JP2006203008A - Two-stage laser system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2ステージレーザシステムに関し、特に、出力ばらつきを大幅に改善することが可能な2ステージレーザシステムに関するものである。 The present invention relates to a two-stage laser system, and more particularly to a two-stage laser system capable of greatly improving output variations.
近年、半導体露光用のエキシマレーザ、フッ素分子レーザにおいては、露光機のスループット向上及び均一な超微細加工実現のため、高出力化と超狭帯域化が同時に要求され続けている。 In recent years, in an excimer laser and a fluorine molecular laser for semiconductor exposure, high output and ultra-narrow bandwidth have been required at the same time in order to improve the throughput of the exposure machine and realize uniform ultrafine processing.
第1の要請である高出力化のためには、1パルス当たりのエネルギーを増加させる方法、あるいは、低パルスエネルギーだが繰り返し周波数を増加させる方法がある。 In order to increase the output, which is the first requirement, there are a method of increasing the energy per pulse, or a method of increasing the repetition frequency with low pulse energy.
第2の要請である超狭帯域化は、通常プリズムとグレーティングで構成される狭帯域化モジュール(LNM)の高分解能化や、特許文献1に記載されたようなレーザパルスのロングパルス化等による方法がある。しかしながら、LNMの高分解能化やロングパルス化による超狭帯域化は、一般的に光学的ロスを増加させる等、パルスエネルギー低下を招く。つまり、狭帯域化とパルスエネルギーはトレードオフの関係にある。
The ultra-narrow band, which is the second requirement, is achieved by increasing the resolution of a narrow-band module (LNM) that is usually composed of a prism and a grating, or by making the laser pulse longer as described in
繰り返し周波数増加に関しても、4kHzを超える繰り返し周波数は技術的ハードルが高い。そのため、1台のレーザにおいて超狭帯域化を維持したまま繰り返し周波数増加によって高出力化するには、自ずと限界がある。 Regarding the repetition frequency increase, a repetition frequency exceeding 4 kHz has a high technical hurdle. For this reason, there is a limit to increasing the output by increasing the repetition frequency while maintaining the ultra-narrow band in one laser.
そこで、超狭帯域化とパルスエネルギーとのトレードオフ関係をなくし、両要請を同時に満足させるため、2台のレーザを用いた同期レーザシステム(2ステージレーザシステム)が、例えば特許文献2等で提案されている。1台目の発振段レーザは低パルスエネルギーながら超狭帯域化スペクトルを持つ。2台目の増幅段レーザにおいて、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギーのみ増幅する。この方式は、2台目の増幅段レーザにLNM等の光学的ロス部を含まないため、非常にレーザ発振効率が高い。この同期レーザシステムにより所望の超狭帯域化スペクトル、出力を得ることが可能となる。所望の出力はパルスエネルギーと繰り返し周波数の積となり、例えば次世代ArFエキシマレーザに要求されるスペクトル及び出力は、<0.25pm(FWHM)、>40W@4kHzである。露光光学系のダメージを低減するため、レーザパルスとしては光学系に与えるダメージ低減のため低ピークパワーが望ましくロングパルス化が、高出力化の要請により高繰り返し化が求められる。
Therefore, in order to eliminate the trade-off relationship between ultra-narrow band and pulse energy and satisfy both requirements at the same time, a synchronous laser system (two-stage laser system) using two lasers is proposed in
露光過程において、歩留まりの高い良好な加工を行うためには、レジストに照射されるパルスエネルギー積算値を高精度に安定化させる必要がある。レーザシステムにおいては、上記積算エネルギーを目標範囲内とするために、前パルスまでの積算エネルギーと目標積算エネルギーの差に応じて次のパルスの充電電圧HVを決定し、一定の積算値が得られるように制御を行っている。 In order to perform good processing with a high yield in the exposure process, it is necessary to stabilize the integrated pulse energy applied to the resist with high accuracy. In the laser system, in order to make the integrated energy within the target range, the charging voltage HV of the next pulse is determined according to the difference between the integrated energy up to the previous pulse and the target integrated energy, and a constant integrated value is obtained. Control is performed as follows.
2ステージレーザシステムにおけるエネルギー制御方法を示したものとして、特願2004−203549号の出願がある。 As an example of an energy control method in a two-stage laser system, there is an application of Japanese Patent Application No. 2004-203549.
ここで、制御性を高めるためには、充電電圧HV一定のときのレーザ出力のエネルギー安定性が高い程望ましい。 Here, in order to improve controllability, it is desirable that the energy stability of the laser output when the charging voltage HV is constant is higher.
後記する本発明は、一般的に、レーザ装置及びそれを用いた露光装置に関するもので、ArF、F2 (フッ素分子)、KrF等をレーザ媒質として用いたレーザ装置及びそれを用いた露光装置に関するが、レーザ装置は2台以上のレーザから構成されたレーザシステムに適用される。その内の1台は発振段レーザ、そして残りの1台以上のレーザは増幅段レーザとして機能する。この発振段レーザは、狭帯域化共振器を搭載する狭帯域化レーザである。増幅段レーザが共振器を有する場合(インジェクション・ロック・レーザ(injection Locked laser)と呼ばれる。あるいは、MOPO(Master Oscillator Power Oscillator)方式と呼ばれる。)に対して、後記する本発明を適用することが可能である。
さて、図1に、後記の本発明を適用する1実施形態に係るレーザシステムの構成図を示す。また、図2(a)は発振用チャンバ及びその近傍の構成図であり、図2(b)は増幅用チャンバ及びその近傍の構成図である。図1ではMOPO方式の2ステージレーザ装置を示している。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a laser system according to an embodiment to which the present invention described later is applied. 2A is a block diagram of the oscillation chamber and its vicinity, and FIG. 2B is a block diagram of the amplification chamber and its vicinity. FIG. 1 shows a MOPO type two-stage laser apparatus.
2ステージレーザ装置2においては、発振段レーザ(osc )100でシード光(種レーザ光)が生成され狭帯域化される。そして、増幅段レーザ(amp )300でそのシード光が増幅される(以後、“osc ”、“amp ”の付加された記号は、それぞれ発振段レーザ100、増幅段レーザ300に関するものであることを表す。)。すなわち、発振段レーザ100から出力されるレーザ光のスペクトル特性によってレーザシステム全体のスペクトル特性が決定され、増幅段レーザ300によってレーザシステム自体のレーザ出力(エネルギ又はパワー)が決定される。増幅段レーザ300から出力されるレーザ光は露光装置3に入力され、このレーザ光は露光対象(例えばウエハ)の露光に用いられる。
In the two-
発振段レーザ100は、発振用チャンバ10と、充電器11と、発振用高電圧パルス発生器12と、ガス供給・排気ユニット14と、冷却水供給ユニット15と、LNM16と、フロントミラー17と、第1モニタモジュール19と、放電検出部20とで構成される。
The
増幅段レーザ300は、増幅用チャンバ30と、充電器31と、増幅用高電圧パルス発生器32と、ガス供給・排気ユニット34と、冷却水供給ユニット35と、リアミラー36と、出力ミラー(フロントミラー)37と、第2モニタモジュール39とで構成される。
The
ここで、発振段レーザ100と増幅段レーザ300について説明するが、その構成は同一の部分があるため、その部分に関しては発振段レーザ100を代表して説明する。
Here, the
発振用チャンバ10の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であってかつ放電面が対向する一対の電極(カソード電極及びアノード電極)10a、10bが設けられる。これらの電極10a、10bには、充電器11と発振用高電圧パルス発生器12とで構成された電源によって高電圧パルスが印加される。すると、電極10a、10b間で放電が生じ、この放電によって発振用チャンバ10内に封入されたレーザガスが励起される。この電源の1例を図3に示す。
Inside the
図3は、電源及びチャンバ内部の回路構成の1例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration inside the power source and the chamber.
図3(a)に示す発振用高電圧パルス発生器12は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1 、SR2 、SR3 を用いた2段の磁気パルス圧縮回路である。磁気スイッチSR1 は固体スイッチSWでのスイッチングロスを低減するために設けられたものであり、磁気アシストとも呼ばれる。例えば、この固体スイッチSWには、IGBT等の半導体スイッチング素子が用いられる。なお、図3(a)の回路を用いる代わりに、図3(b)の回路を用いてもよい。図3(a)は、磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスTr1 を含む回路であり、図3(b)は昇圧トランスの代わりに主コンデンサC0 の充電用のリアクトルL1 を含む例である。
The oscillation high-
以下に、図3(a)に従って、回路の構成と動作を説明する。なお、図3(b)の回路は昇圧トランスにより昇圧される動作がないだけで、他の動作は図3(a)の回路と同様なので、説明を省略する。また、発振段レーザ100の電源と増幅段レーザ300の電源の構成及び動作は同じであるため、増幅段レーザ300の電源の説明を省略する。
The circuit configuration and operation will be described below with reference to FIG. Note that the circuit of FIG. 3B is not operated to be boosted by the step-up transformer, and other operations are the same as those of the circuit of FIG. Further, since the configuration and operation of the power supply of the
充電器11の電圧は所定の値HVに調整され、主コンデンサC0 が充電される。このとき、固体スイッチSWはオフになっている。主コンデンサC0 の充電が完了し、固体スイッチSWがオンとなったとき、固体スイッチSWの両端にかかる電圧は主に磁気スイッチSR1 の両端にかかる。磁気スイッチSR1 の両端にかかる主コンデンサC0 の充電電圧V0 の時間積分値が磁気スイッチSR1 の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR1 が飽和して導通状態となる。すると、主コンデンサC0 、磁気スイッチSR1 、昇圧トランスTr1 の1次側、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスTr1 の2次側、コンデンサC1 のループに電流が流れ、主コンデンサC0 に蓄えられた電荷がコンデンサC1 に移行し、コンデンサC1 が充電される。
The voltage of the
コンデンサC1 における電圧V1 の時間積分値が磁気スイッチSR2 の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2 が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサC1 、コンデンサC2 、磁気スイッチSR3 のループに電流が流れ、コンデンサC1 に蓄えられた電荷がコンデンサC2 に移行し、コンデンサC2 が充電される。 When the time integration value of the voltage V1 at the capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and becomes conductive. Then, a current flows through the loop of the capacitors C1, C2 and magnetic switch SR3, and the electric charge stored in the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2, and the capacitor C2 is charged.
コンデンサC2 における電圧V2 の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3 が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサC2 、ピーキングコンデンサCp 、磁気スイッチSR3 のループに電流が流れ、コンデンサC2 に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサCp に移行し、ピーキングコンデンサCp が充電される。 When the time integration value of the voltage V2 at the capacitor C2 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR3, the magnetic switch SR3 is saturated and becomes conductive. Then, a current flows through the loop of the capacitor C2, the peaking capacitor Cp, and the magnetic switch SR3, and the electric charge stored in the capacitor C2 is transferred to the peaking capacitor Cp, and the peaking capacitor Cp is charged.
図3(a)に示すように、発振用チャンバ10内には、第1電極91と、誘電体チューブ92と、第2電極93とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離のためのコロナ放電は、第1電極91が挿入されている誘電体チューブ92と第2電極93とが接触している個所を基点として誘電体チューブ92の外周面に発生する。ピーキングコンデンサCp の充電が進むにつれてその電圧Vp が上昇し、電圧Vp が所定の電圧になると誘電体チューブ92の外周面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ92の外周に紫外線が発生し、一対の電極10a、10b間のレーザガスが予備電離される。
As shown in FIG. 3A, a preionization means including a
ピーキングコンデンサCp の充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサCp の電圧Vp が上昇する。この電圧Vp がある値(ブレークダウン電圧)Vb に達すると、一対の電極10a、10b間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によりレーザ媒質が励起される。そして、発振段レーザ100の場合はシード光が発生し、増幅段レーザ300(若しくは増幅器)の場合は注入されたシード光が増幅される。主放電によりピーキングコンデンサCp の電圧は急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。
As the peaking capacitor Cp is further charged, the voltage Vp of the peaking capacitor Cp increases. When this voltage Vp reaches a certain value (breakdown voltage) Vb, the laser gas between the pair of
固体スイッチSWのスイッチング動作によってこのような放電動作が繰り返し行われることで、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチSWのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば後述する同期コントローラ8である。
Such a discharge operation is repeatedly performed by the switching operation of the solid-state switch SW, whereby pulse laser oscillation is performed. The switching operation of the solid switch SW is performed based on an external trigger signal. The external controller that sends out this trigger signal is, for example, a
本実施形態では、磁気スイッチSR2 、SR3 及びコンデンサC1 、C2 で2段の容量移行型回路が構成されている。容量移行型回路では、後段に行くにつれて各段のインダクタンスを小さくするように設定すれば、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が実現される。結果として、一対の電極10a、10b間、一対の電極30a、30b間に短パルスの強い放電が実現される。
In this embodiment, the magnetic switches SR2 and SR3 and the capacitors C1 and C2 constitute a two-stage capacitance transfer type circuit. In the capacitance transfer type circuit, if the inductance of each stage is set to decrease as going to the subsequent stage, a pulse compression operation is realized such that the pulse width of the current pulse flowing through each stage is sequentially narrowed. As a result, a short pulse strong discharge is realized between the pair of
ここで図1に戻り、他の構成の説明をする。 Here, returning to FIG. 1, another configuration will be described.
発振用チャンバ10の内部には、ガス供給・排気ユニット14から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット14には、発振用チャンバ10内にレーザガスを供給するガス供給系と、発振用チャンバ10内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。本レーザ装置がフッ素分子(F2 )レーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、フッ素(F2 )ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザ装置がKrFエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、クリプトン(Kr)ガス及びフッ素(F2 )ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザ装置がArFエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、アルゴン(Ar)ガス及びフッ素(F2 )ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。各ガスの供給及び排気は、ガス供給・排気ユニット14の各バルブの開閉で制御される。
A laser gas supplied from the gas supply /
また、発振用チャンバ10の内部には、クロスフローファン10cが設けられる。クロスフローファン10cによってレーザガスがチャンバ内で循環され、電極10a、10b間に送り込まれる。
A
また、発振用チャンバ10の内部には、熱交換器10dが設けられる。熱交換器10dは冷却水によって発振用チャンバ10内の排熱を行う。冷却水は冷却水供給ユニット15から供給される。冷却水の供給は、冷却水供給ユニット15のバルブの開閉で制御される。
Further, a
図2(a)の発振用チャンバ10において、レーザ光の光軸上であってレーザ光出力部分には、ウィンドウ10e、10fが設けられる。ウィンドウ10e、10fは、レーザ光に対して透過性がある材料、例えばCaF2 等で形成される。両ウィンドウ10e、10fは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、さらにレーザ光のP偏光方向が図2(a)の電極10a、10b間の放電方向に直交する方向となるように設置される。
In the
圧力センサPl は、発振用チャンバ10内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力を示す信号をユーティリティコントローラ5に出力する。ユーティリティコントローラ5は、後述する処理に基づいて、ガス供給・排気ユニット14に各バルブの開閉及びその開度(又は、ガス流量)を指示する信号を生成し出力する。すると、ガス供給・排気ユニット14が各バルブの開閉を制御するため、発振用チャンバ10内のガス組成やガス圧力が制御される。
The pressure sensor Pl monitors the gas pressure in the
レーザ出力はガス温度によって変化する。そこで、温度センサTl は、発振用チャンバ10内の温度をモニタしており、温度を示す信号をユーティリティコントローラ5に出力する。ユーティリティコントローラ5は発振用チャンバ10内の所望温度にすべく、冷却水供給ユニット15にバルブの開閉及びその開度(又は、冷却水流量)を指示する信号を生成し出力する。すると、冷却水供給ユニット15がバルブの開閉を制御するため、発振用チャンバ10内の熱交換器10dに供給される冷却水の流量、すなわち排熱量が制御される。
Laser power varies with gas temperature. Therefore, the temperature sensor Tl monitors the temperature in the
発振用チャンバ10の外部であり、ウィンドウ10e側のレーザ光の光軸上にはLNM16が設けられ、ウィンドウ10f側のレーザ光の光軸上にはフロントミラー17が設けられる。LNM16は、例えば拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング(回折格子)等の光学素子で構成される。また、LNM16は波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このLNM16内の光学素子とフロントミラー17とでレーザ共振器が構成される。
An
第1モニタモジュール19は、フロントミラー17を透過したレーザ光のエネルギや出力線幅や中心波長等のレーザビーム特性をモニタする。第1モニタモジュール19はレーザ光の中心波長を示す信号を生成し、この信号を波長コントローラ6に出力する。また、第1モニタモジュール19はレーザ光のエネルギを測定し、このエネルギを示す信号をエネルギコントローラ7に出力する。
The
なお、増幅用チャンバ30の電極30a、30b、クロスフローファン30c、熱交換器30d、ウィンドウ30e、30fの構成及び機能は、上述した発振用チャンバ10の各部の構成及び機能と同じである。また、増幅段レーザ300に設けられた充電器31、増幅用高電圧パルス発生器32、ガス供給・排気ユニット34、冷却水供給ユニット35、第2モニタモジュール39、圧力センサP2 、温度センサT2 の構成及び機能は、上述した発振段レーザ100側に設けられた同一要素の構成及び機能と同じである。
The configurations and functions of the
一方、増幅段レーザ300には、発振段レーザ100で設けられたLNM等からなる共振器に代わり、次に述べる安定共振器が設けられる。
On the other hand, the
すなわち、増幅用チャンバ30の外部であり、ウィンドウ30e側のレーザ光の光軸上にはリアミラー36が設けられ、ウィンドウ30f側のレーザ光の光軸上には出力ミラー37が設けられる。リアミラー36と出力ミラー37とは、共にその反射面が平面から構成された安定共振器である。リアミラー36の反射面には、反射率が50%〜95%程度の部分反射膜が蒸着されており、出力ミラー37の反射面は反射率が10%〜50%の部分反射膜が蒸着されている。なお、ミラー内部での多重反射を防ぐために、それぞれのミラーの裏面にはARコートが蒸着されており、さらには、多少(10′〜1°) のエッジ角を持っていることが望ましい。
That is, outside the
発振段レーザ100のフロントミラー17と増幅段レーザ300のリアミラー36との間には、反射ミラーを含むビーム伝搬部42が設けられる。
A
フロントミラー17を透過したレーザ光は、ビーム伝搬部42によってリアミラー36まで案内される。さらに、このレーザ光はリアミラー36の部分反射膜を一部が透過して増幅用チャンバ30内を通過し、出力ミラー37の部分反射膜にて一部が反射される。出力ミラー37で反射された一部のレーザ光は、増幅用チャンバ30内を通過し、リアミラー36の部分反射膜で一部が反射される。さらに、リアミラー36で反射された一部のレーザ光は、増幅用チャンバ30内を通過し、出力ミラー37の部分反射膜を一部が透過して出力される。レーザ光が増幅用チャンバ30の放電部、すなわち電極30a、30b間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。
The laser light transmitted through the
図1に戻って、波長コントローラ6には、モニタモジュール19、39にて検出された波長に関しての信号が入力される。波長コントローラ6は、レーザ光の中心波長を所望の波長にすべく、LNM16内の波長選択素子(グレーティング、エタロン等)の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ21に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。ドライバ21は、受信した上記信号に基づき、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化するように、LNM16内の光学素子(例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等)の姿勢角等を制御する。
Returning to FIG. 1, the
なお、波長選択素子の波長選択制御はこれに限られるものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合、LNM16内のエアギャップ内の気圧(窒素等)を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。
The wavelength selection control of the wavelength selection element is not limited to this. For example, when the wavelength selection element is an air gap etalon, the pressure (nitrogen or the like) in the air gap in the
エネルギコントローラ7には、モニタモジュール19、39にて検出された出力に関しての出力信号が入力される。また、図1に示すように、露光装置3に出力モニタ51を設け、その出力信号がエネルギコントローラ7に直接入力されるようにしてもよい。また、露光装置3の出力モニタ51の出力信号を露光装置3のコントローラ52に入力し、このコントローラ52がレーザ内部に搭載されたエネルギコントローラ7に信号を送出するようにしてもよい。エネルギコントローラ7は、後述する処理に基づいて、パルスエネルギを所望の値にすべく、次回充電電圧Vosc 、Vamp を示す信号を生成し、この信号を同期コントローラ8に出力する。
An output signal related to the output detected by the
同期コントローラ8には、エネルギコントローラ7からの信号と、放電検出器20、40から出力される各チャンバ10、30における放電開始を知らせる信号とが入力される。同期コントローラ8は、エネルギコントローラ7からの信号に基づいて、充電器11の充電電圧を制御する。ところで、発振用チャンバ10の放電と増幅用チャンバ30の放電のタイミングがずれると、発振用チャンバ10から出力されたレーザ光は増幅用チャンバ30で効率良く増幅されない。そこで、発振用チャンバ10から出力されたレーザ光(シード光)が増幅用チャンバ30内の一対の電極30a、30b間の放電領域(励起領域)に満たされたタイミングで、増幅用チャンバ30において放電する必要がある。
The
ここで、発振段レーザ100と増幅段レーザ300の放電タイミングについて説明する。
Here, the discharge timing of the
先に述べたように、発振用チャンバ10内の電極10a、10b間、及び、増幅用チャンバ30内の電極30a、30b間に、立上り時間の速い高電圧パルスを印加するために、それぞれ磁気パルス圧縮回路を有する発振用高電圧パルス発生器12と、増幅用高電圧パルス発生器32が用いられる。一般的に、各高電圧パルス発生器12、32の磁気パルス圧縮回路で用いられる磁気スイッチSR2 、SR3 は可飽和リアクトルである。主コンデンサC0 からエネルギ(電圧パルス)が転送される場合、この磁気スイッチSR2 、SR3 にかかる電圧(V:すなわち主コンデンサC0 の充電電圧)と磁気スイッチSR2 、SR3 によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの転送時間(t)との積(Vt積)の値は一定と言う関係がある。例えば、主コンデンサC0 の充電電圧が高くなると、電圧パルスの転送時間(すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間)が短くなる。
As described above, in order to apply a high voltage pulse having a fast rise time between the
ここで、図1のような2ステージレーザ装置に対して、レーザ光プロファイル断面での面内低可干渉性(空間コヒーレンス)を低くすることが必要である(特許文献3)。 Here, it is necessary to reduce the in-plane low coherence (spatial coherence) in the cross section of the laser beam profile with respect to the two-stage laser apparatus as shown in FIG. 1 (Patent Document 3).
さらに、露光機のスループット向上、微細化に伴い、積算エネルギーを高精度に安定化させる必要がある。 Furthermore, it is necessary to stabilize the accumulated energy with high accuracy as the throughput of the exposure machine is improved and miniaturized.
高スループットの要請から発振周波数を上げる必要がある。それに対して、狭い放電幅(1mmから4mm)の電極 (以降、これをエッジ電極と呼称する。) を用いる方法が、特許文献4等で提案されている。この方法を用いることで、放電に伴う放電生成物が生成される領域が狭くなり、これを除去するために必要なファン流速が低減する。そのために、高周波発振に適している。ただし、このような電極を用いた場合、エッジ部付近で急激な電界強度変化を伴う。したがって、エッジ部付近では放電が不安定になってしまう。放電が不安定になれば、生成されるゲインも不安定になり、結果として発振/増幅されるエネルギーも不安定となってしまう。
It is necessary to raise the oscillation frequency because of the demand for high throughput. On the other hand, a method using an electrode having a narrow discharge width (1 mm to 4 mm) (hereinafter referred to as an edge electrode) is proposed in
また、露光機の光学素子への負荷の観点から、発振されるパルス波形の伸長が要求されている。これに対しては、特許文献5等で提案されている放電パルスストレッチ技術がある。これによりレーザ発振のパルス幅を伸長することが可能となる。ただし、この技術を用いた場合、パルスストレッチのために励起放電を伸長させるので、放電後半は不安定になりやすく、またゲイン低下に伴い、ゲインは放電空間中央に収縮してしまう。
Further, from the viewpoint of the load on the optical element of the exposure machine, it is required to extend the oscillated pulse waveform. For this, there is a discharge pulse stretching technique proposed in
また、実際に高繰り返し発振を行った際には、寿命を持つ放電生成物の残留、放電に伴う音響波の残留、電極表面温度の上昇により、放電が不安定になりやすく、その場合、特にゲインが低い部分 (電極表面、放電幅の端) で顕著に不安定になってしまう。 Also, when high repetition oscillation is actually performed, the discharge tends to become unstable due to the remaining discharge product with a lifetime, the remaining acoustic wave accompanying the discharge, and the rise of the electrode surface temperature. It becomes extremely unstable at low gain parts (electrode surface, discharge width edge).
以上の放電の不安定性は、出力の不安定性につながってしまい、結果として積算エネルギーの安定化の障壁となっていると推測される。 The above instability of discharge leads to instability of output, and as a result, it is presumed that the accumulated energy is a barrier to stabilization.
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、MOPO方式の高安定性、高出力効率、細い線幅である利点を活かしつつ、空間コヒーレンスが低くエネルギー安定性の高い半導体露光装置用に適した2ステージレーザシステムを提供することである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to take advantage of the high stability, high output efficiency, and narrow line width of the MOPO method, while having low spatial coherence and low energy. To provide a two-stage laser system suitable for a highly stable semiconductor exposure apparatus.
上記目的を達成する本発明の2ステージレーザシステムは、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバを備えており、増幅段レーザが、ファブリペローエタロン型安定共振器と、レーザチャンバ内に配置され相互に平行で対向配置された放電励起用の一対の長尺の放電電極とを備えている2ステージレーザシステムにおいて、
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器を構成するリアミラーとフロントミラーの少なくとも一方が、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有することを特徴とするものである。
The two-stage laser system of the present invention that achieves the above object comprises an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light and amplifies and outputs the seed light. Both the oscillation stage laser and the amplification stage laser are provided with a chamber filled with laser gas, and the amplification stage laser is disposed in a Fabry-Perot etalon-type stable resonator and is disposed in the laser chamber and is opposed to each other in parallel with each other. A two-stage laser system comprising a pair of long discharge electrodes for
At least one of the rear mirror and the front mirror constituting the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser has a positive refractive power in at least one of the discharge direction and the direction orthogonal to the discharge direction. .
この場合、前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器を構成するリアミラーとフロントミラーの一方が少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有し、前記共振器の共振器長をL、正屈折力を有するミラーのその方向での曲率半径が、
0.001<L/(曲率半径)<0.77
を満足することが望ましい。
In this case, one of the rear mirror and the front mirror constituting the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser has a positive refracting power in at least one of the discharge direction or the direction orthogonal to the discharge direction, and the resonance of the resonator The radius of curvature in that direction of the mirror having positive refracting power is L
0.001 <L / (curvature radius) <0.77
It is desirable to satisfy
さらに、その場合、次の式を満足することが望ましい。 In that case, it is desirable to satisfy the following expression.
0.001<L/(曲率半径)<0.20
あるいは、次の式を満足することが望ましい。
0.001 <L / (curvature radius) <0.20
Alternatively, it is desirable that the following expression is satisfied.
0.001<L/(曲率半径)<0.03
本発明の別の2ステージレーザシステムは、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバを備えており、増幅段レーザが、ファブリペローエタロン型安定共振器と、レーザチャンバ内に配置され相互に平行で対向配置された放電励起用の一対の長尺の放電電極とを備えている2ステージレーザシステムにおいて、
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器中に、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有する透過型光学素子が配置されていることを特徴とするものである。
0.001 <L / (radius of curvature) <0.03
Another two-stage laser system of the present invention comprises an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light, amplifies the seed light, and outputs the seed light. Both the laser and the amplification stage laser are provided with a chamber filled with a laser gas. The amplification stage laser is disposed in a Fabry-Perot etalon type stable resonator and a pair of discharge excitations arranged in the laser chamber and facing each other in parallel. In a two-stage laser system comprising a long discharge electrode,
In the Fabry-Perot etalon-type stable resonator of the amplification stage laser, a transmissive optical element having a positive refractive power is disposed at least in one of the discharge direction or the direction orthogonal to the discharge direction. .
本発明のさらに別の2ステージレーザシステムは、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバを備えており、増幅段レーザが、ファブリペローエタロン型安定共振器と、レーザチャンバ内に配置され相互に平行で対向配置された放電励起用の一対の長尺の放電電極とを備えている2ステージレーザシステムにおいて、
前記発振段レーザから前記増幅段レーザへシード光を入力させる光路中に、前記増幅段レーザの少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有する光学素子が配置されていることを特徴とするものである。
Still another two-stage laser system of the present invention comprises an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light and amplifies and outputs the seed light. Both the stage laser and the amplification stage laser have a chamber filled with a laser gas. The amplification stage laser is disposed in a Fabry-Perot etalon-type stable resonator and is disposed in the laser chamber and is opposed to each other in parallel with each other. In a two-stage laser system comprising a pair of long discharge electrodes,
An optical element having a positive refracting power is disposed in at least one of the discharge direction and the direction perpendicular to the discharge direction of the amplification stage laser in an optical path for inputting seed light from the oscillation stage laser to the amplification stage laser. It is characterized by.
この場合、前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器の共振器長をLとするとき、前記光学素子の正屈折力を有する方向での屈折力が、
0<(屈折力)・L<0.18 ・・・(9)
を満足することが望ましい。
In this case, when the resonator length of the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser is L, the refractive power in the direction having the positive refractive power of the optical element is
0 <(refractive power) · L <0.18 (9)
It is desirable to satisfy
本発明のもう1つの2ステージレーザシステムは、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバを備えており、増幅段レーザが、ファブリペローエタロン型安定共振器と、レーザチャンバ内に配置され相互に平行で対向配置された放電励起用の一対の長尺の放電電極とを備えている2ステージレーザシステムにおいて、
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器中、又は、前記増幅段レーザの出力側に、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方においてビーム径を制限するスリット部材が配置されていることを特徴とするものである。
Another two-stage laser system of the present invention comprises an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light and amplifies and outputs the seed light. Both the stage laser and the amplification stage laser have a chamber filled with a laser gas. The amplification stage laser is disposed in a Fabry-Perot etalon-type stable resonator and is disposed in the laser chamber and is opposed to each other in parallel with each other. In a two-stage laser system comprising a pair of long discharge electrodes,
A slit member for limiting the beam diameter is disposed in the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser or on the output side of the amplification stage laser at least in one of the discharge direction and the direction orthogonal to the discharge direction. It is characterized by this.
以上の2ステージレーザシステムにおいて、前記発振段レーザの発振レーザ光の横モードが多モードであり、前記増幅段レーザはその多モードのレーザ光を多モードのまま増幅することが望ましい。 In the above two-stage laser system, it is desirable that the transverse mode of the oscillation laser light of the oscillation stage laser is multimode, and the amplification stage laser amplifies the multimode laser light while maintaining the multimode.
本発明の2ステージレーザシステムにおいては、増幅段レーザにおいて、放電が不安定になる領域を用いずに、安定した領域にレーザ光を集めることで、出力を大きく低下させることなく、格段にエネルギー安定性が向上する。そして、発振段レーザとして横多モード発振のものを用いることにより、空間コヒーレンスが低くエネルギー安定性の高い半導体露光装置用に適した2ステージレーザシステムを得ることができる。 In the two-stage laser system of the present invention, in the amplification stage laser, the laser beam is collected in a stable region without using the region where the discharge becomes unstable, and the energy is remarkably stabilized without greatly reducing the output. Improves. By using a transverse multimode oscillation as the oscillation stage laser, a two-stage laser system suitable for a semiconductor exposure apparatus with low spatial coherence and high energy stability can be obtained.
本発明の2ステージレーザシステムにおいては、空間コヒーレンスを低くするには、発振段レーザの横モードを多モードとし、その横モードを制限することなる増幅段レーザに入力させて多モードのまま増幅させることで、特許文献3で提案した低コヒーレンスの性能を失うことがないことを見出し、さらに、以後に説明するような安定共振器を増幅段レーザに用いることにより、よりエネルギー安定性を向上させることが可能となることを見出した。
In the two-stage laser system of the present invention, in order to reduce the spatial coherence, the transverse mode of the oscillation stage laser is set to a multimode, and is input to an amplification stage laser that restricts the transverse mode, and is amplified in the multimode. Thus, it is found that the low coherence performance proposed in
すなわち、増幅段レーザにおいて、放電が不安定になる領域を用いずに、安定した領域にレーザ光を集めることで、出力を大きく低下させることなく、格段にエネルギー安定性の向上を可能としたものである。 In other words, in an amplification stage laser, by collecting laser light in a stable region without using a region where the discharge becomes unstable, energy stability can be significantly improved without greatly reducing the output. It is.
なお、発振段レーザの放電においても同様に、放電が不安定な領域はあるが、スリットが配置されていること、及び、露光機へ出力されるのは増幅段レーザから出るエネルギーであって、発振段レーザのエネルギーの多少のふらつきは大きく問題にはならない。 Similarly, in the discharge of the oscillation stage laser, there is a region where the discharge is unstable, but the slit is disposed, and the energy output from the amplification stage laser is output to the exposure machine, Some fluctuation of the energy of the oscillation stage laser is not a big problem.
なお、予め断っておくが、特許文献6に記載のものにおいては、増幅段レーザの共振器として凹面鏡を用いたものが記載されているが、エネルギーの高安定化を趣旨としておらず、また、その凹面鏡の良好な曲率の範囲等の具体的数値も開示されていない。さらには、発振段レーザの横モードが多モード化されているものでもない。
In addition, although it refuses beforehand, in the thing of
また、高出力化のために増幅段レーザの共振器に曲率を付けた公知例は他にもあるが、何れもエネルギーの高安定化のためのものではない。 In addition, there are other known examples in which the curvature of the resonator of the amplification stage laser is increased in order to increase the output, but none is intended to stabilize the energy.
以下に、図1で示した増幅段レーザに安定共振器を用いたMOPO方式の2ステージレーザ装置の要部を説明し、それに対する本発明による変形部を実施例として説明する。 The main part of the MOPO-type two-stage laser apparatus using a stable resonator in the amplification stage laser shown in FIG. 1 will be described below, and a modified part according to the present invention will be described as an example.
図4は、特許文献3に開示された、増幅段レーザ300に平面鏡からなるリアミラー36とフロントミラー(出力ミラー)37とからなる安定共振器を用いたMOPO方式の2ステージレーザ装置の要部の側面図であり、図5はその増幅段レーザ(PO)300の平面図(a)と発振段レーザ(MO)100の平面図(b)である。
FIG. 4 shows the main part of a two-stage laser device of the MOPO type using a stable resonator composed of a
発振段レーザ100は、拡大プリズム16bと回折格子16aによって構成されてなるLNM16が兼ねるリア側ミラーとフロントミラー17とで構成されるレーザ共振器内にレーザガスが充填されたチャンバ10を備え、チャンバ10内のレーザガスを励起して利得領域を形成する放電電極10a、10bを備えて構成され、フロントミラー17は部分反射鏡として構成されている。また、出力光(シード光)のビーム径を制限するためのスリット10sがチャンバ10の前後に配置されている。
The
また、増幅段レーザ300は、リアミラー36とフロントミラー37とからなる安定共振器内にレーザガスが充填されたチャンバ30を備え、チャンバ30内のレーザガスを励起して利得領域を形成する放電電極30a、30bを備えて構成され、リアミラー36、フロントミラー37共部分反射鏡として構成されている。
The
このような構成において、発振段レーザ100の一対の放電電極10a、10b間の主放電によりチャンバ10内のレーザガスが励起されて、発振段レーザ100からシード光が発生し、伝搬ミラー42a、42bを介して増幅段レーザ300にシード光が注入される。増幅段レーザ300においても、一対の放電電極30a、30b間の発振段レーザ100と同期した主放電によりチャンバ10内のレーザガスが励起され、発振段レーザ100から入力したシード光がリアミラー36とフロントミラー37とからなる安定共振器内を多重反射する間にチャンバ10内の利得領域内を通過することで増幅されて、フロントミラー37を透過して出力レーザ光として露光装置3等に入力される。
In such a configuration, the laser gas in the
ここで、本発明に基づく第1実施例を説明する。図6は、図5(a)に対応する増幅段レーザ(PO)300の平面図であり、本実施例においては、増幅段レーザ300のレーザ共振器を平面鏡からなるフロントミラー(出力ミラー)37の部分反射鏡を凹面鏡としたものである。この場合、リアミラー36の入射側に無反射コート(反射防止コーティング)を施し、チャンバ30に近い側の全面に部分反射ミラーコーティングを施し、また、フロントミラー37の出力側に無反射コート(反射防止コーティング)を施し、チャンバ30に近い側の凹面全面に部分反射ミラーコーティングを施す。他の構成は、図4、図5の場合と同様である。なお、リアミラー36、フロントミラー37に部分反射ミラーコーティング、無反射コートを設ける点は、以後の実施例において特に断らない限り同様である。
Now, a first embodiment according to the present invention will be described. FIG. 6 is a plan view of an amplification stage laser (PO) 300 corresponding to FIG. 5A. In this embodiment, the laser resonator of the
本発明者の試験において、フロントミラー37の曲率半径として、5m及び20mとすることで、従来の平面鏡をフロントミラー37に用いることに対して、大幅なエネルギーの安定性を実現できた。図7及び図8にその試験結果を示す。横軸は出力レーザ光のエネルギーE、縦軸はそのばらつき(標準偏差)σである。
In the test conducted by the present inventor, by setting the curvature radius of the
フロントミラー37の曲率半径が5m若しくは20mの凹面鏡を用いることで、従来の平面鏡を用いる場合に比べて、エネルギーばらつきσが略半減された。なお、このときの共振器長は1.0mであった。
By using a concave mirror having a curvature radius of 5 m or 20 m for the
このようなエネルギーばらつきの減少の原因としては 増幅段レーザ300のレーザ共振器の凹面鏡37でレーザビームを絞ることにより、放電の不安定な領域である放電領域端部を使用しなくなったことが効いていると推定される。
The cause of such a decrease in energy variation is that the laser beam is narrowed by the
ここで、放電領域端部とは、図9(a)に図4と同様の構成の2ステージレーザ装置の側面図、図9(b)に図9(a)の直線A−A’に沿う断面図に示すように、増幅段レーザ300の放電電極30a、30b間に形成される放電領域Xの周辺の領域であって、電極30a、30b表面近傍、及び、放電領域Xの放電幅方向(図9(b))の両端部ある。すなわち、放電領域Xの光軸方向の周囲を囲む領域である。これらの領域では、放電動作における電界分布が不均一であるので、放電により生成される反転分布も不均一となる。その結果、当該領域での増幅量が各パルス毎にばらつくので、エネルギー安定性が悪化してしいると推定される。
Here, the discharge region end is a side view of a two-stage laser apparatus having the same configuration as that of FIG. 4 in FIG. 9A and FIG. 9B is along a straight line AA ′ of FIG. 9A. As shown in the cross-sectional view, the region around the discharge region X formed between the
この放電不安定領域は、特にパルスの後半部程顕著であるので、エネルギーばらつきの安定性悪化抑制には、特にパルス後半部でこの放電不安定領域を使用しないようにすることが肝心であると推定される。 This unstable discharge region is particularly prominent in the latter half of the pulse. Therefore, it is important not to use this unstable discharge region in the latter half of the pulse, especially in order to suppress the deterioration of the stability of energy dispersion. Presumed.
一般的に、レーザビームは、ビームウエストと拡がり角を持ち、ここで、図10(a)に示すように、発振段レーザ100からの増幅段レーザ300への注入光(シード光)YのビームウエストサイズをW[mm]、ビーム拡がり角(全角) をΔθ[mrad]とする。なお、本発明においては、発振段レーザ100としては、空間コヒーレンスを低くするために横モードが多モードのものを用いており、注入光Yの横モードは多モードのままである。
In general, a laser beam has a beam waist and a divergence angle. Here, as shown in FIG. 10A, a beam of injection light (seed light) Y from the
このビームYがA[m]伝搬したときのビーム幅W’[mm]は、
W’=W+A・Δθ ・・・(1)
で概略得られる。
The beam width W ′ [mm] when this beam Y propagates A [m] is
W ′ = W + A · Δθ (1)
Is roughly obtained.
なお、ビームウエストサイズW及びその位置は、図10(b)に示すように、発振段レーザ100から出射直後の注入光Y中に凸レンズ301を配置し、凸レンズ301で結ばれる最小スポットサイズとその位置から凸レンズ301の結像関係に基づいて見積もることが可能となる。なお、図10(b)の場合は、ビームウエストの位置が仮想的に発振段レーザ100の背後に位置する場合である。
As shown in FIG. 10B, the beam waist size W and its position are determined by arranging a
図4のように、増幅段レーザ300のレーザ共振器に平面ミラー−平面ミラーを用いたときは、その共振器内部での屈折力がない。増幅段レーザ共振器をn回往復している場合は、共振器長をL[m]とすると、総計2n・L[m]伝搬させたことに略等しい。
As shown in FIG. 4, when a plane mirror-plane mirror is used for the laser resonator of the
図11は、増幅段レーザ共振器内の注入光Yの多重反射を考慮して展開して示した図である。以下で、2通りの観点から検討を行う。 FIG. 11 is a developed view in consideration of the multiple reflection of the injection light Y in the amplification stage laser resonator. In the following, the examination is performed from two viewpoints.
第1点目:
上記したように、放電領域端部の領域をビームが通らないことが望ましい。そこで、共振器をn往復させたときの光束の幅を考える。
First point:
As described above, it is desirable that the beam does not pass through the region at the end of the discharge region. Therefore, the width of the light beam when the resonator is reciprocated n times is considered.
ここで、増幅段レーザ共振器に入る前、ビームウエストからL0 [m]の位置に屈折力φ[m-1](=1/f[m]。ただし、fはレンズの焦点距離)のレンズを置いて、その後L1 [m]伝搬した後のビーム光束幅W’[mm]について考える。 Here, before entering the amplification stage laser resonator, the refractive power φ [m −1 ] (= 1 / f [m], where f is the focal length of the lens) at the position L 0 [m] from the beam waist. Consider the beam flux width W ′ [mm] after placing the lens and then propagating L 1 [m].
このとき、光線伝達行列(光線行列)を用いると、簡単に表記できる。 At this time, it can be simply expressed by using a ray transmission matrix (ray matrix).
例えば、入射されてからn.5(1.5、2.5、・・・・、10.5等)往復したときのフロントミラーFM(37)位置での入射位置,入射角度(x,θ) に対しての、出射位置,出射角度(x’,θ’) は、 For example, n. 5 (1.5, 2.5,..., 10.5, etc.) The incident position at the position of the front mirror FM (37) when reciprocating, the emission position with respect to the incident angle (x, θ) , The exit angle (x ', θ') is
n往復したときのリアミラーRM(36)位置での出射位置,出射角度(x’,θ’) は、
The exit position and exit angle (x ′, θ ′) at the position of the rear mirror RM (36) when reciprocating n times are
さらに、n往復して、リアミラーRMで反射されて,共振器を半分通過した位置でのビームは、 Furthermore, the beam at the position after reciprocating n and reflected by the rear mirror RM and passing through the half of the resonator is
さて、 Now,
Max(W/2)=|An |・|W/2|+|Bn |・|Δθ/2|
したがって
Max(W)=|An |・|W|+|Bn |・|Δθ| ・・・(2)
となる。
Max (W / 2) = | An ||| W / 2 | + | Bn | · | Δθ / 2 |
Therefore, Max (W) = | An ||| W | + | Bn | · | Δθ | (2)
It becomes.
代表点として、リアミラーRM位置(a)、フロントミラーFM位置(b)、及び、共振器の中間位置(c)に着眼し、着眼した往復回数を経てフロントミラーFMから出射されるまでの最大のビーム最大幅を計算する(図12)。 As representative points, focus on the rear mirror RM position (a), the front mirror FM position (b), and the intermediate position (c) of the resonator, and the maximum number of times until the light is emitted from the front mirror FM through the number of round trips The maximum beam width is calculated (FIG. 12).
また、フロントミラーFMに曲率を付けた場合(図6)の最大光束の変化の様子を図13の展開図に示す。 FIG. 13 is a development view showing how the maximum light flux changes when the front mirror FM is curved (FIG. 6).
計算の1例を示す。入射条件として、放電に直交する方向のみを考えて、初期ビーム幅4mm、初期ダイバージェンス(ビーム拡がり角)1mradとした。共振器長は1mで、L0 =0、8.5往復させたときの各往復回数における共振器鏡及びゲイン中心部での最大ビーム光束の幅を見積もった。これが大きくなるということは、ビームが広がる傾向にあり、放電空間からのケラレが大きくなり、また、放電領域端部でのゲインも相対的に大きくなる。計算結果を図14に示す。横軸はフロントミラーFMの曲率半径Rの逆数、縦軸は最大ビーム光束の幅である。 An example of calculation is shown. Considering only the direction perpendicular to the discharge as the incident condition, the initial beam width was 4 mm and the initial divergence (beam divergence angle) was 1 mrad. The resonator length was 1 m, and the width of the maximum beam flux at the resonator mirror and the gain center portion at each reciprocation number when L 0 = 0 and 8.5 reciprocation was estimated. When this increases, the beam tends to expand, vignetting from the discharge space increases, and the gain at the end of the discharge region also increases relatively. The calculation results are shown in FIG. The horizontal axis represents the reciprocal of the radius of curvature R of the front mirror FM, and the vertical axis represents the maximum beam flux width.
ここで、光がL=1mの共振器を8.5往復するとき、17mの伝搬距離となり、伝搬時間は57nsであり、放電からの発光時間を考えると、一般にはパルスの後半部に相当する。 Here, when the light reciprocates 8.5 times in the resonator of L = 1 m, the propagation distance is 17 m, the propagation time is 57 ns, and generally corresponds to the second half of the pulse in consideration of the light emission time from the discharge. .
図14の計算結果から分かるように、平面のフロントミラー(1/R=0)を使用した場合に比べて、ビーム光束の幅が低減するのは、曲率半径Rとして1m〜∞mの凹面鏡を適用した場合であり、より良好には1.2m〜25mの間の曲率半径とするのがよい。 As can be seen from the calculation result of FIG. 14, the width of the beam is reduced compared to the case of using a flat front mirror (1 / R = 0) by using a concave mirror having a curvature radius R of 1 m to ∞ m. It is a case where it applies, and it is good to set it as the curvature radius between 1.2m-25m better.
この特性は、考慮する往復回数や初期ビーム光束の幅、ダイバージェンス等により多少の変化が出てくるが、良好な領域は略同じ領域となる。 This characteristic varies slightly depending on the number of round trips taken into consideration, the width of the initial beam light flux, the divergence, etc., but the good region is substantially the same region.
なお、典型的な曲率(=1/R)における伝搬距離とビーム光束幅との関係を図15(a)〜(f)に示す。 In addition, the relationship between the propagation distance and beam beam width at a typical curvature (= 1 / R) is shown in FIGS.
また、着眼する最終往復回数を変化させたときの図14と同様の特性を図16に示す。図16から分かるように、着眼往復回数による影響はそれ程大きくない。 Further, FIG. 16 shows the same characteristics as FIG. 14 when the final round-trip number to be noticed is changed. As can be seen from FIG. 16, the influence of the number of reciprocation points is not so great.
第2点目:
2点目の検討は、光線追跡による検討である。1点目の検討は非常に簡易的ではあるが、粗いためにきちんと計算を行った。すなわち、所定の往復回数光線を追跡し、所定のスリットを透過する割合の計算をフロントミラーFMの曲率を変えて行った。結果を図17に示す。この計算の前提として、ビームウエストサイズの縦横サイズを4mm×16mm、ビーム拡がり角を1mrad、共振器長L=1m、ビームウエストから増幅段レーザ共振器までの距離L0 =1mとし、縦横サイズ4mm×16mmのスリットがリアミラー36とフロントミラー37に相当する位置に配置されているとしている。
Second point:
The second study is based on ray tracing. Although the first study was very simple, it was calculated properly because it was rough. That is, a predetermined number of times of reciprocation was traced, and the ratio of transmission through a predetermined slit was calculated by changing the curvature of the front mirror FM. The results are shown in FIG. As a premise of this calculation, the vertical and horizontal sizes of the beam waist size are 4 mm × 16 mm, the beam divergence angle is 1 mrad, the resonator length L = 1 m, the distance L 0 = 1 m from the beam waist to the amplification stage laser resonator, and the vertical and horizontal size is 4 mm. A slit of x16 mm is arranged at a position corresponding to the
このような配置において、放電領域端部を通過させないとの本発明の趣旨より、所定の往復回数を透過させたときの透過率が高いことが望ましいと言える。図17の結果は、図16の最大光束の図と比較すると、安定に使用可能な曲率1/Rの範囲が0より大きく、1より小さく、その間で0に近い領域程良いと言う意味で、両者が合致していることがよく分かる。
In such an arrangement, it can be said that it is desirable that the transmittance is high when a predetermined number of reciprocations are transmitted, from the gist of the present invention that the discharge region end is not passed. The results of FIG. 17 mean that the range of the
したがって、今後の検討は、より簡易的に1点目の光線伝達行列を用いる方式により進める。 Therefore, future studies will proceed more simply by using the first ray transfer matrix.
さて、光線伝達行列で考えた場合、図13の各パラメータにおいて、規定されたW、Δθ、L0 、Lにおいて、
α=Δθ・L/W,
β=L0 /L
となるような新規パラメータを考えると、共振器長Lで規格化したミラーの曲率L/Rに対しての最大光束の依存特性が一意に表記できる。なお、ここで、αはビームウエストサイズと拡がり角に関係するもので、入射ビームの形状パラメータと呼ぶべきものであり、βはビームウエストの位置を共振器長Lで規格化したものでビームウエストの相対位置パラメータと呼ぶべきものである。
Now, when considered in terms of the ray transfer matrix, in each parameter of FIG. 13, in the defined W, Δθ, L 0 , L,
α = Δθ · L / W,
β = L 0 / L
Considering such a new parameter, the dependence characteristic of the maximum luminous flux on the curvature L / R of the mirror normalized by the resonator length L can be uniquely described. Here, α is related to the beam waist size and the divergence angle and should be called the shape parameter of the incident beam, and β is the beam waist position normalized by the resonator length L. Should be called relative position parameters.
典型的な計算結果を図18に示す。ここでは、縦軸を最大光束の絶対値でなく、最大光束が最小となるときを1として規格化した数値で表示しある。このときの最小となる最大光束に対して大きくなる程度で、規格化したミラーの曲率L/Rの良好な範囲を決定することができる。 A typical calculation result is shown in FIG. Here, the vertical axis is not the absolute value of the maximum luminous flux, but is a numerical value normalized as 1 when the maximum luminous flux is minimum. In this case, the range of the standardized curvature L / R of the mirror can be determined so as to increase with respect to the minimum maximum luminous flux.
例えば、最大光束が最小となるときに対して最大光束がその2倍になるまで許容する場合は、図19に示すように、α, βの値によって良好な曲率範囲が決定される。典型的なレーザを考えた場合、β=〜10、α=0.1〜1であるので、
0.001<L/R<0.77 ・・・(3)
とするのがよい。
For example, in the case where the maximum luminous flux is allowed to be double that of when the maximum luminous flux is minimum, a favorable curvature range is determined by the values of α and β as shown in FIG. Considering a typical laser, β = ˜10, α = 0.1-1,
0.001 <L / R <0.77 (3)
It is good to do.
仮に、共振器長L=1mであれば、ミラーの曲率半径Rとして1.3m〜1000mのものを使用するのが望ましい。 If the resonator length L = 1 m, it is desirable to use a mirror having a radius of curvature R of 1.3 m to 1000 m.
これが、最大光束が最小となるときに対して最大光束がその1.5倍になるまで許容する場合は、
0.004<L/R<0.61 ・・・(4)
が良好な範囲となる。
If this is allowed until the maximum luminous flux is 1.5 times that when the maximum luminous flux is minimum,
0.004 <L / R <0.61 (4)
Is a good range.
ここで、図20に、図6の本発明に基づく第1実施例の増幅段レーザ300の変形例を示す。図20は、図5(a)に対応する増幅段レーザ(PO)300の平面図であり、図6の例と図20の例とでは、チャンバ30に設けるウィンドウ30eと30fの向きが異なる。図6の場合は、リア側のウィンドウ30eとフロント側のウィンドウ30fとは光軸に対して反対側に傾いて設置されているが、図6の場合は、リア側のウィンドウ30eとフロント側のウィンドウ30fとは相互に略平行に設置されている。以下の実施例においても同様であって、チャンバ30に設けるウィンドウ30eと30fの設置角及び傾き方向は任意である。
Here, FIG. 20 shows a modification of the
また、増幅段レーザ300のフロントミラー37に付与する曲率を設ける方向は任意である。図21(a)に平面図、(b)に側面図を示すように、フロントミラー37に球面鏡を用いて放電方向及び放電方向に直交する方向の両方に曲率を付けるようにしてもよい。
The direction in which the curvature to be applied to the
また、図22、図23に図21と同様の図を示すように、フロントミラー37にシリンドリカル鏡を用いて、放電方向のみ(図22)、若しくは、放電方向に直交する方向のみ(図23)に曲率を付けて、前者の場合は電極30a、30b表面近傍の放電が不安定な領域をビームが通らないようにし、後者の場合は放電幅方向の両端部の放電が不安定な領域をビームが通らないようにしてもよい。このときの良好な曲率半径Rの範囲は上に示した通りである。なお、シリンドリカル鏡の代わりに直交する2方向で曲率が異なるトーリック反射面を使用して、放電方向と放電方向に直交する方向で通過を避ける領域に差を持たせるようにしてもよい。何れにしても、放電領域端部の不安定な領域の使用を回避することができ、エネルギー安定性が大幅に向上する。
Further, as shown in FIGS. 22 and 23, a cylindrical mirror is used as the
以降の実施例においては、代表してある方向に曲率を付けた場合の実施例に関して説明を行うが、上記のように直交する2方向において等しい曲率を付けた球面鏡(若しくは、レンズ)を用いてもよいし、放電方向のみに曲率を付けてもよいし、放電方向と放電方向に直交する方向に異なる曲率が付けるようにしてもよい。 In the following embodiments, a description will be given with respect to an embodiment in which curvature is given in a representative direction. However, as described above, a spherical mirror (or lens) having the same curvature in two orthogonal directions is used. Alternatively, the curvature may be given only in the discharge direction, or different curvatures may be given in the direction orthogonal to the discharge direction.
図6、図20に示した実施例においては、図24(a)に示すように、フロントミラー37から取り出される出力レーザ光400が主としてフロントミラー37で反射されるときに大きく広がってしまい、露光機等への伝搬時にビームがケラレてしまう問題が生じるときがある。このような問題を解消するために、図24(b)に示すように、フロントミラー37出射後に適切な補正レンズ305を配することで、出力レーザ光400の拡がりを抑えることが可能である。このレンズ305においては、損失低減、反射光による寄生発振を防ぐために、両面に無反射コート(反射防止コーティング)を施すのがよい。
In the embodiment shown in FIGS. 6 and 20, as shown in FIG. 24A, the
図25に、典型的な条件における補正レンズありなしでの出射角度の違いを示す。縦軸は、図4、図5の平面鏡からなる増幅段レーザ共振器を使用した場合であって補正レンズを使用しない場合の出力レーザ光の拡がり角に対する最大出射角度比をとっている。上述したように、この角度は大きくなりすぎると問題が生じ、許容範囲がある。例えば、平面鏡からなる増幅段レーザ共振器を使用した場合に対して5倍まで許容できる場合は、補正レンズがない場合は、図25から、
L/R<0.15 であったものが、補正レンズ305を入れた場合、
L/R<0.20 ・・・(5)
とすることができ、許容範囲が広がる。
FIG. 25 shows the difference in emission angle with and without a correction lens under typical conditions. The vertical axis represents the maximum emission angle ratio with respect to the divergence angle of the output laser beam when the amplification stage laser resonator including the plane mirrors of FIGS. 4 and 5 is used and the correction lens is not used. As described above, if this angle becomes too large, a problem occurs and there is an allowable range. For example, when an amplification stage laser resonator composed of a plane mirror can be used up to 5 times, when there is no correction lens, from FIG.
When L / R <0.15 but the correction lens 305 is inserted,
L / R <0.20 (5)
And the allowable range is widened.
これが2倍まで許容できる場合は、
L/R<0.03 ・・・(6)
となる。
If this is acceptable up to 2 times,
L / R <0.03 (6)
It becomes.
図18の最大光束と図25の出射角度との制約から許容範囲を決めれば、出力レーザ光の拡がり角の問題を解決し、かつ、本発明の目的であるエネルギーばらつきの安定性を良くすることが可能となる。典型的には、出射角度の制約がよりきついので、この制約から決まる上限と、最大光束の制約から決まる下限から、例えば、(3)式と(5)式から、
0.001<L/R<0.20 ・・・(7)
となり、(3)式と(6)式から、
0.001<L/R<0.03 ・・・(8)
となる。
If the allowable range is determined from the restriction between the maximum luminous flux in FIG. 18 and the emission angle in FIG. 25, the problem of the divergence angle of the output laser beam can be solved, and the stability of the energy variation which is the object of the present invention is improved. Is possible. Typically, since the output angle is more restrictive, from the upper limit determined from this limit and the lower limit determined from the maximum light flux constraint, for example, from (3) and (5),
0.001 <L / R <0.20 (7)
From (3) and (6),
0.001 <L / R <0.03 (8)
It becomes.
何れにしても、(7)式又は(8)式を満たすように、フロントミラー37に曲率を付けることで、エネルギーばらつきの安定性を良くし、かつ、出力レーザ光の拡がりを抑えることができる。
In any case, by adding a curvature to the
図26は、上記のような補正レンズ305に必要な屈折力(焦点距離(m)の逆数)を示す。 FIG. 26 shows the refractive power (reciprocal of the focal length (m)) necessary for the correction lens 305 as described above.
なお、図24のようにフロントミラー37出射側に補正レンズ305を配する代わりに、図27に示すように、補正レンズ305に相当する屈折力を持つようにフロントミラー37の出射面306に曲率を付けるようにしてもよい。
24, instead of providing the correction lens 305 on the exit side of the
また、図6若しくは図24の代わりに、図28に示すように、フロントミラー37としてリアミラー36側に凸面を向けた両凸正レンズあるいは凸平正レンズ307を用意し、以上の例のフロントミラー37とは逆に、入射面に無反射コート(反射防止コーティング)を施し、出射面に部分反射ミラーコーティングを施すようにしてもよい。これにより、出射時に多少の屈折力を付与することができるので、多少の拡がりの補正が可能となる。もちろん、これに外部の補正レンズ305(図24)を組み合わせてもよい。
Also, instead of FIG. 6 or FIG. 24, as shown in FIG. 28, a biconvex positive lens or convex plano positive lens 307 having a convex surface facing the
次に、本発明に基づく第2実施例を説明する。本実施例においては、図29に示すように、増幅段レーザ300のレーザ共振器において、リアミラー36の部分反射鏡を凹面とするものである。この部分反射鏡の凹面の良好な曲率範囲に関しては、第1実施例と同様にして算出され、(3)式〜(8)式がそのまま適用できる。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 29, in the laser resonator of the
また、図22、図23の場合と同様に、リアミラー36にシリンドリカル鏡を用いて、放電方向のみ(図22参照)、若しくは、放電方向に直交する方向のみ(図23参照)に曲率を付けて、前者の場合は電極30a、30b表面近傍の放電が不安定な領域をビームが通らないようにし、後者の場合は放電幅方向の両端部の放電が不安定な領域をビームが通らないようにしてもよい。このときの良好な曲率半径Rの範囲は上に示した通りである。なお、シリンドリカル鏡の代わりに直交する2方向で曲率が異なるトーリック反射面を使用して、放電方向と放電方向に直交する方向で通過を避ける領域に差を持たせるようにしてもよい。何れにしても、放電領域端部の不安定な領域の使用を回避することができ、エネルギー安定性が大幅に向上する。
Similarly to the case of FIGS. 22 and 23, a cylindrical mirror is used as the
図29の変形例として、図30に示すように、リアミラー36のシード光注入側の面308に曲率を付けてリアミラー36の透明基板の屈折力が小さくなるようにしてもよい。また、図31に示すように、リアミラー36としてシード光注入側に凸面を向けた凸平正レンズあるいは両凸正レンズ309を用意し、以上の例のリアミラー36とは逆に、入射面に部分反射ミラーコーティングを施し、フロントミラー37側の面に無反射コート(反射防止コーティング)を施すようにしてもよい。
As a modification of FIG. 29, as shown in FIG. 30, the refractive power of the transparent substrate of the
この場合も、リアミラー36にシリンドリカル鏡を用いて、放電方向のみ(図22参照)、若しくは、放電方向に直交する方向のみ(図23参照)に曲率を付けて、前者の場合は電極30a、30b表面近傍の放電が不安定な領域をビームが通らないようにし、後者の場合は放電幅方向の両端部の放電が不安定な領域をビームが通らないようにしてもよい。このときの良好な曲率半径Rの範囲は上に示した通りである。なお、シリンドリカル鏡の代わりに直交する2方向で曲率が異なるトーリック反射面を使用して、放電方向と放電方向に直交する方向で通過を避ける領域に差を持たせるようにしてもよい。何れにしても、放電領域端部の不安定な領域の使用を回避することができ、エネルギー安定性が大幅に向上する。
Also in this case, a cylindrical mirror is used as the
次に、本発明に基づく第3実施例を説明する。本実施例においては、図32に示すように、第1、第2実施例を組み合わせたもので、増幅段レーザ300のレーザ共振器において、フロントミラー37及びリアミラー36に曲率を付けて凹面鏡とするものである。各々のミラーの曲率の組み合わせに関しては、第1実施例、第2実施例について説明した範囲であればよい。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 32, the first and second embodiments are combined. In the laser resonator of the
具体的な計算結果で得られた良好な範囲を示す。ただし、この計算には、1点目の光線伝達行列を用いる方式によった。ただし、簡便上、gパラメータを用いた表記とする。ここで、g=1−L・f/2=1−L/Rで定義されるパラメータである(特許文献7参照)。 A good range obtained by specific calculation results is shown. However, this calculation was based on the method using the first ray transmission matrix. However, for the sake of simplicity, the g parameter is used. Here, it is a parameter defined by g = 1−L · f / 2 = 1−L / R (see Patent Document 7).
フロントミラー37のgパラメータをgfとして縦軸に、リアミラー36のgパラメータをgrとして横軸にとり、図18と同様に、最大光束が最小となるときを1として規格化したときの最大光束の値を変数にとった場合のgパラメータの範囲は図33のようになる。最大光束が最小となるときに対して最大光束がその2倍になるまで許容する場合は、図33の×2の範囲になる。3倍になるまで許容する場合は×3の範囲、4倍になるまで許容する場合は×4の範囲になる。この領域は「安定共振器」として知られる条件:
0≦gf・gr≦1
に略一致する。
The value of the maximum luminous flux when normalized with the g parameter of the
0 ≦ gf · gr ≦ 1
It almost matches.
さらに、その中でも特性が良好な範囲は×2の範囲になる。例えば、その範囲内のgf=gr=0.6、すなわち、共振器長L=1mの場合であれば、フロントミラー37、リアミラー36共に曲率半径2.5mとすると、エネルギー安定性が良好な2ステージレーザシステムが得られる。
Furthermore, among these, the range with good characteristics is the range of x2. For example, if gf = gr = 0.6 within the range, that is, the resonator length L = 1 m, the energy stability is good if the curvature radius is 2.5 m for both the
なお、第1実施例、第2実施例は、本実施例の1例と言うことができ、図33に示したそれぞれex1、ex2が第1実施例、第2実施例の望ましい範囲になる。 The first embodiment and the second embodiment can be said to be an example of the present embodiment, and ex1 and ex2 shown in FIG. 33 are the desired ranges of the first embodiment and the second embodiment, respectively.
また、図34に図21と同様の図を示すように、放電方向の曲率をリアミラー36のみに付与してシリンドリカル凹面鏡とし、放電方向に直交する方向の曲率をフロントミラー37のみに付与してシリンドリカル凹面鏡とするような構成をとってもよい。
Further, as shown in FIG. 34, the curvature in the discharge direction is given only to the
また、略安定共振器の条件を満たすのであれば、図35に示すように、フロントミラー37が凹面の相対的により強い曲率を持ち、リアミラー36が凸面の相対的により弱い曲率を持つ構成(図33の“A”の位置に対応)や、図36に示すように、その逆で、リアミラー36が凹面の相対的により強い曲率を持ち、フロントミラー37が凸面の相対的により弱い曲率を持つ構成(図33の“B”の位置に対応)とすることも可能である。
If the conditions of the substantially stable resonator are satisfied, as shown in FIG. 35, the
次に、本発明に基づく第4実施例を説明する。本実施例においては、図37に示すように、フロントミラー37、リアミラー36は平面として、その平面−平面からなる共振器内部に正レンズ310を挿入するものであり、その正レンズ310の屈折力は、フロントミラー37又はリアミラー36に凹面鏡を用いる第1実施例、第2実施例と同様の範囲であればよい。
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 37, the
例えばリアミラー36近傍に焦点距離f=10mのレンズ310を配置することは、上記第2実施例において曲率半径R=10mのリアミラーを配置することと略同様の効果がある。
For example, disposing the
同様に、フロントミラー37近傍に焦点距離f=10mのレンズ310を配置することは、上記第1実施例において曲率半径R=10mのフロントミラーを配置することと略同様の効果がある。
Similarly, disposing the
なお、正レンズ310の両面は、損失低減と寄生発振防止のために、無反射コートを施すことが望ましい。
Note that it is desirable to apply a non-reflective coating on both surfaces of the
この実施例でも、これまでに示したように、シリンドリカルレンズを用いて放電方向、放電方向に直交する方向の何れか一方向のみに屈折力を付与する構成としてもよい。 In this embodiment as well, as described above, a refractive power may be applied only in one direction of the discharge direction and the direction orthogonal to the discharge direction using a cylindrical lens.
また、本実施例を上記第1実施例〜第3実施例と併用するようにしてもよい。 Further, this embodiment may be used in combination with the first to third embodiments.
次に、第4実施例の変形例に関して説明する。この変形例は、図38に示すように、増幅段レーザ共振器内部に入れて最大光束を絞る上記のような正レンズ310として、チャンバ30に設けるウィンドウ30e、30fと兼用させるものである。その正レンズ310の屈折力は、フロントミラー37又はリアミラー36に凹面鏡を用いる第1実施例、第2実施例と同様の範囲であればよい。
Next, a modification of the fourth embodiment will be described. In this modified example, as shown in FIG. 38, the
例えば、チャンバウインドウ30e、30fの両方に焦点距離f=20mの正レンズ310を配置すれば、第1実施例において曲率半径R=10mのフロントミラー37を配置することと略同様の効果がある。
For example, if the
次に、本発明に基づく第5実施例を説明する。この実施例は、図39に示すように、増幅段レーザ共振器として平面鏡のリアミラー36とフロントミラー37とからなる共振器を用いるものであるが、発振段レーザ100からシード光が増幅段レーザ300に注入される前の位置に正レンズ311を配するものである。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 39, a resonator composed of a
α=0.1、β=10の場合の正レンズ311の屈折力に対する最大光束幅(a)と最大出射角度(b)との関係を図40に示す。
FIG. 40 shows the relationship between the maximum luminous flux width (a) and the maximum emission angle (b) with respect to the refractive power of the
また、α=1、β=10の場合の同様の図を図41に示す。 FIG. 41 shows a similar diagram when α = 1 and β = 10.
これから、最大光束幅が改善される領域は、例えば、
0<(屈折力)・L<0.18 ・・・(9)
であることが望ましい。
From this, the region where the maximum luminous flux width is improved is, for example,
0 <(refractive power) · L <0.18 (9)
It is desirable that
次に、本発明に基づく第5実施例の変形例に関して説明する。この変形例は、図42に示すように、増幅段レーザ300に注入される前に配置されている伝搬ミラー42b等に曲率を付与して屈折力を与えるようにしてもよい。そのときに付与する屈折力は第5実施例に準じて調整を行えばよい。
Next, a modification of the fifth embodiment according to the present invention will be described. In this modified example, as shown in FIG. 42, a refractive power may be given by giving a curvature to the propagation mirror 42b or the like arranged before being injected into the
また、図43に示すように、増幅段レーザ300のリアミラー36の基板を正レンズ311に兼用させるようにしてもよい。
As shown in FIG. 43, the substrate of the
さらには、図44に示すように、発振段レーザ100のフロントミラー17の基板を正レンズ311に兼用させるようにしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 44, the substrate of the
さらには、図45に示すように、図示してない第1モニタモジュール19(図1参照)へのビームサンプリング鏡191の基板を正レンズ311に兼用させるようにしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 45, the substrate of the
もちろん、全体での屈折力が適切な範囲になるのであれば、以上の図39、図42〜図45を併用させてもよい。 Of course, as long as the overall refractive power falls within an appropriate range, the above-described FIGS. 39 and 42 to 45 may be used in combination.
また、放電方向と放電方向に直交する方向とは、ビーム幅が異なり、適切な屈折力がずれてくるので、それぞれに合わせて別々に屈折力を付与するようにしてもよい。これは以上を組み合わせることで、容易に構成できる。 Further, since the beam width is different between the discharge direction and the direction orthogonal to the discharge direction, and the appropriate refractive power is deviated, the refractive power may be applied separately according to each. This can be easily configured by combining the above.
次に、本発明に基づく第6実施例を説明する。この実施例は、図46に示すように、増幅段レーザ共振器内にスリット30s、30s’を配置したものである。放電安定性が良好でない部分(放電領域端部)を遮断して、その部分での増幅を防ぐことにより、出力低下を最低限に抑え、ばらつき安定性を格段に向上させることが可能となる。なお、このときのスリット幅は、例えば放電方向(図47)であれば、放電ギャップに対して2mm程度狭くするのがよい。 Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 46, slits 30s and 30s' are arranged in the amplification stage laser resonator. By blocking the portion where the discharge stability is not good (the end portion of the discharge region) and preventing amplification at that portion, it is possible to minimize the decrease in output and greatly improve the dispersion stability. Note that the slit width at this time is preferably about 2 mm narrower than the discharge gap in the discharge direction (FIG. 47), for example.
上記程改善効果が顕著ではないが、図48に示すように、増幅段レーザ300出射後に適切なスリット30sを配置してもよい。
Although the improvement effect is not so remarkable as described above, an
以上、本発明の2ステージレーザシステムをその原理と実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形をすることが可能である。 Although the two-stage laser system of the present invention has been described based on the principle and embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified.
2…2ステージレーザ装置
3…露光装置
5…ユーティリティコントローラ
6…波長コントローラ
7…エネルギコントローラ
8…同期コントローラ
10…発振用チャンバ
10a、10b…一対の電極(カソード電極及びアノード電極)
10c…クロスフローファン
10d…熱交換器
10e、10f…ウィンドウ
10s…スリット
11…充電器
12…発振用高電圧パルス発生器
14…ガス供給・排気ユニット
15…冷却水供給ユニット
16…狭帯域化モジュール(LNM)
16b…拡大プリズム
16a…回折格子
17…フロントミラー
19…第1モニタモジュール
20…放電検出部
21…ドライバ
30…増幅用チャンバ
30a、30b…一対の電極(カソード電極及びアノード電極)
30c…クロスフローファン
30d…熱交換器
30e、10f…ウィンドウ
30s、30s’…スリット
31…充電器
32…発振用高電圧パルス発生器
34…ガス供給・排気ユニット
35…冷却水供給ユニット
36…リアミラー
37…フロントミラー(出力ミラー)
39…第2モニタモジュール
40…放電検出器
42…ビーム伝搬部
42a、42b…伝搬ミラー
51…出力モニタ
52…コントローラ
91…第1電極
92…誘電体チューブ
93…第2電極
100…発振段レーザ
191…ビームサンプリング鏡
300…増幅段レーザ
301…凸レンズ
305…補正レンズ
306…フロントミラーの出射面
307…両凸正レンズ又は凸平正レンズ
308…リアミラーのシード光注入側の面
309…凸平正レンズ又は両凸正レンズ
310…正レンズ
311…正レンズ
400…出力レーザ光
SR1 、SR2 、SR3 …磁気スイッチ
SW…固体スイッチ
Tr1…昇圧トランス
C0 …主コンデンサ
L1 …リアクトル
C1 、C2 …コンデンサ
Cp …ピーキングコンデンサ
Pl …圧力センサ
Tl …温度センサ
P2 …圧力センサ
T2 …温度センサ
X…放電領域
Y…注入光(シード光)
FM…フロントミラー
RM…リアミラー
DESCRIPTION OF
10c ...
16b ... Magnifying prism 16a ...
30c ...
39 ...
FM ... Front mirror RM ... Rear mirror
Claims (9)
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器を構成するリアミラーとフロントミラーの少なくとも一方が、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有することを特徴とする2ステージレーザシステム。 It consists of an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light, amplifies the seed light, and outputs it. Both the oscillation stage laser and the amplification stage laser are filled with a laser gas. The amplification stage laser includes a Fabry-Perot etalon-type stable resonator, and a pair of long discharge electrodes for discharge excitation disposed in parallel and facing each other in the laser chamber. In a two-stage laser system,
A two-stage laser characterized in that at least one of a rear mirror and a front mirror constituting a Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser has a positive refracting power in at least one of a discharge direction and a direction perpendicular to the discharge direction. system.
0.001<L/(曲率半径)<0.77
を満足することを特徴とする請求項1記載の2ステージレーザシステム。 One of the rear mirror and the front mirror constituting the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser has a positive refractive power in at least one of the discharge direction or the direction orthogonal to the discharge direction, and the resonator length of the resonator is L, the radius of curvature of the mirror having positive refractive power in that direction is
0.001 <L / (curvature radius) <0.77
The two-stage laser system according to claim 1, wherein:
0.001<L/(曲率半径)<0.20 3. The two-stage laser system according to claim 2, wherein the following expression is satisfied.
0.001 <L / (curvature radius) <0.20
0.001<L/(曲率半径)<0.03 3. The two-stage laser system according to claim 2, wherein the following expression is satisfied.
0.001 <L / (radius of curvature) <0.03
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器中に、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有する透過型光学素子が配置されていることを特徴とする2ステージレーザシステム。 It consists of an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light, amplifies the seed light, and outputs it. Both the oscillation stage laser and the amplification stage laser are filled with a laser gas. The amplification stage laser includes a Fabry-Perot etalon-type stable resonator, and a pair of long discharge electrodes for discharge excitation disposed in parallel and facing each other in the laser chamber. In a two-stage laser system,
A two-stage laser having a transmission optical element having a positive refractive power in at least one of a discharge direction or a direction perpendicular to the discharge direction in a Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser system.
前記発振段レーザから前記増幅段レーザへシード光を入力させる光路中に、前記増幅段レーザの少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方において正屈折力を有する光学素子が配置されていることを特徴とする2ステージレーザシステム。 It consists of an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light, amplifies the seed light, and outputs it. Both the oscillation stage laser and the amplification stage laser are filled with a laser gas. The amplification stage laser includes a Fabry-Perot etalon-type stable resonator, and a pair of long discharge electrodes for discharge excitation disposed in parallel and facing each other in the laser chamber. In a two-stage laser system,
An optical element having a positive refracting power is disposed in at least one of the discharge direction and the direction perpendicular to the discharge direction of the amplification stage laser in an optical path for inputting seed light from the oscillation stage laser to the amplification stage laser. A two-stage laser system.
0<(屈折力)・L<0.18 ・・・(9)
を満足することを特徴とする請求項6記載の2ステージレーザシステム。 When the resonator length of the Fabry-Perot etalon-type stable resonator of the amplification stage laser is L, the refractive power in the direction having the positive refractive power of the optical element is
0 <(refractive power) · L <0.18 (9)
The two-stage laser system according to claim 6, wherein:
前記増幅段レーザのファブリペローエタロン型安定共振器中、又は、前記増幅段レーザの出力側に、少なくとも放電方向又は放電方向に直交する方向の一方においてビーム径を制限するスリット部材が配置されていることを特徴とする2ステージレーザシステム。 It consists of an oscillation stage laser and an amplification stage laser that inputs laser light oscillated by the oscillation stage laser as seed light, amplifies the seed light, and outputs it. Both the oscillation stage laser and the amplification stage laser are filled with a laser gas. The amplification stage laser includes a Fabry-Perot etalon-type stable resonator, and a pair of long discharge electrodes for discharge excitation disposed in parallel and facing each other in the laser chamber. In a two-stage laser system,
A slit member for limiting the beam diameter is disposed in the Fabry-Perot etalon type stable resonator of the amplification stage laser or on the output side of the amplification stage laser at least in one of the discharge direction and the direction orthogonal to the discharge direction. A two-stage laser system.
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