JP3763436B2

JP3763436B2 - Excimer laser device energy control device and control method thereof

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Publication number: JP3763436B2
Application number: JP03044498A
Authority: JP
Inventors: 昇一坂西; 宏明半井; 知和高橋
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH11214783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に逐次移動型縮小投影露光装置（以下、ステッパと呼ぶ）の光源として用いられ、放電励起によりレーザ発振させるエキシマレーザ装置の出力エネルギーを一定に制御するエネルギー制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体のウェハ等を露光するステッパは、その露光量を一定に制御することが非常に重要である。この露光用の光源としては、最近の半導体回路の高集積密度の要求に対応するため、エキシマレーザ装置が広く用いられている。ところが、エキシマレーザ装置は、いわゆるパルス放電励起ガスレーザであるために、その発振するレーザ光の１パルス毎のパルスエネルギーに様々な要因によるばらつきが生じ、この結果露光量が安定しないという問題がある。したがって、従来から、ステッパ等に用いられるエキシマレーザ装置では、このばらつきを小さくして露光量を一定値に安定化させるために、複数回のパルス発振を連続して行う、いわゆる複数パルス露光による露光量制御を行うものがある。この複数パルス露光量制御によって、全体としての露光量ばらつきを所定値以下にでき、所望の露光量精度を得るようになっている。
【０００３】
また、ステッパでは、露光と、ウェハが設置されたステージの移動とが交互に繰り返されるので、上記のエキシマレーザ装置はいわゆるバーストモードで運転されている。このバーストモードとは、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返し行うことを言う。ところが、このバーストモードでの運転時の特徴として、図９に示すように、所定時間休止した後の各連続パルス発振（以後、バースト発振と呼ぶ）の初期には発振が安定した状態となって比較的高いパルスエネルギーが得られるが、パルス発振を続けると、レーザガスの密度擾乱や、放電電極の表面の局所的な温度上昇等によって、徐々に各パルス発振が不安定となり、同図のＡ部で示すように出力パルスエネルギーが低下してゆく、いわゆるスパイキング現象が見られる。
【０００４】
また、各バースト発振において、発振開始時のスパイキング現象が発生するスパイク領域の後には、発振が安定化して来るプラトー領域及び定常領域（図９参照）が続いている。スパイク領域では休止時間ｔｓの長さの影響を受けやすく、同じ充電電圧でも他の領域に比べて大きなパルスエネルギーが出力される。ところが、プラトー領域や定常領域では、休止時間ｔｓの影響よりも、同じバースト発振内の直前までのパルス発振の影響（例えば、電極温度の上昇や、レーザガスの乱れ等）を強く受けていると考えられる。したがって、スパイク領域及びそれ以降の領域のそれぞれの発振特性に合わせて、スパイキング現象を抑制すると共に、全領域でパルスエネルギーを精度良く一定値制御しなければならないという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、同出願人は、特開平９−２４８６８２号公報によって以下のようなエキシマレーザ装置を提案している。図１０は、同公報に開示されたエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置をシンボリックに表わした機能ブロック図を示している。同図において、学習制御部１１は、出力パルスエネルギーの大きさがレーザ電源の充電電圧の大きさに比例するという性質を利用してスパイキング現象を抑制制御するものであり、例えば図１１に示すように各バースト発振時の最初のパルスの充電電圧を小さくし、この後次第に各パルスの充電電圧を大きくして行くように制御している。このために、学習制御部１１は、各バースト発振のスパイク領域における各パルス発振時のレーザ電源への電圧指令値Ｖｉを発振休止時間、同じバースト発振内でのパルスの順番ｉ、及び出力されたパルスエネルギーの計測値（モニタ値）に対応させて電圧テーブルとして記憶している。そして、スパイク領域で各バーストのｉ番目のパルス発振を行う際には、学習制御部１１は前記記憶した過去の電圧テーブルデータのうち、発振休止時間、及びバースト発振内のパルス順番ｉが等しく、かつ、今回のバースト発振のエネルギー目標値に近い前記出力パルスエネルギーの計測値とその時のパルスの電圧指令値Ｖｉ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ｉ番目の電圧指令値Ｖｉを演算し、この演算した電圧指令値Ｖｉによりパルス発振を行う。（以後、このような制御を学習制御と呼ぶ）
【０００６】
また、毎パルス制御部１２は、スパイク領域以降で各パルス発振の際の電圧指令値Ｖｉを、出力されたパルスエネルギーの計測値に対応させて記憶するようにしており、ｉ番目のパルス発振の際には同一バースト内で直前に、つまり（ｉ−１）番目に出力されたパルスのパルスエネルギー計測値及びその時の電圧指令値Ｖi-1 に基づいてｉ番目の電圧指令値Ｖｉを演算し、この演算した電圧指令値Ｖｉによってパルス発振（以後、これを毎パルス制御と呼ぶ）を行うようにしている。
【０００７】
この従来技術によると、電圧指令値Ｖｉは、この電圧指令値Ｖｉにより出力されたパルスレーザ光のエネルギー計測値Ｅｉに基づいて、以下のようにフィードバック制御されている。例えばエネルギー目標値Ｅｄを一定としたエネルギー一定値制御を行っている場合、学習制御部１１では、数１により、今回（Ｎ回目）のバースト発振におけるｉ番目パルスの電圧指令値ＶN,ｉに対して、次回（Ｎ＋１回目）のバースト発振におけるｉ番目パルスの電圧指令値ＶN+1,ｉが演算されて電圧テーブルに記憶される。
【数１】
ＶN+1,ｉ＝ＶN,ｉ＋Ｇ1 ×（Ｅｄ−Ｅｉ）
すなわち、エネルギー目標値Ｅｄとエネルギー計測値Ｅｉとの偏差に所定のフィードバックゲインＧ1 がかかった値を今回のバースト発振における電圧指令値ＶN,ｉに加算して、次回のバースト発振における電圧指令値ＶN+1,ｉが演算される。
【０００８】
また、同様にして、毎パルス制御部１２では、数２により、ｉ番目パルスの電圧指令値ＶN,ｉに対して、次（ｉ＋１番目）パルスの電圧指令値ＶN,i+1 が演算される。
【数２】
ＶN,i+1 ＝ＶN,ｉ＋Ｇ2 ×（Ｅｄ−Ｅｉ）
すなわち、エネルギー目標値Ｅｄとエネルギー計測値Ｅｉとの偏差に所定のフィードバックゲインＧ2 がかかった値をｉ番目パルスの電圧指令値ＶN,ｉに加算して、( ｉ＋１) 番目パルスの電圧指令値ＶN,i+1 が演算される。
なお、通常、前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 はレーザ発振の入出力特性、すなわち電圧指令値Ｖｉと出力パルスエネルギー値との関係に基づいて設定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エキシマレーザ装置は、レーザ発振を繰り返している内に、前記レーザ発振の入出力特性が変化する傾向があり、例えば、レーザガス交換の前後で、あるいは、レーザガス、レーザチャンバ、及びその他のレーザ構成部品が新しい時と所定時間経過した時や寿命に近い時とで前記入出力特性が異なっている。図１２及び図１３は、それぞれ、レーザガス交換後初期の、及びレーザガス寿命後半での入出力特性の例を表わしている。そして、従来は、このように入出力特性が変化しても電圧指令値Ｖｉが一定になるようにレーザガス圧の調整を行っており、これにより、一定のパルスエネルギーの出力を得るためにレーザ電源に投入する充電電圧はほとんど一定となる。ここで、このほぼ一定となる充電電圧を動作電圧と呼ぶ。このとき、図１２及び図１３に示した入出力特性において、動作電圧Ｖa よりも低い電圧部分では入出力特性のカーブの傾斜が急峻になり、また電圧が高くなるとこのカーブが平坦になることが従来から判明している。そして、動作電圧Ｖa よりも低い電圧部分の入出力特性の傾斜は、レーザガスの寿命が近くなるにつれて徐々に大きくなって来る。
【００１０】
一方、前述のように、スパイク領域では充電電圧に対してパルスエネルギーが高めに出力されるので、上記特開平９−２４８６８２号公報により開示されたエネルギー制御装置では、図１１に示したように、学習制御時には１番目のパルスの電圧指令値Ｖｉを前記動作電圧Ｖa よりも低く設定し、２番目のパルスからは次第に大きくしており、また、この学習制御時の最終に出力された電圧指令値Ｖｉが毎パルス制御時の最初の電圧指令値Ｖｉとして使用されている。よって、学習制御時及び毎パルス制御時は入出力特性のカーブの傾斜が急峻な領域で発振が行われている。したがって、前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 はレーザガスを交換した初期状態での入出力特性の前記比較的小さな傾斜に基づいて小さい値に設定されている。このとき、学習制御時及び毎パルス制御時の電圧指令値Ｖｉは、それぞれ前記数１及び数２により示したように、そのときのエネルギー偏差値にそれぞれフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 をかけた値に基づいて補正されている。
【００１１】
しかしながら、フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 が初期状態での小さい値のままパルスエネルギーを制御すると、レーザガスの寿命が近くなるに伴って徐々に、例えば図１４に示すように、各バースト先頭領域でのパルスエネルギー偏差が収束するのが遅くなるようになる。この結果、パルスエネルギーのばらつきが大きくなって、ステッパでのトータル露光量を一定に維持することができないという問題が発生する。また、レーザガスの劣化が進みパルスエネルギー偏差量が大きくなった状態でフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を再調整すると、ガスを交換してレーザガスが新しくなったときに出力パルスエネルギーがハンチングを起こしてエネルギー目標値Ｅｄに収束しないという問題も生じる。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、レーザ発振時間の経過に伴うレーザ発振の入出力特性の変化に影響されずに各パルスエネルギーの偏差量を小さくできるエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定時間の連続パルス発振と所定時間の休止とを交互に繰り返すバースト運転モードでパルス発振するとき、各連続パルス発振の初期の所定数のパルス発振に対して学習制御を行い、この学習制御の後は毎パルス制御を行い、前記学習制御時は、発振開始からｉ番目のパルス発振の際に、前回の連続パルス発振時のｉ番目パルスの電圧指令値Ｖｉを、エネルギー目標値Ｅｄとこのｉ番目の電圧指令値Ｖｉに対応して発振したパルスのエネルギー計測値Ｅとの偏差値に所定のフィードバックゲインＧ1 をかけた値によって更新して、今回のｉ番目の電圧指令値Ｖｉとして出力し、また前記毎パルス制御時は、発振開始からＩ番目のパルス発振の際には、同一回の連続パルス発振内での（Ｉ−１）番目のパルス発振の電圧指令値ＶＩ-1を、エネルギー目標値Ｅｄとこの（Ｉ−１）番目の電圧指令値ＶＩ-1に対応して発振したパルスのエネルギー計測値Ｅとの偏差値に所定のフィードバックゲインＧ2 をかけた値によって更新して、Ｉ番目の電圧指令値ＶＩとして出力し、パルス発振させる出力制御部１０を備え、前記電圧指令値Ｖｉ，ＶＩに基づいて放電電圧を制御してレーザのパルスエネルギーを制御するエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置において、
前記出力制御部１０は、現在の、電圧指令値Ｖｉと出力パルスエネルギーとの関係を表わす入出力特性を計測し、この入出力特性に基づいて前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正し、補正したフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によりそれぞれ前記学習制御時の電圧指令値Ｖｉ及び毎パルス制御時の電圧指令値ＶＩ-1を更新して出力するようにしている。
【００１４】
請求項１に記載の発明によると、出力制御部は、電圧指令値と出力パルスエネルギーとの関係を表わす入出力特性を随時計測し、現在の入出力特性に基づいて、学習制御時及び毎パルス制御時に電圧指令値と出力パルスエネルギーとの偏差値により電圧指令値を更新するためのフィードバックゲインを補正する。これにより、フィードバックゲインは常時入出力特性に適合したものとなる。したがって、レーザ発振時間の経過に伴って入出力特性が変化しても、フィードバックゲインがこの変化に対応して補正されるので、フィードバックゲインにより更新された電圧指令値が、エネルギー目標値に達する電圧指令値に短時間で収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置において、前記出力制御部１０は、各バースト発振開始前に、使用電圧範囲の少なくとも２点以上での電圧指令値Ｖｉ，ＶＩと出力パルスのエネルギー計測値Ｅとに基づいて、前記現在の入出力特性を計測し、この現在の入出力特性とレーザガスが初期状態での入出力特性とを比較して前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正している。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、バースト発振開始前に例えば調整発振を行って、使用する電圧範囲内で電圧指令値に対する出力パルスエネルギーを計測し、この計測した結果に基づいて前記現在の入出力特性を算出する。この入出力特性は、例えば上記使用電圧範囲の入出力特性カーブを直線近似したときのこの直線の傾斜、すなわち電圧指令値と出力パルスエネルギーとの比例係数により表わされる。計測した現在の入出力特性（カーブの傾斜）とレーザガス初期状態での入出力特性とを比較し、初期状態に対する入出力特性の変化比率（傾斜の変化度合など）に応じて、出力パルスエネルギーの偏差値に基づいて電圧指令値を更新するための前記フィードバックゲインを補正する。したがって、レーザ発振時間の経過に伴って、例えば使用電圧範囲の前記カーブが立ち上がってくる、つまり前記電圧指令値と出力パルスエネルギーとの比例係数が大きくなるなどのように、入出力特性が変化するが、このような変化があっても、この変化に適合して前記フィードバックゲインが補正されるので、学習制御及び毎パルス制御時に電圧指令値がエネルギー目標値に適した電圧指令値に速く収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置において、前記出力制御部１０は、現在のバーストの１番目パルスの電圧指令値Ｖｉよりバースト先頭電圧Ｖb を求め、レーザガス初期状態でのバーストの１番目パルスの電圧指令値Ｖｉより初期バースト先頭電圧Ｖbiを求め、このバースト先頭電圧Ｖb と初期バースト先頭電圧Ｖbiとの比に基づいて、前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正している。
【００１８】
請求項３に記載の発明によると、各バーストの１番目パルスの電圧指令値（これをバースト先頭電圧と呼び）は、エネルギー一定値制御を行っている時、学習制御により学習されているのでレーザ発振時間の経過に伴う入出力特性の変化の情報を含んでおり、よって、現在のバーストのバースト先頭電圧Ｖb と、レーザガス初期状態でのバーストの初期バースト先頭電圧Ｖbiとの比により等価的に入出力特性の変化状態が表わされる。したがって、この比に基づいてフィードバックゲインを補正することにより、入出力特性の変化に適合したフィードバックゲインが求められ、学習制御及び毎パルス制御時に電圧指令値がエネルギー目標値に適した電圧指令値に速く収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載のエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置において、前記出力制御部１０は、現在のバースト発振の電圧指令値Ｖｉ，ＶＩの内、１番目のパルスのバースト先頭電圧Ｖb とバースト後半部の電圧指令値Ｖｅとの偏差値、及び、レーザガスの初期状態でのバースト発振の内、１番目パルスの初期バースト先頭電圧Ｖbiとバースト後半部の電圧指令値Ｖeiとの偏差値の比に基づいて、フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正している。
【００２０】
請求項４に記載の発明によると、エネルギー一定値制御を行っている時、各バーストのバースト先頭電圧は学習制御により学習されており、またバースト後半部の電圧指令値は毎パルス制御によりエネルギー計測値がフィードバックされて更新されているので、各バーストのバースト先頭電圧とバースト後半部の電圧指令値との偏差値は、レーザ発振時間の経過に伴う入出力特性の変化の情報を含んでいる。よって、現在のバーストのバースト先頭電圧Ｖb とバースト後半部の電圧指令値との偏差値、及び、レーザガス初期状態での初期バースト先頭電圧Ｖbiとバースト後半部の電圧指令値Ｖeiとの偏差値の比により等価的に入出力特性の変化状態が表わされる。したがって、この比に基づいてフィードバックゲインを補正することにより、入出力特性の変化に適合したフィードバックゲインが求められ、学習制御及び毎パルス制御時に電圧指令値がエネルギー目標値に適した電圧指令値に速く収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載のエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置において、レーザガスの圧力を検出し、圧力信号を前記出力制御部１０に出力する圧力センサ９を付設し、前記出力制御部１０は、現在のレーザガス圧Ｐｐとレーザガスの初期状態での初期レーザガス圧Ｐpiとの比に基づいて、フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正するようにしている。
【００２２】
請求項５に記載の発明によると、通常エキシマレーザ装置では、エネルギー一定値制御を行っている時、動作電圧が所定の使用電源範囲以内に入るようにするために、レーザガス圧を制御（一般的には加圧制御）しているので、このレーザガス圧はレーザ発振時間の経過に伴う入出力特性の変化の情報を含んでいる。このことから、現在のレーザガス圧Ｐｐと、レーザガス初期状態での初期レーザガス圧Ｐpiとの比により等価的に入出力特性の変化状態が表わされる。したがって、この比に基づいてフィードバックゲインを補正することにより、入出力特性の変化に適合したフィードバックゲインが求められ、学習制御及び毎パルス制御時に電圧指令値がエネルギー目標値に適した電圧指令値に速く収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、所定時間の連続パルス発振と所定時間の休止とを交互に繰り返すバースト運転モードでパルス発振するとき、各連続パルス発振の初期の所定数のパルス発振に対して学習制御を行い、この学習制御の後は毎パルス制御を行い、前記学習制御時は、発振開始からｉ番目のパルス発振の際に、前回の連続パルス発振時のｉ番目パルスの電圧指令値Ｖｉを、エネルギー目標値Ｅｄとこのｉ番目の電圧指令値Ｖｉに対応して発振したパルスのエネルギー計測値Ｅとの偏差値に所定のフィードバックゲインＧ1 をかけた値によって更新して、今回のｉ番目の電圧指令値Ｖｉとして出力し、また前記毎パルス制御時は、発振開始からＩ番目のパルス発振の際には、同一回の連続パルス発振内での（Ｉ−１）番目のパルス発振の電圧指令値ＶＩ-1を、エネルギー目標値Ｅｄとこの（Ｉ−１）番目の電圧指令値ＶＩ-1に対応して発振したパルスのエネルギー計測値Ｅとの偏差値に所定のフィードバックゲインＧ2 をかけた値によって更新して、Ｉ番目の電圧指令値ＶＩとして出力し、前記電圧指令値Ｖｉ，ＶＩに基づいて放電電圧を制御してレーザのパルスエネルギーを制御するエキシマレーザ装置のエネルギー制御方法において、現在の、電圧指令値Ｖｉと出力パルスエネルギーとの関係を表わす入出力特性を計測し、この入出力特性に基づいて前記フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正し、補正したフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によりそれぞれ前記電圧指令値Ｖｉ及び電圧指令値ＶＩ-1を更新する方法としている。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、電圧指令値と出力パルスエネルギーとの関係を表わす入出力特性を随時計測し、現在の入出力特性に基づいて、学習制御時及び毎パルス制御時にエネルギー計測値により電圧指令値を更新するためのフィードバックゲインを補正するので、このフィードバックゲインは常時入出力特性に適合したものとなる。したがって、レーザ発振時間の経過に伴って入出力特性が変化しても、フィードバックゲインがこの変化に対応して補正されるので、フィードバックゲインにより更新された電圧指令値が、エネルギー目標値に達する電圧指令値に短時間で収束する。この結果、エネルギー偏差が短時間で収束すると共に、偏差量が小さくなるので、エネルギーが精度良く一定値制御される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
図１は、本発明に係わるエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置が用いられるステッパの構成例を示したブロック構成図である。同図において、エキシマレーザ装置１のレーザチャンバ２の内部には、レーザガスが封入されている。また、レーザチャンバ２の内部に配設された図示しない電極に、レーザ電源８から所定の放電電圧が印加され、この電極間で放電が行われる。この放電で励起された前記レーザガスによりレーザ発振が行われ、発振したレーザ光はグレーティング、プリズムなどといった狭帯域化素子６とフロントミラー７とを有する光共振器により共振し、フロントミラー７からレーザ光４として出射される。このレーザ光４はビームスプリッタ３を透過してステッパ３０に導かれると共に、レーザ光４の一部はビームスプリッタ３でサンプリングされて出力モニタ部のエネルギーセンサ５に入射され、エネルギーセンサ５によりレーザ光４の１パルス当たりのエネルギー、つまりパルスエネルギーが計測される。このエネルギー計測値Ｅは、出力制御部１０にフィードバックされている。また、レーザチャンバ２にはレーザガス圧を検出する圧力センサ９が配設されており、この圧力センサ９の圧力信号は出力制御部１０に出力されている。
【００２６】
また、ステッパ３０は露光制御装置３１を備えており、露光制御装置３１は取り込んだ前記レーザ光４を露光対象のウェハに照射したり、このウェハが搭載されたステージを逐次所定距離ずつ移動させるのを制御している。そして、この露光制御装置３１は、所望の露光量を得るために、前記出力制御部１０に、発振パルスの１パルス当たりのエネルギー目標値Ｅｄを出力し、また、各バースト発振内のトータル発振パルス数ｉｍを出力している。また、入出力特性を計測するタイミングを指令する調整発振条件ＯＫ信号又は計測条件ＯＫ信号を出力している。
【００２７】
出力制御部１０は、出力するパルスエネルギーが前記入力したエネルギー目標値Ｅｄに等しくなるように、後述する所定の制御アルゴリズムにより、エネルギー目標値Ｅｄと前記エネルギー計測値Ｅとの偏差値に基づいて各パルス毎に電圧指令値Ｖｉを演算し、レーザ電源部８にこの演算した電圧指令値Ｖｉを出力する。これにより、所定の放電電圧で放電されてレーザ光４が発振される。このとき、出力パルス数が前記トータル発振パルス数ｉｍに達するまでパルス発振する。なお、出力制御部１０は、例えばマイクロコンピュータなどのコンピュータ装置を主体にして構成することができる。
【００２８】
図２は、本発明に係わる前記出力制御部１０の内部の基本的な制御機能構成をイメージ的に表わす制御ブロック図を示している。
同図において、ゲイン補正演算部２０は、エキシマレーザ装置の稼動中にレーザ電源部８への電圧指令値Ｖｉ及びこれに対するエネルギー計測値Ｅｉ、あるいは現在のレーザガス圧を常時監視し、これらの監視データに基づいて現在のレーザ発振の入出力特性を随時演算して求めている。そして、現在のレーザ発振の入出力特性に基づいて、学習制御部１１及び毎パルス制御部１２の各フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正する演算を行い、補正したフィードバックゲインＧ1 , Ｇ2 を学習制御部１１及び毎パルス制御部１２に出力している。
【００２９】
学習制御部１１は、各バースト発振時の初期のスパイク領域（図９参照）において、学習制御によってスパイクキラー制御を行うものである。すなわち、予め、所定のエネルギー目標値Ｅｄに対応して、各バーストの発振開始からのパルス順番ｉに従って電圧指令値Ｖｉを電圧テーブルとして記憶しておく。初回目のバースト発振のときには、先頭パルスからｉ番目のパルス発振の際に、この記憶している初期の電圧テーブルのｉ番目の電圧指令値Ｖｉ（このときは、ＶN,ｉでＮ＝０のとき）を読み出してレーザ電源部８に出力する。この後、前記数１により、前記エネルギー目標値Ｅｄとレーザ発振時に計測されたエネルギー計測値Ｅｉとの偏差値、及びゲイン補正演算部２０により補正されたフィードバックゲインＧ1 に基づいて、前記読み出した電圧指令値Ｖｉを更新し（これを学習と言う）、この更新した電圧指令値Ｖｉを電圧テーブルのｉ番目の電圧指令値Ｖｉ（ＶN,ｉでＮ＝１とする）として記憶する。そして、以後、この更新された電圧テーブルは、次回（Ｎ＋１回目）のバースト発振の際に使用し、ｉ番目のパルス発振の時に対応する電圧指令値Ｖｉ（ＶN,ｉ）を読み出してレーザ電源部８に出力する。なお、所定のｉ0 番目の発振を終了したら、最終の電圧指令値Ｖi0を毎パルス制御部１２に送信する。
【００３０】
毎パルス制御部１２は、前記スパイク領域以降の各パルス発振の際に、各パルスエネルギーのばらつきを小さくする制御を行うものである。すなわち、毎パルス制御部１２は、各バースト発振（Ｎ回目とする）の先頭からｉ番目のパルス発振の際に、同一のバースト発振内における直前の、つまり（ｉ−１）番目のパルス発振時の電圧指令値Ｖｉ-1（前記ＶN,ｉ-1に相当）、及び、前記入力したエネルギー目標値Ｅｄとこれに対するエネルギー計測値Ｅｉ-1との偏差値を参照して、今回の電圧指令値Ｖｉ（前記ＶN,ｉに相当）としてレーザ電源部８に出力している。この後、毎パルス制御部１２は、前記数２により、このとき発振したパルスのエネルギー目標値Ｅｄとエネルギー計測値Ｅｉとの偏差値、及びゲイン補正演算部２０により補正されたフィードバックゲインＧ2 に基づいて、前記ｉ番目の電圧指令値Ｖｉ（ＶN,ｉ）を更新し、この更新した電圧指令値Ｖｉを記憶する。前述のごとく、この記憶したｉ番目の電圧指令値Ｖｉが、同一バースト発振の（ｉ＋１）番目の電圧指令値Ｖｉ+1（前記ＶN,ｉ+1に相当）としてパルス発振時に出力される。なお、学習制御から毎パルス制御に切り換わった時は、前記学習制御部１１から入力した電圧指令値Ｖi0を毎パルス制御時の初期値としている。
【００３１】
セレクタ１３は、現在の制御処理がスパイク領域に対するものか、あるいはこれ以降の領域かを判断し、スパイク領域での制御時には学習制御部１１から出力された電圧指令値Ｖｉを選択して出力し、この領域以降の制御時には毎パルス制御部１２から出力された電圧指令値Ｖｉを選択して出力する。
【００３２】
本発明においては、レーザの入出力特性を直接的に又は間接的に計測し、この計測した入出力特性に基づいて、これまで一定値とされていたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を調整している。こうすることによって、前記入出力特性が変化しても、バースト発振の先頭領域でのエネルギー目標値Ｅｄへの追従遅れを防止することができる。以下に、入出力特性を計測してフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正するための各実施形態を説明する。
【００３３】
まず、図３及び図４に基づいて、第１実施形態を説明する。いま、現在の入出力特性が図３により表わされるものとし、同図において横軸は電圧指令値Ｖｉを表わし、縦軸はこの電圧指令値Ｖｉによるパルスエネルギーを表わしている。本発明は、入出力特性の内、通常最もよく使用する電圧範囲の入出力特性に基づいて、フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を調整するようにしている。本実施形態では、この入出力特性を、図３における電圧指令値Ｖｉが小さい範囲の、カーブの傾斜が急峻な部分の傾斜角度によって表わすようにしており、この傾斜角度は直線近似されたカーブに基づいて数式「Ｋ＝dE／dV」により求められる。
【００３４】
通常、長期間休止後、あるいはレーザガス交換後のレーザ立ち上げ時には、レーザ状態を安定化させるために調整発振を行う。出力制御部１０は、この調整発振の際、使用する所定の電圧範囲の少なくとも２点以上における出力パルスエネルギーを電圧一定モード、すなわち、そのままの入出力特性に従って計測する。いま、図３に示したように、２点の電圧指令値Ｖt0，Ｖt1に対応して、それぞれエネルギー計測値Ｅt0，Ｅt1が計測されたものとする。なお、使用電圧範囲の３点以上で測定したカーブを直線近似し、求めた直線上に２点の電圧指令値Ｖt0，Ｖt1とこれに対応するエネルギー計測値Ｅt0，Ｅt1とを選択してもよい。前記ゲイン補正演算部２０は、この電圧指令値Ｖt0，Ｖt1及びエネルギー計測値Ｅt0，Ｅt1に基づいて、次の数３，４により新しいフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算している。
【数３】
Ｇ1 ＝Ｇ1a×（Ｋ／Ｋa ）
【数４】
Ｇ2 ＝Ｇ2a×（Ｋ／Ｋa ）
ここで、Ｇ1a，Ｇ2aは、それぞれ、レーザガス交換直後の初期状態での学習制御部１１及び毎パルス制御部１２のフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 の初期値を表わしており、通常は所定の一定値に設定されるか、あるいは初期状態での調整発振時に計測した入出力特性により求められる。また、Ｋ，Ｋa は、それぞれ、上記の各計測値に基づいて数５により演算された入出力特性、及びレーザガス交換直後の初期状態で計測した入出力特性を表わしている。
【数５】
Ｋ＝（Ｅt1−Ｅt0）／（Ｖt1−Ｖt0）
【００３５】
つぎに、以上の構成による出力制御部１０のフィードバックゲインＧ1 , Ｇ2 の演算処理方法を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ１で、露光制御装置３１からの発振トリガ信号ＴＲにより、出力制御部１０はバーストの最終パルスのレーザ発振を行う。すなわち、最終のｉｍ番目のパルス発振の際、毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖimによりレーザ電源部８が充電されており、充電完了後に前記発振トリガ信号ＴＲを受信したとき、出力制御部１０はレーザ電源部８に発振指令を出力してレーザ光４を発振させる。つぎに、Ｓ２で、露光制御装置３１から調整発振条件ＯＫ信号が入力されているか否かをチェックし、調整発振条件ＯＫ信号が入力されていないときには、Ｓ６に処理を移行して次バーストの１番目のパルス発振のための準備を行う。すなわち、学習制御部１１が求めた１番目の電圧指令値Ｖ１をレーザ電源部８に出力して充電し、次バースト発振のための準備を行い、本フローを終了する。
【００３６】
前記Ｓ２において、調整発振条件ＯＫ信号が入力されているときには、Ｓ３で調整発振を行って入出力特性を計測する。すなわち、具体的には、動作電圧近傍の所定の電圧指令値Ｖt0，Ｖt1に基づいてレーザ電源部８を充電してそれぞれレーザ発振させ、それぞれに対応するエネルギー計測値Ｅt0，Ｅt1を入力する。つぎにＳ４で、前記数５により現在の入出力特性Ｋを演算し、そしてＳ５で、前記数３，４によりこの現在の入出力特性Ｋに対応するフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算してゲイン調整を行う。この後、次バーストのパルス発振の際には、この調整されたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって電圧指令値Ｖｉが演算される。つぎに、前記Ｓ６へ処理を移行して同様に次バーストのパルス発振のための準備を行う。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によると、レーザ発振の経過に伴って入出力特性が変化しても、常時この入出力特性を計測し、この計測した入出力特性と初期状態での入出力特性とを比較することによって、初期状態に対する入出力特性の変化比率が求められる。この変化比率は、例えば使用電圧範囲の入出力特性カーブの傾斜の変化度合を表わしており、この変化度合に応じて前記フィードバックゲインを補正しているので、常に入出力特性に適合したフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 が求められる。この結果、新しいフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって電圧指令値Ｖｉが更新されるので、エネルギー目標値Ｅｄを達成できる最適な電圧指令値Ｖｄに各電圧指令値Ｖｉが短時間で収束する。したがって、出力パルスエネルギーがエネルギー目標値Ｅｄに短時間で収束すると共に、出力パルスエネルギーの偏差値が小さくなる。
【００３８】
つぎに、図５，６に基づいて、第２実施形態を説明する。本実施形態は、間接的に入出力特性を計測する一例を示している。
図５は、バースト発振での電圧指令特性を示しており、横軸にパルス順番ｉを、縦軸に電圧指令値Ｖｉを表わしている。同図には２つの電圧指令特性が示されており、Ｃ１はレーザガス交換直後の初期状態での電圧指令特性を、Ｃ２は所定回数バースト発振を繰り返した後の電圧指令特性を示している。同図において、電圧指令特性Ｃ１，Ｃ２の先頭パルス（１番目のパルス）発振時の電圧指令値Ｖｉをそれぞれ初期バースト先頭電圧Ｖbi，バースト先頭電圧Ｖb とする。
【００３９】
前述のように、学習制御時にはエネルギー目標値Ｅｄとエネルギー計測値Ｅとの偏差値に基づいて電圧指令値Ｖｉが学習されているので、各バーストの先頭パルス発振時の電圧指令値Ｖｉ（前記バースト先頭電圧Ｖb に相当）には現在のレーザ発振の入出力特性に関する情報が含まれていると考えられる。すなわち、レーザガスの劣化に伴ってレーザ発振に係わる前記入出力特性は立ってくる傾向、つまり前記図３における電圧指令値Ｖｉが低い領域で傾斜が急になる傾向があり、入出力特性が立ってくると前記バースト先頭電圧Ｖb は上昇する傾向がある。したがって、バースト先頭電圧Ｖb の上昇度合には、現在の入出力特性の変化状態に関する情報が含まれている。このことから、前記初期バースト先頭電圧Ｖbiと現在のバースト先頭電圧Ｖb とに基づいて、つぎの数６，７によりフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算する。
【数６】
Ｇ1 ＝Ｇ1a×Ｋｂ×（Ｖb ／Ｖbi）
【数７】
Ｇ2 ＝Ｇ2a×Ｋｂ×（Ｖb ／Ｖbi）
ここで、Ｇ1a，Ｇ2aは、前述した、レーザガス交換直後の初期状態での学習制御部１１及び毎パルス制御部１２のフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 の初期値を表わしており、Ｋｂは初期バースト先頭電圧をフィードバックゲインに変換する係数を表わしている。なお、この係数Ｋｂは、実験結果に基づいて経験値として設定される。
【００４０】
図６に本実施形態における出力制御部１０の演算処理フローチャート例を示しており、つぎに同図に基づいて説明する。なお、ここでは、前記図４のステップと同じ処理を行うステップに同一のステップ番号Ｓを付けている。
Ｓ１１で、露光制御装置３１からの発振トリガ信号ＴＲにより、出力制御部１０はレーザ発振を行う。すなわち、ｉ番目のパルス発振の際、学習制御部１１あるいは毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖｉによりレーザ電源部８が充電されており、充電完了後に前記発振トリガ信号ＴＲを受信したとき、出力制御部１０はレーザ電源部８に発振指令を出力してレーザ光４を発振させる。つぎに、Ｓ１２で、露光制御装置３１から計測条件ＯＫ信号が入力されているか否かをチェックし、計測条件ＯＫ信号が入力されていないときには、Ｓ１６に処理を移行して次の（ｉ＋１）番目のパルス発振のための準備を行う。すなわち、学習制御部１１又は毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖｉ+1をレーザ電源部８に出力して充電する。この後、Ｓ１１に戻って以上の処理を繰り返す。
【００４１】
前記Ｓ１２において、計測条件ＯＫ信号が入力されているときには、Ｓ１３で現在のバースト先頭電圧Ｖb を計測する。すなわち、今回のバースト発振の先頭パルス発振後に更新された電圧指令値Ｖ1 を学習制御部１１の電圧テーブルから読み出し、この電圧指令値Ｖ1 をバースト先頭電圧Ｖb とする。つぎに、Ｓ１４でこのバースト先頭電圧Ｖb と初期バースト先頭電圧Ｖbiとの比率に基づいて、数式「Ｋ＝Ｖb ／Ｖbi」により入出力特性Ｋを等価的に求める。そして、Ｓ１５において、前記数６，７により現在の入出力特性Ｋに対応するフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算してゲイン調整を行う。この後、次の（ｉ＋１）番目のパルス発振の際には、この調整されたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって電圧指令値Ｖｉが演算される。つぎに、前記Ｓ１６へ処理を移行して同様に次の（ｉ＋１）番目のパルス発振のための準備を行う。
【００４２】
次に、第３実施形態について説明する。
前記図５において、各バースト後半部では電圧指令値Ｖｉがほぼ一定値となって安定している。そして、本発明者らは、このバースト後半部の安定した電圧指令値Ｖｅとバースト先頭電圧Ｖb との偏差の大きさが、レーザガスの劣化度合に反比例する、すなわち、レーザ発振の経過に伴ってこの偏差値が小さくなるという傾向を確認している。この傾向により、この偏差値はレーザ発振の入出力特性の変化状態を表わしていると考えられる。このことから、本実施形態では、ゲイン補正演算部２０は次の数８，９により、現在のバースト先頭電圧Ｖb とバースト後半部の電圧指令値Ｖｅとの偏差値、及び、初期バースト先頭電圧Ｖbiと初期バースト後半部の電圧指令値Ｖeiとの偏差値の比に基づいて、フィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正するようにしている。
【数８】
Ｇ1 ＝Ｇ1a×Ｋｂ×（Ｖei−Ｖbi）／（Ｖｅ−Ｖb ）
【数９】
Ｇ2 ＝Ｇ2a×Ｋｂ×（Ｖei−Ｖbi）／（Ｖｅ−Ｖb ）
ここで、フィードバックゲインＧ1a，Ｇ2a、及び係数Ｋｂは、前実施形態と同様である。
【００４３】
図７は、本実施形態における出力制御部１０の演算処理フローチャート例を示しており、同フローチャートに基づいて説明する。
Ｓ２１で、露光制御装置３１からの発振トリガ信号ＴＲにより、出力制御部１０はバーストの最終パルスのレーザ発振を行う。すなわち、最終のｉｍ番目のパルス発振の際、毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖimによりレーザ電源部８が充電されており、充電完了後に前記発振トリガ信号ＴＲを受信したとき、出力制御部１０はレーザ電源部８に発振指令を出力してレーザ光４を発振させる。つぎに、Ｓ２２で、露光制御装置３１から計測条件ＯＫ信号が入力されているか否かをチェックし、計測条件ＯＫ信号が入力されていないときには、Ｓ２６に処理を移行して次バーストの１番目のパルス発振のための準備を行う。すなわち、学習制御部１１が求めた１番目の電圧指令値Ｖ１をレーザ電源部８に出力して充電し、次バースト発振のための準備を行い、本フローを終了する。
【００４４】
Ｓ２２で、計測条件ＯＫ信号が入力されているときには、Ｓ２３で現在のバースト先頭電圧Ｖb 及びバースト後半部の電圧指令値Ｖｅを計測する。すなわち、前回のバースト発振の際に更新された先頭パルスの電圧指令値Ｖ1 、及び後半部の電圧指令値Ｖｉ（これは、後半部の幾つかの電圧指令値Ｖｉの平均値でも良い）を学習制御部１１の電圧テーブル及び毎パルス制御部１２からそれぞれ読み出し、この電圧指令値Ｖ1 及び後半部の電圧指令値Ｖｉをそれぞれバースト先頭電圧Ｖb 及びバースト後半部の電圧指令値Ｖｅとする。つぎに、Ｓ２４で、この求めた現在のバースト先頭電圧Ｖb とバースト後半部の電圧指令値Ｖｅとの偏差値、及び、初期バースト先頭電圧Ｖbiと初期バースト後半部の電圧指令値Ｖeiとの偏差値の比に基づいて、数式「Ｋ＝（Ｖei−Ｖbi）／（Ｖｅ−Ｖb ）」により入出力特性Ｋを等価的に求める。そして、Ｓ２５において、前記数８，９により現在の入出力特性Ｋに対応するフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算してゲイン調整を行う。この後、次バーストのパルス発振の際には、この調整されたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって電圧指令値Ｖｉが演算される。つぎに、前記Ｓ２６へ処理を移行して同様に次バーストのパルス発振のための準備を行う。
【００４５】
つぎに、第４実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態においても、間接的に入出力特性を計測する例を示している。
一般的に、エキシマレーザ装置においては、レーザガスが劣化するにつれて、エネルギーを一定に制御する際の動作電圧Ｖa が変化する。精度良くエネルギー制御を行うためには、この動作電圧Ｖa は所定の範囲、例えば図１２に示したような入出力特性の低電圧指令値の範囲以内に収まるようにすることが必要である。したがって、通常、動作電圧Ｖa を所定範囲以内で一定に保つために、レーザガス圧を変化（加圧）させている。このため、現在のレーザガス圧には現在の入出力特性の変化状態に関する情報が含まれていることになる。すなわち、レーザガスの劣化に伴ってレーザガス圧が上がると、入出力特性の傾斜の急峻な部分が立ってくる、よってゲインが大きくなる傾向がある。
【００４６】
本実施形態はこのことに着目しており、現在のレーザガス圧Ｐｐと、レーザガス交換直後の初期状態での初期レーザガス圧Ｐpiとに基づいて、以下の数１０，１１によりフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を求めている。
【数１０】
Ｇ1 ＝Ｇ1a×Ｋｂ×（Ｐｐ／Ｐpi）
【数１１】
Ｇ2 ＝Ｇ2a×Ｋｂ×（Ｐｐ／Ｐpi）
ここで、フィードバックゲインＧ1a，Ｇ2a、及び係数Ｋｂは、前実施形態と同様である。なお、レーザガス圧は制御中に徐々に変化して行くので、初期レーザガス圧Ｐpiはレーザガス交換直後の調整発振終了後、つまり初期の動作電圧Ｖa が所定値になるようにレーザガス圧を加圧補正した後に測定したものとする。
【００４７】
図８は本実施形態での出力制御部１０の演算処理フローチャート例を示しており、同図に基づいて以下に処理方法を説明する。
まず、Ｓ３１でレーザガスを交換したか否かを判断し、交換した場合はＳ３２において露光制御装置３１から調整発振条件ＯＫ信号が入力されるまで待つ。そして、この調整発振条件ＯＫ信号が入力されたら、Ｓ３３で調整発振を行い、初期レーザガス圧Ｐpiを計測して記憶した後、Ｓ３４に処理を移行する。また、前記Ｓ３１でレーザガスを交換してない場合も、Ｓ３４に処理を移行する。
【００４８】
つぎに、Ｓ３４では、露光制御装置３１からの発振トリガ信号ＴＲにより、出力制御部１０はレーザ発振を行う。すなわち、ｉ番目のパルス発振の際、学習制御部１１あるいは毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖｉによりレーザ電源部８が充電されており、充電完了後に前記発振トリガ信号ＴＲを受信したとき、出力制御部１０はレーザ電源部８に発振指令を出力してレーザ光４を発振させる。つぎに、Ｓ３５で、露光制御装置３１から計測条件ＯＫ信号が入力されているか否かをチェックし、計測条件ＯＫ信号が入力されていないときには、Ｓ３９に処理を移行して次の（ｉ＋１）番目のパルス発振のための準備を行う。すなわち、学習制御部１１又は毎パルス制御部１２が求めた電圧指令値Ｖｉ+1をレーザ電源部８に出力して充電する。この後、Ｓ３１に戻って以上の処理を繰り返す。
【００４９】
前記Ｓ３５において、計測条件ＯＫ信号が入力されているときには、Ｓ３６で圧力センサ９からの圧力信号を取り込み、現在のレーザガス圧Ｐｐを計測する。つぎに、Ｓ３７で、このレーザガス圧Ｐｐと前記記憶している初期レーザガス圧Ｐpiとの比率に基づいて、数式「Ｋ＝Ｐｐ／Ｐpi」により入出力特性Ｋを等価的に求める。そして、Ｓ３８において、前記数１０，１１により現在の入出力特性Ｋに対応するフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を演算してゲイン調整を行う。この後、次の（ｉ＋１）番目のパルス発振の際には、この調整されたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって電圧指令値Ｖｉが演算される。つぎに、前記Ｓ３９へ処理を移行して同様に次の（ｉ＋１）番目のパルス発振のための準備を行う。
【００５０】
以上、説明したように、本発明によると、エキシマレーザ装置のレーザ発振の経過に伴って入出力特性が変化した場合でも、稼働中に逐次その入出力特性を計測し、計測した入出力特性の初期入出力特性に対する変化の度合に基づいて、現在の入出力特性に適合するように電圧指令値ＶｉのフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 を補正している。したがって、補正されたフィードバックゲインＧ1 ，Ｇ2 によって各パルス発振の度に更新される電圧指令値Ｖｉは、エネルギー目標値Ｅｄを達成できる最適な電圧指令値Ｖｄに短時間で収束することができる。この結果、レーザガス寿命が近くなって入出力特性が初期状態から変化していても、出力パルスエネルギーをエネルギー目標値Ｅｄに短時間で収束させ、かつ、出力パルスエネルギーとエネルギー目標値Ｅｄとの偏差値を小さくすることが可能となる。よって、ステッパ等の露光量を精度良く一定に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置が用いられるステッパの構成例を示したブロック構成図である。
【図２】出力制御部の内部の基本的な制御機能構成をイメージ的に表わす制御ブロック図を示す。
【図３】第１実施形態を説明する計測された入出力特性を表わす。
【図４】第１実施形態の演算処理方法を説明するフローチャート例を示す。
【図５】第２実施形態を説明するバースト発振での電圧指令特性例を表わす。
【図６】第２実施形態の演算処理方法を説明するフローチャート例を示す。
【図７】第３実施形態の演算処理方法を説明するフローチャート例を示す。
【図８】第４実施形態の演算処理方法を説明するフローチャート例を示す。
【図９】従来技術に係わるバースト発振時のパルスエネルギーの変化の説明図である。
【図１０】従来技術に係わるエキシマレーザ装置のエネルギー制御装置をシンボリックに表わした機能ブロック図を示す。
【図１１】スパイキング現象の抑制制御時の充電電圧の出力例を示す。
【図１２】レーザガス交換後初期の入出力特性例を表わす。
【図１３】レーザガス寿命後半での入出力特性例を表わす。
【図１４】従来技術に係わるフィードバックゲインが低い場合のパルスエネルギー偏差の収束が遅い様子を表わす。
【符号の説明】
１…エキシマレーザ装置、４…レーザ光、５…エネルギーセンサ、８…レーザ電源部、９…圧力センサ、１０…出力制御部、１１…学習制御部、１２…毎パルス制御部、２０…ゲイン補正演算部、３０…ステッパ、Ｖｉ…電圧指令値、Ｅｄ…エネルギー目標値、Ｅ…エネルギー計測値、Ｋ…入出力特性。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy control apparatus that is mainly used as a light source of a progressive moving reduction projection exposure apparatus (hereinafter referred to as a stepper) and that controls output energy of an excimer laser apparatus that oscillates laser by discharge excitation.
[0002]
[Prior art]
It is very important for a stepper that exposes a semiconductor wafer or the like to control the exposure amount to be constant. As the light source for exposure, an excimer laser device is widely used in order to meet the recent demand for high integration density of semiconductor circuits. However, since the excimer laser device is a so-called pulse discharge excitation gas laser, there is a problem that the pulse energy of each pulse of the oscillating laser light varies due to various factors, and as a result, the exposure amount is not stable. Therefore, conventionally, in an excimer laser apparatus used for a stepper or the like, in order to reduce this variation and stabilize the exposure amount to a constant value, exposure by so-called multiple pulse exposure is performed in which a plurality of pulse oscillations are continuously performed. Some perform volume control. By this multiple pulse exposure amount control, the exposure amount variation as a whole can be reduced to a predetermined value or less, and a desired exposure amount accuracy can be obtained.
[0003]
In the stepper, since exposure and movement of the stage on which the wafer is placed are repeated alternately, the above excimer laser device is operated in a so-called burst mode. The burst mode refers to repeatedly performing an operation of suspending pulse oscillation for a predetermined time after laser light is continuously pulsed a predetermined number of times. However, as a feature during operation in the burst mode, as shown in FIG. 9, at the initial stage of each continuous pulse oscillation after a pause for a predetermined time (hereinafter referred to as burst oscillation), the oscillation is in a stable state. Although relatively high pulse energy can be obtained, if pulse oscillation is continued, each pulse oscillation gradually becomes unstable due to a laser gas density disturbance or a local temperature rise on the surface of the discharge electrode. The so-called spiking phenomenon in which the output pulse energy decreases as shown in FIG.
[0004]
In each burst oscillation, a spike region where the spiking phenomenon occurs at the start of oscillation is followed by a plateau region and a steady region (see FIG. 9) where the oscillation stabilizes. The spike region is easily affected by the length of the pause time ts, and a larger pulse energy is output than the other regions even at the same charging voltage. However, in the plateau region and the steady region, it is considered that the influence of pulse oscillation (for example, increase in electrode temperature, laser gas disturbance, etc.) immediately before the same burst oscillation is more strongly affected than the influence of the pause time ts. It is done. Therefore, there is a problem that the spiking phenomenon must be suppressed and the pulse energy must be accurately controlled at a constant value in the entire region in accordance with the oscillation characteristics of the spike region and the subsequent regions.
[0005]
In order to solve such a problem, the same applicant has proposed the following excimer laser device according to Japanese Patent Laid-Open No. 9-248682. FIG. 10 is a functional block diagram symbolically showing the energy control device of the excimer laser device disclosed in the publication. In the figure, the learning control unit 11 controls and suppresses the spiking phenomenon by utilizing the property that the magnitude of the output pulse energy is proportional to the magnitude of the charging voltage of the laser power supply. For example, as shown in FIG. In this manner, the charging voltage of the first pulse at each burst oscillation is reduced, and thereafter, the charging voltage of each pulse is gradually increased. For this purpose, the learning control unit 11 outputs the voltage command value Vi to the laser power source at the time of each pulse oscillation in the spike region of each burst oscillation, the oscillation pause time, the pulse order i within the same burst oscillation, and the output. It is stored as a voltage table in correspondence with the measured value (monitor value) of pulse energy. When the i-th pulse oscillation of each burst is performed in the spike region, the learning control unit 11 has the same oscillation pause time and pulse order i in the burst oscillation among the stored past voltage table data. In addition, at least one set of the measured value of the output pulse energy close to the target energy value of the current burst oscillation and the voltage command value Vi of the pulse at that time is read, and the i-th voltage command value Vi is calculated based on the read value. Then, pulse oscillation is performed by the calculated voltage command value Vi. (Hereinafter, such control is called learning control.)
[0006]
Further, every pulse control unit 12 stores the voltage command value Vi at the time of each pulse oscillation after the spike region in correspondence with the measured value of the output pulse energy. In this case, the i-th voltage command value Vi is calculated based on the pulse energy measurement value of the pulse output (i-1) th in the same burst and the voltage command value Vi-1 at that time, Pulse oscillation (hereinafter referred to as every pulse control) is performed by the calculated voltage command value Vi.
[0007]
According to this prior art, the voltage command value Vi is feedback-controlled as follows based on the energy measurement value Ei of the pulse laser beam output by the voltage command value Vi. For example, when the constant energy control is performed with the target energy value Ed being constant, the learning control unit 11 uses the equation 1 to calculate the voltage command value VN, i for the i th pulse in the current (Nth) burst oscillation. Thus, the voltage command value VN + 1, i of the i-th pulse in the next (N + 1) th burst oscillation is calculated and stored in the voltage table.
[Expression 1]
VN + 1, i = VN, i + G1 x (Ed-Ei)
That is, a value obtained by multiplying the deviation between the energy target value Ed and the energy measured value Ei by a predetermined feedback gain G1 is added to the voltage command value VN, i in the current burst oscillation, and the voltage command value VN in the next burst oscillation. + 1, i is calculated.
[0008]
Similarly, in each pulse control unit 12, the voltage command value VN, i + 1 of the next (i + 1) th pulse is calculated with respect to the voltage command value VN, i of the i-th pulse according to Equation 2. .
[Expression 2]
VN, i + 1 = VN, i + G2 × (Ed−Ei)
That is, a value obtained by multiplying the deviation between the target energy value Ed and the measured energy value Ei by a predetermined feedback gain G2 is added to the voltage command value VN, i of the i-th pulse, and the voltage command value VN of the (i + 1) th pulse. , i + 1 is calculated.
Normally, the feedback gains G1 and G2 are set based on the input / output characteristics of laser oscillation, that is, the relationship between the voltage command value Vi and the output pulse energy value.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the excimer laser apparatus tends to change the input / output characteristics of the laser oscillation while repeating the laser oscillation. For example, before and after the laser gas exchange or the laser gas, the laser chamber, and other laser configurations. The input / output characteristics are different when the part is new and when a predetermined time has passed or when the part is near the end of its life. 12 and 13 show examples of input / output characteristics in the initial stage after the laser gas exchange and in the latter half of the laser gas lifetime, respectively. Conventionally, the laser gas pressure is adjusted so that the voltage command value Vi is constant even when the input / output characteristics change as described above, and in order to obtain a constant pulse energy output, The charging voltage applied to is almost constant. Here, this substantially constant charging voltage is called an operating voltage. At this time, in the input / output characteristics shown in FIGS. 12 and 13, the slope of the curve of the input / output characteristics becomes steep at a voltage portion lower than the operating voltage Va, and this curve becomes flat as the voltage increases. It has been known from the past. The slope of the input / output characteristics of the voltage portion lower than the operating voltage Va gradually increases as the lifetime of the laser gas approaches.
[0010]
On the other hand, as described above, since the pulse energy is output higher than the charging voltage in the spike region, in the energy control device disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 9-248682, as shown in FIG. At the time of learning control, the voltage command value Vi of the first pulse is set lower than the operating voltage Va, and gradually increases from the second pulse. Also, the voltage command value output at the end of the learning control. Vi is used as the first voltage command value Vi at the time of every pulse control. Therefore, during learning control and pulse-by-pulse control, oscillation occurs in a region where the slope of the input / output characteristic curve is steep. Therefore, the feedback gains G1 and G2 are set to small values based on the relatively small slope of the input / output characteristics in the initial state where the laser gas is exchanged. At this time, the voltage command value Vi during learning control and pulse-by-pulse control is based on values obtained by multiplying the energy deviation values at that time by feedback gains G1 and G2, respectively, as shown by the equations 1 and 2. Have been corrected.
[0011]
However, if the pulse energy is controlled with the feedback gains G1 and G2 being small values in the initial state, the pulse energy in each burst head region gradually increases as the laser gas life approaches, for example, as shown in FIG. Deviation converges later. As a result, the variation in pulse energy becomes large, causing a problem that the total exposure amount in the stepper cannot be kept constant. If the feedback gains G1 and G2 are readjusted while the laser gas has deteriorated and the pulse energy deviation has increased, the output pulse energy will hunt when the gas is replaced and the laser gas is renewed. There also arises a problem that it does not converge to Ed.
[0012]
The present invention has been made paying attention to the above problems, and an excimer laser device capable of reducing the deviation amount of each pulse energy without being influenced by the change in the input / output characteristics of the laser oscillation with the lapse of the laser oscillation time. It aims to provide an energy control device.
[0013]
[Means, actions and effects for solving the problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when pulse oscillation is performed in a burst operation mode in which a continuous pulse oscillation for a predetermined time and a pause for a predetermined time are alternately repeated, Learning control is performed for a predetermined number of pulse oscillations, and after this learning control, each pulse control is performed. During the learning control, at the time of the i-th pulse oscillation from the start of oscillation, The voltage command value Vi of the i-th pulse is obtained by multiplying a deviation value between the energy target value Ed and the energy measurement value E of the pulse oscillated corresponding to the i-th voltage command value Vi by a predetermined feedback gain G1. Updated and output as the i-th voltage command value Vi of this time, and at the time of each pulse control, during the I-th pulse oscillation from the start of oscillation, within the same continuous pulse oscillation ( -1) Deviation between the voltage command value VI-1 of the first pulse oscillation and the energy target value Ed and the measured energy value E of the pulse oscillated corresponding to the (I-1) th voltage command value VI-1 The value is updated with a value obtained by multiplying the value by a predetermined feedback gain G2, and is output as the I-th voltage command value VI. The output control unit 10 oscillates the pulse, and the discharge voltage is determined based on the voltage command values Vi and VI. In the energy control device of the excimer laser device that controls the pulse energy of the laser by controlling,
The output control unit 10 measures input / output characteristics representing the current relationship between the voltage command value Vi and output pulse energy, corrects the feedback gains G1 and G2 based on the input / output characteristics, and corrects the feedback. The voltage command value Vi at the time of the learning control and the voltage command value VI-1 at the time of each pulse control are updated and output by the gains G1 and G2, respectively.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, the output control unit measures the input / output characteristic representing the relationship between the voltage command value and the output pulse energy as needed, and based on the current input / output characteristic, at the time of learning control and every pulse During the control, the feedback gain for updating the voltage command value is corrected by the deviation value between the voltage command value and the output pulse energy. As a result, the feedback gain is always adapted to the input / output characteristics. Therefore, even if the input / output characteristics change as the laser oscillation time elapses, the feedback gain is corrected corresponding to this change, so the voltage command value updated by the feedback gain reaches the energy target value. It converges to the command value in a short time. As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the energy control device for the excimer laser device according to the first aspect, the output control unit 10 determines the voltage command value at at least two points in the operating voltage range before starting each burst oscillation. The current input / output characteristics are measured on the basis of Vi, VI and the output pulse energy measurement value E, and the feedback gain is compared by comparing the current input / output characteristics with the input / output characteristics of the laser gas in the initial state. G1 and G2 are corrected.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, for example, the adjustment oscillation is performed before the burst oscillation is started, the output pulse energy with respect to the voltage command value is measured within the voltage range to be used, and the current input is based on the measurement result. Calculate the output characteristics. This input / output characteristic is expressed, for example, by the slope of this straight line when the input / output characteristic curve in the above operating voltage range is linearly approximated, that is, by a proportional coefficient between the voltage command value and the output pulse energy. Compare the measured current input / output characteristics (inclination of the curve) with the input / output characteristics in the initial state of the laser gas. The feedback gain for updating the voltage command value is corrected based on the deviation value. Therefore, as the laser oscillation time elapses, for example, the curve of the operating voltage range rises, that is, the input / output characteristics change such that the proportional coefficient between the voltage command value and the output pulse energy increases. However, even if there is such a change, the feedback gain is corrected in accordance with this change, so that the voltage command value quickly converges to a voltage command value suitable for the energy target value during learning control and every pulse control. . As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the energy control device of the excimer laser device according to the first aspect, the output control unit 10 obtains the burst head voltage Vb from the voltage command value Vi of the first pulse of the current burst, The initial burst head voltage Vbi is obtained from the voltage command value Vi of the first pulse of the burst in the initial state of the laser gas, and the feedback gains G1 and G2 are corrected based on the ratio between the burst head voltage Vb and the initial burst head voltage Vbi. is doing.
[0018]
According to the invention described in claim 3, since the voltage command value of the first pulse of each burst (referred to as the burst head voltage) is learned by learning control when performing constant energy value control, the laser It contains information on changes in input / output characteristics as the oscillation time elapses. Therefore, it is equivalently input by the ratio between the burst start voltage Vb of the current burst and the initial burst start voltage Vbi of the burst in the initial state of the laser gas. A change state of the output characteristic is represented. Therefore, by correcting the feedback gain based on this ratio, a feedback gain suitable for the change in the input / output characteristics is obtained, and the voltage command value becomes a voltage command value suitable for the energy target value during learning control and every pulse control. Converge quickly. As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the energy control device of the excimer laser device according to the first aspect, the output control unit 10 includes a burst of the first pulse among the voltage command values Vi and VI of the current burst oscillation. Of the deviation value between the head voltage Vb and the voltage command value Ve in the second half of the burst, and the burst oscillation in the initial state of the laser gas, the initial burst head voltage Vbi of the first pulse and the voltage command value Vei in the second half of the burst The feedback gains G1 and G2 are corrected based on the ratio of the deviation values.
[0020]
According to the fourth aspect of the present invention, when the constant energy value control is performed, the burst head voltage of each burst is learned by learning control, and the voltage command value of the latter half of the burst is energy measured by pulse control. Since the value is fed back and updated, the deviation value between the burst head voltage of each burst and the voltage command value of the latter half of the burst includes information on changes in input / output characteristics with the lapse of the laser oscillation time. Therefore, the deviation value between the burst first voltage Vb of the current burst and the voltage command value of the second half of the burst, and the ratio of the deviation value between the initial burst first voltage Vbi and the voltage command value Vei of the second half of the burst in the initial state of the laser gas. Equivalently represents the change state of the input / output characteristics. Therefore, by correcting the feedback gain based on this ratio, a feedback gain suitable for the change in the input / output characteristics is obtained, and the voltage command value becomes a voltage command value suitable for the energy target value during learning control and every pulse control. Converge quickly. As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the energy control device for the excimer laser device according to the first aspect, a pressure sensor 9 for detecting a pressure of a laser gas and outputting a pressure signal to the output control unit 10 is provided, and the output The controller 10 corrects the feedback gains G1 and G2 based on the ratio between the current laser gas pressure Pp and the initial laser gas pressure Ppi in the initial state of the laser gas.
[0022]
According to the fifth aspect of the present invention, in the normal excimer laser apparatus, when the constant energy value control is performed, the laser gas pressure is controlled (general) so that the operating voltage falls within a predetermined power supply range. Therefore, the laser gas pressure includes information on changes in input / output characteristics with the lapse of the laser oscillation time. From this, the change state of the input / output characteristics is equivalently represented by the ratio between the current laser gas pressure Pp and the initial laser gas pressure Ppi in the initial laser gas state. Therefore, by correcting the feedback gain based on this ratio, a feedback gain suitable for the change in the input / output characteristics is obtained, and the voltage command value becomes a voltage command value suitable for the energy target value during learning control and every pulse control. Converge quickly. As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, when pulse oscillation is performed in a burst operation mode in which continuous pulse oscillation for a predetermined time and pause for a predetermined time are alternately repeated, learning is performed for a predetermined number of pulse oscillations at the initial stage of each continuous pulse oscillation. After this learning control, every pulse control is performed. At the time of the learning control, the voltage command value Vi of the i-th pulse at the time of the previous continuous pulse oscillation is obtained at the time of the i-th pulse oscillation from the start of oscillation. , And updated by a value obtained by multiplying a deviation value between the energy target value Ed and the energy measurement value E of the pulse oscillated corresponding to the i-th voltage command value Vi by a predetermined feedback gain G1. The voltage command value Vi is output, and at the time of each pulse control, during the I-th pulse oscillation from the start of oscillation, the (I-1) -th pulse oscillation current within the same continuous pulse oscillation is output. The command value VI-1 is multiplied by a predetermined feedback gain G2 to the deviation value between the energy target value Ed and the measured energy value E of the pulse oscillated corresponding to the (I-1) th voltage command value VI-1. In the energy control method of the excimer laser device, which is updated with the value and output as the I-th voltage command value VI, and controls the discharge voltage based on the voltage command values Vi and VI to control the pulse energy of the laser. An input / output characteristic representing the current relationship between the voltage command value Vi and output pulse energy is measured, the feedback gains G1 and G2 are corrected based on the input / output characteristic, and the corrected feedback gains G1 and G2 respectively The voltage command value Vi and the voltage command value VI-1 are updated.
[0024]
According to the sixth aspect of the present invention, the input / output characteristic representing the relationship between the voltage command value and the output pulse energy is measured at any time, and the energy measured value at the time of learning control and every pulse control based on the current input / output characteristic. Since the feedback gain for updating the voltage command value is corrected by this, this feedback gain is always adapted to the input / output characteristics. Therefore, even if the input / output characteristics change as the laser oscillation time elapses, the feedback gain is corrected corresponding to this change, so the voltage command value updated by the feedback gain reaches the energy target value. It converges to the command value in a short time. As a result, the energy deviation converges in a short time and the deviation amount becomes small, so that the energy is controlled to a constant value with high accuracy.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a stepper in which an energy control device for an excimer laser device according to the present invention is used. In the figure, a laser gas is sealed in a laser chamber 2 of an excimer laser apparatus 1. A predetermined discharge voltage is applied from a laser power source 8 to electrodes (not shown) disposed inside the laser chamber 2, and discharge is performed between the electrodes. Laser oscillation is performed by the laser gas excited by this discharge, and the oscillated laser light is resonated by an optical resonator having a narrow-band element 6 such as a grating or a prism and a front mirror 7, and laser light is emitted from the front mirror 7. 4 is emitted. The laser beam 4 passes through the beam splitter 3 and is guided to the stepper 30, and a part of the laser beam 4 is sampled by the beam splitter 3 and incident on the energy sensor 5 of the output monitor unit. 4 energy per pulse, that is, pulse energy is measured. This energy measurement value E is fed back to the output control unit 10. The laser chamber 2 is provided with a pressure sensor 9 for detecting the laser gas pressure, and a pressure signal from the pressure sensor 9 is output to the output control unit 10.
[0026]
Further, the stepper 30 includes an exposure control device 31. The exposure control device 31 irradiates the wafer to be exposed with the laser beam 4 taken in, or moves the stage on which the wafer is mounted sequentially by a predetermined distance. Is controlling. Then, in order to obtain a desired exposure amount, the exposure control device 31 outputs an energy target value Ed per one pulse of the oscillation pulse to the output control unit 10, and the total oscillation pulse within each burst oscillation. Number im is output. In addition, an adjusted oscillation condition OK signal or a measurement condition OK signal for instructing timing for measuring input / output characteristics is output.
[0027]
Based on the deviation value between the target energy value Ed and the measured energy value E, the output control unit 10 uses a predetermined control algorithm to be described later so that the output pulse energy becomes equal to the input target energy value Ed. The voltage command value Vi is calculated for each pulse, and the calculated voltage command value Vi is output to the laser power supply unit 8. Thereby, the laser beam 4 is oscillated by being discharged at a predetermined discharge voltage. At this time, pulse oscillation is performed until the number of output pulses reaches the total number of oscillation pulses im. In addition, the output control part 10 can be comprised mainly by computer apparatuses, such as a microcomputer, for example.
[0028]
FIG. 2 is a control block diagram conceptually showing the basic control function configuration inside the output control unit 10 according to the present invention.
In the figure, the gain correction calculation unit 20 constantly monitors the voltage command value Vi to the laser power supply unit 8 and the measured energy value Ei or the current laser gas pressure during the operation of the excimer laser device, and monitors these data. Based on the above, the input / output characteristics of the current laser oscillation are calculated as needed. Based on the current input / output characteristics of the laser oscillation, a calculation for correcting the feedback gains G1 and G2 of the learning control unit 11 and the pulse control unit 12 is performed, and the corrected feedback gains G1 and G2 are used as the learning control unit 11. And output to each pulse control unit 12.
[0029]
The learning control unit 11 performs spike killer control by learning control in the initial spike region (see FIG. 9) at the time of each burst oscillation. That is, the voltage command value Vi is stored in advance as a voltage table in accordance with the predetermined energy target value Ed according to the pulse order i from the start of oscillation of each burst. In the first burst oscillation, the i-th voltage command value Vi in the stored initial voltage table (in this case, VN, i and N = 0 at the time of the i-th pulse oscillation from the first pulse) ) And output to the laser power supply unit 8. Thereafter, based on the deviation value between the energy target value Ed and the energy measurement value Ei measured at the time of laser oscillation and the feedback gain G1 corrected by the gain correction calculation unit 20 according to the equation 1, the read voltage The command value Vi is updated (this is referred to as learning), and the updated voltage command value Vi is stored as the i-th voltage command value Vi (VN, i, where N = 1). Thereafter, the updated voltage table is used for the next (N + 1) th burst oscillation, and the voltage command value Vi (VN, i) corresponding to the i-th pulse oscillation is read to read the laser power supply unit. 8 is output. When the predetermined i0th oscillation is completed, the final voltage command value Vi0 is transmitted to the pulse control unit 12.
[0030]
Each pulse control unit 12 performs control to reduce the variation of each pulse energy at the time of each pulse oscillation after the spike region. That is, every pulse control unit 12 performs the i-th pulse oscillation from the head of each burst oscillation (Nth), and immediately before the (i−1) -th pulse oscillation in the same burst oscillation. Voltage command value Vi-1 (corresponding to VN, i-1) and the deviation value between the input energy target value Ed and the measured energy value Ei-1 with respect to this voltage command value Vi-1 It is output to the laser power source 8 as Vi (corresponding to VN, i). Thereafter, the pulse control unit 12 is based on the deviation value between the energy target value Ed and the energy measurement value Ei of the pulse oscillated at this time, and the feedback gain G2 corrected by the gain correction calculation unit 20 according to the equation (2). Then, the i-th voltage command value Vi (VN, i) is updated, and the updated voltage command value Vi is stored. As described above, the stored i-th voltage command value Vi is output during pulse oscillation as the (i + 1) -th voltage command value Vi + 1 (corresponding to VN, i + 1) of the same burst oscillation. Note that when the learning control is switched to the pulse-by-pulse control, the voltage command value Vi0 input from the learning control unit 11 is set as an initial value at the time of pulse-by-pulse control.
[0031]
The selector 13 determines whether the current control processing is for the spike region or a region after this, selects and outputs the voltage command value Vi output from the learning control unit 11 when controlling in the spike region, At the time of control after this region, the voltage command value Vi output from the pulse control unit 12 is selected and output.
[0032]
In the present invention, the input / output characteristics of the laser are measured directly or indirectly, and the feedback gains G1 and G2 that have been set to constant values are adjusted based on the measured input / output characteristics. In this way, even if the input / output characteristics change, it is possible to prevent a follow-up delay to the energy target value Ed in the head region of burst oscillation. Each embodiment for measuring the input / output characteristics and correcting the feedback gains G1 and G2 will be described below.
[0033]
First, based on FIG.3 and FIG.4, 1st Embodiment is described. Now, it is assumed that the current input / output characteristics are represented by FIG. 3, in which the horizontal axis represents the voltage command value Vi, and the vertical axis represents the pulse energy by this voltage command value Vi. In the present invention, the feedback gains G1 and G2 are adjusted on the basis of the input / output characteristics of the voltage range that is usually used most frequently among the input / output characteristics. In the present embodiment, this input / output characteristic is represented by an inclination angle of a portion where the slope of the curve is steep in a range where the voltage command value Vi in FIG. 3 is small, and this inclination angle is a curve that is linearly approximated. Based on this, it is obtained by the mathematical expression “K = dE / dV”.
[0034]
Normally, adjustment oscillation is performed in order to stabilize the laser state when the laser is started after a long period of rest or after laser gas exchange. The output control unit 10 measures the output pulse energy at at least two or more points in a predetermined voltage range to be used according to the constant voltage mode, that is, the input / output characteristics as they are during the adjustment oscillation. Now, as shown in FIG. 3, it is assumed that the energy measurement values Et0 and Et1 are measured corresponding to the two voltage command values Vt0 and Vt1, respectively. A curve measured at three or more points in the operating voltage range may be linearly approximated, and two voltage command values Vt0 and Vt1 and energy measurement values Et0 and Et1 corresponding thereto may be selected on the obtained straight line. . The gain correction calculation unit 20 calculates new feedback gains G1 and G2 by the following equations 3 and 4 based on the voltage command values Vt0 and Vt1 and the energy measurement values Et0 and Et1.
[Equation 3]
G1 = G1a x (K / Ka)
[Expression 4]
G2 = G2a x (K / Ka)
Here, G1a and G2a represent initial values of the feedback gains G1 and G2 of the learning control unit 11 and the pulse control unit 12 in the initial state immediately after the laser gas exchange, respectively, and are normally set to predetermined constant values. Or obtained from the input / output characteristics measured during the adjusted oscillation in the initial state. K and Ka represent the input / output characteristics calculated by Equation 5 based on the above measured values and the input / output characteristics measured in the initial state immediately after the laser gas replacement.
[Equation 5]
K = (Et1-Et0) / (Vt1-Vt0)
[0035]
Next, a calculation processing method of the feedback gains G1 and G2 of the output control unit 10 having the above configuration will be described based on the flowchart shown in FIG.
In S <b> 1, the output control unit 10 performs laser oscillation of the final pulse of the burst by the oscillation trigger signal TR from the exposure control device 31. That is, at the time of the final im-th pulse oscillation, the laser power supply unit 8 is charged with the voltage command value Vim obtained by the pulse control unit 12, and the output control is performed when the oscillation trigger signal TR is received after the charging is completed. The unit 10 outputs an oscillation command to the laser power source unit 8 to oscillate the laser beam 4. Next, in S2, it is checked whether or not the adjusted oscillation condition OK signal is input from the exposure control device 31, and when the adjusted oscillation condition OK signal is not input, the process proceeds to S6 and 1 of the next burst is transferred. Prepare for the second pulse oscillation. That is, the first voltage command value V1 obtained by the learning control unit 11 is output to the laser power source unit 8 and charged, preparation for the next burst oscillation is performed, and this flow ends.
[0036]
When the adjusted oscillation condition OK signal is input in S2, the adjusted oscillation is performed in S3 to measure the input / output characteristics. Specifically, based on predetermined voltage command values Vt0 and Vt1 in the vicinity of the operating voltage, the laser power supply unit 8 is charged to cause laser oscillation, and energy measurement values Et0 and Et1 corresponding thereto are input. Next, at S4, the current input / output characteristic K is calculated by the equation (5), and at S5, the feedback gains G1, G2 corresponding to the current input / output characteristic K are calculated by the equations (3, 4) to adjust the gain. I do. Thereafter, at the time of pulse oscillation of the next burst, the voltage command value Vi is calculated by the adjusted feedback gains G1 and G2. Next, the process proceeds to S6, and similarly preparations for pulse oscillation of the next burst are made.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, even if the input / output characteristics change with the progress of laser oscillation, the input / output characteristics are always measured, and the measured input / output characteristics and the input / output in the initial state are measured. By comparing with the characteristics, the change ratio of the input / output characteristics with respect to the initial state is obtained. This change ratio represents, for example, the degree of change in the slope of the input / output characteristic curve in the operating voltage range, and the feedback gain is corrected in accordance with this degree of change, so that the feedback gain G1 always adapted to the input / output characteristic. , G2 is required. As a result, the voltage command value Vi is updated by the new feedback gains G1 and G2, so that each voltage command value Vi converges in a short time to the optimum voltage command value Vd that can achieve the energy target value Ed. Therefore, the output pulse energy converges to the energy target value Ed in a short time, and the deviation value of the output pulse energy becomes small.
[0038]
Next, a second embodiment will be described based on FIGS. This embodiment shows an example of indirectly measuring input / output characteristics.
FIG. 5 shows voltage command characteristics in burst oscillation, where the horizontal axis represents the pulse order i and the vertical axis represents the voltage command value Vi. In the figure, two voltage command characteristics are shown. C1 indicates a voltage command characteristic in an initial state immediately after laser gas exchange, and C2 indicates a voltage command characteristic after repeating burst oscillation a predetermined number of times. In the figure, the voltage command value Vi at the time of oscillation of the first pulse (first pulse) of the voltage command characteristics C1 and C2 is assumed to be an initial burst head voltage Vbi and a burst head voltage Vb, respectively.
[0039]
As described above, during the learning control, the voltage command value Vi is learned based on the deviation value between the energy target value Ed and the energy measurement value E. Therefore, the voltage command value Vi at the start pulse oscillation of each burst (the burst It is considered that information on the input / output characteristics of the current laser oscillation is included in the head voltage Vb). That is, the input / output characteristics related to laser oscillation tend to stand up with the deterioration of the laser gas, that is, the slope tends to become steep in the region where the voltage command value Vi in FIG. When it comes, the burst head voltage Vb tends to increase. Therefore, the degree of increase of the burst head voltage Vb includes information on the current change state of the input / output characteristics. From this, feedback gains G1 and G2 are calculated by the following equations 6 and 7 based on the initial burst head voltage Vbi and the current burst head voltage Vb.
[Formula 6]
G1 = G1a × Kb × (Vb / Vbi)
[Expression 7]
G2 = G2a x Kb x (Vb / Vbi)
Here, G1a and G2a represent the initial values of the feedback gains G1 and G2 of the learning control unit 11 and the pulse control unit 12 in the initial state immediately after the laser gas exchange, and Kb represents the initial burst head voltage. A coefficient to be converted into a feedback gain is shown. The coefficient Kb is set as an empirical value based on experimental results.
[0040]
FIG. 6 shows an example of a calculation processing flowchart of the output control unit 10 in the present embodiment. Next, description will be given based on FIG. Here, the same step number S is attached to the step which performs the same process as the step of FIG.
In S11, the output control unit 10 performs laser oscillation in response to the oscillation trigger signal TR from the exposure control device 31. That is, when the laser power supply unit 8 is charged with the voltage command value Vi obtained by the learning control unit 11 or the every pulse control unit 12 during the i-th pulse oscillation and the oscillation trigger signal TR is received after the charging is completed. The output control unit 10 outputs an oscillation command to the laser power source unit 8 to oscillate the laser beam 4. Next, in S12, it is checked whether or not the measurement condition OK signal is input from the exposure control device 31, and when the measurement condition OK signal is not input, the process proceeds to S16 and the next (i + 1) th is performed. Prepare for pulse oscillation. That is, the voltage command value Vi + 1 obtained by the learning control unit 11 or the every pulse control unit 12 is output to the laser power source unit 8 and charged. Thereafter, the process returns to S11 and the above processing is repeated.
[0041]
When the measurement condition OK signal is input in S12, the current burst head voltage Vb is measured in S13. That is, the voltage command value V1 updated after the first pulse oscillation of the current burst oscillation is read from the voltage table of the learning control unit 11, and this voltage command value V1 is used as the burst head voltage Vb. Next, in S14, the input / output characteristic K is equivalently obtained by the equation "K = Vb / Vbi" based on the ratio between the burst head voltage Vb and the initial burst head voltage Vbi. In S15, feedback gains G1 and G2 corresponding to the current input / output characteristic K are calculated by the equations 6 and 7, and gain adjustment is performed. Thereafter, at the time of the next (i + 1) th pulse oscillation, the voltage command value Vi is calculated by the adjusted feedback gains G1 and G2. Next, the process proceeds to S16 to prepare for the next (i + 1) th pulse oscillation.
[0042]
Next, a third embodiment will be described.
In FIG. 5, the voltage command value Vi is almost constant and stable in the latter half of each burst. Then, the inventors of the present invention indicate that the magnitude of the deviation between the stable voltage command value Ve and the burst head voltage Vb in the latter half of the burst is inversely proportional to the degree of deterioration of the laser gas, that is, with the progress of laser oscillation. The tendency that the deviation value becomes smaller is confirmed. Due to this tendency, this deviation value is considered to represent a change state of the input / output characteristics of laser oscillation. Therefore, in this embodiment, the gain correction calculation unit 20 calculates the deviation value between the current burst head voltage Vb and the voltage command value Ve in the second half of the burst, and the initial burst head voltage Vbi according to the following equations 8 and 9. The feedback gains G1 and G2 are corrected based on the ratio of the deviation value between the initial burst and the voltage command value Vei in the latter half of the initial burst.
[Equation 8]
G1 = G1a * Kb * (Vei-Vbi) / (Ve-Vb)
[Equation 9]
G2 = G2a * Kb * (Vei-Vbi) / (Ve-Vb)
Here, the feedback gains G1a and G2a and the coefficient Kb are the same as in the previous embodiment.
[0043]
FIG. 7 shows a calculation processing flowchart example of the output control unit 10 in the present embodiment, which will be described based on the flowchart.
In S21, the output control unit 10 performs laser oscillation of the last pulse of the burst by the oscillation trigger signal TR from the exposure control device 31. That is, at the time of the final im-th pulse oscillation, the laser power supply unit 8 is charged with the voltage command value Vim obtained by the pulse control unit 12, and the output control is performed when the oscillation trigger signal TR is received after the charging is completed. The unit 10 outputs an oscillation command to the laser power source unit 8 to oscillate the laser beam 4. Next, in S22, it is checked whether or not the measurement condition OK signal is input from the exposure control device 31, and if the measurement condition OK signal is not input, the process proceeds to S26 and the first burst of the next burst is transferred. Prepare for pulse oscillation. That is, the first voltage command value V1 obtained by the learning control unit 11 is output to the laser power source unit 8 and charged, preparation for the next burst oscillation is performed, and this flow ends.
[0044]
When the measurement condition OK signal is input in S22, the current burst head voltage Vb and the voltage command value Ve of the latter half of the burst are measured in S23. That is, the first pulse voltage command value V1 updated at the time of the previous burst oscillation and the second half voltage command value Vi (this may be an average value of several voltage command values Vi in the second half). The voltage command value V1 and the second half voltage command value Vi are respectively read from the voltage table of the control unit 11 and the pulse control unit 12, and the burst first voltage Vb and the second half voltage command value Ve are used as the voltage command value V1. Next, in S24, the deviation value between the obtained current burst head voltage Vb and the voltage command value Ve in the latter half of the burst, and the deviation value between the initial burst head voltage Vbi and the voltage command value Vei in the latter half of the initial burst are obtained. Based on the ratio, the input / output characteristic K is equivalently obtained by the equation “K = (Vei−Vbi) / (Ve−Vb)”. In S25, feedback gains G1 and G2 corresponding to the current input / output characteristic K are calculated by the equations 8 and 9, and gain adjustment is performed. Thereafter, at the time of pulse oscillation of the next burst, the voltage command value Vi is calculated by the adjusted feedback gains G1 and G2. Next, the process proceeds to S26 to prepare for the next burst pulse oscillation.
[0045]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment also shows an example in which input / output characteristics are indirectly measured.
In general, in an excimer laser apparatus, as the laser gas deteriorates, the operating voltage Va when the energy is controlled to be constant changes. In order to perform energy control with high accuracy, it is necessary that the operating voltage Va be within a predetermined range, for example, the range of the low voltage command value of the input / output characteristics as shown in FIG. Therefore, the laser gas pressure is usually changed (pressurized) in order to keep the operating voltage Va constant within a predetermined range. For this reason, the current laser gas pressure includes information on the current input / output characteristic change state. In other words, when the laser gas pressure increases with the deterioration of the laser gas, a steep portion of the input / output characteristics is steep, so that the gain tends to increase.
[0046]
This embodiment pays attention to this, and based on the current laser gas pressure Pp and the initial laser gas pressure Ppi in the initial state immediately after the laser gas exchange, the feedback gains G1 and G2 are obtained by the following equations 10 and 11. ing.
[Expression 10]
G1 = G1a x Kb x (Pp / Ppi)
[Expression 11]
G2 = G2a x Kb x (Pp / Ppi)
Here, the feedback gains G1a and G2a and the coefficient Kb are the same as in the previous embodiment. Since the laser gas pressure gradually changes during the control, the initial laser gas pressure Ppi is corrected by pressurizing the laser gas pressure after the adjustment oscillation immediately after the laser gas replacement, that is, the initial operating voltage Va becomes a predetermined value. It shall be measured later.
[0047]
FIG. 8 shows an example of a calculation processing flowchart of the output control unit 10 in the present embodiment, and the processing method will be described below based on FIG.
First, in S31, it is determined whether or not the laser gas has been replaced. If it has been replaced, the process waits until an adjusted oscillation condition OK signal is input from the exposure control device 31 in S32. When the adjusted oscillation condition OK signal is input, adjusted oscillation is performed in S33, and the initial laser gas pressure Ppi is measured and stored. Then, the process proceeds to S34. If the laser gas is not exchanged in S31, the process proceeds to S34.
[0048]
Next, in S <b> 34, the output control unit 10 performs laser oscillation by the oscillation trigger signal TR from the exposure control device 31. That is, when the laser power supply unit 8 is charged with the voltage command value Vi obtained by the learning control unit 11 or the every pulse control unit 12 during the i-th pulse oscillation and the oscillation trigger signal TR is received after the charging is completed. The output control unit 10 outputs an oscillation command to the laser power source unit 8 to oscillate the laser beam 4. Next, in S35, it is checked whether or not the measurement condition OK signal is input from the exposure control device 31, and when the measurement condition OK signal is not input, the process proceeds to S39 and the next (i + 1) th is performed. Prepare for pulse oscillation. That is, the voltage command value Vi + 1 obtained by the learning control unit 11 or the every pulse control unit 12 is output to the laser power source unit 8 and charged. Thereafter, the process returns to S31 and the above processing is repeated.
[0049]
In S35, when the measurement condition OK signal is input, the pressure signal from the pressure sensor 9 is taken in S36 and the current laser gas pressure Pp is measured. Next, in S37, the input / output characteristics K are equivalently obtained from the formula “K = Pp / Ppi” based on the ratio between the laser gas pressure Pp and the stored initial laser gas pressure Ppi. In S38, the feedback gains G1 and G2 corresponding to the current input / output characteristic K are calculated by the equations 10 and 11, and the gain is adjusted. Thereafter, at the time of the next (i + 1) th pulse oscillation, the voltage command value Vi is calculated by the adjusted feedback gains G1 and G2. Next, the process proceeds to S39 to prepare for the next (i + 1) th pulse oscillation.
[0050]
As described above, according to the present invention, even when the input / output characteristics change with the progress of laser oscillation of the excimer laser device, the input / output characteristics are sequentially measured during operation. Based on the degree of change with respect to the initial input / output characteristics, the feedback gains G1 and G2 of the voltage command value Vi are corrected so as to conform to the current input / output characteristics. Therefore, the voltage command value Vi updated at each pulse oscillation by the corrected feedback gains G1 and G2 can be converged in a short time to the optimum voltage command value Vd that can achieve the energy target value Ed. As a result, even if the laser gas life is near and the input / output characteristics have changed from the initial state, the output pulse energy is converged to the energy target value Ed in a short time, and the deviation between the output pulse energy and the energy target value Ed is achieved. The value can be reduced. Therefore, the exposure amount of the stepper or the like can be controlled accurately and constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a stepper in which an energy control device of an excimer laser device according to the present invention is used.
FIG. 2 is a control block diagram schematically showing a basic control function configuration inside the output control unit.
FIG. 3 shows measured input / output characteristics for explaining the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an arithmetic processing method according to the first embodiment.
FIG. 5 shows an example of voltage command characteristics in burst oscillation for explaining the second embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an arithmetic processing method according to the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an arithmetic processing method according to a third embodiment.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an arithmetic processing method according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a change in pulse energy during burst oscillation according to the prior art.
FIG. 10 is a functional block diagram symbolically showing an energy control device of an excimer laser device according to the prior art.
FIG. 11 shows an example of charging voltage output during suppression control of the spiking phenomenon.
FIG. 12 represents an example of initial input / output characteristics after laser gas exchange.
FIG. 13 shows an example of input / output characteristics in the latter half of the laser gas life.
FIG. 14 shows how pulse energy deviation converges slowly when the feedback gain according to the prior art is low.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excimer laser apparatus, 4 ... Laser beam, 5 ... Energy sensor, 8 ... Laser power supply part, 9 ... Pressure sensor, 10 ... Output control part, 11 ... Learning control part, 12 ... Every pulse control part, 20 ... Gain correction Calculation unit, 30 ... stepper, Vi ... voltage command value, Ed ... energy target value, E ... energy measurement value, K ... input / output characteristics.

Claims

When pulse oscillation is performed in the burst operation mode in which continuous pulse oscillation for a predetermined time and pause for a predetermined time are alternately repeated, learning control is performed for a predetermined number of pulse oscillations at the initial stage of each continuous pulse oscillation. Performs pulse-by-pulse control, and at the time of learning control, the voltage command value (Vi) of the i-th pulse at the previous continuous pulse oscillation at the time of the i-th pulse oscillation from the start of oscillation is used as the energy target value (Ed). Is updated with a value obtained by multiplying a deviation value between the measured energy (E) of the pulse oscillated corresponding to this i-th voltage command value (Vi) and a predetermined feedback gain (G1), and this i-th voltage command value (Vi). Voltage command value (Vi), and during the pulse control, the (I-1) th pulse oscillation within the same continuous pulse oscillation during the I-th pulse oscillation from the start of oscillation The voltage command value (VI-1) of the energy target A value obtained by multiplying the deviation value between (Ed) and the measured energy value (E) of the pulse oscillated corresponding to the (I-1) th voltage command value (VI-1) by a predetermined feedback gain (G2) And an output control unit (10) that outputs the pulse voltage as an I-th voltage command value (VI), and controls the discharge voltage based on the voltage command values (Vi) and (VI). In the energy control device of the excimer laser device for controlling the pulse energy of the laser,
The output control unit (10) measures an input / output characteristic representing the current relationship between the voltage command value (Vi) and the output pulse energy, and determines the feedback gain (G1, G2) based on the input / output characteristic. The voltage command value (Vi) at the time of the learning control and the voltage command value (VI-1) at the time of each pulse control are updated and output by the corrected feedback gain (G1, G2), respectively. Excimer laser device energy control device.

In the energy control device of the excimer laser device according to claim 1,
The output control unit (10) is based on the voltage command values (Vi) and (VI) at at least two points in the operating voltage range and the energy measurement value (E) of the output pulse before starting each burst oscillation. Measuring the current input / output characteristics and comparing the current input / output characteristics and the input / output characteristics of the laser gas in an initial state to correct the feedback gain (G1, G2). Equipment energy control device.

In the energy control device of the excimer laser device according to claim 1,
The output control unit (10) obtains the burst head voltage (Vb) from the voltage command value (Vi) of the first pulse of the current burst, and the voltage command value (Vi) of the first pulse of the burst in the initial state of the laser gas. The initial burst head voltage (Vbi) is obtained, and the feedback gain (G1, G2) is corrected based on the ratio between the burst head voltage (Vb) and the initial burst head voltage (Vbi). Energy control device for laser equipment.

In the energy control device of the excimer laser device according to claim 1,
The output control unit (10) includes the burst start voltage (Vb) of the first pulse and the voltage command value (Ve) of the second half of the burst among the voltage command values (Vi) and (VI) of the current burst oscillation. Feedback based on the deviation value and the ratio of the deviation value between the initial burst head voltage (Vbi) of the first pulse and the voltage command value (Vei) of the second half of the burst of the burst oscillation in the initial state of the laser gas An energy control device for an excimer laser device, wherein the gain (G1, G2) is corrected.

In the energy control device of the excimer laser device according to claim 1,
A pressure sensor (9) that detects the pressure of the laser gas and outputs a pressure signal to the output control unit (10) is provided,
The output controller (10) corrects the feedback gain (G1, G2) based on the ratio of the current laser gas pressure (Pp) and the initial laser gas pressure (Ppi) in the initial state of the laser gas. Excimer laser device energy control device.

When pulse oscillation is performed in the burst operation mode in which continuous pulse oscillation for a predetermined time and pause for a predetermined time are alternately repeated, learning control is performed for a predetermined number of pulse oscillations at the initial stage of each continuous pulse oscillation. Performs pulse-by-pulse control, and at the time of learning control, the voltage command value (Vi) of the i-th pulse at the previous continuous pulse oscillation at the time of the i-th pulse oscillation from the start of oscillation is used as the energy target value (Ed). Is updated with a value obtained by multiplying a deviation value between the measured energy (E) of the pulse oscillated corresponding to this i-th voltage command value (Vi) and a predetermined feedback gain (G1), and this i-th voltage command value (Vi). Voltage command value (Vi), and during the pulse control, the (I-1) th pulse oscillation within the same continuous pulse oscillation during the I-th pulse oscillation from the start of oscillation The voltage command value (VI-1) of the energy target A value obtained by multiplying the deviation value between (Ed) and the measured energy value (E) of the pulse oscillated corresponding to the (I-1) th voltage command value (VI-1) by a predetermined feedback gain (G2) The energy of the excimer laser device that outputs the I-th voltage command value (VI) and controls the pulse voltage of the laser by controlling the discharge voltage based on the voltage command values (Vi) and (VI). In the control method,
Current input / output characteristics representing the relationship between the voltage command value (Vi) and output pulse energy are measured, the feedback gains (G1, G2) are corrected based on the input / output characteristics, and the corrected feedback gain (G1 , G2) to update the voltage command value (Vi) and the voltage command value (VI-1), respectively.