(57)【要約】【課題】半導体露光装置で使用される、パルス光光源のエネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等の光学性能をより安定化させる。【解決手段】パルス光光源の発光周波数を、変更しながら、上記光学性能の測定を行い、各種光学性能が良好な発光周波数を実際に使用する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版上のパターンを被露光物体上の表面に、
パルス光光源を用いて投影転写する半導体露光装置であり、
パルス光光源の発光周波数と各種光学性能との関係を記憶しておき
上記各種光学性能の良好な発光周波数で、パルス光光源を発光させることを
特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】
原版上のパターンを被露光物体上の表面に、
パルス光光源を用いて投影転写する半導体露光装置であり、
パルス光光源を順次、複数の周波数で発光させ、その時の各種光学性能を記憶し、
上記各種光学性能が良好な発光周波数で、パルス光光源を発光させることを
特徴とする半導体露光装置。
【請求項３】
特許請求項２の半導体露光装置であり、
特定の時間毎に、パルス光光源を複数の周波数で発光させ、
その時の各種光学性能を記憶することを特徴とする半導体露光装置。
【請求項４】
特許請求項１、２、もしくは３の半導体露光装置であり、
上記各種光学性能が良好な発光周波数での発光を行う為に、
１パルス当たりの平均エネルギを変化させることを
特徴とする半導体露光装置。
【請求項５】
特許請求項１、２、３もしくは４の半導体露光装置であり、
上記各種光学性能が良好な複数の発光周波数から、
上記各種光学性能が良好な複数の発光時間間隔を求め、
この中から最適な複数の時間間隔を選択して、その時間間隔で、
パルス光光源を発光させることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項６】
特許請求項１、２、３，４もしくは５の半導体露光装置であり、
上記各種光学性能として、エネルギ安定性、もしくは、中心波長安定性、
もしくは、スペクトル分布安定性、もしくは出力ビーム形状安定性の１つ以上を
記憶しておくことを特徴とする半導体露光装置。
【請求項７】
特許請求項１、２、３，４，５もしくは６の半導体露光装置であり、
パルス光光源としてエキシマレーザを用いたことを特徴とする半導体露光装置。
【請求項８】
特許請求項３の半導体露光装置であり、
特定の時間毎を、特定の時間間隔、もしくは、特定の制御の実行時、
もしくは特定の制御の実行直前とすることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項９】
特許請求８項の半導体露光装置であり、
特定の時間を、パルス光光源を実際の露光に使用する直前、
もしくはパルス光光源を照明光として用いた各種計測の直前とした
ことを特徴とする半導体露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造過程で使用される、パルス光光源を用いた半導体露光装置に関するものであり、詳しくは、半導体露光装置で使用される、露光用光源のエネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等の光学性能の安定性改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置は、現在、ますます、より微細なパターンを転写することが要求されている。この要求に応える為に、半導体露光装置は、より短波長の光源を用いる様になっている。
最近では、より短波長の光源として、ガスレーザの一種である、エキシマレーザが使用される様になってきている。
【０００３】
このエキシマレーザを用いた従来のスキャン方式の半導体露光装置を図１に示す。
ここで、１はパルス発光光源であるエキシマレーザ、２はエキシマレーザ１の内部にある、エキシマガスを封入する為のチャンバー、３は発光波長を選択、狭帯域化する為の狭帯域モジュール、４は発光中心波長、スペクトル分布を計測する為の波長計、５はパルス発光毎に波長計４より、発光中心波長を読み込んで、次のパルス光の中心波長が中心波長指令値になる様に、狭帯域モジュール３に駆動制御指令を出力するレーザ内制御部、６はエキシマレーザ１より出力されるエキシマレーザ光を示している。
【０００４】
このエキシマレーザ１は、上記、狭帯域モジュール３により、特定波長のみを選択して、チャンバーに戻せる様になっている為、特定の、非常に狭帯域化された光出力を発振現象により実現できる様になっている。
また、上記、特定波長はある程度、変更可能な様になっている。
【０００５】
また、１０は半導体露光装置本体であり、１１はエキシマレーザからの光を、ほぼ均一なレチクル１２を照明する為の照明光に変換する為の照明系、１２はパターンの原版であるレチクル、１３はレチクル１２上のパターンを縮小転写する為の投影レンズ、１４は被露光物体である半導体ウェハー、１５は半導体ウェハー１４を搭載して、ＸＹＺ方向に移動可能なステージ、１６はエキシマレーザ１に対して、パルス毎のエネルギ指令、及び発光タイミングを指示するエキシマレーザ制御部である。
【０００６】
この従来のスキャン方式の半導体露光装置では、レチクル１２、及び、半導体ウェハー１４を投影レンズ１３に対して、投影レンズの縮小比率で相対スキャンを実行することにより、レチクル１２上のパターンを、半導体ウェハー１４上に、エキシマレーザ１からのパルス光を用いて投影転写を行っていた。
【０００７】
この従来の半導体露光装置では、目標とする積算露光量が入力されると、パルス光源からの１パルスで達成できる平均露光量から、必要な露光パルス数を算出し、このパルス数の露光を、半導体ウエハーが露光領域を通過する間に実行していた。
なお、上記従来技術を記載した文献としては特許文献１〜３がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０７−２５４５５９号公報
【特許文献２】
特開平０９−００７９２３号公報
【特許文献３】
特開平０９−２０５０５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記エキシマレーザ１はガスレーザの一種であり、そのエネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等の安定性は発光周波数により微妙に変化するものである。
また、上記の各種光学性能の発光周波数依存性は、レーザの使用状況によっても変化するものであることが解って来た。
一例として、中心波長のバラツキ量と、発光周波数との関係を図２に示す。
【００１０】
半導体露光装置に使用されるエキシマレーザ１は、上記の様に、各種要因により光学性能の変化をおこすものであるが、これらの変化がおきると、半導体露光装置のパターン転写性能に影響が出てしまう。
【００１１】
具体的には、エネルギの安定性が悪くなると、積算露光量制御精度が悪化してしまい、オーバ露光、もしくはアンダー露光状態になる為、正確なパターン転写が困難になる。
【００１２】
また、中心波長が変化すると、半導体露光装置のフォーカス位置が変化してしまい微細なパターン転写を行うことが困難になってしまう。
また、スペクトル分布の幅が変化した場合には、投影転写するパターンのコントラストが低下することになる。
コントラスト変化が生じた場合、転写されるパターンによってその影響度が違う為、単に転写パターンのコントラスト低下が発生するだけではなく、転写パターンの変形が生じてしまう。
【００１３】
また、出力ビーム形状が変化すると照度ムラの発生、照明系のテレセン度の変化になる為、やはり正確なパターン転写が困難になってしまう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記、エネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等の変動を抑える為に、前記［従来の技術］で述べた、従来の半導体露光装置に対して、パルス光光源の発光周波数を、前記各種光学性能が良好な発光周波数に変更することを提案するものである。
【００１５】
その具体的な方法としては、特定時間毎に、パルス光光源を順次、複数の発光周波数で発光させ、この各発光周波数毎に、エネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等の安定性に関するデータを取得し、これを記憶しておき、従来と同様に必要な発光周波数を算出後、上記記憶データにより、実際に使用する発光周波数を再決定するものである。
また、この際、発光周波数を変更すると同時に平均エネルギの目標値も一緒に変更することを提案するものである。
【００１６】
【実施例】
図１は本発明の代表的な実施例であるスキャン方式の半導体露光装置であり、１〜６、及び１０〜１６は従来の半導体露光装置と同じものである。
【００１７】
本発明の半導体露光装置は、図３のフローチャートで示す様な、以下のシーケンスを実行するものである。
１．レーザ特性の測定
１−１．発光周波数の仮決定
エキシマレーザ制御部１６は、目標積算露光量と、エキシマレーザ１からの１パルスで達成できる平均露光量から、露光に必要な露光パルス数の算出を行う。目標積算露光量が大きい場合には、エキシマレーザ１は最高周波数で発振させ、上記、必要露光パルス数を実現する為に、レチクル１２、ウェハ１４の走査スピードを遅くする必要がある。
一方、目標積算露光量が小さい場合には、スループットを最大にする為に、レチクル１２、ウェハ１４の走査スピードを最高スピードに設定して、上記、必要露光パルス数を実現する為、エキシマレーザ１の発光周波数を下げる必要がある。
【００１８】
エキシマレーザ制御部１６は上記演算により、目標積算露光量より、実際の露光で使用する発光周波数を決定後、この発光周波数、及び、前記平均露光量を達成する為に必要な充電電圧と、中心波長のデータを送り込み、発光指令を出す。
【００１９】
１−２．  各種光学性能測定
レーザ内制御部５はこの発光指令を受け取ると、上記、発光周波数、充電電圧、中心波長での発光を開始し、かつ、特定のパルス発光毎に、エネルギ安定性、中心波長安定性、スペクトル分布のデータ計測を行う。
【００２０】
１−３．  各種光学性能測定結果の取得
エキシマレーザ制御部１６は、特定パルス数の発光後、発光指令を止め、レーザ内制御部５より、上記エネルギ安定性、中心波長安定性、スペクトル分布のデータを取得する。
【００２１】
１−４．  特定の周波数領域に渡る測定
エキシマレーザ制御部１６は、次に、発光周波数のみ特定周波数（数Ｈｚ程度）変更したデータを、レーザ内制御部５に送り込み、発光指令を出し、この後、上記１−１から１−３を特定の周波数領域に渡り、実行し、発光周波数とエネルギ安定性、中心波長安定性、スペクトル分布の関係のデータを取得する。
【００２２】
２．露光条件の再設定
２−１．  発光周波数の決定
エキシマレーザ制御部１６は、前記「１．レーザ特性の測定」後、各発光周波数におけるエネルギ安定性、中心波長安定性、スペクトル分布の評価計算を実施する。
具体的には、各仕様値に対する実測値より、各項目における仕様余裕度を算出し、各項目に対するある定数を掛け合わせ、これの合計を算出し、評価値とする。
この演算を計測した全ての発光周波数について実施し、この評価値が最大の発光周波数を求める。
【００２３】
２−２．  目標露光量の決定
エキシマレーザ制御部１６は、上記演算により、実際の発光周波数を算出後、目標積算露光量を達成する為に、平均露光量を修正して、エキシマレーザ１パルスでの目標露光量の再算出を行う。
また、この目標露光量より、エキシマレーザ１に指令する充電電圧を決定する。
【００２４】
２−３．  発光周波数、充電電圧の再設定
エキシマレーザ制御部１６は、上記演算で算出した、発光周波数、充電電圧をレーザ内制御部５に送信する。
【００２５】
３．実際の露光
３−１．  露光動作の開始
１．２．の動作は、露光シーケンスのスタートと同時に開始されており、前記１．２．の動作が完了すると、ウェハ１４がステージ１５上に搬入され、ウェハ１４のアライメント動作完了後、レチクル１２、ウエハ１４の相対スキャンによる露光動作に入っていく。
【００２６】
３−２．  露光動作中のモニター
エキシマレーザ制御部１６は実際の露光動作中も、レーザ内制御部５よりエネルギ安定性、中心波長安定性、スペクトル分布のデータを取り込み、これらのデータより、前記評価値の算出を継続して行う。
この評価値が所定許容値を超えた場合には、現在処理中のウェハの処理の終了後、以下の露光条件の再設定を行う。
一方、この評価値が所定許容値を超えない場合には、次のウェハの搬入を行い、露光動作を続行する。
【００２７】
４．露光条件の再設定
４−１．  エキシマレーザ制御部１６は、次のウェハの搬入の前に、前記１．２．の動作を再度実行する。
この処理が終了後、次のウェハの搬入を許可し、露光動作を再開させる。
【００２８】
【他の実施例】
本発明の他の実施例としては、以下の構成が可能である。
１．光学性能評価項目として、出力ビーム形状安定性の項目を追加する。
２．光学性能が良好な発光周波数を複数選び、それらの周波数により決定される複数の発光時間間隔により、実際の露光動作を実施する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の半導体露光装置、もしくは光源に、特別な構成物を追加することなしに、エネルギ、中心波長、スペクトル分布、出力ビーム形状等に対して、最良に近い発光周波数を用いることが出来る様になるという大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体露光装置。
【図２】エキシマレーザの発光周波数と中心波長安定性の説明図。
【図３】本発明の半導体露光装置のフローチャート。
【符号の説明】１：エキシマレーザ、２：チャンバー、  ３：狭帯域モジュール、４：波長計、５：レーザ内制御部、  ６：エキシマレーザ光、１０：半導体露光装置本体、１１：照明系、１２：レチクル、１３：投影レンズ、１４：半導体ウェハー、１５：ステージ、１６：エキシマレーザ制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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