JPH1041564A - Excimer laser oscillation device and aligner - Google Patents

Excimer laser oscillation device and aligner

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JPH1041564A
JPH1041564A JP20881696A JP20881696A JPH1041564A JP H1041564 A JPH1041564 A JP H1041564A JP 20881696 A JP20881696 A JP 20881696A JP 20881696 A JP20881696 A JP 20881696A JP H1041564 A JPH1041564 A JP H1041564A
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JP
Japan
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excimer laser
oscillation device
laser oscillation
chamber
pair
Prior art date
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JP20881696A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadahiro Omi
忠弘 大見
Kazuhide Ino
和英 伊野
Nobuyoshi Tanaka
信義 田中
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prolong the life of one pair of electrodes and to make it possible to obtain a desired output for a long time by a control only of an applying electrode in an excimer laser oscillation device, by a method in which all the parts or the almost parts, which do not face one pair of reflecting mirrors, out of the surface of the interior of a laser chamber are formed of multilayer dielectric films having different refractive indexes. SOLUTION: Multilayer dielectric films 29 and 30 having different refractive indexes are formed on almost all the parts, which do not face reflecting mirrors 22 and 23, out of the surface of the interior of a chamber. The films 29 and 30 having the different refractive indexes are formed of an alternating multilayer film of a center wavelength of 1/4 of the thickness of an optical film and have roughly 100% of a reflectivity to a laser beam of a single-core wavelength. The surface of the interior of the chamber is formed of the multilayer film of a reflectivity of 100%, by which it becomes possible to return all lights emitted in directions other than the directions of one pair of the reflecting mirrors 22 and 23 to a discharge part. As a result, the efficiency to excite laser gas is enhanced and a desired output can be obtained for a long time by a control only of an applying electrode, wastage of a discharge electrode is also decreased and the life of one pair of electrodes provided in the chamber is also prolonged.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、各種物品の加工等
に用いられるエキシマレーザー発振装置に関する技術分
野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of an excimer laser oscillation device used for processing various articles.

【0002】[0002]

【従来の技術】エキシマレーザーは、紫外域で発振する
唯一の高出力レーザーとして注目されており、電子産業
や化学産業、エネルギー産業において応用が期待されて
いる。具体的には、金属、樹脂、ガラス、セラミック
ス、半導体等の加工や化学反応等に利用されている。
2. Description of the Related Art Excimer lasers have attracted attention as the only high-power lasers that oscillate in the ultraviolet region, and are expected to be used in the electronics, chemical, and energy industries. Specifically, it is used for processing of metal, resin, glass, ceramics, semiconductor and the like, chemical reaction, and the like.

【0003】エキシマレーザー光を発生させる装置は、
エキシマレーザー発振装置として知られている。マニホ
ルド内に充填されたAr,Kr,Xe,F2等のレーザ
ーガスを電子ビーム照射や放電等により励起状態にす
る。すると、励起された原子は基底状態の原子と結合し
て励起状態でのみ存在する分子を生成する。この分子が
エキシマと呼ばれるものである。エキシマは不安定であ
るため、直ちに紫外光を放出して基底状態に落ちる。こ
れをボンドフリー遷移というが、この遷移によってえら
れた紫外光を一対の反射鏡で構成される光共振器内で増
幅してレーザー光として取り出すのものがエキシマレー
ザー発振装置である。
An apparatus for generating excimer laser light is:
It is known as an excimer laser oscillation device. A laser gas such as Ar, Kr, Xe, or F 2 filled in the manifold is excited by electron beam irradiation, discharge, or the like. Then, the excited atoms combine with atoms in the ground state to generate molecules that exist only in the excited state. This molecule is called excimer. Since the excimer is unstable, it immediately emits ultraviolet light and falls to the ground state. This is called a bond-free transition. An excimer laser oscillation device amplifies the ultraviolet light obtained by this transition in an optical resonator composed of a pair of reflecting mirrors and extracts it as laser light.

【0004】エキシマレーザー光の中でもKrFレーザ
ーやArFレーザーは、レーザーガスとして反応性の高
いフッ素ガスを用いるために、レーザーガスを収容し、
そのガスに放電エネルギーを与えるためのレーザーチャ
ンバ内でのフッ素の濃度が減少する。そこで、レーザー
チャンバへの供給電圧を上げて所定の出力を得られるよ
うに制御するのであるが、そのような制御でも出力が得
難くなった場合には、一度発振を停止して、フッ素ガス
の補充を行う。さらに、発振を続けるとフッ素の補充を
行っても、所定のレーザー出力が得られなくなり、こう
なると、レーザーチャンバを交換しなければならない。
図1は、パルスレーザーの発振回数とフッ素ガスの充
填、および供給電圧の変位の関係を示すグラフであり、
(WilliamPariloらの論文「A Low Cost of Ownership K
rF Excimer Laser Using a NovelPulse Power and Cham
ber Configuration」に記載)、フッ素ガスの補充およ
び供給電圧の制御によって、レーザーの寿命を延ばす技
術が示される。
[0004] Among the excimer laser beams, the KrF laser and the ArF laser contain a laser gas because a highly reactive fluorine gas is used as the laser gas.
The concentration of fluorine in the laser chamber for providing discharge energy to the gas is reduced. Therefore, control is performed so that a predetermined output can be obtained by increasing the supply voltage to the laser chamber.If it is difficult to obtain the output even with such control, the oscillation is stopped once and the fluorine gas is discharged. Replenish. Further, if oscillation is continued, a predetermined laser output cannot be obtained even when replenishment of fluorine is performed. In this case, the laser chamber must be replaced.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the number of oscillations of the pulse laser, the filling of fluorine gas, and the displacement of the supply voltage.
(William Parilo et al., "A Low Cost of Ownership K
rF Excimer Laser Using a NovelPulse Power and Cham
ber Configuration "), a technique to extend laser life by replenishing fluorine gas and controlling the supply voltage.

【0005】また、パルス電圧により放電を起こし、数
10ns程度発光を起こさせるエキシマレーザー発光装
置の場合、発光している時間が短すぎるため、誘導放出
による発光を自然放出による発光よりも十分多くするこ
とができず、出力光の発光スペクトルの波長半値幅は、
300pm程度と広い。そのため、グレーチング等の狭
帯域化モジュー形による単色化によって、はじめて、1
pm以下の波長半値幅を得ている。
In the case of an excimer laser light emitting device which emits light by pulse voltage and emits light for about several tens of nanoseconds, the emission time is too short, so that the emission due to stimulated emission is much larger than the emission due to spontaneous emission. And the half width of the wavelength of the emission spectrum of the output light is
It is as wide as 300 pm. Therefore, for the first time, monochromatization by a narrow-banding module type such as grating,
A wavelength half width of less than pm is obtained.

【0006】図1に示されているように、現状の技術で
は所定の周期毎にフッ素ガスを補充し、印加電圧を上げ
ながら発振を行う必要がある。換言すれば、フッ素ガス
が、チャンバ内表面との反応などにより、時間とともに
減少している。よって、レーザーチャンバの寿命という
点では、いまだ十分なものではなく、特に、物品の加工
等で長期間レーザーを使用する場合には、チャンバの寿
命は加工物品の製造スループットを向上する上で重要な
要因である。
As shown in FIG. 1, in the current technology, it is necessary to replenish fluorine gas at predetermined intervals and to oscillate while increasing the applied voltage. In other words, the fluorine gas decreases with time due to a reaction with the inner surface of the chamber. Therefore, the life of the laser chamber is not yet sufficient, and particularly when the laser is used for a long time for processing an article, the life of the chamber is important for improving the production throughput of the processed article. Is a factor.

【0007】また、グレーチング等の狭帯域化モジュー
ルを用いた単色化によって、1pm以下の波長半値幅を
得ることが現在可能となっているが、その反面、グレー
チング等を用いた狭帯域化により出力光の発光強度が減
少しており、加工物品の製造スループット向上の大きな
妨げとなっている。
Although it is now possible to obtain a wavelength half width of 1 pm or less by monochromatization using a band narrowing module such as grating, on the other hand, the output is reduced by band narrowing using grating or the like. The light emission intensity is decreasing, which is a great hindrance to improving the production throughput of processed articles.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、寿命が長く
(すなわち、フッ素ガスの補充期間を長くすることがで
き)、印加電極の調整だけで所望の出力を長時間得るこ
とができるエキシマレーザー発振装置を提供することを
目的とする。また、放電電極の消耗も減らすことがで
き、電極寿命も長くできる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an excimer laser which has a long life (that is, the replenishment period of fluorine gas can be lengthened) and a desired output can be obtained for a long time only by adjusting the applied electrode. It is an object to provide an oscillation device. In addition, the consumption of the discharge electrode can be reduced, and the life of the electrode can be prolonged.

【0009】さらに、出力光の強度を高くしながら、狭
帯域化が実現されるエキシマレーザー装置を提供するこ
とを目的とする。本発明を狭帯化モジュールを用いるこ
となく波長幅の狭いスペクトルが達成でき、装置の小型
化・簡略化が実現されたエキシマレーザー露光装置を提
供することを目的とする。
It is a further object of the present invention to provide an excimer laser device capable of narrowing the band while increasing the intensity of output light. An object of the present invention is to provide an excimer laser exposure apparatus capable of achieving a spectrum with a narrow wavelength width without using a band narrowing module, and realizing miniaturization and simplification of the apparatus.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のエキシマレーザ
ー発振装置は、レーザーガスを収容するためのレーザー
チャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、
該一対の電極に電圧を印加してレーザーガスを励起し発
光をおこさせ、一対の反射鏡により、レーザー発振を起
こさせるエキシマレーザー発振装置において、前記レー
ザーチャンバ内表面のうち、前記一対の反射鏡と面して
いない全ての部分あるいは、ほとんどの部分を異なる屈
折率を有する多層誘電体膜により形成したことを特徴と
する。
According to the present invention, there is provided an excimer laser oscillation apparatus comprising: a laser chamber for containing a laser gas; a pair of electrodes provided in the chamber;
In an excimer laser oscillation device that applies a voltage to the pair of electrodes to excite a laser gas to emit light and cause laser oscillation by a pair of reflecting mirrors, the excimer laser oscillation device includes: All or most of the parts that do not face are formed of a multilayer dielectric film having a different refractive index.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図2は、本発明によるエキシマレ
ーザー発振装置の構造を説明するための断面模式図であ
る。1はレーザーチャンバ、2、3は光共振器を構成し
ている一対の反射鏡であり、3が出力鏡である。4、5
はレーザーガスを励起するための電圧が印加される電極
であり、6はレーザーガスをチャンバ内で循環させるた
めのブロアであり、7、8はレーザー光を透過させるた
めのウインドウである。
FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining the structure of an excimer laser oscillation device according to the present invention. 1 is a laser chamber, 2 and 3 are a pair of reflecting mirrors constituting an optical resonator, and 3 is an output mirror. 4,5
Is an electrode to which a voltage for exciting the laser gas is applied, 6 is a blower for circulating the laser gas in the chamber, and 7 and 8 are windows for transmitting the laser light.

【0012】本発明によるエキシマレーザーは、4、5
の電極表面をフッ化不動態膜で形成したことを特徴とし
ている。たとえば、Al合金表面、ステンレス表面いず
れに対しても使用可能なNiF2を20nm厚電極表面
に形成すると、電極寿命がフッ化不動態膜を形成してい
ないものに比べ、1.5倍に増加した。これは、電極表
面にフッ化不動態膜を形成したことにより、放電時のフ
ッ素と電極材料の反応を完全に抑え、フッ素ガスの消
費、および、電極の消耗を減らせたことによる。
The excimer laser according to the present invention has four, five,
Is characterized in that the electrode surface is formed of a fluoride passivation film. For example, when NiF 2, which can be used for both an Al alloy surface and a stainless steel surface, is formed on a 20-nm thick electrode surface, the electrode life is increased 1.5 times as compared with the case where no fluoride passivation film is formed. did. This is because the formation of a fluorinated passivation film on the electrode surface completely suppresses the reaction between fluorine and the electrode material during discharge, thereby reducing the consumption of fluorine gas and the consumption of the electrode.

【0013】また、放電時のフッ素と電極材料の反応を
抑えることにより、パーティクルの発生、および、反応
副生成物のウインドウ表面への推積を減少させることが
できる。これは、電極表面のみならず、チャンバ内表面
を、NiF2,FeF2,AlF3/MgF2などのフッ化
不動態膜で覆うことにより、さらに効果が上がる。その
結果、ウインドウ清掃の間隔も、従来に比べ1.5倍長
くすることができた。
Further, by suppressing the reaction between fluorine and the electrode material during discharge, generation of particles and deposition of reaction by-products on the window surface can be reduced. This effect is further enhanced by covering not only the electrode surface but also the inner surface of the chamber with a fluorinated passivation film such as NiF 2 , FeF 2 , AlF 3 / MgF 2 . As a result, the window cleaning interval could be 1.5 times longer than before.

【0014】ただし、フッ化不動態膜が、電圧印加時に
絶縁破壊しないように電流値、フッ化不動態膜の静電容
量などを決めなければならない。すなわち、放電電極間
に流れる電流値をI、フッ化不動態膜の静電容量をC、
印加電圧の角周波数をω、フッ化不動態膜の絶縁破壊電
界をEBD、膜厚をtとしたとき、 I/(ωC)<EBDt を満たすように、これらパラメータを設定する必要があ
る。図3は、厚さ200nmのNiF2膜に1mmφ程
度の電極を設けて測定した電流電圧特性の結果である。
絶緑破壊電圧は80V以上であり、その耐圧は4MV/
cm以上となる。このように、NiF2膜は電気的にも
極めて優れた絶縁膜であることが分かる。
However, the current value, the capacitance of the fluorinated passivation film, and the like must be determined so that the fluorinated passivation film does not break down when a voltage is applied. That is, the current value flowing between the discharge electrodes is I, the capacitance of the fluorinated passivation film is C,
When the angular frequency of the applied voltage is ω, the dielectric breakdown electric field of the fluorinated passivation film is E BD , and the film thickness is t, it is necessary to set these parameters so as to satisfy I / (ωC) <E BD t. is there. FIG. 3 shows the results of current-voltage characteristics measured with an electrode of about 1 mmφ provided on a NiF 2 film having a thickness of 200 nm.
The green breakdown voltage is 80V or more, and the withstand voltage is 4MV /
cm or more. Thus, it can be seen that the NiF 2 film is an extremely excellent insulating film electrically.

【0015】また、放電電極間に流す電流の向きを図4
(a)に示すように、一方の向きの第1の電流i1が流
れた直後に他方の向きでかつ電流値がほぼ等しい第2の
電流i2を流した場合や、あるいは、図4(b)に示す
ように、一方の向きの電流i1が流れた後所定の期間I
NTをおいてから他方の向きでかつ電流値がほぼ等しい
第2の電流i2を流した場合、常に同一方向に流したと
きに比べ、電極の寿命が2倍増加した。これは、放電電
極の劣化が上下対称となり、従来の装置に比べ電極の劣
化を抑えられたことによる。
FIG. 4 shows the direction of the current flowing between the discharge electrodes.
(A), the or case and the current value in the other direction immediately after the first current i 1 flows in one direction is shed approximately equal a second current i 2, or FIG. 4 ( As shown in b), after a current i1 in one direction flows, a predetermined period I
If and the current value in the other direction from spaced NT shed approximately equal a second current i 2, always compared to when the flow in the same direction, the life of the electrode is increased two-fold. This is because the deterioration of the discharge electrode is vertically symmetric, and the deterioration of the electrode is suppressed as compared with the conventional device.

【0016】このように、図4(a)あるいは図4
(b)に示すような電流を流すためには、例えば、図9
あるいは図10に示す回路を用いればよい。図9は、図
4(a)を達成するためのレーザー発振装置の回路構成
図である。1は1kVの高圧電源、2は充電用の抵抗、
3は電荷蓄積のための容量、4はパルス幅を狭くするた
めの磁気スイッチ、5はレーザー発振を開始するための
サイリスタである。これら、電源1、抵抗2、容量3、
磁気スイッチ4、サイリスタ5で変圧器6の一次コイル
側が構成されている。変圧器6の巻数比は例えば1:2
0で、巻線の方向は逆である。容量3および磁気スイッ
チ4と同じ回路をパルス幅をより狭くするために多段に
接続してもよい。
As shown in FIG. 4A or FIG.
In order to flow a current as shown in FIG.
Alternatively, a circuit shown in FIG. 10 may be used. FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a laser oscillation device for achieving FIG. 4A. 1 is a 1 kV high voltage power supply, 2 is a charging resistor,
Reference numeral 3 denotes a capacitor for accumulating electric charge, 4 denotes a magnetic switch for narrowing a pulse width, and 5 denotes a thyristor for starting laser oscillation. These are power supply 1, resistance 2, capacitance 3,
The magnetic switch 4 and the thyristor 5 constitute the primary coil side of the transformer 6. The turns ratio of the transformer 6 is, for example, 1: 2.
At 0, the winding direction is reversed. The same circuit as the capacitor 3 and the magnetic switch 4 may be connected in multiple stages to further reduce the pulse width.

【0017】変圧器6の二次コイル側には、容量8,
9、Cpと、磁気スイッチ7とが接続されている。容量
8,9、Cpと、磁気スイッチ7とからなる回路16は
レーザーチャンバ10の放電電極10a,10bに接続
されている。11は放電を安定に起こすために用いられ
るプレイオナイザーである。そして、この回路の特徴は
スパークギャップ12、容量Ci、コイル13、抵抗1
4、高圧電源15で構成される回路17を設けた点であ
る。
On the secondary coil side of the transformer 6, a capacity 8,
9, Cp and the magnetic switch 7 are connected. A circuit 16 including the capacitances 8, 9, Cp and the magnetic switch 7 is connected to the discharge electrodes 10a, 10b of the laser chamber 10. Reference numeral 11 denotes a play onizer used for stably causing discharge. The features of this circuit are spark gap 12, capacitance C i , coil 13, resistance 1
Fourth, a circuit 17 including a high-voltage power supply 15 is provided.

【0018】まず初めに、電荷蓄積用容量3に高圧電源
1を用いて1kVまで充電する。また、電荷蓄積用容量
iに高圧電源15を用いて15kVまで充電する。そ
の後、サイリスタ5にトリガを入れ、サイリスタを導通
させると、容量3に充電されていた電荷が放電される。
このときコンデンサ8の両端には、−15kV程度のパ
ルス電圧が印加されることになる。
First, the charge storage capacitor 3 is charged to 1 kV using the high voltage power supply 1. Also, charge to 15kV using a high-voltage power supply 15 to charge storage capacitor C i. Thereafter, when a trigger is applied to the thyristor 5 and the thyristor is turned on, the charge stored in the capacitor 3 is discharged.
At this time, a pulse voltage of about −15 kV is applied to both ends of the capacitor 8.

【0019】また、容量Cpの両端には、磁気スイッチ
7でパルス幅が150ns程に短縮された電圧が図3に
示すように現れる。容量Cpの両端にかかる電圧が−1
5kVから0Vに変化する際、まず、プレイオナイザー
11が放電を開始し、レーザーチャンバ内に106−1
7cm-3程度の密度を有した自由電子を生成する。そ
の後、放電電極10a,b間に均一な放電が起こりレー
ザーが発振される。回路17がない場合には、−15k
Vから0Vまで電圧が上昇するだけであるが、回路17
がある場合+15kVまで電圧が上昇する。
At both ends of the capacitor C p , a voltage whose pulse width is reduced to about 150 ns by the magnetic switch 7 appears as shown in FIG. When the voltage applied to both ends of the capacitance Cp is -1
When the voltage changes from 5 kV to 0 V, first, the preionizer 11 starts discharging, and 10 6 −1 in the laser chamber.
Free electrons having a density of about 0 7 cm -3 are generated. Thereafter, a uniform discharge occurs between the discharge electrodes 10a and 10b, and a laser is oscillated. If there is no circuit 17, -15k
Although the voltage only increases from V to 0 V, the circuit 17
If there is, the voltage rises to +15 kV.

【0020】このときの動作について以下説明する。容
量Cpの両端にかかる電圧が急激に変化した際、その高
周波電圧は、コイル13にほとんどかかる。これは、コ
イル13のインピーダンスを抵抗14に比べ大きく設定
しているためである。そして、コイル13の両端に大き
な電圧がかかることによりスパークギャップ12がスパ
ークし導通する。これにより、容量Ciに充電されてい
た電荷が放電され、放電電極10a,b間にかかる電圧
は15kV程度まで上昇する。このとき、放電電極10
a,b間に放電が再び、今度は電流の向きが逆方向で起
こる。
The operation at this time will be described below. When the voltage applied to both ends of the capacitance C p changes abruptly, the high frequency voltage is almost applied to the coil 13. This is because the impedance of the coil 13 is set to be larger than that of the resistor 14. When a large voltage is applied to both ends of the coil 13, the spark gap 12 sparks and conducts. This will charge stored in the capacitor C i is discharged, the discharge electrode 10a, the voltage applied between b rises to approximately 15kV. At this time, the discharge electrode 10
Discharge occurs again between a and b, this time with the current flowing in the opposite direction.

【0021】以上のとおり、この構成では回路17を有
するが故に、電流が正負交互に流れる。図6は図4
(b)の電流を達成するための回路例である。図9の回
路構成を用いたときと同様に、まず初めに、電荷蓄積用
容量3、3’に高圧電源1を用いて1kVまで充電す
る。その後、サイリスタ5’にトリガを入れ、サイリス
タ5’を導通させると、容量3’に充電されていた電荷
が放電される。このときコンデンサ8の両端には、−1
5kV程度のパルス電圧が印加されることになる。
As described above, in this configuration, since the circuit 17 is provided, current flows alternately between positive and negative. FIG. 6 shows FIG.
5 is an example of a circuit for achieving the current of (b). As in the case where the circuit configuration of FIG. 9 is used, first, the charge storage capacitors 3 and 3 ′ are charged to 1 kV using the high-voltage power supply 1. Thereafter, when a trigger is applied to the thyristor 5 ′ and the thyristor 5 ′ is turned on, the electric charge stored in the capacitor 3 ′ is discharged. At this time, -1 is applied to both ends of the capacitor 8.
A pulse voltage of about 5 kV will be applied.

【0022】また、容量Cpの両端には、磁気スイッチ
7でパルス幅が150ns程に短縮された電圧が現れ
る。容量Cpの両端にかかる電圧が−15kVから0V
に変化する際、まず、プレイオナイザー11が放電を開
始し、レーザーチャンバ内に106−107cm-3程度の
密度を有した自由電子を生成する。その後、放電電極1
0a,b間に均一な放電が起こりレーザーが発振され
る。次に、高圧電源1を用いて、放電により電荷のなく
なった電荷蓄積用容量3’を1ms以内に1kVまで充
電する。今度はサイリスタ5にトリガを入れ、サイリス
タ5を導通させると、容量3に充電されていた電荷が放
電される。このときコンデンサ8の両瑞には、+15k
V程度のパルス電圧が印加されることになる。
Further, the both ends of the capacitor C p, the pulse width in the magnetic switch 7 appears the voltage was reduced to about 150ns. 0V voltage across the capacitance C p is from -15kV
, First, the preionizer 11 starts discharging to generate free electrons having a density of about 10 6 -10 7 cm -3 in the laser chamber. Then, discharge electrode 1
A uniform discharge occurs between Oa and b, and a laser is oscillated. Next, by using the high-voltage power supply 1, the charge storage capacitor 3 ', which has lost its charge by discharging, is charged to 1 kV within 1 ms. This time, when a trigger is applied to the thyristor 5 and the thyristor 5 is turned on, the charge stored in the capacitor 3 is discharged. At this time, the capacitor 8 has + 15k
A pulse voltage of about V is applied.

【0023】また、容量Cpの両端には、磁気スイッチ
7でパルス幅が15ns程に短縮された電圧が図7に示
すように現れ、これによりレーザーが発振される。以下
同様に、1ms間隔でサイリスタ5,5’に、交互にト
リガを入れることにより、容量Cpの両瑞にパルス電圧
を発生させることができる。ただし、回路21を加える
ことによりサイリスタ5,5’の耐圧は、回路21がな
い場合の2倍、すなわち、この揚合最低2kV必要であ
る。
At both ends of the capacitor Cp, a voltage whose pulse width is reduced to about 15 ns by the magnetic switch 7 appears as shown in FIG. 7, thereby oscillating the laser. Similarly, by applying a trigger to the thyristors 5 and 5 'alternately at 1 ms intervals, a pulse voltage can be generated at both ends of the capacitance Cp. However, by adding the circuit 21, the withstand voltage of the thyristors 5 and 5 'is twice that of the case where the circuit 21 is not provided, that is, at least 2kV is required.

【0024】以上のとおり、この回路では、回路21を
有するが故に、電流を正負交互に流させることができ
る。図5は、本発明の好適な別の実施の形態によるレー
ザー発振装置の模式図であり、上面断面図を示してい
る。21はレーザーチャンバ、22、23は光共振器を
形成している一対の反射鏡である、23が出力鏡であ
る。24はレーザーガスを励起するための電圧が印加さ
れる電極であり、29、30は異なる屈折率を有する多
層誘電体膜であり、チャンバ内表面のうち、22、23
の反射鏡と面していないほとんど全ての部分に形成され
ている。27、28はレーザー光を透過させるためのウ
インドウである。
As described above, in this circuit, since the circuit 21 is provided, the current can flow alternately between positive and negative. FIG. 5 is a schematic view of a laser oscillation device according to another preferred embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional top view. 21 is a laser chamber, 22 and 23 are a pair of reflecting mirrors forming an optical resonator, and 23 is an output mirror. Reference numeral 24 denotes an electrode to which a voltage for exciting the laser gas is applied. Reference numerals 29 and 30 denote multilayer dielectric films having different refractive indexes.
Are formed in almost all parts not facing the reflector. Reference numerals 27 and 28 denote windows for transmitting laser light.

【0025】図5に示されている異なる屈折率を有する
多層誘電体膜は、光学膜厚1/4中心波長の交互多層膜
により形成されており、単心波長に対してほぼ100%
の反射率を有する。たとえば、高屈折率材料としてLa
3,NdF3,Al23などが、また、低屈折率材料と
してAlF3,MgF2,SiO2などがある。図6は、
Al表面に高屈折率材料であるLaF3と低屈折率材料
であるMgF2を多層形成したときの、波長に対する反
射率を示している。このときの、交互多層膜の形成は、
まず、Al上にMgF2/LaF3交互膜を、光学膜厚1
93/4nm(48.25nm)で15回、さらに、M
gF2/LaF3交互膜を、光学膜厚248/4nm(6
2nm)で13回形成したものである。
The multilayer dielectric films having different refractive indices shown in FIG. 5 are formed by alternating multilayer films having an optical film thickness of 中心 center wavelength, and are almost 100% with respect to a single core wavelength.
Has a reflectance of For example, La as a high refractive index material
F 3 , NdF 3 , Al 2 O 3 and the like, and low refractive index materials include AlF 3 , MgF 2 and SiO 2 . FIG.
The graph shows the reflectance with respect to wavelength when LaF 3 as a high-refractive-index material and MgF 2 as a low-refractive-index material are formed in multiple layers on the Al surface. At this time, the formation of the alternate multilayer film
First, a MgF 2 / LaF 3 alternate film was formed on Al with an optical film thickness of 1
15 times at 93/4 nm (48.25 nm) and M
The gF 2 / LaF 3 alternate film was coated with an optical film thickness of 248/4 nm (6
(2 nm) 13 times.

【0026】このように、異なる屈折部を有する多層誘
電体膜を、光学膜厚1/4中心波長の交互多層膜により
形成することにより、図6に示すように、波長193n
mおよび248nmで反射率を、ほぼ100%にするこ
とができる。波長193nmはArFエキシマレーザー
の、波長248nmはKrFエキシマレーザーの中心波
長である。図7は、同様にステンレス基板上に、MgF
2/LaF3交互膜を、光学膜厚193/4nm(48.
25nm)で23回、さらに、MgF2/LaF3交互膜
を、光学膜厚248/4nm(62nm)で22回形成
したときの、波長に対する反射率を示している。図6に
示したAl基板上のときと同じく、波長193nmおよ
び248nmで反射率を、ほぼ100%にすることがで
きている。
As described above, by forming the multilayer dielectric film having different refraction portions by an alternate multilayer film having an optical film thickness of 中心 center wavelength, as shown in FIG.
The reflectivity at m and 248 nm can be nearly 100%. The wavelength of 193 nm is the center wavelength of the ArF excimer laser, and the wavelength of 248 nm is the center wavelength of the KrF excimer laser. FIG. 7 also shows that MgF
The 2 / LaF 3 alternating film was formed with an optical film thickness of 193/4 nm (48.
25 shows the reflectance with respect to the wavelength when the MgF 2 / LaF 3 alternate film was formed 22 times with an optical film thickness of 248/4 nm (62 nm) 23 times at 25 nm) and 22 times. As in the case of the Al substrate shown in FIG. 6, the reflectance can be made almost 100% at the wavelengths of 193 nm and 248 nm.

【0027】チャンバ内表面を、上で示したように反射
率が100%の多層膜で形成することにより、一対の反
射鏡方向以外に出た光をすべて放電部に戻すことが可能
となる。その結果、ArF*,あるいはKrF*といった
エキシマを励起する効率が向上する。さらに、チャンバ
内圧力を従来の3atmから8atmにし、F2濃度を
従来の0.1%から3%程度に、Kr濃度を1%から5
%に増加することにより、共振器長を従来の75cmか
ら15cmに短縮しても同程度の出力が得られた。
By forming the inner surface of the chamber with a multilayer film having a reflectivity of 100% as described above, it is possible to return all light emitted in directions other than the pair of reflecting mirrors to the discharge portion. As a result, the efficiency of exciting an excimer such as ArF * or KrF * is improved. Furthermore, the 8atm inner pressure of the chamber from a conventional 3 atm, 3% of the F 2 concentration from conventional 0.1%, the Kr concentration from 1% 5
%, The same output was obtained even if the resonator length was reduced from 75 cm to 15 cm.

【0028】共振器長を短くすることは、1回の放電時
間が数10ns程度と短い場合、発光スペクトルの半値
幅を狭くするという効果がある。たとえば、共振器長が
75cmの場合、光が共振器を1往複するのにかかる時
間は5nmである。したがって、放電時間が10nsの
とき、光は共振器を最高でも2往復しかできない。この
ような状況下では、誘導放出による発光を自然放出によ
る発光より十分多くすることができず、その結果、発光
スペクトルの半値幅が、図8(a)に示すように300
pmにも及ぶ。そこで、現在は、グレーチング等の狭帯
域化モジュールによる単色化によって、はじめて、1p
m以下の波長半値幅を得ている。しかし、グレーチング
等を用いた狭帯域化を行うと、発光強度が減少するとい
った問題がある。
Shortening the resonator length has the effect of narrowing the half-width of the emission spectrum when one discharge time is as short as several tens of ns. For example, when the resonator length is 75 cm, the time required for light to make a round trip through the resonator is 5 nm. Therefore, when the discharge time is 10 ns, light can make only two round trips through the resonator at the maximum. Under such circumstances, the emission due to stimulated emission cannot be made sufficiently higher than the emission due to spontaneous emission, and as a result, the half-value width of the emission spectrum becomes 300 as shown in FIG.
pm. Therefore, at present, for the first time, 1p is achieved by monochromaticization using a band narrowing module such as grating.
m or less is obtained. However, when the band is narrowed using grating or the like, there is a problem that the light emission intensity decreases.

【0029】一方、共振器長を15cmと短くすると、
光が共振器を1往複するのにかかる時間は1nsであ
る。したがって、放電時間が10nsのとき、光は共振
器を最高10往復することとなり、誘電放出による発光
を自然放出による発光より十分多くすることが可能とな
る。このときの発光スペクトルの半値幅は、図8(b)
に示すように1pm以下である。
On the other hand, if the resonator length is reduced to 15 cm,
The time required for light to make a round trip through the resonator is 1 ns. Therefore, when the discharge time is 10 ns, the light makes a maximum of 10 round trips in the resonator, so that the emission by dielectric emission can be made sufficiently larger than the emission by spontaneous emission. The half width of the emission spectrum at this time is shown in FIG.
As shown in FIG.

【0030】以上の通り、本発明では共振器長を15c
mと短くし、チャンバ内壁表面を光学膜厚1/4中心波
長の交互多層膜により形成し、さらに、チャンバ内圧力
を従来の3atmから8atmにし、F2濃度を従来の
0.1%から3%程度に、Kr濃度を1%から5%に増
加することにより、以下に述べる効果がある。まず、発
光スペクトルの半値幅を狭くするという効果があり、そ
の結果、1pm以下の半値幅を得ることができた。ま
た、チャンバ内表面を、反射率が100%の多層膜で形
成することにより、一対の反射鏡方向以外に出た光をす
べて放電部に戻すことが可能となり、ArF*,あるい
はKrF*といったエキシマを励起する効率が向上す
る。さらに、チャンバ内圧力を従来の3atmから8a
tmにし、F2濃度を従来の0.1%から3%程度に、
Kr濃度を1%から5%に増加することにより、共振器
長を従来の75cmから15cmに短縮しても同程度の
出力が得られる。グレーチング等の狭帯域化モジュール
を使用しない分、最終的な出力光を従来のものに比べ大
きくできる。また、このように、共振器長を大幅に短縮
することにより、装置体積を半分以下にできる。
As described above, according to the present invention, the resonator length is set to 15c.
shortened and m, 3 a chamber inner wall surface formed by alternate multilayer film having an optical thickness of 1/4 the center wavelength, further to 8atm inner pressure of the chamber from a conventional 3 atm, the F 2 concentration from conventional 0.1% By increasing the Kr concentration from 1% to 5% to about%, the following effects are obtained. First, there is an effect that the half width of the emission spectrum is narrowed, and as a result, a half width of 1 pm or less was obtained. Further, by forming the inner surface of the chamber with a multilayer film having a reflectivity of 100%, it is possible to return all the light emitted in directions other than the pair of reflecting mirrors to the discharge portion, and to use an excimer such as ArF * or KrF *. The efficiency of exciting is improved. Further, the pressure in the chamber is increased from 3 atm to 8 a.
tm, and the F 2 concentration from about 0.1% to about 3%,
By increasing the Kr concentration from 1% to 5%, a similar output can be obtained even if the resonator length is reduced from 75 cm to 15 cm. Since the band narrowing module such as grating is not used, the final output light can be made larger than that of the conventional one. Further, the device volume can be reduced to half or less by greatly shortening the resonator length in this way.

【0031】図11はエキシマレーザー発振装置を用い
た露光装置を示す。発振装置A1から出射した光はミラ
ーを介して走査光学系に導かれる。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。
FIG. 11 shows an exposure apparatus using an excimer laser oscillation apparatus. Light emitted from the oscillation device A1 is guided to a scanning optical system via a mirror. 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 applied to 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.

【0032】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。以上のとおり、図1に示
す露光装置はエキシマレーザー発振装置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とからのみ構成することができる。すなわち、発振
装置A1と走査光学系との間に狭帯化モジュールを設け
ることなく半値幅を狭くすることが可能であり、コンパ
クトな露光装置を達成できた。
Light having a light / dark distribution corresponding to a predetermined mask pattern by the reticle A6 is imaged on a wafer A8 mounted on a stage by an imaging optical system having an objective lens 7, and a latent image corresponding to the mask pattern is formed. Is formed on the photosensitive resist on the surface of the wafer A8. As described above, the exposure apparatus shown in FIG. 1 can be constituted only by the excimer laser oscillation device A1, the illumination optical system, the imaging optical system, and the stage A9 for holding the wafer A8. That is, the half width can be reduced without providing a band narrowing module between the oscillation device A1 and the scanning optical system, and a compact exposure apparatus can be achieved.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、レーザーチャンバの寿
命を延ばすことができる。すなわち、フッ素ガスの補充
期間を長くすることができ、印加電極の調整だけで所望
の出力を長時間得ることができる。また、放電電極の消
耗も減らすことができ、電極寿命も長くできる。さら
に、出力光の強度を高くしながら、狭帯域化を実現す
る。
According to the present invention, the life of the laser chamber can be extended. That is, the replenishment period of the fluorine gas can be lengthened, and a desired output can be obtained for a long time only by adjusting the applied electrode. In addition, the consumption of the discharge electrode can be reduced, and the life of the electrode can be prolonged. Further, a narrow band is realized while increasing the intensity of the output light.

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

【図1】フッ素ガスの補充および供給電圧の関係を示す
文献に記載されたグラフである。
FIG. 1 is a graph described in the literature showing the relationship between replenishment of fluorine gas and supply voltage.

【図2】エキシマレーザー発振装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of an excimer laser oscillation device.

【図3】厚さ200nmのNiF2膜に1mmφ程度の
電極を設けて測定した電流電圧特性の結果を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing the results of current-voltage characteristics measured by providing an electrode of about 1 mmφ on a NiF 2 film having a thickness of 200 nm.

【図4】放電電極間に流す電流例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a current flowing between discharge electrodes.

【図5】本発明の実施形態に係るエキシマレーザー発振
装置の概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram of an excimer laser oscillation device according to an embodiment of the present invention.

【図6】Al表面に高屈折率層と低屈折率層を多層形成
したときの波長と反射率との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between wavelength and reflectance when a high refractive index layer and a low refractive index layer are formed in multiple layers on an Al surface.

【図7】SUS表面に高屈折率層と低屈折率層を多層形
成したときの波長と反射率との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the wavelength and the reflectance when a high refractive index layer and a low refractive index layer are formed in multiple layers on the SUS surface.

【図8】発光スペクトルの半値幅を示すグラフである。
(a)が従来例、(b)が本発明の実施例である。
FIG. 8 is a graph showing a half width of an emission spectrum.
(A) is a conventional example, and (b) is an example of the present invention.

【図9】図4(a)に示す電流を流すための回路例を示
す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a circuit example for flowing the current shown in FIG.

【図10】図4(b)に示す電流を流すための回路例を
示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a circuit for flowing the current shown in FIG.

【図11】 本発明に係る露光装置を示す概念図であ
る。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing an exposure apparatus according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊野 和英 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉(無番地) 東北大学工学部電子工学科内 (72)発明者 田中 信義 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhide Ino Aoba, Aoba-ku, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi (No address) Inside the Department of Electronic Engineering, Tohoku University (72) Inventor Nobuyoshi Tanaka 3- 30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo No. Canon Inc.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザーガスを収容するためのレーザー
チャンバと、該チャンバ内に設けられた一対の電極と、
該一対の電極に電圧を印加してレーザーガスを励起し発
光をおこさせ、一対の反射鏡により、レーザー発振を起
こさせるエキシマレーザー発振装置において、前記レー
ザーチャンバ内表面のうち、前記一対の反射鏡と面して
いない全ての部分あるいは、ほとんどの部分を異なる屈
折率を有する多層誘電体膜により形成したことを特徴と
するエキシマレーザー発振装置。
1. A laser chamber for containing a laser gas, a pair of electrodes provided in the chamber,
In an excimer laser oscillation device that applies a voltage to the pair of electrodes to excite a laser gas to emit light and cause laser oscillation by a pair of reflecting mirrors, the excimer laser oscillation device includes: An excimer laser oscillation device characterized in that all or most of the parts not facing are formed of a multilayer dielectric film having a different refractive index.
【請求項2】 前記フッ化不動態膜を形成した一対の電
極に流す電流を、正負交互に流すようにしたことを特徴
とする請求項1記載のエキシマレーザー発振装置。
2. The excimer laser oscillation device according to claim 1, wherein currents flowing through the pair of electrodes on which the fluorinated passivation film is formed alternately flow in positive and negative directions.
【請求項3】 前記多層誘電体膜を光学膜厚1/4中心
波長の交互多層膜により形成し、中心波長に対してほぼ
100%の反射率を有することを特徴とする請求項1又
は2記載のエキシマレーザー発振装置。
3. The multi-layer dielectric film according to claim 1, wherein the multi-layer dielectric film is formed of an alternating multi-layer film having an optical film thickness of 中心 center wavelength and has a reflectance of about 100% with respect to the center wavelength. An excimer laser oscillation device as described in the above.
【請求項4】 共振器長を略々15cm以下としたこと
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載
のエキシマレーザー発振装置。
4. The excimer laser oscillation device according to claim 1, wherein the length of the resonator is approximately 15 cm or less.
【請求項5】 前記チャンバ内の圧力を、5atm以上
にしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれ
か1項記載のエキシマレーザー発振装置。
5. The excimer laser oscillation device according to claim 1, wherein the pressure in the chamber is set to 5 atm or more.
【請求項6】 電極表面にフッ化不動態膜を形成したこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のエ
キシマレーザー発振装置。
6. The excimer laser oscillation device according to claim 1, wherein a fluorinated passivation film is formed on the electrode surface.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項記載のエ
キシマレーザー発振装置と、照明光学系、結像光学系、
ウエハを保持するためのステージとを有していることを
特徴とするエキシマレーザー露光装置。
7. An excimer laser oscillation device according to claim 1, further comprising an illumination optical system, an imaging optical system,
An excimer laser exposure apparatus, comprising: a stage for holding a wafer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002280648A (en) * 2001-03-22 2002-09-27 Gigaphoton Inc High voltage pulse generator and discharge stimulated gas laser apparatus for exposure
JP2004503946A (en) * 2000-06-09 2004-02-05 サイマー, インコーポレイテッド Long life electrode for gas discharge laser

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JP2004503946A (en) * 2000-06-09 2004-02-05 サイマー, インコーポレイテッド Long life electrode for gas discharge laser
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