JP2002374025A - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】狭帯域レーザ装置において、レーザ光の波長を
高速かつ高精度に安定的に制御することができるように
する。 【構成】プリズム１８，１９，２０及びグレーティング
１６と、波長選択用ミラーを保持するミラーホルダ２６
とを具え、これらを狭帯域化素子の筐体７７に内包し、
プレートに対する前記ミラーホルダ２６の角度を変化さ
せることにより波長選択を行う狭帯域レーザ装置におい
て、前記プレートを前記狭帯域化素子の筐体７７と一体
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は狭帯域レーザ装置に関
し、特に、縮小投影露光装置用の光源として用いられる
狭帯域エキシマレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造用の縮小投影露光装置
（以下、ステッパという）の光源としてエキシマレーザ
の利用が注目されている。このエキシマレーザとしては
線幅２ｐｍ以下の狭帯域化が要求され、しかも大きな出
力パワーが要求される。エキシマレーザの狭帯域化の技
術としては、比較的耐久性に優れたグレーティングを波
長選択素子として採用し、このグレーティングの角度を
変化させることにより、レーザ光の波長を狭帯域化する
ように構成したエキシマレーザが提案されている。

【０００３】プリズムとグレーティングを波長選択素子
として採用したレーザ装置の構成を図１２に示す。図に
おいて、レーザチヤンバ１の両端には、それぞれスリッ
ト２が形成されたスリット部材３が配設されている。ま
た、レーザチヤンバ１の一方の側にはフロントミラー４
が配置され、他方の側には３つのプリズム７からなるビ
ームエキスパンダ５を介してグレーティング６が配設さ
れている。レーザチャンバ１から出力されるレーザ光Ｌ
は、上記スリット部材３のスリット２によりＸ方向と同
一方向のビーム拡がり角が規制される。すなわち、レー
ザチヤンバ１から出力されるレーザ光Ｌは、前記スリッ
ト２によってビーム拡がり角が規制され、フロントミラ
ー４とグレーティング６間の同一光路を往復することに
より、狭帯域化されてフロントミラー４から発振される
ように構成されている。

【０００４】このようなレーザ装置においては、プリズ
ム７及びグレーティング６をそれぞれ独立して固定し、
グレーティング６の角度を変化させることにより発振波
長を制御するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステッパに使用される
ような狭帯域エキシマレーザでは、前述したように波長
線幅を単一段で２ｐｍ以下にする必要があり、また高速
かつ高精度な波長安定化が要求される。したがって、使
用されるグレーティング及びプリズムには大きなものが
必要となり、必然的に重量も重いものとなる。しかし、
グレーティングやプリズムを独立して固定すると、レー
ザの振動によってグレーティング及びプリズムも独立し
て振動するため、レーザの発振波長が大きく変化してし
まうことになる。しかも、重量の重いグレーティングを
制御し、その角度を高速かつ高精度に変化させて波長を
安定して高精度に制御することは困難であった。

【０００６】この発明は、レーザ光の波長を高速かつ高
精度に安定的に制御することができる狭帯域レーザ装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課造を解決するための手段】この発明に係わる狭帯域
レーザ装置においては、プリズム及びグレーティング
と、波長選択用ミラーを保持するミラーホルダとを具
え、これらを狭帯域化素子の筐体に内包し、プレートに
対する前記ミラーホルダの角度を変化させることにより
波長選択を行う狭帯域レーザ装置において、前記プレー
トを前記狭帯域化素子の筐体と一体化させることを特徴
とする。

【０００８】

【作用】上記狭帯域レーザ装置によれば、ミラーホルダ
２６は図５におけるプレート31を底板に対して垂直に取
り付け、このプレート３１を狭帯域化素子の筐体７７と
一体化させている。

【０００９】これにより、波長選択用ミラー１５の角度
を調整するためのツマミ３８、３９やモータを筐体７７
の外部に設けることができ、ミラー１５の角度を調整す
るために筐体７７を開かずに済む。このため筐体７７の
密閉度を維持することができ外部からのダスト侵入等を
阻止できる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係わる狭帯域レーザ装置の
一実施例を図面を示しながら詳細に説明する。

【００１１】図1は、第１の実施例におけるレーザ装置
の構成図である。図において、両端にウィンドウ１２、
１３が設けられたレーザチヤンバ１１と２つのプリズム
からなるビームエキスパンダ１４の間に全反射ミラー
（以下、ミラーという）１５を配置した場合の例であ
る。前記全反射ミラー１５は、グレーティング１６の線
引き方向とビームエキスパンダ１４のビームエキスパン
ド方向が略一致し、かつ前記グレーティング１６の線引
き方向と前記ビームエキスパンド方向を含む平面とミラ
ーの入反射面が略一致するように配置されており、その
面内で角度を変化させることによって発振波長を変化さ
せることができる。なお、１７はフロントミラーであ
る。なお、以下の実施例において、同一部分を同一符号
で表記する。

【００１２】図２は、図１の構成において、ビームエキ
スパンダ１４をプリズム１８と１９、及び２０を分割
し、その間にミラー１５を配置した場合の例である。こ
の場合も、ミラー１５はグレーティング１６の線引き方
向とビームエキスパンダ１４のエキスパンド方向が略一
致し、かつ前記グレーティング１６の線引き方向と前記
ビームエキスパンド方向とを含む平面とミラーの入反射
面が略一致するように配置されている。

【００１３】図３は、第２の実施例におけるレーザ装置
の構成図である。この例は、レーザの発振波長を検出す
る検出手段（ビームスプリッタ２１、波長検出器２２、
波長コントローラ２３）を具えるとともに、その検出波
長に基づいて前記グレーティングの選択波長を変化させ
るようにミラーの角度を変化させる制御手段（ドライバ
２４、パルスモータ２５、ミラーホルダ２６）を具えた
ものである。その他の光学系の構成及び配置は図２と同
じである。

【００１４】図３において、レーザチャンバ１１から出
力されたレーザ光の一部はビームスプリッタ２１により
取り出され、波長検出器２２で出力レーザ光の波長が検
出される。波長コントローラ２３は、前波長検出器２２
で検出された出力レーザ光の波長に基づいてドライバ２
４に信号を送り、パルスモータ２５を駆動する。このパ
ルスモータ２５の駆動により、ミラーの角度を変化させ
る制御手段であるミラーホルダ２６に取り付けられたミ
ラー１５の角度が変化することになる。すなわち、レー
ザ光の一部をビームスプリッタ２１によりサンプルする
ことにより、発振波長のフィードバック制御を行ってい
る。

【００１５】図４は、前記ミラーホルダ２６としてジン
バル機構のついたものを用い、プリズム２０のビームエ
キスパンド方向（又はグレーティング１６の線引き方
向）とほぼ同じ方向と、その方向に対して垂直な方向の
２軸を調整できるようにしたものである。このようなジ
ンバル機構によりミラーの角度を調整することにより、
レーザの発振波長を調整することができる。また、前記
ビームエキスパンド方向に対して垂直な方向を調整する
ことによって、レーザの光軸を容易に調整することがで
きる。

【００１６】図５は、ジンバル機構を具えたミラーホル
ダの具体例を示したものである。図５（a）は正面図、
同（b）は右側面図、同（c）は左側面図、同（d）は矢
視dから見た図である。図において、ミラー３３はプレ
ート３２上の中央に設置され、その周囲４カ所に配置さ
れたミラー押え３４とボルト３０により固定されてい
る。プレート３１とプレート３２の間には、支点となる
ボール３５とバネ３６及び３７が配設され、ボール３５
を支点としてバネ３６及び３７に引っ張られることによ
って保持されている。プレート３１は図示せぬ装置内の
板上に所定の固定手段により固定されている。また、プ
レート31にはツマミ３８、３９の雄ネジと同じタップが
形成されている。（a）において、ツマミ３８を回転さ
せるとツマミ３８の先端部が移動し、これによってプレ
ート３２が押され、ボール３５を支点にしてミラーの角
度が紙面の平面内で変化する。また、（d）のようにツ
マミ３９を回転させるとツマミ３９の先端部が移動し、
これによってプレート３２が押され、ボール３５を支点
にしてミラーの角度が紙面の平面内で変化する。このよ
うなジンバル機構を用いることにより、ミラーの角度を
水平方向と垂直方向に高精度に調整することができる。

【００１７】なお、この実施例ではミラー固定にミラー
押えを使用したが、レーザ光によりアウトガスが発生し
ない接着剤があれば、プレートに接着してもよい。さら
に、ミラーの角度を自動的に制御する場合は、パルスモ
ータ又はＤＣモータ付きのマイクロメータを取り付けて
もよいし、ツマミの先端にピェゾ素子を取り付けてもよ
い。

【００１８】図６は、第３の実施例におけるレーザ装置
の構成図であり、各光学素子を板上に配設した場合の具
体例を示している。ここでは、グレーティングの線引き
方向、ビームエキスパンダのエキスパンド方向及びミラ
ーの入反射面をほぼ一致させるために、ビームエキスパ
ンダ（プリズム１８〜２０）、ミラーホルダ２６及びグ
レーティング１６をビームエキスパンダのビームエキス
パンド方向とグレーティング１６、の線引き方向を含む
平面と平行な板４０に所定の角度及び位置に固定した場
合の例を示している。プリズム１８〜２０は、それぞれ
プリズム押え４１〜４３により固定され、グレーティン
グ１６はグレーティング押え４４により固定されてい
る。また、ジンバル機構の付いたミラーホルダ２６はミ
ラーホルダ固定ネジ４５により板上に固定されている。
このように、各光学素子を同一平面の板上に固定する
と、各々の光学素子が独立的に振動しないため、レーザ
の振動による発振波長の変化幅が小さくなり、波長安定
性を向上させることができる。

【００１９】図7及び図８は、プリズムを固定するため
のプリズムホルダの構成例を示したものである。図７の
固定例において（a）は平面図、同（b）は正面図であ
る。

【００２０】プリズム１８（又は１９、２０）は、プレ
ート46上に止め金具４７及び４８によって位置決めされ
ている。プリズム１８の近傍には、棒４９及び５０が配
設され、２つの棒の上部は上プレート５１により固定さ
れている。上プレート５１にはツマミ５２の雄ネジと同
じタップが形成されていて、ツマミ５２を回転させると
先端部の押え板５３が下方に移動し、プリズム１８をプ
レート４６上に固定する。図８の固定例において（a）
は平面図、同（b）は正面図である。この例では棒４９
及び５０の表面にネジが形成され、ナット５４及び５５
を回転させることにより、バネ５６及び５７を介して上
プレート５８を下方に移動させ、プリズム１８をプレー
ト４６上に固定する。その他の構成は図７の固定例と同
じである。

【００２１】なお、この実施例ではプリズムを機械的な
方法で固定しているが、レーザ光によりアウトガスが発
生しない接着剤があれば、プレートに接着して固定して
もよい。さらに、図６の例では板４０の上に直接プリズ
ムやグレーティングを載せて固定しているが、図７又は
図８のようなプリズムホルダを作製し、当該プリズムホ
ルダを図６の板４０に載せて固定してもよい。

【００２２】図９及び図１０は、グレーティングを固定
するためのグレーティングホルダの構成例を示したもの
である。図９の固定例において（a）は平面図、同（b）
は正面図である。グレーティング１６は、プレート６０
上に止め金具６１及び６２によって位置決めされてい
る。棒６３及び６４の表面にはネジが形成され、ナット
６５及び６６を回転させると、バネ６７及び６８を介し
て上プレート６９が下方に移動し、グレーティング１６
をプレート６０上に固定する。

【００２３】図１０の固定例において（a）は平面図、
同（b）は正面図、同（c）は（b）の右側面図である。
プレート７０上には止め金具７１が固定ネジ７２によっ
て固定され、グレーティング１６は、止め金具７１の面
とグレーティング１６の背面を合わせることにより位置
決めされている。止め金具７１には、ツマミ７３及び７
４の雄ネジと同じタップが形成されていて、ツマミ７３
及び７４を回転させると先端部の押え板７５及び７６が
下方に移動し、グレーティング１６をプレート７０上に
固定する。

【００２４】なお、この実施例ではグレーティングを機
械的な方法で固定しているが、レーザ光によりアウトガ
スが発生しない接着剤があれば、プレートに接着して固
定してもよい。さらに、図６の例では板４０の上に直接
プリズムやグレーティングを載せて固定しているが、図
９又は図１０のようなグレーティングホルダを作製し、
当該グレーティングホルダを図６の板４０に載せて固定
してもよい。

【００２５】図１１は、ジンバル機構の付いたミラーホ
ルダ２６と各光学素子を載せる板を狭帯域化素子の筐体
とした場合の構成図である。図１１において、フロント
ミラー１７と狭帯域化素子の筐体７７は、レーザチヤン
バ１１を収めたインバーロッド７８とプレート７９及び
８０により固定されている。このような構成とすること
で、レーザの熱及び振動によりレーザ光のアライメント
が狂わないようにすることができる。プリズム１８〜２
０及びグレーティング１６は、プリズム押え４１〜４３
及びグレーティング押え４４により狭帯域化素子の筐体
7７の底板に固定されている。また、ミラーホルダ２６
は図５におけるプレート３１を底板に対して垂直に取り
付け、このプレート３１を狭帯域化素子の筐体７７と一
体化させている。これにより、波長選択用ミラー１５の
角度を調整するためのツマミ３８、３９やモータを筐体
７７の外部に設けることができ、ミラー１５の角度を調
整するために筐体７７を開かずに済む。このため筐体７
７の密閉度を維持することができ外部からのダスト侵入
等を阻止できる。また、ネジ部を個体潤滑剤とすること
により、オイルフリー化が可能となる。この狭帯域素子
の筐体７７の蓋を閉め、クリーンなレーザ光に対して不
活性なガス（例えば窒素ガス等）をパージすることによ
り、狭帯域化素子の寿命を飛躍的に延ばすことが可能と
なる。また、この例ではビームスプリッタ２１により出
力光の一部を波長検出器２２に入力して出力レーザ光の
波長を検出するとともに、その波長に基づいて波長コン
トローラ２３からドライバ２４に信号を送り、パルスモ
ータ２５を回転させることにより、ミラーの角度を変化
させて波長のフィードバック制御を行っている。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係わる
狭帯域レーザ装置においては、グレーティングとレーザ
媒質の間にミラーを配置し、そのミラーの角度を調整す
ることによってレーザ光の波長を制御するようにしたた
め、レーザ光の波長を高速かつ高精度に制御することが
でき、波長の安定性を向上させることができる。

【００２７】また、グレーティングなどの光学素子を同
一平面の板上に所定の位置及び角度で固定するようにし
たため、それら光学素子の独立的な振動を防止すること
ができ、レーザの振動による発振波長の変化を最少限に
止どめることができる。

【００２８】また、波長選択用ミラーの角度を調整する
ためのツマミやモータを筐体の外部に設けることがで
き、ミラーの角度を調整するために筐体を開かずに済
む。このため筐体の密閉度を維持することができ外部か
らのダスト侵入等を阻止できる。筐体の密閉度を維持す
ることができ外部からのダスト侵入等を阻止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第1の実施例におけるレーザ装置の構成図。

【図２】図1の変形例を示すレーザ装置の構成図。

【図３】第2の実施例におけるレーザ装置の構成図。

【図４】ジンバル機構を具えたミラーホルダを使用した
場合の構成図。

【図５】ジンバル機構を具えたミラーホルダの具体例を
示す図。

【図６】各光学素子を枚上に配役した場合の具体例を示
す図。

【図７】プリズムホルダの構成例を示す図。

【図８】プリズムホルダの構成例を示す図。

【図９】グレーティングホルダの構成例を示す図。

【図１０】グレーティングホルダの構成例を示す図。

【図１１】ジンバル機構の付いたミラーホルダと各光学
素子を載せる板を狭帯域化素子の筐体とした場合の構成
図。

【図１２】プリズムとグレーティングを波長選択素子と
して採用したレーザ装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１１．レーザチャンバ、 １２，１３．ウィンドウ、
１５．ミラー、１６．グレーティング、 １７．フロン
トミラー、１８〜２０．プリズム、２１．ビームスプリ
ッタ、２２．波長検出器、 ２３．波長コントローラ２
４．ドライバ、 ２５．パルスモータ、２６．ミ
ラーホルダ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小若 雅彦 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 2H097 CA13 GB01 LA10 5F046 BA04 CA04 CB02 CB10 5F072 AA06 JJ13 KK06 KK07 KK09 KK15 KK18 KK24 MM08 MM17 RR05 SS06 YY09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリズム及びグレーティングと、波長選
   択用ミラーを保持するミラーホルダとを具え、これらを
   狭帯域化素子の筐体に内包し、プレートに対する前記ミ
   ラーホルダの角度を変化させることにより波長選択を行
   う狭帯域レーザ装置において、前記プレートを前記狭帯
   域化素子の筐体と一体化させることを特徴とする狭帯域
   レーザ装置。