JPS63192233A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パルス発光する光源の光量調整装置にかか
るものであり、例えばエキシマレーザを用いて半導体ウ
ェハ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、集積回路製造のリソグラフィ一工程で用いられて
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が用いられている。

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
光だけでなく３６５ｎｍの波長の光も利用されるように
なりてきている。

ところが、これ以下の波長ではそのエネルギーの量が小
さくなり、極めてスルーブツ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
ーザが注目されている。

エキシマ−レーザを用いると、波長３０８　ｎｍ。

２４９　ｎｍ、　　１９３　ｎｍ等で強い光を得ること
ができる。このレーザは、時間幅１０ないし２０　ｎ５
ｅＣで、パルス状に例えば一定周期で発振出力されると
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
をほぼ一定間隔で繰り返し発振させ、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（Ａ）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、シャッターが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Ｅｏ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（Ｂ）には、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけてシャッ
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が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が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
全光量すなわち露光量が変化する。

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では、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の光量差が生じる。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パルス当りの出力エネルギーをＥ
ｏ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。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、パルス毎の光量ないしエネルギーのばらつき
があっても、良好な再現性のよい光量の調整を行うこと
ができる光量調整装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、光量制御を行うシャッター手段を、光路閉
動作速度可変に構成するとともに、対象物に所定の周期
で照射される複数の光パルスの光量を検出して、シャッ
ター光路開動作開始時からの積算光量を算出する第一の
演算手段と、算出された積算光量、あらかじめ定められ
た前記対象物の必要光量、および光路閉動作速度を可変
したときにシャッター手段を透過する光量の可変範囲に
基いて、前記シャッター手段の光路閉動作開始のタイミ
ングを決定する第二の演算手段と、前記第一の演算手段
によって算出された積算光量および前記対象物の必要光
量に基いて、前記シャッター手段の光路閉動作速度を決
定する第三の演算手段と、第二の演算手段によって決定
されたタイミングで、第三の演算手段によって決定され
た速度により、前記シャッター手段の光路閉動作を行う
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

この発明の基本的構成例を示すと、例えば第１図のよう
になる。この図において、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を介して、第一演算
手段ＢＣの検出器ＢＣＩでその一部が受光された後、対
象物ＢＤに照射されるようになっている。　第−演算手
段ＢＣでは、検出器ＢＣ１によって検出された複数の光
パルスの光量を用いて、シャッター間動作開始時からの
積算光量が算出されるようになっている。　第一演算手
段ＢＣの演算結果は、第二及び第三の演算手段ＢＥ、Ｂ
Ｆに各々出力されるように接続されている。

第二演算手段ＢＥでは、人力された積算光量。

対象物ＢＤの必要光量（適正露光量）、および閉動作速
度を可変したときにシャッター手段ＢＢを透過する光量
の可変範囲に基いて、該シャッター手段ＢＢの閉動作開
始のタイミングが決定されるようになっており、その結
果は、制御手段ＢＧに出力されるように接続されている
。

第三演算手段ＢＦでは、算出された積算光景および対象
物ＢＤの必要光量に基いて、シャッター手段ＢＢの閉動
作速度が決定されるようになっており、その結果は、制
御手段ＢＧに出力されるように接続されている。

制御手段ＢＧは、第二演算手段ＢＥによって決定された
タイミングで、第三の演算手段ＢＦによって決定された
速度により、前記シャッター手段の閉動作を行う機能を
有するものである。

［作用コ この発明では、シャッター手段ＢＢの閉動作のタイミン
グと、閉動作速度とを制御することによって、対象物Ｂ
Ｄに照射される光量の調整が行われる。

例えば、パルス光源ＢＡから出力された光パルスの光量
は、第一演算手段ＢＣによって積算される。

この積算値が、シャッター手段ＢＢの閉動作速度ないし
閉動作時間幅を制御することによって可変可能な範囲内
となると、第二演算手段ＢＥによって、シャッター閉動
作開始のタイミングが決定される。

他方、シャッター手段ＢＢの閉動作速度は、対象物ＢＤ
が必要とする光量の残量に対応して、第三の演算手段Ｂ
Ｆによって決定される。

これらの決定データは、制御手段ＢＧに人力され、制御
手段ＢＧは、かかるデータに基いて、シャッター手段Ｂ
Ｂの閉動作制御を行う。

［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が示されてい
る。この図において、レーザ光源１０は、例えばエキシ
マレーザのようなパルス状に発光する光源である。この
レーザ光源１０の出力パルスは、第一の照明光学系１２
を透過して、シャッタ１４に入射するようになっている
。

第４図（Ａ）には、レーザ光源１０の出力レーザパルス
の一例が示されている。この図において、縦軸は強度を
表わしており、横軸は時間を表わしている。この図に示
すように、各パルスの出力周期はほぼ一定であるものの
実際の発光には数％程度の強度のばらつきがあり、平均
強度はｅである。

前記第一の照明光学系１２は、人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（Ｂ）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から閉動作が開
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Ｔ
Ｄ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のブレードがかかり始め
、時刻ＴＦ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
令が行われてから閉動作が開始されるまでの時間ｔａ、
閉指令から閉動作開始までの時間ｔｂは、装置構成上の
特性としてあらかじめ決定され、はぼ一定である。

シャッター１４におけるレーザ光束の強度分布がほぼ一
様でシャッター１４のブレードの回転速度が一定であれ
ば、開閉動作中、すなわち立上がり立ち下がり部分にお
けるレーザ光束通過率変化はほぼ直線的になる。

なお、この直線性を更に改善したい場合には、シャッタ
ー１４の可動板の縁に平行な２辺と、可動板の移動軌跡
に沿った２辺で囲まれる断面形状を持ったレーザ光束を
、シャッター１４の位置に形成し、かつレーザ光束の強
度分布を一様とすればよい。

次に、かかるシャッター１４を通過したパルス光は、ビ
ームスプリッタ１８、第二の照明光学系２０を各々透過
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２０は、入射パルスビームを、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
度分布で入射させる機能を有するものである。また、照
明光学系２０には、スペックルを低減するための光学系
や２次光源像を作るフライアイレンズ（オプチカルイン
テグレータ）とコンデンサーレンズ等が含まれる。

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２２を介してウェハＷに入射しレチクルＲの回
路パターンの投影が行われるようになっている。

次に、上述したレーザ光源１０およびシャッタードライ
バー１６には、露光制御部２４が各々接続されている。

そして、この露光制御部２４には、上述したビームスプ
リッタ１８によって分割されたレーザ光強度を検出する
検出器２６の検出出力側が、アンプ２８を介して接続さ
れている。

以上のうち、露光制御部２４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：に相当する露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅが各々人力
されるようになっており、更に、検出器２６から出力レ
ーザ光強度を示すモニタ信号Ｓｍが入力されるようにな
っている。

この露光制御部２４は、人力される露光開始信号５ｅｘ
ｐ、露光量信号Ｓ　ｄｏｓｅおよびモニタ信号Ｓｍに基
いて、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、シャッター開閉信号Ｓｓをシャッタードラ
イバー１６に出力する機能を有する。

これらの信号のうち、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。また
、シャッター開閉信号Ｓｓには、第４図を参照しながら
説明した開指令、閉指令の信号が各々含まれるとともに
、後述する閉動作の時間幅ないし閉動作速度を設定する
指令信号が含まれる。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。

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

第５図には、シャッター１４を透過したレーザパルスの
例が示されている。レーザ光源１０からの出力パルスＰ
、、Ｐ２．Ｐ３．・・・は、一定のエネルギーになるよ
うに制御され、一定周期でｔ＝１、．１２，１３．・・
・において出力される。

しかし、実際には、周期は一定値に正確に保たれるもの
の、強度ないしエネルギーＥはパルス毎にばらつき、平
均値ｅとは一般に異なった値となる。

ここで、シャッター１４の閉動作とパルス出力のタイミ
ングとの関係について説明する。なお、各パルスのエネ
ルギー量をｅと仮定する。

第５図において、８番目のパルスからシャッター１４が
閉動作を終了するまでの時間は、８番目のパルス直後に
シャッター１４の閉指令が行われたとして、遅れ時間ｔ
ｂと、実際にシャッター１４によってレーザ光束がさえ
ぎられ始める時から完全にさえぎられる時までの立ち下
がり部分の時間幅Ｔβとの和である（以下、「閉動作時
間幅」という）。

ここで、閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）が変化した場合
に、その期間中にシャッター１４を通過するエネルギー
Ｅβについて考察する。なお、各パルスのエネルギー量
をｅと仮定し、上述した遅れ時間ｔｂの方がパルス発光
の周期τより充分小と仮定している。

まず、０≦ｔｂ　＋Ｔβくτのときは、第６図（Ａ）　
に示すように、 Ｅβ＝０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１）となる。

次に、τ≦ｔｂ　＋Ｔβく２τのときは、同図（Ｂ）　
に示すように、 となる。

次に、２τ≦ｔｂ　＋Ｔβく３τのときは、同図（Ｃ）
　に示すように、 となる。

そして、一般に、 ｎτ≦ｔ、＋”ｒβ＜（ｎ＋ｔ）でのときは、となる。

以上のような閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）と、その間
の透過エネルギーＥβとの関係を図示すると、第７図の
ようになる。

この図に示すように、閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）が
パルス周期τだけ変化する毎に、異なる曲線関数となる
が、０≦（ｔｂ　＋Ｔβ）で連続であってで≦（ｔｂ　
＋Ｔβ）では単調に増加する。

上記遅れ時間ｔｂのうち機械系の動作速度に関する部分
及び立下り時間Ｔβは、シャッター１４の動作速度を制
御することにより可変とすることができる。

また１パルス当りの平均エネルギー量ｅは、レーザ光源
１０側において常に出カ一定の制御を行うことによって
、その値を定数として用いることもできるし、または、
検知器２６からのエネルギーモニター量を平均して求め
ることもできる。

従って、必要な透過エネルギーＥβが与えられると、第
７図のグラフから閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）を一意
的に決めることができる。

すなわち、可変制御可能な閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ
）の範囲ならば、シャッター１４の速度を制御すること
によって、その間のシャッター透過エネルギー量を変化
させることができる。

この可変可能な透過エネルギー量は、第６図中、大実線
で示されている。

具体的には、可変可能な閉動作時間幅 （ｔｂ　＋Ｔβ）の範囲をあらかじめ定めておき、この
範囲に対応する透過エネルギーＥβの範囲をＥβ、≦Ｅ
βくＥβ２とすると、指示された必要露光エネルギーＥ
　ｄｏｓ＠に対し、シャッター１４の開状態で実測され
た積算露光エネルギーＥ５゜がＥ　ａｏｓ＠　　Ｅβ２
≦Ｅ　ｓｕｍ≦Ｅｄｏｓｅ　　Ｅβ１・・・・・・（５
） の範囲になった時のパルスに同期してシャッター１４の
閉動作を開始するとともに、このときのシャッター１４
の閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）を、 Ｅβ＝Ｅ　ｄｏｓｅ　　Ｅ　ｓｕｍ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（６）に対応するように第７図によ
って設定すればよい。

次に、第８図のフローチャートを参照しながら、第３図
の装置の全体的動作について説明する。

まず、図示しない外部装置から、露光量信号Ｓ　ｄｏｍ
ｅおよび露光開始信号Ｓ、８．が露先制御部２４に人力
される（第８図ステップＳＡ参照）。

次に、シャッター１４の開指令が、露光制御部２４から
シャッター開閉信号Ｓｓとしてシャッタードライバー１
６に出力される（ステップＳＣ参照）。なお、第４図に
示したように、開指令が行われても、すぐにシャッター
１４の開動作が行われるわけではない。

次に、露光制御部２４では、パルス計数値ｎのリセット
が行われ、ｎ＝ｏにセットされる（ステップＳＣ参照）
。他方、レーザ光源１０に対しては、発光トリガー信号
Ｓｔが露光制御部２４から出力され、これによってレー
ザ光源１０が一定の周期τで発光しレーザパルスの出力
が開始される（ステップＳＣ参照）。

次に、第４図に示したようにしてシャッター１４の開動
作が開始されると、第５図に示すようにレーザパルスが
シャッター１４を透過することとなる。これらのレーザ
パルスは、一方においてウェハＷ上に照射されて露光が
行われ、他方においてビームスプリッタ１８の作用によ
り検知器２６に入射して露光制御部２４による露光エネ
ルギーの積算、すなわち積算エネルギーＥ　ｇｕｍの計
算が行われる（ステップＳＣ参照）。

ここで、露光量信号Ｓ　ｄｏｇ。によって決定される必
要露光エネルギーをＥ　ｄａｔａとすると、上述した設
定値Ｅβ１、Ｅβ２に対して、（５）式のＥ　ｄｏｓｅ
−Ｅβ２≦Ｅ　、ｕｍ≦Ｅ　ｄｏｓｅ　−Ｅβ１となっ
たかどうかの判定が行われる（ステップＳＣ参照）。

この判定の結果、（５）式が満たされない場合には、上
述したパルス計数値ｎをｎ＋１としてステップＳＥに戻
る（ステップＳＣ参照）。そして、次のレーザパルスに
対して同様の処理が繰返行われる。

また、かかる判定の結果、（５）式が満たされた場合に
は、かかる条件を満たした時のパルスに同期してシャッ
ター１４の閉動作を開始するとともに、このとぎのシャ
ッター１４の閉動作時間幅（ｔｂ　＋Ｔβ）を、 Ｅβ−Ｅ　ｄｏｓａ−Ｅ　ｓｕｍ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（６）に対応するように第７図によっ
て設定し、露光制御部２４からその旨のシャッター開閉
信号Ｓｓがシャッタードライバー１６に出力されること
となる（ステップＳＣ参照）。

そして、かかる指令に基くシャッター１４の閉動作の後
、レーザ光源１０に対する発光トリガー信号Ｓｔの出力
が終了し、レーザパルスの発光が停止される（ステップ
Ｓｌ参照）。以上の動作により、ウェハＷに対する必要
量の露光が終了することとなる（ステップＳＣ参照）。

なお、以上の動作において、レーザパルスの出力指令は
シャッター開指令の後に行われたが、最初のレーザパル
スが出力される時のシャッター１４の状態は、まだ完全
に閉じた状態であってもよいし、開いた状態でもよい。

シャッター１４の全開に要する時間のロスを防ぐには、
シャッター１４を全開にした状態で最初のレーザパルス
を出力した方がよい。

また、ステップＳ■に示すように、露光を行わない場合
にはレーザ光源１０の発光をしていない方が、該光源１
０の構成部品の寿命が長くなってよい。

更に、上記実施例ではビームスプリッタ−１８をシャッ
ター１４の後に配置し、シャッター通過後のエネルギー
をモニターすることとしたが、ビームスプリッタ−１８
をシャッター１４の前に配置し、シャッター１４の通過
前のパスルエネルギーをモニターしても同様の効果が得
られるし、レーザ光源１０にエネルギーモニターを設け
てその出力をモニターするようにしてもよい。

以上説明したように、この実施例によれば、シャッター
間による通過エネルギー量は、各パルス毎のエネルギー
量のバラツキを含めて検知手段により積算検知され、こ
の値と、指令された必要露光エネルギーとを比較して、
シャッター間の動作時間幅ないし動作速度が定められて
露光エネルギ−量の調整が行われるので、シャッター開
動作開始のタイミングや、パルス毎のエネルギーの揺ら
ぎによる露光量の誤差が良好に修正されるという効果が
ある。

また、この実施例では、各パルスのエネルギー量を測定
しているので、例えば、シャッター全開の状態になって
からレーザ光源のパルス出力を行っても良好に光量調整
を行うことができる。

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、例えば、エキシマレーザ以外の他のパルス光源を用
いた場合でもよく、露光装置以外の装置に対しても適用
可能である。

また、エキシマレーザなどのレーザ光源は、発光開始時
の１パルス当りのエネルギー量が必ずしも安定せず、ま
た、発光トリガー信号が一定間隔で入力されているほう
がエネルギー量が安定する。他方、装置には寿命があり
、この点からすれば不必要な発光は避けるべきである。

従って、レーザ光源の発光開始の時期と、シャッター開
動作開始の時期との関係は、以上のような点を考慮して
決定することが好ましい。

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、パルスが
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、どのような態
様のものでもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、シャッター手
段の閉動作速度を可変に構成し、この閉動作速度ないし
時間幅を制御して光量の調整を行うこととしたので、各
パルス毎のエネルギー量に揺らぎがあっても、良好に再
現性よく光量の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図は本発明の一
実施例を示すブロック図、第４図はレーザパルスとシャ
ッター開閉の動作の関係を示す線図、第５図はシャッタ
ー透過パルスの例を示す線図、第６図および第７図はシ
ャッター閉動作時間幅と透過エネルギーとの関係を示す
説明図、第８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］ １０・・・光源、１４・・・シャッター、１６・・・シ
ャッタードライバー、１８・・・ビームスプリッタ−１
２４・・・露光制御部、２６・・・検知器、Ｗ・・・ウ
ェハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物に所定の周期で照射される複数の光パルス
   の積算光量を、シャッター手段による光パルスの光路開
   閉制御によつて調整する光量調整装置において、 前記シャッター手段を、光路閉動作速度可変に構成する
   とともに、 各光パルスの光量を検出して、シャッター手段の光路開
   動作開始時からの積算光量を算出する第一の演算手段と
   、 この手段によって算出された積算光量と、あらかじめ定
   められた前記対象物への必要光量と、その光路閉動作速
   度を可変したときにシャッター手段を透過する光量の可
   変範囲とに基いて、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第二の演算手段と、 前記第一の演算手段によって算出された積算光量と、前
   記対象物への必要光量とに基いて、前記シャッター手段
   の光路閉動作速度を決定する第三の演算手段と、 第二の演算手段によって決定されたタイミングで、第三
   の演算手段によって決定された速度により、前記シャッ
   ター手段の光路閉動作を行う制御手段とを備えたことを
   特徴とする光量調整装置。
2. （２）前記第二の演算手段は、前記シャッター手段の光
   路閉動作開始のタイミングを、前記光パルスの出力タイ
   ミングに同期させて決定する特許請求の範囲第１項記載
   の光量調整装置。