JPWO2007066700A1 - レーザ光源装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

レーザ光源装置、並びに露光方法及び装置

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Abstract

露光装置本体側の情報をレーザ光源装置側で有効に活用する。ウエハを露光する露光装置本体部(20)のためにレーザ光(LB)を供給するレーザ光源装置(16)であって、露光装置本体部(20)から供給される露光動作に関する露光情報(EI)に基づいて、レーザ光源装置(16)の運転条件を調整する制御部(12)を備えた。その露光情報(EI)の一例は、発光開始までの待機時間又は発光継続時間に関する情報であり、その運転条件の一例は、レーザ光を発光する放電チャンバ(1)内のガス圧、放電チャンバ(1)内の温度、及び放電チャンバ(1)内のブロア(4)の回転数である。

Description

本発明は、レーザ光源装置の制御技術及びレーザ光を用いて物体を露光する露光技術に関し、例えば半導体デバイス、撮像素子(CCD等)、及び液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で、基板上にマスクパターンを転写するために使用される露光装置の露光光源としてレーザ光源装置を用いる場合に好適なものである。
例えば半導体デバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、マスクとしてのレチクルに形成されたパターンが基板としてのレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に露光される。これには、ステッパー等の一括露光型又はスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置が使用されている。これらの露光装置においては、解像度を高めるために、露光波長が次第に短波長化している。最近は露光光源として主にKrFエキシマレーザ(波長248nm)やArFエキシマレーザ(波長193nm)等の放電励起型でスペクトル狭帯化パルス発振を行うエキシマレーザ光源が用いられている。このレーザ光源からパルス発振されたレーザビームは、露光装置本体部の照明光学系においてビーム強度(照度)の均一化処理が施されてレチクルに照射される。
従来は、露光装置本体部において露光開始前に発光時のパルスエネルギー及び発光周波数を設定し、その後は1パルス毎の発光タイミングを知らせるトリガー信号を露光装置本体部からレーザ光源に送信し、そのトリガー信号に同期してレーザ光源でパルス発光を行っていた(例えば、特許文献1参照)。つまり、次のレーザビームをいつ発光すべきかという情報は、レーザ光源側ではトリガー信号が送られて来るまでは持っていなかった。また、例えば露光装置本体部側で露光を継続できないエラーが発生した際に、従来はレーザ光源側では何らの情報のない状態で露光装置本体部から発光の指示(トリガー信号)が来るのを待って待機していた。
また、従来は、レーザビームのスペクトル幅や中心波長等のパラメータは、レーザ光源側でのみモニタされており、露光装置本体側ではそのパラメータの変化の情報は特に利用していなかった。
特開2001−148344号公報
半導体デバイスのパターンは益々微細化しており、その製造に際して用いられる露光装置においては転写された微細なパターン像の線幅であるCD(Critical Dimension)の誤差を低減するために、露光量の制御精度を向上する必要がある。そのためには、レーザ光源側でも、レーザビームのパルス毎のエネルギーの制御精度を高めて、出力の安定性、即ちレーザビームのエネルギー安定性を向上する必要がある。
しかしながら、従来の如く露光装置本体部から送信されるトリガー信号のみに基づいてレーザ光源が発光を行うという制御方法では、必要となる制御精度を維持した状態でパルス発光を行うことは困難であった。さらに、露光装置本体部で露光を一時中断するようなエラーが発生した場合でも、従来のレーザ光源は単に露光装置本体部からのトリガー信号を待っていた。このため、仮に待機状態が長引いたような場合には、必要となる制御精度が得られる状態を維持することが困難であった。その結果、エラーが解消されて露光を再開した際に、レーザビームのエネルギー安定性が低下する恐れがあった。さらに、露光光源がパルス光源ではなく連続光を発生する光源である場合にも、発生する照明光の出力の安定性を高める必要がある。
また、従来は露光装置本体部側ではレーザビームのスペクトル幅や中心波長等のパラメータは使用していなかったが、例えば歩留りの向上のために、露光装置本体部でもそれらのパラメータを利用することが望ましい。
本発明は斯かる点に鑑み、レーザ光源を露光光源等として用いる場合に、レーザ光源側では露光装置等の本体側の情報をより有効に活用し、露光装置等の本体側ではレーザ光源側の情報をより有効に活用することを目的とする。
より具体的に、本発明は、露光装置等の本体側の情報を用いて出力の安定性又は制御精度を向上できるレーザ光源装置、及びこのレーザ光源装置を用いる露光技術を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、レーザ光源を露光光源として用いる場合に、レーザ光の状態を表す情報を利用できる露光技術を提供することを第2の目的とする。
本発明によるレーザ光源装置は、物体を露光する露光装置本体部(20)のためにレーザ光を供給するレーザ光源装置であって、その露光装置本体部から供給される露光動作に関する情報に基づいて、そのレーザ光源装置の運転条件を調整する制御装置(12)を備えたものである。
斯かる本発明によれば、そのレーザ光源装置側でその露光動作に関する情報を用いて次に発光(露光)が開始される際の準備をしておくことによって、出力の安定性又は出力の制御精度を向上できる。
本発明において、その露光動作に関する情報の一例は、発光開始までの待機時間及び発光継続時間の少なくとも一方に関する情報であり、その運転条件の一例は、そのレーザ光を発光するチャンバ内のガス圧、そのチャンバ内の温度、及びそのチャンバ内のブロアの回転数のうち少なくとも一つの条件を含むものである。また、その露光動作に関する情報の他の例は、その露光装置本体部のエラー情報、又はその露光装置本体部に接続された装置(50)のエラー情報を含むものである。
また、本発明による第1のレーザ光源装置の制御方法は、処理装置(20)のためにレーザ光を供給するレーザ光源装置の制御方法であって、その処理装置の動作に関する時間の情報を得ることと、その時間の情報に基づいて、そのレーザ光源装置の運転条件を調整すること、とを備えたものである。
また、本発明による第2のレーザ光源装置の制御方法は、処理装置(20)のためにパルス光を供給するレーザ光源装置の制御方法であって、その処理装置から供給される発光トリガー信号に基づいて、前記パルス光を発光することと、そのパルス光を発光していない待機状態におけるそのレーザ光源装置の運転条件を、その発光トリガー信号が供給される前に変化させること、とを備えたものである。
これらの本発明の制御方法によって、その処理装置側の情報を用いて、レーザ光源装置の制御を行うことができる。
また、本発明による露光方法は、レーザ光源装置からのレーザ光を用いて、基板上に所定のパターンを形成する露光方法であって、そのレーザ光源装置に本発明のレーザ光源装置を用いるか、又は本発明のレーザ光源装置の制御方法を適用するものである。本発明によれば、レーザ光の出力の安定性又は制御精度が向上しているため、CD(Critical Dimension)誤差の改善等を行うことができる。
次に、本発明による露光装置は、レーザ光を発光するレーザ光源(16)と、そのレーザ光を用いて物体を露光する露光装置本体部(20)とを有する露光装置において、そのレーザ光源から発光されたレーザ光の状態をモニタするモニタ装置(9,10)と、そのモニタ装置でモニタされたそのレーザ光の状態の情報をその露光装置本体部での露光結果に対応して記憶する記憶装置(35)とを備えたものである。本発明によれば、そのレーザ光の状態の情報を露光結果に対応して記憶しておくことによって、例えばその露光結果の要因解析等にそのレーザ光の状態の情報を利用できる。
なお、本発明を分かり易くするために一実施形態を表す図面に対応付けて説明したが、本発明がその実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。また、図面に対応付けた実施形態の構成は適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。
第1の実施形態の露光システムを示す図である。 第2の実施形態の露光装置を示す図である。 実施形態のレーザ光源装置の他の例を示す図である。 偏光度の計測系の一例を示す図である。
符号の説明
1…放電チャンバ、4…ブロア、6…レーザ共振器、9…モニタ部、10…スペクトル演算部、11…記憶・補正演算部、12…制御部、13…基準光源、16,16A,16B…レーザ光源装置、20…露光装置本体部
[第1の実施形態]
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1を参照して説明する。本例は、パルス発振するレーザ光源装置に本発明を適用したものである。
図1は本例のレーザ光源装置16を含む露光システムのブロック図であり、この図1において、レーザ光源装置16は、レーザ共振器6、このレーザ共振器6から射出されるレーザビームLB(レーザ光)の光路上に設置された透過率が97%程度のビームスプリッタ7、このビームスプリッタ7の反射光路上に順次配置されたハーフミラー(又はビームスプリッタ)8及びモニタ部9、基準光源13、モニタ部9からの検出信号が入力されるスペクトル演算部10、このスペクトル演算部10からのスペクトル情報等及び後述の複数のセンサの検出情報が供給される記憶・補正演算部11、並びにこのレーザ光源装置16の発光動作を制御する制御部12を備えている。制御部12には、その発光動作を制御するコンピュータを含む発光制御部の他に、レーザ電源部等も含まれている。記憶・補正演算部11は、制御部12から供給されるスペクトル特性等や後述のガス圧等の目標値を記憶するとともに、それらの目標値と実測値との誤差の情報を求めて制御部12に供給する。制御部12中の発光制御部は、それらの誤差が小さくなるようにそのレーザ電源部等をフィードバック制御する(詳細後述)。
レーザ共振器6は所定のハウジング内に収納されている。レーザ共振器6は、ArFエキシマレーザ(発振波長193nm)又はKrFエキシマレーザ(発振波長248nm)よりなる放電電極を含む放電チャンバ(エキシマレーザチューブ)1、この放電チャンバ1の背面に配置された全反射のリアミラー3、その放電チャンバ1の前面に配置された低反射率(高透過率)のフロントミラー2、及び放電チャンバ1とフロントミラー2との間に配置された狭帯域化モジュール(不図示)等を含む。この場合、リアミラー3とフロントミラー2とによって、共振器が構成されている。
その不図示の狭帯域化モジュールは、一例としてレーザビームLBの光路上に順次配置される固定のファブリ・ぺロー・エタロン(Fabry-Perot etalon)(以下、「エタロン」と略称する)と可変傾角のエタロンとを含んで構成される。エタロンは、2枚の石英板を所定の空隙(エアーギャップ)を空けて平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィルタとして働く。固定のエタロンは粗調用で、可変傾角のエタロンは微調用である。これらのエタロンは、レーザ共振器6から射出されるレーザビームLBのスペクトル幅を、一例として自然発振スペクトル幅の約1/100〜1/300程度に狭めて出力する。また、制御部12が不図示の駆動機構を介してその可変傾角のエタロンの傾角を調整することにより、レーザ共振器6から射出されるレーザビームLBの波長(中心波長)を所定範囲でシフトできる。なお、その狭帯域化モジュールを、例えばプリズムと回折格子とを組み合わせて構成することも可能である。また、その狭帯域化モジュールを、放電チャンバ1の背面に設置された全反射ミラーの位置に設置することも可能である。
放電チャンバ1内には、所定の混合比のレーザガス(これは媒体ガスであるクリプトンKr(又はアルゴンAr)、フッ素F2 及びバッファガスであるヘリウムHeから成る)が充填されている。そのため、放電チャンバ1には、不図示の給気バルブを介してフレキシブルなガス供給管の一端が接続され、このガス供給管の他端はKr(Ar)、F2 、Heなどのガスボンベ(図示省略)に接続されている。また、放電チャンバ1には、不図示の排気バルブを介して例えばフレキシブルな排気管が接続されている。この排気管には、フッ素を卜ラップする除去用フィルタや排気用ポンプなどが設けられている。これは、除去用フィルタにより排気ガスを無害化した後に排気用ポンプにより装置の外部ヘ排出することにしたものである。上記各バルブは、制御部12によって開閉制御される。
また、放電チャンバ1は、放電が行われる放電部1aと、放電部1aにガスを供給するガス循環部1bとに分かれ、ガス循環部1b内に内部の複数種類のガスを良好に混合させて、かつ放電部1aに効率良く供給するための細長い複数の羽根等を備えた回転体(ファン)からなるブロア4が設置されている。レーザの発振時に制御部12は、駆動モータ4aを介してブロア4の回転数(rpm)を制御して、放電チャンバ1内部で常時レーザガスを所定の混合比で循環させる。
また、放電チャンバ1内には、内部のガス圧を検出する圧力センサ5A、内部のガス温度を検出する温度センサ5B、及び内部の複数種類のガスの圧力を個別に(又はそのガスの混合比を)検出する分圧センサ(不図示)が装着され、これらのセンサの検出結果は所定のサンプリングレートで記憶・補正演算部11に供給されている。制御部12は、例えばガス交換の際等に、放電チャンバ1内のレーザガスが所定の混合比及び圧力になるように調整し、レーザの発振時には、不図示のヒータを介して放電チャンバ1内のガス温度を制御する。
また、フロントミラー2とビームスプリッタ7との間にレーザビームLBの光路を開閉するシャッタ(不図示)が配置され、基準光源13とハーフミラー8との間の光路上には、基準光源13からの光の光路を開閉するシャッタ14が設けられている。制御部12がそれらのシャッタの開閉を制御することによって、モニタ部9にはレーザビームLB又は基準光源13からの光のいずれかを選択的に入射させることができる。
モニタ部9は、その内部にエネルギモニタとビームモニタ(スペクトルモニタ)とを含む。そのエネルギモニタとしては、高い応答周波数を有するPIN型フォトダイオードなどの受光素子が用いられる。このエネルギモニタからの光電変換信号(光量信号)は記憶・補正演算部11に供給されて、目標値との誤差が算出される。一方、ビームモニタとしては、例えばエタロン、テレメータレンズ及びラインセンサ等を含むファブリペロー干渉計が用いられている。そのエタロンにレーザビームLBから分岐されたレーザビームが入射すると、そのエタロンの部分反射面での回折光はエアーギャップ間で反射と透過とを繰り返す。このとき、所定入射角の光のみがエタロンを透過して強め合い、これにより、テレメータレンズの焦点面に干渉縞(フリンジパターン)が形成され、該フリンジパターンがラインセンサによって検出され、検出結果がスペクトル演算部10に供給される。そのラインセンサで検出される光強度の分布は、その焦点面におけるラインセンサの長手方向に関して所定間隔で、その干渉縞に対応する山型のレーザビームLBのスペクトルの情報を含んでいる。
本例のスペクトル演算部10は、一例としてそのビームモニタの検出結果を用いてモニタ部9に入射するレーザビーム(又は基準光源13の光)の中心波長、及びスペクトル幅を求める。その中心波長の代わりにスペクトルの重心波長を求めてもよい。スペクトル幅としては、強度がピークの1/2となる波長の幅である半値全幅(FWHM:Full Width Half Maximum)を用いるが、その他に2つの波長間のスペクトルの強度分布の積分値がそのスペクトルの強度分布の全積分値に対して95%になるときの幅である95%エネルギ純度幅を用いることも可能である。その中心波長及びスペクトル幅の計測値は記憶・補正演算部11に供給され、ここで目標値に対する誤差が求められ、この誤差が制御部12に供給される。制御部12ではその誤差を補正するように、上記の不図示の狭帯域化モジュールを調整する。
また、その中心波長の真の値(以下では、便宜上この真の値を「絶対値」と呼ぶ)を求める際に、即ち絶対波長キャリブレーションを行う際に、例えば固体狭帯化レーザよりなる基準光源13が用いられる。本例では、基準光源13として、Ar倍波レーザ光源(アルゴンイオン2倍高調波レーザ光源)が用いられている。このAr倍波レーザ光源の中心波長は248.253nmと、KrFエキシマレーザの中心波長λ0 =248.385nmに非常に近くそのリファレンスとして好適である。ArFエキシマレーザの場合には、対応する中心波長に近い中心波長を持つレーザ光源を基準光源13とすればよい。
ここで、モニタ部9及びスペクトル演算部10による絶対波長キャリブレーションについて簡単に説明する。この際に、先ずシャッタ14のみを閉じて、レーザビームLBから分岐したレーザビームのみをモニタ部9で受光し、このレーザビームに対応するフリンジパターンの情報を得、その情報をスペクトル演算部10内部の画像メモリに記憶する。次に、レーザ光源装置16側のシャッタを閉じ、シャッタ14を開いて、基準光源13からの光をモニタ部9に入射させる。そして、このときに得られるフリンジパターンとその画像メモリ内のフリンジパターンとを比較して、レーザビームLBの波長の基準波長からのずれを求めることで、レーザビームLBの絶対波長に対するそれまでの計測値のオフセットを求め、このオフセットを記憶・補正演算部11内に記憶部に記憶する。このオフセットを求める動作が絶対波長キャリブレーションであり、その後、記憶・補正演算部11では、スペクトル演算部10から供給されるレーザビームLBの波長の計測値にそのオフセットを加算することで、レーザビームLBの波長を高精度に計算できる。その絶対波長キャリブレーションは、例えば露光開始前等に定期的に行えばよい。
次に、レーザ光源装置16から射出されてビームスプリッタ7を透過したレーザビームLBは、露光ビームとして露光装置本体部20内の照明光学系を介してマスクとしてのレチクルを照明する。露光装置本体部20は、その照明光学系、レチクルを保持して移動するレチクルステージ、そのレチクルのパターンの像を基板(物体)としてのレジストが塗布されたウエハ上に投影する投影光学系、ウエハを保持して移動するウエハステージ、及びその露光動作を統括制御する主制御系や露光量制御系等を備えている。また、露光装置本体部20には、ウエハにレジストを塗布して露光装置本体部20に供給し、露光済みのウエハのレジストの現像を行うためのコータ・デベロッパ50が接続されている。
本例の露光装置本体部20内の露光量制御系からレーザ光源装置16の制御部12に対して、所定の信号ラインを介して露光時の一連のパルス発光のタイミングを指示するためのトリガー信号TPが送信され、露光装置本体部20内の主制御系から制御部12に対しては、同一又は別の信号ラインを介して露光動作に関する情報を含む露光情報EIが供給される。さらに、その露光量制御系は露光目標パルスエネルギーの情報を、例えば処理するロットの先頭ウエハの露光前にレーザ光源装置16の制御部12に供給する。
一例として、露光開始前に露光装置本体部20から制御部12に対して、その露光情報EIとして以下の(a1)及び(a2)に関する情報が供給される。
(a1)ウエハ内に露光が予定されているショット数(これに1ショット当たりの露光時間を乗じることで1枚のウエハに対する露光継続時間(発光の継続時間)が求められる)、(a2)次の露光開始(発光開始)までのレーザ光源装置16の待機時間。なお、実際に供給するのは、(a1)及び(a2)の少なくとも1つでもよい。
また、(a2)のレーザ光源装置16の待機時間には、ウエハ間(露光が終了したウエハを次のウエハに交換している間)等に予定されている露光休止時間、露光装置本体部20のエラー等によるレーザ光源装置16の発光停止から発光開始までの予想待機時間、又はあとどれくらい待機したらよいかの予想待機時間等が含まれる。
露光装置本体部20からその露光情報EIを受け取った制御部12は、その露光情報EIに応じてレーザ光源装置16の以下の(b1)〜(b5)の運転条件を最適に調整する。
(b1)放電チャンバ1内のガス圧、(b2)放電チャンバ1内のガス分圧、(b3)放電チャンバ1内のガス温度、(b4)放電チャンバ1内のブロア4の回転数、(b5)発振時の放電チャンバ1の電極に対する印加電圧。
なお、実際には、例えば(b2)のガス分圧については、分圧センサの計測値に基づいたフィードバック制御ではなく、上記の複数のボンベからの各気体の流量を制御することによるオープンループ制御でもよい。また、(b5)の放電チャンバ1の印加電圧については、応答速度が極めて速いため、露光装置本体部20からのトリガー信号TPが来てから制御してもよい。また、それ以外の制御時の応答速度の遅い運転条件である(b1)のガス圧、(b3)のガス温度、(b4)のブロア4の回転数については、その内の少なくとも1つを制御するだけでもよい。
具体的に、例えば次の発光開始までの待機時間の情報が供給された場合には、(b3)のガス温度について、待機時間の初めのうちは低くしておき、その待機時間が終わる頃(例えばトリガー信号Tが来る直前)に発振時の温度まで高めておくことによって、放電チャンバ1の寿命を延ばすことができるとともに、発光開始直後から指示されたエネルギーで安定にパルス発光を行うことができる。また、発振周波数が高くなる場合には、予め(b4)のブロア4の回転数を次第に上げておくことによって、スペクトル特性や出力エネルギーの安定性を高めることができる。
上記の(b1)〜(b5)の運転条件の調整によって、レーザ光源装置16から出力されるレーザビームLBについて安定化できる主なパラメータは以下の(c1)〜(c6)である。
(c1)出力エネルギー(パルスエネルギー)、これは、(b5)放電チャンバ1の印加電圧の他に、(b1)放電チャンバ1内のガス圧、及び(b3)放電チャンバ1内のガス温度によっても或る程度制御可能であり、発振周波数が高くなった場合の出力エネルギーの安定性は(b4)の放電チャンバ1内のブロア4の回転数にも依存する。
(c2)スペクトル幅、これは(b2)の放電チャンバ1内のガス分圧(濃度比)によって或る程度制御可能である。
(c3)中心波長、以下の(c3)〜(c6)は、上記の不図示の狭帯域化モジュールによっても或る程度調整可能であるが、上記の(b1)〜(b5)の運転条件の安定性にも依存する。
(c4)レーザビームLBのスペクトルのプロファイル内の光強度分布、
(c5)偏光度、
(c6)空間コヒーレンス。
このように本例のレーザ光源装置16、及びこのレーザ光源装置16の制御方法(制御部12によって実行される)によれば、トリガー信号TP以外に予め露光装置本体部20からレーザ光源装置16の制御部12に供給される露光情報EIに基づいて、レーザ光源装置16の運転条件を調整しておくことによって、発光開始直後からレーザビームLBの出力エネルギーを含むパラメータを安定化できる。従って、露光装置本体部20側で転写されるパターン像の線幅の誤差であるCD誤差を低減することができ、微細なパターンを持つ電子デバイスを高精度に製造できる。
次に、本例において、その露光情報EIには、露光装置本体部20において例えばオートフォーカスが良好に作動しなくなった等で露光を継続できなくなったことを示すエラー情報、又はコータ・デベロッパ50等において処理が停止したために露光を継続できなくなったことを示すエラー情報も含まれている。
即ち、露光装置本体部20又はこれに接続されているコータ・デベロッパ50等でエラーが発生し、露光が一時的に中断された場合には、一例として露光装置本体部20の主制御系からレーザ光源装置16の制御部12に対して、その露光情報EIとしてエラー発生によって露光が止まっているという情報(エラー情報)を送信する。そのエラー情報に応じて、制御部12では、レーザ光源装置16をスタンバイ状態にして待機する。その後、露光装置本体部20から制御部12に対してエラーが回復したとの情報が送信されてから、制御部12がレーザ光源装置16を発振可能な状態に復帰することによって、放電チャンバ1の寿命を延ばしながら、発振時の出力エネルギーを安定化できる。
また、そのように露光装置本体部20又はこれに接続されているコータ・デベロッパ50等でエラーが発生し、露光が一時的に中断された場合には、別の例として露光装置本体部20の主制御系において、そのエラーの内容を以下の(d1)〜(d5)のように分類してレーザ光源装置16の制御部12に通知してもよい。
(d1)一時的なもの(数秒以内に回復予定)、(d2)数分以内に回復予定のもの、(d3)オペレータのアシスト待ち、(d4)大きいエラーですぐには回復の見込みが無いもの、(d5)原因が不明のもの。
このように分類された形でエラー情報を受け取ったレーザ光源装置16の制御部12では、そのエラーの内容に応じて最適なレーザ光源装置16の待機モードを選ぶようにする。例えば、(d1)の一時的なエラーに対しては放電チャンバ1内のガス温度を少し下げ、ブロア4の回転数も少し下げておき、(d4)のすぐには回復の見込みが無いエラーに対してはスタンバイ状態にすればよい。このようにエラーの分類に応じてレーザ光源装置16側の待機モードを選択することによって、無駄なエネルギーの消費を避けることができ、その後の発振開始時には高いエネルギー安定性が得られる。
また、露光で使用されるレーザビームLBの発振周波数やレーザビームLBのパルスエネルギー量の情報も、露光情報EIとしてレーザ光源装置16の制御部12に露光前に供給される。パルスエネルギー量は、露光装置本体部20内の照明光学系に設けられた不図示のセンサ(インテグレートセンサ)によって検出される。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態につき図2を参照して説明する。この図2において、図1に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図2は本例のレーザ光源装置16及び露光装置本体部20を含むスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置を示し、図2中のレーザ光源装置16の構成(簡略化のために図1中の基準光源13やセンサ5A,5Bは図示省略している)は図1のレーザ光源装置16と同じである。図2において、露光光源としてのレーザ光源装置16から射出されたレーザビームLBはミラー21及び22を経て露光装置本体部20の照明光学系に入射する。
その照明光学系において、レーザビームLBは、ビーム成形系23を経てオプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ、又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ24に入射する。なお、フライアイレンズ24の代わりに回折光学素子等を使用してもよい。フライアイレンズ24の射出面、即ち照明光学系の瞳面には照明条件を通常照明、輪帯照明、複数極照明等に設定するための開口絞り板25が配置されている。
フライアイレンズ24から射出されて開口絞り板25中の所定の開口絞りを通過したレーザビームLBは、露光光IL(露光ビーム)としてレンズ系26を経て照明系ブラインド27に入射する。照明系ブラインド27は、固定ブラインド(固定照明視野絞り)及び可動ブラインド(可動照明視野絞り)を備えている。後者の可動ブラインドはレチクルRのパターン面(レチクル面)に対する共役面に設置され、前者の固定ブラインドはその共役面から所定量だけデフォーカスした面に配置されている。照明系ブラインド27を通過した露光光ILは、第1コンデンサレンズ系28、第2コンデンサレンズ系29、及び光路折り曲げ用のミラー30を介してマスクとしてのレチクルRのパターン面のスリット状の照明領域を照明する。ビーム成形系23からミラー30までの部材を含んで照明光学系が構成されている。
露光光ILのもとで、レチクルRの照明領域内の回路パターンの像が投影光学系PLを介して所定の投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等)で、投影光学系PLの結像面に配置された基板(物体)としてのウエハW上の一つのショット領域上のレジスト層のスリット状の露光領域に転写される。以下、投影光学系PLの光軸に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査方向(ここでは図2の紙面に平行な方向)にY軸を取り、走査方向に直交する非走査方向(ここでは図2の紙面に垂直な方向)にX軸を取って説明する。
図2において、レチクルRは、レチクルステージRST上の保持面に吸着保持され、レチクルステージRSTは、レチクルベース(不図示)上にY方向に等速移動できると共に、X方向、Y方向、回転方向に微動できるように載置されている。レチクルステージRST(レチクルR)の2次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計測結果に基づいて主制御系32がステージ制御系34を介してレチクルステージRSTの動作を制御する。
一方、ウエハWは、ウエハホルダ31を介してウエハステージWST上に吸着保持され、ウエハステージWSTは、ウエハベース(不図示)上で投影光学系PLの像面と平行なXY平面に沿って2次元移動する。ウエハステージWSTのX方向、Y方向の位置、及びX軸、Y軸、Z軸の回りの回転角は不図示のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計測結果に基づいて主制御系32がステージ制御系34を介してウエハステージWSTの動作を制御する。また、レチクルR及びウエハWのアライメントを行うアライメントセンサ(不図示)も備えられている。さらに、主制御系32によって制御される露光量制御系33は、露光光ILの光量をモニタする不図示のセンサ(インテグレートセンサ)の検出結果に基づいて、ウエハW上で最適な照度が得られるように、レーザ光源装置16の制御部12に上記のインテグレートセンサの検出結果を供給し、別途発光のタイミングをトリガー信号TPにて送信する。主制御系32は制御部12に上記の露光情報EIを供給する。
通常の露光時には、露光光IL(レーザビームLB)をレチクルRに照射して、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを介してレチクルR及びウエハWを投影光学系PLに対して投影倍率を速度比として同期移動する動作と、露光光ILの照射を停止してウエハステージWSTを駆動してウエハWをステップ移動する動作とがステップ・アンド・スキャン方式で繰り返される。この動作によって、ウエハW上の全部のショット領域にレチクルRのパターンの像が転写露光される。
さて、このようにウエハWの各ショット領域にレチクルRのパターンの像を転写する際に、レーザビームLBの中心波長やスペクトル幅等の状態が露光結果に影響を及ぼすことがある。そこで、露光結果の管理(要因解析を含む)を行うために、本例のレーザ光源装置16のスペクトル演算部10(モニタ装置)から露光装置本体部20の主制御系32に対して、ウエハの各ショット毎の露光時に以下の(e1)〜(e7)のレーザビームの状態を示す情報LIの全て又は少なくとも一部を送信する。送信された情報は、主制御系32(解析装置)に接続された記憶装置35内に各ショット毎の露光結果の情報(ログ)の一部として記憶される。
(e1)ショット内のレーザビームLBの平均スペクトル幅、(e2)ショット内のスペクトル幅の最大値及び最小値、(e3)ショット内のレーザビームLBの中心波長の平均値、(e4)ショット内の中心波長の最大値及び最小値、(e5)ショット内のスペクトルのプロファイルの重心位置の最大値及び最小値、(e6)ショット内のレーザビームLBの偏光度の最大値及び最小値、(e7)ショット内のレーザビームLBの平均エネルギー。
なお、レーザビームLBの偏光度を計測するには、一例として図4に示すように、レーザビームLBをハーフミラー36及びミラー37で2光束に分け、これらの2光束を偏光方向が直交する偏光板38A及び38Bを介してそれぞれ光電センサ39A及び39Bで受光すればよい。光電センサ39A及び39Bの出力から偏光度が計算できる。
図2に戻り、主制御系32では、一例として露光終了後に現像されたウエハWの各ショット領域毎のCD誤差や最終製品の合否判定結果等と上記の(e1)〜(e7)のレーザビームLBの状態との関係を解析して、(e1)〜(e7)のレーザビームLBの状態の許容範囲を求める。その後の露光時には、例えば1ロットの先頭のウエハの露光に際して、レーザ光源装置16から主制御系32に送信されるレーザビームの状態を示す情報LI(上記の(a1)〜(a7)の値)が許容範囲内に無い場合には、主制御系32からレーザ光源装置16側にレーザビームの状態を調整するように指示することによって、レーザビームの状態の最適化が可能になる。
なお、上記のレーザ光源装置16の代わりに図3に示すレーザ光源装置51も使用できる。図1に対応する部分に同一又は類似の符号を付した図3において、図1のレーザ光源装置16とほぼ同じ構成の2つのレーザ光源装置16A及び16Bが並列に配置されている。ただし、本例では、モニタ部9に入射するレーザビームのレファレンス光を発生する基準光源はレーザ光源装置16A,16B内には設置されていない。また、第1のレーザ光源装置16Aの放電チャンバ1とフロントミラー2との間には狭帯域化モジュールは設置されていないが、第2のレーザ光源装置16Bの放電チャンバ1とフロントミラー2との間には狭帯域化モジュール(不図示)が設置されている。また、その狭帯域化モジュールは、リアミラー3の位置に設置することも可能である。そして、第2のレーザ光源装置16Bにおいては出力は小さいが中心波長及びスペクトル幅が高精度に制御されたレーザビームLBAをパルス発光し、第1のレーザ光源装置16Aにおいては、そのレーザビームLBAの出力を増幅したレーザビームLBをパルス発光し、このレーザビームLBを露光装置本体部20で露光ビームとして用いている。
即ち、図3において、レーザ光源装置16Bから射出されたレーザビームLBAはミラー17A及びビームスプリッタ18で反射されてレーザ光源装置16Aのレーザ共振器6に入射し、このレーザ共振器6で増幅されたレーザビームLBがレーザ光源装置16Aから射出される。
また、ビームスプリッタ18を透過したレーザビームLBAは、ハーフミラー8及びミラー17Bを介してモニタ部9と同じ構成のモニタ部9Aに入射する。モニタ部9Aの近傍に基準光源13が配置され、レーザ光源装置16B側のシャッタ(不図示)を閉じて、シャッタ14を開くことで、レーザビームLBAと切り換えて基準光源13からのレファレンス光をハーフミラー8を介してモニタ部9Aに入射できるように構成されている。モニタ部9Aからの検出信号をスペクトル演算部10と同じ構成のスペクトル演算部10Aで処理することによって、そのレファレンス光の波長を基準としてレーザビームLBA、ひいてはレーザビームLBの波長の絶対値を求めることができる。スペクトル演算部10Aで得られる波長の絶対値の情報を含むレーザビームの状態を示す情報LIは、露光装置本体部20からのデータ要求コマンドCSに応じてインタフェース部52から露光装置本体部20に送信される。
本例のレーザ光源装置16A及び16Bは、第1の実施形態と同様に露光装置本体部20からの露光情報EIに基づいてレーザ共振器6の運転条件の調整を行い、トリガー信号TPに基づいてパルス発光を行うが、各レーザ光源装置16A,16Bでは、レーザビームの絶対波長キャリブレーションは行わない。この絶対波長キャリブレーションを行う際には、露光装置本体部20からインタフェース部52にデータ要求コマンドCSを送信し、これに応じてモニタ部9A及びスペクトル演算部10Aにおいて検出されたレーザビームLBの波長の絶対値の情報が露光装置本体部20に送信される。そのレーザビームLBの波長の絶対値の情報は露光情報EIの一部としてレーザ光源装置16Bの制御部12にも供給される。この制御部12では、それまでのレーザビームLBAの波長の計測値の波長の絶対値に対する誤差をオフセットとして求め、それ以降はスペクトル演算部10で求められたレーザビームLBAの波長の計測値をそのオフセットで補正することによって、レーザビームLBA、ひいてはレーザビームLBの波長を目標値に対して高精度に制御できる。また、露光で使用されるレーザビームLBの発振周波数、パルスエネルギー、中心波長、スペクトル幅、偏光度等の情報も露光情報EIとしてレーザ光源装置16の制御部12に露光前に供給される。
この例においても、予め供給される露光情報EIを用いることによって、パルス発振時の出力エネルギーを常に安定化することができる。
なお、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。
なお、本発明は、走査型露光装置のみならず、ステッパー等の一括露光型(静止露光型)の投影露光装置で露光を行う場合にも適用できることは明きらかである。また、露光装置として、ウエハ上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。また、露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用できる。また、本発明は、例えば国際公開第99/49504号で開示されている液浸型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。また、本発明は、波長数nm〜100nm程度の極端紫外光(EUV光)を露光ビーム(レーザ光)として用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。この際に、露光ビームとしてはパルス光のみならず、連続光であってもよい。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、MEMS及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。
また、露光装置として、特開平11−135400号(対応国際公開1999/23692)に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種の計測部材及び/又はセンサを備えた計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。
なお、上記各実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状、組合せ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件、設計要求等に基づき種々変更可能である。
また、本発明は、ウエハステージが複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平10−163099号公報及び特開平10−214783号公報(対応米国特許6,341,007号、6,400,441号、6,549,269号及び6,590,634号)、特表2000−505958号(対応米国特許5,969,441号)あるいは米国特許6,208,407号に開示されている。さらに、本発明を本願出願人が先に出願した特願2004−168481号(対応国際公開2005/122242)のウエハステージに適用してもよい。
なお、上述の各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(または位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、それらに限定されるものではない。例えば、そのようなマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する(可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)。
また、例えば、2光束干渉露光と呼ばれているような、複数の光束の干渉によって生じる干渉縞を基板に露光するような露光装置にも本発明を適用することができる。そのような露光方法及び露光装置は、例えば、国際公開第01/35168号パンフレットに開示されている。
また、本発明が適用される露光装置の光源には、KrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、F レーザ(157nm)等のみならず、g線(436nm)、i線(365nm)等を用いることができる。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
ウエハステージ及び/又はレチクルステージにリニアモータ(USP5,623,853またはUSP5,528,118参照)を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージWST、RSTは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
各ステージの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に設ければよい。
ウエハステージの移動により発生する反力は、投影光学系に伝わらないように、特開平8−166475号公報(対応米国特許第5,528,118号)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平8−330224号公報(対応米国特許第5,874,820号)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
また、露光装置は、各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組立の前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組立工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組立工程の前に、各サブシステム個々の組立工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組立工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
また、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2005年12月9日付け提出の日本国特願2005−357015号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
なお、法令で許容される限りにおいて、露光装置などに関する全ての引例の開示を援用して本文の記載の一部とする。
本発明によれば、レーザ光源を露光光源として用いる場合に、レーザ光源側では露光装置本体側の情報をより有効に活用でき、露光装置本体側ではレーザ光源側の情報をより有効に活用できる。この結果、本発明の露光方法によれば、レーザ光の出力の安定性又は制御精度が向上しているため、CD(Critical Dimension)誤差の低減等によって、微細なパターンを有するデバイスを高精度に製造できる。

Claims (20)

  1. 物体を露光する露光装置本体部のためにレーザ光を供給するレーザ光源装置であって、
    前記露光装置本体部から供給される露光動作に関する情報に基づいて、前記レーザ光源装置の運転条件を調整する制御装置を備えたレーザ光源装置。
  2. 前記露光動作に関する情報は、前記レーザ光の発光開始までの待機時間及び発光継続時間の少なくとも一方の情報を含む請求項1に記載のレーザ光源装置。
  3. 前記運転条件は、前記レーザ光を発光するチャンバ内のガス圧、前記チャンバ内の温度、及び前記チャンバ内のブロアの回転数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項1又は2に記載のレーザ光源装置。
  4. 前記露光動作に関する情報は、前記露光装置本体部のエラー情報、又は前記露光装置本体部に接続された装置のエラー情報を含む請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  5. 前記エラー情報は、前記エラーによる前記レーザ光源装置の待機時間、及び前記露光装置本体部の回復までの時間に応じて分類されたエラー情報の少なくとも一つを含む請求項4記載のレーザ光源装置。
  6. 前記レーザ光はパルス光であり、前記制御装置は、前記露光動作に関する情報とは別に前記露光装置本体部から供給される一連の発光トリガー信号に同期して、前記レーザ光がパルス発光されるように制御する請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  7. 処理装置のためにレーザ光を供給するレーザ光源装置の制御方法であって、
    前記処理装置の動作に関する時間の情報を得ることと、
    前記時間の情報に基づいて、前記レーザ光源装置の運転条件を調整すること、とを備えたレーザ光源装置の制御方法。
  8. 前記処理装置の動作に関する時間の情報は、前記レーザ光の発光開始までの待機時間及び発光継続時間の少なくとも一方の情報を含む請求項7に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  9. 前記運転条件は、前記レーザ光を発光するチャンバ内のガス圧、前記チャンバ内の温度、及び前記チャンバ内のブロアの回転数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項7又は8に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  10. 前記運転条件の調整は、前記レーザ光の発光開始までの待機時間に基づいて、前記チャンバ内のブロアの回転数を調整するものであり、前記待機時間中に回転数を増加する請求項9に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  11. 前記処理装置の動作に関する時間の情報は、前記処理装置又は前記処理装置に接続された装置のエラーによる待機時間の情報を含む請求項7から10のいずれか一項に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  12. 前記エラー情報は、エラー回復までの予想時間に応じて分類されたエラー情報を含む請求項11に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  13. レーザ光源装置からのレーザ光を用いて、基板上に所定のパターンを形成する露光方法であって、
    前記レーザ光源装置に請求項7から12のいずれか一項に記載のレーザ光源装置の制御方法を用いる露光方法。
  14. 前記処理装置から前記レーザ光源装置に、前記処理装置の動作に関する情報を所定の基準で分類して送信し、前記分類に応じて前記運転条件を調整する請求項13に記載の露光方法。
  15. レーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて物体を露光する露光装置本体部とを有する露光装置において、
    前記レーザ光源から発光されたレーザ光の状態をモニタするモニタ装置と、
    前記モニタ装置でモニタされた前記レーザ光の状態の情報を前記露光装置本体部での露光結果に対応して記憶する記憶装置とを備える露光装置。
  16. 前記記憶装置に前記露光結果に対応して記憶された前記レーザ光の状態の情報を用いて、前記露光結果の要因解析を行う解析装置をさらに備える請求項15に記載の露光装置。
  17. 前記モニタ装置でモニタされる前記レーザ光の状態は、前記レーザ光のスペクトル幅、中心波長、前記レーザ光のスペクトルの重心波長、偏光度、及び前記レーザ光の平均エネルギーのうち少なくとも一つを含む請求項15又は16に記載の露光装置。
  18. 処理装置のためにパルス光を供給するレーザ光源装置の制御方法であって、
    前記処理装置から供給される発光トリガー信号に基づいて、前記パルス光を発光することと、
    前記パルス光を発光していない待機状態における前記レーザ光源装置の運転条件を、前記発光トリガー信号が供給される前に変化させること、とを備えたレーザ光源装置の制御方法。
  19. 前記運転条件は、前記レーザ光を発光するチャンバ内のガス圧、前記チャンバ内の温度、及び前記チャンバ内のブロアの回転数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項18に記載のレーザ光源装置の制御方法。
  20. 前記発光トリガー信号が供給される前に、前記チャンバ内のガス圧、前記チャンバ内の温度、及び前記ブロアの回転数のうち少なくとも一つの条件を変化させる請求項19に記載のレーザ光源装置の制御方法。
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