JP2009026932A - Narrow band laser equipment for exposur - Google Patents

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理 若林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide narrow band laser equipment for exposure that can make most of seed light from a narrow band oscillating stage laser into the implantation light of an amplifying stage laser. <P>SOLUTION: Injection synchronous type discharging excitation laser equipment is composed of the narrow-band oscillating stage laser (MO) 10 and the amplifying stage laser (PO) 20 at which a resonator is arranged, wherein a unidirectional beam diffusion device 5 is prepared between the narrow-band oscillating stage laser (MO) 10 and the amplifying stage laser (PO) 20. The unidirectional beam diffusion device 5 linearly condenses seed light, or forms a light condensing point of a virtual image at a position short of the OC of the amplifying stage laser (PO) to inject an MO laser beam diffused in one direction from the light condensing point into a resonator of the amplifying stage laser (PO) as the seed light. This enables most of the seed light from the narrow-band oscillating stage laser (MO) 10 used as implantation light into the amplifying stage laser (PO), thus enhancing the injection efficiency of the seed light. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は狭帯域発振段レーザと増幅段レーザとからなる露光装置用の注入同期式放電励起レーザ装置に関し、特に、狭帯域発振段レーザからのシード光のほとんどを増幅段レーザの注入光とすることができる注入効率の高い露光用狭帯域レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to an injection-locked discharge-pumped laser apparatus for an exposure apparatus composed of a narrow-band oscillation stage laser and an amplification stage laser. The present invention relates to a narrow band laser device for exposure with high injection efficiency.

近年、半導体露光装置用光源としてはエキシマレーザが使用されている。特に、60nm以下のテクノロジーノードにおいては、高出力(40W以上)でかつ超狭帯域化(0.2pm以下)にされたArFレーザ光源が採用されている。
露光装置用光源のArFレーザ光源の要求を以下に示す。
1.高ドーズ安定性の確保と、高スループット化に伴い40W以上の出力が要求されている。
2.投影レンズの高解像度化のために投影レンズの高NA化が進められている。高NA化にともなって、色収差が発生し、超狭帯域化(0.2pm以下)が要求される。
3.レーザ光源の長寿命化が要求されている。
上記光源の要求を満たすために、ダブルチャンバ方式(2ステージ方式)のArFレーザが実用化されている。ダブルチャンバ方式のレーザ装置の形態としては、アンプ側に共振器ミラーを設けないMOPA(Master Oscillator Power Amprifier )方式と共振器ミラーを設けるMOPO(Master Oscillator Power Oscillator)方式とに大別される。
しかし、出力90Wのような高出力化のために、増幅器(PA)または増幅段レーザ(PO)の光学素子(特にチャンバウインドやOC)負荷が大きくなり、これら光学素子の寿命が課題となっており、レーザ光源の長寿命化が要求されるようになってきている。
In recent years, excimer lasers have been used as light sources for semiconductor exposure apparatuses. In particular, in a technology node of 60 nm or less, an ArF laser light source having a high output (40 W or more) and an ultra-narrow band (0.2 pm or less) is employed.
The requirements for an ArF laser light source as a light source for an exposure apparatus are shown below.
1. Along with ensuring high dose stability and increasing throughput, an output of 40 W or more is required.
2. In order to increase the resolution of the projection lens, the NA of the projection lens is being increased. As the NA increases, chromatic aberration occurs, and a very narrow band (0.2 pm or less) is required.
3. There is a demand for extending the life of laser light sources.
In order to satisfy the requirements of the light source, a double chamber type (two-stage type) ArF laser has been put into practical use. The form of the double chamber type laser device is roughly divided into a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system in which no resonator mirror is provided on the amplifier side and a MOPO (Master Oscillator Power Oscillator) system in which a resonator mirror is provided.
However, in order to increase the output such as 90 W, the load on the optical elements (particularly the chamber window and OC) of the amplifier (PA) or the amplification stage laser (PO) becomes large, and the lifetime of these optical elements becomes a problem. Accordingly, there is a demand for extending the life of laser light sources.

特許文献1には、MOPA方式のレーザ装置が開示されている。
特許文献1に記載のものは、発振段レーザ(MO)に狭帯域化するための狭帯域化モジュールを搭載し、スペクトル幅が非常に狭いレーザ光を出力し、このシード光を増幅器(PA)のチャンバの放電領域に注入してパワーを増幅することにより、超狭帯域かつ高出力を実現している。
また、特許文献2には、発振段レーザ(MO)からのシード光を、増幅段レーザ(PO)の低コヒーレンス共振器に注入するMOPO方式のレーザ装置が提案されている。
低空間コヒーレンスのMOPO方式を採用することにより、MOPA方式に比べて、ビーム品位をMOPAと同等に維持した状態で、高い増幅効率と長いパルス幅を実現している。
米国特許出願公開第2002/0154668号明細書 国際公開第2004/095661号パンフレット
Patent Document 1 discloses a MOPA laser device.
The one described in Patent Document 1 is equipped with an oscillation stage laser (MO) equipped with a narrowband module for narrowing the band, outputs a laser beam having a very narrow spectrum width, and this seed light is amplified by an amplifier (PA). By injecting into the discharge region of the chamber and amplifying the power, an ultra-narrow band and high output are realized.
Patent Document 2 proposes a MOPO laser device that injects seed light from an oscillation stage laser (MO) into a low coherence resonator of an amplification stage laser (PO).
By adopting the MOPO method with low spatial coherence, a higher amplification efficiency and a longer pulse width are realized while maintaining the beam quality equivalent to that of the MOPA compared to the MOPA method.
US Patent Application Publication No. 2002/0154668 International Publication No. 2004/095661 Pamphlet

図14に上述したMOPO方式のレーザ装置の構成例を示す。
同図において、発振段レーザ(MO)10から放出されるレーザビームはシードレーザビームとして機能し、増幅段レーザ(PO)20はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。発振段レーザ(MO)10、増幅段レーザ(PO)20は各々レーザチャンバ11,21を有し、それぞれ内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極1a、2aが設置される。
また、発振段レーザ10と増幅段レーザ20のチャンバ11,21には、レーザ発振光に対して透過性がある材料によって作られたウィンドウ部材12a,12b,22a,22bがそれぞれ設置されている。
発振段レーザ(MO)10はスペクトル線幅を狭くするため、拡大プリズム3aとグレーティング(回折格子)3bによって構成された狭帯域化モジュール(LNM)3を有し、この狭帯域化モジュール3内の光学素子と出力結合ミラー(OC)14とでレーザ共振器を構成する。
FIG. 14 shows a configuration example of the above-described MOPO laser device.
In the figure, a laser beam emitted from an oscillation stage laser (MO) 10 functions as a seed laser beam, and an amplification stage laser (PO) 20 has a function of amplifying the seed laser beam. The oscillation stage laser (MO) 10 and the amplification stage laser (PO) 20 have laser chambers 11 and 21, respectively, and a pair of electrodes 1a and 2a facing each other and spaced apart by a predetermined distance are installed inside.
The chamber members 11 and 21 of the oscillation stage laser 10 and the amplification stage laser 20 are provided with window members 12a, 12b, 22a, and 22b made of a material that is transmissive to the laser oscillation light, respectively.
The oscillation stage laser (MO) 10 has a narrow band module (LNM) 3 composed of an enlarging prism 3a and a grating (diffraction grating) 3b in order to narrow the spectral line width. The optical element and the output coupling mirror (OC) 14 constitute a laser resonator.

LNM3に配置されているグレーティング(回折格子)3bの分散方向(プリズムのビーム拡大方向)は電極1aの放電方向に対して垂直方向になるように配置されている。
レーザチャンバ11内にはバッファガスとArガスとF2 ガスが満たされており、図示しない電源から電極1a間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されArFエキシマが形成される。
このArFエキシマからArガスとFに分離する時に193nmの波長の光を発光する。193nmの光をLNM3で波長選択することにより、スペクトル幅約400pm→0.2pmまで狭帯域化して、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。例えば、OC14から所定の広がり角[電極1aの放電方向(V方向:図12(a)の紙面方向)の広がり角度]は約2mrad、放電方向に対して垂直方向(H方向)の広がり角度は約1mrad、ビーム寸法はV方向12mmとH方向1mmで出力される。
The grating (diffraction grating) 3b arranged in the LNM 3 is arranged such that the dispersion direction (prism beam expansion direction) is perpendicular to the discharge direction of the electrode 1a.
The laser chamber 11 is filled with buffer gas, Ar gas, and F 2 gas, and is discharged by applying a voltage between the electrodes 1a from a power source (not shown), and excited by this discharge to form an ArF excimer.
When the ArF excimer is separated into Ar gas and F, light having a wavelength of 193 nm is emitted. The wavelength of 193 nm light is selected by the LNM 3 to narrow the spectrum from about 400 pm to 0.2 pm and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10. For example, a predetermined spread angle [the spread angle in the discharge direction of the electrode 1a (V direction: paper surface direction in FIG. 12A)] from the OC 14 is about 2 mrad, and the spread angle in the direction perpendicular to the discharge direction (H direction) is About 1 mrad, the beam size is 12 mm in the V direction and 1 mm in the H direction.

ここで、このビームを高反射ミラー4a及び4bにより反射させ、増幅段レーザ(PO)20の共振器のリアミラー25のサイド位置から注入する場合、以下のようになる。
発振段レーザ(MO)10のOC14から増幅段レーザ(PO)20のリアミラー25までの距離が1mの場合には、リアミラー25のサイドの注入位置のビームは、ビーム広がり角度は、発振段レーザ(MO)のOC14からの出力時と同じであるが、ビームプロファイルは、V方向14(=12+2)mm、H方向2(=1+1)mmとなる。
図14(b)に増幅段レーザ(PO)20の上面図を示す。
この図から分かるように、発振段レーザ(MO)10のビームの一部はリアミラー25に形成された高反射部により反射されて増幅段レーザ(PO)20の共振器内に注入されない。さらに、リアミラー25から離れた発振段レーザ(MO)10のビームの一部は放電領域から外れて、増幅されず、注入光として使用されない。
Here, when this beam is reflected by the high reflection mirrors 4a and 4b and injected from the side position of the rear mirror 25 of the resonator of the amplification stage laser (PO) 20, it is as follows.
When the distance from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10 to the rear mirror 25 of the amplification stage laser (PO) 20 is 1 m, the beam at the injection position on the side of the rear mirror 25 has a beam divergence angle of the oscillation stage laser ( MO) is the same as when output from the OC 14, but the beam profile is 14 (= 12 + 2) mm in the V direction and 2 (= 1 + 1) mm in the H direction.
FIG. 14B shows a top view of the amplification stage laser (PO) 20.
As can be seen from this figure, a part of the beam of the oscillation stage laser (MO) 10 is reflected by the high reflection portion formed on the rear mirror 25 and is not injected into the resonator of the amplification stage laser (PO) 20. Furthermore, a part of the beam of the oscillation stage laser (MO) 10 away from the rear mirror 25 is out of the discharge region, is not amplified, and is not used as injection light.

一方、発振段レーザ(MO)10のビーム中央部はリアミラー25のサイド部を通過し、放電部を透過する。これと同期して増幅段レーザ(PO)20の電極2aに電圧が印加されて放電し、注入されたビームは増幅される。
増幅されたビームは増幅段レーザ(PO)20のOC24に到達し、一部は透過し出力光として出力される。一部は反射され、再び放電部を透過し増幅される。そしてリアミラー25の高反射部に到達し、高反射され再び放電部を透過し、増幅される。このビームの一部はOC24を透過して、出力光として出力され、OC24の反射光は再び放電部を透過して増幅され、この共振を繰り返す。
On the other hand, the central part of the beam of the oscillation stage laser (MO) 10 passes through the side part of the rear mirror 25 and passes through the discharge part. In synchronization with this, a voltage is applied to the electrode 2a of the amplification stage laser (PO) 20 to discharge it, and the injected beam is amplified.
The amplified beam reaches the OC 24 of the amplification stage laser (PO) 20, and a part thereof is transmitted and output as output light. A part of the light is reflected and again passes through the discharge part and is amplified. Then, it reaches the high reflection portion of the rear mirror 25, is highly reflected, passes through the discharge portion again, and is amplified. Part of this beam passes through the OC 24 and is output as output light. The reflected light from the OC 24 is again transmitted through the discharge section and amplified, and this resonance is repeated.

上記したように、リアミラー25のサイドに注入するサイド注入の場合は、有効な注入ビームのH方向の幅としては約1mmよりも小さくなり、ビーム幅2mmのビームが注入されると約半分の発振段レーザ(MO)10のビームはシード光として利用されていなかった。
ここでは、サイド注入方式の問題を示したが、これに限定されることなく例えば、発振段レーザ(MO)10と増幅段レーザ(PO)20との距離が2mであり、発振段レーザ(MO)10のOC14でのビームの大きさがV方向12mm、H方向1mm、ビーム広がり角度がV方向2mrad、H方向1mradとすると、増幅段レーザ(PO)20のリアミラー25の位置でのMOビームの大きさは、V方向16(=12+2×2)mm、H方向3(=1+2×1)3mmとなる。
増幅段レーザ(PO)20の光共振器のリアミラー25を部分反射ミラーとし、このリアミラー裏面から注入する場合、注入有効エリアがV方向12mm、H方向2mmとすると注入効率50%(=[12×2/(16×3)]×100)と悪化する。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、狭帯域発振段レーザからのシード光のほとんどを増幅段レーザの注入光とすることができ、また、シード光が増幅段レーザ(PO)のリアミラーに形成された高反射部で反射されることがない露光用狭帯域レーザ装置を提供することである。
As described above, in the case of side injection that is injected into the side of the rear mirror 25, the width of the effective injection beam in the H direction is smaller than about 1 mm, and when a beam with a beam width of 2 mm is injected, about half of the oscillation occurs. The beam of the stage laser (MO) 10 was not used as seed light.
Here, the problem of the side injection method is shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the distance between the oscillation stage laser (MO) 10 and the amplification stage laser (PO) 20 is 2 m, and the oscillation stage laser (MO) ) Assuming that the beam size at 10 OC14 is 12 mm in the V direction, 1 mm in the H direction, the beam divergence angle is 2 mrad in the V direction, and 1 mrad in the H direction, the MO beam at the position of the rear mirror 25 of the amplification stage laser (PO) 20 The size is 16 in the V direction (= 12 + 2 × 2) mm and 3 in the H direction (= 1 + 2 × 1) 3 mm.
When the rear mirror 25 of the optical resonator of the amplification stage laser (PO) 20 is a partial reflection mirror and injection is performed from the rear surface of the rear mirror, if the effective injection area is 12 mm in the V direction and 2 mm in the H direction, the injection efficiency is 50% (= [12 × 2 / (16 × 3)] × 100).
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make most of the seed light from the narrow-band oscillation stage laser as the injection light of the amplification stage laser. It is another object of the present invention to provide a narrow band laser device for exposure in which seed light is not reflected by a high reflection portion formed on a rear mirror of an amplification stage laser (PO).

上記課題を解決するため、本発明においては、発振段レーザ(MO)から放射されるMOレーザ光を増幅段レーザ(PO)のOC(出力結合ミラー)の手前の位置で線状に集光させ(もしくは前記OCの手前の位置に虚像の集光点を形成させ)、線状に集光した集光点もしくは虚像の集光点から一方向に発散した前記MOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)の共振器に注入する。
すなわち、本発明においては次のようにして前記課題を解決する。
(1)狭帯域発振段レーザ(MO)と共振器を配置した増幅段レーザ(PO)とからなる注入同期式レーザ装置において、発振段レーザ(MO)から放射されるMOレーザ光を増幅段レーザ(PO)のOCの手前の位置で線状に集光させる(もしくは前記OCの手前の位置に虚像の集光点を形成させる)光学手段と、線状に集光した集光点もしくは虚像の集光点から一方向に発散した前記MOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)の共振器に注入する注入手段とを設ける。
(2)上記(1)の光学手段として、シリンドリカル凹レンズまたはシリンドリカル凸面高反射ミラーを備えた光学手段を用いる
(3)上記(1)の光学手段として、シリンドリカル凸レンズまたはシリンドリカル凹面高反射ミラーを備え、一旦ライン状に集光した後、一方向に発散させる光学手段を用いる。
(4)上記(1)の光学手段として、シリンドリカル凹凸レンズの組合せまたはシリンドリカル凹凸面高反射ミラーの組合せた光学素子を用い、一旦ライン状に集光した後、一方向に発散させる。
(5)上記(1)において、MOレーザ光を一方向に発散させる方向を、前記増幅段レーザ(PO)及び発振段レーザ(MO)の放電方向に対して略垂直方向とする。
In order to solve the above problems, in the present invention, the MO laser light emitted from the oscillation stage laser (MO) is condensed linearly at a position before the OC (output coupling mirror) of the amplification stage laser (PO). (Or, a virtual image condensing point is formed at a position in front of the OC), and the MO laser beam diverging in one direction from the condensing point condensing linearly or the condensing point of the virtual image is used as a seed light for amplification. Injection into a resonator of a stage laser (PO).
That is, in the present invention, the above-mentioned problem is solved as follows.
(1) In an injection-locked laser device comprising a narrow-band oscillation stage laser (MO) and an amplification stage laser (PO) provided with a resonator, an amplification stage laser emits MO laser light emitted from the oscillation stage laser (MO). (PO) Optical means for condensing linearly at a position before the OC (or forming a virtual image condensing point at a position before the OC) and a condensing point or virtual image condensed linearly There is provided injection means for injecting the MO laser light diverging in one direction from the condensing point as seed light into the resonator of the amplification stage laser (PO).
(2) As an optical means of (1), an optical means provided with a cylindrical concave lens or a cylindrical convex high reflection mirror is used. (3) As an optical means of (1), a cylindrical convex lens or a cylindrical concave high reflection mirror is provided. Once the light is condensed into a line shape, optical means for diverging in one direction is used.
(4) As the optical means of (1), an optical element combined with a cylindrical concave / convex lens or a cylindrical concave / convex surface high reflection mirror is used, and once condensed in a line shape, the light is diffused in one direction.
(5) In (1) above, the direction in which the MO laser beam is diverged in one direction is set to be substantially perpendicular to the discharge direction of the amplification stage laser (PO) and the oscillation stage laser (MO).

本発明においては、MOレーザ光を増幅段レーザ(PO)のOC(出力結合ミラー)の手前の位置で線状に集光、もしくは前記OCの手前の位置に虚像の集光点を形成させ、線状に集光した集光点もしくは虚像の集光点から一方向に発散した前記MOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)の共振器に注入するように構成したので、以下の効果を得ることができる。
(1)MOのビームの一部がリアミラーの高反射ミラーにより反射されることがなく、注入されたMOのビームのほとんどを注入光として使用することができ、放電領域で増幅することができる。また、OC側からの注入であるため、OCの反射率が20%〜30%とすると注入効率は80%〜70%となり、注入効率が高い。
(2)通常のPO共振器のミラーが採用できるため、共振器のアライメントが容易であり、製作コストも抑えられる。
(3)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、放電領域の全領域をシード光で満たすことができるため、ASE(Amplified Spontaneous Emission)の発生を抑制することができる。また、増幅段レーザ(PO)で共振するたびに増幅された光のビームは広がるため、レーザウインド及びPO共振器の光学素子に対する単位面積あたりの負荷を低減することができる。このため、ウインド及びPO共振器の光学素子の寿命が長くなる。
In the present invention, the MO laser light is linearly condensed at a position before the OC (output coupling mirror) of the amplification stage laser (PO), or a condensing point of a virtual image is formed at a position before the OC, Since the MO laser beam diverging in one direction from the condensing point or the virtual image condensing point is injected into the resonator of the amplification stage laser (PO) as a seed light, the following An effect can be obtained.
(1) A part of the MO beam is not reflected by the high-reflection mirror of the rear mirror, and most of the injected MO beam can be used as injection light, and can be amplified in the discharge region. Further, since the injection is from the OC side, when the OC reflectance is 20% to 30%, the injection efficiency is 80% to 70%, and the injection efficiency is high.
(2) Since a mirror of a normal PO resonator can be adopted, the alignment of the resonator is easy and the manufacturing cost can be reduced.
(3) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the entire discharge region can be filled with seed light, so that generation of ASE (Amplified Spontaneous Emission) can be suppressed. Further, since the amplified light beam spreads every time it resonates with the amplification stage laser (PO), the load per unit area on the optical elements of the laser window and the PO resonator can be reduced. For this reason, the lifetime of the optical elements of the window and the PO resonator is extended.

図1に本発明の第1の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示し、図1(a)は側面図、図1(b)は増幅段レーザ(PO)の上面図である。なお、本実施例は、ファブリペロ共振器による増幅段レーザ(PO)を有し、MOレーザ光を線状に集光させたのち発散させて増幅段レーザ(PO)に注入する場合を示す。
図1(a)に示すように、発振段レーザ(MO)10は、スペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ3aと回折格子(grating)3bを搭載した狭帯域化モジュール(以下LNMという)3と、図示しないMO電源を搭載したレーザチャンバ11と、出力結合ミラー(OC:OutputCoupler、以下OCという)14と、を有する。
LNM3に配置されているグレーティング3bの分散方向(プリズム3aのビーム拡大方向)は電極1aの放電方向に対して垂直方向に配置されている。レーザチャンバ11内にはバッファガスとArガスとF2 ガスが満たされており、図示しないMO電源から電極1a間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されArFエキシマが形成される。
このArFエキシマからArガスとFに分離する時の193nmの波長の光を発光する。193nmの光をLNM3で波長選択することにより、スペクトル幅約400pm→0.2pmまで狭帯域化して、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。
FIG. 1 shows the configuration of a MOPO-type narrow-band laser device for exposure according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a side view and FIG. 1 (b) is a top view of an amplification stage laser (PO). It is. The present embodiment shows a case where an amplification stage laser (PO) using a Fabry-Perot resonator is provided, the MO laser light is condensed into a linear shape, and then diverged and injected into the amplification stage laser (PO).
As shown in FIG. 1A, an oscillation stage laser (MO) 10 includes a narrow-band module (hereinafter referred to as LNM) equipped with a prism beam expander 3a and a diffraction grating 3b in order to narrow the spectral line width. 3), a laser chamber 11 equipped with an MO power source (not shown), and an output coupling mirror (OC: Output Coupler, hereinafter referred to as OC) 14.
The dispersion direction of the grating 3b arranged in the LNM 3 (the beam expanding direction of the prism 3a) is arranged in a direction perpendicular to the discharge direction of the electrode 1a. The laser chamber 11 is filled with buffer gas, Ar gas, and F 2 gas, and is discharged by applying a voltage between the electrodes 1a from an MO power source (not shown), and excited by this discharge to form an ArF excimer. .
It emits light with a wavelength of 193 nm when the ArF excimer is separated into Ar gas and F. The wavelength of 193 nm light is selected by the LNM 3 to narrow the spectrum from about 400 pm to 0.2 pm and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10.

この発振段レーザ(MO)10から出力されたビームが、シリンドリカル凹レンズ5b、シリンドリカル凸レンズ5aから構成される一方向ビーム発散装置5を透過する。この装置により一方向(放電に対して垂直方向)にビームが収束する。
このビームは、図1(a)(b)に示すように、高反射ミラー4a,4b,4cの順番に高反射されて、ナイフエッジを有する高反射ミラー7に到達し、ここでライン状(線状)に集光する。高反射ミラー7は、出力レーザ光がけられないように一辺をナイフエッジ状に形成したミラー(以下ナイフエッジミラー7という)であり、図1(b)において、出力レーザ光の通過する近傍の辺がナイフエッジ状に形成され、この辺の近傍にライン状に集光する。
このナイフエッジミラー7により反射されたシード光は、1方向に所定の発散角度で広がり、増幅段レーザ(PO)20のOC24に到達する。そして、この増幅段レーザ(PO)20のOC24を透過したシード光は、ウインド22bを介してPOチャンバ21の放電空間を透過し、ウインド22aを介してリアミラー25に到達して高反射される。
A beam output from the oscillation stage laser (MO) 10 passes through a unidirectional beam divergence device 5 including a cylindrical concave lens 5b and a cylindrical convex lens 5a. With this device, the beam converges in one direction (perpendicular to the discharge).
As shown in FIGS. 1A and 1B, this beam is highly reflected in the order of the high-reflection mirrors 4a, 4b, and 4c, and reaches the high-reflection mirror 7 having a knife edge. Condensed linearly. The high reflection mirror 7 is a mirror (hereinafter referred to as a knife edge mirror 7) having one side formed in a knife edge shape so that the output laser beam is not scattered. In FIG. Is formed in the shape of a knife edge, and is condensed in a line shape in the vicinity of this side.
The seed light reflected by the knife edge mirror 7 spreads in one direction at a predetermined divergence angle and reaches the OC 24 of the amplification stage laser (PO) 20. The seed light transmitted through the OC 24 of the amplification stage laser (PO) 20 passes through the discharge space of the PO chamber 21 through the window 22b, reaches the rear mirror 25 through the window 22a, and is highly reflected.

そして、ウインド22aを介して、再び放電空間を通過するのと同期して、高圧電源により、POチャンバ21の電極2a間で放電が開始し、一方向に発散しているシード光が増幅される。そして、ウインド22bを介して、OC24により一部は反射され、再び放電部を透過し増幅される。そしてリアミラー25に到達し、高反射され再び放電部を透過し、増幅される。そして、OC24を透過して、出力光として出力され、反射光は再び放電を透過増幅してこの共振を繰り返す。   Then, in synchronization with passing through the discharge space again through the window 22a, discharge is started between the electrodes 2a of the PO chamber 21 by the high-voltage power source, and the seed light diverging in one direction is amplified. . Then, part of the light is reflected by the OC 24 through the window 22b, and is again transmitted through the discharge portion and amplified. Then, the light reaches the rear mirror 25, is highly reflected, passes through the discharge portion again, and is amplified. Then, the light passes through the OC 24 and is output as output light, and the reflected light transmits and amplifies the discharge again to repeat this resonance.

以上のように、本実施例においては、MOレーザ光をOC24の手前の位置にナイフエッジミラー7を配置し、一方向ビーム発散装置5によりナイフエッジミラー7の端部付近に線状に集光させ、線状に集光した集光点から一方向に発散したMOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)20の共振器にOC24から注入しており、以下のメリットが得られる。
(1)図14に示したように、MOレーザ光の一部がリアミラーの高反射ミラーにより反射されることはなくなる。このため、注入されたMOのビームのほとんどが注入光として使用され、放電領域で増幅される。
(2)OC24からの注入であるため、OCの反射率が20%〜30%とすると注入効率は80%〜70%となり、注入効率が高い。
(3)通常のPO共振器のミラーが採用できるため、共振器のアライメントが容易であり、製作コストも抑えられる。
すなわち、フロントミラー(OC)にHR(高反射)コートのエリアとPR(部分反射)コートのエリアを指定したり、リアミラーとして、AR(反射防止)コートエリアとHRコートエリアを指定する必要がなく、フロントミラーは全面をPRコート、リアミラーは全面をHRコートにした通常ミラーを使用することができる。
As described above, in this embodiment, the MO laser beam is arranged in a line near the end of the knife edge mirror 7 by the one-way beam divergence device 5 by arranging the knife edge mirror 7 at a position before the OC 24. Then, the MO laser light diverging in one direction from the condensing point that is linearly condensed is injected as seed light into the resonator of the amplification stage laser (PO) 20 from the OC 24, and the following advantages are obtained.
(1) As shown in FIG. 14, a part of the MO laser beam is not reflected by the high reflection mirror of the rear mirror. For this reason, most of the injected MO beam is used as injection light and is amplified in the discharge region.
(2) Since the injection is from the OC 24, when the OC reflectance is 20% to 30%, the injection efficiency is 80% to 70%, and the injection efficiency is high.
(3) Since a mirror of a normal PO resonator can be adopted, the alignment of the resonator is easy and the manufacturing cost can be reduced.
That is, there is no need to designate an area of HR (high reflection) coat and an area of PR (partial reflection) coat on the front mirror (OC), or designate an AR (antireflection) coat area and HR coat area as the rear mirror. The front mirror can be a normal mirror with a PR coat on the entire surface, and the rear mirror can be an HR coat on the entire surface.

(4)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、放電領域の全領域をシード光で満たすことができるため、ASE(Amplified Spontaneous Emission)の発生を抑制することができる。すなわち、放電領域がシード光で満たされるので、シード光以外の光が増幅され不所望の出力が発生することがない。
(5)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、増幅段レーザ(PO)20で共振するたびに増幅された光のビームは放電方向に対して広がる。このため、レーザウインド及びPO共振器の光学素子に対する単位面積あたりの負荷を低減することができるため、ウインド及びPO共振器の光学素子の寿命が長くなる。
(4) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the entire discharge region can be filled with seed light, so that generation of ASE (Amplified Spontaneous Emission) can be suppressed. That is, since the discharge region is filled with seed light, light other than seed light is not amplified and undesired output is not generated.
(5) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the beam of light amplified every time it resonates with the amplification stage laser (PO) 20 spreads in the discharge direction. For this reason, since the load per unit area with respect to the optical element of a laser window and PO resonator can be reduced, the lifetime of the optical element of a window and PO resonator becomes long.

図2は、本実施例のように発散角をもったシード光を増幅段レーザ(PO)に注入した場合の光路を拡大して示した図であり、増幅段レーザ(PO)の上面図である。
発振段レーザ(MO)10から出力されたシード光は、高反射ミラー4bと高反射ミラー4cによりナイフエッジミラー7の面上にライン状に集光する。
集光した光はこのナイフエッジミラー7によって反射され、シード光は所定の発散角と角度で斜めに、OC24を透過し、ウインド22bを介して放電領域に注入される。そして、放電領域を透過して、ウインド22aを介してリアミラー25に到達して、折り返され再びウインド22aを介してレーザチャンバ21の放電領域を通過すると同期して電極2aにパルス状電圧が印加され、放電電極は放電しシード光は増幅される。
そして、ウインド22bを透過してOC24に到達して、一部は、OC24を透過してレーザ光として増幅され、一部はフィードバック光として再び、レーザチャンバ21に戻され、ウインド22bを介して放電領域を通過することにより、増幅され、再びウインド22aを介してして、リアミラー25に到達する。そして、折り返され、ウインド22aを介して、放電領域を通過して、再び増幅される。この光はウインド22bを介して、OC24に到達して、上記これらの過程を繰返し増幅発振する。
FIG. 2 is an enlarged view of the optical path when seed light having a divergence angle is injected into the amplification stage laser (PO) as in this embodiment, and is a top view of the amplification stage laser (PO). is there.
The seed light output from the oscillation stage laser (MO) 10 is condensed into a line shape on the surface of the knife edge mirror 7 by the high reflection mirror 4b and the high reflection mirror 4c.
The condensed light is reflected by the knife edge mirror 7, and the seed light is transmitted obliquely at a predetermined divergence angle and angle through the OC 24 and injected into the discharge region via the window 22b. Then, it passes through the discharge region, reaches the rear mirror 25 through the window 22a, is turned back, and is again passed through the discharge region of the laser chamber 21 through the window 22a, so that a pulsed voltage is applied to the electrode 2a. The discharge electrode is discharged and the seed light is amplified.
Then, the light passes through the window 22b and reaches the OC 24, a part of the light passes through the OC 24 and is amplified as laser light, and a part of the light is returned to the laser chamber 21 again as feedback light and discharged through the window 22b. By passing through the area, the signal is amplified and reaches the rear mirror 25 again through the window 22a. Then, it is folded, passed through the discharge region via the window 22a, and amplified again. This light reaches the OC 24 through the window 22b, and repeats the above-described processes to amplify and oscillate.

ここで、図2に示すように各種パラメータの数値を以下のように定義する。
LL:MOレーザ光の線状集光点から、増幅段レーザ(PO)のOC24までの距離
L:増幅段レーザ(PO)の共振器長
RL:リアミラー25のゲイン領域(放電領域)までの距離
GL:有効ゲイン長(放電領域の長さ)
HL:有効ゲイン幅(放電領域の幅)
Y:増幅段レーザ(PO)の中心軸からの線状集光点までの距離
Here, as shown in FIG. 2, numerical values of various parameters are defined as follows.
LL: distance from the linear focusing point of the MO laser beam to the OC 24 of the amplification stage laser (PO) L: distance from the resonator length of the amplification stage laser (PO) RL: distance to the gain region (discharge region) of the rear mirror 25 GL: Effective gain length (discharge area length)
HL: Effective gain width (discharge area width)
Y: Distance from the central axis of the amplification stage laser (PO) to the linear focusing point

図3に、図2のレーザ装置の増幅段レーザ(PO)20の光路を直列に展開した場合の光路図を示す。
光共振器は、光が共振器の中で往復するシステムなので、直列に共振器ミラーとレーザチャンバを並べるのと同じく表現することができる。
増幅段レーザ(PO)20の中心軸と、増幅段レーザ(PO)20の2回目に放電領域を透過する時に同期して放電させる場合に、ASEの発生抑制するための放電領域をシード光で全て満たすための条件を計算すると次のようになる。
ここで、シード光の線状集光点からのビームの発散角度θとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸(電極2aの長手方向の軸に平行で放電領域の中心を通る軸)と、増幅段レーザ(PO)の2回目の放電領域を通過する光路のうち角度の最小な光路とのなす角度をαとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、シード光の注入光軸(シード光中心光軸)とのなす角度をβとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、増幅段レーザ(PO)の2回目の放電領域を通過する光路のうち角度の最大な光路とのなす角度をγとする。
FIG. 3 shows an optical path diagram when the optical path of the amplification stage laser (PO) 20 of the laser apparatus of FIG. 2 is developed in series.
Since an optical resonator is a system in which light reciprocates in the resonator, it can be expressed in the same way as arranging a resonator mirror and a laser chamber in series.
When discharge is performed in synchronization with the central axis of the amplification stage laser (PO) 20 and the second passage through the discharge area of the amplification stage laser (PO) 20, the discharge region for suppressing the generation of ASE is formed with seed light. When the conditions for satisfying all are calculated, it is as follows.
Here, the divergence angle θ of the beam from the linear condensing point of the seed light is set, and the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 (the axis parallel to the longitudinal axis of the electrode 2a and passing through the center of the discharge region). The angle between the optical path passing through the second discharge region of the amplification stage laser (PO) and the optical path with the smallest angle is α, and the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 and seed light injection The angle formed by the optical axis (the seed optical center optical axis) is β, and the angle of the optical path that passes through the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 and the second discharge region of the amplification stage laser (PO). Let γ be the angle formed with the maximum optical path.

θ=γ−α……(1)
ここで、α,γが小さいとすると、以下(2),(3)式が成り立つ。
α=(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL)……(2)
γ=(Y+HL/2)/(LL+L+RL)……(3)
上記(1),(2)及び(3)式から、
シード光のビーム発散角θは次の(4)式となる。
θ=γ−α=(Y+HL/2)/(LL+L+RL)−(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL)……(4)
増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、シード光の注入光軸(シード光中心光軸)とのなす角度βは次の(5)式となる。
β=(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL/2)……(5)
θ = γ−α (1)
Here, if α and γ are small, the following equations (2) and (3) hold.
α = (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL) (2)
γ = (Y + HL / 2) / (LL + L + RL) (3)
From the above formulas (1), (2) and (3),
The beam divergence angle θ of the seed light is expressed by the following equation (4).
θ = γ−α = (Y + HL / 2) / (LL + L + RL) − (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL) (4)
An angle β formed by the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 and the seed light injection optical axis (seed light central optical axis) is expressed by the following equation (5).
β = (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL / 2) (5)

このような条件を満たすように、すなわち発散角θが上記角度より大きく、βが略上記角度となるようにシード光を注入すれば、ASEの発生を抑制し、かつ、注入効率が高く、増幅発振可能となる。
ここで、線状集光点の位置は、一方向ビーム発散装置によって実際に集光する位置としたが、ビーム発散装置から出た直後からビームを発散させている場合は、ビーム発散装置の仮想的な集光点の位置から計算すればよい。
例えば、凹レンズの機能をする場合は凹レンズの焦点の位置を仮想的に集光点の位置として計算すればよい。
If seed light is injected so as to satisfy such a condition, that is, the divergence angle θ is larger than the above angle and β is substantially the above angle, the generation of ASE is suppressed, the injection efficiency is high, and the amplification is performed. Can oscillate.
Here, the position of the linear condensing point is the position where light is actually condensed by the one-way beam diverging device. However, if the beam is diverging immediately after exiting the beam diverging device, the virtual position of the beam diverging device is assumed. What is necessary is just to calculate from the position of a typical condensing point.
For example, in the case of functioning as a concave lens, the position of the focal point of the concave lens may be calculated as the position of the condensing point virtually.

図4に本発明の第2の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示し、図4(a)は側面図、図4(b)は増幅段レーザ(PO)の上面図である。なお、本実施例は、ファブリペロ共振器による増幅段レーザ(PO)を有し、MOレーザ光を線状に集光させずに発散させて増幅段レーザ(PO)に注入する場合を示す。なお、ビーム発散装置から出た直後からビームを発散させる場合、ビーム発散装置の仮想的な集光点が存在するが、この集光点をここでは虚像の集光点と呼ぶことにする。
発振段レーザ(MO)10の構成と機能は図1に示したものと同様であり、発振段レーザ(MO)10はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ3aと回折格子(grating)3bを搭載したLNM3と、レーザチャンバ11とOC14とから構成される。LNM3に配置されているグレーティング3bの分散方向(プリズムのビーム拡大方向)は前述したように電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。そして、前述したように、電極1a間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されてArFエキシマが形成され193nmの波長の光を発光する。193nmの光はLNM3で波長選択されて狭帯域化され、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。
FIG. 4 shows the configuration of a MOPO-type narrow-band laser device for exposure according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a side view and FIG. It is. The present embodiment shows a case where an amplification stage laser (PO) using a Fabry-Perot resonator is provided and the MO laser light is diverged without being linearly condensed and injected into the amplification stage laser (PO). When the beam is diverged immediately after it exits the beam diverging device, there is a virtual condensing point of the beam diverging device, and this condensing point is referred to as a virtual image condensing point here.
The configuration and function of the oscillation stage laser (MO) 10 are the same as those shown in FIG. 1. The oscillation stage laser (MO) 10 has a prism beam expander 3a and a diffraction grating (grading) in order to narrow the spectral line width. ) 3L mounted LNM3, laser chamber 11 and OC14. As described above, the dispersion direction of the grating 3b arranged in the LNM 3 (the beam expansion direction of the prism) is arranged in a direction perpendicular to the discharge direction of the electrodes. And as mentioned above, it discharges by applying a voltage between electrodes 1a, is excited by this discharge, an ArF excimer is formed, and light with a wavelength of 193 nm is emitted. The wavelength of the 193 nm light is selected by the LNM 3 to be narrowed and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10.

この発振段レーザ(MO)10から出力されたビームが、シリンドリカル凹レンズ5b,シリンドリカル凸レンズ5aから構成される一方向ビーム発散装置5’を透過する。この装置により一方向(放電に対して垂直方向)にビームが発散する。ここで、本実施例では、一方向ビーム発散装置5’から出た直後からビームを発散させておりビームは集光しない。しかし、仮想的な集光点である虚像の集光点が存在し、この位置は図4(a)に示すようにし、一方向ビーム発散装置5と発振段レーザ(MO)10のOC14の間にある。
この発散ビームは、高反射ミラー4a,4b,4cの順番に高反射されて、ナイフエッジが形成された高反射ミラー7に到達する。
このナイフエッジミラー7により反射されたシード光は、1方向に所定の発散角度で広がり、増幅段レーザ(PO)20のOC24に到達する。そして、前述したように、OC24からチャンバ21内の放電空間を透過し、これと同期して電極2a間で放電が発生し増幅される。さらに、リアミラー25に到達して高反射され、再び放電空間を通過するのと同期して放電が発生し増幅される。
そして、OC24に達し、一部は反射され再び放電空間を透過し増幅され、OC24を透過した光は出力光として出力される。同様に、OCを透過してた光が出力光として出力され、反射光は再び放電を透過増幅してこの共振を繰り返す。
The beam output from the oscillation stage laser (MO) 10 passes through a unidirectional beam divergence device 5 ′ composed of a cylindrical concave lens 5b and a cylindrical convex lens 5a. This device diverges the beam in one direction (perpendicular to the discharge). Here, in the present embodiment, the beam is diverged immediately after exiting from the one-way beam diverging device 5 ′, and the beam is not condensed. However, there is a virtual image condensing point, which is a virtual condensing point, and this position is as shown in FIG. 4 (a), between the one-way beam divergence device 5 and the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10. It is in.
The divergent beam is highly reflected in the order of the high reflection mirrors 4a, 4b, and 4c, and reaches the high reflection mirror 7 on which the knife edge is formed.
The seed light reflected by the knife edge mirror 7 spreads in one direction at a predetermined divergence angle and reaches the OC 24 of the amplification stage laser (PO) 20. As described above, the OC 24 passes through the discharge space in the chamber 21, and a discharge is generated and amplified between the electrodes 2 a in synchronization therewith. Further, it reaches the rear mirror 25 and is highly reflected, and a discharge is generated and amplified in synchronization with passing through the discharge space again.
Then, the light reaches the OC 24, part of the light is reflected, is again transmitted through the discharge space, is amplified, and the light transmitted through the OC 24 is output as output light. Similarly, light transmitted through the OC is output as output light, and the reflected light transmits and amplifies the discharge again to repeat this resonance.

以上のように、本実施例においては、MOレーザ光をOC24の手前の位置にナイフエッジミラー7を配置して、一方向ビーム発散装置5’により発散させたMOレーザ光をナイフエッジミラー7の端部付近で反射させ、一方向に発散したMOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)20の共振器にOC24から注入しており、前記第1の実施例で示した(1)〜(5)と同様なメリットが得られる。
なお、注入効率は第1の実施例に比べて、多少悪くなる。すなわち、注入するためのナイフエッジミラーの広い領域を使用する必要があり、出力レーザビームを蹴らずにすべてのシード光をPO共振器に注入するのは困難であるためである。
As described above, in the present embodiment, the MO laser light is disposed on the front side of the OC 24 with the knife edge mirror 7, and the MO laser light diverged by the one-way beam diverging device 5 ′ is applied to the knife edge mirror 7. The MO laser beam reflected near the end and diverging in one direction is injected from the OC 24 into the resonator of the amplification stage laser (PO) 20 as seed light, which is shown in the first embodiment (1). Advantages similar to those of (5) can be obtained.
The injection efficiency is somewhat worse than that in the first embodiment. That is, it is necessary to use a wide area of the knife edge mirror for injection, and it is difficult to inject all seed light into the PO resonator without kicking the output laser beam.

図5に本発明の第3の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示し、図5(a)は側面図、図5(b)は増幅段レーザ(PO)の上面図である。なお、本実施例は、高反射ミラーを用いたリング共振器による増幅段レーザ(PO)を有し、MOレーザ光を集光させたのち発散させて増幅段レーザ(PO)に注入する場合を示す。
発振段レーザ(MO)10の構成と機能は図1に示したものと同様であり、発振段レーザ(MO)10はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ3aと回折格子(grating)3bを搭載したLNM3と、レーザチャンバ11とOC14とから構成される。LNM3に配置されているグレーティング3bの分散方向(プリズムのビーム拡大方向)は前述したように電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
そして、前述したように、電極1a間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されてArFエキシマが形成され193nmの波長の光を発光する。193nmの光はLNM3で波長選択され狭帯域化されて、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。
FIG. 5 shows the configuration of a MOPO-type narrow-band laser device for exposure according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) is a side view and FIG. 5 (b) is a top view of an amplification stage laser (PO). It is. In this embodiment, there is an amplification stage laser (PO) by a ring resonator using a high reflection mirror, and the MO laser beam is condensed and then diverges and injected into the amplification stage laser (PO). Show.
The configuration and function of the oscillation stage laser (MO) 10 are the same as those shown in FIG. 1. The oscillation stage laser (MO) 10 has a prism beam expander 3a and a diffraction grating (grading) in order to narrow the spectral line width. ) 3L mounted LNM3, laser chamber 11 and OC14. As described above, the dispersion direction of the grating 3b arranged in the LNM 3 (the beam expansion direction of the prism) is arranged in a direction perpendicular to the discharge direction of the electrodes.
And as mentioned above, it discharges by applying a voltage between electrodes 1a, is excited by this discharge, an ArF excimer is formed, and light with a wavelength of 193 nm is emitted. The wavelength of the 193 nm light is selected by the LNM 3 to be narrowed and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10.

図5(a)(b)に示すように発振段レーザ(MO)10から出力されたビームは、一方向ビーム発散装置5を透過する。
この装置により一方向(放電に対して垂直方向)にビームが収束する。この収束ビームは、高反射ミラー4aにより反射されて、一旦線状に集光する。そして、集光後はシード光は一方向に発散しながら、高反射ミラー4bにより反射される。
そして、さらに高反射ミラー4cで反射し、増幅段レーザ(PO)20のリング共振器のOC24から共振器中にシード光が注入される。OC24を透過したシード光はビームが一方向に発散しながら高反射ミラー6aにより反射され、レーザチャンバ21の放電空間に傾いて入射され、放電電極2aにシード光に同期して電圧が印加され、放電する。
放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ21を透過し2枚の高反射ミラー6b,6cにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ、増幅される。増幅した光の一部はOC24を透過してレーザとして出力され、OC24の反射光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。
そして、OC24からレーザパルスとして出力される。OC24の反射率が20%〜30%とすると注入効率は80%から70%となり高い注入効率を得ることができる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the beam output from the oscillation stage laser (MO) 10 passes through the unidirectional beam divergence device 5.
With this device, the beam converges in one direction (perpendicular to the discharge). This convergent beam is reflected by the high reflection mirror 4a and is once condensed into a linear shape. After condensing, the seed light is reflected by the high reflection mirror 4b while diverging in one direction.
Then, the light is further reflected by the high reflection mirror 4 c and seed light is injected into the resonator from the OC 24 of the ring resonator of the amplification stage laser (PO) 20. The seed light transmitted through the OC 24 is reflected by the high reflection mirror 6a while the beam diverges in one direction, is incident on the discharge space of the laser chamber 21 in an inclined manner, and a voltage is applied to the discharge electrode 2a in synchronization with the seed light. Discharge.
The seed light transmitted through the discharge space is amplified, is transmitted through the chamber 21, is folded back by the two high reflection mirrors 6b and 6c, and is again guided to the discharged discharge space and is amplified. Part of the amplified light passes through the OC 24 and is output as a laser, and the reflected light of the OC 24 is fed back into the ring resonator and resonates.
And it outputs as a laser pulse from OC24. When the reflectance of the OC24 is 20% to 30%, the injection efficiency is 80% to 70%, and a high injection efficiency can be obtained.

以上のように、この実施例では1組のリング共振器の中に少なくとも2枚の高反射ミラーを設け、2枚の高反射ミラーでレーザチャンバにレーザ光を戻したが、例えば、45度よりも多少小さな角度(数mrad)の全反射プリズムでフレネル反射で戻しても同様の機能を果たすことができる。
本実施例においては、以下のメリットが得られる。
(1)OC24からの注入であるため、注入効率が高い。
(2)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、放電領域の全領域をシード光で満たすことができるため、ASE(Amplified Spontaneous Emission)の発生を抑制することができる。すなわち、放電領域がシード光で満たされるので、シード光以外の光が増幅され不所望の出力が発生することがない。
(3)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、増幅段レーザ(PO)20で共振するたびに増幅された光のビームは放電方向に対して広がる。このため、レーザウインド及びPO共振器の光学素子に対する単位面積あたりの負荷を低減することができるため、ウインド及びPO共振器の光学素子の寿命が長くなる。
なお、この実施例では、高反射ミラー4a,4b間で、MOのビームを線上に集光したが、これに限定されることなく、集光しなくても、前述した第2の実施例のように、一方向ビーム発散装置により、最初から、一方向に発散させてもよい。
As described above, in this embodiment, at least two high reflection mirrors are provided in one set of ring resonators, and laser light is returned to the laser chamber by two high reflection mirrors. The same function can be achieved even if the total reflection prism with a slightly smaller angle (several mrad) is returned by Fresnel reflection.
In this embodiment, the following merits are obtained.
(1) Since the injection is from the OC 24, the injection efficiency is high.
(2) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the entire discharge region can be filled with seed light, so that generation of ASE (Amplified Spontaneous Emission) can be suppressed. That is, since the discharge region is filled with seed light, light other than seed light is not amplified and undesired output is not generated.
(3) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the beam of light amplified every time it resonates with the amplification stage laser (PO) 20 spreads in the discharge direction. For this reason, since the load per unit area with respect to the optical element of a laser window and PO resonator can be reduced, the lifetime of the optical element of a window and PO resonator becomes long.
In this embodiment, the MO beam is condensed on the line between the high reflection mirrors 4a and 4b. However, the present invention is not limited to this. Thus, the unidirectional beam divergence device may diverge in one direction from the beginning.

図6に本発明の第4の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示し、図6(a)は側面図、図6(b)は増幅段レーザ(PO)の上面図である。なお、本実施例は、全反射直角プリズムを用いたリング共振器による増幅段レーザ(PO)を有し、MOレーザ光を集光させたのち発散させて増幅段レーザ(PO)に注入する場合を示す。
発振段レーザ(MO)10の構成と機能は図1に示したものと同様であり、発振段レーザ(MO)10はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ3aと回折格子(grating)3bを搭載したLNM3と、レーザチャンバ11とOC14とから構成される。LNM3に配置されているグレーティング3bの分散方向(プリズムのビーム拡大方向)は前述したように電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
そして、前述したように、電極1a間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されてArFエキシマが形成され193nmの波長の光を発光する。193nmの光はLNM3で波長選択され狭帯域化されて、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。
FIG. 6 shows the configuration of a MOPO-type narrow-band laser device for exposure according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) is a side view and FIG. 6 (b) is a top view of an amplification stage laser (PO). It is. The present embodiment has an amplification stage laser (PO) by a ring resonator using a total reflection right angle prism, condenses the MO laser light and then diverges and injects it into the amplification stage laser (PO). Indicates.
The configuration and function of the oscillation stage laser (MO) 10 are the same as those shown in FIG. 1. The oscillation stage laser (MO) 10 has a prism beam expander 3a and a diffraction grating (grading) in order to narrow the spectral line width. ) 3L mounted LNM3, laser chamber 11 and OC14. As described above, the dispersion direction of the grating 3b arranged in the LNM 3 (the beam expansion direction of the prism) is arranged in a direction perpendicular to the discharge direction of the electrodes.
And as mentioned above, it discharges by applying a voltage between electrodes 1a, is excited by this discharge, an ArF excimer is formed, and light with a wavelength of 193 nm is emitted. The wavelength of the 193 nm light is selected by the LNM 3 to be narrowed and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10.

図6(a)(b)に示すように、発振段レーザ(MO)10から出力されたビームは一方向ビーム発散装置5を透過する。この装置5により一方向(放電に対して垂直方向)にビームが収束する。
この収束ビームは、高反射ミラー4aにより反射されて、一旦線状に集光する。そして、集光後、シード光は一方向にビームは発散しながら、増幅段レーザ(PO)20のリング共振器のOC24から共振器中にシード光が注入される。なお、OC24は入射側がAR(反射防止)コートされ、共振器側がPR(部分反射)コートされている。
OC24を透過したシード光はビームが一方向に発散しながら全高反射直角プリズム8aにより反射され、レーザチャンバ21のウインド22aを介して、放電空間と平行な領域を透過し、ウインド22bを介して、全反射直角プリズム8bに入射反射される。
そして、ウインド22bを介して、レーザチャンバ21の放電電極間にシード光が通過すると同期して、電極2a間に電圧が印加され放電する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the beam output from the oscillation stage laser (MO) 10 passes through the unidirectional beam divergence device 5. This apparatus 5 converges the beam in one direction (perpendicular to the discharge).
This convergent beam is reflected by the high reflection mirror 4a and is once condensed into a linear shape. After condensing, the seed light is injected into the resonator from the OC 24 of the ring resonator of the amplification stage laser (PO) 20 while the beam diverges in one direction. The OC 24 is AR (antireflection) coated on the incident side and PR (partial reflection) coated on the resonator side.
The seed light transmitted through the OC 24 is reflected by the total high-reflection right-angle prism 8a while the beam diverges in one direction, passes through the window 22a of the laser chamber 21 through a region parallel to the discharge space, and passes through the window 22b. It is incident and reflected on the total reflection right-angle prism 8b.
Then, a voltage is applied between the electrodes 2a to be discharged in synchronism with the passage of seed light between the discharge electrodes of the laser chamber 21 through the window 22b.

放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ21を透過し、一部はOC24を反射してレーザとして出力され、OC24の透過光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。そして、OC24からレーザパルスとして出力される。
OC24の反射率が70%〜80%とすると注入効率は80%から70%となり高い注入効率を得ることができる。
本実施例においても、前記第3の実施例の(1)〜(3)のメリットが得られる。
なお、この実施例では、高反射ミラー4a,4b間で、MOのビームを線上に集光したが、これに限定されることなく、集光しなくても、前述した第2の実施例のように、一方向ビーム発散装置により、最初から、一方向に発散させてもよい。
The seed light transmitted through the discharge space is amplified and transmitted through the chamber 21, and a part of the light is reflected from the OC 24 and output as a laser. The transmitted light from the OC 24 is fed back into the ring resonator and resonates. And it outputs as a laser pulse from OC24.
When the reflectance of the OC24 is 70% to 80%, the injection efficiency is 80% to 70%, and a high injection efficiency can be obtained.
Also in this embodiment, the advantages (1) to (3) of the third embodiment can be obtained.
In this embodiment, the MO beam is condensed on the line between the high reflection mirrors 4a and 4b. However, the present invention is not limited to this. Thus, the unidirectional beam divergence device may diverge in one direction from the beginning.

次に、前記1方向ビーム発散装置の構成例について説明する。
図7に一方向にビームを発散させるため一方向ビーム発散装置の構成例を示す。図7(a)は一方向ビーム発散装置の側面図、(b)は上面図である。
この実施例では、一方向ビーム発散装置を、シリンドリカル平凸レンズとシリンドリカル平凹レンズから構成した場合の構成例を示している。
図7に示すように、シリンドリカル平凸レンズ5aは台51に固定されている。一方、シリンドリカル平凹レンズ5bは光軸方向に移動可能な1軸ステージ上に固定されている。すなわち、リニアガイド53上に、移動可能に移動プレート52が取り付けられ、移動プレート52にはシリンドリカル平凹レンズ5bが設置固定されている。一軸ステージの移動プレート52の固定ネジ56により固定される。シリンドリカル平凹レンズ5bの光軸方向の位置は、一軸ステージの移動プレート52の固定ネジ56により移動プレートの移動方向に所望の位置に固定調整可能である。
また、リニアガイド53を取り付けた台にマイクロメータ54が取り付けられ、それらの可動子が移動プレート52の突起部52aと係合している。
そして、マイクロメータ54により、シリンドリカル平凹レンズ5bを同図の矢印方向に移動させることができる。
Next, a configuration example of the one-way beam divergence device will be described.
FIG. 7 shows an example of the configuration of a unidirectional beam diverging apparatus for diverging a beam in one direction. FIG. 7A is a side view of the unidirectional beam diverging apparatus, and FIG. 7B is a top view.
In this embodiment, a configuration example in the case where the unidirectional beam divergence device is constituted by a cylindrical plano-convex lens and a cylindrical plano-concave lens is shown.
As shown in FIG. 7, the cylindrical plano-convex lens 5 a is fixed to the base 51. On the other hand, the cylindrical plano-concave lens 5b is fixed on a uniaxial stage movable in the optical axis direction. That is, a movable plate 52 is movably mounted on the linear guide 53, and the cylindrical plano-concave lens 5 b is installed and fixed on the movable plate 52. It is fixed by a fixing screw 56 of the moving plate 52 of the single axis stage. The position of the cylindrical plano-concave lens 5b in the optical axis direction can be fixed and adjusted to a desired position in the moving direction of the moving plate by a fixing screw 56 of the moving plate 52 of the uniaxial stage.
Further, a micrometer 54 is attached to a table to which the linear guide 53 is attached, and these movers are engaged with the protrusions 52 a of the moving plate 52.
The cylindrical plano-concave lens 5b can be moved in the direction of the arrow in FIG.

この図に示したものでは、平面波でシリンドリカル平凸レンズ5aの凸面から入力されたレーザビームの波面はこのレンズで屈折してシリンドリカル状の球面波に変換される。そして、シリンドリカル平凹レンズ5bの平面から入射して凹面部で光が屈折して、曲率半径の異なるシリンドリカル状の球面波に変換される。そして、レーザビームは線状に集光し、再び、シリンドリカル状の球面波となって一方向にビームが発散する。
図7に示す実施例のメリットは、以下の通りである。
(1)上記シリンドリカルレンズ間の距離を変化させることにより、ビームを発散させる角度を調節することができる。
(2)上記シリンドリカルレンズ間の距離を変化させることにより、ビームの線状の集光点の位置を調節することができる。
(3)シリンドリカルレンズは長焦点レンズを製作することが困難である。この実施例のように、製作が容易なシリンドリカル凹凸レンズを組合せることにより、合成焦点距離として長い距離(1m以上)も容易に構成できる。
In the figure, the wavefront of the laser beam input from the convex surface of the cylindrical plano-convex lens 5a as a plane wave is refracted by this lens and converted into a cylindrical spherical wave. Then, the light enters from the plane of the cylindrical plano-concave lens 5b, and the light is refracted at the concave surface portion to be converted into cylindrical spherical waves having different curvature radii. Then, the laser beam is condensed into a linear shape, and again becomes a cylindrical spherical wave, and the beam diverges in one direction.
The advantages of the embodiment shown in FIG. 7 are as follows.
(1) The angle at which the beam is diverged can be adjusted by changing the distance between the cylindrical lenses.
(2) By changing the distance between the cylindrical lenses, the position of the linear condensing point of the beam can be adjusted.
(3) It is difficult to manufacture a long focal lens with a cylindrical lens. A long distance (1 m or more) can be easily configured as a composite focal length by combining cylindrical concave and convex lenses that are easy to manufacture as in this embodiment.

なお、図7では、一方向にビームを発散させる例として、シリンドリカル凹凸レンズの組合せる方式を示したが、これに限定することなく以下の方式でもよい。
(1)シリンドリカル凹レンズ単体
(2)シリンドリカル凸レンズ単体
(3)シリンドリカル凹面ミラー単体
(4)シリンドリカル凸面ミラー単体
上記レンズ及びミラーを複数個組合せることも可能である。
In FIG. 7, as an example of diverging the beam in one direction, a method of combining cylindrical concave / convex lenses is shown, but the following method may be used without being limited thereto.
(1) Cylindrical concave lens unit (2) Cylindrical convex lens unit (3) Cylindrical concave mirror unit (4) Cylindrical convex mirror unit It is possible to combine a plurality of the above lenses and mirrors.

以下、上記一方向ビーム発散装置の光学素子のその他の組合せ例について説明する。
図8は、シリンドリカル凹レンズ、シリンドリカル凸レンズ、シリンドリカル凸面鏡、シリンドリカル凹面鏡を一枚用いた構成例を示す。
図8(a)はシリンドリカル凹レンズ5bを一枚用いた例である。この場合は、同図に示すように光が発散し、レンズ5bの光入射側に虚像の線状集光点が形成される。
図8(b)はシリンドリカル凹面ミラー5cを一枚用いた例である。この場合は、同図に示すように光が集光し、ミラー5cの光出射側に線状集光点が形成される。
図8(c)はシリンドリカル凸レンズ5aを一枚用いた例である。この場合は、同図に示すように光が集光し、レンズ5aの光出射側に線状集光点が形成される。
図8(d)はシリンドリカル凸面ミラー5dを一枚用いた例である。この場合は、同図に示すように光が発散し、ミラー5dの裏面側に虚像の線状集光点が形成される。
Hereinafter, other examples of combinations of the optical elements of the one-way beam divergence device will be described.
FIG. 8 shows a configuration example using one cylindrical concave lens, cylindrical convex lens, cylindrical convex mirror, and cylindrical concave mirror.
FIG. 8A shows an example in which one cylindrical concave lens 5b is used. In this case, as shown in the figure, light diverges and a linear condensing point of a virtual image is formed on the light incident side of the lens 5b.
FIG. 8B shows an example in which one cylindrical concave mirror 5c is used. In this case, the light is condensed as shown in the figure, and a linear condensing point is formed on the light emitting side of the mirror 5c.
FIG. 8C shows an example in which one cylindrical convex lens 5a is used. In this case, the light is condensed as shown in the figure, and a linear condensing point is formed on the light emitting side of the lens 5a.
FIG. 8D shows an example in which one cylindrical convex mirror 5d is used. In this case, the light diverges as shown in the figure, and a virtual image linear condensing point is formed on the back side of the mirror 5d.

図9は、シリンドリカル凹凸レンズを組み合わせた例である。 図9(a)(b)に示すようにシリンドリカル凹レンズ5bとシリンドリカル凸レンズ5aを組合せ、両レンズ5a,5bの焦点距離、間隔等を設定することにより、同図(a)に示すように、レンズ5aの光出射側に線状集光点を形成させたり、同図(b)に示すようにレンズ5bの光入射側に虚像の線状集光点を形成させることができる。
図10は、シリンドリカルレンズとシリンドリカルミラーを組み合わせた例である。
図10(a)は、シリンドリカル凹レンズ5bとシリンドリカル凹面ミラー5cを組み合わせた例であり、同図に示すように光が集光し、シリンドリカル凹面ミラー5cの光出射側に線状集光点が形成される。
図10(b)は、シリンドリカル凸レンズ5aとシリンドリカル凸面ミラー5dを組み合わせた例であり、同図に示すように光が発散し、シリンドリカル凸面ミラー5dの裏面側に虚像の線状集光点が形成される。
図11は、2枚のミラーを組み合わせた例である。
図11(a)は、シリンドリカル凸面ミラー5dとシリンドリカル凹面ミラー5cを組み合わせた例であり、同図に示すように光が集光し、シリンドリカル凹面ミラー5cの光出射側に線状集光点が形成される。
図11(b)は、シリンドリカル凹面ミラー5cとシリンドリカル凸面ミラー5dを組み合わせた例であり、同図に示すように光が発散し、シリンドリカル凸面ミラー5dの裏面側に虚像の線状集光点が形成される。
FIG. 9 shows an example in which cylindrical concave and convex lenses are combined. By combining the cylindrical concave lens 5b and the cylindrical convex lens 5a as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), and setting the focal length, interval, etc. of both lenses 5a and 5b, the lens as shown in FIG. A linear condensing point can be formed on the light emitting side of 5a, or a virtual condensing point of a virtual image can be formed on the light incident side of the lens 5b as shown in FIG.
FIG. 10 shows an example in which a cylindrical lens and a cylindrical mirror are combined.
FIG. 10A shows an example in which a cylindrical concave lens 5b and a cylindrical concave mirror 5c are combined. As shown in FIG. 10, light is condensed and a linear condensing point is formed on the light exit side of the cylindrical concave mirror 5c. Is done.
FIG. 10B is an example in which a cylindrical convex lens 5a and a cylindrical convex mirror 5d are combined. As shown in FIG. 10, light diverges and a linear condensing point of a virtual image is formed on the back side of the cylindrical convex mirror 5d. Is done.
FIG. 11 shows an example in which two mirrors are combined.
FIG. 11A shows an example in which a cylindrical convex mirror 5d and a cylindrical concave mirror 5c are combined. As shown in FIG. 11, light is condensed and a linear condensing point is formed on the light emitting side of the cylindrical concave mirror 5c. It is formed.
FIG. 11B shows an example in which a cylindrical concave mirror 5c and a cylindrical convex mirror 5d are combined. As shown in FIG. 11B, light diverges, and a linear condensing point of a virtual image is formed on the back side of the cylindrical convex mirror 5d. It is formed.

図12に本発明の第5の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示し、図12(a)は側面図、図12(b)は増幅段レーザ(PO)の上面図である。なお、本実施例は、高出力高繰返しArFレーザに適用した場合の構成を示す。
本実施例のレーザ装置は、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ(MO)10と、出力されたMOレーザ光を少なくとも放電ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダ9と、一方向にビームを集光そして発散させるための一方向ビーム発散装置5と、増幅段レーザ(PO)20のOC24側からMOビームを注入するための高反射(HR)ミラー4aとナイフエッジ高反射ミラー7と、MOレーザビームを増幅するための増幅段レーザ(PO)20からなっている。
発振段レーザ(MO)10は、スペクトル線幅を狭くするためにプリズムビームエキスパンダ3aと回折格子(grating)3bを搭載したLNM3と、12kHzの電源16を搭載したレーザチャンバ11とOC14とから構成される。
LNM3に配置されているグレーティング3bの分散方向(プリズムのビーム拡大方向)は前述したように電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
FIG. 12 shows the configuration of a MOPO-type narrow band laser device for exposure according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 12 (a) is a side view, and FIG. 12 (b) is a top view of an amplification stage laser (PO). It is. This example shows a configuration when applied to a high-power, high-repetition ArF laser.
The laser apparatus of the present embodiment includes an oscillation stage laser (MO) 10 that outputs laser light having a narrow spectral line width, a beam expander 9 that expands the output MO laser light at least in the discharge gap direction, and one direction. A one-way beam diverging device 5 for condensing and diverging the beam, a high reflection (HR) mirror 4a for injecting an MO beam from the OC 24 side of the amplification stage laser (PO) 20, and a knife edge high reflection mirror 7; And an amplification stage laser (PO) 20 for amplifying the MO laser beam.
The oscillation stage laser (MO) 10 includes an LNM 3 on which a prism beam expander 3a and a diffraction grating (3b) 3b are mounted to narrow a spectral line width, a laser chamber 11 on which a 12 kHz power source 16 is mounted, and an OC 14. Is done.
As described above, the dispersion direction of the grating 3b arranged in the LNM 3 (the beam expansion direction of the prism) is arranged in a direction perpendicular to the discharge direction of the electrodes.

レーザチャンバ11内にはバッファガスとArガスとF2 ガスが満たされており、電極幅と電極ギャップを狭くすることにより、放電幅が狭く、かつ、電極間でのガス流速が速くなり、12kHz電源から電極に電圧を印加することで安定な放電が形成される。
放電により励起されArFエキシマが形成され、このArFエキシマからArガスとFに分離する時に193nmの波長の光を発光する。
193nmの光をLNM3で波長選択することにより、スペクトル幅約400pm→0.1pmまで狭帯域化して、発振段レーザ(MO)10のOC14から出力される。
発振段レーザ(MO)10は繰返し周波数12kHzでパルス発振し、レーザの発光パルスの時間幅は約30nsである。
発振段レーザ(MO)10の出力光は増幅段レーザ(PO)20の電極ギャップと同等のビーム幅となるように、ビームエキスパンダ9に入射し拡大されて出力される。
そして、一方向にビームを発散させる一方向ビーム発散装置5に入射し、ここを透過すると一方向(放電に対して垂直な方向)に収束するビームに変換される。
The laser chamber 11 is filled with buffer gas, Ar gas, and F 2 gas. By narrowing the electrode width and the electrode gap, the discharge width is narrowed, and the gas flow rate between the electrodes is increased, resulting in 12 kHz. A stable discharge is formed by applying a voltage from the power source to the electrodes.
An ArF excimer is formed by being excited by the discharge, and emits light having a wavelength of 193 nm when the ArF excimer is separated into Ar gas and F.
The wavelength of 193 nm light is selected by the LNM 3 to narrow the spectrum from about 400 pm to 0.1 pm and output from the OC 14 of the oscillation stage laser (MO) 10.
The oscillation stage laser (MO) 10 oscillates at a repetition frequency of 12 kHz, and the time width of the laser emission pulse is about 30 ns.
The output light of the oscillation stage laser (MO) 10 is incident on the beam expander 9 so as to have a beam width equivalent to the electrode gap of the amplification stage laser (PO) 20 and is output after being expanded.
Then, the light is incident on the one-way beam divergence device 5 that diverges the beam in one direction, and is converted into a beam that converges in one direction (perpendicular to the discharge) when transmitted therethrough.

このビームは高反射ミラー4aとナイフエッジ高反射ミラー7を経由して、線状に集光した後、1方向にビームが発散し、このレーザ光は増幅段レーザ(PO)20のOC24とレーザチャンバ21とリアミラー25で構成される安定共振器に注入される。
増幅段レーザ(PO)20のレーザチャンバ21内には2つのペアの電極2a−1,2a−2が直列に配置され、それぞれの電極ペアにおのおの6kHz電源26が接続されている。
発振段レーザ(MO)10からきた注入光は、12kHzで光共振器内に注入されると、同期して6kHz電源を交互に運転して、交互にそれぞれの電極ペア2a−1,2a−2で放電し、注入された光が光共振器内で増幅発振され、OC24から増幅された光が12KHzでレーザ発光し、出力される。
この出力された光は図示しないパワーモニタによりパルスエネルギを検出しその結果が図示しないエネルギコントローラに送られる。エネルギコントローラはこの検出結果に基づいて図示しない同期コントローラを介して、増幅段レーザ(PO)20の各6kHz電源26及び発振段レーザ(MO)10の12kHz電源16に制御信号を送る。
This beam passes through the high reflection mirror 4a and the knife edge high reflection mirror 7, and is condensed linearly. Then, the beam diverges in one direction. This laser beam is the OC 24 of the amplification stage laser (PO) 20 and the laser. It is injected into a stable resonator composed of the chamber 21 and the rear mirror 25.
In the laser chamber 21 of the amplification stage laser (PO) 20, two pairs of electrodes 2a-1 and 2a-2 are arranged in series, and a 6 kHz power source 26 is connected to each electrode pair.
When the injection light coming from the oscillation stage laser (MO) 10 is injected into the optical resonator at 12 kHz, the 6 kHz power source is alternately operated in synchronization with each other, and the respective electrode pairs 2a-1, 2a-2 are alternately operated. The light thus discharged is amplified and oscillated in the optical resonator, and the light amplified from the OC 24 is laser-emitted at 12 KHz and output.
The output light detects pulse energy by a power monitor (not shown), and the result is sent to an energy controller (not shown). Based on the detection result, the energy controller sends a control signal to each 6 kHz power source 26 of the amplification stage laser (PO) 20 and to the 12 kHz power source 16 of the oscillation stage laser (MO) 10 via a synchronous controller (not shown).

この実施例のメリットは、以下の通りである。
(1)増幅段レーザ(PO)20の光共振器がシンプルな(全面において反射率が同じ)OCとリアミラーのみで構成されているため、高繰返し、高パスルエネルギの高出力のArFレーザ光に対して寿命が長い、
(2)発振段レーザ(MO)10のビームを一方向に集光してからビームを発散させて、OC24側から注入しているので、注入効率が高い。OCの反射率が20%から30%とすると、注入効率は70%から80%となる。
(3)放電方向に対して垂直方向にビームを発散させて注入しているので、放電領域が注入ビームで満たされるため、ASE(フリーラン成分)の発生が抑制される。
(4)発振段レーザ(MO)10のビームを一方向に集光してからビームを発散させて、増幅段レーザ(PO)20のOC24側から注入しているので、増幅段レーザ(PO)20の2組の電極ペア2a−1,2a−2が交互にシード光に対して放電しても、ビーム品位の変化が少ない(増幅段レーザ(PO)の電極ペア2a−1と電極ペア,2a−2が放電した場合の光品位の差が少なくなる)。
(5)一方向に広がるビームをシード光として注入しているので、増幅段レーザ(PO)20で共振するたびに増幅された光のビームは放電方向に対して広がるため、レーザウインド及びPO共振器の光学素子に対する単位面積あたりの負荷を低減することができるため、ウインド及びPO共振器の光学素子の寿命が長くなる。
The advantages of this embodiment are as follows.
(1) Since the optical resonator of the amplification stage laser (PO) 20 is composed only of a simple OC (having the same reflectivity over the entire surface) and a rear mirror, it is a high repetition, high pulse energy, high output ArF laser beam. On the other hand, it has a long life,
(2) Since the beam of the oscillation stage laser (MO) 10 is condensed in one direction and then diverged and injected from the OC 24 side, the injection efficiency is high. When the OC reflectance is 20% to 30%, the injection efficiency is 70% to 80%.
(3) Since the beam is diverged and injected in the direction perpendicular to the discharge direction, the discharge region is filled with the injection beam, so that generation of ASE (free run component) is suppressed.
(4) Since the beam of the oscillation stage laser (MO) 10 is condensed in one direction, the beam is diverged and injected from the OC24 side of the amplification stage laser (PO) 20, so that the amplification stage laser (PO) Even when the two electrode pairs 2a-1 and 2a-2 of 20 are alternately discharged with respect to the seed light, the change in beam quality is small (amplification stage laser (PO) electrode pair 2a-1 and electrode pair, The difference in optical quality when 2a-2 is discharged is reduced).
(5) Since a beam that spreads in one direction is injected as seed light, the amplified light beam spreads in the discharge direction every time it resonates with the amplification stage laser (PO) 20, so that laser window and PO resonance Since the load per unit area on the optical element of the resonator can be reduced, the lifetime of the optical element of the window and the PO resonator is extended.

図13に、図12の分割電極を有する増幅段レーザ(PO)の光路を直列に展開した場合の光路図を示す。
前記図3の場合に対して異なるところは、ゲイン領域GLが分割され、GLの代わりに2つの分割電極のゲイン領域のリア側電極2a−1のリア側端部位置からOC側電極2a−2のOC側端部位置までの長さをGL’とすることにより、ASEの発生抑制するための放電領域をシード光で全て満たすためのシード光の注入角度とビームの発散角度を計算することができる。
ここで、前述したようにシード光の線状集光点からのビームの発散角度θとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸(電極2aの長手方向の軸に平行で放電領域の中心を通る軸)と、増幅段レーザ(PO)の2回目の放電領域を通過する光路のうち角度の最小な光路とのなす角度をαとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、シード光の注入光軸(中心光軸)とのなす角度をβとし、増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、増幅段レーザ(PO)の2回目の放電領域を通過する光路のうち角度の最大な光路とのなす角度をγとする。
FIG. 13 shows an optical path diagram when the optical path of the amplification stage laser (PO) having the divided electrodes of FIG. 12 is developed in series.
The difference from the case of FIG. 3 is that the gain region GL is divided, and instead of the GL, the OC side electrode 2a-2 is changed from the rear end position of the rear side electrode 2a-1 in the gain region of the two divided electrodes. By setting the length to the OC side end position of GL ′ as GL ′, it is possible to calculate the seed light injection angle and the beam divergence angle for filling the discharge region for suppressing the generation of ASE with the seed light. it can.
Here, the divergence angle θ of the beam from the linear condensing point of the seed light is set as described above, and the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 (the center of the discharge region is parallel to the longitudinal axis of the electrode 2a). ) And the optical axis passing through the second discharge region of the amplification stage laser (PO) and the angle formed by the optical path with the smallest angle is α, and the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20; Of the optical paths passing through the central optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 and the second discharge region of the amplification stage laser (PO), the angle formed by the seed light injection optical axis (center optical axis) is β. An angle formed by the optical path having the maximum angle is represented by γ.

θ=γ−α……(1)
ここで、α,γが小さいとすると、以下(2),(3)式が成り立つ。
α=(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL’)……(2)’
γ=(Y+HL/2)/(LL+L+RL)……(3)
上記(1),(2)及び(3)式から、
シード光のビーム発散角θは次の(4)式となる。
θ=γ−α=(Y+HL/2)/(LL+L+RL)−(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL’)……(4)’
増幅段レーザ(PO)20の中心光軸と、シード光の注入光軸(中心光軸)とのなす角度βは次の(5)’式となる。
β=(Y−HL/2)/(LL+L+RL+GL’/2)……(5)’
θ = γ−α (1)
Here, if α and γ are small, the following equations (2) and (3) hold.
α = (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL ′) (2) ′
γ = (Y + HL / 2) / (LL + L + RL) (3)
From the above formulas (1), (2) and (3),
The beam divergence angle θ of the seed light is expressed by the following equation (4).
θ = γ−α = (Y + HL / 2) / (LL + L + RL) − (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL ′) (4) ′
An angle β formed by the center optical axis of the amplification stage laser (PO) 20 and the seed light injection optical axis (center optical axis) is expressed by the following equation (5) ′.
β = (Y−HL / 2) / (LL + L + RL + GL ′ / 2) (5) ′

このような条件を満たすシード光を注入すれば、ASEの発生を抑制し、かつ、注入効率が高く、増幅発振可能となる。
ここで、線状集光点の位置は、一方向ビーム発散装置によって実際に集光する位置としたが、ビーム発散装置から出た直後からビームを発散させている場合は、前述したようビーム発散装置の仮想的な集光点の位置から計算すればよい。例えば、凹レンズの機能をする場合は凹レンズの焦点の位置を仮想的に集光点の位置として計算すればよい。
If seed light satisfying such conditions is injected, generation of ASE is suppressed, injection efficiency is high, and amplification oscillation is possible.
Here, the position of the linear condensing point is the position where light is actually condensed by the one-way beam diverging device. However, when the beam is diverging immediately after exiting the beam diverging device, the beam diverging as described above. What is necessary is just to calculate from the position of the virtual condensing point of an apparatus. For example, in the case of functioning as a concave lens, the position of the focal point of the concave lens may be calculated as the position of the condensing point virtually.

本発明の第1の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the narrow band laser apparatus for MOPO system exposure of 1st Example of this invention. 第1の実施例の増幅段レーザ(PO)光路を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the amplification stage laser (PO) optical path of the 1st Example. 図2のレーザ装置の増幅段レーザ(PO)の光路を直列に展開した場合の光路図である。FIG. 3 is an optical path diagram when an optical path of an amplification stage laser (PO) of the laser apparatus of FIG. 2 is developed in series. 本発明の第2の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the narrow-band laser apparatus for exposure of the MOPO system of 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the narrow-band laser apparatus for exposure of the MOPO system of the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the narrow-band laser apparatus for exposure of the MOPO system of the 4th Example of this invention. 一方向ビーム発散装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a one-way beam divergence apparatus. 一方向ビーム発散装置の光学素子の組合せ例(1)を示す図である。It is a figure which shows the example of a combination (1) of the optical element of a one-way beam divergence apparatus. 一方向ビーム発散装置の光学素子の組合せ例(2)を示す図である。It is a figure which shows the example (2) of a combination of the optical element of a one-way beam divergence apparatus. 一方向ビーム発散装置の光学素子の組合せ例(3)を示す図である。It is a figure which shows the example (3) of a combination of the optical element of a one-way beam divergence apparatus. 一方向ビーム発散装置の光学素子の組合せ例(4)を示す図である。It is a figure which shows the example of a combination (4) of the optical element of a one-way beam divergence apparatus. 本発明の第5の実施例のMOPO方式の露光用狭帯域レーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the narrow-band laser apparatus for exposure of the MOPO system of the 5th Example of this invention. 図12のレーザ装置の増幅段レーザ(PO)の光路を直列に展開した場合の光路図である。FIG. 13 is an optical path diagram when the optical path of the amplification stage laser (PO) of the laser apparatus of FIG. 12 is developed in series. MOPO方式のレーザ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the laser apparatus of a MOPO system.

符号の説明Explanation of symbols

1a,2a 放電電極
3 LMN
4a〜4c 高反射ミラー
5,5’ 一方向ビーム発散装置
5a 凸シリンドリカルレンズ
5b 凹シリンドリカルレンズ
6a〜6c 高反射ミラー
7 ナイフエッジミラー
8a,8b 全反射直角プリズム
9 ビームエキスパインダ
10 発振段レーザ(MO)
11,21 チャンバ
12a,12bウィンドウ部材
22a,22bウィンドウ部材
13,23 スリット
14 OC(出力結合ミラー)
20 増幅段レーザ(PO)
24 OC(出力結合ミラー)
25 リアミラー
1a, 2a Discharge electrode 3 LMN
4a to 4c High reflection mirror 5,5 'One-way beam divergence device 5a Convex cylindrical lens 5b Concave cylindrical lens 6a to 6c High reflection mirror 7 Knife edge mirror 8a, 8b Total reflection right angle prism 9 Beam expander 10 Oscillation stage laser (MO )
11, 21 Chamber 12a, 12b Window member 22a, 22b Window member 13, 23 Slit 14 OC (Output coupling mirror)
20 Amplification stage laser (PO)
24 OC (output coupling mirror)
25 Rear mirror

Claims (5)

狭帯域発振段レーザ(MO)と共振器を配置した増幅段レーザ(PO)とからなる注入同期式レーザ装置であって、
上記発振段レーザ(MO)から放射されるMOレーザ光を前記増幅段レーザ(PO)の出力結合ミラー(OC)の手前の位置で線状に集光させる、もしくは前記出力結合ミラー(OC)の手前の位置に虚像の集光点を形成させる光学手段と、
上記線状に集光した集光点もしくは虚像の集光点から一方向に発散した前記MOレーザ光をシード光として、増幅段レーザ(PO)の共振器に注入する注入手段とを備えたことを特徴とする露光用狭帯域レーザ装置。
An injection-locked laser device comprising a narrow-band oscillation stage laser (MO) and an amplification stage laser (PO) provided with a resonator,
The MO laser beam radiated from the oscillation stage laser (MO) is condensed linearly at a position before the output coupling mirror (OC) of the amplification stage laser (PO), or the output of the output coupling mirror (OC) Optical means for forming a condensing point of a virtual image at a position in front,
Injecting means for injecting into the resonator of the amplification stage laser (PO) using the MO laser light diverging in one direction from the condensing point or the virtual image condensing point as a seed light. A narrow-band laser device for exposure.
請求項1に記載の光学手段として、シリンドリカル凹レンズまたはシリンドリカル凸面高反射ミラーを備えた光学手段を用いる
ことを特徴とする露光用狭帯域レーザ装置
A narrow band laser device for exposure, wherein an optical means comprising a cylindrical concave lens or a cylindrical convex high reflection mirror is used as the optical means according to claim 1.
請求項1に記載の光学手段として、シリンドリカル凸レンズまたはシリンドリカル凹面高反射ミラーを備え、一旦ライン状に集光した後、一方向に発散させる光学手段を用いることを特徴とする露光用狭帯域レーザ装置   2. An exposure narrowband laser apparatus comprising: a cylindrical convex lens or a cylindrical concave high reflection mirror as optical means according to claim 1; and optical means for once diverging in a line and then diverging in one direction. 請求項1に記載の光学手段として、シリンドリカル凹凸レンズの組合せまたはシリンドリカル凹凸面高反射ミラーの組合せた光学素子を備え、一旦ライン状に集光した後、一方向に発散させる光学手段を用いた
ことを特徴とする露光用狭帯域レーザ装置。
The optical means according to claim 1, comprising an optical element having a combination of a cylindrical concave / convex lens or a cylindrical concave / convex surface high reflection mirror, and once condensing in a line shape, an optical means for diverging in one direction was used. A narrow-band laser device for exposure.
MOレーザ光を一方向に発散させる方向は、前記増幅段レーザ(PO)及び発振段レーザ(MO)の放電方向に対して略垂直方向である
ことを特徴とする請求項1に記載の露光用狭帯域レーザ装置。
The exposure direction according to claim 1, wherein the direction in which the MO laser beam is diverged in one direction is substantially perpendicular to the discharge direction of the amplification stage laser (PO) and the oscillation stage laser (MO). Narrow band laser device.
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WO2023089673A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 ギガフォトン株式会社 Laser apparatus and electronic device manufacturing method

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