(57)【要約】【課題】レーザガス内において、細く小さい体積中でマイクロ波放電を起こし、しかも、放電体積中のレーザガスを高速で置換できる装置を提供することであり、それによって連続動作が可能なマイクロ波励起紫外レーザ装置を提供すること。【解決手段】マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設けたことを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。【選択図】        図１
2004214424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設けたことを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項２】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設け、前記内部導波路において前記マイクロ波の伝播経路は前記ガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と交叉し、交叉部においてプラズマを発生させて前記レーザ光を発生させることを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項３】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設け、前記内部導波路において前記マイクロ波は前記ガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と実質的に平行に伝播し、プラズマを発生させて前記レーザ光を発生させることを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項４】
前記内部導波路に、レーザガスを流出させるガス流出領域を設け、前記ガス流出領域を、マイクロ波が通過しない大きさの複数の孔によって構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項５】
前記内部導波路の対向する一方の面に前記ガス流入領域を設け、対向する他方の面に前記ガス流出領域を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項６】
前記スリット状のガス流入領域を、導波路とは異なる部品である電極を取り付けることによって形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項７】
前記内部導波路内に、マイクロ波を透過させるとともにレーザガスの流れを規制するガス整流板を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項８】
前記ガス整流板として、フッ素耐性を有する絶縁部材を用いたことを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項９】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止構造を有し、前記封止構造は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材と、前記絶縁部材の側面に配置され前記マイクロ波を伝播する機能を有する導電部と、前記絶縁部材及び前記導電部よりも外側に配され前記絶縁部材による封止を機械的に保証する手段とを備えたことを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１０】
前記導電部として、金、銅、アルミあるいは銀を主成分とする金属ペーストを用いたことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１１】
前記導電部として金属製リングを用い、前記金属製リングを前記絶縁部材の外周にロウ付けしたことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１２】
前記絶縁部材による封止を機械的に保証する前記手段として、Ｏリングを用いたことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１３】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材を有し、前記封止部材として絶縁部材を用い、前記封止部材の絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１４】
前記封止部材の絶縁部材の厚みとして、最初の極小値を用いたことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１５】
マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材を有し、前記封止部材として絶縁部材を用い、前記封止部材の絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１６】
前記封止部材の材料として、セラミックを用いたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１７】
前記封止部材の材料として石英を用い、前記封止部材のレーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【請求項１８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置を光源に用いたことを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止構造とを有する処理装置であって、前記封止構造は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材と、前記絶縁部材の側面に配置され前記マイクロ波を伝播する機能を有する導電部と、前記絶縁部材及び前記導電部よりも外側に配され前記絶縁部材による封止を機械的に保証する手段とを備えたことを特徴とする処理装置。
【請求項２０】
マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことを特徴とする処理装置。
【請求項２１】
マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことを特徴とする処理装置。
【請求項２２】
マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の材料として石英を用い、レーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施したことを特徴とする処理装置。
【請求項２３】
請求項１９から請求項２２のいずれかに記載の処理装置を備え、前記封止部材によって前記導波管へのレーザガスの流入を阻止することを特徴とするマイクロ波励起ガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を励起源として動作する、マイクロ波励起ガスレーザ装置及びこの装置等のマイクロ波を励起源とした処理を行う処理装置に用いる封止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外域でレーザ動作するガスレーザ（以下、紫外レーザと呼ぶ。）としては、エキシマレーザやフッ素分子レーザ（以下、Ｆ２レーザと呼ぶ。）などがあり、例えば光リソグラフィの光源として広く用いられている。これらの紫外レーザを動作させるには、一般に直流パルス電源が用いられる。すなわち、コンデンサーに蓄えられた電気的エネルギーを、チャンバ内でパルス放電させることで、パルス状のレーザ光が発生する。なお、レーザガスの成分として、フッ素分子レーザでは、フッ素ガスとＮｅ（ネオン）との混合ガスが用いられる。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザでは、Ｆ２、Ｋｒ（クリプトン）、及びＮｅの混合ガス、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザでは、Ｆ２、Ａｒ（アルゴン）、及びＮｅの混合ガスが一般に用いられる。なお、これらの紫外レーザ、及びリソグラフィ用光源に関しては、例えば、非特許文献１において説明されている。
一方、従来、エキシマレーザに関しては、動作源としてマイクロ波を用いる場合もあった。これはマイクロ波励起エキシマレーザと呼ばれ、一般的な構造としては、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器、マイクロ波を伝播させる導波管、及びレーザガスが満たされたチャンバとで構成されている。
従来のマイクロ波励起エキシマレーザの構造としては、図１９に示したマイクロ波励起エキシマレーザ装置のように、マイクロ波発振器１０１から放射されたマイクロ波を、導波路１０２ａ、１０２ｂを通して、電極１０４ａ、１０４ｂまで導き、これらの電極１０４ａ、１０４ｂ間でマイクロ波放電を起こし、それらの間にレーザチューブ１０５を配置することで、その内部に満たされたレーザガスを励起し、レーザ動作を行っていた。また、導波路１０２ａ、１０２ｂはインピーダンス整合器１０３を通っており、マイクロ波発振器１０１とレーザチューブ１０５とのインピーダンス整合を行っている。なお、従来装置に関しては、例えば、非特許文献２から非特許文献４に示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
レーザー研究、第２７巻、第７号、第４７３頁から４７８頁（１９９９年７月）
【非特許文献２】
ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｖｏｌ．１２，  Ｎｏ．３，  ｐ．１６９−１７１，  １９８７
【非特許文献３】
ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ，  Ｖｏｌ．２９，  Ｎｏ．９，  ｐ．１２４６−１２４８，  １９９０
【非特許文献４】
ＡＰＰＬ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．４１，  Ｎｏ．９，ｐ．７９４−７９６，  １９８２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置では、エキシマレーザを連続的にレーザ発振させることが困難であり、一般に、パルス幅数マイクロ秒以下のパルス動作しかできなかった。すなわち、従来のマイクロ波励起紫外レーザ装置におけるマイクロ波発振器１０１には、パルス動作のものが用いられており、これを連続動作のものに換えても、連続的にレーザ光を発生させることは困難であった。
その第１の理由は、レーザの連続動作を行うには、連続的に動作するマイクロ波発振器を用い、連続的に発生するマイクロ波でレーザガスを励起する必要があるが、連続動作のマイクロ波はピークパワーが低いため、発振に心要な数百ｋＷ／ｃｍ３以上の高い励起密度（単位体積当たりの励起パワー）で放電させることができないことから、レーザ発振が困難であったということである。すなわち、レーザガスを十分励起させるには、マイクロ波のパワーを上げる心要があるが、連続動作のマイクロ波発振器では、得られるマイクロ波のパワーはせいぜい数ＫＷ程度であり、パルス動作によって一般に得られる数百ｋＷから数ＭＷのピークパワーに比べて、２桁程度も小さいからである。したがって、低ピークパワーのマイクロ波によってレーザ動作させるためには、放電体積が十分小さい構造をとる必要があるが、従来装置の多くは、放電体積が数立方センチメートル程度と大きく、数ＫＷのマイクロ波で放電させても、励起密度は数ＫＷ／ｃｍ３にしかならない。そのため、ピークパワー数ＭＷが大出力するパルス型マイクロ波を用いて、パルス放電させ、パルスレーザ光を発生させていた。
またレーザの連続動作が困難である第２の理由は、放電が開始すると、レーザガスに含まれるフッ素や塩素などのハロゲンが枯渇していくため、レーザ発振の基になるエキシマが生成されなくなると広く考えられていたことである。すなわち、ハロゲンが枯渇する時間は、数マイクロ秒のオーダーであると考えられていたため、マイクロ秒以内の短時間にガスを置換させることができれば、連続的にレーザ動作させることが可能と考えられていた。
これに対して、低いピークパワーのマイクロ波を励起源としてレーザ発振を行うには、レーザガスにおいて励起される体積を十分小さくして、励起密度を十分高める心要がある。そこで従来の装置では、一対の電極１０４ａ、１０４ｂの間にレーザチューブ１０５を配置して、電極間で放電させる構造がとられることがあった。すなわち、レーザチューブ１０５の内部体積、つまり、内径を小さくすることで、レーザガスの励起密度を高めるようにし、レーザ発振をさせていた。ところがこのような従来装置では、放電空間に存在するレーザガスを高速に置換させることが困難であった。その理由は、従来のマイクロ波励起紫外レーザ装置１５０においてレーザガスを循環させるには、チューブの長さ方向にガスを流す心要があるが、特にチューブの内径が小さくなると、流体損失が大きくなるため、内部のガスを瞬時にチューブ外に吐き出すことができないからである。
以上のように、従来のマイクロ波励起紫外レーザ装置においては、ガスが満たされる放電部に長いチューブや管が用いられている場合が多く、細長い放電部の長さ方向にガスを流す構造をとっていたことから、特に内径を小さくすると、放電部から数マイクロ秒以内の短時間にガスを置換させることが原理的に困難であり、その結果、連続的にレーザ動作させることができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、レーザガス内において、細く小さい体積中でマイクロ波放電を起こし、しかも、放電体積中のレーザガスを高速で置換できる装置を提供することであり、それによって連続動作が可能なマイクロ波励起紫外レーザ装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、マイクロ波励起による処理を行う部分をマイクロ波伝播部分から隔離しうる封止構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設け、前記内部導波路において前記マイクロ波の伝播経路は前記ガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と交叉し、交叉部においてプラズマを発生させて前記レーザ光を発生させることを特徴とする。
請求項３記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記導波路は前記レーザガスの流入を阻止する封止部材を有し、前記チャンバには前記導波路からのマイクロ波を導入する内部導波路を設け、前記内部導波路には前記レーザガスを導入するスリット状のガス流入領域を設け、前記内部導波路において前記マイクロ波は前記ガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と実質的に平行に伝播し、プラズマを発生させて前記レーザ光を発生させることを特徴とする。請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記内部導波路に、レーザガスを流出させるガス流出領域を設け、前記ガス流出領域を、マイクロ波が通過しない大きさの複数の孔によって構成したことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記内部導波路の対向する一方の面に前記ガス流入領域を設け、対向する他方の面に前記ガス流出領域を設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記スリット状のガス流入領域を、導波路とは異なる部品である電極を取り付けることによって形成することを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記内部導波路内に、マイクロ波を透過させるとともにレーザガスの流れを規制するガス整流板を設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記ガス整流板として、フッ素耐性を有する絶縁部材を用いたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止構造を有し、前記封止構造は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材と、前記絶縁部材の側面に配置され前記マイクロ波を伝播する機能を有する導電部と、前記絶縁部材及び前記導電部よりも外側に配され前記絶縁部材による封止を機械的に保証する手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記導電部として、金、銅、アルミあるいは銀を主成分とする金属ペーストを用いたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記導電部として金属製リングを用い、前記金属製リングを前記絶縁部材の外周にロウ付けしたことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項９に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記絶縁部材による封止を機械的に保証する前記手段として、Ｏリングを用いたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材を有し、前記封止部材として絶縁部材を用い、前記封止部材の絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項１３に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記封止部材の絶縁部材の厚みとして、最初の極小値を用いたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、マイクロ波を伝播させる導波路と、レーザガスを循環させるガス循環経路と、前記ガス循環経路の一部を構成するとともに前記導波路からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバとを備えたマイクロ波励起ガスレーザ装置であって、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材を有し、前記封止部材として絶縁部材を用い、前記封止部材の絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことを特徴とする。
請求項１６記載の本発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記封止部材の材料として、セラミックを用いたことを特徴とする。
請求項１７記載の本発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置において、前記封止部材の材料として石英を用い、前記封止部材のレーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施したことを特徴とする。
請求項１８記載の本発明の露光装置は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項９、請求項１３、又は請求項１５に記載のマイクロ波励起ガスレーザ装置を光源に用いたことを特徴とする。
請求項１９記載の本発明の処理装置は、マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止構造とを有する処理装置であって、前記封止構造は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材と、前記絶縁部材の側面に配置され前記マイクロ波を伝播する機能を有する導電部と、前記絶縁部材及び前記導電部よりも外側に配され前記絶縁部材による封止を機械的に保証する手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２０記載の本発明の処理装置は、マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことを特徴とする。
請求項２１記載の本発明の処理装置は、マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことを特徴とする。
請求項２２記載の本発明の処理装置は、マイクロ波を励起源とした処理が行われるチャンバと、前記チャンバにマイクロ波を導入する導波管と、前記チャンバから前記導波管へのガスの流入を防止する封止部材とを有する処理装置であって、前記封止部材は、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含み前記チャンバの内部空間と前記導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、前記絶縁部材の材料として石英を用い、レーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施したことを特徴とする。
請求項２３記載の本発明のマイクロ波励起ガスレーザ装置は、請求項１９から請求項２２のいずれかに記載の処理装置を備え、前記封止部材によって前記導波管へのレーザガスの流入を阻止することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、内部導波路にスリット状のガス流入領域を設けることで、内部導波路内にマイクロ波を伝播させると、このガス流入領域でマイクロ波放電を起こすことができる。しかも、このガス流入領域をスリットとすることで、放電体積を小さくでき、励起密度を十分高めることが可能である。
本発明の第２の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、内部導波路においてマイクロ波の伝播経路はガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と交叉し、交叉部においてプラズマを発生させることでレーザ光を発生させるものである。
本発明の第３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、内部導波路においてマイクロ波をガス流入領域から導入されたレーザガスの流路と実質的に平行に伝播させることで、内部導波管内でのレーザガスのデッドスペース（すなわちレーザガスの澱む空間）を小さくすることができ、プラズマの発生を円滑に行うことができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、ガス流出領域を設けたことで、内部導波路に入ったレーザガスを、速やかにガス循環経路に戻すことができる。しかも、マイクロ波が通過しない大きさの複数の孔によってガス流出領域を構成したことで、マイクロ波が漏れ出すことを抑制できる。
本発明の第５の実施の形態は、第１から第３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、内部導波路の対向する一方の面にガス流入領域を設け、対向する他方の面にガス流出領域を設けたことにより、ガスを円滑に流すことができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１から第３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、スリット状のガス流入領域を、導波路とは異なる部品である電極を取り付けることによって形成するものである。本実施の形態によれば、１個の金属ブロックからの削り出しによって、スリット入りの内部導波路をチャンバ内部に形成できる。したがって、内部導波路の形成に際して、溶接は不要になることから、高い気密構造にすることが容易になるだけでなく、チャンバ製作時に熱歪が入らないため、製作精度が高い。しかも、マイクロ波放電によって生成されるプラズマが接触する部品は電極のみであり、チャンバのボディ自体には接触しないため、長期間動作後の劣化による交換も容易であり、コストも安くなる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、内部導波路内に、マイクロ波を透過させるとともにレーザガスの流れを規制するガス整流板を設けたことにより、ガスを円滑に流すことができる。
本発明の第８の実施の形態は、第７の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、ガス整流板として、フッ素耐性を有する絶縁部材を用いたことにより、フッ素を含む場合が多い、ガスレーザ装置に用いることができる。
本発明の第９の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、封止部材を導波路と内部導波路との接合部に配置し、封止部材として絶縁部材を用いるとともに絶縁部材の側面に導電部を設けることで、封止部材を挟む両側の部材を電気的に導通させることができ、封止部材自体も導波路と同等の作用を有することになる。また、導電部よりも外側に例えばシーリング材等の絶縁部材による封止を機械的に保証する手段を配置したことにより、シーリング材にマイクロ波が当たらなくなり、シーリング材にダメージが生じることがない。本発明の第１０の実施の形態は、第９の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、導電部として、金、銅、アルミあるいは銀を主成分とする金属ペーストを用いることが好ましい。この金属ペーストにより、ガラス材やセラミック材に対して良好に密着することができる。また、金、銅、アルミあるいは銀は、金属の中でも特に導電率が高いことから、導電部自体を導波路として機能させやすく、マイクロ波に大きな損失を与えることがない。中でも、金ペーストを用いると、金は化学反応を生じにくいことから、チャンバ内に腐食性のガスを用いる場合には特に有効である。
本発明の第１１の実施の形態は、第９の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、導電部として金属製リングを用い、金属製リングを絶縁部材の外周にロウ付けすることが好ましい。本実施の形態によれば、金属製リングによって取り付けることができるので、絶縁部材に締め付け力などが加わることなく、封止部材を破損させることなく確実に取り付けることができる。
本発明の第１２の実施の形態は、第９の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、シーリング材としてＯリングを用いたことで、確実に密封することができる。
本発明の第１３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、封止部材の絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことで、マイクロ波の反射を抑制できるだけでなく、封止部材の機械的強度が高まり、チャンバ内に数気圧以上の高い圧力でガスを満たすこともできる。このように本実施の形態によれば、チャンバにて、数気圧以上の高圧ガスを用いることができるため、より高い密度のプラズマを発生させることができる。
本発明の第１４の実施の形態は、第１３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、封止部材の絶縁部材の厚みとして、最初の極小値を用いたものであり、封止部材内部でのマイクロ波の吸収損失が少ない厚みとすることができる。
本発明の第１５の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と内部導波路とを結合させてもレーザガスが導波路の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。また本実施の形態は、封止部材の絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことで、マイクロ波の反射を抑制することができる。
本発明の第１６の実施の形態は、第１、第２、第３、第９、第１３、第１５の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、封止部材の材料として、セラミックを用いたものである。これは、ガスレーザ装置に用いるレーザガスにはフッ素を含む場合が多く、フッ素耐性が低い石英等からなるガラスに比べて、セラミック材が適しているためである。なお、特にフッ素耐性を有する材料としては、アルミナ系のセラミック材が好ましい。
本発明の第１７の実施の形態は、第１、第２、第３、第９、第１３、第１５の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置において、封止部材の材料として石英を用い、封止部材のレーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施すものである。本実施の形態によれば、フッ化マグネシウムのコーティングを施すことで、レーザガスにフッ素を含む場合でも対応できるとともに、石英によって封止部材を構成するため、その比誘電率が約４と、セラミックの約１０に比べて半分以下になることから、封止部材の表面と裏面でマイクロ波の反射を打ち消すような構造を取らなくても、封止部材を単に薄くするだけで、反射率を小さくすることができる。
本発明の第１８の実施の形態による露光装置は、第１、第２、第３、第９、第１３、第１５の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置を光源に用いたものであり、連続的に発光する光源により光学部品が劣化しない露光装置を提供することができる。
本発明の第１９の実施の形態による処理装置は、封止構造が、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含みチャンバの内部空間と導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材と、絶縁部材の側面に配置されマイクロ波を伝播する機能を有する導電部と、絶縁部材及び導電部よりも外側に配され絶縁部材による封止を機械的に保証する手段とを備えたものである。本実施の形態によれば、封止部材として絶縁部材を用いるとともに、絶縁部材の側面に導電部を設けることで、封止部材を挟む両側の部材を電気的に導通させることができ、封止部材自体も導波管と同等の作用を有することになる。また、導電部よりも外側に例えばシーリング材等の絶縁部材による封止を機械的に保証する手段を配置したことにより、シーリング材にマイクロ波が当たらなくなり、シーリング材にダメージが生じることがない。
本発明の第２０の実施の形態による処理装置は、封止部材が、マイクロ波が透過しうる絶縁材料を含みチャンバの内部空間と導波管の内部空間とを遮断するように配置された絶縁部材を有し、マイクロ波を伝播させる絶縁部材の厚みを、絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射特性が極小値の近傍となる厚みとしたことで、マイクロ波の反射を抑制できるだけでなく、封止部材の機械的強度が高まり、チャンバ内に数気圧以上の高い圧力でガスを満たすこともできる。このように本実施の形態によれば、チャンバにて、数気圧以上の高圧ガスを用いることができるため、より高い密度のプラズマを発生させることができる。
本発明の第２１の実施の形態による処理装置は、マイクロ波を伝播させる絶縁部材の厚みを、マイクロ波の反射率が１０％以下の厚みとしたことで、マイクロ波の反射を抑制することができる。
本発明の第２２の実施の形態による処理装置は、マイクロ波を伝播させる絶縁部材の材料として石英を用い、レーザガスが接触する面に、フッ化マグネシウムのコーティングを施したことで、レーザガスにフッ素を含む場合でも対応できるとともに、石英によって封止部材を構成するため、その比誘電率が約４と、セラミックの約１０に比べて半分以下になることから、封止部材の表面と裏面でマイクロ波の反射を打ち消すような構造を取らなくても、封止部材を単に薄くするだけで、反射率を小さくすることができる。
本発明の第２３の実施の形態によるマイクロ波励起ガスレーザ装置は、第１９から第２２の実施の形態による処理装置を備えたことで、レーザガスが導波管の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるマイクロ波励起ガスレーザ装置を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例であるマイクロ波励起エキシマレーザ装置１００の構成図である。
マイクロ波励起エキシマレーザ装置１００は、電源１から供給された電力によってマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器２と、このマイクロ波発振器２で発振させたマイクロ波を伝播させる導波管（導波路）３と、レーザガスを循環させるガス循環経路１０と、導波管３からマイクロ波を導入してレーザ光を発生させるチャンバ４とを備えている。なお、マイクロ波発振器２で発信させるマイクロ波の周波数は、Ｓバンドの２．４５ＧＨｚが好ましいが、Ｌバンドの１．３ＧＨｚや、約９ＧＨｚのＸバンドを用いてもよい。また、マイクロ波発振器２の出力は、レーザを発振させるためには２〜３ｋＷで行えるが、この閾値よりできる限り大きい方が、電気効率が高くなるため、１０ｋＷ程度が好ましい。また、ＫｒＦエキシマレーザにおけるレーザガスの成分は、Ｆ２：Ｋｒ：Ｈｅ＝０．１％：５％：９４．９％であり、全圧は２気圧である。なお、バッファガスであるＨｅの代わりにＮｅを用いてもよい。
導波管３は、導波管３ａ、３ｂ、Ｌ字導波管３ｃ、及び接続導波管３ｄとから構成されている。導波管３ａは、マイクロ波発振器２とアイソレータ７とを接続し、導波管３ｂは、アイソレータ７とチューナ５とを接続し、Ｌ字導波管３ｃと接続導波管３ｄは、チューナ５とチャンバ４とを接続している。
ガス循環経路１０は、配管によって熱交換器１１、チャンバ４、及びブロア１２とを環状に接続した構成である。熱交換器１１は、チャンバ４の下流側に配置されている。
チャンバ４内では、レーザガスはＸ軸方向に流れ、マイクロ波はＹ軸方向から注入され、発生するレーザ光Ｌ１はガスの流れ方向及びマイクロ波の発振方向と直交する方向（Ｚ軸）から取り出される。レーザ光Ｌ１を取り出すレーザミラー６は、チャンバ４の側方に設けられている。
【０００９】
次に、このマイクロ波励起エキシマレーザ装置１００の動作について以下に説明する。
電源１から供給された電力により、マイクロ波発振器２からは、マイクロ波（ここでは２．４５ＧＨｚ）が発生する。マイクロ波は、導波管３ａ、アイソレータ７、導波管３ｂ、チューナ５を順次通過し、Ｌ字導波管３ｃで下方に曲がり、接続導波管３ｄに進む。そしてマイクロ波は、接続導波管３ｄからチャンバ４内のレーザガス中に注入される。
レーザガスは、ブロア１２によって、ループ状に構成されているガス循環経路１０内を高速で循環し、チャンバ４内に満たされる。熱交換器１１は、マイクロ波によって加熱されたレーザガスを冷却する。
レーザ光Ｌ１は、チャンバ４の外側に配置されたレーザミラー６から取り出される。
【００１０】
次にチャンバ４の内部構造に関して、図２を用いて説明する。
図２は、チャンバ４の内部を示した斜視図、チャンバ４の断面図、及びチャンバ４の側面図である。
チャンバ４に接続された接続導波管３ｄの内部を伝わってきたマイクロ波Ｍは、封止部材２０を透過して、チャンバ４の内部に進む。なお、接続導波管３ｄが方形導波管の場合には、一般に、断面の長方形の短辺側に相当する面はＨ面、長辺側に相当する面はＥ面と呼ばれている。チャンバ４の内部には、内部導波管３ｅが形成されている。また、内部導波管３ｅ内のガス流入領域３１の端部近傍には、ガス整流板１９が設けられている。また、接続導波管３ｄと内部導波管３ｅとの接合部には、封止部材２０が設けられている。
封止部材２０は、接続導波管３ｄへのレーザガスの流入を防止するものであり、気密性があり、フッ素ガスに強い絶縁材料で構成するが、具体的には、硬度、耐薬品性、および耐熱性の観点からアルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）が好ましい。また、このアルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）は、９９％以上の純度のものが好ましい。さらに、一般に、ポアフリーと呼ばれる気孔率が低いものが気密性の点から好ましい。なお封止部材２０は、接続導波管３ｄ又は内部導波管３ｅ内に設けてもよい。
内部導波管３ｅのレーザガスＧ１が入り込む側面には、ガス流入領域３１が形成されており、レーザガスＧ２が流れ出る側面には、ガス流出領域３２が形成されている。ガス流入領域３１とガス流出領域３２とは、内部導波管３ｅの対向するそれぞれの面に形成されており、これらの面は接続導波管３ｄのＨ面と連続する面となっている。ガス流入領域３１は、所定幅のスリットによって構成され、ガス流出領域３２は、多数の小孔によって構成されている。
【００１１】
ガス整流板１９は、フッ素耐性を有し、しかもマイクロ波を透過させる絶縁材料である心要があり、それにはテフロン（登録商標）やセラミックが適している。さらに、ガス整流板１９は、その面をガス流の方向と一致させ、ガス流入領域３１からガス流出領域３２に向かってレーザガスを導くように配置され、内部導波管３ｅの内周面にはめ込まれている。
本実施例のガス整流板１９は、テフロンから成る厚み０．５ｍｍの薄板であり、ガスがスムースに出入りできるように、直径２ｍｍ程度の小さな穴を複数個設けている。ガス整流板１９の材料として用いるテフロンは、比誘電率が約２．１であり、耐フッ素特性を有する絶縁材料の中でも特に小さい比誘電率であるため、板の表面と裏面とで生じるマイクロ波の反射損失を低く抑えることができる。レーザガスＧ１は、ガス流入領域３１から内部導波管３ｅ内に流れ込む際に、このガス整流板１９によって拡大する方向への流れ、特に封止部材２０の方向への流れを規制して、速やかにガス流出領域３２から放出させるものである。これにより、内部導波管３ｅ内のガスの平均流速を高めることができ、ガス流入領域３１におけるガス流速を向上させることができる。
チャンバ４には、レーザ光を取り出すウインド３３ａ、３３ｂが設けられている。
以上の構成により、マイクロ波Ｍは、内部導波管３ｄ内に導かれ、内部導波管３ｄにおいてマイクロ波Ｍの伝播経路はスリット状のガス流入領域３１から導入されたレーザガスの流路と交叉し、このガス流入領域３１で放電する。スリット状のガス流入領域３１を流れるレーザガスＧ１によって、細い線状のプラズマが発生し、レーザ発振する。また、放電したレーザガスは、速やかに多数の小孔からなるガス流出領域３２から下流に流れ去る。
【００１２】
本実施例では、スリット状のガス流入領域３１を形成するために、一対の電極３４ａを用いている。一対の電極３４ａは、チャンバ４に対して、ボルト３４ｂによって固定され、内部導波管３ｅの１つの面を形成している。そして一対の電極３４ａは、僅かに離間して固定されることで、スリット状のガス流入領域３１が形成される。
以上のように本実施例では、内部導波管３ｅに形成されるスリット状のガス流入領域３１を、内部導波管３ｅとは異なる部品である一対の電極３４ａで構成することで、チャンバ４の製作が容易となる。すなわち、１つの金属ブロックから内部導波管３ｅに相当する空間をくり貫いて形成するためには、スリット状のガス流入領域３１を形成する面（図３の左側）から、エンドミル等の切削工具（あるいは放電加工の場合は電極）を挿入するだけで製作が可能となる。また、多数の小孔からなるガス流出領域３２の面を形成するためには、ガス流出領域３２の面の部分のみを残して、両側から切削工具で削り出した後に、ドリルで孔を空ければよい。以上により、本実施例のチャンバ４は、１つの金属ブロックを削り出すことで、その内部導波管３ｅを製作でき、気密性が向上するだけでなく、溶接も不要になる。
なお、ガス流出領域３２を形成する面を冷却することで、図１に示す熱交換器１１を無くし、又は熱交換器１１を小型化することができる。
【００１３】
次に本発明の他の実施例による内部導波管について図３を用いて説明する。なお、同一機能、同一構成を有する部材には、同一番号を付与して一部説明を省略する。以下のそれぞれの実施例においても同様とする。
本実施例による内部導波管３０Ａは、一端側開口をマイクロ波Ｍの導入側とし、他端側の端面にスリット状のガス流入領域３１Ａを設けている。また、内部導波管３０Ａの一端側の屈折部には、ガス流出領域３２を設けている。また、ガス流出領域３２よりもマイクロ波Ｍの導入側には、封止部材２０を設けている。
本実施例に示すように、内部導波管３０Ａにおいてマイクロ波Ｍを、スリット状のガス流入領域３１Ａから導入されたレーザガスの流路と実質的に平行に伝播させる構成とすることにより、図２に示すようなガス整流板１９を用いなくても、内部導波管３０Ａ内でのレーザガスのデッドスペース（すなわちレーザガスの澱む空間）を小さくすることができる。
【００１４】
次に本発明の他の実施例による内部導波管について図４を用いて説明する。
本実施例による内部導波管３０Ｂは、一端側開口を、接続導波管３ｄと接合し、他端側開口を、レーザガスのガス流出領域３５としたものである。
本実施例に示すように、他端側開口を、レーザガスのガス流出領域３５とすることによって、図２及び図３に示すような多数の小孔からなるガス流出領域３２は不要になる。ただし、レーザガスの排出部が、ガス流の中心位置からシフトするため、図１に示したガス循環経路１０と異なる構成をすることが心要である。本実施例によれば、ガスの排出部の断面積を大きくとれるため、ガス流の流体抵抗を小さくでき、レーザガスの流速を高めることができる。その結果、特に高速なガス流が心要なエキシマレーザでは、レーザ発振効率が向上する。
【００１５】
次に本発明の更に他の実施例による内部導波管について図５を用いて説明する。
本実施例による内部導波管３０Ｃは、一端側開口だけでなく他端側開口にも、接続導波管３ｄを接合したものである。
本実施例に示すように、両端開口に接続導波管３ｄを接合することで、マイクロ波を２つの方向から内部導波管３０Ｃに導くことができる。すなわち、図２に示すような一方向からマイクロ波Ｍを入射させるだけでなく、他端側開口からもマイクロ波Ｍを入射できるようになっている。
本実施例によれば、マイクロ波の供給パワーを２倍にできるため、レーザの高出力化が可能となる。
なお、図４及び図５の実施例では、封止部材２０を省略して説明したが、接続導波管３ｄと内部導波管３０Ｂ、３０Ｃとの接合部、接続導波管３ｄ内、又は内部導波管３０Ｂ、３０Ｃ内に封止部材が設けられている。
【００１６】
次に本発明の一実施例による封止構造について以下に図面を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施例による封止構造を示す要部断面図である。
封止部材２０は、チャンバ４と接続導波管３ｄとの接合部に設けられる。チャンバ４の端部内周面には、段差部４３が形成されている。一方、接続導波管３ｄの端部には、外方向に延出したフランジ部４４が形成されている。
チャンバ４の端面とフランジ部４４とを当接させ、複数のボルト４２によってチャンバ４の端面とフランジ部４４とを結合する。このとき、チャンバ４の段差部４３内に、封止部材２０による封止を機械的に保証するシーリング材となるＯリング４１を介在させて、封止部材２０を配置する。なお、Ｏリング４１は、封止部材２０よりもチャンバ４側に配置する。
比誘電率が空気やレーザガスと大きく異なるセラミック材を、封止部材２０として用いた場合、封止部材２０によるマイクロ波の反射を抑制するには、封止部材２０の板厚を可能な限り薄くするのが好ましく、具体的には封止部材２０は、１ｍｍ程度以下とすることが好ましい。
【００１７】
次に本発明の他の実施例による封止構造について図７を用いて説明する。
図７は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ａは、約３２ｍｍ程度の厚さのセラミック材を用いている。
図８に、封止部材２０Ａの絶縁部材の厚みに対する、マイクロ波の反射率特性を示す。
このグラフからも判るように、マイクロ波チャンバ用の絶縁部材における、マイクロ波の反射を抑制するためには、厚みが数ｍｍ程度の薄い絶縁部材を用いることによって実現できる他、絶縁部材の厚さを増していくと、マイクロ波の反射特性が極小値をとる厚みが存在する。従って、このようなマイクロ波の反射特性が極小値をとる厚み近傍でも、マイクロ波の反射率を１０％以下とすることができる。
本実施例では、ウインドの厚みを、図８に示す反射率のグラフにおいて、最初の極小値の約３２ｍｍを選択している。その結果、マイクロ波は、ほとんど反射すること無く、チャンバ１内に導くことができる。なお、反射率のグラフの、最初の極小値をとる絶縁部材の厚みは、導波管の内寸法、絶縁部材の大きさ、及び材質によって異なる。
本実施例によれば、封止部材２０Ａの厚さを約３２ｍｍにした結果、封止部材２０Ａの強度が高くなり、チャンバ４内に高圧ガスを封入することができる。なお、接続導波管３ｄ側の圧力は１気圧程度であるのに対し、レーザガスが存在するチャンバ４側の圧力は数気圧以上、好ましくは４気圧以上である。本実施例の封止部材２０Ａでは、このような差圧に対して強度的に全く問題がなく、特に高密度のプラズマを発生させることができる。
【００１８】
なお、絶縁部材の厚みが増えると反射率が低下する原因としては、封止部材の表面と裏面でのマイクロ波の反射が打ち消し合うことであると考えられる。したがって、図８に示した極小値をとる厚みよりも、その倍程度さらに厚くしても反射率が低くなる（第２の極小値となる）厚みが存在すると考えられる。しかし、あまり厚くなりすぎると、封止部材内部でのマイクロ波の吸収損失が増大することも考えられる。したがって封止部材の厚みとしては、最初の極小値をとる厚みにするのが最も好ましい。
【００１９】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図９を用いて説明する。
図９は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｂは、封止部材２０Ｂの側面を形成する周囲の面と、封止部材２０Ｂの端面の外周部とに、導電部である金ペースト２２が塗布されている。なお、封止部材２０Ｂの斜視図を後述する図１７に示す。
チャンバ４の端面内周側には、約４５度の角度にカットされた傾斜面４５が形成されている。
本実施例において、Ｏリング４１は傾斜面４５とフランジ部４４と封止部材２０Ｂとによって形成される空間に配置される。
本実施例では、接続導波管３ｄは、封止部材２０Ｂの上端面の外周部に塗布された金ペースト２２と電気的に接続され、また、チャンバ４は、封止部材２０Ｂの下端面の外周部に塗布された金ペースト２２と電気的に接続される。その結果、封止部材２０Ｂ自体も接続導波管３ｄと同様の作用をするようになり、接続導波管３ｄ側から伝播してくるマイクロ波Ｍは、封止部材２０Ｂを透過する際に、封止部材２０Ｂの外周に配置されたＯリング４１に当たることはない。したがって、Ｏリング４１には、ダメージが生じることはないので、特にマイクロ波耐性の高いものを用いる心要はない。
【００２０】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｃは、両端面に突出部を設けたもので、一方の突出部の外形寸法は、接続導波管３ｄの内形寸法と等しく、他方の突出部の外形寸法は、チャンバ４の内形寸法と等しく形成されている。封止部材２０Ｃの側面を形成する周囲の面と、封止部材２０Ｃの両端面の外周部とに、導電部である金ペースト２２が塗布されている。
本実施例によれば、チャンバ４の段差部４３を変更することなく、厚さの異なる封止部材２０Ｃに変更が可能となる。
【００２１】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１１を用いて説明する。
図１１は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｄは、封止部材２０Ｂと同一構成であり、封止部材２０Ｄの側面を形成する周囲の面と、封止部材２０Ｄの端面の外周部とに、導電部である金ペースト２２が塗布されている。
本実施例では、Ｏリング４１を押さえつけるために、アルミ製の固定リング４７を用いている。すなわち、固定リング４７をボルト４２ｂによってチャンバ４に固定することで、Ｏリング４１を締め付けている。接続導波管３ｄは、この固定リング４７をボルト４２ａによって固定している。
本実施例では、Ｏリング４１を接続導波管３ｄで押さえつけないため、封止部材２０Ｄでチャンバ４内のガスを保ったまま、接続導波管３ｄを着脱できる。したがって、接続導波管３ｄを外す作業をともなうメンテナンスを行いやすい。
【００２２】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１２を用いて説明する。
図１２は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｅは、封止部材２０Ｂと同一構成であり、封止部材２０Ｅの側面を形成する周囲の面と、封止部材２０Ｅの端面の外周部とに、導電部である金ペースト２２が塗布されている。
本実施例では、チャンバ４の段差部４３に更に、溝４６を形成したものである。そして、封止部材２０ＥをシールするためのＯリング４１が、この溝４６内に配置している。
【００２３】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｆは、側面を二つの傾斜面で形成しており、封止部材２０Ｆの側面は、二つの傾斜面によって外方向に突出した構成となっている。そして、この二つの傾斜面のみに金ペースト２２が塗布されている。
接続導波管３ｄのフランジ４４の内周側には、封止部材２０Ｆの側面を形成する、一方の傾斜面と当接する傾斜面４８を形成している。また、チャンバ４の段差部４３の内周側には、封止部材２０Ｆの側面を形成する、他方の傾斜面と当接する傾斜面４７を形成している。
Ｏリング４１は、段差部４３と封止部材２０Ｆとによって形成される空間に配置される。
本実施例によれば、Ｏリング４１にマイクロ波Ｍが当たることはない。
また本実施例によれば、封止部材２０Ｆの側面を形成する傾斜面だけに金ペースト２２を塗布すればよく、封止部材２０Ｆの端面側の一部に金ペースト２２を塗布しなくても、接続導波管３ｄやチャンバ４と電気的に接続することができる。
【００２４】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１４を用いて説明する。
図１４は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｇは、側面を連続的に傾斜角度が変化する曲面によって外方向に突出した構成となっている。そして、この傾斜面のみに金ペースト２２が塗布されている。
Ｏリング４１は、段差部４３と封止部材２０Ｇとによって形成される空間に配置される。
本実施例によれば、Ｏリング４１にマイクロ波Ｍが当たることはない。
また本実施例によれば、封止部材２０Ｇの側面を形成する曲面だけに金ペースト２２を塗布すればよく、封止部材２０Ｇの端面側の一部に金ペースト２２を塗布しなくても、接続導波管３ｄやチャンバ４と電気的に接続することができる。
【００２５】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１５を用いて説明する。
図１５は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｈは、絶縁部材の外周に金属リング２３がロウ付けにより取り付けられている。封止部材２０ＨをシールするＯリング４１は、チャンバ４の段差部４３に設けられた溝４６に配置している。ここで絶縁部材の外形は、接続導波管３ｄやチャンバ４の内形と同じ寸法であることが好ましい。
なお、接続導波管３ｄは、金属リング２３の一端側端面に接触し、さらに金属リング２３の他端側端面がチャンバ４と接触する。なお、金属リング２３の材質としては、安価でかつ伝導性が良好なアルミや銅が好ましい。
本実施例は、前述してきた実施例とは異なり、封止部材に金属のペーストを塗布せずに、金属のリングをロウ付けするものである。
本実施例によれば、接続導波管３ｄが、金属リング２３と良好に接触するように強く固定しても、金属リング２３のみに力が加わり、絶縁部材自体に力が加わらないことから、絶縁部材が割れる恐れがない。
【００２６】
次に本発明の更に他の実施例による封止構造について図１６を用いて説明する。
図１６は、本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図である。
本実施例による封止部材２０Ｋは、材質として石英が用いられている。ただし、封止部材２０Ｋは、チャンバ４側のレーザガスに触れる面に、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）のコーティング２１が施されている。このフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）のコーティング２１は、分子構造自体にフッ素を含むため、フッ素ガスへの耐性が強い。したがって、チャンバ４内に満たされるフッ素ガスを含むレーザガスに接触しても、封止部材２０Ｋが腐食することはない。したがって、フッ素ガスに比較的に弱いとされる石英を封止部材２０Ｋの材料に用いることができる。
その他の構成は、図１２で説明した構成と同様である。
【００２７】
本実施例によれば、封止部材２０Ｋの材料として石英を用いることで、チャンバ４内部が見えるため、プラズマ状態を観測できる。また、石英は比誘電率が約４と、セラミックの約１０に比べて半分以下である。その結果、封止部材２０Ｋの表面におけるマイクロ波の反射率が小さくなる。そのため、封止部材の表面と裏面でマイクロ波の反射を打ち消すような構造をとらなくても、封止部材を単に薄くするだけで、反射率を小さくすることができる。
なお、本実施例では、フッ素ガスを含むレーザガスを対象としたチャンバに適用したものであるが、それだけではなく、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）がフッ素を含む分子構造のガスに対して耐性が高いことから、一般の半導体プロセスチャンバの封止部材としても適する。すなわち、半導体プロセスチャンバでは、クリーニングガスとして、ＮＦ３（３フッ化窒素）、ＳＦ６（６フッ化硫黄）、ＣｌＦ３（３フッ化塩素）などを用いるが、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）はこれらのガスに高い耐性を有するからである。これに対して、従来、半導体プロセスチャンバでは、内部が観測できる透明な封止部材として、ＡｌＮ（窒化アルミ）が広く用いられていたが、これは非常に高価であることと、比誘電率が約８．８と大きいため、マイクロ波の反射が大きいことも問題であった。したがって、本実施例で説明したような封止部材２０Ｋの構造によって、半導体プロセスチャンバの封止部材が安価になり、かつマイクロ波の反射損失が低減できるようになる。
【００２８】
次に本発明の実施例による封止構造の斜視図を図１７に示す。
本実施例による封止部材２０Ｂ、２０Ｊは、側面と端面の外周部とに、導電部である金ペースト２２を塗布したものである。図に示すように、封止部材は、立方体状の封止部材２０Ｂであっても、円柱状の封止部材２０Ｊであってもよい。なお上記実施例では、導電部として、金ペーストを用いて説明したが、銅、アルミあるいは銀を主成分とする金属ペーストであってもよい。金属として、金、銅、アルミ、又は銀を主成分とする金属ペーストを用いることで、ガラスやセラミックに対して良好に密着することができる。また、金、銅、アルミ、又は銀は、金属の中でも特に導電率が高いことから、封止部材自体を導波管として機能させやすく、マイクロ波に大きな損失を与えることがない。また、特に金ペーストを用いると、金は化学反応を生じにくいことから、チャンバ内に腐食性のガスを用いる場合に特に有効である。特に、エキシマレーザに用いるレーザガスには、フッ素ガスが含まれる場合が多く、フッ素ガスは腐食性が高いため、金ペーストを用いることが有効である。
【００２９】
次に、図１に示した本発明のマイクロ波励起エキシマレーザ装置１００を露光光源として用いた露光装置の一実施例に関して、図１８を用いて説明する。
図１８は、露光装置３００の構成図である。
露光装置３００では、図１に示したマイクロ波励起エキシマレーザ装置１００が露光光源８１として使われている。露光装置３００を構成する露光光源８１と露光機本体８２は、グレーチング８３上に設置されている。
露光光源８１から取り出された紫外域のレーザ光Ｌ１は、露光機本体８２内に進み、ミラー８４ａで反射して上方に進み、均一化光学系８５内を進む。これによってビーム断面内の光強度分市が均一化されたレーザ光Ｌ２が作られ、ミラー８４ｂで反射して整形光学系８６に進み、ビームが拡大される。ここを出射したレーザ光Ｌ３は、ミラー８４ｃで反射して、コンデンサレンズ８７を通過し、レチクル８８を照射する。レチクル８８から出射したレーザ光Ｌ４は、縮小投影レンズ８９を通過してレーザ光Ｌ５となり、このレーザ光Ｌ５が、レジストが塗布されたウエハー９０を照射する。この際に、レチクル８８上でのパターンを有する光が、ウエハー９０上に転写されることで、パターン状に露光される。なお、ウエハー９０は、ステージ９１上に乗せられており、露光のショットごとにウエハー９０が瞬時に移動できるようになっている。
本実施例では、マイクロ波励起エキシマレーザ装置１００が、露光光源８１として用いられていることから、利用されるレーザ光Ｌ１は、連続波である。したがって、均一化光学系８５、整形光学系８６、コンデンサレンズ８７、縮小投影レンズ８９などの光学部品にダメージが生じない。特に、露光光源８１であるマイクロ波励起エキシマレーザ装置１００では、従来装置に比べて効率良く、マイクロ波のパワーをプラズマの生成に利用できるため、レーザ光の出力が向上している。その結果、露光装置３００としての露光処理速度も向上する。なお、これに関しては、従来のパルス型のエキシマレーザを露光光源に用いた場合、レーザ出力の増加は、前述した種々の光学部品へのダメージを増加させて、寿命を減らすことがあった。しかし、本発明により、光源からのレーザパワーを増加しても、露光機本体内の光学部品の寿命が短くなることはなくなった。
【００３０】
なお、本実施例では、封止部材の導電部としてセラミックを用いて説明したが、ガラスを用いることもできる。マイクロ波は、比誘電率に差が存在する境界面において反射するため、比誘電率の差が大きくなると反射率が大きくなる。セラミックの比誘電率（約１０）よりも、ガラスの比誘電率（約３．８）の方が、導波管内の空気やチャンバの内部に満たされるガスの比誘電率（約１）に近いため、導電部の反射率を小さくする上ではガラスの方がセラミックよりも適している。
また、封止部材の導電部表面への金属層を設ける方法としては、ろう付け、高融点金属法、又はガラス封着による方法があるが、高融点金属法か、ろう付けが好ましい。ろう付けの処理手順の一実施例としては、セラミックの上にＭｏ−Ｍｎ（モリブデン、マンガン）層を付け、その上にニッケル層をメッキする方法がある。また、高融点金属法では、Ｍｏ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ａｕ，Ｗなどの高融点金属の粉末に、有機成分を混合してペースト状にし、これをセラミック表面に塗布して、１０００〜１７００℃の高温にして加熱焼結する。また、セラミック同士をロウ付けによってつなぐ場合は、各セラミックの表面に、Ｍｏ−Ｍｎ層＋ニッケル層を付け、全体を加熱した上で、それらの隙間にロウ（金ロウ）を流して冷やすことによって行うとよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、封止部材を設けることで、ガス循環経路と導波管の内部とを結合させてもレーザガスが導波管の上流側、すなわちマイクロ波発生器側に逆流することはない。
また本発明は、導波管の側面にスリット状のガス流入領域を設けることで、導波管内にマイクロ波を伝播させると、このスリット間でマイクロ波放電を起こすことができる。しかもスリット幅を小さくすることで、放電体積を小さくできるため、励起密度を十分高めることが可能である。さらに、このスリット状のガス流入領域以外にもガス循環系と導波管の内部空間とを結合させることで、スリット状のガス流入領域から導波管内部に入ったレーザガスを速やかにガス循環経路に戻すことができる。
また本発明は、ガス循環経路と導波管の内部空間とを結合させるスリット状のガス流入領域以外の領域が、マイクロ波の波長以下の半径を有する多数の小孔にすることで、これらの多数の孔からレーザガスを流すことができ、しかもこれらの小孔からマイクロ波が漏れ出すことを抑制できる。
また本発明は、導波管とは異なる部品である電極を取り付けることによって、スリット状のガス流入領域を形成することで、１個の金属ブロックからの削り出しによって、スリット入り導波管をチャンバ内部に形成できる。したがって、内部導波管の形成に際して、溶接は不要になることから、高い気密構造にすることが容易になるだけでなく、チャンバ製作時に熱歪が入らないため、製作精度が高くなる。しかも、マイクロ波放電によって生成されるプラズマが接触する部品が電極のみであり、チャンバのボディ自体には接触しないため、長期間動作後の劣化による交換も容易であり、コストも安くなる。
また本発明は、レーザガスを封止する封止部材として、セラミック材を用い、マイクロ波の反射特性が、最初の極小値の近傍になるような、比較的大きな厚みにしたことで、マイクロ波の反射を抑制できるだけでなく、封止部材の機械的強度が高まり、チャンバ内に数気圧以上の高い圧力で、レーザガスを満たすこともできる。その結果、高い密度のプラズマを発生できることから、レーザの連続動作が、一層実現しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波励起エキシマレーザ装置の全体構成図
【図２】本実施例によるチャンバの構成を示す斜視図、断面図、及び側面図
【図３】本発明の他の実施例による内部導波管の斜視図
【図４】本発明の他の実施例による内部導波管の斜視図
【図５】本発明の更に他の実施例による内部導波管の斜視図
【図６】本発明の一実施例による封止構造の取り付け状態を示す要部断面図
【図７】本発明の他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図８】絶縁部材の厚みに対するマイクロ波の反射率特性を示すグラフ
【図９】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１０】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１１】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１２】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１３】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１４】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１５】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１６】本発明の更に他の実施例による封止構造を示す要部断面図
【図１７】本発明の実施例による封止構造の斜視図
【図１８】本実施例のマイクロ波励起エキシマレーザ装置を露光光源として用いた露光装置の構成図
【図１９】従来のマイクロ波励起紫外レーザ装置の構成図
【符号の説明】
２    マイクロ波発信器
３    導波管
３ｄ  接続導波管
３ｅ  内部導波管
４    チャンバ
１０    ガス循環経路
２０    封止部材
２０Ａ  封止部材
２０Ｂ  封止部材
２０Ｃ  封止部材
２０Ｄ  封止部材
２０Ｅ  封止部材
２０Ｆ  封止部材
２０Ｇ  封止部材
２０Ｈ  封止部材
２０Ｊ  封止部材
２２    金ペースト（導電部）
３０Ａ  内部導波管
３０Ｂ  内部導波管
３１    ガス流入領域
３２    ガス流出領域
３４ａ  電極
３５    ガス流出領域
４１    シーリング材（Ｏリング）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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