JP2001156374A

JP2001156374A - 狭帯域化フッ素レーザ装置及びフッ素露光装置

Info

Publication number: JP2001156374A
Application number: JP33794199A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Takehisa; 究武久; Yasushi Shio; 耕史塩; Shinji Nagai; 伸治永井; Yasuaki Iwata; 泰明岩田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】効率良く１ライン化でき、しかも高効率のレ
ーザ出力を得ることのできる狭帯域化フッ素レーザ装置
およびこの装置を用いたフッ素露光装置を提供する。【解決手段】レーザチャンバ４の出力鏡２からは、第
１の発振線（波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍ）、およ
び第２の発振線（波長λ２＝１５７．５２３３ｎｍ）の
２つの発振線が含まれているレーザ光Ｌ１が出射され
る。このレーザ光Ｌ１は、プリズム６を通過し、折り返
しプリズム７で光路が折り返されて、長い距離を伝搬し
た後、窓８を通過して外部に取り出される。プリズム６
の分散作用により第１及び第２の発振ラインの各々のレ
ーザ光の進行方向が僅かに異なるので、窓８から取り出
されるレーザ光Ｌ２は、第１の発振線のみになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素レーザをレ
ーザ発振する狭帯域化フッ素レーザ装置およびそのレー
ザ装置から出射されるレーザ光を露光光源として用いる
フッ素露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ用の露光機に要求される性
能としては、解像度、アライメント精度、処理能力、装
置信頼性など種々のものが存在する。その中でも、パタ
ーンの微細化に直接つながる解像度Ｒは、Ｒ＝ｋ・λ／
ＮＡ（ｋ：定数、λ：露光波長、ＮＡ：投影レンズの開
口数）によって表される。従って良好な解像度を得るた
めには、露光波長λが短い程有利になる。

【０００３】そこで、従来の露光機においては、水銀ラ
ンプのｉ線（波長：３６５ｎｍ）や、波長が２４８ｎｍ
のクリプトンフッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザが露光機
光源として利用されている。これらはそれぞれｉ線露光
機及びＫｒＦ露光機と呼ばれており、これらｉ線露光機
及びＫｒＦ露光機で用いられている投影光学系として
は、石英ガラスから成るレンズを多数組み合わせた縮小
投影レンズが広く用いられている。

【０００４】また微細な加工を行うための次世代露光機
として、波長が１９３ｎｍのアルゴンフッ素（ＡｒＦ）
エキシマレーザを露光光源に用いた露光機が用いられ始
めており、これはＡｒＦ露光機と呼ばれる。ＡｒＦ露光
機では、波長幅が約０．６ｐｍまで狭帯域化されたＡｒ
Ｆエキシマレーザが用いられており、また縮小投影光学
系には、二種類の材質から成る色消しレンズが用いられ
ている。

【０００５】更に上述したＡｒＦ露光機の次世代のリソ
グラフィ用露光機としては、光源に波長が約１５７ｎｍ
のフッ素レーザを用いたフッ素露光機が検討されてい
る。

【０００６】このフッ素レーザでは、波長と光強度が異
なる２本の発振線（発振ラインとも呼ばれる）があり、
図６に示すように、波長はそれぞれλ２＝１５７．５２
３３ｎｍとλ１＝１５７．６２９９ｎｍであり、それぞ
れの発振線の強度比はおよそ１対７であると言われてい
る。

【０００７】そのフッ素レーザを露光に利用するには、
一般に強度の大きい波長（λ１＝１５７．６２９９ｎ
ｍ）のラインのみ１本を選択して用いる（以下、１ライ
ン化という）のが有利とされており、従来においては、
その１ライン化には、プリズムが１〜２個用いられてい
る。

【０００８】ところで、露光機の露光処理にはステッパ
方式とスキャン方式（スキャナ方式とも呼ばれる）の２
通りがあり、ステッパ方式は、ウェハーの露光時に、投
影レンズとウェハーとを停止させて、一定エリア（露光
領域と呼ばれる）を露光してから、次の露光エリアが投
影レンズ直下に来るように、ウェハーを逐次移動させる
方式である。

【０００９】一方、スキャン方式は、照明系からのレー
ザ光により、ウェハーにおける一定エリア（照射エリア
と呼ばれる）を露光しながら、１つの露光領域を露光す
る間、投影レンズとウエハーとを交互に反対方向に移動
させる方式である。

【００１０】なお、スキャン型露光機に関しては、例え
ば「電子材料、１９９５年３月、第１０７頁から第１１
１頁」（文献１）に記載されている。

【００１１】また、フッ素レーザの２ライン化に関して
は、例えば、「ＣＡＮ．Ｊ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．６３，
１９８５，ｐｐ２１７−２１８」（文献２）に記載され
ている。

【００１２】また、フッ素レーザの１ライン化に関して
は、例えば「ＳＰＩＥ、２４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＭｉｃｒｏｌｉｏｔ
ｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｆｅｂ．１９９９．」（文献３）に
おいて実験結果が報告されている。

【００１３】さらに、プリズムを用いた狭帯域化に関し
ては、例えば「ＣＡＮ．Ｊ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．６３，
１９８５，ｐｐ２１４−２１６」（文献４）に記載され
ている。

【００１４】図７は、従来の狭帯域化レーザ装置４０の
構成を示す構成図である。

【００１５】狭帯域化レーザ装置４０は、クリプトンフ
ッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザ装置、アルゴンフッ素
（ＡｒＦ）エキシマレーザ装置、およびフッ素レーザ装
置等のレーザ装置である。ここでは、例えばフッ素レー
ザ装置の場合を例に説明する。

【００１６】狭帯域化レーザ装置４０では、出力鏡４１
と全反射鏡４２とで構成された共振器中に、レーザチャ
ンバ４３が配置されている。この共振器の全反射鏡４２
側には、２本の発振線に対応する２つのレーザ光を分離
するための２つのプリズム４４ａ、４４ｂが配置されて
いる。

【００１７】なお、フッ素レーザのレーザ光は酸素や水
分に非常に吸収されるため、当該レーザ光の光路は密閉
ボックス４７ａ、４７ｂで密閉され、これらボックス内
には乾燥窒素が充填されている。

【００１８】光強度の弱い発振線を有するレーザ光（波
長λ２＝１５７．５２３３ｎｍ）は２つのプリズム４４
ａ、４４ｂを通ることで、レーザ光Ｌ４２の如く、光路
が少しずつズレていき、出力鏡４１側に配置されたアパ
ーチャー４５に当たることで共振できなくなる。

【００１９】レーザチャンバ４３からレーザ発振された
レーザ光が出力鏡４１と全反射鏡４２との間で共振する
ことで、狭帯域化（すなわち１ライン化）される。

【００２０】この狭帯域化されたレーザ光（波長λ１＝
１５７．６２９９ｎｍ）は、出力鏡４１を通過し、ビー
ムスプリッタ４８、及び筐体５０に取り付けられた窓４
６を通過してレーザ光Ｌ４１（波長λ１＝１５７．６２
９９ｎｍ）となり、フッ素露光機の露光光として用いら
れる。

【００２１】なお、エネルギーモニター４９は、ビーム
スプリッタ４８で反射した出力鏡４１からのレーザ光が
入射すると、このレーザ光の出力をモニタする。このモ
ニタ結果は、レーザ光Ｌ４１の出力の安定化のための制
御情報として用いられる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
狭帯域化レーザ装置４０では、１ライン化するために２
つのプリズム４４ａ、４４ｂを共振器中に配置する必要
があり、このためレーザ出力が半減することがある。例
えば、上記文献３には、レーザ出力が４０％低下したと
報告されている。

【００２３】レーザ出力が低下する原因としては、２つ
のプリズム４４ａ、４４ｂやアパーチャー４５を配置す
るために共振器長が長くなることが一因であった。換言
すれば、共振器長が短いほどレーザ出力の低下が抑制さ
れ、高効率のレーザ出力を得ることができる。

【００２４】しかしながら、従来の狭帯域化レーザ装置
４０では、上述したように２つのプリズム４４ａ、４４
ｂやアパーチャー４５を配置するために出力鏡４１と全
反射鏡４２との間隔である共振器長を長くしなければな
らず、この結果、レーザ出力が低下することがある。

【００２５】しかも場合によっては、後述する理由から
２つのプリズム４４ａ、４４ｂをレーザチャンバ４３か
らさらに離す必要が生じることもある。

【００２６】すなわち、不所望のレーザ光Ｌ４２をずら
す距離としては、少なくともビーム幅以上が必要である
ため、レーザ光のビーム幅が大きい場合には、それに伴
ってずらす距離を大きくするために、２つのプリズム４
４ａ、４４ｂとアパーチャー４５との間隔を大きくとる
必要がある。このため、レーザ共振器がさらに長くなっ
て、レーザ出力がさらに低下する。

【００２７】そこで、本発明の課題は、効率良く１ライ
ン化でき、しかも高効率のレーザ出力を得ることのでき
る狭帯域化フッ素レーザ装置およびこの装置を用いたフ
ッ素露光装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段、作用および効果】上記課
題を達成するため、第１の発明は、フッ素レーザをレー
ザ発振させると共に、該レーザ発振されたフッ素レーザ
における波長と光強度の異なる２つの発振線のうちの光
強度の強い第１の発振線のみを有するレーザ光を取り出
す狭帯域化フッ素レーザ装置において、少なくとも１つ
のプリズムと、全反射鏡と出力鏡とで構成され、狭帯域
化素子を含まない光共振器と、該光共振器中に配置さ
れ、充填されたフッ素レーザガスを放電励起させること
によりレーザ発振するレーザチャンバとを具備し、前記
レーザチャンバからレーザ発振され前記光共振器中の出
力鏡から出射されたレーザ光を、前記プリズムに通過さ
せることにより、前記フッ素レーザにおける前記２つの
発振線に対応する２つのレーザ光を分離させて、前記第
１の発振線のみを有するレーザ光を取り出すことを特徴
としている。

【００２９】次に、上記第１の発明について図１を参照
して説明する。

【００３０】フッ素レーザ発振器１は、出力鏡２と全反
射鏡３とで構成された安定型共振器と、この共振器中に
配置されたレーザチャンバ４とから構成されており、当
該安定型共振器中には、プリズムやエタロンやグレーテ
ィング等の狭帯域化素子は配置されていない。

【００３１】レーザチャンバ４には、内部に充填される
フッ素レーザガスを放電励起させるための、光軸を挟ん
で陰極と陽極の一対の放電電極からなる主放電部（図示
せず）が設けられている。

【００３２】フッ素レーザ共振器１においては、レーザ
チャンバ４は、所定の放電電圧が印加されると、フッ素
レーザガスを放電励起してレーザ発振する。

【００３３】このレーザ発振されたレーザ光は、出力鏡
２と全反射鏡３との間で共振されることにより増幅され
て、出力鏡２から出射される。

【００３４】この出力鏡２から出射されるレーザ発振さ
れたレーザ光Ｌ１には、第１の発振線（波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍ）と、第２の発振線（波長λ２＝１５
７．５２３３ｎｍ）の２つの発振線が含まれている。

【００３５】このレーザ光Ｌ１は、プリズム６を通過
し、折り返しプリズム７で光路が折り返されて、長い距
離を伝搬した後、窓８を通過して外部に取り出される。

【００３６】ここで、プリズム６の分散作用（すなわち
波長の差による屈折率の差）により、波長の異なる２本
の発振線の各々のレーザ光、つまり第１のレーザ光と第
２のレーザ光との進行方向が僅かに異なるので、窓８か
ら取り出されるレーザ光Ｌ２は、第１の発振線のみにな
っている。これが露光機本体（図示せず）へ導かれ、露
光に利用される。

【００３７】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、全反射鏡と出力鏡とから構成される光共振器中に狭
帯域化素子を含まないので、当該光共振器長を短くする
ことができ、従来の如く狭帯域化素子を含む光共振器の
ものの場合と比較して、１ライン化されたレーザ光のレ
ーザ出力を効率良く取り出すことができる。

【００３８】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記プリズムによって分離された前記２つの発振線
のうちの前記第１の発振線とは異なる第２の発振線のみ
を有するレーザ光のパルスエネルギーをモニターするモ
ニター手段と、該モニター手段によりモニターされたエ
ネルギー値に基づき、前記レーザチャンバにおける放電
励起強度を制御する制御手段とを更に具備したことを特
徴としている。

【００３９】次に、第２の発明について図１および図２
を参照して説明する。

【００４０】図１に示すように、ビームスプリッタ９ａ
を通過した第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３は、
図２に示す様に、ミラー１４で折り返され、一部はさら
にビームスプリッタ９ｂを透過してエネルギーモニター
１５ａに入射する（レーザ光Ｌ３−２）。

【００４１】エネルギーモニター１５ａは、入射したレ
ーザ光Ｌ３−２（第２のレーザ光）のパルスエネルギー
を検出し、この検出結果を示す信号を、信号線１１ｂを
介して放電制御装置１６に送出する。

【００４２】放電制御装置１６は、受け取った検出結果
を示す信号を基に、エネルギーモニター１５ａにより検
出されるパルスエネルギーが所定値になるように、信号
線１６ａを介してフッ素レーザ発振器１における放電電
圧などを制御する。

【００４３】この結果、第２の発振線のみを有するレー
ザ光Ｌ３の各パルスのエネルギーが常に一定になる。

【００４４】以上説明したように、第２の発明によれ
ば、光強度の弱い発振線（第２の発振線）のみを有する
レーザ光のパルスエネルギーが一定になるように制御す
ることで、当該第２の発振線のみを有するレーザ光と依
存関係にある光強度の強い発振線（第１の発振線）のみ
を有するレーザ光のパルスエネルギーを一定にすること
ができる。すなわち、第１の発振線のみを有するレーザ
光のパルスエネルギーの安定化を図ることができる。

【００４５】また、第２の発明によれば、第１の発振線
のみを有するレーザ光のパルスエネルギーの安定化のた
めに、当該レーザ光を利用する必要がないので、当該レ
ーザ光を損失無く露光光として利用することができる。

【００４６】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、前記プリズムによって分離された前記２つの発振線
に対応する２つのレーザ光のうちの前記第１の発振線と
は異なる第２の発振線のみを有するレーザ光のビーム位
置をモニターするモニター手段を更に具備し、該モニタ
ー手段によりモニターされたビーム位置を示す情報に基
づき、前記第２の発振線のみを有するレーザ光のビーム
位置を安定化させるようにしたことを特徴としている。

【００４７】次に、第３の発明について、図１および図
２を参照して説明する。

【００４８】図１に示すように、プリズム６によって第
１の発振線のみを有するレーザ光Ｌ２と僅かにずれた方
向に伝搬していく第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ
３は、図２に示す様に、ビームスプリッタ９ａに入射し
て、一部は反射してラインセンサ１０に入射する（レー
ザ光Ｌ３−１）。

【００４９】ラインセンサ１０は、複数の受光チャネル
によって入射したレーザ光Ｌ３−１を検出（受光）し、
この複数のチャネルにおけるチャネル番号に応じて定ま
る光検出位置に対応するビーム位置を示す信号（モニタ
ー結果を示す信号）を信号線１１ａを介して光学系制御
装置１２に送出する。

【００５０】光学系制御装置１２は、予め設定されるラ
インセンサ１０からの光検出位置に対応するビーム位置
と、ラインセンサ１０からのモニター結果を示す信号と
に基づいて、信号線１２ａを介して回転ステージ１３を
回転制御する。

【００５１】回転ステージ１３が回転することによりプ
リズム６も回転するので、プリズム６に対するレーザ光
の入射角度および出射角度が変化することになり、これ
に伴って、プリズム６から出射されたレーザ光の折り返
しプリズム７への入射角度も変化する。

【００５２】そして、結果的に、折り返しプリズム７に
よって折り返され、ここから出射されるレーザ光の進行
方向も所望の方向へと変化することになるので、レーザ
光Ｌ３の伝搬方向は常に安定化され、これに伴って第１
の発振線のみを有するラインのレーザ光Ｌ２の伝搬方向
も安定化される。

【００５３】以上説明したように、第３の発明によれ
ば、光強度の弱い発振線（第２の発振線）のみを有する
レーザ光のビーム位置が所望の位置に存在するように制
御することで、当該第２の発振線のみを有するレーザ光
と依存関係にある光強度の強い発振線（第１の発振線）
のみを有するレーザ光のビーム位置を所望の位置に存在
させることができる。

【００５４】すなわち、第１の発振線のみを有するレー
ザ光のビーム位置、つまり当該レーザ光の伝搬方向の安
定化を図ることができる。

【００５５】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、前記プリズムによって分離された前記２つの発振線
に対応する２つのレーザ光のうちの前記第１の発振線と
は異なる第２の発振線のみを有するレーザ光のパルスエ
ネルギーをモニターするものであって、当該レーザ光の
進行方向に沿って異なる位置にそれぞれが配置される複
数のモニター手段を更に具備し、該複数のモニター手段
によるモニター結果を基に、前記第２の発振線のみを有
するレーザ光のパルスエネルギーの損失を求めるように
したことを特徴としている。

【００５６】次に、第４の発明について図１および図２
を参照して説明する。

【００５７】ビームスプリッタ９ａを通過した第２の発
振線のみを有するレーザ光Ｌ３は、図２に示すように、
ミラー１４で折り返され、一部はさらにビームスプリッ
タ９ｂに反射して、エネルギーモニター１５ｂに入射す
る（レーザ光Ｌ３−３）。

【００５８】このエネルギーモニター１５ｂでは、上記
エネルギーモニター１５ａによって検出されたレーザ光
Ｌ３−２（レーザ光Ｌ３）に比べて、ある程度の光路を
伝搬されてきたレーザ光Ｌ３−３（レーザ光Ｌ３）のエ
ネルギーを検出していることになる。

【００５９】そして、図示しない上記エネルギー制御装
置によって、エネルギーモニター１５ｂによる検出結果
（エネルギー値）と、エネルギーモニター１５ａによる
検出結果（エネルギー値）とに基づいて、レーザ光Ｌ３
（第２のレーザ光）のパルスエネルギーの損失が求めら
れる。

【００６０】また、このエネルギー制御装置は、エネル
ギーモニター１５ａにより検出されたエネルギー値と、
エネルギーモニター１５ｂにより検出されたエネルギー
値との差が、予め設定された許容範囲内に入っている場
合は、酸素分子等のレーザ光吸収分子が無視できる程度
に存在していると判別する。

【００６１】以上説明したように、第４の発明によれ
ば、複数のモニター手段によりモニターされたモニター
結果に基づいて求められる第２の発振線のみを有するレ
ーザ光のパルスエネルギーの損失を基に、レーザチャン
バ内の酸素濃度が予め設定された濃度に達したかを検知
することが可能となる。

【００６２】また、第５の発明は、第１の発明におい
て、前記光共振器中の出力鏡は、コーティング処理が施
されていない光学部材で形成され、且つ入射するレーザ
光の光軸に対し垂直になるようにレーザチャンバに配置
されていることを特徴としている。

【００６３】次に、第５の発明について図１を参照して
説明する。

【００６４】図１に示すように、レーザチャンバ４にお
いては、誘電体多層膜がコーティングされている全反射
鏡３側には、ノーコート（コーティングが施されていな
いこと）の光学部材で形成されたブリュースタ窓５が取
り付けられており、一方、その反対側には、ノーコート
（コーティングが施されていないこと）の光学部材で出
力鏡２が直接取り付けられている。

【００６５】また、出力鏡２は、光軸に対し垂直（９０
度）になるようにレーザチャンバ４に直接取り付けられ
ており、ブリュースタ窓５は、入射光または出射光がブ
リュースタ角をもって入射または出射されるようにレー
ザチャンバ４に配置されている。

【００６６】以上説明したように、第５の発明によれ
ば、出力鏡は反射膜のコーティング処理が施されていな
いので、ダメージが生じ難くなっており、このため、出
力鏡をレーザチャンバに直接取り付けた場合であって
も、レーザチャンバを交換するまで、出力鏡を交換しな
くとも性能上何ら問題は無いので、従来と比較して、作
業性を向上させることができる。

【００６７】さらに、第６の発明は、第２の発明に係る
狭帯域化フッ素レーザ装置と、該狭帯域化フッ素レーザ
装置から出射されたレーザ光を露光光源として用いて、
ウエハーに対してスキャン方式による露光処理を施す露
光装置本体とを具備したことを特徴としている。

【００６８】この第６の発明によれば、狭帯域化フッ素
レーザ装置から取り出されるレーザ光においては、パル
スエネルギーが一定に維持され、且つ高効率のレーザ出
力となるように制御されているので、スキャン方式の露
光処理の際に、等速度でスキャンすることができる。

【００６９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。

【００７０】図１は、本発明に係る狭帯域化フッ素レー
ザ装置１００の構成を示す構成図である。

【００７１】本実施形態においては、フッ素レーザにお
ける波長と光強度が異なる２本の発振線を含むレーザ光
を、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍで光強度の強い発
振線のみを有するレーザ光（第１のレーザ光）と、波長
λ２＝１５７．５２３３ｎｍで該第１のレーザ光よりも
光強度の弱い発振線のみを有するレーザ光（第２のレー
ザ光）とに分離し、この第２のレーザ光のパルスエネル
ギーまたはビーム位置を検出し、この検出結果に基づい
て、当該第２のレーザ光を制御することにより、前記第
１のレーザ光の出力が効率良く且つ安定するよう制御し
ている。

【００７２】また、本実施形態では、フッ素レーザにお
ける上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光は波長が
異なると言っても、これらの波長の差が「０．１０６６
ｎｍ」であるので、第１のレーザ光と第２のレーザ光と
は互いに依存している、というフッ素レーザの特徴を十
分認識して、レーザ装置を具現化している。

【００７３】このフッ素レーザの特徴としては、例え
ば、第２のレーザ光のパルスエネルギーがα％だけ変動
すれば、第１のレーザ光のパルスエネルギーも約α％だ
け変動し、第２のレーザ光のビーム位置がβだけ変動す
れば、第１のレーザ光のビーム位置も約βだけ変動する
ということである。

【００７４】なお、以下の説明においては、波長λ１＝
１５７．６２９９ｎｍの発振線を第１の発振線と称し、
またこの第１の発振線のみを有するレーザ光を第１のレ
ーザ光と称すると共に、波長λ２＝１５７．５２３３ｎ
ｍの発振線を第２の発振線と称し、この第２の発振線の
みを有するレーザ光を第２のレーザ光と称する。なお、
説明に当たっては、必要に応じてこれらの波長値も適宜
併記することにする。

【００７５】さて、図１に示すように、狭帯域化フッ素
レーザ装置１００には、フリーランニングのフッ素レー
ザ発振器１が用いられている。

【００７６】このフッ素レーザ発振器１は、出力鏡２と
全反射鏡３とで構成された安定型共振器と、この共振器
中に配置されたレーザチャンバ４とから構成されてお
り、当該安定型共振器中には、プリズムやエタロンやグ
レーティング等の狭帯域化素子は配置されていない。

【００７７】レーザチャンバ４では、光軸を挟んで陰極
と陽極の一対の放電電極からなる主放電部（図示せず）
が設けられており、この主放電部に所定の放電電圧が印
加されると、レーザチャンバ４内部に充填されるフッ素
レーザガスが放電励起されてレーザ発振する。

【００７８】レーザチャンバ４においては、誘電体多層
膜がコーティングされている全反射鏡３側には、ノーコ
ート（コーティングが施されていないこと）の光学部材
で形成されたブリュースタ窓５が取り付けられており、
一方、その反対側には、ノーコート（コーティングが施
されていないこと）の光学部材で形成された出力鏡２が
直接取り付けられている。

【００７９】ところで、一般にフッ素レーザでは、フッ
化カルシウム基板か、フッ化マグネシウム基板が出力鏡
として用いられる。その理由としては、ノーコートの場
合に生じる出力鏡の表面と裏面におけるフレネル反射の
みをフィードバックとしてレーザ共振器を構成するよう
にしているからである。

【００８０】この出力鏡の表面と裏面では各々において
約４〜５％のフレネル反射があるため、全体では８〜１
０％の反射率の出力鏡となっている。このように反射率
が低い出力鏡となっている理由は、フッ素レーザでは、
利得が高いため、共振器中を何度も往復しなくても、十
分な光強度まで増幅することができるからである。

【００８１】このように低い反射率の光学部材でも共振
器中においてフッ素レーザが十分増幅することから、本
実施形態では、レーザチャンバ４にはノーコートの基板
（出力鏡２及びブリュースタ窓５）が取り付けられてい
る。しかもその基板は、レーザ光によるダメージが生じ
難くなっている。

【００８２】これに対し、部分反射膜が施された出力鏡
を用いる必要のある他のレーザ装置においては、その部
分反射膜がダメージを生じ易いことから、仮に、部分反
射膜が施された出力鏡をレーザチャンバに直接取り付け
た場合には、ダメージが生じて出力鏡を取り替える必要
がある。しかも取り替える度に、レーザチャンバ中のガ
スを排気し、出力鏡を取り付けた後に、再びガスを封入
しなければならず、作業性が悪い。

【００８３】一方、本実施形態では、出力鏡２としてノ
ーコートの基板を用いているので、出力鏡２はダメージ
が発生し難くなり、レーザチャンバ４を交換するまで取
り替えなくとも性能上何ら問題はない。

【００８４】なお、全反射鏡３については、誘電体多層
膜がコーティングされているため、ダメージが生じ易い
場合があるので、レーザチャンバ４に直接取り付けず、
ダメージが生じた場合に交換可能なように所定の位置に
配置されている。

【００８５】ところで、出力鏡２は、図１に示すよう
に、光軸に対し垂直（９０度）になるようにレーザチャ
ンバ４に直接取り付けられており、またブリュースタ窓
５は、入射光または出射光がブリュースタ角をもって入
射または出射されるようにレーザチャンバ４に配置され
ている。

【００８６】なおこの実施形態では、上述したようにレ
ーザチャンバ４に出力鏡２が直接取り付けられ、しかも
共振器中には狭帯域化素子が配置されていないので、出
力鏡２と全反射鏡３との間隔である共振器長は約１．３
ｍに設定されている。

【００８７】この共振器長は、図７に示したレーザ装置
４０における出力鏡４１と全反射鏡４２との間隔が約２
ｍのものと比較して約７０ｃｍも短い。

【００８８】プリズム６は、回転ステージ１３に固定さ
れており、フッ素レーザ発振器１からのレーザ光を透過
させる。レーザ光をプリズム６に透過させることで波長
が選択される。

【００８９】すなわち、プリズム６の分散作用（すなわ
ち波長の差による屈折率の差）により、波長の異なる２
本の発振線の各々のレーザ光、つまり第１のレーザ光と
第２のレーザ光との進行方向が僅かに異なるようにな
る。このためプリズム６からは、上記第１のレーザ光及
び第２のレーザ光が出射されることになる。

【００９０】折り返しプリズム７は、プリズム６からの
第１のレーザ光が筐体１１０に設けられた窓８を通過す
るように、且つプリズム６からの第２のレーザ光がビー
ムスプリッタ９ａ及びミラー１４へ案内されるように、
所定の形状をもって所定の位置に配置されている。な
お、折り返しプリズム７は、入射したレーザ光が全反射
されるように設定されている。

【００９１】ラインセンサ１０は、例えば複数の受光チ
ャネルを有する一次元または二次元のイメージセンサ又
はダイオードアレイ等で構成されている。また、ライン
センサ１０では、最大強度の光を検出した受光チャネル
に対応するチャネル番号に応じてラインセンサ上の光検
出位置が定まるようになっている。

【００９２】このようなラインセンサ１０は、ビームス
プリッタ９ａに反射した第２のレーザ光を検出（受光）
した受光チャネルに対応するチャネル番号に応じて定ま
る光検出位置を基に、第２のレーザ光のビーム位置をモ
ニターし、このモニター結果を示す信号（ビーム位置を
示す信号）を信号線１１ａを介して光学系制御装置１２
に送出する。

【００９３】光学系制御装置１２は、予め設定されるラ
インセンサ１０からの光検出位置に対応するビーム位置
を示す情報と、ラインセンサ１０からのビーム位置を示
す信号とに基づいて、信号線１２ａを介して回転ステー
ジ１３を回転制御する。

【００９４】エネルギーモニター１５ａは、ミラー１４
に反射し、さらにビームスプリッタ９ｂを透過した第２
のレーザ光のパルスエネルギーをモニターし、このモニ
ター結果（エネルギー値）を示す信号を、信号線１１ｂ
を介して放電制御装置１６に送出する。

【００９５】放電制御装置１６は、エネルギーモニター
１５ａからのモニター結果を基に、信号線１６ａを介し
てフッ素レーザ発振器１における放電電圧（レーザチャ
ンバ４の主放電部に印加される放電電圧）などを制御す
る。

【００９６】エネルギーモニター１５ｂは、ビームスプ
リッタ９ｂに反射した第２のレーザ光のパルスエネルギ
ーをモニターする。

【００９７】密閉ボックス１７は、波長１５７ｎｍの真
空紫外域のレーザ光を伝搬させるためには、当該レーザ
光の光路中は特に酸素分子を１ｐｐｍ以下に排除する必
要があることから、当該光路を密閉するために設けられ
ている。

【００９８】また、密閉ボックス１７には、光路中は特
に酸素分子を１ｐｐｍ以下に排除するために、乾燥窒素
が充填されている。つまり、密閉ボックス１７内におい
ては、真空ポンプにより真空状態にした後、乾燥窒素が
封入される。

【００９９】なお、狭帯域化フッ素レーザ装置１００に
は、図１中には図示されていないが、上述したエネルギ
ーモニター１５ｂによるモニター結果と、上述したエネ
ルギーモニター１５ａによるモニター結果とに基づい
て、第２のレーザ光のパルスエネルギーの損失を求める
エネルギー制御装置が設けられている。当然、このエネ
ルギー制御装置と上記２つのエネルギーモニター１５
ａ、１５ｂとは信号線（図示せず）を介して電気的に接
続されている。

【０１００】次に、上述した狭帯域化フッ素レーザ装置
１００の第１のレーザ光の出力を効率よく且つ安定にす
る処理動作について、図１及び図２を参照して説明す
る。

【０１０１】なお、図２は、２つのビームスプリッタ９
ａ、９ｂおよびミラー１４近傍のレーザ光の様子を説明
するための図を示している。

【０１０２】図１に示すように、フッ素レーザ共振器１
においては、レーザチャンバ４は、所定の放電電圧が印
加されると、フッ素レーザガスを放電励起してレーザ発
振する。このレーザ発振されたレーザ光は、出力鏡２と
全反射鏡３との間で共振されることにより増幅されて、
出力鏡２から出射される。

【０１０３】この出力鏡２から出射されたレーザ光Ｌ１
には、第１の発振線（波長λ１＝１５７．６２９９ｎ
ｍ）と、第２の発振線（波長λ２＝１５７．５２３３ｎ
ｍ）の２つの発振線が含まれている。

【０１０４】このレーザ光Ｌ１は、プリズム６を透過
し、折り返しプリズム７で光路が折り返されて、長い距
離を伝搬した後、窓８を通過して外部に取り出される。

【０１０５】ここで、プリズム６の分散作用により、波
長の異なる２本の発振線の各々のレーザ光、つまり第１
のレーザ光と第２のレーザ光との進行方向が僅かに異な
るので、窓８から取り出されるレーザ光Ｌ２は、第１の
発振線（つまり所望の光強度の強い発振線）のみになっ
ている。このレーザ光Ｌ２が露光機本体（図示せず）へ
導かれ、露光に利用される。

【０１０６】一方、プリズム６によって第１の発振線の
みを有するレーザ光Ｌ２と僅かにずれた方向に伝搬して
いく第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３は、図２に
示すように、ビームスプリッタ９ａに入射して、一部は
透過してミラー１４に当たり、残りは反射して、ライン
センサ１０に入射する（レーザ光Ｌ３−１）。

【０１０７】ラインセンサ１０は、複数の受光チャネル
によって入射したレーザ光Ｌ３−１（第２のレーザ光）
を検出（受光）し、この複数のチャネルにおけるチャネ
ル番号に応じて定まる光検出位置に対応するビーム位置
を示す信号（モニター結果を示す信号）を信号線１１ａ
を介して光学系制御装置１２に送出する。

【０１０８】すなわち、ラインセンサ１０によって第２
の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３の伝搬方向の変動が
定量的に把握され、その情報が信号線１１ａを介して光
学系制御装置１２に伝達されることになる。

【０１０９】光学系制御装置１２は、予め設定されるラ
インセンサ１０からの光検出位置に対応するビーム位置
を示す情報と、ラインセンサ１０からのビーム位置を示
す信号とに基づいて、信号線１２ａを介して回転ステー
ジ１３を回転制御する。

【０１１０】回転ステージ１３が回転することによりプ
リズム６も回転するので、プリズム６に対するレーザ光
の入射角度および出射角度が変化することになり、これ
に伴って、プリズム６から出射されるレーザ光の折り返
しプリズム７への入射角度も変化する。

【０１１１】そして、結果的に、折り返しプリズム７に
よって折り返され、ここから出射されるレーザ光の進行
方向も所望の方向へと変化することになる。

【０１１２】これによって、レーザ光Ｌ３の伝搬方向は
常に安定化され、これに伴って第１の発振線のみを有す
るレーザ光Ｌ２の伝搬方向も安定化される。

【０１１３】その理由としては、第２の発振線のみを有
するレーザ光Ｌ３の伝搬方向の変動要因としては、主に
プリズム６や折り返しプリズム７のように、フッ素レー
ザ発振器１の外部に配置された屈折性の光学素子の温度
上昇等である。

【０１１４】すなわち、レーザ光が内部を通過する際
に、プリズム６や折り返しプリズム７はレーザ光を僅か
に吸収するために温度上昇する。そして、一般に光学素
子の屈折率は温度依存性を有するため、プリズム６や折
り返しプリズム７中を屈折して伝搬していくレーザ光の
方向が僅かにずれていく。

【０１１５】ここで、光学素子において、波長λ２＝１
５７．５２３３ｎｍにおける屈折率が例えばΔｎ変化す
るような温度上昇が生じるならば、その波長に非常に近
い波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍにおける屈折率もほ
ぼΔｎだけ変化するようになり、結果として、これら２
つのレーザ光の進行方向が、当該温度上昇が生じる前と
比較して、僅かにズレていく。つまり、レーザ光Ｌ３−
１のビーム位置、換言すればレーザ光Ｌ３（第２のレー
ザ光）のビーム位置が、所望のビーム位置からズレてい
ることになる。

【０１１６】そこで、ラインセンサ１０において、レー
ザ光Ｌ３−１のビーム位置が予め設定されるチャネル番
号の受光チャネルによって検出されるように、光学系制
御装置１２によって回転ステージ１３を回転制御するこ
とにより、レーザ光Ｌ３−１のビーム位置は、所望のチ
ャネル番号の受光チャネルによって検出されるようにな
る。

【０１１７】このことは、レーザ光Ｌ３（第２のレーザ
光）のビーム位置が所望のビーム位置に存在し、しか
も、レーザ光Ｌ２（第１のレーザ光）のビーム位置も所
望のビーム位置に存在するようになることを意味する。

【０１１８】このように第２のレーザ光の伝搬方向を安
定化させることにより、第１のレーザ光の伝搬方向も安
定化されることになる。

【０１１９】次に、レーザ光Ｌ２（第１のレーザ光）の
エネルギーを一定に維持するための制御について説明す
る。

【０１２０】上述したように、ビームスプリッタ９ａを
透過した第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３は、図
２に示すように、ミラー１４で折り返され、一部はさら
にビームスプリッタ９ｂを透過してエネルギーモニター
１５ａに入射する（レーザ光Ｌ３−２）。

【０１２１】エネルギーモニター１５ａは、入射したレ
ーザ光Ｌ３−２（第２のレーザ光）のパルスエネルギー
を検出し、この検出結果（エネルギー値）を示す信号
を、信号線１１ｂを介して放電制御装置１６に送出す
る。

【０１２２】放電制御装置１６は、受け取ったエネルギ
ー値を示す信号を基に、エネルギーモニター１５ａによ
り検出されるパルスエネルギーが所定値になるように、
信号線１６ａを介してフッ素レーザ発振器１における放
電電圧などを制御する。

【０１２３】この結果、第２の発振線のみを有するレー
ザ光Ｌ３の各パルスのエネルギーが常に一定になる。

【０１２４】ところで、狭帯域化フッ素レーザ装置１０
０から取り出される第１の発振線のみを有するレーザ光
Ｌ２には、一定のパルスエネルギーが要求されている。

【０１２５】その理由は、フッ素露光装置がスキャン型
の露光装置の場合、レーザ光の各パルス毎にウエハー上
に照射される場所がずれていくことから、各パルスのエ
ネルギーが等しくないと、等速度でスキャンできなくな
るからである。

【０１２６】一定のレーザ出力が得られる場合は、第１
の発振線のみを有するレーザ光Ｌ２のレーザ出力と第２
の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３のレーザ出力との割
合は一定になるので、レーザ光Ｌ３の各パルスのエネル
ギーを常に一定に保つように制御することで、レーザ光
Ｌ２のパルスエネルギーが一定になる。

【０１２７】このようにパルスエネルギーが一定にされ
たレーザ光Ｌ２のレーザ出力効率は、上述したようにフ
ッ素レーザ発振器１の共振器長が図７に示した従来のも
のと比較して短いので、従来と比較して、大幅に向上し
ている。

【０１２８】すなわち、フッ素レーザ発振器１から取り
出されたレーザ光Ｌ１のうち、パワー的に約７／８が第
１のレーザ光（レーザ光Ｌ２）であり、露光に利用でき
ない第２のレーザ光（レーザ光Ｌ３）のパワーは約１／
８と小さい。

【０１２９】そして、フッ素レーザ発振器１では共振器
中に狭帯域化素子を全く含まないため、共振器長を短く
でき、これに伴ってレーザ出力を高めることができる。
つまり、第１の発振線のみを有するレーザ光が全体の約
７/８になったとしても、実質的なレーザ出力は、従来
方式における狭帯域化（すなわち１ライン化）が効率よ
く実現された場合に比べて、同等かあるいはそれ以上に
することができる。

【０１３０】その理由としては、図７に示した従来のレ
ーザ装置４０では、共振器中に複数のプリズムやアパー
チャーを挿入する必要があることから、本実施形態のフ
ッ素レーザ発振器１での共振器長と比較して、共振器長
が５０ｃｍ〜１ｍ程度も長くなり、その結果、レーザ出
力が低下していた。

【０１３１】ここで、共振器長とレーザ出力との関係を
図３に示す。図３において、横軸は共振器長（単位ｍ）
を表し、縦軸はレーザ出力（相対値）を表す。

【０１３２】図３に示す共振器長とレーザ出力との関係
から、共振器長が１．５ｍから２ｍに延びると、レーザ
出力は約２０％低下する。このことは、共振器長が短い
程、レーザ出力が向上することを意味する。

【０１３３】因みに、本実施形態における共振器（共振
器長１．３ｍ）ではレーザ出力は約０．９（相対出力）
であり、一方、従来の共振器（共振器長２ｍ）では約
０．７（相対出力）であるので、本実施形態のフッ素レ
ーザ発振器１では、レーザ出力が、従来のものと比較し
て約３０％（つまり０．９／０．７≒１．２８）も増加
している。

【０１３４】これによって、露光に利用できるレーザ光
Ｌ２はフッ素レーザ発振器１から取り出されたレーザ光
Ｌ１の約７／８となるものの、レーザ出力としては、図
７に示した従来のレーザ装置４０から取り出されるレー
ザ光Ｌ４１よりも１０％以上（つまり（０．９／０．
７）×（７／８）＝１．１２５）も増加する。

【０１３５】ところで、波長１５７ｎｍの真空紫外域の
レーザ光を伝搬させるために、光路中は特に酸素分子を
１ｐｐｍ以下に排除する必要があることから、密閉ボッ
クス１７内部を、真空状態にした後、乾燥窒素を封入し
て、酸素分子を１ｐｐｍ以下にしなければならない。

【０１３６】ところが、１ｐｐｍ程度まで正確に測定で
きる酸素濃度計は高価であり、結果的にレーザ装置その
ものコストアップを招来する。これに対し、一般に使用
される安価な酸素濃度計を用いる場合は、１０ｐｐｍ程
度までしか正確に測定できず、酸素分子が１ｐｐｍ以下
になったことを知ることができない。

【０１３７】そこで、本実施形態では、酸素分子が１ｐ
ｐｍ以下になったか否かの判断を、次のようにして実施
している。

【０１３８】すなわち、ビームスプリッタ９ａを透過し
た第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ３は、図２に示
すように、ミラー１４で折り返され、一部はさらにビー
ムスプリッタ９ｂに反射して、エネルギーモニター１５
ｂに入射する（レーザ光Ｌ３−３）。

【０１３９】このエネルギーモニター１５ｂでは、上記
エネルギーモニター１５ａによって検出されたレーザ光
Ｌ３−２（レーザ光Ｌ３）に比べて、ある程度の光路を
伝搬されてきたレーザ光Ｌ３−３（レーザ光Ｌ３）のエ
ネルギーを検出していることになる。

【０１４０】そして、図示しない上記エネルギー制御装
置によって、エネルギーモニター１５ｂによる検出結果
（エネルギー値）と、エネルギーモニター１５ａによる
検出結果（エネルギー値）とに基づいて、レーザ光Ｌ３
（第２のレーザ光）のパルスエネルギーの損失が求めら
れる。

【０１４１】また、このエネルギー制御装置は、エネル
ギーモニター１５ａにより検出されたエネルギー値と、
エネルギーモニター１５ｂにより検出されたエネルギー
値との差が、予め設定された許容範囲内に入らない場合
には、密閉ボックス１７中に、酸素分子等のレーザ光吸
収分子が無視できない程度に存在していると判別し、一
方、上記２つのエネルギー値の差が、予め設定された許
容範囲内に入っている場合は、前記レーザ光吸収分子が
無視できる程度に存在していると判別する。

【０１４２】このように上記２つのエネルギーモニター
１５ａ、１５ｂで検出された２つのエネルギー値を比較
し、この比較結果を基に、密閉ボックス１７に最初に存
在している空気を完全に追い出し、レーザ光を露光光と
して利用できることを意味するレディ状態になったか否
かを判別することができる。

【０１４３】次に、本実施形態の応用例について説明す
る。

【０１４４】図４は図１に示した狭帯域化フッ素レーザ
装置１００の応用例を説明するための図であり、同図に
示すレーザ装置１５０は、図１に示した狭帯域化フッ素
レーザ装置１００の構成において、出力鏡２および折り
返しプリズム７を削除し、ブリュースタ窓５と同様の機
能を果たすブリュースタ窓１２０、出力鏡２と同様の機
能を果たす出力鏡１３０、およびプリズム６と同様の機
能を果たす４つのプリズム１４１、１４２、１４３、１
４４を追加した構成になっている。

【０１４５】なお、図４においては、狭帯域化フッ素レ
ーザ装置１００の構成において変更された構成要素部分
を示している。

【０１４６】図４に示すレーザ装置１５０においては、
フッ素レーザ発振器１は、出力鏡２と全反射鏡３とで構
成された光共振器と、該光共振器中に配置されたレーザ
チャンバ４とから構成されている。この共振器中には、
狭帯域化素子は配置されていない。

【０１４７】レーザチャンバ４にけるブリュースタ窓５
に対向する部位には、上述した出力鏡２に代替してブリ
ュースタ窓１２０が取り付けられている。

【０１４８】出力鏡１３０は、ブリュースタ窓１２０か
ら出射されるレーザ光の光軸に対し垂直になるように所
定の位置に配置されている。

【０１４９】４つのプリズム１４１、１４２、１４３、
１４４は、上記プリズム６と同様の機能（つまり分散作
用）を有している。

【０１５０】また、４つのプリズム１４１〜１４４の各
々は、入射したレーザ光（入射光）の光軸に対し反時計
方向に４５度の角度をもった方向に、出射光が進行する
ように形成されている。したがって、４つのプリズムの
うち最後のプリズム１４４から出射されるレーザ光は、
フッ素レーザ共振器１から出射されるレーザ光とは１８
０度異なる方向（つまり正反対の方向）に進行すること
になる。

【０１５１】更に、４つのプリズム１４１〜１４４のう
ちの少なくとも１つのプリズムは、回転ステージ１３
（図１参照）に固定されている。これは、上述したよう
に、これらのプリズムの温度変化に伴う屈折率の変化に
よるレーザ光の進行方向が僅かにズレるので、このズレ
を補正するためである。

【０１５２】かかる構成のレーザ装置１５０では、フッ
素レーザ発振器１から出射された２本の発振線（第１の
発振線および第２の発振線）を含むレーザ光は、４つの
プリズム１４１〜１４４を順次、屈折しながら透過して
いく。

【０１５３】このレーザ光がこれら４つのプリズムを透
過していく際に、これらのプリズムの分散作用により、
第１の発振線のみを有するレーザ光（波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍ）と、第２の発振線のみを有するレー
ザ光（波長λ２＝１５７．５２３３ｎｍ）の進行方向は
僅かに異なるようになる。

【０１５４】そして、上記第１の発振線のみを有するレ
ーザ光Ｌ１５１は、外部へ取り出され露光光として用い
られる。

【０１５５】一方、このレーザ光Ｌ１５１と僅かに進行
方向がずれている第２の発振線のみを有するレーザ光Ｌ
１５２については、ビーム位置およびパルスエネルギー
がモニターされ、このモニター結果を基に、所定のビー
ム位置およびパルスエネルギーとなるように制御され
る。

【０１５６】この処理の詳細は、上記図１及び図２を参
照して説明した内容と同様であるので、ここではその説
明は省略する。

【０１５７】この応用例で示すように、折り返しプリズ
ムを使用することなく、複数（例えば４つ）のプリズム
（分散プリズム）を用いることにより、フッ素レーザ共
振器から出射されたレーザ光を折り返させることができ
る。

【０１５８】この応用例では、出力鏡１３０はレーザチ
ャンバ４に直接取り付けられていないが、勿論、図１に
示したレーザ装置１００の如く、出力鏡１３０をレーザ
チャンバ４に直接取り付けるようにしても良い。この場
合は、共振器長が短くなるので、出力鏡１３０がレーザ
チャンバ４から離れた位置に配置されている場合と比較
して、レーザ出力を高めることができる。

【０１５９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、全反射鏡と出力鏡とから構成される光共振器中に狭
帯域化素子を含まないので、当該光共振器長を短くする
ことができ、従来の如く狭帯域化素子を含む光共振器の
ものの場合と比較して、１ライン化されたレーザ光のレ
ーザ出力を効率良く取り出すことができる。

【０１６０】また、出力鏡２はノーコートであるため、
ダメージが生じにくいことから、レーザチャンバ４を交
換するまで、メンテナンスフリーでも性能上なんら問題
はなく、従来と比較して、作業性を向上させることがで
きる。

【０１６１】また、本実施形態では、第２の発振線（波
長λ２＝１５７．５２３３ｎｍ）のみを有するレーザ光
（第２のレーザ光）のビーム位置を、位置センサ等によ
って常時モニターすることで、当該レーザ光のビーム位
置を安定化させることができ、よって間接的に第１の発
振線（波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍ）のみを有する
レーザ光（第１のレーザ光）のビーム位置も安定化させ
ることができる。

【０１６２】このことは、第１のレーザ光の一部を位置
センサー等に導く必要がなくなり、効率よく当該第１の
レーザ光を露光光として利用できることを意味する。

【０１６３】また、本実施形態では、第２のレーザ光の
レーザエネルギー（パルスエネルギー）をエネルギーモ
ニターを用いて測定し、この測定結果を基に、当該第２
のレーザ光のレーザエネルギーを安定化させるように、
フッ素レーザ発振器を制御することができるので、第１
のレーザ光のレーザエネルギーも同時に安定化されるよ
うになる。

【０１６４】その理由としては、第１のレーザ光のレー
ザエネルギーと第２のレーザ光のレーザエネルギーとの
比率は、全体のレーザエネルギーがほぼ同じレベルであ
れば、常に一定になる。

【０１６５】一方、露光光源としては、一般に、露光中
には、レーザのＯＮ／ＯＦＦの動作が行われるが、ＯＮ
の時はレーザ光のエネルギーを一定にして利用し、レー
ザ光のエネルギーを大きく変化させながら利用すること
はない。

【０１６６】したがって、露光中に第１のレーザ光のレ
ーザエネルギーと第２のレーザ光のレーザエネルギーの
比率は一定になることから、第２のレーザ光のエネルギ
ーを安定化することで、第１のレーザ光のエネルギーも
安定化される。

【０１６７】このように、パルスエネルギーの安定化の
ためのモニターにレーザ光の一部を導くために、第１の
レーザ光を利用する必要がなく、当該第１のレーザ光を
損失無く露光光として利用できる。

【０１６８】さらに、本実施形態では、２つのエネルギ
ーモニター１５ａ、１５ｂで検出された２つのエネルギ
ー値の比較結果に応じて、光路中の酸素濃度が１ｐｐｍ
以下になったことを検知することができる。よって、１
ｐｐｍ以下まで正確に測定できる高価な酸素濃度計を用
いる必要がない。

【０１６９】［第２の実施の形態］図５は、狭帯域化フ
ッ素レーザ装置を用いたフッ素露光機２００の構成を示
す構成図である。

【０１７０】このフッ素露光機２００は、スキャン方式
の露光機であり、大別して、図１に示した狭帯域化フッ
素レーザ装置１００と、露光機本体２１０とから構成さ
れている。

【０１７１】露光機本体２１０は、クリーンルーム内の
グレーチング２１上に配置されており、狭帯域化フッ素
レーザ装置１００は、グレーチング２１の下のフロアー
（一般に床下と呼ばれるフロアー）の床２２の上に配置
されている。

【０１７２】狭帯域化フッ素レーザ装置１００から取り
出されたレーザ光Ｌ２１は、ミラー２３ａに反射し、さ
らに開口部２４を通過して、露光機本体２１０内に入射
される。

【０１７３】この露光機本体２１０内に入射したレーザ
光Ｌ２２は、レンズ２５によって絞られて、ガラスロッ
ド２６内に進み、その後、ミラー２３ｂに反射して、ビ
ーム拡大器２７に入射される。ビーム拡大器２７を出射
したレーザ光Ｌ２２は、ミラー２３ｃに反射して、コン
デンサレンズ２８を通って、さらにレチクル２９に照射
される。

【０１７４】このレチクル２９が載置されているレチク
ルステージ３０は、符号２９ａで示される矢印のように
左右に往復運動を行うようになっている。すなわち、例
えばミラー２３ｂからビーム拡大器２７へ進むレーザ光
Ｌ２２の光軸と平行に、左右の往復運動をする。

【０１７５】レチクル２９を出射したレーザ光Ｌ２３
は、縮小投影レンズ３１に入射される。この縮小投影レ
ンズ３１はレチクル２９上の像をウエハー３２に転写す
るようになっている。

【０１７６】このウエハー３２が載置されているウエハ
ーステージ３３は、テーブル３４の上に置かれている
が、符号３３ａで示される矢印のように左右に往復運動
を行うようになっている。この場合も、例えばミラー２
３ｂからビーム拡大器２７へ進むレーザ光Ｌ２２の光軸
と平行に、左右の往復運動をする。

【０１７７】このフッ素露光機２００はスキャン型であ
るため、レチクルステージ３０とウエハーステージ３３
とが往復運動（すなわちスキャン）することにより、露
光時のある瞬間に、ウエハー３２上に転写されるパター
ンが次々に変化し、最終的にレチクル２９の全体のパタ
ーンがウエハー３２に転写されるようになる。

【０１７８】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、狭帯域化フッ素レーザ装置１００から取り出され
るレーザ光Ｌ２１においては、パルスエネルギーが一定
に維持され、且つ高効率のレーザ出力となるように制御
されているので、スキャン方式による露光処理の際に、
等速度でスキャンすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施形態に係る狭帯域化フッ素レ
ーザ装置１００の構成を示す構成図である。

【図２】図２はプリズムによって分光されたレーザ光を
説明するための図である。

【図３】図３は光共振器長とレーザ出力との関係を示す
図である。

【図４】図４は第１の実施形態に係る狭帯域化フッ素レ
ーザ装置１００の応用例を示す図である。

【図５】図５は第２の実施形態に係るフッ素露光機２０
０の構成を示す構成図である。

【図６】図６はフッ素レーザの発振線を説明するための
図である。

【図７】図７は従来の狭帯域化レーザ装置４０の構成を
示す構成図である。

【符号の説明】

１フッ素レーザ発振器２出力鏡３全反射鏡４レーザチャンバ５ブリュースタ窓６プリズム７折り返しプリズム８窓９ａ、９ｂビームスプリッタ１０ラインセンサ１２光学系制御装置１３回転ステージ１４ミラー１５ａ、１５ｂエネルギーモニター１６放電制御装置１７密閉ボックス１００狭帯域化フッ素レーザ装置２００フッ素露光機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井伸治神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者岩田泰明神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内Ｆターム(参考） 5F046 BA03 CA03 CA08 CB10 CB22 DA01 DB01 DC01 5F071 AA04 FF08 HH02 HH09 JJ05 JJ10 5F072 AA04 FF08 HH02 HH09 JJ05 JJ13 KK03 KK09 KK15 KK30 MM08 MM09 MM17 RR05 YY09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フッ素レーザをレーザ発振させると共に、
該レーザ発振されたフッ素レーザにおける波長と光強度
の異なる２つの発振線のうちの光強度の強い第１の発振
線のみを有するレーザ光を取り出す狭帯域化フッ素レー
ザ装置において、少なくとも１つのプリズムと、全反射鏡と出力鏡とで構成され、狭帯域化素子を含まな
い光共振器と、前記光共振器中に配置され、充填されたフッ素レーザガ
スを放電励起させることによりレーザ発振するレーザチ
ャンバとを具備し、前記レーザチャンバからレーザ発振され前記光共振器中
の出力鏡から出射されたレーザ光を、前記プリズムに通
過させることにより、前記フッ素レーザにおける前記２
つの発振線に対応する２つのレーザ光を分離させて、前
記第１の発振線のみを有するレーザ光を取り出すことを
特徴とする狭帯域化フッ素レーザ装置。
【請求項２】前記プリズムによって分離された前記２つ
の発振線のうちの前記第１の発振線とは異なる第２の発
振線のみを有するレーザ光のパルスエネルギーをモニタ
ーするモニター手段と、前記モニター手段によりモニターされたエネルギー値に
基づき、前記レーザチャンバにおける放電励起強度を制
御する制御手段とを更に具備したことを特徴とする請求
項１記載の狭帯域化フッ素レーザ装置。
【請求項３】前記プリズムによって分離された前記２つ
の発振線に対応する２つのレーザ光のうちの前記第１の
発振線とは異なる第２の発振線のみを有するレーザ光の
ビーム位置をモニターするモニター手段を更に具備し、前記モニター手段によりモニターされたビーム位置を示
す情報に基づき、前記第２の発振線のみを有するレーザ
光のビーム位置を安定化させるようにしたことを特徴と
する請求項１記載の狭帯域化フッ素レーザ装置。
【請求項４】前記プリズムによって分離された前記２つ
の発振線に対応する２つのレーザ光のうちの前記第１の
発振線とは異なる第２の発振線のみを有するレーザ光の
パルスエネルギーをモニターするものであって、当該レ
ーザ光の進行方向に沿って異なる位置にそれぞれが配置
される複数のモニター手段を更に具備し、前記複数のモニター手段によるモニター結果を基に、前
記第２の発振線のみを有するレーザ光のパルスエネルギ
ーの損失を求めるようにしたことを特徴とする請求項１
記載の狭帯域化フッ素レーザ装置。
【請求項５】前記光共振器中の出力鏡は、コーティング
処理が施されていない光学部材で形成され、且つ入射す
るレーザ光の光軸に対し垂直になるようにレーザチャン
バに配置されていることを特徴とする請求項１記載の狭
帯域化フッ素レーザ装置。
【請求項６】前記請求項２記載の狭帯域化フッ素レーザ
装置と、前記狭帯域化フッ素レーザ装置から出射されたレーザ光
を露光光源として用いて、ウエハーに対してスキャン方
式による露光処理を施す露光装置本体とを具備したこと
を特徴とするフッ素露光装置。