JPH0469660A - 露光装置及びエネルギー制御装置並びに半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は露光装置に関し、特に半導体露光装置に関する
。

［従来の技術］ 半導体技術は高集積化、微細化の一途を辿り、光学的な
露光方式も高解像力のレンズの開発等でまずまずその領
域を拡げつつある。このような露光装置において、マス
ク又はレチクルの回路パターンをウェハ上に転写して焼
き付ける場合、ウェハ上に焼き付けられる回路パターン
の解像線巾は光源の波長に比例するため、近年では遠紫
外（Ｄｅｅｐ　　ＵＶ）領域の短い波長の光源が用いら
れている。しかしなから、これらの光源は遠紫外領域に
おいては出力が低く、またウェハ上に塗布されるフォト
レジスト材の感光性も低いので、露光時間が長くなり、
スルーブツトが小さくなる。

一方、近年エキシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザという高
出力のｄｅｅｐ　　ＵＶ領域での光源が露光装置におい
て有力な手段となることが知得されている。しかしなが
ら、エキシマレーザは従来の重水素ランプやＸｅ−Ｈｇ
ランプと異なってパルス発振方式であり、従って従来の
アナログ的な露光量制御方式すなわちシャッターを用い
てタイマーで設定される時間を制御する方式等を用いる
ことができない。

そこで、以前よりパルス露光による露光制御の方法が提
案されている。

例えば特開昭６０−１６９１３６号公報においては、最
終の露光用光が他の露光用光に比べて小さいエネルギー
を有するように、露光用光の有するエネルギーを制御す
る方法が提案されている。

［発明か解決しようとしている課題］ しかしながら、エキシマレーザの場合、１パルスの出力
のばらつ詮は±５％或はそれ以上に達する。

そのため、特開昭６０−１６９１３６号公報の場合、最
後の１パルスのエネルギーを大きく変える必要があるが
、レーザ自体の出力エネルギーを変える方法を用いた場
合、レーザの励起電圧を大きくしすぎるとレーザ或いは
励起回路か破壊され、逆に励起電圧を小さくしずきると
レーザが発振しなくなる。そのため、レーザー自体の出
力エネルギを大きく変えることは一般的に大変困難であ
る。また、フィルタ等でレーザの出力エネルギーを制御
する方法を用いても、レーザの出力エネルギーを犬ぎ〈
減衰させる場合、フィルタ等でのエネルギーの吸収が大
きくなり、フィルタが劣化するなどの問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
パルス化されたレーザ光を用いて露光を行なう露光装置
において、無理なくより高精度の露光量制御を行なえる
ようにすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の露光装置は、パルス化
されたレーザ光を発生するレーザ発生手段と、このレー
ザ光の複数パルスによって１ショット分の原版のパター
ンを基板上に露光転写する光学手段と、この露光転写に
際しての露光量を少なくともパルス毎に積算して検出す
る露光量検出手段と、レーザ発生手段が発するレーザ光
による露光量を少なくともパルス毎に変化させつる露光
量可変手段と、露光量検出手段による検出結果に基づき
、最初の１パルスから各パルスごとに、１ショットの露
光転写に要する全露光量から既に露光した露光量を差し
引いた残りの露光量から次の１パルスの露光量を算出し
、その結果に基づき露光量可変手段を制御する制御手段
と、を備えている。

制御手段は、露光量の算出に際しては、過去のレーザ発
生手段の使用状態のデータをさらに考慮するのが好まし
い。あるいは、先ず、配光特性が均一となる露光を得る
のに必要なパルス数を算出し、その数の整数倍で１ショ
ットの露光が終わるように１パルスのエネルギーと１シ
ョットの露光に必要な総パルス数とを算出する。さらに
は、露光量可変手段を介してレーザ出力エネルギーを設
定する前にもレーザ発生手段のエネルギーヂャージをす
ることのできる手段を有する。

レーザ発生手段としては、例えばエキシマレーザを用い
るものが使用できる。

［作用］ 本発明によれは、各レーザ出力パルスについて、露光エ
ネルギーを計測し、目標露光量と前回までの積算露光エ
ネルギーから残りの露光量を求め、この残りの露光量か
ら次の１パルスのエネルギーを算出して各パルス毎に露
光エネルギーを制御するようにしたため、最後の数パル
スのエネルギーを大きく変える必要がなく、無理なく各
ショットごとに正確な露光量制御か行なわれる。

［実施例コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の特徴を最もよく表わす露光装置の構成
図である。同図において、１は例えばＫｒＦやＡｒＦが
封入され、パルス化されたレーザ光を発光するエキシマ
レーザ光源である。２はエキシマレーザ光源が発するレ
ーザ光を所望のヒム形状に整形し光束の配光特性を均一
にして出射する照明系であり、ビーム整形光学系、オブ
ティカルインテグレータ、コリメータレンズ、ミラー等
により構成される。Ｍは照明系２の出射光路上に間層さ
れ、集積回路パターンが形成されたマスク又はレチクル
、３は投影光学系、Ｗはウェハであり、マスクＭに形成
された集積回路パターンは投影光学系３を介してウェハ
Ｗ上に投影露光されるようになっている。４はミラー、
５はセンサであり、照明系２が射出する光束の一部はミ
ラー４によってセンサ５の光電変換面に入射される。６
はセンサ５に入射した１パルスの光を積算する光量積算
回路である。センサ５と光量積算回路６は正しいエネル
ギーを検出するように校正されている。７はＣＰＵであ
り、光量積算回路６から１パルスのエネルギーの信号が
エキシマレーザ１を発光させる毎に人力される。ＣＰＵ
７はレーザ制御部８を介してエキシマレーザ１に対し発
光指令等の制御指令および発光エネルギー設定を行なう
。

ここて、第５図を用いて照明系２を詳細に説明する。こ
の図において、５０１はエキシマレーザ１からのレーザ
光を整形するビーム整形モジュール、５０２はレーザ光
に光路差を与えるためのインコヒーレントモジュールで
、インコヒーレントモジュール５０２からのレーザ光は
フライアイレンズ５０３を通過した後、フィルタ５０４
上に集光する。フィルタ５０４上に一旦集光したレザ光
は、コンデンサレンズ５０５を通過した後、２枚のクサ
ビ形プリズム５０６で偏向される。そして、レーザ光は
コンデンサレンズ５０７を通り、絞り５０８上で点光源
（レーザスボ・ンｌ−）５０９を形成する。２枚のクサ
ビ形プリズム５０６は、軸５１１を中心にそれぞれ逆方
向に回転し、その回転位置によって絞り５０８上にでき
る点光源５０９の位置が変化する。例えば、２枚のクサ
ビ形プリズム５０６を３−２の速度比て逆方向に回転す
ると、点光源５０９の軌跡は絞り５０８の面上で第６図
に示すようなりサージュ形を描く。この後、レーザ光は
コンデンサレンズ５１０、マスキングブレード（不図示
）、結像レンズ（不図示）を通ってマスクＭに照射され
る。

次に、この構成における露光量制御を第２図に基づいて
説明する。第２図はＣＰＵ７による露光量制御のフロー
チャートである。あるショットについて露光を開始する
と、まずステップ１００において発光パルス回数ｍに０
をセットするとともに残り露光量Ｊａｆｍ−１１に初期
値（目標露光量Ｊａ）を設定し、ステップ１０１におい
て目標露光量ＪＲを１パルス当りの標準露光量５６で除
して露光に必要な総パルス数Ｐを算出する。この除算の
余りしは上記条件で露光したときの理論上の不足パルス
数（０≦Ｌ〈１）である。

次にステップ１０２において、目標露光量Ｊ８を総パル
ス数Ｐで除して最初の１パルスの設定エネルギーＪＩｌ
を算出する。理論的にはこの設定エネルギーＪＩｌでこ
のパルス数Ｐだけ露光すれば丁度目標露光量Ｊａになる
。

次に、ステップ１０３において、エキシマレサ１に苅し
レーザ制御部８を通して１パルスの設定エネルギーＪａ
を設定し、そしてステップ１０４において、エキシマレ
ーザ制御部８を通して１パルスの発光指令を出す。

次に、ステップ１０５でエキシマレーザ１０発光回数を
カウントアツプし、ステップ１０６でセンサ５おにび光
量積算回路６を通して１パルス当りのエネルギーＪｔを
検出する。

吹に、ステップ１０７では前回までの残り露光量Ｊ８．
。−１）と今回の１パルス当りのエネルギーＪｔによっ
て今の残り露光量ＪａＩＩを算出する。

次に、ステップ１０８において、残り露光量Ｊ−と、総
パルス数Ｐと露光を開始してからの発光パルス数ｍから
次の１パルスの設定エネルギーＪｅを算出する。

次のステップ１０９では、露光に必要な総パルス数Ｐと
露光を開始してからの発光パルス回数ｍとを較べて、同
数になると次のショット位置における露光へ移り、総パ
ルス数Ｐに満たない場合はステップ１０３へ戻る。この
ようにして発光パルス数ｍが総パルス数Ｐになるまでス
テップ１０３〜１０Ｂを繰り返す。

この実施例によれば、制度の高い露光制御が可能になる
だけでなく、エキシマレーザ１の充電圧の変化量を小さ
く抑えることができる。これによってエキシマレーザの
劣化を防ぐことができる。

なお、エキシマレーザエのエネルギー変動が大きいと考
えられる場合は、ステップ１．０９でパルス数を較べる
だけでなく、露光エネルギーも調へその量によっては総
パルス数Ｐを変えるのか好ましい。また、レーザー制御
部８によるエキシマレーザ１に対するエネルギー指定に
際しては、そのエネルギー量をシリアル通信で送っても
、パラレル通信で送ってもよいが、露光時間の短縮のた
めエキシマレーザの、発振周波数が今後上がって来ると
考えられる。そのため、アナログ電圧によるエネルギー
指定が良いと思われる。また、発振周波数のアップに伴
ない、発光エネルギーを指定する前から発光のためのエ
キシマレーザ１のエネルギーチャージが可能な機能も必
須である。

一方、光束の配光特性を均一にするために、レーザ光を
１パルスずつ振ることによって１パルス毎に作られる点
光源（光源像）５０９を円周上やリサージュ形上等に配
置する場合がある。この場合、１回に配置する点光源５
０９の数（円、または、リサージュ形を完結するために
必要なパルス数）と配置する回数を決める必要がある場
合がある。そこで、上記実施例では最初に総パルス数を
決定して、そのパルス数になるように露光していること
から、これを少し変形し、以下のようにしてパルス数を
決めることも可能である。

すなわち、第２図に示したステップ１０１を第３図に示
すステップ２０１および２０２に置き換え、ステップ２
０１においては目標露光量Ｊａを１パルス当りの標準露
光量Ｊ５および１回（例えば、第６図の始点から終点ま
での１サイクル）に配置する点光源の数Ｓで除して点光
源を配置する回数Ｎを算出する。この場合、上記条件で
露光したときの理論上の不足配置回数（０≦Ｌ＜１．）
Ｌが最小になるように１回に配置する点光源の数Ｓと点
光源を配置する回数Ｎを決定する。そして、ステップ２
０２においては、１回に配置する点光源の数Ｓに点光源
を配置する回数Ｎを乗じて総パルス数Ｐを算出する。

なお上述においては、直接エキシマレーザ１の出力エネ
ルギーを変えるようにしているが、エキシマレーザ１の
出力エネルギーは変えないでフィルタ等をレーザ光の光
路に配置してレーザの出力エネルギーを変化させるよう
にしてもよい。

第４図はレーザの充電電圧を一定にしたとぎの、レーザ
のガス交換をしてからの時間とレーザ出力エネルギーと
の関係を示すグラフである。このように、エキシマレー
ザ１にＣＰＵ７がレーザー制御部８を通して設定した１
パルスの設定エネルギーＪＩｌと、ＣＰＵ７がセンサー
５および光量積算回路６を通して検出した実際のエネル
ギーＪｔとの関係が時間とともに変動する場合がある。

これはエキシマレーザ１の出力エネルギーが変化したた
めで、この原因としては充填ガスの劣化、ウィンドの雲
り、電極の劣化等がある。そのため、この場合、レーザ
のガス交換からの時間、ガス交換してからのレーザ発先
回数、ウィンドの雲り具合、レーザの電極の劣化具合、
前回まての設定エネルギーＪＩｌと実際のエネルギーＪ
ｔとの関係等をデータヘース化して、それらのデータを
使って実際のエネルギーＪｔが必要なエネルギーに一致
するように設定エネルギーＪｅを決定する機能か必須で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、所定露光量からすでに露光した露
光量を差し引いた残り露光量から、次の１パルスのレー
ザ出力エネルギーを算出し、そのエネルギー量で露光す
るようにしたため、無理なく高精度の露光量制御を行う
ことができる。

部を表わすフローヂャート、 第４図は、充電電圧を一定にしたときの時間とレーザ出
力エネルギーとの関係を示すグラフ、第５図は、本実施
例の照明系を詳細に示す図、そして、 第６図は、点光源の配置例を示す図である。

１：エキシマレーザ、２・照明系、３：投影光学系、４
：ミラー、５．フォトセンサ、６．光量積算回路、７：
ＣＰＵ、８．レーザ制御部、Ｍ：マスク、Ｗ：ウェハ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る縮小投影型の露光装
置すなわち所謂ステッパーの概略構成図、 第２図は、第１図の装置の露光量制御のフローヂャート
、

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス化されたレーザ光を発生するレーザ発生手
   段と、このレーザ光の複数パルスによつて１ショット分
   の原版のパターンを基板上に露光転写する光学手段と、
   この露光転写に際しての露光量を少なくともパルス毎に
   積算して検出する露光量検出手段と、前記レーザ発生手
   段が発するレーザ光による露光量を少なくともパルス毎
   に変化させうる露光量可変手段と、前記露光量検出手段
   による検出結果に基づき、最初の１パルスから各パルス
   ごとに、１ショットの露光転写に要する全露光量から既
   に露光した露光量を差し引いた残りの露光量から次の１
   パルスの露光量を算出し、その結果に基づき前記露光量
   可変手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴
   とする露光装置。
2. （２）前記制御手段は、露光量の算出に際しては、過去
   の前記レーザ発生手段の使用状態のデータをさらに考慮
   する、請求項１記載の露光装置。
3. （３）前記制御手段は、露光量の算出に際しては、先ず
   、配光特性が均一となる露光を得るのに必要なパルス数
   を算出し、その数の整数倍で１ショットの露光が終わる
   ように１パルスのエネルギーと１ショットの露光に必要
   な総パルス数とを算出する、請求項１記載の露光装置。
4. （４）制御手段は、露光量可変手段を介してレーザ出力
   エネルギーを設定する前にもレーザ発生手段のエネルギ
   ーチャージをすることのできる手段を有する、請求項１
   記載の露光装置。
5. （５）レーザ発生手段は、エキシマレーザを有する請求
   項１記載の露光装置。