JP3242918B2 - エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方法 - Google Patents
エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
-
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の利用分野 本発明は、エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長す
る方法に関する。
る方法に関する。
背景の説明 エキシマレーザーは、スペクトルの紫外域内へのレー
ザ技術の拡張を意味する。エキシマレーザーは、短い紫
外波長系が非常に高いピーク出力で振動される能力を表
す。エキシマは、安定した基定状態を持たず、電気的励
起状態においてのみ結合した分子として存在する化合物
である。多くのエキシマレーザーは、一般に安定した化
学的化合物を形成しない貴ガスを利用する。例えば、フ
ッ化クリプトンはレーザーは、エキシマレーザーの主な
例である。このようなレーザーにおいて、クリプトンと
フッ素を含む混合ガスが、高いエネルギー電子で照射さ
れ、一時的に結合された、準安定の励起された状態のKr
Fエキシマができる。この分子は、反応:KrF−＞Kr＋Ｆ
＋ｈνに従って解離する。
ザ技術の拡張を意味する。エキシマレーザーは、短い紫
外波長系が非常に高いピーク出力で振動される能力を表
す。エキシマは、安定した基定状態を持たず、電気的励
起状態においてのみ結合した分子として存在する化合物
である。多くのエキシマレーザーは、一般に安定した化
学的化合物を形成しない貴ガスを利用する。例えば、フ
ッ化クリプトンはレーザーは、エキシマレーザーの主な
例である。このようなレーザーにおいて、クリプトンと
フッ素を含む混合ガスが、高いエネルギー電子で照射さ
れ、一時的に結合された、準安定の励起された状態のKr
Fエキシマができる。この分子は、反応:KrF−＞Kr＋Ｆ
＋ｈνに従って解離する。
基定状態がないので、反転分布が容易に得られる。こ
の反応の特性により、エキシマレーザーは一般的にパル
ス化された装置であり、ナノ秒のオーダーのパルス存続
時間を有する。
の反応の特性により、エキシマレーザーは一般的にパル
ス化された装置であり、ナノ秒のオーダーのパルス存続
時間を有する。
エキシマレーザーは、現在一般的に用いられている。
市販のエキシマレーザーは、例えばHe、Ne、Ar、Krまた
はXe等の稀ガス、及び例えばF2、NF3、またはHCl等のハ
ロゲンドナーからなる混合ガスを必要とする。使用され
る特定の混合ガス成分は、興味の特定のレーザー遷移に
依存する。XeCl、KrF、ArF、及びXeFは、現在用いられ
るレーザ遷移の例である。しかしながら、XeCl、KrF、A
rFは、398、248、及び193nmの波長で操作し、各々最も
広く用いられる。
市販のエキシマレーザーは、例えばHe、Ne、Ar、Krまた
はXe等の稀ガス、及び例えばF2、NF3、またはHCl等のハ
ロゲンドナーからなる混合ガスを必要とする。使用され
る特定の混合ガス成分は、興味の特定のレーザー遷移に
依存する。XeCl、KrF、ArF、及びXeFは、現在用いられ
るレーザ遷移の例である。しかしながら、XeCl、KrF、A
rFは、398、248、及び193nmの波長で操作し、各々最も
広く用いられる。
KrF操作では、レーザーチャンバーに使用される稀ガ
スは、例えばF2またはNF3等のハロゲンドナーとともにH
eまたはNeで希釈されたKrである。NF3は良好なエネルギ
ー受容体であるが、ガスの劣化を最小限にすることに関
して、F2には、放電後再結合運動力学がより好ましいの
で、F2は現在すべての市販のエキシマレーザーに使用さ
れている。ArがKrと置き代わること及びArF操作がガス
を劣化しやすいこと以外は同様のことがArFに適用され
る。
スは、例えばF2またはNF3等のハロゲンドナーとともにH
eまたはNeで希釈されたKrである。NF3は良好なエネルギ
ー受容体であるが、ガスの劣化を最小限にすることに関
して、F2には、放電後再結合運動力学がより好ましいの
で、F2は現在すべての市販のエキシマレーザーに使用さ
れている。ArがKrと置き代わること及びArF操作がガス
を劣化しやすいこと以外は同様のことがArFに適用され
る。
エキシマレーザーは、一般的に一定量のガスを用いて
操作するもので、ユーザーが、レーザーチャンバーを詰
め換えることもしくはハロゲンドナーを精製して充填す
ることを要求せしめるに十分頻繁に取換えを必要とする
ので、どのような他のガスレーザーとも異なる。エキシ
マレーザーに混合ガスを充填するために要求されること
は、レーザーチャンバー内に起こる不所望な化学反応を
もたらす。これらの反応の結果として、レーザーの操作
中に混合ガスが変化し、レーザー出力が低下する。この
ようなガスの劣化特性は、ハロゲンドナーの損失及びガ
ス不純物の形成をもたらす。ガス劣化を最小限にするに
するためのレーザー設計における改良にもかかわらず、
エキシマレーザーのガス耐用寿命の延長についての関心
は依然として高い。このことには２つの理由がある。ま
ず、非常に重要のことには、レーザー操作の降下時間を
最小限にする必要がある。次に、例えばNe、Kr、及びXe
等の高価な稀ガスのガス消費量を低減する必要がある。
操作するもので、ユーザーが、レーザーチャンバーを詰
め換えることもしくはハロゲンドナーを精製して充填す
ることを要求せしめるに十分頻繁に取換えを必要とする
ので、どのような他のガスレーザーとも異なる。エキシ
マレーザーに混合ガスを充填するために要求されること
は、レーザーチャンバー内に起こる不所望な化学反応を
もたらす。これらの反応の結果として、レーザーの操作
中に混合ガスが変化し、レーザー出力が低下する。この
ようなガスの劣化特性は、ハロゲンドナーの損失及びガ
ス不純物の形成をもたらす。ガス劣化を最小限にするに
するためのレーザー設計における改良にもかかわらず、
エキシマレーザーのガス耐用寿命の延長についての関心
は依然として高い。このことには２つの理由がある。ま
ず、非常に重要のことには、レーザー操作の降下時間を
最小限にする必要がある。次に、例えばNe、Kr、及びXe
等の高価な稀ガスのガス消費量を低減する必要がある。
何年もの間、エキシマレーザーの連続する操作期間を
延ばすために、多くの試みがなされてきた。この１つの
方法では、部分ガス詰め換えは、レーザー操作中に行わ
れる。操作が維持されているとき、この場合は、レーザ
ー中の混合ガスは、個々の小さい工程中で、単にゆっく
りと交換される。この方法は、レーザーの降下時間をな
くすが、しかしながら、ガス消費量を低減せず、また、
毒性のハロゲンドナーガスのシリンダを開けたままにす
るようなガス処理の危険を加える。
延ばすために、多くの試みがなされてきた。この１つの
方法では、部分ガス詰め換えは、レーザー操作中に行わ
れる。操作が維持されているとき、この場合は、レーザ
ー中の混合ガスは、個々の小さい工程中で、単にゆっく
りと交換される。この方法は、レーザーの降下時間をな
くすが、しかしながら、ガス消費量を低減せず、また、
毒性のハロゲンドナーガスのシリンダを開けたままにす
るようなガス処理の危険を加える。
第２の方法は、レーザー操作中に少量のハロゲンドナ
ーを添加することを含む。この方法は、ハロゲンドナー
を効果的に取換えられるが、有効なガス耐用寿命を限定
するガス中の不純物を除去しない。
ーを添加することを含む。この方法は、ハロゲンドナー
を効果的に取換えられるが、有効なガス耐用寿命を限定
するガス中の不純物を除去しない。
エキシマレーザー中の不純物を除去する方法が複数知
られている。これらの方法の多くは、金属ゲッターシス
テム及び稀ガス以外の混合物中のガス状物すべてを除去
するときに作用モレキュラーシーブを使用する。このよ
うな方法に用いる精製ガスを利用するために、ハロゲン
ドナーを、単にレーザーチャンバー内にこのガスを送り
返す前に交換し、ガス消費量をハロゲンドナーのみに限
定する。この主要点を利用する装置は、市販されている
が、しかしながら、非常に高価であり、複合ガスの取扱
いを必要とする さらに経済的な方法、及びこのようなこの分野に最も
一般的な方法は、このレーザーガスの極低温学的な精製
の利用を伴う。この方法論は、ガスの劣化による得られ
る多くの不純物を極低温トラップ内で除去し得るという
事実を利用する。むろん、エキシマレーザーのガス耐用
寿命は、KrF及びArF操作中にこの技術のオンラインを使
用することによりかなり延長されてきた。
られている。これらの方法の多くは、金属ゲッターシス
テム及び稀ガス以外の混合物中のガス状物すべてを除去
するときに作用モレキュラーシーブを使用する。このよ
うな方法に用いる精製ガスを利用するために、ハロゲン
ドナーを、単にレーザーチャンバー内にこのガスを送り
返す前に交換し、ガス消費量をハロゲンドナーのみに限
定する。この主要点を利用する装置は、市販されている
が、しかしながら、非常に高価であり、複合ガスの取扱
いを必要とする さらに経済的な方法、及びこのようなこの分野に最も
一般的な方法は、このレーザーガスの極低温学的な精製
の利用を伴う。この方法論は、ガスの劣化による得られ
る多くの不純物を極低温トラップ内で除去し得るという
事実を利用する。むろん、エキシマレーザーのガス耐用
寿命は、KrF及びArF操作中にこの技術のオンラインを使
用することによりかなり延長されてきた。
不運にして、KrF操作に関する極低温精製の使用は、
制限され、例えば、オンラインの利用のために許容し得
る一番低い温度が約−180℃であり、それ以下では、そ
の温度は、混合ガス中の十分なKrを減少し始め、レーザ
ー出力を低減させる。レーザーチャンバーから重要な不
純物であるCF4を除去する能力がないという結果は、極
低温学的な精製が用いられるとき、KrF操作のガス耐用
寿命を限定する。ArFにとって、極低温学トラップは、
約−196℃付近の低温度で用いられ、CF4のなお一層の凝
縮に十分である。しかしながら、このような低温におい
て、より高い冷却容量が極低温トラップに要求される。
制限され、例えば、オンラインの利用のために許容し得
る一番低い温度が約−180℃であり、それ以下では、そ
の温度は、混合ガス中の十分なKrを減少し始め、レーザ
ー出力を低減させる。レーザーチャンバーから重要な不
純物であるCF4を除去する能力がないという結果は、極
低温学的な精製が用いられるとき、KrF操作のガス耐用
寿命を限定する。ArFにとって、極低温学トラップは、
約−196℃付近の低温度で用いられ、CF4のなお一層の凝
縮に十分である。しかしながら、このような低温におい
て、より高い冷却容量が極低温トラップに要求される。
このように、効果的で経済的に、エキシマレーザーの
ガス耐用寿命を延長する方法への要求が続いている。
ガス耐用寿命を延長する方法への要求が続いている。
発明の概要 本発明の目的は、エキシマレーザーのガス耐用寿命を
延長する方法を提供することにある。
延長する方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、エキシマレーザーにおける使
用される混合ガスからのCF4不純物を除去する方法を提
供することにある。
用される混合ガスからのCF4不純物を除去する方法を提
供することにある。
さらに、本発明の目的は、XeF、ArF及びKrFエキシマ
レーザーのガス耐用寿命を延長する方法を提供すること
にある。
レーザーのガス耐用寿命を延長する方法を提供すること
にある。
それゆえに、上記目的等は、エキシマレーザーのガス
耐用寿命を延長する方法により提供され、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガス中に形成されて含まれる不所望の
不純物CF4を、冷凍手段と凝縮し得る１以上の化合物を
生成するために効果的なある量の酸化性ガスと反応する
工程、 ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、前記CF4不純物を除去し、レーザーの
ガス耐用寿命を延長する工程を具備する。
耐用寿命を延長する方法により提供され、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガス中に形成されて含まれる不所望の
不純物CF4を、冷凍手段と凝縮し得る１以上の化合物を
生成するために効果的なある量の酸化性ガスと反応する
工程、 ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、前記CF4不純物を除去し、レーザーの
ガス耐用寿命を延長する工程を具備する。
図面の簡単な説明 図１は、KrFエキシマレーザー性能に関する本発明の
ガスの添加の効果を表す図。
ガスの添加の効果を表す図。
好ましい態様の詳細な説明 本発明によれば、例えばO2、空気、または同等のOF2
等添加酸化性ガス成分を代表的なエキシマレーザーガス
混合物に加えることにより、エキシマレーザーのガス耐
用寿命が、極低温精製を用いるときに延長し得ることが
見出だされた。ガスプラズマまたは放電の存在下で、こ
のような酸化性ガス添加剤は、CF4不純物と反応して、
極低温トラップにより効果的に除去され得る他の低蒸気
圧カーボン種を形成することが見出された。
等添加酸化性ガス成分を代表的なエキシマレーザーガス
混合物に加えることにより、エキシマレーザーのガス耐
用寿命が、極低温精製を用いるときに延長し得ることが
見出だされた。ガスプラズマまたは放電の存在下で、こ
のような酸化性ガス添加剤は、CF4不純物と反応して、
極低温トラップにより効果的に除去され得る他の低蒸気
圧カーボン種を形成することが見出された。
さらに、使用されるレーザー構成材料により、O2はま
た、極低温精製を用いたエキシマレーザーのガス耐用寿
命を限定し得る不純物として作用し得る。この場合、同
様の反応であるけれども、極低温トラップにより容易に
除去し得るガス不純物を形成する少量のCF4を添加し得
る。
た、極低温精製を用いたエキシマレーザーのガス耐用寿
命を限定し得る不純物として作用し得る。この場合、同
様の反応であるけれども、極低温トラップにより容易に
除去し得るガス不純物を形成する少量のCF4を添加し得
る。
部分的に、本発明は、CF4不純物を除去することによ
り、エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方法を
提供するもので、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるCF4を、冷凍手段と凝縮し得る１以上
の化合物の生成に有効な量の酸化性ガスと反応する工
程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記CF4不純物
を除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長する工程
を具備する。
り、エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方法を
提供するもので、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるCF4を、冷凍手段と凝縮し得る１以上
の化合物の生成に有効な量の酸化性ガスと反応する工
程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記CF4不純物
を除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長する工程
を具備する。
また、部分的に、本発明は、O2不純物を除去すること
により、エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方
法を提供するもので、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるO2を、冷凍手段と凝縮し得る１以上の
化合物を生成する量のCF4と反応する工程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記O2不純物を
除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長する工程を
具備する。
により、エキシマレーザーのガス耐用寿命を延長する方
法を提供するもので、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるO2を、冷凍手段と凝縮し得る１以上の
化合物を生成する量のCF4と反応する工程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上の稀ガスと凝縮することなく、冷却手段
を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記O2不純物を
除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長する工程を
具備する。
例えばXeF、KrF、またはArFのようなエキシマ混合ガ
スからCF4不純物を除去する困難性は、稀ガスKr及びX
e、及びCF4とその化学的不活性が同程度のArに比べて
も、CF4の蒸気圧が相対的に高いことに起因する。本発
明によれば、プラズマまたは放電等の高いエネルギー源
は、混合ガス中に十分なエネルギーを与えて、CF4と酸
化性ガス添加剤とを反応させる。得られる生成物は、代
表的にはCO2及びCOF2は、次に、稀ガスを除去すること
なく、容易に極低温で除去される。プラズマ源は、レー
ザー中の放電それ自体であり得、もしくはレーザーチャ
ンバーの外部に設けられたプラズマまたは放電システム
であり得る。後者の場合、レーザー混合ガスは、レーザ
ーチャンバーに戻る前に、プラズマシステム及び極低温
トラップを通って循環する。上述したように、酸化性ガ
ス源は、ガス状の空気、O2またはNOさらにはOF2として
供給されるが、O2または空気のいずれかが好ましい。さ
らに、酸化添加剤はまた、酸素または酸素原子を含む固
体材料の化学的またはプラズマ劣化によって、もしくは
酸素または酸素原子を含む材料の透過または表面脱着に
より、レーザー混合ガス中に添加される。
スからCF4不純物を除去する困難性は、稀ガスKr及びX
e、及びCF4とその化学的不活性が同程度のArに比べて
も、CF4の蒸気圧が相対的に高いことに起因する。本発
明によれば、プラズマまたは放電等の高いエネルギー源
は、混合ガス中に十分なエネルギーを与えて、CF4と酸
化性ガス添加剤とを反応させる。得られる生成物は、代
表的にはCO2及びCOF2は、次に、稀ガスを除去すること
なく、容易に極低温で除去される。プラズマ源は、レー
ザー中の放電それ自体であり得、もしくはレーザーチャ
ンバーの外部に設けられたプラズマまたは放電システム
であり得る。後者の場合、レーザー混合ガスは、レーザ
ーチャンバーに戻る前に、プラズマシステム及び極低温
トラップを通って循環する。上述したように、酸化性ガ
ス源は、ガス状の空気、O2またはNOさらにはOF2として
供給されるが、O2または空気のいずれかが好ましい。さ
らに、酸化添加剤はまた、酸素または酸素原子を含む固
体材料の化学的またはプラズマ劣化によって、もしくは
酸素または酸素原子を含む材料の透過または表面脱着に
より、レーザー混合ガス中に添加される。
例えば、酸化剤の透過源が使用され得、それによって
市販の透過チューブがレーザーのガス供給ラインに設け
られる。このような装置は、透過膜の後に、例えばO2ま
たは他の酸化剤等のガスまたは液体の貯留器を含む。他
のガスが、貯留器の外側の膜の向こう側へ流れるので、
貯留器内の材料は、この膜を通って透過し、ガスの流れ
に入る。この場合、酸化性ガスは、レーザーのわずかな
ガス成分を有するレーザー容器を充填するために用いら
れるガスの流れに添加され得る。
市販の透過チューブがレーザーのガス供給ラインに設け
られる。このような装置は、透過膜の後に、例えばO2ま
たは他の酸化剤等のガスまたは液体の貯留器を含む。他
のガスが、貯留器の外側の膜の向こう側へ流れるので、
貯留器内の材料は、この膜を通って透過し、ガスの流れ
に入る。この場合、酸化性ガスは、レーザーのわずかな
ガス成分を有するレーザー容器を充填するために用いら
れるガスの流れに添加され得る。
または、化学的またはプラズマ劣化により分解する酸
化剤の反応性源の例として、例えばAl2O3等の金属酸化
物化合物が記載されている。特に、少量の金属酸化物化
合物は、レーザーのガス供給ラインの内部に設けられ
る。レーザーがフッ素混合物で充填されたとき、F2Oの
一部が金属酸化物と反応し、ガス流中に酸素及び火揮発
性フッ化金属を形成する。添加される酸化剤の量の必要
な制御は、ガス流の流量及び照射される表面積の量を調
整することによってもたらされる。特に、しかしなが
ら、フッ素と反応して酸素ガスを生成し得るものであれ
ば、どのような金属酸化物でも使用し得る。このような
化合物は、当業者に良く知られている。
化剤の反応性源の例として、例えばAl2O3等の金属酸化
物化合物が記載されている。特に、少量の金属酸化物化
合物は、レーザーのガス供給ラインの内部に設けられ
る。レーザーがフッ素混合物で充填されたとき、F2Oの
一部が金属酸化物と反応し、ガス流中に酸素及び火揮発
性フッ化金属を形成する。添加される酸化剤の量の必要
な制御は、ガス流の流量及び照射される表面積の量を調
整することによってもたらされる。特に、しかしなが
ら、フッ素と反応して酸素ガスを生成し得るものであれ
ば、どのような金属酸化物でも使用し得る。このような
化合物は、当業者に良く知られている。
本発明は、高価な金属ゲッター精製の方法論または複
合ガス処理を用いることなく、エキシマレーザーのガス
耐用寿命を延長し得るように、際立って有利である。エ
キシマレーザー操作を延長するために酸化性ガス添加剤
を使用する概念は、証明された利点を有するが、方法論
はまた、CF4がXe、Kr、またはAr等の稀ガスから除去さ
れなければならないか、もしくは、稀ガスからO2を除去
するために、またはより好ましくは、F2からO2を除去す
るために、CF4が添加されるような他のプロセスに適用
され得る。
合ガス処理を用いることなく、エキシマレーザーのガス
耐用寿命を延長し得るように、際立って有利である。エ
キシマレーザー操作を延長するために酸化性ガス添加剤
を使用する概念は、証明された利点を有するが、方法論
はまた、CF4がXe、Kr、またはAr等の稀ガスから除去さ
れなければならないか、もしくは、稀ガスからO2を除去
するために、またはより好ましくは、F2からO2を除去す
るために、CF4が添加されるような他のプロセスに適用
され得る。
本発明は、一般的にエキシマレーザーのガス耐用寿命
を改良するために使用され得る。しかしながら、本発明
は、XeF、KrF、及びArFエキシマレーザーのガス耐用寿
命の延長に特に有利である。本発明は、KBrを除去せず
に極低温トラップを用いてCF4を除去することが非常に
困難であることに起因して、KrFエキシマレーザーのガ
ス耐用寿命の延長により有利である。例えば、ArFエキ
シマレーザーを用いて、ArFシステムの低い極低温トラ
ップ温度により、より多くのCF4を極低温トラップによ
って除去することができることが見出された。XeFエキ
シマレーザーを用いるとき、比較すると、Xeの除去を避
けるために−150℃以上のトラップ温度を用いなければ
ならない。このことにより、結果的に、レーザガス中に
比較的多量の未除去のCF4が残る。
を改良するために使用され得る。しかしながら、本発明
は、XeF、KrF、及びArFエキシマレーザーのガス耐用寿
命の延長に特に有利である。本発明は、KBrを除去せず
に極低温トラップを用いてCF4を除去することが非常に
困難であることに起因して、KrFエキシマレーザーのガ
ス耐用寿命の延長により有利である。例えば、ArFエキ
シマレーザーを用いて、ArFシステムの低い極低温トラ
ップ温度により、より多くのCF4を極低温トラップによ
って除去することができることが見出された。XeFエキ
シマレーザーを用いるとき、比較すると、Xeの除去を避
けるために−150℃以上のトラップ温度を用いなければ
ならない。このことにより、結果的に、レーザガス中に
比較的多量の未除去のCF4が残る。
本発明は、ガス耐用寿命を限定する不純物がCF4の代
わりにO2である場合にもまた利用できる。この場合、CF
4をO2を消費するために使用し、極低温でトラップでき
る他の不純物を形成することができる。O2またはCF4の
どちらかが限定する不純物であり、レーザーに用いられ
る構成材料に依存する。これらのレーザーに用いられる
一般的な材料は、O2でなく、CF4であり、レーザーのガ
ス耐用寿命を最も一般的に限定する不純物である。
わりにO2である場合にもまた利用できる。この場合、CF
4をO2を消費するために使用し、極低温でトラップでき
る他の不純物を形成することができる。O2またはCF4の
どちらかが限定する不純物であり、レーザーに用いられ
る構成材料に依存する。これらのレーザーに用いられる
一般的な材料は、O2でなく、CF4であり、レーザーのガ
ス耐用寿命を最も一般的に限定する不純物である。
本発明はまた、酸化性ガス添加剤およびCF4の間の反
応が、例えばXeF、KrF、およびArFレーザー等のレーザ
中の活性ハロゲンドナーである添加のF2の形成を導くと
いう利点を有する。このため、この不活性、非毒性添加
剤を用いることにより、このようなエキシマレーザー中
のF2供給混合ガスの必要性を減少することができる。事
実、放電のまたはプラズマに十分さらされた後のCF4お
よびO2の使用は、多少の量のF2を発生し得ることがよく
知られている。例えば、このことは、CF4及びO2プラズ
マが用いられ、F2及びＦ原子が発生してシリコンをエッ
チングする半導体エッチングプロセスにおいて、一般的
に行われる。
応が、例えばXeF、KrF、およびArFレーザー等のレーザ
中の活性ハロゲンドナーである添加のF2の形成を導くと
いう利点を有する。このため、この不活性、非毒性添加
剤を用いることにより、このようなエキシマレーザー中
のF2供給混合ガスの必要性を減少することができる。事
実、放電のまたはプラズマに十分さらされた後のCF4お
よびO2の使用は、多少の量のF2を発生し得ることがよく
知られている。例えば、このことは、CF4及びO2プラズ
マが用いられ、F2及びＦ原子が発生してシリコンをエッ
チングする半導体エッチングプロセスにおいて、一般的
に行われる。
本発明によれば、過剰の添加剤は、ユーザーに許容し
得ないレベルにレーザー出力を低減するため、極低温精
製を用いたエキシマレーザー操作において、CF4蓄積を
減少するために使用される酸化性ガス添加剤は、少量存
在していなければならない。また、消費するCF4に効果
的であるためには、比較できる量の酸化性ガスが存在し
ていなければならない。本質的には、２分子のO2が３分
子のCF4と反応する。しかしながら、正確な化学量論
は、適用される操作条件に依存する。
得ないレベルにレーザー出力を低減するため、極低温精
製を用いたエキシマレーザー操作において、CF4蓄積を
減少するために使用される酸化性ガス添加剤は、少量存
在していなければならない。また、消費するCF4に効果
的であるためには、比較できる量の酸化性ガスが存在し
ていなければならない。本質的には、２分子のO2が３分
子のCF4と反応する。しかしながら、正確な化学量論
は、適用される操作条件に依存する。
本発明によれば、十分な量の酸化性ガスまたはCF4の
いずれかが、各々CF4またはO2の除去に用いられなけれ
ばならない。しかしながら、使用される量は、レーザー
出力に許容できない量の損失を生ずるほど多くてはなら
ない。一般的に許容レベルの出力損失は、特定の適用及
び用いられるレーザーの出力によって測定される。
いずれかが、各々CF4またはO2の除去に用いられなけれ
ばならない。しかしながら、使用される量は、レーザー
出力に許容できない量の損失を生ずるほど多くてはなら
ない。一般的に許容レベルの出力損失は、特定の適用及
び用いられるレーザーの出力によって測定される。
例えば、KrFレーザーで測定されるO2及びCF4の出力効
果の損失、約20％最大出力損失が生ずると、O2は、400p
pmを超えられず、CF4は、約1000ppm未満残存する。本発
明によれば、好ましい濃度範囲のO2は、約50ppmないし3
50ppmであり、より一定の出力の交換において、30％の
出力損失が許容し得る条件で、さらに好ましくは約100p
pmないし300ppmであることが見出された。
果の損失、約20％最大出力損失が生ずると、O2は、400p
pmを超えられず、CF4は、約1000ppm未満残存する。本発
明によれば、好ましい濃度範囲のO2は、約50ppmないし3
50ppmであり、より一定の出力の交換において、30％の
出力損失が許容し得る条件で、さらに好ましくは約100p
pmないし300ppmであることが見出された。
同様に、消費するO2に効果的であるために、比較でき
る量のCF4が存在しなければならない。CF4の好ましい濃
度は50ないし700ppmであり、同じ30％出力損失における
約100ないし600ppmがさらに好ましい。
る量のCF4が存在しなければならない。CF4の好ましい濃
度は50ないし700ppmであり、同じ30％出力損失における
約100ないし600ppmがさらに好ましい。
CF4は、過剰のO2の消費に使用されるか、または酸化
性ガスは、過剰のCF4の消費に使用され、添加剤に必要
とされる正確な最適量は、レーザー構成の材料、極低温
トラップの効率及びこのトラップを通るガス循環率と同
様に、特に酸化性ガス及びCF4に対する特定の感受性に
依存する。
性ガスは、過剰のCF4の消費に使用され、添加剤に必要
とされる正確な最適量は、レーザー構成の材料、極低温
トラップの効率及びこのトラップを通るガス循環率と同
様に、特に酸化性ガス及びCF4に対する特定の感受性に
依存する。
一般的に、技術者は、出力損失の許容レベルを測定す
る。これは、次にはまた、各々CF4及びO2を効果的に除
去するために用いられる酸化ガス添加剤またはCF4の量
を確かめるために用いられる。
る。これは、次にはまた、各々CF4及びO2を効果的に除
去するために用いられる酸化ガス添加剤またはCF4の量
を確かめるために用いられる。
酸化性ガスとしての好ましい範囲のO2及びCF4濃度の
上述の例は、30％出力損失に関連して提供される。しか
しながら、これは実施例であるだけで、これに限定する
ものではない。例えば、技術者は、任意の用途により、
KrFレーザーの10％ないし20％の出力損失を許容し得る
と決めることができる。同様に、40％の出力損失もまた
許容できる。少なくとも、許容出力損失の決定は、当業
者に自明の範囲内である。一般的に、許容され得る出力
損失が大きいと、例えば許容され得るO2濃度も大きくな
る。例えば、30％出力損失が許容し得ると、約400ppmま
でのO2が許容される。しかしながら、40％出力損失が許
容され得ると、より高いO2濃度例えば約600ppmが許容さ
れる。ガス添加剤の源が酸化性ガスかまたはCF4かにか
かわらず、一番簡単なガス源がレーザーチャンバー外部
のガス源となる。しかしながら、ガス源はまた、レーザ
ー由来の化学的または放電反応から、もしくは例えばO2
またはCF4を遊離する透過性材料を用いることにより、
供給される。これらのガス源の濃度許容が上記指針より
過度ならなければ、いずれのガス源でも用いることがで
きる。
上述の例は、30％出力損失に関連して提供される。しか
しながら、これは実施例であるだけで、これに限定する
ものではない。例えば、技術者は、任意の用途により、
KrFレーザーの10％ないし20％の出力損失を許容し得る
と決めることができる。同様に、40％の出力損失もまた
許容できる。少なくとも、許容出力損失の決定は、当業
者に自明の範囲内である。一般的に、許容され得る出力
損失が大きいと、例えば許容され得るO2濃度も大きくな
る。例えば、30％出力損失が許容し得ると、約400ppmま
でのO2が許容される。しかしながら、40％出力損失が許
容され得ると、より高いO2濃度例えば約600ppmが許容さ
れる。ガス添加剤の源が酸化性ガスかまたはCF4かにか
かわらず、一番簡単なガス源がレーザーチャンバー外部
のガス源となる。しかしながら、ガス源はまた、レーザ
ー由来の化学的または放電反応から、もしくは例えばO2
またはCF4を遊離する透過性材料を用いることにより、
供給される。これらのガス源の濃度許容が上記指針より
過度ならなければ、いずれのガス源でも用いることがで
きる。
通常、エキシマレーザーは、約１気圧ないし約９気圧
のレーザーガス圧力で操作される。しかしながら、特に
KrF及びArFエキシマレーザーには、好ましくは、用いら
れる圧力は１気圧を超え、４気圧までのものである。酸
化性ガス添加物は、エキシマレーザーまたはその外部源
からの循環システムに直接添加できる。
のレーザーガス圧力で操作される。しかしながら、特に
KrF及びArFエキシマレーザーには、好ましくは、用いら
れる圧力は１気圧を超え、４気圧までのものである。酸
化性ガス添加物は、エキシマレーザーまたはその外部源
からの循環システムに直接添加できる。
冷凍手段として、市販の極低温トラップが使用され得
る。しかしながら、他の冷凍手段を用いることもでき
る。例えば、極低温温度は、ヘリウムの膨脹及び圧縮に
よって操作する市販の冷凍システムを用いて達成できる
ことが良く知られている。このような冷凍システムは、
利用する極低温トラップの代わりに用いられる。
る。しかしながら、他の冷凍手段を用いることもでき
る。例えば、極低温温度は、ヘリウムの膨脹及び圧縮に
よって操作する市販の冷凍システムを用いて達成できる
ことが良く知られている。このような冷凍システムは、
利用する極低温トラップの代わりに用いられる。
前述したように、プラズマまたは放電のような高いエ
ネルギー源は、混合ガス中に十分なエネルギーを与え、
CF4と酸化性混合ガスとの反応を促進するために用いら
れる。得られた生成物例えばCO2及びCOF2等は、稀ガス
を除去することなく、極低温除去される。プラズマ源
は、それ自体レーザー中への放電であるか、あるいはプ
ラズマまたはレーザーチャンバーの外部に設けられた放
電システムであり得る。
ネルギー源は、混合ガス中に十分なエネルギーを与え、
CF4と酸化性混合ガスとの反応を促進するために用いら
れる。得られた生成物例えばCO2及びCOF2等は、稀ガス
を除去することなく、極低温除去される。プラズマ源
は、それ自体レーザー中への放電であるか、あるいはプ
ラズマまたはレーザーチャンバーの外部に設けられた放
電システムであり得る。
さらに、酸化性ガス添加剤は、市販のレーザーが用い
られる場合、外部源からのレーザー混合ガスに直接添加
し得るけれども、酸素または酸素原子を含む固体材料の
化学的またはプラズマ劣化によっても、酸化性ガス添加
剤の添加が行われる。また、酸化性ガス添加剤は、酸素
または酸素原子とを含む材料の透過もしくは表面脱着に
より添加され得る。
られる場合、外部源からのレーザー混合ガスに直接添加
し得るけれども、酸素または酸素原子を含む固体材料の
化学的またはプラズマ劣化によっても、酸化性ガス添加
剤の添加が行われる。また、酸化性ガス添加剤は、酸素
または酸素原子とを含む材料の透過もしくは表面脱着に
より添加され得る。
後者の２つの手段を用いて、（酸素または酸素原子を
含む固体材料の化学的またはプラズマ劣化による）酸化
性ガス添加剤を導入する場合、市販のエキシマレーザー
を改良することができ、このような結果が得られる。化
学的またはプラズマ劣化、透過もしくは表面脱着に供さ
れるものとして知られる適切な物質が、レーザーチャン
バー、循環システム、またはさらにガス供給システム内
に含まれ得る。CF4が混合ガスからO2不純物を除去する
ために添加される場合、CF4は、外部源から添加するこ
とができる。
含む固体材料の化学的またはプラズマ劣化による）酸化
性ガス添加剤を導入する場合、市販のエキシマレーザー
を改良することができ、このような結果が得られる。化
学的またはプラズマ劣化、透過もしくは表面脱着に供さ
れるものとして知られる適切な物質が、レーザーチャン
バー、循環システム、またはさらにガス供給システム内
に含まれ得る。CF4が混合ガスからO2不純物を除去する
ために添加される場合、CF4は、外部源から添加するこ
とができる。
以下、実施例を参照して本発明の指針を示す。実施例
は単に本発明の例示であって、本発明を限定するもので
はない。
は単に本発明の例示であって、本発明を限定するもので
はない。
実施例 市販の放電励起KrFエキシマレーザーを３種類の条件
下で操作した。
下で操作した。
１）ガス添加物なしの一般的なKrf混合ガス ２）１）と同じ混合ガスにおいて、−178℃に維持され
た低温トラップに通してこの混合ガスを再循環すること
により混合ガスの精製を行なったもの ３）２）と同じ混合ガスにおいて、操作の初めに150ppm
のO2をこの混合ガスに添加したもの 図１に示すように、ガス添加物があるとき、レーザー
出力が一番遅い速度で減少していることがわかる。事
実、出力損失の速度は、O2なしで極低温精製する場合
（２）と比較して、極低温精製を用いたO2が存在すると
き（３）、２のファクターによって減少する。
た低温トラップに通してこの混合ガスを再循環すること
により混合ガスの精製を行なったもの ３）２）と同じ混合ガスにおいて、操作の初めに150ppm
のO2をこの混合ガスに添加したもの 図１に示すように、ガス添加物があるとき、レーザー
出力が一番遅い速度で減少していることがわかる。事
実、出力損失の速度は、O2なしで極低温精製する場合
（２）と比較して、極低温精製を用いたO2が存在すると
き（３）、２のファクターによって減少する。
上記実施例におけるO2添加剤を、操作の前にレーザー
チャンバーに添加した。しかしながら、また少量のO2添
加剤を、レーザー操作中の連続または不連続の工程で、
添加することができる。O2自体がユーザーの許容レベル
以下にレーザー出力を低減してしまう量を越えてレーザ
ー中のO2濃度が増加する程O2を添加しなければ、どのよ
うな添加物導入手段でも用いることができる。例えば、
許容レベルが40％出力損失であると、最大許容O2濃度
は、数百ppmである。実際の限定値は、レーザー構成の
詳細およびレーザー適用の必要条件に依存する。
チャンバーに添加した。しかしながら、また少量のO2添
加剤を、レーザー操作中の連続または不連続の工程で、
添加することができる。O2自体がユーザーの許容レベル
以下にレーザー出力を低減してしまう量を越えてレーザ
ー中のO2濃度が増加する程O2を添加しなければ、どのよ
うな添加物導入手段でも用いることができる。例えば、
許容レベルが40％出力損失であると、最大許容O2濃度
は、数百ppmである。実際の限定値は、レーザー構成の
詳細およびレーザー適用の必要条件に依存する。
図１において、標準レーザー走査（１）は、約３時間
のみの操作の後、約33％まで減少することがわかる。液
体N2ガス処理装置（極低温精製）を用いたレーザー走査
（２）において、レーザー出力はまた、200Hzで４時間
の操作の後、約25％まで減少する。
のみの操作の後、約33％まで減少することがわかる。液
体N2ガス処理装置（極低温精製）を用いたレーザー走査
（２）において、レーザー出力はまた、200Hzで４時間
の操作の後、約25％まで減少する。
比較すると、ガス添加物O2及び液体N2ガス処理装置を
用いたレーザー操作（３）において、レーザー出力は、
200Hzで約５時間操作した後でさえ、約５％だけ減少す
る。
用いたレーザー操作（３）において、レーザー出力は、
200Hzで約５時間操作した後でさえ、約５％だけ減少す
る。
このように、本発明によれば、エキシマレーザーのガ
ス耐用寿命を、高価な金属ゲッターシステム及びモレキ
ュラーシーブを使用せずに、大幅に延長することができ
る。
ス耐用寿命を、高価な金属ゲッターシステム及びモレキ
ュラーシーブを使用せずに、大幅に延長することができ
る。
さらに、O2以外の酸化性ガス添加物例えば空気、また
はOF2、またはそれらの混合物等を用いるとき、上記と
ほぼ同じ量の酸素が存在するような量のガス添加物を用
いることを表記する。このため、例えば、O2と比較し
て、２倍の量のOF2を用い、または５倍の量の空気を用
いる。しかしながら、必要とされる正確な量は、当業者
に自明の範囲内である。
はOF2、またはそれらの混合物等を用いるとき、上記と
ほぼ同じ量の酸素が存在するような量のガス添加物を用
いることを表記する。このため、例えば、O2と比較し
て、２倍の量のOF2を用い、または５倍の量の空気を用
いる。しかしながら、必要とされる正確な量は、当業者
に自明の範囲内である。
最後に、本発明に用いられる酸化性ガス添加物または
CF4は、市場で容易に得られることを表記する。
CF4は、市場で容易に得られることを表記する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボン・ドラセク、ウイリアム・エー アメリカ合衆国、イリノイ州 60452、 オーク・フォーレスト、ボニー・トレイ ル・イースト 17083 (56)参考文献 特開 平２−201984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−43302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30
Claims (13)
- 【請求項１】CF4不純物を除去することによりガス耐用
寿命を延長する方法であって、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるCF4を、冷凍手段と凝縮し得る１以上
の化合物の生成に有効な量の酸化性ガスと反応する工
程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上のレーザーガスと凝縮することなく、冷
却手段を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記CF4
不純物を除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長す
る工程を具備する方法。 - 【請求項２】前記エキシマレーザーはXeF、KrF、または
Arエキシマレーザーである請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記酸化性ガス添加剤は、O2、空気、及び
OF2からなる群から選択される請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】約数百ppmまでのO2を用いて前記CF4と反応
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】約50ないし350ppmのO2を用いてCF4と反応
する請求項３に記載の方法。 - 【請求項６】前記１以上の化合物は、CF4とO2との反応
から生成され、CO2及びCOF2からなる群から選択される
請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】前記冷凍手段は、冷却剤として液体窒素を
用いた極低温トラップである請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】O2不純物を除去することによりガス耐用寿
命を延長する方法であって、 ａ）レーザー出力を所定の許容レベル以下に減少するこ
となく、レーザーガスを形成し、その中に含まれる不所
望な不純物であるO2を、冷凍手段と凝縮し得る１以上の
化合物を生成する量のCF4と反応する工程、及び ｂ）ａ）工程で生成された前記１以上の化合物を、実質
的に前記１以上のレーザーガスと凝縮することなく、冷
却手段を用いて凝縮し、エキシマレーザーから前記O2不
純物を除去し、そのレーザーガスの耐用寿命を延長する
工程を具備する方法。 - 【請求項９】前記エキシマレーザーは、KrFまたはArFエ
キシマレーザーである請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】約1000ppmまでのCF4を用いて前記O2と反
応する請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】約100ないし600ppmのCF4を用いて前記O2
と反応する請求項９に記載の方法。 - 【請求項１２】前記１以上の化合物は、CF4とO2との反
応から生成され、CO2及びCOF2からなる群から選択され
る請求項８に記載の方法。 - 【請求項１３】前記冷凍手段は、冷却剤として液体窒素
を用いた極低温トラップである請求項８に記載の方法。
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