JP2008288323A - Laser device for exposure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device for exposure having stable laser performance by preventing deterioration in a beam divergence owing to a temperature gradient of purge gas. <P>SOLUTION: In the laser device 1 for exposure, a slit member 10 has a beam opening 11 forming the beam size of laser beams L, and a breather 12 allowing the purge gas PG to pass through. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、露光用エキシマレーザ装置に関する。   The present invention relates to an excimer laser device for exposure.

従来、遮光部の温度勾配の変化を抑え、レーザ光を高品位に保つため、レーザ光を透過させる開口からなる透光部と、透光部の周囲にあって不要レーザ光を光路から除去し、レーザ光を所定形状に整形する遮光部とを有してなる遮光素子を備える狭帯域化紫外レーザ装置において、遮光素子近傍に、透光部を加熱する加熱手段を備えることの可能な狭帯域化紫外レーザ装置がある（特許文献１参照）。   Conventionally, in order to suppress a change in the temperature gradient of the light-shielding part and keep the laser light in high quality, the unnecessary laser light is removed from the optical path around the light-transmitting part and the light-transmitting part that is around the light-transmitting part. In a narrow-band ultraviolet laser device comprising a light-shielding element having a light-shielding part for shaping laser light into a predetermined shape, a narrow-band capable of being provided with a heating means for heating the light-transmitting part in the vicinity of the light-shielding element There is a fluorinated ultraviolet laser device (see Patent Document 1).

また、レーザ光を、パージガスを充填し、シールされた筺体を介して、目標物に配向するレーザ装置が知られている（特許文献２参照）。
特表２０００−７４１８３号公報 特開２０００−２８６４８２号公報 There is also known a laser device that directs laser light to a target through a sealed casing filled with a purge gas (see Patent Document 2).
Special Table 2000-74183 JP 2000-286482 A

図４は、従来の一般的なレーザ装置１の一部を拡大した図を示す。レーザ装置１は、レーザチャンバ２内にＡｒ，Ｆ2，Ｎｅ等のレーザガスＬＧを封入し、内部の電極間に高圧電源から高電圧を印可することにより、放電によってレーザガスＬＧを励起し、レーザ光Ｌを発振させる。この時、レーザチャンバ２内は、放電により発熱し、室温よりかなり高い温度で定常状態となる。 FIG. 4 is an enlarged view of a part of a conventional general laser device 1. The laser device 1 encloses a laser gas LG such as Ar, F 2 , or Ne in a laser chamber 2 and applies a high voltage from a high-voltage power source between the internal electrodes to excite the laser gas LG by discharge, thereby producing laser light. L is oscillated. At this time, the inside of the laser chamber 2 generates heat due to discharge, and becomes a steady state at a temperature considerably higher than room temperature.

レーザチャンバ２内で放電によって発振したレーザ光Ｌは、レーザチャンバに設けられたチャンバウインド４を透過して、ベローズ５で連結されたモジュール６内の共振ミラー７で反射される。このモジュール６内には、窒素等のパージガスＰＧが充填されている。また、レーザ光Ｌを所定のビームサイズに形成するスリット部材１０を有する。なお、パージガスＰＧは、注入口８及び排出口９により、微量であるが循環されている。   Laser light L oscillated by discharge in the laser chamber 2 passes through a chamber window 4 provided in the laser chamber and is reflected by a resonance mirror 7 in a module 6 connected by a bellows 5. The module 6 is filled with a purge gas PG such as nitrogen. Moreover, it has the slit member 10 which forms the laser beam L in a predetermined beam size. The purge gas PG is circulated through the injection port 8 and the discharge port 9 in a small amount.

このような構造のレーザ装置１では、モジュール６内のパージガスＰＧに対して、レーザチャンバ２付近のパージガスＰＧとレーザチャンバ２から離れた部分のパージガスＰＧとに温度勾配が発生する。それにより、レーザチャンバ２付近で暖められた高温なパージガスＰＧが上方を通り、レーザチャンバ２から離れた部分の低温側へ向かう流れＣ１が生じるようになり、低温側のパージガスＰＧがそれに押されて下方からレーザチャンバ２付近へ向かう流れＣ２が生じるようになる。   In the laser apparatus 1 having such a structure, a temperature gradient is generated between the purge gas PG in the module 6 and the purge gas PG in the vicinity of the laser chamber 2 and the purge gas PG in a portion away from the laser chamber 2. As a result, a high-temperature purge gas PG heated in the vicinity of the laser chamber 2 passes upward, and a flow C1 toward the low-temperature side of the portion away from the laser chamber 2 is generated, and the low-temperature-side purge gas PG is pushed by it. A flow C2 is generated from below toward the vicinity of the laser chamber 2.

図５は、温度差による光軸Ａの変化を示す図である。図５（ａ）は温度差がない場合を示し、光軸Ａは直線となる。図５（ｂ）は、温度差がある場合を示し、上方が下方よりも高温な場合を示す。実線は光の波面を示す。   FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the optical axis A due to a temperature difference. FIG. 5A shows a case where there is no temperature difference, and the optical axis A is a straight line. FIG. 5B shows the case where there is a temperature difference, and the upper part is higher than the lower part. The solid line indicates the wavefront of light.

屈折率は温度に依存するため、温度勾配が発生すると光の伝播速度に分布ができ、波面が歪む。光は波面に垂直に伝播するので、波面が歪んだところでは光軸Ａが曲がり、ビームの角度成分が変化する。図５（ｂ）に示すように、上方が下方よりも高温な場合では、光軸Ａは、高温な上方の光軸Ａ１ほど大きく曲がり、順にＡ２，Ａ３が下方へ曲がってしまう。   Since the refractive index depends on temperature, if a temperature gradient occurs, the light propagation speed is distributed, and the wavefront is distorted. Since light propagates perpendicular to the wavefront, the optical axis A bends where the wavefront is distorted, and the angular component of the beam changes. As shown in FIG. 5B, when the upper side is hotter than the lower side, the optical axis A bends more as the higher upper optical axis A1, and A2 and A3 are bent downward in order.

ここで、ビーム性能を示すビームダイバージェンス（発散角）について説明する。図６は、ビームダイバージェンスを示す。ビームダイバージェンスとは、ビームの広がりを表す物理量であり、図６（ａ）における角度θに相当する。また、図６（ｂ）は、ビームダイバージェンスの測定方法を示すものである。ビームダイバージェンスは、レーザ光Ｌをレンズ４１で集光し、焦点位置Ｆに配置したセンサ４２により光軸からのずれを計測することで測定される。   Here, beam divergence (divergence angle) indicating beam performance will be described. FIG. 6 shows beam divergence. The beam divergence is a physical quantity representing the spread of the beam and corresponds to the angle θ in FIG. FIG. 6B shows a beam divergence measurement method. The beam divergence is measured by condensing the laser light L with the lens 41 and measuring the deviation from the optical axis by the sensor 42 disposed at the focal position F.

したがって、図５に示すように、ビームの角度成分が変化すると、図７に示すように、温度差がない場合ａと比較して、温度差がある場合ｂは、ビームダイバージェンスが大きくなる。   Therefore, as shown in FIG. 5, when the angle component of the beam changes, as shown in FIG. 7, the beam divergence increases when the temperature difference is b as compared with the case a where there is no temperature difference.

図４に示したレーザ装置１の場合、モジュール６のスリット部材１０のビーム開口１１付近の開口サイズが制限される場所において、上方の高温部分と、下方の低温部分との温度勾配が最大となり、ビームダイバージェンスが大きくなる。   In the case of the laser apparatus 1 shown in FIG. 4, the temperature gradient between the upper high-temperature portion and the lower low-temperature portion is maximized at a place where the opening size near the beam opening 11 of the slit member 10 of the module 6 is limited, Increases beam divergence.

ビームダイバージェンスが変化すると、出射後のビームサイズも変化する。そして、ビームサイズが設計値より大きくなると、露光機内でレンズから光がはみ出し、逆に設計値より小さくなると、光エネルギーの密度が上がり、光学素子の耐久性が悪化する。そのため、ダイバージェンスは安定であることが望まれる。一般に、露光用エキシマレーザは、上下方向のビームサイズを制限するために、光路上にスリット部材が配置されている。レーザ性能（特にビームダイバージェンス）の安定化のためには、このスリット部材内の波面変化を改善することが求められる。   When the beam divergence changes, the beam size after emission also changes. When the beam size becomes larger than the design value, light protrudes from the lens in the exposure machine. Conversely, when the beam size becomes smaller than the design value, the density of the light energy increases and the durability of the optical element deteriorates. Therefore, divergence is desired to be stable. In general, in an excimer laser for exposure, a slit member is disposed on the optical path in order to limit the beam size in the vertical direction. In order to stabilize the laser performance (particularly beam divergence), it is required to improve the wavefront change in the slit member.

本発明は、上記課題を解決するものであって、パージガスの温度勾配によるビームダイバージェンスの悪化を改善し、安定なレーザ性能をもつ露光用レーザ装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an exposure laser apparatus that improves the deterioration of beam divergence due to the temperature gradient of purge gas and has stable laser performance.

そのために本発明は、レーザガスを封入したレーザチャンバと、レーザチャンバ内に配置され、高圧電源から高電圧を印可することにより、放電によってレーザガスを励起する電極と、レーザチャンバの両側に設けられ、レーザ光を透過するチャンバウインドと、レーザチャンバに連結されパージガスが充填されたモジュールと、モジュール内に配置され、レーザ光を反射する共振ミラーと、チャンバウインドと共振ミラーとの間に設けたスリット部材とを備えた露光用レーザ装置において、前記スリット部材は、レーザ光のビームサイズを形成するビーム開口と、パージガスを通過させる通気口と、を有することを特徴とする。   For this purpose, the present invention provides a laser chamber in which a laser gas is sealed, an electrode that is disposed in the laser chamber and that excites the laser gas by discharge by applying a high voltage from a high-voltage power source, and is provided on both sides of the laser chamber. A chamber window that transmits light, a module that is connected to the laser chamber and filled with purge gas, a resonant mirror that is disposed in the module and reflects laser light, and a slit member provided between the chamber window and the resonant mirror; In the exposure laser apparatus having the above, the slit member has a beam opening for forming a beam size of the laser beam and a vent for allowing the purge gas to pass therethrough.

また、前記通気口は、前記ビーム開口上方に有することを特徴とする。   Further, the vent is provided above the beam opening.

請求項１記載の発明によれば、スリット部材のビーム開口付近の温度勾配を小さくすることができ、パージガスの温度勾配によるビームダイバージェンスの悪化を改善し、安定なレーザ性能をもつことができる。   According to the first aspect of the present invention, the temperature gradient in the vicinity of the beam opening of the slit member can be reduced, the deterioration of beam divergence due to the purge gas temperature gradient can be improved, and stable laser performance can be achieved.

請求項２記載の発明によれば、高温なパージガスＰＧの流れＢ１を形成できるので、好ましい。   According to the second aspect of the present invention, the flow B1 of the high temperature purge gas PG can be formed, which is preferable.

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における露光用レーザ装置１を示す。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exposure laser apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

本実施形態の露光用レーザ装置１は、Ａｒ，Ｆ2，Ｎｅ等のレーザガスＬＧを封入したレーザチャンバ２と、レーザチャンバ２内に配置され、図示しない高圧電源から高電圧を印可することにより、放電によってレーザガスＬＧを励起する電極３と、レーザチャンバ２の両側に設けられ、レーザ光Ｌを透過するフッ化カルシウム等のチャンバウインド４と、レーザチャンバ２に連結したベローズ５と、ベローズ５に連結され、パージガスＰＧを充填されたモジュール６と、モジュール６内に配置され、レーザ光Ｌを反射する共振ミラー７と、チャンバウインド４と共振ミラー７との間に設けられ、レーザ光Ｌのビームサイズを形成するスリット部材１０とを備える。 The exposure laser apparatus 1 of the present embodiment is arranged in a laser chamber 2 in which a laser gas LG such as Ar, F 2 , Ne, etc. is sealed, and is disposed in the laser chamber 2 by applying a high voltage from a high voltage power source (not shown). Electrode 3 that excites laser gas LG by discharge, chamber window 4 made of calcium fluoride or the like that is provided on both sides of laser chamber 2 and transmits laser light L, bellows 5 that is connected to laser chamber 2, and that is connected to bellows 5 The module 6 filled with the purge gas PG, the resonance mirror 7 which is disposed in the module 6 and reflects the laser beam L, and is provided between the chamber window 4 and the resonance mirror 7. The beam size of the laser beam L The slit member 10 is formed.

露光用レーザ装置１は、レーザチャンバ２内にＡｒ，Ｆ2，Ｎｅ等のレーザガスＬＧを封入し、内部の電極３間に図示しない高圧電源から高電圧を印可することにより、放電によってレーザガスＬＧを励起し、レーザ光Ｌを発振させる。この時、レーザチャンバ２内は、放電により発熱し、室温よりかなり高い温度で定常状態となる。 The exposure laser apparatus 1 encloses a laser gas LG such as Ar, F 2 , Ne, etc. in a laser chamber 2 and applies a high voltage from a high voltage power source (not shown) between the internal electrodes 3, whereby the laser gas LG is discharged by discharge. Excitation is performed to oscillate the laser beam L. At this time, the inside of the laser chamber 2 generates heat due to discharge, and becomes a steady state at a temperature considerably higher than room temperature.

レーザチャンバ２内で電極３の放電によって発振したレーザ光Ｌは、レーザチャンバ２の一方に設けられたチャンバウインド４を透過して、一方のベローズ５で連結され、窒素等のパージガスＰＧが密閉されたモジュール６内の共振ミラー７で反射され、反射されたレーザ光Ｌは、再びチャンバウインド４を透過してレーザチャンバ２に入射する。レーザチャンバ２に入射したレーザ光Ｌは、レーザチャンバ２内で増幅され、他方に設けられたチャンバウインド４を透過して、他方のベローズ５で連結された狭帯域化部等のモジュール６内の共振ミラーとしても機能する回折格子７で反射される。この反射を繰り返した後、レーザ光Ｌが他方の共振ミラー７から出力される。また、レーザ光Ｌは、チャンバウインド４と共振ミラー７との間に設けられたスリット部材１０により、ビームサイズを形成する。   The laser light L oscillated by the discharge of the electrode 3 in the laser chamber 2 passes through a chamber window 4 provided on one side of the laser chamber 2 and is connected by one bellows 5 so that a purge gas PG such as nitrogen is sealed. The reflected laser beam L reflected by the resonance mirror 7 in the module 6 passes through the chamber window 4 again and enters the laser chamber 2. The laser light L incident on the laser chamber 2 is amplified in the laser chamber 2, passes through the chamber window 4 provided on the other side, and is connected to the other bellows 5 in the module 6 such as a narrow band part. Reflected by the diffraction grating 7 which also functions as a resonance mirror. After repeating this reflection, the laser beam L is output from the other resonance mirror 7. The laser beam L forms a beam size by the slit member 10 provided between the chamber window 4 and the resonance mirror 7.

図２は、スリット部材１０の構造を示す図である。スリット部材１０は、ビーム光路Ａを含み、ビームサイズを形成するビーム開口１１と、パージガスＰＧが通過する通気口１２を有し、銅やニッケル等から形成される。   FIG. 2 is a view showing the structure of the slit member 10. The slit member 10 includes a beam optical path A, has a beam opening 11 that forms a beam size, and a vent hole 12 through which a purge gas PG passes, and is made of copper, nickel, or the like.

図３は、本実施形態の露光用レーザ装置１の一部を拡大した図である。本実施形態の露光用レーザ装置は、従来の一般的なものと同じように、モジュール６内のパージガスＰＧに対して、レーザチャンバ２付近のパージガスＰＧとレーザチャンバ２から離れた部分のパージガスＰＧとに温度勾配が発生し、レーザチャンバ２付近で暖められた高温なパージガスＰＧが上方を通り、レーザチャンバ２から離れた部分の低温側へ向かうようになり、低温側のパージガスＰＧがそれに押されて下方からレーザチャンバ２付近へ向かうようになる。     FIG. 3 is an enlarged view of a part of the exposure laser device 1 of the present embodiment. In the exposure laser apparatus of this embodiment, the purge gas PG in the vicinity of the laser chamber 2 and the purge gas PG in the part away from the laser chamber 2 are compared with the purge gas PG in the module 6 in the same manner as a general conventional one. A temperature gradient occurs, and the high temperature purge gas PG heated in the vicinity of the laser chamber 2 passes upward and goes to the low temperature side away from the laser chamber 2, and the low temperature side purge gas PG is pushed by it. It goes from the lower part to the vicinity of the laser chamber 2.

この状態で、従来の一般的なものでは、図４に示すように、モジュール６のスリット部材１０のビーム開口１１付近の開口サイズが制限される場所において、上方の高温部分と、下方の低温部分との温度勾配が最大となり、ビームダイバージェンスが大きくなっていた。   In this state, as shown in FIG. 4, in the conventional general case, the upper high temperature portion and the lower low temperature portion are arranged in a place where the opening size in the vicinity of the beam opening 11 of the slit member 10 of the module 6 is limited. The maximum temperature gradient and the beam divergence were large.

本実施形態では、図３に示すように、スリット部材１０に通気口１２を形成したので、従来のビーム開口１１に集中していた流れを通気口１２に分散することができる。したがって、レーザチャンバ２付近で暖められた高温なパージガスＰＧが上方の通気口１２を通り、レーザチャンバ２から離れた部分の低温側へ向かう流れＢ１が生じるようになり、低温側のパージガスＰＧがそれに押されて下方の通気口１２からレーザチャンバ２付近へ向かう流れＢ２が生じるようになり、スリット部材１０のビーム開口１１付近の温度勾配を小さくすることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the vent 12 is formed in the slit member 10, the flow concentrated on the conventional beam opening 11 can be dispersed in the vent 12. Accordingly, the high temperature purge gas PG heated in the vicinity of the laser chamber 2 passes through the upper vent 12, and a flow B1 directed toward the low temperature side of the portion away from the laser chamber 2 is generated, and the low temperature side purge gas PG is supplied to it. As a result, a flow B2 from the lower vent 12 toward the vicinity of the laser chamber 2 is generated and the temperature gradient in the vicinity of the beam opening 11 of the slit member 10 can be reduced.

なお、ビーム開口１１は、所定のビームを形成できる形状を有すればよい。また、ビーム開口１１付近の温度勾配を小さくすることができれば、通気口１２は、ビーム開口１１の上方のみに設けてもよく、下方のみや側方のみに設けてもよい。また、それぞれの位置に様々に組み合わせて設けてもよい。さらに、通気口１２は、一つでも複数でもよい。特に、上方に設けることは、高温なパージガスＰＧの流れＢ１を形成できるので、好ましい。   The beam aperture 11 only needs to have a shape capable of forming a predetermined beam. Further, if the temperature gradient in the vicinity of the beam opening 11 can be reduced, the vent hole 12 may be provided only above the beam opening 11, or only below or on the side. Moreover, you may provide in various combinations in each position. Further, one or more vent holes 12 may be provided. In particular, it is preferable to provide the upper portion because the flow B1 of the high-temperature purge gas PG can be formed.

第１実施形態の露光用レーザ装置を示す図である。It is a figure which shows the laser device for exposure of 1st Embodiment. 第１実施形態の露光用レーザ装置のスリット部材を示す図である。It is a figure which shows the slit member of the laser apparatus for exposure of 1st Embodiment. 第１実施形態の露光用レーザ装置の一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of laser apparatus for exposure of 1st Embodiment. 従来の一般的なレーザ装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional general laser apparatus. 温度差による光軸の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the optical axis by a temperature difference. ビームダイバージェンスを示す図である。It is a figure which shows beam divergence. 温度差によるビームダイバージェンスを示す図である。It is a figure which shows the beam divergence by a temperature difference.

符号の説明Explanation of symbols

１…露光用レーザ装置、２…レーザチャンバ、３…電極、４…チャンバウインド、５…ベローズ、６…モジュール、７…共振ミラー、１０…スリット、１１…ビーム開口、１２…通気口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exposure laser apparatus, 2 ... Laser chamber, 3 ... Electrode, 4 ... Chamber window, 5 ... Bellows, 6 ... Module, 7 ... Resonant mirror, 10 ... Slit, 11 ... Beam opening, 12 ... Vent

Claims (2)

レーザガスを封入したレーザチャンバと、レーザチャンバ内に配置され、高圧電源から高電圧を印可することにより、放電によってレーザガスを励起する電極と、レーザチャンバの両側に設けられ、レーザ光を透過するチャンバウインドと、レーザチャンバに連結されパージガスが充填されたモジュールと、モジュール内に配置され、レーザ光を反射する共振ミラーと、チャンバウインドと共振ミラーとの間に設けたスリット部材とを備えた露光用レーザ装置において、前記スリット部材は、レーザ光のビームサイズを形成するビーム開口と、パージガスを通過させる通気口と、を有することを特徴とする露光用レーザ装置。   A laser chamber in which a laser gas is sealed, an electrode that is disposed in the laser chamber and applies a high voltage from a high-voltage power supply to excite the laser gas by discharge, and a chamber window that is provided on both sides of the laser chamber and transmits laser light A laser that is connected to the laser chamber and is filled with a purge gas, a resonance mirror that is disposed in the module and reflects laser light, and a slit member provided between the chamber window and the resonance mirror In the apparatus, the slit member has a beam opening for forming a beam size of laser light and a vent hole for allowing a purge gas to pass therethrough. 前記通気口は、前記ビーム開口上方に有することを特徴とする請求項１に記載の露光用レーザ装置。


The exposure laser apparatus according to claim 1, wherein the vent hole is provided above the beam opening.


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