JPH07130648A

JPH07130648A - 半導体露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH07130648A
Application number: JP5302345A
Authority: JP
Inventors: Toru Ogawa; 透小川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】露光操作毎の積算露光量のばらつきだけでな
く、１回の露光操作内においてもレジストの各部におけ
る積算露光量の相違を最小にすることができる半導体露
光装置を提供する。【構成】半導体露光装置は、レーザ光源１０、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、及び共振器長制御装置３０を具
備し、第２高調波発生装置２０は非線形光学結晶素子及
び光共振器から成り、この光共振器の共振器長を共振器
長制御装置３０にて変化させることによって、第２高調
波発生装置２０から射出される光の強度を制御する。

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
の半導体露光装置及び露光方法に関する。

【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】

【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、連続発
振された高出力のレーザ光をウエハ上に形成されたレジ
ストに照射する際、従来の機械的に制御されるシャッタ
ーを用いた場合、レジストに対する積算露光量のばらつ
きが大きいという問題がある。

【０００８】このような積算露光量のばらつきは、シャ
ッターの機械的機構に起因した遮光動作開始の時間的な
ばらつきによって生じる（図７の（Ａ）参照）。即ち、
設定遮光動作開始時間をｔ₁とした場合のレジスト露光
量のグラフを（ａ）とすれば、場合によっては、グラフ
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のようにばらつきが生じる。更
には、図７の（Ｂ）に示すように、シャッターによるレ
ーザ光の光路の遮光開始から終了までに一定の時間（ｔ
₁からｔ₂までの時間に相当し、０．１秒オーダーであ
る）を要するために、光路が遮光され始めた瞬間までレ
ーザ光を照射されていたレジストの部分（図７の（Ｂ）
における（ｅ）の点における積算露光量に相当するレジ
ストの部分）と、光路の遮光完了の瞬間までレーザ光を
照射されていたレジストの部分（図７の（Ｂ）における
（ｆ）の点における積算露光量に相当するレジストの部
分）では、積算露光量に相違が生じる。

【０００９】例えば、化学増幅系レジストを使用した場
合、かかる化学増幅系レジストの最適積算露光量は、例
えば約２０ｍＪ／ｃｍ²である。そして、積算露光量が
５％変化すると、現像後に形成されるレジストパターン
の線幅が１０％程度変化する。従って、レジストに対す
る積算露光量の均一化が、安定した線幅を有するレジス
トパターンを形成するために不可欠である。しかしなが
ら、特開平５−３１４１号公報においては、現状の機械
的に制御されたシャッターでの積算露光量の高精度の制
御に関する技術に何等言及されていない。

【００１０】従って、本発明の目的は、露光操作毎の積
算露光量のばらつきだけでなく、１回の露光操作内にお
いてもレジストの各部における積算露光量の相違を最小
にすることができ、極めて高い精度で積算露光量を制御
することができる半導体露光装置及び露光方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の半導体露光装置は、レーザ光源、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、及び共振器長制御装置を具備した半導体
露光装置である。そして、第２高調波発生装置は非線形
光学結晶素子及び光共振器から成り、この光共振器の共
振器長を共振器長制御装置にて変化させることによっ
て、第２高調波発生装置から射出される光の強度を制御
することを特徴とする。

【００１２】本発明の半導体露光装置においては、第２
高調波発生装置から射出された光の光路を遮る遮光手段
を更に備えることができ、この場合、第２高調波発生装
置から射出された光が高強度の状態においては、遮光手
段は光路を開き、第２高調波発生装置から射出された光
が低強度の状態において、遮光手段は光路を閉じる。

【００１３】本発明の半導体露光装置においては、第２
高調波発生装置から射出された光の積算露光量を測定す
る積算露光量測定装置を更に備えることができ、この場
合、積算露光量測定装置の測定結果に基づき共振器長制
御装置を制御することができる。更には、積算露光量測
定装置の測定結果に基づき、遮光手段による光路の開閉
を制御することが好ましい。

【００１４】本発明の半導体露光装置においては、レー
ザ光源を、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成る、第２高
調波を射出し得るＬＤ励起固体レーザから構成し、第２
高調波発生装置を構成する非線形光学結晶素子は光共振
器の光路内に配置されていることが好ましい。

【００１５】上記の目的を達成するための本発明の露光
方法は、レーザ光源、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、及び共振
器長制御装置を具備し、この第２高調波発生装置は非線
形光学結晶素子及び光共振器から成り、この光共振器の
共振器長を共振器長制御装置にて変化させることによっ
て第２高調波発生装置から射出される光の強度を制御す
る半導体露光装置を用いた露光方法である。そして、共
振器長制御装置の制御により第２高調波発生装置から射
出された高強度の光を用いて、レチクルに形成されたパ
ターンをウエハ上に形成されたレジストに転写し、次い
で、共振器長制御装置の制御により光共振器の共振器長
を変化させて第２高調波発生装置から射出される光の強
度を低下させた後、レチクルに形成されたパターンをウ
エハ上に形成されたレジストに転写することを中止する
ことを特徴とする。

【００１６】本発明の露光方法の実施に適した半導体露
光装置は、第２高調波発生装置から射出された光の光路
を遮る遮光手段を更に備え、そして、本発明の露光方法
においては、第２高調波発生装置から射出された光が高
強度の状態においては遮光手段は光路を開き、以って、
レチクルに形成されたパターンをウエハ上に形成された
レジストに転写し、第２高調波発生装置から射出された
光が低強度の状態において遮光手段は光路を閉じてこの
光によるレジストへの照射を中止することが好ましい。

【００１７】本発明の露光方法においては、また、第２
高調波発生装置から射出された光の積算露光量を測定
し、この積算露光量測定結果に基づき共振器長制御装置
を制御し、これによって、第２高調波発生装置から射出
される光の強度を制御することが好ましい。更には、積
算露光量測定結果に基づき、光路の開閉を制御すること
が好ましい。

【００１８】本発明の露光方法においては、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、第２高調波を射出し得
るＬＤ励起固体レーザから成るレーザ光源を用い、第２
高調波発生装置を構成する非線形光学結晶素子を光共振
器の光路内に配置することが好ましい。

【００１９】

【作用】本発明においては、光共振器の共振器長を制御
することによって、レジストを露光するための光の強度
を容易に制御することができる。従って、高強度の露光
光によってレジストを露光した後、所定の積算露光量に
なる前にレジスト露光光の強度を低下させた状態でレジ
ストを露光し、この状態において所定の積算露光量とな
った時点で、例えば機械的に駆動されるシャッター等の
遮光手段を駆動することでレジストに対する露光を中止
すれば、高い精度で積算露光量を制御することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００２１】本発明の半導体露光装置は、フォトリソグ
ラフィ技術を用い、露光光源であるレーザ光源からの光
を第２高調波発生装置に通し、かかる第２高調波発生装
置から射出された光によって、例えば、レチクルに形成
された５倍拡大パターンをウエハ上に形成されたレジス
トに縮小投影光学系を介して１／５に縮小して転写する
装置である。

【００２２】本発明の半導体露光装置の原理図を図１に
示す。この半導体露光装置は、レーザ光源１０と、第２
高調波発生装置２０と、共振器長制御装置３０とを具備
している。第２高調波発生装置２０には、レーザ光源１
０から射出された光が入射される。そして、第２高調波
発生装置２０は、この入射された光の第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２
０から射出された光は、反射鏡６０を介してレチクル６
３を照射し、レチクル６３に形成されたパターンを縮小
投影レンズ６４を介してウエハ６６上に形成されたレジ
スト６５に転写する。レチクル６３に形成されたパター
ンは、レジスト６５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。縮小投影レンズ６４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６６に形成されたレジスト６５に投影する。これに
よって、レジスト６５には微細パターンが形成される。

【００２３】本発明の半導体露光装置のより詳しい構成
図を図２及び図３に示す。図２に示すように、本実施例
のレーザ光源１０は、第２高調波を射出し得るＬＤ励起
固体レーザから成る。即ち、レーザ光源１０は、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１２（射出光の波
長：１０６４ｎｍ）、及びＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）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、Ｎｄ：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、Ｎｄ：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。

【００２４】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。

【００２５】図２に示すように、第２高調波発生装置２
０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。本実施例においては、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。

【００２６】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３０へと入射する。尚、第１及
び第２の凹面鏡２３，２４、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。

【００２７】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、本
実施例においては、第２高調波発生装置２０に入射する
入射光の波長は５３２ｎｍ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：Ｙ
ＡＧ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（１０６４ｎｍ）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。

【００２８】光共振器２２の共振器長（Ｌ）は、共振器
長制御装置３０によって変化させられる。この光共振器
２２の共振器長（Ｌ）を変化させることにより、第２高
調波発生装置２０から射出される射出光の強度が制御さ
れる。即ち、共振器長ＬがＬ₀のとき、第２高調波発生
装置２０は高強度の光を射出する。一方、共振器長Ｌが
Ｌ₀＋ΔＬ₀（又はＬ₀−ΔＬ₀）のとき、第２高調波発生
装置２０は低強度の光を射出する。高強度の光の強度を
１００％とした場合、この低強度の光の強度は０．１〜
１０％程度である。尚、本実施例においては、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。

【００２９】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、Ｌ₀が、λ＝Ｌ₀／Ｎ（但
し、Ｎ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。

【００３０】また、Ｌ₀±ΔＬ₀が、λ≠（Ｌ₀±ΔＬ₀）
／Ｎ’（但し、Ｎ’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
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。

【００３１】光共振器２２の共振器長（Ｌ）の変化は、
具体的には、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ることで、得る
ことができる。

【００３２】本実施例における共振器長制御装置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。

【００３３】この形式の共振器長制御装置３０は、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２
０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６７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２３が取り付けられてい
る。

【００３４】図４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３
２３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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】ＶＣＭ制御回路３３は、図５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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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ｆ_O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３２２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。

【００４２】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。

【００４３】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（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、
第２高調波発生装置２０に入射する光の波長の１／１０
００〜１／１００００に抑えることができる。

【００４４】光共振器２２をアンロック状態とするため
には、例えば、後述する積算露光量測定装置５０からの
信号に基づき、ＶＣＭ駆動回路３３４から所定の電流を
ボイスコイルモータ３２の電磁石３２２に流す。これに
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る。
その結果、λ≠（Ｌ₀±ΔＬ₀）／Ｎ’となり、光共振器
２２の共振器長が共振条件を満足しなくなる。その結
果、第２高調波発生装置２０から射出される光の強度が
低下する。

【００４５】図３に示すように、本実施例の半導体露光
装置には、コヒーレンス性を低下させてスペックルノイ
ズ等の雑音の発生を防止するために、例えば回転拡散板
又はすりガラス等６１が第２高調波発生装置２０の後方
に配置されている。また、反射鏡６０で反射された光の
光路には、フライアイレンズ６２が配置されている。

【００４６】図３に示すように、半導体露光装置には、
第２高調波発生装置２０から射出された光の光路を遮る
遮光手段４０が備えられている。この遮光手段４０は、
例えば、板状のシャッター４２、及びシャッター４２に
よる光路の開閉を制御するためのシャッター制御装置４
４から構成されている。シャッター制御装置４４は、例
えば、公知のモータと回転駆動機構（図示せず）との組
み合わせから構成することができる。シャッター４２
は、第２高調波発生装置２０と反射鏡６０との間、ある
いは反射鏡６０とフライアイレンズ６２との間に配置す
ればよい。

【００４７】第２高調波発生装置２０から射出された光
が高強度の状態（ロック状態）においては、遮光手段４
０によって光路が開かれる。具体的には、公知の機構
（図示せず）によって発生される露光処理開始を知らせ
る電気信号に基づき、シャッター制御装置４４を構成す
るモータが駆動され、回転駆動機構を介して板状のシャ
ッター４２が機械的に回転して光路が開かれる。これに
よって、ウエハ６６上に形成されたレジスト６５は露光
される。また、第２高調波発生装置２０から射出された
光が低強度の状態において、遮光手段４０によって光路
が閉じられる（図３参照）。即ち、遮光手段制御装置４
２からの電気信号に基づきシャッター制御装置４４を構
成するモータが駆動され、回転駆動機構を介して板状の
シャッター４２が機械的に回転して光路が遮られる。

【００４８】図３に示すように、半導体露光装置には、
第２高調波発生装置２０から射出された光の積算露光量
を測定する積算露光量測定装置５０が更に備えられてい
る。この積算露光量測定装置は、例えば反射鏡６０の背
後に配置されている。第２高調波発生装置２０から射出
され反射鏡６０によって反射される光の一部分は、反射
鏡６０を透過し、積算露光量測定装置５０に達する。積
算露光量測定装置５０は、例えばフォトディテクター、
このフォトディテクターの出力電流を積分する積分回
路、この積分回路における電流積分値が一定の値となっ
たとき信号を出力する信号出力回路等、公知の技術に基
づき構成することができる。尚、これらの詳細の図示は
省略する。

【００４９】積算露光量測定装置５０の積算露光量の測
定結果に基づき（具体的には信号出力回路からの出力信
号に基づき）、共振器長制御装置３０が制御され、更に
は、遮光手段４０による光路の開閉が制御される。

【００５０】以上に説明した本実施例の半導体露光装置
を用いた露光方法を、図６を参照して、以下説明する。

【００５１】［工程−１０］先ず、共振器長制御装置３
０を制御することによって、第２高調波発生装置２０を
構成する光共振器２２の共振器長（Ｌ）を調整し、第２
高調波発生装置２０をロック状態とする。これによっ
て、第２高調波発生装置２０から高強度を有する例えば
波長２６６ｎｍの光が射出されている状態となる。図６
では（Ａ）で示すこの状態においては、遮光手段４０を
構成するシャッター４２によって光路は遮蔽しておく。

【００５２】［工程−２０］次に、シャッター制御装置
４４の制御によってシャッター４２を移動させて、光路
を開く。この状態を図６では（Ｂ）で示す。そして、第
２高調波発生装置２０から射出された高強度の光を用い
て、レチクル６３に形成されたパターンをウエハ６６上
に形成されたレジスト６５に転写する。この状態を、図
６では（Ｃ）で示す。第２高調波発生装置２０から射出
された光の積算露光量を積算露光量測定装置５０によっ
て測定し続ける。

【００５３】［工程−３０］その後、第２高調波発生装
置２０から射出された光の積算露光量の測定結果に基づ
き共振器長制御装置３０を制御し、これによって、第２
高調波発生装置２０から射出される光の強度を低下させ
る。即ち、積算露光量測定装置５０によって測定され
た、第２高調波発生装置２０から射出された光の積算露
光量が、第１の所定の値（図６において、時刻ｔ₀から
ｔ₁までのレジスト露光量の積分値）になった時点で、
共振器長制御装置３０を制御し、これによって、第２高
調波発生装置２０の光共振器２２をアンロック状態と
し、第２高調波発生装置２０から射出される光の強度を
低下させる。

【００５４】具体的には、積算露光量測定装置５０を構
成する信号出力回路からの出力信号をＶＣＭ駆動回路３
３４に供給し、ＶＣＭ駆動回路３３４から電磁石３３２
に供給される電流を制御することによって、光共振器２
２を構成する第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
る。これによって光共振器２２の共振器長（Ｌ）がＬ₀
＋ΔＬ₀（又はＬ₀−ΔＬ₀）となり、第２高調波発生装
置２０はアンロック状態となる。第２高調波発生装置２
０から射出された光の強度が低下したこの状態を、図６
では（Ｄ）で示す。

【００５５】［工程−４０］第２高調波発生装置２０か
ら射出された光の積算露光量を積算露光量測定装置５０
によって更に測定し続ける。この状態を、図６では
（Ｅ）で示す。そして、積算露光量測定装置５０によっ
て測定された、第２高調波発生装置２０から射出された
光の積算露光量が、第２の所定の値（図６において、時
刻ｔ₀からｔ₃までのレジスト露光量の積分値）になった
時点で、遮光手段４０によって光路を閉じ、レチクル６
３に形成されたパターンをウエハ６６上に形成されたレ
ジスト６５に転写することを中止する。この状態を、図
６では（Ｆ）で示す。

【００５６】具体的には、積算露光量測定装置５０を構
成する信号出力回路からの出力信号に基づきシャッター
制御装置４４が制御され、かかるシャッター制御装置４
４によって、シャッター４２が移動させられ、光路が遮
蔽される。

【００５７】シャッター４２によって光路が遮蔽される
時点においては、第２高調波発生装置２０から射出され
る光の強度は低い。従って、第２の所定の値（図６にお
いて、時刻ｔ₀からｔ₃までのレジスト露光量の積分値）
を正確に測定することができ、露光操作毎の積算露光量
のばらつきを最小にすることができる。また、第２高調
波発生装置２０から射出される光の強度が低いので、光
路が遮光され始めた瞬間までレーザ光を照射されていた
レジストの部分と、光路の遮光完了の瞬間までレーザ光
を照射されていたレジストの部分での積算露光量の相違
をも最小にすることができる。その結果、レジストに対
する積算露光量を均一化することができ、安定した線幅
を有するレジストパターンを形成することが可能にな
る。

【００５８】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。固体レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧ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。

【００５９】また、非線形光学結晶素子として、ＫＴＰ
やＢＢＯの他にも、ＬＮ、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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】また、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や
近接露光装置にも応用することができる。

【００６６】本発明においては、第２高調波発生装置２
０を構成する光共振器２２の共振器長を変化させること
によって第２高調波発生装置２０から射出される光の強
度を制御するが、第２高調波発生装置２０から射出され
る光の強度制御として他の方法を挙げることができる。

【００６７】例えば、レーザ光源１０を構成するレーザ
ダイオード１１の出力を制御することによって、光共振
器２２の共振器長を変えることなく、第２高調波発生装
置２０から射出される光の強度を制御することができ
る。この場合、レーザダイオード１１の制御は、例え
ば、積算露光量測定装置からの出力に基づいて行えばよ
い。

【００６８】あるいは又、例えば、レーザ光源１０を構
成する固体レーザ媒質１２と凹面鏡１６の間にエタロン
を配置し、固体レーザ媒質１２からの射出光のエタロン
への入射角を変化させることによって、レーザ光源から
射出される光の波長を選択的に変える。このような方法
により、光共振器２２へ入射する入射光の波長を変化さ
せることによって、光共振器２２の共振器長を変えるこ
となく、光共振器２２のロック状態・アンロック状態を
得ることができる。即ち、光共振器２２の共振器長を一
定にしておき、第２高調波発生装置２０への入射光の波
長λ’をλ’＋Δλ’（あるいは、λ’−Δλ’）に変
えることによって、光共振器２２の共振状態が変わる。
その結果、第２高調波発生装置２０から射出される光の
強度を制御することができる。固体レーザ媒質１２から
の射出光のエタロンへの入射角を変化させるには、例え
ば、積算露光量測定装置からの出力に基づき、エタロン
の配置角度を変化させればよい。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、光共振器の共振器長を
制御することによって、レジストを露光するための光の
強度を容易に制御することができる。従って、高強度の
露光光によってレジストを露光した後、所定の積算露光
量になる前にレジスト露光光の強度を低下させてレジス
トを露光し、この状態において所定の積算露光量となっ
た時点で、例えば機械的に駆動されるシャッター等の遮
光手段を駆動することで露光を中止することができる。
その結果、高い精度で積算露光量を制御することができ
る。即ち、露光操作毎の積算露光量のばらつきを抑制で
きるだけでなく、１回の露光操作内においてもレジスト
の各部における積算露光量の相違を最小にすることがで
き、高精度で均一な微細パターンをレジストに形成する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体露光装置の原理図である。

【図２】本発明の半導体露光装置のレーザ光源の概要を
示す図である。

【図３】本発明の半導体露光装置の模式図である。

【図４】ボイスコイルモータの模式図である。

【図５】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。

【図６】本発明の露光方法を説明するためのレジスト露
光量と露光時間の関係を示す図である。

【図７】従来技術における積算露光量のばらつきを説明
するための図である。

【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４０遮光手段４１シャッター４２シャッター制御装置５０積算露光量測定装置６０反射鏡６１回転拡散板又はすりガラス６２フライアイレンズ６３レチクル６４縮小投影レンズ６５レジスト６６ウエハ６７集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/109 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５１６ＤＨ０１Ｓ 3/08 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源、該レーザ光源から射出された
光が入射されそして該入射光の第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、及び共振
器長制御装置を具備した半導体露光装置であって、該第２高調波発生装置は非線形光学結晶素子及び光共振
器から成り、該光共振器の共振器長を共振器長制御装置
にて変化させることによって、第２高調波発生装置から
射出される光の強度を制御することを特徴とする半導体
露光装置。
【請求項２】前記第２高調波発生装置から射出された光
の光路を遮る遮光手段を更に備え、第２高調波発生装置
から射出された光が高強度の状態においては、遮光手段
は光路を開き、第２高調波発生装置から射出された光が
低強度の状態において、遮光手段は光路を閉じることを
特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項３】第２高調波発生装置から射出された光の積
算露光量を測定する積算露光量測定装置を更に備え、該
積算露光量測定装置の測定結果に基づき前記共振器長制
御装置が制御されることを特徴とする請求項２に記載の
半導体露光装置。
【請求項４】前記積算露光量測定装置の測定結果に基づ
き、前記遮光手段による光路の開閉が制御されることを
特徴とする請求項３に記載の半導体露光装置。
【請求項５】前記レーザ光源は、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、第２高調波を射出し得るＬＤ励起
固体レーザから成り、前記第２高調波発生装置を構成す
る非線形光学結晶素子は前記光共振器の光路内に配置さ
れていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れか１項に記載の半導体露光装置。
【請求項６】レーザ光源、該レーザ光源から射出された
光が入射されそして該入射光の第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、及び共振
器長制御装置を具備し、該第２高調波発生装置は非線形
光学結晶素子及び光共振器から成り、該光共振器の共振
器長を共振器長制御装置にて変化させることによって第
２高調波発生装置から射出される光の強度を制御する半
導体露光装置を用いた露光方法であって、共振器長制御装置の制御により前記第２高調波発生装置
から射出された高強度の光を用いて、レチクルに形成さ
れたパターンをウエハ上に形成されたレジストに転写
し、次いで、共振器長制御装置の制御により光共振器の
共振器長を変化させて第２高調波発生装置から射出され
る光の強度を低下させた後、レチクルに形成されたパタ
ーンをウエハ上に形成されたレジストに転写することを
中止することを特徴とする露光方法。
【請求項７】半導体露光装置は、前記第２高調波発生装
置から射出された光の光路を遮る遮光手段を更に備え、
第２高調波発生装置から射出された光が高強度の状態に
おいては遮光手段は光路を開き、以って、レチクルに形
成されたパターンをウエハ上に形成されたレジストに転
写し、第２高調波発生装置から射出された光が低強度の
状態において遮光手段は光路を閉じて該光のレジストへ
の照射を中止することを特徴とする請求項６に記載の露
光方法。
【請求項８】第２高調波発生装置から射出された光の積
算露光量を測定し、該積算露光量測定結果に基づき共振
器長制御装置を制御し、これによって、第２高調波発生
装置から射出される光の強度を制御することを特徴とす
る請求項７に記載の露光方法。
【請求項９】前記積算露光量測定結果に基づき、遮光手
段による光路の開閉を制御することを特徴とする請求項
８に記載の露光方法。
【請求項１０】前記レーザ光源は、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、第２高調波を射出し得るＬＤ励
起固体レーザから成り、第２高調波発生装置を構成する
非線形光学結晶素子は光共振器の光路内に配置されてい
ることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１
項に記載の露光方法。