JPH04237176A - Excimer laser device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、光リソグラフィや微細
加工等に応用されるエキシマレーザー装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excimer laser device used in optical lithography, microfabrication, and the like.
【０００２】0002
【従来の技術】光リソグラフィや微細加工等に応用され
る産業用のエキシマレーザー装置は、レーザー媒質とし
てクリプトン，キセノンなどの希ガスとフッ素，塩素な
どのハロゲンガスを用い、多くは放電によって励起・発
光させ、３５３ｎｍから１９３ｎｍまでのいくつかの波
長で発振線を得ることができる紫外線レーザー装置であ
る。[Prior Art] Industrial excimer laser devices applied to optical lithography, microfabrication, etc. use rare gases such as krypton and xenon and halogen gases such as fluorine and chlorine as laser media, and are often excited and stimulated by electrical discharge. It is an ultraviolet laser device that can emit light and obtain oscillation lines at several wavelengths from 353 nm to 193 nm.
【０００３】なかでも、ＫｒＦエキシマレーザー装置は
、高効率で２４８ｎｍという比較的短波長で発振するの
で、リソグラフィ用光源としてもっとも期待されている
。Among these, the KrF excimer laser device is most promising as a light source for lithography because it oscillates at a relatively short wavelength of 248 nm with high efficiency.
【０００４】以下に図２を参照して従来のエキシマレー
ザー装置の構成を説明する。図２において、レーザーガ
ス１は希ガスとハロゲンガスの混合ガスで、レーザー管
２内に封入されている。前記混合ガスは、レーザー管２
内に設置されたクロスフローファン１４によって均一に
撹拌される。このレーザーガス１は一対の電極３の間で
パルス的に放電励起され、エキシマ発光を行う放電部４
を形成する。５はレーザー光を取り出すレーザー窓であ
る。放電部４より射出された光は、レーザー管２の両端
のレーザー光路６上に設けられた光共振器（図示せず）
によって数回往復したのち、レーザー光として半透過鏡
（図示せず）から出力される。The configuration of a conventional excimer laser device will be explained below with reference to FIG. In FIG. 2, a laser gas 1 is a mixed gas of rare gas and halogen gas, and is sealed in a laser tube 2. The mixed gas is supplied to the laser tube 2
The mixture is uniformly stirred by a cross flow fan 14 installed inside. This laser gas 1 is discharge-excited in a pulsed manner between a pair of electrodes 3, and a discharge section 4 emits excimer light.
form. 5 is a laser window for extracting laser light. The light emitted from the discharge section 4 passes through an optical resonator (not shown) provided on the laser optical path 6 at both ends of the laser tube 2.
After reciprocating several times, it is output as a laser beam from a semi-transmissive mirror (not shown).
【０００５】ところで、従来のエキシマレーザー装置は
、ハロゲンガスに対する化学的安定性の面と、レーザー
パルス放電から発生する電磁波（ノイズ）を遮蔽するた
めに、アルミやステンレスなどの金属を電気的に接地し
た金属容器をレーザー管２として用いている。一方、効
率のよいレーザー励起放電を行うには電極３の間に３０
ｋＶ前後の高電圧をかける必要がある。したがって、高
電圧が印加された電極３から、接地されたレーザー管２
への絶縁破壊を防止するために、電極３とレーザー管２
との間には適度な空間を設けなければならない。By the way, in conventional excimer laser devices, metals such as aluminum and stainless steel are electrically grounded in order to ensure chemical stability against halogen gas and to shield electromagnetic waves (noise) generated from laser pulse discharge. A metal container made of aluminum is used as the laser tube 2. On the other hand, in order to perform efficient laser-excited discharge, the distance between the electrodes 3
It is necessary to apply a high voltage of around kV. Therefore, from the electrode 3 to which a high voltage is applied, to the grounded laser tube 2
In order to prevent dielectric breakdown to the electrode 3 and laser tube 2,
Appropriate space must be provided between the two.
【０００６】また、レーザー窓５が放電部４に近すぎる
と、放電によってスパッタされた金属粒子が、放電の衝
撃によってレーザー窓５に衝突し、レーザー窓５の失透
・劣化を促進する。したがって、レーザー窓５から放電
部４までの間にも適度な空間距離を設けてやる必要があ
る。Furthermore, if the laser window 5 is too close to the discharge section 4, metal particles sputtered by the discharge will collide with the laser window 5 due to the impact of the discharge, promoting devitrification and deterioration of the laser window 5. Therefore, it is necessary to provide an appropriate spatial distance between the laser window 5 and the discharge section 4.
【０００７】以上の理由から、従来のエキシマレーザー
装置ではレーザー放電部４とレーザー窓５との間にレー
ザーガスが励起されていない領域（以下、非励起領域と
いう）が必然的に生じることになる。図２において、７
が非励起領域に相当する。For the above reasons, in the conventional excimer laser device, a region where the laser gas is not excited (hereinafter referred to as a non-excited region) inevitably occurs between the laser discharge section 4 and the laser window 5. . In Figure 2, 7
corresponds to the non-excited region.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のエキシ
マレーザー装置では、この非励起領域には、レーザー光
を吸収・散乱するレーザーガス以外の不純物が多数存在
する。これらの不純物は、主にレーザー放電によって電
極材料がスパッタされてハロゲンガスと化合した金属ハ
ロゲン化物の粒子からなり、レーザーガスを一部または
全部を交換しない限り、レーザーの動作時間につれてレ
ーザーガス内に蓄積されていく。一方、非励起領域はレ
ーザー管の大小の大きさにかかわらず最小限必要な空間
距離であるから、レーザー管が小さくなればなるほど放
電部の長手方向の長さに対する非励起領域の長さの割合
いは大きくなる。このため、特に利得長の短い小型のレ
ーザー管では、レーザーを長時間動作させると非励起領
域の吸収・散乱損失が増大し、レーザー出力の取り出し
効率を低下させ、その結果、レーザー出力が制限される
という課題があった。However, in the conventional excimer laser device, many impurities other than the laser gas that absorb and scatter the laser light exist in this non-excited region. These impurities mainly consist of metal halide particles that are sputtered from the electrode material by the laser discharge and combined with the halogen gas, and will continue to build up in the laser gas over the course of the laser's operating time unless the laser gas is partially or completely replaced. It keeps accumulating. On the other hand, since the unexcited region has the minimum required spatial distance regardless of the size of the laser tube, the smaller the laser tube, the greater the ratio of the length of the unexcited region to the longitudinal length of the discharge part. It gets bigger. For this reason, especially in small laser tubes with short gain lengths, when the laser is operated for a long time, absorption and scattering losses in the non-excited region increase, reducing the extraction efficiency of the laser output, and as a result, the laser output is limited. There was an issue of
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、レーザーガスを封入したレーザー管内にお
いて、レーザー放電部を除くレーザー光路上をダクトで
覆い、レーザー管外部より前記ダクト内に希ガスを注入
する手段を配設し、前記ダクトの一部または全部を絶縁
体で構成したものである。[Means for Solving the Problems] In order to solve this problem, the present invention covers the laser light path except for the laser discharge part in a laser tube filled with laser gas with a duct, and connects the inside of the duct from the outside of the laser tube. Means for injecting rare gas is provided, and part or all of the duct is made of an insulator.
【００１０】0010
【作用】この方法によって、レーザーガスを封入したレ
ーザー管内において、レーザー放電部を除くレーザー光
路上は高純度な希ガスで満たされるので、前記非励起領
域よりレーザーガス内に蓄積されている不純物を排除で
き、前記レーザーガス以外の不純物によるレーザー光の
吸収・散乱損失を最小限に留めることができる。[Operation] With this method, in the laser tube filled with laser gas, the laser optical path excluding the laser discharge area is filled with highly pure rare gas, so impurities accumulated in the laser gas are removed from the non-excited region. Therefore, absorption and scattering loss of laser light due to impurities other than the laser gas can be kept to a minimum.
【００１１】[0011]
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１２】図１において本発明実施例のエキシマレー
ザー装置は、レーザー管２内にレーザーガス１を封入し
、このレーザーガス１は一対の電極３の間でパルス的に
放電励起され、エキシマ発光を行う放電部４を形成する
。このとき、前記放電部には前記電極からスパッタされ
た金属粒子が多数存在する。５はレーザー光を取り出す
レーザー窓、９はレーザー放電部を除く光路上を希ガス
で満たすための円筒形のダクト、１０は希ガス供給のた
めの希ガス注入ポート、１１はハロゲンガス供給のため
のハロゲンガス注入ポートである。１２は希ガス注入ポ
ート１０およびハロゲンガス注入ポート１１に流入する
ガスの流量を調節するマスフローコントローラ、１３は
レーザー管２内のガス圧を一定に保つためのガス排出弁
である。In FIG. 1, the excimer laser device according to the embodiment of the present invention has a laser gas 1 sealed in a laser tube 2, and this laser gas 1 is discharge-excited in a pulsed manner between a pair of electrodes 3 to emit excimer light. A discharge section 4 is formed. At this time, a large number of metal particles sputtered from the electrode are present in the discharge section. 5 is a laser window for taking out the laser beam, 9 is a cylindrical duct for filling the optical path excluding the laser discharge part with rare gas, 10 is a rare gas injection port for supplying rare gas, and 11 is for supplying halogen gas. This is the halogen gas injection port. 12 is a mass flow controller that adjusts the flow rate of gas flowing into the rare gas injection port 10 and the halogen gas injection port 11; and 13 is a gas exhaust valve that keeps the gas pressure in the laser tube 2 constant.
【００１３】上述したように、レーザー管２は電気的に
接地されているため、ダクト９の材料としては、一部ま
たは全部が絶縁体の材料が望ましい。そこで、本発明者
は、レーザー管２の内壁に配設する前記ダクトの材料と
して純度９９％のアルミナセラミックを用いた。As mentioned above, since the laser tube 2 is electrically grounded, it is preferable that the material of the duct 9 is partially or entirely an insulator. Therefore, the inventor used alumina ceramic with a purity of 99% as the material for the duct disposed on the inner wall of the laser tube 2.
【００１４】次に本発明実施例のエキシマレーザーの動
作を図１にしたがって説明する。本実施例ではレーザー
ガス１としてヘリウムで稀釈したクリプトンガスとフッ
素ガスの混合ガスを用いている。レーザー動作中は、希
ガス注入ポート１０より希ガスを、ハロゲンガス注入ポ
ート１１よりハロゲンガスを常時注入している。前記各
ポートより注入されるガスは、レーザー管２内でレーザ
ーガス１の組成と同一組成となるよう、流量をマスフロ
ーコントローラ１２で制御する。これらのガスは、レー
ザー管２内に設けたクロスフローファン１４によって瞬
時に均一に撹拌される。レーザーガス１は一対の電極３
間でパルス的に放電励起され、エキシマ発光を行う放電
部４を形成する。このときスパッタによって金属粒子も
電極３間に発生し、前記クロスフローファンによってレ
ーザーガス内に拡散する。放電部４で発生する光がレー
ザー管２の両端のレーザー光軸６上に設けられた光共振
器（図示せず）によって、数回往復反射したのち、レー
ザー光として半透過鏡（図示せず）から出力される。こ
の時、エキシマ発光がレーザー放電部４で増幅され、前
記光共振器内を往復しながらレーザー発振が立ち上がる
過程において、非励起領域７は上述した手段によって吸
収・散乱損失のない希ガスで満たされるので、放電部４
で増幅されたレーザー光はレーザーガス以外の不純物に
よる吸収・散乱損失を受けることなくレーザー窓５まで
到達することができる。Next, the operation of the excimer laser according to the embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In this embodiment, a mixed gas of krypton gas and fluorine gas diluted with helium is used as the laser gas 1. During laser operation, rare gas is constantly injected through the rare gas injection port 10 and halogen gas is constantly injected through the halogen gas injection port 11. The flow rate of the gas injected from each port is controlled by a mass flow controller 12 so that it has the same composition as the laser gas 1 within the laser tube 2. These gases are instantaneously and uniformly stirred by a cross flow fan 14 provided within the laser tube 2. Laser gas 1 is connected to a pair of electrodes 3
A discharge section 4 is formed which is excited by discharge in a pulsed manner between the two and emits excimer light. At this time, metal particles are also generated between the electrodes 3 by sputtering and diffused into the laser gas by the cross flow fan. The light generated in the discharge section 4 is reflected back and forth several times by optical resonators (not shown) provided on the laser optical axis 6 at both ends of the laser tube 2, and then reflected back and forth as laser light through a semi-transmissive mirror (not shown). ) is output. At this time, the excimer emission is amplified in the laser discharge section 4, and in the process of starting laser oscillation while reciprocating within the optical resonator, the non-excited region 7 is filled with rare gas without absorption and scattering loss by the above-mentioned means. Therefore, discharge section 4
The amplified laser light can reach the laser window 5 without suffering absorption or scattering loss due to impurities other than the laser gas.
【００１５】本発明者らの実験によると、フッ素ガスを
分圧で４Ｔｏｒｒ含むレーザーガスを封入したレーザー
管２の内壁にアルミナセラミックのダクト９を６８ｍｍ
突き出して非励起領域７を希ガスで満たす部分の長さを
約２０ｃｍとし、さらにレーザー窓近傍の希ガス注入ポ
ート１０より高純度なヘリウムガスを毎分１ｌ注入して
レーザー窓５から放電部４近傍までの間に滞在させ、前
記放電部から射出されたレーザー光が非励起領域７に存
在するレーザーガス以外の不純物によって受ける吸収・
散乱損失を取り除くことによって、レーザー出力の取り
出し効率を１０〜２０％向上させることができた。この
出力向上は、レーザーガスが新鮮であっても得られたの
で、レーザーガスに蓄積されていく不純物による吸収・
散乱損失だけでなく、放電パルス毎に発生する不純物や
、ハロゲンガス自身による吸収なども排除できたことに
よると考えられる。According to experiments conducted by the present inventors, an alumina ceramic duct 9 with a length of 68 mm was installed on the inner wall of the laser tube 2 filled with a laser gas containing fluorine gas at a partial pressure of 4 Torr.
The length of the protruding portion that fills the non-excited region 7 with rare gas is approximately 20 cm, and 1 liter of high-purity helium gas is injected per minute from the rare gas injection port 10 near the laser window to fill the discharge section 4 from the laser window 5. The laser beam emitted from the discharge section is absorbed by impurities other than the laser gas present in the non-excited region 7.
By removing scattering loss, the extraction efficiency of laser output could be improved by 10-20%. This increase in output was achieved even when the laser gas was fresh, so it is due to absorption due to impurities that accumulate in the laser gas.
This is thought to be due to the fact that not only scattering loss but also impurities generated with each discharge pulse and absorption by the halogen gas itself could be eliminated.
【００１６】いずれにしても、ダクト９、希ガス注入ポ
ート１０を設置していない従来のエキシマレーザー装置
と比較すると大幅な品質改善になり、本発明の効果が確
認された。なお、本実施例ではハロゲンガスとしてフッ
素を用いているが塩素，臭素などのハロゲンガスについ
ても同様の効果がある。In any case, compared to the conventional excimer laser apparatus without the duct 9 and rare gas injection port 10, the quality was significantly improved, and the effects of the present invention were confirmed. Although fluorine is used as the halogen gas in this embodiment, similar effects can be obtained with halogen gases such as chlorine and bromine.
【００１７】以上のような構成を有するので、本発明の
エキシマレーザー装置はレーザー管内において、レーザ
ー放電部を除くレーザー光路上に存在するレーザーガス
以外の不純物によるレーザー光の吸収・散乱を低減する
ことにより、レーザー出力を向上することができ、産業
用レーザーとして最適の特性を得ることができるものと
なる。With the above configuration, the excimer laser device of the present invention can reduce the absorption and scattering of laser light due to impurities other than laser gas existing on the laser light path excluding the laser discharge part within the laser tube. As a result, the laser output can be improved and optimum characteristics can be obtained as an industrial laser.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したように本発明のエキシマレ
ーザー装置では、レーザー管２内の、レーザー放電部４
を除くレーザー光路６上に存在するレーザーガス以外の
不純物を排除する手段を配設することによって、レーザ
ーガス以外の不純物によるレーザー光の吸収・散乱を低
減し、その結果レーザー出力の向上を図ることができる
。Effects of the Invention As explained above, in the excimer laser device of the present invention, the laser discharge section 4 in the laser tube 2
By providing means for eliminating impurities other than the laser gas present on the laser optical path 6 excluding the laser gas, absorption and scattering of laser light by impurities other than the laser gas is reduced, and as a result, the laser output is improved. I can do it.
【図１】本発明のエキシマレーザー装置の実施例を示す
概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the excimer laser device of the present invention
【図２】従来のエキシマレーザー装置の概略図[Figure 2] Schematic diagram of a conventional excimer laser device
１ レーザーガス ２ レーザー管 ３ 電極 ４ 放電部 ５ レーザー窓 ６ レーザー光軸 ７ 非励起領域 ８ 高圧導入端子 ９ ダクト １０ 希ガス注入ポ−ト １１ ハロゲンガス注入ポ−ト １２ マスフローコントローラ １３ ガス排出弁 １４ クロスフローファン 1 Laser gas 2 Laser tube 3 Electrode 4 Discharge part 5 Laser window 6 Laser optical axis 7 Unexcited region 8 High voltage introduction terminal 9 Duct 10 Rare gas injection port 11 Halogen gas injection port 12 Mass flow controller 13 Gas exhaust valve 14 Cross flow fan
Claims (3)
いて、レーザー放電部を除くレーザー光路上からレーザ
ーガス以外の不純物を排除する手段を配設したことを特
徴とするエキシマレーザー装置。1. An excimer laser device comprising: a means for removing impurities other than the laser gas from the laser beam path excluding the laser discharge portion in a laser tube sealed with laser gas.
レーザーガス以外の不純物を排除する手段は、レーザー
窓から放電部までの間をダクトで覆い、レーザー管外部
より前記ダクト内に希ガスを注入する手段を配設するこ
とによって実現される請求項１記載のエキシマレーザー
装置。[Claim 2] The means for eliminating impurities other than laser gas from the laser light path excluding the laser discharge section is to cover the space between the laser window and the discharge section with a duct, and inject a rare gas into the duct from outside the laser tube. 2. The excimer laser device according to claim 1, which is realized by providing means for.
構成されることを特徴とする請求項１記載のエキシマレ
ーザー装置。3. The excimer laser device according to claim 1, wherein part or all of the duct is made of an insulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP569191A JPH04237176A (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Excimer laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP569191A JPH04237176A (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Excimer laser device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04237176A true JPH04237176A (en) | 1992-08-25 |
Family
ID=11618127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP569191A Pending JPH04237176A (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Excimer laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04237176A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06169119A (en) * | 1991-09-13 | 1994-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Excimer laser device |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP569191A patent/JPH04237176A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06169119A (en) * | 1991-09-13 | 1994-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Excimer laser device |
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