JPH10270325A

JPH10270325A - 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

Info

Publication number: JPH10270325A
Application number: JP9074242A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Takehisa; 究武久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
ｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ１９９５年１１月、第１６頁か
ら第１７頁において説明されている。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２６】本発明の作用の一例を示せば以下の通りで
ある。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

１００露光光源１０１ＸｅＣｌ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３０２ＸｅＣｌ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４０１ａＸｅＣｌエキシマレーザ４０１ｂＸｅＣｌ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５０１ａＸｅＣｌエキシマレーザ５０１ｂＸｅＣｌ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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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。
【請求項２】請求項１記載の露光光源において、前記
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。
【請求項３】請求項１記載の露光光源において、前記色素レーザ発振器の共振器内部に非線形光学結晶と
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。
【請求項４】波長狭帯域化素子を含む色素レーザ発振
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。
【請求項５】露光光を発生する露光光源と、前記露光
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。
【請求項６】請求項５記載の露光装置において、前記
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。
【請求項７】請求項５または６記載の露光装置におい
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。
【請求項８】請求項５，６または７記載の露光装置に
おいて、前記非線形光学結晶としてβ−ＢａＢ₂Ｏ₄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。
【請求項９】露光光を介してレチクルのパターンを半
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。
【請求項１０】請求項９記載の半導体装置の製造方法
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。