JP2963692B2 - エネルギーセンサーフィードバックによるレーザー照射式ステッパー若しくはスキャナー - Google Patents

エネルギーセンサーフィードバックによるレーザー照射式ステッパー若しくはスキャナー

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、1998年3月4日出
願の出願番号09/034,870号エキシマレーザー
のためのパルスエネルギー制御、及び1997年8月8
日出願の出願番号08/908,862号レーザーに対
して2つのエネルギーモニターを有するステッパー若し
くはスキャナーの一部継続出願である。本発明は、レー
ザーエネルギー制御機器と方法に関する、より詳しくは
集積回路製造用のステッパー若しくはスキャンナーのた
めに使用される機器と技術に関する。
【0002】
【従来技術】レーザー照射式ステッパー若しくはスキャ
ナー レーザーは、シリコンウエハ上のフォトレジスト層を選
択的に露光するため、集積回路製造ためのステッパー若
しくはスキャナーシステムの光源として頻繁に使用され
る。マスク(或いはレチクル)を光とウエハーの間に差
し込み、選択的露光ができるようになっている。現在の
露光システム形態は、レーザー放射をウエハ表面上に向
ける比較的複雑な光学システムを包含している。ステッ
プ若しくはスキャンの最中に、フォトレジストを十分に
露光させるのに必要な光量は、光の強さと光がウエハに
当たる時間の長さの積である。代表的なレーザー光は毎
秒1000パルスといった割合のパルスで生成され、フ
ォトレジストを十分に露光させるのに必要なパルス数
は、レーザー光の強度に基づき決定される。先行技術の
リソグラフィーレーザーは、レーザーの出力装置、ない
しその近くにパルスエネルギーモニターを有するのが代
表的である。本モニターは、個々のパルスのエネルギー
と積分された線量のエネルギー(事前に決定された数の
パルスの合計エネルギー)を制御するために、フィード
バック装置で使用可能である。パルスエネルギーモニタ
ーは、ステッパー若しくはスキャナー内に置くこともで
き、フィードバック信号用にこれらのモニターを使って
レーザー源を制御する努力がなされてきた。しかし、こ
れら先行技術のフィードバック制御システムは十分満足
とは言えず、レーザーに重大な振動を生み出すことがあ
る。 エネルギーシグマ 「エネルギーシグマ」 という言葉で定義されるパルスエ
ネルギーのバリエーションは、集積回路リソグラフィー
にとって重要である。エネルギーシグマは、一連のパル
ス中のパルスエネルギーの平均エネルギーからの標準偏
差である。エネルギーシグマに関するスペックは、約3
パーセントの範囲を典型的とするが、もっと狭い範囲が
望ましい。先行技術のエキシマレーザーは、先行する一
つないし複数のパルスをモニターしたエネルギーに基づ
き、各パルスの放電圧を自動的に調整するフィードバッ
ク電圧制御を含んでいる。リソグラフィーレーザーは
1,000Hzぐらいのパルス率の連続モードで作動さ
れることがあるが、この場合レーザー効果と光学効果は
素早く平衡に至るので、パルスのエネルギー電圧フィー
ドバック制御を使えばエネルギーシグマを小さく保つこ
とは比較的容易である。 バーストモード作動 集積回路リソグラフィーのためにレーザーを連続作動さ
せることは一般的ではない。より一般的な作動モードは
バーストモードと呼ばれ、レーザーを例えば1,000
Hzのパルス割合で約110から250パルス(「 バー
スト」 と呼ばれる一連のパルス)作動させ、その後1秒
の何分の1、例えば約0.2秒から数秒ないしそれより
長い時間程度のデッドタイムが続くというものである。
このデッドタイムの間に、照射されるウエハは、ステッ
プ(例:数ミリメートル移動)されるか、処理済ウエハ
が処理予定のウエハと交換されるか、ウエハの新しいカ
セットが入れられたりする。エネルギーシグマを制御す
ることに加え、各バースト間の合計線量を目標値に可能
な限り近づけることが、多くの状況で更に重要となる。
【0003】レーザーを一定電圧のバーストモードで作
動させると、パルスエネルギーがバーストの最初の40
ミリ秒間にレーザーを出してしまうので、ビームのパル
スエネルギーに大きな振れが生じる結果となる。また、
ステッパー若しくはスキャナーの光学要素の過渡状態
は、マスクに達するエネルギーにバリエーションを生じ
させ得る。これらの効果が組み合わさると、マスクに達
するパルスエネルギーに実質的なバリエーションを生じ
させ得る。先行技術のフィードバック制御回路では、エ
ネルギーバリエーションは部分的に減るだけである。振
れは、相対的にバーストからバーストへと繰り返される
ということが知られている。従って、この最初の40パ
ルスの間のパルスエネルギーバリエーションを減らすた
め、時間依存アルゴリズムで電圧制御をプログラムする
試みがなされてきた。
【0004】必要なのは、レーザーシステム中だけでな
く、ステッパー若しくはスキャナー中のビームの乱れを
より適正に矯正できるエネルギーセンサーフィードバッ
クシステムである。
【0005】
【発明の概要】本発明は、マスク近くの露光システム内
に位置する第1光度検知器とレーザー出力装置近くに位
置する第2光度検知器を有するステッパー若しくはスキ
ャナーといったレーザー照射式ウエハー露光システムを
提供する。フィードバック制御システムは、検知器類の
内の少なくとも1つの検知器により検出される信号に基
づきレーザーの出力を制御する。フィードバック制御シ
ステムは、バーストモードでレーザーを作動してマスク
の所で所望光度を有する光パルスを提供する目的でレー
ザー放電圧を制御するのに使用されるアルゴリズムでプ
ログラムされたプロセッサーを包含する。アルゴリズム
は少なくとも次のようなパラメーター、すなわち過去に
測定されたパルスエネルギー、計算されたエネルギーエ
ラー、計算された線量エラー、電圧に対するパルスエネ
ルギーの変化率の値、及び最低1つの基準電圧を使用す
る。好適実施例では、アルゴリズムはマスク近くに位置
する光度検知器で測定されるパルスエネルギーを使用し
てフィードバック制御を行いまたレーザー出力装置の所
にある光度検知器を用いて、レーザーの出力が事前に設
定された範囲内に保持されていることを保証する。
【0006】
【実施例】第1好適実施例 ステッパーシステム 図1は、本発明を組み込んだシリコンウエハ上に集積回
路をリソグラフィーで焼き付けるステッパーシステムを
示している。図1では、エキシマレーザーシステム10
は、レーザー12として示されるエキシマレーザー励起
室と、レーザーシステム10から放射されるレーザー光
の波長、スペクトル幅、光度、バースト持続時間を調整
するための種々のフィードバック制御回路と機構から成
る。これら制御回路と機構を、レーザーコントローラー
14として示す。レーザーのチューニング、光度の制
御、及びレーザー光のパルスの制御に関する方法と構造
はよく知られており、レーザーシステム10のレーザー
出力の制御に適しているならどんな方法を利用してもよ
い。
【0007】ステッパー20は、レーザーシステム10
からのレーザービーム21を受け取り、ウエハー22上
のフォトレジストの層を露光させるため、半導体ウエハ
22の小区画(約2cm)上に、最終的にマスクパター
ンの像を結ばせる。所定のパルス数のレーザー光をあて
た後、ウエハ22はX及び/或いはY方向に、X−Yテ
ーブル24によりステップされる。ウエハ22の各露光
の後、コントローラー26がソフトウエアルーティーン
に応じてX−Yテーブル24の位置を制御する。ウエハ
22の各ステップの間、パルスコントローラー27がレ
ーザーシステム10に信号を与え、所定数の(約11
0)パルスを発生させる。ステッパー20の一部を形成
するキーボードとコンピューター(図示せず)を使って
ウエハー22を自動処理するためのコントローラー26
と27をプログラムしてもよい。 レーザービーム エキシマレーザーシステム10は、独立ユニットとして
製造されるのが代表的であるが、レーザーシステム10
の光出力がステッパー光学器によってどのように影響さ
れるかを、事前に正確に知ることはできない。レーザー
システム10によるレーザービームの出力21は、窒素
を満たしたコンジット30内の鏡28と29により、ス
テッパー20の光入力ポートへ方向付される。窒素を使
うのは、湿気がコンジット30に入るの防ぎ、コンジッ
ト30を通って伝搬するレーザー光が減衰するのを防ぐ
ためである。
【0008】複数のマスクパターンを含んだレチクル3
6にビーム21を送る前に、ビームコンディショナー光
学器32とビームコンデンサー光学器34がビーム21
を、必要とされる状態に変える。ビームコンディショニ
ング光学器32は、ビーム域に亘ってレーザービーム2
1の空間的強さを平均化するために、(均質化装置を形
成する)一連のレンズを含むこともある。こうした均質
化装置は、第2レンズが後に続く2次元アレー状の小レ
ンズを使用して、小レンズの出力光を平均化してもよ
い。コンディショナー光学器32とコンデンサー光学器
34は、また必要に応じビームを拡張しスクエアビーム
を形成してもよい。こうした光学器32と34は従来型
のもので構わない。部分反射鏡38と、必要に応じて配
される他の光学器が、レンズ39を通ってレチクル36
上にビームを再度方向付けする。レチクル36のマスク
パターンはクロムまたは不伝導性の物質が代表的で、ウ
エハ22表面上のフォトレジストに複写されるべきパタ
ーンに形成される。焦点収束光学器40は、レチクル3
6を通って光をウエハ22の2cm区画上に焦点収束さ
せる。
【0009】部分反射鏡38に突き当たる光の内わずか
なパーセントを、サンプルアンドホールド回路を持った
従来型のフォト検知器で受ける。適切なタイプのフォト
検知器の1つは、DCオフセットを差し引いた後の当た
る光の強さに電流出力が比例するフォトダイオードから
成る。こうしたフォト検知器はよく知られている。従来
型のサンプルアンドホールド回路は、持続時間約50n
sパルスのエネルギーに相当する積分信号をサンプル
し、その信号がコンピュータプロセッサーでが読み取ら
れるまで保持する。類似の鏡45とフォト検知器46を
用い、レーザー12出力部分でのビーム21の光度を測
定する。従来型シャッター47が鏡45の下流に置か
れ、ビーム21がステッパー20へ入るのを制御可能的
に阻止する。X−Yテーブルコントローラー26は、所
定数のパルスのレーザーエネルギーを照射後、ウエハ2
2を次の位置にステップさせるようプログラムされてお
り、パルスは所定の波長とパルス幅を持つのが代表的で
ある。パルス数は、ステップの間にウエハに突き当たら
ねばならぬとされる光の合計エネルギーに基づき計算さ
れる。これには、光エネルギーの正確な測定が必要とな
る。
【0010】エキシマレーザーはパワー供給装置、制御
回路、そして冷却システムを含み、ステッパーの外側に
ある比較的大型の装置である。ステッパー20の様々な
光学器が生じさせる減衰は使用中に変化し得るものなの
で、レーザーシステム10が特定ステップの間に生成す
るパルスのエネルギーは、希望に反し、ウエハー22上
のフォトレジストを露光するのに必要な最適量よりも大
きかったり、小さかったりなり得る。対象となる減衰を
引き起こすステッパー光学器の後でかつレチクル36の
前に、フォト検知器44を置いてフィードバックエネル
ギー制御用に使えば、ステッパー光学器による減衰や歪
みは、レーザー出力強度の調整時、自動的に考慮され
る。しかし、フォト検知器44を単独使用した場合、エ
ネルギー過渡現象の原因が光学器のせいなのかまたはレ
ーザーシステム10自体のせいなのかを識別できない。 レーザー出力の制御 コンピュータープロセッサー48は、レーザーパルスと
バーストのタイミングに関する情報を始めとするフォト
検知器44、46からの信号を受信し、レーザーに対す
る調整を決定するための特別なアルゴリズムを使って、
フォト検知器44、46の出力を処理し、所望の個々の
パルスエネルギーと積分された線量エネルギーを実現す
る。プロセッサー48の出力は、更にレーザーコントロ
ーラー14の回路要素で処理され、レーザー出力を制御
するためにレーザー12の作動電圧を制御する。
【0011】図2は、各パルスの間のレーザー光の強度
を制御するため、また必要に応じ他の特性を調整するた
めの、レーザーシステム10内のフィードバック回路要
素を示している。ステッパー20のフォト検知器44か
らの信号はアナログ信号が典型的である。この信号は、
最初にパルス持続期間よりも長い時間間隔に亘って積分
され、各パルスの光エネルギーを効率よく測定できるよ
う、サンプルアンドホールド回路56を利用してサンプ
ル採取される。その結果生じた信号は、その後アナログ
−デジタルコンバーター58を使って、デジタル信号に
変換される。サンプルクロック59を、サンプルアンド
ホールド回路56用に、またアナログ−デジタルコンバ
ーター58の全エネルギーを測定するために設け、ほぼ
30−50nsパルスの全エネルギーを測定するため、
適当な時間で読み取りを行う。
【0012】コンバーター58のデジタル出力はここで
プロセッサー60に流されるが、プロセッサー60は、
レーザー12自身を制御するために使われる制御信号に
光度を表すデジタル信号を関係付けるソフトウエア61
でプログラムされており、パソコンであってもよい。プ
ロセッサー60はハードワイアドASICでも構わな
い。レーザーシステム10のフォト検知器46からのア
ナログ信号を、全く同一のサンプルアンドホールド回路
62とアナログ−デジタルコンバーター64で処理し、
プロセッサー60に流す。レーザーコントローラー14
はプロセッサー60から制御信号を受信し、既知の方法
でレーザー12の特性を調整する。レーザーの光度出力
の調整用に使われる周知の一方法では、レーザー12の
充電圧が調整され、この充電圧は順番に圧縮と増幅され
て充電圧にほぼ比例するはるかに高い放電圧が生み出さ
れる。 パルスと線量エネルギー制御 この実施例では、レーザー12は毎秒1,000パルス
の反復率で作動する。パルス毎のエネルギーは約10m
Jが典型的である。典型的な照射ステップは、以下の通
りである。
【0013】 時間 ウエハー移動 0.1秒 照射 0.11秒(110パルス) ウエハー移動 0.1秒 照射 0.11秒(110パルス) ウエハー移動 0.1秒 照射 0.11秒(110パルス) 〃 〃 〃 ウエハー移動 0.1秒 照射 0.11秒(110パルス) ウエハー交換 10秒 ウエハー移動 0.1秒 照射 0.11秒(110パルス) 〃 〃 〃 このように通常作動は、約110ミリ秒に110パルス
のバースト、これに約0.1秒、場合によっては10秒
間のデッドタイム続く。時々に応じ、より長いデッドタ
イムを与え、他の作動ができるようにするであろう。こ
の基本プロセスは1日24時間、1週間に7日間、何カ
月にも亘って続き、1日にパルスで数百万、バーストで
数千を生成するレーザーを用いるのが代表的である。上
記バーストモードで通常肝要なのは、ウエハーの各セク
ションが各バーストで同一の照射エネルギーを受け取る
ことである。また、チップメーカーはバリエーション
(エネルギーシグマ)が最低に抑えられるようパルスを
出したいと思っている。
【0014】本発明のこの好適実施例で使う機器とソフ
トウエアは、各パルス(パルスN−1)のエネルギーを
モニターし、次に続くパルス(パルスN)のエネルギー
を、(1)パルスN−1の測定エネルギーと目標パルス
エネルギーとの比較結果と、(2)パルスN−1のバー
ストにより蓄積された線量とパルスN−1による目標パ
ルスの線量との比較結果とに基づき制御する。こうした
バーストモードでの作動は、レーザー自身の内部とステ
ッパー機器という光学列の中の両方に、著しい過渡的パ
ルスを作り出す。出願人は、主要な過渡的パルスがバー
スト開始後最初の30−40ミリ秒内でのレーザーで発
生することを発見している。ステッパー光学列では、主
要な過渡的パルスはバーストの最初の10から15ミリ
秒間で発生する。
【0015】レーザーと光学部品を適正に選択して、こ
れらの過渡的パルスをなくす努力がなされてきたが、こ
うした努力にもかかわらず、著しい過渡的パルスは依然
残っており、対処されなくてはならない。出願人は、ア
クティブなパルスツーパルス式パルスエネルギーモニタ
リングとパルスツーパルス式レーザー出力制御を提供す
る本発明により、これらの過渡的パルスの影響を最小限
に抑えている。これらのパルスエネルギー値は、経過的
パルスエネルギー値と充電圧、また電圧によるエネルギ
ー充電率の値dE/dVと共に、エネルギーシグマを向
上させかつ線量のエネルギーを所望範囲内に制御するた
め、各パルスに先立ち充電圧を調整するのに使われる。 正確なdE/dVの重要性 出力パルスエネルギーを制御する先行技術の方法は一般
的に、要求される目標エネルギーからの偏差を測定し、
所望のエネルギーにより近い近似値を生み出すよう意図
される次のパルス用に充電圧に対する修正値を計算する
というものである。先行技術での修正量は、電圧の一定
増加(あるいは減少)量、ないしエネルギーエラーに比
例する増加量のいずれかであった。比例定数は先行技術
では固定され、例えば充電圧をエネルギーエラー+1m
J毎に50ボルトずつ減らす。これら制御設計では、比
例定数は制御ソフトウエアの固定パラメーターであり、
レーザーデザイナーにより実験的に予め決められてい
る。この比例定数の理想的な値はエネルギー対電圧カー
ブの局部的な微分係数(勾配)dE/dVから導かれ
る。エネルギーエラーが与えられると、電圧修正はDV
=DE/(dE/dV)となる。但し1/(dE/d
V)は先に論じた比例の定数である。dE/dVに関す
る値が正確にセットすることが重要である。何故なら、
このことは制御アルゴリズムが目標エネルギーへどれだ
け速く且つ正確に収束するかに影響するからである。1
/(dE/dV)の値が小さすぎると収束は緩慢且つ不
正確となる。逆に1/(dE/dV)の値が大きすぎる
と制御アルゴリズムは極端に不安定となる。不都合なこ
とに、dE/dVは一定でなく、作動電圧、フッ素濃
度、ガス温度、コンポーネントの寿命等の種々の要因の
せいで時間経過と共に変化する。図5は様々なフッ素濃
度に対する充電圧の関数(エネルギーは一定でない)と
してのdE/dVの代表的なグラフである。図6は3種
の異なる電圧でのフッ素濃度の関数としてのdE/dV
を示す。結果的に、先行技術で述べられた制御設計は、
比例定数を最適値よりも随分小さく設定させられてお
り、これはいくつかの条件下でアルゴリズムが不安定に
ならないのを保証するためである。
【0016】本特許に述べる制御設計の意図は、パラメ
ーターdE/dVを半連続方式、即ちレーザーの作動中
断を要求せずに直接測定する方法を提供し、それにより
レーザーエネルギーを常に最適制御可能とすることであ
る。 再エントリースラッグと光学路エネルギースイング リソグラフィーに使用される代表的なKrFエキシマレ
ーザーでは、レーザー室のガスが、電極棒から室を回っ
て電極棒に戻るまでの1往復するのに必要な時間は約3
0msである。1,000Hzでレーザーを作動させる
と、バーストの開始後約30msに発生するパルス(例
えば、N=28、29、30、31、32のパルス)の
ための一定充電圧でのエネルギー出力が、平均して実質
的に減ることを、出願者は測定している。(一定の充電
圧下での)パルスエネルギーにおけるこの減少が、バー
ストの最初の数パルスの間、電極棒の間にあるガスの電
極棒への戻りに関連していると、出願者は考えている。
これに関する証拠は、ガス循環率を徐々に下げると出力
の落ち込みのタイミングが遅れることを表した実験結果
である。出願者は、最初のパルスからのこのガスの戻り
を「再エントリースラッグ」と称する。また、バースト
の最初のパルスのエネルギーは、バーストのその後のパ
ルスのそれと実質的に異なるのが典型的である。最初の
パルスに続く40msの後、一定電圧下のパルスエネル
ギーは比較的一定している。この最初の摂動を処理する
過程で、出願者はバーストを2つの時間的区域、即ち
「K」域と呼ぶ第1区域(より早期のパルス数、例えば
40パルス、から成る)と、出願者がこの明細書で
「L」域と呼ぶ第2区域(K域に続くパルスから成る)
とに分ける。
【0017】各バーストでの最初の数パルスは、ステッ
パー光学器の光学路に沿って通過するにつれ、減損の程
度に実質的な変動が生ずる。これらの作用は光学要素の
振動及び/または熱的の過渡現象のせいと考えられる。
バーストに入って約10パルス後、これらの変動は実質
的に消滅する。 機器 本発明のこの実施例では、パルスエネルギー制御用に従
来型エキシマレーザー機器を使用している。各バースト
の各パルスのパルスエネルギーはフォトダーオード44
と46により測定される。フォトダイオード46は、レ
ーザー12の出力を出力連結器を丁度越えたところで測
定するので、この検知器からの信号はスラッグ効果で生
じるレーザー内の摂動には敏感であるが、光学列の摂動
は調べられない。フォトダイオード44はレーザーと光
学列内の摂動を検分するので、レチクル上のエネルギー
をより良く表すことができる。これらフォトダイオード
の応答時間は1msを下回る。約20nsの各パルスに
起因して蓄積された信号がストアされ、この信号はコン
ピューターコントローラー22によりパルス開始後おお
よそ1.0マイクロ秒で読み込まれる。バーストの先行
する個々のパルス全ての累積エネルギーをバースト線量
値と呼ぶことにする。コンピューターコントローラー
は、N+1パルスのための高電圧を指定するため、Nパ
ルスのパルスエネルギーを表す信号を目標パルスエネル
ギーとバースト線量値と共に使用する。この計算には2
00マイクロ秒を要す。N+1のための高電圧値が決ま
ると、コンピューターコントローラーは、N+1パルス
用の充電圧を確立する高電圧パワー供給装置11に信号
を数マイクロ秒かけて送る。コンピューターコントロー
ラー22は、高電圧供給装置11がキャパシタCoを指
定電圧まで充電するよう指令する。(高反復率では、計
算完了以前に充電を開始することが望ましい。)充電に
は400マイクロ秒を要するが、キャパシタCoは十分
に充電され、Nパルスからのトリガー信号の1.0ミリ
秒後にトリガー回路13からN+1パルス用のトリガー
信号を受け取る時には作動できるよう準備ができてい
る。トリガー信号を受信すると、キャパシタCoは約6
50ボルトを図4に示される磁気圧縮回路に約5マイク
ロ秒間放電し、パルスは磁気圧縮回路により圧縮・増幅
され、約16,000ボルトの放電圧をキャパシタCo
上に発生させるが、これは約10mJで持続時間約75
ns(95%の積分)のレーザーパルスを発生させなが
ら100nsで電極棒6を横切る放電が起こっているこ
とになる。 望ましいアルゴリズム バーストモードでの作動時、実質的に要求されるパルス
エネルギーを実現するため、充電圧を調整するのに特別
に望ましい処理を以下に説明する。
【0018】処理は2つの電圧調整アルゴリズムを使
う。PIアルゴリズムと称する第1アルゴリズムは、バ
ーストのパルス番号40(「L」域)以後のパルスに適
用される。第2アルゴリズムは最初の40パルスに適用
され、KPIアルゴリズムと呼ばれる。イニシャル「P
I」は「比例積分」を、「KPI」の「K」はバースト
の「K域」ことである。 KPIアルゴリズム K域は1番目からk番目までのパルスから成り、この好
適実施例で、k=40である。N番目パルス用の充電圧
を設定するアルゴリズムは、以下の通り。 VN = (VB N − (VC N-1 N=1,2,....k 但し、VN = N番目のパルス用の充電圧 (VB N = K域のN番目のパルスの目標エネルギー
ET の生成に必要な電圧に関し、現時点での最善の見積
値を表すkストア電圧のアレー。本アレーを、各バース
ト後下記方程式で更新する。
【0019】(VC N-1 =先行パルスのエネルギー
エラーとバースト中のN−1パルスまでの先行パルスの
間に起きたエネルギーエラーに基づく電圧修正
【0020】
【数1】
【0021】定義により、(VC 0 =0である。但
し、 A,B = 分数で、0と1が典型的。本好適実施例
は、A、B共に0.5 E i = i番目パルスのエネルギーエラー = Ei −ET 、Ei はi番目パルスのエネルギー、E
T は目標エネルギー Di = バーストの累積線量エラーで、1からiまでの
パルスを含む
【0022】
【数2】
【0023】dE/dV= 充電圧に対するパルスエネ
ルギーの微分係数。(本実施例では、各バースト中のd
E/dV値を1つ以上実験的に決定し、これらの値の連
続平均値を計算に使用する。) ストア電圧の値(VB N を、各バーストの間ないし後
に、次式で更新する。
【0024】
【数3】
【0025】但し、指数Mはバースト数を表す。 C = 分数で、0と1の間の典型的。本実施例では
0.3 PIアルゴリズム L域は、バーストのk+1番目から最後までのパルスか
ら成る(好適実施例のパルス番号は41以上)。N番目
パルス用の充電圧設定のアルゴリズムは、以下の通り。
【0026】
【数4】
【0027】N=k+1、k+2、... 但し、VN = N番パルスのための充電圧 VN-1 = N−1番目(手前の)パルスのための充電
圧 変数A、B、E1、D1 とdE/dVは以前の定義の通
り。 dE/dVの決定 レーザーの特性における比較的緩慢な変化を追跡するた
め、dE/dVに関しる新しい値を周期的に決定する。
好適実施例ではL域の2つの連続パルスの間、制御され
た方法で電圧を変更或いは「 ディザリング」 すること
で、dE/dVを測定する。これら2つのパルスに関し
ては、PIエネルギー制御アルゴリズムを一時保留し、
次式に置き換えられる。パルスjに関して、
【0028】
【数5】
【0029】但し、VDither= 固定された電圧増加値
で、数ボルトが一般的。パルスj+1に関しては、
【0030】
【数6】
【0031】パルスj+1の後、dE/dVを計算す
る。
【0032】
【数7】
【0033】dE/dVの計算は非常にノイジーにな
る。何故なら、ディザリング電圧が原因で予想されるエ
ネルギー変化は、レーザーの正常なエネルギーバリエー
ションと同じ強さとなる得るからである。好適実施例
で、最後の50回のdE/dV計算の連続平均値には、
実際にはPIとKPIアルゴリズムが用いられる。V
Dither選択のために好ましい方法では、エネルギー目標
T の数パーセントを代表的とする、望ましいエネルギ
ーディザーEDitherを指定し、その後dE/dVに関す
る現在値(平均値)を使って、Vditherを計算する。
【0034】
【数8】
【0035】パルスj+2(2つのディザーされたパル
スの直後に続く)はディザーされることがなく、特別な
値を有する。
【0036】
【数9】
【0037】Vj+2 に関するこの特別な値を、適用され
る電圧ディザーとパルスj+1から予想されるエネルギ
ーディザーの両方に関して修正する。 パルスエネルギー検知 図1に示すように、フォト検知器46はレーザー12の
出力装置におけるレーザービームをサンプルし、フォト
検知器44はレチクルの丁度上流のレーザービームをサ
ンプルする。フォト検知器のどちらか一方あるいは両方
が、パルスエネルギーとバーストエネルギーを制御する
上記制御アルゴリズム用のパルスエネルギー信号を提供
するために、使われる。好適実施例の中で、出願者はレ
チクル近くのフォト検知器44を用いている。この検知
器を使うことの利点は、レチクルの受け取るエネルギー
に基づいてシステム全体が制御されることにある。不利
な点は、光学列に起因する問題によって、制御アルゴリ
ズムがあまりに多くのエネルギーをレーザーから求める
結果となるかもしれないことである。この潜在的な問題
を最小限に押さえるため、付加的な電圧制御を挿入して
上記のアルゴリズムを変更し、フォト検知器46で測定
されるパルスエネルギーを、例えば目標出力ET ±2m
Jぐらいの範囲に制限する。上限値を越えれば、光学列
に問題があることを示している。下限値を読み取るよう
ならば、検知器の1つに問題があることを示す。レーザ
ー或いはステッパー制御は、もしこれら限界値の1つに
到達した場合に警告信号を発するようにプログラムされ
るか、そうでなければ検知器46により測定されるパル
スエネルギーが上限値に近づくと、電圧制御アルゴリズ
ムがフォト検知器46に基づき充電圧を制限するように
変更されることになる。 第2好適実施例 スキャナーシステム 図9は、集積回路のリソグラフィーでの焼き付け用のス
キャナーシステムの略図である。略図はスキャナーシス
テムと称されるシステム及びステップアンドスキャンシ
ステムと称されるタイプのシステムを表している。スキ
ャナーシステムとステップアンドスキャンシステムの双
方で、ウエハレベルのレンズフィールドは、23に示さ
れた例えば、約26X8mmの長い長方形に形成され
る。照射の間、レチクルとウエハ両者は反対位置で同時
にスキャンされ、22に示された例えば26−X33m
mのイメージフィールドを露光する。スキャナーシステ
ムの場合、ウエハがウエハの一方の側から他方の側まで
連続的にスキャンする一方、レチクルはレチクル返しの
イメージフィールドを照射するため、レーザーバースト
の間反対方向へステップ送りでスキャンする。ステップ
アンドスキャンシステムでは、ウエハとレチクルの両方
が照射の合間にステップ送りされ、照射期間中には反対
方向にスキャンされる。
【0038】1000Hz、10mJのパルスでの典型
的な照射時間は、約250msである。ウエハのスキャ
ン速度は、約200mm/秒すなわち約2mm/msの
範囲にある。レンズフィールドは幅約8mmなので、ウ
エハ上の各ポイントの照射時間は約40msとなり、ウ
エハの目標区域の各地点は約40のパルスを受ける。こ
れらのパルスはステッパーのレンズフィールドの断面積
の約1/3のエリアに向けて焦点を合わされているの
で、ウエハの各地点の線量エネルギーの合計は、ステッ
パーとスキャナーの両方ともほぼ同じになる。 ステッパーエネルギー制御 図7は、ステッパーとレーザーの両方にフォト検知器を
使いステッパーを制御する好適パルスエネルギー制御ア
ルゴリズムにおける、主要ステップを示すフローチャー
トである。パルスN用に充電圧を設定するため、ステッ
パーのエネルギーES とレーザーのエネルギーEL を測
定し、ステップ50として示す。N−1パルスに対する
エネルギーエラーE とN−1パルスまでの線量エラーを
計算するのがステップ52である。
【0039】この実施例で出願者は、最初の40パルス
の各々に対する4セットのビン値を持っており、そのビ
ン値のセットはバースト間の時間間隔に基づいて選択さ
れるが、このビン値は、レーザー毎に固有でしかもパル
ス寿命を通じて変化する。レーザー作動につれ、ビン値
をエネルギー制御アルゴリズムで継続的に更新する。N
がK以下の場合、本ケースは40パルスであるが、線量
エラーとエネルギーエラーを、dE/dVの平均値と充
電圧のビン値と共に使用して、ステップ54に示したV
N を計算する。NがKより大きい場合、ステップ56に
示すように、先行する電圧値をビン値の代わりに使用す
る。dE/dVの測定をステップ58に示す。この好適
実施例では、制御ユニットがレーザーの所で測定された
パルスエネルギーを調べるが、先行パルスが目標エネル
ギーから±2mJ以上ずれた場合、ステップ60に示す
ように再び±2mJ以上それることがないと保証するよ
うに次のパルスの電圧セットが選択されることになろ
う。低いエネルギーまたは高いエネルギーもステッパー
のソフトウエアに報告されることになる。 スキャナーエネルギー制御アルゴリズム 図8はスキャナーのパルスエネルギーを制御するための
類似のプランを示す。これはステッパーに関して図7で
示したものと本質的には同じである。相違点は(ステッ
プ62に示す)Kパルス(好適実施例ではK=40)の
後に、線量の計算D*N-1 が最新の40パルスだけを使
ってなされる点である。これは、ウエハ上の各ポイント
が40パルスを受け取るようなスキャン率という条件下
でのスキャニングプランに基づいている。 バリエーション 上述のアルゴリズムに関しては様々なバリエーションが
可能である。例えばレーザーの出力装置に位置するパル
スエネルギー検知器は、図7と図8に示されたアルゴリ
ズム中で使用可能であり、またステップ60に示す計算
に対しても、範囲を狭めて使用可能である。アルゴリズ
ムに対する多くの他の変更が、本開示で教示された一般
的な原理の範囲内でなされようことは、当業者に自明で
あろう。アルゴリズムに関しては、dE/dVはK域は
もとよりL域でも決定できる。ディザリングはバースト
毎に1回、または数回行われてもよい。ディザリングの
順序は上述のように固定パルス番号jで行われてもよい
し、或いは1つのバーストから次のバーストまでの間に
様々に変えて無作為に選んだパルス番号に対して開始し
てもよい。
【0040】読者はA、B、Cが収束因子であり、他に
多く値をとり得ることを認識すべきである。上記の指定
より高い値は迅速な収束をもたらすが、不安定さが増す
原因となる。また別の実施例では、A=(2B)1/2
ある。この関係式は認知された技術から発展したもの
で、臨界減衰を発生させる。線量の修正がない場合、B
はゼロとなり得るが、Aはアルゴリズムの線量伝達部分
に関する減衰項を与えるので、ゼロになり得ない。決定
されたdE/dVの値が小さすぎると、上記アルゴリズ
ムは過修正を生じさせる。従って、エネルギーシグマ値
がしきい値を越す場合、好ましい技法ではdE/dVを
随意に2倍にする。VとdE/dVのデフォルト値をバ
ーストの最初のパルスに与える。Dは各バースト開始時
にゼロに設定する。dE/dVのデフォルト値は、初期
の過修正を避けるため、予想されるdE/dVの約3倍
に設定する。
【0041】上述のディザー無しでdE/dVを決定す
るための代替的方法は、レーザー作動中にエネルギーと
電圧値を単に測定してストアすることである。(指定電
圧ではなく測定電圧値を使用してもよい。)これらのデ
ータは、一定パルスエネルギーに関するVの関数として
dE/dVを決定するために使用できる。値の構成要素
は重大な不確実性を有する測定値の差異であるため、d
E/dVの各個別の値はかなり大きな不確実性を含むこ
とに読者は気づかねばならない。dE/dVを決めるデ
ィザー行使をバースト毎にする必要はなく、代わりにM
バースト毎に1回という具合に周期的に行うことができ
る。或いは、dE/dVの測定をコンピューターが実行
する計算と置き換えてもよいし、またVN+1 の計算のた
めにオペレーターが先行パルスのdE/dV値を手動で
挿入することもできる。代替的なアプローチでは、この
制御システムに関するVN 用に実際の測定値を使用する
ことになる。またVBIN 値は指定された値から計算さ
れ、上記の実施例では実測値ではない。明確な代替法は
測定電圧値を使用することになろう。ET は普通10m
Jのような一定値であるが、一定である必要はない。例
えば、最後の10パルスのET は公称のパルスエネルギ
ーよりも小さくなり得るから、これらのパルスに関する
目標ET からのパーセンテージ偏差は、積分されたパル
ス線量に対しより小さな影響しか持たない。状況によ
り、コンピューターコントローラー22をプログラム
し、バースト間で変わるET 値を提供するのがよい。
【0042】計算の線量制御をES の代ってEL に基づ
いて行ったり、EL に基づく制限を排除したり、或いは
範囲をより小さくまたはより長くしたりもできる。上述
のように、コンピューターコントローラーは、レーザー
の作動に伴い実際に収集されるデータに基づきビン値V
を自動更新するようプログラム化されるのが望ましい。
dE/dV、VN 、EN が分かると、特定パルスNにつ
いてETを生成するであろう電圧をコンピューターが決
めることは簡単になる。バースト初期段階の過渡現象は
バーストとバーストの間の時間的合間に影響される。従
って、少なくとも3セットのビン値を確立しこの時間的
間隔を基に使うのが好ましい。例えば、異なるビン値の
セットを以下のバースト間の時間間隔、(1)0から1
秒(2)1から10秒、(3)10から60秒、(4)
60秒以上、の各々に確立できよう。
【0043】次の論文、即ち、日本応用物理学会誌34
巻(1995年)の6565ページから6572ページ
に、K.鈴木他が著した「パルス化したエネルギー変動
と露光された位置ジターを利用したスキャニング露光の
ための線量制御」、1997年3月の光学的マイクロリ
ソグラフィーに関するSPIEシンポジウムで、G.d
eZwart他が著した「DUVリソグラフィーのため
のステップとスキャンシステムの性能」を、線量制御の
ためのスキャニングシステムの光学器と方法についての
詳細な情報を付加的に提供するため参照用として掲げ
る。本発明の特定実施例を示して説明したが、より広範
な状況で本発明からはずれることなく、変更や修正をな
し得ることは当業者に明らかであり、従って本願に付随
する請求項は、本発明の真髄と範囲内にあるこうした変
更と修正の全てを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハのすぐ近くとレーザーシステム内とに光
度モニターを有するように変更された、レーザーシステ
ムとステッパー/スキャナー露光システムを示す。
【図2】レーザー出力を調整用に使われるフィードバッ
クシステムを一般的に示す。
【図3】レーザー出力を制御の際、2つの検知器からの
信号の使用を表す第1フローチャートである。
【図4】エキシマレーザー用の好適パルスパワーシステ
ムを簡略化した電気回路線図である。
【図5】充電圧の関数としてのdE/dVのグラフであ
る。
【図6】フッ素濃度の関数としてのdE/dVのグラフ
である。
【図7】1つはステッパー内、他の1つはレーザー出力
部分にある2つの検知器を使ってレーザーを制御する特
定アルゴリズムを提供する第2フローチャーである。
【図8】図7に類似のフローチャートで、制御アルゴリ
ズムがスキャナー用に望ましいという点のみ異なる。
【図9】スキャナーシステムを示す。
【符号の説明】
6...電極棒 10...エキシマレーザー 11...高電圧供給装置 12...レーザー 13...トリガーサーキット 14...レーザーコントローラー 20...ステッパー 21...レーザービーム 22...ウエハ 24...X−Yテーブル 26...X−Yテーブルコントローラー 27...パルスコントローラー 28、29、45...鏡 30...コンジット 32...ビームコンディショナー 34...ビームコンデンサー 36...レチクル 38...部分反射鏡 39...レンズ 40...焦点合わせ光学器 44、46...フォト検知器 47...シャッター 48...コンピュータープロセッサー 56、62...サンプルアンドホールド回路 58、64...A/Dコンバーター 59...サンプルクロック 60...プロセッサー 61...プログラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イーゴー ヴィー フォメンコフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ ジャーナル ウェイ 14390 (72)発明者 ハーヴィー エイ ビソーセル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92037 ラ ジョラ ヴィア ソノマ 8354 アパートメント ディー (72)発明者 ロバート ジー オザルスキー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ レイク ポーウェ イ ロード 13894 (56)参考文献 特開 平10−125591(JP,A) 特開 平10−92744(JP,A) 特開 平10−229038(JP,A) 特開 平8−250402(JP,A) 特開 平9−83057(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 505 G03F 7/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光パルスP1 、P2 、....
    N-1 、PN を生成するパルスパワーシステムを有する
    レーザーであって、前記パルスパワーシステムが充電圧
    を定める高電圧充電システムを有する、そうしたレーザ
    ーと、前記レーザーにより生成された光パルスを受ける
    ウエハ露光システムであって、前記露光システムが前記
    レーザーとマスクの間に光学要素を提供し、前記光学要
    素が、前記レーザーから発せられた前記光パルスを前記
    マスクに当たる前に減衰させる、そのようなウエハ露光
    システムと、出ていくレーザー光パルスの少なくとも一
    部を前記光学要素の少なくとも1つの個所でしかも前記
    光パルスが前記マスクに当たる以前に受けるように前記
    露光システム内に置かれた第1光度検知器と、前記レー
    ザーからのレーザー光パルス出力の少なくとも一部を受
    けるように、前記レーザーのすぐ近くに置かれた第2光
    度検知器と、前記第1光度検知器と前記第2光度検知器
    の少なくとも1つの出力装置であって、レーザー光に対
    し半導体ウエハを露光制御するのに使われる出力装置
    と、充電圧を定める高電圧充電システムを持つパルスパ
    ワーシステムを有した前記レーザーからの現在のバース
    トパルスP1 、P2 、..PN-1 、PN を定めるパルス
    の線量における積分されたエネルギー線量とパルスエネ
    ルギーとを制御するためのアルゴリズムでプログラムさ
    れたプロセッサーとから成り、前記アルゴリズムは、
    (A)前記のパルスバーストでの各パルスのエネルギー
    を測定する段階と、(B)充電圧に対するパルスエネル
    ギーの変化率、dE/dVを決める段階と、(C)前記
    パルスバーストでの1つ以上の複数パルス群中の各パル
    スPN のパルスエネルギーを、或るアルゴリズムでプロ
    グラムされたコンピュータープロセッサーを利用して、
    レーザーの充電圧を調整することで制御する段階とから
    成り、前記或るアルゴリズムは、(1)各PN に対し、
    パルスエネルギーエラーE を前記バースト中での少なく
    とも1つ以前のパルスの測定エネルギーと所定の目標パ
    ルスエネルギー値に基づいて決定し、(2)各PN+1
    対し、前記バースト中で先行した全パルスP1 からPN
    によって積分された線量エラーDを決定し、(3)i)
    前記dE/dV、ii)前記E、iii)前記D、i
    V)少なくとも1つの基準電圧を使用して、前記の第1
    複数パルスの中の前記パルスPN+1 の各々に対し、充電
    圧VN+1 を決定することを特徴とする半導体ウエハ製造
    システム。
  2. 【請求項2】 充電圧を定める高電圧充電システムを持
    つパルスパワーシステムを有したエキシマレーザーから
    の現在のバーストパルスP1 、P2 、..P N
    N+1 ..PF を定めるパルスバーストにおける積分さ
    れたエネルギー線量とパルスエネルギーとを制御するた
    めのシステムにおいて、前記アルゴリズムが(A)前記
    パルスバースト中の各パルスのエネルギーを測定する段
    階と、(B)充電圧に対するパルスエネルギーの変化率
    dE/dVを決める段階と、(C)前記パルスバースト
    でのPk を定義する最初のKパルス群の中の各パルスP
    N のパルスエネルギーを、或るアルゴリズムでプログラ
    ムされたコンピュータープロセッサーを利用して、レー
    ザーの充電圧を調整することで制御する段階と、(D)
    前記パルスバーストでのPk に続くパルス群の中の各パ
    ルスPN+1 のパルスエネルギーを別のアルゴリズムでプ
    ログラムされたコンピュータープロセッサーを利用して
    レーザーの充電圧を調整することで制御する段階とから
    成り、更に、前記(C)における前記或るアルゴリズム
    は、(1)各PN+1 に対し、パルスエネルギーエラーE
    を、前記バースト中での少なくとも1つ以前のパルスの
    測定エネルギーと所定の目標パルスエネルギー値に基づ
    いて決定し、(2)各PN+1 に対し、前記バースト中に
    先行した全パルスP1 からPN によって積分された線量
    エラーDを決定し、(3)i)前記dE/dV、ii)
    前記E、iii)前記D、iV)複数の先行バースト中
    のPN+1 に対し指定した電圧に基づく基準電圧を使っ
    て、前記の第1複数パルスの中の前記パルスPN+1 の各
    々に対し充電圧VN+1 を決定するものであり、又前記
    (D)における前記別のアルゴリズムは、(1)各P
    N+1 に対し、パルスエネルギーエラーEを、前記バース
    ト中での少なくとも1つ以前のパルスの測定エネルギー
    と、所定の目標パルスエネルギー値とにもとづいて決定
    し、(2)各PN+1 に対し、前記バースト中で先行した
    全パルスP1 からPN により積分された線量エラーDを
    決定し、(3)i)前記dE/dV、ii)前記E、i
    ii)前記D、iV)パルスPN のために指定した電圧
    に基づく基準電圧を使用して、前記第一複数パルスの中
    の前記パルスPN+1 の各々に対し充電圧VN+1 を決定す
    ることを特徴とするシステム。
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