JP3428966B2 - Exposure control device - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源としてエキシ
マ等のパルスレーザを用いる場合の露光量制御装置に関
し、特に、高精度な露光量制御を必要とする半導体露光
装置に適用して好適なそれらに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure amount control device when a pulse laser such as an excimer is used as a light source, and particularly to those suitable for application to a semiconductor exposure device that requires highly accurate exposure amount control. It is about.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体露光装置においては、半導体の高
集積化および高微細化に伴い、近年エキシマレーザなど
のパルスレーザが光源として使用されている。従来のパ
ルスレーザを用いた露光装置の露光量制御においては、
目標とする設定露光量Edoseより、露光前に予め平均出
力エネルギーE0 および総露光パルス数Nを決定し、被
照射体の露光エネルギーが毎パルス一定となるように各
パルスの露光目標エネルギー量を設定し露光量制御を行
なっていた。2. Description of the Related Art In a semiconductor exposure apparatus, a pulse laser such as an excimer laser has been used as a light source in recent years as semiconductors are highly integrated and miniaturized. In the exposure amount control of the exposure device using the conventional pulse laser,
The average output energy E 0 and the total exposure pulse number N are determined in advance from the target set exposure amount E dose before exposure, and the exposure target energy amount of each pulse is set so that the exposure energy of the irradiation target is constant for each pulse. Was set to control the exposure amount.
【0003】ただし、実際の露光シーケンスにおいて
は、被照射体を露光目標エネルギー量で露光することを
阻害する光学特性やレーザ特性等に基づく種々の外乱エ
ネルギーが存在するため、これらに起因する露光誤差に
対してレーザ出力エネルギーの補正を行ないながら露光
量制御を行なう必要がある。このため、例えば図8に示
す露光アルゴリズムが用いられていた。図8において、
ステップ121で設定露光量Edoseを設定する。また、
初期パルス数値i=1とする。ステップ122で、E
dose=N×E0 を満足する露光の総パルス数Nと1パル
ス当たりのレーザ平均出力エネルギーE0 を求める。ス
テップ123でi−1パルス目までの露光誤差Eerr =
Eobj −Emeasを求める(i≧2)。ここで、Emeasは
i−1パルス目までの総実露光量、Eobj はi−1パル
ス目までの総露光目標量であり、被照射体の露光エネル
ギーが毎パルス一定となるように各パルスの露光目標エ
ネルギー量を設定する従来技術においてはEobj =(i
−1)E0 と表わすことができる。ただし、i=1の時
はEerr =0とする。ステップ124で、iパルス目の
レーザ出力エネルギーHowever, in the actual exposure sequence, there are various disturbance energies based on optical characteristics, laser characteristics, and the like that prevent exposure of the object to be exposed with the exposure target energy amount. However, it is necessary to control the exposure amount while correcting the laser output energy. Therefore, for example, the exposure algorithm shown in FIG. 8 has been used. In FIG.
In step 121, the set exposure amount E dose is set. Also,
The initial pulse value i = 1. In step 122, E
The total number N of exposure pulses satisfying dose = N × E 0 and the laser average output energy E 0 per pulse are obtained. In step 123, the exposure error up to the i- 1th pulse E err =
Find E obj −E meas (i ≧ 2). Here, E meas is the total actual exposure amount up to the (i-1) th pulse, E obj is the total exposure target amount up to the (i-1) th pulse, and each pulse is adjusted so that the exposure energy of the irradiation target is constant for each pulse. In the conventional technique of setting the exposure target energy amount of E obj = (i
-1) It can be expressed as E 0 . However, when i = 1, E err = 0. In step 124, the laser output energy of the i-th pulse
【0004】[0004]
【数1】
を求める。ここで、右辺第二項が外乱エネルギーに起因
する露光誤差を除去するための補正量である。ステップ
125で、エネルギーy[i] にてレーザ出力する。ステ
ップ126でiパルス目の露光量を計測する。また、i
パルス目までの実露光量の総和Emeasを求める。ステッ
プ127でパルス数iを1つ増やす。ステップ123〜
127をN回繰り返して露光を終了する。[Equation 1] Ask for. Here, the second term on the right side is the correction amount for removing the exposure error caused by the disturbance energy. In step 125, laser output is performed with energy y [i]. In step 126, the exposure amount of the i-th pulse is measured. Also, i
Obtain the total exposure amount E meas up to the pulse. In step 127, the pulse number i is incremented by 1. Step 123-
The exposure is completed by repeating 127 times N times.
【0005】ステップ125のようにエネルギーy[i]
にてレーザ出力する場合、一般にパルスレーザの出力エ
ネルギー制御は、レーザ充電電圧を出力エネルギーに対
応した適切な値に設定することにより行なわれる。従来
のパルスレーザを用いた露光装置の露光量制御において
は、図9に示すように、露光前に予め充電電圧と出力エ
ネルギーの関係を求め、目標とする出力エネルギーに対
応する充電電圧をパルスごとに設定しレーザ出力を行な
っていた。Energy y [i] as in step 125
In the case of outputting the laser by, the output energy control of the pulse laser is generally performed by setting the laser charging voltage to an appropriate value corresponding to the output energy. In exposure amount control of an exposure apparatus using a conventional pulsed laser, as shown in FIG. 9, the relationship between the charging voltage and the output energy is calculated in advance before the exposure, and the charging voltage corresponding to the target output energy is pulse-wise determined. And laser output was performed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
におけるパルス毎の露光量制御は、露光前に予めレーザ
充電電圧と出力エネルギーの特性関係を求め、この関係
を用いてレーザ充電電圧を決定するというオープンルー
プによるものであったため、
1.予め求めたレーザ充電電圧と出力エネルギーの特性
関係が、実際のレーザの特性関係と異なっていた場合、
露光誤差となる。
2.外乱に対する補償手段が無く、外乱が加わった場
合、露光誤差となる。という問題があった。By the way, in the exposure amount control for each pulse in the above-mentioned conventional example, the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy is obtained in advance before the exposure, and the laser charging voltage is determined using this relationship. Because it was due to the open loop, When the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy obtained in advance is different from the actual laser characteristic relationship,
It causes an exposure error. 2. If there is no compensator for the disturbance and the disturbance is applied, an exposure error will occur. There was a problem.
【0007】以上の1,2の問題点についてさらに詳し
く述べる。図9に示したレーザ充電電圧と出力エネルギ
ーの特性関係は、常に一定ではなく、レーザガスの劣化
とともに経時的に変化していく。この経時変化に対し、
パルス毎の露光目標エネルギー量で露光誤差なく露光を
行なうためには、常にレーザ充電電圧と出力エネルギー
の特性関係を計測し更新する必要がある。The above problems 1 and 2 will be described in more detail. The characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy shown in FIG. 9 is not always constant, but changes with time as the laser gas deteriorates. For this change over time,
In order to perform exposure with the exposure target energy amount for each pulse without an exposure error, it is necessary to constantly measure and update the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy.
【0008】また、レーザは、発振開始直後の数十パル
スから数百パルスの出力エネルギーが、定常時の出力エ
ネルギーより高くなるという特徴がある(以下、スパイ
キング現象と呼ぶ)。このスパイキング現象に対し、露
光目標エネルギー量で露光誤差なく露光を行なうために
は、パルス毎にレーザ充電電圧と出力エネルギーの特性
関係を求める必要がある。Further, the laser is characterized in that the output energy of several tens to several hundred pulses immediately after the start of oscillation becomes higher than the output energy in the steady state (hereinafter referred to as spiking phenomenon). In order to perform the exposure with the exposure target energy amount without the exposure error against the spiking phenomenon, it is necessary to obtain the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy for each pulse.
【0009】これらの経時的あるいはパルス毎に異なる
レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係を、全充電
電圧範囲において、装置のスループットを悪化させず正
確に求めていくことは困難であり、このため、従来のオ
ープンループによる露光量制御においては、予め求めた
レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係が、実際の
レーザの特性関係と異なり、露光誤差が生じるという問
題があった。It is difficult to accurately obtain the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy which is different over time or for each pulse in the entire charging voltage range without deteriorating the throughput of the device. In the conventional exposure amount control by the open loop, there is a problem that the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy obtained in advance is different from the actual characteristic relationship of the laser, and an exposure error occurs.
【0010】次に、パルスレーザを用いた露光装置の露
光量制御における外乱の発生例について述べる。半導体
露光装置においては被照射面上の照度が均一であること
が要求される。ところが、光源としてレーザを用いた場
合、レーザのビーム断面には照度ムラが生じているた
め、これに起因して被照射面上に照度ムラが発生する。
この照度ムラを除去するために、図10に示すように、
例えば平行平面板を回転させることにより被照射面と共
役な面のレーザビームを時間的に振り分け、照度を均一
化する手段が考案されている。ところが、この手段を用
いることにより照度ムラは除去できるものの、平行平面
板の回転と連動して被照射面上全体の周期的なエネルギ
ー変動が発生する。これは被照射面を露光目標エネルギ
ー量で露光することを阻害する要因となる外乱例であ
る。照度ムラ除去器の例としては、これ以外にも、くさ
び状プリズムやミラーを周期的に動かす例がある。Next, an example of occurrence of disturbance in the exposure amount control of the exposure apparatus using the pulse laser will be described. A semiconductor exposure apparatus is required to have a uniform illuminance on a surface to be irradiated. However, when a laser is used as the light source, unevenness in illuminance occurs in the beam cross section of the laser, which causes unevenness in illuminance on the irradiated surface.
In order to remove this illuminance unevenness, as shown in FIG.
For example, a means has been devised for uniformizing the illuminance by temporally allocating a laser beam on a surface conjugate with an irradiation surface by rotating a plane-parallel plate. However, although the illuminance unevenness can be eliminated by using this means, periodical energy fluctuations occur on the entire surface to be illuminated in conjunction with the rotation of the plane-parallel plate. This is an example of a disturbance that becomes a factor that hinders exposure of the surface to be irradiated with the exposure target energy amount. Other examples of the illuminance nonuniformity remover include an example in which a wedge prism or a mirror is periodically moved.
【0011】一般に、外乱の影響により、レーザ充電電
圧と実露光エネルギーの関係はパルス毎に変動する。従
来のオープンループによる露光量制御においては、この
ような外乱に対する補償手段がなく、外乱が加わった場
合に露光誤差が生じるという問題があった。In general, the relationship between the laser charging voltage and the actual exposure energy changes from pulse to pulse due to the influence of disturbance. In the conventional exposure amount control by the open loop, there is no compensation means for such a disturbance, and there is a problem that an exposure error occurs when the disturbance is applied.
【0012】本発明は、上記従来技術における問題点に
鑑みてなされたもので、レーザ充電電圧と出力エネルギ
ーの特性変動が生じても、パルス毎に露光目標エネルギ
ーに対し露光誤差なく露光を行なうこと、および外乱が
発生してもその露光量への影響を除去することを目的と
する。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art. Even if the characteristics of the laser charging voltage and the output energy fluctuate, the exposure is performed to the exposure target energy for each pulse without an exposure error. , And even if a disturbance occurs, its effect on the exposure amount is eliminated.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明の露光制御装置は、光源としてパル
スレーザを用い、パルスレーザを複数回パルス発光させ
ることにより被照射体を露光する装置の露光量制御装置
において、パルスレーザのパルス毎の露光目標エネルギ
ー量を設定する露光エネルギー量設定手段と、パルスレ
ーザのパルス毎の出力エネルギーを前記露光目標エネル
ギー量に基づいて制御する出力エネルギー制御手段と、
パルスレーザのパルス毎の露光エネルギー量を検出する
露光エネルギー量検出手段と、前記露光エネルギー量設
定手段の設定値を決定する前置補償器と前記露光エネル
ギー量検出手段により検出された露光エネルギー量を前
記前置補償器に帰還させる手段とからなるフィードバッ
ク系とを具備することを特徴とする。In order to achieve the above object, an exposure control apparatus of the present invention uses a pulse laser as a light source, and exposes an irradiated object by causing the pulse laser to emit a plurality of pulses. In the exposure amount control device, the exposure energy amount setting means for setting the exposure target energy amount for each pulse of the pulse laser, and the output energy control means for controlling the output energy for each pulse of the pulse laser based on the exposure target energy amount. When,
Detects the amount of exposure energy for each pulse of the pulsed laser
Exposure energy amount detecting means and the exposure energy amount setting means
Pre-compensator for determining the setting value of the adjusting means and the exposure energy
The amount of exposure energy detected by the
Serial characterized by comprising a feedback <br/> click system and means for feeding back to the predistorter.
【0014】ここで、前記前置補償器は積分型補償器で
あるとよい。前記フィードバック系の前置補償器ゲイン
を、レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係より決
定することが出来る。また、前記フィードバック系の前
置補償器ゲインを、レーザ充電電圧と出力エネルギーの
特性関係より複数段決定し、常時最適ゲインに切り換え
ることが出来る。Here, the predistorter is an integral compensator.
Good to have . The pre- compensator gain of the feedback system can be determined from the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy. Also, before the feedback system
It is possible to determine the local compensator gain in multiple stages based on the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy, and always switch to the optimum gain.
【0015】更に、前記パルスレーザの照明条件の変更
に伴う光量減衰率を計測または予測し、これをもとに前
記フィードバック系の前置補償器ゲインを切り換えるこ
とが出来る。ここで、前記パルスレーザの照明条件の変
更は、レーザ光路上へのNDフィルタ、プリズム、絞り
またはレンズの挿入によることが出来る。Furthermore, the pulse laser light quantity attenuation rate due to a change of lighting conditions measured or predicted, which can be switched the predistorter gain of the feedback system based on. Here, the illumination conditions of the pulse laser can be changed by inserting an ND filter, a prism, a diaphragm, or a lens in the laser optical path.
【0016】一般にフィードバック系の特徴として、
(1)モデル化誤差除去特性が良い、(2)低周波数領
域を中心に外乱除去特性が良い、という点が挙げられ
る。Generally, as a characteristic of the feedback system,
(1) Good modeling error removal characteristics, and (2) Good disturbance removal characteristics centered on the low frequency region.
【0017】パルスレーザを用いた露光装置において、
フィードバック系を構成し露光量制御を行なった場合、
以下の効果がある。
1.レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性変動が生じ
ても、露光目標エネルギーに対し、露光誤差なく露光を
行なうことができる。
2.低周波数領域を中心に外乱を除去することができ
る。In an exposure apparatus using a pulse laser,
When the feedback system is configured and the exposure amount is controlled,
It has the following effects. 1. Even if the characteristics of the laser charging voltage and the output energy change, the exposure target energy can be exposed without exposure error. 2. Disturbance can be removed mainly in the low frequency region.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
(第1の実施例)図1は本発明の第1の実施例に係る露
光量制御方式を用いた露光装置の概略構成を示す。同図
において、1はエキシマ等のレーザ光源、2は集積回路
パターンが形成されたレチクル、3は投影光学系、4は
ウエハであり、レチクル2上に形成された集積回路パタ
ーンを投影光学系3を介してウエハ4上に投影露光する
ようになっている。レーザ光源1からの光路上にはハー
フミラー5が配置され、ハーフミラー5より反射される
光路上にはフォトセンサ6が配置されている。このフォ
トセンサ6の出力はセンサアンプ7を経てレーザ1パル
ス毎に露光量に変換される。CPU8はフォトセンサ6
で計測した露光量に基づき次のレーザ出力値を演算し、
レーザ光源1に出力エネルギー指令値を与える。9は後
述する照度ムラ除去器を含む光学系である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic structure of an exposure apparatus using an exposure amount control system according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a laser light source such as an excimer, 2 is a reticle on which an integrated circuit pattern is formed, 3 is a projection optical system, 4 is a wafer, and the integrated circuit pattern formed on the reticle 2 is a projection optical system 3 Projection exposure is performed on the wafer 4 via. A half mirror 5 is arranged on the optical path from the laser light source 1, and a photosensor 6 is arranged on the optical path reflected by the half mirror 5. The output of the photo sensor 6 is converted into an exposure amount for each pulse of laser through a sensor amplifier 7. CPU8 is photo sensor 6
Calculate the next laser output value based on the exposure amount measured in
An output energy command value is given to the laser light source 1. An optical system 9 includes an illuminance unevenness remover described later.
【0019】光源としてパルスレーザを用いた場合、レ
ーザのビーム断面には照度ムラが生じているため、被照
射面上で照度ムラを発生させるという問題がある。これ
を防ぐために、被照射面、あるいは被照射面と共役な面
におけるレーザビームを振ることを目的としたクサビ型
プリズムや図10のような平行平面板等の照度ムラ除去
器を入れ、これを周期的に回転させることにより時間的
に照度ムラを低減する手法が用いられている。When a pulsed laser is used as the light source, there is a problem that unevenness in illuminance occurs on the surface to be illuminated because unevenness in illuminance occurs in the beam cross section of the laser. In order to prevent this, a illuminance nonuniformity remover such as a wedge prism or a plane-parallel plate as shown in FIG. 10 for oscillating a laser beam on the irradiated surface or a surface conjugate with the irradiated surface is inserted and A method of periodically reducing the unevenness of illuminance by rotating the illuminance is used.
【0020】ところが、照度ムラ除去器を周期的に回転
させることにより照度ムラは除去できるものの、照度ム
ラ除去器の回転位置に依存し、ウエハ面上に到達する露
光エネルギーの周期的変動が発生する。However, although the illuminance nonuniformity remover can be removed by rotating the illuminance nonuniformity remover periodically, the exposure energy reaching the wafer surface periodically varies depending on the rotational position of the illuminance nonuniformity remover. .
【0021】図2は、本発明の第1の実施例に係る露光
装置の露光量制御系を示す。本露光装置のハードウエア
構成は図1に示す通りである。図2の露光量制御系は図
1のCPU8上に構成される。図2において、レーザの
伝達関数をGc 、補償器ゲインをKc とする。また、目
標エネルギー量をr[i] 、実露光エネルギー量をx[i]
、レーザ充電電圧をv[i] 、外乱エネルギー量をd[i]
、誤差量をe[i] とする。ただし、*[i] はiパルス
目のパルスであることを示す。本制御系を構成すること
により、レーザ充電電圧は、FIG. 2 shows an exposure amount control system of the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention. The hardware configuration of this exposure apparatus is as shown in FIG. The exposure amount control system of FIG. 2 is configured on the CPU 8 of FIG. In FIG. 2, the transfer function of the laser is G c and the compensator gain is K c . In addition, the target energy amount is r [i] and the actual exposure energy amount is x [i].
, Laser charging voltage v [i], disturbance energy amount d [i]
, And the error amount is e [i]. However, * [i] indicates that it is the i-th pulse. By configuring this control system, the laser charging voltage is
【0022】[0022]
【数2】
により決定される。すなわち、iパルス目の目標エネル
ギー量と(i−1)パルス目の実露光エネルギー量の誤
差量により、iパルス目のレーザ充電電圧の決定が行な
われる。また、[Equation 2] Determined by That is, the laser charging voltage of the i-th pulse is determined based on the error amount between the target energy amount of the i-th pulse and the actual exposure energy amount of the (i-1) th pulse. Also,
【0023】[0023]
【数3】
の関係がある。(1)、(2)式より、露光目標エネル
ギー量r[i] 、外乱エネルギー量d[i] と、実露光エネ
ルギー量x[i] の関係は、[Equation 3] Have a relationship. From the expressions (1) and (2), the relationship between the exposure target energy amount r [i], the disturbance energy amount d [i], and the actual exposure energy amount x [i] is
【0024】[0024]
【数4】 と表わすことができる。[Equation 4] Can be expressed as
【0025】前述したように、レーザガス劣化やスパイ
キング現象などの影響により、レーザ充電電圧と出力エ
ネルギーの特性関係は経時的、かつ、パルス毎に変動す
る。このため露光量制御系においてレーザのモデル化誤
差が発生する。ここでは露光量制御系のモデル化誤差に
対する影響について述べる。As described above, the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy changes with time and from pulse to pulse due to the influence of laser gas deterioration and spiking. Therefore, a laser modeling error occurs in the exposure amount control system. Here, the effect on the modeling error of the exposure control system will be described.
【0026】仮定として外乱は発生せず、レーザ出力エ
ネルギーがそのまま露光エネルギーになるとする。
(3)式にd[i] =0を代入すると、As a hypothesis, it is assumed that no disturbance occurs and the laser output energy becomes the exposure energy as it is.
Substituting d [i] = 0 into the equation (3),
【0027】[0027]
【数5】
の関係が成立する。この関係より、一定目標エネルギー
量r[i] =rが露光量制御系に入力された場合、iパル
ス目の出力エネルギーは、1パルス目の出力エネルギー
x[1] を用いて、[Equation 5] The relationship is established. From this relationship, when a constant target energy amount r [i] = r is input to the exposure amount control system, the output energy of the i-th pulse is the output energy x [1] of the first pulse,
【0028】[0028]
【数6】
と表わすことができる。以上の結果より、
1.1−Kc Gc =0が成立していれば、2パルス目以
降の出力エネルギーはy[i] =rとなり、露光誤差は発
生しない。
2.|1−Kc Gc |<1が成立していれば、露光量制
御系の安定性が保証され、レーザ出力エネルギーは目標
エネルギーx[i] →rに収束する。[Equation 6] Can be expressed as From the above results, if the established 1.1-K c G c = 0 , the output energy of the second pulse and subsequent y [i] = r, and the exposure error does not occur. 2. | 1-K c G c | < If 1 is satisfied, the stability of the exposure control system is guaranteed, the laser output energy converges to the target energy x [i] → r.
【0029】以上のことを詳しく述べる。図3に示すよ
うに、まずレーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係
が直線的であるとする。この時、補償器のゲインKc
は、レーザのゲインGc の逆数であるThe above will be described in detail. As shown in FIG. 3, it is assumed that the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy is linear. At this time, the gain K c of the compensator
Is the reciprocal of the laser gain G c
【0030】[0030]
【数7】
と決定する。ここで、レーザの最大充電電圧をVmax 、
最小充電電圧をVmin 、レーザの最大出力エネルギーを
Emax 、最小出力エネルギーをEmin とした。この場合
はレーザのモデル化誤差が生じず、Kc Gc =1の関係
が成立するため露光誤差は発生しない。[Equation 7] To decide. Here, the maximum charging voltage of the laser is V max ,
The minimum charging voltage was V min , the maximum output energy of the laser was E max , and the minimum output energy was E min . In this case, the laser modeling error does not occur, and the relationship of K c G c = 1 is established, so that the exposure error does not occur.
【0031】次にレーザのゲインGc は変わらず、レー
ザ充電電圧と出力エネルギーとのエネルギー軸に平行な
特性変動が発生した場合について述べる。この特性変動
を図10に併せて示す。この場合も、Kc Gc =1の関
係が成立するため、(5)式より1パルス後には目標エ
ネルギーとの誤差のない実露光エネルギーが得られる。Next, a case will be described in which the gain G c of the laser does not change and characteristic fluctuations of the laser charging voltage and output energy parallel to the energy axis occur. This characteristic variation is also shown in FIG. Also in this case, the relationship of K c G c = 1 is established, and therefore, the actual exposure energy having no error from the target energy can be obtained from the equation (5) after one pulse.
【0032】つづいて、図4に示すようにレーザのゲイ
ンGc がGc ’に変動する、レーザ充電電圧と出力エネ
ルギーの特性変動が発生した場合について述べる。この
場合、Next, a case will be described in which the laser gain G c fluctuates to G c ′ as shown in FIG. in this case,
【0033】[0033]
【数8】
が成立する範囲内でのレーザ特性変動であれば、露光量
制御系の安定性は保証され、レーザ出力エネルギーは目
標エネルギーx[i] →rに収束する。[Equation 8] If the laser characteristic variation is within the range that holds, the stability of the exposure amount control system is guaranteed, and the laser output energy converges to the target energy x [i] → r.
【0034】以上、レーザ充電電圧と出力エネルギーの
特性関係が直線的である場合について述べた。ところ
が、一般にレーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係
は必ずしも直線的でなく、図5に示すように非線形であ
ることが多い。この場合、レーザ特性の直線的なモデル
化を行なうとモデル化誤差が発生するが、前記した結果
より、全充電電圧のゲインが|1−Kc Gc ’|<1を
満足していれば露光量制御系の安定性は保証され、実露
光エネルギーは目標エネルギーy[i] →rに収束する。The case where the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy is linear has been described above. However, in general, the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy is not always linear, but often nonlinear as shown in FIG. In this case, when performing a linear modeling of laser characteristics modeling error occurs, from the results described above, the gain of the full charge voltage | 1-K c G c ' | if satisfied <1 The stability of the exposure amount control system is guaranteed, and the actual exposure energy converges on the target energy y [i] → r.
【0035】次に露光量制御系の外乱による影響につい
て述べる。ここでは、モデル化誤差のない理想的な状
態、Kc =1/Gc が成立していると仮定する。(3)
式にK c =1/Gc を代入することにより、Next, the influence of the disturbance of the exposure amount control system will be described.
To describe. Here, the ideal state without modeling error
State, Kc = 1 / Gc Is established. (3)
K in the formula c = 1 / Gc By substituting
【0036】[0036]
【数9】
の関係が成立する。この結果より、外乱エネルギーd
[i] は、前パルスにおける外乱エネルギー量との差分の
み露光エネルギーに伝達されることがわかる。[Equation 9] The relationship is established. From this result, the disturbance energy d
It can be seen that only the difference between [i] and the amount of disturbance energy in the previous pulse is transmitted to the exposure energy.
【0037】例えば、前述したように照度ムラ除去器の
回転に伴い、振幅α、初期位相θ0の周期的な外乱エネ
ルギーFor example, as described above, the periodic disturbance energy having the amplitude α and the initial phase θ 0 is accompanied by the rotation of the illuminance unevenness remover.
【0038】[0038]
【数10】
が発生する。ここで、fL :レーザの発振周波数、f
N :照度ムラ除去器の回転周波数である。この周期的な
外乱エネルギーが露光量制御系に加わっても、(8)式
の結果より露光エネルギーy[i] に伝達される誤差量
は、[Equation 10] Occurs. Here, f L : laser oscillation frequency, f
N : The rotation frequency of the illuminance unevenness remover. Even if this periodic disturbance energy is added to the exposure amount control system, the error amount transmitted to the exposure energy y [i] from the result of the equation (8) is
【0039】[0039]
【数11】 に軽減される。[Equation 11] Is reduced to.
【0040】この結果は一般的に、ある周波数の外乱が
露光量制御系に入力された場合にも適用することがで
き、nの値が大きいほど、すなわち、低周波数領域の外
乱ほど外乱除去特性が優れていることがわかる。This result can be generally applied to the case where the disturbance of a certain frequency is input to the exposure amount control system, and the larger the value of n, that is, the disturbance in the low frequency region, is the disturbance removal characteristic. It turns out that is excellent.
【0041】また近年、半導体の広画角化への対応とし
て、図1におけるレチクル2とウエハ4を逆方向に同期
駆動させながら露光を行なうスキャン露光方式が用いら
れている。ウエハを一定速度で動かしながらレーザを出
力し露光を行なう場合、各パルスのレーザ出力ばらつき
により、スキャン方向の照度ムラが発生する。図6に3
パルスで1つの領域を露光するスキャン露光例を示す。Further, in recent years, as a measure for widening the angle of view of semiconductors, a scan exposure method is used in which exposure is performed while synchronously driving the reticle 2 and the wafer 4 in FIG. 1 in opposite directions. When performing exposure by outputting a laser while moving the wafer at a constant speed, unevenness in the illuminance in the scanning direction occurs due to variations in the laser output of each pulse. 3 in FIG.
An example of scan exposure in which one area is exposed with a pulse is shown.
【0042】図6では(m+3)パルス目の出力エネル
ギーが大きく照度ムラとなる例を示している。FIG. 6 shows an example in which the output energy at the (m + 3) th pulse is large and the illuminance becomes uneven.
【0043】本実施例に示した露光量制御系を用いるこ
とにより、レーザの特性変動、外乱の影響を除去し、毎
パルス一定露光エネルギーでウエハを露光できるように
なるため、スキャン露光において照度ムラの少ない露光
量制御が実現できる。By using the exposure amount control system shown in this embodiment, it becomes possible to eliminate the influence of laser characteristic variations and disturbances and to expose the wafer with constant exposure energy for each pulse. It is possible to realize exposure amount control with a small amount of
【0044】(第2の実施例)図5に示したように一般
にレーザの充電電圧と出力エネルギーの特性関係は非線
形である。本実施例においては、レーザ充電電圧と出力
エネルギーの特性関係に近似させて、レーザの補償器の
ゲインKc をL段決定し、常時最適ゲインに切り換えて
露光量制御を行なう手段を用いる。図7にL=3で特性
関係を近似した例を示す。本手段を用いることにより、
モデル化誤差を軽減させることができ、目標値への収束
を少パルス数で実現することが可能となる。(Second Embodiment) As shown in FIG. 5, the characteristic relationship between the charging voltage of the laser and the output energy is generally non-linear. In the present embodiment, a means for performing exposure amount control by approximating the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy, determining the gain K c of the laser compensator at L stages, and constantly switching to the optimum gain is used. FIG. 7 shows an example in which the characteristic relationship is approximated when L = 3. By using this means,
The modeling error can be reduced, and the convergence to the target value can be realized with a small number of pulses.
【0045】(第3の実施例)レーザ光路上へNDフィ
ルター、プリズム、絞り、レンズ等を挿入することによ
り、被照射体に到達するレーザ光量は減衰し、レーザの
ゲインGc は変化する。本実施例においては、これらの
レーザ照明条件の変更により、レーザ光量が減衰しレー
ザのゲインGc が変化する場合、この変化を計測あるい
は予測し、Gcの値を変更する手段を用いる。(Third Embodiment) By inserting an ND filter, a prism, a diaphragm, a lens and the like on the laser optical path, the amount of laser light reaching the irradiated body is attenuated and the gain G c of the laser is changed. In this embodiment, when the laser light amount is attenuated and the laser gain G c is changed by changing these laser illumination conditions, a means for measuring or predicting this change and changing the value of G c is used.
【0046】例えば透過率β(0<β<1)のNDフィ
ルターをレーザ光路へ挿入した場合は、図2のゲインG
c をβGc と置き換えることにより露光量制御系を実現
することができる。For example, when an ND filter having transmittance β (0 <β <1) is inserted in the laser optical path, the gain G shown in FIG.
An exposure amount control system can be realized by replacing c with βG c .
【0047】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルスレーザを用いた露光装置において、露光目標エネ
ルギー量と過去の実露光エネルギー量を比較し、その結
果を用いてレーザ充電電圧を決定するフィードバック系
を構成し露光量制御を行なうことにより、レーザ充電電
圧と出力エネルギーの特性変動が生じても、露光目標エ
ネルギーに対し露光誤差なく露光を行なうことができ、
特に低周波数領域を中心に外乱を除去することができ
る。As described above, according to the present invention,
In an exposure apparatus using a pulsed laser, the target exposure energy amount is compared with the past actual exposure energy amount, and a feedback system is used to determine the laser charging voltage using the result, and the exposure amount control is performed to perform laser charging. Even if the characteristics of the voltage and output energy fluctuate, the exposure target energy can be exposed without exposure error.
In particular, the disturbance can be removed mainly in the low frequency region.
【図1】 本発明の一実施例に係る露光装置の概略構成
図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第1の実施例に係るフィードバック
を用いた露光量制御系を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an exposure amount control system using feedback according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 レーザ充電電圧と出力エネルギーの直線的な
特性関係、およびエネルギー軸に平行な出力変動が生じ
た場合の特性関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a linear characteristic relationship between a laser charging voltage and output energy, and a characteristic relationship when an output fluctuation parallel to the energy axis occurs.
【図4】 レーザ出力エネルギーのゲイン変動が生じた
場合の特性関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a characteristic relationship when a gain variation of laser output energy occurs.
【図5】 レーザ充電電圧と出力エネルギーの非線形な
特性関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a non-linear characteristic relationship between laser charging voltage and output energy.
【図6】 スキャン露光における照度ムラ発生例を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of occurrence of illuminance unevenness in scan exposure.
【図7】 本発明の第2の実施例に係るL段の補償器ゲ
インを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an L stage compensator gain according to a second embodiment of the present invention.
【図8】 従来の露光アルゴリズムを表わす図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional exposure algorithm.
【図9】 従来のレーザ充電電圧の決定方法を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing a conventional method for determining a laser charging voltage.
【図10】 平行平面板を回転させ被照射体の照度ムラ
を除去する手段を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a means for rotating a plane-parallel plate to remove illuminance unevenness on an object to be irradiated.
1:レーザ光源、2:レチクル、3:投影光学系、4:
ウエハ、5:ハーフミラー、6:フォトセンサ、7:セ
ンサアンプ、8:CPU、9:光学系。1: laser light source, 2: reticle, 3: projection optical system, 4:
Wafer, 5: half mirror, 6: photo sensor, 7: sensor amplifier, 8: CPU, 9: optical system.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20
Claims (6)
レーザを複数回パルス発光させることにより被照射体を
露光する装置の露光量制御装置において、パルスレーザ
のパルス毎の露光目標エネルギー量を設定する露光エネ
ルギー量設定手段と、パルスレーザのパルス毎の出力エ
ネルギーを前記露光目標エネルギー量に基づいて制御す
る出力エネルギー制御手段と、パルスレーザのパルス毎
の露光エネルギー量を検出する露光エネルギー量検出手
段と、前記露光エネルギー量設定手段の設定値を決定す
る前置補償器と前記露光エネルギー量検出手段により検
出された露光エネルギー量を前記前置補償器に帰還させ
る手段とからなるフィードバック系と、を具備すること
を特徴とする露光量制御装置。1. An exposure amount control apparatus for an apparatus that exposes an irradiation target by using a pulse laser as a light source and causing the pulse laser to emit light in a plurality of pulses. Exposure for setting an exposure target energy amount for each pulse of the pulse laser. Energy
Energy amount setting means, output energy control means for controlling the output energy of each pulse of the pulse laser based on the exposure target energy amount, and exposure energy amount detecting means for detecting the exposure energy amount of each pulse of the pulse laser. And the setting value of the exposure energy amount setting means.
Pre-compensator and exposure energy amount detection means
The amount of exposure energy emitted is returned to the predistorter.
And a feedback system including a means for controlling the exposure amount.
とを特徴とする請求項1に記載の露光量制御装置。 2. The predistorter is an integral compensator.
The exposure amount control device according to claim 1, wherein:
ンを、レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係より
決定したことを特徴とする請求項1または2に記載の露
光量制御装置。3. The exposure amount control apparatus according to claim 1, wherein the precompensator gain of the feedback system is determined from a characteristic relationship between a laser charging voltage and output energy.
ンを、レーザ充電電圧と出力エネルギーの特性関係より
複数段決定し、常時最適ゲインに切り換えることを特徴
とする請求項1または2に記載の露光量制御装置。4. The exposure according to claim 1, wherein the precompensator gain of the feedback system is determined in a plurality of stages based on the characteristic relationship between the laser charging voltage and the output energy and is always switched to the optimum gain. Quantity control device.
う光量減衰率を計測または予測し、これをもとに前記フ
ィードバック系の前置補償器ゲインを切り換えることを
特徴とする請求項1〜4にいずれかに記載の露光量制御
装置。Wherein said pulsed laser light quantity attenuation rate due to a change of lighting conditions measured or predicted, claim 1, wherein the switching the predistorter gain of the feedback system it based on 2. The exposure amount control device according to any one of 1.
レーザ光路上へのNDフィルタ、プリズム、絞りまたは
レンズの挿入によるものを含む請求項5に記載の露光量
制御装置。6. Changing the illumination conditions of the pulsed laser comprises:
The exposure amount control apparatus according to claim 5, including an ND filter, a prism, a diaphragm or a lens inserted in the laser optical path.
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