JPH1097988A

JPH1097988A - 露光装置

Info

Publication number: JPH1097988A
Application number: JP8272885A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kurosawa; 博史黒沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】積算露光量むらをショット内の任意の場所に
おいて再現する。【解決手段】原版上の特定の範囲を照射するパルス光
源と、基板を搭載し該パルス光源からの照射光に対して
垂直な平面を移動可能な基板ステージを有する露光装置
において、前記パルス光源の発光した時間を記録する手
段を設ける。必要に応じて、さらに、パルス光源の発光
した時刻における基板ステージの位置を記録もしくは計
算する手段、パルス光源の発光した時間と対応して、該
発光における照度センサで計測した照度データを計測お
よび記録する手段、時間軸を媒介としてステージ上のシ
ョットの位置と光源からの照射光の照射位置および強度
を関連づけることによって走査露光ショット内の積算露
光量むらを忠実に計測するアクイジション手段、および
積算露光量むらを最小限に抑える手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
装置に関し、特に、露光光源としてパルス光源を用い、
かつパルス光源の発光ログ機能を設けた露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の静止露光型エキシマステッパにお
いては、ウエハステージ上に取り付けられた照度センサ
で積算露光量だけを求める構成になっており、露光画角
が光源によって均一に照射される条件においては露光性
能を達成するための十分な機能を満たしていた。

【０００３】パルス光源を用いた走査露光の従来の技術
としては、感光基板上の積算露光量を所定の値になるよ
うに制御する方法として、露光させるパルス数と個々の
パルスのエネルギーを制御する方法と、走査露光装置に
おいて露光させる個々のパルスの間隔を制御する方法な
どが紹介されている。

【０００４】例えば、特開平４−６９６６０号では最初
の１パルスから各パルス毎に、全露光量から既に露光し
た露光量を差し引いた残りの露光量から、次の１パルス
の露光量を算出し露光量可変手段を制御する方法を提案
している。

【０００５】同様に、特開平５−６２８７６号では、残
存光量の１パルスあたりの平均エネルギーと複数回前ま
での平均１パルス露光量とをパルス毎に比較し、次回の
露光量が残存光量の１パルスあたりの平均エネルギーに
一致するように制御パラメータを変化させる方法を提案
している。

【０００６】また他方において特願平７−７４０９２号
では、スリット走査型露光装置において走査速度を一定
に保ちつつ、各パルス光による露光量をモニターし、計
測された露光量の強度に応じて次回のパルス光の発光タ
イミングを時間的に前後させる方法を提案している。同
時に走査方向におけるスリット光の強度分布を境界領域
において緩やかな変化を持たせることによって上記の積
算露光量の確定的な誤差が発生しないように配慮してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
にあげたような走査露光装置においては１ショットの露
光が行われる間、局所的な照射エリアが時間を追って移
動する方式なので、ショット内での積算露光量分布は静
止露光装置のようにショット内の代表点を一カ所計測し
ただけではショット全体の積算露光量を正確に計測して
いるとは言えない。従って走査露光に適合した積算露光
量むらをショット内の任意の場所において計測し、露光
装置におけるショット内の積算露光量むらおよび積算露
光量を検証する手段が求められていた。

【０００８】本発明は、積算露光量むらをショット内の
任意の場所において再現する手段を提供することを目的
とする。特に、ウエハに対しパルス発光による露光ビー
ムスリットを走査させて露光する走査露光装置におい
て、実際に露光したショット上における積算露光量の分
布状態をウエハを現像することなしに露光履歴データか
ら再現する機能を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するため本発明では、原版上の特定の範囲を照射す
るパルス光源と、基板を搭載し該パルス光源からの照射
光に対して垂直な平面を移動可能な基板ステージを有す
る露光装置に、パルス光源の発光した時間を記録する機
能を持たせたことを特徴とする。好ましくは、さらに、
パルス光源の発光した時刻における基板ステージの位置
を記録もしくは計算する機能、パルス光源の発光した時
間と対応して、該発光における照度センサで計測した照
度データを計測および記録する機能を持たせ、時間軸を
媒介としてステージ上のショットの位置と光源からの照
射光の照射位置および強度を関連づけることによって走
査露光ショット内の積算露光量むらを忠実に計測するア
クイジション機能と、積算露光量むらを最小限に抑える
機能を持たせる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例１図１は、本発明の一実施例に係る走査露光装置の概略の
構成を示す。図１において、エキシマレーザ等のパルス
光を放射するパルスレーザ光源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、ハエの目レ
ンズ等で構成された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。

【００１１】ハエの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。４はコンデンサレンズであり、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可動スリット６をケーラー照明して
いる。

【００１２】可動スリット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、可動
スリット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。１８はボイスコイルモー
タであり、可動スリット６を光軸方向に移動制御するこ
とができる。このスリット６は実際には前記レチクル９
と共役な位置より僅かにずらしてあり、スリット６によ
って形成される露光強度プロファイルは図５に示すよう
な台形形状をしている。スリットが光軸に沿って移動す
ると、露光強度プロファイルは図５の５１や５２のよう
に変化する。図１において、１０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半導体基板１１に
縮小投影している。レチクル９はレチクルステージ１３
に固定され、投影光学系１０を介してウエハステージ１
４上に固定された半導体基板１１に対して所望の場所に
アライメントされ走査露光される。

【００１３】ウエハステージ１４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１５に
より光学系を介した際のレーザ光源１の露光量をモニタ
することができる。１０１はレチクルステージ１３とウ
エハステージ１４を制御するためのステージ駆動制御系
である。１２は第１露光量検出器であり、ハーフミラー
５により分割されたパルス光の一部の光束をモニタして
いる。

【００１４】１０２は露光量演算器であり、第１露光量
検出器１２や第２露光量検出器１５によって光電変換さ
れた電気信号をディジタル値に変換して主制御系１０４
に送っている。第１露光量検出器１２は露光装置本体に
固定され、露光中でも強度計測ができるため、半導体基
板１１に露光された露光光の積算値を見積もるために用
いられる。第２露光量検出器１５は、ウエハステージ１
４上に搭載され、スリット光の任意の場所における強度
を計測することができるので、スリットから照射される
露光光の強度プロファイルを計測するために用いられ
る。第２露光量検出器１５は、ウエハ露光中の光源１か
らの照射光強度を計測することはできない。レーザ制御
系１０３は所望の露光量に応じてトリガ信号１６、充電
電圧信号１７を生成し、レーザのパルスエネルギーおよ
び発光間隔を制御する。トリガ信号１６および充電電圧
信号１７を生成する際には、露光量演算器からの照度モ
ニタ信号１０８と主制御系からのレーザー光源の発光回
数履歴情報等がパラメータとして用いられている。

【００１５】また、露光量および露光量むらの許容値は
マンマシンインターフェースもしくは、メディアインタ
ーフェースである入力装置１０５により入力される。第
１露光量検出器１２および第２露光量検出器１５から得
られた結果や積算露光量の見積り値は表示部１０６によ
り表示をすることが可能である。主制御系１０４は入力
装置１０５から与えられたデータと露光装置固有のパラ
メータおよび、第１露光量検出器１２および第２露光量
検出器１５等の計測機構で計測したデータから走査露光
に必要なパラメータ群を算出し、レーザ制御系１０３や
ステージ駆動制御系１０１に伝達する。１１５はクロッ
クであり、１ショット露光中のタイムログをとるための
タイムベースとなる。クロック１１５はウエハステージ
１４とレチクルステージ１３の同期走査露光シーケンス
が開始した瞬間に主制御系１０４からのリセット信号１
１０によってリセットされる。１１２は発光時刻記録器
であり、トリガ信号１６によりトリガされた瞬間の時間
データ１１１と第１露光量検出器１２の照度データ１１
６を記録する。発光時刻記録器１１２は１ショット内の
露光に必要な光源１の発光回数に対応した記録データを
一時的に保持することができる。１ショットの露光が完
了すると、発光時刻記録器１１２は発光時間ログ１１３
を主制御系１０４に転送する。

【００１６】図２は図１の発光時刻記録器１１２が主制
御系１０４に転送する１ショット分の発光時間ログの内
容である。それぞれの行において光源の発光に対応した
発光時刻と発光強度が記録されるようになっている。通
常のエキシマレーザ光源は、レーザチューブのガス濃度
の非均一性によって、充電電圧を一定の状態で放電した
場合でも５％前後の発光強度のばらつきが存在する。従
って、指令充電電圧に対して光源の発光強度が許容でき
る範囲内に収まっているかどうかは、上記記録を参照す
ることによって検証することが可能である。

【００１７】さらに、レーザー光源の電極に印加する電
圧の充電がまれに失敗して（途中で放電する）しまう場
合があり、こうした場合、光源はトリガ信号１６を与え
ても発光しない。上記記録を参照することにより、光源
がトリガ信号が来たにも拘らず発光しなかった場合も
（ミスファイヤ）検知することができる。

【００１８】図３はウエハステージのアクイジションデ
ータテーブルである。ウエハステージ１４の位置はサー
ボクロック毎の現在位置のデータをステージ駆動制御系
１０１に読み込まれるようになっている。すなわち図３
に示すような、サーボクロックに仕切られた時間ごとの
ウエハステージ位置座標が１ショット毎に得られるよう
になっている。通常、ウエハステージ１４のアクイジシ
ョンデータのサンプル間隔と光源１の発光タイミングは
同期していないので、上記時間軸を基準にレーザの発光
が起こった時刻とその時のウエハステージの位置を結び
つけることをしようとした場合、光源１の発光タイミン
グにおけるウエハステージの位置を上記アクイジション
データに補完する必要がある。

【００１９】図４は、サーボクロック毎に得られるウエ
ハステージのアクイジションデータから補完して光源１
の発光時間ｔｎにおけるウエハステージの位置を求める
図である。ウエハステージは走査露光中は一定速度で動
いているので、１次関数補完で十分である。

【００２０】上記補完方法によれば、１ショットの露光
が終了した後、露光時刻記録器１１２とステージ駆動制
御系１０１から発光時間ログデータ１１３とウエハステ
ージのアクイジションデータを主制御系１０４に転送
し、時間軸を基準にレーザの発光が起こったときのウエ
ハステージの位置を結びつけることが可能である。すな
わち実際の露光中において、光源１の発光ごとの露光光
の強度プロファイルがウエハステージ上のどこに照射さ
れたかを表現することが可能になる（図６）。

【００２１】図５はウエハステージ結像面上における露
光光強度のプロファイルである。パルスレーザ光源の時
間的に非連続な露光光照射をスムーズにつなげるため、
積極的にプロファイルの裾野の形状をなまらせている。
この裾野の幅は図１の可動スリット６を露光光軸上でレ
チクル共役面からデフォーカス方向に移動させることに
よって変化させることができる。デフォーカス量が大き
いほどグレーゾーンの幅ｒが大きくなり、積算露光量は
むらが平坦化される方向になる。しかし、露光光が通過
する投影光学系の幅はｒ＋ｗで表現されるので、投影レ
ンズの口径が固定されている以上ｒを大きくしたければ
スリット幅ｗを狭くするしかない。

【００２２】このような既知のプロファイルを持った露
光光で走査露光を行った時の積算露光量を見積もるため
の概念図が図６である。図６において、任意の位置Ｘｎ
における積算露光量は図中の点線のように、Ｘｎの位置
において横切る台形プロファイルの高さの合計に相当す
る。光源の発光制御は均一な積算露光量を達成するため
の積算露光量制御手段として、第１露光量検出器１２の
検出量に応じて充電電圧１７を加減するような電圧制御
方式や、トリガ信号１６のタイミングを加減するような
発光タイミング制御方式があげられる。一定速度で走査
露光を行なうならば、前者の場合図４におけるウエハス
テージの位置は等間隔になり、結果として図６の隣り合
う台形プロファイルの間隔は同じになり、プロファイル
の最大強度だけが変化する。後者の場合、間隔とプロフ
ァイルの最大強度の双方が変化する。

【００２３】図７は図６の概念図を基に任意の場所での
積算露光量を再現した図である。この再現は図１の主制
御系１０４において行なわれる。すなわち図６における
台形の高さ（照度）の積算量をｘ軸の位置に関して求め
たものである。図７によれば、レーザ光源の発光タイミ
ングと強度のログから得られる情報から計算上で積分処
理を行なうことによって、走査露光中の各場所ごとにお
ける積算露光量の形状が把握できるようになる。

【００２４】以上のように、パルスレーザの一発発光ご
との照度と時間を記録する機能、およびレーザ発光した
時刻におけるステージの位置を記録もしくは計算する機
能を持たせ、これら２つの機能から得られるログデータ
から、時間軸を基準に照度データとウエハステージの位
置データを結びつけ、ショット内に置ける積算露光量の
分布を計算する。また、これによって得られた積算露光
量からトータルな積算露光量や積算露光量むらを制御す
るパラメータ（走査速度、発光強度指令値またはスリッ
トプロファイルなど）を調整する。これにより、より高
精度の露光量制御を行なうことができる。

【００２５】一方、発光時刻における照度データを主制
御系において解析することにより、１ショット露光中の
ミスファイヤ（不発）の有無の確認を行なうことができ
る。主制御系はこのミスファイヤの有無を見つけ出し当
該露光ショットもしくはチップの露光失敗を検出し、プ
ロセスＪＯＢデータを構成することができる。

【００２６】実施例２図８は、本発明の第２の実施例に係る、ウエハステージ
を走査することなくウエハ上の積算露光量分布を見積も
るデータフローである。ハードウエア構成は実施例１と
同じである。すなわち、図８において、図２に説明した
と同様の発光時間ログ８０１は、一時的に露光量演算器
１０２に蓄積され、１ショット分の発光が終了した後に
主制御系１０４に転送される。ウエハステージ走査速度
８０２はウエハステージを実際に走査させてウエハを露
光する場合に用いる走査速度ｖであり、積算露光量を求
める際にウエハステージを駆動する必要はない。積算露
光量の演算８０４は図４において説明したような発光時
間ｔｍにおけるウエハステージの位置Ｘｍを走査速度と
走査開始点Ｘ０から計算で求めることができる（Ｘｍ＝
Ｘ０＋ｖ＊ｔｍ）。この関係から実施例１と同様に図６
に示したような積算露光量を求める手順をたどることが
可能であり、露光ショット内の積算露光量８０３が求め
られる。本実施例においてレーザ光源１からの露光光の
照度検出に用いるセンサは実施例１と同様に装置内の固
定点に取り付けられたセンサである第１露光量検出器１
２であってもよいし、ステージ上に取り付けられた移動
可能なセンサである第２露光量検出器１５であってもよ
い。第１露光量検出器で行なう場合よりも、結像レンズ
７やミラー８、レチクル９投影レンズ１０などの光学素
子を経由した後の露光光強度を計測するポジションに配
置されている第２露光量検出器１５で照度検出を行なっ
た方が計測精度的に好ましい。

【００２７】０．２５μｍの線幅加工精度を実現するた
めの積算露光量むらの許容値は１％前後と見積もられて
いる。図７において再生した積算露光量むらの量が許容
値を超える場合は、注目した露光位置における受光パル
ス数を増やすことにより、積算露光量むらを減らすこと
ができる。それには、単純に最大強度ｉｍ（図５）と
ウエハステージの走査速度を落とすことにより受光パル
ス数を増やす方法、およびスリット裾野の幅ｒ（図
５）を広げる方法（レンズの直径が限定されるので結果
的に裾野を広げるとスリット幅Ｗが狭くなる）などが考
えられる。両者の方法とも、光源の露光に供する１パル
スあたりの照射エネルギーを制限することになり、露光
装置の生産性の目安であるスループットを低下させる要
因となるため、必要最低限のｉｍもしくはｒの変更を行
うことになる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パルス
光源の１パルス発光ごとの時間を記録する機能を持たせ
ることにより、積算露光量むらを算出することができ
る。特に、基板に対しパルス発光による露光ビームスリ
ットを走査させて露光する走査露光装置においては、パ
ルスレーザの一発発光ごとの照度と時間を記録する機
能、およびレーザ発光した時刻におけるステージの位置
を記録もしくは計算する機能を持たせる。そして、これ
ら２つの機能から得られるログデータから、時間軸を基
準に照度データとウエハステージの位置データを結びつ
け、ショット内に置ける積算露光量の分布を計算する。
さらに、これによって得られた積算露光量からトータル
な積算露光量や積算露光量むらを制御するパラメータ
（走査速度、発光強度指令値またはスリットプロファイ
ルなど）を調整する。これにより、実際に露光したショ
ット内各所における積算露光量の分布状態を基板を現像
することなしに露光履歴データから再現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る走査露光装置の概略
の構成図である。

【図２】図１の装置における発光時間ログの内容の一
例を示すテーブルである。

【図３】図１の装置におけるウエハステージのアクイ
ジションデータテーブルである。

【図４】図１の装置におけるウエハステージの位置Ｘ
ｍと時間ｔｍとの関係を示すグラフである。

【図５】ウエハステージ結像面上における露光光強度
のプロファイルを示す図である。

【図６】図１の装置における積算露光量を見積もるた
めの概念図である。

【図７】図６の概念図を基に任意の場所での積算露光
量を再現した図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係るデータフロー図
である。

【符号の説明】

１：パルスレーザ光源、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：、６：可動スリット、７：結像レンズ７、８：ミラ
ー、９：レチクル、１０：投影光学系、１１：半導体基
板、１２：第１露光量検出器、１３：レチクルステー
ジ、１４：ウエハステージ、１５：第２露光量検出器、
１６：トリガ信号、１７：充電電圧信号、１８：ボイス
コイルモータ、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、１０８：照度
モニタ信号、１０９：、１１０：リセット信号、１１
１：時間データ、１１２：発光時刻記録器、１１３：発
光時間ログ、１１５：クロック。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原版上の特定の範囲を照射するパルス光
源と、基板を搭載し該パルス光源からの照射光に対して
垂直な平面を移動可能な基板ステージを有する露光装置
において、前記パルス光源の発光した時間を記録する手段を具備す
ることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記露光装置は、さらに前記パルス光源
の発光した時刻における基板ステージの位置を記録もし
くは計算する手段を具備することを特徴とする請求項１
記載の露光装置。
【請求項３】原版上の特定の範囲を照射するパルス光
源と、基板を搭載し該パルス光源からの照射光に対して
垂直な平面を移動可能な基板ステージを有する露光装置
において、前記パルス光源の照度を計測するための少なくとも１つ
の照度センサを具備し、該パルス光源の発光した時間と
対応して、該発光における該照度センサで計測した照度
データを記録する手段を具備することを特徴とする露光
装置。
【請求項４】前記照度センサは、露光装置上の固定点
であって、前記基板の露光中でも照度計測可能な位置に
取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の露
光装置。
【請求項５】前記照度センサは、少なくとも１次元方
向の光電素子が配置されたセンサアレイであることを特
徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項６】前記パルス光源の発光した時間と該パル
ス光源の発光した時刻における基板ステージの位置と該
発光における照度データから、該基板ステージ上の位置
と該パルス光源による露光光の照射量とを関連付ける手
段を具備することを特徴とする請求項３〜５のいずれか
に記載の露光装置。
【請求項７】前記光源が発光した時の露光光照射量デ
ータと前記基板ステージ上の位置を関連付けた結果から
前記基板上のショット内における積算露光量分布を計算
上で再現する手段を具備することを特徴とする請求項６
の露光装置。
【請求項８】露光スリットにより限定される照射領域
下を原版および基板を同期して走査することによって、
原版上のパターンを基板上に投影する走査露光装置にお
いて、請求項７の再現結果を用いて前記露光スリットの
幅およびプロファイルを調整する手段を具備することを
特徴とする走査露光装置。
【請求項９】前記パルス光源による特定の照射領域下
を原版および基板を同期して走査することによって、原
版上のパターンを基板上に投影する走査露光装置におい
て、請求項７の再現結果を用いて前記同期走査の速度を
調整する手段を具備することを特徴とする走査露光装
置。
【請求項１０】前記照度データを１ショット内の発光
にわたって参照して、レーザー発光の不発を検出し、当
該ショットの露光失敗を検出する手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項３記載の走査露光装置。