JPS62243329A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インジェクションロツタ方式のレーザ装置を
光源として狭帯域化された強力光を純度良く、すなわち
必要波長以外の光をなるべく少なくして出射するように
した光学装置に関する。

［従来の技術］ 従来、狭帯域化された強力光を発生する装置として、オ
シレータとアンブリファイアとの２つのレーザを連結し
、オシレータにおいてビーム拡がり角や波長幅を制御し
て発振した光をアンブリファイアにおいて増幅して出力
するいわゆるインジェクションロック（注入同期）する
レーザ装置が知られている。

このようなインジェクションロックされたレーザの一種
であるインジェクションロックされたエキシマレーザは
、光出力が大きいことおよび波長が１５７ｎｍ〜３５１
ｒ＋ｍと短いことから高解像度の半導体露光装置の光源
として有望視されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述のようなエキシマレーザを光源とし
て半導体素子等の微細パターンを投影露光した場合、レ
ーザ光を狭帯域化しているにもかかわらず期待した解像
度が得られないという問題があった。

本発明は、上記問題の発生原因を次のように知見するに
至った結果達成されたものである。以下、図面を用いて
上記問題の発生原因を詳説する。

第４図は、この種のレーザ装置、例えばインジェクショ
ンロックドエキシマレーザの構成を示す。同図において
、Ａはオシレータとなるレーザ、Ｂはアンブリファイア
となるレーザである。

オシレータＡにおいて、１はハロゲンガスや稀ガス等の
バッファガスを封じ込め励起用の放電電極等を備えたレ
ーザキャビティ、２はピンホール、３はプリズム、４は
ミラー、５はハーフミラ−１６は可変アパーチャである
。２枚のミラー４．５は安定型共振器を構成し、ピンホ
ール２とプリズム３は発振波長を選択および狭帯域化し
ている。また、可変アパーチャ６はビームの拡がり角を
制御している。７は２枚の平面ミラーで、オシレータＡ
で生成されたレーザ光をアンブリファイアＢへ導入して
いる。

アンブリファイアＢにおいて、８は１と同様のレーザキ
ャビティ、９．１０は非安定型共振器を構成する１組の
ミラーで、ここでオシレータＡから導入される狭帯域化
された弱いレーザ光を増幅して強力光を出射する。オシ
レータＡでは、プリズム３が傾いて挿入されているため
に、発振するレーザ光はほぼ直線偏光となり、アンブリ
ファイアＢで増幅されても偏光状態は保たれる。ところ
がこのようなレーザ装置においては、ノイズ成分として
アンブリファイアＢだけで発振（寄生発振）するレーザ
光（以下ペアイスクル光と呼ぶ）があり、これが、エキ
シマレーザ本来の波長（例えばＫｒＦレーザでは半値巾
２４８．５ｎｍ±０．２５ｎｍ）に対してペディスタル
状に拡がっている（第２図）。

このベタイスタル光は前述したように、アンブリファイ
アＢだけで発振しているため無偏光である。

ここで、全光量に対する狭帯域化部の光量の比をロッキ
ング効率と呼ぶが、この量は、第４図のプリズム３の角
度を変え発振波長を変化させることによって第３図のよ
うに増減する。偏光度も同様に増減する。ただし、これ
らのロッキング効率および偏光度は、いずれも、最高で
も１００％には達しない。

一方、エキシマレーザの波長は１５７０ｍ〜３５１ｎｍ
といった紫外光であるために、通常の光学ガラスを透過
しない等の制約がある。このため、このレーザを光源と
して半導体素子等の微細パターンを転写露光する場合、
石英、蛍石等のせいぜい１〜２種類の材料で構成された
収差の非常に大籾な投影レンズを用いなければならず、
従って、ペタイスタル光によって解像コントラストの低
下を招く等の問題を生じる。例えば、ペタイスタル光の
無いときのコントラストを０１０ツキング効率をＥとす
ると、ベタイスタル光が有るときのコントラストは、お
よそ Ｃ’　　＝ＣＨ・・・・・・（１） となる。

本発明の目的は、上述従来例に鑑み、ベタイスタル光の
光量を半減した光学装置を提供することにある。

［問題を解決するための手段および作用］本発明の光学
装置は、光源としてのインジェクションロックされたレ
ーザ装置と、このレーザ装置の出射光軸上に配設した偏
光子とで構成される。そして、この偏光子をレーザ装置
の出射光の偏光方向に合わせて配設すれば、この出射光
のうち、前述の有害なベタイスタル光の光量のみを半減
させることがで籾る。従って、色収差の非常に大きな投
影レンズによって、レチクル上の半導体素子等の微細パ
ターンをウェハに転写する半導体露光装置の光源として
この光学装置を用いることによって、従来のインジェク
ションロツタトレーザを用いた場合より解像度を向上さ
せることができる。

［実施例］ 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る光学装置を用いた半導
体露光装置の構成を示す。１１はインジェクションロッ
クドエキシマレーザで内部の構造は第４図のようになっ
ており、狭帯域化された波長のレーザ光を出射する。１
２はグラントムソンプリズムや誘電体膜偏光ビームスプ
リッタ等の偏光子で、レーザ１１のオシレータの偏光方
向と一致する偏光方向の光だけ通すように方向を合わせ
である。１３は通常水平方向に出射するレーザ光を下方
に向けるためのミラー、１４はレーザ光を所定のＮＡと
面積を持った均一な光線に変換するための照明光学系、
１５は半導体素子の微細パターンの原画が描れているレ
チクル、１６はパターンを転写しようとするシリコン等
のウェハ、１７はウェハ１６を載せるためのステージで
ある。また１Ｂはレチクル１５のパターンをウェハ１６
に転写するための投影レンズで、前述のように色収差が
非常に大きいため狭帯域化されたレーザ光で露光した場
合にのみコントラストの良い焼付像が得られる。

次に、第１図の光学装置の動作を説明する。まず、前述
したように、レーザ１１のオシレータＡで狭帯域化され
た直線偏光のレーザ光が生成され、該レーザ光はレーザ
１１のアンブリファイアＢで増幅され出射される。次に
、該レーザ光は偏光子１２に入射するが、該レーザ光は
直線偏光なので、偏光子１２を全部通過することができ
る。ところが、アンブリファイアＢで生成されたベアイ
スタル光は無偏光なので局しか通過することができない
。

従って、ベアイスタル光を含むレーザ１１からの出射光
は、偏光子１２通過後は、その全光量に占めるベディス
タルの割合も、通過前の局になり、その分ロッキング効
率が向上したものとなる。つまり、本光学装置を用いれ
ば、前述の（１）式かられかるように、ウェハ１６にお
ける解像コントラストが向上する。

［実施例の変形例］ なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく適宜
変形して実施することができる。

例えば、上述の実施例においては偏光子１２として、グ
ラントムソンプリズムや誘電体偏光ビームスプリッタを
用いているが、これらの代わりに、ロションプリズムや
ウォラストンプリズムを使用してもよい。ただし、両者
とも、所望の偏光方向の偏光光に加え、それに対し直交
方向の偏光光も同時に出射するので、これを遮断してや
らなければならない。特にウォラストンプリズムでは入
射光と出射光のビームの方向が異なるので注意せねばな
らない。

偏光子１２として、さらに、高分子膜を使うことも考え
られるが、現状では、未だエキシマレーザの波長のよう
な紫外域で十分な透過率と耐久力をもつものは得られて
いない。十分な機能をもつ高分子膜が開発されればこれ
も用いることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、狭帯域化された
インジェクションロツタトレーザの出射光軸上に偏光子
を配設したため、該出射光に含まれる有害なペタイスタ
ル光を半減することができ、ひいては該光学装置を用い
た半導体露光装置の被露光面における解像コントラスト
の低下を軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る光学装置な適用した
半導体露光装置の構造図、 第２図は、インジェクションロックドＫｒＦエキシマレ
ーザの分光スペクトル、 第３図は、同レーザの発振波長の変化によるロッキング
効率または偏光度の変化を表わすグラ乙 第４図は、インジェクションロックドエキシマレーザの
構造図である。 Ａ：オシレータ、Ｂ：アンブリファイア３ニブリズム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ビーム拡がり角および波長幅を狭く制御し、且つ直
   線偏光した光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発
   振器から出射される光を増幅するレーザ増幅器と、この
   レーザ増幅器の出射光軸上に配設された偏光子とを具備
   することを特徴とする光学装置。 ２、前記偏光子が、前記直線偏光光を透過する向きに偏
   光方向を合せて配設されている特許請求の範囲第１項記
   載の光学装置。