JPH02143480A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、エキシマレーザ装置、特に、そのレーザ媒
質であるガスの種類を変更する際のバンシベイション処
理の技術に関する。

Ｂ、従来技術 エキシマレーザは紫外短波長かつ高出力なレーザとして
、半導体デバイス、光化学プロセス等の分野において注
目を集めている。

エキシマレーサ゛装置は、レーザ媒質としてのガスを封
入するチャンバ（レーザ管）、チャンバ内でカソードと
アノードとを対向させて構成した主放電部、予（ｌｔｆ
ｌ　電離用ピン電極、ピーキングキャパシタ、充放電用
コンデンサ、放電トリガ用のサイラトロン、チャンバ内
でガスを循環させるクロスフローファン、ガス冷却用の
熱交換器等を備えている。そして、クロスフローフ１ン
によってチャンバ内でガスをＩ環させた状態で、高圧電
源から充放電用コンデンサにエネルギーを蓄積し、その
充電電圧が所定値に達した後にサイラトロンを導通させ
て予備？ｉｉ離用ピン電極で放電を起こし、このとき発
生した紫外線によって主放電部のカソード、アノード間
のガスを予ｗＩ電離し、その予備電九に基づいて主放電
部において主成１Ｉｔ（グロー放電）を起こし、紫外短
波長のレーザを発振させるものである。

なお、主放電によって温度上昇したガスは熱交換器に至
り冷却され、再びクロスフローファンによって主放電部
、予備電離用ビン電極に供給される。

レーザ媒質であるガスとしては、Ｆ、やＨＣ／！などの
ハロゲンガスにＸｅやＫｒなどの稀ガスを含有させたガ
スが用いられる。そのため、チューブの内壁、チューブ
内の構造物との化学反応によって不純物（フッ化物、塩
化物）を発生し、チューブの内壁や主放電部、予備電離
用ビン電極、ピーキングキャパシタ、クロスフローファ
ン、熱交換器等に不純物が付着し蓄積していくＪこの不
純物はレーザビームの吸収や異常数？！（アーク放電）
の原因となり、レーザビームの出力パワーを低下させる
。しかし、この不純物を真空引きによって取り除くこと
は容易ではない。

一般に、エキシマレーザ装置においては、チャンバに初
めてガスを注入して発振させる場合やガス種類を変更し
て発振させる場合には、チャンバ内のガスに触れる部分
をガスに順応化させるパッシベイション処理（不動態化
処理）が必要である。

パッシベイション処理は、レーザ媒質としての新鮮なガ
スの注入、１０４〜１０’　ショット程度の放電（レー
ザ発振）、ガスの排気の手順を数回以上繰り返し、レー
ザビームの出力パワｉの減少率が所定値以下となるまで
パッシベイション処理を行う。

ガスＪｕｌを変更する際のパッシベイション処理におい
ては、前述の付着物（不純物）が新しく注入されたガス
の特性に悪影響を与え、レーザ出力を低下させる原因と
なるため、新鮮なガス（交換しようとするレーザ媒質）
の注入８　レーザ発振ガス排気の手順を多数回繰り返し
行わなければならない。

特に、塩素系のガスからフッ素系のガスに変更する場合
には、不純物として付着している塩化物とフッ素とが化
学反応を起こしてガスの特性に著しい悪影響を与えるた
め、所定の出力パワーを得るまでにはガス交換を多数回
にわたって行わなければならない、すなわち、パッシベ
イション処理に長時間を要する。

第３図は、横軸にレーザビームのショット回数を、縦軸
に出力パワーをとり、ガス交換回数をパラメータとして
パッシベイション処理の様子を示したものである。レー
ザビームの出力パワーは、レーザビームの光路中に配置
したビームスプリンタで分離した一部のレーザビームを
光センサで受光し、その結果をモニタデイスプレィに表
示することでオペレータに知らせるようにしである。

ガス交換１回月■では、ショツト数が所定回数（１０４
〜１０Ｓ回）に達するかなり前に出力パワーがゼロまで
降下する。■、■、■とガへ交換を繰り返すに従って出
力パワーの減少率が低減し、ガス交換ｎ回目■で所定回
数のショットが終了したときに、出力パワーの減少率（
ΔＰ／Ｐｍａｘ）が所定値（２０〜３０％）以下に達す
ると、パッシベイション処理が完了する。

このようにガス交換を何度も繰り返すこと、およびガス
交換とガス交換との間に、ガスとチ→・ンバ内の各構造
物との反応を進めるために休止期間をおく必要があるこ
と等から、パッシベイション処理は、通常、数日以上の
時間を必要とする。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のエキシマレーザ装置においては、
パッシベイション用のガスの交換に当たり、ガス排気の
ための真空ポンプの駆動、真空ポンプにつながる１１磁
弁の操作、新たなガスの注入のための電磁弁の操作や、
出力パワーがゼロまで降下したかどうか、あるいは所定
回数のショットが終了したかどうか、さらに、所定回数
のショット終了時に出力パワーの減少率が所定値以下か
どうかをモニタデイスプレィの表示を見て判断すること
等がオペレータによって担われており、パッシベイショ
ン処理が完了するまでの数日間、オペレータを拘束する
ことになっていた。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、エキシマレーザ装置におけるパッシベイション処
理のためにオペレータが拘束される度合いを大幅に低減
させることを目的とする。

０１課題を解決するための手段 この発明は、このような目的を達成するために、次のよ
うな構成をとる。

すなわち、この発明のエキシマレーザ装置は、レーザチ
ャンバ内のガスを自動的に排気する手段と、パッシベイ
ション用ガスをレーザチャンバ内に自動的に注入する手
段と、レーザチャンバにおいてレーザ発振を起こさせる
手段と、以上の各動作を複数回にわたって繰り返させる
手段と、その繰り返し動作中に出力パワーの減少率が所
定値以下かどうかを判断する手段と、所定値以下のとき
にパッシベイション処理完了が正常か、あるいは異常で
あることを報知する手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

８３作用 この発明の構成によれば、パッシベイション処理に必要
な各操作および判断を自動化している。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図（Ａ）、（Ｂ）はエキシマレーザ装置の構成を示
すブロック図である。

エキシマレーザ装置は、大きく分けて、第１図（Ａ）に
示すエキシマレーザ装置本体Ａと、第１図（Ｂ）に示す
レーザ操作装置Ｂとからなる。

レーザ装置本体Ａは、レーザ媒質としてのガスを封入す
るとともに、主放電部１ａ、予備ｉ４離用ピン電極１ｂ
、　　ピーキングキャパシタｌｃ、ガス循環用のクロス
フローファン１ｄ、ガス冷却用の熱交換器等を内蔵した
レーデチャンバ１と、サイラトロンヒーク２ａが付設さ
れた放電トリガ用のサイラトロン２と、レーザチャンバ
１の主放電部ｌａ、予備電離用ビン電極１ｂに高電圧を
供給する高圧電源回路３と、レーザチャンバ１内のガス
を排気するための真空ポンプ４と、レーザチャンバ１内
に各種のガスを導入するための電磁弁Ｓ■〜Ｓ■４およ
びレーザチャンバ１と真空ポンプ４との間に介装された
電磁弁Ｓ■、と、レーザコントローラ５　（詳細は後述
する）等を備えている。

レーザ装置本体Ａは、さらに、レーザビームＬＢの光路
中に配置されたビームスプリッタ６と、ビームスプリッ
タ６で分離されたレーザビームＬＢ１を受光する光セン
サ７と、高圧電源回路３の出力電圧すなわちレーザチャ
ンバ１における主放電部１ａの放電電圧を検出する放電
電圧検出回路８と、レーザチャンバ１の内圧を検出する
圧力センサ９と、レーザビームＬＢの出口の近傍に設け
られたシャッタ１０と、シャッタ１０を開閉状態を検出
するシャッタスイッチ１１等を備えている。

レーザコントローラ５は、−点鎖線で囲んで示すように
、全体を制御するプログラムを格納したＲＯＭ　（リー
ドオンリメモリ）２１．ワーキングメモリとしてのＲＡ
Ｍ　（ランダムアクセスメモリ）２２およびｃｐｕ　（
中央処理装置）２３．クロンク発生用の発振回路２４．
休止期間用の長時間タイマ２５等を備えてなるマイクロ
コンピュータ２６と、マイクロコンピュータ２６のＲＡ
Ｍ２２にパッシベイション処理等における各種の条件等
を入力するためのキーボード２７と、モニタデイスプレ
ィ２８と、１次入出力インターフェイス２９と、２次入
出力インターフェイス３０と、これら再入出力インター
フェイス２９．３０間で指令信号、検出信号を電気的な
絶縁状態で授受するためのフォトカプラＰ　Ｃ，、〜Ｐ
Ｃ１と、サイラトロントリガ回路３１と、１次入出力イ
ンターフェイス２９とサイシトロントリガ回路３１との
間で指令信号、検出信号を授受するためのフォトカプラ
ＰＣ，，、ＰＣ，、と、光センサ７の検出信号を増幅す
る光センサアンプ３２と、放電電圧検出回路８の検出信
号を増幅するアンプ３３と、圧力センサ９の検出信号か
らノイズ成分を除去する時定数の大きなフィルタ３４お
よびアンプ３５と、パッシベイション処理の完了表示ラ
ンプ３６と、レーザ操作装置Ｂとの間で光ファイバを介
して指令信号、検出信号を伝送するための光通信ドライ
バ／レシーバ３７等を備えている。

サイラトロントリガ回路３１のフォトカプラＰＣｑ＋、
　　Ｐ　Ｃｔｚ、光センサアンプ３２．放電電圧検出回
路８に係るアンプ３３．圧力センサ９に係るアンプ３５
は、１次入出力インターフェイス２９に接続されている
。前記クロスフローファンｌｄ、サイラトロンヒータ２
ａ、　　シャッタスイッチ１１．　ＭＬｎ弁ｓｖ、−ｓ
ｖ、および完了表示ランプ３６は、２次入出力インター
フェイス２３に接続されている。

光センサ７は、時定数の大きな焦電センサで構成されて
いる９発振回路２４は、レーザの発振周波数ｆ（数百Ｈ
ｚ）をつくるものであり、長時間タイマ２５は、ガス交
換とガス交換との間の休止期間をカウントするものであ
る。

マイクロコンピュータ２６は、１次入出力インターフェ
イス２９を介して入力した光センサ７、放電電圧検出回
路８．圧力センサ９の各状況データおよび２次入出力イ
ンターフェイス３０を介して入力したクロスフローファ
ンｌｄ、　　サイ子・トロンヒータ２ａ、　　シャッタ
スイッチ１１．電磁弁Ｓ　Ｖ　＋〜ＳＶ、の各状況デー
タを光通信ドライバ／レシーバ３７を介してレーザ操作
装置已に転送するとともに、それらの状況データが正常
か異常かを判断し、異常であるときは、異常検出信号を
割り込み信号として状況データとともにレーザ操作装置
Ｂに転送するように構成されている。

次に、第１図（Ｂ）に基づいて、レーザ操作装置Ｂにつ
いて説明する。

レーザ操作装置Ｂは、高圧電源回路３の○Ｎ１０ＦＦ制
御および光通信によって受信した各種の状況データに基
づいて行う高圧電源回路３の出力電圧制御、真空ポンプ
４のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御ならびにレーザ装置本体Ａに
おけるレーザコントローラ５に対する各種の指令を行う
マイクロコンピュータ４１と、レーザ装置本体Ａにおけ
るレーザコントローラ５との間で信号、データの授受を
光ファイバを介して行う光通信ドライバ／レシーバ４２
と、主として、パッシベイション処理が終わって零〇１
作を行っている際に受信した各状況デ、−夕を正常。

異常の区別なく所定時間単位でストアし順次更新するリ
ングパンツアメモリ４３と、平均データ用不揮発性メモ
リ４４および生データ用不揮発性メモリ４５と、モニタ
デイスプレィ４６とを備えている。

レーザコントローラ５からの異常検出信号がないときに
は、マイクロコンピュータ４１はリングバッファメモリ
４３から前記所定時間単位の各状況データを読み出し、
演算によって各状況データごとの平均データを求めるが
、前記平均データ用不渾発性メモリ４４は、この平均デ
ータを履歴的に記憶しておくものである。

また、レーザコントローラ５から異常検出信号が割り込
み信号として入ってきたときには、マイクロコンピュー
タ４１はリングバッファメモリ４３内のすべての状況デ
ータを読み出して、それらをそのままの形すなわち生デ
ータとして生データ用不揮発性メモリ４５に記憶させる
。

モニタデイスプレィ４６は、各種の指令をタッチベンで
人力できるタッチパネル式のもので（キーボードの代用
）、処理対象物に欠陥が生じたときなど必要に応じて、
平均データ用不揮発性メモリ４４あるいは生データ用不
揮発性メモリ４５から読み出した状況データを数値やグ
ラフの形で表示することができる。

両不渾発性メモリ４４．４５としては、バックアップ電
源付きのＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）や、磁気
ディスクがある。

次に、上記構成のエキシマレーザ装置におけるパッシベ
イション処理を第２図のフローチャートに基づいて説明
する。この動作は、レーザコントローラ５におけるマイ
クロコンピュータ２６によって行われる。

まず、ステップＳ１で、パッシベイション処理の基礎条
件をキーボード２７を介してマイクロコンピュータ２６
のＲＡＭ２２に入力する。基礎条件としては、次のよう
なものがある。

（ａ）　　ガスの種類・・・・・・どのようなハロゲン
ガスとどのような稀ガスとを組み合わせて使用するかの
指定。

（ｂ）　　ガス圧・・・・・・各ガスの分圧の設定およ
び／またはバッファガス（Ｈｅ、Ｎｅ）の分圧の指定。

（Ｃ）　　パッシベイションサイクルの第１回目は、主
放電部１ａの電極のクリーニングをするためにヘリウム
ガスのみによる放電とするが否かの指定。

ヘリウムガスのみの放電を指定した場合に、発振周波数
ｆおよびショツト数の指定。

（ｄ）　　ハロゲンガスを注入した状態でのパッシベイ
ションサイクルにおける放電電圧１発振周波数ｆ、ショ
ツト数の指定。

（ｅ）　　ハロゲンガスでの第Ｎ回目（後述）でのパッ
シベイションサイクルの完了後に、ハロゲンガスを追加
するか否かの指定、これは、追加によってレーザビーム
の出力パワーが回復する場合があるためである。

（ｆ）　　ガス交換回数の最大値Ｎの指定。

（ｇ）　　ガス交換とガス交換との間の休止期間の指定
、すなわち、長時間タイマ２５におけるカウントアツプ
時間の指定。

（５）パッシベイション処理を終了させるための条件、
すなわち、所定回数のショットが終わった時点での出力
パワーの基串パワーに対する減少率の指定。

（ｉ）　　パッシベイション処理が良好に行えなかった
場合の処置０例えば、処理完了時そのままの状態に維持
するか、真空引きを行うか、あるいは、真空引き後大気
に開放するか等を指定する。

なお、ステップＳ１における上記各指定をやめて、それ
らの条件を予めマイクロコンピュータ２６のＩ？　ＯＭ
２１にプログラムしておいてもよい。

ステップＳ２で、パッシベイション処理完了条件が成立
したかどうかを判断する。完了条件が成立するまでは、
ステップ３３〜Ｓ１４を実行する。

ステップＳ３で、光通信ドライバ／レシーバ３７゜４２
ヲ介してレーザ操作装置ＺＢ側のマイクロコンピュータ
４１によって真空ポンプ４を駆動するとともに、２次入
出力インターフェイス３０を介して１？ｔ　磁弁Ｓ■、
を開き、レーザチャンバ１からガスを排気する。

ステップＳ４で、その回のパッシベイションサイクルが
第１回目でかつヘリウムガスのみによる放電を行うよう
にステップＳ１で指定されているかどうかを判断する。

そのような指定がなされている場合は、ステップＳ５に
進み、ヘリウムガスに対応したＴＩ　Ｋ１ｉ弁ＳＶ、を
開けてレーザチャンバ１内にヘリウムガスを注入する。

そして、ステップＳ６では、ステップＳ１で指定された
発振周波数のもとて発振回路２９を起動し、指定された
ショツト数だけ放電を行う。

放電は、まず、２次入出力インターフェイス３０を介し
てサイラトロンヒータ２ａの１ｉ源を投入し、サイラト
ロン２が動作可能な状態となってから、光通信ドライバ
／レシーバ３７．４２およびマイクロコンビエータ４１
を介して高圧電源回路３の電源をＯＮする。そして、１
次入出力インターフェイス２２、フォトカプラｐｃ、、
を介してサイラトロントリガ回路２４によってサイラト
ロン２を導通させる。

サイラトロン２が導通されるとレーザチャンバ１におけ
る主放電部１ａでの放電によってレーザビームＬＢが発
振される。

１回のパッシベイションサイクルでの放電終了とともに
、サイラトロンヒータ２ａおよび高圧電源回路３の電源
をＯＦＦする。

この放電が終了すると、ステップＳ２に戻るが、まだ処
理完了条件が成立していないので、ステップＳ３に進み
、再び、レーザチャンバｌを排気し、ステップＳ４に進
む、ステップＳ４の判断では、今度は第２回目のサイク
ルであるので、ステップＳ７に進む。

ステップｓ７では、パッシベイション用のガス（ハロゲ
ンガスおよびバッファガス）に対応した電磁弁を開いて
そのガスを指定量だけレーザチャンバ１に注入する。そ
して、ステップＳ８では、ステップＳ１で指定したショ
ツト数に達するか、あるいはレーザビームの出力パワー
がゼロになるまで次のステップＳ９を実行させる。

ステップＳ９では、ビームスブリック６によって分離さ
れたレーザビームＬＢ、を光センサ７が検出し、その検
出信号を１次入出力インターフェイス２９を介してマイ
クロコンピュータ２Ｇに入力し、マイクロコンピュータ
２６でレーザビームＬＢの出力パワーを監視しながら、
指定された放電電圧。

発振周波数のもとで放電を行う。

この放電中において検出された出力パワー、圧力センサ
９によるガス圧のデータを、１次入出力インターフェイ
ス２９を介して入力し、光通信ドライバ／レシーバ３７
．４２を介してレーザ操作装置Ｂにおける平均データ用
不揮発性メモリ４４または生データ用不揮発性メモリ４
５に記憶させるともに、必要に応じてモニタデイスプレ
ィ４６に、第３図に相当するグラフを重ね書き形式で表
示する。

指定されたショツト数だけ放電が行われると、あるいは
指定ショツト数に至るまでに出力パワーがゼロになると
、次のステップＳ１０に進み、出力パワーの減少率が所
定値以下かどうかを判断する。

ガス交換回数が少ないうちは所定値以上であるから、ス
テップＳ１２に進み、指定された最大値Ｎ回にわたるガ
ス交換が行われたかどうかを判断する。

Ｎ回未満のときは、指定された休止期間だけ放電を休止
する。この休止期間では、レーザコントローラ５の電源
をＯＦＦにする。

そして、長時間タイマ２５のカウントアツプによって休
止期間が終わると、ステップＳ２に戻り、以下同様の動
作を繰り返す、すなわち、排気→新たなパッシベイショ
ン用ガスの注入→放電→減少率の判断等を繰り返す。

この繰り返し中において、ステップＳ９において、ガス
交換回数がステップＳ１で指定されたガス交換回数の最
大値Ｎになったときに、出力パワーの減少率が所定値よ
りも大きい場合で、かつ、ステップＳ１でハロゲンガス
の追加が指定されていた場合にはハロゲンガスを１回だ
け追加する。

そして、最終的にステップＳ１０で出力パワーの減少率
が所定値以下かどうかを判断し、所定値以下であれば、
ステップＳｌｌに進んでパッシベイション処理が良好に
行われ完了したことを意味するフラグＦｌをセットする
。減少率が所定値を超えているときには、ステップＳ１
２に進んでガス交換回数がＮ回に達していると判断して
、ステップＳ１３に進み、パッシベイション処理は完了
したがその処理が不良であったことを意味するフラグＦ
２をセットする。そして、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ２では、パッシベイション処理完了条件が成
立したかどうかを判断するのであるが、これは、フラグ
Ｆ１またはＦ２がセットされているか否かに基づいて行
う、いずれかのフラグがセットされておれば、処理完了
条件が成立したとして、ステップＳ１５に進む。

ステップ３１５では、バンシベイシジン処理が良好に完
了したかどうかをフラグによって判断し、フラグがＦｌ
のときは、良好に完了したので、ステップ３１６に進み
、真空ポンプ４を駆動してレーザチャンバ１を排気する
とともに、本動作のための新しいガスを注入する。そし
て、ステップＳ１？で、２次入出力インターフェイス３
０を介して完了表示ランプ３６を点灯してパッシベイシ
ョン処理が良好に完了した旨を知らせる。なお、完了表
示ランプ３６の点灯に代えて、ブザーを鳴動させるよう
にしてもよい。

また、フラグがＦ２のときは、バンシベイション処理が
不良に終わったので、ステップ３１８に進み、ステップ
Ｓ１で指定しておいた所定の処置を遂行する。すなわち
、エキシマレーザ装置をパッシベイション処理完了時そ
のままの状態に維持するか、真空引きを行うか、あるい
は、真空引き後大気に開放したりする。

なお、上記実施例では、パッシベイション処理のための
プログラムをレーザコントローラ５例のマイクロコンピ
ュータ２６にもたせたが、レーザ操作装置Ｂ側のマイク
ロコンピュータ４１にもたせたり、両方のマイクロコン
ピュータ２６．４１で分子ｌｌすせてもよい、また、上
記実施例では、パッシベイション処理の完了の判断をプ
ログラムに従って行っていたが、これに代えて、その判
断をオペレータがモニタデイスプレィ４６の出力パワー
のグラフを見て行う等、一部の機能をオペレータが代行
するようにしてもよい。

Ｇ８発明の効果 この発明によれば、パッシベイション処理を自動化して
いるため、長時間にわたってパッシベイション処理に拘
束されていた状況からオペレータを解放することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例に係り、第１図
（Ａ）はエキシマレーザ装置におけるレーザ装置本体の
構成を示すブロック図、第１図（Ｂ）はエキシマレーザ
装置におけるレーザ操作装置の構成を示すブロック図、
第２図は動作説明に供するフローチャートである。第３
図はショツト数と出力パワーとの関係を示す特性曲線図
である。 １・・・レーザチャンバ １ａ・・・主放電部 ３・・・高圧電源回路 ４・・・真空ポンプ ６・・・ビームスプリッタ ７・・・光センサ ８・・・放電電圧検出回路 ９・・・圧力センサ ２１・・・ＲＯＭ ２２・・・ＲＡＭ ２３・・・ＣＰＵ ２５・・・長時間タイマ ２６・・・マイクロコンピュータ ３６・・・完了表示ランプ ＳＶ、〜Ｓ　Ｖ　ｓ・・・電磁弁 （１♂〜１♂）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザチャンバ内のガスを自動的に排気する手
   段と、パッシベイション用ガスをレーザチャンバ内に自
   動的に注入する手段と、レーザチャンバにおいてレーザ
   発振を起こさせる手段と、以上の各動作を複数回にわた
   って繰り返させる手段と、その繰り返し動作中に出力パ
   ワーの減少率が所定値以下かどうかを判断する手段と、
   所定値以下のときにパッシベイション処理完了が正常か
   、あるいは異常であることを報知する手段とを備えたこ
   とを特徴とするエキシマレーザ装置。