JP3894399B2 - ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｒＦエキシマレーザのチャンバ内部に添加ガスを添加して、レーザの出力特性を最適化する、ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザのチャンバ内に酸素（Ｏ2 ）を添加ガスとして添加し、エキシマレーザのパワーを増大させ、かつ安定させて出力特性を向上させる方法が知られており、例えばＵＳＰ５，３０７，３６４号に示されている。これは、エキシマレーザのレーザガスの希釈ガス中にＯ2 濃度を１０〜５０ppm 加えることにより、前記パワーが増大するというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ＵＳＰ５，３０７，３６４号に開示された従来技術には、次に述べるような問題点がある。
【０００４】
即ち、エキシマレーザのチャンバ内には、チャンバ内面や内部の部品に付着している水（Ｈ2 Ｏ）や、チャンバ内金属酸化物（ＭＯ）等が存在している。この水（Ｈ2 Ｏ）や金属酸化物（ＭＯ）がレーザガス中のフッ素（Ｆ2 ）と化学反応を行ない、酸素原子が酸素ガスの分子（Ｏ2 ）となってレーザガス中に混じることがある。このように、化学反応によってチャンバ内のレーザガス中のＯ2 濃度が徐々に上昇し、エキシマレーザの出力特性にとって最適な濃度範囲を越えてしまうため、レーザのパワーが減少するという問題がある。
【０００５】
しかしながら、前記従来技術には、一たび充填したチャンバ内のレーザガス中の添加ガスの濃度に関してはまったく記載がなく、これを制御するすべも記されていない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、チャンバ内の添加ガス濃度を所定の範囲内に収めて、ＡｒＦエキシマレーザのパワーを増大させ、かつ安定化することの可能な、ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１構成の発明は、
ＡｒＦエキシマレーザにおいて、
酸素、二酸化炭素、窒素、或いは四フッ化炭素の少なくともいずれか１つの添加ガスをチャンバ内に添加する添加モジュールと、
それぞれの添加ガスのチャンバ内部の濃度Ｃを検出する添加ガスモニタと、
濃度Ｃを所定の範囲内に収めるように添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニットとを備えている。
【０００８】
第１構成に記載の発明によれば、ガスコントロールユニットにより、添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲内にあるようにコントロールしている。従って、低い電圧Ｖで、高いパワーを安定的に得ることが可能であり、レーザの出力特性を向上させることができる。
【０００９】
また、第２構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、
添加ガスを充填した添加ガスボンベと、
添加ガスをチャンバ内部に導入するガス添加手段とを備えている。
【００１０】
第２構成記載の発明によれば、添加モジュールとして、添加ガスボンベと例えば添加バルブ等のガス添加手段とを備えている。従って、第１構成の発明の効果に加えて、添加バルブの開閉によって添加ガスを精度よくチャンバに添加でき、また、添加モジュールの構成が簡単となる。
【００１１】
また、第３構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、レーザガスと酸化物とを反応させて添加ガスを発生させる添加ガス発生源を備えている。
【００１２】
第３構成記載の発明によれば、レーザガスを酸化物と反応させて添加ガスを発生させ、これをチャンバに添加している。従って、添加ガスボンベを必要としないので、ボンベ、配管を含めたレーザ構成全体を小型化できる。さらに、添加ガスの交換の手間が不要であって、補充分のランニングコストを低減できる。
【００１３】
また、第４構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、空気中の水分を除去する水分除去装置を有する添加ガス発生源を備えている。
【００１４】
第４構成記載の発明によれば、空気中の水分を除去する水分除去装置を有している。即ち、大気を添加ガスの供給源としているので、添加ガス発生源の構成が簡単になるとともに、添加ガスのイニシャルコスト及びランニングコストが安価となる。
【００１５】
また、第５構成の発明は、
第１〜第４構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加ガスモニタは、チャンバの外部に付設され、かつファンのガス流を内部に導いてチャンバ内のダストを除去するダストフィルタのガス流路内に配置されている。
【００１６】
第５構成記載の発明によれば、添加ガスモニタをダストフィルタの流路内に配置している。従って、チャンバ内のガス循環用のファンの作り出すガス流によって、添加ガスモニタにレーザガスが供給されるので、添加ガスモニタにレーザガスを送り込むための手段を別途必要とせず、配管構造が簡単となる。
【００１７】
また、第６構成の発明は、
ＡｒＦエキシマレーザにおいて、
酸素、二酸化炭素、窒素、或いは四フッ化炭素の少なくともいずれか１つの添加ガスを、温度制御によりチャンバ内に給排気する化学平衡装置を備えている。
【００１８】
第６構成記載の発明によれば、化学平衡装置を温度制御することにより添加ガスをチャンバに給排気している。従って、レーザガスの圧力Ｐを変えずに添加ガスの濃度Ｃを変更可能であり、常に一定の圧力でＡｒＦエキシマレーザを発振させることが可能となってレーザのパワーが安定する。また、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくとも、温度制御によってその濃度Ｃを制御可能であり、添加ガスモニタが不要となる。さらに、添加ガスの消耗がなく、ランニングコストが安価となる。
【００１９】
また、第７構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時にレーザのパワーを一定に制御するパワー安定制御を行ない、
所定バースト発振回数ごとのバースト発振時の電極間に印加された安定時電圧Ｖc を読み込んで今回バーストの安定時電圧Ｖc とし、
電極間に印加された今回バーストの安定時電圧Ｖc を所定の安定時電圧Ｖc0と比較し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0を越えたときは、添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
レーザを所定回数バースト発振した後のバースト発振時の安定時電圧Ｖc を今回バーストの安定時電圧Ｖc とし、この今回バーストの安定時電圧Ｖc を前回バーストの安定時電圧Ｖc と比較し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が前回バーストの安定時電圧Ｖc より減少したときは添加ガスが不足であると判断して添加ガスを供給し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が前回バーストの安定時電圧Ｖc より増加したときは添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後に所定量のレーザガスを給気するようにして、添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２０】
第７構成記載の発明によれば、パワー安定制御を行なった際の安定時電圧Ｖc が、所定値より低くなるように添加ガスを給排気している。これにより、低い安定時電圧Ｖc でレーザ発振を行なうことが可能となり、高圧電源にかかる負担が減少するとともに、レーザを安定して発振させることが可能である。
【００２１】
また、第８構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時に電極間に印加する電圧Ｖを一定に制御し、
所定時間ｔ0 だけ発振を休止した後のバースト発振時のスパイクエネルギーＥs と安定時の収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥを算出して所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較し、
スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 より大きいときは添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
まず、前記スパイク特性ｄＥを添加前スパイク特性ｄＥ1 として記憶し、
チャンバ内に添加ガスを所定量供給した後、所定時間後にバースト発振した時のスパイク特性ｄＥを算出してこれを前記添加前スパイク特性ｄＥ1 と比較し、スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 以下の場合は添加ガスが不足であると判断してさらに添加ガスを供給し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 より大きい場合は添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後、所定量のレーザガスを給気するようにして、添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２２】
第８構成記載の発明によれば、電圧Ｖを一定に制御した際のスパイク特性ｄＥが、所定値より低くなるように添加ガスの給排気を行なっている。これにより、各パルスにおけるスパイク発振時と安定時とのパルスエネルギーＥの差が小さくなって、各パルスのパルスエネルギーＥの均一性が増し、パワー安定制御を容易に行なうことができる。
【００２３】
また、第９構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時にレーザのパワーを一定に制御するパワー安定制御を行ない、
所定時間ｔ0 だけ発振を休止した直後のバースト発振時のスパイク電圧Ｖs と安定時の安定時電圧Ｖc との差であるスパイク電圧差ｄＶを算出して所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較し、
スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 より大きいときは添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
まず、前記スパイク電圧差ｄＶを添加前スパイク電圧差ｄＶ1 として記憶し、チャンバ内に添加ガスを所定量供給した後、所定時間後にバースト発振した時のスパイク電圧差ｄＶを算出してこれを前記添加前スパイク電圧差ｄＶ1 と比較し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 以下の場合は添加ガスが不足であると判断してさらに添加ガスを供給し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 より大きい場合は添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後に所定量のレーザガスを給気するようにして添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２４】
第９構成記載の発明によれば、パワー安定制御時のスパイク電圧差ｄＶが所定値より低くなるように添加ガスを給排気している。従って、パワー安定制御時に印加する電圧Ｖのパルスごとの差が小さくなり、高圧電源の制御性が向上して、パワー安定制御が好適に行なわれるようになる。その結果、パルスごとのパルスエネルギーＥが均一化する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態において、前記従来技術の説明に使用した図、及びその実施形態よりも前出の実施形態の説明に使用した図と同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。
【００２６】
以下、Ｏ2 を含む種々の添加ガスについて、図に基づいて説明する。前記従来技術では、ＡｒＦエキシマレーザの出力特性を向上させる添加ガスとしてＯ2 が開示されているが、本出願人による実験結果により、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、四フッ化炭素（ＣＦ4 ）、窒素（Ｎ2 ）等のガスも、チャンバ内に所定濃度添加することによって同様の効果があることが判明している。図１〜図４は、前記Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＣＦ4 ，Ｎ2 の各添加ガスを、それぞれＡｒＦエキシマレーザのチャンバ内に添加した場合の各添加ガスの濃度Ｃと、ＡｒＦエキシマレーザのパワーとの関係を示している。これらの図より、各添加ガスを濃度Ｃが所定の範囲になるように添加することにより、パワーが増大することがわかる。また、図５に、Ｏ2 を添加しないときと１０ppm 添加したときとの、パワーの変動を示す。同図に示すように、Ｏ2 を１０ppm 添加することにより、時間の経過とともにパワーが低下する度合いが、非常に小さくなっている。尚、ＡｒＦエキシマレーザは一般的にパルス発振であるので、以下レーザのパワーと言う場合には、パルスエネルギーの単位時間当たりの平均値を指すものとする。
【００２７】
まず、図６〜図８に基づいて、第１の実施形態を説明する。図６は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示しており、添加ガスをＯ2 として説明する。同図において、ＡｒＦエキシマレーザは、レーザガスを密閉封入するチャンバ１と、このチャンバ１内部の各種のガスや空気を排気する排気モジュール２と、チャンバ１にレーザガスを給気する給気モジュール３と、チャンバ１に添加ガスであるＯ2 ガスを添加する添加モジュール４と、チャンバ１内部の添加ガスの濃度をモニタリングする添加ガスモニタ５と、レーザガス及び添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニット６とを備えている。
【００２８】
まず、チャンバ１は、真空及び高圧に対する耐圧容器であり、この内部に所定の分圧比で混合されたレーザガスを密封し、電極７，７間で放電を起こしてレーザ光を発振させるようになっている。
【００２９】
次に、排気モジュール２は、ガスや空気を排気する真空ポンプ８と、真空ポンプ８から排気されたガスの内部に含まれる腐食性のフッ素（Ｆ2 ）ガスを例えばアルカリ溶液等と化学反応させて中和させ、ガスの腐食性をなくす働きをするＦ2 除去装置１１と、排気を制御する排気バルブ１０と、これらの真空ポンプ８、Ｆ2 除去装置１１及び排気バルブ１０をチャンバ１に接続する排気配管９とを備えている。尚、この排気バルブ１０は電気信号によって開閉される電磁バルブであり、真空ポンプ８も電気信号によってその作動を制御可能となっている。
【００３０】
また、給気モジュール３は、ＡｒとＮｅとＦ2 との混合気体からなる第１のレーザガスを充填した第１のレーザガスボンベ１３と、この第１のレーザガスの給気を制御する第１の給気バルブ１５と、これら第１のレーザガスボンベ１３及び第１の給気バルブ１５をチャンバ１に接続する第１の給気配管１４とを備えている。さらに、この給気モジュール３は、ＡｒとＮｅとの混合気体からなる第２のレーザガスを充填した第２のレーザガスボンベ１６と、この第２のレーザガスの給気を制御する第２の給気バルブ１８と、これら第２のレーザガスボンベ１６及び第２の給気バルブ１８をチャンバ１に接続する第２の給気配管１７とを備えている。尚、これら第１、第２の給気バルブ１５，１８は、電気信号によって開閉される電磁バルブである。
【００３１】
そして、添加モジュール４は、添加ガス（本実施形態では例えばＯ2 ）を充填した添加ガスボンベ２０と、添加ガスのチャンバ１への供給を制御するガス添加手段の一例として添加バルブ２１と、これら添加ガスボンベ２０及び添加バルブ２１をチャンバ１に接続する添加配管２２とを備えている。この添加バルブ２１は、電気信号によって開閉される電磁バルブである。
【００３２】
また、添加ガスモニタ５は、チャンバ１外部へレーザガスを取り出すためのモニタ配管２４と、チャンバ１外部へ取り出したレーザガス中のＦ2 を除去するＦ2 除去装置２５と、取り出したレーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定する添加ガスセンサ２６と、この測定を終了したレーザガスを大気中またはレーザガス中に排出する排気ポンプ２７と、モニタ配管２４の中間に設置された第１、第２のモニタバルブ２９，３０とを備えている。この添加ガスセンサ２６は、測定した添加ガスの濃度Ｃに応じた出力信号を出力するもので、Ｏ2 の濃度を測定する添加ガスセンサ２６の一例としては、例えばガルバニ電池式の酸素分析計が好適である。
【００３３】
そして、ガスコントロールユニット６は、チャンバ１に接続されてチャンバ１内部の圧力に応じた出力信号を出力する圧力センサ３３と、ガスコントローラ３４とを備えている。このガスコントローラ３４は、圧力センサ３３及び添加ガスセンサ２６に電気的に接続され、これらのセンサから入力された出力信号を演算し、チャンバ１内の圧力Ｐ及びレーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出することが可能である。また、このガスコントローラ３４は、電気信号を出力して前記排気バルブ１０、第１、第２の給気バルブ１５，１８、第１、第２のモニタバルブ２９，３０及び添加バルブ２１のそれぞれの開閉や、真空ポンプ８及び排気ポンプ２７のそれぞれの作動を操作することが可能である。
【００３４】
以下、添加ガスの給排気の手順について説明する。
【００３５】
まず、図７に、添加ガスモニタ５によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定するための手順の一例をフローチャートで示す。このとき、チャンバ１内部にはレーザガスが所定の圧力Ｐだけ充填されているものとする。尚、以下のフローチャートにおいて、各ステップ番号にはＳを付して表す。
【００３６】
まず、ガスコントローラ３４は、第１のモニタバルブ２９に開指令を出力する（Ｓ１）。すると、レーザガスの一部がモニタ配管２４を通ってＦ2 除去装置２５に入り、その中に含まれている腐食性を有するＦ2 を除去された後、添加ガスセンサ２６に入る。次に、所定時間の後、ガスコントローラ３４は第１のモニタバルブ２９に閉指令を出力する（Ｓ２）。これにより、所定量のレーザガスが添加ガスセンサ２６内に閉じ込められる。そしてガスコントローラ３４はレーザガス中の添加ガス（Ｏ2 ）の濃度Ｃに対応した出力信号を添加ガスセンサ２６から受信し、所定の演算によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ３）。検出終了後、ガスコントローラ３４は、排気ポンプ２７に作動指令を出力し（Ｓ４）、第２のモニタバルブ３０に開指令を出力する（Ｓ６）。これにより、添加ガスセンサ２６中のレーザガスは排出され、大気中に放出される。そして、所定時間後、ガスコントローラ３４は第２のモニタバルブ３０に閉指令を出力し（Ｓ７）、排気ポンプ２７に停止指令を出力する（Ｓ８）。以上の手順によって、添加ガスの濃度測定を終了する。
【００３７】
次に図８に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。尚、このとき、チャンバ１内には、所定のレーザガスが充填されているものとする。
【００３８】
まず、ガスコントローラ３４は、図７に示した手順に従って、チャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ１１）。そしてこの濃度Ｃを予め定めた所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 （Ｃ1 ＜Ｃ2 ）と比較する（Ｓ１２）。Ｏ2 の場合、図１に示すように、例えばＣ1 ＝５ppm 、Ｃ2 ＝５０ppm が好ましい。
【００３９】
そして、Ｓ１２において、濃度Ｃの値に応じて、次のような各ステップに移行する。
(1) Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の場合、添加ガスの濃度Ｃは適切な範囲にあると判断し、Ｓ１１に戻って、添加ガスの濃度Ｃを再度検出する。
(2) Ｃ＜Ｃ1 の場合、添加ガスは不足していると判断し、ガスコントローラ３４は添加バルブ２１に開指令を出力する（Ｓ１４）。そして、所定の時間だけ添加バルブ２１を開いた後、添加バルブ２１に閉指令を出力する（Ｓ１５）。そして、Ｓ１１に戻って、添加ガスセンサ２６の出力を再度検出する。
(3) Ｃ＞Ｃ2 の場合、添加ガスが過剰であると判断し、まずガスコントローラ３４は、圧力センサ３３からの出力信号に基づいてチャンバ１内の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを初期圧Ｐ0 として記憶する（Ｓ１７）。そして、真空ポンプ８に作動指令を、排気バルブ１０に開指令をそれぞれ出力する（Ｓ１８）。そして、チャンバ１内の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを所定の第１の圧力設定値Ｐ1 と比較してＰ＜Ｐ1 となるまで待ち（Ｓ１９）、排気バルブ１０に閉指令を出力する（Ｓ２１）。次に、ガスコントローラ３４は第１の給気バルブ１５に開指令を出力し（Ｓ２２）、チャンバ１内の圧力Ｐを検出してこの圧力Ｐを所定の第２の圧力設定値Ｐ2 と比較し、Ｐ≧Ｐ2 となるまで待ち（Ｓ２３）、第１の給気バルブ１５に閉指令を出力する（Ｓ２４）。次に、第２の給気バルブ１８に開指令を出力し（Ｓ２５）、チャンバ１内の圧力Ｐを初期圧Ｐ0 と比較し、Ｐ≧Ｐ0 となるまで待ち（Ｓ２６）、第２の給気バルブ１８に閉指令を出力する（Ｓ２７）。そして、Ｓ１１に戻って、添加ガスセンサ２６の出力を再度検出する。
【００４０】
以上の手順により、添加ガスの濃度Ｃを、所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 に収めることが可能となる。
【００４１】
このとき、前記第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 を適切な値に設定することにより、添加ガスを添加した後のレーザガス中のＦ2 の濃度を、排気前の濃度と等しくすることが可能である。或いは、第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 を所望の値に設定することにより、Ｆ2 の濃度を排気前より高くすることも低くすることも可能である。即ち、第１のレーザガスボンベ１３からレーザガスを給気する割合が大きいほど、チャンバ１内のレーザガス中のＦ2 濃度が高くなる。或いは、Ｆ2 濃度を決定するにあたり、チャンバ１にＦ2 の濃度を測定するＦ2 センサ（図示せず）を接続し、このＦ2 センサからの出力信号をガスコントローラ３４で演算して、第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 をそれぞれ決定するようにしてもよい。このＦ2 センサとしては、例えば特公平７−１８８６２号公報に開示されたフッ素濃度測定装置が好適である。また、所望するＦ2 濃度によっては、図８に示した手順においてＳ２２〜Ｓ２４を省略し、レーザガスを第２のレーザガスボンベ１６のみから給気したり、前記所定の圧力設定値Ｐ2 を初期圧Ｐ0 としてＳ２５〜Ｓ２７を省略することにより、レーザガスを第１のレーザガスボンベ１３のみから給気したりすることも可能である。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、添加ガスセンサ２６によってチャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃをモニタリングし、この濃度Ｃが常に所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）にあるように添加ガスをチャンバ１に給排気している。即ち、添加ガスの濃度Ｃがレーザの出力特性に対して最適な範囲にあるように添加ガスを給排気しているので、レーザのパワーが常に高い値を保ち、かつ安定化する。さらに、添加ガスの給排気を行なった後も、チャンバ１内の圧力Ｐが所定の圧力を保つようにしているので、添加ガスを添加したことによる放電の乱れなどが起こらない。このため、常に放電を好適な状態に保ってレーザ発振を行なうことができ、レーザガスの寿命が長くなる。
【００４３】
尚、このとき、添加ガスボンベ２０の内容をＡｒ，Ｎｅ、及び添加ガスであるＯ2 の混合ガスとしてもよい。このようにすることにより、添加バルブ２１を開いた際に、チャンバ１内に供給される添加ガスの時間当たりの量が減るので、一度に添加ガスが大量にチャンバ１内に入ることがなく、添加ガスの濃度Ｃをより精密に制御することが可能となる。
【００４４】
次に、図９、図１０に基づいて、第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示しており、添加ガスを例えばＣＯ2 として説明する。同図において、添加モジュール４は、ＣＯ2 を充填した添加ガスボンベ２０と、添加バルブ２１と、添加配管２２とを備えている。
【００４５】
また、添加ガスモニタ５は、添加ガスの濃度Ｃを計測する添加ガスセンサ２６と、チャンバ１内部のガスを一部取り出し、添加ガスセンサ２６を通過させてチャンバ１内部に戻す循環ポンプ３６と、これら添加ガスセンサ２６及び循環ポンプ３６をチャンバ１に接続するモニタ配管２４と、モニタ配管２４の中間に設置された第１〜第３のモニタバルブ２９〜３１とを備えている。
【００４６】
本実施形態における添加ガスセンサ２６としては、例えば赤外線式ガス分析計（ＦＴＩＲ：Fourier Transform InfRared spectroscopy ）が好適である。この赤外線式ガス分析計は、チャンバ１から循環ポンプによって取り出したレーザガスを耐腐食性を有するガスセル（図示せず）に封入し、このガスセルに赤外線光を照射してその透過光を分光器で分析して、レーザガスに含まれるＣＯ2 ガスの濃度Ｃを測定している。添加ガスセンサ２６は、このＣＯ2 ガスの濃度Ｃに応じて、出力信号をガスコントローラ３４に出力する。
【００４７】
図１０に、本実施形態に係る添加ガスモニタ５によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定するための手順の一例をフローチャートで示す。
【００４８】
まず、ガスコントローラ３４は、循環ポンプ３６に作動指令、第１〜第３のモニタバルブ２９〜３１に開指令をそれぞれ出力する（Ｓ３１）。すると、循環ポンプ３６によって、レーザガスの一部がモニタ配管２４に引き込まれて、添加ガスセンサ２６のガスセルに入り、測定が開始される。そしてガスコントローラ３４は、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃに対応した出力信号を添加ガスセンサ２６から受信し、所定の演算によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ３２）。以上の手順によって、添加ガスの濃度測定を終了する。
【００４９】
そして、図８に示したものと同様の手順に従って、添加ガスの給排気を行ない、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めている。尚、添加ガスがＣＯ2 の場合、図２に示すように、前記所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 は、例えばＣ1 ＝５ppm ，Ｃ2 ＝５０ppm が好ましい。
【００５０】
このように、本実施形態では添加ガスセンサ２６として赤外線式ガス分析計を用いている。これにより、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定する際に、レーザガスからＦ2 を除去する必要がなく、Ｆ2 除去装置２５が不要となって、添加ガス給排気装置の構成が簡単となる。また、循環ポンプ３６によって、添加ガスセンサ２６で測定したレーザガスをチャンバ１内に戻しているので、添加ガスの濃度Ｃを測定する際にレーザガスが大気に排出されず、レーザガスの消費量が少なくてすむ。
【００５１】
次に、図１１に基づいて、第３の実施形態を説明する。本実施形態は、添加ガスを例えばＮ2 として説明する。図１１は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示している。同図において、ＡｒＦエキシマレーザのチャンバ１には、電極７，７間にレーザガスを循環させるためのクロスフロー型のファン３７が備えられている。そして、チャンバ１には、レーザガス中に発生した微少な塵（以下ダストと言う）を除去するためのフィルタ４０を設置したダストフィルタ３８が、入口３８Ａ、出口３８Ｂを介して接続されている。同図に示すように、ファン３７によって生じるレーザガスの流れは入口３８Ａからこのダストフィルタ３８に入り、フィルタ４０を貫通してダストを除去され、出口３８Ｂからチャンバ１内に戻るようになっている。
【００５２】
また、添加モジュール４は、Ｎ2 を充填した添加ガスボンベ２０と、添加バルブ２１と、添加配管２２とを備えている。
【００５３】
そして、添加ガスモニタ５は、チャンバ１内部のガスに含まれる添加ガスの濃度Ｃを計測する添加ガスセンサ２６を、前記ダストフィルタ３８内部の入口３８Ａ近傍に備えている。このとき、ファン３７によって生じたレーザガスの流れの一部は、添加ガスセンサ２６に導入されて添加ガスの濃度Ｃを分析される。この添加ガスセンサ２６は、この添加ガスの濃度Ｃに応じた出力信号を前記ガスコントローラ３４に出力する。
【００５４】
ガスコントローラ３４は、この電気信号に基づいて添加ガスの濃度Ｃを検出する。そして、図８に示したものと同様の手順に基づいて添加ガスの給排気を行う。これにより、レーザガス中のＮ2 の濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めることが可能となる。尚、添加ガスがＮ2 及びＣＦ4 の場合、前記所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 は、それぞれ図３及び図４に示すように例えばＣ1 ＝１０ppm ，Ｃ2 ＝８０ppm が好ましい。
【００５５】
このように、本実施形態では、添加ガスセンサ２６をダストフィルタ３８内部のガス流路内に設置することにより、ファン３７の起こすレーザガスの流れの一部を添加ガスセンサ２６に取り込んで、添加ガスの濃度Ｃの計測を行なっている。これにより、前記第２の実施形態における循環ポンプ３６が不要となるので、ＡｒＦエキシマレーザ装置の構成が簡単となる。しかも、常にレーザガスが添加ガスセンサ２６に取り込まれているので、濃度Ｃの計測に複雑な手順を必要としない。
【００５６】
次に、図１２〜図１４に基づいて、第４の実施形態を説明する。図１２は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示している。同図において、添加モジュール４は、添加ガスをチャンバ１内に送り込む添加ガスポンプ４１と、添加ガスを発生させる添加ガス発生源４２と、この添加ガス発生源４２の上流側及び下流側に設けられた第１、第２の添加バルブ２１，２１と、添加配管２２とを備えている。
【００５７】
添加ガス発生源４２の例としては、内部に酸化カルシウム（ＣａＯ）の固体が充填された小チャンバが好適である。ガスコントローラ３４からの指令によって第１、第２の添加バルブ２１，２１が開き、添加ガスポンプ４１によってレーザガスがこの小チャンバに流れ込むと、下記の反応式で表される化学反応が起き、Ｏ2 が発生する。
【化１】
２ＣａＯ＋Ｆ2 →２ＣａＦ＋Ｏ2 ↑
【００５８】
これにより、第１、第２の添加バルブ２１，２１を開けることによって、添加ガスであるＯ2 を発生させ、チャンバ１内に添加することが可能となる。そして、図８に示したものと同様の手順に従って、添加ガスの給排気を行なうことにより、レーザガス中のＯ2 の濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めることが可能となる。
【００５９】
また、図１３に、添加モジュール４の他の実施例を示す。同図において、添加モジュール４は、空気中の水分を除去する水分除去装置４３と、水分を除去された空気をチャンバ１に送り込む添加ガスポンプ４１とを備えている。ガスコントローラ３４からの指令によって、添加ガスポンプ４１及び水分除去装置４３を作動させ、添加バルブ２１を開くことにより、水分を除去された空気がチャンバ１内部に送り込まれ、チャンバ１内部のＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。
【００６０】
図１４に、本実施形態の他の実施例として、化学平衡装置４４を備えた添加ガス給排気装置の配管図を示す。同図において、添加モジュール４は、添加ガスをチャンバ１内に送り込む添加ガスポンプ４１と、化学平衡装置４４と、この化学平衡装置４４の上流側及び下流側に設けられた第１、第２の添加バルブ２１，２１と、添加配管２２とを備えている。
【００６１】
化学平衡装置４４には、例えば低温トラップと呼ばれるものがあり、低温槽を備えている。化学平衡装置４４は、ガスコントローラ３４と電気的に接続されており、ガスコントローラの指令に基づいて、この低温槽の温度を制御可能となっている。低温槽の内部には液化したＣＯ2 が充填されており、低温槽の温度を上げることにより、ＣＯ2 が気化する。これを添加ガスポンプ４１でチャンバ１内に送り込むことによって、レーザガス中に含まれるＣＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。また、低温槽の温度を下げることにより、レーザガス中に含まれるＣＯ2 を液化させ、チャンバ１内のＣＯ2 の濃度Ｃを低くすることも可能である。
【００６２】
このように、化学平衡装置の温度を制御することによって、チャンバ１内の添加ガスの濃度Ｃを変更可能であり、他の実施形態のように添加ガスの濃度Ｃを低くしたい場合にも、レーザガスを排気する必要がない。また、化学平衡装置の温度からチャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃが決定されるため、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくても濃度Ｃを所定の範囲内に収めることが可能であり、添加ガスモニタ５が不要となる。勿論、これに限定される必要はなく、添加ガスモニタ５を備え、添加ガスの濃度Ｃを測定して化学平衡装置の温度にフィードバックしてもよい。
【００６３】
或いは、化学平衡装置４４として、ＣＯ2 を吸着する吸着金属と、この吸着金属の温度を制御する温度制御器とを備えていてもよい。ＣＯ2 を吸着させた吸着金属の温度を上昇させればＣＯ2 が気化し、吸着金属の外部にＣＯ2 ガスとなって遊離する。これを添加ガスポンプ４１でチャンバ１内に送り込むことにより、ＣＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。また、吸着金属の温度を下げることにより、レーザガス中に含まれるＣＯ2 を吸着金属に吸着させ、ＣＯ2 の濃度Ｃを低くすることも可能である。このように、ＣＯ2 を所定の量だけガスに気化させられるので、チャンバ１内のＯ2 の濃度Ｃを所定の範囲にすることが可能となる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、添加ガスボンベ２０を別途必要とせず、ＡｒＦエキシマレーザが小型化する。また、添加ガスを消費しないため、ＡｒＦエキシマレーザを稼働させる際のランニングコストが安価となる。さらに、化学平衡装置４４を備えれば、チャンバ１内の添加ガスの濃度Ｃを増減可能であり、常に一定の圧力Ｐを保ちながら添加ガスの濃度Ｃを変化させられるので、放電がより安定となる。さらに、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくとも温度制御によってこれを所定の範囲内に収めることが可能となり、添加ガスモニタ５が不要となる。
【００６５】
次に、図１５〜図２０に基づいて、第５の実施形態を説明する。
【００６６】
まず、図１５に、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示す。同図において、ＡｒＦエキシマレーザは、レーザ光のパルスエネルギーＥをモニタリングして、その値に応じた電気信号を出力するパルスエネルギーモニタ４５と、その電気信号に基づいてＡｒＦエキシマレーザのパルスエネルギーＥを算出し、このパルスエネルギーＥが所定の値になるように電極７，７間に印加する電圧Ｖを制御するレーザコントローラ４６と、レーザコントローラ４６からの指令に基づいて電極７，７間に電圧Ｖを印加する高圧電源４７と、チャンバ内部のＦ2 の濃度を検出するＦ2 センサ４８とを備えている。このとき、レーザコントローラ４６はガスコントローラ３４と電気的に接続され、互いに出力信号を送受信している。また、Ｆ2 センサ４８は、チャンバ内部のＦ2 濃度に応じた電気信号をガスコントローラ３４に出力する。
【００６７】
ＡｒＦエキシマレーザが例えばステッパの光源として使用される場合には、所定パルス数Ｎだけパルス発振した後、所定時間ｔ0 だけ発振を休止し、また所定パルス数Ｎだけパルス発振を行なうというように間欠的な発振を繰り返すのが常である。このような発振方法をバースト発振と呼び、所定パルス数Ｎのパルス発振を１バーストと言う。図１６に、電極７，７間に印加する電圧Ｖを一定にした場合の、１パルスのエネルギーであるパルスエネルギーＥの変動を示す。同図に示すように、電圧Ｖを一定にしてバースト発振を行なうと、所定時間ｔ0 だけ発振を休止した後に発振させた直後のパルスエネルギーＥ（以下、これをスパイクエネルギーＥs と呼ぶ）は、発振を休止する直前のパルスエネルギーＥ（以下、これを収束エネルギーＥB と呼ぶ）よりも大きいという性質がある。そして、このスパイクエネルギーＥs はしだいに小さくなり、収束エネルギーＥB に収束する。このように、停止直後の発振時にパルスエネルギーＥが大きくなる現象をスパイク発振と呼び、スパイク発振が収束したときを安定時と呼ぶ。
【００６８】
ところが、ＡｒＦエキシマレーザをステッパの光源として使用する際には、各パルスにおけるパルスエネルギーＥは、できる限り均一であることが好ましい。そのため、レーザコントローラ４６は図１７に示すように、スパイクエネルギーＥs のばらつきをなくすために、スパイク発振時に電圧Ｖを初期電圧Ｖs から徐々に上げている。また、レーザコントローラ４６は、安定時にも収束エネルギーＥB がより均一な安定時エネルギーＥc となるように、安定時電圧Ｖc をも制御している。このようなパワー安定制御を行なった際の、パルスエネルギーＥの推移を図１８に示す。
【００６９】
このようなパワー安定制御を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃと安定時電圧Ｖc との関係のグラフを、図１９に示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、安定時電圧Ｖc は所定の安定時電圧Ｖc0以下となる。このように、低い安定時電圧Ｖ0 以下でレーザ発振を行なうことが、レーザのパルスエネルギーＥの安定化にとって、最も好ましい。故に、本実施形態では、パワー安定制御を行なったときの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００７０】
図２０に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。まず、レーザコントローラ４６は、所定の手順に従ってパワー安定制御を行ない、ＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ３８）。このとき、ガスコントローラ３４は、Ｆ2 センサ４８の出力を演算してチャンバ内部のＦ2 濃度を検出し、このＦ2 濃度が所定の範囲内にあるか否かを検知する（Ｓ３９）。そして、Ｆ2 濃度が所定の値を保っていなければ、図８のＳ１７〜Ｓ２７に示したレーザガスの給排気手順に従ってレーザガスを給排気し、Ｆ2 濃度を所定の範囲に収める（Ｓ４０）。これは、添加ガスの濃度Ｃと同様にＦ2 濃度もレーザのパワーに密接に関係しているため、Ｆ2 濃度を所定の範囲内に保った状態でなければ、添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲に収めてもレーザのパワーが安定にならないからである。そして、ガスコントローラ３４は、レーザコントローラ４６から現在の安定時電圧Ｖc を読み込み（Ｓ４１）、この安定時電圧Ｖc を、前記所定の安定時電圧Ｖc0と比較する（Ｓ４２）。このとき、Ｖc ≦Ｖc0であれば添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７１】
また、Ｓ４２で、Ｖc ＞Ｖc0であれば、ガスコントローラ３４は安定時電圧Ｖc を添加前安定時電圧Ｖc1として記憶し（Ｓ４３）、所定時間後、再度安定時電圧Ｖc を読み込み（Ｓ４４）、これを添加前安定時電圧Ｖc1と比較する（Ｓ４６）。尚、この所定時間は、チャンバ１内部の添加ガスの濃度が前記発明の課題で述べた化学反応によって増加する程度の時間である。そして、Ｓ４６でＶc ≦Ｖc1であれば、添加ガスの濃度Ｃが不足であると判断し、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ４７）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ４８）。或いはＳ４８において、圧力センサ３３よりの出力信号に基づき、所定の圧力Ｐx になったときに添加バルブ２１に閉指令を出力するようにして添加ガスを添加してもよい。そして、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７２】
また、Ｓ４６でＶc ＞Ｖc1であれば、レーザコントローラ４６は、添加ガスの濃度Ｃが過剰であると判断し、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ４９）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ５１）。そして、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、レーザのパルスエネルギーを制御するときの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0以下となるよう、添加ガスの濃度Ｃを制御している。これにより、より低い安定時電圧Ｖc でレーザ発振を行なうことができ、高圧電源の負担が軽くなるとともに、レーザを安定して発振させることが可能である。
【００７４】
次に、図２１〜図２４に基づいて、第６の実施形態を説明する。図２１に、電極７，７間に印加する電圧Ｖを一定としてバースト発振を行なった場合の、添加ガスの添加の有無による、パルスエネルギーＥの変動を示す。同図に示すように、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）になるように給排気することにより、前記収束エネルギーＥB が増大し、スパイクエネルギーＥs と収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥが小さくなる。
【００７５】
図２２に、電圧Ｖ一定でバースト発振を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃとスパイク特性ｄＥとの関係を示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、スパイク特性ｄＥは所定のスパイク特性ｄＥ0 以下となっている。このように、スパイク特性ｄＥが低い状態でパワー安定制御を行なえば、電極７，７間に印加する電圧Ｖの各パルスごとの差が小さくなる。その結果、パルスエネルギーＥの均一性が向上し、パワー安定制御を行なう場合にパワー安定制御の正確性が増し、する。故に、本実施形態では、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００７６】
図２３に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。このときの、添加ガス給排気装置の配管図は、図１５に示したものと同様である。図２３において、まずレーザコントローラ４６は、高圧電源４７に指令を送信し、電圧Ｖを一定にしてＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ６１）。そして、パルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイクエネルギーＥs と収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥを算出し（Ｓ６２）、これを前記所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較する（Ｓ６３）。このとき、ｄＥ≦ｄＥ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ６２に戻る。
【００７７】
また、Ｓ６３でｄＥ＞ｄＥ0 であれば、ガスコントローラ３４はスパイク特性ｄＥを添加前スパイク特性ｄＥ1 として記憶し（Ｓ６４）、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ６６）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ６７）。そして、さらに所定時間経過後のバースト発振時にパルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイク特性ｄＥを算出し（Ｓ６８）、これを所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較する（Ｓ６９）。このとき、ｄＥ≦ｄＥ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ６２に戻る。
【００７８】
また、Ｓ６９でｄＥ＞ｄＥ0 であれば、現在のスパイク特性ｄＥと添加前スパイク特性ｄＥ1 とを比較し（Ｓ７１）、ｄＥ≦ｄＥ1 であれば、Ｓ６６〜Ｓ６７で添加ガスを添加したにも拘らず、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 にまだ達していないと判断して、さらに添加ガスを添加すべくＳ６４に戻る。
【００７９】
そして、Ｓ７１でｄＥ＞ｄＥ1 であれば、レーザコントローラ４６は、添加前の添加ガスの濃度Ｃが高過ぎたために、Ｓ６６〜Ｓ６７で添加ガスを添加した結果、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 よりもさらに大きくなったと判断する。そして、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ７２）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ７３）。そして、Ｓ６２に戻る。
【００８０】
次に、図２４〜図２６に基づいて、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の他の実施例を説明する。図２４に、バースト発振時にパルスエネルギーＥが一定となるようにパワー安定制御を行なった場合の、添加ガスの有無による電圧Ｖの変動を示す。前述したように、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）になるように給排気することによって収束エネルギーＥB が大きくなるため、これが一定になるように制御することで、安定時電圧Ｖc が低くなる。その結果、安定時電圧Ｖc とスパイク電圧Ｖs との差であるスパイク電圧差ｄＶが小さくなる。
【００８１】
また、図２５に、パワー安定制御を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃとスパイク電圧差ｄＶとの関係を示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、スパイク電圧差ｄＶは所定のスパイク電圧差ｄＶ0 以下となっている。このように、スパイク電圧差ｄＶが低い状態でパワー安定制御を行なえば、電極７，７間に印加する電圧Ｖの各パルスごとの差が小さくなる。その結果、高圧電源の制御性が向上して、パワー安定制御が好適に行なわれるようになり、パルスごとのパルスエネルギーＥが均一化する。故に、本実施例では、スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００８２】
図２６に、添加ガスの給排気の手順の他の一例を、フローチャートで示す。まず、レーザコントローラ４６は、高圧電源４７に指令を送信し、パワー安定制御を行なってＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ８１）。そして、パルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、バースト発振の最初の電圧Ｖs と安定時の電圧Ｖc との差であるスパイク電圧差ｄＶを算出し（Ｓ８２）、これを所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較する（Ｓ８３）。このとき、ｄＶ≦ｄＶ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ８２に戻る。
【００８３】
また、Ｓ８３でｄＶ＞ｄＶ0 であれば、ガスコントローラ３４はスパイク電圧差ｄＶを添加前スパイク電圧差ｄＶ1 として記憶し（Ｓ８４）、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ８６）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ８７）。そして、さらに所定時間経過後のバースト発振時にパルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイク電圧差ｄＶを算出し（Ｓ８８）、これを所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較する（Ｓ８９）。そして、ｄＶ≦ｄＶ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ８２に戻る。
【００８４】
また、Ｓ８９でｄＶ＞ｄＶ0 であれば、現在のスパイク電圧差ｄＶと添加前スパイク電圧差ｄＶ1 とを比較し（Ｓ９１）、ｄＶ≦ｄＶ1 であれば、添加前の添加ガスの濃度Ｃが低過ぎたために、Ｓ８６〜Ｓ８７で添加ガスを添加したにも拘らず、スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 にまだ達していないと判断して、さらに添加ガスを添加すべくＳ８４に戻る。
【００８５】
そして、Ｓ９１でｄＶ＞ｄＶ1 であれば、レーザコントローラ４６は、添加前の添加ガスの濃度Ｃが高過ぎたために、Ｓ８６〜Ｓ８７で添加ガスを添加した結果、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 よりもさらに大きくなったと判断する。そして、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ９２）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ９３）。そして、Ｓ６２に戻る。
【００８６】
尚、このような添加ガスの給排気は、レーザガス入れ替え後の調整発振時に行なってもよい。即ち、ＡｒＦエキシマレーザは、立ち上げ時やレーザガスが劣化したと判断した時などに、チャンバ１内のレーザガスをすべて排気し、新しいレーザガスを給気する。このガス入れ替え後、波長を調整するために、調整発振と呼ばれるバースト発振を行なう。この調整発振を行なっているときには、レーザ光は図示しないシャッタによって遮られ、ステッパに到達しない。この調整発振時に、前記のような方法で添加ガスを給排気するようにすれば、ステッパにレーザ光が到達するときには、常に添加ガスの濃度Ｃが最適な範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）で添加されていることになり、出力特性が最適化されたレーザ光のみがステッパに到達する。これにより、このレーザ光を利用するステッパの半導体生産の歩留りが向上する。
【００８７】
また、最初に図２３に示した手順に従って添加ガスを給排気し、その後に図２６に示した手順に従って、再度給排気を行なうようにしてもよい。これにより、電圧Ｖが一定の時とパワー安定制御時との双方の発振状態において、添加ガスの濃度Ｃを調整するので、濃度Ｃをより好適な範囲内に収めることができる。
【００８８】
以上のように、本発明によれば、Ｏ2 ，ＣＦ4 ，Ｎ2 ，ＣＯ2 等の添加ガスをチャンバ１内に加えることにより、ＡｒＦエキシマレーザのパルスエネルギーを増大させ、出力特性を向上させることができる。また、これらの添加ガスのチャンバ１内の濃度Ｃをモニターし、この濃度Ｃが所定の範囲内に収まるように添加ガスを給排気しているので、常に最適な状態でレーザ発振が行なわれ、ＡｒＦエキシマレーザの出力特性を向上させることができる。
【００８９】
尚、添加ガスの濃度Ｃを検出するための添加ガスセンサ２６の他の例としては、ＧＣＭＳ(Gas Chromatographt MassSpectrometer) 、熱伝導式ガス分析計、ジルコニア式酸素分析計等があり、添加ガスの種類によってこれらを使い分ければよい。
【００９０】
また、上記の説明では、Ｏ2 、Ｎ2 、ＣＯ2 、ＣＦ4 等の添加ガスをそれぞれ単独で給排気するように説明したが、これらを組み合わせて給排気してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｏ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図２】ＣＯ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図３】Ｎ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図４】ＣＦ4 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図５】Ｏ2 ガスの添加による、パワーの変動を示すグラフ。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図７】添加ガスの濃度測定の手順の一例を示すフローチャート。
【図８】添加ガスの添加を行なうための手順の一例を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１０】添加ガスの濃度測定手順の一例を示すフローチャート。
【図１１】第３の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１２】第４の実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図１３】添加モジュールの他の実施例を示す説明図。
【図１４】添加ガス給排気装置の配管図の他の実施例。
【図１５】第５の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１６】電圧一定時のパルスエネルギーの変動を示すグラフ。
【図１７】パワー安定制御時の電圧の変動を示すグラフ。
【図１８】パワー安定制御時のパルスエネルギーの推移を示すグラフ。
【図１９】パワー安定制御時の、添加ガスの濃度と電圧との関係を示すグラフ。
【図２０】添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図２１】添加ガスの添加の有無によるパルスエネルギーの変動を示すグラフ。
【図２２】添加ガスの濃度とスパイク特性との関係を示すグラフ。
【図２３】第６の実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図２４】添加ガスの添加の有無による電圧の変動を示すグラフ。
【図２５】添加ガスの濃度とスパイク電圧差との関係を示すグラフ。
【図２６】添加ガスの給排気の手順の他の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…排気モジュール、３…給気モジュール、４…添加モジュール、５…添加ガスモニタ、６…ガスコントロールユニット、７…電極、８…真空ポンプ、９…排気配管、１０…排気バルブ、１１…Ｆ2 除去装置、１３…第１のレーザガスボンベ、１４…第１の給気配管、１５…第１の給気バルブ、１６…第２のレーザガスボンベ、１７…第２の給気配管、１８…第２の給気バルブ、２０…添加ガスボンベ、２１…添加バルブ、２２…添加配管、２４…モニタ配管、２５…Ｆ2 除去装置、２６…添加ガスセンサ、２７…排気ポンプ、２９…第１のモニタバルブ、３０…第２のモニタバルブ、３１…第３のモニタバルブ、３３…圧力センサ、３４…ガスコントローラ、３６…循環ポンプ、３７…ファン、３８…ダストフィルタ、４０…フィルタ、４１…添加ガスポンプ、４２…添加ガス発生源、４３…水分除去装置、４４…化学平衡装置、４５…パルスエネルギーモニタ、４６…レーザコントローラ、４７…高圧電源、４８…Ｆ2 センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｒＦエキシマレーザのチャンバ内部に添加ガスを添加して、レーザの出力特性を最適化する、ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザのチャンバ内に酸素（Ｏ2 ）を添加ガスとして添加し、エキシマレーザのパワーを増大させ、かつ安定させて出力特性を向上させる方法が知られており、例えばＵＳＰ５，３０７，３６４号に示されている。これは、エキシマレーザのレーザガスの希釈ガス中にＯ2 濃度を１０〜５０ppm 加えることにより、前記パワーが増大するというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ＵＳＰ５，３０７，３６４号に開示された従来技術には、次に述べるような問題点がある。
【０００４】
即ち、エキシマレーザのチャンバ内には、チャンバ内面や内部の部品に付着している水（Ｈ2 Ｏ）や、チャンバ内金属酸化物（ＭＯ）等が存在している。この水（Ｈ2 Ｏ）や金属酸化物（ＭＯ）がレーザガス中のフッ素（Ｆ2 ）と化学反応を行ない、酸素原子が酸素ガスの分子（Ｏ2 ）となってレーザガス中に混じることがある。このように、化学反応によってチャンバ内のレーザガス中のＯ2 濃度が徐々に上昇し、エキシマレーザの出力特性にとって最適な濃度範囲を越えてしまうため、レーザのパワーが減少するという問題がある。
【０００５】
しかしながら、前記従来技術には、一たび充填したチャンバ内のレーザガス中の添加ガスの濃度に関してはまったく記載がなく、これを制御するすべも記されていない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、チャンバ内の添加ガス濃度を所定の範囲内に収めて、ＡｒＦエキシマレーザのパワーを増大させ、かつ安定化することの可能な、ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１構成の発明は、
ＡｒＦエキシマレーザにおいて、
酸素、二酸化炭素、窒素、或いは四フッ化炭素の少なくともいずれか１つの添加ガスをチャンバ内に添加する添加モジュールと、
それぞれの添加ガスのチャンバ内部の濃度Ｃを検出する添加ガスモニタと、
濃度Ｃを所定の範囲内に収めるように添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニットとを備えている。
【０００８】
第１構成に記載の発明によれば、ガスコントロールユニットにより、添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲内にあるようにコントロールしている。従って、低い電圧Ｖで、高いパワーを安定的に得ることが可能であり、レーザの出力特性を向上させることができる。
【０００９】
また、第２構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、
添加ガスを充填した添加ガスボンベと、
添加ガスをチャンバ内部に導入するガス添加手段とを備えている。
【００１０】
第２構成記載の発明によれば、添加モジュールとして、添加ガスボンベと例えば添加バルブ等のガス添加手段とを備えている。従って、第１構成の発明の効果に加えて、添加バルブの開閉によって添加ガスを精度よくチャンバに添加でき、また、添加モジュールの構成が簡単となる。
【００１１】
また、第３構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、レーザガスと酸化物とを反応させて添加ガスを発生させる添加ガス発生源を備えている。
【００１２】
第３構成記載の発明によれば、レーザガスを酸化物と反応させて添加ガスを発生させ、これをチャンバに添加している。従って、添加ガスボンベを必要としないので、ボンベ、配管を含めたレーザ構成全体を小型化できる。さらに、添加ガスの交換の手間が不要であって、補充分のランニングコストを低減できる。
【００１３】
また、第４構成の発明は、
第１構成記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュールは、空気中の水分を除去する水分除去装置を有する添加ガス発生源を備えている。
【００１４】
第４構成記載の発明によれば、空気中の水分を除去する水分除去装置を有している。即ち、大気を添加ガスの供給源としているので、添加ガス発生源の構成が簡単になるとともに、添加ガスのイニシャルコスト及びランニングコストが安価となる。
【００１５】
また、第５構成の発明は、
第１〜第４構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加ガスモニタは、チャンバの外部に付設され、かつファンのガス流を内部に導いてチャンバ内のダストを除去するダストフィルタのガス流路内に配置されている。
【００１６】
第５構成記載の発明によれば、添加ガスモニタをダストフィルタの流路内に配置している。従って、チャンバ内のガス循環用のファンの作り出すガス流によって、添加ガスモニタにレーザガスが供給されるので、添加ガスモニタにレーザガスを送り込むための手段を別途必要とせず、配管構造が簡単となる。
【００１７】
また、第６構成の発明は、
ＡｒＦエキシマレーザにおいて、
酸素、二酸化炭素、窒素、或いは四フッ化炭素の少なくともいずれか１つの添加ガスを、温度制御によりチャンバ内に給排気する化学平衡装置を備えている。
【００１８】
第６構成記載の発明によれば、化学平衡装置を温度制御することにより添加ガスをチャンバに給排気している。従って、レーザガスの圧力Ｐを変えずに添加ガスの濃度Ｃを変更可能であり、常に一定の圧力でＡｒＦエキシマレーザを発振させることが可能となってレーザのパワーが安定する。また、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくとも、温度制御によってその濃度Ｃを制御可能であり、添加ガスモニタが不要となる。さらに、添加ガスの消耗がなく、ランニングコストが安価となる。
【００１９】
また、第７構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時にレーザのパワーを一定に制御するパワー安定制御を行ない、
所定バースト発振回数ごとのバースト発振時の電極間に印加された安定時電圧Ｖc を読み込んで今回バーストの安定時電圧Ｖc とし、
電極間に印加された今回バーストの安定時電圧Ｖc を所定の安定時電圧Ｖc0と比較し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0を越えたときは、添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
レーザを所定回数バースト発振した後のバースト発振時の安定時電圧Ｖc を今回バーストの安定時電圧Ｖc とし、この今回バーストの安定時電圧Ｖc を前回バーストの安定時電圧Ｖc と比較し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が前回バーストの安定時電圧Ｖc より減少したときは添加ガスが不足であると判断して添加ガスを供給し、
今回バーストの安定時電圧Ｖc が前回バーストの安定時電圧Ｖc より増加したときは添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後に所定量のレーザガスを給気するようにして、添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２０】
第７構成記載の発明によれば、パワー安定制御を行なった際の安定時電圧Ｖc が、所定値より低くなるように添加ガスを給排気している。これにより、低い安定時電圧Ｖc でレーザ発振を行なうことが可能となり、高圧電源にかかる負担が減少するとともに、レーザを安定して発振させることが可能である。
【００２１】
また、第８構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時に電極間に印加する電圧Ｖを一定に制御し、
所定時間ｔ0 だけ発振を休止した後のバースト発振時のスパイクエネルギーＥs と安定時の収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥを算出して所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較し、
スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 より大きいときは添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
まず、前記スパイク特性ｄＥを添加前スパイク特性ｄＥ1 として記憶し、
チャンバ内に添加ガスを所定量供給した後、所定時間後にバースト発振した時のスパイク特性ｄＥを算出してこれを前記添加前スパイク特性ｄＥ1 と比較し、スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 以下の場合は添加ガスが不足であると判断してさらに添加ガスを供給し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 より大きい場合は添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後、所定量のレーザガスを給気するようにして、添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２２】
第８構成記載の発明によれば、電圧Ｖを一定に制御した際のスパイク特性ｄＥが、所定値より低くなるように添加ガスの給排気を行なっている。これにより、各パルスにおけるスパイク発振時と安定時とのパルスエネルギーＥの差が小さくなって、各パルスのパルスエネルギーＥの均一性が増し、パワー安定制御を容易に行なうことができる。
【００２３】
また、第９構成の発明は、
第１〜第６構成のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記ガスコントロールユニットは、
間欠的なバースト発振時にレーザのパワーを一定に制御するパワー安定制御を行ない、
所定時間ｔ0 だけ発振を休止した直後のバースト発振時のスパイク電圧Ｖs と安定時の安定時電圧Ｖc との差であるスパイク電圧差ｄＶを算出して所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較し、
スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 より大きいときは添加ガスの濃度Ｃが所定範囲内になく、給排気の必要があると判断し、
まず、前記スパイク電圧差ｄＶを添加前スパイク電圧差ｄＶ1 として記憶し、チャンバ内に添加ガスを所定量供給した後、所定時間後にバースト発振した時のスパイク電圧差ｄＶを算出してこれを前記添加前スパイク電圧差ｄＶ1 と比較し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 以下の場合は添加ガスが不足であると判断してさらに添加ガスを供給し、
スパイク特性ｄＥが添加前スパイク特性ｄＥ1 より大きい場合は添加ガスが過剰であると判断して、チャンバから所定量のレーザガスを排気した後に所定量のレーザガスを給気するようにして添加ガスの給排気をコントロールするようにしている。
【００２４】
第９構成記載の発明によれば、パワー安定制御時のスパイク電圧差ｄＶが所定値より低くなるように添加ガスを給排気している。従って、パワー安定制御時に印加する電圧Ｖのパルスごとの差が小さくなり、高圧電源の制御性が向上して、パワー安定制御が好適に行なわれるようになる。その結果、パルスごとのパルスエネルギーＥが均一化する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態において、前記従来技術の説明に使用した図、及びその実施形態よりも前出の実施形態の説明に使用した図と同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。
【００２６】
以下、Ｏ2 を含む種々の添加ガスについて、図に基づいて説明する。前記従来技術では、ＡｒＦエキシマレーザの出力特性を向上させる添加ガスとしてＯ2 が開示されているが、本出願人による実験結果により、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、四フッ化炭素（ＣＦ4 ）、窒素（Ｎ2 ）等のガスも、チャンバ内に所定濃度添加することによって同様の効果があることが判明している。図１〜図４は、前記Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＣＦ4 ，Ｎ2 の各添加ガスを、それぞれＡｒＦエキシマレーザのチャンバ内に添加した場合の各添加ガスの濃度Ｃと、ＡｒＦエキシマレーザのパワーとの関係を示している。これらの図より、各添加ガスを濃度Ｃが所定の範囲になるように添加することにより、パワーが増大することがわかる。また、図５に、Ｏ2 を添加しないときと１０ppm 添加したときとの、パワーの変動を示す。同図に示すように、Ｏ2 を１０ppm 添加することにより、時間の経過とともにパワーが低下する度合いが、非常に小さくなっている。尚、ＡｒＦエキシマレーザは一般的にパルス発振であるので、以下レーザのパワーと言う場合には、パルスエネルギーの単位時間当たりの平均値を指すものとする。
【００２７】
まず、図６〜図８に基づいて、第１の実施形態を説明する。図６は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示しており、添加ガスをＯ2 として説明する。同図において、ＡｒＦエキシマレーザは、レーザガスを密閉封入するチャンバ１と、このチャンバ１内部の各種のガスや空気を排気する排気モジュール２と、チャンバ１にレーザガスを給気する給気モジュール３と、チャンバ１に添加ガスであるＯ2 ガスを添加する添加モジュール４と、チャンバ１内部の添加ガスの濃度をモニタリングする添加ガスモニタ５と、レーザガス及び添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニット６とを備えている。
【００２８】
まず、チャンバ１は、真空及び高圧に対する耐圧容器であり、この内部に所定の分圧比で混合されたレーザガスを密封し、電極７，７間で放電を起こしてレーザ光を発振させるようになっている。
【００２９】
次に、排気モジュール２は、ガスや空気を排気する真空ポンプ８と、真空ポンプ８から排気されたガスの内部に含まれる腐食性のフッ素（Ｆ2 ）ガスを例えばアルカリ溶液等と化学反応させて中和させ、ガスの腐食性をなくす働きをするＦ2 除去装置１１と、排気を制御する排気バルブ１０と、これらの真空ポンプ８、Ｆ2 除去装置１１及び排気バルブ１０をチャンバ１に接続する排気配管９とを備えている。尚、この排気バルブ１０は電気信号によって開閉される電磁バルブであり、真空ポンプ８も電気信号によってその作動を制御可能となっている。
【００３０】
また、給気モジュール３は、ＡｒとＮｅとＦ2 との混合気体からなる第１のレーザガスを充填した第１のレーザガスボンベ１３と、この第１のレーザガスの給気を制御する第１の給気バルブ１５と、これら第１のレーザガスボンベ１３及び第１の給気バルブ１５をチャンバ１に接続する第１の給気配管１４とを備えている。さらに、この給気モジュール３は、ＡｒとＮｅとの混合気体からなる第２のレーザガスを充填した第２のレーザガスボンベ１６と、この第２のレーザガスの給気を制御する第２の給気バルブ１８と、これら第２のレーザガスボンベ１６及び第２の給気バルブ１８をチャンバ１に接続する第２の給気配管１７とを備えている。尚、これら第１、第２の給気バルブ１５，１８は、電気信号によって開閉される電磁バルブである。
【００３１】
そして、添加モジュール４は、添加ガス（本実施形態では例えばＯ2 ）を充填した添加ガスボンベ２０と、添加ガスのチャンバ１への供給を制御するガス添加手段の一例として添加バルブ２１と、これら添加ガスボンベ２０及び添加バルブ２１をチャンバ１に接続する添加配管２２とを備えている。この添加バルブ２１は、電気信号によって開閉される電磁バルブである。
【００３２】
また、添加ガスモニタ５は、チャンバ１外部へレーザガスを取り出すためのモニタ配管２４と、チャンバ１外部へ取り出したレーザガス中のＦ2 を除去するＦ2 除去装置２５と、取り出したレーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定する添加ガスセンサ２６と、この測定を終了したレーザガスを大気中またはレーザガス中に排出する排気ポンプ２７と、モニタ配管２４の中間に設置された第１、第２のモニタバルブ２９，３０とを備えている。この添加ガスセンサ２６は、測定した添加ガスの濃度Ｃに応じた出力信号を出力するもので、Ｏ2 の濃度を測定する添加ガスセンサ２６の一例としては、例えばガルバニ電池式の酸素分析計が好適である。
【００３３】
そして、ガスコントロールユニット６は、チャンバ１に接続されてチャンバ１内部の圧力に応じた出力信号を出力する圧力センサ３３と、ガスコントローラ３４とを備えている。このガスコントローラ３４は、圧力センサ３３及び添加ガスセンサ２６に電気的に接続され、これらのセンサから入力された出力信号を演算し、チャンバ１内の圧力Ｐ及びレーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出することが可能である。また、このガスコントローラ３４は、電気信号を出力して前記排気バルブ１０、第１、第２の給気バルブ１５，１８、第１、第２のモニタバルブ２９，３０及び添加バルブ２１のそれぞれの開閉や、真空ポンプ８及び排気ポンプ２７のそれぞれの作動を操作することが可能である。
【００３４】
以下、添加ガスの給排気の手順について説明する。
【００３５】
まず、図７に、添加ガスモニタ５によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定するための手順の一例をフローチャートで示す。このとき、チャンバ１内部にはレーザガスが所定の圧力Ｐだけ充填されているものとする。尚、以下のフローチャートにおいて、各ステップ番号にはＳを付して表す。
【００３６】
まず、ガスコントローラ３４は、第１のモニタバルブ２９に開指令を出力する（Ｓ１）。すると、レーザガスの一部がモニタ配管２４を通ってＦ2 除去装置２５に入り、その中に含まれている腐食性を有するＦ2 を除去された後、添加ガスセンサ２６に入る。次に、所定時間の後、ガスコントローラ３４は第１のモニタバルブ２９に閉指令を出力する（Ｓ２）。これにより、所定量のレーザガスが添加ガスセンサ２６内に閉じ込められる。そしてガスコントローラ３４はレーザガス中の添加ガス（Ｏ2 ）の濃度Ｃに対応した出力信号を添加ガスセンサ２６から受信し、所定の演算によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ３）。検出終了後、ガスコントローラ３４は、排気ポンプ２７に作動指令を出力し（Ｓ４）、第２のモニタバルブ３０に開指令を出力する（Ｓ６）。これにより、添加ガスセンサ２６中のレーザガスは排出され、大気中に放出される。そして、所定時間後、ガスコントローラ３４は第２のモニタバルブ３０に閉指令を出力し（Ｓ７）、排気ポンプ２７に停止指令を出力する（Ｓ８）。以上の手順によって、添加ガスの濃度測定を終了する。
【００３７】
次に図８に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。尚、このとき、チャンバ１内には、所定のレーザガスが充填されているものとする。
【００３８】
まず、ガスコントローラ３４は、図７に示した手順に従って、チャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ１１）。そしてこの濃度Ｃを予め定めた所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 （Ｃ1 ＜Ｃ2 ）と比較する（Ｓ１２）。Ｏ2 の場合、図１に示すように、例えばＣ1 ＝５ppm 、Ｃ2 ＝５０ppm が好ましい。
【００３９】
そして、Ｓ１２において、濃度Ｃの値に応じて、次のような各ステップに移行する。
(1) Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の場合、添加ガスの濃度Ｃは適切な範囲にあると判断し、Ｓ１１に戻って、添加ガスの濃度Ｃを再度検出する。
(2) Ｃ＜Ｃ1 の場合、添加ガスは不足していると判断し、ガスコントローラ３４は添加バルブ２１に開指令を出力する（Ｓ１４）。そして、所定の時間だけ添加バルブ２１を開いた後、添加バルブ２１に閉指令を出力する（Ｓ１５）。そして、Ｓ１１に戻って、添加ガスセンサ２６の出力を再度検出する。
(3) Ｃ＞Ｃ2 の場合、添加ガスが過剰であると判断し、まずガスコントローラ３４は、圧力センサ３３からの出力信号に基づいてチャンバ１内の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを初期圧Ｐ0 として記憶する（Ｓ１７）。そして、真空ポンプ８に作動指令を、排気バルブ１０に開指令をそれぞれ出力する（Ｓ１８）。そして、チャンバ１内の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを所定の第１の圧力設定値Ｐ1 と比較してＰ＜Ｐ1 となるまで待ち（Ｓ１９）、排気バルブ１０に閉指令を出力する（Ｓ２１）。次に、ガスコントローラ３４は第１の給気バルブ１５に開指令を出力し（Ｓ２２）、チャンバ１内の圧力Ｐを検出してこの圧力Ｐを所定の第２の圧力設定値Ｐ2 と比較し、Ｐ≧Ｐ2 となるまで待ち（Ｓ２３）、第１の給気バルブ１５に閉指令を出力する（Ｓ２４）。次に、第２の給気バルブ１８に開指令を出力し（Ｓ２５）、チャンバ１内の圧力Ｐを初期圧Ｐ0 と比較し、Ｐ≧Ｐ0 となるまで待ち（Ｓ２６）、第２の給気バルブ１８に閉指令を出力する（Ｓ２７）。そして、Ｓ１１に戻って、添加ガスセンサ２６の出力を再度検出する。
【００４０】
以上の手順により、添加ガスの濃度Ｃを、所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 に収めることが可能となる。
【００４１】
このとき、前記第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 を適切な値に設定することにより、添加ガスを添加した後のレーザガス中のＦ2 の濃度を、排気前の濃度と等しくすることが可能である。或いは、第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 を所望の値に設定することにより、Ｆ2 の濃度を排気前より高くすることも低くすることも可能である。即ち、第１のレーザガスボンベ１３からレーザガスを給気する割合が大きいほど、チャンバ１内のレーザガス中のＦ2 濃度が高くなる。或いは、Ｆ2 濃度を決定するにあたり、チャンバ１にＦ2 の濃度を測定するＦ2 センサ（図示せず）を接続し、このＦ2 センサからの出力信号をガスコントローラ３４で演算して、第１、第２の圧力設定値Ｐ1 ，Ｐ2 をそれぞれ決定するようにしてもよい。このＦ2 センサとしては、例えば特公平７−１８８６２号公報に開示されたフッ素濃度測定装置が好適である。また、所望するＦ2 濃度によっては、図８に示した手順においてＳ２２〜Ｓ２４を省略し、レーザガスを第２のレーザガスボンベ１６のみから給気したり、前記所定の圧力設定値Ｐ2 を初期圧Ｐ0 としてＳ２５〜Ｓ２７を省略することにより、レーザガスを第１のレーザガスボンベ１３のみから給気したりすることも可能である。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、添加ガスセンサ２６によってチャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃをモニタリングし、この濃度Ｃが常に所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）にあるように添加ガスをチャンバ１に給排気している。即ち、添加ガスの濃度Ｃがレーザの出力特性に対して最適な範囲にあるように添加ガスを給排気しているので、レーザのパワーが常に高い値を保ち、かつ安定化する。さらに、添加ガスの給排気を行なった後も、チャンバ１内の圧力Ｐが所定の圧力を保つようにしているので、添加ガスを添加したことによる放電の乱れなどが起こらない。このため、常に放電を好適な状態に保ってレーザ発振を行なうことができ、レーザガスの寿命が長くなる。
【００４３】
尚、このとき、添加ガスボンベ２０の内容をＡｒ，Ｎｅ、及び添加ガスであるＯ2 の混合ガスとしてもよい。このようにすることにより、添加バルブ２１を開いた際に、チャンバ１内に供給される添加ガスの時間当たりの量が減るので、一度に添加ガスが大量にチャンバ１内に入ることがなく、添加ガスの濃度Ｃをより精密に制御することが可能となる。
【００４４】
次に、図９、図１０に基づいて、第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示しており、添加ガスを例えばＣＯ2 として説明する。同図において、添加モジュール４は、ＣＯ2 を充填した添加ガスボンベ２０と、添加バルブ２１と、添加配管２２とを備えている。
【００４５】
また、添加ガスモニタ５は、添加ガスの濃度Ｃを計測する添加ガスセンサ２６と、チャンバ１内部のガスを一部取り出し、添加ガスセンサ２６を通過させてチャンバ１内部に戻す循環ポンプ３６と、これら添加ガスセンサ２６及び循環ポンプ３６をチャンバ１に接続するモニタ配管２４と、モニタ配管２４の中間に設置された第１〜第３のモニタバルブ２９〜３１とを備えている。
【００４６】
本実施形態における添加ガスセンサ２６としては、例えば赤外線式ガス分析計（ＦＴＩＲ：Fourier Transform InfRared spectroscopy ）が好適である。この赤外線式ガス分析計は、チャンバ１から循環ポンプによって取り出したレーザガスを耐腐食性を有するガスセル（図示せず）に封入し、このガスセルに赤外線光を照射してその透過光を分光器で分析して、レーザガスに含まれるＣＯ2 ガスの濃度Ｃを測定している。添加ガスセンサ２６は、このＣＯ2 ガスの濃度Ｃに応じて、出力信号をガスコントローラ３４に出力する。
【００４７】
図１０に、本実施形態に係る添加ガスモニタ５によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定するための手順の一例をフローチャートで示す。
【００４８】
まず、ガスコントローラ３４は、循環ポンプ３６に作動指令、第１〜第３のモニタバルブ２９〜３１に開指令をそれぞれ出力する（Ｓ３１）。すると、循環ポンプ３６によって、レーザガスの一部がモニタ配管２４に引き込まれて、添加ガスセンサ２６のガスセルに入り、測定が開始される。そしてガスコントローラ３４は、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃに対応した出力信号を添加ガスセンサ２６から受信し、所定の演算によって、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを検出する（Ｓ３２）。以上の手順によって、添加ガスの濃度測定を終了する。
【００４９】
そして、図８に示したものと同様の手順に従って、添加ガスの給排気を行ない、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めている。尚、添加ガスがＣＯ2 の場合、図２に示すように、前記所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 は、例えばＣ1 ＝５ppm ，Ｃ2 ＝５０ppm が好ましい。
【００５０】
このように、本実施形態では添加ガスセンサ２６として赤外線式ガス分析計を用いている。これにより、レーザガス中の添加ガスの濃度Ｃを測定する際に、レーザガスからＦ2 を除去する必要がなく、Ｆ2 除去装置２５が不要となって、添加ガス給排気装置の構成が簡単となる。また、循環ポンプ３６によって、添加ガスセンサ２６で測定したレーザガスをチャンバ１内に戻しているので、添加ガスの濃度Ｃを測定する際にレーザガスが大気に排出されず、レーザガスの消費量が少なくてすむ。
【００５１】
次に、図１１に基づいて、第３の実施形態を説明する。本実施形態は、添加ガスを例えばＮ2 として説明する。図１１は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示している。同図において、ＡｒＦエキシマレーザのチャンバ１には、電極７，７間にレーザガスを循環させるためのクロスフロー型のファン３７が備えられている。そして、チャンバ１には、レーザガス中に発生した微少な塵（以下ダストと言う）を除去するためのフィルタ４０を設置したダストフィルタ３８が、入口３８Ａ、出口３８Ｂを介して接続されている。同図に示すように、ファン３７によって生じるレーザガスの流れは入口３８Ａからこのダストフィルタ３８に入り、フィルタ４０を貫通してダストを除去され、出口３８Ｂからチャンバ１内に戻るようになっている。
【００５２】
また、添加モジュール４は、Ｎ2 を充填した添加ガスボンベ２０と、添加バルブ２１と、添加配管２２とを備えている。
【００５３】
そして、添加ガスモニタ５は、チャンバ１内部のガスに含まれる添加ガスの濃度Ｃを計測する添加ガスセンサ２６を、前記ダストフィルタ３８内部の入口３８Ａ近傍に備えている。このとき、ファン３７によって生じたレーザガスの流れの一部は、添加ガスセンサ２６に導入されて添加ガスの濃度Ｃを分析される。この添加ガスセンサ２６は、この添加ガスの濃度Ｃに応じた出力信号を前記ガスコントローラ３４に出力する。
【００５４】
ガスコントローラ３４は、この電気信号に基づいて添加ガスの濃度Ｃを検出する。そして、図８に示したものと同様の手順に基づいて添加ガスの給排気を行う。これにより、レーザガス中のＮ2 の濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めることが可能となる。尚、添加ガスがＮ2 及びＣＦ4 の場合、前記所定の濃度設定値Ｃ1 ，Ｃ2 は、それぞれ図３及び図４に示すように例えばＣ1 ＝１０ppm ，Ｃ2 ＝８０ppm が好ましい。
【００５５】
このように、本実施形態では、添加ガスセンサ２６をダストフィルタ３８内部のガス流路内に設置することにより、ファン３７の起こすレーザガスの流れの一部を添加ガスセンサ２６に取り込んで、添加ガスの濃度Ｃの計測を行なっている。これにより、前記第２の実施形態における循環ポンプ３６が不要となるので、ＡｒＦエキシマレーザ装置の構成が簡単となる。しかも、常にレーザガスが添加ガスセンサ２６に取り込まれているので、濃度Ｃの計測に複雑な手順を必要としない。
【００５６】
次に、図１２〜図１４に基づいて、第４の実施形態を説明する。図１２は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示している。同図において、添加モジュール４は、添加ガスをチャンバ１内に送り込む添加ガスポンプ４１と、添加ガスを発生させる添加ガス発生源４２と、この添加ガス発生源４２の上流側及び下流側に設けられた第１、第２の添加バルブ２１，２１と、添加配管２２とを備えている。
【００５７】
添加ガス発生源４２の例としては、内部に酸化カルシウム（ＣａＯ）の固体が充填された小チャンバが好適である。ガスコントローラ３４からの指令によって第１、第２の添加バルブ２１，２１が開き、添加ガスポンプ４１によってレーザガスがこの小チャンバに流れ込むと、下記の反応式で表される化学反応が起き、Ｏ2 が発生する。
【化１】
２ＣａＯ＋Ｆ2 →２ＣａＦ＋Ｏ2 ↑
【００５８】
これにより、第１、第２の添加バルブ２１，２１を開けることによって、添加ガスであるＯ2 を発生させ、チャンバ１内に添加することが可能となる。そして、図８に示したものと同様の手順に従って、添加ガスの給排気を行なうことにより、レーザガス中のＯ2 の濃度Ｃを所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）に収めることが可能となる。
【００５９】
また、図１３に、添加モジュール４の他の実施例を示す。同図において、添加モジュール４は、空気中の水分を除去する水分除去装置４３と、水分を除去された空気をチャンバ１に送り込む添加ガスポンプ４１とを備えている。ガスコントローラ３４からの指令によって、添加ガスポンプ４１及び水分除去装置４３を作動させ、添加バルブ２１を開くことにより、水分を除去された空気がチャンバ１内部に送り込まれ、チャンバ１内部のＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。
【００６０】
図１４に、本実施形態の他の実施例として、化学平衡装置４４を備えた添加ガス給排気装置の配管図を示す。同図において、添加モジュール４は、添加ガスをチャンバ１内に送り込む添加ガスポンプ４１と、化学平衡装置４４と、この化学平衡装置４４の上流側及び下流側に設けられた第１、第２の添加バルブ２１，２１と、添加配管２２とを備えている。
【００６１】
化学平衡装置４４には、例えば低温トラップと呼ばれるものがあり、低温槽を備えている。化学平衡装置４４は、ガスコントローラ３４と電気的に接続されており、ガスコントローラの指令に基づいて、この低温槽の温度を制御可能となっている。低温槽の内部には液化したＣＯ2 が充填されており、低温槽の温度を上げることにより、ＣＯ2 が気化する。これを添加ガスポンプ４１でチャンバ１内に送り込むことによって、レーザガス中に含まれるＣＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。また、低温槽の温度を下げることにより、レーザガス中に含まれるＣＯ2 を液化させ、チャンバ１内のＣＯ2 の濃度Ｃを低くすることも可能である。
【００６２】
このように、化学平衡装置の温度を制御することによって、チャンバ１内の添加ガスの濃度Ｃを変更可能であり、他の実施形態のように添加ガスの濃度Ｃを低くしたい場合にも、レーザガスを排気する必要がない。また、化学平衡装置の温度からチャンバ１内部の添加ガスの濃度Ｃが決定されるため、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくても濃度Ｃを所定の範囲内に収めることが可能であり、添加ガスモニタ５が不要となる。勿論、これに限定される必要はなく、添加ガスモニタ５を備え、添加ガスの濃度Ｃを測定して化学平衡装置の温度にフィードバックしてもよい。
【００６３】
或いは、化学平衡装置４４として、ＣＯ2 を吸着する吸着金属と、この吸着金属の温度を制御する温度制御器とを備えていてもよい。ＣＯ2 を吸着させた吸着金属の温度を上昇させればＣＯ2 が気化し、吸着金属の外部にＣＯ2 ガスとなって遊離する。これを添加ガスポンプ４１でチャンバ１内に送り込むことにより、ＣＯ2 の濃度Ｃを高くすることができる。また、吸着金属の温度を下げることにより、レーザガス中に含まれるＣＯ2 を吸着金属に吸着させ、ＣＯ2 の濃度Ｃを低くすることも可能である。このように、ＣＯ2 を所定の量だけガスに気化させられるので、チャンバ１内のＯ2 の濃度Ｃを所定の範囲にすることが可能となる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、添加ガスボンベ２０を別途必要とせず、ＡｒＦエキシマレーザが小型化する。また、添加ガスを消費しないため、ＡｒＦエキシマレーザを稼働させる際のランニングコストが安価となる。さらに、化学平衡装置４４を備えれば、チャンバ１内の添加ガスの濃度Ｃを増減可能であり、常に一定の圧力Ｐを保ちながら添加ガスの濃度Ｃを変化させられるので、放電がより安定となる。さらに、添加ガスの濃度Ｃを測定しなくとも温度制御によってこれを所定の範囲内に収めることが可能となり、添加ガスモニタ５が不要となる。
【００６５】
次に、図１５〜図２０に基づいて、第５の実施形態を説明する。
【００６６】
まず、図１５に、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置の配管図を示す。同図において、ＡｒＦエキシマレーザは、レーザ光のパルスエネルギーＥをモニタリングして、その値に応じた電気信号を出力するパルスエネルギーモニタ４５と、その電気信号に基づいてＡｒＦエキシマレーザのパルスエネルギーＥを算出し、このパルスエネルギーＥが所定の値になるように電極７，７間に印加する電圧Ｖを制御するレーザコントローラ４６と、レーザコントローラ４６からの指令に基づいて電極７，７間に電圧Ｖを印加する高圧電源４７と、チャンバ内部のＦ2 の濃度を検出するＦ2 センサ４８とを備えている。このとき、レーザコントローラ４６はガスコントローラ３４と電気的に接続され、互いに出力信号を送受信している。また、Ｆ2 センサ４８は、チャンバ内部のＦ2 濃度に応じた電気信号をガスコントローラ３４に出力する。
【００６７】
ＡｒＦエキシマレーザが例えばステッパの光源として使用される場合には、所定パルス数Ｎだけパルス発振した後、所定時間ｔ0 だけ発振を休止し、また所定パルス数Ｎだけパルス発振を行なうというように間欠的な発振を繰り返すのが常である。このような発振方法をバースト発振と呼び、所定パルス数Ｎのパルス発振を１バーストと言う。図１６に、電極７，７間に印加する電圧Ｖを一定にした場合の、１パルスのエネルギーであるパルスエネルギーＥの変動を示す。同図に示すように、電圧Ｖを一定にしてバースト発振を行なうと、所定時間ｔ0 だけ発振を休止した後に発振させた直後のパルスエネルギーＥ（以下、これをスパイクエネルギーＥs と呼ぶ）は、発振を休止する直前のパルスエネルギーＥ（以下、これを収束エネルギーＥB と呼ぶ）よりも大きいという性質がある。そして、このスパイクエネルギーＥs はしだいに小さくなり、収束エネルギーＥB に収束する。このように、停止直後の発振時にパルスエネルギーＥが大きくなる現象をスパイク発振と呼び、スパイク発振が収束したときを安定時と呼ぶ。
【００６８】
ところが、ＡｒＦエキシマレーザをステッパの光源として使用する際には、各パルスにおけるパルスエネルギーＥは、できる限り均一であることが好ましい。そのため、レーザコントローラ４６は図１７に示すように、スパイクエネルギーＥs のばらつきをなくすために、スパイク発振時に電圧Ｖを初期電圧Ｖs から徐々に上げている。また、レーザコントローラ４６は、安定時にも収束エネルギーＥB がより均一な安定時エネルギーＥc となるように、安定時電圧Ｖc をも制御している。このようなパワー安定制御を行なった際の、パルスエネルギーＥの推移を図１８に示す。
【００６９】
このようなパワー安定制御を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃと安定時電圧Ｖc との関係のグラフを、図１９に示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、安定時電圧Ｖc は所定の安定時電圧Ｖc0以下となる。このように、低い安定時電圧Ｖ0 以下でレーザ発振を行なうことが、レーザのパルスエネルギーＥの安定化にとって、最も好ましい。故に、本実施形態では、パワー安定制御を行なったときの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００７０】
図２０に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。まず、レーザコントローラ４６は、所定の手順に従ってパワー安定制御を行ない、ＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ３８）。このとき、ガスコントローラ３４は、Ｆ2 センサ４８の出力を演算してチャンバ内部のＦ2 濃度を検出し、このＦ2 濃度が所定の範囲内にあるか否かを検知する（Ｓ３９）。そして、Ｆ2 濃度が所定の値を保っていなければ、図８のＳ１７〜Ｓ２７に示したレーザガスの給排気手順に従ってレーザガスを給排気し、Ｆ2 濃度を所定の範囲に収める（Ｓ４０）。これは、添加ガスの濃度Ｃと同様にＦ2 濃度もレーザのパワーに密接に関係しているため、Ｆ2 濃度を所定の範囲内に保った状態でなければ、添加ガスの濃度Ｃを所定の範囲に収めてもレーザのパワーが安定にならないからである。そして、ガスコントローラ３４は、レーザコントローラ４６から現在の安定時電圧Ｖc を読み込み（Ｓ４１）、この安定時電圧Ｖc を、前記所定の安定時電圧Ｖc0と比較する（Ｓ４２）。このとき、Ｖc ≦Ｖc0であれば添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７１】
また、Ｓ４２で、Ｖc ＞Ｖc0であれば、ガスコントローラ３４は安定時電圧Ｖc を添加前安定時電圧Ｖc1として記憶し（Ｓ４３）、所定時間後、再度安定時電圧Ｖc を読み込み（Ｓ４４）、これを添加前安定時電圧Ｖc1と比較する（Ｓ４６）。尚、この所定時間は、チャンバ１内部の添加ガスの濃度が前記発明の課題で述べた化学反応によって増加する程度の時間である。そして、Ｓ４６でＶc ≦Ｖc1であれば、添加ガスの濃度Ｃが不足であると判断し、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ４７）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ４８）。或いはＳ４８において、圧力センサ３３よりの出力信号に基づき、所定の圧力Ｐx になったときに添加バルブ２１に閉指令を出力するようにして添加ガスを添加してもよい。そして、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７２】
また、Ｓ４６でＶc ＞Ｖc1であれば、レーザコントローラ４６は、添加ガスの濃度Ｃが過剰であると判断し、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ４９）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ５１）。そして、Ｓ３９に戻ってＦ2 濃度を検出する。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、レーザのパルスエネルギーを制御するときの安定時電圧Ｖc が所定の安定時電圧Ｖc0以下となるよう、添加ガスの濃度Ｃを制御している。これにより、より低い安定時電圧Ｖc でレーザ発振を行なうことができ、高圧電源の負担が軽くなるとともに、レーザを安定して発振させることが可能である。
【００７４】
次に、図２１〜図２４に基づいて、第６の実施形態を説明する。図２１に、電極７，７間に印加する電圧Ｖを一定としてバースト発振を行なった場合の、添加ガスの添加の有無による、パルスエネルギーＥの変動を示す。同図に示すように、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）になるように給排気することにより、前記収束エネルギーＥB が増大し、スパイクエネルギーＥs と収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥが小さくなる。
【００７５】
図２２に、電圧Ｖ一定でバースト発振を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃとスパイク特性ｄＥとの関係を示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、スパイク特性ｄＥは所定のスパイク特性ｄＥ0 以下となっている。このように、スパイク特性ｄＥが低い状態でパワー安定制御を行なえば、電極７，７間に印加する電圧Ｖの各パルスごとの差が小さくなる。その結果、パルスエネルギーＥの均一性が向上し、パワー安定制御を行なう場合にパワー安定制御の正確性が増し、する。故に、本実施形態では、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００７６】
図２３に、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を、フローチャートで示す。このときの、添加ガス給排気装置の配管図は、図１５に示したものと同様である。図２３において、まずレーザコントローラ４６は、高圧電源４７に指令を送信し、電圧Ｖを一定にしてＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ６１）。そして、パルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイクエネルギーＥs と収束エネルギーＥB との差であるスパイク特性ｄＥを算出し（Ｓ６２）、これを前記所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較する（Ｓ６３）。このとき、ｄＥ≦ｄＥ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ６２に戻る。
【００７７】
また、Ｓ６３でｄＥ＞ｄＥ0 であれば、ガスコントローラ３４はスパイク特性ｄＥを添加前スパイク特性ｄＥ1 として記憶し（Ｓ６４）、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ６６）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ６７）。そして、さらに所定時間経過後のバースト発振時にパルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイク特性ｄＥを算出し（Ｓ６８）、これを所定のスパイク特性ｄＥ0 と比較する（Ｓ６９）。このとき、ｄＥ≦ｄＥ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ６２に戻る。
【００７８】
また、Ｓ６９でｄＥ＞ｄＥ0 であれば、現在のスパイク特性ｄＥと添加前スパイク特性ｄＥ1 とを比較し（Ｓ７１）、ｄＥ≦ｄＥ1 であれば、Ｓ６６〜Ｓ６７で添加ガスを添加したにも拘らず、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 にまだ達していないと判断して、さらに添加ガスを添加すべくＳ６４に戻る。
【００７９】
そして、Ｓ７１でｄＥ＞ｄＥ1 であれば、レーザコントローラ４６は、添加前の添加ガスの濃度Ｃが高過ぎたために、Ｓ６６〜Ｓ６７で添加ガスを添加した結果、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 よりもさらに大きくなったと判断する。そして、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ７２）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ７３）。そして、Ｓ６２に戻る。
【００８０】
次に、図２４〜図２６に基づいて、本実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の他の実施例を説明する。図２４に、バースト発振時にパルスエネルギーＥが一定となるようにパワー安定制御を行なった場合の、添加ガスの有無による電圧Ｖの変動を示す。前述したように、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）になるように給排気することによって収束エネルギーＥB が大きくなるため、これが一定になるように制御することで、安定時電圧Ｖc が低くなる。その結果、安定時電圧Ｖc とスパイク電圧Ｖs との差であるスパイク電圧差ｄＶが小さくなる。
【００８１】
また、図２５に、パワー安定制御を行なった際の、添加ガスの濃度Ｃとスパイク電圧差ｄＶとの関係を示す。同図に示すように、添加ガス濃度ＣがＣ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 の範囲にあるとき、スパイク電圧差ｄＶは所定のスパイク電圧差ｄＶ0 以下となっている。このように、スパイク電圧差ｄＶが低い状態でパワー安定制御を行なえば、電極７，７間に印加する電圧Ｖの各パルスごとの差が小さくなる。その結果、高圧電源の制御性が向上して、パワー安定制御が好適に行なわれるようになり、パルスごとのパルスエネルギーＥが均一化する。故に、本実施例では、スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 以下になるように、添加ガスの給排気を行なうようにしている。
【００８２】
図２６に、添加ガスの給排気の手順の他の一例を、フローチャートで示す。まず、レーザコントローラ４６は、高圧電源４７に指令を送信し、パワー安定制御を行なってＡｒＦエキシマレーザをバースト発振させる（Ｓ８１）。そして、パルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、バースト発振の最初の電圧Ｖs と安定時の電圧Ｖc との差であるスパイク電圧差ｄＶを算出し（Ｓ８２）、これを所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較する（Ｓ８３）。このとき、ｄＶ≦ｄＶ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ８２に戻る。
【００８３】
また、Ｓ８３でｄＶ＞ｄＶ0 であれば、ガスコントローラ３４はスパイク電圧差ｄＶを添加前スパイク電圧差ｄＶ1 として記憶し（Ｓ８４）、添加バルブ２１に開指令を出力し（Ｓ８６）、これを所定時間開いた後、閉指令を出力する（Ｓ８７）。そして、さらに所定時間経過後のバースト発振時にパルスエネルギーモニタ４５よりの信号に基づいて、スパイク電圧差ｄＶを算出し（Ｓ８８）、これを所定のスパイク電圧差ｄＶ0 と比較する（Ｓ８９）。そして、ｄＶ≦ｄＶ0 であれば、添加ガスの濃度Ｃが所定の範囲Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 にあると判断し、Ｓ８２に戻る。
【００８４】
また、Ｓ８９でｄＶ＞ｄＶ0 であれば、現在のスパイク電圧差ｄＶと添加前スパイク電圧差ｄＶ1 とを比較し（Ｓ９１）、ｄＶ≦ｄＶ1 であれば、添加前の添加ガスの濃度Ｃが低過ぎたために、Ｓ８６〜Ｓ８７で添加ガスを添加したにも拘らず、スパイク電圧差ｄＶが所定のスパイク電圧差ｄＶ0 にまだ達していないと判断して、さらに添加ガスを添加すべくＳ８４に戻る。
【００８５】
そして、Ｓ９１でｄＶ＞ｄＶ1 であれば、レーザコントローラ４６は、添加前の添加ガスの濃度Ｃが高過ぎたために、Ｓ８６〜Ｓ８７で添加ガスを添加した結果、スパイク特性ｄＥが所定のスパイク特性ｄＥ0 よりもさらに大きくなったと判断する。そして、過剰な添加ガスを排出すべく、図８の(3) に示した排気の手順（Ｓ１７〜Ｓ２１）に従ってチャンバ１内のレーザガスを排気し（Ｓ９２）、給気の手順（Ｓ２２〜Ｓ２７）に従って、新たに添加ガスの含まれていないレーザガスを給気する（Ｓ９３）。そして、Ｓ６２に戻る。
【００８６】
尚、このような添加ガスの給排気は、レーザガス入れ替え後の調整発振時に行なってもよい。即ち、ＡｒＦエキシマレーザは、立ち上げ時やレーザガスが劣化したと判断した時などに、チャンバ１内のレーザガスをすべて排気し、新しいレーザガスを給気する。このガス入れ替え後、波長を調整するために、調整発振と呼ばれるバースト発振を行なう。この調整発振を行なっているときには、レーザ光は図示しないシャッタによって遮られ、ステッパに到達しない。この調整発振時に、前記のような方法で添加ガスを給排気するようにすれば、ステッパにレーザ光が到達するときには、常に添加ガスの濃度Ｃが最適な範囲（Ｃ1 ≦Ｃ≦Ｃ2 ）で添加されていることになり、出力特性が最適化されたレーザ光のみがステッパに到達する。これにより、このレーザ光を利用するステッパの半導体生産の歩留りが向上する。
【００８７】
また、最初に図２３に示した手順に従って添加ガスを給排気し、その後に図２６に示した手順に従って、再度給排気を行なうようにしてもよい。これにより、電圧Ｖが一定の時とパワー安定制御時との双方の発振状態において、添加ガスの濃度Ｃを調整するので、濃度Ｃをより好適な範囲内に収めることができる。
【００８８】
以上のように、本発明によれば、Ｏ2 ，ＣＦ4 ，Ｎ2 ，ＣＯ2 等の添加ガスをチャンバ１内に加えることにより、ＡｒＦエキシマレーザのパルスエネルギーを増大させ、出力特性を向上させることができる。また、これらの添加ガスのチャンバ１内の濃度Ｃをモニターし、この濃度Ｃが所定の範囲内に収まるように添加ガスを給排気しているので、常に最適な状態でレーザ発振が行なわれ、ＡｒＦエキシマレーザの出力特性を向上させることができる。
【００８９】
尚、添加ガスの濃度Ｃを検出するための添加ガスセンサ２６の他の例としては、ＧＣＭＳ(Gas Chromatographt MassSpectrometer) 、熱伝導式ガス分析計、ジルコニア式酸素分析計等があり、添加ガスの種類によってこれらを使い分ければよい。
【００９０】
また、上記の説明では、Ｏ2 、Ｎ2 、ＣＯ2 、ＣＦ4 等の添加ガスをそれぞれ単独で給排気するように説明したが、これらを組み合わせて給排気してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｏ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図２】ＣＯ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図３】Ｎ2 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図４】ＣＦ4 ガスの濃度とパワーとの関係を示すグラフ。
【図５】Ｏ2 ガスの添加による、パワーの変動を示すグラフ。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図７】添加ガスの濃度測定の手順の一例を示すフローチャート。
【図８】添加ガスの添加を行なうための手順の一例を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１０】添加ガスの濃度測定手順の一例を示すフローチャート。
【図１１】第３の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１２】第４の実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図１３】添加モジュールの他の実施例を示す説明図。
【図１４】添加ガス給排気装置の配管図の他の実施例。
【図１５】第５の実施形態に係る添加ガス給排気装置の配管図。
【図１６】電圧一定時のパルスエネルギーの変動を示すグラフ。
【図１７】パワー安定制御時の電圧の変動を示すグラフ。
【図１８】パワー安定制御時のパルスエネルギーの推移を示すグラフ。
【図１９】パワー安定制御時の、添加ガスの濃度と電圧との関係を示すグラフ。
【図２０】添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図２１】添加ガスの添加の有無によるパルスエネルギーの変動を示すグラフ。
【図２２】添加ガスの濃度とスパイク特性との関係を示すグラフ。
【図２３】第６の実施形態に係る添加ガスの給排気の手順の一例を示すフローチャート。
【図２４】添加ガスの添加の有無による電圧の変動を示すグラフ。
【図２５】添加ガスの濃度とスパイク電圧差との関係を示すグラフ。
【図２６】添加ガスの給排気の手順の他の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…排気モジュール、３…給気モジュール、４…添加モジュール、５…添加ガスモニタ、６…ガスコントロールユニット、７…電極、８…真空ポンプ、９…排気配管、１０…排気バルブ、１１…Ｆ2 除去装置、１３…第１のレーザガスボンベ、１４…第１の給気配管、１５…第１の給気バルブ、１６…第２のレーザガスボンベ、１７…第２の給気配管、１８…第２の給気バルブ、２０…添加ガスボンベ、２１…添加バルブ、２２…添加配管、２４…モニタ配管、２５…Ｆ2 除去装置、２６…添加ガスセンサ、２７…排気ポンプ、２９…第１のモニタバルブ、３０…第２のモニタバルブ、３１…第３のモニタバルブ、３３…圧力センサ、３４…ガスコントローラ、３６…循環ポンプ、３７…ファン、３８…ダストフィルタ、４０…フィルタ、４１…添加ガスポンプ、４２…添加ガス発生源、４３…水分除去装置、４４…化学平衡装置、４５…パルスエネルギーモニタ、４６…レーザコントローラ、４７…高圧電源、４８…Ｆ2 センサ。
Claims (6)
- ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置において、
二酸化炭素、窒素、及び四フッ化炭素のうち少なくともいずれか１つの添加ガスをチャンバ(1)内に添加する添加モジュール(4)と、
それぞれの添加ガスのチャンバ(1)内部の濃度(C)を検出する添加ガスモニタ(5)と、
濃度(C)を所定の範囲内に収めるように添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニット(6)とを備えた
ことを特徴とするＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置。 - 請求項１記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュール(4)は、
添加ガスを充填した添加ガスボンベ(20)と、
添加ガスをチャンバ(1)内部に導入するガス添加手段(21)とを備えていることを特徴とする添加ガス給排気装置。 - 請求項１記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加モジュール(4)は、
レーザガスと酸化物とを反応させて添加ガスを発生させる添加ガス発生源(42)を備えていることを特徴とする添加ガス給排気装置。 - ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置において、
酸素、二酸化炭素、窒素、及び四フッ化炭素のうち少なくともいずれか１つの添加ガスをチャンバ(1)内に添加する添加モジュール(4)と、
それぞれの添加ガスのチャンバ(1)内部の濃度(C)を検出する添加ガスモニタ(5)と、
濃度(C)を所定の範囲内に収めるように添加ガスの給排気をコントロールするガスコントロールユニット(6)とを備え、
前記添加モジュール(4)は、空気中の水分を除去する水分除去装置を有する添加ガス発生源(42)を備えていることを特徴とするＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の添加ガス給排気装置において、
前記添加ガスモニタ(5)は、チャンバ(1)の外部に付設され、かつファンのガス流を内部に導いてチャンバ(1)内のダストを除去するダストフィルタ(38)のガス流路内に配置されていることを特徴とする添加ガス給排気装置。 - ＡｒＦエキシマレーザの添加ガス給排気装置において、
二酸化炭素、窒素、及び四フッ化炭素のうち少なくともいずれか１つの添加ガスを、温度制御によりチャンバ(1)内に給排気する化学平衡装置(44)を備えたことを特徴とする添加ガス給排気装置。
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