JPS63190332A - 光量調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野コ 本発明はパルス発光する光源を利用した装置の光量調整
装置にかかるものてあり、例えはエキシマレーザを用い
て半導体ウェハ上に対するマスクパターンの投影を行う
露光装置に好適な光量調整装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、集積回路製造のりソゲラフイエ程で用いられてい
る縮小投影型露光装置、いわゆるステッパーでは、露光
用光源として超高圧水銀ランプか用いられている。

この超高圧水銀ランプは、複数の波長の光を出力するが
、リソグラフィーに必要とされる解像力の向上とともに
利用される光の波長も短かくなり、４３６ｎｍの波長の
光たけてなく３６５ｎｍの波長の光も利用されるように
なってきている。

ところか、これ以下の波長ではそのエネルキ−の量か小
さくなり、極めてスループットの低いリソグラフィーし
か実現できない。

このような問題点を補うものとして、最近エキシマレー
ザかン主目されている。

エキシマレーザを用いると、波長３０８ｎｍ、２４９ｎ
ｍ、　　１９３ｎｍ等て強い光を得こことができる。こ
のレーザは、時間幅１０ないし２０　ｎ５ｅｃで、パル
ス状に発振出力されるという性質がある。

第２図には、従来の露光装置においてエキシマレーザを
ほぼ一定間隔て繰り返し発振させ、シャッターの開閉を
行って露光量を制御する場合が示されている。

まず、エキシマレーザの出力は、同図（八）に示すよう
に、パルス状に、例えは一定周期で出力される。

他方、シャッターの開閉には一定の時間がかかる。この
ため、完全に開いた状態でシャッターを通過するパルス
のエネルギー量をＥ。とすると、シャッター開閉途中の
通過エネルギー量は、Ｅｏ以下となる。

同図ＣＢ）には、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかりてシャッ
ターの開動作が行われ、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて
シャッターの閉動作か行われる場合のシャッター透過パ
ルスが示されている。

この図において、一連の開閉動作中にシャッターを通過
するパルスの全エネルギー量は、各パルスのエネルギー
（パルス幅と光強度の積）の和になる。

同図（Ｃ）には、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけてシャッ
ターの開動作か行われ、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて
シャッターの閉動作か行われる場合のシャッター透過パ
ルスか示されている。この例は、同図（Ｂ）の場合と比
較して、開動作開始の時刻がΔを異る。

同図（Ｄ）は、以上の（Ｂ）および（Ｃ）のグラフを重
ねて表示したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のようなシャッター開閉による光量
制御の方式では、シャッター開の時間内に含まれるパル
ス数が少ないため、良好に光量制御を行うことができな
いという不都合がある。

第２図（Ｄ）を参照すると明らかなように、立上りのタ
イミングの僅かな相違によって、シャッターを通過する
全光量が変化する。

詳述すると、シャッターを通過する一番最初のパルスＰ
１ては、ΔＰ１の光量の差が生ずる。同様にして、二番
目のパルスＰ２では、ΔＰ２の光景差か生しる。シャッ
ターの閉動作時についても同様である。

従って、全体としての光量差ΔＰは、 ΔＰ＝ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３−ΔＰ４−ΔＰ５−ΔＰ
６となる。

以上のように、仮に１パルス当りの出カニネルキーをＥ
。一定に制御したとしても、パルス出力と、シャッター
開閉のタイミングのずれにより、シャッター通過エネル
ギーにばらつきが生じるという不都合が生ずる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光パ
ルスとシャッター動作との時間的変化にかかわらす、良
好な再現性のよい光量の制御を行うことができる光量調
整装置を提供することを、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、パルス光源の出力能力と、対象物が必要と
する積算光量と、シャッター手段の開閉動作特性とに基
いて、前記対象物に照射する１パルス当りの光量を決定
するとともに、前記シャッター手段の光路閉動作開始の
タイミングを決定する演算手段と、決定された１パルス
当りの光量に応じて各パルスの光量制御を行う第一の制
御手段と、決定された前記光路閉動作開始のタイミング
に基き、前記パルス光源の発光タイミングに同期してシ
ャッター手段の光路閉動作制御を行う第二の制御手段と
を備えたことを技術的要点とするものである。

この発明の基本構成例を概念的に示すと、例えば第１図
のようになる。パルス光源ＢＡから出力された光パルス
は、シャッター手段ＢＢを透過して対象物ＢＣに照射さ
れるようになっている。

他方、演算手段ＢＤの演算結果は、第一および第二の制
御手段ＢＥ、ＢＦに各々人力されるように接続されてい
る。

第一制御手段ＢＥは、人力に基いて各パルスの光量制御
を行う機能を有するものである。第二制御手段ＢＦは、
人力に基いて、パルス光源ＢＡの発光タイミングに同期
してシャッター手段ＢＢの閉動作制御を行う機能を有す
るものである。

［作用］ この発明では、光パルスの出力タイミングとシャッター
手段との光路閉動作タイミングとを同期させて、該シャ
ッター手段の光路閉動作か行われる。

第１図の装置では、まず、パルス光源ＢＡの出力能力と
、対象物ＢＣが必要とする光量（適正露光量）と、シャ
ッター手段ＢＢの動作特性とに基いて、対象物ＢＣに照
射する１パルス当りの光量と、シャッター手段ＢＢの閉
動作開始のタイミングとか各々決定される。

他方、パルス光源ＢＡのパルス出力は、シャッター手段
ＢＢの開動作後、適当なタイミングて行われる。

上記決定された１パルス当りの光量は、第一制御手段Ｂ
Ｅに人力される。そして、この第一制御手段ＢＥによっ
て、対象物ＢＣに照射される各光パルスの光量か制御さ
れる。

他方、閉動作開始のタイミングは、第二制御手段ＢＦに
入力される。そして、この第二制御手段ＢＦによって、
シャッター手段ＢＢの閉動作が制御される。

以上のようなパルス光量と、シャッター閉動作の制御に
よって、対象物ＢＣに照射される光量が必要量に調整さ
れる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。

第３図には、この発明の一実施例の構成か示されている
。この図において、レーザ光源１０は、例えはエキシマ
レーザのようなパルス状に発光する光源である。このレ
ーザ光′＃、１０の出力パルスは、第一の照明光学系１
２を透過して、シャッター１４に入射するようになって
いる。

この第一の照明光学系１２は、入力されたパルスレーザ
ビームを必要なビーム断面強度分布及び発散（又は収れ
ん）特性になるように変形してシャッター１４に出力す
る機能を有する。

また、シャッター１４は、シャッタードライバー１６に
よって、例えば図の矢印ＦＡの方向に開閉の回転制御駆
動が行われるようになっている。

第４図（八）には、かかるシャッター１４の開閉動作の
時間的変化の例が示されている。この図において、横軸
は時間を表わし、縦軸は開状態の程度を表わす。

時刻ＴＡで開の指令が行われ、時刻ＴＢから開動作か開
始されてレーザ光束が透過し始め、時刻ＴＣで全開の状
態となって、レーザ光束が完全に通過する。また、時刻
ＴＤで閉の指令が行われ、時刻ＴＥから閉動作が開始さ
れてレーザ光束にシャッター１４がかかり始め、時刻Ｔ
Ｆで完全な閉の状態となって、レーザ光束は完全に遮断
される。

以上のようなシャッター１４の開閉動作において、開指
令が行われてから開動作が開始されるまでのおくれ時間
ｔａ、開指令から全開になるまての時間ｔｂ、閉指令か
ら閉動作開始までのおくれ時間ｔｄ、閉指令から完全閉
になるまての時間ｔｅは、この実施例では、装置構成上
の特性としてあらあしめ決定され、はぼ一定である。な
お、時間ｔｃは、開動作終了から閉動作開始まての時間
である。

次に、かかるシャッター１４を通過したパルス光は、第
二の照明光学系１８を透過してレチクルＲに入射するよ
うになっている。

この第二の照明光学系１８は、入射バルスヒームを、レ
チクルＲ上の必要な回路パターン領域のみに、一様な強
度分布て入射させる機能を有するものである。特に、レ
ーザ光特有のスペックルを低減するための光学系や複数
の２次光源像を作るオプチカルインテグレータ及びコン
デンサーレンズ等を有している。

また、レチクルＲには、ウェハＷに投影すべき回路パタ
ーンか形成されている。

レチクルＲを透過したパルス光、すなわち露光光は、投
影光学系２０を介してウェハＷに入射し、レチクルＲの
回路パターンの投影か行われるようになっている。

次に、上述したレーザ光源１０には、露光制御部２２か
接続されており、また、この露光制御部２２と、上述し
たシャッタードライバー１６との間には、シャッター制
御部２４が接続されている。

以上のうち、露光制御部２２には、外部のホストコンピ
ュータ等（図示せず）から、露光開始信号５ｅｘｐ、適
正露光量に相当した露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅか各々人力
されるようになっている。

この露光制御部２２は、人力される露光開始信号Ｓ　ｅ
ｘｐおよび露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅ信号に基いて、エネ
ルギー指令信号Ｓｅおよび発光トリガー信号Ｓｔをレー
ザ光源１０に出力するとともに、パルス数信号Ｓｎを発
光トリカー信号Ｓｔとともにシャッター制御部２４に出
力する機能を有する。

これらの信号のうち、エネルギー指令信号Ｓｅは、１パ
ルス当りのエネルギー量を設定するものである。

発光トリガー信号Ｓｔは、レーザ光源１０の発光タイミ
ングを指示するものである。

次に、パルス数信号Ｓｎは、シャッター１４全開状態で
通過するパルス数を示すものである。

次に、シャッター制御部２４は、人力された発光トリガ
ー信号Ｓｔ、パルス数信号Ｓｎ、シャッター１４の開閉
時間に関する情報（第４図（Ａ）参照）に基いて、シャ
ッタードライバー１６によるシャッター１４の駆動制御
を行うための駆動制御信号Ｓｓを出力する機能を有する
。この駆動制御信号Ｓｓには、開指令、閉指令が含まれ
る。

次に、上記実施例の全体的動作につ〜）で、第５図のフ
ローヂャートを参照しなから説明する。

なお、レーザ光源１０のレーザパルスは、第４図（Ｂ）
に示すように、シャッター１４の開動作後、はぼ一定間
隔ＴＰで出力制御されているものとする。

ます、第４図（Ａ）　に示すシャッター１４の開閉動作
と、同図ＣＢ）　に示すレーザパルスの出力タイミング
との関係について説明する。

上述したように、シャッター１４の開閉動作の時間間隔
、すなわち開指令が行われてから開動作か開始されるま
での時間ｔａ、開指令から全開になるまでの時間ｔｂ、
閉指令から閉動作開始までの時間ｔｄ、閉指令から完全
閉になるまての時間ｔｅはほぼ一定である。

他方、シャッター開閉の指令は、任意のタイミングで行
うことができる。

従って、時刻ｔ＝ＴＣにおいてレーザパルスが出力され
るように、開指令時刻ＴＡのタイミングを定め、時刻ｔ
＝ＴＥにおいてレーザパルスが出力されるように、閉指
令時刻ＴＤのタイミングを定めることがてきる。

ところで、露光開始から終了までのウェハＷ上のレシス
１〜層に入射する露光エネルギー量は、シャッター１４
を通過したエネルギー積算量に比例する。従って、シャ
ッター１４を通過する積算エネルギー量を制御すれは、
ウェハＷ上のレジスト層に対する露光量を制御すること
かできる。

まず、上述したように、ウェハＷ上のレジスト層に照射
すべき露光量は、露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅによって外部
装置から指示される（第５図ステップ１００参照）。こ
の露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅによって、シャッター１４通
過の積算エネルギー量Ｅ　ｄｏｅｓか指定される。

この露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅ、別言すれは積算エネルギ
ー量Ｅ　ｄｏｓｅが与えられると、露光制御部２２ては
次のような演算が行なわれ、ル−サバルス当りのエネル
ギーＪｔＥ。及び全露光パルス数が決定される（ステッ
プ１０２参照）。

詳述すると、上記第４図において、 ＴＢ＜ｔ＜ＴＣまでのパルス数をｎＩ ＴＣ＜ｔ＜ＴＥまてのパルス数を０２ ＴＥ＜ｔ＜ＴＦまてのパルス数をｎ３ とする。

まずパルス繰返し間隔ＴＰか、各パルスにおいて安定で
かつ必要以上のエネルギーが得られる条件の下で決定さ
れ、固定される。

次に、上述したシャッター１４の開動作に合せてパルス
出力を行うようにすると、パルス数０１か決定される。

次に、開動作時と閉動作時の傾きは各々一定であるので
、ｒｌ、ｒ７を定数として、 ＴＢ＜ｔ＜ＴＣの積算エネルギーＥ１は、ＴＣ＜ｔ＜Ｔ
Ｅの積算エネルギーＥ２はＥ２＝ｌ’１２Ｅｏ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）ＴＥ＜ｔ＜
ＴＦの積算エネルギーＥ３はとなる。よって、 Ｅ　ｄｏｓｅ＝　Ｅ　＋　＋　Ｅ　２　＋　Ｅ　３とな
る。この（４）式において、 はいずれも既知の値である。従って（４）式より、が得
られる。

ここて、１パルス当りのエネルギー量Ｅ。とじて、レー
ザ光源１０の能力の許容する最大値ＥＯｍａｘを用いる
と、 となり、これによってｎ２か決定される。

次に、以上のようにして（６）式から得られたｎ２を用
い、これを上述した（４）式に代入するシ によりＥ。が決定される。

以上のようにして決定された１パルス当りのエネルギー
量Ｅ。に応して、エネルギー指令信号Ｓｅか露光制御部
２２からレーザ光源１０に対して出力され、その出力光
量の制御か行われる（ステップ１０４参照）。

他方、上記のようにして決定されたパルス数ｎ２に応し
て、パルス数信号Ｓｎか決定され、露光制御部２２から
シャッター制御部２４に対して出力される。

次に、シャッター制御部２４では、かかるパルス数信号
Ｓｎ、あらかじめ格納されているシャッター１４の開閉
動作時間ｔａ、ｔｂ、ｔｄ。

ｔｅに基いて、閉指令の時刻ＴＤがレーザ光源１０のパ
ルス出力のタイミングに対して相対的に求められる（ス
テップ１０６参照）。なお、開指令の時刻ＴＡは、レー
ザ光源１０のパルス出力のタイミングに対して、あらか
しめ適宜窓められる。

詳述すると、まず、パルス数信号Ｓｎによって、時刻Ｔ
ＣからＴＥまでに含まれるパルス数０２か解る。

他方、上述したようにしてパルス繰返し間隔ＴＰか定め
られているので、これらパルス数０２およびパルス繰返
し間隔ＴＰの値によって、時間ｔｃの長さを求めること
ができる。

時刻ＴＣては、必ずパルス出力か行われるから、既知の
時間ｔｂを用いて、開指令のタイミングと、発光トリガ
ー信号Ｓｔの出力タイミングとの差を求めることができ
る。これによって、まず、発光トリガー信号Ｓｔの人力
に対応して、開指令がシャッター制御部２４からシャッ
タードライバー１６に行われ（ステップ１０８参照）、
シャッター１４の開動作か開始されることとなる。

そして、露光制御部２２に人力された露光開始信号Ｓ　
ｅｘｐに基いて、発光トリカー信号Ｓｔかレーザ光源１
０に出力され（ステップ＋１０）、レーザパルスが出力
されて露光か開始されることとなる（ステップ１１２参
照）。

シャッター１４を通過したレーザパルスは、第二照明光
学系１８を透過してレチクルＲに入射し、ウェハＷに対
するレチクルＲの回路パターンの露光か行われる。

以上のような露光動作の続行中に、シャッター１４の開
指令の時間になったかどうかの計時か行われる（ステッ
プ１１４参照）。そして、計時終了後にシャッター制御
部２４によって閉指令が行われる（ステップ１１６参照
）。

詳述すると、上記開指令の後、既知の時間ｔｂ、および
上記時間ｔｃから既知の時間ｔｄを差引いた時間が経過
した後に、シャッター１４の閉指令が行われる。

この指令に基いて、シャッター１４の閉動作が行われ、
ウェハＷに対する露光動作が終了することとなる（ステ
ップ１１８参照）。

なお、上記実施例において、発光トリガー信号Ｓｔは、
常に一定時間間隔て出力されている方か、レーザ光源１
０の各出力パルスのエネルギーか安定化しやすい点て好
ましい。

しかし、レチクルＲの露光を行わない場合にレーザ光源
１０を継続して発光させておくと、該光源１０、特にそ
の部品の寿命か短かくなるという不都合かある。

このため、露光を行うときのみ、または、レーザ光を当
て始める少し前からレーザ光源１０の発光動作を行うよ
うに、発光トリカー信号Ｓｔの出力を行ったほうかよい
。

また、レーザ光源１０の発光を全く行っていない状態か
ら発光を一定時間間隔て始めると、初めの出力パルスの
光量が目標値より大きくなることがあるので、露光開始
の少し前から発光させた方がよい。

しかし、この実施例のように、シャッター１４か徐々に
開いて、透過率か徐々に大きくなるような場合には、そ
の必要のないこともあり、この場合には露光開始の少し
前から発光を行う必要はない。

以上のように、この実施例によれば、シャッター１４の
開動作を適正露光量にかかわらず一定のタイミングで行
うとともに、シャッター１４の閉動作のタイミングおよ
びレーザ光源１０の発光出力のタイミングの関係、レー
ザ光源１０の各パルスの光量を、ウェハＷが必要とする
適正露光量が得られるように制御しているので、各露光
工程における露光エネルギーの揺らぎないしバラツキの
発生を良好に防止できるという効果がある。

また、パルスレーザな用いているにもかかわらす、適正
露光量か露光対象間て徹小量異なる場合にも良好に対応
できる。

更に、レーザ光源１０におけるレーザ発光の制御以外に
、シャッター１４を設けてレーザ出力の制御を行うので
、レーザ発光トリガー系の誤動作か生しても不要なレー
ザ出力が行われないという利点もある。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えはエキシマレーザ以外の他のパルス光源を用い
た照明装置にも適用可能であることは言うまでもない。

また、上記実施例では、レーザ光源を直接制御すること
によって、１パルス当りのエネルギー量を制御している
。エキシマレーザの場合、放電電圧を制御して１パルス
当りのエネルギー量を制御することができる。

しかし、このような制御は、各パルス毎のエネルギー量
が不安定になることかあり、かかる制御を頻繁に行う必
要がある場合には、光源外部において、光アッテネータ
等により減衰調整する態様の方が、パルス間のエネルギ
ー安定性がよいため有利である。

また、上記実施例では、透過型のシャッターを使用した
が、反射型のシャッターを使用してもよい。この場合に
は、シャッターの開閉動作と、パルスの照射とが逆の関
係となる。すなわち、シャッターを閉じると、パルスか
反射されて対象物に照射され、シャッターを開くと、パ
ルスが該シャッターを透過して、対象物に照射されなく
なる。

この発明は、かかる場合も含むものであり、対象物に対
する光パルスの光路閉動作手段は、とのような態様のも
のでもよい。

更に、上記実施例は、この発明を露光装置に対して適用
した例であるが、これに限定されるものではなく、他の
装置に対しても適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれは、シャッターに
よる光路閉動作のタイミングとパルス光源の発光出力の
タイミングとの関係、および、該光源の１パルス当りの
光量を、照射対象の必要エネルギー量を考序して設定制
御することとしたので、良好な再現性のよい光量調整を
行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成例を示すブロック図、第２
図は従来技術の作用を示す説明図、第３図はこの発明の
一実施例を示す構成図、第４図はかかる実施例における
シャッター開閉動作と、レーザ光源の発光タイミングの
関係を示す説明図、第５図は実施例の動作を示すフロー
チャートである。 ［主要部分の符号の説明コ １０・・・レーザ光源、１４・・・シャッター、１６・
・・シャッタードライバー、２２露先制御部、２４・・
・シャッター制御部。 Ｎ１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物に照射される複数の光パルスの積算光量を、パル
   ス光源の動作制御と、シャッター手段による光パルスの
   光路閉動作制御とによって調整する光量調整装置におい
   て、 前記パルス光源の出力能力と、前記対象物が必要とする
   積算光量と、前記シャッター手段の開閉動作特性とに基
   いて、前記対象物に照射する１パルス当りの光量を決定
   するとともに、前記シャッター手段の光路閉動作開始の
   タイミングを決定する演算手段と、 この手段によって決定された前記対象物に照射する１パ
   ルス当りの光量に応じて、各パルスの光量制御を行う第
   一の制御手段と、 前記演算手段によって決定された前記シャッター手段の
   光路閉動作開始のタイミングに基き、前記パルス光源の
   発光タイミングに同期してシャッター手段の光路閉動作
   制御を行う第二の制御手段とを備えたことを特徴とする
   光量調整装置。