JPH1041591A - エキシマレーザー発振装置及びその駆動方法 - Google Patents
エキシマレーザー発振装置及びその駆動方法Info
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Abstract
レーザー出力が得られる、フォトリソグラフィー等の半
導体装置の製造に好適なレーザー発振装置を提供する。 【解決手段】 レーザーガスを収容する為のレーザーチ
ャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、該
一対の電極に電圧を印加して該レーザーガスを励起する
為の電圧印加回路とを有するエキシマレーザ発振装置の
駆動方法において、該一対の電極間に流れる電流の向き
が所定の周期で変化するように電圧を印加する。レーザ
ーガスを収容する為のレーザーチャンバと、該チャンバ
内に設けられた一対の電極と、該一対の電極に電圧を印
加して該レーザーガスを励起する為の電圧印加回路とを
有する前記エキシマレーザー発振装置において、該一対
の電極間に第1の向きの電流を流す為の第1の電荷蓄積
手段と、該第1の向きとは異なる第2の向きの電流を流
す為の第2の電荷蓄積手段とを有する。
Description
いられるエキシマレーザー発振装置及びその駆動方法に
関する。
唯一の高出力レーザーとして注目されており電子産業や
化学産業やエネルギー産業において応用が期待されてい
る。
ス、半導体等の加工や化学反応等に利用されている。
シマレーザー発振装置として知られている。例えば、そ
の構成を図16に示す。
ーチャンバであり、このチャンバ51内に一対の電極5
4,55が設けられている。この一対の電極54,55
には電圧を印加してレーザーガスを励起する為の電圧印
加回路が接続されている。
e,KrF,ArF等のレーザーガスを電子ビーム照射
や放電等により励起状態にする、すると、励起された原
子は基底状態の原子と結合して励起状態でのみ存在する
分子を生成する。この分子がエキシマと呼ばれるもので
ある。エキシマは不安定な為、直ちに紫外光を放出して
基底状態に落ちる。これをボンドフリー遷移というが、
この遷移よってえられた紫外光を一対のミラーで構成さ
れる光共振器内で増倍してレーザー光として取り出すも
のがエキシマレーザー発振装置である。
ーやArFレ−ザーは、レーザーガスとして反応性の高
いフッ素のガスを用いるために、レーザーガスを収容
し、そのガスに放電エネルギーを与える為のレーザーチ
ャンバ内でのフッ素の濃度が減少する。そこで、レーザ
ーチャンバへの供給電圧を上げて所定の出力を得るよう
に制御するのであるが、そのような制御でも出力が得難
くなった場合には、一度発振を停止して、フッ素の補充
を行う。
ても、所定のレーザー出力が得られなくなり、こうなる
とレーザーチャンバを交換しなけれぱならない。
路の一例である発振を開始させるスイッチにサイラトロ
ンを用いると、図13に示すような容量Cpのアフター
リンギングが生じる。そこで、図14に示すように、レ
ーザー発振回路のサイラトロンを半導体素子であるサイ
リスタに置換することでアフターリンギングを抑制して
レーザーの寿命を延ばす技術が記載されている。
も、図15(上記論文の6)に示されているように、所
定の周期毎にフッ素を補充し、印加電圧を上げながら発
振を行う必要がある。換言すれぱ、フッ素濃度が何らか
の理由で時間と共に減少することに変わりわない。よっ
て、レーザーチャンバーの寿命という点では、いまだ充
分なものではなく特に物品の加工等で長期間レーザーを
使用する場合には、チャンバーの寿命は加工物品の製造
スループットを向上させる上で重要な要因である。
れたものであり従来よりより長期間レーザー発振を繰り
返し行って、所望のレーザー出力が得られるレーザー発
振装置を提供することを主たる目的とする。
ーのような半導体装置の製造に好適なレーザー発振装置
を提供することにある。
発振装置の駆動方法は、レーザーガスを収容する為のレ
ーザーチャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電
極と、該一対の電極に電圧を印加して該レーザーガスを
励起する為の電圧印加回路とを有するエキシマレーザ発
振装置の駆動方法において、該一対の電極間に流れる電
流の向きが所定の周期で変化するように電圧を印加する
ことを特徴とする。
ザーガスを収容する為のレーザーチャンバと、該チャン
バ内に設けられた一対の電極と、該一対の電極に電圧を
印加して該レーザーガスを励起する為の電圧印加回路と
を有するエキシマレーザー発振装置において、該一対の
電極間に第1の向きの電流を流す為の第1の電荷蓄積手
段と、該第1の向きとは異なる第2の向きの電流を流す
為の第2の電荷蓄積手段と、を有することを特徴とす
る。
係るエキシマレーザー発振装置のレーザーチャンバ内の
放電用の一対の電極間に流れる電流を説明する為の模式
図である。
が流れた直後に他方の向きで且つ電流値がほぼ等しい第
2の電流i2が流れるようすを示している。又、図1の
Bは、一方の向きの第1の電流i1が流れた後所定の期
間INTをおいてから他方の向きで且つ電流値がほぼ等
しい第2の電流i2が流れることを示している。
流の向きが所定の周期で変化するように電圧を印加する
為の駆動回路の構成について説明する。
レーザ発振装置の回路構成図である。1は1kVの高圧
電源、2は充電用の抵抗、3は電荷蓄積のための容量、
4はパルス幅を狭くするための磁気スイッチ、5はレー
ザ発振を開始するためのサイリスタである。これら、電
源1、抵抗2、容量3、磁気スイッチ4、サイリスタ5
で変圧器6の一次コイル側が構成されている。変圧器6
の巻数比は例えば1:20で、巻線の方向は逆である。
容量3および磁気スイッチ4と同じ回路をパルス幅をよ
り狭くするために多段に接続してもよい。
9、Cpと、磁気スイッチ7とが接続されている。容量
8,9、Cpと、磁気スイッチ7とからなる回路16は
レーザチャンバ10の放電電極10a,10bに接続さ
れている。11は放電を安定に起こすために用いられる
プレイオナイザーである。
12、容量Ci、コイル13、抵抗14、高圧電源15
で構成される回路17を設けた点である。
おける容量Cpの両端子の電圧波形(A)と、本発明に
よる回路17を有するレーザ発振回路における容量Cp
の両端子の電圧波形(B)とを示す。
の形態に係るレーザ発振装置の動作について説明する。
1を用いて1kVまで充電する。また、電荷蓄積用容量
Ciに高圧電源15を用いて15kVまで充電する。そ
の後、サイリスタ5にトリガを入れ、サイリスタを導通
させると、容量3に充電されていた電荷が放電される。
このときコンデンサ8の両端には、−15kV程度のパ
ルス電圧が印加されることになる。
7でパルス幅が150ns程に短縮された電圧が図3に
示すように現れる。容量Cpの両端にかかる電圧が−1
5kVから0Vに変化する際、まず、プレイオナイザー
11が放電を開始し、レーザチャンバ内に106−107
cm-3程度の密度を有した自由電子を生成する。
電が起こりレーザが発振される。回路17がない場合に
は、図3(a)に示すように−15kVから0Vまで電
圧が上昇するだけであるが、回路17がある場合図3
(b)に示すように+15kVまで電圧が上昇する。
した際、その高周波電圧は、コイル13にほとんどかか
る。これは、コイル13のインピーダンスを抵抗14に
比べ大きく設定しているためである。そして、コイル1
3の両端に大きな電圧がかかることによりスパークギャ
ップ12がスパークし導通する。これにより、容量Ci
に充電されていた電荷が放電され、放電電極10a,b
間にかかる電圧は15kV程度まで上昇する。このと
き、放電電極10a,b間に放電が再び、今度は電流の
向きが逆方向で起こる。
るが故に、回路17のない装置に比べて、以下に述べる
効果がある。
り、放電電極の劣化が上下対象となり、電極の劣化を従
来の装置に比べ抑えられる。その結果、レーザの出力量
に対する寿命が2倍以上となる。また、単位時間当りの
レーザ出力量も約2倍得られる。
よるレーザ発振装置の回路構成図である。図2に示した
回路と異なる点は回路17に替えて回路18が設けられ
ている点である。回路18はコイル19、容量Cjおよ
び抵抗20により構成されている。図5は、本発明によ
る回路18を有するレーザ発振回路における容量Cpの
両端子の電圧波形を示す。
ザ発振装置の動作について説明する。
ず初めに、電荷蓄積用容量3に高圧電源1を用いて1k
Vまで充電する。その後、サイリスタ5にトリガを入
れ、サイリスタを導通させると、容量3に充電されてい
た電荷が放電される。このときコンデンサ8の両端に
は、−15kV程度のパルス電圧が印加されることにな
る。
7でパルス幅が150ns程に短縮された電圧が図3に
示すように現れる。容量Cpの両端にかかる電圧が−1
5kVから0Vに変化する際、まず、プレイオナイザー
11が放電を開始し、レーザチャンバ内に106−107
cm-3程度の密度を有した自由電子を生成する。
電が起こりレーザが発振される。回路18がない場合に
は、図3(a)に示すように−15kVから0Vまで電
圧が上昇するだけであるが、回路18がある場合図5に
示すように正負交互に電圧が変化しながら減衰してい
く。これは、容量Cpの両端にかかる電圧が急激に変化
した際、回路18により発振がおこるためである。その
発振周波数は、コイル19、容量Cj、抵抗20により
決めることが可能である。
るが故に、回路18のない装置に比べて、以下に述べる
効果がある。図2に示した回路と同様に、電流が正負交
互に流れることにより、放電電極の劣化を上下対象とす
ることができ、電極の劣化を従来の装置に比べ抑えられ
る。その結果、レーザの出力量に対する寿命が2倍以上
となる。また、単位時間当りのレーザー出力量も約2倍
得られる。
よるレーザ発振装置の回路構成図である。図4に示した
回路と異なる点は回路18が設けられていないかわり
に、変圧器6の一次側に回路21が設けられている点で
ある。回路21は、容量3’と磁気スイッチ4’とサイ
リスタ5’と変圧器の一次側コイル25’と同じ構成で
ある。唯一異なる点は一次側コイルの巻き方向がコイル
25とコイル25’とで互いに異なる点である。
ーザ発振回路における容量Cpの両端子の電圧波形を示
す。
の形態に係るレーザ発振装置の動作について説明する。
ず初めに、電荷蓄積用容量3、3’に高圧電源1を用い
て1kVまで充電する。その後、サイリスタ5’にトリ
ガを入れ、サイリスタ5’を導通させると、容量3’に
充電されていた電荷が放電される。このときコンデンサ
8の両端には、−15kV程度のパルス電圧が印加され
ることになる。
7でパルス幅が150ns程に短縮された電圧が図7に
示すように現れる。容量Cpの両端にかかる電圧が−1
5kVから0Vに変化する際、まず、プレイオナイザー
11が放電を開始し、レーザチャンバ内に106−107
cm-3程度の密度を有した自由電子を生成する。
電が起こりレーザが発振される。次に、高圧電源1を用
いて、放電により電荷のなくなった電荷蓄積用容量3’
を1ms以内に1kVまで充電する。今度はサイリスタ
5にトリガを入れ、サイリスタ5を導通させると、容量
3に充電されていた電荷が放電される。このときコンデ
ンサ8の両瑞には、+15kV程度のパルス電圧が印加
されることになる。
7でパルス幅が15ns程に短縮された電圧が図7に示
すように現れ、これによりレーザが発振される。以下同
様に、1ms間隔でサイリスタ5,5’に、交互にトリ
ガを入れることにより、容量Cpの両瑞に図7に示すよ
うなパルス電圧を発生させることができる。
リスタ5,5’の耐圧は、回路21がない場合の2倍、
すなわち、この揚合最低2kV必要である。
るが故に、回路21のない装置に比べて、以下に述べる
効果がある。電流を正負交互に流させることにより、放
電電極の劣化を上下対象とすることができ、電極の劣化
を従来の装置に比べ抑えられる。その結果、レーザーの
出力量に対する寿命が2倍以上となる。
よるレーザー発振装置の回路構成図である。図6に示し
た回路と異なる点は並列に2つトランジスタ23と抵抗
2とが設けられている点である。
の両端子の電圧波形は図7と同じである。
の一方をオン、他方をオフとして容量3に選択的に供給
することで、放電電極への印加電圧の向きを選択する。
よるレーザー発振装置の回路構成図である。図4に示し
た回路と異なる点は、スイッチ26と互いに逆の極性の
端子に接続されたサイリスタとをが設けられている点で
ある。
の両端子の電圧波形は図7と同じである。
選択により容量3への充電電圧の向きを変えることがで
きる。
によるレーザー発振装置の回路溝成図である。図4に示
した回路と異なる点はスイッチ28が設けられている点
である。
pの両端子の電圧波形は図7と同じである。
し、図10の例は容量3から一次コイルに流れる電流の
向きをスイッチ28で変えるものである。
によるレーザー発振装置の回路構成図である図11のレ
ーザー発振回路における容量Cpの両端子の電圧波形は
図7と同じである以下、図11を参照して本発明のレー
ザー発振装置の動作について説明する。
する。サイラトロン30bがオンすると、容量31bは
放電して容量Cpを充電する。この電圧がしきい値に達
すると、レーザーの放電電極にて放電が生じてレーザー
パルスが発生する。次に、他方のサイラトロン30aが
オンすると容量31aが放電して容量Cpを反対極性に
充電するので、レーザーの放電電極に印加される電圧も
逆向きになる。
によるレーザー発振装置の回路構成図であるこの構成は
図11のサイラトロン30a,30bを直列接続された
サイリスタ34a,34bで置換したものである。
pの両端子の電圧波形は図7と同じである。
0bに変えて、半導体素子であるサイリスタ34a,3
4bを直列に接続して耐圧を向上させたスイッチを用い
た例である。
命を延ばすことができる。即ち、フッ素ガスの補充周期
を長くすることができ、印加電圧の調整だけで所望の出
力を長時間得ることができる。
に流れる電流の様子を説明する為の図である。
ザー発振装置の駆動回路を示す図である。
ザー発振装置の特性を説明する為の図である。
レーザー発振装置の駆動回路を示す図である。
レーザー発振装置の特性を説明する為の図である。
シマレーザー発振装置の駆動回路を示す図である。
を説明する為の図である。
路図である。
路図である。
回路図である。
回路図である。
回路図である。
とその特性とを示す図である。
回路とその特性とを示す図である。
明する為の図でぁる。
Claims (17)
- 【請求項1】 レーザーガスを収容する為のレーザーチ
ャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、該
一対の電極に電圧を印加して該レーザーガスを励起する
為の電圧印加回路とを有するエキシマレーザ発振装置の
駆動方法において、該一対の電極間に流れる電流の向き
が所定の周期で変化するように電圧を印加することを特
徴とするエキシマレーザ発振装置の駆動方法。 - 【請求項2】 一方の向きの第1の電流が流れた直後に
他方の向きで且つ電流値がほぼ等しい第2の電流が流れ
ることを特徴とする請求項1記載のエキシマレーザ発振
装置の駆動方法。 - 【請求項3】 一方の向きの第1の電流が流れた後所定
の期間をおいてから他方の向きで且つ電流値がほぼ等し
い第2の電流が流れることを特徴とする請求項1記載の
エキシマレーザ発振装置の駆動方法。 - 【請求項4】 レーザーガスを収容する為のレーザーチ
ャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、該
一対の電極に電圧を印加して該レーザーガスを励起する
為の電圧印加回路とを有するエキシマレーザー発振装置
において、 該一対の電極間に第1の向きの電流を流す為の第1の電
荷蓄積手段と、 該第1の向きとは異なる第2の向きの電流を流す為の第
2の電荷蓄積手段と、を有することを特徴とするエキシ
マレーザー発振装置。 - 【請求項5】 該第2の電荷蓄積手段には、スパークギ
ャップとコイルと抵抗とからなる回路が接続されている
請求項4に記載のエキシマレーザー発振装置。 - 【請求項6】 該第2の電荷蓄積手段には、コイルと抵
抗とが直列に接続されている請求項4に記載のエキシマ
レーザー発振装置。 - 【請求項7】 該第1の電荷蓄積手段には、充放電電圧
のパルス幅を圧縮する回路が設けられている請求項4に
記載のエキシマレーザー発振装置。 - 【請求項8】 該第1の電荷蓄積手段には、磁気スイッ
チを含む充放電電圧のパルス幅を圧縮する回路が設けら
れている請求項4に記載のエキシマレーザー発振装置。 - 【請求項9】 該第1の電荷蓄積手段の充放電により一
方の向きの第1の電流を流した直後に、該第2の電荷蓄
積手段の充放電により他方の向きで且つ電流値がほぼ等
しい第2の電流が流れる請求項4に記載のエキシマレー
ザー発振装置。 - 【請求項10】 該第1の電荷蓄積手段の充放電により
第1のレーザーパルスを発振した後に、該第2の電荷蓄
積手段の充放電により第2のレーザーパルスを発振する
ことを特徴とする請求項4に記載のエキシマレーザー発
振装置。 - 【請求項11】 該第1の電荷蓄積手段の充放電により
第1のレーザーパルスを発振した後に、該第2の電荷蓄
積手段の充放電により第2のレーザーパルスを発振する
工程を、所定の期間をおいて繰り返すことを特徴とする
請求項4に記載のエキシマレーザー発振装置。 - 【請求項12】 レーザーガスを収容する為のレーザー
チャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、
該一対の電極に電圧を印加して該レーザ−ガスを励起す
る為の電圧印加回路とを有するエキシマレーザー発振装
置において、変圧器の二次側に該一対の電極を接統し、
該変圧器の一次側に、誘導電圧の極性を所定の期間ごと
に異ならしめる為の回路が設けられ、 該一対の電極間に印加される電圧の極性を所定の周期毎
に変化させることを特徴とするエキシマレーザー発振装
置。 - 【請求項13】 該誘導電圧の極性を所定の期間ごとに
異ならしめる為の回路は、それぞれ巻き方向の異なるコ
イルを含む請求項12に記載のエキシマレーザー発振装
置。 - 【請求項14】 該誘導電圧の極性を所定の期間ごとに
異ならしめる為の回路は、それぞれ巻き方向の異なるコ
イルと、スイッチとを含む請求項12に記載のエキシマ
レーザー発振装置。 - 【請求項15】 該誘導電圧の極性を所定の期間ごとに
異ならしめる為の回路は、互いに逆の向きに接続された
一対のサイリスタを含む請求項12に記載のエキシマレ
ーザー発振装置。 - 【請求項16】 該誘導電圧の極性を所定の期間ごとに
異ならしめる為の回路は、一次側のコイルに逆極性の電
圧を印加する為のスイッチを含む請求項12に記載のエ
キシマレーザー発振装置。 - 【請求項17】 該変圧器の二次側には、充放電電圧の
パルス幅を圧縮する回路が設けられている請求項12に
記載のエキシマレーザー発振装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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