JP3301412B2

JP3301412B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP3301412B2
Application number: JP18011799A
Authority: JP
Inventors: 貴之内山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001007016A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から発せられ
たパルス光を被露光体に照射する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造の際のフォトリソグラフ
ィーに使用される露光装置としては、近年の高集積化に
伴う素子パターン微細化の要求に応えるために、ＫｒＦ
エキシマレーザ等の遠紫外域のパルスレーザ光源を用い
たものが実用化されている。

【０００３】ところで、このパルスレーザ光源から発せ
られる各パルス光のエネルギーは一定ではない。すなわ
ち、パルスごとのエネルギー変動（パルスエネルギーの
ばらつき）が存在する。従って、パルス光を被露光体
（半導体ウェハ）の所望部分に対して所望個数照射して
１ショットの露光を行う際には、以上のようなパルスエ
ネルギーばらつきに基づき、半導体ウェハの１ショット
あたりの露光量にばらつきが発生する。この露光量ばら
つきは、解像力や線幅の再現性の低下をもたらすので、
できるだけ小さい方がよい。

【０００４】半導体ウェハに対する露光量のばらつき
は、パルスエネルギーばらつきと露光パルス数とに依存
し、露光パルス数が少ない場合には露光量ばらつきが大
きくなる。このため、従来の露光装置では、パルスエネ
ルギーばらつきの変動による被露光体（半導体ウェハ）
の１ショットあたりの露光量ばらつきを所定値以内に抑
えるために、１ショットあたりの露光パルス数に最小値
（最小露光パルス数）を設定し、この最小露光パルス数
未満での露光を行わないようにしている。

【０００５】この最小露光パルス数は、露光量のばらつ
きが例えば１．５％以内となるように、設定されてい
る。即ち、露光量ばらつきの上限値は例えば１．５％で
ある。

【０００６】図４〜６を参照して、以上のようなパルス
エネルギーばらつき（３σ：ここで、σは標準偏差を示
す［以下、同様］）と、露光量ばらつき（３σ）と、最
小露光パルス数との関係を説明する。図４〜６におい
て、横軸はパルス光源から発せられるパルスの数（積算
値）を示している。

【０００７】図４に示されているように、ＫｒＦエキシ
マレーザでは、チャンバー内のガス交換直後（パルス数
＝０）にはパルスエネルギーばらつきが約７％である
が、パルス数の増加に伴いパルスエネルギーばらつきが
次第に増加し、次回のガス交換直前（パルス数＝Ｎ）に
おいて１０％に到達する。この１０％がパルスエネルギ
ーばらつきの許容上限値とされている。この許容上限値
１０％に到達するに要するパルス数Ｎは、通常、約１億
個である。パルスエネルギーばらつきが許容上限値に到
達する前に定期的にガス交換をすることが多い。

【０００８】一方、上記のように、半導体ウェハに対す
る露光量のばらつきは、パルスエネルギーばらつきと露
光パルス数とに依存し、露光パルス数が少ない場合に
は、露光量ばらつきが大きくなる。このため、最小露光
パルス数として、以下の式：（パルスエネルギーばらつきの許容上限値）／（最小露
光パルス数）^1/2＝（露光量ばらつきの許容上限値）を満たす値を設定している。この式に、パルスエネルギ
ーばらつきの許容上限値として上記の１０［％］を適用
し、露光量ばらつきの許容上限値として１．５［％］を
適用すると、最小露光パルス数４４が得られる。

【０００９】このように、従来の露光装置は、図５に示
されているように、最小露光パルス数４４がパルス数に
よらない固定値として使用されている。尚、この最小露
光パルス数の露光によるウェハ露光量が所要の最小露光
量をオーバーしないようにするために、フィルタによる
減光を利用することができる。

【００１０】以上のようにして、最小露光パルス数４４
を設定し、１ショットの露光に際して、該最小露光パル
ス数以上のパルス数での露光を行うことにより、パルス
数の増加につれて図６に示されているように露光量ばら
つきが変化する。即ち、パルス数が０からＮへと変化す
るにつれて露光量ばらつきは１．５％より小さい初期値
から１．５％へと変化し、ガス交換直後に再び露光量ば
らつきは上記初期値となり、その後同様な変化を繰り返
す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、パルスエネルギーばらつきが許容上限値にある場合
を基準として定めた最小露光パルス数を常時用いている
ために、ガス交換直後などのパルスエネルギーばらつき
が許容上限値より低い時において、１ショットに必要な
エネルギー照射量が少ない場合にも、パルス光照射には
パルスエネルギーばらつきが許容上限値の場合と同等の
時間を最低限必要とする。

【００１２】これは、光源のパルス発振周波数は一定で
あるので、同一のパルス数による半導体ウェハの露光に
は同一の時間を要するからである。

【００１３】そこで、本発明は、被露光体の露光に要す
る時間を短縮することで露光処理能力の向上が可能な露
光装置を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、パルス光源と、該パルス光源から発せら
れたパルス光を被露光体へと導くための光学系とを備
え、前記パルス光を複数個照射することで前記被露光体
に対する１ショットの露光を行う露光装置において、前
記光学系内で前記パルス光のエネルギーを検出するパル
スエネルギー検出手段と、該パルスエネルギー検出手段
により検出される複数のパルスエネルギー値に基づきパ
ルスエネルギーばらつき値を算出し、該パルスエネルギ
ーばらつき値と被露光体露光量ばらつきの許容上限値と
に基づき被露光体露光の最小露光パルス数を算出し、前
記光源が１ショット露光で発するパルスの個数の下限値
として前記最小露光パルス数を設定する設定手段とを有
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は、本発明による実施形態の露光装置
の構成図である。図１に示す露光装置は、ＫｒＦエキシ
マレーザなどの光源１と、光源１の発光するパルス光を
たとえば透過率０〜９０％で調整する減光フィルタ２
と、減光フィルタ２の通過光を照明光学系４の方へ光路
変更する反射ミラー３と、照明光学系４の出射光を絞り
込む照明絞り５とを備えている。

【００１７】また、この露光装置は、照明絞り５による
絞り光のうち１％ほどの光路をエネルギーセンサ１３の
方へ変更するハーフミラー６と、絞り光の残りの光路を
ウェハステージ１２に搭載されたウェハ１１の方へ変更
する反射ミラー７と、ウェハ１１に所定の集積回路パタ
ーンを形成するためのレクチル８と、レクチル８を搭載
するレクチルステージ９と、レクチルパターンをウェハ
１１へ投影する縮小投影レンズ１０とを備えている。

【００１８】さらに、この露光装置は、ハーフミラー６
によって光路を変更された光を取り込んで光量に応じた
レベルの電気信号に変換する光電変換素子を備えるエネ
ルギーセンサ１３と、エネルギーセンサ１３で検出され
るパルスエネルギーに基づいて所定の演算を行って最小
露光パルスを算出して必要に応じて減光フィルタ２の減
光量を設定する設定部１４とを備えている。

【００１９】つづいて、図１の露光装置の動作について
説明する。光源１は、ＫｒＦエキシマレーザである場合
には、２４８ｎｍの遠紫外領域の波長のパルス光を出射
する。パルス光は、減光フィルタ２において所定量が減
光され、反射ミラー３によって照明光学系４の方へ光路
を変更される。

【００２０】また、照明光学系４に入射された光は、図
示しないビーム整形光学系によって、所望の形状に整形
され、図示しないオプティカルインテグレータによって
光束の配向特性が均一にされる。

【００２１】そして、照明光学系４から出射した光は、
ハーフミラー６へ入射される。ハーフミラー６は、入射
光のうちほぼ１％ほどの光路を変更して、エネルギーセ
ンサ１３へ入射させ、他は透過させて反射ミラー７を介
して、レクチルステージ９上のレクチル８に入射させ
る。

【００２２】レクチル８に入射した光は、レクチル８に
形成されている所定の集積回路パターンに従って通過又
は反射等する。そして、レクチル８を通過した光は、縮
小投影レンズ１０に入射して、所定の大きさまで縮小さ
れウェハステージ１２上のウェハ１１に照射される。

【００２３】一方、ハーフミラー６によって光路を変更
された光は、エネルギーセンサ１３へ入射される。エネ
ルギーセンサ１３は、フォトダイオードなどの光電変換
素子を備えているため、入射光を入射光量に比例したレ
ベルの電気信号に変更して、設定部１４に出力する。

【００２４】次に、設定部１４の作用について説明す
る。光源１からパルス光が照射される時に、エネルギー
センサ１３により検出されるパルスエネルギー値が設定
部１４へと入力され、設定部１４ではパルスエネルギー
値に基づきパルスエネルギーばらつき（３σ）値を算出
する。このパルスエネルギーばらつき（３σ）値の算出
は、直前の１ショットの際に使用されたパルスについて
行なってもよいし、あるいは直前の一定個数（例えば３
００個）のパルスについて行なってもよい。

【００２５】そして、このパルスエネルギーばらつき
（３σ）値に対応した最小露光パルス数を算出する。こ
の演算は、以下の式（１）：（パルスエネルギーばらつき値）／（最小露光パルス数）^1/2 ＝（露光量ばらつきの許容上限値）・・・・・・（１）を用いて行われる。露光量ばらつきの許容上限値として
は、例えば１．５［％］が用いられる。この露光量ばら
つきの許容上限値は、設定部への入力手段（図示しな
い）により入力可能としておくことができる。

【００２６】パルスエネルギーばらつき値（３σ）は、
上記図４に関し説明したようにしてパルス数の変化と共
に変化し、これに伴い、上記式（１）を用いての演算結
果として得られる最小露光パルス数は、図２に示される
ように変化する。即ち、ＫｒＦエキシマレーザのチャン
バー内のガス交換直後（パルス数＝０）には、パルスエ
ネルギーばらつきが約７％であるので、これに対応して
最小露光パルス数２２が得られる。また、次回のガス交
換直前（パルス数＝Ｎ）において、パルスエネルギーば
らつきが１０％であるので、これに対応して最小露光パ
ルス数４４が得られる。パルス数Ｎの直後にガス交換が
行なわれ、以後、パルス数（Ｎ＋１）〜２Ｎでは最小露
光パルス数はパルス数０〜Ｎまでと同様に変化する。

【００２７】図３に、以上のようにして得られる最小露
光パルス数（パルス数に応じて変化する）を使用する際
の被露光体への露光量ばらつきの変化を示す。図３に示
されている様に、露光量ばらつきはパルス数の変化によ
って実質上変化せず、許容上限値１．５％以下で１．５
％に極く近い一定値を維持する。即ち、本実施形態で
は、露光量ばらつきを許容範囲内に維持しつつ、パルス
数に応じて必要最小限の最小露光パルス数を設定してい
るので、図５に示される従来の最小露光パルス数４４以
下の露光パルス数が用いられる場合には、露光パルス数
低減に基づく露光時間の短縮が可能である。

【００２８】実際に被照射体に対してパルス光照射を行
なう際には、その１ショット露光で照射すべき露光エネ
ルギーと、減光フィルター２の透過率が１００％の場合
での、ばらつきに関して平均的な露光パルスエネルギー
（既知）とに基づき予め定められたパルス数のパルス照
射が行なわれる。それに先立ち、設定部１４では、照射
パルス数と以上のようにして決定された最小露光パルス
数との比較を行ない、照射パルス数が最小露光パルス数
以上の場合には、光源１に対して上記予め定められたパ
ルス数のパルス照射を行なうよう指令する。一方、照射
パルス数が最小露光パルス数より少ない場合には、最小
露光パルス数の照射により所要の照射露光エネルギーが
得られるようになるまで減光フィルター２の透過率を低
下させる。そして、光源１に対して、上記予め定められ
たパルス数（最小露光パルス数）のパルス照射を行なう
よう指令する。

【００２９】露光量ばらつきを更に向上させる場合に
は、上記式（１）での露光量ばらつきの許容上限値とし
て上記１．５％より小さい値を採用すればよい。このよ
うな露光量ばらつきの許容上限値の変更は、上記のよう
に設定部１４への入力手段により行うことができる。こ
れにより、露光量ばらつきの許容上限値１．５％の場合
と比較して、最小露光パルス数は多くなり、露光時間の
短縮効果は幾分小さくなるが、線幅などの寸法安定性は
向上する。

【００３０】なお、本実施形態では、ＫｒＦエキシマレ
ーザを光源１に適用した場合を例に説明したが、波長１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや波長１５７ｎｍＦ２
エキシマレーザなどのパルス光を発光するものであれ
ば、光源１として用いることができる。また、一括型の
みならず走査型縮小投影露光装置にも適用することがで
きる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
によれば、露光量ばらつきを許容範囲内に維持しつつ、
パルス数に応じて必要最小限の最小露光パルス数を設定
しているので、露光パルス数低減に基づく露光時間の短
縮が可能であり、これにより露光処理能力の向上が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の露光装置の構成図である。

【図２】図１の露光装置のパルス数と最小露光パルス数
との関係を示す図である。

【図３】図１の露光装置のパルス数と露光量ばらつきと
の関係を示す図である。

【図４】従来技術の露光装置のパルス数とパルスエネル
ギーのばらつきとの関係を示す図である。

【図５】従来技術の露光装置のパルス数と最小露光パル
ス数との関係を示す図である。

【図６】従来技術の露光装置のパルス光の発光数と露光
量のばらつきとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１光源２減光フィルタ３反射ミラー４照明光学系５照明絞り６ハーフミラー７反射ミラー８レクチル９レクチルステージ１０縮小投影レンズ１１ウェハ１２ウェハステージ１３エネルギーセンサ１４設定部

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス光源と、該パルス光源から発せら
れたパルス光を被露光体へと導くための光学系とを備
え、前記パルス光を複数個照射することで前記被露光体
に対する１ショットの露光を行う露光装置において、前記光学系内で前記パルス光のエネルギーを検出するパ
ルスエネルギー検出手段と、該パルスエネルギー検出手段により検出される複数のパ
ルスエネルギー値に基づきパルスエネルギーばらつき値
を算出し、該パルスエネルギーばらつき値と被露光体露
光量ばらつきの許容上限値とに基づき被露光体露光の最
小露光パルス数を算出し、前記光源が１ショット露光で
発するパルスの個数の下限値として前記最小露光パルス
数を設定する設定手段とを有することを特徴とする露光
装置。
【請求項２】前記設定手段における最小露光パルス数
の算出は以下の式（１）：（パルスエネルギーばらつき値）／（最小露光パルス数）^1/2 ＝（露光量ばらつきの許容上限値）・・・・・・（１）を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の露
光装置。
【請求項３】前記露光量ばらつきの許容上限値を前記
設定手段へと入力する手段を有することを特徴とする請
求項１〜２のいずれかに記載の露光装置。
【請求項４】前記光学系内で前記パルスエネルギー検
出手段より前記光源に近い位置において前記パルス光に
対する透過率が可変の減光手段が配置されていることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】前記設定手段は、前記１ショット露光の
照射パルス数と前記最小露光パルス数との比較を行な
い、照射パルス数が最小露光パルス数以上の場合には、
前記光源に対して前記１ショット露光の照射パルス数で
のパルス照射を行なうよう指令し、一方、照射パルス数
が最小露光パルス数より少ない場合には、前記最小露光
パルス数の照射により所要の照射露光エネルギーが得ら
れるようになるまで前記減光手段の透過率を低下させた
上で、前記光源に対して前記最小露光パルス数でのパル
ス照射を行なうよう指令することを特徴とする請求項４
に記載の露光装置。
【請求項６】前記パルス光源はエキシマレーザであ
り、前記被露光体は半導体ウェハであることを特徴とす
る、請求項１〜５のいずれかに記載の露光装置。