JPH09179309A

JPH09179309A - 露光照明装置

Info

Publication number: JPH09179309A
Application number: JP7339192A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suganuma; 洋菅沼; Shigeo Kubota; 重夫久保田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の小型化、保守・維持の簡易化、低価格化
を実現すると共に、露光照明光の光強度分布の均一性を
高める。【解決手段】光源部１が複数個の固体レーザ１ａ，１ｂ
・・・を備えることにより、装置の小型化、保守・維持
の簡易化、低価格化を実現する。光源部１が出射する複
数本の光ビームを１本の光ビームに結合する結合光学系
（２，３）を備えることにより、露光照明光の光強度分
布の均一性を高める。結合光学系として、カタディオプ
トリック光学系、光ファイバーバンドル、回折格子、レ
ンズアレイなどを用いる。光源部１に複数の固体レーザ
１ａ，１ｂ，・・・を用いているから、一部の光源が欠
けても、装置全体としては出力が低下するけで中断する
ことなく運転を続行することができる。本発明を露光装
置に適用した場合、製造ラインが停止することがないか
ら、稼働率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光照明装置に関す
る。詳しくは、光源として複数個の固体レーザが発振出
射する光ビームを用いることにより装置の小型化、保守
・維持の簡易化を実現すると共に、スペックル除去機
能、照明照度均一化機能を持った結合手段によって複数
本の光ビームを１本に結合することにより、露光照明光
の均一性を高めた露光照明装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置や液晶表示装置などの
電子デバイスの高密度化・高集積化に伴って、ますます
微細なパターンを基板上に形成することが求められてい
る。基板上に微細なパターンを形成するための鍵を握っ
ているのが露光装置である。

【０００３】従来、半導体装置や液晶表示装置などの電
子デバイス用露光装置の光源には水銀ランプのｉ線（波
長３６５ｎｍ）が用いられていた。

【０００４】露光装置の解像度は、露光照明光の波長に
比例し、レンズの開口数（Ｎ．Ａ．）に反比例する。し
たがって解像度を高めるには、露光照明光を短波長化
する、Ｎ．Ａ．の大きなレンズを使用する、という２
つの方法が考えられる。しかしＮ．Ａ．を大きくすると
焦点深度が浅くなるから、前記の方法による解像度の
向上には限界がある。その結果、解像度を高める方法と
しては、前記に示したように、露光照明光を短波長化
する方法が残る。

【０００５】露光照明光の短波長化に対応した露光装置
として現在、エキシマレーザを用いた露光装置の開発が
活発化しており、次世代ＤＲＡＭの試作ラインへの導入
が始まっている。

【０００６】エキシマレーザ露光装置を図６を参照して
説明する。光源７１にはＫｒＦエキシマレーザ（発振波
長２４８ｎｍ）が用いられる。光源７１から出射された
光ビームはコリメータレンズ７２によって平行光にさ
れ、ミラー７３ａ，７３ｂによりフライアイレンズ７４
に導かれる。フライアイレンズ７４を構成する各エレメ
ントには同一の像（光束）で異なった光強度を持った入
射光が入射する。異なった光強度を持った入射光となる
のは、エキシマレーザ光のビーム断面の光強度が一様な
分布を持っていないからである。

【０００７】フライアイレンズ７４は、各エレメントに
入射した同一の像をその焦点位置に結像する性質がある
から、フライアイレンズ７４からの出射光をコンデンサ
レンズ７５によってマスク７６上に集光させると、マス
ク７６はほぼ均一化された強度分布を持った光で照明さ
れる。この照明光によってマスク７６上に形成された回
路などのパターンが対物レンズ７７によりウェハ７８上
に縮小投影して露光・転写される。ウェハ７８はＸ−Ｙ
ステージ７９上に載置されており、一回の露光が終わる
ごとにＸ−Ｙステージ７９は所定距離だけ平行移動す
る。Ｘ−Ｙステージ７９の移動に伴ってウェハ７８も移
動するから、ステップ・アンド・リピートの繰り返し露
光が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置や液晶表示
装置などの電子デバイスの製造に使用される露光装置に
は、１）使用波長が短く、高解像度が得られる。

【０００９】２）小型で保守が容易であり、装置価格が
低く、かつ維持費が安い。

【００１０】３）スペックルが生じず、均一でむらがな
く、高い光利用効率を達成できる。などが求められる。

【００１１】スペックルはレーザ光で物体を照射したと
き空間に生ずる斑点状の模様であり、露光用照明光中に
多数現れると基板上に露光むらが生じ、マスクパターン
を忠実に転写することができなくなる。したがって露光
用照明光にはスペックルを極力低減したものが求められ
る。

【００１２】図６に示したエキシマレーザ露光装置で
は、光源７１のＫｒＦエキシマレーザ装置は巨大で装置
自体が高価格の上、保守や維持のための費用がかさむ。
さらにレーザ媒質として毒性を持ったガスを使用し、発
生する熱を放散させるために水冷装置を必要とするか
ら、毒性を持ったガスや冷却水などを処理するための処
理設備を必要とする。したがってエキシマレーザ露光装
置には、装置が大型なので設置場所に広い面積を必要と
し、さらに装置自体が高価であると共に保守や維持に手
間と費用がかかるという問題があった。

【００１３】またエキシマレーザ光は本来スペクトル幅
が広いが、スペクトル幅が広いと色収差が強くあらわれ
る。これを避けるためにエキシマレーザ装置では光のス
ペクトル幅を狭帯域化しているので、コヒーレンス度が
高くなりスペックルが生じやすくなっている。したがっ
てエキシマレーザの出射光の空間的強度分布（光軸に対
する垂直面内での強度分布）は均一にはならず、何らか
の対策を施さないとウェハ７８上で露光むらが生じてし
まうという問題があった。この露光むらを回避するため
ミラー７３ａ，７３ｂなどを揺動させるスペックル低減
手段を設ける必要があるから、装置がますます大規模に
なってしまうという問題があった。

【００１４】本発明は上記の問題点を解決したもので、
光源として複数個の固体レーザが発振出射する光ビーム
を用いることにより装置の小型化、保守・維持の簡易化
を実現すると共に、スペックル除去機能、照度均一化機
能を持った結合光学系によって複数の光ビームを１本に
結合することにより、露光照明光の高均一化と高効率化
を実現した露光照明装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の本発明に係る露光照明装は、半
導体装置や液晶表示装置などの電子デバイスの製造工程
においてマスク上に形成された回路などのパターンを基
板上に露光する際に使用される露光装置などの照明用光
源装置として用いられる露光照明装置であって、複数個
の固体レーザ発振から成る光源部と、該光源部が出射す
る複数本の光ビームを１本の光ビームに結合する結合光
学系とを備えるように構成することを特徴とする。

【００１６】本発明に係る第１の露光照明装置では、光
源として複数個の固体レーザを用いているのでエキシマ
レーザを使用した装置のように有毒ガスの処理設備や冷
却設備など大規模な周辺設備を必要としないから装置を
小型化できる。また複数個の固体レーザが発振出射する
個々の光ビームにスペックルや光強度分布の不均一があ
っても、各固体レーザは独立に動作しているから、固体
レーザ相互間の可干渉性（コヒーレンス）はなく、コヒ
ーレンスに起因するスペックルを低減できる。また各光
ビームが通る光路中にスペックル除去・光強度分布均一
化を行う光学系を設けたから、本発明の装置が出射する
露光照明光にはスペックルが殆どなく、均一な光強度分
布が得られる。

【００１７】本発明では光源部が出射する複数本の光ビ
ームを結合光学系によって１本の光ビームに結合してい
るから、個々の固体レーザの出力は小さくとも装置全体
では大出力の露光照明光が得られる。

【００１８】さらに本発明では光源部に複数の固体レー
ザを用いているから、装置のメインテナンスのために一
部の光源を取り外しても、あるいは故障のために一部の
光源が欠けても、装置全体としては出力が低下するけで
中断することなく運転を続行することができる。例えば
本発明装置を半導体装置製造用露光装置に適用した場
合、複数個の光源のうちいくつかが欠落しても露光時間
が多少長くなるだけで露光装置の稼働は続けられるか
ら、製造ラインを停止する事態には至らずに済み、半導
体製造工場の稼働率を向上させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１を参
照しながら説明する。本例の光源部１は２個の光源１
ａ，１ｂから構成されており、光源１ａ，１ｂの光ビー
ムとしては固体レーザが発振するｎ次高調波（ｎ≧４，
５・・・）を用いるのが好適であるが、その具体例は後
述する。

【００２０】光源１ａが出射する光ビームはコリメータ
レンズ２ａにより平行光にされたのち、反射光学系を構
成するカタディオプトリック光学系３に入射する。同じ
く光源１ｂから出射する光ビームもコリメータレンズ２
ｂを経て同一のカタディオプトリック光学系３に入射す
る。カタディオプトリック光学系３は一対の光源１ａ，
１ｂに対する結合光学系として機能する他、この結合光
学系は周知のようにスペックル除去機能を照明照度を均
一にする均一化機能を併せ持つことが知られている。

【００２１】本例のカタディオプトリック光学系３はパ
ラボラ状をなす２枚の凹面鏡３ａ，３ｂと１枚の凸面鏡
３ｃとで構成されており、光源１ａからの光ビームは凹
面鏡３ａ−凸面鏡３ｃという光路を経て図中“Ｆ”で示
す焦点に集光し、光源１ｂからのレーザ光は凹面鏡３ｂ
−凸面鏡３ｃという光路を経て同じく焦点“Ｆ”に集光
する。

【００２２】カタディオプトリック光学系３は図示した
ものに限らず、凹面鏡３ａ，３ｂおよび凸面鏡３ｃは半
球状であってもよい。またカタディオプトリック光学系
３の代わりにカセグレン光学系など他の反射光学系を用
いることができる。

【００２３】焦点“Ｆ”に集光した光ビームはコリメー
タレンズ４によって再び平行光に戻されたのち、ミラー
５ａ，５ｂによって光路を変えられる。図ではミラー５
ａ，５ｂによって光路が１８０度変更される例を示した
が、実際の装置では光源部１やＸ−Ｙステージ１１など
の配置に従ってミラーの枚数や配置が選定される。

【００２４】ミラー５ｂによって反射された光ビームは
フライアイレンズ６に入射する。フライアイレンズ６は
同形のロッドレンズをエレメントとして多数個集積した
もので、各エレメントに入射する多数の同一像（光束）
を１個の像（光束）として瞳の位置に結像する特性を持
っている。したがってフライアイレンズ６に入射する光
ビームが光強度分布のバラツキを持っていても、フライ
アイレンズ６からの出射光をコンデンサレンズ７によっ
てマスク８上に集光させると、光強度分布が均一化され
た照明光によってマスク８の面が照明される。

【００２５】この照明光によりマスク８上に形成された
回路などのパターンが対物レンズ９によりウェハ１０上
に縮小投影されてパターンが露光・転写される。光源１
ａ，１ｂの出力はウェハ１０に到達するまでに減衰する
から、例えばウェハ１０上で１Ｗ（ワット）の露光光量
を必要とするときには、本例では光源部１で５Ｗ程度の
出力を必要とする。図示のように光源部１が２個の光源
１ａ，１ｂから成る場合には、各光源１ａ，１ｂとして
はその出力がそれぞれ２．５Ｗ程度の固体レーザを使用
すればよい。

【００２６】ウェハ１０はＸ−Ｙステージ１１上に載置
されており、１回の露光が終わるごとにＸ−Ｙステージ
１１は所定距離だけ平行移動する。Ｘ−Ｙステージ１１
の移動に伴ってウェハ１０も移動するから、ステップ・
アンド・リピート（逐次移動式）の繰り返し露光が行わ
れる。

【００２７】本例では光源部１に２個の固体レーザ１
ａ，１ｂを用いており、各固体レーザは独立に動作して
いるから、固体レーザ相互間の可干渉性（コヒーレン
ス）はなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかな
り低減しているが、さらにスペックルを低減するために
は光学系を揺動させる方法が効果的である。この光学系
の揺動は光ビームの光路を変化させてウェハ１０を照明
する照明光に含まれるスペックルをランダムに所定速度
で移動させることにより照明光を均一化させるものであ
るから、装置内の光学系を往復直線駆動したり回転駆動
することにより実現できる。

【００２８】光学系の揺動には従来と同様にミラー５
ａ，５ｂを揺動させる方法の他に、本例では結合光学系
を構成するコリメータレンズ２ａ，２ｂ、カタディオプ
トリック光学系３およびコリメータレンズ４のいずれか
を揺動させることもできる。また実際の装置では光源部
１の大きさを考慮してＸ−Ｙステージ１１など各部が配
置されるから、ミラー５も図１に示すように２枚だけで
はなく数多く使用される。スペックル低減を目的とする
光学系のにはこれらのミラーも対象となるが、複数本の
光ビームが１本に結合されてエネルギー密度の高くなっ
た光ビームが入射するミラー５ａ，５ｂを揺動させるに
は大きな手段を必要とする。

【００２９】本例では結合光学系として機能するカタデ
ィオプトリック光学系３を構成する光学素子を揺動させ
ることができる。光源部１近くに配置された光学素子
（本例ではコリメータレンズ２ａ，２ｂ）を揺動させる
にはピエゾ効果素子など小さな手段で十分であり、揺動
周波数も数１０〜数１００Ｈｚでよいから、比較的簡単
な構成で実現できる。

【００３０】本例では光源部１を２個の固体レーザ１
ａ，１ｂで構成しているが、２個に限らずｎ個（ｎ≧
２，３，・・・）の固体レーザによって構成することが
できる。使用する固体レーザの個数は露光装置が必要と
する光量や使用する固体レーザの出力によって適宜選択
される。

【００３１】上述した光源部１の具体例を図２を参照し
て説明する。発振源２０は固体レーザ２２と、これを励
起する半導体レーザ２１とで構成される。半導体レーザ
２１が発振出力する例えば波長８６０ｎｍのレーザ光で
固体レーザ２２を励起して所定波長のレーザ光を発振出
射させる。固体レーザ２２としてＮｄ：ＹＡＧレーザを
用いると波長１０６４ｎｍのレーザ光が出射される。こ
の波長１０６４ｎｍのレーザ光が基本波ωとして使用さ
れる。

【００３２】Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、レーザ媒質として
イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガーネッ
ト（Ｇ）から成る結晶にネオジウム（Ｎｄ）をドープし
たレーザ媒質２２ｂが使用され、これを挟んで２枚の反
射鏡２２ａ，２２ｃを配置した共振器によって構成され
る。

【００３３】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２２より出射する波長
１０６４ｎｍの基本波ωはダイクロイックミラー２３に
て透過光と反射光とに分光される。透過光は第１共振器
２４に入射し、反射光はミラー２７に向かう。第１共振
器２４はＬＢＯやＫＴＰなどを非線形光学媒質２４ｂと
し、この媒質２４ｂを挟んで２枚の反射鏡２４ａ，２４
ｃが配置して構成される。第１共振器２４に入射した波
長１０６４ｎｍの基本波ωは波長５３２ｎｍの第２高調
波２ωに波長変換されて出射される。

【００３４】第１共振器２４から出射された第２高調波
２ωは第２共振器２５に入射する。第２共振器２５はＣ
ＬＢＯやＢＢＯを非線形光学媒質２５ｂとし、この媒質
２５ｂを挟んで２枚の反射鏡２５ａ，２５ｃを配置して
構成される。第２共振器２５に入射した第２高調波２ω
は波長２６６ｎｍの第４高調波４ωに波長変換されて出
射される。

【００３５】この第４高調波４ωはミラー２６で反射さ
れ、ミラー２７で反射された基本波ωとダイクロイック
ミラー２８によって合成されたのち、ＢＢＯやＣＬＢＯ
などの非線形光学媒質から成る非線形光学素子２９に入
射される。非線形光学素子２９に入射された基本波ωと
第４高調波４ωから、波長２１３ｎｍの第５高調波５ω
が合成出力される。この波長２１３ｎｍの第５高調波５
ωが図１に示す第１実施形態の短波長用の光源１ａ，１
ｂとして用いられる。

【００３６】使用する波長は露光目的に応じて選択され
るもので、第４高調波４ωや第５高調波５ω以上の高調
波を使用することができる。その場合共振器の数や配置
などは図２の構成とは若干相違する。

【００３７】以上固体レーザとしてＮｄ：ＹＡＧレーザ
を用いた例を説明したが、ＹＶＯ4レーザを用いてもよ
い。このように光源として半導体レーザ励起の固体レー
ザが発振出力する光ビームを波長変換した高調波を使用
すると、エキシマレーザのようにガスを使用したり、冷
却したりしなくとも済むから、周辺設備を大幅に縮小で
きる。特にエキシマレーザの場合は使用するガスが毒性
の強いものであるから、ガスが外部に漏れないようにす
るために大規模な設備を必要とする。

【００３８】本発明では光源に固体レーザを使用してい
るから、このような設備は不要であり、装置の小型化、
保守・維持の簡易化、低価格化などの効果を奏する。し
たがって製造ラインに導入した場合大きな経済的効果を
もたらす。

【００３９】次に本発明の第２実施形態を図３を参照し
ながら説明する。光源部３１は３個の光源３１ａ，３１
ｂ，３１ｃを備え、本例でも各光源３１ａ，３１ｂ，３
１ｃには例えば図２に示した半導体レーザ励起Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザの第４と第５高調波を用いるのが好適であ
る。

【００４０】各光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出射さ
れた光ビームはそれぞれレンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ
によって集光され、光ファイバーバンドル３３の対応す
る入射端３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する。光ファイ
バーバンドル３３は図のようにｎ本（ｎ≧２，３，・・
・）の光ファイバーの出射端が１本となるように各ファ
イバーを共通接続したもので、ｎ個の入射端面へ入射し
たｎ本の光ビームは１本に結合されて１本の出射端面か
ら出射する。入射する個々の光ビームが光強度分布にバ
ラツキを持っていてもｎ本の光ビームを１本に結合する
とバラツキがならされて光強度分布は平均化する。つま
り光ファイバーバンドルはｎ本の入射光を１本に結合す
ると共に光強度分布を均一化する機能を持っている。

【００４１】図示した光ファイバーバンドル３３はｎ＝
３のもので、３個の入射端面３３ａ，３３ｂ，３３ｃを
持ち、１個の出射端面３３ｚを持つ。したがって入射し
た３本の光ビームは１本に結合されると共に光強度分布
が均一化されて出射端面３３ｚから出射される。上述し
たレンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと光ファイバーバンド
ル３３とで結合光学系が構成されている。

【００４２】光ファイバーバンドル３３の出射端面３３
ｚから出射した光ビームはコリメータレンズ３４によっ
て平行光となされたのち、ミラー３５ａ，３５ｂによっ
て光路が曲げられる。この光路変更は説明の便宜のため
のものであることは図１の場合と同様である。

【００４３】ミラー３５ｂによって反射された光ビーム
はフライアイレンズ３６に入射する。フライアイレンズ
３６は図１において説明した特性を持つものであるか
ら、出射光をコンデンサレンズ３７によってマスク８上
に集光させると、マスク８は均一化された光強度分布を
持った照明光によって照明される。

【００４４】この照明光によってマスク８上のパターン
をウェハ１０に縮小投影して露光・転写し、ステップ・
アンド・リピート露光を行う点は図１に示した第１実施
形態の場合と全く同じであるので、その説明は割愛す
る。

【００４５】光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力はウェ
ハ１０に到達するまでに減衰するから、それに対応した
出力を有する固体レーザが使用される点も図１に示した
第１実施形態と同じである。

【００４６】本例では光源部１に３個の固体レーザ３１
ａ，３１ｂ，３１ｃを用いているから、スペックルはか
なり低減しているが、さらにスペックルを低減するため
には光学系を揺動させる方法が効果的である点も図１の
第１実施形態と同じである。本例では結合光学系を構成
するレンズ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、光ファイバーバン
ドル３３およびコリメータレンズ３４のいずれかを揺動
させることが特に効果的である。揺動は小さな手段で十
分であり、揺動周期も数１０〜数１００Ｈｚでよいか
ら、ピエゾ効果素子などを用いて比較的簡単な構成で実
現できる点も同様である。

【００４７】本例では光源部３１を３個の固体レーザ３
１ａ，３１ｂ，３１ｃで構成しているが、３個に限らず
ｎ個（ｎ≧２，３，４，５・・・）の固体レーザによっ
て構成することができる点も同様である。

【００４８】次に本発明の第３実施形態を図４を参照し
ながら説明する。本例では光源部４１としては３個の光
源４１ａ，４１ｂ，４１ｃを備え、この場合でも各光源
４１ａ，４１ｂ，４１ｃには例えば図２に示した半導体
レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザの第４と第５高調波を
用いるのが好適である。

【００４９】各光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃから出射さ
れた光ビームのうち光源４１ｂから出射された光ビーム
は直進し、光源４１ａ，４１ｃから出射された光ビーム
はそれぞれミラー４２ａ，４２ｂによって反射されたの
ち、３本の光ビームが回折格子４３の同一個所に入射す
る。

【００５０】回折格子４３は平面あるいは凹面に多数の
溝を刻んだもので、各溝からの回折光を相互干渉させて
スペクトルが得られるようにした光学素子であり、回折
格子４３の同一個所に入射した３本の光ビームは合成さ
れると同時に、入射光ビームがそれぞれ持っていた光強
度分布のバラツキがならされて均一化され、光強度分布
が均一化された１本の光ビームとなって出射する。した
がって、一対のミラー４２ａ，４２ｂと回折格子４３と
でスペックルを除去し、光強度分布を一様にする結合光
学系として作用する。

【００５１】回折格子４３にはガラス表面にダイヤモン
ドカッターで多数の溝を引いて製作したものが一般的で
あって、写真法（リソグラフィ法）で製作したホログラ
フィック格子が本例の回折格子４３として好適である。

【００５２】回折格子４３によって１本に合成されて出
射した光ビームはコリメータレンズ４４により平行光化
されたのち、ミラー４５ａ，４５ｂによって進行方向が
変えられて、フライアイレンズ４６に入射する。フライ
アイレンズ４６は上述した特性を持つものであるから、
出射光をコンデンサレンズ４７によってマスク８上に集
光させると、マスク８は均一化された光強度分布を持っ
た照明光によって照明される。

【００５３】この照明光によってマスク８上のパターン
をウェハ１０に縮小投影して露光・転写し、ステップ・
アンド・リピート露光を行う点は図１に示した第１実施
形態の場合と全く同じであるので、その説明は割愛す
る。

【００５４】光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力はウェ
ハ１０に到達するまでに減衰するから、それに対応する
出力を有する固体レーザが使用される点も図１に示した
第１実施形態の場合と同じである。

【００５５】本例では光源部４１に３個の固体レーザ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃを用いているから、スペックルは
かなり低減しているが、さらにスペックルを低減するた
めには光学系を揺動させる方法が効果的である点も図１
の第１実施形態と同じである。本例では結合光学系を構
成するミラー４２ａ，４２ｂ、回折格子４３およびコリ
メータレンズ４４のいずれかを揺動させることが特に効
果的である。揺動を与えるのは小さな手段で十分であ
り、揺動周期も数１０〜数１００Ｈｚでよいから、ピエ
ゾ効果素子などを用いて比較的簡単な構成で実現できる
点も同様である。

【００５６】本例では光源部４１を３個の固体レーザ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃで構成しているが、３個に限らず
ｎ個（ｎ≧２，３，４，５・・・）の固体レーザによっ
て構成することができる点も同様である。

【００５７】次に本発明の第４実施形態を図５を参照し
ながら説明する。光源部５１は３個の光源５１ａ，５１
ｂ，５１ｃを備え、本例でも各光源５１ａ，５１ｂ，５
１ｃには図２に示した半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧ
レーザの第４と第５高調波を用いるのが好適である。

【００５８】各光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃから出射さ
れた光ビームはコリメータレンズ５２ａ，５２ｂ，５２
ｃによって平行光化されたのち、それぞれ別個のミラー
５３ａ，５３ｂ，５３ｃおよび１枚のミラー５４によっ
て反射される。ミラー５４によって反射された光ビーム
はレンズアレイ５５に入射する。

【００５９】レンズアレイ５５は基本的にはフライアイ
レンズと同じ機能をもっており、同形のロッドレンズを
エレメントとして多数個集積したもので、各エレメント
に入射する多数の同一像（光束）を１個の像（光束）と
して瞳の位置に結像する特性を持っている。したがって
レンズアレイ５５に入射する光ビームに光強度分布のバ
ラツキがあっても、レンズアレイ５５からの出射光をコ
ンデンサレンズ５６によってマスク８上に集光させる
と、マスク８は均一化された光強度分布を持った照明光
によって照明される。したがって、コリメータレンズ５
２、ミラー５３，５４およびレンズアレイ５５で結合光
学系が構成される。

【００６０】コリメータレンズ５２の光軸に対する垂直
断面の面積をｓとし、光源５１の数をｎとしたとき、レ
ンズアレイ５５としては少なくともＳ＝ｎ×ｓの断面積
を持ったものを用いる。本例では光源５１のが３個であ
るから、Ｓ＝３×ｓの断面積を持ったレンズアレイ５５
を使用する。

【００６１】この照明光によってマスク８上のパターン
をウェハ１０に縮小投影して露光・転写し、ステップ・
アンド・リピート露光を行う点は図１に示した第１実施
形態の場合と全く同じであるので、その説明は割愛す
る。

【００６２】光源５１ａ，５１ｂ，５１ｃの出力はウェ
ハ１０に到達するまでに減衰するから、それに対応した
出力を有する固体レーザが使用される点も図１に示した
第１実施形態と同じである。

【００６３】本例では光源部５１に３個の固体レーザ５
１ａ，５１ｂ，５１ｃを用いているから、スペックルは
かなり低減しているが、さらにスペックルを低減するた
めには光学系を揺動させる方法が効果的である点も図１
の第１実施形態と同じである。本例ではコリメータレン
ズ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、ミラー５３ａ，５３ｂ，５
３ｃのいずれかを揺動させることが特に効果的である。
揺動は小さな手段で十分であり、揺動周期も数１０〜数
１００Ｈｚでよいから、ピエゾ効果素子などを用いて比
較的簡単な構成で実現できる点も同様である。

【００６４】本例では光源部５１を３個の固体レーザ５
１ａ，５１ｂ，５１ｃで構成しているが、３個に限らず
ｎ個（ｎ≧２，３，４，５・・・）の固体レーザによっ
て構成することができる点も同様である。

【００６５】上述した第１〜第４の各実施形態で用いた
光ビーム結合光学系はコヒーレンスを低下させるから、
コヒーレンスに起因するスペックルを効果的に低減でき
るが、スペックルの低減が不十分な場合には、コヒーレ
ンス低下手段を付加することにより、スペックルをさら
に低減することが可能になる。コヒーレンスには空間的
コヒーレンスと時間的コヒーレンスとがある。空間的コ
ヒーレンス低下には回転拡散板を、時間的コヒーレンス
低下には位相変調器をそれぞれ使用する処置が効果的で
ある。これらのコヒーレンス低下手段を設ける場所は光
源部と結合光学系との間が好適である。

【００６６】上述した露光照明装置では、光源として複
数個の固体レーザを用いていおりエキシマレーザを使用
した装置のように大規模な周辺設備を必要としないか
ら、装置を小型化できる。実施形態では固体レーザとし
て半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた例を
説明したが、ＹＶＯ4レーザを用いても同様の効果が得
られる。また固体レーザが発振出射する基本波を波長変
換して得られる第４と第５高調波を用いると短波長の光
源が得られるから、超微細加工を必要とする次世代の半
導体デバイス製造用露光装置に好適である。固体レーザ
の発振はＣＷ（連続）発振、パルス発振のどちらも本発
明装置に適用できる。

【００６７】複数個の固体レーザが発振出射する個々の
光ビームにスペックルや光強度分布の不均一があって
も、各固体レーザは独立に動作していおり固体レーザ相
互間の可干渉性（コヒーレンス）はないから、コヒーレ
ンスに起因するスペックルを低減できる。

【００６８】複数の光ビームを１本に結合する結合光学
系にスペックル除去・光強度分布均一化機能を持たせて
いるから、本発明の装置から出射される露光照明光には
スペックルが殆どなく、光強度分布が均一化されてい
る。この点も超微細加工用露光装置に好適である。

【００６９】光源部が出射する複数本の光ビームを結合
光学系によって１本の光ビームに結合しているから、個
々の固体レーザの出力は小さくとも装置全体では大出力
の露光照明光が得られる。

【００７０】光源部を構成する個々の固体レーザは低出
力のもので済むから、光源部は全体として寿命が延び、
ひいては露光装置の寿命も延びる。

【００７１】光源部には複数の光源（固体レーザ）を用
いているから、装置のメインテナンスのために一部の光
源を取り外しても、あるいは故障のために一部の光源が
欠けても、装置全体としては出力が低下するだけで中断
することなく運転を続行できる。したがって複数個の光
源のうちいくつかが欠落しても露光時間が多少長くなる
だけで露光装置は連続運転ができる。したがって製造ラ
インを停止せずに済み工場の稼働率を向上させることが
できる。

【００７２】上述の実施形態は、本発明に係る露光照明
装置を半導体装置製造用露光装置に適用した場合につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、液晶表示装置な
どの電子デバイスやプリント基板の製造、その他照明光
を必要とする物品の加工などに適用することができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、露
光照明装置用の光源として複数個の固体レーザを用いる
ことにより装置の小型化、保守・維持の簡易化、および
低価格化を実現する。

【００７４】複数個の固体レーザが発振出射する個々の
光ビームにスペックルや光強度分布の不均一があって
も、各固体レーザは独立に動作していおり固体レーザ相
互間の可干渉性（コヒーレンス）はないから、コヒーレ
ンスに起因するスペックルを低減できる。

【００７５】スペックル除去機能、照明照度均一化機能
を持った結合光学系によって複数本の光ビームを１本に
結合することにより、露光照明光の光強度の均一性を高
めることができる。

【００７６】本発明では光源部が出射する複数本の光ビ
ームを結合光学系によって１本の光ビームに結合してい
るから、個々の固体レーザの出力は小さくとも装置全体
では大出力の露光照明光が得られ、高効率化が実現す
る。

【００７７】光源部を構成する個々の固体レーザは低出
力のもので済むから、光源部は全体として寿命が延び、
ひいては露光装置の寿命も延びる。

【００７８】光源部には複数の固体レーザを用いている
から、装置のメインテナンスあるいは故障のために一部
の光源が欠けても、装置全体としては出力が低下するけ
で中断することなく運転を続行することができる。した
がって製造ラインを停止せずに済むから、工場の稼働率
が向上するなどの特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。

【図２】本発明の実施に用いられる光源の例を示す図で
ある。

【図３】本発明の第２実施形態を示す図である。

【図４】本発明の第３実施形態を示す図である。

【図５】本発明の第４実施形態を示す図である。

【図６】エキシマレーザ露光装置の例を示す図である。

【符号の説明】

１光源２コリメータレンズ３カタディオプトリック光学系４コリメータレンズ６フライアイレンズ７コンデンサレンズ８マスク９対物レンズ１０ウェハ１１Ｘ−Ｙステージ２１ＬＤ（半導体レーザ）２２固体レーザ２４第１共振器２５第２共振器２９非線形光学素子３１光源部３３光ファイバーバンドル４１光源部４２ミラー４３回折格子５１光源部５３ミラー（分割）５４ミラー５５レンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置や液晶表示装置などの電子デ
バイスの製造工程においてマスク上に形成された回路な
どのパターンを基板上に露光する際に使用される露光装
置などの照明用光源装置として用いられる露光照明装置
であって、複数個の固体レーザ発振から成る光源部と、該光源部が出射する複数本の光ビームを１本の光ビーム
に結合する結合光学系とを備えたことを特徴とする露光
照明装置。
【請求項２】前記結合光学系が光ビームのスペックル
除去機能および照明照度均一化機能を備えていることを
特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
【請求項３】前記結合光学系として反射光学系、光フ
ァイバーバンドル、回折格子、レンズアレイのいずれか
を用いたことを特徴とする請求項２記載の露光照明装
置。
【請求項４】前記光源が、半導体レーザによって励起
された固体レーザが発振出射する光ビームを波長変換し
たｎ次高調波（ｎ≧４）を出射する光源であることを特
徴とする請求項１記載の露光照明装置。
【請求項５】光源部を構成する各光源と光学系との間
に空間的コヒーレンス低下手段および、または時間的コ
ヒーレンス低下手段を設けたことを特徴とする請求項１
記載の露光照明装置。