JP2001176774A

JP2001176774A - レーザ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2001176774A
Application number: JP35642299A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hagiwara; 茂萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】分光素子における狭帯域化効率を安定化させ
ることができ、安定したレーザ光を発射させることがで
きるレーザ装置、及びそれを光源として用いた露光装置
を提供する。【解決手段】レーザ光源には、所定の波長域のレーザ
光ＬＢを発振させる放電チャンバ部と、分光素子６２を
有しかつ放電チャンバ部で発振されたレーザ光ＬＢの狭
帯域化を行う狭帯域化部５２とを備える。狭帯域化部５
２には、分光素子６２の温度調整を行う温度調整構造６
５を設ける。温度調整構造６５には、分光素子６２の温
度を調整する放熱部６７と、その放熱部６７と分光素子
６２との間で熱伝達を行う熱伝達部６６とを設ける。そ
して、分光素子６２の熱を熱伝達部６６を介して放熱部
６７から、狭帯域化部５２の筐体６０の外部に放散させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照射対象物に照射
されるレーザ光を出射するレーザ装置に関するものであ
る。また、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子
（ＣＣＤ等）または薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイ
ス、レチクルまたはフォトマスク等のマスクを製造する
ためのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ装置は放電チャンバ部と
狭帯域化部とを備え、放電チャンバ部で所定波長域のレ
ーザ光が発振されるとともに、狭帯域化部に設けられた
グレーティング素子等の分光素子によりレーザ光の狭帯
域化が行われるようになっている。また、半導体素子等
のマイクロデバイスを製造するための露光装置に使用さ
れるＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ装置では、バー
スト発振と呼ばれる、数十〜数百パルス単位のまとまっ
たパルス群を間欠的に発振した後に休止するというパタ
ーンで作動されるのが一般的である。

【０００３】さらに、このようなエキシマレーザ光の生
成は、ＫｒＦやＡｒＦの励起２量子体をＫｒまたはＡｒ
とＦ₂との混合ガス中で放電現象により生成する過程が
必要となる。この場合には、光生成効率を上げるために
予備電離方式が採用され、主電極での放電に先立って、
予備放電部により予備放電を開始するようになってい
る。この放電現象の際に放出されるエネルギーの大部分
は、熱に変換される。このため、レーザ装置の放電チャ
ンバ部には冷却水等の冷媒を流すためのジャケット等を
含む冷却機構が設けられ、この冷却機構によって発生す
る熱の除去処理が行われるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の露
光装置においては、近年の回路パターンのさらなる微細
化に伴って、高解像度化の要求が高まっている。そし
て、対象線幅が細くなるのに伴って、このような露光装
置では、露光光としてより狭帯域化されたレーザ光が求
められるようになってきている。

【０００５】また、近年における露光装置のスループッ
トの増大要求が高まりに対応して、露光装置側ではウエ
ハの交換時間及びステッピング時間の短縮や、ウエハの
アライメントに要する時間の短縮が図られてきている。
このため、レーザ光の発振デューティ、すなわち休止時
間を含む総発振時間に対する実質発振時間の割合や、発
振周波数が高くなる傾向にある。例えば、ＫｒＦエキシ
マレーザ装置では、２ｋＨｚ以上の高繰り返し発振を行
うことが可能な機種も市場に出現してきている。このよ
うに、レーザ光の発振デューティ及び発振周波数が高く
なると、レーザ光の発振に伴って発生する熱も増大す
る。

【０００６】そして、前記のように放電チャンバ部に冷
却機構を備えた従来構成のレーザ装置においても、冷却
機構によって除去処理しきれない熱量が増えてくること
がある。このようにして、レーザ装置内に除去しきれな
い熱が蓄積してくると、狭帯域化部のグレーティング素
子が熱応力を受けて変形しやすくなる。この結果、レー
ザ装置から発射されるレーザ光の狭帯域化効率が変化し
て、スペクトル半値幅の拡大を引き起こすという問題が
あった。

【０００７】このような問題を回避するためには、例え
ば前記放電チャンバ部の冷却機構における冷却水等の冷
媒の使用量を増大させたり、放電チャンバ部からの排気
流量を増大させたりして、冷却効率を高めることも考え
られる。しかしながら、このように構成した場合には、
その冷却効率を向上させるための用力仕様の負担が過大
になる。しかも、例えば２ｋＨｚ等の高繰り返し発振時
においては、冷却が追いつかないために発振デューティ
の制限等が必要になって、レーザ使用上の不都合が発生
するという新たな問題が生じた。

【０００８】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、狭帯域化部の分光素子の温度変化を抑制すること
ができて、その分光素子における狭帯域化効率を安定化
させることができ、この結果、安定したレーザ光を発射
させることができるレーザ装置を提供することにある。

【０００９】また、その他の目的としては、光源から安
定したレーザ光を発射させることができて、そのレーザ
光により高精度の露光を行うことができる露光装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、レーザ装置に係る本願請求項１に記載の発明は、所
定の波長域のレーザ光を発振させる放電チャンバ部と、
分光素子を有し前記放電チャンバ部で発振されたレーザ
光の狭帯域化を行う狭帯域化部とを備えたレーザ装置に
おいて、前記分光素子の温度調整を行う温度調整手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００１１】この本願請求項１に記載の発明では、レー
ザ光の発振時において、温度調整手段により、狭帯域化
部の分光素子の温度調整が行われる。このため、狭帯域
化部の分光素子の温度変化が抑制されて、その分光素子
における狭帯域化効率が安定化され、レーザ装置から安
定したレーザ光が発射される。

【００１２】また、本願請求項２に記載の発明は、前記
請求項１に記載の発明において、前記放電チャンバ部
は、遠紫外域のレーザ光を発振するものであることを特
徴とするものである。

【００１３】この本願請求項２に記載の発明では、特に
光エネルギーが大きい遠紫外域のレーザ光を発振するレ
ーザ装置において有効である。また、本願請求項３に記
載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明
において、前記放電チャンバ部は、前記レーザ光を所定
の間隔をおいてパルス発光するものであることを特徴と
するものである。

【００１４】この本願請求項３に記載の発明では、例え
ば極めて微細な半導体素子製造用の露光光として、パル
ス発光する例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシ
マレーザ、Ｆ₂レーザを使用する場合に、その光源の構
成として最適である。

【００１５】また、本願請求項４に記載の発明は、前記
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記温度調整手段は、前記放電チャンバ部にお
ける前記レーザ光の発振条件に応じて前記分光素子の温
度調整の効率を調整することを特徴とするものである。

【００１６】この本願請求項４に記載の発明では、要求
されるレーザ光の発振条件に応じて、分光素子の狭帯域
化効率が調整される。よって、特に発振条件が変更され
るレーザ装置に有効である。

【００１７】また、本願請求項５に記載の発明は、前記
請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記温度調整手段は、前記分光素子の温度を検
出する温度検出手段を備え、その温度検出手段における
検出結果に基づいて前記分光素子の温度調整の効率を調
整することを特徴とするものである。

【００１８】この本願請求項５に記載の発明では、分光
素子の温度状態に応じてその狭帯域化効率がより正確に
調整される。また、本願請求項６に記載の発明は、前記
請求項５に記載の発明において、前記温度調整手段は、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、その温度検出
時から所定時間経過後における前記分光素子の温度状態
を予測し、その予測結果に基づいて前記分光素子の温度
調整の効率を調整することを特徴とするものである。

【００１９】この本願請求項６に記載の発明では、分光
素子の温度検出及び温度調整の遅れを見越して、その温
度調整の効率が調整されて、分光素子の狭帯域化効率が
迅速に調整される。

【００２０】また、本願請求項７に記載の発明は、前記
請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記温度調整手段は、前記分光素子の温度を調
整するための加熱部及び放熱部の少なくとも一方と、そ
れら加熱部及び放熱部と分光素子との間で熱伝達を行う
熱伝達部とを備え、その加熱部及び放熱部を前記狭帯域
化部を収容する筐体の外部に設けたことを特徴とするも
のである。

【００２１】この本願請求項７に記載の発明では、分光
素子の熱が熱伝達部を介して加熱部または放熱部に伝達
された後、狭帯域化部の筐体の外部に放散される。よっ
て、分光素子からの熱が筐体の内部に放散されて、筐体
内の気体に揺らぎが発生する等の悪影響が抑制される。

【００２２】また、本願請求項８に記載の発明は、前記
請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記分光素子は、一方の面に所定のピッチで配
列された回折格子を有するグレーティング素子を含み、
そのグレーティング素子の温度を調整するための加熱部
または放熱部を他方の面側に配置したことを特徴とする
ものである。

【００２３】この本願請求項８に記載の発明では、分光
素子上に広い温度調整面が確保されて、分光素子の温度
調整が均一かつ効率よく行われる。この請求項９に記載
の発明では、請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に
記載の発明において、前記分光素子を保持する保持部材
に、前記温度調整手段の少なくとも一部を設けたことを
特徴とするものである。

【００２４】この本願請求項９に記載の発明では、保持
部材が温度調整手段の少なくとも一部を兼ねることがで
きるようになり、部品点数の増加及びレーザ装置の大型
化を抑制しつつ光学素子の温度調整を行うことが可能に
なる。

【００２５】また、露光装置に係る本願請求項１０に記
載の発明は、光源からの照明光の照射に基づいて、マス
ク上に形成された所定のパターンの像を基板上に投影す
る露光装置において、前記光源として、前記請求項１〜
請求項９のうちいずれか一項に記載のレーザ装置を備え
たことを特徴とするものである。

【００２６】この本願請求項１０に記載の発明では、光
源から安定したレーザ光が発射されて、そのレーザ光に
より高精度の露光が行われる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を半導体素子製造用の露光装置に具体化した第１実施形
態について図１〜図５に基づいて説明する。

【００２８】図１には、第１実施形態の露光装置１１の
概略構成が示されている。この露光装置１１は、露光光
としてパルス状のレーザ光を出射するレーザ装置を用い
たステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光
装置である。この露光装置１１は、照明光学系１２、レ
チクルステージ１３、投影光学系１４、ウエハステージ
１５及び主制御系１６を備えている。

【００２９】前記照明光学系１２は、レーザ装置を構成
するレーザ光源２０、ビーム整形光学系２１、フライア
イレンズ２２、開口絞り板２３、ビームスプリッタ２
４、第１リレーレンズ２５Ａ、第２リレーレンズ２５
Ｂ、固定レチクルブラインド２６Ａ、可動レチクルブラ
インド２６Ｂ、ミラー２７及びコンデンサレンズ２８等
を備えている。

【００３０】前記レーザ光源２０としては、ＸｅＣｌエ
キシマレーザ光源（発振波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキ
シマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）、またはＡｒＦ
エキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）、Ｆ₂レー
ザ光源（発振波長１５７ｎｍ）等が使用される。

【００３１】前記ビーム整形光学系２１は、例えばシリ
ンダレンズやビームエキスパンダ等で構成され、レーザ
光源２０から発射されたレーザ光ＬＢの断面形状を、フ
ライアイレンズ２２に効率よく入射するように整形す
る。フライアイレンズ２２は、レーザ光ＬＢの照射によ
り多数の二次光源を形成する複数のレンズエレメントを
有している。そして、このフライアイレンズ２２は、そ
の二次光源像をマスクとしてのレチクルＲ上で重畳させ
て照明光ＩＬの強度分布を均一化するためのオプチカル
インテグレータとして機能する。

【００３２】前記開口絞り板２３は、円板状部材からな
り、前記フライアイレンズ２２の出射面の近傍に配置さ
れている。この開口絞り板２３には、例えば通常の円形
開口の他、小さな円形開口からなる小σ用開口、輪帯照
明用開口、前記照明光ＩＬの光軸から偏倚した位置に開
口された斜入射照明用開口等が形成されている。そし
て、この開口絞り板２３は、前記主制御系１６にて制御
されるモータ等の駆動装置３２により回転され、レチク
ルＲに対する照明条件を変更する役割を有している。

【００３３】前記ビームスプリッタ２４は、前記フライ
アイレンズ２２から出射された照明光ＩＬの大部分を透
過させるとともに、その照明光ＩＬの一部を反射させる
ようになっている。このビームスプリッタ２４で反射さ
れた照明光ＩＬは、集光レンズ３３を介して光電変換素
子よりなるインテグレータセンサ３４で受光される。そ
して、インテグレータセンサ３４から出力された光電変
換信号が、パルス毎の照射エネルギー信号ＥＳとして前
記主制御系１６に供給される。このインテグレータセン
サ３４としては、例えば遠紫外域で感度があり、かつレ
ーザ光源２０のパルス発光を検出するために高い応答周
波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオード等が使用でき
る。このインテグレータセンサ３４からの照射エネルギ
ー信号ＥＳと、ウエハＷの表面上でのパルス照明光ＩＬ
のエネルギー（露光量）との相関係数は予め求められ
て、前記主制御系１６に併設されたメモリ３５内に記憶
されている。

【００３４】前記第１リレーレンズ２５Ａと第２リレー
レンズ２５Ｂとの間に、固定レチクルブラインド２６Ａ
及び可動レチクルブラインド２６Ｂが介在されている。
この固定レチクルブラインド２６Ａは、レチクルＲ上に
おける照明領域を規定するための矩形開口を有してい
る。可動レチクルブラインド２６Ｂは、固定レチクルブ
ラインド２６Ａの近傍に配置され、走査方向の位置及び
幅が可変の開口部を有している。

【００３５】前記ミラー２７は、前記第２リレーレンズ
２５Ｂを通過したパルス照明光ＩＬの光路を折り曲げ
て、そのパルス照明光ＩＬをコンデンサレンズ２８を介
して、レチクルＲ上のパターン領域Ｒａに照射する。

【００３６】前記レチクルステージ１３は、前記照明光
学系１２により照明されるレチクルＲを、図示しないバ
キュームチャック等により吸着保持して所定の走査方向
に移動する役割を担っている。このレチクルステージ１
３は、水平面（ＸＹ平面）内で、レチクルステージ駆動
部３６により走査方向（ここでは、図１の紙面左右方向
である±Ｙ方向とする）に所定ストローク範囲で走査さ
れるようになっている。この走査中のレチクルステージ
１３の位置は、レチクルステージ１３上に固定された移
動鏡３７を介して外部のレーザ干渉計３８によって計測
され、このレーザ干渉計３８の計測値が前記主制御系１
６に供給されるようになっている。

【００３７】前記投影光学系１４は、レチクルＲに形成
されたパターンの像を、表面にレジスト（感光材料）が
塗布された基板としてのウエハＷ上に投影する役割を担
っている。この投影光学系１４は、両側テレセントリッ
クな光学配置になるように配置され、Ｚ軸方向に共通の
光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成さ
れている。また、この投影光学系１４としては、投影倍
率α（αは例えば１／４または１／５）のものが使用さ
れている。このため、照明光ＩＬによりレチクルＲ上の
パターン領域Ｒａが照明されると、そのパターン領域Ｒ
ａに形成されたパターンが投影光学系１４により投影倍
率αで縮小された像として、ウエハＷ上の露光領域Ｗａ
に投影露光される。

【００３８】前記ウエハステージ１５は、ウエハＷを保
持して前記投影光学系１４との相対位置を変更するもの
である。このウエハステージ１５は、ウエハステージ駆
動部３９によって駆動されるＸＹステージ４０及びＺチ
ルトステージ４１とからなっている。ＸＹステージ４０
は、走査方向であるＹ方向（図１における水平方向）及
びこれに直交するＸ方向（図１における紙面直交方向）
に２次元移動可能となっている。

【００３９】Ｚチルトステージ４１は、前記ＸＹステー
ジ４０上に搭載され、Ｚ方向（図１における上下方向）
に移動可能かつ投影光学系１４の光軸ＡＸに対して傾斜
可能となっている。このＺチルトステージ４１上に、図
示しないウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等に
より保持されている。そして、Ｚチルトステージ４１
は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整
するとともに、前記投影光学系１４の光軸ＡＸに対する
ウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ウエ
ハステージ１５の位置は、Ｚチルトステージ４１上に固
定された移動鏡４２を介して外部のレーザ干渉計４３に
より計測され、このレーザ干渉計４３の計測値が前記主
制御系１６に供給される。

【００４０】前記主制御系１６は、ＣＰＵ（中央演算処
理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ
（ランダム・アクセス・メモリ）等からなる、いわゆる
マイクロコンピュータ（またはミニコンピュータ）を含
んで構成されている。この主制御系１６は、露光動作が
的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの
同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング、
さらには走査露光時におけるレーザ光源２０の発振条件
等を統括して制御する。

【００４１】具体的には、主制御系１６は、例えば走査
露光時には、レーザ干渉計３８，４３の計測値に基づい
て、レチクルステージ駆動部３６、ウエハステージ駆動
部３９をそれぞれ介して、レチクルステージ１３、ＸＹ
ステージ４０の位置及び移動速度をそれぞれ制御する。
また、主制御系１６は、制御情報ＣＳをレーザ光源２０
に供給することによって、レーザ光源２０の発光タイミ
ング、及び発光パワー（発光されるレーザ光ＬＢのエネ
ルギー）等を設定する。さらに、主制御系１６は、駆動
装置３２を介して照明光学系１２の開口絞り板２３を回
転制御するとともに、レチクルステージ１３及びウエハ
ステージ１５の動作情報に同期して可動レチクルブライ
ンド２６Ｂの開閉動作を制御する。

【００４２】次に、本実施形態の露光装置１１のレーザ
光源２０の内部構成及びその作用について説明する。図
２に示すように、レーザ光源２０の内部には、放電チャ
ンバ部５１、狭帯域化部５２、ビームスプリッタ５３、
シャッタ５４、エネルギーモニタ５５、コントローラ５
６及び高圧電源５７が設けられている。

【００４３】前記放電チャンバ部５１には、複数のガス
（例えばＫｒＦエキシマレーザ光源の場合にはＫｒ、Ｆ
₂等）が封入されている。また、放電チャンバ部５１の
内部には、レーザ光ＬＢを発振させるための一対の電極
５８と、循環ファン５９とが設けられている。前記高圧
電源５７は、コントローラ５６の制御の下で、放電チャ
ンバ部５１内の一対の電極５８に所定の電圧を印加す
る。これにより、一対の電極５８間で放電が生じて、レ
ーザ光ＬＢが発振される。この場合、図４に示すよう
に、数十〜数百パルス単位のまとまったパルス群ＰＧを
間欠的に発振した後に休止するというパターンで、いわ
ゆるバースト発振が行われる。

【００４４】図３に示すように、前記狭帯域化部５２の
筐体６０は放電チャンバ部５１と連通され、その内部に
はプリズム６１及び分光素子６２が配設されている。分
光素子６２はグレーティング素子６３から構成され、そ
の一方の面には回折格子６３ａが所定のピッチで配列さ
れている。このグレーティング素子６３は、後述する温
度調整構造６５の熱伝達部６６を介して筐体６０に支持
されている。つまり、この熱伝達部６６は、筐体６０に
対してグレーティング素子６３を保持する保持手段を兼
ねている。また、前記筐体６０内には、グラスウール等
よりなるディフューザ６４がプリズム６１とグレーティ
ング素子６３との間の光路を取り巻くように配設されて
いる。

【００４５】ここで、前記放電チャンバ部５１で発振さ
れ、ある程度の波長分布を持ったレーザ光ＬＢが、プリ
ズム６１を介してグレーティング素子６３の回折格子６
３ａに照射される。この際、所定の波長領域のレーザ光
ＬＢのみがプリズム６１側に反射され、その他の波長領
域、つまり不要帯域のレーザ光ＬＢ’は散乱される。こ
の回折格子６３ａからの散乱光は、前記ディフューザ６
４により完全に散乱されて、レーザ光ＬＢの光路内に戻
らないようになっている。これにより、レーザ光ＬＢの
狭帯域化が行われるようになっている。

【００４６】前記ビームスプリッタ５３は、前記放電チ
ャンバ部５１で発振され前記狭帯域化部５２にて狭帯域
化されたレーザ光ＬＢが入射すると、その大部分を透過
させ、前記シャッタ５４を介してレーザ光源２０の外部
に出射する。また、このビームスプリッタ５３で反射さ
れた一部のレーザ光ＬＢは、エネルギーモニタ５５に導
かれるようになっている。

【００４７】前記シャッタ５４は、主制御系１６からの
制御情報に応じて開閉される。すなわち、レチクルＲに
対する照明光ＩＬの照射を停止する待機状態において
は、シャッタ５４が閉じられ、レーザ光源２０からビー
ム整形光学系２１へのレーザ光ＬＢの出射が遮断され
る。一方、レチクルＲに対する照明光ＩＬの照射を行わ
れる照射状態においては、シャッタ５４が開かれ、レー
ザ光源２０からビーム整形光学系２１へレーザ光ＬＢが
出射される。

【００４８】前記エネルギーモニタ５５は、前記ビーム
スプリッタ５３で反射されたレーザ光ＬＢを受光する。
このエネルギーモニタ５５は、光電変換素子からなって
おり、その受光量に基づいて、各パルス毎の出射エネル
ギー信号ＲＳをコントローラ５６に出力する。

【００４９】コントローラ５６は、レチクルＲにレーザ
光ＬＢを照射する通常の照射状態になる直前に、放電チ
ャンバ部５１から出射されるレーザ光ＬＢのエネルギー
が主制御系１６より供給された制御情報ＣＳ中の１パル
ス当たりのエネルギーの目標値に対応した値となるよう
に制御する。具体的には、高圧電源５７から放電チャン
バ部５１に供給される印加電圧を設定し、それによって
放電チャンバ部５１から出射されるレーザ光ＬＢのエネ
ルギーを前記出射エネルギー信号ＲＳによりモニタす
る。また、コントローラ５６は、前記制御情報ＣＳに基
づいて、放電チャンバ部５１における発振周波数をも変
更する。

【００５０】また、前記シャッタ５４が開かれて、レチ
クルＲにレーザ光ＬＢを照射する照射状態に移行する
と、ビームスプリッタ２４で反射されたレーザ光ＬＢの
一部がインテグレータセンサ３４で受光される。この照
射状態において、コントローラ５６は、インテグレータ
センサ３４から主制御系１６を介して入力されるパルス
発振毎の照射エネルギーに関する情報に基づいて、高圧
電源５７から放電チャンバ部５１に供給される印加電圧
をパルス発振毎に制御する。なお、その照射状態では、
レーザ光源２０内のエネルギーモニタ５５は、ビームス
プリッタ５３を介してレーザ光ＬＢの一部を検出して、
放電チャンバ部５１自体の性能変動を監視している。

【００５１】また、前記コントローラ５６は、図４に示
すような放電チャンバ部５１からのレーザ光ＬＢのパル
ス発振の間隔や発振周波数等の発振条件に応じて、循環
ファン５９の回転速度を加減する。この循環ファン５９
は、放電チャンバ部５１内に封入されたガスを循環さ
せ、連続的なパルス発振を行っても、予備放電電極７０
からの放電によりイオン化された混合ガスが前記電極５
８間に安定して供給する役割を担っている。

【００５２】ここで、例えばパルス発振の間隔が長い場
合、すなわちレーザ光ＬＢの発振デューティ（休止時間
を含む総発振時間に対する実質発振時間の割合）が低い
場合には、混合ガスの循環速度が遅くても電極５８間に
イオン化した混合ガスを安定して供給できる。このた
め、コントローラ５６は、循環ファン５９の回転速度を
遅くする。一方、パルス発振間隔が短い場合、すなわち
レーザ光ＬＢの発振デューティが高い場合には、コント
ローラ５６は混合ガスの循環速度を早くするために循環
ファン５９の回転速度を早くする。さらに、パルス発振
を行わない（電極５８間に電圧を印加しない）状態が長
い間続く場合には、コントローラ５６は循環ファン５９
の回転を止める。これは、循環ファン５９を回転させる
ためのシャフトが、放電チャンバ部５１内でガスを密閉
しているチャンバを貫通する構造になっており、必要以
上に循環ファン５９を回転させることによってガスの密
閉状態が早期に劣化するのを抑制するためである。

【００５３】さらに、前記コントローラ５６は、放電チ
ャンバ部５１内の混合ガスの圧力も調整することができ
る。ここで、放電チャンバ部５１内の混合ガスの圧力変
化と放電チャンバ部５１から出射されるレーザ光ＬＢの
特性（エネルギーなど）変化との関係を示すデータを予
め記憶しておいてもよい。そして、そのデータを用い
て、ウエハＷの露光時など照射状態で放電チャンバ部５
１内の混合ガスの圧力を調整して、放電チャンバ部５１
から出射されるレーザ光ＬＢの特性を変化させるように
してもよい。

【００５４】さて、前記狭帯域化部５２の筐体６０内に
は、グレーティング素子６３の温度調整を行うための温
度調整手段としての温度調整構造６５が装備されてい
る。この温度調整構造６５は、熱伝達部６６と放熱部６
７とから構成されている。熱伝達部６６は、グレーティ
ング素子６３の回折格子６３ａと反対の面側に接合配置
された金属等の熱伝導率の高い材料からなっている。ま
た、放熱部６７は、その熱伝達部６６の外面に突設され
るとともに、前記筐体６０の外部に露出するように配置
された複数の放熱フィンからなっている。そして、筐体
６０外において、この放熱部６７と対向するように冷却
ファン６８が配設されている。この冷却ファン６８の回
転により放熱部６７が空冷されるため、グレーティング
素子６３の熱が熱伝達部６６を介して放熱部６７に伝達
され、その放熱部６７から筐体６０外に放散される。こ
れによって、グレーティング素子６３が、レーザ光ＬＢ
の照射により過剰に加熱されることなく所定温度に調整
される。

【００５５】また、前記狭帯域化部５２の筐体６０内に
は、赤外線カメラを備えた温度検出手段としての温度検
出センサ６９がグレーティング素子６３の回折格子６３
ａと対応するように配設されている。そして、この温度
検出センサ６９によりグレーティング素子６３の温度が
検出されて、その温度検出信号ＴＳがコントローラ５６
に供給されるようになっている。

【００５６】しかも、前記コントローラ５６は、レーザ
光ＬＢのパルス発振の間隔や発振周波数等の発振条件に
応じて、温度調整構造６５の冷却ファン６８の回転速度
を加減する。これにより、放熱部６７からの放熱量を変
更して、グレーティング素子６３の温度調整の効率を調
整する。すなわち、パルス発振の間隔が短くなって、レ
ーザ光ＬＢの発振デューティが高くなるほど、狭帯域化
部５２の筐体６０内に熱がこもって、グレーティング素
子６３が加熱される。このため、冷却ファン６８の回転
速度を早くして、グレーティング素子６３の冷却効率を
高める。

【００５７】また、前記コントローラ５６は、前記レー
ザ光ＬＢの発振条件に加えて狭帯域化部５２の温度検出
センサ６９からの温度検出信号ＴＳにも基づいて、冷却
ファン６８の回転速度を加減する。すなわち、温度検出
センサ６９によるグレーティング素子６３の検出温度が
高くなるほど、冷却ファン６８を高速で回転させて、グ
レーティング素子６３の冷却効率を高める。

【００５８】このような温度調整構造６５において、温
度検出センサ６９の温度検出遅れや、温度調整構造６５
の温度調整遅れ等が無視できないものとなることがあ
る。言い換えると、温度検出センサ６９による温度検出
時から、グレーティング素子６３が所定温度に調整され
るまでに、時間的または温度差的な遅れが生じることが
ある。そして、このグレーティング素子６３の温度調整
遅れは、図５（ａ）に示すように、レーザ光ＬＢの発振
デューティが高くなるほど大きくなる。

【００５９】このような温度調整遅れを是正するため
に、コントローラ５６は、温度検出センサ６９の温度検
出時から所定時間経過後におけるグレーティング素子６
３の温度状態を予測し、その予測結果に基づいてグレー
ティング素子６３の温度調整の効率を調整する。

【００６０】具体的には、例えば図５（ｂ）に示すよう
に、前記レーザ光ＬＢの発振デューティに対するグレー
ティング素子６３の温度調整遅れの関係を、遅れ時間ｔ
０，ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ毎の発振デューティに対する
温度差の関係として予め求めておきコントローラ５６に
記憶しておく。

【００６１】ここで、例えば温度検出から温度調整まで
所定の遅れ時間ｔ１を有するレーザ光源２０において、
所定の発振デューティＤａにてレーザ光ＬＢを発振して
いる状態で、温度検出センサ６９から温度検出信号ＴＳ
がコントローラ５６に入力されたとする。コントローラ
５６は、記憶された温度情報に基づいて、温度検出時か
ら所定遅れ時間ｔ１後の温度差を求める。この温度差と
検出温度とに基づいて、温度検出時から所定時間経過後
の予測温度を算出する。そして、コントローラ５６は、
その予測温度に基づいて冷却ファン６８の回転速度を変
更し、グレーティング素子６３から熱伝達部６６を介し
て放熱部６７にて筐体６０外に放散される放熱量を調整
する。これにより、グレーティング素子６３の温度調整
の効率が調整され、そのグレーティング素子６３が所定
の温度に調整保持されて、温度変化に伴うレーザ光ＬＢ
の狭帯域化効率の変動が抑制される。

【００６２】従って、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。（イ）このレーザ光源２０では、その狭帯域化部５２
に温度調整構造６５を備え、この温度調整構造６５によ
ってグレーティング素子６３の温度調整が行われるよう
になっている。このため、レーザ光ＬＢの発振デューテ
ィや発振周波数が高くなった場合でも、グレーティング
素子６３の温度変化を小さく抑えることができて、グレ
ーティング素子６３における狭帯域化効率を安定化させ
ることができる。従って、レーザ光源２０から安定した
レーザ光ＬＢを発射させることができて、このレーザ光
源２０を露光装置１１の光源として適用することで、そ
のレーザ光ＬＢにより高精度の露光を行うことができ
る。

【００６３】（ロ）このレーザ光源２０は、遠紫外域
のレーザ光ＬＢを所定の間隔をおいてパルス発光するも
のであり、グレーティング素子６３の温度調整がなされ
るようになっている。このため、このレーザ光源２０
は、例えば極めて微細なパターンの露光処理の要求され
る半導体素子用の露光装置１１の光源として、特に好適
である。

【００６４】（ハ）このレーザ光源２０では、温度調
整構造６５が、放電チャンバ部５１におけるレーザ光Ｌ
Ｂの発振条件、例えばレーザ光ＬＢの発振周波数や発振
デューティ等に応じて、グレーティング素子６３の温度
調整の効率を調整するようになっている。このため、要
求されるレーザ光ＬＢの発振条件に応じて、グレーティ
ング素子６３の狭帯域化効率を調整することができる。
従って、特に光源２０からのレーザ光ＬＢの発振条件を
変更して露光が行われる露光装置に適用して有効であ
る。

【００６５】（ニ）このレーザ光源２０では、温度調
整構造６５が、グレーティング素子６３の温度を検出す
る温度検出センサ６９を備えている。そして、その温度
検出センサ６９における検出結果に基づいて、グレーテ
ィング素子６３の温度調整の効率が調整されるようにな
っている。このため、グレーティング素子６３の温度状
態に応じてその狭帯域化効率をより正確に調整すること
ができる。

【００６６】（ホ）このレーザ光源２０では、温度調
整構造６５が、温度検出センサ６９の検出結果に基づい
て、その温度検出時から所定時間経過後におけるグレー
ティング素子６３の温度状態を予測する。そして、その
予測結果に基づいてグレーティング素子６３の温度調整
の効率が調整されるようになっている。このため、グレ
ーティング素子６３の温度検出及び温度調整の遅れを見
越して、そのグレーティング素子６３の狭帯域化効率を
より正確に調整することができる。

【００６７】（ヘ）このレーザ光源２０では、温度調
整構造６５が、グレーティング素子６３の温度を調整す
るための放熱部６７と、その放熱部６７とグレーティン
グ素子６３との間で熱伝達を行う熱伝達部６６とから構
成されている。そして、放熱部６７が狭帯域化部５２の
筐体６０の外部に露出するように配置されている。この
ため、グレーティング素子６３の熱が熱伝達部６６を介
して放熱部６７に伝達された後、その熱伝達部６６から
筐体６０の外部へ速やかに放散される。従って、グレー
ティング素子６３の熱が筐体６０の内部に籠って、筐体
６０内の気体に揺らぎが発生するのを抑制することがで
き、狭帯域化効率を効果的に安定化させることができ
る。

【００６８】（ト）このレーザ光源２０では、グレー
ティング素子６３の回折格子６３ａを有する面とは反対
の面側にその温度を調整するための放熱部６７が配置さ
れている。このため、グレーティング素子６３上に広い
温度調整面を確保することができて、グレーティング素
子６３の温度調整を均一かつ効率よく行うことができ
る。

【００６９】（チ）このレーザ光源２０では、グレー
ティング素子６３と放熱部６７との間の熱伝達を行う熱
伝達部６６が、そのグレーティング素子６３を筐体６０
に対して保持する役割をも担っている。言い換えると、
グレーティング素子６３を保持する熱伝達部６６を通し
て、そのグレーティング素子６３の温度調整が行われて
いる。このため、部品点数の増加及び筐体６０の大型化
を抑制しつつ、グレーティング素子６３の温度調整を行
うことができる。

【００７０】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心に
説明する。

【００７１】この第２実施形態では、図６に示すよう
に、狭帯域化部５２の筐体６０内において、グレーティ
ング素子６３が温度調整手段としての温度調整構造７１
を構成するペルチェ素子７２を介して前記筐体６０に支
持されている。このペルチェ素子７２には、その一方の
面に熱伝達部としての熱伝達面７２ａが、他方の面に放
熱部としての放熱面７２ｂが設けられている。その熱伝
達面７２ａは、グレーティング素子６３の回折格子６３
ａと反対側の面に接合され、放熱面７２ｂが筐体６０の
外部に露出配置されている。また、このペルチェ素子７
２は、前記筐体６０に対して前記グレーティング素子６
３を保持する保持部材を兼ねている。

【００７２】そして、前記ペルチェ素子７２の放熱面７
２ｂには、冷却ファン６８が対向配置されている。この
冷却ファン６８の回転により、グレーティング素子６３
の熱が、ペルチェ素子７２の熱伝達面７２ａから放熱面
７２ｂ側に伝達された後、その放熱面７２ｂから筐体６
０の外部に放散される。これによって、グレーティング
素子６３が所定の温度に調整されるようになっている。

【００７３】また、この実施形態においては、前記グレ
ーティング素子６３の側部に熱電対を備えた温度検出手
段としての温度検出センサ７３が接合配置されている。
そして、レーザ光ＬＢの発振時に、この温度検出センサ
７３により、グレーティング素子６３の温度が直接的に
検出されて、コントローラ５６に温度検出信号ＴＳが供
給されるようになっている。

【００７４】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（イ）〜（チ）に記載の効果とほぼ同様
の効果を得ることができる。（第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態につい
て、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【００７５】この第３実施形態においては、図７に示す
ように、狭帯域化部５２の筐体６０内に、分光素子８１
を構成し一対の平行平面板８２ａよりなるエタロン素子
８２及びリヤミラー８３が配設されている。このエタロ
ン素子８２は、その周側に配置され、温度調整手段とし
ての温度調整構造８４の熱伝達部を構成する金属製の熱
伝達部材８５を介して前記筐体６０に支持されている。
すなわち、この熱伝達部材８５は、前記エタロン素子８
２を保持する保持部材をも構成している。

【００７６】その熱伝達部材８５の内部には冷却水等の
冷媒を通過させるためのジャケット８６が形成され、そ
のジャケット８６には冷媒循環路８７が接続されてい
る。その冷媒循環路８７中には、熱電対等の温度検出セ
ンサ８８、ポンプ８９及び温度調整構造８４の放熱部を
構成する熱交換器９０が接続されている。

【００７７】そして、レーザ光ＬＢの発振時には、ポン
プ８９の回転により熱伝達部材８５のジャケット８６内
に冷却水等の冷媒が流され、エタロン素子８２の熱が熱
伝達部材８５を介して冷媒に伝達される。この冷媒に伝
達された熱は、筐体６０外に持ち出され、熱交換器９０
にて熱交換されることにより外部に放出される。これに
よって、エタロン素子８２の温度調整が行われる。

【００７８】また、前記のようにポンプ８９が回転され
て、ジャケット８６から冷媒循環路８７に冷媒が導出さ
れるとき、温度検出センサ８８により冷媒の温度がエタ
ロン素子８２の温度として検出され、その温度検出信号
ＴＳがコントローラ５６に供給される。さらに、この実
施形態では、コントローラ５６の制御により、温度検出
信号ＴＳに基づくエタロン素子８２の予測温度、及び発
振デューティ等の発振条件に応じて、ポンプ８９の回転
速度及び熱交換器９０の熱交換効率の少なくともいずれ
か一方が調整される。これにより、温度調整構造８４に
よるエタロン素子８２の温度調整効率が変更されて、エ
タロン素子８２が所定の温度状態に維持される。

【００７９】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（イ）〜（ヘ）及び（チ）に記載の効果
とほぼ同様の効果を得ることができる。（変更例）な
お、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよ
い。

【００８０】・前記第１及び第２実施形態では、分光
素子６２としてのグレーティング素子６３の回折格子６
３ａと反対側の面に温度調整構造６５，７１を接合配置
したが、グレーティング素子６３の周側面に温度調整構
造６５，７１を接合配置してもよい。このようにした場
合でも、前記第１実施形態における（イ）〜（ヘ）に記
載の効果とほぼ同様の効果が得られる。

【００８１】・また、前記各実施形態では、温度調整
構造６５，７１，８４に放熱部６７、放熱面７２ｂまた
は熱交換器９０を設けて、分光素子６２，８１を冷却に
て温度調整するようにした。これに対して、温度調整構
造６５，７１，８４に加熱部を設けて、分光素子６２，
８１を加熱にて温度調整するようにしてもよい。このよ
うにした場合でも、前記第１実施形態における（イ）〜
（ト）に記載の効果とほぼ同様の効果が得られる。とい
う効果が得られる。

【００８２】・また、前記各実施形態では、レーザ光
ＬＢとしてパルス光を使用したが、例えばＨｅ−Ｎｅレ
ーザ、炭酸ガスレーザ、金属蒸気レーザ、半導体レー
ザ、ファイバレーザ、半導体レーザ等の連続光レーザ、
及びこれらの高調波を使用してもよい。

【００８３】・また、本発明のレーザ光源２０は、レ
チクルＲ上のパターンをステップ・アンド・リピート方
式でウエハＷ上に転写露光する一括露光型の露光装置、
また、例えば液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド
等のマイクロデバイス、レチクル、フォトマスク等のマ
スク等を製造するための露光装置のレーザ装置、さら
に、例えばレーザ加工機用、計測器用、情報読取用等の
レーザ装置に具体化してもよい。

【００８４】・また、本発明の露光装置１１は、レチ
クルＲ、フォトマスク等のマスク上のパターンを等倍で
あるいは拡大して、ウエハＷ、ガラスプレート等の基板
上に転写露光する露光装置に具体化してもよい。

【００８５】これらのように構成しても、前記各実施形
態とほぼ同様な効果が得られる。

【００８６】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１に記
載の発明によれば、狭帯域化部の分光素子の温度変化を
抑制することができて、その分光素子における狭帯域化
効率を安定化させることができる。この結果、レーザ装
置から安定したレーザ光を発射させることができる。

【００８７】また、本願請求項２に記載の発明によれ
ば、前記請求項１に記載の発明の効果に加えて、特に光
エネルギーが大きい遠紫外域のレーザ光を発振するレー
ザ装置に適用して有効である。

【００８８】また、本願請求項３に記載の発明によれ
ば、前記請求項１または請求項２に記載の発明の効果に
加えて、例えば極めて微細な半導体素子用の露光装置の
光源として、パルス発光するＫｒＦエキシマレーザ、Ａ
ｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂レーザを使用した場合に、そ
の光源の構成に適用して最適である。

【００８９】また、本願請求項４に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、要求されるレーザ光の発振条件
に応じて、分光素子の狭帯域化効率を調整することがで
きて、特に発振条件が変更されるレーザ装置に有効であ
る。

【００９０】また、本願請求項５に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、分光素子の温度状態に応じてそ
の狭帯域化効率を正確に調整することができる。

【００９１】また、本願請求項６に記載の発明によれ
ば、前記請求項５に記載の発明の効果に加えて、分光素
子の温度検出及び温度調整の遅れを見越して、その分光
素子の狭帯域化効率を正確に調整することができる。

【００９２】また、本願請求項７に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、分光素子からの熱が筐体の内部
に放散されて、筐体内の気体に揺らぎが発生する等の悪
影響を抑制することができる。

【００９３】また、本願請求項８に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、分光素子上に広い温度調整面を
確保することができて、分光素子の温度調整を均一かつ
効率よく行うことができる。

【００９４】また、本願請求項９に記載の発明によれ
ば、前記請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載
の発明の効果に加えて、部品点数の増加及びレーザ装置
の大型化を抑制しつつ光学素子の温度調整を行うことが
可能になる。

【００９５】また、本願請求項１０に記載の発明によれ
ば、光源から安定したレーザ光を発射させることができ
て、そのレーザ光により高精度の露光を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の露光装置を示す概略構成
図。

【図２】図１のレーザ光源の内部構成の概略的なブロ
ック図。

【図３】図２のレーザ光源の狭帯域化部を示す概略構
成図。

【図４】レーザ光の発振パターンを示す図。

【図５】（ａ）は発振のデューティとグレーティング
素子の温度調整の遅れとの関係を示す図。（ｂ）は発振
のデューティとグレーティング素子の温度との関係にお
ける経時変化を示す図。

【図６】第２の実施形態の狭帯域化部を示す概略構成
図。

【図７】第３の実施形態の狭帯域化部を示す概略構成
図。

【符号の説明】

１１…露光装置、２０…レーザ装置及び光源としてのレ
ーザ光源、５１…放電チャンバ部、５２…狭帯域化部、
５６…制御手段を構成するコントローラ、６０…筐体、
６２，８１…分光素子、６３…グレーティング素子、６
３ａ…回折格子、６５，７１，８４…温度調整手段とし
ての温度調整構造、６６…保持部材を兼ねる熱伝達部、
６７…放熱部、６９，７３，８８…温度検出手段として
の温度検出センサ、７２…保持部材を兼ねるペルチェ素
子、７２ａ…熱伝達部としての熱伝達面、７２ｂ…放熱
部としての放熱面、８５…保持部材及び熱伝達部を構成
する熱伝達部材、９０…放熱部としての熱交換器、ＬＢ
…レーザ光、Ｒ…マスクとしてのレチクル、Ｗ…基板と
してのウエハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H097 BA02 BB02 CA13 GB01 LA10 LA12 LA15 LA20 5F046 BA04 CA03 CA04 CA10 CB01 CB06 CB10 DA01 DB02 5F071 AA06 HH02 HH03 JJ02 JJ05 5F072 AA06 HH02 HH05 JJ05 JJ13 KK07 RR05 SS06 TT13 TT29 YY09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の波長域のレーザ光を発振させる放
電チャンバ部と、分光素子を有し前記放電チャンバ部で
発振されたレーザ光の狭帯域化を行う狭帯域化部とを備
えたレーザ装置において、前記分光素子の温度調整を行う温度調整手段を設けたこ
とを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記放電チャンバ部は、遠紫外域のレー
ザ光を発振するものであることを特徴とする請求項１に
記載のレーザ装置。
【請求項３】前記放電チャンバ部は、前記レーザ光を
所定の間隔をおいてパルス発光するものであることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】前記温度調整手段は、前記放電チャンバ
部における前記レーザ光の発振条件に応じて前記分光素
子の温度調整の効率を調整することを特徴とする請求項
１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】前記温度調整手段は、前記分光素子の温
度を検出する温度検出手段を備え、その温度検出手段に
おける検出結果に基づいて前記分光素子の温度調整の効
率を調整することを特徴とする請求項１〜請求項４のう
ちいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】前記温度調整手段は、前記温度検出手段
の検出結果に基づいて、その温度検出時から所定時間経
過後における前記分光素子の温度状態を予測し、その予
測結果に基づいて前記分光素子の温度調整の効率を調整
することを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】前記温度調整手段は、前記分光素子の温
度を調整するための加熱部及び放熱部の少なくとも一方
と、それら加熱部及び放熱部と分光素子との間で熱伝達
を行う熱伝達部とを備え、その加熱部及び放熱部を前記
狭帯域化部を収容する筐体の外部に設けたことを特徴と
する請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のレ
ーザ装置。
【請求項８】前記分光素子は、一方の面に所定のピッ
チで配列された回折格子を有するグレーティング素子を
含み、そのグレーティング素子の温度を調整するための
加熱部または放熱部を他方の面側に配置したことを特徴
とする請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の
レーザ装置。
【請求項９】前記分光素子を保持する保持部材に、前
記温度調整手段の少なくとも一部を設けたことを特徴と
する請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載のレ
ーザ装置。
【請求項１０】光源からの照明光の照射に基づいて、
マスク上に形成された所定のパターンの像を基板上に投
影する露光装置において、前記光源として、前記請求項１〜請求項９のうちいずれ
か一項に記載のレーザ装置を備えたことを特徴とする露
光装置。