JPH02143479A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、工；トシマレーザＶＵに関する。

Ｂ、従来技術 エキシマレーザは紫外短波長のレーザであり、近年の高
出力化に伴い、半導体デバイス、光化学プロセス等の分
野において注目を集めている。

エキシマレーザ装置は、レーザ媒質としてのガスを封入
するチャンバ（レーザ管）、チャンバ内でカソードとア
ノードとを対向させて構成した主放電部、予備電離用ピ
ン電極、ピーキングキャパシタ、充放電用コンデンサ、
放電トリガ川のサイラトロン、チャンバ内でガスを循環
させるクロスフローファン、ガス冷却用の熱交換２３等
を備えている。そして、クロスフローファンによってチ
ャンバ内でガスを循環させた状態で、高圧電源から充放
電用コンデンサにエネルギーを蓄積し、その充電電圧が
所定値に達した後にサイラトロンを導通させて予０１に
電離用ピン’Ｈｆｆｉで放電を起こし、このとき発生し
た紫外線によって主放電部のカソード、アノード間のガ
スを予備電離し、その予０１ｉｌ電烈に基づいて主放電
部において１放？ｆｔ（グロー放電）を起こし、紫外短
波長のレーザを発振させるものである。

なお、主放電によって温度上昇したガスは熱交換器に至
り冷却され、再びクロスフローファンによって主放電部
、予０ｆｆｆ　Ｎ　Ｎ用ピン電極に供給されレーザ媒質
であるガスとしては、Ｆ、やＨＣｌなどのハロゲンガス
にχｅ　＋Ｋ　ｒなどの稀ガスを含有させたガスが用い
られる。

レーザビームの出力パワーは、このレーザビームによっ
て処理される対象物の処理状態に大きな影響を与えるた
め、高圧電源の発振周波数、出力電圧を正しく設定する
とともに、レーザビームの光路にビームスプリッタを配
置してレーザビームの一部を光センサで受光することに
より、レーザビームの出力パワーをモニタし、その結果
に基づいて高圧電源の出力を制御している。

また、レーザ発振の継続によって、チャンバ内の温度が
上昇し、これに伴いガス圧も上昇するので、安全のため
にチャンバ内のガス圧をモニタしている。これらの制御
■はレーザコントローラで行われる。

また、周知のように、−１１ｍに、エキシマレーザ装置
においては、チャンバに初めてガスを注入して発振させ
る場合やガス種類を変更して発振させる場合には、レー
ザ媒質としての新鮮なガスの注入、レーザ発振、ガスの
排気の手順を繰り返すパフシベイシシン処理（不動態化
処理）が行われるが、ガスの注入、排出を行う電磁弁の
開閉も前記レーザコントローラによって制？ｉされる。

レーザコントローラは、また、前記サイラトロンの導通
タイミングも制御している。

レーザ発振を継続するうちに、グロー放電によって主放
電部のｆｔ極（アノード、カソード）がスパックされ、
その電極面に凹凸が発生する結果、アーク放電が発生す
るようになる。そして、このアーク放電による強力な電
ｃＲ波ノイズによって、ｍｌ記各種の制御やモニタに誤
動作が生じたり、高圧電源の誤動作を招いたりし、その
結果、レーザビームの出力パワーが所定値から大きく外
れ、処理対象物に悪影響を与えるおそれがあり、また最
悪の場合にはレーザコントローラの各素子を破壊してし
まうこ心もある。

また、ガスがチャンバの内壁やチャンバ内の各種構成要
素との化学反応によって不純物（フッ化物、塩化物）を
発生するようになったり、なんらかの原因によって高圧
電源が異常昇圧した場合にもアーク放電が発生し、前述
同様の問題が生じる。

処理対象物に悪影響を与える要因としては、アーク放電
以外に次のような要因もある。

すなわら、レーザ発振の継続に伴ってガスが消費される
ため、出力パワーが次第に低下してくる。

これを補償するのに通常は高圧電源の出力を上げている
が、ガスの消費がある段階まで進むと高圧ｉｓの出力！
ｌｉ１整だけでは補償できなくなる。そこで、ガスを追
加注入するが、その注入初期の期間において出力パワー
が大きく変動し、許容範囲から外れてしまうことがある
。許容範囲以上であれば処理対象物に対する処理が過剰
となり、許容範囲以下であれば処理が不充分となる。

殊に、ガス種類を変更する際のパフシベイシ式ン処理に
おいては、変更前のガスにおいて発生しチャンバ内壁等
に付着した不純物が新しく注入されたガスの特性に悪影
響を与え、出力パワーを低下させる原因となり、これも
処理対象物に悪影響を与える。

以上のように、処理対象物に悪影響を与える原因は、直
接的にはレーザビームの出力パワーの変動であるが、そ
の出力パワーの変動の要因には様々なものがある。

Ｃ８発明が解決しようとする課題 従来のエキシマレーザ装置においては、光センサで検出
した出力パワーを単にオペレータに監視させることを目
的としてモニタデイスプレィに一時的に表示するだけに
留まっており、出力パワーはもとより出力パワーの変動
要素についての状況の履歴を記録しておく機能は全く有
していなかった。

そのために、処理対象物に悪影響が生じたことが判明し
たとき、エキシマレーザ装置における異常の原因を追求
することができず、そのため、何度も同じ不都合を生じ
たり、あるいは、原因を究明するのに長時間を要し、そ
の結果、生産性が悪化するなどの問題を生じていた。

この発明は、このような事情に迄みてなされたものであ
って、エキシマレーザ装置における異常の原因を容易に
追求することができるようにすることを目的とする。

０１課題を解決するための手段 この発明は、このような目的を達成するために、次のよ
うな構成をとる。

すなわち、この発明は、高圧電源回路から出力された高
電圧の放電によってレーザを発振させ、レーザビームの
出力パワーを光センサで検出し、その検出値が所定範囲
内となるように前記高圧電源回路による印加電圧を制御
するように構成したエキシマレーザ装置において、少な
くとも前記光センサで検出したレーザビームの出力パワ
ーを含むレーザ発振状況データを履歴的に記憶する不揮
発性メモリを設けたことを特徴とするものである。

Ｅ、作用 この発明の構成による作用は、次のとおりである。

すなわち、レーザ発振の状況データを不揮発性メモリに
Ｈ歴的に記憶させておくから、処理対象物に悪影響が生
じたときには、不揮発性メモリからレーザ発振状況デー
タを読み出し、これを表示したり印字したりすることに
よって、原因を究明することができる。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る、 第１図（Ａ）、（Ｂ）はエキシマレーザ装置の構成を示
すブロック図である。

エキシマレーザ装置は、大きく分けて、第１図（Ａ）に
示すエキシマレーザ装置本体Ａと、第１図（Ｂ）に示ず
レーザ氏作装ＥＩ３とからなる。

レーザ装置本体Ａは、レーザ媒質としてのガスを封入す
るとともに、主放電部１ａ、予備電離用ピン電ｉ１ｂ、
　　ピーキングキャパシタｌｃ、　ガス循環用のクロス
フローフプンｌｄ、ガス冷却用の熱交換２３等を内蔵し
たレーザチャンバ１と、放電トリガ用のサイラトロン２
と、レーザチャンバｌの主放電部１ａ、予（Ｊ″Ｍ電離
用ピン電極１ｂに高電圧を供給する高圧電源回路３と、
レーザチャンバｌ内のガスをｉＪＩ気するための真空ポ
ンプ４と、レーザチャンバ１内に各種のガスを導入する
ための７１　＋１１　ｎ　Ｓ　Ｖ　＋〜Ｓ　Ｖ　４およ
びレーザチャンバｌと真空ポンプ４との間に介装された
ＴＩ　Ｋｆ弁Ｓ　Ｖ　ｓ　と、レーザコントローラ５（
詳細は後述する）等を備えている。

レーザ装置本体Ａは、さらに、レーザビームＬＢの光路
中に配置されたビームスブリック６と、ビームスプリッ
タ６で分離されたレーザビームＬＢ１を受光する光セン
サ７と、高圧電源回路３の出力電圧すなわちレーザチャ
ンバ１における主放電部１ａの放電電圧を検出する放電
電圧検出回路８と、レーザチャンバ１の内圧を検出する
圧力センサ９と、全体をカバーするケーシング１０にお
けるレーザビームＬＢの出口の近傍に設けられたシャン
ク１１と、シャッタ１１を開閉状態を検出するシャッタ
スイッチ１２と、ケーシング１０の開閉カバー１３の開
閉状態を検出するカバースイッチ１４と、各電Ｌｉｔ弁
Ｓ■１〜Ｓ■、の開閉状態を検出する弁センサＳ１〜Ｓ
、と、レーザビーム発振時に点灯する発振表示ランプ！
５の点灯状態を検出する点灯センサ１６と、前記サイラ
トロン２の冷却オイルの流れを検出するフローセンサ１
７と、その冷却オイルの温度センサ１８等を備えている
。

レーザコントローラ５は、−点鎖線で囲んで示すように
、全体を制御するマイクロコンピュータ２１と、１次入
出力インターフェイス２２（詳細は第２図で説明する）
と、２次人出力インターフェイス２３と、これら再入出
力インターフエイス２２．２３間で指令信号、検出信号
を電気的な絶縁状態で授受するためのフォトカプラｐ　
ｃ、、〜ｐｃ、、と、サイラトロントリガ回路２４と、
１次入出力インターフェイス２２とサイラトロントリガ
回路２４との間で指令信号、検出信号を授受するための
フォトカプラＰ　Ｃｑｌ、　　Ｐ　Ｃｔ、と、光センサ
７の検出信号を増幅する光センサアンプ２５と、放電電
圧検出回路８の検出信号を増幅するアンプ２Ｇと、圧力
センサ９の検出信号からノイズ成分を除去する時定数の
大きなフィルタ２７およびアンプ２８と、マイクロコン
ピュータ２１に付属された発振回路２９と、レーザ燥作
装置Ｂとの間で光ファイバを介して指令信号。

検出信号を伝送するための光通信ドライバ／レシーバ３
０等を６ｉ１えている。

サイラトロントリガ回路２４のフォトカプラＰｃ、、、
ＰＣ，ｔ、光センサアンプ２５．放電電圧検出回路８に
係るアンプ２６．圧力センサ９に係るアンプ２日は、１
次入出力インターフェイス２２に接続されている。前記
シャッタ１１．　　シャッタスイッチ１２゜カバースイ
ッチ１４．　Ｔｌ　ｉＬｒ　Ｓ　Ｖ　Ｉ−３Ｖ　５　、
弁センサＳ、−Ｓ％、発振表示ランプ１５．点灯センサ
１６、フローセンサ１７および温度センサ１８は、２次
入出力インターフェイス２３に接続されている。

光センサ７は、時定数の大きな焦電センサで構成されて
いる６発振回路２９は、レーザの発振周波数ｆ（数百Ｈ
ｚ　）をつくるもので、製造ラインにおいて処理対象物
を検出したタイミングで発振開始するように構成されて
いる。

１次入出力インターフェイス２２は、第２図に示すよう
に構成されている。

すなわち、光センサ７に係る光センサアンプ２５からの
出力信号に対する微分回路３１と、微分回路３Ｉの出力
信号の遅延回路３２と、遅延回路３２の出力信号によっ
て光センサアンプ２５からの出力信号をサンプルホール
ドするサンプルホールド回路３３と、１次人出力インタ
ーフェイス２２からサイラトロントリガ回路２４に与え
る発振周波数ｒのトリガ信号の遅延回路３４と、遅延回
路３４の出力信号によって放電電圧検出回路８に係るア
ンプ２６からの出力信号をサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路３５と、これら両サンプルホールド回路
３３．３５および圧力センサ９に係るアンプ２８の各出
力信号を順次切り換えるマルチプレクサ３６と、マルチ
プレクサ３６から出力された各アナログの信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３７と、２次入出力イ
ンターフェイス２３から各検出信号入力用のフォトカプ
ラＰ　ＣＩｚ−Ｐ　Ｃ？−を介して入力した検出信号の
立ち上がりまたは立ち下がりのエツジを検出するエツジ
検出回路Ｅ１〜Ｅ、と、エツジ検出時に限って入力検出
信号をスルーさせるゲート回路０１〜Ｇ、等を備えてい
る。

マイクロコンピュータ２１は、１次人出力インターフェ
イス２２におけるＡ／Ｄ変換回路３７を介して入力した
光センサ７、放電電圧検出回路８．圧力センサ９の各状
況データおよびゲートｖｕＢｃ＋〜Ｇ？を介して入力し
たシャッタスイッチ１２．カバースイッチ１４．弁セン
サＳ１〜Ｓ２１点灯センサ１Ｇ、　　フローセンサ１７
．温度センサ１８の各状況データを光通信ドライバ／レ
シーバ３０を介してレーザ１：ｉ作装置ｎに転送すると
ともに、それらの状況データが正常か異常かを判断し、
異常であるときは、異常検出信号を割り込み信号として
状況データとともにレーザ操作装置Ｂに転送するように
構成されている。

次に、第１図（Ｂ）に基づいて、レーザ陛作装置Ｂにつ
いて説明する。

レーザ１桑作装ＨＢは、高圧？ｌ源回路３の０Ｎ１０Ｆ
Ｆ制御および光通信によって受信した各種の状況データ
に基づいて行う高圧電源回路３の出力電圧制御、真空ポ
ンプ４のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御′ｎならびにレーザ装置
本体Ａにおけるレーザコントローラ５に対する各種の指
令を行うマイクロコンピュータ４１と、レーザ装置本体
へにおけるレーザコントローラ５との間で信月、データ
の授受を光ファイバを介して行う光通信ドライバ／レシ
ーバ４２と、受信した各状況データを正常、異常の区別
なく所定時間単位でストアし順次更新するリングバッフ
ァメモリ４３と、平均データ用不揮発性メモリ４４およ
び生データ用不渾発性メモリ４５と、モニタデイスプレ
ィ４６とを備えている。

レーザコントローラ５からの異常検出信号がないときに
は、マイクロコンビュータイＩばリングバッファメモリ
４３から前記所定時間単位の各状況データを読み出し、
演算によって各状況データごとの平均データを求めるが
、前記平均データ用不揮発性メモリ４４は、この平均デ
ータを履歴的に記憶しておくものである。

また、レーザコントローラ５から買常検出信号が割り込
みＩＳ号２して入ってきたときには、マイクロコンピュ
ータ４１はリングバッファメモリ４３内のすべての状況
データを読み出して、それらをそのままの形すなわち生
データとして生データ用不揮発性メモリ４５に記憶させ
る。

モニタデイスプレィ４６は、各種の指令をタッチパネル
を通して入力できるもので（キーボードの代用）、処理
対象物に欠陥が生じたときなど必要に応じて、平均デー
タ用不揮発性メモリ４４あるいは生データ用不揮発性メ
モリ４５から読み出した状況データを数値やグラフの形
で表示することができる。

両不連発性メモリ４４．４５としては、バックアップ？
ｉｔ［（寸きのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）や、
磁気ディスクがある。

状況データを平均データと生データとに区別して記憶す
るのは、次の理由による。

すなわち、もし、異常検出時のみの生データを記憶する
だけでは、異常動作の前後の状況が判らない、異常動作
の前後の状況を知るためには、正常時の状況データをも
記憶させておく必要がある。

また、異常動作が何時発生するかは予測できないので、
常時的に状況データを記憶させておかなければならない
、逆に、正常、異常の区別なく常に生データを記憶する
のでは、不揮発性メモリとして記↑、α容■の膨大なも
のが必要となる。そこで、異常動作の前後の状況が判り
、かつ、記憶容量を削減するために、異常時−は生デー
タを、正常時には平均データをそれぞれ記↑、Ｑさせる
ようにしたのである。

ただし、蒸室時のみの状況データだけでも、異常動作の
原因をある程度究明できるし、正常時異常時を通じての
平均データでも異常動作の原因は判るので、このような
選択も可能である。

両年揮発性メモリ４４．４５への状況データの記憶動作
は、原則としてレーザビームＬＢが発振されている間と
し、必要に応じてレーザ発振が休止している間も記↑９
動作させるようにする。

なお、両軍揮発性メモ、す４４．４５に状況データを記
憶させでおく期間は、少なくともガス交換のスパンとす
る。ガス交換は、通常、レーザビームＬＢが１０″〜１
０”回発振するごとに行われる。

ガス交換に伴ってそれまで記憶していた状況データを破
棄するかどうかは、その都度決定するものとし、破棄し
ないときには、外部コンピュータ５１に転送して長期間
保存し統計処理等に利用できるようにする。外部コンピ
ュータ５１への転送は、ガス交換のときのみならず、必
要に応じて何時でも行うことができる。

次に、上記構成のエキシマレーザ装置の動作を説明する
。

レーザ操作装置Ｂにおけるモニタデイスプレィ４６の画
面をタッチパネルで１桑作することにより、レーザの発
振周波数ｆ、出力パワーの目標値、記憶させるべき状況
データの編集法やモニタデイスプレィイ６での表示法（
数値表示やグラフ表示）等を入力する。

編集法としては、■平均データと生データの両方を記憶
する、■所定時間単位ごとの平均データのみを記１．１
２する、■異常時の生データのみを記憶する、等のうち
から選択する。

なお、レーザビームの出力パワーについての最大値、最
小値、放電電圧についての最大値、最小値等も併せて記
憶するように設定してもよい。また、レーザチャンバ１
内のガス圧検出のためのサンプリング周波数を設定する
。出力パワー、放電電圧のサンプリング周波数は、発振
周波数ｆに依存する。

次いで、モニタデイスプレィ４６におけるタッチパネル
の操作により、マイクロコンピュータ４１ヲ介して高圧
Ｔｒ１．ｉｇ回路３および真空ポンプ４の電源ＯＮと高
圧電源回路３への放電電圧の設定と、両光通信ドライバ
／レシーバ４２．３０を介してレーザコントローラ５の
電源ＯＮとマイクロコンピュータ２１への発振周波数ｒ
の設定とを行う。

マイクロコンピュータ２１は、製造ラインにおける処理
対象物の検出に基づいて発振回路２９を起動し、１次人
出力インターフェイス２２．フォトカプラＰＣ，，を介
してサイラトロントリガ回路２４を発振周波数ｆ・で駆
動する。サイラトロン２が導通されるとレーザチャンバ
１における主放電部１ａでの放電によってレーザビーム
ＬＢが発振される。

これによって、第３図に示すように、放電電圧は急激に
低下するが、遅延回路３４による遅延時間り、だけサイ
ラトロントリガパルスから遅延した放電開始直前のタイ
ミングでサンプルホールド回路３５にサンプリングパル
スが出力され、放電電圧検出回路８による検出電圧がサ
ンプルホールドされる。

また、レーザビームＬＢの発振時にビームスプリッタ６
によって分離されたレーザビームＬＢ。

を光センサ７が検出すると、その検出出力は時定数の大
きな波形となる。そして、微分回路３１がその検出出力
の立ち上がり開始時に微分信号をつくり、遅延回路３２
による遅延時間り、だけ微分信号から遅延したタイミン
グでサンプルホールド回路３３にサンプリングパルスが
出力され、レーザビームＬＢの出力パワーがサンプルホ
ールドされる。

このホールドされた放電電圧と出力パワーと圧力センサ
９からのガス圧との３種類の状況データがマルチプレク
サ３６によってｌ傾次出力され、Ａ／Ｄ変換回路３７を
介してマイクロコンピュータ２１に入力される。また、
シャッタスイッチ１２．カバースイッチ１４．弁センサ
Ｓ、−Ｓ、、点灯センサ１６゜フローセンサ１７．温度
センサ１８からの各状況データは、それが変化するたび
にゲート回路Ｇ、〜Ｇ。

をスルーしてマイクロコンピュータ２１に入力される。

そして、マイクロコンピュータ２１は入力したこれらの
状況データが正常か異常かを判断し、正常のときは各状
況データを、また、異常のときは異常検出信号とともに
各状況データを両光通信ドライバ／レシーバ３０．４２
を介してレーザ操作袋２Ｂにおけるリングバッファメモ
リ４３ニ転送する。

発振周波数ｆを例えば２００Ｈｚとすると、放電電圧、
出力パワーのサンプリング周波数も２００Ｈｚであり、
リングバッファメモリ４３に状況データを一時的に保持
する所定時間単位を例えば１秒とすると、放電電圧、出
力パワーについての状況データは、１秒間に２００個記
憶される。また、ガス圧のサンプリング周波数をＩ　Ｉ
Ｉ　ｚとするとガス圧の状況データは、１秒間に１個記
↑、αされる。

放電電圧、出力パワー、ガス圧以外の状況データ、すな
わち、シャッタスイッチ１２．カバースイッチ１４．弁
センサＳ、〜Ｓ３２点灯セン４月６．フローセンサ１７
および温度センサ１８による状況データについては、そ
の１秒の開始時点のデータが記憶され、１秒間に変化が
あったときにはその変化後の状況データが記憶され、変
化がないときは開始時点のデータが保持される。

そして、マイクロコンピュータ２１における正常異常の
判断においてすべての状況データが正常である場合には
、マイクロコンピュータ４１はリングバッファメモリ４
３の１秒間の各状況データの平均データを演算し、それ
を平均データ用不揮発性メモリ４４に記憶させる。

マイクロコンピュータ２１が異常と判断したときには異
常検出信号が割り込み信号としてマイクロコンピュータ
４１に送られ、マイクロコンピュータ４１は、リングパ
ンツアメモリ４３の１秒間の各状況データをそのまま生
データとして生データ用不揮発性メモリ４５に記憶させ
る。

処理対象物に欠陥が生じたとき、生データ用不揮発性メ
モリ４５から異常動作時の化データを読み出し、また、
その異常動作時の前後の平均データを平均データ用不揮
発性メモリ４４から読み出して、モニタデイスプレィ４
６に表示することにより、異常の原因が何であったのか
を容易に究明することができ、エキシマレーザ装置の修
復を能率良く行うことができる。

Ｇ０発明の効果 この発明によれば、処理対象物に悪影響が生じた場合に
は、不揮発性メモリにｆｆ歴的に記憶されているレーザ
発振状況データに基づいて、１１ｑ記悪影響が生じた原
因を容易に究明することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の実施例に係り、第１図
（Ａ）はエキシマレーザ装置におけるし・−ザ装置本体
の構成を示すブロンク図、第１図（Ｂ）はエキシマレー
ザ装装置におけるレーザ操作装置の構成を示すブロック
図、第２図はレーザ装置本体における１次人出力インタ
ーフェイスの構成を示すブロック図、第３図は動作説明
に供するタイチャートである。 １・・・レーザチャンバ １ａ・・・主放電部 ３・・・高圧電源回路 ６・・・ビームスプリッタ ７・・・光センサ ８・・・放電電圧検出回路 ９・・・圧力センサ ４４、４５・・・不揮発性メモリ ム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高圧電源回路から出力された高電圧の放電によ
   ってレーザを発振させ、レーザビームの出力パワーを光
   センサで検出し、その検出値が所定範囲内となるように
   前記高圧電源回路による印加電圧を制御するように構成
   したエキシマレーザ装置において、少なくとも前記光セ
   ンサで検出したレーザビームの出力パワーを含むレーザ
   発振状況データを履歴的に記憶する不揮発性メモリを設
   けたことを特徴とするエキシマレーザ装置。