JPH0758393A - 狭帯域レーザ発振方法及びその装置及びこれを用いたレーザ露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、レーザ露光において焦点深度を向上
するための狭帯域レーザ光を出力する。 【構成】レーザ共振器内にエタロン(25)を配置し、この
エタロン(25)に入射するレーザ光の入射角度を断続又は
連続的に可変する。この場合、エタロン(25)のレーザ共
振器光軸に対する配置位置を調整するものとなり、これ
をステッピングモータ(27)の駆動によりステップ状に可
変する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スペクトル幅を狭帯域
化して出力する狭帯域レーザ発振方法及びその装置、さ
らにはこの狭帯域レーザ光を用いて半導体ウエハ等の露
光処理を行うレーザ露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ露光装置としては、例えばＳＰＩ
Ｅ Ｖol.633 Ｏptical Ｍicrolithography Ｖに記載
されている一般的である。図２２はかかるレーザ露光装
置の構成図である。このレーザ露光装置は、露光光源と
なる狭帯域エキシマレーザ発振装置１から出力された狭
帯域レーザ光２を投影露光装置３に導く構成となってい
る。

【０００３】このうち狭帯域エキシマレーザ発振装置１
は、レーザ共振器を形成する各ミラー４ａ、４ｂを有
し、これらミラー４ａ、４ｂ間に放電部５が形成され
る。又、このレーザ発振装置１には、出力安定化装置６
及び波長安定化装置７が備えられている。

【０００４】一方、投影露光装置３は、入射した狭帯域
レーザ光２を、反射鏡８、走査ミラー９を経て複眼レン
ズ（フィーズド・アレイ・レンズ）１０に通し、さらに
開口部１１、コールドミラー１２、コンデンサレンズ１
３を通してレチクル１４に照射する。このレチクル１４
を通過したレーザ光は、投影レンズ（焼付レンズ）１５
でにより集光されて半導体ウエハ１６に焼き付けられ
る。このレーザ光の照射によりレチクル１４に形成され
たパターンが、半導体ウエハ１６に転写される。

【０００５】このようなレーザ露光では、投影レンズ１
５の焦点距離を一定にすることが必要であるため、狭帯
域レーザ光の波長も図２３に示すように一定に制御して
いる。

【０００６】このレーザ光の波長の安定化は、波長安定
化装置７により行うが、現在のレーザ露光装置として要
求されている波長の安定度は、Ｐroc.of１９８９ Ｉnt
erm．Ｓymp on．ＭicroＰrocess Ｃonference ｐｐ２
２−２４に述べられているように±０．５ｐｍ以内であ
る。

【０００７】一方、露光用の狭帯域レーザ光は、Ｈｇラ
ンプのｇ線（０．４３６μｍ）、ｉ線（０．３６５μ
ｍ）、よりも短波長（ＫｒＦ；０．２４８μｍ、Ａｒ
Ｆ；０．１９３μｍ）であるので、０．２〜０．４μｍ
の微細な回路パターンに加工に適用される。

【０００８】この場合、レーザ露光における解像度Ｒと
焦点深度ＤＯＦとは、それぞれ次式により表される。 Ｒ ＝±ｋ₁ ・λ／Ｎ．Ａ． …(1) ＤＯＦ＝±ｋ₂ ・λ／Ｎ．Ａ．² …(2) ここで、λは狭帯域レーザ光の波長、Ｎ．Ａ．は投影レ
ンズ１５の開口数、ｋ₁、ｋ₂ は定数である。

【０００９】これら式から図２４に示すように、解像度
Ｒを向上させるためには、投影レンズ１５の開口数Ｎ．
Ａ．を増大すること、狭帯域レーザ光の短波長化が有効
であることが分かる。逆に焦点深度ＤＯＦを向上させる
には、この逆であることが分かる。従って、現在では、
解像度Ｒを向上させ、さらに焦点ずれ等に対する許容度
を得るための焦点深度ＤＯＦを確保することが重要とな
っている。

【００１０】例えば、狭帯域レーザ光の波長０．２４８
μｍにおいて、Ｎ．Ａ．＝０．５、ｋ₁ ＝０．８、ｋ₂
＝０．７とすると、解像度Ｒとしては０．４μｍが得ら
れるが、焦点深度ＤＯＦとしては０．７μｍ程度とな
る。

【００１１】このように焦点深度ＤＯＦを向上させる必
要の理由としては、 (1) 半導体ウエハ１６を載置するＸ−ＹステージのＺ方
向の位置決めを精度高くすることが困難であり、又、Ｘ
−Ｙステージの振動や半導体ウエハ１６の歪みに対する
許容度がなくなる。 (2) 写真食刻工程（ＰＥＰ；Ｐhoto Ｅngraving Ｐro
cesc）において数回の露光を行うと、半導体ウエハ１６
に対する積層の厚みが変化し、露光の光軸方向における
ベストな焦点位置が異なることが挙げられる。

【００１２】一方、上記焦点ずれの因子としては、レン
ズに起因するもの、オートフォーカスの誤差、デバイス
のパターンを含めた半導体ウエハ上の凹凸が挙げられ
る。ここで、０．３５μｍデザインルール（６４ＭＤ相
当）を例に挙げて説明すると、レンズに起因する誤差が
０．５μｍ、オートフォーカス誤差が０．１μｍ、半導
体ウエハ上の凹凸が０．５５μｍであり、トータルで
１．１５μｍ程度の誤差が存在する。従って、少なくと
も１．１５μｍ以上の焦点深度ＤＯＦを確保することが
必要である。

【００１３】これに対して現状は、０．８μｍ程度（レ
ーザ光２４８．４ｎｍ、Ｎ．Ａ．＝０．５、ｋ₂ ＝０．
８）しか得られておらず、焦点深度ＤＯＦの向上が急務
とされている。

【００１４】又、半導体ウエハ上の凹凸に関しては、ウ
エハ自体の平坦化、レジスト厚さのばらつき、デバイス
の平坦度等が挙げられる。このうちデバイスの平坦度に
関しては、デバイスの高スピード化の要求に伴い、Ａｌ
の多層配線を行うことにより凹凸が増えている。図２５
はかかるＡｌの多層配線を示しており、シリコン基板１
７ａ上には、絶縁膜１７ｂが形成され、その上にＡｌ一
層配線１７ｃが形成されている。さらに、保護膜１７ｄ
が形成され、その上にＡｌ二層配線１７ｅが形成されて
いる。現在ではＡｌ一層配線１７ｃの段差を抑えるため
の工程を入れている。これらの工程も露光時の焦点深度
の許容度を得るために行われている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように解像度Ｒ
を向上させるために開口数Ｎ．Ａ．を増大させ、逆に焦
点深度ＤＯＦを向上させるに開口数Ｎ．Ａ．を減少しな
ければならない状況下にあって、解像度Ｒを向上させ、
さらに焦点深度ＤＯＦを確保することが要求されてい
る。

【００１６】そこで本発明は、レーザ露光において焦点
深度を向上するための狭帯域レーザ光を出力できる狭帯
域レーザ発振方法及びその装置を提供することを目的と
する。

【００１７】又、本発明は、レーザ露光において焦点深
度を向上できるレーザ露光装置を提供することを目的と
する。又、本発明は、被処理体上の平坦度に応じて焦点
深度を変化させることができるレーザ露光装置を提供す
ることを目的とする。

【００１８】又、本発明は、レーザ露光において焦点深
度を向上するために２つ以上の波長帯域を有する狭帯域
レーザ光を出力するにあたって、その発振波長及び各波
長帯域の光量バランスを常に安定に保つことができる狭
帯域レーザ発振装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、レー
ザ共振器内に狭帯域化素子を配置し、この狭帯域化素子
に入射するレーザ光の入射角度を断続的に可変して上記
目的を達成しようとする狭帯域レーザ発振方法である。

【００２０】請求項２によれば、レーザ共振器内に狭帯
域化素子を配置し、この狭帯域化素子に入射するレーザ
光の入射角度を連続的に可変して上記目的を達成しよう
とする狭帯域レーザ発振方法である。

【００２１】請求項３によれば、レーザ共振器内に配置
された狭帯域化素子と、この狭帯域化素子のレーザ共振
器光軸に対する配置位置を調整して狭帯域化素子に入射
するレーザ光の入射角度を断続的に可変する配置調整手
段とを備えて上記目的を達成しようとする狭帯域レーザ
発振装置である。

【００２２】請求項４によれば、レーザ共振器内に配置
された狭帯域化素子と、この狭帯域化素子のレーザ共振
器光軸に対する配置位置を調整して狭帯域化素子に入射
するレーザ光の入射角度を連続的に可変する配置調整手
段とを備えて上記目的を達成しようとする狭帯域レーザ
発振装置である。

【００２３】請求項５によれば、配置調整手段は、狭帯
域化素子の配置位置をステッピングモータの駆動により
ステップ状に可変するものである。請求項６によれば、
配置調整手段は、狭帯域化素子の配置位置をアナログモ
ータの駆動により連続して可変ものである。

【００２４】請求項７によれば、狭帯域レーザ発振装置
から出力された狭帯域レーザ光を露光光学系に入射して
レチクルに形成されたパターンを被処理体に転写するレ
ーザ露光装置において、狭帯域レーザ発振装置における
レーザ共振器内に配置された狭帯域化素子と、この狭帯
域化素子のレーザ共振器光軸に対する配置位置を調整し
て狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度を断続的
に可変する配置調整手段とを備えて上記目的を達成しよ
うとするレーザ露光装置である。

【００２５】請求項８によれば、狭帯域レーザ発振装置
から出力された狭帯域レーザ光を露光光学系に入射して
レチクルに形成されたパターンを被処理体に転写するレ
ーザ露光装置において、狭帯域レーザ発振装置における
レーザ共振器内に配置された狭帯域化素子と、この狭帯
域化素子のレーザ共振器光軸に対する配置位置を調整し
て狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度を連続的
に可変する配置調整手段とを備えて上記目的を達成しよ
うとするレーザ露光装置である。

【００２６】請求項９によれば、配置調整手段は、１回
の露光に用いるレーザ発振波長を１ｐｍステップで断続
的に可変するものである。請求項１０によれば、狭帯域
レーザ発振装置から出力された狭帯域レーザ光を露光光
学系に入射してレチクルに形成されたパターンを被処理
体に転写するレーザ露光装置において、被処理体に対す
る露光回数に応じた狭帯域レーザ光に含まれる波長帯域
の数及びその間隔を設定する発振設定手段と、狭帯域レ
ーザ発振装置におけるレーザ共振器内に配置された狭帯
域化素子と、発振設定手段により設定された波長帯域の
数及びその間隔に基づいて狭帯域化素子のレーザ共振器
光軸に対する配置位置を調整し、レーザ共振器から各波
長帯域の狭帯域レーザ光を断続的に出力制御する露光制
御手段とを備えて上記目的を達成しようとするレーザ露
光装置である。

【００２７】請求項１１によれば、露光制御手段は、露
光回数に対する被処理体表面上の高低差を予め保持し、
この被処理体表面上の高低差に対応した波長帯域の数及
びその間隔を設定する機能を有するものである。

【００２８】請求項１２によれば、レーザ共振器内に少
なくとも２つの狭帯域化素子を配置し、これら狭帯域化
素子に入射するレーザ光の各入射角度をそれぞれ調整し
て少なくとも２つの波長帯域を同時に有する狭帯域レー
ザ光を出力して上記目的を達成しようとする狭帯域レー
ザ発振方法である。

【００２９】請求項１３によれば、レーザ共振器内に配
置された少なくとも２つの狭帯域化素子と、これら狭帯
域化素子のレーザ共振器光軸に対する配置位置をそれぞ
れ調整して各狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角
度を調整する発振調整手段とを備えて上記目的を達成し
ようとする狭帯域レーザ発振装置である。

【００３０】請求項１４によれば、狭帯域レーザ発振装
置から出力された狭帯域レーザ光を露光光学系に入射し
てレチクルに形成されたパターンを被処理体に転写する
レーザ露光装置において、狭帯域レーザ発振装置におけ
るレーザ共振器内に配置された少なくとも２つの狭帯域
化素子と、これら狭帯域化素子のレーザ共振器光軸に対
する配置位置を調整して狭帯域化素子に入射するレーザ
光の入射角度を可変する発振調整手段とを備えて上記目
的を達成しようとするレーザ露光装置である。

【００３１】請求項１５によれば、発振調整手段は、２
つの狭帯域化素子の配置位置をそれぞれ調整し、２つの
波長帯域の各中心波長の間隔を５ｐｍ以内とするもので
ある。

【００３２】請求項１６によれば、レーザ共振器内に配
置された少なくとも２つの狭帯域化素子を通して少なく
とも２つの波長帯域を有する狭帯域レーザ光を出力する
狭帯域レーザ発振装置において、狭帯域レーザ光に含ま
れる各波長帯域の各光量バランス変化を検出して各狭帯
域化素子のうちバランス調整用の狭帯域化素子のレーザ
共振器の光軸に対する配置位置を調整する光量調整手段
と、狭帯域レーザ光に含まれる各波長帯域のうちいずれ
か一方の波長が設定内であるかを検出して各狭帯域化素
子のうち波長調整用の狭帯域化素子のレーザ共振器の光
軸に対する配置位置を調整する波長調整手段とを備えて
上記目的を達成しようとする狭帯域レーザ発振装置であ
る。

【００３３】

【作用】請求項１及び請求項２によれば、レーザ共振器
内に狭帯域化素子を配置し、この狭帯域化素子に入射す
るレーザ光の入射角度を断続又は連続的に可変する。こ
の場合、請求項３及び請求項４によれば、狭帯域化素子
のレーザ共振器光軸に対する配置位置を調整するものと
なり、これを請求項５によればステッピングモータの駆
動によりステップ状に可変し、又は請求項６によればア
ナログモータの駆動により連続して可変する。

【００３４】請求項７及び請求項８によれば、狭帯域化
素子に入射するレーザ光の入射角度を断続又は連続的に
可変することにより、狭帯域レーザ発振装置からそれぞ
れ異なる波長の狭帯域レーザ光が出力され、これが露光
光学系に入射してレチクルに形成されたパターンを被処
理体に転写する。

【００３５】この場合、請求項９によれば、１回の露光
に用いるレーザ発振波長を１ｐｍの間で断続的に可変す
る。請求項１０によれば、狭帯域レーザ発振装置からそ
れぞれ異なる波長を含む狭帯域レーザ光を出力し、これ
を露光光学系に入射してレチクルに形成されたパターン
を被処理体に転写する場合、被処理体に対する露光回数
に応じた狭帯域レーザ光の波長帯域の数及びその間隔を
設定し、これに基づいて狭帯域化素子のレーザ共振器の
光軸に対する配置位置を調整し、レーザ共振器から各波
長帯域の狭帯域レーザ光を断続的に出力制御する。

【００３６】この場合、請求項１１によれば、波長帯域
の数及びその間隔は、予め保持されている露光回数に対
する被処理体表面上の高低差から設定される。請求項１
２によれば、レーザ共振器内に少なくとも２つの狭帯域
化素子を配置し、これら狭帯域化素子に入射するレーザ
光の各入射角度をそれぞれ調整して少なくとも２つの波
長帯域を有するレーザ光を出力する。

【００３７】この場合、請求項１３によれば、各狭帯域
化素子の調整は、レーザ共振器の光軸に対する配置位置
をそれぞれ調整している。請求項１４によれば、狭帯域
レーザ発振装置から狭帯域レーザ光を出力し、これを露
光光学系に入射してレチクルに形成されたパターンを被
処理体に転写する場合、レーザ共振器内に配置された少
なくとも２つの狭帯域化素子のレーザ共振器光軸に対す
る配置位置を調整して狭帯域化素子に入射するレーザ光
の入射角度を断続又は連続的に可変する。

【００３８】この場合、請求項１５によれば、２つの狭
帯域化素子の配置位置をそれぞれ調整し、２つの波長帯
域の各中心波長の間隔を５ｐｍ以内とする。請求項１６
によれば、レーザ共振器内に配置された少なくとも２つ
の狭帯域化素子を通して少なくとも２つの波長帯域を有
する狭帯域レーザ光を出力する場合、狭帯域レーザ光に
含まれる各波長帯域の各光量バランス変化を検出して各
狭帯域化素子のうちバランス調整用の狭帯域化素子のレ
ーザ共振器の光軸に対する配置位置を調整し、上記各波
長帯域のうちいずれか一方の波長が設定内であるかを検
出して各狭帯域化素子のうち波長調整用の狭帯域化素子
のレーザ共振器の光軸に対する配置位置を調整する。

【００３９】

【実施例】(1) 以下、本発明の第１実施例について図面
を参照して説明する。なお、図１９と同一部分には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。図１は狭帯域
レーザ発振装置を用いたレーザ露光装置の構成図であ
る。露光用光源としての狭帯域エキシマレーザ発振装置
２０は、レーザ媒質としてＫｒＦ、ＡｒＦを用いたもの
で、その波長はＫｒＦで０．２４８μｍ、ＡｒＦで０．
１９３μｍである。

【００４０】この狭帯域エキシマレーザ発振装置２０
は、レーザ本体２１内に気密容器２２が設けられ、この
気密容器２２の両端側にそれぞれレーザ共振器を形成す
る各ミラー２３ａ、２３ｂが配置されている。

【００４１】気密容器２２内には、レーザ媒質としてＫ
ｒＦエキシマレーザの場合にＮｅ、Ｆ₂ 、Ｋｒの混合ガ
スが封入され、又、ＡｒＦエキシマレーザの場合にＮ
ｅ、Ｆ₂ 、Ａｒの混合ガスが封入されるものとなる。

【００４２】又、気密容器２２内には、レーザ媒質が放
電励起される放電部２４が形成される。上記レーザ共振
器（各ミラー２３ａ、２３ｂ）の具体的な構成について
図２を参照して説明する。

【００４３】レーザ共振器ミラー２３ａには、狭帯域化
素子としてのエタロン２５が配置されている。このエタ
ロン２５は、レーザ共振器中のレーザ光のスペクトル幅
を３ｐｍまで狭帯域化する機能を有している。

【００４４】このエタロン２５は、回転ステージ２６上
に設けられており、この回転ステージ２６はステッピン
グモータ２７の駆動によりステップ状に回転するものと
なっている。なお、２８は高反射ミラーである。

【００４５】このように回転ステージ２６をステップ状
に回転することによりエタロン２５に対するレーザ共振
器光軸が断続的に変化する。すなわち、エタロン２５に
入射するレーザ共振器中のレーザ光の入射角度が断続的
に変化する。この入射角度の変化によりレーザ光の波長
は、図３に示すようにステップ状に変化する。

【００４６】又、ステッピングモータ２７に代えてアナ
ログ式マイクロメータ付の回転ステージを使用すると、
エタロン２５に入射するレーザ光の角度は連続的に変化
し、レーザ光の波長は、図４に示すように連続的に変化
する。

【００４７】一方、レーザ共振器ミラー２３ｂには、出
力ミラー２９及びビームスプリッタ３０が配置され、か
つシャッター３１が設けられている。波長安定化装置
（スペクトルモニタ）３２は、ビームスプリッタ３０に
より分岐される狭帯域レーザ光を入射し、この狭帯域レ
ーザ光の波長をモニタして制御装置３３に送る機能を有
している。

【００４８】この制御装置３３は、波長安定化装置３２
によるモニタ波長とレーザ露光装置３から送られてくる
レーザ波長設定値との差を求め、この波長差を無くす駆
動制御信号をステッピングモータ２７に送ってフィード
バック制御する機能を有している。なお、制御装置３３
は、モニタ波長とレーザ波長設定値とが一致したときに
シャッター３１を開放する機能を有している。

【００４９】又、狭帯域エキシマレーザ発振装置２０に
は、電源３４、ガス供給排気装置３５及びエネルギーモ
ニタ３６を備えている。次に上記の如く構成された装置
の作用について説明する。

【００５０】レーザ露光装置３は、１回露光における各
波長の設定値及びその間隔を、狭帯域エキシマレーザ発
振装置２０の制御装置３３に送る。これら波長の設定値
は、例えば、図５(a) に示すように波長λ1 、λ2 、λ
3 （λ2 ＜λ1 ＜λ3 ）となっている。

【００５１】かかる状態に、制御装置３３により電源３
４から電力が供給されてレーザ共振器内のレーザ媒質が
放電励起されると、このレーザ共振器からレーザ光が取
り出される。

【００５２】このとき、波長安定化装置３２は、ビーム
スプリッタ３０により分岐される狭帯域レーザ光を入射
し、この狭帯域レーザ光の波長をモニタして制御装置３
３に送る。

【００５３】この制御装置３３は、波長安定化装置３２
からのモニタ波長を受け、このモニタ波長とレーザ波長
設定値λ2 との差を求め、この波長差を無くす駆動制御
信号をステッピングモータ２７に送る。

【００５４】これによりステッピングモータ２７は、駆
動して回転ステージ２６をステップ状に回転させ、これ
に伴ってエタロン２５に入射するレーザ共振器中のレー
ザ光の角度が変化する。このようにレーザ光の入射角度
が変化すると、レーザ共振器中のレーザ光の波長が変化
する。

【００５５】この波長変化によりモニタ波長とレーザ波
長設定値λ2 とが一致すると、制御装置３３はシャッタ
ー３１をレーザ露光装置３から設定された期間だけ開放
する。

【００５６】かくして、狭帯域エキシマレーザ発振装置
２０から波長λ2 の狭帯域レーザ光が出力される。この
狭帯域レーザ光は、反射鏡８、走査ミラー９を経て複眼
レンズ１０を通り、さらに開口部１１、コールドミラー
１２、コンデンサレンズ１３を通してレチクル１４に照
射する。このレチクル１４を通過した狭帯域レーザ光
は、投影レンズ１５により集光されて半導体ウエハ１６
に照射される。

【００５７】次に制御装置３３は、波長安定化装置３２
からのモニタ波長を受け、このモニタ波長とレーザ波長
設定値λ1 との差を求め、この波長差を無くす駆動制御
信号をステッピングモータ２７に送る。

【００５８】これにより上記同様にステッピングモータ
２７の駆動により、エタロン２５に入射するレーザ共振
器中のレーザ光の角度が変化し、モニタ波長とレーザ波
長設定値λ1 とが一致すると、制御装置３３はシャッタ
ー３１をレーザ露光装置３から設定された期間だけ開放
する。

【００５９】かくして、狭帯域エキシマレーザ発振装置
２０から波長λ1 の狭帯域レーザ光が出力され、この狭
帯域レーザ光がレチクル１４を通して半導体ウエハ１６
に照射される。

【００６０】次に制御装置３３は、上記同様にモニタ波
長とレーザ波長設定値λ3 との差を求め、この波長差を
無くすようにステッピングモータ２７を駆動し、エタロ
ン２５に入射するレーザ共振器中のレーザ光の角度を変
化させる。そして、モニタ波長とレーザ波長設定値λ3
とが一致すると、制御装置３３はシャッター３１をレー
ザ露光装置３から設定された期間だけ開放する。

【００６１】かくして、狭帯域エキシマレーザ発振装置
１から波長λ3 の狭帯域レーザ光が出力され、この狭帯
域レーザ光がレチクル１４を通して半導体ウエハ１６に
照射される。

【００６２】この結果、半導体ウエハ１６に対する１回
の露光が終了する。このように各波長λ1 、λ2 、λ3
（λ2 ＜λ1 ＜λ3 ）の狭帯域レーザ光を順次半導体ウ
エハ１６に照射すると、半導体ウエハ１６に対して図６
に示すように各波長λ1 、λ2 、λ3 ごとに異なった位
置に焦点面が形成される。この場合、波長λ2 の焦点面
が上面で形成され、波長λ1 の焦点面が中間で形成さ
れ、さらに波長λ3 の焦点面が下面で形成される。

【００６３】従って、レチクル１４に形成されたパター
ンが、焦点面を変えて多重に露光することになり、最終
的に形成されるパターンは、光軸方向において各波長λ
1 、λ2 、λ3 の光の強度分布の合成像となる。

【００６４】図７には各波長λ1 、λ2 、λ3 の焦点位
置に対する光強度分布及びその合成像の光強度分布を示
すとともに従来装置での光軸方向の光強度分布が示され
ている。同図に示すように各波長λ1 、λ2 、λ3 の合
成像による露光の方が、従来よりも焦点深度ＤＯＦが向
上することが分かる。

【００６５】例えば、従来において単一波長２４８．４
ｎｍのレーザ光により露光した場合の焦点深度ＤＯＦが
０．８μｍであるのに対し、本実施例において λ2 ＝２４８．４００−０．００２ｎｍ λ1 ＝２４８．４ｎｍ λ3 ＝２４８．４００＋０．００２ｎｍ と設定すれば、焦点深度ＤＯＦは、１．６μｍとなり約
２倍に向上する。

【００６６】このように上記第１実施例においては、レ
ーザ共振器内にエタロン２５を配置し、このエタロン２
５に入射するレーザ光の入射角度を、ステッピングモー
タ２７の駆動により断続的に可変するようにしたので、
１回の露光において各波長λ1 、λ2 、λ3 の合成像に
よる露光を行い、この露光により焦点深度ＤＯＦを向上
させる狭帯域レーザ光を出力でき、かつこの狭帯域レー
ザ光を用いて露光処理することにより半導体ウエハ１６
における焦点深度ＤＯＦを向上できる。

【００６７】又、各波長λ1 、λ2 、λ3 に変化させて
焦点面を変化させるので、半導体ウエハ１６を上下移動
させてアライメントする必要がなく、かつスループット
低下を抑えることができる。

【００６８】さらに、１μｍ以下の微妙な焦点位置の変
動を可能にできる。なお、上記第１実施例は、次のよう
に種々変形してもよい。各波長λ1 、λ2 、λ3 の出力
順序は、図５(b) に示すように波長λ3 、λ1、λ2 の
順序としてもよく、又、同図(c) に示すように波長λ1
、λ2 、λ3 の順序としてもよい。このように各波長
λ1 、λ2 、λ3 の出力順序を種々変更して設定する
と、その出力順序の組み合わせ総数は８通りとなり、そ
の処理に応じて波長の出力順序を決定するようにしても
よい。

【００６９】さらに、各波長は、次のように連続的又は
断続的に変化させてもよい。例えば図８に示すように波
長λ3 から連続的に長くし、波長λ1 を経て波長λ2 へ
と変化させてもよい。

【００７０】又、図９に示すように波長λ1 より僅かに
短い波長から波長λ3 に向かって連続的に変化させ、次
に波長λ2 より僅かに短い波長から波長λ1 に向かって
連続的に変化させ、さらに同様に波長λ2 に向かって連
続的に変化させてもよい。

【００７１】又、図１０に示すように所定間隔毎（０〜
ｔ1 、ｔ1 〜ｔ2 、ｔ2 〜ｔ3 ）に波長λ3 から連続的
に波長λ2 以上の波長に向かって長く変化させることを
繰り返すようにしてもよい。

【００７２】さらに上記第１実施例では、エタロン２５
に代えて回折格子、プリズム等を用いてもよい。次に上
記第１実施例において、１回の露光に用いる狭帯域レー
ザ光の波長を、５ｐｍの間で断続的に変化させる場合に
ついて説明する。

【００７３】ここで、各波長λ1 、λ2 、λ3 は、例え
ば λ3 ＝２５３．９９７５ｎｍ λ1 ＝２５４．０００ｎｍ λ2 ＝２５４．００２５ｎｍ を用いる。この場合、波長λ1 の焦点面に対して、各波
長λ2 、λ3 の焦点面はそれぞれ光軸方向において±
０．５μｍずれた位置に形成され、焦点深度ＤＯＦ約
１．８μｍが得られる。

【００７４】次に上記第１実施例において、１回の露光
に用いる狭帯域レーザ光の波長を、１ｐｍの間で断続的
に変化させる場合について説明する。波長を１ｐｍの間
で断続的に変えると、焦点面は光軸方向に０．２μｍず
れて形成され、波長を変化させる回数ｎに対して焦点深
度ＤＯＦは、０．２μｍ向上する。例えば、１回の露光
において、ｎ＝０の時の焦点深度ＤＯＦを１μｍとする
と、狭帯域レーザ光を１ｐｍづつ４回変化させると、焦
点深度ＤＯＦは１．８μｍとなる。 (2) 次に本発明の第２実施例について説明する。なお、
図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は
省略する。

【００７５】図１１はレーザ露光装置に適用される狭帯
域レーザ発振装置の構成図である。レーザ共振器ミラー
２３ａには、狭帯域化素子としての各エタロン４０、４
１が配置されている。

【００７６】これらエタロン４０、４１は、レーザ共振
器中のレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化するもので、
図１２に示すように第１段目のエタロン４０によりレー
ザ共振器による得られる広帯域のレーザ光をその１０分
の１程度までに狭帯域化し、第２段目のエタロン４１に
より同時に２つの波長帯域λ10、λ11を得る機能を有し
ている。

【００７７】これらエタロン４０、４１は、それぞれ回
転ステージ４２、４３上に設けられている。これら回転
ステージ４２、４３は、それぞれステッピングモータ４
４、４５の駆動によりステップ状に回転するものとなっ
ている。

【００７８】なお、これらエタロン４０、４１は、その
配置位置を逆にしてもよい。これら回転ステージ４４、
４５のステップ状の回転により、各エタロン４０、４１
は、レーザ共振器の光軸に対してその配置位置が変更す
るものとなっている。

【００７９】又、各ステッピングモータ４４、４５に代
えてアナログ式マイクロメータ付の回転ステージを使用
すると、各エタロン４０、４１に入射するレーザ光の角
度が連続的に変化するものとなっている。

【００８０】制御装置３３は、波長安定化装置３２から
のモニタ波長を受け、このモニタ波長と２つのレーザ波
長設定値とに基づいて駆動制御信号を各ステッピングモ
ータ４４、４５に送る機能を有している。

【００８１】具体的には、２つの波長λ10、λ11の間隔
を５ｐｍに設定する。この場合、第２段目のエタロン４
１のＦＳＲを５ｐｍとする。又、２つの波長λ10、λ11
の間隔を１ｐｍに設定してもよい。さらに、各波長λ1
0、λ11の間隔をＮ（ｐｍ）（Ｎ≧１）としたとき、Ｆ
ＳＲ＝Ｎ（ｐｍ）（Ｎ≧１）とする。

【００８２】次に上記の如く構成された狭帯域エキシマ
レーザ発振装置をレーザ露光装置に適用した場合につい
て説明する。なお、レーザ露光装置は、図１に示す装置
を適用している。

【００８３】レーザ露光装置３は、１回露光における各
波長λ10、λ11の設定値及びその間隔（Ｎｐｍ）を、狭
帯域エキシマレーザ発振装置の制御装置３３に送る。か
かる状態に、レーザ共振器内のレーザ媒質が放電励起さ
れると、このレーザ共振器からレーザ光が取り出される
と、波長安定化装置３２は、ビームスプリッタ３０によ
り分岐される狭帯域レーザ光を入射し、この狭帯域レー
ザ光の波長をモニタして制御装置３３に送る。

【００８４】この制御装置３３は、このモニタ波長とレ
ーザ波長設定値λ10、λ11とに基づいて駆動制御信号を
ステッピングモータ４４に送る。先ず、ステッピングモ
ータ４４が駆動されて第１段目のエタロン４０のレーザ
共振器光軸に対する配置角度が変えられる。この配置調
整により、図１２に示すようにレーザ共振器による得ら
れる広帯域のレーザ光が１０分の１程度までに狭帯域化
される。

【００８５】次にステッピングモータ４５が駆動されて
第２段目のエタロン４１のレーザ共振器光軸に対する配
置角度が変えられる。この配置調整により、２つの波長
λ10、λ11が得られる。

【００８６】このようにして同時に２つの波長λ10、λ
11が得られると、制御装置３３はシャッター３１を開放
する。かくして、狭帯域エキシマレーザ発振装置から２
つの波長λ10、λ11を有する狭帯域レーザ光が出力され
る。

【００８７】この狭帯域レーザ光は、上記同様に反射鏡
８、走査ミラー９を経て複眼レンズ１０を通り、さらに
開口部１１、コールドミラー１２、コンデンサレンズ１
３を通してレチクル１４に照射する。このレチクル１４
を通過した狭帯域レーザ光は、投影レンズ１５により集
光されて半導体ウエハ１６に照射される。

【００８８】このように２つの波長λ10、λ11を含む狭
帯域レーザ光を半導体ウエハ１６に照射すると、半導体
ウエハ１６に対して図１３に示すように２つの波長λ1
0、λ11ごとに異なった位置に焦点面が形成される。こ
の場合、波長λ11の焦点面が上面で形成され、波長λ10
の焦点面が下面に形成される。

【００８９】従って、レチクル１４に形成されたパター
ンが、焦点面を変えて同時にかつ多重に露光することに
なり、最終的に形成されるパターンは、光軸方向におい
て２つの波長λ10、λ11の光の強度分布の合成像とな
る。

【００９０】従って、２つの波長λ10、λ11の合成像に
よる露光の方が、従来よりも焦点深度ＤＯＦが向上する
ことは上記の通りである。例えば、レーザ光の中心波長
λo ＝２４８．４００ｎｍにおいてＮ．Ａ．＝０．５、
ｋ₂ ＝０．８とすると、従来において焦点深度ＤＯＦは
０．８μｍとなるが、本第２実施例において、 λ10＝２４８．４００＋０．００１ｎｍ λ11＝２４８．４００−０．００１ｎｍ（λ10とλ11の
間隔は２ｐｍ） の２つの波長帯域を用いると、焦点深度ＤＯＦは、１．
２μｍまで向上する。

【００９１】又、上記の如く２つの波長λ10、λ11の間
隔を５ｐｍとした場合、例えば λ10＝２５４．００２５ｎｍ λ11＝２５３．９９７５ｎｍ とした場合、焦点面は光軸方向において１μｍ離れた位
置に形成され、焦点深度ＤＯＦは約１．８μｍが得られ
る。

【００９２】又、２つの波長λ10、λ11の間隔を１ｐｍ
以上とした場合、それぞれの焦点面は光軸方向に０．２
Ｎ（μｍ）離れた位置に形成され、焦点深度ＤＯＦも
０．２Ｎ（μｍ）向上する。

【００９３】このように上記第２実施例においては、各
エタロン４０、４１を用いて狭帯域レーザ発振装置から
２つの波長λ10、λ11を有するレーザ光を出力し、これ
をレーザ露光装置３に入射してレチクル１４に形成され
たパターンを半導体ウエハ１６に転写するようにしたの
で、１回の露光において２つの波長λ10、λ11の合成像
による露光を行い、この露光により焦点深度ＤＯＦを向
上させる狭帯域レーザ光を出力でき、かつこの狭帯域レ
ーザ光を用いて露光処理することにより半導体ウエハ１
６における焦点深度ＤＯＦを向上できる。従って、２つ
の波長λ10、λ11を有するレーザ光により各焦点面を形
成することになり、半導体ウエハ１６を上下移動させて
アライメントする必要がなく、かつスループット低下を
抑えることができる。さらに、１μｍ以下の微妙な焦点
位置の変動を可能にできる。

【００９４】なお、上記第２実施例に次のように種々変
形してもよい。例えば、狭帯域化する波長は、上記２つ
の波長λ10、λ11に限らずに複数の波長に狭帯域化して
もよく、この場合複数のエタロンや回折格子等の狭帯域
化素子を用いる。

【００９５】又、２つの波長λ10、λ11の関係は、中心
波長をλo とするとき、 λ10＞λo ＞λ11 λ10＝λo ＞λ11 λ10＞λo ＝λo λo ＞λ10＞λ11 λ10＞λ11＞λo に設定してもよい。 (3) 次に本発明の第３実施例について説明する。なお、
図１と同一部分には同一符号をしてその詳しい説明は省
略する。

【００９６】図１４はレーザ露光装置の全体構成図であ
る。レーザ露光装置３には、露光制御装置５０が備えら
れている。この露光制御装置５０は、露光回数に対する
半導体ウエハ１６表面上の平坦度、つまり高低差を予め
保持し、この高低差に対応した波長帯域の数及びその間
隔を決定して狭帯域レーザ発振装置２０の制御装置３に
送る機能を有している。なお、露光時における半導体ウ
エハ表面上の高低差は、プロセス上周知のことである。

【００９７】例えば、写真食刻工程において、第１回目
の露光では半導体ウエハ１６に凹凸は存在しないが、第
２回目、第３回目、…の露光では半導体ウエハ１６に凹
凸が形成され、その高低差に応じて狭帯域レーザ光の波
長帯域の数及びその間隔を決定する。

【００９８】例えば、半導体ウエハ１６に凹凸の高低差
に応じて狭帯域レーザ光の波長設定値λ20、λ21を決定
し、さらに写真食刻工程を重ねて高低差が大きくなる
と、３つの波長設定値λ22、λ23、λ24を決定する。図
１５は半導体ウエハ１６の凹凸高低差に対する波長の数
及びその間隔の例が示されている。

【００９９】又、各波長λ20、λ21及びλ22、λ23、λ
24を発振するタイミングは、１回の露光において、図１
６に示すように２つの波長λ20、λ21の場合、同図(a)
に示すように波長λ20、λ21の順序に発振したり、又同
図(b) に示すように波長λ20からλ21に変え、再び波長
λ20で発振するようにしてもよい。

【０１００】又、３つの波長の場合、同図(c) に示すよ
うにλ22、λ23、λ24の順序に発振したり、同図(d) に
示すようにλ24、λ23、λ22の順序に発振、さらには同
図(e) に示すようにλ23、λ22、λ24の順序に発振して
もよい。

【０１０１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ露光装置３の露光制御装置５０
は、１回目の露光に対する波長の設定値を、狭帯域エキ
シマレーザ発振装置２０の制御装置３３に送る。

【０１０２】かかる状態に、レーザ共振器内のレーザ媒
質が放電励起されると、このレーザ共振器からレーザ光
が取り出され、このときに波長安定化装置３２は狭帯域
レーザ光の一部を入射してその波長をモニタする。

【０１０３】制御装置３３は、モニタされた波長を受
け、このモニタ波長とレーザ波長設定値との差を求め、
この波長差を無くす駆動制御信号をステッピングモータ
２７に送る。これによりエタロン２５のレーザ共振器光
軸に対する角度が変化し、これに伴ってレーザ共振器中
のレーザ光の波長が変化する。

【０１０４】この波長変化によりモニタ波長とレーザ波
長設定値とが一致すると、制御装置３３はシャッター３
１をレーザ露光装置３から設定された期間だけ開放す
る。かくして、狭帯域エキシマレーザ発振装置２０から
波長設定値の狭帯域レーザ光が出力され、このレーザ光
が反射鏡８、走査ミラー９を経て複眼レンズ１０を通
り、さらに開口部１１、コールドミラー１２、コンデン
サレンズ１３を通してレチクル１４に照射する。このレ
チクル１４を通過した狭帯域レーザ光は、投影レンズ１
５により集光されて半導体ウエハ１６に照射される。

【０１０５】次に半導体ウエハ１６に対する２回目の露
光では、半導体ウエハ１６の表面上の凹凸の高低差が形
成されているので、この高低差に応じて、例えば２つの
波長設定値λ20、λ21及びその間隔が決定される。

【０１０６】すなわち、露光制御装置５０は、２回目の
露光に対する２つの波長λ20、λ21の設定値及びその間
隔を、狭帯域エキシマレーザ発振装置２０の制御装置３
３に送る。

【０１０７】この制御装置３３は、モニタ波長とレーザ
波長設定値λ20との差を求め、この波長差を無くす駆動
制御信号をステッピングモータ２７に送る。これにより
エタロン２５に入射するレーザ光の角度が変化し、レー
ザ共振器中のレーザ光の波長が変化する。この波長変化
によりモニタ波長がレーザ波長設定値λ20と一致する
と、狭帯域エキシマレーザ発振装置２０からその波長λ
20の狭帯域レーザ光が出力される。

【０１０８】しかして、この狭帯域レーザ光が、レチク
ル１４を通過して半導体ウエハ１６に照射される。続い
て制御装置３３は、モニタ波長がレーザ波長設定値λ21
と一致するようにエタロン２５に入射するレーザ光の角
度を調整する。この調整によりモニタ波長がレーザ波長
設定値λ21と一致すると、狭帯域エキシマレーザ発振装
置２０からその波長λ21の狭帯域レーザ光が出力され、
この狭帯域レーザ光が、レチクル１４を通過して半導体
ウエハ１６に照射される。

【０１０９】以上により２回目の露光が終了する。これ
以降、２回目、３回目、…の露光では、半導体ウエハ１
６の表面上の凹凸の高低差に応じて、例えば２つの波長
λ20、λ21、又は３つの波長λ22、λ23、λ24の設定値
及びその間隔が決定される。

【０１１０】このように上記第３実施例においては、半
導体ウエハ１６に対する露光回数に応じた狭帯域レーザ
光の波長帯域の数及びその間隔を設定するようにしたの
で、半導体ウエハ１６上の平坦度に応じて焦点深度ＤＯ
Ｆを変化させることができ、半導体ウエハ１６の位置を
光軸方向に数μｍ程度移動及びアライメントする必要が
なくなり、スループットの低下を抑えることができる。 (4) 次に本発明の第４実施例について説明する。

【０１１１】図１７は狭帯域レーザ発振装置の構成図で
ある。レーザ共振器を形成する各レーザミラー６０、６
１の間には、レーザチャンバ６２が配置されている。こ
のレーザチャンバ６２内には、レーザ媒質が封入される
と共に各放電電極６３、６４が対向配置されている。
又、レーザチャンバ６２におけるレーザ共振器の光軸方
向には、各窓６５、６６が形成されている。

【０１１２】レーザ共振器レーザミラー６０とレーザチ
ャンバ６２との間には、２つのエタロン６７、６８が配
置されている。このうち第１段目のエタロン６７はレー
ザ共振器による得られる広帯域のレーザ光をその１０分
の１程度までに狭帯域化する機能を有し、第２段目のエ
タロン４１は２つの波長λ30、λ31を得る機能を有して
いる。

【０１１３】これらエタロン６７、６８は、それぞれ回
転ステージ６９、７０に設けられ、各エタロン駆動部７
１、７２によりレーザ共振器光軸に対してその配置位置
が変化するものとなっている。

【０１１４】一方、ビームスプリッタ７３がレーザ光の
出力光路上に配置され、狭帯域レーザ光の一部を分岐
し、これをミラー７４、レンズ７５、モニタ用エタロン
７６、結像レンズ７７を通してラインセンサ７８に結像
する光学系が形成されている。又、この光学系には、参
照光源７９からの参照光がミラー７４を通して入射され
ている。

【０１１５】制御部８０は、狭帯域レーザ光を波長λ3
0、λ31に制御する機能を有するもので、具体的に次の
各機能を有している。狭帯域レーザ光に含まれる各波長
λ30、λ31の各光量バランス変化を検出して各エタロン
６７、６８のうちバランス調整用のエタロン６７のレー
ザ共振器光軸に対する配置位置を調整する光量調整手
段、狭帯域レーザ光に含まれる各波長λ30、λ31のうち
いずれか一方の波長が設定内であるかを検出して波長調
整用のエタロン６８のレーザ共振器光軸に対する配置位
置を調整する波長調整手段である。

【０１１６】次に上記の如く構成された装置における波
長制御動作について説明する。各放電電極６３、６４間
で放電が発生すると、この放電励起によりレーザ共振器
レーザミラー６０、６１間にレーザ共振が起こる。この
レーザ光は、図１８(a) に示すように広帯域であり、こ
れが第１段目のエタロン６７を透過することにより同図
(b) に示すよう狭帯域化され、さらに第２段目のエタロ
ン６８を透過することにより同図(c) に示すように２つ
の波長λ30、λ31に狭帯域化される。この狭帯域化によ
り２つの波長λ30、λ31の狭帯域レーザ光が出力され
る。

【０１１７】この狭帯域レーザ光の一部はビームスプリ
ッタ７３により分岐し、これがミラー７４、レンズ７
５、モニタ用エタロン７６、結像レンズ７７を通してラ
インセンサ７８に結像する。これと共に参照光源７９の
参照光が、ミラー７４が入射してレンズ７５、モニタ用
エタロン７６、結像レンズ７７を通してラインセンサ７
８に結像する。これによりラインセンサ７８上には干渉
縞が生じる。図１９はかかる干渉縞に対応したモニタ出
力波形を示している。

【０１１８】レーザ共振器の調整後、参照光源７９の参
照光を用いて較正を行い、狭帯域レーザ光の発振波長λ
30、λ31と参照光との較正用パラメータを決定し、一定
時間毎に環境変化に応じた補正を行う。以下、この補正
について説明する。

【０１１９】先ず、制御部８０は、図２０の光量バラン
ス量算出流れ図に従い、ステップ＃１において２つの波
長λ30、λ31間の光量（強度）バランスｒを次式 ｒ＝（Ｄλ30−Ｄλ31）／（Ｄλ30＋Ｄλ31） …(3) を用いて算出する。なお、Ｄλ30は波長λ30の光量、Ｄ
λ31は波長λ31の光量である。続いて制御部８０は、ス
テップ＃２においてバランス調整判断値ｒ１、ｒ２を決
定する。

【０１２０】次に制御部８０は、図２１に示す波長制御
流れ図に従い、ステップ＃１０においてラインセンサ７
８の出力信号を取り込み、次のステップ＃１１において
図１８(c) に示す干渉縞のピークｐ１、ｐ２を求めてそ
れぞれ波長に変換する。

【０１２１】次にステップ＃１２において （Ｄλ30−Ｄλ31）／（Ｄλ30＋Ｄλ31）≧ｒ１ であるかを判断し、この条件を満足すれば、制御部８０
は、光量バランスが取れていないとして次のステップ＃
１３で光量バランス調整用のエタロン６７のエタロン駆
動用パラメータを算出し、次にステップ＃１４において
このパラメータに従ってエタロン駆動部７１を駆動して
回転ステージ６９を回転させる。

【０１２２】この回転によりエタロン６７は、レーザ共
振器光軸に対して配置位置が変化し、エタロン６７への
レーザ光の入射角度が変化する。このエタロン６７の配
置位置調整により２つの波長λ30、λ31の光量バランス
が調整される。

【０１２３】次に制御部８０は、ステップ＃１５におい
て２つの波長λ30、λ31のうち一方の波長、例えば波長
λ30が設定内にあるかを判断する。すなわち、 ｜λ30−λ｜≧ε を判断する。なお、他方の波長λ31については、レーザ
共振器内のエタロン６７、６８の特性により決定される
ので、制御のために確認の必要はない。

【０１２４】この判断の結果、上記条件を満足すれば、
制御部８０は、波長λ30が設定外であるとして次のステ
ップ＃１６で波長調整用のエタロン６８のエタロン駆動
用パラメータを算出し、次にステップ＃１７においてこ
のパラメータに従ってエタロン駆動部７２を駆動して回
転ステージ７０を回転させる。

【０１２５】この回転によりエタロン６８は、レーザ共
振器光軸に対して配置位置が変化し、エタロン６８への
レーザ光の入射角度が変化する。このエタロン６８の配
置位置調整により２つの波長λ30、λ31の波長が設定内
に入る。

【０１２６】次に制御部８０は、再び光量バランスの調
整を行なう。すなわち、制御部８０は、ステップ＃１８
において （Ｄλ30−Ｄλ31）／（Ｄλ30＋Ｄλ31）≧ｒ２ であるかを判断し、この条件を満足すれば、光量バラン
スが取れていないとして次のステップ＃１９で光量バラ
ンス調整用のエタロン６７のエタロン駆動用パラメータ
を算出し、次にステップ＃２０においてこのパラメータ
に従ってエタロン駆動部７１を駆動して回転ステージ６
９を回転させる。

【０１２７】なお、大幅な光量バランスのくずれがある
場合、光量バランス調整の前に波長の調整を行なうと、
図１９に示すように２つの波長λ30、λ31の干渉縞デー
タが得られなくなる可能性がある。

【０１２８】このように上記第４実施例においては、狭
帯域レーザ光の２つの波長λ30、λ31の各光量バランス
変化を検出して調整し、次に一方の波長λ30が設定内で
あるかを検出して波長調整するようにしたので、２つの
波長λ30、λ31を有する狭帯域レーザ光の波長を精度高
く安定に保持し制御できる。

【０１２９】従って、このように安定に制御された２つ
の波長λ30、λ31を有する狭帯域レーザ光をレーザ露光
装置に適用すれば、被処理体としての例えば半導体ウエ
ハにおける焦点深度を向上させることができ、実用性が
高い。

【０１３０】なお、上記第４実施例は次のように変形し
てもよい。例えば、エタロンを複数配置して複数の波長
を含む狭帯域レーザ光を出力する装置の波長制御にも適
用できる。

【０１３１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、レ
ーザ露光において焦点深度を向上するための狭帯域レー
ザ光を出力できる狭帯域レーザ発振方法及びその装置を
提供できる。

【０１３２】又、本発明によれば、レーザ露光において
焦点深度を向上できるレーザ露光装置を提供できる。
又、本発明によれば、被処理体上の平坦度に応じて焦点
深度を変化させることができるレーザ露光装置を提供で
きる。

【０１３３】又、本発明によれば、レーザ露光において
焦点深度を向上するために２つ以上の波長帯域を有する
狭帯域レーザ光を出力するにあたって、その発振波長及
び光量バランスを常に安定に保つことができる狭帯域レ
ーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザ露光装置の第１実施例を
示す構成図。

【図２】同装置に適用される狭帯域レーザ発振装置の構
成図。

【図３】エタロンの配置位置をステップ状に変化したと
きの波長シフト量を示す図。

【図４】エタロンの配置位置を連続的に変化したときの
波長シフト量を示す図。

【図５】１回の露光における狭帯域レーザ光の波長変化
を示す図。

【図６】半導体ウエハ上における狭帯域レーザ光の各波
長の焦点面位置を示す図。

【図７】各波長の焦点深度を示す図。

【図８】狭帯域レーザ光の連続的な波長変化の一例を示
す図。

【図９】狭帯域レーザ光の連続的な波長変化の一例を示
す図。

【図１０】狭帯域レーザ光の連続的な波長変化の一例を
示す図。

【図１１】本発明に係わるレーザ露光装置の第２実施例
に適用される狭帯域レーザ発振装置の構成図。

【図１２】同装置の発振波長を示す図。

【図１３】半導体ウエハ上における狭帯域レーザ光の各
波長の焦点面位置を示す図。

【図１４】本発明に係わるレーザ露光装置の第３実施例
を示す構成図。

【図１５】半導体ウエハ表面の高低差に応じた波長の数
及びその間隔を示す図。

【図１６】１回の露光における狭帯域レーザ光の波長変
化を示す図。

【図１７】本発明に係わる狭帯域レーザ発振装置の第４
実施例を示す構成図。

【図１８】同装置の発振波長を示す図。

【図１９】同装置で波長調整を先に行なった場合の例を
示す図。

【図２０】光量バランス調整判断値を求める流れ図。

【図２１】波長制御動作の流れ図。

【図２２】従来装置の構成図。

【図２３】同装置の発振波長を示す図。

【図２４】解像度と焦点深度との関係を示す図。

【図２５】半導体ウエハにおける多層配線を示す図。

【符号の説明】

３…投影露光装置、８…反射鏡、９…走査ミラー、１０
…複眼レンズ、１２…コールドミラー、１３…コンデン
サレンズ、１４…レチクル、１５…投影レンズ、１６…
半導体ウエハ、２０…狭帯域エキシマレーザ発振装置、
２３ａ，２３ｂ…レーザ共振器ミラー、２５…エタロ
ン、２６…回転ステージ、２７…ステッピングモータ、
３２…波長安定化装置、３３…制御装置、４０，４１…
エタロン、４２，４３…回転ステージ、４４，４５…ス
テッピングモータ、５０…露光制御装置、６０，６１…
レーザミラー、６７，６８…エタロン、６９，７０…回
転ステージ、７１，７２…エタロン駆動部、７８…ライ
ンセンサ、７９…参照光源、８０…制御部。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ共振器内に狭帯域化素子を配置
   し、この狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度を
   断続的に可変することを特徴とする狭帯域レーザ発振方
   法。
2. 【請求項２】 レーザ共振器内に狭帯域化素子を配置
   し、この狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度を
   連続的に可変することを特徴とする狭帯域レーザ発振方
   法。
3. 【請求項３】 レーザ共振器内に配置された狭帯域化素
   子と、この狭帯域化素子の前記レーザ共振器光軸に対す
   る配置位置を調整して前記狭帯域化素子に入射するレー
   ザ光の入射角度を断続的に可変する配置調整手段とを具
   備したことを特徴とする狭帯域レーザ発振装置。
4. 【請求項４】 レーザ共振器内に配置された狭帯域化素
   子と、この狭帯域化素子の前記レーザ共振器光軸に対す
   る配置位置を調整して前記狭帯域化素子に入射するレー
   ザ光の入射角度を連続的に可変する配置調整手段とを具
   備したことを特徴とする狭帯域レーザ発振装置。
5. 【請求項５】 配置調整手段は、狭帯域化素子の配置位
   置をステッピングモータの駆動によりステップ状に可変
   することを特徴とする請求項３又は４記載の狭帯域レー
   ザ発振装置。
6. 【請求項６】 配置調整手段は、狭帯域化素子の配置位
   置をアナログモータの駆動により連続して可変すること
   を特徴とする請求項３又は４記載の狭帯域レーザ発振装
   置。
7. 【請求項７】 狭帯域レーザ発振装置から出力された狭
   帯域レーザ光を露光光学系に入射してレチクルに形成さ
   れたパターンを被処理体に転写するレーザ露光装置にお
   いて、 前記狭帯域レーザ発振装置におけるレーザ共振器内に配
   置された狭帯域化素子と、 この狭帯域化素子の前記レーザ共振器光軸に対する配置
   位置を調整して前記狭帯域化素子に入射するレーザ光の
   入射角度を断続的に可変する配置調整手段と、を具備し
   たことを特徴とするレーザ露光装置。
8. 【請求項８】 狭帯域レーザ発振装置から出力された狭
   帯域レーザ光を露光光学系に入射してレチクルに形成さ
   れたパターンを被処理体に転写するレーザ露光装置にお
   いて、 前記狭帯域レーザ発振装置におけるレーザ共振器内に配
   置された狭帯域化素子と、 この狭帯域化素子の前記レーザ共振器光軸に対する配置
   位置を調整して前記狭帯域化素子に入射するレーザ光の
   入射角度を連続的に可変する配置調整手段と、を具備し
   たことを特徴とするレーザ露光装置。
9. 【請求項９】 配置調整手段は、１回の露光に用いるレ
   ーザ発振波長を１ｐｍステップで断続的に可変すること
   を特徴とする請求項５記載のレーザ露光装置。
10. 【請求項１０】 狭帯域レーザ発振装置から出力された
    狭帯域レーザ光を露光光学系に入射してレチクルに形成
    されたパターンを被処理体に転写するレーザ露光装置に
    おいて、 前記被処理体に対する露光回数に応じた前記狭帯域レー
    ザ光に含まれる波長帯域の数及びその間隔を設定する発
    振設定手段と、 前記狭帯域レーザ発振装置におけるレーザ共振器内に配
    置された狭帯域化素子と、 前記発振設定手段により設定された波長帯域の数及びそ
    の間隔に基づいて前記狭帯域化素子の前記レーザ共振器
    光軸に対する配置位置を調整し、前記レーザ共振器から
    各波長帯域の狭帯域レーザ光を断続的に出力制御する露
    光制御手段と、を具備したことを特徴とするレーザ露光
    装置。
11. 【請求項１１】 露光制御手段は、露光回数に対する被
    処理体表面上の高低差を予め保持し、この被処理体表面
    上の高低差に対応した波長帯域の数及びその間隔を設定
    する機能を有することを特徴とする請求項１０記載のレ
    ーザ露光装置。
12. 【請求項１２】 レーザ共振器内に少なくとも２つの狭
    帯域化素子を配置し、これら狭帯域化素子に入射するレ
    ーザ光の各入射角度をそれぞれ調整して少なくとも２つ
    の波長帯域を同時に有する狭帯域レーザ光を出力するこ
    とを特徴とする狭帯域レーザ発振方法。
13. 【請求項１３】 レーザ共振器内に配置された少なくと
    も２つの狭帯域化素子と、これら狭帯域化素子の前記レ
    ーザ共振器光軸に対する配置位置をそれぞれ調整して前
    記各狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度を調整
    する発振調整手段とを具備したことを特徴とする狭帯域
    レーザ発振装置。
14. 【請求項１４】 狭帯域レーザ発振装置から出力された
    狭帯域レーザ光を露光光学系に入射してレチクルに形成
    されたパターンを被処理体に転写するレーザ露光装置に
    おいて、 前記狭帯域レーザ発振装置におけるレーザ共振器内に配
    置された少なくとも２つの狭帯域化素子と、これら狭帯
    域化素子の前記レーザ共振器光軸に対する配置位置を調
    整して前記狭帯域化素子に入射するレーザ光の入射角度
    を可変する発振調整手段とを具備したことを特徴とする
    レーザ露光装置。
15. 【請求項１５】 発振調整手段は、２つの狭帯域化素子
    の配置位置をそれぞれ調整し、２つの波長帯域の各中心
    波長の間隔を５ｐｍ以内とすることを特徴とする請求項
    １４記載のレーザ露光装置。
16. 【請求項１６】 レーザ共振器内に配置された少なくと
    も２つの狭帯域化素子を通して少なくとも２つの波長帯
    域を有する狭帯域レーザ光を出力する狭帯域レーザ発振
    装置において、 前記狭帯域レーザ光に含まれる各波長帯域の各光量バラ
    ンス変化を検出して前記各狭帯域化素子のうちバランス
    調整用の狭帯域化素子の前記レーザ共振器の光軸に対す
    る配置位置を調整する光量調整手段と、 前記狭帯域レーザ光に含まれる各波長帯域のうちいずれ
    か一方の波長が設定内であるかを検出して前記各狭帯域
    化素子のうち波長調整用の狭帯域化素子の前記レーザ共
    振器の光軸に対する配置位置を調整する波長調整手段
    と、 を具備したことを特徴とする狭帯域レーザ発振装置。