JP3806025B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は外部トリガを入力してからレーザ光が発光するまでの時間が一定となるように制御するガスレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置製造用の縮小投影露光装置(以下、「ステッパ」という)の光源としてはガスレーザ装置が使用され、中でもエキシマレーザの利用が注目されている。
【0003】
図9はエキシマレーザ装置10の構成を示す図である。
【0004】
エキシマレーザ装置10は、内部に放電電極を有しこの放電電極間で放電が行われることによってレーザガスが励起されレーザ光が出力されるレーザチャンバ11と、放電電極間に高周波電圧を印加するパルスパワー電源12と、パルスパワー電源12を充電する充電器13と、レーザ光を共振させる出力鏡14と、レーザ光の形状を決めるアパーチャ15、16と、レーザ光のスペクトル線幅を細くする狭帯域化モジュール17とで構成される。
【0005】
図10はパルスパワー電源12に使用される回路及び周辺の構成要素の一例を示す図である。通常、パルスパワー電源12には磁気圧縮回路が使用されている。図10で示すパルスパワー電源12には3段の磁気圧縮回路が使用されている。
【0006】
図10に示すパルスパワー電源12では、充電器13に充電コンデンサC0が接続されている。充電コンデンサC0にはアシストコイルL0と半導体スイッチSWと転送コンデンサC1とが並列に接続されている。転送コンデンサC1には可飽和リアクトルSL1と転送コンデンサC2とが並列に接続されている。転送コンデンサC2には可飽和リアクトルSL2と転送コンデンサC3とが並列に接続されている。転送コンデンサC3には可飽和リアクトルSL3とピーキングコンデンサCpとが並列に接続されている。ピーキングコンデンサCpには放電電極21が並列に接続されている。
【0007】
電圧指令値演算部22にはパルス毎に必要なエネルギー指令値Eが入力されている。電圧指令値演算部22ではエネルギー指令値Eに応じて充電コンデンサC0の充電電圧Vcが演算され、充電電圧指令値V0が充電器13に出力される。充電電圧指令値V0に基づき充電コンデンサC0は充電される。
【0008】
ステッパ側から出力されるトリガ(以下、「外部トリガ」という)TRが半導体スイッチSWに入力されると、半導体スイッチSWがオンされ、充電コンデンサC0に充電された電荷が転送コンデンサC1に転送される。この際、可飽和リアクトルSL1に印加される電圧を時間で積分した値が一定値に達すると、可飽和リアクトルSL1は磁気飽和しインダクタンスが急激に小さくなる。すると前段の転送コンデンサC1から後段の転送コンデンサC2への電荷の転送が開始される。このように各可飽和リアクトルSLnは磁気飽和によってオフからオンに切り換えられる磁気スイッチとして機能する。
【0009】
同様にして各可飽和リアクトルSLnのスイッチ機能により、順次前段の転送コンデンサCnから後段の転送コンデンサCn+1に電荷が転送され、最終段のピーキングコンデンサCpに電荷が転送される。ピーキングコンデンサCpの電圧上昇にともない放電電極21間の電圧が上昇し、放電電極21間の電圧が所定値に達すると、放電電極21間のレーザガスが絶縁破壊され放電が開始される。この放電によりレーザガスが励起され、レーザ光が発光される。
【0010】
前段の可飽和リアクトルSLnよりも後段の可飽和リアクトルSLn+1であるほどインダクタンスが小さくなるように設定されているため、各段の回路を流れる電流のピーク値が順次高くなり、かつ通電時間幅が狭くなるようなパルス圧縮が行われる。したがって放電電極21間に短時間での強い放電が得られる。
【0011】
エキシマレーザ装置10の制御はつぎのようにして行われる。
【0012】
ステッパ側にはステージ上に半導体基板が載置されている。このステージの動作と同期してレーザ光が照射されるように、ステッパ側からエキシマレーザ装置10側に外部トリガTRが出力される。精度の高い露光を行うためには、エキシマレーザ装置10側では外部トリガTRが入力されてからレーザ光が発光されるまでの時間Ttが常に一定でなければならない。以下では、この時間Ttをトータル時間Ttという。
【0013】
トータル時間Ttには、各可飽和リアクトルSLnがオンするまでの時間Tdnの合計値Tdと、磁気圧縮回路におけるLC回路特有の遅れ時間Tsとが含まれる。以下では、それぞれの時間Td、Tsを遅延時間Td、Tsという。通常は、遅延時間Tsは一定である。
【0014】
可飽和リアクトルSLnの遅延時間Tdnは、可飽和リアクトルSLnの磁気特性や断面積や巻数等の設計によって設定される。これらの設計が定められた可飽和リアクトルSLnの遅延時間Tdnは、可飽和リアクトルSLnに印加される電圧の時間積分値に依存する。通常はこの電圧の時間積分値は一定である。すなわち可飽和リアクトルSLnに印加される電圧が小さい場合は、オンまでの時間が長くなり、可飽和リアクトルSLnに印加される電圧が大きい場合は、オンまでの時間が短くなる。ここで図11に示すように、印加される電圧の時間積分値は時間軸と電圧波形とで囲まれた面積で表される。以下では電圧の時間積分値を電圧・時間積として扱う。また各可飽和リアクトルSLnの電圧・時間積をまとめて全可飽和リアクトルSLの電圧・時間積として考える。
【0015】
全可飽和リアクトルSLに印加される電圧は充電コンデンサC0の電圧Vcに置き換えられる。したがって充電コンデンサC0の電圧Vcの変動に応じて全可飽和リアクトルSLの遅延時間Tdは変動し、トータル時間Ttが変動する。このような変動をジッタという。
【0016】
このジッタの問題を解消する技術が、特開平11−289119号公報(以下、「文献1」という)及びUSP6,016,325(以下「文献2」という)で開示されている。文献1及び文献2では、遅延時間Td+Tsを補償する時間Tcが設定されトータル時間Ttが一定とされている。以下では、この時間Tcを補償時間Tcという。
【0017】
充電コンデンサC0の電圧Vcは入力する充電電圧指令値V0により決定される。このため文献1では、充電電圧指令値V0と遅延時間Tdとが対応づけられ、この対応関係に基づきトータル時間Ttが一定となるように充電電圧指令値V0に対応した補償時間Tcが予め設定されている。そしてパルス毎に充電電圧指令値V0が入力されると対応した補償時間Tcが求められ、トータル時間Ttが一定となるようにされている。
【0018】
文献2では、各充電電圧指令値V0ではなく、充電コンデンサC0の実際の電圧Vcと補償時間Tcとが予め対応づけられている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかし充電電圧指令値V0及び充電コンデンサC0の電圧Vcと遅延時間Tdとの対応関係は常に一定ということではない。例えば充電コンデンサC0の温度変化によってこの関係は変化する。その結果、正確な補償時間Tcが得られなくなる。
【0020】
このため実際は文献1及び2の技術では温度変化に応じて充電電圧指令値V0及び充電コンデンサC0の電圧Vcと補償時間Tcとの関係を変化させる処理をしなければならない。しかしそのような処理は複雑な工程が必要となり現実的ではない。
【0021】
したがって文献1及び文献2の技術は、充電コンデンサC0が等温状態である場合にはトータル時間Ttが一定となり半導体基板の正確な露光が行えるが、充電コンデンサC0が温度変化する場合にはトータル時間Ttが変動し半導体基板の正確な露光が行えなくなるという問題がある。
【0022】
さらに各可飽和リアクトルSLnの温度変化によって電圧・時間積が変化し、各転送コンデンサCnの温度変化によってパルス圧縮の時間が変化する。これらの要因によっても遅延時間Tdは変化する。したがって温度変化の影響を考慮してその状態に応じた補償時間Tcを設定する必要がある。
【0023】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、パルスパワー電源の各構成要素が温度変化を受けても、外部トリガを入力してからレーザ光が発光されるまでのトータル時間を常に一定にして、より精度の高い半導体基板の露光を行うことを解決課題とするものである。
【0024】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
そこで第1発明は、
ガスレーザ装置において、
複数の転送コンデンサ及び1以上の可飽和リアクトルを有し、可飽和リアクトルの磁気飽和を利用して前段の転送コンデンサから後段の転送コンデンサへ電荷を順次転送して最終段の転送コンデンサに接続された放電電極間で放電を行いパルスレーザ光を発光するようにした電荷転送回路と、
前記転送コンデンサのうち1段目の転送コンデンサに転送する電荷を蓄える充電コンデンサと、
前記充電コンデンサで蓄える電荷量を計測する電荷量計測手段と、
外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間をパルス毎に一定とするように、前記電荷量に応じた補償時間を求め、外部トリガを入力してから前記補償時間が経過した時に補正トリガを出力する補正トリガ出力手段と、補正トリガの入力に応じて前記充電コンデンサと前記1段目の転送コンデンサとを電気的に接続するスイッチとを備えたこと
を特徴とする。
【0025】
第2発明は、第1発明において、
前記補正トリガ出力手段は、補償時間と電荷量の逆数との関係を予め記憶し、この記憶した関係に基づき補償時間を求めること
を特徴とする。
【0026】
第1、第2発明を図1〜図4を用いて説明する。
【0027】
各パルス前には充電器13から充電コンデンサC0に充電電流が流れる。電流センサ(電荷量計測手段)32ではこの充電電流が計測され、積分器37ではこの時間積分値に基づき充電コンデンサC0に蓄えられる電荷量Qcnが演算される。
【0028】
図3に示すように、コントローラ(補正トリガ出力手段)31には電荷量Qcn及び外部トリガTRが入力される。電荷量Qcnの入力によって電荷量の逆数b/(aQcn)(aは充電コンデンサC0の容量の逆数、bは比例係数)が演算される。またコントローラ31には図2(b)に示すような補償特性が設定されている。この補償特性は補償時間Tcと変数b/(aQc)との比例関係で示される。外部トリガTRが入力されるとランプ波発生器の変数b/(aQc)の変化が開始される。変数b/(aQc)は時間の経過と共に減少し、演算された電荷量の逆数b/(aQcn)と一致したところで補正トリガTRLが出力される。この時間が補償時間Tcとなる。
【0029】
補正トリガTRLが半導体スイッチSWに入力されると、半導体スイッチSWがオンされ、充電コンデンサC0に蓄えられた電荷が転送コンデンサC1に転送される。そして可飽和リアクトルSL1が磁気飽和すると転送コンデンサC1に転送された電荷が後段の転送コンデンサC2に転送される。このように順次前段の転送コンデンサCnから後段の転送コンデンサCn+1に電荷が転送され、最終的にはピーキングコンデンサCpに並列に接続された放電電極21間で放電が行われる。すると放電電極21間でレーザ光が発光される。
【0030】
第1、第2発明によれば、充電コンデンサC0の電荷量Qcを用いた変数b/(aQc)と補償時間Tcとの比例関係で示される補償特性に基づき補償時間Tcが特定される。充電コンデンサC0の電荷量Qcは温度変化の影響を受けない。したがって電荷量に基づき設定された補償特性は一定であるため、充電コンデンサC0の温度変化があってもトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0031】
さらに電荷量Qcの逆数に比例する値b/(aQc)を変数とすることで、この変数b/(aQc)と補償時間Tcとを比例関係で示すことができる。比例関係で示される補償特性を扱う回路は容易に構成できる。したがってコントローラ31の構成が容易になる。
【0032】
第3発明は、第1発明において、
補正トリガを出力してから前記放電電極間で発光するまでの遅延時間と電荷量の逆数とをパルス毎に計測し、遅延時間と電荷量の逆数とをパルス毎に記憶し、前記補正トリガ出力手段は、記憶した2以上の遅延時間とこれらの遅延時間に対応する電荷量の逆数とに基づいて遅延時間と電荷量の逆数との関係を求め、この遅延時間と電荷量の逆数との関係に基づき補償時間と電荷量の逆数との関係をパルス毎に求めること
を特徴とする。
【0033】
第3発明を図5、図6を用いて説明する。
【0034】
パルス毎に電荷量の逆数b/(aQcn)と、遅延時間Tdnは計測され、メモリ34に記憶される。またパルス毎にメモリ34からは、例えば前回パルス及び前々回パルスの電荷量の逆数b/(aQc1)、b/(aQc2)と、遅延時間Td1、Td2とが読み出され、
によって、図5に示すような電荷量の逆数b/(aQc)と遅延時間Tdとの最新の遅延特性が求められる。
【0035】
(1)式では遅延特性における時間に対する電荷量の逆数の変化の割合が求められる。この割合は遅延特性の勾配である。そしてこの割合に−1を乗算した値が求められる。この値を補償特性の勾配として最新の補償特性が求められる。求めた補償特性に基づきランプ波発生器の変数b/(aQc)は変化し、電荷量の逆数b/(aQcn)と一致したところで補正トリガTRLが出力される。この時間が補償時間Tcとなる。
【0036】
第3発明によれば、パルス毎に遅延特性が求められ、さらにこの遅延特性に基づき補償特性が求められている。このように常に最新の補償特性が求められているため、各可飽和リアクトルSLnの温度変化による電圧・時間積の変化の影響を受けない。したがってトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0037】
第4発明は、第2発明において、
外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの目標時間を記憶し、外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測し、前記目標時間と計測した時間との時間差を求め、この時間差を前記補正トリガ出力手段に出力する時間差出力手段を備え、
前記補正トリガ出力手段は前記時間差を補償時間に加算すること
を特徴とする。
【0038】
第5発明は、第2発明において、
外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの目標時間を記憶し、外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測し、前記目標時間に計測した時間との時間差を求め、前記時間差に所定ゲインを乗算して前記補正トリガ出力手段に出力する時間差出力手段を備え、
前記補正トリガ出力手段は所定ゲインが乗算された時間差を次回パルスの補償時間に加算すること
を特徴とする。
【0039】
第6発明は、第3〜第5発明において、
前記放電電極間で発光したことを磁束密度の変化として検出する電磁コイルを備え、
前記補正トリガ出力手段は前記電磁コイルの検出結果に基づき遅延時間又は外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測すること を特徴とする。
【0040】
第4〜第6発明を図1、図8、図9を用いて説明する。
【0041】
コントローラ31にはトータル時間Ttの目標値に相当する電圧が予め設定されている。
【0042】
一方コントローラ31では、パルス毎に外部トリガTRが入力されるとランプ波発生器の電圧の上昇が開始される。放電電極21間でレーザ光が発光されると放電電極21近傍に配置された電磁コイル33には電流が流れるため、コントローラ31でレーザ光の発光が確認され、時間計測用のランプ波発生器の電圧の上昇が停止される。このときの時間計測用のランプ波発生器の電圧はサンプルホールドされ目標値との差が求められる。
【0043】
この差に所定ゲインが乗算され補正時間Taに相当する電圧にされ、変数b/(aQc)を発生するランプ波発生器に入力される。すると次回パルスでは外部トリガTRが入力されてから補正時間Ta経過するときにランプ波発生器の変数b/(aQc)の減少が開始される。そして補償時間T′c経過するときに補正トリガTRLが出力される。
【0044】
第4〜第6発明によれば、第1〜第3発明では補償しきれない要因、例えば転送コンデンサCnの温度変化、による遅延時間の変動に対応することができる。したがってトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【0046】
図1は本発明の第1の実施形態を示すブロック図である。なお図10に示すパルスパワー電源12と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【0047】
本実施形態のガスレーザ装置の発光時間制御装置30は、パルスパワー電源35と、パルスパワー電源35の充電コンデンサC0を充電する充電器13と、補償時間Tcを求め図示しないステッパ側から出力される外部トリガTRを入力してから求めた補償時間Tc経過後に補正トリガTRLを出力するコントローラ31と、ステッパ側から出力されるエネルギー指令値Eに基づき充電器13に充電電圧指令値V0を出力する電圧指令値演算部22と、メモリ34とで構成される。
【0048】
パルスパワー電源35の充電コンデンサC0には電流センサ32が接続されている。電流センサ32では、充電器13と充電コンデンサC0間に流れる充電電流が計測される。さらにこの充電電流が積分器37で時間積分され電荷量Qcnが求められる。
【0049】
コントローラ31には外部トリガTR及び積分器37から出力される電荷量Qcnが入力される。そして変数b/(aQc)(bは比例係数)及び計測した電荷量Qcnの逆数b/(aQcn)に基づき特定される補償時間Tcが経過した時に補正トリガTRLが出力される。コントローラ31は、各種演算器やランプ波発生器やコンパレータやフリップフロップやサンプルホールド回路等で構成される。
【0050】
パルスパワー電源35のピーキングコンデンサCpに並列に接続された放電電極21近傍にはコントローラ31に接続された電磁コイル33が設けられている。放電電極21間で放電が行われレーザ光が発光されると、放電電極21周辺の磁束密度が変化する。この磁束密度の変化により電磁コイル33には電流が流れ、コントローラ31に出力される。電磁コイル33から所定電流が出力された場合に、コントローラ31は放電電極21間でレーザ光の発光が生じたものと判断する。
【0051】
メモリ34にはパルス毎の各種計測値、演算値等がA/D変換され保存される。またこれらの各種計測値、演算値等がD/A変換されコントローラ31に出力される。
【0052】
図2はパルスパワー電源35の遅延特性を示す図である。
【0053】
Vc=aQc(aは充電コンデンサC0の容量の逆数)という関係から分かるように、充電コンデンサC0の電圧Vcは電荷量Qcに比例する。したがって本発明では全可飽和リアクトルSLの電圧・時間積を電荷量・時間積として考える。通常は電圧・時間積、つまり電荷量・時間積は一定であるため、パルスパワー電源35の遅延特性は、図2(a)で示すように、電荷量と時間との反比例する関係で示される。このような遅延特性に基づき遅延時間Td及び補償時間Tcを求めることは可能である。しかし本発明では、図2(b)で示すように、電荷量の逆数b/(aQc)と時間との比例する関係として遅延特性が予め求められている。さらにこの遅延特性の時間に対する電荷量の逆数の変化の割合、すなわち勾配、に−1を乗算した値を勾配とする補償特性が予め求められる。コントローラ31にはこの補償特性が予め設定され、計測した電荷量Qcnの逆数b/(aQcn)と補償特性との交点により補償時間Tcが求められる。
【0054】
つぎに第1の実施形態に係る発光時間制御装置30の動作について図1、図3、図4を用いて説明する。
【0055】
図3はコントローラ31の処理工程を示すブロック図であり、電荷量・時間積が一定である場合の処理工程を示している。図4はコントローラ31の処理工程のタイムチャート図である。
【0056】
各パルス前には、図示しないステッパ側からエネルギー指令値Eが電圧指令値演算部22に入力され、電圧指令値演算部22から充電電圧指令値V0が充電器13に入力される。すると充電器13と充電コンデンサC0との間には充電電流が流れる。電流センサ32ではこの充電電流が計測され、積分器37で計測値が時間積分されて電荷量Qcnが演算される。図3に示すように、コントローラ31では演算された電荷量Qcnに係数aが乗算され、その演算値aQcnの逆数が演算され演算値b/(aQcn)(bは比例係数)が求められる。図4ではこの演算値b/(aQcn)をb/(aQc1)として波形2で示す。
【0057】
図4の波形1で示すように、外部トリガTRが時刻t1で入力されると、ランプ波発生器の変数b/(aQc)が一定の割合で減少し始める。この際、変数b/(aQc)のオフセット量はb/(aQc0)である。時間の経過に応じた変数b/(aQc)の変化を示すと図4の波形3のようなランプ波となる。この波形3は図2(b)で示した補償特性と一致する。コンパレータでは変数b/(aQc)と演算値b/(aQc1)とが時刻t1から連続的に比較される。そして時刻t1から補償時間Tc経過する時刻t2で変数b/(aQc)が演算値b/(aQc1)と一致する。すなわち時刻t2で波形3と波形2とが交わる。このとき波形4で示すように、コンパレータから補正トリガTRLが出力される。このように外部トリガTRが入力されてから補償時間Tc経過したときに、補正トリガTRLが出力される。
【0058】
補正トリガTRLが半導体スイッチSWに入力されると、充電コンデンサC0から転送コンデンサC1への電荷転送が開始される。そしてパルス圧縮が行われ、時刻t2から遅延時間Td+Ts経過する時刻t3でレーザ光が発光される。
【0059】
以上の処理は、数μsecの高速の演算処理、アナログ演算のリアルタイム処理によっても行うことができる。
【0060】
第1の実施形態によれば、充電コンデンサC0の電荷量Qcを用いた変数b/(aQc)と補償時間Tcとの比例関係で示される補償特性に基づき補償時間Tcが特定される。充電コンデンサC0の電荷量Qcは温度変化の影響を受けない。したがって電荷量に基づき設定された補償特性は一定であるため、充電コンデンサC0の温度変化があってもトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0061】
さらに電荷量Qcの逆数に比例する値b/(aQc)を変数とすることで、この変数b/(aQc)と補償時間Tcとを比例関係で示すことができる。比例関係で示される補償特性を扱う回路は容易に構成できる。したがってコントローラ31の構成が容易になる。
【0062】
つぎに第2の実施形態について図1、図5、図6を用いて説明する。
【0063】
通常は全可飽和リアクトルSLの電荷量・時間積は一定である。しかし各可飽和リアクトルSLnに熱的に大きな負荷が加えられると、この電荷量・時間積が変化する場合がある。するとパルスパワー電源35の遅延特性の勾配が変化する。つまり遅延時間Tdの変動量と変数b/(aQc)の変動量との比が変動する。このような変動をドリフトという。
【0064】
図5はパルスパワー電源35の遅延特性及び補償特性を示す図であり、電荷量・時間積の変化により勾配が変化した遅延特性及び補償特性を示している。図5では電荷量・時間積が小さくなった状態を示している。
【0065】
図5で示すようにパルスパワー電源35の遅延特性が変化する場合は、パルス毎に遅延特性に合わせて補償特性を変化させて適切な補償時間Tcを求める。なお本実施形態の構成は第1の実施形態と同様であるため、以下ではその動作について説明する。
【0066】
図6はコントローラ31の処理工程を示すブロック図であり、電荷量・時間積が変化する場合の処理工程を示している。なお図3と同じ処理工程に関しては説明を省略する。
【0067】
パルス毎に電荷量の逆数b/(aQcn)と遅延時間Tdnとが計測される。メモリ34にはパルス毎の遅延時間Tdn、Ts及び電荷量の演算値b/(aQcn)がA/D変換され保存されている。そこで例えば前回パルスの遅延時間Td1+Ts及び電荷量の演算値b/(aQc1)と、前々回パルスの遅延時間Td2+Ts及び電荷量の演算値b/(aQc2)とがメモリ34から読み出される。そして次式
により演算が行われ、遅延特性における勾配が求められる。さらにこの勾配に−1が乗算され、D/A変換され、ランプ波発生器に入力される。すると外部トリガTRが入力されてからのランプ波発生器の変数b/(aQc)の減少の割合が変化する。すなわち補償特性は図5で示されるように変化される。以上のようにパルス毎に最新の補償特性が求められるため、電荷量・時間積が変化しても適切な補償時間Tcが得られる。
【0068】
なおパルスパワー電源35に熱的に大きな負荷が加えられると、遅延時間Tsが変化する場合がある。しかし遅延時間Tsの時間の経過に対する変化量は小さく、所定パルス間の変化は無視できる。したがって(1)式ではその変化量を無視でき同一値として演算される。
【0069】
このようにして外部トリガTRが入力されてから補償時間Tc経過したときに、補正トリガTRLが出力される。
【0070】
第2の実施形態によれば、パルス毎に遅延特性が求められ、さらにこの遅延特性に基づき補償特性が求められている。このように常に最新の補償特性が求められているため、全可飽和リアクトルSLの温度変化による電圧・時間積(電荷量・時間積)の変化に合わせて補償特性を変化させることができる。したがってトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0071】
つぎに第3の実施形態について図1、図7、図8を用いて説明する。
【0072】
レーザ発振が続けられると転送コンデンサCnの温度は上昇する。転送コンデンサCnの温度が上昇するに伴い遅延時間Td+Tsが変動し短くなる場合がある。このような変動もドリフトという。このドリフトが発生した場合は補償時間Tcとは別に、遅延時間Td+Tsが短くなった分に相当する時間Taをさらに設定する必要がある。以下では、この時間Taを補正時間Taという。なお本実施形態の構成は第1の実施形態と同様であるため、以下ではその動作について説明する。
【0073】
図7はコントローラ31の処理工程を示すブロック図である。図8はコントローラ31の処理工程のタイムチャート図である。
【0074】
なおコントローラ31には外部トリガTRが入力されてからレーザ光が発光されるまでの時間を計測するためにフリップフロップ及び時間計測用のランプ波発生器が使用されており、またトータル時間Ttの目標値に相当する電圧vt0が予め設定されている。図8ではこの電圧vt0が波形7で示されている。
【0075】
各パルス前には、図示しないステッパ側からエネルギー指令値Eが電圧指令値演算部22に入力され、電圧指令値演算部22から充電電圧指令値V0が充電器13に入力される。すると充電器13と充電コンデンサC0との間には充電電流が流れる。電流センサ32ではこの充電電流が計測され、積分器37では計測値が時間積分されて電荷量Qc1が求められる。図7に示すように、コントローラ31では求められた電荷量Qc1に係数aが乗算され、その演算値aQc1の逆数が演算され演算値b/(aQc1)(bは比例係数)が求められる。図8ではこの演算値b/(aQc1)を波形2で示す。
【0076】
図8の波形1で示すように、外部トリガTR1が時刻t1で入力されると、ランプ波発生器の変数b/(aQc)が一定の割合で減少し始める。この際、変数b/(aQc)のオフセット量はb/(aQc0)である。時間の経過に応じた変数b/(aQc)の変化を示すと図8の波形3のようなランプ波となる。この波形3は図2(b)に示した補償特性と一致する。コンパレータでは変数b/(aQc)と演算値b/(aQc1)とが時刻t1から連続的に比較される。そして時刻t1から補償時間Tc経過する時刻t2で変数b/(aQc)が演算値b/(aQc1)と一致する。すなわち時刻t2で波形3と波形2とが交わる。このとき波形4で示すように、コンパレータから補正トリガTRL1が出力される。
【0077】
補正トリガTRL1が半導体スイッチSWに入力されると、充電コンデンサC0から転送コンデンサC1への電荷転送が開始される。そしてパルス圧縮が行われ、時刻t2から遅延時間Td+Ts経過する時刻t3でレーザ光が発光される。
【0078】
一方外部トリガTR1が時刻t1で入力されると、図8の波形5のようにフリップフロップがセットされハイレベルHとなり、波形6のように時間計測用のランプ波発生器の電圧vsが一定の割合で上昇し始める。時刻t3でレーザ光が発光され電磁コイル33からの所定電流が入力されるとフリップフロップがリセットされローレベルLとなり、時間計測用のランプ波発生器の電圧上昇が停止する。このときの電圧値vt1はサンプルホールドされる。そしてこの電圧値vt1とトータル時間Ttの目標値に相当する電圧値vt0との差が求められる。この差に所定ゲインが乗算され補正時間Taに相当する電圧値が求められる。この補正時間Taに相当する電圧値はランプ波発生器の出力に加算され、つぎのパルスにおいて変数b/(aQc)のオフセット量の補正に用いられる。つまりフィードバック制御が行われる。
【0079】
つぎのパルスにおいて、図7で示すように、コントローラ31では積分器37で求められた充電コンデンサC0の電荷量Qc2に係数aが乗算され、その演算値aQc2の逆数が演算され演算値b/(aQc2)が求められる。図8ではこの演算値b/(aQc2)を波形2′で示す。
【0080】
図8の波形1′で示すように、外部トリガTR2が時刻t4(>t3)で入力されると、時刻t4からランプ波発生器の変数b/(aQc)が一定の割合で減少し始める。この際、変数b/(aQc)のオフセット量はb/(aQc0)に前回パルスで求めた補正時間Taに相当する電圧値が加算された値である。時間の経過に応じて変数b/(aQc)の変化を示すと図8の波形3′のようなランプ波となる。この波形3′の勾配は図2(b)に示した補償特性と一致する。コンパレータでは変数b/(aQc)と演算値b/(aQc2)とが時刻t4から連続的に比較される。そして時刻t5から補償時間T′c経過する時刻t6で変数b/(aQc)が演算値b/(aQc2)と一致する。すなわち時刻t6で波形3′と波形2′とが交わる。このとき波形4′で示すように、コンパレータから補正トリガTRL2が出力される。
【0081】
補正トリガTRL2が半導体スイッチSWに入力されると、充電コンデンサC0から転送コンデンサC1への電荷転送が開始される。そしてパルス圧縮が行われ、時刻t6から遅延時間T′d+Ts経過する時刻t7でレーザ光が発光される。
【0082】
一方外部トリガTR2が時刻t4で入力されると、図8の波形5′のようにフリップフロップがセットされハイレベルHとなり、波形6′のように時間計測用のランプ波発生器の電圧vsが一定の割合で上昇し始める。時刻t7でレーザ光が発光され、電磁コイル33の発光信号が入力されるとフリップフロップがリセットされローレベルLとなり、時間計測用のランプ波発生器の電圧上昇が停止する。このときの電圧値vt2はサンプルホールドされる。そしてこの電圧値vt2とトータル時間Ttの目標値に相当する電圧値vt0との差が求められる。図8では波形6′と波形7の値が一致している。したがって当パルスで用いられた補正時間Taに相当する値を用いて波形3を平行移動させることでトータル時間Ttを目標値に一致させることができる。
【0083】
なおサンプルホールドされた電圧値vtnとトータル時間Ttの目標値に相当する電圧値vt0との差がマイナスの場合は、補正トリガTRLを出力する時間が遅くされる。つまり図8の波形3が右に移動する。またサンプルホールドされた電圧値vtnとトータル時間Ttの目標値に相当する電圧値vt0との差がプラスの場合は、補正トリガTRLを出力する時間が早くされる。つまり図8の波形3が左に移動する。
【0084】
また本実施形態では、サンプルホールドされた電圧値vtnとトータル時間Ttの目標値に相当する電圧値vt0との差に所定ゲインを乗算して求めた補正時間Taに相当する電圧値を用いて、次回のパルスで電圧値vtnが電圧値vt0に一致するようにしている。しかしこれに限られることなく、所定ゲインを小さく設定し、電圧値vtnを電圧値vt0へ徐々に近づけるようにしてもよい。また所定ゲインを電圧値vtnと電圧値vt0の差の大きさに応じて変更できるようにしてもよい。さらに所定ゲインを電圧値vtnと電圧値vt0との差に比例するように設定すれば、電圧値vtnと電圧値vt0との差が大きい場合に、電圧値vtnを電圧値vt0へ急速に近づけ、電圧値vtnと電圧値vt0との差が小さい場合に、電圧値vtnを微調整するように制御できる。
【0085】
第3の実施形態によれば、第1、第2の実施形態では補償しきれない要因、例えば転送コンデンサCnの温度変化、による遅延時間の変動に対応することができる。したがってトータル時間Ttを一定にすることができ、より精度の高い半導体基板の露光を行うことができる。
【0086】
なお本発明に係る発光時間制御装置30は磁気圧縮回路を使用する全てのガスレーザ装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図2】図2(a)はパルスパワー電源35の遅延特性示す図であり、図2(b)はパルスパワー電源35の遅延特性及び補償特性を示す図である。
【図3】図3はコントローラ31の処理工程を示すブロック図である。
【図4】図4はコントローラ31の処理工程のタイムチャート図である。
【図5】図5はパルスパワー電源35の遅延特性及び補償特性を示す図である。
【図6】図6はコントローラ31の処理工程を示すブロック図である。
【図7】図7はコントローラ31の処理工程を示すブロック図である。
【図8】図8はコントローラ31の処理工程のタイムチャート図である。
【図9】図9はエキシマレーザ装置10の構成を示す図である。
【図10】図10はパルスパワー電源12に使用される回路及び周辺の構成要素を示す図である。
【図11】図11は可飽和リアクトルに印加される電圧の時間積分を電圧・時間積に置き換えることを説明するための図である。
【符号の説明】
13 充電器 21 放電電極 30 発光時間制御装置
31 コントローラ 32 電流センサ 33 電磁コイル
34 メモリ 37 積分器
C0 充電コンデンサ C1〜C3 転送コンデンサ
Cp ピーキングコンデンサ SL1〜SL3 可飽和リアクトル
SW 半導体スイッチ
Claims (6)
- ガスレーザ装置において、
複数の転送コンデンサ及び1以上の可飽和リアクトルを有し、可飽和リアクトルの磁気飽和を利用して前段の転送コンデンサから後段の転送コンデンサへ電荷を順次転送して最終段の転送コンデンサに接続された放電電極間で放電を行いパルスレーザ光を発光するようにした電荷転送回路と、
前記転送コンデンサのうち1段目の転送コンデンサに転送する電荷を蓄える充電コンデンサと、
前記充電コンデンサで蓄える電荷量を計測する電荷量計測手段と、
外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間をパルス毎に一定とするように、前記電荷量に応じた補償時間を求め、外部トリガを入力してから前記補償時間が経過した時に補正トリガを出力する補正トリガ出力手段と、
補正トリガの入力に応じて前記充電コンデンサと前記1段目の転送コンデンサとを電気的に接続するスイッチとを備えたこと
を特徴とするガスレーザ装置。 - 前記補正トリガ出力手段は、補償時間と電荷量の逆数との関係を予め記憶し、この記憶した関係に基づき補償時間を求めること
を特徴とする請求項1記載のガスレーザ装置。 - 補正トリガを出力してから前記放電電極間で発光するまでの遅延時間と電荷量の逆数とをパルス毎に計測し、遅延時間と電荷量の逆数とをパルス毎に記憶し、
前記補正トリガ出力手段は、記憶した2以上の遅延時間とこれらの遅延時間に対応する電荷量の逆数とに基づいて遅延時間と電荷量の逆数との関係を求め、この遅延時間と電荷量の逆数との関係に基づき補償時間と電荷量の逆数との関係をパルス毎に求めること
を特徴とする請求項1記載のガスレーザ装置。 - 外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの目標時間を記憶し、外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測し、前記目標時間と計測した時間との時間差を求め、この時間差を前記補正トリガ出力手段に出力する時間差出力手段を備え、
前記補正トリガ出力手段は前記時間差を補償時間に加算すること
を特徴とする請求項2記載のガスレーザ装置。 - 外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの目標時間を記憶し、外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測し、前記目標時間に計測した時間との時間差を求め、前記時間差に所定ゲインを乗算して前記補正トリガ出力手段に出力する時間差出力手段を備え、前記補正トリガ出力手段は所定ゲインが乗算された時間差を次回パルスの補償時間に加算すること
を特徴とする請求項2記載のガスレーザ装置。 - 前記放電電極間で発光したことを磁束密度の変化として検出する電磁コイルを備え、
前記補正トリガ出力手段は前記電磁コイルの検出結果に基づき遅延時間又は外部トリガを入力してから前記放電電極間で発光するまでの時間を計測すること を特徴とする請求項3、4、5記載のガスレーザ装置。
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