JP2979472B2 - 露光方法、半導体素子製造方法及び露光装置 - Google Patents
露光方法、半導体素子製造方法及び露光装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の属する技術分野】本発明は、適宜の感応物体
に対する照射エネルギー量の制御にかかるものであり、
例えば、露光パルスエネルギーとしてエキシマ等のパル
スレーザ光を使用する露光量制御に好適な露光方法、半
導体素子製造方法及び露光装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のエネルギー量制御装置、例えば半
導体素子製造用の露光装置における露光光の制御手段装
置としては、特開昭６０−１６９１３６号公報に開示さ
れているものがある。この装置は、感応体（レジスト付
きウェハ等）へ与える露光エネルギーを、適正露光量よ
りわずかに少ない露光エネルギーを与える粗露光と、残
りの必要とされる露光エネルギーを与える修正露光との
２段階に分けることにより、全体として露光エネルギー
のばらつきを抑制するようにしたものである。 【０００３】すなわち、複数パルスで１ショットの露光
を行う場合、エネルギー量を小さくした最終パルスによ
って露光量を制御することにより、最適露光量を得るよ
うにしている。尚、ここで１ショットとは一括露光方式
の場合は、マスクを介してウェハ全体に露光エネルギー
が照射されることであり、ステップアンドリピート方式
の場合は、ウェハ上の部分的な領域に露光エネルギーが
照射されることである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような手段では、最終パルスに含まれるエネルギー量の
誤差（ばらつき）に対して何ら配慮をされていないた
め、要求される精度に応じて、適切な露光を行なうこと
ができないという不都合がある。また、上記公報に指摘
されているように、半導体素子製造のフォトリソグラフ
ィ工程における露光量の変動は、解像力や線幅の再現性
に重大な影響を与えるおそれがある。そして、他方で
は、集積回路の集積度は近年増々向上しており、解像度
等もより良いものが要求されるに至っている。従って、
露光エネルギーの制御にも、増々高い精度が必要とされ
ている。 【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、露光光量などのエネルギー量を、要求され
る精度に応じて制御することができる露光方法、半導体
素子製造方法及び露光装置を得ることを目的とするもの
である。 【０００６】 【問題点を解決する為の手段】かかる問題点を解決する
ために本発明では、エネルギー発生源から射出された複
数のパルスエネルギーを基板に照射し、該基板上に所定
のパターンを形成する露光方法において、少なくともパ
ルスエネルギーのばらつきとパルスエネルギー量の制御
精度とを利用して求められた必要パルス数に基づいて、
基板に照射される露光パルス数の適否を判定する判定工
程と、判定工程の判定結果に基づいて、パルスエネルギ
ー量を調整する制御工程とを有することとした。 【０００７】また本発明では、エネルギー発生源から射
出された複数のパルスエネルギーを基板に照射し、該基
板上に所定のパターンを形成する露光方法を用いた半導
体素子製造方法において、少なくともパルスエネルギー
のばらつきとパルスエネルギー量の制御精度とを利用し
て求められた必要パルス数以上のパルスエネルギーが基
板に照射されるか否かを確認する確認工程と、確認結果
に基づいて、パルスエネルギー量を調整する工程とを有
することとした。 【０００８】複数のパルスエネルギーを射出するエネル
ギー発生源と、該複数のパルスエネルギーを基板に照射
する照射部材とを有する露光装置において、基板上に照
射されるパルスエネルギー量を調整するエネルギー量制
御手段と、基板に照射される露光パルス数が、少なくと
もパルスエネルギーのばらつきとパルスエネルギー量の
制御精度とを利用して求められた必要パルス数以上とな
るように、エネルギー量制御手段を制御する制御系とを
有することとした。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明によるエネルギー制
御装置の実施の形態の一例を、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は、本例のエネルギー量制御装置
の構成を示してある。また、図２には、主要部分の詳細
な構成例が示されている。 【００１０】これら図１及び図２において、露光光源で
あるエキシマレーザなどの外部トリガ可能なパルスレー
ザ１０から出力されたレーザ光は、拡大レンズ１２、対
物レンズ１４を各々透過して、エネルギー量調整手段１
６に入射するようになっている。エネルギー量調整手段
１６は、図２に示されているように、斜線部にレーザ光
があたり、回転制御装置１８によって制御される回転位
置により、その透過エネルギー量が制御される。なお、
回転量は、図示しないエンコーダなどによって検出され
るようになっている。 【００１１】エネルギー量調整手段１６を透過したレー
ザ光は、ビームスプリッター２０に入射するようになっ
ている。ここでレーザ光は分割され、一方は集光レンズ
２２を透過して光量計測用の受光素子２４に入射し、他
方は可干渉除去装置２６に入射した後、更に光学的なイ
ンテグレータ（フライアイレンズ等）２８、コンデンサ
レンズ３０を透過してレチクル（マスクと同義）３２に
入射し、その後不図示の投影レンズを介して感光基板の
露光に使用されるようになっている。感光基板はｘｙ方
向に移動可能なステージ上に載置されている。 【００１２】次に、上述した受光素子２４の出力は、ア
ンプ３４を介して、積算光量記憶装置３６に入力され、
ここで積算により得られた光量は、制御装置３８に入力
されるようになっている。制御装置３８は、入力された
データあるいは予め設定されたデータに基づいて、エネ
ルギー量調整手段１６の回転制御装置１８およびパルス
レーザ１０に制御指令を行なう機能を有する。 【００１３】すなわち、レチクル３２に達するレーザ光
量は、制御装置３８の指令により、パルスレーザ１０自
身に含まれるエネルギー変更手段（図示せず）と、エネ
ルギー量調整手段１６の回転量によって調整されるよう
に構成されている。ここで、エネルギー量調整手段１６
の具体例としては、調整量を連続的に設定できるものと
して偏光板があげられる。レーザ光が直線偏光である場
合、偏光板の回転量によって透過する光量は理想的には
０〜１００％の間で変化する。図３には、偏光板の回転
量と、透過光量との関係の一例が示されており、透過光
量変化は、偏光板の回転角度位置に関してＣＯＳカーブ
になる。 【００１４】また、エネルギー量調整手段１６の別の具
体例としては、調整量を離散的に設定するものとして数
種類の荒さの異なるメッシュフィルタを切換可能な構造
にすることがあげられる。数種類のメッシュフィルタを
組み込んだエネルギー量調整手段１６の一例を図４に、
このときのエネルギー量調整手段１６の回転量と透過光
量の関係を図５に示す。図４において、円板１６’には
円周方向に６つの円形開口部が形成され、開口１６'aは
単なる透過孔で透過率は１００％であり、角度２πの位
置に対応する。そして荒さの異なるメッシュフィルタ１
６’ｂ、１６’ｃ、１６’ｄ、１６’ｅ、１６’ｆが設
けられ、夫々の透過光量は図５のように角度π／３毎に
順次小さくなるように定められる。 【００１５】次に、エネルギー積算量を制御目標範囲に
制御するための手法について述べる。通常、パルス発光
型のレーザにおいては、パルスごとのエネルギー量はあ
る平均値のまわりにばらつく。今、露光位置（例えば投
影像面）でエネルギー量のパルス間平均値（例えば１０
０パルスの平均値）をＰａ、そのばらつき量をδＰとお
く。適正エネルギー量はＮを粗露光平均パルス数として
Ｎ・Ｐａで表現できるものとする。また、修正露光パル
ス数をｎ、エネルギー量の目標制御精度をＡ（１％の場
合、Ａ＝０．０１）とおく。本実施例においては、修正
露光時の積算エネルギー量のばらつきは、適正エネルギ
ー量（目標値）に対するばらつきにそのまま効く。そこ
で、修正露光エネルギー量の最大値Ｐ’は、 【００１６】 【数１】 【００１７】であり、これをｎパルスにわけて修正露光
したときのばらつき量ＳＰ’は、 【００１８】 【数２】 【００１９】で表わされる。さらにエネルギー量制御精
度がＡ以下であることにより、式（２）から、 【００２０】 【数３】 【００２１】これを整理すると式（３）が得られる。 【００２２】 【数４】 【００２３】エキシマレーザの場合、普通（δＰ／Ｐ
ａ）＝１０％程度であり、また、Ａを１％（０．０１）
とすると、式（３）より修正露光パルス数ｎが１のと
き、Ｎは１０以上、ｎが２のとき、Ｎは８以上となる。
すなわち、粗露光平均パルス数Ｎを大きくとれば、粗露
光完了時での積算エネルギー量のばらつきが少く修正露
光パルス数ｎは小さな値でよい。一方、スループットの
観点からは、総パルス数が小さい方がよいので、修正パ
ルス数ｎを複数パルスにしてＮを小さく押えることは意
味がある。ここで図６の１ショットにおける適正露光量
を得るまでの露光の様子を示す。この図に示すように本
実施例においては、粗露光時は受光素子２４、アンプ３
４を介して積算光量記憶装置３６で１パルス毎に積算光
量を計算レスト１パルスのエネルギー量のばらつきを考
慮して、次の１パルスによって積算値が制御目標値を超
える可能性が生じるところまで行なう。 【００２４】具体的には適正露光量Ｎ・Ｐａで規格化し
た粗露光終了判定レベルＲｃを次の（４）式のように定
める。 【００２５】 【数５】 【００２６】そして実測した積算光量をＮ・Ｐａで割り
算した値が判定レベルＲｃを越えるまで粗露光を行なう
ようにする。この判定レベルＲｃに対応する積算値が本
発明における目標値よりも小さい所定値に相当する。こ
の粗露光の場合はエネルギー量調整手段１６（又は１
６’）の回転角を調整して、１００％（すなわち最大）
の透過率が得られるようにしておくとよい。そして最適
な粗露光パルス数Ｎ（Ｎ≧１）が得られるようにパルス
レーザ１０の出力エネルギー量を調整しておく。このよ
うにすれば、Ｎを小さく押えることができる。粗露光が
終了すると、それまでの光量積算値、制御目標値、精度
Ａ及びパルスエネルギーのばらつきδＰ／Ｐａに応じて
式（３）に基づいて修正パルス数と修正パルスのエネル
ギー量を決定する。エネルギー量に関しては調整手段１
６（又は１６’）を回転させて所定の透過率が得られる
ように設定する。そして、所定のパルス数で修正露光が
行なわれる。 【００２７】具体的には、図３に示した回転偏光板１６
の場合は、先の式（３）により確認を行った上で修正パ
ルス数ｎを固定して、エネルギー量（透過率）を適切に
調整してやればよい。また図４に示した数種類のメッシ
ュフィルタを有する回転板１６’の場合には、修正露光
時のエネルギー調整量が図５のように離散的であるか
ら、制御精度Ａを達成するために、制御目標値と粗露光
終了時点の積算光量値の差（不足の露光量）に応じて、
メッシュフィルタの透過率と修正パルス数との適切な組
み合わせが存在することになる。この場合も、残りの修
正露光量をｎパルスで行なうとして、先の式（３）によ
り確認を行なうとよい。 【００２８】ここで、修正露光時のエネルギー調整量ａ
と修正パルス数ｎの決定式について述べる。ここでエネ
ルギー調整量ａとは、粗露光時のパルス間平均エネルギ
ー（Ｐａ）に対する修正露光時のパルス間平均エネルギ
ーの比である。今、粗露光終了時の積算光量をＩとおく
と、 【００２９】 【数６】 【００３０】かつ、 【００３１】 【数７】 【００３２】を満たすａ、ｎであれば、修正露光後の積
算光量は、適宜露光量Ｎ・Ｐａに対し、±Ａの制御精度
が保証されることになる。以上、本実施例により、各パ
ルスのエネルギー量の積算値を要求される精度に正確に
制御することができる。次に、露光装置として本発明を
適用した場合の具体的なシーケンスについて図７を用い
て説明する。 【００３３】まず、ステップ１００で適正露光量がオペ
レータにより入力される。次に、ステップ１０２で露光
面上での１パルスの平均エネルギーＰａの測定を行な
う。これは、図１、図２では不図示の感光基板が載置さ
れるべきＸＹステージ上に設置された光電センサ（照度
測定計）によりおこなわれ、複数パルスの平均により、
１パルスのエネルギーのばらつきの寄与を消去するもの
とする。この光電センサは予め較正されているものとす
れば、オペレータにより入力された適正露光量とから、
直ちに、粗露光平均パルス数Ｎが求まる（ステップ１０
４）。次に、Ｎが（３）式を満たしているか否かと判断
し（ステップ１０６）、満たしていない場合は、ステッ
プ１０８でエネルギー量調整手段１６（又は１６’）あ
るいはレーザ１０自体により、露光面でのエネルギーを
減衰させたのち、再度Ｐの測定に戻る。さて、Ｎが
（３）式を満たしている場合には、（４）式により、粗
露光終了判定レベルＲｃが求まる（ステップ１１０）。
そして、次にＸＹステージが移動して感光基板を所定位
置にアライメント後、粗露光が開始される。粗露光時は
１パルスごとに積算光量Ｉのチェックがおこなわれ（ス
テップ１１２、１１４）、粗露光終了判定レベルＲｃを
越えた時点で、修正露光に入る。この時、すでに露光量
制御精度が満たされているか否かを判断し（ステップ１
１６）、満たされていれば、修正露光は不要であるから
この位置での露光を終了し、次のステップ１１８に進
む。また、修正露光が必要な場合には、（５)(６）式よ
り、エネルギー調整量ａとパルス数ｎを決定後（ステッ
プ１２０）、修正露光をおこなう（ステップ１２２）。
次に、ステップ１１８において感光基板上の別の場所で
同様な露光をおこなうと判断された場合は、ステップ１
２４でａを１．０（１００％）にインシャライズ後、次
の露光に入る。また、感光基板上の必要な場所すべてで
露光が終了したときは、一連のシーケンスが終了するこ
ととなる。 【００３４】以上により、図７のようなフローチャート
に従えば、能率よく、要求された露光量制御精度でもっ
て露光をおこなうことができる。ところでエネルギー源
がレーザ光の場合、レーザ光の持つ可干渉性により露光
面においてスペックルと呼ばれる照度むらが生じること
がある。照度むらは半導体素子製造のフォトリソグラフ
ィ工程におけるパターン線幅のコントロールに重大な影
響を与える。そこで特開昭５９−２２６３１７号公報に
開示されているような手法でスペックを低減させること
も考えられている。本発明によるエネルギー量制御は、
このようなスペックル低減策と組み合わせて用いるとよ
り効果的である。 【００３５】上記公報におけるスペックル低減策（イン
コヒーレント化）では、レーザ光を振動ミラー等により
一定周期で２次元振動（ラスタースキャン）させて、レ
ーザ光の照明光路をわずかにずらしていくものであり、
空間的にコヒーレンシィを低減させていくものである。
このような手法の照明系にエキシマレーザ光のようなパ
ルスエネルギーを通す場合は、ミラー等による２次元走
査に同期させて複数のパルスを照射することになる。通
常エキシマレーザの発振パルス幅は２０ｎＳｅｃ程度と
極めて短く、ミラー数を数十Ｈｚ程度で振動させたとし
てもエキシマレーザの１パルスはミラーの２次元振動周
期中は、あたかも静止しているようにふるまう。図８
は、先の特開昭５９−２２６３１７号公報に開示された
手法を用いたときに、レーザ光（パルス光）をスキャン
させて生じる投影レンズの瞳面での光源像（レーザスポ
ット）の様子を示す平面図である。投影レンズの瞳面ｅ
ｐにはオプチカルインテグレータ２８の射出端の像が形
成され、所謂ケーラー照明が行なわれるものとする。オ
プチカルインテグレータ２８に入射するパルスエネルギ
ーを平行光とし、その入射角がわずかに変化するように
ミラー等で偏向すると、インテグレータ２８を構成する
複数のレンズ素子（ロッドレンズ等）の各々の射出面に
できるスポット光ＳＰの位置も２次元的に変化する。ミ
ラー等の偏向角は極めて小さいため、小ミラーをピエゾ
素子でドライブする程度で十分である。図９はインテグ
レータ２８の１つのレンズ素子２８’の拡大図であり、
２次元走査の軌道ＳＬに沿って適宜パルス発光させ、１
回の走査中にスポット光ＳＰの位置を変えて点在させ
る。図９は模式的に示したものであり、実際のスポット
光ＳＰの大きさはレンズ素子２８’の端面の大きさ程度
に近づくこともある。図９では１回の走査で１１パルス
の発光がおこなわれている。またパルス発光の１走査期
間中の位置はレンズ素子２８’の端面中で規則的な位
置、ランダムな位置のいずれであってもよい。 【００３６】このような手法の場合、ミラーによる１走
査の間に複数のパルスが打たれることで、レチクル３２
（又は感光基板）上で生じるスペックル縞が移動し、そ
の複数のパルスの積算後には照明むらが低減されるとい
うものである。このスペックル低減策と本実施例のエネ
ルギー量制御方式とを組み合わせる場合は、図６中の粗
露光動作時に行なうと効果的である。すなわち図６の粗
露光時の１パルス分のエネルギー量を、１回の２次元走
査中に打つ複数のパルスの合計エネルギー量に置き換え
て考えればよい。従って、この場合は１回の走査中に打
たれる各パルス毎のエネルギー量は図６の粗露光中のパ
ルスエネルギー量よりも十分小さくする必要がある。ま
たミラーによる２次元走査も複数回行なわれることもあ
る。 【００３７】そして修正露光時は照度むらに与える影響
は少ないので、粗露光時のような置き換えは行なわず、
図６中の修正露光時の１パルスは走査期間中の１パルス
と同じに扱えばよい。このようにするとスループットの
点で有利である。また、オプチカルインテグレータとビ
ームスキャンによりレーザ光をインコヒーレント化する
場合、特開昭５８−１４７７０８号公報に開示されてい
るように、オプチカルインテグレータを２段配置にする
とよい。このようにすると、１段のインテグレータに含
まれるレンズ素子をｍ個とすると、投影レンズの瞳面で
はｍ×ｍ個の２次光源像（レーザのスポット光）がで
き、照度均一性がより高精度になるからである。 【００３８】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、露光パル
ス数とパルスエネルギーとの設定を最適にできるので、
能率よく、要求されたエネルギー量制御精度でもって露
光を行うことができる。
に対する照射エネルギー量の制御にかかるものであり、
例えば、露光パルスエネルギーとしてエキシマ等のパル
スレーザ光を使用する露光量制御に好適な露光方法、半
導体素子製造方法及び露光装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のエネルギー量制御装置、例えば半
導体素子製造用の露光装置における露光光の制御手段装
置としては、特開昭６０−１６９１３６号公報に開示さ
れているものがある。この装置は、感応体（レジスト付
きウェハ等）へ与える露光エネルギーを、適正露光量よ
りわずかに少ない露光エネルギーを与える粗露光と、残
りの必要とされる露光エネルギーを与える修正露光との
２段階に分けることにより、全体として露光エネルギー
のばらつきを抑制するようにしたものである。 【０００３】すなわち、複数パルスで１ショットの露光
を行う場合、エネルギー量を小さくした最終パルスによ
って露光量を制御することにより、最適露光量を得るよ
うにしている。尚、ここで１ショットとは一括露光方式
の場合は、マスクを介してウェハ全体に露光エネルギー
が照射されることであり、ステップアンドリピート方式
の場合は、ウェハ上の部分的な領域に露光エネルギーが
照射されることである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような手段では、最終パルスに含まれるエネルギー量の
誤差（ばらつき）に対して何ら配慮をされていないた
め、要求される精度に応じて、適切な露光を行なうこと
ができないという不都合がある。また、上記公報に指摘
されているように、半導体素子製造のフォトリソグラフ
ィ工程における露光量の変動は、解像力や線幅の再現性
に重大な影響を与えるおそれがある。そして、他方で
は、集積回路の集積度は近年増々向上しており、解像度
等もより良いものが要求されるに至っている。従って、
露光エネルギーの制御にも、増々高い精度が必要とされ
ている。 【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、露光光量などのエネルギー量を、要求され
る精度に応じて制御することができる露光方法、半導体
素子製造方法及び露光装置を得ることを目的とするもの
である。 【０００６】 【問題点を解決する為の手段】かかる問題点を解決する
ために本発明では、エネルギー発生源から射出された複
数のパルスエネルギーを基板に照射し、該基板上に所定
のパターンを形成する露光方法において、少なくともパ
ルスエネルギーのばらつきとパルスエネルギー量の制御
精度とを利用して求められた必要パルス数に基づいて、
基板に照射される露光パルス数の適否を判定する判定工
程と、判定工程の判定結果に基づいて、パルスエネルギ
ー量を調整する制御工程とを有することとした。 【０００７】また本発明では、エネルギー発生源から射
出された複数のパルスエネルギーを基板に照射し、該基
板上に所定のパターンを形成する露光方法を用いた半導
体素子製造方法において、少なくともパルスエネルギー
のばらつきとパルスエネルギー量の制御精度とを利用し
て求められた必要パルス数以上のパルスエネルギーが基
板に照射されるか否かを確認する確認工程と、確認結果
に基づいて、パルスエネルギー量を調整する工程とを有
することとした。 【０００８】複数のパルスエネルギーを射出するエネル
ギー発生源と、該複数のパルスエネルギーを基板に照射
する照射部材とを有する露光装置において、基板上に照
射されるパルスエネルギー量を調整するエネルギー量制
御手段と、基板に照射される露光パルス数が、少なくと
もパルスエネルギーのばらつきとパルスエネルギー量の
制御精度とを利用して求められた必要パルス数以上とな
るように、エネルギー量制御手段を制御する制御系とを
有することとした。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明によるエネルギー制
御装置の実施の形態の一例を、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は、本例のエネルギー量制御装置
の構成を示してある。また、図２には、主要部分の詳細
な構成例が示されている。 【００１０】これら図１及び図２において、露光光源で
あるエキシマレーザなどの外部トリガ可能なパルスレー
ザ１０から出力されたレーザ光は、拡大レンズ１２、対
物レンズ１４を各々透過して、エネルギー量調整手段１
６に入射するようになっている。エネルギー量調整手段
１６は、図２に示されているように、斜線部にレーザ光
があたり、回転制御装置１８によって制御される回転位
置により、その透過エネルギー量が制御される。なお、
回転量は、図示しないエンコーダなどによって検出され
るようになっている。 【００１１】エネルギー量調整手段１６を透過したレー
ザ光は、ビームスプリッター２０に入射するようになっ
ている。ここでレーザ光は分割され、一方は集光レンズ
２２を透過して光量計測用の受光素子２４に入射し、他
方は可干渉除去装置２６に入射した後、更に光学的なイ
ンテグレータ（フライアイレンズ等）２８、コンデンサ
レンズ３０を透過してレチクル（マスクと同義）３２に
入射し、その後不図示の投影レンズを介して感光基板の
露光に使用されるようになっている。感光基板はｘｙ方
向に移動可能なステージ上に載置されている。 【００１２】次に、上述した受光素子２４の出力は、ア
ンプ３４を介して、積算光量記憶装置３６に入力され、
ここで積算により得られた光量は、制御装置３８に入力
されるようになっている。制御装置３８は、入力された
データあるいは予め設定されたデータに基づいて、エネ
ルギー量調整手段１６の回転制御装置１８およびパルス
レーザ１０に制御指令を行なう機能を有する。 【００１３】すなわち、レチクル３２に達するレーザ光
量は、制御装置３８の指令により、パルスレーザ１０自
身に含まれるエネルギー変更手段（図示せず）と、エネ
ルギー量調整手段１６の回転量によって調整されるよう
に構成されている。ここで、エネルギー量調整手段１６
の具体例としては、調整量を連続的に設定できるものと
して偏光板があげられる。レーザ光が直線偏光である場
合、偏光板の回転量によって透過する光量は理想的には
０〜１００％の間で変化する。図３には、偏光板の回転
量と、透過光量との関係の一例が示されており、透過光
量変化は、偏光板の回転角度位置に関してＣＯＳカーブ
になる。 【００１４】また、エネルギー量調整手段１６の別の具
体例としては、調整量を離散的に設定するものとして数
種類の荒さの異なるメッシュフィルタを切換可能な構造
にすることがあげられる。数種類のメッシュフィルタを
組み込んだエネルギー量調整手段１６の一例を図４に、
このときのエネルギー量調整手段１６の回転量と透過光
量の関係を図５に示す。図４において、円板１６’には
円周方向に６つの円形開口部が形成され、開口１６'aは
単なる透過孔で透過率は１００％であり、角度２πの位
置に対応する。そして荒さの異なるメッシュフィルタ１
６’ｂ、１６’ｃ、１６’ｄ、１６’ｅ、１６’ｆが設
けられ、夫々の透過光量は図５のように角度π／３毎に
順次小さくなるように定められる。 【００１５】次に、エネルギー積算量を制御目標範囲に
制御するための手法について述べる。通常、パルス発光
型のレーザにおいては、パルスごとのエネルギー量はあ
る平均値のまわりにばらつく。今、露光位置（例えば投
影像面）でエネルギー量のパルス間平均値（例えば１０
０パルスの平均値）をＰａ、そのばらつき量をδＰとお
く。適正エネルギー量はＮを粗露光平均パルス数として
Ｎ・Ｐａで表現できるものとする。また、修正露光パル
ス数をｎ、エネルギー量の目標制御精度をＡ（１％の場
合、Ａ＝０．０１）とおく。本実施例においては、修正
露光時の積算エネルギー量のばらつきは、適正エネルギ
ー量（目標値）に対するばらつきにそのまま効く。そこ
で、修正露光エネルギー量の最大値Ｐ’は、 【００１６】 【数１】 【００１７】であり、これをｎパルスにわけて修正露光
したときのばらつき量ＳＰ’は、 【００１８】 【数２】 【００１９】で表わされる。さらにエネルギー量制御精
度がＡ以下であることにより、式（２）から、 【００２０】 【数３】 【００２１】これを整理すると式（３）が得られる。 【００２２】 【数４】 【００２３】エキシマレーザの場合、普通（δＰ／Ｐ
ａ）＝１０％程度であり、また、Ａを１％（０．０１）
とすると、式（３）より修正露光パルス数ｎが１のと
き、Ｎは１０以上、ｎが２のとき、Ｎは８以上となる。
すなわち、粗露光平均パルス数Ｎを大きくとれば、粗露
光完了時での積算エネルギー量のばらつきが少く修正露
光パルス数ｎは小さな値でよい。一方、スループットの
観点からは、総パルス数が小さい方がよいので、修正パ
ルス数ｎを複数パルスにしてＮを小さく押えることは意
味がある。ここで図６の１ショットにおける適正露光量
を得るまでの露光の様子を示す。この図に示すように本
実施例においては、粗露光時は受光素子２４、アンプ３
４を介して積算光量記憶装置３６で１パルス毎に積算光
量を計算レスト１パルスのエネルギー量のばらつきを考
慮して、次の１パルスによって積算値が制御目標値を超
える可能性が生じるところまで行なう。 【００２４】具体的には適正露光量Ｎ・Ｐａで規格化し
た粗露光終了判定レベルＲｃを次の（４）式のように定
める。 【００２５】 【数５】 【００２６】そして実測した積算光量をＮ・Ｐａで割り
算した値が判定レベルＲｃを越えるまで粗露光を行なう
ようにする。この判定レベルＲｃに対応する積算値が本
発明における目標値よりも小さい所定値に相当する。こ
の粗露光の場合はエネルギー量調整手段１６（又は１
６’）の回転角を調整して、１００％（すなわち最大）
の透過率が得られるようにしておくとよい。そして最適
な粗露光パルス数Ｎ（Ｎ≧１）が得られるようにパルス
レーザ１０の出力エネルギー量を調整しておく。このよ
うにすれば、Ｎを小さく押えることができる。粗露光が
終了すると、それまでの光量積算値、制御目標値、精度
Ａ及びパルスエネルギーのばらつきδＰ／Ｐａに応じて
式（３）に基づいて修正パルス数と修正パルスのエネル
ギー量を決定する。エネルギー量に関しては調整手段１
６（又は１６’）を回転させて所定の透過率が得られる
ように設定する。そして、所定のパルス数で修正露光が
行なわれる。 【００２７】具体的には、図３に示した回転偏光板１６
の場合は、先の式（３）により確認を行った上で修正パ
ルス数ｎを固定して、エネルギー量（透過率）を適切に
調整してやればよい。また図４に示した数種類のメッシ
ュフィルタを有する回転板１６’の場合には、修正露光
時のエネルギー調整量が図５のように離散的であるか
ら、制御精度Ａを達成するために、制御目標値と粗露光
終了時点の積算光量値の差（不足の露光量）に応じて、
メッシュフィルタの透過率と修正パルス数との適切な組
み合わせが存在することになる。この場合も、残りの修
正露光量をｎパルスで行なうとして、先の式（３）によ
り確認を行なうとよい。 【００２８】ここで、修正露光時のエネルギー調整量ａ
と修正パルス数ｎの決定式について述べる。ここでエネ
ルギー調整量ａとは、粗露光時のパルス間平均エネルギ
ー（Ｐａ）に対する修正露光時のパルス間平均エネルギ
ーの比である。今、粗露光終了時の積算光量をＩとおく
と、 【００２９】 【数６】 【００３０】かつ、 【００３１】 【数７】 【００３２】を満たすａ、ｎであれば、修正露光後の積
算光量は、適宜露光量Ｎ・Ｐａに対し、±Ａの制御精度
が保証されることになる。以上、本実施例により、各パ
ルスのエネルギー量の積算値を要求される精度に正確に
制御することができる。次に、露光装置として本発明を
適用した場合の具体的なシーケンスについて図７を用い
て説明する。 【００３３】まず、ステップ１００で適正露光量がオペ
レータにより入力される。次に、ステップ１０２で露光
面上での１パルスの平均エネルギーＰａの測定を行な
う。これは、図１、図２では不図示の感光基板が載置さ
れるべきＸＹステージ上に設置された光電センサ（照度
測定計）によりおこなわれ、複数パルスの平均により、
１パルスのエネルギーのばらつきの寄与を消去するもの
とする。この光電センサは予め較正されているものとす
れば、オペレータにより入力された適正露光量とから、
直ちに、粗露光平均パルス数Ｎが求まる（ステップ１０
４）。次に、Ｎが（３）式を満たしているか否かと判断
し（ステップ１０６）、満たしていない場合は、ステッ
プ１０８でエネルギー量調整手段１６（又は１６’）あ
るいはレーザ１０自体により、露光面でのエネルギーを
減衰させたのち、再度Ｐの測定に戻る。さて、Ｎが
（３）式を満たしている場合には、（４）式により、粗
露光終了判定レベルＲｃが求まる（ステップ１１０）。
そして、次にＸＹステージが移動して感光基板を所定位
置にアライメント後、粗露光が開始される。粗露光時は
１パルスごとに積算光量Ｉのチェックがおこなわれ（ス
テップ１１２、１１４）、粗露光終了判定レベルＲｃを
越えた時点で、修正露光に入る。この時、すでに露光量
制御精度が満たされているか否かを判断し（ステップ１
１６）、満たされていれば、修正露光は不要であるから
この位置での露光を終了し、次のステップ１１８に進
む。また、修正露光が必要な場合には、（５)(６）式よ
り、エネルギー調整量ａとパルス数ｎを決定後（ステッ
プ１２０）、修正露光をおこなう（ステップ１２２）。
次に、ステップ１１８において感光基板上の別の場所で
同様な露光をおこなうと判断された場合は、ステップ１
２４でａを１．０（１００％）にインシャライズ後、次
の露光に入る。また、感光基板上の必要な場所すべてで
露光が終了したときは、一連のシーケンスが終了するこ
ととなる。 【００３４】以上により、図７のようなフローチャート
に従えば、能率よく、要求された露光量制御精度でもっ
て露光をおこなうことができる。ところでエネルギー源
がレーザ光の場合、レーザ光の持つ可干渉性により露光
面においてスペックルと呼ばれる照度むらが生じること
がある。照度むらは半導体素子製造のフォトリソグラフ
ィ工程におけるパターン線幅のコントロールに重大な影
響を与える。そこで特開昭５９−２２６３１７号公報に
開示されているような手法でスペックを低減させること
も考えられている。本発明によるエネルギー量制御は、
このようなスペックル低減策と組み合わせて用いるとよ
り効果的である。 【００３５】上記公報におけるスペックル低減策（イン
コヒーレント化）では、レーザ光を振動ミラー等により
一定周期で２次元振動（ラスタースキャン）させて、レ
ーザ光の照明光路をわずかにずらしていくものであり、
空間的にコヒーレンシィを低減させていくものである。
このような手法の照明系にエキシマレーザ光のようなパ
ルスエネルギーを通す場合は、ミラー等による２次元走
査に同期させて複数のパルスを照射することになる。通
常エキシマレーザの発振パルス幅は２０ｎＳｅｃ程度と
極めて短く、ミラー数を数十Ｈｚ程度で振動させたとし
てもエキシマレーザの１パルスはミラーの２次元振動周
期中は、あたかも静止しているようにふるまう。図８
は、先の特開昭５９−２２６３１７号公報に開示された
手法を用いたときに、レーザ光（パルス光）をスキャン
させて生じる投影レンズの瞳面での光源像（レーザスポ
ット）の様子を示す平面図である。投影レンズの瞳面ｅ
ｐにはオプチカルインテグレータ２８の射出端の像が形
成され、所謂ケーラー照明が行なわれるものとする。オ
プチカルインテグレータ２８に入射するパルスエネルギ
ーを平行光とし、その入射角がわずかに変化するように
ミラー等で偏向すると、インテグレータ２８を構成する
複数のレンズ素子（ロッドレンズ等）の各々の射出面に
できるスポット光ＳＰの位置も２次元的に変化する。ミ
ラー等の偏向角は極めて小さいため、小ミラーをピエゾ
素子でドライブする程度で十分である。図９はインテグ
レータ２８の１つのレンズ素子２８’の拡大図であり、
２次元走査の軌道ＳＬに沿って適宜パルス発光させ、１
回の走査中にスポット光ＳＰの位置を変えて点在させ
る。図９は模式的に示したものであり、実際のスポット
光ＳＰの大きさはレンズ素子２８’の端面の大きさ程度
に近づくこともある。図９では１回の走査で１１パルス
の発光がおこなわれている。またパルス発光の１走査期
間中の位置はレンズ素子２８’の端面中で規則的な位
置、ランダムな位置のいずれであってもよい。 【００３６】このような手法の場合、ミラーによる１走
査の間に複数のパルスが打たれることで、レチクル３２
（又は感光基板）上で生じるスペックル縞が移動し、そ
の複数のパルスの積算後には照明むらが低減されるとい
うものである。このスペックル低減策と本実施例のエネ
ルギー量制御方式とを組み合わせる場合は、図６中の粗
露光動作時に行なうと効果的である。すなわち図６の粗
露光時の１パルス分のエネルギー量を、１回の２次元走
査中に打つ複数のパルスの合計エネルギー量に置き換え
て考えればよい。従って、この場合は１回の走査中に打
たれる各パルス毎のエネルギー量は図６の粗露光中のパ
ルスエネルギー量よりも十分小さくする必要がある。ま
たミラーによる２次元走査も複数回行なわれることもあ
る。 【００３７】そして修正露光時は照度むらに与える影響
は少ないので、粗露光時のような置き換えは行なわず、
図６中の修正露光時の１パルスは走査期間中の１パルス
と同じに扱えばよい。このようにするとスループットの
点で有利である。また、オプチカルインテグレータとビ
ームスキャンによりレーザ光をインコヒーレント化する
場合、特開昭５８−１４７７０８号公報に開示されてい
るように、オプチカルインテグレータを２段配置にする
とよい。このようにすると、１段のインテグレータに含
まれるレンズ素子をｍ個とすると、投影レンズの瞳面で
はｍ×ｍ個の２次光源像（レーザのスポット光）がで
き、照度均一性がより高精度になるからである。 【００３８】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、露光パル
ス数とパルスエネルギーとの設定を最適にできるので、
能率よく、要求されたエネルギー量制御精度でもって露
光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】、
【図２】本発明の実施例によるエネルギー制御装置の構
成を表わす図。 【図３】エネルギーの連続的な調整手段の回転量と透過
光量の関係を表わすグラフ。 【図４】エネルギーの離散的な調整手段としてのメッシ
ュフィルタの構成を示す平面図。 【図５】図４に示した調整手段の回転量と透過光量の関
係を表わすグラフ。 【図６】本実施例における露光の様子を示すタイミング
チャート図。 【図７】実際の露光動作時の具体的なシーケンスを表わ
すフローチャート図。 【図８】オプチカルインテグレータの瞳面での様子を示
す平面図。 【図９】インテグレータの１つの素子の端面でのビーム
スキャンの様子を示す平面図。 【主要部分の符号の説明】 １０ パルスレーザ １６ エネルギー調整手段 ２０ ハーフミラー １８ エネルギー調整手段回転制御装置 ２４ 受光素子 ３６ 積算光量記憶装置 ３８ 制御装置
成を表わす図。 【図３】エネルギーの連続的な調整手段の回転量と透過
光量の関係を表わすグラフ。 【図４】エネルギーの離散的な調整手段としてのメッシ
ュフィルタの構成を示す平面図。 【図５】図４に示した調整手段の回転量と透過光量の関
係を表わすグラフ。 【図６】本実施例における露光の様子を示すタイミング
チャート図。 【図７】実際の露光動作時の具体的なシーケンスを表わ
すフローチャート図。 【図８】オプチカルインテグレータの瞳面での様子を示
す平面図。 【図９】インテグレータの１つの素子の端面でのビーム
スキャンの様子を示す平面図。 【主要部分の符号の説明】 １０ パルスレーザ １６ エネルギー調整手段 ２０ ハーフミラー １８ エネルギー調整手段回転制御装置 ２４ 受光素子 ３６ 積算光量記憶装置 ３８ 制御装置
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｇ
５２７
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 7/20
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．エネルギー発生源から射出された複数のパルスエネ
ルギーを基板に照射し、該基板上に所定のパターンを形
成する露光方法において、 少なくとも前記パルスエネルギーのばらつきと前記パル
スエネルギー量の制御精度とを利用して求められた必要
パルス数に基づいて、前記基板に照射される露光パルス
数の適否を判定する判定工程と； 前記判定工程の判定結果に基づいて、前記パルスエネル
ギー量を調整する制御工程とを有することを特徴とする
露光方法。 ２．前記判定工程は、前記パルスエネルギー量の積算値
の目標値と前記パルスエネルギー量とに基づいて、前記
基板に照射される露光パルス数を算出する工程を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の露光方法。 ３．前記露光パルス数の適否の判定は、前記露光パルス
数が前記必要パルス数以上か否かの判定を含むことを特
徴とする請求項１または請求項２記載の露光方法。 ４．前記制御工程は、前記パルスエネルギー量を連続的
または段階的に調整することを特徴とする請求項１から
請求項３のいずれか１項記載の露光方法。 ５．エネルギー発生源から射出された複数のパルスエネ
ルギーを基板に照射し、該基板上に所定のパターンを形
成する露光方法を用いた半導体素子製造方法において、 少なくとも前記パルスエネルギーのばらつきと前記パル
スエネルギー量の制御精度とを利用して求められた必要
パルス数以上のパルスエネルギーが基板に照射されるか
否かを確認する確認工程と； 前記確認結果に基づいて、前記パルスエネルギー量を調
整する工程とを有することを特徴とする半導体素子製造
方法。 ６．複数のパルスエネルギーを射出するエネルギー発生
源と、該複数のパルスエネルギーを基板に照射する照射
部材とを有する露光装置において、 前記基板上に照射されるパルスエネルギー量を調整する
エネルギー量制御手段と； 前記基板に照射される露光パルス数が、少なくとも前記
パルスエネルギーのばらつきと前記パルスエネルギー量
の制御精度とを利用して求められた必要パルス数以上と
なるように、前記エネルギー量制御手段を制御する制御
系とを有することを特徴とする露光装置。 ７．前記エネルギー量制御手段は、前記パルスエネルギ
ー量を連続的又は段階的に調整することを特徴とする請
求項７記載の露光装置。 ８．前記エネルギー量制御手段は、連続的に減衰特性が
異なる減衰部を含むことを特徴とする請求項６または請
求項７記載の露光装置。 ９．前記エネルギー量制御手段は、離散的に減衰特性が
異なる複数の減衰部を含むことを特徴とする請求項６記
載または請求項７記載の露光装置。 １０．前記制御系は、露光パルス数が前記必要パルス数
以上となるように、前記パルスエネルギーと前記減衰部
との相対位置を調整することを特徴とする請求項８また
は請求項９記載の露光装置。 １１．前記エネルギー量制御手段は、前記エネルギー発
生源を含むことを特徴とする請求項６記載の露光装置。 １２．前記制御系は、前記パルスエネルギー量の積算値
の目標値と、前記パルスエネルギー量とに基づいて、前
記露光パルス数を算出することを特徴とする請求項６か
ら請求項１１のいずれか１項記載の露光装置。 １３．前記制御系は、前記パルスエネルギー量を計測す
るセンサを有し、該センサの計測結果に基づいて前記露
光パルス数を算出することを特徴とする請求項１２記載
の露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120516A JP2979472B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 露光方法、半導体素子製造方法及び露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120516A JP2979472B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 露光方法、半導体素子製造方法及び露光装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8024999A Division JPH08236439A (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | エネルギー量制御装置、方法および該装置を用いた 露光装置、方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055956A JPH1055956A (ja) | 1998-02-24 |
| JP2979472B2 true JP2979472B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=14788173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9120516A Expired - Lifetime JP2979472B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 露光方法、半導体素子製造方法及び露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979472B2 (ja) |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP9120516A patent/JP2979472B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1055956A (ja) | 1998-02-24 |
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