JPS6358827A - 露光装置 - 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〕 この発明は、半導体集積回路などの製造時に用いられる
露光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体集積回路はチップ内の回路密度を大きくす
るため、よシ微細なパタンを形成することに努力が払わ
れておシ、露光装置の光源の波長を短かくシ、パタンの
寸法を微細化するため、エキシマレーザを光源とするも
のが提案されている。

纂８図はマイクロサーキットエンジニアリング８３　（
Ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　
８３）　＋７３〜８３頁（著者Ｇ、Ｍ、　Ｄｕｂｒｏｅ
ｕｃｑ　、Ｄ　。

Ｚａｈｏｒｓｋｙ　）　　に示されている露光装置であ
シ、１はエキシマレーザ、２は反射鏡、３は拡散板、４
は照明用のレンズ、５は絞シ、６はレチクル、７は投影
用のレンズ、８はクエハ、９はＸＹステージである。こ
の装置は投影用のレンズＴのフィールドが狭く、マたエ
キシマレーザ１の光として波長λ＝　２４９　ｎｍ　％
波長の半値幅０．３２ｎｍＯものを用いているが、コヒ
ーレンジティが低いため、スペックルは発生していない
。

ところで、エキシマレーザによる光を用いる露光装置を
実用的なものにするためには、投影用のレンズとしてフ
ィールドが大きく、ＮＡ（開口数）の大きなものが必要
となる。このようなレンズを適用した露光装置では、光
学系における色収差の影響を避けるため、エキシマレー
ザ光の半値幅を０．１ｎｍ以下にすることが必要となる
。ここで半値幅が０．１ｎｍ以下のエキシマレーザ光は
、コヒーレンジティが高いという性質を有するので、ス
ペックルの発生が避けられず、第８図に示す装置をその
まま用いることはできない。

スペックルのバタン形成への影響を除去する方法として
、位相の異なる光によシ多重露光する方法がジャーナル
Φオプ・オプティカル・ソサイティφオブーアメリカ（
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　０ｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ
　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ）　Ｖｏｌ、　６６、　Ｎｏ、
　１１゜１９７６．１２５７〜１２６０頁に示されてい
る（著者Ａｄａｍ　Ｋｏｇｍａ　ａｎｄ　Ｃｈａｒｌｅ
ｓ　Ｒ，ＣｈｒｉｓｔｅＨｓｅｎ、厘毛Ｅｆｆｅｃｔｓ
　ｏｆ　５ｐｅｃｋｌｅ　ｏｎｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　
）。この文献によるとスペックルのバタン形成への影響
を除去するためには位相の異なる光を２００回以上多重
露光すれば良いことが屏析されている。

〔発明が解決しようとする間１点〕 しかし々からエキシマレーザによるパルス発振回数は毎
秒約１００パルスであるため、２００回の照射を行なお
うとすると２秒間露光しなければならず、生産性を向上
させるにはこの露光時間を短縮することが望まれていた
。

〔問題点ｔＳ決するための手段〕

このような問題を解決するためにこの発明は、光源から
のパルス元の進行方向を複数に分岐し、その光路長が異
なシかつ各光路の出力が拡散装置の異なる個所に入射す
るか、入射角が異なるように入射するようにしたもので
ある。

〔作　用〕

複数のかつ位相が異なる光によって露光が行なわれる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す図であり、１０．１
５はプリズム、２ａ〜２ｄは反射鏡、１１は円板状で軸
１１ａを中心として回転する拡散板、１２は絞り、１３
はコリメーション用のレンズ、１４はマスク面あるいは
レチクル面、１６．１Ｔ、１Ｂは光路である。ここでプ
リズム１Ｑの詳細を第２図に示す。第２図（ａ）は平面
図、第２図（ｂ）は斜視図であシ、面１０ａと面１０ｄ
１面１０ｂと面１０ｃは平行になっている。面１０ａお
よび面ｔａｂに入射した光路１６の光はその進行方向が
光路１Ｔと光路１８の２つに分割され、光路１Ｔと光路
１８は光路１６の進行方向と平行になる。

第１図において光路１８の光はそのままプリズム１５に
入射するが、光路１Ｔの光は反射９２ａ〜２ｄによって
反射した後、プリズム１５に入射する。プリズム１５は
入射した光が拡散板１１上において同一範囲に重なるよ
うに、各面の角度が決められている（このことによって
入射角が異なる〕。また、拡散板１１は軸１１ａ　を中
心にして回転をするので、パルス状のレーザ光が発生す
る度にそのレーザ光が照射される拡散板上の位置が移動
する。また拡散板１１けその照射位置によって拡散方向
が異ぬるので、拡散板１１を通過したレーザ光は時々刻
々と位相が変化し７ている。

拡散板１１以降の光学系においては、拡散板１１におけ
る光路１７．１８の照射領域が光源となυ、コリメーシ
ョンレンズ１３により、マスク面１４に光が一様に照射
される。第１図において、光路１Ｔは光路１８よシも光
路長が３ｍ以上長くなるようにしている。光はＩｎｓの
間に約０．３　ｍ進み、この例では行路長の差が３ｍ以
上おるので、光路１γのレーザ光は光路１８のレーザ光
よりも１０ｎ３以上遅れて拡散板１１に到達する。レー
ザ光はその時間遅れが２０ｎｓａ度であることが知られ
ているから、Ｉｏｎｓ以上の時間遅れの後に拡散板１１
に到達するレーザ光は先に到達したレーザ光のエネルギ
が十分小さくなってから到達することになる。すなわち
、光源から送出された１回のパルス状のレーザ光の発光
は時間間隔１０ｎｓ以上を有する２回のレーザ光の照射
となって拡散板１１に達することになる。

したがって拡散板１１には光源から出た１回のレーザ光
の発光が１ｏｎ３以上の時間間隔を有する２回のレーザ
光の発光として到達し、これらが回転する拡散板１１を
通過することによってマスク面１４に達する光は時々刻
々位相が変る。このため、マスク面は刻々と位相の異な
る光で毎秒２００回照射され、露光時間を従来の半分す
なわち１秒に短縮することができる。

第３図は第２の実施例であり、２０はビームスプリッタ
、２１は牛透明鏡である。この実施例では光路１６のレ
ーザ光をビームスプリッタ２０により光路１７，１８に
分け、光路１７，１８の光のパワーは略等しくなるよう
にしておき、光路１Ｔの光路長は光路１８の光路長より
３ｍ以上長くなるようにし１おく。また、第１図の例と
同様に光路１７と光路１８で拡散板１１へ入射するレー
ザ光の入射角が異なるようにしておく。このように構成
することによって第１図に示す装置と同様の理由により
、露光時間は従来のものの半分の１秒で良くなる。

第４図は第３の実施例であり、２Ｑａ、２０ｂはビーム
スプリッタ、２ａ〜２ｅは反１ｒｆｎ、２１ａ。

２１ｂは牛透明鏡、２５はレンズ、２６はオプティカル
インチクレータ、２７はレンズ２５を固定する枠、２８
は加振器、２９は観測面、１７ａ。

１７ｂはビームスプリッタ２０ｂにより分岐された光路
でちる。この場合、ビームスプリッタ２０ａで分岐され
るエネルギは光路１Ｔが３分の２、光路１８が３分の１
となるようにし、ビームスプリッタ２０ｂ　で分岐され
るエネルギは光路１７ａと１７ｂ　とで等しくなるよう
にしておく。そして、観測面２９において光路１８．１
７ａ、１７ｂの光路が一致するようにし、各光路から観
測面２９に入射する入射角は相互に少しずつ異なるよう
にしておく。また、各光路を通る光はそれぞれＩｏｎｓ
以上の時間間隔をもってオプティカルインチクレータ２
６に到達するように、各行路長を設定しておく。

このような装置においてレンズ２５に撮動が与えられる
ことによってマスク面１４に照射される光の位相が時々
刻々変化する。そして１回のレーザ光の発光によって３
回の照射が行なわれるので、露光時間を従来の３分の１
である３分の２秒に短縮することができる。この場合、
レンズ２５の位置変化はその方向が光軸に垂直でも平行
でも、これらを組合わせた方向でもよく、変化量は±５
０μｍ程度で艮い。このため、レンズ２５の位置変化が
マスク面１４における光のパワー変化や均一性に影響す
ることはほとんどない。

第５図は第４の実施例であシ２ａ〜２には反射鏡、４０
はプリズムでちゃ、ビームスプリッタ２０ａ　で分岐さ
れる光路１８ａ、１８ｂのエネルギは等しく、ビームス
プリッタ２０ｂで分岐される光路１７ａ、１７ｂのエネ
ルギも畳しくなるように分岐される。第６図はプリズム
４０の詳細を示す図であｐ、４０ａ〜４０ｅはプリズム
の面であ）、光路１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂの元
が面４０ｍ　に垂直に入射し、たとき、プリズム４０か
ら出射した各光路の光は拡散板１１の同−Ｎ囲にくるよ
うに、プリズム４０、拡散板１１の位置を決めている。

また各光路は各々の光路長が３ｍ以上異なるようにして
いる。

このように構成することによって一回のレーザ光の発光
から時間間隔が１Ｑａ３以上の四回のレーザ光の照射が
得られ、拡散板１１に入射する。そして、四回のレーザ
光の拡散板１１への入射角が各々異なるため、拡散板１
１からは位相の異なるレーザ光が４回出射する。このた
め、従来装置と比較して露光時間を４分の１、すなわち
０．５秒に短縮できる。

第７図は第５の実施例であシ、４１〜４３はプリズムで
ある。プリズム４２．４３の屈折率ｆ　Ｎ　。

そのプリズム中を光か伝播する距濫をｄとすると、プリ
ズム４２．４３中の光路長はＮ−ｄで与えられる。プリ
ズム４２．４３に石英ガラス製とするとＮ＝１．５であ
るため、光路１Ｔの光路長を第１図の場合と同じにする
場合、プリズム４２．４３の長さは第１図の光路の長さ
の１／１．５にできる。

すなわち、第７図の実施例では第１図の実施例と同じ効
果を得ようとした場合、光学系を狭い領域に構成するこ
とができる。この実施例ではプリズム４１に入射した光
がオプティカルインチクレータ２６の入射面で一致する
ような溝底にしておシ、また加振器２８によシブリズム
４１を微小な角度回転して、オプティカルインチクレー
タ２６（て入射するレーザ光の位置がエキシマレーザの
発振周期毎に異なるようＫＬ、発振周期毎にオプティカ
ルインチクレータ２６を出射する光の位相が異なるよう
にしてｈる。発振周期毎のプリズム４１の回転角の変化
は、オプテづカルインテグレータ２６の入射面における
レーザ光の位置の変化が１〜５μｍＫなる程度で良い。

このためプリズム４１の回転がマスク面１４上での光の
パワーや均一性に影響することはほとんどない。

第１〜第４の実施例において、レーザ光の光路に石英ガ
ラスを用いることで、第５の実施例のように光学系を構
成する領域を狭くすることができる。またバタン形成装
置に存在する空間、あるいはバタン形成装置の周辺の空
間を利用して、反射鏡、プリズムなどを設置するように
すれば、レーザ光の光路長を長くするために、バタン形
成装置全体が大きくなることはない。レーザ光の光路長
を変えるために、長さの異なる光ファイバを利用するよ
うにしても良い。そして、反射鏡の代シにプリズムを用
いることもでき、さらにレーザ光を分割するために第２
図において面１０ｍ、１０ｂを反射鏡にしたような光学
部品を用いることもでき・る。第１〜第５の実施例では
、エキシマレーザから１回発生するレーザ光を２〜４回
照射するレーザ光に分割するようにしたが、光学部品を
適当に配ｔ’ｉることによって分割するレーザ光の数を
４以上にすることができる。

なお以上の実施例では各光路から出た光が拡散装置間−
ｍ囲に入射されるようにして、そこへの入射角度が異な
るようにしているが、拡散装置の同一個所でなく、異な
る位置に入射するようにすれば、それぞれの光路の光は
入射角度が同一であっても良い。

第１〜第５の実施例ではエキシマレーザを光源とするバ
タン形成装置について説明したが、ｑスイッチ・レーザ
のように、パルス発振させたレーザを光源とするバタン
形成装置にも適用でき、またバタン形成装置以外にレー
ザｃｖｏ　＜　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　）、エピタキシャル放炎、レーザエツ
チングなどにおいて、照射するレーザ光のビークパワー
を低くするのにも適用できる。そしてこれらに適用する
場合にはスペックルの影響が無視できることもあシ、そ
の場合には第１〜第５の実施例で示したスペックルに対
する対策は不要である。第１〜第５の実施例では、エキ
シマレーザからの一つのパルス光を時間間隔１０　ｎｓ
程度で複数のパルスに分割しているが、この時間間隔は
必要に応じてその惟の値にも設定できる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、光源から発振する一つ
のパルス状のレーザ光を、時間間隔をおめた複数のパル
ス状のレーザ光にし、かつ光拡散装置の異なる位置に照
射するか、異なる入射角で入射させるようにしたので、
コヒーレンジティが高い光源を利用したバタン形成装置
においてスペックルの影響を除去しながら露光時間を短
縮できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１囚に示す装置に使用するプリズム１゜の詳細を示す図
、第３図、第４図、第５図、第７図は他の実施例を示す
構成図、第６図は第５図におけるプリズム４０の詳細を
示す図、第８図は従来装置の一例を示す構成図である。 １舎・・・エキシマレ−ｆ、２　、２ａ〜２ｅ　　・・
・・反射ｆｉ、３，１１・・・・拡散板、４，７．１３
．２５・・・・レンズ、５・・・φ絞り、６・・・・レ
チクル、８もφ・・ウェハ、９＠８・＠ＸＹステージ、
１２＊　暢ｅ　１１絞シ、１５，４０．４１１１１１１
１１１プリズム、２　Ｇ　＋　２０ａ　＋　　２０ｂ　
”・・・ビームスプリンタ、２１・・・・半透明鏡、２
６Φφ・φオプティカルインチクレータ、２８・令争・
加振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から発するパルス光を拡散装置によつて拡散して露
   光を行なう露光装置において、パルス光の進光方向が複
   数となるように分岐する光分岐装置と、分岐された光の
   進行方向毎に設けられた光路長の異なる光路とから構成
   され、光路はその出力光が拡散装置の異なる個所に入射
   するか、異なる入射角で入射するように配設されたこと
   を特徴とする露光装置。