(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置において、
前記チャンバ内に配設され、前記紫外線レーザ用ガスを放電によって励起させてレーザ光を発生させる一対の電極を備え、
前記一対の電極のうち少なくとも陰極は所定量のキセノンガスを含有し、
前記一対の電極間の放電でキセノンガスを含有する電極をスパッタリングすることによって紫外線レーザ用ガスにキセノンガスを添加するようにした
ことを特徴とする紫外線レーザ装置。
【請求項２】
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置に用いられる放電励起用の電極に、キセノンイオンビームを照射し、該電極に所定量のキセノンガスを含有させる
ことを特徴とする紫外線レーザ装置の電極製造方法。
【請求項３】
ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置に用いられる放電励起用の電極に、プラズマ状態のキセノンを激突させて打ち込み、該電極に所定量のキセノンガスを含有させる
ことを特徴とする紫外線レーザ装置の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線レーザ用ガスをチャンバ内に封入し、このチャンバ内でパルス発振を行うことにより前記紫外線レーザ用ガスを励起してパルスレーザを発振する紫外線レーザ装置に関し、特に、キセノンガスを添加してレーザ出力のバースト現象並びにスパイク現象を改善する紫外線レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エキシマレーザ装置などの紫外線レーザ装置を光源とする半導体露光装置では、露光とステージ移動を交互に繰り返して半導体ウエハ上のＩＣチップの露光を行うため、紫外線レーザ装置は、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、所定時間パルス発振を休止する発振休止とを繰り返すバースト運転を行っている。
【０００３】
従来のエキシマレーザ装置のバースト運転には、当初エネルギーが高く、その後次第にエネルギーが低下するという特性（以下「バースト特性」と言う。）がある。
【０００４】
また連続パルス発振運転の当初は、比較的高いエネルギーが得られ、その後徐々にパルスエネルギーが低下するという特性（以下「スパイク特性」と言う。）がある。
【０００５】
このように、エキシマレーザ装置が出力するレーザ出力にバースト特性が生じたのでは、各バーストごとのエネルギーの変動による露光量のばらつきを招く結果となる。
【０００６】
また、かかるレーザ出力にスパイク特性が生じたのでは、露光量の精度がさらに低下するため、複雑な放電電圧制御を行わねばならないという問題もある。
【０００７】
このため、キセノンガスボンベをエキシマレーザ装置に配設し、キセノンガスをエキシマレーザ用ガスに含有させることにより上記バースト特性及びスパイク特性を改善する技術も登場してきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるキセノンガスボンベを新たにエキシマレーザ装置に配設するためには、キセノンガスボンベからチャンバにキセノンガスを供給するための新たな配管が必要となるため、エキシマレーザ装置に係わる施設を改修せねばならない。
【０００９】
具体的には、実際のエキシマレーザ装置の作動環境はチャンバ部分とエキシマレーザ用ガス供給設備を別個に設け、エキシマレーザ用ガス供給設備にチャンバ部分を持ち込んで、配管により接続することになるため、かかるキセノンガスボンベ用の配管が必要となるのである。
【００１０】
特に、新たな配管を設けるとなると、既存のエキシマレーザ用ガス供給設備を改める煩雑な作業が必要となりコスト高になるなどの難点が多い。
【００１１】
これらのことから、エキシマレーザ装置をバースト運転する場合に、設備改修を伴うことなくレーザ出力のバースト特性並びにスパイク特性をいかに効率良く解消するかが、極めて重要な課題となっていた。
【００１２】
そこで、本発明では、上記課題を解決して、バースト運転を行う場合に、設備改修を伴うことなくレーザ出力のバースト特性並びにスパイク特性を効率良く改善することができる紫外線レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため、本発明は、ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置において、前記チャンバ内に配設され、前記紫外線レーザ用ガスを放電によって励起させてレーザ光を発生させる一対の電極を備え、前記一対の電極のうち少なくとも陰極は所定量のキセノンガスを含有し、前記一対の電極間の放電でキセノンガスを含有する電極をスパッタリングすることによって紫外線レーザ用ガスにキセノンガスを添加するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、チャンバ内の紫外線レーザ用ガスに主放電電極のスパッタリングによる微量のキセノンガスを供給することにより、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を解消するため、複雑な制御を伴うことなく簡単に紫外線レーザ出力を向上させ、出力を安定化することができる。また電極にキセノンガスが含有することは容易であるうえ、既存の紫外線レーザ用ガス供給設備を改めるための煩雑な作業が必要ない。
【００１５】
また、本発明は、ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置に用いられる放電励起用の電極に、キセノンイオンビームを照射し、該電極に所定量のキセノンガスを含有させることを特徴とする。
また、本発明は、ＫｒＦレーザ又はＡｒＦレーザ又はＦ２レーザ又はＫｒ２レーザ又はＡｒ２レーザの何れかのチャンバ内に封入される紫外線レーザ用ガスに、紫外線レーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減する程度の量のキセノンガスを添加する紫外線レーザ装置に用いられる放電励起用の電極に、プラズマ状態のキセノンを激突させて打ち込み、該電極に所定量のキセノンガスを含有させることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、本発明をエキシマレーザ装置に適用した場合を示す。
【００１７】
図１は、キセノンガス含有電極を使用したエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
同図に示すエキシマレーザ装置は、チャンバ１０内にＮｅ等のバッファガス、Ａｒ若しくはＫｒ等の希ガス、Ｆ2 などのハロゲンガスからなるエキシマレーザ用ガスを封入し、このエキシマレーザ用ガスをキセノン含有電極間の放電によって励起させてレーザパルス発振を行う装置である。
【００１９】
ここで、このエキシマレーザ装置は、単にキセノンガスボンベを新たに設け、このキセノンガスボンベ内のキセノンガスをバッファガス及びハロゲンガスに添加するのではなく、あらかじめ電極にキセノンガスを含有させてあるこのキセノンガス含有電極のスパッタリングにより微量のキセノンガスをバッファガス及びハロゲンガスに添加する点にその特徴がある。かかるキセノンガスを電極に含有させた理由は、設備改修を伴うことなくレーザ出力のバースト現象並びにスパイク現象を解消するためである。
【００２０】
同図に示すエキシマレーザ装置は、チャンバ１０と、狭帯域化ユニット１１と、部分透過ミラー１２と、Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３と、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４と、Ｘｅ含有電極１５と、Ｘｅガスセンサー１６と、ガス排気モジュール１７と、ガスコントローラ１８とを有する。
【００２１】
チャンバ１０は、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｆ2 ガス及びＸｅガスを混合したエキシマレーザ用ガスを封入する封入媒体であり、狭帯域化ユニット１１は、発光したパルス光を狭帯域化するユニットであり、図示しないプリズムビームエキスパンダやグレーティングにより形成される。また、部分透過ミラー１２は、発振レーザ光の一部分のみを透過出力し、残りをチャンバ１０内へ戻すミラーである。
【００２２】
Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３は、アルゴンとネオンの混合ガスを蓄えるガスボンベであり、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４は、アルゴン、ネオン及びフッ素の混合ガスを蓄えるガスボンベである。
【００２３】
Ｘｅ含有電極１５は、所定量のキセノンガスを含有している陰極及び陽極が対向する一対の電極である。なお、スパッタ量の多い陰極のみをキセノン含有電極とすることもできる。
【００２４】
Ｘｅガスセンサー１６は、チャンバ１０内に封入されたエキシマレーザ用ガスに含まれるキセノンガス等の割合を検知するガスセンサーであり、ガス排気モジュール１７は、チャンバ１０内のエキシマレーザ用ガスを外部に排気するモジュールである。
【００２５】
ガスコントローラ１８は、Ｘｅガスセンサー１６の検出出力に基づいて、Ａｒ／Ｎｅガスボンベ１３からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅガスの供給、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスの供給、ガス排気モジュール１７によるエキシマレーザ用ガスの排気を制御するコントローラである。
【００２６】
このように、このエキシマレーザ装置では、従来のエキシマレーザ装置の主放電電極としてキセノン含有電極１５を配設し、スパッタリングによりチャンバ１０に微量のキセノンガスを供給する。また、Ｘｅガスセンサー１６でキセノンガスの割合を検知して、ガスコントローラ１８でＡｒ／Ｎｅガスボンベ１３からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅガスの供給、Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ１４からチャンバ１０へのＡｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスの供給、ガス排気モジュール１７によるエキシマレーザ用ガスの排気を調整することによりキセノンガスの割合を微調整できるように構成している。
【００２７】
次に、かかるキセノンガスを添加したエキシマレーザ用ガスを用いた場合のバースト特性及びスパイク特性について説明する。
【００２８】
図２は、キセノン含有電極からスパッタリングによりキセノンガスをバッファガス及びハロゲンガスに添加した場合のバースト特性及びスパイク特性の一例を示す図である。なお、ここでは１０ｐｐｍのキセノンガスをエキシマレーザ用ガスに添加した場合を示している。
【００２９】
同図（ａ）に示すように、キセノンガスを添加しない場合には、当初のバーストのエネルギー値を１とすると、バースト回数が増えるほどエネルギー置が小さくなり、やがて初期の４割（０．４）程度に収束するというバースト特性を有する。
【００３０】
これに対して、キセノンガスを１０ｐｐｍ添加した場合には、エネルギー値が収束するバースト回数が少なく、またバースト回数の増加に伴って低下するエネルギーも少ない。さらに、キセノンガスを１０ｐｐｍ添加した場合の各バーストのエネルギー値は、該キセノンガスを添加しない場合よりもはるかに大きい。
【００３１】
このように、キセノン含有電極からスパッタリングによりバッファガス及びハロゲンガスにキセノンガスを１０ｐｐｍ添加すると、キセノンガスボンベを用いなくとも、バースト特性が大幅に改善される。
【００３２】
また、同図（ｂ）に示すように、キセノンガスを添加しない場合には、当初のパルスのエネルギー値を１とすると、パルス回数が増えるほどエネルギー値が小さくなり、やがて初期の４割（０．４）程度に収束するというスパイク特性を有する。このため、実用上は、パルス発振が進行してエネルギーが収束するまでのスパイク部分のパルスは使用できない。
【００３３】
これに対して、キセノンガスを１０ｐｐｍ添加した場合には、スパイク部分がほとんど解消され、エネルギー値が極めて迅速に収束するとともに、エネルギー値のばらつきも大幅に改善されている。また、キセノンガスを１０ｐｐｍ添加した場合の各パルスエネルギー値は、該キセノンガスを添加しない場合よりもはるかに大きい。
【００３４】
このように、キセノン含有電極からスパッタリングによりバッファガス及びハロゲンガスにキセノンガスを１０ｐｐｍ添加すると、キセノンガスボンベを用いなくとも、スパイク特性が大幅に改善される。
【００３５】
ところで、本実施の形態では、ハロゲンガスを含むエキシマレーザ用ガスを用いる場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハロゲンガスを含まないエキシマレーザ用ガスなどの各種紫外線レーザ装置に幅広く適用することができる。
【００３６】
例えば、半導体露光用の紫外線レーザの代表的なものとして、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）、Ｋｒ2（１４６ｎｍ）及びＡｒ2（１２６ｎｍ）などが知られているが、これらの紫外線レーザの場合にも、キセノンガスを添加することにより、バースト現象並びにスパイク現象を低減することができる。
【００３７】
次に、キセノン含有電極１５にいかにしてキセノンを含有させるかについて図面を参照して説明する。なお、ここではイオン打ち込みによりキセノンを含有させる場合と、高周波放電によりキセノンを含有させる場合を示すこととする。
【００３８】
図３は、図１に示すキセノン含有電極１５にキセノンを注入するイオン注入装置の説明図である。
【００３９】
同図に示すようにイオン注入装置ではイオン発生器３０にはイオン化されたキセノン原子を有している。キセノンイオンは質量分析用の分析磁石３１を通ることによって不必要なイオン原子が取り除かれる。選択されたキセノンイオンのみがスリット３２を通過し加速器３３に入り、電界によって高いエネルギーに加速される。高エネルギーキセノンイオンビームは、走査磁石３４，３５により縦方向及び横方向に走査され基板３６に注入される。以上により基板３６をキセノン含有電極１５とすることができる。
【００４０】
図４は第２の手段としての高周波放電の原理図である。
【００４１】
対向する陰極電極４０と陽極電極４１の間に存在するキセノンが両電極間の放電によりプラズマの状態となり、加速されたキセノン４２を基板４３に激突させる打ち込みを利用するものである。
【００４２】
ここで、電極へのキセノンの含有量の求め方について述べる。
【００４３】
以下において、電極中のキセノン密度ｘ（重量％）とし、ガス中に必要なキセノン量を１０ｐｐｍとしている。
【００４４】
電極間放電回数をＡｐｌｓとし、
電極間放電回数Ａｐｌｓにおいてスパッタリングされる電極量をｙ（ｇ）とし、
電極間放電回数Ａｐｌｓに応じて注入するガスの量をＭ（リットル）とすると、
注入するガスの量Ｍ中に必要なキセノンのモル数は
Ｍ  ＊  １０／１０＾6   ＊  １／２２．４  …  （１）式
により求められる。なお、‘＾’はべき乗を示すものとする。
【００４５】
また、スパッタリングされる電極量ｙ中に含まれるキセノンのモル数は
ｙ  ＊  ｘ／１００  ＊  １／１３１．３  …  （２）式
により求められる。
【００４６】
ここで、（１）式と（２）式が等しい条件のｘを求めればよい。なお、Ｍは設計で決まり、ｙは実測で既知である。
【００４７】
図５はチャンバ１０内にキセノンが存在しない状態からのレーザ発振開始の制御を説明するフローチャートである。
【００４８】
まず、チャンバ１０内のレーザガスを新規ガスに交換し、キセノンは殆ど存在しない状態となる（ステップＳ１）。つぎにレーザの調整発振を行って所望の性能（出力パワー、スペクトル等）を得るよう調整を行う（ステップＳ２）。この調整発振によって電極がスパッタリングされ、キセノンがレーザガス中に添加されるのでステップＳ３以降はキセノンガスを含んだ状態でレーザ発振を行い、半導体露光処理などの作業を行うことができる。
【００４９】
調整発振回数Ｂは（１）と同様、以下の式で求める。
【００５０】
Ｚ  ＊  １０／１０＾6   ＊  １／２２．４
＝  Ｂ  ＊  ｙ／Ａ  ＊  ｘ／１００  ＊  １／１３１．３
上述してきたように、従来のエキシマレーザ装置にキセノン含有電極１５を配設し、スパッタリングによりキセノンガスを供給するよう構成したため下記に示す効果が得られる。
【００５１】
（１）キセノンガスボンベを用いなくとも、エキシマレーザ出力に生ずるバースト現象並びにスパイク現象を低減することができる。
【００５２】
（２）エキシマレーザ用ガスの供給に係る制御を伴うことなく簡単にエキシマレーザ出力を安定化することができる。
【００５３】
（３）従来のエキシマレーザ装置を基本構成としてエキシマレーザ出力の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】キセノンガス含有電極を用いるエキシマレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】キセノンガスを添加したエキシマレーザ用ガスを用いた場合のバースト特性及びスパイク特性の一例を示す図である。
【図３】キセノン含有電極にキセノンを注入するイオン注入装置の説明図である。
【図４】キセノン含有電極にキセノンを注入する高周波放電の原理図である。
【図５】レーザ発振開始の制御を説明するフローチャートある。
【符号の説明】
１０…チャンバ
１１…狭帯域化ユニット
１２…部分透過ミラー
１３…Ａｒ／Ｎｅガスボンベ
１４…Ａｒ／Ｎｅ／Ｆ2 ガスボンベ
１５…Ｘｅ含有電極
１６…Ｘｅガスセンサー
１７…ガス排気モジュール
１８…ガスコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004148489.tif 000005
【図５】
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