(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電レーザのガス放電の制御方法であって、
A)  様々なＦ2濃度レベルでレーザを操作するとともに、好ましい動作範囲を決定するためにレーザパラメータを決める段階と、
B)  前記好ましい動作範囲内でΔＥ／ΔＶを決定する段階と、
C)  レーザ効率又は照射量安定性に実質的な損失を与えることなくフォトレジストの感度の変化に適応させるために、前記レーザをパルスエネルギー及び反復率の広い範囲にわたって動作させことができるようにΔＥ／ΔＶに基づく注入値（ΔＥ／ΔＶ）iを決定する段階と、
D)  前記レーザの動作中にΔＥ／ΔＶが（ΔＥ／ΔＶ）iまで減少するか、又は、それ以下になった時、ある量のＦ2を注入する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ガス放電レーザのガス放電の制御方法であって、
A)  様々なＦ2濃度レベルでレーザを操作するとともに、好ましい動作範囲を決定するためにレーザパラメータを決める段階と、
B)  前記好ましい動作範囲内でΔＥ／ΔＶを決定する段階と、
C)  レーザ効率又は照射量安定性に実質的な損失を与えることなくフォトレジストの感度の変化に適応させるために、前記レーザをパルスエネルギー及び反復率の広い範囲にわたって動作させことができるようにΔＥ／ΔＶに基づく注入値（ΔＥ／ΔＶ）iを決定する段階と、
D)  前記レーザの動作中にΔＥ／ΔＶが（ΔＥ／ΔＶ）iまで減少するか又はそれ以下になった時に、５ミリグラムより少ない量のＦ2を注入する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記D)の段階において、Ｆ2の注入を３分から５分の時間間隔で行うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記各段階を、Ｆ2制御アルゴリズムがプログラムされたコンピュータプロセッサによって制御し、自動化したことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、「エキシマレーザに対するフッ素制御システム」と題した１９９８年１月３０日に出願された出願番号０９／０１６、５２５と、「エキシマレーザに対するパルスエネルギ制御」と題した１９９８年３月４日に出願された出願番号０９／０３４、８７０との一部継続出願であった「自動フッ素制御システム」と題した１９９９年の８月４日に出願されている出願番号０９／３６８、２０８の一部継続出願である。この発明は、エキシマレーザに関するものであり、特にエキシマレーザにおけるレーザガスを制御するための装置と方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマレーザは、よく知られており、その重要な使用方法は、集積回路リソグラフィーのための光源を準備することである。集積回路リソグラフィーに対して一般に市販されている相当数のエキシマレーザの型は、２４８ｎｍの波長で紫外線を発生するＫｒＦレーザである。同じようなエキシマレーザであるＡｒＦレーザは、１９３ｎｍの紫外線を発生する。これらのレーザは、一般に１、０００Ｈｚから４、０００Ｈｚのパルス率のパルスモードで作動する。そのレーザビームは、利得媒体を持つレーザ室で作られるが、その利得媒体は、長さが約２８インチで約５／８インチ離れている二つの細長い電極間で、レーザガスを介する放電によって作られる。その放電は、電極間に約２０、０００ボルトの高電圧をかけることによって発生される。ＫｒＦレーザにおいて、そのレーザガスは一般に、クリプトン約１％、フッ素０．１％、及びネオン約９９％となっている。ＡｒＦレーザにおいては、そのガスは一般に、アルゴン約３％から４％、フッ素０．１％、及びネオン９６％から９７％となっている。両方の場合において、約１、０００Ｈｚから４、０００Ｈｚの高パルス率を達成するために、そのガスは、毎秒約５００から２、０００インチの速度で電極間を循環させられる。
【０００３】
フッ素は、もっとも反応性の高い元素で、放電中にイオン化されると更に反応性が高まる。フッ素と適度に融和性があるニッケルメッキをしたアルミニュームような材料をこれらのレーザ室で利用する時は特に注意を払う必要がある。更に、レーザ室は、レーザ室内の壁に不活性層を作るためにフッ素で前もって処理される。しかし、この特別な注意をしてさえ、フッ素はその壁と別のレーザ成分とに反応し、フッ素の比較的一定の消費を生じる。消費率は多くの要因に依存するが、耐用年数内のある時間の、ある与えられたレーザに対して、消費率は、レーザが作動中の場合、主にパルス率と負荷要因とに依存する。もし、レーザが作動中でなかったら、消費率は大幅に減少する。消費率は、もしガスが循環されていなければ、更に減少する。この消費を埋め合わせるために、新しいフッ素が、通常約１時間から３時間の間隔で注入される。純粋なフッ素よりも、フッ素１％、クリプトン１％、及びネオン９８％の混合をＫｒＦレーザに注入する方が、一般的である。例えば、リソグラフィーで使われる一般の１、０００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザでは、フッ素消費を補うために注入されるフッ素、クリプトン、ネオンの混合物の量は、そのレーザが作動中でなく、レーザガスが循環されていない時の毎時約１０ｓｃｃから、レーザが１、０００Ｈｚで連続作動時の、毎時約５００ｓｃｃまで変化する。一般的な注入率は、レーザ室のファンがレーザガスを循環させているがレーザは発射中ではない場合、毎時約１２０ｓｃｃである。
【０００４】
前述の「ｓｃｃ」単位は、「標準立方センチメートル」を意味している。ある容積でのフッ素量を示す他の一般的に使われる単位は、パーセント（％）フッ素、パーツパーミリオン、及びキロパスカルであるが、キロパスカルは、時々フッ素ガス混合物の部分圧力を意味する。（これは、レーザ室に注入されるフッ素量は一般に、１％フッ素ガス混合物を注入している間に測定される室の圧力によって、（直接的、または間接的に）決定されるためである。）１％フッ素混合物の毎時３２０ｓｃｃの注入率は、フッ素濃度が約０．１０％から約０．０８７％に２時間で消費されたことに相当する。純粋フッ素のグラムで測定された、２時間あたりの実際のフッ素消費量は、フッ素ガス混合物の前記注入率毎時３２０ｓｃｃ（すなわち、２時間間隔で注入される６４０ｓｃｃの１％フッ素混合物）に相当する２時間当たり約１０ミリグラムである。
【０００５】
集積回路リソグラフィーにおいて、一般的な操作モードには、約１、０００Ｈｚから４、０００Ｈｚで１０ｍＪ／パルスといった一定のパルスエネルギのレーザパルスが必要であり、そのパルスエネルギは、バーストとバーストとの間に数分の１秒から数秒の待ち時間を持つ約３００パルス（１、０００Ｈｚで約３００ミリセカンドの継続時間）程度のバーストでウェーハに加えられる。操作のモードは、例えば１週間か２週間毎に８時間といったメンテナンスや修理のための予定された使用しない時間を加味するが、数か月間に亘って、１日２４時間、週７日連続で行われる。従って、これらのレーザは信頼性が高く、実質的にトラブルが皆無である必要がある。
【０００６】
リソグラフィーに使われる一般のＫｒＦとＡｒＦエキシマレーザでは、目標とする約１０ｍＪ／パルスのパルスエネルギを持つ高品質で再現性のあるパルスは、約０．０８％（フッ素ガス混合物の８００パーツパーミリオン、もしくは、約２４キロパスカル部分圧）から約０．１２％（１、２００パーツパーミリオン、もしくは、約３６キロパスカル）までの、フッ素濃度の相当広い範囲に亘って得ることができる。レーザを作動させる通常の範囲では、目標のパルスエネルギを作るために必要な放電電圧は、フッ素濃度が減少すると（他のレーザパラメータがほぼ一定と仮定した場合）増加する。図１は、１０ｍＪ及び１４ｍＪの一定のパルスエネルギに対して、放電電圧とフッ素濃度の一般的な関係を示す。目標とするレーザパルスエネルギを発生するのに必要な放電電圧を（パルス圧縮増幅回路で）発生するのに必要な充電電圧を（約５５０ボルトから８００ボルトの範囲で）計算するフィードバックシステムにより、放電電圧は、一般に１５から２０ｋＶの範囲で制御される。その放電電圧は、充電電圧におおよそ比例する。従って、このフィードバック回路は、充電電圧パルスを与えるために電原に対して（５５０ボルトから８００ボルト）の範囲で「指令電圧」信号を送る。
【０００７】
従来技術は、連続したフッ素消費に対して一定のパルスエネルギを維持するために、放電電圧とフッ素濃度との関係を一般に利用する。従来技術のエキシマレーザの放電電圧は、とても迅速に、且つ正確に変更でき、一定のパルスエネルギを維持するために電子フィードバックを用いて制御することができる。過去においては、フッ素濃度の正確で精密な制御は困難であった。従って、従来技術の一般的なＫｒＦとＡｒＦレーザシステムでは、フッ素濃度は、充電電圧、すなわち放電電圧を、おおよそ一定のパルスエネルギ出力を維持するためにフィードバック制御システムによって調節する間、約１時間から４時間乃至５時間に亘って減少することが許される。フッ素は、約１時間から数時間の間隔で周期的に、数秒の短い注入時間により注入される。このように、通常の操作では、フッ素濃度は、約１時間から数時間の間に（例えば）約０．１０％から約０．０９％まで徐々に減少し、一方、放電電圧は、例えば約６００ボルトから約６４０ボルトまで、同じ時間に亘って増加する。１時間から数時間の時間の最後（電圧がゆっくりと約６４０ボルトまで上がった時）でのフッ素の注入は、フッ素濃度を約０．１％に戻し、フィードバック制御（一定のパルスエネルギを維持する）は、自動的に電圧を６００ボルトに減少させる。一般にこの基本的な処理は、数日間繰り返される。尚、汚染物質が数日間に亘って徐々にレーザガス内に蓄積するので、約５日から１０日の間隔で、レーザ内の実質的に全てのガスを新しいレーザガスで置き換えることが通常望まれる。図２は、上記で述べられた従来技術のフッ素注入の手法を示す。図の電圧の値は、制御電圧指令の平均値を示し、間接的に実際の充電電圧の平均値を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術手法は、これらのエキシマレーザの長期的に信頼できる操作をもたらすために、今日、生産環境において効果的に使われている。しかし、バンド幅、ビーム形状、及び波長などのいくつかのレーザパラメータは、放電電圧とフッ素濃度との大きな変動によって悪影響を受けている。
前述の従来技術の手法によるものより、もっと狭い範囲内でエキシマレーザのフッ素濃度の測定や制御を行うために、かなりの数の技術が提案され、特許を得ている。しかし、一般にこれらの技術は、商品化に結び付いていない。
【０００９】
ある状況において、集積回路リソグラフィーでは、硬化のために通常よりもずっと少ないエネルギで済む特別なレジストが使用される。例えば、フォトレジストは、硬化するのに平均５０ｍＪ／ｃｍ２必要だが、特別なレジストは、２０ｍＪ／ｃｍ２しか必要としない。一つの簡単な手法は、ウェーハ上の各スポットのパルスの数を単に減少することであろう。例えば、もし１０ｍＪ／パルスでの４０パルスが、ウェーハ上で５０ｍＪ／ｃｍ２を与えるために必要であれば、１６パルスは、とても感度の高いレジストに対して、２０ｍＪ／ｃｍ２を与えるだろう。しかし、パルスの数が減少するにつれ、全体の照射量安定性が増加するので好ましくない。他の解決法は、４０パルスを維持しつつ、パルスエネルギの出力を減らすか、または、そのビームを弱めるかすることである。一般的な従来技術のレーザのパルスエネルギ出力をその最適エネルギ以下に減少させることは、通常，作動効率の減少をもたらし、もちろん、ビームの減衰は、本質的にシステム全体の効率を下げる。
すなわち、リソグラフィー環境において、エネルギ効率の良い、リソグラフィーレーザの経済的な操作方法が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガス放電レーザ室のフッ素濃度の正確な制御を可能にする自動フッ素制御システムを持つエキシマレーザシステムを提供する。
出願者は、パルスエネルギの安定性、波長の安定性、及びバンド幅などのビームパラメータは、フッ素濃度の変化に非常に敏感であることを発見した。また、出願者は経験から、レーザが古くなるとビームパラメタの最良の組み合わせを与えるフッ素濃度が変化することも知った。更に背景技術で前述の通り、フッ素濃度の減少は、放電電圧の増加をもたらし、また、レーザの寿命は、高放電電圧と高フッ素濃度によって短くなることは、よく知られている。すなわち、最良のビームパラメータを確実にし、レーザの寿命を長くすることを達成するために、フッ素濃度を注意深く選択する必要がある。この選択は、賢明な交換条件の決断を必要とし、一旦これらの交換条件の決断がなされると、フッ素濃度の最良の範囲を表す、フッ素濃度「スイートスポット」は決められる。このスイートスポットが決定された時、フッ素濃度スイートスポットの範囲内でレーザを操作することは重要である。この操作は、レーザパラメータを監視し、ΔＥ／ΔＶ（電圧によるパルスエネルギの変化）を決定し、及び実際にフッ素濃度を測定する必要なしに、ΔＥ／  ΔＶに基づいてフッ素濃度を自動的、且つ正確に制御するコンピュータ制御システムを用いて行われる。
【００１１】
本発明は、広い感度範囲をもつフォトレジストが使われるリソグラフィー環境において特に有益である。本発明は、パルスエネルギ出力の広範囲に亘って、実質的に最大効率のレーザの操作を可能にする。
最良の実施形態において、ほとんど連続フッ素注入に近い割合で、少量の正確な注入（「微量注入法」と参照される）を可能にするために利用することができるような、マニホルドシステムが準備される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の最良の実施形態は、図を参考にすることによって説明される。
（ΔＥ／ΔＶに基づく微量注入法）
図３Ａは、２８キロパスカルと２４キロパスカルとのＦ２濃度を持つＫｒＦレーザにおける充電電圧とパルスエネルギとの一般的な関係を表すグラフである。図３Ｂは、２つの同じＦ２濃度値においてΔＥ／ΔＶの充電電圧に対する変化を示すグラフである。グラフで示されているように、ΔＥ／ΔＶの絶対値（一定のパルスエネルギＥに対応している）は、充電電圧に比べて、Ｆ２に対してかなり一定な変化をする。図３Ｂで示されているように、充電電圧の広い範囲に亘って、２４キロパスカルから２８キロパスカルへのＦ２濃度の変化によって生み出されるΔＥ／ΔＶの値は、約２５％の比較的一定の変化を示している。
【００１３】
本発見に基づいて出願者は、パルスエネルギの充電電圧に対する変化を表すパラメータΔＥ／ΔＶを監視することによって、レーザ操作を目標とするスイートスポット内に維持するように設計されたフッ素制御技術を開発した。
背景技術で前述したように、集積回路製作のためのステッパやスキャナ装置において、光源として使われるエキシマレーザに対する最良の操作モードは、「バーストモード」と呼ばれる。このモードでは、レーザは、１、０００Ｈｚから４、０００Ｈｚのパルス繰返数で約３００パルスといった「バースト」で操作され、３００パルスの各バーストは、直径約８インチのウェーハ上に約２乃至４平方センチメートルの一つの照射場所を照らす。一つのウェーハ上には、一般に多く（例えば約８５カ所）の照射場所があり、各々の場所は、一つ或いはそれ以上の集積回路に相当する。各バーストは、休止時間、例えば０．３秒の時間によって離れている。例えば８５カ所の照射場所を網羅した８５回のバーストの後で、レーザは、新しいウェーハがステッパ―またはスキャナーによって配置される間、約９秒の長い時間休止することが可能である。従来技術のエネルギ制御アルゴリズムは、バースト内でパルスエネルギの最小の変動があるにしても、バーストにおける全エネルギが一定であるように、各パルスに対して充電電圧を調節しようとする。各パルスに対するその特定の充電電圧やパルスエネルギは、コンピューター制御システムによって監視される。たとえレーザコントロールがパルスエネルギを一定に維持しようとしても（同様に全バーストエネルギを一定に維持しようとしても）、各バーストの間でパルスエネルギと特定の充電電圧との両方において、大きなパルスによる変化がある。それ故、パルスエネルギＥや充電電圧Ｖの平均値を決定するように、コンピュータに簡単にプログラムすることができ、更にコンピュータはΔＥ／ΔＶを計算する。これらは、一般に１バースト当たり約３００パルスで、毎秒１、０００から４、０００パルスの割合で発生するから、よい統計値を得るために、短時間内で大量のΔＶやΔＥが合計され、そして平均される。それ故、ΔＥ／ΔＶは良い精度で決定することが可能である。
【００１４】
（スイートスポットの特定）
目標とするＦ２スイートスポットを見つけるために、レーザは、様々なＦ２濃度で操作され、その間、目標とするレーザパルスエネルギに対して必要な、エネルギ安定性、バンド幅、及び充電電圧などの性能パラメータが測定される。そして、パラメータの最良の組み合わせを生じるＦ２濃度の範囲は決定される。更に、スイートスポットに対応するパルスエネルギＥ、充電電圧Ｖ、及びΔＥ／ΔＶが測定され、（ΔＥ／ΔＶ）ｉのＦ２注入値は決定される。コンピューターは、レーザ発生操作中にΔＥ／ΔＶの測定値が、（ΔＥ／ΔＶ）ｉに向かって減少するか、それ以下になった時はいつでもＦ２微量注入法を命令するようなアルゴリズムを持って準備される。最良の実施形態において、そのアルゴリズムは、他の特定のレーザパラメータも監視して、もしどれかが特定内容から外れたら警報が作動する、及び／又は、代わりのＦ２注入処理を始めることができる。
【００１５】
図４は、レーザ操作の間、ΔＥ／ΔＶの測定値に基づいてＦ２の微量注入法を提供する、本発明の最良の実施形態を説明する流れ図である。本実施形態において、６０、６２，及び６４のブロックで示されているように、レーザは、目標とする操作スイートスポットを決定するために、様々なＦ２濃度により操作される。そのスイートスポットは目標とするΔＥ／ΔＶとΔＥ／ΔＶ範囲（ΔＥ／ΔＶ範囲は１回のＦ２微量注入法の結果生じるΔＥ／ΔＶの変化におおよそ相当する）とにより範囲が定められる。ΔＥ／ΔＶ範囲の最小値を表す（ΔＥ／ΔＶ）ｉは決定され、コンピュータメモリに記憶される。本実施形態において、Ｅ／Ｖ範囲の最低値を表す（Ｅ／Ｖ）ｉも確定されるが、そのＥ／Ｖ範囲は、微量注入法の結果としてΔＥ／ΔＶ範囲よりも十分に大きく（例えば、２倍ほど大きく）とられる。図４の残りのブロックは、レーザが集積回路リソグラフィーの光源として生産モードで作動している間の、Ｆ２制御に関係する。Ｅ／ＶやΔＥ／ΔＶは、コンピュータ制御によって決定され、もしΔＥ／ΔＶが（ΔＥ／ΔＶ）ｉ以下に下がったら微量注入法が命令される。注入後、制御処理の再開の前にレーザを安定させるために、２分間の時間が準備される。ΔＥ／ΔＶがスイートスポット内にある限り、レーザ制御は、ΔＥ／ΔＶを監視し続ける。また、アルゴリズムはＥ／Ｖをチェックし、このパラメータが（Ｅ／Ｖ）ｉ以下に下がったら注入を命令する。これは通常起こってはいけないことで、６６で示されるように、異常事態発生がオペレータに警告される。その警告は、Ｅ／Ｖが（Ｅ／Ｖ）ｉを超えた時、６８によって消される。図示しないが、Ｖが異常に高い値になるなどの所定の状況になった時、レーザ制御によりアルゴリズムのループから出ることを可能にするような追加のルーチンを、アルゴリズムの中に入れることは可能である。
【００１６】
ΔＥ／ΔＶを決定するために、制御プログラムで使用される幾つかの手法がある。出願者は、１、０００個の値（負の値は無視する）の平均値や１、０００個の値のモードを使用し、いくつかの追加によって実験をした。出願者はまた、１つのより大きなΔＥとΔＶとを得るために、約２ボルトで周期的に電圧をディザしてΔＥ／ΔＶを測定する実験もした。これらの手法の各々は、大体において同等な結果をもたらした。
試作のΔＥ／ΔＶ  Ｆ２制御アルゴリズムを利用した試験結果は、図６に示されている。この実験の間、電圧は、約２０ボルトの範囲内で制御され、注入は、約１時間の間隔で起こされた。レーザの発射は、注入の間も続いた。図で示されるように、全ての特定されたパラメータは、限界内にとどまっている。更にもっと精密なコントロールは、より少ない量の微量注入法によってもたらされるであろう。（例えば、下記で示されるように、非常に少量の注入を約３分から５分の間隔で起こすことができ、長い操作時間に亘って、ほとんど一定のＦ２と充電電圧とをもたらす。）
【００１７】
（レーザ効率の最適化）
本明細書の背景技術で示したように、集積回路の石版工は、様々な感度のフォトレジストを使う。感度の選択は、リソグラフィーの処理制御と目標とする毎時のウェーハの処理量とに依存する。レジストの感度の変化の結果として、ウェーハの各照射位置に加えられる全エネルギもまた、変化せねばならない。レジストを硬化するために必要なエネルギは、最大で３倍程度、例えば２０ｍＪ／ｃｍ２から６０ｍＪ／ｃｍ２まで、変化する。レーザによって供給される全照射量エネルギは、１パルスあたりのエネルギとパルス数との積である。例えば、硬化するのに５０ｍＪ／ｃｍ２必要とするレジストを利用する、一般的な従来技術のリソグラフィーシステムでは、５０ｍＪ／ｃｍ２がＮ個のパルスにより与えられ、各々のパルスは、各照射位置に対して約５０ｍＪ／ｃｍ２／Ｎを与える。例として４０パルスを考えると、各々が１０ｍＪのエネルギ量を持つパルスがレジストの照射部分に焦点を合わせられ、各照射点において１パルスにつき約１．２５ｍＪ／ｃｍ２を発生する。４０パルスは、全ウェーハ照射量５０ｍＪ／ｃｍ２を与える。
【００１８】
最新式のリソグラフィーシステムにおいては、レーザパルスエネルギに変動があり、均一化しようとする努力にもかかわらず、各々のパルス内においても、ウェーハの照射部分の様々なポイントに加えられるエネルギには、変動がある。これらの変動を最小にするために確立されている手法は、各照射点が多くの個々のパルスを受けるようにリソグラフィーシステムを設計し、処理することである。レーザの照射量エネルギの変化の尺度は、「照射量エネルギ安定性」と呼ばれる。照射量安定性の尺度は、パルスの特定の「窓」内の、最も高い照射量と最も低い照射量を目標照射量で割ったものである。これらの数値はパーセントで示される。これは照射量安定性と呼ばれる。照射量安定性は、パルス数と１／Ｎの関係があるという実験的証拠がある。例えば、図７Ａ及び図７Ｂは、約１０ｍＪ／パルスで操作されるＫｒＦレーザの、１バースト当たり５００パルスの５０バーストから得られた試験データを示す。エネルギ安定性は、各バーストについて、１０パルスから１１０パルスまでの範囲の窓サイズを使って計算され、それから、エネルギ安定性の平均値が各々の窓サイズについて得られる。図７Ａでは、照射量安定性は、窓の関数としてプロットされ、図７Ｂでは、同じデータが窓サイズの逆数の関数としてプロットされている。
【００１９】
各照射点で適度に安定した照射量を維持するためには、パルス数は、少なくとも約３０から５０パルスの範囲にしなければならないことは、図７Ａ及び図７Ｂから明白である。
一般に、スキャナやステッパのようなリソグラフィー用の機器は、製品の質、及び他の要因を考慮して、全リソグラフィーシステムの最大効率に近い点で操作できるように最適化される。レディクルのスキャナ機器において決定的な要素は、矩形パターンがウェーハ上の対応するパターン上に適切な照射を与えるためにレディクルを横切って走査される速度を表す、走査速度Ｓである。与えられたパルスエネルギと反復率とに関して、Ｓは、各照射点でのエネルギ密度（例えば、ｍＪ／ｃｍ２で）を決定する。
【００２０】
従って、例えば、もしスキャナ機器が、１０ｍＪ／パルスを発生させるように最適化されたレーザを使って５０ｍＪ／ｃｍ２のウェーハ照射量、ＷＤ、をウェーハ上に発生させるように最適化されている時、石版工が２０ｍＪ／ｃｍ２で硬化するフォトレジストを使用したければ、石版工は、（１）走査速度を２．５倍にする、または、（２）レーザビームを２．５分の１に弱める、または、（３）パルスエネルギを２．５分の１に減少させる、ことによってそれを行うことができる。走査速度を増加させることは、パルス数を減少させ、上記で説明した理由により、エネルギの安定性を不十分なものにさせる。レーザビームを弱めることは不経済である。パルスエネルギを減少させることは、減少が適切に行われない限り、レーザが最適範囲外で操作される結果になる。
【００２１】
図８は、４つの異なるレジスト感度に適応する場合の、レーザビーム減衰の生産上の影響を示す。
最良の方法は、レーザ効率を最適効率、或いはそれに近い効率で維持し、反復率と走査速度とを増加する一方で、パルスエネルギを減少させることである。その結果を図９に示す。
最良の実施形態は、参照文献として本発明に付けた１９９８年９月１８日出願のアメリカ特許出願Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．０９／１５７，０６７で説明されているものと同じようなレーザを利用する。図１０は、レーザが毎秒１、５００から２、５００パルスの範囲内で、これといった能率の変化なしに、１パルス当たり８ｍＪのパルスエネルギで操作できることを示す試験データである。
【００２２】
図１１は、照射量の安定性が、５ｍＪ／パルスから８ｍＪ／パルスまでのエネルギ範囲に亘って一定のままであることを示す、出願者によって得られた実際の試験データのプロットである。
図１２は、エネルギの安定性もまた、毎秒１、５００から２、５００パルスまでの反復率の範囲に亘り、事実上一定のままであることを示す。
従って本発明により、石版工は、レーザ効率を失うことなしに、レーザの性能をレジスト感度に合わせることが可能である。更に本発明により、石版工は、レーザ効率を失うことや、照射量安定性に重大な逆効果を及ぼすことなしに、ウェーハ処理量の増加をもたらす、より低い感度をうまく利用することができるようになる。
【００２３】
（フッ素注入用機器）
（フッ素消費）
図５で示されるレーザ室１は、レーザガスを２０．３リットル含む。ＫｒＦレーザについて前述したように、その成分は、公称で、１．０％クリプトン、０．１％フッ素、及び残りのネオンである。０．１％フッ素は、３ａｔｍにおいて、フッ素の約０．００２０リットル、つまり、２ミリリットルの容積を表す。質量としては、レーザ室内のフッ素の公称量は、約８グラム（８１ミリグラム）である。フッ素の部分圧力は、約２８０パスカル・純粋フッ素（１％フッ素混合物の約２８キロパスカルに相当する）である。約４０％の使用率（リソグラフィーレーザにおいては一般的である）で稼働される通常のレーザ操作中に、フッ素は、毎時約３．３ミリグラムの率（これはレーザ室内のフッ素の毎時約５％に相当する）で消費される。純粋フッ素の部分圧力で表せば、この通常のフッ素消費率は、毎時約１．４５パスカルである。１％フッ素ガス混合物を使用してこのフッ素消費を埋め合わせるためには、毎時約１．１５キロパスカルと同等な混合物の溶積が室に加えられる。
背景技術で前述したように、フッ素の消費率は一定とは程遠い。もし、レーザファンは稼働しているがレーザ発射がない場合、フッ素消費率は、おおよそ半分に減少される。もしファンの稼働を停止すると、フッ素消費率は、４０％使用率の消費率の約４分の１に減少される。１００％使用率の消費率は、４０％使用率の消費率の約２倍である。
【００２４】
図５は、自動制御を準備したシステムで、且つ約３分から５分という短い間隔で正確に制御された周期的フッ素注入のために設計されたシステムを示す。上記のように、通常の近代的な１、０００Ｈｚの１０ｍＪリソグラフィーＫｒＦエキシマレーザについては、４０％使用率の稼働でのフッ素消費率は、毎時約３．３ミリグラム、つまり、毎分５５マイクログラムになる。このフッ素濃度の減少により、毎時８００ボルト、つまり、毎５分ごとに約６６ボルト（フッ素の追加がないと仮定して）の放電電圧の増加が必要になるであろう。例えば、５分間で約１８、０００ボルトから１８、０６６ボルトの電圧増加は一般的である。放電電圧の増加は、相当する間隔（例えば、５６８ボルトから５８２ボルトまで）により、高電圧の充電電圧を増加することによって達成される。すなわち、もしスイートスポットが、１０ｍＪのパルスエネルギでの５７５ボルトの充電電圧に対応するとすれば、図５のシステムは、測定されるΔＥ／ΔＶが、フッ素消費の結果として（ΔＥ／ΔＶ）ｉ  に減少するまで、パルスエネルギを１０ｍＪ／パルスに制御するため、必要であれば充電電圧を調節できるようにプログラムされる。この時点で、フッ素約２９０マイクログラムが注入され、その注入はレーザの効率を増し、それによって、パルスエネルギ放電電圧フィードバック回路が電圧を自動的に約５６８ボルトに下げる。そして更にフッ素の消費が起こると、電圧は再び５８２ボルトまで徐々に増加し、そこで次の注入が命令される。このスイートスポットは、図６で示すように、公称電圧の約２％であり、電圧変動が約８％といった図２で示すような従来技術の手法を遙かに越える、非常に大きな改良である。また、前述のように、より頻繁に行われるもっとより少量の注入は、ＶとＦ２の変動を更に減少させる。
【００２５】
（ガスの交換）
上記で述べられた処理は、基本的に、消費されるフッ素をほとんど連続的に交換する。フッ素ガスの源は１％フッ素のみであるから、フッ素の交換は、室内のクリプトン及びネオンの一部もまたほとんど連続的に交換する。にもかかわらず、たとえレーザガスの一部が連続的、且つ十分に交換されていても、このモードでの操作は、レーザガス中の汚染物質をもたらし、レーザの効率を減少させる。この効率の減少によって、非常に緩やかな長期に亘る電圧の増加、及び／又は、フッ素濃度の増加が、目標とするパルスエネルギを維持するために必要となる。このために、従来技術によるシステムの通常のやり方は、実質的に全てのガス交換をするために、周期的にレーザを停止することを勧めている。この周期的に行われる実質的に完全なガス交換は、再補充と呼ばれる。これらの周期は、各再補充の間のレーザパルス数、例えば１００、０００、０００パルス、に基づいて決定するか、再補充の時期を前回の再補充からのカレンダー時間に基づいて決めるか、もしくは、パルスとカレンダー時間との組み合わせで決めることができる。再補充時期はまた、特定なフッ素濃度において、目標とする出力に必要な充電電圧の大きさによって決めることができる。望ましくは再補充後、「スイートスポット」のために、新しく試験を行うべきである。また、各注入の間で周期的にスイートスポットの試験がなされ、もしスイートスポットが変わった場合、どこに新しいスイートスポットがあるのかを、オペレータが知ることができるようにすべきである。
【００２６】
再補充は、図５で示されるシステムを使って、以下のように達成される。バルブ１０、６、１５，１２、１７，及び４が閉じた状態で、バルブ６と１２とが開けられ、更に真空ポンプ１３が作動して、レーザ室は、１３キロパスカル未満の絶対圧力にポンプダウンされる。（急速なポンプダウンを可能にするために、直結のポンプダウンの配管は、レーザ室１と真空ポンプ１３との間に準備することができる。）そして、バルブ１２は閉じられる。次に、バルブ１６は開けられ、１％クリプトン、９９％ネオンのバッファガスは、室が５０℃における２６２キロパスカルと同等な圧力で満たされるように、バッファガス・ボンべ１６から室に加えられる。（この２０．３リットルのレーザ室において、室内温度の５０℃からのずれに関する温度補正は、１キロパスカル／℃のΔＰ／ΔＴ補正を使って近似されることを付記する。従って、もし室温度が２３℃の場合、２４７キロパスカルで満たされる。）次に、バルブ１７が閉じられ、バルブ１５が開かれ、高ハロゲンガスボンベ１４から、特定の分量の１％フッ素、１％クリプトン、９８％ネオン混合物が室１に加えられ、室を５０℃における２９０キロパスカルと同等な圧力で満たす。（前述の同じ温度補正が使われることを付記する。）これにより、およそ０．１％フッ素、１．０％クリプトン、及び９８．９％ネオンの室内のガス混合をもたらす。室が約５０℃に熱せられた時、圧力は、約３ａｔｍ、つまり、２９０キロパスカルになる。
【００２７】
本発明は、ある特定の実施形態に従って詳細に説明されてきたが、それについての当業者による多くの修正と変形とが可能である。当業者は、ＫｒＦエキシマレーザに関して上記で述べられた原理は、ＡｒＦエキシマレーザに対しても十分同等に適用できることを十分認識するであろう。エキシマレーザ設計の当業者はまた、フィードバック制御システムが、時間変化を持つレーザビームを発生する目的か、ビームパラメータを一定に維持する目的かのいずれかのために、フッ素濃度を実質的に実時間でわざと変化させるために使うことができることを認識するであろう。その場合フッ素の変化量は、そのフッ素濃度の変化がなければビーム出力の時間変化を生み出したであろう、ある効果を補うように選択される。よって、本発明の別記請求項は、上記の全ての修正や変形が、本発明の真の目的と請求範囲とに包含されるよう意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な市販のＫｒＦ、またはＡｒＦエキシマレーザにおける放電電圧とフッ素濃度との一般的な関係を示すグラフである。
【図２】広く用いられている従来技術のフッ素濃度制御の方法を示すグラフである。
【図３Ａ】パルスエネルギとΔＥ／ΔＶとを充電電圧の関数として表したグラフである。
【図３Ｂ】パルスエネルギとΔＥ／ΔＶとを充電電圧の関数として表したグラフである。
【図４】Ｆ２制御アルゴリズムを説明する流れ図を示す。
【図５】本発明の最良の実施形態を説明するブロック図である。
【図６Ａ】本発明の最良の実施形態を使って得られた試験結果を示すチャート図のセットである。
【図６Ｂ】本発明の最良の実施形態を使って得られた試験結果を示すチャート図のセットである。
【図６Ｃ】本発明の最良の実施形態を使って得られた試験結果を示すチャート図のセットである。
【図６Ｄ】本発明の最良の実施形態を使って得られた試験結果を示すチャート図のセットである。
【図７Ａ】パルス数に対する照射量安定性を示すグラフである。
【図７Ｂ】パルス数に対する照射量安定性を示すグラフである。
【図８】レーザビームの減衰の生産上の効果を示す。
【図９】本発明の最良の実施形態の生産上の効果を示す。
【図１０】最良のレーザが、効率の重大な損失なしに広範囲に亘り操作できることを示す、出願者によって得られた試験データのプロットである。
【図１１】最良のレーザが、効率の重大な損失なしに広範囲に亘り操作できることを示す、出願者によって得られた試験データのプロットである。
【図１２】最良のレーザが、効率の重大な損失なしに広範囲に亘り操作できることを示す、出願者によって得られた試験データのプロットである。
【符号の説明】
１  ２０．３リットルレーザ室
４  バルブ
６  バルブ
１０  バルブ
１２  バルブ
１７  バルブ
１３  真空ポンプ
１４  高ハロゲンガス源
１６  バッファガス源
【図１】
0003557163.tif 000002
【図２】
0003557163.tif 000003
【図３Ａ】
0003557163.tif 000004
【図３Ｂ】
0003557163.tif 000005
【図４】
0003557163.tif 000006
【図５】
0003557163.tif 000007
【図６Ａ】
0003557163.tif 000008
【図６Ｂ】
0003557163.tif 000009
【図６Ｃ】
0003557163.tif 000010
【図６Ｄ】
0003557163.tif 000011
【図７Ａ】
0003557163.tif 000012
【図７Ｂ】
0003557163.tif 000013
【図８】
0003557163.tif 000014
【図９】
0003557163.tif 000015
【図１０】
0003557163.tif 000016
【図１１】
0003557163.tif 000017
【図１２】
0003557163.tif 000018