JPH06164026A

JPH06164026A - エキシマレーザ装置におけるレーザガス補給装置

Info

Publication number: JPH06164026A
Application number: JP31220292A
Authority: JP
Inventors: Kazu Mizoguchi; 計溝口; Junichi Fujimoto; 准一藤本; Masahiko Kowaka; 雅彦小若
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2668489B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ装置の出力レーザ光のスペクトル幅を一
定値に制御し、安定したレーザ運転を実現する。【構成】レーザチャンバ４で放電励起されたレーザ光の
スペクトル幅Δλがスペクトル幅モニタ７で検出され、
制御器１は、この検出されたスペクトル幅Δλに基づい
てスペクトル幅が一定値となるように、Ｆ2ボンベ８か
らレーザチャンバ４内に補給されるガス補給量をサブタ
ンク１５、開閉弁１６、１７を介して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】本発明は、主として縮小投影露光装置（以
下「ステッパ」という）の光源として用いられ、放電励
起されることによってレーザを発振するエキシマレーザ
装置に関し、特に、そのレーザチャンバ内へハロゲンガ
スを補給する装置に関する。

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】放電
励起型のエキシマレーザ装置は、マーキング等の材料加
工のほか、大規模集積回路（ＬＳＩ）の回路パターン制
作の光リソグラフィ用光源として用いられている。

【０００３】近年における光リソグラフィの回路パター
ンの超微細化に伴い、照明光源により照らされた原画
（レチクル）パターンの透過光を縮小投光学系により半
導体基板上の光感光性物質に投影して回路パターンを形
成する方法が一般的に用いられている。

【０００４】この回路パターンの投影像の分解能は、用
いられる光源の波長で主に制限されるため、光源の波長
は可視領域から紫外領域へと次第に短波長化している。
従来、この紫外領域の光源として高圧水銀ランプから発
生するｇ線（４６３ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）が使用
されてきた。

【０００５】しかしながら、最小パターンの線幅がメモ
リ容量６４ＭＢで要求される０．２５μｍ以下となる
と、ｉ線でもすでに波長としてはそろそろ限界にきてい
る。この技術的限界を解決するものとして、深紫外（Ｄ
ｅｅｐＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）レーザ光源が有望
視されている。特に放電励起エキシマレーザは高出力、
高効率で媒質ガス（レーザガス）の組成によりＫrＦ
（２４８ｎｍ）、ＡrＦ（１９３ｎｍ）などの波長で強
い発振を得ることができる。

【０００６】一方、上記Ｄｅｅｐ−ＵＶ領域では、縮小
投影レンズ系を構成するガラス、結晶材料が非常に制約
されるため水銀ランプを用いた縮小投影レンズ系で用い
られてきた色収差補正が困難となる。そこで、レンズ系
を色収差補正するのではなく、レーザ共振器内にエタロ
ン等の波長選択素子を配設し、出力光のスペクトル幅を
レンズ材の色収差が無視できる程度まで小さくすること
で単色化を図り、その困難さを除去している。この方法
で自然発振の場合にスペクトル幅で数百ｐｍあった線幅
が数ｐｍにまで狭帯域化することができる。

【０００７】このように放電励起エキシマレーザ装置は
露光用光源として有用である。しかしながら、実際に単
色光源として使用する場合には、放電の幅が放電電極の
消耗とともに変化し、それとともにレーザのビーム幅が
変化するという問題点があった。すなわち、エキシマレ
ーザの共振器内に波長選択素子を設置し、単色化を図る
方式として、エタロンを用いる方式、回析格子を用いる
方式またはそれらの組み合わせによる方式などが知られ
ている。特に、波長選択素子として波長回析格子（グレ
ーティング）を用いる方式は、回析格子の高い安定性
と、拡大光学系と併用すると原理的には波長選択のバン
ド幅に限界がないということなどの特性を持ち、非常に
優れた方式である。

【０００８】しかしながら、回析格子を使った場合は、
スペクトル幅を小さくするため高い次数の回析を用いて
いるため、動作点での角度分散が大きくレーザの発散角
がそのままスペクトル幅に影響を及ぼす。すなわち、レ
ーザの発散角が大きいとスペクトル幅も広がってしまう
という性質を持つ。したがって、放電幅が変化し利得領
域が変化した場合、波長選択素子からみたビームダイバ
ージェンスが変化するためにスペクトル幅も大きく変化
し露光の性能を低下させるという問題点がある。

【０００９】こうした変動は電極形状、運転電圧、ガス
組成、ガス圧力などのさまざまなレーザ運転条件の変化
によって発生する。そこで、これを回避するために従来
アパーチュアによる利得幅の制限によりスペクトル幅を
安定化することが試みられてきたが、実際にはアパーチ
ュア内の内部形状までは制限できないため十分に変動を
抑えることはできなかった。また、上記の電極形状の変
化によるスペクトル幅の変動に対しては、本発明者らの
発明による出願（特願平３−２９０６１８等）に開示さ
れた技術により大幅に緩和されるものの、上記ガス組成
の変化によるスペクトル幅の変動に関してまでは、十分
な考慮がなされていなかった。

【００１０】ここで、ガス組成変化のメカニズムについ
て説明すると、ハロゲンガスを含むレーザガスを用いて
放電励起型エキシマレーザを運転する場合、運転の経過
にしたがって放電電極を構成する材料の蒸発、他の部分
の構成材料との化学反応によりハロゲンガスが消費され
る。この消費に伴い、レーザの出力が低下することにな
る。

【００１１】そこで、従来はハロゲンガスの消耗による
レーザ出力の低下を補うために、以下のようにしてハロ
ゲンガスの補給を行っていた。

【００１２】・従来例（１）すなわち、エキシマレー
ザでは、レーザを励起するために充電回路のコンデンサ
に蓄積された電気エネルギーを、レーザチャンバ内の放
電空間に投入し、レーザ媒質ガスを活性化させ出力を得
るようにしている。この場合、コンデンサの充電電圧
（すなわち、電極間の放電電圧）を増やすことによって
レーザ出力が増加する。したがって、レーザ出力を検出
し、コンデンサの充電電圧値を制御することでレーザ出
力を安定化させることができる。

【００１３】しかし、長時間運転が行われていると、上
述したようにハロゲンガスの減少に伴い発振効率が低下
し、次第に充電電圧を大きくしていかないと所望の出力
が維持できなくなる。そして、充電電圧が、発振効率の
低下が電圧増加のみでは対処しきれない所定のしきい値
まで昇したときに、一定量のハロゲンガスをレーザチャ
ンバ内に供給するようにする。

【００１４】かかる制御によれば、確かに長期にわたっ
て一定のレーザ出力を維持することができるようにな
る。しかし、図６に、運転ショット数とスペクトル幅Δ
λとの関係として示すように、少なくとも、スペクトル
幅Δλがそのまま低下してしまうことによる不都合を除
去することはできるものの、ガスが補給されるごとにス
ペクトル幅Δλは瞬間的に大きくなってしまい、安定し
たスペクトル幅を得ることができないという不都合があ
った。また、充電電圧がしきい値に達したときに、一義
的にガスを補給するのでガスの寿命がきわめて短いとい
う問題もある。

【００１５】・従来例（２）一方で、上記従来例
（１）に示されるように充電電圧がしきい値に達したと
きに一義的にガスを補給するのではなくて、運転中、レ
ーザ光の発振パルス数をカウントし、このカウント値が
所定のしきい値に達した場合にのみ、一定量ΔＧのハロ
ゲンガスを補給する技術がある。

【００１６】・従来例（３）また、同様に従来例
（１）に示されるように充電電圧がしきい値に達したと
きに一義的にガスを補給するのではなくて、運転中、レ
ーザ光の発振速度、つまり単位当たりのパルス数を演算
し、この演算値に応じた量を補給する技術がある。

【００１７】上記従来例（２）、（３）の制御を行った
ときは、充電電圧がしきい値に達したときに一義的に一
定量のガスを補給するのではなく、発振回数、発振速度
を考慮した量を補給するようにしているので、従来例
（１）に較べてガスの寿命を延長することができるとと
もに、急激にスペクトル幅が増大するという問題も解消
される。

【００１８】しかし、それら発振回数、発振速度のみか
らでは、適切な補給量を決定することができず、実際に
は、図６の運転ショット数とスペクトル幅の関係に示さ
れるように、補給ガス量ΔＧが小さい場合であっても大
きい場合であっても、ハロゲンガスの消費速度と補給速
度との間にずれが生じてしまい、ガス組成変化により長
時間の運転中には徐々にスペクトル幅が低下または増大
してしまうという問題点があった。

【００１９】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、このようなガス組成の変化に起因するスペ
クトル幅の変動を抑え、スペクトル幅を一定値に安定さ
せることによりレーザ装置の運転を安定して行わせるよ
うにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の主たる
発明である請求項１に記載された発明では、ハロゲンガ
スを含むレーザガスがレーザチャンバ内に封入され、前
記レーザチャンバ内で放電を行うことにより前記レーザ
ガスを励起し、所定のスペクトル幅のレーザ発振光を出
力するエキシマレーザ装置において、前記レーザチャ
ンバ内に前記ハロゲンガスを補給する補給手段と、前記
レーザ発振光のスペクトル幅を検出する検出手段と、前
記検出手段によって検出されたスペクトル幅に基づい
て、レーザ発振光のスペクトル幅が前記所定のスペクト
ル幅になるように前記補給手段により補給されるハロゲ
ンガスの補給量を制御する制御手段とを具えるようにし
ている。

【００２０】

【作用】本発明者らの実験によれば、ハロゲンガス（フ
ッ素）の濃度とスペクトル幅との間に、図７に示すよう
な一定の関係があることを明かになった。

【００２１】これは放電により形成されるレーザ利得領
域がガス組成により変化するために、結果的にスペクト
ル幅をも変化させているために起こるものと考えられ
る。したがって、こうしたスペクトル幅とフッ素濃度と
の間の所定の関係からフッ素濃度、つまりハロゲンガス
補給量を、スペクトル幅に応じて制御することで、所望
のスペクトル幅を得られることがわかる。

【００２２】なお、図８に示すようにレーザ出力もフッ
素濃度に依存しているが、出力は電源電圧により調整で
きるほか、出力への影響の小さい極大領域（本実験条件
では約０．０８％〜０．５％）で運転すれば、その影響
を無視できる程度に抑えることができる。

【００２３】よって、この発明は、上述したようにハロ
ゲンの消費による出力低下を補償する目的で補給してい
るハロゲンガス補給量を、スペクトル幅の検出値によっ
て変化させ最適な補給量を得、これによりスペクトル幅
の変動を抑え、一定値を得、安定したレーザ出力を得よ
うとするものである。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係るレーザ装
置におけるレーザガス補給装置の実施例について説明す
る。

【００２５】・第１の実施例図１は第１の実施例に係る実施例装置の構成を示すブロ
ック図であり、図２は図１の実施例装置で行われる補給
処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、図
１に示すレーザ装置のガス注入回路について説明する
と、このガス注入回路は、ＮeやＨe等のバッファガスで
希釈されたＦ2、ＨＣｌ等のハロゲンガスが充填された
ボンベ８と、Ｋr、Ｘe、Ａr等の希ガスが充填されたボ
ンベ９と、ＮeやＨe等のバッファガスが充填されたボン
ベ１０と、各ボンベ８〜１０からレーザチャンバ４まで
の各ガスごとのガス供給路上に配設された各ガスごとの
注入開閉弁１１、１２、１３とから構成されている。

【００２６】なお、この図１のレーザ装置は、いわゆる
フッ素系エキシマレーザ装置を想定しており、ボンベ８
には、Ｆ2ガスとＮeガスとが、Ｆ2：Ｎe＝５：９５
（％）の濃度割合で充填されており、また、ボンベ９に
はＫrガスが充填されており、また、ボンベ１０にはＮe
ガスが充填されているものとする。なお、またボンベ
９、１０を同一のボンベとし、予め希ガスとバッファガ
スとを所定の組成割合で混合、充填しておくようにして
もよい。

【００２７】なお、バッファガスとしてＮeガスを使用
した場合を想定しているが、もちろんＨeガスを使用し
てもよいし、ＮeガスとＨeガスとを任意の混合比で混ぜ
合わせたものをバッファガスとして使用してもよい。

【００２８】また、実施例装置におけるガス補給回路
は、上記ボンベ８と、このボンベ８からレーザチャンバ
４へ至るまでのガスの供給路１４上に配設された各種ガ
ス補給用開閉弁とから構成されている。この実施例装置
の場合、説明を簡略にするために、ガス補給用開閉弁
は、サブタンク１５と、このサブタンク１５の前後に直
列に配設された下流側開閉弁１６および上流側開閉弁１
７とからなっているものとしているが、実際には、その
他、図示せぬ様々な微量流量制御弁が配設されているも
のとする。

【００２９】また、実施例装置のガス排出回路は、真空
ポンプ２０と、レーザチャンバ４から該真空ポンプ２０
へ至るまでのガスの排出路１８上に配設されたレーザチ
ャンバガス排気弁１９とから構成されている。

【００３０】また、各種ガスを注入する時期、ハロゲン
ガスを補給する時期、このハロゲンガスの補給量等に関
するデータは、図示せぬ入力手段より入力され、制御器
１に加えられる。

【００３１】発振器２はパルス発振を行うための発振器
であり、この発振器２から発振信号が放電電源３に出力
される。放電電源３は、発振器２から出力される発振信
号に応じてレーザチャンバ３内の２つの電極間で放電を
行わせるものであり、制御器１から出力される指令充電
電圧Ｖａに応じた電圧で充電回路において一旦充電が行
われ、たとえばサイラトロン等のスイッチ素子の動作に
より放電を行う。この放電電源３における充電電圧Ｖは
所定のセンサで検出され、制御器１に加えられる。

【００３２】レーザチャンバ４において放電が行われ、
レーザガスが励起されるとレーザ発振が行われ、発振さ
れたレーザ光は光共振器内で共振され、フロントミラー
から有効な発振レーザ光として出力される。なお、放電
は所定のパルス幅をもって所定の間隔で行われ、レーザ
光が断続的に出力される。

【００３３】こうして発振されたレーザ光は出力モニタ
６に入射され、この出力モニタ６において出力レーザ光
のエネルギーＥ（以下「レーザ出力Ｅ」という）が検出
される。この検出されたレーザ出力Ｅは制御器１に加え
られる。

【００３４】スペクトル幅モニタ７は、波長検出用のエ
タロンを中心として構成された波長線幅センサであり、
発振レーザ光のスペクトル幅Δλを検出し、これを制御
器１に加える。

【００３５】圧力モニタ５は、レーザチャンバ３内のガ
スの圧力（全圧）ＰTを検出するセンサであり、検出さ
れた圧力ＰTは制御器１に加えられる。また、発振器２
から発振信号が出力されるごとに、１パルス発振された
ことを示す信号Ｐが制御器１に加えられる。

【００３６】制御器１は、これら各モニタ等２、３、
６、７の出力に基づき後述するよう指令充電電圧Ｖａを
演算し、これを放電電源３に出力し、放電電圧を制御す
るとともに、圧力モニタ５の出力に基づき後述するよう
ハロゲンガス補給時におけるレーザチャンバ３からのガ
ス排出の際、レーザチャンバ４内の圧力が所定の一定圧
力になるように弁１４、１６、１９の開閉を制御する。
また、制御器１はレーザの運転前におけるガス交換の
際、つまり各種レーザガスをボンベ８、９、１０からレ
ーザチャンバ４内に注入する際に、弁１１、１２、１３
の開閉を所要に制御してレーザチャンバ４内のガス組成
が所定の割合になるようにする。

【００３７】ところで、このガス注入は以下のような手
順で行われる。

【００３８】すなわち、レーザの運転起動前において、
まず、レーザチャンバ４内の旧ガスが上記ガス排出回路
によって排出される。

【００３９】そして、ボンベ９からＫrガスが４０ｔｏ
ｒｒだけレーザチャンバ４内に導入され、つぎにボンベ
８からＦ2ガス（上述の通り、Ｎeガスで希釈されてい
る）がレーザチャンバ４内に８０ｔｏｒｒだけ導入さ
れ、最後にレーザチャンバ４内の全圧が２５００ｔｏｒ
ｒとなるように、ボンベ１０からＮeガスがレーザチャ
ンバ４内に導入される。この実施例装置の場合、レーザ
チャンバ４内のガス組成は、Ｆ2：Ｋr：Ｎe＝４：４
０：２４５６（ｔｏｒｒ）、つまりＦ2：Ｋr：Ｎe＝
０．１６：１．６０：９８．２４（％）の濃度割合とな
るようにされる。なお、各ボンベ８、９、１０からのレ
ーザチャンバ４内への各ガスの導入に際しては、制御器
１は、圧力モニタ５の出力に基づきチャンバ４内圧力が
上記所定圧２５００ｔｏｒｒとなるよう各開閉弁１１、
１２、１３を開閉制御する。

【００４０】さて、前述したようにエキシマレーザ装置
の運転を継続していくと、運転の経過に伴いハロゲンガ
スが消費され、レーザ出力が低下する。このレーザ出力
は、レーザを励起するためにコンデンサに充電した電気
エネルギーを放電空間に投入してレーザ媒質ガスを活性
化させて得るため、このコンデンサへの充電電圧Ｖａを
制御することによって該レーザ出力を変化させることが
できる。すなわち、ハロゲンガスが消費しても、消費に
よる出力低下の相当分だけコンデンサへの充電電圧Ｖａ
を上げることによって該レーザ出力を一定に維持するこ
とができる。

【００４１】そこで、この実施例では、充電電圧Ｖａに
関し最適制御充電電圧範囲Ｖc（Ｖmin〜Ｖmax）を予め
設定しておき、この充電電圧Ｖａがこの範囲を越えた場
合、つまりＶａ＞Ｖmaxに至ると、ガス交換を行う必要
がある旨のアラーム信号を出力するようにしている。

【００４２】なお、このガス補給時期や補給量は、上述
したように入力手段から入力されたデータに基づき決定
され、ガス補給は上記ガス補給回路によって行われ、ま
た、ガス補給時はその都度、レーザチャンバ４内の全圧
を所定圧力に維持されるよう、上記ガス排出回路によっ
て該レーザチャンバ４内のガスの一部が排出するように
している。

【００４３】図２は、かかる補給処理の処理手順を示し
たものであり、目標レーザ出力Ｅc、最適制御充電電圧
範囲Ｖc（Ｖmin〜Ｖmax）、指令充電電圧増減量Δｖ
（絶対値）、１回分の補給ガス量ΔＧ（初期値）、目標
スペクトル幅Δλc、パルス数しきい値Ｐc、最適制御ガ
ス補給量範囲ΔＧc（ΔＧmin〜ΔＧmax）、補給ガス増
減量Δｇ（絶対値）が入力データに基づき予め設定され
る（ステップ１０１）。なお、これら設定値Ｅc、Ｖc、
Δｖ、ΔＧ、Δλc、ΔＰc、ΔＧcとしては、マニュア
ル制御であれば、少なくとも必要時前に設定すればよ
く、上述のように最初に設定する必要はない。また、マ
イコンによる完全制御の場合には、これら設定値は、上
述のように最初に設定、記憶しておく必要がある。

【００４４】つぎに、上記出力モニタ５、放電電源３、
発振器２およびスペクトル幅モニタ７より検出値Ｅ、
Ｖ、Ｐ、Δλが入力される（ステップ１０２）。

【００４５】ついで、検出されたレーザ出力Ｅと目標レ
ーザ出力Ｅcとが比較され（ステップ１０３）、この比
較の結果、Ｅ＜Ｅcであれば、つぎに検出されるレーザ
出力Ｅが目標レーザ出力Ｅcまで上昇するように、検出
された充電電圧Ｖに増減量Δｖが加えられ、この加えら
れたものが指令充電電圧Ｖａとして放電電源３に出力さ
れる（ステップ１０４）。また、比較結果がＥ＝Ｅcで
あれば、検出された充電電圧Ｖがそのまま指令充電電圧
Ｖａとして放電電源３に出力される（ステップ１０
５）。また、比較結果がＥ＞Ｅcであれば、つぎに検出
されるレーザ出力Ｅが目標レーザ出力Ｅcまで低下する
ように、検出された充電電圧Ｖから増減量Δｖが減算さ
れ、この減算されたものが指令充電電圧Ｖａとして放電
電源３に出力される（ステップ１０６）。

【００４６】ここで、この指令充電電圧Ｖａと最適制御
充電電圧範囲Ｖcの最大値Ｖmaxとが比較される。この結
果、Ｖａ≦Ｖmaxであり適正範囲内であれば、手順は再
びステップ１０２に移行され同様な処理が行われるが、
Ｖａ＞Ｖmaxであれば、指令電圧が許容範囲外となった
ことを警告し、ガス交換を促すアラーム信号が出力さ
れ、オペレータに警告を与えるようにする。

【００４７】一方、ステップ１０７では、新しいガスが
レーザチャンバ４内に注入された時点から現在までの累
算パルス数Ｐnがパルス発振Ｐをカウントすることによ
り検出されており（ステップ１０７）、この累算値Ｐn
としきい値Ｐcとが比較される（ステップ１０８）。こ
の比較の結果、累算パルス数Ｐnがしきい値Ｐc以下であ
れば、そのままガス補給をしなくても何等問題はないと
判断して再び手順はステップ１０２に移行される。しか
し、累算パルス数Ｐnがしきい値Ｐcに達した時点で、し
きい値Ｐcに対応する補給量ΔＧだけガス補給が行われ
る。

【００４８】このガス補給は以下のようにして行われ
る。

【００４９】すなわち、弁１６を閉じるとともに弁１７
を開いて一定量の容積を有したサブタンク１５内に希釈
ハロゲンガスを充填する。そして、充填されたならば、
弁１６を開くとともに弁１７を閉じてサブタンク１５か
らハロゲンガスを排出してレーザチャンバ４内にガスを
供給する。かかる処理を所定回数だけ繰り返し行うこと
により所定量ΔＧのガス補給が行われる（ステップ１０
９）。なお、この補給の際、補給に伴いレーザチャンバ
４内の全圧は上昇するが、全圧ＰTは圧力モニタ５で検
出され、この検出値ＰTに基づきレーザチャンバ４内の
圧力が所定圧になるよう、バルブ１９の開閉が制御され
る（ステップ１１０）。

【００５０】さて、ここで上記ガスの補給量ΔＧは、必
ずしもステップ１０１で設定された初期値であるとは限
らず、上記モニタ用のエタロン等を用いて測定されたス
ペクトル幅Δλに応じて可変するものである。

【００５１】すなわち、検出されたスペクトル幅Δλと
目標スペクトル幅Δλcとが比較され（ステップ１１
１）、この結果、Δλ＜Δλcである場合には、つぎに
検出されるスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλc
まで広がるように補給量ΔＧに対し所定増減量Δｇ（絶
対値）が加えられ、このΔｇだけ増加した補給量ΔＧが
レーザチャンバ４内に供給される（ステップ１１２）。
また、比較結果がΔλ＞Δλcである場合には、つぎに
検出されるスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλc
まで狭まるように補給量ΔＧから増減量Δｇが減算さ
れ、このΔｇだけ減少した補給量ΔＧがレーザチャンバ
４内に補給される（ステップ１１４）。また、比較結果
がΔλ＝Δλcである場合には、現在の補給量ΔＧを増
減することなくレーザチャンバ４内に補給される（ステ
ップ１１３）。

【００５２】このようにガス補給量ΔＧの増減がなされ
ると、それに応じて上述したサブタンム１５を用いた充
填、排出処理の回数が変化され、この変化された回数だ
け充填、排出する処理を行うことにより増減された補給
量ΔＧのガスがレーザチャンバ４内に補給されることに
なる。

【００５３】ここで、補給量ΔＧに関しても制御可能な
範囲が最適制御ガス補給量範囲ΔＧmin〜ΔＧmaxとして
設定されており、現在の補給量ΔＧがこの範囲にあるか
否かの判断がなされる。この結果、補給量ΔＧが上記範
囲内であれば、レーザ光を用いた所定の処理（露光処理
等）が精度上問題がないとして、手順は再びステップ１
０２に移行されるが、補給量ΔＧが上記範囲外となった
場合には、色収差が問題になる等レーザ光を用いた処理
の精度の低下が招来するので、その旨のアラーム信号を
外部の制御装置（ステッパ制御装置）に出力する。この
結果、レーザ光を用いた処理を停止させる等所定の措置
をとることができる。

【００５４】・第２の実施例つぎに、他の実施例について図１、図２と同様な図３、
図４を用いて説明する。なお、図３において図１と同一
機能を有するものには同一符号を付けている。この実施
例装置では、ガス補給路１４上に開閉弁２１とマスフロ
ーコントローラ（質量流量制御装置）２２とを配設する
ようにしている。なお、このマスフローコントローラ２
２は質量流量が所望の一定値となるようにガス補給路１
４を通過するガス量を制御するものである。

【００５５】図４は、図３の装置において行われる補給
処理の処理手順を示したものであり、上述した第１の実
施例と同様に、目標レーザ出力Ｅc、最適制御充電電圧
範囲Ｖc（Ｖmin〜Ｖmax）、指令充電電圧増減量Δｖ
（絶対値）、１回分の補給ガス量ΔＧ（初期値）、目標
スペクトル幅Δλc、補給ガス増減量Δｇ（絶対値）、
最適制御ガス補給量範囲ΔＧc（ΔＧmin〜ΔＧmax）が
入力データに基づき予め設定される（ステップ２０
１）。

【００５６】つぎに、上記出力モニタ５、放電電源３、
発振器２およびスペクトル幅モニタ７より検出値Ｅ、
Ｖ、Ｐ、Δλが入力される（ステップ２０２）。

【００５７】ついで、検出されたレーザ出力Ｅと目標レ
ーザ出力Ｅcとが比較され（ステップ２０３）、この比
較の結果、Ｅ＜Ｅcであれば、つぎに検出されるレーザ
出力Ｅが目標レーザ出力Ｅcまで上昇するように、検出
された充電電圧Ｖに増減量Δｖが加えられ、この加えら
れたものが指令充電電圧Ｖａとして放電電源３に出力さ
れる（ステップ２０４）。また、比較結果がＥ＝Ｅcで
あれば、検出された充電電圧Ｖをそのまま指令充電電圧
Ｖａとして放電電源３に出力される（ステップ２０
５）。また、比較結果がＥ＞Ｅcであれば、つぎに検出
されるレーザ出力Ｅが目標レーザ出力Ｅcまで低下する
ように、検出された充電電圧Ｖから増減量Δｖが減算さ
れ、この減算されたものが指令充電電圧Ｖａとして放電
電源３に出力される（ステップ２０６）。

【００５８】ここで、この指令充電電圧Ｖａと最適制御
充電電圧範囲Ｖcの最大値Ｖmaxとが比較される。この結
果、Ｖａ≦Ｖmaxであり適正範囲内であれば、手順は再
びステップ２０２に移行され同様な処理が行われる。ま
た、Ｖａ＞Ｖmaxとなったときには、指令電圧が許容範
囲外となり、ガス交換を促すアラーム信号が出力され、
オペレータに警告を与えるようにする。

【００５９】さて、この第２の実施例では、単位時間あ
たりの発振パルス数、つまり発振パルス速度ｆ（Ｐ）に
比例した速度で補給が行われるマスフローコントローラ
２２を用い希釈ハロゲンガスの補給を行なうにしてい
る。

【００６０】すなわち、パルス発振Ｐに基づき現在の発
振時におけるパルス発振速度ｆ（Ｐ）が演算されており
（ステップ２０７）、この速度ｆ（Ｐ）に比例する補給
量ΔＧをもってハロゲンガスがレーザチャンバ４内に補
給される。

【００６１】このガス補給は以下のようにして行われ
る。

【００６２】すなわち、弁２１を開くとともに、マスフ
ロコントローラ２２によりガス補給路１４における流量
が上記速度ｆ（Ｐ）に応じた一定値となるように流量を
制御する。したがって、弁２１が一定時間開状態とさ
れ、上記流量をもってガスが補給されることにより、所
定量ΔＧのガスがレーザチャンバ４内に補給されること
になる。

【００６３】また、マスフロコントローラ２２により制
御される流量を一定値に固定しておき、上記速度ｆ
（Ｐ）に応じた時間だけ弁２１を開状態にする制御も可
能である。この場合も、弁２１の開時間と、マスフロー
コントローラ２２により制御される流量とに応じて所定
量ΔＧのガスがレーザチャンバ４内に補給されることに
なるれる（ステップ２０８）。なお、この補給の際、補
給に伴いレーザチャンバ４内の全圧は上昇するが、全圧
ＰTは圧力モニタ５で検出され、この検出値ＰTに基づき
レーザチャンバ４内の圧力が所定圧になるよう、バルブ
１９の開閉が制御される（ステップ２０９）。

【００６４】さて、ここで上記ガスの補給量ΔＧは、必
ずしもステップ２０１で設定された初期値であるとは限
らず、上記モニタ用のエタロン等を用いて測定されたス
ペクトル幅Δλに応じて可変するものである。

【００６５】すなわち、検出されたスペクトル幅Δλと
目標スペクトル幅Δλcとが比較され（ステップ２１
０）、この結果、Δλ＜Δλcである場合には、つぎに
検出されるスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλc
まで広がるように補給量ΔＧに対し所定増減量Δｇ（絶
対値）が加えられ、このΔｇだけ増加した補給量ΔＧが
レーザチャンバ４内に供給される（ステップ２１１）。
また、比較結果がΔλ＞Δλcである場合には、つぎに
検出されるスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλc
まで狭まるように補給量ΔＧから増減量Δｇが減算さ
れ、このΔｇだけ減少した補給量ΔＧがレーザチャンバ
４内に補給される（ステップ２１３）。また、比較結果
がΔλ＝Δλcである場合には、現在の補給量ΔＧを増
減することなくレーザチャンバ４内に補給される（ステ
ップ２１２）。

【００６６】ここで、補給量ΔＧに関しても制御可能な
範囲が最適制御ガス補給量範囲ΔＧmin〜ΔＧmaxが設定
範囲が設定されており、現在の補給量ΔＧがこの範囲に
あるか否かの判断がなされる。この結果、補給量ΔＧが
上記範囲内であれば、レーザ光を用いた所定の処理（露
光処理等）の精度上問題がないとして、手順は再びステ
ップ２０２に移行されるが、補給量ΔＧが上記範囲外と
なった場合には、色収差が問題になる等レーザ光を用い
た処理の精度の低下が招来するので、その旨のアラーム
信号を外部の制御装置（ステッパ制御装置）に出力す
る。この結果、レーザ光を用いた処理を停止させる等所
定の措置をとることができる。

【００６７】図５は上記実施例による制御を行った場合
の、運転ショット数に対するスペクトル幅Δλの変化の
様子を示すグラフであり、図６の従来技術と比較しても
わかるように常に安定した一定幅のスペクトルが得られ
ることがわかる。したがって、この実施例によればレー
ザ光を用いた処理を精度よく行うことができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スペクトル幅を検出し、この検出結果に基づきスペクト
ル幅が一定値になるようにガス補給量を制御するように
しているので、ガス組成の変化に起因するスペクトル幅
の変動が抑えられ、スペクトル幅を一定値に安定させる
ことができる。この結果、レーザ装置の運転が常に安定
して行われ、レーザ光を用いた処理が常に精度よく行わ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係るレーザ装置におけるレーザ
ガス補給装置の実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は図１の実施例装置で行われるガス補給処
理の処理手順を示すフローチャートである。

【図３】図３は図１と異なる実施例装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】図４は図３の実施例装置で行われるガス補給処
理の処理手順を示すフローチャートである。

【図５】図５は実施例の効果を説明するために用いた、
運転ショット数とスペクトル幅との関係を示すグラフで
ある。

【図６】図６は従来技術における、運転ショット数とス
ペクトル幅との関係を示すグラフである。

【図７】図７はフッ素ガス濃度とスペクトル幅との関係
を示すグラフである。

【図８】図８はフッ素ガス濃度とレーザ出力との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１制御器４レーザチャンバ７スペクトル幅モニタ８ハロゲンガス用ボンベ１４ガス補給路１５サブタンク１６開閉弁１７開閉弁２１開閉弁２２マスフローコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハロゲンガスを含むレーザガスがレ
ーザチャンバ内に封入され、前記レーザチャンバ内で放
電を行うことにより前記レーザガスを励起し、所定のス
ペクトル幅のレーザ発振光を出力するエキシマレーザ装
置において、前記レーザチャンバ内に前記ハロゲンガスを補給する補
給手段と、前記レーザ発振光のスペクトル幅を検出する検出手段
と、前記検出手段によって検出されたスペクトル幅に基づい
て、レーザ発振光のスペクトル幅が前記所定のスペクト
ル幅になるように前記補給手段により補給されるハロゲ
ンガスの補給量を制御する制御手段とを具えたエキシマ
レーザ装置におけるレーザガス補給装置。
【請求項２】前記補給手段は、ガス交換により新
しいレーザガスが前記レーザチャンバ内に封入されてか
らの発振パルス数を累算し、この累算された発振パルス
数が所定数に達した場合に、該所定数に対応する所定量
のハロゲンガスを補給するものであり、前記制御手段
は、検出されたスペクトル幅が前記所定のスペクトル幅
よりも小さい場合には前記所定量を増加させ、検出され
たスペクトル幅が前記所定のスペクトル幅よりも大きい
場合には前記所定量を減少させるように前記所定量を変
化させるものである請求項１記載のエキシマレーザ装置
におけるレーザガス補給装置。
【請求項３】所定容量のタンクが前記レーザチャ
ンバとハロゲンガス供給源との間のガス供給路に設けら
れ、前記補給手段は、前記ハロゲンガス供給源より前記
タンク内に所定容量のガスを充填した後、このタンクよ
り前記ガス供給路を介して前記レーザチャンバ内にハロ
ゲンガスを供給する処理を所定回数行うことにより、前
記所定量のハロゲンガスの補給を行うものであり、前記
制御手段は、前記所定回数を変化させることにより前記
所定量を変化させるものである請求項２記載のエキシマ
レーザ装置におけるレーザガス補給装置。
【請求項４】前記制御手段は、レーザ発振光の単
位時間当たりの発振回数を演算し、この単位時間当たり
の発振回数に比例して前記所定量を変化させるものであ
る請求項１記載のエキシマレーザ装置におけるレーザガ
ス補給装置。
【請求項５】前記レーザチャンバとハロゲンガス
供給源との間のガス供給路に定流量制御弁および供給路
開閉弁が設けられ、前記制御手段は、前記開閉弁を所定
時間だけ開状態にするとともに、前記演算された発振回
数に応じて前記定流量制御弁により制御される定流量の
流量値を変化させることにより前記所定量を変化させる
ものである請求項４記載のエキシマレーザ装置における
レーザガス補給装置。
【請求項６】前記レーザチャンバとハロゲンガス
供給源との間のガス供給路に定流量制御弁および供給路
開閉弁が設けられ、前記制御手段は、前記開閉弁の弁開
時間を変化させることにより前記所定量を変化させるも
のである請求項４記載のエキシマレーザ装置におけるレ
ーザガス補給装置。