JPH08334904A - 光量制御方法及び光量制御装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エキシマレーザを光源とする露光装置におい
て、効率よく露光を行うための光量制御方法を提供す
る。 【構成】 露光開始時から適正露光量よりもわずかに小
さい規定値に達するまでは、レーザの発光間隔を変動さ
せ、レーザ出力を最大限上昇させた状態で粗露光を行
う。粗露光中、第１露光量検出器１４により露光量をモ
ニタし、主制御系１０４に内蔵された記憶装置に記憶し
て積算露光量を計上しておく。積算露光量が適正露光量
よりもわずかに小さい規定値に達した時、レーザ出力を
制御することにより微露光を行い、積算露光量を適正露
光量に近づける。

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の光量制
御方法に関し、特にエキシマレーザを光源とする露光装
置においてマスク及びウエハを所望の露光量で露光する
ための光量制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップは、近年、より高集積化が
進み、解像度の高い露光装置が求められている。解像度
は露光光の波長と逆比例するため、露光装置の光源とし
て遠紫外領域の光を発するエキシマレーザが用いられて
きている。

【０００３】エキシマレーザはパルスレーザであり、従
来の装置では複数のパルス光により露光を行っている。
しかし、レーザ出力が各パルス光毎に少なくとも５％程
度変動するため、適正露光量に制御するのは非常に困難
であった。そのため、所望の適正露光量で露光を行うた
めのいくつかの方法が提案されている。

【０００４】その中の一つに、適正露光量にわずかに足
りない露光量までは、エキシマレーザの出力を最大にし
て露光を行い（以後、これを粗露光過程と呼ぶ）、その
後、適正露光量に達するまでは、レーザ出力を制御して
露光を行う（以後、これを微露光過程と呼ぶ）方法が知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】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１１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１０（ａ）
に示すように設定した場合、レーザ出力は図１０（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】前述の粗露光過程と微露光過程を行い、適
性露光量に制御する露光量制御方法では、レーザの放電
電圧の最大値によりレーザ出力の最大値が決まってい
た。しかしながら、上記のレーザの連続発光中にスパイ
ク現象が発生する現象を前述の露光量制御方法に適用す
ることにより、レーザ出力を上昇させることができ、露
光効率を向上させることができる。

【０００９】本発明の目的は、エキシマレーザを光源と
する露光装置において、効率よく露光を行うための光量
制御方法を提供することである。

【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、エキシマレーザから発する
第１のパルス光を検出し、検出結果に応じて第２のパル
ス光の光量を制御する光量制御方法において、前記エキ
シマレーザの発光時間の間隔が一定の場合よりも１パル
ス当りの平均光量を高くするよう発光時間の間隔を制御
することを特徴とする光量制御方法である。

【００１１】本願第２発明は、本願第１発明の光量制御
方法を用いて光量を制御することを特徴とする光量制御
装置である。

【００１２】本願第１、第２発明の光量制御方法及び光
量制御装置により、物体を適切な光量で且つ効率よく照
明できる。

【００１３】本願第３発明は、本願第１発明の光量制御
方法を用いて露光を行うことを特徴とする露光装置であ
る。

【００１４】本願第４発明は、エキシマレーザと、該エ
キシマレーザから発したパルス光を検出する検出手段
と、該検出手段の検出結果に応じて第２のパルス光の光
量を制御する制御手段とを有し、前記エキシマレーザか
ら発した複数のパルス光により転写パターンが形成され
たマスクを照明し、該転写パターンをウエハ上に露光転
写する露光装置において、前記エキシマレーザの発光時
間の間隔が一定の場合よりも１パルス当りの平均光量を
高くするよう、発光時間の間隔を制御する発光時間制御
手段を有することを特徴とする露光装置である。

【００１５】本願第５発明は、本願第３、第４発明の露
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
バイスの製造方法である。

【００１６】本願第３、第４発明の露光装置及び本願第
５発明のデバイスの製造方法により、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、高スループット
で製造することができる。

【００１７】本願第６発明は、本願第１発明の光量制御
方法を用いて加工を行うことを特徴とする加工装置であ
る。

【００１８】本願第６発明の加工装置により、被加工物
を正確に、効率よく加工できる。

【００１９】

【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している。

【００２０】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。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。レチクル９はレチクル
ステージ１０に固定され、投影光学系１１を介してウエ
ハステージ１３上に固定されたウエハ１２に対してアラ
イメントされる。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１
５により光学系を介した際のレーザの露光量をモニタ
し、露光むらを検証できる。

【００２１】１０１は、レチクルステージ１０とウエハ
ステージ１３を駆動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１０４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。この時、所望の露光量を得るために、第１露光量
検出器１４及び第２露光量検出器１５の検出結果に基づ
いて、トリガー信号２０１、放電電圧信号２０２に補正
を加えれば、より正確に所望のレーザ出力を得ることが
できる。トリガー信号２０１、放電電圧信号２０２は、
露光量演算器１０２からの照度モニター信号２０３や、
ステージ駆動制御系からのステージの現在位置信号２０
４、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１０
１、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１０
５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。

【００２２】次に、本発明の最も特徴的な部分である、
発光間隔を制御することによりレーザ出力を上昇させる
方法について示す。

【００２３】図２に示すように、ある基準発光間隔をＴ
１、発光間隔の振れ幅を△Ｔとして、Ｔ１−△ＴからＴ
１＋△Ｔの間で発光開始からのレーザの発光間隔を乱数
的に変化させる。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３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。

【００２４】図１１に示すような発光間隔一定、放電電
圧一定の場合、レーザの放電電圧によっても異なるが、
定常状態に入った後のレーザ出力Ｅ１の値は、スパイク
現象のピーク出力Ｅｍａｘの値の４０％から８０％であ
る。それに対して、発光間隔を乱数的に変化させる本実
施例の出力制御方法を用いた場合、Ｅ２の値は最大でＥ
ｍａｘの値の９０％近くまで上昇させることができる。
これは、連続発光の後、十分にレーザを休止させた場合
についてであり、休止時間が短ければＥｍａｘの値が減
少するので、それに応じてＥ２のＥｍａｘに対する比率
は高くなり、休止時間がある程度短くなればスパイク現
象をなくすことも可能になる。

【００２５】この発光間隔を変えることによりレーザ出
力が上昇する現象を、前述の露光装置に応用する。

【００２６】すなわち、積算露光量が適正露光量よりも
わずかに小さい規定値に達するまでは、レーザの発光間
隔を変動させ、レーザ出力を最大限上昇させた状態で粗
露光を行う。粗露光中、第１露光量検出器により露光量
をモニタし、主制御系１０４に内蔵された記憶装置に記
憶して積算露光量を計上しておく。積算露光量が適正露
光量よりもわずかに小さい規定値に達した時、レーザ出
力を制御することにより微露光を行い、積算露光量を適
正露光量に近づける。

【００２７】あるいは、粗露光を行うパルス数を予め決
めておき、そのパルス数が規定値に達した後、微露光を
行って適正露光量に近づけるという方法でもよい。

【００２８】図４は、レーザの放電電圧が同じ時に、発
光間隔をランダムに変更した場合と、発光間隔が一定で
ある場合の積算露光量の変化を表す図である。

【００２９】図４（ａ）は、粗露光過程の様子を示した
もので、発光間隔が一定である場合の積算露光量と比較
して、発光間隔をランダムに変更した場合は照射パルス
数に対する積算露光量の増加の仕方が大きくなってい
る。図４（ｂ）は、所望の適正露光量近傍での露光の様
子を示したもので、適正露光量までレーザの出力を制御
し、微露光を行っている。本発明の光量制御方法を用い
ると、従来の方法と比較して適正露光量が少ない照射パ
ルス数で得られ、且つ露光精度も従来の方法と同等であ
る。

【００３０】微露光過程における光量制御方法として
は、レーザの放電電圧を制御することによりレーザ出力
を調整し、所望の光量を得る方法、露光光の光路中にＮ
Ｄフィルタ、干渉フィルタ等を挿入して減光し、所望の
光量を得る方法等がある。この時の発光間隔は変動させ
ても、一定でもよく、安定して所望の光量が得られれば
よい。

【００３１】また、ΔＴとレーザ出力の増加量ΔＥ（＝
Ｅ２−Ｅ１）には、図５に示すような関係があるため、
発光間隔の振れ幅ΔＴを変えることにより、レーザ出力
を制御することもできる。すなわち微露光過程におい
て、発光間隔を制御することによって光量を制御しても
よい。

【００３２】本実施例では、無作為に発光間隔を変化さ
せることによりレーザ出力を上昇させたが、図６に示す
ように、２種類の発光間隔（Ｔ２、Ｔ３）を各パルス光
毎に交互に変化させる方法や、数パルス毎に発光間隔を
変える方法、そして、発光間隔を２値の間で徐々に変化
させる方法等によっても、同様にレーザ出力を上昇させ
ることができる。

【００３３】また、図７に示すような発光間隔と平均レ
ーザ出力の関係を求め、同じレーザ出力が得られ、且つ
発光間隔が異なるＴ４、Ｔ５を用いて、図６に示すよう
な発光間隔の制御を行うと、発光間隔を無作為に変化さ
せた場合に比べ、レーザ出力のばらつきが少なく、且つ
高いレーザ出力を得ることが可能になる。

【００３４】本実施例の露光装置を用いれば、効率よく
露光を行うことができ、スループットが向上する。

【００３５】次に、本発明の露光装置を使用した半導体
デバイスの製造方法を説明する。図８は半導体デバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣ
Ｄ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では
半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク
製作）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）を制作する。一方、ステップ３（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１
２）を製造する。ステップ４（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５（組み立て）は後工程と呼ば
れ、ステップ４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６（検査）ではステップ５で作
成された半導体デバイスの動作確認テスト、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デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００３６】図９は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（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１２（ＣＶＤ）では
ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップ１５（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１６（露光）では上
記投影露光装置によってマスク（レチクル９）の回路パ
ターンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）
では露光したウエハを現像する。ステップ１８（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１９（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。

【００３７】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デバイスを製造することが可
能になる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、エキシマレーザの
発光間隔を変動させることにより、レーザ出力が上昇す
る現象を、粗露光過程と微露光過程に分けて露光を行う
光量制御方法に適用することで、露光効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光装置の概略図である。

【図２】パルス数と発光間隔の関係を表す図である。

【図３】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４】パルス数と積算露光量の関係を表す図である。

【図５】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６】パルス数と発光間隔の関係を表す図である。

【図７】発光間隔と平均レーザ出力の関係を表す図であ
る。

【図８】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図９】図８の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図
である。

【図１０】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１１】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 (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｂ ５１６Ｄ (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 (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エキシマレーザから発する第１のパルス
   光を検出し、検出結果に応じて第２のパルス光の光量を
   制御する光量制御方法において、前記エキシマレーザの
   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
   光量を高くするよう発光時間の間隔を制御することを特
   徴とする光量制御方法。
2. 【請求項２】 前記第２のパルス光の光量が、前記第１
   のパルス光の光量よりも小さいことを特徴とする請求項
   １記載の光量制御方法。
3. 【請求項３】 前記第１及び／または第２のパルス光
   が、複数であることを特徴とする請求項１、２記載の光
   量制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載の光量制御方法を用
   いて光量を制御することを特徴とする光量制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３記載の光量制御方法を用
   いて露光を行うことを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 エキシマレーザと、該エキシマレーザか
   ら発した第１のパルス光を検出する検出手段と、該検出
   手段の検出結果に応じて第２のパルス光の光量を制御す
   る制御手段とを有し、前記エキシマレーザから発した複
   数のパルス光により転写パターンが形成されたマスクを
   照明し、該転写パターンをウエハ上に露光転写する露光
   装置において、前記エキシマレーザの発光時間の間隔が
   一定の場合よりも１パルス当りの平均光量を高くするよ
   う発光時間の間隔を制御する発光時間制御手段を有する
   ことを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 前記第２のパルス光の光量が、前記第１
   のパルス光の光量よりも小さいことを特徴とする請求項
   ６記載の露光装置。
8. 【請求項８】 前記第１及び／または第２のパルス光
   が、複数であることを特徴とする請求項６、７記載の露
   光装置。
9. 【請求項９】 請求項５乃至８記載の露光装置を用いて
   デバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至３記載の光量制御方法を
    用いて加工を行うことを特徴とする加工装置。