JP2503495C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は、エキシマレーザー等のパルス光を用いた露光装置と露光方法に関し
、特にＬＳＴ製造においてマスク（レチクル）パターンを感光性の基板としての
ウェハ上に焼き付ける露光装置とその露光方法に関するものである。 【従来の技術】 近年ＬＳＩの高集積化が著しく進展し、これに伴い半導体露光装置においては
、基板上への微細パターンの焼付の高精度化がこれまで以上に要求されてきてい
る。 そこで、現在では露光光の波長の短波長化によりパターンの微細化に対応して
いる。露光光としては、現在Ｈｇランプのｇ線、ｉ線等の紫外光が比較的多 く使用されており、更に最近では、上記の紫外光に比べ非常に高い強度を持つエ
キシマレーザ等のパルスレーザ光が注目されている。 しかし、パルスレーザ光を露光光として利用した場合にレーザの出力の安定性
に問題があった。記述すると、発振されるレーザのパルス間のレーザ出力が不安
定であり、且つビームの均一性を保つのが困難であった。従ってこのような場合
には、ウェハのショット（チップ）間の露光量の管理及びウェハ面上における照
度均一性が保証できなかった。 上記のような点から現在では、光量（レーザ出力）をレーザのパルス毎に測定
し、更に積算してレーザ出力を求め、これを調整する方法、あるいは１パルスの
基準出力を予め設定しておき、出力されるレーザのパルス数を調整することによ
って露光量を制御する方法が多く利用されている。 上記２つの露光量制御方法のうちパルス毎の出力を積算して露光量制御を行な
う積算方法における露光量の調整方法としては、レーザ本体の電圧を制御する方
法や、出力の安定性及び出力の変動範囲から外部光学系（減光手段）による方法
がある。 上記減光手段としては、使用するレーザ光がパルスレーザであるとともに紫外
光であり光強度が高いため、素子の安定性の面から通常のガラスフィルターのよ
うな減光素子を用いることができない。またレーザに対して安定な減光素子を用
いても、光量調整において透過率の異なる複数の素子を用いる必要がある。その
場合、選択的に素子を用いるのでその可動部が必要になり、装置の構成が複雑に
なる可能性がある。 また、レーザの波長幅が狭いインジェクションロッキング型エキシマレーザ、
あるいはエタロン又はプリズム等による狭帯化レーザを使用した場合には、スペ
ックルが発生しやすいため、振動ミラーあるいはガルバノミラー等の手段でレー
ザビームを駆動させてスペックルの平均化を行なうことにより、ウェハ上でのス
ペックルの発生を防止していた。 従って、例えばＮパルス（一周期）の出力を行なって始めて照度の均一性が保
証されることとなる。このため、露光量に必要な出力を得るためにはＮ回の整数
倍のパルスの出力が必要となり、露光時間が長くかかり、スループットが 低下してしまうという不都合があった。 以上のようなパルス出力の積算方法による不都合を考慮し、現在では出力され
るレーザのパルス数を管理して露光量を制御する方法が比較的多く利用されてい
る。 この方法は、レーザのパルス間の出力に安定性を持たせ、所定の安定性を持っ
たパルスの数を制御し、その結果良好な露光光量を得ようとするものであり、容
易に露光量の制御を行なえるものである。 例えば、レーザのパルス間の出力の安定性が±ｎ％とし、１ショット（チップ
）に必要な露光量を得るためにＮ2 のパルスの発振を必要とした場合に、ウェハ
上に照射されるレーザ光の安定性が統計的に±ｎ／√Ｎ2 になることを利用し、
結果的に±１％以内の安定性を保証できる露光量制御を行なおうとするものであ
る。 【発明が解決しようとする問題点】 しかし、上記のようなレーザのパルス数の管理による光量制御方法においては
、レーザを連続的に使用する場合には上述したようにレーザの出力は±ｎ％（市
販のレーザでは通常ｎ＝５程度）に制御可能であるが、露光装置においては必ず
しも上記のような安定性が得られないという不都合が生じた。 また、レーザのピークパワーが強すぎて、ウェハのレジスト特性が変化してし
まうこととなった。 これは、発振されるレーザのパルス間の出力がレーザ発振開始時において特に
ばらつきが大きく安定性が低いのに対し、露光装置においてはウェハの交換等に
よりレーザ発振の一時的な中断を必要とし、統計的な安定性を得る程の連続的な
レーザ発振を行なえないことに起因する。 従って、露光装置においては特に不安定な部分のパルスを使用せざるを得ず、
安定した出力のパルス、即ち正確な光量制御が行なえないという問題点があった
。 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、所定の露光に使用するパル
ス間の強度のばらつきを少なくし、安定した露光量制御が可能な露光装置を得る
ことを目的としたものである。 【問題点を解決するための手段】 本願の第１の発明に係る露光装置では、露光用の照明光としてのパルスレーザ
光（エキシマレーザ光）の光路の閉鎖、開放を行うシャッター手段（１８）と、
レーザ光源（１０）とシャッター手段（１８）との間でパルスレーザ光を受光し
て各パルス光毎の出力を検出する第１の検出手段（１４）と、マスク（３４）と
照明光学系（２４、３０）との間でパルスレーザ光を受光してパルスレーザ光の
各発振毎の出力を検出する第２の検出手段（２８）と、レーザ光源の発振開始時
であってシャッター手段（１８）が光路を閉鎖している間に第１の検出手段（１
４）により検出される複数個のパルスレーザ光の各々の出力がウェハ等の感光性
の基板の露光に適した基準値（例えばパワー強度Ｉ_o）に対して所定の誤差範囲
（±ａ％）内となった場合にシャッター手段（１８）の開放動作を行い、シャッ
ター手段の開放後基板（３８）への露光量制御のために第２の検出手段（２８）
の検出信号を入力する制御手段（１６）とを設けるようにした。 また本願の第２の発明に係る露光装置では、第１の発明における基本的な構成
としてのシャッター手段（１８）、第１の検出手段（１４）、第２の検出手段（
２８）及び制御手段（１６）を設けるとともに、その制御手段（１６）が、第１
の検出手段（１４）で検出された少なくとも２つのパルスレーザ光の各出力がウ
ェハの露光に適した基準値（例えばパワー強度Ｉ_o）に対して所定の誤差範囲（
±ａ％）内のときにシャッター手段（１８）を開放し、シャッター手段の開放後
ウェハ（３８）への露光量制御のために第２の検出手段（２８）の検出信号を入
力するように構成した。 さらに本願の第３発明に係る露光方法では、パルスレーザ源（１０）からのパ
ルス光を照明光学系（２４、３０）を介してマスク（３４）に照射し、そのマス
クのパターンを投影光学系（３２）を介して基板（３８）上の複数のショットの
各々に順次露光する際、パルスレーザ源（１０）の発振開始時にシャッター手段
（１８）が光路を閉鎖しておき、パルスレーザ源（１０）とシャッター手段（１
８）との間に配置された第１の検出手段（１４）でパルス光の各発振毎の出力（
例えば強度Ｉ）を検出する。そして、第１の検出手段（１４）で 検出された各パルス光毎の出力が基板（３８）の露光に適した基準値（例えばパ
ワー強度Ｉ_o）に対して所定の誤差範囲内（±ａ％）となった場合にシャッター
手段（１８）を開放し、パルス光の光路の開放とともに、マスク（３４）と照明
光学系（２４、３０）との間に配置された第２の検出手段（２８）でパルス光の
出力を検出し、第２の検出手段で検出された検出信号（例えば検出パルス数）と
ショットに所望の露光量を与えるように決定された露光条件（例えば必要なパル
ス数ｍ）とに基づいて、ショットを複数個のパルス光で露光するようにした。 【作用】 本発明においては、パルス間出力のばらつきが大きいレーザ発振初期のレーザ
をシャッター手段によって遮断して、その後のパルス間出力の安定したレーザの
みを露光用の照明光として使用しているため、レーザのピークパワーが強すぎて
、ウェハのレジスト特性が変化することもなく、露光量制御を極めて正確に行な
えることとなる。 【実施例】 次に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 図１には、本発明の一実施例が示されている。 図において、エキシマレーザ光源１０から発振されたパルスレーザは、まず光
路中に進退可能なビームスプリッタ１２に入射し、該ビームスプリッタ１２を透
過する露光用の照明光と、ここで一部反射されるパルス出力検出用の光とに分割
されるようになっている。 このうちビームスプリッタ１２で反射された光は、第１ディテクター１４に入
射し、入射した光のパルスの強度を１パルス毎に検出し、これを電気信号に変換
して、制御部１６に送信するようになっている。つまり、パルス間の出力強度の
ばらつきをここで検出できるようになっている。 他方ビームスプリッタ１２を透過した光は、シャッター１８に入射して、入射
した光の光路の遮断及び開放の調整がなされるようになっている。シャッター１
８は上記制御部１６によって駆動制御され、該制御部１６に入力された第１ディ
テクター１４からの情報に基いて、パルス間出力のばらつきが所定の許 容値以下になるまでシャッター１８を閉じてレーザ光を遮断し、ばらつきが所定
の許容値以下になったらシャッター１８を開けるとともに、ビームスプリッタ１
２を光路からはずし、露光を開始するように制御されている。 このような制御は、エキシマレーザ光のパルス間出力の安定性が、間欠的使用
の場合にはレーザ発振の初期の数パルスについては所定の出力値に対して±０％
以上のばらつきを有するが、それ以後は±５％以内におさまっていることを利用
したものである。 更に、シャッター１８は制御部１６を介し、後記光量ディテクター２８におい
て得られる光量即ちパルス数に基いて、１ショット毎の開閉も行なわれるように
なっている。 次に、シャッター１８を通過した光は、第１ミラー２０及び第２ミラー２２で
反射された後、フライアイレンズ、あるいはシリンドリカルレンズ等の第１照明
系２４に入射するようになっている。ここで照明むらが除去され、照明の均一化
が図られることとなる。 次に、第１照明系２４を透過した光は、ビームスプリッタ２６において反射さ
るが、該ビームスプリッタ２６に入射した光の一部は分割されて、第２ディテク
ター２８に入射するように構成されている。 第２ディテクター２８は、受光された光のパルス数を検出し、これを電気信号
に変換して制御部１６に入力するようになっている。なお、上述したようにこの
第２ディテクター２８からの情報は、制御部１６において、上記シャッター１８
の１ショット毎の開閉制御の基礎データとなる。 次に、ビームスプリッタ２６において反射された光は、コンデンサレンズ等の
第２照明系３０に入射するようになっている。 更に、このように各光学素子によって得られた照明光は、投影レンズ３２を介
し、レチクル３４上のパターンをステージ３６上に載置されたウェハ３８上に投
影露光されるように構成されている。 次に、上記実施例の全体的な動作及び制御方法について図２を参照しながら説
明する。 図において、レーザ光がエキシマレーザ光源１０から発振されると、該レー ザ光はビームスプリッタ１２に入射し、露光用の照明光とパルス出力検出用の光
とに分割される。 このうちビームスプリッタ１２で反射された光は、第１ディテクター１４に入
射し、入射した光のパルス強度を１パルス毎に図２のように検出し、パルス間の
出力強度のレベル状態を得る。図から明らかなようにレーザ発振初期はパルス間
の出力強度のばらつきが特に大きくなっている。 次に、このような情報を電気信号に変換して制御部１６に入力し、この情報に
基いてシャッター１８の開閉制御が以下のように行なわれる。 予め基準となるパルスのパワー強度１０を設定しておき、パルスレーザ発振開
始後、レーザパルス間の出力のばらつきが所定の許容値（誤差範囲）±ａ％以下
になるまでのｎパルス間はシャッター１８を閉じてレーザを遮断する。 そして、該ばらつきが±ａ％以下になったらシャッター１８を開けて露光を開
始する。つまり、パルス間の出力が安定している部分のパルスのみを利用して露
光を行なう。 なお、所定の許容値に入っているかどうかの判断は以下の基準で行う。 基準となるパルスのパワー強度１０に対する、レーザ発振開始後のパルスの強
度Ｉ（ｔ）の値が を満たすかどうかの判断を行い、２パルス以上連続で、上記（１）式を満たした
時（許容値ａ以下になった時）に、シャッターを開けて、露光を開始するように
する。 また、レーザ発振後のｉ番目の強度をＩ（ｔｉ）として を上記（１）式の代りとしても良い。 また、経験的にレーザ発振開始から、パルス間の出力強度が所定のパルス間安
定性±ａ％以下になるまでのパルス数を測っておき、そのパルス数までレーザを
遮断し、その後シャッターを開け露光を行っても良い。 更に、 より１パルス当りの平均的なパワー強度Ｉａｖｅを算出し、これを基準に必要露
光量に対応する１ショットに必要なパルス数ｍを求め、記憶しておく。 次に、パルスの出力が上記のような条件を満たしシャッター１８を通過した光
は、第１ミラー２０、第２ミラー２２及び第１照明系２４の各光学素子の各作用
によって、均一化された光がビームスプリッタ２６に入射する。 そして、ビームスプリッタ２６で反射された光は、第２照明系３０に入射し、
投影レンズ３２を介して、レチクル３４上のパターンをステージ３６上に載置さ
れたウェハ３８上に投影露光を行なう。 他方、ビームスプリッタ２６に入射した光の一部は分割されて、第２ディテク
ター２８に入射し、ここで入射した光のパルス数を検出し、これを電気信号に変
換して制御部１６に入力する。 次に、該パルス数と制御部１６に記憶されている１ショットの必要パルス数ｍ
を比較して、第２ディテクター２８に入射する光のパルス数が、上記必要パルス
数ｍに足したら一時的にシャッター１８を閉じるような、１ショット毎のシャッ
ター１８の制御を行ない、次のショットを露光するべくステップアンドリピート
方式でウェハをステッピングさせる。 このため、例えば１ショット（チップ）当りの露光パルス数をｍとした場合に
、パルス間出力のばらつき許容値±ａ％に対してウェハ面上での露光量のばらつ
きは統計的に±ａ／√ｍ（％）となる。 更に、上記のような露光を繰返し、ウェハの交換等によりレーザの発振を停止
した場合にも、上述しものと同様の手順によって、露光を再開する。 上記のような露光装置においては、パルスレーザ発振直後のパルス間出力のば
らつきが許容値±ａ％以上のレーザ光をシャッター１８によって遮断し、その後
のパルス間の出力強度のばらつきが許容値±ａ％以下の安定したレーザ光のみを
露光光として利用している。 このため、レーザ光のパルス間の出力強度のばらつきによりピークパワーが 強すぎて、ウェハのレジスト特性が変化する心配がない。また、露光量管理も積
算管理でなくパルス数管理で充分対応できるため正確な露光量制御が行なえる。 更に、狭帯域レーザ使用時のスペックル対策として振動ミラー、ガルバノミラ
ー等を使用した場合にも、ウエハ面上での照度均一性に関して不都合はなく、ス
ループットの点でも有利となる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、同様にパルス間の出力
の安定性を必要とする例えばアライメント用の照明光、光化学反応装置の励起光
を発する装置にも充分適応可能なものである。 また、上記実施例では、シャッター１８として透過型のものを使用したが、反
射型のものを用いてもよいことは明らかである。 【発明の効果】 以上のように本発明によれば、パルス間の出力強度のばらつきが少なく、ウェ
ハのレジスト特性の変化を防止できるとともに、露光量制御を良好に行なうこと
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の実施例を示す構成図。 【図２】 実施例の作用を示す説明図。 【主要部分の符号の説明】 １０・・・エキシマレーザ光源、１４・・・第１ディテクター、１６・・・制御
部、１８・・・シャッター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザ光源から予め設定された強度でパルスレーザ光を照射し
   、該パルスレーザ光を均一にするための照明光学系を介してマスクに照射して基
   板を露光する露光装置において、 前記レーザ光源から前記照明光学系に至る光路中に配置され、前記レーザ光源か
   ら出力されるパルスレーザ光の光路の閉鎖、開放を行うためのシャッター手段と
   、 前記レーザ光源と前記シャッター手段との間で前記パルスレーザ光を受光して前
   記パルスレーザ光の各発振毎の出力を検出する第１の検出手段と、 前記マスクと前記照明光学系との間で前記パルスレーザ光を受光して前記パルス
   レーザ光の各発振毎の出力を検出する第２の検出手段と、 前記レーザー光源の発振開始時であって前記シャッター手段が光路を閉鎖してい
   る間に前記レーザ光源から連続的して複数回発振されるパルスレーザ光の各々の
   出力を前記第１の検出手段により検出し、各パルスレーザ光毎の出力が前記基板
   の露光に適した基準値に対して所定の誤差範囲内となった場合に前記シャッター
   手段の開放動作を行い、前記シャッター手段の開放後前記基板への露光量制御の
   ために前記第２の検出手段の検出信号を入力する制御手段、とを具備したことを
   特徴とする露光装置。 【請求項２】 前記制御手段は、前記シャッター手段が光路を閉鎖している間
   に発振される各パルスレーザ光毎の出力が２パルス以上連続して前記誤差範囲内
   となった場合に前記シャッター手段の開放動作を行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 【請求項３】 前記第１の検出手段は、前記レーザ光源と前記シャッター手段
   との間の光路中に配置されて前記レーザ光源からのパルスレーザ光の一部を分割
   して取り出すためのビームスプリッタを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 【請求項４】 前記第１の検出手段は、前記パルスレーザ光の各発振毎の出力
   として各パルスレーザ光の強度を検出する受光器を有し、前記制御手段は、前記
   シャッター手段が光路を閉鎖している間に前記受光器で検出された複数のパルス
   レーザ光の各強度に基づいて前記パルスレーザ光の平均的な強度値を算出し、該
   平均的な強度値に基づいて前記基板に与えられる露光量を制御することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の装置。 【請求項５】 エキシマレーザ光源から予め設定された強度で発振されるパル
   スレーザ光を露光用照明光としてマスクに均一に照射するためのフライアイレン
   ズを含む照明光学系を備え、前記マスクのパターンをウェハ上に露光する露光装
   置において、 前記エキシマレーザ光源から前記照明光学系のフライアイレンズに至る光路中に
   配置され、前記エキシマレーザ光源からのパルスレーザ光の閉鎖、開放を行うた
   めのシャッター手段と、 該シャッター手段が光路を閉鎖している間に前記エキシマレーザ光源から発振さ
   れる複数のパルスレーザ光を受光することによって、各パルスレーザ光の出力を
   検出する第１の検出手段と、 前記フライアイレンズを射出した後のパルスレーザ光の一部を分割するビームス
   プリッタと、 該分割されたパルスレーザ光を受光して該パルスレーザ光の出力を検出する第２
   の検出手段と、 前記レーザー光源の発振開始時であって前記シャッター手段が光路を閉鎖してい
   る状態から該第１の検出手段で検出された少なくとも２つのパルスレーザ光の各
   出力が前記ウェハの露光に適した基準値に対して所定の誤差範囲内の入ったとき
   に前記シャッター手段を開放し、前記シャッター手段の開放後前記ウェハへの露
   光量制御のために前記第２の検出手段の検出信号を入力する制御手段、とを備え
   たことを特徴とする露光装置。 【請求項６】 前記第１の検出手段は、前記エキシマレーザ光源から前記シャ
   ッター手段に至る光路中で前記パルスレーザ光の一部を分割して取り出す第１の
   ビームスプリッタを含み、該分割されたパルスレーザ光の出力を検出する ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 【請求項７】 紫外線のパルス光を出力するパルスレーザ源と、前記パルス光の
   光路の閉鎖、開放を行うためのシャッター手段と、該シャッターの光路の開放時
   に前記パルス光を均一な露光用照明光としてマスクに照射する照明光学系と、該
   マスクのパターンの像を基板上に投影するための投影光学系とを備えた露光装置
   を用いて、前記基板上の複数のショットの各々に前記マスクのパターン像を順次
   露光する方法において、 前記パルスレーザ源の発振開始時に前記シャッター手段が光路を閉鎖している
   状態で、前記パルスレーザ源と前記シャッター手段との間に配置された第１の検
   出手段で前記パルス光の各発振毎の出力を検出する段階と、 前記第１の検出手段で検出された各パルス光毎の出力が前記基板の露光に適し
   た基準値に対して所定の誤差範囲内となった場合に前記シャッター手段の光路を
   開放する段階と、 前記パルス光の光路の開放とともに、前記マスクと前記照明光学系との間に配
   置された第２の検出手段で前記パルス光の出力を検出する段階と、 前記第２の検出手段で検出された検出信号と前記ショットに所望の露光量を与
   えるように決定された露光条件とに基づいて、前記ショットを複数個のパルス光
   で露光する段階とを含むことを特徴とする露光方法。