JPH08330681A

JPH08330681A - エキシマレーザの出力制御方法

Info

Publication number: JPH08330681A
Application number: JP7137860A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Hasegawa; 敬恭長谷川; Keiji Yoshimura; 圭司吉村; Hiroshi Kurosawa; 博史黒沢; Kunitaka Ozawa; 邦貴小澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】エキシマレーザにおいて、より高いレーザ出
力を得る。【構成】エキシマレーザの連続発光中に発光間隔をΔ
Ｔの振れ幅でランダムに変化させる。それにより定常状
態でのレーザ出力が、発光間隔一定の場合はＥ１であっ
たのに対し、Ｅ２にまで上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザの出力
制御方法に関するものであり、特に、半導体露光装置等
の光源に用いられるエキシマレーザの出力制御方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置や加工装置の光源として
放電励起型パルス発振エキシマレーザが用いられてい
る。従来、これらの装置でエキシマレーザを使用する場
合、一度の行程において数１０から数１００発のパルス
光を必要としていた。

【０００３】このパルス数を減らすにはエキシマレーザ
の出力を上げる必要があり、従来は、エキシマレーザの
放電電圧を上げることにより出力を上げていた。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、放
電電圧を上げることによる出力向上には自ずと限界があ
り、レーザ出力の変動幅に制限があった。

【０００５】また、エキシマレーザは、発光開始直後に
おいて放電を支配するガスや電極の状態が過渡的に変化
するため、図１４に示すように、発光開始時においてエ
ネルギが大きく、その後徐々に減少していく現象（スパ
イク現象）が見られる。従来の装置では、放電電圧を制
御し、このスパイク現象を低減させ、各パルス光毎に安
定した出力を得ていた。

【０００６】この方法では低放電電圧による制御が必要
となるが、放電電圧と出力のばらつきの関係は図１３に
示すように放電電圧が低くなるにつれて、出力ばらつき
が大きくなる。したがって、スパイク現象を完全に除去
することは難しいといった問題があった。

【０００７】従来は、スパイク現象が、図１４に示すよ
うに発光開始時にのみ発生する現象であると考えられて
いたのに対し、本発明は、本出願人が、図１２に示すよ
うにレーザの連続発光中においても、スパイク現象を発
生させることができることを実験により確認したことに
起因する。

【０００８】発光開始からの発光間隔を、図１２（ａ）
に示すように設定した場合、レーザの出力は図１２
（ｂ）のように変化する。このことから、レーザの定常
状態へ向かおうとする現象を乱すよう発光間隔を制御す
ることによって、レーザが連続発光中であるにも関わら
ず、スパイク現象を発生させることが可能であるとわか
った。

【０００９】本発明の目的は、このスパイク現象をレー
ザの連続発光中に発生させる現象を利用して、パルス毎
の平均出力が高く、且つ安定した出力を発するエキシマ
レーザの出力制御方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本願第１発明は、発光時間の間隔が一定の場
合よりも１パルス当りの平均レーザ出力を高くするよ
う、発光時間の間隔を制御することを特徴とするエキシ
マレーザの出力制御方法である。

【００１１】この出力制御方法により、放電電圧のみで
レーザ出力を制御する場合よりも、１パルス当りのレー
ザ出力が上がる。

【００１２】本願第２発明は、発光時間の間隔が一定の
場合よりも１パルス当りの平均レーザ出力を高くするよ
う、発光時間の間隔を制御する発光時間制御手段を有す
ることを特徴とするエキシマレーザである。

【００１３】本願第３発明は、本願第２発明のエキシマ
レーザを光源として用いたことを特徴とする露光装置で
ある。

【００１４】本願第４発明は、エキシマレーザを光源と
して有する露光装置において、前記エキシマレーザの発
光時間の間隔が一定の場合よりも１パルス当りの平均レ
ーザ出力を高くするよう、発光時間の間隔を制御する発
光時間制御手段を有することを特徴とする露光装置であ
る。

【００１５】本願第５発明は、本願第３、第４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
バイス製造方法である。

【００１６】本願第６発明は、本願第２発明のエキシマ
レーザを用いて加工することを特徴とする加工装置であ
る。

【００１７】本願第７発明は、エキシマレーザを用いて
加工する加工装置において、前記エキシマレーザの発光
時間の間隔が一定の場合よりも１パルス当りの平均レー
ザ出力を高くするよう、発光時間の間隔を制御する発光
時間制御手段を有することを特徴とする加工装置であ
る。

【００１８】本願第２発明のエキシマレーザ、本願第
３、第４発明の露光装置、本願第６、第７発明の加工装
置により、従来と同じ作業をする場合、レーザ出力が上
がるため発光パルス数を減らすことができ、消耗品の寿
命を延ばすことができる。

【００１９】本願第５発明のデバイスの製造方法によ
り、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶デバイス、
ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを正
確に、高スループットで製造することができる。

【００２０】

【実施例】

（第１の実施例）図１は本発明の出力制御方法を適用し
たエキシマレーザの概略図である。

【００２１】エキシマレーザ発振器１から発生したレー
ザ光の一部はビームスプリッタ２で反射され、検出器３
に入射する。レーザ出力に応じた光電信号を検出器３は
出力し、コントローラ４でパルス毎のレーザ出力が求め
られる。また、コントローラ４は、放電電圧とレーザ出
力との関係を記憶しておく記憶回路を有しており、レー
ザ電源装置５に対して放電電圧に関する指令信号を出力
する。レーザ電源装置５は、コントローラ４の指令信号
に基づく放電電圧をレーザ発振器内部の放電回路に与え
る。ビームスプリッタ２を透過したレーザ光は、その光
路中に進退可能なシャッタ６によって遮断することがで
きる。

【００２２】レーザの基準発光間隔、放電電圧、目標レ
ーザ出力、発光パルス数等のパラメータを外部コマンド
取り込みポート７に接続された外部機器から読み出し、
またはコンソール８へ直接入力し、その値に応じて発光
間隔、放電電圧をコントローラ４が制御する。

【００２３】本実施例のエキシマレーザは、コントロー
ラ４自身が発光間隔一定のモードと、発光間隔を任意に
変え、レーザ出力を上げることのできる発光間隔可変モ
ードを有しており、状況に応じてこれらのモードを切り
替えて制御することができるが、外部コマンド取り込み
ポート７に接続された外部の制御手段により、前述の２
種のモードが切り替えられるようにしてもよい。

【００２４】また、検出器３によって検出された予定さ
れたレーザ出力と検出器３によって検出された実測値と
に誤差がある場合、放電電圧や発光間隔等のレーザ出力
を制御するパラメータに補正をかければ、より正確にレ
ーザ出力を制御できる。

【００２５】次に本発明の最も特徴的な部分である発光
間隔の制御方法についてに示す。

【００２６】図２に示すように、ある基準発光間隔Ｔ
１、振れ幅ΔＴとして、Ｔ１−ΔＴからＴ１＋ΔＴの間
で発光開始からのレーザの発光間隔を乱数的に変化させ
る。このように発光間隔を無作為に変化させ、レーザの
定常状態へ向かおうとする現象を乱すことにより、図３
に示すようにレーザの出力を発光間隔一定の場合の安定
値Ｅ１に対して、安定値Ｅ２に上昇させることが可能に
なる。

【００２７】また、ΔＴとレーザ出力の増加量ΔＥ（＝
Ｅ２−Ｅ１）に関しては図４に示すような関係があり、
レーザ出力の制御は、従来行っていた放電電圧の制御だ
けでなく発光間隔の制御によっても可能であることが分
かる。したがって、指定されたパルス数に対して、放電
電圧制御により所望の光量を得ることができない場合
に、発光間隔の制御を行うことにより所望の光量を得る
ことができる。

【００２８】図１４に示すような発光間隔一定、放電電
圧一定の場合、レーザの放電電圧によっても異なるが、
定常状態に入った後のレーザ出力Ｅ１の値は、スパイク
現象のピーク出力Ｅｍａｘの値の４０％から８０％であ
る。それに対して、発光間隔を乱数的に変化させる本実
施例の出力制御方法を用いた場合、Ｅ２の値は最大でＥ
ｍａｘの値の９０％近くまで上昇させることができる。
これは、連続発振の後、十分にレーザを休止させた場合
についてであり、休止時間が短ければＥｍａｘの値が減
少するので、それに応じてＥ２のＥｍａｘに対する比率
は高くなり、休止時間がある程度短くなればスパイク現
象をなくすことも可能になる。

【００２９】本実施例では、無作為に発光間隔を変化さ
せることによりレーザ出力を上昇させたが、図５に示す
ように、２種類の発光間隔（Ｔ３、Ｔ４）を各パルス光
毎に交互に変化させる方法や、数パルス毎に発光間隔を
変える方法、そして、発光間隔を２値の間で徐々に変化
させる方法等によっても、同様にレーザ出力を上昇させ
ることができる。

【００３０】また、図６に示すような発光間隔と平均レ
ーザ出力の関係を求め、同じレーザ出力が得られ、且つ
発光間隔が異なるＴ５、Ｔ６を用いて、図５に示すよう
な発光間隔の制御を行うと、発光間隔を無作為に変化さ
せた場合に比べ、レーザ出力のばらつきが少なく、且つ
高いレーザ出力を得ることが可能になる。

【００３１】（第２の実施例）図７は、本発明のレーザ
出力制御方法を半導体デバイス等の製造用の露光装置
（ステッパ）に適用した場合の概略図である。

【００３２】エキシマレーザ１０１からの光束は、ビー
ム整形光学系１０２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１０３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１０４
は、オプティカルインテグレータ１０３の２次光源から
の光束でマスキングブレード１０６をケーラー照明して
いる。ハーフミラー１０５より分割されたパルス光の一
部は、第１露光量検出器１１４に指向される。マスキン
グブレード１０６とレチクル１０９は、結像レンズ１０
７とミラー１０８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１０６の開口の形状によりレチクル
１０９における照明領域の形と寸法が規定される。１１
１は投影光学系であり、レチクル１０９に描かれた回路
パターンをウエハ１１２に縮小投影している。レチクル
１０９はレチクルステージ１１０に固定され、投影光学
系１１１を介してウエハステージ１１３上に固定された
ウエハ１１２に対してアライメントされる。ウエハステ
ージ１１３上には第２露光量検出器１１５が配置されて
おり、この第２露光量検出器１１５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。

【００３３】２０１は、レチクルステージ１１０とウエ
ハステージ１１３を駆動制御するためのステージ駆動制
御系である。２０２は露光量演算器であり、第１露光量
検出器１１４及び第２露光量検出器１１５からの信号に
基づいて露光量を演算する。レーザ制御系２０３は、所
望の露光量に応じてトリガー信号３０１、放電電圧信号
３０２をエキシマレーザ１０１に対して出力し、レーザ
出力、及び発光間隔を制御する。この時、所望の露光量
を得るために、第１露光量検出器１１４及び第２露光量
検出器１１５の検出結果に基づいて、トリガー信号３０
１、放電電圧信号３０２に補正を加えれば、より正確に
所望のレーザ出力を得ることができる。制御できる。ト
リガー信号３０１、放電電圧信号３０２は、露光量演算
器２０２からの照度モニター信号３０３や、ステージ駆
動制御系からのステージの現在位置信号３０４，主制御
系２０４からの履歴情報などのパラメータに基づいて発
振される。２０４はステージ駆動制御系２０１、露光量
演算器２０２、レーザ制御系２０３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２０５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１１４、第２露光量検出器１１５の検出
結果は、表示部２０６に表示することが可能である。

【００３４】第１の実施例に示したレーザ出力制御方法
をレーザ制御系２０３に組み込むことで、従来のエキシ
マレーザを用いても、第１の実施例と同様の効果がステ
ッパ側の制御により可能になる。

【００３５】本発明の出力制御方法をステッパに用いる
場合、スループット、及び目標積算露光量に応じて、レ
ーザの発光間隔、発光パルス数を決定する必要がある。
スループットの指定がない場合は、露光パルス数が少な
くて済むよう、発光間隔の振れ幅ΔＴを図４に示すΔＴ
ｍａｘに設定し、可能な限り高いレーザ出力が得られる
よう制御するのがよい。スループットを優先させる場合
は、基準発光間隔と発光間隔の振れ幅によるエネルギの
増加量との関係から発光間隔を制御する。例えば、発光
間隔の短い２値の間で発光間隔を制御するといった方法
がある。

【００３６】（第３の実施例）次に、本発明を走査型露
光装置に適用した実施例を説明する。

【００３７】本実施例の走査型露光装置は、第２の実施
例に示した図７の露光装置と同様の系において実現可能
である。

【００３８】走査型露光装置においては、ステージ駆動
制御系２０１が、レチクルステージ１１０とウエハステ
ージ１１３を投影光学系１１１の倍率と同じ比率で同期
させながら駆動することにより、マスキングブレード１
０６によって形成された長方形の照明領域の短手方向に
レチクル１０９及びウエハ１１２を走査し、照明領域よ
りも広い露光領域を露光する、という点がステッパとは
異なる。

【００３９】本実施例の処理内容を図８の露光量制御フ
ローに示す。

【００４０】まず、ステップ１において、装置使用者が
所望の露光むら、スループット等を入力装置２０５に入
力する。あるいは、予め決められたプログラムにしたが
って、自動的に露光むら、スループット等の数値が入力
装置２０５に入力される。

【００４１】次に、ステップ２において、ステップ１で
入力された値に対応した発光間隔を導出する。発光間隔
の振れ幅をΔＴとした時、 ΔＴ＝ｆ（σｐ、Ｔ）（１）と表せる。ここで、σｐ：露光むらの標準偏差、Ｔ：基
準発光間隔（スループットから決定）である。

【００４２】この式（１）から、露光に関するノイズ成
分（レーザの出力誤差、計測誤差、ステージの位置誤差
等）を加味して、所望の露光むらを満たす振れ幅ΔＴを
求める。この振れ幅ΔＴ内で、発光間隔は図２に示すよ
うに乱数的に決定される。

【００４３】次にステップ３について説明する。走査型
露光装置においては、露光むらを抑えるため安定した出
力を得る必要がある。そのため、本発明の出力制御方法
を適用するには、発光間隔を変化させることによりエネ
ルギが増加することを考慮に入れた制御が必要となる。
そこで本実施例の装置は、ステップ３において、図９に
示すような、スパイク現象を考慮に入れ、一定のレーザ
出力を得るためのパルス数と放電電圧との関係のテーブ
ル、もしくは関数を、発光間隔の振れ幅ΔＴによるレー
ザ出力の増加分を見込んで補正している。振れ幅ΔＴと
レーザ出力の増加分の間には、前述したように図４に示
したような相関がある。

【００４４】ステップ４では露光むらを検証するか、否
かの判定をする。

【００４５】検証する場合には、ステップ５において、
ウエハステージ１１３上に設けられた第２露光量検出器
１１５により、実際にウエハ１１２に露光を行う前に、
実際に生じるであろう露光むらを測定する。表示部２０
６に測定結果を表示することにより所望の露光むらを満
たしているかが検証できる。

【００４６】ステップ６において、実際にウエハ１１２
に露光を開始する。

【００４７】本実施例では、無作為に発光間隔を変化さ
せる方法でレーザ出力を上昇させた。それに対し図５に
示すような、ある発光間隔Ｔ３，Ｔ４を交互に変化させ
ることにより、過渡状態を作り出し、レーザ出力を上昇
させる方法も適用できる。

【００４８】この場合、発光間隔の振れ幅ΔＴが ΔＴ＝ｆ２（σｐ、Ｔ）（２）と表せ、この関係から発光間隔を決定する。

【００４９】他にも、数パルス毎に発光間隔を変える方
法、発光間隔を２値の間で徐々に変化させる方法等によ
っても、同様の効果が得られる。

【００５０】（第４の実施例）次に、第２、第３の実施
例の露光装置を使用した半導体装置の製造方法の実施例
を説明する。図１０は半導体装置（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１１（回路設計）では半導体装置の回路設
計を行う。ステップ１２（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（レチクル１０９）を制作
する。一方、ステップ１３（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１１２）を製造する。
ステップ１４（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１５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１
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１６（検査）ではステップ１５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１７）される。

【００５１】図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ２１（酸化）ではウエハ（ウエハ１
１２）の表面を酸化させる。ステップ２２（ＣＶＤ）で
はウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ２３（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２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打
ち込む。ステップ２５（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２６（露光）では
上記投影露光装置によってマスク（レチクル１０９）の
回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ２７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ２８
（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２９（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。

【００５２】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素子を製造することが可能に
なる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、エキシマレーザに
本発明の出力制御方法を用いれば、１パルス当りのレー
ザ出力が上昇する。

【図面の簡単な説明】

【図１】エキシマレーザの概略図である。

【図２】パルス数と発光間隔の関係を表す図である。

【図３】本発明の出力制御方法を使用した場合のパルス
数とレーザ出力の関係を表す図である。

【図４】発光間隔の振れ幅とレーザ出力増加量の関係を
示す図である。

【図５】パルス数と発光間隔の関係を表す図である。

【図６】発光間隔と平均レーザ出力の関係を表す図であ
る。

【図７】露光装置の概略図である。

【図８】第３の実施例の露光量制御フローチャートであ
る。

【図９】レーザ出力一定にするためのパルス数と放電電
圧の関係を表す図である。

【図１０】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図１１】図１０の工程中のウエハプロセスの詳細を示
す図である。

【図１２】レーザの連続発振中にスパイク現象が生じる
様子を示した図である。

【図１３】放電電圧とレーザ出力のばらつきの関係を表
す図である。

【図１４】従来のエキシマレーザのパルス数とレーザ出
力の関係を表した図である。

【符号の説明】

１エキシマレーザ発振器２ビームスプリッタ３検出器４コントローラ５レーザ電源装置６シャッタ７外部コマンド取り込みポート８コンソール１０１エキシマレーザ１０２ビーム整形光学系１０３オプティカルインテグレータ１０４コンデンサレンズ１０５ハーフミラー１０６マスキングブレード１０７結像レンズ１０８ミラー１０９レチクル１１０レチクルステージ１１１投影光学系１１２ウエハ１１３ウエハステージ１１４第１露光量検出器１１５第２露光量検出器２０１ステージ駆動制御系２０２露光量演算器２０３レーザ制御系２０４主制御系２０５入力装置２０６表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小澤邦貴神奈川県川崎市中原区今井上町53番地キヤノン株式会社小杉事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光時間の間隔が一定の場合よりも１パ
ルス当りの平均レーザ出力を高くするよう、発光時間の
間隔を制御することを特徴とするエキシマレーザの出力
制御方法。
【請求項２】発光時間の間隔が一定の場合よりも１パ
ルス当りの平均レーザ出力を高くするよう、発光時間の
間隔を制御する発光時間制御手段を有することを特徴と
するエキシマレーザ。
【請求項３】発光時間の間隔を一定に保つ手段を有
し、該発光時間の間隔を一定に保つ手段と、前記発光時
間制御手段とを切り替える手段を有することを特徴とす
る請求項２記載のエキシマレーザ。
【請求項４】レーザ出力を検出するレーザ出力検出手
段を有し、前記レーザ出力検出手段が検出した検出結果
に基づいて、レーザ出力を制御することを特徴とする請
求項２、３記載のエキシマレーザ。
【請求項５】請求項２乃至４記載のエキシマレーザを
光源として用いたことを特徴とする露光装置。
【請求項６】エキシマレーザを光源として有する露光
装置において、前記エキシマレーザの発光時間の間隔が
一定の場合よりも１パルス当りの平均レーザ出力を高く
するよう、発光時間の間隔を制御する発光時間制御手段
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項７】レーザ出力を検出するレーザ出力検出手
段を有し、前記レーザ出力検出手段が検出した検出結果
に基づいて、レーザ出力を制御することを特徴とする請
求項６記載の露光装置。
【請求項８】前記発光時間制御手段は、露光時間が最
短となるよう発光時間の間隔を制御することを特徴とす
る請求項５乃至７記載の露光装置。
【請求項９】前記発光時間制御手段は、各パルス光毎
のレーザ出力がほぼ一定となるよう発光時間の間隔を制
御することを特徴とする請求項５乃至８記載の露光装
置。
【請求項１０】走査型露光装置であることを特徴とす
る請求項５乃至９記載の露光装置。
【請求項１１】請求項５乃至１０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製造
方法。
【請求項１２】請求項２乃至４記載のエキシマレーザ
を用いて加工することを特徴とする加工装置。
【請求項１３】エキシマレーザを用いて加工する加工
装置において、前記エキシマレーザの発光時間の間隔が
一定の場合よりも１パルス当りの平均レーザ出力を高く
するよう、発光時間の間隔を制御する発光時間制御手段
を有することを特徴とする加工装置。
【請求項１４】レーザ出力を検出するレーザ出力検出
手段を有し、前記レーザ出力検出手段が検出した検出結
果に基づいて、レーザ出力を制御することを特徴とする
請求項１３記載の加工装置。