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WO1997011810A1 - Appareil laser - Google Patents

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WO1997011810A1
WO1997011810A1 PCT/JP1996/002820 JP9602820W WO9711810A1 WO 1997011810 A1 WO1997011810 A1 WO 1997011810A1 JP 9602820 W JP9602820 W JP 9602820W WO 9711810 A1 WO9711810 A1 WO 9711810A1
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WO
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pulse
oscillation
energy
laser
time
Prior art date
Application number
PCT/JP1996/002820
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hakaru Mizoguchi
Osamu Wakabayashi
Yukio Kobayashi
Yoshiho Amada
Tatsuo Mimura
Original Assignee
Komatsu Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority claimed from JP05778396A external-priority patent/JP3864287B2/ja
Application filed by Komatsu Ltd. filed Critical Komatsu Ltd.
Priority to DE69617254T priority Critical patent/DE69617254T2/de
Priority to US09/029,218 priority patent/US6008497A/en
Priority to EP96932031A priority patent/EP0854003B1/en
Publication of WO1997011810A1 publication Critical patent/WO1997011810A1/ja

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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    • H01S3/22—Gases
    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Definitions

  • the present invention relates to a laser device that outputs a laser beam to a processing device that performs a predetermined process on a semiconductor, a polymer material, an inorganic material, or the like using a laser beam, and in particular, continuously emits a laser beam a predetermined number of times.
  • Improved and step-and-scan method to always obtain a uniform pulse energy value when performing a burst mode operation in which continuous oscillation operation in which pulse oscillation is performed and stop operation in which this pulse oscillation is stopped for a predetermined time are alternately performed.
  • the present invention relates to an improvement for making a moving integrated exposure amount uniform when performing processing by a method. Background art
  • the excimer laser used as the light source of the semiconductor exposure apparatus has a variation in pulse energy for each pulse due to the so-called pulse discharge excitation gas laser, and this variation is reduced in order to improve the accuracy of exposure dose control. There is a need to.
  • the burst mode is a mode in which a continuous pulse oscillation operation for continuously oscillating the laser beam for a predetermined number of times and an operation for stopping the pulse oscillation for a predetermined time are repeated. That is, in the burst mode, the continuous pulse oscillation period and the oscillation pause period are alternately repeated. That is, one IC chip formed on the semiconductor wafer is processed by a group of pulses forming one continuous pulse oscillation period in FIG.
  • Fig. 23 shows the energy intensity of each panelless when the excitation intensity (charging voltage) is fixed at a constant value.
  • the excimer laser is a pulse discharge pumped gas laser, it is difficult to always oscillate with a constant pulse energy.
  • the reason for this is that the discharge causes a laser gas density disturbance in the discharge space, making the next discharge non-uniform and unstable. In some cases, a large temperature rise occurs, deteriorating the next discharge, making the discharge uneven and unstable.
  • the tendency is remarkable at the beginning of the continuous pulse oscillation period, and as shown in FIGS. 23 and 24, in the spike region including the first few pulses after the elapse of the oscillation pause period t, At first, a relatively high pulse energy is obtained, and thereafter, the pulse energy gradually decreases. At the end of this spike region, the pulse energy goes through a plateau region where a relatively high level of stable value continues, before entering the stable region (stationary region).
  • the above-described variation in energy for each pulse lowers the accuracy of the exposure amount control, and the spike phenomenon further significantly increases the variation in the exposure amount control. There is a problem that it greatly lowers.
  • the multiple pulse exposure control (reducing the amount of light energy output by one pulse oscillation to reduce the number of consecutive pulses) Illuminate the same work place It is difficult to maintain the accuracy of the exposure amount control only by controlling the exposure amount.
  • the present applicant takes advantage of the property that the energy of the pulse oscillated as the excitation intensity (charging voltage) increases increases, and as shown in Fig. 25, the continuous pulse oscillation in the burst mode is performed. Spiking by changing the discharge voltage (charge voltage) for each pulse, such that the discharge voltage (charge voltage) of the first pulse is reduced, and then the discharge voltage (charge voltage) of the pulse is gradually increased.
  • Various patent applications have been filed for inventions relating to so-called spiking occurrence prevention control for preventing an initial increase in energy due to the phenomenon (Japanese Patent Application No. Hei 4-191610, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-106). No. 678 No. (Japanese Patent Application No. 5-2494948).
  • Fig. 26 shows the energy intensity of each pulse when the excitation intensity (charging voltage) is fixed at a constant value, similar to that shown in Fig. 23 or Fig. 24 above.
  • Force Excitation intensity constant In this state, a relatively high pulse energy is obtained at first, and then the pulse energy gradually decreases, and a spiking phenomenon appears.
  • -Fig. 25 shows the excitation intensity pattern when the spiking phenomenon shown in Fig. 26 occurs.
  • the excitation intensity pattern is obtained by correcting the energy rise of the initial pulse of the above spiking phenomenon. It shows the excitation intensity displacement for obtaining a constant pulse energy value.
  • the excitation intensity pattern is shown in terms of pulse energy. In other words, since the pulse energy is high in the initial few pulses in the spiking phenomenon, as shown in Fig. 25, the excitation intensity should be reduced in the first few pulses of continuous pulse oscillation, and gradually increased thereafter. I have to.
  • the power supply voltage is applied in accordance with this excitation intensity pattern, thereby preventing the initial pulse energy from rising due to the spiking phenomenon, and The pulse energies are controlled so that they are almost all the same.
  • continuous parameters are considered in consideration of various parameters such as the oscillation pause time t (see FIG. 23) and the power peak voltage (the power supply voltage determined according to the deterioration of the laser gas).
  • the power supply voltage data for setting the energy of each pulse of the pulse oscillation to a desired target value (constant value) is stored in advance for each pulse of the continuous pulse oscillation, and the pulse energy at the time of the continuous pulse oscillation already performed up to the previous time Is detected.
  • the output value is compared with the pulse energy target value, and the power supply voltage data corresponding to each of the previously stored pulses is corrected based on the comparison result. This correction is called spike kill control.
  • FIG. 27 shows a pulse waveform in a burst mode operation in semiconductor exposure.
  • No.l, No.2, --- No.j, ⁇ ' ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ are pulse groups, and each pulse group is a predetermined group as shown in FIGS. 23, 24, and 26.
  • Such an arrangement of the pulse groups is caused by the fact that semiconductor exposure is performed while alternately repeating exposure of a chip on a wafer and movement of optics. That is, an operation of exposing a predetermined chip on the wafer is performed by a pulse group of No ⁇ j + 1, and an operation of exposing the next chip is performed by a pulse group of No ⁇ j + 1. During this time, the time required for exposure and movement of the optical system is ⁇ Tj. Such exposure and movement of the optical system are repeated, and when a series of pulses from No. 1 to No. N have been oscillated, exposure of one wafer is all completed.
  • the time for unloading the exposed wafer, transporting the next wafer into the exposure apparatus, and aligning the wafer at a position where exposure is possible is mT.
  • This ⁇ is followed by a pulse group N ⁇ ⁇ 1 ', N ⁇ ⁇ 2', --- No.j ', ing.
  • the excitation intensity pattern of the No. 1 pulse group with the same laser oscillation pause time (in this case, mu T) is used.
  • the excitation intensity pattern of the pulse group of No in which the laser oscillation pause time is almost the same, is used ( ⁇ to ⁇ -1 are About the same time) That is, in the first pulse group ⁇ ⁇ .1 ', the influence of the spiking phenomenon is remarkable, so the previous pulse group ⁇ ⁇ .
  • the data of No. 1 is used, but since the effect of the spiking phenomenon is gradually reduced, the data of the pulse group of No. N is used for the pulse group of No. 2 'or later to simplify the control. Like that.
  • the cause is that spiking is affected by the history of past pulse oscillations. That is, since the spiking phenomenon becomes more remarkable as the laser oscillation pause time in the burst mode becomes longer, a series of pulses No. 1 to No. N in FIG. In the first half of No. 1 'to No. N', the suppression of the spiking phenomenon tends to be insufficient in the first half of No. 1 ', No. 2' ... N.N'-1, N.N ', a phenomenon occurs in which the effect of suppressing the spiking phenomenon appears sufficiently.
  • the spike killing control is performed in the plateau region and the stable region in addition to the spike region shown in FIG. 24.
  • the suppression effect is not enough. Also, even if spike killer control is performed only in the spike region and the brat region, the effect of suppressing the pulse energy is not sufficient.
  • the spike killing control is executed for all the pulses of the continuous pulse oscillation, the storage data amount for the control is increased, a large memory capacity is required, and the data from the memory is required. There are also problems such as the time required for reading.
  • the exposure method of the semiconductor exposure apparatus shifts from a stepper method in which the stage is stopped to perform exposure to a step & scan method in which exposure is performed while moving the stage.
  • the advantage of this step & scan method is that a large area can be exposed. For example, if a lens with a field size of 36 ⁇ is used, the exposure area of the stepper method is 25 mm square, while the exposure area of the step & scan method is 30 ⁇ 40 mm. Exposure becomes possible. In the future, the chip size tends to increase as the degree of integration increases, and high-precision exposure by the step-and-scan method is desired.
  • a pulse on the workpiece is applied each time one pulse laser is applied so that a predetermined number of pulse lasers of a predetermined number NO are applied to all points on the workpiece. Processing is performed while shifting the laser beam irradiation area by a predetermined pitch.
  • pulsed laser light is always scanned, so that the exposure amount at each point on the workpiece is the same. It is difficult to control this, and an effective control method has been desired.
  • the present invention provides a laser device operated in a burst mode, in which the influence of a spiking phenomenon is removed as much as possible to further improve the accuracy of optical processing using laser light. With the goal.
  • Another object of the present invention is to provide a laser device capable of making the exposure amount of each point of a workpiece uniform when performing processing by a step-and-scan method. Disclosure of the invention
  • the continuous oscillation operation of continuously oscillating the laser beam for a predetermined number of times and the stop operation of pausing the pulse oscillation for a predetermined time are alternately performed for a predetermined time.
  • a laser device that performs a burst mode operation in which the operation repeated a number of times is one cycle, and controls a power supply voltage so that the output energy of the pulse emission becomes a predetermined magnitude, each time when a continuous pulse oscillation is performed
  • a memory means for storing the power supply voltage of a pulse for one cycle in association with an identifier for specifying each pulse, and when oscillating one pulse, the power supply voltage of the pulse having the same identifier as the pulse is preceded.
  • An output control means for reading out from the storage means and performing pulse oscillation based on the power supply voltage.
  • the power supply voltage of the pulse having the same identifier as the pulse is read out from the storage means, and the pulse oscillation is performed based on the power supply voltage. Is performed. According to this, if all the pulse oscillations to one workpiece were completed by one cycle of burst mode operation, the read power supply voltage would have been the pulse oscillation at the same position on the previous workpiece.
  • This data has an excitation intensity pattern affected by a continuous series of pulse oscillations. That is, at the time of pulse oscillation, a power supply voltage having an excitation intensity pattern having almost the same characteristics as the previous time is applied, so that the variation in pulse energy can be corrected more minutely.
  • the influence of the spiking phenomenon at the time of the burst mode operation can be removed as much as possible, so that the accuracy of the optical processing by the laser beam can be further improved.
  • a continuous oscillation operation for continuously oscillating a laser beam for a predetermined number of times and a burst mode operation in which a stop operation for suspending the pulse oscillation for a predetermined time are alternately performed as one burst cycle are repeatedly performed.
  • the power supply voltage at each pulse oscillation is defined as the oscillation stop time, the order of the pulses within one burst cycle, and the output pulse energy.
  • the excitation intensity at the time of each pulse oscillation is stored in association with the output pulse energy monitor value.
  • First power supply voltage control means for calculating the excitation intensity at the time of the first pulse oscillation and performing pulse oscillation based on the calculated excitation intensity value; and For each pulse generated after the pulse of the above, the pulse energy monitor value of the pulse already output from the storage means within the current burst cycle and the A second power supply voltage control means for reading out the excitation intensity values at the time of this operation, calculating the excitation intensity value at the time of the current pulse oscillation based on these values, and performing pulse oscillation based on the excitation intensity. It is characterized by.
  • the oscillation stop time and the order of the pulses within one burst cycle are the same among the remembered past pulse oscillation data.
  • at least one set of a monitored value of the output pulse energy close to the target pulse energy of the current pulse oscillation and the excitation intensity of the pulse at that time is read out, and the excitation at the time of the current pulse oscillation is based on the read value.
  • a type of spike killer control is performed to calculate the electromotive force and perform pulse oscillation based on the calculated excitation intensity value.In the region after the spike region, the pulse output already output within the current burst cycle is performed. Reads the pulse energy monitor value and the excitation intensity value at that time, and calculates the excitation intensity value for the current pulse oscillation based on these values , And to perform the power supply voltage control that performs pulse oscillation based on this excitation intensity.
  • the spike region the effect of the laser oscillation pause remains strong, so the spike killing control is executed.
  • the pulse immediately before is strongly affected. Executes the power supply voltage control (pulse energy control within the burst) according to the output power corresponding to the power supply voltage.
  • each time one pulse laser is incident a predetermined number N 0 of pulse lasers is incident on all points on the workpiece.
  • a laser device that continuously outputs pulse laser light by a predetermined number Nt (N0 ⁇ Nt) required for processing the workpiece to a processing device that performs processing while shifting the irradiation area of the pulse laser light at a predetermined pitch.
  • the target pulse Pt for calculating the target energy Pt for oscillating each of the pulse laser lights according to k i-N0 + l, and changing the calculated target energy Pt to the set target value Pd for output Energy correction means.
  • the actual exposure light amount by the pulse laser beam up to immediately before is subtracted from the ideal value of the exposure amount at each point in each point of the workpiece, and this subtraction result is used as the current laser pulse.
  • the pulse energy is set to the target value during oscillation.
  • the pulse laser light is continuously supplied to a processing apparatus which performs a required processing by irradiating a predetermined number NO of pulse lasers onto a workpiece in a state where the irradiation area of the pulse laser light is fixed.
  • a processing apparatus which performs a required processing by irradiating a predetermined number NO of pulse lasers onto a workpiece in a state where the irradiation area of the pulse laser light is fixed.
  • the ideal value of the exposure amount at each time point or the actual exposure amount by the pulse laser beam until immediately before is subtracted, and the subtraction result is used to calculate the pulse energy at the time of laser pulse oscillation this time.
  • the target value is set.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a semiconductor exposure apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a power supply voltage V and a pulse energy E.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the output control unit and the control unit when the pulse energy level is corrected.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of chips on a wafer.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of an output control unit when performing a burst mode operation based on a reception interval of a trigger signal Tr.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure when performing a burst mode operation based on a trigger signal for an optical machining cycle.
  • FIG. 7 A flowchart showing a processing procedure when performing burst mode operation based on the number of pulses of a continuous pulse group.
  • FIG. 8 Based on a table with only a few pulses and the number of pulses in a continuous pulse group 7 is a flowchart showing a processing procedure when performing a burst mode operation.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a control procedure of the embodiment of FIG.
  • FIG. 1 2 is a flowchart showing the spike control subroutine of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a data reading subroutine and a charging voltage calculation subroutine in the spike control subroutine of FIG. 12.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the data reading subroutine and the charging voltage calculation subroutine in the 12 spike control subroutine.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the subroutine pulse energy control subroutine in Fig. 11.
  • Fig. 15 is a flowchart showing a data read subroutine in the pulse energy control subroutine in burst of Fig. 15.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a charging voltage calculation subroutine in the burst pulse energy control subroutine of FIG. .
  • Fig. 8 Diagram showing experimental results on pulse energy and charging voltage when the target pulse energy is changed to three different values and the oscillation stop time is changed to two different values at the beginning of burst oscillation.
  • FIG. 1 is a diagram showing experimental results of charging voltage control according to the embodiment of FIG. 11;
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a target pulse energy correction subroutine in the flowchart of FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing an irradiation mode of a pulse laser beam to an IC chip by a two-step & scan method.
  • FIG. 23 is a diagram showing one pulse energy waveform in burst operation when the charging voltage is kept constant.
  • FIG. 24 is an enlarged view showing a pulse energy waveform of one continuous pulse oscillation of the pulse energy waveform in FIG.
  • FIG. 25 Diagram showing the excitation intensity pattern.
  • FIG. 26 is an explanatory diagram showing a specific example of a spiking phenomenon.
  • FIG. 27 is an explanatory diagram showing pulse waveforms during burst mode operation. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a semiconductor exposure apparatus 30 according to this embodiment.
  • the semiconductor exposure apparatus 30 is roughly classified into a laser apparatus 1 that outputs excimer laser light L (hereinafter, laser light L), and a laser light L that uses the laser apparatus 1 as a light source.
  • An exposure apparatus main body 20 that performs projection exposure.
  • the laser oscillator 22 of the laser device 1 includes a laser chamber, an optical resonator, and the like.
  • the laser chamber is filled with laser gas such as Kr and F2, or Ar and F2, and Xe and C12. I have.
  • discharge is performed between electrodes (not shown) arranged above and below the laser chamber, and a laser gas is excited to perform laser oscillation.
  • the oscillated laser light resonates in the optical resonator and is output as laser light L.
  • the discharge is performed at a predetermined interval with a predetermined pulse width, and the laser light L is output intermittently.
  • a part of the laser light L oscillated from the laser oscillator 22 in this way is sampled by the beam splitter 23 and is incident on the output monitor 25 via the lens 24.
  • the pulse energy P i detected by the output monitor 25 is sent to the output controller 26 and stored in a table as the i-th pulse energy P j, i of the pulse group N 0 .j as described later. .
  • the output control section 26 is connected to the exposure apparatus control section 29 in the exposure apparatus main body 20 by a signal line, and will be described later when a trigger signal Tr transmitted from the exposure apparatus control section 29 is received.
  • the power supply voltage stored in the table is read out, and voltage data based on the power supply voltage is supplied to the laser power supply 28.
  • the output control unit 26 incorporates timer means (not shown), and the timer means sequentially measures the time between reception times of the transmitted trigger signal Tr. Then, as will be described later, the pulse oscillation is controlled by judging to what time the laser oscillation suspension time corresponds based on the reception interval time.
  • the control unit 27 is a unit that performs arithmetic processing necessary for the operation of the laser device 1.
  • the control unit 27 is also sent a detection result Pi from the output monitor 25 every time a pulse is oscillated, and is stored as the pulse energy Prj, i of the actually oscillated pulse. That is, the control unit 17 performs a comparison operation between Pj, i stored in the table of the output control unit 16 and the Prj, i each time a pulse oscillation is performed, and determines the difference between them. If the difference exceeds the error range, the change of the power supply voltage value stored in the output control unit 26 is instructed.
  • each pulse in the pulse group Noj is sequentially No.j. , 1, No.j, 2, ⁇ - ⁇ , No.j, i, ⁇ ' ⁇ ⁇ .: ⁇ , ⁇ .
  • Vj, i and Pj, i when all the chips arranged on one wafer are exposed are stored in association with the parameters j, i. These data are held in a rewritable manner on the table, and the output control unit 26 corrects the appropriate data according to the instruction from the control unit 27 as described later.
  • the apparatus of this embodiment first performs a test burst mode operation at the timing shown in FIG. 27, and obtains the power supply voltages Vj, i obtained at this time. And the value of the pulse energy P j, i is stored as characteristic data. It is also possible to read data performed by other devices without conducting a trial operation.
  • the control unit 27 receives the actual pulse energy P rj, i oscillated from the laser oscillator 22 from the output monitor 25 and obtains the value at that time. Is compared with P j, i stored in the table of the output control unit 26, and when the difference between the two exceeds a predetermined value, the value of V j, i is corrected for the output control unit 26. To instruct.
  • the control unit 27 P j, i is read from the table of the output controller 26 and compared with the input P rj, i, and the absolute value of P j, i —P rj, i is
  • the output control unit 26 corrects the value of V j, i on the table according to the input judgment result. As a result, the pulse energy level can be accurately controlled over a long period of time.
  • Figure 2 shows the power supply voltage V (b) read from the table and the power supply voltage V
  • the figure shows the relationship with pulse energy E ( a ) when pulse oscillation occurs.
  • pulse oscillation is performed using V (j, i) read from the table, and the actual pulse energy is monitored. Based on this, the power supply voltage value stored in the table is corrected.
  • the variation of the pulse energy E can be kept within a desired error range.
  • the output controller 26 corrects Vj, i as follows.
  • Vj i
  • the pulse energy of the laser light changes from ⁇ to ⁇ ⁇ when the power supply voltage is changed from V to V + ⁇
  • this ⁇ and mm ⁇ Measure, associate and store.
  • AV f (P, ⁇ )
  • the control unit 27 inputs the actual pulse energy P rj, i for each pulse from the output monitor 25 and stores it in a memory (not shown) (step 101). Then, Pj, i corresponding to Vj, i of one oscillated pulse and the corresponding Pj, i are read from the table of the output control unit 26, and E d— ⁇ no 2 ⁇
  • step 102 if the above equation does not hold in step 102, the level of the pulse energy exceeds the error range, and the output controller 26 is instructed to correct Vj and i (step 103).
  • the output control unit 26 corrects the value of Vj, i according to the above-mentioned relational expression.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of chips on the wafer 21.
  • the wafer shown in Fig. 4 is exposed to laser light in the horizontal direction in the order of chips 21-1-1, 21-2, 21-3 ..., and when 211-5 is completed, the next row is formed. Then, when the chip is exposed in the order of 2 1-6 to 2 1-7, 2 1-8..., the light processing cycle is repeated. _
  • the wafer 21 is carried into an exposure position (not shown) inside the exposure apparatus main body 29 in FIG. 1, and is aligned at a position where exposure is possible.
  • the time required for carrying-in and alignment corresponds to the downtime ⁇ in FIG.
  • the laser oscillation of the chip 21-1 is started.
  • This pulse oscillation corresponds to the No. 1 pulse group in FIG.
  • the optical system is moved.
  • the time required for this corresponds to the pause time ⁇ 1 in FIG.
  • pulse oscillation of laser light to the next chip 21-2 is started.
  • This pulse oscillation corresponds to the No. 2 pulse group in FIG. Thereafter, the same operation is repeated until chip 2 1—3...
  • the process moves to the next column.
  • the moving time ⁇ 5 of the optical system from the chip 21-5 to the chip 21-6 is longer than ⁇ to ⁇ 4 due to the moving distance and moving direction.
  • the same operation as described above is repeated up to the chip 2 1 -6... 2 1-11, and when the irradiation of the pulse light to the chip 2 1-11 1 is completed, the process moves to the next column. This operation is performed for all rows of chips on the wafer.
  • the wafer is unloaded from the exposure position, the next wafer is loaded into the exposure position, and the alignment is performed. To start.
  • the exposure apparatus main body 29 performs various operations such as loading the workpiece, alignment, moving and positioning the optical system, unloading the wafer, and confirming the exposure amount.
  • the first trigger signal Tr is output to the output control unit 26.
  • the trigger signal Tr at this time is a trigger signal for irradiating the first pulse of the pulse group No. 1 in FIG. Hereafter, shown in Figure 4.
  • a trigger signal Tr is repeatedly output from the exposure apparatus control unit 29 to the output control unit 26 until the exposure to the chip 21-1 is completed, and the laser beam irradiation is performed for each trigger signal input. Do. Therefore, the length of the laser oscillation pause time ⁇ _ ⁇ between the pulse group of No. j and the pulse group of No.
  • the laser oscillation pause time can be freely changed, it is possible to cope with processing in which the laser oscillation pause time is different in the middle as shown in FIG.
  • a timer means (not shown) in the output control unit 26 measures the reception interval of the trigger signal Tr, which of the laser oscillation pause times corresponds to the time in FIG. 27 or during the continuous pulse oscillation. You can know if there is. That is, ATj
  • the minimum value Ts of (1 to ⁇ ) and the maximum value Tu are determined in advance, and are compared with the reception interval time t of the trigger signal Tr.
  • the output control unit 26 performs a test operation in the burst mode, and stores the power supply voltage Vj, i and the pulse energy Pj, i at that time in a table in association with "" and i (step 201).
  • the count j of the group is set to 0 (step 202).
  • the count number j is incremented by one (step 203), and the pulse count number i is set to 0 (step 204).
  • the pulse count i is incremented by one. Increment (step 206).
  • Vj, i stored in the table is read out from the parameters j, i and the force, and this value is supplied to the laser power supply 28 (step 207). Note that, in parallel with step 207, the above-described table correction processing of FIG. 3 is executed.
  • the output control section 26 starts measuring the reception interval time t of the trigger signal Tr by the internal timer means (step 208).
  • the measured reception interval time t is compared with the minimum value Ts to determine whether t ⁇ Ts (step 210).
  • t is smaller than Ts, that is, during continuous pulse oscillation, t is set to 0 (step 21 1), and the process returns to step 206.
  • Vj, i is read from the table for all the pulses in one pulse group, and supplied to the laser power supply 28. Will be.
  • step 212 the reception interval time t, the minimum value Ts, and the maximum value Tu are compared to determine whether Ts ⁇ t ⁇ Tu holds (step 212).
  • Ts ⁇ t and Tu holds that is, when t is the laser oscillation pause time ⁇ _ ⁇ between the pulse groups
  • t is set to 0 (step 213), and the process returns to step 203. Then, the processing for the next pulse group is performed.
  • step 212 If Ts ⁇ t ⁇ Tu does not hold in step 212, that is, if the laser oscillation suspension time ⁇ for moving the optical system is long, t is set to 0 (step 214), and the process returns to step 202. As described above, when the processing of a series of consecutive pulse groups is completed, the process returns to step 202, and j is set to 0 to perform processing for the next continuous pulse group.
  • Such laser oscillation stop time control is extremely effective in the following cases. That is, if the energy level of the laser beam is also monitored on the side of the exposure apparatus main body 20, the energy of each pulse emitted from the laser apparatus 1 due to fluctuations in the characteristics of the optical system between the laser apparatus 1 and the wafer, etc. It is possible to detect that the level is out of the desired value. In this case, the light energy of the last few pulses of the continuous pulse group By adjusting one level on the exposure apparatus main body 20 side, fluctuations in the exposure light amount can be avoided.
  • the pulse light energy level can be adjusted by using a known variable optical attenuator. However, since such control requires time, it is necessary to delay the transmission interval of the trigger signal Tr. This makes it possible to create time for controlling the variable optical attenuator.
  • a trigger signal for instructing one pulse oscillation when a trigger signal for instructing one pulse oscillation, a trigger signal for instructing continuous pulse oscillation, and a trigger signal for instructing the end of the optical machining cycle can be received from the exposure apparatus main body 20 side. Can control the burst mode operation based on these trigger signals.
  • the processing procedure when performing the burst mode operation based on such a trigger signal for an optical processing cycle will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the output control unit 26 performs a test operation in the burst mode, and stores the power supply I ⁇ Vj, i and the pulse energy Pj, i at that time in a table in association with j and i (step 30). 1), and further, the count number j of the pulse group is set to 0 (step 3002). Then, the count number j is incremented by one (step 303), and the count number i of the pulse is set to 0 (step 3). 0 4). Next, when a trigger signal Trks for starting a light processing cycle is received from the exposure apparatus control unit 29 (step 305), the pulse count i is incremented by one (step 306).
  • V j, i stored in the table is read from the parameters j and i, and this value is supplied to the laser power supply 28 (step 307). Note that, in parallel with this step 307, the above-described table correction processing of FIG. 3 is executed.
  • step 308 when the output control unit 26 receives the trigger signal from the exposure apparatus control unit 29, it determines whether or not it is the trigger signal Tr for instructing the next pulse oscillation (step 308). Here, if the trigger signal Tr is received, the process returns to step 310. As described above, by going through the loop of Step 306 to Step 308, V j and i are read from the table for all the pulses in one pulse group, respectively. Will be supplied.
  • the trigger signal received in step 308 is the trigger signal T of the pulse oscillation command. If it is not r, it is determined whether or not it is a trigger signal T rB for instructing the next continuous pulse oscillation (step 309).
  • the trigger signal is the trigger signal T rB of the continuous pulse oscillation command, the process returns to step 303. As described above, when the pulse oscillation in one pulse group is completed, the process returns to step 303 to perform the processing for the next pulse group.
  • step 310 If the trigger signal received in step 309 is not the trigger signal T rB of the continuous pulse oscillation command, it is determined whether the trigger signal is a trigger signal Tr kE for ending the optical machining cycle (step 310). If the trigger signal is not the trigger signal TrkE for terminating the optical machining cycle, the process returns to step 308 and checks the received trigger signal while going through the loop from step 308 to step 310. On the other hand, in step 310, if the trigger signal is the trigger signal TrkE for terminating the optical machining cycle, the process returns to step 302. As described above, when the processing of a series of consecutive pulses is completed, the process returns to step 302, j is set to 0, and the processing is performed on the next series of pulses.
  • the timing number of all the pulse oscillations during the optical machining cycle can be arbitrarily controlled by the respective trigger signals for the optical machining cycle.
  • the processing procedure for performing the burst mode operation based on the trigger signal Tr reception interval (Fig. 5) and the trigger signal for the optical machining cycle (Fig. 6) has been described.
  • the burst mode operation can also be controlled by the number of pulses in a continuous pulse group.
  • the output control unit 26 performs a test operation in the burst mode, and stores the power supply voltage Vj, i and the pulse energy Pj, i at that time in a table in association with j and i (step 401).
  • the count number j of the group is set to 0 (step 402).
  • the count number j is incremented by one (step 404), and the pulse count number is calculated.
  • i is set to 1 (step 405).
  • the parameters j and i and the force, Vj, i stored in the table is read out, and this value is supplied to the laser power supply 28 (step 406).
  • the table correction processing of FIG. 3 is executed.
  • the pulse count number i is incremented by one (step 407), and the pulse count number i is compared with the pulse number n to determine whether i> n (step 408). ). If i> n is not satisfied, the process returns to step 406.
  • Vj By going through the loop from step 406 to step 408, Vj, i are read from the table for all the pulses (total number n ) in one pulse group, and the laser power supply 28 Will be supplied.
  • the process returns to step 403.
  • the process returns to step 402 to perform the processing for the next pulse group together with the reception of the trigger signal Tr.
  • the trigger signal Tr from the exposure device control unit 29 is output only to instruct the first pulse oscillation of a continuous pulse group, and the output control unit 26 outputs a predetermined number of pulse generations. It is only necessary to receive the next trigger signal Tr after repeating the oscillation.
  • the power supply voltage V j, ⁇ ⁇ is read from the table and supplied to the laser power supply 28;
  • a table may be created and used for pulse oscillation control, and for the pulses oscillated subsequent to the first few pulses, power lock control described later may be performed.
  • the output control unit 26 stores the pulse energy P 1 input from the output monitor 25 in a table as the i-th pulse energy P j, i of the pulse group No. j.
  • the number of prominent pulses Ns is set, and the table stores the characteristic data of the Ns-th pulse from the beginning of each pulse group.
  • the trigger signal Tr from the exposure apparatus control unit 29 is received, the power supply voltage stored in the table is read out for the first to Ns-th pulses, and the voltage data based on this is supplied to the laser power supply 2.
  • Power lock control (trademark of QUESTEK, USA) is performed on the pulse oscillated following the Ns-th pulse.
  • Power lock control refers to the phenomenon that the pulse energy P i decreases even when the same power supply voltage is applied due to deterioration of the laser gas. By increasing the power supply voltage in accordance with the gas deterioration, the pulse energy P is increased. This is control to keep i at a desired level, and the power supply voltage for that is called the power supply voltage Vpl.
  • the pulse energy P rj, i of the actually oscillated pulse is input from the output monitor 25 to the control unit 27, and the control unit 27 executes the pulse oscillation every time the pulse oscillation is performed.
  • a comparison operation is performed between Pj, i stored in the table of the output control unit 26 and Pr ⁇ i, and the power supply voltage value stored in the output control unit 26 is changed as necessary. Is instructed.
  • the number of pulses Ns at which the spiking phenomenon appears remarkably and the set value of the power supply voltage are determined. Then, a test operation is performed in the burst mode by the output control unit 26, and the power supply voltage Vj, i and the pulse energy pj, i at that time are stored in a table in association with j and i (step 501). Here, i is in the range of l to Ns. Subsequently, the count number j of the noise group is set to 0 (step 502).
  • step 503 upon receiving a trigger signal Tr from the exposure apparatus controller 29 (step 50) 3)
  • the count j is incremented by 1 (step 504), and the count i of the pulse is set to 1 (step 505).
  • Vj, i stored in the table is read out from the parameters j and i, and this value is supplied to the laser power supply 28 (step 506).
  • the table correction process of FIG. 3 is executed.
  • the count i of the no-nores is incremented by one (step 507). Compare the count number i of pulses with the pulse number Ns to determine whether i> Ns
  • Step 508 If i> Ns, then go to step 506.
  • V j, i are read from the table and supplied to the laser power supply 28. Become.
  • step 508 If i> Ns in step 508, the process shifts to power lock control.
  • the pulse count number i is compared with the pulse number n to determine whether i> n (step 510). If i> n is not satisfied, perform step 507 heli-turn. By going through the loop from step 507 to step 510, the power lock control is performed for the remaining pulses (Ns + 1 to n) after the pulse number Ns.
  • step 511 the process returns to step 502. As described above, when the processing for all the pulse groups is completed, the process returns to step 502, j is set to 0, and the processing is performed for the next continuous pulse group.
  • the flowchart of FIG. 8 described above is obtained by adding a branch for judging the number of noises Ns in the middle of the flowchart of FIG. 7, and a control method using such a table of only a few pulses. Is not limited to the example of FIG. 8, and can be applied to, for example, the flowchart of FIG. 5 or FIG.
  • FIG. 9 shows another configuration in which the laser device according to the present invention is applied as a light source of a stepper for performing a reduced projection exposure process of a semiconductor circuit pattern. That is, in FIG. 9, reference numeral 1 denotes a narrow-band excimer laser as a laser device, and reference numeral 20 denotes a stepper as a reduction projection exposure device.
  • the laser chamber 2 of the excimer laser 1 has a discharge electrode and the like (not shown), and a laser gas composed of Kr, F2, Ne, etc. filled in the laser chamber 2 is excited by discharge between the discharge electrodes.
  • the emitted light returns to the laser chamber 2 again to be widened, narrowed by the band narrowing unit 3, and output as the oscillation laser light L via the front mirror 14. Then, some light returns to the laser chamber 2 again, and laser oscillation occurs.
  • the laser beam L is, as shown in FIGS. 23 and 27, a continuous oscillation operation in which pulse oscillation is continuously performed a predetermined number of times at a predetermined cycle, and the continuous pulse oscillation is performed for a predetermined time after the continuous oscillation operation. It is output intermittently by the burst mode operation in which the stop operation to stop and the is repeated alternately.
  • the laser power supply circuit 5 discharges by giving a potential difference V between the discharge electrodes according to the voltage data applied from the laser controller 6.
  • the discharge is performed by the operation of a switch element such as a thyristor port.
  • the laser light L oscillated from the resonator composed of the front mirror 4, the laser chamber 2, and the band-narrowing unit 3 is partially sampled by the beam splitter 7, and is transmitted through the lens 7a to the optical monitor module. It is incident on 8. Further, the remaining laser light L is emitted to the exposure device 20 via the slit 9.
  • the optical monitor module 8 detects the spectral line width, wavelength, and the like of the laser light L, and also inputs these data to the laser controller 6.
  • the following signals are input from the exposure device 20 to the laser controller 6, and the burst signal B S (see FIG. 10)
  • the laser oscillation synchronizing signal TR functions as a trigger signal for each pulse when the laser device 1 performs continuous pulse oscillation.
  • the burst signal BS functions to start the continuous oscillation operation of the laser device 1 at the rising edge (burst on) and stop the continuous oscillation operation of the laser device 1 at the falling edge (burst off).
  • the first laser oscillation synchronization signal TR is generated a predetermined time t1 after the burst-on point, and the burst is turned off a predetermined time t2 after the last laser oscillation synchronization signal TR is generated. Is set.
  • the laser controller 6 Based on these input signals, the laser controller 6 performs spike control in the spike region including the first predetermined number of pulses during continuous pulse oscillation, and pulse in the burst in the subsequent plateau region and stable region. Perform energy control. The details will be described later.
  • the exposure apparatus 20 is provided with a beam splitter 11 for sampling a part of the laser light L incident through the slit 10, and the sampling light is transmitted through a lens 11 a to an optical monitor module. It is incident on 12.
  • the optical monitor module 12 detects the energy P i ′ per pulse of the incident laser light L, and inputs the detected energy value P i ′ to the exposure apparatus controller i 3.
  • the laser light that has passed through the beam splitter 11 is used for reduction exposure processing.
  • the exposure apparatus controller 13 controls the laser oscillation synchronization signal TR, the burst signal BS, and the target in addition to the reduction exposure processing and the movement control of the stage on which the wafer is placed. An operation such as transmitting the pulse energy value Pd to the laser device 1 is performed.
  • the laser controller 6 sets the pulse number is in the initial spike region where spike control is to be performed (step 100). That is, for example, a continuous pulse oscillation pulse energy characteristics to indicate the characteristics shown in FIG. 24, sets the number of pulses included in spikes region of FIG. 24 as i s.
  • the laser controller 6 supplies the (excitation intensity pattern) charging voltage pattern (initial spike control pattern) to be given at the time of the first 1 s pulse oscillation set above during the first continuous pulse oscillation. ) Is set (step 1 10).
  • the laser controller 6 reads the target pulse energy Pd given from the exposure apparatus controller 13 (step 120), and then starts measuring the oscillation stop time (reception interval of the trigger signal TR) t (step 120). Step 130).
  • the laser controller 6 determines whether or not the input external trigger TR is the first external trigger (step 140). . That is, in the laser controller 6, since the internal timer means (not shown) measures the reception interval Ttr of the trigger signal TR, by comparing this elapsed time Ttr with the predetermined set value ts, the current time of the continuous oscillation is determined. It is possible to determine whether it is in the middle or a pause between the continuous oscillation and the next continuous oscillation.
  • the start of the continuous pulse oscillation may be determined by detecting the ON of the burst signal BS.
  • FIG. 12 shows the control procedure of the spike control subroutine.
  • the data read subroutine is executed (step 300).
  • the oscillation stop time t, the burst pulse order i, and the target pulse energy Pt are read, and the past (previous burst cycle) pulse energy is used with these i and Pt as parameters.
  • the oscillation stop time t, the burst pulse order i, and the target pulse energy Pt are read (step 400), and the burst pulse order from past data is read.
  • the data with the same i and the same or closest oscillation stop time t is extracted. From these extracted data, two pulse energy data and the charging voltage data with the pulse energy p closest to the target energy Pt (Pl , VI) and (P2, V2) are read out (step 410).
  • the laser controller 6 executes a charging voltage calculation subroutine in FIG. 12 (step 310).
  • the charging voltage for setting the pulse energy to the target value Pt is obtained by using the above two read pulse energy data and the charging voltage data (Pl, VI) and (P2, V2). Calculate the value V.
  • the charge voltage V for achieving the target value Pt is calculated (step 420).
  • V V1 + (V2-V1) (Pt-Pl) / (P2-PI)
  • the laser controller 6 outputs the calculated excitation intensity value (charging voltage value) V to the power supply device 5 (step 320), and the laser based on the excitation intensity value (charging voltage value) V Perform twisting (step 3 30).
  • FIG. 14 (a) shows another example of the data reading subroutine shown in FIG. 12, and FIG. 14 (b) shows another example of the charging voltage calculating subroutine shown in FIG. This is an example.
  • Fig. 14 (a) after reading the oscillation stop time t, burst pulse order i, and target pulse energy Pt (step 500), the burst pulse order i from the past data is the same, Extract the data with the same or closest stop time t, and read out one pulse energy data and charge voltage data (Pl, VI) with the pulse energy P closest to the target energy Pt from the extracted data. (Step 510).
  • the charge energy calculation subroutine performs the pulse energy value of one read past data (PI, VI) as shown in FIG. 14 (b).
  • the laser controller 6 sets the excitation intensity (pulse charge) of the pulse oscillation immediately before each pulse in the plateau region and the stable region where i> is, as shown in FIG.
  • the excitation intensity (charging voltage) required to set the next pulse energy value to a desired value is determined from the relationship between the voltage and the pulse energy value, and pulse oscillation is performed by the determined excitation intensity.
  • the internal pulse energy control subroutine is executed (Step 190).
  • a data reading subroutine is executed (step 600).
  • the output has already been performed within the current burst cycle. It operates to read the pulse energy value Pi and the excitation intensity (charge voltage) V at that time.
  • the pulse energy—value Pi of the immediately preceding pulse in the current burst cycle and the charging voltage V at that time are read (step 640).
  • a pulse that reads the panorene energy registers of the n panoles—Pl to Pn and their corresponding charging voltages Vl to Vn in the current burst cycle and refers to their average value Energy value P and charging voltage V are set (steps 660 and 670).
  • n pulses rising backward from the pulse immediately before the pulse may be used.
  • the laser controller 6 executes a charging voltage calculation subroutine as shown in FIG. 15 (step 610).
  • This charging voltage calculation subroutine is for calculating a charging voltage value V for setting the pulse energy to a target value Pt using the read pulse energy value P and charging voltage V.
  • a specific example is shown in FIG. Shown in
  • the laser controller 6 stores the charging voltage Vi applied this time and the monitor value Pi of the laser output in a predetermined memory table (FIG. 1 step). 210). In laser controller 6, such processing ends with the continuous pulse oscillation of the current burst cycle. Repeat until you do.
  • the embodiment shown in FIG. 11 is applied to an excimer laser apparatus for a stepper, in which spike control is performed only in a spike region corresponding to the first few pulses, and a plateau region thereafter.
  • power supply voltage control pulse energy control subroutine in burst
  • output power output power corresponding to the applied power supply voltage
  • FIG. 18 shows that at the beginning of burst oscillation, the target pulse energy Pd is changed to three different values of Pl, P2, and P3 (PKP2 ⁇ 3), and the oscillation stop time t is set to ta, tb (ta ⁇ tb), the experimental results under a total of six different conditions when the values are changed to two different values are shown in Fig. 18 (a).
  • FIG. 18 (b) shows each charging voltage value Vi for each oscillation order i. In this case, if a charging voltage as shown in Fig. 18 (b) is applied, as shown in Fig. 18 (a), the spiking phenomenon is absorbed and each pulse energy is reduced to the target value (PI, P 2, P 3). Also, at this time, as can be seen from FIG.
  • the charging voltage value Vi greatly increases up to the seventh pulse to eliminate the spiking phenomenon. Indicates that the charging voltage value is almost constant. Also, as the oscillation pause time t becomes longer, the spiking phenomenon appears more prominently. Therefore, it is understood that when the oscillation pause time t becomes longer, the charging voltage corresponding to the initial pulse of the continuous pulse must be lowered. Furthermore, it can be seen that the larger the target pulse energy-Pd, the higher the charging voltage.
  • the excitation intensity control using the target pulse energy Pd, the oscillation pause time t, and the oscillation order i as parameters Charge voltage control
  • the excitation intensity control charge voltage control
  • the excitation intensity control is performed with reference to the energy value of the pulse already oscillated in the current burst cycle. ing.
  • the effect of laser oscillation pause is still strong, so spike killing control is executed, but in subsequent pulses, the pulse just before the laser oscillation pause is executed. In order to be more strongly affected by the pulse oscillation of the They do it.
  • FIG. 19 shows the experimental result of the charging voltage control according to the embodiment of FIG. 1 described above. By applying the charging voltage as shown in FIG. ), It is possible to make it almost uniform.
  • excitation intensity control (charging voltage control) when performing semiconductor exposure processing using the step & scan method will be described with reference to FIGS.
  • a plurality of IC chips 21-1-1, 21-2,... are arranged side by side on the semiconductor wafer 21. Exposure processing is performed while moving the laser beam or the wafer 21. For this reason, in the step & scan method, the exposure range of a single IC chip can be made larger than that of a stepper that performs exposure processing by fixing a laser beam. Enables exposure processing.
  • the irradiation area of each pulse-laser beam (the area indicated by P1, P2, P3,...) Is the IC chip 21
  • the area is smaller than the area, and the pulse laser light is sequentially scanned at a predetermined pitch ⁇ P, whereby the entire surface of the IC chip 21 is exposed.
  • the scanning pitch ⁇ P and the irradiation area of the pulse laser light are set so that a predetermined number of pulse lasers of a predetermined number NO are respectively incident on all points on the workpiece. If the pulse energy of each pulse is all the same as the target value Pd, each point on the workpiece is irradiated with the pulsed laser beam NO times and the desired exposure (P dx NO). However, in practice, the energy of each pulse varies, so it is necessary to deal with that phenomenon. In this embodiment, the problem is solved by the control procedure shown in the flowcharts of FIGS. 20 and 21. ing.
  • N0 4
  • point A is exposed by the integrated energy of four pulsed laser beams P1, P2, P3, and P4
  • point B is four pulsed laser beams. Exposure is performed using the integrated energy of P2, P3, P4 and P5.
  • the following points C are similarly exposed by the integrated energy of the four pulsed laser beams. Therefore, in the step & scan method, it is necessary to control each pulse energy value so that the moving total exposure amount at each point (for example, the moving total exposure amount at point A is P1 + P2 + P3 + P4). The control for this is shown in the target pulse energy correction subroutine in step 870 of the flowchart of FIG.
  • the laser controller 6 sets the pulse number is of the initial spike region where the spike control is to be performed (step 800).
  • the laser controller 6 sets a charging voltage pattern (initial spike control pattern) to be given at the time of the first is pulse oscillation set at the time of the first continuous pulse oscillation (step 810). .
  • the laser controller 6 reads the target pulse energy Pd and the target value NO of the number of accumulated movement pulses given from the exposure apparatus controller 13 (step 820), and then reads the oscillation stop time (trigger signal). (TR reception interval) The timing of t is started (step 830).
  • the laser controller 6 determines whether or not the input external trigger TR is the first external trigger (step 840).
  • Pk is a pulse energy value actually monitored during each pulse oscillation.
  • Equation (1) the target value of the dew when the laser oscillation is performed up to the i-th pulse (ideal value) PdX i force Is subtracted from the exposure amount of P1 + P2 ... Pi-1 and the result of this subtraction is calculated as the target value Pt for performing the i-th laser oscillation.
  • Equation (1) is a correction operation equation for point A in FIG.
  • the procedure of the above equation (2) is a calculation equation for correcting the target energy when i> N0. In FIG. 22, the procedure is performed after point B (point B and points in the area on the right side of point B). It is a correction operation expression for
  • the target pulse energy correction subroutine as described above it is determined whether or not the current time is in the spike region by comparing i with the pulse number is of the initial spike region (step 880). If it is determined that the area is a spike area, the laser controller 6 executes a spike control subroutine of step 890.
  • This spike control subroutine operates in the same manner as that shown in FIGS. 12 to 14 above. For example, data having the same burst pulse order i and the same or closest oscillation stop time t is selected from past data. The pulse energy data with the pulse energy P closest to the target energy Pt is extracted from these extracted data. And the charging voltage data is read out, and using the read pulse energy data and charging voltage data, a charging voltage value V for obtaining a pulse energy corrected target value Pt is calculated, and the calculation is performed. The laser oscillation is executed by the set charging voltage value.
  • the laser controller 6 executes a pulse energy control subroutine in a burst in the plateau region and the stable region where i> iss (step 190).
  • this burst pulse energy control subroutine the operation is the same as that shown in FIGS. 15 to 17, and the pulse energy value P i of the already output pulse and the The charge voltage V is read out, and the read pulse energy value P and the charge voltage V are used to calculate the charge voltage value V for setting the pulse energy to the target value Pt. Perform oscillation.
  • the laser controller 6 stores the charging voltage Vi applied this time and the monitored value Pi of the laser output in a predetermined memory table (step 9). 20).
  • the laser controller 6 repeatedly executes such processing until the continuous pulse oscillation of the current burst cycle ends.
  • the control procedures of FIGS. 20 and 21 are applied not only when the exposure apparatus is of the step & scan type but also when the exposure apparatus is a stepper. be able to.
  • the number of light pulses applied to one IC chip is NO
  • the target value of each pulse laser light is Pd
  • the pulse energy value actually monitored during each pulse oscillation is P k (1 ⁇ k ⁇ NO)
  • each pulse laser light is oscillated according to the following formula
  • the target energy Pt at the time of performing the calculation may be calculated, and the calculated target energy Pt may be changed to the set target value Pd and output.
  • the ideal value of the exposure amount at each point in time and the actual exposure amount of the pulse laser beam up to immediately before are subtracted, and this subtraction result is used for the laser pulse oscillation this time.
  • the target value of the pulse energy at each pulse oscillation is replaced by a value that is substantially closer to ideal in order to make each pulse energy uniform. Can be balanced.
  • the correction calculation of the target pulse energy may be performed together with the spike control and the pulse energy control within the burst. By doing so, the pulse energy can be made more uniform in the stepper method.
  • the power supply voltage of a pulse having the same identifier as that pulse is read from the storage means, and based on this power supply voltage Pulse oscillation is performed.
  • the read power supply voltage is the data at the previous pulse oscillation at the same position on the workpiece.
  • the data has an excitation intensity pattern that is influenced by a continuous series of pulse oscillations.
  • a power supply voltage having an excitation intensity pattern having almost the same characteristics as the previous time is applied, so that variations in pulse energy can be more finely corrected. Therefore, the effect of the spiking phenomenon at the time of the burst mode operation can be removed as much as possible, so that the accuracy of the optical processing by the laser beam can be further improved.
  • the spike killing control is executed in the spike region, and the power supply voltage control according to the immediately preceding pulse oscillation condition is executed in the subsequent region, so that the continuous pulse oscillation is performed.
  • a sufficient pulse energy variation suppression effect can be obtained for all pulses, and high-precision optical processing can be realized.
  • the spike killer control since the spike killer control is executed only in the spike area, the number of data to be stored is reduced, the memory capacity can be reduced, and data can be read from memory at higher speed. become.
  • the irradiation of the pulse laser beam onto the workpiece is performed every time one pulse laser is incident so that a predetermined number of pulse lasers set beforehand are incident on all points on the workpiece.
  • a laser device that continuously outputs pulsed laser light to a processing device that processes while shifting the area by a predetermined pitch
  • the pulse from the ideal value of the exposure amount at each point of the workpiece to the immediately preceding point at each point of the workpiece
  • the actual exposure amount by the laser beam is subtracted, and the subtraction result is used as the target value of the pulse energy at each laser pulse oscillation, so that the exposure amount at each point of the workpiece can be made uniform. It is possible to realize high-precision optical processing in a step-and-scan optical processing apparatus.

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Description

明 細 書 レーザ装置 技術分野
この発明は、 レーザ光を用いて半導体、 高分子材料、 または無機材料などに対 し所定の加工を加える加工装置に対してレーザ光を出力するレーザ装置に関し、 特にレーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、 このパルス 発振を所定時間休止する停止動作を交互に繰り返すバース トモ一ド運転を実行す る際に常に均一なパルスエネルギー値を得るための改良およびステップ &スキヤ ン方式による加工を行う際の移動積算露光量を均一にする為の改良に関する。 背景技術
半導体露光装置などの紫外線光を用いた微細加工の分野においては、 回路バタ 一ンの解像度を一定レベル以上に維持するために厳密な露光量制御が必要とされ る。 ところが、 半導体露光装置の光源として使用されるエキシマレーザは、 いわ ゆるパルス放電励起ガスレーザのために 1パルス毎のパルスエネルギーにバラッ キがあり、 露光量制御の精度向上のためにはこのバラツキを小さくする必要があ る。
そこで、 1回のパルス発振で出力される光エネルギー量を低く し、 複数の連続 するパルスを同一の被加工場所に照射することによって、 被照射エネルギー積算 値のバラツキを小さくするようにした方法が考えられている。
しかし、 生産性を考えると光パルス数が多いことは好ましくない。 また、 半導 体露光の分野では、 近年、 ウェハに塗布する感光剤の感度が向上しており、 少な い光パルス数での露光が可能となってきている。 このため、 パルス数を多く して 照射光の総エネルギー量のバラッキを減らす方法は避ければならない状況になつ ている。
ところで、 半導体露光装置は、 露光とステージ移動とを交互に繰り返す。 この ため、 光源となるエキシマレ一ザの運転状態は、 図 2 3に示すように、 必然的に, レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、 所定時間 パルス発振を休止させる運転を繰り返すバーストモードとなる。 つまり、 バース トモ一ドとは、 連続パルス発振期間と発振休止期間とを交互に繰り返すものであ る。 すなわち、 半導体ウェハ上に形成された 1つの I Cチップは、 図 2 3におい て、 1つの連続パルス発振期間を構成するひとかたまりのパルス群により加工さ れる。 なお、 図 2 3においては、 励起強度 （充電電圧） を一定値に固定した場合 の各パノレスのエネルギー強度を示している。
さて、 上述したように、 エキシマレ一ザはパルス放電励起ガスレーザであるた め、 常に一定の大きさのパルスエネルギーで発振を続けることが困難である。 こ の原因としては、 放電されることによって放電空間内にレーザガスの密度擾乱が 発生し、 次回の放電を不均一、 不安定にすること、 この不均一放電等のため放電 電極の表面において局所的な温度上昇が発生し、 次回の放電を劣化させ放電を不 均一で不安定なものにすることなどがある。
,特に、 上記連続パルス発振期間の初期においてその傾向が顕著であり、 図 2 3 および図 2 4に示すように、 発振休止期間 tの経過後の最初の数パルスが含まれ るスパイク領域では、 最初比較的高いパルスエネルギーが得られ、 その後は徐々 にパルスエネルギーが低下するという、 謂ゆるスパイキング現象が現れる。 この スパイク領域が終了すると、 パルスエネルギーは比較的高レベルの安定な値が続 くブラ トー領域を経た後、 安定領域 （定常領域） に入る。
このようにバーストモ一ド運転のエキシマレ一ザ装置では、 前述した 1パルス 毎のエネルギーのバラツキが露光量制御の精度を低下させるとともに、 スパイキ ング現象がさらにバラツキを著しく大きく し、 露光量制御の精度を大きく低下さ せるという問題がある。
しかも近年は、 前述したように、 ウェハに塗布する感光剤の感度が向上してお り、 少ない連続パルス数での露光が可能となっており、 パルス数減少の傾向にあ る。
しかし、 パルス数が少なくなると、 それに応じてパルスエネルギーのバラツキ が大きくなつてしまい、 前述した複数パルス露光制御 （1回のパルス発振で出力 される光エネルギー量を低く し、 複数の連続するパルスを同一の被加工場所に照 射する制御） のみによっては露光量制御の精度の維持が困難になる。
そこで、 本出願人は、 励起強度 （充電電圧） が大きくなるにつれて発振される パルスのエネルギーが大きくなるという性質を利用して、 図 2 5に示すように、 バース トモ一ドにおける連続パルス発振の最初のパルスの放電電圧 （充電電圧） を小さくし、 以後パルスの放電電圧 （充電電圧） を徐々に大きく していくという 具合に、 放電電圧 （充電電圧） を各パルスごとに変化させてスパイキング現象に よる初期のエネルギー上昇を防止する、 謂ゆるスパイキング発生防止制御に関す る発明を種々特許出願している （特願平 4— 1 9 1 0 5 6号、 特開平 7— 1 0 6 6 7 8号公報 （特願平 5— 2 4 9 4 8 3号） など） 。
すなわち図 2 6は、 先の図 2 3または図 2 4に示すものと同様、 励起強度 （充 電電圧） を一定値に固定した場合の各パルスのエネルギー強度を示すものである 力 励起強度一定の状態では、 最初比較的高いパルスエネルギーが得られ、 その 後は徐々にパルスエネルギーが低下する、 スパイキング現象が現れている。
- 図 2 5は、 図 2 6に示すようなスパイキング現象が発生する場合の励起強度パ タ一ンを示すもので、 励起強度パターンとは上記スパイキング現象初期パルスの エネルギー上昇を補正して一定のパルスエネルギー値を得るための励起強度変位 を示すもので、 この場合は励起強度パターンをパルスエネルギー換算して示して いる。 すなわち、 スパイキング現象では初期の数パルスでパルスエネルギーが高 いため、 図 2 5に示すように、 連続パルス発振の最初の数パルスでは励起強度を 低く し、 以後は除々に励起強度を高くするようにしている。 このように、 パルス 発振時には、 1つのパルスを発振する毎に、 この励起強度パターンに従って電源 電圧を与えるようにし、 これによりスパイキング現象による初期のパルスェネル ギ一の上昇を防止して、 各パルスのパルスエネルギーが全てほぼ同一となるよう に制御している。
そして、 上記の従来技術によれば、 発振休止時間 t (図 2 3参照） 、 パワー口 ック電圧 （レーザガスの劣化に応じて決定される電源電圧） などの各種パラメ一 タを考慮して連続パルス発振の各パルスのエネルギーを所望の目標値 （一定値） にする電源電圧データを、 連続パルス発振の各パルス毎に予め記憶するとともに、 前回までに既に行われた連続パルス発振時のパルスエネルギーを検出し、 この検 出値とパルスエネルギー目標値とを比較し、 この比較結果に基づいて前記予記憶 された各パルスに対応する電源電圧データを補正するようにしている。 この補正 をスパイクキラ一制御という。
しかしながら、 上記従来技術では、 下述する問題点が存在しており、 スパイキ ング現象防止対策は必ずしも十分ではない。
この問題を図 27を用いて説明する。
図 27は、 半導体露光におけるバーストモ一ド運転時のパルス波形を示してい る。 図中、 No.l、 No.2、 ---N o. j, ·'·Νο·Νはパルス群であり、 各パルス群 は図 23、 図 24、 図 26に示したように、 所定の数の連続パルスにより構成さ れている。
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0.」と1^ 0.」+1 の間には、 短い時間のレーザ発振休止時間 ATj があり、 N o.Nのパルス群の後には、 長い時間のレーザ発振休止時間 Δ Tが存在 している。
このようなパルス群の配列は、 半導体露光がウェハ上のチップへの露光、 光学 の移動を交互に繰り返しながら行われることに起因している。 すなわち、 ゥェ ハ上の所定の 1チップを露光する動作が N ο· jのパルス群によって行われ、 次の 1チップを露光する動作が N ο· j +1 のパルス群によって行われる。 この間の露 光、 光学系の移動に要する時間が Δ Tj である。 こうした露光、 光学系の移動を 繰り返し、 N o.1〜N o.Nまでの一連のパルス群を発振し終えた時点で一枚のゥ ェハへの露光が全て終了する。 ここで、 露光を終えたウェハを搬出し、 次のゥ ハを露光装置内に搬送して露光可能な位置にァライメントするための時間が厶 T である。 この ΔΤの後には、 N ο· 1〜N o.Nと同じ配列のパルス群 N ο· 1 '、 N ο·2'、 ---N o . j ' , ·'·Ν o . N 'が続いている。
上述したレーザ運転を行う場合、 各パルス群に発生するスパイキング現象を抑 制するため、 N ο·Νの終了から ΔΤの経過後、 続く N o.1 ,のパルス群を発振す るときに、 直前のレーザ発振休止時間 （この場合は厶 T) が同じである No.1の パルス群の励起強度パターンを用いる。 また、 N ο·2 〜 N o.N'のパルス群で は、 直前のレーザ発振休止時間がほぼ同じである N o.Nのパルス群の励起強度パ ターンを用いている （ΔΤΙ 〜ΔΤΝ- 1 はほぼ同じ時間） 。 すなわち、 最初のパ ルス群 Ν ο.1 'ではスパイキング現象の影響が顕著なので、 前回のパルス群 Ν ο. 1のデータを用いるが、 スパイキング現象の影響は除々に小さくなるため、 N o . 2 '以降のパルス群については、 制御を簡単にするために N o . Nのパルス群のデー タを用いるようにしている。
このような制御を行うと、 各パルス群におけるスパイキング現象の影響はある 程度は抑制される。 しかしながら、 以下に述べる原因によりパルスエネルギーの バラツキは必ずしも解消せず、 抑制の効果は安定しないことが本願発明者等の実 験により明らかになった。
その原因は、 スパイキング現象が過去のパルス発振の履歴に影響されることに ある。 すなわち、 スパイキング現象はバース トモードにおけるレ一ザ発振休止時 間が大きくなるほど顕著になる性質があるため、 図 2 7の N o . 1〜N o . Nに続く —連のパルス群 N o . 1 '〜N o . N 'の前半の N o . 1 '、 N o . 2 '…ではスパイキ ング現象の抑制が不十分になりやすく、 後半のパルス群である… N o . N ' - 2、 N o . N ' -1, N o . N 'ではスパイキング現象の抑制効果が十分に現れるという現象 が起こる。 このように、 パノレス群の励起強度パターンは、 そのパルス群が連続す るパルス群の中のどこに位置しているかによって異なるため、 直前のレーザ発振 休止時間が同じパルス群のデータを適用しても、 必ずしもスパイキング現象抑制 効果を奏しないことになる。
したがって、 特願平 4 - 1 9 1 0 5 6号公報に代表されるような従来のレーザ 装置では、 直前の励起強度パターンを用いてパルス発振を制御しているため、 ノ ルスエネルギーのバラツキが解消せず、 スパイキング現象のさらなる抑制が望ま れていた。
また、 上記の従来技術によれば、 図 2 4に示すスパイク領域に加えてプラ トー 領域及び安定領域においてもスパイクキラ一制御を行っているので、 スパイク領 域以外の領域でパルスエネルギーのばらつきの抑制効果が十分ではない。 また、 他に、 スパイク領域とブラト一領域でのみスパイクキラー制御を行った場合でも、 パルスエネルギーの抑制効果は十分ではない。
これは、 連続パルスの初期のパルスでは、 レーザ発振休止の影饗 （レーザが安 定化する） が強く残って、 同じ電源電圧を印加してもその出力パワーは他の領域 に比べ大きくなるが、 これ以降のブラトー領域や安定領域ではレーザ発振休止の 影饗が少なくなり、 その反面直前までのパルス発振の影響 （電極温度の上昇、 レ 一ザガスの乱れなど） をより強く受けることによると考えられる。
また、 上記従来技術では、 連続パルス発振の全てのパルスに関して、 スパイク キラ一制御を実行するために、 そのための記憶データ量が多くなり、 多大なメモ リ容量を必要とするとともに、 メモリからのデータ読み出しに時間がかかる等の 問題もある。
ところで、 さらにメモリの大容量化が進むと、 半導体の露光装置の露光方式は、 ステージを停止させて露光を行うステツパ方式からステージを移動させながら露 光を行うステップ &スキヤン方式に移行する。 このステップ &スキヤン方式の利 点は、 大面積を露光できる点にある。 例えば、 フィールドサイズ 3 6 πιπι φのレ ンズを使用した場合、 ステツパ方式では、 その露光面積は 2 5 mm角になるのに 対し、 ステップ &スキャン方式では、 3 0 X 4 0 mmといった大面積の露光が可 能になる。 今後、 集積度が增すに従ってチップサイズは大きくなる傾向にあり、 テツプ&スキャン方式での高精度の露光が望まれている。
すなわち、 このステップ &スキャン方式では、 加工物上の全ての点にそれぞれ 予め設定された所定個数 NOのパルスレーザが入射されるよう 1個のパルスレーザ が入射される度に加工物上でのパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつず らせながら加工を行うのであるが、 このステップ &スキャン方式ではパルスレー ザ光は常にスキャンされるので、 加工物上の各点における露光量を全て同じにす るための制御が困難であり、 そのための有効な制御方法が望まれていた。
この発明は、 バース トモードで運転されるレーザ装置において、 スパイキング 現象の影響を可能な限り除去して、 レ一ザ光による光加工の精度をよりいっそう 向上させるようにしたレーザ装置を提供することを目的とする。
またこの発明では、 ステップ &スキャン方式による加工を行う場合、 加工物各 点の露光量を均一にできるレーザ装置を提供することを目的とする。 発明の開示
この発明に係わるレーザ装置では、 レーザ光を所定回数連続してパルス発振さ せる連続発振動作と、 このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に所定 回数繰り返す運転を 1サイクルとするバース トモ一ド運転を行い、 前記パルス発 振の出力エネルギーが所定の大きさとなるように電源電圧を制御するレーザ装置 において、 連続するパルス発振を行ったときの各パルスの電源電圧を、 それぞれ のパルスを特定する識別子に対応付けて 1サイクル分記憶する記億手段と、 1つ のパルスを発振する際に、 そのパルスと同じ識別子を持つパルスの電源電圧を前 記記憶手段から読み出し、 この電源電圧に基づいてパルス発振を行う出力制御手 段とを備えたことを特徴とする。
係る発明によれば、 連続するパルス発振の中の 1つのパルスを発振する毎に、 そのパルスと同じ識別子を持つパルスの電源電圧が記憶手段から読み出され、 こ の電源電圧に基づいてパルス発振が行われる。 これによると、 1サイクルのバー ス トモード運転により 1つの被加工物への全てのパルス発振が完了するとした場 合、 読み出される電源電圧は、 前回の被加工物上の同じ位置にパルス発振したと きのデータであり、 そのデータは連続する一連のパルス発振の影響を受けた励起 ¾度パターンを持っていることになる。 すなわち、 パルス発振時には、 前回とほ ぼ同じ特性の励起強度パターンを持つ電源電圧が適用されることになるため、 パ ルスエネルギーのバラツキをより細かく修正することができる。
したがって、 バース トモー ド運転時のスパイキング現象の影響を可及的に除去 することができるので、 レーザ光による光加工の精度をよりいっそう向上させる ことが可能となる。
また、 この発明では、 レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振 動作と、 このパルス発振を所定時間休止する停止動作を交互に実行する運転を 1 バーストサイクルとするバーストモード運転を繰り返し行ない、 前記パルス発振 の各出力エネルギーが所定の大きさとなるようにレーザの励起強度を制御するレ 一ザ装置において、
前記連続発振動作を行ったときの最初の所定個数の各パルスに関して、 各パル ス発振の際の電源電圧を、 発振停止時間、 1バース トサイクル内でのパルスの順 番、 出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶するとともに、 前 記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、 各パルス発振 の際の励起強度を出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶する 記憶手段と、 前記連続パルス発振を行う際、 前記最初の所定個数の各パルスに関 しては、 前記記憶手段に記憶した過去のパルス発振のデータのうち、 発振停止時 間、 および 1バース トサイクル内でのパルスの順番が同じで、 かつ今回のパルス 発振の目標パルスエネルギーに近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのとき のパルスの励起強度を少なくとも 1組読み出し、 この読み出した値に基づいて今 回のパルス発振の際の励起強度を演算し、 該演算した励起強度値に基づいてパル ス発振を行う第 1の電源電圧制御手段と、 前記連続パルス発振を行う際、 前記最 初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、 前記記憶手段から 今回のバースト周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およ びそのときの励起強度値を読み出し、 これらの値に基づいて今回のパルス発振の 際の励起強度値を演算し、 この励起強度に基づいてパルス発振を行う第 2の電源 電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
力 かる発明によれば、 最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、 己憶した過去のパルス発振のデータのうち、 発振停止時間、 および 1バース トサ ィクル内でのパルスの順番が同じで、 かつ今回のパルス発振の目標パルスェネル ギ一に近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときのパルスの励起強度を少 なくとも 1組読み出し、 この読み出した値に基づいて今回のパルス発振の際の励 起強度を演算し、 該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行う、 一種のス パイクキラー制御を実行し、 前記スパイク領域以降の領域では、 今回のバース ト 周期内で既に出力されたパルスのパルスエネルギーモニタ値およびそのときの励 起強度値を読み出し、 これらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値 を演算し、 この励起強度に基づいてパルス発振を行うという電源電圧制御を行う ようにしている。
すなわち、 スパイク領域では、 レーザ発振休止の影響が強く残っているので、 スパイクキラ一制御を実行し、 それ以降の領域では直前までのパルスの影響を強 く受けるので、 直前のパルス発振状況 （印加電源電圧に対応する出力パワー） に 応じた電源電圧制御 （バース ト内パルスエネルギー制御） を実行する。
またこの発明では、 加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数 N 0のパルスレーザが入射されるよう 1個のパルスレーザが入射される度に加工物上 でのパルスレ一ザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工 装置に対しパルスレーザ光を前記加工物の加工に要する所定個数 Nt (N0< Nt) だけ連続的に出力するレーザ装置において、 前記各パルスレーザ光の発振の度に、 出力されたパルスレーザ光のエネルギー P k (k=l, 2, ···, Nt) を検出するパルスェ ネルギー検出手段と、 設定された各パルスレーザの目標値を P dとし、 前記連続的 に出力されるパルスレーザ光の順番を i とした場合、 前記各パルスレーザ光の発 振の度に、 下式
i = 1の場合
P t= P d
i≤ NOの場合、 i-1
Pt= PdX i一∑Pk
k=l
^ i > NOの場合、 i
Pt= PdX N0-∑Pk
k=i-N0+l に従って前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギー P tを演算し、 該演 算した目標エネルギー P tを前記設定された目標値 P dに変えて出力する目標パル スエネルギー補正手段とを備えるようにしている。
係る発明によれば、 ステップ &スキャン方式において、 加工物各点における、 各時点における露光量の理想値から、 直前までのパルスレーザ光による実際の露 光量を減算し、 この減算結果を今回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの 目標値とするようにしている。
更にこの発明では、 パルスレーザ光の照射領域を固定した状態で加工物上に予 め設定した所定個数 NOのパルスレ一ザを照射することによって所要の加工を行う 加工装置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、 出力されたパルスレーザ光のエネルギー P k (k=l, 2, ·· ·, No) を検出するパルスエネルギー検出手段と、 設定された各パルスレーザの目標値を P dとし、 前記連続的に出力されるパルス レーザ光の順番を i とした場合、 前記各パルスレーザ光の発振の度に、 下式に従 つて前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギー P tを演算し、 該演算し た目標エネルギー P tを前記設定された目標値 P dに変えて出力する目標パルスェ ネルギー補正手段と、
i = 1の場合
P t= P d
i > 1の場合、 i-1
Pt= Pd X i一∑Pk
k= l を備えるようにしたことを特徴とする。
係る発明によれば、 ステツパ方式において、 各時点における露光量の理想値か 、 直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、 この減算結果を今 回レーザパルス発振の際のパルスエネルギーの目標値とするようにしている。 図面の簡単な説明
【図 1】 実施例における半導体露光装置の機能的な構成を示すプロック図。
【図 2】 電源電圧 Vとパルスエネルギー Eの関係を示す説明図。
【図 3】 パルスエネルギーレベルの補正を行う場合の出力制御部と制御部の処 理手順を示すフローチヤ一ト。
【図 4】 ウェハ上でのチップの配列を示す模式図。
【図 5】 トリガ信号 T rの受信間隔をもとにしてバース トモ一ド運転を行う場 合の出力制御部の処理手順を示すフローチヤ一ト。
【図 6】 光加工サイクル用のトリガ信号をもとにしてバーストモ一ド運転を行 う場合の処理手順を示すフローチヤ一ト。
【図 7】 連続するパルス群のパルス数をもとにしてバース トモ一ド運転を行う 場合の処理手順を示すフローチヤ一ト。
【図 8】 数パルスのみのテーブルと連続するパルス群のパルス数をもとにして バーストモ一ド運転を行う場合の処理手順を示すフローチヤ一ト。
【図 9】 この発明の他の実施例構成を示すブロック図。
【図 1 0 バースト信号、 レーザ発振同期信号のタイムチャート。
【図 1 図 9の実施例の制御手順を示すフローチヤ一ト。
【図 1 2 図 1 1のスパイク制御サブルーチンを示すフローチヤ一ト。
【図 1 3 図 1 2のスパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチ ンおよび充電電圧演算サブルーチンを示す図。
【図 4 図 1 2スパイク制御サブルーチン内のデータ読み込みサブルーチン および充電電圧演算サブルーチンの他の例を示す図。
【図 5 図 1 1のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンを示すフロ 一チヤ一ト。
【図 6 図 1 5のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内のデータ 読み出しサブルーチンを示すフローチヤ一ト。
【図 7 図 1 5のバースト内パルスエネルギー制御サブルーチン内の充電電 圧演算サブルーチンを示すフローチャート。 。
【図 8 バース ト発振初期において、 目標パルスエネルギーをの 3つの異な る値に変化させ、 発振停止時間を 2つの異なる値に変化させた場合 のパルスエネルギー及び充電電圧に関する実験結果を示す図。
【図 1 図 1 1の実施例による充電電圧制御の実験結果を示す図。
【図 2 この発明の他の実施の制御手順を示すフローチヤ一ト。
【図 2 図 2 0のフローチヤ一ト内の目標パルスエネルギー補正サブルーチ ンを示すフローチャート。
【図 2 2 ステップ &スキャン方式による I Cチップに対するパルスレーザ光 の照射態様を示す図。
【図 2 3 充電電圧を一定にした場合のバースト運転におけるパルスエネルギ 一波形を示す図。
【図 2 4 図 2 3におけるパルスエネルギー波形の 1つの連続パルス発振の パルスエネルギー波形を示す拡大図。
【図 2 5 励起強度パターンを示す図。 【図 2 6】 スパイキング現象の具体例を示す説明図。
【図 2 7】 バーストモード運転時のパルス波形を示す説明図。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明に係わるレーザ装置を、 エキシマレ一ザ光を用いた半導体露光 装置に適用した場合の実施例について説明する。
図 1は、 この実施例における半導体露光装置 3 0の機能的な構成を示すブロッ ク図である。 同図に示すように、 半導体露光装置 3 0は大別すると、 エキシマレ —ザ光 L (以下、 レーザ光 L ) を出力するレーザ装置 1と、 このレーザ装置 1を 光源とし、 レーザ光 Lにより縮小投影露光を行う露光装置本体 2 0とから構成さ れている。
レーザ装置 1のレーザ発振器 2 2は、 レーザチャンバ、 光共振器等からなり、 レーザチャンバ内には K rと F 2または A rと F 2、 X eと C 1 2等のレーザガスが 満たされている。 そして、 レーザチャンバの上下に配設された図示せぬ電極間で 放電を行い、 レーザガスを励起させてレーザ発振を行う。 発振されたレーザ光は 上記光共振器内で共振され、 レーザ光 Lとして出力される。 なお、 放電は所定の パルス幅をもつて所定の間隔で行われ、 レーザ光 Lが断続的に出力される。
こうしてレーザ発振器 2 2から発振されたレーザ光 Lは、 ビームスプリッタ 2 3によって一部をサンプリングされ、 レンズ 2 4を介して出力モニタ 2 5に入射 される。 この出力モニタ 2 5では、 レーザ光 Lの 1パルス当たりのエネルギー （ 以下、 パルスエネルギー） P i ( i = l、 2、 3、 · · ·） が検出される。 出力モニ タ 2 5によって検出されたパルスエネルギー P iは出力制御部 2 6に送られ、 後 述するようにパルス群 N 0 . jの i番目のパルスエネルギー P j， i としてテーブル に記憶される。
出力制御部 2 6は、 露光装置本体 2 0内の露光装置制御部 2 9と信号線で接続 されており、 露光装置制御部 2 9から送出されるトリガ信号 T rを受信したとき に、 後述するテーブルに記憶されている電源電圧を読み出し、 これに基づく電圧 データをレ一ザ電源 2 8に与える。 レーザ電源 2 8は、 与えられた電圧データに 応じて電源電圧 V i ( i = l 、 2、 3、 ·· ·） を制御する。 また、 出力制御部 26は図示せぬタイマ手段を内蔵しており、 このタイマ手段 によって、 送出されてくるトリガ信号 T rの受信時刻間の時間を逐次測定してい る。 そして、 後述するように、 この受信間隔時間により レーザ発振休止時間がど の時間に相当するのかを判断してパルス発振を制御している。
制御部 27は、 レーザ装置 1の動作に必要な演算処理を行う部分である。 この 制御部 27にも、 パルス発振のたびに出力モニタ 25からの検出結果 P iが送ら れ、 実際に発振されたパルスのパルスエネルギー P r j, iとして記憶される。 すな わち、 制御部 1 7はパルス発振が行われるたびに出力制御部 16のテ一ブルに記 憶されている Pj, i と前記 P r j, iとを比較演算し、 その差が所定の誤差範囲を越 えるときは、 出力制御部 26に記憶されている電源電圧値の変更を指示するよう (こしている。
次に、 上述した出力制御部 26の構成をさらに詳細に説明するとともに、 併せ て制御部 27の動作についても説明する。
. 出力制御部 26は、 ウェハ 1枚分の全チップを露光した際の特性データとして、 パルス N o. j, iの電源電圧 Vj， i と、 そのときのパルスエネルギー Pj, i の値を、 各パルスの識別子となるパラメ一タ j， i (j=l〜N， i=l〜n)に対応付けて記憶して いる。
ここで、 上記特性データについて説明する。 なお、 ここでは先の図 27に示す ようなバース トモード運転を行う場合を前提とする。 また、 連続するパルス群を 順番に No.1、 No.2、 '·-、 No.j、 一No.Nとし、 パルス群 N o · jの中の各パ ルスを順番に N o. j, 1、 No.j,2、 ·-·、 No.j，i、 ·'·Νο.:ί，ηとする。
スパイキング現象を抑制するためのパルス群の最初の数パルスの電源電圧 Vj， i とパルスエネルギー Pj, i との関係は、 前述したようにパラメータ i が同じで あっても、 パラメータ」 の値により異なる。 そこで、 一枚のウェハ上に配置され た全てのチップを露光した際の Vj， i と Pj，i を、 パラメータ j,i に対応付けて 記憶するようにしている。 これらのデータはテーブル上で書き替え自在に保持さ れており、 出力制御部 26では後述するように制御部 27からの指示に従って適 宜データの補正を行っている。
さて、 図 27に示したように、 バーストモード運転を行うときには、 長いレー ザ発振休止時間 Δ Tの後は、 再び連続するパルス群による発振と発振の短い休止 時間とを交互に規則的に繰り返すのであるから、 発振しようとするパルスのパラ メータ: i と i とから、 テ一ブルに記憶されている Vj， i を読み出し、 この値を電 圧データとしてレーザ電源 2 8に供給する。 こうすると、 前回露光したウェハ上 のチップであって、 今回露光しようとしているウェハ上のチップと同じ位置にあ るチップを露光したときの励起強度パターンを持つ電源電圧が読み出され、 この 電源電圧に基づいてパルス発振が行われることになるため、 従来のように、 直前 のレーザ発振休止時間が同じであるパルス群のデータを用いる場合に比べて、 パ ルスエネルギーのバラツキをより細かく修正することができる。
なお、 レーザ光の特性を事前に把握するため、 この実施例の装置では、 最初に 図 2 7に示すようなタイミングで試験的なバーストモード運転を行い、 このとき 得られた電源電圧 Vj, i と、 パルスエネルギー P j, i の値を特性データとして記 憶するようにしている。 なお、 試験的な運転を行わずに、 他の装置で実施したデ • タを読み込んでもよい。
一方、 こうした出力制御部 2 6の制御と並行して、 制御部 2 7ではレーザ発振 器 2 2から発振された実際のパルスエネルギー P r j, iを出力モニタ 2 5から入力 し、 そのときの値と出力制御部 2 6のテーブルに記憶してある P j, i とを比較し、 両者の差が所定値を越えたときには、 出力制御部 2 6に対して V j， i の値を補正 するように指示する。
すなわち、 一つのパルスのパノレスエネルギ一 Eの目標ィ直を E d、 この E dのィ直 を中心として設定された誤差範囲の上限と下限の差を Δ Εとすると、 制御部 2 7 は出力制御部 2 6のテ一ブルから P j， i を読み出して、 入力された P r j， iと比較 し、 P j, i — P r j, iの絶対値が、
E ά - Δ Ε / 2≤ I P j, i - P r j, i | ≤E d + Δ E / 2
の範囲を越えるかどうかを判断し、 判断結果を出力制御部 2 6に受け渡す。 出 力制御部 2 6では、 入力した判断結果に従って、 テーブル上の V j, i の値を補正 する。 これによつて、 パルスエネルギーレベルを長期間に渡って精度良く制御す ることができる。
図 2はテーブルから読み出された電源電圧 V ( b ) と、 この電源電圧 Vに従つ てパルス発振した場合のパルスエネルギー E (a) との関係を示している。 この ように、 テ一ブルから読み出した V(j， i) によりパルス発振を行い、 かつ実際の パルスエネルギーをモニタし、 これに基づいてテーブルに記憶されている電源電 圧値を補正することにより、 パルスエネルギー Eのバラツキを所望の誤差範囲厶 E内に収めることができる。
なお、 出力制御部 26において、 Vj，i の補正は次のように行われる。 すなわ ち、 レーザ光の特性を計測する際に、 電源電圧を Vから V+Δνへ変化させたと きに、 レーザ光のパルスエネルギーが Ρから Δ Ρに変化した場合、 この Δνと厶 Ρを計測して関係付けて記憶しておく。 すると、 この関係は、 式 AV= f (P、 Δ Ρ) として表現することができるので、 パルスエネルギーの增減量を上記式に 当てはめることにより、 電源電圧をどの程度補正すればよいかを算出することが できる。
次に、 バース トモード運転時において、 パノレスエネルギーレベルの補正を行う 場合の出力制御部 26と制御部 27の処理手順を図 3のフローチヤ一トにより説 明する。
制御部 27は、 1パルスごとに実際のパルスエネルギー P r j，iを出力モニタ 2 5力、ら入力し、 図示せぬメモリに記憶する （ステップ 101) 。 そして、 発振さ れた 1パルスの Vj，i と対応する Pj, i を出力制御部 26のテーブルから読み出 し、 E d— ΔΕノ 2≤ | Pj，i -P r j, i I≤E d + Δ EZ 2が成立するかどうか を判断する （ステップ 102) 。 ここで、 前記式が成立するときは、 パルスエネ ルギ一のレベルが誤差範囲内に入っており、 Vj，i の値を補正する必要がないの で、 ステップ 101ヘリターンし、 次の 1パルスが発振されるまで待機する。 一 方、 ステップ 102で前記式が成立しないときは、 パルスエネルギーのレベルが 誤差範囲を越えているので、 出力制御部 26に対して Vj， i の補正を指示する （ ステップ 103) 。 出力制御部 26では、 Vj， i の値を上述した関係式に従って 補正する。
次に、 実際のウェハへの露光を例として、 バーストモード運転時の出力制御部 26の動作を説明する。
最初に、 バーストモード運転時の作業手順を簡単に説明する。 図 4はウェハ 21上でのチップの配列を示す模式図である。
図 4に示すウェハに対しては、 チップ 2 1— 1、 2 1 -2, 2 1— 3…の順に 横方向にレーザ光の露光を行い、 2 1一 5が終了したところで次の列に移行し、 チップ 2 1— 6から 2 1— 7、 2 1—8…の順に露光を行うとレ、うような光加工 サイクルを繰り返す。 _
まず、 ウェハ 21を図 1の露光装置本体 29内部の図示せぬ露光位置に搬入し、 露光可能な位置にァライメン卜する。 この搬入とァライメントに要する時間が図 27の休止時間 ΔΤに相当する。 ァライメントを終えたならば、 チップ 2 1— 1 に対してレーザ光のパルス発振を開始する。 このパルス発振が図 27の N o.1の パルス群に相当する。 そして、 チップ 2 1— 1に対するパルス発振を終えると、 光学系の移動などを行う。 これに要する時間が図 2 7の休止時間 ΔΤ1 に相当す る。 この後、 次のチップ 21— 2へのレーザ光のパルス発振を開始する。 このパ ルス発振が図 27の N o.2のパルス群に相当する。 以後、 チップ 2 1— 3···2 1 了 5まで同様の操作を繰り返し行う。
チップ 2 1— 5へのレーザ光の発振が終了したところで、 次の列に移行する。 ここでチップ 2 1一 5からチップ 2 1— 6への光学系の移動時間 ΔΤ5 は、 移動 距離や移動方向の関係上、 ΔΤΙ 〜ΔΤ4 よりも長い時間となる。 以後、 チップ 2 1 -6···2 1 - 1 1まで前述と同様の操作を繰り返し行い、 チップ 2 1 - 1 1 へのパルス光の照射が終了したところで、 次の列に移行する。 このような操作を ウェハ上の全ての列のチップについて行い、 露光が終了した時点で、 露光位置か ら搬出して次のウェハを露光位置に搬入し、 ァライメントを行って前記と同様の 露光作業を開始する。
次に、 図 1で説明したトリガ信号 T rと上記バーストモ一ド運転との関係につ いて説明する。
上述したように、 露光装置本体 29では被加工物であるゥヱハの搬入、 ァライ メン卜、 光学系の移動と位置決め、 ウェハの搬出、 露光量の確認、といった様々な 作業を行っており、 これら一連の作業を終えた時点で最初のトリガ信号 T rを出 力制御部 26に対して出力する。 このときのトリガ信号 T rは、 図 27では No. 1のパルス群の最初のパルスを照射するためのトリガ信号となる。 以後、 図 4に示 すチップ 21— 1への露光を終えるまで、 トリガ信号 T rが繰り返し露光装置制 御部 29から出力制御部 26に対して出力されて、 各トリガ信号の入力ごとにレ 一ザ光の照射を行う。 したがって、 No. jのパルス群と、 No.j+1 (j= l〜n-l ) のパルス群との間のレーザ発振休止時間 ΔΤ_ί の長さは、 トリガ信号 Trの受信 間隔により制御することができる。 同様に、 ウェハの搬入、 ァライメント、 光学 系の移動と位置決め、 ウェハの搬出に要するレーザ発振休止時間の Δ Tの長さも、 トリガ信号 T rの受信間隔によって制御することができる。 このように、 レーザ 発振休止時間を自在に変えることができるので、 図 4に示すようなレーザ発振休 止時間が途中で異なるような加工にも対応することができる。
また、 出力制御部 26内部の図示せぬタイマ手段がトリガ信号 T rの受信間隔 を計時しているので、 レーザ発振休止時間が図 27のどの時間に相当するのか、 または連続パルス発振の途中であるのかを知ることができる。 すなわち、 ATj
( 1〜η ) の最小値 Ts と、 最大値 Tu をあらかじめ決めておいて、 トリガ信 号 T rの受信間隔時間 tと比較し、
t <Ts ならば、 連続パルス発振の途中
Ts ≤ t <Tu ならば、 t =ATj (j= l〜n )
Tu ≤ tならば、 t =厶 T
とレ、うように判断する。
なお、 このような演算処理の一部または全部は、 実際には制御部 27で実行さ れているが、 説明をわかりやすくするため、 以下、 出力制御部 26で実行される ものとして説明する。
次に、 トリガ信号 T rの受信間隔をもとにしてバーストモ一ド運転を行う場合 の出力制御部 26の処理手順を図 5のフ口一チヤ一トにより説明する。
まず、 出力制御部 26はバース トモードで試験運転を行い、 そのときの電源電 圧 Vj，i とパルスエネルギー Pj， i を、 」 と i に対応付けてテーブルに記憶し （ ステップ 201) 、 さらにパルス群のカウント数 jを 0とする （ステップ 202) 。 続いて、 カウント数 jを 1つインクリメントし （ステップ 203) 、 パルスの カウント数 iを 0とする （ステップ 204) 。 次に、 露光装置制御部 29からト リガ信号 T rを受信すると （ステップ 205) 、 パルスのカウント数 iを 1っィ ンクリメントする （ステップ 206) 。 そして、 前記パラメータ j と i と力 ら、 テーブルに記憶されている Vj, i を読み出し、 この値をレーザ電源 28に供給す る （ステップ 207) 。 なお、 ステップ 207と並行して、 前述した図 3のテー ブル補正の処理を実行する。
また、 出力制御部 26はステップ 207と並行して、 内部のタイマ手段により トリガ信号 T rの受信間隔時間 tの計時をスタートさせる （ステップ 208) 。 そして、 露光装置制御部 29から次のトリガ信号 T rを受信すると （ステップ 2 09) 、 計時した受信間隔時間 tと最小値 Ts を比較して、 t <Ts かどうかを 判断する （ステップ 210) 。 ここで、 tく Ts であるとき、 すなわち連続パル ス発振の途中であるときは、 tを 0として （ステップ 21 1) 、 ステップ 206 ヘリターンする。 このようにして、 ステップ 206〜ステップ 21 1のループを 回ることにより、 1つのパルス群の中の全てのパルスについて、 テーブルからそ れぞれ Vj,i が読み出され、 レーザ電源 28に供給されることになる。
. 一方、 ステップ 210で t <Ts でないときは、 続いて受信間隔時間 t、 最小 値 Ts および最大値 Tu を比較し、 Ts ≤ t <Tu が成り立つかどうかを判断す る （ステップ 212) 。 ここで、 Ts ≤ tく Tu が成り立つとき、 すなわち tが パルス群とパルス群との間のレーザ発振休止時間 ΔΤ_ί であるときは、 tを 0と して （ステップ 21 3) 、 ステップ 203ヘリターンして、 次のパルス群に対す る処理を行う。
また、 ステップ 212で Ts ≤ t <Tu が成り立たないとき、 すなわち光学系 の移動などを行う長いレーザ発振休止時間 ΔΤであるときは、 tを 0として （ス テツプ 2 14) 、 ステップ 202ヘリターンする。 このように、 一連の連続する パルス群の処理が終了したときは、 ステップ 202ヘリターンし、 j を 0として、 次の連続するパルス群に対する処理を行う。
こうしたレーザ発振休止時間制御は、 次のような場合に極めて有効である。 す なわち、 露光装置本体 20の側でもレーザ光のエネルギーレベルをモニタすれば、 レーザ装置 1とウェハとの間の光学系の特性変動などによって、 レーザ装置 1か ら照射される各パルスのエネルギーレベルが所望の値から外れていることを検知 することができる。 この場合、 連続するパルス群の最後の数パルスの光エネルギ 一レベルを露光装置本体 2 0側で調整することで露光光量の変動を回避すること ができる。 なお、 パルスの光エネルギーレベルの調整には、 公知の可変光アツテ ネ一タを用いることで実現できるが、 こうした制御にも時間が必要であるため、 トリガ信号 T rの送信間隔を遅らせることによって、 可変光アツテネータ制御用 の時間を作りだすことが可能となる。
次に、 トリガ信号によりバーストモ一ド運転を制御する場合の他の実施例を説 明する。 一連の光加工サイクルにおいて、 一つのパルス発振を指令するトリガ信 号、 連続パルス発振を指令するトリガ信号、 光加工サイクルの終了を指令するト リガ信号を露光装置本体 2 0側から受信できる場合には、 これらのトリガ信号を もとにしてバーストモ一ド運転を制御することができる。 このような光加工サイ クル用のトリガ信号をもとにしてバーストモ一ド運転を行う場合の処理手順を図 6のフローチャートにより説明する。
まず、 出力制御部 2 6はバース トモードで試験運転を行い、 そのときの電源電 I± Vj, i とパルスエネルギー P j, i を、 j と i に対応付けてテーブルに記憶し （ ステップ 3 0 1 ) 、 さらにパルス群のカウント数 jを 0とする （ステップ 3 0 2 ) 続いて、 カウント数 jを 1つインクリメントし （ステップ 3 0 3 ) 、 パルスの カウント数 iを 0とする （ステップ 3 0 4 ) 。 次に、 露光装置制御部 2 9から光 加工サイクルのスタート用のトリガ信号 T r ksを受信すると （ステップ 3 0 5 ) 、 パルスのカウント数 iを 1つインクリメントする （ステップ 3 0 6 ) 。 そして、 前記パラメータ j と i とから、 テーブルに記憶されている V j, i を読み出し、 こ の値をレーザ電源 2 8に供給する （ステップ 3 0 7 ) 。 なお、 このステップ 3 0 7と並行して、 前述した図 3のテーブル補正の処理を実行する。
次に、 出力制御部 2 6は露光装置制御部 2 9からトリガ信号を受信したときは、 それが次のパルス発振を指令するトリガ信号 T rかどうかを判断する （ステップ 3 0 8 ) 。 ここで、 受信したのがトリガ信号 T rであるときは、 ステップ 3 0 6 ヘリターンする。 このように、 ステップ 3 0 6〜ステップ 3 0 8のループを回る ことにより、 1つのパルス群の中の全てのパルスについて、 テーブルからそれぞ れ V j， i が読み出され、 レーザ電源 2 8に供給されることになる。
また、 ステップ 3 0 8で受信したトリガ信号がパルス発振指令のトリガ信号 T rでないときは、 それが次の連続パルス発振を指令するトリガ信号 T rB かどう かを判断する （ステップ 309) 。 そのトリガ信号が連続パルス発振指令のトリ ガ信号 T rB であるときは、 ステップ 303へリタ一ンする。 このように、 1つ のパルス群におけるパルス発振が終了したときは、 ステップ 303ヘリターンし て、 次のパルス群に対する処理を行う。
また、 ステップ 309で受信したトリガ信号が連続パルス発振指令のトリガ信 号 T rB でないときは、 それが光加工サイクルの終了用のトリガ信号 T r kEかど うかを判断する （ステップ 310) 。 そのトリガ信号が光加工サイクルの終了用 のトリガ信号 T r kEでないときは、 ステップ 308ヘリターンし、 ステップ 30 8〜ステップ 3 10のループを回りながら受信したトリガ信号をチェックする。 —方、 ステップ 310において、 そのトリガ信号が光加工サイクルの終了用のト リガ信号 T r kEであるときは、 ステップ 302ヘリターンする。 このように、 一 連の連続するパルス群の処理が終了したときは、 ステップ 302ヘリターンし、 j を 0として、 次の連続するパルス群に対して処理を行う。
この図 6の実施例によると、 光加工サイクル中の全てパルス発振のタイミイン グゃ数を、 光加工サイクル用のそれぞれのトリガ信号よつて任意に制御すること ができる。
さて、 ここまではトリガ信号 T rの受信間隔 （図 5) や、 光加工サイクル用の トリガ信号 （図 6) をもとにしてバース トモード運転を行う場合の処理手順につ いて説明してきたが、 連続するパルス群のパルス数によってもバーストモ一ド運 転を制御することができる。
次に、 連続するパルス群のパルス数をもとにしてバーストモ一ド運転を行う場 合の処理手順を図 7のフローチヤ一卜により説明する。
まず、 出力制御部 26はバース トモードで試験運転を行い、 そのときの電源電 圧 Vj,i とパルスエネルギー Pj, i を、 j と i に対応付けてテーブルに記憶し （ ステップ 401) 、 さらにパルス群のカウント数 jを 0とする （ステップ 402) 次に、 露光装置制御部 29からトリガ信号 T rを受信すると （ステップ 403) カウント数 j を 1つインクリメントし （ステップ 404) 、 パルスのカウント数 iを 1とする （ステップ 405) 。 そして、 前記パラメータ j と i と力 ら、 テー ブルに記憶されている Vj, i を読み出し、 この値をレーザ電源 2 8に供給する （ ステップ 4 0 6 ) 。 このステップ 4 0 6の処理と並行して、 図 3のテーブル補正 の処理を実行する。
次に、 パルスのカウント数 iを 1つインクリメントし （ステップ 4 0 7 ) 、 パ ルスのカウント数 i とパルス数 nとを比較して、 i > nかどうかを判断する （ス テツプ 4 0 8 ) 。 ここで、 i > nでないときは、 ステップ 4 0 6ヘリターンする。 このステップ 4 0 6〜ステップ 4 0 8のループを回ることにより、 1つのパルス 群の中の全てのパルス （総数 n ) について、 テ一ブルからそれぞれ Vj, i が読み 出され、 レーザ電源 2 8に供給されることになる。
また、 ステップ 4 0 8で i > nであるときは、 カウント数 j とパルス群の総数 Nを比較し、 j = Nかどうかを判断する （ステップ 4 0 9 ) 。 ここで、 j = Nで ないときは、 ステップ 4 0 3ヘリターンする。 このように、 全てのパルス群に対 する処理がまだ終了していないときは、 ステップ 4 0 2ヘリターンし、 トリガ信 号 T rの受信とともに、 次のパルス群に対する処理を行う。
また、 ステップ 4 0 9で j = Nであるとき、 すなわち全てのパルス群に対する 処理が終了したときは、 ステップ 4 0 2ヘリターンし、 j を 0として、 次の連続 するパルス群に対して処理を行う。
この実施例では、 タイマ手段により トリガ信号 T rの受信間隔時間を計時する 必要もなく、 また複数のトリガ信号を使い分ける必要もない。 すなわち、 露光装 置制御部 2 9からのトリガ信号 T rは連続するパルス群の最初のパルス発振を指 令するためだけに出力され、 出力制御部 2 6では、 決められた数だけのパルス発 振を繰り返し行った後、 次のトリガ信号 T rを受信するだけでよい。
さて、 上記実施例では、 1パルスを発振する毎にテーブルから電源電圧 V j, 丄 を読み出し、 レーザ電源 2 8に供給するようにしている力；、 連続するパルス群の 最初の数パルスのみのテーブルを作成してパルス発振の制御に使用し、 最初の数 パルスに引き続いて発振されるパルスについては後述のパワー口ック制御を行う ようにしてもよレ、。
次に、 他の実施例として、 最初の数パルスのみのテーブルを作成して制御を行 う方法について説明する。 この実施例の装置構成は図 1と同じであり、 出力制御部 2 6は次のような機能 を備えている。
出力制御部 2 6では、 出力モニタ 2 5から入力されたパルスエネルギー P 1を、 パルス群 N o . jの i番目のパルスエネルギー P j, i としてテーブルに記憶するが、 あらかじめ、 スパイキング現象が顕著に現れるパルスの数 Ns を設定しておき、 テーブルには、 各パルス群の先頭から Ns 番目までのパルスの特性データを記憶 する。 そして、 露光装置制御部 2 9からのトリガ信号 T rを受信したときには、 先頭から Ns 番目までのパルスについては、 前記テーブルに記憶されている電源 電圧を読み出し、 これに基づく電圧データをレーザ電源 2 8に与える。 また、 こ の Ns 番目のパルスに引き続いて発振されるパルスについては、 パワーロック制 御 （米国 Q U E S T E K社商標） が行われる。 パワーロック制御とは、 レーザガ スが劣化して同じ電源電圧を与えてもパルスエネルギー P iが低下してしまう現 象に対して、 ガスの劣化に応じて電源電圧を高くすることによってパルスェネル ー P iを所望のレベルに保つ制御のことであり、 そのための電源電圧をパワー 口ック電圧 Vplと呼ぶ。
また、 この実施例においても、 実際に発振されたパルスのパルスエネルギー P r j, iが出力モニタ 2 5から制御部 2 7に入力されており、 制御部 2 7はパルス発 振が行われる毎に、 出力制御部 2 6のテ一ブルに記憶されている P j， i と前記 P r丄 iとを比較演算し、 必要に応じて出力制御部 2 6に記憶されている電源電圧値 の変更を指示している。
次に、 上述した数パルスのみのテーブルと、 連続するパルス群のパルス数をも とにしてバース トモ一ド運転を行う場合の処理手順を図 8のフローチヤ一トによ り説明する。
まず、 スパイキング現象が顕著に現れるパルス数 Ns と、 電源電圧の設定値を 決める。 そして、 出力制御部 2 6でバーストモードで試験運転を行い、 そのとき の電源電圧 Vj, i とパルスエネルギー p j， i を、 j と i に対応付けてテーブルに 記憶する （ステップ 5 0 1 ) 。 ただし、 i は l〜Ns の範囲とする。 続いて、 ノ ルス群のカウント数 j を 0とする （ステップ 5 0 2 ) 。
次に、 露光装置制御部 2 9からのトリガ信号 T rを受信すると （ステップ 5 0 3) 、 カウント数 jを 1つインクリメントし （ステップ 504) 、 パルスのカウ ント数 iを 1とする （ステップ 505) 。 そして、 前記パラメ一タ j と i とから、 テーブルに記憶されている Vj， i を読み出し、 この値をレーザ電源 28に供給す る （ステップ 506) 。 このステップ 506の処理と並行して、 図 3のテーブル 補正の処理を実行する。
次に、 ノ ノレスのカウント数 iを 1つインクリメントし （ステップ 507) 、 ノ、。 ルスのカウント数 iとパルス数 Ns とを比較して、 i〉Ns かどうかを判断する
(ステップ 508) 。 ここで、 i >Ns でないときは、 ステップ 506ヘリター ンする。 このステップ 506〜ステップ 508のループを回ることにより、 1つ のパルス群の中の先頭から Ns 番目のパルスについて、 テーブルからそれぞれ V j, i が読み出され、 レーザ電源 28に供給されることになる。
また、 ステップ 508で i〉Ns であるときは、 パワーロック制御へ移行する
(ステップ 509) 。
- 次に、 パルスのカウント数 iとパルス数 nとを比較して、 i >nかどうかを判 断する （ステップ 510) 。 ここで、 i〉 nでないときは、 ステップ 507ヘリ ターンする。 このステップ 507〜ステップ 510のループを回ることにより、 パルス数 Ns 以降の残りのパルス （Ns+1 〜n) についてパワーロック制御が行 われる。
また、 ステップ 510で i >nであるときは、 カウント数 j とパルス群の総数 Nを比較し、 j =Nかどうかを判断する （ステップ 51 1) 。 ここで、 j =Nで ないときは、 ステップ 504ヘリターンする。 このように、 全てのパルス群に対 する処理がまだ終了していないときは、 ステップ 504ヘリターンして、 次のパ ルス群に対する処理を行う。
また、 ステップ 51 1で j =Nであるときは、 ステップ 502ヘリターンする。 このように、 全てのパルス群に対する処理が終了したときは、 ステップ 502へ リターンして、 j を 0とし、 次の連続するパルス群に対して処理を行う。
このように、 最初の数パルスについてはテーブルから電源電圧を読み出し、 そ れ以降のパルスについてはパワー口ック制御を行うようにした場合でも、 十分に 実用的な効果を得ることができる。 また、 こうしたレーザ発振休止時間制御では、 全てのパルスを発振する毎にテーブルから電源電圧値を読み出す必要がないので、 出力制御部 2 6の処理負担を軽減することができる。 さらには、 各パルス群の全 てのパルスのデータを記憶する必要がないので、 メモリの容量を節約することが できる。
なお、 前述した図 8のフローチヤ一卜は、 図 7のフローチャートの途中にノ^レ ス数 Ns を判断する分岐などを加えたものであるが、 このような数パルスのみの テーブルを用いる制御方法は、 図 8の例に限定されるものではなく、 例えば図 5 または図 6のフローチヤ一トにも適用することができる。
つぎに、 図 9はこの発明にかかるレーザ装置を半導体の回路パターンの縮小投 影露光処理を行ぅステツバの光源として適用した場合の他の構成を示している。 すなわち、 図 9において、 1がレーザ装置として狭帯域化エキシマレーザであり、 2 0が縮小投影露光装置としてのステツパである。
エキシマレ一ザ 1のレーザチャンバ 2は、 図示しない放電電極等を有し、 レ一 ダチャンバ 2内に充填された K r、 F 2, Ne等からなるレーザガスを放電電極間 の放電によつて励起させてレーザ発振を行う。 発光した光は再びレーザチヤンバ 2に戻って增幅され、 狭帯域化ユニット 3によって狭帯域化されて、 フロントミ ラ一4を介して発振レーザ光 Lとして出力される。 そして、 一部の光は再びレー ザチャンバ 2に戻りレーザ発振が起こる。 なお、 レーザ光 Lは、 先の図 2 3、 図 2 7に示したように、 所定の周期で所定回数連続してパルス発振させる連続発振 運転と、 連続発振運転後に前記連続パルス発振を所定時間停止させる停止運転と を交互に繰り返すバーストモ一ド運転により、 断続的に出力される。
レーザ電源回路 5は、 レーザコントロ一ラ 6から加えられた電圧データに応じ て前記放電電極間に電位差 Vを与えて放電を行う。 なお、 レーザ電源回路 5にお いては、 図示しない充電回路により電荷を一旦充電した後、 たとえばサイラ ト口 ン等のスィツチ素子の動作により放電を行う。
フロントミラー 4、 レーザチャンバ 2および狭帯域化ュニッ 卜 3で構成される 共振器から発振されたレーザ光 Lは、 ビームスプリッタ 7によってその一部がサ ンプリングされ、 レンズ 7 aを介して光モニタモジュール 8に入射される。 また その残りのレーザ光 Lはスリ ッ ト 9を介して露光装置 2 0へ出射される。 光モニタモジュール 8では、 パルス発振が行われる度に、 出力レーザ光 Lの 1 パルス当たりのエネルギー P i (i=l, 2， 3， · · ·）を検出する。 この検出パルスエネルギ 一値 P iはレーザコントローラ 6に送られ、 第 j番目のパルス群の i番目のパルス エネルギー P j, i としてテーブルに記憶される。 なお、 光モニタモジュール 8で は、 レ一ザ光 Lのスペク トル線幅、 波長等を検出し、 これらのデータもレーザコ ントロ一ラ 6に入力する。
レーザコントロ一ラ 6には露光装置 2 0から以下の信号が入力されており、 •バース ト信号 B S (図 1 0参照）
• レーザ発振同期信号 （外部トリガ） T R (図 1 0参照）
• 目標パルスエネルギー値 P d
レーザ発振同期信号 T Rは、 レーザ装置 1での連続パルス発振の際の各パルス のトリガ信号として機能する。 バ 一ス ト信号 B Sは、 その立上がりでレーザ装置 1での連続発振運転を開始させ （バース トオン） 、 その立下がりでレーザ装置 1 の連続発振運転を停止させる （バース トオフ） よう機能させるものであり、 そ のバーストオン時点から所定時間 t 1後に 1発目のレーザ発振同期信号 T Rが発生 され、 かつ最後のレーザ発振同期信号 T Rが発生されてから所定時間 t 2後にバー ストオフされるように設定されている。
レーザコン トローラ 6では、 これら入力信号に基づいて、 連続パルス発振の際、 最初の所定個数のパルスが含まれるスパイク領域では、 スパイク制御を実行し、 それ以降のブラ トー領域および安定領域ではバースト内パルスエネルギー制御を 実行する。 その詳細は、 後述する。
露光装置 2 0には、 スリ ッ ト 1 0を介して入射されたレーザ光 Lの一部をサン プリングするビームスプリッタ 1 1が設けられ、 そのサンプリング光はレンズ 1 1 aを介して光モニタモジュール 1 2へ入射される。 光モニタモジュール 1 2で は、 入射されたレーザ光 Lの 1パルス当たりのエネルギー P i 'を検出し、 この検 出エネルギー値 P i 'は露光装置コントローラ i 3に入力する。 なお、 ビームスプ リツタ 1 1を通過したレーザ光は、 縮小露光処理に用いられる。
露光装置コントローラ 1 3では、 縮小露光処理およびウェハが載置されたステ ージの移動制御の他に、 レーザ発振同期信号 T R、 バース ト信号 B Sおよび目標 パルスエネルギー値 Pdをレーザ装置 1へ送信するなどの動作を実行する。
次に、 図 1 1のフローチャートに従ってバース トモード運転時におけるレーザ コントローラ 6の動作を説明する。
まず、 レーザコントローラ 6は、 スパイク制御を行うべき初期スパイク領域の パルス数 i sを設定する （ステップ 100) 。 すなわち、 例えば、 連続パルス発振 パルスエネルギー特性は図 24に示したような特性を示すため、 図 24のスパイ ク領域中に含まれるパルス数を i sとして設定する。
次に、 レーザコン卜ローラ 6は第 1回目の連続パルス発振の際の上記設定した 最初の 1 s個のパルス発振の際に与えるべき、 （励起強度パターン） 充電電圧バタ ーン （初期スパイク制御パターン） を設定する （ステップ 1 10) 。
次に、 レーザコントローラ 6は、 露光装置コントローラ 13から与えられた目 標パルスエネルギー Pdを読み込み （ステップ 120) 、 次に、 発振停止時間 （ト リガ信号 TRの受信間隔） tの計時を開始する （ステップ 130) 。
次に、 レーザコントローラ 6は、 露光装置コントローラ 13から外部トリガ T Rが入力されると、 この入力された外部トリガ TRが第 1発目の外部トリガであ るか否かを判定する （ステップ 140) 。 すなわち、 レーザコントローラ 6では、 内部の図示せぬタイマ手段がトリガ信号 TRの受信間隔 Ttrを計時しているので、 この経時時間 Ttrを所定の設定値 t sと比較することにより、 現時点が連続発振の 途中か、 連続発振と次の連続発振の間の休止時間であるかを判定することができ る。
すなわち、
Ttr< t s ならば、 連続パルス発振の途中
t s Ttrならば、 連続発振と次の連続発振の間の休止時間）
というように判断する。
なお、 この場合には、 露光装置コントローラ 1 3からバースト信号 B Sが入力 されるので、 バース ト信号 B Sのオンを検出することにより、 連続パルス発振の 開始を判定するようにしてもよい。
レーザコントローラ 6は、 今回入力された卜リガ信号 TRが第 1発目のパルス であると判定すると、 i = lにした後 （ステップ 1 50) 、 この iを先に設定し た初期スパイク領域のパルス数 i Sと比較することにより、 現時点がスパイク領域 か否かを判定する。 スパイク領域の場合、 レーザコントローラ 6は、 ステップ 1 80のスパイク制御サブルーチンを実行する。
図 1 2はスパイク制御サブルーチンの制御手順を示すもので、 まずデータ読み 込みサブルーチンを実行する （ステップ 300) 。 このデータ読み込みサブルー チン 300では、 発振停止時間 t、 バース トパルスの順番 i、 目標パルスェネル ギ一 Ptを読み込み、 これら i、 Ptをパラメ一タとして過去の （以前のバ一 ス ト周期の） パルスエネルギー Pと充電電圧 （励起強度） Vに関するデータを読 みだす。
具体的には、 例えば図 13 (a)に示すように、 発振停止時間 t、 バース トパルス の順番 i、 目標パルスエネルギー Ptを読み込み （ステップ 400) 、 過去のデ一 タの中からバーストパルスの順番 iが同じで、 発振停止時間 tが同じまたは最も 近いデータを抽出し、 これら抽出したデータの中から目標エネルギー Ptに最も近 いパルスエネルギー pを持つ 2つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧デー タ （Pl， VI) および （P2， V2) を読みだす （ステップ 4 1 0) 。
次に、 レーザコントローラ 6は、 図 1 2において、 充電電圧演算サブルーチン を実行する （ステップ 3 1 0) 。 この充電電圧演算サブルーチンにおいては、 上 記読み出した 2つの過去のパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ （Pl， VI) および （P2， V2) を用いて、 パルスエネルギーを目標値 Ptにするための 充電電圧値 Vを演算する。
具体的には、 例えば、 図 1 3 (b)に示すように、 前記 2つの過去のデータ （P1, VI) および （P2, V2) を用いて下式に示すような直線補間演算を用いて目標値 Ptを実現するための充電電圧 Vを演算する （ステップ 420) 。
(P2- PI) / (V2- VI) = (Pt-Pl) I (V- VI)
V = V1+ (V2-V1) (Pt-Pl) / (P2- PI)
次に、 図 1 2において、 レーザコントローラ 6は、 上記計算した励起強度値 （ 充電電圧値） Vを電源装置 5に出力して （ステップ 320) 、 この励起強度値 （ 充電電圧値） Vによるレーザ発捩を実行する （ステップ 3 30) 。
以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、 レーザコン トローラ 6 は、 光モニタモジュール 8から今回のパルスエネルギー値 Piを取り込み、 このパ ルスエネルギー値 Piを今回の発振停止時間 t、 バース トパルスの順番 i、 実際に 印加された充電電圧値 Vと共に、 所定のメモリテーブルに記憶する （図 1 1ステ ップ 200) 。 以下同様に、 ステップ 120からステップ 200までの手順を i = i sになるまで、 即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
次に、 図 1 4 (a)は図 1 2に示したデータ読み込みサブルーチンの他の例を示す もので、 また、 図 1 4 (b)は図 1 2に示した充電電圧演算サブルーチンの他の例を 示すものである。
図 1 4 (a)においては、 発振停止時間 t、 バース トパルスの順番 i、 目標パルス エネルギー Ptを読み込みんだ後 （ステップ 500) 、 過去のデータの中からバー ストパルスの順番 iが同じで、 発振停止時間 tが同じまたは最も近いデータの抽 出し、 これら抽出したデータの中から目標エネルギー Ptに最も近いパルスェネル ギー Pを持つ 1つのパルスエネルギーデータおよび充電電圧データ （Pl， VI) を読みだすようにしている （ステップ 510) 。
また、 かかるデータ読み込みサブルーチンを実行した場合は、 充電電圧演算サ ブルーチンにおいては、 図 1 4 (b)に示すように、 前記読み出した過去の 1つのデ ータ （PI, VI) のパルスエネルギー値 P1を目標エネルギー値 Ptと比較し （ス テツプ 520) 、 Pl=Ptである場合は、 充電電圧値 V = V1とし （ステップ 53 0) 、 Pt〉Plである場合は、 V = V1+AV (Δν :所定の設定値） とし、 Pt く PIである場合は、 V = V1— Δνとする。
このようにしてスパイク制御が終了すると、 レ一ザコン トローラ 6は、 図 1 1 に示すように、 i 〉 i sであるプラ トー領域および安定領域において、 各パルスの 直前のパルス発振の励起強度 （充電電圧） とそのパルスエネルギー値との関係か ら次のパルスエネルギー値を所望の値とする為に必要な励起強度 （充電電圧） を 求め、 該求めた励起強度によるパルス発振を行わせる、 バース ト内パルスェネル ギー制御サブルーチンを実行する （ステップ 1 90) 。
このバース ト内パルスエネノレギ一制御サブルーチンにおいては、 図 1 5に示す ように、 まずデータ読みだしサブルーチンを実行する （ステップ 6 00) 。 すな わちデータ読みだしサブルーチンにおいては、 今回のバース卜周期内の既に出力 されたパルスのパルスエネルギー値 Piとそのときの励起強度 （充電電圧） Vを読 み出すよう動作する。
その具体例を図 16 (a)〜（c)に示す。
図 16 (a)においては、 今回のバースト周期内の直前のパルスのパルスエネルギ —値 Piと、 そのときの充電電圧 Vを読み出すようにしている （ステップ 640) 。 図 16 (b)においては、 今回のバースト周期内の N (例えば N=2、 N=3など） 個前のパルスのパルスエネルギー値 Piと、 そのときの充電電圧 Vを読み出すよう にしている （ステップ 650) 。
図 16 (c)においては、 今回のバース ト周期内の n個のパノレスのパノレスエネノレギ — Pl〜Pnとそれらに対応する充電電圧 Vl〜Vnを読み出し、 それらの平均値を 参照するパルスエネルギー値 Pおよび充電電圧 Vにしている （ステップ 660， 670) 。
なお、 図 1 6 (c)に示した n個のパルスとして、 当該パルスの直前のパルスから 逆上った n個のパルスを使用するようにしても良い。
以上のようなデータ読み出しサブルーチンが終了すると、 レーザコントロ一ラ 6は、 図 15に示すように、 充電電圧演算サブルーチンを実行する （ステップ 6 10) 。
この充電電圧演算サブルーチンは、 上記読み出したパルスエネルギー値 Pと充 電電圧 Vを用いてパルスエネルギーを目標値 Ptとするための充電電圧値 Vを演算 するためのもので、 その具体例を図 17に示す。
すなわち、 図 17においては、 まず、 前記読み出したデータ （Pl， VI) のパ ルスエネルギー値 P1を目標エネルギー値 Ptと比較し （ステップ 700) 、 Pl= Ptである場合は、 充電電圧値 V = V1とし （ステップ 710) 、 Pt>Pl である場合は、 V-Vl+Δν (Δν :所定の設定値） とし、 Ptく P1である場合 は、 V = V1— Δνとするようにしている。
以上のようなバースト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、 レ —ザコントローラ 6は今回印加した充電電圧 Viと、 そのレ一ザ出力のモニタ値 P iを所定のメモリテーブルに記憶する （図 1ステップ 210) 。 レーザコントロー ラ 6においては、 このような処理を今回のバースト周期の連続パルス発振が終了 するまで、 繰り返し実行する。
このように、 図 1 1に示した実施例は、 ステツパ用エキシマレ一ザ装置に適用 されるものであり、 最初の数パルスに対応するスパイク領域でのみスパイク制御 を実行し、 それ以降のプラトー領域及び安定領域では直前のパルス発振状況 （印 加電源電圧に対応する出力パワー） に応じた電源電圧制御 （バース ト内パルスェ ネルギー制御サブルーチン） を行うようにしている。
図 1 8はバース ト発振初期において、 目標パルスエネルギー P dを P l， P 2, P 3 ( P K P 2 < Ρ 3) の 3つの異なる値に変化させ、 発振停止時間 tを t a， t b ( t a< t b) の 2つの異なる値に変化させた場合の、 計 6つの異なる条件下におけ る実験結果を示すもので、 図 1 8 (a)には各パルスエネルギーのモニタ値を発振順 番 i毎に示し、 図 1 8 (b)には各発振順番 i毎の各充電電圧値 V iを示している。 この場合、 図 1 8 (b)に示すような充電電圧を与えるようにすれば、 図 1 8 (a) に示すように、 スパイキング現象が吸収されて各パルスエネルギーを目標値 （P I, P 2, P 3) にほぼ一致させることができることが判る。 また、 この際、 図 1 8 (b)から判るように、 7発目のパルスまではスパイキング現象を消すために充電電 圧値 V iが大きく増加しているが、 7発目のパルス以降は充電電圧値がほぼ一定値 となっている。 また、 発振休止時間 tが長くなると、 スパイキング現象が顕著に 現れるので、 発振休止時間 tが長くなると連続パルスの初期パルスに対応する充 電電圧をより低く しなくてはならないことも判る。 さらに、 目標パルスエネルギ 一 P dが大きくなればなるほで、 充電電圧を大きく しなければならないことも判る。
したがって、 図 1 1に示した実施例においては、 最初の数発のパルスに対応す るスパイク領域でのみ、 目標パルスエネルギー P d、 発振休止時間 t、 発振順番 i をパラメータとした励起強度制御 （充電電圧制御） を行い、 それ以降のプラ ト一 領域及び安定領域では、 今回のバースト周期内の既に発振されたパルスのェネル ギ一値を参照した励起強度制御 （充電電圧制御） を行うようにしている。 すなわ ち、 連続パルス発振の初期のパルスでは、 レーザ発振休止の影響が強く残ってい るので、 スパイクキラ一制御を実行するが、 それ以降のパルスにおいては、 レ一 ザ発振休止よりも直前までのパルス発振の影響をより強く受けるために、 直前の パルス発振状況 （印加電源電圧に対応する出力パワー） に応じた電源電圧制御を 行うようにしているのである。
図 1 9は、 上記図 1の実施例による充電電圧制御の実験結果を示すもので、 図 1 9 (b)のような充電電圧を与えることにより、 全てのパルスエネルギー値を図 1 9 (a)に示すようにほぼ均一にすることが可能になった。
次に、 図 2 0〜図 2 2を参照してステップ &スキャン方式を用いて半導体露光 処理を行う際の励起強度制御 （充電電圧制御） について説明する。
すなわち、 先の図 4に示したように、 半導体ウェハ 2 1上には、 複数の I Cチ ップ 2 1 — 1、 2 1— 2、 …が並設されているが、 ステップ &スキャン方式では、 レーザ光またはウェハ 2 1を移動させながら露光処理を行う。 このため、 ステツ プ&スキャン方式では、 1つの I Cチップに対しては、 レーザ光を固定して露光 処理を行うステツパに比べて、 その露光範囲を大きく とることができ、 大面積の I Cチップの露光処理を可能にする。
ここで、 通常のステップ &スキャン方式では、 図 2 2に示すように、 各パルス -レーザ光の照射面積 （P l、 P 2、 P 3、 …で示されたエリア） は I Cチップ 2 1の 面積よりも小さく、 これらのパルスレーザ光が順次所定のピッチ Δ Pでスキャン されることで I Cチップ 2 1の全面の露光が行われる。
ここで、 ステップ &スキャン方式においては、 加工物上の全ての点にそれぞれ 予め設定された所定個数 NOのパルスレーザが入射されるように、 その走査ピッチ Δ Pやパルスレ一ザ光の照射面積が設定されており、 これにより各パルスのパル スエネルギーが全て目標値 P dと同じであるならば、 加工物上の各点は、 NO回の パルスレーザ光の照射によって、 所望の露光量 （P d x NO) を得ることができる。 しかし、 実際には、 各パルスのエネルギーはばらついているので、 その現象に 対処する必要があり、 この実施例では、 図 2 0及び図 2 1に示すフローチャート に示す制御手順によってその問題を解決している。
例えば、 図 2 2においては、 N0= 4であり、 A点は、 4つのパルスレーザ光 P 1、 P 2、 P 3および P 4の積算エネルギーによって露光され、 また B点は 4つのパ ルスレーザ光 P 2、 P 3、 P 4および P 5の積算エネルギーによって露光されるよう になっている。 以下の、 C点、 …も同様に 4つのパルスレーザ光の積算エネルギ 一によつて露光される。 したがって、 ステップ &スキャン方式においては、 各点の移動積算露光量 （例 えば A点の移動積算露光量は P1+P2+P3+P4) が等しくなるように、 各パルスェ ネルギ一値を制御する必要があり、 そのための制御が図 20のフローチヤ一卜の ステップ 870の目標パルスエネルギー補正サブルーチンに示されている。
以下、 図 20及び図 21に示す制御手順を説明する。
まずレーザコントロ一ラ 6は、 スパイク制御を行うべき初期スパイク領域のパ ルス数 i sを設定する （ステップ 800) 。
次に、 レーザコントローラ 6は第 1回目の連続パルス発振の際の上記設定した 最初の i s個のパルス発振の際に与えるべき、 充電電圧パターン （初期スパイク制 御パターン） を設定する （ステップ 810) 。
次に、 レーザコントロ一ラ 6は、 露光装置コントローラ 1 3から与えられた目 標パルスエネルギー Pdと移動積算パルス数の目標値 NOを読み込み （ステップ 8 20) 、 次に、 発振停止時間 （トリガ信号 TRの受信間隔） tの計時を開始する (ステップ 830) 。
次に、 露光装置コントローラ 13から外部トリガ TRが入力されると、 レーザ コントローラ 6はこの入力された外部トリガ TRが第 1発目の外部トリガである か否かを判定する （ステップ 840) 。
そして、 レ一ザコントローラ 6は、 今回入力されたトリガ信号 TRが第 1発目 のパルスであると判定すると、 i =lにした後 （ステップ 850) 、 目標パルス エネルギーの補正サブルーチン （ステップ 870) を実行する。
この目標パルスエネルギー補正サブルーチンにおいては、 図 21に示すような 手順が実行される。
すなわち、 現在の i値 （この iは 1つの連続パルス発振におけるパルス発振開 始後のトータル発振数をカウントする値） を移動積算パルス数の目標値 NOと比較 し （ステップ 940) 、 i = lである場合は、 補正後の目標パルスエネルギー P tを先に設定された目標パルスエネルギー Pdとして出力し （ステップ 950) 、 ι≤Ν0である場合は、 補正後の目標パルスエネルギー Ptを下式 （1) に従って 演算し （ステップ 960) 、 i-1
Pt=PdX i一∑Pk
k=l
… （1)
また、 i >N0である場合は、 補正後の目標パルスエネルギー Ptを下式 （2)
1
Pt=PdxN0-∑Pk
k=i-N0+l
… （2)
に従って演算する （ステップ 970) 。
なお、 上式において、 Pkは、 各パルス発振の際に実際にモニタされたパルスェ ネルギー値である。
すなわち、 上式 （1) においては、 i発目までのレーザ発振を行ったときの露 量の目標値 （理想値） PdX i力 ら、 （ i— 1) 発目までのレーザ発振による実 際の露光量 P1+P2十… Pi- 1を減算し、 この減算結果を i発目のレ一ザ発振を行 う際の目標値 Ptとして演算するようにしており、 このような補正演算が i である間実行される。 この （1) 式は、 図 22の A点用の補正演算式である。 また、 上式 （2) の手順は、 i〉N0となった場合における目標エネルギーの補 正演算式であり、 図 22においては、 B点以降 （B点及び B点より右側の領域の 点） 用の補正演算式となる。
以上のような目標パルスエネルギー補正サブルーチンが終了すると、 iを先に 設定した初期スパイク領域のパルス数 i sと比較することにより、 現時点がスパイ ク領域か否かを判定する （ステップ 880) 。 スパイク領域と判定された場合は、 レーザコントロ一ラ 6は、 ステップ 890のスパイク制御サブルーチンを実行す る。
このスパイク制御サブルーチンでは、 先の図 12〜図 14に示したものと同様 に動作し、 例えば過去のデータの中からバーストパルスの順番 iが同じで、 発振 停止時間 tが同じまたは最も近いデータを抽出し、 これら抽出したデータの中か ら目標エネルギー P tに最も近し、パルスエネルギー Pを持つパルスエネルギーデー タおよび充電電圧デ一タを読みだし、 該読み出したパルスエネルギーデータおよ び充電電圧データを用いて、 パルスエネルギーを補正した目標値 P tにするための 充電電圧値 Vを演算し、 該演算した充電電圧値によるレーザ発振を実行する。 以上のようなスパイク制御サブルーチンが終了すると、 レーザコントローラ 6 は、 光モニタモジユーノレ 8から今回のパルスエネルギーィ直 P iを取り込み、 このパ ルスエネルギー値 F iを今回の発振停止時間 t 、 バース トパルスの順番 i、 実際に 印加された充電電圧値 Vと共に、 所定のメモリテーブルに記憶する （ステップ 9 0 0 ) 。 以下同様に、 ステップ 8 2 0からステップ 9 0 0までの手順を i = i sに なるまで、 即ちスパイク領域が終了するまで繰り返し実行する。
このようにしてスパイク制御が終了すると、 レ一ザコントローラ 6は、 i 〉 i sであるプラ トー領域および安定領域において、 バースト内パルスエネルギー制御 サブルーチンを実行する （ステップ 1 9 0 ) 。 このバース ト内パルスエネルギー 制御サブルーチンにおいては、 先の図 1 5〜図 1 7に示したものと同様に動作し、 回のバースト周期内の既に出力されたパルスのパルスエネルギー値 P iとそのと きの充電電圧 Vを読み出し、 該読み出したパルスエネルギー値 Pと充電電圧 Vを 用いてパルスエネルギーを目標値 P tとするための充電電圧値 Vを演算し、 該演算 した充電電圧 4直によるレーザ発振を実行する。
以上のようなバース ト内パルスエネルギー制御サブルーチンが終了すると、 レ —ザコントローラ 6は今回印加した充電電圧 V iと、 そのレーザ出力のモニタ値 P iを所定のメモリテ一ブルに記憶する （ステップ 9 2 0 ) 。
レーザコントローラ 6においては、 このような処理を今回のバースト周期の連 続パルス発振が終了するまで、 繰り返し実行する。
なお、 本発明のレーザ装置を露光装置の光源として用いる場合に、 図 2 0およ び図 2 1の制御手順は、 露光装置がステップ &スキャン方式の場合のみでなく、 ステツバの場合でも適用することができる。
すなわち、 ステツパ方式において、 1つの I Cチップに照射する光パルスの数 を NOとし、 各パルスレーザ光の目標値を P dとし、 各パルス発振の際に実際にモ ニタされたパルスエネルギー値を P k ( 1≤k≤NO) とし、 連続的に出力されるパ ルスレーザ光の順番を i とした場合、 下式に従って前記各パルスレ一ザ光を発振 する際の目標エネルギー P tを演算し、 該演算した目標エネルギー P tを設定され た目標値 P dに変えて出力するようにすればよい。
1 = 1の場合
P t= P d
i > 1の場合、 i-1
Pt= PdX i -∑Pk
k=l 係る実施例によれば、 ステツパ方式において、 各時点における露光量の理想値 カ^、 直前までのパルスレーザ光による実際の露光量を減算し、 この減算結果を 今回レーザパルス発振の際のパルスエネノレギ一の目標値とするようにしているの で、 各パルス発振の際のパルスエネルギーの目標値が各パルスエネルギーを均一 にするためにより実質的に理想に近いものに置換され、 各パルスエネルギーの均 —化を図ることができる。 勿論、 かかる目標パルスエネルギーの補正演算を図 1 に示した制御手順に加えることによって、 スパイク制御とバースト内パルスエネ ルギ一制御とともに、 目標パルスエネルギーの補正演算を行うようにしてもよい。 こうすることによって、 ステツパ方式において、 より各パルスエネルギーの均一 化を図ることができるようになる。 産業上の利用可能性
以上説明したようにこの発明によれば、 連続するパルス発振の中の 1つのパル スを発振する毎に、 そのパルスと同じ識別子を持つパルスの電源電圧を記憶手段 から読み出し、 この電源電圧に基づいてパルス発振が行われる。 これによると、
1サイクルのバース トモ一ド運転により 1つの被加工物への全てのパルス発振が 完了するとした場合、 読み出される電源電圧は、 前回の被加工物上の同じ位置に パルス発振したときのデータであり、 そのデータは連続する一連のパルス発振の 影饗を受けた励起強度パターンを持っていることになる。 すなわち、 パルス発振 時には、 前回とほぼ同じ特性の励起強度パターンを持つ電源電圧が適用されるこ とになるため、 パルスエネルギーのバラツキをより細かく修正することができる。 したがって、 バーストモ一ド運転時のスパイキング現象の影響を可及的に除去す ることができるので、 レーザ光による光加工の精度をよりいっそう向上させるこ とが可能となる。
また、 この発明によれば、 スパイク領域ではスパイクキラ一制御を実行し、 そ れ以降の領域では直前のパルス発振状況に応じた電源電圧制御を実行するように しているので、 連続パルス発振の全パルスにおいて充分なパルスエネルギーのば らつき抑制効果を得ることができ、 高精度の光加工を実現することができる。 さ らに、 この発明では、 スパイク領域でのみスパイクキラー制御を実行するように しているので、 記憶するデータ数が減り、 メモリ容量を削減できると共に、 メモ リからのより高速のデータ読み出しが可能になる。
またこの発明では、 加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数の パルスレーザが入射されるよう 1個のパルスレ一ザが入射される度に加工物上で のパルスレーザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装 置に対しパルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、 加工物各点に おける、 各時点における露光量の理想値から、 直前までのパルスレーザ光による 実際の露光量を減算し、 この減算結果を各レーザパルス発振の際のパルスェネル ギ一の目標値とするようにしているので、 加工物各点における露光量を均一にす ることができ、 ステップ &スキャン方式の光加工装置において高精度の光加工を 実現することができる。

Claims

請求の範囲
1 . レ一ザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、 このパル ス発振を所定時間休止する停止動作を交互に所定回数繰り返す運転を 1サイクル とするバース トモ一 ド運転を行い、 前記パルス発振の出力エネルギーが所定の大 きさとなるように電源電圧を制御するレーザ装置において、
連続するパルス発振を行ったときの各パルスの電源電圧を、 それぞれのパルス を特定する識別子に対応付けて 1サイクル分記憶する記憶手段と、
1つのパルスを発振する際に、 そのパルスと同じ識別子を持つパルスの電源電 圧を前記記憶手段から読み出し、 この電源電圧に基づいてパルス発振を行う出力 制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
2 . 前記記憶手段には、 連続するパルス発振を行ったときの各パルスの電源 電圧と出力エネルギーが、 それぞれのパルスを特定する識別子に対応付けて 1サ イクル分記憶されており、 1つのパルスを発振する毎に、 発振されたパルスの実 際の出力エネルギーを検出するとともに、 発振されたパルスと同じ識別子を持つ パルスの出力エネルギーを前記記憶手段から読み出し、 両者の差が所定範囲を越 えるときは、 前記発振されたパルスと同じ識別子を持つ電源電圧の値を補正する ことを特徵とする請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
3 . 一つのパルス発振を指令するトリガ信号を受信するとともに、 この ト リ ガ信号の受信間隔を計時し、 トリガ信号を受信する毎に受信間隔を調べ、 その受 信間隔に応じてパルス発振を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の レーザ装置。
4 . —つのパルス発振を指令する第 1のトリガ信号、 連続するパルス発振を指 令する第 2のトリガ信号、 1サイクルの終了を指令する第 3の卜リガ信号をそれ ぞれ受信するとともに、 受信したトリガ信号に従ってパルス発振を制御すること を特徵とする請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
5 . 連続するパルス発振のパルス数をカウントし、 このカウント数に応じてパ ルス発振を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
6 . レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、 このパル ス発振を所定時間休止する停止動作を交互に実行する運転を 1バーストサイクル とするバース トモ一ド運転を繰り返し行ない、 前記パルス発振の各出力エネルギ —が所定の大きさとなるようにレーザの励起強度を制御するレーザ装置において、 前記連続発振動作を行ったときの最初の所定個数の各パルスに関して、 各パル ス発振の際の電源電圧を、 発振停止時間、 1バース トサイクル内でのパルスの順 番、 出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶するとともに、 前 記最初の所定個数のパルス以降に発生される各パルスに関しては、 各パルス発振 'の際の励起強度を出力されたパルスエネルギーのモニタ値に対応づけて記憶する 記憶手段と、
前記連続パルス発振を行う際、 前記最初の所定個数の各パルスに関しては、 前 記記憶手段に記憶した過去のパルス発振のデータのうち、 発振停止時間、 および 1バーストサイクル内でのパルスの順番が同じで、 かつ今回のパルス発振の目標 パルスエネノレギ一に近い出力パルスエネルギーのモニタ直とそのときのパルスの 励起強度を少なくとも 1組読み出し、 この読み出した値に基づいて今回のパルス 発振の際の励起強度を演算し、 該演算した励起強度値に基づいてパルス発振を行 う第 1の電源電圧制御手段と、
前記連続パルス発振を行う際、 前記最初の所定個数のパルス以降に発生される 各パルスに関しては、 前記記憶手段から今回のバースト周期内で既に出力された パルスのパルスエネルギ一モニタ値およびそのときの励起強度値を読み出し、 こ れらの値に基づいて今回のパルス発振の際の励起強度値を演算し、 この励起強度 に基づいてパルス発振を行う第 2の電源電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
7 . 前記第 1の電源電圧制御手段は、 今回のパルス発振の目標パルスエネルギ —に最も近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときの励起強度を 2組読み 出し、 これら 2組の励起強度値を用いて補間演算により今回のパルス発振の際の 励起強度値を演算することを特徴とする請求の範囲第 6項記載のレーザ装置。
8 . 前記第 1の電源電圧制御手段は、 今回のパルス発振の目標パルスエネルギ 一に最も近い出力パルスエネルギーのモニタ値とそのときの励起強度を 1組読み 出し、 目標パルスエネルギー値と読み出した出力パルスエネルギーのモニタ値と の比較結果に応じて前記読み出した励起強度を增減することにより今回のパルス 発振の際の励起強度値を演算する請求の範囲第 6項記載のレーザ装置。
9 . 加工物上の全ての点にそれぞれ予め設定された所定個数 NOのパルスレーザ が入射されるよう 1個のパルスレ一ザが入射される度に加工物上でのパルスレー -ザ光の照射領域を所定のピッチずつずらせながら加工を行う加工装置に対しパル スレ一ザ光を前記加工物の加工に要する所定個数 Nt (NOぐ N だけ連続的に出 力するレーザ装置において、
前記各パノレスレーザ光の発振の度に、 出力されたパルスレーザ光のエネルギー P k (k=l, 2, · ··, Nt) を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレーザの目標値を P dとし、 前記連続的に出力されるパルス レーザ光の順番を i とした場合、 前記各パルスレーザ光の発振の度に、 下式に従 つて前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギー P tを演算し、 該演算し た目標エネルギー P tを前記設定された目標値 P dに変えて出力する目標パルスェ ネルギー補正手段と、
i = 1の場合
P t= P d
i≤ NOの場合、 i-1
Pt= Pd X i一∑Pk
k=l i >N0の場合、 i
Pt=PdXN0-∑Pk
k=i-N0+l を備えるようにしたことを特徵とするレーザ装置。
10. パルスレーザ光の照射領域を固定した状態で加工物上に予め設定した所定 個数 NOのパルスレーザを照射することによって所要の加工を行う加工装置に対し パルスレーザ光を連続的に出力するレーザ装置において、
前記各パルスレーザ光の発振の度に、 出力されたパルスレーザ光のエネルギー Pk (k=l,2, ···, No) を検出するパルスエネルギー検出手段と、
設定された各パルスレ一ザの目標値を Pdとし、 前記連続的に出力されるパルス レーザ光の順番を iとした場合、 前記各パルスレーザ光の発振の度に、 下式に従 て前記各パルスレーザ光を発振する際の目標エネルギー Ptを演算し、 該演算し た目標エネルギー Ptを前記設定された目標値 Pdに変えて出力する目標パルスェ ネルギー補正手段と、
i = 1の場合
Pt=Pd
i > 1の場合、 i-1
Pt=PdX i一∑Pk
k=l を備えるようにしたことを特徴とするレーザ装置。
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