JPWO2020157839A1 - レーザ装置の波長制御方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

レーザ装置の波長制御方法は、パルスレーザ光の目標波長データを順次取得し、目標波長データを順次保存し、パルスレーザ光の波長を順次計測して計測波長を取得し、計測波長と、計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データと、を用いて波長偏差を算出し、波長偏差を用いてパルスレーザ光の波長をフィードバック制御することを含む。

Description

本開示は、レーザ装置の波長制御方法及び電子デバイスの製造方法に関する。
近年、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。一般的に、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられる。たとえば、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、ならびに波長１９３ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハとの間が液体で満たされる液浸露光が実用化されている。この液浸露光では、露光用レンズとウエハとの間の屈折率が変化するため、露光用光源の見かけの波長が短波長化する。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液浸露光が行われた場合、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
ＫｒＦエキシマレーザ装置およびＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は、約３５０〜４００ｐｍと広い。そのため、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、ガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子（エタロン、グレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられる場合がある。以下では、スペクトル線幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
特開平０６−２０３３９５号公報 特開平０６−１１０５５４号公報 米国特許出願公開第２０１８／１５９２９７号 米国特許出願公開第２０１４／２４７３８４号 米国特許第６５１９４９６号明細書
概要
本開示の１つの観点に係るレーザ装置の波長制御方法は、パルスレーザ光の目標波長データを順次取得し、目標波長データを順次保存し、パルスレーザ光の波長を順次計測して計測波長を取得し、計測波長と、計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データと、を用いて波長偏差を算出し、波長偏差を用いてパルスレーザ光の波長をフィードバック制御することを含む。
本開示の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、パルスレーザ光の目標波長データを順次取得し、目標波長データを順次保存し、パルスレーザ光の波長を順次計測して計測波長を取得し、計測波長と、計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データと、を用いて波長偏差を算出し、波長偏差を用いてパルスレーザ光の波長をフィードバック制御し、パルスレーザ光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板上にパルスレーザ光を露光することを含む。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例におけるレーザ装置１の構成を模式的に示す。 図２は、比較例におけるレーザ装置１の構成を模式的に示す。 図３は、比較例におけるレーザ制御部３０のブロック図である。 図４は、比較例におけるレーザ制御部３０のフローチャートである。 図５は、比較例における波長制御のタイミングチャートである。 図６は、本開示の第１の実施形態におけるレーザ制御部３０のブロック図である。 図７は、第１の実施形態におけるレーザ制御部３０のフローチャートである。 図８は、第１の実施形態における波長制御のタイミングチャートである。 図９は、本開示の第２の実施形態におけるレーザ制御部３０のブロック図である。 図１０は、レーザ装置１に接続された露光装置１００の構成を概略的に示す。
実施形態
内容
１．比較例
１．１ レーザ装置の構成
１．１．１ レーザチャンバ
１．１．２ 狭帯域化モジュール
１．１．３ 出力結合ミラー
１．２ レーザ装置の動作
１．３ レーザ制御部の構成
１．４ レーザ制御部の動作
１．５ タイミングチャート
１．６ 課題
２．過去の目標波長データを用いて波長偏差を算出するレーザ装置の波長制御
２．１ レーザ制御部の構成
２．２ レーザ制御部の動作
２．３ タイミングチャート
２．４ 作用
３．制御信号に含まれる所定の周波数成分を低減するレーザ装置の波長制御
３．１ レーザ制御部の構成
３．２ レーザ制御部の動作
３．３ 作用
４．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．比較例
１．１ レーザ装置の構成
図１及び図２は、比較例におけるレーザ装置１の構成を模式的に示す。比較例におけるレーザ装置１は、レーザ発振部２０と、レーザ制御部３０と、波長モニタ５１と、ドライバ５２と、を含む。レーザ発振部２０は、レーザチャンバ１０と、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂと、狭帯域化モジュール１４と、出力結合ミラー１５と、ビームスプリッタ２２と、電源２３と、を含んでいる。狭帯域化モジュール１４と出力結合ミラー１５とが、光共振器を構成する。レーザチャンバ１０は、光共振器の光路に配置されている。レーザ発振部２０は、露光装置１００に入射させるパルスレーザ光を出力するマスターオシレータである。電源２３は、スイッチ２４を含む。
図１においては、放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向に略平行な方向にレーザ発振部２０を見たときのレーザ発振部２０の内部構成が示されている。図２においては、放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向に略垂直で、且つ、出力結合ミラー１５からビームスプリッタ２２に向けて出力されるパルスレーザ光の進行方向に略垂直な方向にレーザ発振部２０を見たときのレーザ発振部２０の内部構成が示されている。出力結合ミラー１５からビームスプリッタ２２に向けて出力されるパルスレーザ光の進行方向を、Ｚ方向とする。放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向を、Ｖ方向とする。これらの両方に垂直な方向を、Ｈ方向とする。−Ｖ方向は、重力の方向とほぼ一致している。
１．１．１ レーザチャンバ
レーザチャンバ１０は、レーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバである。レーザガスは、例えばレアガスとしてアルゴンガス又はクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含む。
放電電極１１ａ及び１１ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ１０内に配置されている。放電電極１１ａの長手方向及び放電電極１１ｂの長手方向がそれぞれＺ方向に略一致する。放電電極１１ａは電源２３に接続され、放電電極１１ｂは接地電位に接続される。
レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられている。ウインドウ１０ａ及び１０ｂは、これらのウインドウに対する光の入射面とＨＺ面とが略平行となり、かつ、この光の入射角度が略ブリュースター角となるように配置されている。
１．１．２ 狭帯域化モジュール
狭帯域化モジュール１４は、少なくとも１つのプリズムと、グレーティング１４ｅと、ホルダ１６ａ〜１６ｅと、筐体１２と、を含んでいる。少なくとも１つのプリズムは、４つのプリズム１４ａ〜１４ｄを含む。
４つのプリズム１４ａ〜１４ｄの各々は、フッ化カルシウムの結晶で構成されている。グレーティング１４ｅは、表面に高反射率の材料を含み、多数の溝が所定間隔で形成されたエシェールグレーティングである。
筐体１２は、プリズム１４ａ〜１４ｄ及びグレーティング１４ｅを収容している。プリズム１４ａはホルダ１６ａに支持され、プリズム１４ｂはホルダ１６ｂに支持され、プリズム１４ｃはホルダ１６ｃに支持され、プリズム１４ｄはホルダ１６ｄに支持され、グレーティング１４ｅはホルダ１６ｅに支持されている。
プリズム１４ｂを支持するホルダ１６ｂは、回転ステージ１７ｂに支持されている。プリズム１４ｃを支持するホルダ１６ｃは、回転ステージ１７ｃに支持されている。回転ステージ１７ｂ及び回転ステージ１７ｃの回転軸は、それぞれＶ方向に略一致する。回転ステージ１７ｂは、ピエゾ素子を波長アクチュエータ２５（図３参照）として含む。回転ステージ１７ｃは、自動マイクロメータを波長アクチュエータ２５として含む。これらの波長アクチュエータ２５は、ドライバ５２に接続されている。
筐体１２は、光路管２１ａを介してレーザチャンバ１０に接続されている。光路管２１ａの内部と筐体１２の内部とは連通するようになっている。筐体１２には、光路管２１ａから離れた位置に不活性ガス導入管１２ｃ（図１参照）が接続されている。光路管２１ａには、不活性ガス排出管２１ｃ（図２参照）が接続されている。不活性ガスが、不活性ガス導入管１２ｃから筐体１２の内部及び光路管２１ａの内部に導入され、不活性ガス排出管２１ｃから排出される。このようにして筐体１２の内部及び光路管２１ａの内部が不活性ガスでパージされる。
１．１．３ 出力結合ミラー
出力結合ミラー１５は、筐体１３に収容されている。出力結合ミラー１５の一方の面には、部分反射膜がコーティングされている。出力結合ミラー１５の他方の面には、反射防止膜がコーティングされている。
筐体１３は、光路管２１ｂを介してレーザチャンバ１０に接続されている。光路管２１ｂの内部と筐体１３の内部とは連通するようになっている。光路管２１ｂ又は筐体１３には図示しない不活性ガス導入管及び不活性ガス排出管が接続されている。光路管２１ｂの内部及び筐体１３の内部は、不活性ガスでパージされる。
ビームスプリッタ２２は、出力結合ミラー１５から出力されたパルスレーザ光の光路に配置されている。ビームスプリッタ２２の一方の面には、部分反射膜がコーティングされている。ビームスプリッタ２２の他方の面には、反射防止膜がコーティングされている。
ビームスプリッタ２２によって反射されたパルスレーザ光の光路に、波長モニタ５１が配置されている。波長モニタ５１は、図示しないエタロン等の分光器と、図示しないイメージセンサと、を含む。
１．２ レーザ装置の動作
レーザ制御部３０は、露光装置１００から一定の時間間隔で出力されるトリガ信号を順次取得する。レーザ制御部３０は、このトリガ信号を、電源２３に含まれるスイッチ２４に出力する。スイッチ２４にトリガ信号が入力されると、電源２３は、放電電極１１ａ及び１１ｂ間にパルス状の高電圧を印加する。
放電電極１１ａ及び１１ｂ間にパルス状の高電圧が印加されると、放電電極１１ａ及び１１ｂ間に放電が起こる。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出する。
レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射する。レーザチャンバ１０のウインドウ１０ａから出射した光は、プリズム１４ａ〜１４ｄによってＨＺ面内で屈折させられることにより、Ｈ方向のビーム幅を拡大させられて、グレーティング１４ｅに入射する。
プリズム１４ａ〜１４ｄからグレーティング１４ｅに入射した光は、グレーティング１４ｅの複数の溝によって反射されるとともに、光の波長に応じた方向に回折させられる。これにより、グレーティング１４ｅの複数の溝によって反射された光はＨＺ面内で分散させられる。グレーティング１４ｅは、プリズム１４ａ〜１４ｄからグレーティング１４ｅに入射する光の入射角と、所望波長の回折光の回折角と、が一致するようにリトロー配置されている。
プリズム１４ａ〜１４ｄは、グレーティング１４ｅからの回折光のＨ方向のビーム幅を縮小させるとともに、その光を、ウインドウ１０ａを介して、レーザチャンバ１０内に戻す。
出力結合ミラー１５は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂから出射した光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ１０内に戻す。
このようにして、レーザチャンバ１０から出射した光は、狭帯域化モジュール１４と出力結合ミラー１５との間で往復し、放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間を通過する度に増幅される。この光は、狭帯域化モジュール１４で折り返される度に狭帯域化される。こうして増幅された光が、出力結合ミラー１５からパルスレーザ光として出力される。このパルスレーザ光は、真空紫外域の波長を有する。
ビームスプリッタ２２は、出力結合ミラー１５から出力されたパルスレーザ光の一部を高い透過率で透過させ、他の一部を反射する。ビームスプリッタ２２を透過したパルスレーザ光は、露光装置１００に入射する。ビームスプリッタ２２によって反射されたパルスレーザ光は、波長モニタ５１に含まれる図示しない分光器に入射する。分光器は、パルスレーザ光の干渉縞を、波長モニタ５１に含まれる図示しないイメージセンサの受光面に形成する。イメージセンサは、干渉縞の画像データを生成する。波長モニタ５１は、この画像データなどの計測データを、レーザ制御部３０に送信する。
レーザ制御部３０は、露光装置１００から一定の時間間隔で出力される目標波長データを取得する。また、レーザ制御部３０は、波長モニタ５１から計測データを受信し、この計測データを用いてパルスレーザ光の波長を算出することにより計測波長を取得する。レーザ制御部３０は、目標波長データと計測波長とに基づいて、ドライバ５２に制御信号を出力する。ドライバ５２は、制御信号に従って、回転ステージ１７ｂ及び１７ｃに含まれる波長アクチュエータ２５に駆動電圧を印加する。
回転ステージ１７ｂ及び１７ｃに含まれる波長アクチュエータ２５は、ドライバ５２からの駆動電圧に従って、それぞれプリズム１４ｂ及び１４ｃを図１の時計回り又は反時計回りに回転させる。プリズム１４ｂ及び１４ｃが回転させられてプリズム１４ｂ及び１４ｃの姿勢が調整されることにより、グレーティング１４ｅへの光の入射角が調整され、発振波長が調整される。
プリズム１４ｃの姿勢が調整されることによって波長の粗調整が行われ、プリズム１４ｂの姿勢が調整されることによって波長の微調整が行われる。プリズム１４ｂの姿勢の調整は、例えば、一定の繰返し周波数でパルスレーザ光の出力が行われる期間であるバースト期間内に行われる。プリズム１４ｃの姿勢の調整は、例えば、一定の繰返し周波数でのパルスレーザ光の出力を休止する期間である休止期間内に行われる。バースト期間は、例えば、露光装置１００において半導体ウエハの１つの露光エリアの露光を行う期間に相当する。休止期間は、例えば、露光装置１００において１つの露光エリアから他の露光エリアにレチクルパターンの結像位置を移動する期間や、半導体ウエハを交換する期間に相当する。
１．３ レーザ制御部の構成
図３は、比較例におけるレーザ制御部３０のブロック図である。レーザ制御部３０は、基準値記憶部３１と、ＦＦ（フィードフォワード）制御演算部３３と、ＦＢ（フィードバック）制御演算部３５と、感度補正部３７と、オフセット値記憶部３８と、Ｄ／Ａ（デジタル−アナログ）変換部４０と、を含む。ＦＦ制御演算部３３は、ＦＦ信号生成部４３を含む。ＦＢ制御演算部３５は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）演算部４５と、波長算出部４７と、を含む。レーザ制御部３０の各要素は、ハードウェアによって構成されてもよいし、ソフトウェアによって構成されてもよい。
レーザ制御部３０は、トリガ信号と、目標波長の基準値と、目標波長の変動値と、を露光装置１００から取得する。レーザ制御部３０は、レーザ発振部２０の電源２３に含まれるスイッチ２４にトリガ信号を出力する。基準値及び変動値は、目標波長データの一例である。レーザ制御部３０は、露光装置１００から基準値と変動値とを別々に取得する。
目標波長の基準値は、例えば、初期値である。あるいは、目標波長の基準値は、目標波長の変動に伴って順次更新される値であってもよい。レーザ制御部３０は、露光装置１００から基準値を取得すると、基準値を基準値記憶部３１に記憶する。
目標波長の変動値は、基準値に対する変位量を示す値であり、一定の時間間隔で露光装置１００から出力される正又は負の値である。
レーザ制御部３０は、露光装置１００から変動値を取得すると、加算部３２によって基準値に変動値を加算することにより、目標波長の設定値を算出する。目標波長の設定値は、目標波長データの一例である。レーザ制御部３０は、目標波長の設定値を、分岐部４２を介してＦＦ制御演算部３３とＦＢ制御演算部３５とにそれぞれ入力する。
レーザ制御部３０は、露光装置１００から基準値及び変動値を取得する代わりに、露光装置１００から目標波長の設定値を取得してもよい。
ＦＦ制御演算部３３に目標波長の設定値が入力されると、ＦＦ信号生成部４３は、目標波長の設定値を用いてＦＦ信号を生成する。ＦＦ信号は、例えば、目標波長の設定値に比例する制御値を含む。
上述のように、レーザ制御部３０は波長モニタ５１から計測データを受信する。レーザ制御部３０が計測データを受信すると、ＦＢ制御演算部３５の波長算出部４７は、計測データを用いてパルスレーザ光の波長を算出することにより、計測波長を取得する。ＦＢ制御演算部３５は、計測波長の値に−１を乗算し、加算部４９により目標波長の設定値と加算する。これにより、ＦＢ制御演算部３５は、目標波長の設定値に対する計測波長の差分を波長偏差として算出する。ＦＢ制御演算部３５のＰＩＤ演算部４５は、波長偏差を用いてＰＩＤ演算を行い、ＦＢ信号を生成する。ＦＢ信号は、波長偏差を低減するような制御値を含む。例えば、ＦＢ信号は、波長偏差が０に近づくような制御値を含む。
ＦＦ信号とＦＢ信号とは加算部３６を介して感度補正部３７に入力される。
感度補正部３７は、レーザ発振部２０の回転ステージ１７ｂ（図１、図２参照）に含まれる波長アクチュエータ２５の特性に応じて、ＦＦ信号及びＦＢ信号に対して感度補正を行う。
オフセット値記憶部３８は、波長アクチュエータ２５の制御範囲の中心付近で波長アクチュエータ２５が動作するように設定されたオフセット値を記憶している。例えば、波長アクチュエータ２５が０Ｖから５Ｖまでの範囲の駆動電圧で制御される場合に、オフセット値は２．５Ｖに設定される。感度補正部３７から出力された信号は、加算部３９によってオフセット値が加算された後で、Ｄ／Ａ変換部４０に入力される。
Ｄ／Ａ変換部４０は、デジタルの制御信号をアナログの制御信号に変換してドライバ５２に出力する。ドライバ５２は、アナログの制御信号に従って、回転ステージ１７ｂに含まれる波長アクチュエータ２５に駆動電圧を印加する。以上により、ＦＦ信号に基づくＦＦ制御と、ＦＢ信号に基づくＦＢ制御と、が行われる。
１．４ レーザ制御部の動作
図４は、比較例におけるレーザ制御部３０のフローチャートである。レーザ制御部３０は、以下の（１）〜（４）の処理を行う。
（１）目標波長データの取得を契機とするＦＦ信号生成処理（Ｓ１１、Ｓ１２）
（２）トリガ信号の取得を契機とする処理（Ｓ２１、Ｓ２２）
（３）計測データの受信を契機とするＦＢ信号生成処理（Ｓ３１〜Ｓ３４）
（４）波長アクチュエータを制御する処理（Ｓ４１）
（１）目標波長データの取得を契機とするＦＦ信号生成処理（Ｓ１１、Ｓ１２）
Ｓ１１において、レーザ制御部３０は、露光装置１００から目標波長データを取得したか否かを判定する。レーザ制御部３０が露光装置１００から取得する目標波長データが目標波長の基準値と変動値とを含む場合には、レーザ制御部３０は、基準値と変動値の両方を取得したか否かを判定する。レーザ制御部３０は、目標波長データを取得した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１２に処理を進める。レーザ制御部３０は、目標波長データを取得していない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、目標波長データを取得するまでＳ１１の処理を繰り返す。
Ｓ１２において、レーザ制御部３０は、ＦＦ制御演算部３３により、目標波長データを用いてＦＦ信号を生成する。ＦＦ信号は、後述のＳ４１において使用される。Ｓ１２の後、レーザ制御部３０は、Ｓ２１に処理を進める。
（２）トリガ信号の取得を契機とする処理（Ｓ２１、Ｓ２２）
Ｓ２１において、レーザ制御部３０は、露光装置１００からトリガ信号を取得したか否かを判定する。レーザ制御部３０は、トリガ信号を取得した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、Ｓ２２に処理を進める。レーザ制御部３０は、トリガ信号を取得していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、トリガ信号を取得するまでＳ２１の処理を繰り返す。
Ｓ２２において、レーザ制御部３０は、レーザ発振部２０にトリガ信号を出力する。Ｓ２２の後、レーザ制御部３０は、Ｓ３１に処理を進める。
（３）計測データの受信を契機とするＦＢ信号生成処理（Ｓ３１〜Ｓ３４）
Ｓ３１において、レーザ制御部３０は、波長モニタ５１から計測データを受信したか否かを判定する。レーザ制御部３０は、計測データを受信した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、Ｓ３２に処理を進める。レーザ制御部３０は、計測データを受信していない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、計測データを受信するまでＳ３１の処理を繰り返す。
Ｓ３２において、レーザ制御部３０は、ＦＢ制御演算部３５により、計測データを用いてパルスレーザ光の波長を算出し、計測波長を取得する。
次に、Ｓ３３において、レーザ制御部３０は、ＦＢ制御演算部３５により、計測波長と目標波長データとを用いて波長偏差を算出する。この波長偏差の算出は、現在の目標波長データを用いて行われる。
次に、Ｓ３４において、レーザ制御部３０は、ＦＢ制御演算部３５により、波長偏差を用いたＰＩＤ演算を行い、ＦＢ信号を生成する。Ｓ３４の後、レーザ制御部３０は、Ｓ４１に処理を進める。ＦＢ信号は、Ｓ４１において使用される。
（４）波長アクチュエータを制御する処理（Ｓ４１）
Ｓ４１において、レーザ制御部３０は、ＦＦ信号及びＦＢ信号に基づいて制御信号を出力することにより、波長アクチュエータ２５を制御する。Ｓ４１の後、レーザ制御部３０は、処理をＳ１１に戻す。
１．５ タイミングチャート
図５は、比較例における波長制御のタイミングチャートである。図５は、幾つかの処理及び信号について、それらの推移を共通の時間軸で示す。図５の左から右方向に時間が進むものとする。
レーザ制御部３０は、露光装置１００から一定の時間間隔で出力される目標波長データを順次取得する。これにより、目標波長データが一定の時間間隔で更新される。目標波長データが目標波長の基準値と変動値とを含む場合には、レーザ制御部３０が変動値を取得するごとに、目標波長データが更新される。目標波長データが更新された後、次の更新が行われるまでの間は、目標波長データは一定値に維持される。例えば、期間Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４のそれぞれにおいては、目標波長データは一定値に維持される。
ＦＦ制御演算部３３は、目標波長データの取得を契機として、ＦＦ信号生成処理を行う。例えば、期間Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の開始時刻とそれぞれ同期して、ＦＦ信号の生成が開始される。ＦＦ制御演算部３３は、期間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４においてそれぞれＦＦ信号を生成する。
レーザ制御部３０は、露光装置１００から一定の時間間隔で出力されるトリガ信号を順次取得する。レーザ制御部３０は、このトリガ信号をレーザ発振部２０に出力する。このトリガ信号に含まれる各トリガパルスの取得を契機として、レーザ発振部２０がパルスレーザ光の各光パルスを出力する。
波長モニタ５１は、トリガ信号に含まれる各トリガパルスの取得を契機として出力されたパルスレーザ光の各光パルスを受光する。波長モニタ５１は、パルスレーザ光を受光すると、干渉縞の画像データなどの計測データを生成する。例えば、トリガ信号に含まれる各トリガパルスに相当する期間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の終了時刻とそれぞれ同期して、波長モニタ５１による計測データの生成が開始される。波長モニタ５１は、期間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４においてそれぞれ計測データを生成し、計測データをレーザ制御部３０に順次出力する。
レーザ制御部３０は、計測データの受信を契機として、ＦＢ制御演算部３５によりパルスレーザ光の波長を算出する。例えば、波長モニタ５１が計測データを生成する期間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の終了時刻とそれぞれ同期して、波長の算出が開始される。ＦＢ制御演算部３５は、期間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４においてそれぞれパルスレーザ光の波長を算出することにより、計測波長を順次取得する。
ＦＢ制御演算部３５は、計測波長の取得を契機として、計測波長と目標波長データとを用いて波長偏差を算出する。さらに、ＦＢ制御演算部３５は、波長偏差を用いてＰＩＤ演算を行う。例えば、ＦＢ制御演算部３５がパルスレーザ光の波長を算出して計測波長を取得するための期間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の終了時刻とそれぞれ同期して、波長偏差の算出及びＰＩＤ演算が開始される。ＦＢ制御演算部３５は、期間Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４においてそれぞれ波長偏差の算出及びＰＩＤ演算を行うことにより、ＦＢ信号を順次生成する。
１．６ 課題
図５に示されるように、期間Ｆ１に行われる波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ａ２における目標波長データを用いて行われる。同様に、期間Ｆ２、Ｆ３に行われる波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、それぞれ期間Ａ３、Ａ４における目標波長データを用いて行われる。すなわち、波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、現在の目標波長データを用いて行われる。
しかしながら、期間Ｆ１に行われる波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ａ１における目標波長データを用いて波長制御されたパルスレーザ光の計測波長を用いて行われる。同様に、期間Ｆ２、Ｆ３に行われる波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、それぞれ期間Ａ２、Ａ３における目標波長データを用いて波長制御されたパルスレーザ光の計測波長を用いて行われる。すなわち、波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、現在の目標波長データと、過去に出力されたパルスレーザ光の計測波長とを用いて行われる。
そして、現在の目標波長データと過去の目標波長データとは異なっている場合がある。現在の目標波長データと、過去の目標波長データを用いて波長制御されたパルスレーザ光の計測波長と、を用いて波長偏差の算出及びＰＩＤ演算を行うと、誤った補償を施す可能性がある。このような場合、波長の安定性が悪化する可能性がある。
以下に説明する実施形態においては、波長偏差の算出及びＰＩＤ演算をする時の目標波長データと、パルスレーザ光を出力した時の目標波長データと、が異なっていても、波長の安定性の悪化を抑制し得るレーザ装置及び波長制御方法が開示される。
２．過去の目標波長データを用いて波長偏差を算出するレーザ装置の波長制御
２．１ レーザ制御部の構成
図６は、本開示の第１の実施形態におけるレーザ制御部３０のブロック図である。第１の実施形態において、レーザ制御部３０は、一時保存部３４ａを含む。第１の実施形態において、レーザ制御部３０を除くレーザ装置１の構成及び動作は、図１及び図２を参照しながら説明した比較例における構成及び動作と同様である。
一時保存部３４ａは、ＦＢ制御演算部３５と、目標波長の設定値をＦＦ制御演算部３３とＦＢ制御演算部３５とに入力するための分岐部４２と、の間に配置される。一時保存部３４ａは、目標波長の設定値を一時的に保存する。一時保存部３４ａには、さらに、露光装置１００から取得したトリガ信号が入力される。一時保存部３４ａは、トリガ信号が入力された時刻における目標波長の設定値を順次保存する。
ＦＢ制御演算部３５は、一時保存部３４ａに保存された目標波長の設定値を用いて波長偏差を算出し、ＰＩＤ演算を行うことにより、ＦＢ信号を生成する。一時保存部３４ａに順次保存された目標波長の設定値は、ＦＢ制御演算部３５に入力された後、一時保存部３４ａから順次消去されてもよい。
ＦＦ制御演算部３３は、一時保存部３４ａに保存された目標波長の設定値ではなく、現在の目標波長の設定値を用いてＦＦ信号を生成する。
他の点については、第１の実施形態におけるレーザ制御部３０の構成は、図３を参照しながら説明した比較例の構成と同様である。
２．２ レーザ制御部の動作
図７は、第１の実施形態におけるレーザ制御部３０のフローチャートである。第１の実施形態におけるレーザ制御部３０は、トリガ信号の取得を契機として、目標波長データを保存する処理を行う点（Ｓ２３ａ）および、波長偏差の算出に保存された目標波長データを用いる点（Ｓ３３ａ）で、上述の比較例と異なる。
図７のＳ１１からＳ２２までの処理は、図４を参照しながら説明した比較例の処理と同様である。Ｓ２２の後、Ｓ２３ａにおいて、レーザ制御部３０は、トリガ信号を取得した時刻における目標波長データを、一時保存部３４ａに保存する。Ｓ２３ａの後、レーザ制御部３０は、Ｓ３１に処理を進める。
Ｓ３１及びＳ３２の処理は、図４を参照しながら説明した比較例の処理と同様である。Ｓ３２の後、Ｓ３３ａにおいて、レーザ制御部３０は、計測波長と、一時保存部３４ａに保存された目標波長データと、を用いて波長偏差を算出する。この波長偏差の算出に用いられる目標波長データは、レーザ制御部３０が計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データである。Ｓ３３ａの後のＳ３４及びＳ４１の処理は、図４を参照しながら説明した比較例の処理と同様である。
２．３ タイミングチャート
図８は、第１の実施形態における波長制御のタイミングチャートである。第１の実施形態において、レーザ制御部３０は、トリガ信号に含まれる各トリガパルスの取得を契機として、各トリガパルスを取得した時刻における目標波長データを順次保存する。例えば、レーザ制御部３０は、トリガパルスを期間Ｃ１において取得した場合に、期間Ｃ１におけるトリガパルスを取得した時刻に対応する期間Ａ１における目標波長データを保存する。同様に、レーザ制御部３０は、トリガパルスを期間Ｃ２、Ｃ３において取得した場合に、それぞれ、期間Ａ２、Ａ３における目標波長データを保存する。
期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ｃ１のトリガパルスの取得を契機として出力された光パルスの波長を計測して取得した計測波長を用いて行われる。この計測波長は、ＦＢ制御演算部３５が期間Ｅ１の終了時刻において取得する計測波長である。すなわち、期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、レーザ制御部３０が期間Ｃ１より後の期間Ｃ２におけるトリガパルスを取得した時刻よりも、さらに後に取得した計測波長を用いて行われる。期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算に関し、期間Ｃ１のトリガパルスは本開示における第１のトリガパルスに相当し、期間Ｃ２のトリガパルスは本開示における第２のトリガパルスに相当する。同様に、期間Ｆ２、Ｆ３における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、それぞれ、レーザ制御部３０が期間Ｃ３、Ｃ４におけるトリガパルスを取得した時刻より後に取得した計測波長を用いて行われる。
期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ａ２における目標波長データを用いて行われるのではなく、期間Ａ１における目標波長データを用いて行われる。すなわち、期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ｃ２におけるトリガパルスをレーザ制御部３０が取得した時刻より前における目標波長データを用いて行われる。特に、期間Ｆ１における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、期間Ｃ１におけるトリガパルスをレーザ制御部３０が取得した時刻における目標波長データを用いて行われる。同様に、期間Ｆ２、Ｆ３における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、それぞれ、期間Ｃ３、Ｃ４におけるトリガパルスをレーザ制御部３０が取得した時刻より前における目標波長データを用いて行われる。期間Ｆ２、Ｆ３における波長偏差の算出及びＰＩＤ演算は、それぞれ、期間Ｃ２、Ｃ３におけるトリガパルスをレーザ制御部３０が取得した時刻における目標波長データを用いて行われる。
ＦＦ制御演算部３３におけるＦＦ信号の生成は、目標波長データの取得を契機として、現在の目標波長データを用いて行われる。このため、目標波長データをレーザ制御部３０が取得した時刻から、この目標波長データをレーザ制御部３０がＦＦ制御演算部３３に入力する時刻までの第１の時間差は、比較的短い。ここで、目標波長データをレーザ制御部３０が取得した時刻は、例えば期間Ａ１の開始時刻であり、本開示における第１の時刻に相当する。目標波長データをレーザ制御部３０がＦＦ制御演算部３３に入力する時刻は、例えば期間Ｂ１の開始から終了までの間のいずれかの時刻であり、本開示における第２の時刻に相当する。
一方、ＦＢ制御演算部３５におけるＦＢ信号の生成は、計測波長の取得を契機として、計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データを用いて行われる。このため、目標波長データをレーザ制御部３０が取得した時刻から、この目標波長データをレーザ制御部３０がＦＢ制御演算部３５に入力する時刻までの第２の時間差は、上記第１の時間差よりも長い。ここで、目標波長データをレーザ制御部３０が取得した時刻は、例えば期間Ａ１の開始時刻であり、本開示の第３の時刻に相当する。目標波長データをレーザ制御部３０がＦＢ制御演算部３５に入力する時刻は、例えば期間Ｆ１の開始から終了までの間のいずれかの時刻であり、本開示の第４の時刻に相当する。第２の時間差は、レーザ制御部３０がトリガ信号を取得する時間間隔より長くてもよい。第２の時間差は、レーザ制御部３０が目標波長データを取得する時間間隔より長くてもよい。
２．４ 作用
第１の実施形態によれば、レーザ制御部３０は、計測波長と、この計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における目標波長データと、を用いて波長偏差を算出する。これにより、波長偏差の算出及びＰＩＤ演算をする時の目標波長データと、パルスレーザ光を出力した時の目標波長データと、が異なっていても、波長の安定性の悪化を抑制し得る。
３．制御信号に含まれる所定の周波数成分を低減するレーザ装置の波長制御
３．１ レーザ制御部の構成
図９は、本開示の第２の実施形態におけるレーザ制御部３０のブロック図である。第２の実施形態において、レーザ制御部３０のＦＦ制御演算部３３は、ノッチフィルタ４４ｂを含む。レーザ制御部３０のＦＢ制御演算部３５は、ノッチフィルタ４６ｂと、アップサンプリング部４８ｂと、を含む。第２の実施形態において、レーザ制御部３０を除くレーザ装置１の構成及び動作は、図１及び図２を参照しながら説明した比較例における構成及び動作と同様である。
ノッチフィルタ４４ｂは、ＦＦ制御演算部３３の出力信号であるＦＦ信号とＦＢ制御演算部３５の出力信号であるＦＢ信号とを加算する加算部３６と、ＦＦ信号生成部４３と、の間に配置される。ノッチフィルタ４４ｂは、本開示における第１のノッチフィルタに相当する。
ノッチフィルタ４６ｂは、加算部３６とＰＩＤ演算部４５との間に配置される。ノッチフィルタ４６ｂは、本開示における第２のノッチフィルタに相当する。
アップサンプリング部４８ｂは、波長偏差を算出する加算部４９と、波長算出部４７と、の間に配置される。
他の点については、第２の実施形態におけるレーザ制御部３０の構成は、図６を参照しながら説明した第１の実施形態の構成と同様である。
３．２ レーザ制御部の動作
例えば、露光装置１００から６ｋＨｚの繰返し周波数で目標波長の変動値が出力されるとする。この場合、ＦＦ信号生成部４３は６ｋＨｚの繰返し周波数でＦＦ信号を出力する。
ＦＦ信号は、ノッチフィルタ４４ｂに入力される。ノッチフィルタ４４ｂは、ＦＦ信号生成部４３から出力されるＦＦ信号から所定の周波数を含む周波数成分を低減する。所定の周波数は、波長アクチュエータ２５の共振周波数付近の値に設定される。例えば、波長アクチュエータ２５が２ｋＨｚの共振周波数をもつ場合、所定の周波数は、２ｋＨｚに設定される。
ノッチフィルタ４４ｂが、６ｋＨｚのＦＦ信号から２ｋＨｚの周波数成分を低減することにより、波長アクチュエータ２５が共振によって加振されることが抑制される。
また、例えば、露光装置１００から６ｋＨｚの繰返し周波数でトリガ信号が出力されるとする。この場合、レーザ発振部２０は６ｋＨｚの繰返し周波数でパルスレーザ光を出力する。
しかし、例えば、波長算出部４７が最大で３ｋＨｚの繰返し周波数でしか計測波長を出力できない場合があり得る。例えば、波長モニタ５１が３ｋＨｚの繰返し周波数で計測データを出力する場合に、波長算出部４７は３ｋＨｚの繰返し周波数で計測波長を出力する。
ここで、ＦＢ制御演算部３５が３ｋＨｚの繰返し周波数でＦＢ信号を生成する場合には、ＦＢ制御演算部３５のナイキスト周波数は、３ｋＨｚの半分の周波数であり、１．５ｋＨｚとなる。この場合、ＦＢ制御演算部３５にノッチフィルタ４６ｂを配置しても、波長アクチュエータ２５の共振周波数である２ｋＨｚの周波数成分を低減することが困難となる。ナイキスト周波数より高い周波数成分をノッチフィルタ４６ｂで低減することが困難なためである。
第２の実施形態においては、アップサンプリング部４８ｂにより、計測波長を例えば６ｋＨｚにアップサンプリングする。これにより、加算部４９が６ｋＨｚの繰返し周波数で波長偏差を算出し、ＰＩＤ演算部４５が６ｋＨｚの繰返し周波数でＦＢ信号を出力することが可能となる。
ＦＢ信号は、ノッチフィルタ４６ｂに入力される。ノッチフィルタ４６ｂは、ＦＢ信号から所定の周波数を含む周波数成分を低減する。所定の周波数は、ノッチフィルタ４４ｂによって低減される所定の周波数と同様に、波長アクチュエータ２５の共振周波数付近の値に設定される。例えば、所定の周波数は、２ｋＨｚに設定される。
計測波長が、所定の周波数の２倍を超える繰返し周波数にアップサンプリングされ、波長偏差が、アップサンプリングされた計測波長を用いて算出される。従って、ＰＩＤ演算部４５は、所定の周波数の２倍を超える繰返し周波数でＦＢ信号を出力する。これにより、ノッチフィルタ４６ｂは所定の周波数を含む周波数成分を低減できる。ノッチフィルタ４６ｂが所定の周波数を含む周波数成分を低減することにより、波長アクチュエータ２５が共振によって加振されることが抑制される。
３．３ 作用
第２の実施形態によれば、ノッチフィルタ４４ｂ及び４６ｂが、制御信号に含まれる所定の周波数成分を低減することにより、波長アクチュエータ２５の共振を抑制できる。これにより、波長の安定性が向上し得る。
また、計測波長の繰返し周波数の半分の周波数が波長アクチュエータ２５の共振周波数より低い場合であっても、計測波長をアップサンプリングすることにより、ＦＢ制御演算部３５のナイキスト周波数を波長アクチュエータ２５の共振周波数より高くすることができる。これにより、フィードバック制御の安定性が向上し、波長の安定性が向上し得る。
第２の実施形態では計測波長を６ｋＨｚにアップサンプリングする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、次の（１）〜（４）のようにして、ＦＢ信号を６ｋＨｚの繰返し周波数で出力可能としてもよい。
（１）一時保存部３４ａに保存される目標波長データをダウンサンプリングして、波長算出部４７から出力される計測波長の繰返し周波数と同じ３ｋＨｚの繰返し周波数の目標波長データを生成する。
（２）３ｋＨｚの繰返し周波数の計測波長及び目標波長データを用いて、３ｋＨｚの繰返し周波数で波長偏差を算出する。
（３）３ｋＨｚの繰返し周波数の波長偏差を、６ｋＨｚにアップサンプリングする。
（４）６ｋＨｚの繰返し周波数の波長偏差を用いてＰＩＤ演算を行う。
４．その他
図１０は、レーザ装置１に接続された露光装置１００の構成を概略的に示す。上述のように、レーザ装置１はパルスレーザ光を生成して露光装置１００に出力する。
図１０において、露光装置１００は、照明光学系１４１と投影光学系１４２とを含む。照明光学系１４１は、レーザ装置１から入射したパルスレーザ光によって、レチクルステージＲＴのレチクルパターンを照明する。投影光学系１４２は、レチクルを透過したパルスレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。露光装置１００は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したパルスレーザ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写することで電子デバイスを製造することができる。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (16)

  1. パルスレーザ光の目標波長データを順次取得し、
    前記目標波長データを順次保存し、
    前記パルスレーザ光の波長を順次計測して計測波長を取得し、
    前記計測波長と、前記計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における前記目標波長データと、を用いて波長偏差を算出し、前記波長偏差を用いて前記パルスレーザ光の波長をフィードバック制御する
    ことを含むレーザ装置の波長制御方法。
  2. 請求項１記載の波長制御方法であって、
    前記目標波長データを露光装置から取得する、波長制御方法。
  3. 請求項１記載の波長制御方法であって、
    前記フィードバック制御は、前記波長偏差を低減するように波長アクチュエータを制御することを含む、波長制御方法。
  4. 請求項３記載の波長制御方法であって、
    前記波長アクチュエータは、ピエゾ素子を含む、波長制御方法。
  5. 請求項１記載の波長制御方法であって、
    前記パルスレーザ光の各光パルスを出力する契機となるトリガ信号を順次取得する
    ことをさらに含み、
    前記トリガ信号を取得した時刻における前記目標波長データを保存し、
    前記トリガ信号を取得した時刻における前記目標波長データを用いて前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  6. 請求項５記載の波長制御方法であって、
    前記トリガ信号を露光装置から取得する、波長制御方法。
  7. 請求項１記載の波長制御方法であって、
    第１のトリガパルスと前記第１のトリガパルスより後の第２のトリガパルスとを含むトリガ信号を順次取得することをさらに含み、
    前記第１のトリガパルスの取得を契機として出力された光パルスの波長を計測して取得した前記計測波長であって前記第２のトリガパルスを取得した時刻より後に取得した前記計測波長を用いて前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  8. 請求項７記載の波長制御方法であって、
    前記第２のトリガパルスを取得した時刻より前における前記目標波長データを用いて前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  9. 請求項７記載の波長制御方法であって、
    前記第１のトリガパルスを取得した時刻における前記目標波長データを用いて前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  10. 請求項１記載の波長制御方法であって、
    第１の時刻における前記目標波長データを、第２の時刻にフィードフォワード制御演算部に入力し、
    第３の時刻における前記目標波長データを、第４の時刻であって前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の時間差よりも前記第３の時刻から前記第４の時刻までの第２の時間差の方が長くなるような前記第４の時刻にフィードバック制御演算部に入力し、
    前記第１の時刻における前記目標波長データを用いて、前記パルスレーザ光の波長をフィードフォワード制御する
    ことをさらに含み、
    前記第３の時刻における前記目標波長データを用いて、前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  11. 請求項１０記載の波長制御方法であって、
    前記第２の時間差は、前記トリガ信号を取得する時間間隔より長い、波長制御方法。
  12. 請求項１０記載の波長制御方法であって、
    前記第２の時間差は、前記目標波長データを取得する時間間隔より長い、波長制御方法。
  13. 請求項１０記載の波長制御方法であって、
    前記フィードフォワード制御演算部の出力信号を第１のノッチフィルタに入力して所定の周波数成分を低減し、
    前記フィードバック制御演算部の出力信号を第２のノッチフィルタに入力して前記所定の周波数成分を低減する
    ことをさらに含む、波長制御方法。
  14. 請求項１３記載の波長制御方法であって、
    前記フィードバック制御は、前記波長偏差を低減するように波長アクチュエータを制御することを含み、
    前記所定の周波数は、前記波長アクチュエータの共振周波数である、波長制御方法。
  15. 請求項１３記載の波長制御方法であって、
    前記計測波長を、前記所定の周波数の２倍を超える繰返し周波数にアップサンプリングすることをさらに含み、
    アップサンプリングされた前記計測波長を用いて、前記波長偏差を算出する、波長制御方法。
  16. 電子デバイスの製造方法であって、
    パルスレーザ光の目標波長データを順次取得し、
    前記目標波長データを順次保存し、
    前記パルスレーザ光の波長を順次計測して計測波長を取得し、
    前記計測波長と、前記計測波長を取得した時刻よりも前の時刻における前記目標波長データと、を用いて波長偏差を算出し、前記波長偏差を用いて前記パルスレーザ光の波長をフィードバック制御し、
    前記パルスレーザ光を露光装置に出力し、
    電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記パルスレーザ光を露光する
    ことを含む電子デバイスの製造方法。
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