(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ筐体内に、ハロゲンガスを含むレーザ媒体と、該レーザ媒体にレーザを発振させるための高電圧パルスを印加する放電電極対とを収容して成るエキシマレーザ装置において、前記放電電極対は、主結晶相が、酸化イットリウムと酸化アルミニウムとの組成比率が酸化イットリウムのモル比をＡ，酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、Ａ＝０．４５〜０．８、Ｂ＝０．２〜０．５５である原料粉末を焼成してなる酸化イットリウムとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）との混合相であり、副成分として正方晶酸化ジルコニウムを含有するセラミックスから成る絶縁体に取着されてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエキシマレーザ装置に関し、特にそのレーザ筐体内に収容される放電電極対を取着するための絶縁体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマレーザ装置は、半導体ウェハー加工工程における露光装置の光源等として用いられている。
【０００３】
従来のエキシマレーザ装置は、一般にハロゲンガスと希ガスの混合ガスから成るレーザ媒体と、レーザ筐体内に設置され、レーザ媒体を励起してレーザを発振させる有機高分子樹脂、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁体に取着された放電電極対により構成されている。かかるエキシマレーザ装置は、放電電極対間に高電圧パルスを印加することによって、レーザ媒体を励起し、レーザを発振させることによって例えば半導体ウェハー加工工程における露光装置の光源として機能する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のエキシマレーザ装置は、レーザ媒体に反応性の高いハロゲンガスが含まれており、該ハロゲンガスが有機高分子樹脂や、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁体と反応して不純物ガスや反応生成物を生成してしまい、その結果、ハロゲンガスの量が大きく減少し、レーザ出力が低下したり、レーザの波長にバラツキが生じるという欠点を有していた。
【０００５】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は放電電極対が取着される絶縁体をハロゲンガスを含むレーザ媒体に対し難反応性とし、不純物ガスや反応生成物の生成を有効に防止して一定波長のレーザを長期間にわたり一定の出力で得ることができるエキシマレーザ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ筐体内に、ハロゲンガスを含むレーザ媒体と、該レーザ媒体にレーザを発振させるための高電圧パルスを印加する放電電極対とを収容して成るエキシマレーザ装置において、前記放電電極対は、主結晶相が、酸化イットリウムと酸化アルミニウムとの組成比率が酸化イットリウムのモル比をＡ，酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、Ａ＝０．４５〜０．８、Ｂ＝０．２〜０．５５である原料粉末を焼成してなる酸化イットリウムとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）との混合相であり、副成分として正方晶酸化ジルコニウムを含有するセラミックスから成る絶縁体に取着されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のエキシマレーザ装置によれば、放電電極対が取着される絶縁体が、主結晶相が、酸化イットリウムと酸化アルミニウムとの組成比率が酸化イットリウムのモル比をＡ，酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、Ａ＝０．４５〜０．８、Ｂ＝０．２〜０．５５である原料粉末を焼成してなる酸化イットリウムとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）との混合相であり、副成分として正方晶酸化ジルコニウムを含有するセラミックスにより形成されており、酸化イットリウムとＹＡＧとの混合相を主結晶相とするセラミックスは難反応性であることから、レーザ媒体のハロゲンガスが接触したとしても不純物ガスや反応生成物を多量に生成することはなく、その結果、ハロゲンガスの量に大きな変化を招来することがなく、レーザの出力を常に一定となすことができるとともにレーザの波長のバラツキを防止することができる。
【００１１】
また、上記セラミックスから成る絶縁体に副成分として正方晶酸化ジルコニウムを５００ｐｐｍ乃至５００００ｐｐｍ含有させておくと絶縁体の難反応性を維持しつつ耐熱衝撃性を向上させることができ、エキシマレーザ装置としての信頼性をより高いものとなすことができる。
【００１２】
さらに、上記セラミックスから成る絶縁体の主結晶相の平均結晶粒径を１０μｍ以下、気孔率を０．２％以下とすると絶縁体の反応性をより一層難反応性となすことができ、これによってエキシマレーザ装置のレーザ波長、出力をより長期間にわたって一定となすことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１はエキシマレーザ装置の一実施例を示す概略図であり、１はレーザ筐体、２は放電電極対、３は絶縁体である。
【００１５】
前記レーザ筐体１は、例えば円筒状をなし、内部にハロゲンガスと、ネオンやアルゴン等の希ガスとから成るレーザ媒体４が充填されている。
【００１６】
また、前記レーザ筐体１は、例えばアルミニウム等の金属材料から成り、その内部に絶縁体３に取着された一対の放電電極対２、２が収容されている。
【００１７】
前記放電電極対２、２はその間に例えば１５ｋＶの高電圧パルスを印加することによって、レーザ筐体１の内部に充填されているレーザ媒体４を励起し、これによって一定波長のレーザが発振し、出力される。
【００１８】
前記放電電極対２、２は、その各々が絶縁体３に取着されており、該絶縁体３はレーザ筐体１に対し、放電電極対２を電気的に絶縁した状態で支持する作用をなす。
【００１９】
前記絶縁体３は、酸化イットリウムとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）との混合相を主結晶相とするセラミックスにより形成されている。
【００２０】
前記絶縁体３の形成方法としては、例えば
（１）まず、酸化イットリウム粉末と酸化アルミニウム粉末とを混合して１０００〜１６００℃で仮焼し、その後、これらを粉砕して原料粉末を製作する。
（２）次に、前記原料粉末に分散剤、イオン交換水及び酸化ジルコニウムをポットミルに投入し、高純度酸化アルミニウムボールによって均一に分散させて泥漿を作製し、射出成形法や鋳込成形法、あるいはドクターブレード法などのテープ成形法により成形するか、あるいはスプレードライヤにて乾燥造粒して造粒粉末を製作し、この造粒粉末を金型に充填してメカプレス成形法やラバープレス成形法により成形し、これらの成形方法によって製作した成形体に切削加工を施して所定の形状とする。
（３）最後に、前記成形体を８０℃程度の温度で乾燥させた後、８００〜１４００℃の温度で２時間程度仮焼し、さらに仮焼した成形体を大気雰囲気下にて、１６００〜１７５０℃の焼成温度で数時間本焼成する
ことによって形成される。
【００２１】
ここで前記セラミックスにおける酸化イットリウムと酸化アルミニウムの組成比率を酸化イットリウムのモル比をＡ、酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、  ０．３６５≦Ａ≦０．３８５、  ０．６１５≦Ｂ≦０．６３５の組成比において結晶相ＹＡＧが形成される。
【００２２】
酸化イットリウムと酸化アルミニウムとの組成比率が酸化イットリウムのモル比をＡ，酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、Ａ＝０．４５〜０．８、Ｂ＝０．２〜０．５５とすることにより、酸化イットリウムとＹＡＧとの混合相を得ることができる。
【００２３】
酸化イットリウムとＹＡＧとの混合相を主結晶相とするセラミックスにより形成されている絶縁体３は、難反応性であるためレーザ媒体４のハロゲンガスが絶縁体３に接触したとしても不純物ガスや反応生成物が多量に生成することはなく、その結果、ハロゲンガスの量に大きな変化を招来することがなく、レーザの出力を常に一定となすことができるとともにレーザの波長のバラツキを防止することができる。
【００２４】
また、前記セラミックスから成る絶縁体３に副成分として正方晶酸化ジルコニウム５００ｐｐｍ乃至５００００ｐｐｍ含有させておくと絶縁体３の難反応性を維持しつつ耐熱衝撃性を向上さすことができる。この正方晶酸化ジルコニウムを含有させることによって耐熱衝撃性が向上するのは、絶縁体３に熱衝撃が印加された際、絶縁体３にクラックが発生するが正方晶の酸化ジルコニウムが、正方晶から単斜晶へと相変態をおこすことで、クラックの進展エネルギーを吸収し、これによってクラックの進展が有効に防止されるためであると考えられる。
【００２５】
前記絶縁体３に正方晶酸化ジルコニウムを含有させる場合、その含有量が５００ｐｐｍ未満であると絶縁体３の耐熱衝撃性は小さくなる傾向にあり、また５００００ｐｐｍを超えると絶縁体３の難反応性が維持されず、ハロゲンガスを含むレーザ媒体４が接触した際に不純物ガスや反応生成物等を生成する危険性がある。従って、絶縁体３の耐熱衝撃性を向上させるために酸化ジルコニウムを含有させる場合には、酸化ジルコニウムの含有量は５００ｐｐｍ乃至５００００ｐｐｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２６】
さらに、上記セラミックスから成る絶縁体３の主結晶相の平均結晶粒径を１０μｍ以下、気孔率を０．２％以下としておくと、絶縁体３の反応性をより一層難反応性となすことができる。これは腐食が発生しやすい気孔のエッジ部分を減少させ、気孔のエッジ部分から腐食の進行が加速されるのを有効に防止するためと考えられる。
【００２７】
なお、前記絶縁体３の平均結晶粒径が１０μｍを超え、且つ気孔率が０．２％を超えた場合、絶縁体３の反応性は絶縁体３を形成する材料自身の特性（難反応性）によってのみ決定される傾向にあるため、絶縁体３の反応性をより一層難反応性とするには絶縁体３の主結晶相の平均結晶粒径は１０μｍ以下、気孔率は０．２％以下としておくことが好ましい。
【００２８】
また、前記絶縁体３の主結晶相の平均結晶粒径を１０μｍ以下、気孔率が０．２％以下の絶縁体３を得るには、原料粉末の粒径を１〜２μｍ程度とし、且つ焼成時の最高温度での保持時間を短くすることによって得られる。
【００２９】
かくして、上述のエキシマレーザ装置は放電電極対２、２間に１５ｋＶの高電圧パルスを印加することによってレーザ媒体４を励起し、レーザが発振させることによって、例えば半導体ウェハー加工工程における露光工程の光源として機能する。
（実験例）次に本発明の作用効果を以下の実験例に基づき説明する。
（実験例１）まず、絶縁体の主結晶相を本発明品である酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）とＹＡＧとの混合相からなるセラミックスと、比較品としてＹＡＧ、ＹＡＧと酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の混合相からなるセラミックスと、従来品として用いられている純度が９９．９重量％の酸化アルミニウム質焼結体および純度が９９．９重量％の窒化アルミニウム質焼結体とから形成される直径が３０ｍｍ、厚みが３ｍｍの表１に示す試料Ｎｏ．１〜１３を準備する。
【００３０】
次に各試料をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置にセットするとともにハロゲンガスのうち腐食性の強いＳＦ6ガスを３時間曝し、しかる後、各試料の重量を調べ、重量減少からエッチングレートを求めるとともに試料Ｎｏ．１２（従来の純度が９９．９重量％の酸化アルミニウム質焼結体）のエッチングレートを１としたときの相対比較を求めた。
【００３１】
その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0004243399.tif 000002
【００３３】
表１から判るように、本発明品（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）はそのいずれもが従来品である試料Ｎｏ．１２のエッチングレートを１としたときの相対値が０．０６以下であり、従来品および比較品よりも極めて難反応性である。
【００３４】
従って、本発明品の放電電極対が取着される絶縁体を酸化イットリウムとＹＡＧとの混合相を主結晶相とするセラミックスで形成した場合、レーザ媒体のハロゲンガスが接触したとしても不純物ガスや反応生成物が多量に生成することはなく、その結果、ハロゲンガスの量に大きな変化を招来することがなく、レーザの出力を常に一定となすことができるとともにレーザの波長のバラツキを有効に防止し得ることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のエキシマレーザ装置によれば、放電電極対が取着される絶縁体の主結晶相が、酸化イットリウムと酸化アルミニウムとの組成比率が酸化イットリウムのモル比をＡ，酸化アルミニウムのモル比をＢとしたとき、Ａ＋Ｂ＝１、Ａ＝０．４５〜０．８、Ｂ＝０．２〜０．５５である原料粉末を焼成してなる酸化イットリウムとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）との混合相であり、副成分として正方晶酸化ジルコニウムを含有するセラミックスにより形成されており、酸化イットリウムとＹＡＧとの混合相を主結晶相とするセラミックスは難反応性であることからレーザ媒体のハロゲンガスが接触したとしても不純物ガスや反応生成物が多量に生成することはなく、その結果、ハロゲンガスの量に大きな変化を招来することがなく、レーザの出力を常に一定となすことができるとともにレーザの波長のバラツキを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エキシマレーザ装置の一実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１：レーザ筐体
２：放電電極対
３：絶縁体
４：レーザ媒体
【図１】
0004243399.tif 000003