JP3782486B2 - レーザ出力制御装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ出力制御装置、露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、エキシマレーザ等のパルスレーザに印加する電圧を一定にした場合の発振開始からのパルス数（以後、経過パルス数と呼ぶ）と発光強度（レーザ出力）との関係を示した図である。発光強度は、経過パルス数に応じて、経時的に変化することが分かる。特に発振開始直後には、発光強度が高くなる現象、所謂スパイク現象９０１が観察される。このスパイク現象は、パルス数が増加するにつれ次第に減衰していくが、一般的な用途においては、発光強度を一定に保つことが望まれるので、このようなスパイク現象は取り除く必要がある。
【０００３】
スパイク現象を取り除く方法として、経過パルス数に応じた、発光強度を一定にさせる充電電圧のテーブルを予め用意しておき、そのテーブルに従って充電電圧を決定し、レーザを発振させるという方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、レーザの充電電圧と発光強度の関係は、経過パルス数によって変化するので、ある経過パルス数における関係だけを用いてテーブルを作成しても発光強度を正確に制御できず、それ故レーザの発光強度を一定にすることができないという問題があった。
【０００５】
それについて図１０を用いて説明する。
【０００６】
一定周波数ｆ０、一定充電電圧Ｖ０でレーザを発光させた場合、経過パルス数に応じたレーザの発光強度が、図１０（ａ）に示すように曲線１００１のように変化したとする。発振開始時からの発光強度をＥ１で一定にするために、従来は経過パルス数ｎ３での充電電圧と発光強度の関係を基に、各経過パルス数に対して１００２で示したような充電電圧をレーザに印加していた。しかし、各経過パルス数における充電電圧と発光強度の間には、図１０（ｂ）に示したような関係がある。ここで図１０（ｂ）の縦軸は発光相対強度であり、図１０（ａ）での発光強度との比を表している。経過パルス数ｎ１での充電電圧対発光相対強度は１００３で、パルス数ｎ２では曲線１００４、パルス数ｎ３では曲線１００５である。図１０（ａ）における充電電圧１００２は曲線１００５の関係により導かれている。したがって、充電電圧１００２を各経過パルス数に応じて与えると、経過パルス数と発光強度の関係は図１０（ｃ）のようになり、Ｅ１で一定にはならない。
【０００７】
本発明は、より正確な制御が可能なレーザ出力制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明は、パルスレーザ光源のレーザ出力を発振毎に制御するレーザ出力制御装置において、前記パルスレーザ光源に印加する電圧を一定にしたときの発振開始からのパルス数とレーザ出力との対応関係を、前記電圧の複数の値それぞれに関して記憶する記憶手段と、目標のレーザ出力を得るための前記発振開始からのパルス数毎の前記電圧の値を、前記記憶手段に前記電圧の複数の値に関して記憶された複数の前記対応関係に基づいて算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本願第２発明は、前記記憶手段は、前記対応関係を、前記パルスレーザ光源の複数の発振周波数それぞれに関しても記憶していることを特徴とする。
【００１０】
本願第３発明は、前回のレーザ発振からの発振停止時間に応じて、前記記憶手段に記憶された前記対応関係を変化させることを特徴とする。
【００１１】
本願第４発明は、前回のレーザ発振での発光数に応じて、前記記憶手段に記憶された前記対応関係を変化させることを特徴とする。
【００１２】
本願第５発明は、前記レーザ出力を計測する計測手段をさらに有し、前記算出手段は、前記計測手段の計測結果にも基づいて前記電圧の値を算出することを特徴とする。また、本願第６発明は、パルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源のレーザ出力を制御する上記第１乃至第５発明のいずれかのレーザ出力制御装置とを有し、前記パルスレーザ光源からの光で基板を露光することを特徴とする露光装置である。さらに、本願第７発明は、上記第６発明の露光装置を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の実施例を示したもので、レーザ制御装置を表している。
【００１４】
１は、パルス光を発振するパルスレーザ光源、２は、発振されたパルス光を２方向に分割するハーフミラーである。ハーフミラーにより分割されたパルス光の一方は様々な用途に用いられ、残りの一方はレーザの発光強度を計測するためのセンサ３へと導かれる。センサ３の出力は積分器４により積分され、可変アンプ５へと入力される。可変アンプ５において発光強度に応じた信号を増幅し、その出力はＡ／Ｄコンバータ６へ入力される。Ａ／Ｄ変換されたＡ／Ｄコンバータ６の出力は、レーザの発光強度を制御する制御装置７へと入力される。制御装置７において、所望の発光強度とすべくレーザの充電電圧を決定し、パルスレーザ光源１に対して指令信号を出力する。更に制御装置７は、レーザの発光履歴を記憶するメモリを有し、発光履歴の蓄積からよりよい制御を行うよう制御装置７内の内部変数を更新する機能も持つ。８はコンソール部であり、制御装置７で決定された充電電圧、計測されたレーザの発光強度等の表示、目標発光強度、発振周波数等の基本的なパラメータの入力のためのインタフェイスとしての機能を有する。
【００１５】
図２は、発振開始からのパルス数と充電電圧毎のテーブル作成の原理を示した図である。
【００１６】
まずレーザの発振周波数を固定し、レーザの充電電圧を変化させて、レーザの発振開始からの発光強度を計測する。これが各充電電圧における出力曲線であり、充電電圧に応じて図中の曲線２０１から曲線２０２のようになる。次に、このようにして求めた充電電圧毎の出力曲線を、図２のように同一グラフ上にプロットする。次に、目標発光強度を示す目標出力線（図中の太線）を先のグラフ上にプロットし、出力曲線と目標出力線との交点（図中の黒丸）を求める。これらの交点における経過パルス数で、交点を形成する出力曲線の充電電圧をレーザに印加すれば目標とする発光強度が得られる。すなわち、各交点の経過パルス数と、その交点を形成する出力曲線の充電電圧とからテーブルを形成することができる。
【００１７】
この方法において、充電電圧に対する出力曲線は限られた数しかプロットできない。したがって交点間の経過パルス数ｎ０での充電電圧Ｖｎ０は、ｎ０を挟む最寄りの２交点２０３、２０４での充電電圧と経過パルス数を用いて、適切な近似、例えば、
Ｖｎ０＝αａｎ０＋Ｖａ
のように１次式で近似する方法、また、
Ｖｎ０＝ｅｘｐ（−αｂｎ０）＋Ｖｂ
のように指数関数で近似する方法等が考えられる。ここでαａ、Ｖａ及びαｂ、Ｖｂは２交点２０３、２０４間でのみ通用するパラメータであり、他の交点間で近似する場合には、その交点間に応じた近似パラメータが必要になる。
【００１８】
図３は、レーザ発光のスパイク現象をなくし、発振開始直後から発光強度の制御を精度良く行うためのフローチャートである。
【００１９】
まず、ステップ３０１において、各充電電圧、発振周波数毎に、経過パルス数と発光強度の関係を示した基本テーブルを作成する。その後、ステップ３０２において発振周波数、ステップ３０３において前回のレーザ発振からの発振停止間隔、ステップ３０４において前回のレーザ発振で発光した発光数を入力する。そして、ステップ３０５で制御演算等により次回の発光強度を決定する。
【００２０】
次にステップ３０６において、ステップ３０２、３０３、３０４で入力された発振周波数、発振停止間隔、前回発光数を考慮した上で、ステップ３０５で決定された発光強度が得られるレーザ充電電圧を３０１において作成した基本テーブルから決定する。そして、ステップ３０７でレーザを実際に発光してその発光強度を計測し、ステップ３０８において経過パルス数を加算する。ステップ３０９で所定領域内でのレーザの発振を終えるかどうか判断し、発振続行時にはステップ３０５に戻り、発光強度計測結果を考慮して次回の発光強度計算を行う。発振終了時にはステップ３１０へ進み、一連の発光回数を記憶し、次回のレーザ発振時のパラメータとして使用する。
【００２１】
図４は、図３のステップ３０１における各充電電圧、発振周波数毎の経過パルス数と発光強度の関係を示した基本テーブル作成ルーチンのフローチャートである。
【００２２】
まず、ステップ４０１とステップ４０２で求める出力曲線のレーザ充電電圧と発振周波数を決め、ステップ４０３でレーザの発振を開始する。そして、ステップ４０４で発光強度を計測し、ステップ４０５で経過パルス数と共に計測結果を記録する。ステップ４０６でレーザの発振周波数を変え、再び計測を行うかどうかを判断し、計測を行うのであればステップ４０２からのステップを繰り返し、計測を行わないのであれば、ステップ４０７で次のレーザ充電電圧で計測を行うかどうかを判断する。充電電圧を変えて計測を行うのであれば再びステップ４０１から繰り返し、計測を行わないのであれば主ルーチン（図３のフロー）の後のステップに移行する。
【００２３】
この充電電圧毎の出力曲線の精度は、レーザの出力制御性能に大きな影響を及ぼすので、各周波数、充電電圧毎に複数回計測を行いその結果を平均するなどして、出力曲線の精度を高める必要がある。
【００２４】
さらにレーザの発振特性はレーザの発振周波数によっても変化するので、本実施例に示すように発振周波数を変化させて、いくつかの周波数における出力曲線を作成し、レーザの発振周波数が変化した場合に対処できるようにしておくことが望ましい。
【００２５】
図４のフローにより作成した各充電電圧毎の出力曲線を用いて、図３によって作成した発振パターンテーブルを、コンソール部８により、グラフィカルにかつ、数値的に表示することもできる。
【００２６】
図５は、充電電圧毎の基本テーブルから、所望の次回の発光強度が得られる充電電圧を決定する、図３のステップ３０６におけるルーチンを示したフローチャートである。
【００２７】
ステップ５０１において発振停止間隔を、ステップ５０２において前回の発光数を考慮して、先に作成した基本テーブルを較正する。ステップ５０３で、図３におけるステップ３０５で決定された発光強度の目標出力線と、較正を行った基本テーブルとの交点を算出する。ステップ５０４において、ステップ５０３で求めた各交点を補間し、目標とする発光強度を実現する充電電圧テーブルを作成する。そしてステップ５０５において、ステップ５０４で求めた充電電圧テーブルから次回経過パルス数での充電電圧を求める。
【００２８】
発光強度Ｅと経過パルス数ｎの関係を示す基本テーブルが、
Ｅ＝ｆ（ｎ）
で表せるとする。
【００２９】
この時の発振停止間隔を考慮した基本テーブルの較正方法としては、例えば、発光停止時間Ｔ、経過パルス数と時間との相関係数βを用いて、
Ｅ＝ｆ（ｎ−βＴ）
のように１次式で経過パルス数を較正する方法、すなわち、
Ｅ＝ｆ（ｎ（Ｔ））
のように、経過パルス数ｎをそのレーザの特性にあった任意の関数ｎ（Ｔ）を用いて較正する方法が考えられる。
【００３０】
また、前回の発光数を考慮した時の基本テーブルの較正方法としては、例えば、発光数Ｎ、発光強度と前回発光数との相関係数γを用いて、
Ｅ＝ｆ（ｎ）／（γＮ）
とする方法、すなわち、
Ｅ＝ｆ（ｎ）・ｇ（Ｎ）
のように、使用するレーザの前回の発光数と強度との関係を示す任意の関数ｇ（Ｎ）を求め、元の関数ｆ（ｎ）の係数を較正する方法が考えられる。
【００３１】
本実施例のレーザ制御装置により、経過パルス数に応じて最適な充電電圧を導出することができ、且つ発振停止間隔や前回の発光数等の発光強度特性を変化させるパラメータに応じて経過パルス数と発光強度の関係を示す基本テーブルを較正することができるため、正確に発光強度を制御できる。
【００３２】
次に、本発明のレーザ制御装置を有する走査型露光装置を図６に示す。
【００３３】
パルスレーザ光源６０１からの光束は、ビーム整形光学系６０２により所望の形状に整形され、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレータ６０３の光入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍に複数の２次光源が形成される。コンデンサレンズ６０４は、オプティカルインテグレータ６０３の２次光源からの光束でマスキングブレード６０６をケーラー照明している。ハーフミラー６０５より分割されたパルス光の一部は、第１露光量検出器６１４に指向される。マスキングブレード６０６とレチクル６０９は、結像レンズ６０７とミラー６０８により共役な関係に配置されており、マスキングブレード６０６の開口の形状によりレチクル６０９における照明領域の形と寸法が規定される。レチクル６０９における照明領域は、レチクル６０９の走査方向に短手方向を設定した長方形のスリット形状である。６１１は投影レンズであり、レチクル６０９に描かれた回路パターンをウエハ６１２に縮小投影している。ウエハステージ６１３上には第２露光量検出器６１５が配置されており、この第２露光量検出器６１５により光学系を介した際のレーザの露光量をモニタする事ができる。
【００３４】
６２０は制御部であり、本発明のレーザ制御装置としての機能を有している。６２１は、レチクルステージ６１０とウエハステージ６１３を投影レンズ６１０の倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるように制御するためのステージ駆動制御系である。６２２は露光量演算器であり、第１露光量検出器６１４及び第２露光量検出器６１５によって光電変換された電気信号を論理値に変換して主制御系６２４に送っている。レーザ制御系６２３は、所望の露光量に応じてトリガー信号及び放電電圧信号をパルスレーザ光源６０１に対して出力し、レーザ出力、及び発光間隔を制御する。トリガー信号及び放電電圧信号は、露光量演算器６２２からの照度モニター信号や、ステージ駆動制御系からのステージの現在位置信号、主制御系６２４からの履歴情報などのパラメータに基づいて発信される。６２４はステージ駆動制御系６２１、露光量演算器６２２、レーザ制御系６２３を統括制御する主制御系である。所望の露光量は、入力装置６２５に装置使用者が手動で、あるいは自動的に入力する。そして、第１露光量検出器６１４、第２露光量検出器６１５の検出結果は、表示部６２６に表示することが可能である。
【００３５】
本実施例の走査型露光装置においてスパイク現象などのレーザ発光強度のばらつきが原因で発生していた露光むらを精度よく解消することができる。また同時に、レーザ発振の初期段階からレーザ光を露光光として使用することができるので、露光過程の効率（スループット）の向上も図ることができる。
【００３６】
次に、本発明の走査型露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を説明する。
【００３７】
図７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル９）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６１２）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デバイスの動作確認テスト、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デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３８】
図８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６１２）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）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハ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）では上記走査型露光装置によってマスク（レチクル６０９）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。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、より正確な制御が可能なレーザ出力制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ出力制御装置である。
【図２】充電電圧毎の経過パルス数と発光強度の関係を示す図である。
【図３】本発明のレーザ出力制御のフローチャートである。
【図４】充電電圧毎の基本テーブル作成のルーチンを示したフローチャートである。
【図５】次回充電電圧を決定するルーチンを示したフローチャートである。
【図６】本発明のレーザ出力制御装置を有した走査型露光装置を示す図である。
【図７】半導体デバイスの製造工程を示す図である。
【図８】図７の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図である。
【図９】経過パルス数と発光強度の関係を示す図である。
【図１０】経過パルス数と発光強度の関係を示す図、及び発光強度を一定にすべくレーザに印加する充電電圧を示す図である。
【符号の説明】
１ パルスレーザ光源
２ ハーフミラー
３ センサ
４ 積分器
５ 可変アンプ
６ Ａ／Ｄコンバータ
７ 制御装置
８ コンソール部

Claims (7)

1. パルスレーザ光源のレーザ出力を発振毎に制御するレーザ出力制御装置において、
   前記パルスレーザ光源に印加する電圧を一定にしたときの発振開始からのパルス数とレーザ出力との対応関係を、前記電圧の複数の値それぞれに関して記憶する記憶手段と、
   目標のレーザ出力を得るための前記発振開始からのパルス数毎の前記電圧の値を、前記記憶手段に前記電圧の複数の値に関して記憶された複数の前記対応関係に基づいて算出する算出手段と
   を有することを特徴とするレーザ出力制御装置。
2. 前記記憶手段は、前記対応関係を、前記パルスレーザ光源の複数の発振周波数それぞれに関しても記憶していることを特徴とする請求項１記載のレーザ出力制御装置。
3. 前回のレーザ発振からの発振停止時間に応じて、前記記憶手段に記憶された前記対応関係を変化させることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ出力制御装置。
4. 前回のレーザ発振での発光数に応じて、前記記憶手段に記憶された前記対応関係を変化させることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ出力制御装置。
5. 前記レーザ出力を計測する計測手段をさらに有し、前記算出手段は、前記計測手段の計測結果にも基づいて前記電圧の値を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のレーザ出力制御装置。
6. パルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源のレーザ出力を制御する請求項１乃至５のいずれか記載のレーザ出力制御装置とを有し、前記パルスレーザ光源からの光で基板を露光することを特徴とする露光装置。
7. 請求項６記載の露光装置を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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