JP2000294863A

JP2000294863A - レーザ発振装置、露光装置及びデバイスの製造方法

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Publication number: JP2000294863A
Application number: JP11051809A
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: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP4256519B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管
の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現
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。【解決手段】各スロット１０を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し、これらスロ
ット１０の周囲を囲むように金属壁１２を設ける。そし
て、この金属壁１２により、スロット１０からレーザ管
壁の窓部１５までの間に間隙を形成し、この間隙をマイ
クロ波の通路１１とする。

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】ここで、仮にスロットから放出されるマイ
クロ波の強度分布が均一であったとしても、レーザ光の
共振器長を満たすだけの長い空間にマイクロ波を供給す
るには、共振器長軸方向に沿って複数のスロットを配置
したスロットアレイ構造を形成する必要がある。この構
造を図１７に示す。図１７において、導波管壁２０１に
複数の微小間隙（スロット）２０２が等間隔に形成され
ており、便宜上レーザ管内を放出空間として略記する。

【０００６】このスロットアレイ構造を採用した場合、
隣接するスロット２０２間の領域（図１７中、楕円形の
斜線部で示す。）は必然的にマイクロ波の非照射領域と
なる。従って、マイクロ波により放出空間に存するレー
ザガスを励起する際にも非照射領域の存在に起因してマ
イクロ波強度にムラが生じ、全体として不均一な分布の
プラズマ放電が発生することになる。

【０００７】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管
の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現
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。

【０００８】

【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
す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、前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの
間が所定距離離間され、前記電磁波の通路が形成されて
いる。

【０００９】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙から前記レーザ管壁までの離間距離
は、前記導波管から導入される電磁波の管内における半
波長の整数倍である。

【００１０】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管から導入される電磁波がマイクロ波であ
る。

【００１１】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体
が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接触部位で当
該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙とされてい
る。

【００１２】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙には、誘電体が充填されている。

【００１３】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙の幅は、前記導波管から導入される電磁波
の管内における半波長の整数倍である。

【００１４】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位のみが幅狭とされてお
り、前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方
向にわたるスリット形状とされている。

【００１５】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位近傍のみが幅広とされて
おり、当該幅が前記導波管から導入される電磁波の波長
又は半波長にほぼ等しい値とされている。

【００１６】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記空隙は、その先端部位近傍の幅が、前記微小間
隙から放出される電磁波の強度分布を反映して当該空隙
の長手方向に沿って異なる値とされている。

【００１７】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記通路内の少なくとも前記微小間隙の上層に、当
該微小間隙に対して対称形状な構造を有する誘電体レン
ズが設けられている。

【００１８】本発明のレーザ発振装置の一態様におい
て、前記導波管内に誘電体レンズが充填されている。

【００１９】本発明のレーザ発振装置の一態様は前記レ
ーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも
１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガ
スとＦ₂ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装
置である。

【００２０】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
である前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。

【００２１】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、前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。

【００２２】本発明のデバイスの製造方法の一態様にお
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。

【００２３】

【作用】本発明のレーザ発振装置においては、導波管壁
に形成された複数の微小間隙（スロット）上からレーザ
管壁までの間が所定距離離間され、前記電磁波の通路が
形成されている。この場合、各微小間隙から放出された
電磁波はレーザ管壁の近傍では波面が平坦化され、全体
として平面波近似となってレーザ管内に伝播する。従っ
て、レーザ管内のレーザガスにはほぼ均一の平面波とさ
れた電磁波が到達することになり、レーザ管の長手方向
にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光
の均一化に寄与する。

【００２４】具体的には、微小間隙上からレーザ管壁ま
での離間距離を導波管から導入される電磁波の管内にお
ける半波長の整数倍とすることにより、各微小間隙から
放出された電磁波が反射波と干渉し弱め合うことなくレ
ーザ管内に到達することになる。

【００２５】また、微小間隙上を含む前記通路を囲むよ
うに導電体を設け、前記通路を所定幅の空隙とすること
により、エネルギー損失を最小限に抑えることができ
る。若しくは、当該電磁波の管内における半波長の整数
倍の幅とすることにより、微小間隙の垂直方向に共振条
件を与えることが可能となり、スリット部での電界を高
く設定できる。

【００２６】更に、前記空隙に誘電体を充填することに
より、前記通路内におけるプラズマ生成を抑止し、確実
にレーザ管内のみでプラズマ放電を惹起させることがで
きる。

【００２７】

【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。

【００２８】（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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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
に設けられた窓部１５から当該レーザ管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２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。

【００３３】本実施形態では、導波管１に、導波管壁と
レーザ管壁との間のスロット１０上の領域を除く部位に
両者を所定距離離間させる導電体板、ここでは金属壁１
２（図２参照）が設けられている。

【００３４】導波管１の具体的な様子を図２及び図３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）はその平面図であり、図３（ａ）は図２
（ｂ）中の線分ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面図、図３
（ｂ）は図２（ｂ）中の線分Ｉ−Ｉ’に沿った断面図で
ある。

【００３５】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
一列に配されており、これらスロット１０の周囲を囲む
ように金属壁１２が設けられている。図３（ａ），
（ｂ）に示すように、この金属壁１２により、スロット
１０からレーザ管壁の窓部１５までの間にレーザ管２の
長手方向に導波管１の全域にわたる空隙が形成され、こ
の空隙がマイクロ波の通路１１となる。

【００３６】なお、本例ではスロット１０を導波管１の
いわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、スロット
１０をＨ面に形成する場合には、スロット１０の形成部
位に応じた通路が形成されるように金属壁を設ける必要
がある。

【００３７】ここで、スロット１０からレーザ管壁の窓
部１５までの離間距離は、導波管１から導入されるマイ
クロ波の管内における半波長の整数倍、即ちマイクロ波
の管内波長をλg 、ｎを整数として、ｄ＝ｎ×λg ／２・・・（１）で表される距離ｄとする。これにより、通路１１は共振
器として機能し、各スロット１０から放出されたマイク
ロ波はレーザ管２内からの反射波と干渉し弱め合うこと
がなくなる。

【００３８】なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり
大きい値であると、後述するように通路１１をマイクロ
波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁１２への吸
収による損失が大きくなるため好ましくない。従って、
後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最も好適で
ある。

【００３９】また、通路１１の幅もまた同様な理由か
ら、導波管１から導入されるマイクロ波の管内における
半波長の整数倍、即ち、ｗ＝ｎ×λg ／２・・・（２）で表される幅ｗとする。

【００４０】以下、通路１１を備えた導波管１の機能に
ついて説明する。マイクロ波が導波管１内を伝播するこ
とにより、導波管壁には電流が流れる。マイクロ波は、
導波管１の長手方向距離で規定された伝播空間内で定在
波として存在し、この定在波に起因して導波管壁の前記
電流も定在波の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波
の形態は立体的で複雑であり、一般的な分布定数線路の
電流の定在波を指標として考察するのが便宜に利する。

【００４１】前記電流の定在波を指標とした一例を図４
に示す。このように本例では、スロット１０はその形成
部位が前記電流の定在波（即ち、マイクロ波の定在波に
相当する。）の腹部位に相当するように配されている。
従って、図５に示すように、マイクロ波の波面はスロッ
ト１０から放出された直後では、各スロット１０のアレ
イ形状に起因して各スロット１０に対応した非連続の曲
面形状となる。そして、マイクロ波は各スロット１０か
ら金属壁１２に規制された通路１１を伝播することで徐
々に平面波に近づき、通路１１を通過して外部（即ち、
レーザ管２内）に放出されるときには、その波面は各ス
ロット１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状とな
る。

【００４２】従って、レーザ管２内のエキシマレーザガ
スにはほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達する
ことになり、レーザ管２の長手方向にわたって均一なプ
ラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与す
る。

【００４３】ここで、本実施形態の変形例について説明
する。なお、実施形態に対応する構成部材等については
同符号を記して説明を省略する。

【００４４】（変形例１）この変形例１では、図６
（ａ），（ｂ）（各図とも図３と同様の断面図）に示す
ように、通路１１の先端部位１３のみが幅狭となるよう
に金属壁１２を形成する。この場合、通路１１の先端部
位１３は、レーザ管２との接触部位（即ち窓部１５）で
当該レーザ管２の長手方向にわたるスリット形状とされ
ている。

【００４５】このような形状に通路１１を形成すること
により、マイクロ波のレーザ管２内への放出時に意図し
ないエネルギーの散逸を更に抑止することができる。

【００４６】（変形例２）この変形例２では、図３
（ａ）、図６（ａ）の構造に対して、それぞれ図７、図
８に示すように、通路１１内を充填するように誘電体１
４を設ける。誘電体１４の材料としては石英、フッ化カ
ルシウム、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアな
どが好適である。

【００４７】通路１１内に誘電体１４を充填することに
より、プラズマの通路１１内部での生成を防ぐことがで
きる。なお、この際使用する誘電体１４は、より効率よ
くマイクロ波を伝播させるために誘電率が高く、誘電損
が小さい方が望ましい。

【００４８】ここで、同時にプラズマで発生する大量の
熱を高速に外部に放出するため、誘電体１４は熱伝導性
が高いことが要求される。更には、エキシマレーザのよ
うに反応性の高いＦ₂等が含まれる雰囲気にさらされる
ことを考慮すると、そのような腐食系のガスに対する十
分な耐性を持ち合わせていることも重要である。仮にマ
イクロ波の放出端、即ちプラズマに接している面は、高
い温度１００〜１０００℃（入射エネルギーに依存）に
加えプラスマからの数〜数百ｅＶ（プラズマポテンシャ
ルに依存）のイオン照射によるスパッタリングなど極め
て厳しい環境にある。したがって、場合によっては熱伝
導性が高く、比較的Ｆ₂耐性が高いＡｌＮやアルミナを
誘電体１４の材料として用い、その表面（プラズマとの
界面）に、ＣａＦ₂，ＬｉＦ₂，ＭｇＦ₂のようなフッ
化物を数μｍ〜数百μｍコーティングすることで、熱伝
導の同題と、腐食ガスへの耐性・スパッタリング耐性な
どを両立できる。

【００４９】通路１１内でのエネルギー損失は大きく２
つに分かれる。即ち充填された誘電体での誘電損と、描
道管壁での損失である。誘電損による減衰常数αは、 α＝ωμσ／２β ・・・（３）で表される（ω：角周波数／μ：透磁率／σ：電気伝導
度／β：位相定数）。また、管壁における損失において
は、ＴＥ１０モードに着目すると、

【００５０】

【数１】

【００５１】で与えられる。（ξ：電波インピーダンス
／δ：スキンデプス）この両者の内より支配的な損失
が、例えばプラズマに供給されるエネルギより小さけれ
ばよい。すなわち、プラズマでのマイクロ波の吸収率を
ｒとすると、プラズマがカットオフ状態の場合はｒ≪１
であり、スロット面とプラズマ界面との間を往復（多重
反射）することを考慮すると、ｅｘｐ（−２α・ｎλg ／２）＜ｒ・・・（４）を満たすｎを用いて、均一化線路の最大長を定義するこ
とができる。

【００５２】しかしながら、マイクロ波の効率の点では
吸収率ｒに対してより低い損失に設定することが重要で
ありｒに対し、１／１０〜１／１００程度少なくなるよ
うな設計が好ましい（このような設定をすることで、よ
り損失の少ない系を設計できる。）。

【００５３】ここで、誘電体１４を通路１１に充填した
場合の具体的な実験例を以下にしめす。ａ＝４２ｍｍ，
ｂ＝２１ｍｍ、導波管共振器長（長手方向、即ちレーザ
発振方向）２２０．８ｍｍのＥ面放出アンテナを用い、
スロットの前面に金属壁１２を配した２．４５ＧＨｚの
Ａｌ合金筐体のマイクロ波照射アンテナを製作した。導
波管共振器、即ち通路１１内には、誘電率９．８のアル
ミナが充填されている。このとき、導波管共振器内の管
内波長は、４４．２ｍｍである。したがって、スロット
ピッチも４４．２ｍｍに設定してある。

【００５４】スロットから放出されたマイクロ波は通路
１１内に放出される。この通路１１は近似的には平行平
板型の導波路であり、この近似のもとでは波長は自由空
間での波長と等しく（但し、誘電体内部）３９．１ｍｍ
である。実際は、通路１１のレーザ発振方向の長さ２３
５．３ｍｍをａとする方形導波管であるが、このときの
管内波長は３９．２ｍｍであり、自由空間の波長に比べ
３．５×１０^-3程度しか変わらないため、本構造では自
由空間長の波長近似を用いることも可能である。このと
きの半波長は１９．６ｍｍであり、通路１１のスロット
１０面から放出面までの距離は、ｎ：１，２，３…に対
して１９．６ｍｍ，３９．２ｍｍ，５８．８ｍｍ…で与
えられる。

【００５５】ここで、共振器における損失を考慮する。
誘電損によるαは、アルミナの抵抗卓が１０¹¹Ω・ｃｍ
のとき、５．２２×１０^-7ｄＢ／ｍであり、管壁吸収に
よる損失は、アルミナの抵抗率を２．６５×１０^-6Ω・
ｃｍとして、０．２３４ｄＢ／ｍである。この場合、支
配的な損失は管壁の吸収であるため、これに着目する。
１９．６ｍｍ進行する度に導波管を伝搬するエネルギー
に対して０．００５３％の損失が発生する。従って、例
えば通路１１を１往復する際の損失を投入エネルギーの
０．０２％程度に押さえるために、ｎを４（損失：０．
２１％）より小さく最も均一化の効果が得られる３に設
定した。実際は、多重反射が起こるため、このように低
い損失レベルに抑え込む必要がある。

【００５６】（変形例３）この変形例３では、図９
（ａ），図９（ｂ）（図３（ａ），図３（ｂ）と同様の
断面図）に示すように、通路１１の先端部位１３の近傍
のみが幅広、具体的には、その半値幅αが、 α＝λg ／４又は、 α＝λg ／２となる幅広部１６を通路１１が有するように金属壁１２
を形成する。

【００５７】この場合、幅広部１６は通路１１に倣って
レーザ管２の長手方向に導波管１の全域にわたるように
形成されており、幅広部１６が上記の如き幅に形成され
ていることから、この幅広部１６でマイクロ波の共振の
エネルギーを効率良く集中させることが可能となる。

【００５８】変形例２に挙げた構造を持つ導波路に対
し、本構造を付加した導波路を製作した。このとき、α
がλg ／４及びλg ／２に対しそれぞれ１９．６ｍｍ及
び３９ｍｍであり、１６の高さを５ｍｍとして設計し
た。また、通路１１の厚みは４ｍｍとしている。このと
き、１６に存在するエネルギーは、通路１１及び１６に
存在するエネルギーのそれぞれ３１．３％／４７．７％
であり、このことから窓部１５に近い部位（即ち１６）
にエネルギーが集中されていることが分かる。この比較
では、αがλg ／２である場合の方がよりエネルギーが
集中しているように思えるが、１６の中心からλg ／４
の距離内（即ちスロット１０近傍）に存在するマイクロ
波のエネルギーに着目すると、通路１１及び１６に存在
するエネルギーのそれぞれ３１．３％／２３．８％であ
り、αがλg ／４である場合の方がよりスロット１０近
傍にエネルギーを集中させる効果が高いと言える。

【００５９】更に、変形例３の他の形態を図１０に示
す。この場合、幅広部１６の幅が、スロット１０から放
出されるマイクロ波の強度分布を反映してレーザ管２の
長手方向に沿って異なる値とされている。即ちここで
は、金属壁１２を設けて通路１１を形成するに加えて、
更なるマイクロ波の波面の均一化を図るため、通路１１
のマイクロ波放出部位での均一化をより是正するように
当該放出部位での不均一性に合わせて、幅広部１６の幅
（又は半値幅α）を変化させた構造とする。

【００６０】これにより、レーザ管２内のエキシマレー
ザガスには更に均一な平面波とされたマイクロ波が到達
することになり、レーザ管２の長手方向にわたって均一
なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の更なる均一化
に寄与する。

【００６１】この効果は、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
クロ波固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／λg ）Ｌ）となる。これは即ち如何なる値を持つ誘導性奏子（ディ
スクリートな素子でいうインダクタンス、コイル）及び
容量性素子（ディスクリートな素子でいうキャパシタン
ス、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、電磁波にとってのスロ
ット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さま
ざまな値を持つコイルやキャパシタが並列に接続されて
いる）、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。

【００６２】（変形例４）この変形例４では、図１１に
示すように、通路１１内の各スロット１０の上部に、当
該スロット１０に対して対称形状な曲面を有する誘電体
レンズ１７が設けられている。この曲面形状としては、
スロット１０の形状・サイズ及び放出するマイクロ波に
応じて、球面、非球面（楕円状、双曲線状等）、矩形の
組み合わせとすればよく、図示の例では球面の場合を示
す。この誘電体レンズ１７として適用可能なものとして
は、ゾーンニングレンズをはじめマイクロ波に対するレ
ンズ効果を奏する全ての構造を含む。

【００６３】誘電体レンズ１７は、マイクロ波の波面形
状の均一化を行なう際に、スロット１０を通過するマイ
クロ波の行路差による位相ずれを解消するような誘電率
及び前記曲面形状をもつものである。通常マイクロ波は
誘電体中を伝搬する際にはその速度が真空（又は空気
中）に比して遅くなるため、誘電体レンズ１７を上記の
如き構成に設計することで、行路差に比例して波面を調
整することができ、均一化が可能となる。

【００６４】この場合、生成されるプラズマにおける反
射を考慮し、多重反射を見込んで誘電率及び前記曲面形
状の最適化を図ることが好適である。または、反射を最
小とするために誘電体レンズ１７のレンズ厚をλg ／２
の整数倍（レンズ前後の誘電体の誘電率が両者共に高い
／低いとき）、あるいはλg ／４の奇数倍（その他のと
き）とすることが望ましい。

【００６５】更に、変形例４の他の形態を図１２（図１
１と同様の平面図）に示す。これは、誘電体レンズ１８
を各スロット１０の直上ではなく、通路１１内で所定距
離離間させて配し、その曲面形状を非球面とした一例で
ある。

【００６６】なお、図１１及び図１２において、通路１
１内に誘電体が充填された場合には、誘電体レンズ１
７，１８を用いる代わりに、誘電体レンズ１７，１８の
形状の空隙を通路１１内に誘電体に形成することで、同
様の効果を奏することができることは言うまでもない。

【００６７】（変形例５）この変形例５では、図１３
（ａ），図１３（ｂ）（図３（ａ），図３（ｂ）と同
様）に示すように、導波管１内に誘電体１９を充填す
る。ここで、λc を遮断周波数とすると、放出されるマ
イクロ波の波長λと管内波長λg との関係は、

【００６８】

【数２】

【００６９】で表される。即ち、Ｅ面放射では、各スロ
ット１０の間隔がλg 又はλg ／２であるため、導波管
１に高誘電率の誘電体を充填すると、誘電体１９が強磁
性体でなければ、誘電率の平方根に逆比例して波長λが
小さくなり、管内波長λg のピッチが狭くなり、より均
一なマイクロ波の放出が可能となる。

【００７０】使用可能な誘電体としては、例えば、以下
の表１に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率が
高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して選
択する必要がある。

【００７１】

【表１】

【００７２】これらの誘電体を導波管１内に充填するこ
とで、導波管１内の管内波長は表１の比で記載された波
長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な均一化を
図ることが可能となる。

【００７３】（変形例６）この変形例６では、より高い
周波数、例えば２．４５ＧＨｚの導波管１でのピッチに
対して２倍としたい場合には、４．９ＧＨｚ程度の周波
数のマイクロ波を採用する。これにより、当該周波数に
反比例して波長λが変化し、スロット１０のピッチを狭
めることが可能となる。

【００７４】（変形例７）この変形例７では、導波管１
のＨ面幅を可能な限り大きくする。励起周波数帯のマイ
クロ波が遮断されないような範囲で導波管１の遮断周波
数λc を大きくするほど、管内波長λg は波長λに近づ
き、小さくなる。従って、例えば導波管１内をＴＥ１０
モードのみ伝搬しているような場合、Ｈ面幅を可能な限
り大きくすることで、スロット１０のピッチを狭めるこ
とが可能となる。ＴＥ１０モードのみ伝搬する条件は、
Ｈ面幅をａとすると、ａ＜λ（＜２ａ）であることから、Ｈ面幅ａは、（λ／２＜）ａ＜λ で与えられる。ここで、（）内はＴＥ１０モードを通
らない、即ち全てのモードのマイクロ波が伝搬し得ない
条件を除くための条件である。従って、Ｈ面幅ａを波長
λ程度に設定することで、ＴＥ２０モードを励起するこ
となく管内波長λg が最小値２／３^1/2λ（≒１．１５
λ）に設定できる。なお、多モード励起を許容すると、
管内波長λg は最小値λに漸近するが、その際にはａ→
∞となるため現実的でない。

【００７５】以上説明したように、本実施形態及びその
諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロット
アレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり
全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失
を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。

【００７６】（第２の実施形態）以下、第２の実施形態
について説明する。この第２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１４
は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。

【００７７】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。

【００７８】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、光源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１２
４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１２８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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】次に、図１４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。

【００８３】図１５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。

【００８４】図１６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。

【００８５】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。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、スロットアレイ構造を
採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一
な電磁波の放射が実現され、エネルギー損失を極力抑え
た均一なレーザ発光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態によ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】導波管の具体的な様子を示す模式図である。

【図３】導波管の具体的な様子を示す概略断面図であ
る。

【図４】導波管のスロット位置とマイクロ波により生じ
る電流密度との関係を示す模式図である。

【図５】スロットからマイクロ波が放出される様子を示
す概略断面図である。

【図６】変形例１における導波管の具体的な様子を示す
概略断面図である。

【図７】変形例２における導波管の具体的な様子を示す
概略断面図である。

【図８】変形例２における導波管の具体的な様子を示す
概略断面図である。

【図９】変形例３における導波管の具体的な様子を示す
概略断面図である。

【図１０】変形例３における導波管の他の例の具体的な
様子を示す概略平面図である。

【図１１】変形例４における導波管の具体的な様子を示
す概略断面図である。

【図１２】変形例３における導波管の他の例の具体的な
様子を示す概略断面図である。

【図１３】変形例５における導波管の具体的な様子を示
す模式図である。

【図１４】第２の実施形態のステッパーを示す模式図で
ある。

【図１５】第２の実施形態の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１６】図１５におけるウェハプロセスを詳細に示す
フロー図である。

【図１７】従来の導波管の具体的な様子を示す概略断面
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通路１２金属壁１３先端部位１４誘電体１５窓部１６幅広部１７，１８誘電体レンズ１９誘電体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 (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 JJ20 KK06 MM08 PP05 RR05 TT22 YY09

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
ガスから発する光を共振させてレーザ光を発生させるレ
ーザ発振装置において、前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離
離間され、前記電磁波の通路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２】前記微小間隙から前記レーザ管壁までの
離間距離は、前記導波管から導入される電磁波の半波長
の整数倍であ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】前記導波管から導入される電磁波がマイ
クロ波であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
レーザ発振装置。
【請求項４】前記微小間隙上を含む前記通路を囲むよ
うに導電体が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接
触部位で当該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙
と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。
【請求項５】前記空隙には、誘電体が充填されている
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振装置。
【請求項６】前記空隙の幅は、前記導波管から導入さ
れる電磁波の半波長の整数倍であることを特徴とする請
求項４又は５に記載のレーザ発振装置。
【請求項７】前記空隙は、その先端部位のみが幅狭と
されており、前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管
の長手方向にわたるスリット形状とされていることを特
徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のレーザ発
振装置。
【請求項８】前記空隙は、その先端部位近傍のみが幅
広とされており、当該幅が前記導波管から導入される電
磁波の波長又は半波長にほぼ等しい値とされていること
を特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のレー
ザ発振装置。
【請求項９】前記空隙は、その先端部位近傍の幅が、
前記微小間隙から放出される電磁波の強度分布を反映し
て当該空隙の長手方向に沿って異なる値とされているこ
とを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のレ
ーザ発振装置。
【請求項１０】前記通路内の少なくとも前記微小間隙
の上層に、当該微小間隙に対して対称形状な曲面を有す
る誘電体レンズが設けら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。
【請求項１１】前記導波管内に誘電体レンズが充填さ
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。
【請求項１２】前記レーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ
から選ばれた少なくとも１種の不活性ガス、又は前記少
なくとも１種の不活性ガスとＦ₂ガスとの混合ガスとす
るエキシマレーザ発振装置であることを特徴とする請求
項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ発振装置。
【請求項１３】照明光を発する光源である請求項１〜
１２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１４】被照射面に感光材料を塗布する工程
と、請求項１３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１５】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
１４に記載のデバイスの製造方法。