JP4077592B2 - Impurity concentration measuring device for laser equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザチャンバ内の不純物の濃度を計測する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エキシマレーザ装置やフッ素レーザ装置など紫外線レーザ装置は半導体露光装置の光源として使用される。紫外線レーザ装置は、露光とステージ移動を交互に繰り返して半導体ウエハ上のICチップの露光を行う。このICチップの露光の際に紫外線レーザ装置は、レーザ光を所定回数連続してパルス発振する連続パルス発振運転と所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返すバースト運転で運転されている。すなわちバースト運転時には、たとえばレーザ光を500パルス連続発振させた後に0.2秒の発振休止を行う運転が繰り返される。
【0003】
しかしバースト運転時には、連続パルス発振開始の当初は比較的高いエネルギーが得られるが、その後徐々にパルスエネルギーが低下するという現象(以下「スパイク現象」という)が生じる。このスパイク現象が発生すると露光の精度が低下する。
【0004】
そこで、このスパイク現象を解消するために本発明の出願人は、レーザチャンバ内のレーザガスにキセノンXeを所定濃度(たとえば10ppm)添加するという発明を既に特許出願(特願平11−23709号)している。この発明によればレーザガスにキセノンを所定濃度添加することによってスパイク現象は解消される。さらにレーザガスにキセノンを添加すると、キセノンを添加しない場合よりも全体としてレーザ光の出力エネルギーが増加するという効果も得られる。
【0005】
しかしレーザガスにキセノンが添加されたとしても、レーザチャンバ内に本来のレーザガス以外の不純物(たとえば酸素O2)が混入されると、キセノン添加によるスパイク現象解消や出力エネルギー増加の効果は得られなくなる。このようにレーザチャンバ内への不純物混入は望ましくなく、レーザチャンバ内に不純物が混入した場合には、混入の有無を判別し混入した濃度を求め、混入原因を突き止め対策を策定する必要がある。
【0006】
そこで従来より不純物の混入の有無を判別し混入濃度を求めるにあたって、レーザチャンバ内のガスを直接分析するという方法が採用されている。
【0007】
従来のガスの分析方法について説明する。
【0008】
図8(a)は紫外線レーザ装置20を示す。レーザチャンバ2の配管にはバルブ23を介してサンプリングボトル21およびパージユニット22が接続されている。この装置における分析の手順は以下の通りである。
【0009】
1)レーザ発振動作を停止させた状態で、閉じた状態のバルブ23とサンプリングボトル21とをパージが可能な配管で接続し、さらにこの接続部分にパージユニット22を接続する。
【0010】
2)パージユニット22でバルブ23とサンプリングボトル21との接続部分を十分にパージした後にバルブ23を開放してレーザチャンバ2内のレーザガスを抜き取る。すなわちレーザガスのサンプリングを行う。
【0011】
3)図8(b)に示すように上記サンプリングボトル21とガス分析器24とをパージが可能な配管で接続し、さらにこの接続部分にパージユニット22を接続する。
【0012】
4)パージユニット22でガス分析器24とサンプリングボトル21との接続部分を十分にパージした後にガス分析器24でガス分析を行う。
【0013】
また図9は別のガス分析方法を説明する図である。図9の装置における分析の手順は以下の通りである。
【0014】
1)紫外線レーザ装置20からレーザチャンバ2を取り外す。
【0015】
2)レーザチャンバ2にパージユニット22およびガス分析器24に取り付ける。
【0016】
3)パージユニット22により配管部分をパージ後、レーザチャンバ2内のガスをガス分析器24に導入し、ガスの分析を行う。つまりガスのサンプリングと分析を行う。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来技術にあっては、紫外線レーザ装置20とは別に、パージユニット22とガス分析器24を用意し、ガスのサンプリングと分析を行う必要がある。このためガスのサンプリングと分析を行う装置が新たに必要となり装置が大がかりなものとなる。またガスのサンプリングと分析の作業に手間がかかり作業が煩雑なものとなる。またサンプリングボトル21やレーザチャンバ2を取り外したり再度取り付ける作業は、手間がかかるのみならずこの作業の際に本来のレーザ運転を一旦中止しなければならない。このためレーザ運転の効率が著しく低下する。
【0018】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することを解決課題とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段及び作用、効果】
本発明の第1発明は、
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振する連続パルス発振運転と所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記放電電極間への放電印加電圧が一定となるように放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが基準レベルに対して所定レベルに低下した場合に、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量を求める出力エネルギー低下量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記出力エネルギー低下量との対応関係を予め用意し、
前記求めた出力エネルギー低下量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とする。
【0020】
第1発明は、放電印加電圧が一定となるように制御しているときにレーザチャンバ内に不純物が混入すると基準レベルに対するエネルギー低下が生じ、このエネルギー低下量が不純物の濃度に対応している点に基づきなされたものである。
【0021】
第1発明を図5を参照して説明する。
【0022】
図5(a)に示すように放電電極間への放電印加電圧が一定となるように連続パルス発振運転をした場合には、レーザチャンバ内に不純物が混入すると、連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数n2のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーaが基準レベルa1に対して所定レベルa2に低下する。そして基準レベルa1に対する出力エネルギーの低下量a2−a1が求められる。
【0023】
一方図5(b)に示すようにレーザガス以外の不純物の濃度Xと出力エネルギー低下量Δaとの対応関係Cが予め用意されている。
【0024】
そこで求めた出力エネルギー低下量a2−a1に対応する不純物濃度X1が、上記対応関係Cから求められる。
【0025】
第1発明によれば、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル21やレーザチャンバ2を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本発明によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【0026】
また第2発明は、第1発明において、
前記エネルギー低下量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第1の所定レベルに低下し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第2の所定レベルに低下した場合に、前記第1の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーと、前記第2の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーとの差を、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量として計測するものであること
を特徴とする。
【0027】
第2発明によれば、図5(a)に示すように連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数n1のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーaが第1の所定レベルa1に低下し、さらに連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数n2のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーaが第2の所定レベルa2に低下する。そして第1の所定レベルa1に低下した時点の出力エネルギーa1と、第2の所定レベルa2に低下した時点の出力エネルギーa2との差a2−a1が、基準レベルに対する出力エネルギーの低下量a2−a1として計測される。
【0028】
また第3発明は、
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振する連続パルス発振運転と所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記レーザ光の出力エネルギーが一定となるように前記放電電極間への放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極への放電印加電圧が基準レベルに対して所定レベルに上昇した場合に、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量を求める放電印加電圧上昇量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記放電印加電圧上昇量との対応関係を予め用意し、
前記求めた放電印加電圧上昇量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とする。
【0029】
第3発明は、出力エネルギーが一定となるように制御しているときにレーザチャンバ内に不純物が混入すると基準レベルに対する放電印加電圧上昇が生じ、この放電印加電圧上昇量が不純物の濃度に対応している点に基づきなされたものである。
【0030】
第3発明を図6を参照して説明する。
【0031】
図6(a)に示すようにレーザ光の出力エネルギーが一定となるように連続パルス発振運転をした場合には、レーザチャンバ内に不純物が混入すると、連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数n2のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧bが基準レベルb1に対して所定レベルb2に上昇する。そして基準レベルb1に対する放電印加電圧の上昇量b2−b1が求められる。
【0032】
一方図6(b)に示すようにレーザガス以外の不純物の濃度Yと放電印加電圧上昇量Δbとの対応関係Dが予め用意されている。
【0033】
そこで求めた放電印加電圧上昇b2−b1に対応する不純物濃度Y1が、上記対応関係Dから求められる。
【0034】
第3発明によれば、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル21やレーザチャンバ2を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本発明によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【0035】
また第4発明は、第3発明において、
前記放電印加電圧上昇量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第1の所定レベルに上昇し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第2の所定レベルに上昇した場合に、前記第2の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧と、前記第1の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧との差を、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量として計測するものであること
を特徴とする。
【0036】
第4発明によれば、図6(a)に示すように連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数n1のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧bが第1の所定レベルb1に上昇し、さらに連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数n2のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧bが第2の所定レベルb2に上昇する。そして第2の所定レベルb2に上昇した時点の放電印加電圧b2と、第1の所定レベルb1に上昇した時点の放電印加電極b1との差b2−b1が、基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量b2−b1として計測される。
【0037】
また第5発明は、第1発明乃至第4発明において、
前記不純物は酸素元素を含むこと
を特徴とする。
【0038】
第5発明ではレーザガス以外の不純物がO2、CO2などであり酸素元素を含むものを対象としている。なお酸素元素を含む不純物の混入は、1)大気中の酸素の混入、2)レーザガス中のフッ素とレーザチャンバ内の水分との化学反応、3)配管内のパージ不足、4)純度不良の供給ガスボンベなどの原因が考えられる。
【0039】
また第6発明は、第1発明乃至第5発明において、
レーザガスに所定濃度のキセノンを添加したこと
を特徴とする。
【0040】
第6発明ではレーザガスにたとえば濃度10ppmのキセノンXeを添加し、図5(b)に示すように不純物の濃度Xが0ppmのときのエネルギー低下量Δaが0の場合あるいは図6(b)に示すように不純物の濃度Yが0ppmのときの放電印加電圧上昇量Δbが0の場合を対象としている。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るレーザ装置の不純物濃度計測装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお以下に示す実施形態では、ArF(アルゴンフッ素)エキシマレーザ装置に適用した場合を想定している。ArFエキシマレーザ装置ではバースト運転時にスパイク現象が発生する。またレーザチャンバ内のレーザガスにはたとえば10ppmのキセノンXeが添加されているものとする。レーザガスにキセノンXeが10ppm程度添加されていると、ArFエキシマレーザ装置のバースト運転時に発生するスパイク現象をなくすことができる。
【0042】
しかし本発明はArFエキシマレーザ装置以外のレーザ装置であってもスパイク現象が発生するようなレーザ装置であれば適用可能である。またキセノンXe以外の添加物であってもバースト運転時に発生するスパイク現象をなくすことができる添加物であれば、これを添加する実施も可能である。
【0043】
図1は第1の実施形態のArFエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。第1の実施形態では、レーザチャンバ2内の放電電極11、11間への放電印加電圧値が一定となるように放電印加電圧が制御される場合を想定している。
【0044】
同図1に示すArFエキシマレーザ装置1は、大きくは、レーザチャンバ2と、リアミラー3と、フロントミラー4と、給気モジュール5と、排気モジュール6と、コントローラ7と、パワーモニタ8と、パルスパワーモジュール9とから構成されている。
【0045】
レーザチャンバ2内には放電電極11、11が対向して設けられている。レーザチャンバ2内にはフッ素F2、アルゴンAr2、ネオンNeからなるレーザガスが封入されている。またレーザガスには約10ppmの濃度のキセノンXeが添加されている。
【0046】
放電電極11、11間でパルス放電が行われるとレーザガスが励起され、パルスレーザ光L1が発振される。レーザチャンバ2内には図示しないファン、ラジエタが設けられている。上記ファンによってレーザガスはレーザチャンバ2内を所定周期で循環し放電電極11、11間に供給される。また上記ファンによってレーザガスが循環されるとレーザガスの持つ熱はラジエタによって熱交換される。
【0047】
レーザチャンバ2のレーザ光L1の光軸上にはウィンドウ2a、2bが対向して設けられている。ウインドウ2a、2bを介してレーザ光L1がレーザチャンバ2外に出力される。レーザチャンバ2を挟むようにリアミラー3とフロントミラー4が設けられている。リアミラー3とフロントミラー4とで共振器が構成されている。リアミラー3は光を全反射するミラーである。フロントミラー4は光の一部のみを透過出力する部分透過ミラーである。リアミラー3とフロントミラー4との間をレーザ光L1が往復することによってエネルギーが増幅されレーザ発振が行われる。リアミラー3とフロントミラー4とで構成される共振器には狭帯域化ユニットを設けることができる。この狭帯域化ユニットはプリズムなどのビームエキスパンダ、グレーティングなどの波長選択素子などから構成されている。
【0048】
給気モジュール5はレーザチャンバ2内にキセノンXeが添加されたレーザガスを供給するモジュールである。排気モジュール6はレーザチャンバ2内のレーザガスを排気するモジュールである。
【0049】
コントローラ7はパワーモニタ8から出力されるデータを入力し、給気モジュール5によるレーザチャンバ2内へのレーザガスの供給と、排気モジュール6によるレーザチャンバ2内からのレーザガスの排気とを制御する。またコントローラ7はパルスパワーモジュール9に対する電力供給を制御する。さらにコントローラ7はパワーモニタ8から出力されるデータを入力し、レーザチャンバ2内のレーザガス以外の不純物たとえばO2の混入の有無を判定し不純物濃度を計測する。
【0050】
パワーモニタ8はレーザ光L1の出力エネルギーaつまり1パルス当たりのパルスエネルギーaを検出する装置であり、ビームスプリッタ8aとセンサ8bとから構成されている。ビームスプリッタ8aは入射する光の一部を透過し一部を反射する。センサ8bはレーザ光L1のパルスエネルギーaを検出する。
【0051】
すなわちフロントミラー4から出射されたレーザ光L1は、パワーモニタ8のビームスプリッタ8aに入射される。ビームスプリッタ8aに入射されたレーザ光L1の一部はビームスプリッタ8aを透過してエキシマレーザ装置1の外部の露光装置に出力される。ビームスプリッタ8aに入射されたレーザ光L1の他の一部はセンサ8bに入射される。センサ8bではレーザ光L1のパルスエネルギーaが検出されコントローラ7に出力される。
【0052】
パルスパワーモジュール9は放電電極11、11に放電印加電圧bつまり1パルス当たりのパルス放電印加電圧bを印加する。このパルス放電印加電圧bはコントローラ7によって制御される。
【0053】
以上が実施形態のArFエキシマレーザ装置1の構成である。
【0054】
つぎにレーザチャンバ2内に各種の不純物が混入した場合のパルスエネルギーaの変化について説明する。
【0055】
図2は連続パルス発振運転時のパルスエネルギーaの変化を示すグラフである。図2(a)は不純物としてO2が混入していない場合(0ppm)、10ppmの濃度で混入した場合、30ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0056】
また図2(b)は不純物としてCO2が混入していない場合(0ppm)、10ppmの濃度で混入した場合、20ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0057】
また図2(c)は不純物としてSiF4が混入していない場合(0ppm)、20ppmの濃度で混入した場合、50ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0058】
また図2(d)は不純物としてHFが混入していない場合(0ppm)、10ppmの濃度で混入した場合、30ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0059】
また図2(e)は不純物としてN2が混入していない場合(0ppm)、20ppmの濃度で混入した場合、100ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0060】
また図2(f)は不純物としてCF4が混入していない場合(0ppm)、50ppmの濃度で混入した場合、100ppmの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【0061】
同図2(a)〜(f)の縦軸はパルスエネルギーaを示しており、不純物が混入していない場合(0ppm)のパルスエネルギーaを“1”と規格化している。横軸は連続パルス発振運転を開始してからの発振パルス数nを示している。
【0062】
ここで図2(a)を参照して不純物がO2である場合について説明する。
【0063】
同図2(a)に示すようにレーザチャンバ2内にO2が混入していない場合(0ppm)には、パルスエネルギーaは連続パルス発振運転開始直後から約1.0にほぼ安定する。
【0064】
またレーザチャンバ2内にO2が10ppmの濃度で混入している場合には、パルスエネルギーaは連続パルス発振運転開始直後の10パルス以内のパルス数n′1で約1.0弱のレベルa1に低下して、このレベルa1に一旦安定する。安定したときのパルス数をn1で示す。つづいてパルスエネルギーaは連続パルス発振運転開始から40〜60パルス程度のパルス数n′2が経過すると低下を始め、連続パルス発振運転開始から200〜300パルス程度経過すると約0.8のレベルa2に安定する。安定したときのパルス数をn2で示す。またO2が10ppmの濃度で混入している場合は、混入していない場合(0ppm)と比較して全体的にパルスエネルギーaが低下する。
【0065】
レーザチャンバ2内にO2が30ppmの濃度で混入している場合も、10ppmの濃度で混入している場合と同様の傾向を示す。またO2が30ppmの濃度で混入している場合は、10ppmの濃度で混入している場合と比較して更に全体的にパルスエネルギーaが低下する。つまりa1のレベルに対するa2のレベルのエネルギー低下量は、O2の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【0066】
なお連続パルス発振運転開始からレベルa1に低下する時点のパルス数n′1は、レーザ繰り返し周波数、レーザチャンバ2内のファンによる循環流速などによって変化する。
【0067】
図2(b)に示すように不純物がCO2の場合にも不純物がO2の場合(図2(a))と同様な傾向を示し、10ppmないし20ppmの濃度で不純物CO2が混入しているとa1のレベルとa2のレベルの2段階でエネルギーが低下し、a1のレベルに対するa2のレベルのエネルギー低下量は、CO2の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【0068】
すなわち不純物に酸素元素が含まれている場合には、こうしたa1のレベルとa2のレベルの2段階でエネルギーが低下するという現象がみられる。
【0069】
これに対して酸素元素を含まない不純物SiF4、HF、N2、CF4の場合(図2(c)〜(f))には、a1のレベルとa2のレベルの2段階でエネルギーが低下するという現象がみられない。
【0070】
ただし不純物が所定濃度で混入している場合は、混入しない場合(0ppm)と比較して全体的にパルスエネルギーaが低下し、0ppmのときのレベルに対するエネルギー低下量は、不純物の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【0071】
たとえば図2(c)のSiF4を例にとると、SiF4が20ppmの濃度で混入している場合は、混入していない場合(0ppm)と比較してパルスエネルギーaはa0のレベルからa2のレベルに低下する。そしてこの0ppmのときのレベルa0に対するエネルギー低下量a2−a0は、SiF4の濃度が20ppmから50ppmへと大きくなるにつれて大きくなる。
【0072】
図3は各不純物ごとに不純物濃度Xとパルスエネルギーaとの関係を示したものである。図3の縦軸はパルスエネルギーaを示しており、不純物が混入していない場合のパルスエネルギーを“1”と規格化している。横軸は不純物の濃度Xを示している。同図3から明らかなようにパルスエネルギーaの低下に最も寄与する不純物はCO2とO2であることがわかる。以下HF、SiF4、HF、N2、CF4の順序でパルスエネルギーaの低下に対する寄与度が小さくなる。
【0073】
図4は各不純物ごとに、パルスエネルギーaを10%低下させるに必要な不純物の濃度を示している。図4ではArFエキシマレーザとKrFエキシマレーザとを対比して示している。
【0074】
同図4に示すようにパルスエネルギーaを10%低下させるに必要な不純物の濃度の数値は全体的にKrFエキシマレーザよりもArFエキシマレーザの方が低い。これより不純物混入がエネルギー低下に与える影響はKrFエキシマレーザよりもArFエキシマレーザの方が大きいことがわかる。
【0075】
またArFエキシマレーザに関してみれば、O2、CO2といった酸素元素を含む不純物が僅か5ppm混入するのみでパルスエネルギーaが10%低下してしまうのに対して、酸素元素を含まない不純物は10ppm以上混入しないとパルスエネルギーaが10%低下しない。これより不純物混入がエネルギー低下に与える影響は酸素元素を含まない不純物よりも酸素元素を含む不純物の方が大きいことがわかる。
【0076】
以上のように酸素元素を含む不純物O2またはCO2が混入すると、a1のレベルとa2のレベルの2段階でエネルギーが低下し、a1のレベルに対するa2のレベルのエネルギー低下量は、不純物濃度が大きくなるにつれて大きくなる。また酸素元素を含む不純物O2またはCO2の混入がエネルギー低下に与える影響は、他の酸素元素を含まない不純物を混入したときよりも大きい。しかもArFエキシマレーザ装置でその影響はより大きくなる。
【0077】
以下図1のArFエキシマレーザ装置1のレーザチャンバ2内に酸素O2が混入したときに、その混入の有無を判定し不純物O2の濃度を計測する処理について図5を参照して説明する。なお不純物O2の混入は、1)大気中の酸素の混入、2)レーザガス中のフッ素とレーザチャンバ2内の水分との化学反応、3)配管内のパージ不足、4)純度不良の供給ガスボンベなどの原因によって生じる。
【0078】
図5(a)は図2(a)に相当するグラフであり図2(a)のグラフを簡略化したものである。図5(a)に示すラインE2はレーザチャンバ2内に不純物O2が混入していないときのパルスエネルギーaのパルス数n増加に伴う変化を示し、ラインE1はレーザチャンバ2内に不純物O2が混入しているときのパルスエネルギーaのパルス数n増加に伴う変化を示している。
【0079】
一方図5(b)はレーザチャンバ2内に混入しているO2の濃度Xとパルスエネルギー変化量つまりパルスエネルギー低下量Δaとの対応関係Cを示すグラフである。この対応関係Cはパルスエネルギー低下量Δaが大きくなるにつれてO2の濃度Xが大きくなるという上述した傾向に相当するものである。この対応関係Cはコントローラ7のメモリに予めΔaとXの対応関係のデータテーブル形式で、あるいはΔaからXを求める演算式の形式で記憶されている。レーザガスに濃度10ppm程度のキセノンXeを添加している場合には同図5(b)に示すように不純物濃度Xが0ppmのときのエネルギー低下量Δaは0になる。
【0080】
コントローラ7では以下の演算処理が実行される。
【0081】
コントローラ7ではセンサ8bで検出される1パルス当たりのパルスエネルギーaを入力するとともにパルスモジュール9に対して1パルスごとに与えるパルス放電印加電圧bを指令している。これより連続パルス発振運転の開始からの発振パルス数nとパルスエネルギーaとの関係を計測することができる。
【0082】
レーザチャンバ2内にO2が所定濃度で混入している場合には、図5(a)のラインE1のように変化する。すなわちパルスエネルギーaは連続パルス発振運転開始直後の10パルス以内のパルス数n′1でレベルa1に低下して、このレベルa1に一旦安定する。安定したときのパルス数をn1で示す。つづいてパルスエネルギーaは連続パルス発振運転開始から40〜60パルス程度のパルス数n′2が経過すると低下を始め、連続パルス発振運転開始から200〜300パルス程度経過するとレベルa2に安定する。安定したときのパルス数をn2で示す。
【0083】
一方レーザチャンバ2内にO2が混入していない場合には、図5(a)のラインE2のように変化する。不純物O2が混入していない場合には図5(b)のラインE1に示すようなa1のレベルとa2のレベルの2段階でパルスエネルギーaが低下するという傾向はみられない。
【0084】
よって図5(a)のラインE1に示すようにa1のレベルとa2のレベルの2段階でパルスエネルギーaが低下したことが計測されると、不純物O2が混入したと判定し、ラインE2に示すようにa1のレベルとa2のレベルの2段階でパルスエネルギーaが低下したことが計測されないと、不純物O2が混入していないと判定する。
【0085】
つぎに不純物O2が混入したとしてその不純物濃度Xを計測する処理について説明する。
【0086】
図5(a)に示すようにパルス数n1のときのパルスエネルギーa1と、パルス数n2のときのパルスエネルギーa2とがそれぞれ計測される。そしてこれらパルスエネルギーa1と、パルスエネルギーa2との差a2−a1が、エネルギー低下量a2−a1として演算される。
【0087】
つぎに図5(b)に示すように、上記演算されたパルスエネルギー低下量a2−a1に対応する不純物濃度X1を、対応関係Cから求める。
【0088】
以上のようにしてコントローラ7における演算処理のみで、レーザチャンバ2内の酸素O2の混入の有無が判定され不純物O2の濃度X1が計測される。
【0089】
なお本実施形態ではコントローラ7の演算処理によって不純物混入の有無を判定し不純物濃度を計測しているが、図5(a)の結果を人間が判断し手計算することにより同様の計測を行うようにしてもよい。
【0090】
以上のように本実施形態によれば、コントローラ7の演算処理のみによって不純物混入の有無を判定でき不純物濃度を計測できるので、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル21やレーザチャンバ2を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本実施形態によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【0091】
また上述した第1の実施形態は不純物がCO2の場合にも同様に適用することができる。
【0092】
以上第1の実施形態ではパルス放電印加電圧値bが一定となるようにパルス放電印加電圧bを制御する場合について説明した。
【0093】
つぎにパルスエネルギーaが一定となるようにパルス放電印加電圧bを制御する第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に図1のArFエキシマレーザ装置1のレーザチャンバ2内に酸素O2が混入したときに、その混入の有無を判定し不純物O2の濃度を計測する処理について説明する。
【0094】
図6(a)は図5(a)に相当するグラフである。図6(a)に示すラインV2はレーザチャンバ2内に不純物O2が混入していないときのパルス放電印加電圧bのパルス数n増加に伴う変化を示し、ラインV1はレーザチャンバ2内に不純物O2が混入しているときのパルス放電印加電圧bのパルス数n増加に伴う変化を示している。
【0095】
一方図6(b)は図5(b)に相当するグラフである。図6(b)はレーザチャンバ2内に混入しているO2の濃度Yとパルス放電印加電圧変化量つまりパルス放電印加電圧上昇量Δbとの対応関係Dを示すグラフである。この対応関係Dは、図5(b)に示すパルスエネルギー低下量Δaが大きくなるにつれてO2の濃度Xが大きくなるという傾向に相当するものであり、パルス放電印加電圧上昇量Δbが大きくなるにつれてO2の濃度Yが大きくなる傾向を示している。この対応関係Dはコントローラ7のメモリに予めΔbとYの対応関係のデータテーブル形式で、あるいはΔbからYを求める演算式の形式で記憶されている。レーザガスに濃度10ppm程度のキセノンXeを添加している場合には同図6(b)に示すように不純物濃度Yが0ppmのときの放電印加電圧上昇量Δbは0になる。
【0096】
コントローラ7では以下の演算処理が実行される。
【0097】
コントローラ7ではセンサ8bで検出される1パルス当たりのパルスエネルギーaを入力しパルスエネルギーaが一定となるようにパルスモジュール9に対して1パルスごとに与えるパルス放電印加電圧bを指令している。これより連続パルス発振運転の開始からの発振パルス数nとパルス放電印加電圧bとの関係を計測することができる。
【0098】
レーザチャンバ2内にO2が所定濃度で混入している場合には、図6(a)のラインV1のように変化する。すなわちパルス放電印加電圧bは連続パルス発振運転開始直後の10パルス以内のパルス数n′1でレベルb1に上昇して、このレベルb1に一旦安定する。安定したときのパルス数をn1で示す。つづいてパルス放電印加電圧bは連続パルス発振運転開始から40〜60パルス程度のパルス数n′2が経過すると上昇を始め、連続パルス発振運転開始から200〜300パルス程度経過するとレベルb2に安定する。安定したときのパルス数をn2で示す。
【0099】
一方レーザチャンバ2内にO2が混入していない場合には、図6(a)のラインV2のように変化する。不純物O2が混入していない場合には図6(b)のラインV1に示すようなb1のレベルとb2のレベルの2段階でパルス放電印加電圧bが上昇するという傾向はみられない。
【0100】
よって図6(a)のラインV1に示すようにb1のレベルとb2のレベルの2段階でパルス放電印加電圧bが上昇したことが計測されると、不純物O2が混入したと判定し、ラインV2に示すようにb1のレベルとb2のレベルの2段階でパルス放電印加電圧bが上昇したことが計測されないと、不純物O2が混入していないと判定する。
【0101】
つぎに不純物O2が混入したとしてその不純物濃度Xを計測する処理について説明する。
【0102】
図6(a)に示すようにパルス数n1のときのパルス放電印加電圧b1と、パルス数n2のときのパルス放電印加電圧b2とがそれぞれ計測される。そしてこれらパルス放電印加電圧b2と、パルス放電印加電圧b1との差b2−b1が、放電印加電圧上昇量b2−b1として演算される。
【0103】
つぎに図6(b)に示すように、上記演算されたパルス放電印加電圧上昇量b2−b1に対応する不純物濃度Y1を、対応関係Dから求める。
【0104】
以上のようにしてコントローラ7における演算処理のみで、レーザチャンバ2内の酸素O2の混入の有無が判定され不純物O2の濃度Y1が計測される。
【0105】
なお本実施形態ではコントローラ7の演算処理によって不純物混入の有無を判定し不純物濃度を計測しているが、図6(a)の結果を人間が判断し手計算することにより同様の計測を行うようにしてもよい。
【0106】
また上述した第2の実施形態は不純物がCO2の場合にも同様に適用することができる。
【0107】
以上のように第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測できるという効果が得られる。
【0108】
さて第1の実施形態では、図5(a)に示すように、連続パルス発振運転時に最初に低下したエネルギーレベルa1を基準レベルとしてエネルギー低下量a2−a1を演算している。
【0109】
しかしエネルギー低下の基準となる基準レベルは連続パルス発振運転時に最初に低下したエネルギーレベルa1に限定されるものではない。本発明としては、レーザ装置の出荷時におけるエネルギーレベルを基準レベルとしてもよく、またレーザチャンバ2内のガスを交換した時点のエネルギーレベルを基準レベルとしてもよい。
【0110】
たとえば図5(a)のラインE2に示すように、不純物O2が混入していないときのエネルギーレベルa0(たとえばパルス数n2時点のレベル)を予め求めておき、このレベルa0を基準レベルとしてエネルギー低下量a2−a0を演算してもよい。
【0111】
これを図2(a)に適用すると、不純物O2が混入していないとき(0ppm)のエネルギーレベルa0(たとえばパルス数n2時点のレベル)を予め求めておき、このレベルa0を基準レベルとしてエネルギー低下量a2−a0を演算することに相当する。
【0112】
よって本発明は酸素元素を含まないSiF4、HF、N2、CF4の不純物の濃度を計測する場合にも適用することができる。
【0113】
たとえば図2(c)のSiF4を例にとると、不純物O2が混入していないとき(0ppm)のエネルギーレベルa0(たとえばパルス数n2時点のレベル)を予め求めておき、このレベルa0を基準レベルとしてエネルギー低下量a2−a0を演算する。そして図5(a)と同様にSiF4の濃度Zとエネルギー低下量Δaとの対応関係C′を予め用意しておき、上記演算されたエネルギー低下量a2−a0に対応するSiF4の濃度Z1を、対応関係C′から求めればよい。
【0114】
第2の実施形態で放電印加電圧上昇量を求める場合も同様である。レーザ装置の出荷時における放電印加電圧レベルを基準レベルとしてもよく、またレーザチャンバ2内のガスを交換した時点の放電印加電圧レベルを基準レベルとしてもよい。また酸素元素を含まない不純物SiF4、HF、N2、CF4の濃度も同様にして計測することができる。
【0115】
つぎに第3の実施形態について説明する。
【0116】
さてArFエキシマレーザ装置1のバースト運転時には、少量のレーザガスの供給と排気が行われている。このようにしてレーザチャンバ2内の劣化したレーザガスが排気され、新たなレーザガスが供給される。しかしレーザチャンバ2内のレーザガスは徐々にではあるが時間の経過とともに劣化する。このため定期的にレーザチャンバ2内のレーザガスを交換する作業が必要とされる。
【0117】
このレーザガス交換作業のときに誤ってレーザチャンバ2内に酸素O2が混入することが考えられる。そこでレーザガス交換時に酸素混入チェックを行う第3の実施形態について説明する。
【0118】
図7は酸素混入チェック処理の手順を示すフローチャートである。
【0119】
すなわちレーザチャンバ2内のレーザガスが交換される(ステップ501)と、レーザガス交換作業後にArFエキシマレーザ装置1ではパルスエネルギーaが一定となるように放電印加電圧bを制御しつつバースト運転が開始される。ここでレーザチャンバ2内にO2が混入している場合には図6(a)のラインV1に示すような変化をする。
【0120】
そこで連続パルス発振運転の開始から数十パルス後のパルス数n1のパルス放電印加電圧値がb1が求められ、連続パルス発振運転開始から数百パルス後のパルス数n2でパルス放電印加電圧値b2が求められる。そしてこれらパルス放電印加電圧値の変化量b2−b1が求められる(ステップ502)。
【0121】
つぎに上記求めたパルス放電印加電圧値の変化量b2−b1と予め設定した規定値Δbcとが比較され、パルス放電印加電圧値の変化量b2−b1が規定値Δbc以内であるか否かが判断される(ステップ503)。パルス放電印加電圧値の変化量b2−b1が規定値Δbc以内であれば、酸素の混入がないものと判断し、ArFエキシマレーザ装置1はそのまま通常のバースト運転を継続する(ステップ503の判断Yes、ステップ504)。
【0122】
一方パルス放電印加電圧値の変化量b2−b1が規定値Δbcを超えている場合には、酸素の混入があったものと判断し、「酸素混入エラー」のエラーメッセージが表示される(ステップ503の判断No、ステップ505)。オペレータがエラーメッセージを見ることにより、ArFエキシマレーザ装置1に対し適切な異常処置が施される。なおエラーメッセージを表示するだけでなくバースト運転を自動的に中止してもよい。
【0123】
なお第3の実施形態ではパルスエネルギーaが一定となるように制御する場合を想定しているが、パルス放電印加電圧bが一定となるように制御する場合にも適用することができる。この場合にはステップ503で実際のパルスエネルギー低下量が規定値以内にあるか否かを判断すればよい。
【0124】
このように第3の実施形態によれば、レーザガスを交換した際にレーザチャンバ2内にO2が混入したとしてもその混入のチェックを容易に行うことができる。また第3の実施形態は不純物がCO2の場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1の実施形態のエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図2はパルス数の増加にともなうパルスエネルギーの変化を示すグラフであり、図2(a)はO2、図2(b)はCO2、図2(c)はSiF4、図2(d)はHF、図2(e)はN2、図2(f)はCF4がそれぞれ不純物の場合のグラフである。
【図3】図3は各不純物ごとに混入濃度とその濃度に対するパルスエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図4】図4はレーザ装置のパルスエネルギーを10%低下させるに必要な不純物の濃度を示す表である。
【図5】図5(a)はパルス数の増加にともなうパルスエネルギーの変化を示すグラフであり、図5(b)はO2の濃度とパルスエネルギー変化量との対応関係を示すグラフである。
【図6】図6(a)はパルス数の増加にともなうパルス放電印加電圧の変化を示すグラフであり、図6(b)はO2の濃度とパルス電圧変化量との対応関係を示すグラフである。
【図7】図7は第3の実施形態の酸素混入チェック処理の手順を示すフローチャートである。
【図8】図8(a)、(b)は従来技術を説明する図でありガス分析器を用いて不純物の濃度を計測する作業を説明する図である。
【図9】図9は従来技術を説明する図でありガス分析器を用いて不純物の濃度を計測する作業を説明する図である。
【符号の説明】
1…ArFエキシマレーザ装置
2…レーザチャンバ
7…コントローラ
8…パワーモニタ
8b…センサ
9…パルスパワーモジュール
11…放電電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration of impurities in a laser chamber.
[0002]
[Prior art]
Ultraviolet laser devices such as excimer laser devices and fluorine laser devices are used as light sources for semiconductor exposure devices. The ultraviolet laser device performs exposure of the IC chip on the semiconductor wafer by alternately repeating exposure and stage movement. During the exposure of the IC chip, the ultraviolet laser device is operated in a burst operation that repeats a continuous pulse oscillation operation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times and an oscillation pause that ceases pulse oscillation for a predetermined time. That is, at the time of burst operation, for example, an operation in which the laser beam is continuously oscillated 500 pulses and then the oscillation is stopped for 0.2 seconds is repeated.
[0003]
However, during burst operation, a relatively high energy is obtained at the beginning of continuous pulse oscillation, but a phenomenon in which the pulse energy gradually decreases (hereinafter referred to as “spike phenomenon”) occurs. When this spike phenomenon occurs, the accuracy of exposure decreases.
[0004]
In order to eliminate this spike phenomenon, the applicant of the present invention has already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 11-23709) for adding a predetermined concentration (for example, 10 ppm) of xenon Xe to the laser gas in the laser chamber. ing. According to the present invention, the spike phenomenon is eliminated by adding a predetermined concentration of xenon to the laser gas. Furthermore, when xenon is added to the laser gas, the effect of increasing the output energy of the laser beam as a whole can be obtained as compared with the case where xenon is not added.
[0005]
However, even if xenon is added to the laser gas, if impurities (for example, oxygen O2) other than the original laser gas are mixed in the laser chamber, the effects of eliminating the spike phenomenon and increasing the output energy due to the addition of xenon cannot be obtained. As described above, it is not desirable to mix impurities into the laser chamber. When impurities are mixed into the laser chamber, it is necessary to determine the presence or absence of mixing, determine the mixing concentration, determine the cause of mixing, and formulate countermeasures.
[0006]
Therefore, conventionally, a method of directly analyzing the gas in the laser chamber has been adopted in order to determine the presence or absence of impurities and determine the concentration.
[0007]
A conventional gas analysis method will be described.
[0008]
FIG. 8A shows the ultraviolet laser device 20. A sampling bottle 21 and a purge unit 22 are connected to the piping of the laser chamber 2 via a valve 23. The analysis procedure in this apparatus is as follows.
[0009]
1) With the laser oscillation operation stopped, the closed valve 23 and the sampling bottle 21 are connected by a pipe capable of purging, and the purge unit 22 is connected to this connection portion.
[0010]
2) The purge unit 22 sufficiently purges the connection portion between the valve 23 and the sampling bottle 21, and then opens the valve 23 to extract the laser gas in the laser chamber 2. That is, laser gas sampling is performed.
[0011]
3) As shown in FIG. 8B, the sampling bottle 21 and the gas analyzer 24 are connected by a pipe that can be purged, and a purge unit 22 is connected to this connecting portion.
[0012]
4) After the purge unit 22 sufficiently purges the connecting portion between the gas analyzer 24 and the sampling bottle 21, the gas analyzer 24 performs gas analysis.
[0013]
FIG. 9 is a diagram for explaining another gas analysis method. The analysis procedure in the apparatus shown in FIG. 9 is as follows.
[0014]
1) The laser chamber 2 is removed from the ultraviolet laser device 20.
[0015]
2) The purge unit 22 and the gas analyzer 24 are attached to the laser chamber 2.
[0016]
3) After purging the piping portion by the purge unit 22, the gas in the laser chamber 2 is introduced into the gas analyzer 24 to analyze the gas. In other words, gas sampling and analysis are performed.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the prior art, it is necessary to prepare the purge unit 22 and the gas analyzer 24 separately from the ultraviolet laser device 20 and perform gas sampling and analysis. For this reason, a device for sampling and analyzing gas is newly required, and the device becomes large. In addition, the gas sampling and analysis work is troublesome, and the work becomes complicated. Further, the work of removing and re-installing the sampling bottle 21 and the laser chamber 2 is not only troublesome, but the original laser operation must be temporarily stopped during this work. This significantly reduces the efficiency of laser operation.
[0018]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the concentration of the impurities in the laser gas is measured without complicating the operation of the apparatus and without complicating the operation of the laser. This is a problem to be solved.
[0019]
[Means, functions and effects for solving the problems]
The first invention of the present invention is:
By filling a laser gas in the laser chamber and performing discharge between the discharge electrodes in the laser chamber, a continuous pulse oscillation operation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times and an oscillation pause that ceases pulse oscillation for a predetermined time are performed. In the laser device that repeatedly performs and controls the discharge applied voltage so that the discharge applied voltage between the discharge electrodes is constant during the continuous pulse oscillation operation,
When the output energy of the laser beam decreases to a predetermined level with respect to a reference level at the time when pulse oscillation of a predetermined number of pulses has been performed since the continuous pulse oscillation operation was started, the amount of decrease in output energy with respect to the reference level Output energy reduction amount measuring means for obtaining,
A correspondence relationship between the concentration of impurities other than the laser gas and the amount of output energy reduction is prepared in advance,
Impurity concentration measuring means for obtaining an impurity concentration corresponding to the obtained output energy decrease amount from the correspondence relationship;
Having
It is characterized by.
[0020]
According to the first aspect of the present invention, when impurities are mixed in the laser chamber when the discharge applied voltage is controlled to be constant, energy is reduced with respect to the reference level, and this energy reduction corresponds to the impurity concentration. It was made based on.
[0021]
The first invention will be described with reference to FIG.
[0022]
As shown in FIG. 5A, when the continuous pulse oscillation operation is performed so that the discharge applied voltage between the discharge electrodes is constant, the continuous pulse oscillation operation is started when impurities are mixed in the laser chamber. When the pulse oscillation of the predetermined number of pulses n2 is performed, the output energy a of the laser beam is lowered to the predetermined level a2 with respect to the reference level a1. Then, a reduction amount a2-a1 of the output energy with respect to the reference level a1 is obtained.
[0023]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, a correspondence C between the concentration X of impurities other than the laser gas and the output energy reduction amount Δa is prepared in advance.
[0024]
The impurity concentration X1 corresponding to the output energy reduction amount a2-a1 obtained there is obtained from the correspondence C.
[0025]
According to the first invention, it is not necessary to newly provide a gas sampling and analysis device as in the prior art, and the impurity concentration can be easily measured only by the arithmetic processing. Further, it is not necessary to remove or reattach the sampling bottle 21 or the laser chamber 2 as in the prior art. Therefore, according to the present invention, the concentration of the impurities in the laser gas can be measured without making the apparatus large-scale, without requiring complicated work, and without impairing the efficiency of laser operation.
[0026]
The second invention is the first invention,
The energy reduction amount measuring means reduces the output energy of the laser beam to a first predetermined level at the time when the first predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started. When the output energy of the laser beam has decreased to a second predetermined level at the time when pulse oscillation of the second predetermined number of pulses has been made since the start of continuous pulse oscillation operation, the level has decreased to the first predetermined level. The difference between the output energy at the time point and the output energy at the time point when the output energy is reduced to the second predetermined level is measured as a reduction amount of the output energy with respect to the reference level.
It is characterized by.
[0027]
According to the second invention, as shown in FIG. 5 (a), the output energy a of the laser beam is the first when the pulse oscillation of the first predetermined number of pulses n1 is performed after the continuous pulse oscillation operation is started. The output energy a of the laser beam decreases to the second predetermined level a2 when the pulse oscillation of the second predetermined number of pulses n2 is performed after the continuous pulse oscillation operation is started. The difference a2-a1 between the output energy a1 at the time when the output energy a1 is reduced to the first predetermined level a1 and the output energy a2 at the time when the output energy a2 is reduced to the second predetermined level a2 is the reduction amount a2-a1 of the output energy relative to the reference level As measured.
[0028]
Also, the third invention is
By filling a laser gas in the laser chamber and performing discharge between the discharge electrodes in the laser chamber, a continuous pulse oscillation operation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times and an oscillation pause that ceases pulse oscillation for a predetermined time are performed. In the laser device that repeatedly performs, and controls the discharge applied voltage between the discharge electrodes so that the output energy of the laser light is constant during the continuous pulse oscillation operation,
The discharge applied voltage with respect to the reference level when the discharge applied voltage to the discharge electrode rises to a predetermined level with respect to the reference level at the time when the pulse oscillation of a predetermined number of pulses has been made since the continuous pulse oscillation operation was started. Discharge applied voltage rise measuring means for obtaining the rise amount of
A correspondence relationship between the concentration of impurities other than the laser gas and the discharge applied voltage increase amount is prepared in advance,
Impurity concentration measuring means for obtaining an impurity concentration corresponding to the obtained increase in discharge applied voltage from the correspondence relationship;
Having
It is characterized by.
[0029]
According to the third aspect of the present invention, when impurities are mixed in the laser chamber while the output energy is controlled to be constant, a discharge applied voltage rises with respect to the reference level, and the discharge applied voltage rise corresponds to the impurity concentration. It was made based on the points.
[0030]
The third invention will be described with reference to FIG.
[0031]
As shown in FIG. 6A, when the continuous pulse oscillation operation is performed so that the output energy of the laser light is constant, if impurities are mixed in the laser chamber, the predetermined pulse is generated after the continuous pulse oscillation operation is started. When a pulse oscillation of several n2 is made, the discharge applied voltage b between the discharge electrodes rises to a predetermined level b2 with respect to the reference level b1. Then, an increase b2-b1 of the discharge applied voltage with respect to the reference level b1 is obtained.
[0032]
On the other hand, as shown in FIG. 6B, a correspondence D between the concentration Y of impurities other than the laser gas and the discharge applied voltage increase Δb is prepared in advance.
[0033]
Therefore, the impurity concentration Y1 corresponding to the discharge applied voltage rise b2-b1 obtained from the correspondence relationship D is obtained.
[0034]
According to the third aspect of the present invention, it is not necessary to newly provide a gas sampling and analysis device as in the prior art, and the impurity concentration can be easily measured only by the arithmetic processing. Further, it is not necessary to remove or reattach the sampling bottle 21 or the laser chamber 2 as in the prior art. Therefore, according to the present invention, the concentration of the impurities in the laser gas can be measured without making the apparatus large-scale, without requiring complicated work, and without impairing the efficiency of laser operation.
[0035]
The fourth invention is the third invention, wherein
The discharge applied voltage increase amount measuring means sets the discharge applied voltage between the discharge electrodes to the first predetermined level at the time when the first predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started. When the discharge applied voltage between the discharge electrodes rises to a second predetermined level at the time when the second predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started, The difference between the discharge applied voltage at the time of rising to the second predetermined level and the discharge applied voltage at the time of rising to the first predetermined level is measured as an increase amount of the discharge applied voltage with respect to the reference level. thing
It is characterized by.
[0036]
According to the fourth aspect of the invention, as shown in FIG. 6 (a), the discharge applied voltage b between the discharge electrodes at the time when the pulse oscillation of the first predetermined number of pulses n1 is performed after the continuous pulse oscillation operation is started. The discharge applied voltage b between the discharge electrodes is increased to the second predetermined level at the point of time when the pulse oscillation of the second predetermined number of pulses n2 is performed after the continuous pulse oscillation operation is started after rising to the first predetermined level b1. It rises to b2. The difference b2-b1 between the discharge applied voltage b2 at the time of rising to the second predetermined level b2 and the discharge applied electrode b1 at the time of rising to the first predetermined level b1 is the amount of increase in the discharge applied voltage with respect to the reference level. It is measured as b2-b1.
[0037]
The fifth invention is the first invention to the fourth invention,
The impurity includes an oxygen element.
It is characterized by.
[0038]
In the fifth aspect of the invention, the impurity other than the laser gas is O2, CO2, etc. and contains oxygen element. Impurities including oxygen elements are mixed in 1) oxygen in the atmosphere, 2) chemical reaction between fluorine in the laser gas and moisture in the laser chamber, 3) insufficient purge in the piping, and 4) supply of poor purity. Possible causes such as gas cylinders.
[0039]
The sixth invention is the first invention to the fifth invention,
Adding xenon at the specified concentration to the laser gas
It is characterized by.
[0040]
In the sixth invention, for example, xenon Xe having a concentration of 10 ppm is added to the laser gas, and the amount of energy decrease Δa when the impurity concentration X is 0 ppm as shown in FIG. 5B is 0 or as shown in FIG. As described above, the case where the discharge applied voltage increase Δb when the impurity concentration Y is 0 ppm is 0.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an impurity concentration measuring apparatus for a laser apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment described below, it is assumed that the present invention is applied to an ArF (argon fluorine) excimer laser device. In the ArF excimer laser device, a spike phenomenon occurs during burst operation. Further, for example, 10 ppm of xenon Xe is added to the laser gas in the laser chamber. When about 10 ppm of xenon Xe is added to the laser gas, the spike phenomenon that occurs during the burst operation of the ArF excimer laser device can be eliminated.
[0042]
However, the present invention can be applied to any laser apparatus other than the ArF excimer laser apparatus as long as the spike phenomenon occurs. Moreover, even if it is an additive other than xenon Xe, if it is an additive which can eliminate the spike phenomenon which generate | occur | produces at the time of burst operation, implementation which adds this is also possible.
[0043]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ArF excimer laser device according to the first embodiment. In the first embodiment, it is assumed that the discharge application voltage is controlled so that the discharge application voltage value between the discharge electrodes 11 and 11 in the laser chamber 2 is constant.
[0044]
The ArF excimer laser device 1 shown in FIG. 1 mainly includes a laser chamber 2, a rear mirror 3, a front mirror 4, an air supply module 5, an exhaust module 6, a controller 7, a power monitor 8, and a pulse. The power module 9 is configured.
[0045]
Discharge electrodes 11 are provided in the laser chamber 2 so as to face each other. In the laser chamber 2, a laser gas made of fluorine F2, argon Ar2, and neon Ne is sealed. Further, xenon Xe having a concentration of about 10 ppm is added to the laser gas.
[0046]
When pulse discharge is performed between the discharge electrodes 11, 11, the laser gas is excited and the pulse laser beam L1 is oscillated. A fan and a radiator (not shown) are provided in the laser chamber 2. Laser gas is circulated in the laser chamber 2 at a predetermined cycle by the fan and supplied between the discharge electrodes 11 and 11. When the laser gas is circulated by the fan, the heat of the laser gas is exchanged by the radiator.
[0047]
On the optical axis of the laser beam L1 in the laser chamber 2, windows 2a and 2b are provided facing each other. Laser light L1 is output to the outside of the laser chamber 2 through the windows 2a and 2b. A rear mirror 3 and a front mirror 4 are provided so as to sandwich the laser chamber 2. The rear mirror 3 and the front mirror 4 constitute a resonator. The rear mirror 3 is a mirror that totally reflects light. The front mirror 4 is a partial transmission mirror that transmits only a part of the light. The laser beam L1 reciprocates between the rear mirror 3 and the front mirror 4, whereby the energy is amplified and laser oscillation is performed. A resonator composed of the rear mirror 3 and the front mirror 4 can be provided with a band narrowing unit. This narrow band unit is composed of a beam expander such as a prism and a wavelength selection element such as a grating.
[0048]
The air supply module 5 is a module for supplying a laser gas in which xenon Xe is added into the laser chamber 2. The exhaust module 6 is a module that exhausts the laser gas in the laser chamber 2.
[0049]
The controller 7 receives data output from the power monitor 8 and controls supply of laser gas into the laser chamber 2 by the air supply module 5 and exhaust of laser gas from the laser chamber 2 by the exhaust module 6. The controller 7 controls power supply to the pulse power module 9. Further, the controller 7 receives data output from the power monitor 8, determines whether impurities other than the laser gas in the laser chamber 2, such as O 2, are mixed, and measures the impurity concentration.
[0050]
The power monitor 8 is a device that detects the output energy a of the laser beam L1, that is, the pulse energy a per pulse, and is composed of a beam splitter 8a and a sensor 8b. The beam splitter 8a transmits a part of incident light and reflects a part thereof. The sensor 8b detects the pulse energy a of the laser beam L1.
[0051]
That is, the laser beam L 1 emitted from the front mirror 4 is incident on the beam splitter 8 a of the power monitor 8. Part of the laser light L1 incident on the beam splitter 8a passes through the beam splitter 8a and is output to an exposure device outside the excimer laser device 1. Another part of the laser beam L1 incident on the beam splitter 8a is incident on the sensor 8b. The sensor 8b detects the pulse energy a of the laser light L1 and outputs it to the controller 7.
[0052]
The pulse power module 9 applies a discharge applied voltage b, that is, a pulse discharge applied voltage b per pulse, to the discharge electrodes 11 and 11. The pulse discharge application voltage b is controlled by the controller 7.
[0053]
The above is the configuration of the ArF excimer laser device 1 according to the embodiment.
[0054]
Next, changes in pulse energy a when various impurities are mixed in the laser chamber 2 will be described.
[0055]
FIG. 2 is a graph showing changes in pulse energy a during continuous pulse oscillation operation. FIG. 2A shows a case where O2 is not mixed as an impurity (0 ppm), a case where it is mixed at a concentration of 10 ppm, and a case where it is mixed at a concentration of 30 ppm.
[0056]
FIG. 2B shows a case where CO2 is not mixed as an impurity (0 ppm), a case where it is mixed at a concentration of 10 ppm, and a case where it is mixed at a concentration of 20 ppm.
[0057]
FIG. 2C shows a case where SiF4 is not mixed as an impurity (0 ppm), a case where it is mixed at a concentration of 20 ppm, and a case where it is mixed at a concentration of 50 ppm.
[0058]
FIG. 2D shows a case where HF is not mixed as an impurity (0 ppm), a case where it is mixed at a concentration of 10 ppm, and a case where it is mixed at a concentration of 30 ppm.
[0059]
FIG. 2E shows the case where N2 is not mixed as an impurity (0 ppm), the case where it is mixed at a concentration of 20 ppm, and the case where it is mixed at a concentration of 100 ppm.
[0060]
FIG. 2F shows the case where CF4 is not mixed as an impurity (0 ppm), the case where it is mixed at a concentration of 50 ppm, and the case where it is mixed at a concentration of 100 ppm.
[0061]
2A to 2F show the pulse energy a, and the pulse energy a when no impurities are mixed (0 ppm) is normalized to “1”. The horizontal axis indicates the number of oscillation pulses n after the continuous pulse oscillation operation is started.
[0062]
Here, the case where the impurity is O2 will be described with reference to FIG.
[0063]
As shown in FIG. 2A, when O2 is not mixed in the laser chamber 2 (0 ppm), the pulse energy a is almost stabilized at about 1.0 immediately after the start of the continuous pulse oscillation operation.
[0064]
Further, when O2 is mixed in the laser chamber 2 at a concentration of 10 ppm, the pulse energy a is a level a1 of about 1.0 or less at the pulse number n'1 within 10 pulses immediately after the start of the continuous pulse oscillation operation. It decreases and once stabilizes at this level a1. The number of pulses when stabilized is indicated by n1. Subsequently, the pulse energy a starts to decrease when a pulse number n'2 of about 40 to 60 pulses elapses from the start of continuous pulse oscillation operation, and reaches a level a2 of about 0.8 after about 200 to 300 pulses elapses from the start of continuous pulse oscillation operation. To stabilize. The number of pulses when stabilized is indicated by n2. When O2 is mixed at a concentration of 10 ppm, the pulse energy a is reduced as a whole as compared with the case where O2 is not mixed (0 ppm).
[0065]
When O2 is mixed in the laser chamber 2 at a concentration of 30 ppm, the same tendency as in the case where O2 is mixed at a concentration of 10 ppm is shown. Further, when O2 is mixed at a concentration of 30 ppm, the pulse energy a is further reduced as a whole as compared with the case where O2 is mixed at a concentration of 10 ppm. That is, the amount of energy reduction at the level a2 with respect to the level a1 increases as the O2 concentration increases.
[0066]
Note that the pulse number n'1 at the time point when the continuous pulse oscillation operation starts to decrease to the level a1 varies depending on the laser repetition frequency, the circulation flow rate by the fan in the laser chamber 2, and the like.
[0067]
As shown in FIG. 2B, when the impurity is CO2, the same tendency as in the case where the impurity is O2 (FIG. 2A) is shown, and if the impurity CO2 is mixed at a concentration of 10 ppm to 20 ppm, a1 The energy decreases in two stages, i.e., a2 and a2, and the amount of energy decrease at the a2 level with respect to the a1 level increases as the CO2 concentration increases.
[0068]
That is, when the oxygen element is contained in the impurity, such a phenomenon that the energy is reduced in two stages of the a1 level and the a2 level is observed.
[0069]
On the other hand, in the case of impurities SiF4, HF, N2 and CF4 that do not contain oxygen elements (FIGS. 2 (c) to (f)), the phenomenon that energy is reduced in two steps, the level of a1 and the level of a2. Is not seen.
[0070]
However, when impurities are mixed at a predetermined concentration, the pulse energy a is reduced as a whole compared to the case where impurities are not mixed (0 ppm), and the amount of reduced energy with respect to the level at 0 ppm increases the concentration of impurities. As it grows.
[0071]
For example, in the case of SiF4 in FIG. 2 (c), when SiF4 is mixed at a concentration of 20 ppm, the pulse energy a is changed from the level of a0 to the level of a2 as compared with the case where SiF4 is not mixed (0 ppm). To drop. The energy reduction amount a2-a0 with respect to the level a0 at 0 ppm increases as the SiF4 concentration increases from 20 ppm to 50 ppm.
[0072]
FIG. 3 shows the relationship between the impurity concentration X and the pulse energy a for each impurity. The vertical axis in FIG. 3 indicates the pulse energy a, and the pulse energy when no impurities are mixed is normalized to “1”. The horizontal axis represents the impurity concentration X. As is apparent from FIG. 3, the impurities that contribute most to the decrease in the pulse energy a are CO2 and O2. Hereinafter, the contribution to the decrease of the pulse energy a becomes smaller in the order of HF, SiF4, HF, N2, and CF4.
[0073]
FIG. 4 shows the concentration of impurities necessary for reducing the pulse energy a by 10% for each impurity. FIG. 4 shows an ArF excimer laser and a KrF excimer laser in comparison.
[0074]
As shown in FIG. 4, the ArF excimer laser generally has a lower numerical value of the impurity concentration required to reduce the pulse energy a by 10% than the KrF excimer laser. From this, it can be seen that the influence of mixing impurities on the energy reduction is larger in the ArF excimer laser than in the KrF excimer laser.
[0075]
In addition, regarding ArF excimer laser, the pulse energy a is reduced by 10% when impurities containing oxygen elements such as O2 and CO2 are mixed by only 5 ppm, whereas impurities not containing oxygen elements are not mixed by 10 ppm or more. And the pulse energy a does not decrease by 10%. From this, it can be seen that the influence of impurity mixing on the energy reduction is greater for impurities containing an oxygen element than for impurities not containing an oxygen element.
[0076]
As described above, when the impurity O2 or CO2 containing oxygen element is mixed, the energy is reduced in two stages of the a1 level and the a2 level, and the amount of energy reduction at the a2 level with respect to the a1 level increases the impurity concentration. As it grows. Further, the influence of the mixing of impurities O2 or CO2 containing oxygen elements on the energy reduction is greater than when impurities not containing other oxygen elements are mixed. In addition, the influence becomes larger in the ArF excimer laser apparatus.
[0077]
A process for determining whether or not oxygen O2 is mixed in the laser chamber 2 of the ArF excimer laser apparatus 1 shown in FIG. 1 and measuring the concentration of the impurity O2 will be described with reference to FIG. The impurities O2 are mixed in 1) oxygen in the atmosphere, 2) chemical reaction between fluorine in the laser gas and moisture in the laser chamber 2, 3) insufficient purge in the pipe, 4) supply gas cylinder with poor purity, etc. Caused by the cause of
[0078]
FIG. 5A is a graph corresponding to FIG. 2A and is a simplified graph of FIG. A line E2 shown in FIG. 5A shows a change in the pulse energy a when the number of pulses n increases when no impurity O2 is mixed in the laser chamber 2, and a line E1 is mixed with the impurity O2 in the laser chamber 2. The change with the increase of the pulse number n of the pulse energy a at the time is shown.
[0079]
On the other hand, FIG. 5B is a graph showing the correspondence C between the concentration X2 of O2 mixed in the laser chamber 2 and the pulse energy change amount, that is, the pulse energy decrease amount Δa. This correspondence C corresponds to the above-described tendency that the O 2 concentration X increases as the pulse energy decrease amount Δa increases. This correspondence C is stored in advance in the memory of the controller 7 in the form of a data table of the correspondence between Δa and X, or in the form of an arithmetic expression for obtaining X from Δa. When xenon Xe having a concentration of about 10 ppm is added to the laser gas, as shown in FIG. 5B, the amount of energy decrease Δa when the impurity concentration X is 0 ppm is zero.
[0080]
The controller 7 executes the following arithmetic processing.
[0081]
The controller 7 inputs the pulse energy a per pulse detected by the sensor 8b and instructs the pulse module 9 to apply a pulse discharge applied voltage b to be given for each pulse. Thus, the relationship between the number of oscillation pulses n and the pulse energy a from the start of the continuous pulse oscillation operation can be measured.
[0082]
When O2 is mixed in the laser chamber 2 at a predetermined concentration, it changes as shown by a line E1 in FIG. That is, the pulse energy a is lowered to the level a1 at the pulse number n'1 within 10 pulses immediately after the start of the continuous pulse oscillation operation, and is temporarily stabilized at this level a1. The number of pulses when stabilized is indicated by n1. Subsequently, the pulse energy a starts to decrease when the pulse number n'2 of about 40 to 60 pulses elapses from the start of the continuous pulse oscillation operation, and stabilizes at the level a2 when about 200 to 300 pulses elapse from the start of the continuous pulse oscillation operation. The number of pulses when stabilized is indicated by n2.
[0083]
On the other hand, when O2 is not mixed in the laser chamber 2, it changes as shown by a line E2 in FIG. When the impurity O2 is not mixed, there is no tendency for the pulse energy a to decrease in two stages of the level a1 and the level a2 as shown by the line E1 in FIG.
[0084]
Therefore, when it is measured that the pulse energy a has decreased in two steps of the level a1 and the level a2 as indicated by the line E1 in FIG. 5A, it is determined that the impurity O2 is mixed, and the line E2 is indicated. As described above, if it is not measured that the pulse energy a has decreased in two steps of the a1 level and the a2 level, it is determined that the impurity O2 is not mixed.
[0085]
Next, a process of measuring the impurity concentration X assuming that the impurity O2 is mixed will be described.
[0086]
As shown in FIG. 5A, the pulse energy a1 when the number of pulses is n1 and the pulse energy a2 when the number of pulses is n2 are measured. The difference a2−a1 between the pulse energy a1 and the pulse energy a2 is calculated as the energy decrease amount a2−a1.
[0087]
Next, as shown in FIG. 5B, the impurity concentration X1 corresponding to the calculated pulse energy decrease amount a2-a1 is obtained from the correspondence C.
[0088]
As described above, only the calculation process in the controller 7 determines whether or not oxygen O2 is mixed in the laser chamber 2, and the concentration X1 of the impurity O2 is measured.
[0089]
In this embodiment, the presence or absence of impurities is determined by the calculation process of the controller 7 and the impurity concentration is measured. However, the same measurement is performed by manually determining and manually calculating the result of FIG. It may be.
[0090]
As described above, according to the present embodiment, since the presence or absence of impurities can be determined only by the arithmetic processing of the controller 7 and the impurity concentration can be measured, it is necessary to newly provide a gas sampling and analysis device as in the prior art The impurity concentration can be easily measured by only the arithmetic processing. Further, it is not necessary to remove or reattach the sampling bottle 21 or the laser chamber 2 as in the prior art. For this reason, according to this embodiment, the apparatus does not become large-scale, and it is possible to measure the concentration of impurities in the laser gas without complicating work and without impairing the efficiency of laser operation.
[0091]
Further, the first embodiment described above can be similarly applied when the impurity is CO2.
[0092]
The first embodiment has described the case where the pulse discharge application voltage b is controlled so that the pulse discharge application voltage value b is constant.
[0093]
Next, a second embodiment in which the pulse discharge applied voltage b is controlled so that the pulse energy a is constant will be described. Also in the second embodiment, when oxygen O2 is mixed in the laser chamber 2 of the ArF excimer laser apparatus 1 in FIG. 1 as in the first embodiment, the presence or absence of the mixing is determined and the concentration of the impurity O2 is measured. Processing to be performed will be described.
[0094]
FIG. 6A is a graph corresponding to FIG. A line V2 shown in FIG. 6A shows a change accompanying an increase in the number of pulses n of the pulse discharge applied voltage b when the impurity O2 is not mixed in the laser chamber 2, and a line V1 shows the impurity O2 in the laser chamber 2. The change with the increase in the pulse number n of the pulse discharge applied voltage b when the is mixed is shown.
[0095]
On the other hand, FIG. 6B is a graph corresponding to FIG. FIG. 6B is a graph showing the correspondence D between the concentration Y of O2 mixed in the laser chamber 2 and the amount of change in pulse discharge applied voltage, that is, the amount of increase in pulse discharge applied voltage Δb. This correspondence D corresponds to the tendency that the concentration X of O2 increases as the pulse energy decrease amount Δa shown in FIG. 5B increases, and as the pulse discharge applied voltage increase amount Δb increases, O2 increases. This shows a tendency that the density Y of the toner increases. This correspondence D is stored in advance in the memory of the controller 7 in the form of a data table of the correspondence between Δb and Y or in the form of an arithmetic expression for obtaining Y from Δb. When xenon Xe having a concentration of about 10 ppm is added to the laser gas, as shown in FIG. 6B, the discharge applied voltage increase Δb when the impurity concentration Y is 0 ppm is zero.
[0096]
The controller 7 executes the following arithmetic processing.
[0097]
The controller 7 inputs the pulse energy a per pulse detected by the sensor 8b, and instructs the pulse module 9 to apply a pulse discharge applied voltage b to be given to each pulse so that the pulse energy a becomes constant. Thus, the relationship between the number of oscillation pulses n from the start of the continuous pulse oscillation operation and the pulse discharge applied voltage b can be measured.
[0098]
When O2 is mixed in the laser chamber 2 at a predetermined concentration, it changes as shown by a line V1 in FIG. That is, the pulse discharge applied voltage b rises to the level b1 at the pulse number n'1 within 10 pulses immediately after the start of the continuous pulse oscillation operation, and once stabilizes at this level b1. The number of pulses when stabilized is indicated by n1. Subsequently, the pulse discharge applied voltage b starts to rise when the pulse number n'2 of about 40 to 60 pulses elapses from the start of the continuous pulse oscillation operation, and stabilizes at the level b2 after about 200 to 300 pulses elapses from the start of the continuous pulse oscillation operation. . The number of pulses when stabilized is indicated by n2.
[0099]
On the other hand, when O2 is not mixed in the laser chamber 2, it changes as shown by a line V2 in FIG. When the impurity O2 is not mixed, there is no tendency for the pulse discharge applied voltage b to rise in two stages, the level of b1 and the level of b2, as indicated by the line V1 in FIG. 6B.
[0100]
Therefore, if it is measured that the pulse discharge applied voltage b has risen in two steps, b1 level and b2 level, as indicated by the line V1 in FIG. 6A, it is determined that the impurity O2 is mixed, and the line V2 If it is not measured that the pulse discharge applied voltage b has risen in two stages, b1 level and b2 level, it is determined that the impurity O2 is not mixed.
[0101]
Next, a process of measuring the impurity concentration X assuming that the impurity O2 is mixed will be described.
[0102]
As shown in FIG. 6A, the pulse discharge applied voltage b1 when the number of pulses is n1 and the pulse discharge applied voltage b2 when the number of pulses is n2 are measured. A difference b2-b1 between the pulse discharge applied voltage b2 and the pulse discharge applied voltage b1 is calculated as a discharge applied voltage increase amount b2-b1.
[0103]
Next, as shown in FIG. 6B, the impurity concentration Y1 corresponding to the calculated pulse discharge applied voltage increase b2-b1 is obtained from the correspondence D.
[0104]
As described above, only the calculation process in the controller 7 determines whether or not oxygen O2 is mixed in the laser chamber 2, and the concentration Y1 of the impurity O2 is measured.
[0105]
In this embodiment, the presence / absence of impurities is determined by the calculation process of the controller 7 and the impurity concentration is measured. However, the same measurement is performed by manually determining and manually calculating the result of FIG. It may be.
[0106]
Further, the second embodiment described above can be similarly applied when the impurity is CO2.
[0107]
As described above, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the apparatus is not large-scale, does not require complicated work, and does not impair the efficiency of laser operation. The effect of measuring the impurity concentration is obtained.
[0108]
In the first embodiment, as shown in FIG. 5A, the energy reduction amount a2-a1 is calculated using the energy level a1 first reduced during the continuous pulse oscillation operation as the reference level.
[0109]
However, the reference level that serves as a reference for energy reduction is not limited to the energy level a1 that first decreases during continuous pulse oscillation operation. In the present invention, the energy level at the time of shipment of the laser apparatus may be set as the reference level, or the energy level at the time when the gas in the laser chamber 2 is replaced may be set as the reference level.
[0110]
For example, as shown by a line E2 in FIG. 5A, an energy level a0 (for example, a level at the time of the number of pulses n2) when no impurity O2 is mixed is obtained in advance, and this level a0 is used as a reference level to reduce energy. The quantity a2-a0 may be calculated.
[0111]
When this is applied to FIG. 2 (a), the energy level a0 (for example, the level at the time of the pulse number n2) when the impurity O2 is not mixed (0 ppm) is obtained in advance, and this level a0 is used as a reference level to reduce the energy. This corresponds to calculating the quantity a2-a0.
[0112]
Therefore, the present invention can also be applied to the case of measuring the concentration of impurities of SiF4, HF, N2, and CF4 that do not contain an oxygen element.
[0113]
For example, in the case of SiF4 in FIG. 2C, an energy level a0 (for example, a level at the time of the number of pulses n2) when no impurity O2 is mixed (0 ppm) is obtained in advance, and this level a0 is set as a reference level. As a result, an energy reduction amount a2-a0 is calculated. Similarly to FIG. 5A, a correspondence C ′ between the SiF4 concentration Z and the energy decrease amount Δa is prepared in advance, and the SiF4 concentration Z1 corresponding to the calculated energy decrease amount a2−a0 is obtained as follows. What is necessary is just to obtain | require from correspondence C '.
[0114]
The same applies to the case where the discharge applied voltage increase amount is obtained in the second embodiment. The discharge applied voltage level at the time of shipment of the laser apparatus may be set as the reference level, or the discharge applied voltage level at the time when the gas in the laser chamber 2 is replaced may be set as the reference level. The concentrations of impurities SiF4, HF, N2, and CF4 that do not contain oxygen elements can be measured in the same manner.
[0115]
Next, a third embodiment will be described.
[0116]
Now, during the burst operation of the ArF excimer laser apparatus 1, a small amount of laser gas is supplied and exhausted. In this way, the deteriorated laser gas in the laser chamber 2 is exhausted, and new laser gas is supplied. However, the laser gas in the laser chamber 2 gradually deteriorates with time. For this reason, it is necessary to periodically replace the laser gas in the laser chamber 2.
[0117]
It is conceivable that oxygen O2 is erroneously mixed into the laser chamber 2 during this laser gas exchange operation. Therefore, a third embodiment in which an oxygen mixing check is performed during laser gas exchange will be described.
[0118]
FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the oxygen contamination check process.
[0119]
That is, when the laser gas in the laser chamber 2 is exchanged (step 501), after the laser gas exchange operation, the ArF excimer laser apparatus 1 starts burst operation while controlling the discharge applied voltage b so that the pulse energy a becomes constant. . Here, when O2 is mixed in the laser chamber 2, a change as shown by a line V1 in FIG.
[0120]
Therefore, the pulse discharge applied voltage value of pulse number n1 after several tens of pulses from the start of continuous pulse oscillation operation is obtained as b1, and the pulse discharge applied voltage value b2 at pulse number n2 after several hundred pulses from the start of continuous pulse oscillation operation. Desired. Then, a change amount b2-b1 of these pulse discharge applied voltage values is obtained (step 502).
[0121]
Next, the amount of change b2-b1 of the pulse discharge applied voltage value obtained above is compared with a preset specified value Δbc to determine whether or not the amount of change b2-b1 of the pulse discharge applied voltage value is within the specified value Δbc. Determination is made (step 503). If the change amount b2-b1 of the pulse discharge applied voltage value is within the specified value Δbc, it is determined that oxygen is not mixed, and the ArF excimer laser device 1 continues the normal burst operation as it is (determination Yes in step 503). Step 504).
[0122]
On the other hand, when the change amount b2-b1 of the pulse discharge applied voltage value exceeds the specified value Δbc, it is determined that oxygen has been mixed, and an error message “oxygen mixing error” is displayed (step 503). No, step 505). When the operator sees the error message, the ArF excimer laser device 1 is appropriately treated. In addition to displaying an error message, burst operation may be automatically stopped.
[0123]
In the third embodiment, it is assumed that the pulse energy a is controlled to be constant, but the present invention can also be applied to the case where the pulse discharge applied voltage b is controlled to be constant. In this case, it may be determined in step 503 whether or not the actual pulse energy reduction amount is within a specified value.
[0124]
As described above, according to the third embodiment, even when O2 is mixed into the laser chamber 2 when the laser gas is exchanged, the mixing can be easily checked. The third embodiment can also be applied when the impurity is CO2.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an excimer laser device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a graph showing changes in pulse energy as the number of pulses increases. FIG. 2 (a) is O2, FIG. 2 (b) is CO2, FIG. 2 (c) is SiF4, FIG. d) is a graph when HF, FIG. 2 (e) is N2, and FIG. 2 (f) is a graph when CF4 is an impurity.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the concentration of each impurity and the pulse energy with respect to that concentration.
FIG. 4 is a table showing impurity concentrations necessary to reduce the pulse energy of the laser device by 10%.
FIG. 5 (a) is a graph showing changes in pulse energy as the number of pulses increases, and FIG. 5 (b) is a graph showing a correspondence relationship between O2 concentration and pulse energy change amount.
FIG. 6 (a) is a graph showing a change in pulse discharge applied voltage as the number of pulses increases, and FIG. 6 (b) is a graph showing a correspondence relationship between O2 concentration and pulse voltage change amount. is there.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of an oxygen contamination check process according to the third embodiment.
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the prior art, and for explaining the work of measuring the concentration of impurities using a gas analyzer.
FIG. 9 is a diagram for explaining the prior art, and is a diagram for explaining an operation of measuring the concentration of impurities using a gas analyzer.
[Explanation of symbols]
1 ... ArF excimer laser device
2 ... Laser chamber
7 ... Controller
8 ... Power monitor
8b ... Sensor
9 ... Pulse power module
11 ... discharge electrode

Claims (6)

レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振する連続パルス発振運転と所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記放電電極間への放電印加電圧が一定となるように放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが基準レベルに対して所定レベルに低下した場合に、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量を求める出力エネルギー低下量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記出力エネルギー低下量との対応関係を予め用意し、
前記求めた出力エネルギー低下量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とするレーザ装置の不純物濃度計測装置。
By filling a laser gas in the laser chamber and performing discharge between the discharge electrodes in the laser chamber, a continuous pulse oscillation operation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times and an oscillation pause that ceases pulse oscillation for a predetermined time are performed. In the laser device that repeatedly performs and controls the discharge applied voltage so that the discharge applied voltage between the discharge electrodes is constant during the continuous pulse oscillation operation,
When the output energy of the laser beam decreases to a predetermined level with respect to a reference level at the time when pulse oscillation of a predetermined number of pulses has been performed since the continuous pulse oscillation operation was started, the amount of decrease in output energy with respect to the reference level Output energy reduction amount measuring means for obtaining,
A correspondence relationship between the concentration of impurities other than the laser gas and the amount of output energy reduction is prepared in advance,
An impurity concentration measuring device for a laser device, comprising: an impurity concentration measuring means for obtaining an impurity concentration corresponding to the obtained output energy reduction amount from the correspondence relationship.
前記エネルギー低下量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第1の所定レベルに低下し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第2の所定レベルに低下した場合に、前記第1の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーと、前記第2の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーとの差を、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量として計測するものであること
を特徴とする請求項1記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
The energy reduction amount measuring means reduces the output energy of the laser beam to a first predetermined level at the time when the first predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started. When the output energy of the laser beam has decreased to a second predetermined level at the time when pulse oscillation of the second predetermined number of pulses has been made since the start of continuous pulse oscillation operation, the level has decreased to the first predetermined level. 2. The laser according to claim 1, wherein a difference between the output energy at the time point and the output energy at the time point when the output energy is lowered to the second predetermined level is measured as a reduction amount of the output energy with respect to the reference level. Equipment impurity concentration measuring device.
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振する連続パルス発振運転と所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記レーザ光の出力エネルギーが一定となるように前記放電電極間への放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極への放電印加電圧が基準レベルに対して所定レベルに上昇した場合に、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量を求める放電印加電圧上昇量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記放電印加電圧上昇量との対応関係を予め用意し、
前記求めた放電印加電圧上昇量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とするレーザ装置の不純物濃度計測装置。
By filling a laser gas in the laser chamber and performing discharge between the discharge electrodes in the laser chamber, a continuous pulse oscillation operation that continuously oscillates laser light a predetermined number of times and an oscillation pause that ceases pulse oscillation for a predetermined time are performed. In the laser device that repeatedly performs, and controls the discharge applied voltage between the discharge electrodes so that the output energy of the laser light is constant during the continuous pulse oscillation operation,
The discharge applied voltage with respect to the reference level when the discharge applied voltage to the discharge electrode rises to a predetermined level with respect to the reference level at the time when the pulse oscillation of a predetermined number of pulses has been made since the continuous pulse oscillation operation was started. Discharge applied voltage rise measuring means for obtaining the rise amount of
A correspondence relationship between the concentration of impurities other than the laser gas and the discharge applied voltage increase amount is prepared in advance,
An impurity concentration measuring device for a laser device, comprising: an impurity concentration measuring means for obtaining an impurity concentration corresponding to the obtained increase in discharge applied voltage from the correspondence.
前記放電印加電圧上昇量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第1の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第1の所定レベルに上昇し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第2の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第2の所定レベルに上昇した場合に、前記第2の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧と、前記第1の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧との差を、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量として計測するものであること
を特徴とする請求項3記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
The discharge applied voltage increase amount measuring means sets the discharge applied voltage between the discharge electrodes to the first predetermined level at the time when the first predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started. When the discharge applied voltage between the discharge electrodes rises to a second predetermined level at the time when the second predetermined number of pulses are oscillated after the continuous pulse oscillation operation is started, The difference between the discharge applied voltage at the time of rising to the second predetermined level and the discharge applied voltage at the time of rising to the first predetermined level is measured as an increase amount of the discharge applied voltage with respect to the reference level. 4. The impurity concentration measuring apparatus for a laser device according to claim 3, wherein
前記不純物は酸素元素を含むこと
を特徴とする請求項1乃至4記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
5. The impurity concentration measuring apparatus for a laser device according to claim 1, wherein the impurity contains an oxygen element.
前記レーザガスに所定濃度のキセノンを添加したこと
を特徴とする請求項1乃至5記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
6. The impurity concentration measuring apparatus for a laser device according to claim 1, wherein xenon having a predetermined concentration is added to the laser gas.
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