JP2002151013A - Reference light source for fluorine laser device - Google Patents

Reference light source for fluorine laser device

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JP2002151013A
JP2002151013A JP2000345179A JP2000345179A JP2002151013A JP 2002151013 A JP2002151013 A JP 2002151013A JP 2000345179 A JP2000345179 A JP 2000345179A JP 2000345179 A JP2000345179 A JP 2000345179A JP 2002151013 A JP2002151013 A JP 2002151013A
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reference light
laser device
wavelength
fluorine laser
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Japanese (ja)
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Tomoyoshi Arimoto
智良 有本
Tetsuya Kitagawa
鉄也 北川
Masaki Yoshioka
正樹 吉岡
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reference light source for a fluorine laser device emitting light with the wavelength of 157 nm, which can be used as a projection aligner including a stepper, a scan exposure or the like in a practical sense. SOLUTION: This is the reference light source used to stabilize the wavelength of a laser beam with the wavelength of 157 nm oscillated from the fluorine laser device, wherein 0.005 to 0.040 μmol/cc of bromine atom that is a light emitting substance is sealed in a discharge container. Only bromine atom is sealed as the light emitting substance in the discharge container. Furthermore, 0.3 to 3.5 kPa (at room temperature) of at least one kind of rare gas selected from among argon(Ar), xenon(Xe), and krypton(Kr) is sealed as a buffer gas for a startup in the discharge container. Bromine atoms are also sealed in the form of hydrogen bromide(HBr) or ammonium bromide (NH4Br).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はフッ素レーザ装置
用基準光源に関するものであり、特に、ステッパーやス
キャン露光などの投影露光装置の光源に使うフッ素(分
子)レーザ装置のレーザ光線の発振波長が発振動作中に
変動しないようにするための波長安定化用基準光源に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reference light source for a fluorine laser device, and more particularly, to an oscillation wavelength of a laser beam of a fluorine (molecule) laser device used as a light source of a projection exposure apparatus such as a stepper or scan exposure. The present invention relates to a wavelength stabilizing reference light source for preventing fluctuation during operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体回路の微細化、高集積化につれ、
投影露光装置では解像度の向上が要請されている。この
ため、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、半導体リソグラフィ用光源としては、従来の水
銀ランプの放射波長(365nm)より短波長の光を放
出するArFエキシマレーザ装置が採用されている。こ
のArFエキシマレーザ装置は発振波長193nm、ス
ペクトル幅数0.5pmであるが、より発振波長が短
く、かつ、スペクトル幅の狭いフッ素レーザ装置が次世
代の光源として注目されている。このフッ素(分子)レ
ーザ装置は発振波長157nm(厳密には、157.6
299nm)、スペクトル幅0.2pmといわれてい
る。
2. Description of the Related Art As semiconductor circuits become finer and more highly integrated,
The projection exposure apparatus is required to improve the resolution. For this reason, the exposure light emitted from the light source has been shortened in wavelength, and as a light source for semiconductor lithography, an ArF excimer laser device that emits light having a wavelength shorter than the emission wavelength (365 nm) of a conventional mercury lamp has been used. Has been adopted. Although this ArF excimer laser device has an oscillation wavelength of 193 nm and a spectrum width of 0.5 pm, a fluorine laser device having a shorter oscillation wavelength and a narrower spectrum width has attracted attention as a next-generation light source. This fluorine (molecular) laser device has an oscillation wavelength of 157 nm (strictly, 157.6 nm).
299 nm) and a spectral width of 0.2 pm.

【0003】ところで、このようなArFエキシマレー
ザ装置およびフッ素レーザ装置は、放電動作中の発振波
長が変動するため、レーザ装置としては発振波長を所定
値に維持するための波長安定化制御が必要になる。そし
て、この制御を行うためには、レーザ装置からの発振波
長を測定する手段が必要になる。通常は、放射光が安定
である(発光波長が変動しない)基準光源を使って、こ
の基準光源からの放射光と被検出光(レーザ光)を比較
することで、被検出光の波長のズレを測定する方法が用
いられている。
Since the oscillation wavelength of the ArF excimer laser device and the fluorine laser device fluctuate during the discharge operation, the laser device needs wavelength stabilization control for maintaining the oscillation wavelength at a predetermined value. Become. In order to perform this control, a means for measuring the oscillation wavelength from the laser device is required. Normally, by using a reference light source whose emission light is stable (the emission wavelength does not fluctuate) and comparing the emission light from this reference light source with the light to be detected (laser light), the wavelength of the light to be detected is shifted. Is used.

【0004】図8に従来例としてArFエキシマレーザ
装置の波長測定装置を示す。基準光源である基準光が放
射される。この基準光はシャッターAを経てビームスプ
リッターに入射し、そこで反射されてエタロン、集光レ
ンズを経てリニアセンサ(CCD)に入射する。リニア
センサ上には干渉縞(フリンジ)を形成し、このフリン
ジの位置データから基準光の線幅を認識する。なお、基
準光源は波長変動が起きにくいので、一度だけ測定する
か、あるいは事前に装置内のコンピュータ等に認識させ
ておけば、レーザ動作開始後における測定は不要と考え
られる。しかし、エタロンにおける空気での屈折率変動
やミラー位置の微妙な変動が起こるので、レーザ動作の
経過時間に伴って、リニアセンサ上の干渉縞の位置も微
妙に変化する。このため、定期的、あるいは頻繁に基準
光源の測定が必要になり、この基準光源からの測定値を
もとにそのときのエタロンやミラーの状態を把握するわ
けである。
FIG. 8 shows a wavelength measuring device of an ArF excimer laser device as a conventional example. Reference light, which is a reference light source, is emitted. This reference light enters the beam splitter via the shutter A, is reflected there, and enters the linear sensor (CCD) via the etalon and the condenser lens. An interference fringe (fringe) is formed on the linear sensor, and the line width of the reference light is recognized from the position data of the fringe. Since the wavelength of the reference light source hardly fluctuates, if it is measured only once, or if it is previously recognized by a computer or the like in the apparatus, it is considered that the measurement after the start of the laser operation is unnecessary. However, since the refractive index of the etalon fluctuates in air and the mirror position slightly fluctuates, the position of the interference fringes on the linear sensor also slightly fluctuates as the laser operation elapses. For this reason, it is necessary to measure the reference light source periodically or frequently, and the state of the etalon or the mirror at that time is grasped based on the measurement value from the reference light source.

【0005】次に、シャッターAを閉じて、ArFエキ
シマレーザからの波長193.4nm近傍の被測定光
(レーザ光)を入射開口、シャッターB、反射鏡を経
て、さらに凹面反射鏡、エタロンに導く。そして、エタ
ロンで多重干渉された被測定光が集光レンズを経てリニ
アセンサ(CCD)上に照射される。このリニアセンサ
上では、前記基準光源の場合と同様にフリンジが形成さ
れ、基準光源の場合と同様にCCD上に形成される位置
データから被測定光の波長が算出される。つまり、エタ
ロンやミラーの状態が変化していたとしても、その状態
における基準光源で形成される位置データとArFレー
ザ装置のレーザ光で形成される位置データを比較するこ
とでレーザ光の発振波長のズレを測定することができ
る。
Next, the shutter A is closed, and the light to be measured (laser light) having a wavelength of about 193.4 nm from the ArF excimer laser is guided through the entrance aperture, the shutter B, and the reflecting mirror, and further to the concave reflecting mirror and the etalon. . Then, the light to be measured, which is multiply interfered by the etalon, is irradiated on a linear sensor (CCD) via a condenser lens. On this linear sensor, a fringe is formed as in the case of the reference light source, and the wavelength of the light to be measured is calculated from position data formed on the CCD as in the case of the reference light source. In other words, even if the state of the etalon or the mirror has changed, the position data formed by the reference light source in that state and the position data formed by the laser light of the ArF laser device are compared to determine the oscillation wavelength of the laser light. The displacement can be measured.

【0006】上記従来例はArFエキシマレーザ装置の
場合について説明したが、フッ素レーザ装置についても
同様であって、発振レーザ光の波長安定化のためには基
準光源を使った制御が必要となる。特に、フッ素レーザ
装置については、発振波長がArFエキシマレーザより
もさらに短い真空紫外光であり透過する気体媒質の温度
などによる密度の揺らぎに起因する屈折率の変化によっ
て、波長が微妙に変化して観測される恐れがあること、
線幅が小さく、発振波長のズレの許容度も小さいことか
ら、発振波長にきわめて近い波長の光を放出する基準光
源が必要となる。
Although the above-mentioned conventional example has been described for the case of an ArF excimer laser device, the same applies to a fluorine laser device, and control using a reference light source is required to stabilize the wavelength of the oscillating laser light. In particular, for a fluorine laser device, the oscillation wavelength is a vacuum ultraviolet light shorter than that of an ArF excimer laser, and the wavelength slightly changes due to a change in the refractive index caused by density fluctuation due to the temperature of a gas medium passing therethrough. That they may be observed,
Since the line width is small and the tolerance for deviation of the oscillation wavelength is small, a reference light source that emits light having a wavelength very close to the oscillation wavelength is required.

【0007】ここで、フッ素レーザ装置の基準光源につ
いては、例えば、特開2000−249600号に説明
されており、この文献には、発光物質として炭素
(C)、鉄(Fe)、ナトリウム(Na)、フッ素
(F)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(A
l)、アルゴン(Ar)、カルシウム(Ca)、スカン
ジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、
ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ゲルマニウム(G
e)、砒素(As)、臭素(Br)、白金(Pt)を使
うことが開示されている。
Here, the reference light source of the fluorine laser device is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-249600. In this document, carbon (C), iron (Fe), sodium (Na) ), Fluorine (F), magnesium (Mg), aluminum (A
l), argon (Ar), calcium (Ca), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn),
Nickel (Ni), copper (Cu), germanium (G
e), arsenic (As), bromine (Br), and platinum (Pt) are disclosed.

【0008】しかしながら、この文献の開示は、波長1
57nmに僅かでも発光の可能性が見出せる原子を単に
羅列したにすぎず、発光強度を考慮して、実用上有効な
発光原子を特定しているものではない。言い方を変えれ
ば、ここに開示された原子を発光物質として選択して基
準光源を作ったとしても、実用上は波長157nmの発
光強度が低すぎたり、あるいは他の波長との相対強度が
低いため、半導体製造装置である投影露光装置(ステッ
パーやスキャン露光)において産業上利用できるもので
はない。
[0008] However, the disclosure of this document discloses that the wavelength 1
It is merely a list of atoms that have a possibility of emitting light even at a small wavelength of 57 nm, and does not specify a practically effective light emitting atom in consideration of the light emission intensity. In other words, even if a reference light source is made by selecting the atoms disclosed herein as a light emitting substance, the light emission intensity at a wavelength of 157 nm is practically too low, or the relative intensity with another wavelength is low. However, it is not industrially applicable to a projection exposure apparatus (stepper or scan exposure) which is a semiconductor manufacturing apparatus.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、波長157nmの光を放出するフッ素レ
ーザ装置用の基準光源であって、ステッパーやスキャン
露光等の投影露光装置の光源として実用的意味において
使用できる基準光源を提供することである。
An object to be solved by the present invention is a reference light source for a fluorine laser device which emits light having a wavelength of 157 nm, which is practically used as a light source for a projection exposure apparatus such as a stepper or scan exposure. It is to provide a reference light source that can be used in a technical sense.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明のフッ素レーザ装置から発振される波長1
57nmのレーザ光線の波長安定化に使う基準光源であ
って、発光物質である臭素原子が放電容器の中に、0.
005μmol/cc〜0.040μmol/cc封入
されたことを特徴とする。このように本願発明は、フッ
素レーザ装置を半導体製造のための露光装置用光源とし
て使う場合に、実用的観点から十分に効果を有するとい
う意味において、臭素を発光原子とすることが最適であ
ることを見出し、かつ、この臭素の封入量を特定したも
のである。特に、臭素原子の発光スペクトルは157.
6387nmであり、フッ素レーザの発振波長である1
57.6299nmに極めて近く、また、臭素原子はそ
の他の原子に比べて、このフッ素レーザの発振波長に近
い波長に高い光強度を有するもので実用的意味において
効果的である。
In order to solve the above-mentioned problems, a wavelength 1 oscillated from the fluorine laser device of the present invention is used.
It is a reference light source used for stabilizing the wavelength of a laser beam of 57 nm, and a bromine atom, which is a light-emitting substance, is placed in a discharge vessel in an amount of 0.
005 μmol / cc to 0.040 μmol / cc. As described above, in the present invention, when a fluorine laser device is used as a light source for an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, it is optimal to use bromine as a light-emitting atom in the sense that it is sufficiently effective from a practical viewpoint. And the amount of bromine enclosed is specified. In particular, the emission spectrum of the bromine atom is 157.
6387 nm, which is the oscillation wavelength of the fluorine laser.
It is extremely close to 57.6299 nm, and bromine atoms have a higher light intensity at a wavelength closer to the oscillation wavelength of this fluorine laser than other atoms, and are effective in a practical sense.

【0011】さらに、請求項2では前記放電容器には、
発光物質として臭素原子のみが封入されたことを特徴と
する。これは、臭素原子を封入したランプは、従来から
多く存在するが、これらはハロゲンサイクルを目的とし
たものであり、主発光物質として積極的に封入するもの
ではない。例えば、白熱ランプなどで臭素を封入する場
合があるが、これはタングステンフィラメントによる発
光を利用するランプであって、タングステンの蒸発をハ
ロゲン(臭素)サイクルで防止して長寿命を図ろうとす
るものである。また、水銀ランプなどの放電ランプで臭
素を封入する場合もあるが、これは水銀原子の発光を利
用するランプであり、臭素は発光物質として機能するも
のではない。請求項2に係る発明は、このような従来の
ランプとの差異を明らかしたものであって、発光物質と
して臭素のみを利用することを特徴としている。
Further, according to claim 2, the discharge vessel includes:
It is characterized in that only a bromine atom is enclosed as a luminescent substance. There are many lamps in which a bromine atom is sealed, but these are intended for a halogen cycle, and are not positively sealed as a main luminescent material. For example, in some cases, bromine is sealed with an incandescent lamp or the like. This is a lamp that uses light emission from a tungsten filament to prevent tungsten from evaporating in a halogen (bromine) cycle to achieve a long life. is there. In some cases, bromine is sealed with a discharge lamp such as a mercury lamp. However, this is a lamp that uses light emission of mercury atoms, and bromine does not function as a light-emitting substance. The invention according to claim 2 clarifies such a difference from the conventional lamp, and is characterized in that only bromine is used as a luminescent material.

【0012】さらに、請求項3では前記放電容器には、
アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、クリプトン(K
r)から選ばれる少なくとも1種の希ガスが、0.3k
Pa〜3.5kPa(常温において)始動用バッファガ
スとして封入されたことを特徴とする。このように本願
発明のフッ素レーザ装置用の基準光源は、発光物質とし
ての臭素以外に始動用バッファガスとしてアルゴン等の
希ガスを封入するものである。この希ガスの目的は一般
的な放電ランプと同様に点灯始動を容易にするためのも
のである。しかし、本発明者らは鋭意検討の結果、この
希ガスを封入することが始動性という作用以外に、その
封入量によっては臭素原子の発光に影響を及ぼすことを
見出したものである。
Further, according to claim 3, the discharge vessel includes:
Argon (Ar), Xenon (Xe), Krypton (K
r) at least one rare gas selected from the group consisting of 0.3 k
It is characterized in that it is sealed as a buffer gas for starting at Pa to 3.5 kPa (at room temperature). As described above, the reference light source for the fluorine laser device of the present invention encloses a rare gas such as argon as a starting buffer gas in addition to bromine as a light emitting substance. The purpose of the rare gas is to make it easy to start lighting like a general discharge lamp. However, the present inventors have assiduously studied and found that encapsulating this rare gas has an effect on the emission of bromine atoms depending on the encapsulation amount, in addition to the effect of starting properties.

【0013】さらに、請求項4では、前記臭素原子が臭
化水素(HBr)、臭化アンモニウム(NH4Br)、
臭化エチレン(CH2Br2)、臭化メチル(CH3
r)の形で封入されることを特徴とする。
Further, in claim 4, the bromine atom is hydrogen bromide (HBr), ammonium bromide (NH 4 Br),
Ethylene bromide (CH 2 Br 2 ), methyl bromide (CH 3 B
It is characterized by being enclosed in the form of r).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は本発明のフッ素レーザ装置
の発振レーザ光を制御するための基準光源を示す。放電
容器1は本体ケース2と窓部材3から構成される。本体
ケース2は概略円筒形状をしており、例えば、ホウケイ
酸ガラスから形成される。窓部材3は容器内部で生成し
た真空紫外光を取出すためのもので合成石英ガラスから
なる概略円盤状部材が本体ケース2の一端を塞ぐように
取付けられる。ここで、本体ケース2の一端2aは、窓
部材3との接着を容易にするために、熱膨張係数を少し
ずつ変化させたガラスを段継ぎに接続している。なお、
本体ケース2は合成石英ガラスにより形成することが可
能であり、この場合には窓部材3と同一材料であるた
め、段継ぎ構造を採用することなく直接接着することで
気密封止構造を形成できる。さらに、窓部材3は合成石
英ガラス以外にフッ化マグネシウムを採用することがで
きる。数値例をあげると、放電容器は、長さ150m
m、外径20mmである。
FIG. 1 shows a reference light source for controlling the oscillation laser light of a fluorine laser device according to the present invention. The discharge vessel 1 includes a main body case 2 and a window member 3. The main body case 2 has a substantially cylindrical shape and is made of, for example, borosilicate glass. The window member 3 is for extracting vacuum ultraviolet light generated inside the container, and is attached so that a substantially disk-shaped member made of synthetic quartz glass closes one end of the main body case 2. Here, one end 2a of the main body case 2 is connected to a step joint of glass whose thermal expansion coefficient is slightly changed to facilitate adhesion to the window member 3. In addition,
The main body case 2 can be formed of synthetic quartz glass. In this case, since the main body case 2 is made of the same material as the window member 3, the hermetic sealing structure can be formed by directly bonding without employing a step joint structure. . Further, the window member 3 can employ magnesium fluoride other than the synthetic quartz glass. To give a numerical example, the discharge vessel is 150m long
m, outer diameter 20 mm.

【0015】本体ケース2の外表面には概略リング状の
電極4(4a、4b)が2つ巻き付けられており、この
電極4(4a、4b)からの接続線が交流電源に接続さ
れる。電極4は、例えば、銅、アルミニウムからなるも
ので薄膜状のものが本体ケース2に密着する形で巻き付
けられる。数値例をあげると、電極4の幅は10mmで
あり、電極4aと放電容器の端部との距離20mm、電
極4bと窓部材3との距離50mmである。
Two generally ring-shaped electrodes 4 (4a, 4b) are wound around the outer surface of the main body case 2, and connection lines from the electrodes 4 (4a, 4b) are connected to an AC power supply. The electrode 4 is made of, for example, copper or aluminum, and is wound in such a manner that a thin-film electrode is in close contact with the main body case 2. To give a numerical example, the width of the electrode 4 is 10 mm, the distance between the electrode 4 a and the end of the discharge vessel is 20 mm, and the distance between the electrode 4 b and the window member 3 is 50 mm.

【0016】放電容器1の内部には、発光成分として臭
素原子、点灯始動用バッファガスとしてのキセノンが封
入される。後述するが発光成分としての臭素原子は0.
005μmol/cc〜0.040μmol/ccの範
囲、より好ましくは0.005μmol/cc〜0.0
15μmol/ccの範囲で封入される。一方、希ガス
はキセノン、アルゴン、クリプトンから選ばれた少なく
とも1種のガスが採用され、0.3kPa〜3.5kP
a(常温において)の範囲で、より好ましくは0.67
kPa〜2.67kPa(常温)の範囲で封入される。
ここで、放電容器1には発光物質としては臭素原子以外
を必要としない。例えば、一般的な水銀ランプは水銀が
封入されたり、メタルハライドランプは種々の金属原子
が封入されるが、このランプにおいては臭素原子による
発光を必要とするので、このような他の発光物質を必要
とするものではない。
The discharge vessel 1 is filled with a bromine atom as a light-emitting component and xenon as a buffer gas for starting lighting. As will be described later, the bromine atom as a light emitting component is 0.1%.
005 μmol / cc to 0.040 μmol / cc, more preferably 0.005 μmol / cc to 0.0
Encapsulated in the range of 15 μmol / cc. On the other hand, as the rare gas, at least one kind of gas selected from xenon, argon, and krypton is adopted, and 0.3 kPa to 3.5 kP is used.
a (at room temperature), more preferably 0.67
It is sealed in the range of kPa to 2.67 kPa (normal temperature).
Here, the discharge vessel 1 does not require anything other than bromine atoms as a luminescent substance. For example, a common mercury lamp is filled with mercury, and a metal halide lamp is filled with various metal atoms.However, since this lamp requires light emission by bromine atoms, such other luminescent materials are required. It does not mean that.

【0017】次に、臭素原子の封入量と波長157nm
の放射強度との関係について説明する。本発明者らは、
臭素原子の封入量が多くなると、波長157nmの真空
紫外光の強度が低下することを見出した。この原因は臭
素原子の濃度の増大に伴って、自己吸収が起こり、これ
により真空紫外光の強度が低下するものと考えられる。
なお、臭素原子の封入量、すなわち濃度が小さすぎると
発光物質の種としての絶対量が小さいため同様に真空紫
外光の放射強度は低下する。すなわち、臭素原子の封入
量に最適範囲があることを突き止めた。
Next, the amount of bromine atoms and the wavelength of 157 nm
The relationship with the radiation intensity will be described. We have:
It has been found that the intensity of vacuum ultraviolet light having a wavelength of 157 nm decreases as the amount of bromine atoms increases. It is considered that the cause is that self-absorption occurs with an increase in the concentration of bromine atoms, thereby reducing the intensity of vacuum ultraviolet light.
If the amount of bromine atoms enclosed, that is, the concentration is too small, the absolute intensity of the luminescent substance as a seed is small, so that the emission intensity of vacuum ultraviolet light similarly decreases. That is, it was found that there is an optimum range for the amount of bromine atoms enclosed.

【0018】また、希ガス(アルゴンガス)の封入圧力
についても臭素原子同様に低すぎても高すぎても真空紫
外光の放射強度に影響を与えることも見出した。アルゴ
ンガスから放電空間に供給された電子によって、臭素原
子が励起して発光するが、アルゴンガスの封入量が低す
ぎると放電空間中の電子密度が低くなり、十分な頻度で
臭素原子の励起が起きないためと考えられる。一方、高
すぎる場合は、放電空間の電子によるアルゴン原子の励
起が増大し、反って、臭素原子の励起の頻度が低下して
しまうためと考えられる。
It has also been found that the pressure of the noble gas (argon gas) is too low or too high, like bromine atoms, to affect the emission intensity of vacuum ultraviolet light. The electrons supplied from the argon gas to the discharge space excite the bromine atoms and emit light.However, if the amount of the filled argon gas is too low, the electron density in the discharge space becomes low, and the excitation of the bromine atoms occurs with sufficient frequency. Probably because it does not happen. On the other hand, if it is too high, it is considered that the excitation of the argon atoms by the electrons in the discharge space increases, and on the other hand, the frequency of the excitation of the bromine atoms decreases.

【0019】この点の実験について説明する。希ガスと
してアルゴンを0.4kPa(常温)封入して、この場
合の臭素原子の封入モル量を0.005μモル/cc,
0.015μモル/cc,0.025μモル/cc,
0.040μモル/cc,0.050μモル/cc,
0.100μモル/ccと変化させて、その各々におい
て、波長157nmの真空紫外光の放射強度を測定し
た。測定値は臭素原子の封入モル量を0.005μモル
/ccの時の強度を100として相対値を測定した。
An experiment on this point will be described. 0.4 kPa (normal temperature) of argon is charged as a rare gas, and the amount of bromine atoms charged in this case is 0.005 μmol / cc,
0.015 μmol / cc, 0.025 μmol / cc,
0.040 μmol / cc, 0.050 μmol / cc,
The emission intensity of vacuum ultraviolet light having a wavelength of 157 nm was measured for each of the samples while changing the concentration to 0.100 μmol / cc. The measured value was measured as a relative value with the intensity when the molar amount of bromine atoms was 0.005 μmol / cc as 100.

【0020】さらに、希ガス(アルゴン)の封入量との
関係も考慮するために、アルゴンの封入量を0kPa、
0.13kPa、0.67kPa、1.33kPa、
2.00kPa、2.67kPa、3.33kPa、
4.00kPa、6.67kPaと変化させて、その各
々について、臭素原子の封入量を同様に0.005μモ
ル/cc,0.015μモル/cc,0.025μモル
/cc,0.040μモル/cc,0.050μモル/
cc,0.100μモル/ccと変化させて、波長15
7nmの真空紫外光の放射強度を測定した。測定値は全
て臭素原子の封入モル量を0.005μモル/cc、ア
ルゴンの封入圧力0.4kPaの時の強度を100とし
た相対値を示す。
Further, in order to consider the relationship with the amount of rare gas (argon) charged, the amount of argon charged is set to 0 kPa,
0.13 kPa, 0.67 kPa, 1.33 kPa,
2.00 kPa, 2.67 kPa, 3.33 kPa,
4.00 kPa and 6.67 kPa, and the bromine atom encapsulation amount for each of them was also 0.005 μmol / cc, 0.015 μmol / cc, 0.025 μmol / cc, 0.040 μmol / cc. cc, 0.050 μmol /
cc, 0.100 μmol / cc, and the wavelength 15
The emission intensity of 7 nm vacuum ultraviolet light was measured. All the measured values are relative values, with the molar amount of bromine atoms being 0.005 μmol / cc, and the intensity at the time of an argon sealing pressure of 0.4 kPa being 100.

【0021】この結果を図2に数値として示すととも
に、この数値結果にもとづいて、図3に臭素原子と真空
紫外光の放射強度の関係をグラフで示し、さらに、図4
にアルゴン封入圧と真空紫外光の放射硬度の関係をグラ
フに示す。図3に示す結果から臭素原子の封入量が多く
なるに従い、真空紫外光の放射強度が低下するととも
に、その封入量が0.040μモル/cc以上になると
全体的に相対値が50を下回っている。つまり、0.0
05〜0.040μモル/ccの範囲であれば十分な強
度の真空紫外光を得ることができ、0.005〜0.0
15μモル/ccの範囲では相対値70以上の高い強度
が得られることがわかる。なお、この実験では臭素原子
の封入量は0.005μモル/ccを最低値として実験
を行っている。これは、これ以下の封入量の場合に発光
物質としての絶対量が小さいので十分な発光ができない
からである。本発明者らは、フッ素レーザ装置の発振レ
ーザ光の基準光源として実用上使用できるという観点か
らこの相対値が50以上あれば十分に使用できることを
確認した。ここで、臭素原子の発光スペクトルは15
7.6387nmであり、フッ素レーザの発振波長であ
る157.6299nmに極めて近く、また、臭素原子
はその他の原子に比べて、このフッ素レーザの発振波長
に近い波長に高い光強度を有するもので実用的意味にお
いて効果的であることを見出している。
The results are shown in FIG. 2 as numerical values, and based on the numerical results, FIG. 3 is a graph showing the relationship between bromine atoms and the emission intensity of vacuum ultraviolet light.
The graph shows the relationship between the argon filling pressure and the radiation hardness of vacuum ultraviolet light. From the results shown in FIG. 3, as the amount of bromine atoms increases, the emission intensity of the vacuum ultraviolet light decreases, and when the amount of bromine atoms increases to 0.040 μmol / cc or more, the relative value generally falls below 50. I have. That is, 0.0
In the range of 0.05 to 0.040 μmol / cc, a sufficient intensity of vacuum ultraviolet light can be obtained,
It can be seen that high strength with a relative value of 70 or more can be obtained in the range of 15 μmol / cc. In this experiment, the amount of bromine atoms was set to 0.005 μmol / cc as the minimum value. This is because when the amount is less than this, sufficient emission cannot be performed because the absolute amount of the luminescent material is small. The present inventors have confirmed that if the relative value is 50 or more, it can be sufficiently used as a reference light source for the oscillation laser light of the fluorine laser device. Here, the emission spectrum of the bromine atom is 15
7.6387 nm, which is very close to the fluorine laser oscillation wavelength of 157.6299 nm, and bromine atoms have a higher light intensity at a wavelength closer to the fluorine laser oscillation wavelength than other atoms and are practically used. It is found to be effective in a technical sense.

【0022】また、図2及び図4に示す結果からアルゴ
ン封入圧が0.4〜3.33kPaであれば相対値50
以上の高い真空紫外線強度を得ることができ、特に0.
67〜2.67kPaのときに相対値70もの高い真空
紫外光の放射強度を得られていることがわかる。
From the results shown in FIGS. 2 and 4, if the argon filling pressure is 0.4 to 3.33 kPa, the relative value is 50.
A high vacuum ultraviolet intensity as described above can be obtained.
It can be seen that the radiation intensity of the vacuum ultraviolet light as high as 70 was obtained when the pressure was 67 to 2.67 kPa.

【0023】ここで、臭素原子は、臭化水素(HB
r)、臭化アンモニウム(NH4Br)、臭化エチレン
(CH2Br2)、臭化メチル(CH3Br)などの形態
で封入する場合がある。これは、臭素を単体で封入する
ことが毒性、製造設備の金属配管への腐食性等で問題が
あり、これらの形態で封入することがこのような問題を
やわらげるからである。また、臭化水素(HBr)、臭
化アンモニウム(NH4Br)は炭素を含まないので放
電空間中で放電によって分解したとき、放電容器および
光取出窓は炭素の付着によって光取出効率が低下しない
という利点も有する。
Here, the bromine atom is hydrogen bromide (HB
r), ammonium bromide (NH 4 Br), ethylene bromide (CH 2 Br 2 ), and methyl bromide (CH 3 Br). This is because encapsulating bromine alone has problems such as toxicity and corrosiveness to metal piping of manufacturing equipment, and encapsulating in these forms alleviates such problems. Further, since hydrogen bromide (HBr) and ammonium bromide (NH 4 Br) do not contain carbon, when they are decomposed by discharge in the discharge space, the light extraction efficiency of the discharge vessel and the light extraction window does not decrease due to the adhesion of carbon. It also has the advantage.

【0024】次に、図5を使って、このような基準光源
を使ったフッ素レーザ装置の全体構造について説明す
る。フッ素レーザ装置はレーザチャンバ10、狭帯域モ
ジュール20、波形検出光学系30、制御回路40から
を主要素として構成され、これらで投影露光装置用の光
源として機能すべく波長157nmの光を放射する。レ
ーザチャンバ10の両端には、窓が設けられており、チ
ェンバ内にフッ素ガス、およびネオン等のバッファガス
が封入される。レーザチャンバ10の内部には所定間隔
だけ離間して対向した一対の放電電極が設けられ、図示
略の高電圧発生装置からの高電圧パルスが印加されると
放電電極間に放電が生じてレーザガスであるフッ素ガス
が励起される。この励起によってレーザ光が生じるが狭
帯域化モジュール20にはレーザ光のスペクトル幅を狭
帯域化するためのプリズムや回折格子が配置する。そし
て、レーザチャンバー10の他方の窓の外には出力鏡が
設けられるとともにその先にビームスプリッタ31が設
けられ、ここからレーザ光を校正するための検出光が一
部取出される。この検出光を受ける波形検出光学系30
は、図8に示す構造のものを有し、すわなち図6におけ
るリニアセンサからの信号が制御回路40に送信され
る。
Next, the overall structure of a fluorine laser device using such a reference light source will be described with reference to FIG. The fluorine laser device includes a laser chamber 10, a narrow-band module 20, a waveform detection optical system 30, and a control circuit 40 as main components, and emits light having a wavelength of 157 nm to function as a light source for a projection exposure apparatus. Windows are provided at both ends of the laser chamber 10, and a fluorine gas and a buffer gas such as neon are sealed in the chamber. A pair of discharge electrodes facing each other are provided inside the laser chamber 10 at a predetermined interval, and when a high-voltage pulse is applied from a high-voltage generator (not shown), a discharge is generated between the discharge electrodes to generate a laser gas. A certain fluorine gas is excited. Although the laser light is generated by this excitation, the narrowing module 20 is provided with a prism or a diffraction grating for narrowing the spectrum width of the laser light. An output mirror is provided outside the other window of the laser chamber 10 and a beam splitter 31 is provided ahead of the output mirror, from which a part of detection light for calibrating the laser light is extracted. Waveform detection optical system 30 receiving this detection light
Has a structure shown in FIG. 8, that is, a signal from the linear sensor in FIG.

【0025】一方、臭素原子を発光物質とする基準光源
50からの放射光も同様に波形検出光学系30に入射さ
れる。この説明も図8における基準光源のところに臭素
を含むランプを適用するだけで同様の説明をすることが
できる。そして、基準光源50からの放射光もリニアセ
ンサからの信号として制御回路40に送信される。な
お、現実の動作としては、フッ素レーザ装置からのレー
ザ光が定期的に測定されるとともに、それに前後して基
準光源50からの放射光を測定することになる。この理
由は前記したが、波形検出回路30含まれるエタロンや
ミラー等の光学部品の状態が微妙に変化するためであ
り、その都度、両方の光を検出してその状態におけるフ
ッ素レーザ装置のレーザ光を基準光源の波長を基準にし
て測定するものである。そして、フッ素レーザ装置から
のレーザ光の発振スペクトルにズレがある場合には、制
御回40から狭帯域モジュール20に信号を送り、回折
格子を動かす等によって適正化を図る。
On the other hand, the light emitted from the reference light source 50 having a bromine atom as a light-emitting substance similarly enters the waveform detection optical system 30. This description can be similarly applied only by applying a lamp containing bromine to the reference light source in FIG. Then, the radiation light from the reference light source 50 is also transmitted to the control circuit 40 as a signal from the linear sensor. As an actual operation, the laser light from the fluorine laser device is periodically measured, and before and after the measurement, the light emitted from the reference light source 50 is measured. The reason for this is as described above, because the state of the optical components such as the etalon and the mirror included in the waveform detection circuit 30 is slightly changed. Each time, both lights are detected and the laser light of the fluorine laser device in that state is detected. Is measured with reference to the wavelength of the reference light source. If there is a deviation in the oscillation spectrum of the laser light from the fluorine laser device, a signal is sent from the control circuit 40 to the narrow band module 20, and the optimization is performed by moving the diffraction grating or the like.

【0026】図6に本発明の基準光源の分光スペクトル
を示す。縦軸はこの基準光源から放射される全放射光の
うち各々の波長の光の相対強度を示す。図より波長15
7.6387nmに高い放射強度を示していることがわ
かる(図においては、163nm付近により高い強度を
示す波長が存在しているが、157.6387nmもそ
れに続くピークを有している)。この基準光源は臭素
0.025μmol/cc、希ガスとしてアルゴン6.
60kPa封入したランプである。
FIG. 6 shows the spectrum of the reference light source of the present invention. The vertical axis indicates the relative intensity of light of each wavelength among the total radiation light radiated from this reference light source. Wavelength 15 from the figure
It can be seen that a high radiation intensity is shown at 7.6387 nm (in the figure, there is a wavelength showing a higher intensity near 163 nm, but 157.637 nm also has a subsequent peak). The reference light source was bromine 0.025 μmol / cc, and argon was used as a rare gas.
The lamp is filled with 60 kPa.

【0027】本発明の基準光源は、図1に示す構造に限
定されるものではなく、図7(a)〜(c)に示す構造
が適用できる。図7においては、交流電源5、放電プラ
ズマ6は省略している。
The reference light source of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 1, and the structures shown in FIGS. 7A to 7C can be applied. In FIG. 7, the AC power supply 5 and the discharge plasma 6 are omitted.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上、この発明の基準光源は、発光物質
である臭素原子が放電容器の中に、0.005μmol
/cc〜0.040μmol/cc封入したものである
ため、フッ素レーザ装置を半導体製造のための露光装置
用光源として使う場合に実用的観点から十分に効果を有
することができる。さらに、臭素原子と併せて封入する
始動用バッファガスとして、アルゴン(Ar)、キセノ
ン(Xe)、クリプトン(Kr)から選ばれる少なくと
も1種の希ガスを0.3kPa〜3.5kPa(常温に
おける圧力)封入してことでより始動性を改善できるだ
けでなくより光強度を高くできるのでより実用性のある
フッ素レーザ装置用基準光源を提供することができる。
As described above, according to the reference light source of the present invention, bromine atoms as a luminescent substance are contained in a discharge vessel in an amount of 0.005 μmol.
/ Cc to 0.040 μmol / cc, it is sufficiently effective from a practical viewpoint when the fluorine laser device is used as a light source for an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor. Further, at least one rare gas selected from argon (Ar), xenon (Xe), and krypton (Kr) is used as a starting buffer gas sealed together with bromine atoms at a pressure of 0.3 kPa to 3.5 kPa (at room temperature). ) By encapsulating, not only the startability can be improved but also the light intensity can be increased, so that a more practical reference light source for a fluorine laser device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のフッ素レーザ装置用基準光源の全体構
造を示す。
FIG. 1 shows the entire structure of a reference light source for a fluorine laser device of the present invention.

【図2】本発明のフッ素レーザ装置用基準光源の効果を
示す。
FIG. 2 shows the effect of a reference light source for a fluorine laser device of the present invention.

【図3】本発明の基準光源の臭素原子量と放射強度の関
係を示す。
FIG. 3 shows the relationship between the atomic weight of bromine and the radiation intensity of the reference light source of the present invention.

【図4】本発明の基準光源のアルゴン封入圧と放射強度
の関係を示す。
FIG. 4 shows the relationship between the argon filling pressure and the radiation intensity of the reference light source of the present invention.

【図5】本発明のフッ素レーザ装置と基準光源の全体構
造を示す。
FIG. 5 shows an overall structure of a fluorine laser device and a reference light source of the present invention.

【図6】本発明の基準光源による分光分布の一例を示
す。
FIG. 6 shows an example of a spectral distribution by the reference light source of the present invention.

【図7】本発明の基準光源の他の構造を示す。FIG. 7 shows another structure of the reference light source of the present invention.

【図8】波長測定装置の概略構成を示す。FIG. 8 shows a schematic configuration of a wavelength measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放電容器 2 本体けース 3 窓部材 4 電極 5 交流電源 6 放電プラズマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge container 2 Body casing 3 Window member 4 Electrode 5 AC power supply 6 Discharge plasma

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H097 CA13 LA10 5F046 BA03 CA03 CA08 DA01 5F071 AA04 JJ10 5F072 AA04 JJ20 KK15 KK30 YY09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H097 CA13 LA10 5F046 BA03 CA03 CA08 DA01 5F071 AA04 JJ10 5F072 AA04 JJ20 KK15 KK30 YY09

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フッ素レーザ装置から発光する波長15
7.6299nmのレーザ光線の波長安定化に使う基準
光源であって、 発光物質である臭素原子が放電容器の中に、0.005
μmol/cc〜0.040μmol/cc封入された
ことを特徴とするフッ素レーザ装置用基準光源。
1. A wavelength 15 emitted from a fluorine laser device.
A reference light source used for stabilizing the wavelength of a 7.6299 nm laser beam.
A reference light source for a fluorine laser device, wherein the reference light source is encapsulated in an amount of μmol / cc to 0.040 μmol / cc.
【請求項2】前記放電容器には、発光物質として臭素原
子のみが封入されたことを特徴とする請求項1のみが封
入されたことを特徴とするフッ素レーザ装置用基準光
源。
2. The reference light source for a fluorine laser device according to claim 1, wherein only the bromine atom is sealed as a luminescent substance in said discharge vessel.
【請求項3】前記放電容器には、始動用バッファガスと
して、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、クリプト
ン(Kr)から選ばれる少なくとも1種の希ガスが、
0.3kPa〜3.5kPa(常温における圧力)封入
されたことを特徴とする請求項1のフッ素レーザ装置用
基準光源。
3. The discharge vessel contains at least one rare gas selected from argon (Ar), xenon (Xe), and krypton (Kr) as a starting buffer gas.
3. The reference light source for a fluorine laser device according to claim 1, wherein 0.3 kPa to 3.5 kPa (pressure at normal temperature) is sealed.
【請求項4】前記臭素原子は、臭化水素(HBr)ある
いは臭化アンモニウム(NH4Br)、臭化エチレン
(CH2Br2)、臭化メチル(CH3Br)の形で封入
することを特徴とする請求項1のフッ素レーザ装置用基
準光源。
4. The method according to claim 1, wherein the bromine atom is encapsulated in the form of hydrogen bromide (HBr), ammonium bromide (NH 4 Br), ethylene bromide (CH 2 Br 2 ), or methyl bromide (CH 3 Br). The reference light source for a fluorine laser device according to claim 1, wherein
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005276640A (en) * 2004-03-25 2005-10-06 Ushio Inc Excimer lamp
JP2010198936A (en) * 2009-02-26 2010-09-09 Ushio Inc Excimer discharge lamp
KR101039570B1 (en) * 2009-03-04 2011-06-09 (주)이텍 Electric lamp assembly

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