JPH03183117A - リソグラフィ光源用固体レーザ装置 - Google Patents

リソグラフィ光源用固体レーザ装置

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JPH03183117A
JPH03183117A JP2251445A JP25144590A JPH03183117A JP H03183117 A JPH03183117 A JP H03183117A JP 2251445 A JP2251445 A JP 2251445A JP 25144590 A JP25144590 A JP 25144590A JP H03183117 A JPH03183117 A JP H03183117A
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solid
wavelength
laser
state laser
nonlinear optical
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JP2251445A
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Akira Itani
井谷 彰
Kazuo Shimazaki
島崎 和男
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70008Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70025Production of exposure light, i.e. light sources by lasers
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/101Lasers provided with means to change the location from which, or the direction in which, laser radiation is emitted
    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • HELECTRICITY
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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] 本発明はリソグラフィ光源用固体レーザ装置に関するも
のである。
[従来の技術] ICの高集積度が増し製造プロセスが複雑化する中で、
半導体製造装置はますます神技に近い技術が求められて
いる。半導体製造装置業界は16メガビツトダイナミツ
クラム(以下MDRAMという:記憶保持動作を必要と
する随時読み出し書き込みメモリ)はもちろ/、、64
MDRAM以降まで見据えた技術開発に取り組んでいる
半導体製造装置といってもその種類は露光装置、イオン
注入装置、エツチング(食刻)装置、CvD(化学気相
成長法)装置、スパッタリング装置、検査装置、組立装
置など様々だカー なかでもICの集積度と関連して注
目を集めているのがステッパー(逐次移動式縮小露光装
置)である。これは光を利用して電子回路のパターンを
シリコンウェファ−上に焼き付ける装置である八 ステ
ッパーでどれだけ細い線が描かれるかがメモリーなどの
集積度を直接決めることにもなる。
リソグラフィ技術はこのような半導体デバイス微細化の
基本となる技術である。光露光を始めとして、電子ビー
ム露LX線露九 イオンビーム露光など各種リソグラフ
ィ技術について微細化への努力が進められている。
現在主流になっているリソグラフィ用光源は超高圧水銀
灯のG線(436nm)であるカー I線(365nm
)を使用したタイプも発表されている。さらに将来の微
細加工には光露光としてKrFエキシマレーザ(波長2
48nm)型のステッパーで対応する計画が進行中であ
る。
[発明が解決しようとする問題点] しかしGIIA (436nm)、 1線(365nm
)ではICの集積度が光源波長の制約から限られており
、 16MDRAMまでと考えられている。更に集積度
を高くするには短波長のエキシマレーザが次世代光源と
して候補に上がり研究開発が進められている。
しかし エキシマレーザはIC製造ラインに導入される
にあたり不備な点が多い。従来のIC製造工場では使わ
れることの無かったフッソガスが初めて導入されるわけ
である八 かなり危険なガスであるためガス配管材料、
配管方式などの十分な安全対策が要求される。
また周辺装置としてガス設備が必要であり装置が大型し
設置場所も制約されることのほか発電騒音対策(ガス循
環設備)も必要と思われる。
本発明は、上記実情を鑑み威したものであり、エキシマ
レーザ並みに短波長化したコンパクトな固体レーザ装置
をリソグラフィ用光源として実現しようとするものであ
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明の固体レーザ装置IL  固体レーザと、この固
体レーザから出力される固体レーザ光を波長変換して短
波長化する非線形光学材料とを備え、リソグラフィ用光
源として使用することを特徴とする装置である。
[作用] 本発明を用いれば16MDRAM以降17)IC集積度
に対応しかつIC製造プロセスに適するリソグラフィ用
光源が得られる。
以下、本発明の具体的態様を説明する。
本発明で用いる固体レーザとして1九 各種固体レーザ
、例えCI、YAGレーザ、ルビーレーザ(Cr”: 
 Al、O,jCr”を活性物質とシテ母体結晶中のA
1に置換したもの」)、ガラスレーザ、アレキサンドラ
イトレーザ(Cr3◆:BeA1204)、ガーネット
レーザ(Cr”:  Y3Ga5012Cr3”:  
Gd3Ga、O,、、Crs”:  Y、5c2Ga、
0.2.  Cr3+:  Gd、5c2Ga、0.2
.Cr”:Gd、5c2Al、0,2.Cr”:  L
a3Lu2Ga。
01、)サファイアレーザ(Tin◆:AltOs)等
を使用できる。また、Ce”◆を活性物質としたYLF
レーザでは308nm 〜325nmの発振光が得られ
る。
ここで、アレキサンドライトレーザ、ガーネットレーザ
、サファイアレーザ等は発振波長に一定の幅を有するも
の1転 波長可変固体レーザのレーザ媒質として用いる
ことができ、この波長可変固体レーザを本発明の固体レ
ーザとして用いることもできる。
ここで、波長可変固体レーザ(丸 エネルギー幅の広い
レーザ遷移を持つ固体であるレーザ媒質と、十分広い波
長範囲をもつ共振器と、発振波長を同調させる素子とを
備えたもので、波長同調素子と共振器とを兼ねた、波長
選択性を持つ共振器を使用する場合もある。波長可変固
体レーザの他の例として半導体レーザを使用したものも
例示できる。
波長可変固体レーザを用いることで、最適な波長が得ら
れるという点で効果的である。
これら固体レーザから出力されるレーザ光の波長は以下
の第1表のようにほぼ680〜2500nmの範囲にあ
る。この内680−1200nmの範囲のものがよい。
固体レーザから出力されるレーザ1叡 光非線形光学材
料により、例えIf、160〜600nm。
より好ましい範囲では200nm〜300nmの短波長
に波長変換される。
非線形光学材料としては、無機 有機いずれも使用でき
、非線形光学無機材料として臥 (ベータ型ホウ酸バリ
ウム(β−BaBaO*)の単結みK H4F O,単
結Jk、KBsOn・4H,O単結龜KD2PO,、L
iB1Os、KTiOPO,、L i I Os、KN
、O,、NH,H2PO,、R6H2A s Oa、C
sH,As14、R,H,PO4、Cs D2 A s
 Oa、LiN、O5、B a2N a N bso+
sなどで例示される非線形光学結晶を例示でき、好まし
く鷹 β−B a B 20a、K T i OP O
a がよい。これら結晶13  少なくともレーザー光
の入射面が球面状態となっており、この結晶のX2面に
平行でかっZ軸とのなす角度がレーザ光の波長変換の際
の位相整合角を含むように表面が球面状になっている。
また、非線形光学有機材料としてj戴 UREA(尿素
)、d  LAP ((D2N2)’2CND (CH
e)3CH(ND3) 4Coo−D2PO,−D20
)、MNA(2−メチル−4・ニトロアニリン)、MA
P(メチル−(2,4−ジニトロフェニル)−アミノー
2−プロパネート)、POM(3−メチル−4−ニトロ
ピリジン−l−オキサイド)、mNA(メタ−ニトロア
ニリン)を例示できる。このなかでもUREA、d−L
APが好適である。
β−BaB204単結晶の場合、レーザ光取 この単結
晶のX2面にレーザ光の偏光方向がこの結晶のY方向に
平行となるように入射させる。
非線形光学有機材料に 固体レーザからのレーザ光が入
射されると、基本波とともに第2高調波、第3高調波、
第4高調波というよう番:、n倍の高調波(n=自然数
)を発生する。そして、このような高調波をプリズムあ
るいはビーム・スプリッタ等で分離することで短波長レ
ーザ光が得られる。
通常、第3高調波に発生に関しては2次の非線形光学効
果による第2高調波と基本波による光混合(ミキシング
)の方が高効率でありこの和周波混合が利用される。
ここで、非線形光学材料の種類によって波長変換特性が
異なる。
例え1!、K T i OP Oaでは固体レーザから
出力された11064nの光が532nmに波長変換さ
れる。
β−B a B、O,では固体レーザから出力された1
1064nの光を3個のβ−B a B、Oa結晶で2
12.8nmに波長変換できる。
K T i OP Oaで11064nの光を532n
mに波長変換し さらにそれをβ−BaB2(Lで26
6nmとしたのち、さらにβ−B a B、Oaで21
2、8nmにすることができる。
以上のようにして得ら也 短波長化されたレーザ光は、
本発明において、半導体製造の際に行うリソグラフィの
光源として用いられる。本発明で得られるレーザ光の波
長は160−1200nrrL%より好ましい範囲では
200nm〜300nmの短波長であるため、より高集
積化された半導体の製造ができる。
本発明では、非線形光学材料により波長変換されて得ら
れたレーザ光の強度分布を均一な光にするインテグレー
タを備えることが好適で、このインテグレータにより、
照明強度分布が均一でむらの無い光が得ら札 リソグラ
フィ用短波長光源としてより最適なものとなる。
インテグレータとして1モ  光学ガラスの一面あるい
は両面に小さな凸レンズあるいは凹レンズを均一に形威
したもの、あるい眠 光学ガラスの一面あるいは両面に
凸レンズあるいは凹レンズ状の筋を同心円状あるいは平
行に形威したものなど、あるいL  各種レンズの組合
せにより形威したものを例示できるカー 要は入射され
たレーザ光が均一な光となればどのようなインテグレー
タを使用してもよい。
なお、リソグラフィ臥 半導体レジスト上をトレーザ光
で走査して半導体パターンを描くスキャン式と、半導体
パターンを描いたマスクを介して露光するマスク式があ
るカー 本発明では、インテグレータを用いない場合は
前者に適用でき、インテグレータを用いた場合は後者に
適用される。
以上により、固体レーザ光の波長を非線形光学材料を用
いてエキシマレーザ並みに短波長化したリソグラフィ用
光源用固体レーザ装置が得られる。
[実施例] 以下第1図を参照しつつ本発明の詳細な説明する。
この実施例の装置は、波長可変固体レーザからのレーザ
光をβ−BaB、0.で短波長化し インテグレータで
均一化するようにしたものである。
波長可変固体レーザ(叡 アレキサンドライトレーザを
使用している。
第1図に示したように リアミラー1、Q−スイッチセ
ル2、アレキサンドライトロッド(レーザ媒質)3、複
屈折フィルター(波長同調素子)4、エタロン(波長狭
帯域化素子)5、出力ミラー7が一直線状に配置されて
波長可変固体レーザ(L)が形威さ札 この固体レーザ
(L)から、アレキサンドライト基本レーザ光が出力さ
れるようになっている。
この波長可変固体レーザ(L)の出力ミラー側に 順次
、第1非線形光学材料(β−BaBzOa)8、波長板
10、第2非線形光学材料(β−BaB、0.)  1
1、プリズム13が直線状に配置さへさら&へ プリズ
ム13の近傍にインテグレータ14が配置されている。
ここで、波長板1oとは複屈折をもつ結晶から切り出し
た1枚の平行平面板πの位相差を与えるものを1/2波
長板、2πの位相差を与えるものを1波長板という。こ
こでは1/2波長板を用いる。
以下、この一実施例の装置を用いたりソゲラフイエ程を
説明する。
アレキサンドライトレーザ光は共振器(リアミラー1及
び出力ミラー7)内にブリュウースター角に配設した複
屈折フィルター4で発振波長を744nmに同調さ札 
更に光軸上に配設したエタロン5で発振スペクトルを狭
帯域化(o、oosnm以下)される。こうして得られ
たレーザ光(基本波)6は第1非線形光学材料 (β−
BaB。
04)8を透過味 該結晶8は基本波光の一部を第2高
調波(372nm)9に変換する。次&;基本波6と第
2高調波9を波長板10に入射し偏光面を一致させる。
偏光面が一致した基本波6と第2高調波9は第2非線形
光学材料(β−BaB204)11に入射される。第2
非線形光学材料11は基本波6と第2高調波9とをミキ
シングし第3高調波(248nm)12を発生させる。
第2非線形光学材料11を透過したレーザ光は第3高調
波12以外の波長を有するものも含まれており、プリズ
ム13でこれらは分離される。プリズム13で分離され
た第3高調波12はインチグレーター14に入射さ也 
光強度分布が均一化される。
[発明の効果] 本発明を用いれば16MDRAM以降のIC集積度に対
応しかつIC製造プロセスに適するリソグラフィ用光源
をエキシマレーザに比較して、安全で、簡単な構成の固
体レーザによって得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明リソグラフィ用レーザ装置の一例を示し
た概略説明図である。 l・・・リアミラー 2・・・Q−スイッチ、 3・・・アレキサンドライトロッド、 4・・・複屈折フィルター 5・・・エタロン、 6・・・アレキサンドライトレーザ基本波、7・・・出
力ミラー 8・・・第1非線形光学結龜 9・・・第2高調波、 10・・・波長板 11・・・第2非線形光学結龜 12・・・第3高調源 13・ ・ ・プリズム、 14・・・インチグレータ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固体レーザと、この固体レーザから出力される固
    体レーザ光を波長変換して短波長化する非線形光学材料
    とを備え、リソグラフィ用光源として使用することを特
    徴とする固体レーザ装置。
  2. (2)固体レーザが、波長可変レーザである請求項1記
    載の固体レーザ装置。
  3. (3)固体レーザが、アレキサンドライトレーザである
    請求項2記載の固体レーザ装置。
  4. (4)非線形光学材料により波長変換されて得られたレ
    ーザ光の波長が、200nm〜300nmである請求項
    1〜3のいずれかに記載の固体レーザ装置。
  5. (5)非線形光学材料により波長変換されて得られたレ
    ーザ光を均一な光にするインテグレータを備えた請求項
    1〜4のいずれかの固体レーザ装置。
JP2251445A 1989-09-21 1990-09-20 リソグラフィ光源用固体レーザ装置 Pending JPH03183117A (ja)

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JP1-245860 1989-09-21

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US (1) US5113402A (ja)
EP (1) EP0418890A3 (ja)
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KR (1) KR910007200A (ja)
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