(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーからの光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の夫々に関して安定型共振器となる共振器と、前記レーザー光のスペクトル線の半値幅を狭めるための回折格子と、を備え、前記回折格子の表面は、前記共振器の一対の共振用の鏡の一方を兼ね、前記２つの断面の一方に関して凹面を有し、
前記共振用の鏡の他方は、前記２つの断面の他方に関して凹面を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
レーザーからの光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の夫々に関して安定型共振器となる共振器と、前記レーザー光のスペクトル線の半値幅を狭めるための回折格子と、を備え、前記回折格子は、前記共振器の一対の共振用の鏡の間に設けてあり、
前記回折格子の表面は、前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する鏡を兼ね、前記２つの断面の一方に関して凹面を有し、
前記共振用の鏡の他方は、前記２つの断面の他方に関して凹面を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
レーザーからの光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の夫々に関して安定型共振器となる共振器を備え、
前記共振器の一対の共振用の鏡の一方が前記２つの断面の一方に関して凹面を有し、前記一対の共振器の他方が前記２つの断面の他方に関して凹面を有することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
レーザーからの光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の夫々に関して安定型共振器となる共振器を備え、
前記共振器の一対の共振用の鏡の間に一つの前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する第３の鏡を有し、前記一対の共振用の鏡及び前記第３の鏡の内の一つが前記２つの断面の一方に関して凹面を有し、前記一対の共振器及び前記第３の鏡の他の一つが前記２つの断面の他方に関して凹面を有することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
レーザーからのレーザー光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、前記２つの断面の一方の断面に関して凹面の第１の鏡と、前記２つの断面の他方の断面に関して凹面の第２の鏡と、を有する共振器を備え、
前記共振器の一対の共振用の鏡の一方が前記第１の鏡であり、前記一対の共振器の他方が前記第２の鏡であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
レーザーからのレーザー光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、
前記レーザーは、前記２つの断面の一方の断面に関して凹面の第１の鏡と、前記２つの断面の他方の断面に関して凹面の第２の鏡と、を有する共振器を備え、
前記共振器の一対の共振用の鏡の間に一つの前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射するリレー用の鏡を有し、前記一対の共振用の鏡及び前記リレー用の鏡の内の一つが前記第１の鏡であり、前記一対の共振器及び前記リレー用の鏡の他の一つが前記第２の鏡であることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記凹面は、シリンドリカルな面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの露光装置。
【請求項８】
前記レーザーは、エキシマレーザーであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの露光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの露光装置を用いてデバイスパターンで基板を露光する段階と、該露光された基板を現像する段階とを有するデバイス製造方法。
【請求項１０】
共振用の鏡の一方をある断面に関して凹面の回折格子で構成したエキシマレーザーにおいて、
前記共振用の鏡の他方を前記断面に直交する断面に関して凹面としたことを特徴とするエキシマレーザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関し、特にＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に好適な露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はエキシマレーザーを露光用光源とする縮小投影露光装置の一例を示す概略図である。図４において１〜８及び３１によりエキシマレーザー２０が構成されている。１、３１は夫々レーザー発振の為の後側及び前側共振器ミラー（鏡）であり、これらのミラー１、３１により例えば、ＫｒＦエキシマレーザーは次のようにレーザー発振がなされる。
【０００３】
放電チャンバー６内部には、ネオン、クリプトン、フッ素が石英ガラス窓５、７で封入されており、チャンバー６内部での横方向の電気的放電により励起される。この現象によりＫｒＦ分子（エキシマ）が生成され、ブロードバンド光（半値幅０．数ｎｍ程度のスペクトル線）が発生する。発生した光は、アパーチャー４を通過し、ビームエクスパンダー３へと導光され、ビーム径が拡大される。さらに、ビームエクスパンダー３により光線の発散角も減少させられる。その後、発生した光はミラー２により反射され、後側共振器ミラーであるグレーティングミラー１へと入射する。グレーティングミラー１は、所望の波長のみを再びミラー２へ戻してそこで元の光路に向けて反射させるように設計されている。ミラー２からの反射光は、ビームエクスパンダー３、アパーチャー４を逆行し再び放電チャンバー６へと導かれる。この光は放電チャンバー６の内部で増幅された後、アパーチャー８を通過して、前側共振器ミラー３１へと向かう。前側共振器ミラー３１では、入射光の約９０％がミラー３１を透過し、残りの約１０％はミラー３１で反射されて再び放電チャンバー６内で増幅される。この繰り返しにより２４８ｎｍのナローバンドのレーザー光（０．００数ｎｍのスペクトル線）が発振する。
【０００４】
ここでミラー２により反射されグレーティングミラー１へ入射する光は、アパーチャー４、８での回折、ミラー３１、２の製造誤差、ビームエクスパンダー３の誤差により一般には極僅かに発散する光束となる。この時に波長選択性を良くするためには、例えばＵＳＰ５０９５４９２にある様にグレーティングミラー１は図３のＨ断面（光軸とＨ方向とに平行な断面）で曲率が微小な凹面を有するシリンドリカル面とする。グレーティングミラー１をシリンドリカル面とすることによりＨ断面に関して安定型共振器が構成される。
【０００５】
この様にしてエキシマレーザー２０からナローバンドのレーザー光が発され、このレーザー光がビーム整形光学系１０により所望のビーム形状に整形され、ハエノ目レンズ（フライアイレンズ）等からなるオプティカルインテグレーター１１の光入射面１１ａに指向される。オプティカルインテグレーター１１は複数の微小レンズを２次元的に所定のピッチで配列して構成しており、その光出射面１１ｂ近傍に複数の２次光源を形成している。１２はコンデンサーレンズである。コンデンサーレンズ１２は、オプティカルインデグレーター１１の光出射面１１ｂ近傍に形成した複数の２次光源からの光束を複数の可動ブレードを有するマスキングブレード１３上で重ね合わせてマスキングブレード  １３をケーラー照明している。
【０００６】
１４はコリメーターレンズであり、マスキングブレード１３を通過した光束を集光している。１５はミラー、１６はリレーレンズであり、ミラー１５で反射した光束をリレーレンズ１６により集光してレチクル（マスク）１７面に照射し、レチクル１７面上にマスキングブレード１３の開口と相似な照明域を形成している。１８は投影光学系であり、レチクル１７面上の回路パターンの縮小像を半導体基板としてのウェハ１９上に投影している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４における縮小投影露光装置においては以下のような問題があった。
【０００８】
エキシマレーザー２０内部の平面ミラー３１とグレーティングミラー１によるレーザー発振の際、図中Ｈ断面に関しては、入射光に対してグレーティングミラー１の反射面が凹面で平面ミラー３１の反射面が平面となっているため安定型共振器を構成している。一方、Ｖ断面（光軸方向とＶ方向に平行な断面）に関しては、入射光に対してグレーティングミラー１及びミラー３１の双方共が平面となっている。このため、Ｖ方向の場合はＨ方向のように空間的コヒーレンスが低くならない。また、例えばグレーティングミラー１、平面ミラー３１の一方又は両方が入射光に対して凸面となるような製造誤差を生じている場合、Ｖ断面に関しては不安定型共振器が構成されることになる。その結果、Ｈ方向に関しては、空間的コヒーレンスが低く、Ｖ方向に関しては空間的コヒーレンスの高いレーザー光が形成される。
【０００９】
このように、エキシマレーザー２０からのレーザー光のＶ方向の空間的コヒーレンスが高くなる場合、以下のような問題が生じる。
【００１０】
照明光学系２内のハエノ目レンズ１１を構成する各々の微小レンズの入射面１１ａにおける光強度分布がマスキングブレード１３面上で重ね合わされるため、レーザー光の空間的コヒーレンスが高いとマスキングブレード１３近傍においてスペックル等の干渉パターンが発生する。
【００１１】
マスキングブレード１３近傍でのスペックル等の干渉パターンは、マスキングブレード１３の共役面であるレチクル１７、ウェハ１９近傍において照度ムラを発生させるので、投影レンズ１８によりウェハ１９上に形成されるレチクル１７の回路パターン像の像性能を劣化させる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、照度むらを軽減できる露光装置及び照度むらを軽減できるデバイス製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の形態は、レーザーからのレーザー光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の夫々に関して安定型共振器となる共振器を有する。この第１の露光装置においては、前記レーザーがエキシマレーザーを備える形態、前記共振器内に前記レーザー光のスペクトル線の半値幅を狭めるためのエタロン、プリズム、回折格子等の分光手段を有する形態、前記回折格子の表面が前記共振器の一対の共振用の鏡の一方を兼ねる形態、前記回折格子が前記共振器の一対の共振用の鏡の間に設けてあり前記回折格子の表面が前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する鏡を兼ねる形態、前記回折格子の表面が前記２つの断面の一方に関して凹面を有し前記共振用の鏡の一方が前記２つの断面の他方に関して凹面を有する形態、前記凹面の夫々がシリンドリカルな面である形態、前記回折格子の表面が前記２つの断面の夫々に関して凹面を有する形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の少なくとも一方が前記２つの断面の夫々に関して凹面を有する形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の間に一つの前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する第３の鏡を有し前記一対の共振用の鏡及び前記第３の鏡の少なくとも一つが前記２つの断面の夫々に関して凹面を有する形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の一方が前記２つの断面の一方に関して凹面を有し前記一対の共振器の他方が前記２つの断面の他方に関して凹面を有する形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の間に一つの前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する第３の鏡を有し前記一対の共振用の鏡及び前記第３の鏡の内の一つが前記２つの断面の一方に関して凹面を有し前記一対の共振器及び前記第３の鏡の他の一つが前記２つの断面の他方に関して凹面を有する形態、前記凹面が球面である形態等がある。
【００１４】
又、上記目的を達成するための本発明の第２の形態は、レーザーからのレーザー光でマスクのパターンを照明することにより該マスクのパターンを介して被露光基板を露光する露光装置において、前記レーザーは、互いに直交する２つの断面の双方に関して凹面の第１の鏡、又は前記２つの断面の一方の断面に関して凹面の第２鏡及び前記２つの断面の他方の断面に関して凹面の第３鏡の組、を備える共振器を有する。第２の露光装置においては、前記レーザーがエキシマレーザーを備える形態、前記共振器内に前記レーザー光のスペクトル線の半値幅を狭めるためのエタロン、プリズム、回折格子等の分光手段を有する形態、前記回折格子の表面が前記第１、第２又は第３の鏡の一つを兼ねる形態、前記回折格子が前記共振器の一対の共振用の鏡の間に設けてあり前記回折格子の表面が前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射する鏡を兼ねる形態、前記回折格子の表面が前記共振器の一対の共振用の鏡の一方を兼ねる形態、前記第２及び第３の鏡の前記凹面が夫々シリンドリカルな面である形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の少なくとも一方が前記第１の鏡である形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の間に前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射するリレー用の鏡を有し前記一対の共振用の鏡と前記リレー用の鏡の少なくとも一つが前記第１の鏡である形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の一方が前記第２の鏡であり前記一対の共振器の他方が前記第３の鏡である形態、前記共振器の一対の共振用の鏡の間に一つの前記一対の共振用の鏡の一方からの光を他方へ反射するリレー用の鏡を有し前記一対の共振用の鏡及び前記リレー用の鏡の内の一つが前記第２の鏡であり前記一対の共振器及び前記第３の鏡の他の一つが前記第３の鏡である形態、前記凹面の夫々が球面である形態がある。
【００１５】
また、第１と第２の露光装置に共通して、前記レーザーがＫｒＦエキシマレーザー又はＡｒＦエキシマレーザーである形態、前記レーザーからのレーザー光を前記マスクに照射する照射光学系は前記レーザー光の波面を分割するフライアイレンズを有する形態、前記マスクのパターンの像を前記被露光基板上に投影する投影光学系を有する形態等がある。
【００１６】
また、本発明によれば、前記各形態の露光装置を用いてデバイスパターンを基板上に転写する段階を有するデバイス製造方法も提供される。
【００１７】
また、本発明のエキシマレーザーは共振用の鏡の一方をある断面に関して凹面の回折格子で構成したものにおいて、前記共振用の鏡の他方を前記断面に直交する断面に関して凹面としたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す概略図である、発明の属する技術分野の項に記載の各種デバイスの製造に用いられる縮小投影露光装置の概略図である。
【００１９】
図１に示す露光装置は、図４で説明した露光装置を改良したものであり、ここでは、改良点であるエキシマレーザー２０の後側（図の右側）共振器ミラー９とその作用に関して説明し、図４の露光装置と同一の部材とその作用については説明を省略し、図４の装置と同一部材に同一の符番を付すだけにした。
【００２０】
図１では、図４の従来例の平面ミラー３１がシリンドリカルミラー９に置き換えられている。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のシリンドリカルミラー９を図１の上下方向（Ｈ方向）から見た図である。図１（Ｂ）においてはシリンドリカル面の曲率が誇張して描いてあるが、実際には曲率半径１０ｍ程度の曲率が微小な凹面である。図１（Ｂ）に示すようなＶ断面に関して曲率を有する（即ち凹面を有する）シリンドリカルミラーをエキシマレーザー２０の前側共振器ミラー９として用いることにより、Ｈ断面に関しては図４のレーザーと同じ通りの安定型共振器であり、且つＶ断面に関しても、グレーティングミラー１の平面とシリンドリカルミラー９の凹面により安定型共振器を構成する共振器とすることができる。これは、シリンドリカルミラー９の凹面の作用によりＶ断面においてもレーザー光の発散が抑制されるからである。従って、図２の露光装置では、Ｖ、Ｈ方向の双方において空間的コヒーレンスが低いレーザー光が得られ、レチクル（マスク）１６面やウェハ１９面での照度むらが軽減される。
【００２１】
図１の露光装置において、シリンドリカルミラー９の代わりに、更にＨ断面に関してＶ断面とは異なる曲率の凹面を有するトーリックミラーを用いることもできる。また、グレーティングミラー１とリレー用ミラー２の配置を逆にした構成も採れる。
【００２２】
以上の実施例では、後側（光出射側）共振器ミラーをＶ断面として本発明の目的を達成したが、後側共振器ミラー９は平面ミラーとし、グレーティングミラー１を、シリンドリカル凹面ミラーではなく、回転対称な凹球面ミラーとしても良い。回転対象な凹球面ミラーであれば、Ｈ断面とＶ断面の双方に関してグレーティングミラー１の表面（反射面）を凹面とすることができる。また逆に、グレーティングミラー１を平面ミラーとし、後側共振器ミラー９を回転対称な凹球面ミラーとしても良い。また、グレーティングミラー１と後側共振器ミラー９を平面ミラーとし、リレー用ミラー２を回転対称な凹球面ミラーとしたり、リレー用ミラー２をＨ、Ｖ断面の一方に関して凹面とし、グレーティングミラー１と後側共振器ミラー９の少なくとも一方をＨ、Ｖ断面の他方又は双方に関して凹面としても良い。これら変形例においてもシリンドリカル凹面ミラーや凹球面ミラーの代わりにトーリック凹面ミラーを用いることができる。
【００２３】
以上の実施例のエキシマレーザーはレーザー光のスペクトル線の半値幅を狭める為の分光手段としてグレーティングミラー１を用いるタイプのレーザーであるが、本発明はこの分光手段としてエタロンやプリズムを用いたレーザーや分光手段としてエタロンやプリズムやグレーティングの内の複数の素子を組み合わせたレーザーにも適用できる。この際前側共振器ミラーとしてグレーティングミラーを有しない構成では、前後の共振器ミラーやリレー用ミラーの少なくとも一つに凹面を供給することにより、共振器においてＨ断面、Ｖ断面の夫々で凹面ミラーが生じるようにする。以上の実施例のエキシマレーザー２０は図４と同様にＫｒＦエキシマレーザーであるが、露光用の光源としてＡｒＦエキシマレーザー（中心波長１９３ｎｍ）を用いても良い。
【００２４】
以上実施例の露光装置はレチクル１７のパターン像の投影に投影レンズ１８を用いるものであるが、この種のレンズ系（複数のレンズのみの光学系）ではなく、一個又は複数個の凹面ミラーを備える投影ミラーを用いても良い。また、本発明はレチクル１７と半導体基板１９（被露光基板、ウェハ）の間に投影光学系を設けないで露光を行なうコンタクトタイプやプロキシミティータイプの露光装置にも適用できる。尚、露光装置の種類として、ステップ＆リピート露光タイプ、ステップ＆スキャン露光タイプ、一括露光、（一括）スキャン露光等があるが、本発明はいずれのタイプのものにも適用できる。
【００２５】
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００２６】
図３は上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００２７】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＶ、Ｈ両断面について安定型共振器を構成してＶ、Ｈ両方向で空間的コヒーレンスの低い光を得ることができ、その結果、レチクル（マスク）面上での照度ムラを軽減し、安定した像性能を得ることができる露光装置とデバイス製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図３】図２のウェハプロセスを示す図である。
【図４】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１  グレーティングミラー
２  ミラー
３  ビームエクスパンダー
４  アパーチャー
５  石英ガラス
６  放電チャンバー
７  石英ガラス
８  アパーチャー
９  前側共振器シリンドリカルミラー
１０  ビーム整形光学系
１１  オプティカルインテグレーター（フライアイレンズ）
１１ａ  オプティカルインテグレーターの光入射面
１１ｂ  オプティカルインテグレーター１１の光出射面
１２  コンデンサーレンズ
１３  マスキングブレード
１４  コリメーターレンズ
１５  ミラー
１６  リレーレンズ
１７  レチクル（マスク）
１８  投影レンズ
１９  半導体基板（ウェハ）
２０  エキシマレーザー
２１  照明光学系
３１  前側共振器平面ミラー
【図１】
0004154003.tif 000002
【図２】
0004154003.tif 000003
【図３】
0004154003.tif 000004
【図４】
0004154003.tif 000005