JP4683784B2 - レーザ装置用波長制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置の中心波長を所望の目標波長に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザ装置等から発振したレーザ光を狭帯域化し、その中心波長を所望の値に制御する波長制御技術が知られており、例えば特開平５−２８３７８５号公報に示されている。図７は、同公報に開示されたレーザ装置の構成図を表しており、以下図７に基づいて従来技術を説明する。
【０００３】
図７において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入し、両端部にパルスレーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９を取着したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の内部では、図示しない放電電極間に高電圧が印加され、パルス放電によってレーザガスを励起し、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０に入射し、プリズム３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射されて、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって所定の中心波長λｃ及びその近傍の波長を有するパルスレーザ光２１のみが反射される。これを、狭帯域化と言う。
【０００４】
このとき、波長選択ミラー３４は、ステッピングモータユニット４０によって回転自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。波長選択ミラー３４を紙面と平行な平面内で回転させると、グレーティング３３に対するパルスレーザ光２１の入射角度が変わり、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。即ち、波長選択ミラー３４を回転させることにより、発振するパルスレーザ光２１の中心波長λｃを、所望する目標波長λ０に制御することが可能である。
【０００５】
また、エキシマレーザ装置１１は、パルスレーザ光２１の一部をビームスプリッタ２２で取り出し、波長モニタ３７によってパルスレーザ光２１の中心波長λｃを波長データλｍとしてモニタリングしている。レーザコントローラ２９は、モニタリングした波長データλｍに基づき、ステッピングモータユニット４０に指令信号を出力して波長選択ミラー３４を回転させ、パルスレーザ光２１の中心波長λｃを所望の目標波長λ０に制御している。これを、波長制御と言う。
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、レーザチャンバ１２内で増幅される。そして、中心波長λｃを有するパルスレーザ光２１として、前方（図７中紙面の左方）へ出射し、ステッパ等の露光機２５に入射する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
図８に、エキシマレーザ装置１１を、露光機２５の露光用光源として用いる場合の、被露光物であるウェハ１３を示す。図８に示すように、露光を行なう際には、レーザ光２１を発振させ、露光する半導体チップ１４Ａへ、所定量だけレーザ照射を行なう。次にパルス放電を止めてレーザ光２１の出射を停止し、ウェハ１３を図８中矢印方向に微少距離だけ移動する。そして、移動後にレーザ光２１を、隣接する半導体チップ１４Ｂに照射する。これを繰り返すことにより、ウェハ１３全体を露光している。
このように、ウェハ１３を移動する際に、所定時間だけレーザ発振を停止する必要がある。このように、レーザ発振と停止とを繰り返すような発振のやり方を、バーストモードと呼び、露光時の一般的な発振モードとなっている。
【０００７】
ところが、バーストモードにおいては、パルス放電を停止することにより、レーザガスの状態が変化し、停止後の再発振の際に、レーザ光２１の波長が１方向に移動（シフト）してしまうことがある。この波長のシフトを、チャーピングと言う。
図９は、上方から、停止中のチャーピング補正及び発振時の波長制御をいずれも行なわない場合の中心波長λｃの変動と、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号とを示している。
【０００８】
図９に示すように、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。このとき、波長制御は行なわれておらず、中心波長λｃはある波長λ１の近傍で微小に変動している。
時刻ｔ１１に、発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、時刻ｔ１２に再発振したときの中心波長λｃは、チャーピングによってずれ量Δλだけ１方向にずれている。ここでは、波長が長波長側へシフトする場合について説明するが、短波長側へシフトする場合もある。
ところが、再発振後、数〜数十パルス発振する間に、波長制御が行なわれていないにも拘らず、中心波長λｃは次第に元の波長λ１に近づく方向へシフトし、時刻ｔ１３に、波長λ１にほぼ戻る。このように、チャーピングによってずれた中心波長λｃが、元の波長λ１に復帰しようとする波長の移動を、チャーピングからの回復と呼ぶ。これは、レーザガスの状態が、連続的なパルス放電によって安定するためと考えられている。
【０００９】
このとき、波長制御が行なわれていたとしても、再発振が開始する時刻ｔ１２の直前にはレーザ光２１が発振していないため、レーザ光２１の波長データλｍをモニタリングできない。その結果、再発振直後のレーザ光２１の中心波長λｃを、目標波長λ０に合わせることが困難であり、再発振のたびに数パルスにわたって、目標波長λ０から大きく外れた中心波長λｃのレーザ光２１が出射する。
【００１０】
そのため、露光に不適切な中心波長λｃのレーザ光２１が、露光機２５に入射し、露光が好適に行なわれないという問題がある。
また、中心波長λｃが目標波長λ０から大きく外れているため、これを目標波長λ０に合わせるための波長制御に時間がかかり、露光機２５の稼働率が低下するという問題がある。
【００１１】
さらには停止中に、露光機２５からレーザコントローラ２９に、目標波長λ０をλｎに変更するようにという波長変更指令が、出力される場合がある。このような場合には、再発振時には、中心波長λｃと新たな目標波長λｎとの差がさらに大きくなることがあり、中心波長λｃを、露光機２５が所望する新たな目標波長λｎに合わせるのに、より多くの時間を要する。
その結果、露光機２５の稼働率が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、バーストモードの停止直後にも、パルスレーザ光の中心波長を、迅速にかつ正確に目標波長に制御可能な波長制御装置及び制御方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
駆動機構により光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度を変更する光学部品回転手段と、
前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度を変更し、パルスレーザ光の中心波長を所定の目標波長に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長のチャーピングに基づいて、中心波長が目標波長に近づくように停止中に光学部品を回転させる第１駆動機構と、
目標波長の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長が新たな目標波長に近づくように停止中に光学部品を回転させる第２の駆動機構とを備えている。
【００１４】
かかる構成によれば、チャーピングの補正のためと、目標波長変更のためとの２個の駆動機構を備えている。これにより、チャーピングの補正と目標波長の変更とを、同時に互いに独立に行なうことができるので、常に制御が発散せず、好適に中心波長を変更できる。
【００１５】
また本発明は、前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、
前記第２駆動機構がステッピングモータユニットである。
即ち、目標波長λ０の変更をストロークの長いステッピングモータユニットによって行なうことにより、広帯域にわたっての目標波長λ０の変更が可能である。
【００１６】
また本発明は、前記第１駆動機構と第２駆動機構とが直列に配されている。
これにより、第１、第２の駆動機構が、同じ光学部品の同じ場所を駆動することになるため、一方の駆動機構の駆動量に対する中心波長の変化の度合いが、他方の駆動機構の駆動の有無と無関係となり、常に一定となる。従って、２個の駆動機構を、互いに独立に制御できるので、制御が容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るエキシマレーザ装置１１の構成図を示している。図１において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の両端部には、パルスレーザ光２１を透過するフロントウィンドウ１７及びリアウィンドウ１９が、図示しないホルダによってそれぞれ取着されている。
【００１８】
レーザチャンバ１２の内部には、一対の放電電極１４，１５が、図１中紙面と垂直方向に対向して設置されている。高圧電源２３より、放電電極１４，１５間に高電圧を印加し、パルス放電を起こしてレーザガスを励起し、例えば数〜十数kＨzの周波数で、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、例えば後方（図１中左方）へ進行し、パルスレーザ光２１を狭帯域化する狭帯域化ユニット３０に入射する。狭帯域化ユニット３０は、狭帯域化ボックス３１によって囲繞されており、内部に光学部品として、プリズム３２，３２、波長選択ミラー３４、及びグレーティング３３等を備えている。狭帯域化ボックス３１の壁には、パージガス給気口３５が付設され、清浄で乾燥した希ガスや高純度窒素などの反応性の小さなパージガス４５を、狭帯域化ボックス３１内部に導入している。
【００１９】
狭帯域化ユニット３０に入射したパルスレーザ光２１は、プリズム３２，３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射され、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって、入射角度φによって定まる中心波長λｃのパルスレーザ光２１のみが反射される。
このとき、波長選択ミラー３４は、水平面内（図１中紙面と平行な平面内）で回動自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。可動ホルダ３６を回転させて波長選択ミラー３４を回転させることにより、グレーティング３３に入射するパルスレーザ光２１の入射角度φが変わる。これにより、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。尚、図１において、２０はパルスレーザ光２１のレーザ光軸を表している。
【００２０】
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、放電電極１４，１５間の放電によって増幅される。そして、フロントミラー１６を部分透過し、パルスレーザ光２１として前方（図１中、右方）へ出射し、露光機２５に入射する。出射したパルスレーザ光２１の一部は、ビームスプリッタ２２で図１中下方へ取り出され、波長モニタ３７によってその中心波長λｃを波長データλｍとしてモニタリングされる。
【００２１】
以下、本実施形態に係る可動ホルダ３６の構造について、詳細に説明する。
図２に、可動ホルダ３６の平面断面図、図３に狭帯域化ボックス３１内部のグレーティング３３側からミラー側を見た、可動ホルダ３６の正面図を示す。
図２、図３に示すように、可動ホルダ３６は、波長選択ミラー３４を固定した四角形のミラーホルダ３８を備えている。ミラーホルダ３８は、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によって、狭帯域化ボックス３１に引きつけられている。
【００２２】
また、ミラーホルダ３８の第１〜第４隅部３８Ａ〜３８Ｄのうち、第２隅部３８Ｂ及び第１隅部３８Ａは、それぞれ支持部材３９及び図２には図示しない手動マイクロメータ５０によって、狭帯域化ボックス３１から押圧されている。支持部材３９は、例えばスクリュー４７を所定長さだけ狭帯域化ボックス３１から突き出させ、ナット４６で固定している。また、手動マイクロメータ５０は、手動で狭帯域化ボックス３１からの突き出し量を変更自在である。
ミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃには、後述するようにピエゾ素子ユニット４１が取着されている。ピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂは、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によってボールネジユニット４３の先端部４３Ａと接し、ボールネジユニット４３は、狭帯域化ボックス３１に固定されている。
【００２３】
図１に示すように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１は、いずれもレーザコントローラ２９に電気的に接続されている。ステッピングモータユニット４０は、レーザコントローラ２９から受信したパルス信号のパルス数に応じて、モータ軸４８（図２参照）を所定量だけ回転させる。モータ軸４８の先端部４８Ａには、カップリング４２を介して、ネジ山が精密加工されたボールネジユニット４３の後端部４３Ｂが取着されている。ボールネジユニット４３は、ガイド５１によって、回転しながら前後方向にスムーズに直進運動を行なう。
ボールネジユニット４３の先端部４３Ａは、その長手方向に垂直な平面に精密加工され、この平面に、球面に精密加工されたピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂが当接している。従って、ボールネジユニットが回転しながら前後動したとき、ピエゾ素子ユニット４１は回転せずに前後動する。ピエゾ素子ユニット４１の後端部４１Ａは、ミラーホルダ３８に固定された紫外線カバー４４に固定されている。
【００２４】
ピエゾ素子ユニット４１の配線５２は、紫外線カバー４４の内側を通って、図示しない導入孔を介して狭帯域化ボックス３１の外部に達しており、レーザコントローラ２９に接続されている。ピエゾ素子ユニット４１は、配線５２を介して印加された、電圧Ｖの大きさに応じた長さだけ、前後方向に伸縮する。ピエゾ素子ユニット４１は、初期位置として、フルストロークの約１／２の中立位置に保たれている。
【００２５】
レーザコントローラ２９は、可動ホルダ３６に信号を出力してステッピングモータユニット４０又はピエゾ素子ユニット４１を伸縮させることにより、紫外線カバー４４を介してミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃを押し引きする。これにより、波長選択ミラー３４が回動し、前記入射角度φが変更されて、パルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。
このときレーザコントローラ２９は、波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλｍに基づき、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせ、両者の差である波長偏差が所定の許容値よりも小さくなるように制御を行なっている。これを波長制御と言う。
【００２６】
また、レーザコントローラ２９は、高圧電源２３に電圧指令を出力することにより、パルスレーザ光２１のパルス出力の制御（これをパワーロック制御と言う）も行なっている。
さらにレーザコントローラ２９は、露光機２５と互いに通信を行なっており、露光機２５からの発振指令信号に基づいてレーザ発振を行なう。また、レーザコントローラ２９は、自己の判断に基づいて発振指令信号を出力し、レーザ発振を行なう場合もある。
【００２７】
以下に、レーザコントローラ２９がこのような可動ホルダ３６を用いて、バーストモード発振時に、停止中に波長のチャーピングによってずれた中心波長λｃを、再発振直後に迅速に目標波長λ０に戻すための制御手順について説明する。
これを、チャーピング補正と呼ぶ。
まず、第１の制御手順として、停止中に目標波長λ０の変更を指示する波長変更指令が来ず、チャーピング補正のみを行なう場合について、説明する。
【００２８】
図４は、上から順に、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、チャーピング補正を行なった場合の中心波長λｃの動き、及びチャーピング補正を行なった場合の、レーザコントローラ２９からピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖをそれぞれ示すタイミングチャートである。
図４に示すように、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。このとき、波長制御が行なわれており、中心波長λｃは目標波長λ０に合っている。
時刻ｔ２１に、発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、チャーピング補正を行なわない場合、時刻ｔ２４にレーザ発振が再開されたときには、チャーピングにより、中心波長λｃは、長波長側にずれ量Δλだけシフトしている。
【００２９】
レーザコントローラ２９は、停止中に、発振再開後のチャーピングによる中心波長λｃのずれ量Δλが、どの程度であるかを、予め推定する。この推定は、例えばこれまでにレーザ発振がどのようなパターンで行なわれたかという情報や、現在の狭帯域化ボックス３１内部の温度、さらには時刻ｔ２１から時刻ｔ２４までの停止時間等に基づいて行なわれる。
そしてレーザコントローラ２９は、このチャーピングによるずれ量Δλに対して、例えばずれ量Δλの２分の１（Δλ／２）の補正量だけ、中心波長λｃが目標波長λ０側へ近づくように、波長選択ミラー３４を回転させる。この回転は、時刻ｔ２２からピエゾ素子ユニット４１に電圧信号Ｖを出力し、ピエゾ素子ユニット４１によって可動ホルダ３６を駆動させることにより、行なう。回転は、時刻ｔ２３に終了する。
【００３０】
時刻ｔ２４にレーザ発振が再開されるとき、上記のチャーピング補正により、レーザ光２１の中心波長λｃは、目標波長λ０からほぼΔλ／２だけずれている。
レーザ発振の再開後、レーザコントローラ２９は、波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλｍに基づき、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせるように波長制御を行なう。即ち、時刻ｔ２４から、ピエゾ素子ユニット４１が可動ホルダ３６を駆動して波長選択ミラー３４を回転させる。その結果、中心波長λｃは目標波長λ０に近づき、時刻ｔ２５には中心波長λｃが目標波長λ０にほぼ一致する。
尚、上記のタイミングチャートにおいて、説明をわかりやすくするため、時刻ｔ２２を時刻ｔ２１〜ｔ２３の中間近傍にあるようにしたが、このように限られるものではない。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の第１の制御手順によれば、停止中にチャーピングによるずれ量Δλの推定を行ない、停止中に駆動機構を駆動して中心波長λｃを目標波長λ０に近づけるように補正している。これにより、レーザ発振の再開時に、中心波長λｃが目標波長λ０に近い状態から波長制御を開始できるので、中心波長λｃが目標波長λ０に合うまでの時間が短縮される。従って、目標波長λ０から外れた、露光に不適切な中心波長λｃを有するレーザ光２１が、露光機２５に入射することが少ない。また、露光に適切な中心波長λｃのレーザ光２１を得るまでの時間が短く、露光機２５の稼働率が向上する。
【００３２】
また、チャーピング補正において、推定したずれ量Δλに対し、ずれ量Δλ全てを補正するのではなく、所定の割合（実施例では２分の１）だけ、補正するようにしている。
中心波長λｃは、再発振の直後にチャーピングによって目標波長λ０からずれた後、チャーピングから回復して、次第に元の目標波長λ０に戻ろうとする傾向を有している。
【００３３】
従って、波長制御を行なう駆動機構の応答時間に合わせて、ずれ量Δλに対する補正量を決定する。例えば、駆動機構の応答時間が長い場合には、波長のチャーピングからの回復のほうが、駆動機構による波長制御より早くなってしまうことがあるので、補正量をあまり大きくしないようにする。こうすることにより、駆動機構による波長制御が発散せず、確実に中心波長λｃを目標波長λ０に合わせることが可能である。
また、実施形態のように、ピエゾ素子ユニット４１のように非常に応答時間の短い駆動機構によって波長制御を行なう場合には、補正量をずれ量Δλとほぼ同じにするとよい。このようにすれば、再発振直後から、中心波長λｃが目標波長λ０により近づくので、両者が略一致するまでの時間が短縮される。しかも、駆動機構の応答時間が短いので、チャーピングからの回復による中心波長λｃの移動に対しても、波長選択ミラー３４を充分速く駆動でき、常に中心波長λｃを目標波長λ０に一致させることが可能である。
【００３４】
次に、第２の制御手順として、チャーピングの補正時に、露光機２５からレーザコントローラ２９に対し、目標波長λ０を新たな目標波長λｎに変更するように、波長変更指令が出力された場合について説明する。
図５は、上方から、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、チャーピング補正を行ない、かつ、波長変更指令が来た場合の中心波長λｃ、その場合の、ピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖ、波長変更指令Ｄ、及び、ステッピングモータユニット４０のストローク位置Ｐをそれぞれ示すタイミングチャートである。
尚、レーザ発振中は、波長制御を行なうものとする。
【００３５】
図５に示すように、時刻ｔ３０からｔ３１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。レーザコントローラ２９は、波長モニタ３７でモニタリングした中心波長λｃに基づき、ピエゾ素子ユニット４１に指令電圧Ｖを出力して波長制御を行なっており、中心波長λｃが目標波長λ０に略一致している。
時刻ｔ３１に発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、時刻ｔ３６にレーザ発振が再開されると、チャーピングにより、中心波長λｃが長波長側にずれ量Δλだけシフトする。
レーザコントローラ２９は、停止中に、中心波長λｃが停止前の目標波長λ０からどの程度ずれるかを推定する。この推定は、例えばこれまでにレーザ発振がどのようなパターンで行なわれたかという情報や、現在の狭帯域化ボックス３１内部の温度、さらには時刻ｔ３１から時刻ｔ３６までの停止時間等に基づいて行なわれる。
【００３６】
そしてレーザコントローラ２９は、このチャーピングによるずれ量Δλに対して、例えばずれ量Δλの約３分の２に当たる補正量だけ、中心波長λｃを目標波長λ０側へ補正するように、波長選択ミラー３４を回転させる。この回転は、時刻ｔ３２からピエゾ素子ユニット４１に電圧信号Ｖを出力し、ピエゾ素子ユニット４１によって可動ホルダ３６を駆動させることにより、行なう。
これにより、時刻ｔ３２から、ピエゾ素子ユニット４１が可動ホルダ３６を駆動して、中心波長λｃを目標波長λ０からΔλ／３だけずれた波長に合わせるべく、波長選択ミラー３４を回転させ始める。
【００３７】
一方、停止中に、時刻ｔ３３において、露光機２５から、目標波長λ０を新たな目標波長λｎに変更する波長変更指令Ｄが来るものとする。レーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に対する電圧指令Ｖをそのままに、ピエゾ素子ユニット４１を駆動させ続け、時刻ｔ３５において目標ストロークに達する。
一方、レーザコントローラ２９は、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４まで、ステッピングモータユニット４０に対して、目標波長λ０を変更するための指令を出力する。これにより、ステッピングモータユニット４０は、ストローク位置Ｐ０からＰｎまで移動する。
【００３８】
従って時刻ｔ３５において、波長選択ミラー３４は、ピエゾ素子ユニット４１によるチャーピング補正と、ステッピングモータユニット４０による目標波長λ０変更との、両者を合わせただけ回転したことになる。その結果、波長選択ミラー３４の角度は、新たな目標波長λｎから、Δλ／３だけ離れた波長に略相当する角度となっている。
尚、上記手順では、ただ１回だけピエゾ素子ユニット４１を大きく動かすことにより、目標波長λ０に合わせるように説明しているが、ピエゾ素子ユニット４１を何度も微小距離だけ駆動することにより、補正を行なってもよい。
【００３９】
そして、時刻ｔ３６にレーザ発振が再開されたときには、レーザコントローラ２９は波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλに基づき、波長制御を行なう。停止中に、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１により、中心波長λｃは新たな目標波長λｎに対して、Δλ／３だけずれた波長となっているので、比較的短時間で（時刻ｔ３７に）中心波長λｃを新たな目標波長λｎに合わせることができる。
【００４０】
尚、上記の手順の説明において、まずチャーピング補正を開始し、その最中に波長変更指令Ｄが入力されるように説明したが、これに限られるものではない。例えば、波長変更指令Ｄが入力され、目標波長λ０の変更を行なっているうちにチャーピング補正を開始するようにしてもよい。また、まずチャーピング補正を開始し、目標波長λ０の変更を行なっている間にチャーピング補正が終了するような場合でもよく、その逆でもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の第２制御手順によれば、レーザ発振の停止中にチャーピング補正に加え、露光機２５からの波長変更指令Ｄに基づく目標波長λ０の変更を行なっている。これにより、停止中に中心波長λｃが新たな目標波長λｎに近づくので、発振再開後に波長制御が行なわれた際に、中心波長λｃが迅速に新たな目標波長λｎに合致する。
【００４２】
また、チャーピング補正において、推定したずれ量Δλに対し、所定の割合（上記実施例では３分の２）だけ、補正するようにしている。これにより、第１の制御手順と同様に、駆動機構が駆動指令信号に対する応答時間の長いものであっても、波長制御を発散させずに中心波長λｃを確実に目標波長λ０に合わせることが可能である。
【００４３】
また、本実施形態によれば、チャーピング補正を行なうための第１の駆動機構（ピエゾ素子ユニット４１）と、目標波長λ０の変更を行なうための第２の駆動機構（ステッピングモータユニット４０）との、２個の駆動機構を備えている。
従って、チャーピング補正の途中で波長変更指令が入力されても、レーザコントローラ２９はいずれの処理を優先的に行なうかを迷うことがなく、それぞれの処理を独立に行なうことができる。即ち、常に制御が発散せず、好適に行なわれる。勿論、目標波長λ０の変更を行なっている途中で、チャーピング補正を行なうような場合についても、同様である。
【００４４】
尚、第１の駆動機構をピエゾ素子ユニット４１とし、第２の駆動機構をステッピングモータユニット４０として説明したが、これに限られるものではない。即ち、第１、第２の駆動機構のいずれもが、ステッピングモータユニットでもよく、いずれもがピエゾ素子ユニット４１であってもよい。
しかしながら、実施形態に説明したように、ピエゾ素子ユニット４１によってチャーピング補正を行ない、ステッピングモータユニット４０によって目標波長λ０の変更を行なうのが好適である。
即ち、目標波長λ０の変更を、ストロークの長いステッピングモータユニット４０によって行なうことにより、広帯域にわたっての目標波長λ０の変更が可能である。
また、チャーピング補正は、レーザ発振の停止のたびに必ず行なわなければならず、頻度が高いため、これを精度良く補正する必要がある。従って、より微小ストロークを精密に駆動できるピエゾ素子ユニット４１によってチャーピング補正を行なうことにより、正確な補正が可能である。
【００４５】
また、第１、第２の駆動機構を直列に配し、波長選択ミラー３４の１つの隅部を押圧して回転させ、中心波長λｃを制御するように説明したが、これに限られるものではない。例えば、グレーティング３３やプリズム３２を回転させるようにしてもよい。
【００４６】
また、例えば、ステッピングモータユニット４０で波長選択ミラー３４を、ピエゾ素子ユニット４１でプリズム３２を、それぞれ回転させるように、別々の光学部品を回転させてもよい。
しかしながら、上記実施形態で説明したように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１を直列に配し、光学部品のうち、いずれか１つのみを回転させるのがよい。即ち、第１、第２の駆動機構が、同じ光学部品の同じ場所を駆動させるため、一方の駆動機構の駆動量に対する中心波長の変化量が、他方の駆動機構の駆動の有無と無関係となり、常に一定となる。従って、２個の駆動機構を、互いに独立に制御できるので、制御が容易となる。
これに対し、ステッピングモータユニット４０とピエゾ素子ユニット４１とを異なる場所に配置するならば、一方の駆動機構を駆動した場合、他方の駆動機構における、中心波長λｃを変更するために必要な駆動量が影響を受ける。即ち、中心波長λｃを変更する際に、ピエゾ素子ユニット４１とステッピングモータユニット４０との伸縮量を、互いの影響を考慮しながら制御を行なわなければならず、制御が困難になる。
【００４７】
図６に、プリズム３２を回転自在の可動ホルダ３６上に搭載し、この可動ホルダ３６をステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１によって駆動する場合の例を示す。
このように、波長選択ミラー３４を用いない構成にすることにより、光路長が短くなるので出力が増大し、例えばゲインが小さなＡｒＦエキシマレーザ装置などの場合にも、必要な大きさの出力での発振が可能である。
【００４８】
また、本発明によれば、レーザ発振時の波長制御を、ピエゾ素子ユニット４１によって行なっている。ピエゾ素子ユニット４１は指令に対する反応時間が短いので、制御に対する応答性が良く、中心波長λｃが迅速に目標波長λ０に合致する。
【００４９】
尚、本実施形態の説明では、新たな目標波長λｎを、目標波長λ０よりも長波長側にあるものとして説明しているが、これに限られるものではない。例えば、チャーピングによって中心波長λｃが長波長側にずれるのに対し、新たな目標波長λｎが、目標波長λ０よりも短波長となるような場合もある。このような場合には、チャーピングによるずれと、目標波長λ０の変更によるずれとが加算されるため、中心波長λｃから、新たな目標波長λｎまでの差が、さらに大きくなる。
従って、本発明に係る停止時間中のチャーピング補正及び目標波長λ０の変更を行なわない場合には、再発振後、中心波長λｃが新たな目標波長λｎに合うまでの時間が、より長くなる。これに対し、本発明によれば、停止時間中に中心波長λｃを新たな目標波長λｎに概略近づけているので、迅速な波長制御が可能であり、このような場合には、本発明の効果が、より大きくなる。
【００５０】
また、狭帯域化光学素子として、グレーティング３３を用いる場合について説明したが、エタロンを用いてもよい。
さらには、本発明は、エキシマレーザ装置について説明したが、フッ素分子レーザ装置についても、同様に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図２】可動ホルダの平面断面図。
【図３】可動ホルダの正面図。
【図４】第１制御手順を説明するタイミングチャート。
【図５】第２制御手順を説明するタイミングチャート。
【図６】プリズムを駆動する場合のエキシマレーザ装置の構成例。
【図７】従来技術に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図８】ウェハの露光の説明図。
【図９】チャーピングの説明図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１３：ウェハ、１４：半導体チップ、１５：放電電極、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１９：リアウィンドウ、２０：レーザ光軸、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２５：露光機、２９：レーザコントローラ、３０：狭帯域化ユニット、３１：狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３４：波長選択ミラー、３５：パージガス給気口、３６：可動ホルダ、３７：波長モニタ、３８：ミラーホルダ、３９：支持部材、４０：ステッピングモータユニット、４１：ピエゾ素子ユニット、４２：カップリング、４３：ボールネジユニット、４４：紫外線カバー、４５：パージガス、４６：ナット、４７：スクリュー、４８：モータ軸、４９：板バネ、５０：手動マイクロメータ、５１：ガイド、５２：配線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置の中心波長を所望の目標波長に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザ装置等から発振したレーザ光を狭帯域化し、その中心波長を所望の値に制御する波長制御技術が知られており、例えば特開平５−２８３７８５号公報に示されている。図７は、同公報に開示されたレーザ装置の構成図を表しており、以下図７に基づいて従来技術を説明する。
【０００３】
図７において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入し、両端部にパルスレーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９を取着したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の内部では、図示しない放電電極間に高電圧が印加され、パルス放電によってレーザガスを励起し、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０に入射し、プリズム３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射されて、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって所定の中心波長λｃ及びその近傍の波長を有するパルスレーザ光２１のみが反射される。これを、狭帯域化と言う。
【０００４】
このとき、波長選択ミラー３４は、ステッピングモータユニット４０によって回転自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。波長選択ミラー３４を紙面と平行な平面内で回転させると、グレーティング３３に対するパルスレーザ光２１の入射角度が変わり、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。即ち、波長選択ミラー３４を回転させることにより、発振するパルスレーザ光２１の中心波長λｃを、所望する目標波長λ０に制御することが可能である。
【０００５】
また、エキシマレーザ装置１１は、パルスレーザ光２１の一部をビームスプリッタ２２で取り出し、波長モニタ３７によってパルスレーザ光２１の中心波長λｃを波長データλｍとしてモニタリングしている。レーザコントローラ２９は、モニタリングした波長データλｍに基づき、ステッピングモータユニット４０に指令信号を出力して波長選択ミラー３４を回転させ、パルスレーザ光２１の中心波長λｃを所望の目標波長λ０に制御している。これを、波長制御と言う。
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、レーザチャンバ１２内で増幅される。そして、中心波長λｃを有するパルスレーザ光２１として、前方（図７中紙面の左方）へ出射し、ステッパ等の露光機２５に入射する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
図８に、エキシマレーザ装置１１を、露光機２５の露光用光源として用いる場合の、被露光物であるウェハ１３を示す。図８に示すように、露光を行なう際には、レーザ光２１を発振させ、露光する半導体チップ１４Ａへ、所定量だけレーザ照射を行なう。次にパルス放電を止めてレーザ光２１の出射を停止し、ウェハ１３を図８中矢印方向に微少距離だけ移動する。そして、移動後にレーザ光２１を、隣接する半導体チップ１４Ｂに照射する。これを繰り返すことにより、ウェハ１３全体を露光している。
このように、ウェハ１３を移動する際に、所定時間だけレーザ発振を停止する必要がある。このように、レーザ発振と停止とを繰り返すような発振のやり方を、バーストモードと呼び、露光時の一般的な発振モードとなっている。
【０００７】
ところが、バーストモードにおいては、パルス放電を停止することにより、レーザガスの状態が変化し、停止後の再発振の際に、レーザ光２１の波長が１方向に移動（シフト）してしまうことがある。この波長のシフトを、チャーピングと言う。
図９は、上方から、停止中のチャーピング補正及び発振時の波長制御をいずれも行なわない場合の中心波長λｃの変動と、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号とを示している。
【０００８】
図９に示すように、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。このとき、波長制御は行なわれておらず、中心波長λｃはある波長λ１の近傍で微小に変動している。
時刻ｔ１１に、発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、時刻ｔ１２に再発振したときの中心波長λｃは、チャーピングによってずれ量Δλだけ１方向にずれている。ここでは、波長が長波長側へシフトする場合について説明するが、短波長側へシフトする場合もある。
ところが、再発振後、数〜数十パルス発振する間に、波長制御が行なわれていないにも拘らず、中心波長λｃは次第に元の波長λ１に近づく方向へシフトし、時刻ｔ１３に、波長λ１にほぼ戻る。このように、チャーピングによってずれた中心波長λｃが、元の波長λ１に復帰しようとする波長の移動を、チャーピングからの回復と呼ぶ。これは、レーザガスの状態が、連続的なパルス放電によって安定するためと考えられている。
【０００９】
このとき、波長制御が行なわれていたとしても、再発振が開始する時刻ｔ１２の直前にはレーザ光２１が発振していないため、レーザ光２１の波長データλｍをモニタリングできない。その結果、再発振直後のレーザ光２１の中心波長λｃを、目標波長λ０に合わせることが困難であり、再発振のたびに数パルスにわたって、目標波長λ０から大きく外れた中心波長λｃのレーザ光２１が出射する。
【００１０】
そのため、露光に不適切な中心波長λｃのレーザ光２１が、露光機２５に入射し、露光が好適に行なわれないという問題がある。
また、中心波長λｃが目標波長λ０から大きく外れているため、これを目標波長λ０に合わせるための波長制御に時間がかかり、露光機２５の稼働率が低下するという問題がある。
【００１１】
さらには停止中に、露光機２５からレーザコントローラ２９に、目標波長λ０をλｎに変更するようにという波長変更指令が、出力される場合がある。このような場合には、再発振時には、中心波長λｃと新たな目標波長λｎとの差がさらに大きくなることがあり、中心波長λｃを、露光機２５が所望する新たな目標波長λｎに合わせるのに、より多くの時間を要する。
その結果、露光機２５の稼働率が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、バーストモードの停止直後にも、パルスレーザ光の中心波長を、迅速にかつ正確に目標波長に制御可能な波長制御装置及び制御方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
駆動機構により光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度を変更する光学部品回転手段と、
前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度を変更し、パルスレーザ光の中心波長を所定の目標波長に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長のチャーピングに基づいて、中心波長が目標波長に近づくように停止中に光学部品を回転させる第１駆動機構と、
目標波長の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長が新たな目標波長に近づくように停止中に光学部品を回転させる第２の駆動機構とを備えている。
【００１４】
かかる構成によれば、チャーピングの補正のためと、目標波長変更のためとの２個の駆動機構を備えている。これにより、チャーピングの補正と目標波長の変更とを、同時に互いに独立に行なうことができるので、常に制御が発散せず、好適に中心波長を変更できる。
【００１５】
また本発明は、前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、
前記第２駆動機構がステッピングモータユニットである。
即ち、目標波長λ０の変更をストロークの長いステッピングモータユニットによって行なうことにより、広帯域にわたっての目標波長λ０の変更が可能である。
【００１６】
また本発明は、前記第１駆動機構と第２駆動機構とが直列に配されている。
これにより、第１、第２の駆動機構が、同じ光学部品の同じ場所を駆動することになるため、一方の駆動機構の駆動量に対する中心波長の変化の度合いが、他方の駆動機構の駆動の有無と無関係となり、常に一定となる。従って、２個の駆動機構を、互いに独立に制御できるので、制御が容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るエキシマレーザ装置１１の構成図を示している。図１において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の両端部には、パルスレーザ光２１を透過するフロントウィンドウ１７及びリアウィンドウ１９が、図示しないホルダによってそれぞれ取着されている。
【００１８】
レーザチャンバ１２の内部には、一対の放電電極１４，１５が、図１中紙面と垂直方向に対向して設置されている。高圧電源２３より、放電電極１４，１５間に高電圧を印加し、パルス放電を起こしてレーザガスを励起し、例えば数〜十数kＨzの周波数で、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、例えば後方（図１中左方）へ進行し、パルスレーザ光２１を狭帯域化する狭帯域化ユニット３０に入射する。狭帯域化ユニット３０は、狭帯域化ボックス３１によって囲繞されており、内部に光学部品として、プリズム３２，３２、波長選択ミラー３４、及びグレーティング３３等を備えている。狭帯域化ボックス３１の壁には、パージガス給気口３５が付設され、清浄で乾燥した希ガスや高純度窒素などの反応性の小さなパージガス４５を、狭帯域化ボックス３１内部に導入している。
【００１９】
狭帯域化ユニット３０に入射したパルスレーザ光２１は、プリズム３２，３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射され、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって、入射角度φによって定まる中心波長λｃのパルスレーザ光２１のみが反射される。
このとき、波長選択ミラー３４は、水平面内（図１中紙面と平行な平面内）で回動自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。可動ホルダ３６を回転させて波長選択ミラー３４を回転させることにより、グレーティング３３に入射するパルスレーザ光２１の入射角度φが変わる。これにより、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。尚、図１において、２０はパルスレーザ光２１のレーザ光軸を表している。
【００２０】
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、放電電極１４，１５間の放電によって増幅される。そして、フロントミラー１６を部分透過し、パルスレーザ光２１として前方（図１中、右方）へ出射し、露光機２５に入射する。出射したパルスレーザ光２１の一部は、ビームスプリッタ２２で図１中下方へ取り出され、波長モニタ３７によってその中心波長λｃを波長データλｍとしてモニタリングされる。
【００２１】
以下、本実施形態に係る可動ホルダ３６の構造について、詳細に説明する。
図２に、可動ホルダ３６の平面断面図、図３に狭帯域化ボックス３１内部のグレーティング３３側からミラー側を見た、可動ホルダ３６の正面図を示す。
図２、図３に示すように、可動ホルダ３６は、波長選択ミラー３４を固定した四角形のミラーホルダ３８を備えている。ミラーホルダ３８は、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によって、狭帯域化ボックス３１に引きつけられている。
【００２２】
また、ミラーホルダ３８の第１〜第４隅部３８Ａ〜３８Ｄのうち、第２隅部３８Ｂ及び第１隅部３８Ａは、それぞれ支持部材３９及び図２には図示しない手動マイクロメータ５０によって、狭帯域化ボックス３１から押圧されている。支持部材３９は、例えばスクリュー４７を所定長さだけ狭帯域化ボックス３１から突き出させ、ナット４６で固定している。また、手動マイクロメータ５０は、手動で狭帯域化ボックス３１からの突き出し量を変更自在である。
ミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃには、後述するようにピエゾ素子ユニット４１が取着されている。ピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂは、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によってボールネジユニット４３の先端部４３Ａと接し、ボールネジユニット４３は、狭帯域化ボックス３１に固定されている。
【００２３】
図１に示すように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１は、いずれもレーザコントローラ２９に電気的に接続されている。ステッピングモータユニット４０は、レーザコントローラ２９から受信したパルス信号のパルス数に応じて、モータ軸４８（図２参照）を所定量だけ回転させる。モータ軸４８の先端部４８Ａには、カップリング４２を介して、ネジ山が精密加工されたボールネジユニット４３の後端部４３Ｂが取着されている。ボールネジユニット４３は、ガイド５１によって、回転しながら前後方向にスムーズに直進運動を行なう。
ボールネジユニット４３の先端部４３Ａは、その長手方向に垂直な平面に精密加工され、この平面に、球面に精密加工されたピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂが当接している。従って、ボールネジユニットが回転しながら前後動したとき、ピエゾ素子ユニット４１は回転せずに前後動する。ピエゾ素子ユニット４１の後端部４１Ａは、ミラーホルダ３８に固定された紫外線カバー４４に固定されている。
【００２４】
ピエゾ素子ユニット４１の配線５２は、紫外線カバー４４の内側を通って、図示しない導入孔を介して狭帯域化ボックス３１の外部に達しており、レーザコントローラ２９に接続されている。ピエゾ素子ユニット４１は、配線５２を介して印加された、電圧Ｖの大きさに応じた長さだけ、前後方向に伸縮する。ピエゾ素子ユニット４１は、初期位置として、フルストロークの約１／２の中立位置に保たれている。
【００２５】
レーザコントローラ２９は、可動ホルダ３６に信号を出力してステッピングモータユニット４０又はピエゾ素子ユニット４１を伸縮させることにより、紫外線カバー４４を介してミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃを押し引きする。これにより、波長選択ミラー３４が回動し、前記入射角度φが変更されて、パルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。
このときレーザコントローラ２９は、波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλｍに基づき、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせ、両者の差である波長偏差が所定の許容値よりも小さくなるように制御を行なっている。これを波長制御と言う。
【００２６】
また、レーザコントローラ２９は、高圧電源２３に電圧指令を出力することにより、パルスレーザ光２１のパルス出力の制御（これをパワーロック制御と言う）も行なっている。
さらにレーザコントローラ２９は、露光機２５と互いに通信を行なっており、露光機２５からの発振指令信号に基づいてレーザ発振を行なう。また、レーザコントローラ２９は、自己の判断に基づいて発振指令信号を出力し、レーザ発振を行なう場合もある。
【００２７】
以下に、レーザコントローラ２９がこのような可動ホルダ３６を用いて、バーストモード発振時に、停止中に波長のチャーピングによってずれた中心波長λｃを、再発振直後に迅速に目標波長λ０に戻すための制御手順について説明する。
これを、チャーピング補正と呼ぶ。
まず、第１の制御手順として、停止中に目標波長λ０の変更を指示する波長変更指令が来ず、チャーピング補正のみを行なう場合について、説明する。
【００２８】
図４は、上から順に、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、チャーピング補正を行なった場合の中心波長λｃの動き、及びチャーピング補正を行なった場合の、レーザコントローラ２９からピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖをそれぞれ示すタイミングチャートである。
図４に示すように、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。このとき、波長制御が行なわれており、中心波長λｃは目標波長λ０に合っている。
時刻ｔ２１に、発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、チャーピング補正を行なわない場合、時刻ｔ２４にレーザ発振が再開されたときには、チャーピングにより、中心波長λｃは、長波長側にずれ量Δλだけシフトしている。
【００２９】
レーザコントローラ２９は、停止中に、発振再開後のチャーピングによる中心波長λｃのずれ量Δλが、どの程度であるかを、予め推定する。この推定は、例えばこれまでにレーザ発振がどのようなパターンで行なわれたかという情報や、現在の狭帯域化ボックス３１内部の温度、さらには時刻ｔ２１から時刻ｔ２４までの停止時間等に基づいて行なわれる。
そしてレーザコントローラ２９は、このチャーピングによるずれ量Δλに対して、例えばずれ量Δλの２分の１（Δλ／２）の補正量だけ、中心波長λｃが目標波長λ０側へ近づくように、波長選択ミラー３４を回転させる。この回転は、時刻ｔ２２からピエゾ素子ユニット４１に電圧信号Ｖを出力し、ピエゾ素子ユニット４１によって可動ホルダ３６を駆動させることにより、行なう。回転は、時刻ｔ２３に終了する。
【００３０】
時刻ｔ２４にレーザ発振が再開されるとき、上記のチャーピング補正により、レーザ光２１の中心波長λｃは、目標波長λ０からほぼΔλ／２だけずれている。
レーザ発振の再開後、レーザコントローラ２９は、波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλｍに基づき、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせるように波長制御を行なう。即ち、時刻ｔ２４から、ピエゾ素子ユニット４１が可動ホルダ３６を駆動して波長選択ミラー３４を回転させる。その結果、中心波長λｃは目標波長λ０に近づき、時刻ｔ２５には中心波長λｃが目標波長λ０にほぼ一致する。
尚、上記のタイミングチャートにおいて、説明をわかりやすくするため、時刻ｔ２２を時刻ｔ２１〜ｔ２３の中間近傍にあるようにしたが、このように限られるものではない。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の第１の制御手順によれば、停止中にチャーピングによるずれ量Δλの推定を行ない、停止中に駆動機構を駆動して中心波長λｃを目標波長λ０に近づけるように補正している。これにより、レーザ発振の再開時に、中心波長λｃが目標波長λ０に近い状態から波長制御を開始できるので、中心波長λｃが目標波長λ０に合うまでの時間が短縮される。従って、目標波長λ０から外れた、露光に不適切な中心波長λｃを有するレーザ光２１が、露光機２５に入射することが少ない。また、露光に適切な中心波長λｃのレーザ光２１を得るまでの時間が短く、露光機２５の稼働率が向上する。
【００３２】
また、チャーピング補正において、推定したずれ量Δλに対し、ずれ量Δλ全てを補正するのではなく、所定の割合（実施例では２分の１）だけ、補正するようにしている。
中心波長λｃは、再発振の直後にチャーピングによって目標波長λ０からずれた後、チャーピングから回復して、次第に元の目標波長λ０に戻ろうとする傾向を有している。
【００３３】
従って、波長制御を行なう駆動機構の応答時間に合わせて、ずれ量Δλに対する補正量を決定する。例えば、駆動機構の応答時間が長い場合には、波長のチャーピングからの回復のほうが、駆動機構による波長制御より早くなってしまうことがあるので、補正量をあまり大きくしないようにする。こうすることにより、駆動機構による波長制御が発散せず、確実に中心波長λｃを目標波長λ０に合わせることが可能である。
また、実施形態のように、ピエゾ素子ユニット４１のように非常に応答時間の短い駆動機構によって波長制御を行なう場合には、補正量をずれ量Δλとほぼ同じにするとよい。このようにすれば、再発振直後から、中心波長λｃが目標波長λ０により近づくので、両者が略一致するまでの時間が短縮される。しかも、駆動機構の応答時間が短いので、チャーピングからの回復による中心波長λｃの移動に対しても、波長選択ミラー３４を充分速く駆動でき、常に中心波長λｃを目標波長λ０に一致させることが可能である。
【００３４】
次に、第２の制御手順として、チャーピングの補正時に、露光機２５からレーザコントローラ２９に対し、目標波長λ０を新たな目標波長λｎに変更するように、波長変更指令が出力された場合について説明する。
図５は、上方から、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、チャーピング補正を行ない、かつ、波長変更指令が来た場合の中心波長λｃ、その場合の、ピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖ、波長変更指令Ｄ、及び、ステッピングモータユニット４０のストローク位置Ｐをそれぞれ示すタイミングチャートである。
尚、レーザ発振中は、波長制御を行なうものとする。
【００３５】
図５に示すように、時刻ｔ３０からｔ３１までは、発振指令信号がＯＮとなっており、レーザ発振が行なわれている。レーザコントローラ２９は、波長モニタ３７でモニタリングした中心波長λｃに基づき、ピエゾ素子ユニット４１に指令電圧Ｖを出力して波長制御を行なっており、中心波長λｃが目標波長λ０に略一致している。
時刻ｔ３１に発振指令信号がＯＦＦになり、発振が停止する。そして、時刻ｔ３６にレーザ発振が再開されると、チャーピングにより、中心波長λｃが長波長側にずれ量Δλだけシフトする。
レーザコントローラ２９は、停止中に、中心波長λｃが停止前の目標波長λ０からどの程度ずれるかを推定する。この推定は、例えばこれまでにレーザ発振がどのようなパターンで行なわれたかという情報や、現在の狭帯域化ボックス３１内部の温度、さらには時刻ｔ３１から時刻ｔ３６までの停止時間等に基づいて行なわれる。
【００３６】
そしてレーザコントローラ２９は、このチャーピングによるずれ量Δλに対して、例えばずれ量Δλの約３分の２に当たる補正量だけ、中心波長λｃを目標波長λ０側へ補正するように、波長選択ミラー３４を回転させる。この回転は、時刻ｔ３２からピエゾ素子ユニット４１に電圧信号Ｖを出力し、ピエゾ素子ユニット４１によって可動ホルダ３６を駆動させることにより、行なう。
これにより、時刻ｔ３２から、ピエゾ素子ユニット４１が可動ホルダ３６を駆動して、中心波長λｃを目標波長λ０からΔλ／３だけずれた波長に合わせるべく、波長選択ミラー３４を回転させ始める。
【００３７】
一方、停止中に、時刻ｔ３３において、露光機２５から、目標波長λ０を新たな目標波長λｎに変更する波長変更指令Ｄが来るものとする。レーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に対する電圧指令Ｖをそのままに、ピエゾ素子ユニット４１を駆動させ続け、時刻ｔ３５において目標ストロークに達する。
一方、レーザコントローラ２９は、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４まで、ステッピングモータユニット４０に対して、目標波長λ０を変更するための指令を出力する。これにより、ステッピングモータユニット４０は、ストローク位置Ｐ０からＰｎまで移動する。
【００３８】
従って時刻ｔ３５において、波長選択ミラー３４は、ピエゾ素子ユニット４１によるチャーピング補正と、ステッピングモータユニット４０による目標波長λ０変更との、両者を合わせただけ回転したことになる。その結果、波長選択ミラー３４の角度は、新たな目標波長λｎから、Δλ／３だけ離れた波長に略相当する角度となっている。
尚、上記手順では、ただ１回だけピエゾ素子ユニット４１を大きく動かすことにより、目標波長λ０に合わせるように説明しているが、ピエゾ素子ユニット４１を何度も微小距離だけ駆動することにより、補正を行なってもよい。
【００３９】
そして、時刻ｔ３６にレーザ発振が再開されたときには、レーザコントローラ２９は波長モニタ３７によってモニタリングした波長データλに基づき、波長制御を行なう。停止中に、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１により、中心波長λｃは新たな目標波長λｎに対して、Δλ／３だけずれた波長となっているので、比較的短時間で（時刻ｔ３７に）中心波長λｃを新たな目標波長λｎに合わせることができる。
【００４０】
尚、上記の手順の説明において、まずチャーピング補正を開始し、その最中に波長変更指令Ｄが入力されるように説明したが、これに限られるものではない。例えば、波長変更指令Ｄが入力され、目標波長λ０の変更を行なっているうちにチャーピング補正を開始するようにしてもよい。また、まずチャーピング補正を開始し、目標波長λ０の変更を行なっている間にチャーピング補正が終了するような場合でもよく、その逆でもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の第２制御手順によれば、レーザ発振の停止中にチャーピング補正に加え、露光機２５からの波長変更指令Ｄに基づく目標波長λ０の変更を行なっている。これにより、停止中に中心波長λｃが新たな目標波長λｎに近づくので、発振再開後に波長制御が行なわれた際に、中心波長λｃが迅速に新たな目標波長λｎに合致する。
【００４２】
また、チャーピング補正において、推定したずれ量Δλに対し、所定の割合（上記実施例では３分の２）だけ、補正するようにしている。これにより、第１の制御手順と同様に、駆動機構が駆動指令信号に対する応答時間の長いものであっても、波長制御を発散させずに中心波長λｃを確実に目標波長λ０に合わせることが可能である。
【００４３】
また、本実施形態によれば、チャーピング補正を行なうための第１の駆動機構（ピエゾ素子ユニット４１）と、目標波長λ０の変更を行なうための第２の駆動機構（ステッピングモータユニット４０）との、２個の駆動機構を備えている。
従って、チャーピング補正の途中で波長変更指令が入力されても、レーザコントローラ２９はいずれの処理を優先的に行なうかを迷うことがなく、それぞれの処理を独立に行なうことができる。即ち、常に制御が発散せず、好適に行なわれる。勿論、目標波長λ０の変更を行なっている途中で、チャーピング補正を行なうような場合についても、同様である。
【００４４】
尚、第１の駆動機構をピエゾ素子ユニット４１とし、第２の駆動機構をステッピングモータユニット４０として説明したが、これに限られるものではない。即ち、第１、第２の駆動機構のいずれもが、ステッピングモータユニットでもよく、いずれもがピエゾ素子ユニット４１であってもよい。
しかしながら、実施形態に説明したように、ピエゾ素子ユニット４１によってチャーピング補正を行ない、ステッピングモータユニット４０によって目標波長λ０の変更を行なうのが好適である。
即ち、目標波長λ０の変更を、ストロークの長いステッピングモータユニット４０によって行なうことにより、広帯域にわたっての目標波長λ０の変更が可能である。
また、チャーピング補正は、レーザ発振の停止のたびに必ず行なわなければならず、頻度が高いため、これを精度良く補正する必要がある。従って、より微小ストロークを精密に駆動できるピエゾ素子ユニット４１によってチャーピング補正を行なうことにより、正確な補正が可能である。
【００４５】
また、第１、第２の駆動機構を直列に配し、波長選択ミラー３４の１つの隅部を押圧して回転させ、中心波長λｃを制御するように説明したが、これに限られるものではない。例えば、グレーティング３３やプリズム３２を回転させるようにしてもよい。
【００４６】
また、例えば、ステッピングモータユニット４０で波長選択ミラー３４を、ピエゾ素子ユニット４１でプリズム３２を、それぞれ回転させるように、別々の光学部品を回転させてもよい。
しかしながら、上記実施形態で説明したように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１を直列に配し、光学部品のうち、いずれか１つのみを回転させるのがよい。即ち、第１、第２の駆動機構が、同じ光学部品の同じ場所を駆動させるため、一方の駆動機構の駆動量に対する中心波長の変化量が、他方の駆動機構の駆動の有無と無関係となり、常に一定となる。従って、２個の駆動機構を、互いに独立に制御できるので、制御が容易となる。
これに対し、ステッピングモータユニット４０とピエゾ素子ユニット４１とを異なる場所に配置するならば、一方の駆動機構を駆動した場合、他方の駆動機構における、中心波長λｃを変更するために必要な駆動量が影響を受ける。即ち、中心波長λｃを変更する際に、ピエゾ素子ユニット４１とステッピングモータユニット４０との伸縮量を、互いの影響を考慮しながら制御を行なわなければならず、制御が困難になる。
【００４７】
図６に、プリズム３２を回転自在の可動ホルダ３６上に搭載し、この可動ホルダ３６をステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１によって駆動する場合の例を示す。
このように、波長選択ミラー３４を用いない構成にすることにより、光路長が短くなるので出力が増大し、例えばゲインが小さなＡｒＦエキシマレーザ装置などの場合にも、必要な大きさの出力での発振が可能である。
【００４８】
また、本発明によれば、レーザ発振時の波長制御を、ピエゾ素子ユニット４１によって行なっている。ピエゾ素子ユニット４１は指令に対する反応時間が短いので、制御に対する応答性が良く、中心波長λｃが迅速に目標波長λ０に合致する。
【００４９】
尚、本実施形態の説明では、新たな目標波長λｎを、目標波長λ０よりも長波長側にあるものとして説明しているが、これに限られるものではない。例えば、チャーピングによって中心波長λｃが長波長側にずれるのに対し、新たな目標波長λｎが、目標波長λ０よりも短波長となるような場合もある。このような場合には、チャーピングによるずれと、目標波長λ０の変更によるずれとが加算されるため、中心波長λｃから、新たな目標波長λｎまでの差が、さらに大きくなる。
従って、本発明に係る停止時間中のチャーピング補正及び目標波長λ０の変更を行なわない場合には、再発振後、中心波長λｃが新たな目標波長λｎに合うまでの時間が、より長くなる。これに対し、本発明によれば、停止時間中に中心波長λｃを新たな目標波長λｎに概略近づけているので、迅速な波長制御が可能であり、このような場合には、本発明の効果が、より大きくなる。
【００５０】
また、狭帯域化光学素子として、グレーティング３３を用いる場合について説明したが、エタロンを用いてもよい。
さらには、本発明は、エキシマレーザ装置について説明したが、フッ素分子レーザ装置についても、同様に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図２】可動ホルダの平面断面図。
【図３】可動ホルダの正面図。
【図４】第１制御手順を説明するタイミングチャート。
【図５】第２制御手順を説明するタイミングチャート。
【図６】プリズムを駆動する場合のエキシマレーザ装置の構成例。
【図７】従来技術に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図８】ウェハの露光の説明図。
【図９】チャーピングの説明図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１３：ウェハ、１４：半導体チップ、１５：放電電極、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１９：リアウィンドウ、２０：レーザ光軸、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２５：露光機、２９：レーザコントローラ、３０：狭帯域化ユニット、３１：狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３４：波長選択ミラー、３５：パージガス給気口、３６：可動ホルダ、３７：波長モニタ、３８：ミラーホルダ、３９：支持部材、４０：ステッピングモータユニット、４１：ピエゾ素子ユニット、４２：カップリング、４３：ボールネジユニット、４４：紫外線カバー、４５：パージガス、４６：ナット、４７：スクリュー、４８：モータ軸、４９：板バネ、５０：手動マイクロメータ、５１：ガイド、５２：配線。
Claims (10)
- 駆動機構により光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度φを変更する光学部品回転手段と、
前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度φを変更し、パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長λcのチャーピングに基づいて、再発振直後の中心波長λcが目標波長λ0に近づくように停止中に光学部品を回転させ、チャーピングを補正する第１駆動機構と、
目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくように停止中に光学部品を回転させ、目標波長を変更する第２の駆動機構と を有し、
前記第１駆動機構と第２駆動機構とが直列に配され、
チャーピングの前記補正と目標波長の前記変更とを、同時に互いに独立に行う制御部と を備えたことを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - 請求項１記載のレーザ装置用波長制御装置において、
前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、前記第２駆動機構がステッピングモータユニットであることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - 駆動機構により光学部品をレーザ光軸に対して回転させてパルスレーザ光(21)の狭帯域化光学素子への入射角度φを変更し、
パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザ装置の波長制御方法において、
直列に配された第１駆動機構と第２駆動機構とを用い、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長λcのずれに基づいて、中心波長λcが目標波長λ0に近づくように第１の駆動機構に指令を出力して停止中に光学部品を回転させ、
目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくように第２の駆動機構に指令を出力して停止中にチャーピングの補正と同時に互いに独立に目標波長の変更とを行うために光学部品を回転させることを特徴とするレーザ装置用波長制御方法。 - 駆動機構により光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度φを変更する光学部品回転手段と、
前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度φを変更し、パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
光学部品回転手段が、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長λcのチャーピングに基づいて、再発振直後の中心波長λcが目標波長λ0に近づくように停止中に光学部品を回転させてレーザ発振の停止中にチャーピング補正を行う第１駆動機構と、
第１駆動機構と直列に配され、目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくように停止中に光学部品を回転させて波長制御を行う第２駆動機構と
を具備し、
レーザコントローラが、目標波長λ0に対する再発振直後の中心波長λcのずれ量Δλを推定し、
第１駆動機構がピエゾ素子ユニットである場合には、第１駆動機構の応答時間が短いものとして、補正量をずれ量Δλに近づけ、第１駆動機構の応答時間がピエゾ素子ユニットの応答時間より長い場合には、ずれ量Δλに対する補正量の割合を、ピエゾ素子ユニットの場合の補正量の割合より低くして、第１駆動機構の応答時間に応じ、光学部品の、ずれ量Δλに対する補正量を調整する
ことを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - 請求項４記載のレーザ装置用波長制御装置において、
前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、
前記第２駆動機構がステッピングモータユニットであることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - 駆動機構により光学部品をレーザ光軸に対して回転させてパルスレーザ光の狭帯域化光学素子への入射角度φを変更し、
パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザ装置の波長制御方法において、
光学部品の駆動機構に含まれる第１駆動機構を介し、レーザ発振の停止中に生じる、目標波長λ0に対する再発振直後の中心波長λcのずれ量Δλに基づいて、チャービング補正するとき、第１駆動機構がピエゾ素子ユニットである場合には、第１駆動機構の応答時間が短いものとして、補正量をずれ量Δλに近づけ、第１駆動機構の応答時間がピエゾ素子ユニットの応答時間より長い場合には、ずれ量Δλに対する補正量の割合を、ピエゾ素子ユニットの場合の補正量の割合より低くして、第１駆動機構の応答時間に応じ、光学部品の、ずれ量Δλに対する補正量を調整してチャーピング補正を行い、
第１駆動機構に直列に配された第２駆動機構を介し、目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、レーザ発振の停止中に光学部品を回転させ、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくよう波長制御を行い、
チャーピング補正及び波長制御を同時に行う場合、チャーピング補正及び波長制御を独立して行う
ことを特徴とするレーザ装置用波長制御方法。 - 駆動機構により光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度φを変更する光学部品回転手段と、
前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度φを変更し、パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
光学部品回転手段が、
レーザ発振の停止中に生じる中心波長λcのチャーピングに基づいて、再発振直後の中心波長λcが目標波長λ0に近づくように停止中に光学部品を回転させてレーザ発振の停止中にチャーピング補正を行う第１駆動機構と、
第１駆動機構と直列に配され、目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくように停止中に光学部品を回転させて波長制御を行う第２駆動機構と
を具備し、
チャーピング補正及び波長制御を同時に行う場合、レーザコントローラが、第１駆動機構及び第２駆動機構を独立して制御する
ことを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - 請求項７記載のレーザ装置用波長制御装置において、
前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、前記第２駆動機構がステッピングモータユニットであることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。 - レーザコントローラが、目標波長λ0に対する再発振直後の中心波長λcのずれ量Δλを推定し、
第１駆動機構がピエゾ素子ユニットである場合には、第１駆動機構の応答時間が短いものとして、補正量をずれ量Δλに近づけ、第１駆動機構の応答時間がピエゾ素子ユニットの応答時間より長い場合には、ずれ量Δλに対する補正量の割合を、ピエゾ素子ユニットの場合の補正量の割合より低くして、第１駆動機構の応答時間に応じ、光学部品の、ずれ量Δλに対する補正量を調整する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ装置用波長制御装置。 - 駆動機構により光学部品をレーザ光軸に対して回転させてパルスレーザ光の狭帯域化光学素子への入射角度φを変更し、
パルスレーザ光の中心波長λcを所定の目標波長λ0に制御するレーザ装置の波長制御方法において、
光学部品の駆動機構に含まれる第１駆動機構を介し、レーザ発振の停止中に生じる中心波長λcのずれ量Δλに基づいて、レーザ発振の停止中に光学部品を回転させ、中心波長λcが目標波長λ0に近づくように第１駆動機構に指令を出力して停止中に光学部品を回転させ、
第１駆動機構に直列に配された第２駆動機構を介し、目標波長λ0の変更を指示する波長変更指令に基づいて、中心波長λcが新たな目標波長λnに近づくように第２駆動機構に指令を出力して停止中に光学部品を回転させ、
チャーピング補正及び波長制御を同時に行う場合、チャーピング補正及び波長制御を独立して行う
ことを特徴とするレーザ装置用波長制御方法。
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