JP2779566B2 - エキシマレーザ装置の制御装置 - Google Patents
エキシマレーザ装置の制御装置Info
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Description
小投影露光装置(以下、「ステッパ」と呼ぶ)の光源と
して用いられ、放電励起されることによってレーザを発
振するエキシマレーザ装置の制御装置に関する。
像度を一定レベル以上に維持するために厳密な露光量制
御が必要とされる。一方、このステッパの光源として使
用されるエキシマレーザは、いわゆるパルス放電励起ガ
スレーザのために1パルス毎にパルスエネルギーにバラ
ツキがあり、露光量制御の精度向上のためにはこのバラ
ツキを小さくする必要がある。しかも、断続光であるた
めに、連続光である水銀ランプを光源とした場合の従来
のシャッタ制御とは異なった露光量制御が必要である。
キシマレーザリソグラフィ」、国際レーザ/アプリケー
ション’91、セミナーL−5、P36−51)に見ら
れるように、複数のパルスを連続発振して露光を行う、
いわゆる複数パルス露光によって露光量制御の精度向上
を図ろうとするものがある。
のエネルギーのバラツキがほぼ正規分布で近似できるた
め、n回パルス発振させて露光した後の積算エネルギー
のバラツキが1パルスのエネルギーのバラツキに対し
て、1/(n)1/2 になることを利用したものである。
すなわち、1パルスのエネルギーのバラツキをΔP/
P、必要な露光量制御精度をAとすると、それに必要な
露光パルス数Nは以下の関係で与えられる。
5%(3σ)、必要な露光量制御精度Aが1.5%(3
σ)であれば、N≧100となり、この100回以上の
連続パルス発振で所望の精度を達成することができる。
は、露光とステージ移動とを交互に繰り返す。このた
め、光源となるエキシマレーザの運転状態としては、必
然的にいわゆるバーストモードとなる。なお、バースト
モードとは、レーザ光を所定回数連続してパルス発振さ
せた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返
し行うことをいう。つまり、短期間の連続パルス発振期
間と短期間の発振休止期間とを交互に繰り返すものであ
る。
パルス放電励起ガスレーザであるため、常に一定の大き
さのパルスエネルギーで発振を続けることが困難であ
る。なお、この原因としては、放電されることによって
放電空間内にレーザガスの密度擾乱が発生し、次回の放
電を不均一に、また不安定にしたり、この不均一放電等
のため放電電極の表面において局所的な温度上昇が発生
し、さらに次回の放電を劣化させ放電を不均一で不安定
なものにするためである。特に、上記連続パルス発振期
間の初期においてその傾向が顕著であり、発振休止期間
経過後の最初のパルスでは、安定な放電が得られ比較的
高いパルスエネルギーが得られるが、その後は放電が劣
化し徐々にパルスエネルギーが低下するという、いわゆ
るスパイキング現象が現れる。この現象を図3のBに示
す。
レーザ装置では、前述した1パルス毎のエネルギのバラ
ツキが露光量制御の精度を制限するとともに、スパイキ
ング現象がさらにバラツキを著しく大きくし露光量制御
の精度を制限するという問題がある。
度が向上しており、少ない連続パルス数での露光が可能
となっており、パルス数減少の傾向にある。
応じてパルスエネルギーのバラツキが大きくなってしま
い、前述した複数パルス露光制御のみによっては露光量
制御の精度の維持が困難になる。そこで、パルスエネル
ギーのバラツキの改善、特にバーストモードにおけるス
パイキング現象の影響を除去することが望まれている。
のであり、バーストモードで運転されるエキシマレーザ
装置において、スパイキング現象の影響を除去して、露
光量制御の精度を、たとえ少ない連続パルス発振であっ
ても向上させることができる装置を提供することをその
目的としている。
発明では、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させ
た後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返し
行うエキシマレーザ装置に適用され、充電電圧データに
基づき前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるよ
うに充電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置
において、エキシマレーザの運転開始前に、前記所定回
数の連続パルスの各パルスのエネルギーを同一にする各
パルス毎の充電電圧データを、この連続パルス発振直前
の休止時間の各大きさに対応して設定しておき、エキシ
マレーザの運転中には、連続パルス発振の直前の休止時
間を計時し、この計時された休止時間に対応する充電電
圧データを、前記設定した内容から求め、この求めた充
電電圧データに基づき、つぎの連続パルス発振の各パル
スのエネルギーを同一の大きさとするように充電電圧を
制御するようにしている。
合、連続パルス発振の開始直後においてパルスエネルギ
ーが大きくなる(以後徐々にエネルギーが小さくなる)
スパイキング現象が現れる。そして、このスパイキング
現象は、バーストモードにおける発振休止時間が大きく
なるほど顕著になることが本発明者等の実験により明ら
かになった。そして、また、パルスエネルギーは、レー
ザガスを励起させるための充電電圧を大きくするにした
がって大きくなるという性質がある。
振の休止時間が計時され、つぎの連続パルスの各パルス
のエネルギーが同一の大きさとなるように、計時された
休止時間に基づいて各パルスに対応する充電電圧データ
が、レーザ運転前に予め設定していた内容から求められ
る。そして、この求めた充電電圧データに基づき各パル
スのエネルギーが所定の大きさとなるように充電電圧が
制御される。すなわち、連続パルス発振の最初のパルス
は充電電圧を低くし、以後徐々に充電電圧を高くするご
とく、充電電圧を各パルス毎に変化させてスパイキング
現象による初期のエネルギー上昇を防止する。しかも、
レーザ運転中の休止時間の大きさに応じて充電電圧の変
化度合いを異ならせて、各パルスのエネルギーレベルが
同一となるようにする。この結果、パルスエネルギーの
バラツキがなくなり、露光量制御の精度が飛躍的に向上
する。
レーザ装置の制御装置の実施例について説明する。
エキシマレーザ光Lを出力するエキシマレーザ装置1
と、エキシマレーザ装置1を光源とし、出力レーザ光L
により縮小投影露光を行うステッパ9とから構成されて
いる。
バ、光共振器等からなり、レーザチャンバ内にはKrと
F等のレーザガスが満たされている。そして、レーザチ
ャンバの上下に配設された電極間で放電を行い、レーザ
ガスを励起させてレーザ発振を行う。発振されたレーザ
光は上記光共振器内で共振され、フロントミラーから有
効な発振レーザ光Lとして出力される。なお、放電は所
定のパルス幅をもって所定の間隔で行われ、レーザ光L
が断続的に出力される。
は、ビームスプリッタ3によって一部サンプリングさ
れ、レンズ4を介して出力モニタ5に入射される。この
出力モニタ5では、出力レーザ光Lの1パルス当たりの
エネルギー、つまりパルスエネルギーEが検出される。
ネルギーEは、出力制御部6に加えられ、該出力制御部
6は、入力されたパルスエネルギーEに基づいて、後述
するように所望のパルスエネルギーEdが得られるよう
に、レーザ電源8に電圧データを加える。この場合、パ
ワーロック制御が行われる。なお、パワーロック制御と
は、レーザガスが劣化し同じ放電電圧を与えてもパルス
エネルギーEが低下してしまうことを、劣化に応じて放
電電圧を高くすることで防止する制御のことであり、所
望のエネルギーEdを得るための放電電圧がパワーロッ
ク電圧Vplと呼ばれる。なお、また「POWERLO
K」は米国Questek社の登録商標である。
応じて上記電極間に電位差Vを与え、上記放電を行う。
テッパ制御部10と信号線で接続されており、ステッパ
制御部10から送出されるトリガ信号Trを受信する。
出力制御部6はタイマは内臓しており、このタイマによ
って、送出されてくるトリガ信号Trの受信時刻間の時
間が逐次測定される。制御部7にも、出力モニタ5の検
出結果Eが加えられ、出力制御部6との間で後述するよ
うデータの授受が行われる。
照して出力制御部6で実行される処理について説明す
る。
各パルスに対応する放電電圧Vを求めている。
パルス発振の開始直後においてパルスエネルギーEが大
きくなる(以後徐々にエネルギーが小さくなる)スパイ
キング現象が現れる(図3のB参照)。そして、このス
パイキング現象は、バーストモードにおける発振休止時
間Tppが大きくなるほど顕著になることが本発明者等の
実験により明らかになっている。そして、また、パルス
エネルギーEは、レーザガスを励起させるための放電電
圧Vを大きくするにしたがって大きくなるという性質が
ある。
し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーEが同一
の所望の大きさEdとなるように、計時された休止時間
Tppに基づいて各パルスに対応する放電電圧Vの大きさ
を変化させる。すなわち、連続パルス発振の最初のパル
スは放電電圧Vを低くし、以後徐々に放電電圧Vを高く
するごとく、放電電圧を各パルス毎に変化させてスパイ
キング現象による初期のエネルギー上昇を防止する。し
かも、休止時間Tppに応じて放電電圧Vの変化度合いを
異ならせるようにする。この結果、常に各パルスのエネ
ルギーレベルが同一な値Edとなる。
劣化してくるに応じてパルスエネルギーEが低下してし
まい、これを防止するために劣化に応じてパワーロック
電圧Vplを大きくするパワーロック制御が行われる。し
かし、パワーロック制御が行われると、スパイキング現
象の発生パターンが変化してしまうことが本発明者らの
実験によって明らかになった。すなわち、パワーロック
電圧Vplの大きさに応じてパルスエネルギーEが変化す
るとともに、スパイキング現象の影響が及ぶパルスの数
が変化すること等が明らかになった(図4(a)、
(b)参照)。そこで、パワーロック電圧Vplに応じて
パルスエネルギーEが所望の大きさEdになるように放
電電圧Vを変化させる必要がある。
ると、トリガ信号Trの受信間隔を測定する一方で、出
力制御部6が受信の都度、各パルスに対応する放電電圧
Vを計算し、これを逐次レーザ電源8に出力する処理を
行うことが、時間的に困難となる。そこで迅速な処理を
行い、リアルタイム処理を実現することが要求される。
(c)を考慮して、各パルスのエネルギーEを同一の所
望の大きさEdにするための、直前の休止時間Tppおよ
びパワーロック電圧Vplに対応する放電電圧Vを、発振
順序iごとに予め求めておき、これを電圧データとして
予め所定のメモリに記憶しておくようにする。そして上
記メモリから逐次所要の電圧データを読み出し、レーザ
電源8に出力することで処理を迅速に行うようにしてい
る。
示すように、起動と同時にメインルーチン内において、
下記(1)式に示すように、発振順序iのパルスに対応
する放電電圧V(i)をVpp、Vplを変数とする関数V
i (Tpp、Vpl)として求め、これらを電圧パターンテ
ーブルとしてメモリに記憶しておく。この場合、変数T
pp、Vplの値が同一となっている連続パルス(i=1、
2、3…)が1組とされ、組単位でメモリに記憶され
る。
放電電圧 Vi:連続パルス発振のi番目のパルスの放電電圧を決
定する関数式 Tpp:発振休止時間 Vpl:パワーロック電圧 (ステッ
プ101)。 出力制御部6では、トリガ信号Trの受信のタイミング
とタイマのカウントのタイミングとで、所定の割り込み
処理が行われる。すなわち、上記電圧パターンテーブル
作成および記憶処理が終了したならば、発振開始が可能
であることを指示すべく、割り込み受付状態にする(ス
テップ102)。出力制御部6が割り込み受付状態にな
ると同時に、内臓のタイマによる割り込みを受け付ける
べく同図(b)に示すタイマ割込ルーチンに移行され、
前回トリガ信号Trが受信されてから次回にトリガ信号
Trを受信するまでの間、タイマを順次カウントアップ
させ、カウント数nを順次+1インクリメントしていく
(ステップ104)。
図(c)に示すトリガ割込ルーチンに移行され、タイマ
割り込みのカウントアップをやめて、その時点のカウン
ト数nを時間に換算する処理を行い、換算された時間を
発振休止時間Tppとする。たとえば、タイマ割り込みの
インターバルが10msecであり、カウント数nが1
5であれば、両者を乗算することにより休止時間Tppが
150msecとされる(ステップ105)。続いてタ
イマのカウント数nが零にリセットされる(ステップ1
06)。出力制御部6はまた、トリガ信号Trが所定時
間Tbsよりも小さい間隔で受信されるごとにカウントア
ップされるトリガカウンタを有しており、このトリガカ
ウンタがカウント数iが+1インクリメントされる。こ
のカウント数iによって、トリガ信号Trが受信された
直後に発振されるパルスが連続パルス発振の何番目のパ
ルスであるかが認識される(ステップ107)。
止時間Tppが、所定の上限値Tul以上であるか否かが判
断される。この上限値Tulは、それ以上の時間ではスパ
イキング現象のパルスエネルギーEを変化させる効果が
一定であり、もはや発振休止時間には依存しないものと
して実験等により求められ、所定のメモリに記憶されて
おかれるものである(ステップ108)。また、ステッ
プ105で得られた発振休止時間Tppが、所定の下限値
Tbs以上であるか否かが判断される。すなわち、パルス
発振の時間間隔が十分に小さいと、放電空間に直前のパ
ルス発振による密度擾乱等の影響が強く残っており、ス
パイキング現象は発生しない。そこで、それよりも小さ
い時間では、スパイキング現象が発生しない下限の時間
Tbsが実験等により求められ、所定のメモリに記憶され
ておかれる(ステップ110)。
上であると判断されたならば(ステップ108の判断Y
ES)、Tpp=Tulとして(ステップ109)、トリガ
カウンタのカウント数iを1にセットする(ステップ1
11)。そして、この時点のパワーロック電圧Vpl、T
pp=Tul、i=1に対応する放電電圧Vi がメモリから
読み出され、これがレーザ電源8に出力され、放電が行
われる。この結果、連続パルス発振の最初のパルスはス
パイキング現象の影響が除去されたものにされ、所望の
パルスエネルギーEdが得られる。しかも、Tppが上限
値Tul以上では、Tppに応じた複数の放電電圧Vi のデ
ータを記憶しておく必要はなく、一定値Tulに応じて一
義的に定まる放電電圧Vi のデータのみをメモリに記憶
しておけばよいので、記憶容量が少なくて済み、コスト
低減等が図られる(ステップ113)。
り、上限値Tulよりも小さい場合には(ステップ110
の判断YES)、連続パルス発振の最初のパルスよりあ
らためてスパイキング現象の影響を除去すべく、トリガ
カウンタのカウント数iを1にセットする(ステップ1
11)。そしてステップ105で得られたTpp、この時
点のパワーロック電圧Vpl、i=1に対応する放電電圧
Vi がメモリから読み出され、これがレーザ電源8に出
力され、放電が行われる。この結果、連続パルス発振の
最初のパルスはスパイキング現象の影響が除去されたも
のにされ、所望のパルスエネルギーEdが得られる(ス
テップ113)。
さい場合には(ステップ110の判断NO)、直前の発
振パルスによりスパイキング現象は発生しないので、i
をインクリメントしたままの状態で、ステップ105で
得られたTpp、この時点のパワーロック電圧Vpl、ステ
ップ107で得られたiに対応する放電電圧Vi がメモ
リから読み出され、これがレーザ電源8に出力され、放
電が行われる。この結果、連続パルス発振のi番目のパ
ルスはスパイキング現象の影響が除去されたものにさ
れ、所望のパルスエネルギーEdが得られる(ステップ
112)。
は、上記(1)式に示す関数Vi ()を補正する処理が
行われる。これは制御部7で以下のような手順で行われ
る。すなわち、出力制御部6から発振休止時間Tpp、パ
ワーロック電圧Vplをデータとして受け取るとともに、
連続パルス発振のパルスエネルギーEをパルス順iにサ
ンプリングする処理が行われる。つぎに、Tpp、Vpl、
iが同一の値となっているもの同士を順次加算してい
き、一定時間経過した時点で加算値からパルスエネルギ
ーの平均値を演算する。そして、平均値と所望のエネル
ギーEdとを比較し、平均値が所望のパルスエネルギー
Edから許容値以上の偏差を有している場合には、許容
値外とし、そのときのTpp、Vpl、iに対応する関数V
i ()を偏差に応じて補正する(ステップ103)。
ppおよびパワーロック電圧Vplを考慮した関数によって
放電電圧Vi を求めるようにしているが、さらに、下記
(2)式に示すように、レーザチャンバ内に封入された
レーザガスの種類、各種レーザガスの分圧、レーザチャ
ンバ内にレーザガスを封入してからの経過時間Tg およ
び累積発振パルス数Nを変数とする関数によって放電電
圧Vi を求める実施も可能である。これは、スパイキン
グ現象の発生パターン、つまり効果は、一般にレーザガ
スの組成、組成に応じた分圧、経過時間Tg および累積
発振パルス数Nに依存するからである。
、Pb 、Tg 、N) …(2) ただし、V(i):連続パルス発振のi番目のパルスの
放電電圧 Vi:連続パルス発振のi番目のパルスの放電電圧を決
定する関数式 Tpp:発振休止時間 Vpl:パワーロック電圧 Pr :希ガスの分圧 Ph :ハロゲンガスの分圧 Pb :バッファガスの分圧 Tg :レーザガス封入経過時間 N:累積発振パルス数 一般にKrFエキシマレーザにおいては、希ガスとして
クリプトン、ハロゲンガスとしてフッ素、バッファガス
としてヘリウムあるいはネオン、またはヘリウムとネオ
ンとの混合ガスを用いるため、上記(2)式では3種類
のガスの分圧を考慮している。
御部6が組み込まれ、この出力制御部6によってスパイ
キング現象の影響を除去する制御を行うようにしている
が、かかる出力制御部6をレーザ装置外に置くような実
施も当然可能である。
バーストモードで運転されるエキシマレーザ装置におい
て、スパイキング現象の影響が除去され、各パルスのエ
ネルギーを同一の大きさにされるので、たとえ少ない連
続パルス発振であっても露光量制御の精度が飛躍的に向
上する。
装置の実施例の構成を示すブロック図である。
である。
すために用いたグラフであり、時間tに対するパルスエ
ネルギーEの変化の様子を示すグラフである。
イキング現象の効果が異なることを示すために用いたグ
ラフであり、時間tに対するパルスエネルギーEの変化
の様子を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】 レーザ光を所定回数連続してパルス
発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を
繰り返し行うエキシマレーザ装置に適用され、充電電圧
データに基づき前記パルスのエネルギーが所定の大きさ
となるように充電電圧を制御するエキシマレーザ装置の
制御装置において、 エキシマレーザの運転開始前に、前記所定回数の連続パ
ルスの各パルスのエネルギーを同一にする各パルス毎の
充電電圧データを、この連続パルス発振直前の休止時間
の各大きさに対応して設定しておき、 エキシマレーザの運転中には、連続パルス発振の直前の
休止時間を計時し、この計時された休止時間に対応する
充電電圧データを、前記設定した内容から求め、この求
めた充電電圧データに基づき、つぎの連続パルス発振の
各パルスのエネルギーを同一の大きさとするように充電
電圧を制御することを特徴とするエキシマレーザ装置の
制御装置。 - 【請求項2】 レーザ光を所定回数連続してパルス
発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を
繰り返し行うエキシマレーザ装置に適用され、充電電圧
データに基づき前記パルスのエネルギーが所定の大きさ
となるように充電電圧を制御して、レーザチャンバ内の
レーザガスを励起させるエキシマレーザ装置の制御装置
において、 エキシマレーザの運転開始前に、前記所定回数の連続パ
ルスの各パルスのエネルギーを同一にする各パルス毎の
充電電圧データを、この連続パルス発振直前の休止時間
の各大きさに対応して、また前記レーザチャンバ内にレ
ーザガスを封入してからの経過時間の各大きさに対応し
て、また前記レーザチャンバ内にレーザガスを封入して
からの累積発振パルス数の各大きさに対応して設定して
おき、 エキシマレーザの運転中には、連続パルス発振の直前の
休止時間を計時するとともに、前記レーザチャンバ内に
レーザガスを封入してからの経過時間を計時し、さらに
前記レーザチャンバ内にレーザガスを封入してからの累
積発振パルス数を検出し、これら計時、検出された休止
時間、経過時間、累積発振パルス数に対応する充電電圧
データを、前記設定した内容から求め、この求めた充電
電圧データに基づき、つぎの連続パルス発振の各パルス
のエネルギーを同一の大きさとするように充電電圧を制
御することを特徴とするエキシマレーザ装置の制御装
置。 - 【請求項3】 レーザ光を所定回数連続してパルス
発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を
繰り返し行うエキシマレーザ装置に適用され、充電電圧
データに基づき前記パルスのエネルギーが所定の大きさ
となるように充電電圧を制御して、レーザチャンバ内の
レーザガスを励起させるエキシマレーザ装置の制御装置
において、 エキシマレーザの運転開始前に、前記連続パルスの各パ
ルスのエネルギーを同一の大きさにするための当該連続
パルス発振の直前の休止時間の各大きさに対応する充電
電圧データを、発振順序毎に求め、これを記憶する記憶
手段と、 エキシマレーザの運転中に、前回連続パルス発振されて
からつぎに連続パルス発振されるまでの時間を計時する
計時手段と、 エキシマレーザの運転中に、前記計時手段で計時された
休止時間に対応する充電電圧データを前記記憶手段の記
憶内容から求め、この充電電圧データを用いて、つぎの
連続パルス発振の各パルスを、対応する充電電圧で順次
発振させる制御手段とを具えたエキシマレーザ装置の制
御装置。 - 【請求項4】 前記記憶手段には、前記連続パルス
発振の休止時間に加えて、前記レーザチャンバ内に封入
されたレーザガスの種類毎の分圧、前記レーザチャンバ
内にレーザガスを封入してからの経過時間、前記レーザ
チャンバ内にレーザガスを封入してからの累積発振パル
ス数の内のいずれかひとつまたは2以上の組合せに対応
するものとして充電電圧データが記憶されている請求項
3記載のエキシマレーザ装置の制御装置。 - 【請求項5】 前記連続パルス発振の休止時間が所
定値以上である場合に、当該所定値以上の休止時間に対
応する充電電圧データを、前記所定値の休止時間に対応
する充電電圧データとして前記記憶手段に記憶させるよ
うにした請求項3または4記載のエキシマレーザ装置の
制御装置。 - 【請求項6】 前記計時手段で計時される時間が所定
のしきい値以上であるの充電電圧データを、前記記憶手
段に記憶させておき、 前記計時手段によって計時された時間が前記所定のしき
い値以上である場合には、前記記憶手段から、前記所定
のしきい値以上の計時時間に対応するものとして記憶さ
れている充電電圧データを読み出すようにしたこと、 を特徴とする請求項3または4または5記載のエキシマ
レーザ装置の制御装置。
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Publication number | Publication date |
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JPH0637376A (ja) | 1994-02-10 |
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