JP3864287B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光を用いて半導体、高分子材料、または無機材料などに対し所定の加工を加える加工装置に対してレーザ光を出力するレーザ装置に関し、特にレーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に繰り返すバーストモード運転を実行する際に常に均一なパルスエネルギー値を得るための改良およびステップ＆スキャン方式による加工を行う際の移動積算露光量を均一にする為の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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、回路パターンの解像度を一定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。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のために１パルス毎のパルスエネルギーにバラツキがあり、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。
【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】
ところで、半導体露光装置は、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は、図１６に示すように、必然的に、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返すバーストモードとなる。つまり、バーストモードとは、連続パルス発振期間と発振休止期間とを交互に繰り返すものである。すなわち、半導体ウェハ上に形成された一つのＩＣチップは、図１６において、１つの連続パルス発振期間を構成するひとかたまりのパルス群により加工される。なお、図１６においては、励起強度（充電電圧）を一定値に固定した場合の各パルスのエネルギー強度を示している。
【０００６】
さて、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。この原因としては、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、不安定にする、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、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ことなどがある。
【０００７】
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、図１６および図１７に示すように、発振休止期間経過後の最初の数パルスが含まれるスパイク領域では、最初比較的高いパルスエネルギーが得られ、その後は徐々にパルスエネルギーが低下するという、謂ゆるスパイキング現象が現れる。このスパイク領域が終了すると、パルスエネルギーは比較的高レベルの安定な値が続くプラトー領域を経た後、安定領域に入る。
【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パルス毎のエネルギーのバラツキが露光量制御の精度を低下させるとともに、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大きく低下させるという問題がある。
【０００９】
しかも近年は、前述したように、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。
【００１０】
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。
【００１１】
そこで、本出願人は、励起強度（充電電圧）が大きなるにつれて発振されるパルスのエネルギーが大きくなるという性質を利用して、バーストモードにおける連続パルス発振の最初のパルスの放電電圧（充電電圧）を小さくし、以後パルスの放電電圧（充電電圧）を徐々に大きくしていくという具合に、放電電圧（充電電圧）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、謂ゆるスパイキング発生防止制御に関する発明を種々特許出願している（特願平４−１９１０５６号、特開平７−１０６６７８号公報（特願平５−２４９４８３号）など）。
【００１２】
すなわち、上記の従来技術によれば、発振休止時間ｔ（図１６参照）、パワーロック電圧（レーザガスの劣化に応じて決定される電源電圧）などの各種パラメータを考慮して連続パルス発振の各パルスのエネルギーを所望の目標値にする電源電圧データを、連続パルス発振の各パルス毎に予め記憶するとともに、前回までに既に行われた連続パルス発振時のパルスエネルギーを検出し、この検出値とパルスエネルギー目標値とを比較し、この比較結果に基づいて前記予記憶された各パルスに対応する電源電圧データを補正するようにしている。この補正をスパイクキラー制御という。
【００１３】
しかしながら、上記の従来技術によれば、図１７に示すスパイク領域に加えてプラトー領域及び安定領域においてもスパイクキラー制御を行っているので、スパイク領域以外の領域でパルスエネルギーのばらつきの抑制効果が十分ではない。また、他に、スパイク領域とプラトー領域でのみスパイクキラー制御を行った場合でも、パルスエネルギーの抑制効果は十分ではない。
【００１４】
これは、連続パルスの初期のパルスでは、レーザ発振休止の影響（レーザが安定化する）が強く残って、同じ電源電圧を印加してもその出力パワーは他の領域に比べ大きくなるが、これ以降のプラトー領域や安定領域ではレーザ発振休止の影響が少なくなり、その反面直前までのパルス発振の影響（電極温度の上昇、レーザガスの乱れなど）をより強く受けることによると考えられる。
【００１５】
また、上記従来技術では、連続パルス発振の全てのパルスに関して、スパイクキラー制御を実行するために、そのための記憶データ量が多くなり、多大なメモリ容量を必要とするとともに、メモリからのデータ読み出しに時間がかかる等の問題もある。
【００１６】
ところで、さらにメモリの大容量化が進むと、半導体の露光装置の露光方式は、ステージを停止させて露光を行うステッパ方式からステージを移動させながら露光を行うステップ＆スキャン方式に移行する。このステップ＆スキャン方式の利点は、大面積を露光できる点にある。例えば、フィールドサイズ３６ｍｍφのレンズを使用した場合、ステッパ方式では、その露光面積は２５ｍｍ角になるのに対し、ステップ＆スキャン方式では、３０×４０ｍｍといった大面積の露光が可能になる。今後、集積度が増すに従ってチップサイズは大きくなる傾向にあり、ステップ＆スキャン方式での高精度の露光が望まれている。
【００１７】
すなわち、このステップ＆スキャン方式では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行うのであるが、このステップ＆スキャン方式ではパルスレーザ光は常にスキャンされるので、加工物上の各点における露光量を全て同じにするための制御が困難であり、そのための有効な制御方法が望まれていた。
【００１８】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、連続パルス発振の全パルスにおいてパルスエネルギーを常に均一にして、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。
【００１９】
またこの発明では、ステップ＆スキャン方式による加工を行う場合、加工物各点の露光量を均一にできるレーザ装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明では、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に実行する運転を１バーストサイクルとするバーストモード運転を繰り返し行ない、前記パルス発振の各出力エネルギーが所定の大きさとなるようにレーザの励起強度を制御するレーザ装置において、前記連続発振動作を行ったときの最初の所定個数の各パルスに関して、各パルス発振の際の電源電圧を、発振停止時間、１バーストサイクル内でのパルスの順番、出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶するとともに、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、各パルス発振の際の励起強度を出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶する記憶手段と、前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数の各パルスに関しては、前記記憶手段に記憶した過去のパルス発振のデータのうち、発振停止時間、および１バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、かつ今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少なくとも１組読み出し、この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度を演算し、該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う第１の電源電圧制御手段と、前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、前記記憶手段から今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、この励起強度に基づいてパルス発振を行う第２の電源電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
かかる発明によれば、最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、記憶した過去のパルス発振のデータのうち、発振停止時間、および１バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、かつ今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少なくとも１組読み出し、この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度を演算し、該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う、一種のスパイクキラー制御を実行し、前記スパイク領域以降の領域では、今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、この励起強度に基づいてパルス発振を行うという電源電圧制御を行うようにしている。
【００２２】
すなわち、スパイク領域では、レーザ発振休止の影響が強く残っているので、スパイクキラー制御を実行し、それ以降の領域では直前までのパルスの影響を強く受けるので、直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御（バースト内パルスエネルギー制御）を実行する。
【００２３】
またこの発明では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を前記加工物の加工に要する所定個数Ｎt（Ｎ0＜Ｎt）だけ連続的に出力するレーザ装置において、前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎt）を検出するパルスエネルギー検出手段と、設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ≦Ｎ0の場合、
ｉ＞Ｎ0の場合、
に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを前記設定された目標値Ｐdに変えて出力する目標パルスエネルギー補正手段とを備えるようにしている。
【００２４】
係る発明によれば、ステップ＆スキャン方式において、加工物各点における、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしている。
【００２５】
更にこの発明では、パルスレーザ光の照射領域を固定した状態で加工物上に予め設定した所定個数Ｎ0のパルスレーザを照射することによって所要の加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎo）を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを前記設定された目標値Ｐdに変えて出力する目標パルスエネルギー補正手段と、
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ＞１の場合、
を備えるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
係る発明によれば、ステッパ方式において、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【００２８】
図２は、この発明にかかるレーザ装置を半導体の回路パターンの縮小投影露光処理を行うステッパの光源として適用した場合の構成を示している。すなわち、１がレーザ装置として狭帯域化エキシマレーザであり、２０が縮小投影露光装置としてのステッパである。
【００２９】
エキシマレーザ１のレーザチャンバ２は、図示しない放電電極等を有し、レーザチャンバ２内に充填されたＫｒ、Ｆ2，Ｎe等からなるレーザガスを放電電極間の放電によって励起させてレーザ発振を行う。発光した光は再びレーザチャンバ２に戻って増幅され、狭帯域化ユニット３によって狭帯域化されて、フロントミラー４を介して発振レーザ光Ｌとして出力される。そして、一部の光は再びレーザチャンバ２に戻りレーザ発振が起こる。なお、レーザ光Ｌは、先の図１６に示したように、所定の周期で所定回数連続してパルス発振させる連続発振運転と、連続発振運転後に前記連続パルス発振を所定時間停止させる停止運転とを交互に繰り返すバーストモード運転により、断続的に出力される。
【００３０】
レーザ電源回路５は、レーザコントローラ６から加えられた電圧データに応じて前記放電電極間に電位差Ｖを与えて放電を行う。なお、レーザ電源回路５においては、図示しない充電回路により電荷を一旦充電した後、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を行う。
【００３１】
フロントミラー４、レーザチャンバ２および狭帯域化ユニット３で構成される共振器から発振されたレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ７によってその一部がサンプリングされ、レンズ７ａを介して光モニタモジュール８に入射される。またその残りのレーザ光Ｌはスリット９を介して露光装置２０へ出射される。
【００３２】
光モニタモジュール８では、パルス発振が行われる度に、出力レーザ光Ｌの１パルス当たりのエネルギーＰi(i=1,2,3,…)を検出する。この検出パルスエネルギー値Ｐiはレーザコントローラ６に送られ、第ｊ番目のパルス群の 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。なお、光モニタモジュール８では、レーザ光Ｌのスペクトル線幅、波長等を検出し、これらのデータもレーザコントローラ６に入力する。
【００３３】
レーザコントローラ６には露光装置２０から以下の信号が入力されており、
・バースト信号ＢＳ（図３参照）
・レーザ発振同期信号（外部トリガ）ＴＲ（図３参照）
・目標パルスエネルギー値Ｐd
レーザ発振同期信号ＴＲは、レーザ装置１での連続パルス発振の際の各パルスのトリガ信号として機能する。バ ースト信号ＢＳは、その立上がりでレーザ装置１での連続発振運転を開始させ（バーストオン）、その立下がりでレーザ装置１での連続発振運転を停止させる（バーストオフ）よう機能させるものであり、そのバーストオン時点から所定時間ｔ1後に１発目のレーザ発振同期信号ＴＲが発生され、かつ最後のレーザ発振同期信号ＴＲが発生されてから所定時間ｔ2後にバーストオフされるように設定されている。
【００３４】
レーザコントローラ６では、これら入力信号に基づいて、連続パルス発振の際、最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、スパイク制御を実行し、それ以降のプラトー領域および安定領域ではバースト内パルスエネルギー制御を実行する。その詳細は、後述する。
【００３５】
露光装置２０には、スリット１０を介して入射されたレーザ光Ｌの一部をサンプリングするビームスプリッタ１１が設けられ、そのサンプリング光はレンズ１１ａを介して光モニタモジュール１２へ入射される。光モニタモジュール１２では、入射されたレーザ光Ｌの１パルス当たりのエネルギーＰi´を検出し、この検出エネルギー値Ｐi´は露光装置コントローラ１３に入力する。なお、ビームスプリッタ１１を通過したレーザ光は、縮小露光処理に用いられる。
【００３６】
露光装置コントローラ１３では、縮小露光処理およびウエハが載置されたステージの移動制御の他に、レーザ発振同期信号ＴＲ、バースト信号ＢＳおよび目標パルスエネルギー値Ｐdをレーザ装置１へ送信するなどの動作を実行する。
【００３７】
次に、図１のフローチャートに従ってバーストモード運転時におけるレーザコントローラ６の動作を説明する。
【００３８】
まず、レーザコントローラ６は、スパイク制御を行うべき初期スパイク領域のパルス数ｉsを設定する（ステップ１００）。すなわち、例えば、連続パルス発振パルスエネルギー特性は図１７に示したような特性を示すため、図１７のスパイク領域中に含まれるパルス数をｉsとして設定する。
【００３９】
次に、レーザコントローラ６は第１回目の連続パルス発振の際の上記設定した最初のｉs個のパルス発振の際に与えるべき、（励起強度パターン）充電電圧パターン（初期スパイク制御パターン）を設定する（ステップ１１０）。
【００４０】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から与えられた目標パルスエネルギーＰdを読み込み（ステップ１２０）、次に、発振停止時間（トリガ信号ＴＲの受信間隔）ｔの計時を開始する（ステップ１３０）。
【００４１】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から外部トリガＴＲが入力されると、この入力された外部トリガＴＲが第１発目の外部トリガであるか否かを判定する（ステップ１４０）。すなわち、レーザコントローラ６では、内部の図示せぬタイマ手段がトリガ信号ＴＲの受信間隔Ｔtrを計時しているので、この経時時間Ｔtrを所定の設定値ｔsと比較することにより、現時点が連続発振の途中か、連続発振と次の連続発振の間の休止時間であるかを判定することができる。
【００４２】
すなわち、
Ｔtr＜ｔs ならば、連続パルス発振の途中
ｔs ≦Ｔtrならば、連続発振と次の連続発振の間の休止時間）
というように判断する。
【００４３】
なお、この場合には、露光装置コントローラ１３からバースト信号ＢＳが入力されるので、バースト信号ＢＳのオンを検出することにより、連続パルス発振の開始を判定するようにしてもよい。
【００４４】
レーザコントローラ６は、今回入力されたトリガ信号ＴＲが第１発目のパルスであると判定すると、ｉ＝１にした後（ステップ１５０）、このｉを先に設定した初期スパイク領域のパルス数ｉsと比較することにより、現時点がスパイク領域か否かを判定する。スパイク領域の場合、レーザコントローラ６は、ステップ１８０のスパイク制御サブルーチンを実行する。
【００４５】
図４はスパイク制御サブルーチンの制御手順を示すもので、まずデータ読み込みサブルーチンを実行する（ステップ３００）。このデータ読み込みサブルーチン３００では、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込み、これらｔ，ｉ、Ｐtをパラメータとして過去の（以前のバースト周期の）パルスエネルギーＰと充電電圧（励起強度）Ｖに関するデータを読みだす。
【００４６】
具体的には、例えば図５(a)に示すように、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込み（ステップ４００）、過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータを抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つ２つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を読みだす（ステップ４１０）。
【００４７】
次に、レーザコントローラ６は、図４において、充電電圧演算サブルーチンを実行する（ステップ３１０）。この充電電圧演算サブルーチンにおいては、上記読み出した２つの過去のパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を用いて、パルスエネルギーを目標値Ｐtにするための充電電圧値Ｖを演算する。
【００４８】
具体的には、例えば、図５(b)に示すように、前記２つの過去のデータ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を用いて下式に示すような直線補間演算を用いて目標値Ｐtを実現するための充電電圧Ｖを演算する（ステップ４２０）。
【００４９】
（Ｐ2−Ｐ1）／（Ｖ2−Ｖ1）＝（Ｐt−Ｐ1）/（Ｖ−Ｖ1）
Ｖ＝Ｖ1＋（Ｖ2−Ｖ1）（Ｐt−Ｐ1）／（Ｐ2−Ｐ1）
次に、図４において、レーザコントローラ６は、上記計算した励起強度値（充電電圧値）Ｖを電源装置５に出力して（ステップ３２０）、この励起強度値（充電電圧値）Ｖによるレーザ発振を実行する（ステップ３３０）。
【００５０】
以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、光モニタモジュール８から今回のパルスエネルギー値Ｐiを取り込み、このパルスエネルギー値Ｐiを今回の発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、実際に印加された充電電圧値Ｖと共に、所定のメモリテーブルに記憶する（図１ステップ２００）。以下同様に、ステップ１２０からステップ２００までの手順をｉ＝ｉsになるまで、即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
【００５１】
次に、図６(a)は図４に示したデータ読み込みサブルーチンの他の例を示すもので、また、図６(b)は図４に示した充電電圧演算サブルーチンの他の例を示すものである。
【００５２】
図６(a)においては、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込みんだ後（ステップ５００）、過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータの抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つ１つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）を読みだすようにしている（ステップ５１０）。
【００５３】
また、かかるデータ読み込みサブルーチンを実行した場合は、充電電圧演算サブルーチンにおいては、図６(b)に示すように、前記読み出した過去の１つのデータ（Ｐ1，Ｖ1）のパルスエネルギー値Ｐ1を目標エネルギー値Ｐtと比較し（ステップ５２０）、Ｐ1＝Ｐtである場合は、充電電圧値Ｖ＝Ｖ1とし（ステップ５３０）、Ｐt＞Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1＋ΔＶ（ΔＶ：所定の設定値）とし、Ｐt＜Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1−ΔＶとする。
【００５４】
このようにしてスパイク制御が終了すると、レーザコントローラ６は、図１に示すように、ｉ＞ｉsであるプラトー領域および安定領域において、各パルスの直前のパルス発振の励起強度（充電電圧）とそのパルスエネルギー値との関係から次のパルスエネルギー値を所望の値とする為に必要な励起強度（充電電圧）を求め、該求めた励起強度によるパルス発振を行わせる、バースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを実行する（ステップ１９０）。
【００５５】
このバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンにおいては、図７に示すように、まずデータ読みだしサブルーチンを実行する（ステップ６００）。すなわちデータ読みだしサブルーチンにおいては、今回のバースト周期内の既に出力されたパルスのパルスエネルギー値Ｐiとそのときの励起強度（充電電圧）Ｖを読み出すよう動作する。
【００５６】
その具体例を図８(a)〜(c)に示す。
【００５７】
図８(a)においては、今回のバースト周期内の直前のパルスのパルスエネルギー値Ｐiと、そのときの充電電圧Ｖを読み出すようにしている（ステップ６４０）。
【００５８】
図８(b)においては、今回のバースト周期内のＮ（例えばＮ＝２、Ｎ＝３など）個前のパルスのパルスエネルギー値Ｐiと、そのときの充電電圧Ｖを読み出すようにしている（ステップ６５０）。
【００５９】
図８(c)においては、今回のバースト周期内のｎ個のパルスのパルスエネルギーＰ1〜Ｐnとそれらに対応する充電電圧Ｖ1〜Ｖnを読み出し、それらの平均値を参照するパルスエネルギー値Ｐおよび充電電圧Ｖにしている（ステップ６６０，６７０）。
【００６０】
なお、図８(c)に示したｎ個のパルスとして、当該パルスの直前のパルスから逆上ったｎ個のパルスを使用するようにしても良い。
【００６１】
以上のようなデータ読み出しサブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、図７に示すように、充電電圧演算サブルーチンを実行する（ステップ６１０）。
【００６２】
この充電電圧演算サブルーチンは、上記読み出したパルスエネルギー値Ｐと充電電圧Ｖを用いてパルスエネルギーを目標値Ｐtとするための充電電圧値Ｖを演算するためのもので、その具体例を図９に示す。
【００６３】
すなわち、図９においては、まず、前記読み出したデータ（Ｐ1，Ｖ1）のパルスエネルギー値Ｐ1を目標エネルギー値Ｐtと比較し（ステップ７００）、Ｐ1＝Ｐtである場合は、充電電圧値Ｖ＝Ｖ1とし（ステップ７１０）、Ｐt＞Ｐ1
である場合は、Ｖ＝Ｖ1＋ΔＶ（ΔＶ：所定の設定値）とし、Ｐt＜Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1−ΔＶとするようにしている。
【００６４】
以上のようなバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は今回印加した充電電圧Ｖiと、そのレーザ出力のモニタ値Ｐiを所定のメモリテーブルに記憶する（図１ステップ２１０）。レーザコントローラ６においては、このような処理を今回のバースト周期の連続パルス発振が終了するまで、繰り返し実行する。
【００６５】
このように、図１に示した実施例は、ステッパ用エキシマレーザ装置に適用されるものであり、最初の数パルスに対応するスパイク領域でのみスパイク制御を実行し、それ以降のプラトー領域及び安定領域では直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御（バースト内パルスエネルギー制御サブルーチン）を行うようにしている。
【００６６】
図１０はバースト発振初期において、目標パルスエネルギーＰdをＰ1，Ｐ2，Ｐ3（Ｐ1＜Ｐ2＜Ｐ3）の３つの異なる値に変化させ、発振停止時間ｔをｔa，ｔb（ｔa＜ｔb）の２つの異なる値に変化させた場合の、計６つの異なる条件下における実験結果を示すもので、図１０(a)には各パルスエネルギーのモニタ値を発振順番ｉ毎に示し、図１０(b)には各発振順番ｉ毎の各充電電圧値Ｖiを示している。
【００６７】
この場合、図１０(b)に示すような充電電圧を与えるようにすれば、図１０(a)に示すように、スパイキング現象が吸収されて各パルスエネルギーを目標値（Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3）にほぼ一致させることができることが判る。また、この際、図１０(b)から判るように、７発目のパルスまではスパイキング現象を消すために充電電圧値Ｖiが大きく増加しているが、７発目のパルス以降は充電電圧値がほぼ一定値となっている。また、発振休止時間ｔが長くなると、スパイキング現象が顕著に現れるので、発振休止時間ｔが長くなると連続パルスの初期パルスに対応する充電電圧をより低くしなくてはならないことも判る。さらに、目標パルスエネルギーＰdが大きくなればなるほで、充電電圧を大きくしなければならないことも判る。
【００６８】
したがって、図１に示した実施例においては、最初の数発のパルスに対応するスパイク領域でのみ、目標パルスエネルギーＰd、発振休止時間ｔ、発振順番ｉをパラメータとした励起強度制御（充電電圧制御）を行い、それ以降のプラトー領域及び安定領域では、今回のバースト周期内の既に発振されたパルスのエネルギー値を参照した励起強度制御（充電電圧制御）を行うようにしている。すなわち、連続パルス発振の初期のパルスでは、レーザ発振休止の影響が強く残っているので、スパイクキラー制御を実行するが、それ以降のパルスにおいては、レーザ発振休止よりも直前までのパルス発振の影響をより強く受けるために、直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御を行うようにしているのである。
【００６９】
図１１は、上記図１の実施例による充電電圧制御の実験結果を示すもので、図１１(b)のような充電電圧を与えることにより、全てのパルスエネルギー値を図１１(a)に示すようにほぼ均一にすることが可能になった。
【００７０】
次に、図１２〜図１５を参照してステップ＆スキャン方式を用いて半導体露光処理を行う際の励起強度制御（充電電圧制御）について説明する。
【００７１】
すなわち、図１５に示すように、半導体ウェハ３０上には、複数のＩＣチップ３１が並設されているが、ステップ＆スキャン方式では、レーザ光またはウェハ３０を移動させながら露光処理を行う。このため、ステップ＆スキャン方式では、１つのＩＣチップに対しては、レーザ光を固定して露光処理を行うステッパに比べて、その露光範囲を大きくとることができ、大面積のＩＣチップの露光処理を可能にする。
【００７２】
ここで、通常のステップ＆スキャン方式では、図１４に示すように、各パルスレーザ光の照射面積（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、…で示されたエリア）はＩＣチップ３１の面積よりも小さく、これらのパルスレーザ光が順次所定のピッチΔＰでスキャンされることでＩＣチップ３１の全面の露光が行われる。
【００７３】
ここで、ステップ＆スキャン方式においては、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるように、その走査ピッチΔＰやパルスレーザ光の照射面積が設定されており、これにより各パルスのパルスエネルギーが全て目標値Ｐdと同じであるならば、加工物上の各点は、Ｎ0回のパルスレーザ光の照射によって、所望の露光量（Ｐd×Ｎ0）を得ることができる。
【００７４】
しかし、実際には、各パルスのエネルギーはばらついているので、その現象に対処する必要があり、この実施例では、図１２及び図１３に示すフローチャートに示す制御手順によってその問題を解決している。
【００７５】
例えば、図１４においては、Ｎ0＝４であり、Ａ点は、４つのパルスレーザ光Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3およびＰ4の積算エネルギーによって露光され、またＢ点は４つのパルスレーザ光Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4およびＰ5の積算エネルギーによって露光されるようになっている。以下の、Ｃ点、…も同様に４つのパルスレーザ光の積算エネルギーによって露光される。
【００７６】
したがって、ステップ＆スキャン方式においては、各点の移動積算露光量（例えばＡ点の移動積算露光量はＰ1+Ｐ2+Ｐ3+Ｐ4）が等しくなるように、各パルスエネルギー値を制御する必要があり、そのための制御が図１２のフローチャートのステップ８７０の目標パルスエネルギー補正サブルーチンに示されている。
【００７７】
以下、図１２及び図１３に示す制御手順を説明する。
【００７８】
まずレーザコントローラ６は、スパイク制御を行うべき初期スパイク領域のパルス数ｉsを設定する（ステップ８００）。
【００７９】
次に、レーザコントローラ６は第１回目の連続パルス発振の際の上記設定した最初のｉs個のパルス発振の際に与えるべき、充電電圧パターン（初期スパイク制御パターン）を設定する（ステップ８１０）。
【００８０】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から与えられた目標パルスエネルギーＰdと移動積算パルス数の目標値Ｎ0を読み込み（ステップ８２０）、次に、発振停止時間（トリガ信号ＴＲの受信間隔）ｔの計時を開始する（ステップ８３０）。
【００８１】
次に、露光装置コントローラ１３から外部トリガＴＲが入力されると、レーザコントローラ６はこの入力された外部トリガＴＲが第１発目の外部トリガであるか否かを判定する（ステップ８４０）。
【００８２】
そして、レーザコントローラ６は、今回入力されたトリガ信号ＴＲが第１発目のパルスであると判定すると、ｉ＝１にした後（ステップ８５０）、目標パルスエネルギーの補正サブルーチン（ステップ８７０）を実行する。
【００８３】
この目標パルスエネルギー補正サブルーチンにおいては、図１３に示すような手順が実行される。
【００８４】
すなわち、現在のｉ値（このｉは１つの連続パルス発振におけるパルス発振開始後のトータル発振数をカウントする値）を移動積算パルス数の目標値Ｎ0と比較し（ステップ９４０）、ｉ＝１である場合は、補正後の目標パルスエネルギーＰtを先に設定された目標パルスエネルギーＰdとして出力し（ステップ９５０）、ｉ≦Ｎ0である場合は、補正後の目標パルスエネルギーＰtを下式（１）に従って演算し（ステップ９６０）、
また、ｉ＞Ｎ0である場合は、補正後の目標パルスエネルギーＰtを下式（２）
に従って演算する（ステップ９７０）。
【００８５】
なお、上式において、Ｐkは、各パルス発振の際に実際にモニタされたパルスエネルギー値である。
【００８６】
すなわち、上式（１）においては、ｉ発目までのレーザ発振を行ったときの露光量の目標値（理想値）Ｐd×ｉから、（ｉ−１）発目までのレーザ発振による実際の露光量Ｐ1＋Ｐ2＋…Ｐi-1を減算し、この減算結果をｉ発目のレーザ発振を行う際の目標値Ｐtとして演算するようにしており、このような補正演算がｉ≦Ｎ0である間実行される。この（１）式は、図１４のＡ点用の補正演算式である。
【００８７】
また、上式（２）の手順は、ｉ＞Ｎ0となった場合における目標エネルギーの補正演算式であり、図１４においては、Ｂ点以降（Ｂ点及びＢ点より右側の領域の点）用の補正演算式となる。
【００８８】
以上のような目標パルスエネルギー補正サブルーチンが終了すると、ｉを先に設定した初期スパイク領域のパルス数ｉsと比較することにより、現時点がスパイク領域か否かを判定する（ステップ８８０）。スパイク領域と判定された場合は、レーザコントローラ６は、ステップ８９０のスパイク制御サブルーチンを実行する。
【００８９】
このスパイク制御サブルーチンでは、先の図４〜図６に示したものと同様に動作し、例えば過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータの抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つパルスエネルギーデータおよび充電電圧データを読みだし、該読み出したパルスエネルギーデータおよび充電電圧データを用いて、パルスエネルギーを補正した目標値Ｐtにするための充電電圧値Ｖを演算し、該演算した充電電圧値によるレーザ発振を実行する。
【００９０】
以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、光モニタモジュール８から今回のパルスエネルギー値Ｐiを取り込み、このパルスエネルギー値Ｐiを今回の発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、実際に印加された充電電圧値Ｖと共に、所定のメモリテーブルに記憶する（ステップ９００）。以下同様に、ステップ８２０からステップ９００までの手順をｉ＝ｉsになるまで、即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
【００９１】
このようにしてスパイク制御が終了すると、レーザコントローラ６は、ｉ＞ｉsであるプラトー領域および安定領域において、バースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを実行する（ステップ１９０）。このバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンにおいては、先の図７〜図９に示したものと同様に動作し、今回のバースト周期内の既に出力されたパルスのパルスエネルギー値Ｐiとそのときの充電電圧Ｖを読み出し、該読み出したパルスエネルギー値Ｐと充電電圧Ｖを用いてパルスエネルギーを目標値Ｐtとするための充電電圧値Ｖを演算し、該演算した充電電圧値によるレーザ発振を実行する。
【００９２】
以上のようなバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は今回印加した充電電圧Ｖiと、そのレーザ出力のモニタ値Ｐiを所定のメモリテーブルに記憶する（ステップ９２０）。
【００９３】
レーザコントローラ６においては、このような処理を今回のバースト周期の連続パルス発振が終了するまで、繰り返し実行する。
【００９４】
なお、本発明のレーザ装置を露光装置の光源として用いる場合に、図１２および図１３の制御手順は、露光装置がステップ＆スキャン方式の場合のみでなく、ステッパの場合でも適用することができる。
【００９５】
すなわち、ステッパ方式において、１つのＩＣチップに照射する光パルスの数をＮ0とし、各パルスレーザ光の目標値をＰdとし、各パルス発振の際に実際にモニタされたパルスエネルギー値をＰk（１≦k≦Ｎ0）とし、連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを設定された目標値Ｐdに変えて出力するようにすればよい。
【００９６】
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ＞１の場合、
係る実施例によれば、ステッパ方式において、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしているので、各パルス発振の際のパルスエネルギーの目標値が各パルスエネルギーを均一にするためにより実質的に理想に近いものに置換され、各パルスエネルギーの均一化を図ることができる。勿論、かかる目標パルスエネルギーの補正演算を図１に示した制御手順に加えることによって、スパイク制御とバースト内パルスエネルギー制御とともに、目標パルスエネルギーの補正演算を行うようにしてもよい。こうすることによって、ステッパ方式において、より各パルスエネルギーの均一化を図ることができるようになる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、スパイク領域ではスパイクキラー制御を実行し、それ以降の領域では直前のパルス発振状況に応じた電源電圧制御を実行するようにしているので、連続パルス発振の全パルスにおいて充分なパルスエネルギーのばらつき抑制効果を得ることができ、高精度の光加工を実現することができる。さらに、この発明では、スパイク領域でのみスパイクキラー制御を実行するようにしているので、記憶するデータ数が減り、メモリ容量を削減できると共に、メモリからのより高速のデータ読み出しが可能になる。
【００９８】
またこの発明では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、加工物各点における、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を各レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしているので、加工物各点における露光量を均一にすることができ、ステップ＆スキャン方式の光加工装置において高精度の光加工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の制御手順を示すフローチャート。。
【図２】この発明の実施例構成を示すブロック図。
【図３】バースト信号、レーザ発振同期信号のタイムチャート。。
【図４】図１のスパイク制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４のスパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチンおよび充電電圧演算サブルーチンを示す図。
【図６】図４スパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチンおよび充電電圧演算サブルーチンの他の例を示す図。
【図７】図１のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図８】図７のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内のデータ読み出しサブルーチンを示すフローチャート。
【図９】図７のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内の充電電圧演算サブルーチンを示すフローチャート。。
【図１０】バースト発振初期において、目標パルスエネルギーをの３つの異なる値に変化させ、発振停止時間を２つの異なる値に変化させた場合のパルスエネルギー及び充電電圧に関する実験結果を示す図。
【図１１】図１の実施例による充電電圧制御の実験結果を示す図。
【図１２】この発明の他の実施の制御手順を示すフローチャート。
【図１３】図１２のフローチャート内の目標パルスエネルギー補正サブルーチンを示すフローチャート。
【図１４】ステップ＆スキャン方式によるＩＣチップに対するパルスレーザ光の照射態様を示す図。
【図１５】ウェハ上のＩＣチップを示す平面図。
【図１６】充電電圧を一定にした場合のバースト運転におけるパルスエネルギー波形を示す図。
【図１７】図１６のにおけるパルスエネルギー波形の１つの連続パルス発振のパルスエネルギー波形を示す拡大図。
【符号の説明】
１…レーザ装置
３…狭帯域化ユニット
６…レーザコントローラ
２０…露光装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光を用いて半導体、高分子材料、または無機材料などに対し所定の加工を加える加工装置に対してレーザ光を出力するレーザ装置に関し、特にレーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に繰り返すバーストモード運転を実行する際に常に均一なパルスエネルギー値を得るための改良およびステップ＆スキャン方式による加工を行う際の移動積算露光量を均一にする為の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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、回路パターンの解像度を一定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。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のために１パルス毎のパルスエネルギーにバラツキがあり、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。
【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】
ところで、半導体露光装置は、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は、図１６に示すように、必然的に、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返すバーストモードとなる。つまり、バーストモードとは、連続パルス発振期間と発振休止期間とを交互に繰り返すものである。すなわち、半導体ウェハ上に形成された一つのＩＣチップは、図１６において、１つの連続パルス発振期間を構成するひとかたまりのパルス群により加工される。なお、図１６においては、励起強度（充電電圧）を一定値に固定した場合の各パルスのエネルギー強度を示している。
【０００６】
さて、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。この原因としては、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、不安定にする、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、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ことなどがある。
【０００７】
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、図１６および図１７に示すように、発振休止期間経過後の最初の数パルスが含まれるスパイク領域では、最初比較的高いパルスエネルギーが得られ、その後は徐々にパルスエネルギーが低下するという、謂ゆるスパイキング現象が現れる。このスパイク領域が終了すると、パルスエネルギーは比較的高レベルの安定な値が続くプラトー領域を経た後、安定領域に入る。
【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パルス毎のエネルギーのバラツキが露光量制御の精度を低下させるとともに、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大きく低下させるという問題がある。
【０００９】
しかも近年は、前述したように、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。
【００１０】
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。
【００１１】
そこで、本出願人は、励起強度（充電電圧）が大きなるにつれて発振されるパルスのエネルギーが大きくなるという性質を利用して、バーストモードにおける連続パルス発振の最初のパルスの放電電圧（充電電圧）を小さくし、以後パルスの放電電圧（充電電圧）を徐々に大きくしていくという具合に、放電電圧（充電電圧）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、謂ゆるスパイキング発生防止制御に関する発明を種々特許出願している（特願平４−１９１０５６号、特開平７−１０６６７８号公報（特願平５−２４９４８３号）など）。
【００１２】
すなわち、上記の従来技術によれば、発振休止時間ｔ（図１６参照）、パワーロック電圧（レーザガスの劣化に応じて決定される電源電圧）などの各種パラメータを考慮して連続パルス発振の各パルスのエネルギーを所望の目標値にする電源電圧データを、連続パルス発振の各パルス毎に予め記憶するとともに、前回までに既に行われた連続パルス発振時のパルスエネルギーを検出し、この検出値とパルスエネルギー目標値とを比較し、この比較結果に基づいて前記予記憶された各パルスに対応する電源電圧データを補正するようにしている。この補正をスパイクキラー制御という。
【００１３】
しかしながら、上記の従来技術によれば、図１７に示すスパイク領域に加えてプラトー領域及び安定領域においてもスパイクキラー制御を行っているので、スパイク領域以外の領域でパルスエネルギーのばらつきの抑制効果が十分ではない。また、他に、スパイク領域とプラトー領域でのみスパイクキラー制御を行った場合でも、パルスエネルギーの抑制効果は十分ではない。
【００１４】
これは、連続パルスの初期のパルスでは、レーザ発振休止の影響（レーザが安定化する）が強く残って、同じ電源電圧を印加してもその出力パワーは他の領域に比べ大きくなるが、これ以降のプラトー領域や安定領域ではレーザ発振休止の影響が少なくなり、その反面直前までのパルス発振の影響（電極温度の上昇、レーザガスの乱れなど）をより強く受けることによると考えられる。
【００１５】
また、上記従来技術では、連続パルス発振の全てのパルスに関して、スパイクキラー制御を実行するために、そのための記憶データ量が多くなり、多大なメモリ容量を必要とするとともに、メモリからのデータ読み出しに時間がかかる等の問題もある。
【００１６】
ところで、さらにメモリの大容量化が進むと、半導体の露光装置の露光方式は、ステージを停止させて露光を行うステッパ方式からステージを移動させながら露光を行うステップ＆スキャン方式に移行する。このステップ＆スキャン方式の利点は、大面積を露光できる点にある。例えば、フィールドサイズ３６ｍｍφのレンズを使用した場合、ステッパ方式では、その露光面積は２５ｍｍ角になるのに対し、ステップ＆スキャン方式では、３０×４０ｍｍといった大面積の露光が可能になる。今後、集積度が増すに従ってチップサイズは大きくなる傾向にあり、ステップ＆スキャン方式での高精度の露光が望まれている。
【００１７】
すなわち、このステップ＆スキャン方式では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行うのであるが、このステップ＆スキャン方式ではパルスレーザ光は常にスキャンされるので、加工物上の各点における露光量を全て同じにするための制御が困難であり、そのための有効な制御方法が望まれていた。
【００１８】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、連続パルス発振の全パルスにおいてパルスエネルギーを常に均一にして、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。
【００１９】
またこの発明では、ステップ＆スキャン方式による加工を行う場合、加工物各点の露光量を均一にできるレーザ装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明では、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に実行する運転を１バーストサイクルとするバーストモード運転を繰り返し行ない、前記パルス発振の各出力エネルギーが所定の大きさとなるようにレーザの励起強度を制御するレーザ装置において、前記連続発振動作を行ったときの最初の所定個数の各パルスに関して、各パルス発振の際の電源電圧を、発振停止時間、１バーストサイクル内でのパルスの順番、出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶するとともに、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、各パルス発振の際の励起強度を出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶する記憶手段と、前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数の各パルスに関しては、前記記憶手段に記憶した過去のパルス発振のデータのうち、発振停止時間、および１バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、かつ今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少なくとも１組読み出し、この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度を演算し、該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う第１の電源電圧制御手段と、前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、前記記憶手段から今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、この励起強度に基づいてパルス発振を行う第２の電源電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
かかる発明によれば、最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、記憶した過去のパルス発振のデータのうち、発振停止時間、および１バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、かつ今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少なくとも１組読み出し、この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度を演算し、該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う、一種のスパイクキラー制御を実行し、前記スパイク領域以降の領域では、今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、この励起強度に基づいてパルス発振を行うという電源電圧制御を行うようにしている。
【００２２】
すなわち、スパイク領域では、レーザ発振休止の影響が強く残っているので、スパイクキラー制御を実行し、それ以降の領域では直前までのパルスの影響を強く受けるので、直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御（バースト内パルスエネルギー制御）を実行する。
【００２３】
またこの発明では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を前記加工物の加工に要する所定個数Ｎt（Ｎ0＜Ｎt）だけ連続的に出力するレーザ装置において、前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎt）を検出するパルスエネルギー検出手段と、設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ≦Ｎ0の場合、
【００２４】
係る発明によれば、ステップ＆スキャン方式において、加工物各点における、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしている。
【００２５】
更にこの発明では、パルスレーザ光の照射領域を固定した状態で加工物上に予め設定した所定個数Ｎ0のパルスレーザを照射することによって所要の加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎo）を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを前記設定された目標値Ｐdに変えて出力する目標パルスエネルギー補正手段と、
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ＞１の場合、
【００２６】
係る発明によれば、ステッパ方式において、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【００２８】
図２は、この発明にかかるレーザ装置を半導体の回路パターンの縮小投影露光処理を行うステッパの光源として適用した場合の構成を示している。すなわち、１がレーザ装置として狭帯域化エキシマレーザであり、２０が縮小投影露光装置としてのステッパである。
【００２９】
エキシマレーザ１のレーザチャンバ２は、図示しない放電電極等を有し、レーザチャンバ２内に充填されたＫｒ、Ｆ2，Ｎe等からなるレーザガスを放電電極間の放電によって励起させてレーザ発振を行う。発光した光は再びレーザチャンバ２に戻って増幅され、狭帯域化ユニット３によって狭帯域化されて、フロントミラー４を介して発振レーザ光Ｌとして出力される。そして、一部の光は再びレーザチャンバ２に戻りレーザ発振が起こる。なお、レーザ光Ｌは、先の図１６に示したように、所定の周期で所定回数連続してパルス発振させる連続発振運転と、連続発振運転後に前記連続パルス発振を所定時間停止させる停止運転とを交互に繰り返すバーストモード運転により、断続的に出力される。
【００３０】
レーザ電源回路５は、レーザコントローラ６から加えられた電圧データに応じて前記放電電極間に電位差Ｖを与えて放電を行う。なお、レーザ電源回路５においては、図示しない充電回路により電荷を一旦充電した後、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を行う。
【００３１】
フロントミラー４、レーザチャンバ２および狭帯域化ユニット３で構成される共振器から発振されたレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ７によってその一部がサンプリングされ、レンズ７ａを介して光モニタモジュール８に入射される。またその残りのレーザ光Ｌはスリット９を介して露光装置２０へ出射される。
【００３２】
光モニタモジュール８では、パルス発振が行われる度に、出力レーザ光Ｌの１パルス当たりのエネルギーＰi(i=1,2,3,…)を検出する。この検出パルスエネルギー値Ｐiはレーザコントローラ６に送られ、第ｊ番目のパルス群の 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。なお、光モニタモジュール８では、レーザ光Ｌのスペクトル線幅、波長等を検出し、これらのデータもレーザコントローラ６に入力する。
【００３３】
レーザコントローラ６には露光装置２０から以下の信号が入力されており、
・バースト信号ＢＳ（図３参照）
・レーザ発振同期信号（外部トリガ）ＴＲ（図３参照）
・目標パルスエネルギー値Ｐd
レーザ発振同期信号ＴＲは、レーザ装置１での連続パルス発振の際の各パルスのトリガ信号として機能する。バ ースト信号ＢＳは、その立上がりでレーザ装置１での連続発振運転を開始させ（バーストオン）、その立下がりでレーザ装置１での連続発振運転を停止させる（バーストオフ）よう機能させるものであり、そのバーストオン時点から所定時間ｔ1後に１発目のレーザ発振同期信号ＴＲが発生され、かつ最後のレーザ発振同期信号ＴＲが発生されてから所定時間ｔ2後にバーストオフされるように設定されている。
【００３４】
レーザコントローラ６では、これら入力信号に基づいて、連続パルス発振の際、最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、スパイク制御を実行し、それ以降のプラトー領域および安定領域ではバースト内パルスエネルギー制御を実行する。その詳細は、後述する。
【００３５】
露光装置２０には、スリット１０を介して入射されたレーザ光Ｌの一部をサンプリングするビームスプリッタ１１が設けられ、そのサンプリング光はレンズ１１ａを介して光モニタモジュール１２へ入射される。光モニタモジュール１２では、入射されたレーザ光Ｌの１パルス当たりのエネルギーＰi´を検出し、この検出エネルギー値Ｐi´は露光装置コントローラ１３に入力する。なお、ビームスプリッタ１１を通過したレーザ光は、縮小露光処理に用いられる。
【００３６】
露光装置コントローラ１３では、縮小露光処理およびウエハが載置されたステージの移動制御の他に、レーザ発振同期信号ＴＲ、バースト信号ＢＳおよび目標パルスエネルギー値Ｐdをレーザ装置１へ送信するなどの動作を実行する。
【００３７】
次に、図１のフローチャートに従ってバーストモード運転時におけるレーザコントローラ６の動作を説明する。
【００３８】
まず、レーザコントローラ６は、スパイク制御を行うべき初期スパイク領域のパルス数ｉsを設定する（ステップ１００）。すなわち、例えば、連続パルス発振パルスエネルギー特性は図１７に示したような特性を示すため、図１７のスパイク領域中に含まれるパルス数をｉsとして設定する。
【００３９】
次に、レーザコントローラ６は第１回目の連続パルス発振の際の上記設定した最初のｉs個のパルス発振の際に与えるべき、（励起強度パターン）充電電圧パターン（初期スパイク制御パターン）を設定する（ステップ１１０）。
【００４０】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から与えられた目標パルスエネルギーＰdを読み込み（ステップ１２０）、次に、発振停止時間（トリガ信号ＴＲの受信間隔）ｔの計時を開始する（ステップ１３０）。
【００４１】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から外部トリガＴＲが入力されると、この入力された外部トリガＴＲが第１発目の外部トリガであるか否かを判定する（ステップ１４０）。すなわち、レーザコントローラ６では、内部の図示せぬタイマ手段がトリガ信号ＴＲの受信間隔Ｔtrを計時しているので、この経時時間Ｔtrを所定の設定値ｔsと比較することにより、現時点が連続発振の途中か、連続発振と次の連続発振の間の休止時間であるかを判定することができる。
【００４２】
すなわち、
Ｔtr＜ｔs ならば、連続パルス発振の途中
ｔs ≦Ｔtrならば、連続発振と次の連続発振の間の休止時間）
というように判断する。
【００４３】
なお、この場合には、露光装置コントローラ１３からバースト信号ＢＳが入力されるので、バースト信号ＢＳのオンを検出することにより、連続パルス発振の開始を判定するようにしてもよい。
【００４４】
レーザコントローラ６は、今回入力されたトリガ信号ＴＲが第１発目のパルスであると判定すると、ｉ＝１にした後（ステップ１５０）、このｉを先に設定した初期スパイク領域のパルス数ｉsと比較することにより、現時点がスパイク領域か否かを判定する。スパイク領域の場合、レーザコントローラ６は、ステップ１８０のスパイク制御サブルーチンを実行する。
【００４５】
図４はスパイク制御サブルーチンの制御手順を示すもので、まずデータ読み込みサブルーチンを実行する（ステップ３００）。このデータ読み込みサブルーチン３００では、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込み、これらｔ，ｉ、Ｐtをパラメータとして過去の（以前のバースト周期の）パルスエネルギーＰと充電電圧（励起強度）Ｖに関するデータを読みだす。
【００４６】
具体的には、例えば図５(a)に示すように、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込み（ステップ４００）、過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータを抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つ２つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を読みだす（ステップ４１０）。
【００４７】
次に、レーザコントローラ６は、図４において、充電電圧演算サブルーチンを実行する（ステップ３１０）。この充電電圧演算サブルーチンにおいては、上記読み出した２つの過去のパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を用いて、パルスエネルギーを目標値Ｐtにするための充電電圧値Ｖを演算する。
【００４８】
具体的には、例えば、図５(b)に示すように、前記２つの過去のデータ（Ｐ1，Ｖ1）および（Ｐ2，Ｖ2）を用いて下式に示すような直線補間演算を用いて目標値Ｐtを実現するための充電電圧Ｖを演算する（ステップ４２０）。
【００４９】
（Ｐ2−Ｐ1）／（Ｖ2−Ｖ1）＝（Ｐt−Ｐ1）/（Ｖ−Ｖ1）
Ｖ＝Ｖ1＋（Ｖ2−Ｖ1）（Ｐt−Ｐ1）／（Ｐ2−Ｐ1）
次に、図４において、レーザコントローラ６は、上記計算した励起強度値（充電電圧値）Ｖを電源装置５に出力して（ステップ３２０）、この励起強度値（充電電圧値）Ｖによるレーザ発振を実行する（ステップ３３０）。
【００５０】
以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、光モニタモジュール８から今回のパルスエネルギー値Ｐiを取り込み、このパルスエネルギー値Ｐiを今回の発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、実際に印加された充電電圧値Ｖと共に、所定のメモリテーブルに記憶する（図１ステップ２００）。以下同様に、ステップ１２０からステップ２００までの手順をｉ＝ｉsになるまで、即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
【００５１】
次に、図６(a)は図４に示したデータ読み込みサブルーチンの他の例を示すもので、また、図６(b)は図４に示した充電電圧演算サブルーチンの他の例を示すものである。
【００５２】
図６(a)においては、発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、目標パルスエネルギーＰtを読み込みんだ後（ステップ５００）、過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータの抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つ１つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ（Ｐ1，Ｖ1）を読みだすようにしている（ステップ５１０）。
【００５３】
また、かかるデータ読み込みサブルーチンを実行した場合は、充電電圧演算サブルーチンにおいては、図６(b)に示すように、前記読み出した過去の１つのデータ（Ｐ1，Ｖ1）のパルスエネルギー値Ｐ1を目標エネルギー値Ｐtと比較し（ステップ５２０）、Ｐ1＝Ｐtである場合は、充電電圧値Ｖ＝Ｖ1とし（ステップ５３０）、Ｐt＞Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1＋ΔＶ（ΔＶ：所定の設定値）とし、Ｐt＜Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1−ΔＶとする。
【００５４】
このようにしてスパイク制御が終了すると、レーザコントローラ６は、図１に示すように、ｉ＞ｉsであるプラトー領域および安定領域において、各パルスの直前のパルス発振の励起強度（充電電圧）とそのパルスエネルギー値との関係から次のパルスエネルギー値を所望の値とする為に必要な励起強度（充電電圧）を求め、該求めた励起強度によるパルス発振を行わせる、バースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを実行する（ステップ１９０）。
【００５５】
このバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンにおいては、図７に示すように、まずデータ読みだしサブルーチンを実行する（ステップ６００）。すなわちデータ読みだしサブルーチンにおいては、今回のバースト周期内の既に出力されたパルスのパルスエネルギー値Ｐiとそのときの励起強度（充電電圧）Ｖを読み出すよう動作する。
【００５６】
その具体例を図８(a)〜(c)に示す。
【００５７】
図８(a)においては、今回のバースト周期内の直前のパルスのパルスエネルギー値Ｐiと、そのときの充電電圧Ｖを読み出すようにしている（ステップ６４０）。
【００５８】
図８(b)においては、今回のバースト周期内のＮ（例えばＮ＝２、Ｎ＝３など）個前のパルスのパルスエネルギー値Ｐiと、そのときの充電電圧Ｖを読み出すようにしている（ステップ６５０）。
【００５９】
図８(c)においては、今回のバースト周期内のｎ個のパルスのパルスエネルギーＰ1〜Ｐnとそれらに対応する充電電圧Ｖ1〜Ｖnを読み出し、それらの平均値を参照するパルスエネルギー値Ｐおよび充電電圧Ｖにしている（ステップ６６０，６７０）。
【００６０】
なお、図８(c)に示したｎ個のパルスとして、当該パルスの直前のパルスから逆上ったｎ個のパルスを使用するようにしても良い。
【００６１】
以上のようなデータ読み出しサブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、図７に示すように、充電電圧演算サブルーチンを実行する（ステップ６１０）。
【００６２】
この充電電圧演算サブルーチンは、上記読み出したパルスエネルギー値Ｐと充電電圧Ｖを用いてパルスエネルギーを目標値Ｐtとするための充電電圧値Ｖを演算するためのもので、その具体例を図９に示す。
【００６３】
すなわち、図９においては、まず、前記読み出したデータ（Ｐ1，Ｖ1）のパルスエネルギー値Ｐ1を目標エネルギー値Ｐtと比較し（ステップ７００）、Ｐ1＝Ｐtである場合は、充電電圧値Ｖ＝Ｖ1とし（ステップ７１０）、Ｐt＞Ｐ1
である場合は、Ｖ＝Ｖ1＋ΔＶ（ΔＶ：所定の設定値）とし、Ｐt＜Ｐ1である場合は、Ｖ＝Ｖ1−ΔＶとするようにしている。
【００６４】
以上のようなバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は今回印加した充電電圧Ｖiと、そのレーザ出力のモニタ値Ｐiを所定のメモリテーブルに記憶する（図１ステップ２１０）。レーザコントローラ６においては、このような処理を今回のバースト周期の連続パルス発振が終了するまで、繰り返し実行する。
【００６５】
このように、図１に示した実施例は、ステッパ用エキシマレーザ装置に適用されるものであり、最初の数パルスに対応するスパイク領域でのみスパイク制御を実行し、それ以降のプラトー領域及び安定領域では直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御（バースト内パルスエネルギー制御サブルーチン）を行うようにしている。
【００６６】
図１０はバースト発振初期において、目標パルスエネルギーＰdをＰ1，Ｐ2，Ｐ3（Ｐ1＜Ｐ2＜Ｐ3）の３つの異なる値に変化させ、発振停止時間ｔをｔa，ｔb（ｔa＜ｔb）の２つの異なる値に変化させた場合の、計６つの異なる条件下における実験結果を示すもので、図１０(a)には各パルスエネルギーのモニタ値を発振順番ｉ毎に示し、図１０(b)には各発振順番ｉ毎の各充電電圧値Ｖiを示している。
【００６７】
この場合、図１０(b)に示すような充電電圧を与えるようにすれば、図１０(a)に示すように、スパイキング現象が吸収されて各パルスエネルギーを目標値（Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3）にほぼ一致させることができることが判る。また、この際、図１０(b)から判るように、７発目のパルスまではスパイキング現象を消すために充電電圧値Ｖiが大きく増加しているが、７発目のパルス以降は充電電圧値がほぼ一定値となっている。また、発振休止時間ｔが長くなると、スパイキング現象が顕著に現れるので、発振休止時間ｔが長くなると連続パルスの初期パルスに対応する充電電圧をより低くしなくてはならないことも判る。さらに、目標パルスエネルギーＰdが大きくなればなるほで、充電電圧を大きくしなければならないことも判る。
【００６８】
したがって、図１に示した実施例においては、最初の数発のパルスに対応するスパイク領域でのみ、目標パルスエネルギーＰd、発振休止時間ｔ、発振順番ｉをパラメータとした励起強度制御（充電電圧制御）を行い、それ以降のプラトー領域及び安定領域では、今回のバースト周期内の既に発振されたパルスのエネルギー値を参照した励起強度制御（充電電圧制御）を行うようにしている。すなわち、連続パルス発振の初期のパルスでは、レーザ発振休止の影響が強く残っているので、スパイクキラー制御を実行するが、それ以降のパルスにおいては、レーザ発振休止よりも直前までのパルス発振の影響をより強く受けるために、直前のパルス発振状況（印加電源電圧に対応する出力パワー）に応じた電源電圧制御を行うようにしているのである。
【００６９】
図１１は、上記図１の実施例による充電電圧制御の実験結果を示すもので、図１１(b)のような充電電圧を与えることにより、全てのパルスエネルギー値を図１１(a)に示すようにほぼ均一にすることが可能になった。
【００７０】
次に、図１２〜図１５を参照してステップ＆スキャン方式を用いて半導体露光処理を行う際の励起強度制御（充電電圧制御）について説明する。
【００７１】
すなわち、図１５に示すように、半導体ウェハ３０上には、複数のＩＣチップ３１が並設されているが、ステップ＆スキャン方式では、レーザ光またはウェハ３０を移動させながら露光処理を行う。このため、ステップ＆スキャン方式では、１つのＩＣチップに対しては、レーザ光を固定して露光処理を行うステッパに比べて、その露光範囲を大きくとることができ、大面積のＩＣチップの露光処理を可能にする。
【００７２】
ここで、通常のステップ＆スキャン方式では、図１４に示すように、各パルスレーザ光の照射面積（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、…で示されたエリア）はＩＣチップ３１の面積よりも小さく、これらのパルスレーザ光が順次所定のピッチΔＰでスキャンされることでＩＣチップ３１の全面の露光が行われる。
【００７３】
ここで、ステップ＆スキャン方式においては、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるように、その走査ピッチΔＰやパルスレーザ光の照射面積が設定されており、これにより各パルスのパルスエネルギーが全て目標値Ｐdと同じであるならば、加工物上の各点は、Ｎ0回のパルスレーザ光の照射によって、所望の露光量（Ｐd×Ｎ0）を得ることができる。
【００７４】
しかし、実際には、各パルスのエネルギーはばらついているので、その現象に対処する必要があり、この実施例では、図１２及び図１３に示すフローチャートに示す制御手順によってその問題を解決している。
【００７５】
例えば、図１４においては、Ｎ0＝４であり、Ａ点は、４つのパルスレーザ光Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3およびＰ4の積算エネルギーによって露光され、またＢ点は４つのパルスレーザ光Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4およびＰ5の積算エネルギーによって露光されるようになっている。以下の、Ｃ点、…も同様に４つのパルスレーザ光の積算エネルギーによって露光される。
【００７６】
したがって、ステップ＆スキャン方式においては、各点の移動積算露光量（例えばＡ点の移動積算露光量はＰ1+Ｐ2+Ｐ3+Ｐ4）が等しくなるように、各パルスエネルギー値を制御する必要があり、そのための制御が図１２のフローチャートのステップ８７０の目標パルスエネルギー補正サブルーチンに示されている。
【００７７】
以下、図１２及び図１３に示す制御手順を説明する。
【００７８】
まずレーザコントローラ６は、スパイク制御を行うべき初期スパイク領域のパルス数ｉsを設定する（ステップ８００）。
【００７９】
次に、レーザコントローラ６は第１回目の連続パルス発振の際の上記設定した最初のｉs個のパルス発振の際に与えるべき、充電電圧パターン（初期スパイク制御パターン）を設定する（ステップ８１０）。
【００８０】
次に、レーザコントローラ６は、露光装置コントローラ１３から与えられた目標パルスエネルギーＰdと移動積算パルス数の目標値Ｎ0を読み込み（ステップ８２０）、次に、発振停止時間（トリガ信号ＴＲの受信間隔）ｔの計時を開始する（ステップ８３０）。
【００８１】
次に、露光装置コントローラ１３から外部トリガＴＲが入力されると、レーザコントローラ６はこの入力された外部トリガＴＲが第１発目の外部トリガであるか否かを判定する（ステップ８４０）。
【００８２】
そして、レーザコントローラ６は、今回入力されたトリガ信号ＴＲが第１発目のパルスであると判定すると、ｉ＝１にした後（ステップ８５０）、目標パルスエネルギーの補正サブルーチン（ステップ８７０）を実行する。
【００８３】
この目標パルスエネルギー補正サブルーチンにおいては、図１３に示すような手順が実行される。
【００８４】
すなわち、現在のｉ値（このｉは１つの連続パルス発振におけるパルス発振開始後のトータル発振数をカウントする値）を移動積算パルス数の目標値Ｎ0と比較し（ステップ９４０）、ｉ＝１である場合は、補正後の目標パルスエネルギーＰtを先に設定された目標パルスエネルギーＰdとして出力し（ステップ９５０）、ｉ≦Ｎ0である場合は、補正後の目標パルスエネルギーＰtを下式（１）に従って演算し（ステップ９６０）、
【００８５】
なお、上式において、Ｐkは、各パルス発振の際に実際にモニタされたパルスエネルギー値である。
【００８６】
すなわち、上式（１）においては、ｉ発目までのレーザ発振を行ったときの露光量の目標値（理想値）Ｐd×ｉから、（ｉ−１）発目までのレーザ発振による実際の露光量Ｐ1＋Ｐ2＋…Ｐi-1を減算し、この減算結果をｉ発目のレーザ発振を行う際の目標値Ｐtとして演算するようにしており、このような補正演算がｉ≦Ｎ0である間実行される。この（１）式は、図１４のＡ点用の補正演算式である。
【００８７】
また、上式（２）の手順は、ｉ＞Ｎ0となった場合における目標エネルギーの補正演算式であり、図１４においては、Ｂ点以降（Ｂ点及びＢ点より右側の領域の点）用の補正演算式となる。
【００８８】
以上のような目標パルスエネルギー補正サブルーチンが終了すると、ｉを先に設定した初期スパイク領域のパルス数ｉsと比較することにより、現時点がスパイク領域か否かを判定する（ステップ８８０）。スパイク領域と判定された場合は、レーザコントローラ６は、ステップ８９０のスパイク制御サブルーチンを実行する。
【００８９】
このスパイク制御サブルーチンでは、先の図４〜図６に示したものと同様に動作し、例えば過去のデータの中からバーストパルスの順番ｉが同じで、発振停止時間ｔが同じまたは最も近いデータの抽出し、これら抽出したデータの中から目標エネルギーＰtに最も近いパルスエネルギーＰを持つパルスエネルギーデータおよび充電電圧データを読みだし、該読み出したパルスエネルギーデータおよび充電電圧データを用いて、パルスエネルギーを補正した目標値Ｐtにするための充電電圧値Ｖを演算し、該演算した充電電圧値によるレーザ発振を実行する。
【００９０】
以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は、光モニタモジュール８から今回のパルスエネルギー値Ｐiを取り込み、このパルスエネルギー値Ｐiを今回の発振停止時間ｔ、バーストパルスの順番ｉ、実際に印加された充電電圧値Ｖと共に、所定のメモリテーブルに記憶する（ステップ９００）。以下同様に、ステップ８２０からステップ９００までの手順をｉ＝ｉsになるまで、即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
【００９１】
このようにしてスパイク制御が終了すると、レーザコントローラ６は、ｉ＞ｉsであるプラトー領域および安定領域において、バースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを実行する（ステップ１９０）。このバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンにおいては、先の図７〜図９に示したものと同様に動作し、今回のバースト周期内の既に出力されたパルスのパルスエネルギー値Ｐiとそのときの充電電圧Ｖを読み出し、該読み出したパルスエネルギー値Ｐと充電電圧Ｖを用いてパルスエネルギーを目標値Ｐtとするための充電電圧値Ｖを演算し、該演算した充電電圧値によるレーザ発振を実行する。
【００９２】
以上のようなバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、レーザコントローラ６は今回印加した充電電圧Ｖiと、そのレーザ出力のモニタ値Ｐiを所定のメモリテーブルに記憶する（ステップ９２０）。
【００９３】
レーザコントローラ６においては、このような処理を今回のバースト周期の連続パルス発振が終了するまで、繰り返し実行する。
【００９４】
なお、本発明のレーザ装置を露光装置の光源として用いる場合に、図１２および図１３の制御手順は、露光装置がステップ＆スキャン方式の場合のみでなく、ステッパの場合でも適用することができる。
【００９５】
すなわち、ステッパ方式において、１つのＩＣチップに照射する光パルスの数をＮ0とし、各パルスレーザ光の目標値をＰdとし、各パルス発振の際に実際にモニタされたパルスエネルギー値をＰk（１≦k≦Ｎ0）とし、連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを設定された目標値Ｐdに変えて出力するようにすればよい。
【００９６】
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ＞１の場合、
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、スパイク領域ではスパイクキラー制御を実行し、それ以降の領域では直前のパルス発振状況に応じた電源電圧制御を実行するようにしているので、連続パルス発振の全パルスにおいて充分なパルスエネルギーのばらつき抑制効果を得ることができ、高精度の光加工を実現することができる。さらに、この発明では、スパイク領域でのみスパイクキラー制御を実行するようにしているので、記憶するデータ数が減り、メモリ容量を削減できると共に、メモリからのより高速のデータ読み出しが可能になる。
【００９８】
またこの発明では、加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、加工物各点における、各時点における露光量の理想値から、直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、この減算結果を各レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしているので、加工物各点における露光量を均一にすることができ、ステップ＆スキャン方式の光加工装置において高精度の光加工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の制御手順を示すフローチャート。。
【図２】この発明の実施例構成を示すブロック図。
【図３】バースト信号、レーザ発振同期信号のタイムチャート。。
【図４】図１のスパイク制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４のスパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチンおよび充電電圧演算サブルーチンを示す図。
【図６】図４スパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチンおよび充電電圧演算サブルーチンの他の例を示す図。
【図７】図１のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを示すフローチャート。
【図８】図７のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内のデータ読み出しサブルーチンを示すフローチャート。
【図９】図７のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内の充電電圧演算サブルーチンを示すフローチャート。。
【図１０】バースト発振初期において、目標パルスエネルギーをの３つの異なる値に変化させ、発振停止時間を２つの異なる値に変化させた場合のパルスエネルギー及び充電電圧に関する実験結果を示す図。
【図１１】図１の実施例による充電電圧制御の実験結果を示す図。
【図１２】この発明の他の実施の制御手順を示すフローチャート。
【図１３】図１２のフローチャート内の目標パルスエネルギー補正サブルーチンを示すフローチャート。
【図１４】ステップ＆スキャン方式によるＩＣチップに対するパルスレーザ光の照射態様を示す図。
【図１５】ウェハ上のＩＣチップを示す平面図。
【図１６】充電電圧を一定にした場合のバースト運転におけるパルスエネルギー波形を示す図。
【図１７】図１６のにおけるパルスエネルギー波形の１つの連続パルス発振のパルスエネルギー波形を示す拡大図。
【符号の説明】
１…レーザ装置
３…狭帯域化ユニット
６…レーザコントローラ
２０…露光装置
Claims (5)
- レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に実行する運転を１バーストサイクルとするバーストモード運転を繰り返し行ない、前記パルス発振の各出力エネルギーが所定の大きさとなるようにレーザの励起強度を制御するレーザ装置において、
前記連続発振動作を行ったときの最初の所定個数の各パルスに関して、各パルス発振の際の電源電圧を、発振停止時間、１バーストサイクル内でのパルスの順番、出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶するとともに、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、各パルス発振の際の励起強度を出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶する記憶手段と、
前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数の各パルスに関しては、前記記憶手段に記憶した過去のパルス発振のデータのうち、発振停止時間、および１バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、かつ今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少なくとも１組読み出し、この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度を演算し、該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う第１の電源電圧制御手段と、
前記連続パルス発振を行う際、前記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、前記記憶手段から今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、この励起強度に基づいてパルス発振を行う第２の電源電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ装置。 - 前記第１の電源電圧制御手段は、今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに最も近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときの励起強度を２組読み出し、これら２組の励起強度値を用いて補間演算により今回のパルス発振の際の励起強度値を演算することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 前記第１の電源電圧制御手段は、今回のパルス発振の目標パルスエネルギーに最も近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときの励起強度を１組読み出し、目標パルスエネルギー値と読み出した出力パルスエネルギーのモニタ値との比較結果に応じて前記読み出した励起強度を増減することにより今回のパルス発振の際の励起強度値を演算する請求項１記載のレーザ装置。
- 加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数Ｎ0のパルスレーザが入射されるよう１個のパルスレーザが入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を前記加工物の加工に要する所定個数Ｎt（Ｎ0＜Ｎt）だけ連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎt）を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを前記設定された目標値Ｐdに変えて出力する目標パルスエネルギー補正手段と、
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ≦Ｎ0の場合、
ｉ＞Ｎ0の場合、
を備えるようにしたことを特徴とするレーザ装置。 - パルスレーザ光の照射領域を固定した状態で加工物上に予め設定した所定個数Ｎ0のパルスレーザを照射することによって所要の加工を行う加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、出力されたパルスレーザ光のエネルギーＰk（k=1,2,…,Ｎo）を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレーザの目標値をＰdとし、前記連続的に出力されるパルスレーザ光の順番をｉとした場合、前記各パルスレーザ光の発振の度に、下式に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギーＰtを演算し、該演算した目標エネルギーＰtを前記設定された目標値Ｐdに変えて出力する目標パルスエネルギー補正手段と、
ｉ＝１の場合
Ｐt＝Ｐd
ｉ＞１の場合、
を備えるようにしたことを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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