JP4204214B2 - Gas laser device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置等のガスレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザ装置において、レーザガスにキセノン(Xe)を添加することにより、レーザ光のパルスエネルギーが増加することが知られており、例えば特開平11−191660号公報に示されている。
【0003】
図15は、波長を狭帯域化したエキシマレーザ装置の構成図を表しており、以下、図15に基づいて従来技術を説明する。
図15において、エキシマレーザ装置11は、アルゴン(Ar)、フッ素(F_2)、キセノン(Xe)、及びヘリウム(He)やネオン(Ne)等のバッファガスを含むレーザガスを封止した、レーザチャンバ12を備えている。
レーザチャンバ12の内部には、1組の主電極14,15が図15中紙面と垂直に対向して配置されている。また、主電極14,15の近傍には、図示しない予備電離電極が配置されており、コロナ状の予備電離放電を起こして紫外線の予備電離光を発生し、主電極14,15間のレーザガスを電離する。そして、主電極14,15間に、図示しない高圧電源からパルス状の高電圧を印加することによって主放電を起こし、レーザガスを励起してレーザ光21を発生させる。
発生したレーザ光21は、狭帯域化ユニット30に入射し、プリズム32,32によってビーム幅を広げられ、グレーティング33によって所定の中心波長を中心とした狭い領域の波長のみが回折されて狭帯域化される。狭帯域化されたレーザ光21は、レーザチャンバ12に戻り、フロントミラー16を部分透過してその一部が前方(図15中右方)に出射する。
【0004】
同公報によれば、エキシマレーザ装置において、レーザガスの中に含まれるクリプトン、アルゴン、フッ素、ヘリウム、及びネオンはイオン化エネルギーが高いため、予備電離放電を起こしても電離しにくい。そのため、予備電離後に主電極14,15間に遊離するイオンや電子の数が少ないために、主放電が安定に起きにくい。
これに対して、キセノンはイオン化エネルギーが低い為に、電離しやすい。従って、キセノンをレーザガスに混ぜることにより、予備電離の際に放電空間51により多くのイオンや電子が遊離するので、安定な主放電を得ることが可能となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、レーザガスにキセノンを添加することにより、エキシマレーザ装置の主放電の周波数fが低い領域で、レーザ光のパルスエネルギーが低下するという現象が起きている。これは、特にArFエキシマレーザ装置において、顕著である。
【0006】
図16に、ArFエキシマレーザ装置における、主放電の周波数fと、レーザ光21の1パルスあたりのパルスエネルギーPとの関係をグラフで示す。横軸が周波数f、縦軸がパルスエネルギーPである。
図16に示すように、周波数fが低い低周波数域においては、周波数fが高い高周波数域よりも、パルスエネルギーPが低くなっている。このような現象は、キセノンを添加しない場合には見られない。しかしながら、上述したようにキセノンを添加しないと、主放電が不安定になってレーザ光のパルスエネルギーPが低くなり、例えばArFエキシマレーザ装置を露光用の光源として用いる場合に必要なだけのパルスエネルギーを得ることが難しい。
【0007】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、低周波数域から高周波数域まで、略同等のパルスエネルギーを得ることが可能なガスレーザ装置を提供することを目的としている。
【0008】
【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、本発明は、
レーザチャンバと、
前記レーザチャンバの内部に設けられる主電極と、
前記レーザチャンバの内部に設けられ、当該レーザチャンバ内部のレーザガスを冷却する熱交換器と、を備え、
出力エネルギーを増加させるために微量のキセノンが添加されたレーザガスを前記レーザチャンバに封入し、前記主電極間に高電圧を印加して主放電を起こし、当該主放電によってレーザガスを励起してレーザ光を発生させるガスレーザ装置において、
低周波数域でレーザ発振して低周波数域におけるパルスエネルギーを測定し、さらに高周波数域でレーザ発振して高周波数域におけるパルスエネルギーを測定し、低周波数域におけるパルスエネルギーと高周波数域におけるパルスエネルギーとの差を求め、当該差が所定値以上であると判定した場合に、前記レーザチャンバにキセノンを含まないフラッシングガスを供給し、フラッシングガス供給後にレーザガスに接触する前記レーザチャンバ内部の部位のうちの少なくとも一部を加熱し、加熱後に前記レーザチャンバからフラッシングガスを排出するフラッシング工程を行うように制御するレーザコントローラを備えている。
レーザガスに接触するレーザチャンバ内部の部位を加熱することにより、当該部位に付着していると考えられる、レーザ光の発振を妨げる物質の前駆体を遊離させることができる。これを排気することにより、レーザチャンバの内部にレーザ光の発振を妨げる物質が少なくなるので、レーザ光のパルスエネルギーが増加する。
低周波数域でのレーザ光のパルスエネルギーが低くなっているということは、レーザ光の発振を妨げる物質が増加しているということであるから、これに基づいてフラッシング工程を行なうことにより、内部に発生した当該物質を減少させることができる。
【0009】
レーザ光の発振を妨げる物質又はその前駆体は、キセノンから生じていると考えられるので、キセノンを含まない状態で加熱することにより、より効率的に前駆体を遊離させられる。
【0010】
また、本発明のガスレーザ装置は、
レーザチャンバの外周部近傍に付設したチャンバヒータを備えている。
チャンバヒータを加熱することにより、熱容量が大きく、かつ表面積の大きなレーザチャンバを効率的に加熱させられる。
【0011】
また、本発明のガスレーザ装置は、
熱交換器の内部を流れる冷媒を熱する冷媒ヒータを備えている。
これにより、表面積が大きく、かつレーザ発振の際には冷えていた熱交換器の表面を、より効率的に加熱できる。
【0012】
また、本発明のガスレーザ装置は、
前記フラッシング工程が、主電極間で放電を行なうフラッシング放電工程を含んでいる。
レーザ光の発振を妨げる物質又はその前駆体は、加熱に加えて放電を行なうことで、より頻繁に遊離する。従って、レーザチャンバの内部にレーザ光の発振を妨げる物質がより少なくなり、レーザ光のパルスエネルギーが増加する。
【0017】
また、本発明のガスレーザ装置は、
前記レーザコントローラが、レーザガスを冷却する熱交換器の内部を流れる冷媒の流量を低下又は遮断することによって前記加熱を行うようにする。
熱交換器の内部を流れる冷媒の流量を低下又は遮断し、フラッシング放電を行なうことにより、レーザチャンバの内部が加熱する。従って、ヒータなどを必要とせず、加熱工程を行なうことが可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
まず、従来技術の項で説明した、低周波数域におけるパルスエネルギーの低下について、考察を説明する。尚、エキシマレーザ装置11の構成については、例えば後に詳細を説明する図1及び図2を参照されたい。
上述したように、エキシマレーザ装置11においては、レーザ光21のパルスエネルギーを増加させるために、微量のキセノンをレーザガスに添加している。その結果、レーザチャンバ12の内部で、物質Cが生成される。物質Cは、主放電を行なっていない状態では、レーザチャンバ12の内壁や熱交換器13の表面(以下、壁面と総称する)に付着していると考えられる。
【0021】
レーザ発振を行なうと、物質Cは、物質Aとなって壁面から遊離する(化学式1A,1B)。この反応は、主放電によって温度が上昇したレーザガスの衝突による壁面の加熱によって起きるものと(化学式1A)、イオンやラジカル等の、化学反応性に富むガス成分の衝突(化学式1B)によって起きるものがあると考えられる。尚、化学式1Aの反応は、壁面が加熱されて温度上昇した場合にも起こるもので、上記のようにレーザガスの衝突に限られるものではない。
C+熱 → A …………(1A)
C+活性化学種 → A+低エネルギー化学種 ………(1B)
【0022】
物質Aは、主放電及び予備電離放電(以下、レーザ放電と総称する)のうち、少なくとも一方を不安定にさせたり、或いは予備電離光やレーザ光21を吸収したりして、レーザ光21のパルスエネルギーを低下させる。
この物質Aは、放電によって生じた光やレーザ光21等を吸収したり(光吸収)、或いは放電によってエネルギーを与えられたりすることにより、物質Bに変化すると考えられる(化学式2)。物質Bは、放電やレーザ光21に対して、無害又は有益である。即ち、レーザ発振時には、周波数fが高いほどレーザ光21のパルスエネルギーが高くなっており、物質Aから物質Bへの変化が頻繁に起こっているものと考えられる。
A+放電又は光吸収 → B …………(2)
【0023】
一方物質Bは、物質Aから物質Bへの変化反応が顕著である放電空間51やレーザ光21の光路等以外の場所において、物質Bの周囲の環境(熱浴)から熱などのエネルギーを吸収し、自動的に物質Aに戻る(化学式3)。
A ← B+熱浴 …………(3)
【0024】
即ち、壁面の物質Cから、レーザ光21のパルスエネルギーを低下させる物質Aが生成されてレーザガス中に放出され、レーザガス中には物質Aと物質Bとが混在して平衡状態を作り出している。物質Aから物質Bへの反応は、光吸収又はレーザ放電によって起きるため、周波数fに依存し、周波数fが高いほど頻繁である。これに対して、物質Bから物質Aへの反応は、専らレーザチャンバ12内雰囲気の熱浴からもたらされる熱によって起きるため、周波数fに依存しない。従って、周波数fが低い場合には、レーザ光21のパルスエネルギーを低下させる物質Aが物質Cから生成されて増加するのに対し、物質Aから物質Bへ変化する量が少ないため、レーザ光21のパルスエネルギーが低下する。また、周波数fが高い場合には、物質Aが物質Bに変化して減少するため、レーザ光21のパルスエネルギーが増加する。
【0025】
そして、レーザ放電が停止すると、物質Aは、物質Cとなって壁面に吸着され、レーザチャンバ12内部のレーザガスを排気しても、除去されないと考えられる。
尚、物質Aの例としては、フッ化キセノン(XeF_2、XeF_4、又はXeF_6)が有力である。また、物質Bとしては、キセノンが有力である。物質Cは、明らかでないが、物質Aと同じフッ化キセノンの場合もあると考えられている。
【0026】
以下、低周波数域におけるレーザ光21のパルスエネルギー低下を、解消するための技術について説明する。
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。
まず、第1実施形態を説明する。図1は、本実施形態に係るArFエキシマレーザ装置(以下エキシマレーザ装置11と言う)の構成図、図2はその側面断面図を示している。
図1、図2において、エキシマレーザ装置11は、アルゴン(Ar)、フッ素(F_2)、キセノン(Xe)、及びバッファガスを含むレーザガスを封止した、レーザチャンバ12を備えている。バッファガスは、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等の不活性ガスからなっている。
図2に示すように、レーザチャンバ12の内部には、対向した1対の主電極14,15と、その側方に予備電離電極50,50とが配置されている。レーザコントローラ29は、予備電離電極50,50を介してコロナ状の予備電離放電を起こし、主電極14,15間の放電空間51を電離させる。そして、高圧電源23から主電極14,15間にパルス状に高電圧を印加することによって、放電空間51に主放電を起こし、レーザガスを励起してパルス状のレーザ光21を発生させる。
【0027】
図1に示すように、レーザチャンバ12の前後部には、それぞれレーザ光21を透過するフロントウィンドウ17及びリアウィンドウ19が付設されている。発生したレーザ光21は、リアウィンドウ19を透過して、レーザチャンバ12の後方(図1中左方)へ出射し、狭帯域化ユニット30に入射する。
レーザ光21は、プリズム32,32によってビーム幅を広げられ、グレーティング33によって、所定の中心波長を中心とした狭い領域の波長のみが回折される。これを、波長の狭帯域化と言う。
狭帯域化ユニット30によって狭帯域化されたレーザ光21は、レーザチャンバ12に戻り、フロントミラー16によってその一部が前方に出射する。出射したレーザ光21は、一部がビームスプリッタ22によってサンプリングされ、モニタ48に入射して、その波長特性やパルスエネルギーを測定される。モニタ48は、レーザコントローラ29に電気的に接続されており、レーザコントローラ29はモニタ48の出力信号に基づいて、レーザ光21の波長特性やパルスエネルギーを検出自在となっている。
【0028】
ビームスプリッタ22を透過したレーザ光21は、露光機25に入射して、露光用の光となる。フロントミラー16とビームスプリッタ22との間には、レーザコントローラ29の指示に基づいて開閉自在のシャッタ35が設けられている。
【0029】
図1、図2に示すように、レーザチャンバ12には、レーザガスを封止したレーザガスボンベ36、バッファガスを封止したバッファガスボンベ37、及びバッファガスで希釈したフッ素を封止したフッ素ガスボンベ38が、それぞれレーザガスバルブ40、バッファガスバルブ41、及びフッ素ガスバルブ42を介して接続されている。
またこのとき、バッファガスボンベ37とは別途、チャンバパージガスボンベを、図示しないバルブを介してレーザチャンバ12に接続することもある。チャンバパージガスは、レーザチャンバ12や、ウィンドウ17,19の交換等の際に、レーザチャンバ12の内部を排気した後に注入するものであり、主にヘリウムが用いられている。
【0030】
レーザチャンバ12には、内部のガスを排気する排気ポンプ39が、排気バルブ43を介して接続されている。レーザガスバルブ40、バッファガスバルブ41、フッ素ガスバルブ42、及び排気バルブ43は、図示しない信号線又は無線によって、レーザコントローラ29に電気的に接続され、その指令信号に基づいて開閉する。
またレーザチャンバ12には、内部の圧力を測定するための圧力センサ44が取着されている。圧力センサ44はレーザコントローラ29に電気的に接続され、レーザコントローラ29は圧力センサ44の出力信号に基づいて、レーザチャンバ12内部の圧力を検出可能である。
さらに、レーザチャンバ12には、内部の温度を測定するための温度センサ45が取着されている。温度センサ45はレーザコントローラ29に電気的に接続され、レーザコントローラ29は温度センサ45の出力信号に基づいて、レーザチャンバ12内部の温度を検出可能である。
【0031】
また図2に示すように、レーザチャンバ12内部には、主電極14,15間にレーザガスを送り込むための貫流ファン24と、レーザ放電によって熱せられたレーザガスを冷却するための熱交換器13とが配置されている。図2において、矢印49は、レーザガスの流れを示している。
熱交換器13には、冷媒配管46が接続され、内部には冷却水等の冷媒54が流れている。配管には、冷媒54の流量を検出して制御する流量制御弁47が介挿されている。流量制御弁47は、レーザコントローラ29に電気的に接続され(接続は図示せず)、その指示に基づいて冷媒54の流量を制御自在となっている。
【0032】
このようなエキシマレーザ装置11において、周波数fの低い場合にも高いパルスエネルギーPを得るために、後述する所定のタイミングで露光のためのレーザ発振を停止し、フラッシング工程と呼ばれる処理を行なう。以下、フラッシング工程について、具体的に説明する。
図3に、フラッシング工程を行なうための手順の一例を、各ステップ番号にSを付したフローチャートで示す。
まずレーザコントローラ29は、高圧電源23に指令を出力してレーザ放電を止め、レーザ発振を停止させる(ステップS101)。次に、レーザコントローラ29は、流量制御弁47に指令を出力して、冷媒54の流量を減らすか、或いは冷媒54を停止させる(ステップS102)。
そして、排気バルブ43を開いてレーザチャンバ12の内部のガスを排気する(ステップS103)。そして、バッファガスバルブ41及びフッ素ガスバルブ42を開き、所定の組成で混合したフラッシングガスをレーザチャンバ12の内部に所定圧力まで封入する(ステップS104)。フラッシングガスについては後述するが、フッ素とバッファガスとを含んでいることが望ましく、かつ、キセノンを含んでいないことが望ましい。
【0033】
そして、放電を開始する(ステップS106)。この放電をレーザ放電と区別してフラッシング放電と呼び、エキシマレーザ装置11が、レーザ発振の際に発振可能な最大周波数fMよりも、低い周波数f1(fM>f1)で行なうようにする。そして、所定時間経過後(ステップS107)、フラッシング放電を停止する(ステップS108)。
【0034】
またはステップS106において、常に周波数f1でフラッシング放電をさせるのではなく、最初に第1の所定時間だけ、周波数f1でフラッシング放電させた後、第2の所定時間の間、周波数f2(f1>f2)でフラッシング放電させてもよい。これは、周波数f1でレーザチャンバ12内部の温度を上昇させた後、周波数f2で温度を所定温度に保ち、レーザチャンバ12の内部や外部の部品の、熱による破損を防止するためである。
或いは、レーザコントローラ29は温度センサ45によってレーザチャンバ12内部の温度をモニタリングし、温度が所定値となるように、フラッシング放電時の周波数f1を設定してもよい。
さらには、レーザチャンバ12内部の温度が所定値となるように、流量制御弁47に指令を出力して、冷媒54の流量を制御してもよい。
【0035】
レーザコントローラ29は、ステップS103からS108までの工程を、所定の回数(ここではn回とする)繰り返し(ステップS110)、終わるとレーザチャンバ12の内部のガスを排気する(ステップS111)。
そして、流量制御弁47に指令を出して、冷媒54の流量を元の流量に戻して定常状態とし(ステップS112)、レーザチャンバ12内部にレーザガスを所定の組成比で封入し(ステップS113)、レーザ発振を再開する(ステップS114)。
即ち、このフローチャートにおけるフラッシング工程は、フラッシング放電を行なうフラッシング放電工程と、冷媒54を停止又は流量低下させ、フラッシング放電の熱によってレーザチャンバ12内部を加熱する加熱工程と、フラッシング放電工程終了後、フラッシングガスを排気する工程とを含んでいる。
【0036】
図4に、フラッシング工程を行なった場合の実験結果を示す。図4において、横軸はレーザ光21の周波数f、縦軸はレーザ光21の1パルスあたりのパルスエネルギーPである。破線が、フラッシング工程を行なう前であり、実線が、フラッシング工程を行なった後である。図4に示すように、フラッシング工程を行なうことにより、低周波数におけるパルスエネルギーが増加している。
【0037】
以上説明したように、第1実施形態によれば、レーザコントローラ29は、フラッシング放電を行なっている。そして同時に、レーザチャンバ12の冷媒54の流量を低下又は停止させることにより、フラッシング放電から発生する熱でレーザチャンバ12内部を加熱している。
化学式1Aに示すように、レーザチャンバ12内部を加熱することにより、物質Cから物質Aが発生する。そして、フラッシング放電を行なうことにより、化学式1Bに示すように物質Cから物質Aへの生成が促進されると共に、物質Aが、フラッシング放電又は光吸収によって、物質Bへと変化する(化学式2)。
これを排気することにより、レーザ光21のパルスエネルギー低下の原因となる、レーザチャンバ12内部の物質Aの量が減少する。従って、低周波数域における、パルスエネルギー低下が起きにくくなる。
【0038】
また、上記フローチャートのステップS103におけるフラッシングガスとして、物質Cの前駆体と考えられるキセノンを含んだレーザガスをそのまま用いるのではなく、キセノンを含まないガスを用いている。これにより、レーザ光21のパルスエネルギー低下の原因となる物質Aの生成が妨げられるので、レーザ光21のパルスエネルギー低下が起こりにくくなる。
【0039】
フラッシングガスは、例えばフッ素と、ヘリウム又はネオン等のバッファガスとを、どちらも含んでいることが好ましい。或いはこのとき、バッファガスの代わりにチャンバパージガスを用いてもよい。
フラッシングガスがバッファガスを含むことにより、放電が安定に起こるので、主電極14,15がフラッシング放電によって摩耗することが少ない。
さらには、フラッシングガスがフッ素を含むことにより、放電抵抗Rが増大する。その結果、電流をiとすると、放電によって生じるエネルギー(=i^2R)が増大し、フラッシング放電時に、より大きなエネルギーを安定に注入することができる。その結果、内壁等に付着している物質Cが遊離しやすくなり、フラッシング放電の効果が大きくなる。また、フラッシング放電のエネルギーが大きいため、レーザガスの温度が早く上昇する。
また、フラッシングガスとしては、より放電が安定となるように、クリプトンやアルゴンを入れてもよい。
【0040】
次に、第1実施形態の他の実施例として、フラッシングガスではなく、レーザガスを用いてフラッシング放電を行なう場合について説明する。
図5に、上記フラッシング工程の手順の一例を、各ステップ番号にSを付したフローチャートで示す。
まずレーザコントローラ29は、高圧電源23に指令を出力してレーザ放電を止め、レーザ発振を停止させる(ステップS201)。次に、シャッタ35を閉じる(ステップS203)。そして、流量制御弁47に指令を出力して、冷媒54の流量を減らすか、或いは冷媒54を停止させる(ステップS204)。
レーザコントローラ29は、貫流ファン24を回転させてフラッシング放電を開始する(ステップS206)。そして、所定時間経過後(ステップS207)、フラッシング放電を停止する(ステップS208)。そして、レーザチャンバ12の内部のガスを排気し(ステップS209)、レーザチャンバ12内部にレーザガスを所定の組成比で封入する(ステップS210)。
【0041】
レーザコントローラ29は、以上のステップS206からS210までの工程を、所定の回数(n回)繰り返し(ステップS212)、終わると、冷媒54の流量を元の流量に戻して定常状態とし(ステップS213)、シャッタ35を開いて(ステップS214)、レーザ発振を再開する(ステップS215)。
即ち本フローチャートでは、フラッシング工程は、第1実施形態と同様にフラッシング放電を行なうフラッシング放電工程と、冷媒54を停止又は流量低下させることによってレーザチャンバ12内部を加熱する加熱工程と、フラッシング放電工程終了後、フラッシングガスを排気する工程とを含んでいる。
【0042】
以上説明したように本手順によれば、レーザガスを用いてフラッシング放電を行なっている。レーザガスでフラッシング放電を行なっても、フラッシングガスほどは顕著でないが、低周波数域でのパルスエネルギーの低下は、緩和される。即ち、フラッシング放電及び熱により、物質Cが遊離して物質Aとなり、フラッシング放電によって物質Aが物質Bへと変化する。これを排気することにより、レーザチャンバ12内部の物質Aの量が減少する。
こうすることにより、1回目のフラッシングには、それまでレーザ発振に用いていたレーザガスを用いることができる。従って、フラッシング放電の際にガスの入れ替えを行なう回数が少なく、フラッシング工程に要する時間が短縮される。
また、フラッシングガスをレーザガスに対して別途用意する必要がないので、エキシマレーザ装置11の構成が簡単になる。
或いは、常にフラッシングガス又はレーザガスのどちらかを用いるのではなく、1回目のフラッシング放電を図5に示したようにレーザガスで行ない、2回目以降はフラッシングガスで行なうというように、両者を混合してもよい。
【0043】
次に、第2実施形態について説明する。
図6に、第2実施形態に係るエキシマレーザ装置11の構成図を示す。図6において、エキシマレーザ装置11の熱交換器13に接続された冷媒配管46の往路側には、冷媒ヒータ53が巻かれており、レーザコントローラ29の指示に基づいて、冷媒54を加熱することができるようになっている。或いは、冷媒配管46の内部に冷媒ヒータ53を設置して、熱交換器13に流す冷媒54を加熱してもよい。
このようなエキシマレーザ装置11を用いて、フラッシング工程を行なう場合の手順の一例を、図7に示す。
まずレーザコントローラ29は、高圧電源23に指令を出力してレーザ放電を止め、レーザ発振を停止させる(ステップS301)。次に、排気バルブ43を開いてレーザチャンバ12の内部のガスを排気する(ステップS302)。そして、フラッシングガスをレーザチャンバ12の内部に所定圧力まで封入する(ステップS303)。
【0044】
そしてレーザコントローラ29は、冷媒ヒータ53に指令を出力して、冷媒54を加熱する(ステップS304)とともに、貫流ファン24を作動させる(ステップS305)。これにより、フラッシングガスが熱交換器13の内部を通る冷媒54によって加熱され、この加熱されたフラッシングガスがレーザチャンバ12の内部を巡ることにより、レーザチャンバ12の温度が上昇する。レーザコントローラ29は、レーザチャンバ12の内部の温度が所定の温度になると(ステップS306)、フラッシング放電を開始する(ステップS307)。
フラッシング放電を所定時間行なった後(ステップS308)、レーザコントローラ29はフラッシング放電を停止する(ステップS309)。そして、貫流ファン24を停止させる(ステップS310)。
【0045】
レーザコントローラ29は、上記ステップS302からS310までの工程を、所定の回数(ここではn回)だけ繰り返し(ステップS311)、終わるとレーザチャンバ12の内部のガスを排気する(ステップS312)。そして、冷媒ヒータ53を止めて冷媒54の加熱を停止した後(ステップS313)、レーザチャンバ12内部にレーザガスを所定の組成比で封入し(ステップS314)、発振を再開する(ステップS315)。
【0046】
図8に、第2実施形態において、レーザガスを用いてフラッシング放電を行なうフラッシング工程の手順の一例を示す。
まずレーザコントローラ29は、レーザ発振を停止させる(ステップS401)。次に、シャッタ35を閉じる(ステップS402)。そして、冷媒ヒータ53に指令を出力して、冷媒54を加熱する(ステップS403)とともに、貫流ファン24を作動させる(ステップS404)。
【0047】
レーザチャンバ12の内部の温度が所定の温度になると(ステップS405)、フラッシング放電を開始し(ステップS406)、所定時間経過後(ステップS407)、フラッシング放電を停止する(ステップS408)。そして、貫流ファン24を停止し(ステップS409)し、レーザチャンバ12の内部のガスを排気した後(ステップS410)、レーザチャンバ12内部にレーザガスを所定の組成比で封入する(ステップS411)。
レーザコントローラ29は、上記ステップS403からS411までの工程を、所定の回数(ここではn回)だけ繰り返す(ステップS412)。これが終わると、冷媒54の加熱を停止した後(ステップS413)、シャッタ35を開動作させて(ステップS414)、発振を再開する(ステップS415)。
【0048】
以上説明したように本実施形態によれば、熱交換器13を流れる冷媒54を冷媒ヒータ53によって加熱している。これにより、レーザチャンバ12の内部を、より効率的に温めることができるので、化学式1に示す物質Cから物質Aの発生が、より頻繁に起きるようになり、物質Aの前駆体である物質Cの量が早く減少する。
そして、この状態でフラッシング放電を行うことにより、フラッシング放電の熱等による、物質Cから物質Aの発生(化学式1A,1B)が起きるので、相乗的に物質Cの量が減少する。
【0049】
また、熱交換器13の冷媒54を加熱することにより、熱交換器13の温度が早く、しかもその全表面にわたって上昇する。
レーザ発振を行なっていた際には、熱交換器13は冷媒54によって冷却されていたため、第1実施形態のように冷媒54を止めたとしても、その表面の温度はレーザチャンバ12の他の部分に比べて低く、表面に物質Aの前駆体である物質Cが付着したままの場所が残っていることがある。これに対して、熱交換器13の中に加熱した冷媒54を通すことにより、その全表面が温められ、表面に付着していた物質Cを効率的に遊離させることが可能であり、フラッシング工程の効果がより大きくなる。
【0050】
次に、第3実施形態について、説明する。
図9は、第3実施形態に係るエキシマレーザ装置11の構成図である。図9において、レーザチャンバ12の周囲にはチャンバヒータ52が巻かれており、レーザチャンバ12を加熱することが、可能となっている。
このようなエキシマレーザ装置11を用いてフラッシング工程を行なう場合には、例えば図7に示した手順に従い、ステップS304で冷媒54を加熱する際に、チャンバヒータ52によってレーザチャンバ12をも加熱する。
これにより、レーザチャンバ12の内壁が、第2実施形態の熱交換器13と同様に、より早く、かつ漏れなく温められるので、フラッシング工程の時間を短縮できるとともに、フラッシング工程の効果も向上する。また、図8に示した手順において、ステップS403で冷媒54を加熱する際に、チャンバヒータ52によってレーザチャンバ12を加熱しても同様である。
また、チャンバヒータ52によるレーザチャンバ12の加熱は、図7に示した手順において、レーザガス封入(ステップS314)前、もしくは発振開始(ステップS315)前に停止する。同様に、図8に示した手順においては、発振開始(ステップS415)前に停止する。
【0051】
次に、第4実施形態について、説明する。
上記の各実施形態においては、フラッシング工程がフラッシング放電工程及び加熱工程を含んでいるが、本実施形態においては、フラッシング工程がフラッシング放電工程を含まず、加熱工程のみによってフラッシングを行なっている。
例えば、図9に示したエキシマレーザ装置11において、フラッシング工程を行なう手順の一例を、図10に示す。
【0052】
まずレーザコントローラ29は、レーザ発振を停止させ(ステップS501)、レーザチャンバ12内を排気する(ステップS502)。次に、フラッシングガスを、レーザチャンバ12の内部に所定圧力まで封入する(ステップS503)。
そして、冷媒ヒータ53に指令を出力して、冷媒54を加熱する(ステップS504)とともに、貫流ファン24を作動させる(ステップS505)。同時に、チャンバヒータ52を作動させ、レーザチャンバ12を加熱する(ステップS506)。
レーザコントローラ29は、レーザチャンバ12の内部の温度が所定の温度になったことを確認し(ステップS507)、所定時間が経過するまでそのままの状態を保つ(ステップS508)。
その後、貫流ファン24を停止し(ステップS509)、レーザチャンバ12の内部を排気する(ステップS510)。
【0053】
レーザコントローラ29は、上記ステップS502からS510までの工程を、所定の回数(ここではn回)だけ繰り返し(ステップS511)、終わるとレーザチャンバ12の内部のガスを排気する(ステップS512)。そして、冷媒54の加熱を停止した後(ステップS513)、レーザチャンバ12内部にレーザガスを所定の組成比で封入し(ステップS514)、レーザ発振を再開する(ステップS515)。
【0054】
以上説明したように、第4実施形態によれば、レーザチャンバ12の内部にフラッシングガスを封入し、レーザチャンバ12及びレーザチャンバ12の内部のガスを加熱している。これにより、前記壁面に付着した物質Cが、熱によって遊離する。
これを排気し、フラッシングガスの封入及び加熱を繰り返すことにより、壁面に付着した物質Cの量が次第に減少する。これにより、フラッシング放電を行なうことなく、パルスエネルギーを低下させる物質Aの生成量を減らすことができ、低周波数域におけるパルスエネルギーの低下を防止できる。
しかも、フラッシング放電を行なわないので、主電極14,15が放電によって摩耗することがなく、主電極14,15の寿命が延びる。
尚、上記の各実施形態において、明記はしていないが、レーザチャンバ12の内部を排気する際には貫流ファン24は停止させ、フラッシング放電を行なう際には回転させてているものとする。
【0055】
次に、第5実施形態では、どのようなタイミングで上記フラッシング工程を行なうかを決定するための判定手順について説明する。これを、フラッシング判定手順と言う。
まず、レーザコントローラ29が、レーザ発振を行なう際の制御について、説明する。
上述したようにレーザコントローラ29は、モニタ48の出力信号に基づいて、レーザ光21のパルスエネルギーを検出自在となっている。レーザコントローラ29は、これに基づいてパルスエネルギーが略一定の所定値となるように、高圧電源23に指令を出力し、主電極14,15に印加する印加電圧を制御している。これを、エネルギー一定制御と言う。
尚、前記パルスエネルギーの所定値は、露光機25からの指令に基づいて、変化させる場合もある。
【0056】
また、エネルギー一定制御を行なう場合、印加電圧を制御する代わりに、レーザチャンバ12内のバッファガスの圧力を制御することもある。
即ち、レーザ光21のパルスエネルギーは、レーザチャンバ12内のバッファガスの圧力に、正の相関を有している。そこでレーザコントローラ29は、検出したパルスエネルギーに基づき、バッファガスバルブ41に開閉を指示する指令信号を送信し、バッファガスボンベ37からのバッファガスのレーザチャンバ12への流入量を制御する。これにより、バッファガスの圧力を変化させ、パルスエネルギーを略一定の所定値としている。
【0057】
このとき、レーザチャンバ12の内部のレーザガスは、レーザ放電によって次第に劣化するため、印加電圧及びバッファガス圧力を一定とすると、レーザ光21のパルスエネルギーが低下していく。従って、レーザコントローラ29はパルスエネルギーを一定にするため、印加電圧又はバッファガス圧力を徐々に上げていく必要がある。
しかしながら、印加電圧Vを最大許容電圧VMよりも上げると、主放電が不安定になる。またバッファガス圧力も、ある最大圧力以上になると、いくら圧力を上げてもパルスエネルギーが上がらなくなるばかりか、主放電が不安定になることもある。
そのためレーザコントローラ29は、印加電圧Vが最大許容電圧VM以上となる直前、又はバッファガス圧力が所定の最大圧力に達する直前に、レーザ発振を停止する。そして、レーザチャンバ12の内部の劣化したレーザガスを排気し、新しいレーザガスを封入する。これを、ガス全交換と言う。
【0058】
図11に、ガス全交換の回数を指標としてフラッシング工程を行なうタイミングを決定する手順の一例を、フローチャートで示す。
レーザコントローラ29は、エネルギー一定制御を行ないながら(ステップS601)、印加電圧Vが最大許容電圧VMに達したか否かを判定する(ステップS602)。そして、印加電圧Vが最大許容電圧VMに達すると、前回のフラッシング工程を行なってからこれまでに行なったガス全交換の回数を、所定値mと比較する(ステップS603)。
レーザコントローラ29は、ガス全交換の回数が所定値mに達していれば、フラッシング工程を行ない(ステップS604)、ステップS601へ戻る。ステップS603で、ガス全交換回数が所定値m以下であれば、フラッシング工程を行なわずに、ガス全交換を行ない(ステップS605)、ステップS601へ戻る。
【0059】
即ち、ガス全交換を行なうと、そのたびに新たなキセノンがレーザチャンバ12内部に供給されるため、次第に物質Cの量が増加すると考えられる。従って本手順においては、レーザコントローラ29は、ガス全交換の回数を指標とし、ガス全交換の回数が所定回数mとなると、フラッシング工程を行なうようにしている。
これにより、低周波数域でのレーザ発振を妨げる物質Cが増加するのを、正確に検知することができるので、適切なタイミングでフラッシング工程を行なうことが可能である。
尚、図11に示すフローチャートにおいては、エネルギー一定制御を主電極14,15に印加する印加電圧を制御する例を示しているが、上述したように、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力を制御してもよい。この場合、ステップS602は、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力が所定の最大圧力に達したか否かを判定する。そして、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力が所定の最大圧力に達すると、前回のフラッシング工程を行ってからこれまでに行ったガス全交換の回数を、所定値mと比較する(ステップS603)。
【0060】
次に、第2のフラッシング判定手順を説明する。
図12に、第2のフラッシング判定手順の一例をフローチャートで示す。
レーザコントローラ29は、エネルギー一定制御を行ないながら(ステップS701)、適当なタイミングでレーザ光21を低周波数(例えば50Hz)で発振させ、そのパルスエネルギーPLを測定する(ステップS703)。次にレーザコントローラ29は、レーザ光21を高周波数(例えば2000Hz)で発振させ、そのパルスエネルギーPHを測定する(ステップS704)。
そして、パルスエネルギーPLとPHとを比較し(ステップS705)、PHがPLよりも、所定値P0以上大きい場合には、低周波数域でのパルスエネルギーの低下が起きていると判定して、フラッシング工程を行ない(ステップS706)、ステップS701へ戻る。また、そうでない場合には、フラッシング工程を行なわずに、ステップS701に戻る。
【0061】
即ち、フラッシング工程を行なう必要があるのは、低周波数域のレーザ光21のパルスエネルギーPLが、高周波数域のパルスエネルギーPHに比べて低くなっている場合である。従って、低周波数域のパルスエネルギーPLと、高周波数域のパルスエネルギーPHとを比較することにより、フラッシング工程の必要性を判定することが可能である。
或いは、このように両者の差ではなく、比(PH/PL)に基づいて判定してもよい。
【0062】
次に、第3のフラッシング判定手順として、第1の手順及び第2の手順を組み合わせた場合について、説明する。
図13に、第3のフラッシング判定手順の一例をフローチャートで示す。
レーザコントローラ29は、エネルギー一定制御を行ないながら(ステップS801)、印加電圧Vが最大許容電圧VMに達したか否かを判定する(ステップS802)。そして、印加電圧Vが最大許容電圧VMに達すると、前回のフラッシング工程を行なってからこれまでに行なったガス全交換の回数を、所定値mと比較する(ステップS803)。ガス全交換回数が所定値m以下であれば、フラッシング工程を行なわずに、ガス全交換を行ない(ステップS806)、ステップS801に戻る。
【0063】
ステップS803で、ガス全交換の回数が所定値mに達していれば、ステップS703〜S704と同様の手順でパルスエネルギーPL,PHを測定し、両者を比較する(ステップS804)。そして、パルスエネルギーPHがPLよりも、所定値P0以上大きい場合には、低周波数域でのパルスエネルギーの低下が起きていると判定して、フラッシング工程を行ない(ステップS805)、ステップS801に戻る。そうでない場合には、フラッシング工程を行なわずに、ガス全交換を行ない(ステップS806)、ステップS801に戻る。
【0064】
このように、まずはガスの全交換回数によってフラッシング工程の必要性を判定することにより、パルスエネルギーPL,PHを測定する手間が省ける。そして、パルスエネルギーPL,PHに基づいて、さらに精密な判定を行なうことができるので、フラッシング工程が必要な時には、確実にこれを行なって、低周波数域でのパルスエネルギーの低下を回復させられる。
尚、第1のフラッシング判定手順のときと同様に、エネルギー一定制御を、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力を制御することによって行なってもよい。この場合、ステップS802は、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力が所定の最大圧力に達したか否かを判定する。そして、レーザチャンバ12内のバッファガス圧力が所定の最大圧力に達すると、前回のフラッシング工程を行ってからこれまでに行ったガス全交換の回数を、所定値mと比較する(ステップS803)。
さらに、第1、第2のフラッシング判定手順においては、エネルギー一定制御を、印加電圧V又はバッファガス圧力のいずれか一方のみを変化させて行なう場合について説明したが、両方を併用する場合でも同様に応用が可能である。
【0065】
また、図11〜図13には、ガス全交換を行なう前に、フラッシング工程を行なうか否かを判定する場合について説明したが、ガス全交換を行なった後で、判定を行なってもよい。
例えば、図14に示すように、レーザガスの全交換を行ない(ステップS901)、その直後にパルスエネルギーPL(ステップ902)及びパルスエネルギーPH(ステップ903)を測定し、その結果、低周波数域でのパルスエネルギーPLが低くなっていれば(ステップS904)、フラッシング工程を行なってから(ステップS905)、レーザ光21を発振させ(ステップS906)、エネルギー一定制御を行ない(ステップS907)、ガス全交換が必要となれば、ステップS901に戻る。
また、ステップS904で、低周波数域でのパルスエネルギーPLが低くなっていなければ、フラッシング工程を行なわずにレーザ発振を開始する(ステップS906)。
【0066】
また、レーザチャンバ12を製造した直後や、その内部を一旦空気に開放した後、これをレーザ装置11に組み込む際には、所定パルス数又は所定時間にわたって、レーザ発振動作を行なわせる。これをパッシベーションと呼び、壁面に化学的に安定な不動態処理を施すことにより、内壁面や部品の表面から、レーザ発振を阻害する不純物がレーザガス中に混入することを防いでいる。
このパッシベーションの後に、図14に示したような判定手順を行なうようにしてもよい。
【0067】
尚、以上の説明は、ArFエキシマレーザ装置について説明したが、これに限られるものではない。即ち、エキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置等についても、レーザガス中にキセノンを封入することによって主放電が安定するが、低周波数域でのパルスエネルギーの低下が起きている。従って、他のエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置に対しても、フラッシングを行なうことによってレーザ光21のパルスエネルギーの低下を防止することができ、同様に有効である。
さらには、キセノンのみに限らず、レーザガス内に混入したガスなどの物質により、パルスエネルギーを低下させるような物質が生成されるような場合についても、同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図2】第1実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成断面図。
【図3】第1実施形態に係るフラッシング工程の手順の一例を示すフローチャート。
【図4】第1実施形態に係るフラッシング工程を行なった場合の実験結果を示すグラフ。
【図5】第1実施形態に係るフラッシング工程の手順の一例を示すフローチャート。
【図6】第2実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図7】第2実施形態に係るフラッシング工程の手順の一例を示すフローチャート。
【図8】第2実施形態に係るフラッシング工程の手順の一例を示すフローチャート。
【図9】第3実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成断面図である。
【図10】第3実施形態に係るフラッシング工程の手順の一例を示すフローチャート。
【図11】フラッシング判定手順の一例を示すフローチャート。
【図12】フラッシング判定手順の一例を示すフローチャート。
【図13】フラッシング判定手順の一例を示すフローチャート。
【図14】フラッシング判定手順の一例を示すフローチャート。
【図15】従来技術に係る波長を狭帯域化したエキシマレーザ装置の構成図。
【図16】従来技術における周波数とパルスエネルギーとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
11:エキシマレーザ装置、12:レーザチャンバ、13:熱交換器、14:主電極、15:主電極、16:フロントミラー、17:フロントウィンドウ、19:リアウィンドウ、21:レーザ光、22:ビームスプリッタ、23:高圧電源、24:貫流ファン、25:露光機、29:レーザコントローラ、30:狭帯域化ユニット、32:プリズム、33:グレーティング、35:シャッタ、36:レーザガスボンベ、37:バッファガスボンベ、38:フッ素ガスボンベ、39:排気ポンプ、40:レーザガスバルブ、41:バッファガスバルブ、42:フッ素ガスバルブ、43:排気バルブ、44:圧力センサ、45:温度センサ、46:冷媒配管、47:流量制御弁、48:モニタ、49:ガス流、50:予備電離電極、51:放電空間、52:チャンバヒータ、53:冷媒ヒータ、54:冷媒。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas laser device such as an excimer laser device or a fluorine molecular laser device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it has been known that, in an excimer laser apparatus, the pulse energy of laser light is increased by adding xenon (Xe) to a laser gas, as disclosed in, for example, JP-A-11-191660.
[0003]
FIG. 15 shows a configuration diagram of an excimer laser device with a narrowed wavelength band. Hereinafter, the prior art will be described with reference to FIG.
In FIG. 15, an
Inside the
The generated
[0004]
According to the publication, in the excimer laser device, krypton, argon, fluorine, helium, and neon contained in the laser gas have high ionization energy, so that they are not easily ionized even if a preliminary ionization discharge occurs. Therefore, since the number of ions and electrons released between the
In contrast, xenon is easily ionized due to its low ionization energy. Therefore, by mixing xenon with the laser gas, a large amount of ions and electrons are liberated in the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
That is, by adding xenon to the laser gas, a phenomenon occurs in which the pulse energy of the laser light is reduced in a region where the frequency f of the main discharge of the excimer laser device is low. This is particularly remarkable in an ArF excimer laser device.
[0006]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the frequency f of the main discharge and the pulse energy P per pulse of the
As shown in FIG. 16, in the low frequency region where the frequency f is low, the pulse energy P is lower than in the high frequency region where the frequency f is high. Such a phenomenon is not seen when xenon is not added. However, if xenon is not added as described above, the main discharge becomes unstable and the pulse energy P of the laser beam becomes low. For example, the pulse energy necessary for using an ArF excimer laser device as a light source for exposure is used. Difficult to get.
[0007]
The present invention has been made paying attention to the above problem, and an object of the present invention is to provide a gas laser device capable of obtaining substantially equivalent pulse energy from a low frequency region to a high frequency region.
[0008]
[Means, actions and effects for solving the problems]
To achieve the above objective,The present invention
A laser chamber;
A main electrode provided inside the laser chamber;
A heat exchanger provided inside the laser chamber for cooling the laser gas inside the laser chamber,
A laser gas to which a small amount of xenon is added to increase the output energy is sealed in the laser chamber, a high voltage is applied between the main electrodes to cause a main discharge, and the laser gas is excited by the main discharge to emit laser light. In a gas laser device that generates
Laser oscillation in the low frequency range and pulse energy in the low frequency range are measured. Laser oscillation in the high frequency range and pulse energy in the high frequency range are measured. Pulse energy in the low frequency range and pulse energy in the high frequency range. And when the difference is determined to be greater than or equal to a predetermined value, a flushing gas that does not contain xenon is supplied to the laser chamber, and after the flushing gas is supplied, the laser chamber is in contact with the laser gas. And a laser controller that controls to perform a flushing process of heating at least a part of the gas and discharging a flushing gas from the laser chamber after the heating.
By heating a portion inside the laser chamber that is in contact with the laser gas, a precursor of a substance that hinders oscillation of laser light, which is considered to be attached to the portion, can be released. By evacuating this, the amount of substances that hinder the oscillation of the laser light is reduced inside the laser chamber, so that the pulse energy of the laser light increases.
The fact that the pulse energy of the laser beam in the low frequency range is low means that substances that prevent the oscillation of the laser beam are increasing. The material generated can be reduced.
[0009]
Since the substance that hinders the oscillation of the laser beam or its precursor is considered to originate from xenon, the precursor can be released more efficiently by heating in a state not containing xenon.
[0010]
The gas laser device of the present invention is
A chamber heater is provided near the outer periphery of the laser chamber.
By heating the chamber heater, the laser chamber having a large heat capacity and a large surface area can be efficiently heated.
[0011]
The gas laser device of the present invention is
A refrigerant heater for heating the refrigerant flowing inside the heat exchanger is provided.
As a result, the surface of the heat exchanger that has a large surface area and is cooled during laser oscillation can be heated more efficiently.
[0012]
The gas laser device of the present invention is
The flushing process includes a flushing discharge process for discharging between main electrodes.
The substance that hinders the oscillation of the laser beam or its precursor is released more frequently by discharging in addition to heating. Therefore, there are fewer substances in the laser chamber that hinder the oscillation of the laser beam, and the pulse energy of the laser beam is increased.
[0017]
The gas laser device of the present invention is
The laser controller isBy reducing or blocking the flow rate of the refrigerant flowing inside the heat exchanger that cools the laser gasDo the heating.
The inside of the laser chamber is heated by reducing or blocking the flow rate of the refrigerant flowing inside the heat exchanger and performing a flushing discharge. Therefore, it is possible to perform the heating process without requiring a heater or the like.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, consideration will be given to the reduction in pulse energy in the low frequency range described in the section of the prior art. For the configuration of the
As described above, in the
[0021]
When laser oscillation is performed, the substance C becomes the substance A and is released from the wall surface (chemical formulas 1A and 1B). This reaction is caused by the heating of the wall surface by the collision of the laser gas whose temperature has been increased by the main discharge (Chemical Formula 1A), or by the collision of gas components having high chemical reactivity such as ions and radicals (Chemical Formula 1B). It is believed that there is. The reaction of Chemical Formula 1A occurs even when the wall surface is heated and the temperature rises, and is not limited to the collision of laser gas as described above.
C + heat → A ............ (1A)
C + active chemical species → A + low energy chemical species ……… (1B)
[0022]
The substance A may cause at least one of the main discharge and the preliminary ionization discharge (hereinafter collectively referred to as laser discharge) to become unstable, or may absorb the preliminary ionization light or the
The substance A is considered to change to the substance B by absorbing light generated by the discharge,
A + discharge or light absorption → B ............ (2)
[0023]
On the other hand, the substance B absorbs energy such as heat from the environment (heat bath) around the substance B in a place other than the
A ← B + Hot bath ………… (3)
[0024]
That is, a substance A that lowers the pulse energy of the
[0025]
When the laser discharge is stopped, the substance A becomes the substance C and is adsorbed on the wall surface, and even if the laser gas inside the
As an example of the substance A, xenon fluoride (XeF_2, XeF_4, or XeF_6) is dominant. As the substance B, xenon is prominent. Substance C is not clear, but is thought to be the same xenon fluoride as substance A.
[0026]
Hereinafter, a technique for eliminating the decrease in pulse energy of the
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of an ArF excimer laser device (hereinafter referred to as excimer laser device 11) according to the present embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view thereof.
1 and 2, the
As shown in FIG. 2, a pair of
[0027]
As shown in FIG. 1, a
The beam width of the
The
[0028]
The
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
At this time, a chamber purge gas cylinder may be connected to the
[0030]
An
A
Further, a
[0031]
As shown in FIG. 2, the
A
[0032]
In such an
FIG. 3 shows an example of a procedure for performing the flushing process in a flowchart in which S is added to each step number.
First, the
Then, the
[0033]
Then, discharge is started (step S106). This discharge is distinguished from laser discharge and is called flushing discharge, and the
[0034]
Alternatively, in step S106, the flushing discharge is not always performed at the frequency f1, but first the flushing discharge is performed at the frequency f1 for the first predetermined time, and then the frequency f2 (f1> f2) for the second predetermined time. The flushing discharge may be performed with This is to increase the temperature inside the
Alternatively, the
Further, the flow rate of the refrigerant 54 may be controlled by outputting a command to the flow
[0035]
The
Then, a command is issued to the flow
That is, the flushing process in this flowchart includes the flushing discharge process for performing the flushing discharge, the heating process for stopping the refrigerant 54 or reducing the flow rate, and heating the inside of the
[0036]
FIG. 4 shows the experimental results when the flushing process is performed. In FIG. 4, the horizontal axis represents the frequency f of the
[0037]
As described above, according to the first embodiment, the
As shown in Chemical Formula 1A, the substance A is generated from the substance C by heating the inside of the
By exhausting this, the amount of the substance A inside the
[0038]
In addition, as the flushing gas in step S103 of the flowchart, a laser gas containing xenon, which is considered to be a precursor of the substance C, is not used as it is, but a gas not containing xenon is used. Thereby, since the production | generation of the substance A which causes the pulse energy fall of the
[0039]
The flushing gas preferably contains, for example, both fluorine and a buffer gas such as helium or neon. Alternatively, at this time, a chamber purge gas may be used instead of the buffer gas.
Since the flushing gas contains the buffer gas, the discharge occurs stably, so the
Furthermore, since the flushing gas contains fluorine, the discharge resistance R increases. As a result, if the current is i, the energy (= i ^ 2R) generated by the discharge increases, and a larger amount of energy can be stably injected during the flushing discharge. As a result, the substance C adhering to the inner wall or the like is easily released, and the effect of flushing discharge is increased. Further, since the energy of the flushing discharge is large, the temperature of the laser gas rises quickly.
As the flushing gas, krypton or argon may be added so that the discharge becomes more stable.
[0040]
Next, as another example of the first embodiment, a case where flushing discharge is performed using laser gas instead of flushing gas will be described.
FIG. 5 shows an example of the procedure of the flushing process in a flowchart in which S is added to each step number.
First, the
The
[0041]
The
That is, in this flowchart, the flushing process includes the flushing discharge process for performing the flushing discharge as in the first embodiment, the heating process for heating the inside of the
[0042]
As described above, according to this procedure, the flushing discharge is performed using the laser gas. Even if the flushing discharge is performed with the laser gas, the decrease in pulse energy in the low frequency region is alleviated, although not as remarkable as the flushing gas. That is, the substance C is released by the flushing discharge and heat to become the substance A, and the substance A is changed to the substance B by the flushing discharge. By exhausting this, the amount of the substance A inside the
By doing so, the laser gas that has been used for laser oscillation can be used for the first flushing. Therefore, the number of times of gas replacement during the flushing discharge is small, and the time required for the flushing process is shortened.
Further, since it is not necessary to separately prepare the flushing gas for the laser gas, the configuration of the
Alternatively, instead of always using either the flushing gas or the laser gas, the first flushing discharge is performed with the laser gas as shown in FIG. 5, and the second and subsequent times are performed with the flushing gas. Also good.
[0043]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 6 shows a configuration diagram of an
An example of the procedure for performing the flushing process using such an
First, the
[0044]
Then, the
After performing the flushing discharge for a predetermined time (step S308), the
[0045]
The
[0046]
FIG. 8 shows an example of a procedure of a flushing process for performing a flushing discharge using a laser gas in the second embodiment.
First, the
[0047]
When the temperature inside the
The
[0048]
As described above, according to the present embodiment, the refrigerant 54 flowing through the
Then, by performing the flushing discharge in this state, the generation of the substance A (chemical formulas 1A and 1B) occurs from the substance C due to the heat of the flushing discharge, etc., so the amount of the substance C is reduced synergistically.
[0049]
Further, by heating the
When the laser oscillation was performed, the
[0050]
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 9 is a configuration diagram of the
When performing the flushing process using such an
As a result, the inner wall of the
Further, the heating of the
[0051]
Next, a fourth embodiment will be described.
In each of the above embodiments, the flushing process includes a flushing discharge process and a heating process. However, in this embodiment, the flushing process does not include the flushing discharge process, and the flushing process is performed only by the heating process.
For example, FIG. 10 shows an example of a procedure for performing the flushing process in the
[0052]
First, the
Then, a command is output to the
The
Thereafter, the
[0053]
The
[0054]
As described above, according to the fourth embodiment, the flushing gas is sealed inside the
By exhausting this and repeating the filling and heating of the flushing gas, the amount of the substance C adhering to the wall surface gradually decreases. Thereby, the generation amount of the substance A that decreases the pulse energy can be reduced without performing the flushing discharge, and the decrease in the pulse energy in the low frequency region can be prevented.
In addition, since the flushing discharge is not performed, the
In each of the above embodiments, although not specified, it is assumed that the
[0055]
Next, in the fifth embodiment, a determination procedure for determining when to perform the flushing step will be described. This is called a flushing determination procedure.
First, control when the
As described above, the
The predetermined value of the pulse energy may be changed based on a command from the
[0056]
When performing constant energy control, the pressure of the buffer gas in the
That is, the pulse energy of the
[0057]
At this time, the laser gas inside the
However, when the applied voltage V is increased above the maximum allowable voltage VM, the main discharge becomes unstable. Also, if the buffer gas pressure exceeds a certain maximum pressure, the pulse energy does not increase no matter how much the pressure is increased, and the main discharge may become unstable.
Therefore, the
[0058]
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a procedure for determining the timing of performing the flushing process using the number of total gas exchanges as an index.
While performing constant energy control (step S601), the
If the total number of gas exchanges has reached the predetermined value m, the
[0059]
That is, it is considered that the amount of the substance C gradually increases because new xenon is supplied into the
As a result, it is possible to accurately detect the increase in the substance C that hinders laser oscillation in the low frequency range, and thus the flushing process can be performed at an appropriate timing.
The flow chart shown in FIG. 11 shows an example of controlling the applied voltage applied to the
[0060]
Next, a second flushing determination procedure will be described.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of the second flushing determination procedure.
While performing constant energy control (step S701), the
Then, the pulse energy PL and PH are compared (step S705), and if PH is larger than PL by a predetermined value P0 or more, it is determined that the pulse energy is reduced in the low frequency region, and flushing is performed. The process is performed (step S706), and the process returns to step S701. Otherwise, the process returns to step S701 without performing the flushing process.
[0061]
That is, it is necessary to perform the flushing process when the pulse energy PL of the
Or you may determine based on ratio (PH / PL) instead of the difference of both in this way.
[0062]
Next, a case where the first procedure and the second procedure are combined as a third flushing determination procedure will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the third flushing determination procedure.
While performing constant energy control (step S801), the
[0063]
If the number of total gas exchanges has reached the predetermined value m in step S803, the pulse energies PL and PH are measured in the same procedure as in steps S703 to S704, and the two are compared (step S804). If the pulse energy PH is larger than the PL by a predetermined value P0 or more, it is determined that the pulse energy is decreasing in the low frequency region, the flushing process is performed (step S805), and the process returns to the step S801. . If not, the gas is completely exchanged without performing the flushing process (step S806), and the process returns to step S801.
[0064]
In this way, by first determining the necessity of the flushing process based on the total number of gas exchanges, the labor of measuring the pulse energy PL, PH can be saved. Further, since a more precise determination can be made based on the pulse energy PL, PH, when the flushing process is necessary, this can be surely performed to recover the decrease of the pulse energy in the low frequency range.
As in the case of the first flushing determination procedure, constant energy control may be performed by controlling the buffer gas pressure in the
Furthermore, in the first and second flushing determination procedures, the case where the constant energy control is performed by changing only one of the applied voltage V and the buffer gas pressure has been described. Application is possible.
[0065]
11 to 13, the case where it is determined whether or not to perform the flushing step before the total gas replacement has been described. However, the determination may be performed after the total gas replacement is performed.
For example, as shown in FIG. 14, the laser gas is completely exchanged (step S901), and immediately after that, the pulse energy PL (step 902) and the pulse energy PH (step 903) are measured, and as a result, in the low frequency range. If the pulse energy PL is low (step S904), after performing the flushing process (step S905), the
If the pulse energy PL in the low frequency region is not low in step S904, laser oscillation is started without performing the flushing process (step S906).
[0066]
Further, immediately after the
After this passivation, a determination procedure as shown in FIG. 14 may be performed.
[0067]
Although the above description has been given of the ArF excimer laser device, the present invention is not limited to this. That is, in the excimer laser device, the fluorine molecular laser device, and the like, the main discharge is stabilized by enclosing xenon in the laser gas, but the pulse energy is lowered in the low frequency region. Therefore, the reduction of the pulse energy of the
Furthermore, the same applies not only to xenon but also to the case where a substance that lowers the pulse energy is generated by a substance such as a gas mixed in the laser gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an excimer laser device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a structural cross-sectional view of an excimer laser device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a procedure of a flushing process according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing experimental results when the flushing process according to the first embodiment is performed.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a procedure of a flushing process according to the first embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of an excimer laser device according to a second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a procedure of a flushing process according to the second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a procedure of a flushing process according to the second embodiment.
FIG. 9 is a structural sectional view of an excimer laser device according to a third embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a procedure of a flushing process according to the third embodiment.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a flushing determination procedure.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a flushing determination procedure.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a flushing determination procedure.
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a flushing determination procedure.
FIG. 15 is a configuration diagram of an excimer laser device in which a wavelength is narrowed according to a conventional technique.
FIG. 16 is a graph showing the relationship between frequency and pulse energy in the prior art.
[Explanation of symbols]
11: excimer laser device, 12: laser chamber, 13: heat exchanger, 14: main electrode, 15: main electrode, 16: front mirror, 17: front window, 19: rear window, 21: laser light, 22: beam Splitter, 23: High-voltage power supply, 24: Cross-flow fan, 25: Exposure machine, 29: Laser controller, 30: Narrow band unit, 32: Prism, 33: Grating, 35: Shutter, 36: Laser gas cylinder, 37: Buffer gas cylinder 38: Fluorine gas cylinder, 39: Exhaust pump, 40: Laser gas valve, 41: Buffer gas valve, 42: Fluorine gas valve, 43: Exhaust valve, 44: Pressure sensor, 45: Temperature sensor, 46: Refrigerant piping, 47: Flow control Valve, 48: monitor, 49: gas flow, 50: preionization electrode, 51: discharge During, 52: chamber heater, 53: a refrigerant heater, 54: a refrigerant.
Claims (7)
前記レーザチャンバ (12) の内部に設けられる主電極 (14,15) と、
前記レーザチャンバ (12) の内部に設けられ、当該レーザチャンバ (12) 内部のレーザガスを冷却する熱交換器 (13) と、を備え、
出力エネルギーを増加させるために微量のキセノンが添加されたレーザガスを前記レーザチャンバ (12) に封入し、前記主電極 (14,15) 間に高電圧を印加して主放電を起こし、当該主放電によってレーザガスを励起してレーザ光を発生させるガスレーザ装置において、
低周波数域でレーザ発振して低周波数域におけるパルスエネルギー (PL) を測定し、さらに高周波数域でレーザ発振して高周波数域におけるパルスエネルギー (PH) を測定し、低周波数域におけるパルスエネルギー (PL) と高周波数域におけるパルスエネルギー (PH) との差を求め、当該差が所定値 (P0) 以上であると判定した場合に、前記レーザチャンバ (12) にキセノンを含まないフラッシングガスを供給し、フラッシングガス供給後にレーザガスに接触する前記レーザチャンバ (12) 内部の部位のうちの少なくとも一部を加熱し、加熱後に前記レーザチャンバ (12) からフラッシングガスを排出するフラッシング工程を行うように制御するレーザコントローラ (29) を備えた
ことを特徴とするガスレーザ装置。 A laser chamber (12) ;
Main electrodes (14, 15) provided inside the laser chamber (12) ;
Provided inside the laser chamber (12), comprising a heat exchanger for cooling the laser chamber (12) inside the laser gas (13), a
A laser gas to which a small amount of xenon is added to increase output energy is sealed in the laser chamber (12) , a high voltage is applied between the main electrodes (14, 15) to cause main discharge, and the main discharge In the gas laser device that generates laser light by exciting the laser gas with
And laser oscillation at a low frequency range to measure the pulse energy (PL) in the low frequency range, further laser oscillation in a high frequency range to measure the pulse energy (PH) in the high frequency range, the pulse energy at low frequencies ( PL) and pulse energy (PH) in the high frequency range are obtained, and when it is determined that the difference is equal to or greater than a predetermined value (P0) , a flushing gas not containing xenon is supplied to the laser chamber (12). And control to perform a flushing step of heating at least a part of the portion inside the laser chamber (12) that comes into contact with the laser gas after supplying the flushing gas, and discharging the flushing gas from the laser chamber (12) after the heating. A gas laser device comprising a laser controller (29) for performing the above operation.
前記フラッシングガスが、不活性ガスを含むことを特徴とするガスレーザ装置。The gas laser device according to claim 1,
The gas laser apparatus, wherein the flushing gas contains an inert gas.
前記フラッシングガスが、フッ素を含むことを特徴とするガスレーザ装置。The gas laser device according to claim 2,
The gas laser apparatus, wherein the flushing gas contains fluorine.
レーザチャンバ(12)の外周部近傍に付設したチャンバヒータ(52)を備えたことを特徴とする、ガスレーザ装置。In the gas laser device according to any one of claims 1 to 3,
A gas laser device comprising a chamber heater (52) provided near the outer periphery of the laser chamber (12).
熱交換器(13)の内部を流れる冷媒(54)を加熱する冷媒ヒータ(53)を備えたことを特徴とする、ガスレーザ装置。In the gas laser device according to any one of claims 1 to 4,
A gas laser device comprising a refrigerant heater (53) for heating a refrigerant (54) flowing inside the heat exchanger (13).
前記フラッシング工程が、主電極(14,15)間で放電を行なうフラッシング放電工程を含むことを特徴とするガスレーザ装置。In the gas laser device according to any one of claims 1 to 5,
The gas laser device according to claim 1, wherein the flushing step includes a flushing discharge step of performing discharge between the main electrodes (14, 15).
前記レーザコントローラ (29) は、レーザガスを冷却する熱交換器(13)の内部を流れる冷媒(54)の流量を低下又は遮断してレーザチャンバ(12)の内部で放電することによって前記加熱を行うようにすることを特徴とする、ガスレーザ装置。The gas laser device according to claim 6 ,
It said laser controller (29) performs the heating by discharge within a laser chamber (12) to reduce or block the flow of the refrigerant (54) flowing inside the heat exchanger (13) for cooling the laser gas A gas laser device characterized by that.
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