(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが封入されたレーザチェンバー内に配置された励起用の一対の放電電極を有し、放出するレーザ光のレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上である露光用ガスレーザ装置において、
キセノン添加前のレーザガスが３５℃以上であって、この３５℃以上のレーザガスに分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを添加することを特徴とする露光用ガスレーザ装置。
【請求項２】
キセノン添加前のレーザガスが４０℃以上であって、このレーザガスに分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを添加することを特徴とする請求項１記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項３】
キセノン添加前のレーザガスが４５℃以上であって、このレーザガスに分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを添加することを特徴とする請求項１記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項４】
レーザガスが封入されたレーザチェンバー内に配置された励起用の一対の放電電極を有し、放出するレーザ光のレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上である露光用ガスレーザ装置において、
レーザチェンバーの温度を３５℃以上に加熱し、その後、分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを含有するレーザガスをレーザチェンバーに封入することを特徴とする露光用ガスレーザ装置。
【請求項５】
レーザチェンバーの温度を４０℃以上に加熱することを特徴とする請求項４記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項６】
レーザチェンバーの温度を４５℃以上に加熱することを特徴とする請求項４記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項７】
レーザチェンバー内に配置された一対の放電電極を有し、前記レーザチェンバー内に封入され少なくとも分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを含有するレーザガスを前記一対の放電電極間の放電により励起してレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上のレーザ光を放出する露光用ガスレーザ装置において、
少なくとも前記レーザ光の放出時に前記レーザガスが３５℃以上に加熱されていることを特徴とする露光用ガスレーザ装置。
【請求項８】
前記のレーザガスを予備電離する予備電離手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項９】
前記レーザ光の放出時に前記レーザガスが４０℃以上に加熱されていることを特徴とする請求項７又は８記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項１０】
前記レーザ光の放出時に前記レーザガスが４５℃以上に加熱されていることを特徴とする請求項７又は８記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項１１】
極性が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期によってレーザ発振動作をするように構成されていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の露光用ガスレーザ装置。
【請求項１２】
ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、又は、フッ素レーザ装置の何れかであることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の露光用ガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光用ガスレーザ装置に関し、特に、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、又は、フッ素レーザ装置等の半導体露光用のガスレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプが放出する光より短い波長の光を放出するガスレーザ装置が用いられる。この露光用ガスレーザ装置として、現在、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。また、次世代を担う半導体露光用光源としては、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置、波長１５７ｎｍの紫外線を放出するフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置が有力である。
【０００３】
ＫｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザ媒質であるレーザガスとして、フッ素（Ｆ2 ）ガスとクリプトン（Ｋｒ）ガス、及び、バッファーガスとしてネオン等の希ガスからなる混合ガスを、ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザ媒質として、フッ素（Ｆ2 ）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガス、及び、バッファーガスとしてネオン等の希ガスからなる混合ガスを、フッ素レーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガスとバッファーガスとしてヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスを用いる。混合ガスであるレーザガスが数百ｋＰａで封入されたレーザチェンバーの内部で放電を発生させることにより、レーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【０００４】
すなわち、レーザチェンバー内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値（ブレークダウン電圧）に到達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起される。
【０００５】
そのため、このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰返しによるパルス発振を行うことにより、放出するレーザ光はパルス光となる。現状では、レーザパルスの繰返し周波数は２ｋＨｚ以上である。
【０００６】
露光用ガスレーザ装置は、発振パルス幅（Ｔis）が通常２０ｎｓ程度であるため、出力光のピークパワーが大きく、また、短波長であることから光子エネルギーが高いという特徴がある。ここでは、レーザ発振パルス幅としてＴisを用いている。
【０００７】
光学素子の劣化がレーザ光の二光子吸収によるものとすると、同一レーザエネルギー条件下において、光学系のダメージはＴisに反比例することが分かっている。Ｔisの定義式は以下の通りである。ただし、Ｐ（ｔ）は時間ｔに依存したレーザ強度である。
【０００８】
Ｔis＝［∫Ｐ（ｔ）ｄｔ］2 ／∫Ｐ（ｔ）2 ｄｔ          ・・・（１）
そのため、露光装置に搭載される光学系のダメージを低減する１つの方法として、レーザパルス幅Ｔisを長くするロングパルス化が求められるが、このロングパルス化は、以下の点からも要請される。
【０００９】
投影露光装置において、回路パターン等が施されたマスクの像が、投影レンズを介してフォトレジストが塗布されたウエハー等のワークに投影される投影像の解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは、次式で表される。
【００１０】
Ｒ＝ｋ1 λ／ＮＡ                                      ・・・（２）
ＤＯＦ＝ｋ2 λ／（ＮＡ）2                             ・・・（３）
ここで、ｋ1 、ｋ2 はレジストの特性等を反映する係数、λは露光用光源から放出される露光光の波長、ＮＡは開口数である。
【００１１】
解像度Ｒを向上させるため、（２）式から明らかなように、露光光の波長の短波長化、高ＮＡ化が進んでいるが, その分（３）式が示す通り、焦点深度ＤＯＦが小さくなる。そのため、色収差の影響が大きくなるので、露光光のスペクトル線幅をより狭くする必要がある。すなわち、露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅のさらなる狭帯域化が要請される。
【００１２】
ここで、Proc. SPIE Vol.3679.(1999)1030〜1037には、レーザパルス幅が長くなると、それに伴って、レーザ光のスペクトル線幅が狭くなっていくことが記載されており、実際、本発明者等の実験でもこれは証明された。すなわち、解像度Ｒを向上するためには、レーザ光のスペクトル線幅のさらなる狭帯域化が要請され、そのためには、レーザ光のさらなるロングパルス化が必須となる。
【００１３】
上記した露光用ガスレーザ装置において、これまで、レーザガスにさらにレーザガス中の希ガスとは異なるガス種の希ガス（キセノン：Ｘｅ等）を所定量添加して、放出されるレーザ光のパルス間のエネルギー安定性を向上させ、また、レーザ出力を増大させる技術が提案されている。
【００１４】
すなわち、特許第３，０４６，９５５号においては、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置のレーザチェンバー内に封入されたレーザガスに１００ｐｐｍ未満の添加ガス（１０ｐｐｍ未満の酸素、及び、ある量のレーザガス中の希ガスより重い希ガス（Ｘｅ等））を添加して、エネルギー安定性が向上することが述べられている。
【００１５】
また、特開２０００−２６１０７４、特開２０００−２６１０７５、特開２０００−２６１０８２、特開２０００−２９４８５６においては、レーザガス中にキセノンガスを所定量添加させると、所定時間の連続パルス発振運転と所定時間の発振休止を繰り返すバースト運転において、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バースト特性や、各連続パルス発振運転時に、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スパイク特性が改善されることが記載されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、エキシマレーザガスにキセノンを添加することでエネルギー安定度等のレーザ性能が向上することは知られている。しかし、さらなる露光装置の高性能化、露光用ガスレーザ装置の高寿命化のため、露光用ガスレーザ装置のさらなる高出力化、高安定度化、さらには、放出するレーザ光のレーザパルス幅のロングパルス化等が求められている。
【００１７】
このような状況下、本発明者等はキセノンを添加するときのレーザガスの温度に着目し、様々な温度条件でレーザ特性データを取得したところ、レーザ特性の温度条件に対する依存性が大きいことを発見した。
【００１８】
本発明のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、キセノンガス添加の効果が従来例より向上した露光用ロングパルスガスレーザ装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の露光用ガスレーザ装置は、レーザガスが封入されたレーザチェンバー内に配置された励起用の一対の放電電極を有し、放出するレーザ光のレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上である露光用ガスレーザ装置において、
キセノン添加前のレーザガスが３５℃以上であって、この３５℃以上のレーザガスに分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを添加することを特徴とするものである。
【００２０】
この場合、キセノン添加前のレーザガスが４０℃以上、より好ましくは４５℃以上であって、このレーザガスに分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを添加することが望ましい。
【００２１】
本発明のもう１つの露光用ガスレーザ装置は、レーザガスが封入されたレーザチェンバー内に配置された励起用の一対の放電電極を有し、放出するレーザ光のレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上である露光用ガスレーザ装置において、レーザチェンバーの温度を３５℃以上に加熱し、その後、分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを含有するレーザガスをレーザチェンバーに封入することを特徴とするものである。
【００２２】
この場合、レーザチェンバーの温度を４０℃以上、より好ましくは４５℃以上に加熱することが望ましい。
【００２５】
本発明の別の露光用ガスレーザ装置は、レーザチェンバー内に配置された一対の放電電極を有し、前記レーザチェンバー内に封入され少なくとも分圧比で２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のキセノンを含有するレーザガスを前記一対の放電電極間の放電により励起してレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上のレーザ光を放出する露光用ガスレーザ装置において、
少なくとも前記レーザ光の放出時に前記レーザガスが３５℃以上に加熱されていることを特徴とするものである。
【００２６】
この場合、レーザガスを予備電離する予備電離手段を備えていることが望ましい。
【００２７】
また、レーザ光の放出時にレーザガスが４０℃以上、さらに好ましくは４５℃以上に加熱されていることが望ましい。
【００２８】
以上において、例えば、極性が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期によってレーザ発振動作をするように構成されているものとすることができる。
【００２９】
以上の本発明の露光用ガスレーザ装置は、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、又は、フッ素レーザ装置の何れかとすることができる。
【００３０】
本発明においては、レーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上のレーザ光を放出する露光用ガスレーザ装置において、レーザ光の放出時にキセノンを含有するレーザガスが加熱されているので、レーザパルスの後半部の出力及び安定度を増加させることが可能となる。これにより、さらにレーザパルスが長くなり、低ピーク化、狭帯域化が実現されるのみならず、レーザ発振効率が向上するので、低入力化によりチェンバーライフが延長され、レーザ運転コストが低減される。また、レーザパルス後半部のエネルギーが安定することで、パルス毎のエネルギー安定度が向上し、露光ドーズ制御性も向上する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の露光用ガスレーザ装置を実施例に基づいて説明する。
【００３２】
露光用ガスレーザ装置の構成例を図１に示す。両端に窓部が設けられたレーザチェンバー１内には所定の組成比のレーザガスが満たされている。このレーザガスを励起するための一対の主放電電極２、２がレーザ発振方向と垂直な向きにレーザチェンバー１内に対向配置される。そして、高電圧パルス発生装置３により高電圧パルスを印加して主放電電極２、２間で放電を行い、レーザガスを励起させ、レーザ発振の元となる蛍光を発生させる。
【００３３】
なお、高繰り返し発振の際、放電により生じた電離物質等を次の放電前に放電空間から除去するために、レーザチェンバー１内に配置されたファン４の回転によりレーザガスはレーザチェンバー１内を強制循環している。このレーザガス循環により、主放電電極２、２間のレーザガスは、放電発生後、次の放電が発生する前に新しいガスに置換されるので、次の放電は安定な放電となる。
【００３４】
本発明者等は、レーザチェンバー１のレーザガス循環構造、ファン４の形状等の改良を行い、繰返し周波数２ｋＨｚ以上を実現した。
【００３５】
放電により生じた蛍光は、狭帯域化モジュール５に配置された狭帯域化光学系により所定の波長に選択されながら、出力鏡６との間を往復することによりレーザ発振し、レーザ光として出力鏡６から取り出される。なお、狭帯域化光学系は、例えば１個以上のプリズムからなるビーム拡大光学系とリトロー配置の反射型回折格子とから構成される。
【００３６】
出力鏡６より取り出されたレーザ光の一部はビームサンプラー７により分けられ、レーザ光の時間的波形を検出する波形検出手段及びレーザ光のエネルギーを検出する光エネルギー検出手段８に導かれる。波形検出手段で得られた波形データは、パルス幅算出手段９に、光エネルギー検出手段で得られたエネルギーデータはエネルギー安定度計算手段１０に送られる。パルス幅算出手段９は、受け取ったパルス幅データに基いて、前記した式（１）に従って、レーザパルス幅Ｔisを算出する。また、エネルギー安定度計算手段１０は、受け取ったエネルギーデータから安定度σを算出する。
【００３７】
このようなガスレーザ装置の主放電電極２、２の間に、図２に示すような放電回路により主放電電圧が、また、コロナ予備電離部１４の電極１１と１３の間に予備電離用コンデンサＣｃを介して予備放電電圧が印加される。なお、この例において、コロナ予備電離部１４は、例えば、第１電極１１が高純度アルミナセラミックス等の誘電体物質製の片側開放のチューブ１２内に円柱状電極を挿入して構成され、第２電極１３が矩形の板状体電極から構成され、第２電極１３の板状体はその１つの直線状のエッヂ近傍で屈曲されており、そのエッヂにおいて第１電極１１の誘電体チューブ１２の外面に平行に線接触してなり、その接触位置は、主放電電極２、２の間のレーザ励起空間を見込むことができる位置に設定されている。
【００３８】
高電圧パルスを生成する回路は、図２に示すような、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＬ０、ＳＬ１、ＳＬ２を用いた２段の磁気パルス圧縮回路からなる。磁気スイッチＳＬ０は固体スイッチＳＷ保護用のものであり、第１の磁気スイッチＳＬ１と第２の磁気スイッチＳＬ２により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
【００３９】
図２に従って回路の構成と動作を以下に説明する。まず、高電圧電源ＨＶの電圧が所定の値に調整され、磁気スイッチＳＬ０、インダクタンスＬ１を介して主コンデンサＣ０が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっている。主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷ両端にかかる電圧は磁気スイッチＳＬ０の両端にかかるよう移り、固体スイッチＳＷを保護する。磁気スイッチＳＬ０の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチＳＬ０の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＬ０が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＬ０、固体スイッチＳＷ、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。
【００４０】
この後、コンデンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッチＳＬ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＬ１が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＬ２のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
【００４１】
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳＬ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＬ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ２、ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＬ２のループに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が移行してピーキングコンデンサＣｐが充電される。
【００４２】
図２の説明から明らかなように、予備電離のためのコロナ放電は、誘電体チューブ１２と第２電極１３とが接触している個所を基点として誘電体チューブ１２の外周面に発生するが、図２のピーキングコンデンサＣｐの充電が進むにつれてその電圧Ｖ３が上昇し、Ｖ３が所定の電圧になるとコロナ予備電離部の誘電体チューブ１２表面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ１２の表面に紫外線が発生し、主放電電極２、２間のレーザ媒質であるレーザガスが予備電離される。
【００４３】
ピーキングコンデンサＣｐの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣｐの電圧Ｖ３が上昇し、この電圧Ｖ３がある値（ブレークダウン電圧）Ｖｂに達すると、主放電電極２、２間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。
【００４４】
この後、主放電によりピーキングコンデンサＣｐの電圧が急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。
【００４５】
このような放電動作が固体スイッチＳＷのスイッチング動作によって繰り返し行われることにより、所定の繰り返し周波数でのパルスレーザ発振が行われる。
【００４６】
ここで、磁気スイッチＳＬ１、ＳＬ２及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、主放電電極２、２間に短パルスの強い放電が実現される。
【００４７】
さて、以上のような露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光が、従来のように、ロングパルス化されていない場合について、レーザガスへのキセノン（Ｘｅ）添加とレーザガス温度との関係について調べた。図３に、レーザガス中にＸｅを含まず、かつ、レーザガス温度が２４℃であるときの、レーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｍ未満であるロングパルス化されていない露光用ガスレーザ装置（ＡｒＦエキシマレーザ装置）におけるレーザパルス波形の例を示す（図３▲１▼）。
【００４８】
図３中、３種類の線が描かれているが、これらはそれぞれ、▲１▼レーザガス中にＸｅを含まず、かつ、レーザガス温度が２４℃である条件（以下、条件▲１▼と称する。）、▲２▼レーザガス中にＸｅを１０ｐｐｍ含み、レーザガス温度が２４℃である条件（以下、条件▲２▼と称する。）、▲３▼レーザガス中にＸｅを１０ｐｐｍ含み、レーザガス温度が５０℃である条件（以下、条件▲３▼と称する。）、でのレーザパルス波形を示している。
【００４９】
これら３条件において、レーザパルス幅（Ｔis）は何れも４０ｎｓ未満であった。
【００５０】
レーザパルス波形の面積は、レーザ出力に相当するが、図３から明らかなように、レーザガスにＸｅを添加しない条件（条件▲１▼）とＸｅを添加する条件（条件▲２▼、条件▲３▼）とでは、後者の方がレーザ出力は大きい。しかしながら、レーザガスにＸｅを添加する条件であって、レーザガス温度が低い条件（条件▲２▼）とレーザガス温度が高い条件（条件▲３▼）とでは、レーザパルス波形の差異、すなわち、レーザ出力の差異はほとんど見られなかった。
【００５１】
すなわち、レーザガス中にＸｅを含まず、かつ、レーザガス温度が２４℃であるときのレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ未満であるようなロングパルス化されていないＡｒＦエキシマレーザ装置においては、従来例と同様のＸｅ添加効果は認められるものの、温度上昇の効果はほとんど認められなかった。
【００５２】
これに対し、本発明者等は、レーザガス中にＸｅを含まず、かつ、レーザガス温度が５０℃であるときの、レーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上であるロングパルス化されているＡｒＦエキシマレーザ装置においては、従来例とは異なり、レーザガスにＸｅを添加し、さらに、レーザガスの温度を上昇させると、レーザパルス波形の後半部において（レーザ発振後半部において）波形が顕著に変化することを見出した。その変化を図４に示す。
【００５３】
図４中に示される３種類の波形は、図３のときと同様の３条件（条件▲１▼、条件▲２▼、条件▲３▼）におけるものである。これら３条件において、レーザパルス幅（Ｔis）は何れも４０ｎｓ以上であった。
【００５４】
図４から明らかなように、レーザガスが２４℃であって、レーザガスにＸｅを添加しない条件（条件▲１▼）と、Ｘｅを添加する条件（条件▲２▼）とを比較すると、レーザパルス波形の前半部においても、後半部においても、条件▲２▼の方が条件▲１▼と比べて、レーザパルスが盛り上がっており、レーザ出力が大きい。
【００５５】
これは、先に述べたロングパルス化されていないＡｒＦエキシマレーザ装置のときと同様の結果である。また、例えば特開２０００−２９４８５６に記載されているようなレーザガスに所定量のＸｅ添加によりレーザ出力が増加するという周知の技術に対応する。
【００５６】
一方、レーザガスにＸｅを添加する条件であって、レーザガス温度が低温（２４℃）である条件（条件▲２▼）と、レーザガス温度が高温（５０℃）である条件（条件▲３▼）とを比較すると、レーザパルス波形の前半部はガス温度上昇によってもほとんど変化していない。しかしながら、レーザパルス波形の後半部においては、条件▲３▼では、条件▲２▼と比較して、レーザパルスが顕著に盛り上がっており、レーザパルス後半部の出力が増加した。また、図６に示すように、レーザパルスエネルギーの安定度が向上した。なお、安定度σは、（各パルスエネルギーの標準偏差）／（各パルスエネルギーの平均）×１００％で定義される。
【００５７】
図４から明らかなように、本発明のように、レーザガスにキセノン（Ｘｅ）を添加し、かつ、レーザガス温度を高くすると、レーザガスに所定量のＸｅ添加によりレーザ出力が増加するという従来周知の効果がさらに向上することが判明した。
【００５８】
なお、本発明者等の実験により、本発明により露光用レーザガスにキセノン（Ｘｅ）を添加し、かつ、レーザガス温度を高くすることによる効果は、レーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上のときに顕著であり、４０ｎｓに満たない場合、従来技術から得られる効果とあまり変わらないことが分った。また、本発明による効果は、レーザガス温度が３５℃以上のときに顕著であり、４０℃、４５℃と温度が高い程その効果は大きく、一方、レーザガス温度が３５℃に満たない場合、従来技術から得られる効果とあまり変わらないことが分った。
【００５９】
ここで、図４の場合と同様に、露光用ガスレーザ装置（ＡｒＦエキシマレーザ装置）で、レーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓであって、▲１▼レーザガス中にＸｅを含まず、かつ、レーザガス温度が２４℃である条件、▲２▼レーザガス中にＸｅを１０ｐｐｍ含み、レーザガス温度が２４℃である条件、▲３▼レーザガス中にＸｅを１０ｐｐｍ含み、レーザガス温度が５０℃である条件において、レーザパルスの繰返し周波数に対するレーザ出力特性を図５に、レーザパルスの繰返し周波数に対する安定度特性を図６に、レーザパルスの繰返し周波数に対するレーザパルス幅（Ｔis）特性を図７に示す。
【００６０】
図５に示す通り、条件▲３▼においては、条件▲１▼、条件▲２▼の場合と比べて、レーザ出力が大きく、図６に示す通り、条件▲３▼においては、条件▲１▼、条件▲２▼の場合と比べて、安定度σの値が小さく、また、図７に示す通り、条件▲３▼においては、条件▲１▼、条件▲２▼の場合と比べて、レーザパルス幅（Ｔis）が長い。
【００６１】
すなわち、図５、図６、図７から明らかなように、レーザガスにキセノン（Ｘｅ）を添加し、かつ、レーザガス温度を高くするという本発明の技術をロングパルス化された露光用レーザ装置に適用して、図４に示すように、レーザパルス後半部の出力の増加、及び、安定度の向上を行うことにより、レーザ繰り返し周波数に対するレーザ出力特性、安定度特性、レーザパルス幅（Ｔis）特性のそれぞれを改善することができた。
【００６２】
ここで、レーザ光のレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上にロングパルス化されている露光用ガスレーザ装置において、レーザガスにＸｅを添加し、さらに、レーザガスの温度を３５℃以上に維持することにより、レーザパルス波形の後半部がさらに増加する理由は必ずしも明確でないが、以下のような理由によると推測される。
【００６３】
図８に、レーザガス中のＸｅ濃度に対するレーザ出力の変化を示す。レーザ出力は、レーザガス中のＸｅ濃度の上昇と共に増加するが、Ｘｅ濃度がある濃度を超えるとレーザ出力は低下する。これは、Ｘｅ濃度がある濃度を超えない領域においては、Ｘｅ添加による予備電離量の増加の効果により、レーザガス中のＸｅ濃度の増加と共にレーザ出力も増加するが、Ｘｅ濃度がある濃度以上の領域においては、Ｘｅ又はＸｅ化合物による紫外光（ここに、紫外光とは、予備電離に使用されるλ＝１００ｎｍ程度の光、及び、レーザ発振波長の発光を指す。）の吸収による損失が予備電離量の増加によるレーザ出力の上昇分を上回ることにより、レーザ出力が低下すると考えられる。すなわち、レーザ出力の最適化には、レーザガス中のＸｅ濃度がある濃度範囲内にあることが必要である。
【００６４】
ここで、キセノン（Ｘｅ）添加量は２〜１００ｐｐｍ程度が望ましい。その理由は、Ｘｅ添加量を２ｐｐｍより小さくすると、高繰返し周波数時のレーザ出力の落ち込み緩和効果はほとんど得られず、Ｘｅ添加量を１００ｐｐｍより大きくすると、レーザ出力自体の低下を招くことが、特開２０００−２９４８５６により明らかにされており、また、本発明者等の実験により確認されているためである。
【００６５】
ところで、レーザチェンバー内に導入された微量のＸｅの一部は、Ｘｅの原子が他のレーザガス中の他の原子に比較してより大きいため、ファン・デル・ワールス力（分子間力）によりレーザチェンバー壁に吸着しやすい。Ｘｅの吸着形態は、Ｘｅ単独、あるいは、ＸｅとＦ含有化合物とで作られた化合物の両方が考えられる。そのため、レーザ出力安定度の向上等の効果を得るためにレーザガス中にＸｅを添加する際、従来は、レーザチェンバー壁への吸着による減少分も含んだ量のＸｅをレーザガスに添加して、レーザガス中のＸｅ濃度が最適量となるようにしてきたと考えられる。
【００６６】
ここで、レーザが動作すると、レーザチェンバー内において、上記紫外光が照射されることや放電により生成された活性化学種の衝突により、ある値以上のエネルギーを得たレーザチェンバー壁面に吸着したＸｅが脱離し、放電空間内に放出される。また、一部のＸｅはレーザチェンバー壁に再度吸着する。そのため、放電空間内のＸｅ濃度は不安定になると考えられる。
【００６７】
ロングパルス化されたレーザパルス波形の後半部のレーザ出力及び安定度は、放電の安定持続性に強く依存する。この放電の安定持続性に影響を与える１因子がレーザガス中へのＸｅ添加により促進される予備電離電子数である。したがって、放電空間内に存在するＸｅ濃度が不安定であることにより放電の不安定さが引き起こされ、この放電の不安定さがレーザパルス後半部の出力の不安定さを引き起こすと考えられる。
【００６８】
以上のことから、予めレーザガス温度を上昇させ、レーザチェンバー壁面温度を上昇させておくことにより、レーザガス中に添加したＸｅのレーザチェンバー壁への吸着が抑制され、レーザ動作によるＸｅ濃度の変化を最小限に止めることができ、ロングパルス化されたレーザ発振において、レーザ発振の後半部まで安定な放電が持続されるものと考えられる。すなわち、前記条件▲３▼の場合、以上のようなメカニズムにより、ロングパルス化されたレーザパルス後半部の出力増加、安定度向上に繋がったものと考えられる。
【００６９】
一方、ロングパルス化されていないレーザ装置においては、上記レーザパルスの後半部に相当する時間領域ではすでにレーザ発振が停止しているので、レーザガス中にＸｅを添加後レーザガス温度を上昇させても、レーザガス温度を上昇させないときとレーザ発振特性に差異が生じなかったと考えられる。
【００７０】
なお、これまでは、露光用ガスレーザ装置として、ＡｒＦエキシマレーザ装置を用いる場合について示したが、上記メカニズムは、ＫｒＦエキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置においても成り立つのは自明であるので、上記のような効果は、ＫｒＦエキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置においても得られるものである。
【００７１】
さて、露光用ガスレーザ装置において、放出されるレーザ光をレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上となるようにロングパルス化する方法の１つとして、本発明者等は、図１、図２に示す露光用ガスレーザ装置が、極性が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期によってレーザ発振動作をするようにしてロングパルス化を実現した。
【００７２】
図９に放電電流波形及びレーザパルス波形の模式図を示す。本発明者等は、図９の半周期II以降であって、少なくとも半周期III までの放電電流でもレーザ発振をさせることにより、露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のロングパルス化を実現した。
【００７３】
具体的には、図２において、主放電電極２、２間を流れる振動電流の極性が反転する最初の１／２周期以降においても、レーザ発振を持続させるために、振動電流のピーク値が大きくなり、かつ、振動電流の最初の１／２周期以降の周期を短くなるように回路定数を定めた。すなわち、振動電流のピーク値を大きくするために、主放電電極２、２間に加えられる電圧の立ち上がり時間を高速化して放電開始電圧Ｖｂが高くなるように設定した。また、その周期を短くするために、図２の励起回路のピーキングコンデンサＣｐと主放電電極２、２間が形成するループ（放電電流回路）中の浮遊インダクタンスをできるだけ小さくなるように、そのループを構成した。さらに、レーザチェンバー１内のレーザガスの組成比や圧力等を調整した。
【００７４】
そして、前記したメカニズムにより、放電部のＸｅ量が不安定になると、放電電流の極性が反転したとき（図９でＩ→II）に放電集中等により放電が空間的に不均一となり、２番目半周期II以降にレーザ出力として取り出すことのできるエネルギーが小さくなる。そのため、従来技術でもロングパルス化は達成できていたものの、その後半部のエネルギーはレーザ光として十分取り出すまでには至らず、レーザパルス後半部の出力が低く、レーザパルス幅（Ｔis）が小さくなる。
【００７５】
このようなロングパルス化した露光用ガスレーザ装置においての本発明の作用について説明する。先に示したメカニズムに基くと、予めレーザガス温度を上昇させ、レーザチェンバー壁面温度を上昇させておくことにより、レーザガス中に添加したＸｅのレーザチェンバー壁への吸着が抑制され、レーザ動作によるＸｅ濃度の変化を最小限に止めることができると考えられる。そのため、放電電流の極性が反転したとき（図９に示す振動電流波形の半周期Ｉから半周期IIに移行するとき）には、放電集中等がレーザガス温度を上昇させない場合より発生し難くなり、半周期II以降の均一な放電がより良好に持続するようになる。さらには、振動電流波形半周期III 以降においても、安定な放電が持続されやすくなる。すなわち、レーザパルス後半部の出力増加、安定度上昇に繋がる。
【００７６】
なお、本発明に基づいて、ロングパルス化された露光用ガスレーザ装置において、レーザガス中へのＸｅ添加及びレーザガス温度上昇によりレーザ出力や安定度をさらに向上させたり、レーザパルス幅（Ｔis）をさらに延ばすことのできる手段は、上記した極性が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期によってレーザ発振動作をさせるようにしてロングパルス化する場合に限らず、放電持続時間を延ばしてロングパルス化するあらゆる場合に対しても、同様に適用でき、同様の作用効果が得られるものである。
【００７７】
ところで、以上に示した本発明の効果は、レーザガスにＸｅを添加した後にレーザガス温度を上昇させた場合と、レーザガス温度を上昇させた後にＸｅを添加した場合とでは、その効果の程度が異なることが分かった。なお、前者の場合、レーザガス温度の上昇は、図１には図示を省略した加熱手段によりレーザチェンバーを加熱することにより行なった。一方、後者の場合のＸｅ添加前のレーザガスの上昇も、前者の場合と同様に、加熱手段によりレーザチェンバーを加熱することにより行なった。なお、後者の場合、加熱手段によりレーザチェンバーを加熱するのではなく、予め加熱しておいたレーザガスをレーザチェンバーに封入後、Ｘｅを添加してもよい。
【００７８】
図１０に、レーザガスにＸｅを１０ｐｐｍ添加後に、レーザガス温度を５０℃に上昇させた場合と、レーザガス温度を５０℃に上昇させた後にレーザガスにＸｅを１０ｐｐｍ添加した場合とにおける、レーザ出力の繰返し周波数特性を示す。また、図１１に、上記の両方の場合における安定度の繰返し周波数特性を示す。なお、使用した露光用ガスレーザ装置は、Ｘｅ未添加時にレーザパルス幅（Ｔis）が４０ｎｓ以上となるように、極性が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期によってレーザ発振動作をするようにしてロングパルス化されたＡｒＦエキシマレーザ装置である。
【００７９】
図１０と図１１から明らかなように、レーザガス温度を上昇させた後にＸｅを添加した場合の方が、レーザガスにＸｅを添加した後にレーザガス温度を上昇させた場合より、何れの効果も大きいことが分かった。この理由についても、明確ではないが以下のようなことが考えられる。
【００８０】
レーザガス温度が低い状態では、レーザチェンバー内の壁の温度も低いことから、特に分子間力の大きな化学種が壁の金属等に吸着した状態にあると考えられる。沸点が室温付近にあるＨＦ（レーザチェンバー中の水（Ｈ2 Ｏ）等の不純物とレーザガス中のフッ素とが反応して生成される。）はその一例である。このような環境の中に微量のＸｅが導入されると、一部のＸｅはレーザチェンバー壁に吸着した化学種と弱い結合をし、レーザチェンバー壁に補足される。このＸｅと他の化学種との化合物は、温度上昇によりＸｅを完全にはレーザガス中に放出しないと考えられるから（一部は放出）、先に示したメカニズムと同様な理由で、出力増加が弱まる。
【００８１】
すなわち、レーザガス中に添加したＸｅの中、上記したような温度上昇によってもＸｅを完全にはレーザガス中へ放出しない化合物とはならなかったＸｅは、ガス温度上昇後はレーザチェンバー壁への脱吸着をほとんど行わないので、濃度は安定化するが、上記したような化合物となったＸｅについては、レーザチェンバー壁との脱吸着により、濃度が不安定となる。そのため、レーザガス温度を上昇させない場合に比べれば、レーザガス中のＸｅ濃度は安定しているが、Ｘｅ濃度の不安定な部分は残る。
【００８２】
一方、レーザガス温度が高い状態では、レーザチェンバー内の壁の温度も高いことから、低温ではレーザチェンバー壁に吸着していた化学種も脱離している状態にあると考えられる。このような環境の中に微量のＸｅが導入されると、Ｘｅと低温ではレーザチェンバー壁に存在した化学種との衝突は気相中で行われることになる。この場合は、壁に吸着する化合物を作ることができないと考えられるので、放電により壁から脱吸着をするＸｅはほとんどなくなり、ガス中のＸｅ濃度が安定化する。
【００８３】
以上のことから、予めガス温度を上昇させた状態で所定の量のＸｅを添加することがより良いと考えられる。
【００８４】
ところで、現状では、従来のレーザガスに所定量のＸｅが予め添加されたプレミックスガスをレーザガスとして使用するのが主流である。そこで、予めレーザチェンバー内壁の温度を上昇させておけば、レーザガス温度上昇後にＸｅを添加するのと同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、加熱源をチェンバーに接触させることにより、チェンバーを３５℃以上の最適な温度に維持することも、上記のような効果を与えるものである。例えば、図１２に示すように、レーザチェンバー１の外表面に加熱源としてのヒータ２０を接触させておく。レーザチェンバー１の外表面に設置した温度センサ２１でレーザチェンバー１の温度を測定し、温度データをコントローラ２２に送出する。コントローラ２２はレーザチェンバー１の温度が３５℃以上になるように不図示のヒータ用電源に指令して、ヒータ２０への供給電力を制御する。レーザチェンバー１の温度の上限は、レーザチェンバー１のシール部やレーザチェンバー１周辺にあるレーザ構成部品の耐熱温度等を考慮し、適宜設定される。
【００８６】
なお、温度センサ２１は上記したようにレーザチェンバーの外表面に配置してもよいし、レーザチェンバー１の内部に配置してレーザチェンバー内壁温度を直接測定するようにしてもよい。温度センサ２１をレーザチェンバー外表面に配置する場合、レーザチェンバー１の熱伝導率に応じてレーザチェンバー１の外表面と内壁面とでは温度差が発生することもあるので、設定温度を例えば４０℃以上あるいは４５℃以上としておくことが望ましい。
【００８７】
以上、本発明の露光用ガスレーザ装置を実施例に基いて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の露光用ガスレーザ装置によると、ロングパルス化に対応した露光用ガスレーザ装置において、微量のＸｅを含んだレーザガスの温度を上昇させることにより、レーザパルスの後半部の出力及び安定度を増加させることが可能となる。これにより、さらにレーザパルスが長くなり、低ピーク化、狭帯域化が実現されるのみならず、レーザ発振効率が向上するので、低入力化によりチェンバーライフが延長され、レーザ運転コストが低減される。また、レーザパルス後半部のエネルギーが安定することで、パルス毎のエネルギー安定度が向上し、露光ドーズ制御性も向上する。特に、ガス温度を上昇させた後にＸｅを添加するか、あるいは、チェンバー温度を上昇させた後にＸｅを微量含んだレーザガスを導入することにより、その効果が増すことになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光用ガスレーザ装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の露光用ガスレーザ装置の放電回路の例を示す図である。
【図３】ロングパルス化されていない場合のキセノン添加とレーザガス温度とがレーザパルス波形に与える影響を示す図である。
【図４】ロングパルス化されているＡｒＦエキシマレーザ装置におけるキセノン添加とレーザガス温度とがレーザパルス波形に与える影響を示す図である。
【図５】レーザパルスの繰返し周波数に対するレーザ出力特性に対してキセノン添加とレーザガス温度とが与える影響を示す図である。
【図６】レーザパルスの繰返し周波数に対する安定度特性に対してキセノン添加とレーザガス温度とが与える影響を示す図である。
【図７】レーザパルスの繰返し周波数に対するレーザパルス幅（Ｔis）特性に対してキセノン添加とレーザガス温度とが与える影響を示す図である。
【図８】レーザガス中のＸｅ濃度に対するレーザ出力の変化を示す図である。
【図９】放電振動電流波形の３つ以上の半周期によってレーザ発振動作をする場合の放電電流波形とレーザパルス波形を示す模式図である。
【図１０】Ｘｅ添加時期とレーザガス温度上昇時の前後関係がレーザ出力の繰返し周波数特性に与える影響を示す図である。
【図１１】Ｘｅ添加時期とレーザガス温度上昇時の前後関係が安定度の繰返し周波数特性に与える影響を示す図である。
【図１２】レーザチェンバーの加熱機構及び温度制御機構の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…レーザチェンバー
２…主放電電極
３…高電圧パルス発生装置
４…ファン
５…狭帯域化モジュール
６…出力鏡
７…ビームサンプラー
８…波形検出手段及び光エネルギー検出手段
９…パルス幅算出手段
１０…エネルギー安定度計算手段
１１…第１電極
１２…誘電体チューブ
１３…第２電極
１４…コロナ予備電離部
２０…ヒータ
２１…温度センサ
２２…コントローラ
ＨＶ…高電圧電源
ＳＷ…固体スイッチ
ＳＬ０…磁気スイッチ
ＳＬ１…第１の磁気スイッチ
ＳＬ２…第２の磁気スイッチ
Ｌ１…インダクタンス
Ｃ０…主コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２…コンデンサ
Ｃｃ…予備電離用コンデンサ
Ｃｐ…ピーキングコンデンサ
【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】
0003827214.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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