JP2001352116A - Laser device, aligner using the same, and exposing method - Google Patents
Laser device, aligner using the same, and exposing methodInfo
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- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に係
り、特に半導体素子、液晶表示素子、撮像素子(CCD
など)、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスを
製造するフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置
用光源のように、低コヒーレンスでスペックルの発生を
抑制することができる紫外光を発生することが可能なレ
ーザ装置及びこのようなレーザ装置を用いた露光装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device, and more particularly to a semiconductor device, a liquid crystal display device, and an image pickup device (CCD).
And low-coherence UV light that can suppress the generation of speckles, like light sources for exposure equipment used in photolithography processes that manufacture micro devices such as thin-film magnetic heads. The present invention relates to a simple laser device and an exposure device using such a laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】情報機器の進歩に伴い、半導体集積回路
には機能の充実、記憶容量の向上、小型化などが求めら
れており、そのためには集積回路の集積度を上げる必要
がある。この集積度を上げるためには個々の回路パター
ンを小さくすればよいわけであるが、回路の最小パター
ン寸法は、一般的には製造過程で使用される露光装置の
性能によって決定される。2. Description of the Related Art Along with advances in information equipment, semiconductor integrated circuits are required to have enhanced functions, an improved storage capacity, a reduced size, and the like. In order to increase the degree of integration, it is only necessary to reduce the size of each circuit pattern. However, the minimum pattern size of a circuit is generally determined by the performance of an exposure apparatus used in a manufacturing process.
【0003】光リソグラフィによる露光装置は、フォト
マスク上に精密に描かれた回路パターンを、フォトレジ
ストを塗布した半導体ウエハー上に光学的に縮小投影
し、転写する。この露光時におけるウエハー上での最小
パターン寸法(解像度)Rは、露光装置で投影するため
に用いる光源の波長λ、投影光学系の開口数NAによっ
て次式(1)で、また焦点深度DFは次式(2)で示さ
れる。An exposure apparatus using optical lithography optically reduces and projects a circuit pattern precisely drawn on a photomask onto a semiconductor wafer coated with a photoresist and transfers the circuit pattern. The minimum pattern dimension (resolution) R on the wafer at the time of exposure is expressed by the following equation (1) according to the wavelength λ of the light source used for projection by the exposure apparatus and the numerical aperture NA of the projection optical system. It is represented by the following equation (2).
【0004】R=K・λ/NA・・・・・・(1) DF=λ/2(NA)2・・・(2) 上記の式(1)から明らかなように、最小パターン寸法
Rを小さくするためには、この定数Kを小さくする方
向、開口数NAを大きくする方向、そして投影する光源
の波長λを小さくする方向、の3方向があることがわか
る。R = K ・ λ / NA (1) DF = λ / 2 (NA) 2 (2) As is clear from the above equation (1), the minimum pattern dimension R It can be seen that there are three directions for reducing the constant K: a direction to decrease the constant K, a direction to increase the numerical aperture NA, and a direction to decrease the wavelength λ of the light source to be projected.
【0005】ここで定数Kは投影光学系やプロセスによ
って決まる定数であり、通常0.5〜0.8程度の値を
とる。この定数Kを小さくする方法は、広い意味での超
解像と呼ばれている。今までに、投影光学系の改良、変
形投影、フェーズシフトマスク法などが提案、研究され
てきた。しかし、適用できるパターンに制限があるなど
の難点があった。一方、開口数NAは(1)式からその
値が大きいほど最小パターン寸法Rを小さくできるが、
このことは同時に(2)式から明らかなように焦点深度
が浅くなってしまうことを意味する。このため、NA値
は大きくするにも限界があり、通常はこれら両者のかね
あいから0.5〜0.6程度が適当とされている。Here, the constant K is a constant determined by the projection optical system and process, and usually takes a value of about 0.5 to 0.8. The method of reducing the constant K is called super-resolution in a broad sense. Until now, improvements in projection optical systems, modified projections, phase shift mask methods, etc. have been proposed and studied. However, there are disadvantages such as limitations on applicable patterns. On the other hand, the numerical aperture NA can be made smaller as the value of the numerical aperture NA becomes larger from the equation (1).
This also means that the focal depth becomes shallower, as is apparent from equation (2). For this reason, there is a limit in increasing the NA value, and usually about 0.5 to 0.6 is considered appropriate in consideration of both.
【0006】従って、最小パターン寸法Rを小さくする
のに最も単純かつ有効な方法は、露光に用いる光の波長
λを小さくすることである。ここで短波長化の実現とあ
わせ、露光装置の光源を作る上で備えるべき条件がいく
つかある。以下これらの条件について説明する。Therefore, the simplest and most effective method for reducing the minimum pattern size R is to reduce the wavelength λ of light used for exposure. Here, along with the realization of a shorter wavelength, there are some conditions that must be provided for producing a light source of the exposure apparatus. Hereinafter, these conditions will be described.
【0007】第1に、数ワットの光出力が求められる。
これは集積回路パターンの露光、転写に要する時間を短
く保つために必要である。第2に、波長300nm以下
の紫外光の場合には、露光装置のレンズとして使用でき
る材料が限られ、色収差の補正が難しくなってくる。こ
のため光源の単色性が必要であり、スペクトルの線幅は
1pm以下にすることが求められる。First, a light output of several watts is required.
This is necessary to keep the time required for exposure and transfer of the integrated circuit pattern short. Secondly, in the case of ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, materials that can be used as a lens of an exposure apparatus are limited, and it becomes difficult to correct chromatic aberration. For this reason, the light source needs to be monochromatic, and the line width of the spectrum is required to be 1 pm or less.
【0008】第3に、このスペクトル線幅の狭帯域化に
ともない時間的コヒーレンス(干渉性)が高くなるた
め、狭い線幅の光をそのまま照射すると、スペックルと
呼ばれる不要な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペ
ックル発生を抑制するために、光源ではその空間的コヒ
ーレンスを低下させる必要がある。Third, the temporal coherence (coherence) increases with the narrowing of the spectral line width. Therefore, if light having a narrow line width is irradiated as it is, an unnecessary interference pattern called speckle occurs. Therefore, in order to suppress the occurrence of speckle, it is necessary to reduce the spatial coherence of the light source.
【0009】これらの条件を満たし、かつ高解像度を実
現するため露光光源の短波長化に対し多くの開発がなさ
れてきた。これまで検討されてきた短波長化の方向は主
に次の2種に大別される。その一つはレーザの発振波長
自身が短波長であるエキシマレーザの露光装置への適用
開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波
発生を利用した短波長露光光源の開発である。Many developments have been made for shortening the wavelength of an exposure light source in order to satisfy these conditions and realize high resolution. The direction of shortening the wavelength that has been studied so far is mainly divided into the following two types. One is the development of excimer lasers whose laser oscillation wavelength itself is short, and the other is the development of short-wavelength exposure light sources that utilize the generation of harmonics from infrared or visible light lasers. is there.
【0010】このうち、前者の方法を用いて実用化され
た短波長光源としては、KrFエキシマレーザ(波長2
48nm)が使用されており、現在ではさらに短波長の
光源としてArFエキシマレーザ(波長193nm)を
使用する露光装置の開発が進められている。しかし、こ
れらのエキシマレーザは大型であること、1パルスあた
りのエネルギーが大きいことにより光学部品の損傷が生
じやすいこと、有毒なフッ素ガスを使用するためレーザ
のメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となることな
ど種々の問題があった。[0010] Among them, a KrF excimer laser (wavelength 2
48 nm), and an exposure apparatus using an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) as a light source having a shorter wavelength is currently being developed. However, these excimer lasers are large, have high energy per pulse, and are liable to damage optical components, and use toxic fluorine gas, which makes laser maintenance complicated and expensive. There have been various problems.
【0011】また後者の方法としては、非線形光学結晶
の2次の非線形光学効果を利用して、長波長の光(赤外
光、可視光)をより短波長の紫外光に変換する方法があ
る。例えば「Longitudinally diode pumped continuous
wave 3.5W green laser (L.Y. Liu, M. Oka, W. Wiech
mann and S. Kubota, Optics Letters, vol.19(1994),p
189)」では、半導体励起の固体レーザからの光を波長変
換するレーザ光源が開示されている。この従来例では、
Nd:YAGレーザの発する1064nmのレーザ光
を、非線形光学結晶を用いて波長変換し、4倍高調波の
266nmの光を発生させる方式が記載されている。な
お、固体レーザとは、レーザ媒質が固体であるレーザの
総称である。従って広義には、半導体レーザも固体レー
ザに含まれるが、通常は固体レーザというと、例えばN
d:YAGレーザやルビーレーザのように光によって励
起される固体レーザのことをさす。ここでもそのように
区別する。As the latter method, there is a method of converting long-wavelength light (infrared light or visible light) into shorter-wavelength ultraviolet light by utilizing the second-order nonlinear optical effect of a nonlinear optical crystal. . For example, "Longitudinally diode pumped continuous
wave 3.5W green laser (LY Liu, M. Oka, W. Wiech
mann and S. Kubota, Optics Letters, vol. 19 (1994), p.
189) "discloses a laser light source for converting the wavelength of light from a semiconductor-excited solid-state laser. In this conventional example,
A method is described in which a 1064 nm laser beam emitted from an Nd: YAG laser is wavelength-converted by using a nonlinear optical crystal to generate a 266 nm light beam of a fourth harmonic. Note that a solid-state laser is a general term for a laser whose laser medium is solid. Therefore, in a broad sense, a semiconductor laser is also included in a solid-state laser.
d: Refers to a solid-state laser excited by light, such as a YAG laser or a ruby laser. Here, too, a distinction is made.
【0012】また、固体レーザを用いて露光装置の光源
とした例では、レーザ光を発生するレーザ光発生部と、
このレーザ光発生部からの光を紫外光に波長変換する波
長変換部とから構成されるレーザ要素を、複数マトリッ
クス状に束ねたアレイレーザが提案されている。例えば
特開平8−334803号公報では、半導体レーザを備
えたレーザ光発生部からの光を、波長変換部に設けた非
線形光学結晶により波長変換し、紫外光を発生させるひ
とつのレーザー要素を、複数本マトリックス状(例えば
10×10)に束ねて一つの紫外光源とするアレイレー
ザの例が開示されている。In an example in which a solid-state laser is used as a light source of an exposure apparatus, a laser light generating unit for generating a laser light;
There has been proposed an array laser in which a plurality of laser elements composed of a wavelength converter for converting the wavelength of light from the laser light generator to ultraviolet light are bundled in a matrix. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803, one laser element that generates ultraviolet light by converting light from a laser light generation unit provided with a semiconductor laser by a nonlinear optical crystal provided in a wavelength conversion unit is used. An example of an array laser which is bundled in a matrix form (for example, 10 × 10) and used as one ultraviolet light source is disclosed.
【0013】前記のような構成のアレイレーザでは、個
々に独立なレーザ要素を複数本束ねることによって、個
々のレーザ要素の光出力を低く押さえつつ、装置全体の
光出力を高出力とすることができる。このため非線形光
学素子への負担を軽減することができる。しかし、一方
では、個々のレーザ要素が独立していることから、露光
装置への適用を考慮した場合には、レーザ要素全体でそ
の発振スペクトルを一致させる必要がある。例えば、個
々のレーザ要素についてその発振スペクトル線幅が1p
m以下であっても、複数のレーザ要素全体で、相互の波
長の差が3pmであってはならなず、全幅で1pm以下
とする必要がある。In the array laser configured as described above, by bundling a plurality of independent laser elements, it is possible to keep the optical output of each laser element low and to increase the optical output of the entire apparatus. it can. Therefore, the load on the nonlinear optical element can be reduced. However, on the other hand, since the individual laser elements are independent, when application to an exposure apparatus is considered, it is necessary to match the oscillation spectra of the entire laser element. For example, the oscillation spectrum line width of each laser element is 1p
Even if it is less than m, the difference between the wavelengths of the plurality of laser elements as a whole must not be 3 pm, but must be 1 pm or less in the entire width.
【0014】このためには、例えば、各レーザ要素に自
律的に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、
各々のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器
中に波長選択素子を挿入したりする必要があった。しか
し、これらの方法は、その調整が微妙であること、構成
するレーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で
発振させるのに複雑な構成が必要になること等の問題が
あった。For this purpose, for example, in order to make each laser element autonomously emit a single longitudinal mode of the same wavelength,
It was necessary to adjust the resonator length of each laser element or insert a wavelength selection element into the resonator. However, these methods have problems such as that the adjustment is delicate, and that as the number of constituent laser elements increases, a complicated configuration is required to oscillate the whole at the same wavelength.
【0015】一方、これら複数のレーザを能動的に単一
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている(例えば、Walter KoechnerによるSolid-s
tateLaser Engineering, 3rd Edition, Springer Serie
s in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249)。これは、発振スペクトル
線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレーザ要
素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いることに
より、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつスペク
トル線幅を狭帯域化するという方法である。しかしこの
方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する光学回路
や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造が複雑
になるという問題があった。On the other hand, an injection seed method is well known as a method for actively converting a plurality of lasers to a single wavelength (for example, Solid-s by Walter Koechner).
tateLaser Engineering, 3rd Edition, Springer Serie
s in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249). This is because the light from a single laser light source having a narrow oscillation spectrum line width is split into a plurality of laser elements, and this laser light is used as a guided wave to tune the oscillation wavelength of each laser element, and This is a method of narrowing the width. However, this method has a problem that the structure becomes complicated because an optical circuit for branching the seed light to each laser element and a tuning control unit for the oscillation wavelength are required.
【0016】さらに、このようなアレイレーザは、従来
のエキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくする
ことが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム系を
数センチメートル以下におさえるパッケージングは困難
であった。また、このように構成されたアレイレーザで
は、各アレイごとに波長変換部が必要となるため高価と
なること、アレイを構成するレーザ要素の一部にアライ
メントずれが生じた場合や構成する光学素子に損傷が発
生した場合に、このレーザ要素の調整をするためには、
一度アレイ全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、
調整した上で再度アレイを組み立て直す必要があるこ
と、などの課題があった。Further, such an array laser can significantly reduce the size of the entire device as compared with a conventional excimer laser, but it is still difficult to reduce the output beam system of the entire array to several centimeters or less. there were. In addition, the array laser configured as described above is expensive because a wavelength conversion unit is required for each array, and it is expensive when a part of the laser elements forming the array is misaligned or when the optical element is configured. In order to adjust this laser element in case of damage to
Once the whole array is disassembled and this laser element is taken out,
There was a problem that it was necessary to reassemble the array after adjustment.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点、例えば露光装置の紫外光源としてエキシマ
レーザを用いた場合に生ずる問題であるところの、装置
の大型化、有毒なフッ素ガスの使用、メインテナンスの
煩雑さと高価さなどという諸問題や、露光装置の紫外光
源として例えばNd:YAGレーザなどの様な固体レー
ザの高調波を用いた場合に考えられる非線形光学結晶の
損傷や、空間的コヒーレンスの増加に伴うスペックル発
生等の問題、また露光装置の紫外光源として、紫外光を
発生する複数のレーザ要素をマトリックス状に束ねたア
レイレーザを用いた場合に考えられる同調機構を含めた
構造の複雑さや出力ビーム径小型化の難しさ、メインテ
ナンスの煩雑さ等の問題を考慮してなされたものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to the problems of the prior art described above, for example, the problem that arises when an excimer laser is used as an ultraviolet light source of an exposure apparatus. Problems, such as the use of a laser, the complexity of maintenance, and the cost, damage to a nonlinear optical crystal, and space, which can be considered when a harmonic of a solid-state laser such as an Nd: YAG laser is used as an ultraviolet light source of an exposure apparatus. Problems such as speckle generation due to the increase in dynamic coherence, and a tuning mechanism that can be considered when using an array laser in which multiple laser elements that generate ultraviolet light are bundled in a matrix as the ultraviolet light source of the exposure apparatus. This is made in consideration of problems such as the complexity of the structure, the difficulty in reducing the output beam diameter, and the complexity of maintenance.
【0018】すなわち、本発明の目的は露光装置の光源
として充分に狭帯域化された単一波長の紫外光を、空間
的コヒーレンスの低い紫外光出力として安定して発生す
ることにあり、あわせてコンパクトで取り扱いの容易な
レーザ装置を提供することにある。また、このような小
型で取り扱いの容易なレーザ装置を光源として用いたコ
ンパクトで自由度の高い露光装置を提供することにあ
る。That is, an object of the present invention is to stably generate a single-wavelength ultraviolet light having a sufficiently narrow band as an ultraviolet light output having a low spatial coherence as a light source of an exposure apparatus. An object of the present invention is to provide a compact and easy-to-handle laser device. Another object of the present invention is to provide a compact and highly flexible exposure apparatus using such a small and easily handled laser device as a light source.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的は、単一波長の
光を発生するレーザ光発生部と、前記発生したレーザ光
を増幅するファイバー光増幅器を有する少なくとも一段
の光増幅器と、前記光増幅器によって増幅された光を非
線形光学結晶により紫外光に波長変換する波長変換部
と、前記波長変換部の少なくとも一部分を−40℃以下
に冷却する冷却装置とにより構成することを特徴とする
レーザ装置により達成される。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser light generator for generating light of a single wavelength, at least one optical amplifier having a fiber optical amplifier for amplifying the generated laser light, and the optical amplifier. A wavelength conversion unit that converts the wavelength of the light amplified by the nonlinear optical crystal into ultraviolet light, and a cooling device that cools at least a part of the wavelength conversion unit to −40 ° C. or less. Achieved.
【0020】より具体的には、レーザ光発生部には狭帯
域化した単一波長発振レーザ(例えばDFB半導体レー
ザ等)を備え、この単一波長のレーザ光をファイバー光
増幅器(例えばエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅
器等)によって増幅し、このファイバー増幅器からの出
力光を非線形光学結晶を用いた波長変換部によって紫外
光(例えば、波長193nm)に変換する構成とするこ
とにより、本発明の目的とするコンパクトな構成で、取
り扱いの容易な、単一波長の紫外光を発生させるレーザ
装置を提供するものである。More specifically, the laser light generating section is provided with a narrow-band single-wavelength oscillation laser (for example, a DFB semiconductor laser), and this single-wavelength laser light is fed to a fiber optical amplifier (for example, erbium-doped). Amplifying by a fiber optical amplifier, and converting the output light from the fiber amplifier into ultraviolet light (for example, wavelength 193 nm) by a wavelength conversion unit using a nonlinear optical crystal. An object of the present invention is to provide a laser device that generates a single-wavelength ultraviolet light that has a compact configuration and is easy to handle.
【0021】また、本発明では、単一波長発振レーザ
(例えばDFB半導体レーザやファイバーレーザ等)の
出力を、光分岐手段で分岐した。この光分岐手段(例え
ばスプリッタ等)によって複数の出力に分割し、その後
にファイバーを設け、それら複数のファイバーを束ねる
ことでレーザ装置を形成した。なお光分岐手段として
は、単一周波数レーザにより発生させたレーザ光を複数
に並列分岐するものであればよい。In the present invention, the output of a single-wavelength oscillation laser (for example, a DFB semiconductor laser or a fiber laser) is branched by an optical branching unit. The light was split into a plurality of outputs by the light splitting means (for example, a splitter or the like), and thereafter, fibers were provided. By bundling the plurality of fibers, a laser device was formed. As the light branching means, any means may be used as long as the laser light generated by the single frequency laser is branched into a plurality of laser beams in parallel.
【0022】また時間的に重ならないようにする遅延手
段を備えることにより、互いに独立した光が得られるよ
うになる。そのための好適な手段としては、単一波長レ
ーザにより発生させたレーザ光を複数に並列分岐するビ
ームスプリッタを有するとともに、そのビームスプリッ
タの射出側に互いに長さの異なるファイバーを設けるこ
ととした。そして、互いに長さの異なるファイバーの好
ましい形態としては、並列分岐されたレーザ光がこのフ
ァイバーを通過した後、ファイバー出力端で相互の遅延
間隔が略一定間隔となるように例えば各ファイバー長さ
を設けることである。また、光分岐手段、遅延手段とし
ては、他に、所定時間ごとに各々の光路に光を分配する
時分割分光岐手段(Time Division Multiplexer:TD
M)を用いたことも、本発明の一つの形態である。Further, by providing a delay means for preventing the light from being overlapped in time, light independent from each other can be obtained. As a suitable means for this purpose, a beam splitter for splitting a plurality of laser beams generated by a single-wavelength laser in parallel is provided, and fibers having different lengths are provided on the emission side of the beam splitter. As a preferable mode of the fibers having different lengths, for example, the length of each fiber is set so that the delay interval between the fibers at the fiber output end becomes substantially constant after the laser light branched in parallel passes through this fiber. It is to provide. In addition, as the optical branching means and the delaying means, a time division multiplexer (TD) for distributing light to respective optical paths at predetermined time intervals may be used.
The use of M) is one aspect of the present invention.
【0023】次に、光分岐手段の出力側に設けられた複
数のファイバーとしては、複数のファイバー光増幅器
(例えばエルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器やイ
ットリビウム・ドープ・ファイバー光増幅器等)を例え
ば2段の増幅段で備えることが好ましく、2段目の第2
ファイバー光増幅器は大モード径ファイバーを用いて構
成することが好ましい。このようにすることで、更に光
強度の高いレーザ光を得ることができる。このファイバ
ー光増幅器によって増幅された複数のファイバー光増幅
器を束ねることが好ましい。なお、この複数のファイバ
ー光増幅器の出力端には、必要に応じて適宜無ドープの
ファイバーを結合することもできる。Next, as the plurality of fibers provided on the output side of the optical branching means, a plurality of fiber optical amplifiers (for example, an erbium-doped fiber optical amplifier or an yttrium-doped fiber optical amplifier) are provided, for example, in two stages. Is preferably provided in the amplification stage of the second stage.
Preferably, the fiber optical amplifier is configured using a large mode diameter fiber. By doing so, laser light with higher light intensity can be obtained. It is preferable to bundle a plurality of fiber optical amplifiers amplified by the fiber optical amplifier. It is to be noted that undoped fibers may be appropriately connected to the output terminals of the plurality of fiber optical amplifiers as needed.
【0024】このファイバー出力端部は、その出力端面
に向けてファイバーのコア径をテーパ状に緩やかに拡大
して設けることが望ましい。また、ファイバー出力端部
にレーザ光を透過する窓部材を設けて構成することが好
ましい。このように構成することにより、ファイバー出
力端面におけるレーザ光のパワー密度(単位面積当りの
光強度)を低下させることができ、従って、ファイバー
出力端部の損傷を抑制することができる。The fiber output end is desirably provided by gradually expanding the core diameter of the fiber in a tapered shape toward the output end face. Further, it is preferable to provide a window member that transmits laser light at the fiber output end. With this configuration, the power density (light intensity per unit area) of the laser light at the fiber output end face can be reduced, and therefore, damage to the fiber output end can be suppressed.
【0025】なお本発明では、波長変換部の入射側に備
えられた複数のファイバーにおいて、そのファイバーの
出力端を波長変換部の構成にあわせ、1本または複数本
を一つに束ねた出力群により構成されるか、或いは複数
のファイバー出力端を複数の群に分割し、かつ群ごとに
束ねて形成された複数の出力群により構成されることが
好ましい。そして、波長変換部では、1組もしくは複数
組の非線形光学結晶により基本波の高調波発生を行い紫
外光(例えば、波長193nmの紫外光)を出力する。
波長変換部を一組とすることにより小型かつ経済的に構
成することができ、また波長変換部を複数組とすること
によって一組当たりの負荷を減少させることができるた
め全体として高出力化を実現することができる。According to the present invention, in a plurality of fibers provided on the incident side of the wavelength conversion unit, the output end of the fiber is adjusted to the configuration of the wavelength conversion unit, and an output group in which one or a plurality of fibers are bundled together. Or a plurality of output groups formed by dividing a plurality of fiber output ends into a plurality of groups and bundling each group. The wavelength converter generates harmonics of the fundamental wave using one or more sets of nonlinear optical crystals and outputs ultraviolet light (for example, ultraviolet light having a wavelength of 193 nm).
One set of wavelength converters can be made compact and economical, and multiple sets of wavelength converters can reduce the load per set. Can be realized.
【0026】なお、複数のファイバー光増幅器を用いて
光増幅器を構成するときには、各ファイバー増幅器での
増幅率のばらつきに伴う紫外光出力のばらつきを抑制す
るため、各ファイバーからの出力光をモニターして各フ
ァイバー光増幅器の励起強度を制御するファイバー出力
制御手段を設けることが望ましい。また、紫外光出力の
光波長を特定波長で一定化させるために、基本波もしく
は波長変換部中の高調波の周波数を用いて単一波長発振
レーザの発振波長制御手段を設けることが好ましい。When an optical amplifier is constructed using a plurality of fiber optical amplifiers, the output light from each fiber is monitored in order to suppress the variation in the ultraviolet light output due to the variation in the amplification factor of each fiber amplifier. It is desirable to provide fiber output control means for controlling the excitation intensity of each fiber optical amplifier. In addition, in order to stabilize the light wavelength of the ultraviolet light output at a specific wavelength, it is preferable to provide an oscillation wavelength control means for a single-wavelength oscillation laser using the frequency of a fundamental wave or a harmonic in a wavelength converter.
【0027】波長変換部の入射側には、集光光学素子を
設けて構成する。この集光光学素子の使用形態は、光増
幅器の出力状況に応じて適宜定めることができ、例えば
各ファイバー出力ごとに集光光学素子を配設し、またバ
ンドル状に束ねられた出力群の出力端部の全面に集光光
学素子を配設するなどの使用形態が適用可能である。A light collecting optical element is provided on the incident side of the wavelength converter. The use form of the condensing optical element can be appropriately determined according to the output condition of the optical amplifier. For example, a condensing optical element is provided for each fiber output, and the output of an output group bundled in a bundle A use form such as disposing a light collecting optical element on the entire surface of the end portion is applicable.
【0028】ところで、紫外光を出力させるための構成
としては、例えばレーザ光発生部として波長が1.5μ
m付近のレーザ光を放射するものでり、光増幅器として
は波長1.5μm付近の基本波を増幅するファイバー光
増幅器を有する光増幅器を少なくとも1段備えており、
かつ増幅された基本波の8倍高調波発生を行う波長変換
部から構成されている。このように構成することにより
出力波長190nm近傍の紫外光を発生させることがで
きる。そしてこの出力光は、レーザ光発生部の発振波長
をさらに細かく規定(例えば1.544〜1.522μ
m)することにより、ArFエキシマレーザと同一波長
である193nmとすることができる。By the way, as a configuration for outputting ultraviolet light, for example, a laser light generating section having a wavelength of 1.5 μm is used.
m, and at least one optical amplifier having a fiber optical amplifier for amplifying a fundamental wave having a wavelength of about 1.5 μm is provided as an optical amplifier.
Further, it is composed of a wavelength converter for generating an eighth harmonic of the amplified fundamental wave. With this configuration, it is possible to generate ultraviolet light having an output wavelength near 190 nm. The output light further defines the oscillation wavelength of the laser light generator (for example, 1.544 to 1.522 μm).
m), the wavelength can be 193 nm, which is the same wavelength as the ArF excimer laser.
【0029】8倍高調波を得るための構成としては、波
長変換段に非線形光学結晶の和周波発生(SFG)をあ
わせて利用して、基本波の2倍高調波と4倍高調波を生
成し、これらを和周波発生により基本波の6倍高調波を
発生させ、さらにこの6倍高調波と2倍高調波を和周波
発生により基本波の8倍高調波を発生させる構成あるい
は、基本波と基本波の2倍高調波の和周波発生により3
倍高調波を発生させ、この3倍高調波の二次高調波発生
により基本波の6倍高調波を得、さらにこの6倍高調波
と2倍高調波を和周波発生により基本波の8倍高調波を
発生させる構成とる。これらの構成では最終段の8倍高
調波発生にはBBO結晶を用いる。BBO結晶は冷却装
置により−40℃以下に冷却され、193nm近傍の吸
収強度を抑えてある。冷却によりBBO結晶の193n
m付近の吸収強度が下がることは知られており、これを
用いた高効率波長変換に関しては、例えば特開平11−
160746に開示されている。As a configuration for obtaining the eighth harmonic, the second harmonic and the fourth harmonic of the fundamental wave are generated using the sum frequency generation (SFG) of the nonlinear optical crystal in combination with the wavelength conversion stage. Then, a sixth harmonic of the fundamental wave is generated by sum frequency generation, and the sixth harmonic and the second harmonic are generated by the sum frequency generation to generate an eighth harmonic of the fundamental wave. And the sum frequency generation of the second harmonic of the fundamental wave
A second harmonic of the third harmonic is generated, and a sixth harmonic of the fundamental wave is obtained by generating the second harmonic of the third harmonic. Further, the sixth harmonic and the second harmonic are eight times higher than the fundamental wave by generating the sum frequency. It is configured to generate harmonics. In these configurations, a BBO crystal is used for the generation of the eighth harmonic in the final stage. The BBO crystal is cooled to −40 ° C. or lower by a cooling device, and the absorption intensity near 193 nm is suppressed. 193n of BBO crystal by cooling
It is known that the absorption intensity in the vicinity of m decreases.
160746.
【0030】また、本発明のレーザ装置の態様では、連
続光を発生する光源(例えばDFB半導体レーザ等)か
らの光を、パルス光に変換する光変調器を備えること、
又は単一波長発振レーザをパルス発振させることで、紫
外パルスレーザ光を得ることができる。Further, according to an aspect of the laser apparatus of the present invention, an optical modulator for converting light from a light source (for example, a DFB semiconductor laser or the like) generating continuous light into pulsed light is provided.
Alternatively, an ultraviolet pulse laser beam can be obtained by pulsating a single-wavelength oscillation laser.
【0031】そして、以上のような構成で得られたレー
ザ装置を投影露光装置の光源として用い、さらに投影す
るパターンが描画されたマスクにほぼ均一な強度で光源
からの光を照射する照明光学系と、マスクに描画された
パターンをウエハーに投影するための投影対物光学系と
を備えていることで、メインテナンスの容易な投影露光
装置を得ることができる。An illumination optical system which uses the laser device obtained as described above as a light source of a projection exposure apparatus, and further irradiates a mask on which a pattern to be projected is drawn with almost uniform intensity from the light source. And a projection objective optical system for projecting the pattern drawn on the mask onto the wafer, a projection exposure apparatus with easy maintenance can be obtained.
【0032】また、前記複数のファイバー光増幅器によ
って増幅されたファイバー出力の一部を分割し、露光装
置の照明光学系への第1のファイバー伝送系と異なる第
2のファイバー伝送系に接続し、マスク上に形成された
アライメントマークやウエハステージ上の基準マークを
検出するアライメント系を構成することは、本発明のレ
ーザ装置を用いた露光装置の好適な実施形態である。Further, a part of the fiber output amplified by the plurality of fiber optical amplifiers is divided and connected to a second fiber transmission system different from the first fiber transmission system to the illumination optical system of the exposure apparatus. Constructing an alignment system for detecting an alignment mark formed on a mask or a reference mark on a wafer stage is a preferred embodiment of an exposure apparatus using the laser apparatus of the present invention.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】本発明によるレーザ光源は、レー
ザ光発生部からの単一波長の光を光増幅器によって増幅
し、この増幅された光を波長変換部に備える非線形光学
結晶により紫外光に変換するように構成することによ
り、複雑な構成を用いることなく所要のスペクトル線幅
(例えば1pm以下)の紫外光を容易に得ることができ
るものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A laser light source according to the present invention amplifies light of a single wavelength from a laser light generator by an optical amplifier, and converts the amplified light into ultraviolet light by a nonlinear optical crystal provided in a wavelength converter. By performing the conversion, it is possible to easily obtain ultraviolet light having a required spectral line width (for example, 1 pm or less) without using a complicated configuration.
【0034】さらに、単一波長のレーザ光を複数に分割
(又は時分割)し、この出力光を複数のファイバー光増
幅器で増幅し、この増幅された光を非線形光学結晶によ
り紫外光に変換するよう構成することにより、パルス光
の1パルスあたりのピークパワーを押さえつつ光源全体
としてのレーザ光出力の増大をはかり、かつ光の空間的
コヒーレンスの低い紫外光を供給しようとするものであ
る。Further, the laser light of a single wavelength is divided (or time-divided) into a plurality, the output light is amplified by a plurality of fiber optical amplifiers, and the amplified light is converted into ultraviolet light by a nonlinear optical crystal. With this configuration, it is intended to increase the laser light output of the entire light source while suppressing the peak power per pulse of the pulse light, and to supply ultraviolet light having low spatial coherence of light.
【0035】以下、本発明の好ましい実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る
レーザ装置の第1の実施形態について図1を参照しなが
ら説明する。本実施形態による紫外光発生装置は、単一
波長発振レーザ11からなり単一波長のレーザー光を発
生するレーザ光発生部と、ファイバー光増幅器13、1
8、19からなりこの光を増幅する光増幅器と、光を複
数に並列分岐させる光分岐手段14、16と、各々長さ
の異なるファイバー15、17と、そして後述する非線
形光学結晶からなり前記増幅された光を波長変換する波
長変換部とから構成され、ArFエキシマレーザと同じ
出力波長(193nm)を発生し、かつ空間的コヒーレ
ンスの低いレーザ装置を提供するものである。Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment of a laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. The ultraviolet light generation device according to the present embodiment includes a laser light generation unit that includes a single wavelength oscillation laser 11 and generates a single wavelength laser light, and fiber optical amplifiers 13 and 1.
8 and 19, an optical amplifier for amplifying the light, optical branching means 14 and 16 for splitting the light into a plurality of parallel lights, fibers 15 and 17 having different lengths, and a non-linear optical crystal described later. And a wavelength converter that converts the wavelength of the converted light into a wavelength. The laser device generates the same output wavelength (193 nm) as the ArF excimer laser and has low spatial coherence.
【0036】本実施形態において、図1には本発明に係
るレーザ装置のレーザ光発生部から出力された単一波長
のレーザ光が分岐され増幅されるまでの構成例を示す。
まず、図1に基づいて説明すると、レーザ光発生部に
は、単一波長のレーザ光を発生する単一波長発振レーザ
11が備えられ、さらに、光分岐手段であるスプリッタ
14、16と、各々長さの異なるファイバー15、17
とを備え、各々長さの異なるファイバー17の射出側に
はファイバー光増幅器18、19が接続され複数並列に
増幅される。In this embodiment, FIG. 1 shows an example of the configuration of a laser beam of a single wavelength output from a laser beam generator of a laser device according to the present invention until it is branched and amplified.
First, referring to FIG. 1, the laser light generating section is provided with a single-wavelength oscillation laser 11 for generating a single-wavelength laser light, and further includes splitters 14 and 16 serving as optical branching means. Fibers 15 and 17 of different lengths
And fiber optical amplifiers 18 and 19 are connected to the exit sides of the fibers 17 having different lengths, and a plurality of fiber optical amplifiers 18 and 19 are amplified in parallel.
【0037】このファイバー光増幅器19の出射端はバ
ンドル状に束ねられ、例えば図11(a)に示す波長変
換部(507〜517、550)にその増幅されたレー
ザ光が入射する。図1中に示されるファイバー光増幅器
19のファイバーバンドル出射端114は、図11
(a)、(b)にそれぞれ示されるファイバーバンドル
出射端501に対応する。この波長変換部は、非線形光
学結晶507、510、514、517等を備えて構成
され、ファイバー光増幅器19から射出される基本波を
紫外光に変換する。なお、本発明に係る波長変換部につ
いては、本発明の実施の形態の後段において実施形態
4、5として詳細に説明する。The output end of the fiber optical amplifier 19 is bundled in a bundle, and the amplified laser light is incident on, for example, a wavelength converter (507 to 517, 550) shown in FIG. The fiber bundle output end 114 of the fiber optical amplifier 19 shown in FIG.
(A) and (b) correspond to the fiber bundle emission end 501 shown in FIG. This wavelength converter includes nonlinear optical crystals 507, 510, 514, 517 and the like, and converts a fundamental wave emitted from the fiber optical amplifier 19 into ultraviolet light. The wavelength converter according to the present invention will be described in detail as Embodiments 4 and 5 later in the embodiment of the present invention.
【0038】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図1に示す単一波長で発振する単一波長発振レー
ザ11としては、例えば、発振波長1.544μm、連
続波出力(以下CW出力という)20mWのInGaAsP,
DFB半導体レーザを用いる。ここでDFB半導体レー
ザとは、縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振
器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に作り上げた
もので、どのような状況下であっても単一縦モード発振
をするように構成されており、分布帰還型(Distributed
Feedback:DFB)レーザと呼ばれるものである。この
様なレーザでは基本的に単一縦モード発振をすることか
ら、その発振スペクトル線幅は0.01pm以下に抑え
られる。Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail. As the single-wavelength oscillation laser 11 oscillating at a single wavelength shown in FIG. 1, for example, InGaAsP having an oscillation wavelength of 1.544 μm and a continuous wave output (hereinafter referred to as CW output) of 20 mW,
A DFB semiconductor laser is used. Here, a DFB semiconductor laser is a device in which a diffraction grating is formed in a semiconductor laser in place of a Fabry-Perot resonator having low longitudinal mode selectivity. Distributed feedback type (Distributed
Feedback: This is called a DFB laser. Since such a laser basically oscillates in a single longitudinal mode, its oscillation spectrum line width can be suppressed to 0.01 pm or less.
【0039】なお、レーザ装置の出力波長を特定波長に
固定するためには、単一波長発振レーザ(Master Oscill
ator)の発振波長を一定波長に制御する発振波長制御装
置を設けることが好ましい。逆に、この発振波長制御装
置によって単一波長発振レーザの発振波長を積極的に変
化させてその出力波長を調整可能にすることも好まし
い。例えば、本発明のレーザ装置を露光装置に適用する
場合、前者によれば、波長変動による投影光学系の収差
の発生、又はその変動が防止され、パターン転写中にそ
の像特性(像質などの光学的特性)が変化することがな
くなる。In order to fix the output wavelength of the laser device to a specific wavelength, a single-wavelength oscillation laser (Master Oscill
ator) is preferably provided with an oscillation wavelength control device for controlling the oscillation wavelength to a constant wavelength. Conversely, it is also preferable that the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser is positively changed by the oscillation wavelength control device so that its output wavelength can be adjusted. For example, when the laser apparatus of the present invention is applied to an exposure apparatus, according to the former, the occurrence or fluctuation of the aberration of the projection optical system due to wavelength fluctuation is prevented, and the image characteristics (such as image quality) during pattern transfer are prevented. Optical characteristics) do not change.
【0040】また、後者によれば、露光装置が組立、調
整される製造現場と露光装置の設置場所(納入先)との
標高差や気圧差、更には環境(クリーンルーム内の雰囲
気)の違いなどに応じて生じる投影光学系の結像特性
(収差など)の変動を相殺でき、納入先で露光装置の立
ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。さら
に後者によれば、露光装置の稼働中に、露光用照明光の
照射、及び大気圧変化などに起因して生じる投影光学系
の収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動も相殺で
き、常に最良の結像状態でパターン像を基板上に転写す
ることが可能となる。According to the latter, an altitude difference and a pressure difference between a manufacturing site where the exposure apparatus is assembled and adjusted and a place where the exposure apparatus is installed (delivery destination), and a difference in environment (atmosphere in a clean room), etc. Therefore, fluctuations in the imaging characteristics (such as aberrations) of the projection optical system caused by the deviation can be offset, and the time required for starting up the exposure apparatus at the delivery destination can be reduced. Furthermore, according to the latter, during the operation of the exposure apparatus, the illumination of the exposure illumination light, and aberrations of the projection optical system caused by changes in atmospheric pressure, projection magnification, and fluctuations in the focus position, etc., can be offset, and always The pattern image can be transferred onto the substrate in the best image forming state.
【0041】このような発振波長制御手段としては、例
えば、単一波長発振レーザとしてDFB半導体レーザを
用いる場合には、DFB半導体レーザの温度制御を行う
ことにより達成することができ、この方法により発振波
長をさらに安定化して一定の波長に制御したり、あるい
は出力波長を微調整することができる。For example, when a DFB semiconductor laser is used as a single-wavelength oscillation laser, such oscillation wavelength control means can be achieved by controlling the temperature of the DFB semiconductor laser. The wavelength can be further stabilized to control the wavelength to be constant, or the output wavelength can be finely adjusted.
【0042】通常、DFB半導体レーザなどはヒートシ
ンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されてい
る。そこで本例では、単一波長発振レーザ (DFB半導
体レーザなど)11に付設されるヒートシンクに設けら
れた温度調整器(例えばペルチェ素子など)を用いてそ
の温度を制御して発振波長を調整する。ここで、DFB
半導体レーザなどではその温度を0.001℃単位で制
御することが可能である。Usually, a DFB semiconductor laser or the like is provided on a heat sink, and these are housed in a housing. Therefore, in this example, the oscillation wavelength is adjusted by controlling the temperature using a temperature controller (for example, a Peltier element) provided on a heat sink attached to the single-wavelength oscillation laser (such as a DFB semiconductor laser) 11. Where DFB
In a semiconductor laser or the like, the temperature can be controlled in units of 0.001 ° C.
【0043】また、DFB半導体レーザの発振波長は
0.1nm/℃程度の温度依存性を持つ。例えば、DF
B半導体レーザの温度を1℃変化させると、基本波(1
544nm)ではその波長が0.1nm変化するので、
8倍波(193nm)ではその波長が0.0125nm
変化することになる。なお、露光装置では露光用照明光
(パルス光)の波長をその中心波長に対して±20pm
程度変化させることができれば十分である。従って、D
FB半導体レーザ11の温度を±1.6℃程度変化させ
ればよい。The oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser has a temperature dependency of about 0.1 nm / ° C. For example, DF
When the temperature of the B semiconductor laser is changed by 1 ° C., the fundamental wave (1
544 nm), the wavelength changes by 0.1 nm.
In the eighth harmonic (193 nm), the wavelength is 0.0125 nm.
Will change. In the exposure apparatus, the wavelength of the exposure illumination light (pulse light) is set to ± 20 pm with respect to the center wavelength.
It is enough if the degree can be changed. Therefore, D
What is necessary is just to change the temperature of the FB semiconductor laser 11 by about ± 1.6 ° C.
【0044】そして、この発振波長を所定の波長に制御
する際のフィードバック制御のモニター波長としては、
DFB半導体レーザの発振波長、あるいは後述する波長
変換出力(2倍波、3倍波、4倍波等)のうちから所望
の波長制御を行うに当たって必要な感度を与え、かつ最
もモニターしやすい波長を選択する。例えば、単一波長
発振レーザとして発振波長1.51〜1.59μmのD
FB半導体レーザを使用する場合に、この発振レーザ光
の3倍波は503nm〜530nmの波長になるが、こ
の波長帯はヨウ素分子の吸収線が密に存在する波長域に
該当しており、ヨウ素分子の適切な吸収線を選んでその
波長にロックすることにより精密な発振波長制御を行う
ことが可能である。As the monitor wavelength for feedback control when controlling the oscillation wavelength to a predetermined wavelength,
From the oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser or the wavelength conversion output (2nd harmonic, 3rd harmonic, 4th harmonic, etc.) described below, the wavelength that gives the sensitivity necessary for performing the desired wavelength control and is the most easily monitored wavelength select. For example, as a single-wavelength oscillation laser, D with an oscillation wavelength of 1.51 to 1.59 μm
When an FB semiconductor laser is used, the third harmonic of the oscillation laser light has a wavelength of 503 nm to 530 nm, and this wavelength band corresponds to a wavelength range where absorption lines of iodine molecules are densely present. Precise oscillation wavelength control can be performed by selecting an appropriate absorption line of a molecule and locking to that wavelength.
【0045】この半導体レーザの光出力を例えば電気光
学光変調素子や音響光学光変調素子などの光変調素子1
2を用いて、CW光(連続光)をパルス光に変換する。
本構成例では一例として、この光変調素子12によって
パルス幅1ns、繰り返し周波数100kHz(パルス
周期10μs)のパルス光に変調させた場合について説
明を行う。この様な光変調を行った結果、光変調素子1
2から出力されるパルス光のピーク出力は20mW、平
均出力は2μWとなる。ここでは、光変調素子12の挿
入による損失がないものとしたが、その挿入損失があ
る、例えば損失が−3dBである場合、パルス光のピー
ク出力は10mW、平均出力は1μWとなる。The light output of the semiconductor laser is applied to an optical modulator 1 such as an electro-optical modulator or an acousto-optical modulator.
2 is used to convert CW light (continuous light) into pulsed light.
In the present configuration example, as an example, a case will be described in which the light modulation element 12 modulates pulse light with a pulse width of 1 ns and a repetition frequency of 100 kHz (pulse period of 10 μs). As a result of performing such light modulation, the light modulation element 1
2 has a peak output of 20 mW and an average output of 2 μW. Here, it is assumed that there is no loss due to the insertion of the optical modulation element 12. However, when the insertion loss is present, for example, when the loss is −3 dB, the peak output of the pulse light is 10 mW and the average output is 1 μW.
【0046】なお、光変調素子として電気光学変調素子
を用いる場合には、屈折率の時間変化に伴うチャープに
よる半導体レーザ出力の波長広がりが小さくなるよう
に、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調
素子(例えば二電極型変調器)を用いることが好まし
い。また、繰り返し周波数を100kHz程度以上に設
定することにより、後述するファイバー光増幅器におい
てASE(Amplified Spontaneous Emission,自然放出
光)ノイズの影響による増幅率低下を阻止することがで
き、このような変調器構成とすることが望ましい。When an electro-optic modulator is used as the light modulator, an electrode having a chirp-corrected electrode structure such that the wavelength spread of the semiconductor laser output due to the chirp due to the change in refractive index with time is reduced. It is preferable to use an optical modulation element (for example, a two-electrode modulator). Further, by setting the repetition frequency to about 100 kHz or more, it is possible to prevent a decrease in amplification factor due to the influence of ASE (Amplified Spontaneous Emission) noise in a fiber optical amplifier described later. It is desirable that
【0047】このようにして得たパルス光出力を、初段
のエルビウム(Er)・ドープ・ファイバー光増幅器
(EDFA)13に接続し、35dB(3162倍)の
光増幅を行う。このときパルス光は、ピーク出力約63
W、平均出力約6.3mWとなる。The pulse light output obtained in this way is connected to an erbium (Er) -doped fiber optical amplifier (EDFA) 13 at the first stage to perform optical amplification of 35 dB (3162 times). At this time, the pulse light has a peak output of about 63
W, the average output is about 6.3 mW.
【0048】この初段の光増幅器であるファイバー増幅
器13の出力を、光分岐手段であるスプリッタ14(平
板導波路1×4スプリッタ)でまずチャネル0〜3の4
出力に並列分割する。このチャネル0〜3の各出力を、
各々長さの異なるファイバー15(図ではチャネル0の
一本のみを表示する)に接続することにより、各ファイ
バーから出力される光は、各出力光にファイバー長に対
応した遅延が与えられる。例えば本実施形態では、ファ
イバー中の光の伝搬速度を2×108m/sであると
し、チャネル0、1、2、3にそれぞれ0.1m、1
9.3m、38.5m、57.7mの長さのファイバー
を接続する。この場合、各ファイバー出口での隣り合う
チャネル間の光の遅延は96nsとなる。なおここで
は、この様に光を遅延させる目的で使用するファイバー
を、便宜的に遅延ファイバーと呼ぶ。The output of the fiber amplifier 13 as the first-stage optical amplifier is first divided by a splitter 14 (a flat waveguide 1 × 4 splitter) as an optical branching means into a channel 4 to a channel 4.
Split into parallel outputs. Each output of channels 0 to 3 is
By connecting to fibers 15 having different lengths (only one of the channels 0 is shown in the figure), the light output from each fiber is given a delay corresponding to the fiber length to each output light. For example, in the present embodiment, it is assumed that the propagation speed of light in the fiber is 2 × 10 8 m / s, and that the channels 0, 1, 2, and 3 are 0.1 m and 1 m respectively.
Connect fibers of 9.3m, 38.5m, 57.7m length. In this case, the light delay between adjacent channels at each fiber exit is 96 ns. Here, the fiber used for the purpose of delaying light in this way is called a delay fiber for convenience.
【0049】次に、前記4本の遅延ファイバー出力を、
4ブロックの平板導波路1×32スプリッタ16でさら
に32出力に並列分割(各ブロックでチャネル0〜3
1)し、合計128のチャネルに分割する。そして、各
ブロックともチャネル0をのぞくチャネル1〜31に再
び長さの異なる遅延ファイバー17を接続する。例えば
本実施形態では、チャネル1から31にそれぞれ0.6
×Nメートル(Nはチャネル番号)の長さのファイバー
を接続する。この結果、各ブロック内の隣り合うチャネ
ル間では3nsの遅延が与えられ、各ブロックのチャネ
ル0出力に対し、チャネル31出力は、3×31=93
nsの遅延が与えられる。Next, the outputs of the four delay fibers are
The block is further divided into 32 outputs in parallel by 4 blocks of flat waveguide 1 × 32 splitter 16 (channels 0 to 3 in each block).
1) Divide into 128 channels in total. Then, the delay fibers 17 having different lengths are connected again to the channels 1 to 31 except the channel 0 in each block. For example, in this embodiment, channels 1 to 31 each have 0.6
A fiber having a length of × N meters (N is a channel number) is connected. As a result, a delay of 3 ns is given between adjacent channels in each block, and the output of channel 31 is 3 × 31 = 93 with respect to the output of channel 0 of each block.
An ns delay is provided.
【0050】一方、第1から第4までの各ブロック間に
は、前記のように遅延ファイバー15によって、各ブロ
ックの入力時点で各々96nsの遅延が与えられてい
る。従って、第2ブロックのチャネル0出力は第1ブロ
ックのチャネル0出力に対し96nsの遅延となり、第
1ブロックのチャネル31との遅延は3nsとなる。こ
のことは、第2〜第3、第3〜第4のブロック間におい
ても同様である。この結果、全体の出力として総計12
8チャネルの出力端で、隣り合うチャネル間に3nsの
遅延を持つパルス光が得られる。なお、図1では第1ブ
ロックのチャネル1についてのみ記載し、他のチャネル
の記載を省略しているが、他のチャネルについても同様
に構成するものである。On the other hand, a delay of 96 ns is provided between the first to fourth blocks by the delay fiber 15 at the time of input of each block as described above. Therefore, the channel 0 output of the second block has a delay of 96 ns with respect to the channel 0 output of the first block, and the delay with the channel 31 of the first block is 3 ns. This is the same between the second and third blocks and the third and fourth blocks. As a result, a total output of 12
At the output terminals of the eight channels, pulse light having a delay of 3 ns between adjacent channels is obtained. Although only channel 1 of the first block is shown in FIG. 1 and the description of other channels is omitted, other channels have the same configuration.
【0051】以上の分岐及び遅延により、総計128チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で3nsの遅
延を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出力端
で観測される光パルスは、光変調素子12によって変調
されたパルスと同じ100kHz(パルス周期10μ
s)である。従って、レーザ光発生部全体として見る
と、128パルスが3ns間隔で発生した後、9.62
μsの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰り
返しが100kHzで行われる。即ち全体の出力は12
8×100×103=1.28×107パルス/秒とな
る。By the above branching and delay, a pulse light having a delay of 3 ns between adjacent channels can be obtained at the output terminals of a total of 128 channels. At this time, the optical pulse observed at each output terminal is an optical pulse. The same 100 kHz as the pulse modulated by the modulation element 12 (pulse period 10 μm)
s). Therefore, looking at the entire laser beam generator, 9.62 after generating 128 pulses at 3 ns intervals.
The repetition that the next pulse train is generated at intervals of μs is performed at 100 kHz. That is, the total output is 12
8 × 100 × 10 3 = 1.28 × 10 7 pulses / sec.
【0052】なお本実施形態では、分割数を128と
し、また遅延用ファイバーとして短いものを用いた例に
ついて説明した。このため各パルス列の間に9.62μ
sの発光しない間隔が生じたが、分割数を増加させる、
または遅延用ファイバーをより長くして適切な長さとす
る、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、
パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。例
えば、前記スプリッタ14に入射するレーザ光のパルス
繰り返し数をf[Hz]、分割数をmとしたときに、各フ
ァイバーの遅延間隔が1/(f×m)となるように各フ
ァイバー長を設定することによっても達成できるもので
ある。In this embodiment, an example has been described in which the number of divisions is set to 128 and a short delay fiber is used. For this reason, 9.62 .mu.
Although an interval where s does not emit light occurs, the number of divisions is increased,
Or by making the delay fiber longer and of the appropriate length, or by using a combination of these
It is also possible to make the pulse intervals completely equal. For example, when the number of pulse repetitions of the laser light incident on the splitter 14 is f [Hz] and the number of divisions is m, the length of each fiber is set so that the delay interval of each fiber is 1 / (f × m). It can also be achieved by setting.
【0053】また、前述のパルス間隔を完全な等間隔と
するように、スプリッタ14、16の少なくとも一方の
分割数、又は光変調素子12によって規定されるパルス
繰り返し数fを調整する、あるいはその分割数と繰り返
し数fの両方を調整するようしてもよい。従って、遅延
ファイバー15、17の各ファイバー長、スプリッタ1
4、16の少なくとも一方の分割数、及びパルス繰り返
し数fの少なくとも1つを調整することで、パルス間隔
を等間隔に設定できるだけでなく、その間隔を任意に設
定することができる。Further, the number of divisions of at least one of the splitters 14 and 16 or the number of pulse repetitions f defined by the light modulating element 12 is adjusted so that the above-mentioned pulse intervals are completely equal, or the division is made. Both the number and the number of repetitions f may be adjusted. Therefore, each fiber length of the delay fibers 15 and 17 and the splitter 1
By adjusting at least one of the number of divisions 4 and 16 and the number of pulse repetitions f, not only pulse intervals can be set at equal intervals, but also the intervals can be set arbitrarily.
【0054】なお、光源を組み上げた後にファイバー長
を変更するためには、例えば遅延ファイバー15、17
をそれぞれ束ねてユニット化しておき、このユニットを
チャネル間の遅延時間が異なる別の遅延ファイバー・ユ
ニットと交換できるように構成しておくことが好まし
い。また、スプリッタ14、16の分割数を変更すると
きも、スプリッタ14、16にそれぞれ対応して分割数
が異なる別のスプリッタを用意しておき、これらを交換
可能に構成しておくことが好ましい。このとき、スプリ
ッタ14、16の分割数の変更に応じて遅延ファイバー
15、17の各ユニットを交換可能に構成しておくこと
が望ましい。In order to change the fiber length after assembling the light sources, for example, the delay fibers 15 and 17 are required.
Are preferably bundled into a unit so that this unit can be replaced with another delay fiber unit having a different delay time between channels. Also, when changing the number of divisions of the splitters 14 and 16, it is preferable to prepare another splitter having a different number of divisions corresponding to each of the splitters 14 and 16 and to replace them. At this time, it is desirable that each unit of the delay fibers 15 and 17 is configured to be exchangeable according to the change in the number of divisions of the splitters 14 and 16.
【0055】また、本例では光変調素子12に印加する
ドライブ用電圧パルスのタイミングを制御することによ
って、光源(パルス光)の発振タイミング、即ち繰り返
し周波数f(パルス周期)を調整することができる。さ
らに、この発振タイミングの変更に伴ってパルス光の出
力が変動し得る場合には、光変調素子12に印加するド
ライブ用電圧パルスの大きさも同時に調整してその出力
変動を補償するようにしてもよい。In this embodiment, the oscillation timing of the light source (pulse light), that is, the repetition frequency f (pulse cycle) can be adjusted by controlling the timing of the drive voltage pulse applied to the light modulation element 12. . Further, when the output of the pulse light can fluctuate with the change of the oscillation timing, the magnitude of the driving voltage pulse applied to the light modulation element 12 is also adjusted at the same time to compensate for the output fluctuation. Good.
【0056】さて、本例では128本の遅延ファイバー
17にそれぞれファイバー光増幅器18が接続され、さ
らに狭帯域フィルタ113を挟んでファイバー光増幅器
19が接続されている。狭帯域フィルタ113は、ファ
イバー光増幅器13及び18でそれぞれ発生するASE
光をカットし、かつDFB半導体レーザ11の出力波長
(波長幅は1pm程度以下)を透過させることで、透過
光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。これによ
り、ASE光が後段のファイバー光増幅器(18及び1
9)に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防
止することができる。ここで、狭帯域フィルタはその透
過波長幅が1pm程度であることが好ましいが、ASE
光の波長幅は数十nm程度であるので、現時点で得られ
る透過波長幅が100pm程度の狭帯域フィルタを用い
ても実用上問題がない程度にASE光をカットすること
ができる。In this example, a fiber optical amplifier 18 is connected to each of the 128 delay fibers 17, and a fiber optical amplifier 19 is connected with a narrow band filter 113 interposed therebetween. The narrow band filter 113 is provided with the ASE generated by the fiber optical amplifiers 13 and 18, respectively.
By cutting the light and transmitting the output wavelength of the DFB semiconductor laser 11 (the wavelength width is about 1 pm or less), the wavelength width of the transmitted light is substantially narrowed. As a result, the ASE light is transmitted to the subsequent fiber optical amplifier (18 and 1).
9) to prevent the amplification gain of the laser light from being lowered. Here, the narrow band filter preferably has a transmission wavelength width of about 1 pm.
Since the wavelength width of light is about several tens of nm, the ASE light can be cut to such an extent that there is no practical problem even if a narrow band filter having a transmission wavelength width obtained at this time of about 100 pm is used.
【0057】また、DFB半導体レーザ11の出力波長
を積極的に変化させる場合、その出力波長に応じて狭帯
域フィルタを交換するようにしてもよいが、その出力波
長の可変幅(露光装置では一例として前述した±20p
m程度)に応じた透過波長幅(可変幅と同程度以上)を
持つ狭帯域フィルタを用いておくことが好ましい。な
お、露光装置に適用されるレーザ装置ではその波長幅が
1pm程度以下に設定される。また、図1のレーザ装置
には3つのアイソレータ110、111、112が設け
られており、これらによって戻り光の影響が低減される
ようになっている。When the output wavelength of the DFB semiconductor laser 11 is positively changed, the narrow band filter may be replaced in accordance with the output wavelength. ± 20p
m) is preferably used. In a laser device applied to an exposure apparatus, the wavelength width is set to about 1 pm or less. In addition, the laser device of FIG. 1 is provided with three isolators 110, 111, and 112, which reduce the influence of return light.
【0058】以上のように構成することにより、前記発
生部(ファイバー光増幅器19の出射端)からの出力光
は、極めて狭帯域化された光でありながら、お互いに時
間的に重なり合うことがない。従って、各チャネル出力
間の空間的コヒーレンスを低減することができる。With the above configuration, the output light from the generating section (the output end of the fiber optical amplifier 19) does not overlap with each other in time even though it is an extremely narrow band light. . Therefore, spatial coherence between channel outputs can be reduced.
【0059】なお以上の構成では、単一波長発振レーザ
11としてDFB半導体レーザを用い、光分岐手段の分
岐要素として平板導波路型スプリッタ14、16を用い
た例について説明したが、レーザ光源としては、DFB
半導体レーザと同様に、この波長領域で狭帯域化された
レーザであれば良く、例えばエルビウム(Er)・ドー
プ・ファイバー・レーザであっても同様の効果を奏す
る。また、光分岐手段の分岐要素としては、平板導波路
スプリッタと同様に、光を並列に分岐するものであれば
良く、例えばファイバースプリッタや、部分透過鏡を用
いたビームスプリッタであっても同様の効果を奏する。In the above configuration, an example was described in which a DFB semiconductor laser was used as the single-wavelength oscillation laser 11 and the planar waveguide type splitters 14 and 16 were used as branching elements of the optical branching means. , DFB
As with the semiconductor laser, any laser having a narrow band in this wavelength region may be used. For example, an erbium (Er) -doped fiber laser can provide the same effect. Further, as the branching element of the light branching means, as in the case of the flat-plate waveguide splitter, any element may be used as long as it splits light in parallel. It works.
【0060】また、前述したように本実施形態では、遅
延ファイバーであるファイバー17の出力を、一段ある
いは多段のEDFA(エルビウム・ドープ・ファイバー
光増幅器、以下同じ)で更に増幅する。本実施形態で
は、一例として、前記レーザ光発生部での各チャネルの
平均出力約50μW、全チャネル合計での平均出力約
6.3mWを2段のEDFA18、19によって合計4
6dB(40600倍)の増幅を行う例について示して
いる。この場合、各チャネルの出力端ではピーク出力2
0kW、パルス幅1ns、パルス繰り返し100kH
z、平均出力2W、全チャネルでの平均出力約256W
を得る。As described above, in the present embodiment, the output of the fiber 17 which is a delay fiber is further amplified by a single-stage or multi-stage EDFA (erbium-doped fiber optical amplifier, the same applies hereinafter). In this embodiment, as an example, an average output of about 50 μW for each channel in the laser light generating section and an average output of about 6.3 mW for the total of all channels are output by the two-stage EDFAs 18 and 19 for a total of 4 m.
An example in which amplification of 6 dB (40600 times) is performed is shown. In this case, the peak output is 2 at the output end of each channel.
0 kW, pulse width 1 ns, pulse repetition 100 kW
z, average power 2W, average power about 256W in all channels
Get.
【0061】ここでは、平板導波路型スプリッタ14、
16での結合損失を考慮していないが、その結合損失が
ある場合にはその損失分だけファイバー光増幅器(例え
ばEDFA18、19などの少なくとも1つ)の増幅利
得を上げることにより、EDFA19から発生する基本
波の出力を前述した値(例えばピーク出力20kWな
ど)と同一にすることができる。なお、ファイバー光増
幅器の増幅利得を変化させることで、基本波の出力を前
述した値よりも大きくしたり、あるいは小さくしたりす
ることができる。Here, the planar waveguide type splitter 14,
Although the coupling loss at 16 is not taken into account, if there is such coupling loss, it is generated from the EDFA 19 by increasing the amplification gain of the fiber optical amplifier (for example, at least one of the EDFAs 18 and 19) by the loss. The output of the fundamental wave can be made the same as the above-described value (for example, the peak output is 20 kW). By changing the amplification gain of the fiber optical amplifier, the output of the fundamental wave can be made larger or smaller than the above-described value.
【0062】この光増幅器の出力である波長1.544
μmの単一波長パルスレーザ光は、非線形光学結晶を用
いた波長変換部により、スペクトル線幅の狭い紫外光パ
ルス出力に変換される。この波長変換部の実施形態につ
いては後述する。The wavelength 1.544, which is the output of this optical amplifier,
The μm single-wavelength pulse laser light is converted into an ultraviolet light pulse output having a narrow spectral line width by a wavelength conversion unit using a nonlinear optical crystal. An embodiment of the wavelength converter will be described later.
【0063】次に本発明に係るレーザ装置の第2の実施
形態を、図2を参照しながら説明する。本実施形態によ
る紫外光発生装置は、単一波長のレーザ光を発生するレ
ーザ光発生部と、この光を増幅する光増幅器、及び前記
増幅された光を波長変換する波長変換部とから構成さ
れ、ArFエキシマレーザと同じ出力波長(193n
m)のレーザ光を発生し、かつ空間的コヒーレンスの低
い紫外レーザ装置を提供するものである。なお本発明の
第1の実施形態における紫外レーザ装置とは、光分岐手
段が光を時間的に分割し分岐するもの(Time Division
Multiplexer: TDM、23)である点、この光分岐手段に
入射されるまでのレーザ光はファイバー光増幅器で増幅
されていない点、の2点において異なっている。このう
ち、光分岐手段とファイバー光増幅器の先後はいずれの
構成をとることも可能である。Next, a second embodiment of the laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. The ultraviolet light generation device according to the present embodiment includes a laser light generation unit that generates a single-wavelength laser light, an optical amplifier that amplifies the light, and a wavelength conversion unit that wavelength-converts the amplified light. , The same output wavelength as the ArF excimer laser (193n
An ultraviolet laser device that generates laser light of m) and has low spatial coherence. The ultraviolet laser device according to the first embodiment of the present invention is a device in which an optical branching unit temporally splits and splits light (Time Division).
Multiplexer: TDM, 23), and the point that the laser light before entering the optical branching means is not amplified by the fiber optical amplifier. Of these, any configuration can be adopted before and after the optical branching means and the fiber optical amplifier.
【0064】また、実施形態1では平板導波路型スプリ
ッタ(14、16)の代わりに実施形態2で用いたTD
M(23)を用いてもよいし、実施形態2ではTDM
(23)の代わりに平板導波路型スプリッタを用いても
よい。なお、波長変換部の実施形態については後述す
る。In the first embodiment, the TD used in the second embodiment is used instead of the flat waveguide splitters (14, 16).
M (23) may be used, and in the second embodiment, TDM
A flat waveguide type splitter may be used instead of (23). An embodiment of the wavelength converter will be described later.
【0065】なお、これらの実施形態における最終段の
高ピーク出力ファイバー光増幅器(図1では19、図2
では25)においては、ファイバー中での非線形効果に
よる増幅光のスペクトル幅の増加を避けるため、ファイ
バーモード径が通常通信で用いられているもの(5〜6
μm)よりも広い、例えば20〜30μmの大モード径
ファイバー光増幅器を使用することが望ましい。The last stage high peak output fiber optical amplifiers (19 in FIG. 1, FIG. 2)
In 25), in order to avoid an increase in the spectrum width of the amplified light due to the nonlinear effect in the fiber, the fiber mode diameter used in normal communication (5 to 6) is used.
It is desirable to use a large mode diameter fiber optic amplifier wider than [mu] m, for example 20-30 [mu] m.
【0066】この大モード径ファイバー光増幅器を用い
た光増幅器の構成例を図4に示す。図4中で点線の四角
で囲んだ部分のファイバーをモード径の広いものにする
この光増幅器42では、上記のモード径の広い光増幅器
用ドープ・ファイバーを励起するための半導体レーザ4
3を、光増幅器用ドープ・ファイバーの径に合わせた大
モード径ファイバーにファイバー結合し、この半導体レ
ーザ出力を波長分割多重化装置(Wavelength Division
Multiplexer:WDM)45、46を用いて、光増幅器用
ドープ・ファイバーに入力し、ドープ・ファイバーを励
起する。FIG. 4 shows an example of the configuration of an optical amplifier using this large mode diameter fiber optical amplifier. In this optical amplifier 42 in which the fiber surrounded by the dotted square in FIG. 4 has a wide mode diameter, the semiconductor laser 4 for exciting the optical amplifier doped fiber having the wide mode diameter is used.
3 is coupled to a large mode diameter fiber corresponding to the diameter of a doped fiber for an optical amplifier, and the output of this semiconductor laser is wavelength-division multiplexed (Wavelength Division Multiplexer).
Multiplexer (WDM) 45 and 46 are used to input the doped fiber for the optical amplifier to excite the doped fiber.
【0067】この大モード径ファイバー(光増幅器)4
2で増幅されたレーザ光は波長変換部500に入射し、
ここで紫外レーザ光に波長変換される。この大モード径
ファイバーを伝播する増幅されるべきレーザ光(信号)
は、主に基本モードであることが望ましく、これは、シ
ングルモードあるいはモード次数の低いマルチモードフ
ァイバーにおいて、主に基本モードを選択的に励起する
ことにより実現できる。This large mode diameter fiber (optical amplifier) 4
The laser light amplified in step 2 enters the wavelength converter 500,
Here, the wavelength is converted to ultraviolet laser light. Laser light (signal) to be amplified that propagates through this large mode diameter fiber
Is preferably a fundamental mode, which can be realized in a single mode or a multimode fiber having a low mode order by mainly selectively exciting the fundamental mode.
【0068】また、特に図4では半導体レーザ43とW
DM45との間に光偏波結合素子44が設けられ、互い
に偏光方向が直交する、2つの半導体レーザ43から出
力されるレーザ光を合成できるようになっている。な
お、本例では光偏波結合素子44でレーザ光の偏光方向
を直交させるものとしたが、レーザ光の合成効率の低下
を許容できる場合にはその偏光方向を直交させなくても
よい。さらに、大モード径ファイバー光増幅器42の入
射側に設けられたアイソレータ404によって、戻り光
の影響が低減される。In particular, in FIG. 4, the semiconductor laser 43 and W
An optical polarization coupling element 44 is provided between the laser diode and the DM 45 so that laser beams output from two semiconductor lasers 43 whose polarization directions are orthogonal to each other can be combined. In this example, the polarization directions of the laser beams are orthogonalized by the optical polarization coupling element 44. However, the polarization directions may not be orthogonalized if a reduction in the efficiency of combining laser beams can be tolerated. Further, the effect of the return light is reduced by the isolator 404 provided on the incident side of the large mode fiber optical amplifier 42.
【0069】また、標準的なモード径を持つファイバー
光増幅器41と大モード径ファイバー光増幅器42との
間に、ファイバー光増幅器42から発生するASE光を
除去するために狭帯域フィルタ403が設けられてい
る。また、ファイバー光増幅器41にはその励起用の半
導体レーザ401がファイバー結合されるとともに、こ
の半導体レーザ401の出力がWDM402を通して光
増幅器用ドープ・ファイバーに入力し、それによりこの
ドープ・ファイバーが励起される。A narrow-band filter 403 is provided between the fiber optical amplifier 41 having a standard mode diameter and the large mode fiber optical amplifier 42 in order to remove ASE light generated from the fiber optical amplifier 42. ing. A semiconductor laser 401 for excitation is fiber-coupled to the fiber optical amplifier 41, and the output of the semiconductor laser 401 is input to the doped fiber for optical amplifier through the WDM 402, whereby the doped fiber is excited. You.
【0070】このような方法によれば、大モード径ファ
イバーに半導体レーザ43をカップリングすることにな
るため、ファイバーへのカップリング効率が向上し、半
導体レーザ出力を有効に使用できる。また、同一径の大
モード径ファイバーを用いることにより、WDM45、
46での損失も軽減できるため効率的である。なお、標
準的なモード径を持つ前段のファイバー光増幅器41
と、上記モード径の広い最終段のファイバー光増幅器4
2との接続は、テーパ状にモード径が増加するファイバ
ーを用いて行う。According to such a method, since the semiconductor laser 43 is coupled to the large mode diameter fiber, the coupling efficiency to the fiber is improved, and the output of the semiconductor laser can be used effectively. Further, by using a large mode diameter fiber having the same diameter, WDM45,
It is efficient because the loss at 46 can be reduced. In addition, the fiber optical amplifier 41 of the previous stage having a standard mode diameter
And the last stage fiber optical amplifier 4 having a wide mode diameter.
The connection with 2 is performed using a fiber whose mode diameter increases in a tapered shape.
【0071】さらに、最終段のファイバー光増幅器(1
9、25)において高出力を得るためには、図4におけ
る大モード径ファイバー(42)に代えて、ファイバー
・クラッドが二重構造となったダブル・クラッド・ファ
イバー410を用いるようにしてもよい。このファイバ
ー410の断面図の一例を図5に示す。この構造では、
コア411の部分にレーザ光の増幅に寄与するイオンが
ドープされており、増幅されるレーザ光(信号)がこの
コア内を伝搬する。コアを取り巻く第1クラッド412
に励起用半導体レーザをカップリングする。この第1ク
ラッドはマルチモードであり、断面積も大きいため高出
力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易であり、マルチ
モード発振の半導体レーザを効率よくカップリングし、
励起用光源を効率よく使用することができる。第1クラ
ッドの外周には第1クラッドの導波路を形成するための
第2クラッド413が形成されている。Further, the final stage fiber optical amplifier (1)
In order to obtain a high output in 9 and 25), a double clad fiber 410 having a double fiber clad structure may be used instead of the large mode diameter fiber (42) in FIG. . One example of a cross-sectional view of the fiber 410 is shown in FIG. In this structure,
The core 411 is doped with ions that contribute to the amplification of the laser light, and the amplified laser light (signal) propagates through the core. First cladding 412 surrounding core
Is coupled with a semiconductor laser for excitation. The first cladding is multi-mode and has a large cross-sectional area, so that high-power excitation semiconductor laser light can be easily transmitted, and efficiently couples a multi-mode oscillation semiconductor laser.
The excitation light source can be used efficiently. A second clad 413 for forming a waveguide of the first clad is formed on the outer periphery of the first clad.
【0072】また、前述の第1及び第2実施形態でのフ
ァイバー光増幅器として石英ファイバー、又はシリケイ
ト系ファイバーを用いることができるが、これらの他に
フッ化物系ファイバー、例えばZBLANファイバーを
用いるようにしてもよい。このフッ化物系ファイバーで
は、石英やシリケイト系などに比べてエルビウム・ドー
プ濃度を大きくすることができ、これにより増幅に必要
なファイバー長を短縮することができる。In the first and second embodiments, a quartz fiber or a silicate fiber can be used as the fiber optical amplifier. In addition, a fluoride fiber, for example, a ZBLAN fiber may be used. You may. In this fluoride-based fiber, the erbium doping concentration can be increased as compared with quartz or silicate-based fibers, so that the fiber length required for amplification can be shortened.
【0073】このフッ化物系ファイバーは、特に最終段
のファイバー光増幅器(19、25)に適用することが
望ましく、ファイバー長の短縮により、パルス光のファ
イバー伝播中の非線形効果による波長幅の広がりを抑え
ることができ、例えば露光装置に必要な波長幅が狭帯化
された光源を得ることが可能となる。特に開口数が大き
い投影光学系を有する露光装置でこの狭帯化光源が使用
できることは、例えば投影光学系を設計、製造する上で
有利である。This fluoride-based fiber is desirably applied to the final stage fiber optical amplifiers (19, 25). The shortening of the fiber length reduces the spread of the wavelength width due to the nonlinear effect during propagation of the pulsed light into the fiber. For example, it is possible to obtain a light source in which the wavelength width required for the exposure apparatus is narrowed. In particular, the fact that this band narrowing light source can be used in an exposure apparatus having a projection optical system having a large numerical aperture is advantageous in designing and manufacturing a projection optical system, for example.
【0074】ところで、前述のように二重構造のクラッ
ドを持つファイバー光増幅器の出力波長として1.51
〜1.59μmを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウムに加えイットリビウムを共にドープす
ることが好ましい。これは半導体レーザによる励起効率
を向上させる効果があるためである。すなわち、エルビ
ウムとイットリビウムの両方をドープする場合、イット
リビウムの強い吸収波長が915〜975nm付近に広
がっており、この近傍の波長で各々異なる発振波長を持
つ複数の半導体レーザをWDMにより結合させて第1ク
ラッドにカップリングすることで、その複数の半導体レ
ーザを励起光として使用できるため大きな励起強度を実
現することができる。さらに、例えば図4における光結
合素子44として偏光結合素子を用いれば、偏光方向の
異なる半導体レーザ出力を共に結合することができるた
め、さらに励起強度を2倍に高めることができる。By the way, as described above, the output wavelength of the fiber optical amplifier having the cladding having the double structure is 1.51.
When using a thickness of ~ 1.59 µm, it is preferable to dope yttrium together with erbium as ions to be doped. This is because there is an effect of improving the pumping efficiency by the semiconductor laser. That is, when doping both erbium and yttrium, the strong absorption wavelength of yttrium extends around 915 to 975 nm, and a plurality of semiconductor lasers having different oscillation wavelengths at wavelengths near this are coupled by WDM to form the first semiconductor laser. By coupling to the cladding, the plurality of semiconductor lasers can be used as excitation light, so that a large excitation intensity can be realized. Further, for example, if a polarization coupling element is used as the optical coupling element 44 in FIG. 4, the outputs of the semiconductor lasers having different polarization directions can be coupled together, so that the excitation intensity can be further doubled.
【0075】また、ファイバー光増幅器のドープ・ファ
イバーの設計については、本発明のようにあらかじめ定
められた一定の波長で動作する装置(例えば露光装置)
では、所望の波長におけるファイバー光増幅器の利得が
大きくなるように材質を選択する。例えば、ArFエキ
シマレーザと同じ出力波長(193〜194nm)を得
るための紫外レーザ装置において、光増幅器用ファイバ
ーを用いる場合には所望の波長、例えば1.548μm
で利得が大きくなる材質を選ぶことが望ましい。As for the design of a doped fiber of a fiber optical amplifier, an apparatus (for example, an exposure apparatus) that operates at a predetermined fixed wavelength as in the present invention.
Then, the material is selected so that the gain of the fiber optical amplifier at a desired wavelength is increased. For example, in an ultraviolet laser device for obtaining the same output wavelength (193 to 194 nm) as an ArF excimer laser, if an optical amplifier fiber is used, a desired wavelength, for example, 1.548 μm
It is desirable to select a material that increases the gain at the time.
【0076】しかしながら、通信用ファイバーでは波長
分割多重化通信のため、1.55μm付近の数十nmの
波長領域で、比較的平坦な利得を持つように設計されて
いる。そこで、例えば励起媒質としてエルビウム単一ド
ープのコアを持つ通信用ファイバーでは、この平坦な利
得特性を実現するために、アルミやリンをシリカファイ
バーにコ・ドープする手法が用いられる。このためこの
種のファイバーでは、1.548μmで必ずしも利得が
大きくならない。この様子を図6に示す。However, the communication fiber is designed to have a relatively flat gain in a wavelength region of several tens nm near 1.55 μm for wavelength division multiplexing communication. Therefore, for example, in a communication fiber having an erbium single-doped core as an excitation medium, a method of co-doping aluminum or phosphorus into a silica fiber is used to realize the flat gain characteristic. Therefore, in this type of fiber, the gain does not always increase at 1.548 μm. This is shown in FIG.
【0077】図6は横軸に波長を縦軸に蛍光強度をと
り、ファイバーによる蛍光強度特性の差異を示したもの
である。図中のAl /P Silicaが通信用ケーブル材料に該
当するが、これに対して図6に示したSilicate L22を用
いれば、1.547μmでより高い利得を得ることがで
きる。また、ドープ元素のアルミは、1.55μm付近
のピークを長波長側にシフトさせ、リンは、短波長側に
シフトさせる効果を持つ。従って、1.547μm近傍
で利得を大きくするためには、Silicate L22に少量のリ
ンをドープすることで達成できる。FIG. 6 shows the difference in the fluorescence intensity characteristics between the fibers by taking the wavelength on the horizontal axis and the fluorescence intensity on the vertical axis. Al / P Silica in the figure corresponds to the cable material for communication. On the other hand, if Silicate L22 shown in FIG. 6 is used, a higher gain can be obtained at 1.547 μm. Further, aluminum as a doping element shifts a peak around 1.55 μm to a longer wavelength side, and phosphorus has an effect to shift to a shorter wavelength side. Therefore, the gain can be increased near 1.547 μm by doping a small amount of phosphorus into the silicate L22.
【0078】一方、例えばエルビウムとイットリビウム
をともにドープ(コ・ドープ)したコアを持つ光増幅器
用ファイバー(例えば前記ダブル・クラッド・タイプの
ファイバー)を用いる場合には、図7に示すように、コ
アに少量のリンを加えることにより、1.547μm付
近でより高い利得を得ることができる。なお図7は、横
軸に波長を、縦軸に単位長さ当たりの利得をとり、図中
に励起強度を変化させ、反転分布密度を変化させたとき
の波長に対するゲインの変化を示したものである。On the other hand, when an optical amplifier fiber (for example, the double clad type fiber) having a core doped (co-doped) with both erbium and ytterbium is used, as shown in FIG. By adding a small amount of phosphorus to, a higher gain can be obtained around 1.547 μm. In FIG. 7, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents gain per unit length. FIG. 7 shows the change in gain with respect to wavelength when the excitation intensity is changed and the population inversion density is changed. It is.
【0079】さて、実施形態1および2におけるファイ
バー光増幅器では、各ファイバーが独立した光増幅器で
あるため、各光増幅器のゲインの差が各チャネルの光出
力のばらつきとなる。従って、このような形態のレーザ
装置においては、例えば図8に示すように、各チャネル
のファイバー光増幅器(41、42)で出力の一部を分
岐させて光強度をモニターし、各ファイバー光増幅器か
らの光出力が各増幅段で一定になるように(即ちバラン
スするように)、各励起用半導体レーザ(401、4
3)のドライブ電流をフィードバック制御するファイバ
ー出力制御装置405、406を設けることが望まし
い。図8では、ファイバー光増幅器41からの分岐光を
検出するファイバー出力制御装置405が、その検出値
に基づいてファイバー光増幅器41に接続される半導体
レーザ401のドライブ電流を制御し、大モード径ファ
イバー光増幅器42からの分岐光を検出するファイバー
出力制御装置406が、その検出値に基づいて大モード
径ファイバー光増幅器42に接続される半導体レーザ4
3のドライブ電流を制御するようになっている。In the fiber optical amplifiers according to the first and second embodiments, since each fiber is an independent optical amplifier, the difference between the gains of the optical amplifiers causes variations in the optical output of each channel. Therefore, in the laser device of such a form, as shown in FIG. 8, for example, a part of the output is branched by the fiber optical amplifiers (41, 42) of each channel to monitor the light intensity, and The pumping semiconductor lasers (401, 4
It is desirable to provide fiber output control devices 405 and 406 that feedback-control the drive current of 3). In FIG. 8, a fiber output control device 405 for detecting the branch light from the fiber optical amplifier 41 controls the drive current of the semiconductor laser 401 connected to the fiber optical amplifier 41 based on the detected value, and A fiber output control device 406 for detecting the branched light from the optical amplifier 42 is connected to the semiconductor laser 4 connected to the large mode fiber optical amplifier 42 based on the detected value.
3 is controlled.
【0080】さらに、図8に示すように波長変換部50
0からの光出力が所定の光出力となるように波長変換部
500における光強度をモニターし、ファイバー光増幅
器全体(41、42)としての励起用半導体レーザ40
1、43のドライブ電流をそれぞれフィードバック制御
するファイバー出力制御装置407をさらに備えること
が好ましい。図8では、ファイバー出力制御装置407
が半導体レーザ401、43をそれぞれ独立に制御する
ものとしたが、波長変換部500で検出される光強度に
基づいて半導体レーザ401、43のいずれか一方のみ
を制御するだけでもよい。また、ファイバー出力制御装
置407は波長変換部500の途中でレーザ光を分岐し
てその強度を検出するものとしたが、波長変換部500
の射出端から出力されるレーザ光の一部を分岐してその
強度を検出するようにしてもよい。なお、図8では図4
と同一の他の構成要素については同一の番号を付し、説
明を省略する。Further, as shown in FIG.
The light intensity in the wavelength conversion section 500 is monitored so that the light output from 0 becomes a predetermined light output, and the pumping semiconductor laser 40 as the entire fiber optical amplifier (41, 42) is monitored.
It is preferable to further include a fiber output control device 407 for feedback-controlling the drive currents 1 and 43 respectively. In FIG. 8, the fiber output control device 407
Controls the semiconductor lasers 401 and 43 independently of each other, but may control only one of the semiconductor lasers 401 and 43 based on the light intensity detected by the wavelength conversion unit 500. Further, the fiber output control device 407 branches the laser light in the middle of the wavelength converter 500 and detects the intensity thereof.
A part of the laser light output from the emission end of the laser beam may be branched and its intensity may be detected. In FIG. 8, FIG.
The other components that are the same as those described above are given the same numbers, and descriptions thereof are omitted.
【0081】このような構成とすることにより、各増幅
段ごとに各チャネルのファイバー光増幅器の増幅率が一
定化されるため、各ファイバー光増幅器間に偏った負荷
がかかることがなく全体として均一な光強度が得られ
る。また、波長変換部500における光強度をモニター
することにより、予定される所定の光強度を各増幅段に
フィードバックし、所望の紫外光出力を安定して得るこ
とができる。With such a configuration, the amplification factor of the fiber optical amplifier of each channel is made constant for each amplification stage, so that a biased load is not applied between the fiber optical amplifiers and the entire fiber optical amplifier is uniform. Light intensity can be obtained. In addition, by monitoring the light intensity in the wavelength converter 500, a predetermined predetermined light intensity is fed back to each amplification stage, and a desired ultraviolet light output can be stably obtained.
【0082】以上説明した実施形態1及び2における最
終段のファイバー光増幅器19、25の出力端は束ねら
れて所要のバンドル形状に成形される(114、2
9)。バンドルの数及び形状は、波長変換部の構成や必
要とされる光源の形状に合わせて定める。例えば、本実
施形態では一つの円形断面を有するバンドルの場合を示
す(114、29、501等)。このとき、各ファイバ
ーのクラッド直径は125μm程度であることから、1
28本を束ねた出力端でのバンドルの直径は約2mm以
下とすることができる。バンドルは最終段のEDFAも
しくはYDFAの出力端をそのまま用いて形成すること
ができるが、最終段のEDFAもしくはYDFAに無ド
ープのファイバーを結合させ、その出力端でバンドルを
形成することも可能である。The output ends of the final stage fiber optical amplifiers 19 and 25 in the first and second embodiments described above are bundled and formed into a required bundle shape (114, 2).
9). The number and shape of the bundles are determined according to the configuration of the wavelength conversion unit and the required shape of the light source. For example, this embodiment shows a case of a bundle having one circular cross section (114, 29, 501, etc.). At this time, since the clad diameter of each fiber is about 125 μm,
The diameter of the bundle at the output end in which 28 are bundled can be about 2 mm or less. The bundle can be formed using the output end of the final stage EDFA or YDFA as it is, but it is also possible to couple an undoped fiber to the final stage EDFA or YDFA and form the bundle at the output end. .
【0083】また、図9に示すように、光増幅器におけ
る最終段の各ファイバー422の出力端部423では、
そのファイバー422内のコア421の径を出力端に向
けてテーパ状に徐々に広げて配設し、出力端面423で
の光のパワー密度(単位面積当たりの光強度)を小さく
してやることが好ましい。このとき、テーパの形状はコ
ア径の広がりが出力端面423に向けて十分緩やかに増
加し、増幅されたレーザ光がテーパ部を伝搬する際にフ
ァイバー中での伝搬横モードが保存され、他の横モード
の励起が十分無視できる程度(例えば数mrad程度)と
なるように設定する。As shown in FIG. 9, at the output end 423 of each fiber 422 at the last stage in the optical amplifier,
It is preferable that the diameter of the core 421 in the fiber 422 is gradually increased in a tapered shape toward the output end, and the power density (light intensity per unit area) at the output end face 423 is reduced. At this time, the shape of the taper is such that the expansion of the core diameter increases sufficiently gently toward the output end face 423, and when the amplified laser light propagates through the tapered portion, the propagation transverse mode in the fiber is preserved. The setting is made such that the transverse mode excitation is sufficiently negligible (for example, about several mrad).
【0084】このように設定することにより、ファイバ
ーの出力端面423における光のパワー密度を低下させ
ることができ、ファイバーの損傷において最も問題であ
るファイバー出力端部のレーザ光による損傷を大幅に抑
制する効果が得られる。この効果は、ファイバー光増幅
器の出力端から射出されるレーザ光のパワー密度が高い
ほど(例えば光強度が高いほど、また同一パワーに対す
るコア径が小さいほど、あるいは全パワーを分割するチ
ャネル数が少ないほど等)大きな効果が得られる。By setting as described above, the power density of light at the output end face 423 of the fiber can be reduced, and damage to the fiber output end caused by laser light, which is the most problematic in fiber damage, can be greatly suppressed. The effect is obtained. This effect is obtained when the power density of the laser light emitted from the output end of the fiber optical amplifier is higher (for example, as the light intensity is higher, the core diameter is smaller for the same power, or the number of channels for dividing the total power is smaller. A large effect can be obtained.
【0085】また、図10(a)に示すように最終段の
ファイバー432の出力端部434には、上記コア径の
拡大と併せて、あるいはレーザ光のパワー密度によって
は単独で、レーザ光を透過する適切な厚さの窓部材43
3を密着して配設することが好ましい。但し、図10
(a)ではファイバー内のコア431の径を拡大しない
で、窓部材433のみによって出力光のパワー密度を小
さくしている。As shown in FIG. 10 (a), the laser beam is applied to the output end 434 of the fiber 432 at the final stage together with the increase in the core diameter or independently depending on the power density of the laser beam. Window member 43 of appropriate thickness to penetrate
It is preferable to dispose 3 closely. However, FIG.
In (a), the power density of the output light is reduced only by the window member 433 without increasing the diameter of the core 431 in the fiber.
【0086】ここで、前述の実施形態1、2のようにフ
ァイバー出力が複数の場合には、各ファイバー端部毎に
窓部材を設ける図10(a)の方法のほか、図10
(b)に示すように、各ファイバー光増幅器442の出
力群ごとの出力端部444に共通の窓部材443を設け
ることも本形態における一つの実施例である。但し、図
10(b)ではファイバー内のコア441の径を拡大し
ていないが、コア径の拡大を併用してもよい。Here, when there are a plurality of fiber outputs as in the first and second embodiments, in addition to the method shown in FIG. 10A in which a window member is provided for each fiber end, FIG.
As shown in (b), providing a common window member 443 at an output end 444 for each output group of each fiber optical amplifier 442 is also one example of the present embodiment. However, although the diameter of the core 441 in the fiber is not enlarged in FIG. 10B, the enlargement of the core diameter may be used together.
【0087】なお、1つの窓部材443が共通に設けら
れる複数のファイバー光増幅器の数は任意でよく、例え
ば図1又は図2に示した最終段のファイバー光増幅器1
9又は25の総数、即ち128本としてもよい。なお、
窓部材(433又は443)は基本波レーザ光の波長域
での透過率、及びファイバーとの密着性などを考慮して
その材質が適宜選定(例えばBK7等の光学ガラス材や
石英材等)され、またファイバーと窓部材との密着に
は、オプティカルコンタクトあるいは融着等の方法を用
いることができる。The number of a plurality of fiber optical amplifiers in which one window member 443 is provided in common may be arbitrary, for example, the last stage fiber optical amplifier 1 shown in FIG. 1 or FIG.
The total number of 9 or 25, that is, 128 lines may be used. In addition,
The material of the window member (433 or 443) is appropriately selected in consideration of the transmittance in the wavelength region of the fundamental laser beam and the adhesion to the fiber (for example, an optical glass material such as BK7 or a quartz material). For the close contact between the fiber and the window member, a method such as optical contact or fusion can be used.
【0088】このように構成することにより、窓部材か
ら射出されるレーザ光のパワー密度はファイバー・コア
431、441中でのパワー密度より小さくなるため、
ファイバー出力端部のレーザ光による損傷を抑制する効
果が得られる。そして、前記出力端部におけるファイバ
ー・コア径の拡大と組み合わせることにより、従来問題
であったファイバー出力端部の損傷の問題を解決するこ
とが可能である。With this configuration, the power density of the laser beam emitted from the window member becomes smaller than the power density in the fiber cores 431 and 441.
The effect of suppressing damage to the fiber output end by the laser beam can be obtained. By combining this with the expansion of the fiber core diameter at the output end, it is possible to solve the problem of damage to the fiber output end, which was a conventional problem.
【0089】なお、以上の各実施形態(図1、図2、図
4、図8)では、戻り光の影響を避けるため、各接続部
に適宜アイソレータ110、111、112、26、2
7、404等を挿入し、また良好なEDFA増幅特性を
得るために狭帯域フィルタ113、28、403を挿入
する構成例を示した。但し、アイソレータ又は狭帯域フ
ィルターを配置する箇所、あるいはその数は前述の実施
形態に限定されるものではなく、例えば本発明によるレ
ーザ光源が適用される各種装置(露光装置など)の要求
精度などに応じて適宜決定すればよく、アイソレータと
狭帯域フィルターとの少なくとも一方を一切設けないこ
ともある。In each of the above embodiments (FIGS. 1, 2, 4 and 8), the isolator 110, 111, 112, 26, 2
7, 404 etc. are inserted, and narrow band filters 113, 28, 403 are inserted in order to obtain good EDFA amplification characteristics. However, the location where the isolator or the narrow band filter is disposed or the number thereof is not limited to the above-described embodiment. It may be appropriately determined according to the situation, and at least one of the isolator and the narrow band filter may not be provided at all.
【0090】なお狭帯域フィルターは、所望の単一波長
のみに対して高透過率が得られればよく、フィルターの
透過波長幅は1pm以下で十分である。このように狭帯
域フィルターを用いることにより、ファイバー増幅器で
発生する自然放出光ASE(Amplified Spontaneous Em
ission)によるノイズを軽減でき、また、前段のファイ
バー光増幅器からのASEによる、基本波出力の増幅率
低下を押さえることができる。The narrow band filter only needs to have a high transmittance for only a desired single wavelength, and the transmission wavelength width of the filter is sufficiently less than 1 pm. By using a narrow band filter in this way, the ASE (Amplified Spontaneous Emitter) generated by the fiber amplifier can be used.
is reduced, and a decrease in the amplification factor of the fundamental wave output due to the ASE from the fiber optical amplifier at the preceding stage can be suppressed.
【0091】また、前述の実施形態では光変調素子12
又は22で切り出されるパルス光の強度をモニターして
おき、パルス毎にその強度が一定となるように、光変調
素子に印加するドライブ用電圧パルスの大きさを調整し
て、パルス光の強度をフィードバック制御してもよい。
さらに、多数のファイバー光増幅器19又は25から発
生するレーザ光を検出して、各チャネルでのレーザ光の
遅延時間やチャネル間でのレーザ光の発振間隔などをモ
ニターし、その遅延時間や発振間隔などがそれぞれ所定
値となるように、光変調素子に印加するドライブ用電圧
パルスのタイミングを制御したり、あるいは図2中のT
DM23を制御することで、ファイバーバンドル出力端
でのレーザ光の発振タイミングをフィードバック制御し
てもよい。また、波長変換部500から発生する紫外光
の波長を検出し、この検出値に基づいて単一波長発振レ
ーザ11又は21の温度を調整して、紫外光の波長をフ
ィードバック制御してもよい。In the above embodiment, the light modulating element 12
Or, monitor the intensity of the pulse light cut out at 22 and adjust the magnitude of the drive voltage pulse applied to the light modulation element so that the intensity becomes constant for each pulse, thereby reducing the intensity of the pulse light. Feedback control may be performed.
Further, the laser light emitted from a large number of fiber optical amplifiers 19 or 25 is detected, and the delay time of the laser light in each channel and the oscillation interval of the laser light between the channels are monitored. The timing of the drive voltage pulse applied to the light modulation element is controlled so that
By controlling the DM 23, the oscillation timing of the laser light at the output end of the fiber bundle may be feedback-controlled. Alternatively, the wavelength of the ultraviolet light generated from the wavelength converter 500 may be detected, and the temperature of the single-wavelength oscillation laser 11 or 21 may be adjusted based on the detected value to perform feedback control of the wavelength of the ultraviolet light.
【0092】さらに、光変調素子12又は22で切り出
されるパルス光の強度変動を検出し、この出力変動を補
償するように光変調素子よりも後段に配置される複数段
のファイバー光増幅器(13、18、19、又は24、
25)の少なくとも一段での利得を制御する、いわゆる
フィードフォワード制御を行うようにしてもよい。ま
た、前述のチャネル0〜127のうち、遅延時間が短い
チャネル、即ちパルス光が早く出力されるチャネルの出
力(光強度)を検出し、この検出値に基づいてファイバ
ー光増幅器の利得(又はTDM23)を制御して、その
チャネルよりも遅延時間が長いチャネル、即ちパルス光
が遅れて出力されるチャネルの出力をフィードフォワー
ド制御するようにしてもよい。また、特に図1に示した
実施形態1では、チャネル単位でその出力を制御するの
ではなく、32個のチャネルを持つブロック単位でその
出力を制御してもよく、例えば第1ブロックの少なくと
も1つのチャネルの出力を検出し、この検出値に基づい
て第2ブロックでのチャネルの出力を制御してもよい。Further, the intensity fluctuation of the pulse light cut out by the light modulation element 12 or 22 is detected, and a plurality of fiber optical amplifiers (13, 18, 19, or 24,
The so-called feed-forward control for controlling the gain in at least one stage of 25) may be performed. Further, of the channels 0 to 127, the output (light intensity) of the channel having a short delay time, that is, the channel in which the pulse light is output earlier is detected, and the gain of the fiber optical amplifier (or the TDM 23) is determined based on the detected value. ), The output of the channel having a longer delay time than that of the channel, that is, the output of the channel in which the pulsed light is output with a delay may be subjected to feedforward control. In particular, in the first embodiment shown in FIG. 1, the output may be controlled not in units of channels but in units of blocks having 32 channels. For example, at least one output of the first block may be controlled. The output of one channel may be detected, and the output of the channel in the second block may be controlled based on the detected value.
【0093】本発明に係る紫外レーザ装置の第3の実施
形態を、図3を参照しながら説明する。本実施形態によ
る紫外光発生装置は、単一波長発振レーザ31からなり
単一波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部と、ファ
イバー光増幅器33、34からなり入射光を増幅する光
増幅器、及び増幅された光を波長変換する波長変換部
(不図示)などから構成され、ArFエキシマレーザと
同じ出力波長(193nm)のレーザ光を発生する紫外
レーザ装置を提供するものである。A third embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. The ultraviolet light generation device according to the present embodiment includes a laser light generation unit that includes a single wavelength oscillation laser 31 and generates a single wavelength laser light, an optical amplifier that includes fiber optical amplifiers 33 and 34 and amplifies incident light, and It is an object of the present invention to provide an ultraviolet laser device that includes a wavelength converter (not shown) that converts the wavelength of the amplified light, and generates a laser beam having the same output wavelength (193 nm) as an ArF excimer laser.
【0094】本実施形態において、図3に示す紫外レー
ザ装置には、単一波長のレーザ光を発生する単一波長発
振レーザ31を備え、この単一波長発振レーザ31の光
出力はファイバー光増幅器33、34により増幅され
る。このファイバー光増幅器34の出力は、例えば図1
1(a)に示す波長変換部(507〜517、550)
にその増幅されたレーザ光が入射する。なお、図3にお
けるファイバー光増幅器34の出射端は、図11に示さ
れるファイバーバンドル出射端501に対応する。この
波長変換部は、一組の非線形光学結晶507、510、
514、517などを備えて構成され、光増幅器(31
〜36)から出射される基本波を紫外光に変換する。な
お、本発明に係る波長変換部については、実施の形態の
後段において実施形態4、5として詳細に説明する。In this embodiment, the ultraviolet laser device shown in FIG. 3 includes a single-wavelength oscillation laser 31 for generating a single-wavelength laser beam, and the optical output of the single-wavelength oscillation laser 31 is a fiber optical amplifier. Amplified by 33,34. The output of the fiber optical amplifier 34 is, for example, as shown in FIG.
Wavelength conversion unit (507 to 517, 550) shown in FIG.
The amplified laser light is incident on the laser beam. The emission end of the fiber optical amplifier 34 in FIG. 3 corresponds to the fiber bundle emission end 501 shown in FIG. The wavelength conversion unit includes a set of nonlinear optical crystals 507, 510,
514, 517, etc., and an optical amplifier (31
To 36) are converted into ultraviolet light. The wavelength conversion section according to the present invention will be described in detail as Embodiments 4 and 5 later in the embodiment.
【0095】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図3に示す単一波長で発振する単一波長発振レー
ザ31としては、例えば、発振波長1.544μm、C
W出力30mWのInGaAsP,DFB半導体レーザを用い
る。このレーザは基本的に単一縦モード発振をすること
から、その発振スペクトル線幅は0.01pm以下に抑
えられる。Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail. As the single-wavelength oscillation laser 31 oscillating at a single wavelength shown in FIG.
An InGaAsP, DFB semiconductor laser having a W output of 30 mW is used. Since this laser basically oscillates in a single longitudinal mode, its oscillation spectral line width can be suppressed to 0.01 pm or less.
【0096】この半導体レーザ31の光出力(連続光)
は、例えば電気光学光変調素子や音響光学光変調素子な
どの光変調素子32によってパルス光に変換される。本
構成例では一例として、この光変調素子32によってパ
ルス幅1ns、繰り返し周波数100kHzのパルス光
に変調させた場合について説明を行う。この様な光変調
を行った結果、光変調素子32から出力されるパルス光
のピーク出力は30mW、平均出力は3μWとなる。Light output (continuous light) of the semiconductor laser 31
Is converted into pulse light by a light modulation element 32 such as an electro-optic light modulation element or an acousto-optic light modulation element. In the present configuration example, as an example, a case where the light modulation element 32 modulates the pulse light into a pulse light having a pulse width of 1 ns and a repetition frequency of 100 kHz will be described. As a result of performing such light modulation, the peak output of the pulse light output from the light modulation element 32 is 30 mW, and the average output is 3 μW.
【0097】前述の実施形態1、2と同様にしてパルス
化された出力光を、一段あるいは多段のEDFA(エル
ビウム・ドープ・ファイバー光増幅器)を有するファイ
バー光増幅器によって増幅する。本実施形態では、一例
として、2段のファイバー光増幅器33、34によって
合計58dB(667000倍)の増幅を行う場合につ
いて示した。この場合には、このファイバー光増幅器3
4の出力端での平均出力は2Wとなる。この出力端部は
最終段のファイバー光増幅器34の出力端をそのまま用
いて形成することができるが、最終段のファイバー光増
幅器34に無ドープのファイバーを結合させる事も可能
である。また、本実施形態では、戻り光の影響を避ける
ため、各接続部に適宜アイソレータ35、36を挿入し
た構成例を示す。The output light pulsed in the same manner as in the first and second embodiments is amplified by a fiber optical amplifier having one or more stages of EDFA (erbium-doped fiber optical amplifier). In the present embodiment, as an example, a case has been described in which amplification is performed in a total of 58 dB (667000 times) by the two-stage fiber optical amplifiers 33 and 34. In this case, the fiber optical amplifier 3
The average output at the output terminal of No. 4 is 2W. This output end can be formed using the output end of the final stage fiber optical amplifier 34 as it is, but it is also possible to couple an undoped fiber to the final stage fiber optical amplifier 34. Further, in the present embodiment, a configuration example is shown in which isolators 35 and 36 are appropriately inserted into each connection portion in order to avoid the influence of return light.
【0098】この光増幅器の出力である波長1.544
μmの単一波長パルスレーザ光は、非線形光学結晶を用
いた波長変換部(詳細後述)により、スペクトル線幅の
狭い紫外光パルス出力に変換される。なお、本実施形態
による光増幅器(31〜36)ではその出力端が1本の
ファイバー光増幅器34からなるが、例えば実施形態1
(図1)で用いた平板導波路型スプリッタ(16)、又
は実施形態2で用いたTDM(23)とともに、ファイ
バー光増幅器(33、34)をそれぞれ複数用意してフ
ァイバー光増幅器34を束ねてファイバーバンドルを形
成するようにしてもよい。このとき、複数の光増幅器に
それぞれ設けられる光変調素子32に印加するドライブ
用電圧パルスのタイミングを調整して、複数の光増幅器
から射出されるパルス光の発振間隔を調整可能とする、
例えば等時間間隔でパルス光が順次発光されるように、
光増幅器毎にその発光タイミングをずらすことが好まし
い。また、本実施形態についても前述の実施形態1、2
の変形例を適用することが可能である。The wavelength 1.544, which is the output of this optical amplifier,
The μm single-wavelength pulsed laser light is converted into an ultraviolet light pulse output having a narrow spectral line width by a wavelength converter (described later in detail) using a nonlinear optical crystal. In the optical amplifiers (31 to 36) according to the present embodiment, the output end is composed of one fiber optical amplifier 34.
A plurality of fiber optical amplifiers (33, 34) are prepared together with the plate waveguide type splitter (16) used in (FIG. 1) or the TDM (23) used in Embodiment 2, and the fiber optical amplifiers 34 are bundled. A fiber bundle may be formed. At this time, by adjusting the timing of the drive voltage pulse applied to the optical modulation element 32 provided in each of the plurality of optical amplifiers, the oscillation interval of the pulse light emitted from the plurality of optical amplifiers can be adjusted.
For example, as pulse light is emitted sequentially at equal time intervals,
It is preferable to shift the light emission timing for each optical amplifier. Also, in the present embodiment, the first and second embodiments are described.
Can be applied.
【0099】次に、前述の実施形態1〜3でそれぞれ使
用される波長変換部の実施の形態について述べる。図1
1(a)、(b)には、本発明に係る波長変換部の構成
例を実施の形態4として示す。これは、ファイバーバン
ドルの出力端501(実施の形態1における114、実
施の形態2における29等に該当するが、実施の形態3
における単一ファイバー(34)の出力端であってもよ
い。)から射出される波長1.544μmの基本波を、
非線形光学結晶を用いて8倍波(高調波)に波長変換し
て、ArFエキシマレーザと同じ波長である193nm
の紫外光を発生する構成例を示したものである。Next, an embodiment of the wavelength converter used in each of the first to third embodiments will be described. FIG.
FIGS. 1A and 1B show a configuration example of a wavelength converter according to the present invention as a fourth embodiment. This corresponds to the output end 501 of the fiber bundle (114 in the first embodiment, 29 in the second embodiment, etc.
At the output end of the single fiber (34). ), The fundamental wave with a wavelength of 1.544 μm is
The wavelength is converted into an eighth harmonic (harmonic) using a nonlinear optical crystal, and the wavelength is 193 nm, which is the same as that of the ArF excimer laser
1 shows a configuration example for generating ultraviolet light.
【0100】図11(a)は、基本波(波長1.544
μm)→2倍波(波長742nm)→3倍波(波長51
5nm)→6倍波(波長257nm)→8倍波(波長1
93nm)の順に波長変換する場合について示したもの
である。FIG. 11A shows a fundamental wave (wavelength 1.544).
μm) → second harmonic (wavelength 742 nm) → third harmonic (wavelength 51
5nm) → 6th harmonic (wavelength 257nm) → 8th harmonic (wavelength 1)
(93 nm).
【0101】1段目の波長変換部507では、基本波か
ら2倍波への2次高調波発生の変換にLBO結晶が使用
される。波長変換部(LBO結晶)507は、基本波の
一部を波長変換せずに透過させるとともに、基本波を波
長変換して2倍波を発生し、この基本波と2倍波に波長
板(例えば1/2波長板)508でそれぞれ半波長、1
波長の遅延を与え、基本波の偏光のみ90度回転させ
る。この基本波と2倍波はそれぞれレンズ509を通っ
て2段目の波長変換部510に入射する。ここで、LB
O結晶を使用した基本波から2倍波への変換には、波長
変換のための位相整合にLBO結晶の温度調節による方
法、Non-Critical Phase Matching:NCPMを使用す
る。NCPMは、非線形光学結晶内での基本波と第二高
調波との角度ずれ(Walk-off)が起こらないため高効率で
2倍波への変換を可能にし、また発生した2倍波はWalk
-offによるビームの変形も受けないため有利である。In the first-stage wavelength converter 507, an LBO crystal is used to convert the generation of the second harmonic from the fundamental wave to the second harmonic. The wavelength converter (LBO crystal) 507 transmits a part of the fundamental wave without converting the wavelength, converts the wavelength of the fundamental wave to generate a second harmonic, and converts the fundamental wave and the second harmonic into a wave plate ( For example, a half wavelength and a half wavelength
A wavelength delay is given, and only the polarization of the fundamental wave is rotated by 90 degrees. The fundamental wave and the second harmonic wave enter the second-stage wavelength converter 510 through the lens 509, respectively. Where LB
The conversion from the fundamental wave to the second harmonic wave using the O crystal uses a method of adjusting the temperature of the LBO crystal, Non-Critical Phase Matching: NCPM, for phase matching for wavelength conversion. The NCPM does not cause an angle shift (Walk-off) between the fundamental wave and the second harmonic in the nonlinear optical crystal, so that conversion to the second harmonic wave can be performed with high efficiency.
This is advantageous because the beam is not deformed by -off.
【0102】2段目の波長変換部510では、1段目の
波長変換部507で発生した2倍波と、変換せずに透過
した基本波とから和周波発生により3倍波(波長515
nm)を得る。波長変換結晶としてはLBO結晶が用い
られるが、1段目の波長変換部(LBO結晶)507と
は温度が異なるNCPMで使用される。波長変換部51
0で得られた3倍波と、波長変換されずに透過した2倍
波とは、ダイクロイック・ミラー511により分離し、
ダイクロイック・ミラー511で反射された3倍波は、
レンズ513を通って3段目の波長変換部514に入射
する。波長変換部514はβ-BaB2O4(BBO)結晶で
あり、ここで3倍波が2次高調波発生により6倍波
(波長257nm)に変換される。The second-stage wavelength converter 510 generates the third harmonic (wavelength 515) from the second harmonic generated by the first-stage wavelength converter 507 and the fundamental wave transmitted without conversion by sum frequency generation.
nm). Although an LBO crystal is used as the wavelength conversion crystal, it is used in an NCPM having a different temperature from the wavelength conversion unit (LBO crystal) 507 in the first stage. Wavelength converter 51
The third harmonic obtained at 0 and the second harmonic transmitted without wavelength conversion are separated by a dichroic mirror 511,
The third harmonic reflected by the dichroic mirror 511 is
The light enters the third-stage wavelength converter 514 through the lens 513. The wavelength converter 514 is a β-BaB 2 O 4 (BBO) crystal, where the third harmonic is the sixth harmonic due to the generation of the second harmonic.
(Wavelength 257 nm).
【0103】波長変換部514で得られた6倍波と、ダ
イクロイック・ミラー511を透過してレンズ512を
通った2倍波とは、ダイクロイック・ミラー516で同
軸に合成されて、冷却装置550内に設置されている4
段目の波長変換部517に入射する。波長変換部517
にはBBO結晶が用いられ、−40℃以下に冷却されて
おり、6倍波と2倍波とから和周波発生により8倍波
(波長193nm)を得る。ここで、BBO結晶を冷却
するのは、193nmでの吸収を軽減させるためであ
る。冷却装置550としては例えばクライオスタット等
を用いることが好ましい。The sixth harmonic obtained by the wavelength conversion unit 514 and the second harmonic transmitted through the dichroic mirror 511 and passed through the lens 512 are coaxially combined by the dichroic mirror 516, and are combined in the cooling device 550. 4 installed in
The light enters the wavelength conversion unit 517 in the first stage. Wavelength converter 517
A BBO crystal is used and cooled to −40 ° C. or lower, and an eighth harmonic (wavelength: 193 nm) is obtained by generating a sum frequency from the sixth harmonic and the second harmonic. Here, the reason for cooling the BBO crystal is to reduce the absorption at 193 nm. As the cooling device 550, for example, a cryostat or the like is preferably used.
【0104】なお、本実施例では2段目の波長変換部5
10で得られた3倍波と2倍波とをダイクロイック・ミ
ラー511で分岐し、かつ3段目の波長変換部514で
得られた6倍波と2段目の波長変換部510で得られた
2倍波とをダイクロイック・ミラー516で合成して、
4段目の波長変換部517に入射させるように構成し
た。ここで、ダイクロイック・ミラー511の特性を反
転させる、即ち3倍波が透過し、かつ2倍波が反射する
ものとして、3段目の波長変換部514を2段目の波長
変換部510と同一光軸上に配置するようにしてもよ
い。このとき、ダイクロイック・ミラー516の特性も
反転させておく必要がある。このように6倍波と2倍波
との一方が分岐光路を通って4段目の波長変換部517
に入射する構成では、6倍波と2倍波をそれぞれ4段目
の波長変換部517に入射させる集光レンズ515、5
12を互いに異なる光路に配置することができる。In the present embodiment, the second-stage wavelength converter 5
The third harmonic and the second harmonic obtained in 10 are split by the dichroic mirror 511, and the sixth harmonic obtained in the third-stage wavelength converter 514 and the second harmonic are obtained in the second-stage wavelength converter 510. The second harmonic is combined with the dichroic mirror 516,
It was configured to be incident on the fourth-stage wavelength converter 517. Here, assuming that the characteristics of the dichroic mirror 511 are inverted, that is, the third harmonic wave is transmitted and the second harmonic wave is reflected, the third-stage wavelength converter 514 is the same as the second-stage wavelength converter 510. It may be arranged on the optical axis. At this time, the characteristics of the dichroic mirror 516 also need to be inverted. As described above, one of the sixth harmonic and the second harmonic passes through the branch optical path and the fourth-stage wavelength converter 517.
In the configuration in which the second and third harmonics are incident on the wavelength conversion unit 517 at the fourth stage, respectively.
12 can be arranged in different optical paths.
【0105】3段目の波長変換部514で発生した6倍
波はその断面形状がWalk-off現象により長円形になって
いるため、4段目の波長変換部517で良好な変換効率
を得るためには、その6倍波のビーム整形を行うことが
望ましい。そこで本実施例のように、集光レンズ51
5、512を別々の光路に配置することにより、例えば
レンズ515としてシリンドリカルレンズ対を用いるこ
と等が可能となり、6倍波のビーム整形を容易に行うこ
とができる。このため、4段目の波長変換部(BBO結
晶)517での2倍波との重なりを良好にし、変換効率
を高めることが可能である。Since the sixth harmonic generated in the third-stage wavelength converter 514 has an elliptical cross-sectional shape due to the Walk-off phenomenon, good conversion efficiency is obtained in the fourth-stage wavelength converter 517. For this purpose, it is desirable to perform beam shaping of the sixth harmonic. Therefore, as in this embodiment, the condensing lens 51
By disposing the lenses 5 and 512 in separate optical paths, for example, a pair of cylindrical lenses can be used as the lens 515, and the beam shaping of the sixth harmonic can be easily performed. For this reason, it is possible to improve the overlap with the second harmonic wave in the fourth-stage wavelength conversion unit (BBO crystal) 517 and improve the conversion efficiency.
【0106】なお、2段目の波長変換部510と4段目
の波長変換部517との間の構成は図11(a)に限ら
れるものではなく、4段目の波長変換部517に6倍波
と2倍波とが同時に入射するように、6倍波と2倍波と
でその光路長が等しくなっていれば、いかなる構成であ
ってもよい。さらに、例えば2段目の波長変換部510
と同一光軸上に3段目及び4段目の波長変換部514、
517を配置し、3段目の波長変換部514で3倍波の
みを第2高調波発生により6倍波に変換して、波長変換
されない2倍波とともに4段目の波長変換部517に入
射させてもよく、これによりダイクロイック・ミラー5
11、516を用いる必要がなくなる。The configuration between the second-stage wavelength converter 510 and the fourth-stage wavelength converter 517 is not limited to that shown in FIG. Any configuration may be used as long as the optical path lengths of the sixth harmonic and the second harmonic are equal so that the second harmonic and the second harmonic enter simultaneously. Further, for example, the second-stage wavelength converter 510
The third and fourth wavelength conversion units 514 on the same optical axis as
The third-stage wavelength converter 514 converts only the third harmonic into a sixth harmonic by generating the second harmonic, and enters the fourth-stage wavelength converter 517 together with the second harmonic that is not wavelength-converted. The dichroic mirror 5
It is not necessary to use 11, 516.
【0107】図11(b)は、基本波(波長1.544
μm)→2倍波(波長742nm)→4倍波(波長38
6nm)→6倍波(波長257nm)→8倍波(波長1
93nm)の順に波長変換する場合について示したもの
である。FIG. 11B shows a fundamental wave (wavelength 1.544).
μm) → 2nd harmonic (wavelength 742 nm) → 4th harmonic (wavelength 38
6 nm) → 6th harmonic (wavelength 257 nm) → 8th harmonic (wavelength 1
(93 nm).
【0108】1段目の波長変換部518ではその波長変
換結晶としてLBO結晶が用いられ、基本波を2倍波に
波長変換するためにそのLBO結晶がNCPMで使用さ
れる。1段目の波長変換部518から発生する2倍波
は、集光レンズ519を通って2段目の波長変換部52
0に入射する。In the first-stage wavelength converter 518, an LBO crystal is used as the wavelength conversion crystal, and the LBO crystal is used in the NCPM to convert the wavelength of the fundamental wave to a second harmonic. The second harmonic generated from the first-stage wavelength converter 518 passes through the condenser lens 519 and passes through the second-stage wavelength converter 52.
Incident at 0.
【0109】2段目の波長変換部520では、その波長
変換結晶としてLBO結晶が用いられ、1段目の波長変
換部518で発生した2倍波から2次高調波発生により
4倍波(波長515nm)を得る。波長変換部520で
得られた4倍波と、波長変換されずにその波長変換部5
20を透過した2倍波とは、ダイクロイック・ミラー5
21により分離し、ここで反射された4倍波は集光レン
ズ524を通ってダイクロイック・ミラー525に達す
る。一方、ダイクロイック・ミラー521を透過した2
倍波は、半波長板522でその偏光方向が90°回転さ
れるとともに、集光レンズ523を通ってダイクロイッ
ク・ミラー525に達し、ここで分岐光路を通った4倍
波と同軸に合成されて3段目の波長変換部526に入射
する。In the second-stage wavelength converter 520, an LBO crystal is used as the wavelength conversion crystal, and the second harmonic generated by the first-stage wavelength converter 518 is converted into a fourth harmonic (wavelength). 515 nm). The fourth harmonic obtained by the wavelength converter 520 and the wavelength converter 5
The second harmonic transmitted through 20 is a dichroic mirror 5
The fourth harmonic reflected there is passed through a condenser lens 524 and reaches a dichroic mirror 525. On the other hand, the light transmitted through the dichroic mirror 521
The harmonic wave is rotated by 90 ° by the half-wave plate 522 and reaches the dichroic mirror 525 through the condenser lens 523, where it is coaxially synthesized with the fourth harmonic wave that has passed through the branch optical path. The light enters the third-stage wavelength converter 526.
【0110】3段目の波長変換部526では、その波長
変換結晶としてBBO結晶が用いられ、2段目の波長変
換部520で発生した4倍波と、波長変換されずにその
波長変換部520を透過した2倍波とから和周波発生に
より6倍波(波長257nm)を得る。波長変換部52
6で得られた6倍波と、波長変換されずにその波長変換
部520を透過した2倍波とは、ダイクロイック・ミラ
ー527により分離し、ここで反射された2倍波は半波
長板528でその偏光方向が90°回転されるととも
に、集光レンズ529を通ってダイクロイック・ミラー
531に達する。一方、ダイクロイック・ミラー527
を透過した6倍波は、集光レンズ530を通ってダイク
ロイック・ミラー531に達し、ここで分岐光路を通っ
た2倍波と同軸に合成されて、冷却装置551内に設置
されている4段目の波長変換部532に入射する。冷却
装置551としては例えばクライオスタット等を用いる
ことが好ましい。In the third-stage wavelength conversion section 526, a BBO crystal is used as the wavelength conversion crystal. The fourth harmonic generated in the second-stage wavelength conversion section 520 and the wavelength conversion section 520 without wavelength conversion are used. A 6th harmonic (wavelength: 257 nm) is obtained from the 2nd harmonic that has passed through by generating a sum frequency. Wavelength converter 52
6 and the second harmonic transmitted through the wavelength converter 520 without wavelength conversion are separated by a dichroic mirror 527, and the second harmonic reflected here is converted into a half-wave plate 528. Then, the polarization direction is rotated by 90 °, and reaches the dichroic mirror 531 through the condenser lens 529. On the other hand, dichroic mirror 527
Passes through the condenser lens 530 and reaches the dichroic mirror 531, where it is coaxially synthesized with the second harmonic that has passed through the branch optical path, and is placed in the cooling device 551 in the four-stage The light enters the wavelength converter 532 of the eye. For example, a cryostat or the like is preferably used as the cooling device 551.
【0111】4段目の波長変換部532では、その波長
変換結晶としてBBO結晶が用いられ、3段目の波長変
換部526で発生した6倍波と、波長変換されずにその
波長変換部526を透過した2倍波とから和周波発生に
より8倍波(波長193nm)を得る。ここで、BBO
結晶は−40℃以下に冷却されており、193nmでの
吸収が低減されている。In the fourth-stage wavelength conversion section 532, a BBO crystal is used as the wavelength conversion crystal, and the sixth harmonic generated in the third-stage wavelength conversion section 526 and the wavelength conversion section 526 without wavelength conversion are used. And an 8th harmonic (wavelength: 193 nm) is obtained from the 2nd harmonic transmitted through. Where BBO
The crystals have been cooled to -40 ° C or less and have reduced absorption at 193 nm.
【0112】なお、本実施例では2段目及び3段目の波
長変換部520、526の後にそれぞれダイクロイック
・ミラー(521、又は527)を配置して、その波長
変換部(520、又は526)から射出される一対の高
調波(2倍波と4倍波、又は2倍波と6倍波)がそれぞ
れ異なる光路を通って次段の波長変換部(526、又は
532)に入射するように構成したが、図11(a)で
の説明と同様に、3段目の波長変換部526を他の波長
変換部518、520、532と同一光軸上に配置して
もよく、これによりダイクロイック・ミラー521、5
25、527、531などを用いる必要がなくなる。In this embodiment, dichroic mirrors (521 or 527) are arranged after the second and third stage wavelength converters 520 and 526, respectively, and the wavelength converters (520 or 526) are arranged. So that a pair of harmonics (2nd and 4th harmonics or 2nd and 6th harmonics) emitted from the optical path enter the next-stage wavelength converter (526 or 532) through different optical paths. Although the configuration is similar to that described with reference to FIG. 11A, the third-stage wavelength converter 526 may be arranged on the same optical axis as the other wavelength converters 518, 520, and 532.・ Mirrors 521, 5
It is not necessary to use 25, 527, 531 or the like.
【0113】ところで、本実施例では2段目および3段
目の波長変換部520、526で発生した4倍波、及び
6倍波はそれぞれ断面形状がWalk-off現象により長円形
になっている。このため、このビームを入力とする3段
目および4段目の波長変換部526、532で良好な変
換効率を得るためには、入射ビームとなる4倍波及び6
倍波のビーム形状を整形し、2倍波ビームとの重なりを
良好にすることが望ましい。本実施例のように、集光レ
ンズ523と524、及び529と530とをそれぞれ
別々の光路に置くことにより、例えばレンズ524、5
30としてシリンドリカルレンズ対を用いることが可能
になり、4倍波及び6倍波のビーム整形を容易に行うこ
とができる。このため、3段目および4段目の波長変換
部526、532でそれぞれ2倍波との重なりが良好に
なり、変換効率を高めることが可能である。In the present embodiment, the fourth and sixth harmonics generated by the second and third wavelength converters 520 and 526 have oval cross sections due to the walk-off phenomenon. . Therefore, in order to obtain good conversion efficiency in the third and fourth wavelength converters 526 and 532 using this beam as an input, the fourth harmonic wave and the sixth harmonic wave which are incident beams are required.
It is desirable to shape the beam shape of the harmonic wave so that the overlap with the second harmonic beam is good. By placing the condenser lenses 523 and 524 and 529 and 530 in separate optical paths as in this embodiment, for example, the lenses 524 and
A cylindrical lens pair can be used as 30, and beam shaping of the fourth harmonic and the sixth harmonic can be easily performed. Therefore, the third and fourth stage wavelength converters 526 and 532 have good overlap with the second harmonic, respectively, and can increase the conversion efficiency.
【0114】なお、2段目の波長変換部520から発生
する2倍波と4倍波とが同時に3段目の波長変換部52
6に入射するように、その2倍波と4倍波の各光路長が
同一になっていればよく、2つの波長変換部520、5
26間の構成は図11(b)に限られるものではない。
このことは3段目の波長変換部526と4段目の波長変
換部532との間でも同様である。Note that the second and fourth harmonics generated from the second-stage wavelength converter 520 are simultaneously output from the third-stage wavelength converter 52.
It is only necessary that the optical path lengths of the second harmonic wave and the fourth harmonic wave be the same so as to be incident on the two wavelength converters 520, 5, and 5.
The configuration between 26 is not limited to FIG.
This is the same between the third-stage wavelength converter 526 and the fourth-stage wavelength converter 532.
【0115】図12(a)、(b)は、図11(a)、
(b)に示した波長変換部についてそれぞれ実験の結果
得られた各チャネル当たりの各段での波長変換効率、及
び得られた8倍波(波長193nm)の平均出力を示
す。基本波の出力は前述の実施形態で説明した通り各チ
ャネルの出力端で、ピーク・パワー20kW、パルス幅
1ns、パルス繰り返し周波数100kHz、及び平均
出力2Wである。この結果、各チャネル当たりの8倍波
(波長193nm)の平均出力は、図11(a)の波長
変換部では76.6mW、図11(b)の波長変換部で
は80.6mWであった。従って、全128チャネルを
合わせたバンドルからの平均出力は、図11(a)では
9.8W、図11(b)では10.3Wとなり、いずれ
の波長変換部であっても露光装置用光源として十分な出
力の波長193nmの紫外光を提供することができる。FIGS. 12 (a) and 12 (b) correspond to FIGS.
The wavelength conversion efficiency at each stage for each channel and the average output of the eighth harmonic (wavelength 193 nm) obtained for each channel are shown for the wavelength converter shown in FIG. As described in the above embodiment, the output of the fundamental wave is the output terminal of each channel, and has a peak power of 20 kW, a pulse width of 1 ns, a pulse repetition frequency of 100 kHz, and an average output of 2 W. As a result, the average output of the eighth harmonic (wavelength 193 nm) per channel was 76.6 mW in the wavelength converter of FIG. 11A and 80.6 mW in the wavelength converter of FIG. 11B. Therefore, the average output from the bundle including all 128 channels is 9.8 W in FIG. 11A and 10.3 W in FIG. 11B, and any of the wavelength converters can be used as a light source for an exposure apparatus. It is possible to provide a sufficiently output ultraviolet light having a wavelength of 193 nm.
【0116】以上の実施形態4に示したように波長変換
部を構成することにより、基本波発生部で発生させた波
長1.544μmの基本波を波長193nmの紫外光に
波長変換することができる。By constructing the wavelength converter as described in the fourth embodiment, the fundamental wave having a wavelength of 1.544 μm generated by the fundamental wave generator can be converted into the ultraviolet light having the wavelength of 193 nm. .
【0117】次に、本発明に係る光増幅器および波長変
換部の他の構成例を実施形態5として図13に示す。図
13では、波長変換部を複数の並列光路構成(図の例で
は4光路の正方形配置)とし、これにあわせて多数のフ
ァイバー光増幅器19または25の出力端を4つのバン
ドル(出力群)に分割するとともに、この4つのファイ
バーバンドル出力端に対応してそれぞれ集光光学素子、
及び波長変換部を設ける実施例を示す。本例では、図1
又は図2に示した光増幅器を用いることを前提としてい
るので、1つのファイバーバンドルには32本のファイ
バー光増幅器19又は25が束ねられることになる。な
お、バンドルは最終段のEDFA出力端をそのまま用い
て形成することができるが、最終段のEDFA等に無ド
ープのファイバーを結合させ、その出力端でバンドルを
形成することも可能である。Next, another configuration example of the optical amplifier and the wavelength converter according to the present invention is shown in FIG. 13 as a fifth embodiment. In FIG. 13, the wavelength conversion unit has a plurality of parallel optical path configurations (square arrangement of four optical paths in the example of the figure), and according to this, the output terminals of a large number of fiber optical amplifiers 19 or 25 are formed into four bundles (output groups). While dividing the light, the condensing optical elements corresponding to the four fiber bundle output ends,
And an embodiment in which a wavelength converter is provided. In this example, FIG.
Alternatively, since it is assumed that the optical amplifier shown in FIG. 2 is used, 32 fiber optical amplifiers 19 or 25 are bundled in one fiber bundle. The bundle can be formed by using the EDFA output terminal of the final stage as it is, but it is also possible to couple an undoped fiber to the EDFA or the like of the final stage and form the bundle at the output terminal.
【0118】また、ファイバー光増幅器19または25
の出力端を複数に分割して、複数個のファイバーバンド
ルを形成する場合には、多数(本例では128本)のフ
ァイバー光増幅器19又は25のうち、レーザ光の射出
順番で隣り合う出力端(ファイバー光増幅器)は、互い
に異なるファイバーバンドルに束ねる構成とすることが
好ましい。例えば、レーザ光が射出する順番にその12
8本のファイバー光増幅器(19又は25)にNo.0
〜127の番号を付けるものとすると、No.0、4、
8、・・・、124のファイバー光増幅器を第1のファ
イバーバンドルとして束ね、No.1、5、9、・・
・、125のファイバー光増幅器を第2のファイバーバ
ンドルとして束ね、No.3、6、10、・・・、12
6のファイバー光増幅器を第3のファイバーバンドルと
して束ね、No.4、7、11、・・・、127のファ
イバー光増幅器を第4のファイバーバンドルとして束ね
る。これにより、ファイバーバンドル毎にそれに対応し
て配置される波長変換部(非線形光学結晶)に入射する
パルス光の時間間隔を均等に分割することができる。The fiber optical amplifier 19 or 25
In the case where a plurality of fiber bundles are formed by dividing the output end of the optical fiber into a plurality of fiber bundles, the output end of the large number (128 in this example) of adjacent fiber output The (fiber optical amplifier) is preferably configured to be bundled into different fiber bundles. For example, in the order in which laser light is emitted,
No. 0 for 8 fiber optical amplifiers (19 or 25)
No. 0 to 4, No. 127
, 124 are bundled as a first fiber bundle, and Nos. 1, 5, 9,.
, 125 fiber optical amplifiers are bundled as a second fiber bundle, and Nos. 3, 6, 10,.
6 are bundled as a third fiber bundle, and No. 4, 7, 11,..., 127 are bundled as a fourth fiber bundle. This makes it possible to equally divide the time interval of the pulse light incident on the wavelength converter (non-linear optical crystal) arranged corresponding to each fiber bundle.
【0119】さて、図13に示すように4つのファイバ
ーバンドルからなる光増幅器(図1、又は図2)の出力
端841から射出される基本波は、本例では4段の波長
変換部842、843、844、849でそれぞれ波長
変換される。なお、本例では前述の実施形態4で説明し
た波長変換部(図11)のいずれでも用いることができ
るが、ここでは図11(b)に示した波長変換部を用い
る、即ち基本波(波長1.544μm)を4段の非線形
光学結晶(518〜532)によって波長193nmの
紫外光に波長変換する例について説明する。簡単のた
め、ダイクロイックミラーは省略し、非線形光学結晶を
順次並べてある。1.544μm(周波数ω)の基本波
は、非線形光学結晶842、843、844、849を
図中左から右に向かって透過していくことで、2倍波、
4倍波、6倍波、8倍波(波長193nm)と順次波長
変換されて出力される。なお、非線形光学結晶849は
図示していない冷却装置内に設置されていて、−40℃
以下に冷却されている。Now, as shown in FIG. 13, the fundamental wave emitted from the output end 841 of the optical amplifier (FIG. 1 or FIG. 2) composed of four fiber bundles has four stages of wavelength converters 842 in this example. Wavelength conversion is performed at 843, 844, and 849, respectively. In this example, any of the wavelength converters (FIG. 11) described in the fourth embodiment can be used, but here, the wavelength converter shown in FIG. An example in which 1.544 μm) is converted into ultraviolet light having a wavelength of 193 nm by four-stage nonlinear optical crystals (518 to 532) will be described. For simplicity, the dichroic mirror is omitted, and nonlinear optical crystals are sequentially arranged. The fundamental wave of 1.544 μm (frequency ω) passes through the nonlinear optical crystals 842, 843, 844, and 849 from left to right in the figure, and is a second harmonic.
The wavelength is sequentially converted into a fourth harmonic, a sixth harmonic, and an eighth harmonic (wavelength: 193 nm) and output. Note that the nonlinear optical crystal 849 is installed in a cooling device (not shown),
Cooled below.
【0120】図13において、4つのファイバーバンド
ルからなる光増幅器の出力端841から射出される基本
波(波長1.544μm)は、4つのファイバーバンド
ルに対応してそれぞれ設けられる集光レンズ845を通
って波長変換部(非線形光学結晶)842に入射し、こ
こで2次高調波発生により基本波の周波数ωの2倍、す
なわち周波数2ω(波長772nm)の2倍波が発生す
る。波長変換部842で発生した2倍波は右方向へ進
み、集光レンズ846を通って次の波長変換部(非線形
光学結晶)843に入射する。ここで再び2次高調波発
生が行われ、入射波(2倍波)の周波数2ωの2倍、す
なわち基本波に対して4倍の周波数4ω(波長386n
m)をもつ4倍波が発生する。波長変換部843で発生
した4倍波は、集光レンズ847を通ってさらに右の波
長変換部(非線形光学結晶)844に入射し、透過して
きた2倍波との和周波が生成され6倍波が生成される。
さらに透過してきた2倍波と6倍波は集光レンズ848
を通って波長変換部849に入射し、和周波生成により
8倍波(波長193nm)が生成される。In FIG. 13, the fundamental wave (wavelength 1.544 μm) emitted from the output end 841 of the optical amplifier composed of four fiber bundles passes through the condenser lenses 845 provided corresponding to the four fiber bundles. Then, the light enters a wavelength converter (nonlinear optical crystal) 842, where a second harmonic is generated, which is twice the frequency ω of the fundamental wave, that is, a second harmonic having a frequency 2ω (wavelength 772 nm). The second harmonic generated by the wavelength converter 842 travels rightward and passes through the condenser lens 846 to enter the next wavelength converter (nonlinear optical crystal) 843. Here, the second harmonic generation is performed again, and the frequency 4ω (wavelength 386n) is twice the frequency 2ω of the incident wave (the second harmonic), that is, four times the fundamental wave.
m) is generated. The fourth harmonic generated by the wavelength converter 843 passes through the condenser lens 847 and enters the wavelength converter (non-linear optical crystal) 844 on the right, generates a sum frequency with the transmitted second harmonic and increases the frequency by six. Waves are generated.
Further, the transmitted second harmonic and sixth harmonic are collected by a condenser lens 848.
And enters the wavelength conversion unit 849, and an eighth harmonic (wavelength 193 nm) is generated by sum frequency generation.
【0121】この実施形態において前記波長変換に使用
する非線形光学結晶としては、例えば波長変換部842
での基本波から2倍波への波長変換結晶としてLBO結
晶を、波長変換部843での2倍波から4倍波への波長
変換結晶としてLBO結晶を、波長変換部844での2
倍波と4倍波から6倍波への波長変換結晶としてBBO
結晶を、波長変換部849での2倍波と6倍波から8倍
波への波長変換結晶としてBBO結晶を使用する。In this embodiment, the nonlinear optical crystal used for the wavelength conversion is, for example, a wavelength conversion section 842.
The LBO crystal is used as a wavelength conversion crystal for converting a fundamental wave into a second harmonic in the wavelength conversion unit 843, the LBO crystal is used as a wavelength conversion crystal for converting a second harmonic to a fourth harmonic in the wavelength conversion unit 843, and the LBO crystal is used in the wavelength conversion unit 844.
BBO as a wavelength conversion crystal from harmonic and 4th harmonic to 6th harmonic
As the crystal, a BBO crystal is used as the wavelength conversion crystal from the second harmonic and the sixth harmonic to the eighth harmonic in the wavelength converter 849.
【0122】なお、本実態様では基本波(波長1.54
4μm)→2倍波(波長772nm)→4倍波(波長3
86nm)→6倍波(波長257nm)→8倍波(波長
193nm)の順に波長変換する場合について示した
が、これは既に説明した実施形態4における図11
(b)の波長変換部を複数並列化したものに相当する。
従って、すでに示した他の波長変換部構成である図11
(a)を本実施形態と同様の手法で複数並列化したもの
も本実施形態と同様に構成することができる。In this embodiment, the fundamental wave (wavelength 1.54
4 μm) → 2nd harmonic (wavelength 772 nm) → 4th harmonic (wavelength 3
86 nm) → sixth harmonic (wavelength: 257 nm) → eighth harmonic (wavelength: 193 nm) in this case, but this is shown in FIG.
This corresponds to a configuration in which a plurality of wavelength conversion units in FIG.
Therefore, FIG.
A configuration obtained by parallelizing a plurality of items (a) by the same method as in the present embodiment can be configured in the same manner as in the present embodiment.
【0123】次に、図14を参照して光増幅器と波長変
換部との結合部についての本実施形態における第2の実
施例を説明する。この実施例は図13に示した波長変換
部の構成を5光路の並列構成とし、これに合わせてファ
イバー光増幅器の出力端を5つに分割して5つのファイ
バーバンドル(出力群)を形成したものである。この分
割に際してファイバー光増幅器の出力端を均等に5分割
せず、5つのファイバーバンドル(出力群)の一部(図
13では1つのファイバーバンドル)の出力端850は
単独又は少数のファイバー光増幅器で構成し、他(図1
3では4つ)のファイバーバンドル出力端851はファ
イバー光増幅器の数が同数となるように均等に分割され
た複数のファイバー光増幅器を束ねたものである。Next, with reference to FIG. 14, a description will be given of a second example of the present embodiment regarding the coupling section between the optical amplifier and the wavelength conversion section. In this embodiment, the configuration of the wavelength conversion unit shown in FIG. 13 is a parallel configuration of five optical paths, and the output end of the fiber optical amplifier is divided into five to form five fiber bundles (output groups). Things. In this division, the output end of the fiber optical amplifier is not equally divided into five, and the output end 850 of a part (one fiber bundle in FIG. 13) of the five fiber bundles (output group) is a single or a small number of fiber optical amplifiers. Configure and others (Fig. 1
The fiber bundle output end 851 (four in 3) is a bundle of a plurality of fiber optical amplifiers equally divided so that the number of fiber optical amplifiers is the same.
【0124】そして、これら出力光は各出力群(ファイ
バーバンドル)ごとに設けられた波長変換部852〜8
59で所定波長の紫外光に変換され、例えば露光装置へ
供給される。なお、4段の波長変換部852〜859は
それぞれ複数(5つ)のファイバーバンドルと同数の波
長変換部から構成され、その波長変換部852〜859
の入射側にそれぞれ配置される集光光学素子855〜8
58もそれぞれファイバーバンドルと同数の集光レンズ
から構成されている。なお、波長変換部859は図示し
ていない冷却装置内に設置されていて、−40℃以下に
冷却されている。These output lights are supplied to wavelength converters 852 to 852 provided for each output group (fiber bundle).
At 59, the light is converted into ultraviolet light of a predetermined wavelength and supplied to, for example, an exposure apparatus. The four-stage wavelength converters 852 to 859 are each composed of a plurality (five) of fiber bundles and the same number of wavelength converters, and the wavelength converters 852 to 859 are provided.
Condensing optical elements 855 to 8 arranged on the incident side of
Reference numeral 58 also includes the same number of condenser lenses as the fiber bundle. The wavelength conversion unit 859 is installed in a cooling device (not shown), and is cooled to -40 ° C or lower.
【0125】ここで、本例による紫外レーザ装置を露光
装置(図17又は図18)に適用する場合、4つのファ
イバーバンドルの出力端851からそれぞれ発生する基
本波は、波長変換部(852〜859)で紫外光に波長
変換され、この紫外光が露光用照明光として照明光学系
を通ってレチクルに照射される。即ち、4つのファイバ
ーバンドルは露光用光源として使用される。一方、単独
あるいは少数のファイバー光増幅器で構成されるファイ
バーバンドルの出力端850から発生して、紫外光に波
長変換された光出力は、露光装置に設けられるアライメ
ント系、又はモニター系などに導かれる。即ち、1つの
ファイバーバンドル(850)はアライメント用光源な
どとして使用される。なお、ファイバーバンドル出力端
850から発生して波長変換された紫外光は、例えば4
段目の波長変換部859に結合される無ドープ・ファイ
バーによってアライメント系などに伝送される。Here, when the ultraviolet laser device according to the present embodiment is applied to an exposure apparatus (FIG. 17 or FIG. 18), the fundamental waves generated from the output ends 851 of the four fiber bundles are converted by the wavelength converters (852 to 859). ), The wavelength is converted to ultraviolet light, and this ultraviolet light is irradiated on the reticle as illumination light for exposure through an illumination optical system. That is, the four fiber bundles are used as light sources for exposure. On the other hand, the light output generated from the output end 850 of the fiber bundle composed of a single or a small number of fiber optical amplifiers and converted into ultraviolet light is guided to an alignment system or a monitor system provided in the exposure apparatus. . That is, one fiber bundle (850) is used as an alignment light source or the like. The wavelength-converted ultraviolet light generated from the fiber bundle output end 850 is, for example, 4
The light is transmitted to an alignment system or the like by an undoped fiber coupled to the wavelength converter 859 of the stage.
【0126】ところで、図14では4つのファイバーバ
ンドルの出力端851から発生する基本波を紫外光に波
長変換して照明光学系に導くものとしたが、そのファイ
バーバンドルの数は1つであっても複数であってもよ
い。また、アライメントやモニターに用いるファイバー
バンドルは1つであったが、その数を複数としてもよ
く、この複数のファイバーバンドルから射出される光を
それぞれ異なる光学系に導くようにしてもよい。In FIG. 14, the fundamental wave generated from the output end 851 of the four fiber bundles is converted into ultraviolet light and guided to the illumination optical system. However, the number of fiber bundles is one. May also be plural. Although one fiber bundle is used for alignment and monitoring, the number may be plural, and light emitted from the plural fiber bundles may be guided to different optical systems.
【0127】本例では、露光用光源とアライメント用、
又はモニター用等に使用する光源とが同一であり、露光
用照明光とアライメント用照明光などとは同一の単一波
長発振レーザの出力光を分岐、増幅、及び波長変換した
ものとなり、同一波長の紫外光を用いることができる。
このため、アライメントあるいは各種のモニターを露光
装置の照明光学系や投影光学系などの光学系を通して行
うことが可能になる。In this example, the light source for exposure and the light source for alignment are used.
Or, the light source used for monitoring or the like is the same, and the illumination light for exposure and the illumination light for alignment are obtained by splitting, amplifying, and wavelength-converting the output light of the same single-wavelength oscillation laser, and have the same wavelength. Ultraviolet light can be used.
For this reason, alignment or various types of monitoring can be performed through an optical system such as an illumination optical system or a projection optical system of the exposure apparatus.
【0128】従って、アライメント用光学系などの設計
が容易になり、その構成を大幅に簡略化できる、あるい
は別途設ける必要がなくなり、露光装置を簡易に構築す
ることが可能となる。なお、露光用照明光の照射とアラ
イメント用照明光などの照射とを同時に行わないことが
あるので、例えば照明光路内にそれぞれシャッターを設
ける、あるいはTDM23によってパルス光を振り分け
るチャネルを選択するようにして、その照射のタイミン
グを独立に制御することが好ましい。Therefore, the design of the alignment optical system and the like is facilitated, and the configuration can be greatly simplified, or there is no need to provide a separate arrangement, and the exposure apparatus can be easily constructed. Since the irradiation of the exposure illumination light and the irradiation of the alignment illumination light or the like may not be performed simultaneously, for example, a shutter may be provided in the illumination light path, or a channel for distributing the pulse light by the TDM 23 may be selected. It is preferable to control the timing of the irradiation independently.
【0129】さらに、投影光学系の焦点位置、投影倍
率、収差、及びテレセントリシティなどを計測するため
に、前述のアライメント用やモニター用の紫外光を用い
ることができ、その計測精度を向上させることが可能と
なる。なお、投影光学系の結像面と感光基板(ウエハ)
との焦点合わせを行う場合にも、露光波長と同一波長の
光を使用し、かつ投影光学系を通してその焦点合わせを
行うことにより、位置合わせ精度の向上も同時に達成す
ることができる。Further, in order to measure the focal position, projection magnification, aberration, telecentricity, etc. of the projection optical system, the aforementioned ultraviolet light for alignment and monitor can be used, and the measurement accuracy is improved. It becomes possible. The image forming plane of the projection optical system and the photosensitive substrate (wafer)
In the case of focusing, the use of light having the same wavelength as the exposure wavelength and focusing through a projection optical system can simultaneously improve the positioning accuracy.
【0130】ところで、以上説明した様な本実施形態
(図13、図14)の構成によれば、ファイバー光増幅
器のファイバー出力を複数の群に分割し、非線形光学結
晶への入力光を分割することにより、非線形光学結晶へ
の入射パワーを効果的に低減できる。従って、非線形光
学結晶中での光吸収・熱効果に起因する出力低下や光損
傷などの問題を解決することができる。なお、ファイバ
ー光増幅器の出力端の分割数(ファイバーバンドルの
数)は4つ又は5つに限られるものではなく、2つ以上
であればよい。By the way, according to the configuration of the present embodiment (FIGS. 13 and 14) as described above, the fiber output of the fiber optical amplifier is divided into a plurality of groups, and the input light to the nonlinear optical crystal is divided. Thereby, the incident power to the nonlinear optical crystal can be effectively reduced. Therefore, it is possible to solve problems such as output reduction and optical damage caused by light absorption and thermal effects in the nonlinear optical crystal. Note that the number of divisions (the number of fiber bundles) at the output end of the fiber optical amplifier is not limited to four or five, but may be two or more.
【0131】次に、本発明に係る紫外光発生装置におけ
る光増幅器と波長変換部との結合部について実施形態6
として説明する。ここで、光増幅器の出力端は前述の実
施形態1及び2で述べたようにファイバー光増幅器の出
射端がバンドル状に束ねられ形成されている。このと
き、各ファイバー光増幅器のクラッド直径は125μm
程度であることから、128本を束ねた出力端でのバン
ドルの直径は約2mm以下とすることができる。Next, in the ultraviolet light generating apparatus according to the present invention, the coupling part between the optical amplifier and the wavelength conversion part will be described in the sixth embodiment.
It will be described as. Here, the output end of the optical amplifier is formed by bundling the output end of the fiber optical amplifier as described in the first and second embodiments. At this time, the cladding diameter of each fiber optical amplifier was 125 μm.
Therefore, the diameter of the bundle at the output end where the 128 bundles are bundled can be set to about 2 mm or less.
【0132】ここで、バンドルの数及び形状は、波長変
換部の構成や必要とされる光源の形状に合わせて定める
ことが可能であり、例えば実施形態1、2では一つの円
形断面を有するバンドルの場合を示している(114、
29、501等)。このとき、ファイバー光増幅器の出
力端部が例えば図9あるいは図10に示したように平坦
面に形成されている場合には、ファイバーバンドルの出
力端と第1段目の波長変換部(非線形光学結晶)との間
に集光レンズ(例えば図13の集光レンズ845など)
を設けて、ファイバーバンドルから発生する光を非線形
光学結晶に集光させることにより、ファイバー光増幅器
の出力光を有効に入射させることができる。Here, the number and shape of the bundles can be determined according to the configuration of the wavelength conversion unit and the required shape of the light source. For example, in the first and second embodiments, a bundle having one circular cross section is used. (114,
29, 501, etc.). At this time, if the output end of the fiber optical amplifier is formed on a flat surface as shown in FIG. 9 or FIG. 10, for example, the output end of the fiber bundle and the first-stage wavelength converter (non-linear optical (For example, a condenser lens 845 in FIG. 13)
Is provided and the light generated from the fiber bundle is condensed on the nonlinear optical crystal, so that the output light of the fiber optical amplifier can be effectively incident.
【0133】また、本発明に係るこの結合部の他の実施
例を図15に示す。図15において、複数のファイバー
光増幅器の出射端が束ねられたファイバーバンドル出力
端901から基本波が射出されるが、ファイバー光増幅
器毎にレンズ902が配置され、このレンズ902によ
って基本波は1段目の波長変換部(非線形光学結晶)9
03(例えば第4の実施形態(図11)における50
7、518等)に集光する。本実施例では、ファイバー
バンドル全体の直径を2mm、ファイバーバンドルを構
成する各ファイバー光増幅器のモード径を20μmと
し、個別のレンズ902により、1段目の波長変換部9
03に集光する例について示す。なお、1段目の波長変
換部903と2段目の波長変換部906との間には一対
のレンズ904、905が配置されており、波長変換部
903から射出される光がその波長変換部903への入
射時と同じ条件で波長変換部906に入射するようにな
っている。FIG. 15 shows another embodiment of the connecting portion according to the present invention. In FIG. 15, a fundamental wave is emitted from a fiber bundle output end 901 in which emission ends of a plurality of fiber optical amplifiers are bundled, and a lens 902 is provided for each fiber optical amplifier. Eye wavelength converter (non-linear optical crystal) 9
03 (for example, 50 in the fourth embodiment (FIG. 11)).
7, 518 etc.). In this embodiment, the diameter of the entire fiber bundle is 2 mm, the mode diameter of each fiber optical amplifier constituting the fiber bundle is 20 μm, and the wavelength conversion unit 9 in the first stage is set by an individual lens 902.
An example of focusing light at 03 will be described. Note that a pair of lenses 904 and 905 are disposed between the first-stage wavelength conversion unit 903 and the second-stage wavelength conversion unit 906, and light emitted from the wavelength conversion unit 903 emits light from the wavelength conversion unit. The light enters the wavelength conversion unit 906 under the same conditions as when the light enters the wavelength conversion unit 903.
【0134】このような実施形態においては、非線形光
学結晶での各ビーム径が最適な高調波変換効率を得るの
に望ましい大きさ(例えば本実施例では200μm程
度)となる様に、集光レンズ902の倍率(例えば本実
施例では10倍程度)を選ぶ。各ファイバー出力を個別
のレンズ902により集光しているため、ファイバーバ
ンドル中のすべてのファイバーから集光された非線形結
晶中での全光束の占める大きさ(断面積)は、集光レン
ズの倍率によらずファイバーバンドル自身の直径程度と
なる。従って、必要な波長変換結晶の大きさ(断面)
は、ファイバーバンドルの直径程度となるため、数ミリ
角程度の小さな波長変換結晶を用いることができ経済的
である。なお、レンズ902を設ける代わりに、ファイ
バー出力端面を直接、球面あるいは非球面のレンズ状に
加工して集光光学素子の機能を持たせてもよい。In such an embodiment, the condensing lens is set so that each beam diameter in the nonlinear optical crystal has a desirable size (for example, about 200 μm in this embodiment) for obtaining the optimum harmonic conversion efficiency. A magnification of 902 (for example, about 10 times in this embodiment) is selected. Since each fiber output is condensed by an individual lens 902, the size (cross-sectional area) of the total luminous flux in the nonlinear crystal collected from all the fibers in the fiber bundle depends on the magnification of the condensing lens. Regardless of the diameter, the diameter is about the diameter of the fiber bundle itself. Therefore, the required size (cross section) of the wavelength conversion crystal
Is about the diameter of a fiber bundle, so that a small wavelength conversion crystal of about several mm square can be used, which is economical. Instead of providing the lens 902, the fiber output end face may be directly processed into a spherical or aspherical lens shape to have the function of a condensing optical element.
【0135】次に、光増幅器と波長変換部との結合部に
おけるファイバー出力端の他の実施例を図16に示す。
図16(a)および(c)に示した実施例は、図15に
示した集光レンズ902を、ファイバー452毎にその
出力端部に形成する、及びこれを出力群ごとにバンドル
状にまとめた例を示している。本例では、ファイバー4
52毎にその出力端部に集光光学素子453が形成され
ているが、これは既に図10(a)を用いて説明したフ
ァイバー出力端部に設けた窓部材433をレンズ状に加
工し、集光光学素子の機能を持たせたものである。この
ように構成することにより、図15と同様の集光機能を
備えると共にファイバー出力端面の損傷を抑制すること
ができる。Next, another embodiment of the fiber output end in the coupling section between the optical amplifier and the wavelength conversion section is shown in FIG.
In the embodiment shown in FIGS. 16A and 16C, the condensing lens 902 shown in FIG. 15 is formed at the output end of each fiber 452, and this is bundled for each output group. An example is shown. In this example, fiber 4
A condensing optical element 453 is formed at the output end of each of the 52. The window member 433 provided at the fiber output end already described with reference to FIG. It has the function of a condensing optical element. With this configuration, it is possible to provide a light collecting function similar to that of FIG. 15 and to suppress damage to the fiber output end face.
【0136】また、図16(b)は複数のファイバー4
62を束ねた出力群ごとに集光光学素子463を設ける
場合の実施例である。本例では、例えば図13に示した
集光レンズ845をファイバーバンドルの出力端部に形
成したものであり、既に図10(b)を用いて説明した
窓部材443を球面あるいは非球面のレンズ状に加工し
て集光光学素子の機能を持たせたものである。FIG. 16B shows a plurality of fibers 4.
This is an embodiment in which a light-collecting optical element 463 is provided for each output group in which 62 are bundled. In this example, for example, the condenser lens 845 shown in FIG. 13 is formed at the output end of the fiber bundle, and the window member 443 already described with reference to FIG. This has a function of a condensing optical element.
【0137】なお、ファイバー端部あるいは窓部材の出
力面を、球面あるいは非球面のレンズ形状に加工する代
わりに、熱イオン交換法や電解イオン交換法等のイオン
交換法を用いてファイバー端部を、あるいは窓部材とし
てガラス窓を用いるときにはガラス窓端部のガラス組成
を、イオン交換により部分的に変化させ、これによりレ
ンズと同等の屈折率分布を持たせることで集光光学機能
を持たせるものであっても良い。また、図16(a)〜
(c)ではファイバー内のコア451、461の径は拡
大されていないが、このコア径の拡大を併用することも
できる。Note that, instead of processing the fiber end or the output surface of the window member into a spherical or aspherical lens shape, the fiber end is formed using an ion exchange method such as a thermal ion exchange method or an electrolytic ion exchange method. Alternatively, when a glass window is used as a window member, the glass composition at the end of the glass window is partially changed by ion exchange, thereby giving a refractive index distribution equivalent to that of a lens, thereby providing a condensing optical function. It may be. In addition, FIG.
In (c), the diameters of the cores 451 and 461 in the fiber are not enlarged, but this enlargement of the core diameter can be used together.
【0138】さて、2段目以降の波長変換部(非線形光
学結晶)への集光は、1段目の場合と同様にファイバー
毎、又はバンドル毎にその出力を個別のレンズにより行
うこともできるが、本実施例ではファイバーバンドルの
全出力を共通の1組あるいは1個のレンズで集光する場
合について記述している。このように共通のレンズを使
用することにより、使用するレンズの数が少なくなり、
レンズのアライメントも容易になるため、経済的であ
る。The light is condensed on the second and subsequent wavelength converters (non-linear optical crystals) as in the case of the first stage, and the output can be performed by individual lenses for each fiber or for each bundle. However, the present embodiment describes a case where all outputs of the fiber bundle are condensed by a common set or one lens. By using a common lens in this way, the number of lenses used is reduced,
It is economical because the alignment of the lens becomes easy.
【0139】なお、波長変換結晶(非線形光学結晶)の
出力端はその波長変換結晶で集光されたビームのレイリ
ー長のなかに位置するため、波長変換結晶からの射出ビ
ームは波長変換結晶の出力端でほぼ平行光となる。本実
施例(図15)ではこの射出ビームを一対のレンズ90
4、905により2段目の波長変換結晶906に集光す
る場合について示した。ここで、レンズ対の焦点距離は
2段目の波長変換部906で最適な変換効率を得るのに
望ましいビーム径となる倍率に定めることができる。な
お、図11に示した波長変換結晶に基本波又はその高調
波を集光する集光光学素子(例えば図11(a)に示す
509、512等)は1個のレンズで構成されていた
が、本実施例のように1組のレンズで構成することも可
能である。Since the output end of the wavelength conversion crystal (non-linear optical crystal) is located within the Rayleigh length of the beam condensed by the wavelength conversion crystal, the beam emitted from the wavelength conversion crystal is output from the wavelength conversion crystal. It becomes almost parallel light at the end. In this embodiment (FIG. 15), this emission beam is
4 and 905 show the case where light is condensed on the second-stage wavelength conversion crystal 906. Here, the focal length of the lens pair can be set to a magnification that provides a desirable beam diameter for obtaining optimum conversion efficiency in the second-stage wavelength converter 906. The condensing optical element (for example, 509 and 512 shown in FIG. 11A) for condensing the fundamental wave or its harmonic wave on the wavelength conversion crystal shown in FIG. 11 is constituted by one lens. It is also possible to form a single set of lenses as in this embodiment.
【0140】このように実施の形態1〜3に示した構成
により基本波発生部(レーザ光発生部及び光増幅器)を
構成し、実施の形態4、5に示した構成により波長変換
部を構成し、また実施形態6に示した構成により光増幅
器と波長変換部との結合部を構成することによって、出
力波長193nm等の紫外光出力を得ることができる。
これらはArFエキシマレーザの発振波長と同一波長で
ある。As described above, the fundamental wave generator (laser light generator and optical amplifier) is constituted by the structure shown in the first to third embodiments, and the wavelength converter is constituted by the structure shown in the fourth and fifth embodiments. In addition, by configuring the coupling section between the optical amplifier and the wavelength conversion section with the configuration shown in the sixth embodiment, an ultraviolet light output with an output wavelength of 193 nm or the like can be obtained.
These are the same wavelength as the oscillation wavelength of the ArF excimer laser.
【0141】しかも、この様にして得られる紫外出力光
は、例えば実施の形態1による基本波発生部を用いて構
成した場合には、約3nsの間隔で発光するパルス光で
あるため、互いに時間的に重なり合うことがなく、極め
て狭帯域化された単一波長の紫外光でありながら、個々
の出力光は互いに干渉することがない。また、例えば実
施の形態2による基本波発生部を用いて構成した場合に
は得られる紫外出力光は、約78nsの等間隔で発光す
るパルス光であるため、互いに時間的に重なり合うこと
がなく、極めて狭帯域化された単一波長の紫外光であり
ながら、個々の出力光は互いに干渉することがない。In addition, the ultraviolet output light obtained in this manner is a pulse light emitted at intervals of about 3 ns when the fundamental wave generation unit according to the first embodiment is used, for example. The output light does not interfere with each other even though it is a single-wavelength ultraviolet light having a very narrow band without overlapping. Further, for example, in the case of using the fundamental wave generation unit according to the second embodiment, the obtained ultraviolet output light is pulsed light that is emitted at equal intervals of about 78 ns, and thus does not overlap with each other in time. Even though the single-wavelength ultraviolet light has a very narrow band, the individual output lights do not interfere with each other.
【0142】さらに、例えば特開平8−334803号
公報に開示されているような固体紫外レーザアレイで
は、並列化された個々の基本波レーザに対し(個々のレ
ーザ要素ごとに)それぞれ波長変換部が必要であるが、
本実施形態によれば基本波出力のファイバーバンドル直
径が全チャネルをあわせても2mm以下であるため、わ
ずか1組の波長変換部ですべてのチャネルの波長変換を
行うことが可能である。しかも、出力端が柔軟なファイ
バーであるため、波長変換部と単一波長発振レーザやス
プリッタ、時分割光分岐手段等の他の構成部とを分けて
配置することが可能となるなど、配置の自由度が極めて
高い。従って、本発明により安価でコンパクトかつ、単
一波長でありながら空間的コヒーレンスの低い紫外レー
ザ装置が提供できる。Further, in a solid-state ultraviolet laser array as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803, a wavelength converter is provided for each parallelized fundamental wave laser (for each individual laser element). Necessary,
According to the present embodiment, since the fiber bundle diameter of the fundamental wave output is 2 mm or less even when all the channels are combined, it is possible to perform the wavelength conversion of all the channels with only one set of the wavelength converters. In addition, since the output end is a flexible fiber, it is possible to arrange the wavelength converter and other components such as a single-wavelength oscillation laser, a splitter, and a time division optical branching unit separately. Extremely high degree of freedom. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an inexpensive and compact ultraviolet laser device having a single wavelength and low spatial coherence.
【0143】次に本発明に係る紫外レーザ装置の第7の
実施形態について説明する。本実施形態による紫外レー
ザ装置は、既にこれまでの第1から第6の実施形態で述
べてきた様な紫外レーザ装置が露光装置用光源であるこ
とを特徴とするものである。Next, a description will be given of a seventh embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention. The ultraviolet laser device according to the present embodiment is characterized in that the ultraviolet laser device as described in the first to sixth embodiments is a light source for an exposure device.
【0144】以下、本発明に係る紫外レーザ装置を用い
た露光装置の実施例について図17を参照しながら説明
する。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原
理的には写真製版と同じであり、フォトマスク(レチク
ル)上に精密に描かれた回路パターンを、フォトレジス
トを塗布した半導体ウエハー上に光学的に縮小投影して
転写する。本発明に係る紫外レーザ装置1261は、照
明光学系1262、投影光学系1265などを含む露光
装置全体と一体に設けられている。このとき、照明光学
系1262を支持する架台に紫外レーザ装置1261を
固定しても良いし、あるいは紫外レーザ装置1261を
単独で架台に固定しても良い。但し、紫外レーザ装置1
261に接続される電源などは別置きにしておくことが
好ましい。Hereinafter, an embodiment of an exposure apparatus using an ultraviolet laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. The exposure equipment used in the photolithography process is in principle the same as photolithography, and a circuit pattern precisely drawn on a photomask (reticle) is optically printed on a semiconductor wafer coated with photoresist. Transfer by reducing projection. The ultraviolet laser device 1261 according to the present invention is provided integrally with the entire exposure apparatus including the illumination optical system 1262, the projection optical system 1265, and the like. At this time, the ultraviolet laser device 1261 may be fixed to a mount supporting the illumination optical system 1262, or the ultraviolet laser device 1261 may be fixed to the mount alone. However, the ultraviolet laser device 1
It is preferable that a power supply and the like connected to the H.261 be separately provided.
【0145】また、紫外レーザ装置1261をレーザ光
発生部および光増幅器を有する第1部分と、波長変換部
を有する第2部分とに分け、第2部分を照明光学系12
62と一体に架台に固定し、第1部分をその架台と異な
る架台に固定しても良い。さらに、露光装置本体を収納
するチャンバー内に紫外レーザ装置1261をすべて配
置しても良いし、あるいは紫外レーザ装置1261の一
部、例えば波長変換部をチャンバー内に配置し、残りの
部分はチャンバーと一体にその外側に配置するようにし
ても良い。また、紫外レーザ装置1261の制御系はチ
ャンバーとは別置される制御ラックに収納しても良い
し、あるいは表示部(ディスプレイ)、スイッチ類など
をチャンバーと一体にその外側に配置し、残りはチャン
バー内に配置しても良い。Further, the ultraviolet laser device 1261 is divided into a first portion having a laser beam generator and an optical amplifier and a second portion having a wavelength converter.
The first portion may be fixed to a gantry different from the gantry while being fixed to the gantry integrally with the gantry. Further, all of the ultraviolet laser device 1261 may be arranged in a chamber accommodating the exposure apparatus main body, or a part of the ultraviolet laser device 1261, for example, a wavelength conversion unit is arranged in the chamber, and the remaining part is connected to the chamber. You may make it arrange | position to the outside integrally. The control system of the ultraviolet laser device 1261 may be housed in a control rack separately from the chamber, or a display unit (display), switches, and the like may be disposed outside the chamber integrally with the chamber, and the rest may be provided. You may arrange | position in a chamber.
【0146】そして、本発明により狭帯域化されかつ空
間的コヒーレンスの低い紫外光は、照明光学系1262
により必要な投影面上での照度分布が均一となるように
拡大投影され、集積回路の回路パターンが精密に描かれ
た石英マスク(石英レチクル)1263上に照射され
る。レチクル1263の回路パターンは、投影光学系1
265により所定の縮小倍率で縮小されフォトレジスト
の塗布された半導体ウエハー(例えばシリコンウエハ
ー)1266に投影され、前記回路パターンがウエハー
上に結像・転写される。According to the present invention, the ultraviolet light having a narrow band and low spatial coherence is supplied to the illumination optical system 1262.
Thus, the illuminance distribution is enlarged and projected so that the required illuminance distribution on the required projection plane becomes uniform, and is irradiated onto a quartz mask (quartz reticle) 1263 on which a circuit pattern of an integrated circuit is accurately drawn. The circuit pattern of the reticle 1263 corresponds to the projection optical system 1
The circuit pattern is projected on a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer) 1266 coated with a photoresist after being reduced at a predetermined reduction magnification by 265, and the circuit pattern is imaged and transferred on the wafer.
【0147】照明光学系1262は、レチクル1263
のパターン面とほぼ共役な面内に配置され、かつレチク
ル1263上での照明領域を規定する視野絞り、照明光
学系1262内でレチクル1263のパターン面とほぼ
フーリエ変換の関係となる所定面上での紫外光の光量分
布を規定する開口絞り、および開口絞りを射出する紫外
光をレチクル1263に照射するコンデンサーレンズな
どを含む。このとき、所定面上での紫外光の光量分布を
変更するために、互いに形状と大きさとの少なくとも一
方が異なる複数の開口絞りをターレットに設け、レチク
ル1263のパターンに応じて選択される複数の開口絞
りの一つを照明光学系1262の光路内に配置するよう
にしても良い。The illumination optical system 1262 includes a reticle 1263.
A field stop that is arranged in a plane substantially conjugate to the pattern plane of the reticle 1263 and that defines an illumination area on the reticle 1263, on a predetermined plane in the illumination optical system 1262 that has a substantially Fourier transform relationship with the pattern plane of the reticle 1263. And a condenser lens that irradiates the reticle 1263 with ultraviolet light emitted from the aperture stop. At this time, in order to change the distribution of the amount of ultraviolet light on the predetermined surface, a plurality of aperture stops having at least one of shapes and sizes different from each other are provided on the turret, and a plurality of aperture stops selected according to the pattern of the reticle 1263 are provided. One of the aperture stops may be arranged in the optical path of the illumination optical system 1262.
【0148】また、紫外レーザ装置1261の波長変換
部と視野絞りとの間にオプティカルインテグレータ(ホ
モジナイザ)を配置しても良く、フライアイレンズを用
いるときはその射出側焦点面がレチクル1263のパタ
ーン面とほぼフーリエ変換の関係となるように配置し、
ロッドインテグレータを用いるときはその射出面がレチ
クル1263のパターン面とほぼ共役となるように配置
すればよい。An optical integrator (homogenizer) may be arranged between the wavelength conversion unit of the ultraviolet laser device 1261 and the field stop. When a fly-eye lens is used, the focal plane on the exit side is the pattern surface of the reticle 1263. And are arranged so as to have a relationship of almost Fourier transform,
When a rod integrator is used, the rod integrator may be arranged such that its emission surface is substantially conjugate with the pattern surface of the reticle 1263.
【0149】なお、露光装置の露光開始シャッタとして
は、既に実施形態1〜3で説明した電気光学変調素子あ
るいは音響光学変調素子(12、22、32)を用いる
ことができる。電気光学変調素子あるいは音響光学変調
素子をオフの状態すなわちパルスを発生しない(内部損
失が大の)状態からオンの状態すなわちパルスを発生す
る(パルス状に内部損失が小となる)状態に切り替えて
露光を開始する。As the exposure start shutter of the exposure apparatus, the electro-optic modulator or the acousto-optic modulator (12, 22, 32) described in the first to third embodiments can be used. The electro-optic or acousto-optic modulator is switched from an off state, ie, a state in which no pulse is generated (internal loss is large), to an on state, ie, a state in which a pulse is generated (internal loss is reduced in a pulse). Start exposure.
【0150】なお、本実施形態での紫外レーザ装置12
61を有する露光装置では、機械的なシャッタを用いて
ウエハ1266上での紫外光の積算光量を制御する必要
はないが、例えば紫外レーザ装置1261の出力(パワ
ー、中心波長、波長幅など)を安定化するために紫外光
を発振させるとき、その紫外光がウエハ1266に到達
してフォトレジストを感光させるのを防止するために、
紫外レーザ装置1261とウエハ1266との間の照明
光路内にシャッタを配置しても良いし、あるいはステー
ジ1267を駆動してウエハ1266を紫外光の照射領
域から退避させるようにしても良い。It should be noted that the ultraviolet laser device 12 in this embodiment is
In the exposure apparatus having 61, it is not necessary to control the integrated amount of ultraviolet light on the wafer 1266 using a mechanical shutter, but for example, the output (power, center wavelength, wavelength width, etc.) of the ultraviolet laser device 1261 is controlled. When oscillating ultraviolet light for stabilization, to prevent the ultraviolet light from reaching the wafer 1266 and exposing the photoresist,
A shutter may be provided in the illumination optical path between the ultraviolet laser device 1261 and the wafer 1266, or the stage 1267 may be driven to retract the wafer 1266 from the ultraviolet light irradiation area.
【0151】半導体ウエハー1266は、駆動機構12
69を具備するステージ1267上に載置され、一回の
露光が完了する度にステージを移動することにより、半
導体ウエハー上の異なる位置に回路パターンが転写され
る。この様なステージの駆動、露光方式をステップ・ア
ンド・リピート方式という。ステージの駆動、露光方式
にはこのほかに、レチクル1263を支持する支持部材
1264にも駆動機構を設け、レチクルと半導体ウエハ
とを同期移動して走査露光を行うステップ・アンド・ス
キャン方式があるが、この方式についても本発明の紫外
レーザ装置を適用することが可能である。The semiconductor wafer 1266 is
The circuit pattern is transferred to a different position on the semiconductor wafer by being placed on a stage 1267 having a 69 and moving the stage each time one exposure is completed. Such a stage driving and exposure method is called a step-and-repeat method. In addition to the stage driving and exposure methods, there is a step-and-scan method in which a driving mechanism is also provided on a support member 1264 that supports the reticle 1263, and scanning exposure is performed by synchronously moving the reticle and the semiconductor wafer. The ultraviolet laser device of the present invention can be applied to this method.
【0152】なお、本発明に係る紫外レーザ装置を用い
た露光装置の様に紫外光で露光を行う露光装置では、通
常、照明光学系1262、投影光学系1265ともに色
補正なしの全石英レンズ構成である。また、特に紫外光
の波長が200nm以下であるときは、投影光学系12
65を構成する複数の屈折光学素子のうち少なくとも一
つを蛍石で構成しても良いし、あるいは少なくともひと
つの反射光学素子(凹面鏡、ミラー等)と屈折光学素子
とを組み合わせた反射屈折光学系を用いるようにしても
よい。In an exposure apparatus that performs exposure with ultraviolet light, such as an exposure apparatus using an ultraviolet laser apparatus according to the present invention, usually, both the illumination optical system 1262 and the projection optical system 1265 have an all quartz lens configuration without color correction. It is. In particular, when the wavelength of the ultraviolet light is 200 nm or less, the projection optical system 12
At least one of the plurality of refractive optical elements constituting 65 may be made of fluorite, or a catadioptric optical system combining at least one reflective optical element (concave mirror, mirror, etc.) and a refractive optical element. May be used.
【0153】以上のように、本発明に係る紫外レーザ装
置を用いた露光装置は従来の他の方式(エキシマレーザ
や固体レーザを用いた露光装置)にくらべて小型であ
り、また、各要素がファイバー接続されて構成されてい
るため装置を構成する各ユニットの配置の自由度が高
い。図18には、このような本発明に係る紫外レーザ装
置の特質を生かした他の実施例を示す。As described above, the exposure apparatus using the ultraviolet laser apparatus according to the present invention is smaller than other conventional methods (exposure apparatus using an excimer laser or a solid-state laser), and each element is Since it is configured by fiber connection, there is a high degree of freedom in the arrangement of each unit constituting the apparatus. FIG. 18 shows another embodiment utilizing the characteristics of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【0154】この実施例は、実施形態1〜3に記載した
レーザ装置のレーザ光発生部(単一波長レーザ、光分岐
手段等)および光増幅器の構成部分と、実施形態4、5
に記載した波長変換部とを分離して配置し、露光装置を
構成したものである。すなわち、波長変換部1272を
露光機本体に載置する一方、紫外レーザ装置の他の部分
(レーザ光発生部、光増幅器等)1271を露光装置本
体の外に別置して設け、これらの間を接続用ファイバー
1273で接続することにより紫外レーザ装置を構成す
る。ここで、接続用ファイバー1273は、ファイバー
光増幅器のファイバー自身(例えば実施形態1における
ファイバーバンドル114等)、無ドープのファイバ
ー、あるいはこれらの組み合わせであっても良い。な
お、紫外レーザ装置以外の露光機本体の部分は図17と
同一の装置を用いて構成することができる。This embodiment is different from Embodiments 1 to 5 in that the components of the laser light generator (single-wavelength laser, optical branching means, etc.) and the optical amplifier of the laser apparatus described in Embodiments 1 to 3 are used.
And the wavelength conversion section described in (1) is separately disposed to constitute an exposure apparatus. That is, while the wavelength conversion unit 1272 is mounted on the main body of the exposure apparatus, another part (laser light generation unit, optical amplifier, etc.) 1271 of the ultraviolet laser apparatus is separately provided outside the main body of the exposure apparatus, and Are connected by a connection fiber 1273 to form an ultraviolet laser device. Here, the connection fiber 1273 may be a fiber of the fiber optical amplifier itself (for example, the fiber bundle 114 in the first embodiment), an undoped fiber, or a combination thereof. Note that the portion of the exposure machine main body other than the ultraviolet laser device can be configured using the same device as in FIG.
【0155】このような構成とすることにより、ファイ
バー光増幅器の励起用半導体レーザや半導体レーザのド
ライブ用電源、温度コントローラ等の発熱を伴う主要な
構成部分を露光機本体の外に配設することができる。従
って、露光装置本体が露光光源である紫外レーザ装置か
らの発熱の影響を受けて光軸のアライメントが狂う等熱
に起因する問題を抑制することができる。By adopting such a configuration, the main components that generate heat, such as the semiconductor laser for excitation of the fiber optical amplifier, the power supply for driving the semiconductor laser, and the temperature controller, are disposed outside the exposure apparatus main body. Can be. Therefore, it is possible to suppress a problem caused by heat such that the alignment of the optical axis is out of order due to the influence of heat generated from the ultraviolet laser device as the exposure light source in the exposure device main body.
【0156】ところで、図18に示すようにレチクル1
263を保持するレチクルステージ1264は駆動機構
1268によってX方向、Y方向に移動可能で、かつ微
小回転可能に構成されている。また、ウエハステージ1
267上には基準マーク板FMが設けられており、この
基準マーク板は後述するベースライン計測などに用いら
れる。さらに本例では、レチクル1263上のアライメ
ントマークを検出するアライメント系1280と、投影
光学系1265とは別設されるオフアクシス方式のアラ
イメント系1281とが設けられている。By the way, as shown in FIG.
The reticle stage 1264 holding the 263 is configured to be movable in the X and Y directions by the driving mechanism 1268 and to be able to rotate minutely. Also, the wafer stage 1
A reference mark plate FM is provided on the reference numeral 267, and this reference mark plate is used for, for example, baseline measurement described later. Further, in this example, an alignment system 1280 for detecting an alignment mark on the reticle 1263 and an off-axis alignment system 1281 provided separately from the projection optical system 1265 are provided.
【0157】アライメント系1280は、露光用照明
光、又はそれと同一波長域の照明光をレチクル1263
上のアライメントマーク、及び投影光学系1265を通
して基準マーク板FM上の基準マークに照射するととも
に、両マークから発生する光を撮像素子(CCD)で受
光してその位置ずれを検出するものであり、レチクル1
263のアライメントやアライメント系1281のベー
スライン計測などに用いられる。The alignment system 1280 supplies the illuminating light for exposure or the illuminating light in the same wavelength range as the reticle 1263.
The above-mentioned alignment mark and the reference mark on the reference mark plate FM are radiated through the projection optical system 1265, and the light generated from both marks is received by an image pickup device (CCD) to detect the positional shift. Reticle 1
It is used for alignment of H.263, baseline measurement of the alignment system 1281, and the like.
【0158】オフアクシス方式のアライメント系128
1は、例えば550〜750nm程度の波長幅を持つ白
色光(ブロードバンド光)を半導体ウエハ1266上の
アライメントマークに照射するとともに、その内部に設
けられる指標マークの像とアライメントマークの像とを
撮像素子(CCD)上に結像させて両マークの位置ずれ
を検出するものである。Off-axis alignment system 128
1 irradiates an alignment mark on the semiconductor wafer 1266 with white light (broadband light) having a wavelength width of, for example, about 550 to 750 nm, and converts an image of an index mark and an image of the alignment mark provided therein into an image sensor. An image is formed on a (CCD) to detect a positional shift between the two marks.
【0159】なお、アライメント系1280、1281
でそれぞれ基準マーク板FM上の基準マークを検出する
ことで、その検出結果からアライメント系1281のベ
ースライン量を計測することができる。なお、ベースラ
イン計測は半導体ウエハの露光開始前に行われるが、半
導体ウエハを交換するたびにベースライン計測を行って
もよいし、あるいは複数枚の半導体ウエハの露光動作に
1回の割合でベースライン計測を行うようにしてもよ
い。但し、レチクル交換後には必ずベースライン計測が
行われる。Note that alignment systems 1280 and 1281
By detecting the reference marks on the reference mark plate FM, the base line amount of the alignment system 1281 can be measured from the detection result. Although the baseline measurement is performed before the exposure of the semiconductor wafer is started, the baseline measurement may be performed every time the semiconductor wafer is exchanged, or the base line measurement may be performed once in the exposure operation of a plurality of semiconductor wafers. Line measurement may be performed. However, baseline measurement is always performed after reticle replacement.
【0160】さて、本例では紫外レーザ装置(基本波発
生部)1271に接続される波長変換部として図14に
示した波長変換部を用いる。即ち、4つのファイバーバ
ンドル出力端851から発生する基本波が入射する波長
変換部1272と、ファイバーバンドル出力端850か
ら発生する基本波が入射する波長変換部1279とを分
離し、波長変換部1272は照明光学系1262を保持
する架台に一体に設け、波長変換部1279はアライメ
ント系1280を保持する架台に一体に設ける。このと
き、ファイバーバンドル出力端850に接続用ファイバ
ー1278を結合して基本波を波長変換部1279に導
く。これにより、アライメント系1280の光源を別途
用意する必要がなくなるとともに、露光用照明光と同一
波長の照明光を用いて基準マークを検出でき、高精度な
マーク検出が可能となる。In the present embodiment, the wavelength converter shown in FIG. 14 is used as the wavelength converter connected to the ultraviolet laser device (fundamental wave generator) 1271. That is, the wavelength converter 1272 into which the fundamental wave generated from the four fiber bundle output terminals 851 is incident and the wavelength converter 1279 into which the fundamental wave generated from the fiber bundle output terminal 850 is incident are separated. The wavelength conversion unit 1279 is provided integrally with a gantry holding the alignment system 1280. The wavelength conversion unit 1279 is provided integrally with a gantry holding the illumination optical system 1262. At this time, the connection fiber 1278 is coupled to the fiber bundle output end 850 to guide the fundamental wave to the wavelength converter 1279. Accordingly, it is not necessary to separately prepare a light source for the alignment system 1280, and the reference mark can be detected using illumination light having the same wavelength as the illumination light for exposure, thereby enabling highly accurate mark detection.
【0161】なお、本例では露光用照明光と同一波長の
照明光をアライメント系1280に導くものとしたが、
露光用照明光の波長(例えば193nm)よりも長い波
長をアライメント系1280、又は1281などに導く
ようにしてもよい。即ち、図14に示した3段の波長変
換部のうち、例えば2段目の波長変換部853から射出
されるパルス光を接続用ファイバーでアライメント系に
導けばよい。また、1段目の波長変換部852から射出
されるパルス光の一部を分岐するとともに、その残りの
パルス光を2段目の波長変換部853で波長変換し、2
つの波長変換部852、853からそれぞれ射出される
互いに波長が異なる2つのパルス光をアライメント系に
導くようにしてもよい。In this embodiment, the illumination light having the same wavelength as the exposure illumination light is guided to the alignment system 1280.
A wavelength longer than the wavelength (for example, 193 nm) of the exposure illumination light may be guided to the alignment system 1280 or 1281 or the like. That is, of the three stages of wavelength converters shown in FIG. 14, for example, the pulse light emitted from the second stage wavelength converter 853 may be guided to the alignment system by the connection fiber. In addition, a part of the pulse light emitted from the first-stage wavelength conversion unit 852 is branched, and the remaining pulse light is wavelength-converted by the second-stage wavelength conversion unit 853.
Two pulse lights having different wavelengths respectively emitted from the two wavelength converters 852 and 853 may be guided to the alignment system.
【0162】また、図18に示した露光装置には、基本
波発生部1271内の単一波長発振レーザ、例えばDF
B半導体レーザ(図1中の11など)が載置されるヒー
トシンクに設けられた温度調整器(例えばペルチェ素
子)を用いてその温度を調整することで、DFB半導体
レーザの発振波長、即ちレチクル1263に照射される
紫外レーザ光(露光用照明光)の波長を制御する波長制
御装置1274が設けられている。波長制御装置127
4は、DFB半導体レーザの温度を0.001℃単位で
制御することで、紫外レーザ光の中心波長の安定化、及
び投影光学系1265の光学特性(収差、焦点位置、投
影倍率など)の調整などを行うものである。これによ
り、半導体ウエハの露光動作中における紫外レーザ光の
波長安定性を向上させることができ、かつ紫外レーザ光
の照射、及び大気圧変化などに起因して変動する投影光
学系1265の光学特性を簡単に調整することができ
る。The exposure apparatus shown in FIG. 18 has a single-wavelength oscillation laser,
The oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser, that is, the reticle 1263 is adjusted by adjusting the temperature using a temperature controller (for example, a Peltier element) provided on a heat sink on which the B semiconductor laser (such as 11 in FIG. 1) is mounted. Is provided with a wavelength control device 1274 for controlling the wavelength of the ultraviolet laser light (exposure illumination light) applied to the substrate. Wavelength control device 127
Reference numeral 4 controls the temperature of the DFB semiconductor laser in units of 0.001 ° C. to stabilize the center wavelength of the ultraviolet laser light and adjust the optical characteristics (aberration, focal position, projection magnification, etc.) of the projection optical system 1265. And so on. Thereby, the wavelength stability of the ultraviolet laser light during the exposure operation of the semiconductor wafer can be improved, and the irradiation of the ultraviolet laser light, and the optical characteristics of the projection optical system 1265 that fluctuate due to a change in the atmospheric pressure and the like can be improved. It can be easily adjusted.
【0163】さらに、図18に示した露光装置には、基
本波発生部1271内で単一波長発振レーザ(DFB半
導体レーザなど)から発生する連続光をパルス光に変換
する光変調素子(図1中の12など)にドライブ用電圧
パルスを印加するパルス制御部1275と、半導体ウエ
ハ1266に塗布されるフォトレジストの感度特性に応
じて、回路パターン転写時にそのフォトレジストを露光
するのに必要なパルス数を計算するとともに、そのパル
ス数に応じてパルス制御部1275から出力される制御
パルスの発振タイミング、及びその大きさなどを制御す
る露光制御部1276と、露光装置全体を統括制御する
制御装置1277とが設けられている。Further, the exposure apparatus shown in FIG. 18 has a light modulation element (FIG. 1) for converting continuous light generated from a single-wavelength oscillation laser (such as a DFB semiconductor laser) into pulsed light in a fundamental wave generation section 1271. A pulse control unit 1275 for applying a drive voltage pulse to the semiconductor wafer 1266, and a pulse necessary to expose the photoresist during circuit pattern transfer according to the sensitivity characteristics of the photoresist applied to the semiconductor wafer 1266. The exposure control unit 1276 controls the oscillation timing and the magnitude of the control pulse output from the pulse control unit 1275 in accordance with the number of pulses, and the control unit 1277 controls the entire exposure apparatus. Are provided.
【0164】制御装置1277は、半導体ウエハ又はそ
れを保持するカセットに付された識別記号(バーコード
など)の読取装置(不図示)、あるいはオペレータから
入力されるフォトレジストの感度特性に関する情報を露
光制御部1276に送り、露光制御部1276はその入
力情報に基づいてパターン転写に必要な露光パルス数を
計算する。さらに露光制御部1276は、露光パルス数
とこれに応じて決定されるパルス光の強度とに基づいて
トリガパルス制御部1275を制御し、光変調素子に印
加する制御パルスの発振タイミング、及びその大きさを
調整する。これにより、露光の開始と終了、及び半導体
ウエハ1266上に照射されるパルス光の強度が制御さ
れ、複数のパルス光の照射によってフォトレジストに与
えられる積算光量がその感度に応じた適正露光量に制御
される。The control unit 1277 exposes information (not shown) for reading a semiconductor wafer or an identification symbol (such as a bar code) attached to a cassette holding the semiconductor wafer, or exposes information on the sensitivity characteristics of the photoresist input by the operator. The exposure control unit 1276 calculates the number of exposure pulses required for pattern transfer based on the input information. Further, the exposure control unit 1276 controls the trigger pulse control unit 1275 based on the number of exposure pulses and the intensity of the pulse light determined according to the number of exposure pulses, and oscillates the control pulse applied to the light modulation element and the magnitude of the control pulse. Adjust the length. This controls the start and end of the exposure, and the intensity of the pulse light irradiated on the semiconductor wafer 1266, and the integrated light amount given to the photoresist by the irradiation of the plurality of pulse lights is adjusted to an appropriate exposure amount corresponding to the sensitivity. Controlled.
【0165】ここで、本例での基本波発生部1271と
して図1又は図2のレーザ装置を用いる場合、光変調素
子で切り出される1つのパルス光が複数(128個)に
分割されることになるが、本例ではその分割された12
8個のパルス光を1パルスとして、このパルス単位で露
光量制御を行うようにしてもよいし、あるいはその分割
された128個のパルス光をそれぞれ1パルスとして露
光量制御を行うようにしてもよい。なお、後者の露光量
制御を行う場合には、パルス制御部1275による光変
調素子の制御の代わりに、基本波発生部1271内のフ
ァイバー光増幅器の利得を調整して、半導体ウエハ上で
のパルス光の強度を制御するようにしてもよいし、ある
いはこの2つの制御を併用するようにしてもよい。Here, when the laser device shown in FIG. 1 or FIG. 2 is used as the fundamental wave generation section 1271 in this example, one pulse light cut out by the light modulation element is divided into a plurality (128). However, in this example, the divided 12
Eight pulse lights may be used as one pulse to perform exposure amount control in units of this pulse, or the divided 128 pulse lights may be used as one pulse to perform exposure amount control. Good. When the latter exposure amount control is performed, the gain of the fiber optical amplifier in the fundamental wave generation unit 1271 is adjusted instead of the control of the light modulation element by the pulse control unit 1275, and the pulse on the semiconductor wafer is adjusted. The light intensity may be controlled, or the two controls may be used in combination.
【0166】また、図18に示した露光装置は、ステッ
プ・アンド・リピート方式とステップ・アンド・スキャ
ン方式とを選択的に切り替えて半導体ウエハの露光を行
うことが可能となっている。ステップ・アンド・リピー
ト方式では、レチクル1263上の回路パターンの全体
が露光用照明光で照射されるように、照明光学系126
2内の視野絞り(レチクルブラインド)を駆動してその
開口の大きさなどを調整する。一方、ステップ・アンド
・スキャン方式では、投影光学系1265の円形投影視
野内で露光用照明光の照射領域がレチクル1263の走
査方向と直交する方向に沿って延びる矩形スリット状に
制限されるように視野絞りの開口を調整する。従って、
ステップ・アンド・スキャン方式ではレチクル1263
上の回路パターンの一部のみが照明されるので、その回
路パターンの全体を半導体ウエハ上に走査露光するため
に、露光用照明光に対してレチクル1263を相対移動
するのに同期して、投影光学系1265の投影倍率に応
じた速度比で半導体ウエハ1266を露光用照明光に対
して相対移動する。The exposure apparatus shown in FIG. 18 is capable of selectively exposing a semiconductor wafer by switching between a step-and-repeat method and a step-and-scan method. In the step-and-repeat method, the illumination optical system 126 is configured such that the entire circuit pattern on the reticle 1263 is irradiated with the illumination light for exposure.
The field stop (reticle blind) in 2 is driven to adjust the size of the opening and the like. On the other hand, in the step-and-scan method, the irradiation area of the exposure illumination light within the circular projection field of view of the projection optical system 1265 is limited to a rectangular slit shape extending along a direction orthogonal to the scanning direction of the reticle 1263. Adjust the aperture of the field stop. Therefore,
In the step-and-scan method, the reticle 1263
Since only a part of the upper circuit pattern is illuminated, the entire circuit pattern is scanned and exposed on a semiconductor wafer, so that the projection is synchronized with the relative movement of the reticle 1263 with respect to the exposure illumination light. The semiconductor wafer 1266 is moved relative to the exposure illumination light at a speed ratio corresponding to the projection magnification of the optical system 1265.
【0167】ところで、前述の走査露光時における露光
量制御では、光変調素子によって規定されるパルス繰り
返し周波数fと、図2に示したTDM23によって規定
されるチャネル間の遅延時間との少なくとも一方を調整
して、走査露光中に基本波発生部1271から複数のパ
ルス光を等時間間隔で発振させる。さらに、フォトレジ
ストの感度特性に応じて、半導体ウエハ上でのパルス光
の強度、半導体ウエハの走査速度、パルス光の発振間隔
(周波数)、及び半導体ウエハの走査方向に関するパル
ス光(即ちその照射領域)の幅の少なくとも1つを調整
し、半導体ウエハ上の各点が照射領域を横切る間に照射
される複数のパルス光の積算光量を適正露光量に制御す
る。このとき、スループットを考慮して、半導体ウエハ
の走査速度がウエハステージ1267の最高速度にほぼ
維持されるように、露光量制御では他の制御パラメー
タ、即ちパルス光の強度、発振周波数、及び照射領域の
幅の少なくとも1つを調整することが好ましい。By the way, in the exposure amount control at the time of the scanning exposure, at least one of the pulse repetition frequency f defined by the light modulation element and the inter-channel delay time defined by the TDM 23 shown in FIG. 2 is adjusted. Then, a plurality of pulse lights are oscillated at equal time intervals from the fundamental wave generator 1271 during the scanning exposure. Further, in accordance with the sensitivity characteristics of the photoresist, the intensity of the pulse light on the semiconductor wafer, the scanning speed of the semiconductor wafer, the oscillation interval (frequency) of the pulse light, and the pulse light in the scanning direction of the semiconductor wafer (that is, the irradiation area thereof) ) Is adjusted, and the integrated light amount of the plurality of pulsed lights irradiated while each point on the semiconductor wafer crosses the irradiation area is controlled to an appropriate exposure amount. At this time, in consideration of throughput, other control parameters, that is, pulse light intensity, oscillation frequency, and irradiation area, are controlled in the exposure amount control so that the scanning speed of the semiconductor wafer is almost maintained at the maximum speed of the wafer stage 1267. It is preferable to adjust at least one of the widths.
【0168】また、図1又は図2に示したレーザ装置を
用いて走査露光を行う場合、露光量制御では前述のよう
に分割される128個のパルス光をそれぞれ1パルスと
して等時間間隔で発振させることが好ましい。但し、半
導体ウエハの走査速度に応じてその分割された128個
のパルス光の発振間隔を調整して、その128個のパル
ス光が1パルスと見做せる、即ち128個のパルス光が
照射される間に半導体ウエハが移動する距離が露光量制
御精度を低下させる要因とならないのであれば、その1
28個のパルス光を1パルスとして露光量制御を行うよ
うにしてもよい。When scanning exposure is performed by using the laser apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2, in the exposure amount control, the 128 divided pulsed lights are oscillated at equal time intervals as one pulse each as described above. Preferably. However, the oscillation interval of the divided 128 pulse lights is adjusted according to the scanning speed of the semiconductor wafer, and the 128 pulse lights can be regarded as one pulse, that is, the 128 pulse lights are irradiated. If the distance that the semiconductor wafer moves during this time does not cause a decrease in the exposure control accuracy,
The exposure amount control may be performed with 28 pulsed lights as one pulse.
【0169】なお、前述した実施形態で用いるファイバ
ー(ファイバー光増幅器などを含む)はその表面をテフ
ロン(登録商標)で被覆しておくことが好ましい。この
テフロンによる被覆は全てのファイバーについて行うこ
とが望ましいが、特に露光装置本体を収納するチャンバ
ー内に配置されるファイバーはテフロンで被覆してお
く。これは、ファイバーから発生する異物(繊維などを
含む)が露光装置を汚染する物質となり得るためであ
り、この汚染物質に起因して生じる照明光学系、投影光
学系、及びアライメント光学系などを構成する光学素子
の曇り、又はこれら光学系の透過率(反射率)や光学特
性(収差などを含む)の変動、もしくはレチクル又は半
導体ウエハ上での照度、及びその分布の変動などを防止
することが可能となる。また、テフロンで被覆する代わ
りに、チャンバー内に配置されるファイバーをまとめて
ステンレス製の筐体に収納するようにしてもよい。It is preferable that the surface of the fiber (including the fiber optical amplifier and the like) used in the above-described embodiment is covered with Teflon (registered trademark). It is desirable that the coating with Teflon be performed on all the fibers. In particular, the fibers disposed in the chamber accommodating the exposure apparatus main body are coated with Teflon. This is because foreign matter (including fibers and the like) generated from the fiber may become a substance that contaminates the exposure apparatus, and constitutes an illumination optical system, a projection optical system, an alignment optical system, and the like generated due to the contaminant. To prevent fogging of optical elements, fluctuations in transmittance (reflectance) and optical characteristics (including aberrations) of these optical systems, or fluctuations in illuminance on a reticle or a semiconductor wafer and distribution thereof. It becomes possible. Instead of coating with Teflon, the fibers arranged in the chamber may be collectively stored in a stainless steel housing.
【0170】なお、半導体デバイスはその機能・性能設
計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチク
ルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製造
するステップ、前述の露光装置を用いてレチクルのパタ
ーンをウエハに転写するステップ、デバイスの組立ステ
ップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ
工程を含む)、および検査ステップ等を経て製造され
る。また、前述の露光装置は半導体素子の製造だけでな
く、例えば液晶ディスプレー、撮像素子(例えばCCD
等)、薄膜磁気ヘッド、またはレチクルの製造などにも
用いることができる。In the semiconductor device, a step of designing its function and performance, a step of manufacturing a reticle based on this design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and a step of forming a reticle pattern on the wafer using the above-described exposure apparatus. , A device assembling step (including a dicing step, a bonding step, and a package step), and an inspection step. In addition, the above-described exposure apparatus can be used not only for manufacturing semiconductor elements, but also for example, for a liquid crystal display, an image pickup element (eg,
Etc.), a thin-film magnetic head, a reticle, and the like.
【0171】さらに、複数の光学素子から構成される照
明光学系、および投影光学系を露光装置本体に組み込ん
でその光学調整を行うとともに、多数の機械部品からな
るレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に
取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整(電気
調整、動作確認等)を行うことにより本実施例の露光装
置を製造することができる。Further, the illumination optical system and the projection optical system composed of a plurality of optical elements are incorporated in the main body of the exposure apparatus for optical adjustment, and a reticle stage and a wafer stage composed of a number of mechanical parts are mounted on the main body of the exposure apparatus. The exposure apparatus according to the present embodiment can be manufactured by connecting wires and pipes, and performing overall adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, and the like).
【0172】また、前述の露光装置では紫外レーザ装置
1261の露光装置本体への取り付け、または露光装置
本体外に配置される紫外レーザ装置1261の一部(レ
ーザ光発生部および光増幅器など)と本体内に配置され
る波長変換部とをファイバーで接続したり、紫外レーザ
装置1261(波長変換部)と照明光学系1262との
光軸合わせなどが行われる。なお、露光装置の製造は温
度、およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで
行うことが望ましい。In the above-described exposure apparatus, the ultraviolet laser apparatus 1261 is attached to the exposure apparatus main body, or a part of the ultraviolet laser apparatus 1261 (laser light generating section and optical amplifier, etc.) arranged outside the exposure apparatus main body and the main body. A fiber is connected to a wavelength conversion unit disposed in the inside, and an optical axis alignment between the ultraviolet laser device 1261 (wavelength conversion unit) and the illumination optical system 1262 is performed. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room in which the temperature, the degree of cleanliness, and the like are controlled.
【0173】[0173]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンパクトで機器配置の自由度が高く、メインテナンス
が容易であり、かつ非線形光学結晶の損傷が生じにく
く、空間的コヒーレンスの低い紫外光を発生する紫外レ
ーザ装置を提供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an ultraviolet laser device that is compact, has a high degree of freedom in equipment arrangement, is easy to maintain, hardly causes damage to the nonlinear optical crystal, and generates ultraviolet light with low spatial coherence.
【図1】本発明に係る紫外レーザ装置の、第1の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a laser light generator and an optical amplifier according to a first embodiment of an ultraviolet laser device according to the present invention.
【図2】本発明に係る紫外レーザ装置の、第2の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a laser light generator and an optical amplifier according to a second embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図3】本発明に係る紫外レーザ装置の、第3の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a laser light generator and an optical amplifier according to a third embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図4】本発明に係る紫外レーザ装置の、他の実施形態
の光増幅器の構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical amplifier according to another embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図5】ダブル・クラッド・ファイバー光増幅器の断面
図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a double clad fiber optical amplifier.
【図6】エルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器にド
ープする元素による、波長と利得との関係を示す特性図
である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between wavelength and gain by an element doped into an erbium-doped fiber optical amplifier.
【図7】エルビウムおよびイットリウムをコ・ドープす
るファイバー光増幅器において、励起強度に対する利得
の変化を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in gain with respect to pumping intensity in a fiber optical amplifier in which erbium and yttrium are co-doped.
【図8】本発明に係る紫外レーザ装置の、ファイバー出
力制御手段の構成を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a fiber output control unit of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図9】ファイバー光増幅器の出力端部におけるファイ
バー・コアの拡大状況を例示する側面図である。FIG. 9 is a side view illustrating an enlarged state of a fiber core at an output end of the fiber optical amplifier.
【図10】ファイバー光増幅器の出力端部の一例を示す
側面図である。FIG. 10 is a side view showing an example of an output end of the fiber optical amplifier.
【図11】本発明に係る紫外レーザ装置の、第4の実施
形態の波長変換部の構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion unit according to a fourth embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図12】本発明に係る波長変換部の変換効率を示す図
表である。FIG. 12 is a table showing the conversion efficiency of the wavelength converter according to the present invention.
【図13】本発明に係る紫外レーザ装置の、第5の実施
の形態の波長変換部の構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion unit according to a fifth embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図14】本発明に係る紫外レーザ装置の、第6の実施
形態である波長変換部入力部の実施例を示す説明図であ
る。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of a wavelength conversion unit input unit according to a sixth embodiment of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図15】本発明に係る紫外レーザ装置の、波長変換部
入力部の他の実施例を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing another embodiment of the wavelength converter input section of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図16】本発明に係る紫外レーザ装置の、波長変換部
入力部の他の実施例を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing another embodiment of the wavelength converter input section of the ultraviolet laser device according to the present invention.
【図17】本発明に係る露光装置の構成実施例を示す説
明図である。FIG. 17 is an explanatory view showing a configuration example of an exposure apparatus according to the present invention.
【図18】本発明に係る露光装置の他の構成実施例を示
す説明図である。FIG. 18 is an explanatory view showing another configuration example of the exposure apparatus according to the present invention.
11…光源、単一波長発振レーザ(DFB半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等) 12…光変調器 14、16…スプリッタ(光分岐手段) 13…ファイバー光増幅器 15、17…互いに長さの異なるファイバー(遅延手
段、遅延ファイバー) 18…ファイバー光増幅器(第1ファイバー光増幅器) 19…ファイバー光増幅器(第2ファイバー光増幅器) 114…ファイバー出力端(ファイバーバンドル出力
端) 21…光源、単一波長発振レーザ(DFB半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等) 22…光変調器 23…時分割光分岐手段(TDM、光分岐手段、遅延手
段) 24…ファイバー光増幅器(第1ファイバー光増幅器) 25…ファイバー光増幅器(第2ファイバー光増幅器) 29…ファイバー出力端(ファイバーバンドル出力端) 31…光源、単一波長発振レーザ(DFB半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等) 32…光変調器 33…ファイバー光増幅器(第1ファイバー光増幅器) 34…ファイバー光増幅器(第2ファイバー光増幅器) 41…ファイバー光増幅器(第1ファイバー光増幅器) 42…ファイバー光増幅器(第2ファイバー光増幅器) 405、406、407…ファイバー出力制御装置 421、341、441、451、461…コア 423、434、444、454、464…ファイバー
出力端面 433、443(453、463)…窓部材 453、463…レンズ 501…ファイバー出力端(ファイバーバンドル出力
端) 507、510、513、514、517、518、5
20、526、532…非線形光学結晶 550、551…冷却装置 841…ファイバー出力端(ファイバーバンドル出力
端) 842、843、844、849…非線形光学結晶 901…ファイバー出力端(ファイバーバンドル出力
端) 902、904、905…レンズ 903、906…非線形光学結晶 1261…レーザ装置 1262…照明光学系 1263…マスク(レチクル) 1265…投影光学系 1266…ウエハー 1268、1269…駆動機構(駆動装置) 1271…レーザ装置 1272…波長変換部 1273…伝送系(第1ファイバー) 1277…制御装置(調整装置) 1278…伝送系(第2ファイバー) 1279…波長変換部 1280、1281…アライメント系DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light source, single wavelength oscillation laser (DFB semiconductor laser, fiber laser, etc.) 12 ... Optical modulator 14, 16 ... Splitter (optical branching means) 13 ... Fiber optical amplifier 15, 17 ... Fibers with different lengths (delay) Means, delay fiber) 18: fiber optical amplifier (first fiber optical amplifier) 19: fiber optical amplifier (second fiber optical amplifier) 114: fiber output end (fiber bundle output end) 21: light source, single wavelength oscillation laser ( DFB semiconductor laser, fiber laser, etc.) 22: optical modulator 23: time-division optical branching means (TDM, optical branching means, delay means) 24: fiber optical amplifier (first fiber optical amplifier) 25: fiber optical amplifier (second) Fiber optical amplifier) 29 ... Fiber output end (fiber bundle output end) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, single wavelength oscillation laser (DFB semiconductor laser, fiber laser, etc.) 32 ... Optical modulator 33 ... Fiber optical amplifier (first fiber optical amplifier) 34 ... Fiber optical amplifier (second fiber optical amplifier) 41 ... Fiber Optical amplifier (first fiber optical amplifier) 42 ... Fiber optical amplifier (second fiber optical amplifier) 405, 406, 407 ... Fiber output control devices 421, 341, 441, 451, 461 ... Cores 423, 434, 444, 454, 464: Fiber output end surface 433, 443 (453, 463): Window member 453, 463: Lens 501: Fiber output end (fiber bundle output end) 507, 510, 513, 514, 517, 518, 5
20, 526, 532: Non-linear optical crystal 550, 551: Cooling device 841: Fiber output end (fiber bundle output end) 842, 843, 844, 849: Non-linear optical crystal 901: Fiber output end (fiber bundle output end) 902, 904, 905: Lens 903, 906: Nonlinear optical crystal 1261: Laser device 1262: Illumination optical system 1263: Mask (reticle) 1265: Projection optical system 1266: Wafer 1268, 1269: Driving mechanism (driving device) 1271: Laser device 1272 … Wavelength converter 1273 transmission system (first fiber) 1277 control device (adjustment device) 1278 transmission system (second fiber) 1279 wavelength converter 1280, 1281 alignment system
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 3/042 H01S 5/12 5F073 3/10 H01L 21/30 515B 5/12 H01S 3/04 L Fターム(参考) 2H037 BA23 BA24 CA02 CA06 CA36 2H097 CA13 CA17 GB01 LA10 LA12 2K002 AA04 AB12 CA02 CA03 HA19 HA20 HA31 5F046 BA04 CA03 CA08 CB01 CB04 CB22 DA01 5F072 AB09 AK06 HH05 JJ04 JJ05 KK12 KK15 KK30 PP07 QQ02 RR05 SS06 TT01 TT12 YY09 5F073 AA64 AB23 AB28 BA09 EA02 EA12 GA03 GA12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 3/042 H01S 5/12 5F073 3/10 H01L 21/30 515B 5/12 H01S 3/04 LF term (Ref.) AB28 BA09 EA02 EA12 GA03 GA12
Claims (60)
一波長のレーザ光を発生させる単一波長発振レーザを有
するレーザ光発生部と、 前記レーザ光発生部によって発生されたレーザ光を増幅
するファイバー光増幅器を有する光増幅器と、 前記増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外
光に波長変換する波長変換部と、 該波長変換部の少なくとも一部分を−40℃以下に冷却
する冷却装置とを備え、単一波長の紫外光を発生するこ
とを特徴とするレーザ装置。1. A laser light generating section having a single-wavelength oscillation laser for generating a single-wavelength laser light within a wavelength range from an infrared region to a visible region, and a laser light generated by the laser light generating portion. An optical amplifier having a fiber optical amplifier for amplification; a wavelength conversion unit for converting the wavelength of the amplified laser light into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal; and cooling at least a part of the wavelength conversion unit to −40 ° C. or less. A laser device comprising a cooling device and generating ultraviolet light of a single wavelength.
る発振波長制御手段を備えることを特徴とする請求項1
に記載のレーザ装置。2. The single wavelength oscillation laser according to claim 1, further comprising an oscillation wavelength control means for controlling an oscillation wavelength of the generated laser light to a constant wavelength.
3. The laser device according to claim 1.
レーザ光を複数に分岐する光分岐手段をさらに備えたこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザ
装置。3. The laser device according to claim 1, further comprising an optical branching unit that branches a laser beam generated from the single-wavelength oscillation laser into a plurality of laser beams.
ーザから発生させるレーザ光を複数に並列分岐するスプ
リッタを有するとともに、 前記スプリッタの射出側には、互いに長さの異なるファ
イバーが設けられることを特徴とする請求項3に記載の
レーザ装置。4. The splitter has a splitter for splitting a plurality of laser beams generated from the single-wavelength oscillation laser in parallel, and fibers having different lengths are provided on the emission side of the splitter. The laser device according to claim 3, wherein:
長さは、 これらファイバーの出力端における前記並列分岐された
レーザ光の相互の遅延間隔が、略一定間隔となるように
定められることを特徴とする請求項4に記載のレーザ装
置。5. The length of each of the fibers having different lengths is determined so that the delay interval between the parallel-branched laser lights at the output ends of these fibers is substantially constant. The laser device according to claim 4, wherein
長さは、 これらファイバーの出力端における前記並列分岐された
レーザ光の相互の遅延間隔が、前記スプリッタに入射す
るレーザ光の繰り返し周波数と前記スプリッタにより並
列分岐される分岐光路数との積の逆数となるように定め
られることを特徴とする請求項5に記載のレーザ装置。6. The respective lengths of the fibers having different lengths are defined as follows: the mutual delay interval of the parallel-branched laser beams at the output ends of the fibers is determined by the repetition frequency of the laser beam incident on the splitter and the repetition frequency of the laser beams. The laser device according to claim 5, wherein the laser device is determined so as to be a reciprocal of a product of the number of optical paths branched in parallel by the splitter.
(Time Division Multiplexer)を有することを特徴と
する請求項3に記載のレーザ装置。7. The laser device according to claim 3, wherein the light splitting means has a time division multiplexer.
記光増幅器の出力端部は、 ファイバー出力端部のコアをファイバー出力端面に向け
てテーパ状に広げて形成することを特徴とする請求項1
から請求項7のいずれか一項に記載のレーザ装置。8. The output end of the optical amplifier provided on the incident side of the wavelength converter, wherein the core of the fiber output end is formed by expanding in a tapered shape toward the fiber output end face. Item 1
The laser device according to any one of claims 1 to 7.
記光増幅器の出力端部には、 前記光増幅器によって増幅されたレーザ光を透過する窓
部材が設けられていることを特徴とする請求項1から請
求項8のいずれか一項に記載のレーザ装置。9. An output end of the optical amplifier provided on an incident side of the wavelength converter, a window member through which the laser light amplified by the optical amplifier is transmitted is provided. The laser device according to claim 1.
・ファイバー光増幅器を有することを特徴とする請求項
1から請求項9のいずれか一項に記載のレーザ装置。10. The laser device according to claim 1, wherein the optical amplifier includes an erbium-doped fiber optical amplifier.
ットリビウムをともにドープしたファイバー光増幅器を
有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれ
か一項に記載のレーザ装置。11. The laser device according to claim 1, wherein the optical amplifier has a fiber optical amplifier doped with both erbium and yttrium.
り分岐された複数の分岐光を各々増幅する複数のファイ
バー光増幅器を有することを特徴とする請求項1から請
求項11のいずれか一項に記載のレーザ装置。12. The optical amplifier according to claim 1, wherein the optical amplifier includes a plurality of fiber optical amplifiers for amplifying the plurality of branched lights branched by the optical branching unit. 3. The laser device according to claim 1.
は、前記複数のファイバー光増幅器によって増幅された
各々の光出力が所定の光出力となるように、 前記複数のファイバー光増幅器の各々の励起強度を制御
するファイバー出力制御手段を有することを特徴とする
請求項12に記載のレーザ装置。13. The optical amplifier according to claim 1, wherein the output of the ultraviolet light has a predetermined optical output, or each of the optical outputs amplified by the plurality of fiber optical amplifiers has a predetermined optical output. 13. The laser device according to claim 12, further comprising fiber output control means for controlling the excitation intensity of each of the plurality of fiber optical amplifiers.
前記光増幅器の出力端部は、 複数のファイバー出力端を一つに束ねた出力群により構
成されるか、或いは複数のファイバー出力端を複数の群
に分割し、かつ群ごとに束ねて形成された複数の出力群
により構成されることを特徴とする請求項12または請
求項13に記載のレーザ装置。14. An output end of the optical amplifier provided on the incident side of the wavelength conversion unit, the output end being constituted by an output group in which a plurality of fiber output ends are bundled into one or a plurality of fiber output ends. 14. The laser device according to claim 12, wherein the laser device is divided into a plurality of groups, and is configured by a plurality of output groups formed by bundling the groups.
のファイバー出力端を束ねて形成する第1の出力群と、 前記第1の出力群のファイバー出力端を除いた残りのフ
ァイバー出力端を、一つに束ねて形成するか、或いは前
記残りのファイバー出力端を複数の群に略均等に分割
し、かつ群ごとに束ねて形成する第2の出力群とから構
成されることを特徴とする請求項14に記載のレーザ装
置。15. A first output group formed by one fiber output end or a bundle of a small number of fiber output ends, and a fiber output end of the first output group. A second output group formed by bundling the remaining fiber output ends except for the above, or by dividing the remaining fiber output ends into a plurality of groups substantially equally, and bundling and forming each group. The laser device according to claim 14, comprising:
前記光増幅器の出力端部を構成する出力群は、 前記光増幅器によって増幅されたレーザ光を透過する窓
部材をそれぞれ有することを特徴とする請求項14また
は請求項15に記載のレーザ装置。16. An output group forming an output end of the optical amplifier provided on the incident side of the wavelength conversion unit, each of the output groups has a window member that transmits a laser beam amplified by the optical amplifier. The laser device according to claim 14 or claim 15, wherein
群ごとに設けられていることを特徴とする請求項14か
ら請求項16のいずれか一項に記載のレーザ装置。17. The laser device according to claim 14, wherein the wavelength converter is provided for each output group of the optical amplifier.
を前記波長変換部の非線形光学結晶に集光して入射させ
る集光光学素子を有することを特徴とする請求項1から
請求項17のいずれか一項に記載のレーザ装置。18. A light-collecting optical element according to claim 1, further comprising a condensing optical element for converging laser light emitted from said optical amplifier to a non-linear optical crystal of said wavelength converter and for making said non-linear optical crystal incident. The laser device according to claim 1.
出力群ごとに対応して設けられていることを特徴とする
請求項18に記載のレーザ装置。19. The laser device according to claim 18, wherein said condensing optical element is provided for each output group of said optical amplifier.
記光増幅器の出力群の出力端部の全面に一体で設けられ
ていることを特徴とする請求項19に記載のレーザ装
置。20. The laser device according to claim 19, wherein the condensing optical element is a lens, and is integrally provided on an entire output end of an output group of the optical amplifier.
複数のファイバー出力端にそれぞれ設けられていること
を特徴とする請求項18に記載のレーザ装置。21. The laser device according to claim 18, wherein said condensing optical element is provided at each of a plurality of fiber output ends of said optical amplifier.
複数のファイバー出力端部をそれぞれレンズとすること
により設けられていることを特徴とする請求項21に記
載のレーザ装置。22. The laser device according to claim 21, wherein the condensing optical element is provided by using a plurality of fiber output ends of the optical amplifier as lenses.
μm付近の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記光増幅器から出力される前記波
長1.5μm付近の基本波を、8倍高調波又は10倍高
調波の紫外光として発生させることを特徴とする請求項
1から請求項22のいずれか一項に記載のレーザ装置。23. The laser light generator, wherein the wavelength is 1.5.
a wavelength of about 1.5 μm, and the wavelength converter outputs the fundamental wave of about 1.5 μm output from the optical amplifier as 8th harmonic or 10th harmonic of ultraviolet light. The laser device according to any one of claims 1 to 22, wherein the laser device is generated.
μm〜1.59μmの範囲内に発振波長を持つDFB半
導体レーザまたはファイバーレーザであり、 前記波長変換部は、発生波長が189nm〜199nm
の範囲内である8倍高調波を発生することを特徴とする
請求項23に記載のレーザ装置。24. The single wavelength oscillation laser according to claim 1, wherein
a DFB semiconductor laser or a fiber laser having an oscillation wavelength in the range of μm to 1.59 μm, wherein the wavelength conversion unit has a generation wavelength of 189 nm to 199 nm.
24. The laser device according to claim 23, wherein the laser device generates an 8th harmonic within the range.
4μm〜1.552μmの範囲内に発振波長を持つレー
ザ光を発生し、 前記波長変換部は、発生波長がArFエキシマレーザの
発振波長と略同一波長である193nm〜194nmの
範囲内の8倍高調波を発生することを特徴とする請求項
23または請求項24に記載のレーザ装置。25. The single-wavelength oscillation laser according to claim 1, wherein
A laser beam having an oscillation wavelength within a range of 4 μm to 1.552 μm; and the wavelength conversion unit generates an eight-fold harmonic within a range of 193 nm to 194 nm whose generation wavelength is substantially the same as the oscillation wavelength of the ArF excimer laser. The laser device according to claim 23, wherein the laser device generates a wave.
から、和周波発生により前記基本波の8倍高調波を発生
する第1の非線形光学結晶を有し、該第1の非線形光学
結晶は前記冷却装置内に設置され、−40℃以下に冷却
されることを特徴とする請求項23から請求項25のい
ずれか一項に記載のレーザ装置。26. The wavelength conversion section, comprising: a first harmonic that generates an eighth harmonic of the fundamental wave by generating a sum frequency from a second harmonic of the fundamental wave and a sixth harmonic of the fundamental wave. 26. The device according to claim 23, further comprising a non-linear optical crystal, wherein the first non-linear optical crystal is installed in the cooling device and is cooled to -40C or lower. Laser device.
する第2の非線形光学結晶と、 前記2倍高調波の2次高調波発生により前記基本波の4
倍高調波を発生する第3の非線形光学結晶と、 前記基本波の2倍高調波と前記基本波の4倍高調波とか
ら和周波発生により前記基本波の6倍高調波を発生する
第4の非線形光学結晶とを有することを特徴とする請求
項26に記載のレーザ装置。27. A wavelength conversion section comprising: a second nonlinear optical crystal that generates a second harmonic by generating a second harmonic from the fundamental wave; and a second nonlinear optical crystal that generates a second harmonic of the second harmonic. Wave 4
A third nonlinear optical crystal for generating a second harmonic, and a fourth harmonic for generating a sixth harmonic of the fundamental wave by sum frequency generation from a second harmonic of the fundamental wave and a fourth harmonic of the fundamental wave. 27. The laser device according to claim 26, further comprising a nonlinear optical crystal.
B2O4(BBO)結晶であり、 前記第2の非線形光学結晶はLiB3O5(LBO)結
晶、BBO結晶、CeLiB6O10(CLBO)結晶、
Li2B4O7(LB4)結晶、LiNbO3結晶、KNb
O3結晶、LiNbO3擬似位相整合結晶、LiTaO3
擬似位相整合結晶またはGdYCOB結晶であり、 前記第3の非線形光学結晶はBBO結晶、LBO結晶、
KH2PO4(KDP)結晶、GdYCOB結晶、LiN
bO3擬似位相整合結晶、LiTaO3擬似位相整合結
晶、LB4結晶またはCLBO結晶であり、 前記第4の非線形光学結晶はBBO結晶であることを特
徴とする請求項27に記載のレーザ装置。28. The method according to claim 28, wherein the first nonlinear optical crystal is β-Ba
B 2 O 4 (BBO) crystal, wherein the second nonlinear optical crystal is LiB 3 O 5 (LBO) crystal, BBO crystal, CeLiB 6 O 10 (CLBO) crystal,
Li 2 B 4 O 7 (LB 4 ) crystal, LiNbO 3 crystal, KNb
O 3 crystal, LiNbO 3 quasi phase matching crystal, LiTaO 3
A quasi phase matching crystal or a GdYCOB crystal, wherein the third nonlinear optical crystal is a BBO crystal, an LBO crystal,
KH 2 PO 4 (KDP) crystal, GdYCOB crystal, LiN
bO 3 quasi-phase matched crystal, LiTaO 3 quasi-phase matched crystal, a LB 4 crystal or CLBO crystal, laser apparatus of claim 27, wherein the fourth non-linear optical crystal is characterized in that it is a BBO crystal.
する第2の非線形光学結晶と、 前記基本波と前記2倍高調波の和周波発生により前記基
本波の3倍高調波を発生する第3の非線形光学結晶と、 前記基本波の3倍高調波の二次高調波により前記基本波
の6倍高調波を発生する第4の非線形光学結晶とを有す
ることを特徴とする請求項26に記載のレーザ装置。29. The wavelength conversion section comprising: a second nonlinear optical crystal that generates a second harmonic from the fundamental wave by generating a second harmonic; and a sum frequency generation of the fundamental wave and the second harmonic. A third nonlinear optical crystal for generating a third harmonic of the fundamental wave, and a fourth nonlinear optical crystal for generating a sixth harmonic of the fundamental wave by a second harmonic of the third harmonic of the fundamental wave 27. The laser device according to claim 26, comprising:
B2O4(BBO)結晶であり、 前記第2の非線形光学結晶はLiB3O5(LBO)結
晶、BBO結晶、CeLiB6O10(CLBO)結晶、
Li2B4O7(LB4)結晶、LiNbO3結晶、KNb
O3結晶、LiNbO3擬似位相整合結晶、LiTaO3
擬似位相整合結晶またはGdYCOB結晶であり、 前記第3の非線形光学結晶はBBO結晶であり、 前記第4の非線形光学結晶はBBO結晶、LB4結晶ま
たはCLBO結晶であることを特徴とする請求項29に
記載のレーザ装置。30. The method according to claim 30, wherein the first nonlinear optical crystal is β-Ba
B 2 O 4 (BBO) crystal, wherein the second nonlinear optical crystal is LiB 3 O 5 (LBO) crystal, BBO crystal, CeLiB 6 O 10 (CLBO) crystal,
Li 2 B 4 O 7 (LB 4 ) crystal, LiNbO 3 crystal, KNb
O 3 crystal, LiNbO 3 quasi phase matching crystal, LiTaO 3
The quasi phase matching crystal or GdYCOB crystal, the third nonlinear optical crystal is a BBO crystal, and the fourth nonlinear optical crystal is a BBO crystal, an LB 4 crystal or a CLBO crystal. 3. The laser device according to claim 1.
項に記載されるレーザ装置を光源として用いることを特
徴とする露光装置。31. An exposure apparatus using the laser device according to any one of claims 1 to 30 as a light source.
をマスク上に照射する照明光学系と、 前記マスクからの透過光または反射光を基板上に投影し
てマスクのパターン像を形成する投影光学系を備えるこ
とを特徴とする請求項31に記載の露光装置。32. An illumination optical system for irradiating ultraviolet light emitted from the laser device onto a mask, and projection optics for projecting transmitted light or reflected light from the mask onto a substrate to form a pattern image of the mask. The exposure apparatus according to claim 31, further comprising a system.
イバー出力端を複数の群に分割し、かつ群ごとに束ねて
形成された複数の出力群により構成されているレーザ装
置を備えており、 前記出力群のうちの少なくとも一つの出力群に対応して
出力される紫外光を、アライメント用光源として用いる
ことを特徴とする請求項31または請求項32に記載の
露光装置。33. A laser device, wherein the output end of the optical amplifier divides a plurality of fiber output ends into a plurality of groups and includes a plurality of output groups formed by bundling the groups. 33. The exposure apparatus according to claim 31, wherein ultraviolet light output corresponding to at least one of the output groups is used as a light source for alignment.
る投影光学系と、前記レーザ装置から射出される紫外光
を、前記投影光学系の物体面側又は像面側に配置される
マークパターンに照射するパターン検出系とをさらに備
えることを特徴とする請求項31から請求項33のいず
れか一項に記載の露光装置。34. A projection optical system for projecting a pattern image of a mask onto a substrate, and an ultraviolet light emitted from the laser device is converted into a mark pattern arranged on the object plane or image plane side of the projection optical system. The exposure apparatus according to any one of claims 31 to 33, further comprising a pattern detection system for irradiation.
る露光装置において、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を射出するレーザ装置と、 前記レーザ光を増幅する第1のファイバー光増幅器と、 前記増幅されたレーザ光を複数に分岐する光分岐手段
と、 前記複数の分岐光をそれぞれ増幅する第2のファイバー
光増幅器と、 前記第2のファイバー光増幅器から射出されるレーザ光
を紫外光に変換する波長変換手段と、 前記波長変換手段の少なくとも一部分を−40℃以下に
冷却する冷却装置とを有する光源と、 前記光源から射出されるレーザ光を露光装置に伝送する
伝送光学系とを備えたことを特徴とする露光装置。35. An exposure apparatus for transferring a pattern image of a mask onto a substrate, comprising: a laser device for emitting a laser beam of a single wavelength within a wavelength range from an infrared region to a visible region; 1 optical fiber amplifier; optical branching means for splitting the amplified laser light into a plurality of light beams; second fiber optical amplifiers for respectively amplifying the plurality of split light beams; and light emitted from the second fiber optical amplifier. A light source having a wavelength converting means for converting the laser light into ultraviolet light, a cooling device for cooling at least a part of the wavelength converting means to -40 ° C. or lower, and transmitting the laser light emitted from the light source to an exposure apparatus. An exposure apparatus comprising:
性を低減する光学手段を有することを特徴とする請求項
35に記載の露光装置。36. The exposure apparatus according to claim 35, wherein the light source has optical means for reducing coherence of the plurality of branched lights.
連続光を発生する光源と、 前記連続光をパルス光に変換する光変調器と、 前記パルス光を増幅する第1ファイバー光増幅器と、 前記増幅されたパルス光を増幅する第2ファイバー光増
幅器と、 前記第2ファイバー光増幅器で増幅されたパルス光を紫
外光に波長変換する波長変換部と、 前記波長変換部の少なくとも一部分を−40℃以下に冷
却する冷却装置とを備えたことを特徴とするレーザ装
置。37. A light source that generates continuous light within a wavelength range from an infrared region to a visible region, an optical modulator that converts the continuous light into pulse light, and a first fiber optical amplifier that amplifies the pulse light. A second fiber optical amplifier for amplifying the amplified pulse light, a wavelength converter for converting the wavelength of the pulse light amplified by the second fiber optical amplifier to ultraviolet light, and at least a part of the wavelength converter. A laser device comprising: a cooling device that cools the temperature to 40 ° C. or lower.
の少なくとも一方の入射側に光分岐手段を更に備え、前
記光分岐手段で複数に分割されるパルス光がその後段に
配置されるファイバー光増幅器に入射することを特徴と
する請求項37に記載のレーザ装置。38. A fiber optical amplifier further comprising an optical branching means on at least one of the first and second fiber optical amplifiers on the incident side, wherein the pulse light divided by the optical branching means is arranged at a subsequent stage. 38. The laser device according to claim 37, wherein the laser beam is incident on the laser beam.
ぞれ遅延させて前記光分割器の後段に配置されるファイ
バー光増幅器に入射させる遅延手段を更に備えたことを
特徴とする請求項38に記載のレーザ装置。39. The apparatus according to claim 38, further comprising delay means for delaying each of the plurality of divided pulse lights and inputting the delayed light to a fiber optical amplifier disposed downstream of the light splitter. Laser device.
ド径ファイバーであることを特徴とする請求項37〜3
9のいずれか一項に記載のレーザ装置。40. The apparatus according to claim 37, wherein the second fiber optical amplifier is a large mode diameter fiber.
10. The laser device according to claim 9.
はそれぞれ石英ファイバー、シリケイト系ファイバー、
及びフッ化物系ファイバーのいずれか1つであることを
特徴とする請求項37〜40のいずれか一項に記載のレ
ーザ装置。41. The first and second fiber optical amplifiers each include a quartz fiber, a silicate-based fiber,
The laser device according to any one of claims 37 to 40, wherein the laser device is any one of a fiber and a fluoride fiber.
ANファイバーであることを特徴とする請求項37〜4
1に記載のレーザ装置。42. The second fiber optical amplifier is a ZBL
The fiber is an AN fiber.
2. The laser device according to 1.
の間に配置される少なくとも1つの第3ファイバー光増
幅器を更に備えたことを特徴とする請求項37〜42の
いずれか一項に記載のレーザ装置。43. The apparatus according to claim 37, further comprising at least one third fiber optical amplifier disposed between the first and second fiber optical amplifiers. Laser device.
載されたレーザ装置を有し、前記第2ファイバー光増幅
器で増幅されたパルス光をマスクに照射する照明光学系
と、前記パルス光の発振、強度、及び波長の少なくとも
1つを調整する調整装置とを備えたことを特徴とする露
光装置。44. An illumination optical system comprising the laser device according to claim 37, wherein the illumination optical system irradiates a pulse light amplified by the second fiber optical amplifier to a mask, and the pulse light. An adjustment device for adjusting at least one of oscillation, intensity, and wavelength of light.
する制御パルスの発振と大きさとを制御する第1制御器
を有することを特徴とする請求項44に記載の露光装
置。45. The exposure apparatus according to claim 44, wherein the adjusting device has a first controller that controls the oscillation and magnitude of a control pulse applied to the optical modulator.
ァイバー光増幅器の少なくとも一方の利得を制御する第
2制御器を有することを特徴とする請求項44又は45
に記載の露光装置。46. The apparatus according to claim 44, wherein the adjusting device has a second controller for controlling a gain of at least one of the first and second fiber optical amplifiers.
3. The exposure apparatus according to claim 1.
御する第3制御器を有することを特徴とする請求項44
〜46のいずれか一項に記載の露光装置。47. The adjustment device according to claim 44, wherein the adjustment device has a third controller for controlling a temperature of the light source.
47. The exposure apparatus according to any one of -46.
するアライメント系と、前記増幅されたパルス光の少な
くとも一部を前記アライメント系に導く伝送系とを更に
備えたことを特徴とする請求項44〜47のいずれか一
項に記載の露光装置。48. The apparatus according to claim 44, further comprising an alignment system for detecting a mark formed on said mask, and a transmission system for guiding at least a part of said amplified pulsed light to said alignment system. 48. The exposure apparatus according to any one of items 47 to 47.
光を前記照明光学系と前記アライメント系とにそれぞれ
導く第1及び第2ファイバーを有することを特徴とする
請求項48に記載の露光装置。49. The exposure apparatus according to claim 48, wherein the transmission system has first and second fibers for guiding the amplified pulse light to the illumination optical system and the alignment system, respectively. .
の波長変換部のうち第1波長変換部は、前記第2ファイ
バー光増幅器と前記第1ファイバーとの間、又は前記第
1ファイバーと前記照明光学系との間に設けられること
を特徴とする請求項49に記載の露光装置。50. A plurality of said wavelength converters, wherein a first wavelength converter of said plurality of wavelength converters is provided between said second fiber optical amplifier and said first fiber, or between said first fiber and said first fiber. 50. The exposure apparatus according to claim 49, wherein the exposure apparatus is provided between the exposure apparatus and an illumination optical system.
イバーと前記照明光学系との間に設けられ、かつ前記照
明光学系の少なくとも一部と一体に保持されることを特
徴とする請求項50に記載の露光装置。51. The first wavelength conversion unit is provided between the first fiber and the illumination optical system, and is held integrally with at least a part of the illumination optical system. Item 51. The exposure apparatus according to Item 50.
変換部は、前記第2ファイバー光増幅器と前記第2ファ
イバーとの間、又は前記第2ファイバーと前記アライメ
ント系との間に設けられることを特徴とする請求項50
又は51に記載の露光装置。52. A second wavelength converter among the plurality of wavelength converters is provided between the second fiber optical amplifier and the second fiber, or between the second fiber and the alignment system. 50. The method of claim 50, wherein
Or the exposure apparatus according to 51.
イバーと前記アライメント系との間に設けられ、かつ前
記アライメント系の少なくとも一部と一体に保持される
ことを特徴とする請求項52に記載の露光装置。53. The apparatus according to claim 52, wherein the second wavelength converter is provided between the second fiber and the alignment system, and is held integrally with at least a part of the alignment system. 3. The exposure apparatus according to claim 1.
なくとも一部を基板上に投影する投影光学系と、前記パ
ターンの全体を前記基板上に走査露光するために、前記
投影光学系の投影倍率にほぼ応じた速度比で前記マスク
と前記基板とを同期移動する駆動装置とを更に備えたこ
とを特徴とする請求項44〜53のいずれか一項に記載
の露光装置。54. A projection optical system for projecting at least a part of a pattern formed on the mask onto a substrate, and a projection magnification of the projection optical system for scanning and exposing the whole of the pattern onto the substrate. The exposure apparatus according to any one of claims 44 to 53, further comprising a driving device that synchronously moves the mask and the substrate at a speed ratio substantially corresponding thereto.
域の連続光をパルス光に変換するとともに、前記パルス
光を複数のファイバー光増幅器で複数回増幅し、少なく
とも一部分が−40℃以下に冷却された波長変換部で前
記増幅されたパルス光を紫外光に波長変換してマスクに
照射するとともに、前記マスクを介して前記パルス光で
基板を露光することを特徴とする露光方法。55. Converting the continuous light in the infrared or visible range emitted from the light source into pulsed light, amplifying the pulsed light a plurality of times with a plurality of fiber optical amplifiers, and at least partially reducing the temperature to −40 ° C. or lower. An exposure method, wherein a wavelength of the amplified pulse light is converted into ultraviolet light by a cooled wavelength conversion unit, the ultraviolet light is irradiated onto a mask, and a substrate is exposed to the pulse light via the mask.
の少なくとも一部を前記マスク上のマークに照射して、
該マークの位置情報を検出することを特徴とする請求項
55に記載の露光方法。56. irradiating at least a part of the ultraviolet light on a mark on the mask prior to exposing the substrate,
The exposure method according to claim 55, wherein position information of the mark is detected.
光の波長を制御することを特徴とする請求項55又は5
6に記載の露光方法。57. The apparatus according to claim 55, wherein the wavelength of the ultraviolet light is controlled by adjusting the temperature of the light source.
7. The exposure method according to 6.
光変調器と、前記複数のファイバー光増幅器との少なく
とも1つを制御して、前記紫外光の強度を調整すること
を特徴とする請求項55〜57のいずれか一項に記載の
露光方法。58. An apparatus for controlling the intensity of the ultraviolet light by controlling at least one of an optical modulator for converting the continuous light into the pulse light and the plurality of fiber optical amplifiers. 58. The exposure method according to any one of items 55 to 57.
パルス光の繰り返し周波数を制御して、前記紫外光の発
振間隔を調整することを特徴とする請求項58に記載の
露光方法。59. The exposure method according to claim 58, wherein a repetition frequency of the pulse light defined by the light modulator is controlled to adjust an oscillation interval of the ultraviolet light.
光増幅器の1つとの間に配置され、前記パルス光を複数
に時分割する時分割器を制御して、前記紫外光の発振間
隔を調整することを特徴とする請求項58又は59に記
載の露光方法。60. A time divider which is arranged between the optical modulator and one of the plurality of fiber optical amplifiers and time-divides the pulse light into a plurality of light beams to control the oscillation interval of the ultraviolet light. The exposure method according to claim 58 or 59, wherein the exposure is performed.
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