JP4117694B2 - Excimer laser oscillation apparatus and exposure apparatus - Google Patents

Description

ｈ：プランク定数 ６．６３×１０^-34Ｊ・ｓ
ν：振動数 ３×１０⁸／０．２４８×１０^-6＝１．２×１０¹⁵
σ：誘導放出断面積 ２×１０^-16ｃｍ²
τ：上準位寿命 ３ｎｓ
（衝突による脱励起を含む）
上準位寿命τは、ガス圧が低いと衝突が起きにくくなるので、最大で放射寿命（自由空間での寿命）まで大きくなる。この場合の寿命は６．７ｎｓであり、飽和強度Ｉ_sは、
Ｉ_s ＝０．６ＭＷ／ｃｍ²
となる。
【００４４】
・レーザの取り出し効率
単位体積から毎秒取り出される光子数と生成されるエキシマの数の比である。レーザの取り出し効率η_exは以下で求められる。
η_ex＝（Ｉ／Ｉ_s）（１−（１＋Ｉ／Ｉ_s）−α_n／ｇ₀）
Ｉ ：レーザ光強度
Ｉ_s：飽和強度
α_n：不飽和吸収係数
ｇ₀：少信号利得
と表される。α_n＞０なので、
η_ex＜（Ｉ／Ｉ_s）／（１＋Ｉ／Ｉ_s）
レーザ光強度ＩがＩ_s以下ではレーザ発振は効率が悪くなる。例えば共振器内のレーザ光強度Ｉが５００Ｗ／ｃｍ²の時、
η_ex＝１／２６００以下（レーザの取り出し効率ηexは非常に小さい。）
よって効率よくレーザ発振させるためには、飽和強度の１．３ＭＷ／ｃｍ²程度が必要である。
【００４５】
以下本発明の好ましい実施態様例を述べる。
【００４６】
（レーザガス）
本発明においてはレーザ媒質であるレーザガスは、Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅから選ばれた１種以上の不活性ガスとＦ₂ガスとの混合ガスからなる。
【００４７】
これらのうち、使用したい波長により適宜ガス種を組み合わせればよい。例えば、２４８ｎｍの波長の場合にはＫｒ／Ｎｅ／Ｆ₂とし、１９３ｎｍの場合にはＡｒ／Ｎｅ／Ｆ₂とし、１５７ｎｍの場合にはＮｅ／Ｆ₂とすればよい。
【００４８】
本発明においては、レーザチャンバ内にレーザガスを連続的に供給することが好ましい。そのためのより具体的なレーザガスの供給系例を図７に示す。
【００４９】
図７において２１ａ，２１ｂはガス導入口である。ガス導入口２１ａ，２１ｂはレーザチャンバ２０の両端に設けたり、また、レーザチャンバ２０の略々中央にはガス排出口２２を設けてある。なお、必要に応じガス排出口には真空ポンプ等を設けておいてもよい。レーザガスは両端のガス導入口２１ａ，２１ｂから両ガス導入口２１ａ，２１ｂで等しい流量で供給し、略々中央に設けたガス排出口２２から排出させる。その理由は、出力端の光反射板の表面保護を兼ねるからである。すなわち、光反射板の最表面は必ずフッ化膜の薄膜等で被覆してあるからＦ₂，Ｆ^*に反応することはないからである。また、ガス導入口２１ａ，２１ｂ、ガス排出口２２の形状はマイクロ波電流が流れる方向にスリット状であることが望ましい。
【００５０】
一方、図７において２５ａ，２５ｂ，２６，２７ａ，２７ｂはバルブである。レーザガスの初期導入時には、バルブ２５ａを２７ａを閉、バルブ２５ｂ，２７ｂを開とし、レーザガス源からバルブ２５ａ，２７ａ近傍までの配管内のパージを行う。配管内パージ後、バルブ２５ｂ，２７ｂを閉、２６を開としてレーザガスをレーザチャンバ２０内に導入し、一旦レーザチャンバ２０内をパージ後そのままレーザガスの導入を行いレーザ発振を行えばよい。もちろんパージ等が不要の場合は上記バルブは設ける必要はない。なお、図１９において、２８は流量をコントロールするためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）あるいは圧力フローコントローラ（ＰＦＣ）である。ＰＦＣが好ましい。２９はフィルタである。
【００５１】
本発明においては、安定した連続発振を得る上においてレーザガス中におけるＦ₂濃度は０．１原子％以上６原子％以下であり、１〜６原子％が好ましい。４〜６％がより好ましい。
【００５２】
また、レーザガスの圧力は、１０Ｔｏｒｒ〜３ａｔｍが好ましい。５０Ｔｏｒｒ〜３ａｔｍがより好ましい。すなわち、本発明においては、かかる低い圧力においても安定した放電が得られ、ひいては、安定した連続発振、連続発光が得られるのである。従来技術においては、レーザガスの圧力は３〜４気圧であった。それは、従来技術においては、Ｆ₂濃度を高めるとＦ^-となり、電子がなくなってしまい放電が不安定となるため、Ｆ₂濃度を１％以下（実際はそれよりさらに低い）とし、これを補填すべく３〜４気圧とせざるを得なかったのである。しかるに本発明においては、Ｆ₂濃度を高めてもかかるマイクロ波による安定した放電が得られ従って、圧力を高めて補填する必要がない。もちろん何らかの理由により圧力を高める必要があれば高めてもよい。
【００５３】
図２６は、反応式、ＫｒＦエキシマレーザのレーザ管内で生じる反応を示している。ここで注目すべきは▲３▼である。ＫｒＦ^*エキシマを生成するためには、Ｆ^-及びＦ₂が必要であることがわかる。一方、▲４▼より光を放出したエキシマは、基底状態の希ガス原子（Ｋｒ）とハロゲン（Ｆ）に戻り、ＫｒＦ^*エキシマ生成に直接必要なＦ₂やＦ^-にはならない。
【００５４】
しかも▲５▼よりハロゲン原子（Ｆ）がハロゲン分子（Ｆ₂）を生成する反応は非常に遅いのである。
【００５５】
以上のことから、放電空間内で光を放出して基底状態に戻ったハロゲン原子をハロゲンイオン（Ｆ^-）やハロゲン分子（Ｆ₂）で置換することが大切になる。
【００５６】
（レーザ管）
レーザ管４０（図８、図９）は、レーザチャンバを構成する管であり、マイクロ波を導入するための窓部４４を有している。レーザ管４０はその窓部４４側において導波管４２と接続される。レーザ管４０の内部と導波管４２の内部とはシールされており、シールは絶縁板４１をレーザ管４０の窓部４４に設けることにより行われる。絶縁板４１については後述する。
【００５７】
プラズマ励起部の終端の断面形状すなわちレーザチャンバを構成するレーザ管４０の断面形状は、図８に示すように、略半円筒状（あるは半楕円状）（図８（ａ））、円筒状（図８（ｂ））、楕円状（図８（ｃ））等とすることができる。
【００５８】
さらに、より好ましい形状は、図９（ａ）に示す楕円形状であり、この楕円の短径方向はマイクロ波の導入方向となっている。従って、図９（ａ）に示す断面形状の場合には、マイクロ波はレーザ管内のレーザ媒質であるレーザガスに万遍なく導入される。また、単位面積あたりより密度の高いレーザを得ることができ、また外部に出力することができる。
【００５９】
さらに、レーザ管４０の窓部４４は図９（ｂ）に示すように、レーザ管４０側が広がるテーパを設けてもよい。テーパは逆に付けてもよい。
【００６０】
レーザ管４０と導波管４２との接続は、例えば、図８あるいは図９に示すように、両者にフランジ部を設けてシール締め付けを行えばよい。
【００６１】
本発明においては、レーザ管４０の内部には、電極等の部品を内蔵する必要がない。すなわち、後に電極等を内部に組み込む必要がない。従って、作製行程によっては絶縁板４１をレーザ管４０に予めに取り付けておいてもよい。絶縁板４１の取付は、例えば、焼嵌めにより行えばよい。なお、図９（ｂ）に示す場合においては絶縁板４１はレーザ管４０の内部側から嵌め込めばよい。
【００６２】
なお、このレーザ管４０はレーザチャンバを構成するものであり、前述した通りその最表面はＦ^*，ＫｒＦ^*，ＡｒＦ^*との反応を抑えるためフッ化物で構成される。
【００６３】
また、レーザ管４０の母体の材質を金属とすることにより、作製が容易となり、冷却効率がよくなる。特に、温度変化により光共振器長が変化するのを防止する為に熱膨張係数がほとんど零の金属を使用することが好ましい。加えて、その内表面にはマイクロ波の表皮深さ（skin depth）より少なくとも厚くして、銅や銀の様に電気伝導度の高い金属をメッキなどの手段により設けることが望ましい。
【００６４】
絶縁板４１の好適な実施態様としては、少なくともプラズマに接する側の面（レーザ管４０側の面）には多層膜（例えば、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂，ＬａＦ₂膜）がコートされ、最表面にはフッ化物の薄膜（例えば、ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂，ＬａＦ₂，その他のフッ化物の薄膜）が形成されている例を挙げられる。
【００６５】
さらに、絶縁板４１は、その材料の要件として供給するマイクロ波に対して圧倒的に損失が少なく、機械的に丈夫であり、水に溶けない等の条件を備えている。
【００６６】
また、その厚さは、マイクロ波の波長（管内波長）の半波長の整数倍又は略々整数倍の厚さになっていればよい。
【００６７】
（マイクロ波）
本発明では、レーザガスの励起手段としてマイクロ波を用いる。マイクロ波を用いることにより、レーザガスを連続的に励起し、連続発光を達成する。
【００６８】
マイクロ波の供給源としては例えば商品名ジャイロトロンを用いればよい。
【００６９】
マイクロ波の周波数、電力は、レーザガスの成分ガスの分圧などにより適宜決定すればよい。一般的にはマイクロ波の周波数は１ＧＨｚ〜５０ＧＨｚが好ましく、５〜４０ＧＨｚがより好ましく、２０〜３５ＧＨｚがさらに好ましい。また、マイクロ波の電力は数１００Ｗ〜数ＭＷが好ましい。
【００７０】
励起用のマイクロ波の周波数ωを、例えば、３５ＧＨｚとすると、プラズマ励起ガスの主体となるＮｅの電子との衝突断面積から決まる電子のＮｅ原子との衝突周波数ω_cが励起マイクロ波周波数と等しくなるガス圧力は１６０Ｔｏｒｒとなる。
【００７１】
この状態の時、同一電力によるプラズマ励起は最も効率よくなる。
【００７２】
Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ₂（３％／９２％／５％）のガス圧力を大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）にすると、衝突周波数は励起マイクロ波の略々４．５倍となり、励起周波数の一周期中に電子は４．５回Ｎｅ原子と衝突する。
【００７３】
したがって、この状態は、Resistive Plasmaの条件となっており、
δ＝（２／ωμ₀σ）^1/2
から決まる表皮深さがプラズマ励起が効率よく起こる深さである。ωはマイクロ波の角周波数、μ₀は真空透磁率、σはプラズマの導電率である。
【００７４】
３５ＧＨｚのマイクロ波でガス圧１６０Ｔｏｒｒ、電子密度１０¹⁴ｃｍ^-3とした場合、
ω＝２π×３５×１０⁹［ｓ^-1］
μ₀＝４π×１０^-7［Ｈ／ｍ］
σ＝１２．８［Ω^-1ｍ^-1］
となり、
δ＝７５０μｍ
となる。
【００７５】
例えば、３５ＧＨｚのマイクロ波を、高さ５ｍｍ、幅１０ｃｍのオーバーサイズ導波管で誘導する。
【００７６】
ＳｉＯ₂，ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂等の絶縁板で導波管部とプラズマ励起部を機密遮蔽する。絶縁板の厚さは絶縁板の誘電率も考慮した管内波長λgの半分の長さの略々整数倍にする。
【００７７】
従って、１７．５ＧＨｚのマイクロ波では８０Ｔｏｒｒのガス圧で衝突周波数と等しくなる。３５ＧＨｚをプラズマ周波数とすると、その時の電子密度は、５×１０¹³ｃｍ^-3となる。３５ＧＨｚで１００Ｗ〜１ｋＷ程度の電力で、７０〜８０Ｔｏｒｒから大気圧（１気圧）程度のガスプラズマをたてれば１０¹⁴ｃｍ^-3台の濃度のＦ^*，ＫｒＦ^*，ＡｒＦ^*は確実に実現できる。
【００７８】
また、表皮深さδ＝（２／ωμσ）^1/2、σ＝ｎｅμ、μ＝ｅτ／mにおいて、実験値より ｆ＝２．４５ＧＨｚにおける平均電子エネルギー２ｅＶ、電子密度ｎ＝４×１０¹²、圧力Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ、スキンデプスδ＝３ｍｍが得られている。この値を基に計算すると、前式より、ｆ＝２．４５ＧＨｚにおいて、平均電子エネルギー：４〜５ｅＶ、電子密度：ｎ＝１×１０¹⁵、圧力：Ｐ＝７６０Ｔｏｒｒ、スキンデプス：δ＝１ｍｍ、といった値が想定される。上下からプラズマを励起することを考えると、スキンデプスδ＝２ｍｍとなり、十分にエキシマレーザの基本モードが立ちうるゲイン領域が確保されうることが分る。
【００７９】
また、レーザ発振に十分と考えられる平均電子エネルギーは、ＫｒＦエキシマレーザでは３〜５ｅＶ程と想定され、本発明に提示したマイクロ波の条件で十分である。
【００８０】
また、エキシマレーザを良好に発振させるのに必要な投入電力密度は１００ｋＷ／ｃｍ³程であり、長さ３０ｃｍ程の共振器長を仮定すれば、例えばピークパワー３ＭＷの市販のマグネトロンをマイクロ波源に用いれば十分である。
【００８１】
また表皮深さδ＝（２／ωμσ）^1/2は１／f^1/2に比例することから、表皮深さを長くするには、マイクロ波の周波数を低くすればよいが、一方で、マイクロ波の周波数を低くすると、導波管が太くなり、かつ、ガスも流し難くなる傾向にある。よって、この観点からは、マイクロ波の周波数はｆ＝２．４５ＧＨzが好ましいことが分る。
【００８２】
また、マイクロ波を供給するに際しては、プラズマ励起部に接する導波管及び絶縁板の表面は２４８ｎｍ等の波長に対して無反射板になっていることが好ましい。
【００８３】
一方、導波管と絶縁板との間隔は、図１０あるいは図１１（ａ）に示すように、λg／２としてもよいし、図１１（ｂ）に示すようにλgとしてもよい。あるいは３λg／２でもよい。
【００８４】
なお、導波管内における放電を防止する上からその中は真空とすることが好ましい。真空度としては１０^-4Ｔｏｒｒ以下程度で放電は防止できる。
【００８５】
なお、導波管４２における、レーザ管４０との接続部近傍の内面は、レーザ管４０の内面と同様に無反射面とすることが好ましい。導波管４２内面における反射光がレーザ管４０内に戻ることを防止するためである。
【００８６】
さらに、安定した放電を起こさせるために図１２に示すように電磁石あるいは永久磁石により磁場を与えることが好ましい。
【００８７】
（マイクロ波の導入手段）
また、マイクロ波の導入手段の構造例を図１３〜図１８に示す。
【００８８】
図１３に示す例では、マイクロ波の導入手段を構成するる導波管１は、スロットＳを複数有するスロット導波管である。スロット導波管１は、レーザ管２と軸方向に平行にその外周に接続されている。スロット導波管１上部より数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚの電磁波が導入され、この電磁波は、電界が紙面に垂直方向を向いたＴＥ１０モードとして導波管１内を伝搬する。
【００８９】
スロット導波管１の図面上の下面には、図１４に示すように細長いスロット１１が多数開いており、電磁波は導波管１中を伝搬しながら、このスロットＳより導波管１の外部へ放出される。
【００９０】
スロットＳより放出された電磁波は、誘電体板３を介してレーザ管２内に導入され、レーザ管２内のレーザガスをイオン化してプラズマを発生させる。磁場発生部１０は、レーザ管２に垂直方向の磁界を導入するための永久磁石、または電磁石である。ここで使用する永久磁石としては強力な磁力を有する鉄バナジューム磁石又は、Ｎｂ・Ｆｅ・Ｂ磁石が適している。
【００９１】
レーザ管２内に磁場を導入することにより、プラズマ中の電子をトラップして壁面での損失を減らし、より高密度のプラズマを得ることができる。磁場強度を適切に選べば、電子サイクロトロン共鳴により更に高密度のプラズマが得られる。
【００９２】
もちろん、磁場を印加しなくても十分高密度のプラズマが得られる場合には、磁場発生部１０は必要ない。
【００９３】
レーザ管２には、例えばガス導入口８よりＫｒ，Ｎｅ，Ｆ₂ガスが導入／排出される。プラズマ発生時にガスの入れ替えが必要がない場合には、レーザ管２内にガスを封入しておけばよいため、ガス導入口８は必要ない。プラズマ中では、ＫｒＦ等の寿命が１０ｎｓｅｃ程度のラジカルが連続的に発生し、これがＫｒとＦに解離する際に光を放出する。この光は出力側反射鏡５と入力側反射鏡６で形成される光共振器内を往復しながら誘導放出を促し、また誘導放出により増幅される。出力側反射鏡５の反射率は９０％以上であり、この出力側鏡を透過した光は、外部にレーザ光として放出される。
【００９４】
図１３に示す例では、レーザ管本体の材質はアルミニウム合金を用いることができるが、効率を上げるためにレーザ本体内面及び誘電体３の内面には誘電体多層膜が形成されており、発振器長における反射率は無反射になっている。
【００９５】
レーザ管２や、導波管１を冷却するために、冷却水導入口９を有する冷媒容器７とこれらの間には、冷却水、大気、Ｎ₂ガス等の冷媒が流せる構造になっている。また、スロット導波管１は、導波管１内で放電が起こることを防止するために、真空にできる構造になっている。
【００９６】
図１４は、スロット導波管１を下部から見た図である。
【００９７】
図１４（ａ）は、導波管１の軸に対して垂直方向を向いたスロットＳが、導波管１内電磁波の波長と等しい間隔で並んだものである。各スロットからは、位相が揃った導波管軸方向に偏波した直線偏波の電磁波が放出される。
【００９８】
図１４（ｂ）は、導波管軸に対して４５度傾いたスロットが、導波管内電磁波の波長と等しい間隔で並んだものである。各スロットからは、位相が揃った導波管軸方向に対して４５度傾いた方向に偏波した直線偏波の電磁波が放出される。
【００９９】
図１１（ｃ）は、導波管軸に対して４５度傾き、直交した２本のスロットのペアが、導波管内電磁波の波長と等しい間隔で並んだものである。各スロットからは、位相が揃った円偏波の電磁波が放出される。
【０１００】
これらのスロットの長さは、各スロットから放出される電磁波の強度がほぼ等しくなるように、導波管内の電磁波強度分布に応じた決められる。また、スロットの角度、スロット間の間隔は上記以外であってもよい。
【０１０１】
図１５の構造では、テーパー導波管１１上部より数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚの電磁波が導入され、この電磁波はテーパー部で広げられた後、誘電体板３を通してレーザ管２内に導入される。図１５に示す例では、テーパー導波管１１の電磁波導入部付近では電界が紙面に水平方向を向いたＴＥ１０モードとして伝搬するが、電界が紙面に垂直方向を向いていてもよい。その他は図１３に示すものと同様である。
【０１０２】
図１６と図１７はマイクロ波を表面波として導入した例であり、図１６に示す構造では、円筒形の誘電管を用いるギャップ付き導波管１２の上部から数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚの電磁波が導入され、この電磁波は電界が紙面に水平方向を向いたＴＥ１０モードとして管内を伝搬する。ギャップ付き導波管１２のギャップ部から、誘電管１４の管軸方向の電界が印加される。こうして導入されたマイクロ波は誘電管１４内では、ギャップ部から左右の管軸方向に伝播する表面波となる。この表面波電界によりプラズマ中の電子が加速されて高密度のプラズマが維持される。
【０１０３】
レーザ管の中央部からなだらかに減衰するモードの揃った表面波が伝播するため、局所的なマイクロ波電界の強弱が出来ない。従って、プラズマ表面で均一なプラズマ励起が行われるため、効率よく高密度プラズマが発生できる。また、マイクロ波電界をギャップ部のみに印加すればよいので、マイクロ波回路が非常に簡単である。このプラズマ発生方法では、数ｍｍ以下と細く、長い高密度プラズマを効率よく発生できるため、細いレーザを発振させるには最適といえる。誘電管１４は、図１３に示す例では、ＣａＦ₂である。可動短絡板１３は、短絡の位置調整することにより、電磁波発生部への反射を抑えるために設けられたものであるが、特に可動である必要はない。また、電磁波の周波数が高く導波管の寸法が十分に小さい場合は、導波管のギャップ部は特に必要ない。磁場発生部１０は永久磁石または電磁石であり、誘電管１４の管軸方向の磁場を発生させる。その他は図１３に示す構成と同様である。
【０１０４】
図１７は誘導板１４ａを用いた例であり、円筒形の誘電管を用いる場合と原理的には同じ。幅が広く厚さが薄いプラズマを発生するのに適している。プラズマの下部分はプラズマ生成とは無関係なので、レーザ管軸と垂直方向の高速なガス流を作りやすい。
【０１０５】
図１９に示す構造は、同軸変換導波管１６上部から数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚの電磁波が導入され、この電磁波は電界が紙面に水平方向を向いたＴＥ１０モードとして管内を伝搬する。この電磁波は、シールド板１５と誘電管１４内プラズマとの間を伝搬する左右方向の電磁波にモードを変えて伝搬する。プラズマ表面に流れる高周波電流により、高密度プラズマが生成される。その他は図１３ないし図１７に示す構成と同様である。
【０１０６】
図１８に示す構造は、同軸変換導波管１６上部から数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚの電磁波が導入され、この電磁波は電界が紙面に水平方向を向いたＴＥモードとして管内を伝搬する。この電磁波は、シールド板１５と誘電管１４内プラズマとの間を伝搬する右方向の電磁波にモードを変えて伝搬する。その他は図１８に示す構造と同様である。
【０１０７】
（マイクロ波の導入手段の形状など）
安定型の共振器においては、ある固定モードが形成され、そのなかで最もビーム径が小さいモードはガウス分布を有するＴＥＭ００モード（基本モード）となる。共振器を構成するためには、少なくとも基本モードを損失無く伝搬させるだけの空間が必要となる。基本モードのビーム径は、レーザ光の波長、共振器の長さ、共振器のミラーの曲率半径で規定され、図２９（ａ）に示すように、Ｌ：共振器長、Ｒ：ミラー曲率半径として、ｇパラメータ：ｇ＝１−Ｌ／Ｒを用いて表すことができる。
【０１０８】
図２９（ｂ）は、共振器長Ｌ＝２００ｍｍを仮定し、対称安定型共振器の基本モードの共振器ミラー上（共振器端部）における１／ｅ²ビーム半径を計算したものである。横軸はｇパラメータを示している。
【０１０９】
図２９に示すようにビーム半径は光軸方向で変化している。従って、安定型共振器を用いる際には、ゲインの高い領域、すなわち、レーザチャンバのマイクロ波導入部直下のプラズマ密度の濃い領域が光路内に含まれないという問題が生じる。
【０１１０】
しかるに、マイクロ波を導入する手段のレーザチャンバ側の形状をビーム径に沿った形状とすることによりゲインの高い領域すなわちレーザチャンバのマイクロ波導入部直下のプラズマ密度の濃い領域を光路内に含ませることが可能となる。
【０１１１】
図３０（ａ）にその例を示す。図３０（ａ）において、マイクロ波を導入するための手段は、導入部３００とスロット（図３０では不図示）を有するスロット板３０３とから構成される導波管と、誘電板３０２とから構成されている。そして、光軸３５０と直交する方向に関するビーム半径の大きさの光軸３５０方向の変化に応じて、誘電板３０２と共振器の光軸３５０との距離を光軸３５０の方向に変化させている。すなわち、誘電板３０２とビーム外周との距離を一定としている。なお、３０４は、マイクロ波の導入を容易にし、導波管を小さくすることを可能たらしめるために導波管内に充填されている例えばＡｌＮからなる粉末剤である。
【０１１２】
ところで、誘電板３０２のレーザチャンバ３０５側の形状を平面ではなく図３０（ａ）に示すように曲面とした場合、レーザガスの流れに乱れ（乱流）が生じ、その結果回折損の発生をもたらす。そこで、図３０（ｂ）に示すように、レーザガスの導入口に整流板（レーザガスを層流にするための手段）３０６を設けることが好ましい。これによりレーザガスの流れを均一な層流にすることができる。
【０１１３】
この整流板３０６は発生したプラズマをれレーザチャンバ３０５内に閉じこめる作用をも有している。なお、かかる作用の点からは下流側にも整流板を設けてもよい。
【０１１４】
整流板３０６としては、そのコンダクタンスがレーザチャンバ内におけるコンダクタンスより小さいものを用いれば容易に層流が実現できる。
【０１１５】
また、整流板として、シャワーヘッドのように蜂の巣状に穴のあいたものや、スリットが多数切ってあるものなどが好ましい。
【０１１６】
スリットは、レーザチャンバの中心付近の開口率を周辺よりも大きくすればガスを均一にかつ高速に流すことができるため好ましい。
【０１１７】
整流板３０６の少なくとも表面は、ＡｌＦ₃やＭｇＦ₂などのフッ化物から構成しておく。
【０１１８】
図３０では、マイクロ波の導入手段を一つ設ける場合を示しているが、図３１に示すように、マイクロ波の導入手段を光軸３５０に関して対称にに２個設けてもよい。２個を対称に設けた場合には１個の場合に比べ２倍を超えるゲインが得られる。
【０１１９】
なお、マイクロ波の導入手段のレーザチャンバ側の形状をビーム外周形状に沿わせる技術は、連続発光エキシマレーザ発振装置において特に有効であるがそれ以外のマイクロ波を導入してプラズマを発生させるレーザ発振装置に適用してもよい。
【０１２０】
一方、マイクロ波の導入手段を図３０、図３１に示すように、導入部３００とスロット板３０３とから構成される導波管と、誘電板３０２とから構成すると、誘電板３０２の加工・取付が複雑となる。また、加工・取付の観点から誘電板３０２をある程度以上の厚みを持たせる必要がある。
【０１２１】
しかるに、図３２（ａ）に示すように、誘電体４１０の厚みが厚い場合には、マイクロ波はレーザチャンバ４３０で広がりをもってしまう。従って、濃いプラズマを得るためには大きな電力を必要としてしまう。図３２（ｂ）は誘電体４１０は図３２（ａ）に比べ薄い場合を示しており、広がりは図３２（ａ）の場合に比べて狭い。
【０１２２】
そこで、本発明においては、図３３に示すように、誘電体板を介在させず、誘電材５１０をスロット導波管５００のスロット５３０に埋め込む構成とすることが好ましい。このように誘電板を用いない場合には、図３２（ｃ）に示すように極めて幅の狭いマイクロ波が導入される。その結果同じマイクロ波電力を入力したときにはより高密度のプラズマを励起でき、レーザのゲインを大きくできる。
【０１２３】
図３５に本発明の別の実施形態によるエキシマレーザ発振装置を示す。
スロット５３０に埋め込む誘電材の形状は図３２（ｃ）に示した形状に限定されるものではなく、図３５（ｃ）に示した楔形の誘電材６０４等、極めて幅の狭いマイクロ波が導入できるという、同様の効果の得られる構造であれば任意の形状で良い。
【０１２４】
また、同様の効果、すなわち極めて幅の狭いマイクロ波を導入するために、図３２（ｃ）においては複数であった誘電材を一体化してスロット導波管の内側に配置しても良い。すなわち、図３５（ｃ）に示した複数のスロット５３０を有するスロット導波管６０８の、各々のスロットを埋め込むための複数の誘電材６０４をつなぎ合わせることにより一体化された一つの誘電材を用意し、これをスロット導波管６０８の内側に、複数のスロット５３０を同時に埋め込む形で配置してもよい。この場合、前記一体化された一つの誘電材の形状は、一枚の誘電材の板の表面に、各々のスロットを埋め込むための複数の誘電材が凹凸形状を有して付加された形となる。ここで、一体化された一つの誘電材は、一つの誘電材表面に凹凸形状を研削等により加工してもよいし、一枚の誘電材の板の表面に各々の誘電材６０４を接着してもよい。
【０１２５】
また、前記、一体化された一つの誘電材と、図３５（ｂ）に示した、マイクロ波を導波するための方形導波管６０２の内側に配置された誘電材６０３を、さらに一体化して一つの誘電材で構成してもよい。
【０１２６】
また、図３５（ａ）及び（ｃ）に示した様に、スロット導波管の内側に配置する誘電材６０３と、各スロットを塞ぐための誘電材６０４を別の誘電材で構成しても良い。このとき、図３５（ｂ）に示した様にレーザチャンバー側、すなわち、フッ素ガスに接する側に位置する各スロットを塞ぐための誘電材６０４をフッ素耐性の高いＣａＦ₂等の物質で構成し、フッ素ガスに直接に接することのないスロット導波管の内側に配置する一体化した誘電材６０３をＣａＦ₂等に比べフッ素耐性は低いが、より安価で加工の簡便なアルミナ等の物質で構成するのが好ましい。また、導波管を封止する誘電材はＣａＦ₂やアルミナなどの他に、マイクロ波の吸収が少なく熱伝導率の良いアルミナイトライドでも良い。図中６０２はマイクロ波を導波する方形導波管、６０１はＯリングである。
【０１２７】
また、図３５（ｂ）の構成の特徴は、電極部分（マイクロ波をレーザチャンバに導入する部分）６０８、ガス導入方向にテーパ角６０７がついている点である。このように電極部分６０８にテーパ角６０７を付けることにより、ガス流調整板で調整された後のガスフローが容易になる、予備電離装置６０６からの紫外光がスロット５０３近傍に到達しやすくなる等の効果がある。ここでテーパ角６０７は、ガスフローの容易さや予備電離のための紫外光の到達のしやすさ等の観点から５゜〜６０°程の角度が好ましい。
【０１２８】
また、本発明においては、図３１に示した実施例において説明したように、ゲインを２倍にする等の目的から、２つのマイクロ波の導入手段を用意したのち、光軸３５０に対して対称に上下２つ配置する構成を取っている。従って、前記、図３１に示した実施例と同様に、上下２つのマイクロ波の導入手段の結合部分（不図示）に間隔調整機構を別途加えるだけで、２つのマイクロ波の導入手段の間隔を簡便に調整することが可能となる。すなわち、各々のマイクロ波の導入手段に取り付けられた電極部分６０８の間隔を簡便に調整することが可能となる。
【０１２９】
このように、上下２つの電極間距離を可変とすることが可能な構成であるため、構成の大幅な変更なしに、最適なアンテナ間隔にすることが可能となる。すなわち、電極間距離により、プラズマのたち方が異なるため、レーザ光の特性を評価しながら、構成の大幅な変更なしに、所望の間隔に設定することが可能となるという特徴を有する。
【０１３０】
スロット形状としては、図３４に示すように、長辺が光軸方向に延びる長方形状が好ましい。このときスロット形状は、レーザ励起を意図したマイクロ波の集中の観点からλg／４×１ｍｍ程が好ましい。
【０１３１】
長方形は、一つの連続的な長方形（図３４（ｂ））でもよいが、間欠的に配置することが好ましい。
【０１３２】
このように、長方形の長辺を光軸方向に平行にした場合には狭いプラズマを励起でき、結果として、同じマイクロ波電力を入力したときより高密度のプラズマを励起でき、レーザのゲインを大きくできる。
【０１３３】
（レーザガスの導入形態）
図２４は本発明の別の実施形態によるエキシマレーザ発振装置を示している。マイクロ波の導入の方法及び構成は、図１３に示したエキシマレーザ発振装と同じであり、矩形導波管１を介して、不図示のマイクロ波電源であるジャイロトロンからのマイクロ波をスロット板３を介してレーザ管２内に導入する。
【０１３４】
一方、図１３を参照して説明した装置では、レーザガスをレーザ管の長手方向端部から導入し長手方向の他方の端部から排出可能な構成を採用していた。これに対して本実施形態によるエキシマレーザ発振装置では、レーザ管２の長手方向に沿って長穴を設けレーザガスの排出口２２としている。これにより、導入口２１より導入されたレーザガスはレーザ管内の放電空間を経てその両側にある排出口２２より排出される。
【０１３５】
安定的に連続発光のエキシマレーザ光を得る為には、１つにビームを細くすればよい。例えば、レーザ光強度は１．３ＭＷ／ｃｍ²で１ｋＷを得るには、直径１ｍｍほどの領域においてプラズマが得られればよいことがわかっている。上述した図２４の装置では、このように狭い領域にプラズマを集中して発生させることが出来るので、細いビームの連続発光のエキシマレーザ光が得られる。
【０１３６】
この時の反射鏡６の反射率は１００％、出力側反射鏡の反射率は９９％とするとよい。
【０１３７】
又、連続発光のエキシマレーザ光を安定的に得るためには、放電空間にフッ素分子（Ｆ₂）とフッ素イオン（Ｆ^-）が存在し、エキシマ（ＫｒＦ^*）を十分に形成し得る状態にしなければならない。その為には、新鮮なフッ素ガス（Ｆ₂）を放電空間に高速で多量に導入し、レーザ光放出により基底状態に戻ったフッ素原子（Ｆ）を放電空間より排出することが望ましい。
【０１３８】
本実施の形態では、上述したレーザガスの循環置換を高速で行う為に、レーザ管の長手方向（放電空間の長手方向）と交差する方向から新しいレーザガスを導入し、又排出するようにレーザガスの導入口と排出口を設けている。
【０１３９】
又、こうしたガスの高速循環は放電空間にあるガス及びプラズマを高速で置換するので、レーザ管を冷却する効果もある。
【０１４０】
図２７は更にレーザガスの高速循環を可能にする形態を示したものであり、ガス導入口２３及びガス排出口２４に比べ放電空間ではガスの流れるところが狭くなっており、その結果放電空間において高速のガス循環・置換が行われる。
【０１４１】
又、プラズマを狭い領域に閉じこめる為の磁石１０については、図２４のようにレーザ管の長手方向を横切る磁力線が生じるように配置する構成に限らず、レーザ管の長手方向に沿って磁力線が生じるように配置することもできる。
【０１４２】
図２５は本発明の別の実施形態によるエキシマレーザ発振装置を示している。
【０１４３】
マイクロ波の導入の方法及び構成は、図１６に示したエキシマレーザ発振装置と同じであり、矩形導波管１２を介して不図示のマイクロ波電源であるジャイロトロンからのマイクロ波をギャップを介してレーザ管１４内に導入される。マイクロ波はレーザ管の壁を伝搬して長手方向に伝わり、レーザ管１４内ので放電を生じレーザガスのプラズマを生じる。
【０１４４】
図２４の装置が図１６の装置と異なる点はレーザガスの導入方法である。
【０１４５】
図１６の装置がレーザガスをレーザ管の長手方向端部から導入し、長手方向に沿ったガスの流れを形成したのに対し、図２５の装置は、レーザ管の側壁に長穴をその長手方向がレーザ管の長手方向と平行になるように２つ設けて、一方からレーザガスを導入し、他方からレーザガスを排出するように構成されている。
【０１４６】
これによりレーザガスはレーザ管内をその長手方向を横切るように流れる。このように本実施の形態においても放電空間にあるガス及び／又はプラズマを高速で置換するので放電空間においてエキシマを安定的に生成することが出来る。又、レーザ管を冷却する効果もある。
【０１４７】
こうしたガスの導入及び排出の方法は、図７〜２２を参照して説明した全ての装置に適用できる。
【０１４８】
レーザガスの導入に際しては、導入口における圧力を出口における圧力の１．２〜１．８倍とすることが好ましく、１．２〜１．５倍とすることがより好ましい。
【０１４９】
１．２倍以上とすると、レーザチャンバを抜けるレーザガスが体積膨張を起こしプラズマ励起部を冷却する。一方、１．８倍を超えると、圧力差が大きくなりすぎレーザチャンバ内における圧力分布の偏りが大きくなってしまう。
【０１５０】
また、ガスフロー中にガスのリザーバーを組み込むことにより、レーザ発振に係ったフッ素ラジカルが排気された後、ガスフローを一巡して再びマイクロ波励起用のスロット位置に戻るまでの間にＦ₂に戻るだけの時間を得ることができる。これにより、スロット位置には絶えずＦ₂が供給されるため、Ｆ₂の枯渇によるレーザ発振の停止はなくなる。よって、繰り返し周波数の高いレーザ発振が可能となる。
【０１５１】
（冷却）
１００Ｗ〜１ｋＷ程度のマイクロ波を入射した１０Ｗ程度のレーザ光を得るのであるから、相当の発熱が起こる。熱膨張してしまうと波長が変わるから精密な冷却が必要である。この部分に熱膨張のない金属を使って内面に銅めっき、銀めっきをするのがよい。
【０１５２】
プラズマ励起部を金属にするのは冷却効率を高めるためである。水冷は、冷却水温度・冷却水流量・冷却水圧力を制御しながら行う、例えば、図２０に示す。冷却装置により冷却を行うことが好ましく、冷却水から気体を脱気し、圧送圧力を１ｋｇ／ｃｍ²程度にすると冷却水圧送に伴う振動が発生せず好ましい。
【０１５３】
（共振器）
レーザ管の光軸上に一対の反射鏡を配置することにより、誘導放出によりレーザ光を取り出すことができる。
【０１５４】
後述するようにビームの径を細くして光強度を保つことにより連続発光のエキシマレーザ光を得る場合には、一方の反射鏡の反射率を１００％、レーザ光を取り出す出力側の反射鏡の反射率を９９．０％とすることが好適である。
【０１５５】
又、共振器内での損失を極端に小さくすることにより光強度を保つ場合には、一方の反射鏡の反射率を１００％、出力側の反射鏡の反射率を９９．５％以上より好ましくは９９．９％以上とする事が好ましいものである。
【０１５６】
図２８にプリズムを利用して両端の反射率が１００％となる共振器を構成を示した。全反射のプリズム２０２、２０３への入射角はブリュースター角となっており、入射時の光量損失は生じない。また全反射プリズム２０２、２０３内部での反射は全反射を利用しており、反射時の光量損失も生じない。したがって、共振器両端での反射率は１００％となる。出力光は、レーザチューブ２０１と全反射プリズム２０２の間に設置された出力光取出し板２０４における入射角を調整する事により反射率０％から数％まで設定できる。
【０１５７】
（露光装置）
図１はエキシマレーザ発振装置を用いた露光装置を示す。
【０１５８】
発振装置Ａ１から出射した光はミラー及びレンズＡ２を介して走査光学系に導かれる。
【０１５９】
走査光学系は走査レンズＡ４と、角度を変化し得る走査ミラーＡ３とを有している。走査光学系から出射された光はコンデンサレンズＡ５を介してマスクパターンを有するレチクルＡ６に照射される。以上が露光装置の照明光学系の構成である。
【０１６０】
レチクルＡ６により所定のマスクパターンに応じた明暗分布をもつ光は対物レンズ７を有する結像光学系によりステージ上に載置されたウエハＡ８上に結像されマスクパターンに応じた潜像がウエハＡ８表面の感光性レジストに形成される。
【０１６１】
以上のとおり、図１に示す露光装置はエキシマレーザ発振装置Ａ１、照明光学系、結像光学系、ウエハＡ８を保持するためのステージＡ９とを有している。
【０１６２】
なお、この装置においては、発振装置Ａ１と走査光学系との間に不図示の狭帯化モジュールが設けられている。また、発振装置Ａ１自体がパルス発振タイプとなっている。
【０１６３】
（露光装置の出力方法例）
連続発振エキシマレ一ザの出力光を利用をｏｎ／ｏｆｆするに下記のような方法が考えられる。
（１）エキシマレーザ装置の外部に遮断手段を設ける。
（２）連続励起手段をｏｎ／ｏｆｆする。
【０１６４】
しかしながら、（１）の方法では、エキシマレーザがＤｅｅｐＵＶ光であり、その出力が他のレーザに比べ高いことから、遮断手段への損傷が大きく遮断手段の寿命が短い。応答性の高いＡＯ素子（音響光学素子）を用いた遮断手段の寿命はとくに短い。また、出力光を遮断してもレーザ内部では発振が続いているので、レーザ内部の光学系が無用に損傷し、寿命が短かくなる。
【０１６５】
また、（２）の方法では、安定した励起状態を形成するにはある程度の時間が必要であるので、連続励起手段をｏｎしても、すぐには所望の連統発振光が得られない。
【０１６６】
本発明を図に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
【０１６７】
図２２は本発明が連続発振エキシマレーザの概略図である。１０１は、Ｋｒ，Ｎｅ，Ｆ₂ガスが封入されたレーザチャンバ、１０２は、レーザからの光を出力するアウトプットミラー、１０３はマイクロ波をレーザチャンバに導入する誘電体、１０４はマイクロ波を導波するスロット導波管、１０５は、マイクロ波を供給するマイクロ波発振源である。１０６は、発振する波長を選択する波長選択ユニットで、一対のプリズムで構成された光束径を拡大する拡大プリズム１０６−１と、任意の波長を抽出する回折格子１０６−２で構成されている。１０７は、一対のレンズで構成されビーム整形光学系１０８のレーザ側レンズの焦点位置に設けられた空間フィルターであって、レーザからの出力光の広がり角を制御する。１０９はシャッター、１１０は、波長選択ユニット１０６、マイクロ波発振源１０５、シャッター１０９を制御する制御系である。
【０１６８】
ここで、アウトプットミラー１０２と回折格子１０６−２で、エキシマレーザの共振器を構成している。
【０１６９】
（動作の説明）
マイクロ波発振源１０５からのマイクロ波は、スロット導波管１０４によって導波され、誘電体３を介してレーザチャンバ１０１内のエキシマレーザガスを連続励起する。励起されたエキシマレーザガスからの光は、拡大プリズム１０６−１を介して、回折格子１０６−２に入射する。回折格子から所定の波長領域の光のみが、再び拡大プリズム１０６−１を介してレーザチャンバ１０１に戻り、励起されたエキシマレーザガスで誘導励起発光し、その光がアウトプットミラー１０２と回折格子１０６−２で構成される光共振器内を往復しながら順次誘導放出することにより、回折格子により選択された所定の波長領域の光のみが増幅する。そして、増幅された光の一部がアウトプットミラー１０２を介して出力される。
【０１７０】
次に連続発振エキシマレーザの出力光の利用をｏｎ／ｏｆｆする為の動作について説明する。
【０１７１】
連続発振エキシマレーザの出力光を遮断する場合、制御系１１０は、マイクロ波の供給を連続して行いながら、シャッター１０９を作動させてエキシマレーザガスからの光がアウトプットミラー１０２に行くのを遮断するようにシャッターを閉める。すると光共振器内で発振していた光が発振できなくなり、急激に、連続発振エキシマレーザからの出力光が遮断できる。
【０１７２】
また、連続発振エキシマレーザの出力光を再度利用をする場合、制御系１１０は、マイクロ波の供給を連続して行いながら、シャッター９を作動させてエキシマレーザガスからの光がアウトプットミラー１０２に行くようにシャッターを開く。エキシマレーザガスで自然発光している光が即座に安定して光共振器内で発振し、連続発振エキシマレーザから安定した出力光が応答性良く得られる。
【０１７３】
次に連続発振エキシマレーザの出力光の利用をｏｎ／ｏｆｆする為のもう一つの動作について説明する。
【０１７４】
連続発振エキシマレーザの出力光を遮断する場合、制御系１１０は、マイクロ波の供給を連続して行いながら、回折格子１０６−２を回動させる。すると回折格子により選択された所定の波長領域の光が変更され、変更された波長領域の光のみが、再び拡大プリズム１０６−１を介してレーザチャンバ１０１に戻る。この時、変更された波長領域は、エキシマレーザガスで決まる発振可能領域の波長とことなるようにしてあるため、励起されたエキシマレーザガスで誘導励起発光せず、よって光が発振できなくなり、急激に、連続発振エキシマレーザからの出力光が遮断できる。その現象を図２４を用いて説明する。
【０１７５】
通常、エキシマレーザはそのガスによって波長に対する利得が決まっている。その関係が図２３の利得曲線ＧＣである。このとき、利得がある波長領域（λ−δλ〜λ＋δλ）の光（Ｇ）が励起されたエキシマレーザガスに入射されると、誘導励起発光し、エキシマレーザは発振する。一方、利得がある波長領域（λ−δλ〜λ＋δλ）と異なる領域（ＮＧ）の光が励起されたエキシマレーザガスに入射されると、誘導励起発光せず、エキシマレーザは発振しない。本実施例では、その現象を利用して、連続発振エキシマレーザの出力光を遮断する場合、回折格子１０６−２によって、レーザチャンバに戻す光として、利得がある波長領域（λ−δλ〜λ＋δλ）と異なる領域の光を選択している。
【０１７６】
このとき、発振はしていないが自然発光分の光が出力されるが、その光は、指向性がないため、空間フィルター１０７によってほとんど遮断される。
【０１７７】
また、連続発振エキシマレーザの出力光を再度利用をする場合、制御系１１０は、マイクロ波の供給を連続して行いながら、回折格子１０６−２を回動させて、回折格子により発振可能領域の波長が選択され、その光のみが、再び拡大プリズム１０６−１を介してレーザチャンバ１０１に戻る。すると、即座に励起されたエキシマーレーザガスで誘導励起発光し、光共振器内で発振し、連続発振エキシマレーザから安定した出力光が応答性良く得られる。
【０１７８】
【実施例】
図２０に本実施例で使用した連続発光エキシマレーザ発振装置を示す。
【０１７９】
本例では、光共振器として円筒状のものを用いた。
【０１８０】
その内面には、無反射膜を形成した。なお、最表面はフッ化物により形成した。
【０１８１】
その外周には、ジャケット状の冷却装置を設けた。その最表面は断熱材で覆い、流入冷却水の温度を雰囲気温度より低くかつ流出冷却水の温度に略一致させるように制御するための手段を設けた。これにより光共振器の温度変動を非常に小さくすることができた。
【０１８２】
導波管としては、図１７に示したもの（高さ５ｍｍ、幅１０ｃｍのオーバーサイズ導波管）を用いており、その内部は１０^-4Ｔｏｒｒレベルの真空にした。
【０１８３】
一方、本例でも磁石により磁界を形成し安定したプラズマ励起を図った。
【０１８４】
絶縁板４４は、共振器側は、ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂からなる多層コートの無反射膜を形成した。最表面はフッ化物よりなる膜を形成した。
【０１８５】
マイクロ波は、商品名ジャイロトロンを用い、その供給周波数は３５ＧＨｚとし、ガス組成は、Ｋｒ／Ｎｅ／Ｆ₂（３％：９２％： ５％）とした。
【０１８６】
圧力は大気圧とした。従って、ω_c＝４．５ωとなり、励起周波数の一周期中に電子は４．５回衝突する。
ω_c：光電子の衝突角周波数
【０１８７】
本例では、さらに、図２０に示すように、レーザチャンバ２０の両端側にガス導入口２１ａと２１ｂとを設け、さらにその中央部にガス排出口２２を設けた。これにより供給するレーザガスを中央に向かって流す構成とした。その理由は、前述した通り、出力端光反射板の表面保護を兼ねるためである。すなわち、光反射板の最表面は必ずフッ化膜の薄膜等で被覆してあるからＦ₂，Ｆ^*に反応することをなからしめるためである。
【０１８８】
光反射板の反射率は９９％以上とした。
【０１８９】
本例では、マイクロ波電界とほぼ垂直の方向に直流磁場がかかるように、磁石５１を配置してあり、放電開始及び放電維持は極めて安定に行える。
【０１９０】
光発振器は、内径が数ｍｍ〜数ｃｍの金属円筒からなる。金属円筒の内表面は無反射多層膜を被覆した。その最表面にはフッ化物膜を形成した。
【０１９１】
光反射板３１とレーザチャンバを構成するレーザ管（本例では金属円筒３１）とのシール接合は、図２１に示すように行った。
【０１９２】
すなわち、光反射板３１と金属円筒３２のフランジ３２ａとの間にテフロン板リング３３ａを介在せしめるとともに、光反射３１の外側はテフロン板リング３３ｂ、金属板リング３５を介在させて、ボルト３４により締め付けることにより圧接した。なお、Ｏリング３６によりシールを行った。もちろんボルト３４を用いることなく、ベアリングを用いたスクリューにより取り付けてもよい。
【０１９３】
以上の構成により発光を行ったところ十分な出力を有する連続発光が達成された。
【０１９４】
また、この連続発光エキシマレーザ発振装置置を用いてステッパを構成したところ構成が簡略化され、また、レンズ材料等の寿命が向上した。
【０１９５】
（他の実施例）
図２４、図２５に示す装置を用いて、共振器内の損失を極端に小さくすることによって、安定した連続発光のエキシマレーザ光を得ることが出来た。
【０１９６】
例えば、レーザガスの圧力を６５Ｔｏｒｒとしガスによるエネルギーの損失を１％に抑えた。これとともに、一方の反射光の反射率を１００％出力側の反射鏡の反射率を９９．５％以上として安定共振器を構成した。これにより、レーザ発振のために必要とされる利得を往復で２％以上とし、利得を損失より大きくなるようにできた。
【０１９７】
なお、マイクロ波エネルギーとして３５ＧＨｚを用い、レーザ管内の圧力を１６０Ｔｏｒｒにする場合には、ガスによる損失が若干増えるので出力側の反射鏡の反射率を９９．９％以上にする事が望ましい。
【０１９８】
以上、本発明の効果を連続発光エキシマ光源の実現という観点で詳述してきたが、本発明は、パルス発振のエキシマレーザの繰り返し周波数の高周波化や、１０〜２０ｎｓｅｃという短いパルス発光幅のパルスストレッチ化においても、十分な効果がえられることは言うまでもない。
【０１９９】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ材料やその表面への負荷が少なく、かつ、ミラーもしくはレンズスキャンの制御系が簡略にすることができるエキシマレーザ発振装置及びステッパを提供することができる。
【０２００】
第１に、ガラス等の光学材料に対するダメージが減少することである。ＫｒＦあるいはＡｒＦ等の通常のエキシマレーザは１０〜２０ｎｓｅｃという短いパルス発光であるのに対し、パルスの繰り返し周波数は１０００Ｈｚ程度に過ぎない。従って、このパルスのピークの光強度は、光学系の効率という問題を抜きにしても同じ強度で連続発光している時の１万倍以上ある。エキシマの領域で起こる材料の損傷の主原因は２光子吸収にあることが知られており、光のピーク強度の２乗に比例する現在のエキシマレーザでの光損傷は連続発光の場合より少なく見積もっても１０⁴倍厳しい。ガラス材の耐久がＡｒＦの領域で問題となっているのは以上の理由による。従って、連続発光光源の実現はＡｒＦまで含めて紫外域での材料問題を一気に解決する。
【０２０１】
第２に、狭帯域の光特有の減少のスペックルの発生を抑制することが容易なことである。パルス発光の場合、ランダムな干渉縞であるスペックルを効果的に消し去るためには、一つ一つのパルスでの発光タイミングと公知のスペックル除去手段とを高精度に同期させる必要がある。これに対し、連続発振であれば特別な同期手段を必要とせず簡単な、例えば、回転拡散板のような公知の手段で容易にスペックルを除去することができる。このため光学系の構成を簡単にすることができ、コストの削減にも効果的である。
【０２０２】
第３に、露光量制御が容易なことである。パルス発光のような離散的な露光を行う場合、露光量を制御する最小単位は１パルスの露光量の制御性にもよるが、基本的には、パルスの数に依存している。総合で１００パルスで露光するとした時の次の単位は９９パルスまたは１０１パルスであり、制御精度は±１％となる。もちろん、最後の１パルスの制御については種々の手段が提案されているが、制御性あるいは制御のためにはこのような離散性による分解能がなく、より細かな露光量制御が可能となる。線幅が細かくなるに従い、厳しい露光量制御が要求されているなかで、連続発光光源が与える効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エキシマレーザ露光装置の概念図である。
【図２】パルス状態を示す概念図である。
【図３】実際のパルス状態を示す概念図である。
【図４】自然発光の減衰状態を示す図である。
【図５】利得幅とモード状態を示す図である。
【図６】エキシマレーザにおける光の集束の様子を示すグラフである。
【図７】レーザチャンバへのガス供給系を示す概念図である。
【図８】レーザ管の形状例を示す断面図である。
【図９】レーザ管の他の形状例を示す断面図である。
【図１０】導波管との終端と絶縁板との間隔を示す斜視図である。
【図１１】導波管の終端と絶縁板との間隔を示す斜視図である。
【図１２】磁場の印加を示す斜視図である。
【図１３】マイクロ波の供給装置を有する連続発光エキシマレーザ発振装置例の横断面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１３における導波管１の下面図である。
【図１５】マイクロ波供給装置を有する連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図１６】マイクロ波供給装置を有する連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図である。
【図１７】マイクロ波供給装置を有する他の連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図である。
【図１８】マイクロ波供給装置を有する連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図である。
【図１９】マイクロ波供給装置を有する連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図である。
【図２０】実施例に係るエキシマレーザ発振装置の側面図及び正面図である。
【図２１】実施例に係るエキシマレーザ発振装置における光反射板とレーザ管（金属円筒）とのシール構造を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施態様例に係るエキシマレーザの概念図である。
【図２３】本発明の実施態様例に係るエキシマレーザにおける利得曲線を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の概念図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係るエキシマレーザ発振装置の概念図である。
【図２６】エキシマの反応式を示す図である。
【図２７】マイクロ波供給装置を有する他の連続発光エキシマレーザ発振装置の横断面図である。
【図２８】プリズムを利用して両端の反射率が１００％となる共振器の正面図及び側面図である。
【図２９】ビーム径の変化を示すグラフである。
【図３０】（ａ）、（ｂ）ともレーザ発振装置の断面図である。
【図３１】（ａ）、（ｂ）ともレーザ発振装置の断面図である。
【図３２】スロット部近傍を示す概念図である。
【図３３】スロット導波管の一例を示す断面図である。
【図３４】スロット形状例を示す平面図である。
【図３５】（ａ）、（ｂ）ともレーザ発振装置の断面図である。（c）はスロット形状例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ａ１ 発振装置、
Ａ３ 走査ミラー、
Ａ４ 走査レンズ、
Ａ５ コンデンサレンズ、
Ａ６ レチクル、
Ａ７ 対物レンズ、
Ａ８ ウエハ、
Ａ９ ステージ、
１ スロット導波管、
２ レーザ管、
３ 誘電体板、
５ 出力側反射鏡、
６ 反射側反射鏡、
８ ガス導入口、
９ 冷媒容器、
１０ 磁場発生部、
１１ スロット、
１２ ギャップ付き導波管、
１４ 誘電管、
１４ａ 誘電板、
１３ 可動短絡板、
１５ シールド板、
１６ 同軸変換導波管、
２０ レーザチャンバ（レーザ管）、
２１ａ，２１ｂ ガス導入口、
２２ ガス排出口、
２５ａ，２５ｂ，２６，２７ａ，２７ｂ バルブ、
２８ ＭＦＣ，ＰＦＣ、
２９ フィルタ、
３１ 反射鏡、
３２ 金属円筒（レーザ管）、
３２ａ フランジ、
３３ａ、３３ｂ テフロン板リング、
３４ ボルト、
３５ 金属板リング、
３６ Ｏリング、
４０ レーザ管、
４１ 絶縁板、
４２ 導波管、
５０ 温度制御装置、
５１ 磁石、
１０１ レーザチャンバ、
１０２ アウトプットミラー、
１０３ 誘電体、
１０４ スロット導波管、
１０５ マイクロ波発振源、
１０６ 波長選択ユニット、
１０６−１ 拡大プリズム、
１０６−２ 回折格子、
１０７ ビーム整形光学系、
１０８ 空間フィルター、
１０９ シャッター、
１１０ 制御系、
３０１ レーザ管、
３０２ 誘電板、
３０３ スロット板、
３０４ 粉末剤、
３０５ レーザチャンバ、
３０６ レーザガスを層流とするための手段（整流板）、
３０７ 冷却水、
３５０ 光軸、
４００ スロット、
４１０ 誘電板、
４２０ 導波管、
４３０ レーザチャンバ、
５００ 導波管、
５１０ 誘電材、
５２０ 真空シール、
５３０ スロット、
６０７ テーパ角。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an excimer laser oscillation apparatus and oscillation method, an excimer laser exposure apparatus, and a laser tube.
[0002]
[Prior art]
Excimer lasers are attracting attention as the only high-power lasers that oscillate in the ultraviolet region, and are expected to be applied in the electronics, chemical, and energy industries.
[0003]
Specifically, it is used for processing, chemical reaction, etc. of metals, resins, glass, ceramics, semiconductors and the like.
[0004]
An apparatus that generates excimer laser light is known as an excimer laser oscillation apparatus. Ar, Kr, Ne, F filled in manifold₂A laser gas such as is excited by electron beam irradiation or discharge. Then, the excited F atom becomes an inactive KrF in the ground state.^*, ArF^*Combines with atoms to create molecules that exist only in the excited state. This molecule is called an excimer. Since excimer is unstable, it immediately emits ultraviolet light and falls to the ground state. An excimer laser oscillating device is one that uses this excited molecule to amplify the light in phase within an optical resonator composed of a pair of reflecting mirrors and extract it as laser light.
[0005]
By the way, conventionally, it is considered that excimer laser oscillators have a very short excimer life of a laser medium, so that continuous excitation is impossible, and a pulse current (about 10 nsec) with a fast rise is intermittently applied. Pulse excitation is applied.
[0006]
Therefore, the electrode in the conventional excimer laser oscillation device has a life of about half a year.
[0007]
In addition, when a chemically amplified resist is exposed, for example, using a pulse oscillation type excimer laser oscillation apparatus having a repetition rate of 100 Hz to 1 kHz in a semiconductor processing process, the lifetime of the lens material and the non-reflective multilayer film on the surface thereof is extremely short. There is a problem.
[0008]
This point will be described in detail below.
[0009]
The sensitivity of chemically amplified resist is 20 mJ / cm²Degree. Therefore, 0.1 W / cm²For example, 0.2 sec exposure is sufficient. 1W / cm²Is 0.02 sec. Considering a considerable loss in the optical system, a light output of about 10 W is sufficient.
[0010]
However, in the current pulse emission (1 kHz), pulse light of about 10 nsec is generated about 1,000 times per second. If the exposure time is 0.2 sec, 200 pulses and 20 mJ / cm²It will be necessary. If the energy drops to 1/100 due to loss due to the optical system, etc., the emission intensity I of each pulse in consideration of the pulse duty as shown in FIG.₀Is as follows.
[0011]
I₀(Watt) x 10 (nsec) x 2 x 10²(Pulse) x 10^-2(efficiency)
= 2 × 10^-2(Joule)
I₀= 2 × 10^-2/ 10^-8× 2
= 1 x 10⁶(Watt)
Assuming that a constant optical output is obtained for 10 nsec, the pulse light becomes 1 MW. Actually, it is as shown in FIG.
[0012]
Since the pulse waveform is actually as shown in FIG. 3, the intensity of the optical pulse is a peak power of 2 to 3 MW. Since light having a short wavelength of several MW is incident intermittently, the durability of the lens material and the non-reflective multilayer film on the surface thereof becomes extremely severe.
[0013]
Further, in the era of excimer laser lithography, exposure during step-and-repeat is not performed all at once, but scanning exposure by scanning a mirror or lens. With pulse light of about 1000 shots per second and 0.2 second exposure, only about 200 pulses can be used in one exposure. This is for example 25 x 35 mm²In order to make the exposure of the area uniform, the relative relationship between the scan of the mirror or lens and the pulsed light must be controlled very strictly, and an extremely complicated control system is required for the optical element. At present, the output of the pulsed light fluctuates by about 10%. Therefore, there is a problem that the control system of the mirror or the lens scan has to be extremely complicated, and the excimer laser exposure apparatus is also complicated and expensive.
[0014]
Furthermore, the conventional excimer laser oscillation device has the following problems. That is, among excimer laser light, KrF laser and ArF laser use highly reactive fluorine gas as the laser gas, so that the concentration of fluorine in the laser chamber for containing the laser gas and giving discharge energy to the gas is high. Decrease. Therefore, it is controlled to increase the supply voltage to the laser chamber so that a predetermined output can be obtained. If it is difficult to obtain an output even with such control, the oscillation is stopped once and the fluorine gas is Replenish. Furthermore, if oscillation continues, even if fluorine replenishment is performed, a predetermined laser output cannot be obtained. If this happens, the laser chamber must be replaced.
[0015]
In addition, in the case of an excimer laser light emitting device that emits light by a pulse voltage and emits light for about several tens of ns, since the light emission time is too short, the half-value width of the emission spectrum of the output light is as wide as about 300 pm. For this reason, a wavelength half-value width of 1 pm or less is obtained for the first time by monochromatization using a narrowband module such as grating.
[0016]
In the current technology, it is necessary to oscillate while increasing the applied voltage by replenishing fluorine gas every predetermined period. In other words, the fluorine gas decreases with time due to reaction with the inner surface of the chamber. Therefore, in terms of the lifetime of the laser chamber, the lifetime of the chamber is important for improving the manufacturing throughput of the processed article, particularly when the laser is used for a long period of time for processing the article. It is a factor.
[0017]
In addition, it is now possible to obtain a half-value width of 1 pm or less by monochromatization using a narrowing band module such as grating. On the other hand, emission of output light by narrowing band using grating or the like. The strength has decreased, which has been a major impediment to improving the manufacturing throughput of processed articles.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is an excimer laser oscillation that can reduce the load on the lens material and the surface thereof, can simplify the mirror or lens scanning control system, and has a sufficiently long excimer laser life to withstand mass production use. An object is to provide an apparatus, an oscillation method, and an exposure apparatus.
[0019]
It is another object of the present invention to provide an excimer laser oscillating device and an oscillating method capable of realizing a narrow band while increasing the intensity of output light.
[0020]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excimer laser exposure apparatus that can achieve a spectrum with a narrow wavelength width without using a narrowband module, and can achieve downsizing and simplification of the apparatus.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The excimer laser oscillation device of the present invention includes at least one inert gas of Fr, Ar, and Ne and F.₂In an excimer laser oscillating device comprising: a laser chamber having a laser tube containing a laser gas mixed with a gas; and an optical resonator having a pair of reflecting mirrors sandwiched between the laser chambers,SaidThe inner surface of the laser chamber is a non-reflective surface for light of at least one of 248 nm, 193 nm and 157 nm;SaidThe inner surface of the laser chamber is made of fluoride,SaidIn the laser chamberSaidA microwave introduction means is provided to excite the laser gas.The microwave introducing means is provided along the optical axis of the optical resonator, and a distance between the microwave introducing means and the optical axis of the resonator according to a change in a beam radius in the optical axis direction. The laser chamber side is curved so as to changeIt is characterized by that.
[0023]
An excimer laser exposure apparatus of the present invention includes the excimer laser oscillation apparatus, an illumination optical system, an imaging optical system, and a stage for holding a wafer.
[0026]
[Operation and embodiment]
The operation of the present invention will be described below together with the knowledge and embodiments obtained in making the invention.
[0027]
In the present invention, since continuous light emission is performed, it is not necessary to control the relative relationship between the scan of the mirror or lens and the pulse described above, and the control of the optical system becomes extremely simple.
[0028]
Further, as analyzed by the inventor, 0.1 W / cm²Exposure of 0.2 sec is sufficient, and 1 W / cm²Therefore, when considering the loss of light in the optical form, an output of about 10 W is sufficient, and the life of the lens material and its surface can be extended. Become.
[0029]
Furthermore, the following functions are achieved.
First, damage to optical materials such as glass is reduced. A normal excimer laser such as KrF or ArF emits a short pulse of 10 to 20 nsec, whereas the pulse repetition frequency is only about 1000 Hz. Therefore, the light intensity at the peak of this pulse is 10,000 times or more that of continuous light emission at the same intensity even if the problem of the efficiency of the optical system is excluded. It is known that the main cause of material damage that occurs in the excimer region is two-photon absorption, and the light damage in the current excimer laser, which is proportional to the square of the light peak intensity, is estimated to be less than in continuous light emission. Even 10^FourTwice as severe. The durability of the glass material is a problem in the ArF region for the above reasons. Therefore, the realization of the continuous light emission light source solves the material problems in the ultraviolet region including ArF at a stretch.
[0030]
Second, it is easy to suppress the generation of speckles that are characteristic of narrowband light. In the case of pulsed light emission, in order to effectively erase speckles that are random interference fringes, it is necessary to synchronize the light emission timing of each pulse with known speckle removing means with high accuracy. On the other hand, speckles can be easily removed by a known means such as a rotating diffusion plate without using special synchronization means if it is continuous oscillation. Therefore, the configuration of the optical system can be simplified, and the cost can be reduced.
[0031]
Third, exposure amount control is easy. When performing discrete exposure such as pulsed light emission, the minimum unit for controlling the exposure amount depends on the controllability of the exposure amount of one pulse, but basically depends on the number of pulses. When the exposure is performed with 100 pulses in total, the next unit is 99 pulses or 101 pulses, and the control accuracy is ± 1%. Of course, various means have been proposed for the control of the last pulse, but for controllability or control there is no resolution due to such discreteness, and finer exposure control is desirable. As strict exposure control is required as the line width becomes narrower, the effect of the continuous light source is significant.
[0032]
By the way, as described above, conventionally, in the excimer laser, the energy level in the excimer state has a short lifetime, so it is impossible to keep atoms at the excitation level for a certain period of time, and continuous excitation is impossible. Therefore, pulse excitation with a fast rise was unavoidable.
[0033]
In the present invention, the inner surface of the laser chamber for accommodating the laser gas is a non-reflecting surface for light of a desired wavelength such as 248 nm, 193 nm, and 157 nm.
[0034]
The reason why the inner surface of the laser chamber is made a non-reflecting surface is that the spontaneously emitted light returns to the gas excited by being reflected by the inner surface, and KrF^*Or ArF^*This is to prevent the transition from the excited state to the ground state.
[0035]
Here, the term “non-reflection” refers to not only 100% transmission or absorption but also a certain degree of reflectance. The reflectance is preferably 50% or less, more preferably 20% or less, and further preferably 5% or less. What is necessary is just to select suitably so that a uniform laser beam can be obtained continuously with a specific apparatus.
[0036]
Furthermore, F reacts with the laser chamber.₂In order to prevent the decrease of the laser beam, the inner surface of the laser chamber is made of fluoride. Especially F₂On the surface of stainless steel that is stable against₂Or a nickel-plated metal on the surface of NiF.₂Or AlF on an aluminum alloy_ThreeAnd MgF₂It is composed of any of the above-mentioned layers formed.
[0037]
The fluoride is preferably a fluoride that is formed by fluorinating a metal with a fluorine gas and that substantially satisfies the stoichiometry.
[0038]
In the present invention, the reflectance of the output-side reflecting mirror is 90% or more.
[0039]
The current resonator configuration is 100% reflection on one side, while the output side reflection is about 10%.
[0040]
By the way, conventional KrF^*The laser gas composition of excimer is, for example, as follows.
Kr / Ne / F₂= 0. Several%: 98%: 0. number%
[0041]
F₂The concentration of is as low as 1% or less. This is F₂If too much is used, electrons are attracted by F to become negative ions, and the discharge is not stable. On the other hand, the pressure is 3 to 4 atmospheres. The pressure is F₂As much as possible KrF to compensate for the reduced concentration^*Is to make.
[0042]
In the case of continuous light emission, an output of about 10 W is sufficient. Allowable gain α₂I guess.
[0043]
・ Laser intensity in the resonator
Saturation intensity I_sUnless the laser is operated at a moderate intensity, the upper level excimer is almost extinguished by collision. For saturation intensity, gain g is small signal gain g₀In the case of a KrF excimer, it is calculated as follows ("Excimer laser development and applied technology / example" (supervised by Shuntaro Watanabe)).

h: Planck's constant 6.63 × 10^-34J ・ s
ν: Frequency 3 × 10⁸/0.248×10^-6= 1.2 × 10¹⁵
σ: Stimulated emission cross section 2 × 10^-16cm²
τ: upper level lifetime 3 ns
(Including de-excitation due to collision)
Since the upper level lifetime τ is less likely to cause collision when the gas pressure is low, the maximum level lifetime τ increases up to the radiation lifetime (free space lifetime). The lifetime in this case is 6.7 ns and the saturation intensity I_sIs
I_s = 0.6 MW / cm²
It becomes.
[0044]
・ Laser extraction efficiency
This is the ratio of the number of photons extracted per second from the unit volume to the number of excimers generated. Laser extraction efficiency η_exIs obtained as follows.
η_ex= (I / I_s) (1- (1 + I / I_s-Α_n/ G₀)
I: Laser light intensity
I_s: Saturation strength
α_n: Unsaturated absorption coefficient
g₀: Small signal gain
It is expressed. α_n> 0, so
η_ex<(I / I_s) / (1 + I / I_s)
Laser light intensity I is I_sBelow, the laser oscillation becomes less efficient. For example, the laser beam intensity I in the resonator is 500 W / cm.²time,
η_ex= 1/2600 or less (laser extraction efficiency ηex is very small)
Therefore, for efficient laser oscillation, the saturation intensity of 1.3 MW / cm²A degree is necessary.
[0045]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0046]
(Laser gas)
In the present invention, the laser gas that is a laser medium is one or more inert gases selected from Kr, Ar, and Ne, and F.₂It consists of a gas mixture with gas.
[0047]
Among these, gas types may be appropriately combined depending on the wavelength to be used. For example, in the case of a wavelength of 248 nm, Kr / Ne / F₂In the case of 193 nm, Ar / Ne / F₂In the case of 157 nm, Ne / F₂And it is sufficient.
[0048]
In the present invention, it is preferable to continuously supply the laser gas into the laser chamber. A more specific example of a laser gas supply system for this purpose is shown in FIG.
[0049]
In FIG. 7, reference numerals 21a and 21b denote gas inlets. The gas introduction ports 21 a and 21 b are provided at both ends of the laser chamber 20, and a gas discharge port 22 is provided at approximately the center of the laser chamber 20. If necessary, a vacuum pump or the like may be provided at the gas discharge port. Laser gas is supplied from the gas inlets 21a and 21b at both ends at the same flow rate through the gas inlets 21a and 21b, and is discharged from a gas outlet 22 provided substantially in the center. The reason is that it also serves as surface protection for the light reflecting plate at the output end. That is, since the outermost surface of the light reflecting plate is always covered with a thin film of a fluoride film, F₂, F^*It is because it does not react to. Further, it is desirable that the gas inlets 21a and 21b and the gas outlet 22 have a slit shape in the direction in which the microwave current flows.
[0050]
On the other hand, in FIG. 7, 25a, 25b, 26, 27a, 27b are valves. When the laser gas is initially introduced, the valve 25a is closed 27a, the valves 25b and 27b are opened, and the piping from the laser gas source to the vicinity of the valves 25a and 27a is purged. After purging the pipe, the valves 25b and 27b are closed and 26 is opened to introduce the laser gas into the laser chamber 20. After purging the laser chamber 20, the laser gas is introduced as it is to perform laser oscillation. Of course, when purging or the like is unnecessary, the above valve need not be provided. In FIG. 19, 28 is a mass flow controller (MFC) or pressure flow controller (PFC) for controlling the flow rate. PFC is preferred. 29 is a filter.
[0051]
In the present invention, in order to obtain stable continuous oscillation, F in the laser gas is used.₂The concentration is 0.1 atomic percent or more and 6 atomic percent or less, and preferably 1 to 6 atomic percent. 4 to 6% is more preferable.
[0052]
The laser gas pressure is preferably 10 Torr to 3 atm. 50 Torr to 3 atm is more preferable. That is, in the present invention, a stable discharge can be obtained even at such a low pressure, and thus stable continuous oscillation and continuous light emission can be obtained. In the prior art, the pressure of the laser gas was 3 to 4 atmospheres. In the prior art, it is F₂When the concentration is increased, F^-Since electrons are lost and the discharge becomes unstable, F₂The concentration was set to 1% or less (actually lower than that), and 3-4 atmospheres had to be made up to compensate for this. However, in the present invention, F₂Even if the concentration is increased, a stable discharge by such microwaves can be obtained. Therefore, it is not necessary to compensate by increasing the pressure. Of course, if it is necessary to increase the pressure for some reason, it may be increased.
[0053]
FIG. 26 shows a reaction formula, a reaction occurring in the laser tube of a KrF excimer laser. Noteworthy here is (3). KrF^*To produce an excimer, F^-And F₂Is necessary. On the other hand, the excimer emitting light from (4) returns to the rare gas atom (Kr) and halogen (F) in the ground state, and KrF^*F required directly for excimer generation₂Or F^-It will not be.
[0054]
Moreover, from (5), the halogen atom (F) becomes a halogen molecule (F₂) Is very slow.
[0055]
From the above, halogen atoms that have returned to the ground state by emitting light in the discharge space are converted to halogen ions (F^-) And halogen molecules (F₂) Is important.
[0056]
(Laser tube)
The laser tube 40 (FIGS. 8 and 9) is a tube constituting a laser chamber and has a window portion 44 for introducing a microwave. The laser tube 40 is connected to the waveguide 42 on the window 44 side. The inside of the laser tube 40 and the inside of the waveguide 42 are sealed, and sealing is performed by providing an insulating plate 41 on the window 44 of the laser tube 40. The insulating plate 41 will be described later.
[0057]
As shown in FIG. 8, the cross-sectional shape of the end of the plasma excitation unit, that is, the cross-sectional shape of the laser tube 40 constituting the laser chamber is substantially semi-cylindrical (or semi-elliptical) (FIG. 8A), cylindrical (FIG. 8B), elliptical shape (FIG. 8C), etc.
[0058]
Furthermore, a more preferable shape is the elliptical shape shown in FIG. 9A, and the minor axis direction of this ellipse is the microwave introduction direction. Therefore, in the case of the cross-sectional shape shown in FIG. 9A, the microwave is uniformly introduced into the laser gas that is the laser medium in the laser tube. In addition, a laser with higher density per unit area can be obtained and output to the outside.
[0059]
Further, the window 44 of the laser tube 40 may be provided with a taper that widens the laser tube 40 side as shown in FIG. 9B. The taper may be reversed.
[0060]
For the connection between the laser tube 40 and the waveguide 42, for example, as shown in FIG. 8 or FIG.
[0061]
In the present invention, it is not necessary to incorporate components such as electrodes inside the laser tube 40. That is, it is not necessary to incorporate an electrode or the like inside later. Therefore, the insulating plate 41 may be attached to the laser tube 40 in advance depending on the manufacturing process. The insulating plate 41 may be attached by shrink fitting, for example. In the case shown in FIG. 9B, the insulating plate 41 may be fitted from the inside of the laser tube 40.
[0062]
The laser tube 40 constitutes a laser chamber, and its outermost surface is F as described above.^*, KrF^*, ArF^*It is made of fluoride to suppress the reaction with.
[0063]
Further, when the base material of the laser tube 40 is a metal, the fabrication becomes easy and the cooling efficiency is improved. In particular, it is preferable to use a metal having almost zero thermal expansion coefficient in order to prevent the optical resonator length from changing due to temperature change. In addition, it is desirable to provide the inner surface with a metal having a high electrical conductivity such as copper or silver by means of plating or the like so as to be at least thicker than the skin depth of the microwave.
[0064]
As a preferred embodiment of the insulating plate 41, a multilayer film (for example, SiO 2) is formed on at least the surface in contact with plasma (the surface on the laser tube 40 side).₂, Al₂O_Three, CaF₂, MgF₂, LaF₂The outermost surface is coated with a fluoride thin film (for example, CaF).₂, MgF₂, LaF₂, Other fluoride thin films) are formed.
[0065]
Furthermore, the insulating plate 41 has conditions such that it is extremely small in loss with respect to the microwave supplied as a material requirement, is mechanically strong, and does not dissolve in water.
[0066]
Moreover, the thickness should just be the integral multiple of the half wavelength of the wavelength (in-tube wavelength) of a microwave, or the thickness of an integral multiple approximately.
[0067]
(Microwave)
In the present invention, microwaves are used as laser gas excitation means. By using microwaves, the laser gas is continuously excited to achieve continuous light emission.
[0068]
As a microwave supply source, for example, a trade name gyrotron may be used.
[0069]
The frequency and power of the microwave may be appropriately determined depending on the partial pressure of the component gas of the laser gas. Generally, the frequency of the microwave is preferably 1 GHz to 50 GHz, more preferably 5 to 40 GHz, and further preferably 20 to 35 GHz. The microwave power is preferably several hundred watts to several MW.
[0070]
When the frequency ω of the microwave for excitation is, for example, 35 GHz, the collision frequency ω of the electron with the Ne atom determined from the collision cross-section with the electron of Ne that is the main component of the plasma excitation gas._cThe gas pressure at which becomes equal to the excitation microwave frequency is 160 Torr.
[0071]
In this state, plasma excitation with the same power is most efficient.
[0072]
Kr / Ne / F₂When the gas pressure of (3% / 92% / 5%) is set to atmospheric pressure (760 Torr), the collision frequency is about 4.5 times that of the excitation microwave, and electrons are emitted 4.5 times during one cycle of the excitation frequency. Collides with Ne atoms.
[0073]
Therefore, this state is a condition of Resistive Plasma,
δ = (2 / ωμ₀σ)^1/2
The skin depth determined by is the depth at which plasma excitation occurs efficiently. ω is the angular frequency of the microwave, μ₀Is the vacuum permeability, and σ is the plasma conductivity.
[0074]
35GHz microwave, gas pressure 160Torr, electron density 10¹⁴cm^-3If
ω = 2π × 35 × 10⁹[S^-1]
μ₀= 4π × 10^-7[H / m]
σ = 12.8 [Ω^-1m^-1]
And
δ = 750 μm
It becomes.
[0075]
For example, a 35 GHz microwave is guided by an oversized waveguide having a height of 5 mm and a width of 10 cm.
[0076]
SiO₂, CaF₂, MgF₂The waveguide portion and the plasma excitation portion are confidentially shielded by an insulating plate such as an insulating plate. The thickness of the insulating plate is set to be approximately an integral multiple of the half length of the guide wavelength λg in consideration of the dielectric constant of the insulating plate.
[0077]
Therefore, in the 17.5 GHz microwave, the gas pressure of 80 Torr is equal to the collision frequency. Assuming that 35 GHz is the plasma frequency, the electron density at that time is 5 × 10 5.¹³cm^-3It becomes. If a gas plasma of about 70 to 80 Torr and an atmospheric pressure (1 atm) is generated with a power of about 100 W to 1 kW at 35 GHz, then 10¹⁴cm^-3F of table density^*, KrF^*, ArF^*Can certainly be realized.
[0078]
Also, the skin depth δ = (2 / ωμσ)^1/2, Σ = neμ, μ = eτ / m, from experimental values, f = 2.45 GHz average electron energy 2 eV, electron density n = 4 × 10¹²The pressure P = 0.5 Torr and the skin depth δ = 3 mm are obtained. When calculated based on this value, the average electron energy: 4 to 5 eV and the electron density: n = 1 × 10 at f = 2.45 GHz from the previous equation.¹⁵, Pressure: P = 760 Torr, skin depth: δ = 1 mm. Considering that the plasma is excited from above and below, skin depth δ = 2 mm, and it can be seen that a gain region in which the fundamental mode of the excimer laser can sufficiently be secured can be secured.
[0079]
Further, the average electron energy considered sufficient for laser oscillation is assumed to be about 3 to 5 eV in the case of a KrF excimer laser, and the microwave conditions presented in the present invention are sufficient.
[0080]
Further, the input power density necessary for satisfactorily oscillating the excimer laser is 100 kW / cm.^ThreeAssuming a resonator length of about 30 cm, it is sufficient to use, for example, a commercially available magnetron with a peak power of 3 MW for the microwave source.
[0081]
The skin depth δ = (2 / ωμσ)^1/2Is 1 / f^1/2In order to increase the skin depth, the microwave frequency should be lowered. On the other hand, if the microwave frequency is lowered, the waveguide becomes thicker and gas does not flow easily. Tend to be. Therefore, from this point of view, it is understood that the microwave frequency is preferably f = 2.45 GHz.
[0082]
In addition, when supplying the microwave, it is preferable that the surfaces of the waveguide and the insulating plate in contact with the plasma excitation portion are non-reflective plates with respect to a wavelength such as 248 nm.
[0083]
On the other hand, the interval between the waveguide and the insulating plate may be λg / 2 as shown in FIG. 10 or 11A, or may be λg as shown in FIG. 11B. Alternatively, 3λg / 2 may be used.
[0084]
In order to prevent discharge in the waveguide, a vacuum is preferably used in the waveguide. The degree of vacuum is 10^-FourDischarge can be prevented at about Torr or less.
[0085]
Note that the inner surface of the waveguide 42 in the vicinity of the connection portion with the laser tube 40 is preferably a non-reflective surface, similar to the inner surface of the laser tube 40. This is to prevent the reflected light on the inner surface of the waveguide 42 from returning into the laser tube 40.
[0086]
Further, in order to cause a stable discharge, it is preferable to apply a magnetic field by an electromagnet or a permanent magnet as shown in FIG.
[0087]
(Microwave introduction means)
Moreover, structural examples of microwave introduction means are shown in FIGS.
[0088]
In the example shown in FIG. 13, the waveguide 1 constituting the microwave introduction means is a slot waveguide having a plurality of slots S. The slot waveguide 1 is connected to the outer periphery of the laser tube 2 in parallel to the axial direction. An electromagnetic wave of several GHz to several tens of GHz is introduced from the upper part of the slot waveguide 1, and this electromagnetic wave propagates in the waveguide 1 as a TE10 mode in which the electric field is directed perpendicular to the paper surface.
[0089]
As shown in FIG. 14, a number of elongated slots 11 are opened on the lower surface of the slot waveguide 1 in the drawing, and electromagnetic waves propagate through the waveguide 1. Is released.
[0090]
The electromagnetic wave emitted from the slot S is introduced into the laser tube 2 through the dielectric plate 3, and the laser gas in the laser tube 2 is ionized to generate plasma. The magnetic field generator 10 is a permanent magnet or an electromagnet for introducing a vertical magnetic field to the laser tube 2. As the permanent magnet used here, an iron vanadium magnet or an Nb / Fe / B magnet having a strong magnetic force is suitable.
[0091]
By introducing a magnetic field into the laser tube 2, electrons in the plasma can be trapped to reduce loss on the wall surface, and a higher density plasma can be obtained. If the magnetic field strength is selected appropriately, a higher density plasma can be obtained by electron cyclotron resonance.
[0092]
Of course, when a sufficiently high density plasma can be obtained without applying a magnetic field, the magnetic field generator 10 is not necessary.
[0093]
In the laser tube 2, for example, Kr, Ne, F from the gas inlet 8.₂Gas is introduced / exhausted. If it is not necessary to replace the gas when the plasma is generated, the gas inlet 8 is not necessary because the gas only needs to be sealed in the laser tube 2. In plasma, radicals such as KrF having a lifetime of about 10 nsec are continuously generated, and light is emitted when dissociated into Kr and F. This light promotes stimulated emission while reciprocating in the optical resonator formed by the output-side reflecting mirror 5 and the input-side reflecting mirror 6, and is amplified by stimulated emission. The reflectance of the output-side reflecting mirror 5 is 90% or more, and the light transmitted through this output-side mirror is emitted to the outside as laser light.
[0094]
In the example shown in FIG. 13, an aluminum alloy can be used as the material of the laser tube main body, but a dielectric multilayer film is formed on the inner surface of the laser main body and the inner surface of the dielectric 3 to increase the efficiency. The reflectance at is non-reflective.
[0095]
In order to cool the laser tube 2 and the waveguide 1, a coolant vessel 7 having a cooling water inlet 9 and a cooling water, air, N₂It has a structure that allows refrigerant such as gas to flow. The slot waveguide 1 has a structure that can be evacuated in order to prevent discharge from occurring in the waveguide 1.
[0096]
FIG. 14 is a view of the slot waveguide 1 as viewed from below.
[0097]
In FIG. 14A, slots S oriented in a direction perpendicular to the axis of the waveguide 1 are arranged at an interval equal to the wavelength of the electromagnetic wave in the waveguide 1. From each slot, linearly polarized electromagnetic waves polarized in the axial direction of the waveguide with the same phase are emitted.
[0098]
In FIG. 14B, slots inclined by 45 degrees with respect to the waveguide axis are arranged at intervals equal to the wavelength of the electromagnetic wave in the waveguide. Each slot emits a linearly polarized electromagnetic wave polarized in a direction inclined by 45 degrees with respect to the waveguide axis direction having the same phase.
[0099]
FIG. 11C shows a pair of two slots inclined at an angle of 45 degrees with respect to the waveguide axis and arranged at intervals equal to the wavelength of the electromagnetic wave in the waveguide. From each slot, circularly polarized electromagnetic waves with uniform phases are emitted.
[0100]
The lengths of these slots are determined according to the electromagnetic wave intensity distribution in the waveguide so that the intensity of the electromagnetic wave emitted from each slot becomes substantially equal. Further, the angle of the slot and the interval between the slots may be other than the above.
[0101]
In the structure of FIG. 15, an electromagnetic wave of several GHz to several tens of GHz is introduced from the upper part of the tapered waveguide 11, and the electromagnetic wave is spread at the tapered portion and then introduced into the laser tube 2 through the dielectric plate 3. In the example shown in FIG. 15, the electric field propagates in the TE10 mode in the vicinity of the electromagnetic wave introduction portion of the tapered waveguide 11 in the horizontal direction on the paper surface. However, the electric field may face in the vertical direction on the paper surface. Others are the same as those shown in FIG.
[0102]
FIGS. 16 and 17 are examples in which microwaves are introduced as surface waves. In the structure shown in FIG. 16, electromagnetic waves of several GHz to several tens GHz are introduced from the upper part of the waveguide 12 with a gap using a cylindrical dielectric tube. The electromagnetic wave propagates in the tube as a TE10 mode in which the electric field is directed horizontally to the paper surface. An electric field in the tube axis direction of the dielectric tube 14 is applied from the gap portion of the waveguide 12 with a gap. The microwave thus introduced becomes a surface wave propagating in the left and right tube axis directions from the gap portion in the dielectric tube 14. Electrons in the plasma are accelerated by this surface wave electric field, and a high-density plasma is maintained.
[0103]
Since a surface wave with a mode that gently attenuates propagates from the center of the laser tube, the local microwave electric field cannot be strengthened or weakened. Therefore, since uniform plasma excitation is performed on the plasma surface, high-density plasma can be generated efficiently. Further, since the microwave electric field only needs to be applied to the gap part, the microwave circuit is very simple. This plasma generation method can be said to be optimal for oscillating a thin laser because it can efficiently generate a long, high-density plasma as thin as several mm or less. In the example shown in FIG. 13, the dielectric tube 14 is CaF.₂It is. The movable short-circuit plate 13 is provided in order to suppress reflection to the electromagnetic wave generation unit by adjusting the position of the short-circuit, but need not be particularly movable. Further, when the frequency of the electromagnetic wave is high and the waveguide dimension is sufficiently small, the gap portion of the waveguide is not particularly necessary. The magnetic field generator 10 is a permanent magnet or an electromagnet, and generates a magnetic field in the tube axis direction of the dielectric tube 14. Others are the same as the structure shown in FIG.
[0104]
FIG. 17 shows an example using a guide plate 14a, which is the same in principle as when a cylindrical dielectric tube is used. Suitable for generating plasma with wide width and thin thickness. Since the lower part of the plasma has nothing to do with plasma generation, it is easy to create a high-speed gas flow perpendicular to the laser tube axis.
[0105]
In the structure shown in FIG. 19, an electromagnetic wave of several GHz to several tens of GHz is introduced from the upper part of the coaxial conversion waveguide 16, and this electromagnetic wave propagates in the tube as a TE10 mode in which the electric field is directed in the horizontal direction on the paper. This electromagnetic wave is propagated by changing the mode to a left-right electromagnetic wave propagating between the shield plate 15 and the plasma in the dielectric tube 14. High-frequency plasma is generated by the high-frequency current flowing on the plasma surface. The other configuration is the same as that shown in FIGS.
[0106]
In the structure shown in FIG. 18, an electromagnetic wave of several GHz to several tens of GHz is introduced from the upper part of the coaxial conversion waveguide 16, and this electromagnetic wave propagates in the tube as a TE mode in which the electric field is directed in the horizontal direction on the paper surface. This electromagnetic wave is propagated by changing the mode to a right electromagnetic wave propagating between the shield plate 15 and the plasma in the dielectric tube 14. Others are the same as the structure shown in FIG.
[0107]
(Shape of microwave introduction means, etc.)
In the stable resonator, a certain fixed mode is formed, and the mode with the smallest beam diameter is a TEM00 mode (fundamental mode) having a Gaussian distribution. In order to configure the resonator, a space for propagating at least the fundamental mode without loss is required. The beam diameter of the fundamental mode is defined by the wavelength of the laser beam, the length of the resonator, and the radius of curvature of the mirror of the resonator, and as shown in FIG. 29A, L: resonator length, R: mirror radius of curvature. Can be expressed using the g parameter: g = 1−L / R.
[0108]
FIG. 29B assumes the resonator length L = 200 mm, and 1 / e on the resonator mirror (resonator end) in the fundamental mode of the symmetrical stable resonator.²The beam radius is calculated. The horizontal axis shows the g parameter.
[0109]
As shown in FIG. 29, the beam radius changes in the optical axis direction. Therefore, when a stable resonator is used, there is a problem that a region having a high gain, that is, a region having a high plasma density immediately below the microwave introduction portion of the laser chamber is not included in the optical path.
[0110]
However, by making the shape on the laser chamber side of the means for introducing the microwave a shape along the beam diameter, a region with a high gain, that is, a region with a high plasma density immediately below the microwave introduction portion of the laser chamber is included in the optical path. It becomes possible.
[0111]
An example is shown in FIG. In FIG. 30A, the means for introducing the microwave is constituted by a waveguide constituted by an introduction portion 300 and a slot plate 303 having a slot (not shown in FIG. 30), and a dielectric plate 302. Has been. Then, the distance between the dielectric plate 302 and the optical axis 350 of the resonator is changed in the direction of the optical axis 350 in accordance with the change in the direction of the optical axis 350 of the beam radius with respect to the direction orthogonal to the optical axis 350. . That is, the distance between the dielectric plate 302 and the beam outer periphery is constant. Note that reference numeral 304 denotes a powder agent made of, for example, AlN filled in the waveguide in order to facilitate the introduction of the microwave and make the waveguide smaller.
[0112]
By the way, when the shape of the dielectric plate 302 on the laser chamber 305 side is not a flat surface but a curved surface as shown in FIG. 30A, the flow of the laser gas is disturbed (turbulent flow), resulting in the generation of diffraction loss. . Therefore, as shown in FIG. 30B, it is preferable to provide a baffle plate (means for making the laser gas into a laminar flow) 306 at the laser gas inlet. Thereby, the flow of laser gas can be made into a uniform laminar flow.
[0113]
This rectifying plate 306 also has a function of confining the generated plasma in the laser chamber 305. In addition, from the point of this effect | action, you may provide a baffle plate also in the downstream.
[0114]
As the rectifying plate 306, laminar flow can be easily realized by using a rectifying plate having a conductance smaller than that in the laser chamber.
[0115]
Moreover, as a baffle plate, a thing with a hole like a honeycomb like a shower head, or a thing with many slits cut | disconnected are preferable.
[0116]
The slit is preferable because the gas can flow uniformly and at high speed if the aperture ratio in the vicinity of the center of the laser chamber is made larger than that in the periphery.
[0117]
At least the surface of the current plate 306 is made of AlF_ThreeAnd MgF₂It consists of fluorides such as.
[0118]
FIG. 30 shows a case where one microwave introduction means is provided, but two microwave introduction means may be provided symmetrically with respect to the optical axis 350 as shown in FIG. When two are provided symmetrically, a gain more than twice as compared with the case of one is obtained.
[0119]
Note that the technique for aligning the shape of the microwave introduction means on the laser chamber side with the outer peripheral shape of the beam is particularly effective in the continuous emission excimer laser oscillation device, but laser oscillation that introduces other microwaves to generate plasma. You may apply to an apparatus.
[0120]
On the other hand, as shown in FIGS. 30 and 31, when the microwave introduction means is constituted by a waveguide constituted by the introduction part 300 and the slot plate 303 and the dielectric plate 302, the processing / attachment of the dielectric plate 302 is performed. Becomes complicated. In addition, the dielectric plate 302 needs to have a certain thickness or more from the viewpoint of processing and mounting.
[0121]
However, as shown in FIG. 32A, when the dielectric 410 is thick, the microwave spreads in the laser chamber 430. Therefore, a large amount of electric power is required to obtain a dense plasma. FIG. 32B shows a case where the dielectric 410 is thinner than that in FIG. 32A, and the spread is narrower than that in the case of FIG.
[0122]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 33, it is preferable that the dielectric material 510 is embedded in the slot 530 of the slot waveguide 500 without interposing a dielectric plate. Thus, when a dielectric plate is not used, a very narrow microwave is introduced as shown in FIG. As a result, when the same microwave power is input, higher density plasma can be excited and the laser gain can be increased.
[0123]
FIG. 35 shows an excimer laser oscillation apparatus according to another embodiment of the present invention.
The shape of the dielectric material embedded in the slot 530 is not limited to the shape shown in FIG. 32C, and a very narrow microwave such as a wedge-shaped dielectric material 604 shown in FIG. 35C can be introduced. Any structure can be used as long as the same effect can be obtained.
[0124]
In order to introduce the same effect, that is, an extremely narrow microwave, a plurality of dielectric materials in FIG. 32C may be integrated and arranged inside the slot waveguide. That is, a single dielectric material is prepared by connecting a plurality of dielectric materials 604 for embedding each slot in the slot waveguide 608 having a plurality of slots 530 shown in FIG. However, this may be disposed inside the slot waveguide 608 in such a manner that a plurality of slots 530 are embedded at the same time. In this case, the shape of the integrated dielectric material is such that a plurality of dielectric materials for embedding each slot are added to the surface of a single dielectric material plate so as to have an uneven shape. Become. Here, one integrated dielectric material may be processed by grinding or the like on one dielectric material surface, or each dielectric material 604 is bonded to the surface of one dielectric material plate. May be.
[0125]
Further, the integrated dielectric material and the dielectric material 603 disposed inside the rectangular waveguide 602 for guiding the microwave shown in FIG. 35B are further integrated. Alternatively, it may be composed of a single dielectric material.
[0126]
Further, as shown in FIGS. 35A and 35C, the dielectric material 603 disposed inside the slot waveguide and the dielectric material 604 for closing each slot may be formed of different dielectric materials. good. At this time, as shown in FIG. 35B, the dielectric material 604 for closing each slot located on the laser chamber side, that is, the side in contact with the fluorine gas, is replaced with CaF having high fluorine resistance.₂An integrated dielectric material 603 that is made of a material such as that and is disposed inside a slot waveguide that does not directly contact fluorine gas is used as CaF.₂Although fluorine resistance is low as compared with the above, it is preferable to use a material such as alumina that is cheaper and easy to process. The dielectric material for sealing the waveguide is CaF.₂In addition to aluminum and alumina, aluminum nitride that has low microwave absorption and good thermal conductivity may be used. In the figure, reference numeral 602 denotes a rectangular waveguide for guiding microwaves, and 601 denotes an O-ring.
[0127]
35 (b) is characterized in that an electrode portion (a portion for introducing a microwave into the laser chamber) 608 and a taper angle 607 in the gas introduction direction. By attaching the taper angle 607 to the electrode portion 608 in this way, the gas flow after adjustment by the gas flow adjusting plate becomes easy, the ultraviolet light from the preliminary ionization device 606 easily reaches the vicinity of the slot 503, etc. There is an effect. Here, the taper angle 607 is preferably an angle of about 5 ° to 60 ° from the viewpoint of the ease of gas flow and the ease of arrival of ultraviolet light for preionization.
[0128]
Further, in the present invention, as described in the embodiment shown in FIG. 31, for the purpose of doubling the gain, two microwave introduction means are prepared and then symmetrical with respect to the optical axis 350. The configuration in which the upper and lower two are arranged is taken. Therefore, similarly to the embodiment shown in FIG. 31, the distance between the two microwave introduction means can be reduced by adding a separate spacing adjusting mechanism to the coupling portion (not shown) of the upper and lower two microwave introduction means. It becomes possible to adjust easily. In other words, it is possible to easily adjust the interval between the electrode portions 608 attached to each microwave introduction means.
[0129]
As described above, since the distance between the upper and lower electrodes can be made variable, the optimum antenna interval can be obtained without significant change in the structure. That is, since the plasma differs depending on the distance between the electrodes, it is possible to set a desired interval without significant change in the configuration while evaluating the characteristics of the laser beam.
[0130]
As the slot shape, as shown in FIG. 34, a rectangular shape whose long side extends in the optical axis direction is preferable. At this time, the slot shape is preferably about λg / 4 × 1 mm from the viewpoint of concentration of microwaves intended for laser excitation.
[0131]
The rectangle may be one continuous rectangle (FIG. 34 (b)), but is preferably arranged intermittently.
[0132]
In this way, when the long side of the rectangle is parallel to the optical axis direction, a narrow plasma can be excited. As a result, a higher density plasma can be excited than when the same microwave power is input, and the laser gain is increased. it can.
[0133]
(Laser gas introduction mode)
FIG. 24 shows an excimer laser oscillation apparatus according to another embodiment of the present invention. The microwave introduction method and configuration are the same as those of the excimer laser oscillation apparatus shown in FIG. 13, and a microwave from a gyrotron, which is a microwave power source (not shown), is supplied to the slot plate via the rectangular waveguide 1. 3 is introduced into the laser tube 2.
[0134]
On the other hand, the apparatus described with reference to FIG. 13 employs a configuration in which laser gas can be introduced from the end portion in the longitudinal direction of the laser tube and discharged from the other end portion in the longitudinal direction. On the other hand, in the excimer laser oscillation device according to the present embodiment, a long hole is provided along the longitudinal direction of the laser tube 2 to serve as a laser gas discharge port 22. As a result, the laser gas introduced from the introduction port 21 is discharged from the discharge ports 22 on both sides thereof through the discharge space in the laser tube.
[0135]
In order to obtain a stable continuous emission excimer laser beam, the beam may be narrowed into one. For example, the laser beam intensity is 1.3 MW / cm²In order to obtain 1 kW, it has been known that plasma should be obtained in a region having a diameter of about 1 mm. In the above-described apparatus shown in FIG. 24, plasma can be concentrated and generated in such a narrow region, so that an excimer laser beam of continuous emission with a narrow beam can be obtained.
[0136]
At this time, the reflectance of the reflecting mirror 6 is preferably 100%, and the reflectance of the output-side reflecting mirror is preferably 99%.
[0137]
In addition, in order to obtain a continuous emission excimer laser beam stably, fluorine molecules (F₂) And fluorine ions (F^-Excimer (KrF)^*) Must be sufficiently formed. For that purpose, fresh fluorine gas (F₂) Is introduced into the discharge space in a large amount at high speed, and fluorine atoms (F) that have returned to the ground state by the emission of laser light are preferably discharged from the discharge space.
[0138]
In this embodiment, in order to perform the above-described circulation replacement of the laser gas at a high speed, a new laser gas is introduced from a direction intersecting with the longitudinal direction of the laser tube (longitudinal direction of the discharge space), and the laser gas is introduced so as to be discharged. There is a mouth and an outlet.
[0139]
In addition, such high-speed circulation of gas replaces the gas and plasma in the discharge space at high speed, and thus has an effect of cooling the laser tube.
[0140]
FIG. 27 shows a mode that enables further high-speed circulation of laser gas. Compared with the gas inlet 23 and the gas outlet 24, the gas flow is narrower in the discharge space. Gas circulation and replacement are performed.
[0141]
Further, the magnet 10 for confining the plasma in a narrow region is not limited to the configuration in which the magnetic field lines crossing the longitudinal direction of the laser tube are generated as shown in FIG. 24, but the magnetic field lines are generated along the longitudinal direction of the laser tube. It can also be arranged.
[0142]
FIG. 25 shows an excimer laser oscillation apparatus according to another embodiment of the present invention.
[0143]
The microwave introduction method and configuration are the same as those of the excimer laser oscillation device shown in FIG. 16, and microwaves from a gyrotron, which is a microwave power source (not shown), are passed through a gap through a rectangular waveguide 12. Are introduced into the laser tube 14. The microwave propagates along the wall of the laser tube and travels in the longitudinal direction, and discharge occurs in the laser tube 14 to generate laser gas plasma.
[0144]
The apparatus shown in FIG. 24 is different from the apparatus shown in FIG. 16 in the laser gas introduction method.
[0145]
The apparatus of FIG. 16 introduced laser gas from the longitudinal end of the laser tube to form a gas flow along the longitudinal direction, whereas the apparatus of FIG. 25 has a slot in the side wall of the laser tube in the longitudinal direction. Are arranged so as to be parallel to the longitudinal direction of the laser tube, the laser gas is introduced from one side, and the laser gas is discharged from the other side.
[0146]
As a result, the laser gas flows through the laser tube so as to cross its longitudinal direction. As described above, also in the present embodiment, the gas and / or plasma in the discharge space is replaced at high speed, so that the excimer can be stably generated in the discharge space. It also has the effect of cooling the laser tube.
[0147]
Such gas introduction and discharge methods can be applied to all the apparatuses described with reference to FIGS.
[0148]
When introducing the laser gas, the pressure at the inlet is preferably 1.2 to 1.8 times, more preferably 1.2 to 1.5 times the pressure at the outlet.
[0149]
If it is 1.2 times or more, the laser gas exiting the laser chamber causes volume expansion and cools the plasma excitation part. On the other hand, if it exceeds 1.8 times, the pressure difference becomes too large, and the pressure distribution in the laser chamber becomes uneven.
[0150]
In addition, by incorporating a gas reservoir in the gas flow, after the fluorine radicals involved in laser oscillation are exhausted, the gas flows through the gas flow and returns to the slot position for microwave excitation again.₂Just get back to time. This ensures that the slot position is always F₂Is supplied, so F₂The laser oscillation is not stopped due to depletion of. Therefore, laser oscillation with a high repetition frequency is possible.
[0151]
(cooling)
Since a laser beam of about 10 W that receives a microwave of about 100 W to 1 kW is obtained, considerable heat generation occurs. Precise cooling is necessary because the wavelength changes when it expands. It is better to use copper or silver plating on the inner surface using a metal with no thermal expansion.
[0152]
The reason why the plasma excitation part is made of metal is to increase the cooling efficiency. Water cooling is performed while controlling the cooling water temperature, the cooling water flow rate, and the cooling water pressure, for example, as shown in FIG. Cooling is preferably performed by a cooling device, gas is degassed from the cooling water, and the pumping pressure is 1 kg / cm.²If it is set to about, vibration associated with cooling water pumping does not occur, which is preferable.
[0153]
(Resonator)
By arranging a pair of reflecting mirrors on the optical axis of the laser tube, the laser light can be extracted by stimulated emission.
[0154]
As will be described later, when obtaining a continuously emitting excimer laser beam by reducing the beam diameter and maintaining the light intensity, the reflectance of one of the reflecting mirrors is 100%, and the reflecting mirror of the output side that extracts the laser beam is used. The reflectivity is preferably 99.0%.
[0155]
Also, in the case where the light intensity is maintained by extremely reducing the loss in the resonator, the reflectance of one of the reflecting mirrors is preferably 100% and the reflectance of the reflecting mirror on the output side is more preferably 99.5% or more. Is preferably 99.9% or more.
[0156]
FIG. 28 shows a configuration of a resonator in which the reflectance at both ends is 100% using a prism. The incident angle to the total reflection prisms 202 and 203 is a Brewster angle, and no light loss occurs at the time of incidence. Further, the reflection inside the total reflection prisms 202 and 203 uses total reflection, and no light loss occurs at the time of reflection. Therefore, the reflectance at both ends of the resonator is 100%. The output light can be set to reflectivity from 0% to several percent by adjusting the incident angle at the output light extraction plate 204 installed between the laser tube 201 and the total reflection prism 202.
[0157]
(Exposure equipment)
FIG. 1 shows an exposure apparatus using an excimer laser oscillation apparatus.
[0158]
The light emitted from the oscillation device A1 is guided to the scanning optical system via the mirror and the lens A2.
[0159]
The scanning optical system has a scanning lens A4 and a scanning mirror A3 whose angle can be changed. Light emitted from the scanning optical system is irradiated onto a reticle A6 having a mask pattern via a condenser lens A5. The above is the configuration of the illumination optical system of the exposure apparatus.
[0160]
Light having a light and dark distribution corresponding to a predetermined mask pattern is formed on the wafer A8 placed on the stage by the imaging optical system having the objective lens 7 by the reticle A6, and a latent image corresponding to the mask pattern is formed on the wafer A8. It is formed on the photosensitive resist on the surface.
[0161]
As described above, the exposure apparatus shown in FIG. 1 includes the excimer laser oscillation apparatus A1, the illumination optical system, the imaging optical system, and the stage A9 for holding the wafer A8.
[0162]
In this device, a narrowing module (not shown) is provided between the oscillation device A1 and the scanning optical system. The oscillation device A1 itself is a pulse oscillation type.
[0163]
(Example of exposure device output method)
The following methods can be considered to turn on / off the use of the output light of the continuous oscillation excimer.
(1) A blocking means is provided outside the excimer laser device.
(2) Turn on / off the continuous excitation means.
[0164]
However, in the method (1), since the excimer laser is Deep UV light and its output is higher than that of other lasers, damage to the blocking means is large and the life of the blocking means is short. The life of the blocking means using the highly responsive AO element (acousto-optic element) is particularly short. Further, since the oscillation continues inside the laser even if the output light is cut off, the optical system inside the laser is unnecessarily damaged and the life is shortened.
[0165]
In the method (2), since a certain amount of time is required to form a stable excited state, the desired continuous oscillation light cannot be obtained immediately even if the continuous excitation means is turned on.
[0166]
The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[0167]
FIG. 22 is a schematic view of a continuous wave excimer laser according to the present invention. 101 is Kr, Ne, F₂A laser chamber in which gas is sealed, 102 is an output mirror that outputs light from the laser, 103 is a dielectric that introduces microwaves into the laser chamber, 104 is a slot waveguide that guides microwaves, and 105 is A microwave oscillation source for supplying microwaves. Reference numeral 106 denotes a wavelength selection unit that selects a wavelength to oscillate. The wavelength selection unit 106 includes a pair of prisms, an enlargement prism 106-1 that expands the beam diameter, and a diffraction grating 106-2 that extracts an arbitrary wavelength. Reference numeral 107 denotes a spatial filter that includes a pair of lenses and is provided at the focal position of the laser side lens of the beam shaping optical system 108, and controls the spread angle of the output light from the laser. Reference numeral 109 denotes a shutter, and 110 denotes a control system that controls the wavelength selection unit 106, the microwave oscillation source 105, and the shutter 109.
[0168]
Here, the output mirror 102 and the diffraction grating 106-2 constitute an excimer laser resonator.
[0169]
(Description of operation)
The microwave from the microwave oscillation source 105 is guided by the slot waveguide 104 and continuously excites the excimer laser gas in the laser chamber 101 via the dielectric 3. The light from the excited excimer laser gas enters the diffraction grating 106-2 via the magnifying prism 106-1. Only light in a predetermined wavelength region from the diffraction grating returns to the laser chamber 101 again through the magnifying prism 106-1, and undergoes induction excitation light emission with the excited excimer laser gas, and the light is output mirror 102 and the diffraction grating 106-. By sequentially stimulated emission while reciprocating in the optical resonator constituted by 2, only light in a predetermined wavelength region selected by the diffraction grating is amplified. A part of the amplified light is output via the output mirror 102.
[0170]
Next, the operation for turning on / off the use of the output light of the continuous wave excimer laser will be described.
[0171]
When blocking the output light of the continuous wave excimer laser, the control system 110 operates the shutter 109 while continuously supplying the microwave to block the light from the excimer laser gas from going to the output mirror 102. Close the shutter as shown. Then, the light oscillated in the optical resonator can no longer oscillate, and the output light from the continuous wave excimer laser can be cut off rapidly.
[0172]
When the output light of the continuous wave excimer laser is reused, the control system 110 operates the shutter 9 while continuously supplying the microwave, and the light from the excimer laser gas goes to the output mirror 102. Open the shutter so that. Light spontaneously emitted by the excimer laser gas is immediately and stably oscillated in the optical resonator, and stable output light can be obtained from the continuous wave excimer laser with good response.
[0173]
Next, another operation for turning on / off the use of the output light of the continuous wave excimer laser will be described.
[0174]
When blocking the output light of the continuous wave excimer laser, the control system 110 rotates the diffraction grating 106-2 while continuously supplying the microwave. Then, the light in the predetermined wavelength region selected by the diffraction grating is changed, and only the light in the changed wavelength region returns to the laser chamber 101 again through the magnifying prism 106-1. At this time, since the changed wavelength region is set to be the wavelength of the oscillating region determined by the excimer laser gas, the excited excimer laser gas does not emit induced excitation light, and thus light cannot oscillate, and suddenly, Output light from the continuous wave excimer laser can be blocked. This phenomenon will be described with reference to FIG.
[0175]
Normally, the excimer laser has a gain with respect to wavelength determined by the gas. The relationship is the gain curve GC of FIG. At this time, when light (G) in a wavelength region with a gain (λ−δλ to λ + δλ) is incident on the excited excimer laser gas, stimulated excitation light is emitted, and the excimer laser oscillates. On the other hand, when light in a region (NG) different from a wavelength region with a gain (λ−δλ to λ + δλ) is incident on the excited excimer laser gas, stimulated excitation light is not emitted and the excimer laser does not oscillate. In this embodiment, when the output light of the continuous wave excimer laser is cut off by utilizing this phenomenon, the wavelength region (λ−δλ to λ + δλ) having a gain as the light returned to the laser chamber by the diffraction grating 106-2. Choose a different area of light.
[0176]
At this time, although light is not oscillated, light corresponding to spontaneous emission is output, but the light is not directional, and is almost blocked by the spatial filter 107.
[0177]
Further, when the output light of the continuous wave excimer laser is reused, the control system 110 rotates the diffraction grating 106-2 while continuously supplying the microwaves, and the oscillation grating can be oscillated by the diffraction grating. The wavelength is selected and only that light returns again to the laser chamber 101 via the magnifying prism 106-1. Then, stimulated excitation light is emitted by the immediately excited excimer laser gas and oscillates in the optical resonator, and stable output light can be obtained from the continuous wave excimer laser with good responsiveness.
[0178]
【Example】
FIG. 20 shows a continuous emission excimer laser oscillation apparatus used in this example.
[0179]
In this example, a cylindrical optical resonator is used.
[0180]
An antireflective film was formed on the inner surface. The outermost surface was made of fluoride.
[0181]
A jacket-like cooling device was provided on the outer periphery. The outermost surface was covered with a heat insulating material, and means for controlling the temperature of the inflowing cooling water to be lower than the ambient temperature and to substantially match the temperature of the outflowing cooling water was provided. As a result, the temperature fluctuation of the optical resonator can be made extremely small.
[0182]
As the waveguide, the one shown in FIG. 17 (oversized waveguide having a height of 5 mm and a width of 10 cm) is used.^-FourA Torr level vacuum was applied.
[0183]
On the other hand, in this example as well, a stable magnetic excitation was achieved by forming a magnetic field with a magnet.
[0184]
The insulating plate 44 has a CaF on the resonator side.₂, MgF₂A non-reflective film having a multi-layer coating was formed. A film made of fluoride was formed on the outermost surface.
[0185]
The microwave uses the trade name Gyrotron, the supply frequency is 35 GHz, and the gas composition is Kr / Ne / F.₂(3%: 92%: 5%).
[0186]
The pressure was atmospheric pressure. Therefore, ω_c= 4.5Ω, and the electrons collide 4.5 times during one period of the excitation frequency.
ω_c: Photoelectron collision angular frequency
[0187]
In this example, as shown in FIG. 20, gas inlets 21a and 21b are provided at both ends of the laser chamber 20, and a gas outlet 22 is further provided at the center thereof. Thus, the laser gas to be supplied is configured to flow toward the center. The reason is that, as described above, it also serves as the surface protection of the output end light reflecting plate. That is, since the outermost surface of the light reflecting plate is always covered with a thin film of a fluoride film, F₂, F^*This is to make it easier to react to the above.
[0188]
The reflectance of the light reflecting plate was set to 99% or more.
[0189]
In this example, the magnet 51 is arranged so that a DC magnetic field is applied in a direction substantially perpendicular to the microwave electric field, and discharge start and discharge maintenance can be performed extremely stably.
[0190]
The optical oscillator is made of a metal cylinder having an inner diameter of several mm to several cm. The inner surface of the metal cylinder was coated with an antireflective multilayer film. A fluoride film was formed on the outermost surface.
[0191]
Seal bonding between the light reflection plate 31 and the laser tube (in this example, the metal cylinder 31) constituting the laser chamber was performed as shown in FIG.
[0192]
That is, a Teflon plate ring 33a is interposed between the light reflecting plate 31 and the flange 32a of the metal cylinder 32, and the outside of the light reflecting 31 is tightened by a bolt 34 with a Teflon plate ring 33b and a metal plate ring 35 interposed. Was pressed. Sealing was performed with an O-ring 36. Of course, you may attach with the screw using a bearing, without using the volt | bolt 34. FIG.
[0193]
When light was emitted with the above configuration, continuous light emission with sufficient output was achieved.
[0194]
Further, when the stepper was constructed using this continuous emission excimer laser oscillation device, the construction was simplified and the life of the lens material and the like was improved.
[0195]
(Other examples)
By using the apparatus shown in FIG. 24 and FIG. 25 and making the loss in the resonator extremely small, it was possible to obtain a stable continuous emission excimer laser beam.
[0196]
For example, the pressure of the laser gas is 65 Torr, and the energy loss due to the gas is suppressed to 1%. Along with this, a stable resonator was constructed by setting the reflectance of one reflected light to 100% and the reflectance of the reflecting mirror on the output side to 99.5% or more. As a result, the gain required for laser oscillation can be made 2% or more in a round trip, and the gain can be made larger than the loss.
[0197]
Note that when 35 GHz is used as the microwave energy and the pressure in the laser tube is set to 160 Torr, the loss due to the gas slightly increases, so it is desirable to set the reflectance of the output-side reflecting mirror to 99.9% or more.
[0198]
As described above, the effects of the present invention have been described in detail from the viewpoint of realizing a continuous light emitting excimer light source. However, the present invention is intended to increase the repetition frequency of a pulsed excimer laser and to perform pulse stretching with a short pulse emission width of 10 to 20 nsec. Needless to say, sufficient effects can be obtained in the process.
[0199]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an excimer laser oscillation device and a stepper that can reduce the load on the lens material and its surface and can simplify the mirror or lens scan control system.
[0200]
First, damage to optical materials such as glass is reduced. A normal excimer laser such as KrF or ArF emits a short pulse of 10 to 20 nsec, whereas the pulse repetition frequency is only about 1000 Hz. Therefore, the light intensity at the peak of this pulse is 10,000 times or more that of continuous light emission at the same intensity even if the problem of the efficiency of the optical system is excluded. It is known that the main cause of material damage that occurs in the excimer region is two-photon absorption, and the light damage in the current excimer laser, which is proportional to the square of the light peak intensity, is estimated to be less than in continuous light emission. Even 10^FourTwice as severe. The durability of the glass material is a problem in the ArF region for the above reasons. Therefore, the realization of the continuous light emission light source solves the material problems in the ultraviolet region including ArF at a stretch.
[0201]
Second, it is easy to suppress the generation of speckles that are characteristic of narrowband light. In the case of pulsed light emission, in order to effectively erase speckles that are random interference fringes, it is necessary to synchronize the light emission timing of each pulse with known speckle removing means with high accuracy. On the other hand, speckles can be easily removed by a known means such as a rotating diffusion plate without using special synchronization means if it is continuous oscillation. Therefore, the configuration of the optical system can be simplified, and the cost can be reduced.
[0202]
Third, exposure amount control is easy. When performing discrete exposure such as pulsed light emission, the minimum unit for controlling the exposure amount depends on the controllability of the exposure amount of one pulse, but basically depends on the number of pulses. When the exposure is performed with 100 pulses in total, the next unit is 99 pulses or 101 pulses, and the control accuracy is ± 1%. Of course, various means have been proposed for the control of the last pulse, but for controllability or control there is no resolution due to such discreteness, and finer exposure control is possible. As strict exposure control is required as the line width becomes narrower, the effect of the continuous light source is significant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an excimer laser exposure apparatus.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a pulse state.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an actual pulse state.
FIG. 4 is a diagram illustrating a decay state of spontaneous light emission.
FIG. 5 is a diagram illustrating a gain width and a mode state.
FIG. 6 is a graph showing how light is focused in an excimer laser.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a gas supply system to a laser chamber.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a shape example of a laser tube.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the shape of a laser tube.
FIG. 10 is a perspective view showing the distance between the end of the waveguide and the insulating plate.
FIG. 11 is a perspective view showing the distance between the end of the waveguide and the insulating plate.
FIG. 12 is a perspective view showing application of a magnetic field.
FIGS. 13A and 13B are a cross-sectional view and a cross-sectional view taken along line AA of an example of a continuous light emitting excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
14 is a bottom view of the waveguide 1 in FIG.
FIGS. 15A and 15B are a cross-sectional view and a BB cross-sectional view of a continuous light emitting excimer laser oscillation device having a microwave supply device. FIGS.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a continuous light emitting excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
FIG. 17 is a cross-sectional view of another continuous light excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a continuous light emitting excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a continuous light emitting excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
FIG. 20 is a side view and a front view of an excimer laser oscillation device according to an example.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a seal structure between a light reflection plate and a laser tube (metal cylinder) in the excimer laser oscillation apparatus according to the embodiment.
FIG. 22 is a conceptual diagram of an excimer laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a graph showing a gain curve in an excimer laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a conceptual diagram of an excimer laser oscillation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a conceptual diagram of an excimer laser oscillation device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing a reaction formula of excimer.
FIG. 27 is a cross-sectional view of another continuous emission excimer laser oscillation device having a microwave supply device.
FIGS. 28A and 28B are a front view and a side view of a resonator in which the reflectance at both ends becomes 100% using a prism. FIGS.
FIG. 29 is a graph showing changes in beam diameter.
30A and 30B are cross-sectional views of the laser oscillation device.
FIGS. 31A and 31B are cross-sectional views of the laser oscillation device.
FIG. 32 is a conceptual diagram showing the vicinity of a slot portion.
FIG. 33 is a cross-sectional view showing an example of a slot waveguide.
FIG. 34 is a plan view showing a slot shape example.
FIGS. 35A and 35B are cross-sectional views of the laser oscillation device. (C) is a top view which shows the example of a slot shape.
[Explanation of symbols]
A1 oscillator,
A3 scanning mirror,
A4 scanning lens,
A5 condenser lens,
A6 reticle,
A7 objective lens,
A8 wafer,
A9 stage,
1 slot waveguide,
2 laser tube,
3 dielectric plate,
5 Output-side reflector,
6 Reflective mirror
8 Gas inlet,
9 Refrigerant container,
10 Magnetic field generator,
11 slots,
12 waveguide with gap,
14 Dielectric tube,
14a dielectric plate,
13 Movable short-circuit plate,
15 Shield plate,
16 coaxial conversion waveguide,
20 laser chamber (laser tube),
21a, 21b gas inlet,
22 Gas outlet,
25a, 25b, 26, 27a, 27b valves,
28 MFC, PFC,
29 filters,
31 Reflector,
32 metal cylinder (laser tube),
32a flange,
33a, 33b Teflon plate ring,
34 volts,
35 Metal plate ring,
36 O-ring,
40 laser tube,
41 insulation plate,
42 waveguides,
50 temperature control device,
51 magnets,
101 laser chamber,
102 output mirror,
103 dielectric,
104 slot waveguide,
105 microwave oscillation source,
106 wavelength selection unit,
106-1 magnifying prism,
106-2 diffraction grating,
107 beam shaping optical system,
108 spatial filter,
109 shutter,
110 control system,
301 laser tube,
302 dielectric plate,
303 slot plate,
304 powder,
305 laser chamber,
306 Means (rectifying plate) for making laser gas into a laminar flow,
307 cooling water,
350 optical axes,
400 slots,
410 dielectric plate,
420 waveguide,
430 laser chamber,
500 waveguide,
510 dielectric material,
520 vacuum seal,
530 slots,
607 Taper angle.

Claims (25)

An optical resonator having a laser chamber having a laser tube containing a laser gas obtained by mixing at least one inert gas of Kr, Ar, and Ne and F ₂ gas, and a pair of reflecting mirrors sandwiching the laser chamber In an excimer laser oscillation device comprising:
The inner surface of the laser chamber, 248 nm, while no reflection surface for at least one wavelength of light of the 193nm and 157 nm, constitutes the inner surface of said laser chamber with fluoride, exciting the laser gas in the laser chamber only set the microwave introducing means for said microwave introduction means is arranged along the optical axis of the optical resonator, in response to a change in the optical axis direction of the beam radius, the said microwave introducing means An excimer laser oscillation device characterized in that the laser chamber side is curved so as to change the distance from the optical axis of the resonator . Inner surface of said laser chamber, which layer of FeF ₂ is formed on the surface of stainless steel, or those nickel layer of NiF ₂ further its surface is plated is formed on the metal, or AlF ₃ on the aluminum alloy _2. The excimer laser oscillation device according to claim 1, wherein a layer of MgF ₂ is formed. Excimer laser oscillation apparatus according to claim 1, characterized in that a continuously supplied means the laser gas into said laser chamber. It said laser gas comprises Kr, and Ne, and _{F 2,} Kr is a 1-6 atom%, excimer laser oscillating apparatus according _to claim 1, wherein _{F 2} is characterized in that it is a 1-6 atom%. Said laser gas comprises Ar, Ne, and _{F 2,} Ar is 6 atomic%, an excimer laser oscillating apparatus according _to claim 1, wherein _{F 2} is characterized in that it is a 1-6 atom%. It said laser gas comprises Ne and _{F 2,} the excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein the _{F 2} is a 1-6 atom%. It said laser gas is introduced from both ends of said laser chamber, an excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein the discharged from the center of the laser chamber. The microwave introduced by the microwave introducing means, excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, characterized in that it is a 1GHz～50GHz. The microwave introducing means, excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein a waveguide inside a vacuum space. Excimer laser oscillation apparatus according to claim 1, wherein the optical path vertical section of the laser tube, characterized in that it is elliptical.   11. The excimer laser oscillation apparatus according to claim 10, wherein a short axis direction of the laser tube vertical cross section of the laser tube is a microwave introduction direction. Excimer laser oscillation apparatus according to claim 1, further comprising a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the laser tube.   13. The excimer laser oscillation device according to claim 12, wherein the magnetic field applying means is an iron vanadium magnet or an Nb / Fe / B magnet. Excimer laser oscillation apparatus according to claim 1, characterized in that a number 10Torr~3atm gas pressure of the laser gas. The cooling means is provided so as to surround the outer periphery of the laser chamber, the cooling means is covered with a heat insulating material, the temperature of the inflowing cooling water is lower than the ambient temperature, and the temperature of the outflowing cooling water is set to the ambient temperature. 2. The excimer laser oscillation apparatus according to claim 1 , wherein the excimer laser oscillation apparatus is controlled so as to be substantially matched. Internal inside said laser chamber of the microwave introducing means are isolated by the insulating plate, an excimer of claim 1 wherein the laser chamber-side surface of the insulating plate, characterized in that the thin film of the fluoride is formed Laser oscillation device. The microwave introducing means includes a plurality of slots, the excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein the microwave through the plurality of slots, characterized in that it is introduced into the laser chamber. The microwave introducing means, the tapered waveguides by the tapered portion extends toward the side of the laser chamber, according to claim 1, characterized in that it has a microwave emission portion disposed on a side of the laser chamber Excimer laser oscillator. The microwave emission portion of the microwave introducing means, excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, characterized in that it has a gap width corresponding to the frequency of the microwave. The microwave introducing means, excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein the as sandwiching the optical axis of the optical resonator is provided a pair. Upstream of the means for supplying the laser gas, excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, characterized in that a means for the laser gas to laminar flow. The microwave introducing means, the slot and the waveguide, having a dielectric plate allowed intervention, the excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein between the laser chamber having a slot. The microwave introducing means includes a slot waveguide having a slot, the excimer laser oscillating apparatus according to claim 1, wherein a, a dielectric material embedded in said slot. It said slot is an excimer laser oscillating apparatus according to claim 22 or 23, wherein the long side is continuous or intermittent rectangular slots extending in the optical axis direction. And the excimer laser oscillating apparatus according to any one of claims 1 to 24, the illumination optical system, the imaging optical system, the excimer laser exposure apparatus characterized by having a stage for holding a wafer.

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