JP2002232045A - ガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法 - Google Patents

ガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法

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JP2002232045A
JP2002232045A JP2001026404A JP2001026404A JP2002232045A JP 2002232045 A JP2002232045 A JP 2002232045A JP 2001026404 A JP2001026404 A JP 2001026404A JP 2001026404 A JP2001026404 A JP 2001026404A JP 2002232045 A JP2002232045 A JP 2002232045A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 数ｋＨｚの高繰り返し発振状態でアライメン
ト可能なアライメント機構を有する放電励起ガスレーザ
装置及びそのアライメント方法。 【解決手段】 レーザチェンバ１と狭帯域化ユニットと
を有する高繰り返しガスレーザ装置において、狭帯域化
ユニットは、不活性ガスによりパージされたケーシング
４中に、スリット５、拡大プリズム３２、グレーティン
グ３１を含む光学素子が収容され、ケーシング４内で不
活性ガスによりパージされた状態でケーシング４外より
スリット５をアライメント可能にするアライメント機構
２１、２２、２３を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスレーザ装置及
びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方
法に関し、特に、半導体露光用のエキシマレーザ装置の
狭帯域化ユニットのアライメント装置と方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の微細化、高集積化につ
れて、投影露光装置においては解像力の向上が要請され
ており、このため、露光用光源から放出される露光光の
短波長化が進められており、次世代の半導体リソグラフ
ィー用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレ
ーザ装置や波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置
等の放電励起ガスレーザ装置が有力である。
【０００３】図４に、露光用光源として用いられる放電
励起ガスレーザ装置の一構成例を示す。
【０００４】ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レ
ーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やアルゴン（Ａ
ｒ）、ネオン（Ｎｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封
入されている。また、フッ素レーザ装置においては、レ
ーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2）やヘリウム（Ｈｅ）
等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。
【０００５】レーザチェンバ１内部には、レーザ光軸
（点線）に平行な方向に延び、レーザ光軸を挟んで所定
間隔だけ離間して対向した一対の主放電用電極２（以
下、電極２と言う。）が配置されている（図４において
は、一対の電極２の中一方のみが図示されており、放電
方向は紙面に垂直な方向である。）。この電極２間に、
図示を省いた高電圧パルス発生装置より立上りの早い高
電圧パルスを印加して放電を発生させることにより、レ
ーザチェンバ１内に封入されたレーザ媒質であるレーザ
ガスが励起される。
【０００６】レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、
レーザ光を通過させる窓部６が設けられ、この窓部６は
所定の直線偏光（Ｐ偏光）に対して反射損が最小となる
ように、ＣａＦ2 等からなる窓材が光軸に対してブリュ
ースター角をなすように取り付けられており、この窓部
６はブリュースター窓部となっている。
【０００７】レーザチェンバ１のブリュースター窓部６
の前後には、出力鏡７と、露光装置の投影光学系におけ
る色収差の問題を回避するためにレーザ光のスペクトル
幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定化を実現するため
の狭帯域化光学系３とがそれぞれ配置され、この出力鏡
７と狭帯域化光学系３によりレーザ共振器が構成されて
いる。電極２間の放電によりレーザガスが励起され、レ
ーザチェンバ１から放出される光はこのレーザ共振器中
を往復することにより増幅され、レーザ光としてレーザ
共振器の出力鏡７より取り出される。
【０００８】上記狭帯域化光学系３は、例えば、波長選
択素子であるリトロー配置のグレーティング（反射型回
折格子）３１と、１個若しくは複数個のビーム拡大プリ
ズム３２とから構成され、狭帯域化ボックス４内に収容
される。また、狭帯域化されるレーザ光の平行度を上げ
てスペクトル線幅をさらに細くするために、拡大プリズ
ム３２の光入射側の光路上に、スリット５が配置され
る。
【０００９】上記した放電励起ガスレーザ装置が放出す
るレーザ光は、波長２００ｎｍ以下の短波長であるの
で、レーザ光が通過する光路中に空気があると、空気中
の酸素とレーザ光により有害なオゾンが発生する。その
ため、レーザ光路は、筒状包囲体８で包囲され、筒状包
囲体８、狭帯域化ボックス４内は清浄な不活性ガス（例
えば、窒素（Ｎ2 ））によりパージされる。なお、狭帯
域化ボックス４内の不活性ガス（例えば、窒素
（Ｎ2 ））によるパージは、狭帯域化光学系３を構成す
る光学部品にダストを堆積させない役割も有する。
【００１０】このような放電励起ガスレーザ装置から効
率良くレーザ光を発振させるには、主放電用電極２間で
一様な放電を発生させることが必要であるが、数百ｋＰ
ａの高圧ガス雰囲気中で一様な放電を発生させるため
に、通常、主放電用電極２近傍に設けたコロナ放電器等
からなる予備電離手段により、主放電開始前に主放電電
極間の主放電空間に存在するレーザガスを予備電離する
ことが一般的である。
【００１１】図５に、狭帯域化部の詳細な構成を示す。
図５の例では、狭帯域化光学系３が３個のビーム拡大プ
リズム３２と波長選択素子であるグレーティング３１と
から構成されている。
【００１２】このような狭帯域化部において、狭帯域化
ボックス４内に配置された狭帯域化光学系３のセッティ
ングは以下の手順で行われる。 狭帯域化ボックス４の蓋を開放状態で、レーザチェン
バ１内の電極２間で繰り返し周波数１Ｈｚの放電を発生
させて１Ｈｚの繰り返し周波数でレーザを発振させ、そ
のレーザ光に対して、スリット５、拡大プリズム３２、
グレーテイング３１の順にアライメントを行う。 アライメント終了後、狭帯域化ボックス４の蓋を閉じ
る。 狭帯域化ボックス４内に清浄な不活性ガス（例えば、
窒素）を導入して、狭帯域化ボックス４内の空気をパー
ジする。 その後、所定の高繰り返し発振動作（例えば、４ｋＨ
ｚ）を行う。
【００１３】このように、スリット５を含む狭帯域化光
学系３のアライメント時における放電の繰り返し周波数
は１Ｈｚとされる。これは以下の理由による。すなわ
ち、アライメント時は狭帯域化ボックス４の蓋が開放状
態であり、狭帯域化光学系３は空気に曝される。一方、
狭帯域化光学系３を通過する光は波長２００ｎｍ以下の
短波長であるので、空気中の酸素とこの光により有害な
オゾンが発生する。ここで、繰り返し周波数が例えば数
ｋＨｚの高繰り返し状態であると、発生するオゾンの量
も大量になり、拡大プリズム３２等の光学部品がオゾン
と波長２００ｎｍ以下の光によりダメージを受ける。そ
のため、アライメント時の繰り返し周波数は、できるだ
けオゾンの発生量を抑えるために、例えば１Ｈｚとされ
る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなアライメ
ント後の実際のレーザ動作は、高り繰返し動作（例えば
４ｋＨｚ）である。そのため、高繰り返し発振動作に伴
ない、スリット、狭帯域化光学系等の光学部品自体の温
度上昇や、光学部品近傍の雰囲気の温度上昇等により、
光学部品近傍の雰囲気の媒質（ここでは、パージガス）
の屈折率等が変わり、光軸ずれが発生してしまう。
【００１５】すなわち、繰り返し周波数１Ｈｚでアライ
メント調整を行っても、実際の動作時にはアライメント
ずれが発生する。
【００１６】数ｋＨｚの高繰り返し状態でアライメント
を行えば、このような問題の発生は抑制できるが、上記
のような大量のオゾン発生の問題がある。
【００１７】なお、狭帯域化光学系を含む狭帯域化ボッ
クス全体を一体でアライメント可能としたものは、特開
平１１−２９８０８２号において提案されているが、グ
レーテイングを含む狭帯域化ボックス全体の重量は重
く、その精密な移動調整機構は複雑で大がかりなものと
なり、高価になってしまう問題がある。
【００１８】本発明は従来技術のこのような問題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、数ｋＨｚの高繰り
返し発振状態でアライメント可能なアライメント機構を
有する放電励起ガスレーザ装置及びそのアライメント方
法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のガスレーザ装置は、レーザチェンバと狭帯域化ユニ
ットとを有する高繰り返しガスレーザ装置において、前
記狭帯域化ユニットは、不活性ガスによりパージされた
ケーシング中に、スリット、拡大プリズム、グレーティ
ングを含む光学素子が収容され、前記ケーシング内で不
活性ガスによりパージされた状態でケーシング外より前
記スリットをアライメント可能にするアライメント機構
を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】この場合に、そのアライメント機構は、ス
リットと一体で拡大プリズムをアライメントするように
構成することが望ましい。
【００２１】本発明のガスレーザ装置の狭帯域化ユニッ
トのアライメント方法は、レーザチェンバと、スリッ
ト、拡大プリズム、グレーティングを含む光学素子を有
する狭帯域化ユニットとよりなる高繰り返しガスレーザ
装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法において、
前記狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性
ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレ
ーザ発振動作をさせながら、前記スリットをアライメン
トすることを特徴とする方法である。
【００２２】本発明においては、狭帯域化ユニットを収
容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした
後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせなが
ら、狭帯域化ユニット中のスリットをケーシング外より
アライメントするので、所定の高返しレーザ発振動作時
においても、アライメントずれがほとんど発生せず良好
な状態で高繰り返し発振動作を行わせることができ、特
に、半導体露光用のエキシマレーザ装置、フッ素レーザ
装置に適したものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガスレーザ装置及
びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方
法を実施例に基づいて説明する。
【００２４】本発明の要点は、狭帯域化ボックス４の蓋
が閉じられ、ボックス内部が不活性ガスによりパージさ
れている状態で、かつ、高繰り返し発振状態で、外部か
らスリット５を含む光学素子のアライメントを可能にし
た点にある。
【００２５】以下、本発明の１実施例を図面を参照にし
て説明する。図１に、図４のような構成の放電励起ガス
レーザ装置の狭帯域化部の構成を示す。この実施例にお
いて、狭帯域化光学系３は３個のビーム拡大プリズム３
２と波長選択素子であるグレーティング３１とから構成
され、レーザチェンバ１のブリュースター窓部６を経て
この狭帯域化光学系３に入射する光路中にスリット５が
配置されている。本発明に基づいて、このスリット５と
３個の拡大プリズム３２は水平移動ステージ２１に載置
されており、この水平移動ステージ２１は、光軸と略垂
直な方向（図１に両矢符で示す。）に移動調整可能に取
り付けられている。
【００２６】図２は、この水平移動ステージ２１の調整
機構を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）
はスリット５の入射方向から見た正面図、図２（ｃ）は
フレキシブル連結桿２３の自在継手２４の構成を示す図
である。図１、図２から明らかなように、狭帯域化ボッ
クス４から外部に気密を保ったまま微調つまみ２２が突
出しており、この微調つまみ２２の回転のみを伝達可能
で可撓性のフレキシブル連結桿２３が微調つまみ２２に
連結されており、このフレキシブル連結桿２３は狭帯域
化ボックス４内に延びている。フレキシブル連結桿２３
は、例えば図２（ｃ）に示すような構成の自在継手２４
で連結された複数の棒状体から構成されている。フレキ
シブル連結桿２３の他端には、水平移動ステージ２１の
下面に取り付けられた、例えばラックピニオンからなる
回転を直線移動に変換する機構２６の回転軸２５に連結
されている。
【００２７】一方、図４に示すように、レーザ装置の出
力鏡７より発振されたレーザ光の光路中には、ハーフミ
ラー９が配置され発振されたレーザ光の一部を分割して
検出器１０に入射させるようになっており、検出器１０
で発振レーザ光の位置が確認可能になっている。
【００２８】このような構成であるので、操作者は、レ
ーザ装置を通常の使用時と同じ高繰り返し発振状態で、
検出器１０からの信号により発振レーザ光の位置を確認
しながら、狭帯域化ボックス４の外部から微調つまみ２
２を回してその回転をフレキシブル連結桿２３で水平移
動ステージ２１下部の回転直線移動変換機構２６に伝達
し、水平移動ステージ２１を光軸と略垂直な方向に移動
調整する。ここで、微調つまみ２２が狭帯域化ボックス
４を貫通する部分は、気密構造となっており、微調つま
み２２を回転させても上記貫通部から狭帯域ボックス４
内へ空気が進入することはない。
【００２９】水平移動ステージ２１が移動調整される
と、その上に取り付けられたスリット５が光軸と略垂直
な方向に移動するため、出力鏡７より発振されるレーザ
光の光軸も移動調整される。
【００３０】なお、水平移動ステージ２１には、３個の
拡大プリズム３２を載置する必要は必ずしもないが、水
平移動ステージ２１の移動によりスリット５の位置が移
動調整された場合に、スリット５を通った光が拡大プリ
ズム３２から外れる場合も起こり得るので、水平移動ス
テージ２１上には、スリット５と共に拡大プリズム３２
の一部あるいは全部を載置して同時に移動調整するよう
にすることが望ましい。
【００３１】ここで、光軸と垂直方向に移動させるのに
水平移動ステージ２１を用いたが、移動距離は微小であ
るので、水平移動ステージの代りに回転ステージを用い
てもよい。
【００３２】なお、グレーティング３１は、例えばモー
タ駆動の回転ステージにセットされており、その調整は
モータを電気的に制御することによりなされる。
【００３３】このような狭帯域化ボックス４内に配置さ
れたスリット５と狭帯域化光学系３のセッティングは次
のような手順で行う。 狭帯域化ボックス４の蓋を閉鎖状態で、狭帯域化ボッ
クス４内に清浄な不活性ガス（例えば、窒素）を導入し
て、狭帯域化ボックス４内の空気をパージする。 レーザチェンバ１内の電極２間で、所定の繰り返し周
波数（例えば、４ｋＨｚ）の放電を発生させ、レーザ発
振を行わす。 スリット５と拡大プリズム３２のアライメントを行
う。アライメントは、狭帯域化ボックス４の外部より微
調つまみ２２を介して行う。 その後、所定の高繰り返し発振動作（例えば、４ｋＨ
ｚ）を行う。
【００３４】以上の本発明のアライメントの効果を確認
するための実験１、実験２を行った。
【００３５】実験１は、まず、繰り返し周波数１Ｈｚ、
窒素ガスパージなしでアライメントを行い、そのときの
最適出力を測定した（図３（ａ）の黒丸）。アライメン
ト終了後、レーザを繰り返し周波数１ｋＨｚ、窒素ガス
パージ有りで１分間動作させ、スリットの位置を変えて
出力を測定した（図３（ａ）の白丸）。アライメント時
のスリットの最適位置はＸ０であったが、所定の高繰り
返し動作でのスリットの最適位置はＸ１であった。すな
わち、従来のアライメント方法では、所定の高返し動作
時にはスリットのアライメントずれが発生している。
【００３６】一方、実験２は、上記したように所定の繰
り返し周波数１ｋＨｚ、窒素ガスパージ有りでアライメ
ントを行い、そのときの最適出力を測定した（図３
（ｂ）の黒丸）。アライメント終了後、レーザ装置を同
様の動作条件、すなわち、繰り返し周波数１ｋＨｚ、窒
素ガスパージ有りで１分間動作させ、スリット位置を変
えて出力を測定した（図３（ｂ）の白丸）。アライメン
ト時のスリットの最適位置Ｘ０と所定の高繰り返し動作
でのスリットの最適位置はＸ１とは、ほとんど一致して
いる。すなわち、本発明の狭帯域化ユニットを用いてア
ライメントを行えば、所定の高返し動作時においても、
アライメントずれがほとんど発生しないことが分った。
【００３７】以上の説明では、スリット５等の移動調整
は、マニュアルで調整するものとして説明したが、必要
があれば、検出器１０で検出された発振レーザ光の位置
をフィードバックして自動的に移動制御する自動制御機
構を設けるようにすることもできる。また、水平移動ス
テージ２１は、水平方向の位置調整に限定されず、垂直
方向、回転方向の位置調整を行えるようにしてもよい。
【００３８】以上、本発明のガスレーザ装置及びガスレ
ーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法を実施
例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に
限定されず種々の変形が可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニッ
トのアライメント方法によると、狭帯域化ユニットを収
容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした
後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせなが
ら、狭帯域化ユニット中のスリットをケーシング外より
アライメントするので、所定の高返しレーザ発振動作時
においても、アライメントずれがほとんど発生せず良好
な状態で高繰り返し発振動作を行わせることができ、特
に、半導体露光用のエキシマレーザ装置、フッ素レーザ
装置に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の放電励起ガスレーザ装置の
狭帯域化部の構成を示す図である。
【図２】図１の水平移動ステージの調整機構を示す図で
ある。
【図３】本発明によるアライメントの効果を確認するた
めの実験の結果を示す図である。
【図４】露光用光源として用いられる放電励起ガスレー
ザ装置の一構成例を示す図である。
【図５】図５の狭帯域化部の詳細な構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
１…レーザチェンバ ２…主放電用電極 ３…狭帯域化光学系 ４…狭帯域化ボックス ５…スリット ６…ブリュースター窓部 ７…出力鏡 ８…筒状包囲体 ９…ハーフミラー １０…検出器 ２１…水平移動ステージ ２２…微調つまみ ２３…フレキシブル連結桿 ２４…自在継手 ２５…回転軸 ２６…回転直線移動変換機構 ３１…グレーティング（反射型回折格子） ３２…ビーム拡大プリズム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザチェンバと狭帯域化ユニットとを
    有する高繰り返しガスレーザ装置において、 前記狭帯域化ユニットは、不活性ガスによりパージされ
    たケーシング中に、スリット、拡大プリズム、グレーテ
    ィングを含む光学素子が収容され、 前記ケーシング内で不活性ガスによりパージされた状態
    でケーシング外より前記スリットをアライメント可能に
    するアライメント機構を備えていることを特徴とするガ
    スレーザ装置。
  2. 【請求項２】 前記アライメント機構は、前記スリット
    と一体で前記拡大プリズムをアライメントするように構
    成されていることを特徴とする請求項１記載のガスレー
    ザ装置。
  3. 【請求項３】 レーザチェンバと、スリット、拡大プリ
    ズム、グレーティングを含む光学素子を有する狭帯域化
    ユニットとよりなる高繰り返しガスレーザ装置の狭帯域
    化ユニットのアライメント方法において、 前記狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性
    ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレ
    ーザ発振動作をさせながら、前記スリットをアライメン
    トすることを特徴とするガスレーザ装置の狭帯域化ユニ
    ットのアライメント方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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