JP6856653B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
1.概要
2.用語の説明
3.比較例に係るレーザ装置
3.1 構成
3.1.1 レーザ発振システム
3.1.2 ガス供給排気装置
3.2 動作
3.2.1 レーザ発振システムの動作
3.2.2 エネルギー制御
3.2.3 レーザガス制御
3.2.3.1 全ガス交換
3.2.3.2 ガス供給又は排気を含むガス圧制御
3.2.3.3 ハロゲンガス注入制御
3.2.3.4 部分ガス交換制御
3.2.3.5 全ガス交換するかの判定
3.3 課題
4.チャンバ交換直後において全ガス交換の頻度を高くするレーザ装置
5.チャンバ交換直後においてガス圧が所定ガス圧に達したら全ガス交換するレーザ装置
6.チャンバ交換直後において部分ガス交換又はハロゲンガス注入における注入排気量を大きくするレーザ装置
7.MOPOシステム
8.制御部の構成
本開示の実施形態は、放電励起式のガスレーザ装置に関係する。さらに、本開示の実施形態は、エキシマレーザ装置に関係する。エキシマレーザ装置においては、チャンバの中に希ガス及びハロゲンガスを含むレーザガスが封入される。エキシマレーザ装置においては、チャンバの中に配置された一対の放電電極にパルス状の高電圧が印加される。一対の放電電極の間に放電が生じると、レーザガスが励起される。励起されたレーザガスから生成された光が、光共振器の間で往復することによって増幅され、レーザ光が生成される。
本明細書において、「パシベーション」とは、チャンバの内部の部品の表面をハロゲンガスと反応させて化学的に平衡な状態にし、不動態化する工程をいう。この工程が行われると、チャンバの内部の部品の表面に皮膜が形成され、不純物の発生が抑制される。
3.1 構成
図1は、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。
レーザ装置は、露光装置100と共に使用される。レーザ装置から出力されたレーザ光は、露光装置100へ入射する。露光装置100は、露光装置制御部110を含んでいる。露光装置制御部110は、露光装置100を制御するように構成されている。露光装置制御部110は、レーザ装置に含まれるレーザ制御部30に対して、目標パルスエネルギーの設定データを送信したり、発光トリガ信号を送信したりするように構成されている。
レーザ発振システムに含まれる上述のチャンバ10は、狭帯域化モジュール14と出力結合ミラー15とで構成されたレーザ共振器の光路に配置されている。チャンバ10には、2つのウィンドウ10a及び10bが設けられている。チャンバ10は、一対の放電電極11a及び11bを収容している。チャンバ10は、レーザガスを収容する。
狭帯域化モジュール14は、プリズム14a及びグレーティング14bなどの波長選択素子を含む。狭帯域化モジュール14の代わりに、高反射ミラーが用いられてもよい。
出力結合ミラー15は、部分反射ミラーで構成されている。
レーザ装置に含まれる上述のガス供給排気装置40は、ガス制御部32を含んでもよい。ガス制御部32は、レーザ制御部30との間で信号を送受信するように構成されている。ガス制御部32は、圧力センサ16から出力された測定データを受信するように構成されている。
配管36は、チャンバ10と、装置外部の図示しない排気処理装置等との間に接続されている。配管36が配管39に接続されることにより、チャンバ10から排気されたレーザガスが装置外部に排出可能となっている。
バルブEX−V2は、ガス制御部32によって制御される。バルブEX−V2を開けることにより、チャンバ10の内部と大気圧との圧力差によってチャンバ10内のレーザガスの一部を排気することができる。
3.2.1 レーザ発振システムの動作
レーザ制御部30は、露光装置制御部110から、目標パルスエネルギーの設定データと、発光トリガ信号と、を受信する。レーザ制御部30は、露光装置制御部110から受信した目標パルスエネルギーの設定データに基づいて、充電器12に充電電圧の設定データを送信する。また、レーザ制御部30は、露光装置制御部110から受信した発光トリガ信号に基づいて、パルスパワーモジュール(PPM)13に含まれるスイッチ13aにトリガ信号を送信する。
図2は、比較例に係るレーザ装置のレーザ制御部30によるエネルギー制御を示すフローチャートである。レーザ制御部30は、以下の処理により、出力されるレーザ光のパルスエネルギーが目標パルスエネルギーに近づくように、充電器12の充電電圧を制御する。
次に、レーザ制御部30は、レーザ光のパルスエネルギーEの値と目標パルスエネルギーEtの値とを比較する(S13)。
図3は、比較例に係るレーザ装置のガス制御部32によるレーザガス制御の処理を示すフローチャートである。ガス制御部32は、以下の処理により、全ガス交換、ガス圧制御、ハロゲンガス注入制御、及び、部分ガス交換制御を行う。
次に、S2500において、ガス制御部32は、部分ガス交換制御を行うように、ガス供給排気装置40を制御する。部分ガス交換制御の詳細については、図7を参照しながら後述する。
次に、S2700において、ガス制御部32は、S2600の判定結果を参照する。S2600において全ガス交換すると判定された場合には(S2700;YES)、ガス制御部32は、処理を上述のS1100に戻す。S2600において全ガス交換すると判定されなかった場合には(S2700;NO)、ガス制御部32は、処理をS2800に進める。
図4は、図3に示される全ガス交換の処理の詳細を示すフローチャートである。図4に示される処理は、図3に示されるS1200のサブルーチンとして、ガス制御部32によって行われる。
S1206において、ガス制御部32は、バルブEX−V1を閉じ、排気ポンプ46の駆動を停止する。
次に、S1208において、ガス制御部32は、圧力センサ16からチャンバ10内のガス圧Pを読み込む。
S1210において、ガス制御部32は、バルブF2−V1及びバルブF2−V2を閉じる。
次に、S1212において、ガス制御部32は、圧力センサ16からチャンバ10内のガス圧Pを読み込む。
S1214において、ガス制御部32は、バルブB−Vを閉じる。
S1215の後、ガス制御部32は、本フローチャートの処理を終了し、図3に示される処理に戻る。
図5は、図3に示されるガス圧制御の処理の詳細を示すフローチャートである。図5に示される処理は、図3に示されるS1900のサブルーチンとして、ガス制御部32によって行われる。図4を参照しながら説明した全ガス交換の処理はレーザ発振を停止させて行われるのに対し、以下に説明するガス圧制御は、レーザ発振しながら行われる(図3のS1500参照)。ガス制御部32は、図2に示されるエネルギー制御によって設定された充電電圧Vに基づいて、チャンバ10内のガス圧を制御する。
次に、S1903において、ガス制御部32は、現在のガス圧Pを、ガス圧の初期値P0として、後述のストレージメモリ1005等の記憶装置に記憶する。
図6は、図3に示されるハロゲンガス注入制御の処理の詳細を示すフローチャートである。図6に示される処理は、図3に示されるS2400のサブルーチンとして、ガス制御部32によって行われる。図4を参照しながら説明した全ガス交換の処理はレーザ発振を停止させて行われるのに対し、以下に説明するハロゲンガス注入制御は、レーザ発振しながら行われる。
次に、S2402において、ガス制御部32は、現在のガス圧Pを、ガス圧の初期値Ph0として記憶装置に記憶する。
次に、S2404において、ガス制御部32は、タイマーThgをリセット及びスタートする。
上述のS2401からS2407までの処理により、チャンバ10内のハロゲン分圧が増加する。そして、上述のS2408からS2411までの処理により、チャンバ10内のガス圧Pが初期値Ph0に戻される。従って、ハロゲンガス注入制御の前後で、チャンバ10内のハロゲン分圧は増加するが、チャンバ10内のガス圧Pはほぼ変化しないようになっている。
その後、ガス制御部32は、本フローチャートの処理を終了し、図3に示される処理に戻る。
図7は、図3に示される部分ガス交換制御の処理の詳細を示すフローチャートである。図7に示される処理は、図3に示されるS2500のサブルーチンとして、ガス制御部32によって行われる。図4を参照しながら説明した全ガス交換の処理はレーザ発振を停止させて行われるのに対し、以下に説明する部分ガス交換制御は、レーザ発振しながら行われる。
まず、S2508において、ガス制御部32は、圧力センサ16からチャンバ10内のガス圧Pを読み込む。
次に、S2509において、ガス制御部32は、現在のガス圧Pを、ガス圧の初期値Ppghoとして記憶装置に記憶する。
次に、S2511において、ガス制御部32は、圧力センサ16からチャンバ10内のガス圧Pを読み込む。
次のS2514からS2517までの処理は、図6を参照しながら説明したS2408からS2411までの処理とほぼ同様である。但し、S2514からS2517までの処理により、ガス圧Pは、S2502において記憶された初期値Ppg0に戻される。従って、部分ガス交換制御の前後で、チャンバ10内のガス圧Pはほぼ変化しないようになっている。
その後、ガス制御部32は、本フローチャートの処理を終了し、図3に示される処理に戻る。
図8は、図3に示される全ガス交換するかの判定の処理の詳細を示すフローチャートである。図8に示される処理は、図3に示されるS2700のサブルーチンとして、ガス制御部32によって行われる。
次に、S2702において、ガス制御部32は、全ガス交換後の経過時間Gtimeの値を読み込む。
図9は、比較例におけるチャンバ内のガス圧の変化を示すグラフである。横軸はパルスレーザ光のショット数又は経過時間を示し、縦軸はチャンバ内のガス圧を示す。エキシマレーザ装置においては、チャンバ内のガス圧について上限値ULが設定されている。ガス圧の上限値ULは、チャンバ及び配管のガス漏れを防止し得る設計上の圧力限界値よりも低い値に設定されている。ガス圧の上限値ULは、例えば後述のストレージメモリ1005に保持されている。ガス制御部又はレーザ制御部は、チャンバ内のガス圧が上限値ULを超えると警報を発してチャンバ内へのガスの供給を停止する。
図10は、本開示の第1の実施形態に係るレーザ装置における全ガス交換するかの判定の処理の詳細を示すフローチャートである。
第1の実施形態に係るレーザ装置は、全ガス交換するかの判定の処理が上述の比較例と異なる。他の点については、比較例と同様であってもよい。
以下に説明するように、第1の実施形態においては、チャンバ交換直後において全ガス交換の頻度を通常より高くするようになっている。
次に、S2703において、ガス制御部32は、パシベーションの残り回数Pcountのデータを、後述のストレージメモリ1005等の記憶装置から読込む。ここで、パシベーションの回数は、パシベーションモードにおける全ガス交換の回数とする。パシベーションの残り回数Pcountの初期値は、パシベーションモードにおける全ガス交換の合計回数であり、本願における所定回数に相当する。パシベーションの残り回数Pcountの初期値は、例えば、1回以上、28回以下が好ましい。パシベーションの残り回数Pcountのデータは、後述するユーザインターフェイス1010等を介してオペレータが予め入力したデータを記憶装置が保持していてもよいし、他の制御部からネットワーク等を介して記憶装置に入力されてもよい。あるいは、チャンバ交換後にチャンバシリアル番号や交換後のチャンバショット数を記憶装置に入力する場合がある。この場合、チャンバシリアル番号や交換後のチャンバショット数の入力は、オペレータが実施してもよいし、ネットワーク等を介して行われてもよい。このような場合、ガス制御部32は、チャンバシリアル番号やチャンバショット数が更新されたことを検知して、予め入力されたパシベーションの残り回数Pcountを記憶装置から読み込むようにしてもよい。
S2755において、ガス制御部32は、全ガス交換後のパルスレーザ光のショット数Gshotが第2のショット数Gshot_limit_p未満であるか否かを判定する。第2のショット数Gshot_limit_pは、上述の第1のショット数Gshot_limitよりも少ないショット数である。Gshot_limit_pは、例えば、14×100万回以上、86×100万回以下が好ましい。GshotがGshot_limit_p未満である場合(S2755;YES)、ガス制御部32は、処理をS2756に進める。GshotがGshot_limit_pに達した場合(S2755;NO)、ガス制御部32は、処理をS2757に進める。
次に、S2789において、ガス制御部32は、全ガス交換をすると判定する。その後、ガス制御部32は、本フローチャートの処理を終了し、図3に示される処理に戻る。
以上の処理により、パシベーションモードにおいては、通常モードよりも少ないショット数又は短い経過時間で全ガス交換が行われる。
図11に破線で示されるように、チャンバ交換の直後においては通常より多く不純物が発生し、少ないショット数又は短い時間でチャンバ内のガス圧が高くなる場合がある。しかし、上述のパシベーションモードの処理により、早めに全ガス交換が行われるので、チャンバ内のガス圧が上限値ULに達してしまうことが抑制される。
図12は、本開示の第2の実施形態に係るレーザ装置における全ガス交換するかの判定の処理の詳細を示すフローチャートである。
第2の実施形態に係るレーザ装置は、全ガス交換するかの判定の処理が上述の比較例と異なる。他の点については、比較例と同様であってもよい。
以下に説明するように、第2の実施形態においては、チャンバ交換直後においてガス圧が所定ガス圧に達したら全ガス交換するようになっている。
図12のS2705及びS2706の処理も、図8を参照しながら説明したものと同様である。
S2767において、ガス制御部32は、フラグFbprの値を記憶装置から読込む。フラグFbprの値は、チャンバの交換後、後述のS2718において0に変更されるまで、初期値1に設定されている。フラグFbprの値は、予めオペレータが入力したデータを記憶装置が保持していてもよいし、他の制御部からネットワーク等を介して記憶装置に入力されてもよい。あるいは、第1の実施形態におけるパシベーションの残り回数Pcountと同様、ガス制御部32は、チャンバシリアル番号やチャンバショット数が更新されたことを検知して、予め入力されたフラグFbprを記憶装置から読み込むようにしてもよい。
S2779において、ガス圧PがPpbr_limit未満である場合(S2779;YES)、ガス制御部32は、全ガス交換をするという判定には至らずに、本フローチャートの処理を終了し、図3に示される処理に戻る。
図13に破線で示されるように、チャンバ交換の直後においては通常より多く不純物が発生し、少ないショット数又は短い時間でチャンバ内のガス圧が高くなる場合がある。しかし、上述のパシベーションモードの処理により、チャンバ内のガス圧が上限値ULに達する前に全ガス交換が行われる。
図14は、本開示の第3の実施形態に係るレーザ装置のガス制御部32によるレーザガス制御の処理を示すフローチャートである。
第3の実施形態に係るレーザ装置は、ガス制御部32の処理が上述の比較例と異なる。他の点については、比較例と同様であってもよい。
以下に説明するように、第3の実施形態においては、チャンバ交換直後において部分ガス交換又はハロゲンガス注入における注入排気量を通常より大きくするようになっている。
ガス制御部32は、S1200で全ガス交換を行った後、S1300において、注入排気量の選択を行う。パシベーションモードと、通常モードとで、異なる注入排気量が選択される。注入排気量の選択の処理の詳細については、図15を参照しながら後述する。
以上の注入排気量の選択処理により、パシベーションモードにおいては、ハロゲンガス注入制御及び部分ガス交換制御において、通常より多いガスがチャンバ内に注入され、注入量とほぼ同量のガスがチャンバから排気される。これにより、ハロゲンガス注入制御及び部分ガス交換制御においてチャンバ内の不純物が多く排出されるので、チャンバ内の不純物の蓄積が抑制される。
図16に破線で示されるように、チャンバ交換の直後においては通常より多く不純物が発生し、少ないショット数又は短い時間でチャンバ内のガス圧が高くなる場合がある。しかし、上述のパシベーションモードの処理により、ハロゲンガス注入制御および/または部分ガス交換制御でのガス注入量と排気量とを増加させる。これにより、チャンバ内の不純物の蓄積が抑制されるので、チャンバ内のガス圧の上昇が抑制される。
図17は、本開示の第4の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。第4の実施形態に係るレーザ装置は、マスターオシレータMOと、パワーオシレータPOとを有している。マスターオシレータMOの構成は、比較例におけるレーザ発振システムの構成とほぼ同様である。
図18は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態におけるガス制御部32等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
制御部は、処理部1000と、処理部1000に接続される、ストレージメモリ1005と、ユーザインターフェイス1010と、パラレルI/Oコントローラ1020と、シリアルI/Oコントローラ1030と、A/D、D/Aコンバータ1040とによって構成されてもよい。また、処理部1000は、CPU1001と、CPU1001に接続された、メモリ1002と、タイマー1003と、GPU1004とから構成されてもよい。
処理部1000は、ストレージメモリ1005に記憶されたプログラムを読出してもよい。また、処理部1000は、読出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ1005からデータを読出したり、ストレージメモリ1005にデータを記憶させたりしてもよい。
シリアルI/Oコントローラ1030に接続される、シリアルI/Oポートを介して通信可能な機器1031〜103xは、モータ22、排気ポンプ46等であってもよい。
A/D、D/Aコンバータ1040に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器1041〜104xは、圧力センサ16や光センサ17c等の各種センサであってもよい。
以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
Claims (13)
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバの内部にレーザガスを供給し、前記チャンバの内部のレーザガスを排気するガス供給排気装置と、
制御部であって、
第1のショット数ごとに又は第1の経過時間ごとに、レーザ発振を停止させて、前記チャンバ内のレーザガスを大気圧以下の圧力まで排気した後レーザガスを注入するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第1の制御と、
前記チャンバの交換後であって前記第1の制御より前に、前記第1のショット数より少ない第2のショット数ごとに又は前記第1の経過時間より短い第2の経過時間ごとに、前記レーザ発振を停止させて、前記チャンバ内のレーザガスを大気圧以下の圧力まで排気した後レーザガスを注入するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第2の制御と、
を行うように構成された前記制御部と、
を備えるレーザ装置。 - 前記制御部は、
前記チャンバの交換後、前記第2の制御を所定回数行い、その後、前記第1の制御を行う、
請求項1記載のレーザ装置。 - 前記所定回数は、1回以上、28回以下である、請求項2記載のレーザ装置。
- 前記第1のショット数は、86×100万回以上、500×100万回以下であり、前記第2のショット数は、14×100万回以上、86×100万回以下である、請求項1記載のレーザ装置。
- 前記第1の経過時間は、72時間以上、500時間以下であり、前記第2の経過時間は、12時間以上、72時間以下である、請求項1記載のレーザ装置。
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバの内部にレーザガスを供給し、前記チャンバの内部のレーザガスを排気するガス供給排気装置と、
前記チャンバの内部のガス圧を計測するための圧力センサと、
制御部であって、
第1のショット数ごとに又は第1の経過時間ごとに、レーザ発振を停止させて、前記チャンバ内のレーザガスを大気圧以下の圧力まで排気した後レーザガスを注入するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第1の制御と、
前記チャンバの交換後であって前記第1の制御より前に、前記チャンバの内部のガス圧が第1の所定ガス圧に達した場合に、前記レーザ発振を停止させて、前記チャンバ内のレーザガスを大気圧以下の圧力まで排気した後レーザガスを注入するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第2の制御と、
を行うように構成された前記制御部と、
を備えるレーザ装置。 - 前記制御部は、
前記チャンバの内部のガス圧が前記第1の所定ガス圧に達する前に第1のショット数に達した場合に、前記第1の制御を行う、
請求項6記載のレーザ装置。 - 前記第1のショット数は、86×100万回以上、500×100万回以下である、請求項7記載のレーザ装置。
- 前記制御部は、
前記チャンバの内部のガス圧が前記第1の所定ガス圧に達する前に前記第1の経過時間が経過した場合に、前記第1の制御を行う、
請求項6記載のレーザ装置。 - 前記第1の経過時間は、72時間以上、500時間以下である、請求項9記載のレーザ装置。
- 前記制御部は、
前記チャンバ内のガス圧が前記第1の所定ガス圧より大きい第2の所定ガス圧に達した場合に、前記ガス供給排気装置による前記チャンバの内部へのレーザガスの供給を停止するように構成され、
前記第1の所定ガス圧は、前記第2の所定ガス圧の90%以上、99%以下である、
請求項6記載のレーザ装置。 - 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバの内部にレーザガスを供給し、前記チャンバの内部のレーザガスを排気するガス供給排気装置と、
制御部であって、
レーザ発振しながら第1の量のレーザガスを前記チャンバ内に供給又は前記チャンバ内から排気するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第1の制御と、
前記レーザ発振しながら前記第1の量より多い第2の量のレーザガスを前記チャンバ内に供給又は前記チャンバ内から排気するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第2の制御と、
第1のショット数ごとに又は第1の経過時間ごとに、前記レーザ発振を停止させて、前記チャンバ内のレーザガスを大気圧以下の圧力まで排気した後レーザガスを注入するように、前記ガス供給排気装置を制御する、第3の制御と、
を行うように構成され、
前記チャンバの交換後、前記第3の制御を所定回数行うまで、前記第2の制御を行い、その後、前記第1の制御を行う、
前記制御部と、
を備えるレーザ装置。 - 前記所定回数は、1回以上、28回以下である、請求項12記載のレーザ装置。
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