JP2007141941A - Excimer laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エキシマレーザ装置に関する。 The present invention relates to an excimer laser device.
アルゴンArまたはクリプトンKrおよびフッ素F2を含むエキシマ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、エキシマレーザ用ガスを励起してレーザ発振を行わせるArFエキシマレーザ装置KrFエキシマレーザ装置は広く知られている。これらのエキシマレーザ装置では、上記レーザ用ガス以外に、ネオンNeが封入される。 An excimer laser gas containing argon Ar or krypton Kr and fluorine F 2 is enclosed in a laser chamber, and pulse discharge is performed in the laser chamber to excite the excimer laser gas and cause laser oscillation. Laser devices KrF excimer laser devices are widely known. In these excimer laser devices, neon Ne is sealed in addition to the 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。 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.
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。
半導体露光用の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行うという動作を繰り返すバーストモードで、運転が行われる。 In an excimer laser device for semiconductor exposure, a burst mode in which pulse discharge at a high repetition frequency is continuously performed a predetermined number of times, then the discharge is paused for a predetermined time, and pulse discharge at a high repetition frequency is repeated again. Then, driving is performed.
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 to 500 pulses. FIG. 4 shows the results when oscillation was performed under the conditions where 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、エキシマレーザ装置は、主として半導体露光装置の光源として用いられることから、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、半導体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 excimer laser device is mainly used as a light source of a semiconductor exposure apparatus, a decrease in pulse energy during high repetition frequency operation is not only a problem of a decrease in oscillation efficiency of the laser apparatus body, but also in a semiconductor exposure apparatus. This is an important issue that affects the quality of the manufactured wafer.
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、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 excimer laser device, stable pulse energy is obtained by suppressing a decrease 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またはクリプトンKr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酸素O2とフッ素F2の化合物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、この化合物の分解を促進する手段と
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 or krypton Kr 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;
Means for accelerating the decomposition of the compound between oxygen O 2 and fluorine F 2 produced in the discharge space and its vicinity until it returns to the discharge space once again through the circulation flow path. It is characterized by being.
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、
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition 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、
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition 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、
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition 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、
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition 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.
本発明は、つぎのような知見によってなし得た。 The present invention can be accomplished by the following knowledge.
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.
図4のデータを取得したレーザガスには、O2が1ppm程度検出されたが、CO2は検出されなかった。このことから、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。 In the laser gas from which the data shown in FIG. 4 was acquired, about 1 ppm of O 2 was detected, but CO 2 was not detected. From this, it is considered that when the repetition frequency increases even when the O 2 concentration is very small (when it becomes higher than 2000 Hz), the pulse energy decreases as shown in FIG.
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、1ppm程度混入する。さらに、レーザチャンバのシール部のフッ素ゴムを大気中の酸素O2が透過し、レーザチャンバ内に混入する。同時に、H2Oもフッ素ゴムを透過し、レーザチャンバ内のフッ素ガスと反応し、下式に示すようにO2を生成する。 O 2 is contained as an impurity in an F 2 gas cylinder for injecting laser gas into the laser chamber, and is mixed in by about 1 ppm. Further, oxygen O 2 in the atmosphere permeates through the fluororubber in the seal portion of the laser chamber and enters the laser chamber. At the same time, H 2 O also passes through the fluororubber and reacts with the fluorine gas in the laser chamber to generate O 2 as shown in the following equation.
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, 5 ppm of O 2 is added to the laser gas in the chamber of the ArF excimer laser device, and the pulse energy change from the start of oscillation to 500 pulses is measured in the same manner as in FIG. 4, and O 2 affects the pulse energy change. The effect was investigated.
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。 Figure 5 (a), (b), the horizontal axis, vertical axis is a graph similar to FIG. 4, FIG. 5 (a), pulse energy change when subjected to 2000Hz driving O 2 was added 5ppm 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。O2を添加した時にこの現象がおきることから、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
次に上記パルスエネルギー低下が、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。よって、酸素O2が放電によって変化した物質は、O2より吸収断面積の大きな物質である。上記レーザ光吸収の増加は、フッ素F2を注入しなかった時はおきないことから、上記物質は酸素O2とフッ素F2の化合物であること考えた。 Next, it was confirmed by experiment whether the pulse energy decrease 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. Therefore, a substance in which oxygen O 2 is changed by discharge is a substance having a larger absorption cross section than O 2 . The increase in the laser light absorption does not occur when fluorine F 2 is not implanted, so that the substance is considered to be a compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 .
この化合物の寿命を計測したところ、300ms程度あり、ガスが一巡する時間(30ms)より長かった。また、寿命はガス温度に依存することがわかった。ガス温度と酸素O2とフッ素F2の化合物の吸収によるパルスエネルギー低下との関係をO2濃度を変えて計測した。この結果を図6に示す。ガス温度が高くなると分解が促進されてパルスエネルギー低下が小さくなる。さらに、O2濃度が小さくなるとガス温度を上げても分解はあまり促進されないことがわかった。 When the lifetime of this compound was measured, it was about 300 ms, which was longer than the time required for the gas to make a round (30 ms). It was also found that the lifetime depends on the gas temperature. The relationship between the gas temperature and the decrease in pulse energy due to the absorption of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 was measured by changing the O 2 concentration. The result is shown in FIG. When the gas temperature is increased, decomposition is promoted and a decrease in pulse energy is reduced. Furthermore, it was found that when the O 2 concentration is decreased, decomposition is not promoted much even if the gas temperature is increased.
以上の知見より、本発明者は、チャンバ102内の放電空間120及びその近傍で生成した酸素O2とフッ素F2の化合物を、循環流路200を一巡して再び放電空間120に戻ってくる間に分解すれば、レーザ光の吸収が小さくなり、パルスエネルギー低下が抑えられるとの技術的思想を得るに至った。
Based on the above knowledge, the present inventor returns to the
第1発明は、上述した本発明の技術思想(分解の促進手段)を示したものである。 1st invention shows the technical thought (promoting means of decomposition | disassembly) of this invention mentioned above.
第2発明は、第1発明の分解の促進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、分解促進を行わせるというものである。
The second invention is the one in which technical limitation is added to the decomposition promoting means of the first invention, and the cooling capacity is reduced by reducing the amount of cooling water supplied to the
第3発明は、第1発明の分解の促進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、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 means for promoting decomposition of the first invention. As shown in FIG. 7, the
第4発明は、第1発明の分解の促進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 means for promoting decomposition of the first invention. As shown in FIG. 8, the internal space of the
第5発明は、第1発明の分解の促進手段に技術的限定を加えたものであり、レーザガスを加熱する加熱手段を設けるようにしたものである。 In the fifth aspect of the invention, a technical limitation is added to the decomposition promoting means of the first aspect of the invention, and a heating means for heating the laser gas is provided.
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9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 aspect of the invention, technical limitation is added to the heating means of the fifth aspect of the invention, and heating is performed using a
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11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12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. 12, the heating means 129 is used for heating.
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
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。さらに、予備電離を強化する目的で、電離電圧の低いキセノンXeが10ppm程度添加されている。予備電離が弱いと図4に示すパルスエネルギー低下と同様の現象がおきるからである。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
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た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
また、このレーザチャンバのシール材には、アルミニウム製のメタルCリングを用いた。なお、セラミック絶縁材やフッ化カルシウムウィンドゥと金属のシール部にはシール性と組立性を考慮して一部にフッ素ゴムOリングを用いた。しかしながら、大部分のシール材をメタル化することにより、透過混入するO2を抑制して、O2濃度の増加を抑えた。 In addition, a metal C ring made of aluminum was used as a sealing material of the laser chamber. In addition, fluororubber O-rings were used for ceramic seals, calcium fluoride windows and metal seals in consideration of sealability and assembly. However, most of the sealing material was metalized to suppress permeation of O 2 and suppress an increase in O 2 concentration.
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、分解を促進させている。レーザガスはファン119により循環しているため、熱交換器118へ供給される冷却水量を絞ると、流体の粘性摩擦を熱源とし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、上述した化合物の分解が促進される。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。
In the first embodiment, decomposition is promoted by reducing the amount of cooling water supplied to the
上記分解を促進させるには、レーザガス温度は高い方が望ましい。しかし、レーザチャンバ102内のシール部品等の耐熱性および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。このことから、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または一定温度以上に上昇しないように制御する必要がある。図6より、低O2濃度(5ppm以下)では60℃以上に温度を上げても効果がないと予想されることから、第1実施例では60℃になるように制御した。
In order to promote the decomposition, it is desirable that the laser gas temperature is high. However, considering the heat resistance and durability of the sealing components in the
図3(a)は、本実施例のレーザ装置でのガス交換後と3日後のパルスエネルギーの変化を、同図(b)は、ガス温度を40℃に制御したレーザ装置でのガス交換後と3日後のパルスエネルギーの変化を示す。なお、繰返し周波数は4000Hzである。このグラフより、ガス温度を60℃に制御すると3日後もパルスエネルギー低下がない。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、ArFエキシマレーザ装置を光源とした半導体露光装置で製造されるウェーハの生産性と品質が飛躍的に向上する。 FIG. 3 (a) shows the change in pulse energy after the gas exchange with the laser device of this example and after 3 days, and FIG. 3 (b) shows the gas energy after the gas exchange with the laser device controlled at 40 ° C. And changes in pulse energy after 3 days. The repetition frequency is 4000 Hz. From this graph, when the gas temperature is controlled to 60 ° C., there is no decrease in pulse energy even after 3 days. Therefore, if the first embodiment is implemented, the pulse energy drop during the 4000 Hz operation shown in FIG. 4 is suppressed. As a result, the pulse energy is stabilized, and the productivity and quality of a wafer manufactured by a semiconductor exposure apparatus using an ArF excimer laser device as a light source are dramatically improved.
(第2実施例)
図7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. 7 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7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 respect to the components shown in FIG. 7, the same components as those in FIG.
第2実施例では、図7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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進させている。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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解が促進される。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, 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60℃になるように制御した。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, the
図8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8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. 8 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 discharge is cooled. As shown by the broken line in FIG. 8, the internal space of the
(第3実施例)
図9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9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. 9 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9に示す構成要素についても、図2、図7、図8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。 9, the same components as those in FIGS. 2, 7, and 8 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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進させている。 In the third embodiment, by providing the heating means 131 for heating the laser gas, the decomposition of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 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
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、赤外線が酸素O2とフッ素F2の化合物の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。
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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解が促進される。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10は、第3実施例の別形態を示している。図9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10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. 10 shows another form of the third embodiment. In FIG. 9, seven small CaF 2 windows 124 that can be easily obtained are arranged. However, as shown in FIG. 10, the longitudinal direction of the integrally formed CaF 2 window 128 is the
(第4実施例)
図11(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。
(Fourth embodiment)
FIG. 11A shows a longitudinal section of the
図11(b)は、図2、図7、図8と同様に、レーザチャンバ102を横断面で示している。
FIG. 11B 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7、図8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. 11, the same components as those in FIGS.
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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進させている。 In the fourth embodiment, by providing the heating means 123 for heating the laser gas, the decomposition of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 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)の長手方向の長さより長い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。
In order to raise the temperature of the discharged laser gas, the
カートリッジヒータ123は、レーザチャンバ102内にあって、酸素O2とフッ素F2の化合物濃度が高いと思われる放電空間120の下流に配置した。
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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進される。
When the
(第5実施例)
図12(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12(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. 12A shows a longitudinal section of the
図12(b)は、図2、図7、図8、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. 12B 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12に示す構成要素についても、図2、図7、図8、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。 12, the same components as those in FIGS. 2, 7, 8, and 11 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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進させている。 In the fifth embodiment, by providing a heating means 129 for heating the laser gas, the decomposition of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 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)の長手方向の長さより長いヒートパイプ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、酸素O2とフッ素F2の化合物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12(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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進される。 Due to the release of the latent heat, the laser gas temperature becomes high, and the decomposition of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 is promoted.
図13は、第5実施例の別形態を示す図で、図12(a)に対応させた図で示している。 FIG. 13 is a diagram showing another form of the fifth embodiment, corresponding to FIG. 12 (a).
図12(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13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12(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13に示す構成のものでは、分割されたヒートパイプの各管に、ヒータ130を設ける必要がある。
In the embodiment shown in FIG. 12 (a), each
(第6実施例)
第6実施例は、KrFエキシマレーザ装置を用いた。KrF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ArFエキシマレーザ装置と同じであるため、説明は省略する。また、レーザチャンバ102の断面も図2同様であるので、説明を省略する。
(Sixth embodiment)
In the sixth example, a KrF excimer laser device was used. The overall configuration of the KrF excimer laser device is the same as that of the ArF excimer laser device of FIG. 1 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The cross section of the
レーザチャンバ102には、クリプトンKr、フッ素F2を含むレーザガスが封入されている。さらに、予備電離を強化する目的で、電離電圧の低いキセノンXeが20ppm程度添加されている。予備電離が弱いと図4に示すパルスエネルギー低下と同様の現象がおきるからである。
A laser gas containing krypton Kr and fluorine F 2 is sealed in the
第6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、酸素O2とフッ素F2の化合物の分解を促進させている。レーザガスはファン119により循環しているため、熱交換器118へ供給される冷却水量を絞ると、流体の粘性摩擦を熱源とし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、上述した化合物の分解が促進される。なお、第6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。
In the sixth embodiment, the decomposition of the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 is promoted by reducing the amount of cooling water supplied to the
上記分解を促進させるには、レーザガス温度は高い方が望ましい。しかし、レーザチャンバ102内のシール部品等の耐熱性および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。このことから、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または一定温度以上に上昇しないように制御する必要がある。KrFエキシマレーザでのガス温度と酸素O2とフッ素F2の化合物の吸収によるパルスエネルギー低下の傾向は、図6のArFエキシマレーザの傾向とほぼ同じである。このことから、本実施例では第1実施例と同様にガス温度が60℃になるように制御した。ただし、KrFエキシマレーザでの酸素O2とフッ素F2の化合物によるパルスエネルギー低下は、ArFエキシマレーザの1/5程度と小さい。
In order to promote the decomposition, it is desirable that the laser gas temperature is high. However, considering the heat resistance and durability of the sealing components in the
図14(a)は、本実施例のレーザ装置でのガス交換後と7日後のパルスエネルギーの変化を、同図(b)は、ガス温度を40℃に制御したレーザ装置でのガス交換後と7日後のパルスエネルギーの変化を示す。なお、繰返し周波数は4000Hzである。このグラフより、ガス温度を60℃に制御すると3日後もパルスエネルギー低下がない。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、KrFエキシマレーザ装置を光源とした半導体露光装置で製造されるウェーハの生産性と品質が飛躍的に向上する。 FIG. 14A shows the change in pulse energy after the gas exchange with the laser device of this example and after 7 days, and FIG. 14B shows the gas energy after the gas exchange with the laser device controlled at 40 ° C. And changes in pulse energy after 7 days. The repetition frequency is 4000 Hz. From this graph, when the gas temperature is controlled to 60 ° C., there is no decrease in pulse energy even after 3 days. Therefore, if the first embodiment is implemented, the pulse energy drop during the 4000 Hz operation shown in FIG. 4 is suppressed. As a result, the pulse energy is stabilized, and the productivity and quality of wafers manufactured by a semiconductor exposure apparatus using a KrF excimer laser device as a light source are dramatically improved.
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 129 ヒートパイプ 131 ハロゲンランプ
101 ArF
Claims (8)
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酸素O2とフッ素F2の化合物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、化合物の分解を促進する手段と
が備えられていることを特徴とするエキシマレーザ装置。 A laser chamber filled with a laser gas containing argon Ar or krypton Kr 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;
Means for accelerating the decomposition of the compound until the compound of oxygen O 2 and fluorine F 2 generated in the discharge space and its vicinity returns to the discharge space once again through the circulation flow path. An excimer laser device characterized by that.
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition is:
The excimer laser device according to claim 1, wherein the excimer laser device is means for reducing the cooling capacity of the heat exchanger.
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition is:
The 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 laser gas circulation flow path.
前記分解を促進する手段は、
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 means for promoting the decomposition is:
2. The excimer laser device according to claim 1, wherein the laser gas circulation channel has a structure in which a channel from the discharge space to the heat exchanger is elongated. 3.
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記載のエキシマレーザ装置。 The means for promoting the decomposition is:
The excimer laser device according to claim 1, wherein the excimer laser device is a heating unit that heats the laser gas.
ハロゲンランプであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
An excimer laser device characterized by being a halogen lamp.
ヒータであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
Excimer laser device characterized by being a heater.
ヒートパイプであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。 The heating means of claim 5 comprises:
An excimer laser device characterized by being a heat pipe.
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