KR20000035059A - 엑시머 레이저 장치 및 엑시머 레이저용 가스 - Google Patents

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Abstract

과제 : 버스트(Burst)운전을 실시할 경우에 엑시머 레이저출력의 버스트특성 및 스파이크특성을 효율적으로 개선할 수 있는 엑시머 레이저장치 및 엑시머 레이저용 가스를 제공하는 것이다.
해결수단 : Ar/Ne 가스봄베 (13) 및 Ar/Ne/F2가스봄베 (14) 로부터 공급된 챔버 (10) 내의 엑시머 레이저용 가스에 소형의 Xe 가스봄베 (15) 로부터 크세논가스를 첨가하고, Xe 가스센서 (16) 에서 크세논가스의 비율을 검지하여, 가스컨트롤러 (18) 로 Xe 가스봄베 (15) 에서 챔버 (10) 로 공급되는 크세논가스의 공급을 제어한다.

Description

엑시머 레이저장치 및 엑시머 레이저용 가스{EXCIMER LASER DEVICE AND GAS FOR EXCIMER LASER}
본 발명은 엑시머 레이저용 가스를 챔버(chamber) 내에 봉입하여 이 챔버내에서 펄스 방전을 실시함으로써 상기 엑시머 레이저용 가스를 여기(勵起)시켜 펄스레이저를 발진시키는 엑시머 레이저용 장치 및 엑시머 레이저용 가스에 관한 것으로, 특히 크세논가스를 첨가하여 레이저출력의 버스트현상 및 스파이크현상을 개선하는 엑시머 레이저장치 및 엑시머 레이저용 가스에 관한 것이다.
종래에는 엑시머 레이저장치를 광원으로 하는 반도체 노광장치에서는 노광과 스테이지이동을 교호로 반복하여 반도체웨이퍼상의 IC 칩의 노광을 실시하기 때문에, 엑시머 레이저장치는 레이저광을 소정회수로 연속하여 펄스발진시키는 연속펄스발진운전과 소정시간 펄스발진을 멈추게 하는 발진멈춤을 반복하는 버스트운전을 실시하여 왔다.
도 6(a) 는 종래의 엑시머 레이저장치에 의해 버스트운전을 실시하는 경우의 에너지와 버스트번호와의 관계를 나타낸 도이고, 상기 도에 나타낸 바와 같이 엑시머 레이저장치의 버스트운전에는 당초 에너지가 높다가 그 후 점차로 에너지가 저하되는 특성 (이하 「버스트특성」 이라고 한다) 이 있다.
그리고 도 6(b) 는 각 버스트에서의 펄스와 에너지와의 관계를 나타낸도이고, 상기 도에 나타낸 바와 같이 연속펄스발진운전의 당초는 비교적 높은 에너지가 얻어지고 그 후 서서히 펄스에너지가 저하되는 특성 (이하 「스파이크특성」 이라고 한다.) 이 있다.
이와 같이 종래의 엑시머 레이저장치를 사용한 버스트운전을 실시하면 통상은 이 버스트특성 및 스파이크특성이 발생하게 된다.
그러나 엑시머 레이저장치가 출력하는 레이저출력에 버스트특성이 발생하면 각 버스트마다의 에너지변동에 의한 노광량의 편차를 초래하는 문제가 발생한다.
또 이러한 레이저출력에 스파이크특성이 발생하면 노광량의 정밀도가 더욱 저하되기 때문에 복잡한 방전전압제어를 실시해야 하는 문제가 있었다.
즉, 종래는 버스트모드에서의 연속펄스발진의 최초 펄스 방전전압 (충전전압) 을 작게하고 이 후의 펄스 방전전압을 서서히 크게하여 가는 식으로 방전전압을 각 펄스마다 변화시켜 스파이크현상에 의한 초기의 에너지상승을 방지시키는 조치 등을 취하고 있었기 때문에 복잡한 방전전압제어를 필요로 했다.
따라서 엑시머 레이저장치를 버스트운전시킬 경우에 엑시머 레이저출력의 버스트특성 및 스파이크특성을 얼마나 효율적으로 해소시키는가가 매우 중요한 과제로 되어왔다.
또한 「IEEE JOURNAL OF ELECTRONICS, VOL 31, NO. 12, DECEMBER 1995 p2195 - p2207」 에 개시된 ‘Transmission Properties of Spark Preionization Radiation in Rare - Gas Halide Laser Gas Mixes」 에는 네온가스단체(單體) 내에 크세논가스를 첨가하는 기술이 개시되어 있지만, 이 종래의 기술은 어디까지나 스파크 예비전리(電離)를 크게하기 위한 기술이고, 엑시머 레이저출력의 버스트특성 및 스파이크특성을 해소시키기 위한 것은 아니다.
따라서 본 발명에서는 상기 과제를 해결하고 버스트운전을 실시할 경우에 엑시머 레이저출력의 버스트특성 및 스파이크특성을 효율적으로 개선할 수 있는 엑시머 레이저장치 및 엑시머 레이저용 가스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 실시형태에서 사용하는 엑시머 레이저장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2 는 크세논가스를 첨가한 엑시머 레이저용 가스를 사용한 경우의 버스트특성 및 스파이크특성의 일례를 나타낸 도.
도 3 은 도 1 에 나타낸 챔버에 봉입하는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논가스의 첨가량과 레이저출력의 에너지값 및 그 편차 (3σ) 와의 상관관계를 나타낸 도.
도 4 는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 버스트특성과의 상관관계를 나타낸 도.
도 5 는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 스파이크특성과의 상관관계를 나타낸 도.
도 6 은 종래의 엑시머 레이저장치에 의해 버스트운전을 실시하는 경우의 에너지와 버스트번호 등의 관계를 나타낸 도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 챔버
11 : 협대역화 유니트
12 : 부분 투과미러
13 : Ar/Ne 가스봄베
14 : Ar/Ne/F2가스봄베
15 : Xe 가스봄베
16 : Xe 가스센서
17 : 가스배기모듈 (Module)
18 : 가스컨트롤러
상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1 에 관계하는 발명은 엑시머 레이저용 가스를 챔버내에 봉입하고 이 챔버내에서 펄스방전을 실시함으로써 상기 엑시머 레이저용 가스를 여기시켜 펄스레이저를 발진시키는 엑시머 레이저장치에 있어서, 상기 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 소정 농도의 크세논가스를 소정량 공급하여 엑시머 레이저출력에 발생하는 버스트현상 및 스파이크현상을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 청구항 1 에 관계하는 발명에서는 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 소정 농도의 크세논가스를 소정량 공급하여 엑시머 레이저출력에 발생하는 버스트현상 및 스파이크현상을 해소시키기 위하여 복잡한 제어를 수반하지 않고 간단히 엑시머 레이저출력을 향상시키고 또 출력을 안정화시킬 수 있다.
또한 청구항 2 에 관계하는 발명은 상기 챔버내에 공급되는 크세논가스를 봉입한 크세논가스봄베와, 상기 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 첨가된 크세논가스의 농도를 검지하는 검지수단과, 상기 검지수단이 검지한 크세논가스의 농도에 근거하여 상기 크세논가스봄베에 봉입한 크세논가스의 상기 챔버로의 공급량을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 청구항 2 에 관계하는 발명에서는 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 첨가된 크세논가스의 농도를 검지하고, 검지한 크세논가스의 농도에 근거하여 크세논가스봄베에 봉입한 크세논가스의 챔버로의 공급량을 제어하기 때문에, 종래의 엑시머 레이저장치에 크세논가스봄베, 검지수단 및 제어수단을 형성시키는 것만으로 간단히 엑시머 레이저출력을 향상시키고 또 출력을 안정화시킬 수 있다.
또한 청구항 3 에 관계하는 발명은 챔버내에 봉입된 엑시머 레이저용 가스를 여기시켜 펄스레이저를 발진시키는 엑시머 레이저장치에서 사용하는 엑시머 레이저용 가스로서, 상기 엑시머 레이저용 가스는 적어도 소정 농도의 크세논가스를 함유하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 청구항 3 에 관계하는 발명에서는 엑시머 레이저용 가스가 할로겐가스 이외에 적어도 소정 농도의 크세논가스를 함유하도록 구성되어 있기 때문에 이 엑시머 레이저용 가스를 챔버내에 공급하는 것만으로 간단히 엑시머 레이저출력을 향상시키고 또 출력을 안정화시킬 수 있다.
그리고 청구항 4 에 관계하는 발명은 상기 엑시머 레이저용 가스가 200 ppm 이하의 크세논가스를 함유하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 도면을 참조하며 설명한다.
도 1 은 본 실시형태에서 사용하는 엑시머 레이저장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
상기 도에 나타낸 엑시머 레이저장치는 챔버 (10) 내에 Ne 등의 버퍼가스, Ar 또는 Kr 등의 희(希)가스, F2등의 할로겐가스 및 크세논 (Xe) 가스로 이루어지는 엑시머 레이저용 가스를 봉입하고 그 엑시머 레이저용 가스를 방전전극간의 방전에 의해 여기시켜 레이저 펄스발진을 실시하는 장치이다.
여기서 이 엑시머 레이저장치는 종래와 같이 버퍼가스 및 할로겐가스 만으로 엑시머 레이저용 가스를 형성하는 것이 아니라 이 엑시머 레이저용 가스에 크세논가스를 첨가한 점에 그 특징이 있다. 이러한 크세논가스를 엑시머 레이저용 가스에 첨가한 이유는 엑시머 레이저출력에 발생하는 버스트현상 및 스파이크현상을 해소시키기 위한 것이다.
상기 도에 나타낸 엑시머 레이저장치는 챔버 (10) 와, 협대역화(狹帶域化) 유니트 (11) 와, 부분 투과미러 (12) 와, Ar/Ne 가스봄베 (13) 와, Ar/Ne/F2가스봄베 (14) 와, Xe 가스봄베 (15) 와, Xe 가스센서 (16) 와, 가스배기모듈 (17) 과, 가스컨트롤러 (18) 를 갖는다.
챔버 (10) 는 Ne 가스, Ar 가스, F2가스 및 Xe 가스를 혼합한 엑시머 레이저용 가스를 봉입하는 봉입매체이고, 협대역화 유니트 (11) 는 발광한 펄스광을 협대역화시키는 유니트이고, 도시하지 않은 프리즘빔 익스팬더 및 그레이팅에 의해 형성된다. 또한 부분 투과미러 (12) 는 발진 레이저광의 일부분만을 투과출력하는 미러이다.
Ar/Ne 가스봄베 (13) 는 아르곤과 네온의 혼합가스를 저장하는 가스봄베이고, Ar/Ne/F2가스봄베 (14) 는 아르곤, 네온 및 불소의 혼합가스를 저장하는 가스봄베이고, Xe 가스봄베 (15) 는 크세논가스를 저장하는 소형의 가스봄베이다.
Xe 가스센서 (16) 는 챔버 (10) 내에 봉입된 엑시머 레이저용 가스에 함유되는 크세논가스 등의 비율을 검지하는 가스센서이고, 가스배기모듈 (17) 은 챔버 (10) 내의 엑시머 레이저용 가스를 외부에 배기하는 모듈이다.
가스컨트롤러 (18) 는 Xe 가스센서 (16) 의 검출출력에 근거하여 Ar/Ne 가스봄베 (13) 로부터 챔버 (10) 로의 Ar/Ne 가스의 공급, Ar/Ne/F2가스봄베 (14) 로부터 챔버 (10) 로의 Ar/Ne/F2가스의 공급, Xe 가스봄베 (15) 로부터 챔버 (10) 로의 크세논가스의 공급, 가스배기모듈 (17) 에 의한 엑시머 레이저용 가스의 배기를 제어하는 컨트롤러이다.
이와 같이 이 엑시머 레이저장치에서는 종래의 엑시머 레이저장치에 소형의 Xe 가스봄베 (15) 를 부가하고, Xe 가스센서 (16) 에서 크세논가스의 비율을 검지하고, 가스컨트롤러 (18) 에서 Xe 가스봄베 (15)로부터 챔버 (10) 로 공급되는 크세논가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있다.
다음으로 이러한 크세논가스를 첨가한 엑시머 레이저용 가스를 사용한 경우의 버스트특성 및 스파이크특성에 관하여 설명한다.
도 2 는 크세논가스를 첨가한 엑시머 레이저용 가스를 사용한 경우의 버스트특성 및 스파이크특성의 일례를 나타낸 도이다. 그리고 여기서는 10 ppm 의 크세논가스를 엑시머 레이저용 가스에 첨가한 경우를 나타내고 있다.
도 2(a) 에 나타낸 바와 같이 크세논가스를 첨가하지 않은 경우에는, 당초의 버스트의 에너지값을 1 로 하면, 버스트회수가 증가할수록 에너지값이 작아지고 결국에는 초기의 4 할 (0.4) 정도로 수렴되는 버스트특성을 갖는다.
반면에, 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우에는, 에너지값이 수렴되는 버스트회수가 적고, 또 버스트회수의 증가에 따라 저하되는 에너지도 적다. 또한 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우의 각 버스트의 에너지값은 상기 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 훨씬 크다.
이와 같이 크세논가스를 10 ppm 첨가하면 상기 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 버스트특성이 대폭 개선된다.
그리고 도 2(b) 에 나타낸 바와 같이 크세논가스를 첨가하지 않은 경우에는 당초의 펄스의 에너지값을 1 로 하면 펄스회수가 증가할수록 에너지값이 작아지고 결국에는 초기의 4 할 (0.4) 정도로 수렴되는 스파이크특성을 갖는다. 때문에 실용적 면에서는 펄스발진이 진행되어 에너지가 수렴되기까지의 스파이크 부분의 펄스는 사용할 수 없다.
반면에, 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우에는 스파이크 부분이 거의 해소되고 에너지값이 매우 신속히 수렴됨과 동시에 에너지값의 편차 (3σ) 도 대폭 개선되고 있다. 또 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우의 각 펄스에너지값은 상기 크세논을 첨가하지 않은 경우보다도 훨씬 크다.
이와 같이 크세논가스를 10 ppm 첨가하면 상기 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 스파이크특성이 대폭 개선된다.
다음으로 도 1 에 나타낸 챔버 (10) 에 봉입하는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 레이저출력의 에너지값 및 그 편차와의 상관관계에 관하여 설명한다.
도 3 은, 도 1 에 나타낸 챔버 (10) 에 봉입하는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 레이저출력의 에너지값 및 그 편차 (3σ) 와의 상관관계를 나타낸 도이다.
상기 도에 나타낸 바와 같이 크세논가스를 첨가하지 않은 경우에는 첨가시의 최대출력인 25 퍼센트 정도의 에너지값밖에 얻을 수 없지만, 이 크세논가스의 첨가량을 서서히 늘리면 (0 ∼ 10 ppm), 그 에너지값이 급속히 증가된다.
구체적으로는 크세논가스의 첨가량을 0 ∼ 2 ppm 첨가하면 출력에너지가 급속히 증가되고, 2 ∼ 10 ppm 의 범위에서는 출력에너지가 대체적으로 평탄해되고, 첨가량이 10 ppm 일 때에 에너지값이 최대가 된다. 그 후, 크세논가스의 첨가량을 계속 늘리면 에너지값이 서서히 저하된다.
또 크세논가스의 첨가량을 서서히 늘리면 (0 ∼ 10 ppm) 에너지값의 편차 (3σ) 가 감소되고 크세논가스의 첨가량이 약 10 ppm 이 되었을 때에 에너지값의 편차가 최소 (약 25 퍼센트) 가 된다. 그 후, 크세논가스의 첨가량을 계속 늘리면 이러한 편차 (3σ) 가 증가된다.
따라서 에너지 효율면 및 에너지의 안정면에서 본 경우에는 약 10 ppm 정도의 크세논가스를 첨가하는 경우가 가장 효율이 좋다. 단, 200 ppm 정도의 크세논가스를 첨가한 경우라도 상기 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 에너지값 및 그 편차가 개선된다.
다음으로 도 1 에 나타낸 챔버 (10) 에 봉입하는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량을 변동시킨 경우의 버스트특성 및 스파이크특성에 관하여 도 4 및 도 5 를 사용하여 설명한다.
도 4 는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 버스트특성과의 상관관계를 나타낸 도이다.
상기 도에 나타낸 바와 같이 크세논가스를 첨가하지 않은 (0 ppm) 경우에는, 버스트회수를 거듭하면 출력광에너지값이 서서히 저하되고 어느 일정한 값으로 수렴되는 버스트특성을 발생시키지만, 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm 또는 100 ppm 의 크세논가스를 첨가한 경우에는 모든 경우에도 출력광에너지가 수렴되기까지의 버스트수가 적어진다.
또 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우에는 그 에너지값이 가장 크고 크세논가스의 첨가량을 늘릴 때마다 각 버스트의 에너지값이 저하된다. 단, 크세논가스를 100 ppm 첨가한 경우라도 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 각 버스트의 에너지값은 크다.
따라서 기본적으로는 크세논가스의 첨가에 의해 버스트특성이 개선되고 약 10 ppm 의 첨가량이 가장 효율이 좋은 것을 알 수 있다.
도 5 는 엑시머 레이저용 가스로의 크세논의 첨가량과 스파이크특성과의 상관관계를 나타낸 도이다.
상기 도에 나타낸 바와 같이 크세논가스를 첨가하지 않은 (0 ppm) 경우에는, 소정수의 펄스를 초과하기까지 에너지값이 서서히 저하되는 스파이크특성을 발생시키지만, 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm 또는 100 ppm 의 크세논가스를 첨가한 경우에는 모든 경우에도 이러한 스파이크특성이 대폭 개선되고 있다.
또 크세논가스를 10 ppm 첨가한 경우에는, 그 에너지값이 가장 크고 크세논가스의 첨가량을 늘릴 때마다 펄스에너지값이 저하된다. 단, 크세논가스를 100 ppm 첨가한 경우라도 크세논가스를 첨가하지 않은 경우보다도 펄스에너지값은 크다.
따라서 기본적으로는 크세논가스의 첨가에 의해 스파이크특성이 개선되고 약 10 ppm 의 첨가량이 가장 효율이 좋은 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시형태에서는 종래의 엑시머 레이저장치에 소형의 Xe 가스봄베 (15) 를 부가하고, Xe 가스센서 (16) 에서 크세논가스의 비율을 검지하여, 가스컨트롤러 (18) 에서 Xe 가스봄베 (15) 로부터 챔버 (10) 로 공급되는 크세논가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있기 때문에 하기에 나타내는 효과를 얻을 수 있다.
(1) 엑시머 출력에 발생되는 버스트현상 및 스파이크현상을 저감시킬 수 있다.
(2) 복잡한 제어를 수반하지 않고 간단히 엑시머 레이저출력을 안정화시킬 수 있다.
(3) 종래의 엑시머 레이저장치를 기본구성으로 엑시머 레이저출력의 안정화를 도모할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 종래의 엑시머 레이저장치에 Xe 가스봄베 (15) 등을 부가하는 것이었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 크세논가스를 첨가한 엑시머 레이저용 가스를 가스봄베에 봉입해두고 이 가스봄베로부터 챔버 (10) 로 엑시머 레이저용 가스를 직접 공급시킬 수도 있다.

Claims (4)

  1. 엑시머 레이저용 가스를 챔버내에 봉입하고 그 챔버내에서 펄스방전을 실시함으로써 상기 엑시머 레이저용 가스를 여기시켜 펄스레이저를 발진시키는 엑시머 레이저장치에 있어서,
    상기 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 소정 농도의 크세논가스를 소정량 공급하여 엑시머 레이저출력에 발생하는 버스트현상 및 스파이크현상을 저감시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버내에 공급되는 크세논가스를 봉입한 크세논가스봄베와,
    상기 챔버내의 엑시머 레이저용 가스에 첨가된 크세논가스의 농도를 검지하는 검지수단과,
    상기 검지수단이 검지한 크세논가스의 농도에 근거하여 상기 크세논가스봄베에 봉입한 크세논가스의 상기 챔버로의 공급량을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저장치.
  3. 챔버내에 봉입된 엑시머 레이저용 가스를 여기시켜 펄스레이저를 발진시키는 엑시머 레이저장치에서 사용하는 엑시머 레이저용 가스로서,
    상기 엑시머 레이저용 가스는 적어도 소정 농도의 크세논가스를 함유하는 것을 특징으로 엑시머 레이저용 가스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저용 가스는 200 ppm 이하의 크세논가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저용 가스.
KR1019990045777A 1998-11-09 1999-10-21 엑시머 레이저 장치 및 엑시머 레이저용 가스 KR100731948B1 (ko)

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