JP7239485B2 - エキシマレーザ装置、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
<1.比較例>(図1~図11)
1.1 構成
1.2 動作
1.3 課題
<2.実施形態1>(ガス圧制御の改善例)(図12)
2.1 構成
2.2 動作
2.3 作用・効果
<3.実施形態2>(スペクトル線幅制御の改善例)(図13)
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用・効果
<4.実施形態3>(スペクトル線幅の計測の改善例)(図14)
4.1 構成
4.2 動作
4.3 作用・効果
<5.実施形態4>(スペクトル計測器の具体例)(図15~図16)
5.1 構成
5.2 動作
5.3 作用・効果
<6.実施形態5>(電子デバイスの製造方法)(図17)
<7.その他>
以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。
なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
[1.1 構成]
図1は、比較例に係るレーザ装置101の一構成例を概略的に示している。なお、図1では、幾つかの信号ラインの図示を省略している。
図2は、スペクトル線幅の一例としてのFWHMの概要を示している。図3は、スペクトル線幅の一例としてのE95の概要を示している。図2及び図3において、横軸は波長λ、縦軸は光の強度を示す。
図4は、比較例に係るレーザ装置101におけるレーザ制御部2によるレーザ発振の制御動作の流れの一例を示すメインのフローチャートである。
レーザ装置101では、図4のステップS106のサブルーチンとして、以下のようなエネルギ制御を行う。
V=V-Vk・ΔE
ここで、Vk=ΔV/ΔE
ガス制御部9は、ガス制御として、ガス圧制御と部分ガス交換制御とを行う。レーザ制御部2は、ガス制御部9にガス制御パラメータPgsを送信する。ガス制御パラメータPgsは、ガス圧制御パラメータと部分ガス交換制御パラメータとを含む。ガス制御パラメータPgsは、間接的に、パルスレーザ光LpのパルスエネルギEを目標パルスエネルギEtに近づけるための目標制御パラメータである。
レーザ装置101では、図4のステップS108のサブルーチンとして、以下のようなガス圧制御を行う。
レーザ装置101では、図4のステップS109のサブルーチンとして、以下のような部分ガス交換制御を行う。
レーザ装置101では、図4のステップS107のサブルーチンとして、以下のようなスペクトル線幅制御を行う。また、図4のステップS109のサブルーチンの一部として、以下のようなスペクトル波長制御を行う。
スペクトル制御部7は、計測された波長λと目標波長λtとの差δλに基づいて、δλが0に近づくように、狭帯域化モジュール10の回転ステージ14にステージ角度制御信号を送信する。ステージ角度制御信号によって、回転ステージ14の回転ステージ角度θが制御される。その結果、出力結合ミラー35から出力されるパルスレーザ光Lpの波長λが目標波長λtに近づき得る。具体的には、以下のようなスペクトル波長制御を行う。
θ=θ-λk・δλ
ここで、λk=Δθ/δλ
スペクトル制御部7は、計測されたスペクトル線幅Δλと目標スペクトル線幅Δλtとの差ΔΔλに基づいて、ΔΔλが0に近づくように、スペクトル可変部60のリニアステージ63のアクチュエータ64にステージ位置制御信号を送信する。ステージ位置制御信号によって、リニアステージ63のステージ位置(位置X)が制御される。その結果、出力結合ミラー35から出力されるパルスレーザ光Lpのスペクトル線幅Δλは目標スペクトル線幅Δλtに近づき得る。具体的には、以下のようなスペクトル線幅制御を行う。
X=X-Δλk・Δλ
ここで、Δλk=ΔX/ΔΔλ
レーザ装置101では、図6のステップS304のサブルーチンとして、以下のようなスペクトル線幅Δλの計測を行う。
T(λ)=O(λ)*-1I(λ)
以上で説明したように、ガス圧制御の際には、ガス制御部9が、充電電圧Vの値に応じて、レーザガス供給装置91及びレーザガス排気装置92を制御し、レーザガスの注入又は排気を行う(図5のステップS205~S207)。
次に、本開示の実施形態1に係るレーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例に係るレーザ装置101の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
実施形態1に係るレーザ装置の基本的な構成は、上記比較例に係るレーザ装置101と略同様である。ただし、以下で説明するように、ガス制御部9によるガス圧制御の動作が部分的に異なっている。
実施形態1に係るレーザ装置では、目標スペクトル線幅Δλtの値が第1の目標値から第2の目標値へと変化した場合に、ガス制御部9は、第2の目標値をパラメータとする第1の関数に基づいてガス圧制御に用いる電圧HVを補正する。ガス制御部9は、補正された電圧HVに基づいてガス圧を制御する。ここで、電圧HVは、エネルギ制御によって制御される充電電圧Vに相当する。第1の関数としては、スペクトル線幅Δλと基準線幅Δλaとの差分(Δλ-Δλa)を、電圧HVの変動量の差分に変換するガス圧線幅関数f1(x)を用いる。ここでのスペクトル線幅Δλは、目標スペクトル線幅Δλtの第2の目標値に相当する。基準線幅Δλaは、目標スペクトル線幅Δλtの第1の目標値に相当する。ガス圧線幅関数f1(x)は、線形関数、多項式関数、及び指数関数のいずれであってもよい。ガス圧線幅関数f1(x)を用いたガス圧制御は、具体的には、例えば以下のように実施される。
V′=V+f1(Δλ-Δλa)
実施形態1のレーザ装置によれば、スペクトル線幅Δλの変動による印加電圧HVの変動がガス圧制御に与える影響が低減されるため、スペクトル線幅Δλに依らない、精度の高いガス圧制御を実施することができる。その結果、高いレーザ性能を維持することができる。
次に、本開示の実施形態2に係るレーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態1に係るレーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
実施形態2に係るレーザ装置の基本的な構成は、上記比較例に係るレーザ装置101と略同様である。ただし、以下で説明するように、スペクトル制御部7によるスペクトル線幅制御の動作が部分的に異なっている。
実施形態2に係るレーザ装置では、スペクトル制御部7は、目標スペクトル線幅Δλtの値が第1の目標値から第2の目標値へと変化した場合に、第2の目標値をステージ位置に変換する第2の関数に基づいてリニアステージ63のステージ位置(位置X)を求め、リニアステージ63の位置Xが求められた位置となるように、アクチュエータ64を制御する。第2の関数としては、スペクトル線幅Δλをリニアステージ63の位置Xに変換するスペクトル線幅関数f2(x)を用いる。スペクトル線幅関数f2(x)は、線形関数、多項式関数、べき乗関数、及び指数関数のいずれであってもよい。スペクトル線幅関数f2(x)を用いたスペクトル線幅制御は、具体的には、例えば以下のように実施される。
X=X-(f2(Δλ)-f2(Δλt))
実施形態2のレーザ装置によれば、スペクトル線幅Δλに応じたリニアステージ63の位置Xを高い精度で取得できるためステージ制御性が向上する。その結果、スペクトル線幅Δλの制御性が向上する。
次に、本開示の実施形態3に係るレーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例、又は実施形態1,2に係るレーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
実施形態3に係るレーザ装置の基本的な構成は、上記比較例に係るレーザ装置101と略同様である。ただし、以下で説明するように、スペクトル制御部7によるスペクトル線幅Δλの計測の動作が部分的に異なっている。
スペクトル制御部7は、スペクトル線幅Δλの計測の際に、目標スペクトル線幅Δλtの値に応じて、積算波形Oiにおけるピーク光量が所望の光量に近付くように、スペクトル線幅Δλの計測の際の積算パルス数、すなわち積算回数Niを変更する。スペクトル制御部7は、目標スペクトル線幅Δλtの値が第1の目標値から第2の目標値へと変化した場合に、第2の目標値をパラメータとする第3の関数に基づいて、積算パルス数、すなわち積算回数Niを変更する。その際、積算波形Oiの平均化を行う平均回数Naも変更する。第3の関数としては、目標スペクトル線幅Δλtに適応した算出関数f3(x)を用いる。算出関数f3(x)は、線形関数、多項式関数、及び指数関数のいずれであってもよい。算出関数f3(x)を用いたスペクトル線幅Δλの計測は、具体的には、例えば以下のように実施される。
(Ni,Na)=f3(Δλt)
実施形態3のレーザ装置によれば、目標スペクトル線幅Δλtに応じた積算回数Niを使用することができるため、スペクトル波形のピーク光量不足によるS/N悪化やピーク光量のサチレーションの発生を低減し、スペクトル線幅Δλの計測精度を高めることができる。
次に、本開示の実施形態4として、上記実施形態1ないし3に係るレーザ装置に適用されるスペクトル計測器34の具体例を説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記実施形態1ないし3に係るレーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図15は、上記第1ないし第3の実施形態に係るレーザ装置に適用されるスペクトル計測器34の一構成例を概略的に示している。図15には、スペクトル計測器34を、モニタエタロン分光器とした場合の構成例を模式的に示している。
図1に示したレーザ装置101において、出力結合ミラー35から出力されたパルスレーザ光Lpは、ビームスプリッタ31とビームスプリッタ32とによって一部がパルスエネルギEを検出するためのサンプル光として、パルスエネルギ計測器33に入射する。一方、ビームスプリッタ32を透過した光は、スペクトル計測器34に入射する。
λ=λc+αr2 ……(A)
ただし、
α:比例定数、
r:干渉縞の半径、
λc:干渉縞の中央の光強度が最大となった時の波長
とする。
なお、実施形態4では、波長λの計測とスペクトル線幅Δλの計測とを1つのモニタエタロン342で行う例を示したがこの例に限定されない。例えば、分解能の異なるモニタエタロンを複数個配置して、干渉縞をそれぞれ複数のラインセンサで計測してもよい。この場合、集光レンズ343の焦点距離を長くし、FSR(Free Spectral Range)が小さく、分解能の高いモニタエタロンを用いて、スペクトル線幅Δλを計測してもよい。
上記実施形態1ないし3に係るレーザ装置は、半導体デバイス等の電子デバイスの製造方法に適用可能である。以下、具体例を説明する。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。従って、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
Claims (10)
- レーザガスと一対の電極とを内部に含み、前記一対の電極間に電圧を印加すると前記レーザガスが励起されてレーザ光を生成するチャンバと、
前記チャンバを間に挟むように前記レーザ光の光路に配置されたレーザ共振器と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電源と、
前記レーザ共振器内を往復する前記レーザ光の波面を調節することでスペクトル線幅を調整する波面調節器と、
前記チャンバ内の前記レーザガスの一部の排気を行うガス排気装置と、
前記チャンバ内にレーザガスを供給するガス供給装置と、
前記レーザ共振器から出力されたレーザ光のパルスエネルギを検出するエネルギ計測器と、
前記レーザ共振器から出力されたレーザ光のスペクトル波形を計測するスペクトル波形計測器と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記エネルギ計測器によって検出されるパルスエネルギが目標エネルギに近づくように前記一対の電極間に印加する電圧を制御し、
前記スペクトル波形計測器によって計測されたスペクトル波形に基づいて算出されるスペクトル線幅が目標値に近づくように前記波面調節器を制御し、
第1の目標値を基準として、前記目標値が第2の目標値へと変化した場合に、前記第2の目標値から前記第1の目標値を減算して得られた差分値が小さくなるほど小さい値となる関数である第1の関数を前記一対の電極間に印加する電圧に加算した値に相当する補正電圧を前記チャンバ内のガス圧の制御に用いる電圧として算出し、
前記補正電圧が第1の閾値より低い場合に、前記ガス排気装置により前記チャンバ内の前記レーザガスの一部を排気し、前記補正電圧が第2の閾値より高い場合に、前記ガス供給装置により前記チャンバ内にレーザガスを供給することにより、前記ガス圧を制御する
エキシマレーザ装置。 - 請求項1に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記第1の関数は、線形関数、多項式関数、及び指数関数のうちいずれかを含む。 - 請求項1に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記波面調節器は、前記レーザ共振器内を往復する前記レーザ光の光路に配置された光学部材と、前記光学部材が載置されたステージと、前記ステージの位置を調節するアクチュエータとを含み、
前記コントローラは、前記目標値が前記第1の目標値から前記第2の目標値へと変化した場合に、前記目標値が小さくなるほど前記目標値の変化量に対する前記ステージの移動量の比が大きくなるような第2の関数として前記ステージの位置を求め、前記ステージの位置が前記求められた位置となるように、前記アクチュエータを制御する。 - 請求項3に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記第2の関数は、線形関数、多項式関数、べき乗関数、及び指数関数のうちいずれかを含む。 - 請求項1に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記スペクトル波形計測器は、前記レーザ光の干渉縞をセンサで受光することにより前記レーザ光のパルスごとの複数のスペクトル波形を計測し、
前記コントローラは、
前記スペクトル波形計測器によって計測された前記複数のパルスのスペクトル波形を前記第1の目標値に応じた積算パルス数の回数(積算回数Ni)に亘って積算し、
前記積算により得られた積算波形に基づいて前記スペクトル線幅を算出し、
前記目標値が前記第1の目標値から前記第2の目標値へと変化した場合に、前記目標値が小さくなるほど前記積算パルス数が小さくなるような第3の関数として、前記積算パルス数を算出する。 - 請求項5に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記第3の関数は、線形関数、多項式関数、及び指数関数のうちいずれかを含む。 - 請求項5に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記コントローラは、
前記目標値に応じた平均回数に亘る前記積算波形を平均化し、
前記平均化により得られた平均波形に基づいて前記スペクトル線幅を算出する。 - 請求項5に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記波面調節器は、前記レーザ共振器内を往復する前記レーザ光の光路に配置された光学部材と、前記光学部材が載置されたステージと、前記ステージの位置を調節するアクチュエータとを含み、
前記コントローラは、前記目標値が前記第1の目標値から前記第2の目標値へと変化した場合に、前記目標値が小さくなるほど前記目標値の変化量に対する前記ステージの移動量の比が大きくなるような第2の関数として前記ステージの位置を求め、前記ステージの位置が前記求められた位置となるように、前記アクチュエータを制御する。 - 請求項8に記載のエキシマレーザ装置であって、
前記第2の関数は、線形関数、多項式関数、べき乗関数、及び指数関数のうちいずれかを含む。 - レーザガスと一対の電極とを内部に含み、前記一対の電極間に電圧を印加すると前記レーザガスが励起されてレーザ光を生成するチャンバと、
前記チャンバを間に挟むように前記レーザ光の光路に配置されたレーザ共振器と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電源と、
前記レーザ共振器内を往復する前記レーザ光の波面を調節することでスペクトル線幅を調整する波面調節器と、
前記チャンバ内の前記レーザガスの一部の排気を行うガス排気装置と、
前記チャンバ内にレーザガスを供給するガス供給装置と、
前記レーザ共振器から出力されたレーザ光のパルスエネルギを検出するエネルギ計測器と、
前記レーザ共振器から出力されたレーザ光のスペクトル波形を計測するスペクトル波形計測器と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記エネルギ計測器によって検出されるパルスエネルギが目標エネルギに近づくように前記一対の電極間に印加する電圧を制御し、
前記スペクトル波形計測器によって計測されたスペクトル波形に基づいて算出されるスペクトル線幅が目標値に近づくように前記波面調節器を制御し、
第1の目標値を基準として、前記目標値が第2の目標値へと変化した場合に、前記第2の目標値から前記第1の目標値を減算して得られた差分値が小さくなるほど小さい値となる関数である第1の関数を前記一対の電極間に印加する電圧に加算した値に相当する補正電圧を前記チャンバ内のガス圧の制御に用いる電圧として算出し、
前記補正電圧が第1の閾値より低い場合に、前記ガス排気装置により前記チャンバ内の前記レーザガスの一部を排気し、前記補正電圧が第2の閾値より高い場合に、前記ガス供給装置により前記チャンバ内にレーザガスを供給することにより、前記ガス圧を制御する
レーザシステムによって前記レーザ光を生成し、
前記レーザ光を露光装置に出力し、
電子デバイスを製造するために、前記露光装置によって感光基板上に前記レーザ光を露光すること
を含む電子デバイスの製造方法。
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