JPH03132012A - 半導体露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り産業上の利用分野Ｊ 本発明は、レーザ光によりマスクのパターンを投影光学
系によって基板上に投影露光する半導体露光装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 半導体露光装置は、レジストが塗布された半導体基板（
例えばシリコンウェハ）にマスクを介して露光し、レジ
ストに所定のパターンを焼き付けるものである。その光
源としては従来水銀ランプを使用していたが、最近では
パターンの微細化が要求されることから特開昭６１−８
２５２７号等に見られるように波長の短いレーザ光を使
用したものが提案実施されている。レーザ装置の代表的
なものとしては現在のところ、＾−２４８，のＫｒＦレ
ーザー、λ−２５５，，の銅蒸気レーザーの第２高調波
等がある。また、次世代の光源としてλ−１９３ｎｓの
Ａ、Ｆレーザーの使用も試みられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、Ａ、Ｆレーザーを用いた露光装置は以下
に述べるような問題点があることが判明した、先ず、安
定化共振器型のエキシマレーザ−を考えると、このレー
ザーはスペクトル幅がΔλ０．４．、と広く（つまり草
色性が悪く）、光学系に使用する投影レンズは石英とホ
タル石による色消しレンズとすることが必須となる。し
かし、このレンズは色消しのため設計製造が著しく困難
で、且つ熱的に不安定で実用的でないと云う欠点を有す
る。これに対して、共振器中に分光素子を入れ、スペク
トル幅を狭くしたＡ、Ｆレーザーを使用することが提案
されている。この狭帯域化されたレーザーを用いると、
色消しレンズの必要がなく石英のみでレンズを製作する
ことができるため、製造が容易で珪つまた熱的に安定し
たレンズを得ることができるという利点を有する。

しかしながら、Ａ、Ｆレーザー自体は液体窒素を使用し
ない限り寿命が短く、またλ−１９３゜。

という短波長でかつパルスレーザ−であるためにビーク
パワーが大きく、狭帯化用の分光素子（エソ１フン、グ
レーライング、プリズム等）のダメージが大きいと云う
問題があった。

したがって、本発明は上述したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、短波長でスペクトル幅の侠いレー
ザ光を得ることができ、また可視光のため分光素子の劣
化もない長が命、高効率な半導体露光装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するためになされたもので、そ
の第１の発明は、レーザ装置から出力されたレーザ光に
より、マスクのパターンを投影光学系によって基板−Ｆ
に投影露光する半導体露光装置において、前記レーザ光
として色素レーザ光の高調波を使用するようにしたもの
である。

また第２の発明は色素レーザ光をエキシマレーザ−によ
って励起され、波長狭帯化された色素レーザ光としたも
のである。

また第３の発明は色素レーザ光の高調波を第２高調波と
したものである。

また第４の発明は前記高調波がβＢ■Ｂ２Ｏ４で発生せ
られ、かつその基本波が４０４．、−４４０゜、である
ようにしたものである。

［作用］ 本発明において、色素レーザーは適切な色素と分光素子
を用いると、赤外から紫外まで発振させることができる
が、紫外では高強度の励起光源が少なく、また色素の劣
化も問題となるが、励起源としてＸｅＣｌレーザーで色
素レーザー光源を励起するとこの問題を解消し得る。ま
た、色素レーザーは高強度ではあるが、可視光であるた
め、この段階で狭帯化を行っても分光素子の劣化はなく
、また色素レーザーのところで１−分に狭帯域化するの
で高調波変換後の狭帯域化は必要ない。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

添付図面は本発明に係る半導体露光装置の一実施例を示
す光学系の構成図である。同図において、１はＸｅＣｌ
エキシマレーザ−１２はＸｅＣｌエキシマレーザ−１に
よる光励起によって動作しエキシマレーザ−励起色素レ
ーザ光を発する色素レーザーである。、Ｘ、ＣＩエキシ
マレーザ−１から出力されたレーザ光（３０８，）ＬＢ
ｏはアッテネータ３、シャツ４、ビーム整形器５を経た
後ビームスプリッタ６によって透過光束と反射光束との
分岐され、透過光束が第１色素セル８Ａを、反射光束が
ミラー７を経て第２色素セル８Ｂをそれぞれ照射して色
素レーザー２を励起する。色素レーザー２の発振波長域
は、適当な色素、濃度等を選択することにより４０４−
〜４４０．．の範囲に設定される。また、第１色素セル
８Ａを挟んでフロントミラーとしてのビームスプリッタ
つと回折格子１０とを対向配置し、これらによって適当
な波長選択性をもった共振器を構成することにより、本
実施例では４０９．６ｎ、の波長を選択して狭帯化して
いる。なお、第２色素セル８Ｂはここでは増幅器として
作用する。そしてこの色素レーザー２から出力された４
０９．６．、のレーザ光ＬＢ１を非線型結晶βＢ■Ｂ２
Ｏ４　　（以下ＦＪＢＯとも呼ぶ）１１に入れることに
より第２高調波〈λ２０４　、　　ｓ　ｎｍｍ　）　Ｌ
　Ｂ　２を選択する。

この場合、４０９．６．の第２高調波２０４゜８１．は
波長２４８□のｋｒＦレーザー、銅蒸気レーザーの第２
高調波（波長２５５゜、）の次世代光源として十分に短
い波長である。また、βＢ■Ｂ２Ｏ４１１にとってもこ
の波長は位相整合の収り易い波長であるので高い効率で
第２高調波を発生できる０本実験ではＸ、Ｃｌエキシマ
レーザ−１で励起すると、基本波（ＢＢＯＩＩへの入射
光波長）が４０４．、〜４４０．．の波長域において１
０〜２０％の高い効率の出力を得ることができた。

同時に、４０４〜４−’１０．の波長域はＢＢＯＩＩに
とって入射ビームの入射角度の設定精度がそれほど必要
とされない範囲である。

前記βＢ■Ｂ２Ｏ４１１によって選択された第２高調波
からなるレーザ光ＬＢ２はビームスプリッタＩ２によっ
て反射光束ＬＢ３と透過光束ＬＢ４に分岐され、反射光
束ＬＢ、はアライメント光学系１３に、透過光束ＬＢ、
は投影光学系１４に導かれる。

前記アライメント光学系１３は、マスクやレチクル（以
下総称してマスクと呼ぶ）Ｍに設けた位置合わせ用マー
クとウェハＷに設けたアライメントマークとを一致させ
ウェハＷを位置決めするためのもので、ミラー１５．１
６、送光光学系１７、ビームスプリッタ１８、受光系１
９、アライメント用対物レンズ２０、ミラー２１等で構
成されている。送光光学系１７を通りビームスプリッタ
１８を透過した透過光は対物レンズ２０によって絞られ
、ミラー２１で下方に反射してマスクＭの位置合わせ用
マークを照射する。そして、この照射光は投影レンズＰ
Ｌによって集光され瞳ト〕ｐを通ってウェハＷ上のアラ
イメントマーク部を照射し、その反射光が同一光路を通
って戻り、ビームスプリッタ１８に当たって反射し、受
光部１９に導かれる。また、ウェハｗ−ｈのアライメン
トマークからの光線は前記反射光と同一光路、すなわち
瞳Ｅｐ−投影しンズＰＬ−レチクルＭ−ミラー２１対物
レンズ２０を経てビームスプリッタ１８で反射し、前記
受光部１９に入射する。そこで、受光部１９に入射した
マスクＭのマーク像（またはマーク反射光）と、ウェハ
Ｗのアライメントマーク像（または反射光）とを観察し
、ウェハＷのアライメントマーク像がマスクＭのマーク
像と一致するようウェハＷのステージＳＴ（またはレチ
クルステージ）を移動調整し、重なった時ウェハＷのア
ライメントを完了する。

前記照射光学系１４は前記ビームスプリッタ１２を透過
した透過光束ＬＢ４のビーム径を拡大するビームエクス
パンダ２５を備え、これによって拡大された透過光束は
ピエゾ素子、磁石等のミラー駆動系２６によって振動さ
れる振動ミラー２７で反射し、リレーレンズ２８を経て
フライアイレンズ２９に入射し、その出射面側に多数の
２次光源像（投影レンズＰＬの瞳Ｅｐと共役）を形成す
る。フライアイレンズ２９を用いることによって瞳Ｅｐ
内に形成される点光源像群が大幅に増加する（面光源化
する）ことになり、光学系によって作られる様々のゴー
ストの低減と後の光学系のダメージを解消する機能を持
っている。フライアイレンズ２９を通過した光はリレー
レンズ３０によって平行光束とされ、可変照明視野絞り
（レチクルブラインド）３１の開口を通った後、リレー
レンズ３２、ダイクロイックミラー３３、結像レンズ３
４を経て前記マスクＭを均一な光強度で照射する。ダイ
クロイックミラー３３は感光剤の露光に有利な単波長の
露光光は反射し、それよりも波長の長い光を透過させる
分光特性を有している。

マスクＭには透光部と不透光部とからなる回路パターン
等が形成されている。したがって、このマスクＭを透過
する光を前記投影レンズＰＬによって集光し、ウェハＷ
上に結像すると、マスクＭの回路パターン等に対応した
縮小像が前記ウェハＷの感光層上に転写される。

また上記構成において、振動ミラー２７の振れ原点はフ
ライアイレンズ２９の入射面とほぼ共役に設定されてい
るため、振動ミラー２７を一定範囲内で振らせつつＸ、
Ｃｌレーザ光源１をパルス発振させると、フライアイレ
ンズ２９へのビーム入射角が逐次変化する。

一般にレーザ光のコヒーレンシイが高まると、フライア
イレンズ２９の各エレメントレンズの射出端に集光した
２次光源（スポット光）からの光同士の干渉現象が無視
し得ないことがある。それはレチクルＭまたはウェハＷ
上に１次元、または２次元の干渉縞（規則的な干渉パタ
ーン）が重畳することである。そこで、ウェハＷ上の１
つのショット領域に対する露光動作中、振動ミラー２７
を揺動させてレチクルＭまたはウェハＷ七の干渉縞を１
次元または２次元に振動させて、露光終了後ではレジス
トによる時間的な平均化効果で、あたかも干渉縞が存在
しなかったように−様な照度分布の露光が行われる。

ところで、本実施例では可視域の波長４０９゜６゜、で
狭帯化するために、第１色素セル８Ａからなる色素レー
ザ光源には回折格子１０が設けられている。この回折格
子ＩＯは色素セル８Ａからのビームを波長分布に応じた
異なる角度で回折するものであり、ビームの入射角をｖ
＆Ｗすることで、狭帯化する中心波長をシフトさせるこ
とができる。

そこで、中心波長を安定化するために、ビームスプリッ
タ９を射出したビーム（波長４０９．６ｎｍ）の一部、
第２色素セル８Ｂを射出したビームＬＢ１　（波長４０
９．６゜、）の一部、あるいはＢＢｏｉｌを射出したビ
ームＬＢ２　（波長２０４゜８１．）の一部をビームス
プリッタで分割して波長モニター手段に導き、目標中心
波長からのずれ量を求め、このずれ量が許容値以内にな
るように回折格子１０の傾きをピエゾ素子等で微調する
波長安定化フィードバック系を組込むことが望ましい。

なお、狭帯化の方式としては、回折格子以外にエタロン
を用いた方式、プリズムと回折格子とを組み合わせた方
式等が利用できる。

以上の構成から明らかなように、ＢＢＯＩＩに入射する
基本波（波長４０９．６゜、）は、その時点で十分に狭
帯化されているが、Ｂｒ１ＯＬ１に入射させて第２高調
波（波長２０４．８．）のビームに変換されると、さら
にビームのコヒーレンシイ〈単色性、スペクトル幅等）
は良好なものになる。また０色素レーザ光源のところで
狭帯化が行われるため、狭帯化に必要な各種光学素子（
回折格子等）が遠紫外用の硝材等に限られることなく自
由に選定でき、しかも４０９．６゜での狭帯化幅は、波
長２０４．８゜での狭帯化幅の２倍でよいといった利点
がある。

なお、本実施例は２つの色素セル８Ａ、８Ｂを設けたが
、本発明はこれに特定されるものではなく、例えば３つ
以上であってもよい、また、アライメント光学系１３、
照射光学系１４等についても種々の変形、変更が可能で
ある。

し発明の効果］ 以上述べたように本発明に係る半導体露光装置は、露光
用光源光として色素レーザ光の高調波を使用するように
構成したので、短波長でスペクトル幅の狭いレーザ光を
、短波長用の分光素子を用いることなく得ることができ
、また励起用レーザーとしてＸｅＣｌレーザーを用いる
と、波長変換効率が高く、長ｎ命で稼働率の高い高解像
度の露光装置を提供できる。さらに、非線型結晶βＢ。

Ｂ２０４を用いているので、色素レーザーのところで狭
帯域化でき、高調波変換後の狭帯域化が不要である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明に係る半導体露光装置の一実施例を示
す光学系の構成図である。 ■・・・ＸｅＣ＋レーザー、２・・・色素レーザー、８
Ａ、８Ｂ・・・色素セル、１３・・・アライメント光学
系、１４・・・照射光学系、Ｍ・・・ウェハ、ＳＴ・・
・ステージ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ装置から出力されたレーザ光により、マス
   クのパターンを投影光学系によって基板上に投影露光す
   る半導体露光装置において、 前記レーザ光として色素レーザ光の高調波を使用するこ
   とを特徴とする半導体露光装置。
2. （２）請求項１において、色素レーザ光がエキシマレー
   ザーによって励起され、波長狭帯化された色素レーザ光
   であることを特徴とする半導体露光装置。
3. （３）請求項１において、前記高調波が第２高調波であ
   ることを特徴とする半導体露光装置。
4. （４）請求項３において、前記高調波がβＢ＿■Ｂ＿２
   Ｏ＿４で発生せられ、かつその基本波が４０４ｎｍ〜４
   ４０ｎｍであることを特徴とする半導体露光装置。