JP3219627B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス発振方式のレー
ザを光源として用いる露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術は高集積化、微細化の一途を
たどり、光学的な露光方式も高解像力のレンズの開発等
でますますその領域を拡げつつある。このような露光装
置において、マスクまたはレチクルの回路パターンをウ
エハ上に転写して焼きつける場合、回路パターンの解像
線幅は光源の波長に比例するため、近年では遠紫外領域
の短い波長の光源が用いられている。しかしながら、現
在、主に用いられている高圧水銀ランプ等の光源は遠紫
外領域において出力が低く、またウエハ上に塗布される
フォトレジスト材の感光性も低いので、露光時間が長く
なり、スループットが低下する。

【０００３】一方、近年エキシマレーザという遠紫外領
域において高出力の光源が、露光装置において有力な手
段となることが知得されている。しかしながら、エキシ
マレーザは従来の重水素ランプやＸｅ−Ｈｇランプと異
なってパルス発振方式であるため、従来のアナログ的な
露光量制御方式、すなわちシャッタを用いてタイマで設
定される時間を制御する方式等を用いることができな
い。

【０００４】そこで、図１０に示すようなステップにし
たがって行われるパルス露光による露光量制御の方法が
提案されている。この方法は、前のパルス強度に応じて
レーザの発光エネルギを変えるため、レーザに充電する
充電電圧（チャージ電圧）を１パルスごとに計算してい
る。そして、チャージ電圧の計算が終わる前に、レーザ
に対して充電を始める指令（チャージ指令）を入力させ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の方法では、チャージ指令とレーザを発光さ
せる発光指令のそれぞれの入力時刻の間隔が固定されて
いた。したがって、どのチャージ電圧に対しても目標と
する電圧のチャージ後に発光指令を出さねばならないた
め、最大のチャージ電圧、すなわち最長のチャージ時間
を想定して発光指令を出すタイミングを設定せねばなら
なかった。そのため、チャージ電圧が小さく、チャージ
時間が短い場合には発光指令を待つ時間が存在し、この
待ち時間が露光時間を長くする要因となっていた。

【０００６】本発明は、パルス発振方式のレーザを光源
に用いる露光装置の露光時間を、短縮させることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本願第１発明は、レーザの発光エネルギを
決める充電電圧の充電を開始させる第１信号が入力され
た後に、前記レーザを発光させる第２信号が入力される
ことにより、パルスレーザ光を発生するレーザと、前記
レーザ光のエネルギを検出するエネルギ検出手段とを有
し、該エネルギ検出手段によって得られた検出結果に基
づいて前記レーザの次回の充電電圧を制御する露光装置
において、前記第１信号と前記第２信号の入力時刻の間
隔を前記充電電圧に応じて変える手段を有することを特
徴とする。これにより、露光時間を短くすることがで
き、スループットが向上する。

【０００８】また、本願第２発明は、本願第１発明の露
光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデ
バイスの製造方法である。これにより、従来は難しかっ
た高集積度の半導体デバイスを製造することが可能にな
る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて実施例を説明する。

【００１０】図１は本発明の特徴を最もよく表す露光装
置の構成図である。同図において、１は例えばＫｒＦや
ＡｒＦが封入され、パルス化されたレーザ光を発光する
エキシマレーザ光源である。２はエキシマレーザ光源が
発するレーザ光を所望のビーム形状に整形し光束の配光
特性を均一にして出射する照明系であり、ビーム整形光
学系、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレー
タ、コリメータレンズ、ミラー等により構成される。

【００１１】Ｍは照明系２の出射光路上に配置され、集
積回路パターンが形成されたマスクまたはレチクル（以
下は単にマスクと記す）、３は投影光学系、Ｗはウエハ
であり、マスクＭに形成された集積回路パターンは投影
光学系３を介してウエハＷ上に投影露光されるようにな
っている。

【００１２】４はミラー、５はセンサであり、照明系２
が射出する光束の一部をミラー４によってセンサ５の光
電変換面に入射させている。６はセンサ５に入射したパ
ルス光の光量を積算する光量積算回路である。７はＣＰ
Ｕであり、エキシマレーザ１が発光する度に、光量積算
回路６から１パルスのエネルギの信号が入力される。Ｃ
ＰＵ７はレーザ制御部８を介してエキシマレーザ１に対
し発光指令等の制御指令およびチャージ電圧の設定を行
う。また、ＣＰＵ７はレーザ制御部８を介してエキシマ
レーザ１からレーザ側で測定したレーザ１パルスの出力
エネルギ（パルスエネルギ）の信号を得ている。

【００１３】次に、この構成における露光量制御を図
２、図３、図４、図５、図６に基づいて説明する。

【００１４】図２はエキシマレーザ１のレーザ発振シー
ケンスのブロック図である。本実施例の回路は、ＯＲ回
路２０１、パルス発生回路２０２，２０５、ＡＮＤ回路
２０３，２０６、入力した信号を遅らせて出力するディ
レイ回路２０４，２０７により構成されている。

【００１５】本実施例のディレイ回路２０４は、ディレ
イ（遅れ）時間を自由に設定できるような構成になって
いるため、チャージ電圧に応じてディレイ時間を制御
し、露光時間の短縮化を図ることができる。

【００１６】図３は、エキシマレーザ１のチャージ電圧
とレーザ発振の関係を示すタイミングチャートである。

【００１７】図３において、３０１は前回のレーザへの
発光指令であり、３０２は前回のレーザの発光時刻を示
すものである。発光指令３０２とほぼ同時にレーザの発
光は行われる。

【００１８】３０３は今回のチャージ指令であり、この
信号が入力されるとレーザに充電が始まる。この今回の
チャージ指令３０３と前回の発光指令３０１との時間間
隔は、ディレイ回路２０７によって決められる。ディレ
イ回路２０７のディレイ時間は可変である必要はない。

【００１９】３０４はチャージ電圧と時間の関係を示し
ており、チャージ電圧は充電曲線に沿って変化してい
る。３０５は、目標とする露光量を達成するために計算
によって出されたチャージ電圧である。

【００２０】前述のように、チャージ電圧とチャージ時
間の関係は充電曲線で表されるため、チャージ時間によ
ってチャージ電圧は容易に推測できる。したがって、目
標とするチャージ電圧のチャージに要する時間をＣＰＵ
７によって計算し、その時間を可変ディレイ回路２０４
に設定することにより、目標とするチャージ電圧になっ
たと同時にレーザを発光させることができる。３０６は
目標とするチャージ電圧になったと同時に出された今回
の発光指令であり、３０７は今回のレーザの発光時間で
ある。破線部は次回のチャージ指令とチャージ電圧を表
している。

【００２１】次に図２と図３を関連づけて本実施例を説
明する。

【００２２】露光開始時に、ＯＲ回路２０１にスタート
パルス２１１を入力する。そして、イネーブル信号２１
２をＯＮにして、ＡＮＤ回路２０３、２０６、ディレイ
回路２０４、２０７がそれぞれ働くようにする。

【００２３】ＯＲ回路２０１の出力はパルス発生回路２
０２、ＡＮＤ回路２０３を通して、エキシマレーザ１に
チャージ指令３０３を出す。これにより、エキシマレー
ザ１のチャージが始まる。

【００２４】前回のレーザが発光した後に、後に説明す
る露光量の計測と、積算露光量、チャージ電圧等の計算
が行なわれる。時刻３０８は、この計算が終了する時間
を表している。

【００２５】本実施例では、更に、目標とするチャージ
電圧を充電するのに必要な時間の計算もこの時刻３０２
から３０８の間に行ない、ディレイ回路２０４に計算結
果に応じたディレイ時間を設定する。

【００２６】パルス発生回路２０２の出力信号はディレ
イ回路２０４に入り、前述の設定したディレイ時間が経
過した後、パルス発生回路２０５に入り、ＡＮＤ回路２
０６を通してエキシマレーザ１に発光指令３０６を出
す。これにより、エキシマレーザ１は目標のエネルギを
得るチャージ電圧で発光３０７を起こす。パルス発生回
路２０５の出力信号はディレイ回路２０７にも入り、こ
の回路で信号を遅らせてＯＲ回路に入る。後はスタート
パルス２１１が入った場合と同じシーケンスが始まる。

【００２７】積算露光量が目標露光量になり、露光をや
める場合はイネーブル信号２１２をＯＦＦにして、ＡＮ
Ｄ回路２０３、２０６、ディレイ回路２０４、２０７の
それぞれが働かないようにし、エキシマレーザ１の発振
を止める。

【００２８】図４、図５、図６はＣＰＵ７による露光量
制御のフローチャートである。

【００２９】ステップ４０１でレーザ発振のシーケンス
のスタートした後に、ステップ４０２において、発光パ
ルス回数ｎを０にセットし、加算露光量Ｊｓを０にセッ
トするとともに、エキシマレーザ１に設定するチャージ
電圧とその時の１パルスあたりの露光量の関係を示すデ
ータベースを初期化する。

【００３０】ステップ４０３で前回ショットまでの露光
で決められた中心となるチャージ電圧ＨＶｃ（例えば１
４０００Ｖ）からチャージ電圧の最大可変幅ΔＨＶ（例
えば５００Ｖ）を減算して、最低チャージ電圧を一時的
に変数ｈｖとしてメモリに記憶させる。ステップ４０４
で変数ｈｖに記憶されているチャージ電圧をエキシマレ
ーザ１に対して、レーザ制御部８のパラレル信号ライン
２０８を通して設定して、発光３０７が起きるのをステ
ップ４０５で待つ。発光すると、ステップ４０６で発光
回数ｎをカウントアップし、ステップ４０７でセンサ５
および光量積算回路６を通して１パルスあたりの露光量
Ｊｐを計測し、記憶する。

【００３１】次にステップ４０８で加算露光量Ｊｓに今
回のパルスの露光量Ｊｐを加算する。ステップ４０９で
今回のパルスで使った変数ｈｖに記憶されているチャー
ジ電圧と露光量Ｊｐをチャージ電圧対露光量のデータベ
ースとして蓄積する。ステップ４１０で変数ｈｖに記憶
させているチャージ電圧に、最大可変幅ΔＨＶを加算し
て、それをｈｖに記憶させる。ステップ４１１で変数ｈ
ｖに記憶させているチャージ電圧とＨＶｃ＋ΔＨＶと比
べて、変数ｈｖの値の方が大きくなるまでステップ４０
４から繰り返す。

【００３２】以上までのステップで最低チャージ電圧
（ＨＶｃ−ΔＨＶ）、中心チャージ電圧ＨＶｃ、最高チ
ャージ電圧（ＨＶｃ＋ΔＨＶ）とそれに対する露光量Ｊ
ｐをチャージ電圧対露光量のデータベースに登録するこ
とができる。

【００３３】図４のＡは図５のＡに続いている。

【００３４】ステップ５０１でチャージ電圧対露光量デ
ータベースを使って中心チャージ電圧ＨＶｃに対応した
露光量Ｊｃを算出する。ステップ５０２で目標露光量が
Ｊｏの時、１ショットを露光するのに必要なパルス数Ｐ
（整数）を算出する。ステップ５０３で次の１パルスの
露光量Ｊｅを算出する。ステップ５０４でチャージ電圧
対露光量データベースを使って次の１パルスの露光量を
Ｊｅにするためのチャージ電圧を算出し、変数ｈｖに記
憶させる。ステップ５０５で変数ｈｖに記憶させたチャ
ージ電圧をエキシマレーザ１に設定し、ステップ５０６
でエキシマレーザ１が発光するのを待つ。ステップ５０
７で発光回数ｎをカウントアップし、ステップ５０８で
今回の１パルス分の露光量を測定してＪｐとしてメモリ
に記憶する。ステップ５０９で加算露光量Ｊｓに今回の
露光量Ｊｐを加算する。ステップ５１０で変数ｈｖに記
憶されているチャージ電圧と露光量Ｊｐのデータによっ
てチャージ電圧対露光量データベースを更新する。

【００３５】図５のＢ、Ｃは図６のＢ、Ｃに続いてい
る。

【００３６】ステップ６０１で目標露光量Ｊｏから加算
露光量Ｊｓを減算したものを必要パルス数Ｐから発光回
数ｎを減算したもので割って、次の１パルスの露光量を
算出する。

【００３７】ステップ６０２で発光回数ｎが必要パルス
数Ｐになるまで、ステップ５０４から繰り返す。

【００３８】目標露光量になった時ステップ６０３でイ
ネーブル信号２１２をＯＦＦにして、エキシマレーザ１
の発振を止める。ステップ６０３でエキシマレーザ１か
らレーザ制御部８を通して、レーザ側で測定した最後の
１パルスのパルスエネルギをＥｐに取り込む。ステップ
６０５でパラメータ等で指定されている目標パルスエネ
ルギＥｏに対応する露光量Ｊｃを最後の１パルスのパル
スエネルギＥｐとその時の露光量Ｊｐから求める。ステ
ップ６０６でチャージ電圧対露光量データベースを使っ
て露光量Ｊｃを出すために必要なチャージ電圧ＨＶｃ′
を算出する。

【００３９】ステップ６０７でこのショットで使った中
心チャージ電圧ＨＶｃ′から、次回の１ショットを露光
する時に中心となるチャージ電圧ＨＶｃを算出する。

【００４０】計算例としては、 ＨＶｃ←Ｋ×ＨＶｃ′＋（１−Ｋ）×ＨＶｃ ここで、Ｋは０≦Ｋ≦１であり、レーザの特性によって
決まるパラメータである。

【００４１】なお、次の１パルスの露光量を算出するス
テップ５０３の算出式は、 Ｊｅ←Ｊｃ ステップ６０１の算出式は、 Ｊｅ←Ｊｃ＋Ｊｅ−Ｊｐ でもよい。このような算出式を用いる場合、ステップ５
０９は不要になる。

【００４２】また、ステップ５０２において、 ｍ←ｎ Ｊｓ_dat ←Ｊｓ といった処理を行うことにより、ステップ５０３とステ
ップ６０１の次の１パルスを算出する算出式を、 Ｊｅ←Ｊｓ_dat ＋（ｎ−ｍ＋１）Ｊｃ−Ｊｓ とすることも可能である。

【００４３】本実施例ではレーザ発振シーケンスをハー
ドウェア的に行っているが、ソフトウェア的に行っても
よい。また、本実施例ではレーザにチャージ指令を出す
前にはチャージ電圧は設定しないで前回設定したチャー
ジ電圧をそのまま使っているが、チャージ指令を出す前
に高めのチャージ電圧を設定することにより、チャージ
時間が短縮できる。また、計算に時間がかかる場合に
は、チャージ指令を出す前に低めのチャージ電圧を設定
することにより、計算終了後にチャージ電圧を再設定す
る余裕ができる。本実施例では、チャージ電圧の設定は
一度だけしか行っていないが、前述のように複数回設定
してもよい。

【００４４】次に本願第２発明の実施例を上記第１実施
例の関連で説明する。

【００４５】第１実施例の図２で示しているレーザの発
振シーケンスのブロック図が図７で示しているブロック
図に代わる。チャージ電圧とレーザ発振の関係を示すタ
イミングは、第１実施例と同様に図３で示される。

【００４６】図７において、７０１はＯＲ回路、７０
２，７０５はパルス発生回路、７０３，７０６はＡＮＤ
回路、７０７はディレイ回路である。

【００４７】第１実施例のブロック図と異なるのは、可
変ディレイ回路２０４がなくなり、比較回路７０４が加
わっている点である。比較回路７０４は、実際にチャー
ジされている電圧をモニターし、チャージ電圧が目標値
になると出力がＯＮになり、パルス発生回路からパルス
が出て、ＡＮＤ回路７０６を通してエキシマレーザ１に
発光指令３０６を出す。

【００４８】これにより、エキシマレーザ１は目標のエ
ネルギを得るチャージ電圧で発光３０７を起こす。他の
シーケンスは第１実施例と同様である。

【００４９】図４、図５、図６の露光量制御フローでス
テップ４０４、５０５において、第１実施例ではチャー
ジ電圧に対応したディレイ時間をディレイ回路２０４に
設定しているが、第２実施例では、目標のチャージ電圧
を比較回路７０４に設定する。

【００５０】本実施例でも、第１の実施例と同様に次の
１パルスの露光量を算出するステップ５０３の算出式
は、 Ｊｅ←Ｊｃ ステップ６０１の算出式は、 Ｊｅ←Ｊｃ＋Ｊｅ−Ｊｐ としてもよい。このような算出式を用いる場合、ステッ
プ５０９は不要になる。

【００５１】また、ステップ５０２において、 ｍ←ｎ Ｊｓ_dat ←Ｊｓ といった処理を行うことにより、ステップ５０３とステ
ップ６０１の次の１パルスを算出する算出式を、 Ｊｅ←Ｊｓ_dat ＋（ｎ−ｍ＋１）Ｊｃ−Ｊｓ とすることも可能である。

【００５２】本実施例でも第１実施例と同様に、レーザ
発振シーケンスをハードウェア的に行っているが、ソフ
トウェア的に行ってもよい。また、レーザにチャージ指
令を出す前に高めの、あるいは低めのチャージ電圧を設
定してもよい。また、チャージ電圧の設定は、複数回行
ってもよい。

【００５３】また、第１、第２実施例共に、投影光学系
３によりマスクＭのパターンを縮小投影しているが、投
影光学系３は必ずしも必要でなく、等倍投影でも本発明
になんら影響しない。

【００５４】これらの実施例によれば、エキシマレーザ
に充電を開始するチャージ指令とレーザを発光させる発
光指令の時間間隔を可変とすることにより、その時の発
光エネルギに対応するチャージ電圧に対して最適なチャ
ージ指令と発光指令の時間間隔を設定でき、１ショット
あたりの露光時間を短縮できる。

【００５５】次に図１の投影露光装置を利用した半導体
デバイスの製造方法の実施例を説明する。図８は半導体
装置（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣ
ＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）で
は半導体装置の回路設計を行う。ステップ２（マスク制
作）では設計した回路パターンを形成したマスク（マス
クＭ）を制作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）で
はシリコン等の材料を用いてウエハ（ウエハＷ）を製造
する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ば
れ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラ
フィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ４によって作成されたウエハを用いてチップ化する工
程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半
導体装置の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経て半導体装置が完成し、これが出
荷（ステップ７）される。

【００５６】図９は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハＷ）
の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエ
ハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形
成）ではウエハ上にイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布
する。ステップ１６（露光）では上記投影露光装置によ
ってマスク（マスクＭ）の回路パターンの像でウエハを
露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを
現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレ
ジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト
剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを
取り除く。これらステップを繰り返し行うことによりウ
エハ上に回路パターンが形成される。

【００５７】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可
能になる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光時間の短縮化が可能になる。また、本発明によれば
高集積度の半導体デバイスを製造することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縮小投影露光装置の概略図である。

【図２】本発明の第１実施例のレーザ発振シーケンスの
ブロック図である。

【図３】本発明のチャージ電圧とレーザ発振の関係を示
すタイミングチャートである。

【図４】本発明の露光量制御のフローチャートである。

【図５】本発明の露光量制御のフローチャートである。

【図６】本発明の露光量制御のフローチャートである。

【図７】本発明の第２実施例のレーザ発振シーケンスの
ブロック図である。

【図８】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図９】図９の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図
である。

【図１０】露光量制御のフローチャートである。

【符号の説明】

１ エキシマレーザ ２ 照明系 ３ 投影光学系 ４ ミラー ５ フォトセンサ ６ 光量積算回路 ７ ＣＰＵ ８ レーザ制御部 Ｍ マスク Ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 H01S 3/097

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザの発光エネルギを決める充電電圧
   の充電を開始させる第１信号が入力された後に、前記レ
   ーザを発光させる第２信号が入力されることにより、パ
   ルスレーザ光を発生するレーザと、前記レーザ光のエネ
   ルギを検出するエネルギ検出手段とを有し、該エネルギ
   検出手段によって得られた検出結果に基づいて前記レー
   ザの次回の充電電圧を制御する露光装置において、前記
   第１信号と前記第２信号の入力時刻の間隔を前記充電電
   圧に応じて変える手段を有することを特徴とする露光装
   置。
2. 【請求項２】 前記充電電圧を実測することにより、前
   記レーザに出す第１の信号と第２の信号の時間間隔を制
   御する手段を有することを特徴とする請求項１記載の露
   光装置。
3. 【請求項３】 前記充電電圧を充電時間から予測するこ
   とにより、前記レーザに出す第１の信号と第２の信号の
   時間間隔を制御する手段を有することを特徴とする請求
   項１記載の露光装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載の露光装置を用いて
   デバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方
   法。