JPH05190425A

JPH05190425A - 照明装置

Info

Publication number: JPH05190425A
Application number: JP4021605A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyaji; 章宮地; Shinobu Atsumi; しのぶ渥美
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1993-07-30
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JP3358090B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ光のスペクトルを狭帯化して照射する
レーザ光源を含む照明装置において、狭帯化スペクトル
のバックグラウンド光を除去し、よりスペクトル幅の狭
いレーザ光を射出する照明装置を得る。【構成】レーザ光源から射出した光束の光路中に、前
記光束を断面所定領域で制限し、狭帯化によって射出す
べき波長の光束のみを空間的に抽出する抽出手段を配置
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＵＬＳＩの回路
パターンの製造に用いる投影露光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化を推進する上で、回路パ
ターンを転写する投影露光装置の解像性能の向上は欠か
せない。ＫｒＦエキシマレーザの発振スペクトルを狭く
し、投影レンズ系の色収差が出ないようにした形式のエ
キシマステッパは、１９８６年のＡＴＴ社の発表以来実
用化の努力が続けられている。この種の装置では、従来
の水銀ランプのｇ線やｉ線を用いた露光装置に比べて短
波長を用いているので解像力が高く、レチクルパターン
の転写の忠実度が高いので、０．３５μｍルールのＬＳ
Ｉに最も適した露光装置と考えられている。

【０００３】従来行なわれているエキシマレーザの発振
スペクトルの狭帯化は、例えば図８に示すような構成の
光源装置を用いている。このレーザ光源は、Ｋｒ，Ｆ
２，Ｎｅ等の混合気体を封入し、放電によって生じた光
を増幅するゲイン部３１と出力側ビームスプリッタ３４
と、スペクトルの狭帯化を行なうプリズム３２とグレー
ティング３３より構成されている。

【０００４】狭帯化された出力光の一部はビームスプリ
ッタ３５により分岐して波長モニタ３６に入射される。
波長モニタ３６からはスペクトルの中心波長とスペクト
ル幅の情報が波長制御部３７に送られ、波長制御部３７
はこの情報に基いてグレーティング３３の回転角を制御
することにより、出力ビームの中心波長をほぼ一定値に
安定させる。なお、プリズム３２、グレーティング３３
の代わりにエタロンを用いるかまたはそれらを適宜組み
合わせて用いる場合もある。但し波長制御部３７の制御
範囲は中心波長の管理のみであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなエキシマ
レーザ光源においては、図９に実線Ａで示す如くレーザ
の発振スペクトルが狭帯化されている。図において、上
記のプリズム３２およびグレーティング３３等の狭帯化
素子が無く、単なる全反射鏡のみがある場合、即ち狭帯
化してないレーザ光のスペクトルを破線Ｂで示す。この
時のスペクトル幅△λ_G (FWHM)は３００〜４００ｐｍで
あり、狭帯化された場合のスペクトルＡの半値幅△λ₀
の値約３ｐｍと比べて１００倍以上大きい。

【０００６】このように、スペクトルを狭帯化すること
によって、露光光学系の投影レンズの持つ色収差がほぼ
無視できるようになる。しかしながら、実際には狭帯化
された本来必要なスペクトル以外に、狭帯化されなかっ
たスペクトルのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emissi
on）光がわずかながら強度Ｉ_BGのバックグラウンド光と
してレーザ光源から出力されていることが一般的に知ら
れている。

【０００７】このバックグラウンド光は、その強度の殆
どがビームの像面においてフレアとして現われ、結像光
学系の色収差の影響を受けて、結像のコントラストを低
下させる。このコントラストの低下により最小解像線幅
が大きくなるだけでなく、最小解像線幅より大きな０．
３５μｍ線幅において、本来深くなるべき焦点深度が浅
くなるという問題点があった。

【０００８】本発明は、上記問題を解消し、狭帯化スペ
クトルのバックグラウンド光を除去し、スペクトル幅の
より狭いレーザ光を射出する照明装置を得ることを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る照明装置では、レーザ
光のスペクトルを狭帯化して射出するレーザ光源を含む
照明装置において、前記レーザ光源は、前記狭帯化によ
って射出すべき第１スペクトルの基本光束と、該基本光
束に沿って進むと共に該基本光束の断面周囲にずれた位
置を通る第２スペクトルのノイズ成分を同時に射出して
なり、前記レーザ光源から射出したレーザ光の光路中に
配置され、前記基本光束と前記ノイズ成分のうち、前記
基本光束のみを空間的に抽出する抽出手段と、前記基本
光束に対する前記ノイズ成分の空間的な位置に応じて前
記抽出手段を調節可能とする調節手段を備えた。

【００１０】また、請求項２に記載の発明に係る照明装
置では、請求項１に記載の照明装置において、前記抽出
手段は、スリット、ピンホール、のうちの少なくとも一
方を含むものである。

【００１１】また、請求項３に記載の発明に係る照明装
置では、請求項１に記載の露光装置において、前記抽出
手段を通過した前記レーザ光のスペクトルと強度との関
係を検出する検出手段と、前記関係に基いて前期強度の
対数値を求めることによって前記ノイズ成分の存否を判
断する判断手段と、前記判断手段の結果に基いて前記調
整手段を調整する制御手段とを有している。

【００１２】

【作用】本発明は、レーザ光源からの光束を該光束断面
の所定領域で制限し、狭帯化された本来必要な基本光束
のみを抽出する抽出手段を備えた露光装置であり、これ
によってレーザ光源より狭帯化されないまま放出された
バックグラウンド光の除去ができる。また、レーザ光の
波長と強度との関係（分光特性）を検出する検出手段の
結果に基いてバックグラウンド光の有無を判断し、該判
断結果をフィードバックして制御手段を介して調整手段
を操作することによって抽出手段を調節する。

【００１３】ここで、抽出手段としてスリットを用いた
場合を例に本発明の作用を説明する。レーザ光の分光特
性の検出において、通常の出力では図９にみられるよう
にバックグラウンド光は狭帯化されたスペクトルに比べ
て強度が非常に小さいため、その有無を判断するのが困
難である。

【００１４】しかしながら、エキシマレーザ光の分光特
性の形状は、一般にガウシアンまたはローレンチアンで
表わされるため対数化することによって二次関数で表わ
すことができる。そこで本発明においては、図７に示す
ように、検出された分光特性のデータについてそのエネ
ルギー強度値の対数値を求めらる。その結果バックグラ
ウンド光は、図７においてピークの裾部に曲線ＢＧで示
すように現われ、これによってバックグラウンド光の有
無が容易に判断できる。

【００１５】即ち、として図７に破線で示したようなバ
ックグラウンド光のない分光特性のデータをリファレン
スとして持っていれば、図７に実線で示したような検出
データと比較することによって、バックグラウンド光Ｂ
Ｇの有無が容易に判断できる。この結果をフィードバッ
クして調整手段を操作し、スリット幅を調整すれば、バ
ックグラウンド光が除去されたレーザ光を得ることがで
きる。

【００１６】以上に説明した如く、本発明においては、
検出されたレーザ光の分光特性を対数化することにより
容易にバックグラウンド光の有無を検出し、該検出結果
に応じて抽出手段を調整することでバックグラウンド光
を除去することが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１に、
本発明の一実施例である照明装置を用いるのに好適な
投影露光装置の概略構成図を示す。本実施例の構成は、
スペクトルを狭帯化し波長安定化したＫｒＦエキシマレ
ーザ光源１、駆動装置を備えた抽出部材２、分光特性検
出器３、レーザ光の強度を変化させる可変減衰器４、ビ
ームの断面方向の強度分布を均一化するビーム一様化素
子５、ビームスプリッター６、ビームの照明領域を規定
する可変ブラインド７、ミラー８、コンデンサーレンズ
９、レチクルＲ、投影レンズＰＬ、ウエハＷ、光量検出
器１１、露光量制御部１０とからなる。

【００１８】抽出部材２によって、レーザ光源１の出力
のフレア、即ちバックグラウンド光が除去される。検出
器３による検出結果は駆動装置にフィードバックされ、
抽出部材２が制御される。以下にこの抽出部材について
説明する。

【００１９】図２に抽出部材としてスリット状の開口部
を備えた遮光部材（以下、単にスリットと称す）を用い
た場合の実施例を示す。図において、エキシマレーザ１
から狭帯化されたレーザ光が狭帯化されていないバック
グラウンド光とともに放出される。スリット２４はフレ
アとして現われるバックグラウンド光を制限し、本来露
光に必要な狭帯化されたスペクトルのみがスリット２４
の開口部を通過する。その開口部は、駆動部２３によっ
て縦、横ともその幅を自由に変化させることが可能な構
造となっている。

【００２０】スリット２４を通過したレーザ光は、ビー
ムスプリッター２２によって一部が反射され、分光特性
を検出するための検出器３、例えば分光器に入射する。
この検出器３による検出結果は、図７に示すように縦軸
にエネルギー強度を対数変換して表わされる。コンピュ
ータ２１内の演算比較部にはリファレンスとして図７に
破線で示したようなバックグラウンド光のない分光特性
が与えられており、これと検出結果とを常時比較してバ
ックグラウンド光ＢＧの有無の判断を行う。

【００２１】バックグラウンド光が確認されれば、その
結果に基いて、コンピュータ２１内の制御部はスリット
２４の幅を狭めるように駆動部２３を制御する。この動
作を繰り返すことにより、目的とするバックグラウンド
光のない純度の高い（スペクトル幅に狭い）狭帯化スペ
クトルが得られる。

【００２２】図３は、上記に示したようなシーケンスを
フローチャートで表わしたものである。即ち、レーザ光
の分光特性を検出し（ステップ１０１）、各波長におけ
る強度値の対数を求める（ステップ１０２）。この結果
からバックグラウンド光の有無を判断し（ステップ１０
３、１０４）、バックグラウンド光が存在するときは、
ステッパからの発振受け付けを停止する（ステップ１０
５）。

【００２３】通常の露光装置においては、レーザ側とス
テッパ側との間で、インターフェース信号によって協調
制御がなされている。分光特性の検出でバックグラウン
ド光が検出されれば、ステッパへ発振受付ができない状
態であることを知らせ、照明光学系中のシャッタを閉じ
る等の手段によりレーザ光がステッパ（特にウエハ上）
に届かない状態にする。その後、駆動部を制御してスリ
ットの開口部の形状を調整する。

【００２４】バックグラウンド光が検出されているうち
はこのルーチンを繰り返してスリットの調整を行なう
が、分光特性の検出の結果、バックグラウンド光が除去
されたと判断されれば、発振受付の停止を解除し（ステ
ップ１０７）、ステッパ側から発振命令があればそれに
従ってレーザ光を発振する（ステップ１０８、１０
９）。

【００２５】次に抽出部材としてレンズ系とスリットと
を組み合せて用いる場合を図４に示す。エキシマレーザ
部１とスリット２４との間に駆動部２３を有したレンズ
系２５を配置し、該レンズ系２５の各光学素子を移動す
ることによりスリット２４に照射するレーザ光の断面形
状を変化させフレアとして現われるバックグラウンド光
を除去する。

【００２６】図２の場合のようにスリットのみを用いた
場合では、スリット開口部の形状を変更することによっ
てスリット通過後のビーム光の断面形状が所望のものよ
り小さくなってしまう恐れがある。そこで、上記の如く
レンズ系２５を用い、スリット２４の開口部の形状を変
更しない構成とすれば、図１に示す減衰器４に入射する
レーザ光の断面形状を所望のものにすることができる。
従って、減衰器４以降の装置の構成を変更、若しくは調
整する必要はなくなる。

【００２７】図５は、スリットに照射するレーザ光を集
光させる構成としたものである。例えばシリンドリカル
レンズ等を含むレンズ系２７ａによって、その焦点位置
近傍に配置したスリット２４ａ上にレーザ光を集光さ
せ、スリットの長手方向に直交する方向のフレアを除去
する。

【００２８】スリット２４ａを通過したレーザ光は、レ
ンズ系２７ｂによって上記の方向とほぼ直交する方向に
ついて集光され、レンズ系２７ｂの焦点位置近傍に配置
したスリット２４ｂによって、その方向のフレアが除去
される。スリット２４ｂを通過したレーザ光は発散して
いるので、スリット２４ｂ以降の光路中に光学系を配置
することによって光束の断面形状を所望のものにすると
いう構成にしてもよい。

【００２９】スリット２４ａ、スリット２４ｂは、それ
ぞれ駆動部２３ａ、駆動部２３ｂによってレーザ光の光
軸に沿って移動し、フレアを制限（遮光）する領域を変
化させる。また、スリット２４ａ、スリット２４ｂの位
置を固定し、レンズ系２７ａ、レンズ系２７ｂを移動す
る構成としてもよい。なお、図中での集光の様子は、ほ
ぼ直交する２方向を便宜上一平面に表示してある。

【００３０】また、特に２つのスリット２４ａ、スリッ
ト２４ｂを用いて２回に分けてフレアを除去する必要は
なく、１つの集光光学系を用いてスリット上にレーザ光
を集光する構成としても同様の効果がある。以上の図
２、図４、図５に示す各実施例では、いずれもスリット
によってフレアを除去する構成としたが、このスリット
をピンホールに置き換えても同様の効果が得られる。

【００３１】図６は、抽出部材としてエタロンを用いる
ものである。レーザ光源１から発振された狭帯化された
レーザ光をエタロン２９に照射し、このエタロン２９の
傾きを制御すること、即ちエタロン２９に対するレーザ
光の入射角を制御することによって、バックグラウンド
光を除去する。これは、エタロン２９をフィルターとし
て用いるものである。

【００３２】このエタロン２９を透過したレーザ光をス
リット２４で制限することによって、さらにバックグラ
ウンド光を除去することができる。但し、このスリット
２４は特に設ける必要はない。なお、エタロンは、上記
の図１、図４、図５に示す各実施例に適用できることは
言うまでもない。

【００３３】以上の実施例では、バックグラウンド光を
除去した後のレーザ光の波長と強度との関係を検出する
手段の例として分光器を用いることとしたが、エタロン
を用いてレーザ光のフリンジを検出すようにしても良
い。この場合も、上記の実施例と同様に強度値の対数を
求めることによってバックグラウンド光の有無を判断す
ることができる。

【００３４】また、レーザ光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザの他、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂ レーザ等を用い
ても良い。さらに、ＹＡＧレーザ等の固体レーザの高調
波や自由電子レーザ等を用いる場合にも本発明を適用す
ればスペクトルの純度が向上する。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、狭
帯化レーザ光の本来必要なスペクトル以外の不必要なバ
ックグラウンド光を除去できる為、ウエハ面上に形成さ
れる像のコントラストが向上する効果がある。また、ス
ペクトル幅を制御でき、より狭いスペクトル幅を得るこ
とも可能となり同様に像のコントラスト向上に寄与でき
る。

【００３６】さらに、像のコントラストの向上により、
より細かいパターンまで転写でき、ＬＳＩの高密度化に
対応出来るだけでなく、焦点深度が深くなりＬＳＩの線
幅制御精度が向上するので歩留りも良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る投影露光装置の概略構成
図である。

【図２】本発明の制限手段としてスリットを用いた場合
のバックグラウンド光除去システムの説明図である。

【図３】本発明のバックグラウンド光除去機構のシーケ
ンスを示すフローチャート図である。

【図４】本発明の抽出手段としてレンズおよびスリット
を用いた場合のバックグラウンド光除去システムの説明
図である。

【図５】本発明の抽出手段としてレンズおよびスリット
を用いた場合のバックグラウンド光除去システムの他の
例の説明図である。

【図６】本発明の抽出手段としてエタロンを用いた場合
のバックグラウンド光除去システムの説明図である。

【図７】本発明の作用を説明するスペクトル強度を示す
線図である。

【図８】従来の投影露光装置のレーザ光源部の概略構成
図である。

【図９】スペクトル狭帯化の説明図である。

【符号の説明】

１：エキシマレーザ光源２：抽出部材３：検出器４：可変減衰器Ｒ：レチクルＰＬ：投影レンズＷ：ウエハ１１：エキシマレーザ３２：プリズム３３：グレーティング２２：ビームスプリッタ２３：駆動部２４，２４ａ，２４ｂ：スリット２５：レンズ系２７ａ，２７ｂ：レンズ系２９：エタロン２１：コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光のスペクトル幅を狭帯化して射
出するレーザ光源を含む照明装置において、前記レーザ光源は、前記狭帯化によって射出すべき第１
スペクトルの基本光束と、該基本光束に沿って進むと共
に該基本光束の断面周囲にずれた位置を通る第２スペク
トルのノイズ成分を同時に射出してなり、前記レーザ光
源から射出したレーザ光の光路中に配置され、前記基本
光束と前記ノイズ成分のうち、前記基本光束のみを空間
的に抽出する抽出手段と、前記基本光束に対する前記ノ
イズ成分の空間的な位置に応じて前記抽出手段を調節可
能とする調節手段を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記抽出手段は、スリット、ピンホー
ル、のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請
求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記抽出手段を通過した前記レーザ光の
スペクトルと強度との関係を検出する検出手段と、前記
関係に基いて前期強度の対数値を求めることによって前
記ノイズ成分の存否を判断する判断手段と、前記判断手
段の結果に基いて前記調整手段を調整する制御手段とを
有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。