JPH11204894A - エキシマレーザ発振装置、及びそれを用いた縮小投影露光装置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法 - Google Patents
エキシマレーザ発振装置、及びそれを用いた縮小投影露光装置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法Info
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- JPH11204894A JPH11204894A JP10004704A JP470498A JPH11204894A JP H11204894 A JPH11204894 A JP H11204894A JP 10004704 A JP10004704 A JP 10004704A JP 470498 A JP470498 A JP 470498A JP H11204894 A JPH11204894 A JP H11204894A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子等を製造する際の露光工程の中に
用いられるエキシマレーザ発振装置、およびこれを備え
た縮小投影露光装置において、従来よりも高効率化を図
ることができるようにする。 【解決手段】 複数の狭帯域化素子を装置内に含めるこ
とで複数の単色光を取り出して複数の単色光を用いて露
光を行う。 【効果】 レーザの実行的な出力が向上し、また、複数
の単色光が基板上に到達するため、多重干渉の増幅が低
減され、寸法精度の向上をもたらす。
用いられるエキシマレーザ発振装置、およびこれを備え
た縮小投影露光装置において、従来よりも高効率化を図
ることができるようにする。 【解決手段】 複数の狭帯域化素子を装置内に含めるこ
とで複数の単色光を取り出して複数の単色光を用いて露
光を行う。 【効果】 レーザの実行的な出力が向上し、また、複数
の単色光が基板上に到達するため、多重干渉の増幅が低
減され、寸法精度の向上をもたらす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等を製
造する際の露光工程などで用いられる狭帯域化エキシマ
レーザ発振装置、およびそれを用いた縮小投影露光装
置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法に
関する。
造する際の露光工程などで用いられる狭帯域化エキシマ
レーザ発振装置、およびそれを用いた縮小投影露光装
置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体素子の高密度集積化は、リ
ソグラフィ技術の進化発展によるものと言っても過言で
はない。
ソグラフィ技術の進化発展によるものと言っても過言で
はない。
【０００３】一般に、縮小投影光学系を用いたリソグラ
フィ技術の解像限界は、解像度をＲ、プロセス係数をＫ
1、光源波長をλ、レンズの開口数をＮＡとすれば、以
下に示すレイリーの式によって表される。
フィ技術の解像限界は、解像度をＲ、プロセス係数をＫ
1、光源波長をλ、レンズの開口数をＮＡとすれば、以
下に示すレイリーの式によって表される。
【０００４】 Ｒ＝Ｋ1×(λ／ＮＡ) (１) この(１)式より明らかなように、解像度Ｒを小さくする
には、開口数ＮＡを大きくするか、プロセス係数Ｋ1ま
たは光源波長λを小さくするしかない。
には、開口数ＮＡを大きくするか、プロセス係数Ｋ1ま
たは光源波長λを小さくするしかない。
【０００５】この中でも光源波長λの短波長化は、焦点
深度を低下させることなく微細化が実現可能で、従来の
g線(λ＝４３６nm)からi線(λ＝３６５nm)に変更された
のに続いて、近年では、ＫrＦエキシマレーザ(λ＝２４
８nm)が実現されようとしている。
深度を低下させることなく微細化が実現可能で、従来の
g線(λ＝４３６nm)からi線(λ＝３６５nm)に変更された
のに続いて、近年では、ＫrＦエキシマレーザ(λ＝２４
８nm)が実現されようとしている。
【０００６】以下、図面を参照しながら、上記した従来
のエキシマレーザを用いた露光方法の一例について説明
する。
のエキシマレーザを用いた露光方法の一例について説明
する。
【０００７】図８は従来の縮小投影露光装置の構成図、
図９は同装置に備えたエキシマレーザ発振装置の構成図
である。。
図９は同装置に備えたエキシマレーザ発振装置の構成図
である。。
【０００８】図８において、４'はエキシマレーザを発
生するエキシマレーザ発振装置、５は発振光を整形する
光学系、６はレチクル、７は投影レンズ、８は基板であ
る。
生するエキシマレーザ発振装置、５は発振光を整形する
光学系、６はレチクル、７は投影レンズ、８は基板であ
る。
【０００９】そして、上記のエキシマレーザ発振装置
４'の内部には、発振器１０と狭帯域化素子１３とが設
けられている。発振器１０は、ＫrＦエキシマレーザを
発振出力するものであり、また、狭帯域化素子１３を設
けているのは、ＫrＦエキシマレーザの発振波長では、
従来のg，i線波長のように、投影レンズ７内に”色消
し”を行う材料がないため、予めレーザを単色光に近い
レベルまで狭帯域化しなければならないからである。
４'の内部には、発振器１０と狭帯域化素子１３とが設
けられている。発振器１０は、ＫrＦエキシマレーザを
発振出力するものであり、また、狭帯域化素子１３を設
けているのは、ＫrＦエキシマレーザの発振波長では、
従来のg，i線波長のように、投影レンズ７内に”色消
し”を行う材料がないため、予めレーザを単色光に近い
レベルまで狭帯域化しなければならないからである。
【００１０】以上のように構成された縮小投影露光装置
について、以下、その動作について説明する。
について、以下、その動作について説明する。
【００１１】まず、エキシマレーザ発振装置４'の発振
器１０で発振して得られたエキシマレーザは、狭帯域化
素子１３で半値幅が１pm前後にまで狭帯域化される。こ
うして狭帯域化されたレーザは、光学系５を通り整形を
施される。
器１０で発振して得られたエキシマレーザは、狭帯域化
素子１３で半値幅が１pm前後にまで狭帯域化される。こ
うして狭帯域化されたレーザは、光学系５を通り整形を
施される。
【００１２】整形されたレーザは、レチクル６を通過し
て投影レンズ７内で１／５に縮小され、基板８上にパタ
ーンを結像する。
て投影レンズ７内で１／５に縮小され、基板８上にパタ
ーンを結像する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、レーザの発振出力の大半を無駄にして
しまうのみならず、単色光であるがゆえに、図１０に示
すように、基板８からの反射光の多重干渉効果が増強さ
れる。
ような構成では、レーザの発振出力の大半を無駄にして
しまうのみならず、単色光であるがゆえに、図１０に示
すように、基板８からの反射光の多重干渉効果が増強さ
れる。
【００１４】その結果、出力低下、寸法精度の劣化を招
き、レーザ本体の短寿命化にもつながる。
き、レーザ本体の短寿命化にもつながる。
【００１５】本発明は、上記の問題点に鑑み、エキシマ
レーザを用いた露光において、従来よりも高効率化を図
ることができるようにすることを課題とする。
レーザを用いた露光において、従来よりも高効率化を図
ることができるようにすることを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、複数の単色光を用いて露光を行うこと
を特徴とする。具体的には、複数の狭帯域化素子を装置
内に含めることで複数の単色光を取り出しが可能で、レ
ーザの実行的な出力を向上する。
めに、本発明は、複数の単色光を用いて露光を行うこと
を特徴とする。具体的には、複数の狭帯域化素子を装置
内に含めることで複数の単色光を取り出しが可能で、レ
ーザの実行的な出力を向上する。
【００１７】また、複数の単色光が基板上に到達するた
め多重干渉の増幅が低減され、寸法精度の向上をもたら
す。上記構成のエキシマレーザ発振装置を用いなくと
も、複数のエキシマレーザを光源波長を変更して用いる
ことで、同様の効果を得ることが可能である。露光は複
数波長を同時に行っても順次行ってもよい。
め多重干渉の増幅が低減され、寸法精度の向上をもたら
す。上記構成のエキシマレーザ発振装置を用いなくと
も、複数のエキシマレーザを光源波長を変更して用いる
ことで、同様の効果を得ることが可能である。露光は複
数波長を同時に行っても順次行ってもよい。
【００１８】また、狭帯域化素子(エタロン)内の圧力を
露光中に変化させることにより、露光中に中心波長が連
続的に変化し同様の上記効果を得ることが可能である。
露光中に変化させることにより、露光中に中心波長が連
続的に変化し同様の上記効果を得ることが可能である。
【００１９】複数の単色光を同一の投影光学系を通し結
像することにより、基板上には複数の焦点が得られる。
基板上に複数の焦点を得ることは、デフォーカス時の結
像強度特性を向上させ、結果として有効な焦点深度を向
上させることは一般によく知られている(Fukuda et al,
Proc.of SPIE,1990)。またブロードバンドを用いた露
光では、単色光を用いた露光方法に比べて多重干渉効果
を低減することも一般的である。本発明のごとく複数補
単色光による露光方法を用いれば、従来の単一の単色光
によるエキシマレーザ露光法に比べて格段に多重干渉に
よる寸法変動を低減することができる。
像することにより、基板上には複数の焦点が得られる。
基板上に複数の焦点を得ることは、デフォーカス時の結
像強度特性を向上させ、結果として有効な焦点深度を向
上させることは一般によく知られている(Fukuda et al,
Proc.of SPIE,1990)。またブロードバンドを用いた露
光では、単色光を用いた露光方法に比べて多重干渉効果
を低減することも一般的である。本発明のごとく複数補
単色光による露光方法を用いれば、従来の単一の単色光
によるエキシマレーザ露光法に比べて格段に多重干渉に
よる寸法変動を低減することができる。
【００２０】複数の波長で露光する方法としては、複数
の狭帯域化素子を装置内に含めることで複数の単色光を
取り出しが可能で、レーザの実行的な出力を向上する。
の狭帯域化素子を装置内に含めることで複数の単色光を
取り出しが可能で、レーザの実行的な出力を向上する。
【００２１】また、複数の単色光が基板上に到達するた
め多重干渉の増幅が低減され、寸法精度の向上をもたら
す。上記構成のエキシマレーザ発振装置を用いなくと
も、複数のエキシマレーザを光源波長を変更し用いるこ
とで同様の効果を得ることが可能である。
め多重干渉の増幅が低減され、寸法精度の向上をもたら
す。上記構成のエキシマレーザ発振装置を用いなくと
も、複数のエキシマレーザを光源波長を変更し用いるこ
とで同様の効果を得ることが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００２３】図１は、本発明の縮小投影露光装置の全体
を示す構成図、図２はそのエキシマレーザ発振装置の構
成図であり、図８および図９に示した従来技術に対応す
る部分には同一の符号を付す。
を示す構成図、図２はそのエキシマレーザ発振装置の構
成図であり、図８および図９に示した従来技術に対応す
る部分には同一の符号を付す。
【００２４】図１および図２において、４はエキシマレ
ーザを発生するエキシマレーザ発振装置、３は２波長の
レーザ光を集光する集光素子で、集光プリズム３aおよ
び一対のミラー３b，３cからなる。５は発振光を整形す
る光学系、６はレチクル、７は投影レンズ、８は基板で
ある。
ーザを発生するエキシマレーザ発振装置、３は２波長の
レーザ光を集光する集光素子で、集光プリズム３aおよ
び一対のミラー３b，３cからなる。５は発振光を整形す
る光学系、６はレチクル、７は投影レンズ、８は基板で
ある。
【００２５】そして、上記のエキシマレーザ発振装置４
の内部には、ＫrＦエキシマレーザを発振出力する単一
の発振器１０、分光プリズム１１、一対のミラー１２
a，１２b、および一対の狭帯域化素子１３a，１３bが設
けられている。
の内部には、ＫrＦエキシマレーザを発振出力する単一
の発振器１０、分光プリズム１１、一対のミラー１２
a，１２b、および一対の狭帯域化素子１３a，１３bが設
けられている。
【００２６】発振器１０内で発振出力されたエキシマレ
ーザは、分光プリズム１１によって２分割された後、ミ
ラー１２a，１２bでそれぞれ反射されて狭帯域化素子１
３a，１３b内に導入される。各素子１３a，１３b内に
は、２４８nmと２４９nmのグレーチングピッチを１nm変
更した狭帯域化素子が内蔵されている。
ーザは、分光プリズム１１によって２分割された後、ミ
ラー１２a，１２bでそれぞれ反射されて狭帯域化素子１
３a，１３b内に導入される。各素子１３a，１３b内に
は、２４８nmと２４９nmのグレーチングピッチを１nm変
更した狭帯域化素子が内蔵されている。
【００２７】図３に狭帯域化素子１３a，１３bを通過し
て装置４外に発振されたレーザ光の分光スペクトルを示
すが、同図から分かるように、半値幅０.８pmの２４８n
mと２４９nmのレーザが発振されている。
て装置４外に発振されたレーザ光の分光スペクトルを示
すが、同図から分かるように、半値幅０.８pmの２４８n
mと２４９nmのレーザが発振されている。
【００２８】こうして発振された２波長のレーザ光は、
集光素子４で一つにまとめられ、光学素子５で整形され
た後、レチクル６、対物レンズ８を順次通過して基板９
上にたとえば１／５の縮小率で露光される。
集光素子４で一つにまとめられ、光学素子５で整形され
た後、レチクル６、対物レンズ８を順次通過して基板９
上にたとえば１／５の縮小率で露光される。
【００２９】前述のように、それぞれの狭帯域化素子で
狭帯域化されたレーザ光は、基板９上下の２カ所にそれ
ぞれの焦点を結像する。その結像位置の差は、約１μm
である。
狭帯域化されたレーザ光は、基板９上下の２カ所にそれ
ぞれの焦点を結像する。その結像位置の差は、約１μm
である。
【００３０】基板９上にパターン形成材料を回転塗布
し、その０.２５μmパターンの多重干渉効果を調べた結
果を図４に、また、焦点深度について従来のステッパと
比較したものを図５にそれぞれ示す。
し、その０.２５μmパターンの多重干渉効果を調べた結
果を図４に、また、焦点深度について従来のステッパと
比較したものを図５にそれぞれ示す。
【００３１】図４および図５から分かるように、従来の
露光装置と比較して、寸法変動が小さくなり、かつ、約
１.５倍の焦点深度を有することが分かる。
露光装置と比較して、寸法変動が小さくなり、かつ、約
１.５倍の焦点深度を有することが分かる。
【００３２】なお、上記の実施形態では、エキシマレー
ザ発振装置４は、単一の発振器１０に対して２つの狭帯
域化素子１３a，１３bを設けた構造としているが、図６
に示すように、２つの発振器１０a，１０bを併設すると
ともに、各発振器１０a，１０bに個別に対応させて狭帯
域化素子１３a，１３bを設けた構成とすることも可能で
ある。
ザ発振装置４は、単一の発振器１０に対して２つの狭帯
域化素子１３a，１３bを設けた構造としているが、図６
に示すように、２つの発振器１０a，１０bを併設すると
ともに、各発振器１０a，１０bに個別に対応させて狭帯
域化素子１３a，１３bを設けた構成とすることも可能で
ある。
【００３３】さらに、波長を２つに限定することなく多
数の波長を発振可能なエキシマレーザを用いても、その
波長レンジが１０nm以下の場合には、十分な結像特性を
得られることを発明者は確認している。
数の波長を発振可能なエキシマレーザを用いても、その
波長レンジが１０nm以下の場合には、十分な結像特性を
得られることを発明者は確認している。
【００３４】また、図２および図６に示した構成は、２
波長を得る方法であるが、その他に、３台以上を使用す
る方法も考えられるが、結果については同様の良好なも
のが期待される。
波長を得る方法であるが、その他に、３台以上を使用す
る方法も考えられるが、結果については同様の良好なも
のが期待される。
【００３５】さらに、露光は、この実施形態では、複数
波長を同時に行っているが、時分割で順次行っても同様
の上記効果を得ることが可能で、たとえば、図７に示す
構成とすることも可能である。
波長を同時に行っているが、時分割で順次行っても同様
の上記効果を得ることが可能で、たとえば、図７に示す
構成とすることも可能である。
【００３６】すなわち、図７は、エキシマレーザ発振装
置内に設けられている狭帯域化素子１３内の内部圧力を
変更可能に構成した場合の実施形態を示す構成図であ
る。
置内に設けられている狭帯域化素子１３内の内部圧力を
変更可能に構成した場合の実施形態を示す構成図であ
る。
【００３７】エタロン内部圧をコントロールする圧力調
整系２０と波長モニタシステム２２とを装備し、波長モ
ニタシステム２２で波長を検知して、最適なエタロン内
圧を得るようにしている。
整系２０と波長モニタシステム２２とを装備し、波長モ
ニタシステム２２で波長を検知して、最適なエタロン内
圧を得るようにしている。
【００３８】この装置のように、狭帯域化素子１３(エ
タロン)内の圧力を露光中に変化させることにより、露
光中に中心波長が連続的に変化するため、上述の場合と
同様の良好な結果が得られる。
タロン)内の圧力を露光中に変化させることにより、露
光中に中心波長が連続的に変化するため、上述の場合と
同様の良好な結果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、エキシマレーザ露光におけ
る、焦点深度の劣化、多重干渉効果の増を低減できるば
かりか、しいてはエキシマレーザの長寿命化を実現する
ことが可能で工業的に大きな利用価値がある。
る、焦点深度の劣化、多重干渉効果の増を低減できるば
かりか、しいてはエキシマレーザの長寿命化を実現する
ことが可能で工業的に大きな利用価値がある。
【００４０】複数の単色光を同一の投影光学系を通し結
像することにより、基板上には複数の焦点が得られる。
像することにより、基板上には複数の焦点が得られる。
【００４１】本発明のごとく、複数補単色光による露光
方法を用いれば、従来の単一の単色光によるエキシマレ
ーザ露光法に比べ格段に多重干渉による寸法変動を低減
することができる。
方法を用いれば、従来の単一の単色光によるエキシマレ
ーザ露光法に比べ格段に多重干渉による寸法変動を低減
することができる。
【００４２】複数の波長で露光する方法としては、複数
の狭帯域化素子を装置内に含めることで複数の単色光を
取り出しが可能で、レーザの実行的な出力を向上する。
また、複数の単色光が基板上に到達するため多重干渉の
増幅が低減され、寸法精度の向上をもたらす。
の狭帯域化素子を装置内に含めることで複数の単色光を
取り出しが可能で、レーザの実行的な出力を向上する。
また、複数の単色光が基板上に到達するため多重干渉の
増幅が低減され、寸法精度の向上をもたらす。
【図１】本発明の実施の形態に係る縮小投影露光装置の
概略を示す構成図。
概略を示す構成図。
【図２】図１の装置に装備さたエキシマレーザ発振装置
の構成図。
の構成図。
【図３】図１の装置で得られる２波長のエキシマレーザ
光の分光スペクトルを示す図。
光の分光スペクトルを示す図。
【図４】図１の装置を用いたパターン形成における多重
干渉効果を示す特性図。
干渉効果を示す特性図。
【図５】図１の装置を用いたパターン形成における０.
２５μmパターンの焦点深度図。
２５μmパターンの焦点深度図。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る縮小投影露光装
置の概略を示す構成図。
置の概略を示す構成図。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る縮小投影
露光装置の概略を示す構成図。
露光装置の概略を示す構成図。
【図８】従来の縮小投影露光装置の概略を示す構成図。
【図９】図８の装置に設けられたエキシマレーザ発振装
置の構成図。
置の構成図。
【図１０】従来の縮小投影露光装置の装置を用いたパタ
ーン形成における多重干渉効果を示す特性図。
ーン形成における多重干渉効果を示す特性図。
１…縮小投影露光装置、３…集光素子、４…エキシマレ
ーザ発振装置、５…光学素子、６…レチクル、７…投影
レンズ、８…半導体基板、１０，１０a，１０b…発振
器、１１…分光プリズム、１３，１３a，１３b…狭帯域
化素子、２０…圧力調整系、２２…波長モニタシステ
ム。
ーザ発振装置、５…光学素子、６…レチクル、７…投影
レンズ、８…半導体基板、１０，１０a，１０b…発振
器、１１…分光プリズム、１３，１３a，１３b…狭帯域
化素子、２０…圧力調整系、２２…波長モニタシステ
ム。
Claims (9)
- 【請求項１】 狭帯域化した少なくとも２波長以上の波
長ピークを有する単色光を発信可能なエキシマレーザ発
振装置。 - 【請求項２】 複数の狭帯域化素子を有することを特徴
とする狭帯域化エキシマレーザ発振装置。 - 【請求項３】 狭帯域化したエキシマレーザの中心波長
が２４８nmまたは１９３nmであり、かつ複数の波長が１
０nm以内であることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の狭帯域化エキシマレーザ発振装置。 - 【請求項４】 狭帯域化中心波長が連続的に１０nm以内
の範囲で変化可能であることを特徴とする狭帯域化エキ
シマレーザ発振装置。 - 【請求項５】 狭帯域化素子がエタロンで形成されてお
り、露光中にエタロン素子内圧を連続的に変化させるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項４記載の狭
帯域化エキシマレーザ発振装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の狭帯域化エキシマレーザ発振装置を有してなる縮小
投影露光装置。 - 【請求項７】 半導体基板上にパターン形成材料を成膜
する工程と、上記基板を請求項６記載の露光装置を用い
て１０nm以内の狭帯域化された２波長で露光する工程
と、上記基板を現像する工程を有することを特徴とする
パターン形成方法。 - 【請求項８】 狭帯域化された２波長が独立の狭帯域化
エキシマレーザ発振装置により発振された１０nm以内の
差を有する光であることを特徴とする請求項７記載のパ
ターン形成方法。 - 【請求項９】 狭帯域化された２波長は、２４８nmまた
は１９３nm付近の光であることを特徴とする請求項７ま
たは請求項８記載のパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10004704A JPH11204894A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | エキシマレーザ発振装置、及びそれを用いた縮小投影露光装置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10004704A JPH11204894A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | エキシマレーザ発振装置、及びそれを用いた縮小投影露光装置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11204894A true JPH11204894A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11591279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10004704A Pending JPH11204894A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | エキシマレーザ発振装置、及びそれを用いた縮小投影露光装置、ならびにその露光装置を用いたパターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11204894A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021186740A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | ギガフォトン株式会社 | 狭帯域化ガスレーザ装置、その制御方法、及び電子デバイスの製造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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