JP2006032831A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｆ２レーザを用いた露光装置において、波長１５７．６ナノメータのレーザ光の数パーセントも取り出すことなく露光量を測定することを可能とし、スループットを低下し、ランニングコストの増加を抑制できる露光装置を提供することである。
【解決手段】 Ｆ２レーザ特有の露光に使われる１５７ナノメータ波長以外に発振される６００ナノメータ以上の赤色、赤外の光のみを取りだして測定することによって、波長１５７ナノメータの露光量を相対的に測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置及び露光方法に関し、特に、半導体集積回路装置などの微細な構造を形成するためのフォトリソグラフィ・プロセスに用いて好適な露光装置及び露光方法に関する。

半導体メモリや論理回路などの微細な半導体装置を製造するためのリソグラフィ法として、縮小投影露光法が開発されている。この露光法においてパターンを転写する方法の一つに、レーザ露光法がある。短波長レーザを光源として用いることにより、微細なパターンを高いスループットで正確に形成することが可能となる。

図３は、本発明者が本発明に至る過程で検討した露光装置の構造を例示する模式図である。すなわち、同図は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザレーザなどを用いた露光装置において露光量をモニタするための手段を模式的に表している。

この露光装置は、光源から供給された光を照明光学系４０を介してレチクルなどのマスク５０に入射させる。そして、その透過像を投影光学系６０を介して基板７０上に塗布されたレジスト１００に投影し露光する。

そして、同図に表したように、レーザ（図示せず）から射出されたレーザ光１１は、ハーフミラー２０に入射し、レーザ光１１のうちの数パーセントがモニタ光９０として取り出される。モニタ光９０は、パワーメーター３０によりその強度が測定され、その測定値から、照明光学系４０、レチクル５０、投影光学系６０を順次通過してレジストを塗布した基板７０上まで届き、実際に露光に使われる光のエネルギー量（露光量）に換算し、次のショットへフィードバックする（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開２００３−２２４０５３号公報 特開平０６−３０２４９１号公報

しかし、例えば、Ｆ２レーザを用いた露光装置においては、波長１５７．６ナノメータの光が活性気体分子に吸収される。このため、窒素やヘリウムなどの不活性ガスにて露光光路のパージが行なわれるが、残留酸素やレンズなどの硝材によるレーザ光のエネルギーロスが生ずる。このように、Ｆ２レーザを用いた露光装置においては、ただでさえエネルギーロスが大きいのに、さらに露光量をモニターするために数パーセントの光をハーフミラー２０により取り出すことで、エネルギーをロスする。このエネルギーロスにより、１ショット当たりに必要なレーザのパルス数が増え、スループットの低下、ランニングコストの増大につながる。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、Ｆ２レーザなどの短波長光を用いた露光装置において、短波長のレーザ光を取り出すことなく露光量を測定することを可能とすることにより、スループットの低下やランニングコストの増加を解消できる露光装置及び露光方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、光源から放出された第１の波長帯の光を感光体が設けられた被露光体に照射することにより露光する露光装置であって、
前記光源から放出された光のうちで前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を分光してその強度を測定することにより前記第１の波長帯の光による前記被露光体の露光の条件を決定することを特徴とする露光装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、第１の波長帯の光に対して高い感度を有する感光体が設けられた被露光体を露光する露光装置であって、
光源から放出された光を前記第１の波長帯の光と、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長体の光と、に分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された前記第１の波長帯の光を前記被露光体に導く光学系と、
前記第２の波長帯の光の強度を測定する測定手段と、
前記測定手段による前記第２の波長帯の光の強度の測定結果に基づき、前記被露光体に照射された前記第１の波長帯の光の強度あるいはエネルギーを算出する制御部と、
を備えたことを特徴とする露光装置が提供される。

ここで、前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯よりも短いものとすることができる。 また、前記第１の波長帯は、１５７．６ナノメータであり、前記第２の波長帯は、６３０ナノメータ及び７５０ナノメータの少なくともいずれかであるものとすることができる。

また、前記分光手段は、前記第１の波長帯の光を反射し、前記第２の波長帯の光を透過させるプリズムであるものとすることができる。
または、前記分光手段は、前記第１の波長帯の光を直進させ、前記第２の波長帯の光の光路を変更させる分光器であるものとすることができる。
または、前記分光手段は、前記第１及び第２の波長帯の光のいずれか一方に対する反射率が高く、前記第１及び第２の波長帯の光のいずれか他方に対する反射率が低いブラッグ反射鏡であるものとすることができる。

一方、本発明のさらに他の一態様によれば、光源から放出された第１の波長帯の光を感光体が設けられた被露光体に照射することにより露光する露光方法であって、
前記光源から放出された光のうちで前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を分光してその強度を測定することにより前記第１の波長帯の光による前記被露光体の露光の条件を決定することを特徴とする露光方法が提供される。

本発明によれば、Ｆ２レーザなどを用いた露光装置において、波長１５７．６ナノメータのレーザ光の数パーセントも取り出すことなく露光量を測定することを可能とし、スループットを低下し、ランニングコストの増加を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる露光装置の構造を例示する模式図である。
本実施形態の露光装置は、レーザ１４から射出されたレーザ光１を分光する分光手段８を備える。分光手段８は、レーザ光１を、それに含まれる短波長の露光光１ａと、それよりも波長が長い光１ｂと、に分光する。露光に用いられるのは短波長の露光光１ａのみであり、それよりも長波長の光１ｂは露光には必要でない。そこで、この長波長の光１ｂを取り出して、レーザ光の強度を測定する。

例えば、Ｆ２レーザの場合、波長１５７．６ナノメータの光を約９５パーセント発振しているのと同時に、波長６３０ナノメータ付近の可視（赤色）光、および波長７５０ナノメータ付近の赤外光を放出する。これら短波長光と長波長光との強度のバランスは、発振条件により一定である。従って、Ｆ２レーザ特有の露光に使われる１５７ナノメータ波長以外に発振される波長６００ナノメータ以上の赤色光や赤外光のみを取りだして測定することによって、波長１５７ナノメータの露光量を相対的に知ることができる。

レーザ１４から供給されたレーザ光１は、分光手段８において分光され、露光に用いる波長１５７．６ナノメータの短波長光１ａは、照明光学系４を介してレチクルなどのマスク５に入射させる。そして、その透過像を投影光学系６を介して基板７上に塗布されたレジスト１０に投影し露光する。

一方、波長６３０ナノメータ付近の赤色光や波長７５０ナノメータ付近の赤外光１ｂは、パワーメータ３に入射して強度が測定される。制御部１８は、パワーメータ３の測定結果から、波長１５７．６ナノメータのレーザ光のエネルギー量（露光量）を求める。そして、そのエネルギー量に応じて、照明光学系４に設けられているシャッター機構を制御したり、また、レーザ１４の出力を調節したり、投影光学系６に設けられた瞳面を調節したり、ショット後にマスク５や基板７などを適宜移動させる。

このように、本発明によれば、露光に使われる短波長光は光学系に投入し、露光に使われない長波長光をモニタすることにより、露光光のエネルギーロスを抑えつつ、露光量の測定ができる。その結果として、短波長光を用いた露光プロセスのスループットを向上させ、ランニングコストを下げることができる。

図２は、本発明の第１の具体例の露光装置を表す模式図である。
本具体例においては、分光手段８としてプリズム１１が設けられている。すなわち、レーザ１４から放出されたレーザ光１は、プリズム１１において分光される。例えば、レーザ１４としてＦ２レーザを用いた場合、レーザ１４から放出された波長１５７．６ナノメータの露光光１ａは、ほぼその１００パーセントがプリズム１１により反射されて照明光学系４に入射する。一方、プリズム１１により分光されて取り出された可視光及び赤外光１ｂの光強度はパワーメータ３で測定される。制御部１８は、パワーメータ３の測定値から、波長１５７．６ナノメータの露光光の強度を換算し、露光装置の各部を適宜制御する。すなわち、照明光学系４、レチクル５、投影光学系６を通過してレジストを塗布した基板７上まで届き、実際に露光に使われる波長１５７．６ナノメータのレーザ光１ａのエネルギー量（露光量）を求めることができる。
図３は、本発明の第２の具体例の露光装置を表す模式図である。
本具体例においては、分光手段８として分光器１２が設けられている。例えば、Ｆ２レーザを用いた場合、レーザ１４から射出されたレーザ光１は、分光器１２を通過し、１５７．６ナノメータの光１ａと、赤色光及び赤外光１ｂと、に分光される。そして、この可視光および赤外光１ｂを取り出すことができる。そして、この取り出した赤色光および赤外光１ｂの光強度をパワーメーター３で測定し、制御部１８はその測定値から、照明光学系４、レチクル５、投影光学系６を通過してレジストを塗布した基板７上まで届き、実際に露光に使われる１５７．６ナノメータのレーザ光１ａのエネルギー量（露光量）を換算することができる。

本実施例のように、レーザ光を分光する装置として、プリズム８の代わりに分光器１２を用いても、同様の効果が得られる。すなわち、赤色光および赤外光９は元々露光には使われないため、露光光のエネルギーロスにはつながらない。また、波長１５７．６ナノメータの光の露光量測定におけるエネルギーロスが無いため、スループットを低下し、ランニングコストの増大を抑制することが可能となる。
図４は、本発明の第３の具体例の露光装置を表す模式図である。
本具体例においては、分光手段８としてブラッグ反射鏡１３が設けられている。すなわち、ブラッグ反射鏡１３は、レーザ１４から放出されるレーザ光１のうちで、短波長の光１ａのみを反射し、長波長の光１ｂは透過する。例えば、Ｆ２レーザを用いた場合、レーザ１４から射出されたレーザ光１は、ブラッグ反射鏡１３に入射し、１５７．６ナノメータの光１ａのみを高い反射率で反射して照明光学系４に供給する。そして、赤色光及び赤外光１ｂは、ブラッグ反射鏡１３を透過させ、パワーメーター３に供給できる。パワーメーター３における測定値から、照明光学系４、レチクル５、投影光学系６を通過してレジストを塗布した基板７上まで届き、実際に露光に使われる１５７．６ナノメータのレーザ光１ａのエネルギー量（露光量）を換算することができる。

このようなブラッグ反射鏡１３は、例えば、屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層することにより形成できる。
図５は、ブラッグ反射鏡１３の断面構造を例示する模式図である。
すなわち、ブラッグ反射鏡１３は、第１の薄膜１３ａと第２の薄膜１３ｂとを交互に積層することにより形成できる。この時、これら薄膜１３ａ、１３ｂの屈折率の差が大きいことが望ましい。そして、所定の入射角度θでブラッグ反射鏡１３に入射した光がこれら薄膜１３ａ、１３ｂの隣接する界面において反射されることにより形成される光路差が、ブラッグの回折条件

２ｄsinθ＝ｎλ

により定義される積極的干渉を生ずるように薄膜１３ａ、１３ｂの光学厚みを形成すれば、極めて高い反射率が得られる。なおここで、ｄはそれぞれの薄膜１３ａ、１３ｂの厚み、ｎは整数、λは入射光の厚みである。

本具体例のように、レーザ光を分光する装置として、ブラッグ反射鏡１３を用いても、第１及び第２具体例と同様の効果が得られる。すなわち、赤色光および赤外光９は元々露光には使われないため、露光光のエネルギーロスにはつながらない。また、波長１５７．６ナノメータの光の露光量測定におけるエネルギーロスが無いため、スループットを低下し、ランニングコストの増大を抑制することが可能となる。

図６は、本発明の第４の具体例の露光装置を表す模式図である。
本具体例においても、分光手段８としてブラッグ反射鏡１５が設けられている。ただしこの場合、ブラッグ反射鏡１５は、レーザ１４から放出されるレーザ光１のうちで、短波長の光１ａを透過し、長波長の光１ｂを反射する。例えば、Ｆ２レーザを用いた場合、レーザ１４から射出されたレーザ光１は、ブラッグ反射鏡１５に入射し、１５７．６ナノメータの光１ａは透過し、全反射鏡２により照明光学系４に供給される。そして、赤色光及び赤外光１ｂは、ブラッグ反射鏡１５において高い反射率で反射され、パワーメーター３に供給される。パワーメーター３における測定値から、照明光学系４、レチクル５、投影光学系６を通過してレジストを塗布した基板７上まで届き、実際に露光に使われる１５７．６ナノメータのレーザ光１ａのエネルギー量（露光量）を換算することができる。

図５に関して前述したように、このような反射特性を有するブラッグ反射鏡１５も、屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層させ、これら薄膜の光学厚みを設定することにより形成できる。
本具体例のように、レーザ光を分光する装置として、ブラッグ反射鏡１５を用いても、第１乃至第３具体例と同様の効果が得られる。すなわち、赤色光および赤外光９は元々露光には使われないため、露光光のエネルギーロスにはつながらない。また、波長１５７．６ナノメータの光の露光量測定におけるエネルギーロスが無いため、スループットを低下し、ランニングコストの増大を抑制することが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。

しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、これら具体例に関して前述した露光装置を構成する各要素について当業者が設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を備えたものであれば、本発明の範囲に包含される。

図１は、本発明の実施の形態にかかる露光装置の構造を例示する模式図である。 本発明の第１の具体例の露光装置を表す模式図である。 本発明の第２の具体例の露光装置を表す模式図である。 本発明の第３の具体例の露光装置を表す模式図である。 ブラッグ反射鏡１３の断面構造を例示する模式図である。 本発明の第４の具体例の露光装置を表す模式図である。 本発明者が本発明に至る過程で検討した露光装置の構造を例示する模式図である。

符号の説明

１、１１ レーザ光
１ａ 短波長光（露光光）
１ｂ 長波長光（モニタ光）
２ 全反射鏡
３、３０ パワーメーター
４、４０ 照明光学系
５、５０ レチクル（マスク）
６、６０ 投影光学系
７、７０ 基板
８、分光手段
９、９０ 赤色光および赤外光
１０、１００ レジスト
１１ プリズム
１２ 分光器
１３、１５ ブラッグ反射鏡
１３ａ、１３ｂ 薄膜
１４ レーザ
１８ 制御部
２０ ハーフミラー

Claims (8)

1. 光源から放出された第１の波長帯の光を感光体が設けられた被露光体に照射することにより露光する露光装置であって、
   前記光源から放出された光のうちで前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を分光してその強度を測定することにより前記第１の波長帯の光による前記被露光体の露光の条件を決定することを特徴とする露光装置。
2. 第１の波長帯の光に対して高い感度を有する感光体が設けられた被露光体を露光する露光装置であって、
   光源から放出された光を前記第１の波長帯の光と、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長体の光と、に分光する分光手段と、
   前記分光手段により分光された前記第１の波長帯の光を前記被露光体に導く光学系と、
   前記第２の波長帯の光の強度を測定する測定手段と、
   前記測定手段による前記第２の波長帯の光の強度の測定結果に基づき、前記被露光体に照射された前記第１の波長帯の光の強度あるいはエネルギーを算出する制御部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
3. 前記第１の波長帯は、前記第２の波長帯よりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記第１の波長帯は、１５７．６ナノメータであり、
   前記第２の波長帯は、６３０ナノメータ及び７５０ナノメータの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光装置。
5. 前記分光手段は、前記第１の波長帯の光を反射し、前記第２の波長帯の光を透過させるプリズムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
6. 前記分光手段は、前記第１の波長帯の光を直進させ、前記第２の波長帯の光の光路を変更させる分光器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
7. 前記分光手段は、前記第１及び第２の波長帯の光のいずれか一方に対する反射率が高く、前記第１及び第２の波長帯の光のいずれか他方に対する反射率が低いブラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
8. 光源から放出された第１の波長帯の光を感光体が設けられた被露光体に照射することにより露光する露光方法であって、
   前記光源から放出された光のうちで前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を分光してその強度を測定することにより前記第１の波長帯の光による前記被露光体の露光の条件を決定することを特徴とする露光方法。
   

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