JP3425447B2

JP3425447B2 - エキシマレーザ装置の出力制御装置

Info

Publication number: JP3425447B2
Application number: JP01922093A
Authority: JP
Inventors: 芳穂天田; 理若林; 仙聡伊藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JPH06140695A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として逐次移動型縮
小投影露光装置（以下、「ステッパ」と呼ぶ）の光源と
して用いられ、放電励起されることによってレーザを発
振するエキシマレーザ装置の出力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本明細書においてはパルス放電励起型Ｋ
ｒＦエキシマレーザを例に説明する。なお、本明細書に
ある「連続的にパルス発振を行い」あるいは「連続パル
ス」「連続パルス発振」とは、パルス放電を繰り返し行
うことで断続的なパルスレーザ光を繰り返し得ることで
あり、従って、一般に言われる「連続発振レーザ」ある
いは「ＣＷ発振」とは異なる発振形態である。

【０００３】ステッパにおいては、回路パターンの解像
度を一定のレベル以上に維持するために厳密な露光量制
御が必要とされる。一方、このステッパの光源として使
用されるエキシマレーザは、いわゆるパルス放電励起ガ
スレーザのために１パルス毎にパルスエネルギーにバラ
ツキがあり、露光量制御の精度向上のためにはこのバラ
ツキを小さくする必要がある。しかも、断続光であるた
めに、連続光である水銀ランプを光源とした場合の従来
のシャッタ制御とは異なった露光量制御が必要である。

【０００４】そこで、従来の方法は、たとえば、文献
（宮地ほか、「エキシマレーザリソグラフィ」、国際レ
ーザ／アプリケーション1991、セミナーＬ−５、Ｐ３６
−５１）に見られるように、複数のパルスを連続パルス
発振して露光を行う、いわゆる複数パルス露光によって
露光量制御の精度向上を図ろうとするものである。

【０００５】この方法は、エキシマレーザの発振パルス
のエネルギーのバラツキがほぼ正規分布で近似できるた
め、ｎ回パルス発振させて露光した後の積算エネルギー
のバラツキが１パルスのエネルギーのバラツキに対し
て、１／√ｎになることを利用したものである。すなわ
ち、１パルスのエネルギーのバラツキをΔＰ／Ｐ、必要
な露光量制御精度をＡとすると、それに必要な露光パル
ス数Ｎは以下の関係で与えられる。Ｎ≧｛（ΔＰ／Ｐ）／Ａ｝２たとえば、１パルスのエネルギーのバラツキΔＰ／Ｐが
１５％（３σ）、必要な露光量制御精度Ａが１．５％
（３σ）であれば、Ｎ≧１００となり、１００回以上の
連続パルス発振で所望の精度を達成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ステッパ
は、露光とステージ移動とを交互に繰り返す。このた
め、光源となるエキシマレーザの運転状態としては、必
然的にいわゆるバーストモードとなる。バーストモード
とは、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させた
後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返し行
うことをいう。つまり、短期間の連続パルス発振期間と
短期間の発振休止期間とを交互に繰り返すものである。

【０００７】上述したように、エキシマレーザはパルス
放電励起ガスレーザであるため、常に一定の大きさのパ
ルスエネルギーで発振を続けることが困難である。その
原因としては、放電されることによって放電空間内にレ
ーザガスの密度擾乱が発生し、次回の放電を不均一に、
また、不安定にしたりする。この不均一放電等のため放
電電極の表面において局所的な温度上昇が発生し、さら
に次回の放電を劣化させ、放電を不均一で不安定なもの
にするためである。特に、上記連続パルス発振期間の初
期においてその傾向が顕著であり、発振休止期間経過後
の最初のパルスでは、安定な放電が得られ比較的高いパ
ルスエネルギーが得られるが、その後は放電が劣化し徐
々にパルスエネルギーが低下するという、いわゆるスパ
イキング現象が現れる。図４はこの現象を示すもので、
縦軸はパルスエネルギーを示し、横軸は時間を示す。図
に示すように連続パルス発振期間の初期Ｂ部はパルスエ
ネルギーは高く、時間とともに徐々に低下する。

【０００８】このようにバーストモード運転のエキシマ
レーザ装置では、前述した１パルスごとのエネルギのバ
ラツキが露光量制御の精度を制限するとともに、スパイ
キング現象がさらにバラツキを著しく大きくし露光量制
御の精度を制限するという問題がある。

【０００９】しかも近年、ウエハに塗布する感光剤の感
度が向上しており、少ない連続パルス数での露光が可能
となっており、パルス数減少の傾向にある。しかし、パ
ルス数が少なくなると、それに応じてパルスエネルギー
のバラツキが大きくなってしまい、前述した複数パルス
露光制御のみによっては露光量制御の精度の維持が困難
になる。そこで、パルスエネルギーのバラツキの改善、
特にバーストモードにおけるスパイキング現象の影響を
除去することが望まれている。

【００１０】本発明はこうした実情に鑑みてなされたも
のであり、バーストモードで運転されるエキシマレーザ
装置において、スパイキング現象の影響を除去して露光
量制御の精度を、たとえ少ない連続パルス発振であって
も向上させることができるエキシマレーザ装置の出力制
御装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明に係るエキシマレーザ装置の出力制御装置の第１
の発明においては、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
繰り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさ
となるように、レーザチャンバ内のレーザガスを励起さ
せる放電電圧を制御するとともに、前記レーザガスの劣
化に応じて前記所定の大きさのエネルギーを得るための
パワーロック電圧を変化させるパワーロック制御を行う
エキシマレーザ装置の制御装置において、前記パワーロ
ック電圧を検出し、つぎの連続パルスの各パルスのエネ
ルギーが同一の大きさとなるように、前記検出されたパ
ワーロック電圧に基づいて各パルスに対応する放電電圧
を変化させるようにしており、第２の発明においては、
レーザチャンバ内のレーザガスの交換を行うことにより
前記レーザチャンバ内に新しいレーザガスを封入すると
ともに、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
い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるよう
に前記レーザガスを励起させる放電電圧を制御するエキ
シマレーザ装置の制御装置において、前記レーザチャン
バ内に新しいレーザガスを封入してからの経過時間を計
時し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一
の大きさとなるように、前記計時された経過時間に基づ
いて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させる
ようにしており、第３の発明においては、レーザチャン
バ内のレーザガスの交換を行うことにより前記レーザチ
ャンバ内に新しいレーザガスを封入するとともに、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い、前記パル
スのエネルギーが所定の大きさとなるように前記レーザ
ガスを励起させる放電電圧を制御するエキシマレーザ装
置の制御装置において、前記レーザチャンバ内に新しい
レーザガスを封入してからの累積発振パルス数を検出
し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の
大きさとなるように、前記検出された累積発振パルス数
に基づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化
させるようにしており、第４の発明においては、レーザ
チャンバ内のレーザガスの交換を行うことにより前記レ
ーザチャンバ内に新しいレーザガスを封入するととも
に、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い、
前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるように前
記レーザガスを励起させる放電電圧を制御するエキシマ
レーザ装置の制御装置において、前記レーザチャンバ内
に封入されたレーザガスの種類とレーザガスの種類ごと
の分圧とを検出し、つぎの連続パルスの各パルスのエネ
ルギーが同一の大きさとなるように、前記検出されたレ
ーザガスの種類とレーザガスの種類ごとの分圧に基づい
て各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させるよ
うにしており、第５の発明においては、レーザガスの種
類とレーザガスの種類ごとの分圧の検出は、レーザガス
の交換時に行い、次回の交換までの各連続パルスに対応
する放電電圧の制御は前回の交換時における検出結果に
基づいて行うことにしており、第６の発明においては、
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い、前記
パルスのエネルギーが所定の大きさとなるように、レー
ザチャンバ内のレーザガスを励起させる放電電圧を制御
するエキシマレーザ装置の制御装置において、前記レー
ザガスの温度を検出し、つぎの連続パルスの各パルスの
エネルギーが同一の大きさとなるように、前記検出され
たレーザガスの温度に基づいて各パルスに対応する放電
電圧の大きさを変化させるようにしており、第７の発明
においては、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
し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなる
ように、レーザチャンバ内の放電電極間の放電電圧を制
御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前記放
電電極の温度を検出し、つぎのパルスの各パルスのエネ
ルギーが同一の大きさとなるように、前記検出された放
電電極の温度に基づいて各パルスに対応する放電電圧の
大きさを変化させるようにしており、第８の発明におい
ては、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
い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるよう
に放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置に
おいて、連続パルス発振の繰り返し周波数を検出し、つ
ぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさ
となるように、前記検出された繰り返し周波数に基づい
て各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させるよ
うにしており、第９の発明においては、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い、前記パルスのエネル
ギーが所定の大きさとなるように放電電圧を制御するエ
キシマレーザ装置の制御装置において、前記運転を開始
してからの経過時間を計時し、つぎの連続パルスの各パ
ルスのエネルギーが同一の大きさとなるように、前記計
時された経過時間に基づいて各パルスに対応する放電電
圧の大きさを変化させるようにしており、第１０の発明
においては、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
し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなる
ように放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装
置において、前記パルス発振間隔を計時し、つぎの連続
パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなるよ
うに、前記計時された発振間隔に基づいて各パルスに対
応する放電電圧の大きさを変化させるようにしており、
第１１の発明においては、放電電極を有したレーザヘッ
ドの交換が行われるとともに、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い、前記パルスのエネルギーが所
定の大きさとなるように、前記放電電極間の放電電圧を
制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前記
レーザヘッドが交換されてからの累積発振パルス数を検
出し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一
の大きさとなるように、前記検出された累積発振パルス
数に基づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変
化させるようにしており、第１２の発明においては、レ
ーザチャンバ内の放電電極間の放電電圧を放電前に充電
する充電回路を交換自在に配設するとともに、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い、前記パルスの
エネルギーが所定の大きさとなるように、前記レーザチ
ャンバ内の放電電極間の放電電圧を制御するエキシマレ
ーザ装置の制御装置において、前記充電回路が交換され
てからの累積発振パルス数を検出し、つぎの連続パルス
の各パルスのエネルギーが同一の大きさとなるように、
前記検出された累積発振パルス数に基づいて各パルスに
対応する放電電圧の大きさを変化させるようにしてお
り、第１３の発明においては、レーザ光が射出されるレ
ーザウインドをレーザチャンバに交換自在に設けるとと
もに、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
い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるよう
に、前記レーザチャンバ内のレーザガスを励起させる放
電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置におい
て、前記レーザウインドが交換されてからの累積発振パ
ルス数を検出し、つぎの連続パルスの各パルスのエネル
ギーが同一の大きさとなるように、前記検出された累積
発振パルス数に基づいて各パルスに対応する放電電圧の
大きさを変化させるようにしており、第１４の発明にお
いては、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
い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとなるよう
に放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置に
おいて、前記パルス発振の休止時間を計時し、つぎの連
続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなる
ように、前記計時された休止時間に基づいて各パルスに
対応する放電電圧の大きさを変化させるようにしてお
り、第１５の発明においては、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い、前記パルスのエネルギーが所
定の大きさとなるように、レーザチャンバ内のレーザガ
スを励起させる放電電圧を制御するエキシマレーザ装置
の制御装置において、前記レーザチャンバ内のレーザガ
スに含まれる不純物濃度を検出する手段を有し、前記検
出されたレーザガスに含まれる不純物の濃度に基づいて
各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させるよう
にしており、第１６の発明においては、前記第１５の発
明に記載のレーザガスに含まれる不純物がフッ化水素
（ＨＦ）であり、第１７の発明においては、前記第１か
ら第１６までの発明の制御方法の任意の組み合わせによ
って、各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させ
るようにしている。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、バーストモードで運転され
るエキシマレーザ装置において、パワーロック電圧等ス
パイキング現象に寄与するパラメータを求め、つぎの連
続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなる
ように、上記パラメータに基づいて各パルスに対応する
放電電圧の大きさを変化させるようにした。そのため、
パルスエネルギーのバラツキが低減され、露光量制御の
精度が向上する。

【００１３】

【実施例】前述のごとく、バーストモードでエキシマレ
ーザを運転する場合、連続パルス発振の開始直後におい
て、パルスエネルギーが大きくなる（以後、徐々にエネ
ルギーが小さくなる）スパイキング現象が現れる。この
スパイキング現象は、エキシマレーザ装置における種々
のパラメータの影響によることが本発明者の実験により
明らかになった。それらパラメータを用いてスパイキン
グの発生を防止する出力制御装置が本発明者によって提
案されている。以下に、本発明に係るエキシマレーザ装
置の出力制御装置について、図面を参照して詳述する。

【００１４】図１は本装置の全体構成を示すブロック図
であり、大きくは出力レーザ光Ｌを出力するエキシマレ
ーザ装置１と、エキシマレーザ装置１を光源とし、出力
レーザ光Ｌにより縮小投影露光を行うステッパ９とから
構成されている。

【００１５】エキシマレーザ装置１の発振器２は、レー
ザチャンバ１５、光共振器等からなり、レーザチャンバ
１５内にはＫｒ、Ｆ２等からなるレーザガスが満たされ
ている。そして、レーザチャンバ１５内に配設された電
極１２ａ、１２ｂ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、図示しないフロントミラーから有効
な出力レーザ光Ｌとして出力される。なお、パルス放電
は所定の時間間隔で行われ、出力レーザ光Ｌが断続的に
出力される。こうして発振器２から発振された出力レー
ザ光Ｌは、ビームスプリッタ３によって一部サンプリン
グされ、レンズ４を介して出力モニタ５に入射される。
この出力モニタ５では出力レーザ光Ｌの１パルス当たり
のエネルギー、すなわちパルスエネルギーＥが検出され
る。

【００１６】出力モニタ５によって検出されたパルスエ
ネルギーＥは、出力制御部６に加えられ、該出力制御部
６は入力されたパルスエネルギーＥに基づいて、後述す
るように所望のパルスエネルギーＥｄが得られるように
レーザ電源８に電圧データを加える。この場合、パワー
ロック制御が行われる。

【００１７】パワーロック制御とは、レーザガスが劣化
し、同じ放電電圧を与えてもパルスエネルギーＥが低下
してしまうことを、劣化に応じて放電電圧を高くするこ
とで防止する制御方法の一つである。一般的には、発振
された複数のパルスのエネルギーを積算、平均化し、所
望のエネルギーＥｄと比較することによって、つぎのパ
ルス以降の放電電圧を決定するフィードバック制御であ
る。決定された放電電圧（Ｅｄを得るための放電電圧）
をパワーロック電圧Ｖｐｌと呼ぶ。なお、「ＰＯＷＥＲ
ＬＯＫ」は米国Ｑｕｅｓｔｅｋ社の登録商標である。

【００１８】これに対して、本発明によるスパイキング
発生防止制御は、つぎに発振される１パルスのパルスエ
ネルギーを予測して、放電電圧を発振前に決定する予測
制御である。

【００１９】レーザ電源部８は、加えられた電圧データ
に応じて上記電極間に電位差Ｖを与え、上記放電を行
う。ここに、放電させるための電圧は、レーザ電源部８
内に配設された充電回路１７により一旦充電され、たと
えばサイラトロン等のスイッチ素子の動作により放電さ
れる。この充電回路１７は交換自在のユニットとして配
設されている。

【００２０】出力制御部６は、ステッパ９内のステッパ
制御部１０と信号線で接続されており、ステッパ制御部
１０から送出されるトリガ信号Ｔｒを受信する。出力制
御部６はタイマを内蔵しており、このタイマによって送
出されてくるトリガ信号Ｔｒの受信時刻間の時間が逐次
測定される。

【００２１】ガス制御部７は、レーザ出力を一定に保持
すべくレーザ装置運転中にレーザガスの部分的ガス交換
を行うとともに、レーザ装置運転前に所定の種類のレー
ザガスがそれぞれ所定の分圧となるようにガス交換を行
うものであり、バルブ等を介してレーザチャンバ１５内
に供給されるレーザガスの供給量を制御するとともに、
レーザチャンバ１５から真空ポンプ等を介して排出され
るレーザガスの排出量を制御する。このガス制御部７と
出力制御部６との間では所定のデータの授受が行われ、
ガス交換時のレーザガスの種類と各種類のガスの分圧を
示す信号がガス制御部７から出力制御部６に送出され
る。

【００２２】レーザチャンバ１５内の上側の放電電極１
２ａの表面には、この電極１２ａの表面温度Ｔｈｅを検
出する電極温度センサ１３が配設されており、また、レ
ーザチャンバ１５内にはレーザガスの温度Ｔｈｍを検出
するガス温度センサ１４が配設されている。これら各セ
ンサ１３、１４で検出された温度Ｔｈｅ、Ｔｈｍを示す
検出信号は、出力制御部６に送出される。なお、電極温
度センサ１３は下側の電極１２ｂあるいは両方に配設す
るようにしてもよい。

【００２３】レーザチャンバ１５の両端にはそれぞれレ
ーザ光を外部に出射するためのウインド１６が配設され
ているが、これら各ウインド１６は反応生成物付着によ
る出力劣化をウインド自体の交換によって除去すべく、
交換自在にレーザチャンバ１５に配設されている。そし
て、上記レーザチャンバ１５、レーザ電源部８を中心と
して構成されるレーザヘッド１８も、構成部品劣化によ
る性能劣化を除去すべく交換自在に配設されている。レ
ーザヘッド１８を構成する部品の内、放電電極１２ａ、
１２ｂの磨耗による劣化が特に著しい。したがって、レ
ーザヘッド１８の交換は、主として放電電極１２ａ、１
２ｂの性能維持を目的として行われる。

【００２４】また、レーザチャンバ１５内にはＨＦセン
サ１９（たとえばＦＴＩＲなど）を配設し、レーザガス
中に含まれるＨＦ濃度をモニタするように構成してい
る。ＨＦセンサ１９で検出されたＨＦ濃度は、出力制御
部６に送出される。

【００２５】外部制御装置１１はエキシマレーザ装置１
外にあり、後述するようにスパイキング防止制御を停止
させるための解除信号を出力制御部６に送出する。

【００２６】本実施例では、つぎに掲げる各パラメータ
を考慮して連続パルスの各パルスに対応する放電電圧Ｖ
を求めるようにしている。（ａ）パルス発振の休止時間Ｔｐｐの考慮バーストモードでエキシマレーザを運転する場合、連続
パルス発振の開始直後においてパルスエネルギーＥが大
きくなる（以後、徐々にエネルギーが小さくなる）スパ
イキング現象が現れる（図４参照）。このスパイキング
現象はバーストモードにおける発振休止時間Ｔｐｐが大
きくなるほど顕著になることが本発明者等の実験によっ
て明らかになっている。また、パルスエネルギーＥは、
レーザガスを励起させるための放電電圧Ｖを大きくする
にしたがって大きくなるという性質がある。

【００２７】そこで、パルス発振の休止時間Ｔｐｐを計
時し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーＥが同
一の所望の大きさＥｄとなるように、計時された休止時
間Ｔｐｐに基づいて各パルスに対応する放電電圧Ｖの大
きさを変化させる。すなわち、連続パルス発振の最初の
パルスは放電電圧Ｖを低くし、以後徐々に放電電圧Ｖを
高くするごとく、放電電圧を各パルスごとに変化させて
スパイキング現象による初期のエネルギー上昇を防止す
る。しかも、休止時間Ｔｐｐに応じて放電電圧Ｖの変化
度合いを異ならせるようにする。この結果、常に各パル
スのエネルギーレベルが同一な値Ｅｄになる。

【００２８】（ｂ）パワーロック電圧Ｖｐｌの考慮レーザ発振の運転時間が長くなり、レーザガスが劣化し
てくるに応じてパルスエネルギーＥが低下してしまい、
これを防止するために劣化に応じてパワーロック電圧Ｖ
ｐｌを大きくするパワーロック制御が行われる。しか
し、パワーロック制御が行われるとスパイキング現象の
発生パターンが変化してしまうことが本発明者等の実験
によって明らかになった。すなわち、パワーロック電圧
Ｖｐｌの大きさに応じてパルスエネルギーＥが変化する
とともに、スパイキング現象の影響が及ぶパルスの数が
変化すること等が明らかになった。そこで、パワーロッ
ク電圧Ｖｐｌに応じてパルスエネルギーＥが所望の大き
さＥｄになるように放電電圧Ｖを変化させる必要があ
る。

【００２９】そして、同様にして以下の各パラメータの
値によってもスパイキング現象の発生パターンが変化す
ることが明らかになっている。したがって各パルスのエ
ネルギーレベルを同一にするには下記（ｃ）〜（ｎ）の
パラメータをも考慮する必要がある。（ｃ）ガス交換によりレーザラャンバ１５内に新しいレ
ーザガスを封入してからの経過時間Ｔｇの考慮（ｄ）ガス交換によりレーザチャンバ１５内に新しいレ
ーザガスを封入してからの累積発振パルス数Ｎｇの考慮（ｅ）ガス交換時にレーザチャンバ１５内に封入された
レーザガスの種類とレーザガスの種類ごとの分圧の考
慮；たとえば、希ガス（Ｋｒ）、ハロゲンガス（Ｆ）、
バッファガス（Ｎｅ）で構成されるレーザガスの各分圧
Ｐｒ、Ｐｈ、Ｐｂの考慮（ｆ）レーザガスの温度Ｔｈｍの考慮（ｇ）放電電極１２ａの温度Ｔｈｅの考慮（ｈ）連続パルス発振の繰り返し周波数ｆの考慮（ｉ）エキシマレーザ装置１の運転開始からの経過時間
Ｔｔの考慮（ｊ）パルス発振間隔Ｔｄの考慮（ｋ）レーザヘッド１８が交換されてからの累積発振パ
ルス数Ｎｈの考慮（ｌ）充電回路１７が交換されてからの累積発振パルス
数Ｎｃの考慮（ｍ）レーザウインド１６が交換されてからの累積発振
パルス数Ｎｗの考慮（ｎ）レーザガス中に含まれる不純物の濃度、特にＨＦ
濃度の考慮

【００３０】以下、出力制御部６で行われる処理につい
て、図２および図３に示すフローチャートを参照して説
明する。まず、図２（ａ）に示すように、起動と同時に
メインルーチン内において、各部の初期設定が行われ
（ステップ１０１）、発振開始が可能であることを指示
するべく割り込み受付状態にする（ステップ１０２）。
出力制御部６が割り込み受付状態になると同時に、内蔵
の発振休止時間計時用のタイマによる割り込みを受け付
けるべく図２（ｂ）に示すタイマ割込ルーチンに移行さ
れ、前回トリガ信号Ｔｒが受信されてから次回にトリガ
信号Ｔｒを受信するまでの間、タイマを順次カウントア
ップさせ、カウント数ｎを順次＋１インクリメントして
いく（ステップ１０３）。

【００３１】次回のトリガ信号Ｔｒが受信されると、図
３（ｃ）に示すトリガ割込ルーチンに移行され、タイマ
割り込みのカウントアップをやめて、その時点のカウン
ト数ｎを時間に換算する処理を行い、換算された時間を
発振休止時間Ｔｐｐ（図４参照）とする。たとえば、タ
イマ割り込みのインターバルが１０ｍsec であり、カウ
ント数ｎが１５であれば両者を乗算することにより休止
時間Ｔppが１５０ｍsec とされる（ステップ１０４）。
なお、時間に換算された時点でタイマのカウント数ｎは
零にリセットされる。出力制御部６はまた、トリガ信号
Ｔｒが所定時間よりも小さい間隔で受信されさるごとに
カウントアップされるトリガカウンタを有しており、こ
のトリガカウンタのカウント数によってトリガ信号Ｔｒ
が受信された直後に発振されるパルスが連続パルス発振
の何番目のパルスであるがが認識される。

【００３２】ついで、上記（ａ）〜（ｎ）の各パラメー
タに関するデータが取得される。一方において、下記
（１）式に示すように、発振順序ｉのパルスに対応する
放電電圧Ｖ（ｉ）が、上記各パラメータＴｐｐ、Ｖｐｌ
・・・を変数とする関数Ｖｉ（Ｔｐｐ、Ｖｐｌ・・・）とし
てあらかじめ実験によって求められており、メモリに記
憶されている。したがって、各パラメータＴｐｐ、Ｖｐ
ｌ・・・が得られれば、これらを関数Ｖｉ（）に代入する
ことにより、対応する放電電圧を求めることができる。

【００３３】Ｖ（ｉ）＝Ｖｉ（Tpp,Vpl,Tg,Ng,Pr,Ph,Pb,Thm,The,f,Tt,Td,Nh,Nc,Nw,Chf) ・・・（１）ただし、Ｖ（ｉ）：連続パルス発振のｉ番目のパルスの放電電圧Ｖｉ：連続パルス発振のｉ番目のパルスの放電電圧を決定する関係式Ｔｐｐ：発振休止時間Ｖｐｌ：パワーロック電圧Ｔｇ：ガス交換によりレーザチャンバ１５内に新しいレーザガスを封入してからの経過時間Ｎｇ：ガス交換によりレーザチャンバ１５内に新しいレーザガスを封入してからの累積発振パルス数Ｐｒ：ガス交換時にレーザチャンバ１５内に封入されたレーザガスの内の希ガス（Ｋｒ）の分圧Ｐｈ：ガス交換時にレーザチャンバ１５内に封入されたレーザガスの内のハロゲンガス（Ｆ２）の分圧Ｐｂ：ガス交換時にレーザチャンバ１５内に封入されたレーザガスの内のバッファガス（Ｎｅ等）の分圧Ｔｈｍ：レーザガスの温度Ｔｈｅ：放電電極１２の温度ｆ：連続パルス発振の繰り返し周波数Ｔｔ：レーザ装置の運転開始からの経過時間Ｔｄ：パルス発振間隔Ｎｈ：レーザヘッド１８が交換されてからの累積発振パルス数Ｎｃ：充電回路１７が交換されてからの累積発振パルス数Ｎｗ：レーザウインド１６が交換されてからの累積発振パルス数Ｃｈｆ：ＨＦ濃度

【００３４】発振休止時間Ｔｐｐは上記ステップ１０４
において演算によって求められる。パワーロック電圧Ｖ
ｐｌは、パワーロック制御時における電圧として取得さ
れる。経過時間Ｔｇは、ガス制御部７によってレーザ運
転開始前におけるガス交換がなされてからの経過時間が
所定のタイマにより計時されており、現在のタイマの計
時値を読み出すことにより取得される。累積発振パルス
数Ｎｇも、ガス交換時からのパルス数が所定のカウンタ
によりカウントされており、カウンタのカウント値を読
み出すことにより取得される。

【００３５】分圧Ｐｒ、Ｐｈ、Ｐｂは、ガス交換時にそ
れぞれの値がガス制御部７で検出されており、この交換
時の値をつぎの交換時まで用いる。なお、このように交
換時の分圧をつぎの交換時まで使用しているのは、一般
にレーザガスの組成および成分ガスの分圧はレーザ運転
中に大きく変化することはなく、各時点の分圧を検出し
なくても所定の精度が得られるからである。したがっ
て、出力制御部６のメモリ内に種々のガス組成および成
分ガスの分圧の組み合わせに対応した計算式を記憶して
おき、レーザガス交換時に、検出されたレーザカスの組
成および成分ガスの分圧に対応した計算式をメモリから
読み出し、つぎのガス交換まで同じ計算式を用いること
ができる。このため、レーザ運転中に読み出された計算
式に残りのパラメータを代入して計算することができ、
計算の煩雑さが解消される。なお、分圧以外の他のパラ
メータであっても、レーザ運転中、つぎのガス交換時ま
でに値が大きく変化しないものがあれば、同様の手法を
適用することができ、、演算時間の短縮を図ることがで
きる。

【００３６】レーザガスの温度Ｔｈｍはガス温度センサ
１４の出力として取得され、放電電極１２の温度Ｔｈｅ
は電極温度センサ１３の出力として取得される。繰り返
し周波数ｆはレーザ発振中のトリガ信号Ｔｒの受信間隔
に基づき取得される。レーザ装置の運転開始からの経過
時間Ｔｔは、レーザ装置の運転開始に伴いスタートする
タイマの計時値として取得され、パルス発振間隔Ｔｄも
トリガ信号Ｔｒの受信間隔に基づき取得される。累積発
振パルス数Ｎｈ、Ｎｃ、Ｎｗは、各ユニットが交換され
てからの時間をそれぞれ所定のタイマにより計時してお
くことにより得られる。ＨＦ濃度はレーザチャンバ１
５内に配設されたＨＦセンサ１９によって検出される
（ステップ１０５）。

【００３７】このようにして、各パラメータのデータが
取得されると、各取得データに対応する最初のパルス
（ｉ＝１）における放電電圧Ｖ１が演算され（ステップ
１０６）、これがレーザ電源部８に出力され次の連続パ
ルス発振の最初のパルスにおける放電が行われる（ステ
ップ１０７）。この結果、連続パルス発振の最初のパル
スにおいてスパイキング現象の影響が除去され、所望の
パルスエネルギーＥｄが得られる。つぎにトリガカウン
タのカウント数に応じて発振順序ｉをインクリメント
し、各取得データに対応する放電電圧Ｖｉが順次演算さ
れ（ステップ１０６）、これがレーザ電源部８に出力さ
れることにより放電が順次行われる（ステップ１０
７）。この結果、連続パルス発振の各ｉ番目のパルスに
おいて順次スパイキング現象が除去され、すべてのパル
スのエネルギーが一定エネルギーＥｄとなる。

【００３８】ところで、レーザ装置１のレーザ出力の調
整時等で、上記スパイキング発生防止制御が逆に障害に
なる場合がある。この場合、外部制御装置１１からスパ
イキング発生防止制御解除信号が出力制御部６に対し送
出される。すなわち、図３（ｄ）に示すスパイキング発
生防止制御解除信号割り込みルーチンの割り込みがかか
り、上記解除信号を受信し（ステップ１０８）、スパイ
キング発生防止制御解除フラグがたてられる（ステップ
１０９）。このフラグが立てられている間は、スパイキ
ング発生防止制御は中止されることになる。このとき、
スパイキング発生防止制御解除信号の発生は外部制御装
置１１に図示しないスイッチを付設してオペレータが入
力しても良いし、また、出力モニタ５から出力に不備が
ある信号を受けて出力制御部６が自己判断しても良い。
また、ステッパ制御部１０にスイッチを設けて出力制御
部６からの信号によりスパイキング発生防止の解除を行
っても良い。

【００３９】本実施例では（ａ）〜（ｎ）に示す各パラ
メータに基づき放電電圧を演算するようにしているが、
これは一例に過ぎず、このうち任意の１つのパラメータ
のみに基づき放電電圧を演算してもよく、また任意の２
以上のパラメータに基づき放電電圧を演算してもよい。

【００４０】また、本実施例では、不純物センサとして
ＨＦセンサのみをレーザチャンバ１５内に配設している
が、この他の不純物、たとえば、Ｎ_２、ＣＯ、ＯＦ_２、
ＣＦ_４、ＳｉＦ_４、ＣＯＦ_２、ＣＯ_２、ＮＯ_２Ｆ、ＳＦ
_６、ＮＯＦ、ＣｒＯ_２Ｆ_２、ＣＣ１_３Ｆ、Ｈ_２Ｏ等のセ
ンサも共に配設すればさらにスパイキング発生防止制御
精度が向上する。また、本実施例ではＨＦセンサに代表
される不純物センサをレーザチャンバ内に配設している
が、これらセンサをレーザチャンバ１５から突出して設
けられた、チャンバ内のレーザガスが行き来可能な不純
物センサポート等や、レーザガスをチャンバから取り出
し再度チャンバに戻すような循環経路等に配設してもよ
い。

【００４１】本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザを例
に説明しているため、ＫｒＦエキシマレーザ特有の不純
物をモニタしている。したがって、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、
ＸｅＦ、Ｆ２、ＫｒＣｌエキシマレーザ等の場合は、こ
れらに用いられるレーザガス特有の不純物をモニタすれ
ばよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明によれば、
バーストモードで運転されるエキシマレーザ装置におい
て、パワーロック電圧等スパイキング現象に寄与するパ
ラメータを求め、つぎの連続パルスの各パルスのエネル
ギーが同一の大きさとなるように、上記パラメータに基
づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させ
るようにしたため、スパイキング現象が除去され、各パ
ルスのエネルギーを同一にすることができ、たとえパル
ス数の少ない連続パルス発振であっても露光量制御の精
度を飛躍的に向上することのできるエキシマレーザ装置
の出力制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエキシマレーザ装置の出力制御装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例の第１の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図３】本発明の実施例の第２の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図４】バーストモードエキシマレーザのスパイキング
現象を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１エキシマレーザ装置２発振器３ビームスプリッタ４レンズ５出力モニタ６出力制御部７ガス制御部８レーザ電源部９ステッパ１０ステッパ制御部１１外部制御装置１２ａ，１２ｂ放電電極１３電極温度センサ１４ガス温度センサ１５レーザチャンバ１６ウインド１７充電回路１８レーザヘッド１９ＨＦセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザチャンバ内のレーザガスの交換を
行うことにより前記レーザチャンバ内に新しいレーザガ
スを封入するとともに、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
転を繰り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大
きさとなるように前記レーザガスを励起させる放電電圧
を制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前
記レーザチャンバ内に新しいレーザガスを封入してから
の経過時間を計時し、つぎの連続パルスの各パルスのエ
ネルギーが同一の大きさとなるように、前記計時された
経過時間に基づいて各パルスに対応する放電電圧の大き
さを変化させるようにしたエキシマレーザ装置の出力制
御装置。
【請求項２】レーザチャンバ内のレーザガスの交換を
行うことにより前記レーザチャンバ内に新しいレーザガ
スを封入するとともに、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
転を繰り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大
きさとなるように前記レーザガスを励起させる放電電圧
を制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前
記レーザチャンバ内に新しいレーザガスを封入してから
の累積発振パルス数を検出し、つぎの連続パルスの各パ
ルスのエネルギーが同一の大きさとなるように、前記検
出された累積発振パルス数に基づいて各パルスに対応す
る放電電圧の大きさを変化させるようにしたエキシマレ
ーザ装置の出力制御装置。
【請求項３】レーザチャンバ内のレーザガスの交換を
行うことにより前記レーザチャンバ内に新しいレーザガ
スを封入するとともに、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
転を繰り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大
きさとなるように前記レーザガスを励起させる放電電圧
を制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前
記レーザチャンバ内に封入されたレーザガスの種類とレ
ーザガスの種類ごとの分圧とを検出し、つぎの連続パル
スの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなるよう
に、前記検出されたレーザガスの種類とレーザガスの種
類ごとの分圧とに基づいて各パルスに対応する放電電圧
の大きさを変化させるようにしたエキシマレーザ装置の
出力制御装置。
【請求項４】レーザガスの種類とレーザガスの種類ご
との分圧の検出は、レーザガスの交換時に行い、次回の
交換までの各連続パルスに対応する放電電圧の制御は前
回の交換時における検出結果に基づき行うものである請
求項３のエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項５】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
返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとな
るように、レーザチャンバ内のレーザガスを励起させる
放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置にお
いて、前記レーザガスの温度を検出し、つぎの連続パル
スの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなるよう
に、前記検出されたレーザガスの温度に基づいて各パル
スに対応する放電電圧の大きさを変化させるようにした
エキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項６】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
返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとな
るように、レーザチャンバ内の放電電極間の放電電圧を
制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前記
放電電極の温度を検出し、つぎの連続パルスの各パルス
のエネルギーが同一の大きさとなるように、前記検出さ
れた放電電極の温度に基づいて各パルスに対応する放電
電圧の大きさを変化させるようにしたエキシマレーザ装
置の出力制御装置。
【請求項７】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
返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとな
るように放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御
装置において、連続パルス発振の繰り返し周波数を検出
し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の
大きさとなるように、前記検出された繰り返し周波数に
基づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化さ
せるようにしたエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項８】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
返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさとな
るように放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御
装置において、前記運転を開始してからの経過時間を計
時し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一
の大きさとなるように、前記計時された経過時間に基づ
いて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させる
ようにしたエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項９】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
返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさにな
るように放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御
装置において、前記パルス発振間隔を計時し、つぎの連
続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさとなる
ように、前記計時された発振間隔に基づいて各パルスに
対応する放電電圧の大きさを変化させるようにしたエキ
シマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１０】放電電極を有したレーザヘッドの交換
が行われるとともに、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
を繰り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大き
さとなるように、前記放電電極間の放電電圧を制御する
エキシマレーザ装置の制御装置において、前記レーザヘ
ッドが交換されてからの累積発振パルス数を検出し、つ
ぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大きさ
となるように、前記検出された累積発振パルス数に基づ
いて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化させる
ようにしたエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１１】レーザチャンバ内の放電電極間の放電
電圧を放電前に充電する充電回路を交換自在に配設する
とともに、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
行い、前記パルスのエネルギーが同一の大きさとなるよ
うに、前記レーザチャンバ内の放電電極間の放電電圧を
制御するエキシマレーザ装置の制御装置において、前記
充電回路が交換されてからの累積発振パルス数を検出
し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の
大きさとなるように、前記検出された累積発振パルス数
に基づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化
させるようにしたエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１２】レーザ光が射出されるレーザウインド
をレーザチャンバに交換自在に設けるとともに、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い、前記パルス
のエネルギーが所定の大きさとなるように、前記レーザ
チャンバ内のレーザガスを励起させる放電電圧を制御す
るエキシマレーザ装置の制御装置において、前記レーザ
ウインドが交換されてからの累積発振パルス数を検出
し、つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の
大きさとなるように、前記検出された累積発振パルス数
に基づいて各パルスに対応する放電電圧の大きさを変化
させるようにしたエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１３】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
り返し行い、前記パルスのエネルギーが所定の大きさと
なるように、レーザチャンバ内のレーザガスを励起させ
る放電電圧を制御するエキシマレーザ装置の制御装置に
おいて、前記レーザチャンバ内のレーザガスに含まれる
不純物濃度を検出する手段を有し、前記検出されたレー
ザガスに含まれる不純物の濃度に基づいて各パルスに対
応する放電電圧の大きさを変化させるようにしたエキシ
マレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１４】前記請求項１３記載のレーザガスに含
まれる不純物がフッ化水素（ＨＦ）である、請求項１３
記載のエキシマレーザ装置の出力制御装置。
【請求項１５】前記請求項１から１４までの制御方法
の任意の組み合わせによって、各パルスに対応する放電
電圧の大きさを変化させるようにしたエキシマレーザ装
置の出力制御装置。
【請求項１６】請求項１５記載のエキシマレーザ装置
の出力制御装置において、所定の大きさのエネルギーを
得るためのパワーロック電圧を変化させるパワーロック
制御を行うとともに、前記パワーロック電圧及びパルス
発振の休止時間のうち少なくとも１つを考慮に入れて、
つぎの連続パルスの各パルスのエネルギーが同一の大き
さとなるように、各パルスに対応する放電電圧の大きさ
を変化させるようにしたエキシマレーザ装置の出力制御
装置。