JPH01119020A - 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】 〔技術分野〕 本発明は露光装置に関する。特に、本発明はレーザ光に
よりマスクの微細回路パターンを照明し、この微細回路
パターンをウェハ上に転写する為の露光装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体集積回路の高集積化に伴なって、ウェハ上
に転写する回路パターンの微細化の要請が高まっている
。この為、所謂ステッパーと呼称される半導体露光装置
においては、従来のｇ線（λ＝４３６ｎｍ）等から成る
焼き付は光に代えて更に短波長の光を使用する方式が考
えられている。

所謂遠紫外領域の短波長光を供給する光源として、エキ
シマレーザが良く知られており、各半導体露光装置メー
カ及びＩＣメーカ等でエキシマレーザを光源とする露光
装置の研究開発が活発に行われている。この種の露光装
置の詳細は、例えば特表昭６１−５０２５０７号公報等
に記載されている。

エキシマレーザから供給されるレーザ光の波長は、例え
ばＫｒＦエキシマレーザでλ＝２４８ｎｍ程度であり、
この様な遠視外域の光に対して適当な透過率を備えた硝
材は石英或いは蛍石に限定される。

従って、エキシマレーザを光源とした投影露光装置にお
いては、マスクパターンをウエノ１上に投影する投影光
学系を上記の限られた硝材で構成しなければならない。

従って、エキシマレーザから通常の状態で供給される波
長幅０．４ｎｍ（ＦＷＨＭ）程度のレーザ光に対して色
収差の補正を行うことが困難であった。

この為に、上記公表公報にも示される如く、エキシマレ
ーザからのレーザ光のスペクトル線幅を、レーザキャビ
ティ内にグレーティングやエタロン等の波長選択素子を
挿入することにより、非常に狭くする手法が提案されて
いる。この様な狭帯化したレーザ光を使用することで、
上述の色収差の問題は解決できる。

しかしながら、上記の狭帯化を行う方式では、グレーテ
ィングやエタロン等の波長選択素子の機械的安定性の不
定や、周囲の温度や湿度等の環境変化の為に、レーザ光
の波長が変化して投影光学系のピント変化や倍率変動が
生じ、回路パターンの転写性能が劣化する。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、波長変動
が殆ど生じない遠紫外のレーザ光を使用する、新規な露
光装置を提供することにある。

上記目的を達成する為に、本発明に係る露光装置は、マ
スクのパターンをウェハ上に転写する為の露光装置であ
って、金属蒸気レーザ源と該レーザ源からのレーザ光の
光路中に配設した高調波発生手段とを有し、該発生手段
により前記レーザ源の発振波長より更に波長が短い光を
生成し、該光により前記マスクを照明してマスクのパタ
ーンをウェハ上に転写することを特徴としている。

本発明に好適な金属蒸気レーザとして銅蒸気レーザがあ
る。銅蒸気レーザの発振波長はλ＝５１０ｎｍ又はλ＝
５７８ｎｍであり、例えばλ＝５１０ｎｍのレーザ光は
高調波発生手段により波長λ’　＝２５５ｎｍの遠紫外
のレーザ光に変換できる。そして、この銅蒸気レーザは
非常に狭い帯域のレーザ光を発振し、しかも安定して特
定波長のレーザ光を供給する。従って、エキシマレーザ
を利用した従来の露光装置に比べ、常時ウェハ上に良好
な回路パターンの転写が行える。

本発明の更なる特徴は後述する実施例に記載されている
。

〔実施例〕

第１図は本露光装置の一実施例を示す概略構成図である
。

同図において、１は銅蒸気レーザであり、発振波長λ＝
５１０ｎｒｒｉ、出力Ｗ＝７０（Ｗ）の光源を構成する
。２はＡＤＰやβ−ＢａＢ２０４等の電気光学結晶から
成る高調波発生素子で、変調可能なレーザ光の有効径は
１０ｍｍ程度である。３は銅蒸気レーザ１と高調波発生
素子２の間のレーザ光の光路中に配設したビーム径縮小
光学系であり、銅蒸気レーザ１から射出したビーム径数
ｃｍ程度のレーザ光を、ビーム径１０ｍｍ程度の平行レ
ーザ光に変換する。これにより銅蒸気レーザ１からのレ
ーザ光を高調波発生素子２にて有効に変調できる。

高調波発生素子２は素子内を通過するレーザ光の波長を
１　／　ｎに短波長化する機能を有しており、素子の高
調波の次数ｎを適宜設定して所望の波長の光を生成でき
る。この高調波発生素子の構造、波長変換原理に関する
詳細は、例えば「レーザ・ハンドブック」の第７章（朝
食書店）等の文献に示されている。

４はビーム拡大光学系であり、高調波発生素子２で生成
された短波長の平行レーザ光のビーム径を、照明用光束
として使用可能な大きさまで拡大する。本実施例の高調
波発生素子２は第２次高調波を発生するものであり、銅
蒸気レーザ１からの波長λ＝５１０ｎｍのレーザ光は高
調波発生素子２により波長λ＝２５５ｎｍのレーザ光に
変換され、ビーム拡大光学系４によりビーム径を拡大さ
れる。

ビーム径を拡大された平行レーザ光は折り曲げミラー５
、光束分割・インコヒーレント化光学系６、フライアイ
レンズ７、折り曲げミラー８、コンデンサレンズ９を介
して、回路パターンが形成されたレチクル（マスク）１
０を照明する。

光束分割・インコヒーレント化光学系６は、銅蒸気レー
ザ１が供給するコヒーレントなレーザ光を複数の光束に
分割すると共に互いにイン干渉パターンの影響を軽減し
てレチクル１０の均一照明を達成する。この光束分割・
インコヒーレント化光学系に関しては、本件出願人によ
る特願昭６１−２６０２３７号、特願昭６１−２６０２
３８号を参考にすると更に理解出来る。又、図示される
形態とは異なるが、ＵＳＰ４，６１９，５０８等に示さ
れる照明系も使用できる。

フライアイレンズ７は衆知の通り複数の２次光源を形成
するものであり、フライアイレンズ７の個々のレンズか
ら射出する互いにインコヒーレントなレーザ光は、折り
曲げミラー８及びコンデンサレンズ９を介してレチクル
１０上で互いに重なり合う。

このフライアイレンズ７、折り曲げミラー８、コンデン
サレンズ９によるレーザ光の重ね合わせにより、レチク
ル１０上の照度分布の均一化を図っている。

レチクル１０は石英基板上にクロム等の金属で回路パタ
ーンが描かれたものである。又、銅蒸気レーザ１とレチ
クル１０の間のレーザ光の光路中に位置するレンズ等の
各種透光性光学部材はすべて石英で構成されている。

１１は石英又は蛍石を硝材として使用して構成した投影
光学系で、１２はフォトレジストが上面に塗布されたウ
ェハである。レーザ光により均一照明されたレチクル１
０の回路パターンは、投影光学系１１によりウェハ１２
上に縮小投影され、ウェハ１２上の各ショットに回路パ
ターンが転写される。

ウェハ１２はウェハステージ１３に固定され、ウェハス
テージ１３は定盤１４上に配設されている。そして、ウ
ェハステージ１３は並進移動と回転、及び投影光学系１
１の光軸方向への上下移動が可能であり、不図示の駆動
装置により移動量と移動方向が制御される。

従って、ウェハステージ１３の移動制御を行って、ウェ
ハ１２の位置を投影光学系１１のピント位置と一致させ
、ウェハ１２をＸ、Ｙ方向（不図示）に順次ステップ移
動しながら各ショットに回路パターンを転写する。

本実施例では、銅蒸気レーザ１が供給する波長λ＝５１
０ｎｍのレーザ光の第２高調波である波長λ’　＝２５
５ｎｍのレーザによってレチクル１０を照明し、レチク
ル１０の回路パターンをウェハ１２上に転写している。

銅蒸気レーザ１が供給するレーザ光のスペクトル幅はΔ
λ＝０．００６ｎｍ　（７ＧＨｚ）程度であり、高調波
発生素子２を通過後のレーザ光（λ’　ａｖ２５５ｎｍ
）のスペクトル幅は更に半分に狭帯化されて、Δλ’　
＝＝０．００３ｎｍ程度になる。従って、上述の如（投
影光学系１１は、石英又は蛍石のいずれか一方を使用し
た単一硝材のみで構成出来、投影光学系１１の色収差補
正は殆ど配慮する必要がない。又、仮に色収差の補正が
ある程度必要な場合でも、石英と蛍石から成るレンズを
単純に配列するだけで済み、所謂貼り合せレンズは不要
である。遠紫外光に対する貼り合せレンズは吸収や耐久
性の点に問題があり、この意味でも、本実施例の露光装
置の利点が生かされている。

本実施例では銅蒸気レーザ１の第２次高調波を、高調波
発生素子２で生成して使用しているが、金属蒸気レーザ
と高調波の次数（ｎ）は、焼き付は光として如何なる波
長のレーザ光を使用するかにより決定される。

即ち、高調波（焼き付は光）の波長が４００ｎｍ以上で
あれば、従来のｇ線（オー。４３６ｎｍ）に比べて短波
長化の効果の度合が小さく、高解像力は望めない。

一方、波長を２００　ｎｍ以下にすると、レーザ光が空
気や石英、蛍石等で吸収され始めるという問題が生じる
。従って、高調波としては波長２００〜４００ｎｍ程度
、金属蒸気レーザとしては波長２００〜４００ｎｍのｎ
倍の発振波長を有するレーザを選択する。そして、高調
波発生素子により金属蒸気レーザからのレーザ光を第１
次高調波に変換して、この高調波を焼き付は光とする。

下記の表に、銅蒸気レーザを含む各種金属蒸気レーザの
発振波長と出力を示す。

高調波発生素子２は、前述の通りＡＤＰやβ−ＢａＢｚ
Ｏ＜等の電気光学結晶で構成されるが、レーザ光の有効
利用を図る為に出来るだけ変換効率の高い素子を使用す
るのが好ましい。

β−ＢａＢｚｏ４は変換効率１０〜４０％程度であり、
本発明に好適な素子の１つである。

又、第１図において、高調波発生素子２はビーム縮小光
学系３とビーム拡大光学系４の間の平行レーザ光の光路
中に配されており、高調波発生素子２を通過するレーザ
光のエネルギ密度が高すぎる場合、素子２が損傷をおこ
す。従って、レーザ光のエネルギ密度が素子２の損傷し
きい値を越える場合には、このしきい値以下となる様に
、銅蒸気レーザ１の出力を制御したり、銅蒸気レーザ１
と高調波発生素子２の間の光路中にＮＤフィルタ等を設
け、レーザ光の強度を減衰させる必要がある。

さて、従来のエキシマレーザの繰り返し周波数は、数百
Ｈｚ程度であり、露光装置のスルーブツト向上の為に０
．１秒程度の短時間でウェハ上の所定ショットを露光す
る場合、１回の露光を数十パルスで行うことになる。そ
して、この露光時の露光量制御は、良好なパターンの転
写を行う為に精確に行わなければならない。従って、パ
ルス間強度のばらつきが士数％とあるとして、繰り返し
周波数、即ち１回の露光（ショット）に用いるパルス数
が多い程露光量制御は精確になる。

本発明に使用する金属蒸気レーザの繰り返し周波数は通
常数ＫＨｚであり、エキシマレーザのそれに比べて１０
倍以上高い。従って、１回の露光時間を０．１秒程度と
しても、１ショット当り数百パルスレーザ光を供給出来
、精確な露光量制御が可能である。

又、前述のＵＳＰ４，６１９，５０８に示される様な、
レーザ光走査方式による２次光源の形成とインコヒーレ
ント化を行う照明系の場合にも、レーザ光のパルス数が
多い程スペックルの影響を軽減するのに有効である。

従って、この種の照明系を搭載した露光装置に対しても
本発明は極めて有効である。

本発明で使用する金属蒸気レーザは、レーザ発振時に遷
移する金属イオンや金属原子のエネルギ準位間の準位差
のみにより発振波長が決まるレーザである。従って、レ
ーザの機械的不安定性や温度、湿度等の環境変化に起因
してレーザの発振波長が変動することはない。この為、
投影光学系のピントや倍率変化が生じることはなく、常
に良好な回路パターンの転写が行える。

又、金属蒸気レーザは、レーザ発振時に機械的振動や発
熱が伴なう為、例えば第１図に示すレーザユニット１．
２，３，４．５と露光ユニット６．７，８，９，１０，
１１，１２，１３．１４とを分離配置し、露光ユニット
に銅蒸気レーザ１の発熱や振動が伝達されないよう工夫
する。

ここでは、レーザユニット１〜５と露光ユニット６〜１
４に分離することを提案するが、全システムの構成に当
たり例えばレーザユニット１〜４と露光ユニット５〜１
４に分離する等適宜設計可能である。

又、この様に各ユニット毎に分離配置する場合、量ユニ
ット間を伝播するレーザ光のずれを防止するレーザ光の
位置合わせ機構や補正機構などを付加する。

又高調波発生素子２の変換効率は、レーザ光の入射角に
大きく左右する為、素子２の傾き調整機構を付加し、且
つ素子２で波長変換されたレーザ光の光量をモニターす
る装置を配設して、この光量モニタ装置からの出力信号
に応じて調整機構を駆動することにより素子２の傾き調
整を行うと良い。又、この光量モニタ装置としては、通
常の露光量モニタ装置を兼用して使用するのも好ましい
。

本実施例では、レチクル１０の回路パターンをウェハ上
に転写する為の光学系として、複数のレンズから成る投
影光学系１１を用いているが、この光学系として反射鏡
を組合せた反射光学系、或いはレンズ等の屈折光学素子
と反射鏡を組合せた反射屈折光学系（カタジオブライツ
ク系）などが使用できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、金属蒸気レーザを用いてマスク
やレチクル等の回路パターンをウェハ上に転写する為、
エキシマレーザの如く波長変動に伴なう転写性能の悪化
を回避できる。

又、金属蒸気レーザは繰り返し周波数が高く、１回の露
光を非常に多数のパルス光で行える為、精確な露光量制
御が可能である。従って、常時最良の状態でマスクやレ
チクル等の回路パターンをウェハ上に転写できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る露光装置の一実施例を示す概略構
成図。 １・・・銅蒸気レーザ ２・・・高調波発生素子 ６・・・光束分割・インコヒーレント化光学系１０・・
・レチクル １１・・・投影光学系 １２・・・ウエハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マスクのパターンをウェハ上に転写する為の露光装置
   であって、金属蒸気レーザ源と該レーザ源からのレーザ
   光の光路中に配設した高調波発生手段とを有し、前記発
   生手段により前記レーザ源の発振波長より更に短波長化
   した波長の光を生成し、該光によって前記マスクを照明
   してマスクのパターンをウェハ上に転写することを特徴
   とする露光装置。