(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振す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し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記放電電極間への放電印加電圧が一定となるように放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが基準レベルに対して所定レベルに低下した場合に、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量を求める出力エネルギー低下量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記出力エネルギー低下量との対応関係を予め用意し、
前記求めた出力エネルギー低下量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とするレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【請求項２】
前記エネルギー低下量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第１の所定レベルに低下し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第２の所定レベルに低下した場合に、前記第１の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーと、前記第２の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーとの差を、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量として計測するものであること
を特徴とする請求項１記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【請求項３】
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振す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し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記レーザ光の出力エネルギーが一定となるように前記放電電極間への放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極への放電印加電圧が基準レベルに対して所定レベルに上昇した場合に、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量を求める放電印加電圧上昇量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記放電印加電圧上昇量との対応関係を予め用意し、
前記求めた放電印加電圧上昇量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とするレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【請求項４】
前記放電印加電圧上昇量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第１の所定レベルに上昇し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第２の所定レベルに上昇した場合に、前記第２の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧と、前記第１の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧との差を、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量として計測するものであること
を特徴とする請求項３記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【請求項５】
前記不純物は酸素元素を含むこと
を特徴とする請求項１乃至４記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【請求項６】
前記レーザガスに所定濃度のキセノンを添加したこと
を特徴とする請求項１乃至５記載のレーザ装置の不純物濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザチャンバ内の不純物の濃度を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマレーザ装置やフッ素レーザ装置など紫外線レーザ装置は半導体露光装置の光源として使用される。紫外線レーザ装置は、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。このＩＣチップの露光の際に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す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で運転されている。すなわちバースト運転時には、たとえばレーザ光を５００パルス連続発振させた後に０．２秒の発振休止を行う運転が繰り返される。
【０００３】
しかしバースト運転時には、連続パルス発振開始の当初は比較的高いエネルギーが得られるが、その後徐々にパルスエネルギーが低下するという現象（以下「スパイク現象」という）が生じる。このスパイク現象が発生すると露光の精度が低下する。
【０００４】
そこで、このスパイク現象を解消するために本発明の出願人は、レーザチャンバ内のレーザガスにキセノンＸeを所定濃度（たとえば１０ｐｐｍ）添加するという発明を既に特許出願（特願平１１−２３７０９号）している。この発明によればレーザガスにキセノンを所定濃度添加することによってスパイク現象は解消される。さらにレーザガスにキセノンを添加すると、キセノンを添加しない場合よりも全体としてレーザ光の出力エネルギーが増加するという効果も得られる。
【０００５】
しかしレーザガスにキセノンが添加されたとしても、レーザチャンバ内に本来のレーザガス以外の不純物（たとえば酸素Ｏ2）が混入されると、キセノン添加によるスパイク現象解消や出力エネルギー増加の効果は得られなくなる。このようにレーザチャンバ内への不純物混入は望ましくなく、レーザチャンバ内に不純物が混入した場合には、混入の有無を判別し混入した濃度を求め、混入原因を突き止め対策を策定する必要がある。
【０００６】
そこで従来より不純物の混入の有無を判別し混入濃度を求めるにあたって、レーザチャンバ内のガスを直接分析するという方法が採用されている。
【０００７】
従来のガスの分析方法について説明する。
【０００８】
図８（ａ）は紫外線レーザ装置２０を示す。レーザチャンバ２の配管にはバルブ２３を介してサンプリングボトル２１およびパージユニット２２が接続されている。この装置における分析の手順は以下の通りである。
【０００９】
１）レーザ発振動作を停止させた状態で、閉じた状態のバルブ２３とサンプリングボトル２１とをパージが可能な配管で接続し、さらにこの接続部分にパージユニット２２を接続する。
【００１０】
２）パージユニット２２でバルブ２３とサンプリングボトル２１との接続部分を十分にパージした後にバルブ２３を開放してレーザチャンバ２内のレーザガスを抜き取る。すなわちレーザガスのサンプリングを行う。
【００１１】
３）図８（ｂ）に示すように上記サンプリングボトル２１とガス分析器２４とをパージが可能な配管で接続し、さらにこの接続部分にパージユニット２２を接続する。
【００１２】
４）パージユニット２２でガス分析器２４とサンプリングボトル２１との接続部分を十分にパージした後にガス分析器２４でガス分析を行う。
【００１３】
また図９は別のガス分析方法を説明する図である。図９の装置における分析の手順は以下の通りである。
【００１４】
１）紫外線レーザ装置２０からレーザチャンバ２を取り外す。
【００１５】
２）レーザチャンバ２にパージユニット２２およびガス分析器２４に取り付ける。
【００１６】
３）パージユニット２２により配管部分をパージ後、レーザチャンバ２内のガスをガス分析器２４に導入し、ガスの分析を行う。つまりガスのサンプリングと分析を行う。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来技術にあっては、紫外線レーザ装置２０とは別に、パージユニット２２とガス分析器２４を用意し、ガスのサンプリングと分析を行う必要がある。このためガスのサンプリングと分析を行う装置が新たに必要となり装置が大がかりなものとなる。またガスのサンプリングと分析の作業に手間がかかり作業が煩雑なものとなる。またサンプリングボトル２１やレーザチャンバ２を取り外したり再度取り付ける作業は、手間がかかるのみならずこの作業の際に本来のレーザ運転を一旦中止しなければならない。このためレーザ運転の効率が著しく低下する。
【００１８】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することを解決課題とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段及び作用、効果】
本発明の第１発明は、
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振す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し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記放電電極間への放電印加電圧が一定となるように放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが基準レベルに対して所定レベルに低下した場合に、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量を求める出力エネルギー低下量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記出力エネルギー低下量との対応関係を予め用意し、
前記求めた出力エネルギー低下量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とする。
【００２０】
第１発明は、放電印加電圧が一定となるように制御しているときにレーザチャンバ内に不純物が混入すると基準レベルに対するエネルギー低下が生じ、このエネルギー低下量が不純物の濃度に対応している点に基づきなされたものである。
【００２１】
第１発明を図５を参照して説明する。
【００２２】
図５（ａ）に示すように放電電極間への放電印加電圧が一定となるように連続パルス発振運転をした場合には、レーザチャンバ内に不純物が混入すると、連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数ｎ2のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーａが基準レベルａ1に対して所定レベルａ2に低下する。そして基準レベルａ1に対する出力エネルギーの低下量ａ2−ａ1が求められる。
【００２３】
一方図５（ｂ）に示すようにレーザガス以外の不純物の濃度Ｘと出力エネルギー低下量Δａとの対応関係Ｃが予め用意されている。
【００２４】
そこで求めた出力エネルギー低下量ａ2−ａ1に対応する不純物濃度Ｘ1が、上記対応関係Ｃから求められる。
【００２５】
第１発明によれば、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル２１やレーザチャンバ２を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本発明によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【００２６】
また第２発明は、第１発明において、
前記エネルギー低下量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第１の所定レベルに低下し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記レーザ光の出力エネルギーが第２の所定レベルに低下した場合に、前記第１の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーと、前記第２の所定レベルに低下した時点の出力エネルギーとの差を、前記基準レベルに対する出力エネルギーの低下量として計測するものであること
を特徴とする。
【００２７】
第２発明によれば、図５（ａ）に示すように連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数ｎ1のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーａが第１の所定レベルａ1に低下し、さらに連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数ｎ2のパルス発振がなされた時点でレーザ光の出力エネルギーａが第２の所定レベルａ2に低下する。そして第１の所定レベルａ1に低下した時点の出力エネルギーａ1と、第２の所定レベルａ2に低下した時点の出力エネルギーａ2との差ａ2−ａ1が、基準レベルに対する出力エネルギーの低下量ａ2−ａ1として計測される。
【００２８】
また第３発明は、
レーザチャンバ内にレーザガスを満たし、前記レーザチャンバ内の放電電極間で放電を行うことにより、レーザ光を所定回数連続してパルス発振す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し行うとともに、前記連続パルス発振運転時に前記レーザ光の出力エネルギーが一定となるように前記放電電極間への放電印加電圧を制御するレーザ装置において、
前記連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極への放電印加電圧が基準レベルに対して所定レベルに上昇した場合に、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量を求める放電印加電圧上昇量計測手段と、
前記レーザガス以外の不純物の濃度と前記放電印加電圧上昇量との対応関係を予め用意し、
前記求めた放電印加電圧上昇量に対応する不純物濃度を、前記対応関係から求める不純物濃度計測手段と
を具えたこと
を特徴とする。
【００２９】
第３発明は、出力エネルギーが一定となるように制御しているときにレーザチャンバ内に不純物が混入すると基準レベルに対する放電印加電圧上昇が生じ、この放電印加電圧上昇量が不純物の濃度に対応している点に基づきなされたものである。
【００３０】
第３発明を図６を参照して説明する。
【００３１】
図６（ａ）に示すようにレーザ光の出力エネルギーが一定となるように連続パルス発振運転をした場合には、レーザチャンバ内に不純物が混入すると、連続パルス発振運転が開始されてから所定パルス数ｎ2のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧ｂが基準レベルｂ1に対して所定レベルｂ2に上昇する。そして基準レベルｂ1に対する放電印加電圧の上昇量ｂ2−ｂ1が求められる。
【００３２】
一方図６（ｂ）に示すようにレーザガス以外の不純物の濃度Ｙと放電印加電圧上昇量Δｂとの対応関係Ｄが予め用意されている。
【００３３】
そこで求めた放電印加電圧上昇ｂ2−ｂ1に対応する不純物濃度Ｙ1が、上記対応関係Ｄから求められる。
【００３４】
第３発明によれば、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル２１やレーザチャンバ２を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本発明によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【００３５】
また第４発明は、第３発明において、
前記放電印加電圧上昇量計測手段は、前記連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第１の所定レベルに上昇し、さらに前記連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数のパルス発振がなされた時点で前記放電電極間への放電印加電圧が第２の所定レベルに上昇した場合に、前記第２の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧と、前記第１の所定レベルに上昇した時点の放電印加電圧との差を、前記基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量として計測するものであること
を特徴とする。
【００３６】
第４発明によれば、図６（ａ）に示すように連続パルス発振運転が開始されてから第１の所定パルス数ｎ1のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧ｂが第１の所定レベルｂ1に上昇し、さらに連続パルス発振運転が開始されてから第２の所定パルス数ｎ2のパルス発振がなされた時点で放電電極間への放電印加電圧ｂが第２の所定レベルｂ2に上昇する。そして第２の所定レベルｂ2に上昇した時点の放電印加電圧ｂ2と、第１の所定レベルｂ1に上昇した時点の放電印加電極ｂ1との差ｂ2−ｂ1が、基準レベルに対する放電印加電圧の上昇量ｂ2−ｂ1として計測される。
【００３７】
また第５発明は、第１発明乃至第４発明において、
前記不純物は酸素元素を含むこと
を特徴とする。
【００３８】
第５発明ではレーザガス以外の不純物がＯ2、ＣＯ2などであり酸素元素を含むものを対象としている。なお酸素元素を含む不純物の混入は、１）大気中の酸素の混入、２）レーザガス中のフッ素とレーザチャンバ内の水分との化学反応、３）配管内のパージ不足、４）純度不良の供給ガスボンベなどの原因が考えられる。
【００３９】
また第６発明は、第１発明乃至第５発明において、
レーザガスに所定濃度のキセノンを添加したこと
を特徴とする。
【００４０】
第６発明ではレーザガスにたとえば濃度１０ｐｐｍのキセノンＸeを添加し、図５（ｂ）に示すように不純物の濃度Ｘが０ｐｐｍのときのエネルギー低下量Δａが０の場合あるいは図６（ｂ）に示すように不純物の濃度Ｙが０ｐｐｍのときの放電印加電圧上昇量Δｂが０の場合を対象としている。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るレーザ装置の不純物濃度計測装置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形態では、ＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマレーザ装置に適用した場合を想定している。ＡｒＦエキシマレーザ装置ではバースト運転時にスパイク現象が発生する。またレーザチャンバ内のレーザガスにはたとえば１０ｐｐｍのキセノンＸｅが添加されているものとする。レーザガスにキセノンＸｅが１０ｐｐｍ程度添加されていると、ＡｒＦエキシマレーザ装置のバースト運転時に発生するスパイク現象をなくすことができる。
【００４２】
しかし本発明はＡｒＦエキシマレーザ装置以外のレーザ装置であってもスパイク現象が発生するようなレーザ装置であれば適用可能である。またキセノンＸｅ以外の添加物であってもバースト運転時に発生するスパイク現象をなくすことができる添加物であれば、これを添加する実施も可能である。
【００４３】
図１は第１の実施形態のＡrＦエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、レーザチャンバ２内の放電電極１１、１１間への放電印加電圧値が一定となるように放電印加電圧が制御される場合を想定している。
【００４４】
同図１に示すＡrＦエキシマレーザ装置１は、大きくは、レーザチャンバ２と、リアミラー３と、フロントミラー４と、給気モジュール５と、排気モジュール６と、コントローラ７と、パワーモニタ８と、パルスパワーモジュール９とから構成されている。
【００４５】
レーザチャンバ２内には放電電極１１、１１が対向して設けられている。レーザチャンバ２内にはフッ素Ｆ2、アルゴンＡr2、ネオンＮeからなるレーザガスが封入されている。またレーザガスには約１０ｐｐｍの濃度のキセノンＸeが添加されている。
【００４６】
放電電極１１、１１間でパルス放電が行われるとレーザガスが励起され、パルスレーザ光Ｌ１が発振される。レーザチャンバ２内には図示しないファン、ラジエタが設けられている。上記ファンによってレーザガスはレーザチャンバ２内を所定周期で循環し放電電極１１、１１間に供給される。また上記ファンによってレーザガスが循環されるとレーザガスの持つ熱はラジエタによって熱交換される。
【００４７】
レーザチャンバ２のレーザ光Ｌ１の光軸上にはウィンドウ２ａ、２ｂが対向して設けられている。ウインドウ２ａ、２ｂを介してレーザ光Ｌ1がレーザチャンバ２外に出力される。レーザチャンバ２を挟むようにリアミラー３とフロントミラー４が設けられている。リアミラー３とフロントミラー４とで共振器が構成されている。リアミラー３は光を全反射するミラーである。フロントミラー４は光の一部のみを透過出力する部分透過ミラーである。リアミラー３とフロントミラー４との間をレーザ光Ｌ1が往復することによってエネルギーが増幅されレーザ発振が行われる。リアミラー３とフロントミラー４とで構成される共振器には狭帯域化ユニットを設けることができる。この狭帯域化ユニットはプリズムなどのビームエキスパンダ、グレーティングなどの波長選択素子などから構成されている。
【００４８】
給気モジュール５はレーザチャンバ２内にキセノンＸeが添加されたレーザガスを供給するモジュールである。排気モジュール６はレーザチャンバ２内のレーザガスを排気するモジュールである。
【００４９】
コントローラ７はパワーモニタ８から出力されるデータを入力し、給気モジュール５によるレーザチャンバ２内へのレーザガスの供給と、排気モジュール６によるレーザチャンバ２内からのレーザガスの排気とを制御する。またコントローラ７はパルスパワーモジュール９に対する電力供給を制御する。さらにコントローラ７はパワーモニタ８から出力されるデータを入力し、レーザチャンバ２内のレーザガス以外の不純物たとえばＯ2の混入の有無を判定し不純物濃度を計測する。
【００５０】
パワーモニタ８はレーザ光Ｌ1の出力エネルギーａつまり１パルス当たりのパルスエネルギーａを検出する装置であり、ビームスプリッタ８ａとセンサ８ｂとから構成されている。ビームスプリッタ８ａは入射する光の一部を透過し一部を反射する。センサ８ｂはレーザ光Ｌ１のパルスエネルギーａを検出する。
【００５１】
すなわちフロントミラー４から出射されたレーザ光Ｌ1は、パワーモニタ８のビームスプリッタ８ａに入射される。ビームスプリッタ８ａに入射されたレーザ光Ｌ1の一部はビームスプリッタ８ａを透過してエキシマレーザ装置１の外部の露光装置に出力される。ビームスプリッタ８ａに入射されたレーザ光Ｌ1の他の一部はセンサ８ｂに入射される。センサ８ｂではレーザ光Ｌ１のパルスエネルギーａが検出されコントローラ７に出力される。
【００５２】
パルスパワーモジュール９は放電電極１１、１１に放電印加電圧ｂつまり１パルス当たりのパルス放電印加電圧ｂを印加する。このパルス放電印加電圧ｂはコントローラ７によって制御される。
【００５３】
以上が実施形態のＡrＦエキシマレーザ装置１の構成である。
【００５４】
つぎにレーザチャンバ２内に各種の不純物が混入した場合のパルスエネルギーａの変化について説明する。
【００５５】
図２は連続パルス発振運転時のパルスエネルギーａの変化を示すグラフである。図２（ａ）は不純物としてＯ2が混入していない場合（０ｐｐｍ）、１０ｐｐｍの濃度で混入した場合、３０ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００５６】
また図２（ｂ）は不純物としてＣＯ2が混入していない場合（０ｐｐｍ）、１０ｐｐｍの濃度で混入した場合、２０ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００５７】
また図２（ｃ）は不純物としてＳｉＦ4が混入していない場合（０ｐｐｍ）、２０ｐｐｍの濃度で混入した場合、５０ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００５８】
また図２（ｄ）は不純物としてＨＦが混入していない場合（０ｐｐｍ）、１０ｐｐｍの濃度で混入した場合、３０ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００５９】
また図２（ｅ）は不純物としてＮ2が混入していない場合（０ｐｐｍ）、２０ｐｐｍの濃度で混入した場合、１００ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００６０】
また図２（ｆ）は不純物としてＣＦ4が混入していない場合（０ｐｐｍ）、５０ｐｐｍの濃度で混入した場合、１００ｐｐｍの濃度で混入した場合をそれぞれ示している。
【００６１】
同図２（ａ）〜（ｆ）の縦軸はパルスエネルギーａを示しており、不純物が混入していない場合（０ｐｐｍ）のパルスエネルギーａを“１”と規格化している。横軸は連続パルス発振運転を開始してからの発振パルス数ｎを示している。
【００６２】
ここで図２（ａ）を参照して不純物がＯ2である場合について説明する。
【００６３】
同図２（ａ）に示すようにレーザチャンバ２内にＯ2が混入していない場合（０ｐｐｍ）には、パルスエネルギーａは連続パルス発振運転開始直後から約１．０にほぼ安定する。
【００６４】
またレーザチャンバ２内にＯ2が１０ｐｐｍの濃度で混入している場合には、パルスエネルギーａは連続パルス発振運転開始直後の１０パルス以内のパルス数ｎ′1で約１．０弱のレベルａ1に低下して、このレベルａ1に一旦安定する。安定したときのパルス数をｎ1で示す。つづいてパルスエネルギーａは連続パルス発振運転開始から４０〜６０パルス程度のパルス数ｎ′2が経過すると低下を始め、連続パルス発振運転開始から２００〜３００パルス程度経過すると約０．８のレベルａ2に安定する。安定したときのパルス数をｎ2で示す。またＯ2が１０ｐｐｍの濃度で混入している場合は、混入していない場合（０ｐｐｍ）と比較して全体的にパルスエネルギーａが低下する。
【００６５】
レーザチャンバ２内にＯ2が３０ｐｐｍの濃度で混入している場合も、１０ｐｐｍの濃度で混入している場合と同様の傾向を示す。またＯ2が３０ｐｐｍの濃度で混入している場合は、１０ｐｐｍの濃度で混入している場合と比較して更に全体的にパルスエネルギーａが低下する。つまりａ1のレベルに対するａ2のレベルのエネルギー低下量は、Ｏ2の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【００６６】
なお連続パルス発振運転開始からレベルａ1に低下する時点のパルス数ｎ′1は、レーザ繰り返し周波数、レーザチャンバ２内のファンによる循環流速などによって変化する。
【００６７】
図２（ｂ）に示すように不純物がＣＯ2の場合にも不純物がＯ2の場合（図２（ａ））と同様な傾向を示し、１０ｐｐｍないし２０ｐｐｍの濃度で不純物ＣＯ2が混入しているとａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でエネルギーが低下し、ａ1のレベルに対するａ2のレベルのエネルギー低下量は、ＣＯ2の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【００６８】
すなわち不純物に酸素元素が含まれている場合には、こうしたａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でエネルギーが低下するという現象がみられる。
【００６９】
これに対して酸素元素を含まない不純物ＳｉＦ4、ＨＦ、Ｎ2、ＣＦ4の場合（図２（ｃ）〜（ｆ））には、ａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でエネルギーが低下するという現象がみられない。
【００７０】
ただし不純物が所定濃度で混入している場合は、混入しない場合（０ｐｐｍ）と比較して全体的にパルスエネルギーａが低下し、０ｐｐｍのときのレベルに対するエネルギー低下量は、不純物の濃度が大きくなるにつれて大きくなる。
【００７１】
たとえば図２（ｃ）のＳiＦ4を例にとると、ＳiＦ4が２０ｐｐｍの濃度で混入している場合は、混入していない場合（０ｐｐｍ）と比較してパルスエネルギーａはａ0のレベルからａ2のレベルに低下する。そしてこの０ｐｐｍのときのレベルａ0に対するエネルギー低下量ａ2−ａ0は、ＳiＦ4の濃度が２０ｐｐｍから５０ｐｐｍへと大きくなるにつれて大きくなる。
【００７２】
図３は各不純物ごとに不純物濃度Ｘとパルスエネルギーａとの関係を示したものである。図３の縦軸はパルスエネルギーａを示しており、不純物が混入していない場合のパルスエネルギーを“１”と規格化している。横軸は不純物の濃度Ｘを示している。同図３から明らかなようにパルスエネルギーａの低下に最も寄与する不純物はＣＯ2とＯ2であることがわかる。以下ＨＦ、ＳｉＦ4、ＨＦ、Ｎ2、ＣＦ4の順序でパルスエネルギーａの低下に対する寄与度が小さくなる。
【００７３】
図４は各不純物ごとに、パルスエネルギーａを１０％低下させるに必要な不純物の濃度を示している。図４ではＡｒＦエキシマレーザとＫｒＦエキシマレーザとを対比して示している。
【００７４】
同図４に示すようにパルスエネルギーａを１０％低下させるに必要な不純物の濃度の数値は全体的にＫｒＦエキシマレーザよりもＡｒＦエキシマレーザの方が低い。これより不純物混入がエネルギー低下に与える影響はＫｒＦエキシマレーザよりもＡｒＦエキシマレーザの方が大きいことがわかる。
【００７５】
またＡｒＦエキシマレーザに関してみれば、Ｏ2、ＣＯ2といった酸素元素を含む不純物が僅か５ｐｐｍ混入するのみでパルスエネルギーａが１０％低下してしまうのに対して、酸素元素を含まない不純物は１０ｐｐｍ以上混入しないとパルスエネルギーａが１０％低下しない。これより不純物混入がエネルギー低下に与える影響は酸素元素を含まない不純物よりも酸素元素を含む不純物の方が大きいことがわかる。
【００７６】
以上のように酸素元素を含む不純物Ｏ2またはＣＯ2が混入すると、ａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でエネルギーが低下し、ａ1のレベルに対するａ2のレベルのエネルギー低下量は、不純物濃度が大きくなるにつれて大きくなる。また酸素元素を含む不純物Ｏ2またはＣＯ2の混入がエネルギー低下に与える影響は、他の酸素元素を含まない不純物を混入したときよりも大きい。しかもＡｒＦエキシマレーザ装置でその影響はより大きくなる。
【００７７】
以下図１のＡｒＦエキシマレーザ装置１のレーザチャンバ２内に酸素Ｏ2が混入したときに、その混入の有無を判定し不純物Ｏ2の濃度を計測する処理について図５を参照して説明する。なお不純物Ｏ2の混入は、１）大気中の酸素の混入、２）レーザガス中のフッ素とレーザチャンバ２内の水分との化学反応、３）配管内のパージ不足、４）純度不良の供給ガスボンベなどの原因によって生じる。
【００７８】
図５（ａ）は図２（ａ）に相当するグラフであり図２（ａ）のグラフを簡略化したものである。図５（ａ）に示すラインＥ2はレーザチャンバ２内に不純物Ｏ2が混入していないときのパルスエネルギーａのパルス数ｎ増加に伴う変化を示し、ラインＥ1はレーザチャンバ２内に不純物Ｏ2が混入しているときのパルスエネルギーａのパルス数ｎ増加に伴う変化を示している。
【００７９】
一方図５（ｂ）はレーザチャンバ２内に混入しているＯ2の濃度Ｘとパルスエネルギー変化量つまりパルスエネルギー低下量Δａとの対応関係Ｃを示すグラフである。この対応関係Ｃはパルスエネルギー低下量Δａが大きくなるにつれてＯ2の濃度Ｘが大きくなるという上述した傾向に相当するものである。この対応関係Ｃはコントローラ７のメモリに予めΔａとＸの対応関係のデータテーブル形式で、あるいはΔａからＸを求める演算式の形式で記憶されている。レーザガスに濃度１０ｐｐｍ程度のキセノンＸeを添加している場合には同図５（ｂ）に示すように不純物濃度Ｘが０ｐｐｍのときのエネルギー低下量Δａは０になる。
【００８０】
コントローラ７では以下の演算処理が実行される。
【００８１】
コントローラ７ではセンサ８ｂで検出される１パルス当たりのパルスエネルギーａを入力するとともにパルスモジュール９に対して１パルスごとに与えるパルス放電印加電圧ｂを指令している。これより連続パルス発振運転の開始からの発振パルス数ｎとパルスエネルギーａとの関係を計測することができる。
【００８２】
レーザチャンバ２内にＯ2が所定濃度で混入している場合には、図５（ａ）のラインＥ1のように変化する。すなわちパルスエネルギーａは連続パルス発振運転開始直後の１０パルス以内のパルス数ｎ′1でレベルａ1に低下して、このレベルａ1に一旦安定する。安定したときのパルス数をｎ1で示す。つづいてパルスエネルギーａは連続パルス発振運転開始から４０〜６０パルス程度のパルス数ｎ′2が経過すると低下を始め、連続パルス発振運転開始から２００〜３００パルス程度経過するとレベルａ2に安定する。安定したときのパルス数をｎ2で示す。
【００８３】
一方レーザチャンバ２内にＯ2が混入していない場合には、図５（ａ）のラインＥ2のように変化する。不純物Ｏ2が混入していない場合には図５（ｂ）のラインＥ1に示すようなａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でパルスエネルギーａが低下するという傾向はみられない。
【００８４】
よって図５（ａ）のラインＥ1に示すようにａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でパルスエネルギーａが低下したことが計測されると、不純物Ｏ2が混入したと判定し、ラインＥ2に示すようにａ1のレベルとａ2のレベルの２段階でパルスエネルギーａが低下したことが計測されないと、不純物Ｏ2が混入していないと判定する。
【００８５】
つぎに不純物Ｏ2が混入したとしてその不純物濃度Ｘを計測する処理について説明する。
【００８６】
図５（ａ）に示すようにパルス数ｎ1のときのパルスエネルギーａ1と、パルス数ｎ2のときのパルスエネルギーａ2とがそれぞれ計測される。そしてこれらパルスエネルギーａ1と、パルスエネルギーａ2との差ａ2−ａ1が、エネルギー低下量ａ2−ａ1として演算される。
【００８７】
つぎに図５（ｂ）に示すように、上記演算されたパルスエネルギー低下量ａ2−ａ1に対応する不純物濃度Ｘ1を、対応関係Ｃから求める。
【００８８】
以上のようにしてコントローラ７における演算処理のみで、レーザチャンバ２内の酸素Ｏ2の混入の有無が判定され不純物Ｏ2の濃度Ｘ1が計測される。
【００８９】
なお本実施形態ではコントローラ７の演算処理によって不純物混入の有無を判定し不純物濃度を計測しているが、図５（ａ）の結果を人間が判断し手計算することにより同様の計測を行うようにしてもよい。
【００９０】
以上のように本実施形態によれば、コントローラ７の演算処理のみによって不純物混入の有無を判定でき不純物濃度を計測できるので、従来技術のようにガスのサンプリングと分析を行う装置を新たに設ける必要がなく演算処理のみで簡易に不純物濃度を計測することができる。また従来技術のようにサンプリングボトル２１やレーザチャンバ２を取り外したり再度取り付ける作業は不要である。このため本実施形態によれば、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測することができる。
【００９１】
また上述した第１の実施形態は不純物がＣＯ2の場合にも同様に適用することができる。
【００９２】
以上第１の実施形態ではパルス放電印加電圧値ｂが一定となるようにパルス放電印加電圧ｂを制御する場合について説明した。
【００９３】
つぎにパルスエネルギーａが一定となるようにパルス放電印加電圧ｂを制御する第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に図１のＡｒＦエキシマレーザ装置１のレーザチャンバ２内に酸素Ｏ2が混入したときに、その混入の有無を判定し不純物Ｏ2の濃度を計測する処理について説明する。
【００９４】
図６（ａ）は図５（ａ）に相当するグラフである。図６（ａ）に示すラインＶ2はレーザチャンバ２内に不純物Ｏ2が混入していないときのパルス放電印加電圧ｂのパルス数ｎ増加に伴う変化を示し、ラインＶ1はレーザチャンバ２内に不純物Ｏ2が混入しているときのパルス放電印加電圧ｂのパルス数ｎ増加に伴う変化を示している。
【００９５】
一方図６（ｂ）は図５（ｂ）に相当するグラフである。図６（ｂ）はレーザチャンバ２内に混入しているＯ2の濃度Ｙとパルス放電印加電圧変化量つまりパルス放電印加電圧上昇量Δｂとの対応関係Ｄを示すグラフである。この対応関係Ｄは、図５（ｂ）に示すパルスエネルギー低下量Δａが大きくなるにつれてＯ2の濃度Ｘが大きくなるという傾向に相当するものであり、パルス放電印加電圧上昇量Δｂが大きくなるにつれてＯ2の濃度Ｙが大きくなる傾向を示している。この対応関係Ｄはコントローラ７のメモリに予めΔｂとＹの対応関係のデータテーブル形式で、あるいはΔｂからＹを求める演算式の形式で記憶されている。レーザガスに濃度１０ｐｐｍ程度のキセノンＸeを添加している場合には同図６（ｂ）に示すように不純物濃度Ｙが０ｐｐｍのときの放電印加電圧上昇量Δｂは０になる。
【００９６】
コントローラ７では以下の演算処理が実行される。
【００９７】
コントローラ７ではセンサ８ｂで検出される１パルス当たりのパルスエネルギーａを入力しパルスエネルギーａが一定となるようにパルスモジュール９に対して１パルスごとに与えるパルス放電印加電圧ｂを指令している。これより連続パルス発振運転の開始からの発振パルス数ｎとパルス放電印加電圧ｂとの関係を計測することができる。
【００９８】
レーザチャンバ２内にＯ2が所定濃度で混入している場合には、図６（ａ）のラインＶ1のように変化する。すなわちパルス放電印加電圧ｂは連続パルス発振運転開始直後の１０パルス以内のパルス数ｎ′1でレベルｂ1に上昇して、このレベルｂ1に一旦安定する。安定したときのパルス数をｎ1で示す。つづいてパルス放電印加電圧ｂは連続パルス発振運転開始から４０〜６０パルス程度のパルス数ｎ′2が経過すると上昇を始め、連続パルス発振運転開始から２００〜３００パルス程度経過するとレベルｂ2に安定する。安定したときのパルス数をｎ2で示す。
【００９９】
一方レーザチャンバ２内にＯ2が混入していない場合には、図６（ａ）のラインＶ2のように変化する。不純物Ｏ2が混入していない場合には図６（ｂ）のラインＶ1に示すようなｂ1のレベルとｂ2のレベルの２段階でパルス放電印加電圧ｂが上昇するという傾向はみられない。
【０１００】
よって図６（ａ）のラインＶ1に示すようにｂ1のレベルとｂ2のレベルの２段階でパルス放電印加電圧ｂが上昇したことが計測されると、不純物Ｏ2が混入したと判定し、ラインＶ2に示すようにｂ1のレベルとｂ2のレベルの２段階でパルス放電印加電圧ｂが上昇したことが計測されないと、不純物Ｏ2が混入していないと判定する。
【０１０１】
つぎに不純物Ｏ2が混入したとしてその不純物濃度Ｘを計測する処理について説明する。
【０１０２】
図６（ａ）に示すようにパルス数ｎ1のときのパルス放電印加電圧ｂ1と、パルス数ｎ2のときのパルス放電印加電圧ｂ2とがそれぞれ計測される。そしてこれらパルス放電印加電圧ｂ2と、パルス放電印加電圧ｂ1との差ｂ2−ｂ1が、放電印加電圧上昇量ｂ2−ｂ1として演算される。
【０１０３】
つぎに図６（ｂ）に示すように、上記演算されたパルス放電印加電圧上昇量ｂ2−ｂ1に対応する不純物濃度Ｙ1を、対応関係Ｄから求める。
【０１０４】
以上のようにしてコントローラ７における演算処理のみで、レーザチャンバ２内の酸素Ｏ2の混入の有無が判定され不純物Ｏ2の濃度Ｙ1が計測される。
【０１０５】
なお本実施形態ではコントローラ７の演算処理によって不純物混入の有無を判定し不純物濃度を計測しているが、図６（ａ）の結果を人間が判断し手計算することにより同様の計測を行うようにしてもよい。
【０１０６】
また上述した第２の実施形態は不純物がＣＯ2の場合にも同様に適用することができる。
【０１０７】
以上のように第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、装置が大がかりなものとならず、煩雑な作業を要せずに、レーザ運転の効率を損なうことなく、レーザガス中の不純物の濃度を計測できるという効果が得られる。
【０１０８】
さて第１の実施形態では、図５（ａ）に示すように、連続パルス発振運転時に最初に低下したエネルギーレベルａ1を基準レベルとしてエネルギー低下量ａ2−ａ1を演算している。
【０１０９】
しかしエネルギー低下の基準となる基準レベルは連続パルス発振運転時に最初に低下したエネルギーレベルａ1に限定されるものではない。本発明としては、レーザ装置の出荷時におけるエネルギーレベルを基準レベルとしてもよく、またレーザチャンバ２内のガスを交換した時点のエネルギーレベルを基準レベルとしてもよい。
【０１１０】
たとえば図５（ａ）のラインＥ2に示すように、不純物Ｏ2が混入していないときのエネルギーレベルａ0（たとえばパルス数ｎ2時点のレベル）を予め求めておき、このレベルａ0を基準レベルとしてエネルギー低下量ａ2−ａ0を演算してもよい。
【０１１１】
これを図２（ａ）に適用すると、不純物Ｏ2が混入していないとき（０ｐｐｍ）のエネルギーレベルａ0（たとえばパルス数ｎ2時点のレベル）を予め求めておき、このレベルａ0を基準レベルとしてエネルギー低下量ａ2−ａ0を演算することに相当する。
【０１１２】
よって本発明は酸素元素を含まないＳｉＦ4、ＨＦ、Ｎ2、ＣＦ4の不純物の濃度を計測する場合にも適用することができる。
【０１１３】
たとえば図２（ｃ）のＳiＦ4を例にとると、不純物Ｏ2が混入していないとき（０ｐｐｍ）のエネルギーレベルａ0（たとえばパルス数ｎ2時点のレベル）を予め求めておき、このレベルａ0を基準レベルとしてエネルギー低下量ａ2−ａ0を演算する。そして図５（ａ）と同様にＳiＦ4の濃度Ｚとエネルギー低下量Δａとの対応関係Ｃ′を予め用意しておき、上記演算されたエネルギー低下量ａ2−ａ0に対応するＳiＦ4の濃度Ｚ1を、対応関係Ｃ′から求めればよい。
【０１１４】
第２の実施形態で放電印加電圧上昇量を求める場合も同様である。レーザ装置の出荷時における放電印加電圧レベルを基準レベルとしてもよく、またレーザチャンバ２内のガスを交換した時点の放電印加電圧レベルを基準レベルとしてもよい。また酸素元素を含まない不純物ＳｉＦ4、ＨＦ、Ｎ2、ＣＦ4の濃度も同様にして計測することができる。
【０１１５】
つぎに第３の実施形態について説明する。
【０１１６】
さてＡrＦエキシマレーザ装置１のバースト運転時には、少量のレーザガスの供給と排気が行われている。このようにしてレーザチャンバ２内の劣化したレーザガスが排気され、新たなレーザガスが供給される。しかしレーザチャンバ２内のレーザガスは徐々にではあるが時間の経過とともに劣化する。このため定期的にレーザチャンバ２内のレーザガスを交換する作業が必要とされる。
【０１１７】
このレーザガス交換作業のときに誤ってレーザチャンバ２内に酸素Ｏ2が混入することが考えられる。そこでレーザガス交換時に酸素混入チェックを行う第３の実施形態について説明する。
【０１１８】
図７は酸素混入チェック処理の手順を示すフローチャートである。
【０１１９】
すなわちレーザチャンバ２内のレーザガスが交換される（ステップ５０１）と、レーザガス交換作業後にＡrＦエキシマレーザ装置１ではパルスエネルギーａが一定となるように放電印加電圧ｂを制御しつつバースト運転が開始される。ここでレーザチャンバ２内にＯ2が混入している場合には図６（ａ）のラインＶ1に示すような変化をする。
【０１２０】
そこで連続パルス発振運転の開始から数十パルス後のパルス数ｎ1のパルス放電印加電圧値がｂ１が求められ、連続パルス発振運転開始から数百パルス後のパルス数ｎ2でパルス放電印加電圧値ｂ2が求められる。そしてこれらパルス放電印加電圧値の変化量ｂ2−ｂ1が求められる（ステップ５０２）。
【０１２１】
つぎに上記求めたパルス放電印加電圧値の変化量ｂ2−ｂ1と予め設定した規定値Δｂcとが比較され、パルス放電印加電圧値の変化量ｂ2−ｂ1が規定値Δｂc以内であるか否かが判断される（ステップ５０３）。パルス放電印加電圧値の変化量ｂ2−ｂ1が規定値Δｂc以内であれば、酸素の混入がないものと判断し、ＡrＦエキシマレーザ装置１はそのまま通常のバースト運転を継続する（ステップ５０３の判断Ｙｅｓ、ステップ５０４）。
【０１２２】
一方パルス放電印加電圧値の変化量ｂ2−ｂ1が規定値Δｂcを超えている場合には、酸素の混入があったものと判断し、「酸素混入エラー」のエラーメッセージが表示される（ステップ５０３の判断Ｎｏ、ステップ５０５）。オペレータがエラーメッセージを見ることにより、ＡrＦエキシマレーザ装置１に対し適切な異常処置が施される。なおエラーメッセージを表示するだけでなくバースト運転を自動的に中止してもよい。
【０１２３】
なお第３の実施形態ではパルスエネルギーａが一定となるように制御する場合を想定しているが、パルス放電印加電圧ｂが一定となるように制御する場合にも適用することができる。この場合にはステップ５０３で実際のパルスエネルギー低下量が規定値以内にあるか否かを判断すればよい。
【０１２４】
このように第３の実施形態によれば、レーザガスを交換した際にレーザチャンバ２内にＯ2が混入したとしてもその混入のチェックを容易に行うことができる。また第３の実施形態は不純物がＣＯ2の場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施形態の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】図２はパルス数の増加にともなうパルスエネルギーの変化を示すグラフであり、図２（ａ）はＯ2、図２（ｂ）はＣＯ2、図２（ｃ）はＳｉＦ4、図２（ｄ）はＨＦ、図２（ｅ）はＮ2、図２（ｆ）はＣＦ4がそれぞれ不純物の場合のグラフである。
【図３】図３は各不純物ごとに混入濃度とその濃度に対するパルスエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図４】図４はレーザ装置のパルスエネルギーを１０％低下させるに必要な不純物の濃度を示す表である。
【図５】図５（ａ）はパルス数の増加にともなうパルスエネルギーの変化を示すグラフであり、図５（ｂ）はＯ2の濃度とパルスエネルギー変化量との対応関係を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）はパルス数の増加にともなうパルス放電印加電圧の変化を示すグラフであり、図６（ｂ）はＯ2の濃度とパルス電圧変化量との対応関係を示すグラフである。
【図７】図７は第３の実施形態の酸素混入チェック処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は従来技術を説明する図でありガス分析器を用いて不純物の濃度を計測する作業を説明する図である。
【図９】図９は従来技術を説明する図でありガス分析器を用いて不純物の濃度を計測する作業を説明する図である。
【符号の説明】
１…ＡrＦエキシマレーザ装置
２…レーザチャンバ
７…コントローラ
８…パワーモニタ
８ｂ…センサ
９…パルスパワーモジュール
１１…放電電極
【図１】
0004077592.tif 000002
【図２】
0004077592.tif 000003
【図３】
0004077592.tif 000004
【図４】
0004077592.tif 000005
【図５】
0004077592.tif 000006
【図６】
0004077592.tif 000007
【図７】
0004077592.tif 000008
【図８】
0004077592.tif 000009
【図９】
0004077592.tif 000010