JP3769629B2

JP3769629B2 - Excimer laser equipment

Info

Publication number: JP3769629B2
Application number: JP32687096A
Authority: JP
Inventors: 孝信石原; 達也有我; 理若林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: JPH10173273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステッパ方式やステップ＆スキャン方式の縮小投影露光装置の光源などとして用いられるエキシマレーザ装置に関し、特にそのレーザチャンバ内にハロゲンガスを含むレーザガスを充填してレーザパルス発振を行うエキシマレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ハロゲンガスを用いてエキシマレーザ装置を運転する場合、運転にしたがって電極材料の蒸発、レーザチャンバ構成材料との化学反応によりハロゲンガスが消費される。したがって、従来はハロゲンガスの消耗によるレーザ出力の低下を補うために次のような制御を行うようにしていた。
【０００３】
すなわち、レーザの出力はレーザを励起するためにコンデンサに蓄積しておいた電気エネルギーを放電空間に投入してレーザ媒質ガス中で放電を行うことにより得るが、このコンデンサの充電電圧を大きくするとレーザ出力は増加する。従って、従来においてはレーザ出力を検出し、この検出にしたがって充電電圧値を制御することでレーザ出力を安定化するようにしている。なお、この制御は通常パワーロック制御という。
【０００４】
しかしながら、この制御によっても長時間の運転を続けているとハロゲンガスの消耗によって発振効率が低下し、次第に充電電圧（パワーロック電圧）を高くしていかないと所定の出力を維持できなくなる。
【０００５】
係る不具合を解消すべく特開平３−１６６７８３号公報においては、各充電電圧値毎に発振効率（投入電力に対する出力レーザエネルギーの割合）を最大にするレーザガス圧力値が各別に存在することに着目し、レーザ発振の進行に対応して充電電圧が上昇していくに伴い、発振効率が最大値を維持するように充電電圧及びレーザガス圧力を制御するようにしている。
【０００６】
すなわちこの従来技術は、レーザの発振効率を主眼とし、この発振効率が常に最大値を維持するように充電電圧及びレーザガス圧力を制御しようとするものである。
【０００７】
この従来技術による手法は、エキシマレーザをレーザ出力をできるだけ大きくする事が最も重要である加工に用いる場合は、有効な方法となる。
【０００８】
しかしながら、エキシマレーザをステッパ方式やステップ＆スキャン方式の縮小投影露光装置に利用する場合は、各パルスのレーザ出力をいかに大きくする（発振効率を上げる）かということが問題になるのではなく、いかに均一な出力のパルス光を得るようにすることが、最も大きな目的となる。
【０００９】
すなわち、上記従来技術によれば、均一なレーザ出力を得ることを主眼として、充電電圧制御及びレーザガス供給制御が行われていないために、露光精度を今１つ向上させることが不可能である。
【００１０】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、均一なパルス光出力を得ることができるエキシマレーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
この発明では、ハロゲンガスを含むレーザガスをレーザチャンバ内に封入し、このレーザチャンバ内でパルス放電を行うことにより前記レーザガスを励起してパルスレーザ発振を行うエキシマレーザ装置において、前記レーザチャンバに前記レーザガスを補給するガス補給手段と、前記各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきを求めるばらつき計測手段と、前記パルス放電の電源電圧をほぼ一定に維持する電源電圧制御手段と、前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲内に入るよう前記ガス補給手段を制御してハロゲンガスを補給する制御手段とを具え、各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきは前記レーザチャンバ内のハロゲンガス分圧に対応して所定の極小値をとるものであり、かつ前記目標値範囲の限界値は、前記極小値に対応するハロゲンガスガス分圧値よりも小さい第１の値と、前記極小値に対応するハロゲンガス分圧値よりも大きい第２の値との２つの値を有するものであり、前記制御手段は、前記演算された出力ばらつきが前記目標値範囲外となった場合、そのときの状態が、現ハロゲンガス分圧が前記第１の値より小さい状態であるかあるいは現ハロゲンガス分圧値が前記第２の値より大きい状態であるかを識別し、前者である場合にのみ前記ガス制御手段を制御してハロゲンガスを補給するようにしている。
【００１２】
係る発明によれば、各パルス発振光の出力エネルギーを優先させるのではなく、各出力エネルギーのばらつきの抑制を最優先させてハロゲンガス供給制御を行うようにする。また、レーザ放電電源の電源電圧はほぼ一定値を維持するようにする。すなわち、出力ばらつきが大きくなる要因となる電源電圧の変化を行わずに、電源電圧をほぼ一定に維持するとともに、レーザ出力のばらつきが最小またはその近傍の値となるハロゲンガス分圧を目指してハロゲンガス供給制御を行うようにする。
【００１３】
したがって、この発明では、各パルス発振光の出力ばらつきが最小限に抑制させることができ、本発明のエキシマレーザ装置を半導体の縮小投影露光を行う縮小投影露光装置用などの光源に適用するようにすれば、高精度の露光処理をなし得ることが可能になる。
【００１４】
またこの発明によれば、ハロゲンガスを含むレーザガスをレーザチャンバ内に封入し、このレーザチャンバ内でパルス放電を行うことにより前記レーザガスを励起してパルスレーザ発振を行うエキシマレーザ装置において、前記レーザチャンバに前記レーザガスを補給するガス補給手段と、前記各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきを求めるばらつき計測手段と、過去の発振履歴に基づいて、各パルスの光エネルギーをほぼ一定にすべく前記パルス放電の電源電圧を調整制御する電源電圧制御手段と、前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲内に入るよう前記ガス補給手段を制御してハロゲンガスを補給する制御手段とを具え、各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきは前記レーザチャンバ内のハロゲンガス分圧に対応して所定の極小値をとるものであり、かつ前記目標値範囲の限界値は、前記極小値に対応するハロゲンガスガス分圧値よりも小さい第１の値と、前記極小値に対応するハロゲンガス分圧値よりも大きい第２の値との２つの値を有するものであり、前記制御手段は、前記演算された出力ばらつきが前記目標値範囲外となった場合、そのときの状態が、現ハロゲンガス分圧が前記第１の値より小さい状態であるかあるいは現ハロゲンガス分圧値が前記第２の値より大きい状態であるかを識別し、前者である場合にのみ前記ガス制御手段を制御してハロゲンガスを補給するようにする。
【００１５】
係る発明によれば、レーザ電源電圧を過去の発振履歴に基づいて各パルス発振毎に調整制御するようにしているが、この制御によっても電源電圧はそれほど大きくは変動せず、ほぼ一定の状態となる。
【００１６】
したがって、この発明によっても、各パルス発振光の出力ばらつきを最小限に抑制させることができ、本発明のエキシマレーザ装置を半導体の縮小投影露光を行う縮小投影露光装置用などの光源に適用するようにすれば、高精度の露光処理をなし得るようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
まず、図４を用いて本発明の要部の概略について説明する。
【００１９】
図４は、ＫｒＦエキシマレーザにおいて、レーザ電源電圧Ｖおよびレーザチャンバ内のガス全圧ＰGAをほぼ一定にした状態でのフッ素ガス分圧ＰF2に対応する出力レーザ光エネルギーＥおよび出力レーザ光エネルギーのばらつき（標準偏差）σを示したものである。すなわち、フッ素ガス分圧ＰF2（レーザチャンバ内のＦ2ガスのモル濃度に比例）を横軸にして、出力レーザ光エネルギーＥおよび出力レーザ光エネルギーのばらつき（標準偏差）σを縦軸にしている。
【００２０】
この図４によれば、レーザ出力Ｅは、Ｆ2分圧が所定値Ｐeのときに最大値をとり（効率が最大）、この分圧値Ｐeよりも低い分圧では単調増加で、この分圧値Ｐeより高い分圧では単調減少となる。
【００２１】
一方、レーザ出力の標準偏差σは、Ｆ2分圧が所定値Ｐfのときに最小値をとり、この分圧値Ｐfよりも低い分圧では単調減少で、この分圧値Ｐfより高い分圧では単調増加となる。
【００２２】
この図４に示す特性において、本願発明者が着目した現象はＰe≠Ｐfとなる点であり、本願発明では、レーザ出力（発振効率）は多少犠牲にしても、出力ばらつきσを最小にするフッ素分圧値Ｐfを最優先の目標値としてＦ2ガス供給制御を行うようにする。
【００２３】
なお、図４において、σcは出力ばらつきの許容限界値（許容上限値）であり、この許容限界値σcに対応するＦ2分圧には、ＰMINおよびＰMAXの２つの値がある。
【００２４】
次に、エキシマレーザの出力ばらつきσは、レーザの電源電圧Ｖ、レーザチャンバ内のガス全圧ＰGA、およびレーザチャンバ内のハロゲンガス分圧ＰF2といったパラメータの変化に対応して変化する。
【００２５】
図５は、電源電圧Ｖを３つの異なる値にＶ1，Ｖ2，Ｖ3（Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3）にした場合におけるばらつきσを最小にするフッ素分圧値Ｐfと全ガス圧ＰGAとの関係を示すもので、この図５によれば、ガス全圧ＰGAが所定値ＰG1に達するまでは、全圧値ＰGAが増加してもばらつきσを最小にするフッ素分圧値Ｐfはほぼ一定であり、ＰGA＞ＰG1のときに前記フッ素分圧値Ｐfは全圧ＰGAの増加に対応して減少傾向を示す。この性質は、図３にも示すように、各電源電圧値Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3に亘って共通である。また、この図５によれば、電源電圧Ｖの増加に対応してばらつきσを最小にするフッ素分圧値Ｐfが大きくなる。
【００２６】
図６は、電源電圧を３種類の電源電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3（Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3）にした場合の出力ばらつき特性をそれぞれ示すものである。この図６によれば、電源電圧Ｖが高くなると、ばらつきをσを最小にするフッ素分圧値Ｐfが高くなり（Ｐf3＜Ｐf2＜Ｐf1）、かつ電源電圧Ｖの上昇にともなってばらつき値σ自体も小さくなることが判る（σ1＜σ2＜σ3）。また、電源電圧が高い領域では、電源電圧が低い領域に比べ、同じ電源電圧差に対応する前記Ｐf値自体の差が小さくなることも判る（Ｐf3−Ｐf2＜Ｐf2−Ｐf1）。
【００２７】
図７は、ガス全圧ＰGAを５種類の異なる値Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，Ｐ5（Ｐ1＞Ｐ2＞Ｐ3＞Ｐ4＞Ｐ5）にした場合の出力ばらつき特性を夫々示すものである。この図７によれば、全圧ＰGAが高くなるに伴ってばらつきをσを最小にするフッ素分圧値Ｐfが低くなり（Ｐfa＜Ｐfb＜Ｐfc）、かつばらつき値σ自体も大きくなることが判る（σa＞σb＞σc）。また、全圧ＰGAが或る程度以下の値になると（この場合はＰGA＜Ｐ3）、ばらつき値σ及びばらつきσを最小にするフッ素分圧値Ｐf共にほぼ同一の値となって変化しないことも判明した。
【００２８】
このように上記図４〜図８によれば、ばらつきσをできるだけ小さくかつ一定にするためには、電源電圧Ｖは大きいほうがよいし、また全ガス圧ＰGAは小さいほうが良いことがわかる。なお、ばらつきσがフッ素分圧Ｐf、ガス全圧ＰGA、電源電圧Ｖといったパラメータによって変動することは事実ではあるが、図５〜図８は或る１台のレーザ装置の実測結果に過ぎず、電源電圧Ｖが小さく若しくは全ガス圧ＰGAが大きいほうがばらつきσが小さくなるレーザ装置もある。
【００２９】
図８はこの発明を適用する狭帯域化エキシマレーザを示すものである。
【００３０】
図８において、エキシマレーザ１のレーザチャンバ２は図示しない放電電極等を有し、レーザチャンバ２内には、Ｆ2などのハロゲンガス、Ｋｒなどの稀ガス、Ｎｅなどのバッファガスが封入されており、これらレーザガスを放電電極間の放電によって励起させてレーザパルス発振を行う。発光したパルス光は狭帯域化ユニット６（この場合はプリズムビームエキスパンダ３，４、グレーティング５が含まれる）によって狭帯域化されて、再びレーザチャンバ２に戻って増幅され、部分透過ミラー７を介して発振レーザ光Ｌとして出力される。出力された一部の光は再びレーザチャンバ２に戻りレーザ発振が起こる。
【００３１】
発振されたレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ８によってその一部がサンプリングされた後、光拡散板１８を経てエタロン分光器９に入射され、レンズ１９を介してラインセンサなどで構成される受光素子１０に入射され、同心円状のフリンジパターンを形成する。エタロン分光器９には、予め波長が既知の基準光も入射されており、ＣＰＵ１１は受光素子１０に形成される基準光及びレーザ光Ｌのフリンジパターンを比較することにより、出力レーザ光Ｌの波長及びスペクトル幅などを計測する。ＣＰＵ１１は、該計測した波長およびスペクトル幅データを波長コントローラ１２に出力する。波長コントローラ１２は、入力された波長およびスペクトル幅データに基づいてグレーティング５の角度を変えることにより、波長選択素子であるグレーティング５への光入射角度を変えて、レーザ発振波長を調整制御する。
【００３２】
一方、前記ビームスプリッタ８を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ１３でさらのその一部がサンプリングされて受光素子１４に入射される。ＣＰＵ１５では、受光素子１４の受光出力に基づいて各パルス発振の光エネルギーＥiを検出し、この出力Ｅiに基づいてレーザ電源回路１６およびガス補給装置１７を制御する。レーザ電源回路１６では電源電圧Ｖiが制御され、ガス供給装置１７ではレーザチャンバ２に対するレーザガスの補給が制御される。
【００３３】
図９はガス補給装置１７の各種具体例を示すものである。
【００３４】
図９(a)〜(d)においては、２つのガスボンベ２０，２１が用いられ、一方のガスボンベ２０には、Ｆ2，Ｋｒ，Ｎｅが、α：ｂ：ｃ（α＝ｎ・ａ，ｎ＞１）のモル比で充填されており、他方のガスボンベ２１にはＫｒ，Ｎｅがｂ：ｃのモル比で充填されている。
【００３５】
すなわち、レーザチャンバ２へレーザガスを注入する際には（真空状態のレーザチャンバへガスを初期充填するとき、または出力ばらつきσが許容範囲外となってガスを途中補給するとき）、２つのガスボンベ２０、２１から所定量のガスをレーザチャンバ２へ注入することで、ガスボンベ２０から注入されるＦ2ガスが他方のボンベ２１から注入されるガスによって希釈されて、結果的にレーザチャンバ２内の混合ガスが理想的な混合比ａ：ｂ：ｃとなるようにしている。なお、ガスを途中補給するときにガスボンベ２０のみから補給するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、ガス補給の際、レーザチャンバ内ガスの全圧が上昇し過ぎた際には、排気バルブ２２を開いてガスの一部を排気してレーザチャンバ内の全圧が所定圧を維持できるように調整するようにしている。また、全ガス圧計測器４０はレーザチャンバ２内の全ガス圧を計測するもので、全圧を所定圧に維持する制御の際に用いられる。
【００３７】
図９(a)においては、オンオフバルブ２３，２４によってガスの供給制御を行うようにしておりオンオフバルブ２３，２４の開閉時間を調整することにより、ガス流量を調整するようにしている。
【００３８】
図９(b)においては、ガスの供給路にサブタンク２５，２６を設けるとともに、サブタンク２５，２６の下流側にオンオフバルブ２７，２８を設けるようにしている。
【００３９】
図９(c)においては、ガスの供給路にマスフローコントローラ（質量流量制御装置）２９，３０を設けるようにしている。このマスフローコントローラ２９，３０は、質量流量が所望の一定値になるように通過するガス量を制御するものである。この図９(c)の構成の場合、マスフローコントローラ２９，３０の流量を一定に設定しておいてオンオフバルブ２３，２４の開閉時間を調整することによりガス流量を高精度に制御することが可能になる。なお、オンオフバルブ２３，２４を省略してマスフローコントローラ２９，３０のみによてガス流量を制御するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記ガス補給装置１７の構成において、レーザガスをレーザチャンバ内へ注入する注入口と、レーザチャンバ外へレーザガスを排気する排気口との距離を可能な限り遠ざけるようにすれば、供給した新しいガスをそのまま排気してしまう量を低減することができる。
【００４１】
次に、図１０〜図１３にしたがって出力ばらつき（標準偏差）σの求め方について説明する。
【００４２】
前述したように、エキシマレーザはいわゆるパルス放電励起ガスレーザであるために、レーザ発振は図１０に示すようなパルス発振となる。なお、図１０のタイムチャートにおいては、エキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合のパルス発振を示しているために、その運転状態は、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、所定時間の間パルス発振を休止させる発振休止時間ｔとを繰り返すバーストモードとなっている。
【００４３】
すなわち図１１は、複数のＩＣチップＴＰが配列された半導体ウェハＷを示すものであるが、ステッパ方式の露光においては、半導体ウェハＷ上の１つのＩＣチップＴＰに対して多数（数百個以上）のパルス光を照射する露光処理が終了すると、次の未照射ＩＣチップＴＰに連続パルス光が照射されるようにウェハＷまたは光学系を移動し、このステージ移動後に前記と同じ光照射を行う。このような露光及びステージ移動を交互に行いながら、半導体ウェハＷ上の全てのＩＣチップＴＰへの露光が終了すると、その露光済みのウェハＷを搬出して次のウェハＷを照射位置に設置して前記と同じ光照射を繰り返す。
【００４４】
このようにステッパ方式の半導体露光装置では露光とステージ移動とを交互に繰り返すようになっているので、露光装置の光源となるエキシマレーザの運転状態は、必然的に図１０に示すようなバーストモードとなる。
【００４５】
図１２は、図１０に示した１バースト周期内のパルス列を拡大して示したものである。各パルス光のエネルギーをＥi(i=1,2,…)とし、またばらつきσを求める際の１つの集合のパルス数をＮsとする。
【００４６】
この場合は、ばらつきデータとして標準偏差σをパルス出力の平均値ＥAで割って規格化した値ε(=３・σ／ＥA)を用いる。即ち、前記Ｎs個のパルスが含まれる１つの集合毎に標準偏差σ及び出力平均値ＥAを計算し、該計算した標準偏差σおよび出力平均値ＥAからばらつきデータεを計算するようにしている。
【００４７】
標準偏差σは以下のようにして求める。
【００４８】
まず、Ｎs個のパルスの光エネルギーの積算値ＥTを下式にしたがって求める。なお、Σ(i=1,Ns)は、i=1からi=Nsまで積算する意味の記号である。
【００４９】
ＥT＝Σ(i=1,Ns)Ｅi＝Ｅ1+Ｅ2+Ｅ3+…+ＥNs
次に、これらＮs個のパルス光出力の平均値ＥAを下式に従って求める。
【００５０】
ＥA＝ＥT／Ｎs
次に、上記求めた平均値ＥAを用いてこれらＮs個のパルスについての標準偏差σを下式(1)にしたがって求める。
【００５１】

このように、ステッパ方式の場合は、１〜Ｎs、Ｎs＋１〜２Ｎs、２Ｎs＋１〜３Ｎs、という集合毎にσを求めるようにする。
【００５２】
次に、上記求めた標準偏差σ及び出力平均値ＥAを用いて下式に従って出力ばらつきεを求めるようにする。
【００５３】
ε＝３・σ／ＥA …（２）
次に、ステップ＆スキャン方式での標準偏差σの求め方について説明する。
【００５４】
すなわち、ステッパ方式ではステージを停止させて露光を行うようにしているがステップ＆スキャン方式ではステージを移動させながら露光を行うようにしており、大面積を露光できる利点を有している。
【００５５】
すなわち、このステップ＆スキャン方式では、ＩＣチップＴＰ上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザ（シートビームと呼称される細長い長方形の断面形状のビーム）が入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う。すなわち、図１３に示すように、各シートビームの照射面積（Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、…で示されたエリア）はＩＣチップ３１の面積よりも小さく、これらのパルスレーザ光が順次所定のピッチΔＰで重畳されながらスキャンされることで、各点に所定個数Ｎ0のシートビームが入射されてＩＣチップＴＰの全面の露光が行われる。
【００５６】
例えば、図１３においては、Ｎ0＝４であり、Ａ点は、４つのパルスレーザ光Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3およびＥ4の積算エネルギーによって露光され、またＢ点は４つのパルスレーザ光Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4およびＥ5の積算エネルギーによって露光されるようになっている。以下の、Ｃ点、…も同様に４つのパルスレーザ光の積算エネルギーによって露光される。
【００５７】
したがって、このようなステップ＆スキャン方式で標準偏差σを求める場合は、標準偏差σを求める際の１つの集合のパルス数Ｎs＝Ｎoとし、上記（１）式を用いて標準偏差を求めるようにすればよい。また、１つのＩＣチップに照射されるシートビームの総個数を１つの集合としてばらつきを求めるようにしても良い。
【００５８】
以下、図１及び図２のフローチャートにしたがってハロゲンガスの補給制御についての第１の実施例を説明する。
【００５９】
この第１の実施例では、電源電圧Ｖをほぼ一定の値に保持し、レーザ出力のばらつきσが極小値σmin近傍の値になるようにハロゲンガスを補給制御する。
【００６０】
ここで、出力ばらつきσを常にσcより小さくなるように制御するためには、Ｆ2分圧値ＰF2がＰMINとＰMAXの間になるように制御する必要がある。
【００６１】
しかし、図４に示すように出力ばらつきσはリニアな関係ではないため、前記制御の際に、出力ばらつき値σがσcに近い値になった場合、この状態がフッ素分圧がＰMIN及びＰMAXの何れに近い状態であるかを判断しないことには、Ｆ2ガスを供給すべきか否かを決定することができない。すなわち、Ｆ2分圧がＰMINより小さいときにはＦ2ガスを供給する必要があり、Ｆ2分圧がＰMAXより大きいときはＦ2ガスを供給する必要はない。
【００６２】
そこで、Ｆ2ガス量がレーザパルス発振の進行にともなって減少することに着目すれば、以下のような制御を行う事で上記の問題は解消する。
【００６３】
すなわち、レーザチャンバ内にレーザガスを補給した後、またはレーザチャンバ内のレーザガスを全て新しいレーザガスに入れ替えた後はレーザパルス発振が進行するにともなってＦ2ガスは減少する一方であるので、上記のガス補給またはガス交換の後に出力ばらつきσを監視していれば各時点の状態が図４のσ曲線の何れの位置にあるかを判断することができる。
【００６４】
例えば、ガス補給またはガス交換の際に、レーザチャンバ内のＦ2分圧をＰMAXとＰfとの間の値に設定（例えばＰMAXよりも若干低い分圧値）するようにしておけば、レーザ発振回数の増加にともなってハロゲンガスは減少するので、これに対応してばらつき値σは図４のσ曲線上を矢印Ｆにそって移動することになる。すなわち、σはＰMAXよりも若干低い分圧値に対応する値から減少し続けて極小値σMINに達した後、増加し始めるので、その後にσ＝σcに達したときに、Ｆ2ガスを供給するようにすれば、出力ばらつき値σをσc以下に制御することができる。
【００６５】
以下、図１に従って上記制御の詳細を説明する。
【００６６】
まず、オペレータはばらつきを求める際のデータ数Ｎsおよびばらつき値の許容限界値Ｓtを適宜の値に設定する（ステップ１００）。なお、ばらつき値の許容限界値Ｓtは前記出力ばらつきεとの比較用の閾値で、図４のσcに対応する値である。Ｓtは、例えば７％などの所定の数値に設定される。
【００６７】
次に、オペレータは、図４〜図８の関係から出力ばらつきεをできるだけ小さな値に収めることができる電源電圧Ｖcおよび全ガス圧ＰGAおよびハロゲンガス分圧Ｐfを設定する（ステップ１１０）。すなわち、電源電圧Ｖcは、図６から判るように、出力エネルギーＥとの兼ね合いで（電源電圧が大きいほど出力エネルギーは大きくなる）、できるだけ小さくするようにしたほうが、出力ばらつきσを小さくするためには望ましい。
【００６８】
また、図７から判るように、全ガス圧ＰGAも、出力ばらつきσを小さくするためには、できるだけ小さくしたほうが望ましい。
【００６９】
また、目標フッ素分圧Ｐfは、設定した充電電圧Ｖcおよび全ガス圧ＰGAに応じて出力ばらつきσが最小になるフッ素分圧値Ｐfを設定する。
【００７０】
そして、上記設定した全ガス圧ＰGAおよびおよびハロゲンガス分圧Ｐfとなるように、レーザチャンバ内にレーザガスを初期充填（パッシベーション処理の済んだ真空レーザチャンバ内に新しいガスを満たすこと）する。
【００７１】
次に、ＣＰＵ１５は、ガス補給サブルーチンを実行するか否かを決定するために参照するフラグFLAGと、当該バースト周期における現パルス発振数をカウントするカウンタのカウンタ値ｉと、各発振パルスの出力エネルギーＥiを順次積算する積算カウンタのカウント値ＥTを０に初期化する（ステップ１２０、１３０）。
【００７２】
次に、ＣＰＵ１５はパルスカウンタ値ｉを＋１した後（ステップ１４０）、パルス発振を開始する。この際の電源電圧値Ｖは前記設定された電圧値Ｖcであり、これ以降のパルス発振時もこの電源電圧Ｖcを維持するようにする（ステップ１５０）。そして、ＣＰＵ１５は第１発目の発振パルスの出力エネルギーＥiを計測し記憶する（ステップ１５０）。さらに、該計測した出力エネルギーＥiを前回までのパルスエネルギー積算値ＥT（この場合は＝０）に加算し、該加算結果ＥT＋Ｅiで積算カウンタ値ＥTを更新する（ステップ１６０）。次に、パルスカウント値ｉが前記設定値Ｎsに一致したか否かを判定し（ステップ１７０）、一致しない場合は一致するまで上記ステップ１３０〜ステップ１６０の手順を繰り返す。
【００７３】
その後、パルス発振動作が進行してパルスカウント値ｉがＮsに一致すると、ＣＰＵ１５はこれらＮs個の発振パルス分の標準偏差σを前記（１）式に従って計算するとともに、当該Ｎs個の発振パルス分の出力の平均値ＥA（=ＥT／Ｎs）を計算し、該計算した標準偏差σを出力平均値ＥAで除すことにより規格化された出力ばらつきε(=３・σ／ＥA)を求める（ステップ１８０）。
【００７４】
そして、ＣＰＵ１５は、該計算した出力ばらつきεを前記設定した許容限界値Ｓtと比較する。この比較の結果、出力ばらつきεが設定値Ｓtの範囲内に入っている（ε≦Ｓt）場合は、ハロゲンガス補給は必要ないので、手順をステップ１２０に移行してフラグFLAGを０に設定した後、ステップ１３０〜１７０の手順を繰り返すことにより次のＮs個分のパルス発振の出力ばらつきεを演算する。
【００７５】
しかし、ステップ１９０の判定において、ε＞Ｓtが成立する場合は前記フラグFLAG＝−１であるか否かを判定する。そして、フラグFLAG＝−１であった場合は、Ｆ2分圧がＰMAX以上であったと判断してハロゲンガス補給を行わずに、手順をステップ１３０に移行させてこれ以降次の集合の出力ばらつきεを計算する。すなわち、フラグFLAG＝−１であった場合は、Ｆ2ガス補給を行わずにパルス発振を継続させることで、Ｆ2ガスを図４の矢印Ｑにそって自然減少させ（レーザ発振によってＦ2ガスがレーザ電極などの材料と反応してフッ化物となりＦ2ガス自体が減少する）、該Ｆ2ガスの自然減少によって出力ばらつきεを設定値Ｓtより小さくするのである。
【００７６】
なお、ステップ２００でフラグFLAG＝−１であった場合にハロゲンガス補給を行うようにすれば、Ｆ2分圧は増大するので、出力ばらつきεは図４の矢印Ｒにそってさらに大きくなることになる。
【００７７】
次に、ステップ２００の判定でフラグFLAG＝−１でないならば、次のステップ２１０でフラグFLAG＝１であるか否かを判定し、フラグFLAG＝１でない場合はフラグFLAGを１にセットした後（ステップ２４０）、図２に示すガス補給サブルーチンを実行する（ステップ２５０）。このガス補給サブルーチンについては、後述する。
【００７８】
一方、ステップ２１０でフラグFLAG＝１である場合は、前回計算した前の集合のばらつきεk-1を今回計算した現集合のばらつきεkと比較し、εk-1＞εkである場合は、前回のガス補給で図４の矢印Ｓにそったばらつきεの減少が実現できたと判断して、手順をステップ２５０に移行してガス補給サブルーチンを実行させることによりさらにガス補給を実行する。
【００７９】
しかし、ステップ２２０の判定で、εk-1≦εkが成立した場合は、図４の矢印Ｒにそったばらつきεの増加が生じたと判断して、フラグFLAG＝−１に設定した後（ステップ２３０）、手順をステップ１３０に移行させることにより、ハロゲンガス補給を行わずに、これ以降次の集合のばらつきεを計算する。すなわち、この場合は、Ｆ2ガス補給を行わずにパルス発振を継続させることで、Ｆ2ガスを図４の矢印Ｑにそって自然減少させ、該Ｆ2ガスの自然減少によってばらつきεを設定値Ｓtより小さくするのである。
【００８０】
この図１に示す制御手順によれば、ε≦Ｓtであるときは（ステップ１９０の判断がＮＯのとき）、Ｆ2ガスを供給しない。
【００８１】
また、ε＞ＳtであってかつＰF2≧ＰMAXであると判断されるときも（ステップ２００の判断がＹＥＳのときまたはステップ２２０の判断がＮＯのとき）、Ｆ2ガスを供給しないでＦ2ガスの自然減少を待つ。
【００８２】
しかし、ε≧ＳtであってかつＰF2＜ＰMINであると判断されるときは（ステップ２１０の判断がＮＯのときまたはステップ２２０の判断がＹＥＳのとき）、ε＜ＳtとなるまでＦ2ガスの供給制御を実行する。
【００８３】
なお、上記図１の制御手順において、εが許容最大値Ｓtを超えてしまった場合、異常信号を出力し、この異常信号を半導体露光装置側へ送信するとともに、エキシマレーザの出射側に設けたシャッタを閉じて、露光処理を中断させるようにしてもよい。この場合その後、ε＜Ｓtになった時点で、前記シャッタを開にし、露光処理を再開させるようにすればよい。
【００８４】
また、レーザ発振効率の高い領域、即ちＦ2分圧値が図４のＰfとＰMAXとの間になるように制御すれば、レーザ出力ばらつきσが小さくできるとともにレーザ発振効率を高い領域に保つ事が可能になる。
【００８５】
次に、図２を用いてガス補給サブルーチンについて説明する。
【００８６】
このガス補給サブルーチンには、ガスの排気を行わない手法と、ガスの排気を行って全圧を所定範囲に維持する手法の２つの手法がある。
【００８７】
すなわち、先の図５に示したガス補給装置１７の一方のガスボンベ２０のＦ2分圧を５％程度に高くした場合は、前述したように両方のガスボンベ２０，２１を用いてガス供給を行うようにするが、この場合はガス供給量が少ないので、排気工程を省略する事もできる。他方、ガスボンベ２０のＦ2分圧を１％程度に低く設定した場合は、ガスボンベ２０のみを用いてガスを大量に供給し、全圧上昇分は排気によって低下させる。
【００８８】
図２(a)に示すガス補給サブルーチンはガス排気を行わない場合であり、ガス補給サブルーチンが開始されると、２つのガスボンベ２０，２１を用いてハロゲンガスを供給するようにする。すなわち、レーザチャンバ内のハロゲンガス分圧は０．３％以下の低い値であり、またこの場合のガス供給量は少ないので、ガス供給分がハロゲンガス消費分で相殺されて、ガス全圧はほぼ一定であるとみなしてガス排気工程を省略するようにしている。しかし、このような場合でも、ガス補給回数が多くなるとガス全圧が図７の圧力Ｐ3を超えて圧力Ｐ2に至るほど上昇し、このようになると、全圧上昇によってばらつき値の最小値も引き上げられるので（σc→σb）、ハロゲンガスを補給してもばらつきσは低下せず、逆に上昇してしまうことになる。すなわち、σの値が全圧ＰGAの影響を受けない範囲（図７においてＰF2≦Ｐ3）でハロゲンガス補給制御を行うようにしていれば、ハロゲンガスの補給によってσの値を低下させることができるが、ハロゲンガス補給を繰り返していれば、全圧が上昇してついには図７の圧力Ｐ2の特性を持つに至る。
【００８９】
本実施例においては、ばらつきσ（またはε）をモニタしているので、ハロゲンガスを補給した際、σ（またはε）が上昇するという現象を判別するようにすれば、上記全圧の上昇現象は把握することができる。したがって、このような全圧の上昇現象が発生した場合は、レーザ発振を継続してレーザチャンバ内部のハロゲンガス分圧を下げ続ければ、σの値は図７の矢印Ｕに沿って減少し、やがてσcより小さな範囲に入ってくるので、その時点で再びσの値に応じてハロゲンガスを補給する前述した制御を開始するようにすればよい。
【００９０】
次に、図２(b)に示すガス補給サブルーチンは、ガス排気工程を行う場合であり、ガス補給サブルーチンが開始されると、最初にレーザチャンバ内のガスを一部排気する（ステップ３００）。すなわち、ガス補給前にガス排気を行うことにより、レーザ発振済みの不純物を含んだガスを排気するようにする。次に、先の図８に示したガス補給装置１７によってＦ2，Ｋｒ，Ｎｅの混合ガスをレーザチャンバ２内に所定量補給することにより、ハロゲンガスＦ2をレーザチャンバ内に供給する（ステップ３１０）。そして、この補給の後、レーザチャンバ内の全圧ＰGAを全圧計測センサ４０によって計測し（ステップ３２０）、この計測値が設定した所定の設定圧Ｐga1より大きくなった場合は（ステップ３３０）、さらにレーザチャンバ２内のガスを排気するようにする（ステップ３４０）。
【００９１】
なお、レーザチャンバ内の全圧ＰGAが上昇すると、出力光エネルギーを一定に保つための電源電圧値が低下してくるので、その電圧値をモニタするようにすればレーザチャンバ内の全圧ＰGAを間接的に計測することになる。この場合、全圧センサ４０は必ずしも必要はない。
【００９２】
すなわち、レーザチャンバ内の全ガス圧があまりに上昇すると、図７からも判るように、ばらつき値σ自体も上昇し、σが許容上限値σcを超える可能性もでてくる。また、レーザチャンバ内の全ガス圧があまりに上昇すると、フッ素分圧ＰF2が減少し、これによってレーザ発振効率（出力レーザ光エネルギーＥ）も極端に落ちてくる（図４参照）。したがって、図２(b)のガス補給ルーチンによれば、上記のような現象を解消すべく、レーザチャンバからガスの一部を排気して、ガス全圧を常に所定の所定の設定圧Ｐga1以内の値（例えば図７のＰ3程度の値）に抑えるようにしている。
【００９３】
次に、図３に従ってハロゲンガスの補給制御についての第２の実施例を説明する。
【００９４】
この第２の実施例では、各パルス光エネルギーをできるだけ一定にするべく、過去の（この場合は直前の）発振履歴を用いて次式のようにして電源電圧を制御するようにしている。
【００９５】
Ｖi＝Ｖi-1＋Ｇ×（Ｅr−Ｅi-1）
Ｖi：今回パルスの電源電圧
Ｖi-1：直前のパルスの電源電圧
Ｇ：ゲイン
Ｅr：パルス光エネルギーの目標値
Ｅi-1：直前のパルスのパルス光エネルギー
なお、上記制御によって電源減圧を制御するとはいっても実際にはその変動分はごく僅かであり、ほぼ一定の電圧値となる。
【００９６】
すなわち、図３のフローチャートにおいては、先図１のフローチャートのステップ１００をステップ１０５に差し替え、さらに図１のステップ１６０とステップ１７０の間にステップ１６５を追加するようにしており、それ以外は図１の手順と全く同様である。
【００９７】
図３のステップ１０５においては、ばらつきを求める際のデータ数Ｎsおよびばらつき値の許容限界値Ｓtの他に、パルス光エネルギーの目標値Ｅrを設定するようにしている。このＥr値としては、オペレータが設定するようにしてもよく、また半導体露光装置側から自動的に与えられるようにしてもよい。
【００９８】
また、図３のステップ１６５においては、当該パルスのパルス発振後に、モニタされた当該パルスの発振エネルギー値Ｅiとそのときの電源電圧値Ｖiとから次のパルス発振の際の電源電圧値ＶI+1を次式にしたがって演算するようにしている。この演算された電源電圧値Ｖi+1によって次のパルス発振が行われる。
【００９９】
Ｖi+1＝Ｖi＋Ｇ×（Ｅr−Ｅi）
なお、この第２の実施例において、過去の発振履歴として、
(1))当該パルスのＮ（例えばＮ＝２、Ｎ＝３など）個前のパルスのパルスエネルギー値Ｐi-Nと、そのときの充電電圧Ｖi-N、
(2)当該パルスのパルス番号より若いパルス番号を持つｎ個のパルスのパルスエネルギーＰi〜Ｐi+nの平均値と、それらに対応する充電電圧Ｖi〜Ｖi+n の平均値
(3)当該パルスの１バースト周期前の同じパルス順番のパルスのパルスエネルギー値Ｐiと、そのときの充電電圧Ｖi、
等を採用するようにしてもよい。
【０１００】
また、ハロゲンガス補給制御として次のような実施も可能である。
【０１０１】
すなわち、出力ばらつきεをモニタしながらハロゲンガスを間断無く（連続的に）少量ずつレーザチャンバ内部に補給し続け、εの値が極小値から大きく外れないようにする。この制御においても、全圧が上昇し続け、やがて図７の値Ｐ3を超えて、ハロゲンガスの補給がεの上昇のみをもたらす状態となる。したがって、この場合には、前記状態を検知したときに、レーザチャンバ内部からガスの一部を排気して全圧を低下させて、望ましくは全圧を図７の値Ｐ3以下にまで低下させるようにすればよい。
【０１０２】
また、他に、ハロゲンガスの補給を行う際に、これと同時にガスの排気を行うことにより、レーザチャンバ内の全ガス圧をほとんど変化させないようにすることも可能である。
【０１０３】
また、上記実施例では、出力ばらつき値としてＮs個分の発振パルスの標準偏差σをＮs個分の発振パルスの平均値ＥA（＝ＥT／Ｎs）で除した値εを用いるようにしたが標準偏差σを出力ばらつきとして用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すフローチャート。
【図２】ガス補給サブルーチンを示すフローチャート。
【図３】この発明の第２の実施例を示すフローチャート。
【図４】フッ素分圧に対する出力ばらつきと出力エネルギーとの関係を示すグラフ図。
【図５】全ガス圧と出力ばらつきを最小にするフッ素分圧値との関係を示すグラフ図。
【図６】電源電圧をパラメータにしてフッ素分圧と出力ばらつきとの関係を示すグラフ図。
【図７】全ガス圧をパラメータにしてフッ素分圧と出力ばらつきとの関係を示すグラフ図。
【図８】エキシマレーザ装置の構成例を示すブロック図。
【図９】ガス補給装置の各種構成例を示すブロック図。
【図１０】バースト運転におけるパルス発振の状態を示すタイムチャート。
【図１１】ウェハに対する露光処理の状況を示す図。
【図１２】１バースト周期内におけるばらつき値の求め方を説明する図。
【図１３】ステップ＆スキャン方式を説明する図。
【符号の説明】
１…エキシマレーザ装置
２…レーザチャンバ
３、４…プリズムビームエキスパンダ
５…グレーティング
６…狭帯域化ユニット
７…部分透過ミラー
８，１３…ビームスプリッタ
９…エタロン分光器
１０，１４…受光素子
１１，１５…ＣＰＵ
１２…波長コントローラ
１７…ガス補給装置
２０，２１…ガスボンベ
２３，２４…オンオフバルブ
２５，２６…サブタンク
２９，３０…マスフローコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an excimer laser device used as a light source for a stepper type or step & scan type reduced projection exposure apparatus, and more particularly, an excimer laser device that performs laser pulse oscillation by filling a laser gas containing a halogen gas into its laser chamber. About.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, when an excimer laser device is operated using a halogen gas, the halogen gas is consumed by evaporation of the electrode material and chemical reaction with the laser chamber constituent material according to the operation. Therefore, conventionally, the following control is performed in order to compensate for a decrease in laser output due to consumption of the halogen gas.
[0003]
That is, the laser output is obtained by charging the electrical energy stored in the capacitor to excite the laser into the discharge space and discharging in the laser medium gas. The output increases. Therefore, conventionally, the laser output is detected, and the laser output is stabilized by controlling the charging voltage value according to this detection. This control is usually called power lock control.
[0004]
However, even if this control is continued for a long time, the oscillation efficiency is lowered due to the exhaustion of the halogen gas, and the predetermined output cannot be maintained unless the charging voltage (power lock voltage) is gradually increased.
[0005]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 3-166783 discloses that there is a laser gas pressure value for maximizing oscillation efficiency (ratio of output laser energy to input power) for each charging voltage value. The charging voltage and the laser gas pressure are controlled so that the oscillation efficiency is maintained at the maximum value as the charging voltage increases corresponding to the progress of laser oscillation.
[0006]
In other words, this prior art focuses on the oscillation efficiency of the laser and attempts to control the charging voltage and the laser gas pressure so that the oscillation efficiency always maintains the maximum value.
[0007]
This technique according to the prior art is an effective method when an excimer laser is used for processing in which it is most important to increase the laser output as much as possible.
[0008]
However, when an excimer laser is used in a stepper type or step & scan type reduction projection exposure apparatus, it does not matter how to increase the laser output of each pulse (to increase the oscillation efficiency). The most important purpose is to obtain pulsed light with uniform output.
[0009]
That is, according to the above-described prior art, since the charging voltage control and the laser gas supply control are not performed mainly for obtaining a uniform laser output, it is impossible to further improve the exposure accuracy.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an excimer laser device capable of obtaining a uniform pulsed light output.
[0011]
[Means for solving the problems and effects]
According to the present invention, in an excimer laser apparatus that excites the laser gas by enclosing a laser gas containing a halogen gas in a laser chamber and performing pulse discharge in the laser chamber, the laser gas is contained in the laser chamber. Gas supply means for replenishing, dispersion measuring means for obtaining a variation in output energy of each pulse laser oscillation light, power supply voltage control means for maintaining the power supply voltage of the pulse discharge substantially constant, and the computed dispersion And control means for replenishing halogen gas by controlling the gas replenishing means so as to fall within a predetermined target value range, and variation in output energy of each pulse laser oscillation light corresponds to halogen gas partial pressure in the laser chamber. And taking a predetermined minimum value, and the limit value of the target value range is It has two values, a first value smaller than the halogen gas partial pressure value corresponding to the minimum value and a second value larger than the halogen gas partial pressure value corresponding to the minimum value, When the calculated output variation is out of the target value range, the control means is in a state where the current halogen gas partial pressure is smaller than the first value or the current halogen gas partial pressure. Whether the value is larger than the second value is identified, and only in the former case, the gas control means is controlled to replenish the halogen gas .
[0012]
According to such an invention, the halogen gas supply control is performed with the highest priority given to the suppression of variations in the output energy, rather than giving priority to the output energy of each pulse oscillation light. The power supply voltage of the laser discharge power supply is maintained at a substantially constant value. That is, the power supply voltage is maintained almost constant without changing the power supply voltage, which causes the output variation to increase, and the halogen gas partial pressure is set so that the variation in the laser output is at or near the minimum value. Perform gas supply control.
[0013]
Therefore, in the present invention, the output variation of each pulse oscillation light can be suppressed to the minimum, and the excimer laser apparatus of the present invention is applied to a light source for a reduced projection exposure apparatus that performs reduced projection exposure of a semiconductor. Then, it becomes possible to achieve highly accurate exposure processing.
[0014]
According to the present invention, in the excimer laser apparatus that excites the laser gas by enclosing a laser gas containing a halogen gas in a laser chamber and performing pulse discharge in the laser chamber to perform pulsed laser oscillation, the laser chamber A gas replenishing means for replenishing the laser gas, a variation measuring means for obtaining a variation in output energy of each pulsed laser oscillation light, and the pulse energy to make the optical energy of each pulse substantially constant based on past oscillation history. Each pulse comprises power supply voltage control means for adjusting and controlling the power supply voltage of discharge, and control means for controlling the gas supply means so that the calculated variation falls within a predetermined target value range to supply halogen gas. The variation in the output energy of the laser oscillation light is the halogen gas partial pressure in the laser chamber. Correspondingly, the limit value of the target value range is a first value smaller than the halogen gas gas partial pressure value corresponding to the minimum value, and the halogen corresponding to the minimum value. The control means has two values, a second value larger than the gas partial pressure value, and when the calculated output variation is outside the target value range, the state at that time is: It is discriminated whether the current halogen gas partial pressure is smaller than the first value or the current halogen gas partial pressure is larger than the second value. Is controlled to replenish halogen gas .
[0015]
According to this invention, the laser power supply voltage is adjusted and controlled for each pulse oscillation based on the past oscillation history, but the power supply voltage does not fluctuate so much even by this control, Become.
[0016]
Therefore, according to the present invention, the output variation of each pulse oscillation light can be suppressed to the minimum, and the excimer laser apparatus of the present invention is applied to a light source for a reduced projection exposure apparatus that performs reduced projection exposure of a semiconductor. By doing so, it becomes possible to perform highly accurate exposure processing.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
First, the outline of the main part of the present invention will be described with reference to FIG.
[0019]
FIG. 4 shows variations in the output laser beam energy E and the output laser beam energy corresponding to the fluorine gas partial pressure PF2 in a state where the laser power supply voltage V and the total gas pressure PGA in the laser chamber are substantially constant in the KrF excimer laser. (Standard deviation) σ is shown. That is, the horizontal axis represents the fluorine gas partial pressure PF2 (proportional to the molar concentration of F2 gas in the laser chamber), and the vertical axis represents output laser light energy E and output laser light energy variation (standard deviation) σ.
[0020]
According to FIG. 4, the laser output E takes a maximum value when the F2 partial pressure is a predetermined value Pe (efficiency is maximum), and monotonically increases at a partial pressure lower than the partial pressure value Pe. At a partial pressure higher than the value Pe, it decreases monotonously.
[0021]
On the other hand, the standard deviation σ of the laser output takes the minimum value when the F2 partial pressure is a predetermined value Pf, and decreases monotonously at a partial pressure lower than the partial pressure value Pf, and at a partial pressure higher than the partial pressure value Pf. Monotonous increase.
[0022]
In the characteristics shown in FIG. 4, the phenomenon that the inventor has paid attention to is that Pe ≠ Pf. In the present invention, even if the laser output (oscillation efficiency) is somewhat sacrificed, fluorine that minimizes the output variation σ is used. F2 gas supply control is performed with the partial pressure value Pf as the highest priority target value.
[0023]
In FIG. 4, σc is an allowable limit value (allowable upper limit value) of output variation, and the F2 partial pressure corresponding to this allowable limit value σc has two values, PMIN and PMAX.
[0024]
Next, the output variation σ of the excimer laser changes corresponding to changes in parameters such as the laser power supply voltage V, the gas total pressure PGA in the laser chamber, and the halogen gas partial pressure PF2 in the laser chamber.
[0025]
FIG. 5 shows the relationship between the fluorine partial pressure value Pf and the total gas pressure PGA that minimize the variation σ when the power supply voltage V is set to V1, V2, and V3 (V1>V2> V3) at three different values. Therefore, according to FIG. 5, until the total gas pressure PGA reaches a predetermined value PG1, even if the total pressure value PGA increases, the fluorine partial pressure value Pf that minimizes the variation σ is substantially constant. When> PG1, the fluorine partial pressure value Pf shows a decreasing tendency corresponding to the increase in the total pressure PGA. This property is common to the power supply voltage values V1, V2, and V3 as shown in FIG. Also, according to FIG. 5, the fluorine partial pressure value Pf that minimizes the variation σ increases with an increase in the power supply voltage V.
[0026]
FIG. 6 shows output variation characteristics when the power supply voltages are three kinds of power supply voltages V1, V2, and V3 (V1>V2> V3). According to FIG. 6, as the power supply voltage V increases, the fluorine partial pressure value Pf that minimizes the variation increases (Pf3 <Pf2 <Pf1), and the variation value σ itself as the power supply voltage V increases. (Σ1 <σ2 <σ3). It can also be seen that in the region where the power supply voltage is high, the difference between the Pf values corresponding to the same power supply voltage difference is smaller than in the region where the power supply voltage is low (Pf3−Pf2 <Pf2−Pf1).
[0027]
FIG. 7 shows output variation characteristics when the gas total pressure PGA is set to five different values P1, P2, P3, P4, and P5 (P1>P2>P3>P4> P5). According to FIG. 7, as the total pressure PGA increases, the fluorine partial pressure value Pf that minimizes the variation σ decreases (Pfa <Pfb <Pfc), and the variation value σ itself increases. (Σa>σb> σc). Further, when the total pressure PGA becomes a certain value or less (in this case, PGA <P3), the variation value σ and the fluorine partial pressure value Pf that minimizes the variation σ may be substantially the same value and do not change. found.
[0028]
4 to 8, it can be seen that the power supply voltage V should be large and the total gas pressure PGA should be small in order to make the variation σ as small and constant as possible. Although it is true that the variation σ varies depending on parameters such as the fluorine partial pressure Pf, the gas total pressure PGA, and the power supply voltage V, FIGS. 5 to 8 are only actual measurement results of a certain laser device. Some laser apparatuses have smaller variations σ when the power supply voltage V is smaller or the total gas pressure PGA is larger.
[0029]
FIG. 8 shows a narrow band excimer laser to which the present invention is applied.
[0030]
In FIG. 8, the laser chamber 2 of the excimer laser 1 has a discharge electrode or the like (not shown). A halogen gas such as F 2, a rare gas such as Kr, and a buffer gas such as Ne are sealed in the laser chamber 2. These laser gases are excited by the discharge between the discharge electrodes to perform laser pulse oscillation. The emitted pulsed light is narrowed by the band narrowing unit 6 (in this case, including the

prism beam expanders

3 and 4 and the grating 5), is returned to the laser chamber 2 again, and is amplified. And output as oscillation laser light L. A part of the output light is returned to the laser chamber 2 to cause laser oscillation.
[0031]
A part of the oscillated laser light L is sampled by the beam splitter 8, then enters the etalon spectroscope 9 through the light diffusion plate 18, and the light receiving element 10 configured by a line sensor or the like through the lens 19. To form a concentric fringe pattern. Reference light having a known wavelength is also incident on the etalon spectrograph 9 in advance, and the CPU 11 compares the fringe pattern of the reference light and the laser light L formed on the light receiving element 10 to thereby determine the wavelength of the output laser light L. Measure the spectral width. The CPU 11 outputs the measured wavelength and spectrum width data to the wavelength controller 12. The wavelength controller 12 adjusts and controls the laser oscillation wavelength by changing the angle of the grating 5 that is a wavelength selection element by changing the angle of the grating 5 based on the input wavelength and spectrum width data.
[0032]
On the other hand, a part of the laser light transmitted through the beam splitter 8 is sampled by the beam splitter 13 and incident on the light receiving element 14. The CPU 15 detects the light energy Ei of each pulse oscillation based on the light reception output of the light receiving element 14, and controls the laser power supply circuit 16 and the gas replenishing device 17 based on the output Ei. The laser power supply circuit 16 controls the power supply voltage Vi, and the gas supply device 17 controls the supply of laser gas to the laser chamber 2.
[0033]
FIG. 9 shows various specific examples of the gas supply device 17.
[0034]
9 (a) to 9 (d), two

gas cylinders

20 and 21 are used. In one gas cylinder 20, F2, Kr, and Ne are α: b: c (α = n · a, n>). 1) and the other gas cylinder 21 is filled with Kr and Ne at a molar ratio of b: c.
[0035]
That is, when the laser gas is injected into the laser chamber 2 (when the gas is initially filled into the laser chamber in a vacuum state, or when the output variation σ is out of the allowable range and the gas is replenished halfway), the two

gas cylinders

20 , 21 injects a predetermined amount of gas into the laser chamber 2 so that the F 2 gas injected from the gas cylinder 20 is diluted by the gas injected from the other cylinder 21, resulting in a mixed gas in the laser chamber 2. Is an ideal mixing ratio a: b: c. It should be noted that the same effect can be obtained by supplying gas only from the gas cylinder 20 when supplying gas halfway.
[0036]
When the total pressure of the gas in the laser chamber rises too much during gas supply, the exhaust valve 22 is opened so that a part of the gas is exhausted so that the total pressure in the laser chamber can be maintained at a predetermined pressure. I try to adjust it. The total gas pressure measuring device 40 measures the total gas pressure in the laser chamber 2 and is used in the control for maintaining the total pressure at a predetermined pressure.
[0037]
In FIG. 9A, the gas supply control is performed by the on / off

valves

23 and 24, and the gas flow rate is adjusted by adjusting the open / close time of the on / off

valves

23 and 24.
[0038]
In FIG. 9B, the sub tanks 25 and 26 are provided in the gas supply path, and the on / off

valves

27 and 28 are provided on the downstream side of the sub tanks 25 and 26.
[0039]
In FIG. 9C, mass flow controllers (mass flow control devices) 29 and 30 are provided in the gas supply path. The

mass flow controllers

29 and 30 control the amount of gas passing so that the mass flow rate becomes a desired constant value. In the case of the configuration of FIG. 9 (c), the gas flow rate can be controlled with high accuracy by adjusting the opening / closing time of the on / off

valves

23 and 24 while setting the flow rates of the

mass flow controllers

29 and 30 constant. become. The on / off

valves

23 and 24 may be omitted, and the gas flow rate may be controlled only by the

mass flow controllers

29 and 30.
[0040]
In the configuration of the gas replenishing device 17, if the distance between the inlet for injecting the laser gas into the laser chamber and the exhaust outlet for exhausting the laser gas to the outside of the laser chamber is as far as possible, the new gas supplied is supplied. Can be reduced as it is exhausted.
[0041]
Next, how to determine the output variation (standard deviation) σ will be described with reference to FIGS.
[0042]
As described above, since the excimer laser is a so-called pulse discharge excitation gas laser, the laser oscillation is a pulse oscillation as shown in FIG. The time chart of FIG. 10 shows pulse oscillation when an excimer laser is used as the light source of the semiconductor exposure apparatus. Therefore, the operation state is continuous pulse oscillation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times. The burst mode repeats the operation and the oscillation pause time t for stopping the pulse oscillation for a predetermined time.
[0043]
That is, FIG. 11 shows a semiconductor wafer W on which a plurality of IC chips TP are arranged. In stepper type exposure, a large number (several hundred or more) of one IC chip TP on the semiconductor wafer W is used. When the exposure process of irradiating the pulse light of) is completed, the wafer W or the optical system is moved so that the next unirradiated IC chip TP is irradiated with the continuous pulse light, and the same light irradiation as described above is performed after the stage movement. . When exposure to all IC chips TP on the semiconductor wafer W is completed while alternately performing such exposure and stage movement, the exposed wafer W is unloaded and the next wafer W is set at the irradiation position. Repeat the same light irradiation as above.
[0044]
As described above, in the stepper type semiconductor exposure apparatus, the exposure and stage movement are alternately repeated. Therefore, the operation state of the excimer laser serving as the light source of the exposure apparatus inevitably is a burst mode as shown in FIG. It becomes.
[0045]
FIG. 12 is an enlarged view of the pulse train within one burst period shown in FIG. Let Ei (i = 1, 2,...) Be the energy of each pulsed light, and Ns be the number of pulses in one set when obtaining the variation σ.
[0046]
In this case, a standard value ε (= 3 · σ / EA) obtained by dividing the standard deviation σ by the average value EA of the pulse output is used as the variation data. That is, the standard deviation σ and the output average value EA are calculated for each set including the Ns pulses, and the variation data ε is calculated from the calculated standard deviation σ and the output average value EA.
[0047]
The standard deviation σ is obtained as follows.
[0048]
First, an integrated value ET of optical energy of Ns pulses is obtained according to the following equation. Note that Σ (i = 1, Ns) is a symbol meaning to integrate from i = 1 to i = Ns.
[0049]
ET = Σ (i = 1, Ns) Ei = E1 + E2 + E3 + ... + ENs
Next, an average value EA of these Ns pulsed light outputs is obtained according to the following equation.
[0050]
EA = ET / Ns
Next, the standard deviation σ for these Ns pulses is determined according to the following equation (1) using the average value EA determined above.
[0051]

Thus, in the case of the stepper method, σ is obtained for each set of 1 to Ns, Ns + 1 to 2Ns, 2Ns + 1 to 3Ns.
[0052]
Next, the output variation ε is obtained according to the following equation using the standard deviation σ and the output average value EA obtained above.
[0053]
ε = 3 · σ / EA (2)
Next, how to obtain the standard deviation σ by the step & scan method will be described.
[0054]
That is, in the stepper method, exposure is performed with the stage stopped, but in the step & scan method, exposure is performed while moving the stage, and there is an advantage that a large area can be exposed.
[0055]
That is, in this step & scan method, one pulse laser (a long and narrow rectangular section called a sheet beam) is used so that a predetermined number N0 of pulse lasers are incident on all points on the IC chip TP. Each time a (shaped beam) is incident, the processing is performed while shifting the irradiation region of the pulse laser beam on the workpiece by a predetermined pitch. That is, as shown in FIG. 13, the irradiation area of each sheet beam (area indicated by E1, E2, E3,...) Is smaller than the area of the IC chip 31, and these pulsed laser beams are sequentially transmitted at a predetermined pitch ΔP. As a result of scanning while being superposed, a predetermined number N0 of sheet beams are incident on each point, and the entire surface of the IC chip TP is exposed.
[0056]
For example, in FIG. 13, N0 = 4, point A is exposed by the integrated energy of four pulse laser beams E1, E2, E3 and E4, and point B is four pulse laser beams E2, E3, E4. And exposure by the accumulated energy of E5. The following points C are also exposed by the integrated energy of the four pulse laser beams.
[0057]
Therefore, when the standard deviation σ is obtained by such a step & scan method, the number of pulses Ns = No in one set for obtaining the standard deviation σ is set, and the standard deviation is obtained using the above equation (1). do it. Further, the variation may be obtained by using the total number of sheet beams irradiated to one IC chip as one set.
[0058]
A first embodiment of the halogen gas supply control will be described below with reference to the flowcharts of FIGS.
[0059]
In the first embodiment, the supply of the halogen gas is controlled so that the power supply voltage V is maintained at a substantially constant value and the variation σ of the laser output becomes a value near the minimum value σmin.
[0060]
Here, in order to control the output variation σ to be always smaller than σc, it is necessary to control the F2 partial pressure value PF2 to be between PMIN and PMAX.
[0061]
However, since the output variation σ is not linear as shown in FIG. 4, when the output variation value σ becomes a value close to σc during the control, this state is a state where the fluorine partial pressures are PMIN and PMAX. If it is not determined which state is close to, it cannot be determined whether or not F2 gas should be supplied. That is, it is necessary to supply F2 gas when the F2 partial pressure is smaller than PMIN, and it is not necessary to supply F2 gas when the F2 partial pressure is larger than PMAX.
[0062]
Therefore, focusing on the fact that the amount of F2 gas decreases with the progress of laser pulse oscillation, the above-mentioned problem can be solved by performing the following control.
[0063]
That is, after the laser gas is replenished in the laser chamber, or after all the laser gases in the laser chamber are replaced with new laser gas, the F2 gas is decreasing as the laser pulse oscillation proceeds. Alternatively, if the output variation σ is monitored after gas exchange, it can be determined at which position of the σ curve in FIG.
[0064]
For example, if the F2 partial pressure in the laser chamber is set to a value between PMAX and Pf during gas replenishment or gas exchange (for example, a partial pressure value slightly lower than PMAX), the number of laser oscillations Since the halogen gas decreases with the increase, the variation value σ moves correspondingly along the arrow F in FIG. That is, σ continues to decrease from a value corresponding to a partial pressure value slightly lower than PMAX, reaches a minimum value σMIN, and then increases, so when σ = σc is reached thereafter, F2 gas is supplied. In this way, the output variation value σ can be controlled to be σc or less.
[0065]
The details of the control will be described below with reference to FIG.
[0066]
First, the operator sets the number of data Ns and the permissible limit value St of the variation value when determining the variation to appropriate values (step 100). The allowable limit value St of the variation value is a threshold value for comparison with the output variation ε and is a value corresponding to σc in FIG. St is set to a predetermined numerical value such as 7%, for example.
[0067]
Next, the operator sets the power supply voltage Vc, the total gas pressure PGA, and the halogen gas partial pressure Pf that can keep the output variation ε as small as possible from the relationships of FIGS. 4 to 8 (step 110). That is, as can be seen from FIG. 6, the power supply voltage Vc is balanced with the output energy E (the larger the power supply voltage, the larger the output energy). Is desirable.
[0068]
Further, as can be seen from FIG. 7, it is desirable that the total gas pressure PGA is as small as possible in order to reduce the output variation σ.
[0069]
Further, the target fluorine partial pressure Pf sets a fluorine partial pressure value Pf that minimizes the output variation σ according to the set charging voltage Vc and the total gas pressure PGA.
[0070]
Then, the laser gas is initially filled with the laser gas so that the set total gas pressure PGA and the halogen gas partial pressure Pf are satisfied (a new gas is filled in the vacuum laser chamber after the passivation process).
[0071]
Next, the CPU 15 refers to a flag FLAG that is referenced to determine whether or not to execute the gas supply subroutine, a counter value i of a counter that counts the number of current pulse oscillations in the burst period, and output energy of each oscillation pulse. A count value ET of an integration counter for sequentially integrating Ei is initialized to 0 (steps 120 and 130).
[0072]
Next, the CPU 15 increments the pulse counter value i by 1 (step 140), and then starts pulse oscillation. The power supply voltage value V at this time is the set voltage value Vc, and this power supply voltage Vc is maintained during the subsequent pulse oscillation (step 150). Then, the CPU 15 measures and stores the output energy Ei of the first oscillation pulse (step 150). Further, the measured output energy Ei is added to the previous pulse energy integrated value ET (= 0 in this case), and the integrated counter value ET is updated with the addition result ET + Ei (step 160). Next, it is determined whether or not the pulse count value i matches the set value Ns (step 170). If they do not match, the procedure from step 130 to step 160 is repeated until they match.
[0073]
Thereafter, when the pulse oscillation operation proceeds and the pulse count value i coincides with Ns, the CPU 15 calculates the standard deviation σ for these Ns oscillation pulses according to the above equation (1), and for the Ns oscillation pulses. Output standard value EA (= ET / Ns) is calculated and the calculated standard deviation σ is divided by the output average value EA to obtain a standardized output variation ε (= 3 · σ / EA) ( Step 180).
[0074]
Then, the CPU 15 compares the calculated output variation ε with the set allowable limit value St. As a result of the comparison, if the output variation ε is within the range of the set value St (ε ≦ St), halogen gas replenishment is not necessary, so the procedure proceeds to step 120 and the flag FLAG is set to 0. Thereafter, the output variation ε of the next Ns pulse oscillations is calculated by repeating the steps 130 to 170.
[0075]
However, if it is determined in step 190 that ε> St holds, it is determined whether or not the flag FLAG = −1. If the flag FLAG = −1, it is determined that the F2 partial pressure is equal to or higher than PMAX, and the procedure is shifted to step 130 without replenishing the halogen gas, and the output variation ε of the next set thereafter. Calculate That is, when the flag FLAG = -1, the pulse oscillation is continued without supplying the F2 gas, so that the F2 gas is naturally reduced along the arrow Q in FIG. It reacts with a material such as an electrode and becomes fluoride to reduce the F2 gas itself), and the natural variation of the F2 gas makes the output variation ε smaller than the set value St.
[0076]
If the halogen gas is replenished when the flag FLAG = -1 in step 200, the F2 partial pressure increases, so that the output variation ε further increases along the arrow R in FIG. Become.
[0077]
Next, if the flag FLAG is not -1 in the determination in step 200, it is determined whether or not the flag FLAG = 1 in the next step 210. If the flag FLAG is not 1, the flag FLAG is set to 1. (Step 240), the gas supply subroutine shown in FIG. 2 is executed (Step 250). This gas replenishment subroutine will be described later.
[0078]
On the other hand, if the flag FLAG = 1 in step 210, the variation εk-1 of the previous set calculated last time is compared with the variation εk of the current set calculated this time. If εk-1> εk, When it is determined that the variation ε along the arrow S in FIG. 4 has been reduced by gas supply, the procedure proceeds to step 250 to execute the gas supply subroutine, and further gas supply is executed.
[0079]
However, if εk−1 ≦ εk is satisfied in the determination in step 220, it is determined that the variation ε along the arrow R in FIG. 4 has increased, and the flag FLAG = −1 is set (step 230). ) By shifting the procedure to step 130, the variation ε of the next set is calculated without performing halogen gas replenishment thereafter. That is, in this case, the pulse oscillation is continued without replenishing the F2 gas, so that the F2 gas is naturally reduced along the arrow Q in FIG. 4, and the variation ε is caused by the natural decrease of the F2 gas from the set value St. Make it smaller.
[0080]
According to the control procedure shown in FIG. 1, when ε ≦ St (when the determination at step 190 is NO), the F 2 gas is not supplied.
[0081]
Further, when it is determined that ε> St and PF2 ≧ PMAX (when the determination at step 200 is YES or when the determination at step 220 is NO), the natural state of F2 gas without supplying F2 gas. Wait for the decrease.
[0082]
However, when it is determined that ε ≧ St and PF2 <PMIN (when the determination at step 210 is NO or when the determination at step 220 is YES), the supply of F2 gas until ε <St is satisfied. Execute control.
[0083]
In the control procedure of FIG. 1, when ε exceeds the allowable maximum value St, an abnormal signal is output, and this abnormal signal is transmitted to the semiconductor exposure apparatus side and provided on the excimer laser emission side. The exposure process may be interrupted by closing the shutter. In this case, after that, when ε <St, the shutter may be opened and the exposure process may be resumed.
[0084]
Further, by controlling so that the laser oscillation efficiency is high, that is, the F2 partial pressure value is between Pf and PMAX in FIG. 4, the laser output variation σ can be reduced and the laser oscillation efficiency can be kept in the high region. It becomes possible.
[0085]
Next, the gas supply subroutine will be described with reference to FIG.
[0086]
This gas replenishment subroutine includes two methods: a method that does not exhaust gas and a method that exhausts gas and maintains the total pressure within a predetermined range.
[0087]
That is, when the F2 partial pressure of one gas cylinder 20 of the gas replenishing device 17 shown in FIG. 5 is increased to about 5%, gas supply is performed using both

gas cylinders

20 and 21 as described above. However, in this case, since the gas supply amount is small, the exhaust process can be omitted. On the other hand, when the F2 partial pressure of the gas cylinder 20 is set as low as about 1%, a large amount of gas is supplied using only the gas cylinder 20, and the total pressure increase is reduced by exhaust.
[0088]
The gas replenishment subroutine shown in FIG. 2A is a case where no gas exhaust is performed. When the gas replenishment subroutine is started, the halogen gas is supplied using the two

gas cylinders

20 and 21. That is, the halogen gas partial pressure in the laser chamber is a low value of 0.3% or less, and since the gas supply amount in this case is small, the gas supply amount is offset by the halogen gas consumption amount, and the total gas pressure is The gas exhausting process is omitted because it is considered to be substantially constant. However, even in such a case, as the number of gas replenishment increases, the total gas pressure increases so as to reach the pressure P2 exceeding the pressure P3 in FIG. 7, and in this case, the minimum value of the variation value is increased by the increase in the total pressure. Therefore, even if the halogen gas is replenished, the variation σ does not decrease and increases instead. That is, if the halogen gas replenishment control is performed in a range where the value of σ is not affected by the total pressure PGA (PF2 ≦ P3 in FIG. 7), the value of σ can be lowered by replenishment of the halogen gas. However, if halogen gas replenishment is repeated, the total pressure rises and finally the pressure P2 characteristic of FIG. 7 is obtained.
[0089]
In this embodiment, since the variation σ (or ε) is monitored, if the phenomenon that σ (or ε) increases when the halogen gas is replenished, the above-described phenomenon of increase in the total pressure occurs. Can figure out. Therefore, in the case where such an increase in the total pressure occurs, if the laser oscillation is continued and the halogen gas partial pressure inside the laser chamber is continuously reduced, the value of σ decreases along the arrow U in FIG. Since it eventually enters a range smaller than σc, the control described above for replenishing the halogen gas according to the value of σ may be started again at that time.
[0090]
Next, the gas replenishment subroutine shown in FIG. 2B is a case where a gas exhausting process is performed. When the gas replenishing subroutine is started, first, a part of the gas in the laser chamber is exhausted (step 300). That is, the gas containing the laser-oscillated impurities is exhausted by exhausting the gas before supplying the gas. Next, by supplying a predetermined amount of F2, Kr, Ne mixed gas into the laser chamber 2 by the gas replenishing device 17 shown in FIG. 8, the halogen gas F2 is supplied into the laser chamber (step 310). . After this replenishment, the total pressure PGA in the laser chamber is measured by the total pressure measuring sensor 40 (step 320), and when this measured value becomes larger than the set predetermined pressure Pga1 (step 330), Further, the gas in the laser chamber 2 is exhausted (step 340).
[0091]
If the total pressure PGA in the laser chamber increases, the power supply voltage value for keeping the output light energy constant decreases. Therefore, if the voltage value is monitored, the total pressure PGA in the laser chamber is reduced. It will be measured indirectly. In this case, the total pressure sensor 40 is not necessarily required.
[0092]
That is, if the total gas pressure in the laser chamber rises too much, as can be seen from FIG. 7, the variation value σ itself also rises, and σ may possibly exceed the allowable upper limit value σc. If the total gas pressure in the laser chamber rises too much, the fluorine partial pressure PF2 decreases, and the laser oscillation efficiency (output laser light energy E) also decreases extremely (see FIG. 4). Therefore, according to the gas replenishment routine of FIG. 2B, in order to eliminate the above phenomenon, a part of the gas is exhausted from the laser chamber, and the total gas pressure is always within a predetermined predetermined set pressure Pga1. (For example, a value of about P3 in FIG. 7).
[0093]
Next, a second embodiment of the halogen gas supply control will be described with reference to FIG.
[0094]
In the second embodiment, in order to make each pulse light energy as constant as possible, the power supply voltage is controlled by the following equation using the past (in this case, the previous oscillation history).
[0095]
Vi = Vi-1 + G × (Er-Ei-1)
Vi: power supply voltage of current pulse Vi-1: power supply voltage of previous pulse G: gain Er: target value of pulse light energy Ei-1: pulse light energy of previous pulse However, in practice, the amount of fluctuation is very small, and the voltage value is almost constant.
[0096]
That is, in the flowchart of FIG. 3, step 100 of the flowchart of FIG. 1 is replaced with step 105, and step 165 is added between step 160 and step 170 of FIG. The procedure is exactly the same.
[0097]
In step 105 of FIG. 3, the target value Er of the pulsed light energy is set in addition to the number of data Ns for obtaining the variation and the allowable limit value St of the variation value. The Er value may be set by the operator, or may be automatically given from the semiconductor exposure apparatus side.
[0098]
In step 165 of FIG. 3, after the pulse oscillation of the pulse, the power supply voltage value VI + 1 at the time of the next pulse oscillation from the monitored oscillation energy value Ei of the pulse and the power supply voltage value Vi at that time. Is calculated according to the following equation. The next pulse oscillation is performed by the calculated power supply voltage value Vi + 1.
[0099]
Vi + 1 = Vi + G × (Er−Ei)
In the second embodiment, as the past oscillation history,
(1) The pulse energy value Pi-N of the pulse N (for example, N = 2, N = 3, etc.) before the pulse, and the charging voltage Vi-N at that time,
(2) An average value of pulse energies Pi to Pi + n of n pulses having a pulse number younger than the pulse number of the pulse and an average value of charging voltages Vi to Vi + n corresponding to them.
(3) The pulse energy value Pi of the pulse in the same pulse order one burst period before the relevant pulse, and the charging voltage Vi at that time,
Etc. may be adopted.
[0100]
Moreover, the following implementation is also possible as halogen gas supply control.
[0101]
That is, while monitoring the output variation ε, the halogen gas is continuously supplied to the inside of the laser chamber little by little (continuously) so that the value of ε does not greatly deviate from the minimum value. Even in this control, the total pressure continues to rise, and eventually exceeds the value P3 in FIG. 7, and the replenishment of the halogen gas only brings about an increase in ε. Therefore, in this case, when the above state is detected, a part of the gas is exhausted from the inside of the laser chamber to lower the total pressure, and preferably the total pressure is lowered to a value P3 or less in FIG. You can do it.
[0102]
In addition, when the halogen gas is replenished, the total gas pressure in the laser chamber can be hardly changed by exhausting the gas at the same time.
[0103]
In the above embodiment, the value ε obtained by dividing the standard deviation σ of Ns oscillation pulses by the average value EA (= ET / Ns) of Ns oscillation pulses is used as the output variation value. The deviation σ may be used as output variation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a gas supply subroutine.
FIG. 3 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between output variation and output energy with respect to fluorine partial pressure.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the total gas pressure and the fluorine partial pressure value that minimizes output variation.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the fluorine partial pressure and output variation using the power supply voltage as a parameter.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the fluorine partial pressure and the output variation using the total gas pressure as a parameter.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of an excimer laser device.
FIG. 9 is a block diagram showing various configuration examples of the gas supply device.
FIG. 10 is a time chart showing the state of pulse oscillation in burst operation.
FIG. 11 is a view showing a state of exposure processing on a wafer.
FIG. 12 is a diagram for explaining how to obtain a variation value within one burst period.
FIG. 13 is a diagram illustrating a step & scan method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excimer laser apparatus 2 ...

Laser chamber

3, 4 ... Prism beam expander 5 ... Grating 6 ... Narrow-band unit 7 ... Partial transmission mirror 8, 13 ... Beam splitter 9 ...

Etalon spectrometer

10, 14 ... Light receiving

element

11, 15 ... CPU
12 ... Wavelength controller 17 ...

Gas replenishing device

20, 21 ...

Gas cylinder

23, 24 ... On-off valve 25, 26 ...

Sub tank

29, 30 ... Mass flow controller

Claims

ハロゲンガスを含むレーザガスをレーザチャンバ内に封入し、このレーザチャンバ内でパルス放電を行うことにより前記レーザガスを励起してパルスレーザ発振を行うエキシマレーザ装置において、
前記レーザチャンバ内に前記レーザガスを補給するガス補給手段と、
前記各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきを求めるばらつき計測手段と、
前記パルス放電の電源電圧をほぼ一定に維持する電源電圧制御手段と、
前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲内に入るよう前記ガス補給手段を制御してハロゲンガスを補給する制御手段と、を具え、
各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきは前記レーザチャンバ内のハロゲンガス分圧に対応して所定の極小値をとるものであり、かつ前記目標値範囲の限界値は、前記極小値に対応するハロゲンガスガス分圧値よりも小さい第１の値と、前記極小値に対応するハロゲンガス分圧値よりも大きい第２の値との２つの値を有するものであり、
前記制御手段は、
前記演算された出力ばらつきが前記目標値範囲外となった場合、そのときの状態が、現ハロゲンガス分圧が前記第１の値より小さい状態であるかあるいは現ハロゲンガス分圧値が前記第２の値より大きい状態であるかを識別し、前者である場合にのみ前記ガス制御手段を制御してハロゲンガスを補給する
エキシマレーザ装置。In an excimer laser device that encloses a laser gas containing a halogen gas in a laser chamber and performs pulsed laser oscillation by exciting the laser gas by performing pulse discharge in the laser chamber.
Gas supply means for supplying the laser gas into the laser chamber;
Variation measuring means for obtaining variation in output energy of each pulse laser oscillation light; and
Power supply voltage control means for maintaining the power supply voltage of the pulse discharge substantially constant;
Control means for replenishing halogen gas by controlling the gas replenishing means so that the calculated variation falls within a predetermined target value range,
The variation in output energy of each pulse laser oscillation light takes a predetermined minimum value corresponding to the halogen gas partial pressure in the laser chamber, and the limit value of the target value range corresponds to the minimum value. It has two values: a first value smaller than the halogen gas partial pressure value and a second value larger than the halogen gas partial pressure value corresponding to the minimum value,
The control means includes
When the calculated output variation is outside the target value range, the current state is a state where the current halogen gas partial pressure is smaller than the first value or the current halogen gas partial pressure value is the first value. An excimer laser device that identifies whether the state is greater than 2 and supplies the halogen gas by controlling the gas control means only in the former case .

前記ばらつき計測手段は、
前記パルスレーザ発振光の出力エネルギーをパルス単位に検出する出力エネルギー検出手段と、
この出力エネルギー検出手段の検出出力に基づき各パルス発振光の出力ばらつきを演算するばらつき演算手段と、
を具える請求項１記載のエキシマレーザ装置。The variation measuring means includes
Output energy detection means for detecting output energy of the pulsed laser oscillation light in units of pulses;
Variation calculating means for calculating the output variation of each pulse oscillation light based on the detection output of the output energy detecting means;
An excimer laser device according to claim 1 comprising:

前記ばらつき演算手段は、
予め設定された所定個数のパルス発振光の出力エネルギーの標準偏差を求め、この標準偏差を出力ばらつき値とする請求項２記載のエキシマレーザ装置。The variation calculating means includes
3. The excimer laser device according to claim 2, wherein a standard deviation of output energy of a predetermined number of pulse oscillation lights set in advance is obtained, and the standard deviation is used as an output variation value.

前記ばらつき演算手段は、
予め設定された所定個数のパルス発振光の出力エネルギーの標準偏差及び平均値を求め、標準偏差を平均値で除した値を出力ばらつき値とする請求項２記載のエキシマレーザ装置。The variation calculating means includes
3. The excimer laser device according to claim 2, wherein a standard deviation and an average value of output energy of a predetermined number of pulse oscillation lights set in advance are obtained, and a value obtained by dividing the standard deviation by the average value is set as an output variation value.

前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気する排気手段を更に有し、 An exhaust means for exhausting the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス補給手段によるハロゲンガスの補給前に、前記排気手段による排気動作を行わせる請求項１記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 1, wherein the control means causes the exhaust means to perform an exhaust operation before the halogen gas is supplied by the gas supply means.

前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気する排気手段を更に有し、 An exhaust means for exhausting the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス補給手段によるハロゲンガスの補給中に、前記排気手段による排気動作を行わせる請求項１記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 1, wherein the control means causes the exhaust means to perform an exhaust operation while the halogen gas is supplied by the gas supply means.

前記レーザチャンバ内のレーザガスの全圧を計測するガス全圧計測手段を更に有し、 A gas total pressure measuring means for measuring the total pressure of the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス全圧計測手段の測定値に基づいてレーザチャンバ内ガス全圧が所定の上限値を超えないように前記ガス補給手段によるガス補給及び前記排気手段によるガス排気を制御する請求項５または６記載のエキシマレーザ装置。 The control means controls gas supply by the gas supply means and gas exhaust by the exhaust means so that the total gas pressure in the laser chamber does not exceed a predetermined upper limit value based on the measurement value of the gas total pressure measurement means. The excimer laser device according to claim 5 or 6.

前記制御手段は、前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲外になると、異常信号を出力する請求項１記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 1, wherein the control means outputs an abnormal signal when the calculated variation is out of a predetermined target value range.

前記ガス補給手段は、ハロゲンガス、希ガス及びバッファガスを含むガス供給源を有し、このガス供給源内のハロゲンガスの分圧はレーザチャンバ内のハロゲンガス分圧より大きな値に設定されるとともに、前記ガス供給源内の希ガスとバッファガスの分圧比はレーザチャンバ内の希ガスとバッファガスの分圧比とほぼ同じ値に設定されている請求項１記載のエキシマレーザ装置。 The gas replenishing means has a gas supply source including a halogen gas, a rare gas, and a buffer gas, and the partial pressure of the halogen gas in the gas supply source is set to a value larger than the halogen gas partial pressure in the laser chamber. 2. The excimer laser device according to claim 1, wherein a partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the gas supply source is set to be substantially the same as a partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the laser chamber.

前記ガス補給手段は、ハロゲンガス、希ガス及びバッファガスを含む第１のガス供給源と、希ガス及びバッファガスを含む第２のガス供給源とを有し、第１のガス供給源内のハロゲンガスの分圧はレーザチャンバ内のハロゲンガス分圧より大きな値に設定されるとともに、第１及び第２のガス供給源内の希ガスとバッファガスの分圧比は夫々レーザチャンバ内の希ガスとバッファガスの分圧比とほぼ同じ値に設定されている請求項１記載のエキシマレーザ装置。 The gas replenishing means includes a first gas supply source including a halogen gas, a rare gas, and a buffer gas, and a second gas supply source including the rare gas and the buffer gas, and the halogen in the first gas supply source. The partial pressure of the gas is set to a value larger than the partial pressure of the halogen gas in the laser chamber, and the partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the first and second gas supply sources is the rare gas and the buffer in the laser chamber, respectively. The excimer laser device according to claim 1, wherein the excimer laser device is set to a value substantially equal to a gas partial pressure ratio.

ハロゲンガスを含むレーザガスをレーザチャンバ内に封入し、このレーザチャンバ内でパルス放電を行うことにより前記レーザガスを励起してパルスレーザ発振を行うエキシマレーザ装置において、  In an excimer laser device that encloses a laser gas containing a halogen gas in a laser chamber and performs pulsed laser oscillation by exciting the laser gas by performing pulse discharge in the laser chamber.
前記レーザチャンバ内に前記レーザガスを補給するガス補給手段と、  Gas supply means for supplying the laser gas into the laser chamber;
前記各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきを求めるばらつき計測手段と、  Variation measuring means for obtaining variation in output energy of each pulse laser oscillation light; and
過去の発振履歴に基づいて、各パルスの光エネルギーをほぼ一定にすべく前記パルス放電の電源電圧を調整制御する電源電圧制御手段と、  Based on the past oscillation history, power supply voltage control means for adjusting and controlling the power supply voltage of the pulse discharge so as to make the optical energy of each pulse substantially constant,
前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲内に入るよう前記ガス補給手段を制御してハロゲンガスを補給する制御手段と、を具え、  Control means for replenishing halogen gas by controlling the gas replenishing means so that the calculated variation falls within a predetermined target value range,
各パルスレーザ発振光の出力エネルギーのばらつきは前記レーザチャンバ内のハロゲンガス分圧に対応して所定の極小値をとるものであり、かつ前記目標値範囲の限界値は、前記極小値に対応するハロゲンガスガス分圧値よりも小さい第１の値と、前記極小値に対応するハロゲンガス分圧値よりも大きい第２の値との２つの値を有するものであり、  The variation in output energy of each pulse laser oscillation light takes a predetermined minimum value corresponding to the halogen gas partial pressure in the laser chamber, and the limit value of the target value range corresponds to the minimum value. It has two values: a first value smaller than the halogen gas partial pressure value and a second value larger than the halogen gas partial pressure value corresponding to the minimum value,
前記制御手段は、  The control means includes
前記演算された出力ばらつきが前記目標値範囲外となった場合、そのときの状態が、現ハロゲンガス分圧が前記第１の値より小さい状態であるかあるいは現ハロゲンガス分圧値が前記第２の値より大きい状態であるかを識別し、前者である場合にのみ前記ガス制御手段を制御してハロゲンガスを補給する  When the calculated output variation is outside the target value range, the current state is a state where the current halogen gas partial pressure is smaller than the first value or the current halogen gas partial pressure value is the first value. Whether the state is larger than the value of 2 is identified, and only in the former case, the gas control means is controlled to replenish the halogen gas
エキシマレーザ装置。Excimer laser device.

前記ばらつき計測手段は、  The variation measuring means includes
前記パルスレーザ発振光の出力エネルギーをパルス単位に検出する出力エネルギー検出手段と、  Output energy detection means for detecting output energy of the pulsed laser oscillation light in units of pulses;
この出力エネルギー検出手段の検出出力に基づき各パルス発振光の出力ばらつきを演算するばらつき演算手段と、  Variation calculating means for calculating the output variation of each pulse oscillation light based on the detection output of the output energy detecting means;
を具える請求項１１記載のエキシマレーザ装置。  An excimer laser device according to claim 11 comprising:

前記ばらつき演算手段は、 The variation calculating means includes
予め設定された所定個数のパルス発振光の出力エネルギーの標準偏差を求め、この標準偏差を出力ばらつき値とする請求項１２記載のエキシマレーザ装置。 13. The excimer laser device according to claim 12, wherein a standard deviation of output energy of a predetermined number of pulse oscillation lights set in advance is obtained, and the standard deviation is used as an output variation value.

前記ばらつき演算手段は、 The variation calculating means includes
予め設定された所定個数のパルス発振光の出力エネルギーの標準偏差及び平均値を求め、標準偏差を平均値で除した値を出力ばらつき値とする請求項１２記載のエキシマレーザ 13. The excimer laser according to claim 12, wherein a standard deviation and an average value of output energy of a predetermined number of pulse oscillation lights set in advance are obtained, and a value obtained by dividing the standard deviation by the average value is set as an output variation value. 装置。apparatus.

前記電源電圧制御手段は、パルスエネルギーの目標値と直前のパルス発振のパルスエネルギーとの偏差に所定のゲインを乗算し、その計算値と直前のパルス発振の際の電源電圧値を加算した値を今回の電源電圧値とする請求項１１記載のエキシマレーザ装置。 The power supply voltage control means multiplies the deviation between the target value of pulse energy and the pulse energy of the previous pulse oscillation by a predetermined gain, and adds the calculated value and the power supply voltage value at the time of the previous pulse oscillation. The excimer laser device according to claim 11, wherein the power supply voltage value is the current value.

前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気する排気手段を更に有し、 An exhaust means for exhausting the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス補給手段によるハロゲンガスの補給前に、前記排気手段による排気動作を行わせる請求項１１載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser device according to claim 11, wherein the control unit causes the exhaust unit to perform an exhaust operation before supplying the halogen gas by the gas supply unit.

前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気する排気手段を更に有し、 An exhaust means for exhausting the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス補給手段によるハロゲンガスの補給中に、前記排気手段による排気動作を行わせる請求項１１記載のエキシマレーザ装置。 12. The excimer laser device according to claim 11, wherein the control unit causes the exhaust unit to perform an exhaust operation while the halogen gas is supplied by the gas supply unit.

前記レーザチャンバ内のレーザガスの全圧を計測するガス全圧計測手段を更に有し、 A gas total pressure measuring means for measuring the total pressure of the laser gas in the laser chamber;
前記制御手段は、前記ガス全圧計測手段の測定値に基づいてレーザチャンバ内ガス全圧が所定の上限値を超えないように前記ガス補給手段によるガス補給及び前記排気手段によるガス排気を制御する請求項１６または１７記載のエキシマレーザ装置。 The control means controls gas supply by the gas supply means and gas exhaust by the exhaust means so that the total gas pressure in the laser chamber does not exceed a predetermined upper limit value based on the measurement value of the gas total pressure measurement means. The excimer laser device according to claim 16 or 17.

前記制御手段は、前記演算されたばらつきが所定の目標値範囲外になると、異常信号を出力する請求項１１記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 11, wherein the control unit outputs an abnormal signal when the calculated variation is outside a predetermined target value range.

前記ガス補給手段は、ハロゲンガス、希ガス及びバッファガスを含むガス供給源を有し、このガス供給源内のハロゲンガスの分圧はレーザチャンバ内のハロゲンガス分圧より大きな値に設定されるとともに、前記ガス供給源内の希ガスとバッファガスの分圧比はレーザチャンバ内の希ガスとバッファガスの分圧比とほぼ同じ値に設定されていることを特徴とする請求項１１記載のエキシマレーザ装置。 The gas replenishing means has a gas supply source including a halogen gas, a rare gas, and a buffer gas, and the partial pressure of the halogen gas in the gas supply source is set to a value larger than the halogen gas partial pressure in the laser chamber. 12. The excimer laser device according to claim 11, wherein a partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the gas supply source is set to substantially the same value as a partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the laser chamber.

前記ガス補給手段は、ハロゲンガス、希ガス及びバッファガスを含む第１のガス供給源と、希ガス及びバッファガスを含む第２のガス供給源とを有し、第１のガス供給源内のハロゲンガスの分圧はレーザチャンバ内のハロゲンガス分圧より大きな値に設定されるとともに、第１及び第２のガス供給源内の希ガスとバッファガスの分圧比は夫々レーザチャンバ内の希ガスとバッファガスの分圧比とほぼ同じ値に設定されていることを特徴とする請求項１１記載のエキシマレーザ装置。 The gas replenishing means includes a first gas supply source including a halogen gas, a rare gas, and a buffer gas, and a second gas supply source including the rare gas and the buffer gas, and the halogen in the first gas supply source. The partial pressure of the gas is set to a value larger than the partial pressure of the halogen gas in the laser chamber, and the partial pressure ratio between the rare gas and the buffer gas in the first and second gas supply sources is the rare gas and the buffer in the laser chamber, respectively. 12. The excimer laser device according to claim 11, wherein the excimer laser device is set to a value substantially equal to a gas partial pressure ratio.