JP2009158885A - Buffer means for optical element for gas laser, and gas laser device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスレーザ用光学素子及びそれを用いたガスレーザ装置に関し、特に、エキシマレーザやフッ素分子レーザ等の半導体露光装置で使用される紫外線ガスレーザ用光学素子の緩衝手段及びそれを用いたガスレーザ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical element for a gas laser and a gas laser apparatus using the same, and more particularly to a buffer means for an optical element for an ultraviolet gas laser used in a semiconductor exposure apparatus such as an excimer laser or a fluorine molecular laser, and a gas laser apparatus using the same. Is.
（露光用光源）
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められており、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在の露光用ガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの深紫外光を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置、並びに、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。次世代の露光技術として、露光用レンズとウエハー間を液体で満たして屈折率を変えることによって、露光光源の見かけの波長を短波長化する液浸技術をＡｒＦエキシマレーザ露光に適用しようとしている。ＡｒＦエキシマレーザ液浸では、純水を液浸液にした場合１３４ｎｍの波長になる。また、次々世代の露光用光源として、波長１５７ｎｍの真空紫外光を放出するＦ2 （フッ素分子）レーザ装置によるＦ2 レーザ液浸露光が採用される可能性もある。Ｆ2 レーザ液浸では、１１５ｎｍの波長になると言われている。
(Light source for exposure)
As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses. For this reason, the wavelength of light emitted from the exposure light source is being shortened, and a gas laser device is used as the exposure light source instead of the conventional mercury lamp. As a current gas laser apparatus for exposure, a KrF excimer laser apparatus that emits deep ultraviolet light having a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser apparatus that emits vacuum ultraviolet light having a wavelength of 193 nm are used. As a next-generation exposure technique, an immersion technique for shortening the apparent wavelength of the exposure light source by filling the space between the exposure lens and the wafer with a liquid and changing the refractive index is being applied to ArF excimer laser exposure. In ArF excimer laser immersion, a wavelength of 134 nm is obtained when pure water is used as the immersion liquid. Further, as an exposure light source for the next generation, there is a possibility that F 2 laser immersion exposure using an F 2 (fluorine molecule) laser device that emits vacuum ultraviolet light having a wavelength of 157 nm may be employed. The F 2 laser immersion is said to have a wavelength of 115 nm.
（露光用光学素子と色収差）
多くの半導体露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では、異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされて色収差補正が行われる。現在、露光用光源であるレーザ波長の２４８ｎｍ〜１５７ｎｍの波長（紫外線）域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は、合成石英とＣａＦ2 以外にはない。このため、ＫｒＦエキシマレーザ用の投影レンズとしては、合成石英のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用され、ＡｒＦエキシマレーザ用の投影レンズとしては、合成石英とＣａＦ2 で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。ところが、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザの自然発振スペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いために、これらの投影レンズを使用すると、色収差が発生して解像力が低下する。そこで、色収差が無視できるまでに、これらのガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このため、これらのガスレーザ装置には狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュールがレーザ共振器内に設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。
(Exposure optics and chromatic aberration)
A projection optical system is adopted as an optical system of many semiconductor exposure apparatuses. In the projection optical system, chromatic aberration correction is performed by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. Currently, there are no optical materials other than synthetic quartz and CaF 2 suitable for use as the lens material of the projection optical system in the wavelength (ultraviolet) range of 248 nm to 157 nm of the laser wavelength that is the light source for exposure. For this reason, as the projection lens for the KrF excimer laser, an all-refractive type monochromatic lens composed only of synthetic quartz is adopted, and as the projection lens for the ArF excimer laser, all projection lenses composed of synthetic quartz and CaF 2 are adopted. A refractive type partial achromatic lens is used. However, since the natural oscillation spectral line width of KrF excimer laser and ArF excimer laser is as wide as about 350 to 400 pm, when these projection lenses are used, chromatic aberration is generated and the resolution is lowered. Therefore, before the chromatic aberration can be ignored, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light emitted from these gas laser devices. For this reason, in these gas laser devices, a band-narrowing module having a band-narrowing element (such as an etalon or a grating) is provided in the laser resonator, thereby realizing a narrow band of the spectral line width.
（液浸リソグラフィーと偏光照明）
上記したように、ＡｒＦエキシマレーザ液浸リソグラフィーの場合、媒体としてＨ2 Ｏを使用したとき、屈折率が１．４４になるため、屈折率に比例するレンズ開口数ＮＡは原理的に従来の開口数に対して１．４４倍に増やすことができる。ＮＡが高くなるにつれ、光源であるレーザ光の偏光純度の影響が大きくなる。偏光の向きがマスクパターンの方向に平行であるＴＥ偏光の場合は影響がないが、それが直交するＴＭ偏光の場合は、像のコントラストが低くなってしまう。これは、後者の場合、ウエハー上の焦点における電界のベクトルが異なる方向であるため、ウエハーへの入射角が大きくなるに従い、電界のベクトルが同一である前者に比べ、強度が弱くなってしまうためである。この影響はＮＡが１．０に近づくか超える場合に強くなり、ＡｒＦエキシマレーザ液浸はこの場合に該当する。そのため、以上のように露光装置の照明系では、所望の偏光状態を制御する必要がある。この偏光照明の制御には、露光装置の照明系に入力されるレーザの偏光状態が直線偏光であることが要求されている。偏光純度は、直線偏光と非直線偏光の割合であり、レーザの偏光は、偏光純度が高く維持されることが要求されている。
(Immersion lithography and polarized illumination)
As described above, in the case of ArF excimer laser immersion lithography, when H 2 O is used as the medium, the refractive index becomes 1.44, so the lens numerical aperture NA proportional to the refractive index is in principle the conventional aperture. The number can be increased by 1.44 times the number. As the NA increases, the influence of the polarization purity of the laser beam as the light source increases. In the case of TE polarized light whose polarization direction is parallel to the direction of the mask pattern, there is no influence, but in the case of TM polarized light in which it is orthogonal, the contrast of the image is lowered. This is because, in the latter case, the electric field vector at the focal point on the wafer is in a different direction, and as the angle of incidence on the wafer increases, the intensity becomes weaker than the former, where the electric field vector is the same. It is. This effect becomes stronger when NA approaches or exceeds 1.0, and ArF excimer laser immersion corresponds to this case. Therefore, it is necessary to control a desired polarization state in the illumination system of the exposure apparatus as described above. For the control of this polarized illumination, it is required that the polarization state of the laser input to the illumination system of the exposure apparatus is linearly polarized light. The polarization purity is a ratio of linearly polarized light and non-linearly polarized light, and the polarization of laser is required to maintain high polarization purity.
図７は、従来の一般的なガスレーザ装置１００を示す図である。従来、ガスレーザ装置１００のレーザチャンバ１０１におけるウィンドウ１０２は、ＣａＦ２で作製されているものが多い。ＣａＦ2製ウィンドウ１０２は、レーザチャンバ１０１の保持部１０１ａの内側表面にシール材１０３、レーザチャンバ１０１の保持部１０１ａの外側表面に樹脂製の緩衝材１０４を配し、保持されている。保持部１０１ａとＣａＦ2製ウィンドウ１０２の間に柔らかい樹脂リングを緩衝材１０４として使用するにより、保持部１０１ａによるウィンドウ１０２表面へのキズ付きを防止していた。 FIG. 7 is a diagram showing a conventional general gas laser device 100. Conventionally, the window 102 in the laser chamber 101 of the gas laser apparatus 100 is often made of CaF2. The CaF 2 window 102 is held by a sealing material 103 disposed on the inner surface of the holding portion 101 a of the laser chamber 101 and a resin cushioning material 104 disposed on the outer surface of the holding portion 101 a of the laser chamber 101. By using a soft resin ring between the holding portion 101a and the CaF 2 window 102 as the cushioning material 104, the holding portion 101a is prevented from being scratched on the surface of the window 102.
しかしながら、従来の技術では、このような樹脂リングをＣａＦ2製ウィンドウ１０２の緩衝材１０４として使用する場合、以下の問題点が発生することがあった。 However, in the conventional technique, when such a resin ring is used as the buffer material 104 of the window 102 made of CaF 2 , the following problems may occur.
まず、図８に示すように、レーザ光Ｌの多重反射光や散乱光により、樹脂リング製緩衝材１０４が光分解反応を起こし、有機物などの汚染物質１２０が発生することがあった。これらの汚染物質１２０は、ウィンドウ１０２の表面を汚染し、劣化の原因となっていた。 First, as shown in FIG. 8, the resin ring-made buffer material 104 may undergo a photolysis reaction due to multiple reflected light or scattered light of the laser light L, and a contaminant 120 such as an organic matter may be generated. These contaminants 120 contaminated the surface of the window 102 and caused deterioration.
また、図９に示すように、レーザ共振器１１０内はＮ2ガスでパージされている為、これら汚染物質１２０はＮ2ガスによって運ばれ、ウィンドウ１０２だけでなく、レーザ共振器１１０内のフロントミラー１１１又はリヤミラー１１２等の光学素子の表面も汚染し、劣化の原因となっていた。 Further, as shown in FIG. 9, since the inside of the laser resonator 110 is purged with N 2 gas, these contaminants 120 are carried by the N 2 gas, and not only the window 102 but also the front inside the laser resonator 110. The surface of the optical element such as the mirror 111 or the rear mirror 112 is also contaminated and causes deterioration.
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、汚染物質の発生がなくなり、光学素子の汚染が防止され、光学素子の寿命を延ばすフッ化カルシウム結晶を用いたガスレーザ用光学素子の緩衝手段及びそれを用いたガスレーザ装置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 eliminate calcium fluoride crystals that eliminate the generation of contaminants, prevent contamination of the optical element, and extend the life of the optical element. It is an object of the present invention to provide a buffer means for a gas laser optical element used and a gas laser device using the same.
そのために、本発明のガスレーザ用光学素子の緩衝手段は、入射平面と射出平面を備え、紫外線が入射平面から入射し、射出平面から射出するフッ化カルシウム結晶からなる紫外線ガスレーザ用光学素子の緩衝手段において、前記緩衝手段は、前記光学素子と、前記光学素子を保持する保持手段との間に当接して配置され、フッ化カルシウムよりも軟らかい金属からなることを特徴とする。 For this purpose, the buffering means for the optical element for gas laser of the present invention has a plane of incidence and an emission plane, and the buffering means of the optical element for ultraviolet gas laser comprising a calcium fluoride crystal that is incident from the plane of incidence and emitted from the plane of incidence. The buffer means is arranged in contact with the optical element and a holding means for holding the optical element, and is made of a metal softer than calcium fluoride.
また、前記緩衝手段は、前記光学素子と当接する側の表面を１工程で加工されると共に、以下の条件を満足することを特徴とする。
エッジ突部の高さ＜０．２μｍ
表面の粗さ＜０．２μｍ
平面度≦０．０１ｍｍ
平行度≦０．０１ｍｍ
The buffer means is characterized in that the surface on the side in contact with the optical element is processed in one step and satisfies the following conditions.
Edge protrusion height <0.2μm
Surface roughness <0.2μm
Flatness ≤ 0.01mm
Parallelism ≦ 0.01mm
また、前記緩衝手段は、アルミニウムから形成されることを特徴とする。 Further, the buffer means is made of aluminum.
さらに、本発明のガスレーザ用光学素子を用いたガスレーザ装置は、レーザチャンバと、レーザチャンバの一方の側とその反対側に設置された光共振器と、レーザチャンバ内部に封入されたレーザガスと、そのレーザガスを励起する手段と、励起されたレーザガスから発生する光がレーザチャンバ外部へ出射するためにレーザチャンバに設けられた２つのウィンドウとを有し、前記ウィンドウが前記光共振器の光軸上に沿って配置されているガスレーザ装置において、前記各ウィンドウは前記ガスレーザ用光学素子からなり、前記緩衝手段は、前記ウィンドウと前記ウィンドウを保持する保持手段との間に当接して配置されることを特徴とする。 Furthermore, a gas laser apparatus using the optical element for gas laser of the present invention includes a laser chamber, an optical resonator installed on one side of the laser chamber and the opposite side thereof, a laser gas sealed in the laser chamber, Means for exciting the laser gas, and two windows provided in the laser chamber for emitting light generated from the excited laser gas to the outside of the laser chamber, the window being on the optical axis of the optical resonator In the gas laser apparatus disposed along the window, each of the windows includes the optical element for the gas laser, and the buffer unit is disposed in contact with the window and a holding unit that holds the window. And
本発明のガスレーザ用光学素子の緩衝手段は、保持手段にフッ化カルシウム結晶からなる紫外線ガスレーザ用光学素子を保持する部分に緩衝手段としてフッ化カルシウムよりも軟らかい金属を使用することにより、汚染物質の発生がなくなり、光学素子の汚染が防止され、光学素子の寿命を延ばすことができる。 The buffer means for the optical element for gas laser of the present invention uses a metal softer than calcium fluoride as the buffer means for the part for holding the optical element for ultraviolet gas laser made of calcium fluoride crystal in the holding means. Occurrence is eliminated, contamination of the optical element is prevented, and the life of the optical element can be extended.
また、緩衝手段は、光学素子と当接する側の表面を１工程で加工されると共に、以下の条件を満足するので、光学素子の表面が破損し、且つ応力集中が起こり大きな複屈折が発生することが低減される。
エッジ突部の高さ＜０．２μｍ
表面の粗さ＜０．２μｍ
平面度≦０．０１ｍｍ
平行度≦０．０１ｍｍ
In addition, the buffer means is processed in one step on the surface in contact with the optical element and satisfies the following conditions. Therefore, the surface of the optical element is damaged, stress concentration occurs, and large birefringence occurs. Is reduced.
Edge protrusion height <0.2μm
Surface roughness <0.2μm
Flatness ≤ 0.01mm
Parallelism ≦ 0.01mm
また、前記緩衝手段は、アルミニウムから形成されるので、安価で容易に加工することができる。 Further, since the buffer means is made of aluminum, it can be easily processed at low cost.
以下、本発明に係る実施形態の紫外線ガスレーザ用光学素子の緩衝手段及び紫外線ガスレーザ装置について説明する。 Hereinafter, a buffering means and an ultraviolet gas laser apparatus for an optical element for an ultraviolet gas laser according to an embodiment of the present invention will be described.
図１は、本実施形態のＣａＦ2（フッ化カルシウム）製ウィンドウの保持状態を示す図である。図中、１はレーザチャンバ、２はウィンドウ、３はシール材、４は緩衝手段としての緩衝材である。 FIG. 1 is a diagram showing a holding state of a CaF 2 (calcium fluoride) window according to the present embodiment. In the figure, 1 is a laser chamber, 2 is a window, 3 is a seal material, and 4 is a buffer material as a buffer means.
レーザチャンバ１は、従来と同様のもので、ウィンドウ２を保持する保持部１ａを有している。 The laser chamber 1 is the same as the conventional one, and has a holding portion 1 a that holds the window 2.
ＣａＦ２製ウィンドウ２は、レーザチャンバ１の保持部１ａの内側表面に配置されたシール材３、及び、レーザチャンバ１の保持部１ａの外側表面に配置された緩衝材４を介してレーザチャンバ１に保持されている。 The window 2 made of CaF2 is placed in the laser chamber 1 via the sealing material 3 arranged on the inner surface of the holding part 1a of the laser chamber 1 and the buffer material 4 arranged on the outer surface of the holding part 1a of the laser chamber 1. Is retained.
シール材３は、レーザ光の多重反乱光や散乱光の影響を受けない部分に配置するのが好ましい。 The sealing material 3 is preferably disposed in a portion that is not affected by the multiple repulsive light or scattered light of the laser light.
緩衝材４は、ウィンドウ２の外周に沿って、ウィンドウ２と保持部１ａとの間に当接して配置される。また、金属製のリングからなり、特に、ＣａＦ2よりも軟らかい金属を使用するとよい。本実施形態では、安価で加工の容易なアルミニウムを適用する。 The cushioning material 4 is disposed along the outer periphery of the window 2 so as to abut between the window 2 and the holding portion 1a. Further, it is preferable to use a metal made of a metal ring and softer than CaF 2 . In this embodiment, cheap and easy-to-process aluminum is applied.
このように、レーザチャンバ１にＣａＦ2製ウィンドウ２を保持する部分に緩衝材４としてＣａＦ2よりも軟らかい金属を使用することにより、汚染物質の発生がなくなり、ウィンドウ及びその他の共振器内光学素子の汚染が防止され、ウィンドウ及びその他光学素子の寿命を延ばすことができる。 In this way, by using a metal softer than CaF 2 as the buffer material 4 in the portion holding the CaF 2 window 2 in the laser chamber 1, the generation of contaminants is eliminated, and the window and other optical elements in the resonator Contamination can be prevented and the life of windows and other optical elements can be extended.
次に、本実施形態の緩衝材４の加工スペックについて説明する。図２は、本実施形態とは異なり、緩衝材の表面状態が良くない場合の参考例を示す。金属製リングからなる緩衝材４を加工する際には、以下に示す３つの場合に注意する必要がある。 Next, the processing specifications of the cushioning material 4 of the present embodiment will be described. FIG. 2 shows a reference example when the surface state of the cushioning material is not good unlike the present embodiment. When processing the cushioning material 4 made of a metal ring, it is necessary to pay attention to the following three cases.
（１）図２（ａ）に示すように、金属リングからなる緩衝材４のエッジの突部４ａにより、ウィンドウ２の表面が破損し、且つ応力集中が起こり大きな複屈折が発生する場合がある。応力による複屈折が生じると、レーザの偏光が悪化し、レーザ性能を低下させる。 (1) As shown in FIG. 2 (a), the projection 4a at the edge of the cushioning material 4 made of a metal ring may damage the surface of the window 2, and stress concentration may cause a large birefringence. . When birefringence due to stress occurs, the polarization of the laser deteriorates and the laser performance is degraded.
表１は、アルミニウム製緩衝材４のエッジの突部４ａの高さがＣａＦ2製ウィンドウ２に与える影響を示す実施例１であり、加圧・減圧を繰り返すレーザガス交換を想定したレーザ動作状況模擬試験の結果である。
表１に示すように、平坦部粗さ曲線平均線からのアルミニウム製緩衝材４のエッジの突部４ａの高さが１μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷及びウィンドウ内部への損傷の進展が明らかに発生していた。ここで、平坦部粗さ曲線平均線とは、図３に示すように、平坦部の平均位置に引いた線であり、エッジの突部４ａの高さとは、その平坦部粗さ曲線平均線からの高さを示す。 As shown in Table 1, when the height of the protrusion 4a at the edge of the aluminum cushioning material 4 from the flat part roughness curve average line is 1 μm, damage to the surface of the window 2 and damage to the inside of the window Obviously occurred. Here, as shown in FIG. 3, the flat portion roughness curve average line is a line drawn at the average position of the flat portion, and the height of the edge protrusion 4a is the flat portion roughness curve average line. Indicates the height from
また、アルミニウム製緩衝材４のエッジの突部４ａの高さが０．５μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷が明らかに発生し、ウィンドウ内部への損傷の進展も部分的に発生していた。 In addition, when the height of the protrusion 4a at the edge of the aluminum cushioning material 4 is 0.5 μm, the surface of the window 2 is clearly damaged, and the damage inside the window is partially developed. .
これに対して、アルミニウム製緩衝材４のエッジの突部４ａの高さが０．２μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷は、わずかに生じる程度で、性能に影響せず、ウィンドウ内部への損傷の進展はなかった。 On the other hand, when the height of the protrusion 4a at the edge of the aluminum cushioning material 4 is 0.2 μm, the surface of the window 2 is slightly damaged and does not affect the performance. There was no damage progression.
このように、アルミニウム製緩衝材４の「エッジの突部４ａの高さ＜０．２μｍ」とすることで、ウィンドウ２の表面の損傷、及び、ウィンドウ内部への損傷の進展はほとんど見られず、ウィンドウ２の表面が破損し、且つ応力集中が起こり大きな複屈折が発生することが低減される。 Thus, by setting the “height of the edge protrusion 4a <0.2 μm” of the aluminum cushioning material 4, the surface damage of the window 2 and the progress of damage inside the window are hardly seen. The surface of the window 2 is damaged, and stress concentration occurs and large birefringence is reduced.
（２）図２（ｂ）に示すように、金属リングからなる緩衝材４の表面の粗さにより、ウィンドウ２の表面が破損し、且つ応力集中が起こり大きな複屈折が発生する場合がある。 (2) As shown in FIG. 2B, due to the roughness of the surface of the buffer material 4 made of a metal ring, the surface of the window 2 may be damaged, stress concentration may occur, and large birefringence may occur.
表２は、アルミニウム製緩衝材４の表面の粗さがＣａＦ2製ウィンドウ２に与える影響を示す実施例２であり、加圧・減圧を繰り返すレーザガス交換を想定したレーザ動作状況模擬試験の結果である。
表２に示すように、平坦部粗さ曲線平均線からのアルミニウム製緩衝材４の表面の粗さが０．６μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷及びウィンドウ内部への損傷の進展が明らかに発生していた。また、アルミニウム製緩衝材４の表面の粗さが０．３μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷が明らかに発生し、ウィンドウ内部への損傷の進展も部分的に発生していた。 As shown in Table 2, when the roughness of the surface of the aluminum cushioning material 4 from the flat part roughness curve average line is 0.6 μm, the damage of the surface of the window 2 and the progress of the damage to the inside of the window is obvious. It occurred. Further, when the surface roughness of the aluminum cushioning material 4 was 0.3 μm, the surface of the window 2 was clearly damaged, and the damage inside the window was partially generated.
これに対して、アルミニウム製緩衝材４の表面の粗さが０．２μｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷は、わずかに生じる程度で、性能に影響せず、ウィンドウ内部への損傷の進展はなかった。 On the other hand, when the surface roughness of the aluminum cushioning material 4 is 0.2 μm, the surface of the window 2 is slightly damaged and does not affect the performance. There wasn't.
このように、アルミニウム製緩衝材４の「表面の粗さ＜０．２μｍ」とすることで、ウィンドウ２の表面の損傷、及び、ウィンドウ内部への損傷の進展はほとんど見られず、ウィンドウ２の表面が破損し、且つ応力集中が起こり大きな複屈折が発生することが低減される。 As described above, by setting the “surface roughness <0.2 μm” of the aluminum cushioning material 4, the damage of the surface of the window 2 and the progress of the damage to the inside of the window are hardly seen. It is possible to reduce the occurrence of large birefringence due to damage to the surface and stress concentration.
（３）図２（ｃ）に示すように、金属リングからなる緩衝材４の表面のうねり部４ｂにより、ウィンドウ２に応力集中が起こり大きな複屈折が発生する場合がある。 (3) As shown in FIG. 2 (c), the waviness 4b on the surface of the cushioning material 4 made of a metal ring may cause stress concentration in the window 2 and generate large birefringence.
表３は、アルミニウム製緩衝材４の平面度及び平行度がＣａＦ2製ウィンドウ２に与える影響を示す実施例３である。
表３に示すように、平坦部粗さ曲線平均線からのアルミニウム製緩衝材４の表面の粗さが０．６μｍ、エッジの突部４ａの高さが１μｍより大きく、平行度０．０１ｍｍの場合、ウィンドウ２の表面の損傷及びウィンドウ内部への損傷の進展が明らかに発生しており、応力複屈折は１．１７ｎｍであった。 As shown in Table 3, the roughness of the surface of the aluminum cushioning material 4 from the flat part roughness curve average line is 0.6 μm, the height of the protruding part 4 a of the edge is greater than 1 μm, and the parallelism is 0.01 mm. In the case, the damage of the surface of the window 2 and the progress of the damage to the inside of the window occurred clearly, and the stress birefringence was 1.17 nm.
これに対して、アルミニウム製緩衝材４の表面の粗さが０．１μｍ、エッジの突部４ａの高さが０．２μｍより小さく、平面度及び平行度が０．０１ｍｍの場合、の場合、ウィンドウ２の表面の損傷は、わずかに生じる程度で、性能に影響せず、ウィンドウ内部への損傷の進展はなかった。また、応力複屈折は０．３８ｎｍであった。 On the other hand, in the case where the surface roughness of the aluminum cushioning material 4 is 0.1 μm, the height of the protrusion 4a of the edge is smaller than 0.2 μm, and the flatness and parallelism are 0.01 mm, Damage to the surface of the window 2 occurred only slightly, did not affect performance, and there was no progress of damage inside the window. The stress birefringence was 0.38 nm.
このように、アルミニウム製緩衝材４の加工は、表面粗さのほかに平面度，平行度の確保も重要である。「平面度≦０．０１ｍｍ」及び「平行度≦０．０１ｍｍ」とすることで、応力複屈折を低減することができる。 Thus, in the processing of the aluminum cushioning material 4, it is important to ensure flatness and parallelism in addition to the surface roughness. By setting “flatness ≦ 0.01 mm” and “parallelism ≦ 0.01 mm”, stress birefringence can be reduced.
次に、本実施形態の緩衝材４の加工方法について説明する。アルミニウム製緩衝材４の加工では、厚みにばらつきがあると、取り付けた際の面圧に分布が生じて応力集中を起こしウィンドウ２に複屈折が生じる。応力による複屈折が生じると、レーザの偏光が悪化し、レーザ性能を低下させる。 Next, the processing method of the shock absorbing material 4 of this embodiment is demonstrated. In the processing of the aluminum cushioning material 4, if the thickness varies, a distribution occurs in the surface pressure at the time of attachment, stress concentration occurs, and birefringence occurs in the window 2. When birefringence due to stress occurs, the polarization of the laser deteriorates and the laser performance is degraded.
そこで、図４に示すように、緩衝材４は、ウィンドウ２表面を破損させず、且つウィンドウ２表面に応力集中が起こらないように、エッジ及び表面を滑らかに加工する必要がある。 Therefore, as shown in FIG. 4, it is necessary for the cushioning material 4 to smoothly process the edges and the surface so as not to damage the surface of the window 2 and to cause stress concentration on the surface of the window 2.
本実施形態では、緩衝材４のエッジ及び表面を滑らかに加工するために、図５に示すように、エッジ部加工をＲ処理とし、ＣａＦ2製ウィンドウ２に接触する面側の緩衝材４の機械加工は１工程で行うことが望ましい。また、最終工程にラップ加工を施すことが好ましい。ラップ加工は面粗さの低減にも有効である。さらに、ＣａＦ2製ウィンドウ２に接触しない面の角部は、Ｒ処理だけでなく、Ｃ面取りでもよい。 In this embodiment, in order to process the edge and the surface of the buffer material 4 smoothly, as shown in FIG. 5, the edge portion processing is R processing and the buffer material 4 on the surface side that contacts the CaF 2 window 2 is used. The machining is preferably performed in one step. Moreover, it is preferable to perform a lapping process in the final process. Lapping is also effective in reducing surface roughness. Furthermore, the corner of the surface that does not contact the CaF 2 window 2 may be not only R-processed but also C-chamfered.
このように、緩衝材４の加工を１工程で行うことで、ウィンドウ２表面を破損させず、且つウィンドウ２表面に応力集中が起こらないように、エッジ及び表面を滑らかに加工することができる。 Thus, by processing the buffer material 4 in one step, the edge and the surface can be processed smoothly so that the surface of the window 2 is not damaged and stress concentration does not occur on the surface of the window 2.
なお、本実施形態では、緩衝材４としてアルミニウム製を採用したが、アルミニウム以外のＣａＦ2より軟らかい金属を使用してもよい。 In the present embodiment, the cushioning material 4 is made of aluminum, but a metal softer than CaF 2 other than aluminum may be used.
以上、本実施形態の紫外線ガスレーザ用光学素子の緩衝材４をレーザチャンバ１のウィンドウ２に使用する場合について説明した。これは、次のようなレーザ装置で使用することもできる。その例を説明するために、図６に、２ステージレーザシステムの主として光学系の概略の構成と、その中での本発明による紫外線ガスレーザ用光学素子の配置例を示す。 The case where the buffer material 4 of the optical element for an ultraviolet gas laser according to the present embodiment is used for the window 2 of the laser chamber 1 has been described above. This can also be used in the following laser apparatus. In order to explain the example, FIG. 6 shows a schematic configuration mainly of the optical system of the two-stage laser system and an arrangement example of the optical element for the ultraviolet gas laser according to the present invention therein.
２ステージレーザシステムは、発振用レーザ１０とその発振用レーザ１０から発振されたレーザ光（シード光）を入射させて増幅する増幅用レーザ２０とからなるもので、特に狭帯域で４０Ｗ以上の高出力が必要な露光用のＡｒＦエキシマレーザ装置やＦ2レーザ装置に期待されているものである。 The two-stage laser system includes an oscillating laser 10 and an amplifying laser 20 that amplifies the laser beam (seed light) oscillated from the oscillating laser 10, and has a high bandwidth of 40 W or more particularly in a narrow band. This is expected for an ArF excimer laser device or F 2 laser device for exposure that requires output.
発振用レーザ１０にはレーザガスが封入されるレーザチャンバ１１と、共振器を構成する狭帯域化モジュール１４及び出力鏡としての部分反射ミラー１５とが含まれ、さらに、図示していないレーザガス励起システムや制御系、さらには、冷却系、ガス交換システム等が含まれる。 The oscillation laser 10 includes a laser chamber 11 in which a laser gas is sealed, a narrow-band module 14 constituting a resonator, and a partial reflection mirror 15 as an output mirror, and further includes a laser gas excitation system (not shown) A control system, a cooling system, a gas exchange system, and the like are included.
レーザチャンバ１１には、前記のように、光軸上に２つのウィンドウ１２と１３が取り付けてある。また、狭帯域化モジュール１４には、ビーム拡大光学系を構成する単数あるいは複数のビーム拡大プリズム１６（図では２個）と、狭帯域化素子としてのグレーティング１７（又はエタロン）が含まれる。 As described above, two windows 12 and 13 are attached to the laser chamber 11 on the optical axis. The band narrowing module 14 includes one or a plurality of beam expanding prisms 16 (two in the drawing) constituting the beam expanding optical system and a grating 17 (or etalon) as a band narrowing element.
増幅用レーザ２０も、レーザガスが封入されるレーザチャンバ２１と、共振器を構成する部分反射ミラー２４、２５とが含まれ、さらに、図示していないレーザガス励起システムや制御系、さらには、冷却系、ガス交換システム等が含まれる。 The amplification laser 20 also includes a laser chamber 21 in which a laser gas is sealed, and partial reflection mirrors 24 and 25 that constitute a resonator, and further includes a laser gas excitation system and a control system (not shown), and a cooling system. Gas exchange systems and the like.
レーザチャンバ２１には、光軸上に２つのウィンドウ２２と２３が取り付けてある。なお、図６においては、発振用レーザ１０から発振されたレーザ光は、ミラー１８と１９でそれぞれ反射されて増幅用レーザ２０に入射するように構成されている。レーザウィンドウは発振段及び増幅段レーザの共振器内に配置されているので、レーザ光が多数往復する。 Two windows 22 and 23 are attached to the laser chamber 21 on the optical axis. In FIG. 6, the laser light oscillated from the oscillation laser 10 is reflected by the mirrors 18 and 19 and is incident on the amplification laser 20. Since the laser window is disposed in the resonator of the oscillation stage and amplification stage laser, a large number of laser beams reciprocate.
そして、レーザチャンバ１１、２１に取り付けるウィンドウ１２、１３、２２、２３に本発明に係る紫外線ガスレーザ用光学素子の緩衝材４を適用することが望ましい。 And it is desirable to apply the buffer material 4 of the optical element for ultraviolet gas laser according to the present invention to the windows 12, 13, 22, and 23 attached to the laser chambers 11 and 21.
以上、本発明の紫外線ガスレーザ用光学素子及び紫外線ガスレーザ装置を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、レーザチャンバ１のウィンドウ２に用いるだけでなく、ビームスプリッタやビーム拡大光学系のウェッジ基板等のＣａＦ2基板を採用するものに、本発明に係る緩衝材４を配置してもよい。 The optical element for ultraviolet gas laser and the ultraviolet gas laser apparatus of the present invention have been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made. For example, the buffer material 4 according to the present invention may be arranged not only for the window 2 of the laser chamber 1 but also for a CaF 2 substrate such as a beam splitter or a wedge substrate of a beam expanding optical system.
１…レーザチャンバ
２…ウィンドウ
３…シール材
４…緩衝材（緩衝手段）
１０…発振用レーザ
１１…レーザチャンバ
１２、１３…ウィンドウ
１４…狭帯域化モジュール
１５…出力鏡（部分反射ミラー）
１６…ビーム拡大プリズム
１７…グレーティング
１８、１９…ミラー１
２０…増幅用レーザ
２１…レーザチャンバ
２２、２３…ウィンドウ
２４、２５…部分反射ミラー
３０…発振段レーザパワーモニタ
３１…第１ビームスプリッタ
４０…モニターモジュール
４１…第２ビームスプリッタ
４２…パワー及びスペクトル検出器
５０…光学パルスストレッチャ
５１…第３ビームスプリッタ
５２…高反射ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser chamber 2 ... Window 3 ... Sealing material 4 ... Buffer material (buffer means)
10 ... Laser laser 11 ... Laser chamber 12, 13 ... Window 14 ... Narrow band module 15 ... Output mirror (partial reflection mirror)
16 ... Beam expanding prism 17 ... Grating 18, 19 ... Mirror 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Amplifying laser 21 ... Laser chamber 22, 23 ... Window 24, 25 ... Partial reflection mirror 30 ... Oscillation stage laser power monitor 31 ... First beam splitter 40 ... Monitor module 41 ... Second beam splitter 42 ... Power and spectrum detection 50 ... Optical pulse stretcher 51 ... Third beam splitter 52 ... High reflection mirror
Claims (4)
前記緩衝手段は、前記光学素子と、前記光学素子を保持する保持手段との間に当接して配置され、フッ化カルシウムよりも軟らかい金属からなることを特徴とするガスレーザ用光学素子の緩衝手段。 In the buffering means of the optical element for an ultraviolet gas laser comprising an incident plane and an emission plane, ultraviolet light is incident from the incident plane and is made of calcium fluoride crystal emitted from the emission plane,
The buffer means for a gas laser optical element, wherein the buffer means is disposed in contact with the optical element and a holding means for holding the optical element and is made of a metal softer than calcium fluoride.
エッジ突部の高さ＜０．２μｍ
表面の粗さ＜０．２μｍ
平面度≦０．０１ｍｍ
平行度≦０．０１ｍｍ 2. The buffering means for an optical element for a gas laser according to claim 1, wherein the buffering means processes the surface on the side in contact with the optical element in one step and satisfies the following conditions.
Edge protrusion height <0.2μm
Surface roughness <0.2μm
Flatness ≤ 0.01mm
Parallelism ≦ 0.01mm
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