JPH07106219A - 露光装置、光ディスク原盤露光装置及び半導体露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な光学系で露光及びモニタ用の光学系の
共用化を行って高精度なオートフォーカス動作を行うこ
とができる露光装置、特に例えば光ディスク原盤露光装
置及び半導体露光装置の提供を目的とする。 【構成】 紫外レーザ光源出射部１０からダイオードレ
ーザ励起による固体レーザの第２の共振器で波長変換さ
れたレーザ光を取り出すと共に、第１の共振器からのレ
ーザ光を同時に出射させてフォーカス検出制御系１１で
フォーカスの位置ずれ量を検出し、この検出量に応じて
露光系１２の電磁アクチュエータ１２Ｄ、１２Ｅを駆動
制御して対物レンズ１２ａが微動させ、対物レンズ１２
ａとウェハ１２Ｃ’間の焦点距離を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光光源からの光で露
光パターンを対象物に転写する露光装置、光ディスク原
盤露光装置及び半導体露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ディスクの原盤をカッティング
するマスタリング装置は、露光光源から出射される波長
が400nm前後のレーザ光を用いて対物レンズを介してレ
ジストが塗布されたディスク上に回折限界の微小スポッ
トに絞り込んで照射することによって露光処理を行って
いる。この露光の際にディスク表面は、この表面と対物
レンズとの距離を常に対物レンズの焦点深度内に入るよ
うに高精度のフォーカス調整が自動的に行われなければ
ならない。マスタリング装置は、このような距離間の調
節をいわゆるオートフォーカス方式で行っている。この
オートフォーカス方式では、従来、波長λ＝633nmのＨ
ｅ−Ｎｅレーザをモニタ光として用い、照射されたモニ
タ光のディスク原盤からの戻り光に基づいて得られる変
位量を基準フォーカス位置からのずれ量として検出し、
これに応じてオートフォーカス動作を行ってきている。

【０００３】また、半導体露光装置でも、微細なパター
ンをウェ ハ上に露光形成する際にフォーカス調整を行う
ためオートフォーカス方式を用いている。例えば半導体
露光装置において、上述した波長の露光光源を出射する
光源を用いて照明光学系を経た光でレティクルが照射さ
れ、レティクルには原画パターンが５倍に拡大された回
路パターンを透過した透過光が、縮小投影レンズを介し
て例えば１／５に縮小した光学像をＸＹステージ上に載
置されているウェ ハ上のレジストに露光照射されると共
に、側方に設けたＨｅ−Ｎｅレーザ光が分配され複数の
ミラーを介してウェ ハの各部に照射される。ここで、ウ
ェ ハには、例えばレティクル上に描かれている原画パタ
ーンをウェ ハ上の所定の位置に正しく転写するために位
置合わせ用マークやフォーカスモニタ用マークが設けら
れている。半導体露光装置は、これらの各マーク位置か
らの戻り光を検出し、この検出に応じてＸＹステージを
移動制御して、レティクルとウェ ハの位置合わせ及びフ
ォーカス調整を行っている。このようにして半導体露光
装置は、原画パターンをウェ ハ全面に正確な転写を行っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した各
露光装置におけるオートフォーカス方式の光学系は、実
際の露光光学系とは、一般に露光対象物直前に配置され
ている対物レンズを除いて独立した光学系の構成になっ
ているものが多い。また、露光光源のレーザの波長とモ
ニタ用のＨｅ−Ｎｅレーザの波長が異なることによっ
て、対物レンズの焦点距離にずれが生じる。このずれを
解消するため、それぞれの焦点距離に対応した、すなわ
ち焦点深度内に入るように高精度のオートフォーカス動
作を可能にする光学系を設けている装置もある。

【０００５】ところが、上述した各露光装置は、露光対
象への微細なパターン形成による例えば記録密度の向上
や形成される回路の高精度化を行うため、露光光源の波
長をより一層短波長化しなければならない。これは、上
述した露光光源の波長とモニタ用の波長に差が生じ、焦
点距離にずれが生じてしまうことになる。

【０００６】このように露光用とモニタ用の２つの光学
系を独立に設けてオートフォーカスを行うために、構成
上規模の大きな光学系になって装置における光学系の小
型化が妨げられてしまう。これにより、露光用の波長を
短波長化して対象物の高精度化を図ることも妨げられい
る。

【０００７】そこで、本発明は、上述したような実情に
鑑みてなされたものであり、簡単な光学系で露光及びモ
ニタ用の光学系の共用化を行って高精度なオートフォー
カス動作を行うことができる露光装置、特に例えば光デ
ィスク原盤露光装置及び半導体露光装置の提供を目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光装置
は、露光光源からの光で露光パターンを露光対象物に転
写する露光装置において、ダイオードレーザ励起により
発光されるレーザ光を第１の共振器内部で波長変換して
取り出すと共に、上記第１の共振器からの出射光を外部
共振形の第２の共振器で波長変換された光を同時に取り
出す光源手段と、該光源手段の上記第１の共振器からの
出射光が上記露光対象物表面から戻る反射光に応じてレ
ンズと露光対象物間に対するフォーカスの位置ずれ量を
検出して制御する検出制御手段とを有してフォーカス制
御することを特徴としている。

【０００９】ここで、上記光源手段は、上記第１の共振
器として第２高調波発生タイプの共振器を用い、上記第
２の共振器として第４高調波発生タイプの共振器を用
い、上記第２の共振器の光を出射する側の反射面を上記
第２高調波及び第４高調波を透過させる光学特性として
いる。

【００１０】また、上記光源手段の第１の共振器は、共
振器内部に設けられたレーザ媒質と第１の非線形光学素
子を有し、レーザ媒質に例えばＮｄ：ＹＡＧ、上記第１
の非線形光学素子にＫＴＰを用いている。また、上記光
源手段の第２の共振器は、少なくとも一対の反射手段の
間に第２の非線形光学素子を設け、上記一対の反射手段
の少なくとも一方の反射手段を光軸方向に移動させる制
御手段を有している。上記第１の共振器からの出射光を
波長変換する第２の非線形光学素子には、例えばＢＢＯ
が用いられる。また、上記光源手段における第１の共振
器と第２の共振器の間に第１の共振器から出射される基
本波レーザ光を位相変調する位相変調手段を有してい
る。

【００１１】上記波長変換は、和周波混合や第２高調波
発生、第４高調波発生等を含み、レーザ媒質としては、
Ｎｄ：ＹＡＧに限定されるものでなく、Ｎｄ：ＹＶ
Ｏ₄ 、Ｎｄ：ＢＥＬ、ＬＮＰ等がある。非線形結晶光学
素子には、ＫＴＰやＢＢＯの他にＬＮ、ＱＰＭ ＬＮ、
ＬＢＯ、ＫＮ等がある。上記制御手段の被制御部として
ボイスコイルモータのように、少なくとも１つのコイ
ル、１つ以上の磁石と磁性体からなるヨークとを有する
電磁アクチュエータで構成されており、サーボ制御が行
われている。

【００１２】本発明の光ディスク原盤露光装置は、露光
光源からの光でデータに応じたパターンを形成して光デ
ィスク原盤を作成する光ディスク原盤露光装置におい
て、ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を
第１の共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記
第１の共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器
で波長変換された光を同時に取り出す光源手段と、該光
源手段からの出射光を供給されるデータに応じた変調を
行う変調手段と、該変調手段で変調された光を上記光デ
ィスク原盤で反射する戻り光からフォーカス誤差量を検
出して制御する検出制御手段とを有している。

【００１３】また、本発明の半導体露光装置は、露光光
源からの光でレティクルの露光パターンをウェ ハ上に塗
布されたレジストに転写する半導体露光装置において、
ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を第１
の共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記第１
の共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器で波
長変換された光を同時に取り出す光源手段と、該光源手
段からの光強度分布を均一にする均一化手段と、該均一
化手段からの光を結像手段を介して上記ウェ ハ上に照射
し、このウェ ハで反射する戻り光からフォーカス誤差量
を検出して制御する検出制御手段とを有することを特徴
としている。

【００１４】

【作用】本発明に係る露光装置では、光源手段からダイ
オードレーザ励起による固体レーザの第２の共振器で波
長変換されたレーザ光を取り出すと共に、第１の共振器
からのレーザ光を同時に出射させて検出制御手段でフォ
ーカスの位置ずれ量を検出して制御することにより、オ
ートフォーカス動作を行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る露光装置、光ディスク原
盤露光装置及び半導体露光装置の実施例について、図面
を参照しながら説明する。

【００１６】本発明に係る露光装置は、基本的に例えば
図１に示すように、ダイオードレーザ励起により発光さ
れるレーザ光を第１の共振器内部で波長変換して取り出
すと共に、上記第１の共振器からの出射光を外部共振形
の第２の共振器で波長変換された光を同時に取り出す光
源手段としての紫外レーザ光源出射部１０と、該紫外レ
ーザ光源出射部１０の上記第１の共振器からの出射光が
上記露光対象物表面から戻る反射光に応じてレンズと露
光対象物に対するフォーカスの位置ずれ量を検出して制
御する検出制御手段としてのフォーカス検出制御系１１
を有している。

【００１７】フォーカス検出制御系１１は、検出したフ
ォーカスの位置ずれ量に応じて例えばＸＹステージ１２
ｂを光軸方向に変位させて露光系１２のフォーカスを自
動的に調整している。

【００１８】なお、上記露光系１２のフォーカス調整
は、ＸＹステージ１２ｂの変位移動に限定されるもので
なく、対物レンズ１２ａを光軸方向に変位させるように
してもよい。

【００１９】露光装置における紫外レーザ光源出射部１
０は、露光光源の短波長化が図られた固体レーザの基本
波に対する第４高調波を露光対象に照射する。この紫外
レーザ光源出射部１０は、固体レーザの基本波に対する
第２高調波を上記第４高調波と同一の光路で出射する。
このため、紫外レーザ光源出射部１０は、少なくとも一
対の反射ミラーの出射側に光学的な透過特性を内蔵する
第２の共振器から出射される第４高調波の波長だけでな
く、内蔵する第１の共振器が第２の共振器に供給する第
２高調波の光も透過させる材料を用い、異なる２つの波
長のレーザ光を出射している。さらに、この紫外レーザ
光源出射部１０の機構について後段で説明を加える。

【００２０】紫外レーザ光源出射部１０から出射された
レーザ光は、ミラー１０ａで反射され、この光を透過あ
るいは変調する原画又は変調部１０ｂ、ミラー１０ｃを
介してフォーカス検出制御系１１に供給される。フォー
カス検出制御系１１は、パターン形成するために使用す
る例えば上記第４高調波の波長の光をミラー１０ｄで反
射させて露光系１２に送り、上記第２高調波の波長の光
も露光系１２に送る。露光系１２では、これら２つの波
長の光が対物レンズ１２ａを介してＸＹステージ１２ｂ
上のレジストが塗布されたパターン形成対象１２ｃに照
射される。このとき、パターン形成対象１２ｃのレジス
ト面１２ｄで第４高調波の光が、照射されたパターンに
応じた露光を行うためのエッチングに使用される。一
方、第２高調波は、レジスト面１２ｄで反射されフォー
カス制御系１１に供給される。

【００２１】フォーカス検出制御系１１は、レジスト面
１２ｄから反射してして戻ってきた第４及び第２高調波
の光を光分離部１１ａで波長選択して所望の光だけを分
離してフォーカス位置ずれ検出部１１ｂに送る。また、
フォーカス位置ずれ検出部１１ｂは、この光分離部１１
ａから供給される光でなく、面１２ｄからの反射する戻
り光で位置ずれを検出することもできる。フォーカス位
置ずれ検出部１１ｂは、検出したフォーカスの位置ずれ
量を駆動制御部１１ｃに供給する。駆動制御部１１ｃ
は、位置ずれ量に応じた補正量に相当する制御を行って
露光系１２を駆動する。この際、露光系１２は、例えば
対物レンズ１２ａあるいはＸＹステージ１２ｂを矢印が
示す光軸方向に移動させてフォーカスを調整する。

【００２２】このように構成することにより、同軸の光
軸を用いて極めて簡便でコンパクトな光学系にでき、高
精度のオートフォーカス動作を行わせることができる。

【００２３】つぎに、本発明の露光装置を適用した光デ
ィスク原盤露光装置について図２を参照しながら説明す
る。光ディスク原盤露光装置は、露光光源からの光でデ
ータに応じたパターンを形成して光ディスク原盤を作成
する装置である。ここで、共通する部分には同じ参照番
号を付す。光ディスク原盤露光装置は、例えば図２に示
すように、ダイオードレーザ励起により発光されるレー
ザ光を第１の共振器内部で波長変換して取り出すと共
に、上記第１の共振器からの出射光を外部共振形の第２
の共振器で波長変換された光を同時に取り出す光源手段
としての紫外レーザ光源出射部１０、該紫外レーザ光源
出射部１０からの出射光を供給されるデータに応じた変
調を行う変調手段としての光強度変調器１３と、該光強
度変調器１３で変調された光を上記光ディスク原盤で反
射する戻り光のフォーカス誤差量を検出して制御する検
出制御手段としてのフォーカス検出制御系１１とを有し
ている。

【００２４】紫外レーザ光源出射部１０は、後段で詳述
するように半導体レーザで励起、発信させるＹＡＧレー
ザの第４高調波の波長λ=266nmの光を数十ｍＷ程度で出
射する。出射された光は、ミラー１０ａで９０°反射さ
れて光強度変調器１３に送られる。光強度変調器１３に
は、入力端子１４を介して光ディスク原盤に記録するデ
ータが供給される。このデータに応じて光が変調され
る。

【００２５】この光変調された光がミラー１０ｃで９０
°反射されビームエキスパンダ１５、フォーカス検出制
御系１１の例えば偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ
という）１１Ａ、１／４波長板１６を通過させ、ミラー
１０ｄで９０°反射させた後、高い開口率ＮＡを有する
対物レンズ１２ａを透過させて予めフォトレジストが塗
布された光ディスク原盤１２Ｃに照射される。このと
き、対物レンズ１２ａは入射光を回折限界までビームを
絞って照射している。また、光ディスク原盤１２Ｃは、
スピンドルモータ１７の矢印Ｒ方向の回転に応じて回転
する載置台１８上に置かれている。

【００２６】一方、紫外レーザ光源出射部１０は、波長
λ=266nmの光を出射すると共に、ＹＡＧレーザの第２高
調波の波長λ=532nmの光を同時に出射している。この光
の光路も上述した各光学素子を通過する光路であり、光
ディスク原盤１２Ｃに照射される。光ディスク原盤１２
Ｃでは、この光が反射され戻り光が対物レンズ１２ａ、
ミラー１０ｃ、１／４波長板１６を介してＰＢＳ１１Ａ
に供給される。ここで、この戻り光は、１／４波長板１
６を２回通過しているため、ＰＢＳ１１Ａで反射されて
しまう。これによって、ＰＢＳ１１Ａは、戻り光を波長
選択素子１１Ｂを介してフォーカス誤差量検出素子１１
Ｃに送る。波長選択素子１１Ｂの使用は、露光波長であ
る第４高調波の光もＰＢＳ１１Ａで相当量反射されるの
で多層干渉膜等を利用して露光波長の光を遮断する。

【００２７】フォーカス誤差量検出素子１１Ｃは、例え
ば非点収差法等を用いて露光用の光が光ディスク原盤１
２Ｃ上に合焦するときのベストフォーカス位置からの位
置ずれ量を光学的に検知し、この検知量を電気信号に変
換する。この検出した電気信号がオートフォーカスサー
ボ系の一部をなす駆動制御部１１ｃに供給される。

【００２８】ここで、上記非点収差法では、円筒レンズ
を検出レンズの後方に配置する構成にして非点収差を積
極的に利用して光検出器で検出する方法である。この円
筒レンズが円筒レンズの単一方向のみをレンズで上記単
一方向と直交する方向に対して平行平板と同じ作用しか
持たないので、検出レンズとこの円筒レンズの合焦位置
以外では収束せず、細いビーム像が結像することにより
フォーカスエラー信号を検出している。このフォーカス
エラー信号をゼロにするように制御することによって対
物レンズのフォーカスを最適な位置に保つようにしてい
る。

【００２９】駆動制御部１１ｃでは、電気信号に基づい
て位置ずれを補正する駆動信号を生成して対物レンズ１
２ａを上下に微動させる電磁アクチュエータ１２Ｄ、１
２Ｅに出力する。電磁アクチュエータ１２Ｄ、１２Ｅ
は、駆動信号で対物レンズ１２ａを上下（矢印Ａ方向）
に微動させることによって光ディスク原盤１２Ｃの合焦
位置をベストの位置に自動的に調整する。

【００３０】このように露光光学系とオートフォーカス
光学系をそれぞれ別々に構成することがなくなり、紫外
レーザ光源出射部が出射する露光用光源である第４高調
波と同時に第２高調波も出射させてオートフォーカス光
学系を構成することにより、極めて簡便でコンパクトな
光学系を構成することができ、露光光学系と同軸の光軸
を用いたオートフォーカス光学系のため、オートフォー
カス動作を高精度化することができる。

【００３１】つぎに、本発明の露光装置で使用する紫外
レーザ光源出射部１０の基本原理及び基本構成について
図３及び図４を用い、具体的な構成について図５を参照
しながら説明する。図３におけるレーザ光源１１１は、
後述するようなＳＨＧ（第２高調波発生）レーザ光源装
置で構成され、基本波レーザ光が出射される。この基本
波レーザ光は、いわゆるＥＯ（電気光学）素子やＡＯ
（音響光学）素子を用いた位相変調器１１２にて位相変
調が施され、共振器反射光検出用の反射面１１３を介し
て、集光用のレンズ１１４を介して、外部共振器１１５
に入射されるようになっている。この外部共振器１１５
は、凹面鏡（の反射面）１１６と平面鏡（の反射面）１
１７との間に、非線形光学結晶素子１１８が配置されて
構成されている。外部共振器１１５は、この共振器１１
５の一対の反射面１１６、１１７の間の光路長Ｌ _R が所
定長となって光路位相差Δが２πの整数倍となるとき共
振し、共振位相付近で反射率及び反射位相が大きく変化
する。共振器１１５の一対の反射面１１６、１１７の少
なくとも一方、例えば反射面１１７は、電磁アクチュエ
ータ１１９により光軸方向に駆動されるようになってい
る。

【００３２】ここで、上記レーザ光源１１１としてＳＨ
Ｇレーザ光源装置を用い、例えばシングルモードのレー
ザ光を発生して外部共振器１１５に入力する場合、共振
器１１５内部の非線形光学結晶素子１１８として、例え
ばＢＢＯ（バリウムボレート）を用い、その非線形光学
効果により入射光に対する第２高調波（入射光がＳＨＧ
レーザの場合第４高調波）となるレーザ光を発生させ
る。この場合、外部共振器１１５の凹面鏡の反射面１１
６は入射光をほとんど反射し、平面鏡の反射面１１７は
入射光のほとんどを反射すると共に、入射光の波長に対
して半波長に短波長化された出射光のほとんどを透過さ
せるようなダイクロイックミラーである。

【００３３】発振器１２１は、上記光学的な位相変調器
１１２を駆動するための変調信号を出力し、この変調信
号がドライバ（駆動回路）１２２ａを介して位相変調器
１１２に送られる。上記共振器１１５に送られるレーザ
光の反射光（戻り光）が反射面１１３を介してフォトダ
イオード等の光検出器１２３により検出され、この反射
光検出信号が同期検波回路１２２ｂに送られる。同期検
波回路１２２ｂには上記発振器１２１からの変調信号が
（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、上記反射光検出信号と乗算されることにより、同
期検波が行われる。同期検波回路１２２ｂからの検出出
力信号は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２２ｃを介す
ることにより共振器光路長の誤差信号となる。この誤差
信号がドライバ１２２ｄに送られ、このドライバ１２２
ｄからの駆動信号により上記電磁アクチュエータ１１９
を駆動して反射面１１７を光軸方向に移動させ、上記誤
差信号をゼロとするようなサーボを行わせることによ
り、外部共振器１１５の光路長Ｌ_R が反射率の極小点
（共振点）となる長さに制御される。

【００３４】電磁アクチュエータ１１９としては、いわ
ゆるボイスコイル駆動タイプのアクチュエータを使用で
き、サーボループの複共振周波数を数十kHz 〜100kHz以
上に持ってゆくことができ、この共振周波数の上昇と位
相廻りの減少により、サーボ帯域のカットオフ周波数を
拡げることができ、また駆動電流も少なくて済むことか
ら、回路構成を簡素化することができる。この結果、外
部共振回路１１５の共振器長Ｌ_R の変化を波長の１／１
０００〜１／１００００、すなわち１オングストローム
以下に極めて安定に抑制するシステムを安価に構成する
ことができる。

【００３５】上記外部共振器１１５は、いわゆるファブ
リ−ペロー共振器を用いるこの共振器は光路位相差Δが
２πの整数倍のとき共振し、共振位相付近で大きく反射
位相が変化する。この位相変化を利用して共振器の周波
数制御を行うことが、DreverLockingとしてR.W.P.Dreve
r, et al.“Laser Phase and Frequency Stabilization
Using an Optical Resonator”, Applied Physics B 3
1. 97-105(1983)等に開示されており、外部共振器１１
５は、この技術を利用している。

【００３６】本発明の露光装置には、短波長の紫外光が
必要なため、レーザ光源としては図４に示す構成を採用
する。ここで、レーザ光源２１は、ＳＨＧレーザ発振器
である。紫外レーザ光源出射部１０のレーザ光源１１１
は、例えば図４に示すように、共振器２１の一対の反射
面２２、２３の間にはＮｄ：ＹＡＧ等のレーザ媒質２４
とＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）等の非線形光学結晶素子２
５とを配設している。レーザ媒質２４からの波長の基本
波レーザを非線形光学結晶素子２５を通過させて共振さ
せることにより、ＳＨＧレーザ光を発生させて外部共振
器２６に送る。この外部共振器２６の一対の反射面２
７、２８の一方、例えば反射面２７が、電磁アクチュエ
ータ２９で光軸方向に駆動制御される。外部共振器２６
では、内蔵する例えば、ＢＢＯ等の非線形光学結晶素子
３０により入射レーザ光の第２高調波、すなわち元の基
本レーザからみて第４高調波となるレーザ光が発生さ
れ、外部共振器２６より取り出される。

【００３７】この具体例として紫外レーザ光源出射部１
０は、例えば図５に示すように構成される。ここで、前
述した図３や図４と共通する部分に同じ参照番号を付し
て説明を省略し、レーザ波長等について具体的な数値を
挙げて説明する。半導体レーザであるレーザダイオード
１１０は、波長810nmのレーザ光をレーザ光源１１１に
送る。レーザ光源１１１は、レーザ媒質Ｎｄ：ＹＡＧを
用い、波長1064nmの基本波レーザ光をＫＴＰ２５で共振
させることによって第２高調波として上記波長の半分の
波長532nm を電気光学の位相変調器（ＥＯＭ）１１２に
出射する。レーザ光源１１１の周波数ｆ_c （例えば約50
0〜600THz）のレーザ光に対して位相変調器１１２によ
り周波数ｆ_m （例えば10MHz）の位相変調が施され、サ
イドバンドｆ_c ±ｆ_m が立てられる。この位相変調のキ
ャリア周波数の信号が信号源（発振器）１２１から供給
される。

【００３８】共振周波数がｆ₀ の外部共振器２６より戻
ってきた光について周波数ｆ_c 、ｆ _c ±ｆ_m 間のビート
を検出するＦＭサイドバンド法により、共振器の光路長
の変化を光検出器１２３で検出し、共振器の反射率が極
小となる位置に対する極性を持った位置誤差検出信号を
検出し、電磁アクチュエータの一つであるボイスコイル
モータ２９で反射面２７を光軸方向に移動させ、位置誤
差検出信号がゼロとなるように制御する。高精度な位置
誤差検出を行うために図２の同期検波回路１２２ｂ、Ｌ
ＰＦ１２２ｃ、ドライバ１２２ａ、１２２ｄで構成され
るロッキング回路１２２で誤差信号を取り出している。

【００３９】誤差信号がゼロになるように光路長をＬ_R
に制御し、外部共振器２６内のＢＢＯ３０を介して出力
させることにより、第２高調波を第４高調波、すなわち
266nm の紫外波長のレーザ光にしてダイクロイックミラ
ー２８から出射する。

【００４０】なお、レーザ媒質としては、Ｎｄ：ＹＡＧ
に限定されるものでなく、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ 、Ｎｄ：ＢＥ
Ｌ、ＬＮＰ等がある。非線形結晶光学素子には、ＫＴＰ
やＢＢＯの他にＬＮ、ＱＰＭ ＬＮ、ＬＢＯ、ＫＮ等が
ある。

【００４１】つぎに、本発明の露光装置を適用した半導
体露光装置について図６を参照しながら説明する。半導
体露光装置は、光リソグラフィー技術を用い、例えば５
倍に拡大されたレティクル（あるいはマスク）に記され
た原画パターンを光源からの露光用の光を照明光学系を
介して縮小投影光学系に供給し、この縮小投影光学系の
縮小レンズを介して１／５に縮小してウェ ハ上に塗布さ
れたレジストに露光するものである。ここでも、共通す
る部分に同じ参照番号を付す。

【００４２】半導体露光装置は、図６に示すように、ダ
イオードレーザ励起により発光されるレーザ光を第１の
共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記第１の
共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器で波長
変換された光を同時に取り出す光源手段としての紫外レ
ーザ光源出射部１０と、該紫外レーザ光源出射部１０か
らの光強度分布を均一にする均一化手段としてのインテ
グレータ３１と、該インテグレータ３１からの光を結像
手段である縮小投影レンズ１２Ａを介して上記ウェ ハ１
２Ｃ’上に照射し、このウェ ハ１２Ｃ’で反射する戻り
光からフォーカス誤差量を検出して制御する検出制御手
段としてのフォーカス検出制御系１２とを有している。

【００４３】ここで、上記紫外レーザ光源出射部１０
は、ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を
第１の共振器内部で波長変換し、上記第１の共振器から
の出射光を外部共振形の第２の共振器で波長変換された
光、例えば基本波に対する第４高調波に波長変換した効
率よいレーザ光を用いている。この紫外レーザ光源出射
部１０の機構は前述した機構と全く同じものを用いてい
る。前述したように第４の高調波波長の出射光は、エキ
シマレーザよりも位相シフト法を用いずに例えば波長26
6nm の狭帯域なレーザ光を連続発振し、かつモード均一
性が高い特性を有する。

【００４４】半導体露光装置において、紫外レーザ光源
出射部１０が出射する例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第４
高調波のレーザ出力がインテグレータ３１を介してミラ
ー１０ａで９０°反射されコンデンサレンズ３２に送ら
れる。インデグレータ３１では、例えば回転拡散板、す
りガラスを透過させたり、フライアイレンズを透過させ
ることによって光源の干渉性を除去を行っている。上記
コンデンサレンズ３２は、ビーム整形し、光強度分布が
均一な直径200mm程度のレーザ光になるように処理を行
っている。このコンデンサレンズ３２は処理された透過
光をハーフミラー３３ａ、３３ｂを介して原画パターン
が描かれているレティクル３４に照射する。

【００４５】レティクル３４のパターンは、上述したよ
うに原画パターンが例えば５倍に拡大されたものであ
る。このレティクル３４を透過した光が縮小投影レンズ
１２Ａを介してウェハ１２Ｃ’上に塗布されたレジスト
に露光照射される。縮小投影レンズ１２Ａは、入射する
光の像を透過させ、例えば１／５に縮小した光学像をウ
ェハ１２Ｃ’に出射して微細パターンを形成する。

【００４６】ここで、ウェハ１２Ｃ’には、例えばレテ
ィクル３４上に描かれている原画パターンをウェハ１２
Ｃ’上の所定の位置に正しく転写するために例えばフォ
ーカスモニタ用マークやアライメント用マークが設けら
れている。フォーカス検出制御系１１は、露光源の光軸
と同軸系の光学系を有し、紫外レーザ光源出射部１０か
らの第２高調波である波長532nmのＮｄ：ＹＡＧレーザ
をウェハ１２Ｃ’に照射しウェハ１２Ｃ’のフォーカス
モニタ用マーク３５からの戻り光が縮小投影レンズ１２
Ａ、レティクル３４、ハーフミラー３３ａ、３３ｂ及び
リレーレンズ３６ａ、３６ｂという光路を経て２次元イ
メージセンサ３７ａ、３７ｂ上に結像される。図６にお
いて、フォーカスモニタ用マーク３５ａ、３５ｂからの
反射光は破線で示している。ここで、光路をハーフミラ
ー３３ａ、３３ｂ及びリレーレンズ３７ａ、３７ｂを経
た後に設けているのは、縮小投影レンズ１２Ａによる第
２高調波と第４高調波の波長依存で起こる色収差を考慮
してレティクル３４のやや上方に一旦結像され、リレー
レンズ３６ａ、３６ｂを介して２次元イメージセンサ３
７ａ、３７ｂ上に再度結像させるためである。

【００４７】２次元イメージセンサ３７ａ、３７ｂは、
２個に限定されず、複数個設けられ、露光領域内の複数
位置のフォーカスモニタ用マークの像の鮮明度の情報を
フォーカス位置ずれ検出装置３８に供給する。フォーカ
ス位置ずれ検出装置３８は、供給される情報から位置ず
れ量を検知し、この位置ずれ量を補正する補正信号をＺ
軸駆動装置３９に送る。Ｚ軸駆動装置３９は、露光系１
２に設けられているＸＹＺステージ１２ＢをＺ軸方向、
すなわち縮小投影レンズ１２Ａの光軸方向にＸＹＺステ
ージ１２Ｂを移動させることによりウェハ１２Ｃ’を上
下させる。半導体露光装置は、この上下移動で照射され
る光に対する縮小投影レンズ１２Ａのフォーカス位置を
ベスト位置にくるように自動的にフォーカス動作を調整
している。

【００４８】これら一連の制御を行うことにより、半導
体露光装置は、ＸＹＺステージ１２ＢをＸＹの２次元内
を移動させながらウェハ１２Ｃ’に露光を繰り返し行っ
ている。この半導体露光装置は、原画パターンをウェハ
全面に正確に転写する。このように構成することによ
り、露光光学系とオートフォーカス光学系の共通化して
簡便化を図り、高精度なオートフォーカス動作を可能に
する。

【００４９】以上のように構成することにより、露光光
学系とオートフォーカス光学系をそれぞれ別々に構成す
ることがなくなり、紫外レーザ光源出射部が出射する露
光用光源である第４高調波と同時に第２高調波も出射さ
せてオートフォーカス光学系を共通化させることがで
き、これにより極めて簡便でコンパクトな光学系を構成
することができ、露光光学系と同軸の光軸を用いたオー
トフォーカス光学系のため、オートフォーカス動作を高
精度化することができる。

【００５０】なお、本発明の露光装置は、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や近接露
光装置にも応用することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明に係る露光装置では、光源手段か
らダイオードレーザ励起による固体レーザの第２の共振
器で波長変換されたレーザ光を取り出すと共に、第１の
共振器からのレーザ光を同時に出射させて検出制御手段
でフォーカスの位置ずれ量を検出して制御することによ
り、露光光学系とフォーカスをモニタするモニタ光学系
を同じ光学系で共用化し、オートフォーカス動作を行っ
て極めて簡便でコンパクトな光学系を構成することがで
き、露光光学系と同軸の光軸を用いたオートフォーカス
光学系のため、オートフォーカス動作を高精度化するこ
とができる。

【００５２】この露光装置を適用した例えば光ディスク
原盤露光装置や半導体露光装置でも光学系の簡略化した
構成をとることができ、オートフォーカス動作を高精度
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る露光装置の基本的な構成を示すブ
ロック図である。

【図２】上記ブロック図の構成を用いた光ディスク原盤
露光装置の構成を示すブロック図である。

【図３】上記ブロック図で使用される紫外レーザを発生
させるための基本原理を説明する図である。

【図４】ＳＨＧレーザを用いた場合の第４高調波を発生
させる基本構成を示すブロック図である。

【図５】本発明に係る光ディスク原盤露光装置の紫外レ
ーザ光源出射部の構成を示すブロック回路図である。

【図６】本発明の露光装置の構成を適用した半導体露光
装置のブロック構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０・・・・・・・・紫外レーザ光源出射部 １１・・・・・・・・フォーカス検出制御系 １２・・・・・・・・露光系 １０ａ、１０ｃ、１０ｄ・・・・ミラー １０ｂ・・・・・・・変調部 １１ａ・・・・・・・光分離部 １１ｂ・・・・・・・フォーカス位置ずれ検出部 １１ｃ・・・・・・・駆動制御部 １２ａ・・・・・・・対物レンズ １２ｂ・・・・・・・ＸＹステージ １３・・・・・・・・光強度変調器 １４・・・・・・・・入力端子 １５・・・・・・・・ビームエキスパンダ １１Ａ・・・・・・・偏光ビームスプリッタ １１Ｂ・・・・・・・波長選択素子 １１Ｃ・・・・・・・フォーカス誤差量検出素子 １６・・・・・・・・１／４波長板 １７・・・・・・・・スピンドルモータ １８・・・・・・・・載置台 １２Ａ・・・・・・・縮小投影レンズ １２Ｂ・・・・・・・ＸＹＺステージ １２Ｃ・・・・・・・光ディスク原盤 １２Ｄ、１２Ｅ・・・電磁アクチュエータ １２Ｃ’・・・・・・ウェ ハ ３１・・・・・・・・インデグレータ ３２・・・・・・・・コンデンサレンズ ３３ａ、３３ｂ・・・ハーフミラー ３４・・・・・・・・レティクル ３５ａ、３５ｂ・・・フォーカスモニタ用マーク ３６ａ、３６ｂ・・・リレーレンズ ３７ａ、３７ｂ・・・２次元イメージセンサ ３８・・・・・・・・フォーカス位置ずれ検出装置 ３９・・・・・・・・Ｚ軸駆動装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光源からの光で露光パターンを露光
   対象物に転写する露光装置において、 ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を第１
   の共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記第１
   の共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器で波
   長変換された光を同時に取り出す光源手段と、 該光源手段の上記第１の共振器からの出射光が上記露光
   対象物表面から戻る反射光に応じてレンズと露光対象物
   間に対するフォーカスの位置ずれ量を検出して制御する
   検出制御手段とを有してフォーカス制御することを特徴
   とする露光装置。
2. 【請求項２】 上記光源手段は、上記第１の共振器とし
   て第２高調波発生タイプの共振器を用い、上記第２の共
   振器として第４高調波発生タイプの共振器を用い、上記
   第２の共振器の光を出射する側の反射面を上記第２高調
   波及び第４高調波を透過させる光学特性とすることを特
   徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 露光光源からの光でデータに応じたパタ
   ーンを形成して光ディスク原盤を作成する光ディスク原
   盤露光装置において、 ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を第１
   の共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記第１
   の共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器で波
   長変換された光を同時に取り出す光源手段と、 該光源手段からの出射光を供給されるデータに応じた変
   調を行う変調手段と、 該変調手段で変調された光を上記光ディスク原盤で反射
   する戻り光のフォーカス誤差量を検出して制御する検出
   制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の光
   ディスク原盤露光装置。
4. 【請求項４】 露光光源からの光でレティクルの露光パ
   ターンをウェ ハ上に塗布されたレジストに転写する半導
   体露光装置において、 ダイオードレーザ励起により発光されるレーザ光を第１
   の共振器内部で波長変換して取り出すと共に、上記第１
   の共振器からの出射光を外部共振形の第２の共振器で波
   長変換された光を同時に取り出す光源手段と、 該光源手段からの光強度分布を均一にする均一化手段
   と、 該均一化手段からの光を結像手段を介して上記ウェ ハ上
   に照射し、このウェ ハで反射する戻り光からフォーカス
   誤差量を検出して制御する検出制御手段とを有すること
   を特徴とする請求項１記載の半導体露光装置。