JPH10270325A - Exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
Exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH10270325A JPH10270325A JP9074242A JP7424297A JPH10270325A JP H10270325 A JPH10270325 A JP H10270325A JP 9074242 A JP9074242 A JP 9074242A JP 7424297 A JP7424297 A JP 7424297A JP H10270325 A JPH10270325 A JP H10270325A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 真空紫外域で十分な高平均出力の狭帯域化さ
れたレーザ光を長時間安定して発生できる露光光源を提
供する。
【解決手段】 XeClエキシマレーザ101から取り
出されたレーザ光L1は、ビームスプリッタ105aに
当たり、そのパワーの約30%が、色素レーザ発振器1
02の励起光源として用いられ、波長416nmのレー
ザ光L3が発振する。色素レーザ発振器102では狭帯
域化素子であるエタロン110が用いられており、レー
ザ光L3は狭帯域化されている。レーザ光L3は、ビー
ムスプリッタ105aを透過し、ミラー111を経由し
て入射される約70%のパワーのレーザ光L4にて増幅
動作を行う色素レーザ増幅器103で増幅され、波長変
換部104内の非線形光学結晶112中に集光する。そ
れにより第2高調波である波長208nmのレーザ光L
6が発生し、露光光L7として利用される。
(57) [Problem] To provide an exposure light source capable of stably generating a narrow band laser beam having a sufficiently high average output in a vacuum ultraviolet region for a long time. SOLUTION: A laser beam L1 extracted from a XeCl excimer laser 101 strikes a beam splitter 105a, and about 30% of its power is supplied to a dye laser oscillator 1.
The laser light L3 having a wavelength of 416 nm oscillates as the excitation light source 02. In the dye laser oscillator 102, an etalon 110, which is a band narrowing element, is used, and the band of the laser beam L3 is narrowed. The laser light L3 is transmitted through the beam splitter 105a, is amplified by the dye laser amplifier 103 that performs an amplification operation with the laser light L4 having a power of about 70%, which is incident via the mirror 111, and is amplified in the wavelength converter 104. The light is focused in the nonlinear optical crystal 112. Thereby, the laser light L having a wavelength of 208 nm, which is the second harmonic, is obtained.
6 is generated and used as exposure light L7.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、露光光源および露
光技術ならびに半導体装置の製造技術に関し、特に、半
導体装置の製造工程におけるレーザ光を用いたフォトリ
ソグラフィ技術等に適用して有効な技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure light source, an exposure technique, and a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a photolithography technique using laser light in a semiconductor device manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】フォトリソグラフィ技術として露光装置
(ステッパと呼ばれることもある。)に要求される性能
としては、解像度、アライメント精度、処理能力、装置
信頼性など種々のものが存在する。その中でも、パター
ンの微細化に直接つながる解像度Rは、R=k・λ/N
A(k:定数、λ:露光波長、NA:投影レンズの開口
数)によって表される。したがって良好な解像度を得る
ためには、露光波長λという光学パラメータが重要なフ
ァクターになる。2. Description of the Related Art There are various types of performance required for an exposure apparatus (sometimes called a stepper) as a photolithography technique, such as resolution, alignment accuracy, processing ability, and apparatus reliability. Among them, the resolution R directly leading to the miniaturization of the pattern is R = k · λ / N
A (k: constant, λ: exposure wavelength, NA: numerical aperture of the projection lens). Therefore, in order to obtain good resolution, the optical parameter called the exposure wavelength λ is an important factor.
【0003】従来のステッパでは、おもに水銀ランプの
g線(波長:436nm)やi線(波長:365nm)
が露光光源として利用されてきたが、より微細な加工線
幅を実現するための一層の短波長な露光光源として、波
長248nmのKrFエキシマレーザが利用されるよう
になってきた。In a conventional stepper, a g-line (wavelength: 436 nm) or an i-line (wavelength: 365 nm) of a mercury lamp is mainly used.
Has been used as an exposure light source, but a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm has come to be used as an exposure light source having a shorter wavelength to realize a finer processing line width.
【0004】露光光源としてのKrFエキシマレーザに
要求される性能としては、発振するレーザ光の波長幅が
狭くなければならない。すなわち波長の狭帯域化が要求
され、約1pm以下にする必要がある。その理由として
は、波長が短くなると、ステッパの縮小投影レンズのレ
ンズ材の屈折率波長分散が大きくなるからであり、波長
によってレンズの焦点距離が異なるようになる。そのた
めレーザ光の波長に広がりがあると、シャープな像が得
られなくなるからである。As a performance required for a KrF excimer laser as an exposure light source, the wavelength width of the oscillating laser light must be narrow. That is, it is required to narrow the wavelength band, and it is necessary to reduce the wavelength to about 1 pm or less. The reason for this is that as the wavelength decreases, the wavelength dispersion of the refractive index of the lens material of the reduction projection lens of the stepper increases, and the focal length of the lens varies depending on the wavelength. This is because if the wavelength of the laser beam is wide, a sharp image cannot be obtained.
【0005】そして次世代のフォトリソグラフィとして
さらに微細な加工を行うための露光光源として、波長1
93nmのArFエキシマレーザの利用も検討されてい
る。As an exposure light source for performing finer processing as next-generation photolithography, a wavelength of 1
Use of a 93 nm ArF excimer laser is also being studied.
【0006】なお、これに関しては、たとえば、平成8
年レーザー学会学術講演会・第16回年次大会、講演予
講集、25pVII4(第96頁から第99頁)におい
て説明されている。In this connection, for example, in
Laser Society of Japan, 16th Annual Conference, Preliminary Lecture Book, 25pVII4 (pages 96 to 99).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ArFエキシマレーザ
を用いた露光光源の技術的課題としては、レーザに狭帯
域化素子を用いても、波長幅は10pm程度もあり、単
色レンズを用いるステッパに必要な波長幅1pm以下に
狭帯域化させることが困難である点が挙げられる。その
理由として、ArFエキシマレーザの波長193nmを
含む波長約0.2ミクロン以下は真空紫外域であるため、
一般に多くの光学材では吸収率が高くなる。そのため狭
帯域化素子自体が、発振するレーザ光を吸収して、短期
間でダメージが生じることがある。したがって、狭帯域
化が十分に行えないことになる。あるいはまた十分に狭
帯域化しようとすると、レーザ出力が低下するため、ス
テッパとしてのスループットが低下することが技術的課
題であった。すなわち、狭帯域化と高出力化が相反し、
両方を同時に十分満足させることが困難であった。な
お、これに関しては、たとえば、月刊Semicond
uctor World1995年11月、第16頁か
ら第17頁において説明されている。The technical problem of the exposure light source using the ArF excimer laser is that even if a narrow band element is used for the laser, the wavelength width is about 10 pm and a stepper using a monochromatic lens is required. It is difficult to narrow the band to a wavelength width of 1 pm or less. The reason is that the wavelength of about 0.2 μm or less including the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser is in the vacuum ultraviolet region,
In general, the absorption rate of many optical materials is high. Therefore, the band-narrowing element itself may absorb the oscillating laser light and cause damage in a short period of time. Therefore, the band cannot be sufficiently narrowed. Alternatively, if the band is to be sufficiently narrowed, the laser output is reduced, so that a technical problem is that the throughput as a stepper is reduced. In other words, narrowing the band and increasing the output contradict each other,
It was difficult to satisfy both at the same time. In addition, regarding this, for example, monthly Semicond
actor World, November 1995, pp. 16-17.
【0008】また第2の技術的課題として、狭帯域化素
子のダメージと同様に、レーザ光の波長をモニターする
波長モニターも短期間で劣化することが挙げられる。単
レンズを縮小投影レンズとして用いる露光装置では、露
光光の波長は変動しないように安定化させる必要があ
り、そのために常時波長をモニターする必要がある。A
rFエキシマレーザでは、波長モニターに真空紫外域の
レーザ光を入射させることになるが、真空紫外光はフォ
トンエネルギーが高く、光学材などを劣化させやすい。
したがって狭帯域化素子や波長モニターを頻繁に交換す
る必要が生じ、それによるランニングコストが大きくな
ることも技術的課題であった。A second technical problem is that the wavelength monitor for monitoring the wavelength of the laser beam deteriorates in a short period of time, similarly to the damage to the band-narrowing element. In an exposure apparatus using a single lens as a reduction projection lens, it is necessary to stabilize the wavelength of exposure light so as not to fluctuate, and therefore, it is necessary to constantly monitor the wavelength. A
In an rF excimer laser, laser light in a vacuum ultraviolet region is incident on a wavelength monitor. However, vacuum ultraviolet light has a high photon energy and easily deteriorates optical materials and the like.
Therefore, it is necessary to frequently replace the band-narrowing element and the wavelength monitor, which also raises the running cost.
【0009】また第3の技術的課題として、露光装置の
スループットが低いことが挙げられる。すなわち、ステ
ッパなどの半導体製造装置は昼夜連続運転させる場合が
多いが、ArFエキシマレーザではガス寿命が100万
〜1000万ショットと短く、頻繁にレーザガスを交換
する必要が生じ、その度に装置を停止させるため、装置
のスループットが低くなることが技術的課題であった。A third technical problem is that the throughput of the exposure apparatus is low. That is, a semiconductor manufacturing apparatus such as a stepper is often operated continuously day and night, but an ArF excimer laser has a short gas life of 1,000,000 to 10,000,000 shots, and the laser gas needs to be changed frequently, and the apparatus is stopped every time. Therefore, there is a technical problem that the throughput of the apparatus is reduced.
【0010】また第4の技術的課題として、ArFエキ
シマレーザの波長193nmは、図10に示したよう
に、通常の芳香族化合物から成る化学増幅型レジストに
おける吸収ピークに近く、したがって、露光光がレジス
トに強く吸収され過ぎることが挙げられる。なお、これ
に関しては、たとえば、半導体集積回路用レジスト材料
ハンドブック、株式会社リアライズ社、1996年7月
31日発行、第99頁から100頁において説明されて
いる。As a fourth technical problem, as shown in FIG. 10, the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser is close to the absorption peak of a general chemically amplified resist made of an aromatic compound. It is too strong absorbed by the resist. This is described, for example, in the resist material handbook for semiconductor integrated circuits, Realize Inc., issued on July 31, 1996, pp. 99 to 100.
【0011】また第5の技術的課題として、ArFエキ
シマレーザを用いる従来の露光装置では、波長が短いた
め、伝搬中での空気の吸収などを避けるため、レーザ光
をステッパ本体まで導く光路を窒素ガスなどで満たす等
の対策が必要な点が挙げられる。ところが、これにより
装置全体の構成が複雑になることがあった。すなわち波
長約0.2ミクロン以下は真空紫外域と呼ばれるように、
大気中の水蒸気や炭酸ガスの吸収率が大きくなったり、
あるいは大気中の酸素がレーザ光によって分解してオゾ
ンが発生し、これがレーザ光を吸収することがあり、真
空でないと伝搬しにくいからである。なおArFエキシ
マレーザのレーザ光の光路に関しては、たとえば、第2
回193nmリソグラフィ国際シンポジウム、セッショ
ン4において説明されている。A fifth technical problem is that, in a conventional exposure apparatus using an ArF excimer laser, since the wavelength is short, an optical path for guiding a laser beam to the stepper body is set to nitrogen to avoid absorption of air during propagation. It is necessary to take measures such as filling with gas. However, this sometimes complicates the configuration of the entire apparatus. That is, the wavelength of about 0.2 microns or less is called the vacuum ultraviolet region,
The absorption rate of water vapor and carbon dioxide in the atmosphere increases,
Alternatively, oxygen in the atmosphere is decomposed by the laser light to generate ozone, which may absorb the laser light, and is difficult to propagate unless it is in a vacuum. The optical path of the laser light of the ArF excimer laser is, for example, the second optical path.
193nm Lithography International Symposium, Session 4.
【0012】また第6の技術的課題として、エキシマレ
ーザではピークパワーが高いため、ステッパのレンズ材
にダメージが生じやすい点が挙げられる。そこでピーク
パワーを上げずに、すなわちレーザパルスのエネルギー
を上げずに平均出力を増加させるために、パルスの繰り
返し数を高くする必要がある。ところがエキシマレーザ
では一般にパルスごとに、放電領域にあるレーザガスを
入れ替える必要があるため、パルス繰り返し数を上げる
ためには、レーザガスの循環速度を高める必要が生じる
が、これを実現するには能力の高い大型のブロアーが必
要となるなど装置が大型化したり複雑化することがあっ
た。A sixth technical problem is that the excimer laser has a high peak power, so that the lens material of the stepper is easily damaged. Therefore, in order to increase the average output without increasing the peak power, that is, without increasing the energy of the laser pulse, it is necessary to increase the number of pulse repetitions. However, in the case of excimer lasers, it is generally necessary to replace the laser gas in the discharge region for each pulse, so in order to increase the number of pulse repetitions, it is necessary to increase the circulation speed of the laser gas. In some cases, a large-sized blower was required, and the apparatus became large and complicated.
【0013】本発明の第1の目的は、露光光源としてA
rFエキシマレーザを用いた場合に伴う前述の様々な技
術的課題を克服でき、真空紫外域である波長約0.2ミク
ロンで十分な出力の狭帯域化された露光光を長時間安定
して供給できる露光光源を提供することにある。また、
この露光光源を用いることにより高スループットの露光
技術を提供することにある。A first object of the present invention is to provide an exposure light source of A
It can overcome the above-mentioned various technical problems associated with the use of an rF excimer laser, and stably supplies a narrow band exposure light with a sufficient output at a wavelength of about 0.2 μm, which is a vacuum ultraviolet region, for a long time. It is to provide an exposure light source which can be used. Also,
An object of the present invention is to provide a high-throughput exposure technique by using this exposure light source.
【0014】また、本発明の第2の目的は、狭帯域化素
子や波長モニターの劣化を抑制し、その交換によるラン
ニングコストを低減できる露光光源を提供することにあ
る。It is a second object of the present invention to provide an exposure light source capable of suppressing deterioration of a band-narrowing element and a wavelength monitor and reducing running costs due to replacement thereof.
【0015】また、本発明の第3の目的は、発生させる
露光光の波長として、通常の芳香族化合物から成る化学
増幅型レジストの吸収ピークを避けることができる露光
光源を提供することにある。また、装置を大型化せずに
高い繰り返し数が得られる露光光源を提供することにあ
る。It is a third object of the present invention to provide an exposure light source capable of avoiding the absorption peak of a chemically amplified resist comprising an ordinary aromatic compound as the wavelength of the exposure light to be generated. Another object of the present invention is to provide an exposure light source capable of obtaining a high repetition number without increasing the size of the apparatus.
【0016】また、本発明の第4の目的は、露光光をス
テッパ本体まで導く光路を窒素ガスなどで満たす必要が
なく、設備の簡略化、低コスト化が可能な露光技術を提
供することにある。A fourth object of the present invention is to provide an exposure technique capable of simplifying equipment and reducing costs without having to fill an optical path for guiding exposure light to a stepper body with nitrogen gas or the like. is there.
【0017】また、本発明の第5の目的は、大型のブロ
アーを用いるような装置の大型化をせずに、パルス繰り
返し数を増大できる露光光源を提供することにある。A fifth object of the present invention is to provide an exposure light source capable of increasing the number of pulse repetitions without increasing the size of an apparatus using a large blower.
【0018】また、本発明の第6の目的は、真空紫外域
の波長程度の設計ルールを有する半導体装置を効率良く
製造することが可能な半導体装置の製造技術を提供する
ことにある。A sixth object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing technique capable of efficiently manufacturing a semiconductor device having a design rule of a wavelength in a vacuum ultraviolet region.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.
【0020】たとえば、前記第1〜3の目的を達成する
ために、本発明による露光光源では、ArFエキシマレ
ーザよりも長波長のKrF(あるいはXeCl)等のエ
キシマレーザと、波長狭帯域化素子を含む色素レーザ発
振器と、非線形光学結晶とを含み、かつ前記色素レーザ
発振器が、前記KrF(あるいはXeCl)エキシマレ
ーザを励起光源としてレーザ動作し、かつ前記色素レー
ザ発振器から取り出されたレーザ光を前記非線形光学結
晶によって波長変換させて発生するレーザ光を露光光と
したものである。For example, in order to achieve the first to third objects, an exposure light source according to the present invention comprises an excimer laser such as KrF (or XeCl) having a longer wavelength than an ArF excimer laser and a wavelength narrowing element. A dye laser oscillator, and a nonlinear optical crystal. The dye laser oscillator performs a laser operation using the KrF (or XeCl) excimer laser as an excitation light source, and outputs the laser light extracted from the dye laser oscillator to the nonlinear laser. Laser light generated by wavelength conversion by the optical crystal is used as exposure light.
【0021】また特に露光装置としてのスループットを
向上させるために、ステッパの縮小投影レンズを石英レ
ンズで構成し、かつ前記非線形光学結晶としてβ−Ba
B2O4 結晶(以下、略してBBOと示す。)を用いた
ものである。In particular, in order to improve the throughput as an exposure apparatus, the reduction projection lens of the stepper is constituted by a quartz lens, and β-Ba is used as the nonlinear optical crystal.
It uses B 2 O 4 crystals (hereinafter abbreviated as BBO).
【0022】また特に前記第3の目的を達成するため
に、前記色素レーザ発振器から取り出されたレーザ光の
波長をモニターする波長モニターを備えたものである。In order to achieve the third object, a wavelength monitor for monitoring the wavelength of the laser beam extracted from the dye laser oscillator is provided.
【0023】また前記第4の目的を達成するために、前
記KrF(あるいはXeCl)エキシマレーザをステッ
パ本体と異なるフロアーに設置し、かつ前記非線形光学
結晶を露光装置本体と同じフロアーに配置するか、ある
いは前記色素レーザ発振器と前記非線形光学結晶を露光
装置本体と同じフロアーに配置したものである。In order to achieve the fourth object, the KrF (or XeCl) excimer laser is installed on a different floor from the stepper main body, and the nonlinear optical crystal is arranged on the same floor as the exposure apparatus main body. Alternatively, the dye laser oscillator and the nonlinear optical crystal are arranged on the same floor as the main body of the exposure apparatus.
【0024】また前記第5の目的を達成するために、K
rF(あるいはXeCl)エキシマレーザを複数台用い
て、これら複数台のKrF(あるいはXeCl)エキシ
マレーザを互いにタイミングをずらして発振させ、かつ
これら複数台のKrF(あるいはXeCl)エキシマレ
ーザから取り出される複数本のレーザ光のうち、2本の
レーザ光を同一のハーフミラーに入射させる構成とし、
かつ色素レーザ増幅器を含むか、あるいは前記色素レー
ザ発振器におけるレーザ媒質である色素に対して励起光
を2方向から照射する構成としたものである。In order to achieve the fifth object, K
Using a plurality of rF (or XeCl) excimer lasers, the plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers are oscillated at different timings, and a plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers extracted from the plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers are used. Out of the two laser beams, the two laser beams are incident on the same half mirror,
In addition, a dye laser amplifier is included or excitation light is irradiated from two directions to a dye which is a laser medium in the dye laser oscillator.
【0025】また、前記第6の目的を達成するために、
上述のような露光光源や露光技術を半導体装置の製造技
術におけるフォトリソグラフィに適用したものである。In order to achieve the sixth object,
The above-described exposure light source and exposure technique are applied to photolithography in a semiconductor device manufacturing technique.
【0026】本発明の作用の一例を示せば以下の通りで
ある。An example of the operation of the present invention is as follows.
【0027】KrF(あるいはXeCl)エキシマレー
ザを励起光源とした色素レーザでは、色素の種類によっ
て、波長約340nm以上でレーザ動作可能である。し
たがって、それらの色素レーザ発振器から取り出される
レーザ光を非線形光学結晶によって波長変換した結果発
生する第2高調波の波長は約170nm以上になり、波
長0.2μ前後の真空紫外光を発生できる。ただし特に効
率よく波長変換するために非線形光学結晶としてBBO
を用いたものであるが、この場合、波長約205nm以
上の紫外光を発生できる。その結果、石英において十分
な透過率となり、石英レンズから成る縮小投影レンズを
用いた露光装置では、波長193nmのArFエキシマ
レーザの場合に比べて、レンズの耐久性が向上する。A dye laser using a KrF (or XeCl) excimer laser as an excitation light source can operate at a wavelength of about 340 nm or more depending on the type of dye. Therefore, the wavelength of the second harmonic generated as a result of wavelength conversion of the laser light extracted from the dye laser oscillator by the nonlinear optical crystal becomes about 170 nm or more, and it is possible to generate vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 0.2 μm. However, in order to perform wavelength conversion particularly efficiently, BBO is used as a nonlinear optical crystal.
In this case, ultraviolet light having a wavelength of about 205 nm or more can be generated. As a result, sufficient transmittance is obtained in quartz, and the durability of the lens is improved in an exposure apparatus using a reduction projection lens made of a quartz lens, as compared with an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm.
【0028】また第2高調波の波長は約170nm以上
になるため、通常の芳香族化合物から成る化学増幅型レ
ジストにおいて特に吸収が高い波長180〜200nm
以外の波長の露光光を発生できる。なお前記通常の芳香
族化合物から成る化学増幅型レジストには、骨格にベン
ゼン環を用いたものだけでなく、吸収ピークをシフトさ
せたものも含む。Since the wavelength of the second harmonic is about 170 nm or more, a wavelength of 180 to 200 nm, which has a particularly high absorption in a chemically amplified resist made of an ordinary aromatic compound.
Exposure light of other wavelengths can be generated. In addition, the chemically amplified resist composed of the above-mentioned ordinary aromatic compound includes not only a resist having a benzene ring as a skeleton but also a resist having a shifted absorption peak.
【0029】しかも本発明ではKrF(あるいはXeC
l)エキシマレーザを用いるため、ArFエキシマレー
ザに比べてガス寿命が長くなる。In the present invention, KrF (or XeC
1) Since an excimer laser is used, the gas life is longer than that of an ArF excimer laser.
【0030】しかも本発明では波長可変性を有すること
で知られている色素レーザ発振器を用いるため、露光光
の波長が調整できるようになる。Further, in the present invention, a dye laser oscillator known to have wavelength tunability is used, so that the wavelength of exposure light can be adjusted.
【0031】また狭帯域化された露光光を得るために
は、色素レーザ発振器を狭帯域化させればよいため、必
要な狭帯域化素子としては、前記波長約340nm以上
の比較的長波長の紫外域で利用できるものを用いること
ができる。In order to obtain exposure light having a narrow band, the band of the dye laser oscillator may be narrowed. Therefore, a necessary band narrowing element has a relatively long wavelength of about 340 nm or more. Those that can be used in the ultraviolet region can be used.
【0032】また同様に、波長モニターにより色素レー
ザ発振器で発生したレーザ光の波長をモニターすること
で、波長モニターとしては波長約340nm以上の比較
的長波長の紫外域で利用できるものを用いればよい。な
お色素レーザ発振器で発振するレーザ光の波長が安定し
ていれば、非線形光学結晶で波長変換させても、それに
よって発生する第2高調波の波長も安定することにな
る。Similarly, by monitoring the wavelength of the laser light generated by the dye laser oscillator using a wavelength monitor, a wavelength monitor that can be used in a relatively long wavelength ultraviolet region having a wavelength of about 340 nm or more may be used. . If the wavelength of the laser light oscillated by the dye laser oscillator is stable, the wavelength of the second harmonic generated by the nonlinear optical crystal becomes stable even if the wavelength is converted by the nonlinear optical crystal.
【0033】さらに色素レーザ発振器ではエキシマレー
ザに比べて、ビーム径を桁違いに小さくできるため、シ
ングルモードで発振させやすい。すなわち拡がり角が小
さい高品質なビームを発生させやすい。またKrF(あ
るいはXeCl)エキシマレーザを複数台用いて、互い
にタイミングをずらして発振させ、さらにこれら複数台
のKrF(あるいはXeCl)エキシマレーザから取り
出される複数本のレーザ光のうち、2本のレーザ光を同
一のハーフミラーに入射させると、基のレーザ光の倍の
繰り返し数の励起光を発生できる。ところが励起光のビ
ームも複数本になってしまうことから、色素レーザ増幅
器を用いるか、あるいはレーザ媒質である色素に対して
励起光を2方向から照射する構成とすることで、全ての
励起光を余らせずに利用することができる。ただし色素
レーザとしては一台であるため、露光光が複数本のビー
ムになることはない。Further, in the dye laser oscillator, since the beam diameter can be reduced by orders of magnitude as compared with the excimer laser, it is easy to oscillate in a single mode. That is, it is easy to generate a high-quality beam having a small divergence angle. In addition, a plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers are used to oscillate at different timings, and two of the plurality of laser lights extracted from the plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers are used. Is incident on the same half mirror, excitation light having twice the number of repetitions of the original laser light can be generated. However, since a plurality of excitation light beams are used, a dye laser amplifier is used, or the excitation light is applied to the dye as a laser medium from two directions. We can use without leaving. However, since only one dye laser is used, the exposure light does not become a plurality of beams.
【0034】また本発明で用いるKrF(あるいはXe
Cl)エキシマレーザは、色素レーザの励起光源として
用いるため、これらのエキシマレーザから色素レーザへ
の変換効率や非線形光学結晶による波長変換効率を考慮
すると、従来のKrFステッパに用いられていた平均出
力10W程度のKrFエキシマレーザに比べて、1桁程
度大きなレーザ出力が要求される。したがって、装置が
大きくなることから、露光光源をステッパ本体と異なる
フロアーに設置する必要が生じる。なお本明細書におい
て用いられるフロアーに関して説明する。一般のダウン
フロータイプのクリーンルームにおいて、製造装置が設
置され作業者が通常の製造業務を行う床であるグレーチ
ングを境として、その上下を異なるフロアーとする。た
だしその場合、下のフロアーは一般に床下と呼ばれるこ
ともある。The KrF (or Xe) used in the present invention
Since a Cl) excimer laser is used as an excitation light source for a dye laser, considering the conversion efficiency of the excimer laser to the dye laser and the wavelength conversion efficiency of the nonlinear optical crystal, the average output of 10 W which has been used in the conventional KrF stepper is considered. A laser output that is about one digit larger than that of a KrF excimer laser is required. Therefore, since the size of the apparatus becomes large, it is necessary to install the exposure light source on a floor different from the stepper main body. The floor used in this specification will be described. In a general downflow type clean room, different floors are provided above and below a grating, which is a floor on which a manufacturing apparatus is installed and a worker performs a normal manufacturing operation. However, in that case, the lower floor may be generally referred to as an underfloor.
【0035】ところが露光光源をステッパ本体と異なる
フロアーに設置すると、レーザ光をフロアー間にまたが
って伝送させねばならず、レーザ光の伝搬距離が長くな
る。そこで本発明では、エキシマレーザを、色素レーザ
や非線形光学結晶と離すことができるため、最も巨大な
エキシマレーザをステッパ本体と異なるフロアー設置す
ることができる。その場合、長距離を伝搬させるレーザ
光はKrF(あるいはXeCl)エキシマレーザの波長
248nm(あるいは308nm)は真空紫外域でない
ため伝搬中での減衰は少ない。あるいはまた、非線形光
学結晶のみをエキシマレーザから離してもよく、その場
合、前記KrF(あるいはXeCl)エキシマレーザ励
起色素レーザの波長約340nm以上のレーザ光が長距
離伝搬されるが、これも真空紫外域でないため伝搬中で
の減衰はさらに少ない。However, if the exposure light source is installed on a different floor from the stepper body, the laser light must be transmitted across the floors, and the propagation distance of the laser light becomes longer. Therefore, in the present invention, since the excimer laser can be separated from the dye laser or the nonlinear optical crystal, the largest excimer laser can be installed on a floor different from the stepper body. In this case, the laser beam that propagates over a long distance has little attenuation during propagation because the wavelength of 248 nm (or 308 nm) of a KrF (or XeCl) excimer laser is not in the vacuum ultraviolet region. Alternatively, only the nonlinear optical crystal may be separated from the excimer laser. In this case, the laser light having a wavelength of about 340 nm or more of the KrF (or XeCl) excimer laser-excited dye laser is propagated over a long distance. Since it is not a band, attenuation during propagation is even smaller.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0037】(実施の形態1)図1は、本発明の露光光
源の第1の実施の形態を示した構成図である。本実施の
形態の露光光源100は、大別してXeClエキシマレ
ーザ101と、色素レーザ発振器102と、色素レーザ
増幅器103と、波長変換部104とで構成される。X
eClエキシマレーザ101から取り出された波長30
8nmのレーザ光L1は、ビームスプリッタ105aに
当たり、そのパワーの約30%がここで反射し、反射し
たレーザ光L2は色素レーザ発振器102の方へ進み、
その励起光として用いられる。色素レーザ発振器102
は、出力鏡107と回折格子108とで共振器が構成さ
れている。レーザ光L2は、レンズ106aを通り、色
素レーザ発振器102のレーザ媒質である色素溶液10
9aに集光する。これによって色素レーザ発振器102
は発振し、レーザ光L3が出力鏡107から共振器外部
に取り出される。なお色素溶液109aとしてはBis
−MSB(1,4−ビス(o−メチルスチリル)ベンゼ
ン)やPOPOP(1,4−ビス〔2−(5−フェニル
オキサゾル)〕ベンゼン)などの色素が適しており、こ
れらの色素を用いれば波長412〜426nmでレーザ
動作できる。なおこれに関しては、たとえば、内野修、
他3名「XeClレーザー励起高効率色素レーザー」レ
ーザー研究第6巻第4号昭和54年3月、第57頁から
第59頁において説明されている。したがって色素レー
ザ発振器102では、回折格子108によって、ここで
は波長416nmで発振するように設定されている。ま
た色素レーザ発振器102には狭帯域化素子であるエタ
ロン110が共振器中に挿入されており、これにより波
長幅約1pmの狭帯域にレーザ発振するようになってい
る。またレーザ光L3はシングルモードになっている。
すなわち色素レーザ発振器102では、励起光であるレ
ーザ光L2が色素溶液109a中で1点に集光される結
果、共振器内で発振するレーザ光のビーム径が約0.3m
mと、エキシマレーザより2桁程度小さくなる。(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an exposure light source according to the present invention. The exposure light source 100 according to the present embodiment is roughly composed of a XeCl excimer laser 101, a dye laser oscillator 102, a dye laser amplifier 103, and a wavelength converter 104. X
Wavelength 30 extracted from eCl excimer laser 101
The 8 nm laser light L1 strikes the beam splitter 105a, and about 30% of its power is reflected here, and the reflected laser light L2 advances toward the dye laser oscillator 102,
It is used as the excitation light. Dye laser oscillator 102
, The output mirror 107 and the diffraction grating 108 constitute a resonator. The laser beam L2 passes through the lens 106a and passes through the dye solution 10 as a laser medium of the dye laser oscillator 102.
The light is focused on 9a. Thereby, the dye laser oscillator 102
Oscillates, and the laser beam L3 is extracted from the output mirror 107 to the outside of the resonator. The dye solution 109a is Bis
Dyes such as -MSB (1,4-bis (o-methylstyryl) benzene) and POPOP (1,4-bis [2- (5-phenyloxazol)] benzene) are suitable. For example, laser operation can be performed at a wavelength of 412 to 426 nm. Regarding this, for example, Osamu Uchino,
The other three, "XeCl laser-excited high-efficiency dye laser," are described in Laser Research, Vol. 6, No. 4, March 1979, pp. 57-59. Therefore, the dye laser oscillator 102 is set to oscillate at a wavelength of 416 nm by the diffraction grating 108 here. An etalon 110, which is a band narrowing element, is inserted into the resonator of the dye laser oscillator 102, so that the laser oscillates in a narrow band having a wavelength width of about 1 pm. The laser beam L3 is in a single mode.
That is, in the dye laser oscillator 102, the laser beam L2 as the excitation light is condensed at one point in the dye solution 109a, so that the beam diameter of the laser light oscillating in the resonator is about 0.3 m.
m, which is about two orders of magnitude smaller than that of an excimer laser.
【0038】ここでレーザの発振モードについて説明す
る。レーザ光の発振モードを左右するパラメータである
フレネル数は、ビーム径の自乗に比例し、共振器長に反
比例する。このフレネル数が小さい程、低次のモードの
みで発振しやすくなる。Here, the laser oscillation mode will be described. The Fresnel number, which is a parameter that affects the oscillation mode of laser light, is proportional to the square of the beam diameter and inversely proportional to the resonator length. The smaller the Fresnel number is, the easier it is to oscillate only in low-order modes.
【0039】一般に色素レーザ発振器では、ビーム径を
1mm以下と小さくできることから、エキシマレーザな
どのガスレーザに比べてシングルモードで発振させやす
い。Generally, a dye laser oscillator can easily oscillate in a single mode as compared with a gas laser such as an excimer laser because the beam diameter can be reduced to 1 mm or less.
【0040】本発明ではこの特徴を利用したものであ
り、シングルモードはビームの拡がり角が小さいため、
波長変換部104での波長変換効率が高くなるような構
成になっている。これに対してエキシマレーザなどのガ
スレーザでは、共振器長は2m程度と色素レーザ発振器
より1桁長いが、ビーム径は30mm〜50mmと2桁
大きい。その結果、フレネル数はおよそ1000倍も大
きくなり、高次のマルチモードで発振しやすくになる。
したがって本発明では、エキシマレーザなどのガスレー
ザで発振させたレーザ光を波長変換させるような方式は
とらずに、エキシマレーザを色素レーザの励起光源とし
て用いたものである。色素レーザ発振器102で発振し
たレーザ光L3は色素レーザ増幅器103を構成する色
素溶液109bに入射する。一方、XeClエキシマレ
ーザ101から取り出されたレーザ光L1の内、ビーム
スプリッタ105aを透過した約70%のパワーのレー
ザ光L4はミラー111で反射して、レンズ106bを
通り、色素溶液109bに集光し、増幅したレーザ光L
5が得られる。レーザ光L5は、波長変換部104内に
進み、レンズ106cを通り、非線形光学結晶112中
で集光する。In the present invention, this feature is utilized. In the single mode, since the beam divergence angle is small,
The configuration is such that the wavelength conversion efficiency in the wavelength conversion unit 104 is increased. In contrast, a gas laser such as an excimer laser has a resonator length of about 2 m, which is one digit longer than that of the dye laser oscillator, but has a beam diameter of 30 mm to 50 mm, which is two digits larger. As a result, the Fresnel number increases by about 1000 times, and oscillation in a high-order multimode becomes easy.
Therefore, in the present invention, an excimer laser is used as an excitation light source of a dye laser without using a method of converting the wavelength of laser light oscillated by a gas laser such as an excimer laser. The laser beam L3 oscillated by the dye laser oscillator 102 enters the dye solution 109b constituting the dye laser amplifier 103. On the other hand, of the laser light L1 extracted from the XeCl excimer laser 101, the laser light L4 having a power of about 70% transmitted through the beam splitter 105a is reflected by the mirror 111, passes through the lens 106b, and is condensed on the dye solution 109b. And the amplified laser light L
5 is obtained. The laser beam L5 advances into the wavelength conversion unit 104, passes through the lens 106c, and is focused in the nonlinear optical crystal 112.
【0041】その結果、その第2高調波である波長20
8nmのレーザ光L6が発生する。なお非線形光学結晶
112としては、たとえばBBOなど紫外域で変換効率
の高いものが適する。またBBOを用いると、波長20
5nm以上の第2高調波を発生できることが知られてい
る。ただし波長205〜206nmでは波長変換効率が
比較的低いため、本発明では波長206nm以上が好ま
しい。レーザ光L6はレンズ106dを通り、平行ビー
ムになり、露光光L7として利用される。なおレーザ光
L6の波長幅としては、レーザ光L3の波長幅の半分の
約0.5pmになるため、本発明の露光光源を備えたステ
ッパにおいて単色レンズを利用することができる。As a result, the second harmonic, wavelength 20
An 8-nm laser light L6 is generated. As the nonlinear optical crystal 112, a material having a high conversion efficiency in the ultraviolet region, such as BBO, is suitable. When BBO is used, the wavelength 20
It is known that a second harmonic of 5 nm or more can be generated. However, since the wavelength conversion efficiency is relatively low at wavelengths of 205 to 206 nm, a wavelength of 206 nm or more is preferred in the present invention. The laser light L6 passes through the lens 106d, becomes a parallel beam, and is used as the exposure light L7. Since the wavelength width of the laser light L6 is about 0.5 pm, which is half the wavelength width of the laser light L3, a monochromatic lens can be used in a stepper provided with the exposure light source of the present invention.
【0042】以上のように、本発明では露光光の波長幅
を定めるのが、色素レーザ発振器102であり、そこで
は狭帯域化素子であるエタロン110が用いられている
ため、露光光L7も狭帯域化されている。また色素レー
ザ発振器102では、回折格子108が用いられている
ため、この回折格子108の設置角度を、たとえば、図
示しないピエゾ素子等のアクチュエータ等によって制御
することにより、同種の色素を用いても発振波長を10
〜20nmの範囲で調整できる。さらに色素の種類を変
えることで発振波長を数百nmの広い範囲で調整でき
る。これによって本実施の形態では、基本波を約416
nm、すなわち第2高調波を波長約208nmに設定で
きるようになり、図10に示したように、芳香族化合物
から成る通常のレジストの吸収ピークを避けることがで
きる。これによって本露光光源を用いたリソグラフィで
は前記通常のレジストを用いることができるようになっ
た。As described above, in the present invention, the wavelength width of the exposure light is determined by the dye laser oscillator 102, in which the etalon 110, which is a band narrowing element, is used. It is banded. Further, since the dye laser oscillator 102 uses the diffraction grating 108, by controlling the installation angle of the diffraction grating 108 by, for example, an actuator such as a piezo element (not shown), even if the same dye is used, Wavelength 10
It can be adjusted in the range of 2020 nm. Further, by changing the kind of the dye, the oscillation wavelength can be adjusted in a wide range of several hundred nm. Thus, in the present embodiment, the fundamental wave is reduced to about 416
nm, that is, the second harmonic can be set at a wavelength of about 208 nm, and the absorption peak of a normal resist made of an aromatic compound can be avoided as shown in FIG. This makes it possible to use the normal resist in lithography using the main exposure light source.
【0043】なお、以上のように、本発明の露光光原で
は、露光光の波長が210nm前後になるため、従来か
ら一般に用いられるベンゼン環骨格を有する芳香族レジ
ストを用いることができるが、さらにまた、ArFエキ
シマレーザの波長193nmにおいて十分な透過率を有
する現在開発中の下記新レジストを用いることも可能で
ある。特にアクリル骨格を有する脂環族レジストを利用
すると、透過率の点からArFエキシマレーザの場合に
比べて、さらに利用しやすくなる。すなわち図13に示
した脂環族レジスト(一例として、AdMA−tBuM
A:アダマンチルメタクリレート−t−ブチルメタクリ
レート共重合体からなる化学増幅レジストでありドライ
エッチング耐性ユニットと反応性ユニットが1:1)の
透過率の一例から判るように、脂環族レジストの透過率
は、波長約180nmから広範囲に渡って透過帯域を有
するものであり、すなわち波長193nmよりも波長2
10nm前後の方が透過率が高くなるからである。なお
脂環族レジストに関しては、例えば、武智 敏「脂環族
を用いたArFレジスト」SEMIテクノロジーシンポ
ジウム96講演予稿集 SESSION3 リソグラフ
ィ 平成8年12月5日 第3−59〜第3−61(英
文)、第3−62〜第3−63(和文)において説明さ
れている。As described above, in the exposure light source of the present invention, since the wavelength of the exposure light is about 210 nm, an aromatic resist having a benzene ring skeleton generally used conventionally can be used. Further, it is also possible to use the following new resist currently under development, which has a sufficient transmittance at the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser. In particular, when an alicyclic resist having an acrylic skeleton is used, it is easier to use than an ArF excimer laser in terms of transmittance. That is, the alicyclic resist shown in FIG. 13 (for example, AdMA-tBuM
A: A chemically amplified resist composed of an adamantyl methacrylate-t-butyl methacrylate copolymer. The transmittance of the alicyclic resist is as shown in the example of the transmittance of the dry etching resistant unit and the reactive unit in a ratio of 1: 1). Having a transmission band over a wide range from a wavelength of about 180 nm, that is, a wavelength 2
This is because the transmittance is higher around 10 nm. Regarding the alicyclic resist, for example, Satoshi Takechi "ArF resist using alicyclic group" SEMI Technology Symposium 96 Preprints SESSION3 Lithography 3-59 to 3-61 December 5, 1996 (English) 3-62 to 3-63 (Japanese).
【0044】一方、ArFエキシマレーザ用レジストと
して開発中の他のレジストに、多環縮合芳香族化合物を
用いたものもある。これは芳香族化合物の波長193n
mの吸収ピークを長波長側にシフトさせたものもある。
ところが、多環縮合芳香族化合物から成るレジストを本
発明に利用するならば、波長210nm前後の吸収が、
波長193nmでの吸収よりも高くなる場合が多いこと
から、本発明では適さない。したがって本発明では、特
に脂環族レジストを用いると効果的である。On the other hand, another resist under development as an ArF excimer laser resist uses a polycyclic fused aromatic compound. This is the aromatic compound wavelength of 193n.
In some cases, the absorption peak of m is shifted to the longer wavelength side.
However, if a resist made of a polycyclic fused aromatic compound is used in the present invention, the absorption at a wavelength of about 210 nm is reduced.
In many cases, the absorption is higher than the absorption at the wavelength of 193 nm, and therefore, it is not suitable in the present invention. Therefore, in the present invention, it is particularly effective to use an alicyclic resist.
【0045】以上のように本第1の実施の形態の露光光
源100では色素レーザの第2高調波を用いているが、
これによると露光光L7であるパルスレーザ光のエネル
ギー安定性が高いことも特徴である。すなわち、従来A
rFエキシマレーザ以外で波長約0.2ミクロンの露光光
源として、YAGレーザの第5高調波を利用する場合も
あり、波長213nmの露光光となる。ところがこの場
合、波長変換を3回も行う必要があるが、波長変換で
は、異なる波長の2種のレーザ光が合成されるため、波
長変換の回数が多いため、レーザエネルギーのパルスご
とのばらつきが大きくなることが技術的課題であった。
これに対して本発明では、第2高調波を利用するため、
波長変換が1回で済むことから、パルスエネルギーのば
らつきが小さいことも大きな特徴である。光リソグラフ
ィでは特に露光光のエネルギーばらつきを小さくする必
要があるため、本発明は波長変換により真空紫外光を発
生させる種々のレーザシステムの中でも、特に大きな効
果をもたらすものである。なおYAGレーザの波長変換
による露光光源に関しては、たとえば、平成8年レーザ
ー学会学術講演会・第16回年次大会、講演予講集、2
4pVII1(第58頁から第61頁)において説明さ
れている。As described above, the exposure light source 100 of the first embodiment uses the second harmonic of the dye laser.
According to this, the pulse laser light as the exposure light L7 is also characterized by high energy stability. That is, the conventional A
In some cases, other than the rF excimer laser, the fifth harmonic of a YAG laser is used as an exposure light source having a wavelength of about 0.2 μm, and the exposure light has a wavelength of 213 nm. However, in this case, it is necessary to perform the wavelength conversion three times, but in the wavelength conversion, two types of laser beams having different wavelengths are combined, so that the number of times of the wavelength conversion is large. Becoming big was a technical challenge.
In contrast, in the present invention, since the second harmonic is used,
Since wavelength conversion is performed only once, pulse energy is also characterized by small variations in pulse energy. In optical lithography, in particular, it is necessary to reduce the energy variation of the exposure light. Therefore, the present invention has a particularly great effect among various laser systems that generate vacuum ultraviolet light by wavelength conversion. Regarding the exposure light source based on the wavelength conversion of the YAG laser, for example, in 1996, the Laser Society of Japan Academic Lecture, the 16th Annual Conference,
4pVII1 (pages 58 to 61).
【0046】また以上のように、本発明ではエキシマレ
ーザを色素レーザの励起光源として用いているが、色素
レーザのレーザ媒質である色素は、一般に波長幅数十n
m以上もの広い吸収スペクトルを有している。したがっ
て励起光源であるエキシマレーザを狭帯域化する必要は
なく、寿命が短くランニングコストを上昇させる真空紫
外用狭帯域化素子を用いずに済む。As described above, in the present invention, the excimer laser is used as the excitation light source of the dye laser. However, the dye which is the laser medium of the dye laser generally has a wavelength width of several tens of nanometers.
It has a broad absorption spectrum of m or more. Therefore, it is not necessary to narrow the band of the excimer laser, which is the excitation light source, and it is not necessary to use a vacuum ultraviolet band narrowing element that has a short life and increases running costs.
【0047】また本実施の形態では、色素レーザ増幅器
103から出射したレーザ光L5の一部がビームスプリ
ッタ105bによって取り出され、波長モニター113
に入り、ここで常時波長をモニターしている。すなわち
本実施の形態では、露光光L7として用いる真空紫外域
のレーザ光(L7)をモニターする代わりに、波長変換
前の波長0.3μ以上と比較的長い波長のレーザ光L5を
モニターすることで、波長モニター113として一般的
なものを用いても、短期間で劣化することがなく、波長
モニター113の交換等によるランニングコストも低減
できるようになった。In this embodiment, a part of the laser light L5 emitted from the dye laser amplifier 103 is extracted by the beam splitter 105b and
, Where the wavelength is constantly monitored. That is, in this embodiment, instead of monitoring the vacuum ultraviolet laser light (L7) used as the exposure light L7, the laser light L5 having a relatively long wavelength of 0.3 μm or more before the wavelength conversion is monitored. Even if a general wavelength monitor 113 is used, it does not deteriorate in a short period of time, and the running cost due to replacement of the wavelength monitor 113 can be reduced.
【0048】なお本実施の形態のXeClエキシマレー
ザ101の代わりにKrFエキシマレーザを用いてもよ
い。その場合、KrFエキシマレーザとして、KrFエ
キシマレーザのレーザ光を直接露光光として用いた従来
のKrFステッパのKrFエキシマレーザを利用するこ
とができ、新たにKrFエキシマレーザを購入せずに露
光光源を構成できるのも本発明の特徴である。なおこの
場合、KrFステッパ用のKrFエキシマレーザは一般
にレーザ光の波長を狭帯域化させるための狭帯域化素子
が含まれている。これに対して本発明では、エキシマレ
ーザは色素レーザの励起光源として利用するため、エキ
シマレーザのレーザ光に対しては波長を狭帯域化させる
必要がない。したがって、本発明で必要なXeCl(ま
たはKrF)エキシマレーザに、KrFステッパ用Kr
Fエキシマレーザを利用する場合、その狭帯域化素子を
外して利用することが好ましい。その理由としては、狭
帯域化素子を外すと、一般にレーザ出力が増加するから
である。なおKrFステッパ用KrFエキシマレーザを
利用する場合でも、レーザガスであるKrFをXeCl
に交換してもレーザ動作できるため、XeClエキシマ
レーザとして再利用することもできる。Note that a KrF excimer laser may be used instead of the XeCl excimer laser 101 of the present embodiment. In this case, the KrF excimer laser can be a KrF excimer laser of a conventional KrF stepper using the laser light of the KrF excimer laser as direct exposure light, and the exposure light source can be configured without purchasing a new KrF excimer laser. What is possible is a feature of the present invention. In this case, the KrF excimer laser for the KrF stepper generally includes a band-narrowing element for narrowing the wavelength of the laser light. On the other hand, in the present invention, since the excimer laser is used as the excitation light source of the dye laser, it is not necessary to narrow the wavelength of the laser light of the excimer laser. Therefore, the XeCl (or KrF) excimer laser required in the present invention is provided with KrF stepper Kr.
When an F excimer laser is used, it is preferable to use the F excimer laser with its band-narrowing element removed. The reason is that when the band-narrowing element is removed, the laser output generally increases. Even when a KrF excimer laser for a KrF stepper is used, KrF as a laser gas is converted to XeCl
Can be operated as a laser even if it is replaced, and can be reused as a XeCl excimer laser.
【0049】以上のように木発明の露光光源では色素レ
ーザにおいて狭帯域化したり、また色素レーザからの基
本波をモニターすることで、狭帯域化素子や波長モニタ
ーの寿命が延びる特徴がある。ただし、従来、狭帯域化
素子をArFエキシマレーザにおいて利用しない装置も
提案されており、そこではArFエキシマレーザを増幅
器として利用するものである。しかし本発明では、特に
ArFエキシマレーザ自体を用いないことが特徴であ
り、用いられるXeClエキシマレーザ(あるいはKr
Fエキシマレーザ)では、レーザガスやレーザウインド
(放電管からレーザ光を取り出す窓)などの他の消耗毛
品が、ArFエキシマレーザに比べて寿命が大幅に長い
ため、XeClエキシマレーザ(あるいはKrFエキシ
マレーザ)を利用するものである。したがって、ArF
エキシマレーザを増幅器として用いた従来装置に比べて
も、寿命が長くなることから露光装置としてのスループ
ットが向上する特徴がある。なおArFエキシマレーザ
を増幅器として用いた従来装置に関しては、たとえば、
1994年第41回応用物理学会関係連合講演会、講演
予稿集、No.3、第928頁、29a−E−1におい
て説明されている。As described above, the exposure light source of the present invention is characterized in that the band of the dye laser is narrowed or the fundamental wave from the dye laser is monitored, thereby extending the life of the band narrowing element and the wavelength monitor. However, conventionally, a device that does not use a narrow-band element in an ArF excimer laser has been proposed, in which an ArF excimer laser is used as an amplifier. However, the present invention is characterized in that the ArF excimer laser itself is not used, and the XeCl excimer laser (or Kr
In F excimer lasers, other consumable hair such as a laser gas and a laser window (a window for extracting laser light from a discharge tube) have a much longer life than an ArF excimer laser, so that a XeCl excimer laser (or KrF excimer laser) is used. ). Therefore, ArF
Compared with a conventional device using an excimer laser as an amplifier, the lifetime of the device is longer and the throughput as an exposure device is improved. As for a conventional device using an ArF excimer laser as an amplifier, for example,
1994 41st Japan Society of Applied Physics Related Lectures, Proceedings, No. 3, page 928, 29a-E-1.
【0050】(実施の形態2)次に本発明の露光装置の
第1の実施の形態に関して図2を用いて説明する。図2
は、本実施の形態の露光装置の構成の一例を示す概念図
である。(Embodiment 2) Next, a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure apparatus of the present embodiment.
【0051】本第1の実施の形態である露光装置として
のステッパ200は、ステッパ本体150と、図1で示
した露光光源100とで構成されている。露光光源10
0から取り出された波長208nmの露光光L7は、ミ
ラー201a、ミラー201bで反射して、ビーム拡大
器202によりビームが拡げられ、ミラー201cで反
射してからランダム位相板203を通り、露光光のスペ
ックルノイズが除去され、フライアイレンズ204を通
過して強度分布が均一化され、コンデンサレンズ205
を通ってレチクル206に照射される。レチクル206
を出射したレーザ光は石英レンズから成る縮小投影レン
ズ207を通り、ステージ208に乗せられたウエハー
209上に当たる。これによってレチクル206でのパ
ターンがウエハー209上に縮小投影される。本実施の
形態では、縮小投影レンズ207が石英から成る単色レ
ンズである。従来ステッパ光源として開発されてきたA
rFエキシマレーザでは、波長幅が10pm程度あった
ため、単色レンズが利用困難であり、蛍石を併用した色
消しレンズや、反射光学系を用いたステッパの利用が検
討されてきた。これに対して本実施の形態のように露光
光源100の波長幅は約0.5pmであるため、単色レン
ズによる屈折光学系のステッパを用いることが可能にな
った。The stepper 200 as the exposure apparatus according to the first embodiment includes a stepper body 150 and the exposure light source 100 shown in FIG. Exposure light source 10
The exposure light L7 having a wavelength of 208 nm taken out from the reference light 0 is reflected by the mirrors 201a and 201b, the beam is expanded by the beam expander 202, reflected by the mirror 201c, passes through the random phase plate 203, and passes through the random phase plate 203. The speckle noise is removed, and the light passes through the fly-eye lens 204 to have a uniform intensity distribution.
The reticle 206 passes through the reticle 206. Reticle 206
Is passed through a reduction projection lens 207 made of a quartz lens and impinges on a wafer 209 mounted on a stage 208. Thereby, the pattern on the reticle 206 is reduced and projected on the wafer 209. In the present embodiment, the reduction projection lens 207 is a monochromatic lens made of quartz. A which has been conventionally developed as a stepper light source
Since the wavelength width of the rF excimer laser is about 10 pm, it is difficult to use a monochromatic lens, and the use of an achromatic lens using fluorite and a stepper using a reflection optical system has been studied. On the other hand, since the wavelength width of the exposure light source 100 is about 0.5 pm as in the present embodiment, it is possible to use a stepper of a refractive optical system using a monochromatic lens.
【0052】また本実施の形態のように、露光光源10
0では非線形光学結晶112として特にBBOが用いら
れているが、BBOにより第2高調波を発生させると波
長205nm以上の紫外光が得られる。そこで本実施の
形態では波長208nmで動作させている。Also, as in this embodiment, the exposure light source 10
In the case of 0, BBO is particularly used as the nonlinear optical crystal 112. However, when the second harmonic is generated by BBO, ultraviolet light having a wavelength of 205 nm or more can be obtained. Therefore, in the present embodiment, operation is performed at a wavelength of 208 nm.
【0053】これによると石英での透過率が、ArFエ
キシマレーザの波長193nmにおける透過率よりも高
くなり、石英から成る縮小投影レンズ207がレーザ光
の吸収により劣化する割合が小さくなり、縮小投影レン
ズ207の寿命が長くなるのも本発明の特徴である。す
なわち、波長200nm以下になると、石英では光の吸
収率が急激に低下していくからである。またその結果、
ウエハー209の表面に塗布するレジストにも、ArF
エキシマレーザ用として開発されている高感度レジスト
に比べて低感度な一般のレジストを利用できるようにな
った。これに関して、従来ArFエキシマレーザを用い
る露光では、縮小投影レンズを劣化させないように、十
分低い出力のレーザ光でも感光する高感度なレジストが
必要になっていたが、この高感度レジストはエッチング
特性が悪かったり、あるいはエッチング特性などが十分
なものを開発することが困難であったり、また開発され
たものが高価であるなどの技術的課題があった。According to this, the transmittance in quartz becomes higher than the transmittance of the ArF excimer laser at a wavelength of 193 nm, and the rate at which the reduced projection lens 207 made of quartz deteriorates due to the absorption of laser light is reduced. It is a feature of the present invention that the life of 207 is prolonged. That is, when the wavelength becomes 200 nm or less, the light absorptivity of quartz rapidly decreases. As a result,
The resist to be applied to the surface of the wafer 209 is also ArF
A general resist having a lower sensitivity than that of a high-sensitivity resist developed for an excimer laser can be used. In this regard, in the conventional exposure using an ArF excimer laser, a high-sensitivity resist that is sensitive to a laser beam with a sufficiently low output has been required so as not to deteriorate the reduction projection lens. However, this high-sensitivity resist has an etching characteristic. There have been technical problems such as poor quality, difficulty in developing a material having sufficient etching characteristics, and the fact that the developed material is expensive.
【0054】以上より、本発明では従来の露光装置と同
様に石英レンズを用いた縮小投影レンズを用いることが
できる。すなわち技術的に深く確立された縮小投影レン
ズを利用できるため、十分大きな口径の縮小投影レンズ
も利用でき、その結果、露光装置として高い処理能力の
ものが実現できる。その露光装置を用いて半導体集積回
路を製造するならば、製造時間が短く、スループットが
向上することから、半導体集積回路のコストを低減でき
るようになった。As described above, in the present invention, a reduction projection lens using a quartz lens can be used as in the conventional exposure apparatus. That is, since a reduction projection lens that is technically deeply established can be used, a reduction projection lens having a sufficiently large diameter can also be used, and as a result, an exposure apparatus having a high processing capability can be realized. If a semiconductor integrated circuit is manufactured using the exposure apparatus, the manufacturing time is short and the throughput is improved, so that the cost of the semiconductor integrated circuit can be reduced.
【0055】なお本発明において特にBBOを用いる場
合、前記実施の形態では波長208nmとしているが、
実際には波長205nm以上の紫外光を発生できる。た
だし波長205〜206nmでは波長変換効率が比較的
低く、また前述したようにYAGレーザの第5高調波の
波長213nmの紫外光を利用する方式が提案されてい
る。したがって本発明では前記提案よりも低い波長で用
いると解像度の点で効果があることから、BBOを用い
る場合は特に波長206〜213nmの間で利用すれば
よい。When BBO is used in the present invention, the wavelength is 208 nm in the above embodiment,
Actually, ultraviolet light having a wavelength of 205 nm or more can be generated. However, the wavelength conversion efficiency is relatively low at wavelengths of 205 to 206 nm, and as described above, a method using ultraviolet light of the fifth harmonic of 213 nm of the YAG laser has been proposed. Therefore, in the present invention, since it is effective in terms of resolution if used at a wavelength lower than the above-mentioned proposal, when BBO is used, it may be used particularly at a wavelength of 206 to 213 nm.
【0056】またこの場合の露光装置を用いた半導体製
造方法によって製造する半導体集積回路として特に適す
るものは、露光光の波長程度から波長の約60%程度に
相当する0.12〜0.21μmを設計ルールとするもので
ある。In this case, a semiconductor integrated circuit manufactured by a semiconductor manufacturing method using an exposure apparatus is particularly suitable for a semiconductor integrated circuit having a wavelength of 0.12 to 0.21 μm corresponding to about 60% of the wavelength of the exposure light. This is a design rule.
【0057】さらにまた前記のように単色レンズが利用
できるようになったため、縮小投影レンズとして蛍石の
みから成る単色レンズを利用することもできる。これに
より蛍石は真空紫外域での透過率が石英よりもさらに高
いため、波長約180nm以下の紫外光も従来と同様な
屈折光学系のステッパが利用できるようになった。それ
には、図1に示した色素レーザ発振器102において約
340nmで発振させ、その第2高調波の波長約170
nmの紫外光を発生させればよい。その場合、色素レー
ザ発振器102および色素レーザ増幅器103で用いる
色素としては、たとえば、p−Terphenylなど
が適する。これによって発生する波長約170nmの露
光光も、図10から分かるように、芳香族化合物から成
る通常のレジストの吸収ピーク(波長約190nm)よ
り低く、該レジストを利用することができると同時に、
波長約193nmのArFエキシマレーザを露光光源と
した場合よりもさらに微細な加工を実現することができ
る。なお前記通常のレジストとして、骨格がベンゼン環
のものだけでなく、吸収ピークを長波長側にシフトした
ものも用いることができる。また縮小投影レンズにおい
て、波長約170nmにおける吸収率は比較的高くなる
ため、露光光を吸収して温度上昇しないように、縮小投
影レンズ207をヘリウムなどで空冷してもよい。Further, since a monochromatic lens can be used as described above, a monochromatic lens made of only fluorite can be used as the reduction projection lens. As a result, the transmittance of fluorite in the vacuum ultraviolet region is higher than that of quartz, so that a stepper of a refractive optical system similar to the conventional one can use ultraviolet light having a wavelength of about 180 nm or less. To do this, the dye laser oscillator 102 shown in FIG. 1 is oscillated at about 340 nm, and its second harmonic wavelength is about 170 nm.
It is sufficient to generate ultraviolet light of nm. In that case, as the dye used in the dye laser oscillator 102 and the dye laser amplifier 103, for example, p-Terphenyl is suitable. As can be seen from FIG. 10, the exposure light having a wavelength of about 170 nm generated thereby is lower than the absorption peak (wavelength of about 190 nm) of a normal resist made of an aromatic compound, and the resist can be used.
Finer processing can be realized than when an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm is used as an exposure light source. In addition, not only a resist having a benzene ring as a skeleton but also a resist having an absorption peak shifted to a longer wavelength side can be used as the above-mentioned ordinary resist. Further, in the reduction projection lens, since the absorptance at a wavelength of about 170 nm is relatively high, the reduction projection lens 207 may be air-cooled with helium or the like so as to absorb the exposure light and prevent the temperature from rising.
【0058】またこの場合の露光装置を用いた半導体製
造方法によって製造する半導体集積回路として特に適す
るものは、露光光の波長程度から波長の約60%程度に
相当する0.10〜0.18μmを設計ルールとするもので
ある。In this case, a semiconductor integrated circuit manufactured by a semiconductor manufacturing method using an exposure apparatus is particularly suitable for a semiconductor integrated circuit having a wavelength of 0.10 to 0.18 μm, which corresponds to about 60% of the wavelength of the exposure light. This is a design rule.
【0059】(実施の形態3)次に本発明の露光装置の
第2の実施の形態を図3に示す。図3は本実施の形態の
露光装置の一例であるステッパのクリーンルーム内での
設置状態の一例を示した構成図である。(Embodiment 3) FIG. 3 shows a second embodiment of the exposure apparatus of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an installation state of a stepper, which is an example of the exposure apparatus of the present embodiment, in a clean room.
【0060】本実施の形態のステッパ300では、図2
に例示したステッパ200と同様なステッパ本体150
が用いられている。露光光源は大別してXeClエキシ
マレーザ302と波長変換色素レーザ303とで構成さ
れる。波長変換色素レーザ303は、図1に示したよう
な色素レーザ発振器102、色素レーザ増幅器103、
および波長変換部104とで構成された装置である。In the stepper 300 of the present embodiment, FIG.
Stepper body 150 similar to stepper 200 illustrated in FIG.
Is used. The exposure light source is roughly divided into a XeCl excimer laser 302 and a wavelength conversion dye laser 303. The wavelength conversion dye laser 303 includes a dye laser oscillator 102, a dye laser amplifier 103, and the like as shown in FIG.
And a wavelength converter 104.
【0061】ステッパ本体150はクリーンルームの1
階のフロアー301bに設置されているが、XeClエ
キシマレーザ302はクリーンルームの2階のフロアー
301aに設置されている。なお2階のフロアー301
aは一般のダウンフロータイプのクリーンルームにおけ
る床上と呼ばれるフロアーであり、その上に種々の半導
体製造装置が設置され、作業者が製造に関する作業を行
うフロアーである。すなわちフロアー301aの床30
1’はグレーチングと呼ばれる網目構造の床であり、清
浄化された空気がフロアー301aからフロアー301
bに流れ落ちている。The stepper body 150 is located in the clean room 1
The XeCl excimer laser 302 is installed on the second floor 301a of the clean room. The second floor 301
Reference numeral a denotes a floor called a floor in a general downflow type clean room, on which various semiconductor manufacturing apparatuses are installed, and on which a worker performs work related to manufacturing. That is, the floor 30 of the floor 301a
Reference numeral 1 'denotes a floor having a mesh structure called grating, and purified air flows from the floor 301a to the floor 301a.
b.
【0062】XeClエキシマレーザ302から取り出
された励起光としてのレーザ光L30は、ミラー304
a、ミラー304b、ミラー304cで反射して、波長
変換色素レーザ303まで導かれ、その中の色素レーザ
発振器と色素レーザ増幅器との励起に使われる。波長変
換色素レーザ303から取り出された波長約208nm
の露光光L31はミラー304d、ミラー304eで反
射して、ステッパ本体150内に導かれる。また波長変
換色素レーザ303で必要な色素溶液は、2階のフロア
ー301aに設置された色素レーザ用補器305からフ
レキシブルチューブ306内を通って波長変換色素レー
ザ303まで導かれている。これによって大量の色素溶
液を色素レーザ用補器305内に貯蔵できるため、波長
変換色素レーザ303内には色素溶液の貯蔵タンクを設
ける必要がなく、波長変換色素レーザ303をコンパク
トにできる。なお色素レーザ用補器305には、大量の
色素溶液を貯蔵するタンク、色素溶液を冷却する熱交換
器、および色素溶液を浄化するためのフィルタなどが含
まれる。The laser light L 30 as the excitation light extracted from the XeCl excimer laser 302 is
a, reflected by the mirror 304b and the mirror 304c, guided to the wavelength conversion dye laser 303, and used to excite the dye laser oscillator and dye laser amplifier therein. About 208 nm wavelength extracted from the wavelength conversion dye laser 303
Is reflected by the mirrors 304d and 304e, and is guided into the stepper main body 150. The dye solution necessary for the wavelength conversion dye laser 303 is guided from the dye laser auxiliary device 305 installed on the second floor 301a to the wavelength conversion dye laser 303 through the inside of the flexible tube 306. As a result, a large amount of the dye solution can be stored in the dye laser auxiliary device 305, so that there is no need to provide a dye solution storage tank in the wavelength conversion dye laser 303, and the wavelength conversion dye laser 303 can be made compact. The dye laser auxiliary device 305 includes a tank for storing a large amount of the dye solution, a heat exchanger for cooling the dye solution, a filter for purifying the dye solution, and the like.
【0063】本実施の形態では、ステッパ300の構成
部分においてステッパ本体150の次に大きなXeCl
エキシマレーザ302が、ステッパ本体150とは異な
るフロアー上に設置されている。すなわち立体的な設置
にすることで、ステッパ300がクリーンルーム内に占
めるスペースを縮小することができる。なお特に本発明
ではArFより長い波長のXeClエキシマレーザ30
2からのレーザ光L30をフロアー間で伝搬させるた
め、レーザ光L30の光路を特別に窒素ガスなどで満た
さずとも、伝搬中に大きく減衰することはない。またス
テッパ本体150を2階のフロアー301aに設置して
もよく、その場合は、XeClエキシマレーザ302を
1階のフロアー301bに設置すればよい。In the present embodiment, the next largest XeCl
An excimer laser 302 is installed on a different floor from the stepper body 150. That is, the space occupied by the stepper 300 in the clean room can be reduced by providing a three-dimensional installation. In particular, in the present invention, a XeCl excimer laser 30 having a wavelength longer than ArF is used.
Since the laser light L30 from 2 is propagated between floors, there is no significant attenuation during propagation even if the optical path of the laser light L30 is not particularly filled with nitrogen gas or the like. Further, the stepper body 150 may be installed on the second floor 301a. In that case, the XeCl excimer laser 302 may be installed on the first floor 301b.
【0064】特に本発明で用いられるKrF(あるいは
XeCl)エキシマレーザは、色素レーザの励起光源で
あるため、従来のKrF(あるいはArF)ステッパの
ように、エキシマレーザよりも装置が極めて巨大にな
る。そこで本実施の形態のように、エキシマレーザのみ
をステッパ本体と異なるフロアーに設置するのがクリー
ンルーム内での占有スペース的に有効である。しかも異
なるフロアー間にまたがって長距離伝送されるレーザ光
L30は真空紫外域の露光光ではなく、本実施の形態で
はXeClエキシマレーザの波長308nmであるた
め、レーザ光L30の光路を窒素ガスなどで満たさずと
も、伝搬中に大きく減衰することはない。また本実施の
形態では色素レーザもエキシマレーザと離してあるが、
非線形光学結晶による波長変換部のみをステッパ本体と
同じフロアーに配置しても同様の効果がある。その場合
は、フロアー間を伝送されるレーザ光は色素レーザのレ
ーザ光であるため、その波長はエキシマレーザの波長よ
りも長いことから伝送中での減衰はさらに小さくなる。In particular, the KrF (or XeCl) excimer laser used in the present invention is an excitation light source for a dye laser, so that the device is much larger than an excimer laser like a conventional KrF (or ArF) stepper. Therefore, it is effective to install only the excimer laser on a floor different from the stepper main body as in the present embodiment in terms of the occupied space in the clean room. In addition, since the laser light L30 transmitted over a long distance between different floors is not the exposure light in the vacuum ultraviolet region, but has a wavelength of 308 nm of the XeCl excimer laser in the present embodiment, the optical path of the laser light L30 is made of nitrogen gas or the like. If not, there is no significant attenuation during propagation. In this embodiment, the dye laser is also separated from the excimer laser.
The same effect can be obtained by disposing only the wavelength conversion section made of the nonlinear optical crystal on the same floor as the stepper body. In this case, since the laser light transmitted between the floors is the laser light of the dye laser, the wavelength thereof is longer than the wavelength of the excimer laser, so that the attenuation during the transmission is further reduced.
【0065】(実施の形態4)次に本発明の露光光源の
第2の実施の形態についてを図4および図5を用いて説
明する。図4は、本発明の第2の実施の形態である露光
光源の構成の一例を示す概念図であり、図5は、その一
部を構成するレーザ増幅器の構成の一例を示す概念図で
ある。(Embodiment 4) Next, a second embodiment of the exposure light source of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure light source according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a laser amplifier constituting a part thereof. .
【0066】図4に示された露光光源400の構成要素
である色素レーザの励起光源として2台のXeClエキ
シマレーザ401a、XeClエキシマレーザ401b
が用いられている。どちらも500Hzの繰り返し数で
動作しているが、発振のタイミングがそれらのパルス間
隔の半分の時間だけずれている。XeClエキシマレー
ザ401aから取り出されたレーザ光L41はミラー4
02aで反射し、ハーフミラー403に入射する。一
方、XeClエキシマレーザ401bから取り出された
レーザ光L42も同一のハーフミラー403に入射す
る。ハーフミラー403は、XeClエキシマレーザの
波長308nmのレーザ光を50%透過し、50%反射
する特性を有している。これによってハーフミラー40
3を経由した2本のレーザ光L43とL44とはどちら
も前記2台のXeClエキシマレーザ401a、401
bからのレーザ光を半分ずつ含むことになる。Two XeCl excimer lasers 401a and 401b are used as excitation light sources for dye lasers, which are components of the exposure light source 400 shown in FIG.
Is used. Both operate at a repetition rate of 500 Hz, but the oscillation timing is shifted by half the pulse interval. The laser beam L41 extracted from the XeCl excimer laser 401a is
The light is reflected at 02a and enters the half mirror 403. On the other hand, the laser light L42 extracted from the XeCl excimer laser 401b also enters the same half mirror 403. The half mirror 403 has a characteristic of transmitting 50% of a XeCl excimer laser beam having a wavelength of 308 nm and reflecting 50%. This allows the half mirror 40
The two laser beams L43 and L44 passing through the three XeCl excimer lasers 401a and 401
The laser light from b will be contained in half each.
【0067】これらのXeClエキシマレーザ401a
と401bとは発振のタイミングがそれらのパルス間隔
の半分の時間だけずれているため、2本のレーザ光L4
3とレーザ光L44は、それぞれのXeClエキシマレ
ーザ401aと401bの繰り返し数の合計の1000
Hzになる。レーザ光L43、およびL44は、それぞ
れ、ミラー402b、ハーフミラー404b、ハーフミ
ラー404d、ミラー402d、およびハーフミラー4
04a、ハーフミラー404c、ミラー402c、を経
由することにより、どちらも色素レーザ発振器405、
第1段目の色素レーザ増幅器406a、第2段目の色素
レーザ増幅器406bにおける励起光L45a,46
a,47aおよび励起光L45b,46b,47bとし
て利用される。These XeCl excimer lasers 401a
And 401b, the oscillation timing is shifted by half the pulse interval, so that the two laser beams L4
3 and the laser beam L44 are 1000 times the total number of repetitions of the respective XeCl excimer lasers 401a and 401b.
Hz. The laser beams L43 and L44 are respectively supplied to the mirror 402b, the half mirror 404b, the half mirror 404d, the mirror 402d, and the half mirror 4
04a, the half mirror 404c, and the mirror 402c, the dye laser oscillator 405,
Excitation lights L45a and L45 in the first-stage dye laser amplifier 406a and the second-stage dye laser amplifier 406b, respectively.
a, 47a and the excitation light L45b, 46b, 47b.
【0068】すなわち色素レーザ発振器405、および
色素レーザ増幅器406a、406bでは、それらの斜
視図である図5に例示したように、レーザ媒質である色
素溶液411が色素セル410中を流れているが、2本
の励起光が色素セル410の両側から、それぞれシリン
ドリカルレンズ412a、およびシリンドリカルレンズ
412bを通って、絞られながら進み、色素溶液411
中で集光する両側励起方式がとられている。That is, in the dye laser oscillator 405 and the dye laser amplifiers 406a and 406b, a dye solution 411 as a laser medium flows in the dye cell 410 as illustrated in FIG. The two excitation lights travel from both sides of the dye cell 410 while being throttled through the cylindrical lenses 412a and 412b, respectively, and the dye solution 411 is formed.
A two-sided excitation method in which light is condensed inside is employed.
【0069】繰返し数1000Hzの励起光によって動
作する色素レーザ発振器405は1000Hzでレーザ
発振し、同様に色素レーザ増幅器406a、406bも
1000Hzの励起光によって増幅作用するため、取り
出されたレーザ光L48も1000Hzである。したが
ってレーザ光L48に入射によって非線形光学結晶40
7から発生する第2高調波である露光光L49も100
0Hzになる。The dye laser oscillator 405 operated by the excitation light having a repetition rate of 1000 Hz oscillates at 1000 Hz, and the dye laser amplifiers 406a and 406b similarly amplify the excitation light of 1000 Hz. It is. Therefore, the nonlinear optical crystal 40 is incident upon the laser beam L48.
Exposure light L49, which is the second harmonic generated from 7, is also 100
0 Hz.
【0070】すなわち本実施の形態では励起光の繰り返
し数が1台のXeClエキシマレーザの2倍と高くなっ
ているため、XeClエキシマレーザを1台用いる場合
に比べて、励起光のトータルの平均パワーが同じ場合、
1パルスのエネルギーを半分にできる。その結果、各パ
ルスのピークパワーが半分になるため、ステッパの縮小
投影レンズにダメージが生じにくくなった。特に露光光
の波長が約0.2ミクロン以下では、紫外域に高透過率を
有する石英においても吸収が大きくなりはじめるため、
露光光のピークパワーが高いことはダメージを発生させ
やすいため、従来のArFエキシマレーザを用いたステ
ッパでは、ステッパのレンズへのダメージも深刻な技術
的課題になっていた。That is, in the present embodiment, the number of repetitions of the pump light is twice as high as that of one XeCl excimer laser, so that the total average power of the pump light is smaller than that in the case of using one XeCl excimer laser. Are the same,
The energy of one pulse can be halved. As a result, the peak power of each pulse is reduced by half, so that the reduction projection lens of the stepper is hardly damaged. In particular, when the wavelength of the exposure light is about 0.2 μm or less, absorption begins to increase even in quartz having a high transmittance in the ultraviolet region.
Since a high peak power of the exposure light easily causes damage, in a stepper using a conventional ArF excimer laser, damage to the lens of the stepper has been a serious technical problem.
【0071】本実施の形態のように、本発明ではエキシ
マレーザのレーザ光を直接露光光として用いずに、色素
レーザの励起光源として用いるため、エキシマレーザか
らのレーザ光が複数本(N本とする。)のビームになっ
てもよく、その場合、露光光の繰返し数を、1台のエキ
シマレーザの繰返し数のN倍にすることができる。さら
に本実施の形態のように励起光源であるエキシマレーザ
を複数台設けて、高い繰り返し数の露光光源を構成する
と、以下に説明するように、特にスキャン方式のステッ
パに効果が大きい。As in the present embodiment, in the present invention, the laser light of the excimer laser is not used as the direct exposure light, but is used as the excitation light source of the dye laser. ), In which case the number of repetitions of the exposure light can be N times the number of repetitions of one excimer laser. Further, when a plurality of excimer lasers serving as excitation light sources are provided as in this embodiment to constitute an exposure light source having a high repetition rate, the effect is particularly great for a scan type stepper as described below.
【0072】すなわち、スキャン方式のステッパでは、
図11に示したように、ウエハー209上に形成する長
方形のチップに対して、円形の露光フィールドをスキャ
ンして、チップに対応する長方形の露光領域に露光光を
照射していくものである。そのため露光光の各パルスご
とに照射領域が少しずつずれていくことから、パルスご
とにエネルギーのばらつきが大きいと、露光量にむらを
生じることになる。したがってパルスの繰り返し数が高
いほど、パルスごとの照射領域のずれを小さくでき、露
光量のむらを抑制できる。すなわち本発明では、用いら
れるエキシマレーザに対して、レーザガスの循環速度を
上げるようなエキシマレーザ自体の改造を行わずに、露
光光の繰り返し数を上げることが可能になった。That is, in a scan type stepper,
As shown in FIG. 11, a rectangular exposure field is scanned with respect to a rectangular chip formed on the wafer 209 to irradiate a rectangular exposure area corresponding to the chip with exposure light. For this reason, the irradiation area slightly shifts for each pulse of the exposure light, so that if the energy varies greatly from pulse to pulse, the exposure amount will be uneven. Therefore, as the pulse repetition number increases, the deviation of the irradiation region for each pulse can be reduced, and the unevenness in the exposure amount can be suppressed. That is, in the present invention, it is possible to increase the number of repetitions of the exposure light without modifying the excimer laser used to increase the circulation speed of the laser gas itself.
【0073】ただし、本発明の構成要素であるエキシマ
レーザとして特にXeClエキシマレーザを用いるなら
ば、一般にKrFエキシマレーザよりも同じ平均出力の
場合、高い繰り返し数で動作させやすいことから、1台
用いてもkHz級の繰り返し数にすることができる。以
上より、本発明の露光光源を用いてスキャン方式の露光
装置を構成するならば、露光光源において用いられるエ
キシマレーザとしては、それが複数台の場合でも、ある
いは1台の場合でもXeClエキシマレーザを用いる方
が好ましい。However, if an XeCl excimer laser is used as the excimer laser which is a constituent element of the present invention, it is generally easier to operate at a higher repetition rate when the average output is the same as that of the KrF excimer laser. Can be set to the repetition rate of the kHz class. As described above, if a scanning type exposure apparatus is configured by using the exposure light source of the present invention, the excimer laser used in the exposure light source may be a XeCl excimer laser even if there are a plurality of excimer lasers or even one. It is preferable to use them.
【0074】なお、スキャン方式の露光を実現する方法
としては、たとえば、一例として、図2に例示されるよ
うに、レチクル206を露光光L7の光軸に交差する方
向水平移動させるレチクル駆動機構206aと、このレ
チクル駆動機構206aと、ウエハー209が載置され
たステージ208の水平移動とを同期させるように制御
するスキャン制御部206bを設け、レチクル206お
よびウエハー209を水平方向に相対的に走査する露光
光L7にて、パターン転写を行うことにより、スキャン
方式の露光を実現することができる。As a method for realizing the scanning exposure, for example, as shown in FIG. 2, a reticle driving mechanism 206a for horizontally moving the reticle 206 in a direction intersecting the optical axis of the exposure light L7. And a scan control unit 206b for controlling the reticle drive mechanism 206a to synchronize the horizontal movement of the stage 208 on which the wafer 209 is mounted, and relatively scans the reticle 206 and the wafer 209 in the horizontal direction. By performing the pattern transfer with the exposure light L7, it is possible to realize the scanning exposure.
【0075】(実施の形態5)次に本発明の第3実施の
形態の露光光源を図6および図7を用いて説明する。こ
の第3の実施の形態の露光光源は、前述の図4および図
5に例示した前記第2実施の形態の露光光源と効果はほ
ぼ同じであるが、装置構成が異なっている。(Embodiment 5) Next, an exposure light source according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The exposure light source according to the third embodiment has substantially the same effects as the exposure light source according to the second embodiment illustrated in FIGS. 4 and 5, but has a different device configuration.
【0076】図6は、本発明の第3の実施の形態である
露光光源の構成の一例を示す概念図であり、図7は、そ
の一部を構成するレーザ増幅器の構成の一例を示す概念
図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure light source according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a laser amplifier constituting a part thereof. FIG.
【0077】図6に示された露光光源500の構成要素
である色素レーザの励起光源として2台のXeClエキ
シマレーザ501a、XeClエキシマレーザ501b
が用いられている。これらは、どちらも500Hzの繰
り返し数で動作しているが、発振タイミングがそれらの
パルス間隔の半分の時間だけずらしている。すなわち第
4の実施の形態と同様に、ミラー502a、ハーフミラ
ー503で合成された2本のレーザ光L53とレーザ光
L54は1000Hzの繰り返し数になっている。これ
らのレーザ光L53とL54は、ハーフミラー504、
ミラー502c、およびミラー502b、ミラー502
dを経由することにより、どちらも色素レーザ発振器5
05、第1段目の色素レーザ増幅器506a、第2段目
の色素レーザ増幅器506bに対して励起光として利用
される。ただし本実施の形態では、色素レーザ発振器5
05、色素レーザ増幅器506a、506bにおいて、
それらの斜視図である図7に示したように励起光L5
5、励起光L56、励起光L57は色素セル510の片
側から供給され、シリンドリカルレンズ512を介して
色素溶液511中で集光する片側励起方式になってい
る。Two XeCl excimer laser 501a and XeCl excimer laser 501b are used as excitation light sources for the dye laser which is a component of the exposure light source 500 shown in FIG.
Is used. Both of them operate at a repetition rate of 500 Hz, but their oscillation timings are shifted by half the pulse interval. That is, as in the fourth embodiment, the two laser beams L53 and L54 combined by the mirror 502a and the half mirror 503 have a repetition rate of 1000 Hz. These laser beams L53 and L54 are provided by a half mirror 504,
Mirror 502c, mirror 502b, mirror 502
In both cases, the dye laser oscillator 5
05, used as excitation light for the first-stage dye laser amplifier 506a and the second-stage dye laser amplifier 506b. However, in the present embodiment, the dye laser oscillator 5
05, in the dye laser amplifiers 506a and 506b,
As shown in FIG.
5, the excitation light L56 and the excitation light L57 are supplied from one side of the dye cell 510, and are condensed in the dye solution 511 via the cylindrical lens 512, so that a single-side excitation method is used.
【0078】繰返し数1000Hzの励起光によって動
作する色素レーザ発振器505は1000Hzでレーザ
発振し、同様に色素レーザ増幅器506a、506bも
1000Hzの励起光によって増幅作用するため、取り
出されたレーザ光L58も1000Hzである。したが
ってレーザ光L58が入射する非線形光学結晶507か
ら発生する第2高調波である露光光L59も1000H
zになる。The dye laser oscillator 505 operated by the 1000 Hz excitation light oscillates at 1000 Hz. Similarly, the dye laser amplifiers 506a and 506b also amplify by the 1000 Hz excitation light. It is. Therefore, the exposure light L59, which is the second harmonic generated from the nonlinear optical crystal 507 on which the laser light L58 is incident, is also 1000H.
z.
【0079】本実施の形態では、色素レーザ発振器50
5、色素レーザ増幅器506a、506bは片側励起方
式であるが、励起光L55、L56、L57を照射する
色素セル510が合計で2個以上あるため、複数本の励
起光を余らせずに利用できる。この点が、エキシマレー
ザを励起光源として用いた本発明の特徴である。また片
側励起方式ではあるが、色素溶液511を照射する励起
光L55、L56、L57のうち、色素溶液511中を
突き抜ける分が、シリンドリカル凹面鏡513で反射し
て再び色素溶液511を再び照射するため、励起光の利
用効率が高くなり、色素レーザの効率が高くなる。In this embodiment, the dye laser oscillator 50
5. The dye laser amplifiers 506a and 506b are of a one-sided pumping type, but since there are a total of two or more dye cells 510 for irradiating the pumping lights L55, L56 and L57, a plurality of pumping lights can be used without leaving any excess. . This is a feature of the present invention using an excimer laser as an excitation light source. In addition, although the one-side excitation method is used, the part of the excitation light L55, L56, and L57 that irradiates the dye solution 511 that penetrates the dye solution 511 is reflected by the cylindrical concave mirror 513 and irradiates the dye solution 511 again. The utilization efficiency of the excitation light increases, and the efficiency of the dye laser increases.
【0080】(実施の形態6)次に、本発明の第4の実
施の形態である露光光源について図8を参照しながら説
明する。図8は本発明の第4の実施の形態である露光光
源の構成の一例を示す概念図である。すなわち、図8
は、本第4の実施の形態である露光光源を構成する波長
変換色素レーザ600の構成を示している。(Embodiment 6) Next, an exposure light source according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of an exposure light source according to a fourth embodiment of the present invention. That is, FIG.
Shows a configuration of a wavelength conversion dye laser 600 constituting an exposure light source according to the fourth embodiment.
【0081】本第4の実施の形態の波長変換色素レーザ
600では、共振器内部に非線形光学結晶605が配置
されており、いわゆる内部波長変換の方式をとってい
る。内部波長変換では、波長変換された第2高調波のみ
を露光光L62として共振器外部に取り出し、基本波を
共振器内部に閉じ込めるため、共振器内部における基本
波のパワーが高くなることから、波長変換効率が高い特
徴があることが知られている。本実施の形態の波長変換
色素レーザ600は、全反射鏡601と全反射凹面鏡6
02とで共振器が構成されており、共振器内部に非線形
光学結晶605、レンズ608、第2高調波L62を取
り出すためのダイクロイックミラー609、ビームスプ
リッタ610、色素セル604、4個のプリズムで構成
されるビーム幅変換器606とが配置されている。ビー
ムスプリッタ610によって、共振器内で発生したレー
ザ光の一部が共振器外部へ取り出され、回折格子611
に当たる。これによって発振波長が定められる。また波
長幅を狭帯域化するためのエタロン612も用いられて
いる。In the wavelength conversion dye laser 600 of the fourth embodiment, a nonlinear optical crystal 605 is disposed inside a resonator, and a so-called internal wavelength conversion method is employed. In the internal wavelength conversion, only the wavelength-converted second harmonic is taken out of the resonator as exposure light L62, and the fundamental wave is confined inside the resonator. Therefore, the power of the fundamental wave inside the resonator increases, so that the wavelength becomes higher. It is known that there is a feature of high conversion efficiency. The wavelength conversion dye laser 600 of the present embodiment includes a total reflection mirror 601 and a total reflection concave mirror 6.
02 and a dichroic mirror 609 for extracting the second harmonic L62, a beam splitter 610, a dye cell 604, and four prisms inside the resonator. And a beam width converter 606 to be used. A part of the laser light generated in the resonator is taken out of the resonator by the beam splitter 610, and the diffraction grating 611 is formed.
Hit. This determines the oscillation wavelength. An etalon 612 for narrowing the wavelength width is also used.
【0082】また波長変換色素レーザ600では、ビー
ムスプリッタ610によって、共振器内で発生したレー
ザ光の一部が共振器外部へ取り出され、波長モニター6
13に入射する。これによって波長変換色素レーザ60
0で発振する基本波の波長をモニターしている。これに
よって発振波長が安定化するようになっており、その結
果、非線形光学結晶605から発生する第2高調波であ
る露光光L62の波長も安定化することになる。すなわ
ち本実施の形態の波長変換色素レーザ600は、内部波
長変換を行っているが、共振器中にビームスプリッタ6
10を挿入することで、共振器内の基本波を共振器外部
へ取り出して、その波長をモニターすることができる。
したがって本実施の形態でも、真空紫外域の露光光L6
2を直接モニターすることなしに、波長を安定化できる
ことから、波長モニター613の寿命は長くなる。In the wavelength conversion dye laser 600, a part of the laser light generated in the resonator is taken out of the resonator by the beam splitter 610, and
13 is incident. Thereby, the wavelength conversion dye laser 60
The wavelength of the fundamental wave oscillating at 0 is monitored. As a result, the oscillation wavelength is stabilized, and as a result, the wavelength of the exposure light L62, which is the second harmonic generated from the nonlinear optical crystal 605, is also stabilized. That is, although the wavelength conversion dye laser 600 of the present embodiment performs internal wavelength conversion, the wavelength splitter 6
By inserting 10, the fundamental wave in the resonator can be taken out of the resonator and its wavelength can be monitored.
Therefore, also in the present embodiment, the exposure light L6 in the vacuum ultraviolet region
Since the wavelength can be stabilized without directly monitoring the wavelength monitor 2, the life of the wavelength monitor 613 is extended.
【0083】なお本発明の波長変換色素レーザ600は
特に露光光源として利用するため、分光学などで用いら
れる一般の色素レーザ発振器に比べて、1〜2桁程度高
い平均出力が要求されることから、色素セル604中を
流れる色素溶液603の幅が広くなっている。なお色素
溶液603は紙面に対して垂直方向に流れている。すな
わち色素溶液603に対して、XeClエキシマレーザ
からの励起光L61a、および励起光L61bは、一方
向のみ集光するシリンドリカルレンズ607a、シリン
ドリカルレンズ607bを通って、紙面に対して垂直方
向のみが絞られながら進み、色素溶液603に対して線
状に集光している。Since the wavelength conversion dye laser 600 of the present invention is used particularly as an exposure light source, an average output that is higher by about one to two orders of magnitude than a general dye laser oscillator used for spectroscopy or the like is required. The width of the dye solution 603 flowing in the dye cell 604 is increased. Note that the dye solution 603 flows in a direction perpendicular to the paper surface. That is, with respect to the dye solution 603, the excitation light L61a and the excitation light L61b from the XeCl excimer laser pass through the cylindrical lens 607a and the cylindrical lens 607b that converge in only one direction, and are focused only in the direction perpendicular to the paper. The light is condensed linearly with respect to the dye solution 603.
【0084】本実施の形態では、色素溶液が流れる色素
セル604が、ビーム幅変換器606によってビームが
拡大された位置に配置されており、励起光L61a、励
起光L61bが集光される色素溶液の体積が大きくなっ
ている。これによると励起光の出力を高くできる。すな
わち、もしも励起光を凸レンズで色素溶液中に1点に集
光するならば、色素溶液が急激に温度上昇したり、色素
セルにダメージが生じることがあるからである。なお、
従来一般の色素レーザ発振器では、励起される色素溶液
の体積を大きくとるためには、図14に示した従来の色
素レーザ発振器900のように、色素溶液903を、レ
ーザ光の光軸方向に沿って長くなるように、色素セル9
04を配置することが一般的であった。なお色素レーザ
発振器900において、901は出力鏡、902は回折
格子、905はビーム幅変換器、906は励起光L90
を集光するためのシリンドリカルレンズである。In this embodiment, the dye cell 604 in which the dye solution flows is arranged at a position where the beam is expanded by the beam width converter 606, and the dye solution in which the excitation light L61a and the excitation light L61b are condensed. Is larger in volume. According to this, the output of the excitation light can be increased. That is, if the excitation light is condensed at one point in the dye solution by the convex lens, the temperature of the dye solution may rise rapidly or the dye cell may be damaged. In addition,
In a conventional general dye laser oscillator, in order to increase the volume of the dye solution to be excited, as in the conventional dye laser oscillator 900 shown in FIG. 14, the dye solution 903 is moved along the optical axis direction of the laser beam. So that the dye cells 9
It was common to place 04. In the dye laser oscillator 900, 901 is an output mirror, 902 is a diffraction grating, 905 is a beam width converter, and 906 is excitation light L90.
Is a cylindrical lens for condensing light.
【0085】これに対して本発明の波長変換色素レーザ
600では、図8に示されたように光軸方向には色素溶
液の長さが短くなっていることから、以下で説明するよ
うに発振波長が安定する効果もある。色素レーザ発振器
の発振波長は、共振器長の変化によって微動する。これ
は発振光の波長の整数倍が共振器長に一致するように発
振するからである。ところが共振器長とは、正確には共
振器内の光路長であるため、共振器内の媒質の屈折率が
温度変化により変化すると、その影響を受けて光路長が
変化することになる。共振器内の光軸が通過するおもな
物質は空気、色素溶液、およびプリズムなどの光学材で
ある。この中で空気における屈折率温度係数の大きさ
は、およそ10のマイナス6乗であり、光学材としてた
とえば石英では、およそ3×10のマイナス6乗である
のに対して、色素溶液を含む一般の液体では、およそ1
0のマイナス4乗となっている。すなわち液体である色
素溶液の屈折率温度係数は空気や光学材に比べて桁違い
に大きいことから、温度変化による光路長への影響とし
ては、色素溶液に依るものが最も大きくなる。したがっ
て本実施の形態のように、共振器内の光軸上で色素溶液
603が占める部分の長さが短くなると、色素溶液60
3の温度変化の影響が小さくなる。On the other hand, in the wavelength conversion dye laser 600 of the present invention, the length of the dye solution is shortened in the optical axis direction as shown in FIG. There is also an effect of stabilizing the wavelength. The oscillation wavelength of the dye laser oscillator slightly fluctuates due to a change in the resonator length. This is because the oscillation is performed so that the integral multiple of the wavelength of the oscillating light coincides with the cavity length. However, since the resonator length is exactly the optical path length in the resonator, when the refractive index of the medium in the resonator changes due to a temperature change, the optical path length changes due to the influence. The main substances through which the optical axis in the resonator passes are optical materials such as air, dye solutions, and prisms. Among them, the magnitude of the temperature coefficient of the refractive index in air is about 10 −6, and in the case of an optical material such as quartz, it is about 3 × 10 −6, whereas the optical material generally contains a dye solution. About 1
0 is the minus 4th power. That is, since the temperature coefficient of the refractive index of the liquid dye solution is orders of magnitude larger than that of air or optical materials, the effect of the temperature change on the optical path length is the largest due to the dye solution. Therefore, as in the present embodiment, when the length occupied by the dye solution 603 on the optical axis in the resonator is reduced, the dye solution 60
3, the influence of the temperature change is reduced.
【0086】すなわち温度変化による屈折率変化によっ
て生じる光路長の変化分の共振器長に対する割合に比例
して、発振波長が変化するからである。That is, the oscillation wavelength changes in proportion to the ratio of the change in the optical path length caused by the change in the refractive index due to the temperature change to the resonator length.
【0087】以上より本実施の形態の波長変換色素レー
ザ600では、色素溶液603の励起体積が大きく、高
出力化が可能であるだけでなく、色素溶液603の光軸
上を占める長さが短く、波長安定性が高い。この波長安
定性は特に露光光として効果が高い。すなわち露光光の
波長が変化すると、ステッパにおける縮小投影レンズに
おける屈折率が変化することになり、その結果ウエハー
上に投影されるパターンがぼけてしまうことから、露光
光源には高い波長安定性が要求されている。As described above, in the wavelength conversion dye laser 600 according to the present embodiment, not only the excitation volume of the dye solution 603 is large and high output is possible, but also the length of the dye solution 603 occupying the optical axis is short. , High wavelength stability. This wavelength stability is particularly effective as exposure light. That is, when the wavelength of the exposure light changes, the refractive index of the reduction projection lens in the stepper changes, and as a result, the pattern projected on the wafer is blurred. Have been.
【0088】(実施の形態7)次に、本発明の露光光源
における色素レーザから取り出されるレーザ光を非線形
光学結晶によって波長変換する装置の変形例を、本発明
の露光光源の第5の実施の形態として例示する。すなわ
ち、図9には本発明の第5の実施の形態の露光光源にお
ける波長変換部700が示されている。(Embodiment 7) Next, a modified example of the apparatus for converting the wavelength of the laser beam extracted from the dye laser in the exposure light source of the present invention by using a nonlinear optical crystal will be described in the fifth embodiment of the exposure light source of the present invention. It is exemplified as a form. That is, FIG. 9 shows a wavelength converter 700 in the exposure light source according to the fifth embodiment of the present invention.
【0089】本発明の露光光源(たとえば図1に示され
た露光光源100)におけるXeClエキシマレーザ励
起色素レーザから取り出されたレーザ光L71は波長変
換部700に入射すると、シリンドリカルレンズ701
を通って非線形光学結晶702中で線状に集光する。こ
れによって波長変換し、波長208nmの紫外光を含む
レーザ光L72が発生する。ただしレーザ光L72に
は、第2高調波と、未変換の基本波である波長416n
mのレーザ光との両方が含まれている。未変換の基本波
を含むレーザ光L72は、シリンドリカル凹面鏡703
で反射して、再び非線形光学結晶702に入射する。こ
れにより未変換の基本波が波長変換して第2高調波がさ
らに発生する。第2高調波は、第2高調波のみを反射す
るダイクロイックミラー704を反射して、露光光L7
3として波長変換部700から取り出される。このよう
に波長変換部700では、色素レーザからのレーザ光L
71が非線形光学結晶702を2回通過するため、未変
換の基本波の割合が低くなっている。すなわち図1で示
されたような通常の波長変換部104に比べて波長変換
効率が高い。また前述したような第5高調波などを発生
させる必要のある露光光源に比べて波長変換効率が高く
なる。たとえば第3高調波では、第2高調波を発生させ
た後、その第2高調波と未変換の基本波とを合成させて
第3高調波である和周波数を発生させる必要があり、第
2高調波は1回の波長変換で発生させたものだけにな
り、本実施の形態のように、未変換の基本波をもう一度
第2高調波の発生に利用できないからである。さらにま
た本実施の形態の波長変換部700から取り出される露
光光L73には未変換の基本波が含まれないため、ステ
ッパ本体に導く際に基本波を分離する必要がない。When the laser beam L71 extracted from the XeCl excimer laser-excited dye laser in the exposure light source of the present invention (for example, the exposure light source 100 shown in FIG. 1) enters the wavelength conversion section 700, the cylindrical lens 701
And converges linearly in the nonlinear optical crystal 702 through the light. As a result, the wavelength is converted, and a laser beam L72 including ultraviolet light having a wavelength of 208 nm is generated. However, the laser beam L72 includes a second harmonic and a wavelength 416n which is an unconverted fundamental wave.
m laser light. The laser beam L72 including the unconverted fundamental wave is transmitted to the cylindrical concave mirror 703.
And is incident on the nonlinear optical crystal 702 again. As a result, the wavelength of the unconverted fundamental wave is converted, and the second harmonic is further generated. The second harmonic reflects the dichroic mirror 704 that reflects only the second harmonic, and the exposure light L7
3 is extracted from the wavelength conversion unit 700. As described above, in the wavelength conversion section 700, the laser light L
Since 71 passes twice through the nonlinear optical crystal 702, the ratio of the unconverted fundamental wave is low. That is, the wavelength conversion efficiency is higher than that of the normal wavelength converter 104 as shown in FIG. Further, the wavelength conversion efficiency is higher than that of the exposure light source that needs to generate the fifth harmonic as described above. For example, in the case of the third harmonic, after generating the second harmonic, it is necessary to combine the second harmonic with an unconverted fundamental wave to generate a sum frequency that is the third harmonic. This is because the harmonic is only generated by one wavelength conversion, and the unconverted fundamental wave cannot be used again for the generation of the second harmonic as in the present embodiment. Furthermore, since the exposure light L73 extracted from the wavelength conversion unit 700 of the present embodiment does not include an unconverted fundamental wave, there is no need to separate the fundamental wave when guiding the light to the stepper body.
【0090】(実施の形態8)次に、図12を参照しな
がら、本発明の露光光源を用いた前述の図2または図3
に例示される露光装置を用いた半導体装置を製造方法の
一例について説明する。(Embodiment 8) Next, referring to FIG. 12, FIG. 2 or FIG. 3 using the exposure light source of the present invention will be described.
An example of a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure apparatus exemplified in FIG.
【0091】図12では、フォトリソグラフィ加工を施
す工程の一例として、ウエハー209のシリコン基板1
001の表面に堆積(デポジション)された二酸化珪素
(SiO2 )の絶縁膜1002に微少な穴(コンタクト
ホール1002a)を穿設する場合を工程順に示してあ
る。In FIG. 12, as an example of the step of performing photolithography, the silicon substrate 1 of the wafer 209 is used.
The case where a minute hole (contact hole 1002a) is formed in an insulating film 1002 of silicon dioxide (SiO 2 ) deposited (deposited) on the surface of 001 is shown in the order of steps.
【0092】フォトリソグラフィ加工では、先ず始めに
図12(1)に例示したように、シリコン基板1001
の上に堆積された絶縁膜1002にレジスト1003が
塗布される。In the photolithography process, first, as illustrated in FIG.
A resist 1003 is applied to the insulating film 1002 deposited thereon.
【0093】次に(2)に示したように露光(多数の矢
印で示したものが図2における露光光L7である。)が
行われる。すなわちレチクル206(図2)のパターン
の露光光L7がウエハー209上のレジスト1003に
照射される。ここでは直径ΔWのコンタクトホール10
02aの形成予定位置に相当する領域には露光光L7は
照射されない。Next, exposure is performed as shown in (2) (the one indicated by a number of arrows is exposure light L7 in FIG. 2). That is, the exposure light L7 having the pattern of the reticle 206 (FIG. 2) is applied to the resist 1003 on the wafer 209. Here, a contact hole 10 having a diameter ΔW
Exposure light L7 is not irradiated to a region corresponding to the position where 02a is to be formed.
【0094】なお本実施の形態では、レジスト1003
はネガレジストと呼ばれるものであり、露光後に現像す
ると、図12(3)に示したように露光光L7が照射さ
れなかったところのみが選択的に現像液に溶けて除去さ
れ、レジスト1003には直径ΔWの穴1003aが形
成される。In this embodiment, the resist 1003
Is called a negative resist. When developed after exposure, only the portions not irradiated with the exposure light L7 are selectively dissolved and removed in the developing solution as shown in FIG. A hole 1003a having a diameter ΔW is formed.
【0095】そこで図12(4)に示したように、エッ
チングを施すとレジスト1003が除去されて形成され
た穴1003aを通じて露出した絶縁膜1002がエッ
チングにより除去される。Then, as shown in FIG. 12D, when etching is performed, the insulating film 1002 exposed through the hole 1003a formed by removing the resist 1003 is removed by etching.
【0096】最後に図12(5)に示したようにアッシ
ングなどによりレジストを除去することで、直径ΔWの
コンタクトホール1002aを有する絶縁膜1002が
シリコン基板1001上に残ることになる。Finally, as shown in FIG. 12 (5), by removing the resist by ashing or the like, the insulating film 1002 having the contact hole 1002a having a diameter ΔW remains on the silicon substrate 1001.
【0097】本実施の形態では、露光光L7の波長が約
208nmとなっているため、通常の露光によっても、
最小約0.21μmの直径の穴(コンタクトホール100
2aなど)や、幅0.21μmの線の加工を施すことがで
きる。さらに位相シフトなどの超高解像技術を用いる
と、露光波長の約0.6倍の波長0.13μmまでの直径の
穴パターンや線パターン等の加工を施すことができる。
したがって本発明の露光装置を用いる本実施の形態の半
導体装置の製造方法では、コンタクトホール1002a
やゲート加工などを、設計ルール0.2μm以下程度の微
細な加工を行う場合に有効である。In the present embodiment, the wavelength of the exposure light L7 is about 208 nm, so that even with ordinary exposure,
A hole with a minimum diameter of about 0.21 μm (contact hole 100
2a) and a line having a width of 0.21 μm can be processed. Further, when an ultra-high resolution technique such as a phase shift is used, a hole pattern or a line pattern having a diameter up to 0.13 μm, which is about 0.6 times the exposure wavelength, can be processed.
Therefore, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment using the exposure apparatus of the present invention, the contact hole 1002a
This is effective when performing fine processing with a design rule of about 0.2 μm or less, such as gate processing and gate processing.
【0098】以上説明した本発明の露光光源ならびに露
光方法および露光装置ならびに半導体装置の製造方法の
各実施の形態における技術的効果を列挙すれば以下の通
りである。The technical effects of each embodiment of the above-described exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and semiconductor device manufacturing method of the present invention are as follows.
【0099】本発明の露光光源では、KrF(あるいは
XeCl)エキシマレーザを利用するため、ArFエキ
シマレーザに比べてガス寿命が長くなり、また狭帯域化
素子などの劣化を抑制できる。したがって本発明の露光
光源を用いた露光装置では、ArFエキシマレーザのス
テッパに比べて低ランニングコストになり、また装置の
スループットも向上する。また十分な狭帯域化が可能で
あるため、縮小投影レンズを単色レンズで構成すること
ができる。In the exposure light source of the present invention, a KrF (or XeCl) excimer laser is used, so that the gas life is longer than that of an ArF excimer laser, and deterioration of a band-narrowing element and the like can be suppressed. Therefore, in the exposure apparatus using the exposure light source of the present invention, the running cost is lower than that of an ArF excimer laser stepper, and the throughput of the apparatus is also improved. Further, since the band can be sufficiently narrowed, the reduction projection lens can be constituted by a monochromatic lens.
【0100】そこで縮小投影レンズを特に石英レンズで
構成した場合、非線形光学結晶としてBBOを用いれ
ば、ArFエキシマレーザに比べて波長が僅かに長い波
長206〜213nmの露光光を発生できることから、
縮小投影レンズの寿命が延び、高感度のレジストが不要
になる。なお石英レンズから成る縮小投影レンズは従来
と同様のものを利用できることから、本発明の露光装置
は低コストに実現できる。したがって本発明の露光装置
ではスループットが向上し、また露光装置自体も安くな
ることから、半導体集積回路を短期間で低コストに製造
できる。Therefore, when the reduction projection lens is formed of a quartz lens in particular, if BBO is used as the nonlinear optical crystal, exposure light having a wavelength of 206 to 213 nm, which is slightly longer than that of the ArF excimer laser, can be generated.
The life of the reduction projection lens is extended, and a highly sensitive resist is not required. Since a reduction projection lens made of a quartz lens can be the same as a conventional projection lens, the exposure apparatus of the present invention can be realized at low cost. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, the throughput is improved and the exposure apparatus itself is inexpensive, so that a semiconductor integrated circuit can be manufactured in a short time and at low cost.
【0101】またKrFエキシマレーザを用いるなら
ば、そのKrFエキシマレーザとして、KrFエキシマ
レーザのレーザ光を直接露光光として用いた従来のKr
FステッパのKrFエキシマレーザを利用することがで
き、新たにKrFエキシマレーザを購入する必要がな
い。これにより本発明の露光装置を低コストで構成でき
ることから、これを用いれば半導体集積回路をさらに低
コストで製造できる。If a KrF excimer laser is used, a conventional KrF excimer laser using the laser light of the KrF excimer laser as the direct exposure light is used as the KrF excimer laser.
The KrF excimer laser of the F stepper can be used, and there is no need to purchase a new KrF excimer laser. As a result, the exposure apparatus of the present invention can be configured at low cost, and if it is used, a semiconductor integrated circuit can be manufactured at lower cost.
【0102】また本発明の露光光源では従来のエキシマ
レーザを用いたステッパとは異なり、エキシマレーザか
らのレーザ光を直接露光に用いずに、色素レーザ発振器
の励起光源として用いるため、エキシマレーザ自体を狭
帯域化する必要がなく、狭帯域化素子は色素レーザ発振
器で用いる。したがって狭帯域化素子、および波長モニ
ターとしては、波長約340nm以上で利用できるもの
を用いることができるようになり、ほとんど劣化するこ
とがなくなった。その結果、狭帯域化素子や波長モニタ
ーの交換によるランニングコストを大幅に低減できるよ
うになった。Also, unlike the stepper using the conventional excimer laser, the exposure light source of the present invention uses the excimer laser itself as the excitation light source of the dye laser oscillator without using the laser light from the excimer laser for direct exposure. There is no need to narrow the band, and the narrowing element is used in a dye laser oscillator. Therefore, as the band-narrowing element and the wavelength monitor, those which can be used at a wavelength of about 340 nm or more can be used, and almost no deterioration occurs. As a result, the running cost due to the replacement of the band-narrowing element and the wavelength monitor can be greatly reduced.
【0103】また特に色素レーザ増幅器を併用するなら
ば、色素レーザ発振器では、それ程高出力化する必要が
なくなるため、色素レーザ発振器内で用いられる狭帯域
化素子を通るレーザ光強度を下げられることから、狭帯
域化素子を長期間利用できるようになる。In particular, if a dye laser amplifier is also used, it is not necessary to increase the output of the dye laser oscillator so much, so that the intensity of the laser beam passing through the band-narrowing element used in the dye laser oscillator can be reduced. Thus, the band-narrowing element can be used for a long time.
【0104】また非線形光学結晶により波長変換させる
レーザ光を、色素レーザ発振器で発振させるため、シン
グルモードで発振させやすくなることから、波長変換効
率を高くすることが容易になる。また本発明では露光光
として約170nm以上の任意な波長のものが得られる
ため、芳香族化合物から成る化学増幅型レジストの吸収
ピークである波長180〜200nmを避けて露光光波
長を設定することができる。したがって、このレジスト
を用いることができ、新しいレジストが不要になった。
また本発明の露光光源を構成するKrF(あるいはXe
Cl)エキシマレーザのレーザ光は紫外域でも比較的長
波長であり大気中での伝搬特性がよい。したがってこれ
らエキシマレーザのみをステッパ本体と離れたフロアー
に設置しても、非線形光学結晶をステッパ本体の近傍に
配置することで、長い伝送路中を窒素などで満たさずと
も、レーザ光を効率よく伝送できる。Further, since the laser light whose wavelength is converted by the nonlinear optical crystal is oscillated by the dye laser oscillator, it is easy to oscillate in a single mode, so that the wavelength conversion efficiency can be easily increased. Further, in the present invention, since an exposure light having an arbitrary wavelength of about 170 nm or more can be obtained, it is possible to set the exposure light wavelength while avoiding the absorption peak wavelength of 180 to 200 nm of the chemically amplified resist composed of an aromatic compound. it can. Therefore, this resist can be used, and a new resist becomes unnecessary.
Further, KrF (or Xe) constituting the exposure light source of the present invention.
The laser light of the Cl) excimer laser has a relatively long wavelength even in the ultraviolet region and has good propagation characteristics in the atmosphere. Therefore, even if these excimer lasers alone are installed on the floor remote from the stepper body, the nonlinear optical crystal is placed near the stepper body, allowing efficient transmission of laser light without filling the long transmission path with nitrogen or the like. it can.
【0105】また色素レーザ増幅器を用いる構成、ある
いは色素に対して励起光を2方向から照射する構成とす
ることで、KrF(あるいはXeCl)エキシマレーザ
を複数台用いることができ、それらのエキシマレーザ自
身の構成を変えずに、繰り返し数を整数倍に高めること
ができる。これによって、ステッパのレンズにダメージ
を生じにくくすることができる。さらにまた、スキャン
方式の露光装置に用いると、露光量のむらを低減でき
る。なおこの場合、特にXeClエキシマレーザを用い
ると効果がある。Further, by employing a configuration using a dye laser amplifier or a configuration in which excitation light is applied to the dye from two directions, a plurality of KrF (or XeCl) excimer lasers can be used, and these excimer lasers themselves can be used. Can be increased to an integral multiple without changing the configuration of Thereby, damage to the lens of the stepper can be suppressed. Furthermore, when used in a scanning type exposure apparatus, unevenness in the exposure amount can be reduced. In this case, it is particularly effective to use a XeCl excimer laser.
【0106】また本発明の波長変換色素レーザでは、色
素容器の体積が大きく、高出力化が可能であるだけでな
く、色素溶液の光軸上を占める長さが短く、波長安定性
が高い。したがってウエハー上に投影されるパターンが
ぼけることがない。Further, in the wavelength conversion dye laser of the present invention, not only the volume of the dye container is large and high output is possible, but also the length of the dye solution occupying the optical axis is short and the wavelength stability is high. Therefore, the pattern projected on the wafer is not blurred.
【0107】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say, there is.
【0108】たとえば、本発明の露光光源の用途として
は、半導体装置の製造工程におけるフォトリソグラフィ
に用いられる露光装置の露光光源としてのみならず、真
空紫外域の波長の安定なレーザ光を必要とする分野に広
く適用することができる。For example, the application of the exposure light source of the present invention is not only required as an exposure light source of an exposure apparatus used for photolithography in a semiconductor device manufacturing process, but also requires a laser beam having a stable wavelength in a vacuum ultraviolet region. Can be widely applied to the field.
【0109】[0109]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.
【0110】本発明の露光光源によれば、露光光源とし
てArFエキシマレーザを用いた場合に伴う前述の様々
な技術的課題を克服でき、真空紫外域である波長約0.2
ミクロンで十分な出力の狭帯域化された露光光を長時間
安定して供給できるという効果が得られる。According to the exposure light source of the present invention, it is possible to overcome the above-mentioned various technical problems associated with the case where an ArF excimer laser is used as the exposure light source, and to achieve a wavelength of about 0.2 in the vacuum ultraviolet region.
The effect is obtained that the exposure light having a sufficient output in a micron and narrow band can be stably supplied for a long time.
【0111】また、本発明の露光光源によれば、狭帯域
化素子や波長モニターの劣化を抑制し、その交換による
ランニングコストを低減できるという効果が得られる。Further, according to the exposure light source of the present invention, there is obtained an effect that deterioration of the band-narrowing element and the wavelength monitor can be suppressed, and the running cost due to the replacement can be reduced.
【0112】また、本発明の露光光源によれば、発生さ
せる露光光の波長として、通常の芳香族化合物から成る
化学増幅型レジストの吸収ピークを避けることができる
という効果が得られる。Further, according to the exposure light source of the present invention, there is obtained an effect that the absorption peak of a chemically amplified resist composed of a general aromatic compound can be avoided as the wavelength of the exposure light to be generated.
【0113】また、本発明の露光光源によれば、装置を
大型化せずに高い繰り返し数が得られるという効果が得
られる。Further, according to the exposure light source of the present invention, an effect that a high repetition rate can be obtained without increasing the size of the apparatus can be obtained.
【0114】また、本発明の露光光源によれば、大型の
ブロアーを用いるような装置の大型化をせずに、パルス
繰り返し数を増大できるという効果が得られる。Further, according to the exposure light source of the present invention, the effect that the number of pulse repetitions can be increased without increasing the size of an apparatus using a large blower is obtained.
【0115】また、本発明の露光方法によれば、露光光
をステッパ本体まで導く光路を窒素ガスなどで満たす必
要がなく、設備の簡略化、低コスト化が可能になるとい
う効果が得られる。Further, according to the exposure method of the present invention, it is not necessary to fill the optical path for guiding the exposure light to the stepper body with nitrogen gas or the like, so that it is possible to simplify the equipment and reduce the cost.
【0116】また、本発明の露光方法によれば、高スル
ープットを達成できるという効果が得られる。Further, according to the exposure method of the present invention, an effect that a high throughput can be achieved is obtained.
【0117】また、本発明の露光装置によれば、露光光
をステッパ本体まで導く光路を窒素ガスなどで満たす必
要がなく、設備の簡略化、低コスト化が可能になるとい
う効果が得られる。Further, according to the exposure apparatus of the present invention, it is not necessary to fill the optical path for guiding the exposure light to the stepper body with nitrogen gas or the like, so that it is possible to simplify the equipment and reduce the cost.
【0118】また、本発明の露光装置によれば、高スル
ープットを達成できるという効果が得られる。Further, according to the exposure apparatus of the present invention, there is obtained an effect that a high throughput can be achieved.
【0119】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、真空紫外域の波長程度の設計ルールを有する半導
体装置を効率良く製造することができるという効果が得
られる。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is obtained an effect that a semiconductor device having a design rule of a wavelength in a vacuum ultraviolet region can be efficiently manufactured.
【図1】本発明の露光光源の第1の実施の形態を示した
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an exposure light source according to the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態である露光装置の構
成の一例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施の形態である露光装置のク
リーンルーム内での設置状態の一例を示した構成図であ
る。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an installation state of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention in a clean room.
【図4】本発明の第2の実施の形態である露光光源の構
成の一例を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration of an exposure light source according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施の形態である露光光源の一
部を構成するレーザ増幅器の構成の一例を示す概念図で
ある。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a laser amplifier constituting a part of an exposure light source according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施の形態である露光光源の構
成の一例を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration of an exposure light source according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3の実施の形態である露光光源の一
部を構成するレーザ増幅器の構成の一例を示す概念図で
ある。FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a laser amplifier constituting a part of an exposure light source according to a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4の実施の形態である露光光源の構
成の一例を示す概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration of an exposure light source according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第5の実施の形態の露光光源における
波長変換部の構成の一例を示す概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration of a wavelength converter in an exposure light source according to a fifth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施の形態の露光技術にて用いられ
る芳香族化合物から成る通常のレジストの特性の一例を
示す線図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of characteristics of a normal resist made of an aromatic compound used in the exposure technique according to the embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施の形態の露光技術におけるスキ
ャン方式の露光の一例を示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of scanning exposure in the exposure technique according to the embodiment of the present invention.
【図12】(1)〜(5)は、本発明の露光光源を採用
した露光装置を用いた半導体装置を製造方法の一例を工
程順に例示した断面図である。FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an exposure apparatus employing the exposure light source of the present invention in the order of steps.
【図13】本発明の実施の形態の露光技術にて用いられ
るアクリル骨格を有する脂環族レジストの特性の一例を
示す線図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of characteristics of an alicyclic resist having an acrylic skeleton used in the exposure technique according to the embodiment of the present invention.
【図14】従来の色素レーザ発振器の構成の一例を示す
概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a conventional dye laser oscillator.
100 露光光源 101 XeClエキシマレーザ 102 色素レーザ発振器 103 色素レーザ増幅器 104 波長変換部 105a ビームスプリッタ 105b ビームスプリッタ 106a レンズ 106b レンズ 106c レンズ 106d レンズ 107 出力鏡 108 回折格子 109a 色素溶液 109b 色素溶液 110 エタロン 111 ミラー 112 非線形光学結晶 113 波長モニター 150 ステッパ本体 200 ステッパ 201a ミラー 201b ミラー 201c ミラー 202 ビーム拡大器 203 ランダム位相板 204 フライアイレンズ 205 コンデンサレンズ 206 レチクル 206a レチクル駆動機構 206b スキャン制御部 207 縮小投影レンズ 208 ステージ 209 ウエハー 300 ステッパ 301’ 床 301a フロアー 301b フロアー 302 XeClエキシマレーザ 303 波長変換色素レーザ 304a ミラー 304b ミラー 304c ミラー 304d ミラー 304e ミラー 305 色素レーザ用補器 306 フレキシブルチューブ 400 露光光源 401a XeClエキシマレーザ 401b XeClエキシマレーザ 402a ミラー 402b ミラー 402c ミラー 402d ミラー 403 ハーフミラー 404a ハーフミラー 404b ハーフミラー 404c ハーフミラー 404d ハーフミラー 405 色素レーザ発振器 406a 色素レーザ増幅器 406b 色素レーザ増幅器 407 非線形光学結晶 410 色素セル 411 色素溶液 412a シリンドリカルレンズ 412b シリンドリカルレンズ 500 露光光源 501a XeClエキシマレーザ 501b XeClエキシマレーザ 502a ミラー 502b ミラー 502c ミラー 502d ミラー 503 ハーフミラー 504 ハーフミラー 505 色素レーザ発振器 506a 色素レーザ増幅器 506b 色素レーザ増幅器 507 非線形光学結晶 510 色素セル 511 色素溶液 512 シリンドリカルレンズ 513 シリンドリカル凹面鏡 600 波長変換色素レーザ 601 全反射鏡 602 全反射凹面鏡 603 色素溶液 604 色素セル 605 非線形光学結晶 606 ビーム幅変換器 607a シリンドリカルレンズ 607b シリンドリカルレンズ 608 レンズ 609 ダイクロイックミラー 610 ビームスプリッタ 611 回折格子 612 エタロン 613 波長モニター 700 波長変換部 701 シリンドリカルレンズ 702 非線形光学結晶 703 シリンドリカル凹面鏡 704 ダイクロイックミラー 900 色素レーザ発振器 901 出力鏡 902 回折格子 903 色素溶液 904 色素セル 905 ビーム幅変換器 906 シリンドリカルレンズ 1001 シリコン基板 1002 絶縁膜 1002a コンタクトホール 1003 レジスト 1003a 穴 REFERENCE SIGNS LIST 100 Exposure light source 101 XeCl excimer laser 102 Dye laser oscillator 103 Dye laser amplifier 104 Wavelength conversion unit 105a Beam splitter 105b Beam splitter 106a Lens 106b Lens 106c Lens 106d Lens 107 Output mirror 108 Diffraction grating 109a Dye solution 109b Dye solution 110 Etalon 111 Nonlinear optical crystal 113 Wavelength monitor 150 Stepper body 200 Stepper 201a Mirror 201b Mirror 201c Mirror 202 Beam expander 203 Random phase plate 204 Fly-eye lens 205 Condenser lens 206 Reticle 206a Reticle drive mechanism 206b Scan controller 207 Reduction projection lens 208 Stage 209 Wafer 300 Stepper 301 'Floor 3 1a Floor 301b Floor 302 XeCl Excimer Laser 303 Wavelength Conversion Dye Laser 304a Mirror 304b Mirror 304c Mirror 304d Mirror 304e Mirror 305 Dye Laser Auxiliary Device 306 Flexible Tube 400 Exposure Light Source 401a XeCl Excimer Laser 401b XeCl Mirror 402b Mirror 402b Mirror 402b Mirror 402b Mirror 403 Half mirror 404a Half mirror 404b Half mirror 404c Half mirror 404d Half mirror 405 Dye laser oscillator 406a Dye laser amplifier 406b Dye laser amplifier 407 Nonlinear optical crystal 410 Dye cell 411 Dye solution 412a Cylindrical lens 412b Cylindrical lens 500 Exposure light source 501a XeCl excimer laser 501b XeCl excimer laser 502a mirror 502b mirror 502c mirror 502d mirror 503 half mirror 504 half mirror 505 dye laser oscillator 506a dye laser amplifier 506b dye laser amplifier 507 non-linear optical crystal 510 dye cell 520 Wavelength conversion dye laser 601 Total reflection mirror 602 Total reflection concave mirror 603 Dye solution 604 Dye cell 605 Nonlinear optical crystal 606 Beam width converter 607a Cylindrical lens 607b Cylindrical lens 608 Lens 609 Dichroic mirror 610 Beam splitter 611 Emission grating 612 Wavelength converter 701 Lindal lens 702 Nonlinear optical crystal 703 Cylindrical concave mirror 704 Dichroic mirror 900 Dye laser oscillator 901 Output mirror 902 Diffraction grating 903 Dye solution 904 Dye cell 905 Beam width converter 906 Cylindrical lens 1001 Silicon substrate 1002 Insulating film 1003a Contact hole 1003
Claims (10)
含む色素レーザ発振器と、非線形光学結晶とを含み、前
記色素レーザ発振器は、前記エキシマレーザを励起光源
としてレーザ動作し、前記色素レーザ発振器から取り出
されたレーザ光を前記非線形光学結晶によって波長変換
して得られるレーザ光を露光光として出力することを特
徴とする露光光源。1. An excimer laser, a dye laser oscillator including a wavelength narrowing element, and a nonlinear optical crystal, wherein the dye laser oscillator performs laser operation using the excimer laser as an excitation light source. An exposure light source, which outputs a laser beam obtained by performing wavelength conversion of the extracted laser beam by the nonlinear optical crystal as exposure light.
エキシマレーザとして複数台のKrFエキシマレーザあ
るいはXeClエキシマレーザを備え、複数台の前記K
rFエキシマレーザあるいは前記XeClエキシマレー
ザを互いにタイミングをずらして発振させ、複数台の前
記KrFエキシマレーザあるいは前記XeClエキシマ
レーザから取り出される複数本のレーザ光のうち、2本
の前記レーザ光を同一のハーフミラーに入射させ、かつ
色素レーザ増幅器を含むか、あるいは前記色素レーザ発
振器におけるレーザ媒質である色素に対して励起光を2
方向から照射する構成としたことを特徴とする露光光
源。2. The exposure light source according to claim 1, further comprising a plurality of KrF excimer lasers or XeCl excimer lasers as the excimer laser, wherein a plurality of the Kr excimer lasers are provided.
An rF excimer laser or the XeCl excimer laser is oscillated with a timing shifted from each other, and two of the plurality of laser lights extracted from the plurality of KrF excimer lasers or the XeCl excimer laser are subjected to the same half. The laser light is made incident on a mirror and includes a dye laser amplifier, or excitation light is applied to a dye as a laser medium in the dye laser oscillator.
An exposure light source characterized in that light is emitted from a direction.
ビーム幅変換器とを含み、かつ前記色素レーザ発振器の
レーザ媒質としての色素溶液が、前記ビーム幅変換器に
よってビーム幅が拡大される位置に配置された第1の構
成、 前記色素レーザ発振器から取り出されたレーザ光の波長
をモニターする波長モニターを備えた第2の構成、 前記色素レーザ発振器の共振器の内部に非線形光学結晶
とビームスプリッタとを含み、かつ前記ビームスプリッ
タから前記共振器の外部に取り出されるレーザ光の波長
をモニターする波長モニターを備えた第3の構成、 前記非線形光学結晶を、光路上においてダイクロイック
ミラーと全反射鏡とで挟むように配置した第4の構成、 前記エキシマレーザとして、波長の狭帯域化素子を用い
ずにレーザ動作させた露光用KrFエキシマレーザを用
いた第5の構成、 のいずれかの構成を備えたことを特徴とする露光光源。3. The exposure light source according to claim 1, wherein the dye laser includes a nonlinear optical crystal and a beam width converter inside a resonator of the dye laser oscillator, and the dye solution as a laser medium of the dye laser oscillator includes: A first configuration disposed at a position where a beam width is expanded by a beam width converter, a second configuration including a wavelength monitor that monitors a wavelength of laser light extracted from the dye laser oscillator, the dye laser oscillator A third configuration including a nonlinear optical crystal and a beam splitter inside the resonator, and a wavelength monitor for monitoring a wavelength of laser light extracted from the beam splitter to the outside of the resonator; Has a fourth configuration in which the dichroic mirror and the total reflection mirror are arranged on the optical path so as to be interposed therebetween. , An exposure light source, characterized in that it comprises a fifth configuration, any configuration using an exposure KrF excimer laser is a laser operated without using the narrowing element wavelengths.
器をエキシマレーザを励起光源としてレーザ動作させ、
この色素レーザ発振器から得られたレーザ光を非線形光
学結晶によって波長変換して得られるレーザ光を露光光
として用いることを特徴とする露光方法。4. A laser operation of a dye laser oscillator including a wavelength narrowing element using an excimer laser as an excitation light source.
An exposure method, wherein a laser beam obtained by wavelength-converting a laser beam obtained from the dye laser oscillator using a nonlinear optical crystal is used as exposure light.
光をレチクルを経由して露光対象物に照射する露光光学
系とを含む露光装置であって、前記露光光源として、請
求項1,2または3記載の露光光源を備えたことを特徴
とする露光装置。5. An exposure apparatus, comprising: an exposure light source for generating exposure light; and an exposure optical system for irradiating the exposure light to an object to be exposed via a reticle. An exposure apparatus comprising the exposure light source according to 2 or 3.
レチクルおよび前記露光対象物を前記露光光の光軸を横
切る方向に相対的に走査させるスキャン方式で露光を行
う場合、請求項2記載の露光光源を用いることを特徴と
する露光装置。6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the exposure is performed by a scanning method in which the reticle and the object to be exposed are relatively scanned in a direction transverse to an optical axis of the exposure light. An exposure apparatus using an exposure light source.
て、前記露光光源を構成する前記エキシマレーザおよび
前記非線形光学結晶のうち、前記エキシマレーザは、前
記露光装置が設置されるクリーンルーム内において、前
記露光光学系を含む露光装置本体と異なるフロアーに設
置し、前記非線形光学結晶は前記露光装置本体と同じフ
ロアーに設置したことを特徴とする露光装置。7. The exposure apparatus according to claim 5, wherein, among the excimer laser and the nonlinear optical crystal constituting the exposure light source, the excimer laser is disposed in a clean room where the exposure apparatus is installed. An exposure apparatus, wherein the non-linear optical crystal is installed on a different floor from the exposure apparatus main body including the exposure optical system, and the nonlinear optical crystal is installed on the same floor as the exposure apparatus main body.
おいて、前記非線形光学結晶としてβ−BaB2 O4 結
晶を用い、 前記露光光学系を構成する縮小投影レンズは石英レンズ
からなる単色レンズであり、前記露光光は、波長206
〜213nmの紫外光である第1の構成、 前記露光光学系を構成する縮小投影レンズは螢石レンズ
からなる単色レンズであり、前記露光光は波長180n
m以下の紫外光である第2の構成、 のいずれかの構成を備えたことを特徴とする露光装置。8. The exposure apparatus according to claim 5, wherein a β-BaB 2 O 4 crystal is used as the nonlinear optical crystal, and the reduction projection lens constituting the exposure optical system is a monochromatic lens made of a quartz lens. And the exposure light has a wavelength of 206.
A first configuration in which ultraviolet light of up to 213 nm is used, the reduction projection lens forming the exposure optical system is a monochromatic lens made of a fluorite lens, and the exposure light has a wavelength of 180 nm.
2. An exposure apparatus, comprising: any one of the following configurations: ultraviolet light of m or less.
導体ウェハに転写するフォトリソグラフィによって半導
体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記
フォトリソグラフィに、請求項4記載の露光方法、また
は請求項5,6,7または8記載の露光装置を用いるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。9. A method of manufacturing a semiconductor device by photolithography in which a reticle pattern is transferred to a semiconductor wafer via exposure light, wherein the photolithography includes the exposure method according to claim 4, or A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using the exposure apparatus according to claim 5.
において、 前記フォトリソグラフィに芳香族化合物から成る化学増
幅型レジスト、または脂環族レジストを用いるととも
に、 前記半導体装置の設計ルールが0.12〜0.21μmであ
る場合には、請求項8記載の露光装置において前記第1
の構成を用い、 前記半導体装置の設計ルールが0.10〜0.18μmであ
る場合には、請求項8記載の露光装置において前記第2
の構成を用いる、ことを特徴とする半導体装置の製造方
法。10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a chemically amplified resist made of an aromatic compound or an alicyclic resist is used for the photolithography, and the design rule of the semiconductor device is 0.12. 9. The exposure apparatus according to claim 8, wherein the first distance is 0.21 μm.
9. The exposure apparatus according to claim 8, wherein the design rule of the semiconductor device is 0.10 to 0.18 μm.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using the configuration described in (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9074242A JPH10270325A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9074242A JPH10270325A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270325A true JPH10270325A (en) | 1998-10-09 |
Family
ID=13541508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9074242A Pending JPH10270325A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Exposure light source, exposure method, exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270325A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001060550A (en) * | 1999-06-30 | 2001-03-06 | Lambda Physik G Zur Herstellung Von Lasern Mbh | Laser beam speckle reduction method and apparatus, and lithographic apparatus |
| JP2002151390A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Canon Inc | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| JP2002151392A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Canon Inc | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| CN100430813C (en) * | 2004-11-12 | 2008-11-05 | 中国科学院光电技术研究所 | High-efficiency laser frequency doubling device |
-
1997
- 1997-03-26 JP JP9074242A patent/JPH10270325A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001060550A (en) * | 1999-06-30 | 2001-03-06 | Lambda Physik G Zur Herstellung Von Lasern Mbh | Laser beam speckle reduction method and apparatus, and lithographic apparatus |
| JP2002151390A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Canon Inc | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| JP2002151392A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Canon Inc | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
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