JPH10275951A - レーザ光源の寿命判定方法 - Google Patents
レーザ光源の寿命判定方法Info
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Abstract
光光源に用いた露光装置におけるレーザ光源の寿命判定
方法を提供することを目的とする。 【解決手段】パルス光を遮断してエキシマレーザ光源1
0を単体で発振させ、レエキシマーザ光源10から、イ
ンターフェース7を介してエキシマレーザ光源10およ
びその構成部品の経時変化を把握するための複数のパラ
メータについてのデータを取得し、当該データに基づい
てエキシマレーザレーザ光源10の寿命を判定する。当
該データは、エキシマレーザ光源10のガス交換時に付
随して定期的に取得される。
Description
表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等の製造におけるフ
ォトリソグラフィ工程で使用される露光装置の露光光源
に用いられるレーザ光源の寿命判定方法に関し、特に、
KrFやArFエキシマレーザを露光光源に用いた露光
装置におけるレーザ光源の寿命判定方法に関する。
につれて、回路の最少パターン線幅は小さくなる傾向に
あり、そのため露光光源として従来主流であった水銀ラ
ンプに代わって、エキシマレーザを用いた露光装置が用
いられるようになってきた。エキシマレーザを用いた露
光装置は、エキシマレーザ光源と露光装置本体とで構成
される。エキシマレーザ光源は、光ファイバ等によるイ
ンターフェースケーブルを介して露光装置本体と接続さ
れ、露光装置本体側の制御装置のシーケンスに従ってレ
ーザ光を発するようになっている。
ゲンガス、クリプトン、アルゴン等の不活性ガス、及び
ヘリウム、ネオン等の希ガスの3種の混合ガスをレーザ
チャンバに封入し、チャンバ内の放電によりハロゲンガ
スと不活性ガスとが反応して、ナノ秒オーダのパルス光
としてレーザ光を放出する。
ハロゲンガスがチャンバ内に発生する不純物と結合した
り、チャンバの内側に吸着したりするため、ハロゲンガ
スの濃度が低下してレーザのパルスエネルギが低下して
しまうと共に、エキシマレーザ光源の各構成部品に劣化
が生じてしまう。また、高い光強度の紫外光が射出され
ることから、レーザ光を通過させるウインドウやビーム
スプリッタ等にも劣化が生じる。
して使用する場合、パルスエネルギの変動は、感光基板
上の露光量の制御精度が低下したり、光学系に起因した
感光基板上の干渉縞を低減する機能が低下したり、パル
スエネルギモニタ系、アライメント系の光電検出系の信
号のS/N比が低下したりする等の不都合が生じる。こ
のため、エキシマレーザはガス濃度の低下に伴って低下
するパルスエネルギをモニタして放電印加電圧にフィー
ドバックし、放電印加電圧を徐々に高めていくことによ
り、パルスエネルギを一定に保つようにしている。そし
て、放電印加電圧には上限があるため、印加電圧が上限
に達したらガス交換動作を行って、ガス濃度を適正値に
戻し、これに伴い印加電圧を下げてパルスエネルギを一
定に保つようにしている。
劣化については、エキシマレーザ光の発光パルス数に基
づいて管理しており、発光パルス数があらかじめ決めて
おいた所定数に達したら各構成部品の寿命がきたものと
してエキシマレーザ光源本体あるいは各構成部品を交換
するようにしている。このパルス数は、通常エキシマレ
ーザ光源内部で計数されて管理されており、例えば、寿
命と決められているパルス数の90%のパルス数に達す
るとエキシマレーザ光源からインターフェースを介して
露光装置側の制御装置に対してメンテナンスリクエスト
信号を送出し、エキシマレーザ光源あるいはその構成部
品の寿命が近づいたことを知らせるようにしている。エ
キシマレーザ光源本体及びその構成部品の寿命を決める
パルス数は、エキシマレーザの製造元で作製された仕
様、あるいはエキシマレーザを光源として用いる使用者
側の管理基準に基づく耐久テストの結果、あるいはエキ
シマレーザ光源の使用経験の積み重ねの結果等から推定
して決めている。
に、レーザチャンバ内にガスを封入して光を励起させる
形式のレーザ発振器は、レーザ発振器毎にある程度の寿
命のばらつきを有しているものであり、エキシマレーザ
にも同様の傾向が見られる。また、エキシマレーザ光源
は、上述のように、非常に反応性が高く腐食性を有する
フッ素ガスを使用しており、また高い照射エネルギを有
する紫外光を発振するので、その構成部品の寿命も、エ
キシマレーザ光源の使用頻度だけに限らずその他種々の
使用条件により変化するものである。従って、エキシマ
レーザ光源及びその構成部品の寿命を単純に発光パルス
数のみに基づいて管理するのは、エキシマレーザ光源の
使用頻度だけを考慮した大まかな寿命の時期の把握を行
っているだけに過ぎないと言える。
レーザ光源及びその構成部品の寿命を発光パルス数だけ
で管理してしまうと、寿命を決めるパルス数より少ない
発光パルス数で、光源本体あるいはその構成部品のいず
れかが劣化して寿命に達してしまい、予期しない時に露
光装置の稼働を停止させなければならなくなったり、寿
命を決めるパルス数を超える発光パルス数まで性能が劣
化せずに使用できるエキシマレーザ光源あるいはその構
成部品を無駄に交換してしまったりする事態が生じ得
る。これらは、露光装置のスループットを低下させる原
因となり、また露光装置のコスト高を招く原因となる。
従って、露光装置毎に搭載したエキシマレーザ光源本体
及びその構成部品の寿命を個々に判定できるようにする
ことが望まれている。
て用いられるレーザ光源、特に、KrFやArFエキシ
マレーザを露光光源とする露光装置におけるレーザ光源
の寿命判定方法を提供することにある。
射出して露光装置の露光光源として用いられガス交換を
必要とするレーザ光源の寿命判定方法であって、パルス
光を遮断してレーザ光源を単体で発振させ、レーザ光源
から、レーザ光源の経時変化を把握するための情報を取
得し、当該情報に基づいてレーザ光源の寿命を判定する
ことを特徴とするレーザ光源の寿命判定方法によって達
成される。このレーザ光源の寿命判定方法において、当
該情報は、定期的に取得されるようにするのが好まし
い。さらに、当該情報は、レーザ光源のガス交換時に付
随して取得されるようにするのが好ましい。
へ印加される高電圧値、パルス光のスペクトル線幅値、
パルス光のパルスエネルギー安定性を示す値、及びパル
ス光のパルス数値のうち少なくともいずれか一つを含ん
でいることを特徴とする。
いて、レーザ光源の寿命は、当該情報の値と予め設定し
ておいた限界値とを比較して判定されることを特徴とす
る。またさらに、レーザ光源の寿命は、時系列に蓄積し
た複数の当該情報から限界値に至る時期を予測して判定
されることを特徴とする。
用いることができる種々のデータを取得し、当該データ
の値が所定の限界値を超えたか否かを判断するようにし
ているので、最適な時期に部品の保守点検、あるいは部
品の交換を行うことができるようになる。また、データ
取得をガス交換直後に定期的に行うようにすれば、常に
同一の条件でデータ取得することができるようになる。
しないときに寿命に達し、露光装置を停止しなければな
らない事態を回避することができるようになる。また、
部品の寿命判断に用いるデータが限界値に至る時期を予
想するようにしているので、計画的に保守、点検の日程
を組むことができるようになる。また、寿命が近づいた
部品を特定することが容易になり装置のダウンタイムを
低減することができるようになる。
ザ光源の寿命判定方法を図1および図2を用いて説明す
る。図1は本実施の形態における露光装置全体の構成を
示す斜視図である。エキシマレーザ光源10の本体部に
は希ガスハライド等の混合ガスが封入されたレーザチャ
ンバ、共振器を構成するフロントミラー(半透過性)、
露光波長を狭帯化するための、回折格子、プリズム、エ
タロン等からなる狭帯化モジュール、波長の安定性、ス
ペクトル幅をモニターするための分光器やレーザパワー
のモニター用のディテクタ等からなるモニターモジュー
ル、及びシャッターSH等が設けられている。レーザチ
ャンバに対するガス交換動作、あるいは波長安定化のた
めの制御、放電印加電圧の制御等は制御装置12によっ
て行なわれるが、本実施の形態では制御装置12のみに
よる単独制御は行なわず、露光装置本体側の主制御装置
40からの指令やリクエスト信号により制御できるよう
にしてある。
可動ミラーM1、固定ミラーM2を介してビーム成形光
学系14に入射して所定の断面形状、サイズに成形され
る。ビーム成形光学系14からのパルス光は駆動部16
によって所定角度内で揺動する揺動ミラーM3で反射さ
れた後、オプチカルインテグレータとして機能するフラ
イアイレンズFLに入射し、多数の2次光源(スポット
光)に変換される。フライアイレンズFLの各エレメン
トレンズの射出側にできたエキシマビームの各スポット
光は、コンデンサレンズ系24によって、レチクルブラ
インド(照明視野絞り)RB上でほぼ一様な強度分布と
なるように重ね合わされる。
マレーザ光はレンズ系26、固定ミラーM4、主コンデ
ンサーレンズ28、及び固定ミラーM5を介してレチク
ルRの回路パターン領域を照明する。ここでレチクルブ
ラインドRBはレンズ系26と主コンデンサーレンズ2
8とによって、レチクルRと共役になっている。レチク
ルRは専用のレチクルアライメント系30X、30Yに
よって装置本体に対してX、Y、θ方向に位置決めされ
ている。レチクルRの回路パターンの像は投影レンズP
LによってウェハW上に縮小投影される。ウェハWはX
ステージ32X上に載置され、このXステージ32Xは
ベース上をY方向に移動するYステージ32Y上をX方
向に移動する。これによってウェハWは投影像面に沿っ
て2次元移動し、ステップ・アンド・リピート方式の露
光が行なわれる。
ーザ光源10との間には、露光装置本体を収納するサー
マルチャンバーの隔壁(図示せず)があり、レーザ光源
10はサーマルチャンバーの外部に設置されている。主
制御装置40は、露光装置のX−Yステージ32X、3
2Yの移動、レチクルアライメント系30X、30Yに
よるレチクルRの位置決め、ウェハアライメント系(図
示を省略)によるウェハWの位置検出、動作、レチクル
ブラインドRBの設定や、光電素子(図示せず)を用い
た露光量制御動作、あるいはエキシマビームの可干渉性
によって生じる干渉縞等を低減させるための振動ミラー
M3の振動によるスペックル低減動作等を実行する。
ザ光源側の制御系12との間には、2本のインターフォ
ース6、7が設けられている。このインターフェース
6、7を介して、主制御装置40はエキシマレーザ光源
10の操作を全て行うことがきるようになっている。例
えば露光装置本体側の主制御装置40からエキシマレー
ザ光源10の制御装置12ヘは、インターフェース6を
介して発光トリガ信号、高電圧の充電開始信号、発振開
始信号、発振停止信号等が送られ、エキシマレーザ光源
10の制御装置12から主制御装置40へは、同じくイ
ンターフェース6を介して発振スタンバイ完了信号、内
部シャッタポジション信号、インターロック作動中を示
す信号等が送られる。
形態によるレーザ光源の寿命判定方法を実施するために
必要な各種信号を主制御装置40と制御装置12間で送
受信するために用いられる。
命判定方法を表1を用いて説明する。表1は、インター
フェース7を介して送受信される主制御装置40とエキ
シマレーザ光源10の制御装置12との信号の流れと信
号の内容及びエキシマレーザ光源10側で行われる処理
を示している。
ャンバ内のガスを交換するためのガス交換リクエスト信
号が制御装置12からインターフェース6(または7)
を介して露光装置の主制御装置40に送られる。主制御
装置40は、露光装置で行われているウェハの露光動作
が終了するのを待って、インターフェース7を介してエ
キシマレーザ光源10の制御装置12にガス交換信号を
送り、ガス交換を行う。このガス交換は、手動で行って
もよいし、露光装置の主制御装置40の制御により自動
で行うようにしてもよい。ガス交換を自動で行うとき
は、露光シーケンス上で都合の良い時を選択できるよう
に、ウェハ上のあるショット領域の露光動作から次のシ
ョット領域の露光動作に移行する際、あるいは、1枚の
ウェハの露光動作が終了した際、またあるいは、ウェハ
のロット単位での露光動作が終了して、次のロットに移
行する際に行うことができるようにしておく。ガス交換
が終了するとエキシマレーザ光源10の制御装置12か
ら露光装置側の主制御装置40にガス交換終了信号が送
られる。以上の手順は、従来のガス交換手順と変わると
ころはない。
エキシマレーザ単体発振開始信号が送られる。当該信号
を受けてエキシマレーザ光源10はシャッタSHを閉じ
て単体発振を開始する。次に、露光装置の主制御装置4
0からエキシマレーザ光源10の制御装置12にデータ
取得リクエスト信号が送られる。制御装置12はデータ
取得リクエスト信号を受けて、単体発振しているエキシ
マレーザ光源10から、例えばレーザ光源の放電電極へ
印加される高電圧値(HV)、パルス発光しているレー
ザ光のスペクトル幅、パルス光のパルスエネルギー安定
性、及びエキシマレーザ光源10の構成部品の寿命の目
安としてのパルス数をパラメータとしてそれらのデータ
を取得する。
レーザ光源10の制御装置12は露光装置側の主制御装
置40にデータ取得終了信号を送出し、当該信号を受け
て主制御装置40はエキシマレーザ光源10の制御装置
12にデータ送信リクエスト信号を送る。制御装置12
は、上記取得したデータを主制御装置40に送信する。
このデータの送受信は、上記各データを取得する度に行
っても、本実施の形態のように全データを取得した後に
まとめて1回行うようにしてもよい。上記データを受信
したら主制御装置40からエキシマレーザ光源10の制
御装置12にレーザ単体発振停止信号が送られ、レーザ
を停止させる。
のそれぞれを、主制御装置40の記憶装置に予め設定し
て記憶してある上記データに対応する各リミット値と比
較する。この各リミット値とは、各部品の交換の必要な
値でなく、交換の必要な値の90%程度の値を設定して
おく。また、主制御装置40の記憶装置には表2に示す
デーブルが格納されており、比較結果に基づいて主制御
装置40はエキシマレーザ光源およびその構成部品の寿
命判定を行う。
した場合のエキシマレーザ光源本体(チャンバ)10、
及びその構成部品の寿命の可能性を判定するために設け
られたテーブルである。表2において、例えば、取得し
た電圧値(HV)あるいはエネルギ安定性の値がリミッ
ト値を超えていたら、チャンバ、狭帯化モジュール、ウ
インドウ/フロントミラー、ビームスプリッタに寿命が
近づいている可能性があることがわかる。
ら、狭帯化モジュール、ウインドウ、ビームスプリッ
タ、モニターモジュールの少なくともいずれかが寿命に
近づいている可能性があり、さらに、電圧値及びエネル
ギ安定性がリミット値に達していなければ、モニターモ
ジュールが寿命に近づいている可能性が高いことがわか
る。なお、各パラメータの所定のリミット値は、種々の
使用条件等をシミュレーションして求めておく。また、
本例ではパルス数も寿命の時期の目安として取得してい
る。
法では、寿命判定のための複数のパラメータを設定し、
各パラメータのデータを定期的に取得して所定のリミッ
ト値と比較することにより、エキシマレーザ光源及びそ
の構成部品の寿命の判定を行うようにしている。
おける取得データのいずれかがリミット値に達したら、
寿命に達した部品を特定する代わりに、エキシマレーザ
光源10の保守点検、あるいは部品交換を行うためのメ
ンテナンスリクエストを主制御装置40から露光装置の
表示装置等を通じてオペレータに通知するようにするこ
ともできる。
に各パラメータのデータを時系列に蓄積するようになっ
ている。そして主制御装置40は、蓄積した時系列デー
タに基づいて各パラメータのデータがリミット値に至る
時期を予測するようになっている。一例として高電圧値
(HV)を蓄積した時系列データに基づいて、高電圧値
の値がリミット値に至る時期を予測する方法を図2を用
いて説明する。
へ印加する高電圧値(放電印加電圧)を取り、横軸にレ
ーザの発振パルス数Pを取ったものである。エキシマレ
ーザのガスは通常、パルス数と時間によって決められた
寿命に達すると交換することになっている。露光装置側
では、パルスエネルギを一定で使用しているので、ガス
が劣化すると一定のエネルギを出すためにエキシマレー
ザ側では印加電圧を上げていく。
パルスエネルギを一定に保つための印加電圧(図中×印
で示している)は、チャンバ、狭帯化モジュール、ウイ
ンドウ、あるいはビームスプリッタの劣化が進むことに
より徐々に引き上げられていく。従って、図2で例示し
た放電印加電圧の最低印加電圧値を時系列に記憶して、
当該最低印加電圧値の引き上げの傾向を把握することに
より、放電印加電圧がリミット値に達する時期を予測す
ることができるようになる。
する時期の予測を行うには、常に同一の条件でデータ取
得できるようにすることが望ましい。露光装置における
ガス交換は、一般に5〜7日の間隔で行われることが多
いので、ガス交換時に各パラメータのデータを取得する
ようにすれば、容易に多数のデータ取得を行って蓄積す
ることができるので、各パラメータがリミット値に達す
る時期を高い精度で予測することができるようになる。
また、1回のガス交換に要する時間は15分程度である
が、このガス交換直後に短時間で各データを取得するこ
とができるので、露光装置のスループットの低下はほと
んど生じない。
は、主制御装置40内にソフトウエア化して常駐させて
おくことができ、ガス交換後に毎回必要なデータを自動
で取得できるように動作させることができる。また、当
該ソフトウエアをエキシマレーザ光源10の制御装置1
2内に組み込んでおくことも可能である。
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、各パラメータのデータ取得をガス交換直後に行うよ
うにしたが、ガス交換時以外でも露光シーケンス中でエ
キシマレーザ光源を使用しないときにデータ取得を行う
ようにしてももちろんよい。
露光動作で使用するエネルギー一定モードでエキシマレ
ーザ光源10を発振させてデータ取得を行ったが、電圧
一定モードに変更してデータを取得するようにしてもよ
い。この方がエキシマレーザ光源10の発振状態をより
把握することができるようになる。
がガス交換直後で安定しないような場合には、所定時
間、例えば数分間程度予備的にレーザ発振させた後にデ
ータ取得するようにしてもよい。
ラメータのデータを取得するだけでは、どの部品が寿命
に達したかが特定できないような場合、あるいは寿命予
測ができないような場合には、より多くのパラメータを
設定して詳細なデータを取得するようにしてももちろん
よい。
レーザ光源の使用条件がそれぞれ異なっていても、エキ
シマレーザ光源及びその構成の部品の寿命を容易に把握
できるようになるので、予期しないときに露光装置を停
止せざるを得ない状況が発生する事を未然に防止するこ
とができるようになる。また、各構成部品の寿命を判定
し、また、寿命に至る時期を予測できるので計画的に露
光装置のメンテナンスを行うことができ、装置のダウン
タイムも低減させることができるようになる。
判定方法で用いる投影露光装置及びエキシマレーザ光源
の構成の概略を示す図である。
判定方法におけるリミット値に至る時期を予測する方法
を説明する図である。
Claims (6)
- 【請求項1】パルス光を射出して露光装置の露光光源と
して用いられガス交換を必要とするレーザ光源の寿命判
定方法であって、 前記パルス光を遮断して前記レーザ光源を単体で発振さ
せ、 前記レーザ光源から、前記レーザ光源の経時変化を把握
するための情報を取得し、 前記情報に基づいて前記レーザ光源の寿命を判定するこ
とを特徴とするレーザ光源の寿命判定方法。 - 【請求項2】請求項1記載のレーザ光源の寿命判定方法
において、 前記情報は、定期的に取得されることを特徴とするレー
ザ光源の寿命判定方法。 - 【請求項3】請求項1又は2に記載のレーザ光源の寿命
判定方法において、 前記情報は、前記レーザ光源のガス交換時に付随して取
得されることを特徴とするレーザ光源の寿命判定方法。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のレーザ
光源の寿命判定方法において、 前記情報は、前記レーザ光源の放電電極へ印加される高
電圧値、前記パルス光のスペクトル線幅値、前記パルス
光のパルスエネルギー安定性を示す値、及び前記パルス
光のパルス数値のうち少なくともいずれか一つを含んで
いることを特徴とするレーザ光源の寿命判定方法。 - 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載のレーザ
光源の寿命判定方法において、 前記レーザ光源の寿命は、前記情報の値と予め設定して
おいた限界値とを比較して判定されることを特徴とする
レーザ光源の寿命判定方法。 - 【請求項6】請求項1乃至4のいずれかに記載のレーザ
光源の寿命判定方法において、 前記レーザ光源の寿命は、時系列に蓄積した複数の前記
情報から前記限界値に至る時期を予測して判定されるこ
とを特徴とするレーザ光源の寿命判定方法。
Priority Applications (3)
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JP9094826A JPH10275951A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | レーザ光源の寿命判定方法 |
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