JP2005216877A - エネルギ量制御装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギ量制御系が不安定になるのを防ぐと同時に、短時間に、高精度なエネルギ量制御を達成すること。
【解決手段】 パルスエネルギ量検出手段と、今回までに検出した複数のパルスエネルギ量またはパルスエネルギ量の推移から補正パラメータを算出する補正パラメータ算出手段と、パルスエネルギ量検出手段で検出した特定のパルスエネルギ量の積算値がある目標値と一致するように、次回供給する１パルス分のエネルギ量の目標値を決定するエネルギ量決定手段と、１パルス分のエネルギ量の目標値を、補正パラメータを用いて補正を行った１パルス分のエネルギ量の目標値として再算出する目標エネルギ量補正手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エネルギ量制御装置に関し、特にエキシマレーザを光源として用いる露光装置等のエネルギ量制御に好適なエネルギ量制御装置に関するものである。

露光装置等の光源として用いられるエキシマレーザは、発振するパルス光（パルスエネルギ）毎に±５％程度の確率的なエネルギ量のばらつきを有している上、発振されるパルス光のエネルギ量の短期的、長期的な変動現象が存在する。このエネルギ量の変動現象は、チャンバ内部に密閉された混合ガスの変化や、混合ガス圧の変化に起因する。一般に、パルスレーザ光源に対する印加電圧（若しくはパルス光発振時の充電電圧）と、その印加電圧のもとで発振されるパルス光のエネルギ量との間には所定の関係があり、印加電圧を決定することにより発振されるエネルギ量は一義的に決まる。しかし、この関係に経時的な変化（例えば、エキシマレーザのようなガスレーザにあってはチャンバ内部の混合ガスの変化）が生じると、前述の関係から次に射出すべきエネルギ量に対応する印加電圧を決定しても、所望のエネルギ量を得ることができない。そのため、印加電圧の計測値とエネルギ量の計測値とに基づいて、前述した関係に関する情報を所定のパルス数毎、若しくは単位時間毎に更新し、発振されるパルス光のエネルギ量の短期的、長期的な変動を考慮したエネルギ量制御が知られている。

印加電圧とその印加電圧のもとで発振されるエネルギ量との関係は、例えば式（１）で表せる。式（１）は、経時的変化を考慮しない静的な関係式であり、経時的変化についての情報は、実稼動中に計測したデータから式（２）、式（３）を用いて演算処理し、式（１）の係数ａ、ｂ、ｃを更新するという方法をとっている。

ここで、ｐはエネルギ量、ｖは印加電圧である。添字ｉはデータの新しさを示しており、大きくなるにつれて過去のデータとなる。また、γはいわゆる忘却係数で、１より小さな正の実数である（特許文献１）。
特開平０９−０８３０５７号公報

しかしながら、このような方法では、情報を更新するために式（２）、（３）の複雑な演算処理が必要となる。したがって、高い制御精度を維持するため短い周期で情報の更新を行う場合は、その都度、ある程度の演算に要する時間が必要となり、露光装置においてはスループット低下の要因ともなり得る。

通常、露光中においては、パルスレーザ光源より出力されるエネルギ量が一定になるようにエネルギ量制御しているために、エネルギ量が出力される範囲は狭く、印加電圧を制御している範囲もまた限定的である。そこにパルス毎の±５％程度のエネルギ量出力誤差が加わるために、印加電圧と出力エネルギ量との関係を式（２）、（３）を使用して演算したとしても、必ずしも正確に求められるわけではない。そのため、印加電圧とエネルギ量との関係を正確に求めようとしたら、多数の印加電圧とエネルギ量とに関する計測データが必要となるが、この場合、計算の負荷が大きくなるばかりか、印加電圧とエネルギ量との関係に急激な変化が生じた場合に素早く追従できなくなる問題も生じる。

定期的に露光中以外のシーケンスにおいて印加電圧を大きく振り、正確な印加電圧とエネルギ量との関係を定期的に求める方法もあるが、この場合、スループットは低下する。

上述の問題点を解決すべく、本発明は、印加電圧とその印加電圧のときに出力されたエネルギ量の計測値から複雑な演算処理を使用して関係式を更新していくという手法はとらず、過去実際に測定された複数のパルスエネルギ量のみを使用し、さらに簡易的な計算手法で補正パラメータを算出する。そして、算出された補正パラメータで目標とするパルスエネルギ量を補正することで、エネルギ量制御系が不安定になるのを防ぐと同時に、短時間に、高精度なエネルギ量制御を達成することができるエネルギ量制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本願第１発明は、発振毎にエネルギ量の変動を伴うパルスエネルギを発振するパルスエネルギ発生源を有し、前記パルスエネルギ発生源に対する制御パラメータを調整することで前記パルスエネルギのエネルギ量を制御するエネルギ量制御装置において、前記パルスエネルギの積算エネルギ量の目標値と実際に測定したエネルギ量の積算値との差を用いて、次回供給するエネルギ量の目標値を求め、該次回供給するエネルギ量の目標値と今回供給したエネルギ量の実際に測定した値との差と、今回までに実際に測定された複数のパルスエネルギ量、またはパルスエネルギ量の推移から算出される補正パラメータとを用いて、前記次回供給するエネルギ量の目標値と、次回供給されるエネルギ量の実際の測定値との誤差が減少するように前記制御パラメータを調整することを特徴とする。

本願第２発明は、本願第１発明のエネルギ量制御装置を有し、該エネルギ量制御装置を用いてマスクに形成された転写パターンをウエハに転写する露光装置である。

本願第３発明は、本願第２発明の露光装置を用いて、デバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法である。

以上説明したように、本発明のエネルギ量制御方法によれば、最小の制御時間で対応可能となる為、高周波発振のパルス光源を用いた場合でも高精度なエネルギ量制御を達成することができる。

図１は、本発明の第１の実施例のエネルギ量制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。ここでは最も簡単で基本的な構成とするべく、入出力装置６から主制御系１５に入力された所定の発振条件に従って、エキシマレーザ等のパルス発振型エネルギ発生源１から発振されるパルスエネルギを被照射物体３に照射する構成をとっている。

図１において、印加電圧制御部７は、パルスエネルギ発生源１の高圧放電電源（印加電圧に対応）を制御するものであって、次に照射すべきパルスエネルギのエネルギ量に対応する印加電圧をパルスエネルギ発生源１に与えることで、パルス毎にエネルギ量の調整を行うものである。トリガ制御部８は、パルスエネルギ発生源１にて必要な所定の充電時間が経過した後、時刻管理手段１４から受けた信号にしたがって外部トリガパルスをパルス発生源１に送って（パルス数、発振間隔等）を制御する。ここで、トリガ制御部８と印加電圧制御部７とは共に、主制御系１５から出力される指令信号に応じて動作する。

なお、パルスエネルギ発生源１から発振されるパルスエネルギは、可干渉性のレーザ光、非干渉性のパルス光、あるいは電子線等の光以外のパルスエネルギ等である。

さて、パルスエネルギ発生源１から射出されるパルスエネルギは、ビームスプリッタ２で分割され、パルスエネルギの大部分はここを通過して被照射物体３に照射される。一方、ビームスプリッタ２で反射されたパルスエネルギの一部は、エネルギモニタ素子４（例えばエキシマレーザにあっては、焦電型のパワーメータやＰＩＮフォトダイオード等）に入射する。エネルギモニタ素子４は、エネルギ量に応じた信号をエネルギ量モニタ部５に正確に出力し、エネルギ量モニタ部５は各パルス毎にエネルギモニタ素子４からの信号をエネルギ量に変換していく。すなわち、エネルギモニタ素子４とエネルギ量モニタ部５とで、ビームスプリッタ２の光学性能により一義的に定められるパルスエネルギのエネルギ量を計測している。

エネルギ量モニタ部５にて計測された実測値（実測したエネルギ量に対応した値であればよく、エネルギ量自体である必要はない）は、主制御系１５に入力される。本発明の主要部分は、主制御系１５の内部構成にあり、この構成はある特定パルス数の積算エネルギ量を所望の値に制御する場合の表現であるから、この目的以外の信号フローについては省略されている。

主制御系１５には、入出力装置６により入力される特定パルス数の積算エネルギ量の目標値（１パルスあたりの目標エネルギ量でも良い）、前述したエネルギ量モニタ部４にて計測された実測値の２信号が入力される。エネルギ量はエネルギ量積算手段９により過去計測されたエネルギ量を含めた特定パルス数分だけ積算され、ここで実測データに基づく特定パルス数の積算エネルギ量が得られる。実測データに基づく積算エネルギ量は、その目標値と比較手段１０により比較演算され、ここで両信号の偏差量が得られる。この偏差量に基づき次回の１パルス分のエネルギ量の目標値を、エネルギ量決定手段１１により決定する。

このエネルギ量決定手段１１で行われるエネルギ量決定のプロセスは、一般に比例プラス積分プラス微分の全要素、あるいはその一部を用いたＰＩＤ演算によって行われている。必要があれば、動作範囲を制限するための飽和演算要素をエネルギ量決定手段１１に含めることもある。

エネルギ量モニタ部４にて計測されたエネルギ量の実測値は補正パラメータ算出手段１２にも入力される。ここでは、過去入力された複数のエネルギ量が記憶されているのと同時に、今回まで入力された複数のエネルギ量、またはエネルギ量の推移から補正パラメータを算出する（詳細は後述する）。

エネルギ量補正手段１３は、エネルギ量決定手段が決定した次回の１パルス分のエネルギ量の目標値と、補正パラメータ算出手段により算出された補正パラメータと、今回実際に測定されたエネルギ量の実測値をもらい、エネルギ量の目標値の補正を行う（詳細は後述する）。

印加電圧制御部７により、予め求めておいて印加電圧とエネルギ量の関係を用いて、補正が行われたエネルギ量の目標値に対応する印加電圧を算出する。

このようにして得られた印加電圧の値は、パルス間隔を管理するトリガ操作とあわせて主制御系１５から出力され、その結果、パルスエネルギ発生源１は目標値に対して的確なエネルギ量でパルスエネルギを照射することができる。

なお、本実施形態では主制御系１５を構成する各要素をハードウエア的に表現しているが、ソフトウエアで実現することもできる。

次に、本発明の中枢をなす補正パラメータ算出方法と、エネルギ量の目標値の補正方法について詳述する。

補正パラメータは、複数のパルスエネルギ量の推移が発振傾向にあるときには減少し、前記パルスエネルギ量の推移が増加傾向、または減少傾向にあるときは増大する性質を持った変数である。そして式（４）、（５）、（６）により算出される。

ここで、Ａは補正パラメータ、Ｐは計測されたエネルギ量、添字ｉはデータの新しさを示しており、大きくなるにつれて過去のデータとなる。また、ｅ_ｘ、ｅ_ｙは係数で正の実数である。

式（４）、（５）、（６）の説明をする。図２に、印加電圧とエネルギ量との関係が変化したためエネルギ量制御した結果、実際に計測されたエネルギ量が発振傾向になったときの例である。このとき、式（５）よりＸの数値が増大し、式（６）よりＹの値はほとんど変化しないことがわかる。その結果、式（４）の補正パラメータ（Ａ）は減少する。図２の例では、パルス毎の目標エネルギ量が常に一定となっているが、特に一定ではなくてもよい。

図３は、エネルギ量制御した結果、実際に計測されたエネルギ量が増加傾向となったときの例である。このとき、式（５）よりＹの値は増大ずる。そして、式（４）、（６）より、補正パラメータ（Ａ）は増大する。実測されたエネルギ量が減少傾向のときも同様に補正パラメータは増大する。

さらに、補正パラメータ算出手段１２により上記手法で算出された補正パラメータは、エネルギ量補正手段１３により使用され、エネルギ量決定手段が決定した次回の１パルス分のエネルギ量の目標値の補正を行う。式（７）が補正したエネルギ量の目標値を算出する式である。

ここで、Ｐｔはエネルギ量の目標値、Ｐは今回実際に計測されたエネルギ量、Ａは補正パラメータ、Ｐｔ’は補正が行われた後のエネルギ量の目標値である。

実測されたエネルギ量が、発振傾向のときにはＡは減少する。その結果、補正が行われた後の次回パルス分のエネルギ量の目標値と、今回実際に計測されたエネルギ量との差の絶対値が減少する。つまり、印加電圧の振り幅を抑えることになる。その結果、次パルス以降では、発振傾向を抑えるようなエネルギ制御となる。

実測されたエネルギ量が、増大傾向または減少傾向のときにはＡは増大する。その結果、印加電圧の振り幅が大きくなり、目標エネルギ量に対して実際にパルスレーザから出力されるエネルギ量の追従性が改善されることになる。

上述した内容が本発明のエネルギ制御方法である。

次に本発明のエネルギ制御方法を、露光装置に適用した実施例を示す。

図４は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に用いられる露光装置である。

エキシマレーザ等の光源１０１（図１に示したパルスエネルギ発生源１）から出射した光束は、ビーム整形光学系１０２により所望の形状に整形され、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレータ１０３の光入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍に複数の２次光源が形成される。コンデンサレンズ１０４は、オプティカルインテグレータ１０３の２次光源からの光束でマスキングブレード１０６をケーラー照明している。ハーフミラー１０５（図１に示したビームスプリッタ２）より分割されたパルス光の一部は、光量検出器１１３（図１に示したエネルギモニタ素子４及びエネルギモニタ部５）に指向される。マスキングブレード１０６とレチクル１１０は、結像レンズ１０７、１０９とミラー１０８により共役な関係に配置されており、マスキングブレード１０６の開口の形状によりレチクル１１０における照明領域の形と寸法が規定される。１１１は投影光学系であり、レチクル１１０に描かれた回路パターンをウエハ１１２に縮小投影している。

１１４はレーザ制御系（図１に示した主制御系１５、トリガ制御部８、印加電圧制御部７）であり、所望の露光量に応じてトリガ信号、印加電圧信号を光源１０１に対して出力し、レーザ出力、及び発光間隔を制御する。

本発明のエネルギ制御方法を露光装置に適用することで、高速かつ高精度なエネルギ量制御（露光量制御）が可能になり、スループットの向上が図れる。

なお、本実施例では投影光学系によりレチクルのパターンを投影する投影型の露光装置について説明したが、エキシマレーザ等のパルスエネルギ発生源を光源とする露光装置であれば、コンタクト方式、プロキシミティ方式、スリットスキャン方式等の様々な露光装置に対して適用可能である。

次に、上述の露光装置を使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５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。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う。ステップ２（マスク制作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル１０９）を制作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（ウエハ１１１）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエ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によって作成されたウエハを用いて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で作成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。

図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハ１１１）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエ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）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記露光装置によってマスク（レチクル１０９）の回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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。これらステップを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パターンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は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可能になる。

本発明のエネルギ量制御方法を実現する装置の概略的な構成を示すブロック図である。 エネルギ量制御した結果が発振傾向であることを示す例である。 エネルギ量制御した結果が増加傾向であることを示す例である。 本発明のエネルギ量制御方法を用いた露光装置の概略図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 図５の工程中のウエハプロセスの詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

１ パルスエネルギ発生源
２ ビームスプリッタ
３ 被照射体
４ モニタ素子
５ エネルギ量モニタ部
６ 入出力装置
７ 印加電圧制御部
８ トリガ制御部
９ エネルギ量積算手段
１０ 比較手段
１１ エネルギ量決定手段
１２ 補正パラメータ算出手段
１３ 目標エネルギ量補正手段
１４ 時刻管理手段
１５ 主制御系

Claims (7)

1. 発振毎にエネルギ量の変動を伴うパルスエネルギを発振するパルスエネルギ発生源を有し、前記パルスエネルギ量を決める前記パルスエネルギ発生源に対する制御パラメータとしての印加電圧を調整することで前記パルスエネルギのエネルギ量を調節し、さらに前記パルスエネルギ発生源から実際に発振されたパルスエネルギ量を検出し、ある特定パルス数における検出したエネルギ量の積算値がある目標値と一致するようにエネルギ量を制御するエネルギ量制御装置において、前記パルスエネルギ量検出手段で、今回までに検出した複数のパルスエネルギ量、またはパルスエネルギ量の推移から補正パラメータを算出する補正パラメータ算出手段と、同様にパルスエネルギ量検出手段で検出した特定のパルスエネルギ量の積算値がある目標値と一致するように、次回供給する１パルス分のエネルギ量の目標値を決定するエネルギ量決定手段と、さらに前記１パルス分のエネルギ量の目標値を前記補正パラメータを用いて補正を行った１パルス分のエネルギ量の目標値として再算出する目標エネルギ量補正手段とを具備し、前記補正されたエネルギ量の目標値に対応する前記制御パラメータとしての印加電圧を算出、調整することを特徴とするエネルギ量制御装置。
2. 前記補正パラメータは、前記今回までに実際に検出された複数のパルスエネルギ量の推移が発振傾向にあるときは減少し、前記パルスエネルギ量の推移が増加傾向、または減少傾向にあるときは増大するような性質を持った変数であることを特徴とする請求項１記載のエネルギ量制御装置。
3. 前記補正パラメータを記憶する記憶手段と、パルス毎に更新する更新手段とを有することを特徴とする請求項１乃至２記載のエネルギ量制御装置。
4. 前記制御パラメータは、前記エネルギ発生源におけるパルスエネルギを発振した時の充電電圧であることを特徴とする請求項１乃至３記載のエネルギ量制御装置。
5. 前記エネルギ発生源は、エキシマレーザであることを特徴とする請求項１乃至４記載のエネルギ量制御装置。
6. 請求項１乃至５記載のエネルギ量制御装置を有し、該エネルギ量制御装置を用いてマスクに形成された転写パターンをウエハに転写する露光装置。
7. 請求項６記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。

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