JP5352321B2 - 露光用ガスレーザ装置 - Google Patents
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Description
なお、上記したスペクトル純度は一義的に定められるものではないが、半導体露光の分野では発振レーザ光全エネルギーの95%のエネルギーを含むスペクトルの幅をいう場合が多い。
パルスエネルギーが小さく、レーザパルス幅も小さいレーザパルスと、パルスストレッチによりレーザパルス幅を大きくしてピークパワーを低下させてはいるが、ある程度のパルスエネルギーを有するレーザパルスを比較する。
前者はレーザパルス幅は小さいが、パルスエネルギーが小さいので、ピークパワーは後者を上回ることはないものとする。
上記記憶手段には、露光装置におけるレーザ光の発振周波数をパラメータとして、露光装置の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値が記憶されており、
上記制御手段は、露光装置におけるレーザ光の発振周波数に対応する最大パルスエネルギーの値を求め、露光装置から指令される目標パルスエネルギーの値と最大パルスエネルギーの値とを比較し、この結果、露光装置から指令される目標パルスエネルギーの値が最大パルスエネルギーの値以下であった場合に、露光装置からの発光指令に基づき、上記第1のスイッチおよび第2のスイッチを交互に動作させるとともに、
上記第1のモニタで検出したパルスエネルギーに基づき、上記第1のレーザ光のパルスネルギーが露光装置から指令される目標パルスエネルギーとなるように、第1のコンデンサの充電電圧を制御し、
上記第2のモニタで検出したパルスエネルギーに基づき、上記第2のレーザ光のパルスネルギーが露光装置から指令される目標パルスエネルギーとなるように、第2のコンデンサの充電電圧を制御すること
を特徴とするものである。
なお、本発明の露光用ガスレーザ装置は、2台のレーザで構成される場合に限るものではなく、3台以上のレーザで構成してもよい。
図2(a)に示す通り、チャンバ10の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極(カソード電極及びアノード電極)10a、10bが設けられる。これらの電極10a、10bには、充電器11と高電圧パルス発生器12と、で構成された電源によって高電圧パルスが印加される。すると、電極10a、10b間で放電が生じ、この放電によってレーザチャンバ10内に封入されたレーザガスが励起される。前記電源の一例を図3に示す。
図3(a)に示す高電圧パルス発生器12は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1、SR2、SR3を有し、2段の磁気パルス圧縮回路を備える。ここで、磁気スイッチSR1は固体スイッチSWでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。なお、固体スイッチSWは、例えば、IGBT等の半導体スイッチング素子である。また、第1の磁気スイッチSR2と第2の磁気スイッチSR3により2段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
レーザチャンバ10の内部には、ガス供給・排気ユニット15から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット15は、レーザチャンバ10内にレーザガスを供給するガス供給系と、レーザチャンバ10内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。ガスの供給及び排気は、図示を省略したガス供給・排気ユニット15内の配管系に設けられた各バルブの開閉で制御される。
コントローラ部は、例えば、メインコントローラ51、ユーティリティコントローラ52、波長コントローラ53、トリガコントローラ54、エネルギーコントローラ55からなる。メインコントローラ52は、他のコントローラの上位コントローラであり、露光装置7からの指令に基づき、ユーティリティコントローラ52、波長コントローラ53、トリガコントローラ54、エネルギーコントローラ55各々に指令信号を送出する。
(1)メインコントローラ51
メインコントローラ51は、露光装置7から送出されるレーザ光の発光指令、レーザパルスエネルギーの設定値、レーザ光のレーザビーム品質等の指令信号を受信する。この受信した指令信号に基づき、ユーティリティコントローラ52、波長コントローラ53、トリガコントローラ54、エネルギーコントローラ55を制御する。
メインコントローラ51は、各発振周波数をパラメータとして、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を、周波数−パルスエネルギーのテーブルとして記憶している。
ユーティリティコントローラ52は、メインコントローラ51から送出されるレーザチャンバ10、30内のガス圧力値の設定目標値を指令信号として受信する。ユーティリティコントローラ52は、レーザチャンバ10の圧力センサP1、レーザチャンバ30の圧力センサP2により、レーザチャンバ10、30内のガス圧力の値をモニタし、上記した設定目標値と比較する。
その比較結果に基づき、ユーティリティコントローラ52は、ガス供給・排気ユニット15、35に設けられた配管系の各バルブの開閉及びその開度(又はガス流量)を指示する信号を生成し出力する。この信号に基づきガス供給・排気ユニット15、35が各バルブの開閉を制御し、レーザチャンバ10、30内のガス圧力が上記した設定目標値となるように制御される。
露光装置7からパルスエネルギーの目標値に相当する信号を受信した後、上記したテー部により、レーザチャンバ10、30内のレーザガス温度の設定目標値に相当する指令信号をユーティリティコントローラ52に送出する。
その比較結果に基づき、そこで、ユーティリティコントローラ52はレーザチャンバ10、30内のガス温度を所望温度にすべく、冷却水供給ユニット16内の配管系に設けられたバルブの開閉及びその開度(又は冷却水流量)を指示する信号を生成し出力する。この信号に基づき冷却水供給ユニット16がバルブの開閉を制御し、レーザチャンバ10内の熱交換器10dに供給される冷却水の流量すなわち排熱量が制御される。
波長コントローラ53は、メインコントローラ51から送出されるレーザ100、300から放出されるレーザ光のビーム品質(中心波長等)の設定目標値を指令信号として受信する。波長コントローラ53には、モニタモジュールMM1、MM2によってモニタされた、更にレーザ100、300から放出される各レーザ光の中心波長に相当する信号が入力される。
上記したように、メインコントローラ51は、露光装置7から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が、上記した露光装置7の光学系にダメージを殆ど与えないときの最大パルスエネルギーの値を越えているかどうかを検定する。検定結果、露光装置7から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が上記最大パルスエネルギーの値を越えていない場合、メインコントローラ51はこのパルスエネルギーの設定値を、レーザ100、300から放出されるレーザ光のパルスエネルギーの設定目標値として設定する。
エネルギーコントローラ55には、モニタモジュールMM1、MM2によってモニタされた、更にレーザ100、300から放出される各レーザ光のパルスエネルギーに相当する信号が入力される。
トリガコントローラ54はエネルギーコントローラ55からの信号に基づいて、充電器11、31の充電電圧を制御する。
図5にビーム合成器の第1の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6をルーフ形状のミラー61で構成する。ルーフ形状のミラー61は反射面を2面(反射面(1)および反射面(2))有し、この2面の反射面のなす角度は、例えば、90°である。レーザ100から放出されビームスプリッタBS1を透過してきたレーザ光L1は、導光光学素子であるミラーM1によりミラー61の反射面(1)に入射するように導光される。反射面(1)に入射したレーザ光L1は、反射面(1)により反射され所定の方向に進行する。図5ではレーザ光L1の反射光が右方向に進行するように、レーザ光L1と反射面(1)との位置関係が設定されている。
図5では、レーザ光L1と同様、レーザ光L2の反射光が右方向に進行するようにレーザ光L2と反射面(2)との位置関係が設定されている。
図6にビーム合成器の第2の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6を1/2波長板62aと偏光ビームスプリッタ62bとで構成する。上記したように、レーザ100のレーザチャンバ10に取り付けられているウィンドウ10e、10fは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置されている。一方、レーザ300のレーザチャンバ30に取り付けられているウィンドウ30e、30fについても同様に設置されている。そのため、レーザ100から放出されるレーザ光L1、レーザ300から放出されるレーザ光L2は、例えば、偏光ビームスプリッタ62bに対してP偏光のレーザ光である。
図7にビーム合成器の第2の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6をイオンエッチドグレーティング等の透過型グレーティング63で構成する。
透過型グレーティング63は、入射するレーザ光の入射角がθ1のときの−1次回折光の進行方向と、入射するレーザ光の入射角がθ2のときの1次回折光の進行方向とが略一致するように構成されている。
図8にビーム合成器の第4の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6を1/2波長板64aとローション(Rochon)プリズム64bとで構成する。ローションプリズム64bは、入射した無偏光の光を、P偏光、S偏光の直線偏光の光として出射する。その際、S偏光の光は、入射した無偏光の光の進行方向と同方向に出射する。また、P偏光の光の出射方向は、S偏光の光の出射方向に対して所定の角度(θ3)を成している。よって、逆にローションプリズム64bにS偏光のレーザ光と、S偏光のレーザ光の入射方向とθ3だけ傾けてP偏光を入射させると、各レーザ光は同方向に出射することになる。
図9にビーム合成器の第5の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6を光チョッパ機構とするものである。具体的には、光チョッパ機構は、図9(a)に示すように、光を反射する反射ミラー部と光透過部が交互に設けられた円板状の光学基板65aと、この光学基板65aを回転させるモータ65bとからなる。
図10にビーム合成器の第6の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6を角度振動ミラー66で構成するものである。なお、角度振動ミラー66の設置角度を制御する回転制御手段、および回転軸は図から省略されている。上記した回転軸の方向は、図10の紙面に垂直な方向である。また、回転制御手段は、例えば、メインコントローラ51により制御される。
図11にビーム合成器の第7の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6を直線振動ミラー67で構成するものである。なお、直線振動ミラー67の位置を制御する位置制御手段は図から省略されている。また、位置制御手段は、例えば、メインコントローラ51により制御される。
図12にビーム合成器の第8の構成例を示す。本構成例では、図1に模式的に示したビーム合成器6をルーフミラーアレイ68で構成する。ルーフミラーアレイ68は、互いに角度をなす2つの反射面からなるルーフ形状のミラー構造部が複数設けられたものである。各ミラー構造部の一方の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いている。同様に、各ミラー構造部の一方の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いている。
次に、各レーザ100、レーザ300から放出されるレーザ光L1、L2のパルスエネルギー制御について説明する。上記したように、露光装置等の光学系へ与えるダメージを小さくするには、できるだけ小さなパルスエネルギーで高繰り返し発振させる必要がある。
すなわち、ある発振周波数に対して、各レーザ光L1、L2のパルスエネルギーは、所定のエネルギー値に維持する必要がある。
モニタモジュールMM1、MM2により、レーザ100、レーザ300から放出されるレーザ光L1、L2のパルスエネルギーを検出する。モニタモジュールMM1、MM2は検出値信号をエネルギコントローラ55に送出する(ステップS101)。
また、レーザ300において、目標エネルギーEtを得るための充電電圧HV2を求める。すなわち、以下の式により、前回(今回の放電パルスの前の放電パルスを発生させたとき)の充電電圧HV2にステップS203で求めたΔV2を加えることで補正する。
(ステップS104)
充電電圧値HV1,HV2がレーザガス注入電圧Vmax 1,Vmax 2より大きいかを判定し、大きければ、レーザガスを注入する(ステップS105)。また、小さければ、ステップS106に行く。
ステップS104で求めた充電電圧値(高電圧値)HV1(今回)のデータ、ならびに、充電電圧値(高電圧値)HV2(今回)のデータを、トリガコントローラ54に送出する(ステップS106)。
主コンデンサC0からエネルギー(電圧パルス)が転送されてきたとき、この磁気スイッチSR2、SR3にかかる電圧(V:すなわち主コンデンサC0の充電電圧)と磁気スイッチSR2、SR3によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの移行時間(tm)との積であるV・tm積の値は一定という関係がある。例えば、主コンデンサC0の充電電圧が高くなると、電圧パルスの移行時間tm(すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間)が短くなる。
(II)電極間に電圧が印加されてから放電が開始するまでの時間tb
露光装置7側からの要請により、露光装置7からの発光指令信号が発せられてから放電が発生し、レーザ光L1、L2が発生するまでの時間の変動を小さくする必要がある場合は、例えば、以下のように制御する。
一方のレーザのみのレーザ動作を続行する場合、露光のスループットは低下するものの、1台のレーザのみのときのように露光処理の停止という不具合を回避することができ、露光処理を停止することなくそのまま続行することが可能となる。
ここで、1枚のウエハを露光する際のレーザ発振時間と休止時間との割合を、例えば、40:60とする。2台のレーザのうち、1台が故障して残り1台で露光処理を行う場合は、レーザ発振時間と休止時間との割合は、(40+40):60=80:60となる。
よって、1台のレーザが故障して残り1台のレーザを使用する場合の露光のスループットは、2台のレーザ使用する場合の露光のスループットと比較すると、(40+60)/(80+60)×100=71.4(%)となる。すなわち、1台のレーザが故障して残り1台のレーザを使用して露光を行う場合は、2台のレーザを使用する場合と比較してスループットは約70%となるが、露光を続行することができる。
10 レーザチャンバ
10a、10b 電極
10c クロスフローファン
10d 熱交換器
10e、10f ウィンドウ
11 充電器
12 高電圧パルス発生器
13 狭帯域化モジュール(LNM)
14 フロントミラー
15 ガス供給・排気ユニット
16 冷却水供給ユニット
20 放電検出部
21 ドライバ
BS1 ビームスプリッタ
MM1 モニタモジュール
P1 圧力センサ
T1 温度センサ
L1 レーザ光
M1 ミラー
300 レーザ
30 レーザチャンバ
30a、30b 電極
30c クロスフローファン
30d 熱交換器
30e、30f ウィンドウ
31 充電器
32 高電圧パルス発生器
33 狭帯域化モジュール(LNM)
34 フロントミラー
35 ガス供給・排気ユニット
36 冷却水供給ユニット
40 放電検出部40
41 ドライバ
BS2 ビームスプリッタ
MM2 モニタモジュール
P2 圧力センサ
T2 温度センサ
L2 レーザ光
M2 ミラー
50 コントローラ部
51 メインコントローラ
52 ユーティリティコントローラ
53 波長コントローラ
54 トリガコントローラ
55 エネルギーコントローラ
6 ビーム合成器
61 ルーフ形状のミラー
62a 1/4波長板
62b 偏光ビームスプリッタ
63 透過型グレーティング
64a 1/4波長板
64b ローション(Rochon)プリズム
65a 円板状の光学基板
65b モータ
66 角度振動ミラー
67 直線振動ミラー
68 ルーフミラーアレイ68
7 露光装置
SR1、SR2、SR3 磁気スイッチ
SW 固体スイッチ
Tr1 昇圧トランス
L1 リアクトル
C0 主コンデンサ
C1、C2 コンデンサ
Cp ピーキングコンデンサ
91 第1電極91
92 誘電体チューブ92
93 第2電極
Claims (9)
- 高電圧に充電される第1のコンデンサと、第1のスイッチと、この第1のスイッチがオンとなったとき上記第1のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第1の磁気パルス圧縮回路とを含む第1の発振用高電圧パルス発生器と、
レーザガスが封入された第1のレーザチャンバと、この第1のレーザチャンバ内に配置され、上記第1の高電圧パルス発生器に含まれる第1の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第1の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第1の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第1の放電励起ガスレーザと、
高電圧に充電される第2のコンデンサと、第2のスイッチと、この第2のスイッチがオンとなったとき上記第2のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第2の磁気パルス圧縮回路とを含む第2の発振用高電圧パルス発生器と、
レーザガスが封入された第2のレーザチャンバと、この第2のレーザチャンバ内に配置され、上記第2の高電圧パルス発生器に含まれる第2の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第2の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第2の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第2の放電励起ガスレーザと、
上記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサを充電する少なくとも1つの充電器と、
上記第1のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第1のレーザガス充填・排気手段と、
上記第2のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第2のレーザガス充填・排気手段と、
第1の放電励起ガスレーザから放出される第1のレーザ光のパルスエネルギーをモニタする第1のモニタと、
第2の放電励起ガスレーザから放出される第2のレーザ光のパルスエネルギーをモニタする第2のモニタと、
上記第1のレーザ光の進行方向と第2のレーザ光の進行方向とを略一致させるビーム合成器と、
記憶手段と、
制御手段とからなる露光用ガスレーザ装置であり、
上記記憶手段には、当該露光用ガスレーザ装置から出力されるレーザ光が入力される露光装置に対応して、前記露光用ガスレーザ装置から出力されるレーザ光の発振周波数をパラメータとして、前記露光装置の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値が記憶されており、
上記制御手段は、前記露光装置におけるレーザ光の発振周波数に対応する最大パルスエネルギーの値を求め、前記露光装置から指令される発振周波数に対応する目標パルスエネルギーの値と最大パルスエネルギーの値とを比較し、この結果、
前記露光装置から指令される発振周波数に対応する目標パルスエネルギーの値が最大パルスエネルギーの値以下であった場合に、前記露光装置からの発振周波数に基づき、上記第1のスイッチおよび第2のスイッチを交互に動作させるとともに、上記第1のモニタで検出したパルスエネルギーに基づき、上記第1のレーザ光のパルスネルギーが前記露光装置から指令される発振周波数に対応する目標パルスエネルギーとなるように、第1のコンデンサの充電電圧を制御し、
上記第2のモニタで検出したパルスエネルギーに基づき、上記第2のレーザ光のパルスネルギーが前記露光装置から指令される発振周波数に対応する目標パルスエネルギーとなるように、第2のコンデンサの充電電圧を制御し、
前記露光装置から指令される発振周波数に対応する目標パルスエネルギーの値が最大パルスエネルギーの値より大きい場合に、前記露光用ガスレーザ装置からレーザ光を出力する動作を停止すること
を特徴とする露光用ガスレーザ装置。 - 上記制御手段は、前記露光装置から指令される発振周波数に対応する前記目標エネルギーが最大パルスエネルギー以下であるかどうか検定し、
前記目標エネルギーが最大パルスエネルギーより大きい場合は異常信号を出力して上記第1の放電励起ガスレーザおよび第2の放電励起ガスレーザのレーザ動作を停止させ、
前記目標エネルギーが最大パルスエネルギー以下である場合は上記第1の放電励起ガスレーザおよび第2の放電励起ガスレーザのレーザ動作を行わせる
ことを特徴とする請求項1記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記制御手段は、上記第1の放電励起ガスレーザおよび第2の放電励起ガスレーザのうちのいずれか一方が故障した場合、他方のレーザ動作を続行させる
ことを特徴とする請求項1,2のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記制御手段は、前記露光装置からの発振周波数に基づき、上記第1のスイッチおよび第2のスイッチを交互に動作させるにあたって、上記上記第1のスイッチおよび第2のスイッチを動作させるための各トリガ信号の送出タイミングを、上記第1の放電電極および第2の放電電極における放電開始タイミングと、上記第1の磁気パルス圧縮回路および第2の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮して補正している
ことを特徴とする請求項1、2、3のいずれか1項に記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記露光用ガスレーザ装置は、さらに、
第1の放電励起ガスレーザの発光あるいは放電タイミングを計測する第1の発光あるいは放電モニタと、
第2のガスレーザ装置の発光あるいは放電タイミングを計測する第2の発光あるいは放電モニタとを有し、
上記制御手段は、上記第1の発光あるいは放電モニタおよび第2の発光あるいは放電モニタに基づき、上記各トリガ信号の送出タイミングをフィードバック補正している
ことを特徴とする請求項4記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記第1の放電電極および第2の放電電極における放電開始タイミングを考慮した補正は、上記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの充電電圧値と上記第1のレーザチャンバおよび第2のレーザチャンバ内のレーザガス圧力値に基づき行われる
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記第1の磁気パルス圧縮回路および第2の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮した補正は、上記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの充電電圧値と上記第1の磁気パルス圧縮回路および第2の磁気パルス圧縮回路を構成する回路素子の温度値に基づき行われる
ことを特徴とする請求項4、5または請求項6に記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光の繰り返し周波数が8kHz以上である
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の露光用ガスレーザ装置。 - 上記露光用ガスレーザ装置は、KrFエキシマレーザ装置、ArFエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかである
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の露光用ガスレーザ装置。
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