを
射出した光の移動方向とは逆の方向に移動させられる。

【００８０】このようにして、光路末端の移動速度が最
も遅いときに、円形の光ビームによって照射される光路
合成手段５０の領域に四重極が形成される。四重極が形
成される光路合成手段５０の領域に対して斜め方向から
各光を同じ入射角で入射させる。

【００８１】実施例８においては、光路合成手段５０に
到達する直前の各光の干渉性は、光路長伸長手段４０
Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによって十分には低減されていな
い。しかしながら、光路合成手段５０における各光路末
端の位置を光路移動手段４３，４４によって移動させる
ので、各光の干渉性を十分に低減させることができる。
また、光路合成手段５０において四重極を形成すること
ができる。四重極を結ぶ領域は、光ビームの光強度に応
じた光強度を有する。また、光ビームが早い速度で移動
する光路合成手段５０の中心部５０Ｃは、所定の光強度
を有する。

【００８２】実施例８においては、実施例４にて説明し
た半導体露光装置を基本として、四重極を形成させた
が、実施例５又は実施例６にて説明した半導体露光装置
を基本とすることもできる。

【００８３】以上、各実施例にて説明した投影光学系用
光源としての使用に適したレーザ光源１０及び第２高調
波発生装置２０を、図１０、図１１及び図１２を参照し
て、以下、説明する。尚、図１０におけるレーザ光源１
０と第２高調波発生装置２０の配置は、実施例１又は実
施例４に適した配置である。実施例２、実施例３、実施
例５、実施例６に関しては、各実施例にて説明した配置
にレーザ光源１０及び第２高調波発生装置２０を配置す
ればよい。

【００８４】図１０に示すように、レーザ光源１０は、
レーザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レー
ザ媒質１２、非線形光学結晶素子１３から構成された、
第２高調波を射出し得るＬＤ励起固体レーザから成る。
また、第２高調波発生装置２０は、非線形光学結晶素子
２１及び光共振器２２から成る。第２高調波発生装置２
０には、光共振器２２の共振器長を制御するための共振
器長制御装置３０が更に備えられている。第２高調波発
生装置２０は、光共振器２２に入射された光の第２高調
波に基づいた波長を有する光（固体レーザ媒質が生成す
るレーザ光を基準とした場合、第４高調波）を射出す
る。

【００８５】図１０に示すように、レーザ光源１０は、
例えば、複数のレーザダイオード１１（射出光の波長：
８０８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１
２（射出光の波長：１０６４ｎｍ）、及びＫＴＰ（ＫＴ
ｉＯＰＯ₄）から成る非線形光学結晶素子１３から構成
されている。固体レーザ媒質１２は、端面励起方式であ
る。このような構成により、レーザ光源１０からは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質の第２高調波である
５３２ｎｍの光が射出される。レーザ光源１０には、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２の前方に１／４
波長板１４が配置されている。これによって、レーザ光
源において、所謂ホールバーニング効果による多モード
発振を抑制することができる。

【００８６】非線形光学結晶素子１３は、平面鏡１５及
び凹面鏡１６から成る光共振器の光路内に配置されてお
り、所謂外部ＳＨＧ方式（レーザ発振器の外部に構成し
た光共振器中に配置する方式）を構成する。平面鏡１５
は光の殆どを反射する。また、凹面鏡１６はＮｄ：ＹＡ
Ｇから成る固体レーザ媒質の第２高調波の殆どを透過
し、その他の波長を有する光を殆ど反射する。凹面鏡１
６は、例えばダイクロイックミラーで構成することがで
きる。

【００８７】図１０に示すように、第２高調波発生装置
２０は、例えばＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）から成る非線
形光学結晶素子２１及び光共振器２２から構成されてい
る。第２高調波発生装置２０を構成する非線形光学結晶
素子２１は、光共振器２２の光路内に配置されている。
即ち、第２高調波発生装置２０は、所謂外部ＳＨＧ方式
である。この光共振器２２においては、所謂フィネス値
（共振のＱ値に相当する）を例えば１００〜１０００程
度と大きくして、光共振器２２内部の光密度を、光共振
器２２に入射される光の光密度の数百倍とすることによ
って、光共振器２２内に配置された非線形光学結晶素子
２１の非線形効果を有効に利用することができる。

【００８８】光共振器２２は、一対の凹面鏡２３，２４
及び一対の平面鏡２５，２６から構成されている。第２
高調波発生装置２０に入射した光（例えば、５３２ｎｍ
の波長を有する光）は、第１の凹面鏡２３を透過し、非
線形光学結晶素子２１を透過して少なくとも一部が第２
高調波（例えば、波長２６６ｎｍの光）にされた後、第
２の凹面鏡２４によって反射され、次に、平面鏡２５，
２６によって反射され、更には、第１の凹面鏡２３によ
って反射される。このような状態において、第２の凹面
鏡２４に入射した光（例えば、波長２６６ｎｍの光）の
少なくとも一部が第２の凹面鏡２４を透過し、第２高調
波発生装置２０から光路合成手段５０に向かって射出さ
れる。また、平面鏡２６から第１の凹面鏡２３へと入射
した光の一部分（例えば、波長５３２ｎｍの光）は、第
１の凹面鏡２３を透過し、後述する共振器長制御装置３
０へと入射する。尚、第１及び第２の凹面鏡２３，２
４、平面鏡２５，２６は、以上の説明のように光を反射
・透過させるように設計する。第２の凹面鏡２４は、例
えばダイクロイックミラーで構成することができる。

【００８９】第２高調波発生装置２０から射出された光
の波長は、第２高調波発生装置２０に入射する光を基準
とすれば、かかる入射光の第２高調波である。即ち、第
２高調波発生装置２０に入射する入射光の波長は５３２
ｎｍであり、第２高調波発生装置２０から射出する光は
２６６ｎｍである。尚、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レー
ザ媒質１２から射出されるレーザ光の波長（１０６４ｎ
ｍ）を基準とすれば、第２高調波発生装置２０から射出
される光は第４高調波に相当する。第２高調波発生装置
２０からは、波長２６６ｎｍの狭帯域を有するレーザ光
が連続的に射出され、かかる光のモード均一性は高い。

【００９０】第２高調波発生装置２０には、更に、共振
器長制御装置３０が備えられている。光共振器２２の共
振器長（Ｌ）は、共振器長制御装置３０によって精密に
制御され一定長に保持される。この光共振器２２の共振
器長（Ｌ）を一定長に精密に保持することにより、第２
高調波発生装置２０から射出される射出光の強度を一定
に保持することができる。尚、共振器長（Ｌ）は、第１
の凹面鏡２３、第２の凹面鏡２４、平面鏡２５、平面鏡
２６、及び第１の凹面鏡２３のそれぞれの反射面を結ん
だ光路長に相当する。

【００９１】第２高調波発生装置２０から射出される射
出光の波長をλとしたとき、光共振器２２の共振器長Ｌ
₀が、λ＝Ｌ₀／Ｍ（但し、Ｍは正数）を満足するとき
（ロック状態とも呼ぶ）、光共振器２２は共振し、第２
高調波発生装置２０は高強度の光を安定に射出する。言
い換えれば、光共振器２２における光路位相差Δが２π
の整数倍のとき、第２高調波発生装置２０を構成する光
共振器２２は共振状態となる。即ち、ロック状態とな
る。ここで、非線形光学結晶素子２１の屈折率をｎ、厚
さをｌとしたとき、光路位相差Δは（４πｎｌ／λ）で
表わすことができる。

【００９２】また、光共振器２２の共振器長Ｌ₀±ΔＬ₀
が、λ≠（Ｌ₀±ΔＬ₀）／Ｍ’（但し、Ｍ’は正数）の
とき（アンロック状態とも呼ぶ）、第２高調波発生装置
２０は低強度の光を射出する。言い換えれば、光共振器
２２における光路位相差Δが２πの整数倍からずれたと
き、第２高調波発生装置２０を構成する光共振器２２は
非共振状態となる。即ち、アンロック状態となる。

【００９３】従って、第２高調波発生装置２０から波長
λの光を安定に射出するためには、光共振器２２の共振
器長（Ｌ）の経時的な変動（具体的には、例えば、凹面
鏡２３，２４、平面鏡２５，２６の位置の変動）を出来
る限り小さくする必要がある。そこで、共振器長制御装
置３０の制御によって、第１の凹面鏡２３と第２の凹面
鏡２４とを結ぶ光軸上で、第１の凹面鏡２３を移動させ
たり、かかる光軸に対する第１の凹面鏡２３の配置角度
を変化させ、光共振器２２の共振器長（Ｌ）の経時的な
変動を抑制し、光共振器２２の共振器長（Ｌ）を一定に
保持する。

【００９４】共振器長制御装置３０は、本出願人が平成
４年３月２日付で特許出願した「レーザ光発生装置」
（特開平５−２４３６６１号）に詳述されている。

【００９５】この形式の共振器長制御装置３０は、図１
０に示すように、フォトダイオード等の光検出器３１、
ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３２、ボイスコイルモー
タ制御回路（ＶＣＭ制御回路）３３、位相変調器３４か
ら構成される。位相変調器３４は、レーザ光源１０と第
２高調波発生装置２０との間の光路内に配置されてお
り、レーザ光源１０から射出された光を位相変調する所
謂ＥＯ（電気光学）素子やＡＯ（音響光学）素子から成
る。位相変調器３４と第２高調波発生装置２０との間に
は、集光レンズ３５が配置されている。ボイスコイルモ
ータ３２には、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２
３が取り付けられている。

【００９６】図１１に模式図を示すように、ボイスコイ
ルモータ３２は、磁性材料から成る基体３２０、１つ以
上の電磁石（所謂ボイスコイル）３２２、磁性体から成
るヨーク３２３、及び少なくとも１つのコイルバネ（あ
るいは渦巻き状の板バネ）３２１から構成された電磁ア
クチュエータである。コイルバネ３２１は、その一端が
基体３２０に取り付けられ、そして他端がヨーク３２３
に取り付けられている。また、ヨーク３２３には、第１
の凹面鏡２３及び電磁石３２２が取り付けられている。
電磁石３２２に電流を流すと、磁界が形成され、ヨーク
３２３と基体３２０との間の距離が変化する。その結
果、第１の凹面鏡２３の位置を移動させることができ
る。即ち、電磁石３２２に流す電流を制御することによ
って、光共振器２２の共振器長（Ｌ）を変化させること
ができる。ボイスコイルモータ３２に対して、サーボ制
御が行われる。

【００９７】ボイスコイルモータ３２の駆動電流は数十
〜数百ｍＡ程度である。従って、駆動回路構成を安価に
作製することができる。しかも、サーボループの複共振
の周波数を数十ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以上とすることが
でき、位相回りの少ない周波数特性を有するため、サー
ボ帯域を数十ＭＨｚと広帯域化することができ、安定し
た制御を得ることができる。

【００９８】光共振器２２がロック状態にあるとき、例
えば第１の凹面鏡２３から射出され光検出器３１に到達
する光の強度が極小となり、また、かかる光の位相が大
きく変化する。このような変化を利用して光共振器の制
御を行うことが、例えば、R.W.P.Drever, et al. "Lase
r Phase and Frequency Stabilization Using an Optic
al Resonator", Applied Physics B31. 97-105(1983)に
開示されている。光共振器２２のロック状態の制御は、
基本的にはこの技術を応用している。

【００９９】即ち、例えば第１の凹面鏡２３を透過し、
光検出器３１に到達する光の強度が常に極小値（例えば
０）となるように、ＶＣＭ制御回路３３によってボイス
コイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２３の位置を
変化させれば、光共振器２２のロック状態を安定して保
持することができる。言い換えれば、レーザ光源１０か
ら射出された光を位相変調信号に基づき位相変調を施し
て、第２高調波発生装置２０に入射させ、第２高調波発
生装置２０からの戻り光を光検出器３１によって検出す
ることで検出信号を得る。そして、かかる検出信号を、
位相変調信号にて同期検波し、誤差信号を取り出す。こ
の誤差信号が０となるようにＶＣＭ制御回路３３によっ
て、ボイスコイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２
３の位置を変化させる。

【０１００】ＶＣＭ制御回路３３は、図１２に構成図を
示すように、例えば、発振器３３０、位相変調器駆動回
路３３１、同期検波回路３３２、ローパスフィルタ３３
３、及びボイスコイルモータ駆動回路（ＶＣＭ駆動回
路）３３４から構成されている。

【０１０１】発振器３３０から出力された周波数ｆ
_m（例えば１０ＭＨｚ）の変調信号は、位相変調器駆動
回路３３１を介して位相変調器３４に送られる。位相変
調器３４においては、レーザ光源１０から射出された光
（周波数ｆ_O。１０¹⁴Ｈｚオーダー）に位相変調が施さ
れ、周波数ｆ_O±ｆ_mのサイドバンドが生成される。

【０１０２】光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３
を通過して光共振器２２の系外に射出された光（周波
数：ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）は、光検出器３１によって検出
される。このような周波数（ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）を有す
る光の間のビートを検出するＦＭサイドバンド法によっ
て極性を有する誤差信号を得ることができ、かかる誤差
信号に基づき光共振器２２の共振器長（Ｌ）を制御す
る。

【０１０３】即ち、この光検出器３１から出力された信
号は、同期検波回路３３２に送られる。この信号は、周
波数ｆ₀の光の強度信号と、周波数ｆ_mの変調信号に対応
する信号とが重畳された信号である。同期検波回路３３
２には、発振器３３０から出力された変調信号も（必要
に応じて波形整形や位相遅延等が施されて）供給され
る。光検出器３１から出力された信号と変調信号とは同
期検波回路３３２において乗算され、同期検波が行われ
る。同期検波回路３３２から出力された検波出力信号は
ローパスフィルタ３３３に入力され、ローパスフィルタ
３３３においてこの検波出力信号から変調信号成分を除
去することで、光共振器２２の共振器長の誤差信号が生
成される。ここで、誤差信号とは、光共振器２２の設定
共振器長（Ｌ₀）に対する測定共振器長（Ｌ₀±ΔＬ₀）
の差（±ΔＬ₀）を表わす信号である。

【０１０４】この誤差信号はＶＣＭ駆動回路３３４に送
られ、かかる誤差信号に基づきボイスコイルモータ３２
が駆動され（具体的には、電磁石３２２に流れる電流を
制御し）、第１の凹面鏡２３を透過しそして光検出器３
１に到達する光が極小値となるように（言い換えれば、
光共振器２２の共振器長がＬ₀となり、誤差信号が０と
なるように）、光共振器２２の共振器長（Ｌ）が調整さ
れる。

【０１０５】光共振器２２の共振器長（Ｌ）がＬ₀に設
定されている場合（即ち、ロック状態においては）、共
振器長制御装置３０の制御によって、光共振器２２の共
振器長（Ｌ）の経時的な変動を、第２高調波発生装置２
０に入射する光の波長の１／１０００〜１／１００００
に抑えることができる。

【０１０６】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。光路分割手段４１は、ハーフミラー以外にも、
ビームスプリッターや四角錐プリズム等、光路を分割し
得る如何なる手段とすることもできる。光路長伸長手段
４０も一対の凹面鏡に限定されず、例えば、石英ガラス
製ロッドの両端面に一定の曲率を付与し且つ両端面を内
側に光を反射させる鏡構造としたり、光共振器２２と同
様の構造（但し、４つの凹面鏡で構成する）とすること
もできる。また、一対の凹面鏡の間に適当な媒質を入
れ、屈折率ｎを変化させることもできる。

【０１０７】プリズム４３を用いて各光路を光路合成手
段５０に導く代わりに、反射鏡等、如何なる手段をも用
いることもできる。光路移動手段も任意の手段とするこ
とができる。また、プリズム４３、シリンドリカルレン
ズ４５、レンズ４７の配置も適宜変更することができ
る。

【０１０８】四重極の形状も、実施例にて説明した形状
に限定されるものではなく、適宜変更することができ
る。また、実施例８にて説明した半導体露光装置を用い
て、光路合成手段５０の外縁部近傍の領域に、光を輪帯
形状となるように回転移動させ且つ斜めに入射させるこ
とによって、所謂輪帯照明法を実施することもできる。

【０１０９】本発明の半導体露光装置においては、レー
ザ光源１０及び第２高調波発生装置２０の大きさをＡ３
版以下に納めることができる。従って、レーザ光源１
０、第２高調波発生装置２０、光路分割手段４１、反射
鏡４２、光路長伸長手段４０、プリズム４３、回動機構
４４、シリンドリカルレンズ４５やレンズ４７等の構成
部品を一体化することも可能である。

【０１１０】本発明の半導体露光装置は、上述した実施
例のような屈折系の光学系を用いた投影露光装置にのみ
限定されるものでなく、例えば反射系の光学系を用いた
半導体露光装置や近接露光装置にも応用することができ
る。

【０１１１】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
及び共振器長制御装置３０の構造は例示であり、適宜設
計変更することができる。固体レーザ媒質は、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ以外にも、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＢＥＬ、ＬＮＰ
等から構成することができる。レーザダイオードによる
固体レーザ媒質の励起方式も、端面励起方式だけでな
く、側面励起方式や表面励起方式とすることができ、更
にはスラブ固体レーザを用いることもできる。また、非
線形光学結晶素子として、ＫＴＰやＢＢＯの他にも、Ｌ
Ｎ、ＱＰＭＬＮ、ＬＢＯ、ＫＮ等、入射光や射出光に
要求される光の波長に依存して適宜選定することができ
る。

【０１１２】一対の反射鏡から成る光共振器の光路内に
固体レーザ媒質と非線形光学結晶素子が配置された、所
謂内部ＳＨＧ方式のレーザ光源を用いることもできる。
また、固体レーザ媒質１２からの射出光を非線形光学結
晶素子１３に通すような構造（即ち、平面鏡１５及び凹
面鏡１６から成る光共振器を省略する構造）とすること
もできる。更には、レーザ光源として、ＬＤ励起固体レ
ーザの代わりに、例えば青色半導体レーザを使用し、か
かる半導体レーザの射出光を第２高調波発生装置に直接
入射させることもできるし、かかる半導体レーザと非線
形光学結晶素子とを組み合わせた所謂内部ＳＨＧ方式か
ら成るレーザ光源と第２高調波発生装置との組み合わせ
構造とすることもできる。また、平面鏡１５及び凹面鏡
１６から成る光共振器の共振器長の制御のために、共振
器長制御装置３０を別途設けることもできる。

【０１１３】第２高調波発生装置２０における光共振器
２２の構造を、例えば、凹面鏡と平面鏡から構成された
ファブリ−ペロー型共振器とすることもできる。この場
合、第２高調波発生装置２０に入射する入射光を透過
し、そして第２高調波発生装置２０からの戻り光を反射
する反射鏡を、第２高調波発生装置２０の手前に配置
し、かかる反射鏡で反射された光を光検出器３１で検出
すればよい。光共振器２２の共振器長を変えるために
は、第１の凹面鏡２３を移動させるだけでなく、他の鏡
を移動させてもよい。

【０１１４】共振器長制御装置３０の別の態様として、
ＰＺＴ等から成る共振器長制御装置を挙げることができ
る。即ち、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３を
移動させるために、ＰＺＴ等から成る積層圧電素子及び
共振器長（Ｌ）の長さ変化に比例した信号をこの積層圧
電素子に供給する制御装置から成る共振器長制御装置を
用い、かかる信号をフィードバックしてサーボループを
構成する。これによって、光共振器２２の共振器長の制
御を行い、第２高調波発生装置２０から射出される射出
光の強度制御を行うこともできる。

【０１１５】第２高調波発生装置から射出される光は、
レーザ光源からの入射光の第２高調波に基づいた波長を
有する光であるが、この第２高調波発生装置から射出さ
れる光の波長は、実施例にて説明したように、固体レー
ザ媒質の射出する光を基準とした第４高調波だけでな
く、第５高調波とすることもできる。この場合には、例
えばＮｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質から射出され
る光（波長：１０６４ｎｍ）と、第２高調波発生装置２
０から射出される光（波長：２６６ｎｍ）とを合成し
て、再び別の第２高調波発生装置２０（例えば、非線形
光学結晶素子として有機結晶の urea ＣＯ（ＮＨ₂）₂
を用いる）を通すことによって、Ｎｄ：ＹＡＧから成る
固体レーザ媒質の第５高調波（波長：２１３ｎｍ）を生
成することができる。

【０１１６】基板としては、シリコン半導体基板や、Ｇ
ａＡｓ等の化合物半導体基板、ＴＦＴ等を形成するため
のガラス基板等を例示することができる。

【０１１７】

【発明の効果】本発明の半導体露光装置においては、露
光光の光強度の大幅な低下を招くことなく、露光光の干
渉性を低下させてスペックルパターンの発生を効果的に
防止することができる。また、四重極を容易に光路合成
手段上に形成することができ、斜方照明法による高い解
像度と大きな焦点深度を半導体露光装置に付与すること
ができる。更には、構成部品は小型でありしかも簡単な
構造であり、、一体化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体露光装置の概念図である。

【図２】実施例２の半導体露光装置の概念図である。

【図３】実施例３の半導体露光装置の概念図である。

【図４】実施例４の半導体露光装置の概念図である。

【図５】実施例５の半導体露光装置の概念図である。

【図６】実施例６の半導体露光装置の概念図である。

【図７】実施例７の半導体露光装置の概念図である。

【図８】光路合成手段上に形成された四重極を模式的に
示す図である。

【図９】実施例８の半導体露光装置の概念図である。

【図１０】レーザ光源、第２高調波発生装置及び共振器
長制御装置の模式図である。

【図１１】ボイスコイルモータの模式図である。

【図１２】共振器長制御装置を構成するＶＣＭ制御回路
の構成図である。

【符号の説明】

１０レーザ光源１１レーザダイオード１２固体レーザ媒質１３非線形光学結晶素子１４１／４波長板１５平面鏡１６凹面鏡２０第２高調波発生装置２１非線形光学結晶素子２２光共振器２３第１の凹面鏡２４第２の凹面鏡２５，２６平面鏡３０共振器長制御装置３１光検出器３２ボイスコイルモータ３２０基体３２１コイルバネ３２２電磁石３２３ヨーク３３ＶＣＭ制御回路３３０発振機３３１位相変調器駆動回路３３２同期検波回路３３３ローパスフィルタ３３４ＶＣＭ駆動回路３４位相変調器３５集光レンズ４０光路長伸長手段４１光路分割手段４２反射鏡４３プリズム（ウェッジ）４４回動機構４５シリンドリカルレンズ４７レンズ５０光路合成手段６０反射鏡６１レチクル６２投影光学系６３レジスト６４基板６５基板ステージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備した
半導体露光装置であって、（イ）レーザ光源から射出された光をＮ個（但しＮ≧
２）の光路に分割する光路分割手段と、（ロ）Ｎ個の分割された光路に配置された第２高調波発
生装置と、（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ニ）Ｎ個に分割された光路を１つに合成する光路合成
手段、とから成り、分割された光路の光路長と他の光路の光路長との光路差
が、第２高調波発生装置から射出された光の可干渉距離
以上であることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】Ｎ個（但しＮ≧２）のレーザ光源、及び該
各レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出するＮ個の
第２高調波発生装置を具備した半導体露光装置であっ
て、（イ）少なくとも（Ｎ−１）個の第２高調波発生装置か
ら射出された光の光路に配置された光路長伸長手段と、（ロ）Ｎ個の第２高調波発生装置から射出された光の光
路を１つに合成する光路合成手段、とから成り、或る第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光路長
と、他の第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光
路長との光路差が、第２高調波発生装置から射出された
光の可干渉距離以上であることを特徴とする半導体露光
装置。
【請求項３】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備した
半導体露光装置であって、（イ）第２高調波発生装置から射出された光の光路をＮ
個（但しＮ≧２）の光路に分割する光路分割手段と、（ロ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ハ）Ｎ個の分割された光路に配置された光路移動手段
と、（ニ）Ｎ個に分割された光路を１つに合成する光路合成
手段、とから成り、分割された光路の光路長と他の光路の光路長との光路差
が、第２高調波発生装置から射出された光の可干渉距離
の５０％以上１００％未満であり、光路合成手段における各光路末端の位置を光路移動手段
によって移動させることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項４】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置を具備した
半導体露光装置であって、（イ）レーザ光源から射出された光をＮ個（但しＮ≧
２）の光路に分割する光路分割手段と、（ロ）Ｎ個の分割された光路に配置された第２高調波発
生装置と、（ハ）少なくとも（Ｎ−１）個の分割された光路に配置
された光路長伸長手段と、（ニ）Ｎ個の分割された光路に配置された光路移動手段
と、（ホ）Ｎ個に分割された光路を１つに合成する光路合成
手段、とから成り、分割された光路の光路長と他の光路の光路長との光路差
が、第２高調波発生装置から射出された光の可干渉距離
の５０％以上１００％未満であり、光路合成手段における各光路末端の位置を光路移動手段
によって移動させることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項５】Ｎ個（但しＮ≧２）のレーザ光源、及び該
各レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出するＮ個の
第２高調波発生装置を具備した半導体露光装置であっ
て、（イ）少なくとも（Ｎ−１）個の第２高調波発生装置か
ら射出された光の光路に配置された光路長伸長手段と、（ロ）Ｎ個の第２高調波発生装置から射出された光の光
路に配置された光路移動手段と、（ハ）Ｎ個の第２高調波発生装置から射出された光の光
路を１つに合成する光路合成手段、とから成り、或る第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光路長
と、他の第２高調波発生装置から光路合成手段に至る光
路長との光路差が、第２高調波発生装置から射出された
光の可干渉距離の５０％以上１００％未満であり、光路合成手段における各光路末端の位置を光路移動手段
によって移動させることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項６】光路長伸長手段は一対の凹面鏡から成るこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の半導体露光装置。
【請求項７】一対の凹面鏡による光の反射回数を異なら
せることによって、光路長を制御することを特徴とする
請求項６に記載の半導体露光装置。
【請求項８】光路合成手段はフライアイレンズから成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項
に記載の半導体露光装置。
【請求項９】光路合成手段上で四重極を形成することを
特徴とする請求項８に記載の半導体露光装置。
【請求項１０】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は、非線形光学結晶素子、光共振器及び
共振器長制御装置から成ることを特徴とする請求項１乃
至請求項９のいずれか１項に記載の半導体露光装置。