JP2000252562A

JP2000252562A - レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2000252562A
Application number: JP11051807A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Masaki Hirayama; 昌樹平山; Hisakuni Shinohara; 壽邦篠原; Nobuyoshi Tanaka; 信義田中; Nobumasa Suzuki; 伸昌鈴木; Masaru Osawa; 大大沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP4256518B2

Abstract

(57)【要約】【課題】個々のスロットの長手方向にわたり全体的に
均一なプラズマの励起を実現する。【解決手段】導波管１から導波管壁に形成された複数
の微小間隙１０を介して電磁波をレーザ管２内に導入す
ることによりレーザ管２内のレーザガスを励起し、レー
ザガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生さ
せるレーザ発振装置であって、微小間隙１０の長手方向
の端部における幅が中央部における幅に比して幅広に形
成されている。これにより、端部におけるマイクロ波の
放射強度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導波管から導波管
壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレーザ
管内に導入することにより、レーザ光を発生させるレー
ザ発振装置に関し、特にレーザガス励起用の電磁波とし
てマイクロ波を用いたレーザ発振装置、これを備えた露
光装置及びデバイスの製造方法に適用して好適である。

【０００２】

【従来の技術】近時では、紫外領域で発振する唯一の高
出力レーザとして、いわゆるエキシマレーザが注目され
ており、電子産業や化学産業、エネルギー産業等におい
て、具体的には金属、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応用が期待されている。

【０００３】エキシマレーザ発振装置の機能原理につい
て説明する。先ず、マニホルド内に充填されたＡｒ，Ｋ
ｒ，Ｎｅ，Ｆ₂等のレーザガスを電子ビーム照射や放電
等により励起状態にする。このとき、励起されたＦ原子
は基底状態の不活性Ｋｒ，Ａｒ原子と結合して励起状態
でのみ存在する分子であるＫｒＦ^*，ＡｒＦ^*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
マは不安定であり、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あるいは自然発光とい
うが、この励起分子を利用して一対の反射鏡で構成され
る光共振器内で位相の揃った光として増幅し、レーザ光
として取り出すものがエキシマレーザ発振装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザ発光の
際には、上記の如くレーザガスの励起源としては主にマ
イクロ波が用いられる。マイクロ波とは、発振周波数が
数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの電磁波である。この場合、導
波管から導波管壁に形成された間隙（スロット）を介し
てマイクロ波をレーザ管内に導入し、これによりレーザ
管内のレーザガスをプラズマ状態に励起する。

【０００５】しかしながら、導波管壁に形成されたスロ
ットからの電磁波の放射特性を、スロット上の全領域に
おいて均一にすることは困難であり、通常、スロット長
軸方向に正弦状もしくはそれに類似した分布となる。す
なわち、図１３（ａ）に示すように、スロット長軸方向
の中央部における電界強度分布が最も大きく、スロット
長軸方向の端部における電界強度分布が最も小さくなっ
てしまう。

【０００６】更に、マイクロ波の電界強度分布に対し
て、励起されるプラズマはスロット長軸方向の中心に集
まるという性質があり、スロット長軸方向の電界強度の
不均一分布が助長されてしまう。このことは、スロット
の長手方向において励起されるプラズマを均一にするこ
とのできない大きな要因となる。

【０００７】この現象は、スロットの長手方向における
中央の位置で励起源である電磁波の強度が最も強いため
プラズマが中央の位置で励起され易いという性質、励起
したプラズマが表面積が最小となる球状に集まり易いと
いう性質に起因するものである。これによって、中央位
置で励起したプラズマによって、スロット中央に空間の
インピーダンスの低い領域が形成され、その部位で優先
的にエネルギーが消費されると共に、プラズマがシール
ドとして働き、マイクロ波が放出される長さに設計され
ていたスロット長がマイクロ波にとって半分の長さとな
り、マイクロ波がスロット外部に放出されなくなる。こ
れら２つの要因によりプラズマはスロットの中央のみで
形成され易く、スロット上で均一なプラズマを励起させ
ることは極めて困難であった。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、スロットアレイ構造を採用する
も、個々のスロットの長手方向にわたり全体的に均一な
マイクロ波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑え
た均一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置や、こ
のレーザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光
装置を用いた高品質なデバイスの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ発振装置
は、導波管から導波管壁に形成された複数の微小間隙を
介して電磁波をレーザ管内に導入することにより前記レ
ーザ管内のレーザガスを励起し、前記レーザガスから発
せられる光を共振させてレーザ光を発生させるレーザ発
振装置であって、前記微小間隙の長手方向の端部におけ
る幅が中央部における幅に比して幅広に形成されてい
る。

【００１０】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記端部が前記中央部における幅よりも大きな直
径の円弧形状とされている。

【００１１】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙は前記導波管の長手方向に沿った中心軸か
ら離間した位置に形成されており、前記微小間隙の端部
が中央部に比してより前記導波管壁の側面に近接するよ
うに、前記微小間隙が湾曲している。

【００１２】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記電磁波が、前記導波管から前記導波管の長端
面の方向に放射される。

【００１３】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙が形成された前記導波管壁に空隙構造が形
成されている。

【００１４】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近傍において
は前記端部からλｇ／４（λｇは前記電磁波の管内波
長）の距離の範囲まで形成されている。

【００１５】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近傍において
は前記端部からλｇ／２（λｇは前記電磁波の管内波
長）の距離の範囲まで形成されている。

【００１６】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の中央部においては
λｇ／２（λｇは前記電磁波の管内波長）以下の距離の
範囲で形成されている。

【００１７】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記空隙構造は、前記微小間隙の長手方向と垂直と
なる方向においては、λｇ／２（λｇは前記電磁波の管
内波長）の整数倍の幅で形成されている。

【００１８】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記導波管内における前記微小間隙の近傍に誘電体レン
ズ若しくは前記電磁波にとって実質的にレンズと等価と
なる構造を設けている。

【００１９】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
である上記レーザ発振装置と、所定パターンの形成され
たレチクルに前記レーザ発振装置からの照明光を照射す
る第１光学系と、前記レチクルを介した照明光を被照射
面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に前記
レチクルの所定パターンを投影し露光を行う。

【００２０】本発明のデバイスの製造方法は、被照射面
に感光材料を塗布する工程と、上記露光装置を用いて、
前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターン
の露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行われ
た前記感光材料を現像する工程とを備える。

【００２１】本発明のデバイスの製造方法の一態様例に
おいては、前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面
に半導体素子を形成する。

【００２２】本発明のレーザ発振装置は、導波管から導
波管壁に形成された複数の微小間隙を介して電磁波をレ
ーザ管内に導入することにより前記レーザ管内のレーザ
ガスを励起し、前記レーザガスから発せられる光を共振
させてレーザ光を発生させるレーザ発振装置であって、
前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央部にお
ける幅に比して幅狭に形成されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２４】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。本実施形態では、いわゆるエキシマ
レーザ光を発するエキシマレーザ発振装置を例示する。
図１は、本実施形態のエキシマレーザ発振装置の主要構
成を示す模式図である。

【００２５】このエキシマレーザ発振装置は、図１に示
すように、エキシマレーザガスの励起による発光を共振
させてレーザ光を発するレーザ管２と、レーザ管２内の
エキシマレーザガスを励起してプラズマ状態とするため
の導波管１と、導波管１を冷却するために、冷却水導入
出口９を有する冷却容器７とを備えて構成されている。

【００２６】エキシマレーザ光を発生させる際の原料と
なるエキシマレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ば
れた１種以上の不活性ガス、又は前記１種以上の不活性
ガスとＦ₂ガスとの混合気体である。これらのうち、使
用したい波長により適宜ガス種を選択し組み合わせれば
よい。例えば、２４８ｎｍの波長のレーザ光を発生させ
たい場合には、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ₂とし、１９３ｎｍの波
長の場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ₂、１５７ｎｍの波長の場
合にはＮｅ／Ｆ₂とすればよい。

【００２７】レーザ管２は、エキシマレーザガスの管内
への導入部となるレーザガス導入出口８と、各端部にそ
れぞれ反射構造体５，６が設けられ、これら反射構造体
５，６によりプラズマ放電による光の位相が揃えられて
レーザ光が発生する。

【００２８】導波管１は、マイクロ波をガス供給路構造
１１内のレーザガスへ供給するための手段であり、図１
中上面部に細長い複数のスロット１０が形成されてい
る。導波管１の上部より数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚの周波
数のマイクロ波が導入されると、このマイクロ波が導波
管１内を伝播しながら、スロット１０から導波管１の外
部へ放出される。放出されたマイクロ波は、レーザ管２
内へ導入される。そして、導入されたマイクロ波により
レーザ管１内のエキシマレーザガスが励起され、共振し
てエキシマレーザ光が発生することになる。

【００２９】導波管１の具体的な様子を図２に示す。こ
こで、図２（ａ）は導波管１の模式的な斜視図、図２
（ｂ）はその平面図である。

【００３０】図２（ｂ）に示すように、各スロット１０
はその長手方向が導波管１の長手方向と一致するように
一列に配置されている。スロット１０は、導波管１２の
長手方向に沿って配置されており、各々が導波管１２の
長手方向に延在する形状とされている。ここで、第１の
実施形態においては、導波管１の長端面であるＥ面から
放出されるマイクロ波を放出するスロット１０に本発明
を適用した例を示す。

【００３１】図６（ａ）は、Ｅ面におけるマイクロ波に
より、導波管１の壁内表面に生じる電流を示す模式図で
ある。導波管１の壁内表面においてスロット１０と垂直
方向の電流を生じさせる。ここで図６（ｃ）は、導波管
１におけるＥ面及びＨ面を示す模式図である。Ｅ面と
は、導波管１の短端面をいい、Ｈ面とは、導波管１の長
端面をいう。

【００３２】図３（ａ）は、任意の１つのスロット１０
の形状を示す概略平面図である。このように、スロット
１０は長手方向の端部に向かうにつれて幅広の形状とさ
れている。

【００３３】そして、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す
スロット１０の長手方向に沿った位置と、スロット１０
の開口率の関係を示す模式図である。図３（ａ）、図３
（ｃ）に示すように、開口率はスロット１０の端部に向
かうにつれて大きくなる。

【００３４】そして、図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す
スロット１０によってマイクロ波を放射した場合の放射
エネルギーの強度を示した模式図である。このように、
端部において開口率が大きく形成されたスロット１０を
用いることによって、特にスロット１０端部における放
射エネルギーを大きくすることができる。すなわち、図
６（ｂ）に示すようなスロット１０を横切る電流密度に
対してスロット１０の幅を変化させることによって、放
出されるマイクロ波の放射エネルギをスロット１０の長
手方向の各部位において制御することが可能となる。そ
して、図３（ｄ）に示すように均一化された放射を実現
することが可能となる。

【００３５】なお、実際の発光におけるマイクロ波の分
布はプラズマとの干渉等があり、測定や解析が極めて困
難である。従って、図３（ｄ）においてはプラズマが励
起されていない状態でのスリットからの均一性を評価す
ることで、均一性を評価している。

【００３６】このような、中心部に対して対称形状のス
ロット１０は、電流の密度分布がスロット１０の短軸方
向に対称となる、Ｅ面に放出されるマイクロ波に用いて
好適である。

【００３７】このように、スロット１０の長手方向の各
部位における幅を異なるようにし、長手方向の端部にお
ける幅を中央部に比して大きくしたことによって、特
に、スロット１０の端部においてマイクロ波の放射を強
くすることができる。これにより、図３（ｂ）に示すよ
うな均一なマイクロ波の放出が可能となる。

【００３８】図４（ａ）は、スロット１０の形状の他の
例を示す概略平面図である。図４（ａ）に示すスロット
１０は、長手方向の端部を局所的に円形に広げたダンベ
ル形状とされている。

【００３９】そして、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す
スロット１０の長手方向に沿った位置と、スロット１０
の開口率の関係を示す模式図である。図４（ａ）、図４
（ｂ）に示すように、開口率はスロット１０の端部にお
いて大きくなる。

【００４０】そして、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す
スロット１０によってマイクロ波を放射した場合の放射
エネルギーの強度を示した模式図である。このように、
端部において開口率が大きく形成されたスロット１０を
用いることによって、円形部１０ａにおいてマイクロ波
の放出を高め、特にスロット１０端部における放射エネ
ルギーを大きくすることができる。すなわち、図６
（ａ）に示すようなスロット１０を横切る電流密度に対
してスロット１０の幅を変化させることによって、放出
されるマイクロ波の強度をスロット１０の長手方向の各
部位において制御することが可能となり、図３（ｃ）に
示すように均一化された放射を実現することが可能とな
る。

【００４１】また、スロット１０端に半径ｒの円を付加
することにより、半径ｒを大きくすることによって、ス
ロット１０の長さを等価的に長くすることが可能であ
る。これにより、実質的にλｇ／４の長さのスロット長
としなくてもＱをより小さくすることができる。また、
スロット１０の端部が円形であることから、スロット１
０を形成する際の機械加工を容易且つ精密に行うことが
可能である。

【００４２】図５（ａ）は、図４（ａ）に示すスロット
１０の形状をより滑らかに曲線でつなげた形状のスロッ
ト１０を示している。

【００４３】そして、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す
スロット１０の長手方向に沿った位置と、スロット１０
の開口率の関係を示す模式図である。図５（ａ）、図５
（ｂ）に示すように、開口率はスロット１０の端部に近
接する程増大する。

【００４４】そして、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す
スロット１０によってマイクロ波を放射した場合の放射
エネルギーの強度を示した模式図である。このように、
端部において開口率が大きく形成されたスロット１０を
用いることによって、円形部１０ａにおいてマイクロ波
の放出を高め、特にスロット１０端部における放射エネ
ルギーを大きくすることができる。すなわち、図６
（ａ）に示すようなスロット１０を横切る電流密度に対
してスロット１０の幅を変化させることによって、放出
されるマイクロ波の強度をスロット１０の長手方向の各
部位において制御することが可能となる。そして、図５
（ｃ）に示すように均一化された放射を実現することが
可能となる。

【００４５】また、図５（ａ）に示すスロット１０は、
図４（ａ）に示すスロット１０と同様に端部を円弧状と
しているため、スロット１０の長さを等価的に長くする
ことが可能であり、また、機械加工を容易且つ精密に行
うことが可能である。

【００４６】図３、図４及び図５に示すスロット１０の
形状では、放射されるマイクロ波の均一性は、図４に示
すスロット１０、図３に示すスロット１０、図５に示す
スロット１０の順に良好となる。また、マイクロ波の最
大強度も、図４に示すスロット１０、図３に示すスロッ
ト１０、図５に示すスロット１０の順に大きくなる。し
かし、この傾向は、実際にはスロット１０のサイズと励
起源である導波路とのサイズの関係や、曲線形状などに
より変化する。なお、上述した開口率分布は、なるべく
広い範囲での均一性を重視して設定したが、仮に端部を
強励起し中央部の強度を弱めたい場合は、より中央部で
の開口率を下げることで対応できることは言うまでもな
い。

【００４７】図１０は、スロット１０の長手方向の中央
部の幅を端部の幅よりも広くしたスロット１０の例を示
す。導波管１内においては導波管１の長手方向と垂直と
なる方向にも均一でない電界が分布しており、この電界
を考慮した場合等においては、図１０に示す形状のスロ
ット１０によっても、スロット１０から放出されるマイ
クロ波の強度を均一化することができる。

【００４８】以上説明したように、本発明の第１の実施
形態によれば、スロット１０の長手方向における各部位
の幅を異ならせ、スロット１０の端部における開口を大
きくすることによって、スロット１０の端部から放射さ
れるマイクロ波の強度を高めることが可能となる。これ
によって、スロット１０上の全領域において、マイクロ
波の均一化な放射を行うことが可能となる。

【００４９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。第２の実施形態において
は、導波管１の短端面からマイクロ波を放出するスロッ
トに本発明を適用した例を示す。なお、第２の実施形態
におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１
の実施形態のものと同一であるため説明を省略する。ま
た、第２の実施形態を説明する図面において、第１の実
施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符号
を記して説明を省略する。

【００５０】図６（ｂ）は、Ｈ面におけるマイクロ波に
より導波管壁に生じる電流の向きを示す模式図である。
このように、Ｈ面における管壁内表面を流れる電流は導
波管１の長手方向に対して垂直方向の幅の中心に位置す
る節から、λｇ／２だけ離れた位置における節に向かっ
て流れる。

【００５１】このため、導波管１の長手方向と垂直方向
の幅の中心線（一点鎖線Ｃ）からｄだけ離間させた位置
にスロット１０をλｇ／２ピッチで交互に設けることで
全てのスロット１０からの放射が同位相となる。

【００５２】図７は、Ｈ面に放出されるマイクロ波に用
いて好適なスロット１０の形状を示している。図６
（ｂ）で説明したように、マイクロ波により生じる電流
は節から放射状に放出されるため、電流の向きに対して
スロット１０が延在する方向を垂直となるようにする。
すなわち、図７（ａ）に示す形状のスロット１０を、図
７（ｂ）に示す位置に配置することによってスロット１
０が延在する方向と電流の向きを垂直とすることがで
き、スロット１０から効率良くマイクロ波を放出するこ
とができる。

【００５３】図８は、Ｈ面に使用するスロット１０の形
状の他の例を示す平面図である。図８（ａ）に示すスロ
ット１０は、端部における開口幅が広げられているた
め、図７（ｂ）に示す位置に配置することによって、ス
ロット１０端におけるマイクロ波の放射強度を高めるこ
とができ、スロット１０上に放射されるマイクロ波の強
度を均一化することができる。

【００５４】また、図８（ｂ）に示すスロット１０は、
端部よりも中央部における開口幅を広げた態様を示して
いる。

【００５５】図９に示すスロット１０は、第１の実施形
態の図４、図５において説明したスロット１０と同様
に、スロット１０端に半径ｒの円を形成した例を示して
いる。この形状により、第１の実施形態と同様に、円形
部１０ａにおいてマイクロ波の放出を高めることがで
き、スロット１０上に放射されるマイクロ波を均一化す
ることができる。

【００５６】また、スロット１０端に半径ｒの円を付加
することにより、半径ｒを大きくすることによって、ス
ロット１０の長さを等価的に長くすることが可能であ
る。これにより、実質的にλｇ／２の長さのスロット長
としなくてもＱをより小さくすることができる。また、
スロット１０の端部を円弧状とすることによって、スロ
ット１０を形成する際の機械加工を容易かつ精密に行う
ことが可能である。

【００５７】以上説明したように、本発明の第２の実施
形態においては、Ｈ面から放出されるマイクロ波に対
し、スロット１０を導波管１の中心（図６（ｂ）におけ
る中心線Ｃ）から所定距離離間させた位置に配置するこ
とによって、スロット１０からマイクロ波の放射を行う
ことが可能となる。

【００５８】また、スロット１０の形状を湾曲させ、マ
イクロ波により導波管１の壁面に生じる電流の方向と垂
直となる方向へ延在させることによって、より効率良く
マイクロ波の放射を行うことが可能となる。

【００５９】更に、スロット１０の端部においてスロッ
ト１０の幅を広げることによって、スロット１０の端部
におけるマイクロ波の放射を高め、スロット１０上の全
領域に放射されるマイクロ波の強度を均一化することが
できる。

【００６０】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。なお、第３の実施形態にお
けるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１の実
施形態のものと同一であるため説明を省略する。また、
第３の実施形態を説明する図面において、第１の実施形
態と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記
して説明を省略する。

【００６１】第３の実施形態は、マイクロ波の放射を均
一化するために、スロット１０の開口形状は通常の矩形
形状として、スロット１０が形成されている導波管１の
壁の内部の形状をスロット１０の開口形状と異ならせ、
空隙構造１５を設けたことを特徴としている。ここで、
空隙構造１５は図１１（ｂ）において後述するように、
スロット１０の形成された導波管１壁に形成された空隙
である。

【００６２】図１２は、空隙構造１５の例を示してい
る。この例においては空隙構造１５の全範囲をスロット
１０からλｇ／４離間させている。これにより、空隙構
造１５内におけるスロット１０と垂直となる方向の空間
の長さがλｇ／２となるため、空隙構造１５内において
マイクロ波を共振させることができ、放射効率を向上さ
せることができる。

【００６３】図１３では、空隙構造１５の全範囲をスロ
ット１０からλｇ／２離間させている。この構成におい
ても、空隙構造１５内におけるスロット１０と垂直とな
る方向の空間の長さがλｇとなるため、空隙構造１５内
においてマイクロ波を共振させることができ、放射効率
を向上させることができる。

【００６４】図１１（ａ）は、第３の実施形態の他の態
様のスロット１０、空隙構造１５を示す平面図である。
また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す一点鎖線Ｉ
−Ｉ’に沿った断面を示す概略断面図である。

【００６５】図１１（ａ）に示すように、第３の実施形
態に係るスロット１０は、矩形形状に形成され、その長
手方向は導波管１の長手方向と同一である。

【００６６】そして、矩形形状のスロット１０を囲むよ
うな形状で、インピーダンス変更空隙構造１５が形成さ
れている。図１１（ｂ）に示すように、空隙構造１５は
スロット１０が形成されている導波管１の内壁に形成さ
れたものであり、図１１（ａ）に示す点線で示す領域ま
で延在する空隙である。

【００６７】図１１（ａ）に示すように、空隙構造１５
の端は、スロット１０の端部から半径がλｇ／４となる
円形形状とされており、スロット１０の長手方向の中央
部においては、スロット１０の端部からλｇ／４以下の
距離とされている。

【００６８】図１１のように、空隙端とスロット１０の
距離をスロット１０長軸方向に変化させることにより、
スロット１０の長軸方向のマイクロ波の放出特性を変化
させることができる。

【００６９】この効果は、スロット１０の各部位で共振
条件がくずれるため、更には、空間的な間隙の形状を変
化させることにより、伝播路の特性を変化できるという
マイクロ波特有の性質によるものである。長さＬ、特性
インピーダンスＺ₀である終端短絡導波路のインピーダ
ンスＺは、Ｚ＝ｊＺ₀ｔａｎ（２π・Ｌ／λｇ）となる。

【００７０】これは、すなわち、いかなる値を持つ誘電
性素子（単体素子でいうコイル）及び容量性素子（単体
素子でいうキャパシタ）をＬを変化させるだけで形成す
ることができることを示している。スロットライン方向
に半値幅αを変化させるということは、電磁波にとって
のインピーダンスを付随的に変化させることになり（等
価回路的にみると、スロットに対して連続的に様々な値
を持つコイルやキャパシタが並列に接続されてみえ
る）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布を
制御することができる。

【００７１】そして、この性質を利用することにより、
スロット１０の長手方向の中央におけるマイクロ波の放
射を抑制することが可能となり、スロット１０上に放射
されるマイクロ波の強度を均一化することができる。

【００７２】図１４は、やはりマイクロ波の放射効率を
向上させるために、スロット１０の長手方向の長さをλ
ｇ／２とした構成を示している。ここで、図１４（ａ）
はＨ面に適用した例を、図１４（ｂ）はＥ面に適用した
例を示している。スロット１０の長さをλｇ／２とする
ことによって、マイクロ波をスロット１０の長手方向に
おいて共鳴させることができ、マイクロ波の放射効率を
向上させることが可能である。

【００７３】図１５（ａ）は、断面形状をテーパー状と
して、導波管１の内部に向かって幅広としたスロット１
０を示している。スロット１０の下方に向かうにつれて
幅広となるテーパー形状を形成することによって、空間
のインピーダンスがゆるやかに変化するため反射が起こ
りにくくなり、より多くのマイクロ波をスロット１０内
へ導くことができ、スロット１０からのマイクロ波の放
射効率を向上させることができる。

【００７４】図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すスロ
ット１０のテーパー部に誘電体レンズ１６を挿入した例
を示している。誘電体レンズ１６によってマイクロ波を
スロット１０へ集中させることができ、スロット１０か
らのマイクロ波の放射効率を向上させることができる。

【００７５】また、図１５（ｃ）に示すように、誘電体
レンズ１６を通常のスロット１０の直下に配置すること
によっても、マイクロ波をスロット１０へ集中させるこ
とができ、スロット１０からのマイクロ波の放射効率を
向上させることができる。

【００７６】以上説明したように、第３の実施形態によ
ればスロット１０の開口形状とは異なる形状であって、
スロット１０の形成された導波管１の壁面に空隙構造１
５を形成することによって、スロット１０内のインピー
ダンスを可変することができる。従って、空隙構造１５
を形成することによって、スロット１０上への均一なマ
イクロ波の放出を実現することが可能となる。また、空
隙領域１５を所定の大きさに設定することによって、空
隙領域１５内でマイクロ波を共振させることができ、マ
イクロ波の放射特性を向上させることが可能である。

【００７７】また、スロット１０の断面形状をテーパー
状として、導波管１の内部に向かって幅広となるように
形成することで、より多くのマイクロ波をスロット１０
へ導くことができ、放射効率を向上させることができ
る。更に、スロット１０内あるいはスロット１０の下部
に誘電体レンズを設けることによっても、マイクロ波の
放射効率を向上させることが可能である。

【００７８】（第４の実施形態）以下、第４の実施形態
について説明する。この第４の実施形態では、第１の実
施形態で述べたエキシマレーザ発振装置をレーザ光源と
して有する露光装置（ステッパー）を例示する。図１２
は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。

【００７９】このステッパーは、所望のパターンが描か
れたレチクル１０１に照明光を照射するための光学系１
１１と、レチクル１０１を介した照明光が入射して当該
レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に縮小
投影するための投影光学系１１２と、ウェハ１０２が載
置固定されるウェハチャック１１３と、ウェハチャック
１１３が固定されるウェハステージ１１４とを有して構
成されている。なお、レチクルとしては、図示の如く透
過型のもの（レチクル１０１）のみならず、反射型のも
のも適用可能である。

【００８０】光学系１１１は、照明光としての高輝度の
エキシマレーザー光を発する光源である第１の実施形態
のエキシマレーザ発振装置１２１と、エキシマレーザ発
振装置１２１からの照明光を所望の光束形状に変換する
ビーム形状変換手段１２２と、複数のシリンドリカルレ
ンズや微小レンズを２次元的に配置されてなるオプティ
カルインテグレータ１２３と、不図示の切替手段により
任意の絞りに切替可能とされ、オプティカルインテグレ
ータ１２３により形成された２次光源の位置近傍に配置
された絞り部材１２４と、絞り部材１２４を通過した照
明光を集光するコンデンサーレンズ１２５と、例えば４
枚の可変ブレードにより構成され、レチクル１０１の共
役面に配置されてレチクル１０１の表面での照明範囲を
任意に決定するブラインド１２７と、ブラインド１２７
で所定形状に決定された照明光をレチクル１０１の表面
に投影するための結像レンズ１２８と、結像レンズ１２
８からの照明光をレチクル１０１の方向へ反射させる折
り曲げミラー１２９とを有して構成されている。

【００８１】以上のように構成されたステッパーを用
い、レチクル１０１のパターンをウェハ１０２の表面に
縮小投影する動作について説明する。

【００８２】先ず、光源１２１から発した照明光は、ビ
ーム形状変換手段１２２で所定形状に変換された後、オ
プティカルインテグレータ１２３に指向される。このと
き、その射出面近傍に複数の２次光源が形成される。こ
の２次光源からの照明光が、絞り部材１２４を介してコ
ンデンサーレンズ１２５で集光され、ブラインド１２７
で所定形状に決定された後に結像レンズ１２８を介して
折り曲げミラー１２９で反射してレチクル１０１に入射
する。続いて、レチクル１０１のパターンを通過して投
影光学系１２２に入射する。そして、投影光学系１２２
を通過して前記パターンが所定寸法に縮小されてウェハ
１０２の表面に投影され、露光が施される。

【００８３】本実施形態のステッパーによれば、レーザ
光源として第１の実施形態のエキシマレーザ発振装置を
用いるので、高出力且つ均一なエキシマレーザ光の比較
的長時間の発光が可能となり、ウェハ１０２に対する露
光を迅速且つ正確な露光量で行なうことができる。

【００８４】次に、図１６を用いて説明した投影露光装
置を利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法
の一例を説明する。

【００８５】図１７は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ
等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の
製造工程のフローを示す。先ず、ステップ１（回路設
計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ
２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成した
マスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）で
はシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステッ
プ４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く
用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィ
ー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４
によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００８６】図１８は上記ウェハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に気
相反応を用いて導電膜や絶縁膜を形成する。ステップ１
３（ＰＶＤ）ではウェハ上に導電膜や絶縁膜をスパッタ
リングや蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した投影露光装置によっ
てマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステ
ップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステ
ップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエ
ッチングが終了して不要となったレジストを除去する。
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェ
ハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００８７】この製造方法を用いれば、従来は製造が難
しかった高集積度の半導体デバイスを容易且つ確実に高
い歩止まりをもって製造することが可能となる。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、個々のスロットの長手
方向にわたり全体的に均一なプラズマの励起を実現する
ことができる。従って、エネルギー損失を極力抑えた均
一なレーザ発光を可能とするレーザ発振装置、このレー
ザ発振装置を備えた高性能の露光装置、この露光装置を
用いた高品質なデバイスの製造方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るエキシマレーザ
発振装置の主要構成を示す模式図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るエキシマレーザ
発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るスロットと、放
射エネルギーを示す模式図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係るスロットと、放
射エネルギーを示す模式図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係るスロットと、放
射エネルギーを示す模式図である。

【図６】本発明の各実施形態において、Ｅ面、Ｈ面にお
けるマイクロ波により導波管壁に生じる電流を示す模式
図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るスロットと、導
波管における配置を示す模式図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係るスロットの他の
形状を示す模式図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係るスロットの他の
形状を示す模式図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係るスロットの他
の形状を示す模式図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る空隙構造を示
す模式図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態に係る空隙構造を示
す模式図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態に係る空隙構造を示
す模式図である。

【図１４】本発明の第３の実施形態に係る導波管及びス
ロットを示す斜視図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態に係るスロットの形
状を示す概略断面図である。

【図１６】本発明の第４の実施形態に係るステッパーを
示す模式図である。

【図１７】本発明の第４の実施形態に係るステッパーを
用いた半導体デバイスの製造工程のフロー図である。

【図１８】図１７におけるウェハプロセスを詳細に示す
フロー図である。

【符号の説明】

１，２１導波管２レーザ管５，６反射構造体７冷却容器８レーザガス導入出口９冷却水導入出口１０スロット１０ａ円形形状１１ガス供給路構造１５空隙構造１６誘電体レンズ１０１レチクル１０２ウェハ１１１光学系１１２投影光学系１１３ウェハチャック１１４ウェハステージ１２１エキシマレーザ発振装置１２２ビーム形状変換手段１２３オプティカルインテグレータ１２４絞り部材１２５コンデンサーレンズ１２７ブラインド１２８結像レンズ１２９折り曲げミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２７ (72)発明者平山昌樹宮城県仙台市若林区舟丁52パンション相原 103号 (72)発明者篠原壽邦宮城県仙台市宮城野区小田原２−２−44− 303 (72)発明者田中信義東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者鈴木伸昌東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大沢大東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H097 CA01 CA13 CA17 GB01 LA10 5F046 BA04 CA04 CB05 CB13 CB17 5F071 AA06 CC10 EE02 GG03 JJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波管から導波管壁に形成された複数の
微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
より前記レーザ管内のレーザガスを励起し、前記レーザ
ガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生させ
るレーザ発振装置であって、前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央部にお
ける幅に比して幅広に形成されていることを特徴とする
レーザ発振装置。
【請求項２】前記端部が前記中央部における幅よりも
大きな直径の円弧形状とされていることを特徴とする請
求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】導波管から導波管壁に形成された複数の
微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
より前記レーザ管内のレーザガスを励起し、前記レーザ
ガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生させ
るレーザ発振装置であって、前記微小間隙は前記導波管の長手方向に沿った中心軸か
ら離間した位置に形成されており、前記微小間隙の端部が中央部に比してより前記導波管壁
の側面に近接するように、前記微小間隙が湾曲している
ことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項４】前記電磁波が、前記導波管から前記導波
管の長端面の方向に放射されることを特徴とする請求項
３に記載のレーザ発振装置。
【請求項５】導波管から導波管壁に形成された複数の
微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入することに
より前記レーザ管内のレーザガスを励起し、前記レーザ
ガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生させ
るレーザ発振装置であって、前記微小間隙が形成された前記導波管壁に空隙構造が形
成されていることを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項６】前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近
傍においては前記端部からλｇ／４（λｇは前記電磁波
の管内波長）の距離の範囲まで形成されていることを特
徴とする請求項５に記載のレーザ発振装置。
【請求項７】前記空隙構造は、前記微小間隙の端部近
傍においては前記端部からλｇ／２（λｇは前記電磁波
の管内波長）の距離の範囲まで形成されていることを特
徴とする請求項５に記載のレーザ発振装置。
【請求項８】前記空隙構造は、前記微小間隙の中央部
においてはλｇ／２（λｇは前記電磁波の管内波長）以
下の距離の範囲で形成されていることを特徴とする請求
項５〜７のいずれか１項に記載のレーザ発振装置。
【請求項９】前記空隙構造は、前記微小間隙の長手方
向と垂直となる方向においては、λｇ／２（λｇは前記
電磁波の管内波長）の整数倍の幅で形成されていること
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のレー
ザ発振装置。
【請求項１０】導波管から導波管壁に形成された複数
の微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入すること
により前記レーザ管内のレーザガスを励起し、前記レー
ザガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生さ
せるレーザ発振装置であって、前記導波管内における前記微小間隙の近傍に誘電体レン
ズ若しくは前記電磁波にとって実質的にレンズと等価と
なる構造を設けたことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項１１】照明光を発する光源である請求項１〜
９のいずれか１項に記載のレーザ発振装置と、所定パターンの形成されたレチクルに前記レーザ発振装
置からの照明光を照射する第１光学系と、前記レチクルを介した照明光を被照射面に照射する第２
光学系とを備え、前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露
光を行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】被照射面に感光材料を塗布する工程
と、請求項１１に記載の露光装置を用いて、前記感光材料が
塗布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工
程と、前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像
する工程とを備えることを特徴とするデバイスの製造方
法。
【請求項１３】前記被照射面をウェハ面とし、当該ウ
ェハ面に半導体素子を形成することを特徴とする請求項
１２に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１４】導波管から導波管壁に形成された複数
の微小間隙を介して電磁波をレーザ管内に導入すること
により前記レーザ管内のレーザガスを励起し、前記レー
ザガスから発せられる光を共振させてレーザ光を発生さ
せるレーザ発振装置であって、前記微小間隙の長手方向の端部における幅が中央部にお
ける幅に比して幅狭に形成されていることを特徴とする
レーザ発振装置。