JP3627762B2 - マイクロリソグラフィのための照射光源と照射方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、均一な照射を行うための方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、半導体チップを製造するために、ウエーハの上に投影されるパターンを具現化するマスクを均一に照射する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホトマイクロリソグラフィの基本的な目的は、可能な限り微細な像を形成することである。極めて幅の狭い線幅帯びスペース幅を有する高分解能の像は、小さなサイズのチップ上に、複雑な集積回路を製造することを可能とする。
【０００３】
半導体チップの上にあるパターンを形成するためには、光線を平坦なマスクを通して伝達し、投影レンズによって、平坦なウエーハの上に投影する。上記投影レンズは、上記マスクの縮小された像を上記ウエーハ上に形成する。投影された像は、ウエーハをコーティングしているホトレジスト材料に化学反応を生じさせる。マスク平面及びウエーハ平面の照射は、これら平面にわたる、小さな局部的な変動、並びに、巨視的な広い変動を避けるために、均一でなければならない。
【０００４】
結像の分解能を増大させ、また、最低の線幅及びスペース幅を減少させるためには、短い波長を有する光源を用いることが有用であることが分かっている。１５０乃至３００ナノメートルの範囲の遠紫外線（ＤＵＶ）範囲の照射源が、適当であることが証明されている。通常のキセノン及び水銀の広帯域アークランプは、望ましいＤＵＶ範囲において十分なエネルギを発生しないので、他の光源が必要である。フッ化クリプトン（ＫｒＦ）及びフッ化アルゴン（ＡｒＦ）の気体レーザは、ＤＵＶ範囲において有効な照射をもたらし、ホトマイクロリソグラフィに用いられている。しかしながら、そのような気体レーザは、大きな欠点を有している。必要とされる気体の有毒な性質は、厳密で高価な安全手段を必要とし、潜在的な安全上の危険性を示す。また、気体レーザは、定期的なメンテナンスを必要とし、そのようなメンテナンスの間には、チップの製造を中断しなければならず、非経済的である。必要とされるメンテナンスの作業は、レーザガスが腐食性を有するために、気体の交換及び汚染物チャンバのメンテナンスを含む。
【０００５】
固体レーザは、気体レーザに固有のメンテナンス及び安全性の問題を排除し、同時に、所望のＤＵＶ範囲において十分な照射をもたらす。しかしながら、固体レーザは、その全直径にわたって、空間的にコヒーレント（干渉性の）であるビームを放出する。コヒーレンス（干渉性）は、他の用途においては効果的であるが、ホトマイクロリソグラフィにおいては問題を生ずる。マスクを均一に照射するために、コヒーレントビーム（可干渉性の光線）を拡張したり、あるいは、他の光学的な手法で処理すると、マスク平面にスペックル（斑点）又は干渉フリンジ（干渉縞）が生ずる。そのような不均一性は、ウエーハに投影されるフリンジを発生するので、許容できない。そのようなフリンジは、これに対応して不均一に露光される領域をウエーハに形成する。
【０００６】
エキシマレーザは、そのビームの小さな直径部分にわたって局部的にのみコヒーレントであるが、そのビーム全体にわたる巨視的なスケールでは、インコヒーレント（非干渉性）である。コヒーレンスの局部的な「アイランド」は小さく、互いに関してインコヒーレントである。従って、短焦点距離レンズから成る単純な「ハエの目」状のアレーすなわち列を、気体レーザのビーム通路の中に置いて、コヒーレンスのアイランドを分散させて平均化し、これにより、問題のあるスペックル又はフリンジを生ずることなく、均一な照射をもたらすことができる。そのような技術は、全体的にコヒーレントな固体レーザの出力と共に使用する時には、効果的ではない。
【０００７】
上述のことから、（１）スペックル又はフリンジのない遠視外線範囲の均一な照射、（２）頻繁なメンテナンスすなわち保守を必要としない信頼性のある装置、及び、（３）有害な材料を使用しない装置を提供することにより、上述の如き欠点を解消する照射装置及び照射方法が必要とされていることは理解されよう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記必要性を満足することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空間的にコヒーレントなレーザビームが、周波数シフト型のセルのアレーを通して伝達される照射装置を提供する。各々のセルは、ビームの異なるセグメントすなわち部分を伝達し、他のいずれかのセルによって発生される周波数シフト量とは異なる特定の量だけ、それぞれのセグメントの周波数をシフトする。各々の周波数シフトされたビームセグメントは、短焦点距離レンズを通して伝達され、そのビームセグメントを、他の同様に発散されたビームセグメントと重なりそのようなビームセグメントと概ね同一平面にある、大きな領域に発散させる。
【００１０】
上記重なり合うビームによって発生されるフリンジは、１つのレーザパルスの行程の間に、上記大きな領域にわたって掃引する。これは、どの瞬間においても特定のフリンジパターンが残るが、累積的に均一な照射を発生する。ソースビーム（元の光線）は、小さいが十分な帯域幅を有しているので、各々のビームセグメントは、他のビームセグメントの周波数シフトとは異なるに十分な量だけ、周波数がシフトされ、これにより、周波数領域内でのビームセグメントのかなりの重なりを阻止する。各々のビームセグメントはウエーハ平面にスペックルパターンを発生するが、各セグメントのパターンは独自である。その結果、重なり合うパターンは、それ以上の干渉を生ずることなく複合され、平均化された均一な照射をもたらす。
【００１１】
必要とされる周波数シフトの大きさを減少させるために、第１のグループのビームセグメントを第１の方向に偏光させ、第２のグループのセグメントを上記第１の方向と直交する方向に偏光させることができる。その結果、各々のビームセグメントは、同じ偏りを有する上記ビームセグメントと重なる周波数領域を排除するに必要な量だけしか、周波数シフトされる必要はなく、直交する偏りを有するビームセグメントと重なる周波数領域を許容することができる。
本発明の上記及び追加の特徴、並びに、利点は、図面を参照して説明する以下の詳細な記載から、容易に明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１は、光学的なマイクロリソグラフィ装置すなわち「ステッパ」１０を示している。このステッパは、出力ビーム１４を発生する光源１２を備えており、上記出力ビームは、狭い周波数範囲の中で均一に分布され且つ実質的に平行なビームから構成されている。ビーム１４は、マスク１６を通過する。このマスクは、像を形成する透明領域及び不透明領域を有するプレートであり、このプレートは、マスク平面１８に位置している。縮小レンズ２０は、マスクによって伝達されたビームを受け、マスクの縮小された像を半導体ウエーハ２２に投影する。像が投影されるウエーハの前方面は、ウエーハ平面２４に位置している。通常、ステッパ１０は、光線が、光源から水平に配列されたウエーハに向かって下方へ移動するように、垂直方向に配列されている。
【００１３】
図２は、図１の光源１２の好ましい実施例の内部の詳細を示している。この光源は、ビームエクスパンダ２８を順次通過するビームを放出するレーザ２６と、周波数シフト型のブラッグセルのアレー３０と、ブラッグセルのアレー３０に整合された短焦点距離レンズの「ハエの目」アレー３２と、マスク平面１８を均一に照射する集光レンズ３４とを備えている。ビームは、平行で連続的に離れているビームセグメントを含む総てのブランチ及びサブパスを含むビーム通路に従う。
【００１４】
レーザ２６は、１５０乃至３００ナノメートルの遠視外線（ＤＵＶ）波長範囲の光線を放出することのできる固体レーザであるのが好ましい。ＤＵＶ放射線は、可視光線ではないが、本明細書においては、「光線」と呼ぶ。そのようなレーザは、直径が４ミリメートル程度の実質的に平行で細いビームを発生し、そのようなビームは、ビームの直径全体にわたって、空間的にコヒーレントである。他のビーム特性を大きく変化させることなく、ビームの直径を拡大するために、ビームエクスパンダ２８は、短焦点距離レンズ３８と、長焦点距離レンズ４０とを用いている。この場合には、短焦点距離レンズは、ビーム４２の平行光線を焦点４４に焦点合わせする。長焦点距離レンズ４０は、その焦点を点４４に置いた状態で設けられており、これにより、その結果生ずる拡大されたビーム４６の光線は、平行化またはコリメートされている。好ましい実施例においては、拡大されたビームの直径は、少なくとも約５０ミリメートルである。
【００１５】
拡大されたビーム４６は、ブラッグセルアレー３０に当たるが、このブラッグセルアレーは、ビーム４６の範囲によってその周囲が完全に包囲されており、従って、各々のセルは、完全に照射される。図３に示すように、ブラッグセルアレー３０は、３行３列のマトリックスをなすブラッグセル５０を備えている。各々のセルは、１又はそれ以上のブラッグセルユニット（図示せず）を備えており、複数のユニットから成るセルが、積み重ねられたユニット（ユニットのスタック）によって形成され、これにより、光線は、個々のセルのユニットを順次通過する。一般に、アレーの多くのユニットは、同じユニットの周波数シフトを行うことができ、各々のセルのシフトは、セルのユニット数に応じた量の整数倍である。図２は、単に例示として、５つのセルから成る列をしており、その好ましい実施例は、図３に示すようなものである。
【００１６】
ブラッグセルユニットは、音響光学的な変調器であり、この音響光学的な変調器は、石英の如き透明な結晶、石英ガラス、又は、フッ化リチウムを備えており、上記変調器には、高周波電圧が印加される。その圧電効果により、上記結晶は、上記高周波電圧に応じて、上記結晶の中の音速で該結晶を伝播する平行な波を形成する。これらの波は、高密度の圧縮と低密度の屈折が交互に層をなすゾーンから構成される。適正な結晶材料においては、その屈折率は、その材料の密度の関数である。光線が、結晶の中の平坦な密度の波に対して平行な線からほんの僅かずれた角度でブラッグセルに入ると、その光線は、あたかも横方向に移動する回折格子を通過しているかの如く、反応する。入射ビームが平坦な波からずれている方向に応じて、その結果生ずる出力は、その結晶に印加される電圧のラジオ周波数の値だけ入力周波数よりも大きいかあるいは小さい、周波数を有する。
【００１７】
図３のブラッグセル５０には、各々のセルの出力周波数を示す表示が付されている。入力周波数は、ν_０ で示されており、また、単位周波数シフトは、Δνで示されている。結局、その結果生ずる周波数は、ν＝ν_０ ＋ＮΔνによって与えられ、Ｎは、ブラッグセルのブラッグセルユニットの数である。アレーの中央のユニットは、ゼロ（０）のブラッグセルユニットを有する「ブラッグセル」と考えることができ、このブラッグセルは、ゼロ（０）の周波数シフトをもたらす。実際には、中央のセルは、透明な領域によってもたらされる。間隙領域及び周辺領域５２は、特定のセルを通る光線を除いて、光線を透過させないようにブロックされている。
【００１８】
ハエの目型のアレー３２は、短焦点距離レンズ要素５４のアレーを備えており、このアレーは、各々の短焦点距離レンズ要素が、対応するブラッグセル５０と一対一の関係で整合するように、配列されている。各々のハエの目型のレンズ要素５４は、対応するブラッグセル５０の出力全体を分散させる。ブラッグセルの中心間の間隔、並びに、ハエの目型のレンズ要素５４の中心間の間隔は、約１センチメートルである。ハエの目型のレンズ要素５４の直径又は焦点距離よりも十分に大きい遠視野距離に、オーバーラップゾーン５８が形成され、このオーバーラップゾーンにおいては、光線は、各々のブラッグセル５０及びレンズ要素５４によってもたらされる。集光レンズ３４は、その大部分が、オーバーラップゾーン５８の中に位置しており、集光レンズの焦点距離及びハエの目型のレンズ要素の焦点距離の和に等しい距離だけ、ハエの目型のアレーから隔置されている。結果的に、集光レンズは、各々のハエの目型のレンズ要素の出力を、レティクル平面１６において、重ね合わせてオーバーラップさせる。
【００１９】
元々のレーザビーム４２と拡大されたビーム４６は本質的にガウス型であり、従ってビームの中心から半径方向に離れるに従って低下する強度分布を有している。上の効果は図２の装置によるビームセグメントのサンプリング及び展開によって、マスク平面１８に巨視的に大きな不均一性を生ずるのを阻止する。本質的に、各々のブラッグセル５０は、拡大されたビーム４６の個々に分離したセグメントを受け持つ。中央のビームセグメントは、最も大きな強度を有する傾向があり、周囲のセグメントは、より小さい強度を有する傾向がある。マスク平面１８のオーバーラップゾーン５８において、各ビームセグメントが再結合されると、これらの巨視的な強度の変動は、平均化によって排除される。より重要なことは、種々のブラッグセルの個々の周波数シフトが、空間的に重なり結合されたビームセグメントの間の光学的な干渉を防止することである。そのような干渉は、そうでなければ光線１２をホトマイクロリソグラフィに使用できなくする、光学的なフリンジパターンすなわち縞模様を形成してしまう。
【００２０】
図４は、図２の装置のマスク平面１８における出力ビーム１４の周波数分布を示している。このグラフは、９つの重なり合うビームセグメントの周波数包絡線７４、７６を示している。中央の包絡線すなわち曲線６０は、シフトされておらず周波数ν_０ を有するビームセグメントの周波数分布を示している。幾分釣り鐘状の形状を呈しているが、この周波数分布は、最大強度の半分の強度におけるその曲線の帯域幅６２によって特徴付けることもできる。本発明の好ましい実施例において使用される如き固体レーザに関しては、最大周波数の半分における通常の帯域幅６２は、約１００ＭＨｚである。他のビームセグメントの周波数シフト操作は、そのセグメントの周波数帯域幅を変えず、他の曲線は、中央の曲線６０おと同じ形状である。
【００２１】
図４においては、最小単位のシフト量はΔνに等しい。これは単一のブラッグセルユニットをもつブラッグセルの周波数シフトである。各々のビームセグメントは単位シフト量の整数倍だけシフトされるが、正又は負の同じ方向に同じ整数倍だけシフトされるビームセグメントはない。結果的に、図２の実施例の周波数分布は、均一に隔置された９つの別個の曲線から成るアレーを含んでいる。
【００２２】
図示の実施例においては、単位シフト量Δνは、２００ＭＨｚである。その結果、周辺領域の中で隣接するビームセグメントの間のオーバーラップ（重なり合い）は小さいが、オーバーラップ領域６６によって示される測定可能な量であり、隣接する曲線の両端部だけが重なり合ってオーバーラップしている。周辺領域のこの部分においては、少量の光線が、２つの別個のビームセグメントによってもたらされている。この重なり合う周波数範囲の中では、同じ周波数の２つの光源の間の干渉が、若干のフリンジパターンを生ずることがある。しかしながら、干渉を受けることのある光線の強度は、ビームセグメントの非オーバーラップ部分及び非干渉部分の強度に比較して、小さく、そのフリンジは、許容できるレベル内に維持される。この図示の実施例においては、交差点６８における強度は、曲線のピークにおける最大強度の約６．２％である。その結果マスク平面に生ずるフリンジは、１０％に等しい鮮明度を有すると計算される。その結果生ずるフリンジの鮮明度は、単位シフト量Δνを増大させ、又は減少させ、あるいは、周辺領域内で隣接するビームセグメントの間のオーバーラップを除去することにより、増大、減少、あるいは、完全に除去することができる。
【００２３】
ブラッグセルの回折効率はシフト量が増大するに連れて減少するので、ビームセグメントを必要量以上に周波数シフトすることを避けるのが何にもまして必要である。また、より高い周波数シフト機能を有するブラッグセルは一般により高いコストが伴う。理想的な場合には、ブラッグセルは、隣接するビームセグメントの周波数出力の総てのオーバーラップを避けるに丁度十分な周波数シフト量を有する。過剰の周波数シフトは、極端な場合には、投影レンズの色収差を防止するための仕様を越える全ビーム帯域幅を生ずる。
【００２４】
大きな周波数シフト量の必要性の排除、及び／又は、隣接するセグメントの間にフリンジを発生するオーバーラップの発生の排除を行うために、幾つかのセグメントの偏りを９０°回転させ、他のセグメントとの干渉を避けることができる。偏光された光線は、直交方向に偏光された光線を干渉しない。図２に破線で示すように、選択に応じて、幾つかのビームセグメントに多数の二分の一波長板７２を置き、そのようなセグメントの偏りをシフトすることができる。レーザ光線は本来的に偏光されるので、二分の一波長板は、これを通る光線を直交方向に偏光する役割を果たす。図３に示すように、シフトされていないビームセグメントν_０ 、及び、＋２Δν、＋４Δν、−２Δν、及び、−４Δνだけシフトされたセグメントは、レーザ２６に固有の平行な偏光を有するように示されている。これらのセグメントは、図４に示す偶数のビームセグメント７４である。＋Δν、＋３Δν、−Δν、及び−３Δνだけシフトされた残りのセグメントは、「奇数」のセグメント７６として示されている。図２及び図３に示すように、二分の一波長板が適所にあると、オーバーラップ領域６６は、最早、干渉フリンジすなわち干渉縞を発生しない。結局、この偏光原理を採用すると、図２の装置は、干渉フリンジを全く生じない。
【００２５】
図５は、図２の実施例と同様な実施例の周波数分布を示しており、この実施例は、上記偏光原理の利益を得るために二分の一波長板を採用しているが、図４にグラフで示した実施例の単位周波数シフト量の半分である単位周波数シフト量Δν_１を有している。この場合には、Δν_１は、最大強度の半分における周波数帯域幅６２に概ね等しい。直交方向の偏光された偶数のセグメント７４は、実線で示されており、平行な偏光された奇数のセグメント７６は、破線で示されている。この場合には、偏光原理の利益を採用して、単位シフト量を減少させると同時に、オーバーラップ領域６６から生ずる小さなフリンジ鮮明度を許容する。
【００２６】
図６は、第２の実施例の光源１１２を示しており、この光源は、元々のレーザビームをビームセグメントの分岐路に分解するビームスプリッタを採用している。ビームセグメントは、必要とされるセル数を減少するように、直列に配列された一連のブラッグセルを通過する。この実施例においては、各々のセルは、同じ単位周波数シフトの単一のブラッグセルユニットだけを備えている。比較のための例を挙げると、図３に示す実施例は、Δνの単位シフト量を有する最大２０のブラッグセルを必要とする。一方、この数は、図６の実施例においては、８まで減少する。光源１１２は、遠紫外線を放出する固体レーザ１２６を備えており、この固体レーザは、ビームホモジナイザ１２８にビームを送り、該ビームホモジナイザは、このビームを、該ビームの直径にわたって強度が実質的にガウス型であるビームから、その直径にわたって密度がほぼ平坦であるビームへ、変換する。これは、ビームの一部を「折り重ね」てそのセグメントを再分布させるための、内部反射する細長い導管、ハエの目型のレンズアレー、及び／又は、プリズムによって、あるいは、ビームアポダイゼーションによって、達成することができる。
【００２７】
その結果生ずる均質化されたビーム１４６は、細く空間的なコヒーレントなビームであり、ビームプロセッサ１３０へ伝達されて、複数のビームセグメントを形成する。図２の実施例においては、各々のビームセグメントは、他のセグメントと平行な断面で見ると、空間的に明確なビームの部分である。図６の装置においては、各々のビームセグメントは、ビームスプリッタ１４８を用いて、全体のビームの光束の分数部分を分割することにより、形成される。各々のビームセグメントは、ビームの直径全体にわたる光束の一部を含む。代表的なビームスプリッタは、セミシルバー型（ｓｅｍｉ−ｓｉｌｖｅｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）の表面を用いており、この表面は、入射ビームの一部を反射し、残りの部分を透過させる。
【００２８】
図６のビームセグメントは、以下の通り分類される。すなわち、周波数ν_０ を有するシフトされていないセグメント１００、ν_０ ＋Δν、＋２Δν、＋３Δν、及び、＋４Δνのそれぞれ正にシフトされた周波数を有する正にシフトされたセグメント１０１、１０２、１０４及び１０４、並びに、ν_０ −Δν、−２Δν、ー３Δν、及び、−４Δνのシフトされた周波数を有する負にシフトされたセグメント１０１’、１０２’、１０３、’及び１０４’である。
【００２９】
図６の実施例においては、均質化されたビーム１４６は、第１のビーム部分１５２を透過すると共に第２のビーム部分１５４を偏向させる第１のビームスプリッタ１４８に当たる。第１のビーム部分１５２は、第１のブラッグセル１５０ａを通過し、この第１のブラッグセルは、上記第１のビーム部分を、単位周波数シフトΔνだけ正にシフトさせる。シフトされた第１のビーム部分１５２ａは、ビームスプリッタ１４８ａに当たり、このビームスプリッタ１４８ａは、一回シフトされたビームセグメント１０１を偏向させて、残りのセグメントをブラッグセル１５０ｂへ透過させ、該ブラッグセルは、更にシフトされた第１のビーム部分１５２ｂをビームスプリッタ１４８ｂへ放出する。ビームスプリッタ１４８ｂは、二回シフトされたビームセグメント１０２を偏向させると共に、残りのセグメントを透過させ、ブラッグセル１５０ｃが、追加のシフトを行う。ビームスプリッタ１４８ｃは、三回シフトされたビームセグメント１０３を偏向させると共に、残りのセグメントをブラッグセル１５０ｄへ透過させ、該ブラッグセルは、四回シフトされたビームセグメント１０４をもたらす。
【００３０】
第１のビームスプリッタ１４８によって偏向され未だシフトされていない第２のビーム部分１５４は、ビームスプリッタ１４８ｅに当たり、このビームスプリッタは、シフトされていないビームセグメント１００を偏向させる。ビームスプリッタ１４８ｅはまた、残りのセグメントをブラッグセル及びビームスプリッタから成る構造に透過させる。この構造は、上述のアレーと同様に機能して、正にシフトされたビームセグメント１０１乃至１０４を発生するが、各々のブラッグセル１５０ａ’、１５０ｂ’、１５０ｃ’及び１５０ｄ’が、漸増する負の周波数シフトをもたらす点が異なる。従って、一回シフトされたビームセグメント１０１’は、第２のビーム部分１５４が第１のセルを通過した後に分割され、、セグメント１０２’は、第２のセルの後に分割され、セグメント１０３’は、第３のセルの後に分割され、セグメント１０４’は、４つのセルを通過した後に生ずる。
【００３１】
複数のミラーから成る構造が示されており、この構造は、ビームセグメントを、ハエの目型のレンズアレー１３２に向けて、平行なバンドルとして導くが、各々のレンズ要素は、対応する単一のビームセグメントからの光線を分散させる。上記ミラー及びビームスプリッタは、各ビームセグメントを単一の平面に維持するように示されているが、それぞれの経路を、その平面から「折り曲げ」て、邪魔を防止する追加のミラーを設け、これにより、図示の細長い直線的なアレーよりもよりコンパクトなハエの目型のアレーを用いることを可能とする。分散されたビームは、集光レンズ１３４の領域１５８において重なり合う。平行化されたビームは、図２の実施例の手順で、マスクすなわちレティクル１６に投影される。
【００３２】
図６の実施例においては、９つのビームセグメントは、レンズアレー１３２に接近する際に、その強度が等しい。このようにするためには、各々のビームスプリッタの反射率及び透過率を計算し、各々のブラッグセル、並びに、他の総ての光学的な表面における効率のロスを補償する必要がある。図示の実施例は、選択に応じて、二分の一波長板１７２を備えることができ、この二分の一波長板は、ビームセグメント１０１、１０１’、１０３、及び１０３’を直交方向に偏光させ、図２に関して説明したのと同じ結果を達成する。二分の一波長板１７２を設けなければ、図６の実施例の出力は、図４のようになる。二分の一波長板１７２を適当な別のビーム通路の中に挿入し、また、各々のブラッグセルが透過された光線をシフトする周波数をΔνまで減少させると、図５に示す周波数分布が生ずる。
【００３３】
図７は、別のビーム処理装置を示しており、この装置は、概略的に言うと、図６の直列のブラッグセル及びビームスプリッタの概念、並びに、偏光原理を採用している。この実施例は、干渉縞を発生する周波数の大きなオーバーラップを生ずることなく、１０のビームセグメントをもたらし、４つのブラッグセルしか必要しない。図示の実施例は、均質化されたレーザビーム２４６を受け取り、このビームを５つのビームセグメント２０１、２０２、２０３、２０４及び２０５に分割する。そのビームセグメントの中の２つが、異なる量で正に周波数シフトされ、他の２つが、異なる量で負にシフトされ、残りの１つは、シフトされていないままである。その後、５つのバンドルすなわち光束が分割されて、５つの第２の光束を形成し、この光束は次に、直交方向に偏光される。次に、総てのセグメントが再結合され、均一な重なり合う照射をもたらす。
【００３４】
第１のビームスプリッタ２４８ａが、第１のビーム部分２４６ａをブラッグセル２５０ａに向けて分流し、このブラッグセルは、そのビーム部分をΔνだけ負にシフトする。その結果生ずるシフトされたビームは、ビームスプリッタ２４８ｂに当たり、該ビームスプリッタは、ビームセグメント２０４を分流し、ビーム部分２４６の残りの部分をブラッグセル２５０ｂに伝達し、負に二回シフトされたビームセグメント２０５を発生する。
【００３５】
ビームスプリッタ２４８ａを透過した入射ビーム２４６の部分は、ビームスプリッタ２４８に当たり、該ビームスプリッタは、シフトされていないビームセグメント２０３を透過させると共に、第２のビーム部分２４６ｂを偏向する。この偏向された部分２４６ｂは、ブラッグセル２５０ｃによって、正にシフトされるが、ビームスプリッタ２４８ｄは、一回シフトされたビームセグメント２０２を偏光すると共に、残りのセグメントをブラッグセル２５０ｄに透過させ、２回シフトされたビームセグメント２０１を発生する。
【００３６】
ビームセグメント２０１乃至２０５は、図８に示すように、周波数領域において実質的にオーバーラップしないセグメントの光束を含み、これにより、最小のフリンジ発生干渉を除いて総て排除する。その光束は、ビームスプリッタ２４８ｅに当たり、該ビームスプリッタは、各々のセグメントの光束の半分を透過し、他の半分を偏光する。傾いたミラー２５６が、偏向された光束を二分の一波長板２７２に反射し、直交方向に偏光されたビームセグメント２０１’乃至２０５’を発生する。その結果生ずる１０のビームセグメントの各々は、ハエの目型のアレー２３２の要素によって、発散される。この発散するビームセグメントは、上述の実施例と同じ態様で、集光レンズ２３４によって集められ、符号１６にオーバーラップ領域を形成する。
【００３７】
図８は、図７の装置の出力を示しており、各々の曲線には、対応するビームセグメントが付されている。本質的には、図８は、周波数領域において実質的にオーバーラップしない第１の組のビームセグメント２０１乃至２０５と、実質的に互いにオーバーラップしない第２の組のビームセグメント２０１’乃至２０５’とを示しているが、そのような各々のビームセグメントは、二分の一波長板２７２を通過しなかった対応するビームセグメントに完全にオーバーラップする。同じ周波数を有する直交方向に偏光された光線の２つのビームは、干渉縞を発生しないので、完全にオーバーラップする曲線は、問題を生じない。
【００３８】
ビームセグメントの数を極力大きくすることにより、いずれか１つのビームセグメントによって発生されたスペックル及び干渉縞は、種々のセグメントのスペックルパターンが独特であって、干渉することなく互いにキャンセルする傾向があるので、最小とされる。直交方向の偏りを有する２つのシフトされていないビームセグメントを用い、また、ブラッグセルから成る直列の構造を用い、更に、シフトされたビームセグメントにおける偏光原理を用いることにより、透過効率が改善され、部品のコストは低減し、その複雑さが極めて少なくなる。
【００３９】
図９は、別の実施例のビーム処理装置３３０を示しており、このビーム処理装置は、偏光原料、並びに、ビームセグメントの逆行通路を用いて、２つのブラッグセルユニットだけで、非干渉型のビームセグメントをもたらす。この実施例は、コスト的に最も効果的な実施例であると考えられる。図７の実施例と同様に、図９の実施例は、均質化されたレーザビーム３４６を受け取り、該ビームを５つのビームセグメント３０１、３０２、３０３、３０４及び３０５に分割する。ビーム３４６は、入射平面に対して平行に偏光されるものと仮定する。上記セグメントの中の２つが、異なる量だけ正に周波数シフトされ、別の２つが、異なる量だけ負にシフトされ、残りの１つはシフトされないままである。その後、５つの光路が分割されて５つの第２の光路が形成され、該光路は次に、直交方向に偏光される。次に、総てのセグメントが、再結合され、均一な重なり合う照射をもたらす。
【００４０】
第１のビームスプリッタ３４８ａは、第１のビーム部分３４６ａを偏光ビームスプリッタ３４８ｂに向けて分流する。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、ある偏りを有する総ての光線を透過し、直交方向の偏りを有する光線を偏向する。ここの議論においては、そのような総てのＰＢＳユニットが、平行に偏光された光線を透過し、直交方向に偏光された光線を偏向する。通常のセミシルバー型のビームスプリッタとは異なり、理想的なＰＢＳは、適正に偏光された光線を透過又は偏向する際に、大きな光線ロスを生じない。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ３４８ｂは、平行に偏光されたビーム３４６ａをブラッグセル３５０ａへ透過し、該ブラッグセルは、ビーム部分をΔνだけシフトする。その結果生ずるシフトされたビームは、四分の一波長板３７２に当たり、該二分の一波長板は、平行に偏光された入射ビーム部分を円形に偏光する。次に、透過したビーム部分は、該ビーム部分に対して実質的に直交する方向に配列された部分反射ミラー３７４ａに当たる。ミラー３７４ａは、ビーム部分３０１を透過し、また、ビーム部分３０２を反射して、四分の一波長板３７２及びブラッグセル３５０ａを介して、偏光ビームスプリッタ３４８ａに向けて戻す。四分の一波長板は、円形に偏光されたビームセグメント３０２を直交方向の偏りに偏光する。ブラッグセルは、第２の周波数シフトをもたらし、また、偏光ビームスプリッタ３４８ｂは、直交方向に偏光された総てのビームセグメント３０２を偏向する。そのような偏光されたビームセグメントは、反射して四分の一波長板３７２に戻り、円形に偏光されたビームセグメントを発生する。
【００４２】
ビームスプリッタ３４８ａを透過する入射ビーム３４６の部分は、ビームスプリッタ３４８ｃに当たり、該ビームスプリッタは、シフトされていないビームセグメント３０３を透過すると共に、第２のビーム部分３４６ｂを偏向する。この偏向された部分３４６ｂは、ブラッグセル３５０ｂが正の周波数シフトをもたらすことを除いて、セグメント３４６ａと同じ態様で処理される。ビーム部分３０５は、正に一回シフトされ、セグメント３０４は二回シフトされる。その結果生ずる総てのビームセグメントは、偏光ビームスプリッタ３４８ｅに当たると、円形に偏光される。スプリッタ３４８ｅは、ビームセグメントの光束の平行に偏光された成分を透過し、直交方向に偏光された成分を偏向する。その結果生じる透過した及び偏向された成分は、ハエの目型のレンズアレー３３２の対応する要素に向けて導かれ、上記レンズアレーは、そのセグメント成分を、図７に示すマスク平面にある集光レンズ上に発散させる。その結果生ずる周波数分布は、図８に示す周波数分布と等価である。
【００４３】
好ましい実施例においては、レーザ２６は、周波数変換型のイットリウムーアルミニウムーガーネット（ＹＡＧ）レーザ、チタンーサファイアの周波数三倍化レーザ、あるいは、所望の波長範囲のエネルギを放出する他の適宜な光源とすることができる。現在では可能ではないが、本発明の原理を、ＤＵＶ波長よりも短い波長に出力を有する光線に適用することが望ましい。本発明の原理は、非固体レーザの光源、並びに、非気体レーザの光源に適用することができるが、固体レーザは、現時点において、上述の利点を享受する。好ましいレーザは、平均出力が８−１０ワットの範囲のパワー出力を有する。適正なブラッグセルは、米国フロリダ州のメルボルン（ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ）所在のネオス・テクノロジー（Ｎｅｏｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）から入手することができ、そのようなブラッグセルは、５０乃至３０メガヘルツの周波数シフトにおいて、８０％の合理的な回折効率を達成することができる。投影レンズの波長帯域幅の仕様は、広範囲の周波数出力及び／又は多数のビームセグメントが可能となるようなものである。
【００４４】
上に説明した実施例は、本発明の範囲から逸脱することなく変更することができることは、当業者には理解されよう。本発明は、上述の実施例にだけ限定されるものではなく、請求の範囲に含まれる種々の変更例、変形例及びその均等例が本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学的なマイクロリソグラフィ装置を示す概略図である。
【図２】本発明の光学的なマイクロリソグラフィ光源を示す概略図である。
【図３】図２の実施例の周波数シフト型のセルアレーの軸方向の概略図である。
【図４】図２の装置の出力の周波数分布を示すグラフである。
【図５】図２の装置の別の実施例の周波数分布を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す概略図である。
【図８】図７の実施例の周波数分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 光学的マイクロリソグラフィ装置（ステッパ）
１２ 光源
１４ 出力ビーム
１６ マスク
１８ マスク平面
２６ レーザ
２８ ビームエクスパンダ
３０ ブラッグセルアレー
３２ ハエの目型のアレー
３４ 集光レンズ
３８ 短焦点距離レンズ
４０ 長焦点距離レンズ
４２ レーザビーム
４６ 拡大されたビーム
５０ ブラッグセル
５４ 短焦点距離レンズ要素
５８ オーバーラップゾーン

Claims (33)

1. ホトマイクロリソグラフィ・ステッパにおいてマスクを照射するための照射装置において、
   ビーム通路に沿ってビームを放出するレーザと、
   前記ビーム通路内に位置する周波数シフト型のセルから成るアレーであって、各々のセルは、前記ビームの対応する別個のビームセグメントの部分を遮って、周波数シフトさせ、かつ前記ビーム通路に沿って透過させるように作動可能であり、前記セルの少なくとも幾つかは異なるシフト量で周波数シフトすることができるようになされ、
   前記ビーム通路内に配置され、前記マスクを照射するためにビームセグメントをオーバーラップさせるように前記ビームセグメントを再結合するビームセグメント・インテグレータとを備えることを特徴とする照射装置。
2. 請求項１の照射装置において、前記ビームセグメント・インテグレータは、前記ビーム通路の中に設けられたビーム拡大レンズから成るアレーを備え、各々のレンズは、それぞれの周波数シフト型のセルに対応し、前記セルと同じビームセグメントを透過し、前記ビームセグメントをマスク領域全体に投影し、これにより、前記マスク領域の各部分が、各々のビームセグメントによって照射されるように構成されたことを特徴とする照射装置。
3. 請求項２の照射装置において、前記ビーム拡大レンズは、ハエの目型のアレーのビーム通路に沿って実質的に同じ位置において、並置された関係で配列され、これにより、前記ビームの隣接する部分を遮るように構成されたことを特徴とする照射装置。
4. 請求項１の照射装置において、各々の周波数シフト型のセルは、他のセルとは異なる独自の量だけ、それぞれの透過されたセグメントの周波数をシフトするように作動可能であり、これにより、前記マスクは、同じ特性を有する再結合された２つのビームセグメントによっては照射されないように構成されたことを特徴とする照射装置。
5. 請求項４の照射装置において、前記セルは、ある周波数領域内で均一に分布された周波数の分布を生じさせ、これら各々の周波数は、単位周波数シフト量の整数倍だけ、他の周波数とは異なるように構成されたことを特徴とする照射装置。
6. 請求項４の照射装置において、前記ビーム通路の中に設けられた偏光アセンブリを更に備え、該偏光アセンブリは、各々のビームセグメントの第１の部分を偏りを変えることなく透過し、また、各々のビームセグメントの第２の部分を、前記第１の部分の偏りとは異なる第２の偏りに変えるように構成されたことを特徴とする照射装置。
7. 請求項６の照射装置において、前記偏光アセンブリが、二分の一波長板を備えることを特徴とする照射装置。
8. 請求項４の照射装置において、前記ビーム通路にもたらされる偏光器を備え、該偏光器は、前記ビームセグメントの少なくとも幾つかで全部ではないビームセグメント遮ってそのようなビームセグメントの偏りを変えるように構成されたことを特徴とする照射装置。
9. 請求項６の照射装置において、前記偏光アセンブリは、ある周波数領域の中に分布された交互のビームセグメントだけを遮るように位置決めされ、これにより、前記周波数領域において隣接するセグメントは、異なる偏りを有するように構成されたことを特徴とする照射装置。
10. 請求項４の照射装置において、前記ビームセグメントの少なくとも１つが、変化しない周波数を有することを特徴とする照射装置。
11. 請求項１の照射装置において、前記ビーム通路に設けられたビームエクスパンダを備え、該ビームエクスパンダは、ビームの直径を拡大して周波数シフト型のセルのアレーを包囲し、これにより、各々のセルがそのビームで照射されるように構成されたことを特徴とする照射装置。
12. 請求項１の照射装置において、前記ビームセグメント・インテグレータと前記マスクとの間のビーム通路に設けられ、前記マスクを実質的に平行に照射するようになされた集光レンズを備えることを特徴とする照射装置。
13. 請求項１の照射装置において、複数の別個のビーム部分から成る分岐ビーム通路をもたらすように、前記ビーム通路に設けられた少なくとも１つのビームスプリッタを備え、前記各々のビーム部分は、他のビーム部分が導かれるセルとは別の少なくとも１つの周波数シフト型のセルに導かれ、これにより、各々のビーム部分が異なる態様でにシフトされるように構成されたことを特徴とする照射装置。
14. ホトマイクロリソグラフィ・ステッパにおいてマスクを照射するための照射装置において、
    ビーム通路に沿って入射ビームを放出するレーザと、
    前記入射ビームを受け取り、第１のビーム部分を透過すると共に第２のビーム部分を偏向するように前記ビーム通路に設けられるビームスプリッタであって、前記第１及び第２のビーム部分が、前記ビーム通路の第１及び第２のビーム通路ブランチを具備している、ビームスプリッタと、
    前記第１のビーム通路ブランチの中に設けられて、前記第１のビーム部分を遮り、周波数シフトし、透過し、これにより、前記第１及び第２のビーム部分が、異なる周波数を有するようにする、第１の周波数シフト型のセルと、
    前記ビーム通路の中に設けられて、前記各々の第１のビーム部分、及び、前記第２のビーム部分の少なくとも一部を共通の平面に向けて導き、これにより、前記共通の平面が、前記両方のビーム部分によって照射されるようにする、ビームセグメント・インテグレータとを備えることを特徴とする照射装置。
15. 請求項１４の照射装置において、前記再結合する手段が、前記ビーム通路の中に設けられたビーム拡大レンズから成るアレーを備え、これら各々のレンズは、単一のビーム部分を透過し、該ビーム部分を共通の平面に投影するように位置決めされており、これにより、前記共通の平面の各部分が、前記ビームの各々別個の部分によって照射されるように構成されたことを特徴とする照射装置。
16. 請求項１４の照射装置において、
    第２のビームスプリッタと、
    第２の周波数シフト型のセルとを備え、
    前記第１のビームスプリッタは、前記第１のビーム通路ブランチの中で前記第１のセルの下流側に設けられて、第３のビーム部分を透過すると共に第４のビーム部分を偏向するようになされており、前記第３の及び第４のビーム部分は、第３の及び第４のビーム通路ブランチを有しており、
    前記第２の周波数シフト型のセルは、前記第３のビーム通路ブランチの中に設けられて、前記第３の部分を遮り、周波数シフトし、透過し、これにより、前記第４のビーム部分は、前記第１のセルによってシフトされ、前記第３のビーム部分は、前記対のセル及び前記第２のセルの両方によってシフトされるように構成されたことを特徴とする照射装置。
17. 請求項１４の照射装置において、前記ビーム通路の中には偏光要素が設けられており、これにより、該偏光要素を通過する光線には、異なる偏りが与えられるように構成されたことを特徴とする照射装置。
18. 請求項１７の照射装置において、前記偏光アセンブリが、ビームスプリッタを備えることを特徴とする照射装置。
19. 請求項１７の照射装置において、前記偏光要素が、二分の一波長板を備えることを特徴とする照射装置。
20. 請求項１４の照射装置において、前記ビーム通路に設けられ、ビームの直径にわたる入射ビームの強度の均一性を増大させるためのビームホモジナイザを備えることを特徴とする照射装置。
21. 照射装置において、
    初期周波数を有するビームを放出するレーザと、
    前記ビームの少なくとも一部の初期周波数をシフトし、第１の周波数を有する第１の部分、及び、異なる第２の周波数を有する第２の部分を含むビームをもたらすための、シフト手段と、
    前記第１の部分及び前記第２の部分を共通のゾーンに投影し、これにより、該共通のゾーンが、前記第１の部分及び前記第２の部分の両方によって照射されるようにする、再結合手段とを備えることを特徴とする照射装置。
22. 請求項２１の照射装置において、前記第１及び第２のビーム部分の少なくとも一方の少なくとも一部の偏りを変え、これにより、前記共通のゾーンが、異なる偏りを有する光線によって照射されるようにする、偏光手段を備えることを特徴とする照射装置。
23. 請求項２２の照射装置において、前記偏光手段が、二分の一波長板及び四分の一波長板から成る群から選択される分数波長板を備えることを特徴とする照射装置。
24. 請求項２１の照射装置において、前記偏光手段は、前記ビーム通路に設けられ、前記ビームを、偏りが変えられる第１の光束、及び、偏りが変えられない第１の光束に分割するためのビームスプリッタを備えることを特徴とする照射装置。
25. 請求項２１の照射装置において、前記シフト手段が、隣接する複数の周波数シフト型のセルを備えることを特徴とする照射装置。
26. 請求項２１の照射装置において、前記シフト手段が、前記ビーム通路を複数のブランチに分割するために、前記ビーム通路に設けられた複数のビームスプリッタを備えることを特徴とする照射装置。
27. 請求項２６の照射装置において、前記シフト手段が、複数の周波数シフト型のセルを備え、第１のセルは、選択されたビームスプリッタの上流側で前記ビーム通路に設けられており、第２のセルは、前記選択されたビームスプリッタの下流側で前記ビーム通路に設けられており、これにより、前記ビームの第１の部分は、第１のセルによってのみシフトされ、前記ビームの第２の部分は、前記第１のセル及び前記第２のセルの両方によってシフトされるように構成されたことを特徴とする照射装置。
28. 請求項２１の照射装置において、前記再結合手段は、複数のレンズを備えており、第１のレンズは、前記ビームの第１の部分を遮るように位置決めされ、第２のレンズは、前記ビームの第２の部分を遮るように位置決めされていることを特徴とする照射装置。
29. ビームを放出するレーザによってマスクを均一に照射するための方法において、
    前記ビームを複数のビームセグメントに分ける工程と、
    前記ビームセグメントの少なくとも幾つかの周波数をシフトする工程と、
    前記各々のビームセグメントをマスク平面に投影する工程とを備えることを特徴とする方法。
30. 請求項２９の方法において、前記ビームセグメントの少なくとも幾つかの偏光を変える工程を備えることを特徴とする方法。
31. 請求項２９の方法において、前記ビームを複数のセグメントに分ける前記工程が、ビームスプリッタに前記ビームを通過させる工程を含むことを特徴とする方法。
32. 請求項２９の方法において、前記周波数をシフトする前記工程が、少なくとも第１のセグメントの周波数を増大させる工程と、少なくとも第２のセグメントの周波数を減少させる工程と、周波数が変化しない第３のセグメントを透過させる工程とを備えることを特徴とする方法。
33. 請求項３２の方法において、前記第１、第２、及び第３のセグメントの各々の第１の部分の偏りを変える工程と、前記第１、第２、及び第３のセグメントの各々の第２の部分を偏りを変えることなく透過させる工程とを備え、これにより、前記マスクの平面が、異なる周波数又は偏りの特性を有する少なくとも６つのセグメントによって照射されることを特徴とする方法。

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