(57)【要約】  【課題】  エキシマレーザ装置において、高繰り返し周波数（たとえば４０００Ｈz）でのパルスエネルギー低下を抑制して、安定したパルスエネルギーが得られるようにする。  【解決手段】  放電空間１２０及びその近傍で生成した酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物が循環流路２００を一巡して再び放電空間１２０に戻ってくるまでの間に、分解する。  【選択図】  図２
2007141941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルゴンＡｒまたはクリプトンＫｒおよびフッ素Ｆ２を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバと、
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成した酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、化合物の分解を促進する手段と
が備えられていることを特徴とするエキシマレーザ装置。
【請求項２】
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
熱交換器の冷却能力を低下させる手段であること
を特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項３】
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
熱交換器が、レーザガスの循環流路のうちで放電空間の上流に近い側に設置されている構造であること
を特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項４】
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
レーザガスの循環流路のうち、放電空間から熱交換器までの流路を長くする構造であること
を特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項５】
前記分解を促進する手段は、
レーザガスを加熱する加熱手段であること
を特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
【請求項６】
請求項５の加熱手段は、
ハロゲンランプであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。
【請求項７】
請求項５の加熱手段は、
ヒータであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。
【請求項８】
請求項５の加熱手段は、
ヒートパイプであること
を特徴とするエキシマレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルゴンＡｒまたはクリプトンＫｒおよびフッ素Ｆ２を含むエキシマレーザ用ガスをレーザチャンバ内に封入し、レーザチャンバ内でパルス放電を行わせることにより、エキシマレーザ用ガスを励起してレーザ発振を行わせるＡrＦエキシマレーザ装置ＫｒＦエキシマレーザ装置は広く知られている。これらのエキシマレーザ装置では、上記レーザ用ガス以外に、ネオンＮeが封入される。
【０００３】
エキシマレーザ装置は、レーザガス内で、ＨＦ、ＣＦ４等のフッ化物またはＮ２、Ｏ２等の大気成分といった不純物が増加するとパルスエネルギーが大きく低下する。ＡrＦエキシマレーザの場合には、上記不純物によるパルスエネルギー低下の影響は、ＫrＦエキシマレーザの５倍以上となる。
【０００４】
上記不純物のうちＳiＦ４は、レーザ装置を構成する絶縁材の材料となるアルミナセラミックから発生する。このことに着目し、下記特許文献１、２では、高純度のアルミナセラミックを使用することで、不純物ＳiＦ４の発生を抑制するようにしている。
【０００５】
また、下記特許文献３、４では、セラミックスを高純度の絶縁材でコーティングすることで、不純物ＳiＦ４の発生を抑制するようにしている。
【０００６】
また、下記特許文献５は、セラミックス以外のフッ化物発生源に着目したものであり、レーザチャンバの内面、環流ファンと熱交換器等の表面にアルミナ膜またはフッ化不動態膜を形成することで、フッ素と反応して増加する不純物を抑制するようにしている。
【０００７】
半導体露光用のエキシマレーザ装置では、高繰り返し周波数のパルス放電を所定回数連続して行わせてから、放電を一旦所定時間休止し、再度、高繰り返し周波数のパルス放電を行うという動作を繰り返すバーストモードで、運転が行われる。
【０００８】
従来より、こうしたバーストモード運転時のパルスエネルギーの変化を抑制するために、レーザガス中に微量のキセノンガスあるいは微量の酸素ガスを添加するという試みがなされている。
【０００９】
下記特許文献６では、ＡrＦエキシマレーザ装置に用いられるレーザガス内にキセノンＸeガスを１０ｐｐｍの濃度で添加することで、パルスエネルギーレベルを数倍にすると共にパルスエネルギーを安定させるようにしている。
【特許文献１】特開平６−１６９１１９号公報
【特許文献２】特開平５−７５１８２号公報
【特許文献３】特開平４−２８７９８６号公報
【特許文献４】特開２０００−４０８４６号公報
【特許文献５】特開平９−２９８３２９号公報
【特許文献６】特開２０００−２９４８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、ＡrＦエキシマレーザでは、高出力化の要請のために高繰り返し化が進んでいる。
【００１１】
図４は、ＡrＦエキシマレーザ装置で、繰り返し周波数２０００Ｈz、４０００Ｈzそれぞれでバーストモード運転を行ったときのパルスエネルギーの変化を示す。図４は、発振を開始してから５００パルスまでのエネルギー変化を示している。なお、図４は、レーザガスの組成（分圧比）を、アルゴン３．５％、フッ素０．１％、キセノン１０ｐｐｍ、残りをネオンとし、全圧を３００ｋＰaとした条件で発振を行ったときの結果を示している。なお、また、発振開始時のパルスエネルギを１［ａ．ｕ．］とした（図４の縦軸参照）。
【００１２】
図４からわかるように、２０００Ｈz運転時には、パルスエネルギーがほぼ一定である。しかし、４０００Ｈz運転時には、１２０パルス付近からわずかであるがパルスエネルギーの低下が見られる。
【００１３】
このように、４０００Ｈz程度の高繰り返し周波数になると、たとえレーザガスにキセノンを添加したとしても、パルスエネルギーの低下が起きる。
【００１４】
ここで、エキシマレーザ装置は、主として半導体露光装置の光源として用いられることから、高繰り返し周波数運転時でのパルスエネルギーの低下は、レーザ装置本体の発振効率低下という問題のみならず、半導体露光装置で製造されるウェーハの品質に影響を及ぼす重要な問題である。
【００１５】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、エキシマレーザ装置において、図４にみられるような高繰り返し周波数（たとえば４０００Ｈz）でのパルスエネルギー低下を抑制して、安定したパルスエネルギーが得られるようにすることを、解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明は、
アルゴンＡｒまたはクリプトンKrおよびフッ素Ｆ２を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバと、
レーザチャンバ内に設置され、陰極及び陽極の間の放電空間内で放電を生成する一対の電極と、
一対の電極間に所定の繰り返し周波数の電圧を印加してパルス放電を行わせる電源と、
レーザチャンバ内に設置され、レーザチャンバ内でレーザガスを循環させて、放電空間を通過する循環流路を形成するファンと、
放電空間及びその近傍で生成した酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物が循環流路を一巡して再び放電空間に戻ってくるまでの間に、この化合物の分解を促進する手段と
が備えられていることを特徴とする。
【００１７】
第２発明は、第１発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
熱交換器の冷却能力を低下させる手段であること
を特徴とする。
【００１８】
第３発明は、第１発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
熱交換器が、レーザガスの循環流路のうちで放電空間の上流に近い側に設置されている構造であること
を特徴とする。
【００１９】
第４発明は、第１発明において、
レーザチャンバ内には、レーザガスの循環流路上に、レーザガスを冷却する熱交換器が設置されており、
前記分解を促進する手段は、
レーザガスの循環流路のうち、放電空間から熱交換器までの流路を長くする構造であること
を特徴とする。
【００２０】
第５発明は、第１発明において、
前記分解を促進する手段は、
レーザガスを加熱する加熱手段であること
を特徴とする。
【００２１】
第６発明は、第５発明において、
加熱手段は、
ハロゲンランプであること
を特徴とする。
【００２２】
第７発明は、第５発明において、
加熱手段は、
ヒータであること
を特徴とする。
【００２３】
第８発明は、第５発明において、
加熱手段は、
ヒートパイプであること
を特徴とする。
【００２４】
本発明は、つぎのような知見によってなし得た。
【００２５】
まず、図４に示すパルスエネルギーの低下は、運転時間が長くなるほど大きくなる。このことから、パルスエネルギー低下の原因は、運転時間が長くなるにつれて増加する不純物の影響と考えた。
【００２６】
参考文献１（A.Sumitani,S.Andou,T.Watanabe,M.Konishi,S.Egawa,I.Uchino,T.Ohta,K.Terashima,N.Suzuki,T.Enami,H.Mizoguchi:Proc.SPIE,4000,1424()2000））には、レーザガス中にＯ２、ＣＯ２が存在すると、図４に示すパルスエネルギー低下が起こり、その低下の度合いは、それらの濃度、繰り返し周波数が高くなるつれ、大きくなることが記載されている。
【００２７】
図４のデータを取得したレーザガスには、Ｏ２が１ｐｐｍ程度検出されたが、ＣＯ２は検出されなかった。このことから、Ｏ２濃度が微量でも繰り返し周波数が高くなると（２０００Ｈzよりも高くなると）、図４に示すようなパルスエネルギーの低下が発生するものと考えられる。
【００２８】
Ｏ２は、レーザチャンバへレーザガスを注入するためのＦ２ガス用ボンベ中に不純物として含まれており、１ｐｐｍ程度混入する。さらに、レーザチャンバのシール部のフッ素ゴムを大気中の酸素Ｏ２が透過し、レーザチャンバ内に混入する。同時に、Ｈ２Ｏもフッ素ゴムを透過し、レーザチャンバ内のフッ素ガスと反応し、下式に示すようにＯ２を生成する。
【００２９】
Ｆ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＦ＋１/２Ｏ２
したがって、レーザチャンバ内からＯ２を、完全に除去することは難しい。
【００３０】
一方で、ＡrＦエキシマレーザでは、Ｏ２をパルスエネルギーレベルを向上させる目的で添加することがある。このことから、パルスエネルギーレベル向上のあめにレーザチャンバ内へ微量のＯ２を添加したときは、その本来の作用のみ奏させ、図４に見られるようなパルスエネルギー低下を起こさせないようにする必要がある。
【００３１】
そこで、ＡrＦエキシマレーザ装置のチャンバ内のレーザガスにＯ２を５ｐｐｍ添加して、図４と同様にして発振を始めてから５００パルスまでのパルスエネルギー変化を計測して、Ｏ２がパルスエネルギー変化に及ぼす影響を調べた。
【００３２】
図５（ａ）、（ｂ）は、横軸、縦軸が図４と同様のグラフであり、図５（ａ）は、Ｏ２を５ｐｐｍ添加して２０００Ｈｚ運転を行ったときのパルスエネルギー変化を示しており、図５（ｂ）は、Ｏ２を５ｐｐｍ添加して４０００Ｈｚ運転を行ったときのパルスエネルギー変化を示している。
【００３３】
そこで、図５（ａ）、（ｂ）を図４と比較すると、Ｏ２を濃度５ｐｐｍにすることで、２０００Ｈz運転時であっても、パルスエネルギーの低下が確認された。また、４０００Ｈz運転の場合には、Ｏ２を濃度５ｐｐｍにすることで、パルスエネルギー低下がより顕著なものとなった。そして、パルスエネルギー低下が始まるパルス数は、２０００Ｈz運転で６０パルス程度、４０００Ｈz運転で１２０パルス程度であった。
【００３４】
上記パルスエネルギー低下が始めるパルス数を時間に換算したところ、両方とも３０msecと算出された。
【００３５】
つぎに、このパルスエネルギー低下開始時間３０msecと、レーザガスの流れとの関係について考察した。
【００３６】
図２は、ＡrＦエキシマレーザ装置のチャンバの横断面図である。
【００３７】
同図２に示すように、レーザチャンバ１０２には、レーザガスが封入されている。
【００３８】
レーザチャンバ１０２内には、一対の電極１１１ａ、１１１ｂが設置されており、一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間、つまり放電空間１２０で放電が行われる（陰極及び陽極の間の放電空間１２０内で放電が生成される）。図示しない電源から一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間に所定の繰り返し周波数の電圧が印加されてパルス放電が行われる。
【００３９】
レーザチャンバ１０２内には、ファン１１９が設置されており、このファン１１９は、レーザチャンバ１０２内でレーザガスを循環させて、放電空間１２０を通過する循環流路２００を形成する。
【００４０】
レーザチャンバ１０２内には、レーザガスを冷却する熱交換器１１８が、レーザガスの循環流路２００上に設置されている。
【００４１】
上記パルスエネルギー低下開始時間３０msecは、放電空間１２０で放電したレーザガスが循環流路２００を一巡して再び放電空間１２０に戻ってくる時間と、ほぼ一致する。Ｏ２を添加した時にこの現象がおきることから、Ｏ２が放電によってパルスエネルギーを低下させる物質に変化したものと考えた。
【００４２】
次に上記パルスエネルギー低下が、レーザ利得の減少であるか、あるいはレーザ光吸収の増加であるかを、実験で確認した。その結果、レーザ光吸収の増加が主原因であることが確認された。よって、酸素Ｏ２が放電によって変化した物質は、Ｏ２より吸収断面積の大きな物質である。上記レーザ光吸収の増加は、フッ素Ｆ２を注入しなかった時はおきないことから、上記物質は酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物であること考えた。
【００４３】
この化合物の寿命を計測したところ、３００ｍｓ程度あり、ガスが一巡する時間（30ms）より長かった。また、寿命はガス温度に依存することがわかった。ガス温度と酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の吸収によるパルスエネルギー低下との関係をＯ２濃度を変えて計測した。この結果を図６に示す。ガス温度が高くなると分解が促進されてパルスエネルギー低下が小さくなる。さらに、Ｏ２濃度が小さくなるとガス温度を上げても分解はあまり促進されないことがわかった。
【００４４】
以上の知見より、本発明者は、チャンバ１０２内の放電空間１２０及びその近傍で生成した酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物を、循環流路２００を一巡して再び放電空間１２０に戻ってくる間に分解すれば、レーザ光の吸収が小さくなり、パルスエネルギー低下が抑えられるとの技術的思想を得るに至った。
【００４５】
第１発明は、上述した本発明の技術思想（分解の促進手段）を示したものである。
【００４６】
第２発明は、第１発明の分解の促進手段に技術的限定を加えたものであり、図２に示す熱交換器１１８へ供給される冷却水量を絞る等して冷却能力を低下させて、ガス温度を上昇させて、分解促進を行わせるというものである。
【００４７】
第３発明は、第１発明の分解の促進手段に技術的限定を加えたものであり、図７に示すように、熱交換器１１８が、循環流路２００のうちで放電空間１２０の上流に近い側に設置された構造としたものである。
【００４８】
第４発明は、第１発明の分解の促進手段に技術的限定を加えたものであり、図８に示すように、レーザチャンバ１０２の内部空間を広げる等して、レーザガスの循環流路２００のうち、放電空間１２０から熱交換器１１８までの流路２００ａを長くする構造としたものである。
【００４９】
第５発明は、第１発明の分解の促進手段に技術的限定を加えたものであり、レーザガスを加熱する加熱手段を設けるようにしたものである。
【００５０】
第６発明は、第５発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図９に示すように、ハロゲンランプ１３１を用いて加熱するようにしたものである。
【００５１】
第７発明は、第５発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図１１に示すように、ヒータ１２３を用いて加熱するようにしたものである。
【００５２】
第８発明は、第５発明の加熱手段に技術的限定を加えたものであり、図１２に示すように、ヒートパイプ１２９を用いて加熱するようにしたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、図面を参照して本発明に係るＡrＦエキシマレーザ装置の実施の形態について説明する。
【００５４】
（第１実施例）
図１は第１実施例に用いられるＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成を示している。
【００５５】
また、図２は図１に示すレーザチャンバ１０２を横断面で示している。
【００５６】
図１に示すように、ＡrＦエキシマレーザ装置１０１は、大きくは、レーザチャンバ１０２、電源１０３、狭帯域ボックス１０４、モニタモジュール１０５、ガス吸排気モジュール１０７、コントローラ１０８で構成される。
【００５７】
コントローラ１０８は、モニタモジュール１０５内に設けられた波長検出器等のセンサに基づいて電源１０３、狭帯域ボックス１０４、ガス吸排気モジュール１０７を駆動制御する。
【００５８】
レーザチャンバ１０２には、アルゴンＡr、フッ素Ｆ２を含むレーザガスが封入されている。さらに、予備電離を強化する目的で、電離電圧の低いキセノンＸeが10ppm程度添加されている。予備電離が弱いと図４に示すパルスエネルギー低下と同様の現象がおきるからである。レーザチャンバ１０７へのレーザガスの供給、排気は、ガス吸排気モジュール１０７によって行われる。
【００５９】
レーザチャンバ１０２内には、一対の放電電極１１１ａ（アノード）、１１１ｂ（カソード）が対向して設置されており、一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間、つまり放電空間１２０で放電が行われる（陰極及び陽極間の放電空間１２０で放電が生成される）ことにより、レーザガスが励起される。
【００６０】
電源１０３から一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間に所定の繰り返し周波数の電圧が印加されることで、パルス放電が行われる。なお、本明細書では、電源１０３を、励起回路、トリガパルス回路などの、一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間でパルス放電を行わせるに必要な回路を含んだ装置とする。コントローラ１０８から電源１０３のトリガパルス回路にパルス指令が与えられることで、パルス放電が行われる。
【００６１】
放電電極１１１ａ、１１１ｂの長手方向の一方側（図１中、右側）をレーザチャンバ１０２の前側、同長手方向の他方側（図１中、左側）をレーザチャンバ１０２の後側とする。
【００６２】
放電電極１１１ａ、１１１ｂの長手方向の延長上にあって、レーザチャンバ１０２の前側には、フロント側ウインドホルダ１０９Ｆが突出して設けられている。同様に、同延長上、レーザチャンバ１０２の後側には、リア側ウインドホルダ１０９Ｒが突出して設けられている。
【００６３】
フロント側ウインドホルダ１０９Ｆの先端部には、フロントウインド１０９ａが設けられている。同様に、リア側ウインドホルダ１０９Ｒの先端部には、リアウインド１０９ｂが設けられている。
【００６４】
フロント側ウインドホルダ１０９Ｆの前方には、フロントミラー１１０が配置されている。またリア側ウインドホルダ１０９Ｒの後方には、狭帯域ボックス１０４が配置されている。
【００６５】
狭帯域ボックス１０４内には、プリズム、グレーティングなどのレーザ光を狭帯域化するための光学素子が配置されている。なお狭帯域ボックス１０４の代わりに、高反射のミラーを用いた狭帯域化されないレーザ装置に適用してもよい。
【００６６】
レーザチャンバ１０２内でレーザガスが励起されると、レーザ発振が行われる。レーザ光は、狭帯域ボックス１０４によって狭帯域化された後、フロントミラー１１０、モニタモジュール１０５を介して出射される。
【００６７】
レーザ光はモニタモジュール１０５でモニタリングされ、コントローラ１０８はモニタリングされた結果に基づいてドライバを介して狭帯域ボックス１０４内の光学素子の姿勢を変化させる等して、レーザ光の選択波長等を制御する。
【００６８】
コントローラ１０８は、ガス吸排気モジュール１０７の制御弁等を駆動制御して、レーザチャンバ１０２内のレーザガスの濃度、分圧等を制御する。
【００６９】
つぎに、図２を中心に説明する。
【００７０】
同図２に示すように、一対の電極１１１ａ、１１１ｂ間、つまり放電空間１２０で放電が行われる（陰極及び陽極間の放電空間１２０で放電が生成される）と、この放電空間１２０でレーザガスが励起される。
【００７１】
電極１１１ａ、１１１ｂ間で放電が行われると、放電によって電極１１１ａ、１１１ｂが消耗し、微小なダストが発生する。レーザチャンバ１０２には、このダストをレーザチャンバ１０２内から除去するためのダストフィルタ１４０が設けられている。ダストフィルタ１４０は、ダストを捕捉するフィルタエレメント１１６と、このフィルタエレメント１１６を内蔵し、レーザチャンバ１０２の外壁に連結されるフィルタケース１１７とからなる。レーザチャンバ１０２の内部とフィルタエレメント１１６とは、レーザチャンバ１０２の内壁に形成されたフィルタ吸込口１４１を介して連通されている。フィルタ吸込口１４１は、電極１１１ａ、１１１ｂの長手方向の概略中央部に形成されている。フィルタ吸込口１４１を通りフィルタエレメント１１６に導入されたダストは捕捉される。ダストの除去されたレーザガスは、レーザチャンバ１０２の長手方向両端に設けられた図示しないフィルタ吐出口から排出される。
【００７２】
レーザチャンバ１０２内には、（環流）ファン１１９が設置されており、このファン１１９は、レーザチャンバ１０２内でレーザガスを循環させて、放電空間１２０を通過する循環流路２００を形成する。ファン１１９は、放電空間１２０を通過したレーザガスを循環流路２００に沿って再度放電空間１２０に送り込む作用をなす。
【００７３】
レーザチャンバ１０２内には、レーザガスを冷却する熱交換器１１８が、レーザガスの循環流路２００上に設置されている。熱交換器１１８には、冷却水路が形成されており、この冷却水路を通過する冷却水の流量に応じて、レーザガスを冷却する。電極１１１ａ、１１１ｂ間での放電によって熱が発生するとともに、ガス流体の粘性摩擦によってレーザガスの温度が上昇する。熱交換器１１８は、このように温度上昇したレーザガスを冷却する。
【００７４】
また、このレーザチャンバのシール材には、アルミニウム製のメタルCリングを用いた。なお、セラミック絶縁材やフッ化カルシウムウィンドゥと金属のシール部にはシール性と組立性を考慮して一部にフッ素ゴムOリングを用いた。しかしながら、大部分のシール材をメタル化することにより、透過混入するＯ２を抑制して、Ｏ２濃度の増加を抑えた。
【００７５】
第１実施例では、熱交換器１１８へ供給される冷却水量を絞ることで、分解を促進させている。レーザガスはファン１１９により循環しているため、熱交換器１１８へ供給される冷却水量を絞ると、流体の粘性摩擦を熱源としレーザガスの温度が上昇する。レーザガス温度が上昇すると、上述した化合物の分解が促進される。なお、第１実施例としては、熱交換器１１８の冷却能力を低下させることができる手法であればよく、冷却水量を絞る以外に熱交換器１１８の容量を小さくするなどしても同様な作用効果が得られる。
【００７６】
上記分解を促進させるには、レーザガス温度は高い方が望ましい。しかし、レーザチャンバ１０２内のシール部品等の耐熱性および耐久性等を考慮すると、実際には、上限温度が存在し、一定温度以上にレーザガス温度を上昇させることはできない。このことから、レーザチャンバ１０２に、レーザチャンバ１０２内のレーザガスの温度を検出する温度センサ１２２を設け、この温度センサ１２２で検出された温度をフィードバックすることで、熱交換器１１８の冷却能力を制御し、レーザガスの温度を一定温度または一定温度以上に上昇しないように制御する必要がある。図６より、低Ｏ２濃度（5ppm以下）では60℃以上に温度を上げても効果がないと予想されることから、第１実施例では60℃になるように制御した。
【００７７】
図３（ａ）は、本実施例のレーザ装置でのガス交換後と３日後のパルスエネルギーの変化を、同図（ｂ）は、ガス温度を40℃に制御したレーザ装置でのガス交換後と３日後のパルスエネルギーの変化を示す。なお、繰返し周波数は４０００Ｈｚである。このグラフより、ガス温度を60℃に制御すると３日後もパルスエネルギー低下がない。したがって、第１実施例を実施すれば、図４に示される４０００Ｈz運転時のパルスエネルギー低下が抑制される。これによって、パルスエネルギーが安定し、ＡrＦエキシマレーザ装置を光源とした半導体露光装置で製造されるウェーハの生産性と品質が飛躍的に向上する。
【００７８】
（第２実施例）
図７は、第２実施例のレーザチャンバ１０２の横断面を示している。
【００７９】
ＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成は、第１実施例で説明した図１のものと同じであるため、説明は省略する。
【００８０】
また、図７に示す構成要素についても、図２と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
第２実施例では、図７に示すように、熱交換器１１８が、循環流路２００のうちで放電空間１２０の上流に近い側に設置された構造とすることで、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進させている。通常、熱交換器１１８は、図２に示すように、放電時の熱によって上昇したレーザガスの温度を下げるために、循環流路２００のうちで放電空間１２０の下流に近い側に設置されている。これに対して第２実施例では、熱交換器１１８を循環流路２００のうちで放電空間１２０の上流に近い側に設置しているため、放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間が長くなり、ガス温度が高い状態が長く続く。これにより、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解が促進される。
【００８２】
第２実施例では、第１実施例と同様にセンサ１２２を設けてレーザガス温度を60℃になるように制御した。ただし、第２実施例の場合は、局所的にレーザガスの温度が上昇するおそれがあることから、上限温度の低い部品に近接して別の温度センサを設けて、上限温度の低い部品の温度が上限温度に達しないように制御してもよい。
【００８３】
図８は、第２実施例の別形態を示している。第２実施例は、放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間を長くするという考え方に基づくものであるが、同図８に破線にて示すように、レーザチャンバ１０２の内部空間を広げることによって、レーザガスの循環流路２００のうち、放電空間１２０から熱交換器１１８までの流路２００ａを長くし、それによって放電によって温度上昇したレーザガスが冷却されるまでの時間を長くしてもよい。具体的には、通常のレーザチャンバ１０２よりも、レーザチャンバ１０２の横断面で、放電空間１２０の下流側のレーザチャンバ内部空間が広がるように改造を施せばよい。
【００８４】
（第３実施例）
図９は、第３実施例のレーザチャンバ１０２の縦断面を示している。図９は、図１のレーザチャンバ１０２を上面からみた断面図である。
【００８５】
ＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成は、第１実施例で説明した図１のものと同じであるため、説明は省略する。
【００８６】
また、図９に示す構成要素についても、図２、図７、図８と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
第３実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段１３１を設けることで、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進させている。
【００８８】
第３実施例では、加熱手段としてハロゲンランプ１３１を使用している。
【００８９】
放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向の長さよりも長い発光領域をもつハロゲンランプ１３１を、放電電極１１１ａの長手方向に沿って配列した。ハロゲンランプ１３１は、赤外線が酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の濃度が高いと思われる放電空間１２０の下流に照射されるように、レーザチャンバ１０２の外側外壁にあって、放電空間１２０の下流側に配置した。また、ハロゲンランプ１３１から放射される赤外線をレーザガスに効率よく照射できる位置に、７個の材質ＣaＦ２の窓１２４を、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向に沿って配置した。また、効率よくレーザチャンバ１０２内を照射できるように図示しない反射板を設けた。
【００９０】
ハロゲンランプ１３１から赤外線が放射されると、レーザチャンバ１０２内のレーザガスに照射され、レーザガス温度が高温となり、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解が促進される。なお、ランプとしては、ハロゲンランプに限定されるものではなく、赤外線を放射できるランプであれば、使用することができる。
【００９１】
図１０は、第３実施例の別形態を示している。図９では、容易に入手できる小型のＣaＦ２窓１２４を７個配置しているが、図１０に示すように、一体形成されたＣaＦ２窓１２８を、その長手方向が、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向に一致するように配置してもよく、この場合には、図８に示す構造のものよりも、更に効率よくレーザガスに赤外線を照射することができる。
【００９２】
（第４実施例）
図１１（ａ）は、第４実施例のレーザチャンバ１０２の縦断面を示している。図１１（ａ）は、図１のレーザチャンバ１０２を上面からみた断面図である。
【００９３】
図１１（ｂ）は、図２、図７、図８と同様に、レーザチャンバ１０２を横断面で示している。
【００９４】
ＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成は、第１実施例で説明した図１のものと同じであるため、説明は省略する。
【００９５】
また、図１１に示す構成要素についても、図２、図７、図８と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
第４実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段１２３を設けることで、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進させている。
【００９７】
第４実施例では、加熱手段として、ヒータ１２３を使用している。
【００９８】
放電したレーザガスの温度を上げるために、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向の長さより長いカートリッジヒータ１２３を、その長手方向が放電電極１１１ａの長手方向と一致するように配置した。また、表面積を増やすために、カートリッジヒータ１２３を螺旋状に形成した。
【００９９】
カートリッジヒータ１２３は、レーザチャンバ１０２内にあって、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物濃度が高いと思われる放電空間１２０の下流に配置した。
【０１００】
カートリッジヒータ１２３が発熱すると、レーザチャンバ１０２内のレーザガスに照射され、レーザガス温度が高温となり、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進される。
【０１０１】
（第５実施例）
図１２（ａ）は、第５実施例のレーザチャンバ１０２の縦断面を示している。図１２（ａ）は、図１のレーザチャンバ１０２を上面からみた断面図である。
【０１０２】
図１２（ｂ）は、図２、図７、図８、図１１（ｂ）と同様に、レーザチャンバ１０２を横断面で示している。
【０１０３】
ＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成は、第１実施例で説明した図１のものと同じであるため、説明は省略する。
【０１０４】
また、図１２に示す構成要素についても、図２、図７、図８、図１１と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
第５実施例では、レーザガスを加熱する加熱手段１２９を設けることで、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進させている。
【０１０６】
第５実施例では、加熱手段として、ヒートパイプ１２９を使用している。
【０１０７】
放電したレーザガスの温度を上げるために、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向の長さより長いヒートパイプ１２９を、その長手方向が、放電電極１１１ａの長手方向に一致するように、配置した。
【０１０８】
ヒートパイプ１２９は、レーザチャンバ１０２内にあって、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物濃度が高いと思われる放電空間１２０の下流に、５本、配置した（特に図１２（ｂ）参照）。
【０１０９】
ヒートパイプ１２９は、真空脱気した密閉管の内部に、目標とする温度範囲で蒸発、凝縮する流体を作動流体として封入したものを使用した。ヒートパイプ１２９内の作動流体を蒸発させるために、ヒートパイプ１２９の一端にヒータ１３０を接続した。
【０１１０】
ヒータ１３０が発熱すると、ヒートパイプ１２９の一端で作動流体が蒸発し、このとき発生した蒸気は、ヒートパイプ１２９の内部を高速でヒートパイプ１２９の他端に移動に凝縮する。このとき、蒸発時に吸収した潜熱が放出される。
【０１１１】
この潜熱の放出により、レーザガス温度が高温となり、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進される。
【０１１２】
図１３は、第５実施例の別形態を示す図で、図１２（ａ）に対応させた図で示している。
【０１１３】
図１２（ａ）に示す実施例では、各ヒートパイプ１２９を、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向に沿った一体形成の管で構成しているが、図１３では、放電電極１１１ａ（１１１ｂ）の長手方向の所定箇所で分割されたヒートパイプを使用し、各ヒートパイプ相互間で、分割箇所を異ならせるようにしている。このように各ヒートパイプ相互間で、分割箇所を異ならせた構成とすることで、図１２（ａ）に示す構成のものよりも、さらに効率的にレーザガスの温度を上昇させることができる。ただし、図１３に示す構成のものでは、分割されたヒートパイプの各管に、ヒータ１３０を設ける必要がある。
【０１１４】
（第６実施例）
第６実施例は、ＫｒＦエキシマレーザ装置を用いた。KｒFエキシマレーザ装置の全体構成は、第１実施例で説明した図１のＡｒＦエキシマレーザ装置と同じであるため、説明は省略する。また、レーザチャンバ１０２の断面も図２同様であるので、説明を省略する。
【０１１５】
レーザチャンバ１０２には、クリプトンＫｒ、フッ素Ｆ２を含むレーザガスが封入されている。さらに、予備電離を強化する目的で、電離電圧の低いキセノンＸeが20ppm程度添加されている。予備電離が弱いと図４に示すパルスエネルギー低下と同様の現象がおきるからである。
【０１１６】
第６実施例では、熱交換器１１８へ供給される冷却水量を絞ることで、酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の分解を促進させている。レーザガスはファン１１９により循環しているため、熱交換器１１８へ供給される冷却水量を絞ると、流体の粘性摩擦を熱源としレーザガスの温度が上昇する。レーザガス温度が上昇すると、上述した化合物の分解が促進される。なお、第６実施例としては、熱交換器１１８の冷却能力を低下させることができる手法であればよく、冷却水量を絞る以外に熱交換器１１８の容量を小さくするなどしても同様な作用効果が得られる。
【０１１７】
上記分解を促進させるには、レーザガス温度は高い方が望ましい。しかし、レーザチャンバ１０２内のシール部品等の耐熱性および耐久性等を考慮すると、実際には、上限温度が存在し、一定温度以上にレーザガス温度を上昇させることはできない。このことから、レーザチャンバ１０２に、レーザチャンバ１０２内のレーザガスの温度を検出する温度センサ１２２を設け、この温度センサ１２２で検出された温度をフィードバックすることで、熱交換器１１８の冷却能力を制御し、レーザガスの温度を一定温度または一定温度以上に上昇しないように制御する必要がある。ＫｒＦエキシマレーザでのガス温度と酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物の吸収によるパルスエネルギー低下の傾向は、図６のＡｒＦエキシマレーザの傾向とほぼ同じである。このことから、本実施例では第１実施例と同様にガス温度が60℃になるように制御した。ただし、ＫｒＦエキシマレーザでの酸素Ｏ２とフッ素Ｆ２の化合物によるパルスエネルギー低下は、ＡｒＦエキシマレーザの１／５程度と小さい。
【０１１８】
図１４（ａ）は、本実施例のレーザ装置でのガス交換後と７日後のパルスエネルギーの変化を、同図（ｂ）は、ガス温度を40℃に制御したレーザ装置でのガス交換後と７日後のパルスエネルギーの変化を示す。なお、繰返し周波数は４０００Ｈｚである。このグラフより、ガス温度を60℃に制御すると３日後もパルスエネルギー低下がない。したがって、第１実施例を実施すれば、図４に示される４０００Ｈz運転時のパルスエネルギー低下が抑制される。これによって、パルスエネルギーが安定し、ＫrＦエキシマレーザ装置を光源とした半導体露光装置で製造されるウェーハの生産性と品質が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、各実施例のＡrＦエキシマレーザ装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は第１実施例のレーザチャンバの横断面を示す図である。
【図３】図３（ａ）は第１実施例のパルスエネルギー変化で、図３（ｂ）は従来技術のパルスエネルギー変化を示す。
【図４】図４は、本発明の知見を説明するために用いた図で、２０００Ｈz運転、４０００Ｈz運転それぞれについてパルス数とパルスエネルギーとの関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の知見を説明するために用いた図で、図５（ａ）は酸素を５ｐｐｍ添加し２０００Ｈzで運転した時のパルス数とパルスエネルギーとの関係を示す図、図５（ｂ）は酸素を５ｐｐｍ添加し４０００Ｈzで運転したときのパルス数とパルスエネルギーとの関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の知見を説明するために用いた図で、レーザガス温度とパルスエネルギー低下の関係を酸素Ｏ２濃度変えて計測した結果である。
【図７】図７は第２実施例のレーザチャンバの横断面を示す図である。
【図８】図８は第２実施例の別形態のレーザチャンバの横断面を示す図である。
【図９】図９は第３実施例のレーザチャンバの上断面を示す図である。
【図１０】図１０は第３実施例の別形態のレーザチャンバの上断面を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は第４実施例のレーザチャンバの上断面を示す図で、図１１（ｂ）は第４実施例のレーザチャンバの横断面を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は第５実施例のレーザチャンバの上断面を示す図で、図１２（ｂ）は第５実施例およびその別形態のレーザチャンバの横断面を示す図である。
【図１３】図１３は、第５実施例の別形態のレーザチャンバの上断面を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は第６実施例のパルスエネルギー変化で、図１４（ｂ）は従来技術のパルスエネルギー変化を示す。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１  ＡrＦエキシマレーザ装置  １０２  レーザチャンバ  １１１ａ、１１１ｂ  放電電極    １１８  熱交換器  １１９  ファン  １２０  放電空間  １２３  ヒータ  １２９  ヒートパイプ  １３１  ハロゲンランプ
【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】
2007141941.tif 000009
【図８】
2007141941.tif 000010
【図９】
2007141941.tif 000011
【図１０】
2007141941.tif 000012
【図１１】
2007141941.tif 000013
【図１２】
2007141941.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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