JPH098392A

JPH098392A - レーザ出力制御装置

Info

Publication number: JPH098392A
Application number: JP7154659A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yoshimura; 圭司吉村; Takayasu Hasegawa; 敬恭長谷川; Hiroshi Kurosawa; 博史黒沢; Kunitaka Ozawa; 邦貴小澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP3782486B2

Abstract

(57)【要約】【目的】所望の発光強度に正確に制御することのでき
るレーザ出力制御装置を提供する。【構成】制御装置７は、複数の充電電圧毎の発振開始
からのパルス数と発光強度との関係が記憶されたメモリ
と、所望の発光強度に対して最適な充電電圧を導出する
演算手段を有する。また、前述のメモリに発光履歴を蓄
積することにより制御装置７内の内部変数を更新する機
能も持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ出力制御装置に関
し、特に発振毎に発光強度の変動を伴ったエキシマレー
ザ等のパルスレーザの出力制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は、エキシマレーザ等のパルスレー
ザに印加する電圧を一定にした場合の発振開始からのパ
ルス数（以後、経過パルス数と呼ぶ）と発光強度（レー
ザ出力）との関係を示した図である。発光強度は、経過
パルス数に応じて、経時的に変化することが分かる。特
に発振開始直後には、発光強度が高くなる現象、所謂ス
パイク現象９０１が観察される。このスパイク現象は、
パルス数が増加するにつれ次第に減衰していくが、一般
的な用途においては、発光強度を一定に保つことが望ま
れるので、このようなスパイク現象は取り除く必要があ
る。

【０００３】スパイク現象を取り除く方法として、経過
パルス数に応じた、発光強度を一定にさせる充電電圧の
テーブルを予め用意しておき、そのテーブルに従って充
電電圧を決定し、レーザを発振させるという方法があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、レ
ーザの充電電圧と発光強度の関係は、経過パルス数によ
って変化するので、ある経過パルス数における関係だけ
を用いてテーブルを作成しても発光強度を正確に制御で
きず、それ故レーザの発光強度を一定にすることができ
ないという問題があった。

【０００５】それについて図１０を用いて説明する。

【０００６】一定周波数ｆ０、一定充電電圧Ｖ０でレー
ザを発光させた場合、経過パルス数に応じたレーザの発
光強度が、図１０（ａ）に示すように曲線１００１のよ
うに変化したとする。発振開始時からの発光強度をＥ１
で一定にするために、従来は経過パルス数ｎ３での充電
電圧と発光強度の関係を基に、各経過パルス数に対して
１００２で示したような充電電圧をレーザに印加してい
た。しかし、各経過パルス数における充電電圧と発光強
度の間には、図１０（ｂ）に示したような関係がある。
ここで図１０（ｂ）の縦軸は発光相対強度であり、図１
０（ａ）での発光強度との比を表している。経過パルス
数ｎ１での充電電圧対発光相対強度は１００３で、パル
ス数ｎ２では曲線１００４、パルス数ｎ３では曲線１０
０５である。図１０（ａ）における充電電圧１００２は
曲線１００５の関係により導かれている。したがって、
充電電圧１００２を各経過パルス数に応じて与えると、
経過パルス数と発光強度の関係は図１０（ｃ）のように
なり、Ｅ１で一定にはならない。

【０００７】本発明は、スパイク現象を考慮しつつ、所
望の発光強度が得られるようレーザに印加する充電電圧
を制御するレーザ出力制御装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本願第１発明は、発振毎に出力の変動を伴
うパルスレーザの出力を制御するレーザ出力制御装置に
おいて、前記パルスレーザに印加する充電電圧を一定に
した時の発振開始からのパルス数とレーザ出力との関係
を、複数の充電電圧において記憶する記憶手段と、前記
発振開始からのパルス数に応じて所望のレーザ出力を得
るのに最適な充電電圧を前記記憶手段に記憶した関係か
ら導く演算手段とを有することを特徴とする。

【０００９】本願第１発明のレーザ出力制御装置によ
り、レーザの発振開始当初から正確に発光強度を調整す
ることができる。

【００１０】本願第２発明は、本願第１発明のレーザ出
力制御装置を有することを特徴とする露光装置である。

【００１１】本願第３発明は、本願第２発明の露光装置
を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス
製造方法である。

【００１２】本願第２発明の露光装置、及び本願第３発
明のデバイス製造方法によりＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デ
バイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気
ヘッド等の各種デバイスを正確に製造できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例を示したもので、レー
ザ制御装置を表している。

【００１４】１は、パルス光を発振するパルスレーザ光
源、２は、発振されたパルス光を２方向に分割するハー
フミラーである。ハーフミラーにより分割されたパルス
光の一方は様々な用途に用いられ、残りの一方はレーザ
の発光強度を計測するためのセンサ３へと導かれる。セ
ンサ３の出力は積分器４により積分され、可変アンプ５
へと入力される。可変アンプ５において発光強度に応じ
た信号を増幅し、その出力はＡ／Ｄコンバータ６へ入力
される。Ａ／Ｄ変換されたＡ／Ｄコンバータ６の出力
は、レーザの発光強度を制御する制御装置７へと入力さ
れる。制御装置７において、所望の発光強度とすべくレ
ーザの充電電圧を決定し、パルスレーザ光源１に対して
指令信号を出力する。更に制御装置７は、レーザの発光
履歴を記憶するメモリを有し、発光履歴の蓄積からより
よい制御を行うよう制御装置７内の内部変数を更新する
機能も持つ。８はコンソール部であり、制御装置７で決
定された充電電圧、計測されたレーザの発光強度等の表
示、目標発光強度、発振周波数等の基本的なパラメータ
の入力のためのインタフェイスとしての機能を有する。

【００１５】図２は、発振開始からのパルス数と充電電
圧毎のテーブル作成の原理を示した図である。

【００１６】まずレーザの発振周波数を固定し、レーザ
の充電電圧を変化させて、レーザの発振開始からの発光
強度を計測する。これが各充電電圧における出力曲線で
あり、充電電圧に応じて図中の曲線２０１から曲線２０
２のようになる。次に、このようにして求めた充電電圧
毎の出力曲線を、図２のように同一グラフ上にプロット
する。次に、目標発光強度を示す目標出力線（図中の太
線）を先のグラフ上にプロットし、出力曲線と目標出力
線との交点（図中の黒丸）を求める。これらの交点にお
ける経過パルス数で、交点を形成する出力曲線の充電電
圧をレーザに印加すれば目標とする発光強度が得られ
る。すなわち、各交点の経過パルス数と、その交点を形
成する出力曲線の充電電圧とからテーブルを形成するこ
とができる。

【００１７】この方法において、充電電圧に対する出力
曲線は限られた数しかプロットできない。したがって交
点間の経過パルス数ｎ０での充電電圧Ｖｎ０は、ｎ０を
挟む最寄りの２交点２０３、２０４での充電電圧と経過
パルス数を用いて、適切な近似、例えば、Ｖｎ０＝αａｎ０＋Ｖａのように１次式で近似する方法、また、Ｖｎ０＝ｅｘｐ（−αｂｎ０）＋Ｖｂのように指数関数で近似する方法等が考えられる。ここ
でαａ、Ｖａ及びαｂ、Ｖｂは２交点２０３、２０４間
でのみ通用するパラメータであり、他の交点間で近似す
る場合には、その交点間に応じた近似パラメータが必要
になる。

【００１８】図３は、レーザ発光のスパイク現象をなく
し、発振開始直後から発光強度の制御を精度良く行うた
めのフローチャートである。

【００１９】まず、ステップ３０１において、各充電電
圧、発振周波数毎に、経過パルス数と発光強度の関係を
示した基本テーブルを作成する。その後、ステップ３０
２において発振周波数、ステップ３０３において前回の
レーザ発振からの発振停止間隔、ステップ３０４におい
て前回のレーザ発振で発光した発光数を入力する。そし
て、ステップ３０５で制御演算等により次回の発光強度
を決定する。

【００２０】次にステップ３０６において、ステップ３
０２、３０３、３０４で入力された発振周波数、発振停
止間隔、前回発光数を考慮した上で、ステップ３０５で
決定された発光強度が得られるレーザ充電電圧を３０１
において作成した基本テーブルから決定する。そして、
ステップ３０７でレーザを実際に発光してその発光強度
を計測し、ステップ３０８において経過パルス数を加算
する。ステップ３０９で所定領域内でのレーザの発振を
終えるかどうか判断し、発振続行時にはステップ３０５
に戻り、発光強度計測結果を考慮して次回の発光強度計
算を行う。発振終了時にはステップ３１０へ進み、一連
の発光回数を記憶し、次回のレーザ発振時のパラメータ
として使用する。

【００２１】図４は、図３のステップ３０１における各
充電電圧、発振周波数毎の経過パルス数と発光強度の関
係を示した基本テーブル作成ルーチンのフローチャート
である。

【００２２】まず、ステップ４０１とステップ４０２で
求める出力曲線のレーザ充電電圧と発振周波数を決め、
ステップ４０３でレーザの発振を開始する。そして、ス
テップ４０４で発光強度を計測し、ステップ４０５で経
過パルス数と共に計測結果を記録する。ステップ４０６
でレーザの発振周波数を変え、再び計測を行うかどうか
を判断し、計測を行うのであればステップ４０２からの
ステップを繰り返し、計測を行わないのであれば、ステ
ップ４０７で次のレーザ充電電圧で計測を行うかどうか
を判断する。充電電圧を変えて計測を行うのであれば再
びステップ４０１から繰り返し、計測を行わないのであ
れば主ルーチン（図３のフロー）の後のステップに移行
する。

【００２３】この充電電圧毎の出力曲線の精度は、レー
ザの出力制御性能に大きな影響を及ぼすので、各周波
数、充電電圧毎に複数回計測を行いその結果を平均する
などして、出力曲線の精度を高める必要がある。

【００２４】さらにレーザの発振特性はレーザの発振周
波数によっても変化するので、本実施例に示すように発
振周波数を変化させて、いくつかの周波数における出力
曲線を作成し、レーザの発振周波数が変化した場合に対
処できるようにしておくことが望ましい。

【００２５】図４のフローにより作成した各充電電圧毎
の出力曲線を用いて、図３によって作成した発振パター
ンテーブルを、コンソール部８により、グラフィカルに
かつ、数値的に表示することもできる。

【００２６】図５は、充電電圧毎の基本テーブルから、
所望の次回の発光強度が得られる充電電圧を決定する、
図３のステップ３０６におけるルーチンを示したフロー
チャートである。

【００２７】ステップ５０１において発振停止間隔を、
ステップ５０２において前回の発光数を考慮して、先に
作成した基本テーブルを較正する。ステップ５０３で、
図３におけるステップ３０５で決定された発光強度の目
標出力線と、較正を行った基本テーブルとの交点を算出
する。ステップ５０４において、ステップ５０３で求め
た各交点を補間し、目標とする発光強度を実現する充電
電圧テーブルを作成する。そしてステップ５０５におい
て、ステップ５０４で求めた充電電圧テーブルから次回
経過パルス数での充電電圧を求める。

【００２８】発光強度Ｅと経過パルス数ｎの関係を示す
基本テーブルが、Ｅ＝ｆ（ｎ）で表せるとする。

【００２９】この時の発振停止間隔を考慮した基本テー
ブルの較正方法としては、例えば、発光停止時間Ｔ、経
過パルス数と時間との相関係数βを用いて、Ｅ＝ｆ（ｎ−βＴ）のように１次式で経過パルス数を較正する方法、すなわ
ち、Ｅ＝ｆ（ｎ（Ｔ））のように、経過パルス数ｎをそのレーザの特性にあった
任意の関数ｎ（Ｔ）を用いて較正する方法が考えられ
る。

【００３０】また、前回の発光数を考慮した時の基本テ
ーブルの較正方法としては、例えば、発光数Ｎ、発光強
度と前回発光数との相関係数γを用いて、Ｅ＝ｆ（ｎ）／（γＮ）とする方法、すなわち、Ｅ＝ｆ（ｎ）・ｇ（Ｎ）のように、使用するレーザの前回の発光数と強度との関
係を示す任意の関数ｇ（Ｎ）を求め、元の関数ｆ（ｎ）
の係数を較正する方法が考えられる。

【００３１】本実施例のレーザ制御装置により、経過パ
ルス数に応じて最適な充電電圧を導出することができ、
且つ発振停止間隔や前回の発光数等の発光強度特性を変
化させるパラメータに応じて経過パルス数と発光強度の
関係を示す基本テーブルを較正することができるため、
正確に発光強度を制御できる。

【００３２】次に、本発明のレーザ制御装置を有する走
査型露光装置を図６に示す。

【００３３】パルスレーザ光源６０１からの光束は、ビ
ーム整形光学系６０２により所望の形状に整形され、ハ
エノ目レンズ等のオプティカルインテグレータ６０３の
光入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小な
レンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍
に複数の２次光源が形成される。コンデンサレンズ６０
４は、オプティカルインテグレータ６０３の２次光源か
らの光束でマスキングブレード６０６をケーラー照明し
ている。ハーフミラー６０５より分割されたパルス光の
一部は、第１露光量検出器６１４に指向される。マスキ
ングブレード６０６とレチクル６０９は、結像レンズ６
０７とミラー６０８により共役な関係に配置されてお
り、マスキングブレード６０６の開口の形状によりレチ
クル６０９における照明領域の形と寸法が規定される。
レチクル６０９における照明領域は、レチクル６０９の
走査方向に短手方向を設定した長方形のスリット形状で
ある。６１１は投影レンズであり、レチクル６０９に描
かれた回路パターンをウエハ６１２に縮小投影してい
る。ウエハステージ６１３上には第２露光量検出器６１
５が配置されており、この第２露光量検出器６１５によ
り光学系を介した際のレーザの露光量をモニタする事が
できる。

【００３４】６２０は制御部であり、本発明のレーザ制
御装置としての機能を有している。６２１は、レチクル
ステージ６１０とウエハステージ６１３を投影レンズ６
１０の倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるよ
うに制御するためのステージ駆動制御系である。６２２
は露光量演算器であり、第１露光量検出器６１４及び第
２露光量検出器６１５によって光電変換された電気信号
を論理値に変換して主制御系６２４に送っている。レー
ザ制御系６２３は、所望の露光量に応じてトリガー信号
及び放電電圧信号をパルスレーザ光源６０１に対して出
力し、レーザ出力、及び発光間隔を制御する。トリガー
信号及び放電電圧信号は、露光量演算器６２２からの照
度モニター信号や、ステージ駆動制御系からのステージ
の現在位置信号、主制御系６２４からの履歴情報などの
パラメータに基づいて発信される。６２４はステージ駆
動制御系６２１、露光量演算器６２２、レーザ制御系６
２３を統括制御する主制御系である。所望の露光量は、
入力装置６２５に装置使用者が手動で、あるいは自動的
に入力する。そして、第１露光量検出器６１４、第２露
光量検出器６１５の検出結果は、表示部６２６に表示す
ることが可能である。

【００３５】本実施例の走査型露光装置においてスパイ
ク現象などのレーザ発光強度のばらつきが原因で発生し
ていた露光むらを精度よく解消することができる。また
同時に、レーザ発振の初期段階からレーザ光を露光光と
して使用することができるので、露光過程の効率（スル
ープット）の向上も図ることができる。

【００３６】次に、本発明の走査型露光装置を使用した
半導体デバイスの製造方法を説明する。

【００３７】図７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示
す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路
設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回
路パターンを形成したマスク（レチクル９）を制作す
る。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の
材料を用いてウエハ（ウエハ６１２）を製造する。ステ
ップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意
したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって
作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、ア
ッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケ
ージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ
６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
（ステップ７）される。

【００３８】図８は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハ６１
２）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では
ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極
形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジ
スト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上
記走査型露光装置によってマスク（レチクル６０９）の
回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り
取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが
済んで不要となったレジストを取り除く。これらステッ
プを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パターンが
形成される。

【００３９】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可
能になる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発振毎に発光強度が変動するエキシマレーザ等のパルス
レーザの出力を正確に制御することができ、本発明のレ
ーザ出力制御装置を半導体デバイス等の露光装置に適用
すれば、正確な露光量制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ出力制御装置である。

【図２】充電電圧毎の経過パルス数と発光強度の関係を
示す図である。

【図３】本発明のレーザ出力制御のフローチャートであ
る。

【図４】充電電圧毎の基本テーブル作成のルーチンを示
したフローチャートである。

【図５】次回充電電圧を決定するルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図６】本発明のレーザ出力制御装置を有した走査型露
光装置を示す図である。

【図７】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図８】図７の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図
である。

【図９】経過パルス数と発光強度の関係を示す図であ
る。

【図１０】経過パルス数と発光強度の関係を示す図、及
び発光強度を一定にすべくレーザに印加する充電電圧を
示す図である。

【符号の説明】

１パルスレーザ光源２ハーフミラー３センサ４積分器５可変アンプ６Ａ／Ｄコンバータ７制御装置８コンソール部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小澤邦貴神奈川県川崎市中原区今井上町53番地キヤノン株式会社小杉事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振毎に出力の変動を伴うパルスレーザ
の出力を制御するレーザ出力制御装置において、前記パ
ルスレーザに印加する充電電圧を一定にした時の発振開
始からのパルス数とレーザ出力との関係を、複数の前記
充電電圧において記憶する記憶手段と、前記発振開始か
らのパルス数に応じて所望のレーザ出力を得るのに最適
な充電電圧を前記記憶手段に記憶した関係から導く演算
手段とを有することを特徴とするレーザ出力制御装置。
【請求項２】前記記憶手段は、前記パルスレーザの発
振周波数を一定にした時の発振開始からのパルス数とレ
ーザ出力との関係を、複数の前記発振周波数においても
記憶していることを特徴とする請求項１記載のレーザ出
力制御装置。
【請求項３】前記記憶手段に記憶された発振開始から
のパルス数とレーザ出力との関係の変化を検知する検知
手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記発振開始か
らのパルス数とレーザ出力との関係を較正する較正手段
とを有することを特徴とする請求項１、２記載のレーザ
出力制御装置。
【請求項４】前記検知手段は、発振されたパルス数に
応じて、前記記憶手段に記憶された発振開始からのパル
ス数とレーザ出力との関係の変化を検知することを特徴
とする請求項３記載のレーザ出力制御装置。
【請求項５】前記発振されたパルス数は、前回の連続
パルス発振時に発振されたパルス数であることを特徴と
する請求項４記載のレーザ出力制御装置。
【請求項６】前記検知手段は、今回の連続パルス発振
前の発振休止時間に応じて、前記記憶手段に記憶された
発振開始からのパルス数とレーザ出力との関係の変化を
検知することを特徴とする請求項３乃至５記載のレーザ
出力制御装置。
【請求項７】前記検知手段は、各発光パルス毎のレー
ザ出力の変化に応じて、前記記憶手段に記憶された発振
開始からのパルス数とレーザ出力との関係の変化を検知
することを特徴とする請求項３乃至６記載のレーザ出力
制御装置。
【請求項８】請求項１乃至７記載のレーザ出力制御装
置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】請求項８記載の露光装置を用いてデバイ
スを製造することを特徴とするデバイス製造方法。