JP2785157B2 - 光量制御装置および露光装置 - Google Patents

光量制御装置および露光装置

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JP2785157B2 JP2266685A JP26668590A JP2785157B2 JP 2785157 B2 JP2785157 B2 JP 2785157B2 JP 2266685 A JP2266685 A JP 2266685A JP 26668590 A JP26668590 A JP 26668590A JP 2785157 B2 JP2785157 B2 JP 2785157B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、パルスレーザ等のパルス光源の光量制御装
置およびそれを用いた露光装置に関し、特に高出力パル
スレーザ光の露光制御の改良に関するものである。
[従来技術] 半導体素子製造技術は高集積化、微細化の一途をたど
り、近年エキシマレーザのようなパルスレーザが遠紫外
領域の光源として露光装置に使用されはじめている。
しかしながら、エキシマレーザのパルスエネルギは設
定エネルギに対してショット毎にその大きさが5%前後
変動する。そのために、各チップへの露光エネルギもそ
の変動の影響を受けることになる。したがって、解像力
や線幅の再現性を得るために、数百パルス以上のパルス
光を用いて露光し相対的なバラツキ量を縮少させ、露光
エネルギのバラツキを抑えていた。
一方、近年ウエハに塗付するレジストの感度が向上
し、1チップに対して露光に要するパルス数は数十から
数百パルスで十分となってきている。
しかし、このような1チップ当たりのパルス数が減少
した場合、レーザのパルス毎にウエハに照射するエネル
ギをコントロールしないと、1チップに対する露光量が
所定の許容範囲に入らないという問題が起こってくる。
パルス毎にパルスエネルギをコントロールする方法とし
ては、レーザの出力エネルギをコントロールしたり、干
渉フィルタや減光フィルタを用いたりなどさまざまな方
法が提案されている。
[発明が解決しようとする課題] パルス毎にパルスエネルギをコントロールする方法に
はさまざまな方法があるが、装置の構成上、レーザ装置
のパルスエネルギをパルス毎にコントロールする方法が
一番簡便でかつ応答性が優れていると考えられる。
しかし、現状のレーザ装置は技術的に発展途上にある
ものが多く、設定した出力がどのような条件においても
設定通りに出力されるとは言えないのが現状である。例
えば、エキシマレーザのようなガスレーザの場合には、
使用するレーザガスの経時的な劣化や、レーザに使用さ
れている光学部品の劣化あるいは汚れなどにより、同じ
設定パラメータでもレーザの状態により出力されるエネ
ルギが変化する。
第4図はパルスレーザ装置に設定した制御パラメータ
とレーザ出力(発光強度)との関係を示すグラフであ
る。同図に示すように、制御パラメータとレーザ出力と
の関係は図中の矢印41,42のように経時的に変化する。
そのため、露光量を制御するためパルスエネルギをパ
ルス毎にコントロールしても、必ずしも設定エネルギに
ならず、所定の露光量を得るため単純な設定パラメータ
の変更を行なうだけでは露光量を正確にコントロールす
ることが困難である。
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑み、パル
スレーザーを複数回パルス発光させることにより原板上
のパターンを基板上に投影露光する露光装置において、
適正な露光量で常に安定した露光を行なうことができる
ようにすることを目的とする。
[課題を解決するための手段および作用] 上記の目的を達成するため、本発明は、パルス光源の
光量を制御するパラメータを順次変化させながらパルス
光を発生させ、その時の制御パラメータの設定値とパル
ス光量の関係を求め、その関係に基づいて以降のパルス
発光に対する制御パラメータの設定値を決定することと
している。これにより、高精度なパルス毎の光量制御を
行うことができる。なお、この光量制御は露光装置に好
適に適用されるが、その場合、制御パラメータの設定値
とパルス光量の関係は露光動作中に行うことが好まし
い。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
第1図は本発明の一実施例に係る縮小投影型の露光装
置であるステッパの概略構成図を示す。
同図において、レーザ光源(パルスレーザ)1は例え
ばkrFが封入されたエネルギレーザで、パルス化された
レーザ光を発光する光源である。この光源は248nmの遠
紫外領域の波長の光を発光する。照明光学系2はビーム
整形光学系、オプティカル・インテグレータ、コリメー
タおよびミラー(いずれも図示していない)で構成され
る。これらの部材は、遠紫外領域の光を効率的に透過あ
るいは反射する材料で形成されている。
ビーム整形光学系はビームを所望の形に整形するため
のものであり、オプティカル・インテグレータは光束の
配向特性を均一にするためのものである。照明光学系2
の光路に沿って集積回路パターンが形成されたレチクル
R(またはマスク)が配置され、更に投影光学系3およ
びウエハWが配置されている。
照明光学系の光路にはミラー4が配置され、ミラー4
より反射される光路には紫外光用のフォトセンサ5が配
置されている。このフォトセンサ5の出力は積分回路6
をへて1パルス当たりの露光量に変換され、積算露光量
を演算するコントローラ7に入力される。レーザ出力制
御部8はコントローラ7の演算結果に基づいてエキシマ
レーザ光源1を駆動し、パルス毎に必要に応じて制御さ
れた出力の光により、レチクルRのパターンがウエハW
に露光される。
さて、エキシマレーザは出力が大きいため、レジスト
感度によっては数パルスの露光で十分な場合も考えられ
る。しかし、エキシマレーザの各パルス毎の出力のバラ
ツキは通常±5%あるいはそれ以上に達する。そのた
め、ステッパ等で最も微細な加工を行う工程において
は、1ショット当たり数パルスだけの露光ではこのバラ
ツキ量も問題となってくる。そこで、バラツキの影響が
無視できる程度の数十パルスまで増やして露光を行う。
このとき、本実施例の露光装置では、第3図に示すよ
うに、露光初期の数パルスから10パルス程度の間に制御
パラメータ例えばレーザの放電電圧を変化させるように
している。そして、その制御パラメータと実際のレーザ
出力(露光量)との関係を示すテーブルを作成する。
第1表は、このような制御パラメータである電圧とレ
ーザ出力の関係を示す。
このテーブルに基づいて、電圧とレーザ出力の関係式
を導出する。設定した電圧間の値は例えば直線補間する
ことにより求めればよい。そして、露光最後の1パルス
あるいは数パルスの電圧の設定値を新しい電圧とレーザ
出力の関係式から決定し、露光を行うものである(第2
図)。
第3図に、上記実施例の露光装置の露光シーケンスを
詳細に示す。
まず、ステップS1で最初に露光したい総露光量Ytotal
を設定する。また、ステップS2で積算露光量SUM、回数
(パルス発光の回数)Nおよび電圧設定値XNの初期値を
設定する。積算露光量SUMと回数Nは“0"とし、電圧設
定値XNは電圧設定値の最大値XMAXとする。
ステップS3で回数Nをインクリメントし、ステップS4
で電圧設定値XNを制御パラメータとして露光を行なう。
さらに、ステップS5で電圧設定値XNの値を変化量Aだけ
減少させ、積算露光量SUMに電圧設定値XNで行なった露
光において実際に検出されたレーザエネルギYNを加え
る。次に、ステップS6でレーザエネルギの最小値YMIN
検出したレーザエネルギYNに所定のオフセット値Bを加
えた値YN+Bとを比較する。値YN+Bのほうが大きい場
合は再びステップS3に戻って次の電圧設定値XNにて露光
およびレーザエネルギYNの検出を繰り返す。ステップS6
で値YN+Bのほうが大きくない場合は、ステップS7に進
む。
以上のステップS3〜S6の処理は、電圧設定値の範囲内
で段階的に最大設定値XMAXから順番に設定値を下げてい
き、それぞれの設定値XNに対応したパルスエネルギYN
露光中に検出し、第1表のような電圧設定値XNとパルス
エネルギYNの測定データテーブルを作成する処理であ
る。
次に、ステップS7でパルスエネルギと電圧との関係式
X=f(Y)を決定する。なお、測定点以外の範囲は直
線補間する。この関係式が決定された段階で、以後の露
光電圧は測定した設定範囲において測定されたパルスエ
ネルギYNの平均値YAVEとなるように、設定値を平均エネ
ルギを出す電圧設定値XAVEとし露光を続行する。
具体的には、ステップS8で平均エネルギYAVEを算出
し、ステップS9で平均エネルギを出す電圧設定値XAVE
f(YAVE)を設定する。そして、ステップS10で回数N
をインクリメントし、ステップS11で電圧設定値XAVE
て露光を行ない、ステップS12で積算露光量SUMに電圧設
定値XNで行なった露光において実際に検出されたレーザ
エネルギYNを加える。
ステップ13で、積算露光量SUMとバラツキの最大値を
加味した露光エネルギYAVE*Cの和が総露光量Ytotal
越えるか否かを判別する。越えない場合は再びステップ
S10に戻り、電圧設定値XAVEでの露光を繰り返す。越え
る場合は次のパルスが最終パルスであるからステップS1
4へと進む。
ステップS14で、総露光量Ytotalから積算露光量SUMを
引いた残露光量YRを計算する。そして、ステップS15で
最終パルスを露光するため残露光量YRの得られる設定電
圧XRを関係式Y=f(X)より求める。そして、ステッ
プS16で設定電圧XRにて露光を1回行い露光を終了す
る。
以上の第3図に示すようなシーケンスを用いれば、レ
ーザのパルス間バラツキによる変動も極力除外できる。
また、露光ごとに制御パラメータとレーザ出力の関係を
較正するため、レーザ固有のレーザガスや光学部品の劣
化のみならず、ステップ内部の光伝送光学系による時間
的変動も除外して安定した露光量を制御できる。
なお、設定値とパルスエネルギとの関係を求める方法
はさまざまな方法を用いることができる。通常のエネル
ギレーザの設定できる電圧範囲においては、ほぼリニア
な関係がある。そこで、上記の実施例では最小値2乗法
を用いて関係式fを決定し、露光量制御精度1%以内と
いう良好な結果を得た。
[他の実施例] 上記実施例においては、ウエハの1露光(1ショッ
ト)ごとに毎回出力−電圧テーブルを作成して露光条件
を較正する例を示したが、レーザおよびその他の光学系
の安定度に応じて2回以上に1回すなわち1ウエハごと
に1回あるいは一定時間ごとに1回関係式を較正して露
光するようにしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によればエキシマレーザ
等のパルスレーザを用いた露光装置において、レーザの
パルス間のバラツキ、レーザガスの劣化、光学部品の劣
化および変動に対しても安定して適正な露光量を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る露光装置の概略構成
図、 第2図は、この実施例の露光装置における各パルスの露
光量の変化を示すグラフ、 第3図は、この実施例の露光装置における露光シーケン
スを示すフローチャート、 第4図は、制御パラメータとレーザ出力の関係を説明す
る図である。 1:エキシマレーザ、 2:照明光学系、 3:縮小光学系、 4:ミラー、 5:フォトセンサ5、 6:積分回路、 7:コントローラ、 8:レーザ出力制御部、 R:レチクル、 W:ウエハW。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス光を発生する光源と、 該光源のパルス発光毎の光量に応じた値を検出する検出
    手段と、 該光源のパルス発光を設定された制御パラメータに応じ
    て制御する光源制御手段と、 前記制御パラメータを順次変化させながら前記光源制御
    手段により前記光源から複数のパルス光を発生させ、そ
    の時に前記検出手段により検出された各パルス光毎の検
    出値を用いて、前記制御パラメータの設定値と前記露光
    量の関係を求め、該関係に基づいて以降のパルス発光に
    対する前記制御パラメータの設定値を決定する制御パラ
    メータ決定手段とを有することを特徴とする光量制御装
    置。
  2. 【請求項2】前記制御パラメータは、光源の放電電圧で
    あることを特徴とする請求項1に記載の光量制御装置。
  3. 【請求項3】前記光源は、エキシマレーザであることを
    特徴とする請求項1または2に記載の光量制御装置。
  4. 【請求項4】1ショットにつき複数のパルス光でパター
    ンを照明し、該パターンを基板上の露光領域に転写する
    露光装置において、 前記パルス光を発生する光源と、 該光源のパルス発光毎の露光量に応じた値を検出する検
    出手段と、 該光源のパルス発光を設定された制御パラメータに応じ
    て制御する光源制御手段と、 前記制御パラメータを順次変化させながら前記光源制御
    手段により前記光源から複数のパルス光を発生させ、そ
    の時に前記検出手段により検出された各パルス光毎の検
    出値を用いて、前記制御パラメータの設定値と前記露光
    量の関係を求め、該関係に基づいて以降のパルス発光に
    対する前記制御パラメータの設定値を決定する制御パラ
    メータ決定手段とを有することを特徴とする露光装置。
  5. 【請求項5】前記関係は、基板を実際に露光する際に求
    めることを特徴とする請求項4に記載の露光装置。
  6. 【請求項6】前記制御パラメータ決定手段は、前記基板
    のショット領域の総露光量が所定量となるように前記制
    御パラメータの設定値を決定することを特徴とする請求
    項4または5に記載の露光装置。
  7. 【請求項7】前記制御パラメータ決定手段は、前記基板
    のショット領域に対する最終の少なくとも1つのパルス
    発光の前記制御パラメータの設定値を決定することを特
    徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の露光装置。
  8. 【請求項8】前記制御パラメータは、光源の放電電圧で
    あることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の
    露光装置。
  9. 【請求項9】前記光源は、エキシマレーザであることを
    特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の露光装置。
  10. 【請求項10】1ショットにつき複数のパルス光でパタ
    ーンを証明し、該パターンを基板上の露光領域に転写
    し、回路パターンを形成する半導体素子の製造方法にお
    いて、 パルス発光毎の露光量に応じた値を検出する工程と、 パルス発光を設定された制御パラメータに応じて制御す
    る工程と、 前記制御パラメータを順次変化させながら前記光源制御
    手段により前記光源から複数のパルス光を発生させ、そ
    の時に前記検出手段により検出された各パルス光毎の検
    出値を用いて、前記制御パラメータの設定値と前記露光
    量の関係を求め、該関係に基づいて以降のパルス発光に
    対する前記制御パラメータの設定値を決定する工程とを
    有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  11. 【請求項11】前記関係は、基板を実際に露光する際に
    求めることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の
    製造方法。
  12. 【請求項12】前記基板のショット領域の総露光量が所
    定量となるように前記制御パラメータの設定値を決定す
    ることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体素
    子の製造方法。
  13. 【請求項13】前記基板のショット領域に対する最終の
    少なくとも1つのパルス発光の前記制御パラメータの設
    定値を決定することを特徴とする請求項10〜12のいずれ
    かに記載の半導体素子の製造方法。
  14. 【請求項14】前記制御パラメータは、光源の放電電圧
    であることを特徴とする請求項10〜13のいずれかに記載
    の半導体素子の製造方法。
  15. 【請求項15】前記パルス光は、エキシマレーザ光であ
    ることを特徴とする請求項10〜14のいずれかに記載の半
    導体素子の製造方法。
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