(57)【要約】【課題】レーザチャンバ内の全ガス交換を行う頻度を下げ更に望ましくは全ガス交換を不要にするエキシマレーザ装置および方法を提供する。【解決手段】レーザチャンバ内のレーザガスを、レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、ガス供給装置とガス排気装置を制御する。また、レーザチャンバ内の部分ガス交換を無限に繰返した場合の出力光エネルギー総低下量Ａと、レーザチャンバ内全ガス圧Ｐと、単位時間あたりの出力光エネルギー低下量ｋを用いて前記部分ガス交換量を求める。【選択図】  図２
2006303174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを封入し不純物が時間の経過と共に増加するレーザチャンバと、
前記レーザチャンバ内にレーザガスを供給するガス供給装置と、
前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気するガス排気装置と、
前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御するコントローラと
を備えたエキシマレーザ装置において、  
前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴とするエキシマレーザ装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその５％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその１０％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項５】
レーザチャンバ内のレーザガスを一部交換するレーザガス交換方法において、前記レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するレーザガス交換方法。
【請求項６】
レーザガスを封入し不純物が時間の経過と共に増加するレーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つような部分ガス交換量を求める部分ガス交換量演算方法において、
前記レーザチャンバ内の部分ガス交換を無限に繰返した場合の出力光エネルギー総低下量Ａと、レーザチャンバ内全ガス圧Ｐと、単位時間あたりの出力光エネルギー低下量ｋを用いて前記部分ガス交換量を求めることを特徴とする部分ガス交換量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザチャンバ内の全ガス交換を行う頻度を下げ更に望ましくは全ガス交換を不要にするエキシマレーザ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（レーザガスの劣化とその対策）
エキシマレーザ装置では、レーザチャンバ内にハロゲンガス、稀ガス、バッファガスの混合ガスを封入してレーザ発振を行っている。エキシマレーザ装置の運転に伴って、レーザチャンバ内に封入したハロゲンガスの消費が進み、ハロゲンガス減少がエキシマレーザ出力光エネルギーを低下させる。以下、ハロゲンガスとしてフッ素ガスを用いるＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザを例にとり説明する。
【０００３】
フッ素ガス減少の主な原因は、レーザチャンバ内のフッ素ガスに接する部分がフッ素ガスと反応してフッ化物となることである。また、こうしたフッ化物の生成によるフッ素ガス減少の他にも、Ｏリング等を透過して外気からレーザガス内へ混入する様々な不純物（酸素や水等）が出力光エネルギーを低下させる。
【０００４】
そこで従来、下記の特許文献１は出力光エネルギーの低下防止技術を開示している。その方法を要約すると、レーザ装置の運転に伴い、レーザ出力光エネルギー計測値が目標値よりも下がった場合は、コンデンサの充電電圧値を上げ、また、その充電電圧値が徐々に上昇して予め設定した上限値に達した場合は、レーザチャンバ内へ少量の新規ガスを補給し、次に補給で上昇したガス圧分だけのレーザガスを一部排気するというものである。このように、レーザチャンバ内に少量ガスを補給し、次に一部ガスを排気するガス交換を「部分ガス交換」と称する。なお、部分ガス交換のタイミングとしては、前記充電電圧値以外のパラメータ（例えば特許文献１に記載されるレーザのパルス発振回数等）を利用することもできる。
【０００５】
少量の新規ガス補給は、フッ化物の生成により減少したフッ素ガスを補給して元のフッ素ガス分圧に戻すことである。また、レーザガスの一部排気は、フッ化物とレーザチャンバ内外から混入する不純物を一緒に一部排出することであり、また、レーザチャンバ内の全ガス圧を元の全ガス圧に戻すことでもある。すなわち、部分ガス交換により、レーザガス内の不純物濃度が減り、不純物濃度が減った分に応じたレーザ出力光エネルギーの増加（回復）を図ることができる。したがって、出力光エネルギーの必要レベルを維持しつつ、妥当な充電電圧値の範囲内でエキシマレーザ装置の運転を続けることができる。
【０００６】
（レーザガス制御装置）
図１は上記したレーザガス補給の制御を行うための装置構成である。レーザチャンバ１の内部にはレーザガスが封入されている。ここではＡｒＦエキシマレーザを図示しているため、レーザガスはフッ素ガスとＡｒガスとＮｅガスの混合ガスである。フッ素ガス、Ａｒガス、およびＮｅガスの分圧比（モル濃度比：単位％）をａ：ｂ：ｃとすると、分圧比ａ：ｂ：ｃはたとえば０．１：３．５  ：９６．４である。なお、レーザ動作安定化のために１０ｐｐｍ程度のＸｅガスを更に混入させる場合もある。
【０００７】
電源２は主に充電器とコンデンサと磁気圧縮回路とから構成され、レーザチャンバ１内の図示していない放電電極間へパルス高電圧を供給する。電極間のレーザガスが絶縁破壊する電圧に達すると放電による発光が起こり、レーザ発振が始まる。レーザ発振に伴い、出力レーザ光６がレーザチャンバ１から出射される。
【０００８】
コントローラ３は、レーザの様々な動作パラメータ（レーザチャンバ１内の全ガス圧、出力光エネルギー、発振波長等）を入力し、それらの値に基づくレーザの制御を行う。コントローラ３は電源２に充電器の充電電圧値を指令値として出力する。
【０００９】
レーザチャンバ１内の全ガス圧は圧力モニタ４により検出され、出力光エネルギーは出力モニタ５により検出される。各検出値はコントローラ３へ送信される。
【００１０】
第１ガス供給源７および第２ガス供給源８は、レーザチャンバ１内へ供給するレーザガスが充填されるボンベである。第１ガス供給源７内部のガス分圧比はＦ2：Ａｒ：Ｎｅ＝ｎ×ａ：ｂ：ｃ（ｎ＞１）である。第２ガス供給源８内部のガス分圧比はＡｒ：Ｎｅ＝ｂ：ｃである。各ガス供給源７、８とレーザチャンバ１とはガス配管１０、１２で接続され、各配管の途中にはバルブ９、１１が設けられている。またレーザチャンバ１と排気ポンプ１３はガス配管１３で接続され、配管１４の途中にはバルブ１５が設けられている。
【００１１】
コントローラ３はバルブ９、１１の開閉を制御して部分ガス交換を行う。部分ガス交換では、先ず各ガス供給源７、８から所定量のレーザガスがレーザチャンバ１内へ補給され、その補給により上昇したガス圧分のレーザガスが排気ポンプ１３を利用してレーザチャンバから排気される。
【００１２】
（部分ガス交換の制御例）
図２に部分ガス交換の制御フロー例を示した。先ず、出力光エネルギー目標値Ｅｔ、最適制御充電電圧範囲Ｖmin〜Ｖmax（最小値〜最大値）、パルス発振回数Ｎのしきい値Ｎｐ（部分ガス交換を行うタイミング回数）、１回の部分ガス交換処理で交換するガス量ΔＧを設定する（ステップＳ１）。最適制御充電電圧とは、出力光エネルギーのばらつきが少ない等のレーザ動作条件が安定する電圧範囲であり、実験で定めることができる。
【００１３】
初期の充電電圧Ｖinit（＞Ｖmin）を用いてレーザ発振を開始したら、出力光エネルギーＥ、充電電圧指令値Ｖ、パルス発振回数Ｎをパルス毎に計測する（ステップＳ２）。パルス発振回数Ｎはレーザガスの全交換を行ったとき、又は最新の部分ガス交換時を起算時とする。すなわち、レーザガスの交換を行ったときはＮをクリアして１からカウントし直す。
【００１４】
また、出力光エネルギー計測値Ｅと出力光エネルギー目標値Ｅｔとを比較する（ステップＳ３）。Ｅ＜Ｅｔであれば次のパルス発振で用いる充電電圧値を増加させて出力光エネルギーＥを目標値Ｅｔへ近づける。すなわち、前回のパルス発振時の充電電圧ＶNへエネルギー差（Ｅｔ−Ｅ）に応じた所定レベルの電圧値ΔＶ1＝ｇ×（Ｅｔ−Ｅ）を加えた値を次回のパルス発振で用いる充電電圧ＶN+1とする（ステップＳ４）。ここでｇは比例係数である。Ｅ≒ＥｔであればＶN+1＝ＶNである（ステップＳ５）。Ｅ＞Ｅｔであれば次のパルス発振で用いる充電電圧値を減少させて出力光エネルギーを目標値Ｅｔへ近づける。すなわち、前回のパルス発振時の充電電圧ＶNからエネルギー差（Ｅ−Ｅｔ）に応じた所定レベルの電圧値ΔＶ2＝ｇ×（Ｅ−Ｅｔ）を減算した値を次回のパルス発振で用いる充電電圧ＶN+1とする（ステップＳ６）。また、充電電圧ＶN+1と充電電圧の上限値Ｖmaxが比較され（ステップＳ１０）、ＶN+1＜ＶmaxであればステップＳ２へ戻って同様の処理を繰り返す。ＶN+1≧Ｖmaxになった時点でエキシマレーザ装置の運転が終了する（ステップＳ１１）。その後、たとえばレーザチャンバ内の全ガス交換が行われる。
【００１５】
ステップＳ３〜ステップＳ１１の出力光エネルギー制御と並行して、計測したパルス発振回数Ｎとしきい値Ｎｐとを比較する（ステップＳ７）。Ｎ＜ＮｐであればステップＳ２へ戻って同様の制御を繰り返す。Ｎ＝Ｎｐであれば、図１の説明で述べた部分ガス交換制御を行い（ステップＳ８、ステップＳ９）、ステップＳ２へ戻って同様の制御を繰り返す。
【００１６】
パルス発振回数Ｎが増せばレーザガス中のフッ素ガス濃度が低下し、かつ不純物濃度が増すため出力光エネルギー目標値Ｅｔを維持するために必要な充電電圧は徐々に上昇する。部分ガス交換を行わなければ充電電圧指令値Ｖは上限値Ｖmaxに達し、その時点でレーザガスの全交換を行う。すなわち、部分ガス交換は、充電電圧指令値Ｖが上昇し、上限値Ｖmaxに達する前に、フッ素ガスの分圧比を元の値まで上げ、且つレーザチャンバ内に発生した不純物の一部を排出して充電電圧指令値Ｖを下げることによりレーザガス全交換頻度を下げる制御である。それでも不純物は完全排出されないのでいずれは充電電圧指令値Ｖが上限値Ｖmaxに達し、レーザガスの全交換を行わねばならない。
【００１７】
ここで第１ガス供給源７、第２ガス供給源８内部のガス混合比の意味を説明しておく。レーザチャンバ１内の分圧比ａ：ｂ：ｃは、レーザが良好に動作する範囲に基づいて決めている。良好な動作とは、出力光エネルギーが高い（発振効率が高い）、出力光エネルギーのばらつきが小さい、半導体露光用狭帯域エキシマレーザの発振スペクトル幅が狭い等を意味する。
【００１８】
第１ガス供給源７の混合ガスのハロゲンガス 、稀ガス 、バッファガス の分圧比がｎ×ａ：ｂ：ｃ（ｎ＞１）、第２ガス供給源８の混合ガスの稀ガス 、バッファガス の分圧比がｂ：ｃであるため、両ガス供給源７、８のガスをいかなる比率でレーザチャンバ１内へ補給しても、レーザチャンバ１内の稀ガス 、バッファガス の分圧比はｂ：ｃのまま維持される。また、第１ガス供給源７内部にはレーザチャンバ１内部のフッ素ガス分圧比の目標値ａよりも高濃度のフッ素ガスｎ×ａ（ｎ＞１）が存在するので両ガス供給源７、８からのガス供給比率を調整することでレーザチャンバ１内フッ素ガス分圧比を目標値ａに近づけることができる。この供給比率は、フッ素ガス分圧比を直接計測して足りない分から求めてもよいし、パルス発振回数Ｎとフッ素ガス減少量との相関関係を予め計測してそこから求めてもよい。
【特許文献１】特許第２７０１１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献１に開示された部分ガス交換の場合、部分ガス交換をレーザ発振動作中に行うことができるので、半導体露光処理を中断する必要がなく、また新規ガス補給をすることでレーザガス全交換頻度を下げることができる。
【００２０】
しかしながら、特許文献１の場合、充電電圧指令値Ｖが上限値Ｖmaxに達した時点でレーザガスの全交換を行っていた。レーザガスの全交換はレーザ発振動作を完全に止めるため例えば半導体露光処理を中断し、生産のスループットを下げるという問題がある。
【００２１】
本願発明は、以上の問題点を鑑みてなされたものであって、レーザチャンバ内の全ガス交換を行う頻度を下げ更に望ましくは全ガス交換を不要にするエキシマレーザ装置および方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
以上のような目的を達成するために、第１発明のエキシマレーザ装置においては、レーザガスを封入し不純物が時間の経過と共に増加するレーザチャンバと、前記レーザチャンバ内にレーザガスを供給するガス供給装置と、前記レーザチャンバ内のレーザガスを排気するガス排気装置と、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御するコントローラとを備えたエキシマレーザ装置において、前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴としている。
【００２３】
第２発明は、第１発明において、前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴としている。
【００２４】
第３発明は、第１発明において、前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその５％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴としている。
【００２５】
第４発明は、第１発明において、前記コントローラは、前記レーザチャンバ内のレーザガスを、前記レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその１０％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御することを特徴としている。
【００２６】
第５発明は、レーザチャンバ内のレーザガスを一部交換するレーザガス交換方法において、前記レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換することを特徴としている。
【００２７】
第６発明は、レーザガスを封入し不純物が時間と共に増加するレーザチャンバ内の不純物量を一定にするような部分ガス交換量において、前記レーザチャンバ内の部分ガス交換を無限に繰返した時の出力光エネルギー低下量Ａ、レーザチャンバ内全ガス圧Ｐ、および単位時間あたりの出力光エネルギー低下量ｋを用いて前記部分ガス交換量を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
第１発明乃至第４発明によれば、レーザチャンバ内の不純物量を略一定あるいは略一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換するように、前記ガス供給装置と前記ガス排気装置を制御したので、全ガス交換を不要あるいは全ガス交換頻度を低下させることができる。そのため、例えば半導体露光処理における生産のスループットが向上する。
【００２９】
第５発明によれば、レーザチャンバ内の不純物量を一定以下に保つようなガス交換量にて部分ガス交換しているので、レーザガスの全ガス交換を不要あるいは全ガス交換頻度を低下させることができる。そのため、例えば半導体露光処理における生産のスループットが向上する。
【００３０】
第６発明によれば、レーザチャンバ内の不純物量を一定にするような、しかもエキシマレーザ装置の出力光エネルギーに許容される部分ガス交換量で部分ガス交換を行うことができるので、全ガス交換を行うことなく、出力光エネルギーを長期間にわたって安定に保つことが可能となる。また、交換するガス量を、レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス量に設定できるので、部分ガス交換前後のレーザ光の各種パラメータの変動差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
レーザチャンバ内の不純物量の増加量と出力光エネルギー低下量がほぼ比例していることが推定できる。本願発明はこの推定を前提としている。そこでまず、従来から用いられている部分ガス交換において、どのようにレーザチャンバ内の不純物量が変化するか、言い換えればどのように出力光エネルギーが低下するかについて定量的な考察を行った結果について説明する。
【００３３】
本願発明で用いるガス制御装置は図１に示す従来の装置を利用する。また、部分ガス交換制御フローは図２に示す従来の方法と基本的に同じである。従来の方法と異なるところは、図２のステップＳ８で行われるガス補給におけるガス交換量ΔＧである。
【００３４】
以下において、部分ガス交換量ΔＧについて詳細に説明する。
【００３５】
まず、説明に必要なパラメータを以下のように定義しておく。  
Ｐｓ：レーザチャンバ１内の全ガス圧（Ｐａ）
Ｐｒ：部分ガス交換のために少量のレーザガスを補給した直後のレーザガス全圧と上記Ｐｓとの差圧（Ｐａ）
ｋ  ：エネルギー低下係数（ｍＪ／hour）
α  ：部分ガス交換の時間間隔（hour）
図２において、ステップＳ８のガス補給を実行する直前における、出力光エネルギーをほぼ目標値Ｅｔに維持するための充電電圧がＶinit＋ΔＶであり、そのときに充電電圧を下げてＶinitとしたときの出力光エネルギーがＥｔ−ΔＥgdであるとする。つまりステップＳ８の処理を行う直前には、レーザガス中のフッ素ガス分圧減少と不純物増加により、出力光エネルギーがΔＥgdだけ低下している。
【００３６】
ステップＳ８のガス補給により、レーザチャンバ１内のガス圧はＰｓからＰｓ＋Ｐｒに増加する。次にステップＳ９の一部ガス排気により、レーザチャンバ１内のガス圧を再び元の全ガス圧Ｐｓへ戻している。ステップ８、９の処理を行うことで、ガス排気処理直後のレーザチャンバ１内の不純物量はガス排気直前の不純物量のＰｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）倍に減少する。また、ガス供給比率を調整した部分ガス交換を行っているので、レーザチャンバ１内フッ素ガス分圧比は目標値ａに近づいている。
【００３７】
以上のように、部分ガス交換によりフッ素ガス分圧を元の分圧ａに戻すことができる。そこで、以下においては、説明を簡単にするために部分ガス交換直前直後のフッ素ガス分圧が変化していない（フッ素ガスは減少しない）と仮定する。
【００３８】
レーザチャンバ１内のレーザガスを新規に全ガス交換し、エキシマレーザ装置を運転するに際に、部分ガス交換直前直後の充電電圧をいずれもＶinitとする。また、最初に行う部分ガス交換直前の出力光エネルギー低下量をΔＥ０とし、最初に行った部分ガス交換直後の出力光エネルギー低下量をΔＥ１とする。
【００３９】
先に仮定したように出力光エネルギーはレーザチャンバ１内に存在する不純物量に比例して低下するので、これらのパラメータ間には（１）式の関係が成立する。
【００４０】
ΔＥ１＝ΔＥ０×Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）      （１）
ここで前記定義したパラメータを用いて最初の部分ガス交換直前までの出力光エネルギー低下量ΔＥ０を表すと（２）式が成立する。
【００４１】
ΔＥ０＝ｋ×α        （２）
したがって、（１）式は（３）式に変形できる。
【００４２】
ΔＥ１＝ｋ×α×Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）      （３）
レーザチャンバ１内の不純物増加速度がほぼ一定と仮定すると、最初の部分ガス交換直後から第２回目の部分ガス交換直前までの出力エネルギー低下量もまた、（２）式で表される。よって、第２回目の部分ガス交換直前までの出力光エネルギー低下総量ΔＥ１′は、（２）式と（３）式を加算した（４）式で表される。
【００４３】
ΔＥ１′＝ｋ×α＋ｋ×α×Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）
＝ｋ×α（１＋Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ））        （４）
部分ガス交換を行うとレーザチャンバ１内の不純物量は排気前の（Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）倍になるため、これを（４）式に乗じて第２回目の部分ガス交換直後における出力光エネルギー低下量ΔＥ２が（５）式で表される。なお、式を簡単にするために、Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）＝βとする。
【００４４】
ΔＥ２＝（ｋ×α（１＋Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ））×Ｐｓ／（Ｐｓ＋Ｐｒ）
＝ｋ×α×（β＋β２）        （５）
以後同様に計算を繰返し、ｎ回目の部分ガス交換直後の出力光エネルギー低下総量ΔＥｎは（６）式となる。
【００４５】
ΔＥｎ＝ｋ×α×（β＋β２＋β３＋・・・＋βｎ）
＝ｋ×α×β／（１−β）×（１−βｎ）        （６）
ここで、部分ガス交換を無限回繰り返した場合の出力光エネルギー低下総量を計算する。（６）式において、ｎを無限大（∞）とし、そのときのΔＥ∞をＡとすると、０＜β＜１であるから、（６）式は（７）式となる。
【００４６】
Ａ＝ｋ×α×β／（１−β）        
＝ｋ×α×Ｐｓ／Ｐｒ        （７）
すなわち、部分ガス交換を繰り返すと、出力光エネルギー低下総量は（７）式で表される極限値Ａに近づき、それ以上は低下しない。（７）式によれば、極限値Ａは、部分ガス交換の時間間隔αに比例して大きくなり、部分ガス交換量Ｐｒに反比例して大きくなる。
【００４７】
したがって、充電電圧を上昇させることによって、（７）式で表される出力光エネルギー低下総量Aを補償し、出力光エネルーを目標値Ｅｔに維持するために必要な充電電圧が最適制御充電電圧範囲の上限であるＶmax以下の値に維持されるのであれば、レーザガスの全交換は不要となる。
【００４８】
次に、上記計算結果および考察結果に基づき、レーザガスの全交換を不要とする部分ガス交換量を具体的に演算する方法について説明する。
【００４９】
上記した部分ガス交換量Pｒは一定の時間間隔α（hour）におけるガス交換量である。単位時間あたりの部分ガス交換量ｘを求めておけば、所定時間間隔における部分ガス交換量は簡単に求めることができる。よって、以下においては単位時間あたりの部分ガス交換量ｘを中心にして説明する。
【００５０】
単位時間あたりの部分ガス交換量ｘは、部分ガス交換量Prを部分ガス交換の時間間隔αで割った値であるから、（７）式を用いて、
ｘ＝Pｒ／α        
＝ｋ×Pｓ／A        （８）
と表される。
【００５１】
（８）式によれば、単位時間あたりの部分ガス交換量は、エネルギー低下係数ｋおよび出力光エネルギー低下総量Aから求めることができる。なお、（７）式によれば、出力光エネルギー低下総量Ａは部分ガス交換の時間間隔αと部分ガス交換量Ｐｒをパラメータとして任意の値に設定できるが、実際のエキシマレーザ装置では、出力光エネルギー低下総量Ａは自由に取れず許容値がある。
【００５２】
以下に、エネルギー低下係数ｋおよび許容される出力光エネルギー低下総量Aを求める手順について説明する。
【００５３】
（エネルギー劣化係数ｋの求め方）
レーザチャンバ１内にレーザガスを封入した直後、又は部分ガス交換直後にレーザ発振を行い、そのときの出力光エネルギーの目標値Ｅｔを得るための充電電圧Ｖｓを記憶する。次に、レーザ発振させずに所定の時間ｄＴ（例えば１６時間）放置する。時間が経過するに伴って、レーザチャンバ１内部の部品や外気から不純物がレーザガス内へ混入する。所定時間ｄＴ経過後、レーザ発振を行い、充電電圧を前記Ｖｓとした場合の出力光エネルギーＥを計測し、メモリに記憶させる。レーザチャンバ１内の不純物量が増加したことにより、常にＥｔ＞Ｅとなっている。
【００５４】
以上の記憶値を用いて、エネルギー劣化係数ｋは以下の（９）式で求めることができる。
【００５５】
ｋ＝（Ｅｔ−Ｅ）／ｄＴ        （９）
（許容される出力光エネルギー低下総量Ａの求め方）
許容される出力光エネルギーＡを求めるために、まず次のパラメータを定義しておく。
【００５６】
Ｅmax  ：エキシマレーザ装置が出力可能な最大出力光エネルギー
Ｅdown ：レーザガス劣化以外の要因（狭帯域モジュール等の光学素子の劣化）による出力光エネルギー低下量
±Δｅ ：出力光エネルギーの目標値Ｅｔの可変範囲
ここで、Ｅmaxは、レーザガスを許容最大圧力までレーザチャンバ１内へ封入し、充電電圧を許容される最大値Ｖmaxとした場合に出力される光エネルギー値である。
【００５７】
Ｅdownは、光学素子の劣化による光の反射又は透過率の低下から生じるレーザ発振効率の低下分である。Ｅdownが大きくなった場合は光学素子を新品へ交換する必要がある。
【００５８】
±Δｅは、目標値Ｅｔが常に一定ではないためある程度の可変範囲を持つ必要があること、及び所定パルス数の総照射光量を一定にするために個々のパルス光エネルギーを上下させる必要があることからマージンとして設定したものである。
【００５９】
エキシマレーザ装置の可能な最大出力エネルギーＥmaxから、ガス制御に関係なく発生する出力光エネルギー低下分（Ｅdown）および目標値Ｅｔのマージン分（Δｅ）を差し引いた残りが、部分ガス交換制御によって制御可能な出力光エネルギー低下総量の最大許容値である。
【００６０】
そこでこの制御可能な出力光エネルギー低下総量の最大許容値Ａmaxを以下の（１０）式で定義する。
【００６１】
Ａmax＝Ｅmax−Ｅdown―ΔＥ      （１０）
（８）式へ、（９）式および（１０）式を代入して以下の（１１）式を得ることができる。
【００６２】
ｘ＝Ｐｒ／α＝ｋ×Ｐｓ／Ａmax
＝（（Ｅｔ−Ｅ）／ｄＴ）×Ｐｓ／（Ｅmax−Ｅdown−Δｅ）        （１１）
（１１）式に基づく部分ガス交換制御を行えば、出力光エネルギー低下総量が許容値であるため、常に出力光エネルギーを目標値Ｅｔに制御でき、レーザガスの全交換を不要とすることができる。また、レーザ発振器の機差等によりレーザガス全交換を要する場合でも、レーザガスの全交換頻度を下げることができる。また、（１０）式で演算したＡmaxを用いることで、時間あたりの部分ガス交換量ｘの下限の値でガス交換できるので、部分ガス交換前後の各種パラメータの変動を抑制することができる。
【００６３】
なお、エキシマレーザ装置において、（１１）式に基づく部分ガス交換制御を行う場合、部分ガス交換を行うタイミングも重要である。レーザチャンバ１内のレーザガス状態を急速に変化させると、出力光の中心波長やスペクトル幅が急に変化したり、出力光エネルギーが急に大きくなるため、充電電圧を急速に下げるフィードバック制御が作用し、これがまた前記中心波長やスペクトル幅の急変に寄与したりする不具合が発生するおそれがある。
【００６４】
このような不具合を回避するために、（１１）式から算出した部分ガス交換量ｘを用いて、一回あたりの部分ガス交換量を減らすとともに、部分ガス交換頻度を上げることが望ましい。
【００６５】
図３は、時間あたりの部分ガス交換量ｘに基づいて部分ガス交換を行った場合のレーザガスチャンバ内の不純物量の変化を示す模式図である。なお、図では部分ガス交換前後に生じる微小変化等について平均した態様で描いてある。
【００６６】
図３において、横軸は部分ガス交換回数ｎであり、縦軸はレーザチャンバ内の不純物量Ｃである。レーザチャンバ内の不純物の増加量は部分ガス交換回数ｎが小さいときは大きいが、その増加量は部分ガス交換を行う毎に減少し（領域イ）、部分ガス交換を多数回繰り返したあとは略一定の不純物量Ｃ１で飽和する（領域ロ）。よって、多数回数部分ガス交換を繰り返したあとの出力光エネルギー低下量は、不純物量Ｃに応じた略一定の出力光エネルギー低下量となる。また出力光エネルギーが略一定であるので充電電圧値も略一定値となる。
【００６７】
なお、図３において、部分ガス交換を多数回繰り返したあとのレーザチャンバ内の不純物量Ｃは略一定値Ｃ１となっているが、場合によっては、レーザチャンバ内の不純物量Ｃをさらに下げてもよい。それには時間あたりの部分ガス交換量ｘを増加させればよい。しかし、部分ガス交換量の増加はレーザチャンバ１内のレーザガス状態を急速に変化させることになるので、それを回避するために、レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその１０％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換することが好ましい。また、レーザチャンバ内の不純物量を略一定に保つようなガス交換量とその５％増しのガス交換量の間のガス交換量にて部分ガス交換することがさらに好ましい。
【００６８】
以上説明したように、本願発明のエキシマレーザ装置によれば、レーザチャンバ内の全ガス交換を行う頻度を下げ更に望ましくは全ガス交換を不要にすることができる。
【００６９】
また、本願発明の方法で求めた部分ガス交換量を部分ガス交換に適用することで、レーザガスの全交換を行うことなく、常に出力光エネルギーを目標値Ｅｔに制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本願発明を説明するためのエキシマレーザ装置の概念図である。
【図２】本願発明を説明するための部分ガス交換方法の工程図である。
【図３】レーザチャンバ内不純物の変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１        レーザチャンバ
２        電源
３        コントローラ
４        圧力モニタ
５        出力モニタ
７        第１ガス供給源
８        第２ガス供給源
１３      排気ポンプ
【図１】
2006303174.tif 000003
【図２】
2006303174.tif 000004
【図３】
2006303174.tif 000005