JP7161062B2

JP7161062B2 - エキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御方法及びシステム

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Publication number: JP7161062B2
Application number: JP2021546811A
Authority: JP
Inventors: 澤斌馮; 暁泉韓; 鋭江; 軍紅楊; 華張; 琴張; 香王; 密廖
Original assignee: 北京科益虹源光電技術有限公司
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: EP3926767A4; KR20210109033A; CN109638629A; CN109638629B; WO2020168583A1; KR102503754B1; EP3926767A1; JP2022520563A; US20210359487A1

Description

本発明はエキシマレーザ技術の分野に関し、より具体的には、エキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御方法、及び、この制御方法を実行する制御システムに関する。

１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ発生装置は深紫外線特性向けパルスガスレーザ発生装置であり、高反復周波数，高エネルギ，短波長，狭線幅などの特性を持ち、マイクロエレクトロニクス・フォトエッチングシステムに用いられる優れたレーザ光源となっている。エキシマレーザ発生装置がパルスとしてレーザを発するものであり、電荷が変化するか媒質ガスが変質することが発生しているため、パルス同士間のエネルギが相違するとともに、レーザパルスのエネルギと設定された所望のパルスエネルギとの間にも一定のばらつきが生じる。半導体フォトエッチングプロセスでは、これらのばらつきが累積した場合、フォトエッチングプロセスで露光過多や露光不足が発生するので、加工されたラインが粗くなってしまう。フォトエッチングの精度を許容範囲に収めるため、エキシマレーザのパルスエネルギの安定性を良好に制御しなければならない。そのため、エネルギの安定性を制御することは、エキシマレーザ発生装置の研究開発に関する肝心な課題である。

レーザ発生装置が動作している場合、ガス温度やその劣化又は更新及び動作期間等からの影響により、エキシマレーザ発生装置では単一パルスエネルギの変動や平均パルスエネルギのドリフト及び単一パルスエネルギのオーバーシュートがよく発生する。これらの現象はいずれもレーザ発生装置のドーズ安定性やエネルギ安定性に悪影響を与えている。エネルギのオーバーシュートとは、ｂｕｒｓｔモードにて一組のパルスと他の組のパルスとの時間間隔においてガスが非放電状態にあることに起因して、同一の放電高電圧では一組あたりにおける最初数個のパルスがその他のパルスよりも非常に高くなることである。単一パルスエネルギの変動とエネルギ値のオーバーシュートの現象はエキシマレーザ発生装置固有の特性であり、単にレーザ発生装置自体の光学特性を変えることでこのような現象を改善することは困難であり、必要な制御アルゴリズムを採用しなければいけない。

本発明は上記の問題に鑑みて、パルスが所在するパルス系列での位置に基づいてフィードバック制御を二段階で行うことを提案する。

本発明の一態様によれば、エキシマレーザ発生装置が複数組のパルス系列を発し、一組あたりのパルス系列に複数のパルスが含まれ、対応するパルスの放電電圧を制御することでそれぞれの前記パルスのエネルギの大きさが調節され、前記放電電圧値がＰＩ制御アルゴリズムにより計算されたものであるエキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御方法であって、
前記ｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値を取得することと、
前記エネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値を計算することと、
ｎがｚより小さい正の整数である場合、第一の数学モデルに基づいて前記ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を計算することと、
ｎが（ｚ－１）より大きい整数である場合、第二の数学モデルに基づいて前記ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を計算することと、
前記放電電圧値からｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスを発生することと、
を含み、
ただし、ｍが１より大きい整数である制御方法を提供する。

好ましくは、前記第一の数学モデルが式（１）に示されるとおりであり、

より好ましくは、前記第一の数学モデルの増分としては式（２）に示されるとおりであり、

ただし、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値と（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ－１，ｎ＋１）が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ－２，ｎ＋１）が（ｍ－２）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、ＰＫ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、ＰＫ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、ＰＴ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、
そのため、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が式（３）に示される様になり、

ただし、ＨＶ（ｍ－１，ｎ＋１）が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値である。

好ましくは、前記第二の数学モデルは式（４）に示されるとおりであり、

における（ｚ＋１）個目～ｎ個目のパルスのそれぞれのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値の総和であり、Ｋ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、Ｋ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、Ｔ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータである。

より好ましくは、前記第二の数学モデルの増分としては式（５）に示されるとおりであり、

ただし、ｎがｚより大きい整数であり、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値とｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ－１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ－１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ）がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｋ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、Ｋ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、Ｔ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、
そのため、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が式（６）に示される様になり、

ただし、ＨＶ（ｍ，ｎ）がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値である。

より好ましくは、計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第一の電圧閾値より大きくなると、前記ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が第一の電圧閾値と等しくなるように制御し、及び／又は、
計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第二の電圧閾値より小さくなると、前記ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が第二の電圧閾値と等しくなるように制御する。

より好ましくは、計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第三の電圧閾値より大きくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、及び／又は、
計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第四の電圧閾値より小さくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御する。

より好ましくは、前記ｚが１０～１００の間の整数である。

本発明の他の態様によれば、
設定された放電電圧値に応じてパルス高電圧を発生する高圧放電モジュールと、
内部には媒質ガスがあり、前記媒質ガスが前記パルス高電圧に電撃されることで第一のレーザパルスを発生するレーザキャビティと、
前記第一のレーザパルスを通過させると、動作用の第二のレーザパルスと次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算するために用いられる第三のレーザパルスとに分けるレーザパラメータ計測モジュールと、
前記第三のレーザパルスのエネルギ値を取得して次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算し、前記放電電圧値を前記高圧放電モジュールに伝送するエネルギ安定化コントローラと、
を備えるエキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御システムを提供する。

好ましくは、前記レーザパラメータ計測モジュールはビームスプリッタとエネルギ検出器とを含み、前記第一のレーザパルスが前記ビームスプリッタを通過すると、動作用の第二のレーザパルスと次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算するために用いられる第三のレーザパルスとに分けられ、前記第三のレーザパルスが前記エネルギ検出器を通過すると、電気信号に変換されてエネルギ安定化コントローラに送られ、及び、
前記第二のレーザパルスのエネルギと前記第三のレーザパルスのエネルギとの比が（９０～９５）％：（１０～５）％とされる。

従来技術に比べて、本発明によるパルスが所在するパルス系列での位置に基づいてフィードバック制御を段階的に行う方法によれば、パルス系列毎における最初数個のパルスのエネルギがかなりオーバーシュートする現象を効果的に抑えることができるとともに、一パルス系列中のすべてのパルスエネルギの安定性をも制御可能になるため、半導体フォトエッチングに要求される精度に達するように、レーザ発生装置が発するすべてのレーザパルスのエネルギを一定のレベルに安定させており、この制御方法は簡単で制御効果が高く、また、この制御方法に基づく制御システムは構造が簡単で、発されるレーザパルスから少しのエネルギを抽出するだけで、システム全体のエネルギの安定性制御を図ることができる。

本発明の実施例によるレーザ発生装置のＢｕｒｓｔ動作モードでの出射エネルギの分布図である。本発明の実施例による制御方法により制御を行った場合の出射エネルギの分布図である。本発明の実施例によるエキシマレーザのエネルギの安定性制御システムの構造ブロック図である。本発明の実施例によるレーザパラメータ計測モジュールの構造ブロック図である。

本願の目的や技術手段及び利点をより明らかにするため、図面と実施例に合わせて本願を以下でより詳細に説明する。ここで記述される具体的な実施例は本願を解釈するためにすぎず、本願を制限するためのものではないことは理解されたい。

本開示の記載をより詳細かつ完全にするため、以下では、本発明の実施形態と具体的な実施例について説明的な記述を行うが、本発明の具体的な実施例を実施するか適用する一意的な形式ではない。実施形態は、複数の具体的な実施例の特徴、並びに、これらの具体的な実施例を構築し操作する方法や工程とその手順を含むものである。しかし、その他の具体的な実施例により同一又は均等な機能や工程とその手順を達成することも可能である。

エキシマレーザ発生装置を半導体フォトエッチングに適用する場合、レーザ発生装置のＢｕｒｓｔ動作モードを採用するようになり、つまり、レーザ発生装置が一系列のレーザパルスを出力した後、動作を中止する時間間隔であるＢｕｒｓｔ間隔が出来てから、別系列のレーザパルスを出力するようにして来ることとなり、図１には本発明の実施例によるレーザ発生装置のＢｕｒｓｔ動作モードでのエネルギの分布図が示され、１２がレーザ発生装置の出射パルス系列、１１がＢｕｒｓｔ間隔を表し、Ｂｕｒｓｔ間隔１１があるため、レーザ発生装置の放電高電圧が変わっていない場合、レーザパルス系列毎はいずれも最初数個のパルスのエネルギが後続パルスよりも非常に高くなり、この図中の１３に示されるように、この現象は本分野ではエネルギオーバーシュートとして定義されている。エネルギオーバーシュートの現象が発生するので、放電高電圧が変わっていない場合、レーザ発生装置の出射エネルギの安定性は半導体フォトエッチングによるエネルギの安定性に対する要求を満たすことは困難であった。

パルスエネルギの大きさは、対応するパルスの放電電圧値を制御することで調節可能であるが、本分野では、ＰＩ制御アルゴリズムで計算を行うことによって放電電圧値を得ることは一般的である。そのため、パルスが所在するパルス系列での位置の相違に基づいて、フィードバック制御を段階的に行う方法であって、具体的には、最初に、ｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値を取得することと、そして、このエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値を計算することと、ｎがｚより小さい正の整数である場合、第一の数学モデルに基づいてｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を計算することと、ｎが（ｚ－１）より大きい整数である場合、第二の数学モデルに基づいてｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を計算することと、最後に、計算された放電電圧値からｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスを発生することと、を含む方法を本発明は提案する。ｚはパルス系列においてエネルギオーバーシュート現象が発生するパルスの番号であり、同一のエキシマレーザ発生装置によるＢｕｒｓｔ間隔に関しては、異なるパルス系列においてエネルギオーバーシュート現象が発生するパルスの番号はほとんど同じであり、パルスエネルギテストの実験により多大なデータを取得した上で、適切なｚ値を選定してもよく、本発明のいくつかの実施形態によれば、ｚ値は１０～１００の間の整数とされ、さらには、ｚ値は１５～３５の間によく見られ、例えば本発明の他の実施例では、ｚが２０である場合に制御を行い、パルス系列毎における１個目～２０個目のパルスの放電電圧値を第一の数学モデルにより計算し、パルス系列毎における２０個目以降のパルスの放電電圧値を第二の数学モデルにより計算することが好ましい。

本発明のいくつかの実施形態によれば、第一の数学モデルを確立する基礎として、過去のパルス系列における同一番号のパルスの放電電圧値と出射エネルギ値を参照しているため、二番目の系列に言及すると、系列毎における最初ｚ個のパルスの放電電圧値を計算するには、いずれも過去のパルス系列における同一番号のパルスの放電電圧値と出射エネルギ値を参照できる一方、一番目の系列における最初ｚ個のパルスの放電電圧値については、多大な実験データに基づいて適切な平均値を選定し設定することができる。具体的には、レーザ発生装置のエネルギ設定値をＥ_ｓｅｔ、レーザ発生装置がレーザを出射する場合のｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値をＥ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}（ｍ，ｎ）、このパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値をＥ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ）と表記し、この差分値からＰＩ制御アルゴリズムにより確立された第一の数学モデルは式（１）に示されるとおりであり、

ルスのそれぞれのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値の総和であり、ＰＫ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、ＰＫ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、ＰＴ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、この第一の数学モデルによれば、１個目～（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値が分かっていれば、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を算出することができる。

ただし、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値と（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ－１，ｎ＋１）が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ－２，ｎ＋１）が（ｍ－２）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、ＰＫ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、ＰＫ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、ＰＴ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、そのため、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が式（３）に示される様になり、

本発明の他の実施形態によれば、第二の数学モデルを確立する基礎として、同一系列における過去のパルスの放電電圧値と出射エネルギ値を参照すればよく、過去のパルス系列もパルスが所在する系列での位置も用いなくてもＰＩフィードバック制御アルゴリズムを作り出すようになり、確立された第二の数学モデルは式（４）に示されるとおりであり、

における（ｚ＋１）個目～ｎ個目のパルスのそれぞれのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値の総和であり、Ｋ_ｐ１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、Ｋ_１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、Ｔ_１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、この第二の数学モデルによれば、同一パルス系列における（ｚ＋１）個目～ｎ個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値が分かっていれば、このパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値を算出することができる。

ただし、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値とｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ－１）がｍ個目のパルス系列における（ｎ－１）個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ）がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｋ_ｐ１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、Ｋ_１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、Ｔ_１がこのモデル中のＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータである。

なお、ｍ個目のパルス系列におけるｚ個目のパルスのエネルギ計測値が取得された場合、上記定義によれば、ｚが（ｚ－１）より大きいため、ｍ個目のパルス系列における（ｚ＋１）個目のパルスの放電電圧値は式（４）つまり第二の数学モデルに従って計算され、下式（６）に示される様になり、

また、ｍ個目のパルス系列における（ｚ－１）個目のパルスのエネルギ計測値が取得された場合、上記定義によれば、（ｚ－１）がｚより小さいため、ｍ個目のパルス系列におけるｚ個目のパルスの放電電圧値は式（１）つまり第一の数学モデルに従って計算され、下式（７）に示される様になり、

式（６）から式（７）を減算すれば、ｍ個目のパルス系列における（ｚ＋１）個目のパルスの放電電圧値の増分が得られ、下式（８）に示されるとおりであり、

式（８）は式（５）と等しくないため、ｍ個目のパルス系列における（ｚ＋１）個目のパルスの放電電圧値の増分は式（５）により表現できず、したがって、式（５）では、ｎがｚより大きい整数となるはずである。

そのため、ｎがｚより大きい整数である場合、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値は式（９）に示される様になり、

実際に実施する場合、レーザの放電電圧値は高圧モジュールデバイス固有の属性に制限され、つまり、最大値と最小値による制限があるため、二段階の制御アルゴリズムのいずれにもデバイス固有の属性に適合する第一の電圧閾値と第二の電圧閾値が設定され、計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第一の電圧閾値より大きくなると、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が第一の電圧閾値と等しくなるように制御するとともに、この第一の電圧閾値からｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスを発生し、及び、計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第二の電圧閾値より小さくなると、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が第二の電圧閾値と等しくなるように制御するとともに、この第二の電圧閾値からｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスを発生する。

増分として模擬計算を行う場合、エネルギが急激に変化することに起因して、システムが不安定になるかシステムへ損傷を与えることを回避するために、実施に際して、パルス同士間の変化量について第三の電圧閾値と第四の電圧閾値が設定され、計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第三の電圧閾値より大きくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第四の電圧閾値より小さくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値が（ｍ－１）個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列における（ｎ＋１）個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御する。

本発明の具体的な一実施例では、レーザ発生装置の出射周波数が４ｋＨｚとされ、レーザパルス系列毎には３７５個のパルスが含まれ、レーザ発生装置のエネルギ安定性コントローラのエネルギ設定値が１０ｍＪとされ、上記した制御方法によるエネルギの分布図は図２に示され、図２と図１を比較すれば、従来のパルス系列に発生していたエネルギオーバーシュート現象は良好に抑えられるとともに、各パルス系列１７中のパルス毎のエネルギ値はいずれも１０ｍＪ前後に制御されることが分かっている。また、計算されたパルスエネルギの相対標準偏差が１．６％であり、エネルギの安定性は良好に制御されている。

このため、本発明によるパルスが所在するパルス系列での位置に基づいてフィードバック制御を段階的に行う方法によれば、パルス系列毎における最初数個のパルスのエネルギがかなりオーバーシュートする現象を効果的に抑えることができるとともに、一パルス系列中のすべてのパルスエネルギの安定性をも制御可能になるため、レーザ発生装置が発するすべてのレーザパルスのエネルギを一定のレベルに安定させて、半導体フォトエッチングに要求される精度に達しており、簡単で制御効果の高い制御方法となる。

本発明の他の態様は上記制御方法に基づく制御システムを提供し、図３には制御システムの構造ブロック図が示され、この制御システムは高圧放電モジュール１と、レーザキャビティ２と、レーザパラメータ計測モジュール３と、エネルギ安定化コントローラ９とを備え、そのうち、高圧放電モジュール１は設定された放電電圧値４に応じてパルス高電圧５を発生するものであり、レーザキャビティ２内には媒質ガスがあり、この媒質ガスがこのパルス高電圧５に電撃されることで、レーザキャビティ２においてレーザパルス６が発生するようになり、本システムでは、レーザパラメータ計測モジュール３の主な役割はレーザ発生装置の単一パルスエネルギを測定して、エネルギコントローラ９の動作への参照を持たせることであり、図４には本発明の実施例によるレーザパラメータ計測モジュール３の構造ブロック図が示され、レーザパラメータ計測モジュール３はビームスプリッタ１６とエネルギ検出器１５とを含み、レーザパルス６がビームスプリッタ１６を通過すると、動作用のレーザパルス７と次のレーザパルス６の放電電圧値を計算するために用いられるレーザパルス１４とに分けられ、レーザパルス１４がエネルギ検出器１５に照射されると、電気信号８に変換されてエネルギ安定化コントローラ９に送られ、また、エネルギ安定化コントローラ９は電気信号８からレーザパルス１４のエネルギ値を収集し、スケール変換によりレーザパルス７のエネルギが得られ、またこのエネルギ値をエネルギ設定値１０と比較し、上記した制御アルゴリズムで次のレーザパルス６の放電電圧値４を計算し、そして、この放電電圧値４を高圧放電モジュール１に伝送することで、レーザパルス７のエネルギは可能な限りエネルギ設定値１０に一致するように制御され、さらに、レーザ発生装置の出射エネルギ７がエネルギ設定値１０に安定した場合、レーザ発生装置のＢｕｒｓｔモードでのエネルギオーバーシュート１３現象も解消した。

本発明のいくつかの実施形態によれば、レーザパルス７のエネルギとレーザパルス１４のエネルギとの比が（９０～９５）％：（１０～５）％とされ、レーザパルス６から（１０～５）％のエネルギを抽出すれば、システムのエネルギの安定性制御を図ることができる。

本発明による上記制御システムは構造が簡単で、発されるレーザパルスから少しのエネルギを抽出するだけで、システム全体のエネルギの安定性制御を図ることができる。

好ましい実施形態を参照として本発明を説明したが、上記した好ましい実施形態は本発明を説明するためにすぎず、本発明の保護範囲を限定するためのものではなく、本発明の精神と原則の範囲においてなされたあらゆる修飾や等価な置換及び改良等が本発明の保護範囲に含まれることを当業者は理解できるはずである。

Claims

エキシマレーザ発生装置が複数組のパルス系列を発し、一組あたりのパルス系列に複数のパルスが含まれ、対応するパルスの放電電圧を制御することでそれぞれの前記パルスのエネルギの大きさが調節され、前記放電電圧値がＰＩ制御アルゴリズムにより計算されたものであるエキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御方法であって、
ｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値を取得することと、
前記エネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値を計算することと、
ｎが１０～１００の間の整数となるｚより小さい正の整数である場合、第一の数学モデルに基づいて前記ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値を計算することと、
ｎがｚ－１より大きい整数である場合、第二の数学モデルに基づいて前記ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値を計算することと、
前記放電電圧値からｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスを発生することと、
を含み、
ただし、ｍが１より大きい整数であり、
前記第一の数学モデルが式（１）に示されるとおりであり、

前記第一の数学モデルの増分としては式（２）に示されるとおりであり、

ただし、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値とｍ－１個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ _{ｅｒｒｏｒ} （ｍ－１，ｎ＋１）がｍ－１個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ _{ｅｒｒｏｒ} （ｍ－２，ｎ＋１）がｍ－２個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、ＰＫ _ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、ＰＫ _１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、ＰＴ _１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、
そのため、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値が式（３）に示される様になり、

ただし、ＨＶ（ｍ－１，ｎ＋１）がｍ－１個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値であり、
前記第二の数学モデルは式（４）に示されるとおりであり、
前記第二の数学モデルの増分としては式（５）に示されるとおりであり、

ただし、ｎがｚより大きい整数であり、ΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）がｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値とｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値との間の変化量を表し、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ－１）がｍ個目のパルス系列におけるｎ－１個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｅ_{ｅｒｒｏｒ}（ｍ，ｎ）がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスのエネルギ計測値とエネルギ設定値との差分値であり、Ｋ_ｐ１がＰＩ制御アルゴリズムの比例パラメータであり、Ｋ_１がＰＩ制御アルゴリズムの積分パラメータであり、Ｔ_１がＰＩ制御アルゴリズムの制御周期パラメータであり、
そのため、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値が式（６）に示される様になり、

ただし、ＨＶ（ｍ，ｎ）がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値であることを特徴とする、請求項１に記載のパルスエネルギの安定性制御方法。
計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第一の電圧閾値より大きくなると、前記ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値が第一の電圧閾値と等しくなるように制御し、及び／又は、
計算されたＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第二の電圧閾値より小さくなると、前記ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値が第二の電圧閾値と等しくなるように制御することを特徴とする、請求項１～請求項２のいずれかに記載のパルスエネルギの安定性制御方法。
計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第三の電圧閾値より大きくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値がｍ－１個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第三の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、及び／又は、
計算されたΔＨＶ（ｍ，ｎ＋１）が第四の電圧閾値より小さくなると、第一の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値がｍ－１個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御し、第二の数学モデルに関しては、ｍ個目のパルス系列におけるｎ＋１個目のパルスの放電電圧値がｍ個目のパルス系列におけるｎ個目のパルスの放電電圧値に第四の電圧閾値を加算したものと等しくなるように制御することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のパルスエネルギの安定性制御方法。
設定された放電電圧値に応じてパルス高電圧を発生する高圧放電モジュールと、
内部には媒質ガスがあり、前記媒質ガスが前記パルス高電圧に電撃されることで第一のレーザパルスを発生するレーザキャビティと、
前記第一のレーザパルスを通過させると、動作用の第二のレーザパルスと次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算するために用いられる第三のレーザパルスとに分けるレーザパラメータ計測モジュールと、
前記第三のレーザパルスのエネルギ値を取得して、請求項１～請求項４のいずれかに記載の制御方法により次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算し、前記放電電圧値を前記高圧放電モジュールに伝送するエネルギ安定化コントローラと、
を備えることを特徴とするエキシマレーザのパルスエネルギの安定性制御システム。
前記レーザパラメータ計測モジュールはビームスプリッタとエネルギ検出器とを含み、前記第一のレーザパルスが前記ビームスプリッタを通過すると、動作用の第二のレーザパルスと次の第一のレーザパルスの放電電圧値を計算するために用いられる第三のレーザパルスとに分けられ、前記第三のレーザパルスが前記エネルギ検出器を通過すると、電気信号に変換されてエネルギ安定化コントローラに送られ、及び、
前記第二のレーザパルスのエネルギと前記第三のレーザパルスのエネルギとの比が（９０～９５）％：（１０～５）％とされることを特徴とする、請求項５に記載の制御システム。