JPH0897125A

JPH0897125A - 露光照明装置

Info

Publication number: JPH0897125A
Application number: JP6235115A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suganuma; 洋菅沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【構成】光源部１は、励起レーザ素子２にインジェク
ションロックされた複数の高調波光発生レーザ素子
３₁、３₂・・・３_n-1、３_nと、該複数の高調波光発生レ
ーザ素子がカップリングされた光ファイバー４₁、４₂・
・・４_n-1、４_nと、該光ファイバーを束ねて形成した出
射端からのレーザ光を集光する集光レンズ５とからな
る。移動散乱媒体６は、光源部１からのレーザ光を散乱
し透過させる。フライアイレンズ８は、集光レンズ７を
介したレーザ光の強度分布を均一化する。強度分布が均
一化された高調波レーザ光は、コンデンサーレンズ９に
よって露光用マスク１０上に投影される。【効果】色収差を避けることができ、超解像を得ら
れ、また故障やメンテナンスにおける操業停止を回避で
き、さらに均一でむらのない露光を実現し、ランダムな
干渉ノイズを平均化し、かつ高い光源利用率を達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光光源からの出射光
を露光部に供給して被露光対象を照明する露光照明装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶等のデバイスの作成では、
リソグラフィー超微細加工が行われている。このリソグ
ラフィー超微細加工を行うのがリソグラフィー装置であ
る。リソグラフィー装置は、その量産性と低コストの故
に広く用いられている。さらに、このリソグラフィー装
置は、デバイスの小型化、集積化への要望が高まるにつ
れて、増々必要とされるようになっている。

【０００３】このリソグラフィー装置において、加工対
象物に記録するパターンを照明するのが露光照明装置で
ある。この露光照明装置の光源としては、従来、波長３
６５ｎｍの水源ランプのｉ線が用いられてきた。

【０００４】リソグラフィー装置の加工限界は、露光照
明装置の光源から出射される光の波長に比例する。ま
た、この場合、焦点深度の確保が必要となってくる。

【０００５】いずれにしても、従来から、露光照明装置
の光源には、様々な条件が要求されてきた。例えば、露
光照明装置が使用する光源の出射光は、光学特性として
単色性に優れ、かつ可干渉性を持たない光であることが
求められてきた。また、この出射光が短波長の光である
と、高解像度の露光パターンにも対応した露光を行うこ
とができるので、上記出射光の短波長化が進められてき
ている。さらに、露光照明装置の高スループット化を達
成するために、光源は、高出力であることが要求され
る。

【０００６】これらの条件を満足する光源としては、例
えばエキシマレーザがある。このエキシマレーザは、単
色性及び指向性に優れていると共に、多モード発振のコ
ヒーレンシーの低いレーザ光を出射する。

【０００７】一方、波長とレンズの開口数で決まる回折
限界を超える超解像技術が数々提案されている。超解像
を達成するためには、位相シフト法が有効である。この
位相シフト法は、フォトマスク上に０度と１８０度の位
相差領域を形成し、マスクパターン透過光の回折角をよ
り小さく得られるようにし、ラインアンドスペースパタ
ーンで解像度と焦点深度を向上する方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記エキシ
マレーザは、このレーザ発生装置自体が大型である。実
際にこのエキシマレーザを動作させるためには、冷却水
設備等の大きなスペースをとる設備が必要であったり、
毒性を持ったガス設備等の危険性の高い設備が必要であ
った。このため、小型化が困難であり、かつ設備、運用
及び保守について高額のコストが必要とされた。また、
色収差を避けるため、エキシマレーザのスペクトル幅は
狭帯化されているので、スペックルが生じやすくなって
いる。また、エキシマレーザの空間的な強度分布は不均
一であり、そのままでは露光むらが生じてしまう。ま
た、エキシマレーザは、レーザ自体が巨大なため、露光
照明装置への光路を安全に確保するために、レーザ光を
径の大きなパイプに通さねばならなかった。通常であれ
ば、光ファイバーが用いられるが、エキシマレーザから
の紫外域の強力なパルス光に対しては、光ファイバー自
体もダメージを受けやすく、実用的ではなかった。ま
た、エキシマレーザ光は、集光特性が悪く、光ファイバ
ーへのカップリングの効率が悪かった。

【０００９】一方、その他には、例えば、ＹＡＧ、ＹＶ
Ｏ₄、Ｎｄ−ＧｌＡＳＳ等の高出力固体レーザや例えば
アルゴンイオンレーザ、銅蒸気レーザ等の高出力ガスレ
ーザが発生する基本波レーザ光を、非線形光学素子を用
いた波長変換技術により短波長化して短波長化レーザ光
に変換して出力するような光源が考えられる。しかし、
波長変換技術により得た短波長化レーザ光は、これまで
ワット級の高出力が得られ無かった。このため、このよ
うな光源を露光照明装置に使うと露光時間が長くかか
り、デバイスの大量生産には向かないとされていた。

【００１０】また、これらのレーザ光は空間的、時間的
に可干渉性が高く、照明光として使用した場合、ランダ
ムな干渉ノイズであるスペックルや定在波等の干渉効果
が露光装置としての性能を著しく損ねていた。

【００１１】さらに、これらのレーザを用いた露光照明
装置の光源は、故障やダメージが発生すると該レーザが
単体であるため、光源としての機能を停止せざる負え
ず、例えば工場のラインを停止して、メンテナンスを行
わなければならない。

【００１２】また、超解像を達成するための上記位相シ
フト法は、光の干渉効果を用いているため、マスクの作
製が困難であり、かつ瞳操作技術にはパターン依存性が
あるために、実用化が難しかった。

【００１３】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、色収差を避けることができ、超解像を得られ、
また故障やメンテナンスにおける操業停止を回避でき、
さらに均一でむらのない露光を実現し、ランダムな干渉
ノイズを平均化し、かつ高い光源利用率を達成できる露
光照明装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光照明装
置は、複数のレーザ素子から出射される複数のレーザ光
束を集光してなる光源と、上記光源からのレーザ光の散
乱状態を変化させる移動散乱媒体と、上記移動散乱媒体
からの散乱レーザ光の強度分布を均一化する強度分布均
一化手段とを有することにより上記課題を解決する。

【００１５】この場合、上記光源の複数のレーザ素子
は、連続した高調波光を出力する高調波光発生レーザ素
子である。

【００１６】また、上記光源は、上記複数のレーザ素子
から出射される複数のレーザ光束の波長を揃えるため
に、上記複数のレーザ素子に励起光を注入同期する励起
レーザ素子を有する。

【００１７】また、上記光源は、上記複数のレーザ素子
をそれぞれ同数の光ファイバーにカップリングし、その
光ファイバーを束ねて形成した出射端からのレーザ光を
上記移動散乱媒体に集光する。

【００１８】

【作用】本発明に係る露光照明装置では、複数のレーザ
素子からの複数のレーザ光束を集光してなる光源を用い
ているので、故障やダメージ等が発生した場合でも、故
障した一部のみを交換すればよく、工場のラインをスト
ップさせずにメンテナンスを行うことができる。このた
め、大幅なコスト低減を実現できる。

【００１９】また、移動散乱媒体により、光源からのレ
ーザ光の散乱状態を変化させているので、ランダムな干
渉ノイズ成分の平均化を実現できる。

【００２０】また、複数のレーザ素子のそれぞれを連続
した高調波光を出力する高調波光発生レーザ素子とする
ことにより、パルス発振のレーザに比べて、光学部品に
対するダメージを少なくできる。また、露光量の制御も
容易となり、材料的にも安定で、信頼性が高く、安全性
が高い効率の良い構成となる。

【００２１】また、上記複数のレーザ素子に励起レーザ
光を注入同期する励起レーザ素子を光源内に有すること
により、複数のレーザ素子から出射される複数のレーザ
光束の波長を揃えることができるので、色収差の補正を
実現できる。

【００２２】また、上記光源は、上記複数のレーザ素子
をそれぞれ同数の光ファイバーにカップリングし、その
光ファイバーを束ねて形成した出射端からのレーザ光を
上記移動散乱媒体に集光するので、各レーザ素子の配置
が自由になりメンテナンスの為の取り外しや取り付けな
どの取り扱いが容易になる。また、２個以上のレーザ素
子を組み合わせる場合、偏光などを利用した合波に比べ
て効率も良くなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係る露光照明装置の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００２４】本実施例の露光照明装置は、図１に示すよ
うに、複数の高調波光発生レーザ素子３₁、３₂・・・３
_n-1、３_nから出射される連続した複数の高調波レーザ光
束を集光して出射する光源部１と、この光源部１から出
射された高調波レーザ光束をを散乱する移動散乱媒体６
と、この移動散乱媒体６により散乱された高調波レーザ
光束の径を適当に集光するコリメータレンズ７と、この
コリメータレンズ７を介した光束の強度分布を均一化す
るフライアイレンズ８と、このフライアイレンズ８を介
することによって強度分布の均一化が図られた高調波レ
ーザ光束を露光パターンが形成されている露光用マスク
１０に露光照明光として照射するコンデンサーレンズ９
と、露光用マスク１０に形成されている露光パターンに
応じた透過光をウェハ１２上に結像する縮小対物レンズ
１１とを有して構成されている。

【００２５】光源部１は、複数の高調波光発生レーザ素
子３₁、３₂・・・３_n-1、３_nの他、該複数の高調波光発
生レーザ素子３₁、３₂・・・３_n-1、３_nをそれぞれカッ
プリングする同数の光ファイバー４₁、４₂・・・
４_n-1、４_nと、上記複数の高調波レーザ光の波長を揃え
るために、上記複数の高調波光発生レーザ素子３₁、３₂
・・・３_n-1、３_nに励起光を注入同期、すなわちインジ
ェクションロックする周波数安定な励起レーザ素子２
と、上記光ファイバーを束ねて形成した出射端からのレ
ーザ光を集光する集光レンズ５とから成る。

【００２６】ここで、上記高調波光発生レーザ素子
３₁、３₂・・・３_n-1、３_nは、励起光が照射されること
によって基本波レーザ光を出射する例えばＹＡＧ、ＹＶ
Ｏ₄、Ｎｄ−Ｇｌａｓｓのような高出力固体レーザの、
該基本波レーザ光を非線形光学素子を用いて短波長化し
て、第４次又は第５次の高調波光を発生する。短波長化
されたレーザ光は、光電変換効率が高く、狭スペクトル
で光ファイバーへの集光カップリング特性にも優れてい
る。また、連続発振する短波長化レーザ光であれば、パ
ルス発振のレーザ素子に比べて、光学部品のダメージは
少なく、露光量の制御が容易で、材料的にも安定で、信
頼性が高く、安全性が高い、効率のよい露光照明を行う
ことができる。

【００２７】ここで、複数の高調波光レーザ発生素子３
₁、３₂・・・３_n-1、３_nは、励起レーザ素子２に注入同
期（インジェクションロック）されているので、出射す
る高調波レーザ光の波長を揃えることができる。紫外光
用のレンズ硝材は、大きなものが得られて高品質なもの
としては、現在合成石英以外に適当なものがない。その
ため、複数の硝材を用いた色収差補正がほとんど不可能
である。露光装置用の対物レンズは、完全な無収差に近
い高性能が広範囲の像面全体にわたって求められるため
に、完全な色収差の補正が必要である。そのため、複数
の高調波光レーザ発生素子３₁、３₂・・・３_n-1、３_n間
の波長を揃える必要があり、上記複数の高調波光レーザ
発生素子３₁、３₂・・・３_n-1、３_nは励起レーザ素子２
によりインジェクションロックされている。

【００２８】光ファイバー４₁、４₂・・・４_n-1、４
_nは、複数の高調波光レーザ発生素子３₁、３₂・・・３
_n-1、３_nが出射する高調波レーザ光を集光レンズ５の前
まで伝送する。このため、各高調波光レーザ発生素子３
₁、３₂・・・３_n-1、３_nは、配置が自由になり、メンテ
ナンスのための取り外しや取り付けなどの取り扱いが容
易になる。また、偏光などを利用した合波に比べて効率
が良い。さらに、この光ファイバー４₁、４₂・・・４
_n-1、４_nを束ねて形成した出射端のパターンを変化させ
ることにより、輪帯開口照明法、斜入射照明法、ＳＨＲ
ＩＮＫ法などの照明による超解像と同様の効果を達成す
ることができる。この出射端は、対物レンズの瞳と共役
であり、ここで光源の分布を変えることは対物レンズの
瞳でこれらの操作をすることと等価となるためである。
但し、それには各光ファイバー出射光の間の相関性が問
題になるが、上述したようにインジェクションロックを
かけてやれば相関は高まる。また、光ファイバーの伝搬
特性も相関性が問題であれば、シングルモード等の忠実
性が高い光ファイバーを使用すればよい。

【００２９】集光レンズ５は、光ファイバー４₁、４₂・
・・４_n-1、４_nを束ねた出射端からの高調波レーザ光を
移動散乱媒体６上に集光する。

【００３０】移動散乱媒体６は、集光された光を散乱
し、透過させている。この移動散乱媒体６によって散乱
された高調波レーザ光は、コリメータレンズ７により適
当な径の光束に集光される。ここで、高調波レーザ光の
波面は、ランダムな散乱を受ける。したがって、この光
束を用いた光学系は、光源が高いコヒーレンスを有して
いても、スペックルパターンの平均化作用を有し、露光
などの時間積分効果を持つ記録に対して、良好な結像が
可能になる。

【００３１】移動散乱媒体６は、具体的には磨りガラス
等の不均一性を持つ位相物体を図示しないモータからの
回転駆動力によって回転させるなどの手段により実現可
能である。散乱の効果は、透過光に対するものでも、反
射に対するものでも構わない。高調波レーザ光束の波面
に対して、もしくはその偏光状態に対して、ランダムな
散乱を空間的に与える効果があればよい。

【００３２】コリメータレンズ７で集光された高調波レ
ーザ光束は、ガウシアン分布など、中心が強く周辺部が
弱い強度分布をしている。しかも、光軸方向に垂直な面
内で、回転対称性が高い分布をとる。そこで、これを均
一化する必要が生じる。この均一化は、露光量に関わる
ので、高い均一性が必要である。そこで、フライアイレ
ンズ８のようなビームの強度分布均一化手段が必要にな
る。このフライアイレンズ８は、同形のロッドレンズを
多数集積した形状である。

【００３３】このフライアイレンズ８によって均一化さ
れた高調波レーザ光束は、コンデンサーレンズ９によっ
て露光用マスク１０上に投影される。この露光用マスク
１０上に高調波レーザ光束が投射されることによって得
られた像は、縮小対物レンズ１１によってウェハ１２上
に結像される。

【００３４】以上より、本発明に係る露光照明装置は、
複数の高調波光発生レーザ素子３₁、３₂・・・３_n-1、
３_nからの複数のレーザ光束を集光してなる光源１を用
いているので、故障やダメージ等が発生した場合でも、
故障した一部のみを交換すればよく、工場のラインをス
トップさせずにメンテナンスを行うことができる。この
ため、大幅なコスト低減を実現できる。

【００３５】また、移動散乱媒体６により、光源１から
のレーザ光束の散乱状態を変化させているので、ランダ
ムな干渉ノイズ成分の平均化を実現できる。

【００３６】また、高調波光発生レーザ素子３₁、３₂・
・・３_n-1、３_nは、例えば第４次又は第５次高調波光を
連続して出射するので、パルス発振のレーザに比べて、
光学部品に対するダメージを少なくできる。また、露光
量の制御も容易となり、材料的にも安定で、信頼性が高
く、安全性が高い効率の良い構成となる。

【００３７】また、高調波光発生レーザ素子３₁、３₂・
・・３_n-1、３_nに励起レーザ光を注入同期する励起レー
ザ素子２を光源１内に有することにより、上記複数のレ
ーザ光束の波長を揃えることができるので、色収差の補
正を実現できる。

【００３８】また、光源１は、高調波発生レーザ素子３
₁、３₂・・・３_n-1、３_nをそれぞれ同数の光ファイバー
４₁、４₂・・・４_n-1、４_nにカップリングし、その光フ
ァイバーを束ねて形成した出射端からのレーザ光を移動
散乱媒体６上に集光するので、各レーザ素子の配置が自
由になりメンテナンスの為の取り外しや取り付けがなど
の取り扱いが容易になる。また、２個以上のレーザ素子
を組み合わせる場合、偏光などを利用した合波に比べて
効率も良くなる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る露光照明装置は、複数のレ
ーザ素子から出射される複数のレーザ光束を集光してな
る光源と、上記光源からのレーザ光の散乱状態を変化さ
せる移動散乱媒体と、上記移動散乱媒体からの散乱レー
ザ光の強度分布を均一化する強度分布均一化手段とを有
するので、故障やダメージ等が発生した場合でも、故障
した一部のみを交換すればよく、工場のラインをストッ
プさせずにメンテナンスを行うことができる。このた
め、大幅なコスト低減を実現できる。

【００４０】この場合、上記光源の複数のレーザ素子
は、連続した高調波光を出力する高調波光発生レーザ素
子であるので、パルス発振のレーザに比べて、光学部品
に対するダメージを少なくできる。また、露光量の制御
も容易となり、材料的にも安定で、信頼性が高く、安全
性が高い効率の良い構成となる。

【００４１】また、上記光源は、上記複数のレーザ素子
に励起光を注入同期する励起レーザ素子を有するので、
複数のレーザ素子から出射される複数のレーザ光束の波
長を揃えることができるので、色収差の補正を実現でき
る。

【００４２】また、上記光源は、上記複数のレーザ素子
をそれぞれ同数の光ファイバーにカップリングし、その
光ファイバーを束ねて形成した出射端からのレーザ光を
上記移動散乱媒体に集光するので、各レーザ素子の配置
が自由になりメンテナンスの為の取り外しや取り付けが
などの取り扱いが容易になる。また、２個以上のレーザ
素子を組み合わせる場合、偏光などを利用した合波に比
べて効率も良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の露光照明装置の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１光源部２励起レーザ素子３₁、３₂・・・３_n-1、３_n 高調波光レーザ発生素子４₁、４₂・・・４_n-1、４_n 光ファイバー５集光レンズ６移動散乱媒体７コリメータレンズ８フライアイレンズ９コンデンサレンズ１０露光用マスク１１縮小対物レンズ１２ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレーザ素子から出射される複数の
レーザ光束を集光してなる光源と、上記光源からのレーザ光の散乱状態を変化させる移動散
乱媒体と、上記移動散乱媒体からの散乱レーザ光の強度分布を均一
化する強度分布均一化手段とを有することを特徴とする
露光照明装置。
【請求項２】上記光源の複数のレーザ素子は、連続し
た高調波光を出力する高調波光発生レーザ素子であるこ
とを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
【請求項３】上記光源は、上記複数のレーザ素子から
出射される複数のレーザ光束の波長を揃えるために、上
記複数のレーザ素子に励起光を注入同期する励起レーザ
素子を有することを特徴とする請求項１又は２記載の露
光照明装置。
【請求項４】上記光源は、上記複数のレーザ素子をそ
れぞれ同数の光ファイバーにカップリングし、その光フ
ァイバーを束ねて形成した出射端からのレーザ光を上記
移動散乱媒体に集光することを特徴とする請求項１記載
の露光照明装置。