JP2004158624A - 走査型露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査型露光装置において、ウエハステージ上に設置された計測用光電センサ（照度むらセンサ）の温度変化に伴う感度変化を軽減化させて、高精度での照度むら計測を行う。
【解決手段】露光フィールド上の照度むら計測を行う場合において、照度むらセンサをスリット方向（非スキャン方向）にステップ移動する際に、照度むらセンサを照明光の照射領域の外に待機させることで、全ての照明光を照度むらセンサにて計測せず、一定時間おきに照度むらセンサにて照明光を計測する。その結果、単位時間当たりの入射光量を減らすことで、照度むらセンサの温度上昇を低減させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際に、レチクルのパターンをウエハ上に塗布された感光材とに転写する露光装置が使用されている。
【０００３】
現在、使用されている露光装置には、ウエハ上のショット領域にレチクルパターンを転写する際に、ウエハが搭載されたウエハステージを静止した状態で一括して露光を行うステップ・アンド・リピート方式の露光装置（以後、ステッパ）や、あるいはレチクルパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期して走査することによりレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に逐次転写露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（以後、スキャナ）等があり、露光装置の動作にはウエハ上にレチクルパターンの転写を行う通常露光と、露光フィールド上の照度むら等の計測・調整を行う計測露光とに分けることができる。
【０００４】
従来、露光フィールド上の照度むら等を計測する計測露光時には、ウエハステージ上に設置された照度むらセンサを使用している。この照度むらセンサには出力が飽和しないように、受光面の上部に減光素子（ＮＤフィルタ）が設置されている。このＮＤフィルタは非常に透過率が低く（１［％］程度）、照度むらセンサに入射された光量の９９［％］程度はＮＤフィルタにて吸収、反射し、残った僅かな光量が照度むらセンサの検出部を照射している。
【０００５】
ところが、ＮＤフィルタにて吸収される光量が多いので、ＮＤフィルタは発熱を引き起こし易い。ＮＤフィルタで生じた熱エネルギは拡散により照度むらセンサの温度を上昇させて、その結果、照度むらセンサの出力を変動させるという問題点があった。
【０００６】
たとえば、露光フィールド上の照度むら計測において、照度むらセンサで感度変化が生じた場合には、感度変化による計測誤差の影響も含めて、スリットなどにより照度むらの調節が行われるので、結果的に通常露光時の露光フィールド上には照度のむらを作る原因となる。
【０００７】
この対策として、特開平９−２２１２０号公報においては、照明光の一部の光束の光量を計測する光電センサと、光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段とを備え、温度検出手段により検出された温度に基づいて光電センサの温度変化に伴う感度変化を補正するように構成している。
【０００８】
あるいは、照明光の一部の光束の光量を計測する光電センサと、光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段と、光電センサの受光面の温度を制御する温度制御手段とを備え、温度検出手段の検出値に基づいて温度制御手段を制御し、光電センサの受光面の温度を安定化し、温度変化に伴う感度の変化を一定に保つように構成している。
【０００９】
また、特開平１１−１８６１４８公報で提案された方法は、光電センサの暗電流または順方向電圧を検出し、その検出値に基づいて、光電センサの出力に対するゲインを制御するか、または光電センサの受光面の温度を制御するように構成している。このとき、照明光がパルス状の照明光である場合、暗電流または順方向電圧は、パルス状の照明の合間に検出する構成をしている。
【００１０】
上記提案では暗電流や順方向電流が温度に依存する特性を用いて、暗電流または順方向電流を検出することにより、光電センサの温度変化に伴う感度変化を補正している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した特開平９−２２１２０号公報や特開平１１−１８６１４８号公報の提案により、照度むらセンサの温度変化に伴う感度変化による影響を正確に補正することは難しい。
【００１２】
上記に記載した特開平９−２２１２０号公報においては、照度むらセンサの受光面の近傍に温度検出手段を備えても、照度むらセンサと温度検出手段が別物であるがゆえに若干の温度差が生じ、正確に照度むらセンサの受光面の温度を検出することができず、照度むらセンサの感度を正確に安定化することができなかった。
【００１３】
さらに温度検出手段や温度制御手段を設置することは、ウエハステージ構成を複雑にし、温度的な安定性を低下させるのもである為、ウエハステージ等の性能劣化や装置のコスト高も懸念される。
【００１４】
また、特開平１１−１８６１４８公報においては、照度むらセンサの暗電流もしくは順方向電圧を検出し、照度むらセンサの温度変化に伴う感度変化の影響を補正または補償する構成であるが、センサは同じ型番のものであっても、それぞれ固有の特性をもつために特性がそれぞれ異なっている可能性がある。そのため、同じ型番のセンサから同じ大きさの暗電流が検出されたとしても、同量の温度変化に伴う感度変化が生じているとはいえない。
【００１５】
さらに、暗電流や順方向電流は照度むらセンサの使用時間とともに変化することが知られている。同公報では照度むらセンサの使用時間を考慮していないために、長期にわたって照度むらセンサの温度変化に伴う感度変化を補正することは困難であった。
【００１６】
このように、照度むらセンサで温度変化に伴う感度変化が生じた場合、その影響を正確に補正することは難しい。しかし、照度むらセンサにおいて温度変化に伴う感度変化が生じる原因は、照度むらセンサが照射される光量によって発熱するからであるので、照射する光量を減らすことで、温度変化に伴う感度変化の変化量を低減させることが可能である。
【００１７】
本発明では、露光フィールド上の照度むら計測を行う際に、照度むらセンサに照射される単位時間当たりの入射光量を減らすことで、照度むらセンサの温度上昇を低減させ、照度むら計測の測定精度を向上させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の露光装置は、
予め露光装置内部のメモリなどに記録した照度むらセンサの入射光量に対する感度特性に基づいて、前記照度むらセンサで露光フィールド上の光量を計測するタイミングを決定し、前記露光フィールド上の照度むらを計測する際に、決定された前記光量を計測するタイミングに基づいて、前記照度むらセンサの単位時間当たりの入射光量を制御することを提案するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る露光装置の概略構成図を図１に示す。図１において、１はパルス光源であるエキシマレーザであり、パルス状の照明光を発生する。２は減光部材であり、複数枚のＮＤフィルタによって構成され、透過率を複数段階で切り替えることができる。３はビーム整形光学系であり、エキシマレーザ１から出射された照明光が、所望の断面形状の平行光束に整形される。４は１／４波長板であり、ビーム整形光学系２を通った直線偏光の照明光を、円偏光に変換する。５は反射鏡、６はフライアイレンズであり、フライアイレンズ６の射出面には多数の光源像が形成され、これにより照明光の照度分布の平坦化が行なわれる。７はビームスプリッタであり、フライアイレンズ５を通った照明光がここで分割される。８は後述のレチクルを均一な照度分布で照明するためのレンズ群、９は反射鏡である。 １０はレチクル、１１はレチクルステージであり、水平面内で微小駆動が可能である。１２は投影光学系、１３はウエハであり、レチクル１０上のパターンが、投影光学系１２を介してウエハ１３に投影露光される。１４はウエハステージであり、このステージを制御することでウエハ上の所望する部位を露光することができる。１５は照度むらセンサであり、露光フィールド上の照度むらを計測する際に用いられる。１６はビームスプリッタ６で反射された光を集める集光レンズ、１７は積算露光量センサであり、実際の露光中におけるウエハ上の露光量を、照度むらセンサ１５との相関係数より換算し、間接的に求めている。１８は主制御系であり、照度むらセンサ１５や積算露光量センサ１７の出力より、エキシマレーザ１や減光部材２などを制御する。
【００２０】
従来のスリット方向に対する照度むら計測時の照度むらセンサの動作を図２に示す。図２（ａ）は照度むら計測の概略説明図、図２（ｂ）は照度むら計測時の照度むらセンサの動作、図２（ｃ）は投影光学系からのパルス光、図２（ｄ）は照度むらセンサに入射されるパルス光、図２（ｅ）は照度むらセンサの温度変化を示す図である。
【００２１】
従来の方法は、図２（ａ）中に示す照射領域をスリット方向に対して、等間隔に分割する。この分割されたセルをＳＴＥＰと称する。そして、照度むらセンサをウエハステージによって制御し、ＳＴＥＰ毎の光量を測定する。その結果図３に示すような結果が得られ、照射領域のスリット方向に対する照度分布を求めることができる。
【００２２】
図▲２▼（ｂ）に照度むらセンサの動作を示す。照度むら計測が開始されると，まず照度むらセンサはＳＴＥＰ１の測定位置に移動して、ＳＴＥＰ１の光量を測定（図２（ｂ）中の▲１▼）する。測定は照度むらセンサをスキャン方向に走査させながら複数パルス行われ、その平均値を各ＳＴＥＰの光量としている。次に照度むらセンサは次のＳＴＥＰの光量を測定するため、ＳＴＥＰ２の測定位置に移動（図２（ｂ）中の▲２▼）する。以下照度むらセンサは図２（ｂ）に示す▲３▼、▲４▼の走査とステップ動作を行い、同じ動作を繰り返しながら各ＳＴＥＰの光量を測定している。
【００２３】
図２（ｃ）は投影光学系から照射されてくるパルス光である。同図中の▲１▼〜▲４▼の時間は図２（ｂ）の▲１▼〜▲４▼の動作時間を表す。▲１▼と▲３▼で行われているパルス光の照射時間は、各ＳＴＥＰの光量を求める際に、何パルスの平均値を光量とするのかで決定される。このパルス数は露光装置内のメモリに記録されており、通常変更することはない。また同図中の▲２▼、▲４▼のパルス光が照射されていない時間は、照度むらセンサが次のＳＴＥＰを測定するための測定位置に移動している時間である。この時間もウエハステージの性能に依存して決定され、変更することはない。
【００２４】
図２（ｄ）は照度むらセンサに入射されるパルス光を示す。従来の方法では、照射領域に照射されたパルス光をすべて測定しているため、図２（ｃ）と同一波形となる。
【００２５】
図２（ｅ）は照度むらセンサにおける温度変化の概略的特性である。▲１▼と▲３▼の時間では照度むらセンサにパルス光が照射されているので温度は上昇する。一方、▲２▼と▲４▼の時間では、パルス光は照射されていないので、熱エネルギは蓄積されず、周囲へ熱エネルギを放熱しているので温度は下降する。つまり、光電センサの温度上昇は、▲１▼、▲３▼で生じた熱エネルギを▲２▼、▲４▼の時間で放熱しきれずに熱エネルギが徐々に蓄積されるためである。
【００２６】
以下、本発明による露光装置について説明する。
まず、予めウエハステージ上に設置された照度むらセンサの入射光量に対する温度特性をメモリなどに記録しておく。各ＳＴＥＰの光量を測定する場合に、照射するパルス数や１パルス当たりのパルスエネルギはある一定条件に設定されているので、少なくともその条件時において１ＳＴＥＰの光量を求める時に生じた熱エネルギを放熱できる時間を記録すればよい。
【００２７】
本発明によるスリット方向に対する照度むら計測時の照度むらセンサの動作を図４に示す。図４（ａ）は照度むら計測の概略説明図、図４（ｂ）は照度むら計測時の照度むらセンサの動作、図４（ｃ）は投影光学系からのパルス光、図４（ｄ）は照度むらセンサに入射されるパルス光、図４（ｅ）は照度むらセンサの時間に対する温度変化を示す図である。
【００２８】
本発明による照度むら計測は、図４（ａ）に示すように、従来と同じく照射領域をスリット方向に対して等間隔に分割し、各ＳＴＥＰの光量を測定する。
【００２９】
図４（ｂ）に照度むらセンサの動作を示す。照度むら計測が開始されると、まず照度むらセンサはＳＴＥＰ１の測定位置に移動して、ＳＴＥＰ１の光量を測定（図４（ｂ）中の▲１▼）する。測定は従来の方法と同様に、照度むらセンサをスキャン方向に走査させながら複数パルスを照射し、その平均値を求める。次にＳＴＥＰ１によって生じた熱を放熱するため、照射領域の外で待機する（図４（ｂ）中の▲２▼）。このとき、パルス光源や照明光学系、投影光学系の状態を通常露光時と近い状態を維持するために、照度むらセンサが▲２▼で待機中もパルス光源は通常露光時と同じようにパルス光を照射する。照度むらセンサが待機する時間は予め記録した照度むらセンサの入射光量に対する感度特性と、各ＳＴＥＰ測定時の光量（図４（ｃ）中の▲１▼、▲４▼における光量の総和）に基づいて決定される。▲２▼での待機が終了したら、照度むらセンサは次のＳＴＥＰの光量を測定するため、測定位置に移動する（図４中の▲３▼）。以下、照度むらセンサは図４（ｂ）の▲４▼、▲５▼、▲６▼と移動し、同じ動作を繰り返しながら各ＳＴＥＰの光量を測定する。
【００３０】
図４（ｃ）は投影光学系から照射されてくるパルス光である。従来の方法において、休止時間（図２（ｃ）中の▲２▼）は、照度むらセンサが次のＳＴＥＰを測定位置に移動している時間で決められていたが、本発明ではパルス光源や照明光学系、投影光学系の状態を通常露光時に近づけるように休止時間を決定する。つまり、通常露光時と計測露光時とで、パルス光源の発振周波数や発振ｄｕｔｙを同じ条件に設定する。
【００３１】
図４（ｄ）は照度むらセンサに入射されるパルス光を示している。従来の方法は投影光学系から照射されるパルス光と照度むらセンサに入射されるパルス光は一致していたが、本発明による照度むら計測では、照度むらセンサに待機時間（図４（ｂ）中の▲２▼、▲５▼）を設けることで、投影光学系から照射されるパルス光の一部を照度むらセンサにて計測することが可能である。待機時間▲２▼、▲５▼は各ＳＴＥＰの光量を測定する際に生じた熱を放熱する時間である。
【００３２】
図４（ｅ）は照度むらセンサにおける温度変化の概略特性図である。▲１▼ではパルス光が照度むらセンサに照射されているので、温度は上昇する。▲２▼と▲３▼では▲１▼で生じた全ての熱を放熱できる時間に設定してあるので、図４（ｅ）に示すようにＳＴＥＰの光量測定が始まる前の温度まで下がる。
【００３３】
以上のように制御することで、照度むらセンサでの温度変動を軽減することができ、その結果、照度むらの計測精度を向上することができる。
【００３４】
さらに本発明による手法では、露光光源として連続光光源を使用した場合でも、パルス光源時と同様に照度むら計測の測定精度を向上できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では露光フィールド上の照度むら計測を行う場合において、照度むらセンサをスリット方向（非スキャン方向）にステップ移動する際に、照度むらセンサを照明光の照射領域の外に待機させることで、全ての照明光を照度むらセンサにて計測せず、一定時間おきに照度むらセンサにて照明光を計測する。その結果、単位時間当たりの入射光量を減らすことで、照度むらセンサの温度上昇を低減させる。
【００３６】
その結果、照度むらセンサでの温度変化を軽減させ、照度むら計測等における計測精度を向上することができる。
【００３７】
また、パルス光源や投影光学系、照明光学系などの状態を通常露光時と近い状態に設定できるので、仮にパルス光源の発振条件等の違いによって照度むらが変動したとしても、複数回の計測を行えばその影響を含めた正確な計測が可能である。
【００３８】
また、本発明では新たに装置を追加することなく、露光精度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成図。
【図２】従来の照度むら計測方法の説明図。
【図３】スリット方向に対する照度むらの計測結果例。
【図４】本発明における照度むら計測方法の説明図。
【符号の説明】１：エキシマレーザ、２：減光部材、３：ビーム整形光学系、４：１／４波長板、５：反射鏡、６：フライアイレンズ、７：ビームスプリッタ、８：レンズ群、９：反射鏡、１０：レチクル、１１：レチクルステージ、１２：投影光学系、１３：ウエハ、１４：ウエハステージ、１５：照度むらセンサ、１６：集光レンズ、１７：積算露光量センサ、１８：主制御系。

Claims (5)

1. 露光光源より照明光を照射して、レチクルに形成されたパターンを感光基板の露光領域に転写する露光装置であり、
   露光フィールド上の光量を計測する為の計測用光電センサと、
   前記計測用光電センサで露光フィールド上の光量を計測するタイミングを決定する手段とを有し、
   前記決定された光量を計測するタイミングに基づいて、前記計測用光電センサでの計測を実行することを特徴とする露光装置。
2. 請求項１に記載の露光装置において、前記計測用光電センサで露光フィールド上の光量を計測するタイミングを決定する手段は、予め露光装置内部のメモリなどに記録した前記計測用光電センサの温度変化に伴う感度変化の特性から求めることを特徴とする露光装置。
3. 前記計測用光電センサがフォトダイオードである請求項１、２のいずれか１つに記載の露光装置。
4. 前記露光光源がパルス光源である請求項１、２のいずれか１つに記載の露光装置。
5. 前記露光光源がエキシマレーザである請求項１、２のいずれか１つに記載の露光装置。

Images