JPH08335546A

JPH08335546A - 照明方法及び照明装置及びそれを用いた走査型露光装置

Info

Publication number: JPH08335546A
Application number: JP7140569A
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: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】被照明領域を均一に照明することのできる照
明方法を提供する。【構成】レーザ制御系１０３は、所望の露光量に応じ
てトリガー信号２０１、放電電圧信号２０２をエキシマ
レーザ１に対して出力し、レーザ出力、及び発光間隔を
制御する。具体的には、発光間隔の短い時にはレーザ出
力を低く、すなわち放電電圧を低く、発光間隔が長い時
にはレーザ出力を高く、すなわち放電電圧を高くするよ
うに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザにより
物体を照明する照明方法に関するものであり、特に、こ
の照明方法を用いた走査型露光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光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。従来のエ
キシマレーザを光源として用いた露光装置では、所望の
露光量を得るために数１０から数１００発のパルス光を
必要としていた。

【０００３】露光効率を向上させるためには露光に要す
るパルス数を減らす必要がある。従来は、露光に要する
パルス数を減らすため、エキシマレーザの放電電圧を上
げることにより単位パルス当りのレーザ出力を上げてい
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】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１２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。

【０００６】従来は、スパイク現象が発光開始時にのみ
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、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本出願人が実験により確認
したことに起因する。

【０００７】発光開始からの発光間隔を、図１１（ａ）
に示すように設定した場合、レーザの出力は図１１
（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。

【０００８】この現象を露光装置に適用すれば、レーザ
出力を発光間隔の制御によって上昇させることが可能に
なり、露光効率が向上する。しかしながら、走査型露光
装置において単純に発光間隔を変化させただけでは、照
射パルス数の異なる露光領域が存在することになり、か
えって露光むらが悪化する要因にもなり得る。

【０００９】本発明は、発光間隔を制御することによ
り、レーザ出力が上昇する現象を走査型露光装置に適用
しても、均一に露光領域を照明することができる照明方
法を提供することを目的とする。

【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、エキシマレーザより発した
複数のパルス光が順次形成する照明領域を物体に対して
相対的に走査することにより、前記照明領域を前記物体
上で相対的に変位させながら重ね合わせ、前記照明領域
よりも広い領域を照明する照明方法において、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し、制御された
発光時間の間隔に応じて、レーザ出力を制御することを
特徴とする照明方法である。

【００１１】本願第２発明は、本願第１発明の照明方法
を用いて照明を行うことを特徴とする照明装置である。

【００１２】本願第３発明は、エキシマレーザと、該エ
キシマレーザより発した複数のパルス光が順次形成する
照明領域を物体に対して相対的に走査する走査手段とを
有し、前記照明領域を前記物体上で相対的に変位させな
がら重ね合わせ、前記照明領域よりも広い領域を照明す
る照明装置において、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間隔制御手段を有し、制御され
た発光時間の間隔に応じて、レーザ出力を制御するレー
ザ出力制御手段を有することを特徴とする照明装置であ
る。

【００１３】本願第１発明の照明方法及び本願第２、第
３発明の照明装置により物体を均一に照明することがで
きる。

【００１４】本願第４発明は、本願第２、第３発明の照
明装置を有することを特徴とする走査型露光装置であ
る。

【００１５】本願第５発明は、エキシマレーザと、該エ
キシマレーザより発した複数のパルス光が順次形成する
照明領域をマスク及びウエハに対して相対的に走査する
走査手段とを有し、前記照明領域を前記マスク及びウエ
ハ上で変位させながら重ね合わせ、前記照明領域よりも
広い領域を照明する走査型露光装置において、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間隔制
御手段を有し、制御された発光時間の間隔に応じて、レ
ーザ出力を制御するレーザ出力制御手段を有することを
特徴とする走査型露光装置である。

【００１６】本願第６発明は、本願第４、第５発明の走
査型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。

【００１７】本願第４、第５発明の走査型露光装置及び
本願第６発明のデバイス製造方法により、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製造すること
ができる。

【００１８】本願第７発明は、本願第２、第３発明の照
明装置を有することを特徴とする加工装置である。

【００１９】本願第８発明は、エキシマレーザと、該エ
キシマレーザより発した複数のパルス光が順次形成する
照明領域を被加工物に対して相対的に走査する走査手段
とを有し、前記照明領域を前記被加工物上で変位させな
がら重ね合わせ、前記照明領域よりも広い領域を照明
し、前記被加工物を加工する加工装置において、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間隔
制御手段を有し、制御された発光時間の間隔に応じて、
レーザ出力を制御するレーザ出力制御手段を有すること
を特徴とする加工装置である。

【００２０】本願第７、第８発明の加工装置により被加
工物を正確に加工することができる。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す概略図であ
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製
造する際に用いる露光装置を示す。

【００２２】エキシマレーザ１からの光束は、ビーム整
形光学系２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３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４は、オプティカル
インテグレータ３の２次光源からの光束でマスキングブ
レード６をケーラー照明している。ハーフミラー５より
分割されたパルス光の一部は、第１露光量検出器１４に
指向される。マスキングブレード６とレチクル９は、結
像レンズ７とミラー８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６の開口の形状によりレチクル
９における照明領域の形と寸法が規定される。レチクル
９における照明領域は、レチクル９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。１１は投影
光学系であり、レチクル９に描かれた回路パターンをウ
エハ１２に縮小投影している。ウエハステージ１３上に
は第２露光量検出器１５が配置されており、この第２露
光量検出器１５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。

【００２３】１０１は、レチクルステージ１０とウエハ
ステージ１３を投影光学系１１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。１０２は露光量演算器であり、第１
露光量検出器１４及び第２露光量検出器１５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１０
４に送っている。レーザ制御系１０３は、所望の露光量
に応じてトリガー信号２０１、放電電圧信号２０２をエ
キシマレーザ１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２０１、放電電圧信号２
０２は、露光量演算器１０２からの照度モニター信号２
０３や、ステージ駆動制御系からのステージの現在位置
信号２０４，主制御系１０４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。１０４はステージ駆動制
御系１０１、露光量演算器１０２、レーザ制御系１０３
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１０５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１４、第２露光量検
出器１５の検出結果は、表示部１０６に表示することが
可能である。

【００２４】本実施例の処理内容を図２の露光量制御フ
ローに示す。

【００２５】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１０５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１０５に入力される。

【００２６】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。

【００２７】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３（ａ）に
示すように乱数的に決定される。

【００２８】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４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。

【００２９】次にステップ３について説明する。

【００３０】本来、走査型露光装置においては、露光む
らを抑えるため一定のレーザ出力で露光を行う必要があ
る。しかしながら、本発明のように発光間隔を変化させ
る場合には、露光領域の場所によって照射されるパルス
数が異なるため、一定のレーザ出力で露光を行っては露
光むらが生じてしまう。そこでステップ３では、ステッ
プ２において決定された発光間隔に応じて放電電圧を制
御し、露光領域における積算露光量が均一になるよう制
御する。

【００３１】図３（ａ）のように発光間隔が変化した場
合には、図３（ｂ）に示すようにレーザ出力を制御す
る。具体的には、発光間隔の短い時にはレーザ出力を低
く、発光間隔が長い時にはレーザ出力を高くするように
制御する。図３（ｂ）のレーザ出力を得るために、図５
に示した放電電圧とレーザ出力の関係、及び図６に示し
た発光間隔の振れ幅とレーザ出力の増加量の関係を用い
る。まず、図３（ａ）のように発光間隔を変化させたこ
とによるレーザ出力増加量ΔＥを図６の関係から求め
る。そして、図３（ｂ）に示すｎパルス目の目標レーザ
出力ＥｎからΔＥを差し引き、図５に示した発光間隔を
変化させない場合の放電電圧とレーザ出力の関係からｎ
パルス目の放電電圧Ｖｎを次式から決定する。

【００３２】Ｖｎ＝ｆ（Ｅ），Ｅ＝Ｅｎ−ΔＥ（２）ここで、ｆ（Ｅ）は図５の関係を多項式等で近似した関
数である。

【００３３】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。

【００３４】検証する場合には、ステップ５において、
ウエハステージ１３上に設けられた第２露光量検出器１
５により、実際にウエハ１２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１０６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。

【００３５】ただし、図５、図６の示した関係が基準発
光間隔によって異なる場合が存在し、これが原因となっ
て露光むらが生ずることがある。このような場合、使用
する基準発光間隔に対応して、図５、６の関係を更新す
る必要がある。

【００３６】例えば、基準発光間隔に応じた何種類かの
図５、図６の関係を用意しておき、使用する基準発光間
隔に対応した適当な図５、６の関係を選択する方法や、
レーザ出力を第１露光量検出器１４で計測しつつ、各パ
ルス光の目標レーザ出力を図３（ｂ）のように設定し
て、前回の発光以前の放電電圧に対するレーザ出力の関
係からフィードバック制御する方法等がある。

【００３７】このような方法を選択して使用、若しくは
併用することにより、安定した積算露光を行うことが可
能である。

【００３８】ステップ６において、実際にウエハ１２に
露光を開始する。

【００３９】このように、レーザの発光間隔に応じて放
電電圧を制御することにより、露光むらを最小限に抑
え、露光を行うことができる。

【００４０】本実施例では、乱数的に発光間隔を変化さ
せ、レーザの定常状態を乱すことによりレーザ出力を上
昇させたが、図７に示すように、２種類の発光間隔（Ｔ
１、Ｔ２）を各パルス光毎に交互に変化させると同時に
放電電圧を発光間隔に応じて制御することで、前述の実
施例と同様の効果が得られる。また、図８に示すような
数パルス毎に発光間隔を矩形的に変える方法、そして、
発光間隔を２値の間で徐々に変化させる方法等でも放電
電圧を制御することにより、前述の実施例と同様の効果
が得られる。

【００４１】発光間隔を図８（ａ）のように矩形的に変
化させた場合には、図１１（ｂ）に示したように、レー
ザが連続発光中であってもスパイク現象が生じる。この
連続発光中のスパイク現象を低減させるため、図８
（ｂ）に示すような放電電圧制御を行う。これによっ
て、ウエハ１２を均一に露光することができる。

【００４２】次に、本発明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９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９）を製作する。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１２）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１４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。

【００４３】図１０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
２）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。

【００４４】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。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、エキシマレーザを
光源に用いた本発明の照明方法によれば、レーザ出力が
向上し、且つ物体を均一に照明することができる。ま
た、この照明方法を走査型露光装置に適用すれば、ウエ
ハを効率よく、均一に露光することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査型露光装置の概略図である。

【図２】露光量制御フローチャートである。

【図３】均一に露光するための発光間隔とレーザ出力の
関係を示す図である。

【図４】本発明を適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５】発光間隔を変化させない場合の放電電圧とレー
ザ出力の関係を表す図である。

【図６】発光間隔の振れ幅とレーザ出力の増加量の関係
を表す図である。

【図７】発光間隔と放電電圧の関係を示す図である。

【図８】発光間隔と放電電圧の関係を表す図である。

【図９】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図１０】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１１】レーザの連続発光中にスパイク現象が生じる
様子を示した図である。

【図１２】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２ビーム整形光学系３オプティカルインテグレータ４コンデンサレンズ５ハーフミラー６マスキングブレード７結像レンズ８ミラー９レチクル１０レチクルステージ１１投影光学系１２ウエハ１３ウエハステージ１４第１露光量検出器１５第２露光量検出器１０１ステージ駆動制御系１０２露光量演算器１０３レーザ制御系１０４主制御系１０５入力装置１０６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】エキシマレーザより発した複数のパルス
光が順次形成する照明領域を物体に対して相対的に走査
することにより、前記照明領域を前記物体上で相対的に
変位させながら重ね合わせ、前記照明領域よりも広い領
域を照明する照明方法において、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し、制御された発光時間の間
隔に応じて、レーザ出力を制御することを特徴とする照
明方法。
【請求項２】前記エキシマレーザの放電電圧を制御す
ることにより前記レーザ出力を制御することを特徴とす
る請求項１記載の照明方法。
【請求項３】請求項１、２記載の照明方法を用いて照
明を行うことを特徴とする照明装置。
【請求項４】エキシマレーザと、該エキシマレーザよ
り発した複数のパルス光が順次形成する照明領域を物体
に対して相対的に走査する走査手段とを有し、前記照明
領域を前記物体上で相対的に変位させながら重ね合わ
せ、前記照明領域よりも広い領域を照明する照明装置に
おいて、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
御する発光間隔制御手段を有し、制御された発光時間の
間隔に応じて、レーザ出力を制御するレーザ出力制御手
段を有することを特徴とする照明装置。
【請求項５】前記レーザ出力制御手段は、前記エキシ
マレーザの放電電圧を制御する放電電圧制御手段である
ことを特徴とする請求項４記載の照明装置。
【請求項６】前記レーザ出力と前記放電電圧の関係を
記憶する記憶手段と、前記レーザ出力を検出するレーザ
出力検出手段とを有し、該レーザ出力検出手段の検出結
果に応じて、前記記憶手段に記憶している前記レーザ出
力と前記放電電圧の関係を変更することを特徴とする請
求項３乃至５記載の照明装置。
【請求項７】請求項３乃至６記載の照明装置を有する
ことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項８】エキシマレーザと、該エキシマレーザよ
り発した複数のパルス光が順次形成する照明領域をマス
ク及びウエハに対して相対的に走査する走査手段とを有
し、前記照明領域を前記マスク及びウエハ上で変位させ
ながら重ね合わせ、前記照明領域よりも広い領域を照明
する走査型露光装置において、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間隔制御手段を有し、
制御された発光時間の間隔に応じて、レーザ出力を制御
するレーザ出力制御手段を有することを特徴とする走査
型露光装置。
【請求項９】前記レーザ出力制御手段は、前記エキシ
マレーザの放電電圧を制御する放電電圧制御手段である
ことを特徴とする請求項８記載の走査型露光装置。
【請求項１０】前記レーザ出力と前記放電電圧の関係
を記憶する記憶手段と、前記レーザ出力を検出するレー
ザ出力検出手段とを有し、該レーザ出力検出手段の検出
結果に応じて、前記記憶手段に記憶している前記レーザ
出力と前記放電電圧の関係を変更することを特徴とする
請求項８、９記載の走査型露光装置。
【請求項１１】請求項７乃至１０記載の走査型露光装
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３乃至６記載の照明装置を有す
ることを特徴とする加工装置。
【請求項１３】エキシマレーザと、該エキシマレーザ
より発した複数のパルス光が順次形成する照明領域を被
加工物に対して相対的に走査する走査手段とを有し、前
記照明領域を前記被加工物上で変位させながら重ね合わ
せ、前記照明領域よりも広い領域を照明し、前記被加工
物を加工する加工装置において、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間隔制御手段を有
し、制御された発光時間の間隔に応じて、レーザ出力を
制御するレーザ出力制御手段を有することを特徴とする
加工装置。
【請求項１４】前記レーザ出力制御手段は、前記エキ
シマレーザの放電電圧を制御する放電電圧制御手段であ
ることを特徴とする請求項１３記載の加工装置。
【請求項１５】前記レーザ出力と前記放電電圧の関係
を記憶する記憶手段と、前記レーザ出力を検出するレー
ザ出力検出手段とを有し、該レーザ出力検出手段の検出
結果に応じて、前記記憶手段に記憶している前記レーザ
出力と前記放電電圧の関係を変更することを特徴とする
請求項１３、１４記載の加工装置。