JP2008171852A - ガス放電型レーザ装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発振周波数を高くした場合でも、光学系の調整が容易で、かつ放電領域で発生する衝撃波の影響が小さいガス放電型レーザ装置を提供する。
【解決手段】それぞれレーザガスが封入された２つのチャンバ１００，２００と、チャンバ１００内に対向配置された第１の放電用の電極１０ａ，１０ｂと、チャンバ２００内にその第１の電極とほぼ同軸上に対向配置された第２の放電用の電極２０ａ，２０ｂと、その２対の電極を挟むように対向配置された出力ミラーＯＣ及び狭帯域化モジュールＬＮＭよりなるレーザ共振器と、その２対の電極を交互に放電させる放電回路部１，２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス放電型レーザ装置に関し、更に詳しくは、例えば露光装置の露光光源に使用可能な高い周波数でパルス発振可能なガス放電型レーザ装置に関する。さらに本発明は、ガス放電型レーザ装置を用いた露光技術及びデバイス製造技術に関する。

半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス等）を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォトマスク等）に形成された回路パターンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影露光するために、ステッパ等の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置、及びスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。斯かる露光装置では、半導体集積回路等の一層の微細化、高集積化に対応して、露光光を短波長化して解像力を向上させるために、その露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）のような遠紫外域から真空紫外域にかけてのパルスレーザ光を発生するガス放電型レーザ装置が使用されている。

近年、露光装置においては、スループットの向上及び色収差の低減も要請されている。そのため、露光光源用のガス放電型レーザ装置においては、更なる高出力化及びレーザ光のスペクトルの狭帯域化が求められている。後者のレーザ光のスペクトルの更なる狭帯域化を図るためには、例えば、プリズムとグレーティングとで構成される狭帯域化モジュールが使用される。一方、前者のガス放電型レーザ装置の高出力化を実現するには以下の２通りの方法がある。

第１の方法は、１パルスあたりのエネルギー（以下、パルスエネルギーという）を増加させる方法である。この場合、単にレーザパルスのピークパワーを大きくすると、露光装置の照明光学系及び投影光学系中の光学部材に損傷を与える恐れがある。そのような損傷を防止するために、パルス幅（発振時間）を電気的又は光学的に伸ばすパルスストレッチを行うものとすると、そのための装置が複雑になる。

第２の方法は、パルスレーザ光の発振周波数（繰り返し周波数）を増加させる方法（レーザ発振の高繰り返し化）である。この方法ではパルスエネルギーを高める必要がなく、露光装置の光学部材の損傷は殆ど生じないため、第１の方法よりも広く開発が行われている。そして、１台のレーザ光源では、これ以上に発振周波数を高められない場合に、さらに発振周波数を高めるために、２台の並列に配置されたレーザ光源を交互に発振させて、出力される２つのレーザ光を同軸に合成することによって、発振周波数を実質的に２倍にする方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１４２３０６号公報

ガス放電型レーザ装置の高出力化を実現するためには、パルスレーザ光の光学部材への損傷を考慮すると、各パルスエネルギーをあまり大きくすることなく、レーザパルスの発振周波数を高めることが望まれる。現状では、例えば１台のＡｒＦエキシマレーザでは４ｋＨｚ程度までの発振周波数が可能となっているため、上記の２台の並列に配置されたレーザ光源を交互に発振させる方法によれば、８ｋＨｚ程度の発振周波数が可能になる。しかしながら、この場合には、２台のレーザ光源の共振器が互いに独立であるため、２つの共振器を独立に調整する必要がある。さらに、２台のレーザ光源から出力されるレーザ光を実質的に同じ開き角でほぼ完全な同軸に合成するための光学部材も必要であるため、光学系が複雑で、かつその調整が困難である。

また、エキシマレーザ光源等のパルス発振するガス放電型レーザ装置においては、放電の際、放電領域にて衝撃波が発生することが知られている。放電で生成された衝撃波は、チャンバ内壁や電極その他の構造物によって反射及び吸収が繰返され、減衰しながら伝搬する。なお、発振周波数が低い場合には、放電間隔（放電から次の放電までの時間間隔）が長いので、放電で生成された衝撃波は次の放電が発生するまでに減衰する。よって、電極間の放電領域にあるレーザガスに影響を及ぼさない。

一方、レーザ装置の高出力化のために、１台のレーザ光源の発振周波数を高くした場合には、放電間隔が短くなるので、放電により生成された衝撃波は次の放電が発生するまでに十分減衰しない。そのため、上記放電領域にあるレーザガスは、衝撃波によりその密度分布が不均一になり、部分的なガス圧力の疎密が発生する。これにより、電極の放電領域で均一な放電が行われなくなる。従って、その放電により生成された衝撃波の影響により、出力されるレーザ光のパルスエネルギー、発振中心波長、及びスペクトル線幅等のレーザビーム特性の安定性が損なわれたりするという問題が発生する。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発振周波数を高くした場合でも、光学系の調整が容易で、かつ放電領域で発生する衝撃波の影響によるレーザビーム特性の劣化が小さいガス放電型レーザ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのガス放電型レーザ装置を用いる露光技術及びデバイス製造技術を提供することをも目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による第１のガス放電型レーザ装置は、チャンバ内に封入された気体を放電させてレーザ光を出力するガス放電型レーザ装置であって、放電用の気体が封入された雰囲気内に対向配置された第１の一対の放電電極（１０ａ，１０ｂ）と、放電用の気体が封入された雰囲気内に、その第１の放電電極とほぼ同軸上に対向配置された第２の一対の放電電極（２０ａ，２０ｂ）と、その第１及び第２の一対の放電電極を挟むように対向して配置されたレーザ共振器（ＬＮＭ，ＯＣ）と、そのレーザ共振器からレーザ光をパルス出力させるために、その第１及び第２の一対の放電電極を交互に放電させる制御系（１，２，５０）とを備えたものである。

また、本発明による第２のガス放電型レーザ装置は、チャンバ内に封入された気体を放電させてレーザ光を出力するガス放電型レーザ装置であって、放電用の気体が封入された雰囲気内に対向配置された第１の一対の放電電極（１０ａ，１０ｂ）と、放電用の気体が封入された雰囲気内に、その第１の放電電極とほぼ同軸上に対向配置された第２の一対の放電電極（２０ａ，２０ｂ）と、その第１及び第２の一対の放電電極を挟むように対向して配置されたレーザ共振器（ＯＣ，１９）と、レーザ光をパルス出力するレーザ光源（ＧＬ２）と、そのレーザ光源から出力されたレーザ光の少なくとも一部をそのレーザ共振器に注入する光学系（ＢＳＡ，１８）と、そのレーザ光源から注入されたレーザ光を増幅してそのレーザ共振器から出力させるために、そのレーザ光源の出力に同期して、その第１及び第２の一対の放電電極を交互に放電させる制御系（１，２，５０Ａ）とを備えたものである。

これらの発明によれば、例えば交互に放電する各放電電極の繰り返し周波数を、単独の放電電極による最大の繰り返し周波数に設定することで、出力されるレーザ光の発振周波数を、その最大の繰り返し周波数の２倍に高めることができる。さらに、レーザ共振器は、その２対の放電電極に対して共通に使用されるとともに、レーザ光は最初から一軸状態で射出されるため、レーザ共振器等を含む光学系の調整が容易である。

さらに、個々の放電電極の繰り返し周波数は低いため、個々の放電電極の近傍では、放電領域で発生する衝撃波の影響は少ない。また、その２対の放電電極は所定の距離を置いて配置されているため、お互いの放電による衝撃波が他方の放電に与える影響も殆ど無いため、良好なレーザビーム特性が得られる。
また、本発明による露光方法及び露光装置は、それぞれ露光光で光学部材を介して基板を露光する露光方法及び露光装置において、その露光光として本発明のガス放電型レーザ装置から出力されるレーザ光を用いるものである。これらの発明において使用される本発明のガス放電型レーザ装置からは、出力を高めるために、パルスエネルギーは低く抑えて、かつ発振周波数を高めたパルスレーザ光が出力される。従って、そのパルスレーザ光を露光装置側で使用した場合に、光学部材における損傷を抑制しながら、露光工程のスループットを向上できる。

また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明のガス放電型レーザ装置の好ましい第１の実施形態につき図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）に本発明を適用したものであるが、本発明は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ａｒ₂ エキシマレーザ（波長１２６ｍ）等の他のエキシマレーザ光源、及びＦ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）等のハロゲン分子レーザ光源を含む他のガス放電型レーザ光源にも同様に適用できる。

図１は、本実施形態に係るＡｒＦエキシマレーザ光源として使用できるガス放電型のレーザ光源装置ＧＬ１の構成を示し、この図１において、レーザ光源装置ＧＬ１は、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する第１の一対の放電用の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ及び１０ｂが内部に配置された第１のチャンバ１００と、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する第２の一対の放電用の電極（カソード電極及びアノード電極）２０ａ及び２０ｂが内部に配置された第２のチャンバ２００と、これらの２つのチャンバ１００及び２００を長手方向に挟むように配置された狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）（以下、ＬＮＭという。）及び出力ミラーＯＣからなるレーザ共振器と、その一対の電極１０ａ，１０ｂ間に放電を起こさせるための電源を含む第１の放電回路部１と、その一対の電極２０ａ，２０ｂ間に放電を起こさせるための電源を含む第２の放電回路部２と、そのレーザ共振器から出力されるレーザ光ＬＢの種々の特性をモニタするモニタ部ＭＭと、このモニタ部ＭＭでモニタされる情報等に基づいてその放電回路部１及び２等の動作を制御する制御部５０とを備えている。

また、チャンバ１００及び２００の両端部（出力されるレーザ光の光軸上であって、かつレーザ光が出力される部分）にはそれぞれ窓部材１７ａ，１７ｂ及び２７ａ，２７ｂが設けられている。窓部材１７ａ，１７ｂ（窓部材２７ａ，２７ｂも同様）は、本例ではＡｒＦエキシマレーザ光（遠紫外域から真空紫外域にかけての紫外光）に対して透過性がある材料、例えば蛍石（ＣａＦ₂ ）等で形成された平行平面の光学部材である。両窓部材１７ａ，１７ｂは、レーザ光の偏光成分の反射損失を低減するとともに、レーザ光の位置シフトを生じないように互いに反対方向のブリュースタ角で設置される。

また、狭帯域化モジュールＬＮＭは、チャンバ１００の窓部材１７ａの外側のレーザ光の光軸上に設けられ、所定の透過率を持つ出力ミラーＯＣは、チャンバ２００の窓部材２７ｂの外側のレーザ光の光軸上に設けられている。狭帯域化モジュールＬＮＭは、例えば３個又は４個の拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）等の光学素子とから構成される。なお、狭帯域化モジュールＬＮＭは、波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子とで構成される場合もある。本例では、２つのチャンバ１００，２００を挟むように狭帯域化モジュールＬＮＭ及び出力ミラーＯＣからなる１つのレーザ共振器が設けられているのみであるため、レーザ発振を行わせるための、レーザ共振器を含む光学系の調整は容易である。

また、チャンバ１００，２００内には、それぞれアルゴン（Ａｒ）及びフッ素（Ｆ₂ ）を混合したレーザガスと、このレーザガスを希釈するためのガス（例えばネオン（Ｎｅ）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガス）とが封入されている。チャンバ１００及び２００には、そのレーザガス等の供給及び排気を行うためのガス供給・排気ユニット１５及び２５が接続されている。ガス供給・排気ユニット１５（ガス供給・排気ユニット２５も同様）は、チャンバ１００内にレーザガスを供給するガス供給系と、チャンバ１００内のレーザガスを排気するガス排気系と、レーザガスの供給及び排気を行うために内部の配管の開閉を行う複数のバルブ（不図示）とを備えている。ガス供給・排気ユニット１５は、チャンバ１００内のガス圧力をモニタして設定目標値と比較し、その比較結果に基づき、各バルブの開閉及びその開度（又はガス流量）を制御する。これによって、チャンバ１００内のレーザガス圧力が設定目標値となるように制御される。さらに、ガス供給・排気ユニット１５は、レーザガス充填時のレーザガス組成の制御、レーザガス交換時のレーザガスの排気、出力されるレーザ光のパルスエネルギー低下時に行われるレーザガスの部分注入等の制御も行う。

また、放電回路部１及び２は、通常はそれぞれチャンバ１００及び２００内の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に交互に高電圧パルスを印加する（詳細後述）。この結果、電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間で交互に放電が生じ、この放電によってチャンバ１００及び２００内に封入されたレーザガスが励起されて、レーザ光ＬＢがパルス発光される。

さらに、第２の一対の電極２０ａ，２０ｂは、第１の一対の電極１０ａ，１０ｂと長手方向がほぼ平行に、かつほぼ同軸上に配置されている。ほぼ同軸上とは、電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂのいずれで放電が生じても、上記のレーザ共振器間でレーザ発振が生じる程度の軸ずれが許容されることを意味している。また、チャンバ１００及び２００内には、内部のレーザガスを循環させるためクロスフロー用のファン１３及び２３が設置され、ファン１３及び２３はそれぞチャンバ外のモータＭ１及びＭ２によって回転される。これによって、チャンバ１００及び２００内でレーザガスが電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に送り込まれる。

さらに、チャンバ１００及び２００内には、それぞれ熱交換器１４及び２４が設けられ、外部に熱交換器１４及び２４に冷却水（冷媒）を供給する冷却水供給ユニット１６及び２６が設置されている。熱交換器１４（熱交換器２４も同様）は、冷却水によってレーザチャンバ１００内の排熱を行う。熱交換器１４に対する冷却水の供給は、冷却水供給ユニット１６内の配管系に設けられたバルブ（不図示）の開閉で制御される。冷却水供給ユニット１６（冷却水供給ユニット２６も同様）は、チャンバ１００内のレーザガス温度をモニタし、ガス温度を所望温度にすべく、冷却水供給ユニット１６内の配管系に設けられたバルブの開閉及びその開度（又は冷却水の流量）を制御し、レーザチャンバ１００内の熱交換器１４に供給される冷却水の流量（ひいては排熱量）を制御する。上述のように、レーザ光源装置ＧＬ１において、第２の電極２０ａ，２０ｂ側の放電回路部２、チャンバ２００、ファン２３、熱交換器２４、ガス供給・排気ユニット２５、及び冷却水供給ユニット２６の構成及び動作は、それぞれ第１の電極１０ａ，１０ｂ側の放電回路部１、チャンバ１００、ファン１３、熱交換器１４、ガス供給・排気ユニット１５、及び冷却水供給ユニット１６と同一である。

図１において、本例のレーザ光源装置ＧＬ１からパルス発光されるレーザ光ＬＢは、半導体素子等のデバイスを製造するための露光装置（不図示）において、レチクル等のパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ等の基板上に露光するための露光光として使用される。そのため、その露光装置の制御系から制御部５０に対して、レーザ光ＬＢのパルス発光のタイミングを指示する発光トリガパルスＴＰ、及びレーザ光ＬＢのパルスエネルギーの設定目標値等の特性（詳細後述）を示す制御情報が供給されている。発光トリガパルスＴＰは、一例として周波数可変の周期的信号である。その制御情報及び発光トリガパルスＴＰに応じて制御部５０は、レーザ光ＬＢがその目標とする特性で、かつその発光トリガパルスＴＰに同期した発振周波数（繰り返し周波数）でパルス発光されるように、放電回路部１及び２にそれぞれトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２を供給して、電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間の放電を制御する。

具体的に、放電回路部１及び２はそれぞれ、充電器１２及び２２と、トリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２が供給されるパルス圧縮回路１１及び２１とから構成されている。放電回路部１による電極１０ａ，１０ｂの放電動作と、放電回路部２による電極２０ａ，２０ｂの放電動作とは同様であるため、以下では代表的に放電回路部１の構成及び動作、並びにチャンバ１００内での放電動作につき説明する。

図２は、放電回路部１の構成を示し、この図２において、充電器１２の２つの出力端子はパルス圧縮回路１１の入力側の端子１１ａ，１１ｂに接続され、パルス圧縮回路１１の出力側の端子１１ｃ，１１ｄは、チャンバ１００内の電極１０ａ，１０ｂに接続されている。端子１１ａ及び１１ｃは接地されている。充電器１２は、パルス圧縮回路１１の端子１１ａ，１１ｂ間に所定の充電電圧Ｖｃになるまで電流を供給し、パルス圧縮回路１１は高電圧パルスのパルス幅を圧縮して、エキシマレーザを効率よく励起するために、電極１０ａ，１０ｂ間に立ち上がりの速い電圧Ｖｐを印加する。

パルス圧縮回路１１は、端子１１ａにそれぞれの一方の端子が接続されたコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、端子１１ｂに接続されたコンデンサＣ０の他方の端子とコンデンサＣ１の他方の端子とを接続するスイッチング素子ＳＷ及び誘導リアクタンス（コイル）Ｌ１と、コンデンサＣ１の他方の端子とコンデンサＣ２の他方の端子とを接続する可飽和リアクトル（強磁性体の鉄芯に巻回されたコイル）Ｌ２と、コンデンサＣ２の他方の端子とコンデンサＣ３の他方の端子とを接続する可飽和リアクトルＬ３とを備え、コンデンサＣ３の両端の出力が端子１１ｃ，１１ｄ間に供給されている。スイッチング素子ＳＷは、例えば、ＧＴＯ（Gate Turn Off)サイリスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体スイッチング素子である。図１の制御部５０からのトリガ信号ＴＰ１によってスイッチング素子ＳＷのオン／オフが制御される。

図２において、放電回路部１がチャンバ１００内の電極１０ａ，１０ｂ間に放電させる場合には、トリガ信号ＴＰ１がローレベルでスイッチング素子ＳＷがオフの状態で、充電器１２は、パルス圧縮回路１１の端子１１ａ，１１ｂ間のコンデンサＣ０を充電電圧Ｖｃになるまで充電する。次に、トリガ信号ＴＰ１がハイレベルになりスイッチング素子ＳＷがオンとなったとき、誘導リアクタンスＬ１を通じてコンデンサＣ０の充電電荷はコンデンサＣ１に転送される。コンデンサＣ１の充電電圧が可飽和リアクトルＬ２の特性で決まる限界値に達すると、可飽和リアクトルＬ２が飽和して導通状態になり、急速にコンデンサＣ１、可飽和リアクトルＬ２、及びコンデンサＣ２のループに電流が流れて、コンデンサＣ２が充電される。

同様に、コンデンサＣ２の充電電圧が可飽和リアクトルＬ３の特性で決まる限界値に達すると、可飽和リアクトルＬ３が飽和して導通状態になり、急速にコンデンサＣ２、可飽和リアクトルＬ３、及びコンデンサＣ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ３へと電荷が転送され、出力側の端子１１ｃ，１１ｄを介してチャンバ１００内の電極１０ａ，１０ｂ間に立ち上がりの速い電圧Ｖｐが印加される。

図２に示すように、チャンバ１００内には、電極１０ａ，１０ｂの近傍に誘電体に覆われた電極Ｅ１及び電極Ｅ２からなるコロナ予備電離部が設けられている（図１では不図示）。パルス圧縮回路１１からの電圧Ｖｐが所定の電圧になると、そのコロナ予備電離部の誘電体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の外周表面に紫外線が発生し、電極１０ａ，１０ｂ間のレーザガスがイオン化され、電極１０ａ，１０ｂ間のインピーダンスが減少して主放電が開始される。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。主放電により、パルス圧縮回路１１内のコンデンサＣ３の電圧が急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。トリガ信号ＴＰ１に同期してこの充電、放電を繰り返すことによって、チャンバ１００内、ひいては上記のレーザ共振器内でレーザ光ＬＢがパルス発光される。同様に、図１において、トリガ信号ＴＰ２に同期してチャンバ２００内、ひいては上記のレーザ共振器内でレーザ光ＬＢがパルス発光される。従って、出力ミラーＯＣからは、露光装置からの発光トリガパルスＴＰに同期して、チャンバ１００及び２００内での放電によるレーザ光が連続して出力される。

出力ミラーＯＣを透過したレーザ光ＬＢの大部分は露光装置に送られ、その一部（数％程度）は、ビームスプリッタＢＳで反射されてモニタ部ＭＭ内の種々のセンサに入射する。これらのセンサによって、レーザ光ＬＢのパルス幅（発振時間）、パルスエネルギー、スペクトル線幅（例えば半値全幅）、発振中心波長、及びスペクトル純度（例えば、エネルギーの積分値が全エネルギーの９５％になるようなスペクトル幅で定義される）等のレーザビーム特性がモニタされる。

また、そのレーザビーム特性に、出力されるレーザ光のビームプロファイル、ビームダイバージェンス（発散角）、及びビームポインティング等の特性をも合わせたレーザ光の特性を、以下ではレーザビーム品質と呼ぶ。そのモニタ部ＭＭでは、これらのレーザ光ＬＢのレーザビーム品質をモニタしてもよい。なお、モニタ部ＭＭでは、これらのレーザビーム品質の全部をモニタする必要は必ずしもなく、例えばレーザ光のパルスエネルギー及び／又は中心波長のみをモニタするのみでもよい。モニタ部ＭＭは、これらのレーザビーム品質を示す情報を制御部５０に送出する。また、露光装置から制御部５０に供給される制御情報には、そのモニタ部ＭＭでモニタされているレーザビーム品質の設定目標値等を示す情報が含まれている。

以下、制御部５０の動作について説明する。露光装置から制御部５０に対しては、発光トリガパルスＴＰの他に、制御情報としてレーザ光のパルスエネルギー及び中心波長の設定目標値を示す情報が供給されているものとする。制御部５０では、それらの情報に基づいて、以下で説明するように、（１）図１の放電回路部１及び２に供給するトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２の制御、（２）レーザ光ＬＢのパルスエネルギーの制御、及び（３）レーザ光ＬＢの中心波長の制御をおこなう。

（１）トリガ信号の制御
上述のように、図１の各チャンバ１００及び２００内でのレーザ光は、放電回路部１及び２のパルス圧縮回路１１及び２１のスイッチング素子（図２のスイッチング素子ＳＷ）に、制御部５０からトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２のハイレベル信号を送出してスイッチング素子をオン状態にすることにより発生する。そこで、制御部５０では、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰに同期して、パルス圧縮回路１１及び２１の各スイッチング素子に交互にトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２のハイレベル信号を送出し、各チャンバ１００及び２００内の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間で放電させる。すなわち、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰの半分の周波数で、各チャンバ１００，２００は放電して光を発生する。そして、各チャンバ１００，２００で発生した光は、狭帯域化モジュールＬＮＭ及び出力ミラーＯＣからなる共通のレーザ共振器によって、発光トリガパルスＴＰと同じ周波数のレーザ光ＬＢとなって露光装置側に出力される。

このとき、各チャンバ１００，２００内での個々の放電の周波数（トリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２の周波数）は、放電によって生成される衝撃波によるレーザビーム品質への悪影響が生じない周波数範囲内（例えば、４ｋＨｚ以下）に制限される。そのため、仮に、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰの周波数が８ｋＨｚを超える様な場合は、制御部５０から露光装置の制御系にエラー信号を発して、レーザ光源装置ＧＬ１における発光動作を停止するようにすればよい。ただし、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰの周波数が、各チャンバ１００，２００内での放電によって生成される衝撃波によるレーザビーム品質への悪影響が生じない周波数範囲内（例えば、４ｋＨｚ以下）の場合は、チャンバ１００又は２００の内のどちらか一方の放電回路部１又は２のパルス圧縮回路１１又は２１のスイッチング素子に、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰと同じ周波数のトリガ信号ＴＰ１又はＴＰ２を送出して、一方のチャンバ１００又は２００のみでレーザ発光を行うようにしてもよい。

次に、図３を参照して、実質的にレーザ光ＬＢの発振周波数（繰り返し周波数）を増加させて、レーザ発振の高繰り返し化を図るために、チャンバ１００，２００内で交互に放電を行う場合のチャンバ１００，２００内の放電タイミングについて説明する。図３（ａ）〜（ｄ）の横軸は時間ｔである。この場合、放電回路部１，２のパルス圧縮回路１１，２１の各スイッチング素子へトリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２のハイレベル信号が交互に送出される。

このために、先ず、図３（ａ）に示すように、露光装置から制御部５０に対して所定周波数の発光トリガパルスＴＰが送出される。制御部５０は、例えば受信した発光トリガパルスＴＰの各立ち上がりエッジを検出し、検出された立ち上がりエッジのうち１番目のエッジから一つおきのエッジに同期して所定期間（スイッチング素子ＳＷをオンにするのに必要な時間）だけハイレベルとなるトリガ信号ＴＰ１（図３（ｂ））を生成し、その立ち上がりエッジのうち２番目のエッジから一つおきのエッジに同期して所定期間だけハイレベルとなるトリガ信号ＴＰ２（図３（ｃ））を生成する。制御部５０は、これらのトリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２を図１のパルス圧縮回路１１，２１のスイッチング素子に送出する。これによって、各チャンバ１００及び２００内で放電が交互に発生し、図３（ｄ）（縦軸はレーザ光の光強度）に示すように、レーザ共振器からは発光トリガパルスＴＰに同期して、発光トリガパルスＴＰと同じ周波数のレーザ光ＬＢが出力される。

ところで、パルス圧縮回路１１，２１の各スイッチング素子に発光トリガ信号（ハイレベル信号）が入力されてから、実際にチャンバ１００，２００内で放電が起こるまでの時間は、必ずしも一定ではない。これは以下の理由による。
先に述べたように、チャンバ１００，２００内の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に立ち上りの速い高電圧パルスを印加するために、それぞれパルス圧縮回路１１及び２１が用いられる。ここで、パルス圧縮回路１１において用いられる図２の可飽和リアクトルＬ２，Ｌ３が導通状態になるまでの時間は、例えばコンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃの大きさによって変化する。よって、充電器１２による充電電圧Ｖｃが変動すると、スイッチング素子ＳＷにトリガ信号ＴＰ１のハイレベル信号を送出してから電極１０ａ，１０ｂでの放電開始までの時間が変化し、同じタイミングでパルス圧縮回路１１のスイッチング素子ＳＷにトリガ信号ＴＰ１のハイレベル信号を送出したとしても、発光タイミングが変動する。

また、パルス圧縮回路１１を構成する可飽和リアクトルＬ２，Ｌ３、コンデンサＣ０〜Ｃ３はそれぞれ温度特性を持っているため、パルス圧縮回路１１の内部温度の変化によっても発光タイミングが変化する。その内部温度は、発振周波数、パルス幅（発振時間）、発振動作のデューティー（発振周期とパルス幅との比）、及び充電電圧Ｖｃなどにより変化する。これらは、パルス圧縮回路２１においても同様である。また、チャンバ１００，２００のレーザガス圧が高い（低い）と、放電開始の電圧が高く（低く）なるため放電開始時刻は遅く（早く）なる。したがって、トリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２のハイレベル信号の送出から放電開始までの遅延時間は、充電電圧Ｖｃとレーザガス圧力との関数となる。

後述するように、制御部５０は、チャンバ１００，２００の放電によって発光されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーを所望の値にするために、充電器１２，２２の出力電圧を調整することによって、パルス圧縮回路１１及び２１内の図２のコンデンサＣ０のそれぞれの充電電圧（以下、Ｖ１（ｎ）及びＶ２（ｎ）という。）を制御する。なお、ｎは放電の順序を示す整数である。

制御部５０は、充電電圧Ｖ１（ｎ），Ｖ２（ｎ）、及び各パルス圧縮回路１１，２１に備えられた温度センサ（不図示）から送出されてくる各パルス圧縮回路１１及び２１の温度（以下、Ｔｐ１及びＴｐ２という。）の情報に基づいて、さらには、図１のチャンバ１００及び２００内の圧力センサ（不図示）によりモニタされるレーザガス圧力（以下、Ｐｐ１及びＰｐ２という。）の情報をも用いて、チャンバ１００，２００におけるトリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２のハイレベル信号の送出からレーザ発光までの遅延時間を推測するか、又は事前に計測して記録したテーブルを参照してその遅延時間を求める。制御部５０は、このように推測され又は求められた遅延時間に基づいて、各パルス圧縮回路１１，２１へのトリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２のハイレベル信号の送出のタイミングを調整し、露光装置からの発光トリガパルスＴＰ（図３（ａ））の立ち上がりからレーザ光ＬＢ（図３（ｄ））が発光されるまでの時間が常に一定時間となるように制御する。

（２）パルスエネルギーの制御
レーザ光ＬＢのパルスエネルギーは、チャンバ１００，２００内の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に印加する電圧、レーザガス温度、及び他のレーザガス条件（圧力等）等に依存する。図１の制御部５０は、露光装置から送出されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーの設定目標値の情報を受信するとともに、モニタ部ＭＭによってモニタされた、各チャンバ１００，２００の放電動作によって放出される各レーザ光のパルスエネルギーに相当する情報を受信する。前述したように、露光装置の照明光学系及び投影光学系の光学部材に与える損傷を小さくするには、レーザ光ＬＢはできるだけ小さなパルスエネルギーで、高い発振周波数で発振させる必要がある。すなわち、前記の露光装置から送出されるレーザ光のパルスエネルギーの設定目標値は、所定のエネルギー値以下に維持する必要がある。

制御部５０は、露光装置からの設定目標値と、モニタ部ＭＭによるモニタ結果とを比較する。そして、チャンバ１００，２００の放電によって放出されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーをその設定目標値にするために、パルス圧縮回路１１，２１のコンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃをパラメータとして電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に印加される電圧を調整する。以下、各チャンバ１００，２００の放電によって発光されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーの制御例についてステップＡ〜Ｄに分けて説明する。

（２−１）ステップＡ
先ずモニタ部ＭＭにより、チャンバ１００及び２００の放電によって発光されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーを検出し、検出結果を制御部５０に供給する。
（２−２）ステップＢ
制御部５０は、モニタ部ＭＭから供給された検出結果から、チャンバ１００及び２００の放電によってそれぞれ発光されたレーザ光ＬＢのパルスエネルギーＥ１及びＥ２を求める。そして、これらの検出結果と、露光装置から送出されたパルスエネルギーの設定目標値Ｅｔとの偏差ΔＥ１及びΔＥ２を次式から計算する。
ΔＥ１＝Ｅ１−Ｅｔ …（１Ａ）、 ΔＥ２＝Ｅ２−Ｅｔ …（１Ｂ）

（２−３）ステップＣ
次に、制御部５０は、所定の係数Ｋを用いて、求めた偏差ΔＥ１，ΔＥ２が得られるような図１のパルス圧縮回路１１，２１内のコンデンサＣ０（図２参照）の充電電圧Ｖｃの偏差分ΔＶ１，ΔＶ２を次式から求める。
ΔＶ１＝Ｋ・ΔＥ１ …（２Ａ）、 ΔＶ２＝Ｋ・ΔＥ２ …（２Ｂ）

（２−４）ステップＤ
次に、制御部５０は、チャンバ１００及び２００のｎ回目（ｎは整数）の放電において、レーザ光ＬＢの目標エネルギーＥｔを得るためのパルス圧縮回路１１及び２１のコンデンサＣ０の充電電圧ＶｃをＶ１（ｎ）及びＶ２（ｎ）として求める。すなわち、以下の式により、それぞれの前回の充電電圧Ｖ１（ｎ−１）及びＶ１（ｎ−１）に上記のステップＣで求めた偏差分ΔＶ１及びΔＶ２を加えることで補正する。
Ｖ１（ｎ）＝Ｖ１（ｎ−１）＋ΔＶ１ …（３Ａ）
Ｖ２（ｎ）＝Ｖ２（ｎ−１）＋ΔＶ２ …（３Ｂ）

制御部５０の制御のもとで、充電器１２及び２２はそれぞれパルス圧縮回路１１及び２１のコンデンサＣ０を充電電圧Ｖ１（ｎ）及びＶ２（ｎ）で充電する。以上の充電電圧Ｖｃの制御を各チャンバ１００，２００の放電毎に行うことで、レーザ光ＬＢのパルスエネルギーの制御が行われる。

なお、制御部５０は、上述のパルスエネルギー制御を行う前に、露光装置から送出されるパルスエネルギーの設定目標値が露光装置の光学部材に損傷を殆ど与えない値であるかどうか検定するようにしてもよい。この場合、制御部５０は、レーザ光ＬＢの各発振周波数をパラメータとしたテーブルに、露光装置の光学部材に損傷を殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を記憶している。そして、制御部５０は、露光装置から送出される発光トリガパルスＴＰの周波数（すなわち、発振周波数の目標値）を検出し、この検出結果と上記テーブルとから最大パルスエネルギーの値を求め、露光装置から送出されるパルスエネルギーの設定目標値と上記の最大パルスエネルギーの値とを比較する。この比較の結果、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定目標値が最大パルスエネルギーの値以下であった場合は、上記のパルスエネルギー制御を行う。これによって、露光装置の光学部材に損傷を殆ど与えないレーザ光ＬＢを出力することが可能となる。

一方、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定目標値が最大パルスエネルギーより大きい場合は、制御部５０は、チャンバ１００及び２００の放電動作を停止する。このとき、外部（例えば露光装置の制御系）に異常信号を送出してもよい。これによって、露光装置の光学部材に損傷を与えるのを回避することができる。
本例のレーザ光源装置ＧＬ１によれば、２台のチャンバ１００，２００を設けて交互に放電させてレーザ発振動作を行っている。そのため、実質的にレーザ光ＬＢの発振周波数を、１台のチャンバ１００（又は２００）のみの放電によってレーザ発振を行う場合の２倍とすることが可能となる。従来、エキシマレーザにおいては、例えば４ｋＨｚを超える発振周波数を実現するのは困難であったが、本例によれば、容易に例えば８ｋＨｚまでの高発振周波数のエキシマレーザ型のガス放電型レーザ装置を実現することが可能となる。
また、各チャンバ１００，２００内での放電の繰り返し周波数は現状のままであるので、放電による衝撃波の影響は小さく、レーザビーム品質も所定の要求仕様を満足させることができる。

（３）中心波長の制御
制御部５０は、露光装置から送出されるレーザ光ＬＢの中心波長の設定目標値と、モニタ部ＭＭによってモニタされたチャンバ１００，２００の放電によって発光されたレーザ光ＬＢの中心波長とを比較する。そして、レーザ光ＬＢの中心波長を設定目標値にすべく、制御部５０は、狭帯域化モジュールＬＮＭ内の波長選択素子（グレーティング、エタロン等）の選択波長を変化させる信号を波長選択素子の駆動装置（不図示）に供給する。これに応じて、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化して、選択される波長が設定目標値に一致する。なお、波長選択素子の波長選択制御はこれに限るものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップ型のエタロンの場合は、エアギャップ内の気体（窒素等）の圧力（屈折率）を制御してもよいし、エアギャップ間隔を制御してもよい。

上述のように、本例のレーザ光源装置ＧＬ１によれば、露光装置の光学部材に与える損傷を小さくするために、できるだけ小さいパルスエネルギーで、しかも従来よりも発振周波数の高いレーザ光ＬＢを出力することができる。また、従来よりも発振周波数が高いにも拘らず、個々のチャンバ１００，２００内での放電の周波数は従来と同じであるため、衝撃波の影響によるレーザビーム品質の劣化を小さくすることが可能となる。また、２つのチャンバ１００，２００はレーザ共振器中に直列に配置されているため、１つのレーザ共振器の光軸調整を行うだけでよく、光学系の調整が容易である。

なお、チャンバ１００，２００の劣化や、その他の部材のトラブルによって、いずれか１方のチャンバ１００又は２００によるレーザ発光動作ができなくなった際には、制御部５０は、両方のチャンバの動作を停止してもよいし、動作ができなくなったチャンバの動作を停止し、一方のチャンバのみでレーザ発光の動作を続行させてもよい。この場合、レーザ光ＬＢの単位時間あたりのエネルギーが低下するため、露光装置の露光時間が長くなり、スループットは低下するものの、露光処理の停止を回避することが可能である。

なお、上記の実施形態では、図１のレーザ共振器の間に２対の放電用の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂを設置しているが、そのレーザ共振器の間にｎ対（ｎは２以上の整数）の放電用の電極を直列にほぼ同軸上に設置して、これらの電極を順次放電させてもよい。この場合、ｎ対の放電用の電極は、個々に専用のチャンバ内に設置されていてもよく、又は共通の１つのチャンバ内に設置されていてもよい。これによって、パルス発光されるレーザ光の発振周波数を電極が１対のレーザ光源装置の最大発振周波数のｎ倍に高めることができる。そのｎ対の電極を持つレーザ光源装置を露光光源として用いた場合には、レーザ光のパルスエネルギーを１対の電極のみを持つレーザ光源装置と同じにして、発振周波数をｎ倍に高めることができるため、露光装置の光学部材の損傷を抑制しながら、露光工程のスループットをほぼｎ倍に改善できる。しかも、レーザ共振器は１つであるため、光学系の調整は極めて容易である。具体的に、レーザ共振器間に３対の放電用の電極を直列に配置することで、レーザ光の発振周波数を３倍にして、スループットをほぼ３倍にできる。

〔第２の実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態につき説明する。本例は、第１の実施形態（図１）のレーザ光源装置に対して、シード光を発生するレーザ光源を付加したものであり、図４において、図１に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４は、本例のＡｒＦエキシマレーザとして使用できるガス放電型のレーザ光源装置を示し、この図４において、本例のレーザ光源装置は、図１のレーザ光源装置ＧＬ１とほぼ同様の２対の放電用の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂを持つレーザ光源装置ＧＬ１Ａと、通常の１対の放電用の電極を持つレーザ光源ＧＬ２とを備えている。図４中のレーザ光源装置ＧＬ１Ａは、レーザ共振器の一方の反射部材（図１の狭帯域化モジュールＬＮＭに対応する部材）がミラー１９で置き換えられている点、及び制御部５０Ａがレーザ光源ＧＬ２の発振制御をも行う点が、図１のレーザ光源装置ＧＬ１と相違している。

また、レーザ光源ＧＬ２は、１対の電極１０Ａａ，１０Ａｂが配置されてレーザガス等が封入されたチャンバ１００Ａと、チャンバ１００Ａを挟むように配置された出力ミラーＯＣＡ及び狭帯域化モジュールＬＮＭからなるレーザ共振器と、電極１０Ａａ，１０Ａｂ間に放電を起こすための放電回路部１Ａ（パルス圧縮回路１１Ａ及び充電器１２Ａ）と、ガス供給・排気ユニット１５Ａと、チャンバ１００Ａ内に設置されてモータＭ１Ａで回転されるファン１３Ａと、チャンバ１００Ａ内に設置された熱交換器１４Ａと、この熱交換器１４Ａに冷却水を供給する冷却水供給ユニット１６Ａとを備えている。これらの放電回路部１Ａ、チャンバ１００Ａ、ファン１３Ａ、熱交換器１４Ａ、ガス供給・排気ユニット１５Ａ、及び冷却水供給ユニット１６Ａの構成は、それぞれ図１のレーザ光源装置ＧＬ１における放電回路部１、チャンバ１００、ファン１３、熱交換器１４、ガス供給・排気ユニット１５、及び冷却水供給ユニット１６と実質的に同一であり、制御部５０Ａから放電回路部１Ａのパルス圧縮回路１１Ａに供給されるトリガ信号ＴＰ３に同期して、チャンバ１００Ａ内での放電及びそのレーザ共振器からのレーザ光ＬＢ１のパルス発光が行われる。

ただし、レーザ光源ＧＬ２から出力されるレーザ光ＬＢ１のパルスエネルギー（ひいては出力）は、図１のレーザ光源装置ＧＬ１から出力されるレーザ光ＬＢのパルスエネルギーに比べてかなり小さく（例えば１／１０以下程度に）設定されている。従って、レーザ光源ＧＬ２においては、仮に発振周波数を通常の１対の電極を持つレーザ光源の最大発振周波数の２倍程度に設定しても、放電領域で発生する衝撃波の影響によるレーザビーム品質の劣化が極めて小さくなっている。

また、図４のレーザ光源装置においては、レーザ光源ＧＬ２から出力されたレーザ光ＬＢ１の大部分を反射するビームスプリッタＢＳＡと、ビームスプリッタＢＳＡを透過したレーザ光のパルスエネルギー、中心波長、及びスペクトル線幅等のレーザビーム特性を計測するモニタ部ＭＭＡと、ビームスプリッタＢＳＡで反射されたレーザ光ＬＢ１をチャンバ１００及び２００内のほぼレーザ光ＬＢの光路上に送出するミラー１８とを備えている。本例のレーザ光源装置ＧＬ１Ａは、レーザ光源ＧＬ２から供給されるレーザ光ＬＢ１をシード光として、チャンバ１００及び２００においてそのレーザ光ＬＢ１を増幅して得られる光をレーザ光ＬＢとして出力する。従って、レーザ光ＬＢの波長はレーザ光源ＧＬ２から出力されるレーザ光ＬＢ１の波長と同じであるため、制御部５０Ａはモニタ部ＭＭＡで計測されるレーザ光ＬＢ１の中心波長が、露光装置側から指定される中心波長になるように波長制御を行う。これによって、レーザ光源装置ＧＬ１Ａから出力されて露光装置に向かうレーザ光ＬＢの中心波長が設定目標値になる。従って、レーザ光源装置ＧＬ１Ａ側には狭帯域化モジュールＬＮＭを設ける必要はない。

図４の制御部５０Ａに、不図示の露光装置から図３（ａ）に示す発光トリガパルスＴＰが送出された場合には、制御部５０Ａでは、発光トリガパルスＴＰに同期したこれと同じ周波数のトリガ信号ＴＰ３をレーザ光源ＧＬ２側のパルス圧縮回路１１Ａに供給する。これによって、レーザ光源ＧＬ２から出力された発光トリガパルスＴＰと同じ周波数のレーザ光ＬＢ１は、レーザ光源装置ＧＬ１Ａのチャンバ１００及び２００内に注入される。また、制御部５０Ａは、第１の実施形態と同様に、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、発光トリガパルスＴＰに同期して生成された周波数が１／２で交互にハイレベル信号となるトリガ信号ＴＰ１，ＴＰ２を図４の放電回路部１及び２のパルス圧縮回路１１及び２１に供給する。この結果、レーザ光源装置ＧＬ１Ａからは、第１の実施形態と同様に発光トリガパルスＴＰに同期したレーザ光ＬＢが出力される。

本例においては、中心波長の制御を行うためのレーザ光源ＧＬ２は出力が小さいため、高周波数であっても安定に動作して、高精度に波長制御を行うことができる。また、レーザ光源装置ＧＬ１Ａは、波長制御されたレーザ光ＬＢ１を増幅するのみでよいため、レーザ共振器の構成は第１の実施形態よりも簡素化されており、全体として光学調整等が容易である場合がある。また、本例においても、レーザ共振器中には３対以上の電極を配置することが可能である。

なお、シード光を発生するレーザ光源としては、レーザ光源ＧＬ２のようなガス放電型レーザの代わりに、パルスレーザ光である基本波（例えば波長１５４４ｎｍ）を発生する固体レーザ光源方式の基本波発生部と、その基本波の高調波（例えば８倍高調波で、波長が１９３ｎｍとなる）を生成する波長変換部とを備えたレーザ光源装置を用いてもよい。
その基本波発生部としては、単一モードの連続波であるレーザ光を発生する半導体レーザと、そのレーザ光をパルス光に変換する光変調素子（電気光学変調素子等）と、そのパルス光を増幅する光ファイバ増幅器等とから構成することができる。その半導体レーザとしては、例えばインジウム・ガリウム・ヒ素・リン（ＩｎＧａＡｓＰ）構造で分布帰還型（ＤＦＢ:Distributed feedback)の半導体レーザを用いることができる。この固体レーザ方式のシード光発生用のレーザ光源は、出力が小さくとも、発振周波数を高くできるという利点がある。

また、図４の実施形態においては、レーザ光ＬＢ１（シード光）を取り込むためのミラー１８は、出力ミラーＯＣの内側に配置されているが、ミラー１８を出力ミラーＯＣの外側に配置することも可能である。この場合には、その出力ミラーＯＣの中央部にミラー１８からのレーザ光ＬＢ１をチャンバ１００及び２００側に通過させる開口を形成し、反対側のミラー１９を凹面鏡としておけばよい。これによって、レーザ光ＬＢ１をチャンバ１００及び２００内で増幅して得られる光が、出力ミラーＯＣを介してレーザ光ＬＢとして射出される。

〔第３の実施形態〕
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施形態につき説明する。本例は、第１の実施形態（図１）のレーザ光源装置に対して、１つのチャンバ内に２対の放電用の電極を配置したものであり、図５において、図１に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図５は、本例のＡｒＦエキシマレーザとして使用できるガス放電型のレーザ光源装置ＧＬ３を示し、この図５において、レーザ光源装置ＧＬ３は、図１のチャンバ１００に対して長手方向にほぼ２倍の長さで、内部にレーザガス等が封入された１つのチャンバ３００と、このチャンバ３００内に長手方向に沿ってほぼ同軸上に直列に配置された第１及び第２の一対の放電用の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂと、このチャンバ３００を長手方向に挟むように配置された狭帯域化モジュールＬＮＭ及び出力ミラーＯＣからなるレーザ共振器と、各電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間にそれぞれ放電を起こさせるための放電回路部１及び２と、そのレーザ共振器から出力されるレーザ光ＬＢの種々の特性をモニタするモニタ部ＭＭと、このモニタ部ＭＭでモニタされる情報等に基づいて放電回路部１及び２等の動作を制御する制御部５０とを備えている。

この場合、一方の電極１０ａ，１０ｂ（又は２０ａ，２０ｂ）の放電で発生した衝撃波が、他方の電極２０ａ，２０ｂ（又は１０ａ，１０ｂ）の放電時に影響しないように、チャンバ３００内の２対の電極間に障壁３８が設けられている。このとき、障壁３８にはレーザ光が通るための開口３８ａを設ける。なお、障壁３８を設けることなく、その２対の電極を所定距離以上の間隔を置いて設置してもよく、これによって衝撃波の影響を軽減することが可能である。言い換えると、障壁３８を設けることによって、衝撃波の影響を軽減しながらチャンバ３００を小型化できる。

また、図５において、チャンバ３００の両端部において、出力されるレーザ光の光軸上でかつレーザ光が通過する部分には、図１の窓部材１７ａ，１７ｂと同様の窓部材３７ａ，３７ｂが設けられている。チャンバ３００内には、モータＭ３の働きによってチャンバ３００内のレーザガスを電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂ間に送り込むクロスフロー用のファン３３と、冷却水によってレーザチャンバ３００内の排熱を行う熱交換器３４とが設けられている。そして、チャンバ３００には、内部のレーザガスの排気及び供給を行うガス供給・排気ユニット３５と、熱交換器３４に冷却水を供給する図１の冷却水供給ユニット１６と同様の冷却水供給ユニット３６とが接続されている。なお、ファン３３及び熱交換器３４はチャンバ３００内に隔壁３８に設けられた開口を通して設置されているが、ファン３３及び熱交換器３４を２対の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂに対応させて２組設けてもよい。また、ガス供給・排気ユニット３５についても、その２対の電極に対応させて２組設けてもよい。

図５の放電回路部１及び２の動作は第１の実施形態（図１）のレーザ光源装置と同様であり、不図示の露光装置から制御部５０に対して図３（ａ）に示す発光トリガパルスＴＰが送出されると、制御部５０では、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように一つおきに交互にハイレベル信号となるトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２を生成し、これらのトリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２を図５の放電回路部１及び２のパルス圧縮回路１１及び１２に供給する。これによって、出力ミラーＯＣを含むレーザ共振器からは発光トリガパルスＴＰに同期した周波数のレーザ光ＬＢが出力される。

本例においても、チャンバ３００内の２対の電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂで交互に放電させて、レーザ光ＬＢを発光させている。従って、レーザ光ＬＢの周波数が１対の電極のみを有するレーザ光源の最大発振周波数の２倍であっても、各電極１０ａ，１０ｂ及び２０ａ，２０ｂではそれ自体の放電によって発生する衝撃波の影響を受けない周波数以下で放電されるため、レーザビーム品質は高く維持される。しかも、レーザ光ＬＢのパルスエネルギーを露光装置の光学部材に損傷を殆ど与えない低いレベルに設定しても、発振周波数が２倍であるため出力が２倍になり、露光装置では高いスループットが得られる。

また、本例においては、チャンバ３００が１台であるため、第１の実施形態に比べて構成が簡素化されて、光学系の調整もさらに容易である。また、本例においても、例えば露光装置側で要求されるレーザ光の出力が低い場合には、チャンバ３００内の一方の電極１０ａ，１０ｂ（又は２０ａ，２０ｂ）間でのみ連続して放電を行わせてレーザ光ＬＢを発生してもよい。さらに、１台のチャンバ３００内に直列３対以上の放電用の電極を直列に配置して、これらの電極に順次放電を行わせてレーザ光を発生させてもよい。

次に、上記の第１の実施形態のレーザ光源装置ＧＬ１を露光光源として使用する露光装置の一例につき図６を参照して説明する。なお、露光光源としては、図４又は図５のレーザ光源装置も同様に使用できる。
図６は、そのような走査露光型の露光装置（投影露光装置）ＥＸの概略構成を示し、この図６において、露光光源として図１のレーザ光源装置ＧＬ１が使用されている。レーザ光源装置ＧＬ１からパルス発光されたレーザ光ＬＢは、シリンドリカルレンズを含むビーム整形光学系６２に入射して、断面形状がほぼ正方形のビームに整形される。ビーム整形光学系６２から射出されたレーザ光ＬＢは、ミラー６１Ａ及び６１Ｂを経てビームエクスパンダ６３に入射し、所定の断面寸法にまで断面形状が拡大される。ビームエクスパンダ６３から射出された平行光束よりなるレーザ光ＬＢは、ミラー６１Ｃで反射された後、干渉縞の位相変調器としての振動ミラー６４にて光路（進行方向）が折り曲げられる。振動ミラー６４を直交する２つの回動軸６４ａ及び６４ｂを軸として独立に振動することによって、レーザ光ＬＢのスペックルパターンの影響が低減される。振動ミラー６４で反射されたレーザ光ＬＢは、不図示のインプットレンズ等を介してフライアイレンズ６５（オプティカル・インテグレータ）に入射する。フライアイレンズ６５の射出面（照明光学系の瞳面）から射出されるレーザ光ＬＢよりなる照明光ＩＬ（露光光）が透過率の大きい（反射率の小さい）ビームスプリッタ６６に入射する。

ビームスプリッター６６を透過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ６８によってレチクルＲのパターン形成面とほぼ共役な面上のレチクルブラインド（視野絞り）６９上に集光され、レチクルブラインド６９の開口部の形状によりレチクルＲ上のスリット状の幅Ｄの照明領域７３の形状が決定される。なお、レチクルブラインド６９の近傍には、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分の露光を防止するために照明領域７３を走査方向に開閉するとともに、照明領域７３の非走査方向の幅を制御するための可動ブラインド（不図示）も配置されている。

レチクルブラインド６９及びその不図示の可動ブラインドの開口部を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ７０、光路折り曲げ用のミラー７１、及びメインコンデンサーレンズ７２を経て、レチクルＲのパターン形成面上の照明領域７３を照明する。ビーム整形光学系６２からメインコンデンサーレンズ７２までの光学部材を含んで照明光学系が構成されている。

また、図６において、照明光ＩＬのうちビームスプリッタ６６で反射された僅かの光が、不図示の集光光学系を介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ６７に入射し、インテグレータセンサ６７の検出信号が露光量制御系７７に供給されている。インテグレータセンサ６７の検出信号とウエハＷ上での照明光ＩＬの照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測されて記憶されており、露光量制御系７７は、インテグレータセンサ７７の検出信号に基づいて、ウエハＷ上で適正な露光量が得られるように、レーザ光ＬＢのパルスエネルギー及び／又は例えばミラー６１Ｂとビームエクスパンダ６３との間に設置された可変減光器（不図示）の減光率等を設定する。なお、そのレーザ光ＬＢのパルスエネルギーの設定目標値は、装置全体の動作を統括制御する主制御系７６に供給され、主制御系７６は、レーザ光源装置ＧＬ１内の制御部に対して、そのレーザ光ＬＢのパルスエネルギー及び中心波長の設定目標値を含む制御情報と、レーザ光ＬＢのパルス発光のタイミングを指定する発光トリガパルスＴＰとを送出する。これに応じて、レーザ光源装置ＧＬ１では、その発光トリガパルスＴＰに同期して、かつ指定されたパルスエネルギーでレーザ光ＬＢを出力する。

レチクルＲに形成された回路パターンのうち、照明光ＩＬによって照射された照明領域７３内のパターンが、両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４，１／５等）の投影光学系ＰＬを介してフォトレジストが塗布されたウエハＷの一つのショット領域上の投影領域７４に結像投影される。投影光学系ＰＬとしては、反射屈折系等も使用できる。図６において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に沿ってＸ軸を取り、その走査方向に直交する非走査方向に沿ってＹ軸を取って説明する。

レチクルＲは、レチクルベース（不図示）上をＸ方向に定速移動し、ＸＹ平面内で微小変位可能なレチクルステージ７５上に吸着保持されている。レチクルステージ７５の移動座標位置（少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角を含む）は、不図示のレーザ干渉計システムによって逐次計測され、その計測情報がステージ制御系７８及び主制御系７６に供給されている。主制御系７６の制御のもとで、ステージ制御系７８は、その計測情報に基づいて不図示の駆動系を介してレチクルステージ７５の位置及び速度を制御する。

一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ７９上に保持され、ウエハステージ７９は、走査露光時に少なくともＸ方向に定速移動できるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動できるように、不図示のウエハベース上に載置されている。ウエハステージ７９の移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角）は、不図示のレーザ干渉計システムによって逐次計測され、その計測情報がステージ制御系７８及び主制御系７６に供給されている。主制御系７６の制御のもとで、ステージ制御系７８は、その計測情報に基づいて不図示の駆動系を介してウエハステージ７９の位置及び速度を制御する。さらに、ウエハステージ７９には、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するＺステージ機構も組み込まれている。

そして、ウエハＷの露光時には、図６において、不図示のアライメント系を用いてレチクルＲとウエハＷとのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬを介した像をウエハＷ上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージ７５を介して照明領域７３に対してレチクルＲを走査方向ＳＲ（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に速度ＶＲで移動する動作に同期して、ウエハステージ７９を介して投影領域７４に対してウエハＷ上のショット領域を走査方向ＳＷ（−Ｘ方向又は＋Ｘ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で移動する走査露光動作と、照明光ＩＬの照射を停止して、ウエハステージ７９を介してウエハＷをＸ方向及び／又はＹ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

この露光に際して、本例のレーザ光ＬＢ（照明光ＩＬ）は各パルスエネルギーは照明光学系や投影光学系ＰＬの光学部材を損傷させないレベルであっても、その周波数が高いため、全体として出力が大きく、高いスループットが得られる。なお、本発明のレーザ光源装置は、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置、及びプロキシミティ方式等の投影光学系を使用しない露光装置の露光光源としても使用できる。

また、上述の実施形態においては、光透過性の基材上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いているが、このマスクに替えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬを使ってパターン像をウエハ上に投影することによってウエハを露光しているが、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板上に形成することによって、基板上にライン・アンド・スペースを露光する露光装置（リソグラフィシステム）の露光光源にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明のレーザ光源装置（図１のレーザ光源装置ＧＬ１等）は、露光装置以外のレーザ加工用の装置等の光源としても使用可能である。
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンを基板（ウエハ）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、並びに検査ステップ等を経て製造される。

また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレート等に形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、セラミックスウエハ等を基板として用いる薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本発明の露光装置によれば、パルスエネルギーは低く抑えて、かつ発振周波数を高めた高出力のパルスレーザ光を露光光として使用できる。従って、露光光による光学部材の損傷を抑制しながら、露光工程のスループットを向上できる。

第１の実施形態のレーザ光源装置の構成を示す一部を切り欠いた図である。 図１中の放電回路部１及びチャンバ１００を示す図である。 図１中の発光トリガパルスＴＰ、トリガ信号ＴＰ１及びＴＰ２、並びにレーザ光ＬＢの関係を示す図である。 第２の実施形態のレーザ光源装置の構成を示す一部を切り欠いた図である。 第３の実施形態のレーザ光源装置の構成を示す一部を切り欠いた図である。 第１の実施形態のレーザ光源装置を露光光源とする露光装置の一例の概略構成を示す一部を切り欠いた斜視図である。

符号の説明

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＧＬ１，ＧＬ３…レーザ光源装置、ＧＬ２…レーザ光源、ＬＮＭ…狭帯域化モジュール、ＯＣ…出力ミラー、ＭＭ…モニタ部、１，２…放電回路部、１０ａ，１０ｂ…放電用の電極、１３，２３，３３…ファン、１４，２４，３４…熱交換器、１５，２５，３５…ガス供給・排気ユニット、１６，２６，３６…冷水供給ユニット、２０ａ，２０ｂ…放電用の電極、５０，５０Ａ…制御部、１００，２００，３００…チャンバ

Claims (13)

1. チャンバ内に封入された気体を放電させてレーザ光を出力するガス放電型レーザ装置であって、
   放電用の気体が封入された雰囲気内に対向配置された第１の一対の放電電極と、
   放電用の気体が封入された雰囲気内に、前記第１の放電電極とほぼ同軸上に対向配置された第２の一対の放電電極と、
   前記第１及び第２の一対の放電電極を挟むように対向して配置されたレーザ共振器と、
   前記レーザ共振器からレーザ光をパルス出力させるために、前記第１及び第２の一対の放電電極を交互に放電させる制御系とを備えたことを特徴とするガス放電型レーザ装置。
2. 前記レーザ共振器の間に、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光の中心波長及び波長幅を制御する波長選択光学系を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス放電型レーザ装置。
3. 前記制御系は、前記レーザ光を使用する装置から供給される発光トリガに同期して、前記第１及び第２の一対の放電電極を交互に放電させることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス放電型レーザ装置。
4. チャンバ内に封入された気体を放電させてレーザ光を出力するガス放電型レーザ装置であって、
   放電用の気体が封入された雰囲気内に対向配置された第１の一対の放電電極と、
   放電用の気体が封入された雰囲気内に、前記第１の放電電極とほぼ同軸上に対向配置された第２の一対の放電電極と、
   前記第１及び第２の一対の放電電極を挟むように対向して配置されたレーザ共振器と、
   レーザ光をパルス出力するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出力されたレーザ光の少なくとも一部を前記レーザ共振器に注入する光学系と、
   前記レーザ光源から注入されたレーザ光を増幅して前記レーザ共振器から出力させるために、前記レーザ光源の出力に同期して、前記第１及び第２の一対の放電電極を交互に放電させる制御系とを備えたことを特徴とするガス放電型レーザ装置。
5. 前記レーザ光源は、出力されるレーザ光の中心波長及び波長幅を制御する波長選択光学系を備えたことを特徴とする請求項４に記載のガス放電型レーザ装置。
6. 前記制御系は、前記レーザ光を使用する装置から供給される発光トリガに同期して、前記レーザ光源を発光させることを特徴とする請求項４又は５に記載のガス放電型レーザ装置。
7. 前記第１及び第２の一対の放電電極は、それぞれ放電用の気体が封入された第１及び第２のチャンバ内に配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のガス放電型レーザ装置。
8. 前記第１及び第２の一対の放電電極は、放電用の気体が封入された共通のチャンバ内に配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のガス放電型レーザ装置。
9. 前記チャンバ内の前記第１及び第２の一対の放電電極が配置された２つの空間の境界部に、出力されるレーザ光を通す開口が形成された隔壁が設置されたことを特徴とする請求項８に記載のガス放電型レーザ装置。
10. 前記第１及び第２の一対の放電電極に供給される電力を独立に制御する電源を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のガス放電型レーザ装置。
11. 露光光で光学部材を介して基板を露光する露光方法において、
    前記露光光として請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス放電型レーザ装置から出力されるレーザ光を用いることを特徴とする露光方法。
12. 露光光で光学部材を介して基板を露光する露光装置において、
    前記露光光として請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス放電型レーザ装置から出力されるレーザ光を用いることを特徴とする露光装置。
13. 請求項１１に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。

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