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JP3745822B2 - Excimer laser oscillation device and stepper device - Google Patents
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JP3745822B2 JP07957396A JP7957396A JP3745822B2 JP 3745822 B2 JP3745822 B2 JP 3745822B2 JP 07957396 A JP07957396 A JP 07957396A JP 7957396 A JP7957396 A JP 7957396A JP 3745822 B2 JP3745822 B2 JP 3745822B2
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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属、樹脂、ガラス、セラミックス、半導体等の加工や化学反応等に利用されるエキシマレーザー発振装置に係わり、特にレーザーのエネルギー及びビーム形状安定性に優れたエキシマレーザー発振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エキシマレーザーは、紫外域で発振する唯一の高出力レーザーとして注目されており、電子産業や化学産業やエネルギー産業において応用が期待されている。
【0003】
エキシマレーザー光を発生する装置はエキシマレーザー発振装置として知られている。マニホールド内に充填されたAr,Kr,Xe,KrF,ArF等のレーザーガスを電子ビーム照射や放電等により励起状態にする。すると、励起された原子は基底状態の原子と結合して励起状態でのみ存在する分子を生成する。この分子がエキシマと呼ばれるものである。エキシマは不安定な為、直ちに紫外光を放出して基底状態に落ちる。これをボンドフリー遷移というが、この遷移よってえられた紫外光を一対のミラーで構成される光共振器内で増倍してレーザー光として取り出すものがエキシマレーザー発振装置である。
【0004】
まず、図2を用いてエキシマレーザーシステムを説明する。
【0005】
図2において、A01はレーザーチャンバー、A02は発振線の線幅を制御するための狭帯域化モジュール、A03は高圧のパルスパワーモジュール、A04は発振されたレーザーのエネルギー強度及び波長を測定する光学モニターモジュール、A05は高圧電源、A06はエキシマレーザーシステム全体を制御するコントローラーである。
【0006】
また、上記エキシマレーザーシステムをステッパーの露光光源として用いる場合には、コンピュータコントローラーA06はインターフェイスA30を介してステッパーのコントロールユニットA31とステッパーコンピュータA32等に接続される。
【0007】
レーザーチャンバーA01には、例えばF2、Kr、Ne等のガスが封入され、パルスパワーモジュールA03から高圧のパルスがレーザーチャンバー内のカソード電極に印加されるとガスが放電し、発光を開始する。光は出力ミラーA07と狭帯域化モジュールA02内の光学系と間で繰り返し反射され、増幅されて、外部に放出される。
【0008】
所望の波長のレーザー光を得るために、放出されたレーザー光の一部はハーフミラーA08により光学モニターモジュールA04に導かれ、光の波長等が測定され、この結果に基づいて、ステッピングモーターA09が駆動され、狭帯域化モジュールA02の光学系が最適化される。また、レーザー光のパワーも常時この光学モニタモジュールで監視される。
【0009】
図1はレーザーチャンバーA01のレーザー光発振方向に垂直な断面の模式図である。
【0010】
図1が示すように、レーザーチャンバーA01は、2つのアルミニウム製ハウジング部材A11,A12からなり、O−リングA13によりシールされている。チャンバーA01には、絶縁体A14、カソード電極支持部材A15を介してカソード電極A16が固定され、アノード電極A17はアノード電極支持部材A18を介し、ハウジング部材に固定されている。A20はカソード電極A16とパルス発振器A03との接続用のコネクターである。また、A19はO−リング等のシール部材である。
【0011】
レーザーチャンバーA01の内部には、ガスを循環するためのブロワーA20、放電部で加熱されたガスを冷却するための熱交換器A21が配設されている。レーザーチャンバーA01、ブロワーA20,熱交換器A21は、ステンレスあるいはアルミニウム合金製であり、その外部表面には通常電解研磨あるいは光輝焼鈍が施されている。また、フィルターA22がハウジングに取り付けられ、ガス取入れ口A23を介してガスを導入し、ガス中の電極金属とフッ素ガスとの反応で生成した金属フッ化物粒子等を除去する構成となっている。
【0012】
次に、図3を用いて、本発明者らが先に考え出したガス供給系を説明する。
【0013】
図3の例では、1%Kr/Neガスのガス供給ラインC01、1%F2/1%Kr/Neガスの供給ラインC01’及びHeガスの供給ラインC01”の3系統のガス供給ラインが設けられている。各ガス供給ラインには流量調整用のオリフィスC02、C02’C02”、バルブC03、C03’、C03”が設けられ、マニホールドC04に連結されている。なお、Heガスは、レーザーチャンバーの窓板を交換する場合等にパージ用のガスとして用いる。
【0014】
マニホールドC04は、このガス供給用の連結配管C05にはチャンバーバルブC06、バルブC07が設けられている。また、マニホールドC04には、F2ガス補給用配管C08が接続され、インジェクションバルブC09、流量制御用オリフィスC10を介して前記連結配管C05と接続されている。
【0015】
また、C12はスプリングバルブであり、マニホールドC04中の圧力が異常に上昇したときに開くバルブである。C13はマニホールドの排気ライン、C14は、例えばレーザーチャンバー内部に異常が生じたとき等、内部を排気できるよう設けたバルブで、C07と同様手動バルブである。C15はF2ガス除害装置、C16は排気ポンプである。また、pは圧力計を示す。
【0016】
レーザー放電ガスのF2ガス濃度を0.1%としたとき、この濃度のガスをチャンバーに充填する方法は次の通りである。まず、1%F2/1%Kr/NeガスをマニホールドC04、配管C05を介して、チャンバーC11に例えば30kPaになるまで圧力計でモニターしながら導入し、続いて、1%Kr/Neガスを300kPaとなるまで導入する。このようにして、0.1%F2を含む混合ガスをチャンバー内に導入する。
【0017】
以上のエキシマレーザー発振装置は発振を繰り返すと、レーザーの出力が低下するため、チャンバー等の部品を定期的に交換する必要があった。一方、これらの部品の寿命期間内であっても、レーザーの出力が低下することがあり、この場合は、放電電極に与える電圧をあげて出力を復帰させる方法が採用されていた。
【0018】
上記レーザーの出力低下の原因の一つは、F2ガス濃度の低下に起因することが判明した。そこで、定期的に1%F2/1%Kr/NeガスをマニホールドC04、配管C08を介して、所定量チャンバーC11に補給することで対処している。
【0019】
しかしながら、F2ガスを補充するにしてもチャンバー中のF2濃度がどの程度存在するのかは明らかでなく、一定パルス数発振した後、定期的にF2ガスを補充するという方法を採らざるを得なかった。従って、補充を繰り返すとF2濃度は初期濃度と大きくずれてしまうことも考えられ、パルス出力の安定性に欠けるという問題があった。
【0020】
従って、安定したパルス出力を得るためには、F2ガス自体の濃度を検出する必要がある。
【0021】
一般的なガス分析法としては、ガスクロマトグラフ(GC)がよく用いられているが、一般的に反応性の強い物質の分析には向いていないと考えられている(化学同人社「機器分析のてびき(2)」217頁、5〜6行)。F2ガスは反応性の強い物質であるため、エキシマレーザーのガス供給系においてもF2ガスの濃度測定は考えられてもいなかった。
【0022】
本発明は、こうした従来の常識に捕らわれることなく、レーザーの発振の安定性及び寿命を延ばすことを目的としてなされたものである。
【0023】
一方、レーザー発振を繰り返すと、レーザーチャンバー内の部材等からの放出ガスにより、また、外部からのリークガスや導入される放電ガス中の不純物が蓄積され、放電が不安定になって安定したパルス出力が得られなくなる。また、F2ガスが不純物と反応して消費されてしまうという問題が生じることが判明した。従って、不純物がある濃度以上になった段階で放電ガス全体を交換する必要があり、一定パルス数発振した後、放電ガスを交換していた。しかし、不純物の蓄積量は必ずしもいつも同じではないため、ガス交換までの総パルス数は低めに設定せざるを得ず、効率の低いものとなっていた。
【0024】
以上の問題点は、本発明者らが、より優れた出力安定性、寿命を有するエキシマレーザー装置を開発する過程で見い出されたものであり、本発明はこれら問題点の発見に基づいて完成に至ったものである。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
かかる状況において、本発明は、レーザチャンバー中のF2ガス濃度を測定する手段を提供し、F2濃度を一定範囲に保つことによりパルスレーザーの出力を長期間にわたって安定に保つことのできるエキシマレーザー装置を提供することを目的とする。
【0026】
また、本発明の他の目的は、レーザーチャンバー中の不純物ガスを測定することにより、レーザーガスの交換頻度を低減し、効率の高いエキシマレーザー発振装置を提供することにある。
【0027】
更に、本発明の他の目的は、0.25μm以下の微細パターンの露光が繰返し長期間安定して行えるステッパー装置を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明のエキシマレーザー発振装置は、エキシマレーザー発振装置のレーザーチャンバー内のF2ガス濃度を検出するガスクロマトグラフ装置を有するエキシマレーザー発振装置であって、
前記ガスクロマトグラフ装置の分離カラム充填物の少なくとも表面はAlF 3 、MgF 2 又はCaF 2 であることを特徴とする。
本発明のステッパー装置は、上記エキシマレーザー発振装置と、基板を移動させるステージとを具備することを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明のエキシマレーザー装置は、レーザーチャンバー内のF2ガス濃度を検出するガスクロマトグラフ装置を有し、放電ガス中のF2ガス濃度を定期的又は常時測定し、所定濃度以下になった場合にF2ガスを補給して、常時所望の濃度範囲に維持することが可能な構成としたものである。
【0030】
また、レーザー発振を繰り返し行うと、レーザーチャンバー内壁からH2O,O2、H2ガス等の不純物が放出され、また、外部からのリークによって、放電ガスが徐々に汚染されて、放電が不安定になる。従って、ガスクロマトグラフ装置は、これら不純物ガス及び/又はF2ガスとの反応生成物の濃度を同時に測定でき、所定濃度以上になったときにガス全体を交換するのが好ましい。
【0031】
図4に本発明のエキシマレーザー装置の一例を示す。図1の構造のレーザーチャンバーにガス採取管420が取り付けられ、この採取管がバルブ421を介してガスクロマトグラフ装置400の試料注入口407に連結されている。
【0032】
図4において、401はキャリアガスボンベ、402は減圧弁、403は微調整バルブ、404は圧力計、405は流量計、406は予熱管、407は試料注入口、408は分離カラム、409は検出器、410は増幅装置、411は気化部恒温層、412は気化部温度調節装置、413はカラム恒温槽、414はカラム温度調節装置である。415は記録計であるが、コンピュータで代用できる。416は流量計である。
【0033】
ガスクロマトグラフ装置400において、ガス採取管420やバルブ421等のガス配管系、分離カラム408、検出器409等のF2ガスと接触する部分はフッ化不動態膜を形成するのが好ましく、これによりF2ガスによる腐食を防止できるとともに、ガスの吸着等が起こり難くなり、高精度のF2ガス濃度の測定が可能となる。
【0034】
また、カラムの充填剤としては、AlF3、MgF2又はCaF2等のフッ化物が好適に用いられる。この他、種々の充填剤にフッ化処理したものを用いることができる。これにより、F2ガス濃度の測定精度は一層向上する。
【0035】
次に、ガス配管を例にとって、配管内面にフッ化不動態膜を形成する方法を説明する。分離カラム、バルブ、検出器内部も同様にしてフッ化処理すればよい。ガス配管等の部材は、通常、ステンレスが用いられる。
【0036】
まず、配管内面を電界研磨あるいは複合電界研磨法等により鏡面研磨した後、さらに、所望により、水分や付着物などを蒸散させるために、ベーキングを行う。このベーキングは、150〜450℃の範囲内で行うのが望ましい。なお、ベーキング時間は、1〜6時間程度が好ましい。
【0037】
そして、フッ化処理は、通常は、フッ素単体またはフッ化物ガスを用い、このガスをステンレス配管内に充填しあるいは流しながら行う。フッ化処理の温度は、200〜600℃とするのが望ましく、300〜600℃がより好ましい。これは、200℃未満では、十分なフッ化処理がなされないおそれがあリ、また、600℃を超えると、均質なフッ化不働態膜が形成されないためである。また、フッ化処理時間は、1〜6時間とするのが望ましい。フッ化処理条件により、フッ化不動態膜中のFeF2、FeF3、CrF3の割合は変化するが、FeF2を主成分とするフッ化不動態膜を形成するのが好ましい。
【0038】
なお、フッ化処理の際の温度が高いほど厚いフッ化不働態膜が形成される。また、同一のフッ化処理温度であっても、ベーキング温度が高いほど不働態膜は厚くなる傾向がある。
【0039】
フッ化処理の後、N2、Ar、Heガス等の不活性ガス雰囲気中で1〜24時間熱処理するのが好ましい。熱処理温度は200〜600℃が好ましく、300〜600℃がより好ましい。熱処理を行うことによって不働態膜は組織上緻密な状態となる。
【0040】
上記フッ化処理によるフッ化不働態膜の膜厚は、20〜500nmが好ましい。不働態膜の厚さが厚い合金材ほど耐食性に優れているが500nmを超えると剥離が生ずる場合もあるため500nm以下が好ましい。100〜200nmがより好ましい。
【0041】
また、ステンレス配管内面にNi−Pメッキ又はNi−W−Pメッキした後、フッ化処理してNiF2からなるフッ化不動態膜を形成してもよい。この場合は、Niメッキ膜内部からのガス放出と表面の汚染物除去のため、水洗、乾燥後、N2ガス等の不活性ガス中においてベーキングし、その後F2ガスによりフッ化処理をし、NiF2からなるフッ化不動態膜を形成する。その後、不活性ガス中で熱処理を行う。
【0042】
この場合、ベーキング温度は、200〜390℃、好ましくは250〜350℃である。また、ベーキング時間は、1〜6時間程度が好ましい。続く、フッ化処理温度は、200〜390℃、好ましくは250〜380℃である。また、フッ化処理時間は、1〜6時間である。熱処理温度は、250〜390℃、好ましくは330〜380℃である。この熱処理は、N2、Ar、He等の不活性ガス雰囲気中で1〜5時間行うことで堅牢かつ緻密で、耐食性の良好なフッ化不動態膜を形成することができる。
【0043】
また、カラム充填剤をフッ化処理する場合は、充填剤そのものを上述した方法でフッ化処理する場合の他、表面に金属膜を形成し、これをF2ガス等と接触させてフッ化物とすることもできる。
【0044】
以下に、本発明の実施態様例を示す。
【0045】
(実施態様例1)
エキシマレーザー発振装置のレーザーチャンバー内のF2ガス濃度を検出するガスクロマトグラフ装置を有することを特徴とするエキシマレーザー発振装置。
【0046】
(実施態様例2)
前記ガスクロマトグラフ装置はエキシマレーザー発振装置のレーザーチャンバー内の不純物ガス濃度を同時に検出できるものであることを特徴とする実施態様例1に記載のエキシマレーザー発振装置。
【0047】
(実施態様例3)
前記ガスクロマトグラフ装置のガス配管系、分離カラム及び検出器の内面は、フッ化不動態膜が形成されていることを特徴とする実施態様例1又は2に記載のエキシマレーザー発振装置。
【0048】
(実施態様例4)
前記ガスクロマトグラフ装置の分離カラム充填物の少なくとも表面はフッ化物であることを特徴とする実施態様例1ないし3のいずれか1項に記載のエキシマレーザー発振装置。
【0049】
(実施態様例5)
実施態様例1〜4のいずれか1項に記載のエキシマレーザー発振装置と、基板を移動させるステージとを具備するステッパー装置。
【0050】
【実施例】
本実施例のエキシマレーザー発振装置を図5に示す。図5において、図3と重複する符号は図3と同じ部材を示している。図5では、1%F2ガスの補給量の精度を高めるためにマスフローコントローラー501でF2ガスの補給量を精密制御できる構成としてある。又、フッ素ガス源からチャンバーまでのガス経路の配管内面等はフッ化処理してある。
【0051】
502はレーザーチャンバー内のガスを採取する管、502はバルブ、504は図4に示したガスクロマトグラフ装置である。
【0052】
ガスクロマトグラフ装置のガス採取管502、バルブ503、分離カラム、検出器の基材にはSUS316Lを用い、内部を電界研磨法により鏡面研磨した後、300℃、2時間のベーキング、300℃、1時間のF2ガスによるフッ化処理、450℃、1時間のN2ガス熱処理を行った。これらの処理により、SUS316L表面には、200nmのフッ化不動態膜が形成された。
【0053】
これらの部材を用いて、CaF2,MgF2及びAlF3の混合充填剤を分離カラムに充填し、ガスクロマトグラフ装置を組み立て、内部を十分パージした後、レーザーチャンバーC11と連結させた。
【0054】
次に、以下のようにしてレーザーチャンバーC11に0.1%F2ガスを含む放電ガスを充填した。
【0055】
まず、マスフローコントローラー501を所定の流量に設定し、1%F2/1%Kr/Neガスを所定時間流して、チャンバー内に導入した。次に、同様にして、マスフローコントローラー501を所定流量に設定し、1%Kr/Neガスを所定時間流してレーザーチャンバー内に導入した。ここで、ガス導入量比(流量x時間)は1:9とした。
【0056】
この状態でレーザーの発振を繰り返し行い、定期的にバルブ502を開け、放電ガスをガスクロマトグラフ装置に導入して、F2ガス濃度、及びH2,H2O,02並びにHFガス等の不純物の測定を行い、F2ガス濃度が0.095%以下に低下した段階で、F2ガス濃度を0.1%にするのに必要な量の1%F2/1%Kr/NeガスをマニホールドC04、配管C08、マスフローコントローラー501、バルブC07を介して、レーザーチャンバーC11に補給した。
【0057】
以上により、F2ガス濃度は一定の濃度範囲に保つことができ、安定したレーザー発振を得ることができた。
【0058】
また、不純物ガスの濃度の測定値からその変化を把握することができたため、放電ガス全体の交換時期も予測すること可能となった。
【0059】
このレーザー発信装置を高原とし移動するステージ上に載置された基板(ウエハ)をマスクを介して露光すれば、微細パターンの焼き付けが可能になる。
【0060】
【発明の効果】
本発明によれば、放電ガス中のF2ガス濃度を常に一定範囲に保つことが可能となり、パルスエネルギーが均一で安定したレーザー発振を高精度に維持することが可能となる。
【0061】
また、本発明によれば、レーザーチャンバー中の不純物ガスを測定することにより、レーザーガスの交換頻度を低減することが可能となり、効率の高いエキシマレーザー発振装置を提供するができる。
【0062】
さらに、本発明により、超微細、高精度、安定したレジスト露光が可能なステッパを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザーチャンバーの構造を示す概念的横断面図である。
【図2】エキシマレーザー発振装置を示すシステム図である。
【図3】レーザーチャンバーへのガス供給を示すシステム図である。
【図4】レーザーチャンバー内のガス濃度を検出するガスクロマトグラフ装置を有するエキシマレーザー装置の概念図である。
【図5】レーザーチャンバーへのガス供給系及びガスクロマトグラフ装置を示すシステム図である。
【符号の説明】
A01 レーザーチャンバー、
A02 発振線の線幅を制御するための狭帯化モジュール、
A03 高圧のパルスパワーモジュール、
A04 発振されたレーザーのエネルギー強度及び波長を測定する光学モニターモジュール、
A05 高圧電源、
A06 システム全体を制御するコントローラー、
A07 出力ミラー、
A09 ステッピングモーター、
A11,A12 ハウジング部材、
A13 O−リング、
A14 絶縁体、
A15 カソード電極支持部材、
A16 カソード電極、
A17 アノード電極、
A18 アノード電極支持部材、
A20 コネクター、
A19 O−リング等のシール部材、
A20 ブロワー、
A21 熱交換器、
A22 フィルター、
A23 ガス取入れ口、
C01 ガス供給ライン、
C01’ 1%F2/1%Kr/Neガスの供給ライン、
C01” Heガスの供給ライン、
C02、C02’C02” オリフィス、
C03、C03’、C03” バルブ、
C04 マニホールド、
C05 連結配管、
C06 チャンバーバルブ、
C07 バルブ、
C08 F2ガス補給用配管、
C09 インジェクションバルブ、
C10 流量制御用オリフィス、
C11 チャンバー、
C12 スプリングバルブ、
C13 マニホールドの排気ライン、
C14 バルブ、
C15 F2ガス除外装置、
C16 排気ポンプ、
p 圧力計。
400 ガスクロマトグラフ装置、
401 キャリアガスボンベ、
402 減圧弁、
403 微調整バルブ、
404 圧力計、
405 流量計、
406 予熱管、
407 試料注入口、
408 分離カラム、
409 検出器、
410 増幅装置、
411 気化部恒温層、
412 気化部温度調節装置、
413 カラム恒温槽、
414 カラム温度調節装置、
415 記録計、
416 流量計、
420 ガス採取管、
421 バルブ、
501 流量計、
502 ガス採取管、
503 バルブ、
504 ガスクロマトグラフ装置。
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an excimer laser oscillating device used for processing metals, resins, glass, ceramics, semiconductors, and the like and chemical reactions, and more particularly to an excimer laser oscillating device excellent in laser energy and beam shape stability.
[0002]
[Prior art]
Excimer lasers are attracting attention as the only high-power lasers that oscillate in the ultraviolet region, and are expected to be applied in the electronics, chemical and energy industries.
[0003]
An apparatus that generates excimer laser light is known as an excimer laser oscillation apparatus. Laser gas such as Ar, Kr, Xe, KrF, and ArF filled in the manifold is excited by electron beam irradiation or discharge. The excited atoms then combine with the ground state atoms to produce molecules that exist only in the excited state. This molecule is called an excimer. Since excimer is unstable, it immediately emits ultraviolet light and falls to the ground state. This is called a bond-free transition, and an excimer laser oscillation device is a device that multiplies ultraviolet light obtained by this transition in an optical resonator composed of a pair of mirrors and extracts it as laser light.
[0004]
First, the excimer laser system will be described with reference to FIG.
[0005]
In FIG. 2, A01 is a laser chamber, A02 is a narrow-band module for controlling the line width of the oscillation line, A03 is a high-pressure pulse power module, and A04 is an optical monitor that measures the energy intensity and wavelength of the oscillated laser. A module, A05 is a high-voltage power supply, and A06 is a controller that controls the entire excimer laser system.
[0006]
When the excimer laser system is used as an exposure light source for a stepper, the computer controller A06 is connected to a stepper control unit A31, a stepper computer A32, and the like via an interface A30.
[0007]
For example, a gas such as F 2 , Kr, or Ne is sealed in the laser chamber A01. When a high-pressure pulse is applied from the pulse power module A03 to the cathode electrode in the laser chamber, the gas is discharged and light emission is started. The light is repeatedly reflected between the output mirror A07 and the optical system in the narrowband module A02, amplified, and emitted to the outside.
[0008]
In order to obtain a laser beam having a desired wavelength, a part of the emitted laser beam is guided to the optical monitor module A04 by the half mirror A08, and the wavelength of the light is measured. Based on this result, the stepping motor A09 When driven, the optical system of the narrowband module A02 is optimized. Also, the power of the laser beam is constantly monitored by this optical monitor module.
[0009]
FIG. 1 is a schematic view of a cross section perpendicular to the laser beam oscillation direction of the laser chamber A01.
[0010]
As shown in FIG. 1, the laser chamber A01 includes two aluminum housing members A11 and A12 and is sealed by an O-ring A13. A cathode electrode A16 is fixed to the chamber A01 via an insulator A14 and a cathode electrode support member A15, and an anode electrode A17 is fixed to the housing member via an anode electrode support member A18. A20 is a connector for connecting the cathode electrode A16 and the pulse oscillator A03. A19 is a sealing member such as an O-ring.
[0011]
Inside the laser chamber A01, a blower A20 for circulating gas and a heat exchanger A21 for cooling the gas heated in the discharge section are arranged. The laser chamber A01, the blower A20, and the heat exchanger A21 are made of stainless steel or aluminum alloy, and their outer surfaces are usually subjected to electrolytic polishing or bright annealing. In addition, a filter A22 is attached to the housing, and gas is introduced through the gas inlet A23 to remove metal fluoride particles and the like generated by the reaction between the electrode metal in the gas and fluorine gas.
[0012]
Next, with reference to FIG. 3, the gas supply system previously conceived by the present inventors will be described.
[0013]
In the example of FIG. 3, there are three gas supply lines: a gas supply line C01 of 1% Kr / Ne gas, a supply line C01 ′ of 1% F 2 /1% Kr / Ne gas, and a supply line C01 ″ of He gas. Each gas supply line is provided with orifices C02, C02′C02 ″ for flow rate adjustment, valves C03, C03 ′, C03 ″, and are connected to a manifold C04. Used as a purge gas when the chamber window plate is replaced.
[0014]
The manifold C04 is provided with a chamber valve C06 and a valve C07 in the gas supply connecting pipe C05. The manifold C04 is connected to an F 2 gas supply pipe C08, and is connected to the connecting pipe C05 via an injection valve C09 and a flow rate control orifice C10.
[0015]
C12 is a spring valve that opens when the pressure in the manifold C04 rises abnormally. C13 is a manifold exhaust line, and C14 is a valve provided so that the inside can be exhausted, for example, when an abnormality occurs in the laser chamber. C15 is an F 2 gas abatement device, and C16 is an exhaust pump. P indicates a pressure gauge.
[0016]
When the F 2 gas concentration of the laser discharge gas is 0.1%, the method of filling the gas with this concentration in the chamber is as follows. First, 1% F 2 /1% Kr / Ne gas is introduced into the chamber C11 through the manifold C04 and the pipe C05 while monitoring with a pressure gauge until the pressure reaches, for example, 30 kPa, and then 1% Kr / Ne gas is introduced. Introduce until 300 kPa. In this way, a mixed gas containing 0.1% F 2 is introduced into the chamber.
[0017]
In the above excimer laser oscillation apparatus, when the oscillation is repeated, the output of the laser decreases. Therefore, it is necessary to periodically replace parts such as the chamber. On the other hand, even within the lifetime of these parts, the laser output may decrease. In this case, a method of increasing the voltage applied to the discharge electrode to restore the output has been adopted.
[0018]
It has been found that one of the causes of the decrease in the laser output is due to the decrease in the F 2 gas concentration. Therefore, a countermeasure is taken by periodically supplying a predetermined amount of 1% F 2 /1% Kr / Ne gas to the chamber C11 through the manifold C04 and the pipe C08.
[0019]
However, even if the F 2 gas is replenished, it is not clear how much F 2 concentration is present in the chamber, and a method of periodically replenishing the F 2 gas after oscillating a fixed number of pulses must be taken. I didn't get it. Therefore, if the replenishment is repeated, the F 2 concentration may be largely deviated from the initial concentration, and there is a problem that the stability of the pulse output is lacking.
[0020]
Therefore, in order to obtain a stable pulse output, it is necessary to detect the concentration of the F 2 gas itself.
[0021]
As a general gas analysis method, gas chromatograph (GC) is often used, but it is generally considered that it is not suitable for the analysis of highly reactive substances (Chemical Doujinsha “Instrumental analysis”). Telebiki (2) ", page 217, lines 5-6). Since F 2 gas is a highly reactive substance, the concentration measurement of F 2 gas has not been considered in the gas supply system of excimer laser.
[0022]
The present invention has been made for the purpose of extending the stability and life of laser oscillation without being caught by such conventional common sense.
[0023]
On the other hand, if laser oscillation is repeated, the discharge gas becomes unstable due to the gas released from the members in the laser chamber, etc., and the leakage gas from the outside and the impurities in the introduced discharge gas accumulate. Cannot be obtained. It has also been found that the problem arises that F 2 gas reacts with impurities and is consumed. Therefore, it is necessary to replace the entire discharge gas when the impurity reaches a certain concentration or more, and the discharge gas is replaced after oscillating a fixed number of pulses. However, since the accumulated amount of impurities is not always the same, the total number of pulses until gas exchange must be set low, and the efficiency is low.
[0024]
The above problems were found by the present inventors in the process of developing an excimer laser device having superior output stability and lifetime, and the present invention has been completed based on the discovery of these problems. It has come.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
In such a situation, the present invention provides a means for measuring the F 2 gas concentration in the laser chamber, and excimer laser capable of keeping the output of the pulse laser stable for a long period of time by keeping the F 2 concentration in a certain range. An object is to provide an apparatus.
[0026]
Another object of the present invention is to provide an excimer laser oscillating device having high efficiency by measuring the impurity gas in the laser chamber to reduce the frequency of laser gas exchange.
[0027]
Furthermore, another object of the present invention is to provide a stepper apparatus that can repeatedly expose a fine pattern of 0.25 μm or less stably for a long period of time.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The excimer laser oscillation device of the present invention is an excimer laser oscillation device having a gas chromatograph device for detecting the F 2 gas concentration in the laser chamber of the excimer laser oscillation device,
At least the surface of the separation column packing in the gas chromatograph is AlF 3 , MgF 2 or CaF 2 .
A stepper device according to the present invention includes the excimer laser oscillation device and a stage for moving a substrate.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The excimer laser device of the present invention has a gas chromatograph device for detecting the F 2 gas concentration in the laser chamber, and periodically or constantly measures the F 2 gas concentration in the discharge gas, and when it becomes below a predetermined concentration. In this configuration, F 2 gas is replenished and can always be maintained within a desired concentration range.
[0030]
When laser oscillation is repeated, impurities such as H 2 O, O 2 and H 2 gas are released from the inner wall of the laser chamber, and the discharge gas is gradually polluted by external leakage, so that the discharge does not occur. Become stable. Therefore, the gas chromatograph apparatus can simultaneously measure the concentration of the reaction product with these impurity gases and / or F 2 gas, and preferably replaces the entire gas when the concentration exceeds a predetermined concentration.
[0031]
FIG. 4 shows an example of the excimer laser device of the present invention. A gas sampling tube 420 is attached to the laser chamber having the structure of FIG. 1, and this sampling tube is connected to a sample inlet 407 of the gas chromatograph apparatus 400 via a valve 421.
[0032]
4, 401 is a carrier gas cylinder, 402 is a pressure reducing valve, 403 is a fine adjustment valve, 404 is a pressure gauge, 405 is a flow meter, 406 is a preheating tube, 407 is a sample inlet, 408 is a separation column, and 409 is a detector. , 410 is an amplifying device, 411 is a vaporizer constant temperature layer, 412 is a vaporizer temperature controller, 413 is a column thermostat, and 414 is a column temperature controller. Reference numeral 415 denotes a recorder, which can be replaced by a computer. Reference numeral 416 denotes a flow meter.
[0033]
In the gas chromatograph apparatus 400, the gas piping system such as the gas sampling pipe 420 and the valve 421, and the portion that contacts the F 2 gas such as the separation column 408 and the detector 409 preferably form a fluorinated passive film. Corrosion due to F 2 gas can be prevented and gas adsorption is less likely to occur, and high-precision measurement of F 2 gas concentration is possible.
[0034]
As the column filler, fluorides such as AlF 3 , MgF 2, and CaF 2 are preferably used. In addition, various fillers that have been fluorinated can be used. Thereby, the measurement accuracy of the F 2 gas concentration is further improved.
[0035]
Next, taking a gas pipe as an example, a method of forming a fluorinated passive film on the inner surface of the pipe will be described. The inside of the separation column, valve, and detector may be similarly fluorinated. Stainless steel is usually used for members such as gas pipes.
[0036]
First, the inner surface of the pipe is mirror-polished by electropolishing or a composite electropolishing method, and then, if desired, baking is performed in order to evaporate moisture or deposits. This baking is desirably performed within a range of 150 to 450 ° C. The baking time is preferably about 1 to 6 hours.
[0037]
The fluorination treatment is usually performed using fluorine alone or a fluoride gas while filling or flowing this gas into the stainless steel pipe. The temperature of the fluorination treatment is preferably 200 to 600 ° C, more preferably 300 to 600 ° C. This is because if it is less than 200 ° C., sufficient fluorination treatment may not be performed, and if it exceeds 600 ° C., a homogeneous fluorinated passive film is not formed. The fluorination treatment time is preferably 1 to 6 hours. Although the ratio of FeF 2 , FeF 3 , and CrF 3 in the fluorinated passivated film varies depending on the fluorination treatment conditions, it is preferable to form a fluorinated passivated film containing FeF 2 as a main component.
[0038]
It should be noted that a thicker fluorinated passive film is formed as the temperature during the fluorination treatment is higher. Even at the same fluorination temperature, the passive film tends to be thicker as the baking temperature is higher.
[0039]
After the fluorination treatment, heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as N 2 , Ar, or He gas for 1 to 24 hours. The heat treatment temperature is preferably 200 to 600 ° C, more preferably 300 to 600 ° C. By performing the heat treatment, the passive film is in a dense structure.
[0040]
The thickness of the fluorinated passive film by the fluorination treatment is preferably 20 to 500 nm. An alloy material having a thick passive film is more excellent in corrosion resistance. However, if the thickness exceeds 500 nm, peeling may occur, and therefore the thickness is preferably 500 nm or less. 100 to 200 nm is more preferable.
[0041]
Further, after the Ni-P plating or Ni-W-P plated stainless pipe inner surface, may form a fluoride passivated film made of NiF 2 and fluorinated. In this case, in order to release gas from the inside of the Ni plating film and remove contaminants on the surface, it is washed with water, dried, baked in an inert gas such as N 2 gas, and then fluorinated with F 2 gas, A fluorinated passive film made of NiF 2 is formed. Thereafter, heat treatment is performed in an inert gas.
[0042]
In this case, baking temperature is 200-390 degreeC, Preferably it is 250-350 degreeC. The baking time is preferably about 1 to 6 hours. The subsequent fluorination treatment temperature is 200 to 390 ° C, preferably 250 to 380 ° C. The fluorination treatment time is 1 to 6 hours. The heat treatment temperature is 250 to 390 ° C, preferably 330 to 380 ° C. This heat treatment may be N 2, Ar, be carried out 1 to 5 hours in a robust and dense in an inert gas atmosphere such as He, to form a good fluoride passivated film corrosion resistance.
[0043]
In addition, when the column filler is fluorinated, in addition to the case where the filler itself is fluorinated by the above-described method, a metal film is formed on the surface, and this is brought into contact with F 2 gas or the like. You can also
[0044]
Examples of embodiments of the present invention are shown below.
[0045]
Embodiment Example 1
An excimer laser oscillating device comprising a gas chromatograph device for detecting an F 2 gas concentration in a laser chamber of an excimer laser oscillating device.
[0046]
Embodiment Example 2
The excimer laser oscillation apparatus according to the first embodiment is characterized in that the gas chromatograph apparatus can simultaneously detect the impurity gas concentration in the laser chamber of the excimer laser oscillation apparatus.
[0047]
Embodiment Example 3
The excimer laser oscillation apparatus according to the embodiment 1 or 2, wherein a fluorinated passive film is formed on the gas piping system, the separation column, and the inner surfaces of the detector of the gas chromatograph apparatus.
[0048]
(Embodiment example 4)
The excimer laser oscillation apparatus according to any one of Embodiments 1 to 3, wherein at least a surface of the separation column packing of the gas chromatograph apparatus is a fluoride.
[0049]
(Embodiment example 5)
A stepper device comprising the excimer laser oscillation device according to any one of the embodiment examples 1 to 4 and a stage for moving the substrate.
[0050]
【Example】
An excimer laser oscillation apparatus of this example is shown in FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same members as those in FIG. In FIG. 5, in order to increase the accuracy of the replenishment amount of 1% F 2 gas, the mass flow controller 501 can precisely control the replenishment amount of F 2 gas. The inner surface of the piping in the gas path from the fluorine gas source to the chamber is fluorinated.
[0051]
502 is a tube for collecting gas in the laser chamber, 502 is a valve, and 504 is the gas chromatograph apparatus shown in FIG.
[0052]
SUS316L is used for the gas sampling tube 502, valve 503, separation column, and detector substrate of the gas chromatograph apparatus, and the inside is mirror-polished by electropolishing, followed by baking at 300 ° C. for 2 hours, 300 ° C. for 1 hour. Fluorine treatment with F 2 gas, and N 2 gas heat treatment at 450 ° C. for 1 hour. By these treatments, a 200 nm fluoride passivation film was formed on the surface of SUS316L.
[0053]
Using these members, a mixed filler of CaF 2 , MgF 2 and AlF 3 was filled in a separation column, a gas chromatograph apparatus was assembled, the interior was sufficiently purged, and then connected to the laser chamber C11.
[0054]
Next, the discharge gas containing 0.1% F 2 gas was filled in the laser chamber C11 as follows.
[0055]
First, the mass flow controller 501 was set to a predetermined flow rate, and 1% F 2 /1% Kr / Ne gas was flowed for a predetermined time and introduced into the chamber. Next, similarly, the mass flow controller 501 was set to a predetermined flow rate, and 1% Kr / Ne gas was allowed to flow for a predetermined time to be introduced into the laser chamber. Here, the gas introduction ratio (flow rate x time) was 1: 9.
[0056]
In this state, the laser is repeatedly oscillated, the valve 502 is periodically opened, the discharge gas is introduced into the gas chromatograph, and the F 2 gas concentration and impurities such as H 2 , H 2 O, 0 2 and HF gas are introduced. perform measurements, at the stage of lowering F 2 gas concentration below 0.095%, the 1% F 2/1% Kr / Ne gas amount necessary to the F 2 gas concentration of 0.1% The laser chamber C11 was replenished via the manifold C04, the pipe C08, the mass flow controller 501, and the valve C07.
[0057]
As described above, the F 2 gas concentration can be maintained within a certain concentration range, and stable laser oscillation can be obtained.
[0058]
Moreover, since the change was grasped from the measured value of the impurity gas concentration, it became possible to predict the replacement timing of the entire discharge gas.
[0059]
If a substrate (wafer) placed on a moving stage is exposed through a mask using this laser transmitter as a plateau, a fine pattern can be printed.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to always maintain the F 2 gas concentration in the discharge gas within a certain range, and it is possible to maintain a stable laser oscillation with uniform pulse energy and high accuracy.
[0061]
Further, according to the present invention, by measuring the impurity gas in the laser chamber, it is possible to reduce the replacement frequency of the laser gas, and it is possible to provide a highly efficient excimer laser oscillation device.
[0062]
Furthermore, the present invention can provide a stepper capable of performing ultra-fine, high-precision and stable resist exposure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing the structure of a laser chamber.
FIG. 2 is a system diagram showing an excimer laser oscillation apparatus.
FIG. 3 is a system diagram showing gas supply to a laser chamber.
FIG. 4 is a conceptual diagram of an excimer laser device having a gas chromatograph device that detects a gas concentration in a laser chamber.
FIG. 5 is a system diagram showing a gas supply system to a laser chamber and a gas chromatograph apparatus.
[Explanation of symbols]
A01 laser chamber,
A02 A narrowing module for controlling the line width of the oscillation line,
A03 High-pressure pulse power module,
A04 Optical monitor module for measuring the energy intensity and wavelength of the oscillated laser,
A05 High voltage power supply,
A06 Controller that controls the entire system,
A07 output mirror,
A09 stepping motor,
A11, A12 housing member,
A13 O-ring,
A14 insulator,
A15 Cathode electrode support member,
A16 cathode electrode,
A17 Anode electrode,
A18 Anode electrode support member,
A20 connector,
A19 Sealing member such as O-ring,
A20 blower,
A21 heat exchanger,
A22 filter,
A23 Gas intake,
C01 gas supply line,
C01 ′ 1% F 2 /1% Kr / Ne gas supply line,
C01 ”He gas supply line,
C02, C02'C02 "orifice,
C03, C03 ', C03 "valves,
C04 manifold,
C05 connecting piping,
C06 chamber valve,
C07 valve,
C08 F 2 gas supply piping,
C09 injection valve,
C10 orifice for flow control,
C11 chamber,
C12 spring valve,
C13 Manifold exhaust line,
C14 valve,
C15 F 2 gas exclusion device,
C16 exhaust pump,
p Pressure gauge.
400 gas chromatograph,
401 carrier gas cylinder,
402 pressure reducing valve,
403 fine adjustment valve,
404 pressure gauge,
405 flow meter,
406 preheating tube,
407 Sample inlet,
408 separation column,
409 detector,
410 amplifying device,
411 vaporizer constant temperature layer,
412 vaporizer temperature control device,
413 column thermostat,
414 column temperature controller,
415 recorder,
416 flow meter,
420 gas sampling tube,
421 valve,
501 flow meter,
502 gas sampling tube,
503 valve,
504 Gas chromatograph device.

Claims (2)

エキシマレーザー発振装置のレーザーチャンバー内のF2ガス濃度を検出するガスクロマトグラフ装置を有するエキシマレーザー発振装置であって、
前記ガスクロマトグラフ装置の分離カラム充填物の少なくとも表面はAlF 3 、MgF 2 又はCaF 2 であることを特徴とするエキシマレーザー発振装置。
An excimer laser oscillation device having a gas chromatograph device for detecting the F 2 gas concentration in the laser chamber of the excimer laser oscillation device,
An excimer laser oscillation device characterized in that at least the surface of the separation column packing of the gas chromatograph device is AlF 3 , MgF 2 or CaF 2 .
請求項に記載のエキシマレーザー発振装置と、基板を移動させるステージとを具備することを特徴とするステッパー装置。A stepper device comprising the excimer laser oscillation device according to claim 1 and a stage for moving a substrate.
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