JPH0426176A - エキシマレーザの出力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体製造装置の露光用光源等に使用され
るエキシマレーザの出力制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は例えば特開昭６３−８６５９３号公報に示され
た従来のエキシマレーザの出力制御装置を縮小投影露光
装置に用いた装置の構成図であり、図において、１はエ
キシマレーザで、このエキシマレーザ１は、希ガス（Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）　、ハロゲンガス（Ｆｅ、ＩＩｃＩ）
およびバッファガス（Ｈｅ、Ｎｅ）の混合ガスをレーザ
ガスとしてチャンバ内に封入し、そのレーザガスをパル
ス放電によって励起させることによりレーザ発振を行な
うものである。

そして、エキシマレーザ１からのレーザ光は、光軸調整
がなされたインチグレー９２２反射ミラー３およびコン
デンサレンズ４を介してレチクル５に導かれる。これに
より、レチクル５に形成された微細パターンは、レチク
ル５から縮小投影レンズ６を介してウェハ７上に転写さ
れている。

このウェハ７の近傍には、フォトダイオード等のディテ
クタ８が配置されており、このディテクタ８は、ｎ売時
にウェハ７から反射する散乱光を検出している。

ディテクタ８の出力は、露光量検出回路９に入力され、
この露光量検出回路９は、ディテクタ８の出力に基づい
て、ウェハ７を露光するレーザ光の１パルス当たりの出
力エネルギー量を演算し。

その値を中央処理回路（ＣＰＵ）１０へ出力する。

中央処理回路１０は、入力されエネルギー量が所望のパ
ルス放電の回数で一定の露光量に達するように、充電電
圧制御部１１およびガス循環制御部１２を制御する。

次に、レーザ出力の制御を第６図のフローチャートに基
づいて説明する。まず、レーザ露光時に、ステップＡ１
で露光量検出回路９で検出された１パルス当たりの出力
エネルギー量を積算するとともに、その時のパルス数も
計測する（ステップＡ２）。

ついで、中央処理＠路１０は、ステップＡ２で積算した
エネルギー量と、予め設定されたウェハ７の最適霧光量
を示す所定のエネルギー量とを比較し、積算エネルギー
量が所定のエネルギー量になるまで、ステップＡ２によ
るエネルギー量の積算を行なう（ステップＡ３）。そし
て、積算エネルギー量と所定エネルギー量とが等しくな
ると、中央処理回路１０は、レーザの発振を中止させ、
計数されたパルス数と予め設定された最適パルス数との
比較を行なう（ステップＡ４）。この比較結果に基づき
、充電電圧制御部１１およびガス′Ｗｉ環制御部１２を
制御し、充電電圧、レーザガスへのハロゲンガスの追加
量およびレーザガスの交換量を調整させることにより（
ステップＡ５）、所定時間後の次のレーザ発振における
露光量およびパルス数を制御する。

ところで、ステップＡ５における中央処理回路１０の制
御動作には、所定の優先順位が付けられており、中央処
理回路１０は、ディテクタ８の検出出力によりレーザ出
力の低下を検出すると、上記！Ｉ！＋整を行なわせる制
御動作を所定の優先順位に従って１つずつ実行し、レー
ザ出力が回復した時点でこの制御動作を中止する。

即ち、中央処理回路１０は、第６図のフローチャートに
基づき１ノーザ出力の低下を検出した場合、例えば、第
１のステップとして充電電圧制御部１１を制御して充電
電圧を」二げる調整を行なわせる。この調整によって、
レーザ出力が回復した場合、この時点で制御を終了する
。一方、レーザ出力が回復しない場合には、次に１例え
ば、ガス循環制御部１２を制御し、レーザガスにハロゲ
ンガスを追加させる第２のステップ調整を行なわせる。

このハロゲンガス追加調整によってレーザ出力が回復し
た場合、この時点で制御を終了する。しかし、この制御
によってもレーザ出力が回復しない場合は、次のステッ
プの例えば、ガス循環制御部１２を制御しレーザガスの
交換を行なわせ、次回以降のレーザ出力の回復をはかる
。そして、ウェハ７上に露光される所定のチップ数に達
するまで、上記制御が繰り返される（ステップ八６）。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のエキシマレーザの出力制御方法では、露光停止時
に充電電圧、レーザガス交換量、ハロゲンガス追加量の
調整を行なうため、露光時間にバラツキが生じ、ウェハ
位置決め機構に影響を及ぼす。また、単発パルス当たり
の出力が一定でなく、且つ、停止時間中に、上記ｔＡＩ
Ｉ処理を行なうため、停止時間に時間的制約が生じるな
どの課題もあった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、単発パルス当たりの出力バラツキを安定化する
とともに、レーザガス寿命（全ガス交換を行なう）の範
囲内で停止時間に時間的制約を設けず露光することので
きる。エキシマレーザの出力制御方法を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るエキシマレーザの出力制御方法は、発振
中のレーザ出力が一定になるようにパルス放電の充電電
圧を制御するとともに１発振中に充電電圧が第１の設定
値に達したら、所定量のハロゲンガスを所定時間かけて
レーザガスに追加する部分ガス制御を、充電電圧が第２
の設定値になるまで繰返し行ない、レーザ出力を一定に
Ｍ＃するものである。

［作　　　用コ この発明におけるエキシマレーザの出力制御方法では、
レーザ出力をモニタして充電電圧（励起強度）を制御す
ることにより、単パルス当たりおよび比較的長期的なレ
ーザ出力を一定に保つことができるとともに、充電電圧
をモニタしてこの充電電圧が第１の設定値に達したら、
所定量のハロゲンガスを所定時間かけて補給する部分ガ
ス制御を行なうことにより、レーザガスの劣化が回復し
て、所定のレーザ出力に必要な充電電圧が低下するため
、長期的にレーザ出力を一定に制御することが可能にな
る。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１はエキシマレーザ、１３はエキシマ
レーザｌから出力されるレーザビーム、１４はレーザビ
ーム１３の一部分を反射させるとともに残りの部分を透
過させるビームスプリッタ、１５はビームスプリッタ１
４で反射された一部分のレーザビーム１３Ａに基づきレ
ーザビーム１３の出力情報Ｐをモニタする出力モニタ部
、１６はＣＰＵおよびメモリ等を有しレーザ装置のシス
テム全体を制御するための制御手段、１７はエキシマレ
ーザ１のレーザガスを制御するガス制御部である。ここ
で、制御手段１６は、出力モニタ部１５からの出力情報
Ｐに基づいてエキシマレーザ１１に供給する充電電圧Ｖ
を設定するとともに、充電電圧Ｖに基づいてガス制御部
１７に部分ガス補給指令Ｇｓを出力するものである。

次に、上述のごとく構成された本実施例の装置によるレ
ーザ出力の制御方法について、第２，３図を参照しなが
ら説明する。この出力制御方法は、大きく２つの制御（
第２図、第３図にそれぞれ示す処理）に分割され、それ
ぞれの制御は、並行して実行される。

まず、第２図により第１の制御を説明する。レーザの発
振が開始されると、出力モニタ部１５で測定した１パル
ス当たりのレーザ出力を出力情報Ｐとして取得しくステ
ップＳｌ）、レーザ出力設定値Ｐｓ（外部設定値）と現
在のレーザ出力値Ｐとを比較する（ステップＳ２）。そ
の比較の結果、Ｐ＞ｐｓの時には、充電電圧Ｖをｖ＝■
−八Ｖ（Δ■は設定値）の式により、ΔＶだけ下げて新
しい充電電圧とする（ステップＳ３）。Ｐ　＜　Ｐ　ｓ
の時には、充電電圧をｖ＝ｖ＋ΔＶの式により、ΔＶだ
け上げて新しい充電電圧とする（ステップ３４）。また
、Ｐ＝Ｐｓの時には充電電圧は変更しない。

そして、レーザの発振を停止すべきか否かを判断しくス
テップＳ５）、発振が継続されている場合には、ステッ
プＳ１へ戻り、上述した制御処理を繰り返すことにより
、エキシマレーザ１からのレーザ出力を一定（設定値Ｐ
ｓ）に制御することができる。

次に、第３，４図により第２の制御について説明する。

ここで、第４図は充電電圧■と発振時間Ｔとの関係を示
すグラフであり、特性Ａは上記第１の制御だけで出カ一
定制御を行なった場合であり、発振時間Ｔとともにレー
ザガスが劣化（ハロゲンガス成分が減少）して、充電電
圧Ｖが上昇していく。

従って、充［電圧■をモニタして、充電電圧■が所定値
まで上昇すると１部分ガス制御にて所定量のハロゲンガ
スを補給することにより、レーザガスの劣化が回復し、
充電電圧■が下がり特性Ｂが得られる。しかし、ハロゲ
ンガス成分だけを繰返し補給していくと、レーザガス全
体の組成が変わってしまうため、部分ガス制御の回数を
制限している。

第３図において、まず、レーザの発振が開始されると、
充電電圧■をモニタしくステップｓ６）。

充電電圧Ｖと第１の設定値Ｖ、とを比較しくステップＳ
７）、Ｖ＜Ｖ、の場合には、後述するステップＳ１３へ
進む一方、■≧Ｖ、の場合には、現在までの部分ガス制
御回数Ｎと設定値Ｍとを比較する（ステップＳ８）。そ
して、Ｎ２Ｍの場合には、レーザガス全体の組成が変わ
ってしまうため、部分ガス制御は行なわず、後述するス
テップｓ１３へ進み一方、Ｎ＜Ｍの場合には、部分ガス
補給指令Ｇｓをガス制御部１７へ出力する（ステップｓ
９）。

ガス制御部１７は、制御手段１６から部分ガス補給指令
Ｇｓを受けると、所定量のハロゲンガスを所定時間をか
けて補給し、補給が完了すると、ガス制御部１７は、部
分ガス補給完了指令ＧＥを制御手段１６へ出力する。制
御手段１６は、ガス制御部１７から部分ガス補給完了指
令ＧＥが送られてくるのを待ち（ステップ５ＩＯ）、部
分ガス補給完了指令Ｇ、を受けると、部分ガス制御回数
Ｎを１回増やすとともに、充電電圧Ｖをモニタする（ス
テップ５ｌｌ）、そして、充電電圧Ｖと第２の設定値■
２とを比較しくステップ５１２）、Ｖ＞Ｖ２の場合には
、ステップＳ８に戻る一方、Ｖ≦ｖ２の場合には、ステ
ップＳ１３に進み、レーザの発振を停止すべきか否かを
判断する。発振が継続されている場合には、ステップＳ
６に戻って上述したステップ８６〜Ｓ１２までの制御処
理を繰り返すことにより、レーザ出力を長期的に一定に
制御する。また、ステップＳ１３でレーザの発振を停止
すると判断した場合には、部分ガス制御回数の判断を行
ない（ステップ５１４）、Ｎ２Ｍの場合には、エキシマ
レーザ１のタンク内の全ガス交換制御を行ない（ステッ
プ５１５）、部分ガス制御回数ＮをＯにリセットして（
ステップ８１６）、制御を終了する。

なお、本発明の出力制御を行なうに当たり、エキシマレ
ーザ１のタンク内への初期封入混合ガス成分において、
ハロゲンガス成分だけを最適値よりも０〜２０％の範囲
で少なく封入することが望ましい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、レーザ出力をモニタ
しながら充電電圧を制御する第１の制御と、充電電圧を
モニタしながら所定量のハロゲンガスを所定時間かけて
補給する第２の制御とを併用することにより、単パルス
当たりのレーザ出力を一定に制御できるとともに、長時
間に亘すレーザ出力を一定に制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるエキシマレーザの出
力制御方法を適用される装置を示すブロック図、第２，
３図は本実施例の制御処理を説明するためのフローチャ
ート、第４図はレーザ出力を一定で制御した場合の充電
電圧−発振時間特性を示すグラフ、第５図は従来のエキ
シマレーザの出力制御装置を縮小投影露光装置に用いた
装置の構成図、第６図は従来装置の動作を説明するため
のフローチャートである。 図において、１−エキシマレーザ、１５−出力モニタ部
、１６−制御手段、１７−ガス制御部。 なお１図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも希ガス、ハロゲンガスおよびバッファガスの
   混合ガスからなるレーザガスをパルス放電によって励起
   させることによりレーザ発振を行なうエキシマレーザの
   出力制御方法において、発振中のレーザ出力が一定にな
   るように前記パルス放電の充電電圧を制御するとともに
   、発振中に前記充電電圧が第１の設定値に達したら、所
   定量のハロゲンガスを所定時間かけて前記レーザガスに
   追加する部分ガス制御を、前記充電電圧が第２の設定値
   になるまで繰返し行ない、レーザ出力を一定に制御する
   ことを特徴とするエキシマレーザの出力制御方法。