JP2000252563A - レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑
止し、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を提供する。 【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させてプ
ラズマを生成し、プラズマ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上に励起するプラズマが所定領域外へ拡散しな
いように、レーザ管２内にメッシュシールド１３を設け
ている。生成されたプラズマがメッシュシールド１３外
へ拡散することを抑止することができるため、投入した
パワーを最大限に活用してプラズマ生成を行うことがで
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、スロット上のマイクロ波放
出面直近にはプラズマが生成されるが、スロット上に形
成されるプラズマシースにおいては、マイクロ波の伝播
が可能であり、結果マイクロ波がシース領域を介してス
ロット短軸方向に広がり、投入したパワーが分散してし
まうためにエキシマレーザの励起に必要なエネルギ密度
を満たすことができなかった。このことは、プラズマを
広い空間に拡散すると、プラズマの生成に用いるための
エネルギが分散してエキシマを励起するだけのエネルギ
密度を実現することが困難となることに起因する。

【０００６】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、スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑止し、
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。

【０００７】

【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させてプラズマを生成し、
前記プラズマ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、前記微小間隙上に
励起する前記プラズマが所定領域外へ拡散しないよう
に、前記レーザ管内に遮蔽構造を設けている。

【０００８】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造は、前記微小間隙の長手方向に対し
て垂直となる方向への前記プラズマの拡散を防止するよ
うに設けられている。

【０００９】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造は、前記微小間隙から所定距離だけ
離間して配置された金属壁からなる。

【００１０】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記遮蔽構造は、メッシュ状の板材から構成されて
いる。

【００１１】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
て、前記遮蔽構造は、所定の開口を有する複数のノズル
からなる。

【００１２】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記ノズルが、前記レーザガスの通路とされてい
る。

【００１３】本発明のレーザ発振装置の一態様例におい
ては、前記遮蔽構造が、磁場によって構成されている。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】

【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。

【００１８】（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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】図３（ａ）は、第１の実施形態における導
波管１のレーザ管２近傍の断面を示している。ここで、
図３（ａ）は、スロット１０の長手方向に対して垂直と
なる方向に沿った断面を示している。

【００２６】前述したように、スロット１０から放射さ
れるマイクロ波によってレーザ管２内のレーザガスが励
起されてプラズマ１１が発光する。

【００２７】そして、第１の実施形態においては、スロ
ット１０上の所定領域を囲むようにメッシュシールド１
３が設けられている。メッシュシールド１３は、金属製
のメッシュから成るシールドであって、スロット１０か
ら放出されたマイクロ波の拡散を抑止する役割を果た
す。

【００２８】スロット１０上にはレーザガスの流路とさ
れているが、メッシュから成るシールドを採用すること
によって、レーザ管２内を流れるレーザガスはメッシュ
シールド１３を通過してスロット１０上に到達すること
が可能である。

【００２９】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すメッシュ
シールド１３上に、更に金属壁１５を設けた例を示して
いる。スロット１０に対して上方向にはレーザガスが流
れないため、金属壁１５を設けることによって、より確
実にマイクロ波を閉じ込めることが可能である。

【００３０】マイクロ波はカットオフモードのプラズマ
中をスキンデプスδ進行する間にエネルギが１／ｅ
² （≒０．１３５）倍に減少する。従って、プラズマが
マイクロ波を遮断している場合、有効なプラズマの励起
を行える領域は、シース領域での伝播を無視できる場
合、放出端の３δ程度の空間であり、その他の領域でプ
ラズマが存在している場合、存在するプラズマは拡散に
よるプラズマである。

【００３１】従って、放出端からδ〜３δの空間でプラ
ズマの閉じ込めを行うことで、全空間でプラズマが励起
されている状態が実現できる。図３に示す例では、メッ
シュシールド１３をスロット１０の放出端からδ〜３δ
の距離に設定することによって、メッシュシールド１３
内の全域でプラズマを励起させることができる。

【００３２】また、マイクロ波がシース領域を拡散して
しまう場合もプラズマへのエネルギ供給密度が低下して
しまうが、これを防止する対策としても、メッシュシー
ルド１３等によるシールドによるプラズマの閉じ込めが
有効である。

【００３３】このとき、シールドの基本構造の持つ遮断
波長がλｃ、シース領域を漏洩してくるマイクロ波の波
長をλとすると、シールドへの侵入長δｓは、

【００３４】

【数１】

【００３５】で与えられる。この時、シールドに入射す
るマイクロ波のエネルギとシールド外部に漏洩するマイ
クロ波のエネルギの割合ｐは、シールドの厚みをｄとし
て、

【００３６】

【数２】

【００３７】である。従って、シールドの基本構造λｃ
が決まり、シールドの放射率ｐを決定すると、それに必
要なｄの最小値が算出でき、従って必要なシールド厚の
下限が算出できる。簡便には、導波管内の波長の１／４
程度の径を採ることでシールド効果を得ることができ
る。

【００３８】例えばシールド厚１ｍｍのメッシュを用い
て、外部への電磁波のエネルギの漏洩を１％以下と設定
した場合、必要とされるシールドへの最長侵入長は、
０．４３ｍｍである。メッシュの基本単位が長方形でそ
の周辺の長さをａとすると、λｃ＝２ａであり、このと
き、ａは１．４ｍｍ以下でなくてはならない。

【００３９】本実施形態における構造は、スロット１０
から放出されたマイクロ波により生成したプラズマの、
特にシースを伝播するマイクロ波の拡散防止を図ること
ができる。従って、メッシュシールド１３の内部にプラ
ズマを生成することが可能である。

【００４０】メッシュシールド１３の内部に拡散したプ
ラズマは、同軸導波管の内軸として作用し、結果プラズ
マが拡散している部分（プラズマの拡散長）が同軸導波
管として動作するため、マイクロ波がＴＥＭモードにな
り容易に伝播してしまう。

【００４１】この際の伝播はやはりシース領域で起こっ
ており、シース厚に対しプラズマへの侵入長が無視でき
ない領域であり、伝播に伴う損失が大きいことからより
少ない距離で減衰してしまうが、閉じ込めを行う時には
問題となる場合がある。

【００４２】すなわち、マイクロ波はシールドのマイク
ロ波遮断長δｓに加えて、プラズマの拡散長も伝播する
ことになる。これらから、シールド長は、マイクロ波単
独の遮断長＋プラズマの拡散長以上に設定する必要があ
る。

【００４３】閉じ込めを行うシールドの表面積をＳ、開
口率をα、動作圧力Ｐ、構造因子ｋとすると、シールド
を通過する気体のコンダクタンスＣ（ガスの流れ易さ）
は、粘性流体の場合、

【００４４】

【数３】

【００４５】となることから、動作圧、シールド構造が
決定すると、シールド厚の上限が算出できる。

【００４６】マイクロ波の遮断に必要なシールド長及び
コンダクタンスは、αとｄに関して相反する関係にある
ため、両者よりそれぞれの最適値が規定できる。

【００４７】シールドの材質は、マイクロ波の損失を少
なくするためにより抵抗率の低い材料が望ましい。ま
た、プラズマに接触していることから、高温になるた
め、熱抵抗が低い材料が望ましい。また、材料表面にフ
ッ素不動態処理を行ったり、材料表面をフッ素系化合物
で覆ったりしてもよい。

【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上を覆うようにメッシュシ
ールド１３を設けることによって、プラズマがシースを
介してスロット１０上から側方に拡散することを抑止す
ることができる。また、メッシュシールド１３を使用す
ることにより、プラズマ中の電界集中を避けてより均一
な放電を実現することができる。

【００４９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を図面を参照しながら説明する。図４（ｂ）
は、第２の実施形態における、スロット１０上で励起さ
れるプラズマを所定領域に閉じ込める遮蔽構造を示す斜
視図である。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４に示すように、導波管１に形成された
スロット１０上には、レーザ管２内においてノズルシー
ルド１４が構成されている。ここで、図４（ａ）はスロ
ット１０上からノズルシールド１４を示す平面図、図４
（ｂ）は、ノズルシールドを示す斜視図である。

【００５１】図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、ノ
ズルシールド１４は複数の筒状のノズル１４ａから構成
されており、それぞれのノズル１４ａ内はレーザガスの
通路とされている。図４（ｂ）に示す矢印Ａはレーザガ
スの流れを示している。レーザガスはスロット１０の長
手方向に対して垂直となる方向に各ノズル１４ａ内を流
れ、スロット１０から放射されるマイクロ波によって励
起される。

【００５２】ノズルシールド１４は、マイクロ波が所定
の大きさ以下の開口を通過できないという性質を利用し
ている。すなわち、放出されるマイクロ波の周波数に対
して開口を所定の大きさに設定したノズル１４ａを複数
配列することによって、金属壁もしくは第１の実施形態
で説明したメッシュシールドと同様にマイクロ波を空間
的に閉じ込めることが可能である。

【００５３】ここで、ノズルシールド１４はレーザガス
の流れに沿って配置されているため、レーザガスの流れ
を妨げることはない。従って、超高速ガス置換を行う際
にもレーザガス流に抵抗を生じさせにくく、圧力損失の
発生を抑止することができる。

【００５４】第２の実施形態によれば、メッシュシール
ドを用いた場合よりも効果的にプラズマの閉じ込め、マ
イクロ波の閉じ込めを行うことができる。メッシュシー
ルドを用いた場合、マイクロ波単独の閉じ込めは可能で
あっても、プラズマが拡散してメッシュ構造内に侵入し
た場合、閉じ込めの効果に限界が生じる場合があるから
である。

【００５５】図５（ａ）は、図４（ａ）に示すガス流の
方向に沿った断面を示す模式図である。ノズルシールド
１４によってスロット１０の側方へのマイクロ波、プラ
ズマの拡散を抑止することができ、スロット１０上の所
定範囲に励起されたプラズマを閉じ込めることができ
る。

【００５６】図５（ｂ）は、スロット１０の上方へのマ
イクロ波、プラズマの拡散防止を目的として、スロット
１０上に金属壁１５を設けた例を示している。金属壁１
５によって、スロット１０の側方のみならず上方へのマ
イクロ波、プラズマの拡散を抑止することができるた
め、スロット１０の開口端から所定距離内にプラズマを
閉じ込めることが可能である。

【００５７】ノズルシールド１４の具体的構成を説明す
る。例えば長さ２０ｍｍのノズルを用いて、外部への電
磁波の漏洩を１％以下と設定する。この時必要とされる
シールドへの最長侵入長は、８．７ｍｍである。

【００５８】メッシュの基本単位が長方形でその長辺の
長さをａとすると、λｃ＝２ａである。この時、ａは３
０ｍｍ以下でなければならない。従って、各ノズル間の
間隔は２５ｍｍ以下という比較的広いマージンが設定で
きる。

【００５９】例えば、ノズル壁間隔を２０ｍｍに設定す
ると、仮にプラズマが４．５ｍｍ程度拡散してきたとし
ても、外部への電磁波の漏洩を１％以下に保つことがで
きる。また、本構造においては、コンダクタンスがより
大きくとれるという利点があり、高速なガスを流す際に
より有効である。

【００６０】仮に、１ｍｍ角厚さ１ｍｍの基本構造をも
つメッシュと、２０ｍｍ×２ｍｍ長さ２０ｍｍの基本構
造をもつノズルのコンダクタンスを比べると、（メッシ
ュ及びノズル壁の厚みを両者１ｍｍと仮定すると、両者
の開口率はそれぞれ２５％及び９１％）、同じ断面積を
持つ場合、ノズルのコンダクタンスは厚み（長さ）場２
０倍にもかかわらず３．３倍も高い。すなわち、ノズル
構造を採用することで、はるかにガスが流れ易い構造と
することができる。これに加えて実際のガス流では乱流
が発生する場合も多く、それを避けるためにはなるべく
構造体間隔を大きくすることが望ましい。

【００６１】以上説明したように、第２の実施形態にお
いては、マイクロ波が通過不能となる開口を有するノズ
ル１４ａを複数個配列して、ノズルシールド１４を構成
することによって、生成されたプラズマを所定領域に閉
じ込めることが可能であり、且つ、各ノズル１４ａ内に
レーザガスを流すことによって、シールド構造を設けた
にも関わらずガス流に抵抗を生じさせることがない。こ
れにより、圧損の発生を最小限に抑えることができる。

【００６２】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
について図面を参照しながら説明する。図６は、第３の
実施形態に係る磁場シールドの構成を示す模式図であ
り、図７及び図８は、スロット１０の長手方向に対して
垂直となる方向に沿った断面を示す模式図である。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
の全体構成も、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。

【００６３】第３の実施形態においては、スロット１０
上に励起されるプラズマを所定範囲に閉じ込めるために
磁場を用いている。磁場は、図６（ａ）に示すようにソ
レノイドを用いて形成しても良いし、図６（ｂ）に示す
ように通常の磁石を配置することによって形成しても良
い。

【００６４】図６（ａ）は、磁場の形成にソレノイド１
６を用いた例を示している。ソレノイド１６の配置は、
図６（ａ）に示すようにソレノイド１６の延在する方向
がレーザ発振方向と同一となるように配置する。すなわ
ち、図２に示す導波管１、スロット１０の長手方向とソ
レノイド１５の延在する方向は同一方向である。

【００６５】磁場強度は、磁場中の電子のラーマー周期
がプラズマ中の電子と原子の衝突周期よりも短くなるよ
うに定める（磁場プラズマの条件）。電子のラーマー角
速度は、磁束密度をＢ、電子の質量をｍ、素電荷をｅと
して、

【００６６】

【数４】

【００６７】電子と原子の衝突角速度は、原子密度を
ｎ、原子半径をｒ、電子温度をＴ、ボルツマン係数をｋ
として、

【００６８】

【数５】

【００６９】これらの式から、エキシマレーザの動作圧
力等を考慮すると、磁束密度は約１Ｔ以上必要である。

【００７０】ソレノイド１６によって強磁場を印加する
と、形成された磁束に沿ってプラズマの電子が歳差運動
する。レーザの振動方向と同じ向きに磁束が形成されて
いるため、プラズマの電子はレーザ振動方向に対して垂
直となる方向には拡散しにくくなり、プラズマの閉じ込
めを実現することができる。図６（ｂ）に示す磁石１７
を用いて磁場を形成した場合でも同様の効果を得ること
ができる。

【００７１】図７（ａ）は、スロット１０の周囲におけ
るソレノイド１６あるいは磁石１７の配置を示す概略断
面図である。スロット１０上にプラズマを閉じ込めるた
めにはスロット１０上を囲むように、例えば４ケ所の位
置に磁石１７を設けることが望ましい。これにより、生
成されたプラズマをスロット１０上に閉じ込めることが
可能となる。

【００７２】図７（ｂ）は、スロット１０の上方に金属
壁１５を設けた例を示している。金属壁１５によってス
ロット１０の上方へのプラズマの拡散を抑止することが
でき、また、ソレノイド１６あるいは磁石１７によって
スロット１０から横方向へのプラズマの拡散を抑止する
ことができる。

【００７３】図８は、図７（ｂ）に示す構成に対し、更
にノズルシールド１４を付加した構成を示している。こ
の構成によれば、ソレノイド１６あるいは磁石１７とノ
ズルシールド１４の相乗効果により、プラズマがスロッ
ト１０の横方向へ拡散することを抑止することができ
る。このように、第３の実施形態では、マイクロ波の閉
じ込め効果を補填するために、第１の実施形態あるいは
第２の実施形態に係る遮蔽構造を併用することが望まし
い。

【００７４】以上説明したように、第３の実施形態によ
れば、レーザの振動方向と同じ向きに磁束を形成するこ
とにより、プラズマの電子がレーザ振動方向に対して垂
直方向に拡散することを抑止して、スロット１０上にお
けるプラズマの閉じ込めを実現することができる。

【００７５】（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９
は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】次に、図１０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。

【００８２】図１０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。

【００８３】図１１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。

【００８４】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。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、個々のスロット上から
所定範囲外へプラズマが拡散することを抑止できる。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の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す模式図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す概略断面図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す概略断面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す模式図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す概略断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振装置
における遮蔽構造を示す概略断面図である。

【図９】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１０】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１１】図１０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 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 １１ プラズマ １３ メッシュシールド １４ ノズルシールド １４ａ ノズルシールド １５ 金属壁 １６ ソレノイド １７ 磁石 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） Ｈ０１Ｓ 3/225 Ｈ０１Ｓ 3/223 Ｅ (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 BA02 BA06 CA13 JA03 LA10 5F046 AA07 BA04 CA04 5F071 AA06 DD08 EE04 JJ05 JJ10 5F072 AA06 JJ02 JJ05 KK06 MM08 PP05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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させてプラズマ
   を生成し、前記プラズマ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、 前記微小間隙上に励起する前記プラズマが所定領域外へ
   拡散しないように、前記レーザ管内に遮蔽構造を設けた
   ことを特徴とするレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 前記遮蔽構造は、前記微小間隙の長手方
   向に対して垂直となる方向への前記プラズマの拡散を防
   止するように設けら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。
3. 【請求項３】 前記遮蔽構造は、前記微小間隙から所定
   距離だけ離間して配置された金属壁からなることを特徴
   とする請求項１又は２にレーザ発振装置。
4. 【請求項４】 前記遮蔽構造は、メッシュ状の板材から
   構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載のレーザ発振装置。
5. 【請求項５】 前記遮蔽構造は、所定の開口を有する複
   数のノズルからなることを特徴とする請求項１に記載の
   レーザ発振装置。
6. 【請求項６】 前記ノズルが、前記レーザガスの通路と
   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。
7. 【請求項７】 前記遮蔽構造が、磁場によって構成され
   ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
   記載のレーザ発振装置。
8. 【請求項８】 照明光を発する光源である請求項１〜７
   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。
9. 【請求項９】 被照射面に感光材料を塗布する工程と、 請求項８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。
10. 【請求項１０】 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
    ９に記載のデバイスの製造方法。