(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電源に対し直列に接続された複数の磁気スイッチとそれぞれが前記充電電源に対し並列に接続された複数のコンデンサとによって複数段の電荷転送回路を構成し、この複数段の電荷転送回路によって電流パルスを複数段に圧縮する磁気パルス圧縮回路と、
この磁気パルス圧縮回路に前記充電電源を断続するスイッチング動作を行うスイッチング手段と、
前記磁気パルス圧縮回路の出力端に接続されたレーザ放電電極と、
を有し、
半導体露光装置側より受信した所定の繰り返し周波数を有するレーザ発振同期信号をトリガとして前記スイッチング手段をオンすることにより、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ発振を実行するパルスレーザにおいて、
前記磁気パルス圧縮回路における予め設定された所定の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段の検出信号を各パルスレーザ発振の発光タイミング信号として前記半導体露光装置側へ出力する出力手段と、
を具えるようにしたことを特徴とするパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【請求項２】
前記出力手段は、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるように前記充電電源に対する電圧指令値に応じて前記電流検出手段から出力される検出信号のタイミング調整を行い、このタイミング調整した信号を発光タイミング信号として前記半導体露光装置へ出力する電圧補償手段を具えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【請求項３】
前記出力手段は、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるように磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度を考慮して前記電流検出手段から出力される検出信号のタイミング調整を行い、このタイミング調整した信号を発光タイミング信号として前記半導体露光装置へ出力する温度補償手段を具えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【請求項４】
前記電流検出手段は、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出するものである請求項１記載のパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【請求項５】
前記電流検出手段は、
前記所定の段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチに直列接続されるインダクタンス手段と、
このインダクタンス手段の誘導起電力を検出することにより前記電流パルスの立上がりを検出する電圧検出手段と、
を具えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【請求項６】
充電電源に対し直列に接続された複数の磁気スイッチとそれぞれが前記充電電源に対し並列に接続された複数のコンデンサとによって複数段の電荷転送回路を構成し、この複数段の電荷転送回路によって電流パルスを複数段に圧縮する磁気パルス圧縮回路と、
この磁気パルス圧縮回路に前記充電電源を断続するスイッチング動作を行うスイッチング手段と、
前記磁気パルス圧縮回路の出力端に接続されたレーザ放電電極と、
当該段の電荷転送回路での電荷転送が完全に終了した時点で次段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチが飽和する電圧を制御最大電圧として前記充電電源に電圧指令を出力する制御手段と、
を有し、
半導体露光装置側より受信した所定の繰り返し周波数を有するレーザ発振同期信号をトリガとして前記スイッチング手段をオンすることにより、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ発振を実行するパルスレーザにおいて、
前記磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する第１の電流検出手段と、
前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する第２の電流検出手段と、
前記第１及び第２の電流検出手段の各検出時点の時間差を求める第１の演算手段と、
前記制御手段から出力される電圧指令値に応じて前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立下がり時点から最終段の１つ前の段の電流パルス圧縮回路を流れる電流パルスの立上がり時点までの時間間隔を推定演算する第２の演算手段と、
前第１の演算手段によって求められた時間差から前記第２の演算手段の演算値を減算することにより、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスのパルス幅を演算する第３の演算手段と、
前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電流パルス圧縮回路を流れる電流パルスのパルス幅が磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度の変化に対応してとり得る各種値と、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発光タイミング信号が常に発せられるよう前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延させるための各種遅延時間との対応関係が予め設定されるメモリテーブル手段と、
前記メモリテーブル手段から前記第３の演算手段の演算値に対応する遅延時間を読み出し、該読み出した遅延時間に対応して前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御する温度補償手段と、
当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発光タイミング信号が常に発せられるよう前記充電電源に対する電圧指令値に応じて前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御する電圧補償手段と、
前記温度補償手段および前記電圧補償手段によって遅延制御された前記第１の電流検出手段の検出信号を各パルスレーザ発振の発光タイミング信号として前記半導体露光装置側へ出力する出力手段と、
を具えるようにしたことを特徴とするパルスレーザの発光タイミング信号送出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気パルス圧縮回路を用いて所定の繰り返し周波数でパルス放電を行うことでレーザ媒質を励起してパルスレーザ発振を行うパルスレーザ放電回路の各パルス光の発光タイミングを正確に検出し、この発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送信することによりレーザ発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度を向上させるようにしたパルスレーザの発光タイミング信号送出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
半導体装置製造用の縮小投影露光装置（以下、ステッパ装置という）の光源としてエキシマレ―ザの利用が注目されている。これはエキシマレ―ザの波長が短い（ＫｒＦの波長は約２４８．４ｎｍ）ことから光露光の限界を０．５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が小さくて済み、露光領域を大きくできること、大きなパワ―が得られること等の多くの優れた利点が期待できるからである。
【０００３】
図１３に、エキシマレーザ１とステッパ装置１０の制御系の一般的な構成を示す。
【０００４】
エキシマレーザ１は、放電電極等が内蔵されるレーザチャンバ２、放電電極間にパルス放電の繰り返し周波数に同期した高周波電圧を印加するパルス電源装置３、レーザチャンバ２から出射されたレーザ光のエネルギーをモニタするエネルギーモニタ４、ステッパ装置１０側からのエネルギー指令およびエネルギーモニタ４のモニタ値等に基づいてパルス電源装置３の電源電圧制御，レーザ発振波長制御、レーザガスの供給制御などを実行するレーザコントローラ５などを有している。、
ステッパ装置１０は、繰り返しパルス発振のトリガ信号となるパルス発振同期信号ＴＲ、レーザ発振の目標エネルギー指令等をエキシマレーザ側に送信するステッパコントローラ１１と、ウェハを載置した移動可能なウェハテーブル１２などを有しており、エキシマレーザ１から入射されたレーザ光を用いてウェハテーブル１２上のウェハを縮小投影露光する。
【０００５】
図１３のパルス電源装置３としては、 近年、サイラトロン、ＧＴＯなどの主スイッチの耐久性の向上のために磁気パルス圧縮回路を使用したものが用いられることが多く、図１４に一般的な容量移行型の磁気パルス圧縮放電装置の等価回路を示す。また、図１５に図１４の回路各部における電圧および電流の波形を示す。
【０００６】
この図１４の放電回路は、可飽和リアクトルから成る３個の磁気スイッチＡＬ0〜ＡＬ2の飽和現象を利用した２段の磁気パルス圧縮回路である。
【０００７】
まず、１発目のレーザ発振トリガ信号が受信される前にステッパ装置１０側からエネルギー指令値が入力されるので、レーザコントローラ５はこのエネルギーを出すのに必要な電源電圧値を計算し、この計算値に基づき高電圧電源ＨＶの電圧Ｖ0を調整する。そして、この時点でコンデンサＣ0に、磁気スイッチＡＬ0、コイルＬ1を介して高電圧電源ＨＶからの電荷をプリチャージしておく。
【０００８】
その後、ステッパ装置１０側からの１発目のレーザ発振同期信号（トリガ信号）ＴＲが受信されると、この受信時点で主スイッチＳＷがオンにされる（図１５、時刻ｔ0）。主スイッチＳＷがオンになった後、コンデンサＣ0の電圧ＶC0の時間積（電圧ＶC0の時間積分値）が磁気スイッチＡＬ0の設定特性で決まる限界値に達すると、この時点ｔ1において磁気スイッチＡＬ0は飽和し、コンデンサＣ0、磁気スイッチＡＬ0、主スイッチＳＷ、コンデンサＣ1のループに電流パルスｉ0が流れる。この電流パルスｉ0が流れ始めてから０になる（時刻ｔ2）までの時間τ0、即ちコンデンサＣ0からコンデンサＣ1に電荷が完全に移行されるまでの電荷転送時間τ0は、主スイッチＳＷなどによる損失を無視すれば、コンデンサＣ0、磁気スイッチＡＬ0、コンデンサＣ1の各容量、インダクタンスによって決まる。
【０００９】
この後、コンデンサＣ1の電圧ＶC1の時間積が磁気スイッチＡＬ1の設定特性で決まる限界値に達すると、この時点ｔ3において磁気スイッチＡＬ1は飽和し、低インピーダンスとなる。これにより、コンデンサＣ1、コンデンサＣ2、磁気スイッチＡＬ1のループに電流パルスｉ1が流れる。この電流パルスｉ1は、コンデンサＣ1、Ｃ2および磁気スイッチＡＬ1の容量、インダクタンスによって決定される所定の転送時間τ1を経由した後、時刻ｔ4で０になる。
【００１０】
さらにこの後、コンデンサＣ2の電圧ＶC2の時間積が磁気スイッチＡＬ2の設定特性で決まる限界値に達すると、この時点ｔ5において磁気スイッチＡＬ2は飽和し、これにより、コンデンサＣ2、ピーキングコンデンサＣP、磁気スイッチＡＬ2のループに電流パルスｉ2が流れる。
【００１１】
その後、ピーキングコンデンサＣpの電圧ＶCpは充電の進展とともに上昇し、この電圧ＶCpが所定の主放電開始電圧に達すると、この時点ｔ6において主電極６間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によってレーザ媒質が励起され、数ｎｓｅｃ後にレーザ光が発生される。
【００１２】
この後、主放電によってピーキングコンデンサＣpの電圧は急速に低下し、所定時間経過後に充電開始前の状態に戻る。
【００１３】
このような放電動作が、トリガ信号ＴＲに同期した主スイッチ５のスイッチング動作によって繰り返し行われることにより、所定の繰り返し周波数（パルス発振周波数）でのパルスレーザ発振が行われる。
【００１４】
図１４の磁気圧縮回路によれば、磁気スイッチおよびコンデンサで構成される各段の電荷転送回路のインダクタンスが後段にいくにつれ小さくなるように設定されているので、電流パルスｉ0〜ｉ2のピーク値が順次高くなりかつその通電幅も順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、この結果主電極６間に短時間での強い放電が得られることになる。
【００１５】
ところで、ステッパ装置１０側での露光方式は、近年、ステージを停止させて露光を行う一括露光方式からステージを移動させながら露光を行うステップ＆スキャン方式に移行しつつある。このステップ＆スキャン方式の利点は、大面積を露光できる点にあり、今後、集積度が増すに従ってチップサイズは大きくなる傾向にあり、ステップ＆スキャン方式が主流となっていくであろう。
【００１６】
このステップ＆スキャン方式では、図１６に示すように、ウェハ上のＩＣチップ７に対しシートビームと呼ばれるレーザ光を照射した状態でレーザ光またはウェハを所定のピッチΔＰで移動させながら露光処理を行うようにしており、この際、ＩＣチップ７上の全ての点の移動積算露光量（例えば図１６ではＡ点の移動積算露光量はＰ1+Ｐ2+Ｐ3+Ｐ4）が等しくなるように走査ピッチΔＰやシートビームの照射面積を設定することで、ＩＣチップ７上の各点で均一な露光が行われるようにする。
【００１７】
このように、ステップ＆スキャン方式では、ステージ（またはレーザ光）を移動させながら露光を行う。このため、エキシマレーザ側での各パルスレーザの実際の発光タイミングとステッパ側でのウェハ（またはレーザ光）の移動制御のタイミングが完全に同期していないと、すなわちパルスレーザ光が発光していない期間中にステージの移動が行われないと、レーザ照射中にステージの移動が行われることになり、各位置での露光量に大きなばらつきが発生することになる。
【００１８】
このように、ステップ＆スキャン方式の露光を行う場合は、実際にレーザの発光が起こるタイミングを正確に把握する必要があり、このため従来においては、ステッパ装置側はレーザ発振同期信号ＴＲを出力してから実際にレーザ発振が行われるまでの時間を経験や実測データ等を用いて予測し、この予測に基づきステッパ装置内の各種制御の同期をとるようにしていた。
【００１９】
また、ウェハを載せたステージを停止させてひとつのチップ全体を一括レーザ照射する一括露光方式のステッパにおいても、従来は、レーザ照射位置を露光の終了したＩＣチップ位置から次のＩＣチップへと移動させるタイミングや作業開始のタイミングを前述のレーザ発振同期信号ＴＲを用いて前記と同様にして推定するようにしていた。
【００２０】
しかしながら、先の図１４に示した磁気圧縮回路において、トリガ信号ＴＲが入力されて主スイッチＳＷが点呼される時点ｔ0から実際にレーザ光が発生する時点ｔ6までの時間ｔd（以下これを発光遅延時間という）は、電流パルスｉ0、ｉ1、ｉ2の通電幅τ0、τ1、τ2と各磁気スイッチＡＬ0〜ＡＬ2の飽和時間σ0、(τ0＋σ1)、（τ1＋σ2）によって左右される。
【００２１】
通電幅（電荷転送時間）τ0、τ1、τ2は、前述したように、各段の電荷転送回路に含まれるコンデンサや磁気スイッチの容量およびインダクタンスによって決定されるので、これは磁気圧縮回路内の雰囲気温度によって大きく影響を受ける。
【００２２】
また、飽和時間のばらつきσ0、σ1、σ2は、各磁気スイッチＡＬ0〜ＡＬ2に加わる電圧の時間積によって決定されるので、これらは高電圧電源ＨＶの電圧Ｖ0によって大きく影響をうける。
【００２３】
ここで、エキシマレーザにおいては、前述したように、電源電圧Ｖ0は一定に制御されるのではなく、レーザ出力を一定に制御するための制御パラメータの１つとなっており、レーザ運転中は可変制御されている。すなわち、ハロゲンガスの減少によるレーザ出力の低下を考慮して電源電圧を制御するパワーロック制御、連続パルス発振の最初の数パルスが含まれるスパイク領域が他の領域に比べレーザ出力が大きくなるスパイキング現象を解消するために電源電圧を制御するスパイクキラー制御などの各種の要因を考慮して電源電圧Ｖ0は可変制御されている。
【００２４】
このように、エキシマレーザにおいては、電源電圧Ｖ0は制御パラメータの１つであるので、これを一定にしておくことは不可能であり、このため、上記磁気スイッチの飽和時間のばらつきσ0、σ1、σ2は、上記電源電圧の可変制御によって大きく変化することになる。
【００２５】
ところで、上記飽和時間のばらつきσ0、σ1、σ2および電荷転送時間τ0、τ1、τ2のばらつきを実験によって調べたところ次のように結果を得た。
【００２６】
電源電圧Ｖ0が最大電圧のとき、
σ0≒０
σ1≒０
σ2≒０
電源電圧Ｖ0が最小電圧のとき
σ0≒８００nsec
σ1≒５００nsec
σ2≒２００nsec
始動時（低温時）
τ0≒１．６５μsec
τ1≒５５０nsec
τ2≒１５０nsec
連続運転時（高温時）
τ0≒１．５μsec
τ1≒５００nsec
τ2≒１３０nsec
したがって、上記実験によれば、発光遅延時間ｔdは、電源電圧Ｖ0によって最大１．５μsec変化し、また温度ドリフトによって最大２２０nsec変化することになる。
【００２７】
なお、電源電圧Ｖ0が最大電圧のとき、飽和時間σ0、σ1、σ2がほぼ０になっているのは、コンデンサ間の電荷転送時間と磁気スイッチの飽和時間が一致するように、すなわちσ0〜σ2が０になるように、電源電圧Ｖ0の最大値を設定し、この最大電圧値を超えない範囲で電源電圧制御を行っているからである。このため、この場合には、コンデンサ間の電荷転送の途中に磁気スイッチが飽和する、すなわちσ1、σ2が負の値をとる事態は発生せず、これにより電流パルスのピーク値が低下し、通電幅が増大することは確実に防止される
このように、従来技術においては、実際の発光タイミングをレーザ発振同期信号ＴＲに基づきステッパ装置側で予測するようにしていたが、実際の発光タイミングは電源電圧や温度によってばらつくため、予測した発光タイミングが実際の発光タイミングからずれ、レーザの発光タイミングとステッパ側での制御タイミングとの間にうまく同期がとれないという問題があった。
【００２８】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、実際のレーザ発光タイミングより前であってかつ半導体露光装置から送られてくるレーザ発振同期信号よりも実際のレーザ発光タイミングに近い物理量のタイミングをレーザ側で捉え、これに基づく発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送出することにより、レーザの発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度を向上させるパルスレーザの発光タイミング信号送出装置を提供することを目的とする。
【００２９】
また、この発明では、電源電圧および環境温度の変化を補償することにより電源電圧および環境温度の変化が発生しても常に各パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発生される発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送信するようにして、レーザの発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度をさらに向上させるパルスレーザの発光タイミング信号送出装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に対応する発明では、充電電源に対し直列に接続された複数の磁気スイッチとそれぞれが前記充電電源に対し並列に接続された複数のコンデンサとによって複数段の電荷転送回路を構成し、この複数段の電荷転送回路によって電流パルスを複数段に圧縮する磁気パルス圧縮回路と、この磁気パルス圧縮回路に前記充電電源を断続するスイッチング動作を行うスイッチング手段と、前記磁気パルス圧縮回路の出力端に接続されたレーザ放電電極とを有し、半導体露光装置側より受信した所定の繰り返し周波数を有するレーザ発振同期信号をトリガとして前記スイッチング手段をオンすることにより、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ発振を実行するパルスレーザにおいて、前記磁気パルス圧縮回路における予め設定された所定の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の検出信号を各パルスレーザ発振の発光タイミング信号として前記半導体露光装置側へ出力する出力手段とを具えるようにしている。
【００３１】
かかる発明によれば、予め設定された所定の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出し、この検出信号を各パルスレーザ発振の発光タイミング信号として前記半導体露光装置側へ出力する。したがって、半導体露光装置側では入力された発光タイミング信号に基づき実際のレーザ発光タイミングを予測し、この予測タイミングに基づいてウェハ移動などの各種制御の同期をとることができる。
【００３２】
電流検出手段によってその立上がりが検出される段としては、例えば請求項４に示すように、磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段が設定される。
【００３３】
また、電流検出手段は、例えば請求項５に示すように、前記所定の段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチに直列接続されるインダクタンス手段と、このインダクタンス手段の誘導起電力を検出することにより前記電流パルスの立上がりを検出する電圧検出手段とを有して構成される。
【００３４】
このようにこの発明によれば、実際のレーザ発光タイミングより前であってかつ磁気パルス圧縮回路での電流パルス圧縮過程の物理量のタイミングをレーザ側で捉え、これに基づく発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送出するようにしているので、電流パルスの立上がりが検出される段より前の段の電荷転送回路での電源電圧変動および温度変動による電荷転送時間および磁気スイッチの飽和時間のばらつき分は少なくとも吸収されることになり、これによりレーザ発振同期信号を基準としてそのタイミング制御が行われる従来に比べレーザの実発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度を向上させることができる。
【００３５】
請求項２に対応する発明では、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるように前記充電電源に対する電圧指令値に応じて前記電流検出手段から出力される検出信号のタイミング調整を行い、このタイミング調整した信号を発光タイミング信号として前記半導体露光装置へ出力する電圧補償手段をさらに具えるようにしている。
【００３６】
この請求項２の発明によれば、前記電流検出手段によって検出した電流パルスの立上がり時点からレーザの実際の発光時点までの時間間隔の電源電圧の変動によるばらつきを吸収し、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるようにタイミング調整を行うようにしたので、レーザの実発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度をさらに向上させることができる。
【００３７】
請求項３に対応する発明では、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるように磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度を考慮して前記電流検出手段から出力される検出信号のタイミング調整を行い、このタイミング調整した信号を発光タイミング信号として前記半導体露光装置へ出力する温度補償手段を更に備えるようにしている。
【００３８】
この請求項３の発明によれば、前記電流検出手段によって検出した電流パルスの立上がり時点からレーザの実際の発光時点までの時間間隔の雰囲気温度の変動によるばらつきを吸収し、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で前記発光タイミング信号が常に発せられるようにタイミング調整を行うようにしたので、レーザ側での実発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度をさらに向上させることができる。
【００３９】
請求項６に対応する発明では、充電電源に対し直列に接続された複数の磁気スイッチとそれぞれが前記充電電源に対し並列に接続された複数のコンデンサとによって複数段の電荷転送回路を構成し、この複数段の電荷転送回路によって電流パルスを複数段に圧縮する磁気パルス圧縮回路と、この磁気パルス圧縮回路に前記充電電源を断続するスイッチング動作を行うスイッチング手段と、前記磁気パルス圧縮回路の出力端に接続されたレーザ放電電極と、当該段の電荷転送回路での電荷転送が完全に終了した時点で次段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチが飽和する電圧を制御最大電圧として前記充電電源に電圧指令を出力する制御手段とを有し、半導体露光装置側より受信した所定の繰り返し周波数を有するレーザ発振同期信号をトリガとして前記スイッチング手段をオンすることにより、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ発振を実行するパルスレーザにおいて、
前記磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する第１の電流検出手段と、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出する第２の電流検出手段と、前記第１及び第２の電流検出手段の各検出時点の時間差を求める第１の演算手段と、前記制御手段から出力される電圧指令値に応じて前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立下がり時点から最終段の１つ前の段の電流パルス圧縮回路を流れる電流パルスの立上がり時点までの時間間隔を推定演算する第２の演算手段と、前第１の演算手段によって求められた時間差から前記第２の演算手段の演算値を減算することにより、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスのパルス幅を演算する第３の演算手段と、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電流パルス圧縮回路を流れる電流パルスのパルス幅が磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度の変化に対応してとり得る各種値と、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発光タイミング信号が常に発せられるよう前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延させるための各種遅延時間との対応関係が予め設定されるメモリテーブル手段と、前記メモリテーブル手段から前記第３の演算手段の演算値に対応する遅延時間を読み出し、該読み出した遅延時間に対応して前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御する温度補償手段と、当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発光タイミング信号が常に発せられるよう前記充電電源に対する電圧指令値に応じて前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御する電圧補償手段と、前記温度補償手段および前記電圧補償手段によって遅延制御された前記第１の電流検出手段の検出信号を各パルスレーザ発振の発光タイミング信号として前記半導体露光装置側へ出力する出力手段とを具えるようにしたことを特徴とする。
【００４０】
かかる請求項６の発明によれば、当該段の電荷転送回路での電荷転送が完全に終了した時点で次段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチが飽和する電圧を制御最大電圧として前記充電電源の制御を行うようにしているので、少なくとも当該段の電荷転送回路でのコンデンサ間の電荷転送が終了した後に、次段の電荷転送回路に含まれる磁気スイッチが飽和することになり、これにより当該段での電荷転送が完全に終了した後に次の段での電荷転送が開始される。
【００４１】
そして、この請求項６の発明では、磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出し、この検出信号に対し温度補償および電源電圧補償を加えることにより、前記検出した電流パルスの立上がり時点からレーザの実際の発光時点までの時間間隔の電源電圧および雰囲気温度の変動によるばらつきを吸収し、これにより発光タイミング信号が当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で常に発せられるようにしている。
【００４２】
温度補償に関しては、メモリテーブル手段に磁気パルス圧縮回路の最終段の２つ前の段の電流パルス圧縮回路を流れる電流パルスのパルス幅が磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度の変化に対応してとり得る各種値と、温度補償用の各種遅延時間との対応関係を予め記憶しておき、実際に求めた当該パルス発振の際の最終段の２つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスのパルス幅に基づき前記メモリテーブル手段から温度補償用の遅延時間を読み出し、この読み出した遅延時間値を用いて第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御することで、実際に温度を検出しない温度補償を実現している。
【００４３】
また、電圧補償に関しては、電源電圧に応じて当該パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発光タイミング信号が常に発せられるよう前記第１の電流検出手段の検出信号を遅延制御するようにしている。
【００４４】
このようにこの請求項６の発明では、電源電圧および環境温度の変化を補償することにより電源電圧および環境温度の変化が発生しても常に各パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発生される発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送信するようにしているので、レーザの発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００４６】
図１にこの発明の第１の実施形態を示す。この第１の実施形態においては、先の図１４に示したものと同様の２段の磁気パルス圧縮回路を用いており、各部での電圧ＶC0，ＶC1，ＶC2，ＶCpおよび電流パルス波形ｉ0，ｉ1，ｉ2も図１５に示したものと同様である。
【００４７】
すなわち、この実施例回路では、高電圧電源１、主スイッチＳＷ、３個の磁気スイッチＡＬ0〜ＡＬ2、コイルＬ1、４個のコンデンサＣ0，Ｃ1，Ｃ2，Ｃp、および放電電極６を有しており、コンデンサＣ0から磁気スイッチＡＬ0、主スイッチＳＷを介してコンデンサＣ1に至る電流ループｉ0を形成する第１段の電荷転送回路、コンデンサＣ1から磁気スイッチＡＬ1を介してコンデンサＣ2に至る電流ループｉ1を形成する第２段の電荷転送回路、コンデンサＣ2から磁気スイッチＡＬ2を介してピーキングコンデンサＣpに至る電流ループｉ2を形成する第３段の電荷転送回路が形成されている。
【００４８】
磁気スイッチＡＬ0〜ＡＬ2の飽和時および非飽和時のインダクタンスは順に小さくなるように設定され、また各段のコンデンサ容量は等しくなるように設定されているため、先の図１５に示したように、各段の電荷転送回路を流れる電流パルスの波高値が順次増幅され、そのパルス幅が順次圧縮されることになる。
【００４９】
なお、この図１の放電回路においても、コンデンサ間の電荷転送時間と磁気スイッチの飽和時間が一致する、即ちσ1〜σ2が０になる電源電圧を最大電源電圧Ｖ0とし、この最大電圧値Ｖ0を超えない範囲で電源電圧制御を行っている。
【００５０】
ここで、この図１の実施形態においては、最終段の１つ前の段の電荷転送回路、即ち第２段の電荷転送回路を流れる電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3（図１５参照）を検出する電流パルス検出センサ２０を設け、この電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaを信号出力部２１を介して発光タイミング信号Ｈtとしてステッパ装置１０に送信するようにしている。
【００５１】
図２は、エキシマレーザ１とステッパ装置１０の制御系の構成を示すものであり、先の図１３に示した構成に対し、パルス電源装置３からステッパ装置１０に出力される発光タイミング信号Ｈtが追加されている。
【００５２】
この発光タイミング信号は図１５に示すようにｔ3時点で発生される。したがって、発光タイミング信号が発生されてからレーザが発光するまでの遅延時間のばらつきは、従来技術の箇所で述べた実験結果によれば、
電源電圧Ｖ0が最大電圧のとき、
σ2≒０
電源電圧Ｖ0が最小電圧のとき
σ2≒２００nsec
始動時（低温時）
τ1≒５５０nsec
τ2≒１５０nsec
連続運転時（高温時）
τ1≒５００nsec
τ2≒１３０nsec
となる。
【００５３】
発光タイミング信号が発生される時点ｔ3からレーザが発光する時点ｔ6までの期間を発光遅延時間ｔd´とすると、このｔd´は電源電圧によって最大２００nsec変化し、また温度ドリフトによって最大７０nsec変化することになる。
【００５４】
したがって、電流パルス検出センサ２０によって電流パルスｉ1の立上がりを検出し、この検出信号Ｓaを発光タイミング信号Ｈtとしてステッパ装置側に出力するようにすれば、この発光タイミング信号が出力されてから実際にレーザが発光するまでの発光遅延時間ｔd´のばらつき（電圧で200nsec、温度で70nsec）は、従来方式における発光遅延時間ｔdのばらつき（電圧で1.5μsec、温度で220nsec）に比べ、大幅に小さくなる。
【００５５】
したがって、半導体露光装置側では実際のレーザ発光タイミングを知るのに、このレーザ側から送られてきた発光タイミング信号を基準にするようにすれば、従来に比べより正確に発光タイミングを知ることができ、レーザの発光タイミングとステッパ側での制御タイミングとの同期精度を向上させることができる。
【００５６】
つぎに、図３〜図７に電流パルス検出センサ２０の具体例を示す。
【００５７】
図３においては、磁気スイッチＡＬ1に直列にインダクタンス手段としての磁心（またはコイル）２２を接続するようにしている。図３(b)に示すように、電流パルスｉ1の電流変化による自己誘導により磁心２２には誘導電圧ｖsが発生するので、この誘導電圧ｖsを検出することで、電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出することができる。
【００５８】
図４においては、磁気スイッチＡＬ1の２次巻線２３に誘導される誘導起電圧ｖs（図４(b)参照）を検出し、この電圧検出に基づいて電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出するようにしている。
【００５９】
図５においては、磁気スイッチＡＬ1に直列に１次コイル２４を接続し、この１次コイル２４を流れる電流パルスｉ0の電流変化によって発生する２次コイル２５の誘導電圧ｖs（図５(b)参照）を検出し、この電圧検出に基づいて電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出するようにしている。
【００６０】
図６においては、磁気スイッチＡＬ1のリセット回路２６（磁気スイッチのＢ−Ｈ特性を所定の初期状態にする回路）中に空心コイル２７を接続し、この空心コイル２７の誘導電圧ｖsを検出し、この電圧検出に基づいて電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出するようにしている。
【００６１】
図７においては、コンデンサＣ1と並列に抵抗ｒ1、ｒ2を接続し、その分圧ｖs（図７(b)参照）を検出することに基づいて電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出するようにしている。
【００６２】
図８にこの発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態においては、前記と同様の２段の磁気パルス圧縮回路を用いており、各部での電圧ＶC0，ＶC1，ＶC2，ＶCpおよび電流パルス波形ｉ0，ｉ1，ｉ2も図１５に示したものと同様である。
【００６３】
先の第１の実施例においては、電流パルスｉ0の立上がり時点ｔ3を検出し、この検出信号を発光タイミング信号とするようにしたので、この発光タイミング信号には、時点ｔ3から発光時点ｔ6までの期間ｔd´における電源電圧および温度によるばらつきによる誤差分が含まれている。
【００６４】
そこで、この実施例では、この発光遅延時間ｔd´中の電源電圧および温度によるばらつき分を吸収し、発光タイミング信号が常に実発光時点から一定の時間だけ前の時点に発せられるように、電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaをタイミング調整した後、ステッパ装置１０側に出力するようにしている。
【００６５】
例えば、ステッパ側に対する発光タイミング信号Ｈtの送出時点は、発光遅延時間ｔd´が最も短くなる状態のときの、電流パルス検出センサ２０の検出時点ｔ3とする。発光遅延時間ｔd´の最小値が例えば５００nsecであるとすると、常に実際にレーザ発光が行われる時点ｔ6から常に５００nsec前に発光タイミング信号が送出されるように、電流パルス検出センサ２０の検出信号をタイミング調整するのである。
【００６６】
したがって、電流パルス検出センサ２０の検出信号が出力された時点が発光前の５５０nsecであると判断された場合は、この検出信号を５０nsecだけ遅延させてから発光タイミング信号としてステッパ装置１０側に送信する。
【００６７】
図８の実施形態では、このような制御を行うようにしており、以下その構成及び作用について説明する。
【００６８】
電流パルス検出センサ２０は、先の第１の実施形態と同様、電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3を検出する。この電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaは電圧補償部４０および温度補償部５０に入力されている。
【００６９】
電流パルス検出センサ３０は、第１段目の電荷転送回路を流れる電流パルスｉ0の立上がり時点ｔ1を検出する。その具体構成は図３〜図７に示した電流パルスセンサと同様である。電流パルス検出センサ３０の検出信号Ｓbは温度補償部５０に入力されている。
【００７０】
なお、上記電流パルス検出センサ２０、３０の出力Ｓa，Ｓbをそのまま通常の電気ケーブルを介して電圧補償部４０および温度補償部５０に入力するようにした場合、磁気パルス圧縮回路から発生される高速、高電圧パルスと電磁結合して前記検出出力Ｓa，Ｓbに多大なノイズが混入し、その後の信号処理が非常に困難になる。そこでこの場合は、上記電流パルス検出センサ２０、３０の出力Ｓa，Ｓbを発光ダイオードなどを用いて光信号に変換し、該変換した光信号を光ファイバを介して電圧補償部４０及び温度補償部５０に入力するようにしている。
【００７１】
電圧補償部４０は、電源電圧の変動による発光遅延時間ｔd´のばらつきを補償するものであり、この場合は電源電圧変動による磁気スイッチＡＬ2の飽和時間(τ1＋σ2)のばらつきσ2を補償する。
【００７２】
図９は、電圧補償部４０の一例を示すもので、遅延時間変換部４１および遅延部４２で構成されている。遅延時間変換部４１は、電源電圧指令値を電圧補償用の遅延時間Ｔdyに変換するもので、例えば、最小電圧から最大電圧までの範囲内での各種電源電圧値と、電圧補償用の遅延時間Ｔdyとの関係が設定記憶されたメモリテーブルで構成されている。
【００７３】
前述したように、ステッパ側に対する発光タイミング信号Ｈtの送出時点を発光遅延時間ｔd´が最も短くなる状態のときの、電流パルス検出センサ２０の検出時点ｔ3とするようにした場合は、各種電源電圧に応じた磁気スイッチＡＬ2の飽和時間ばらつきσ2を計測または計算によって求め、このσ2と電源電圧との対応関係をそのままメモリテーブルに記憶するようにすればよい。
【００７４】
遅延部４２では、図１０にその入出力のタイムチャートを示すように、遅延時間変換部４１から出力される遅延時間Ｔdy分だけ電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaを遅延することにより、発光タイミング信号Ｈtの電源電圧補償を実行する。
【００７５】
このようにして、図８の電圧補償部４０からは電源電圧に起因する発光タイミングの変動が補償されたタイミング信号Ｓa´が出力される。
【００７６】
次に、図８の温度補償部５０は、磁気パルス回路内の温度の変動による発光遅延時間ｔd´のばらつきを補償する。すなわち、この場合は、電流パルスｉ1が流れる第２段の電荷転送回路の電荷転送時間τ1および電流パルスｉ2が流れる第３段の電荷転送回路の電荷転送時間τ2の温度ばらつきを補償する。
【００７７】
図１１は、温度補償部５０の内部構成の一例を示すもので、この場合は、温度を実際に検出することなく温度補償を行うようにしている。
【００７８】
時間差カウンタ５１では、電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaと電流パルス検出センサ３０の検出信号Ｓbの時間差をカウントすることで、電流パルスｉ0の立上がり時点ｔ1から電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3までの経過時間（τ0＋σ1）を求め、この時間差データをτ0算出部５２に出力する（図１２(a)〜(c)参照）。
【００７９】
τ0算出部５２では、電圧指令値によって電流パルスｉ0の立下がり時点ｔ2から電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3までの経過時間σ1を推定し、時間差カウンタ５１から入力され時間差データ（τ0＋σ1）から前記推定した時間データσ1を減算することにより、電流パルスｉ0のパルス幅τ0を求める。したがって、τ0算出部５２内には、例えば電源電圧とσ1との対応関係が記憶されたメモリテーブルを有している。
【００８０】
遅延時間算出部５３は、τ0に関して磁気パルス圧縮回路の雰囲気温度の変化に対応してとり得る各種値と、発光タイミング信号Ｈtを実発光時点から一定の時間だけ前の時点に常に発生させるための温度補償用の遅延時間Ｔdy´との対応関係が記憶されたメモリテーブルを有している。上記遅延時間Ｔdy´には、温度の変動に応じたτ1、τ2の変動分が考慮されており、該遅延時間Ｔdy´をτ0値と対応付けられるように設定している。すなわち、τ0が決まれば、τ1、τ2との各値は予測できるので、これらτ1およびτ2を用いれば、実際の発光時点ｔ6が電流パルスｉ1の立上がり時点ｔ3から何nsec後であるか（この場合は、温度補償だけであるのでσ2＝０とする）を予測することができる。そして、この予測した実発光時点までの時間τ1+τ2に基づき、発光タイミング信号Ｈtを常に実発光時点から一定の時間だけ前の時点に発生させるためには、電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓaをどのくらい遅延させればよいかを計算することで、上記遅延時間Ｔdy´を求めることができる。
【００８１】
遅延時間算出部５３では、メモリテーブルからτ0 算出部５２から出力されるτ0値に対応する遅延時間Ｔdy´値を選択し、該選択した遅延時間Ｔdy´値を遅延部５４に出力する。
【００８２】
遅延部５４では、図１２(d)にそのタイムチャートを示すように、遅延時間算出部５３から出力される遅延時間Ｔdy´分だけ電流パルス検出センサ２０の検出信号Ｓa（この場合は電圧補償部４０の出力信号Ｓa´）を遅延することにより、発光タイミング信号Ｈtの温度補償を実行する。
【００８３】
このようにして、図８の温度補償部５０からは雰囲気温度の変動分が補償された発光タイミング信号Ｈtが出力される。
【００８４】
このようにこの第２の実施形態では、電源電圧および環境温度の変化を補償することにより電源電圧および環境温度の変化が発生しても常に各パルスレーザの実発光時点より予め設定された所定時間だけ前の時点で発生される発光タイミング信号を半導体露光装置側へ送信するようにしているので、レーザの発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度をさらに向上させることができる。
【００８５】
なお、上記実施例においては、２段の磁気パルス圧縮回路に本発明を適用するようにしたが、３段以上磁気パルス圧縮回路に本発明を適用するようにしてもよい。また、本発明では、前記磁気パルス圧縮回路の最終段の１つ前の段の電荷転送回路を流れる電流パルスの立上がり時点を検出するようにしたが、レーザ同期トリガ信号ＴＲより後の磁気パルス圧縮途中のタイミングを検出できるものであれば、電流パルスの立上がり時点を検出する電荷転送回路の段数は任意に設定するようにすればよい。
【００８６】
また、実施例では温度を実際に検出しないで温度補償を行うようにしたが、実際に温度センサを設け、該温度センサの検出温度を用いて発光タイミング信号の温度補償を行うようにしてもよい。
【００８７】
また、実施例では、コンデンサ間の電荷転送時間と磁気スイッチの飽和時間が一致するように、すなわちσ0〜σ2が０になるように、電源電圧Ｖ0の最大値を設定し、この最大電圧値を超えない範囲で電源電圧制御を行うようにしているが、このような電源電圧制御を行わない装置に対しても本発明を適用することができる。
【００８８】
また、上記実施例では、温度補償および電圧補償はレーザ側で行うようにしたが、これら補償のために必要なデータを発光タイミング信号とともにレーザ側からステッパ側に送信し、温度補償および電圧補償をステッパ側で行わせるようにしてもよい。また、上記実施例では、発光タイミング信号が常に実発光時点から所定時間前に発せられるようにレーザ側で温度補償および電圧補償を行うようにしたが、電流パルス検出センサ２０の検出信号を発光タイミング信号としてステッパ側に送出するとともに、この発光タイミング信号から何nsec後に実発光が発生することを示す数値データをステッパ側に送出するようにしてもよい。
【００８９】
さらに、上記実施例では、レーザ装置をステップスキャン方式の露光制御を行う半導体露光装置に接続し、レーザ装置から発生された発光タイミング信号をステップスキャン方式の半導体露光装置に入力するようにしたが、レーザ装置が一括露光方式の半導体露光装置に接続されるような場合であっても上記発光タイミング信号を一括照射方式の半導体露光装置に入力するようにしてもよい。一括露光方式においては、ウェハが載置されたステージを停止させてひとつのＩＣチップ全体を一括レーザ照射して露光を行うが、レーザ照射位置を露光の終了したＩＣチップ位置から次のＩＣチップへと移動させる際にはステージの移動制御を行わなくてはならない。そこで、一括照射方式の半導体露光装置においても、レーザ装置側から送られてくる上記発光タイミング信号を利用して、ステージ移動開始のタイミングや作業開始のタイミングを決定するようにすれば、レーザの発光タイミングと半導体露光装置側での制御タイミングとの同期精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す回路ブロック図。
【図２】この発明を適用した場内のエキシマレーザ及びステッパの制御系の構成を示すブロック図。
【図３】電流パルス検出センサの具体構成例をおよびその場合の電流および電圧波形を示す図。
【図４】電流パルス検出センサの他の具体構成例をおよびその場合の電流および電圧波形を示す図。
【図５】電流パルス検出センサの他の具体構成例をおよびその場合の電流および電圧波形を示す図。
【図６】電流パルス検出センサの他の具体構成例を示す図。
【図７】電流パルス検出センサの他の具体構成例をおよびその場合の電流および電圧波形を示す図。
【図８】この発明の第２の実施形態を示す回路ブロック図。
【図９】電圧補償部の内部構成例を示す図。
【図１０】図９の遅延部の入出力信号のタイムチャート。
【図１１】温度補償部の内部構成例を示す図。
【図１２】図１１の各部の信号のタイムチャート。
【図１３】従来のエキシマレーザ及びステッパの制御系の構成を示すブロック図。
【図１４】従来技術を示す図。
【図１５】磁気圧縮回路の各部の電圧および電流波形を示す図。
【図１６】ステップスキャン方式の縮小投影露光を説明する図。。
【符号の説明】
１…エキシマレーザ    ２…レーザチャンバ    ３…パルス電源装置
４…エネルギーモニタ  ５…レーザコントローラ    ６…主放電電極
７…ＩＣ    １０…ステッパ装置      １１…ステッパコントローラ
１２…ウェハテーブル    ２０…電流パルス検出センサ
２２…コア    ３０…電流パルス検出センサ    ４０…電圧補償部
５０…温度補償部    ＡＬ0〜ＡＬ2…磁気スイッチ
ＨＶ…高電圧電源    ＳＷ…主スイッチ
Ｃ0〜Ｃ2a…コンデンサ    Ｃp…ピーキングコンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003734201.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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