JP2003331793A - Discharge lamp for fluorine laser - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a standard light source of a practical use as one for stabilization of wavelengths of a fluorine laser device, in case the fluorine laser device is used as a light source for a projection aligner such as a stepper or a scanning aligner. <P>SOLUTION: The discharge lamp for a fluorine laser is provided with an emission spectrum near a wavelength of a laser light emitted from the fluorine laser device and stabilizes an oscillation wavelength of the laser light from the fluorine laser device with the use of the emission spectrum. The standard light source is provided with a window member (3) for emitting vacuum ultraviolet rays from onto an end part of a nearly cylindrical discharge vessel (1) and has either bromine molecules or a bromine compound as a luminous matter, and rare gas as a starting buffer gas. A pair of electrodes 4 (4a, 4b) of nearly a ribbon shape are arranged in a length direction of the discharge vessel (1) separated from each other an outside face of the discharge vessel (1) so as to surround the side face, with a length of the electrode 4b nearer to the window member shorter than that of the other electrode 4a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の発振波
長を安定化するための基準光源ランプに関し、特に、波
長１５７ｎｍの光を発振するフッ素レーザ装置用放電ラ
ンプに関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体回路の微細化、高集積化につれ、
投影露光装置では解像度の向上が要請されている。この
ため、光源から放出される露光光の短波長化が進められ
ており、半導体リソグラフィ用光源としては、従来の水
銀ランプの放射波長（３６５ｎｍ）より短波長の光を放
出するＡｒＦエキシマレーザ装置が採用されている。こ
のＡｒＦエキシマレーザ装置は発振波長１９３ｎｍ、線
幅０．５ｐｍであるが、最近では、より発振波長が短い
フッ素（分子）レーザ装置が次世代の光源として注目さ
れている。このフッ素レーザ装置は発振波長１５７ｎｍ
（厳密には、１５７．６２９９ｎｍ）、線幅０．２ｐｍ
である。 【０００３】このようなＡｒＦエキシマレーザ装置およ
びフッ素レーザ装置は、放電動作中の発振波長が変動す
るため、レーザ装置としては発振波長を所定値に維持す
るための波長安定化制御が必要になる。安定化のレベル
は、ＡｒＦエキシマレーザ装置の場合で±０．０５ｎ
ｍ、フッ素レーザ装置ではそれ以下の精度で要求され
る。そして、このような波長安定化制御を行うために
は、レーザ装置からの発振波長を測定する手段が必要に
なる。通常は、放射光が安定である（発光波長が変動し
ない）基準光源を使って、この基準光源からの放射光と
被測定光（レーザ光）を所定時間ごとに比較すること
で、当該比較値のズレをもって、被測定光の波長のズレ
を検知する方法が用いられている。 【０００４】図５にＡｒＦエキシマレーザ装置の波長測
定装置を示す。基準光源から基準光が放射され、この基
準光はシャッターＡを経てビームスプリッタに入射し、
さらにエタロン、集光レンズを経て光検出器としてのリ
ニアセンサ（ＣＣＤ）に入射する。リニアセンサ上には
干渉縞（フリンジ）を形成し、このフリンジの位置デー
タから基準光源の放射光の線幅、中心波長を認識する。 【０００５】次に、シャッターＡを閉じて、ＡｒＦエキ
シマレーザからの波長１９３．４ｎｍ近傍の被測定光
（レーザ光）を入射開口、シャッターＢ、反射鏡を経
て、さらに凹面反射鏡、エタロンに導く。そして、エタ
ロンで多重干渉された被測定光が集光レンズを経てリニ
アセンサ（ＣＣＤ）上に照射される。このリニアセンサ
上では、前記基準光源の場合と同様にフリンジが形成さ
れ、基準光源の場合と同様にＣＣＤ上に形成される位置
データから被測定光の線幅や中心波長が算出される。 【０００６】なお、基準光源は波長変動が起きにくいの
で、一度だけ測定するか、あるいは事前に装置内のコン
ピュータ等に認識させておけば、レーザ動作開始後にお
ける定期的な測定は不要と考えられる。しかし、レーザ
動作の経過時間に伴って、エタロンにおける空気の屈折
率が変動し、ミラーの位置が微妙に変動する等の理由に
より、リニアセンサ上の干渉縞の位置も微妙に変化す
る。つまり、基準光源の放射光は変動しないが、測定系
において変動が生じるため、基準光源の測定も定期的、
あるいは頻繁に必要になる。つまり、エタロンやミラー
の状態が変化したとしても、その状態における基準光源
により形成される波長位置データとＡｒＦレーザ装置の
レーザ光で形成される波長位置データを比較することで
レーザ光の発振波長位置のズレを測定することができる
わけである。 【０００７】上記従来例はＡｒＦエキシマレーザ装置の
場合について説明したが、フッ素レーザ装置についても
同様であって、発振レーザ光の波長安定化のためには基
準光源を使った制御が必要となる。特に、フッ素レーザ
装置の場合は、発振波長がＡｒＦエキシマレーザよりも
さらに短い真空紫外域であり、透過する気体媒質の温度
などによる密度の揺らぎ起因する屈折率の変化によっ
て、波長が微妙に変化して観測される恐れがあること、
線幅が小さく、発振波長のズレの許容度も小さいこと、
からフッ素レーザ装置の発振波長にきわめて近い波長の
光を放出する基準光源が必要となる。 【０００８】ここで、フッ素レーザ装置の基準光源につ
いては、例えば、特開２０００−２４９６００号に説明
されており、この文献には、発光物質として炭素
（Ｃ）、鉄（Ｆｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、フッ素
（Ｆ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、アルゴン（Ａｒ）、カルシウム（Ｃａ）、スカン
ジウム（Ｓｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、
ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、砒素（Ａｓ）、臭素（Ｂｒ）、白金（Ｐｔ）を使
うことが開示されている。 【０００９】しかしながら、この文献の開示内容は、波
長１５７ｎｍ近辺に僅かでも発光の可能性が見出せる原
子を単に羅列したにすぎず、発光強度を考慮して、実用
上有効な発光原子を特定しているものではない。言い方
を変えれば、ここに開示された原子を発光物質として選
択して基準光源を作ったとしても、当該選択された原子
による発光ではその光強度が低すぎるか、あるいは他の
波長との相対強度が低いため、半導体製造装置である投
影露光装置（ステッパーやスキャン露光）の光源として
使うフッ素レーザ装置の基準光源として十分に利用でき
るものではない。また、この文献には放電ランプの構造
や形状について何ら記載するものではなく、どのような
構造や形状が基準光源として優れているかを開示するも
のでもない。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、波長１５７．６２９９ｎｍの光
を放出するフッ素レーザ装置の波長安定化用の基準光源
であって、フッ素レーザ装置をステッパーやスキャン露
光等の投影露光装置の光源として使う場合にその基準光
源として実用性のあるものを提供することである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の基準光源は、フッ素レーザ装置より出射
されるレーザ光の波長に近い発光スペクトルを有し、こ
の発光スペクトル線を利用してフッ素レーザ装置からの
レーザ光の発振波長を安定化させるためのフッ素レーザ
用放電ランプであり、さらに基準光源は、概略円筒状の
放電容器の一端に真空紫外光を放射する窓部材を有する
とともに、容器内には、発光物質として臭素と始動用バ
ッファガスとしての希ガスを有し、この放電容器の外面
には、その側面を取巻くような概略帯状の一対の電極が
放電容器の長手方向に互いに離間して配置しており、こ
の一対の電極のうち、窓部材側に設けられた電極の長さ
が、他方の電極の長さより小さいことを特徴とする。 【００１２】 【作用】この発明は、フッ素（Ｆ２）レーザ装置の基準
光源として、臭素原子を利用するとともに、放電容器と
その外面に配置された電極の構造、特に電極の長さを特
定したことを特徴とする。 【００１３】まず、臭素原子を使う点について説明する
と、放電容器内に、臭素分子あるいは臭素化合物という
形で臭素を封入することにより、放電プラズマ中に臭素
励起原子が多数発生させ、この臭素励起原子からＦ２レ
ーザの波長に近い所望の発光スペクトルが効率良く得ら
れ、放電容器の窓部材を通じて外部に放射光を取り出す
ことができる。特に、臭素原子の発光スペクトルは１５
７．６３８７ｎｍであり、フッ素レーザの発振波長であ
る１５７．６２９９ｎｍに極めて近く、また、臭素原子
はその他の原子に比べて、この発光波長に高い光強度を
有するので、他の原子に比較しても実用性は十分に有し
ている。 【００１４】また、放電容器の全体形状を概略円筒状と
して、その一端に窓部材を設けるとともに、外側電極は
放電容器の外側側面を取巻くように円筒状（帯状）のも
のを放電容器の長手方向に互いに離間させて密着させて
いる。このような構造により、放電容器内で発生する放
電プラズマからの発光を円筒の中心軸から窓部材を介し
て取り出す場合に、放電プラズマ内に光学的に最も明る
い領域を円筒状の放電容器のほぼ中心付近に安定に発生
させることができ、この光学的に最も明るい位置を容易
に見積もることができるので、後段のレンズあるいはス
リット等の光学系とも関連させて、これらの位置調整を
容易に行うことができる。また、外部電極型構造とする
ことで放電容器に電極棒を導入するような構造が不要と
なり、放電容器を完全な気密封止とすることができる。
このため、従来のランプに見られるような封入ガスのリ
ークや封止部でのクラックの発生などの問題を良好に解
決することができ、結果として長時間安定な発光を得る
ことができる。 【００１５】 【発明の実施の形態】図１は本発明のフッ素（Ｆ２）レ
ーザ装置の発振レーザ光を制御するための基準光源を示
す。放電容器１は本体ケース２と窓部材３から構成され
る。本体ケース２は概略円筒形状をしており、例えば、
石英ガラスから形成される。窓部材３は容器内部で生成
した真空紫外光を取り出すためのもので合成石英ガラス
からなる概略円盤状部材が本体ケース２の一端を塞ぐよ
うに取付けられる。また、本体ケース２はソーダ石灰ガ
ラス、鉛ガラス、アルミナ珪酸ガラス、ホウケイ酸ガラ
スなども利用でき、窓部材３は合成石英ガラス以外にフ
ッ化マグネシウムも採用することができる。放電容器に
ついて、数値例をあげると、長さ１５０ｍｍ、外径２０
ｍｍ、厚さ１ｍｍである。 【００１６】本体ケース２の外表面には、一対の概略帯
状の電極４（４ａ、４ｂ）が巻き付けられており、この
電極４（４ａ、４ｂ）からの接続線が交流電源５に接続
される。この電極４（４ａ、４ｂ）は、放電容器２の長
手方向に対して互いに離間するように配置して、一方の
電極が窓部材３に近く、他方の電極は窓部材３から離れ
ているという構造を形成する。電極４は、例えば、銅、
アルミニウムからなるもので薄膜状のものが本体ケース
２に密着する形で巻き付けられる。また、あらかじめ型
成形した金属部材を取り付け、接着剤あるいは、ネジ固
定してもよい。これらの導電性部材の巻きつけ、取り付
けにおいては接着剤、あるいはこれに代わる粘着剤に導
電性を持たせて使用するのも有効である。 【００１７】ここで、電極４ａ、４ｂは、ともに放電容
器を取り巻く概略バンド状（帯状）のものであるが、窓
部材に近い側の電極４ｂは、他方の電極４ａよりも放電
容器２の長手方向の長さが短い。図に基づいて、具体的
に示すと電極４ｂの長さＢは、電極４ａの長さＡより短
いということになる。数値例をあげると、電極４ｂの長
さＢは３０ｍｍ、電極４ａの長さＡは９０ｍｍである。
なお、窓部材３の外には、レンズLとスリットＳＬが配
置される。レンズLは、ランプの光学的に最も明るい位
置をスリット上に転写するために使用され、レンズ材質
には、１５７ｎmにおける透過率の良いフッ化リチウ
ム、フッ化カルシウム、合成石英等が選ばれる。スリッ
トＳＬは図５で示す光学系に向けて良好に放射光を導く
ためのものである。 【００１８】ここで、図１のような容量結合型の放電ラ
ンプの場合、ランプへの入力電力は電極部分における静
電容量に依存する。図示のように２つの帯状電極が配置
される場合におけるランプ全体の静電容量は直列に接続
されているため、（電極４ａによる静電容量×電極４ｂ
による静電容量）／（電極４ａによる静電容量＋電極４
ｂによる静電容量）によって求まる。 【００１９】図２は、電極４ａの幅Ａと電極４ｂの幅Ｂ
の比率のみを変化させた場合の放電ランプの形態を示
す。図２（ａ）〜（ｅ）に示す放電ランプは電極の長さ
のみが異なるわけであるが、電極の長さを具体的にあげ
ると、（ａ）において幅Ａは１１０ｍｍ、幅Ｂは１０ｍ
ｍ、（ｂ）において幅Ａは９０ｍｍ、幅Ｂは３０ｍｍ、
（ｃ）において幅Ａは６０ｍｍ、幅Ｂは６０ｍｍ、
（ｄ）において幅Ａは３０ｍｍ、幅Ｂは９０ｍｍ、
（ｅ）において幅Ａは１０ｍｍ、幅Ｂは１１０ｍｍであ
り、電極４ａ、４ｂ間の離間距離はすべて１０ｍｍであ
る。この場合、各電極の幅Ａと幅Ｂの合計値は、（ａ）
〜（ｅ）に示す形態において全て等しく１２０ｍｍであ
り、かつ、電極幅以外の他の条件が等しいとするなら
ば、ランプ全体の静電容量Ｃは、前記の式に基づき、構
造（ｃ）が最も大きく、次いで、構造（ｂ）、構造
（ｄ）、その次に構造（ａ）、構造（ｅ）の順となる。
つまり、図２（ｃ）に示す構造のように、電極４ａの幅
Ａと電極４ｂの幅Ｂを等しくする構造が最も静電容量が
大きくなり、理論的には、放電ランプからの放射光量も
最も大きいということになる。 【００２０】しかしながら、現実に、窓部材３から放射
される光を、図１に示すレンズＬとスリットＳＬによっ
て導いて測定してみると、その放射光量は上記推測とは
異なっていることが判明した。図３は、図２（ａ）〜
（ｅ）の放電ランプによって、図１に示すレンズＬとス
リットＳＬを経過して導かれる放射光を測定した実験結
果を示す。縦軸は構造（ｃ）の光強度を１とした場合の
各構造の相対光強度を表し、横軸は電極４ａと電極４ｂ
の電極幅比を表す。図では、黒丸印が、左から構造
（ａ）の相対光強度、構造（ｂ）の相対光強度、構造
（ｃ）の相対光強度、構造（ｄ）の相対光強度、構造
（ｅ）の相対光強度を表しており、数値を順に示すと、
2.26、2.71、1.00、0.60、0.34である。この結果から明
らかなように、構造（ｂ）が最も光強度が大きく、順
に、構造（ａ）、構造、（ｃ）、構造（ｄ）、構造
（ｅ）となっている。 【００２１】この原因は、必ずしも明らかではないが、
電極幅が小さい方が放電プラズマが絞るように生じるた
め、本発明が対象とするフッ素レーザ装置の基準光源の
ように輝点からの放射光をレンズやスリットで取り出す
タイプの光学系により構成される場合には、窓部材に近
い側の電極の幅、具体的には面積が小さいことが有効で
あることと推測する。その一方で電極の面積（本発明の
ように概略円筒状放電容器の場合は長手方向の長さとも
言える）が小さいと全体の静電容量は小さくなってしま
う。そこで、本発明の基準光源は、全体の静電容量を大
きく取るため、電極幅自体は十分に大きくとりつつも、
窓部材に近い側の電極の幅Bと他方の電極の幅Aについて
その比Ｂ/Ａを１より小さくすることにより、高輝度の
放電領域を形成させることのできる、放電ランプを提供
したものである。また、この関係は、レンズＬを設ける
ことなく所望のスペクトル線のみを選択するためのフィ
ルタを設置したスリットだけを設ける光学系にも適用で
きる。 【００２２】放電ランプの説明に戻って、放電容器１の
内部には、発光成分として臭素分子またはその化合物、
点灯始動用バッファガスとして希ガスが封入される。一
例をあげると、臭素分子またはその化合物は、臭素原子
が、例えば０．０１５μｍｏｌ／ｃｃとなるように封入
され、希ガスはアルゴンが２．６７ｋＰａ封入される。
このランプを点灯すると、電極４ａと電極４ｂ間に放電
プラズマ６が形成される。放電容器全体に均一に放電プ
ラズマが形成される場合もあるが、この例では、放電プ
ラズマが狭窄した形が示されている。なお、臭素化合物
は臭化水素（ＨＢｒ）、臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂ
ｒ）、臭化エチレン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）、臭化エチル（Ｃ
Ｈ_３Ｂｒ）という形で封入できる。 【００２３】一対の電極４ａ、４ｂに所定の高周波電圧
を印加することにより、放電容器２の内部で放電プラズ
マ６が発生する。この放電プラズマは、電極間隔、ガス
圧、高周波電圧の選び方のより、放電が狭窄した形とし
て実現することができる。なお、高周波電圧としては、
周波数領域としては、商用周波数である５０Ｈｚ〜１０
０ＭＨｚ程度まで可能であり、電圧波形についても、正
弦波、矩形波、フライバックによるパルス点灯、あるい
はバースト点灯なども可能である。そして、この光学的
に最も明るい位置を基準として放電容器とスリットＳＬ
の位置関係を調整することで、スリットＳＬに入射する
光束量を最大になるように決めることができる。 【００２４】次に、図４使って、このような基準光源を
使ったフッ素レーザ装置の全体構造について説明する。
フッ素レーザ装置はレーザチャンバ１０、狭帯域モジュ
ール２０、波形検出光学系３０、制御回路４０からを主
要素として構成され、これらで投影露光装置用の光源と
して機能すべく波長１５７ｎｍの光を放射する。レーザ
チャンバ１０の両端には、窓が設けられており、チェン
バ内にフッ素ガス、およびヘリウムを主体とするバッフ
ァガスが封入される。レーザチャンバ１０の内部には所
定間隔だけ離間して対向した一対の放電電極が設けら
れ、図示略の高電圧発生装置からの高電圧パルスが印加
されると放電電極間に放電が生じてレーザガスであるフ
ッ素ガスが励起される。この励起によってレーザ光が生
じるが狭帯域化モジュール２０にはレーザ光のスペクト
ル幅を狭帯域化するためのプリズムや回折格子が配置す
る。そして、レーザチャンバ１０の他方の窓の外には出
力鏡が設けられるとともにその先にビームスプリッタ３
１が設けられ、ここからレーザ光を公正するための検出
光が一部取り出される。この検出光を受ける波形検出光
学系３０は、図５に示す構造を有し、リニアセンサから
の信号が制御回路４０に送信される。 【００２５】一方、臭素を発光物質とする基準光源５０
からの放射光も同様に波形検出光学系３０に入射され
る。この説明も図５における基準光源として本発明のラ
ンプを適用するだけで同様の説明をすることができる。
そして、基準光源５０からの放射光もリニアセンサから
の信号として制御回路４０に送信される。現実の動作と
しては、フッ素レーザ装置からのレーザ光が定期的に測
定されるとともに、それに前後して基準光源５０からの
放射光を測定することになる。この理由は前記したが、
波形検出回路３０に含まれるエタロンやミラー等の光学
部品の状態が微妙に変化するためであり、その都度、両
方の光を検出してその状態におけるフッ素レーザ装置の
レーザ光を基準光源の波長を基準にして測定するもので
ある。そして、フッ素レーザ装置からのレーザ光の発振
スペクトルにズレがある場合には、制御回４０から狭帯
域モジュール２０に信号を送り、回折格子を動かす等に
よって適正化を図る。 【００２６】図６に本発明の基準光源の分光スペクトル
を示す。縦軸はこの基準光源から放射される全放射光の
うち、各々の波長における光の相対強度を示す。図にお
いて、波長１５７．６３８７ｎｍに高い放射強度を示し
ていることがわかる（なお、図においては波長１６３ｎ
ｍ付近にもより高いピークを有しているが、１５７．６
３８７ｎｍにも高いピークが存在することがわかる）。
この基準光源は臭素０．０２５μｍｏｌ／ｃｃ、希ガス
としてアルゴン６．６０ｋＰａ封入したランプである。 【００２７】 【発明の効果】以上、説明したようにこの発明に係るフ
ッ素レーザ装置の波長安定化用放電ランプは、窓部材側
の電極の長さが、他方の電極の長さより短いものとした
ことで、光学系を介して、より大きい光強度の放射光を
取り出すことができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reference light source lamp for stabilizing an oscillation wavelength of laser light, and more particularly to a fluorine laser device for oscillating light having a wavelength of 157 nm. It relates to a discharge lamp. 2. Description of the Related Art As semiconductor circuits become finer and more highly integrated,
The projection exposure apparatus is required to improve the resolution. For this reason, the exposure light emitted from the light source has been shortened in wavelength, and as a light source for semiconductor lithography, an ArF excimer laser device that emits light having a wavelength shorter than the emission wavelength (365 nm) of a conventional mercury lamp is used. Has been adopted. This ArF excimer laser device has an oscillation wavelength of 193 nm and a line width of 0.5 pm. Recently, a fluorine (molecule) laser device having a shorter oscillation wavelength has attracted attention as a next-generation light source. This fluorine laser device has an oscillation wavelength of 157 nm.
(Strictly 157.6299 nm), line width 0.2 pm
It is. Since the oscillation wavelength of the ArF excimer laser device and the fluorine laser device fluctuate during the discharge operation, the laser device needs wavelength stabilization control for maintaining the oscillation wavelength at a predetermined value. The level of stabilization is ± 0.05 n in the case of an ArF excimer laser device.
m, a fluorine laser device is required with an accuracy lower than that. In order to perform such wavelength stabilization control, means for measuring the oscillation wavelength from the laser device is required. Normally, by using a reference light source whose emission light is stable (the emission wavelength does not fluctuate), the emission light from this reference light source is compared with the light to be measured (laser light) at predetermined time intervals. A method of detecting the deviation of the wavelength of the light to be measured with the deviation is used. FIG. 5 shows a wavelength measuring device of an ArF excimer laser device. Reference light is emitted from the reference light source, and the reference light enters the beam splitter through the shutter A,
Further, the light enters a linear sensor (CCD) as a photodetector via an etalon and a condenser lens. An interference fringe (fringe) is formed on the linear sensor, and the line width and center wavelength of the radiated light of the reference light source are recognized from the position data of the fringe. Next, the shutter A is closed, and the light to be measured (laser light) having a wavelength of about 193.4 nm from the ArF excimer laser is guided through the entrance aperture, the shutter B, and the reflecting mirror, and further to the concave reflecting mirror and the etalon. . Then, the light to be measured, which is multiply interfered by the etalon, is irradiated on a linear sensor (CCD) via a condenser lens. On this linear sensor, a fringe is formed as in the case of the reference light source, and the line width and the center wavelength of the light to be measured are calculated from the position data formed on the CCD as in the case of the reference light source. Since the wavelength of the reference light source does not easily change, it is considered that periodic measurement after the start of the laser operation is unnecessary if the measurement is performed only once or if a computer or the like in the apparatus recognizes it beforehand. . However, the position of the interference fringes on the linear sensor also slightly changes due to the reason that the refractive index of air in the etalon fluctuates with the elapse of the laser operation and the position of the mirror slightly fluctuates. In other words, the emitted light of the reference light source does not fluctuate, but fluctuates in the measurement system.
Or you will need it frequently. In other words, even if the state of the etalon or the mirror changes, the wavelength position data formed by the reference light source in that state and the wavelength position data formed by the laser light of the ArF laser device are compared to determine the oscillation wavelength position of the laser light. Can be measured. Although the above-described conventional example has been described for the case of an ArF excimer laser device, the same applies to a fluorine laser device, and control using a reference light source is required to stabilize the wavelength of the oscillating laser light. In particular, in the case of a fluorine laser device, the oscillation wavelength is in a vacuum ultraviolet region shorter than that of the ArF excimer laser, and the wavelength slightly changes due to a change in refractive index caused by density fluctuation due to a temperature of a transmitting gaseous medium. May be observed
The line width is small and the tolerance for the deviation of the oscillation wavelength is small.
Requires a reference light source that emits light having a wavelength very close to the oscillation wavelength of the fluorine laser device. Here, the reference light source of the fluorine laser device is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-249600. In this document, carbon (C), iron (Fe), sodium (Na) ), Fluorine (F), magnesium (Mg), aluminum (A
l), argon (Ar), calcium (Ca), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn),
Nickel (Ni), copper (Cu), germanium (G
e), arsenic (As), bromine (Br), and platinum (Pt) are disclosed. However, the disclosure of this document merely lists atoms that can possibly emit light even at a wavelength of about 157 nm, and specifies practically effective light-emitting atoms in consideration of the light emission intensity. It is not something. In other words, even if a reference light source is made by selecting the atoms disclosed herein as a luminescent substance, the light intensity of the light emitted by the selected atoms is too low, or the relative intensity with another wavelength. Therefore, it cannot be sufficiently used as a reference light source of a fluorine laser device used as a light source of a projection exposure apparatus (stepper or scan exposure) which is a semiconductor manufacturing apparatus. Further, this document does not disclose any structure or shape of the discharge lamp, nor does it disclose what structure or shape is excellent as a reference light source. An object to be solved by the present invention is to provide a reference light source for stabilizing the wavelength of a fluorine laser device that emits light having a wavelength of 157.6299 nm. It is an object of the present invention to provide a practical light source as a reference light source when the apparatus is used as a light source of a projection exposure apparatus such as a stepper or scan exposure. In order to solve the above problems, a reference light source according to the present invention has an emission spectrum close to the wavelength of laser light emitted from a fluorine laser device. A discharge lamp for a fluorine laser for stabilizing the oscillation wavelength of the laser light from the fluorine laser device by utilizing the reference light source, and a window member for emitting vacuum ultraviolet light to one end of a substantially cylindrical discharge vessel. In addition, the container has bromine as a luminescent substance and a rare gas as a starting buffer gas, and a pair of generally band-shaped electrodes surrounding the side surface of the discharge container has an outer surface of the discharge container. The electrodes are arranged apart from each other in the longitudinal direction, and the length of the electrode provided on the window member side of the pair of electrodes is smaller than the length of the other electrode. According to the present invention, a bromine atom is used as a reference light source of a fluorine (F2) laser device, and the structure of a discharge vessel and an electrode disposed on the outer surface thereof, particularly, the length of the electrode is specified. It is characterized by. First, the use of bromine atoms will be described. By enclosing bromine in the form of a bromine molecule or a bromine compound in a discharge vessel, a large number of bromine-excited atoms are generated in the discharge plasma. As a result, a desired emission spectrum close to the wavelength of the F2 laser can be efficiently obtained, and emitted light can be extracted to the outside through the window member of the discharge vessel. In particular, the emission spectrum of bromine atoms is 15
7.687 nm, which is very close to the oscillation wavelength of the fluorine laser of 157.6299 nm, and bromine atoms have a higher light intensity at this emission wavelength than other atoms. Has sufficient practicality. The entire shape of the discharge vessel is substantially cylindrical, and a window member is provided at one end of the discharge vessel. The outer electrode has a cylindrical shape (a band shape) surrounding the outer side surface of the discharge vessel in the longitudinal direction of the discharge vessel. To be in close contact with each other. With such a structure, when light emission from the discharge plasma generated in the discharge vessel is taken out from the central axis of the cylinder through the window member, the optically brightest region in the discharge plasma is almost the same as that of the cylindrical discharge vessel. It can be generated stably near the center, and the optically brightest position can be easily estimated. Therefore, it is easy to adjust these positions in relation to the optical system such as a lens or a slit at the subsequent stage. Can be. In addition, the external electrode type structure eliminates the need for a structure for introducing the electrode rod into the discharge vessel, and the discharge vessel can be completely hermetically sealed.
For this reason, problems such as leakage of the sealed gas and generation of cracks in the sealing portion as seen in conventional lamps can be solved satisfactorily, and as a result, stable light emission can be obtained for a long time. FIG. 1 shows a reference light source for controlling an oscillation laser beam of a fluorine (F2) laser device of the present invention. The discharge vessel 1 includes a main body case 2 and a window member 3. The main body case 2 has a substantially cylindrical shape.
It is formed from quartz glass. The window member 3 is for extracting vacuum ultraviolet light generated inside the container, and is attached so that a substantially disk-shaped member made of synthetic quartz glass closes one end of the main body case 2. The main body case 2 can also use soda-lime glass, lead glass, alumina silicate glass, borosilicate glass, or the like, and the window member 3 can also use magnesium fluoride in addition to synthetic quartz glass. Numerical examples of the discharge vessel include a length of 150 mm and an outer diameter of 20 mm.
mm and a thickness of 1 mm. A pair of generally band-shaped electrodes 4 (4a, 4b) are wound around the outer surface of the main body case 2, and connection wires from the electrodes 4 (4a, 4b) are connected to an AC power supply 5. . The electrodes 4 (4 a, 4 b) are arranged so as to be separated from each other in the longitudinal direction of the discharge vessel 2. One electrode is close to the window member 3, and the other electrode is separated from the window member 3. Form the structure. The electrode 4 is, for example, copper,
A thin film made of aluminum is wound around the main body case 2 in close contact therewith. Alternatively, a metal member that has been molded in advance may be attached and fixed with an adhesive or a screw. In winding and attaching these conductive members, it is also effective to use an adhesive or a pressure-sensitive adhesive instead of the adhesive so as to have conductivity. Here, the electrodes 4a and 4b are both generally band-shaped (strip-shaped) surrounding the discharge vessel, but the electrode 4b closer to the window member is longer in the discharge vessel 2 than the other electrode 4a. Direction length is short. Specifically, based on the drawing, the length B of the electrode 4b is shorter than the length A of the electrode 4a. To give a numerical example, the length B of the electrode 4b is 30 mm, and the length A of the electrode 4a is 90 mm.
Note that a lens L and a slit SL are arranged outside the window member 3. The lens L is used to transfer the optically brightest position of the lamp onto the slit, and as the lens material, lithium fluoride, calcium fluoride, synthetic quartz, or the like having a high transmittance at 157 nm is selected. The slit SL is for guiding the emitted light favorably toward the optical system shown in FIG. Here, in the case of a capacitively coupled discharge lamp as shown in FIG. 1, the input power to the lamp depends on the capacitance at the electrode portion. As shown in the figure, when two strip electrodes are arranged, the capacitance of the entire lamp is connected in series. Therefore, (the capacitance of the electrode 4a × the capacitance of the electrode 4b)
Capacitance / electrode 4a + capacitance due to electrode 4a
b). FIG. 2 shows the width A of the electrode 4a and the width B of the electrode 4b.
3 shows a form of the discharge lamp when only the ratio of the discharge lamp is changed. The discharge lamps shown in FIGS. 2 (a) to 2 (e) differ only in the length of the electrodes. When the lengths of the electrodes are specifically specified, in FIG. 2 (a), the width A is 110 mm and the width B is 10 m.
m, in (b), width A is 90 mm, width B is 30 mm,
In (c), the width A is 60 mm, the width B is 60 mm,
In (d), the width A is 30 mm, the width B is 90 mm,
In (e), the width A is 10 mm, the width B is 110 mm, and the separation distance between the electrodes 4a and 4b is all 10 mm. In this case, the total value of the width A and the width B of each electrode is (a)
If the conditions shown in (e) are all equal to 120 mm and the conditions other than the electrode width are equal, the capacitance C of the entire lamp is calculated based on the above equation, and The largest, then the structure (b), the structure (d), then the structure (a), the structure (e).
That is, a structure in which the width A of the electrode 4a is equal to the width B of the electrode 4b as in the structure shown in FIG. 2C has the largest capacitance, and theoretically, the amount of radiation from the discharge lamp is also large. That is the largest. However, actually, when the light emitted from the window member 3 is guided and measured by the lens L and the slit SL shown in FIG. 1, it is found that the amount of the emitted light is different from the above estimation. did. FIG. 3A to FIG.
The experimental result which measured the emitted light guided through the lens L and the slit SL shown in FIG. 1 by the discharge lamp of (e) is shown. The vertical axis represents the relative light intensity of each structure when the light intensity of the structure (c) is set to 1, and the horizontal axis represents the electrodes 4a and 4b.
Represents the electrode width ratio. In the figure, black circles indicate the relative light intensity of the structure (a), the relative light intensity of the structure (b), the relative light intensity of the structure (c), the relative light intensity of the structure (d), and the relative light intensity of the structure (e) from the left. It represents the relative light intensity, and when the numerical values are shown in order,
2.26, 2.71, 1.00, 0.60 and 0.34. As is clear from this result, the structure (b) has the highest light intensity, and the structure (a), the structure (c), the structure (d), and the structure (e) are in this order. Although the cause is not always clear,
Since the narrower electrode width causes the discharge plasma to be narrowed, the present invention is configured by an optical system of a type in which light emitted from a bright point is extracted by a lens or a slit like a reference light source of a fluorine laser device targeted by the present invention. In this case, it is presumed that it is effective that the width, specifically, the area of the electrode on the side close to the window member is small. On the other hand, if the area of the electrode (in the case of a substantially cylindrical discharge vessel as in the present invention, it can be said to be the length in the longitudinal direction) is small, the overall capacitance becomes small. Therefore, the reference light source of the present invention takes a large overall capacitance, while the electrode width itself is sufficiently large,
By providing a ratio B / A of the width B of the electrode closer to the window member and the width A of the other electrode to less than 1, a discharge lamp capable of forming a high-intensity discharge region is provided. is there. This relationship can also be applied to an optical system having only a slit provided with a filter for selecting only a desired spectral line without providing a lens L. Returning to the description of the discharge lamp, a bromine molecule or a compound thereof as a luminescent component is provided inside the discharge vessel 1.
A rare gas is sealed as a lighting start buffer gas. As an example, a bromine molecule or a compound thereof is sealed so that a bromine atom has a concentration of, for example, 0.015 μmol / cc, and argon is sealed with 2.67 kPa of a rare gas.
When this lamp is turned on, a discharge plasma 6 is formed between the electrodes 4a and 4b. In some cases, the discharge plasma is uniformly formed in the entire discharge vessel, but in this example, the discharge plasma is narrowed. The bromine compounds are hydrogen bromide (HBr) and ammonium bromide (NH ₄ B).
r), ethylene bromide (CH ₂ Br ₂ ), ethyl bromide (C
H ₃ Br). By applying a predetermined high-frequency voltage to the pair of electrodes 4a and 4b, a discharge plasma 6 is generated inside the discharge vessel 2. This discharge plasma can be realized as a form in which the discharge is narrowed depending on the selection of the electrode spacing, gas pressure, and high-frequency voltage. In addition, as the high frequency voltage,
The frequency range is 50 Hz to 10 which is a commercial frequency.
The voltage waveform can be up to about 0 MHz, and the voltage waveform can also be a sine wave, a rectangular wave, pulse lighting by flyback, or burst lighting. The discharge vessel and the slit SL are set based on the optically brightest position.
By adjusting the positional relationship described above, the amount of light flux incident on the slit SL can be determined so as to be maximum. Next, the overall structure of a fluorine laser device using such a reference light source will be described with reference to FIG.
The fluorine laser device includes a laser chamber 10, a narrow-band module 20, a waveform detection optical system 30, and a control circuit 40 as main components, and emits light having a wavelength of 157 nm to function as a light source for a projection exposure apparatus. Windows are provided at both ends of the laser chamber 10, and a fluorine gas and a buffer gas mainly composed of helium are sealed in the chamber. A pair of discharge electrodes facing each other are provided inside the laser chamber 10 at a predetermined interval, and when a high-voltage pulse is applied from a high-voltage generator (not shown), a discharge is generated between the discharge electrodes to generate a laser gas. A certain fluorine gas is excited. Although the laser light is generated by this excitation, the narrowing module 20 is provided with a prism or a diffraction grating for narrowing the spectrum width of the laser light. An output mirror is provided outside the other window of the laser chamber 10 and the beam splitter 3
1 is provided, from which a part of the detection light for fairing the laser light is extracted. The waveform detection optical system 30 that receives the detection light has the structure shown in FIG. 5, and a signal from the linear sensor is transmitted to the control circuit 40. On the other hand, a reference light source 50 using bromine as a light emitting substance
Is also incident on the waveform detection optical system 30. This description can be similarly applied only by applying the lamp of the present invention as the reference light source in FIG.
Then, the radiation light from the reference light source 50 is also transmitted to the control circuit 40 as a signal from the linear sensor. As an actual operation, the laser light from the fluorine laser device is periodically measured, and before and after that, the radiation light from the reference light source 50 is measured. As mentioned above,
This is because the state of the optical components such as the etalon and the mirror included in the waveform detection circuit 30 slightly changes. In each case, both the lights are detected, and the laser light of the fluorine laser device in the state is changed to the wavelength of the reference light source. It is measured with reference. If there is a deviation in the oscillation spectrum of the laser light from the fluorine laser device, a signal is sent from the control circuit 40 to the narrow band module 20, and the optimization is performed by moving the diffraction grating or the like. FIG. 6 shows the spectrum of the reference light source of the present invention. The vertical axis indicates the relative intensity of light at each wavelength of the total radiation emitted from the reference light source. In the figure, it can be seen that a high radiation intensity is shown at a wavelength of 157.6387 nm (in the figure, the wavelength is 163n
m also has a higher peak around 157.6 m.
It can be seen that a high peak also exists at 387 nm).
This reference light source is a lamp containing 0.025 μmol / cc of bromine and 6.60 kPa of argon as a rare gas. As described above, in the wavelength stabilizing discharge lamp of the fluorine laser device according to the present invention, the length of the electrode on the window member side is shorter than the length of the other electrode. Thus, it is possible to extract emitted light having a higher light intensity through the optical system.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るフッ素レーザ装置の波長安定化用
放電ランプの基本構成を示す。 【図２】本発明に係る基準光源の実施形態を示す。 【図３】本発明に係る基準光源の実施例に関する効果を
示す。 【図４】フッ素レーザ装置の全体構造を示す。 【図５】波長測定装置の概略図を示す。 【図６】本発明に係る基準光源の分光スペクトルを示
す。 【符号の説明】 １ 放電容器 ２ 本体ケース ３ 窓部材 ４ 電極 ５ 交流電源 ６ 放電プラズマBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a basic configuration of a discharge lamp for wavelength stabilization of a fluorine laser device according to the present invention. FIG. 2 shows an embodiment of a reference light source according to the present invention. FIG. 3 shows the effect of the embodiment of the reference light source according to the present invention. FIG. 4 shows the overall structure of a fluorine laser device. FIG. 5 shows a schematic diagram of a wavelength measuring device. FIG. 6 shows a spectrum of a reference light source according to the present invention. [Description of Signs] 1 discharge vessel 2 main body case 3 window member 4 electrode 5 AC power supply 6 discharge plasma

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 正樹 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AA04 HH02 HH05 JJ05 KK30   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Masaki Yoshioka             Ushio, 1194 Sado, Bessho-cho, Himeji City, Hyogo Prefecture             Electric Co., Ltd. F term (reference) 5F072 AA04 HH02 HH05 JJ05 KK30

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項１】フッ素レーザ装置より出射されるレーザ光
の波長に近い発光スペクトルを有し、この発光スペクト
ル線を利用してフッ素レーザ装置からのレーザ光の発振
波長を安定化させるためのフッ素レーザ用放電ランプに
おいて、前記放電ランプは、概略円筒状の放電容器の一
端に真空紫外光を放射する窓部材を有するとともに、発
光物質として臭素と始動用バッファガスとしての希ガス
が封入されていて、この放電容器の外面には、その側面
を取巻くような概略帯状の一対の電極が放電容器の長手
方向に互いに離間して配置されるとともに、窓部材側に
設けられた電極の長手方向の長さが、他方の電極の長手
方向の長さより小さいことを特徴とするフッ素レーザ用
放電ランプ。Claims: 1. An emission spectrum close to the wavelength of a laser beam emitted from a fluorine laser device, and the emission wavelength of the laser beam from the fluorine laser device is stabilized using the emission spectrum line. In a discharge lamp for a fluorine laser, the discharge lamp has a window member for emitting vacuum ultraviolet light at one end of a substantially cylindrical discharge vessel, bromine as a luminescent substance, and a rare gas as a buffer gas for starting. Is sealed on the outer surface of the discharge vessel, and a pair of generally band-shaped electrodes surrounding the side face are arranged apart from each other in the longitudinal direction of the discharge vessel, and the electrode provided on the window member side. Wherein the length in the longitudinal direction is smaller than the length in the longitudinal direction of the other electrode.