JPS63241925A - 露光装置及び露光方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は照明装置の光量制御方式に関し、特にＬＳＩ製
造においてマスク（レチクル）パターンをウェハ上に焼
き付ける投影露光装置の露光量制御方式の改良に関する
ものである。

［従来の技術］ 近年ＬＳＩの高集積化が著しく進展し、これに伴い半導
体露光装置においては、基板上への微細パターンの焼付
の高精度化がこれまで以上に要求されてきている。

そこで、現在では露光光の波長の短波長化によりパター
ンの微細化に対応している。露光光としては、現在Ｈｇ
ランプのｇ線、ｉ線等の紫外光が比較的多く使用されて
おり、更に最近では、上記の紫外光に比べ非電に高い強
度を持つエキシマレーザ等のパルスレーザ光がン主目さ
れている。

しかし、パルスレーザ光を露光光として利用した場合に
レーザの出力の安定性に問題があった。

詳述すると、発振されるレーザのパルス間のレーザ出力
が不安定であり、且つビームの均一性を保つのが困難で
あった。従ってこのような場合には、ウェハのショット
（チップ）間の露光量の管理及びウェハ面上における照
度均一性か保証できなかった。

上記のような点から現在では、光量（レーザ出力）をレ
ーザのパルス毎に測定し、更に積算してレーザ出力を求
め、これを調整する方法、あるいは１パルスの基準出力
を予め設定しておき、出力されるレーザのパルス数を調
整することによって露光量を制御する方法が多く利用さ
れている。

上記２つの露光量制御方法のうちパルス毎の出力を積算
して露光量制御を行なう積算方法における露光量の調整
方法としては、レーザ本体の電圧を制御する方法や、出
力の安定性及び出力の変動範囲から外部光学系（減光手
段）による方法がある。

上記減光手段としては、使用するレーザ光がパルスレー
ザであるとともに紫外光であり光強度が高いため、素子
の安定性の面から通常のガラスフィルターのような減光
素子を用いることができない。またレーザに対して安定
な減光素子を用いても、光量調整において透過率の異な
る複数の素子を用いる必要がある。その場合、選択的に
素子を用いるのでその可動部が必要になり、装置の構成
か複雑になる可能性がある。

また、レーザの波長幅が狭いインジェクションロッキン
グ型エキシマレーザ、あるいはエタロン又はプリズム等
による狭帯化レーザを使用した場合には、スペックルが
発生しやすいため、振動ミラーあるいはガルバノミラ−
等の手段でレーザビームを駆動させてスペックルの平均
化を行なうことにより、ウェハ上でのスペックルの発生
を防止していた。

従って、例えばＮパルス（−周期）の出力を行なって始
めて照度の均一性が保証されることとなる。このため、
露光量に必要な出力を得るためにはＮ回の整数倍のパル
スの出力が必要となり、露光時間が長くかかり、スルー
ブツトが低下してしまうという不都合があった。

以上のようなパルス出力の積算方法による不都合を考慮
し、現在では出力されるレーザのパルス数を管理して露
光量を制御する方法が比較的多く利用されている。

この方法は、レーザのパルス間の出力に安定性を持たせ
、所定の安定性を持ったパルスの数を制御し、その結果
良好な露光光量を得ようとするものであり、容易に露光
量の制御を行なえるものである。

例えば、レーザのパルス間の出力の安定性が±ｎ％とし
、１シヨツト（チップ）に必要な露光量を得るためにＮ
２のパルスの発振を必要とした場合に、ウェハ上に照射
されるレーザ光の安定性が統計的に士ｎ／ＪＮ２になる
ことを利用し、結果的に±１％以内の安定性を保証でき
る露光量制御を行なおうとするものである。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、上記のようなレーザのパルス数の管理による光
量制御方法においては、レーザを連続的に使用する場合
には上述したようにレーザの出力は±ｎ％（市販のレー
ザでは通常ｎ＝５程度）に制御可能であるか、露光装置
においては必ずしも上記のような安定性が得られないと
いう不都合が生じた。

また、レーザのピークパワーが強すぎて、つ工へのレジ
スト特性が変化してしまうこととなった。

これは、発振されるレーザのパルス間の出力がレーザ発
振開始時において特にばらつきが大きく安定性が低いの
に対し、露光装置においてはウニへの交換等によりレー
ザ発振の一時的な中断を必要とし、統計的な安定性を得
る程の連続的なレーザ発振を行なえないことに起因する
。

従って、露光装置においては特に不安定な部分のパルス
を使用せざるを得す、安定した出力のパルス、即ち正確
な光量制御が行なえないという問題点かありた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、所定
の露光に使用するパルス間の強度のばらつきを少なくし
、安定した露光量制御が可能な露光装置を得ることを目
的としたものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る露光装置は、パルスレーザの光路の閉鎖
、開放を行なうためのシャッター手段と、パルスレーザ
のパルス毎の出力強度を検出するだめの検出手段と、出
力パルスが連続的に発振されてから該検出手段で得られ
たパルス毎の出力強度が許容範囲内に有るか否かによフ
て、上記シャッター手段の開閉制御を行なう制御手段と
を具備したことを技術的要点としたものである。

［作用］ 本発明においては、パルス間出力のばらつきが大きいレ
ーザ発振初期のレーザをシャッター手段によって遮断し
て、その後のパルス間出力の安定したレーザのみを露光
用の照明光として使用しているため、レーザのピークパ
ワーが強すぎて、ウェハのレジスト特性が変化すること
もなく、露光量制御を極めて正確に行なえることとなる
。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。

図において、エキシマレーザ光源１０から発振されたパ
ルスレーザは、まず光路中に進退可能なビームスプリッ
タ１２に入射し、該ビームスプリッタ１２を透過する露
光用の照明光と、ここで一部反射されるパルス出力検出
用の光とに分割されるようになっている。

このうちビームスプリッタ１２て反射された光は、第１
デイテクターＩ４に入射し、入射した光のパルスの強度
を１パルス毎に検出し、これを電気信号に変換して、制
御部１６に送信するようになっている。つまり、パルス
間の出力強度のばらつきをここで検出できるようになっ
ている。

他方ビームスプリッタ１２を透過した光は、シャッター
１８に入射して、入射した光の光路の遮断及び開放の調
整がなされるようになっている。シャッター１８は上記
制御部１６によって駆動制御され、該制御部１６に人力
された第１デイテクター１４からの情報に基いて、パル
ス間出力のばらつきが所定の許容値以下になるまでシャ
ッター１８を閉じてレーザ光を遮断し、ばらつきが所定
の許容値以下になったらシャッター１８を開けるととも
に、ビームスプリッタ１２を光路からはずし、露光を開
始するように制御されている。

このような制御は、エキシマレーザ光のパルス間出力の
安定性が、間欠的使用の場合にはレーザ発振の初期の数
パルスについては所定の出力値に対して±１０％以上の
ばらつきを有するが、それ以後は±５％以内におさまっ
ていることを利用したものである。

更に、シャッター１８は制御部１６を介し、後記光量デ
ィテクター２８において得られる光量即ちパルス数に基
いて、１シヨツト毎の開閉も行なわれるようになってい
る。

次に、シャッター１８を通過した光は、第１ミラー２０
及び第２ミラー２２で反射された後、フライアイレンズ
、あるいはシリンドリカルレンズ等の第１照明系２４に
入射するようになっている。ここで照明むらが除去され
、照明の均一化が図られることとなる。

次に、第１照明系２４を透過した光は、ビームスプリッ
タ２６において反射されるが、該ビームスプリッタ２６
に入射した光の一部は分割されて、第２デイテクター２
８に入射するように構成されている。

第２デイテクター２８は、受光された光のパルス数を検
出し、これを電気信号に変換して制御部１６に人力する
ようになっている。なお、上述したようにこの第２デイ
テクター２８からの情報は、制御部１６において、上記
シャッター１８の１シヨツト毎の開閉制御の基礎データ
となる。

次に、ビームスプリッタ２６において反射された光は、
コンデンサレンズ等の第２照明系３０に入射するように
なっている。

更に、このように各光学素子によって得られた照明光は
、投影レンズ３２を介し、レチクル３４上のパターンを
ステージ３６上に載置されたウェハ３８上に投影露光さ
れるように構成されている。

次に、上記実施例の全体的な動作及び制御方法について
第２図を参照しなから説明する。

図において、レーザ光がエキシマレーザ光源１０から発
振されると、該レーザ光はビームスブリッタ１２に入射
し、露光用の照明光とパルス出力検出用の光とに分割さ
れる。

このうちビームスプリッタ１２で反射された光は、第１
デイテクター１４に入射し、入射した光のパルス強度を
１パルス毎に第２図のように検出し、パルス間の出力強
度のレベル状態を得る。図から明らかなようにレーザ発
振初期はパルス間の出力強度のばらつきが特に大きくな
っている。

次に、このような情報を電気信号に変換して制御部１６
に人力し、この情報に基いてシャッター１８の開閉制御
か以下のように行なわれる。

予め基準となるパルスのパワー強度Ｉ０を設定しておき
、パルスレーザ発振開始後、レーザパルス間の出力のば
らつきが所定の許容値±ａ％以下になるまでのｎパルス
間はシャッター１８を閉じてレーザを遮断する。

そして、該ばらつきが±ａ％以下になったらシャッター
１８を開けて露光を開始する。つまり、パルス間の出力
が安定している部分のパルスのみを利用して露光を行な
う。

なお、所定の許容値に入っているかどうかの判断は以下
の基準で行う。

基準となるパルスのパワー強度工０に対する、レーザ発
振開始後のパルスの強度ｒ　（ｔ）の値かを満たすかど
うかの判断を行い、２パルス以上連続で、上記（１）式
を満たした時（許容値ａ以下になった時）に、シャッタ
ーを開けて、露光を開始するようにする。

また、レーザ発振後のｉ番目の強度をＩ　（ｔｉ）　　
として を上記（１）式の代りとしても良い。

また、経験的にレーザ発振開始から、パルス間の出力強
度が所定のパルス間安定性±ａ％以下になるまでのパル
ス数を測っておき、そのパルス数までレーザを遮断し、
その後シャッターを開は露光を行っても良い。

更に、 より１パルス当りの平均的なパワー強度Ｉａｖｅを算出
し、これを基準に必要露光量に対応する１シヨツトに必
要なパルス数ｍを求め、記憶しておく。

次に、パルスの出力が上記のような条件を満たしシャッ
ター１８を通過した光は、第１ミラー２０、第２ミラー
２２及び第１照明系２４の各光学素子の各作用によって
、均一化された光がビームスプリッタ２６に入射する。

そして、ビームスプリッタ２６で反射された光は、第２
照明系３０に入射し、投影レンズ３２を介して、レチク
ル３４上のパターンをステージ３６上に載置されたウェ
ハ３８上に投影露光を行なう。

他方、ビームスプリッタ２６に入射した光の一部は分割
されて、第２デイテクター２８に入射し、ここで入射し
た光のパルス数を検出し、これを電気信号に変換して制
御部１６に入力する。

次に、該パルス数と制御部１６に記憶されている１シヨ
ツトの必要パルス数ｍを比較して、第２デイテクター２
８に入射する光のパルス数が、上記必要パルス数ｍに足
したら一時的にシャッター１８を閉じるような、１シヨ
ツト毎のシャッター１８の制御を行ない、次のショット
を露光するべくスッテプアンドリピート方式でクエへを
ステッピングさせる。

このため、例えば１シヨツト（チップ）当りの露光パル
ス数をｍとした場合に、パルス間出力のばらつき許容値
±ａ％に対してウニへ面上での露光量のばらつきは統計
的に±ａ／Ｊｍ　（ｔ）　　となる。

更に、上記のような露光を繰返し、ウェハの交換等によ
りレーザの発振を停止した場合にも、上述したものと同
様の手順によって、露光を再開する。

上記のような露光装置においては、パルスレーザ発振直
後のパルス間出力のばらつきが許容値上ａ％以上のレー
ザ光をシャッター１８によって遮断し、その後のパルス
間の出力強度のばらつきが許容値±ａ％以下の安定した
レーザ光のみを露光光として利用している。

このため、レーザ光のパルス間の出力強度のばらつきに
よりビークパワーが強すきて、ウェハのレジスト特性が
変化する心配がない。また、露光量管理も積算管理でな
くパルス数管理で充分対応できるため正確な露光量制御
が行なえる。

更に、狭帯域レーザ使用時のスペックル対策として振動
ミラー、ガルバノミラ−等を使用した場合にも、ウニ八
面上での照度均一性に関して不都合はなく、スルーブツ
トの点でも有利となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
同様にパルス間の出力の安定性を必要とする例えばアラ
イメント用の照明光、光化学反応装置の励起光を発する
装置にも充分適応可能なものである。

また、上記実施例では、シャッター１８としてｌｉＭ型
のものを使用したが、反射型のものを用いていもよいこ
とは明らかである。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、パルス間の出力強度のば
らつきが少なく、ウェハのレジスト特性の変化を防止で
きるとともに、露光量制御を良好に行なうことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は実施例
の作用を示す説明図である。 ［主要部分の符号の説明コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 露光用光源としてパルスレーザを利用した露光装置にお
   いて、 前記パルスレーザの出力パルスの光路の閉鎖、開放を行
   なうためのシャッター手段と、 前記パルスレーザのパルス毎の出力強度を検出するため
   の検出手段と、 前記出力パルスを連続的に発振させてから前記検出手段
   において得られるパルス毎の出力強度が所定の許容範囲
   内となった場合に、前記シャッター手段の開放制御を行
   なう制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置。