E95の安定性改善

図5

E95の安定化のためにギガフォトンが着手した最も大きな開発は、E95の大きさを直接的に左右する狭帯域化モジュール(LNM)の高性能化である。LNMの模式図を図5に示す。LNMモジュールはチャンバーに隣接している場所に設置されており、フロントミラーとともに光共振器を構成している。その役目はスペクトルのフィルターであり、チャンバーから発するオリジナル光のE95が数百pmと広いのに対して、LNMを介することで数百分の1まで狭帯域化される。LNMの構成は、数個のプリズムと回折格子からなる。プリズムはレーザ光を拡大する役目であり、拡大されたレーザ光が回折格子全面に照射される。レーザ光は回折格子により反射されチャンバーに戻っていくわけであるが、この時に、波長に依存して反射される角度が微妙に変化する。すなわち、波長分布を空間分布に変換する働きをしている。スリットなどを用い、中心付近の光だけをチャンバーに戻すことで、スペクトルの狭帯域化が実現される。この原理を利用した技術においては、用いる回折格子を大きくすることでより狭いスペクトル、E95を実現できる。

ギガフォトンが取り組んだ技術は、世界最大の高分解能回折格子を搭載したLNMを開発することであった。図中に従来の回折格子の配置と、高分解能回折格子の配置を示しているが、両者の大きさの違いは1.5倍以上である。その大きさゆえ、コンパクトに回折格子を配置するデザイン、均一な光学波面を実現するマウントの仕方がキーとなった。

図6

図6に両者の回折格子で実現されたE95のデータを示す。縦軸にE95を横軸にE95の変動要因であるチャンバー内のF2ガスの圧力を示している。まず、E95の自体の違いは、高分解能回折格子を用いることで、従来の半分が実現できた。典型的なF2ガス濃度である300ｈPaで比較すると、従来型のE95が1.4pmであったのに対して、高分解能型では0.7pmが実現できている。他のF2ガス濃度に関しても同様の差異が見られている。

F2ガスの濃度変化に対するE95の変動に関しても従来型が0.4pm/100hPaに対して、0.15pm/100ｈPaと約1/3以下まで改善されている。既に述べたE95の第1番目の変動要因であるF2ガス分圧の変化に対して、大きな改善が見られたことになる。

図7

F2ガス濃度変化に対してE95の変動が少ないLNMを開発に成功した次のステップとして、チャンバー内のF2ガス濃度を安定化する開発を実施した。F2ガス濃度を安定化することで、長期間に亘るE95の安定性を確保することが狙いである。

前にも述べたように、F2ガス濃度を変化(主に注入による増加)させなければいけない理由は、放電により消費されたF2ガスを補い長期における出力パワーの低下を抑制するためである。しかし、F2ガスを注入しすぎるとE95が大きく変動してしまうことが課題である。

E95を安定化し、さらに出力パワーの低下を抑制する唯一の解決策は、常にチャンバー中のF2濃度を安定に保つことである。そのために開発した技術が精密なガスコントロール技術である。精密ガスコントロールシーケンスでは、チャンバー内に注入するF2ガスの量をマスフローコントローラで高精度に制御および把握している。また、チャンバー内で消費されるF2ガスの量を各指標から読み取ることを可能とした。これより、常にチャンバー内のF2ガス濃度を一定にすることが可能となった。さらに、F2ガスの注入しすぎをモニターするため、モニターモジュールのスペクトル幅の計測値をフィードバックし、想定したF2ガス濃度のずれを補正するフィードバックシステムも採用した。

これらの開発により、チャンバー内のF2ガス濃度は典型値として、常に300-350ｈPaに制御することが可能となり、高分解能回折格子との併用により、E95の変動を0.1pm程度に抑制することが可能となった。

以上の技術は、2kHzKrFレーザG21K、4kHzKrFレーザG40K、G41Kおよび最近のArFレーザに展開されており、ユーザ先でのCDコントロールに大きく貢献している。

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