JP2005340363A - ArF EXCIMER LASER APPARATUS - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ArFエキシマレーザ装置に関する。 The present invention relates to an ArF excimer laser device.
アルゴンArおよびフッ素F2を含む紫外線レーザ用ガスをレーザチャンバ内に封入し、レーザチャンバ内でパルス放電を行わせることにより、紫外線レーザ用ガスを励起してレーザ発振を行わせる紫外線レーザ装置として、ArFエキシマレーザ装置が広く知られている。 As an ultraviolet laser device for energizing an ultraviolet laser gas to perform laser oscillation by enclosing an ultraviolet laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 in a laser chamber and performing pulse discharge in the laser chamber, ArF excimer laser devices are widely known.
このArFエキシマレーザ装置では、レーザガスとして、アルゴンAr、ネオンNeおよびフッ素F2を含むガスが使用される。 In this ArF excimer laser device, a gas containing argon Ar, neon Ne, and fluorine F 2 is used as a laser gas.
エキシマレーザ装置は、レーザガス内で、HF、CF4 等のフッ化物またはN2、O2等の大気成分といった不純物が増加するとパルスエネルギーが大きく低下する。ArFエキシマレーザの場合には、上記不純物によるパルスエネルギー低下の影響は、KrFエキシマレーザの5倍以上となる。なお、F2 レーザについてもArFエキシマレーザと同等の影響がある。 In the excimer laser device, the pulse energy greatly decreases when impurities such as fluorides such as HF and CF 4 or atmospheric components such as N 2 and O 2 increase in the laser gas. In the case of an ArF excimer laser, the effect of the pulse energy reduction due to the impurities is five times or more that of the KrF excimer laser. The F 2 laser has the same effect as the ArF excimer laser.
上記不純物のうちSiF4 は、レーザ装置を構成する絶縁材の材料となるアルミナセラミックから発生する。このことに着目し、下記特許文献1、2では、高純度のアルミナセラミックを使用することで、不純物SiF4 の発生を抑制するようにしている。
Of the impurities, SiF 4 is generated from an alumina ceramic which is a material of an insulating material constituting the laser device. Focusing on this, in
また、下記特許文献3、4では、セラミックスを高純度の絶縁材でコーティングすることで、不純物SiF4 の発生を抑制するようにしている。 In Patent Documents 3 and 4 below, the generation of impurities SiF 4 is suppressed by coating ceramics with a high-purity insulating material.
また、下記特許文献5は、セラミックス以外のフッ化物発生源に着目したものであり、レーザチャンバの内面、環流ファンと熱交換器等の表面にアルミナ膜またはフッ化不動態膜を形成することで、フッ素と反応して増加する不純物を抑制するようにしている。
ArFエキシマレーザ装置では、高繰り返し周波数のパルス放電を所定回数連続して行わせてから、放電を一旦所定時間休止し、再度、高繰り返し周波数のパルス放電を繰り返し行うというバーストモードで、運転が行われる。 The ArF excimer laser device is operated in a burst mode in which pulse discharge at a high repetition frequency is continuously performed a predetermined number of times, then the discharge is temporarily stopped for a predetermined time, and pulse discharge at a high repetition frequency is repeated again. Is called.
従来より、こうしたバーストモード運転時のパルスエネルギーの変化を抑制するために、レーザガス中に微量のキセノンガスあるいは微量の酸素ガスを添加するという試みがなされている。 Conventionally, attempts have been made to add a trace amount of xenon gas or a trace amount of oxygen gas to the laser gas in order to suppress the change in pulse energy during the burst mode operation.
下記特許文献6では、ArFエキシマレーザ装置に用いられるレーザガス内にキセノンXeガスを10ppmの濃度で添加することで、パルスエネルギーレベルを数倍にすると共にパルスエネルギーを安定させるようにしている。
近年、ArFエキシマレーザでは、高出力化の要請のために高繰り返し化が進んでいる。 In recent years, in ArF excimer lasers, the repetition rate has been increasing due to the demand for higher output.
図4は、ArFエキシマレーザ装置で、繰り返し周波数2000Hz、4000Hzそれぞれでバーストモード運転を行ったときのパルスエネルギーの変化を示す。図4は、発振を開始してから500パルスが経過するまでのエネルギー変化を示している。なお、図4は、レーザガスの組成(分圧比)を、アルゴン3.5%、フッ素0.1%、キセノン10ppm、残りをネオンとし、全圧を300kPaとした条件で発振を行ったときの結果を示している。なお、また、発振開始時のパルスエネルギを1[a.u.]とした(図4の縦軸参照)。
FIG. 4 shows changes in pulse energy when an ArF excimer laser apparatus is operated in burst mode at repetition frequencies of 2000 Hz and 4000 Hz. FIG. 4 shows the energy change from the start of oscillation until 500 pulses elapse. FIG. 4 shows the results when oscillation was performed under the conditions that the composition (partial pressure ratio) of the laser gas was argon 3.5%, fluorine 0.1%,
図4からわかるように、2000Hz運転時には、パルスエネルギーがほぼ一定である。しかし、4000Hz運転時には、120パルス付近からわずかであるがパルスエネルギーの低下が見られる。 As can be seen from FIG. 4, the pulse energy is substantially constant during the 2000 Hz operation. However, during 4000 Hz operation, a slight decrease in pulse energy is seen from around 120 pulses.
このように、4000Hz程度の高繰り返し周波数になると、たとえレーザガスにキセノンを添加したとしても、パルスエネルギーの低下が起きる。 Thus, at a high repetition frequency of about 4000 Hz, even if xenon is added to the laser gas, the pulse energy decreases.
ここで、ArFエキシマレーザ装置は、主として露光装置の光源として用いられることから、高いエネルギー安定性が要求される。したがって、高繰り返し周波数運転時でのパルスエネルギーの低下は、レーザ装置本体の発振効率低下という問題のみならず、露光装置で製造されるウェーハの品質に影響を及ぼす重要な問題である。 Here, since the ArF excimer laser apparatus is mainly used as a light source of an exposure apparatus, high energy stability is required. Therefore, a decrease in pulse energy during high repetition frequency operation is an important problem that affects not only the problem of lowering the oscillation efficiency of the laser apparatus body but also the quality of the wafer manufactured by the exposure apparatus.
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、ArFエキシマレーザ装置において、図4にみられるような高繰り返し周波数(たとえば4000Hz)でのパルスエネルギー低下を抑制して、安定したパルスエネルギーが得られるようにすることを、解決課題とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and in an ArF excimer laser device, a reduction in pulse energy at a high repetition frequency (for example, 4000 Hz) as shown in FIG. It is a problem to be solved.
第1発明は、
アルゴンArおよびフッ素F2を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバと、
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成したオゾンO3、HO2、H2O2が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3 、HO2、H2O2 のうち、少なくともいずれかを熱分解する熱分解手段と
が備えられていることを特徴とする。
The first invention is
A laser chamber filled with a laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 ;
A pair of electrodes installed in the laser chamber and generating a discharge in a discharge space between the cathode and the anode;
A power source that applies a voltage of a predetermined repetition frequency between a pair of electrodes to perform pulse discharge;
A fan installed in the laser chamber and circulating a laser gas in the laser chamber to form a circulation channel passing through the discharge space;
Until ozone O 3 generated in the discharge space and the vicinity thereof, HO 2, H 2 O 2 is returned again to the discharge space by round the circulation flow path, the generated ozone O 3, HO 2, H 2 And pyrolysis means for pyrolyzing at least one of O 2 .
第2発明は、第1発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記熱分解手段は、
熱交換器の冷却能力を低下させる手段であること
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
It is a means for reducing the cooling capacity of the heat exchanger.
第3発明は、第1発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記熱分解手段は、
熱交換器が、レーザガスの循環流路のうちで放電空間の上流に近い側に設置されている構造であること
を特徴とする。
The third invention is the first invention,
In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
The heat exchanger is characterized in that it is installed on the side near the upstream of the discharge space in the laser gas circulation flow path.
第4発明は、第1発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記熱分解手段は、
レーザガスの循環流路のうち、放電空間から熱交換器までの流路を長くする構造であること
を特徴とする。
A fourth invention is the first invention,
In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
Of the laser gas circulation flow path, the flow path from the discharge space to the heat exchanger is lengthened.
第5発明は、第1発明において、
前記熱分解手段は、
レーザガスを加熱する加熱手段であること
を特徴とする。
A fifth invention is the first invention,
The thermal decomposition means is
It is a heating means for heating the laser gas.
第6発明は、第5発明において、
加熱手段は、
ハロゲンランプであること
を特徴とする。
A sixth invention is the fifth invention,
The heating means
It is a halogen lamp.
第7発明は、第5発明において、
加熱手段は、
ヒータであること
を特徴とする。
A seventh invention is the fifth invention,
The heating means
It is a heater.
第8発明は、第5発明において、
加熱手段は、
ヒートパイプであること
を特徴とする。
In an eighth aspect based on the fifth aspect,
The heating means
It is a heat pipe.
第9発明は、
アルゴンArおよびフッ素F2を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバと、
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成したオゾンO3、HO2、H2O2 が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3、HO2、H2O2 のうち少なくともいずれかに、紫外線を照射してオゾンO3、HO2、H2O2 のうち少なくともいずれかを分解する紫外線照射手段と
が備えられていることを特徴とする。
The ninth invention
A laser chamber filled with a laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 ;
A pair of electrodes installed in the laser chamber and generating a discharge in a discharge space between the cathode and the anode;
A power source that applies a voltage of a predetermined repetition frequency between a pair of electrodes to perform pulse discharge;
A fan installed in the laser chamber and circulating a laser gas in the laser chamber to form a circulation channel passing through the discharge space;
Until ozone O 3 generated in the discharge space and the vicinity thereof, HO 2, H 2 O 2 is returned again to the discharge space by round the circulation flow path, the generated ozone O 3, HO 2, H 2 O in at least one of 2, characterized in that is provided with an ultraviolet radiation means for decomposing at least one of ultraviolet irradiated ozone O 3, HO 2, H 2 O 2.
第10発明は、第9発明において、
前記紫外線照射手段には、
波長240nm以下の光をカットして紫外線を照射させるフィルタ手段が設けられていること
を特徴とする。
The tenth invention is the ninth invention,
In the ultraviolet irradiation means,
Filter means for cutting light having a wavelength of 240 nm or less and irradiating it with ultraviolet rays is provided.
第11発明は、第9発明において、
前記紫外線照射手段は、
低圧水銀ランプであること
を特徴とする。
In an eleventh aspect based on the ninth aspect,
The ultraviolet irradiation means includes
It is a low-pressure mercury lamp.
上記本発明を、上述した図4に加えて、図2を併せ参照して説明する。 The present invention will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG. 4 described above.
本発明は、つぎのような知見によって本発明をなし得た。 The present invention has been achieved by the following findings.
まず、図4に示すパルスエネルギーの低下は、運転時間が長くなるほど大きくなる。このことから、パルスエネルギー低下の原因は、運転時間が長くなるにつれて増加する不純物の影響と考えた。 First, the decrease in pulse energy shown in FIG. 4 becomes larger as the operation time becomes longer. From this, it was considered that the cause of the pulse energy decrease was the influence of impurities that increased as the operation time became longer.
参考文献1(A.Sumitani,S.Andou, T.Watanabe,M.Konishi,S.Egawa,I.Uchino,T.Ohta,K.Terashima,N.Suzuki,T.Enami,H.Mizoguchi:Proc.SPIE,4000,1424()2000))には、レーザガス中にO2、CO2が存在すると、図4に示すパルスエネルギー低下が起こり、その低下の度合いは、それらの濃度、繰り返し周波数が高くなるつれ、大きくなることが記載されている。 Reference 1 (A. Sumitani, S. Andou, T. Watanabe, M. Konishi, S. Egawa, I. Uchino, T. Ohta, K. Terashima, N. Suzuki, T. Enami, H. Mizoguchi: Proc. In SPIE, 4000, 1424 () 2000)), when O 2 and CO 2 are present in the laser gas, the pulse energy decrease shown in FIG. 4 occurs, and the degree of the decrease increases their concentration and repetition frequency. It is described that it grows larger.
そこで、図4に示すデータを取得した後に、ガスクロマト質量分析装置(GC−MS)でO2濃度を分析したところ、1ppm程度が検出された。この分析結果からO2濃度が微量でも繰り返し周波数が高くなると(2000Hzよりも高くなると)、図4に示すようなパルスエネルギーの低下が発生するものと考えられる。 Therefore, after obtaining the data shown in FIG. 4, analysis of the O 2 concentration in the gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS), about 1ppm it was detected. From this analysis result, it is considered that when the repetition frequency becomes high (higher than 2000 Hz) even if the O 2 concentration is very small, a decrease in pulse energy as shown in FIG. 4 occurs.
しかし、O2 は、レーザチャンバへレーザガスを注入するためのF2ガス用ボンベ中に不純物として含まれており、これ自体を除去することは難しい。また、レーザチャンバのシール部に使用されているフッ素ゴムシール材中をO2、H2O等が透過し、レーザチャンバ内に混入する。透過混入したH2Oはレーザチャンバ内のフッ素ガスと反応し、下記式に示すようにO2を生成する。 However, O 2 is contained as an impurity in an F 2 gas cylinder for injecting laser gas into the laser chamber, and it is difficult to remove itself. Further, O 2 , H 2 O, and the like permeate through the fluororubber seal material used for the seal portion of the laser chamber and enter the laser chamber. The permeated H 2 O reacts with the fluorine gas in the laser chamber to generate O 2 as shown in the following formula.
F2+H2O→2HF+1/2O2
したがって、レーザチャンバ内からO2を、完全に除去することは難しい。
F 2 + H 2 O → 2HF + 1 / 2O 2
Therefore, it is difficult to completely remove O 2 from the laser chamber.
一方で、ArFエキシマレーザでは、O2をパルスエネルギーレベルを向上させる目的で添加することがある。このことから、パルスエネルギーレベル向上のあめにレーザチャンバ内へ微量のO2を添加したときは、その本来の作用のみ奏させ、図4に見られるようなパルスエネルギー低下を起こさせないようにする必要がある。 On the other hand, in an ArF excimer laser, O 2 may be added for the purpose of improving the pulse energy level. Therefore, when a small amount of O 2 is added to the laser chamber to improve the pulse energy level, it is necessary to cause only the original action and not to cause the pulse energy decrease as shown in FIG. There is.
そこで、ArFエキシマレーザ装置のチャンバ内のレーザガスにO2を5ppm添加して、図4と同様にして発振を始めてから500パルス経過するまでのパルスエネルギー変化を計測して、O2がパルスエネルギー変化に及ぼす影響を調べた。 Therefore, the O 2 in the laser gas in the chamber was added 5ppm of ArF excimer laser device, to measure the pulse energy change from the start of oscillation in the same way as in FIG. 4 until 500 pulses elapses, O 2 pulse energy change The effects on the
図5(a)、(b)は、横軸、縦軸が図4と同様のグラフであり、図5(a)は、O2を5ppm添加して2000Hz運転を行ったときのパルスエネルギー変化を示しており、図5(b)は、O2を5ppm添加して4000Hz運転を行ったときのパルスエネルギー変化を示している。 5 (a) and 5 (b) are graphs in which the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. 4, and FIG. 5 (a) shows the change in pulse energy when operating at 2000 Hz with 5 ppm of O 2 added. FIG. 5B shows a change in pulse energy when the operation is performed at 4000 Hz with 5 ppm of O 2 added.
そこで、図5(a)、(b)を図4と比較すると、O2を濃度5ppmにすることで、2000Hz運転時であっても、パルスエネルギーの低下が確認された。また、4000Hz運転の場合には、O2を濃度5ppmにすることで、パルスエネルギー低下がより顕著なものとなった。そして、パルスエネルギー低下が始まるパルス数は、2000Hz運転で60パルス程度、4000Hz運転で120パルス程度であった。 Therefore, comparing FIGS. 5A and 5B with FIG. 4, it was confirmed that the pulse energy was reduced even when the operation was performed at 2000 Hz by setting O 2 to a concentration of 5 ppm. Further, in the case of 4000 Hz operation, the pulse energy decrease became more remarkable by setting the O 2 concentration to 5 ppm. The number of pulses at which the pulse energy starts to drop was about 60 pulses at 2000 Hz operation and about 120 pulses at 4000 Hz operation.
上記パルスエネルギー低下が始めるパルス数を時間に換算したところ、両方とも30msecと算出された。 When the number of pulses at which the pulse energy reduction started was converted to time, both were calculated to be 30 msec.
つぎに、このパルスエネルギー低下開始時間30msecと、レーザガスの流れとの関係について考察した。 Next, the relationship between the pulse energy decrease start time 30 msec and the laser gas flow was considered.
図2は、ArFエキシマレーザ装置のチャンバの横断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the chamber of the ArF excimer laser device.
同図2に示すように、レーザチャンバ102には、レーザガスが封入されている。
As shown in FIG. 2, the laser gas is sealed in the
レーザチャンバ102内には、一対の電極111a、111bが設置されており、一対の電極111a、111b間、つまり放電空間120で放電が行われる(陰極及び陽極の間の放電空間120内で放電が生成される)。図示しない電源から一対の電極111a、111b間に所定の繰り返し周波数の電圧が印加されてパルス放電が行われる。
A pair of
レーザチャンバ102内には、ファン119が設置されており、このファン119は、レーザチャンバ102内でレーザガスを循環させて、放電空間120を通過する循環流路200を形成する。
A
レーザチャンバ102内には、レーザガスを冷却する熱交換器118が、レーザガスの循環流路200上に設置されている。
In the
上記パルスエネルギー低下開始時間30msecは、放電空間120で放電したレーザガスが循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくる時間と、ほぼ一致する。このことから、O2が放電によってパルスエネルギーを低下させる物質に変化したものと考えた。
The pulse energy lowering start time 30 msec substantially coincides with the time for the laser gas discharged in the
さらに、パルスエネルギー低下の原因が、レーザ利得の減少であるか、あるいはレーザ光吸収の増加であるかを、実験で確認した。その結果、レーザ光吸収の増加が主原因であることが確認された。 Furthermore, it was confirmed by experiments whether the cause of the decrease in pulse energy was a decrease in laser gain or an increase in laser light absorption. As a result, it was confirmed that the increase in laser light absorption was the main cause.
ArFエキシマレーザの発振波長である193nm付近でのO2の吸収は、シューマンルンゲバンド吸収帯であり、吸収断面積で1×10−21cm2のオーダーである。これより大きい吸収断面積をもつ酸素化合物としては、オゾンO3が考えられる。オゾンO3の吸収断面積は、4.2×10−19cm2であり、O2の吸収断面積よりも2桁大きい。その他に吸収断面積が大きい物質としては、H2との化合物HO2(吸収断面積:3.9×10−19cm2)、H2O2(吸収断面積:6.1×10−19cm2)が考えられる。 Absorption of O 2 at around 193 nm, which is the oscillation wavelength of the ArF excimer laser, is a Schumann-Lunge band absorption band, which is on the order of 1 × 10 −21 cm 2 in absorption cross section. As an oxygen compound having an absorption cross section larger than this, ozone O 3 can be considered. The absorption cross section of ozone O 3 is 4.2 × 10 −19 cm 2 , which is two orders of magnitude larger than the absorption cross section of O 2 . The absorption cross section is large substances other compounds of H 2 HO 2 (absorption sectional area: 3.9 × 10 -19 cm 2) , H 2 O 2 ( absorption cross-section: 6.1 × 10 -19 cm 2 ).
O2を添加したレーザガスにレーザチャンバ内で増加するH2を含む化合物HFを添加しても、図4に見られる120パルスからのエネルギー低下に顕著な変化が見られなかった。このことから、レーザ光を吸収しているのは、主として、オゾンO3であると考えた。 Even when the compound gas HF containing H 2 increasing in the laser chamber was added to the O 2 -added laser gas, no significant change was observed in the energy decrease from the 120 pulses seen in FIG. From this, it was considered that it was mainly ozone O 3 that absorbed the laser beam.
そこで、本発明者は、ArFエキシマレーザ装置のチャンバ102内の放電空間120及びその近傍で生成したO3を、循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくる前に分解すれば、レーザ光の吸収が抑制されて、パルスエネルギー低下が抑制されるとの技術的思想を得るに至った。また、上述したように、オゾンO3以外の吸収断面積の大きいHO2、H2O2 についても同様にして分解すれば、パルスエネルギー低下抑制の効果が得られると考えられる。
Therefore, the present inventor can decompose the
第1発明〜第8発明は、放電空間120及びその近傍で生成したオゾンO3、
HO2、H2O2 が循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3、HO2、H2O2 のうちいずれかを熱分解するというものである。以下、オゾンO3 を代表させて説明する。
The first invention to eighth invention, the
Until HO 2, H 2 O 2 is returned again to the
すなわち、次式に示すように、たとえばガス温度を上昇させて、O3の熱分解反応を促進させることによりO3の濃度が減少する。 That is, as shown in the following equation, for example by increasing the gas temperature, the concentration of O 3 is reduced by promoting thermal decomposition of O 3.
O3→O2+O
O3+O→2O2 …(1)
この(1)式の反応でオゾンO3が完全に分解するには、350゜C〜450゜Cの温度を1〜2秒間保持することが必要である。レーザチャンバ102内の放電空間120で放電されたレーザガスが循環流路200を一巡して放電空間120に戻っているまでの時間は、30msec程度であるので、熱分解のみで完全に分解することは難しい。しかし、レーザチャンバ102内には、ハロゲンガスであるフッ素が充填されているため、フッ素が触媒となり、以下の反応で分解が促進される。
O 3 → O 2 + O
O 3 + O → 2O 2 (1)
In order for ozone O 3 to be completely decomposed by the reaction of the formula (1), it is necessary to maintain a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 1 to 2 seconds. Since the time until the laser gas discharged in the
O3+F→O2+OF …(2)
OF+O→O2+F …(3)
第1発明は、上述した本発明の技術思想(熱分解手段)を示したものである。
O 3 + F → O 2 + OF (2)
OF + O → O 2 + F (3)
The first invention shows the technical idea (pyrolysis means) of the present invention described above.
第2発明は、第1発明の熱分解手段に技術的限定を加えたものであり、図2に示す熱交換器118へ供給される冷却水量を絞る等して冷却能力を低下させて、ガス温度を上昇させて、熱分解を行わせるというものである。
The second invention is obtained by adding a technical limitation to the thermal decomposition means of the first invention, reducing the cooling capacity by reducing the amount of cooling water supplied to the
第3発明は、第1発明の熱分解手段に技術的限定を加えたものであり、図6に示すように、熱交換器118が、循環流路200のうちで放電空間120の上流に近い側に設置された構造としたものである。
The third invention is obtained by adding technical limitations to the thermal decomposition means of the first invention. As shown in FIG. 6, the
第4発明は、第1発明の熱分解手段に技術的限定を加えたものであり、図7に示すように、レーザチャンバ102の内部空間を広げる等して、レーザガスの循環流路200のうち、放電空間120から熱交換器118までの流路200aを長くする構造としたものである。
The fourth invention is obtained by adding a technical limitation to the thermal decomposition means of the first invention. As shown in FIG. 7, by expanding the internal space of the
第5発明は、第1発明の熱分解手段に技術的限定を加えたものであり、図8に示すように、レーザガスを加熱する加熱手段131を設けるようにしたものである。 The fifth invention is obtained by adding a technical limitation to the thermal decomposition means of the first invention, and is provided with a heating means 131 for heating the laser gas as shown in FIG.
第6発明は、第5発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図8に示すように、ハロゲンランプ131を用いて加熱するようにしたものである。
In the sixth invention, the heating means of the fifth invention is technically limited. As shown in FIG. 8, the
第7発明は、第5発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図10に示すように、ヒータ123を用いて加熱するようにしたものである。
In the seventh invention, technical limitation is added to the heating means of the fifth invention, and heating is performed using a
第8発明は、第5発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図11に示すように、ヒートパイプ129を用いて加熱するようにしたものである。 In the eighth invention, the heating means of the fifth invention is technically limited. As shown in FIG. 11, the heating means 129 is used for heating.
第9発明〜第12発明は、放電空間120及びその近傍で生成したオゾンO3 が循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3 に、紫外線を照射してオゾンO3 を分解するというものである(オゾンO3 以外にもHO2、H2O2 を分解してもよい)。
Ninth aspect to twelfth invention, until ozone O 3 generated in the
すなわち、下記反応式に示すように、紫外線を照射してO3の分解を促進させる。 That is, as shown in the following reaction formula, ultraviolet rays are irradiated to promote decomposition of O 3 .
O3+hν→O2+O …(4)
ただし、紫外線の波長が短いと、以下の反応でO3が生成する。
O 3 + hν → O 2 + O (4)
However, when the wavelength of ultraviolet rays is short, O 3 is generated by the following reaction.
O2+hν→O+O …(5)
O2+O→O3 …(6)
上記(5)式にみられるO2の解離は、シューマンルンゲ連続吸収帯(125〜175nm)の光を吸収すると、直ちに起こる。シューマンルンゲバンド領域(175〜203nm)では、解離量が少なくなり、ヘルツベルグ吸収帯(205〜240nm)の光では、殆ど起こらない。よって、O3の生成を抑制しつつO3
の分解を促進するには、203nm以下の光はカットする必要があり、240nm以下の光をカットすることが望ましい。
O 2 + hν → O + O (5)
O 2 + O → O 3 (6)
The dissociation of O 2 seen in the above equation (5) occurs immediately when light in the Schumann-Runge continuous absorption band (125 to 175 nm) is absorbed. In the Schumann-Lunge band region (175 to 203 nm), the amount of dissociation decreases, and hardly occurs with light in the Herzberg absorption band (205 to 240 nm). Therefore, while suppressing the generation of O 3 , O 3
In order to promote decomposition, it is necessary to cut light of 203 nm or less, and it is desirable to cut light of 240 nm or less.
第9発明は、上記(4)式で説明した本発明の技術思想(紫外線照射手段)を示したものである。 The ninth invention shows the technical idea (ultraviolet irradiation means) of the present invention described in the above formula (4).
第10発明は、第9発明の紫外線照射手段に技術的限定を加えたものであり、上記(5)、(6)式で示す反応によるO3の生成を抑制すべく、図13に示すように、フィルタ手段125aによって、波長240nm以下の光をカットして紫外線を照射させるようにしたものである。 The tenth invention is obtained by adding technical limitations to the ultraviolet irradiation means of the ninth invention, as shown in FIG. 13 in order to suppress the production of O 3 by the reactions shown in the above formulas (5) and (6). In addition, light having a wavelength of 240 nm or less is cut by the filter means 125a and irradiated with ultraviolet rays.
第11発明は、第9発明の紫外線照射手段に技術的限定を加えたものであり。図13に示すように、低圧水銀ランプ125によって紫外線を照射するようにしたものである。
The eleventh invention is obtained by adding technical limitations to the ultraviolet irradiation means of the ninth invention. As shown in FIG. 13, the low-
以下、図面を参照して本発明に係るArFエキシマレーザ装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of an ArF excimer laser device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施例)
図1は第1実施例に用いられるArFエキシマレーザ装置の全体構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the overall configuration of an ArF excimer laser device used in the first embodiment.
また、図2は図1に示すレーザチャンバ102を横断面で示している。
FIG. 2 shows the
図1に示すように、ArFエキシマレーザ装置101は、大きくは、レーザチャンバ102、電源103、狭帯域ボックス104、モニタモジュール105、ガス吸排気モジュール107、コントローラ108で構成される。
As shown in FIG. 1, the ArF excimer laser device 101 mainly includes a
コントローラ108は、モニタモジュール105内に設けられた波長検出器等のセンサに基づいて電源103、狭帯域ボックス104、ガス吸排気モジュール107を駆動制御する。
The
レーザチャンバ102には、アルゴンAr、フッ素F2を含むレーザガスが封入されている。レーザチャンバ107へのレーザガスの供給、排気は、ガス吸排気モジュール107によって行われる。
A laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 is sealed in the
レーザチャンバ102内には、一対の放電電極111a(アノード)、111b(カソード)が対向して設置されており、一対の電極111a、111b間、つまり放電空間120で放電が行われる(陰極及び陽極間の放電空間120で放電が生成される)ことにより、レーザガスが励起される。
In the
電源103から一対の電極111a、111b間に所定の繰り返し周波数の電圧が印加されることで、パルス放電が行われる。なお、本明細書では、電源103を、励起回路、トリガパルス回路などの、一対の電極111a、111b間でパルス放電を行わせるに必要な回路を含んだ装置とする。コントローラ108から電源103のトリガパルス回路にパルス指令が与えられることで、パルス放電が行われる。
When a voltage having a predetermined repetition frequency is applied between the
放電電極111a、111bの長手方向の一方側(図1中、右側)をレーザチャンバ102の前側、同長手方向の他方側(図1中、左側)をレーザチャンバ102の後側とする。
One side of the
放電電極111a、111bの長手方向の延長上にあって、レーザチャンバ102の前側には、フロント側ウインドホルダ109Fが突出して設けられている。同様に、同延長上、レーザチャンバ102の後側には、リア側ウインドホルダ109Rが突出して設けられている。
A
フロント側ウインドホルダ109Fの先端部には、フロントウインド109aが設けられている。同様に、リア側ウインドホルダ109Rの先端部には、リアウインド109bが設けられている。
A front window 109a is provided at the tip of the
フロント側ウインドホルダ109Fの前方には、フロントミラー110が配置されている。またリア側ウインドホルダ109Rの後方には、狭帯域ボックス104が配置されている。
A
狭帯域ボックス104内には、プリズム、グレーティングなどのレーザ光を狭帯域化するための光学素子が配置されている。なお狭帯域ボックス104の代わりに、高反射のミラーを用いてもよい。本発明は、狭帯域化されないレーザ装置に適用してもよい。
In the
レーザチャンバ102内でレーザガスが励起されると、レーザ発振が行われる。レーザ光は、狭帯域ボックス104によって狭帯域化された後、フロントミラー110、モニタモジュール105を介して出射される。
When the laser gas is excited in the
レーザ光はモニタモジュール105でモニタリングされ、コントローラ108はモニタリングされた結果に基づいてドライバを介して狭帯域ボックス104内の光学素子の姿勢を変化させる等して、レーザ光の選択波長等を制御する。
The laser light is monitored by the
コントローラ108は、ガス吸排気モジュール107の制御弁等を駆動制御して、レーザチャンバ102内のレーザガスの濃度、分圧等を制御する。
The
つぎに、図2を中心に説明する。 Next, a description will be given mainly with reference to FIG.
同図2に示すように、一対の電極111a、111b間、つまり放電空間120で放電が行われる(陰極及び陽極間の放電空間120で放電が生成される)と、この放電空間120でレーザガスが励起される。
As shown in FIG. 2, when a discharge is performed between the pair of
電極111a、111b間で放電が行われると、放電によって電極111a、111bが消耗し、微小なダストが発生する。レーザチャンバ102には、このダストをレーザチャンバ102内から除去するためのダストフィルタ140が設けられている。ダストフィルタ140は、ダストを捕捉するフィルタエレメント116と、このフィルタエレメント116を内蔵し、レーザチャンバ102の外壁に連結されるフィルタケース117とからなる。レーザチャンバ102の内部とフィルタエレメント116とは、レーザチャンバ102の内壁に形成されたフィルタ吸込口141を介して連通されている。フィルタ吸込口141は、電極111a、111bの長手方向の概略中央部に形成されている。フィルタ吸込口141を通りフィルタエレメント116に導入されたダストは捕捉される。ダストの除去されたレーザガスは、レーザチャンバ102の長手方向両端に設けられた図示しないフィルタ吐出口から排出される。
When discharge is performed between the
レーザチャンバ102内には、(環流)ファン119が設置されており、このファン119は、レーザチャンバ102内でレーザガスを循環させて、放電空間120を通過する循環流路200を形成する。ファン119は、放電空間120を通過したレーザガスを循環流路200に沿って再度放電空間120に送り込む作用をなす。
A (circular)
レーザチャンバ102内には、レーザガスを冷却する熱交換器118が、レーザガスの循環流路200上に設置されている。熱交換器118には、冷却水路が形成されており、この冷却水路を通過する冷却水の流量に応じて、レーザガスを冷却する。電極111a、111b間での放電によって熱が発生するとともに、ガス流体の粘性摩擦によってレーザガスの温度が上昇する。熱交換器118は、このように温度上昇したレーザガスを冷却する。
In the
第1実施例では、放電空間120及びその近傍で生成したオゾンO3 が循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3 を熱分解する熱分解手段を備えている。
In the first embodiment, the heat that decomposes the generated ozone O 3 until the ozone O 3 generated in and near the
すなわち、次式に示すように、ガス温度を上昇させて、O3の熱分解反応を促進させることによりO3の濃度が減少する。 That is, as shown in the following equation, by increasing the gas temperature, the concentration of O 3 is reduced by promoting thermal decomposition of O 3.
O3→O2+O
O3+O→2O2 …(1)
この(1)式の反応でオゾンO3が完全に分解するには、350゜C〜450゜Cの温度を1〜2秒間保持することが必要である。レーザチャンバ102内の放電空間120で放電されたレーザガスが循環流路200を一巡して放電空間120に戻っているまでの時間は、30msec程度であるので、熱分解のみで完全に分解することは難しい。しかし、レーザチャンバ102内には、ハロゲンガスであるフッ素が充填されているため、フッ素が触媒となり、以下の反応で分解が促進される。
O 3 → O 2 + O
O 3 + O → 2O 2 (1)
In order for ozone O 3 to be completely decomposed by the reaction of the formula (1), it is necessary to maintain a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 1 to 2 seconds. Since the time until the laser gas discharged in the
O3+F→O2+OF …(2)
OF+O→O2+F …(3)
第1実施例では、熱交換器118へ供給される冷却水量を絞ることで、上記(1)、(2)、(3)式の反応を促進させている。熱交換器118へ供給される冷却水量を絞ると、ガス流体の粘性摩擦を熱源とするレーザガスの温度が上昇する。レーザガス温度が上昇すると、上述したO3の分解反応が促進され、O3 の濃度が減少する。なお、第1実施例としては、熱交換器118の冷却能力を低下させることができる手法であればよく、冷却水量を絞る以外に熱交換器118の容量を小さくするなどしても同様な作用効果が得られる。
O 3 + F → O 2 + OF (2)
OF + O → O 2 + F (3)
In the first embodiment, the reaction of the above formulas (1), (2), and (3) is promoted by reducing the amount of cooling water supplied to the
上記分解反応を促進させる限りにおいては、レーザガス温度は出来るだけ高くすることが望ましい。 As long as the decomposition reaction is promoted, the laser gas temperature is desirably as high as possible.
しかし、レーザチャンバ102内のシール部品等の耐久性等を考慮すると、実際には、上限温度が存在し、一定温度以上にレーザガス温度を上昇させることはできない。
However, considering the durability and the like of the sealing parts in the
そこで、レーザチャンバ102に、レーザチャンバ102内のレーザガスの温度を検出する温度センサ122を設け、この温度センサ122で検出された温度をフィードバックすることで、熱交換器118の冷却能力を制御し、レーザガスの温度を一定温度以上に上昇しないように制御してもよい。
Therefore, a
図3は、レーザガスの温度(゜C)とパルスエネルギーの低下量(%)との関係を、パルス放電の繰り返し周波数が2000Hzの場合、4000Hzの場合それぞれについて示したグラフである。図3はレーザガス温度を40゜Cから70゜Cまでの範囲で変化させたときのパルスエネルギー低下量を示している。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the laser gas temperature (° C.) and the pulse energy decrease amount (%) when the pulse discharge repetition frequency is 2000 Hz and 4000 Hz. FIG. 3 shows the amount of pulse energy reduction when the laser gas temperature is changed in the range of 40 ° C. to 70 ° C.
同図3に示すように、2000Hz運転、4000Hz運転共に、レーザガスの温度の上昇につれて、パルスエネルギーの低下量が小さくなっているのがわかる。このように、第1実施例で、熱交換器118の冷却能力を低下させて、レーザガスの温度を上昇させるようにすれば、パルスエネルギーの低下が抑制されるという効果が得られる。したがって、第1実施例を実施すれば、図4に示される4000Hz運転時のパルスエネルギー低下が抑制される。これによって、パルスエネルギーが安定して得られ、ArFエキシマレーザ装置を光源として露光装置で製造されるウェーハの品質が飛躍的に向上する。
As shown in FIG. 3, it can be seen that in both 2000 Hz operation and 4000 Hz operation, the amount of decrease in pulse energy decreases as the temperature of the laser gas increases. As described above, in the first embodiment, if the cooling capacity of the
(第2実施例)
図6は、第2実施例のレーザチャンバ102の横断面を示している。
(Second embodiment)
FIG. 6 shows a cross section of the
ArFエキシマレーザ装置の全体構成は、第1実施例で説明した図1のものと同じであるため、説明は省略する。 Since the overall configuration of the ArF excimer laser device is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、図6に示す構成要素についても、図2と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。 Also, with regard to the components shown in FIG. 6, the same components as those in FIG.
第2実施例では、図6に示すように、熱交換器118が、循環流路200のうちで放電空間120の上流に近い側に設置された構造とすることで、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応を促進させている。通常、熱交換器118は、図2に示すように、放電時の熱によって上昇したレーザガスの温度を下げるために、循環流路200のうちで放電空間120の下流に近い側に設置されている。これに対して第2実施例では、熱交換器118を循環流路200のうちで放電空間120の上流に近い側に設置しているため、放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間が長くなり、ガス温度が高い状態が長く続く。これにより、上述した(1)、(2)、(3)式のO3 分解反応が促進されて、O3 濃度が減少する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
第2実施例では、第1実施例と同様にセンサ122を設けてレーザガス温度を一定以下になるように制御する。ただし、第2実施例の場合は、局所的にレーザガスの温度が上昇するおそれがあることから、上限温度の低い部品に近接して別の温度センサを設けて、上限温度の低い部品の温度が上限温度に達しないように制御してもよい。
In the second embodiment, as in the first embodiment, a
図7は、第2実施例の別形態を示している。第2実施例は、放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間を長くするという考え方に基づくものであるが、同図7に破線にて示すように、レーザチャンバ102の内部空間を広げることによって、レーザガスの循環流路200のうち、放電空間120から熱交換器118までの流路200aを長くし、それによって放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間を長くしてもよい。具体的には、通常のレーザチャンバ102よりも、レーザチャンバ102の横断面で、放電空間120の下流側のレーザチャンバ内部空間が広がるように改造を施せばよい。
FIG. 7 shows another form of the second embodiment. The second embodiment is based on the idea of lengthening the time until the laser gas whose temperature has risen due to the discharge is cooled. As shown by the broken line in FIG. 7, the internal space of the
(第3実施例)
図8は、第3実施例のレーザチャンバ102の縦断面を示している。図8は、図1のレーザチャンバ102を上面からみた断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a longitudinal section of the
ArFエキシマレーザ装置の全体構成は、第1実施例で説明した図1のものと同じであるため、説明は省略する。 Since the overall configuration of the ArF excimer laser device is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、図8に示す構成要素についても、図2、図6、図7と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。 Also, with respect to the components shown in FIG. 8, the same components as those in FIGS. 2, 6, and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第3実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段131を設けることで、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応を促進させている。 In the third embodiment, by providing the heating means 131 for heating the laser gas, the decomposition reaction of O 3 in the above formulas (1), (2), and (3) is promoted.
第3実施例では、加熱手段としてハロゲンランプ131を使用している。
In the third embodiment, a
本発明者は、図3に示す実験結果から、部品の耐久性等を考慮したレーザチャンバ102の上限温度である70゜C以上に温度を上げると、さらに効果が大きくなると判断した。レーザガス流の粘性摩擦熱のみでは、ガス温度を高温(100゜C)にすることは難しく、また時間もかかる。このためレーザガス温度をさらに上昇させるためには、別途、熱源が必要である。そこで、放電電極111a(111b)の長手方向の長さよりも長い発光領域をもつハロゲンランプ131を、放電電極111aの長手方向に沿って配列した。ハロゲンランプ131は、赤外線がO3 濃度が高いと思われる放電空間120の下流に照射されるように、レーザチャンバ102の外側外壁にあって、放電空間120の下流側に配置した。また、ハロゲンランプ131から放射される赤外線をレーザガスに効率よく照射できる位置に、7個の材質CaF2 の窓124を、放電電極111a(111b)の長手方向に沿って配置した。また、効率よくレーザチャンバ102内を照射できるように図示しない反射板を設けた。
From the experimental results shown in FIG. 3, the present inventor has determined that the effect is further increased when the temperature is raised to 70 ° C. or more, which is the upper limit temperature of the
ハロゲンランプ131から赤外線が放射されると、レーザチャンバ102内のレーザガスに照射され、レーザガス温度が高温となり、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応が促進され、O3濃度が減少する。なお、ランプとしては、ハロゲンランプに限定されるものではなく、赤外線を放射できるランプであれば、使用することができる。
When infrared rays are emitted from the
図9は、第3実施例の別形態を示している。図8では、容易に入手できる小型のCaF2 窓124を7個配置しているが、図9に示すように、一体形成されたCaF2 窓128を、その長手方向が、放電電極111a(111b)の長手方向に一致するように配置してもよく、この場合には、図8に示す構造のものよりも、更に効率よくレーザガスに赤外線を照射することができる。
FIG. 9 shows another form of the third embodiment. In FIG. 8, seven small CaF 2 windows 124 that can be easily obtained are arranged, but as shown in FIG. 9, the longitudinal direction of the integrally formed CaF 2 window 128 is the
(第4実施例)
図10(a)は、第4実施例のレーザチャンバ102の縦断面を示している。図10(a)は、図1のレーザチャンバ102を上面からみた断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 10A shows a longitudinal section of the
図10(b)は、図2、図6、図7と同様に、レーザチャンバ102を横断面で示している。
FIG. 10B shows the
ArFエキシマレーザ装置の全体構成は、第1実施例で説明した図1のものと同じであるため、説明は省略する。 Since the overall configuration of the ArF excimer laser device is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、図10に示す構成要素についても、図2、図6、図7と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。 Also, for the components shown in FIG. 10, the same components as those in FIGS. 2, 6, and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第4実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段123を設けることで、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応を促進させている。 In the fourth embodiment, by providing the heating means 123 for heating the laser gas, the decomposition reaction of O 3 in the above formulas (1), (2), and (3) is promoted.
第4実施例では、加熱手段として、ヒータ123を使用している。
In the fourth embodiment, a
放電したレーザガスの温度を上げるために、放電電極111a(111b)の長手方向の長さとほぼ同じ長さをもつカートリッジヒータ123を、その長手方向が放電電極111aの長手方向と一致するように配置した。また、表面積を増やすために、カートリッジヒータ123を螺旋状に形成した。
カートリッジヒータ123は、レーザチャンバ102内にあって、O3 濃度が高いと思われる放電空間120の下流に配置した。
In order to raise the temperature of the discharged laser gas, a
The
カートリッジヒータ123が発熱すると、レーザチャンバ102内のレーザガスに照射され、レーザガス温度が高温となり、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応が促進され、O3濃度が減少する。
When the
(第5実施例)
図11(a)は、第5実施例のレーザチャンバ102の縦断面を示している。図11(a)は、図1のレーザチャンバ102を上面からみた断面図である。
(5th Example)
FIG. 11A shows a longitudinal section of the
図11(b)は、図2、図6、図7、図10(b)と同様に、レーザチャンバ102を横断面で示している。
FIG. 11 (b) shows the
ArFエキシマレーザ装置の全体構成は、第1実施例で説明した図1のものと同じであるため、説明は省略する。 Since the overall configuration of the ArF excimer laser device is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、図11に示す構成要素についても、図2、図6、図7、図10と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。 11, the same components as those in FIGS. 2, 6, 7, and 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
第5実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段129を設けることで、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応を促進させている。 In the fifth embodiment, by providing the heating means 129 for heating the laser gas, the decomposition reaction of O 3 in the formulas (1), (2), and (3) is promoted.
第5実施例では、加熱手段として、ヒートパイプ129を使用している。
In the fifth embodiment, a
放電したレーザガスの温度を上げるために、放電電極111a(111b)の長手方向の長さとほぼ同じ長さをもつヒートパイプ129を、その長手方向が、放電電極111aの長手方向に一致するように、配置した。
In order to raise the temperature of the discharged laser gas, a
ヒートパイプ129は、レーザチャンバ102内にあって、O3 濃度が高いと思われる放電空間120の下流に、5本、配置した(特に図11(b)参照)。
Five
ヒートパイプ129は、真空脱気した密閉管の内部に、目標とする温度範囲で蒸発、凝縮する流体を作動流体として封入したものを使用した。ヒートパイプ129内の作動流体を蒸発させるために、ヒートパイプ129の一端にヒータ130を接続した。
The
ヒータ130が発熱すると、ヒートパイプ129の一端で作動流体が蒸発し、このとき発生した蒸気は、ヒートパイプ129の内部を高速でヒートパイプ129の他端に移動に凝縮する。このとき、蒸発時に吸収した潜熱が放出される。
When the
この潜熱の放出により、レーザガス温度が高温となり、上記(1)、(2)、(3)式のO3の分解反応が促進され、O3濃度が減少する。 Due to the release of the latent heat, the laser gas temperature becomes high, the decomposition reaction of O 3 in the above formulas (1), (2), and (3) is promoted, and the O 3 concentration decreases.
図12は、第5実施例の別形態を示す図で、図11(a)に対応させた図で示している。 FIG. 12 is a diagram showing another form of the fifth embodiment, corresponding to FIG. 11 (a).
図11(a)に示す実施例では、各ヒートパイプ129を、放電電極111a(111b)の長手方向に沿った一体形成の管で構成しているが、図12では、放電電極111a(111b)の長手方向の所定箇所で分割されたヒートパイプを使用し、各ヒートパイプ相互間で、分割箇所を異ならせるようにしている。このように各ヒートパイプ相互間で、分割箇所を異ならせた構成とすることで、図11(a)に示す構成のものよりも、さらに効率的にレーザガスの温度を上昇させることができる。ただし、図12に示す構成のものでは、分割されたヒートパイプの各管毎に、ヒータ130を設ける必要がある。
In the embodiment shown in FIG. 11 (a), each
(第6実施例)
図13(a)は、第6実施例のレーザチャンバ102の縦断面を示している。図13(a)は、図1のレーザチャンバ102を上面からみた断面図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 13A shows a longitudinal section of the
図13(b)は、図2、図6、図7、図10(b)、図11(b)と同様に、レーザチャンバ102を横断面で示している。
FIG. 13B shows the
ArFエキシマレーザ装置の全体構成は、第1実施例で説明した図1のものと同じであるため、説明は省略する。 Since the overall configuration of the ArF excimer laser device is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、図13に示す構成要素についても、図2、図6、図7、図10、図11と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。 13 that are the same as those shown in FIGS. 2, 6, 7, 10, and 11 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第6実施例では、放電空間120及びその近傍で生成したオゾンO3 が循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3 に、紫外線照射手段125によって紫外線を照射してオゾンO3 を分解するようにしている。
In the sixth embodiment, until ozone O 3 generated in the
すなわち、紫外線照射手段125によって、紫外線を照射して、下記反応式に示すように、O3の分解を促進させる。 That is, ultraviolet rays are irradiated by the ultraviolet irradiation means 125 to promote the decomposition of O 3 as shown in the following reaction formula.
O3+hν→O2+O …(4)
ただし、紫外線の波長が短いと、以下の反応でO3が生成する。
O 3 + hν → O 2 + O (4)
However, when the wavelength of ultraviolet rays is short, O 3 is generated by the following reaction.
O2+hν→O+O …(5)
O2+O→O3 …(6)
上記(5)式にみられるO2の解離は、シューマンルンゲ連続吸収帯(125〜175nm)の光を吸収すると、直ちに起こる。シューマンルンゲバンド領域(175〜203nm)では、解離量が少なくなり、ヘルツベルグ吸収帯(205〜240nm)の光では、殆ど起こらない。よって、O3の生成を抑制しつつO3
の分解を促進するには、203nm以下の光はカットする必要があり、240nm以下の光をフィルタ手段125aによって、カットすることが望ましい。
O 2 + hν → O + O (5)
O 2 + O → O 3 (6)
The dissociation of O 2 seen in the above equation (5) occurs immediately when light in the Schumann-Runge continuous absorption band (125 to 175 nm) is absorbed. In the Schumann-Lunge band region (175 to 203 nm), the amount of dissociation decreases, and hardly occurs with light in the Herzberg absorption band (205 to 240 nm). Therefore, while suppressing the generation of O 3 , O 3
In order to promote decomposition, it is necessary to cut light of 203 nm or less, and it is desirable to cut light of 240 nm or less by the filter means 125a.
図13に示すように、紫外線照射手段として、放電電極111a(111b)の長手方向に沿って、複数個(7個)の紫外線ランプ125を配置した。
As shown in FIG. 13, a plurality (seven) of
紫外線ランプ125は、紫外線がO3 濃度が高いと思われる放電空間120の下流に照射されるように、レーザチャンバ102の外側外壁にあって、放電空間120の下流側に配置した。また、紫外線ランプ125から放射される紫外線をレーザガスに効率よく照射できる位置に、各紫外線ランプ毎に材質CaF2 の窓124を、放電電極111a(111b)の長手方向に沿って配置した。
The
紫外線ランプ125としては、O3 の吸収が大きい254nmの放射が全放射の90%以上を占める低圧水銀ランプを使用することが望ましい。なお、紫外線ランプとして、高圧水銀ランプ、重水素ランプを使用する実施も可能である。
As the
また、O3の生成を抑制しつつO3の分解を促進するために、240nm以下の光をフィルタ手段125aとして、特殊ガラスを使用して、紫外線ランプ125から放射される光をカットした。たとえば、ペン型管タイプの低圧水銀ランプ125に、220nm以下の放射をカットする特殊ガラス125aを被せて、構成することができる。なお、フィルタ手段125aとしては、特殊ガラス以外の構成のものを使用してもよい。
In order to accelerate the decomposition of O 3 while suppressing the generation of O 3, the following light 240nm as the
紫外線ランプ125から紫外線(254nm)が放射されると、紫外線がレーザガスに照射され、上記(4)式で示すO3の分解反応が促進され、O3濃度が減少する。
When ultraviolet rays (254 nm) are emitted from the
さらに、紫外線は、特殊ガラス125aによって、波長220nm以下の放射がカットされて、レーザガスに照射されるため、上記(5)、(6)式で示すO3の生成が抑制される。
Furthermore, since the ultraviolet light is cut off by the
図14は、図13(a)に対応する図で、第6実施例を別形態を示している。 FIG. 14 is a view corresponding to FIG. 13A and shows another embodiment of the sixth embodiment.
図14に示すように、図13(a)に示す複数個の紫外線ランプ125の代わりに、一体形成された直管タイプの紫外線ランプ(低圧水銀ランプ)127を使用し、ランプ127の長手方向が放電電極111a(111b)の長手方向に一致するように、配置してもよい。ただし、この場合には、効率よくレーザチャンバ102内を照射できるように反射板を設ける必要がある。
As shown in FIG. 14, instead of the plurality of
また、図15は、図13(a)に対応する図で、第6実施例の別形態を示している。 FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 13A and shows another form of the sixth embodiment.
図13(a)に示す構成では、容易に入手できる小型のCaF2 窓124を7個配置しているが、図15に示すように、一体形成されたCaF2 窓128を、その長手方向が、放電電極111a(111b)の長手方向に一致するように配置してもよく、この場合には、図13(a)に示す構造のものよりも、更に効率よくレーザガスに紫外線を照射することができる。 In the configuration shown in FIG. 13 (a), but are easily arranged seven of CaF 2 windows 124 small available, as shown in FIG. 15, the CaF 2 windows 128 that are integrally formed, its longitudinal direction In this case, the laser gas can be irradiated with ultraviolet rays more efficiently than the structure shown in FIG. 13A. it can.
以上、実施形態では、オゾンO3 を代表させて、放電空間120及びその近傍で生成されるオゾンO3 が、循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくるまでの間に、熱分解あるいは紫外線照射により、これを分解する場合について説明したが、放電空間120及びその近傍で生成されるHO2またはH2O2 を同様にして分解しても、同等なパルスエネルギー低下抑制の効果が得られる。すなわち、本発明としては、オゾンO3、HO2、H2O2 のうち、少なくともいずれかを分解することができればよい。
Above, in the embodiment, ozone O 3 as a representative, until ozone O 3 generated in the
なお、本発明において、レーザチャンバ102内のレーザガスに含まれるガスとしては、少なくとも、アルゴンAr、ネオンNe、フッ素F2を含むものであれば、他の物質、混合比率は任意である。たとえば、従来技術と同様に、レーザガス中にキセノンXeをたとえば10ppm程度混合させてパルスエネルギーレベルを向上させてもよい。また、レーザガス中に、酸素O2 をたとえば5ppm程度混合させてもよい。
In the present invention, the gas contained in the laser gas in the
101 ArFエキシマレーザ装置 102 レーザチャンバ 111a、111b 放電電極 118 熱交換器 119 ファン 120 放電空間 123 ヒータ 125、127 紫外線ランプ(低圧水銀ランプ) 125a 特殊ガラス(フィルタ手段) 129 ヒートパイプ 131 ハロゲンランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ArF
Claims (11)
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成したオゾンO3、HO2、H2O2が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3 、HO2、H2O2 のうち、少なくともいずれかを熱分解する熱分解手段と
が備えられていることを特徴とするArFエキシマレーザ装置。 A laser chamber filled with a laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 ;
A pair of electrodes installed in the laser chamber and generating a discharge in a discharge space between the cathode and the anode;
A power source that applies a voltage of a predetermined repetition frequency between a pair of electrodes to perform pulse discharge;
A fan installed in the laser chamber and circulating a laser gas in the laser chamber to form a circulation channel passing through the discharge space;
Until ozone O 3 generated in the discharge space and the vicinity thereof, HO 2, H 2 O 2 is returned again to the discharge space by round the circulation flow path, the generated ozone O 3, HO 2, H 2 An ArF excimer laser device comprising: a thermal decomposition means that thermally decomposes at least one of O 2 .
前記熱分解手段は、
熱交換器の冷却能力を低下させる手段であること
を特徴とする請求項1記載のArFエキシマレーザ装置。 In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
The ArF excimer laser device according to claim 1, wherein the ArF excimer laser device is means for reducing the cooling capacity of the heat exchanger.
前記熱分解手段は、
熱交換器が、レーザガスの循環流路のうちで放電空間の上流に近い側に設置されている構造であること
を特徴とする請求項1記載のArFエキシマレーザ装置。 In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
The ArF excimer laser device according to claim 1, wherein the heat exchanger has a structure installed on a side closer to the upstream of the discharge space in the circulation path of the laser gas.
前記熱分解手段は、
レーザガスの循環流路のうち、放電空間から熱交換器までの流路を長くする構造であること
を特徴とする請求項1記載のArFエキシマレーザ装置。 In the laser chamber, a heat exchanger for cooling the laser gas is installed on the circulation path of the laser gas,
The thermal decomposition means is
2. The ArF excimer laser device according to claim 1, wherein the ArF excimer laser device has a structure in which a flow path from a discharge space to a heat exchanger is made long among circulation paths of laser gas.
レーザガスを加熱する加熱手段であること
を特徴とする請求項1記載のArFエキシマレーザ装置。 The thermal decomposition means is
The ArF excimer laser device according to claim 1, wherein the ArF excimer laser device is a heating unit that heats a laser gas.
ハロゲンランプであること
を特徴とするArFエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
An ArF excimer laser device characterized by being a halogen lamp.
ヒータであること
を特徴とするArFエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
An ArF excimer laser device characterized by being a heater.
ヒートパイプであること
を特徴とするArFエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
An ArF excimer laser device characterized by being a heat pipe.
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成したオゾンO3、HO2、H2O2 が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、生成したオゾンO3、HO2、H2O2 のうち少なくともいずれかに、紫外線を照射してオゾンO3、HO2、H2O2 のうち少なくともいずれかを分解する紫外線照射手段と
が備えられていることを特徴とするArFエキシマレーザ装置。 A laser chamber filled with a laser gas containing argon Ar and fluorine F 2 ;
A pair of electrodes installed in the laser chamber and generating a discharge in a discharge space between the cathode and the anode;
A power source that applies a voltage of a predetermined repetition frequency between a pair of electrodes to perform pulse discharge;
A fan installed in the laser chamber and circulating a laser gas in the laser chamber to form a circulation channel passing through the discharge space;
Until ozone O 3 generated in the discharge space and the vicinity thereof, HO 2, H 2 O 2 is returned again to the discharge space by round the circulation flow path, the generated ozone O 3, HO 2, H 2 at least one of O 2, ArF excimer laser, characterized in that by irradiating ultraviolet rays and the ultraviolet irradiating means for decomposing at least one of ozone O 3, HO 2, H 2 O 2 is provided apparatus.
波長240nm以下の光をカットして紫外線を照射させるフィルタ手段が設けられていること
を特徴とする請求項9記載のArFエキシマレーザ装置。 In the ultraviolet irradiation means,
The ArF excimer laser device according to claim 9, further comprising a filter unit that cuts light having a wavelength of 240 nm or less and emits ultraviolet rays.
低圧水銀ランプであること
を特徴とする請求項9記載のArFエキシマレーザ装置。
The ultraviolet irradiation means includes
The ArF excimer laser device according to claim 9, wherein the ArF excimer laser device is a low-pressure mercury lamp.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004154858A JP2005340363A (en) | 2004-05-25 | 2004-05-25 | ArF EXCIMER LASER APPARATUS |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007141941A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Komatsu Ltd | Excimer laser device |
WO2020231746A1 (en) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | Cymer, Llc | Long life laser chamber electrode |
-
2004
- 2004-05-25 JP JP2004154858A patent/JP2005340363A/en not_active Withdrawn
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WO2020231746A1 (en) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | Cymer, Llc | Long life laser chamber electrode |
JP2022533528A (en) * | 2019-05-10 | 2022-07-25 | サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Long life laser chamber electrode |
JP7369205B2 (en) | 2019-05-10 | 2023-10-25 | サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Long life laser chamber electrode |
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