JPWO2014017562A1 - レーザ装置及びレーザ装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.エキシマレーザ装置
1.1 課題
1.2 構成
1.3 動作
2.エキシマレーザ装置の寿命の予測方法
2.1 電極寿命の予測とパラメータ
2.2 電極寿命と投入エネルギとの関係
2.3 電極寿命の予測方法1
2.4 電極寿命の予測方法2
2.5 電極寿命の予測方法3
2.6 電極寿命の予測方法4
3.ダブルチャンバシステムの寿命の予測方法
3.1 構成
3.2 動作
3.3 ダブルチャンバシステムの電極寿命の予測方法
1.1 課題
一般的に、エキシマレーザ装置である半導体露光装置用の放電励起式ガスレーザ装置は、長時間安定して所望のパルスレーザ光を出力することが求められている。しかしながら、エキシマレーザ装置を長時間レーザ発振させた場合、放電によりレーザチャンバ内の電極が劣化し、所望のエネルギのパルスレーザ光を出力することができなくなってしまう場合がある。
図1に本開示の一態様であるエキシマレーザ装置を示す。このエキシマレーザ装置(本願明細書においては、単にレーザ装置と記載する場合がある)は、レーザチャンバ10、充電器12、パルスパワーモジュール(PPM:Pulse Power Module)13、レーザ共振器、エネルギモニタユニット17、制御部30を含んでいてもよい。レーザチャンバ10内には、レーザゲイン媒質としてArFレーザガスが入れられていてもよい。
制御部30は、露光装置100に設けられた露光装置コントローラ110から送信された目標のパルスエネルギEtと発振トリガの信号を受信してもよい。
2.1 電極寿命の予測とパラメータ
レーザチャンバ10内に設けられている電極11a及び11bの消耗量は、以下のパラメータの影響を受ける場合がある。
2) 電極への投入エネルギEin
3) 電極材料毎の消耗速度係数α
これらのパラメータについて、以下に説明する。
まず、電極11a及び11bにより形成される放電領域について図2に基づき説明する。図2(a)は、レーザチャンバ10内に設けられた電極11a及び11bの側面図であり、図2(b)は、図2(a)における一点鎖線2A−2Bにおいて切断した断面図である。レーザチャンバ10内に配置される一対の電極11a及び11bは、所定の放電領域11hが形成されるように、所定の位置に配置されてもよい。電極11aと電極11bとのギャップをGとする。
次に、電極11a及び11bへの投入エネルギEinについて説明する。図3は、充電器12、パルスパワーモジュール13等の電気回路を示す。
Ein=k×C0C×(Vhv)2/2・・・・・・・(1)
次に、電極材料毎の消耗速度係数αについて説明する。電極11a及び11bの消耗量は、電極11a及び11bを形成している材料に依存する。このため、電極11a及び11bを形成している材料の消耗速度係数αをあらかじめ測定しておき、電極11a及び11bの寿命を予測する際に用いてもよい。
図4には、電極11a及び11bにおける電極消耗量Rdと電極11a及び11bへの投入エネルギの積算値Einsumの関係について発明者が測定を行った結果を示す。図4に示される結果より、電極11a及び11bにおける電極消耗量Rdと電極11a及び11bへの投入エネルギの積算値Einsumとは、略比例の関係にある。
Eini=k×C0C×(Vhvi)2/2・・・・・・・・・・・(2)
Einsum=ΣEini=Ein1+Ein2+・・・・・・・+Einn
=k×(C0C/2)Σ(Vhvi)2・・・・・・・(3)
αの値が定まったら、電極消耗量Rdは、下記の(4)に示される式によって算出してもよい。
Rd=α×Einsum
=k×α×(C0C/2)Σ(Vhvi)2・・・・・・(4)
Einsumlife=Rdlife/α・・・・・・・・・・・(5)
Einsumlife<Einsum・・・・・・・・・・・・・(6)
β×Einsumlife<Einsum・・・・・・・・・・・(7)
図5に基づき、レーザ装置の制御方法、特に電極寿命の予測方法について説明する。
Ein=k×C0C×(VHv)2/2・・・・・・・(1)
次に、図6に基づき、電極寿命の他の予測方法について説明する。図6に示される電極寿命の予測方法は、投入エネルギEinと寿命となるショット数Blifeとの関係に基づき判断されてもよい。
Lf=Σ1/f(Eini)・・・・・・・・・・・・・・・(8)
図8に基づき電極寿命の更に他の予測方法について説明する。
次に、更に他の電極寿命の予測方法について説明する。
Einsum≒na×Eina+nb×Einb+nc×Einc+nd×Eind+ne×Eine・・・・・・・・・・・・・・・(9)
尚、naは、パルスエネルギEが、10mJ未満のパルスレーザ光のショット数
nbは、パルスエネルギEが、10mJ以上、11.25mJ未満のパルスレーザ光のショット数
ncは、パルスエネルギEが、11.25mJ以上、13.75mJ未満のパルスレーザ光のショット数
ndは、パルスエネルギEが、13.75mJ以上、15mJ未満のパルスレーザ光のショット数
neは、パルスエネルギEが、15mJ以上のパルスレーザ光のショット数
次に、この電極寿命の予測方法について、図10に基づきより詳細に説明する。
3.1 構成
ダブルチャンバエキシマレーザ装置について説明する。図12に示されるように、ダブルチャンバエキシマレーザ装置は、MO200、PO300、制御部230、高反射ミラー261、262を含んでいてもよい。MOとPOは、それぞれmaster oscillator、power oscillatorの略語である。
制御部230は、露光装置100に設けられた露光装置コントローラ110から送信された目標のパルスエネルギEtと発振トリガの信号を受信してもよい。
図13に基づきレーザ装置の制御方法であって、ダブルチャンバエキシマレーザ装置の電極寿命の予測方法について説明する。ダブルチャンバエキシマレーザ装置の電極寿命の予測方法の主要部分は、図5で説明された予測方法がMO200とPO300それぞれに適用されている。
Einmo=kmo×Cmo0C×(Vhvmo)2/2・・・・・(10)
Einpo=kpo×Cpo0C×(Vhvpo)2/2・・・・・(11)
上記においては、ステップS416において、電極の寿命をチャンバの寿命とし、MOレーザチャンバ210として使用していたものをPOレーザチャンバ310としてチャンバを移動する場合について説明した。しかしながら、チャンバの移動に代えて電極を交換することにより対応してもよく、また、電極のギャップを調整することにより所望のレーザ特性が得られる場合には、電極のギャップを調整することにより対応してもよい。
10a ウインド
10b ウインド
11a 電極
11b 電極
12 充電器
13 パルスパワーモジュール(PPM)
13a スイッチ
14 狭帯域化モジュール(LNM)
14a プリズム
14b グレーティング
15 出力結合ミラー
17 エネルギモニタユニット
17a ビームスプリッタ
17b 集光レンズ
17c 光センサ
30 制御部
31 記憶部
41 電圧測定器
51 電圧測定器
52 電流測定器
100 露光装置
110 露光装置コントローラ
C0 コンデンサ
C1〜C4 コンデンサ
MS1〜MS3 磁気スイッチ
Claims (25)
- レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記充電電圧の値に基づき前記一対の電極間への投入エネルギEinを算出し、更に、算出された前記投入エネルギEinを積算することにより前記投入エネルギの積算値Einsumを算出し、前記投入エネルギの積算値Einsumが投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電電圧の値に基づき前記一対の電極間への投入エネルギEinを算出し、更に、算出された前記投入エネルギEinを積算することにより前記投入エネルギの積算値Einsumを算出し、前記投入エネルギの積算値Einsumが投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記充電器により加えられた充電電圧の値を測定する電圧測定器と、
前記測定された充電電圧の値に基づき前記一対の電極間への投入エネルギEinを算出し、更に、算出された前記投入エネルギEinを積算することにより前記投入エネルギの積算値Einsumを算出し、前記投入エネルギの積算値Einsumが投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記一対の電極間に印加された電圧値を測定する電圧測定器と、
前記一対の電極間を流れる電流値を測定する電流測定器と、
前記測定された電圧値及び電流値に基づき前記一対の電極間への投入エネルギEinを算出し、更に、算出された前記投入エネルギEinを積算することにより前記投入エネルギの積算値Einsumを算出し、前記投入エネルギの積算値Einsumが投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記充電電圧の値に基づき投入エネルギEinを算出し、前記一対の電極間への投入エネルギ寿命指標値EinLより前記投入エネルギEinを減じ、前記減じた後の投入エネルギ寿命指標値EinLが0を超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電電圧の値に基づき投入エネルギEinを算出し、前記一対の電極間への投入エネルギ寿命指標値EinLより前記投入エネルギEinを減じ、前記減じた後の投入エネルギ寿命指標値EinLが0を超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記充電器により加えられた充電電圧を測定する電圧測定器と、
前記測定された充電電圧に基づき投入エネルギを算出し、前記一対の電極間への投入エネルギ寿命指標値EinLより前記投入エネルギEinを減じ、前記減じた後の投入エネルギ寿命指標値EinLが0を超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - レーザゲイン媒質が入れられているレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内に設けられている一対の電極と、
前記一対の電極間に放電を生じさせるための充電電圧を加える充電器と、
前記充電器により加えられた前記充電電圧を短パルス化し、前記一対の電極に印加するパルスパワーモジュールと、
前記一対の電極間に印加された電圧を測定する電圧測定器と、
前記一対の電極間を流れる電流を測定する電流測定器と、
前記測定された電圧及び電流に基づき投入エネルギを算出し、前記一対の電極間への投入エネルギ寿命指標値EinLより前記投入エネルギEinを減じ、前記減じた後の投入エネルギ寿命指標値EinLが0を超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。 - 投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記設定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギの積算値Einsumに、前記算出された投入エネルギEinを加えて、新たな投入エネルギの積算値Einsumを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギの積算値Einsumが、投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるための充電電圧を設定する工程と、
前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記設定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギの積算値Einsumに、前記算出された投入エネルギEinを加えて、新たな投入エネルギの積算値Einsumを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギの積算値Einsumが、投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記充電電圧を測定する工程と、
前記測定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギの積算値Einsumに、前記算出された投入エネルギEinを加えて、新たな投入エネルギの積算値Einsumを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギの積算値Einsumが、投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記一対の電極間に印加された電圧及び、前記一対の電極間を流れる電流を測定する工程と、
前記測定された電圧及び電流に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギの積算値Einsumに、前記算出された投入エネルギEinを加えて、新たな投入エネルギの積算値Einsumを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギの積算値Einsumが、投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記設定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギ寿命指標値EinLより、前記算出された投入エネルギEinを減じて、新たな投入エネルギ寿命指標値EinLを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギ寿命指標値EinLが、0を超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるための充電電圧を設定する工程と、
前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記設定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギ寿命指標値EinLより、前記算出された投入エネルギEinを減じて、新たな投入エネルギ寿命指標値EinLを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギ寿命指標値EinLが、0を超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記充電電圧を測定する工程と、
前記測定された充電電圧に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギ寿命指標値EinLより、前記算出された投入エネルギEinを減じて、新たな投入エネルギ寿命指標値EinLを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギ寿命指標値EinLが、0を超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程と、
レーザ光を出射するレーザゲイン媒質を励起するための一対の電極間に電圧を印加し放電させるため、前記一対の電極に接続されているパワーパスルモジュールに加えられる充電電圧を設定する工程と、
前記パルスパワーモジュールに、前記設定された充電電圧を加え、前記一対の電極間に放電を生じさせる工程と、
前記一対の電極間に印加された電圧及び、前記一対の電極間を流れる電流を測定する工程と、
前記測定された電圧及び電流に基づき投入エネルギEinを算出する工程と、
現在の投入エネルギ寿命指標値EinLより、前記算出された投入エネルギEinを減じて、新たな投入エネルギ寿命指標値EinLを算出する工程と、
前記算出された投入エネルギ寿命指標値EinLが、0を超えているか否かを判断する工程と、
を含むレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
前記読み込まれた投入エネルギの積算値を投入エネルギの積算値Einsumとする請求項9に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
前記読み込まれた投入エネルギの積算値を投入エネルギの積算値Einsumとする請求項10に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
前記読み込まれた投入エネルギの積算値を投入エネルギの積算値Einsumとする請求項11に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギの積算値Einsumの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
前記読み込まれた投入エネルギの積算値を投入エネルギの積算値Einsumとする請求項12に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeより、前記読み込まれた投入エネルギの積算値を減じて、前記投入エネルギ寿命指標値EinLとする請求項13に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeより、前記読み込まれた投入エネルギの積算値を減じて、前記投入エネルギ寿命指標値EinLとする請求項14に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeより、前記読み込まれた投入エネルギの積算値を減じて、前記投入エネルギ寿命指標値EinLとする請求項15に記載のレーザ装置の制御方法。 - 前記投入エネルギ寿命指標値EinLの設定を行う工程は、
現在までの投入エネルギの積算値を読み込み、
投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeより、前記読み込まれた投入エネルギの積算値を減じて、前記投入エネルギ寿命指標値EinLとする請求項16に記載のレーザ装置の制御方法。 - レーザチャンバを含みパルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギを計測するエネルギモニタユニットと、
前記パルスエネルギの値に基づき投入エネルギの積算値Einsumを算出し、前記投入エネルギの積算値Einsumが投入エネルギの積算寿命値Einsumlifeを超えているか否かを判断する制御部と、
を備えるレーザ装置。
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