JPH07142367A

JPH07142367A - 半導体露光装置

Info

Publication number: JPH07142367A
Application number: JP5307388A
Authority: JP
Inventors: Toru Ogawa; 透小川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】露光光源の出力とレチクル及びウエハステージ
の動きとを同期させる必要がない半導体露光装置、ある
いは又、エキシマ・レーザを使用すること無く短波長の
露光光にてレジストを露光することができる半導体露光
装置を提供する。【構成】反射縮小型若しくは屈折縮小型の走査式半導体
露光装置は、連続発振レーザ１を露光光源として用いた
ことを特徴とする。また、連続発振レーザを、第２高調
波を射出し得るＬＤ励起固体レーザ、及び少なくともＬ
Ｄ励起固体レーザから射出された第２高調波に基づき第
４若しくは第５高調波を得るための第２高調波発生装置
から構成する。

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走査式（ステップ
・アンド・スキャン方式）の半導体露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の集積度が高まるに従
い、半導体チップの面積も増大している。従来、半導体
露光装置として、１５〜２２ｍｍ□の画角を有する屈折
系の縮小投影光学系を用いたステッパと呼ばれる半導体
露光装置が使用されている。しかしながら、６４ＭＤ
ＲＡＭを越えるＶＬＳＩになると、このような従来のス
テッパでは、２チップ分を１回の露光操作で処理するこ
とは不可能であり、２５ｍｍ□の画角以上が必要とされ
る。このような画角の拡大に伴い、半導体露光装置を構
成するレンズにおけるディストーションや像面収差が大
きくなる。また、大口径レンズの設計・加工精度の困難
さ、レンズ材料と光の吸収、レンズの削材コストの増加
等の問題が顕著になる。

【０００３】このような問題を解決するための一手段と
して、エキシマ・レーザを用いた走査式（ステップ・ア
ンド・スキャン方式）の半導体露光装置が注目されてい
る。この走査式半導体露光装置においては、レチクルと
ウエハステージとが連動して移動させられる。そして、
露光光でレチクルを走査するので、反射縮小若しくは屈
折縮小投影光学系において、短手方向のフィールドサイ
ズ（例えば、長さ２５ｍｍ）さえ確保できれば、走査状
態における１フィールドの長手方向の長さは任意（例え
ば、長さ３０ｍｍ以上）とすることができる。従って、
広いフィールドサイズを露光することが可能になる。

【０００４】解像力は露光光の波長（λ）に比例する。
従って、半導体集積回路における微細加工の要求を満足
するためには、露光光源から射出される露光光の波長自
体を一層短くする必要がある。そのために、露光光源と
してエキシマ・レーザの使用が検討されている。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２４８
ｎｍのレーザ光を、ＡｒＦを用いた場合には波長１９３
ｎｍのレーザ光を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エキシマ・レーザの発
振動作はパルス発振であり、各パルスにおける光強度の
変動が大きい。従って、エキシマ・レーザを走査式半導
体露光装置の露光光源として用いる場合、１チップ内の
回路線幅均一性を得るために、レチクルの動きとウエハ
ステージの動きとを同期させるだけでなく、エキシマ・
レーザの各パルスにおける光強度と、レチクル及びウエ
ハステージの動きとを同期させる必要がある。即ち、或
るパルスにおけるエキシマ・レーザのピーク出力が低い
場合には、レチクル及びウエハステージの動きを遅く
し、或るパルスにおけるエキシマ・レーザのピーク出力
が高い場合には、レチクル及びウエハステージの動きを
早くする必要がある。また、ビームプロファイル、即
ち、パルスのピーク出力位置における出力ピークの２次
元的形状の変動も大きい。

【０００６】従って、エキシマ・レーザの各パルスにお
ける光強度と、レチクル及びウエハステージの動きとを
同期させるための同期機構には極めて高度の制御技術が
必要とされ、走査式半導体露光装置の開発に大きな障害
となっている。また、各パルスにおける光強度の変動が
大きいために、１回の露光を多パルスにて行い、しか
も、１回の露光の開始直後と終了直前ではパルス間隔を
異ならせるといった複雑な制御を行う必要がある。

【０００７】エキシマ・レーザからの射出光の半値幅
は、狭帯域化を施していない場合、２ｎｍ程度である。
ＮＡが０．５以上のレンズを用いた場合、このようなエ
キシマ・レーザにて露光を試みても、レンズの色収差が
大き過ぎるためレチクルに形成されたパターンをレジス
トに正確に転写することができない。従って、通常、エ
キシマ・レーザの狭帯域化を行い、射出光の半値幅を２
ｐｍ以下としている。しかしながら、狭帯域化はレーザ
の出力低下を招くという問題がある。

【０００８】更に、エキシマ・レーザにおいては、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。また、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といった問題があ
る。

【０００９】従って、本発明の第１の目的は、露光光源
の出力とレチクル及びウエハステージの動きとを同期さ
せる必要がない半導体露光装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、この第１の目的に加えて、エキ
シマ・レーザを使用すること無く短波長の露光光にてレ
ジストを露光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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的は、連
続発振レーザを露光光源として用いたことを特徴とする
反射縮小型若しくは屈折縮小型の走査式半導体露光装置
によって達成することができる。

【００１１】上記の第２の目的は、上記の走査式半導体
露光装置において、連続発振レーザを、第２高調波を射
出し得るＬＤ励起固体レーザ、及び少なくともＬＤ励起
固体レーザから射出された第２高調波に基づき第４若し
くは第５高調波を得るための第２高調波発生装置から構
成することによって達成することができる。この場合、
ＬＤ励起固体レーザは、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子から
構成することができる。

【００１２】

【作用】本発明の走査式半導体露光装置においては、連
続発振レーザを露光光源として用いているので、露光光
源の出力が一定している。従って、露光光源の出力とレ
チクル及びウエハステージの動きとを同期させる必要が
ない。また、連続発振レーザを、第２高調波を射出し得
るＬＤ励起固体レーザ及び第２高調波発生装置から構成
することによって、２００ｎｍオーダーの露光光波長を
得ることができる。

【００１３】

【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。

【００１４】（実施例１）図１に概要を示す実施例１の
半導体露光装置は、連続発振レーザ１を光源として用い
た反射縮小型の走査式半導体露光装置である。連続発振
レーザ１から射出された露光光は、レチクル４０及びビ
ームスプリッター４１を透過して、射出瞳を構成する凹
面鏡４２で反射され、再びビームスプリッター４１に入
射し、縮小投影光学系４３に向けて反射される。縮小投
影光学系４３を透過した露光光は、ウエハ４５上に形成
されたレジスト４４を照射し、レジスト４４を露光す
る。ウエハ４５はウエハステージ４６に載置されてい
る。尚、図１中、４７及び４８は反射鏡である。

【００１５】こうして、レチクル４０に形成されたパタ
ーンをウエハ４５上に形成されたレジスト４４に転写す
ることができる。レチクル４０及びウエハステージ４６
はエアーステージ（図示せず）上に載置されており、リ
ニアモータ（図示せず）によって移動させられる。レチ
クル４０及びウエハステージ４６の移動は制御装置（図
示せず）によって同期させられる。また、レチクル４０
及びウエハステージ４６の移動はレーザ干渉計やレーザ
測長器によって位置制御される。これらのエアーステー
ジ、リニアモータ、制御装置は公知の技術を用いること
ができる。

【００１６】走査式半導体露光装置における走査露光方
式を、模式的に図２に示す。静止状態における露光フィ
ールドサイズの短手方向の長さ（図２中、「ａ」で示
す）を２５ｍｍとした。また、長手方向の長さ（図２
中、「ｂ」で示す）を５ｍｍとした。更には、走査状態
における１フィールドの長手方向の長さを５０ｍｍとし
た。走査露光方式においては、レチクル４０及びウエハ
４５の動きを同期させながら露光光を走査（スキャン）
し、連続発振レーザ１から射出された露光光を連続的に
レチクル４０に照射し且つレジスト４４を露光する。所
定の距離だけ露光光の走査が完了した後、レチクル４０
及びウエハステージ４６をステップさせ、次いで、露光
光による走査を繰り返す。露光光とウエハ４５との相対
的な動きを模式的に示すために、図２においては、これ
らの相対的な動きを露光フィールドの動きとして破線で
示した。

【００１７】本発明の半導体露光装置での使用に適した
連続発振レーザ１の一形式を、図３及び図４を参照して
説明する。

【００１８】連続発振レーザ１の原理図を図３に示す。
この連続発振レーザ１は、レーザ光源１０及び第２高調
波発生装置２０を具備している。

【００１９】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。第２高調波発生装置２
０には、レーザ光源１０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（第４若し
くは第５高調波）を射出する。第２高調波発生装置２０
から射出された光は、図１に示すように、レチクル４０
を照射し、レチクル４０に形成されたパターンをウエハ
４５上に形成されたレジスト４４に転写する。

【００２０】本発明の半導体露光装置における連続発振
レーザのより詳しい構成図を、図４に示す。図４に示す
ように、レーザ光源１０は、第２高調波を射出し得るＬ
Ｄ励起固体レーザから成る。即ち、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。

【００２１】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。

【００２２】図４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。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。

【００２３】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からレチクル４０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。

【００２４】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。

【００２５】連続発振レーザ１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２
６、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。

【００２６】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／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。

【００２７】また、光共振器２２の共振器長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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】この形式の共振器長制御装置３０は、図４
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Ｅ
Ｏ（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６０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。

【００３１】図５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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】ＶＣＭ制御回路３３は、図６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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】（実施例２）図７に概要を示す実施例２の
半導体露光装置は、連続発振レーザ１を光源として用い
た屈折縮小型の走査式半導体露光装置である。連続発振
レーザ１から射出された露光光は、レチクル４０を照射
し、レチクル４０に形成されたパターンを縮小投影光学
系５０を介してウエハ４５上に形成されたレジスト４４
に転写する。縮小投影光学系５０は射出瞳を構成する。
レチクル４０に形成されたパターンは、レジスト４４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５０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４５に形成された
レジスト４４に投影する。これによって、レジスト４４
には微細パターンが形成される。

【００４２】こうして、レチクル４０に形成されたパタ
ーンをウエハ４５上に形成されたレジスト４４に転写す
ることができる。レチクル４０及びウエハステージ４６
はエアーステージ（図示せず）上に載置されており、リ
ニアモータ（図示せず）によって移動させられる。レチ
クル４０及びウエハ４５の移動は制御装置（図示せず）
によって同期させられる。レチクル４０の移動量とウエ
ハ４５の移動量は縮小倍率に等しく、制御装置（図示せ
ず）によって同期させられる。また、レチクル４０及び
ウエハステージ４６の移動はレーザ干渉計やレーザ測長
器によって位置制御される。これらのエアーステージ、
リニアモータ、制御装置は公知の技術を用いることがで
きる。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】一対の反射鏡から成る光共振器の光路内に
固体レーザ素子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。

【００４７】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の共振器長を一定とするため
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。

【００４８】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
光を安定化することもできる。

【００４９】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。

【００５０】

【発明の効果】本発明の走査式半導体露光装置によれ
ば、連続発振レーザを露光光源として用いているので、
露光光源の出力とレチクル及びウエハステージの動きと
を同期させる必要がない。従って、エキシマ・レーザ等
のパルス発振レーザを露光光源として用いた場合と比較
して、走査式半導体露光装置の同期機構を簡素化するこ
とができる。

【００５１】また、連続発振レーザを、第２高調波を射
出し得るＬＤ励起固体レーザ及び第２高調波発生装置か
ら構成することによって、２００ｎｍオーダーの露光光
波長を得ることができ、しかも、連続発振レーザから射
出されるレーザ光の半値幅を１ｐｍ以下とすることがで
きる。また、狭帯域化が不要であり、狭帯域化によるレ
ーザの出力低下といった問題を回避することができる。
更には、ＬＤ励起固体レーザの寿命が長く、ランニング
コストや保守コストの上昇を招くことがない。しかも、
連続発振レーザの装置自体の寸法をＡ３版以下に納める
ことができ、クリーンルーム内での占有面積が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体露光装置の概要を示す図であ
る。

【図２】走査式半導体露光装置における走査露光方式を
説明するための模式図である。

【図３】本発明の半導体露光装置における連続発振レー
ザの原理図を示す図である。

【図４】本発明の半導体露光装置における連続発振レー
ザを示す図である。

【図５】ボイスコイルモータの模式図である。

【図６】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７】実施例２の半導体露光装置の概要を示す図であ
る。

【符号の説明】

１連続発振レーザ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レチクル４１ビームスプリッター４２凹面鏡４３，５０縮小投影光学系４４レジスト４５ウエハ４６ウエハステージ４７，４８反射鏡６０集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続発振レーザを露光光源として用いたこ
とを特徴とする反射縮小型若しくは屈折縮小型の走査式
半導体露光装置。
【請求項２】前記連続発振レーザは、第２高調波を射出
し得るＬＤ励起固体レーザ、及び少なくとも該ＬＤ励起
固体レーザから射出された第２高調波に基づき第４若し
くは第５高調波を得るための第２高調波発生装置を備え
ていることを特徴とする請求項１に記載の走査式半導体
露光装置。
【請求項３】ＬＤ励起固体レーザは、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ていることを特徴とする請求項
２に記載の走査式半導体露光装置。