(57)【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スロットを介してマイクロ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させてプラズマを生成し、前記プラズマから発せられ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、
前記複数のスロットは前記導波管の長手方向に沿って一列に配置され、
前記スロットはその長手方向が前記導波管の長手方向と一致するように配置され、
前記プラズマの拡散を抑える遮蔽構造が前記スロットの長手方向に平行して前記スロットの両側方に設けられており、
前記スロットの各々が複数列のスリットから構成され、前記スリットはその長手方向が前記スロットの長手方向と一致するように開口を有し、前記複数列の端部の列におけるスリットの短辺方向の幅が前記複数列の中央近傍の列におけるスリットの短辺方向の幅よりも小さいことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
前記複数列のスリットにおいて、端部の列におけるスリットの長手方向の長さが、中央近傍の列におけるスリットの長手方向の長さよりも小さい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】
照明光を発する光源である請求項１または２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４】
被照射面に感光材料を塗布する工程と、
請求項３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５】
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４に記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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，Ｋｒ，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】
しかしながら、スロット上のマイクロ波放出面直近にはプラズマが生成されるが、スロット上に形成されるプラズマシースにおいては、マイクロ波の伝播が可能であり、結果マイクロ波がシース領域を介してスロット短軸方向に広がり、投入したパワーが分散してしまうためにエキシマレーザの励起に必要なエネルギ密度を満たすことができなかった。このことは、プラズマを広い空間に拡散すると、プラズマの生成に用いるためのエネルギが分散してエキシマを励起するだけのエネルギ密度を実現することが困難となることに起因する。
【０００６】
図８はプラズマシースを介してマイクロ波が伝播する様子を示す模式図であり、スロットの長手方向に対し垂直となる方向に沿った断面を示している。
【０００７】
スロット上ではプラズマは電気的に接地されていないが、その外側は基本的には直接導波管１に接地しており、シースにおける電位差、シース幅などが両者で異なってくる。このため、プラズマ密度が十分でない場合、シースが厚くなり、マイクロ波が外側に不均一に漏れ易くなる。この結果、スロット開口端の直上はプラズマが薄く、外側において高密度になるという現象が発生する。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、スロットアレイ構造を採用するも、スロット上に生成されるプラズマの拡散を抑止し、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。
【０００９】
【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スロットを介してマイクロ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させてプラズマを生成し、前記プラズマから発せられ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、前記複数のスロットは前記導波管の長手方向に沿って一列に配置され、前記スロットはその長手方向が前記導波管の長手方向と一致するように配置され、前記プラズマの拡散を抑える遮蔽構造が前記スロットの長手方向に平行して前記スロットの両側方に設けられており、前記スロットの各々が複数列のスリットから構成され、前記スリットはその長手方向が前記スロットの長手方向と一致するように開口を有し、前記複数列の端部の列におけるスリットの短辺方向の幅が前記複数列の中央近傍の列におけるスリットの短辺方向の幅よりも小さい。
【００１３】
本発明のレーザ発振装置の一態様例においては、前記複数列のスリットにおいて、端部の列におけるスリットの長手方向の長さが、中央近傍の列におけるスリットの長手方向の長さよりも小さい。
【００１５】
本発明の露光装置は、照明光を発する光源である請求項１又は２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。
【００１６】
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、上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。
【００１７】
本発明のデバイスの製造方法の一態様例においては、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。
【００１８】
【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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１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。
【００２４】
導波管１の具体的な様子を図２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）はその平面図である。
【００２５】
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置されている。スロット１０は、導波管１の長手方向に沿って配置されており、各々が導波管１の長手方向に延在する形状とされている。
【００２６】
図３は、第１の実施形態における導波管１のレーザ管２近傍の断面を示している。ここで、図３は、スロット１０の長手方向に対して垂直となる方向に沿った断面を示している。
【００２７】
導波管１に形成されたスロット１０からマイクロ波が放射されてスロット１０上にプラズマが生成される。そして、プラズマとスロット１０の開口端との間には、シースが形成される。本実施形態では、マイクロ波の均一な伝搬を考慮して、スロット１０の径（幅）はシースの厚さと同程度以下（１０μｍ〜１００μｍ）としている。従って、スロット１０の側方へのマイクロ波の伝播を抑止して、スロット１０上のみにプラズマを生成することが可能である。ここで、スロット１０上でのプラズマのせり出しの大きさは、例えばレーザビーム径の１／１０以下の大きさとしてレーザ発振に影響が少ないことが好ましい。
【００２８】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、スロット１０の幅をマイクロ波の波長よりも小さくすることによって、プラズマがシースを介してスロット１０上から側方に拡散することを抑止することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第２の実施形態は、スロット１０を複数のスリット１１から構成した態様である。なお、第２の実施形態におけるエキシマレーザー発振装置の全体構成は、第１の実施形態のものと同一であるため説明を省略する。また、第２の実施形態を説明する図面において、第１の実施形態と実質的に同一の構成要素については同一の符号を記して説明を省略する。
【００３０】
第１の実施形態で説明したように、スロット１０の幅をマイクロ波の波長以下の極細形状とした場合には、スロット１０の短辺方向の幅が狭いため、開口率が取れず放出効率が落ちる場合が想定される。第２の実施形態では、これを防止するためにスロット１０を複数のスリット１１を並列に配置した構成とし、放出効率を高めた点で第１の実施形態と相違する。
【００３１】
図４は、複数のスリット１１から構成されるスロット１０が形成された導波管１の平面図を示している。また、図５は、スリット１１の長手方向に対して垂直方向の断面を示す模式図である。
【００３２】
このように、極細形状のスリット１１を並列に複数個配置することによって、所望の開口率を得ることができ、並列に配置されたスロット１０上に均一にプラズマを生成させることが可能となる。
【００３３】
図６は、並列にスリット１１を配置した場合において、端部のスリット１１ａの幅を中央部のスリット１１の幅よりも狭くした例を示している。
【００３４】
スリット１１の短辺方向に生成されたプラズマが拡散することの防止を目的として、スロット１０（スリット１１）の開口端の短辺方向に金属壁１５等を形成した場合には、金属壁１５に沿った位置でより多くのプラズマの生成が行われるためプラズマの均一性の確保に問題が生じる場合がある。図６に示すように、端部に位置するスリット１１の短辺方向の幅を、中央部に位置するスリット１１の短辺方向の幅よりも狭くすることによって、スリット１１ａから放射されるマイクロ波の放射強度を低下させることができるため、スロット１０上に生成されるプラズマを全体として均一化することができる。
【００３５】
また、図７に示すように、端部のスリット１１ｂの長さを短くすることによっても、金属壁１５近傍でのプラズマの生成を抑制して、スロット１０上での均一なプラズマの生成を実現することができる。なお、本効果はマイクロ波にとって金属壁と同等の、すなわちマイクロ波の閉じ込めを可能とする構造であれば同様の結果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、極細スリット１１ａを並列に配置することによって、マイクロ波の放出効率を高めることができ、スロット１０上に均一にプラズマを生成すること可能となる。
【００３７】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。この第３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９は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。
【００３８】
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１１１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。
【００３９】
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、エキシマレーザ発振装置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１２４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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、図１０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。
【００４４】
図１０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。
【００４５】
図１１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１３（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。
【００４６】
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。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、個々のスロット上から所定範囲外へプラズマが拡散することを抑止できる。従って、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、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係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】本発明の第１の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振装置におけるスロットを示す概略平面図である。
【図８】従来のレーザ発振装置におけるスロット上に形成されるシースを説明するための概略断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るステッパーを示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る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１１】図１０におけるウェハプロセスを詳細に示すフロー図である。
【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
１１，１１ａ，１１ｂ  スリット
１５  金属壁
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
【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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