JP2718379B2 - エキシマレーザ装置 - Google Patents
エキシマレーザ装置Info
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- JP2718379B2 JP2718379B2 JP6279691A JP27969194A JP2718379B2 JP 2718379 B2 JP2718379 B2 JP 2718379B2 JP 6279691 A JP6279691 A JP 6279691A JP 27969194 A JP27969194 A JP 27969194A JP 2718379 B2 JP2718379 B2 JP 2718379B2
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- JP
- Japan
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- excimer laser
- main discharge
- laser device
- discharge
- discharge electrode
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Lasers (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は放電管内の希ガスとハロ
ゲンの混合ガスを励起してエキシマを得、これによりレ
ーザ光を発生させるエキシマレーザ装置に関するもので
ある。
ゲンの混合ガスを励起してエキシマを得、これによりレ
ーザ光を発生させるエキシマレーザ装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体技術は高集積化、微細化の一途を
辿っている。マスクまたはレチクルの回路パターンをウ
ェハ上に転写する場合の回路パターンの解像線幅は、光
源の波長に比例するため、近年では遠紫外( Deep UV)
領域のi線(λ=365nm)が主として用いられるよ
うにきている、しかし、一層の微細化のためにはより短
波長の光源が必要となる。i線以上の短波長の遠紫外線
光源については各種のものが提案されているが、現段階
で最も有望視されているのはエキシマレーザである。
辿っている。マスクまたはレチクルの回路パターンをウ
ェハ上に転写する場合の回路パターンの解像線幅は、光
源の波長に比例するため、近年では遠紫外( Deep UV)
領域のi線(λ=365nm)が主として用いられるよ
うにきている、しかし、一層の微細化のためにはより短
波長の光源が必要となる。i線以上の短波長の遠紫外線
光源については各種のものが提案されているが、現段階
で最も有望視されているのはエキシマレーザである。
【0003】図5は、従来のエキシマレーザを光源とし
て用いた露光装置の概略構成図である(以下、このレー
ザ装置を第1の従来例という)。同図に示されるよう
に、放電管311は、チャンバ310と、このチャンバ
内に収納された主放電用電極305、予備電離用電極3
06、冷却用熱交換器307、ガス循環ファン309に
より構成されている。そして、このチャンバ内には、例
えば希ガスとしてKrが、ハロゲンガスとしてF2 がN
e等のバッファガスとともに封入されている。図示され
てはいないが、紙面の前後には高反射ミラーと出力ミラ
ーとが配置され共振器が構成されている。
て用いた露光装置の概略構成図である(以下、このレー
ザ装置を第1の従来例という)。同図に示されるよう
に、放電管311は、チャンバ310と、このチャンバ
内に収納された主放電用電極305、予備電離用電極3
06、冷却用熱交換器307、ガス循環ファン309に
より構成されている。そして、このチャンバ内には、例
えば希ガスとしてKrが、ハロゲンガスとしてF2 がN
e等のバッファガスとともに封入されている。図示され
てはいないが、紙面の前後には高反射ミラーと出力ミラ
ーとが配置され共振器が構成されている。
【0004】主放電用電極305、予備電離用電極30
6には、これらの電極間に放電を起こさせるために、第
1コンデンサC1 、第2コンデンサC2 、インダクタン
スL、サイラトロン304からなる励起回路が接続され
ている。この励起回路には制御装置302により制御さ
れる高圧電源303により電力が供給される。制御装置
302は、ステッパ301からの信号を受けて制御を行
う。
6には、これらの電極間に放電を起こさせるために、第
1コンデンサC1 、第2コンデンサC2 、インダクタン
スL、サイラトロン304からなる励起回路が接続され
ている。この励起回路には制御装置302により制御さ
れる高圧電源303により電力が供給される。制御装置
302は、ステッパ301からの信号を受けて制御を行
う。
【0005】この回路は容量移行型と呼ばれるものであ
って、次のように動作する。高圧電源303により第1
コンデンサC1 を高電圧に充電した後、サイラトロン3
04をオンさせると、予備電離用電極306間で放電が
開始し、これにより発生する紫外線により主放電用電極
305間のレーザ媒質が予備電離される。それとともに
第2コンデンサC2 が充電され、この充電電圧が十分に
高くなると主放電空間において放電が開始され、エキシ
マが生成される。そして、共振器内においてレーザ発振
が行われ、出力ミラーを介して外部に出射され、ステッ
パ301に装着されたウェハ上に照射される。
って、次のように動作する。高圧電源303により第1
コンデンサC1 を高電圧に充電した後、サイラトロン3
04をオンさせると、予備電離用電極306間で放電が
開始し、これにより発生する紫外線により主放電用電極
305間のレーザ媒質が予備電離される。それとともに
第2コンデンサC2 が充電され、この充電電圧が十分に
高くなると主放電空間において放電が開始され、エキシ
マが生成される。そして、共振器内においてレーザ発振
が行われ、出力ミラーを介して外部に出射され、ステッ
パ301に装着されたウェハ上に照射される。
【0006】ところで、特開平3−138989号公報
には、医療用の場合のように、異なる波長のエキシマレ
ーザ光が必要となる場合には、複数の放電室を直列の並
べてエキシマレーザ装置を構成することが提案されてい
る(以下、これを第2の従来例という)。図6は、上記
公報にて提案されたレーザ装置を上から見た図であっ
て、図示されたものは放電室が2つの場合の例である。
には、医療用の場合のように、異なる波長のエキシマレ
ーザ光が必要となる場合には、複数の放電室を直列の並
べてエキシマレーザ装置を構成することが提案されてい
る(以下、これを第2の従来例という)。図6は、上記
公報にて提案されたレーザ装置を上から見た図であっ
て、図示されたものは放電室が2つの場合の例である。
【0007】図6に示されるように、放電室411a、
411b内には、主放電用電極405a、405b、予
備電離用電極406a、406bが配置され、放電室間
は透過部材413により分離されている。各電極は同様
の形状の電極と紙面に垂直方向に重ねられており、その
電極間で放電が行われる。放電室の長手方向の端面に
は、ブリュースタ窓414が設けられ、その外側に共振
器を構成する1対のミラーが設置されている。
411b内には、主放電用電極405a、405b、予
備電離用電極406a、406bが配置され、放電室間
は透過部材413により分離されている。各電極は同様
の形状の電極と紙面に垂直方向に重ねられており、その
電極間で放電が行われる。放電室の長手方向の端面に
は、ブリュースタ窓414が設けられ、その外側に共振
器を構成する1対のミラーが設置されている。
【0008】このレーザ装置では、各放電室411a、
411bにそれぞれ異種の媒質ガスを封入し、いずれか
一方の放電室を駆動することにより、必要に応じた波長
のレーザ光を得ることができる。あるいは、同種の媒質
ガスを両方の放電室に封入し、同時に駆動することによ
り、一つの放電室を駆動する場合の数倍の出力のエキシ
マレーザ光を得ることができる。
411bにそれぞれ異種の媒質ガスを封入し、いずれか
一方の放電室を駆動することにより、必要に応じた波長
のレーザ光を得ることができる。あるいは、同種の媒質
ガスを両方の放電室に封入し、同時に駆動することによ
り、一つの放電室を駆動する場合の数倍の出力のエキシ
マレーザ光を得ることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザはi線
以降の露光用光源として期待されているが、未だ解決す
べき課題が多く残されている。その最大のものは耐久性
の問題である。上述した第1の従来例では、レーザ発振
を続ける内に放電電極が摩耗するため、出力が低下し最
後には発振しなくなる。このようになった場合、放電管
ごと交換する必要があり、メンテナンスコストが高くつ
く。
以降の露光用光源として期待されているが、未だ解決す
べき課題が多く残されている。その最大のものは耐久性
の問題である。上述した第1の従来例では、レーザ発振
を続ける内に放電電極が摩耗するため、出力が低下し最
後には発振しなくなる。このようになった場合、放電管
ごと交換する必要があり、メンテナンスコストが高くつ
く。
【0010】ここで、仮に第2の従来例の手法を採用し
て電極の長寿命化を図ろうとした場合(第2の従来例の
ものは、異なる波長のレーザ光を別々の放電室にて得る
ものであるが、各放電室において同一波長のレーザ光を
得るようにしたものとして)、例えば2対の電極を使用
して放電管の寿命を延ばすには、単純に倍の長さが必要
となる。而して、現状ではエキシマステッパで使用され
ているエキシマレーザは約1.6メートルの長さがあ
り、倍になると3メートルを越えてしまい、装置が長く
なりすぎて広いスペースが必要になり現実的ではない。
て電極の長寿命化を図ろうとした場合(第2の従来例の
ものは、異なる波長のレーザ光を別々の放電室にて得る
ものであるが、各放電室において同一波長のレーザ光を
得るようにしたものとして)、例えば2対の電極を使用
して放電管の寿命を延ばすには、単純に倍の長さが必要
となる。而して、現状ではエキシマステッパで使用され
ているエキシマレーザは約1.6メートルの長さがあ
り、倍になると3メートルを越えてしまい、装置が長く
なりすぎて広いスペースが必要になり現実的ではない。
【0011】また、休止中の放電室内のレーザ媒質の光
吸収のために効率が低下するという問題が起こり、さら
に放電室毎に電極を設置しているため、ガスの使用量が
多くなるという問題がある。本発明はこのような状況に
鑑みてなされたものであって、その目的は、装置をでき
る限りコンパクトに抑えつつ、エキシマレーザ装置の長
寿命化を実現することである。
吸収のために効率が低下するという問題が起こり、さら
に放電室毎に電極を設置しているため、ガスの使用量が
多くなるという問題がある。本発明はこのような状況に
鑑みてなされたものであって、その目的は、装置をでき
る限りコンパクトに抑えつつ、エキシマレーザ装置の長
寿命化を実現することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、一つの放電管内の側壁に平行に複
数の主放電用電極対が備えられ、該放電管内の中心部分
に各主放電用電極対と平行に冷却用熱交換器が設置さ
れ、該放電管内に各主放電用電極対に共通に作用するガ
ス循環ファンが備えられ、各主放電用電極対は切り換え
手段を介して1つの共通駆動回路により順次駆動される
ことを特徴とするエキシマレーザ装置、が提供される。
め、本発明によれば、一つの放電管内の側壁に平行に複
数の主放電用電極対が備えられ、該放電管内の中心部分
に各主放電用電極対と平行に冷却用熱交換器が設置さ
れ、該放電管内に各主放電用電極対に共通に作用するガ
ス循環ファンが備えられ、各主放電用電極対は切り換え
手段を介して1つの共通駆動回路により順次駆動される
ことを特徴とするエキシマレーザ装置、が提供される。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。図1は、本発明の参考例のエキシマレーザ装
置の放電管断面図および励起回路の概略図である。同図
に示されるように、放電管111は、チャンバ110と
その中に設置された各部材によって構成される。チャン
バ110内には、2対の主放電用電極105a、105
bが並行に配置され、各主放電用電極の両側にはそれぞ
れ複数の予備電離用電極106a、106bが配置され
ており、そしてレーザ媒質としてKr、F2 が封入され
ている。
説明する。図1は、本発明の参考例のエキシマレーザ装
置の放電管断面図および励起回路の概略図である。同図
に示されるように、放電管111は、チャンバ110と
その中に設置された各部材によって構成される。チャン
バ110内には、2対の主放電用電極105a、105
bが並行に配置され、各主放電用電極の両側にはそれぞ
れ複数の予備電離用電極106a、106bが配置され
ており、そしてレーザ媒質としてKr、F2 が封入され
ている。
【0014】また、各主放電用電極の隣には冷却用熱交
換器107a、107bが設置されており、さらにチャ
ンバ110の中央部にも冷却用熱交換器108が配置さ
れている。そして、放電を安定に保つために放電領域の
ガスは入れ替える必要があり、チャンバ内にはガス循環
ファン109が設置されている。ガス循環ファンは図中
で放電管内の左下に設置されて反時計方向に回転し、チ
ャンバ内に反時計方向の媒質ガスの対流を生じさせる。
ガスの流速は10〜30メートル/秒程度になるように
ガス循環ファンを調整する。ここで、中央に配置された
熱交換器108はガスの対流効率を良くするために中心
仕切りの役目を兼ねている。主放電用電極105a、1
05bは、冷却用熱交換器108、ガス循環ファン10
9に関して対称の位置に配置されており、この構成によ
り均等なレーザ出力得ることができる。
換器107a、107bが設置されており、さらにチャ
ンバ110の中央部にも冷却用熱交換器108が配置さ
れている。そして、放電を安定に保つために放電領域の
ガスは入れ替える必要があり、チャンバ内にはガス循環
ファン109が設置されている。ガス循環ファンは図中
で放電管内の左下に設置されて反時計方向に回転し、チ
ャンバ内に反時計方向の媒質ガスの対流を生じさせる。
ガスの流速は10〜30メートル/秒程度になるように
ガス循環ファンを調整する。ここで、中央に配置された
熱交換器108はガスの対流効率を良くするために中心
仕切りの役目を兼ねている。主放電用電極105a、1
05bは、冷却用熱交換器108、ガス循環ファン10
9に関して対称の位置に配置されており、この構成によ
り均等なレーザ出力得ることができる。
【0015】主放電用電極105aおよび予備電離用電
極106aには、第1コンデンサC1 a、第2コンデン
サC2 a、インダクタンスLa、サイラトロン104a
からなる励起回路が接続され、また主放電用電極105
bおよび予備電離用電極106bには、第1コンデンサ
C1 b、第2コンデンサC2 b、インダクタンスLb、
サイラトロン104bからなる励起回路が接続されてい
る。これらの励起回路には制御装置102により制御さ
れる高圧電源103a、103bにより電力が供給され
る。制御装置102はステッパ101からの信号を受け
て制御を行う。各励起回路の動作は図5に示した第1の
従来例のそれと同様であるので、その説明は省略する。
極106aには、第1コンデンサC1 a、第2コンデン
サC2 a、インダクタンスLa、サイラトロン104a
からなる励起回路が接続され、また主放電用電極105
bおよび予備電離用電極106bには、第1コンデンサ
C1 b、第2コンデンサC2 b、インダクタンスLb、
サイラトロン104bからなる励起回路が接続されてい
る。これらの励起回路には制御装置102により制御さ
れる高圧電源103a、103bにより電力が供給され
る。制御装置102はステッパ101からの信号を受け
て制御を行う。各励起回路の動作は図5に示した第1の
従来例のそれと同様であるので、その説明は省略する。
【0016】図示されていないが、各主放電用電極10
5a、105bにはそれぞれ共振器を構成する一対のミ
ラーが設置されており、それぞれのレーザ出力光はミラ
ーにより屈折せしめられ、出射口が同じになされてい
る。一方のレーザ出力光のみを屈折させて出射口を同じ
にしてもよい。
5a、105bにはそれぞれ共振器を構成する一対のミ
ラーが設置されており、それぞれのレーザ出力光はミラ
ーにより屈折せしめられ、出射口が同じになされてい
る。一方のレーザ出力光のみを屈折させて出射口を同じ
にしてもよい。
【0017】次に、上述したエキシマレーザ装置を用い
たレーザ発振方法を説明する。エキシマレーザを発振さ
せる際にそれぞれの主放電用電極での発振を半周期ずら
して発振させる。それぞれの放電用電極でのその時のパ
ルス列は図2(a)、(b)のようになる。例えば40
0Hz の発振が必要な場合、それぞれの放電用電極の
共振器を200Hzずつで発振させ、半周期ずらして交
互に発振させることにより、400Hzの発振を得るこ
とができる。この方法によれば一つの電極を使用する場
合の限界周波数の倍の周波数でのレーザ発振が可能にな
りスループットの向上を図ることができる。
たレーザ発振方法を説明する。エキシマレーザを発振さ
せる際にそれぞれの主放電用電極での発振を半周期ずら
して発振させる。それぞれの放電用電極でのその時のパ
ルス列は図2(a)、(b)のようになる。例えば40
0Hz の発振が必要な場合、それぞれの放電用電極の
共振器を200Hzずつで発振させ、半周期ずらして交
互に発振させることにより、400Hzの発振を得るこ
とができる。この方法によれば一つの電極を使用する場
合の限界周波数の倍の周波数でのレーザ発振が可能にな
りスループットの向上を図ることができる。
【0018】次に、図3を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。図3において、図1に示した参考例の
部分と同等の部分には下2桁が共通する参照番号が付せ
られている。図3に示す本実施例では、高圧電源203
とサイラトロン204と第1コンデンサC1 とインダク
タンスLを2対の主放電用電極で共用している点で参考
例と相違している。切換スイッチ212によって使用さ
れる主放電用電極が選択される仕組みになっている。こ
の場合、高圧電源とサイラトロンと第1コンデンサとイ
ンダクタンスを一つずつ設ければよくコストの低減と小
型化が図れるという利点がある。
ついて説明する。図3において、図1に示した参考例の
部分と同等の部分には下2桁が共通する参照番号が付せ
られている。図3に示す本実施例では、高圧電源203
とサイラトロン204と第1コンデンサC1 とインダク
タンスLを2対の主放電用電極で共用している点で参考
例と相違している。切換スイッチ212によって使用さ
れる主放電用電極が選択される仕組みになっている。こ
の場合、高圧電源とサイラトロンと第1コンデンサとイ
ンダクタンスを一つずつ設ければよくコストの低減と小
型化が図れるという利点がある。
【0019】この実施例では、切換スイッチ212によ
って使用する主放電用電極を選択するが、図2に示すよ
うに使用する電極を1パルス毎に交互に変える駆動方法
では、レーザの発振周波数が高い場合に切換スイッチの
切り換え速度が追い付かなくなる可能性がある。このよ
うな場合は、一定パルス数毎に交互に主放電用電極を使
用するようにすればよい。その場合、それぞれの電極で
のパルス列は図4(a)、(b)のようになる。
って使用する主放電用電極を選択するが、図2に示すよ
うに使用する電極を1パルス毎に交互に変える駆動方法
では、レーザの発振周波数が高い場合に切換スイッチの
切り換え速度が追い付かなくなる可能性がある。このよ
うな場合は、一定パルス数毎に交互に主放電用電極を使
用するようにすればよい。その場合、それぞれの電極で
のパルス列は図4(a)、(b)のようになる。
【0020】これは例えばウェハを露光する際に1ショ
ット毎に切り替えスイッチによって使用する電極を変え
て発振させるようにして実現される。また、1ウェハ毎
あるいは1ロット毎というように使用する電極を変えて
もよい。なお、この発振方法は先の参考例の装置におい
ても使用できる。
ット毎に切り替えスイッチによって使用する電極を変え
て発振させるようにして実現される。また、1ウェハ毎
あるいは1ロット毎というように使用する電極を変えて
もよい。なお、この発振方法は先の参考例の装置におい
ても使用できる。
【0021】以上の実施例ではKrFエキシマレーザに
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なくArF等他の媒質を用いたエキシマレーザにも適用
しうるものである。また、実施例では、2対の主放電用
電極を設置する場合について説明したがより多くの電極
対を設けるようにしてもよい。
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なくArF等他の媒質を用いたエキシマレーザにも適用
しうるものである。また、実施例では、2対の主放電用
電極を設置する場合について説明したがより多くの電極
対を設けるようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるエキ
シマレーザ装置は、同一放電管内に複数対の主放電用電
極が設置してあり、1パルス毎あるいは一定パルス数毎
に順次発振キャビティを変更させることが可能であり、
このことにより放電管の電極摩耗を遅らせて長寿命化を
図ることができメインテナンスの工数を削減することが
できる。
シマレーザ装置は、同一放電管内に複数対の主放電用電
極が設置してあり、1パルス毎あるいは一定パルス数毎
に順次発振キャビティを変更させることが可能であり、
このことにより放電管の電極摩耗を遅らせて長寿命化を
図ることができメインテナンスの工数を削減することが
できる。
【0023】また複数対の主放電用電極が並列に設置し
てあるため、直列に設置してあるものと比べて装置占有
面積が小さくて済み、また休止中の放電室のレーザ媒質
の光吸収によって効率が劣化することも回避できる。さ
らに複数対の主放電用電極を1つの駆動回路(高圧電源
と励起回路の一部)により駆動するようにしたので、装
置を一層小型化することができるとともに、コスト低減
を図ることができる。また、一つの放電管を使用してい
るため、複数の放電管を使用する場合に比較して、使用
するガスの量を少なく抑えることができる。
てあるため、直列に設置してあるものと比べて装置占有
面積が小さくて済み、また休止中の放電室のレーザ媒質
の光吸収によって効率が劣化することも回避できる。さ
らに複数対の主放電用電極を1つの駆動回路(高圧電源
と励起回路の一部)により駆動するようにしたので、装
置を一層小型化することができるとともに、コスト低減
を図ることができる。また、一つの放電管を使用してい
るため、複数の放電管を使用する場合に比較して、使用
するガスの量を少なく抑えることができる。
【図1】本発明の参考例のエキシマレーザ装置の断面図
と励起回路の概略図。
と励起回路の概略図。
【図2】本発明の参考例の駆動方法を説明するためのパ
ルスタイミング図。
ルスタイミング図。
【図3】本発明の一実施例のエキシマレーザ装置の断面
図と励起回路の概略図。
図と励起回路の概略図。
【図4】本発明の一実施例の駆動方法を説明するための
パルスタイミング図。
パルスタイミング図。
【図5】第1の従来例のエキシマレーザ装置の断面図と
励起回路の概略図。
励起回路の概略図。
【図6】第2の従来例の放電室内の構成を示す図。
101、201、301 ステッパ 102、202、302 制御装置 103a、103b、203、303 高圧電源 104a、104b、204、304 サイラトロン 105a、105b、205a、205b、305、4
05a、405b 主放電用電極 106a、106b、206a、206b、306、4
06a、406b 予備電離用電極 107a、107b、108、207a、207b、2
08、307 冷却用熱交換器 109、209、309 ガス循環ファン 110、210、310 チャンバ 111、211、311 放電管 411a、411b 放電室 413 透過部材 414 ブリュースタ窓
05a、405b 主放電用電極 106a、106b、206a、206b、306、4
06a、406b 予備電離用電極 107a、107b、108、207a、207b、2
08、307 冷却用熱交換器 109、209、309 ガス循環ファン 110、210、310 チャンバ 111、211、311 放電管 411a、411b 放電室 413 透過部材 414 ブリュースタ窓
Claims (4)
- 【請求項1】 一つの放電管内の側壁に平行に複数の主
放電用電極対が備えられ、該放電管内の中心部分に各主
放電用電極対と平行に冷却用熱交換器が設置され、該放
電管内に各主放電用電極対に共通に作用するガス循環フ
ァンが備えられているエキシマレーザ装置において、各
主放電用電極対は切り換え手段を介して1つの共通駆動
回路により順次駆動されることを特徴とするエキシマレ
ーザ装置。 - 【請求項2】 各主放電用電極対に対する駆動は、一定
パルス数毎に切り換えられ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】 各主放電用電極対は、前記冷却用熱交換
器を中心として前記ガス循環ファンに対し対称の位置に
配置されてい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】 各主放電用電極対毎に共振器が備えら
れ、少なくとも一つの共振器の出射光が屈折手段を介し
て出力されることにより各共振器の出射光が同一個所か
ら出力され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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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