(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ2レーザ又はＡｒ2レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度微量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置において、
前記チャンバ内に紫外線レーザ用ガスを供給する紫外線レーザ用ガス供給手段と、
前記チャンバからガスを排気するガス排気手段と、
前記チャンバ内に高濃度のキセノンガスを供給するキセノンガス供給手段と、
前記チャンバ内にキセノンガスを供給するタイミングを判断すると共に、前記紫外線レーザ用ガス供給手段と前記ガス排気手段と前記キセノンガス供給手段を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、
前記チャンバ内にキセノンガスを供給するタイミングが到来したと判断した場合に、前記ガス排気手段を制御して前記チャンバから紫外線レーザ用ガスを排気し、その後前記キセノンガス供給手段を制御して前記チャンバにキセノンガスを供給し、その後前記ガス排気手段を制御して前記チャンバからキセノンガスを排気し、その後前記紫外線レーザ用ガス供給手段を制御して前記チャンバに紫外線レーザ用ガスを供給すること
を特徴とする紫外線レーザ装置。
【請求項２】
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ2レーザ又はＡｒ2レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度微量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置のキセノンガス添加方法において、
前記チャンバから紫外線レーザ用ガスを排気し、その後前記チャンバに高濃度のキセノンガスを供給し、その後前記チャンバからキセノンガスを排気し、その後前記チャンバに紫外線レーザ用ガスを供給するガス制御工程と、
前記チャンバ内を加熱し、前記ガス制御工程によって前記チャンバの内壁面に吸着したキセノンガスを剥離させて紫外線レーザ用ガスに添加するキセノン添加工程と、を含むこと
を特徴とする紫外線レーザ装置のキセノンガス添加方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線レーザ用ガスをチャンバ内に封入し、このチャンバ内でパルス発振を行うことにより紫外線レーザ用ガスを励起してパルスレーザを発振する紫外線レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エキシマレーザ装置などの紫外線レーザ装置を光源とする半導体露光装置では、露光とステージ移動を交互に繰り返して半導体ウエハ上のＩＣチップの露光を行うため、紫外線レーザ装置は、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返すバースト運転を行っている。
【０００３】
ところが、かかるバースト運転を行うと、エネルギーが次第に低下するバースト特性やスパイク特性が生じ、エキシマレーザ装置が出力するレーザ出力にバーストごとのエネルギー変動が生じ、結果的に露光量のばらつきを招くという問題があった。
【０００４】
このため、本発明の出願人は、特願平１１−２３７０９号において、チャンバ内の紫外線レーザ用ガスに微量のキセノンガスを添加することにより、かかるバースト特性及びスパイク特性に起因する露光量のばらつきを改善する技術を提案している。
【０００５】
このように、かかる先行技術では、紫外線レーザ用ガスに添加したキセノンガスの含有量をキセノンガスセンサで検知し、チャンバ内のキセノンガスの濃度を一定に維持することにより、バースト特性とスパイク特性を改善している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キセノンガスセンサで常時チャンバ内のキセノンガスの濃度を一定に維持するためには、ガスコントローラによる微妙なガス供給制御が必要となるため、キセノンガスの供給に係わる処理が複雑化する。
【０００７】
もともと、かかるガスコントローラは、複数のガスボンベを用いた紫外線レーザ用ガスの供給制御を行わねばならないので、このガスコントローラにキセノンガスに係わる複雑な供給制御を強いるのは効率的ではない。
【０００８】
これらのことから、キセノンガスの供給に係わるガスコントローラの処理をいかに簡素化するかが極めて重要な課題となっている。
【０００９】
そこで、本発明では上記課題を解決し、紫外線レーザ用ガスにキセノンガスを添加してパルスレーザ発振を行う場合に、このキセノンガスの添加を簡易に行うことができる紫外線レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため、本発明は、
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ2レーザ又はＡｒ2レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度微量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置において、
前記チャンバ内に紫外線レーザ用ガスを供給する紫外線レーザ用ガス供給手段と、
前記チャンバからガスを排気するガス排気手段と、
前記チャンバ内に高濃度のキセノンガスを供給するキセノンガス供給手段と、
前記チャンバ内にキセノンガスを供給するタイミングを判断すると共に、前記紫外線レーザ用ガス供給手段と前記ガス排気手段と前記キセノンガス供給手段を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、
前記チャンバ内にキセノンガスを供給するタイミングが到来したと判断した場合に、前記ガス排気手段を制御して前記チャンバから紫外線レーザ用ガスを排気し、その後前記キセノンガス供給手段を制御して前記チャンバにキセノンガスを供給し、その後前記ガス排気手段を制御して前記チャンバからキセノンガスを排気し、その後前記紫外線レーザ用ガス供給手段を制御して前記チャンバに紫外線レーザ用ガスを供給すること
を特徴とする。
また本発明は、
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ2レーザ又はＡｒ2レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度微量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置のキセノンガス添加方法において、
前記チャンバから紫外線レーザ用ガスを排気し、その後前記チャンバに高濃度のキセノンガスを供給し、その後前記チャンバからキセノンガスを排気し、その後前記チャンバに紫外線レーザ用ガスを供給するガス制御工程と、
前記チャンバ内を加熱し、前記ガス制御工程によって前記チャンバの内壁面に吸着したキセノンガスを剥離させて紫外線レーザ用ガスに添加するキセノン添加工程と、を含むこと
を特徴とする。
【００１１】
このように、本発明では、チャンバ内の内壁面に吸着させたキセノンガスが紫外線レーザ装置のパルス発振とともに紫外線レーザ用ガスに添加されることにより、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を解消するため、キセノンガスを常時一定量添加するための厳密な制御を伴うことなく簡単に紫外線レーザ出力を向上させ、出力を安定化させることができる。
【００１３】
このように、本発明では、キセノンガスの流入及び排気のみによってチャンバの内壁面にキセノンガスを吸着させることとしたので、より簡易かつ効率良くキセノンガスをチャンバの内壁面に吸着させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、本発明をエキシマレーザ装置に適用した場合について説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係わるエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
同図に示すエキシマレーザ装置は、従来のようにチャンバ１０内のキセノンガスの含有量をＸｅガスセンサー１６で常時把握してキセノンガスの供給量を微調整するのではなく、事前にチャンバ１０の内壁面にキセノンガスを吸着させ、この内壁面から剥離したキセノンガスをエキシマレーザ用ガスに添加するよう構成している。
【００１７】
具体的には、このエキシマレーザ装置では、キセノン及びヘリウムからなる高濃度の混合ガスをチャンバ１０内に流入し、所定時間後にこれを排気する処理（以下「フラッシュ」と言う。）を行うことにより、キセノンガスをチャンバ１０の内壁面に吸着させている。
【００１８】
なお、かかるキセノンガスは、チャンバ１０に吸着しやすい性質を有するため、基本的には常温常圧下でチャンバ１０内にキセノンガスを流入及び排気すれば、該キセノンガスをチャンバ１０の内壁面に吸着することができるが、フラッシュ回数を減らすために比較的高濃度のキセノンガスをチャンバ１０内に流入することが望ましい。またはチャンバ１０の壁温度を低下させてキセノンガスを吸着させ易くすることもできる。
【００１９】
同図に示すエキシマレーザ装置は、チャンバ１０と、狭帯域化ユニット１１と、部分透過ミラー１２と、Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３と、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４と、Ｘｅ／Ｈｅガスボンベ１５と、Ｘｅガスセンサー１６と、ガス排気モジュール１７と、ガスコントローラ１８とを有する。
【００２０】
チャンバ１０は、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｆ2  ガス及びＸｅガスを混合したエキシマレーザ用ガスを封入する封入媒体であり、狭帯域化ユニット１１は、発光したパルス光を狭帯域化するユニットであり、図示しないプリズムビームエキスパンダやグレーティングにより形成される。また、部分透過ミラー１２は、発振レーザ光の一部分のみを透過出力し、残りをチャンバ１０内へ戻すミラーである。
【００２１】
Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３は、アルゴンとネオンの混合ガスを蓄えるガスボンベであり、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４は、アルゴン、ネオン及びフッ素の混合ガスを蓄えるガスボンベであり、Ｘｅ／Ｈｅガスボンベ１５は、キセノン及びヘリウムの混合ガスを蓄える小型のガスボンベであり、従来もガス交換後に不純物パージを目的としたフラッシュに用いていたＨｅガスのボンベ中にキセノンガスを添加したものである。なお、Ｘｅ／Ｈｅガスボンベ１５はキセノンガスのみを蓄えるガスボンベとすることもできる。
【００２２】
Ｘｅガスセンサー１６は、チャンバ１０内に封入されたエキシマレーザ用ガスに含まれるキセノンガス等の濃度を検知するガスセンサーであり、ガス排気モジュール１７は、チャンバ１０内のエキシマレーザ用ガスを排気するモジュールである。
【００２３】
ガスコントローラ１８は、Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅガスの供給と、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスの供給と、ガス排気モジュール１７によるエキシマレーザ用ガスの排気を制御するコントローラである。
【００２４】
また、このガスコントローラ１８は、Ｘｅガスセンサー１６の検知出力に応答して常時微量のキセノンガスをチャンバ１０内に流入制御するわけではなく、一定周期ごとにチャンバ１０内をキセノンガスでフラッシュすることにより、チャンバ１０の内壁面にキセノンガスを吸着させるよう制御する。
【００２５】
このように、このエキシマレーザ装置では、従来のエキシマレーザ装置に小型のＸｅ／Ｈｅガスボンベ１５を付加し、ガスコントローラ１８によってチャンバ１０をキセノンガスでフラッシュすることにより、キセノンガスをチャンバ１０の内壁面に吸着させるよう構成している。
【００２６】
なお、かかるチャンバ１０の内壁面にキセノンガスが吸着すると、レーザ発振に伴う熱によってキセノンガスを内壁面から順次剥離し、エキシマレーザ用ガスに該キセノンガスを添加することが可能となる。
【００２７】
次に、かかるキセノンガスを添加したエキシマレーザ用ガスを用いた場合のバースト特性及びスパイク特性について説明する。
【００２８】
図２は、キセノンガスを添加したエキシマレーザ用ガスを用いた場合のバースト特性及びスパイク特性の一例を示す図である。なお、ここでは１０ｐｐｍ程度のキセノンガスがチャンバ１０の内壁面から剥離してエキシマレーザ用ガスに添加された場合を示している。
【００２９】
同図（ａ）に示すように、キセノンガスを添加しない場合には、当初のバーストのエネルギー値を１とすると、バースト回数が増えるほどエネルギー置が小さくなり、やがて初期の４割（０．４）程度に収束するというバースト特性を有する。
【００３０】
これに対して、チャンバ１０の内壁面から１０ｐｐｍ程度のキセノンガスが剥離した場合には、エネルギー値が収束するバースト回数が少なくなり、またバースト回数の増加に伴って低下するエネルギーも少なくなる。さらに、キセノンガスを１０ｐｐｍ添加した場合の各バーストのエネルギー値は、該キセノンガスを添加しない場合よりもはるかに大きい。
【００３１】
このように、１０ｐｐｍ程度のキセノンガスがチャンバ１０の内壁面から剥離すると、該キセノンガスを添加しない場合よりもバースト特性が大幅に改善される。
【００３２】
また、同図（ｂ）に示すように、キセノンガスを添加しない場合には、当初のパルスのエネルギー値を１とすると、パルス回数が増えるほどエネルギー値が小さくなり、やがて初期の４割（０．４）程度に収束するというスパイク特性を有する。このため、実用上は、パルス発振が進行してエネルギーが収束するまでのスパイク部分のパルスは使用できない。
【００３３】
これに対して、チャンバ１０の内壁面から剥離したキセノンガスが１０ｐｐｍ程度添加された場合には、スパイク部分がほとんど解消され、エネルギー値が極めて迅速に収束し、エネルギー値のばらつきも大幅に改善される。また、キセノンガスが１０ｐｐｍ程度添加された場合の各パルスエネルギー値は、該キセノンガスを添加しない場合よりもはるかに大きい。
【００３４】
なお、図２から明らかなように、かかるバースト特性及びスパイク特性は、１０ｐｐｍ程度のキセノンガスが添加された場合にのみ有効となるものではなく、添加されるキセノンガスが１０ｐｐｍ以下の場合や１０ｐｐｍ以上の場合であっても有効である。
【００３５】
換言すると、このキセノンガスの添加量が多少変動した場合であっても、バースト特性及びスパイク特性が大幅に改善されることから、本実施の形態では、フラッシュによるチャンバ１０の内壁面へのキセノンガスの吸着という態様を採用しているのである。
【００３６】
次に、図１に示すエキシマレーザ装置の動作時の処理工程について図３を用いて説明する。
【００３７】
図３は、キセノンガスによるフラッシュのタイミングをエキシマレーザ用ガスの交換回数によって制御する場合のフローチャートである。なお、開始前にキセノンガスでチャンバ１０内をフラッシュした後バッファガス及びハロゲンガスを供給しておくこととする。
【００３８】
同図に示すように、まず最初にレーザ発振を行い（ステップＳ３１）、出力レーザ光を用いた半導体露光などを行ったならば、ガス交換すべきか否かを判定し（ステップＳ３２）、ガス交換をする必要がない場合にはステップＳ３１に移行して同様の処理を繰り返す。
【００３９】
これに対して、ガス交換を行う必要がある場合には、レーザ発振を停止してガス交換回数をインクリメントし（ステップＳ３３〜Ｓ３４）、このガス交換回数をあらかじめ設定した所定の設定回数と比較する（ステップＳ３５）。
【００４０】
その結果、ガス交換回数が設定回数以下の場合には、そのままステップＳ３８に移行し、逆にガス交換回数が設定回数を超えた場合には、チャンバ１０内をキセノンガスによってフラッシュした後（ステップＳ３６）、このガス交換回数を初期化してガス交換を行う（ステップＳ３８）。
【００４１】
上記一連の処理を処理を終了するまで繰り返す（ステップＳ３９）ことにより、ガス交換回数に基づいてエキシマレーザ用ガスへキセノンガスを効率良く添加することができる。
【００４２】
次に、チャンバ１０内のキセノンガス濃度によってフラッシュを行う時期を制御する場合について説明する。
【００４３】
図４は、チャンバ１０内のキセノンガス濃度によりフラッシュを制御するフローチャートである。なおここでも、開始前にキセノンガスでチャンバ１０内をフラッシュした後バッファガス及びハロゲンガスを供給しておくこととする。
【００４４】
同図に示すように、まず最初にレーザ発振を行なったならば（ステップＳ４１）、キセノンガス濃度とあらかじめ設定した所定の設定許容値とを比較する（ステップＳ４２）。
【００４５】
そして、キセノンガス濃度が設定許容値以上である場合には、ガス交換をする必要があるか否かを判断し（ステップＳ４３）、ガス交換を行う必要がある場合にはステップＳ４１に移行する。一方、ガス交換を行う必要がない場合には、レーザ発振を停止してガス交換を行う（ステップＳ４４〜Ｓ４５）。
【００４６】
これに対して、ステップＳ４２においてキセノンガス濃度が許容設定値よりも小さい場合には、レーザ発振を停止し（ステップＳ４６）、チャンバ１０内をフラッシュした後に（ステップＳ４９）、ガス交換を行う（ステップＳ４５）。
【００４７】
上記一連の処理を処理を終了するまで繰り返す（ステップＳ４８）ことにより、キセノンガス濃度に基づいてエキシマレーザ用ガスへキセノンガスを効率良く添加することができる。
【００４８】
上述してきたように、本実施の形態では、エキシマレーザ装置にＸｅ／Ｈｅガスボンベを付加し、チャンバ１０内をキセノンとヘリウムの混合ガスでフラッシュするとともに、チャンバ１０の内壁面に吸着したキセノンガスを剥離してエキシマレーザ用ガスに添加するよう構成したので、ガスコントローラ１８による処理を簡素化しつつ、エキシマレーザ用ガスにキセノンガスを効率良く添加することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、チャンバ１０の内壁面からキセノンガスを剥離する際に、レーザ発振に伴う熱のみを用いた場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、チャンバ１０にヒータ１９を配設し、このヒータ１９の供給する熱量を用いて、より効率良くキセノンガスを剥離することもできる。
【００５０】
また、本実施の形態では、ハロゲンガスを含むエキシマレーザ用ガスを用いた場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハロゲンガスを含まないエキシマレーザ用ガスなどの各種紫外線レーザ装置に幅広く適用することができる。
【００５１】
例えば、半導体露光用の紫外線レーザの代表的なものとして、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）、Ｋｒ2（１４６ｎｍ）及びＡｒ2（１２６ｎｍ）などが知られているが、これらの紫外線レーザの場合にも、キセノンガスを添加することにより、バースト現象並びにスパイク現象を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係わるエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】キセノンガスを添加したエキシマレーザ用ガスを用いた場合のバースト特性及びスパイク特性の一例を示す図である。
【図３】フラッシュのタイミングをエキシマレーザ用ガスの交換回数によって制御した場合の工程を示すフローチャートである。
【図４】フラッシュのタイミングをチャンバ内のキセノンガス濃度により制御した場合の工程を示すフローチャートである。
【図５】エキシマレーザ装置のチャンバにヒータを配設した場合の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…チャンバ
１１…狭帯域化ユニット
１２…部分透過ミラー
１３…Ａｒ／Ｎｅガスボンベ
１４…Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ
１５…Ｘｅ／Ｈｅガスボンベ
１６…Ｘｅガスセンサー
１７…ガス排気モジュール
１８…ガスコントローラ
１９…ヒータ
【図１】
0004055878.tif 000002
【図２】
0004055878.tif 000003
【図３】
0004055878.tif 000004
【図４】
0004055878.tif 000005
【図５】
0004055878.tif 000006