JP2003249708A - 半導体露光光源用狭帯域エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ＰＺＴ素子の高速高精度な制御性をいかしつつ
ダイナミックレンジが狭いという欠点を補完し、発振波
長が突然に大きく変化する場合などにＰＺＴ素子による
高速、高精度な波長制御で確実に対処する。 【解決手段】フッ素ガスを含む半導体露光光源用狭帯域
エキシマレーザ装置において、両主放電電極の少なくと
も一方の主放電電極の少なくともその放電面に、コーテ
ィング処理が施されている。そしてＰＺＴ素子によって
波長選択素子を駆動制御する。ＰＺＴ素子に与えられる
駆動電圧Ｖが初期値Ｖ0から限界値Ｖ1（下限値）に達し
た場合には時刻ｔ11）、置き換え時間（ｔ11〜ｔ12）内
に、ＰＺＴ素子がそれまでに駆動した量だけステッパモ
ータを駆動して、ＰＺＴ素子駆動量をステッパモータで
保持するとともに時刻ｔ12）、ステッパモータを駆動し
ている間にＰＺＴ素子の駆動電圧Ｖを初期電圧値Ｖ0に
戻す時刻ｔ12）という置き換え制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造用の縮
小投影型露光装置（ステッパ）の光源として使用される
半導体露光光源用狭帯域エキシマレーザ装置に関する。 【従来の技術及び発明が解決する課題】１）半導体露光
光源用狭帯域エキシマレーザ装置では、露光装置内のレ
ンズ光学系の収差による露光不具合を防止するために、
露光光源であるエキシマレーザ光を狭帯域化した上で、
発振中心波長を目標波長に長期安定的に発振させるとと
もに、発振スペクトル幅Δλを所定の範囲内に収める必
要がある（発振波長および発振スペクトル幅の制御）。 ２）また半導体露光光源用狭帯域エキシマレーザ装置で
は、均一な露光を実現するために、半導体ウエハ上に照
射する出力レーザ光のエネルギーを一定に制御する必要
がある（出力レーザ光のエネルギーの制御）。 【０００２】まず上記１）の「発振波長および発振スペ
クトル幅の制御」の従来技術について説明する。 【０００３】従来の半導体露光光源用狭帯域エキシマレ
ーザ装置では、一般的に、出力レーザ光の一部を波長モ
ニタヘ入射させ、この波長モニタで検出した出力レーザ
光の実際の発振中心波長λcrと、目標発振波長λctとの
差が小さくなるように波長選択素子を駆動する制御が行
われている。 【０００４】図６は、従来技術の半導体露光光源用狭帯
域エキシマレーザ装置の構成を示している。同図６は特
願平１−１２８１００号として既に出願され公知となっ
ている本件出願人と一部同一出願人による特許出願の内
容を示している。 【０００５】同図６に示すように、レーザチャンバ１０
内にはレーザガスが封入され主放電電極１４、１５が設
けられている。主放電電極１４、１５間で放電が行われ
レーザガスが励起されるとレーザチャンバ１０内で光が
発生し、この光は、ウィンドウ１１、１２を透過し、フ
ロントミラー２０と狭帯域化部３０との間で共振、増幅
される。光は狭帯域化部３０内のプリズム、グレーティ
ング等の波長選択素子によって狭帯域化されてフロント
ミラー２０からレーザ光２１として出力される。 【０００６】出力レーザ光２１の一部はビームスプリッ
タ４１で反射されて波長モニタとしてのモニターエタロ
ン４３、回折格子型分光器４４へ入射される。波長モニ
タ４３、４４では出力レーザ光２１の発振中心波長λcr
や発振スペクトル幅Δλが計測される。計測値は波長コ
ントローラ４５へ送信される。 【０００７】波長コントローラ４５は受信した前記計測
値を目標発振波長λctと比較して、その差が許容範囲外
であればドライバ４６を駆動して狭帯域化部３０のプリ
ズム又はグレーティングを駆動して発振中心波長λcrを
目標値λctへ近づけるよう制御する。 【０００８】以上が従来の「発振波長の制御」の内容で
ある。つぎに「発振スペクトル幅の制御」について説明
する。 【０００９】発振スペクトル幅Δλが拡がると波長収差
の問題が顕在化して露光装置で製造される半導体の品質
が悪化する。発振スペクトル幅Δλが拡がる要因として
は、レーザガス全圧の変化、レーザガス中のハロゲンガ
ス濃度の変化、放電幅の拡大などが挙げられる。 【００１０】そこで従来より、これらの要因を考慮して
発振スペクトルΔλの拡がりを防止する発明が特許出願
され既に公知となっている。たとえば特願平４−３１２
２０２号（出願公開済）には、レーザガス全圧やレーザ
ガス中のハロゲンガスを調整してスペクトル幅の拡がり
を防止する技術が開示されている。また特願平２−２１
９６０２号、特願平２−２１９６０３号、特願平２−２
１９６０４号には、電極を放電幅が変化し難いように構
成して発振スペクトル幅の拡がりを防止する技術が開示
されている。 【００１１】以上が従来の「発振スペクトル幅の制御」
の内容である。 【００１２】つぎに２）の「出力レーザ光のエネルギー
の制御」について説明する。 【００１３】出力レーザ光のエネルギーの長期的制御
は、一般的にレーザガスの組成（特にハロゲンガス濃
度）やレーザガス全圧を調整することにより行われる。 【００１４】この制御の内容を具体的に説明する。パル
ス発振するエキシマレーザの各パルス出力エネルギーＥ
を、ほぼ一定に維持する短期的制御は図６の主放電電極
１４、１５間に印加する電圧値ＨＶの増減により行う。 【００１５】例えば、ｉ番目のパルス出力エネルギーＥ
ｉが目標値より大きい場合には、ｉ+１番目のパルス発
振のための前記電極間の印加電圧値ＨＶｉ+１を、ｉ番
目のパルス発振時の印加電圧値ＨＶｉよりも低い電圧値
に設定して制御を行う。 【００１６】また、長期的にパルス発振を繰り返すと、
主放電電極１４、１５の材料である金属（例えばＣｕ）
とレーザガス中のハロゲンガスとが化学反応してハロゲ
ンガスのみが減少してゆく。 【００１７】レーザガス中のハロゲンガスが減少した場
合は、前記電極間の印加電圧値ＨＶの調整ではレーザ出
力特性変動を補正しきれない場合があるため、レーザガ
ス内へハロゲンガスを補給する或いはレーザガス全圧を
上げる等のガス制御が必要になる。この制御に関しては
図４を用いて説明する。 【００１８】図４は、レーザガス中に含まれるフッ素ガ
ス（Ｆ2）の濃度Ｒと出力レーザ光のエネルギーＥとの
関係を示している。同図４に示すように、フッ素ガス濃
度Ｒを大きくしていくと出力レーザ光のエネルギーＥは
大きくなるが、フッ素ガス濃度Ｒがある濃度に達すると
逆にエネルギーＥが減少に転ずるという特性がある。同
図４に実線矢印Ｄで示す範囲がフッ素ガス濃度Ｒを調整
して出力レーザ光エネルギーＥを制御する範囲である。 【００１９】図５は、レーザガス全圧ＰＴと出力レーザ
光のエネルギーＥとの関係を示している。同図５に示す
ように、レーザガス全圧ＰＴと出力レーザ光のエネルギ
ーＥとは正の相関を有することがわかる。ただしウイン
ドウ１１、１２の耐圧限界があるのでレーザガス全圧も
装置としての限界がある。同図５に実線矢印Ｇで示す範
囲がレーザガス全圧ＰＴを調整して出力レーザ光のエネ
ルギーＥを制御する範囲である。 【００２０】以上が従来の「出力レーザ光のエネルギー
の制御」の内容である。 【００２１】上記「発振波長の制御」に使用されるドラ
イバとしてはＰＺＴ（ピエゾ）素子、パルスモータなど
がある。 【００２２】ＰＺＴ素子は、ステッパモータなどのパル
スモータに比べて高速で高精度な制御が可能である。こ
のためＰＺＴ素子を用いてプリズムなどの波長選択素子
を駆動制御すると発振波長の安定性が格段に向上する。 【００２３】しかしＰＺＴ素子はステッパモータなどの
パルスモータと比較して制御可能なダイナミックレンジ
が狭いという欠点を有している。 【００２４】（ａ） このためＰＺＴ素子の高速高精度
な制御性をいかしつつダイナミックレンジが狭いという
欠点を補完することが望まれる。 【００２５】（ｂ） しかも発振波長が突然に大きく変
化した場合などにはＰＺＴ素子による高速、高精度な波
長制御で確実に対処することが望まれる。 【００２６】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、ＰＺＴ素子によって波長選択素子を駆動する
に際して上記（ａ）、（ｂ）の要望を満たすようにする
ことを、解決課題とするものである。 【００２７】 【課題を解決するための手段、作用および効果】そこで
本発明は、解決課題を達成するために、レーザガス中に
フッ素ガスを含む半導体露光光源用狭帯域エキシマレー
ザ装置において、パルスモータとＰＺＴ素子により駆動
される波長選択素子と、ＰＺＴ素子に駆動電圧を与える
ことにより波長選択素子を駆動して発振中心波長を制御
する波長制御手段と、ＰＺＴ素子の駆動量をパルスモー
タに保持させるようパルスモータに駆動指令を与える置
き換え制御手段とを備え、更に、両主放電電極の少なく
とも一方の主放電電極の少なくともその放電面に、コー
ティング処理が施されていることを特徴とする。 【００２８】本発明によれば図１に示すように、ＰＺＴ
素子１４１によって波長選択素子（プリズム１３２）を
駆動制御することにしている。 【００２９】図７に示すようにＰＺＴ素子１４１に与え
られる駆動電圧Ｖが初期値Ｖ0から限界値Ｖ1（下限値）
に達した場合には（図７（ｄ）の時刻ｔ11）、置き換え
時間（ｔ11〜ｔ12）内に、ＰＺＴ素子１４１がそれまで
に駆動した量だけステッパモータ１４０を駆動して、Ｐ
ＺＴ素子駆動量をステッパモータ１４０で保持するとと
もに（図７（ｅ）の時刻ｔ12）、ステッパモータ１４０
を駆動している間にＰＺＴ素子１４１の駆動電圧Ｖを初
期の電圧値Ｖ0に戻す（図７（ｄ）の時刻ｔ12）という
置き換え制御を行う。これによりＰＺＴ素子１４１の高
速高精度な制御性をいかしつつダイナミックレンジが狭
いという欠点を、ステッパモータ１４０の駆動によって
ＰＺＴ素子駆動量を保持するという制御で補完するよう
にしている。 【００３０】以上の説明ではＰＺＴ素子の駆動電圧を低
下させて制御を行う例を示したが、発振波長が長波長側
又は短波長側のいずれかの変化する方向に応じてプリズ
ム１３２の回転方向を変える必要がある。したがって、
前記プリズム１３２の回転方向に応じてＰＺＴ素子の駆
動電圧を低下又は上昇させて制御を行う。前記駆動電圧
を上昇させて制御を行う場合は、前記駆動電圧Ｖが上限
値に達した場合にステッパモータ１４０によってＰＺＴ
素子駆動量を保持し、ＰＺＴ素子駆動電圧を初期の電圧
値Ｖ0へ戻す。 【００３１】これにより上記要望（ａ）に応えることが
できる。 【００３２】本発明では、両主放電電極１４、１５の少
なくとも一方の主放電電極の少なくともその放電面に、
コーティング処理が施されている。 【００３３】コーティング処理が施されている電極（以
下、「コーティング電極」という）は、フッ素ガスＦ2の
消費量が少ないためフッ素ガス濃度の制御やレーザガス
全圧の制御を行う機会が減る。またフッ素ガス濃度の可
変範囲やレーザガス全圧の可変範囲を狭くすることがで
きる。このため図７（ａ）に示す発振中心波長λcrの変
化特性Ｉの傾きは、特性Ｉ′に示すように緩やかにな
る。 【００３４】これに伴いＰＺＴ素子１４１に与える駆動
電圧Ｖの変化特性Ｋの傾きは、図７（ｄ）に特性Ｋ′に
示すように緩やかになる。これにより上記置き換え制御
を行う機会が少なくなるとともに全体として置き換え時
間も短くなる。 【００３５】置き換え制御を行う機会が少なくなり置き
換え時間の合計が短くなるということは、ＰＺＴ素子１
４１を用いて高速で高精度な発振波長の制御が実行され
ている時間が長くなることを意味する。 【００３６】たとえば発振波長が突然大きく変化した場
合を想定する。 【００３７】置き換え制御が頻繁に行われ全体の置き換
え時間が長い場合には、発振波長が突然大きく変化した
ときに置き換え制御実行中と重なってしまうことが多
く、ＰＺＴ素子１４１による高速高精度な波長制御（置
き換え制御実行中以外の時間に行われる制御）によって
発振波長を目標波長に戻すことができなくなるおそれが
ある。 【００３８】しかし本発明によれば置き換え制御が行わ
れる機会が少なくなり全体の置き換え時間が短くなるの
で、発振波長が突然大きく変化したときに置き換え制御
と重なることが少なくなり、ＰＺＴ素子１４１による高
速高精度な波長制御によって発振波長を目標波長に迅速
に戻すことができるようになる。 【００３９】これにより上記要望（ｂ）に応えることが
できる。 【００４０】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態について説明する。 【００４１】図１は実施形態の半導体露光光源用狭帯域
エキシマレーザ装置の構成を示している。 【００４２】図１の構成は、図６で説明した従来の装置
構成の構成要素と一部一致しており同様の機能のものに
は同一符号を付している。 【００４３】すなわちレーザチャンバ１０内にはレーザ
ガスが封入されている。レーザチャンバ１０は金属製で
あり、ＫrFエキシマレーザであればフッ素ガスF2，希ガ
スとしてのクリプトンKr，バッファガスとしてのネオン
Neを混合したレーザガスが封入されている。またArFエ
キシマレーザであればフッ素ガスF２，希ガスとしての
アルゴンAr，バッファガスとしてのNeを混合したレーザ
ガスが封入されている。 【００４４】レーザチャンバ１０には、レーザチャンバ
１０内で発生する光を外部へ取り出すためのウィンドウ
１１、１２が設けられている。これらウィンドウ１１、
１２は紫外線を透過させることができ、レーザガス組成
にフッ素ガスＦ2を含むことから、フッ素ガスＦ2に耐性
のある材質、たとえばフッ化カルシウムで構成されてい
る。 【００４５】レーザチャンバ１０内には、放電によって
レーザガスを励起させるべく一対の主放電電極１４、１
５が設けられている。これら主放電電極１４、１５には
電源装置２３から高圧の電圧ＨＶが印加され主放電電極
１４、１５間で放電が行われる。 【００４６】図中、主放電電極１４、１５は、紙面と平
行に設けられている。主放電電極１４、１５はそれぞれ
紙面手前と紙面奥側に設置されているので、紙面奥側の
電極は紙面手前側の電極の陰に隠れて図示されていな
い。 【００４７】狭帯域化モジュール１３０は、図６の狭帯
域化部３０とドライバ４６に相当するものであり、筐体
１３１の内部に複数のビームエキスパンダプリズム１３
２と波長選択グレーティング１３３とドライバとしてス
テッパモータ１４０、ＰＺＴ（ピエゾ）素子１４１、回
転ステージ１３が設けられている。複数のプリズム１３
２のうち所定のプリズム１３２は回転ステージ１３上に
固定されている。回転ステージ１３は、図中紙面に直行
する軸を中心に回転が可能な状態に配置されているもの
とする。回転ステージ１３の回転駆動力は、ステッパモ
ータ１４０の駆動と、このステッパモータ１４０の駆動
シャフト先端に取り付けられたＰＺＴ素子１４１の伸縮
駆動によって与えられる。 【００４８】主放電電極１４、１５間で放電が行われレ
ーザガスが励起されるとレーザチャンバ１０内で光が発
生する。この光は狭帯域化モジュール１３０内のプリズ
ム１３２、グレーティング１３３という波長選択素子に
よって狭帯域化される。 【００４９】すなわちレーザチャンバ１０内で発生しウ
インドウ１２を透過した光ビーム１２０は、筐体１３１
の内部へ入射する。そして、光ビーム１２０はプリズム
１３２で光ビーム幅が拡大されて、グレーティング１３
３の溝形成面へ入射する。 【００５０】なお本実施例の主放電電極１４、１５とプ
リズム１３２及びグレーティング１３３の配置関係につ
いて説明すると、主放電電極１４から主放電電極１５へ
向かう放電方向とプリズム１３２による光ビーム幅拡大
方向とは直行し、かつ放電方向とグレーティング１３３
の溝形成方向とは平行になるように、各部品が配置され
ているものとする。 【００５１】筐体１３１には筐体１３１の内部ヘパージ
ガスを導入する孔１３５が設けられている。孔１３５か
らは、清浄な窒素ガス等の不活性ガス１４５がパージガ
スとして筐体１３１の内部へ連続的に導入される。導入
された不活性ガス１４５によって筐体１３１内部の不純
物が外部ヘ排出される。 【００５２】レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウ
ィンドウ１１、１２を透過し、半透過型のフロントミラ
ー２０と狭帯域化モジュール１３０との間で共振、増幅
される。レーザチャンバ１０内で発生した光はフロント
ミラー２０とグレーティング１３３との間を往復しなが
ら主放電電極１４、１５間のゲイン領域で増幅されつつ
狭帯域化されて、フロントミラー２０から出力レーザ光
２１として出射される。 【００５３】出力レーザ光２１の一部はビームスプリッ
タ４１で反射される。反射したレーザ光２１は、波長モ
ニタ３７およびエネルギーモニタ３８へ入射される。 【００５４】エネルギーモニタ３８では、各パルス毎に
出力レーザ光２１のエネルギーＥが計測される。計測さ
れた出力レーザ光２１のエネルギーＥはレーザコントロ
ーラ２９に送信される。レーザコントローラ２９では、
計測した実際の出力レーザ光２１のエネルギーＥと目標
出力レーザ光のエネルギーＥＰＴとを比較する処理が実
行される。この比較の結果、出力レーザ光２１の実際の
エネルギーＥが目標値ＥＰＴに対して過剰又は過少であ
れば、レーザコントローラ２９は、過剰又は過小分を補
正するための電圧指令を電源装置２３に送信する。これ
により電源装置２３は、出力レーザ光２１のエネルギー
Ｅを目標値ＥＰＴにするために電極印加電圧ＨＶを主放
電電極１４、１５に印加する。これにより出力レーザ光
２１のエネルギーＥが補正されて目標値ＥＰＴに一致さ
せることができる。 【００５５】同様に、波長モニタ３７では、各パルス毎
に出力レーザ光２１の発振中心波長λcrおよびスペクト
ル幅Δλが計測される。計測された発振中心波長λcrお
よびスペクトル幅Δλはレーザコントローラ２９に送信
される。レーザコントローラ２９では、計測した実際の
発振中心波長λcrと目標発振波長λctとを比較するとも
に、実際のスペクトル幅Δλと目標スペクトル幅Δλt
とを比較する処理が実行される。 【００５６】この比較の結果、実際の発振中心波長λcr
と目標発振波長λctとの差が許容範囲外である場合に
は、目標値λct、Δλtに一致させるために駆動指令を
ドライバとしてのステッパモータ１４０、ＰＺＴ素子１
４１に出力する。これにより回転ステージ１３が回転
し、この回転に応じてプリズム１３２の姿勢が変化し、
実際の発振中心波長λcrが目標値λctに一致する。 【００５７】ステッパモータ１４０に駆動指令が与えら
れると、この駆動指令に応じた回転位置にステッパモー
タ１４０が回転し、このステッパモータ１４０の回転位
置に応じた回転角まで回転ステージ１３が回転する。そ
して回転ステージ１３の回転位置に応じた姿勢にプリズ
ム１３２が位置決めされる。同様にＰＺＴ素子１４１に
駆動指令が与えられると、この駆動指令に応じてＰＺＴ
素子１４１が伸縮し、このＰＺＴ素子１４１の伸縮位置
に応じた回転角まで回転ステージ１３が回転する。そし
て回転ステージ１３の回転位置に応じた姿勢にプリズム
１３２が位置決めされる。 【００５８】プリズム１３２が回転しその姿勢が変化す
ると、グレーティング１３３への光ビーム１２０の入射
角度Φが変化する。これにより光ビーム１２０の選択波
長を変えることができ、出力レーザ光２１の実際の発振
中心波長λcrを目標発振波長λctに一致させることがで
きる。 【００５９】本実施形態では、主放電電極１４、１５の
うちアノード側の電極の放電面に、セラミックス材を含
むコーティング材によってコーティング処理が施されて
いる。 【００６０】ここでコーティング電極をアノード側の電
極としているのは、アノード側電極は摩耗が激しい電極
であるという理由による。しかし本発明としてはアノー
ド側電極に限ることなく、アノード側電極およびカソー
ド側電極の双方をコーティング電極として構成してもよ
い。また実施形態では放電面のみコーティング処理が施
されているが、電極全体に渡りコーティング処理が施さ
れてもよい。また実施形態では、コーティング材として
セラミックス材を含むようにしているが、後述のコーテ
ィング電極の特性（１）〜（６）のうち少なくともいず
れか１つの有用な効果が得られるコーティング材であれ
ばよい。 【００６１】なお、セラミックス材としては耐ハロゲン
ガスという観点で高純度アルミナセラミックスが望まし
い。また、セラミックス材を含むコーティング材として
はセラミックス剤と金属との混合物が望ましい。混合す
る金属は導電性等の観点からＣｕ（銅）が望ましい。 【００６２】つぎに以上の構成において、主放電電極１
４、１５のうち少なくとも一方の電極の少なくともその
放電面にコーティング処理が施されていることによる作
用、効果について説明する。 【００６３】・第１の実施形態 まず図１に示す半導体露光光源用狭帯域エキシマレーザ
装置の主放電電極１４、１５のうち少なくとも一方の電
極の少なくともその放電面にコーティング処理が施され
ている場合について説明する。コーティング電極それ自
体は、つぎのような特性を備えている。 【００６４】（１）電極印加電圧ＨＶを下げたとしても
ノーコート電極（コーティング処理が施されていない主
放電電極１４、１５）に比べてエネルギーのばらつきσ
Ｅの悪化が少ない。 【００６５】（２）ノーコート電極に比べて電極削れ量
が少ない。 【００６６】（３）ノーコート電極に比べて電極削れ量
が少ないのでフッ素ガス消費量も少ない。 【００６７】（４）ノーコート電極に比べて電極削れ量
が少ないのでレーザガス中に発生するダストも少ない。 【００６８】（５）ノーコード電極に比べて出力（パワ
ー）は出難い。 【００６９】（６）電極印加電圧ＨＶを、ある電圧値以
下に下げるとノーコート電極に比べてレーザ光エネルギ
ーＥが大きくなる逆転現象を生ずる。 【００７０】第１の実施形態によれば、両主放電電極１
４、１５の少なくとも一方の主放電電極の少なくともそ
の放電面に、コーティング処理が施されているので、上
記特性（５）に示すデメリットはあるものの上記特性
（１）〜（６）に相当する有用な効果が得られる。 【００７１】なお本第１の実施形態において、レーザ装
置の運転は任意であり、後述する波長チャープが問題と
なるバーストモード運転（パルスレーザ光の発振休止と
パルスレーザ光の連続発振を交互に繰返すバースト発振
動作で行われる運転）で運転される場合に限定されるわ
けではない。 【００７２】・第２の実施形態 つぎに、図１に示す半導体露光光源用狭帯域エキシマレ
ーザ装置を、バーストモードつまりパルスレーザ光の発
振休止とパルスレーザ光の連続発振を交互に繰返すバー
スト発振動作で運転する場合について説明する。 【００７３】バーストモードで運転する場合には波長チ
ャープが発生して発振波長が安定しなくなるという問題
が発生する。 【００７４】図２を用いて波長チャープについて説明す
る。図２の横軸は経過時間ｔを示し縦軸はパルスレーザ
光の発振中心波長λcrを示している。 【００７５】同図２にＭで示すように、波長チャープと
は、パルスレーザ光の発振休止とパルスレーザ光の連続
発振を交互に繰返すいわゆるバーストモードでの発振動
作を行うときに、連続パルス発振初期における数〜数十
パルスの発振中心波長λcrが目標発振波長λctからδλ
だけ外れるという現象である。 【００７６】波長チャープ自体は電極印加電圧ＨＶを下
げれば減少すると考えられている。しかし電極印加電圧
ＨＶを下げると出力レーザ光２１のエネルギーのばらつ
きσＥが大きくなるという問題が発生する。 【００７７】ここで主放電電極１４、１５をコーティン
グ電極にすると、上記特性（１）が得られ、これにより
エネルギーのばらつきσＥの悪化を最小にくいとめつつ
波長チャープを抑制することができる。これについて図
３を参照して説明する。 【００７８】図３は、横軸に電極印加電圧ＨＶをとり縦
軸に出力レーザ光エネルギーのばらつきσＥをとったグ
ラフを示している。 【００７９】ノーコート電極の場合、図３のＢに示すよ
うに、波長チャープを減少させるべく電極印加電圧ＨＶ
を低下させると、出力レーザ光のエネルギーのばらつき
σＥが大きくなってしまう。これに対してコーティング
電極の場合、図３のＡに示すように、波長チャープを減
少させるべく電極印加電圧ＨＶを低下させると、出力レ
ーザ光のエネルギーのばらつきσＥが大きくなる点では
ノーコード電極の場合と同様の傾向を示すが、同じ電極
印加電圧であればノーコート電極の場合よりもエネルギ
ーのばらつきσＥの悪化は少ない。 【００８０】電極印加電圧ＨＶが下がれば、パルスレー
ザ発振休止状態から連続パルス発振動作へ移った直後の
レーザガスの急激な温度変化や放電による音響波のレベ
ルが下がり波長チャープが減少する。 【００８１】電極印加電圧ＨＶを下げるに伴い出力レー
ザ光のエネルギーのばらつきσＥが大きくなるものの、
そのばらつきσＥの悪化は、ノーコート電極と比較して
抑制される。このため半導体ウエハ上に照射する出力レ
ーザ光のエネルギーを一定に維持でき均一な露光を維持
することができる。 【００８２】そこで本第２の実施形態では、バーストモ
ードで運転が行われ波長チャープの発生が問題となる半
導体露光光源用狭帯域発エキシマレーザ装置において、
主放電電極１４、１５に印加する電圧ＨＶを、波長チャ
ープが減少する程度まで低下させるとともに、両主放電
電極１４、１５の少なくとも一方の主放電電極の少なく
ともその放電面に、コーティング処理が施されている。
これにより波長チャープが減少するとともに出力レーザ
光のエネルギーのばらつきσＥが少なくなり、バースト
モード運転時における発振波長が安定化するとともに露
光を均一に行うことができるようになる。 【００８３】・第３の実施形態 ところで上記第２の実施形態において、電極印加電圧Ｈ
Ｖを下げれば、各パルス光のエネルギーＥのレベルも比
例して低下してしまい露光に必要なレーザ光のエネルギ
ーＥのレベルを確保することができなくなる。このため
エネルギーＥのレベルが低下した分を補償する必要があ
る。 【００８４】そこで本第３の実施形態では、第２の実施
形態の構成に加えて、電極印加電圧ＨＶを低下させるこ
とに伴い露光に必要なレーザ光のエネルギーＥが低下し
た分を補償する補償手段を備えるようにしている。この
補償手段は、レーザチャンバ１０のレーザガスの組成を
調整する手段、たとえばフッ素ガスＦ2の濃度を調整す
る手段あるいはレーザガス全圧ＰＴを調整する手段で具
現化することができる。 【００８５】たとえばフッ素ガスＦ2の濃度を図４に示
す制御範囲Ｃで調整することで、電極印加電圧ＨＶを低
下させることに伴い露光に必要なレーザ光のエネルギー
Ｅが低下した分を補償する。 【００８６】またレーザガスの全圧ＰＴを図５に示す制
御範囲Ｆで調整することで、電極印加電圧ＨＶを低下さ
せることに伴い露光に必要なレーザ光のエネルギーＥが
低下した分を補償する。 【００８７】上記特性（６）で説明したように、コーテ
ィング電極は電極印加電圧ＨＶを、ある電圧値以下に下
げるとノーコート電極に比べてレーザ光エネルギーＥが
大きくなる逆転現象を生ずる特性を備えている。したが
って、前記印加電圧ＨＶが前記逆転現象を生じさせる電
圧値以下であればノーコート電極を用いるよりもレーザ
光エネルギーＥの前記補償は容易となる。 【００８８】・第４の実施形態 つぎにレーザガス中にフッ素ガスＦ2を含む半導体露光
光源用狭帯域エキシマレーザ装置において、両主放電電
極１４、１５の少なくとも一方の主放電電極の少なくと
もその放電面に、コーティング処理が施されている実施
形態について説明する。 【００８９】ノーコート電極を用いて「出力レーザ光の
エネルギーの制御」を行う場合、図４に説明したように
実線矢印Ｄで示す制御範囲でフッ素ガス濃度Ｒを調整し
て出力レーザ光のエネルギーＥを制御していた。また図
５で説明したように、実線矢印Ｇで示す制御範囲でレー
ザガス全圧ＰＴを調整して出力レーザ光のエネルギーＥ
を制御していた。 【００９０】これに対してノーコート電極の代わりにコ
ーティング電極を採用すると、電極印加電圧ＨＶが上記
特性（６）で説明した前記逆転現象を生じさせる電圧値
よりも大きい場合においては、ノーコート電極に比べて
電極印加電圧ＨＶが同じ場合でも出力レーザ光２１のエ
ネルギーＥのレベルは低下する。 【００９１】また、波長チャープ抑制のために電極印加
電圧ＨＶを低下させているので出力レーザ光２１のエネ
ルギーＥは一層低下することになる。この問題の解決に
ついて説明する。 【００９２】コーティング電極を採用して電極印加電圧
値ＨＶを下げた場合には、図４の破線矢印Ｃに示すよう
にノーコート電極の場合の制御範囲Ｄのうちフッ素ガス
濃度Ｒが高い領域内でフッ素ガス濃度Ｒを調整して出力
レーザ光エネルギーＥを制御する。またコーティング電
極を採用して電極印加電圧値ＨＶを下げた場合には、図
５の破線矢印Ｆに示すようにノーコート電極の場合の制
御範囲Ｇのうちレーザガス全圧ＰＴが高い領域内でレー
ザガス全圧ＰＴを調整して出力レーザ光のエネルギーＥ
を制御する。図４、図５ではフッ素ガス濃度Ｒ、レーザ
ガス全圧ＰＴの上限を変更していないが、コーティング
電極採用に伴い上限値を上昇させてもよい。 【００９３】なお、電極印加電圧ＨＶが上記特性（６）
で説明した前記逆転現象を生じさせる電圧値よりも小さ
い場合においては、コーティング電極はノーコート電極
に比べてレーザ光エネルギーＥが大きくなるので、ノー
コート電極を用いるよりも電極印加電圧ＨＶを低下させ
ることに伴い露光に必要なレーザ光のエネルギーＥが低
下した分を補償することは容易となる。 【００９４】ここで上記特性（３）で説明したようにコ
ーティング電極はフッ素ガス消費量が少ないという特性
を備えているので、ノーコート電極に比べてフッ素ガス
濃度Ｒの可変範囲またはガス全圧ＰＴの可変範囲を更に
狭めることができる。 【００９５】このように本第４の実施形態によれば、出
力レーザ光のエネルギーＥを一定にするためのレーザガ
ス組成（フッ素ガス濃度Ｒ）、レーザガス全圧ＰＴの調
整範囲を、より狭めることができるようになり、出力レ
ーザ光のエネルギーＥの制御を、より安定して、より精
度よく行えることができるようになる。 【００９６】なお本第４の実施形態において、レーザ装
置の運転は任意であり、波長チャープが問題となるバー
ストモード運転（パルスレーザ光の発振休止とパルスレ
ーザ光の連続発振を交互に繰返すバースト発振動作で行
われる運転）で運転される場合に限定されるわけではな
い。 【００９７】・第５の実施形態 ＰＺＴ素子１４１は、ステッパモータ１４０などのパル
スモータに比べて高速で高精度な制御が可能である。こ
のためＰＺＴ素子１４１を用いてプリズム１３２などの
波長選択素子を駆動制御すると発振波長の安定性が格段
に向上する。しかしＰＺＴ素子１４１はステッパモータ
１４０などのパルスモータと比較して制御可能なダイナ
ミックレンジが狭いという欠点を有している。 【００９８】そこで本第５の実施形態では、基本的には
ＰＺＴ素子１４１によってプリズム１３２を駆動制御す
ることにし、ＰＺＴ素子１４１に与えられる駆動電圧Ｖ
が初期値Ｖ0から限界値Ｖ1（下限値）に達した場合に
は、ＰＺＴ素子１４１がそれまでに駆動した量だけステ
ッパモータ１４０を駆動して、ＰＺＴ素子駆動量をステ
ッパモータ１４０で保持するとともに、ステッパモータ
１４０を駆動している間にＰＺＴ素子１４１の駆動電圧
Ｖを初期の電圧値Ｖ0に戻すという置き換え制御を行
い、ＰＺＴ素子１４１の高速高精度な制御性をいかしつ
つダイナミックレンジが狭いという欠点を、ステッパモ
ータ１４０の駆動によってＰＺＴ素子駆動量を保持する
という制御で補完するようにしている。 【００９９】この制御内容について図７を参照して説明
する。 【０１００】図７（ａ）は、レーザコントローラ２９に
よる波長制御を行わずに発振波長の変化を放置した場合
に、初期値の発振中心波長をλ0として実際の発振中心
波長λcrが変化する様子を特性Ｉで示している。また図
７（ｂ）はレーザ発振のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）
の状態変化Ｈを示している。 【０１０１】図７（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は本実施形態
による置き換え制御を実行した場合を示している。 【０１０２】図７（ｃ）は上記初期値λ0を目標値とし
たとき目標値λ0と実際の発振中心波長λcrとの差δλc
oが変化する様子Ｊを示している。 【０１０３】図７（ｄ）はＰＺＴ素子１４１に与えられ
る駆動電圧Ｖの変化Ｋを示している。ＰＺＴ素子１４１
にはＶ0を初期値（電圧値０）として下限値をＶ1とする
駆動電圧Ｖが与えられて駆動する。つまりＰＺＴ素子１
４１の駆動量つまり伸縮範囲は、電圧値Ｖが変化する範
囲Ｖ0〜Ｖ1によって規定される。 【０１０４】図７（ｅ）はステッパモータ１４０に与え
られる指令パルス数Ｐの変化Ｌを示している。ステッパ
モータ１４０にはＰ0を初期値（指令パルス数０）とし
て下限を無限大とする指令パルス数Ｐが与えられて駆動
する。 【０１０５】図７（ａ）〜（ｅ）の横軸は時間軸ｔで共
通である。 【０１０６】いまレーザコントローラ２９で波長制御を
行わなかった場合を想定する。この場合にはレーザ発振
が時刻ｔ10でＯＮされてから（図７（ｂ）参照）、レー
ザ発振中心波長λcrが初期の目標値λ0から徐々に増大
していく（図７（ａ）参照）。こうした波長変化の要因
は、レーザガスや他の部分の温度変化、フッ素ガス濃度
Ｒの変動、レーザガス全圧ＰＴの変動などが考えられ
る。レーザガスやレーザ装置の温度変化は、共振器長や
波長選択素子の光学特性を変化させる可能性がある。ま
たレーザガスの屈折率はレーザガスの種類や密度によっ
て変化するので、フッ素ガス濃度Ｒの変化やレーザガス
全圧ＰＴの変化により共振器の光学路長が変化して発振
波長がずれてくる可能性がある。 【０１０７】これに対してレーザコントローラ２９で波
長制御を行ったものとする。この場合には、レーザ発振
が時刻ｔ10でＯＮされてから（図７（ｂ）参照）、ＰＺ
Ｔ素子１４１に駆動電圧Ｖが与えられるとともに（図７
（ｄ）参照）、ステッパモータ１４０にパルス数指令Ｐ
が与えられ（図７（ｅ）参照）、目標波長λ0と実際の
発振中心波長λcrとの差である波長誤差δλcoがほぼ零
になる（図７（ｃ）参照）。 【０１０８】すなわち図７（ｄ）に示すように、図７
（ａ）に示される時刻ｔ10〜時刻ｔ11における波長変動
分を補償すべくＰＺＴ素子１４１に与えられる駆動電圧
Ｖは同時刻ｔ10〜ｔ11の間において初期値Ｖ0から下限
値Ｖ1まで変化する。この電圧変化に応じた駆動量だけ
ＰＺＴ素子１４１は駆動する。しかしながらＰＺＴ素子
１４１自体は、これ以上駆動することができないので、
つぎの時刻ｔ11〜ｔ12の間に駆動電圧Ｖは初期値Ｖ0ま
で戻されて、ＰＺＴ素子１４１は初期の駆動位置に復帰
する。一方ＰＺＴ素子１４１の駆動電圧Ｖを初期値Ｖ0
に戻している間（時刻ｔ11〜ｔ12の間：以下「置き換え
時間」という）に、ＰＺＴ素子１４１がそれまでに駆動
した量（Ｖ1−Ｖ0相当分）だけステッパモータ１４０を
駆動すべくパルス数指令Ｐ1が与えられる。これにより
ステッパモータ１４０は、ＰＺＴ素子１４１が時刻ｔ10
〜ｔ11の間で駆動した駆動量だけ駆動され、ＰＺＴ素子
１４１の駆動量を保持する。 【０１０９】以下同様に、図７（ａ）に示される時刻ｔ
11〜時刻ｔ13における波長変動分を補償すべく、時刻ｔ
12〜時刻ｔ13間でＰＺＴ素子１４１が駆動して、ＰＺＴ
素子１４１に与えられる駆動電圧Ｖが限界値Ｖ1（下限
値）に達すると、つぎの置き換え時間（時刻ｔ13〜時刻
ｔ14）内に、ＰＺＴ素子１４１がそれまでに駆動した量
（２（Ｖ1−Ｖ0分））に相当するパルス数指令（Ｐ2）
をステッパモータ１４０を与えてステッパモータ１４０
を駆動して、ＰＺＴ素子１４１がこれまでに駆動した量
を保持する（図７（ｅ）の時刻ｔ14参照）。これととも
に同置き換え時間（時刻ｔ13〜時刻ｔ14）内にステッパ
モータ１４０が駆動されている間に、ＰＺＴ素子１４１
の駆動電圧Ｖを初期の電圧値Ｖ0に戻す制御が行われる
（図７（ｄ）の時刻ｔ13〜時刻ｔ14参照）。 【０１１０】ここで本実施形態では、両主放電電極１
４、１５の少なくとも一方の主放電電極の少なくともそ
の放電面に、コーティング処理が施されている。 【０１１１】コーティング電極は上記特性（３）で説明
したように、フッ素ガスＦ2の消費量が少ないためフッ
素ガス濃度Ｒの制御やレーザガス全圧ＰＴの制御を行う
機会が減る。このため、図７（ａ）に示す発振中心波長
λcrの変化特性Ｉの傾きは、特性Ｉ′に示すように緩や
かになる。また図４、図５で説明したようにフッ素ガス
濃度Ｒの可変範囲やレーザガス全圧ＰＴの可変範囲を狭
くすることができる。この可変範囲を狭くすることによ
っても図７（ａ）に示す発振中心波長λcrの変化特性Ｉ
の傾きは、特性Ｉ′に示すように緩やかになる。更にコ
ーティング電極を採用して、且つフッ素ガス濃度Ｒの可
変範囲やレーザガス全圧ＰＴの可変範囲を狭くすること
によって図７（ａ）に示す発振中心波長λcrの変化特性
Ｉの傾きは、一層緩やかになる。 【０１１２】これに伴いＰＺＴ素子１４１に与える駆動
電圧Ｖの変化特性Ｋの傾きは、図７（ｄ）に特性Ｋ′に
示すように緩やかになる。これにより図７（ｅ）Ｌ’に
示すように上記置き換え制御を行う機会が少なくなると
ともに全体として置き換え時間も短くなる。 【０１１３】置き換え制御を行う機会が少なくなり置き
換え時間の合計が短くなるということは、ＰＺＴ素子１
４１を用いて高速で高精度な発振波長の制御が実行され
ている時間が長くなることを意味する。 【０１１４】たとえば発振波長が突然大きく変化した場
合を想定する。 【０１１５】置き換え制御が頻繁に行われ全体の置き換
え時間が長い場合には、発振波長が突然大きく変化した
ときに置き換え制御実行中と重なってしまうことが多
く、ＰＺＴ素子１４１による高速高精度な波長制御（置
き換え制御実行中以外の時間に行われる制御）によって
発振波長を目標波長に戻すことができなくなるおそれが
ある。 【０１１６】しかし本実施形態によれば置き換え制御が
行われる機会が少なくなり全体の置き換え時間が短くな
るので、発振波長が突然大きく変化したときに置き換え
制御と重なることが少なくなり、ＰＺＴ素子１４１によ
る高速高精度な波長制御によって発振波長を目標波長に
迅速に戻すことができるようになる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は本実施形態の半導体露光光源用狭帯域エ
キシマレーザ装置の構成を示す図である。 【図２】図２は波長チャープを説明する図である。 【図３】図３は電極印加電圧と出力レーザ光エネルギー
のばらつきとの関係を示す図である。 【図４】図４はフッ素ガス濃度と出力レーザ光エネルギ
ーとの関係を示す図である。 【図５】図５はレーザガス全圧と出力レーザ光エネルギ
ーとの関係を示す図である。 【図６】図６は狭帯域発振エキシマレーザ装置を例示す
る図である。 【図７】図７は本実施形態における波長制御を説明する
図である。 【符号の説明】 １４、１５ 主放電電極 ２９ レーザコントローラ １３２ ビームエキスパンダプリズム（波長選択素子） １４０ ステッパモータ １４１ ＰＺＴ素子

フロントページの続き (72)発明者 溝口 計 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 (72)発明者 三村 龍夫 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 (72)発明者 堀 司 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 住谷 明 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 2H097 CA13 GB00 LA10 5F046 BA04 CA04 DA01 5F071 AA06 CC08 FF03 FF09 JJ03 JJ05 5F072 AA06 FF03 HH02 HH05 JJ03 JJ05 KK07 KK18 KK26 MM12 MM19 RR05 YY09

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザガス中にフッ素ガスを含む半導
   体露光光源用狭帯域エキシマレーザ装置において、 パルスモータとＰＺＴ素子により駆動される波長選択素
   子と、 ＰＺＴ素子に駆動電圧を与えることにより波長選択素子
   を駆動して発振中心波長を制御する波長制御手段と、 ＰＺＴ素子の駆動量をパルスモータに保持させるようパ
   ルスモータに駆動指令を与える置き換え制御手段とを備
   え、更に、 両主放電電極の少なくとも一方の主放電電極の少なくと
   もその放電面に、コーティング処理が施されていること
   を特徴とする半導体露光光源用狭帯域エキシマレーザ装
   置。