JP2001203417A - 狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置 - Google Patents
狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置Info
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- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のビーム拡大プリズムと回折格子からな
る狭帯化光学系を用いてスペクトル線幅（９５％積分線
幅）を１．１５ｐｍ以下に狭帯化するための条件を見出
して半導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置を狭帯化す
ること。 【解決手段】 リトロー配置のエシェル型回折格子３と
その入射側に配置された３個のプリズムからなるビーム
径拡大プリズム５とスリット４とからなる狭帯化光学系
を備えており、回折格子３のブレーズ角θが８２°以下
であり、ビーム径拡大プリズム５の拡大率Ｍが２６倍以
下であり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、共
振器長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、スリ
ット幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、（Ｗ＋１１）ｃｏｓ
θ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 の関係を
満たすように構成されている狭帯化ＡｒＦエキシマレー
ザ装置。
る狭帯化光学系を用いてスペクトル線幅（９５％積分線
幅）を１．１５ｐｍ以下に狭帯化するための条件を見出
して半導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置を狭帯化す
ること。 【解決手段】 リトロー配置のエシェル型回折格子３と
その入射側に配置された３個のプリズムからなるビーム
径拡大プリズム５とスリット４とからなる狭帯化光学系
を備えており、回折格子３のブレーズ角θが８２°以下
であり、ビーム径拡大プリズム５の拡大率Ｍが２６倍以
下であり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、共
振器長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、スリ
ット幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、（Ｗ＋１１）ｃｏｓ
θ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 の関係を
満たすように構成されている狭帯化ＡｒＦエキシマレー
ザ装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＡｒＦエキシマレ
ーザ装置に関し、特に、スペクトル線幅を狭帯化した半
導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置に関するものであ
る。
ーザ装置に関し、特に、スペクトル線幅を狭帯化した半
導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の微細化、高集積化につ
れ、投影露光装置においては解像力の向上が要請されて
いる。このため、露光用光源から放出される露光光の短
波長化が進められており、次世代の半導体露光用光源と
してＡｒＦエキシマレーザ装置が有力である。
れ、投影露光装置においては解像力の向上が要請されて
いる。このため、露光用光源から放出される露光光の短
波長化が進められており、次世代の半導体露光用光源と
してＡｒＦエキシマレーザ装置が有力である。
【０００３】ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、フ
ッ素（Ｆ2 ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス及びバッファ
ーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合
ガスであるレーザガスが数１００ｋＰａで封入されたレ
ーザチェンバの内部で放電を発生させることにより、レ
ーザ媒質であるレーザガスが励起される。
ッ素（Ｆ2 ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス及びバッファ
ーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合
ガスであるレーザガスが数１００ｋＰａで封入されたレ
ーザチェンバの内部で放電を発生させることにより、レ
ーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【０００４】また、ＡｒＦエキシマレーザ装置は放出す
るレーザ光のスペクトル幅が４００ｐｍ程度と広いの
で、露光装置の投影光学系における色収差の問題を回避
するためには、スペクトル幅を極力狭帯化することが必
要となる。スペクトル線幅の狭帯化は、従来、例えばビ
ーム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯化光学系をレ
ーザ共振器内に配置することにより行われている。
るレーザ光のスペクトル幅が４００ｐｍ程度と広いの
で、露光装置の投影光学系における色収差の問題を回避
するためには、スペクトル幅を極力狭帯化することが必
要となる。スペクトル線幅の狭帯化は、従来、例えばビ
ーム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯化光学系をレ
ーザ共振器内に配置することにより行われている。
【０００５】このような状況下、半導体露光用のＡｒＦ
スキャン型ステッパに搭載されるＡｒＦエキシマレーザ
装置は、分解能を上げるために露光装置の高ＮＡ（開口
数）化に伴い狭帯化の要求がさらに厳しくなってきてい
る。ＮＡ０．６以上の場合には、通常、発振波長の半値
幅０．５ｐｍ以下が要求される。さらに重要なのは、９
５％のエネルギーが入る線幅（９５％積分線幅）で１．
１５ｐｍが必要となる。さらに、ＮＡが０．７以上の場
合には、半値幅０．３５ｐｍ、９５％積分線幅が０．８
５ｐｍ以下の超狭帯化が要求される。
スキャン型ステッパに搭載されるＡｒＦエキシマレーザ
装置は、分解能を上げるために露光装置の高ＮＡ（開口
数）化に伴い狭帯化の要求がさらに厳しくなってきてい
る。ＮＡ０．６以上の場合には、通常、発振波長の半値
幅０．５ｐｍ以下が要求される。さらに重要なのは、９
５％のエネルギーが入る線幅（９５％積分線幅）で１．
１５ｐｍが必要となる。さらに、ＮＡが０．７以上の場
合には、半値幅０．３５ｐｍ、９５％積分線幅が０．８
５ｐｍ以下の超狭帯化が要求される。
【０００６】現在までの狭帯化の方法は、上記のよう
に、プリズムでレーザ光を拡大し、エシュル型の回折格
子で分光する方法がとられているが、この方法では上記
要求を満たすのは容易ではないと言われている。また、
上記の方法に、エタロン等の狭帯化素子を組み合わせて
使用する方法も提案されているが、エタロン等の狭帯化
素子の寿命が問題になること、その制御が非常に難しく
なる等の問題がある。
に、プリズムでレーザ光を拡大し、エシュル型の回折格
子で分光する方法がとられているが、この方法では上記
要求を満たすのは容易ではないと言われている。また、
上記の方法に、エタロン等の狭帯化素子を組み合わせて
使用する方法も提案されているが、エタロン等の狭帯化
素子の寿命が問題になること、その制御が非常に難しく
なる等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術のこ
のような状況に鑑みてなされたものであり、その目的
は、従来のビーム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯
化光学系を用いてスペクトル線幅（９５％積分線幅）を
１．１５ｐｍ以下に狭帯化するための条件を見出して半
導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置を狭帯化すること
である。
のような状況に鑑みてなされたものであり、その目的
は、従来のビーム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯
化光学系を用いてスペクトル線幅（９５％積分線幅）を
１．１５ｐｍ以下に狭帯化するための条件を見出して半
導体露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置を狭帯化すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置は、リトロー配置
のエシェル型回折格子とそのエシェル型回折格子の入射
側に配置された３個のプリズムからなるビーム径拡大プ
リズムとスリットとからなる狭帯化光学系を備えたＡｒ
Ｆエキシマレーザ装置において、前記エシェル型回折格
子のブレーズ角θが８２°以下であり、ビーム径拡大プ
リズムの拡大率Ｍが２６倍以下であり、発振パルス幅Ｔ
isが６０ｎｓ以下であり、共振器長Ｌが１０００〜１３
５０ｍｍの範囲にあり、スリット幅Ｗが１．０ｍｍ以上
であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 ・・・（１４） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
ものである。
明の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置は、リトロー配置
のエシェル型回折格子とそのエシェル型回折格子の入射
側に配置された３個のプリズムからなるビーム径拡大プ
リズムとスリットとからなる狭帯化光学系を備えたＡｒ
Ｆエキシマレーザ装置において、前記エシェル型回折格
子のブレーズ角θが８２°以下であり、ビーム径拡大プ
リズムの拡大率Ｍが２６倍以下であり、発振パルス幅Ｔ
isが６０ｎｓ以下であり、共振器長Ｌが１０００〜１３
５０ｍｍの範囲にあり、スリット幅Ｗが１．０ｍｍ以上
であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 ・・・（１４） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
ものである。
【０００９】本発明のもう１つの狭帯化ＡｒＦエキシマ
レーザ装置は、リトロー配置のエシェル型回折格子とそ
のエシェル型回折格子の入射側に配置された３個のプリ
ズムからなるビーム径拡大プリズムとスリットとからな
る狭帯化光学系を備えたＡｒＦエキシマレーザ装置にお
いて、前記エシェル型回折格子のブレーズ角θが８２°
以下であり、ビーム径拡大プリズムの拡大率Ｍが２６倍
以下であり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、
共振器長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、ス
リット幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜３．６５×１０-6 ・・・（１５） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
ものである。
レーザ装置は、リトロー配置のエシェル型回折格子とそ
のエシェル型回折格子の入射側に配置された３個のプリ
ズムからなるビーム径拡大プリズムとスリットとからな
る狭帯化光学系を備えたＡｒＦエキシマレーザ装置にお
いて、前記エシェル型回折格子のブレーズ角θが８２°
以下であり、ビーム径拡大プリズムの拡大率Ｍが２６倍
以下であり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、
共振器長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、ス
リット幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜３．６５×１０-6 ・・・（１５） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
ものである。
【００１０】これらの場合に、発振繰り返し周波数が３
ｋＨｚ以上にすることも可能である。
ｋＨｚ以上にすることも可能である。
【００１１】本発明においては、（１４）式あるいは
（１５）式を満たすので、現在まで非常に難しいとされ
てきた９５％積分線幅１．１５ｐｍあるいは０．８５ｐ
ｍのＡｒＦエキシマレーザ装置を従来のビーム拡大プリ
ズムと回折格子からなる狭帯化光学系を用いて出力も含
め実現することができる。
（１５）式を満たすので、現在まで非常に難しいとされ
てきた９５％積分線幅１．１５ｐｍあるいは０．８５ｐ
ｍのＡｒＦエキシマレーザ装置を従来のビーム拡大プリ
ズムと回折格子からなる狭帯化光学系を用いて出力も含
め実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の狭帯化ＡｒＦエキ
シマレーザ装置の原理とそれに基づく最適な光学的構成
の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置の具体例を示す。
シマレーザ装置の原理とそれに基づく最適な光学的構成
の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置の具体例を示す。
【００１３】まず、図１に示すような、ビーム径拡大プ
リズム５とリトロー配置のエシェル型回折格子３とから
なる狭帯化光学系を用いたＡｒＦエキシマレーザ装置に
ついて検討する。図１には、励起系、制御系等は図示し
ていない。レーザチャンバ１内には、レーザ媒質のアル
ゴンガスとフッ素ガス以外にバファーガスが封入されて
おり、その他に励起用主放電電極、予備電離電極、ガス
循環系が内蔵されている。このレーザチャンバ１は、出
力ミラー２とリトロー配置のエシェル型回折格子３とで
なる光共振器中に配置されている。エシェル型回折格子
３とレーザチャンバ１の間には、スリット４と３個以上
のプリズムからなるビーム径拡大プリズム５とが配置さ
れている。そして、以上の回折格子３とビーム径拡大プ
リズム５とスリット４とから狭帯化光学系が構成されて
いる。なお、レーザチャンバ１の光路中には窓６が設け
られており、また、レーザチャンバ１と出力ミラー２の
間に別のスリット４’が配置されている。
リズム５とリトロー配置のエシェル型回折格子３とから
なる狭帯化光学系を用いたＡｒＦエキシマレーザ装置に
ついて検討する。図１には、励起系、制御系等は図示し
ていない。レーザチャンバ１内には、レーザ媒質のアル
ゴンガスとフッ素ガス以外にバファーガスが封入されて
おり、その他に励起用主放電電極、予備電離電極、ガス
循環系が内蔵されている。このレーザチャンバ１は、出
力ミラー２とリトロー配置のエシェル型回折格子３とで
なる光共振器中に配置されている。エシェル型回折格子
３とレーザチャンバ１の間には、スリット４と３個以上
のプリズムからなるビーム径拡大プリズム５とが配置さ
れている。そして、以上の回折格子３とビーム径拡大プ
リズム５とスリット４とから狭帯化光学系が構成されて
いる。なお、レーザチャンバ１の光路中には窓６が設け
られており、また、レーザチャンバ１と出力ミラー２の
間に別のスリット４’が配置されている。
【００１４】ここで、リトロー配置のエシェル型回折格
子３とは、入射光に対して回折格子３を斜めに配置し、
その斜めの入射角と所定の回折次数の回折角とが等しく
なる配置である。この配置において、回折格子３の表面
に立てた法線と入射光軸とのなす角をリトロー角、各格
子溝の入射側の面をブレーズ面、ブレーズ面の法線と回
折格子３の表面に立てた法線とのなす角度をブレーズ角
と呼ぶ。入射光はブレーズ面に垂直に入射するように回
折格子３を構成するので、リトロー角とブレーズ角は通
常一致する。
子３とは、入射光に対して回折格子３を斜めに配置し、
その斜めの入射角と所定の回折次数の回折角とが等しく
なる配置である。この配置において、回折格子３の表面
に立てた法線と入射光軸とのなす角をリトロー角、各格
子溝の入射側の面をブレーズ面、ブレーズ面の法線と回
折格子３の表面に立てた法線とのなす角度をブレーズ角
と呼ぶ。入射光はブレーズ面に垂直に入射するように回
折格子３を構成するので、リトロー角とブレーズ角は通
常一致する。
【００１５】このような構成のＡｒＦエキシマレーザ装
置のそれぞれの変数に対して線幅、出力等がどのように
なるかを検討し、その使用可能範囲を検討する。
置のそれぞれの変数に対して線幅、出力等がどのように
なるかを検討し、その使用可能範囲を検討する。
【００１６】まず、以下に示すように、ＡｒＦエキシマ
レーザ装置の狭帯化のための式を回折格子と分光器の概
念を用いて導入する。
レーザ装置の狭帯化のための式を回折格子と分光器の概
念を用いて導入する。
【００１７】リトロー配置のエシェル型回折格子３の分
解能は、下記のように考えられる。
解能は、下記のように考えられる。
【００１８】分解能Ｒは、 Ｒ＝λ／Δλ＝ｍＮ ・・・（１） で与えられる（例えば、"DIFFRACTION GRATING HANDBOO
K"second edition,pp.1-11,1993,MILTON ROY CO.）。こ
こで、λは発振中心波長、ｍは回折次数、Ｎは回折に寄
与する回折格子溝の総数である。ビーム径拡大プリズム
５で拡大され、回折格子３に入射する光線幅をＷg 、単
位長当たりの回折格子溝の数をＮg 、光線幅Ｗg のビー
ムが回折格子３に入射する幅をＡ、ブレーズ角（＝リト
ロー角）をθとすると、（１）式は、 Ｒ＝λ／Δλ＝ｍＮ＝ｍＡＮg ＝ｍＷg Ｎg ／ｃｏｓθ ・・・（２） となる。これより、 Δλ＝λ／（ｍＷg Ｎg ）ｃｏｓθ ・・・（３） ∝ｃｏｓθ／（ｍＷg Ｎg ） ・・・（４） となる。ここで、回折の式は、 ｍλ＝２ｄ・ｓｉｎθ＝２ｓｉｎθ／Ｎg ・・・（５） と書けるので（ｄは格子定数）、波長λが決まればＮg
ｍ：一定であり、したがって、 Δλ∝ｃｏｓθ／Ｗg ・・・（６） となる。
K"second edition,pp.1-11,1993,MILTON ROY CO.）。こ
こで、λは発振中心波長、ｍは回折次数、Ｎは回折に寄
与する回折格子溝の総数である。ビーム径拡大プリズム
５で拡大され、回折格子３に入射する光線幅をＷg 、単
位長当たりの回折格子溝の数をＮg 、光線幅Ｗg のビー
ムが回折格子３に入射する幅をＡ、ブレーズ角（＝リト
ロー角）をθとすると、（１）式は、 Ｒ＝λ／Δλ＝ｍＮ＝ｍＡＮg ＝ｍＷg Ｎg ／ｃｏｓθ ・・・（２） となる。これより、 Δλ＝λ／（ｍＷg Ｎg ）ｃｏｓθ ・・・（３） ∝ｃｏｓθ／（ｍＷg Ｎg ） ・・・（４） となる。ここで、回折の式は、 ｍλ＝２ｄ・ｓｉｎθ＝２ｓｉｎθ／Ｎg ・・・（５） と書けるので（ｄは格子定数）、波長λが決まればＮg
ｍ：一定であり、したがって、 Δλ∝ｃｏｓθ／Ｗg ・・・（６） となる。
【００１９】ここで、ビーム径拡大プリズム５の拡大率
をＭ、スリット４の幅をＷとすると、Ｗg ＝ＭＷと書け
るので、 Δλ∝ｃｏｓθ／（ＭＷ） ・・・（７） となる。この式（７）は理論的なものであり、１９３ｎ
ｍのＡｒＦエキシマレーザの波長において、９５％エネ
ルギー線幅が２ｐｍ以下の領域で上式（７）が成り立つ
のか、今までは検討されていない。
をＭ、スリット４の幅をＷとすると、Ｗg ＝ＭＷと書け
るので、 Δλ∝ｃｏｓθ／（ＭＷ） ・・・（７） となる。この式（７）は理論的なものであり、１９３ｎ
ｍのＡｒＦエキシマレーザの波長において、９５％エネ
ルギー線幅が２ｐｍ以下の領域で上式（７）が成り立つ
のか、今までは検討されていない。
【００２０】ここで、図１のような配置の光学系のレー
ザを分光器とみなして、上式（７）に、さらにスリット
Ｗと共振器長Ｌの項を加えることを考える。Δλは、Ｗ
に比例し、共振器長（焦点距離）Ｌに反比例すると考え
られるので、 Δλ∝Ｗｃｏｓθ／（ＬＭＷ）＝ｃｏｓθ／（ＬＭ） ・・・（８） となると予想できる。
ザを分光器とみなして、上式（７）に、さらにスリット
Ｗと共振器長Ｌの項を加えることを考える。Δλは、Ｗ
に比例し、共振器長（焦点距離）Ｌに反比例すると考え
られるので、 Δλ∝Ｗｃｏｓθ／（ＬＭＷ）＝ｃｏｓθ／（ＬＭ） ・・・（８） となると予想できる。
【００２１】しかしながら、後記の実験結果（４）、
（５）から、線幅Δλは予想通り共振器長Ｌに略反比例
したが、スリット幅Ｗに関しては、線幅Δλと無関係で
はなく、狭くなる方が若干線幅Δλが狭くなることが判
明した。その結果を式にすると次のようになる。
（５）から、線幅Δλは予想通り共振器長Ｌに略反比例
したが、スリット幅Ｗに関しては、線幅Δλと無関係で
はなく、狭くなる方が若干線幅Δλが狭くなることが判
明した。その結果を式にすると次のようになる。
【００２２】 Δλ∝（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭ） ・・・（９） ただし、Ｌ、Ｗの単位はｍｍ。
【００２３】次に、線幅Δλとパルス幅Ｔisの関係につ
いて検討する。ここで、パルス幅Ｔ isは次の式で定義さ
れるものである。ただし、Ｐ（ｔ）は時間ｔに依存した
レーザ強度である。
いて検討する。ここで、パルス幅Ｔ isは次の式で定義さ
れるものである。ただし、Ｐ（ｔ）は時間ｔに依存した
レーザ強度である。
【００２４】 Ｔis＝［∫Ｐ（ｔ）ｄｔ］2 ／∫Ｐ2 （ｔ）ｄｔ ・・・（１０） このパルス幅Ｔisが長くなれば、ラウンドトリップ数
（光共振器中でのレーザ光の往復の回数）が多くなり、
レーザ光が狭帯化光学系を通る回数が多くなる。線幅Δ
λとパルス幅Ｔisの関係について、従来は、３０ｎｓ以
下の短いパルス幅Ｔisでの検討はされている（"Perform
ance characteristics of ultra-narrow ArF laser for
DUV lithography"PROCEEDING OF SPIE(1999) ）。それ
によると、半値線幅はラウンドトリップ数の０．５乗に
反比例するとされている。しかしながら、パルス幅Ｔis
が３０ｎｓ以上では論議されていない。
（光共振器中でのレーザ光の往復の回数）が多くなり、
レーザ光が狭帯化光学系を通る回数が多くなる。線幅Δ
λとパルス幅Ｔisの関係について、従来は、３０ｎｓ以
下の短いパルス幅Ｔisでの検討はされている（"Perform
ance characteristics of ultra-narrow ArF laser for
DUV lithography"PROCEEDING OF SPIE(1999) ）。それ
によると、半値線幅はラウンドトリップ数の０．５乗に
反比例するとされている。しかしながら、パルス幅Ｔis
が３０ｎｓ以上では論議されていない。
【００２５】この点に関して、後記の実験結果（３）か
ら、パルス幅Ｔisが３０ｎｓ以上では線幅Δλはパルス
幅Ｔisの０．８５３乗に反比例すること見出した。この
結果を（９）式に加えると、 Δλ∝（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ） ・・・（１１） となる。
ら、パルス幅Ｔisが３０ｎｓ以上では線幅Δλはパルス
幅Ｔisの０．８５３乗に反比例すること見出した。この
結果を（９）式に加えると、 Δλ∝（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ） ・・・（１１） となる。
【００２６】最後に、上記（１１）式の比例定数ｋを後
記の実験結果（６）から求めたところ、ｋ＝２．３３×
１０5 となった。
記の実験結果（６）から求めたところ、ｋ＝２．３３×
１０5 となった。
【００２７】すなわち、 Δλ＝２．３３×１０5 ×（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ） ・・・（１２） が、図１のような構成のＡｒＦエキシマレーザ装置の線
幅Δλと、ビーム径拡大プリズム５の拡大率Ｍと、スリ
ット４の幅Ｗと、共振器長Ｌと、パルス幅Ｔisとの本発
明により見出された関係式である。
幅Δλと、ビーム径拡大プリズム５の拡大率Ｍと、スリ
ット４の幅Ｗと、共振器長Ｌと、パルス幅Ｔisとの本発
明により見出された関係式である。
【００２８】実験結果 （１）回折格子ブレーズ角 図１のように、狭帯化光学系に用いる反射型回折格子と
して高分解能のリトロー配置のエシェル型回折格子３を
用いた。エシェル型回折格子においては、線幅はブレー
ズ角θが大きくなる程狭くなる。図２は、ｃｏｓθを変
えた場合に線幅の変化が様子を示す実験結果を示す図で
あり、Δλはｃｏｓθに比例することが分かった。
して高分解能のリトロー配置のエシェル型回折格子３を
用いた。エシェル型回折格子においては、線幅はブレー
ズ角θが大きくなる程狭くなる。図２は、ｃｏｓθを変
えた場合に線幅の変化が様子を示す実験結果を示す図で
あり、Δλはｃｏｓθに比例することが分かった。
【００２９】ＡｒＦエキシマレーザ装置の出力は、ブレ
ーズ角θにはよらないが、波面の状態によって規定され
る。ブレーズ角が大きい程、波面を良い状態にするのは
容易ではない。鋭意検討したが、ブレーズ角（リトロー
角）θは現状では製作限界により８２°以下であること
が分かった。
ーズ角θにはよらないが、波面の状態によって規定され
る。ブレーズ角が大きい程、波面を良い状態にするのは
容易ではない。鋭意検討したが、ブレーズ角（リトロー
角）θは現状では製作限界により８２°以下であること
が分かった。
【００３０】（２）プリズム拡大率 図１のような配置において、ビーム径拡大プリズム５の
プリズム拡大率と線幅は、図３に実験結果を示すよう
に、略反比例することが分かった。
プリズム拡大率と線幅は、図３に実験結果を示すよう
に、略反比例することが分かった。
【００３１】また、出力は、ビーム径拡大プリズム５各
々の無反射コーティング透過率と、拡大率が増大するこ
とによる共振器長の増大に依存することが分かった（図
４）。また、プリズムへの入射角も出力に影響を及ぼ
す。検討の結果、プリズムへの入射角が７３°までは透
過率が略同じなので、出力は一定となるが、入射角が７
３°以上では透過率の減少により出力が減少し、７５°
以上で大幅に減少することが分かった。そして、実際
上、入射角７５°では拡大率２６となり、これが限界で
ある。
々の無反射コーティング透過率と、拡大率が増大するこ
とによる共振器長の増大に依存することが分かった（図
４）。また、プリズムへの入射角も出力に影響を及ぼ
す。検討の結果、プリズムへの入射角が７３°までは透
過率が略同じなので、出力は一定となるが、入射角が７
３°以上では透過率の減少により出力が減少し、７５°
以上で大幅に減少することが分かった。そして、実際
上、入射角７５°では拡大率２６となり、これが限界で
ある。
【００３２】（３）パルス幅 図１のような配置において、パルス幅Ｔisと線幅の関係
を調べたところ、図５のような関係が得られ、線幅はパ
ルス幅Ｔisの０．８５３乗に反比例することが分かっ
た。
を調べたところ、図５のような関係が得られ、線幅はパ
ルス幅Ｔisの０．８５３乗に反比例することが分かっ
た。
【００３３】なお、出力はＴis＝５７ｎｓまでは低下せ
ず、パルス幅Ｔisを伸ばすことができた。Ｔisが６０ｎ
ｓ以上では急激な出力低下が起こり、６０ｎｓが限界で
あることが分かった。
ず、パルス幅Ｔisを伸ばすことができた。Ｔisが６０ｎ
ｓ以上では急激な出力低下が起こり、６０ｎｓが限界で
あることが分かった。
【００３４】（４）共振器長 図１のような配置において、線幅と共振器長の関係を調
べたところ、１０００〜１３５０ｍｍの範囲で線幅は共
振器長に反比例することが分かった。
べたところ、１０００〜１３５０ｍｍの範囲で線幅は共
振器長に反比例することが分かった。
【００３５】また、出力は、放電長が一定で共振器長が
伸びると大きく減少する方向であり、放電長が長くなる
と出力は増すが、半導体露光用レーザでは設置面積が限
られるため、共振器長は１３５０ｍｍが限界である。
伸びると大きく減少する方向であり、放電長が長くなる
と出力は増すが、半導体露光用レーザでは設置面積が限
られるため、共振器長は１３５０ｍｍが限界である。
【００３６】（５）スリット幅 図１のような配置において、実験の結果、スリット幅が
１．０〜３．５ｍｍの範囲では、図６に示すように、
（Ｗ＋１１）に比例することが分かった。
１．０〜３．５ｍｍの範囲では、図６に示すように、
（Ｗ＋１１）に比例することが分かった。
【００３７】また、出力は、スリット幅Ｗに反比例する
が、１．０ｍｍが限界であることが分かった。
が、１．０ｍｍが限界であることが分かった。
【００３８】（６）比例定数ｋ 前記の（１１）式： Δλ∝（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ） ・・・（１１） に比例定数ｋを代入すると、 Δλ＝ｋ（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ） ・・・（１３） ここで、以下に示すように、Ｗ、Ｌ、Ｍ、θを変えた４
種類の条件でΔλ、Ｔ isを求め、式（１３）にそのとき
のＷ、Ｌ、Ｍ、θを代入してｋを求めた。ｋの値は略一
致し、平均をとると、ｋ＝２．３３×１０5 となった。
種類の条件でΔλ、Ｔ isを求め、式（１３）にそのとき
のＷ、Ｌ、Ｍ、θを代入してｋを求めた。ｋの値は略一
致し、平均をとると、ｋ＝２．３３×１０5 となった。
【００３９】以上の実験結果（１）から、エシェル型回
折格子３のブレーズ角θは８２°以下であり、実験結果
（２）から、ビーム径拡大プリズム５のプリズム拡大率
Ｍは２６倍以内であり、実験結果（３）から、パルス幅
Ｔisは６０ｎｓ以内であり、実験結果（４）から、共振
器長Ｌは１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、実験結
果（５）から、スリット幅Ｗは１．０ｍｍ以上であるこ
とが必要であり、さらに、先に求めた（１２）式に基づ
いて計算すると、線幅（９５％以上）Δλ：１．１５ｐ
ｍを得るには、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 ・・・（１４） の関係を満たすようにＡｒＦエキシマレーザ装置を構成
する必要がある。
折格子３のブレーズ角θは８２°以下であり、実験結果
（２）から、ビーム径拡大プリズム５のプリズム拡大率
Ｍは２６倍以内であり、実験結果（３）から、パルス幅
Ｔisは６０ｎｓ以内であり、実験結果（４）から、共振
器長Ｌは１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、実験結
果（５）から、スリット幅Ｗは１．０ｍｍ以上であるこ
とが必要であり、さらに、先に求めた（１２）式に基づ
いて計算すると、線幅（９５％以上）Δλ：１．１５ｐ
ｍを得るには、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 ・・・（１４） の関係を満たすようにＡｒＦエキシマレーザ装置を構成
する必要がある。
【００４０】次の表−２に（１４）式を満足するあるい
は満足しないいくつかの計算例を示す（最初の４例は満
足する。あとの２例は満足しない。）。表−２中で、
（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＝Ｃとおい
ている。
は満足しないいくつかの計算例を示す（最初の４例は満
足する。あとの２例は満足しない。）。表−２中で、
（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＝Ｃとおい
ている。
【００４１】このように、現在まで非常に難しいとされ
てきた９５％積分線幅１．１５ｐｍが従来のプリズム・
グレーティング方式で出力も含め実現可能である条件を
見出すことができた。
てきた９５％積分線幅１．１５ｐｍが従来のプリズム・
グレーティング方式で出力も含め実現可能である条件を
見出すことができた。
【００４２】さらに、線幅（９５％以上）Δλ：０．８
５ｐｍを得るには、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜３．６５×１０-6 ・・・（１５） の関係を満たすようにＡｒＦエキシマレーザ装置を構成
すればよい。
５ｐｍを得るには、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜３．６５×１０-6 ・・・（１５） の関係を満たすようにＡｒＦエキシマレーザ装置を構成
すればよい。
【００４３】同様に、次の表−３に（１５）式を満足す
るあるいは満足しないいくつかの計算例を示す（最初の
４例は満足する。あとの４例は満足しない。）。表−３
中で、（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＝Ｃ
とおいている。 以上のように、従来のプリズム・グレーティング方式を
用いて、９５％積分線幅が０．８５ｐｍのＡｒＦエキシ
マレーザ装置も、出力も含め実現可能である条件を見出
すことができた。
るあるいは満足しないいくつかの計算例を示す（最初の
４例は満足する。あとの４例は満足しない。）。表−３
中で、（Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＝Ｃ
とおいている。 以上のように、従来のプリズム・グレーティング方式を
用いて、９５％積分線幅が０．８５ｐｍのＡｒＦエキシ
マレーザ装置も、出力も含め実現可能である条件を見出
すことができた。
【００４４】ところで、線幅を１．１５ｐｍ以下にする
場合、ＡｒＦエキシマレーザ装置の発振パルス幅Ｔisを
３０ｎｓ以上にした上に繰り返し周波数を３ｋＨｚ以上
に高くするのは容易ではない。そのためには、本出願人
が特願平１１−２６１６２８号で提案したように、極性
が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期
と、それに続く少なくとも１つの半周期によってレーザ
発振動作をするように構成すればよい。また、本出願人
が特願平１１−３６２６８８号で提案したように、磁気
パルス圧縮回路からピーキングコンデンサを介して放電
電極へエネルギーを注入する１次電流と、磁気パルス圧
縮回路の最終段のピーキングコンデンサ充電用のコンデ
ンサから放電電極へエネルギーを注入する２次電流とを
重畳させ、かつ、２次電流の振動周期を１次電流の振動
周期より長く設定して、２次電流が重畳した１次電流の
極性が反転する放電振動電流波形の始めの半周期と、そ
れに続く少なくとも２つの半周期とによって１パルスの
レーザ発振動作を行うように構成すればよい。
場合、ＡｒＦエキシマレーザ装置の発振パルス幅Ｔisを
３０ｎｓ以上にした上に繰り返し周波数を３ｋＨｚ以上
に高くするのは容易ではない。そのためには、本出願人
が特願平１１−２６１６２８号で提案したように、極性
が反転する１パルスの放電振動電流波形の始めの半周期
と、それに続く少なくとも１つの半周期によってレーザ
発振動作をするように構成すればよい。また、本出願人
が特願平１１−３６２６８８号で提案したように、磁気
パルス圧縮回路からピーキングコンデンサを介して放電
電極へエネルギーを注入する１次電流と、磁気パルス圧
縮回路の最終段のピーキングコンデンサ充電用のコンデ
ンサから放電電極へエネルギーを注入する２次電流とを
重畳させ、かつ、２次電流の振動周期を１次電流の振動
周期より長く設定して、２次電流が重畳した１次電流の
極性が反転する放電振動電流波形の始めの半周期と、そ
れに続く少なくとも２つの半周期とによって１パルスの
レーザ発振動作を行うように構成すればよい。
【００４５】以上、本発明の狭帯化ＡｒＦエキシマレー
ザ装置をその原理と具体的数値例に基づいて説明してき
たが、本発明はこれら具体例に限定されず種々の変形が
可能である。
ザ装置をその原理と具体的数値例に基づいて説明してき
たが、本発明はこれら具体例に限定されず種々の変形が
可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置によると、（１４）
式あるいは（１５）式を満たすので、現在まで非常に難
しいとされてきた９５％積分線幅１．１５ｐｍあるいは
０．８５ｐｍのＡｒＦエキシマレーザ装置を従来のビー
ム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯化光学系を用い
て出力も含め実現することが可能になる。
の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置によると、（１４）
式あるいは（１５）式を満たすので、現在まで非常に難
しいとされてきた９５％積分線幅１．１５ｐｍあるいは
０．８５ｐｍのＡｒＦエキシマレーザ装置を従来のビー
ム拡大プリズムと回折格子からなる狭帯化光学系を用い
て出力も含め実現することが可能になる。
【図１】本発明の狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置の光
学的構成を示す図である。
学的構成を示す図である。
【図２】図１の構成においてｃｏｓθを変えた場合に線
幅の変化が様子を示す実験結果を示す図である。
幅の変化が様子を示す実験結果を示す図である。
【図３】図１の構成においてビーム径拡大プリズムのプ
リズム拡大率と線幅の関係の実験結果を示す図である。
リズム拡大率と線幅の関係の実験結果を示す図である。
【図４】図１の構成においてビーム径拡大プリズムのプ
リズム拡大率と出力の関係の実験結果を示す図である。
リズム拡大率と出力の関係の実験結果を示す図である。
【図５】図１の構成においてパルス幅Ｔisと線幅の関係
の実験結果を示す図である。
の実験結果を示す図である。
【図６】図１の構成においてスリット幅と線幅の関係の
実験結果を示す図である。
実験結果を示す図である。
１…レーザチャンバ ２…出力ミラー ３…エシェル型回折格子 ４、４’…スリット ５…ビーム径拡大プリズム ６…窓
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA07 AA50 AA52 AA63 AA64 2H097 CA13 LA10 5F046 BA04 BA05 CA04 CA10 CB10 CB27 5F072 AA06 HH04 JJ13 KK07 KK09 KK18
Claims (3)
- 【請求項１】 リトロー配置のエシェル型回折格子とそ
のエシェル型回折格子の入射側に配置された３個のプリ
ズムからなるビーム径拡大プリズムとスリットとからな
る狭帯化光学系を備えたＡｒＦエキシマレーザ装置にお
いて、 前記エシェル型回折格子のブレーズ角θが８２°以下で
あり、ビーム径拡大プリズムの拡大率Ｍが２６倍以下で
あり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、共振器
長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、スリット
幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜４．９４×１０-6 ・・・（１４） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置。 - 【請求項２】 リトロー配置のエシェル型回折格子とそ
のエシェル型回折格子の入射側に配置された３個のプリ
ズムからなるビーム径拡大プリズムとスリットとからな
る狭帯化光学系を備えたＡｒＦエキシマレーザ装置にお
いて、 前記エシェル型回折格子のブレーズ角θが８２°以下で
あり、ビーム径拡大プリズムの拡大率Ｍが２６倍以下で
あり、発振パルス幅Ｔisが６０ｎｓ以下であり、共振器
長Ｌが１０００〜１３５０ｍｍの範囲にあり、スリット
幅Ｗが１．０ｍｍ以上であり、さらに、 （Ｗ＋１１）ｃｏｓθ／（ＬＭＴis 0.853 ）＜３．６５×１０-6 ・・・（１５） の関係を満たすように構成されていることを特徴とする
狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置。 - 【請求項３】 発振繰り返し周波数が３ｋＨｚ以上であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の狭帯化ＡｒＦ
エキシマレーザ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000009653A JP3365500B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置 |
| EP01100849A EP1119083A3 (en) | 2000-01-19 | 2001-01-15 | Narrow beam ArF excimer laser device |
| US09/761,690 US6590921B2 (en) | 2000-01-19 | 2001-01-18 | Narrow beam ArF excimer laser device |
| KR10-2001-0002860A KR100505087B1 (ko) | 2000-01-19 | 2001-01-18 | 협대화 불화아르곤 엑시머 레이저 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000009653A JP3365500B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001203417A true JP2001203417A (ja) | 2001-07-27 |
| JP3365500B2 JP3365500B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=18537775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000009653A Expired - Lifetime JP3365500B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 狭帯化ＡｒＦエキシマレーザ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6590921B2 (ja) |
| EP (1) | EP1119083A3 (ja) |
| JP (1) | JP3365500B2 (ja) |
| KR (1) | KR100505087B1 (ja) |
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| JP2007519010A (ja) * | 2003-11-26 | 2007-07-12 | エクステラス インコーポレイテッド | 単極光学波長セレクタ |
| WO2014118925A1 (ja) * | 2013-01-31 | 2014-08-07 | 株式会社島津製作所 | レーザパルス圧縮用回折格子及びレーザ装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6381256B1 (en) | 1999-02-10 | 2002-04-30 | Lambda Physik Ag | Molecular fluorine laser with spectral linewidth of less than 1 pm |
| US6795473B1 (en) | 1999-06-23 | 2004-09-21 | Lambda Physik Ag | Narrow band excimer laser with a prism-grating as line-narrowing optical element |
| US6421365B1 (en) | 1999-11-18 | 2002-07-16 | Lambda Physik Ag | Narrow band excimer or molecular fluorine laser having an output coupling interferometer |
| US6546037B2 (en) | 1999-02-10 | 2003-04-08 | Lambda Physik Ag | Molecular fluorine laser with spectral linewidth of less than 1 pm |
| US6463086B1 (en) | 1999-02-10 | 2002-10-08 | Lambda Physik Ag | Molecular fluorine laser with spectral linewidth of less than 1 pm |
| US6678291B2 (en) | 1999-12-15 | 2004-01-13 | Lambda Physik Ag | Molecular fluorine laser |
| DE29907349U1 (de) | 1999-04-26 | 2000-07-06 | Lambda Physik Gmbh | Laser zur Erzeugung schmalbandiger Strahlung |
| JP3296430B2 (ja) * | 1999-10-08 | 2002-07-02 | 株式会社ウシオ総合技術研究所 | 露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置 |
| US6553050B1 (en) | 1999-11-18 | 2003-04-22 | Lambda Physik Ag | Narrow band excimer or molecular fluorine laser having an output coupling interferometer |
| US6603788B1 (en) | 1999-11-23 | 2003-08-05 | Lambda Physik Ag | Resonator for single line selection |
| US6577663B2 (en) | 2000-06-19 | 2003-06-10 | Lambda Physik Ag | Narrow bandwidth oscillator-amplifier system |
| KR101042593B1 (ko) * | 2009-04-15 | 2011-06-20 | 곽순기 | 욕실용 휴지걸이 케이스 |
| KR101804551B1 (ko) * | 2012-12-20 | 2017-12-04 | 레인보우 소스 레이저 (RSLaser) | 엑시머 레이저의 복합 캐비티 |
| CN102969649A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-03-13 | 中国科学院光电研究院 | 准分子激光器复合腔 |
| CN104485574A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-04-01 | 西北核技术研究所 | 激光线宽压缩模块及窄线宽激光器 |
| KR102582652B1 (ko) | 2016-12-21 | 2023-09-25 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 결정화 장치 |
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2000
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