JPH0378268A - エキシマレーザの発振方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明はエキシマレーザの発振方法に関するものである
。

従来の技術 希ガスハロゲンエキシマレーザは紫外域で発振する高出
力・高効率のレーザ光源であり、超ＬＳＩリソグラフィ
ーやＣＶＤをはじめとする様々な半導体・光化学プロセ
スの光源として、また穴開け・切断等の超微細加工用ツ
ールとして注目されている。

ところで、希ガスハロゲンエキシマレーザはレーザガス
に反応性の極めて高いハロゲンガスを用いるので、連続
運転時に、ハロゲンガスの減少とそれに伴い発生するレ
ーザガス以外の不純物の増大により、レーザ出力が徐々
に低下していくことが避は難い。このレーザガス寿命の
短さが、応用範囲の拡大を妨げる一つの原因となってお
り、早急な解決が望まれている。

従来より、レーザガス長寿命化のためにはレーザガス清
浄化装置を用いるのが一般的である。

レーザガス清浄化装置の方式としては、レーザガスの一
部を廃棄すると同時に新しいレーザガスを供給する「交
換式」と、レーザガスの一部を取り出して、その中にあ
るハロゲンガス及び不純物を除去し、新たなハロゲンガ
スを加えてレーザ本体へ戻してやる「循環精製式」の二
つに大別される。

発明が解決しようとする課題 希ガスハロゲンエキシマレーザの連続発振中に発生する
不純物の内では、レーザ放電への単位時間当りの入力に
比例して増大するものがレーザ出力低下に特に支配的な
影響を及ぼす。また、その発生源はレーザ放電管内材料
であるため、不純物は半永久的に発生し続けると考えら
れる。不純物増加率を式で表すと（１）式のようになる
。

（ｄｍ／ｄｔ）＋　＝ａ　　　　　　　”・・（１）こ
こで、ｍは不純物濃度、ａは不純物の単位時間当りの発
生率（一定）である。それに対し、レーザガス清浄化装
置による不純物除去率は、その時の不純物濃度及びガス
流量（循環量あるいは交換量）に比例する。式で表すと
（２）式のようになる。

（ｄｍ／ｄ　ｔ）２＝−ｍｒ／Ｖ　　　−（２）ここで
、■はガスの全容積（一定）、ｒは単位時間当りのガス
流量（一定）である。ただし、ガス清浄化装置の方式が
「循環式」であれば、０式が成立するのは理想的な場合
、すなわち、ガス清浄化装置を通過したレーザガスから
すべての不純物が除去される場合のみである。

時刻ｔにおける不純物濃度ｍの変化率ｄｍ／ｄｔは、（
１）　＋　（２）で表すことができるから、（３）式の
ような微分方程式になる。

ｄｍ／ｄ　ｔ＝ａ−ｍｒ／Ｖ　　　　　＝（３）（３）
式を解（と、不純物濃度ｍの経時変化は（４）式で表せ
る。

ｒｒｒ＝（ａＶ／ｒ）１１−ｅｘｐ（−ｒ／Ｖ）ｔｌ−
−（４）（ω式よりわかるように、不純物濃度ｍはｔ−
＋ωで一定値（ａＶ／ｒ）に飽和する。極限的には、ガ
ス流量ｒを無限大にすればｍ＝ｏとなり不純物の増大を
防げるわけであるが、非現実的である。

不純物濃度が飽和した後は、レーザガスの混合比を一定
に保つ方策を講じることによりレーザ出力の安定化を図
ることが可能である。第６図は従来のＫｒＦエキシマレ
ーザの連続運転時における不純物濃度の増大とレーザ出
力の低下の様子の一例である。Ｈｅ＝９４．７５％、Ｆ
２　＝０．２５％、Ｋｒ＝５％をレーザ放電管に封入し
、ガス清浄化装置の流量Ｈ！／ｍｉｎでガス清浄化を行
いながらレーザを連続発振させた結果、不純物ＣＦ４の
濃度が約５０ｐｐｍで飽和してレーザ出力が安定するま
でに５００万ショット以上を要し、その間のレーザ出力
の低下は１０数％に達した。このように、不純物が徐々
に増加しである値に飽和するまでの間のレーザ出力の低
下は防ぎようがな（、これが大きな問題となっていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、レーザ運転初期の、不純物濃度が飽和するまで
の間のレーザ出力の低下を防止し、安定したレーザ出力
を得る方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、レーザガス清浄化
装置を具備したエキシマレーザにおいて、し、−ザの発
振開始時から、レーザ発振中に生成される不純物濃度が
飽和値に達するまでの間、レーザ放電管内のエキシマを
形成するハロゲンガスの濃度を変化させるようにしたも
のである。

作用 このような方法を用いれば、連続運転中に発生するレー
ザガス以外の不純物の濃度がガス清浄化装置の使用によ
って飽和するまでの間、不純物濃度の増大によるレーザ
出力の低下とハロゲンガス濃度の増大あるいは低下によ
るレーザ出力の増大が打ち消しあうため、レーザ出力は
レーザ運転初期に低下せず安定した状態を保つことがで
きる。

実施例 第１図は本発明の実施例であるエキシマレーザ装置の概
略図であり、レーザ発振器１、レーザガス供給装置２、
レーザガス清浄化装置３、Ｆ２ガス供給装置４より構成
されている。

第４図はＫｒＦエキシマレーザにおけるレーザ出力のＦ
２濃度依存性について、また第５図はＫｒＦエキシマレ
ーザにおけるレーザ出力のＣＦ４濃度依存性についてそ
れぞれ発明者が行った実験の結果を示したものである。

このようにレーザ出力は、Ｆ２のある濃度において最大
値を示し、ＣＦ４濃度が高（なるにつれて低下する。

第１図において、レーザガス供給装置２が所定の混合比
のレーザガスをレーザ発振器１に供給する。この時、レ
ーザ出力が最大になる濃度より低めにＦ２濃度を設定す
る。レーザガスのレーザ発振器１への供給が終了した後
、レーザ発振器１のレーザ発振、レーザガス清浄化装置
３によるレーザガス清浄化、Ｆ２ガス供給装置４による
Ｆ２ガス供給を同時に始める。Ｆ２ガス供給装置４はレ
ーザガス清浄化に伴うＦ２ガスの減少分ならびに、放電
管内において化学変化や放電管内面への吸着によって消
費されるＦ２ガスの消費分を補うとともに、レーザガス
以外の不純物濃度の増大によるレーザ出力の低下を打ち
消すようにＦ２ガスをレーザ発振器１に供給する。

第２図は、Ｆ２の初期濃度０．２０５％、ガス清浄化装
置の流量２ｆ！／ｍｉｎ、５％Ｆ２　　（Ｈｅ希釈）供
給量１１３ｍｅ／ｍ　ｉ　ｎ、充電電圧２８ｋＶ、繰返
し数２００Ｈｚで連続発振した時の、Ｆ２濃度とＣＦ４
濃度と出力の経時変化を表したものである。ＣＦ４濃度
の増大によるレーザ出力の低下分とＦ２濃度の増大によ
る出力の増大分が打ち消し合う結果、レーザ出力が安定
している様子がわかる。ＣＦ４濃度がほぼ飽和した時点
で、Ｆ２供給量はＦ２ガスの減少分を補う分だけにすれ
ばＦ２濃度は一定値を保ち、レーザ出力は安定する。

第３図はレーザ出力が最大になる濃度よりも高めにＦ濃
度を設定した場合の、Ｆ２濃度とＣＦ４濃度と出力の経
時変化を表したものである。このときＦ２ガスの供給量
は、Ｆ２ガスの減少によるレーザ出力の増大とレーザガ
ス以外の不純物濃度の増大によるレーザ出力の低下とが
、ちょうど打ち消し合うような割合に設定する。

第４図は、Ｆ２の初期濃度０．３０５％、ガス清浄化装
置の流量２ｅ／ｍｉｎ、５％Ｆ２　　（Ｈｅ希釈）供給
量１０１ｍ＋！　／ｍｉ　ｎ、充電電圧２８ｋＶ、繰返
し数２００Ｈｚで連続発振した時の、Ｆ２濃度とＣＦ４
濃度と出力の経時変化を表したものである。ＣＦ４濃度
の増大によるレーザ出力の低下分とＦ２濃度の低下によ
る出力の増大分が打ち消し合う結果、レーザ出力が安定
している様子がわかる。ＣＦ４濃度がほぼ飽和した時点
で、Ｆ２供給量をＦ２ガスの減少分を補う分だけにすれ
ばＦ２濃度は一定値を保ち、レーザ出力は安定する。

以上の実施例は、不純物濃度が飽和するまでの間のハロ
ゲンガス注入量を一定とした例である。

レーザ出力を常にモニタし、その変動をハロゲンガス供
給装置にフィトバックすることによりハロゲンガス供給
量を調整してやれば、レーザ出力制御をさらに精度よく
行うことができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、エキシマレーザの
運転初期における、レーザガス以外の不純物濃度の増大
によるレーザ出力の低下を防止することができ、長時間
にわたって安定したレーザ出力を維持できるという優れ
た特徴を有するエキシマレーザ装置を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を表す概略図、第２図と第３図
は連続発振時のＦ２濃度とＣＦ４濃度と出力の経時変化
を表した図、第４図はレーザ出力のＦ２濃度依存性を表
した図、第５図はレーザ出力のＣＦ２濃度依存性を表し
た図、第６図は従来のエキシマレーザの不純物濃度の増
大とレーザ出力の低下の様子を表した図である。 １・・・・・・レーザ発振器、２・・・・・・レーザガ
ス供給装置、３・・・・・・ガス清浄化装置、４・・・
・・・ハロゲンガス供給装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザガス清浄化装置を具備したエキシマレーザにおい
   て、レーザの発振開始時から、レーザ発振中に生成され
   る不純物濃度が飽和値に達するまでの間、レーザ放電管
   内のエキシマを形成するハロゲンガスの濃度を変化させ
   ることを特徴とするエキシマレーザの発振方法。