JP2001156375A - 超狭帯域化フッ素レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長幅が１〜２ｐｍの１ライン化されたレー
ザ光をさらに狭帯域化すると共に、この狭帯域化された
レーザ光の波長を簡易に安定化できる超狭帯域化フッ素
レーザ装置を提供する。 【解決手段】 全反射鏡１０と出力鏡１１とで第１の共
振器が構成され、全反射鏡１４とプリズム１５ａの表面
Ｐとで第２の共振器が構成されている。分光器２０は、
超狭帯域化されているレーザ光Ｌ１１と１ライン化され
ているが超狭帯域化されていないレーザ光Ｌ１３の両方
を入射して、それぞれのレーザ光のスペクトルを検出
し、この検出結果を制御装置２３に送出する。制御装置
２３は、分光器２０からの検出結果を基に、レーザ光Ｌ
１３のスペクトルの中心波長と、レーザ光Ｌ１１のスペ
クトルの中心波長とを一致させるべく、信号線２２ｂを
介して回転ステージ２４を回転制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素レーザのレ
ーザ光を狭帯域化して露光装置の露光光源として供給す
る超狭帯域化フッ素レーザ装置に関する。

【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、
波長はそれぞれλ１＝１５７．６２９９ｎｍとλ２＝１
５７．５２３３ｎｍであり、各々の発振線の波長幅は１
〜２ｐｍ程度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】なお、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」に記載されている。

【０００９】また、フッ素レーザの１ライン化に関して
は、例えば、「ＳＰＩＥ、２４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｌｉｏ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｆｅｂ．１９９９．」において実
験結果が報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
フッ素露光機では、それまで（すなわちＡｒＦ露光機ま
で）の露光機で一般に用いられてきたレンズのみによる
屈折型の縮小投影光学系が適用困難になり、色収差に強
い反射屈折型（カタディオプトリク型とも呼ばれる）を
適用しなければならないと言われている。

【００１１】その理由としては、波長が１５７ｎｍで
は、石英ガラスにおける透過率が極めて低くなり、フッ
化カルシウム等のごく限られた材質しか利用できなくな
る。

【００１２】そのため、フッ化カルシウムのみによる単
色レンズを用いて縮小投影レンズを構成した場合には、
フッ素レーザを１ライン化しても狭帯域化は不十分であ
る。そこで実際にはその１ラインに対して、さらにその
１／１０程度の波長幅（約０．２ｐｍ）まで狭帯域化す
る必要があると言われている。

【００１３】なお、フッ素レーザの１ラインをそのまま
用いる方式では、ラインのスペクトルは分光学的に絶対
的に定まったものであるため、波長の安定化は不要であ
るものの、１ラインの波長幅を約０．２ｐｍ程度に狭帯
域化させた場合には、その狭帯域化された波長が、波長
幅１〜２ｐｍの１ラインのスペクトル内でふらつかない
ように安定化させる必要がある。

【００１４】ところが、従来においては、波長１５７ｎ
ｍの近傍において、波長が安定化している他の光源や、
吸収ラインを利用することが困難なため、狭帯域化され
たレーザ光の波長の安定化は困難であった。

【００１５】そこで、本発明の課題は、波長幅が１〜２
ｐｍの１ライン化されたレーザ光をさらに狭帯域化する
と共に、この狭帯域化されたレーザ光の波長を簡易に安
定化できる超狭帯域化フッ素レーザ装置を提供すること
にある。

【００１６】

【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
ザ発振するレーザチャンバと、該レーザチャンバからレ
ーザ発振されるレーザ光を共振させる第１の共振器とを
備え、該レーザ発振されたレーザ光を狭帯域化する超狭
帯域化フッ素レーザ装置において、前記レーザ発振され
たレーザ光における波長と光強度の異なる２つの発振線
のうちの１つの発振線を狭帯域化して出射する狭帯域化
素子と、前記１つの発振線を狭帯域化せずに発振させる
第２の共振器と、前記狭帯域化素子から出射されたレー
ザ光のスペクトルの中心波長と前記第２の共振器から発
振されたレーザ光のスペクトルの中心波長との差を検出
する検出手段と、該検出手段により検出された前記２つ
のレーザ光のスペクトルの中心波長の差が許容範囲内に
存在すべく、前記狭帯域化素子を制御する制御手段とを
具備している。

【００１７】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記検出手段は、前記狭帯域化素子から出射された
レーザ光と、前記第２の共振器から発振されたレーザ光
とを入射し、これら２つのレーザ光のスペクトルを計測
する分光器を備え、前記分光器は、前記狭帯域化素子か
ら出射されたレーザ光のスペクトルの波長を検出すると
共に、前記第２の共振器から発振されるレーザ光のスペ
クトルの波長を検出して、これら２つのスペクトルの中
心波長の差を検出することを特徴としている。

【００１８】さらに、第３の発明は、第２の発明におい
て、前記分光器は、スキャニングファブリペローエタロ
ンを有することを特徴としている。

【００１９】次に、上記第１乃至第３の発明について図
１及び図２を参照して説明する。

【００２０】図１に示すように、超狭帯域化フッ素レー
ザ装置１００では、全反射鏡１０と出力鏡１１とで第１
の共振器が構成されていると共に、全反射鏡１４とプリ
ズム１５ａの表面Ｐとで第２の共振器が構成されてい
る。

【００２１】第１の共振器は安定型となっており、この
安定型の第１の共振器間にレーザチャンバ１２が配置さ
れている。

【００２２】この第１の共振器においては、全反射鏡１
０とレーザチャンバ１２との間にエタロン１３が配置さ
れており、このエタロン１３によって発振ラインがさら
に狭帯域化（すなわち超狭帯域化）される。

【００２３】エタロン１３においては、波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍである強いラインの中心に、その最大
透過波長が合わせられているため、レーザ発振させる
と、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍで波長幅約０．２
ｐｍに超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１０が、出力鏡１１
から取り出される。

【００２４】一方、第２の共振器は安定型であり、この
第２の共振器中には狭帯域化素子を含まないことから、
フッ素レーザの２本のラインがそのまま発振される。

【００２５】この第２の共振器から出射された２本のラ
インを含むレーザ光Ｌ１２は、２個のプリズム１５ａ、
１５ｂを進む間に、波長分散によって、２本のラインの
それぞれの進行方向に微小な角度差が生じることにな
る。

【００２６】ここでは、ミラー１８に反射した２本のラ
インを含むレーザ光において、１本のライン（波長λ１
＝１５７．６２９９ｎｍのライン）を有するレーザ光Ｌ
１３がピンホール１７ｂを通過するように設定されてい
る。

【００２７】分光器２０は、スキャニングファブリペロ
ーエタロン（図示せず）と、このエタロンのギャップ間
隔を変化させるピエゾ素子（図示せず）とから構成され
ている。分光器２０は、超狭帯域化されている波長λ１
が１５７．６２９９ｎｍのレーザ光Ｌ１１と１ライン化
されているが超狭帯域化されていない波長λ１が１５
７．６２９９ｎｍのレーザ光Ｌ１３の両方を入射して、
それぞれのレーザ光のスペクトルを検出し（図２
（ａ）、（ｂ）参照）、この検出結果を制御装置２３に
送出する。

【００２８】制御装置２３は、分光器２０からの検出結
果を基に、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１のスペクト
ルの中心波長を安定化させるために、超狭帯域化されて
いないレーザ光Ｌ１３の広いスペクトルの中心波長（つ
まり絶対波長）と、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１の
スペクトルの中心波長とを一致させるべく、信号線２２
ｂを介して回転ステージ２４を回転制御する。

【００２９】以上説明したように、第１及び第２の発明
によれば、超狭帯域化されていないレーザ光のスペクト
ルの中心波長と、超狭帯域化されたレーザ光のスペクト
ルの中心波長との差が予め設定された許容範囲内に存在
するように（例えば２つのスペクトルの中心波長が一致
するように）制御されるので、確実に、超狭帯域化され
たレーザ光のスペクトルの中心波長を安定化させること
ができる。

【００３０】また、第３の発明によれば、波長安定化の
ためのレーザ光のスペクトルを検出する検出手段に設け
られる分光器は、スキャニングファブリペローエタロン
を用いるようにしているので、回折格子を用いた分光器
に比べて、分光器をコンパクトにすることができ、しか
もこの分光器が組み込まれるレーザ装置もコンパクトに
することができる。

【００３１】

【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。

【００３２】図１は、本実施形態に係る超狭帯域化フッ
素レーザ装置１００の構成を示す構成図である。

【００３３】同図に示すように、超狭帯域化フッ素レー
ザ装置１００では、全反射鏡１０と出力鏡１１とで第１
の共振器が構成されていると共に、全反射鏡１４とプリ
ズム１５ａの表面Ｐとで第２の共振器が構成されてい
る。

【００３４】第１の共振器は安定型となっており、この
第１の共振器（以下、安定型共振器という）間にレーザ
チャンバ１２が配置されている。

【００３５】この安定型共振器においては、全反射鏡１
０とレーザチャンバ１２との間に狭帯域素子としてのエ
タロン１３が配置されており、このエタロン１３によっ
て発振ラインがさらに狭帯域化（すなわち超狭帯域化）
される。

【００３６】エタロン１３においては、波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍである強いラインの中心に、その最大
透過波長が合わせられているため、レーザ発振させる
と、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍで波長幅約０．２
ｐｍに超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１０が、出力鏡１１
から取り出される。

【００３７】ビームスプリッタ１６は、数％程度の反射
率を有しており、入射したレーザ光Ｌ１０をこの反射率
に応じて反射させると共に、残りのレーザ光を透過させ
る。

【００３８】ピンホール１７ａは、所定の径の穴が形成
された遮光性の部材で構成されており、入射したレーザ
光のうち当該穴を通過するレーザ光をビーム合成器１９
へ導く。

【００３９】一方、上記第２の共振器における出力側の
反射としては、プリズム１５ａの表面Ｐにおける表面反
射が利用されている。このため、表面反射されるプリズ
ム１５ａの表面Ｐ（反射面）に対し入射角が垂直（９０
度）をもってレーザ光が入射するように、プリズム１５
ａが配置されている。

【００４０】すなわち第２の共振器は安定型であり、こ
の第２の共振器中には狭帯域化素子を含まないことか
ら、フッ素レーザの２本のライン（波長λ１＝１５７．
６２９９ｎｍのライン、波長λ２＝１５７．５２３３ｎ
ｍのライン）がそのまま発振される。

【００４１】プリズム１５ａは狭帯域化されていない２
本の発振線を含むレーザ光Ｌ１２を波長分散させるもの
であり、プリズム１５ｂは、第２の共振器から出射され
たレーザ光つまりプリズム１５ａから出射されたレーザ
光Ｌ１２をさらに波長分散させる。

【００４２】すなわち、２本のラインを含むレーザ光Ｌ
１２は２個のプリズム１５ａ、１５ｂを進む間に、波長
分散によって、２本のラインのそれぞれの進行方向に微
小な角度差が生じていく。

【００４３】ピンホール１７ｂは、所定の径の穴が形成
された遮光性の部材で構成されており、入射したレーザ
光のうち当該穴を通過するレーザ光をビーム合成器１９
へ導く。ここでは、２個のプリズム１５ａ、１５ｂを通
過することにより、角度差を生じて進行している２本の
発振線のうちの、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍの１
本の発振線（ライン）を有するレーザ光のみを通過させ
るように設定されている。

【００４４】ビーム合成器１９は、ピンホール１７ａか
らの狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１（波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍ）と、ピンホール１７ｂからの狭帯域
化されていないレーザ光Ｌ１３（波長λ１＝１５７．６
２９９ｎｍ）とを合成して、分光器２０へ出射する。

【００４５】分光器２０は、スキャニングファブリペロ
ーエタロン（図示せず）と、このエタロンのギャップ間
隔を変化させるピエゾ素子（図示せず）とから構成され
ており、超狭帯域化されているレーザ光Ｌ１１と１ライ
ン化されているが超狭帯域化されていないレーザ光Ｌ１
３の両方を入射して、それぞれのレーザ光のスペクトル
を検出する。

【００４６】この分光器２０では、スキャニングファブ
リペローエタロンのギャップ間隔をピエゾ素子によって
変化させることで、入射したレーザ光のスペクトルを検
出している。

【００４７】すなわち、ピエゾ素子に印可される印加電
圧に比例して、スキャニングファブリペローエタロンの
ギャップ間隔が変化するので、変化したギャップ間隔に
応じた当該エタロンの透過波長がスキャンされる。した
がって、ピエゾ素子への印可電圧に対応して当該エタロ
ンの透過波長が変化することになる。

【００４８】シャッター２１ａは、垂直方向に移動可能
になっており、ピンホール１７ａからのレーザ光Ｌ１１
を、遮光又は通過させるために用いられる。

【００４９】シャッター２１ｂは、水平方向に移動可能
になっており、ピンホール１７ｂからのレーザ光Ｌ１３
を、遮光又は通過させるために用いられる。

【００５０】これらのシャッター２１ａ、２１ｂを制御
することにより、分光器２０には、レーザ光Ｌ１１また
はレーザ光Ｌ１３のうちの何れか一方のレーザ光、又は
ビーム合成器１９により合成されたレーザ光が入射され
る。

【００５１】制御装置２３は、信号線２２ａを介して入
力される分光器２０からの検出結果を示す信号を基に、
エタロン１３が固定されている回転ステージ２４を、信
号線２２ｂを介して回転制御する。

【００５２】この回転ステージ２４が回転すると、これ
に伴って回転ステージ２４に固定されているエタロン１
３も回転するので、エタロン１３に入射するレーザ光の
入射角も変化されることになる。

【００５３】次に、かかる構成の超狭帯域化フッ素レー
ザ装置１００の動作について、図１を参照して説明す
る。

【００５４】今現在、シャッター２１ａ、２１ｂは共
に、入射するレーザ光をビーム合成器１９へ通過させる
ように設定されているものとする。

【００５５】まず、レーザチャンバ１２からレーザ発振
されたレーザ光が、エタロン１３を通過して全反射鏡１
０に当たって全反射し、更にエタロン１３を通過してレ
ーザチャンバ１２に戻りここを通過して出力鏡１１に入
射することにより、全反射鏡１０と出力鏡１１との間で
レーザ光が共振されて１ライン化され、さらにエタロン
１３によって狭帯域化（すなわち超狭帯域化）される。

【００５６】エタロン１３においては、波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍである強いラインの中心に、その最大
透過波長が合わせられているため、レーザ発振させる
と、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍで波長幅約０．２
ｐｍに超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１０が、出力鏡１１
から取り出される。

【００５７】このレーザ光Ｌ１０は、ビームスプリッタ
１６に当たり、数％程度の反射率に応じたレーザ光が反
射し、ピンホール１７ａに当たる。

【００５８】ピンホール１７ａに形成されている穴を通
過した超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１は、ビーム合成
器１９に入射する。

【００５９】なお、レーザ光Ｌ１０のうち、ビームスプ
リッタ１６を透過したものが露光に使われることにな
り、フッ素露光機本体（図示せず）へ進む。

【００６０】ところで、レーザチャンバ１２から発振さ
れたレーザ光は、全反射鏡１４にも当たって全反射し
て、再度レーザチャンバ１２に戻りここを通過してプリ
ズム１５ａの表面Ｐ（反射面）に入射する。

【００６１】そして、全反射鏡１４とプリズム１５ａの
表面Ｐ（反射面）とで構成されている第２の共振器にお
いて、フッ素レーザの２本のラインがそのまま発振され
る。

【００６２】プリズム１５ａの中を通って取り出される
第２の共振器により発振されたレーザ光Ｌ１２は、プリ
ズム１５ｂを通り、ミラー１８に反射してピンホール１
７ｂに形成されている穴を通過し、さらにビーム合成器
１９に入射する。

【００６３】ところで、上記第２の共振器から出射され
た２本のラインを含むレーザ光Ｌ１２は、２個のプリズ
ム１５ａ、１５ｂを進む間に、波長分散によって、２本
のラインのそれぞれの進行方向に微小な角度差が生じる
ことになる。

【００６４】ここでは、ミラー１８に反射した２本のラ
インを含むレーザ光のうち、１本のライン（波長λ１＝
１５７．６２９９ｎｍのライン）を有するレーザ光Ｌ１
３がピンホール１７ｂを通過するように設定されている
ので、分光器２０には、超狭帯域化されているレーザ光
Ｌ１１と１ライン化されているが超狭帯域化されていな
いレーザ光Ｌ１３の両方が入射されることになる。

【００６５】ここで、分光器２０において、超狭帯域化
されていないレーザ光Ｌ１３のみのスペクトルを測定す
る場合には、シャッタ２１ａを図１で上方に移動させ
て、レーザ光Ｌ１１を遮光し、一方、超狭帯域化された
レーザ光Ｌ１１のみのスペクトルを測定する場合は、シ
ャッタ２１ｂを図１で左方に移動させ、レーザ光Ｌ１３
を遮光する。

【００６６】分光器２０は、２つのシャッタ２１ａ、２
１ｂが移動制御されることで、レーザ光Ｌ１１及びレー
ザ光Ｌ１３のそれぞれのスペクトルを測定し、この測定
結果を、信号線２２ａを介して制御装置２３に送信す
る。

【００６７】制御装置２３は、分光器２０からの測定結
果を基に、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１のスペクト
ルの中心波長を安定化させるために、超狭帯域化されて
いないレーザ光Ｌ１３の広いスペクトルの中心波長と、
超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１のスペクトルの中心波
長とを一致させるべく、信号線２２ｂを介して回転ステ
ージ２４を回転制御する。

【００６８】次に、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１０の
波長の安定化について、図２を参照して説明する。

【００６９】分光器２０においては、レーザ光Ｌ１３が
シャッタ２１ｂによって遮光された状態で、波長λ１＝
１５７．６２９９ｎｍのレーザ光Ｌ１１のみのスペクト
ルを測定すると、図２(a)に示すように狭い波長幅のス
ペクトル分布（超狭帯域化された波長幅の特性）が測定
され、一方、レーザ光Ｌ１１がシャッタ２１ａによって
遮光された状態で、波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍの
レーザ光Ｌ１３のみのスペクトルを測定すると、図２
(b)に示すように広い波長幅のスペクトル分布（超狭帯
域化されていない波長幅の特性）が測定される。

【００７０】この実施形態では、分光器２０は、スキャ
ニングファブリペローエタロン（図示せず）のギャップ
間隔をピエゾ素子（図示せず）によって変化させること
で、これらのスペクトルを検出してスペクトル分布を得
ることができる。

【００７１】すなわち、ピエゾ素子への印可電圧に比例
して、スキャニングファブリペローエタロンのギャップ
間隔が変化し、このギャップ間隔の変化に伴ってスキャ
ニングファブリペローエタロンの透過波長も変化するの
で、この変化した透過波長をスキャンすることによりス
ペクトル分布を得ることができる。

【００７２】したがって、ピエゾ素子への印可電圧に対
応してスキャニングファブリペローエタロンの透過波長
が変化することから、図２（ａ）、（ｂ）に示したよう
なグラフが得られる。

【００７３】なお、図２（ａ）、（ｂ）に示すレーザ光
Ｌ１１、Ｌ１２のスペクトル分布においては、ピエゾ素
子への印加電圧が例えば３００（Ｖ）の点で、超狭帯域
化されていないレーザ光Ｌ１３のスペクトルの中心波長
と、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１のスペクトルの中
心波長とが一致しているので、超狭帯域化されたレーザ
光Ｌ１０のスペクトルの中心波長は安定していることを
意味している。

【００７４】ここで、レーザ光Ｌ１３のスペクトルの中
心波長は、エタロン１３の設定角度（配置角度）に関係
なく絶対的に不変である。すなわち、ピエゾ素子への印
加電圧が３００（Ｖ）のときに、レーザ光Ｌ１３のスペ
クトルの波長は中心波長となる。

【００７５】これに対し、レーザ光Ｌ１１のスペクトル
の中心波長は、エタロン１３の設定角度（配置角度）に
応じて、ピエゾ素子への印加電圧３００（Ｖ）の点から
左右にズレることになる。

【００７６】ここで、仮に、ピエゾ素子への印加電圧が
３００（Ｖ）のときに、レーザ光Ｌ１１のスペクトルの
波長が中心波長になっていないで、レーザ光Ｌ１１とレ
ーザ光Ｌ１３のスペクトルの中心波長がズレていた場合
には、以下のようして設定角度を調整すれば良い。

【００７７】すなわち、制御装置２３は、ピエゾ素子へ
の印加電圧が３００（Ｖ）において、これらのスペクト
ル特性を基に、図２（ａ）に示すような超狭帯域化され
たレーザ光Ｌ１１（波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍ）
のスペクトルの中心波長と、図２（ｂ）に示すような超
狭帯域化されないレーザ光Ｌ１３（波長λ１＝１５７．
６２９９ｎｍ）のスペクトルの中心波長との隔たり（波
長の差）を検出し、この検出結果を基に、ピエゾ素子へ
の印加電圧が３００（Ｖ）の点において、レーザ光Ｌ１
１のスペクトルの中心波長が位置するように、信号線２
２ｂを介して回転ステージ４を回転制御する。

【００７８】この回転ステージ２４の回転に伴ってエタ
ロン１３も回転するので、エタロン１３の設定角度が微
調整され、結果的に、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ１１
（つまりレーザ光Ｌ１０）の中心波長が、超狭帯域化さ
れていないレーザ光Ｌ１３のスペクトルの中心波長（絶
対波長）に位置するように制御される。

【００７９】このように当該２つのレーザ光のスペクト
ルの中心波長の波長差をゼロにするか、あるいは一定範
囲内に収まるように制御することで、超狭帯域化された
レーザ光Ｌ１０のスペクトルの中心波長の安定化を図る
ことができる。

【００８０】なお、この実施形態では、波長安定化のた
めの分光器２０として、特にスキャニングファブリペロ
ーエタロンを用いているが、これは、回折格子を用いた
分光器に比べて、コンパクトにできる特徴があり、特に
レーザ装置内部に組み込むためには、最適である。

【００８１】すなわち、回折格子を用いた分光器におい
て、分解能が１ｐｍ以下のものは、光路長が約１ｍ以上
と大きくなり、レーザ装置内部に組み込むようにすると
装置全体が大きくなってしまう。

【００８２】これに対して、スキャニングファブリペロ
ーエタロンを用いた分光器においては、選択波長の波長
差であるＦＳＲ（自由スペクトル範囲とも呼ばれる）が
１ｐｍの場合、ギャップ間隔は１ｃｍ前後になるため、
スキャニングファブリペローエタロン全体としては数十
ｃｍとコンパクトにできる。

【００８３】すなわち、ＦＳＲ＝λ＾２／２・ｎ・ｄ
（ｐｍ）の数式を変形することにより、ｄ＝λ＾２／
（２・ｎ・ＦＳＲ）の数式を演算することにより、ｄ≒
１２．３ｍｍが得られる。

【００８４】ただし、λは波長を表し（ここでは１５７
（ｎｍ））、ｎは媒体の屈折率を表し（ここでは、空気
中の屈折率≒１）、ＦＳＲは選択波長の波長差を表し
（ここでは１（ｐｍ））ている。

【００８５】以上説明したように本実施形態によれば、
超狭帯域化されていないレーザ光も同時に発振させて、
そのレーザ光の広いスペクトルの中心波長を検出し、こ
の検出した超狭帯域化されていないレーザ光のスペクト
ルの中心波長（つまり絶対波長）と、超狭帯域化された
レーザ光のスペクトルの中心波長とが一致するように制
御しているので、確実に、超狭帯域化されたレーザ光の
スペクトルの中心波長を安定化させることができる。

【００８６】また、本実施形態によれば、超狭帯域化さ
れたレーザ光と超狭帯域化されていないレーザ光との両
方を同一の分光器に入射させてスペクトルを検出してい
るので、超狭帯域化されたレーザ光の波長安定化を容易
に実施し易くなる。

【００８７】さらに、本実施形態によれば、波長安定化
のための分光器２０として、スキャニングファブリペロ
ーエタロンを用いているので、回折格子を用いた分光器
に比べて、分光器をコンパクトにすることができること
となり、よってこの分光器が組み込まれるレーザ装置も
コンパクトにすることができる。

【００８８】［第２の実施の形態］図３は、第２の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置２００の構成を
示す構成図である。この図に示す超狭帯域化フッ素レー
ザ装置２００は、図１に示した第１の実施形態の構成に
おいて、出力鏡１１、エタロン１３、全反射鏡１４、２
つのシャッタ２１ａ、２１ｂ、信号線２２ｂ、制御装置
２３および回転ステージ２４を削除し、出力鏡エタロン
３１および圧力制御装置３２を追加した構成になってい
る。なお、同図において、図１に示した構成要素と同様
の機能を果たす部分には同一符号を付している。

【００８９】出力鏡エタロン３１は、出力鏡としての機
能を果たすものであり、２つの基板３１ａ、３１ｂと、
これらの基板間を所定の距離に保つために、これらの基
板間に介在されている複数の（例えば３つの）スペーサ
（図３中では２つのスペーサ３１ｃ、３１ｄを示してい
る）と、２つの基板３１ａ、３１ｂの間に形成される空
間を密閉するための部材３１ｅとから構成されている。

【００９０】また、部材３１ｅには、一端が圧力制御装
置３２に配置されている管３２ａの他端が配置されると
共に、圧力制御装置３２によって管３２ａを介して密閉
状態の出力鏡エタロン３１内部のガス圧が調整できるよ
うに穴が形成されている。

【００９１】このような出力鏡エタロン３１において
は、圧力制御装置３２によって出力鏡エタロン３１内部
のガス圧が調整されると、このガス圧に応じて透過波長
が変化、すなわち選択波長が変化する。

【００９２】圧力制御装置３２は、信号線２２ａを介し
て受信した分光器２０からの検出結果を示す信号を基
に、管３２ａを介して出力鏡エタロン３１の内部のガス
圧を微調整する。

【００９３】かかる構成の超狭帯域化フッ素レーザ装置
２００においては、全反射鏡１０と出力鏡エタロン３１
とで第１の共振器が構成され、全反射鏡１０とプリズム
１５ａの表面Ｐとで第２の共振器が構成されている。ま
た、第１の共振器中すなわち全反射鏡１０と出力鏡エタ
ロン３１との間にレーザチャンバ１２が配置されてい
る。

【００９４】この実施形態の超狭帯域化フッ素レーザ装
置２００が、図１に示した第１の実施形態の超狭帯域化
フッ素レーザ装置１００と異なる点としては、第２の共
振器を構成する全反射鏡に、超狭帯域化で発振する第１
の共振器の全反射鏡を利用していることである。

【００９５】次に、このような超狭帯域化フッ素レーザ
装置２００による超狭帯域化されたレーザ光の波長の安
定化について、図３を参照して説明する。

【００９６】まず、レーザチャンバ１２からレーザ発振
されたレーザ光が、全反射鏡１０に当たって全反射され
て、再度、レーザチャンバ１２に戻りここを通過して出
力鏡エタロン３１に入射すると、全反射鏡１０と出力鏡
エタロン３１との間でレーザ光が共振されて１ライン化
され、さらに出力鏡エタロン３１によって狭帯域化（す
なわち超狭帯域化）され、このため出力鏡エタロン３１
からは、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２０が出射され
る。

【００９７】このレーザ光Ｌ２０は、ビームスプリッタ
１６に当たり、一部が反射してピンホール１７ａに当た
る。このピンホール１７ａを通過したレーザ光Ｌ２１
は、ビーム合成器１９に当たる。

【００９８】一方、狭帯域化素子が存在しない第２の共
振器においては、全反射鏡１０とプリズム１５ａの表面
Ｐとの間でレーザ光が共振して、２ラインがそのまま発
振することになる。

【００９９】この発振したレーザ光Ｌ２２は、プリズム
１５ａとプリズム１５ｂを通り、ミラー１８に反射して
ピンホール１７ｂに当たる。ピンホール１７ｂに形成さ
れている穴を通過したレーザ光Ｌ２３は、１ライン化さ
れてビーム合成器１９に当たり、このビーム合成器１９
において既に入射しているレーザ光Ｌ１８と合成され
る。

【０１００】すなわち、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２
１（波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍ）と１ラインがそ
のままのレーザ光Ｌ２３（波長λ１＝１５７．６２９９
ｎｍ）とが合成されたレーザ光Ｌ２４（波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍ）が分光器２０に入射することにな
る。

【０１０１】分光器２０は、こうして合成されたレーザ
光Ｌ２４のスペクトルを測定し、この測定結果を、信号
線２２ａを介して圧力制御装置２３に送信する。

【０１０２】ここで、分光器２０において測定されるス
ペクトルの検出に基づくスペクトル分布について、図４
を参照して説明する。

【０１０３】図４（ａ）超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２
１のスペクトルを示し、図４（ｂ）は１ラインがそのま
まの（超狭帯域化されていない）レーザ光Ｌ２３のスペ
クトルを示し、図４（ｃ）はレーザ光Ｌ２１とレーザ光
Ｌ２３とが合成されたレーザ光Ｌ２４のスペクトルを示
している。

【０１０４】この実施形態では、上述したように超狭帯
域化されたレーザ光Ｌ２１と１ラインがそのままのレー
ザ光Ｌ２３とが合成されたレーザ光Ｌ２４のスペクトル
のみを測定している。

【０１０５】ここで、仮に、超狭帯域化されたレーザ光
Ｌ２１のスペクトルを測定するならば、図４（ａ）に示
すようにシャープな形状の分布（波長幅の狭いスペクト
ル）となり、一方、１ラインがそのままのレーザ光Ｌ２
３のスペクトルを測定するならば、図４（ｂ）に示すよ
うに広い山成りのスペクトル形状の分布（波長幅の広い
スペクトル）になる。

【０１０６】そして、実際に測定するレーザ光Ｌ２４の
スペクトル分布は、図４（ｃ）に示すように、超狭帯域
化された部分のシャープなスペクトルが、広い山成りの
スペクトル形状の上に飛び出すように観測される。

【０１０７】なお、図４（ｃ）に示すレーザ光のスペク
トル分布においては、超狭帯域化されていないレーザ光
Ｌ２３のスペクトルの中心波長と、超狭帯域化されたレ
ーザ光Ｌ２１のスペクトルの中心波長とが一致している
ので、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２４のスペクトルの
中心波長は安定していることを意味している。

【０１０８】ここで、レーザ光Ｌ２３のスペクトルの中
心波長は、出力鏡エタロン４２内部のガス圧に関係なく
絶対的に不変である。すなわち、ピエゾ素子への印加電
圧が例えば３５０（Ｖ）近傍のときに、レーザ光Ｌ２３
のスペクトルの波長は中心波長となる。

【０１０９】これに対し、レーザ光Ｌ２１のスペクトル
の中心波長は、出力鏡エタロン４２の内部のガス圧に応
じて、ピエゾ素子への印加電圧３５０（Ｖ）近傍の点か
ら左右にズレることになる。

【０１１０】そこで、分光器２０によって、図４（ｃ）
に示すようなレーザ光のスペクトル分布が得られた場合
には、レーザ光Ｌ２４のスペクトルの中心波長は安定し
ているので、圧力制御装置３２による出力鏡エタロン３
１内部のガス圧の微調整は行われず、そのままとなる。

【０１１１】一方、仮に、ピエゾ素子への印加電圧が例
えば３５０（Ｖ）近傍のときに、レーザ光Ｌ２１のスペ
クトルの波長が中心波長になっていないで、レーザ光Ｌ
２１とレーザ光Ｌ２３のスペクトルの中心波長がズレ
て、図４（ｃ）に示すようなスペクトル分布が得られな
かった場合には、以下のようして出力鏡エタロン４２内
部のガス圧を調整すれば良い。

【０１１２】すなわち、圧力制御装置３２は、信号線２
２ａを介して、図４（ｃ）に示すようなレーザ光のスペ
クトル分布ではなく、２つの中心波長がズレているスペ
クトルに対応する分光器２０からの検出結果を示す信号
を入力した場合には、この検出結果を示す信号に基づい
て、シャープな部分が山なりの形状の中心に来るよう
に、出力鏡エタロン３１の内部のガス圧を微調整する。

【０１１３】これによって、超狭帯域化されていないレ
ーザ光Ｌ２３の広いスペクトルの中心波長と、超狭帯域
化されたレーザ光Ｌ２１のスペクトルの中心波長とが一
致するように、出力鏡エタロン３１における透過波長が
微調整されて、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２０のスペ
クトルの波長の安定化が図られる。

【０１１４】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を期待する
ことができる。

【０１１５】［第３の実施の形態］図５は、第３の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置３００の構成を
示す構成図である。

【０１１６】一般にフッ素レーザで用いられる全反射鏡
においては、反射率は高くても９２％前後であり、入射
したレーザ光中の残りの８％のレーザ光は吸収または透
過する。具体的には、入射したレーザ光中の８％のレー
ザ光のうち、一部は反射膜と基板に吸収されるが、他の
数％は透過する。そこで本実施形態では、このようなフ
ッ素レーザで用いられる光学部材の特徴を十分に認識し
た上で、レーザ装置を具現化している。

【０１１７】さて、図５に示す超狭帯域化フッ素レーザ
装置３００では、第１の共振器は全反射鏡４１と出力鏡
エタロン４２とで構成されており、これらの間にレーザ
チャンバ４３が配置されている。

【０１１８】また、超狭帯域化するための第１の共振器
に用いられている全反射鏡４１と全反射鏡４４とで第２
の共振器が構成されており、この第２の共振器中には、
レーザチャンバ４３が配置されている。

【０１１９】ミラー制御部４５は、可動ミラー４６と全
反射鏡４１とで形成される光路長が変化するように、可
動ミラー４６の位置を移動させる。

【０１２０】全反射鏡４１を透過した超狭帯域化された
レーザ光Ｌ３１と１ラインがそのままのレーザ光Ｌ３２
は可動ミラー４６で反射してピンホール４７に当たる。

【０１２１】この可動ミラー４６の位置に応じて、ピン
ホール４７に形成されている穴を通過したレーザ光は分
光器４８に入射する。

【０１２２】分光器４８は、図１に示した第１の実施形
態の分光器２０と同様の機能を有するものであり、入射
したレーザ光のスペクトルを検出し、この検出結果を示
す信号を信号線４８ａを介して制御装置４９に送出す
る。

【０１２３】制御装置４９は、図１に示した第１の実施
形態の制御装置２３と同様の機能を有するものであり、
信号線４８ａを介して入力される分光器４８からの検出
結果を示す信号を基に、出力鏡エタロン４２が固定され
ている回転ステージ５０を、信号線４９ａを介して回転
制御する。

【０１２４】この回転ステージ５０が回転すると、これ
に伴って回転ステージ５０に固定されている出力鏡エタ
ロン４２も回転するので、出力鏡エタロン４２に入射す
るレーザ光の入射角も変化されることになる。

【０１２５】次に、かかる構成の超狭帯域化フッ素レー
ザ装置３００による超狭帯域化されたレーザ光の波長の
安定化について、図５を参照して説明する。

【０１２６】今現在、可動ミラー４６は、レーザ光Ｌ３
１がピンホール４７の穴を通過できるような位置に存在
するものとする。

【０１２７】まず、レーザチャンバ４３からレーザ発振
されたレーザ光が、全反射鏡４１に当たって９２％前後
の反射率に応じて反射されて、再度、レーザチャンバ４
３に戻りここを通過して出力鏡エタロン４２に入射する
と、全反射鏡４１と出力鏡エタロン４２との間でレーザ
光が共振されて１ライン化され、さらに出力鏡エタロン
４２によって狭帯域化（すなわち超狭帯域化）される。
このため出力鏡エタロン４２からは、超狭帯域化された
レーザ光Ｌ３０が出射される。

【０１２８】また、上述したように出力鏡エタロン４２
によって超狭帯域化されたレーザ光のうちの数％のレー
ザ光が全反射鏡４１を透過する（つまり、透過したレー
ザ光３１である）。

【０１２９】これと同時に、レーザチャンバ４３からレ
ーザ発振されたレーザ光は、全反射鏡４１と全反射鏡４
４との間で共振されて１ライン化されたレーザ光のうち
の数％のレーザ光が全反射鏡４１を透過する（つまり透
過したレーザ光３２である）。

【０１３０】このようにして全反射鏡４１を透過したレ
ーザ光Ｌ３１、Ｌ３２は可動ミラー４６に反射してピン
ホール４７に当たる。しかし、現時点では、レーザ光Ｌ
３１のみがピンホール４７の穴を通過できるように、ミ
ラー制御部４５の制御の下に可動ミラー４６が所定の第
１の位置に配置されているので、ピンホール４７の穴か
らは、レーザ光Ｌ３１が出射される。

【０１３１】このレーザ光Ｌ３１が分光器４８に入射す
ると、分光器４８はレーザ光Ｌ３１のスペクトルを検出
し、この検出結果を示す信号を信号線４８ａを介して制
御装置４９に送出する。

【０１３２】次に、レーザ光Ｌ３２のみがピンホール４
７の穴を通過できるように、ミラー制御部４５によっ
て、可動ミラー４６が所定の第１の位置から所定の第２
の位置に移動されると、ピンホール４７の穴からは、レ
ーザ光Ｌ３２が出射される。

【０１３３】このレーザ光Ｌ３２が分光器４８に入射す
ると、分光器４８はレーザ光Ｌ３２のスペクトルを検出
し、この検出結果を示す信号を信号線４８ａを介して制
御装置４９に送出する。

【０１３４】このようにミラー制御部４５が可動ミラー
４６を所定の第１又は第２の位置に移動制御することに
より、分光器４８は、ピンホール４７の穴を通過したレ
ーザ光Ｌ３１とレーザ光Ｌ３２のスペクトルを交互に検
出することができる。

【０１３５】したがって、分光器４８は、図２（ａ）に
示したような、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ３１のスペ
クトルの検出結果と、また図２（ｂ）に示したような、
１ラインのままのレーザ光Ｌ３２のスペクトルの検出結
果を得ることができる。

【０１３６】なお、ミラー制御部４５は、可動ミラー４
６に対する移動制御のタイミングとしては、分光器４８
がレーザ光のスペクトルを検出することのできる所定時
間よりも長い所定時間に達した時点とすれば良い。ま
た、分光器４８がレーザ光のスペクトルの検出を終了し
た旨をミラー制御部４５に通知し、ミラー制御部４５
は、その検出終了した旨を受け取ったら、可動ミラー４
６に対する移動制御を実施するようにしても良い。

【０１３７】ところで、レーザ光Ｌ３１、Ｌ３２のそれ
ぞれのスペクトルの検出結果を示す信号を受け取った制
御装置４９では、分光器４８からの測定結果を基に、上
記第１の実施形態の制御装置２３と同様の制御処理を実
施する。

【０１３８】すなわち、制御装置４９は、分光器４８か
らの、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなレーザ光Ｌ３
１、３２のスペクトルの検出結果を示す信号を基に、超
狭帯域化されていないレーザ光Ｌ３２の広いスペクトル
の中心波長と、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ３１のスペ
クトルの中心波長とを一致させるべく、信号線４９ａを
介して回転ステージ５０を回転制御する。

【０１３９】なお、レーザ光Ｌ３１のスペクトルの中心
波長を調整する手段として、図３に示した出力鏡エタロ
ン３１と同様に、圧力を調整する手法を用いても良い。

【０１４０】このように、超狭帯域化するための第１の
共振器と第２の共振器との両方に利用されている全反射
鏡４１を透過するレーザ光Ｌ３１、Ｌ３２を分光器４８
で別々に測定し、この測定結果を基に、超狭帯域化され
たレーザ光Ｌ３０のスペクトルの中心波長の安定化を図
ることができる。

【０１４１】以上説明したように、第３の実施形態によ
れば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を期待する
ことができる。

【０１４２】また、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ３０の
中心波長の安定化を行うために利用するレーザ光とし
て、全反射鏡４１から漏れる数％のレーザ光を利用して
いるため、出力鏡エタロン４２から取り出されるレーザ
光Ｌ３０の一部を取り出すことなく、レーザ光Ｌ３０の
中心波長の安定化を図ることができる。しかも、露光に
利用されるレーザ光Ｌ３０が減少することがないので、
レーザ光の出力効率を高めつつ、レーザ光Ｌ３０の中心
波長の安定化を図ることができる。

【０１４３】［第４の実施の形態］図６は、第４の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置４００の構成を
示す構成図である。なお、図６（ａ）はそのレーザ装置
４００の上面図を示し、図６（ｂ）はそのレーザ装置４
００の側面図を示している。

【０１４４】この実施形態では、超狭帯域化させる第１
の共振器は、全反射鏡７０と同調ミラー７１とで構成さ
れており、この第１の共振器中にレーザチャンバ７３お
よび狭帯域化素子としての回折格子７２が配置されてい
る。また、超狭帯域化をしない第２の共振器としては、
レーザチャンバ７３の側面に備えられた２つの窓７５
ａ、７５ｂを通して、超狭帯域化させる第１の共振器の
長手方向と直交する方向に構成される。

【０１４５】なお、第１の共振器の長手方向に沿って、
レーザ光の光軸を挟むように陰極と陽極とから構成され
る細長い放電部（図示せず）が設けられている。この第
１の共振器の長手方向と直交して配置される第２の共振
器における増幅媒質としては、上記細長い放電部の僅か
な割合だけが利用される。

【０１４６】レーザチャンバ７３から出射されたレーザ
光の光軸を折り曲げるように回折格子７２が配置され、
この回折格子７２で回折された回折光を全反射させるよ
うに同調ミラー７１が配置されている。

【０１４７】なお、回折格子７２は、斜入射型回折格子
として機能すべく、入射角が約８０度以上の角度をもっ
てレーザ光が入射されるように配置されている。この回
折格子１３においては回折と反射が行われ、回折された
レーザ光は同調ミラー７１に反射して回折格子７２に戻
り、一方、反射したレーザ光は外部へ出射される。

【０１４８】このように回折格子７２を斜入射型回折格
子として機能させ、同調ミラー７１により回折光を全反
射させる理由は、レーザチャンバ７３からのレーザ光
を、回折格子７２に形成されている複数の溝線に照射さ
せ、且つ同調ミラーからの反射光（出射光）も当該複数
の溝線に照射させるためだからである。

【０１４９】すなわち、一般的に回折格子に照射される
レーザ光が当該多くの溝線に当たる程、より狭帯域化が
図られることから、同調ミラー７１からのレーザ光を回
折格子７２の広範囲の面積つまり多くの溝線に照射させ
るようにしている。

【０１５０】このため、同調ミラー７１は、回転ステー
ジ７４に固定して配置されており、制御装置８３によっ
て所定の方向に回転制御される。すなわち、同調ミラー
７１の設定角度が調整される。

【０１５１】こうして同調ミラー７１の設定角度が変化
すると、回折格子７２に形成されている複数の溝線に照
射される同調ミラー７１からのレーザ光の割合が変化
し、選択波長も変化することになる。

【０１５２】なお、回折格子７２と同調ミラー７１とで
出力鏡として機能するものであり、狭帯域化されたレー
ザ光が実際に出力されるのは回折格子７２からである。
また、レーザ光Ｌ７０が取り出される回折格子７２は、
斜入射型であるため、回折効率が１０〜２０％と低いも
のの、フッ素（Ｆ２）レーザに適用する場合には、回折
格子７２と同調ミラー７１とで高い透過率の出力鏡とし
て機能する。

【０１５３】次に、かかる構成の超狭帯域化フッ素レー
ザ装置４００による超狭帯域化されたレーザ光の波長の
安定化について、図６を参照して説明する。

【０１５４】レーザチャンバ７３から出射されたレーザ
光が回折格子７２に入射すると、この回折格子７２にお
いて、一部のレーザ光は回折し、他のレーザ光は反射す
る。

【０１５５】回折格子７２で回折されたレーザ光（回折
光）は同調ミラー７１に当たり、この同調ミラー７１に
反射したレーザ光は再度回折格子７２に入射する。この
入射したレーザ光がレーザチャンバ７３に戻り、ここを
通過して全反射鏡７０に当たることにより、全反射鏡７
０と同調ミラー７１との間（第１の共振器間）でレーザ
光が共振して超狭帯域化される。

【０１５６】このようにして超狭帯域化されたレーザ光
（波長λ１＝１５７．６２９９ｎｍ）のうちの数％のレ
ーザ光、つまり全反射鏡７０を透過して外部に取り出さ
れたレーザ光Ｌ７１は、ビーム合成器８０に当たる。

【０１５７】一方、回折格子７２に反射した超狭帯域化
されたレーザ光Ｌ７０は、図示しないフッ素露光機の露
光光として使用される。

【０１５８】こうした超狭帯域化の動作と同時に、全反
射鏡７６と出力鏡７７とで構成されている第２の共振器
においては、２つの窓７５ａ、７５ｂを通してレーザ光
（広いスペクトルの２ラインのレーザ光）が取り出され
る。出力鏡７７から取り出される広いスペクトルのまま
のレーザ光Ｌ７２は、ミラー７８に当たった後、２個の
プリズム７９ａ、７９ｂを進む。これらのプリズムによ
り１ライン化されたレーザ光Ｌ７３（波長λ１＝１５
７．６２９９ｎｍ）は、ビーム合成器８０に当たる。

【０１５９】このため、分光器８１には、超狭帯域化さ
れたレーザ光Ｌ７１と１ラインがそのままのレーザ光Ｌ
７３の両方が入射することになるので、分光器８１で
は、上記第２の実施形態と同様に、超狭帯域化されたレ
ーザ光Ｌ７１と１ラインがそのままのレーザ光Ｌ７３と
が合成されたようなレーザ光のスペクトルを検出するこ
とになる（図４（ｃ）参照）。

【０１６０】ここで、仮に、超狭帯域化されたレーザ光
Ｌ７１を分光器８１により検出した場合には図４（ａ）
に示すようなレーザ光のスペクトルの分布となり、一
方、１ラインがそのままのレーザ光Ｌ７３を分光器８１
により検出した場合は 図４（ｂ）に示すようなレーザ
光のスペクトルの分布となる。

【０１６１】ところで、分光器８１が図４（ｃ）に示す
ようなレーザ光のスペクトルを検出すると、分光器８１
からは、そのレーザ光のスペクトルの検出結果を示す信
号が、信号線８２ａを介して制御装置８３に送出され
る。

【０１６２】すると制御装置８３は、入力された検出結
果を示す信号を基に、信号線８２ｂを介して回転ステー
ジ７４を回転制御する。

【０１６３】この回転ステージ７４の回転に伴って同調
ミラー７１も回転されて設定角度が微調整され、結果的
に、同調ミラー７１からの反射光による回折格子７２の
複数の溝線に照射される領域（面積）も変化する。よっ
て回折格子７２の選択波長も変化し、超狭帯域化を図る
ことができる。

【０１６４】ここで、上記第２の実施形態で説明したよ
うに図４（ｃ）に示すレーザ光のスペクトル分布におい
ては、超狭帯域化されたレーザ光Ｌ２１のスペクトルの
中心波長は安定していることを意味しているので、この
第４の実施形態においても、分光器８１によって、図４
（ｃ）に示すようなレーザ光のスペクトルが検出された
場合には、レーザ光Ｌ７０のスペクトルの中心波長は安
定しているので、同調ミラー７１は、制御装置８３によ
る回転制御は行われず、そのままとなる。

【０１６５】これに対して、図４（ｃ）に示すようなレ
ーザ光のスペクトル分布におけるシャープな部分、つま
り超狭帯域化されたレーザ光Ｌ７１のスペクトルの中心
波長が、超狭帯域化されていないレーザ光Ｌ７３の広い
スペクトルの中心波長に位置しないで、この波長よりも
ズレていた場合には、同調ミラー７１は、所望の設定角
度をもって配置されていないことになるので、制御装置
８３によって回転制御される。

【０１６６】なお、上記実施形態では、第１の共振器と
第２の共振器とが直交するように配置されているが、こ
れに限定されることなく、第１の共振器と第２の共振器
とを９０度以外の角度をもって交差するように配置して
も良い。

【０１６７】この場合、２つの窓７５ａ、７５ｂにおけ
るレーザ光の損失を抑制するという観点から、窓７５
ａ、７５ｂに対し、全反射鏡７６と出力鏡７７との間で
共振するレーザ光が例えば約ブリュースタ角をもって入
射および出射されるように、第１の共振器と第２の共振
器とが交差して配置されるのが好ましい。

【０１６８】そして、かかる構成においても、これら２
つの共振器が直交して配置された場合と同様に、第２の
共振器における増幅媒質としては、第１の共振器の長手
方向に沿って設けられている細長い放電部の僅かな割合
だけが利用される。

【０１６９】以上説明したように、第４の実施形態によ
れば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を期待する
ことができる。

【０１７０】また、超狭帯域化を行わない第２の共振器
が超狭帯域化させる第１の共振器の長手方向と交差（直
交を含む）して配置されるため、第２の共振器における
増幅媒質としては、第１の共振器の長手方向に沿って設
けられている細長い放電部の僅かな割合だけが利用され
るので、第２の共振器から発振する狭帯域化されないレ
ーザ光Ｌ７２のレーザ出力を大幅に下げることができ、
しかも超狭帯域化されたレーザ光Ｌ７０のレーザ出力の
低下を抑制することが容易になる。

【０１７１】［第５の実施の形態］図７は、第５の実施
形態に係る超狭帯域化フッ素レーザ装置５００の構成を
示す構成図である。

【０１７２】この超狭帯域化フッ素レーザ装置５００
は、図７に示すように、１つのレーザチャンバ９４に発
振段と増幅段との両方を備えたものである。発振段は、
全反射鏡９１、出力鏡９２、エタロン９３、ミラー９５
ａおよびレーザチャンバ９４から構成され、増幅段は、
ミラー９５ｂ、ビーム拡大器９６、シフトプリズム９７
およびレーザチャンバ９４から構成されている。

【０１７３】発振段の共振器としては、全反射鏡９１と
出力鏡９２とで構成されており、これによって狭帯域化
されないレーザ光Ｌ９０が発振される。つまり、全反射
鏡９１と出力鏡９２とで構成された発振段が、狭帯域化
されない第２の共振器に相当する。

【０１７４】図１に示したエタロン１３と同様の機能を
有するエタロン９３と出力鏡９２との間に、エタロン９
３に当たって反射して戻されたレーザ光Ｌ９３を分光器
９９へ反射させるように、ビームスプリッタ９８が配置
されている。

【０１７５】次に、かかる構成の超狭帯域化フッ素レー
ザ装置４００による超狭帯域化されたレーザ光の波長の
安定化について、図７を参照して説明する。

【０１７６】発振段においては、レーザチャンバ９４か
ら出射されたレーザ光Ｌ９０は、ビームスプリッタ９８
を通過して、エタロン９３中に進む。このエタロン９３
から出射されるレーザ光Ｌ９１は、超狭帯域化されたレ
ーザ光となり、ミラー９５ａに反射して増幅段に入射す
る。

【０１７７】この増幅段においては、エタロン９３から
出力される超狭帯域化されたレーザ光Ｌ９１は、ミラー
９５ａ、９５ｂによって折り返されて、ビーム拡大器９
６を通ることによりビーム幅が拡大される。

【０１７８】このビーム幅が拡大されたレーザ光は、シ
フトプリズム９７を通ってビームの位置が平行移動さ
れ、その後、レーザチャンバ９４に再び入射して、ここ
を通過することにより増幅される。

【０１７９】そして増幅段の要素としてのレーザチャン
バ９４からは、超狭帯域化され且つ増幅されたレーザ光
がレーザ光Ｌ９２として取り出される。

【０１８０】なお、発振段においては、エタロン９３に
当たって反射して戻されたレーザ光Ｌ９３が、ビームス
プリッタ９８に反射して分光器９９に入射すると、分光
器９９は、入射したレーザ光Ｌ９３のスペクトルを検出
する。この検出結果は、例えば図８（ｃ）に示すような
レーザ光のスペクトル分布となっている。

【０１８１】ここで、測定されるレーザ光のスペクトル
分布に関して、図８を参照して説明する。

【０１８２】発振段から取り出される狭帯域化されてい
ないレーザ光Ｌ９０のスペクトル分布は、図８（ａ）に
示すような広いスペクトル（波長幅の広いスペクトル）
の分布になり、エタロン９３を通過した超狭帯域化され
たレーザ光Ｌ９１のスペクトル分布は図８（ｂ）に示す
ようにシャープなスペクトル（波長幅の狭いスペクト
ル）の分布になる。なお、図８（ａ）、（ｂ）に示した
レーザ光のスペクトルは実際には分光器９９によって検
出されないが、説明の都合上示したものである。

【０１８３】ところで、エタロン９３で反射して戻され
るレーザ光Ｌ９３は、レーザ光Ｌ９０からレーザ光Ｌ９
１が差し引かれたものであるため、分光器９９により検
出されるレーザ光Ｌ９３のスペクトル分布は、図８
（ｃ）に示すように中心にシャープな窪みを有する形状
になる。

【０１８４】そこで本実施例におけるレーザ光Ｌ９１の
中心波長の安定化としては、図８（ｃ）に示すスペクト
ルの波形における窪みが全体の中心に来るように常時エ
タロン９３にフィードバックを掛けている。

【０１８５】このフィードバックの手法としては、図１
に示した第１の実施形態で説明したようにエタロン９３
の配置角度（設定角度）を微調整しても良いし、あるい
は、図３に示した第２の実施形態で説明したようにエタ
ロン９３内部の気体の圧力を微調整しても良い。

【０１８６】すなわち、前者の場合は、図１に示した構
成の如く、エタロン９３を回転ステージに固定し、この
回転ステージを制御装置により回転制御すれば良い。一
方、後者の場合は、図３に示した構成の如く、エタロン
９３内部を気密性とする構成とし、その内部のガス圧を
圧力制御装置により調整すれば良い。

【０１８７】以上説明したように、第５の実施形態によ
れば、１つのレーザチャンバ９４に発振段と増幅段との
両方を備えたレーザ装置であっても、上記第１の実施形
態と同様の作用効果を期待することができる。

【０１８８】例えば、超狭帯域化されていないレーザ光
のスペクトルの中心波長（つまり絶対波長）と、超狭帯
域化されたレーザ光のスペクトルの中心波長とが一致す
るように制御しているので、確実に、超狭帯域化された
レーザ光のスペクトルの中心波長の安定化を図ることが
できる。

【０１８９】［第６の実施の形態］図９は、超狭帯域化
レーザ装置を用いたフッ素露光機６００の構成を示す構
成図である。

【０１９０】このフッ素露光機６００は、大別して、図
１に示した超狭帯域化レーザ装置１００と、露光機本体
６１０とから構成されている。

【０１９１】露光機本体６１０は、クリーンルーム内の
グレーチング５１上に配置されており、超狭帯域化レー
ザ装置１００は、グレーチング５１の下のフロアー（一
般に床下と呼ばれるフロアー）の床５２の上に配置され
ている。

【０１９２】超狭帯域化レーザ装置１００から取り出さ
れた波長幅が約０．２ｐｍの強いライン（発振線）のみ
のレーザ光Ｌ５０は、ミラー５３ａに反射して上方に進
み、グレーチング５１における開口部５４を通過して、
露光機本体６１０内に進む。

【０１９３】レーザ光Ｌ５０は、レンズ５５で絞られ、
さらにフッ化カルシウムから成るガラスロッド５６内を
進み、この内部で全反射を繰り返すことで、ビーム強度
分布が均一化されたレーザ光Ｌ５１として出射される。

【０１９４】このレーザ光Ｌ５１は、ミラー５３ｂに反
射して、ビーム整形器５７を通ることによりビーム断面
が拡げられ、さらにミラー５３ｃに反射してコンデンサ
レンズ５８を通ってレチクル５９を照射する。

【０１９５】レチクル５９を出射したレーザ光Ｌ５２
は、縮小投影レンズ６０を通り、ウエハー６１に当た
る。すなわち、レチクル５９内のパターンが、縮小投影
レンズ６０によって、ウエハー６１上に転写されること
で、レチクル５９でのパターン状に露光される。なお、
ウエハー６１はステージ６２に搭載されている。

【０１９６】この実施形態のフッ素露光機６００では、
縮小投影光学系として、縮小投影レンズ６０が用いられ
ており、この縮小投影レンズ６０はフッ化カルシウムか
ら成る単色レンズで構成されている。

【０１９７】上述したようにレンズのみの縮小投影光学
系の利用が可能になったのは、超狭帯域化レーザ装置１
００から取り出されるレーザ光Ｌ５０の波長幅が約０．
２ｐｍと、従来のフッ素レーザの約１／１０と狭いた
め、縮小投影レンズ６０における色収差が無視できるか
らである。

【０１９８】従って露光機本体６１０の構成としては、
従来のＫｒＦ露光機のものと同等になる。大きな違いと
しては、レンズの材質が石英からフッ化カルシウムに変
更されただけであることから、縮小投影レンズの設計と
しては、従来のものと同様になり、設計に掛かるコスト
を大幅に低減することができる。

【０１９９】以上説明したように、第６の実施形態によ
れば、フッ素露光機においては、フッ素レーザ装置（超
狭帯域化フッ素レーザ装置）の価格が大幅に上昇した
り、レーザの効率が大きく悪化することなく、全屈折型
縮小投影光学系を利用することができる。

【０２００】すなわち縮小投影光学系として、従来のＫ
ｒＦ露光機のものと同様な設計にすることができる。つ
まり、シミュレーションツールとしては従来と同様のも
のを用いることができることとなり、短期間で縮小投影
光学系を設計でき、しかも人件費も大幅に削減すること
ができるので、短期間で安価に製品化されたフッ素露光
機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】図２は超狭帯域化フッ素レーザ装置１００にお
けるレーザ光のスペクトルを説明するための図である。

【図３】図３は第２の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置２００の構成を示す構成図である。

【図４】図４は超狭帯域化フッ素レーザ装置２００にお
けるレーザ光のスペクトルを説明するための図である。

【図５】図５は第３の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置３００の構成を示す構成図である。

【図６】図６は第４の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置４００の構成を示す構成図である。

【図７】図７は第５の実施形態に係る超狭帯域化フッ素
レーザ装置５００の構成を示す構成図である。

【図８】図８は超狭帯域化フッ素レーザ装置５００にお
けるレーザ光のスペクトルを説明するための図である。

【図９】図９は第６の実施形態に係るフッ素露光機６０
０の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０、１４、４１、４４、７０、７６、９１ 全反射鏡 １１、７７、９２ 出力鏡 １２、４３、７３、９４ レーザチャンバ １３ 、９３エタロン １５ａ、１５ｂ、７９ａ、７９ｂ プリズム １６、９８ ビームスプリッタ １７ａ、１７ｂ、４７ ピンホール １８、７８、９５ａ、９５ｂ ミラー １９、８０ ビーム合成器 ２０、４８、８１、９９ 分光器 ２１ａ、２１ｂ シャッタ ２２ａ、２２ｂ、４８ａ、４９ａ、８２ａ、８２ｂ 信
号線 ２３、４９、８３ 制御装置 ２４、５０、７４ 回転ステージ ３１、４２ 出力鏡エタロン ３２ 圧力制御装置 ４５ ミラー制御部 ４６ 可動ミラー ７１ 同調ミラー ７２ 回折格子 ７５ａ、７５ｂ 窓 ９６ ビーム拡大器 ９７ シフトプリズム １００、２００、３００、４００、５００ 超狭帯域化
フッ素レーザ装置 ６００ 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） 5F071 AA04 DD08 HH02 HH05 JJ02 JJ10 5F072 AA04 HH02 HH05 JJ02 JJ12 JJ13 KK01 KK03 KK05 KK06 KK08 KK09 KK18 MM20 RR05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ素レーザをレーザ発振するレーザチ
   ャンバと、該レーザチャンバからレーザ発振されるレー
   ザ光を共振させる第１の共振器とを備え、該レーザ発振
   されたレーザ光を狭帯域化する超狭帯域化フッ素レーザ
   装置において、 前記レーザ発振されたレーザ光における波長と光強度の
   異なる２つの発振線のうちの１つの発振線を狭帯域化し
   て出射する狭帯域化素子と、 前記１つの発振線を狭帯域化せずに発振させる第２の共
   振器と、 前記狭帯域化素子から出射されたレーザ光のスペクトル
   の中心波長と前記第２の共振器から発振されたレーザ光
   のスペクトルの中心波長との差を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記２つのレーザ光のス
   ペクトルの中心波長の差が許容範囲内に存在すべく、前
   記狭帯域化素子を制御する制御手段とを具備することを
   特徴とする超狭帯域化フッ素レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記狭帯域化素子から
   出射されたレーザ光と、前記第２の共振器から発振され
   たレーザ光とを入射し、これら２つのレーザ光のスペク
   トルを計測する分光器を備え、 前記分光器は、前記狭帯域化素子から出射されたレーザ
   光のスペクトルの波長を検出すると共に、前記第２の共
   振器から発振されるレーザ光のスペクトルの波長を検出
   して、これら２つのスペクトルの中心波長の差を検出す
   ることを特徴とする請求項１記載の超狭帯域化フッ素レ
   ーザ装置。
3. 【請求項３】 前記分光器は、スキャニングファブリペ
   ローエタロンを有することを特徴とする請求項２記載の
   超狭帯域化フッ素レーザ装置。