JP3413510B2

JP3413510B2 - レーザ装置

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Publication number: JP3413510B2
Application number: JP24968395A
Authority: JP
Inventors: 計溝口; 理若林; 龍夫三村; 諭樹夫小林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: JPH0985474A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を用い
た光加工を精密に行うためのレーザ装置に関し、詳しく
はレーザ光用の出力制御装置を備えたレーザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置などの紫外線光を用いた
微細加工の分野においては、加工の解像度を一定のレベ
ルに維持するために厳密な露光量制御が要求される。と
ころが、半導体露光装置の光源として使用されるエキシ
マレーザは、いわゆるパルス放電励起ガスレーザである
ために１パルス毎のパルスエネルギーにバラツキがあ
り、光加工の精度向上のためには、このバラツキを小さ
くする必要がある。

【０００３】そこで、１回のパルス発振で出力される光
エネルギー量を低くし、複数の連続するパルスを同一の
被加工場所に照射することによって、被照射エネルギー
積算値のバラツキを小さくするようにした方法が考えら
れている。

【０００４】しかし、生産性を考えると光パルス数が多
いことは好ましくない。また、半導体露光の分野では、
近年、ウエハに塗布する感光剤の感度が向上しており、
少ない光パルス数での露光が可能となってきている。こ
のため、パルス数を多くして照射光の総エネルギー量の
バラツキを減らす方法は避ければならない状況になって
いる。

【０００５】一方、同一の被加工場所に照射するレーザ
光のパルス数を減らすことは、また別の問題を抱えてい
る。それはスパイキング現象と呼ばれるもので、レーザ
光の励起強度を一定にしても連続パルス発振の初期にお
いてはパルスエネルギーが高く、その後は放電状況が劣
化して徐々にパルスエネルギーが低下するという現象で
ある。すなわち、パルス数を減らすと、照射光の総エネ
ルギー量のバラツキがスパイキング現象の影響により一
層大きくなってしまう。

【０００６】これに対して、本願出願人は既に特願平４
−１９１０５６号公報などにおいて、バーストモード運
転時のスパイキング現象対策を打ち出し、パルスエネル
ギーレベルを所定の範囲内に抑制することで、総エネル
ギー量のバラツキを減らして精密な加工が可能であるこ
とを示してきた。なお、バーストモードとは、レーザ光
を所定回数連続してパルス発振させた後、所定時間パル
ス発振を休止させる運転を繰り返し行うことをいう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たバーストモード運転による半導体露光においては、さ
らに別の問題が存在しており、スパイキング現象対策は
必ずしも十分ではない。次に、この問題を図９を用いて
説明する。

【０００８】図９は、スパイキング現象の具体例を示し
たもので、Ｐ1 、Ｐ2 、…、Ｐi 、…Ｐn の各パルスか
らなるパルス群のパルスエネルギーを示している。半導
体ウェハ（以下、ウェハ）上に形成された一つのＩＣチ
ップ（以下、チップ）は、このひとかたまりのパルス群
により加工される。レーザ光の励起強度を一定にした連
続パルス発振時においては、図９に示すように、最初の
パルスＰ1 のパルスエネルギーが最も強く、以後は除々
に小さくなり、やがてエネルギーレベルが安定する。

【０００９】さて、図１０は、半導体露光におけるバー
ストモード運転時のパルス波形を示している。図中、Ｎ
ｏ.1、Ｎｏ.2、…Ｎｏ.j、…Ｎｏ.Nはパルス群であり、
各パルス群は図９に示したように所定の数の連続パルス
により構成されている。Ｎｏ.jとＮｏ.j＋1 の間には、
短い時間のレーザ発振休止時間ΔＴj があり、Ｎｏ.Nの
パルス群の後には、長い時間のレーザ発振休止時間ΔＴ
がある。

【００１０】このようなパルス群の配列は、半導体露光
がウェハ上のチップへの露光、光学系の移動を交互に繰
り返しながら行われることに起因している。すなわち、
ウェハ上の所定の１チップを露光する動作がＮｏ.jのパ
ルス群によって行われ、次の１チップを露光する動作が
Ｎｏ.j＋1 のパルス群によって行われる。この間の露
光、光学系の移動に要する時間がΔＴj である。こうし
た露光、光学系の移動を繰り返し、Ｎｏ.1〜Ｎｏ.Nまで
の一連のパルス群を発振し終えた時点で一枚のウェハへ
の露光が全て終了する。ここで、露光を終えたウェハを
搬出し、次のウェハを露光装置内に搬送して露光可能な
位置にアライメントするための時間がΔＴである。この
ΔＴの後には、Ｎｏ.1〜Ｎｏ.Nと同じ配列のパルス群Ｎ
ｏ.1´、Ｎｏ.2´、…Ｎｏ.j´、…Ｎｏ.N´が続いてい
る。

【００１１】上述したレーザ運転を行う場合、各パルス
群に発生するスパイキング現象を抑制するため、Ｎｏ.N
の終了からΔＴの経過後、続くＮｏ.1´のパルス群を発
振するときに、直前のレーザ発振休止時間（この場合は
ΔＴ）が同じであるＮｏ.1のパルス群の励起強度パター
ンを用いる。励起強度パターンとは、一つのパルス群に
おける励起強度変位であり、スパイキング現象による初
期パルスのエネルギー上昇を補正したエネルギー変位の
パターンを示している。すなわち、スパイキング現象で
は初期の数パルスでパルスエネルギーが高いため、図１
１に示すように、連続パルス発振の最初の数パルスでは
パルスエネルギーを低くし、以後は除々にパルスエネル
ギーを高くするようにエネルギー変位を設定したものが
ここで用いられる励起強度パターンである。図１１にお
いて、Ｖj,1 、Ｖj,2 、…Ｖj,nは、例えば図１０のＮ
ｏ.jのパルス群におけるパワーレベルを示している。パ
ルス発振時には、１つのパルスを発振する毎に、この励
起強度パターンに従って電源電圧を与えるようにし、こ
れによりスパイキング現象による初期のパルスエネルギ
ーの上昇を防止して、各パルスのパルスエネルギーが全
てほぼ同一となるように制御している。

【００１２】さて、Ｎｏ.1´のパルス群では、Ｎｏ.1の
パルス群の励起強度パターンを用いているが、Ｎｏ.2´
〜Ｎｏ.N´のパルス群では、直前のレーザ発振休止時間
がほぼ同じであるＮｏ.Nのパルス群の励起強度パターン
を用いている（ΔＴ1 〜ΔＴN-1 はほぼ同じ時間）。こ
れは、最初のパルス群Ｎｏ.1´ではスパイキング現象の
影響が顕著なので、前回のパルス群Ｎｏ.1のデータを用
いるが、スパイキング現象の影響は除々に小さくなるた
め、Ｎｏ.2´以降のパルス群については、制御を簡単に
するためにＮｏ.Nのパルス群のデータを用いるようにし
ている。

【００１３】このような制御を行うと、各パルス群にお
けるスパイキング現象の影響はある程度は抑制される。
しかしながら、以下に述べる原因によりパルスエネルギ
ーのバラツキは必ずしも解消せず、抑制の効果は安定し
ないことが本願発明者らの実験により明らかになった。

【００１４】その原因は、スパイキング現象が過去のパ
ルス発振の履歴に影響されることにある。すなわち、ス
パイキング現象はバーストモードにおけるレーザ発振休
止時間が大きくなるほど顕著になる性質があるため、図
１０のＮｏ.1〜Ｎｏ.Nに続く一連のパルス群Ｎｏ.1´〜
Ｎｏ.N´の前半のＮｏ.1´、Ｎｏ.2´…ではスパイキン
グ現象の抑制が不十分になりやすく、後半のパルス群で
ある…Ｎｏ.N´-2、Ｎｏ.N´-1、Ｎｏ.N´ではスパイキ
ング現象の抑制効果が十分に現れるという現象が起こ
る。このように、パルス群の励起強度パターンは、その
パルス群が連続するパルス群の中のどこに位置している
かによって異なるため、直前のレーザ発振休止時間が同
じパルス群のデータを適用しても、必ずしもスパイキン
グ現象抑制効果を奏しないことになる。

【００１５】したがって、特願平４−１９１０５６号公
報に代表されるような従来のレーザ装置では、直前の励
起強度パターンを用いてパルス発振を制御しているた
め、パルスエネルギーのバラツキが解消せず、スパイキ
ング現象のさらなる抑制が望まれていた。

【００１６】この発明は、バーストモードで運転される
レーザ装置において、スパイキング現象の影響を可能な
限り除去して、レーザ光による光加工の精度をよりいっ
そう向上させるようにしたレーザ装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段及び効果】上記課題を解決
するため、この発明に係わるレーザ装置では、レーザ光
を所定回数連続してパルス発振させてパルス群を生成す
る連続発振動作と、パルス群を生成後に所定時間停止す
る停止動作とを交互に所定回数繰り返す運転を１サイク
ルとして複数のパルス群を生成するバーストモード運転
を行い、パルス群を構成する各パルスの出力エネルギー
が所定の大きさとなるように電源電圧を制御するレーザ
装置において、１サイクル中に発振される各パルスの電
源電圧を、そのパルスが属するパルス群の１サイクル中
における順番ｊ（ｊ＝１、２、３…）と、そのパルスの
パルス群中における順番ｉ（ｉ＝１、２、３…）とを示
す識別子ｉ、ｊに対応づけて記憶する記憶手段と、１つ
のパルスを発振する際に、そのパルスと同じ識別子を持
つパルスの電源電圧を前記記憶手段から読み出し、この
電源電圧に基づいてパルス発振を行う出力制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１８】上記レーザ装置では、連続するパルス発振
の中の１つのパルスを発振する毎に、そのパルスと同じ
識別子を持つパルスの電源電圧が記憶手段から読み出さ
れ、この電源電圧に基づいてパルス発振が行われる。こ
れによると、１サイクルのバーストモード運転により１
つの被加工物への全てのパルス発振が完了するとした場
合、読み出される電源電圧は、前回の被加工物上の同じ
位置にパルス発振したときのデータであり、そのデータ
は連続する一連のパルス発振の影響を受けた励起強度パ
ターンを持っていることになる。すなわち、パルス発振
時には、前回とほぼ同じ特性の励起強度パターンを持つ
電源電圧が適用されることになるため、パルスエネルギ
ーのバラツキをより細かく修正することができる。

【００１９】したがって、バーストモード運転時のスパ
イキング現象の影響を可及的に除去することができるの
で、レーザ光による光加工の精度をよりいっそう向上さ
せることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わるレーザ装
置を、エキシマレーザ光を用いた半導体露光装置に適用
した場合の実施例について説明する。

【００２１】図１は、この実施例における半導体露光装
置１０の機能的な構成を示すブロック図である。同図に
示すように、半導体露光装置１０は大別すると、エキシ
マレーザ光Ｌ（以下、レーザ光Ｌ）を出力するレーザ装
置１１と、このレーザ装置１１を光源とし、レーザ光Ｌ
により縮小投影露光を行う露光装置本体１９とから構成
されている。

【００２２】レーザ装置１１のレーザ発振器１２は、レ
ーザチャンバ、光共振器等からなり、レーザチャンバ内
にはＫｒとＦ₂またはＡｒとＦ₂、ＸｅとＣｌ₂等のレ
ーザガスが満たされている。そして、レーザチャンバの
上下に配設された図示せぬ電極間で放電を行い、レーザ
ガスを励起させてレーザ発振を行う。発振されたレーザ
光は上記光共振器内で共振され、レーザ光Ｌとして出力
される。なお、放電は所定のパルス幅をもって所定の間
隔で行われ、レーザ光Ｌが断続的に出力される。

【００２３】こうしてレーザ発振器１２から発振された
レーザ光Ｌは、ビームスプリッタ１３によって一部をサ
ンプリングされ、レンズ１４を介して出力モニタ１５に
入射される。この出力モニタ１５では、レーザ光Ｌの１
パルス当たりのエネルギー（以下、パルスエネルギー）
Ｐｉ（ｉ＝１、２、３、…）が検出される。出力モニタ
１５によって検出されたパルスエネルギーＰｉは出力制
御部１６に送られ、後述するようにパルス群Ｎｏ.jの i
番目のパルスエネルギーＰj,i としてテーブルに記憶さ
れる。

【００２４】出力制御部１６は、露光装置本体１９内の
露光装置制御部２０と信号線で接続されており、露光装
置制御部２０から送出されるトリガ信号Ｔｒを受信した
ときに、後述するテーブルに記憶されている電源電圧を
読み出し、これに基づく電圧データをレーザ電源１８に
与える。レーザ電源１８は、与えられた電圧データに応
じて電源電圧Ｖｉ（ｉ＝１、２、３、…）を制御する。

【００２５】また、出力制御部１６は図示せぬタイマ手
段を内蔵しており、このタイマ手段によって、送出され
てくるトリガ信号Ｔｒの受信時刻間の時間を逐次測定し
ている。そして、後述するように、この受信間隔時間に
よりレーザ発振休止時間がどの時間に相当するのかを判
断してパルス発振を制御している。

【００２６】制御部１７は、レーザ装置１１の動作に必
要な演算処理を行う部分である。この制御部１７にも、
パルス発振のたびに出力モニタ１５からの検出結果Ｐｉ
が送られ、実際に発振されたパルスのパルスエネルギー
Ｐrj,iとして記憶される。すなわち、制御部１７はパル
ス発振が行われるたびに出力制御部１６のテーブルに記
憶されているＰj,i と前記Ｐrj,iとを比較演算し、その
差が所定の誤差範囲を越えるときは、出力制御部１６に
記憶されている電源電圧値の変更を指示している。

【００２７】次に、上述した出力制御部１６の構成をさ
らに詳細に説明するとともに、併せて制御部１７の動作
についても説明する。

【００２８】出力制御部１６は、ウェハ１枚分の全チッ
プを露光した際の特性データとして、パルスＮｏ.j,iの
電源電圧Ｖj,i と、そのときのパルスエネルギーＰj,i
の値を、各パルスの識別子となるパラメータj,i (j=1〜
N, i=1〜n)に対応付けて記憶している。

【００２９】ここで、上記特性データについて説明す
る。なお、ここでは図１０に示すようなバーストモード
運転を行う場合を前提とする。また、連続するパルス群
を順番にＮｏ.1、Ｎｏ.2、…、Ｎｏ.j、…Ｎｏ.Nとし、
パルス群Ｎｏ.jの中の各パルスを順番にＮｏ.j,1、Ｎ
ｏ.j,2、…、Ｎｏ.j,i、…Ｎｏ.j,nとする。

【００３０】スパイキング現象を抑制するためのパルス
群の最初の数パルスの電源電圧Ｖj,i とパルスエネルギ
ーＰj,i との関係は、前述したようにパラメータi が同
じであっても、パラメータj の値により異なる。そこ
で、一枚のウェハ上に配置された全てのチップを露光し
た際のＶj,i とＰj,i を、パラメータj,i に対応付けて
記憶するようにしている。これらのデータはテーブル上
で書き替え自在に保持されており、出力制御部１６では
後述するように制御部１７からの指示に従って適宜デー
タの補正を行っている。

【００３１】さて、図１０に示すように、バーストモー
ド運転を行うときには、長いレーザ発振休止時間ΔＴの
後は、再び連続するパルス群による発振と発振の短い休
止時間とを交互に規則的に繰り返すのであるから、発振
しようとするパルスのパラメータj とi とから、テーブ
ルに記憶されているＶj,i を読み出し、この値を電圧デ
ータとしてレーザ電源１８に供給する。こうすると、前
回露光したウェハ上のチップであって、今回露光しよう
としているウェハ上のチップと同じ位置にあるチップを
露光したときの励起強度パターンを持つ電源電圧が読み
出され、この電源電圧に基づいてパルス発振が行われる
ことになるため、従来のように、直前のレーザ発振休止
時間が同じであるパルス群のデータを用いる場合に比べ
て、パルスエネルギーのバラツキをより細かく修正する
ことができる。

【００３２】なお、レーザ光の特性を事前に把握するた
め、この実施例の装置では、最初に図１０に示すような
タイミングで試験的なバーストモード運転を行い、この
とき得られた電源電圧Ｖj,i と、パルスエネルギーＰj,
i の値を特性データとして記憶するようにしている。な
お、試験的な運転を行わずに、他の装置で実施したデー
タを読み込んでもよい。

【００３３】一方、こうした出力制御部１６の制御と並
行して、制御部１７ではレーザ発振器１２から発振され
た実際のパルスエネルギーＰrj,iを出力モニタ１５から
入力し、そのときの値と出力制御部１６のテーブルに記
憶してあるＰj,i とを比較し、両者の差が所定値を越え
たときには、出力制御部１６に対してＶj,i の値を補正
するように指示する。

【００３４】すなわち、一つのパルスのパルスエネルギ
ーＥの目標値をＥｄ、このＥｄの値を中心として設定さ
れた誤差範囲の上限と下限の差をΔＥとすると、制御部
１７は出力制御部１６のテーブルからＰj,i を読み出し
て、入力されたＰrj,iと比較し、Ｐj,i −Ｐrj,iの絶対
値が、Ｅｄ−ΔＥ／２≦｜Ｐj,i −Ｐrj,i｜≦Ｅｄ＋ΔＥ／２の範囲を越えるかどうかを判断し、判断結果を出力制御
部１６に受け渡す。出力制御部１６では、入力した判断
結果に従って、テーブル上のＶj,i の値を補正する。こ
れによって、パルスエネルギーレベルを長期間に渡って
精度良く制御することができる。

【００３５】図２（ｂ）はテーブルから読み出された電
源電圧Ｖ、図２（ａ）はこの電源電圧Ｖに従ってパルス
発振した場合のパルスエネルギーＥの関係を示してい
る。このように、テーブルから読み出したＶ(j,i) によ
りパルス発振を行い、かつ実際のパルスエネルギーをモ
ニタし、これに基づいてテーブルに記憶されている電源
電圧値を補正することにより、パルスエネルギーＥのバ
ラツキを所望の誤差範囲ΔＥ内に収めることができる。

【００３６】なお、出力制御部１６において、Ｖj,i の
補正は次のように行われる。すなわち、レーザ光の特性
を計測する際に、電源電圧をＶからＶ＋ΔＶへ変化させ
たときに、レーザ光のパルスエネルギーがＰからΔＰに
変化した場合、このΔＶとΔＰを計測して関係付けて記
憶しておく。すると、この関係は、式ΔＶ＝ｆ（Ｐ、Δ
Ｐ）として表現することができるので、パルスエネルギ
ーの増減量を上記式に当てはめることにより、電源電圧
をどの程度補正すればよいかを算出することができる。

【００３７】次に、バーストモード運転時において、パ
ルスエネルギーレベルの補正を行う場合の出力制御部１
６と制御部１７の処理手順を図３のフローチャートによ
り説明する。

【００３８】制御部１７は、１パルスごとに実際のパル
スエネルギーＰrj,iを出力モニタ１５から入力し、図示
せぬメモリに記憶する（ステップ１０１）。そして、発
振された１パルスのＶj,i と対応するＰj,i を出力制御
部１６のテーブルから読み出し、Ｅｄ−ΔＥ／２≦｜Ｐ
j,i −Ｐrj,i｜≦Ｅｄ＋ΔＥ／２が成立するかどうかを
判断する（ステップ１０２）。ここで、前記式が成立す
るときは、パルスエネルギーのレベルが誤差範囲内に入
っており、Ｖj,i の値を補正する必要がないので、ステ
ップ１０１へリターンし、次の１パルスが発振されるま
で待機する。一方、ステップ１０２で前記式が成立しな
いときは、パルスエネルギーのレベルが誤差範囲を越え
ているので、出力制御部１６に対してＶj,i の補正を指
示する（ステップ１０３）。出力制御部１６では、Ｖj,
i の値を上述した関係式に従って補正する。

【００３９】次に、実際のウェハへの露光を例として、
バーストモード運転時の出力制御部１６の動作を説明す
る。

【００４０】最初に、バーストモード運転時の作業手順
を簡単に説明する。

【００４１】図４はウェハ上でのチップの配列を示す模
式図である。図４に示すウェハに対しては、チップ２１
−１、２１−２、２１−３…の順に横方向にレーザ光の
露光を行い、２１−５が終了したところで次の列に移行
し、チップ２１−６から２１−７、２１−８…の順に露
光を行うというような光加工サイクルを繰り返す。

【００４２】まず、ウェハ２１を図１の露光装置本体１
９内部の図示せぬ露光位置に搬入し、露光可能な位置に
アライメントする。この搬入とアライメントに要する時
間が図１０の休止時間ΔＴに相当する。アライメントを
終えたならば、チップ２１−１に対してレーザ光のパル
ス発振を開始する。このパルス発振が図１０のＮｏ.1の
パルス群に相当する。そして、チップ２１−１に対する
パルス発振を終えると、光学系の移動などを行う。これ
に要する時間が図１０の休止時間ΔＴ1 に相当する。こ
の後、次のチップ２１−２へのレーザ光のパルス発振を
開始する。このパルス発振が図１０のＮｏ.2のパルス群
に相当する。以後、チップ２１−３…２１−５まで同様
の操作を繰り返し行う。チップ２１−５へのレーザ光の
発振が終了したところで、次の列に移行する。ここでチ
ップ２１−５からチップ２１−６への光学系の移動時間
ΔＴ5 は、移動距離や移動方向の関係上、ΔＴ1 〜ΔＴ
4よりも長い時間となる。以後、チップ２１−６…２１
−１１まで前述と同様の操作を繰り返し行い、チップ２
１−１１へのパルス光の照射が終了したところで、次の
列に移行する。このような操作をウェハ上の全ての列の
チップについて行い、露光が終了した時点で、露光位置
から搬出して次のウェハを露光位置に搬入し、アライメ
ントを行って前記と同様の露光作業を開始する。

【００４３】次に、図１で説明したトリガ信号Ｔｒと上
記バーストモード運転との関係について説明する。

【００４４】上述したように、露光装置本体１９では被
加工物であるウェハの搬入、アライメント、光学系の移
動と位置決め、ウェハの搬出、露光量の確認といった様
々な作業を行っており、これら一連の作業を終えた時点
で最初のトリガ信号Ｔｒを出力制御部１６に対して出力
する。このときのトリガ信号Ｔｒは、図１０ではＮｏ.1
のパルス群の最初のパルスを照射するためのトリガ信号
となる。以後、図４に示すチップ２１−１への露光を終
えるまで、トリガ信号Ｔｒが繰り返し露光装置制御部２
０から出力制御部１６に対して出力されて、各トリガ信
号の入力ごとにレーザ光の照射を行う。したがって、Ｎ
ｏ.jのパルス群と、Ｎｏ.j+1（j= 1〜n-1 ）のパルス群
との間のレーザ発振休止時間ΔＴj の長さは、トリガ信
号Ｔｒの受信間隔により制御することができる。同様
に、ウェハの搬入、アライメント、光学系の移動と位置
決め、ウェハの搬出に要するレーザ発振休止時間のΔＴ
の長さも、トリガ信号Ｔｒの受信間隔によって制御する
ことができる。このように、レーザ発振休止時間を自在
に変えることができるので、図４に示すようなレーザ発
振休止時間が途中で異なるような加工にも対応すること
ができる。

【００４５】また、出力制御部１６内部の図示せぬタイ
マ手段がトリガ信号Ｔｒの受信間隔を計時しているの
で、レーザ発振休止時間が図１０のどの時間に相当する
のか、または連続パルス発振の途中であるのかを知るこ
とができる。すなわち、ΔＴj（j= 1〜n ）の最小値Ｔs
と、最大値Ｔu をあらかじめ決めておいて、トリガ信
号Ｔｒの受信間隔時間ｔと比較し、ｔ＜Ｔs ならば、連続パルス発振の途中Ｔs ≦ｔ＜Ｔu ならば、ｔ＝ΔＴj （j= 1〜n ）Ｔu ≦ｔならば、ｔ＝ΔＴというように判断する。

【００４６】なお、このような演算処理の一部または全
部は、実際には制御部１７で実行されているが、説明を
わかりやすくするため、以下、出力制御部１６で実行さ
れるものとして説明する。

【００４７】次に、トリガ信号Ｔｒの受信間隔をもとに
してバーストモード運転を行う場合の出力制御部１６の
処理手順を図５のフローチャートにより説明する。

【００４８】まず、出力制御部１６はバーストモードで
試験運転を行い、そのときの電源電圧Ｖj,i とパルスエ
ネルギーＰj,i を、j とi に対応付けてテーブルに記憶
し（ステップ２０１）、パルス群のカウント数ｊを０と
する（ステップ２０２）。続いてカウント数ｊを１つイ
ンクリメントし（ステップ２０３）、パルスのカウント
数ｉを０とする（ステップ２０４）。次に、露光装置制
御部２０からトリガ信号Ｔｒを受信すると（ステップ２
０５）、パルスのカウント数ｉを１つインクリメントす
る（ステップ２０６）。そして、前記パラメータj とi
とから、テーブルに記憶されているＶj,i を読み出し、
この値をレーザ電源１８に供給する（ステップ２０
７）。なお、ステップ２０７と並行して、前述した図３
のテーブル補正の処理を実行する。

【００４９】また、出力制御部１６はステップ２０７と
並行して、内部のタイマ手段によりトリガ信号Ｔｒの受
信間隔時間ｔの計時をスタートさせる（ステップ２０
８）。そして、露光装置制御部２０から次のトリガ信号
Ｔｒを受信すると（ステップ２０９）、計時した受信間
隔時間ｔと最小値Ｔs を比較して、ｔ＜Ｔs かどうかを
判断する（ステップ２１０）。ここで、ｔ＜Ｔs である
とき、すなわち連続パルス発振の途中であるときは、ｔ
を０として（ステップ２１１）、ステップ２０６へリタ
ーンする。このようにして、ステップ２０６〜ステップ
２１１のループを回ることにより、１つのパルス群の中
の全てのパルスについて、テーブルからそれぞれＶj,i
が読み出され、レーザ電源１８に供給されることにな
る。

【００５０】一方、ステップ２１０でｔ＜Ｔs でないと
きは、続いて受信間隔時間ｔ、最小値Ｔs および最大値
Ｔu を比較し、Ｔs ≦ｔ＜Ｔu が成り立つかどうかを判
断する（ステップ２１２）。ここで、Ｔs ≦ｔ＜Ｔu が
成り立つとき、すなわちｔがパルス群とパルス群との間
のレーザ発振休止時間ΔＴj であるときは、ｔを０とし
て（ステップ２１３）、ステップ２０３へリターンし
て、次のパルス群に対する処理を行う。

【００５１】また、ステップ２１２でＴs ≦ｔ＜Ｔu が
成り立たないとき、すなわち光学系の移動などを行う長
いレーザ発振休止時間ΔＴであるときは、ｔを０として
（ステップ２１４）、ステップ２０２へリターンする。
このように、一連の連続するパルス群の処理が終了した
ときは、ステップ２０２へリターンし、j を０として、
次の連続するパルス群に対する処理を行う。

【００５２】こうしたレーザ発振休止時間制御は、次の
ような場合に極めて有効である。すなわち、露光装置本
体１９の側でもレーザ光のエネルギーレベルをモニタす
れば、レーザ装置１１とウェハとの間の光学系の特性変
動などによって、レーザ装置１１から照射される各パル
スのエネルギーレベルが所望の値から外れていることを
検知することができる。この場合、連続するパルス群の
最後の数パルスの光エネルギーレベルを露光装置本体１
９側で調整することで露光光量の変動を回避することが
できる。なお、パルスの光エネルギーレベルの調整に
は、公知の可変光アッテネータを用いることで実現でき
るが、こうした制御にも時間が必要であるため、トリガ
信号Ｔｒの送信間隔を遅らせることによって、可変光ア
ッテネータ制御用の時間を作りだすことが可能となる。

【００５３】次に、トリガ信号によりバーストモード運
転を制御する場合の他の実施例を説明する。一連の光加
工サイクルにおいて、一つのパルス発振を指令するトリ
ガ信号、連続パルス発振を指令するトリガ信号、光加工
サイクルの終了を指令するトリガ信号を露光装置本体１
９側から受信できる場合には、これらのトリガ信号をも
とにしてバーストモード運転を制御することができる。
このような光加工サイクル用のトリガ信号をもとにして
バーストモード運転を行う場合の処理手順を図６のフロ
ーチャートにより説明する。

【００５４】まず、出力制御部１６はバーストモードで
試験運転を行い、そのときの電源電圧Ｖj,i とパルスエ
ネルギーＰj,i を、j とi に対応付けてテーブルに記憶
し（ステップ３０１）、パルス群のカウント数ｊを０と
する（ステップ３０２）。続いてカウント数ｊを１つイ
ンクリメントし（ステップ３０３）、パルスのカウント
数ｉを０とする（ステップ３０４）。次に、露光装置制
御部２０から光加工サイクルのスタート用のトリガ信号
Ｔｒksを受信すると（ステップ３０５）、パルスのカウ
ント数ｉを１つインクリメントする（ステップ３０
６）。そして、前記パラメータj とi とから、テーブル
に記憶されているＶj,i を読み出し、この値をレーザ電
源１８に供給する（ステップ３０７）。なお、このステ
ップ３０７と並行して、前述した図３のテーブル補正の
処理を実行する。

【００５５】次に、出力制御部１６は露光装置制御部２
０からトリガ信号を受信したときは、それが次のパルス
発振を指令するトリガ信号Ｔｒかどうかを判断する（ス
テップ３０８）。ここで、受信したのがトリガ信号Ｔｒ
であるときは、ステップ３０６へリターンする。このよ
うに、ステップ３０６〜ステップ３０８のループを回る
ことにより、１つのパルス群の中の全てのパルスについ
て、テーブルからそれぞれＶj,i が読み出され、レーザ
電源１８に供給されることになる。

【００５６】また、ステップ３０８で受信したトリガ信
号がパルス発振指令のトリガ信号Ｔｒでないときは、そ
れが次の連続パルス発振を指令するトリガ信号ＴｒB か
どうかを判断する（ステップ３０９）。そのトリガ信号
が連続パルス発振指令のトリガ信号ＴｒB であるとき
は、ステップ３０３へリターンする。このように、１つ
のパルス群におけるパルス発振が終了したときは、ステ
ップ３０３へリターンして、次のパルス群に対する処理
を行う。

【００５７】また、ステップ３０９で受信したトリガ信
号が連続パルス発振指令のトリガ信号ＴｒB でないとき
は、それが光加工サイクルの終了用のトリガ信号ＴｒkE
かどうかを判断する（ステップ３１０）。そのトリガ信
号が光加工サイクルの終了用のトリガ信号ＴｒkEでない
ときは、ステップ３０８へリターンし、ステップ３０８
〜ステップ３１０のループを回りながら受信したトリガ
信号をチェックする。一方、ステップ３１０において、
そのトリガ信号が光加工サイクルの終了用のトリガ信号
ＴｒkEであるときは、ステップ３０２へリターンする。
このように、一連の連続するパルス群の処理が終了した
ときは、ステップ３０２へリターンし、j を０として、
次の連続するパルス群に対して処理を行う。

【００５８】この図６の実施例によると、光加工サイク
ル中の全てパルス発振のタイミイングや数を、光加工サ
イクル用のそれぞれのトリガ信号よって任意に制御する
ことができる。

【００５９】さて、ここまではトリガ信号Ｔｒの受信間
隔（図５）や、光加工サイクル用のトリガ信号（図６）
をもとにしてバーストモード運転を行う場合の処理手順
について説明してきたが、連続するパルス群のパルス数
によってもバーストモード運転を制御することができ
る。

【００６０】次に、連続するパルス群のパルス数をもと
にしてバーストモード運転を行う場合の処理手順を図７
のフローチャートにより説明する。

【００６１】まず、出力制御部１６はバーストモードで
試験運転を行い、そのときの電源電圧Ｖj,i とパルスエ
ネルギーＰj,i を、j とi に対応付けてテーブルに記憶
し（ステップ４０１）、パルス群のカウント数ｊを０と
する（ステップ４０２）。次に、露光装置制御部２０か
らトリガ信号Ｔｒを受信すると（ステップ４０３）、カ
ウント数ｊを１つインクリメントし（ステップ４０
４）、パルスのカウント数ｉを１とする（ステップ４０
５）。そして、前記パラメータj とi とから、テーブル
に記憶されているＶj,i を読み出し、この値をレーザ電
源１８に供給する（ステップ４０６）。このステップ４
０６の処理と並行して、図３のテーブル補正の処理を実
行する。

【００６２】次に、パルスのカウント数ｉを１つインク
リメントし（ステップ４０７）、パルスのカウント数ｉ
とパルス数ｎとを比較して、ｉ＞ｎかどうかを判断する
（ステップ４０８）。ここで、ｉ＞ｎでないときは、ス
テップ４０６へリターンする。このステップ４０６〜ス
テップ４０８のループを回ることにより、１つのパルス
群の中の全てのパルス（総数ｎ）について、テーブルか
らそれぞれＶj,i が読み出され、レーザ電源１８に供給
されることになる。

【００６３】また、ステップ４０８でｉ＞ｎであるとき
は、カウント数ｊとパルス群の総数Ｎを比較し、ｊ＝Ｎ
かどうかを判断する（ステップ４０９）。ここで、ｊ＝
Ｎでないときは、ステップ４０３へリターンする。この
ように、全てのパルス群に対する処理がまだ終了してい
ないときは、ステップ４０２へリターンし、トリガ信号
Ｔｒの受信とともに、次のパルス群に対する処理を行
う。

【００６４】また、ステップ４０９でｊ＝Ｎであると
き、すなわち全てのパルス群に対する処理が終了したと
きは、ステップ４０２へリターンし、j を０として、次
の連続するパルス群に対して処理を行う。

【００６５】この実施例では、タイマ手段によりトリガ
信号Ｔｒの受信間隔時間を計時する必要もなく、また複
数のトリガ信号を使い分ける必要もない。すなわち、露
光装置制御部２０からのトリガ信号Ｔｒは連続するパル
ス群の最初のパルス発振を指令するためだけに出力さ
れ、出力制御部１６では、決められた数だけのパルス発
振を繰り返し行った後、次のトリガ信号Ｔｒを受信する
だけでよい。

【００６６】さて、上記実施例では、１パルスを発振す
る毎にテーブルから電源電圧Ｖj,iを読み出し、レーザ
電源１８に供給するようにしているが、連続するパルス
群の最初の数パルスのみのテーブルを作成してパルス発
振の制御に使用し、最初の数パルスに引き続いて発振さ
れるパルスについては後述のパワーロック制御を行うよ
うにしてもよい。

【００６７】次に、他の実施例として、最初の数パルス
のみのテーブルを作成して制御を行う方法について説明
する。

【００６８】この実施例の装置構成は図１と同じであ
り、出力制御部１６は次のような機能を備えている。

【００６９】出力制御部１６では、出力モニタ１５から
入力されたパルスエネルギーＰｉを、パルス群Ｎｏ.jの
i番目のパルスエネルギーＰj,i としてテーブルに記憶
するが、あらかじめ、スパイキング現象が顕著に現れる
パルスの数Ｎs を設定しておき、テーブルには、各パル
ス群の先頭からＮs 番目までのパルスの特性データを記
憶する。そして、露光装置制御部２０からのトリガ信号
Ｔｒを受信したときには、先頭からＮs 番目までのパル
スについては、前記テーブルに記憶されている電源電圧
を読み出し、これに基づく電圧データをレーザ電源１８
に与える。また、このＮs 番目のパルスに引き続いて発
振されるパルスについては、パワーロック制御（米国Ｑ
ＵＥＳＴＥＫ社商標）が行われる。パワーロック制御と
は、レーザガスが劣化して同じ電源電圧を与えてもパル
スエネルギーＰｉが低下してしまう現象に対して、ガス
の劣化に応じて電源電圧を高くすることによってパルス
エネルギーＰｉを所望のレベルに保つ制御のことであ
り、そのための電源電圧をパワーロック電圧Ｖplと呼
ぶ。

【００７０】また、この実施例においても、実際に発振
されたパルスのパルスエネルギーＰrj,iが出力モニタ１
５から制御部１７に入力されており、制御部１７はパル
ス発振が行われる毎に、出力制御部１６のテーブルに記
憶されているＰj,i と前記Ｐrj,iとを比較演算し、必要
に応じて出力制御部１６に記憶されている電源電圧値の
変更を指示している。

【００７１】次に、上述した数パルスのみのテーブル
と、連続するパルス群のパルス数をもとにしてバースト
モード運転を行う場合の処理手順を図８のフローチャー
トにより説明する。

【００７２】まず、スパイキング現象が顕著に現れるパ
ルス数Ｎs と、電源電圧の設定値を決める。そして、出
力制御部１６でバーストモードで試験運転を行い、その
ときの電源電圧Ｖj,i とパルスエネルギーＰj,i を、j
とi に対応付けてテーブルに記憶する（ステップ５０
１）。ただし、i は１〜Ｎs の範囲とする。続いて、パ
ルス群のカウント数ｊを０とする（ステップ５０２）。

【００７３】次に、露光装置制御部２０からのトリガ信
号Ｔｒを受信すると（ステップ５０３）、カウント数ｊ
を１つインクリメントし（ステップ５０４）、パルスの
カウント数ｉを１とする（ステップ５０５）。そして、
前記パラメータj とi とから、テーブルに記憶されてい
るＶj,i を読み出し、この値をレーザ電源１８に供給す
る（ステップ５０６）。このステップ５０６の処理と並
行して、図３のテーブル補正の処理を実行する。

【００７４】次に、パルスのカウント数ｉを１つインク
リメントし（ステップ５０７）、パルスのカウント数ｉ
とパルス数Ｎs とを比較して、ｉ＞Ｎs かどうかを判断
する（ステップ５０８）。ここで、ｉ＞Ｎs でないとき
は、ステップ５０６へリターンする。このステップ５０
６〜ステップ５０８のループを回ることにより、１つの
パルス群の中の先頭からＮs 番目のパルスについて、テ
ーブルからそれぞれＶj,i が読み出され、レーザ電源１
８に供給されることになる。

【００７５】また、ステップ５０８でｉ＞Ｎs であると
きは、パワーロック制御へ移行する（ステップ５０
９）。

【００７６】次に、パルスのカウント数ｉとパルス数ｎ
とを比較して、ｉ＞ｎかどうかを判断する（ステップ５
１０）。ここで、ｉ＞ｎでないときは、ステップ５０７
へリターンする。このステップ５０７〜ステップ５１０
のループを回ることにより、パルス数Ｎs 以降の残りの
パルス（Ｎs+1 〜ｎ）についてパワーロック制御が行わ
れる。

【００７７】また、ステップ５１０でｉ＞ｎであるとき
は、カウント数ｊとパルス群の総数Ｎを比較し、ｊ＝Ｎ
かどうかを判断する（ステップ５１１）。ここで、ｊ＝
Ｎでないときは、ステップ５０４へリターンする。この
ように、全てのパルス群に対する処理がまだ終了してい
ないときは、ステップ５０４へリターンして、次のパル
ス群に対する処理を行う。

【００７８】また、ステップ５１１でｊ＝Ｎであるとき
は、ステップ５０２へリターンする。このように、全て
のパルス群に対する処理が終了したときは、ステップ５
０２へリターンして、j を０とし、次の連続するパルス
群に対して処理を行う。

【００７９】このように、最初の数パルスについてはテ
ーブルから電源電圧を読み出し、それ以降のパルスにつ
いてはパワーロック制御を行うようにした場合でも、十
分に実用的な効果を得ることができる。また、こうした
レーザ発振休止時間制御では、全てのパルスを発振する
毎にテーブルから電源電圧値を読み出す必要がないの
で、出力制御部１６の処理負担を軽減することができ
る。さらには、各パルス群の全てのパルスのデータを記
憶する必要がないので、メモリの容量を節約することが
できる。

【００８０】なお、前述した図８のフローチャートは、
図７のフローチャートの途中にパルス数Ｎs を判断する
分岐などを加えたものであるが、このような数パルスの
みのテーブルを用いる制御方法は、図８の例に限定され
るものではなく、例えば図５または図６のフローチャー
トにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における半導体露光装置の機能的な構成
を示すブロック図。

【図２】電源電圧Ｖ（ｂ）とパルスエネルギーＥ（ａ）
の関係を示す説明図。

【図３】パルスエネルギーレベルの補正を行う場合の出
力制御部と制御部の処理手順を示すフローチャート。

【図４】ウェハ上でのチップの配列を示す模式図。

【図５】トリガ信号Ｔｒの受信間隔をもとにしてバース
トモード運転を行う場合の出力制御部の処理手順を示す
フローチャート。

【図６】光加工サイクル用のトリガ信号をもとにしてバ
ーストモード運転を行う場合の処理手順を示すフローチ
ャート。

【図７】連続するパルス群のパルス数をもとにしてバー
ストモード運転を行う場合の処理手順を示すフローチャ
ート。

【図８】数パルスのみのテーブルと連続するパルス群の
パルス数をもとにしてバーストモード運転を行う場合の
処理手順を示すフローチャート。

【図９】スパイキング現象の具体例を示す説明図。

【図１０】バーストモード運転時のパルス波形を示す説
明図。

【図１１】励起強度パターンの一例を示す説明図。

【符号の説明】

１１…レーザ装置１５…出力モニタ１６…出力制御部１７…制御部１９…露光装置本体２０…露光装置制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林諭樹夫神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (56)参考文献特開平７−106678（ＪＰ，Ａ) 特開平６−61565（ＪＰ，Ａ) 特開平５−167162（ＪＰ，Ａ) 特開平３−15287（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 H01S 3/00 H01S 3/104

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を所定回数連続してパルス発振
させてパルス群を生成する連続発振動作と、パルス群を
生成後に所定時間停止する停止動作とを交互に所定回数
繰り返す運転を１サイクルとして複数のパルス群を生成
するバーストモード運転を行い、パルス群を構成する各
パルスの出力エネルギーが所定の大きさとなるように電
源電圧を制御するレーザ装置において、１サイクル中に発振される各パルスの電源電圧を、その
パルスが属するパルス群の１サイクル中における順番ｊ
（ｊ＝１、２、３…）と、そのパルスのパルス群中にお
ける順番ｉ（ｉ＝１、２、３…）とを示す識別子ｉ、ｊ
に対応づけて記憶する記憶手段と、１つのパルスを発振する際に、そのパルスと同じ識別子
を持つパルスの電源電圧を前記記憶手段から読み出し、
この電源電圧に基づいてパルス発振を行う出力制御手段
とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記記憶手段には、連続するパルス発振
を行ったときの各パルスの電源電圧と出力エネルギー
が、それぞれのパルスを特定する識別子に対応付けて１
サイクル分記憶されており、１つのパルスを発振する毎
に、発振されたパルスの実際の出力エネルギーを検出す
るとともに、発振されたパルスと同じ識別子を持つパル
スの出力エネルギーを前記記憶手段から読み出し、両者
の差が所定範囲を越えるときは、前記発振されたパルス
と同じ識別子を持つ電源電圧の値を補正することを特徴
とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】一つのパルス発振を指令するトリガ信号
を受信するとともに、このトリガ信号の受信間隔を計時
し、トリガ信号を受信する毎に受信間隔を調べ、その受
信間隔に応じてパルス発振を制御することを特徴とする
請求項１記載のレーザ装置。
【請求項４】一つのパルス発振を指令する第１のトリ
ガ信号、連続するパルス発振を指令する第２のトリガ信
号、１サイクルの終了を指令する第３のトリガ信号をそ
れぞれ受信するとともに、受信したトリガ信号に従って
パルス発振を制御することを特徴とする請求項１記載の
レーザ装置。
【請求項５】連続するパルス発振のパルス数をカウン
トし、このカウント数に応じてパルス発振を制御するこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。