JP3580430B2 -   Exposure system and exposure method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば半導体装置製造用の露光装置の光源に用いられるエキシマレーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、逐次移動型縮小投影露光装置(以下ステッパという)の光源として、放電励起型のパルス発振エキシマレーザが用いられている。ステッパでは、感光剤が塗布されたウエハ上の一領域が露光された後、ウエハを搭載したステージを移動させてさらに別の領域が露光されるものであり、これを繰り返すことによってウエハ上の必要な全領域が露光される。
【0003】
このような露光には、常時光源を点灯しているg線、i線ステッパのように、一定周波数で常時エキシマレーザを連続的に発振させて露光に必要な時にシャッタを開いて露光を行なう方法が考えられるが、この方法はレーザ光源の寿命を考慮すると効率の悪いものである。そこで、露光光源であるエキシマレーザの運転法として、図6に示すような、一定の周波数である期間連続的に発振する状態(発振状態)と発振を停止する状態(停止状態)とを繰り返すモード(以下、バーストモードと記す)が用いられている。
【0004】
一方、ステッパにおいては均質な半導体装置を製造するためには、一領域を露光する時間内に積算される光量、即ち露光量が領域によって変動するのは望ましくなく、極力一定に保つ必要がある。
【0005】
しかしながら、光源としてパルス発振で励起されるエキシマレーザを用いる場合、パルス放電そのものが放電ガスや電極の表面状態に依存する本質的に統計的な現象であるため、パルス毎のレーザ光エネルギーを一定にすることは困難である。特に連続発振等の発振開始直後では、放電を支配するガスや電極の状態が過渡的に変化するため、レーザ光エネルギーが、図7に示される如く発振開始直後には大きく、その後徐々に減少していくというパターン(スパイク現象)が一般的にみられる。
【0006】
従って、上記バーストモードにおいても、発振状態を開始するたび毎に、開始直後のレーザ光のエネルギーは大きく、その後徐々に減少していくという図8に示すようなスパイク状のパターンを示す事が避けられない状況にあった。実際の露光を行なうにあたっては、レーザ光のエネルギーを測定してから放電電圧を変更する通常のフィードバック制御ではこのスパイク状パターンを消去することはできず、発振開始直後から暫くの間(一般的に30パルス程度まで)露光を停止しておき、バラツキがある一定の範囲内になってからのパルス光を露光に用いるという効率の悪い方法を行なっていた。
【0007】
このように本質的にレーザ光エネルギーがパルス毎にバラツキをもつエキシマレーザを光源とする場合には特別の配慮が必要であった。そこで、従来は以下に示すような方法によりこれを解決しようとしていた。
【0008】
一つは、パルス数を増加させることによって露光量のバラツキを減らす方法である。エキシマレーザのパルス毎の光エネルギーの頻度分布は、ほぼ正規分布で近似することができる。この様な性質をもつパルス光のエネルギーを一定時間積算した露光量のバラツキは、同じ露光量を得るための積算パルスの数をnとすれば、もとのパルスのバラツキの1/√nに減少する。
【0009】
また、ステッパまたはレーザ内の露光計を用いるなどして各パルス毎の光エネルギーを積算し、この積算値が目標とする露光量に近づいてきた時に、減光フィルタ等をレーザ光路中に挿入して目標の露光量になるようパルス毎のエネルギーを修正していくという方法も考えられていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、個々のパルスの光エネルギーを小さくして露光パルス数を増やして露光量を安定化する方法を用いる場合には、トータルのパルス数が増大するため、レーザの部品寿命が早くつきランニングコスト面で問題が生じてしまう。
【0011】
また、近年、技術の改良によって光に対して敏感に反応する(高感度な)感光剤が開発されるにつれ、単位面積当たりの必要な露光量はより小さくなり、従来よりはるかに少ないパルス数で短時間での露光が可能となり、生産性の向上が実現できる状況となっている。しかしながら、露光光源であるエキシマレーザのスパイク状パターンを含むパルス列は、当然のことながらスパイク状パターンを含まないパルス列に比べて、そのパルス毎の光エネルギーの頻度分布に大きなバラツキを有するものであり、単純に露光のパルス数を減らしたのでは、露光量のバラツキが増大して規定値を越えてしまうという問題が生じる。
【0012】
さらに、前述のように光エネルギーの積算値が所定値となるようにパルス毎のエネルギーを修正する露光方法を用いる場合も、必要とするパルス数を極端に減らすことはできなかった。従って、従来のエキシマレーザによる露光では、改良された高感度な感光剤の特性を十分生かすことができず、生産性の向上が実現できないという問題があった。
【0013】
本発明は、上記問題を解消し、露光量のバラツキを最少限にすると共に従来より少ないパルス数での露光を可能とするエキシマレーザ装置を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、エキシマレーザ装置からパルス発振されたレーザ光を露光装置内の被露光体に照射することによって、該被露光体を露光する露光システムにおいて、前記エキシマレーザ装置からパルス発振を開始した直後に生じるレーザ光のスパイク状のエネルギー変動に関する情報として、レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係を、前記被露光体に前記レーザ光が届かない状態で求め、前記レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係に基づいて前記エキシマレーザ装置のパルス発振開始直後にスパイク状のエネルギー変動が生じないような放電電圧パターンを決定し、前記決定された放電電圧パターンに基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧を制御する制御装置を有し、該制御装置によって制御された放電電圧に基づく前記エキシマレーザ装置からのレーザ光で前記被露光体を露光することとした。
また請求項4に記載の発明では、エキシマレーザ装置からパルス発振されたレーザ光を露光装置内の被露光体に照射することによって、該被露光体を露光する露光方法において、前記エキシマレーザ装置からパルス発振を開始した直後に生じるレーザ光のスパイク状のエネルギー変動に関する情報として、レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係を、前記被露光体に前記レーザ光が届かない状態下で求め、前記レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係に基づいて前記エキシマレーザ装置のパルス発振開始直後にスパイク状のエネルギー変動が生じないような放電電圧パターンを決定し、前記決定された放電電圧パターンに基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧を制御して、前記制御された放電電圧に基づく前記エキシマレーザ装置からのレーザ光で前記被露光体を露光することとした。
【0019】
【作用】
放電励起型エキシマレーザから発振されるパルス状のレーザ光のエネルギーの大きさは、図4に示すように放電電圧によって変動する。この性質はエキシマレーザの光出力をフィードバック制御して長期的に一定に維持するために従来から使われてきた。しかし、エネルギーを測定してから放電電圧を変更する従来の方式での制御は、発振状態の開始直後のスパイク現象を取り除くことはできなかった。これは、停止状態においてガスの状態が変化し、発振状態の最初の数パルスを制御できなかったからである。
【0020】
本発明は、前述のスパイク状パターンを消去し、バーストモードにおける発振状態中の各パルス毎のエネルギー値をほぼ一定とするように放電電圧を制御する制御手段を備えたものであり、感光剤に対して影響を与えない状態でパルス発振を行ない、その時のパルスエネルギーと放電電圧との関係を求めて記憶手段に記憶し、この関係に基いて放電電圧の制御を行なうものである。
【0021】
即ち、スパイクの発生要因であるガスの状態や電極の状態がパルスエネルギーに与える状況を探るために、感光剤に影響を与えない状態でパルス発振し、その時のレーザ光のパルスエネルギーと放電電圧との関係を計測してその値から図5の(a)に示されるようなスパイク状のパターンを予測する。
【0022】
パルスの発振時にはそのスパイク状パターンを相殺するため、図5(b)に示す如く放電電圧を時間的に変化させてパルス発振を行う。このような制御手段によって、バーストモードで運転するエキシマレーザではこれまで不可避と考えられていたエネルギーのスパイク状のパルスを事実上消去することが初めて可能となる。
【0023】
従って、本発明においては、発振直後からパルスエネルギーのほぼ一定なレーザ光を得ることができ、露光量のバラツキを最少限にすることが可能となる。また、パルスエネルギーを一定にするような放電電圧の制御パターンを決定するための発振を半導体装置の露光動作を行なっていない期間に行なうため、露光時間には影響せず、スループットを低下させることもない。
【0024】
さらに、本発明では、上記の制御を、パルス発振直後からほぼ30パルス以下に対して行なうとしている。これは、一般にバーストモード運転のエキシマレーザにおいて、パルス発振直後にパルスエネルギーの極端に大きくなるスパイク状パターンが、通常は発振開始からほぼ30パルス以上におよぶことがないという事実を考慮したものである。従って、発振初期のスパイク状態が落着いてからは従来のフィードバック制御機能を用いることができる。
【0025】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。図1は、本発明の一実施例に係るエキシマレーザ装置を光源とした場合の露光システムを示す。レーザの発振器1から発生したレーザ光の一部はビームスプリッタ2で反射され、検出器3に入射する。検出器3から出力したレーザ光のエネルギーに応じた光電信号は、コンピュータ4に入力してパルス毎のエネルギーが求められる。また、コンピュータ4は、図4に示すようなレーザ発振器1に対する放電電圧とレーザ光のパルスエネルギーとの関係を求めて記憶しており、電源5に対して放電電圧に関する指令(信号)を出力する。
【0026】
レーザの電源5は、コンピュータ4の指令に基く放電電圧をレーザの放電回路に与える。放電電圧は印加電圧かあるいは充電電圧である。また、ビームスプリッタ2を透過したレーザ光は、その光路中に進退可能なシャッタ6によってステッパ8内に配置されたウエハに到達しないように遮断されている。コンピュータ4はレーザ部7とステッパ8の間のインターフェースとしても使用できるもので、シャッタ6を含むレーザ部7の状態をステッパ8に通信する事ができる。
【0027】
通常の露光装置においては、特開平2ー294013号公報に開示してあるように、レーザ側とステッパ側は各種のインターフェース信号に基いて協調制御が行なわれている。例えば、ステッパ側からレーザ側へ発振命令としてトリガー信号を出力することによってレーザ光を放出する。また、レーザ側からステッパ側へシャッタ位置を示す信号を出力することによってシャッタを制御している。
【0028】
本実施例においてもコンピュータ4とステッパ8との間に上記のようなインターフェース信号を通信することによってレーザ部7とステッパ8とを協調制御している。
また、本実施例においては、ビームスプリッタ2、検出器3、コンピュータ4、シャッタ6はレーザ部7に内蔵された場合を示しているが、これらはステッパ8内にあっても良い。
【0029】
コンピュータ4は、レーザ光のパルスエネルギーが一定になるような、パルスの発振時間に対する放電電圧のあらかじめ決められたパターンをデータとして持っている。レーザ光のエネルギー値はガス状態、電極の消耗状態等に依存するため、こうしたパターンを決定するには、バーストモードの停止状態中にできるだけ少ないパルス数だけ発振してそのときの放電電圧とレーザ光のエネルギーとの関係を求めて決定することが好ましい。
【0030】
レーザ部7は、ステッパ8からの発振命令がコンピュータ4を通じて与えられると、その時記憶している放電電圧のパターンのデータにしたがって電源5を制御し放電電圧を時間とともに変化させつつパルス発振を行う。
【0031】
図2は、このような放電電圧の制御によるエキシマレーザ制御のためのアルゴリズムの一例をフローチャートで示したものである。以下このフローチャートに従って制御の具体例を説明する。
コンピュータ4は、前述したような発振時間に対する放電電圧の関係についてのパターンを予め初期データとして記憶している(ステップ101)。コンピュータ4はステッパ8からの発振命令の有無をチェックし(ステップ102)、なければパターンのデータを更新するルーチンAに移る。
【0032】
ルーチンAではまずステッパ8からの発振命令を受け付けないようにし(ステップ201)、シャッタ6を閉じる(ステップ202)。こうしてレーザ光が被露光体に届かない状態を作りだした後、発振を行う(ステップ203)。この発振は前述のように極力レーザの状態に影響を与えないのが望ましく、できれば1から数パルスがよい。この時のレーザ光は検出器3で測定され(ステップ204)、コンピュータ4でレーザ光のパルスエネルギーを算出する(ステップ205)。この時のエネルギー値にしたがって放電電圧のパターンのデータを更新する(ステップ206)。
【0033】
データ更新(ステップ206)の方法として例えば次のようなものが考えられる。放電電圧のパターンは通常図5の(b) のように、徐々に放電電圧値を上昇させ、一定値に達した後はそのパルスエネルギー値を保つ通常のフィードバック制御又は電圧を一定に保つ制御とするものである。
【0034】
図5の(a) のように一定の放電電圧で発振したときに生じるレーザ光エネルギーのスパイク状パターンが強く現れると考えられるなら、前述したようなコンピュータ4に記憶する放電電圧変化のパターン(図5b)は急峻になり、初期の放電電圧値はより小さくされるべきである。逆にスパイク状パターンが弱く現れると予測されるなら、コンピュータに記憶する放電電圧変化のパターンは緩慢になるべきである。
【0035】
即ち、シャッタ6を閉じてこのルーチンAで発振したときの最初の数パルスのエネルギー値が大きい時には、放電電圧変化のパターンは急峻になる。逆にさほど大きくなければ放電電圧変化のパターンは緩慢になる。
【0036】
こうしてパターンのデータが更新されると、ルーチンAの最初で行った発振受付の停止を解除し(ステップ207)、ステッパ8からの発振命令が有ればそれにしたがってシャッタ6を開き(ステップ103)、コンピュータ4に記憶、あるいは更新されたパターンのデータに基いてレーザ光を発振する(ステップ104)。所定パルス数だけ、または所定の露光量だけ露光を行なった後、シャッタ6を閉じる(ステップ105)。
【0037】
上記図2のフローチャートに示した制御は、ステッパが数回、ないし数十回のバーストの命令信号をまとめて出すために、バーストモードの停止状態を1回毎にコンピュータ4で認識させず、複数のまとまった発振状態が終了した後の、パルス発振を停止させた状態で次のパルス発振における放電電圧のパターンを決定する例である。因に、このパルス発振停止中にウエハの交換等を行なってもよい。
【0038】
次に、レーザ制御の他の例を図3に示す。これは、バーストモードの停止状態の1回毎に経過時間をリセットし、所定時間内に次のパルス発振がない場合にデータの更新を行なうものであり、所定時間以上パルスの発振がない場合は、レーザのガス状態等が変化し、それまでのデータでは正確さに欠けるということを考慮したものである。
【0039】
まず、レーザが停止状態になる(ステップ301)とともにタイマーをリセットする(ステップ302)。この時には予めあるパターンがデータとして与えられている。停止状態の開始と同時に、コンピュータ4は内蔵するタイマーによって停止状態になってからの経過時間を算出する(ステップ304)。これが予め設定された時間Tを越えないときは発振命令の有無をチェックし(ステップ305,306)、なければ再び経過時間を算出する。
【0040】
通常はこのループを廻っている事になる。しかし経過時間がTを越えた時には更に発振命令の有無を調べ(ステップ307)、なければパターンのデータを更新するルーチンAに移る。以下は、図2と同様の過程でデータ更新が行なわれる。
【0041】
パターンのデータが更新されると、ルーチンAの最初で行った発振受付の停止を解除し(ステップ207)、経過時間のタイマーをリセットして(ステップ208)、先ほどの経過時間計算のルーチンに戻る。再度設定時間Tが経過するまでは、通常のルーチンを廻る。勿論、途中で発振命令が入ればそれにしたがって、またその時点でコンピュータが記憶しているデータに基いて発振を行い(ステップ308)、この発振が終了すると同時に発振停止状態開始(ステップ301)に戻る事となる。
【0042】
以上の実施例で示したようなエキシマレーザの制御は、パルス発振初期の数パルスから30パルス程度までのパルス発振に対して行なわれるよう設定すればよい。これは、これまでの経験より、パルス発振直後に生じるスパイク現象は最初の数パルスからほぼ30パルスまでであり、それ以上に及ぶことはないことが解っているためである。従って、あらかじめ決められる放電電圧のパターンは発振開始から30パルス程度までで良く、それ以降はいわゆる従来のフィードバック制御を用いることができる。
【0043】
また、このときパルス毎のエネルギーをほぼ一定にしたとしても、若干のバラツキが残ることも考えられる。その場合、積算露光量の増加につれて目標の露光量からかけはなれることになる。これを避けるため、積層露光量をモニターして目標値となるように各パルス毎のエネルギーを制御するようにしてもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、バーストモードの発振直後からパルスエネルギーの一定なレーザ光を得ることができ、少ないパルス数であっても露光量のバラツキを極めて少なくすることが可能となる。よって、最新の感光剤の優れた特徴を余す事なく引き出して極めて高い生産性を実現できると共に、トータルパルス数が減少することによってレーザの寿命が長くなり、ランニングコストが安くなる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るエキシマレーザ装置を用いた露光装置の概略構成図である。
【図2】本発明の一実施例のエキシマレーザ制御の手順を説明するフローチャートである。
【図3】本発明の一実施例のエキシマレーザ制御の手順を説明するフローチャートである。
【図4】エキシマレーザの放電電圧とパルスエネルギーとの関係を説明する線図である。
【図5】本発明の作用を説明する図である。
【図6】ステッパにおけるバーストモードを説明する図である。
【図7】エキシマレーザ光のパルス毎のエネルギーの大きさを示す線図である。
【図8】バーストモードにおけるエキシマレーザ光のパルス毎のエネルギーの大きさを示す図である。
【符号の説明】
1:エキシマレーザ発振器
2:ビームスプリッタ
3:検出器
4:コンピュータ
5:レーザの電源装置
6:シャッタ
7:レーザ部
8:ステッパ
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an excimer laser device used, for example, as a light source of an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
At present, a discharge excitation type pulsed excimer laser is used as a light source of a sequentially moving reduction projection exposure apparatus (hereinafter referred to as a stepper). In a stepper, a region on a wafer coated with a photosensitive agent is exposed, and then a stage on which the wafer is mounted is moved to expose another region. The entire area is exposed.
[0003]
For such exposure, a method in which an excimer laser is continuously oscillated continuously at a constant frequency and a shutter is opened when necessary for exposure, such as a g-line or i-line stepper in which a light source is always lit. However, this method is inefficient in consideration of the lifetime of the laser light source. Therefore, as an operation method of the excimer laser, which is an exposure light source, as shown in FIG. 6, a mode in which a state that continuously oscillates at a constant frequency (oscillation state) and a state that stops oscillation (stop state) are repeated. (Hereinafter referred to as burst mode) is used.
[0004]
On the other hand, in order to manufacture a homogeneous semiconductor device in a stepper, it is not desirable that the amount of light integrated within the exposure time for one area, that is, the exposure amount fluctuates depending on the area, and it is necessary to keep it as constant as possible.
[0005]
However, when an excimer laser excited by pulse oscillation is used as the light source, the pulse discharge itself is an essentially statistical phenomenon that depends on the discharge gas and the surface state of the electrode, so the laser light energy for each pulse is kept constant. It is difficult to do. In particular, immediately after the start of oscillation such as continuous oscillation, the state of the gas or electrode governing the discharge changes transiently, so that the laser beam energy is large immediately after the start of oscillation as shown in FIG. 7, and then gradually decreases. A pattern of spikes (spike phenomenon) is generally seen.
[0006]
Therefore, even in the burst mode, every time the oscillation state is started, the laser beam energy immediately after the start is large, and then it is avoided to show a spike-like pattern as shown in FIG. I was in a situation where I couldn't. In actual exposure, the spike-shaped pattern cannot be erased by normal feedback control in which the discharge voltage is changed after measuring the energy of the laser beam. The exposure is stopped (up to about 30 pulses), and an inefficient method of using pulsed light for exposure after the variation is within a certain range has been performed.
[0007]
In this way, special consideration is necessary when using an excimer laser whose laser light energy is essentially varied from pulse to pulse. Therefore, heretofore, attempts have been made to solve this by the following method.
[0008]
One is a method of reducing the variation in exposure amount by increasing the number of pulses. The frequency distribution of light energy for each pulse of the excimer laser can be approximated by a normal distribution. The variation in the exposure amount obtained by integrating the energy of the pulsed light having such a property for a certain time is 1 / √n of the variation in the original pulse, where n is the number of integrated pulses for obtaining the same exposure amount. Decrease.
[0009]
Also, the optical energy for each pulse is integrated using a stepper or an exposure meter in the laser, and when this integrated value approaches the target exposure amount, a neutral density filter or the like is inserted into the laser optical path. Then, a method of correcting the energy for each pulse so as to achieve the target exposure amount was also considered.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when using a method that stabilizes the exposure amount by reducing the light energy of each pulse and increasing the number of exposure pulses, the total number of pulses increases, which increases the life of the laser parts and increases the running cost. Will cause problems.
[0011]
In recent years, as a photosensitive agent that reacts sensitively to light (high sensitivity) has been developed due to technological improvements, the amount of exposure required per unit area has become smaller, with a much smaller number of pulses than in the past. Exposure is possible in a short time, and productivity can be improved. However, the pulse train including the spike-like pattern of the excimer laser that is the exposure light source naturally has a large variation in the frequency distribution of the light energy for each pulse as compared with the pulse train not including the spike-like pattern. If the number of pulses for exposure is simply reduced, there arises a problem that the variation in exposure amount increases and exceeds the specified value.
[0012]
Further, as described above, even when using an exposure method in which the energy for each pulse is corrected so that the integrated value of light energy becomes a predetermined value, the required number of pulses cannot be extremely reduced. Therefore, the conventional excimer laser exposure has a problem that the improved characteristics of the high-sensitivity photosensitizer cannot be fully utilized, and productivity cannot be improved.
[0013]
An object of the present invention is to provide an excimer laser device that solves the above-described problems, minimizes variations in exposure amount, and enables exposure with a smaller number of pulses than in the past.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an exposure system for exposing an object to be exposed by irradiating the object to be exposed in the exposure apparatus with a laser beam pulse-oscillated from an excimer laser apparatus. As information on spike-like energy fluctuations of laser light that occurs immediately after starting pulse oscillation from the excimer laser device, the relationship between the energy of the laser light and the discharge voltage is the state where the laser light does not reach the object to be exposed And determining a discharge voltage pattern that does not cause spike-like energy fluctuations immediately after the start of pulse oscillation of the excimer laser device based on the relationship between the energy of the laser beam and the discharge voltage, and the determined discharge voltage It has a control device for controlling the discharge voltage to be supplied to the excimer laser device based on the pattern, the control device Therefore it was decided to exposing the object to be exposed with the laser beam from the excimer laser device based on the controlled discharge voltage.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing an object to be exposed in the exposure apparatus by irradiating the object to be exposed in the exposure apparatus with laser light pulsed from the excimer laser apparatus. As information on the spike-like energy fluctuation of the laser beam that occurs immediately after the start of pulse oscillation, the relationship between the laser beam energy and the discharge voltage is obtained in a state where the laser beam does not reach the object to be exposed, and the laser Based on the relationship between the energy of light and the discharge voltage, a discharge voltage pattern that does not cause spike-like energy fluctuations immediately after the start of pulse oscillation of the excimer laser device is determined, and based on the determined discharge voltage pattern by controlling the discharge voltage applied to the excimer laser apparatus, the Ekishimare based on the controlled discharge voltage Wherein a laser beam from the device was that exposes an object.
[0019]
[Action]
The magnitude of the energy of the pulsed laser beam oscillated from the discharge excitation excimer laser varies depending on the discharge voltage as shown in FIG. This property has been used in the past in order to maintain the light output of the excimer laser constant by feedback control. However, the control by the conventional method in which the discharge voltage is changed after the energy is measured cannot remove the spike phenomenon immediately after the start of the oscillation state. This is because the gas state changed in the stop state, and the first few pulses in the oscillation state could not be controlled.
[0020]
The present invention comprises a control means for controlling the discharge voltage so as to erase the spike pattern and make the energy value for each pulse in the oscillation state in the burst mode substantially constant. On the other hand, pulse oscillation is performed in a state in which no influence is exerted, the relationship between the pulse energy and the discharge voltage at that time is obtained and stored in the storage means, and the discharge voltage is controlled based on this relationship.
[0021]
That is, in order to investigate the situation that the state of the gas and the state of the electrode, which is the cause of the spike, give to the pulse energy, the pulse oscillation is performed without affecting the photosensitive agent, and the pulse energy and discharge voltage of the laser beam at that time And a spike-like pattern as shown in FIG. 5A is predicted from the value.
[0022]
In order to cancel the spike-like pattern when the pulse is oscillated, the pulse voltage is oscillated by changing the discharge voltage with time as shown in FIG. Such a control means makes it possible for the first time to virtually eliminate spike-like pulses of energy that were previously considered inevitable in excimer lasers operating in burst mode.
[0023]
Therefore, in the present invention, it is possible to obtain laser light having a substantially constant pulse energy immediately after oscillation, and it is possible to minimize variations in exposure amount. In addition, since the oscillation for determining the discharge voltage control pattern that keeps the pulse energy constant is performed during the period when the exposure operation of the semiconductor device is not performed, the exposure time is not affected and the throughput may be reduced. Absent.
[0024]
Furthermore, in the present invention, the above control is performed for approximately 30 pulses or less immediately after pulse oscillation. This is in consideration of the fact that in an excimer laser operating in a burst mode, a spike-like pattern in which the pulse energy becomes extremely large immediately after pulse oscillation usually does not exceed approximately 30 pulses from the start of oscillation. . Therefore, the conventional feedback control function can be used after the spike state at the initial stage of oscillation has settled.
[0025]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an exposure system when an excimer laser device according to an embodiment of the present invention is used as a light source. A part of the laser beam generated from the laser oscillator 1 is reflected by the beam splitter 2 and enters the detector 3. A photoelectric signal corresponding to the energy of the laser beam output from the detector 3 is input to the computer 4 to obtain the energy for each pulse. Further, the computer 4 obtains and stores the relationship between the discharge voltage for the laser oscillator 1 as shown in FIG. 4 and the pulse energy of the laser beam, and outputs a command (signal) relating to the discharge voltage to the power source 5. .
[0026]
The laser power source 5 supplies a discharge voltage based on a command from the computer 4 to the laser discharge circuit. The discharge voltage is an applied voltage or a charging voltage. The laser beam transmitted through the beam splitter 2 is blocked from reaching the wafer disposed in the stepper 8 by the shutter 6 which can advance and retreat in the optical path. The computer 4 can also be used as an interface between the laser unit 7 and the stepper 8, and can communicate the state of the laser unit 7 including the shutter 6 to the stepper 8.
[0027]
In a normal exposure apparatus, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-294013, cooperative control is performed on the laser side and the stepper side based on various interface signals. For example, a laser beam is emitted by outputting a trigger signal as an oscillation command from the stepper side to the laser side. Further, the shutter is controlled by outputting a signal indicating the shutter position from the laser side to the stepper side.
[0028]
Also in this embodiment, the laser unit 7 and the stepper 8 are cooperatively controlled by communicating the above interface signals between the computer 4 and the stepper 8.
In this embodiment, the beam splitter 2, the detector 3, the computer 4, and the shutter 6 are shown as being built in the laser unit 7, but these may be in the stepper 8.
[0029]
The computer 4 has, as data, a predetermined pattern of the discharge voltage with respect to the pulse oscillation time such that the pulse energy of the laser beam becomes constant. Since the energy value of the laser beam depends on the gas state, the electrode consumption state, etc., this pattern can be determined by oscillating as few pulses as possible while the burst mode is stopped, and the discharge voltage and laser beam at that time. It is preferable to determine the relationship with the energy.
[0030]
When an oscillation command from the stepper 8 is given through the computer 4, the laser unit 7 controls the power supply 5 according to the discharge voltage pattern data stored at that time, and performs pulse oscillation while changing the discharge voltage with time.
[0031]
FIG. 2 is a flowchart showing an example of an algorithm for excimer laser control based on such discharge voltage control. A specific example of control will be described below with reference to this flowchart.
The computer 4 previously stores a pattern regarding the relationship between the discharge voltage and the oscillation time as described above as initial data (step 101). The computer 4 checks whether or not there is an oscillation command from the stepper 8 (step 102), and if not, moves to the routine A for updating the pattern data.
[0032]
In routine A, first, an oscillation command from the stepper 8 is not accepted (step 201), and the shutter 6 is closed (step 202). After creating a state in which the laser beam does not reach the object to be exposed, oscillation is performed (step 203). As described above, it is desirable that this oscillation does not affect the state of the laser as much as possible, and preferably 1 to several pulses. The laser beam at this time is measured by the detector 3 (step 204), and the pulse energy of the laser beam is calculated by the computer 4 (step 205). The discharge voltage pattern data is updated according to the energy value at this time (step 206).
[0033]
As a data update (step 206) method, for example, the following can be considered. As shown in FIG. 5 (b), the discharge voltage pattern is usually a normal feedback control that gradually increases the discharge voltage value and maintains the pulse energy value after reaching a certain value, or a control that keeps the voltage constant. To do.
[0034]
If it is considered that a spike pattern of laser light energy generated when oscillating at a constant discharge voltage as shown in FIG. 5A appears strongly, the discharge voltage change pattern stored in the computer 4 as described above (see FIG. 5). 5b) becomes steep and the initial discharge voltage value should be made smaller. Conversely, if the spike pattern is expected to appear weak, the discharge voltage change pattern stored in the computer should be slow.
[0035]
That is, when the energy value of the first few pulses when the shutter 6 is closed and oscillates in this routine A is large, the discharge voltage change pattern becomes steep. Conversely, the discharge voltage change pattern becomes slow unless it is so large.
[0036]
When the pattern data is updated in this way, the stop of the oscillation reception performed at the beginning of the routine A is canceled (step 207), and if there is an oscillation command from the stepper 8, the shutter 6 is opened accordingly (step 103). Laser light is oscillated based on the pattern data stored or updated in the computer 4 (step 104). After performing exposure for a predetermined number of pulses or a predetermined exposure amount, the shutter 6 is closed (step 105).
[0037]
The control shown in the flowchart of FIG. 2 does not allow the computer 4 to recognize the stop state of the burst mode every time because the stepper collectively outputs a command signal of several to several tens of bursts. This is an example of determining the discharge voltage pattern in the next pulse oscillation in a state in which the pulse oscillation is stopped after the grouped oscillation state ends. Incidentally, the wafer may be replaced while the pulse oscillation is stopped.
[0038]
Next, another example of laser control is shown in FIG. This is to reset the elapsed time every time the burst mode is stopped, and to update the data when there is no next pulse oscillation within a predetermined time. When there is no pulse oscillation for a predetermined time or more, This takes into account the fact that the gas state of the laser changes and the data so far lacks accuracy.
[0039]
First, the laser is stopped (step 301) and the timer is reset (step 302). At this time, a certain pattern is given as data in advance. Simultaneously with the start of the stop state, the computer 4 calculates the elapsed time from the stop state by a built-in timer (step 304). If this does not exceed the preset time T, the presence or absence of an oscillation command is checked (steps 305 and 306), and if not, the elapsed time is calculated again.
[0040]
Normally you will be going around this loop. However, when the elapsed time exceeds T, the presence / absence of an oscillation command is further checked (step 307), and if not, the routine moves to a routine A for updating pattern data. In the following, data is updated in the same process as in FIG.
[0041]
When the pattern data is updated, the suspension of oscillation reception performed at the beginning of routine A is canceled (step 207), the elapsed time timer is reset (step 208), and the process returns to the previous elapsed time calculation routine. . Until the set time T elapses again, the normal routine is performed. Of course, if an oscillation command is input midway, oscillation is performed according to the instruction and based on the data stored in the computer at that time (step 308), and at the same time the oscillation is terminated, the oscillation stop state start (step 301) is resumed. It will be a thing.
[0042]
The control of the excimer laser as shown in the above embodiments may be set so as to be performed for pulse oscillation from several pulses at the initial stage of pulse oscillation to about 30 pulses. This is because, from experience so far, it is understood that the spike phenomenon that occurs immediately after the pulse oscillation is from the first few pulses to almost 30 pulses and does not extend beyond that. Accordingly, the predetermined discharge voltage pattern may be about 30 pulses from the start of oscillation, and so-called conventional feedback control can be used thereafter.
[0043]
At this time, even if the energy for each pulse is made substantially constant, some variation may remain. In that case, the target exposure amount will deviate as the integrated exposure amount increases. In order to avoid this, the energy of each pulse may be controlled so that the laminated exposure amount is monitored and becomes a target value.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, it is possible to obtain laser light having a constant pulse energy immediately after burst mode oscillation, and it is possible to extremely reduce the variation in exposure amount even with a small number of pulses. Become. Therefore, the excellent features of the latest photosensitizers can be fully utilized to achieve extremely high productivity, and the total number of pulses can be reduced, resulting in longer laser life and lower running costs. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an exposure apparatus using an excimer laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for excimer laser control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating the procedure of excimer laser control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the discharge voltage and pulse energy of an excimer laser.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a burst mode in a stepper.
FIG. 7 is a diagram showing the magnitude of energy for each pulse of excimer laser light.
FIG. 8 is a diagram showing the magnitude of energy for each pulse of excimer laser light in a burst mode.
[Explanation of symbols]
1: Excimer laser oscillator 2: Beam splitter 3: Detector 4: Computer 5: Laser power supply 6: Shutter 7: Laser unit 8: Stepper

Claims (6)

エキシマレーザ装置からパルス発振されたレーザ光を露光装置内の被露光体に照射することによって、該被露光体を露光する露光システムにおいて、
前記エキシマレーザ装置からパルス発振を開始した直後に生じるレーザ光のスパイク状のエネルギー変動に関する情報として、レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係を、前記被露光体に前記レーザ光が届かない状態で求め、前記レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係に基づいて前記エキシマレーザ装置のパルス発振開始直後にスパイク状のエネルギー変動が生じないような放電電圧パターンを決定し、前記決定された放電電圧パターンに基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧を制御する制御装置を有し、該制御装置によって制御された放電電圧に基づく前記エキシマレーザ装置からのレーザ光で前記被露光体を露光することを特徴とする露光システム。
In an exposure system that exposes an object to be exposed in the exposure apparatus by irradiating the object to be exposed in the exposure apparatus with a laser beam pulsed from an excimer laser apparatus,
As information on the spike-like energy fluctuation of the laser beam that occurs immediately after the start of pulse oscillation from the excimer laser device, the relationship between the energy of the laser beam and the discharge voltage is shown in a state where the laser beam does not reach the object to be exposed. And determining a discharge voltage pattern that does not cause spike-like energy fluctuations immediately after the start of pulse oscillation of the excimer laser device based on the relationship between the energy of the laser beam and the discharge voltage, and the determined discharge voltage pattern wherein it has a control device for controlling the discharge voltage to be applied to excimer laser device, exposing the object to be exposed with the laser beam from the excimer laser device based on the discharge voltage that is controlled by the control device on the basis of the Exposure system.
前記レーザ光の光路を遮断するためのシャッタを有し、
前記制御装置は、前記レーザ光の光路を前記シャッタにより遮断した状態で、前記レーザ光のエネルギー変動に関する情報を求めることを特徴とする請求項1に記載の露光システム。
A shutter for blocking the optical path of the laser beam;
2. The exposure system according to claim 1, wherein the control device obtains information on energy fluctuation of the laser beam in a state where the optical path of the laser beam is blocked by the shutter.
前記制御装置は、前記レーザ光のエネルギーがほぼ一定となるように前記決定された放電電圧パターンに基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧をパルス毎に制御し、前記露光装置は前記パルス発振の初期から前記レーザ光により前記被露光体の露光を行うことを特徴とする請求項1または2記載の露光システム。The control device controls a discharge voltage applied to the excimer laser device for each pulse based on the determined discharge voltage pattern so that the energy of the laser beam becomes substantially constant, and the exposure device performs the pulse oscillation. 3. The exposure system according to claim 1, wherein the object to be exposed is exposed from the initial stage with the laser beam. エキシマレーザ装置からパルス発振されたレーザ光を露光装置内の被露光体に照射することによって、該被露光体を露光する露光方法において、
前記エキシマレーザ装置からパルス発振を開始した直後に生じるレーザ光のスパイク状のエネルギー変動に関する情報として、レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係を、前記被露光体に前記レーザ光が届かない状態下で求め、前記レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係に基づいて前記エキシマレーザ装置のパルス発振開始直後にスパイク状のエネルギー変動が生じないような放電電圧パターンを決定し、前記決定された放電電圧パターンに基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧を制御して、前記制御された放電電圧に基づく前記エキシマレーザ装置からのレーザ光で前記被露光体を露光することを特徴とする露光方法。
In an exposure method for exposing an object to be exposed in the exposure apparatus by irradiating the object to be exposed in the exposure apparatus with laser light pulsed from an excimer laser device,
As information on the spike-like energy fluctuation of the laser beam that occurs immediately after the start of pulse oscillation from the excimer laser device, the relationship between the laser beam energy and the discharge voltage is shown under the condition that the laser beam does not reach the object to be exposed. And determining a discharge voltage pattern that does not cause spike-like energy fluctuations immediately after the start of pulse oscillation of the excimer laser device based on the relationship between the energy of the laser beam and the discharge voltage, and the determined discharge voltage An exposure method comprising: controlling a discharge voltage applied to the excimer laser device based on a pattern, and exposing the object to be exposed with laser light from the excimer laser device based on the controlled discharge voltage .
前記エキシマレーザ装置からパルス発振されたレーザ光の一部を入射して、その入射したレーザ光のエネルギーを検出し、該検出結果に基づいて、前記レーザ光のエネルギー変動に関する情報として前記エキシマレーザ装置からのパルス発振開始直後のレーザ光のエネルギーと放電電圧との関係を求めることを特徴とする請求項4に記載
の露光方法。
A part of the laser beam pulse-oscillated from the excimer laser device is incident, the energy of the incident laser beam is detected, and the excimer laser device is used as information on the energy fluctuation of the laser beam based on the detection result 5. The exposure method according to claim 4, wherein the relationship between the energy of the laser beam immediately after the start of pulse oscillation from and the discharge voltage is obtained.
前記レーザ光のエネルギーがほぼ一定となるように前記レーザ光のエネルギーと放電電圧との関係に基づいて前記エキシマレーザ装置に与える放電電圧をパルス毎に制御し、前記露光装置は前記パルス発振の初期から前記レーザ光により前記被露光体の露光を行うことを特徴とする請求項4または5記載の露光方法。The discharge voltage applied to the excimer laser device is controlled for each pulse based on the relationship between the laser beam energy and the discharge voltage so that the laser beam energy is substantially constant. 6. The exposure method according to claim 4, wherein the exposure object is exposed by the laser beam.
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