(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微小間隙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し、前記レーザガスから発す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において、
前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離離間されてマイクロ波の通路が形成され、前記微小間隙から前記レーザ管壁までの離間距離は前記導波管から導入されるマイクロ波の半波長の整数倍であり、前記微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙とされており、前記導波管内に誘電体が充填されていることを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
前記空隙の幅は、前記導波管から導入されるマイクロ波の半波長の整数倍である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】
前記空隙は、その先端部位のみが幅狭とされており、前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方向にわたるスリット形状とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記空隙は、その先端部位近傍のみが幅広とされており、当該幅が前記導波管から導入されるマイクロ波の波長又は半波長にほぼ等しい値とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
前記空隙は、その先端部位近傍の幅が、前記微小間隙から放出されるマイクロ波の強度分布を反映して当該空隙の長手方向に沿って異なる値とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
前記レーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガスとＦ2ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ発振装置。
【請求項７】
照明光を発する光源である請求項１〜５のいずれか１項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８】
被照射面に感光材料を塗布する工程と、
請求項７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９】
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８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】
ここで、仮にスロットから放出されるマイクロ波の強度分布が均一であったとしても、レーザ光の共振器長を満たすだけの長い空間にマイクロ波を供給するには、共振器長軸方向に沿って複数のスロットを配置したスロットアレイ構造を形成する必要がある。この構造を図１７に示す。図１７において、導波管壁２０１に複数の微小間隙（スロット）２０２が等間隔に形成されており、便宜上レーザ管内を放出空間として略記する。
【０００６】
このスロットアレイ構造を採用した場合、隣接するスロット２０２間の領域（図１７中、楕円形の斜線部で示す。）は必然的にマイクロ波の非照射領域となる。従って、マイクロ波により放出空間に存するレーザガスを励起する際にも非照射領域の存在に起因してマイクロ波強度にムラが生じ、全体として不均一な分布のプラズマ放電が発生することになる。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、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。
【０００８】
【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微小間隙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し、前記レーザガスから発す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において、前記微小間隙上から前記レーザ管壁までの間が所定距離離間されてマイクロ波の通路が形成され、前記微小間隙から前記レーザ管壁までの離間距離は前記導波管から導入されるマイクロ波の半波長の整数倍であり、前記微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体が設けられ、前記通路が前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方向にわたる所定幅の空隙とされており、前記導波管内に誘電体が充填されている。
【００１３】
本発明のレーザ発振装置の一態様において、前記空隙の幅は、前記導波管から導入されるマイクロ波の半波長の整数倍である。
【００１４】
本発明のレーザ発振装置の一態様において、前記空隙は、その先端部位のみが幅狭とされており、前記レーザ管との接触部位で当該レーザ管の長手方向にわたるスリット形状とされている。
【００１５】
本発明のレーザ発振装置の一態様において、前記空隙は、その先端部位近傍のみが幅広とされており、当該幅が前記導波管から導入されるマイクロ波の波長又は半波長にほぼ等しい値とされている。
【００１６】
本発明のレーザ発振装置の一態様において、前記空隙は、その先端部位近傍の幅が、前記微小間隙から放出されるマイクロ波の強度分布を反映して当該空隙の長手方向に沿って異なる値とされている。
【００１９】
本発明のレーザ発振装置の一態様は前記レーザガスを、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた少なくとも１種の不活性ガス、又は前記少なくとも１種の不活性ガスとＦ2 ガスとの混合ガスとするエキシマレーザ発振装置である。
【００２０】
本発明の露光装置は、照明光を発する光源である前記レーザ発振装置と、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。
【００２１】
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、前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。
【００２２】
本発明のデバイスの製造方法の一態様においては、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。
【００２３】
【作用】
本発明のレーザ発振装置においては、導波管壁に形成された複数の微小間隙（スロット）上からレーザ管壁までの間が所定距離離間され、前記電磁波の通路が形成されている。この場合、各微小間隙から放出された電磁波はレーザ管壁の近傍では波面が平坦化され、全体として平面波近似となってレーザ管内に伝播する。従って、レーザ管内のレーザガスにはほぼ均一の平面波とされた電磁波が到達することになり、レーザ管の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【００２４】
具体的には、微小間隙上からレーザ管壁までの離間距離を導波管から導入される電磁波の管内における半波長の整数倍とすることにより、各微小間隙から放出された電磁波が反射波と干渉し弱め合うことなくレーザ管内に到達することになる。
【００２５】
また、微小間隙上を含む前記通路を囲むように導電体を設け、前記通路を所定幅の空隙とすることにより、エネルギー損失を最小限に抑えることができる。若しくは、当該電磁波の管内における半波長の整数倍の幅とすることにより、微小間隙の垂直方向に共振条件を与えることが可能となり、スリット部での電界を高く設定できる。
【００２６】
更に、前記空隙に誘電体を充填することにより、前記通路内におけるプラズマ生成を抑止し、確実にレーザ管内のみでプラズマ放電を惹起させることができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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に設けられた窓部１５から当該レーザ管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２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。
【００３３】
本実施形態では、導波管１に、導波管壁とレーザ管壁との間のスロット１０上の領域を除く部位に両者を所定距離離間させる導電体板、ここでは金属壁１２（図２参照）が設けられている。
【００３４】
導波管１の具体的な様子を図２及び図３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）はその平面図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）中の線分ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面図、図３（ｂ）は図２（ｂ）中の線分Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。
【００３５】
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されており、これらスロット１０の周囲を囲むように金属壁１２が設けられている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、この金属壁１２により、スロット１０からレーザ管壁の窓部１５までの間にレーザ管２の長手方向に導波管１の全域にわたる空隙が形成され、この空隙がマイクロ波の通路１１となる。
【００３６】
なお、本例ではスロット１０を導波管１のいわゆるＥ面に形成した場合を例示しており、スロット１０をＨ面に形成する場合には、スロット１０の形成部位に応じた通路が形成されるように金属壁を設ける必要がある。
【００３７】
ここで、スロット１０からレーザ管壁の窓部１５までの離間距離は、導波管１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ちマイクロ波の管内波長をλg 、ｎを整数として、
ｄ＝ｎ×λg ／２  ・・・（１）
で表される距離ｄとする。
これにより、通路１１は共振器として機能し、各スロット１０から放出されたマイクロ波はレーザ管２内からの反射波と干渉し弱め合うことがなくなる。
【００３８】
なお、整数ｎの値は任意であるが、あまり大きい値であると、後述するように通路１１をマイクロ波が伝播する際に、当該マイクロ波の金属壁１２への吸収による損失が大きくなるため好ましくない。従って、後述の如く整数ｎを３程度に規定することが最も好適である。
【００３９】
また、通路１１の幅もまた同様な理由から、導波管１から導入されるマイクロ波の管内における半波長の整数倍、即ち、
ｗ＝ｎ×λg ／２  ・・・（２）
で表される幅ｗとする。
【００４０】
以下、通路１１を備えた導波管１の機能について説明する。
マイクロ波が導波管１内を伝播することにより、導波管壁には電流が流れる。マイクロ波は、導波管１の長手方向距離で規定された伝播空間内で定在波として存在し、この定在波に起因して導波管壁の前記電流も定在波の形態を採る。但し、マイクロ波の定在波の形態は立体的で複雑であり、一般的な分布定数線路の電流の定在波を指標として考察するのが便宜に利する。
【００４１】
前記電流の定在波を指標とした一例を図４に示す。このように本例では、スロット１０はその形成部位が前記電流の定在波（即ち、マイクロ波の定在波に相当する。）の腹部位に相当するように配されている。従って、図５に示すように、マイクロ波の波面はスロット１０から放出された直後では、各スロット１０のアレイ形状に起因して各スロット１０に対応した非連続の曲面形状となる。そして、マイクロ波は各スロット１０から金属壁１２に規制された通路１１を伝播することで徐々に平面波に近づき、通路１１を通過して外部（即ち、レーザ管２内）に放出されるときには、その波面は各スロット１０に沿った全体にわたってほぼ平面様形状となる。
【００４２】
従って、レーザ管２内のエキシマレーザガスにはほぼ均一の平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の均一化に寄与する。
【００４３】
ここで、本実施形態の変形例について説明する。なお、実施形態に対応する構成部材等については同符号を記して説明を省略する。
【００４４】
（変形例１）
この変形例１では、図６（ａ），（ｂ）（各図とも図３と同様の断面図）に示すように、通路１１の先端部位１３のみが幅狭となるように金属壁１２を形成する。この場合、通路１１の先端部位１３は、レーザ管２との接触部位（即ち窓部１５）で当該レーザ管２の長手方向にわたるスリット形状とされている。
【００４５】
このような形状に通路１１を形成することにより、マイクロ波のレーザ管２内への放出時に意図しないエネルギーの散逸を更に抑止することができる。
【００４６】
（変形例２）
この変形例２では、図３（ａ）、図６（ａ）の構造に対して、それぞれ図７、図８に示すように、通路１１内を充填するように誘電体１４を設ける。誘電体１４の材料としては石英、フッ化カルシウム、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアなどが好適である。
【００４７】
通路１１内に誘電体１４を充填することにより、プラズマの通路１１内部での生成を防ぐことができる。なお、この際使用する誘電体１４は、より効率よくマイクロ波を伝播させるために誘電率が高く、誘電損が小さい方が望ましい。
【００４８】
ここで、同時にプラズマで発生する大量の熱を高速に外部に放出するため、誘電体１４は熱伝導性が高いことが要求される。更には、エキシマレーザのように反応性の高いＦ2 等が含まれる雰囲気にさらされることを考慮すると、そのような腐食系のガスに対する十分な耐性を持ち合わせていることも重要である。仮にマイクロ波の放出端、即ちプラズマに接している面は、高い温度１００〜１０００℃（入射エネルギーに依存）に加えプラスマからの数〜数百ｅＶ（プラズマポテンシャルに依存）のイオン照射によるスパッタリングなど極めて厳しい環境にある。したがって、場合によっては熱伝導性が高く、比較的Ｆ2 耐性が高いＡｌＮやアルミナを誘電体１４の材料として用い、その表面（プラズマとの界面）に、ＣａＦ2 ，ＬｉＦ2 ，ＭｇＦ2 のようなフッ化物を数μｍ〜数百μｍコーティングすることで、熱伝導の同題と、腐食ガスへの耐性・スパッタリング耐性などを両立できる。
【００４９】
通路１１内でのエネルギー損失は大きく２つに分かれる。即ち充填された誘電体での誘電損と、描道管壁での損失である。誘電損による減衰常数αは、
α＝ωμσ／２β  ・・・（３）
で表される（ω：角周波数／μ：透磁率／σ：電気伝導度／β：位相定数）。
また、管壁における損失においては、ＴＥ１０モードに着目すると、
【００５０】
【数１】
0004256519.tif 000002
【００５１】
で与えられる。（ξ：電波インピーダンス／δ：スキンデプス）この両者の内より支配的な損失が、例えばプラズマに供給されるエネルギより小さければよい。すなわち、プラズマでのマイクロ波の吸収率をｒとすると、プラズマがカットオフ状態の場合はｒ≪１であり、
スロット面とプラズマ界面との間を往復（多重反射）することを考慮すると、
ｅｘｐ（−２α・ｎλg ／２）＜ｒ  ・・・（４）
を満たすｎを用いて、均一化線路の最大長を定義することができる。
【００５２】
しかしながら、マイクロ波の効率の点では吸収率ｒに対してより低い損失に設定することが重要でありｒに対し、１／１０〜１／１００程度少なくなるような設計が好ましい（このような設定をすることで、より損失の少ない系を設計できる。）。
【００５３】
ここで、誘電体１４を通路１１に充填した場合の具体的な実験例を以下にしめす。
ａ＝４２ｍｍ，ｂ＝２１ｍｍ、導波管共振器長（長手方向、即ちレーザ発振方向）２２０．８ｍｍのＥ面放出アンテナを用い、スロットの前面に金属壁１２を配した２．４５ＧＨｚのＡｌ合金筐体のマイクロ波照射アンテナを製作した。導波管共振器、即ち通路１１内には、誘電率９．８のアルミナが充填されている。このとき、導波管共振器内の管内波長は、４４．２ｍｍである。したがって、スロットピッチも４４．２ｍｍに設定してある。
【００５４】
スロットから放出されたマイクロ波は通路１１内に放出される。この通路１１は近似的には平行平板型の導波路であり、この近似のもとでは波長は自由空間での波長と等しく（但し、誘電体内部）３９．１ｍｍである。実際は、通路１１のレーザ発振方向の長さ２３５．３ｍｍをａとする方形導波管であるが、このときの管内波長は３９．２ｍｍであり、自由空間の波長に比べ３．５×１０-3程度しか変わらないため、本構造では自由空間長の波長近似を用いることも可能である。このときの半波長は１９．６ｍｍであり、通路１１のスロット１０面から放出面までの距離は、ｎ：１，２，３…に対して１９．６ｍｍ，３９．２ｍｍ，５８．８ｍｍ…で与えられる。
【００５５】
ここで、共振器における損失を考慮する。誘電損によるαは、アルミナの抵抗卓が１０11Ω・ｃｍのとき、５．２２×１０-7ｄＢ／ｍであり、管壁吸収による損失は、アルミナの抵抗率を２．６５×１０-6Ω・ｃｍとして、０．２３４ｄＢ／ｍである。この場合、支配的な損失は管壁の吸収であるため、これに着目する。１９．６ｍｍ進行する度に導波管を伝搬するエネルギーに対して０．００５３％の損失が発生する。従って、例えば通路１１を１往復する際の損失を投入エネルギーの０．０２％程度に押さえるために、ｎを４（損失：０．２１％）より小さく最も均一化の効果が得られる３に設定した。実際は、多重反射が起こるため、このように低い損失レベルに抑え込む必要がある。
【００５６】
（変形例３）
この変形例３では、図９（ａ），図９（ｂ）（図３（ａ），図３（ｂ）と同様の断面図）に示すように、通路１１の先端部位１３の近傍のみが幅広、具体的には、その半値幅αが、
α＝λg ／４
又は、
α＝λg ／２
となる幅広部１６を通路１１が有するように金属壁１２を形成する。
【００５７】
この場合、幅広部１６は通路１１に倣ってレーザ管２の長手方向に導波管１の全域にわたるように形成されており、幅広部１６が上記の如き幅に形成されていることから、この幅広部１６でマイクロ波の共振のエネルギーを効率良く集中させることが可能となる。
【００５８】
変形例２に挙げた構造を持つ導波路に対し、本構造を付加した導波路を製作した。このとき、αがλg ／４及びλg ／２に対しそれぞれ１９．６ｍｍ及び３９ｍｍであり、１６の高さを５ｍｍとして設計した。また、通路１１の厚みは４ｍｍとしている。このとき、１６に存在するエネルギーは、通路１１及び１６に存在するエネルギーのそれぞれ３１．３％／４７．７％であり、このことから窓部１５に近い部位（即ち１６）にエネルギーが集中されていることが分かる。この比較では、αがλg ／２である場合の方がよりエネルギーが集中しているように思えるが、１６の中心からλg ／４の距離内（即ちスロット１０近傍）に存在するマイクロ波のエネルギーに着目すると、通路１１及び１６に存在するエネルギーのそれぞれ３１．３％／２３．８％であり、αがλg ／４である場合の方がよりスロット１０近傍にエネルギーを集中させる効果が高いと言える。
【００５９】
更に、変形例３の他の形態を図１０に示す。この場合、幅広部１６の幅が、スロット１０から放出されるマイクロ波の強度分布を反映してレーザ管２の長手方向に沿って異なる値とされている。即ちここでは、金属壁１２を設けて通路１１を形成するに加えて、更なるマイクロ波の波面の均一化を図るため、通路１１のマイクロ波放出部位での均一化をより是正するように当該放出部位での不均一性に合わせて、幅広部１６の幅（又は半値幅α）を変化させた構造とする。
【００６０】
これにより、レーザ管２内のエキシマレーザガスには更に均一な平面波とされたマイクロ波が到達することになり、レーザ管２の長手方向にわたって均一なプラズマ放電が実現され、レーザ発光の更なる均一化に寄与する。
【００６１】
この効果は、空間的な間隙の形状を変化させることにより、伝播路の特性を変化できるというマイクロ波固有の性質によるものである。長さＬ特性インピーダンスＺ0 である終端短絡導波路のインピーダンスＺは、
Ｚ＝ｊＺ0 ｔａｎ（（２π／λg ）Ｌ）
となる。これは即ち如何なる値を持つ誘導性奏子（ディスクリートな素子でいうインダクタンス、コイル）及び容量性素子（ディスクリートな素子でいうキャパシタンス、キャパシタ）をＬを変化させるだけで形成することができることを示している。スロットライン方向に半値幅αを変化させるということは、電磁波にとってのスロットのインピーダンスを付随的に変化させることになり（等価回路的にみると、スロットに対して連続的にさまざまな値を持つコイルやキャパシタが並列に接続されている）、結果的にスロットから放出される電磁波の分布を制御することができる。
【００６２】
（変形例４）
この変形例４では、図１１に示すように、通路１１内の各スロット１０の上部に、当該スロット１０に対して対称形状な曲面を有する誘電体レンズ１７が設けられている。この曲面形状としては、スロット１０の形状・サイズ及び放出するマイクロ波に応じて、球面、非球面（楕円状、双曲線状等）、矩形の組み合わせとすればよく、図示の例では球面の場合を示す。この誘電体レンズ１７として適用可能なものとしては、ゾーンニングレンズをはじめマイクロ波に対するレンズ効果を奏する全ての構造を含む。
【００６３】
誘電体レンズ１７は、マイクロ波の波面形状の均一化を行なう際に、スロット１０を通過するマイクロ波の行路差による位相ずれを解消するような誘電率及び前記曲面形状をもつものである。通常マイクロ波は誘電体中を伝搬する際にはその速度が真空（又は空気中）に比して遅くなるため、誘電体レンズ１７を上記の如き構成に設計することで、行路差に比例して波面を調整することができ、均一化が可能となる。
【００６４】
この場合、生成されるプラズマにおける反射を考慮し、多重反射を見込んで誘電率及び前記曲面形状の最適化を図ることが好適である。または、反射を最小とするために誘電体レンズ１７のレンズ厚をλg ／２の整数倍（レンズ前後の誘電体の誘電率が両者共に高い／低いとき）、あるいはλg ／４の奇数倍（その他のとき）とすることが望ましい。
【００６５】
更に、変形例４の他の形態を図１２（図１１と同様の平面図）に示す。これは、誘電体レンズ１８を各スロット１０の直上ではなく、通路１１内で所定距離離間させて配し、その曲面形状を非球面とした一例である。
【００６６】
なお、図１１及び図１２において、通路１１内に誘電体が充填された場合には、誘電体レンズ１７，１８を用いる代わりに、誘電体レンズ１７，１８の形状の空隙を通路１１内に誘電体に形成することで、同様の効果を奏することができることは言うまでもない。
【００６７】
（変形例５）
この変形例５では、図１３（ａ），図１３（ｂ）（図３（ａ），図３（ｂ）と同様）に示すように、導波管１内に誘電体１９を充填する。ここで、λc を遮断周波数とすると、放出されるマイクロ波の波長λと管内波長λg との関係は、
【００６８】
【数２】
0004256519.tif 000003
【００６９】
で表される。即ち、Ｅ面放射では、各スロット１０の間隔がλg 又はλg ／２であるため、導波管１に高誘電率の誘電体を充填すると、誘電体１９が強磁性体でなければ、誘電率の平方根に逆比例して波長λが小さくなり、管内波長λg のピッチが狭くなり、より均一なマイクロ波の放出が可能となる。
【００７０】
使用可能な誘電体としては、例えば、以下の表１に示すものが考えられる。但し、一般に誘電率が高くなると誘電損が大きくなるため、これを考慮して選択する必要がある。
【００７１】
【表１】
0004256519.tif 000004
【００７２】
これらの誘電体を導波管１内に充填することで、導波管１内の管内波長は表１の比で記載された波長比で小さくなり、マイクロ波の波面の十分な均一化を図ることが可能となる。
【００７３】
（変形例６）
この変形例６では、より高い周波数、例えば２．４５ＧＨｚの導波管１でのピッチに対して２倍としたい場合には、４．９ＧＨｚ程度の周波数のマイクロ波を採用する。これにより、当該周波数に反比例して波長λが変化し、スロット１０のピッチを狭めることが可能となる。
【００７４】
（変形例７）
この変形例７では、導波管１のＨ面幅を可能な限り大きくする。励起周波数帯のマイクロ波が遮断されないような範囲で導波管１の遮断周波数λc を大きくするほど、管内波長λg は波長λに近づき、小さくなる。従って、例えば導波管１内をＴＥ１０モードのみ伝搬しているような場合、Ｈ面幅を可能な限り大きくすることで、スロット１０のピッチを狭めることが可能となる。ＴＥ１０モードのみ伝搬する条件は、Ｈ面幅をａとすると、
ａ＜λ（＜２ａ）
であることから、Ｈ面幅ａは、
（λ／２＜）ａ＜λ
で与えられる。ここで、（  ）内はＴＥ１０モードを通らない、即ち全てのモードのマイクロ波が伝搬し得ない条件を除くための条件である。従って、Ｈ面幅ａを波長λ程度に設定することで、ＴＥ２０モードを励起することなく管内波長λg が最小値２／３1/2 λ（≒１．１５λ）に設定できる。なお、多モード励起を許容すると、管内波長λg は最小値λに漸近するが、その際にはａ→∞となるため現実的でない。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態及びその諸変形例のエキシマレーザ発振装置によれば、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射を実現し、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【００７６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。この第２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１４は、このステッパーの主要構成を示す模式図である。
【００７７】
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。
【００７８】
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、光源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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
次に、図１４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。
【００８３】
図１５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。
【００８４】
図１６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。
【００８５】
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。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、スロットアレイ構造を採用するも、レーザ管の長手方向にわたり全体的に均一な電磁波の放射が実現され、エネルギー損失を極力抑えた均一なレーザ発光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によ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】導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図３】導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図４】導波管のスロット位置とマイクロ波により生じる電流密度との関係を示す模式図である。
【図５】スロットからマイクロ波が放出される様子を示す概略断面図である。
【図６】変形例１における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図７】変形例２における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図８】変形例２における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図９】変形例３における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図１０】変形例３における導波管の他の例の具体的な様子を示す概略平面図である。
【図１１】変形例４における導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図１２】変形例３における導波管の他の例の具体的な様子を示す概略断面図である。
【図１３】変形例５における導波管の具体的な様子を示す模式図である。
【図１４】第２の実施形態のステッパーを示す模式図である。
【図１５】第２の実施形態の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１６】図１５におけるウェハプロセスを詳細に示すフロー図である。
【図１７】従来の導波管の具体的な様子を示す概略断面図である。
【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  通路
１２  金属壁
１３  先端部位
１４  誘電体
１５  窓部
１６  幅広部
１７，１８  誘電体レンズ
１９  誘電体
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】
0004256519.tif 000005
【図２】
0004256519.tif 000006
【図３】
0004256519.tif 000007
【図４】
0004256519.tif 000008
【図５】
0004256519.tif 000009
【図６】
0004256519.tif 000010
【図７】
0004256519.tif 000011
【図８】
0004256519.tif 000012
【図９】
0004256519.tif 000013
【図１０】
0004256519.tif 000014
【図１１】
0004256519.tif 000015
【図１２】
0004256519.tif 000016
【図１３】
0004256519.tif 000017
【図１４】
0004256519.tif 000018
【図１５】
0004256519.tif 000019
【図１６】
0004256519.tif 000020
【図１７】
0004256519.tif 000021