JP2010518415A - 光パワーの高周波変調 - Google Patents

Abstract

変調パルス光ビームを供給するための装置は定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給する光源を有する。パルス光ビームの経路にあるビーム偏向器が複数のビーム強度変調器のそれぞれに向けて順次に巡回態様でパルス光ビームを方向転換させるように作動できる。ビーム再結合器が定パルス繰返し周波数で変調パルス光ビームを形成するために複数のビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合する。

Description

関連出願の説明

本出願は２００６年９月５日にコブ（Cobb）等により出願された、名称を「光パワーの高周波変調のための方法及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR OPTICAL POWER MODULATION AT HIGH FREQUENCY）」とする、米国仮特許出願第６０/８４２３０６号の恩典を主張する。

本発明は全般的には高周波パルス光源のための光パワー変調に関し、さらに詳しくは、パルス毎にパワーが可変のパルス光出力を得るための方法及び装置に関する。

パルスレーザは外科用デバイスから微細電子回路の形成のためのフォトリソグラフィシステムにわたる用途に広く用いられている。パルスレーザ変調には従来多くのタイプのデバイスが用いられている。そのようなデバイスには、例えば、様々なタイプの音響光学変調器（ＡＯＭ）及び電気光学変調器（ＥＯＭ）のような、レーザ光の一部を偏向するかまたは回折させるデバイスがある。液晶（ＬＣ）変調器のような、別のタイプの変調器は偏光状態を用いて動作する。また別のタイプのパルス光変調器は、例えば、ボイスコイル作動デバイス、圧電アクチュエータ、モーター及びサーボデバイスのようなデバイスによって作動する、レーザビームのいくらかの可変部分を遮る機械的作用によって動作する。

パルスレーザ変調に従来用いられている変調器のそれぞれのタイプには何らかの限界がある。例えば、機械的デバイスはある範囲の速度でしか動作しない。音響光学変調器のような、いくつかのタイプのデバイスはある範囲の波長にわたってしか有効ではない。

パルス変調が特に重視される一分野はＵＶリソグラフィである。微細回路作成のための間断ない解像度向上への猛進はさらに短い波長の使用への関心をかき立て、一般に約２５０ｎｍより短波長の、深ＵＶ領域の光が特に注目されている。しかし、この範囲のパルスレーザビームの変調は、従来の方策では対応できない多くの問題を提示する。一問題は、ＡＯＭ及びＥＯＭデバイスのような変調器デバイスの有効範囲をこえるスペクトル範囲に関する。例えば、ＫＤ^＊Ｐ（リン酸二重水素カリウム）またはＫＤＰ（リン酸二水素カリウムのような代表的なＥＯＭ材料はＵＶ波長において比較的強い吸収を示し、この結果、このスペクトル範囲にかけて材料の損傷閾が低くなる。これにより、これらのデバイスはＵＶリソグラフィ用途のための変調器としての候補から外される。

別の問題は高パルスレートに関する。適するパワーレベルのＵＶ光は、５〜６ｋＨｚないしさらに高いパルスレートで動作することができる、エキシマーレーザによって効率よく供給される。これは、他の点では深ＵＶ範囲で動作できるであろう機械的光変調器の応答速度を相当に上回る。したがって従来の光変調方策は極めて短い波長と比較的高いパルス周波数の組合せに対応しない。

速度及びフレキシビリティに関して限度があるパルスレーザ変調への従来手法は、したがって、ＵＶリソグラフィ技術の能力を制限する。従来手法の顕著な例をいくつか考察することが説明の役に立つ。

名称を「制御された露光（Controlled Exposure）」とするスズキ（Sizuki）の特許文献１は、レーザ自体への駆動信号を制御することによるパルスエネルギーの通常制御を説明している。これにより、ＵＶリソグラフィのような用途に望ましいパルス毎の強度の変化が可能になる。しかし、このタイプのレーザ駆動電流直接変調は速度が数１００Ｈｚ以下でしかないパルスレーザにしか適していないであろう。さらに、より高速の応答が可能であるとしても、一般にはレーザパワー自体の連続変調を試みるよりも一定のパワー出力で動作させる方が一層望ましい。この理由のため、このタイプの手法は高速パルス変調のための実用機構を提供しない。

名称を「露光制御デバイス（Exposure Control Device）」とするスズキ等の特許文献２は、光路の中間に一組のフィルタを配置する、自転フィルタホイールの使用を説明している。それぞれのフィルタは光に対して相異なる減衰レベルを与え、よって固定減衰パターンがレーザビームに与えられる。そのような方策は初期の５００Ｈｚパルスレーザ源に対して変調を与えるために用いることができる。しかし、この方策はより最近に開発された５〜６ｋＨｚで動作するレーザ源には適用できないであろう。さらに、このタイプの方策で与えられる減衰では、不連続パワーレベルの固定された組合せが反復パターンで与えられる。

同様の自転フィルタホイール方策を示すその他の開示には、名称を「露光制御のための複数の減衰器ブレードを装備するステップアンドスキャン露光システム（Step and Scan Exposure System Equipped with a Plurality of Attenuator Blades for Exposure Control）」とするリー（Li）の特許文献３及び名称を「エネルギー量制御デバイス（Energy Amount Controlling Device）」とするオオモリ（Ohmori）の特許文献４がある。

英国特許出願公開第２１５５６４７Ａ号明細書 米国特許第４９７０５４６号明細書 米国特許第６４７６９０５号明細書 米国特許第５１１９３９０号明細書

すなわち、より高速のパルスレーザ周波数が最近数年の間に達成されているにも関わらず、ＵＶパルスレーザを利用するリソグラフィシステムは、そのようなレーザが提供するさらに高い潜在能力を、高められた露光精度及び処理速度のために利用することができていない。したがって、それぞれのパルスを個別に変調できる、高周波パルス光ビームを提供する装置が必要とされている。

本発明の目的はレーザ光変調技術の進展にある。この目的を念頭において、本発明は、変調パルス光ビームを供給するための、
（ａ）定パルス繰返し周波数のパルス光ビームを供給するための光源、
（ｂ）複数のビーム強度変調器、
（ｃ）パルス光ビームの経路にあり、複数のビーム強度変調器のそれぞれに向けて順次に巡回態様でパルス光ビームを方向転換させるように作動できる、ビーム偏向器、及び
（ｄ）定パルス繰返し周波数の変調パルス光を形成するために複数のビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合するように配置されたビーム再結合器、
を備える装置を提供する。

低周波変調器列にかけてパルス光をスキャンすることにより高周波変調を提供することが本発明の特徴である。

リソグラフィに用いられる深ＵＶ領域における高周波パルスレーザ変調が可能になることが本発明の利点である。

本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、当業者には、本発明の例示実施形態が示され、説明される図面とともになされる、以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。

図１は入力パルスシーケンス及び本発明を用いた変調出力パルスシーケンスを示すタイミング図である。 図２は、回転多角形スキャナーを備える、一実施形態を示す略図である。 図３Ａは変調パルス出力を形成するためのそれぞれのパルスの方向転換を示す略図である。 図３Ｂは変調パルス出力を形成するためのそれぞれのパルスの方向転換を示す略図である。 図３Ｃは変調パルス出力を形成するためのそれぞれのパルスの方向転換を示す略図である。 図３Ｄは変調パルス出力を形成するためのそれぞれのパルスの方向転換を示す略図である。 図３Ｅは変調パルス出力を形成するためのそれぞれのパルスの方向転換を示す略図である。 図４は一実施形態におけるパルス発生コンポーネントとパルス変調コンポーネントの同期を示すタイミング図である。 図５Ａはガルバノメータ式スキャナーを用いる一実施形態を示す略図である。 図５Ｂはガルバノメータ式スキャナーを用いる一実施形態を示す略図である。 図６Ａは４つの変調チャネルを用いる一実施形態を示す斜視図である。 図６Ｂは４つの変調チャネルを用いる一実施形態を示す斜視図である。 図６Ｃは４つの変調チャネルを用いる一実施形態を示す斜視図である。 図６Ｄは４つの変調チャネルを用いる一実施形態を示す斜視図である。 図７は図６Ａ〜６Ｄの実施形態のためのビーム再結合器を示す斜視図である。 図８Ａは一実施形態においてスキャン及び再結合のために用いられる回転二連モノゴンを示す側面図である。 図８Ｂはビーム偏向器及び再結合器として回転プリズム屈折素子を用いるビーム発生装置の一実施形態を示す。 図９はホログラフスキャナー及び偏光光源を用いる一実施形態の簡略なブロック図である。 図１０は一実施形態において変調器に用いられるエッジフィルタ応答を示すグラフである。 図１１はビーム発生装置に用いられるシステム制御コンポーネントを示す簡略なブロック図である。

図１のタイミングチャートは本発明の全体的目標、すなわち、比較的一定のパワー出力を有するパルス光ビーム１０から発生される、変調された高周波パルス光ビーム２０の供給を示す。本発明の装置及び方法はある範囲の、特に個々の変調コンポーネント自体の応答時間より短い周期ｔ１を含む、周期ｔ１に適合可能である。例えば、以降に説明される実施形態において、個々のコンポーネントのそれぞれの最高応答時間が約１ｋＨｚでしかない変調器コンポーネントのアレイを、パルス繰返し周波数が５ｋＨｚ（周期ｔ１が０.２ミリ秒）のパルスレーザビームを変調するために用いることができる。図１に示されるように、高周波変調パルス光ビーム２０の個々のパルスのそれぞれを変調することができ、パルス毎に、極めて精確な出力パワー送出が可能になる。以降の図面における略図は、パルス光ビーム１０の入力経路を示し、様々な実施形態において変調パルス光ビーム２０がどのようにして形成されるかを示す。以下の図面及び本文において、同様のコンポーネントは同様の参照数字で指定され、先に説明済のコンポーネント及びコンポーネントの構成または相互作用に関する同様の説明は省略される。

図２の略図は、本発明の動作の主要な原理を説明するビーム発生装置３０の一実施形態を示す。光源として、（図２には示されていない）高周波パルスレーザが偏光ビームスプリッタ２４に偏光パルス光ビーム２２を供給する。光ビーム２２は、光ビーム２２を調整して円偏光パルス光ビームにする１/４波長板２６を通り、光ビーム２２の方向転換のための可変ビーム偏向器として動作する、高周波スキャナー１２に導かれる。図２に示される実施形態において、高周波スキャナー１２は、例えばレーザスキャン装置及びレーザプリンタに通常用いられているような、回転多角形反射素子である。ここで、作動された高周波スキャナー１２はパルスビーム２２の周波数に同期して回転し、パルスビーム２２のそれぞれのパルスを、レンズ１４またはその他の適する光学系を通して、変調器アレイ２８の変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅの内の１つに導く。本実施形態において、パルス光ビームのそれぞれの連続パルスは順次に巡回態様で異なる変調チャネルに方向転換され、それぞれの変調チャネルは個別のビーム強度変調器１８ａ〜１８ｅを有する。この構成では、それぞれの変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅが順次に、それぞれの変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅの右側に簡略に示されるように、個々のパルスを可変変調レベルで変調する。個々のパルスのそれぞれの変調は、変調器コンポーネントの分解能において、０％〜１００％の範囲の減衰とすることができる。次いで、ミラー３２またはその他の反射面が変調光を方向転換させ、変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅを通すかまたは何か別の経路に沿ってスキャナー１２に戻す。変調光は次いで１/４波長板２６を通って戻る出力経路に沿って送られる。この光は１/４波長板２６を２度通過することを思い起こせば、この光が今は偏光ビームスプリッタ２４を通して送られた原パルス光ビーム２２に対して直交方向に偏光していることがわかる。したがって、この変調光は偏光ビームスプリッタ２４から反射される。すなわち、図２に示されるように、偏光ビームスプリッタ２４，１/４波長板２６，それぞれの光変調器１８ａ〜１８ｅ，ミラー３２またはその他の反射コンポーネント及びスキャナー１２が一体となってパルスビーム再結合器の機能を提供して、変調パルス光ビーム２０を形成する。変調パルス光ビーム２０は出力として供給するか、別の光学系に導くことができる。この順次動作は巡回態様で反復され、それぞれの変調器１８ａ〜１８ｅは単一パルスまたは２つ以上の連続パルスを順次に受け取る。５つの変調器１８ａ〜１８ｅを有する図２の実施形態を参照すれば、この巡回反復は、パルス光ビーム１０の６番目の入力パルスは第１の変調器１８ａに導かれ、７番目のパルスは第２の変調器１８ｂに導かれ、以下同様となるであろうことを意味する。

本多重化方式に用いられる高周波スキャナー１２は単一パルスまたは２つ以上の連続パルスを一度に変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅの内の１つに導き得ることを述べておくことが有意義である。出力パワーの精密制御には、整数（すなわち、０，１，２，３等の、ゼロまたは正の整数）個の順次パルスをいずれかの単一変調チャネルに精確なタイミングで導くことが好ましい。図２に示される実施形態は、それぞれの変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅに、一度に１つのパルスを与えられた減衰レベルで変調させる。しかし、例えば、２つ以上の連続パルスをそれぞれの変調器に順次に送り、同じレベルで減衰させることができるであろう。

図３Ａ〜３Ｅの略図は順次に、本発明の別の実施形態の動作を示す。ここで、ビーム偏向器としてはたらく高周波スキャナー１２は、一度に一組の変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅの内の１つに入力パルス光ビーム２２を偏向するように作動できるホログラフスキャナーである。レーザ１６またはその他のタイプの光源からのパルス光ビーム２２は偏光になっている必要がない。この場合、ビーム再結合器の機能は異なる態様で実施される。図２に示される装置３０におけるように、未変調光に用いられる経路と同じ経路に沿って戻る変調光の反射を用いる代りに、図３Ａ〜３Ｅの実施形態では、個々の変調光パルスを出力軸４２に沿って再結合させるためにビーム結合器４０を用いる。ビーム結合器４０は、一実施形態において、１つ以上の回転ミラー３８及び一連のダイクロイック面３６を備える。

図４のタイミング図は図２及び３Ａ〜３Ｅに示されるような実施形態について用いられる同期化を一括して示す。一実施形態において、パルス光ビーム１０は５ｋＨｚの周波数で供給され、よって周期ｔ１は０.２ミリ秒である。（図２及び３Ａ〜３Ｅの変調器１８ａ〜１８ｅに対応する）変調器１〜５についての例示変調レベル図も示される。すなわち、例えば、変調器１は変調パルス光ビーム２０の第１のパルスのレベルを設定し、変調器２は第２のパルスのレベルを設定し、変調器３は第３のパルスのレベルを設定し、以下同様である。例えば、変調器１が第１のパルスの供給に必要な減衰レベルと第６のパルスの供給に必要な減衰レベルの間で遷移するにはある程度の時間が必要であることに注意されたい。パルスレーザ出力の周期ｔ１に対して、変調器１８ａ〜１８ｅは低速で、一般に１ｋＨｚ周波数範囲内の応答時間、すなわち１.０ｍ秒の周期で応答する。すなわち、例えば、単一の変調器１８ａでは動作が低速すぎて５ｋＨｚのパルスシーケンスにおける個々のパルスのそれぞれを制御可能な態様で変調することは明らかに不可能である。しかし、図２及び３Ａ〜３Ｅの例示実施形態に示されるように、変調器の応答時間より短い周期を有するパルスレーザビームのパルス毎変調を提供するために、本発明の多重化構成により、２つ以上のそのような低速変調器を用いることができる。

ビーム偏光、パルス変調及びビーム再結合の機能は多くの可能なコンポーネントの組合せを用いて実施することができる。図５Ａ及び５Ｂの略図に示される実施形態は、ビーム偏向器として、ガルバノメータミラーとしても知られる、ガルバノメータ式スキャナー５６を用いる。本実施形態において、高周波パルスレーザ１６が偏向パルス光ビーム２２を偏向ビームスプリッタ２４に供給する。光ビーム２２は１/４波長板２６を通して送られ、ガルバノメータ式スキャナー５６に導かれる。図５Ａに示されるような、第１の位置において、ガルバノメータ式スキャナー５６はパルス光ビームの内の１つ以上のパルスを、変調器１８ａ及びミラー３２を有する第１の変調チャネル６０ａに導く。次のパルスまたはパルス群を扱うために、図５Ａに点線の外形線で示される、第２の変調チャネル６０ｂが構成される。第１の変調チャネル６０ａからの変調光は次いで方向転換され、１/４波長板２６を通って偏光ビームスプリッタ２４に戻り、偏光ビームスプリッタ２４は変調パルスを反射し、変調パルスビーム２０の一部として、出力に送る。次いでガルバノメータ式スキャナー５６が作動され、図５Ｂに示されるような、第２の位置に変位する。ここで、ガルバノメータ式スキャナー５６はパルス光ビームを第２の変調チャネル６０ｂに導き、変調、反射及び変調光の再結合が同様の態様で行われる。図５Ａ及び５Ｂの実施形態はその機械的な単純性及び堅牢性のために有利であり得るが、高パルス繰返し周波数においてパルス毎変調を提供するためには２つより多くの変調チャネルが必要になり得る。

図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及び６Ｄの斜視図は４つの変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄを有するビーム発生装置３０の一実施形態を示し、ビーム偏向器及びビームを再結合させる結合器４０の両者として機能するスキャナー１２は回転モノゴン５０または単ファセットスキャナーである。図示される実施形態において、このプリズムコンポーネントはシャフト４４上で回転する。これにより、パルス光は、可変変調のため、それぞれの変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄに順次に巡回態様で導かれる。シャフト４４の回転軸Ｒに対して、変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄはこの軸の周りに等角間隔で配置されることが好ましい。

動作はそれぞれの変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄにおいて同様である。図６Ａに示される第１の変調チャネル６０ａを考察すれば、方向転換されたパルス光ビーム２２の１つまたは複数のパルスは、破線の外形線で示されるように、多くのコンポーネントを用いて形成された変調器１８ａに進む。変調器１８ａ〜１８ｄは、それぞれ図６Ａ〜６Ｄの対応する１つに破線の外形線で強調され、それぞれがガルバノメータ式構成を有する。図６Ａの変調器１８ａを特に参照すれば、集束レンズ５８が回転モノゴン５０またはその他のタイプのスキャナー１２から反射された光を屈折板４６に向けて導く。屈折板４６はガルバノメータ態様で作動されて位置間を往復運動し、可変量の光をスリット面４８に供給する。この組合せコンポーネントは次いでビームの一部を反射してスキャナー１２に戻し、変調パルス光ビーム２０の一部として出力に送る。図６Ｂ，６Ｃ及び６Ｄの変調器１８ｂ，１８ｃ及び１８ｄは同様に動作する。図６Ａ〜６Ｄの実施形態は、変調器１８ａ〜１８ｄの例示実施形態として光を変調するために用いられる往復運動デバイスを示しているが、別のタイプの変調器を用いることができる。さらに、４つの変調器１８ａ〜１８ｄが示されているが、異なる数の変調器を用いる別の構成も可能である。

モノゴン５０が回転すると、入射パルス光は続いて変調器１８ｂ，１８ｃ及び１８ｄに順次に供給され、同様に、それぞれの変調チャネルからの光の変調及び再結合により巡回態様で変調パルス光ビーム２０の連続パルス列が供給される。図６Ａ〜６Ｄには、入力パルス光ビーム２２の供給及び状態調整のため、または光学システム内での使用のために変調パルス光ビーム２０を供給するためのコンポーネントは特に示されていない。そのようなコンポーネントは光学設計技術の当業者にはよく知られているであろう。先に述べたように、変調光の経路と未変調光の経路に分離には偏光またはその他の方法を用いることができるであろう。

図７の斜視図は回転二連モノゴン６２を用いる別の実施形態を示す。図８Ａに側面図でも示される回転二連モノゴン６２は、回転シャフト４４の両端上の２つのモノゴン５０，５２からなる。動作において、回転二連モノゴン６２は、（ｉ）図２及び３Ａ〜３Ｅの実施形態においてはスキャナー１２によって、また図５Ａ及び５Ｂにおいてはガルバノメータ式スキャナー５６によって類似態様で実施されるビーム偏向機能、及び（ii）図３Ａ〜３Ｅの実施形態について示される結合器４０と同様のビーム結合器機能の、２つの基本機能を果たす。図７には、一変調チャネル６０ｂの動作が示される。第１のモノゴン５０が回転して一変調チャネルのための位置につき、１つ以上のパルスを、本例においては変調器１８ｂに、回転ミラー４８を介して導く。変調チャネル６０ｂからの変調出力は次いで、ここではビーム結合器４０としてはたらき、変調光を変調パルス光ビーム２０の一部として出力に送る、第２の回転モノゴン５２に、第２の回転ミラー４８を介して導く。シャフト４４が回転すると、モノゴン５２及び５４の結合対は同時に動いて、図６Ａ〜６Ｄに示されるパターンと同様のパターンにしたがい、次の変調チャネルのそれぞれに対する位置につく。

図８Ａの側面図は、偏光を変調するためのビーム発生装置３０に二連モノゴン６２を用いる図７の構成を有する一実施形態を示す。本構成では、二連モノゴン６２がやはりビーム偏向器及びビーム再結合器のいずれの機能も果たし、モノゴン５０がビーム偏向器としてはたらき、モノゴン５２がビーム再結合器としてはたらく。２つの変調器１８ａ及び１８ｂが示され、別の変調器を回転軸Ｒの周りの適する角位置にさらに配置することができるであろう。大入射角での反射は偏光に悪影響を与え得るから、鋭角、好ましくは４５°より小さい鋭角で、偏光を反射することが有利である。図８Ａにおける二連モノゴン６２及びミラー４８の角度配置によって、入射角及び反射角Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４が小さくなり、偏光状態への反射の影響が最小限に抑えられる。

図８Ｂは、単一のコンポーネントがビーム偏向及びビーム再結合のいずれをも提供する、また別の構成を示す。図Ｂの側面図は、回転ビーム偏向器／ビーム再結合器として回転プリズム屈折素子６６を用いる、ビーム発生装置３０の一実施形態を示す。回転プリズム屈折素子６６は（紙面に垂直な）軸Ｒを中心にして回転する。図８Ｂに示される回転位置において、回転プリズム屈折素子６６は入射パルス光ビーム２２の１つ以上のパルスを方向転換させて、鋭角の入射角及び反射角Ａ３でミラー４８に導く。ミラー４８は変調器１８ａに向けて光を反射する。変調器１８ａからの出力である変調光パルスは次いで第２のミラー４８から反射され、回転プリズム屈折素子６６に向けて戻る。入射角及び反射角Ａ２及びＡ３は本実施形態により低減される。図８Ａと同様に、２つの変調器１８ａ及び１８ｂしか示されていないが、別の変調器を回転軸Ｒの周りの適する角位置にさらに配置することができるであろう。

図９はホログラフスキャナーを用いる一実施形態の簡略なブロック図であり、本実施形態においてレーザ１６は偏光光源である。パルス光ビーム２２は偏光ビームスプリッタ２４に進み、１/４波長板２６を通り、次いでビーム偏向を提供するホログラフスキャナー１２に進む。一つのパルスまたは一組のパルスの、変調器１８ｅをもつ変調チャネル６０ｅへの、方向転換が図９に示される。変調光は次いでミラー３２から反射され、逆方向に、変調器１８ｅを通るかまたは迂回し、再び１/４波長板２６を通って戻る。偏光ビームスプリッタ２４はここではビーム結合器４０の一部として作用し、この出力光を反射してビーム発生装置３０の出力に送る。他の変調チャネルのそれぞれについての変調は先の例で詳細に説明した巡回パターンにしたがう。

図２，３Ａ〜３Ｅ，５Ａ，５Ｂ，６Ａ〜６Ｄ，７，８Ａ，８Ｂ及び９に提示される実施形態が示すように、本発明に必要なビーム再結合機能の提供には数多くの可能な構成がある。図２，５Ａ，５Ｂ，６Ａ〜６Ｄ及び８Ｂに示されるような実施形態においては、入り未変調光の経路でもある経路にあり、協働して変調パルス光ビーム２０を供給する、１つ以上のコンポーネントを用いてビーム結合器４０が形成される。あるいは、図３Ａ〜３Ｅ，７及び８Ａに示されるような実施形態において、ビーム結合器４０は、入り未変調光の経路にはない、別個のコンポーネントまたはコンポーネントの組合せである。

本発明は、ビーム整形光学系、ビーム偏向デバイス及び変調デバイスが適切に構成されれば、様々なレーザパワーレベルで用いることができる。例えば、一実施形態において、エキシマーレーザから約１０ｍＪ（ミリジュール）/パルスで原パルスが送り出される。パルスレーザ源については、パルス幅が一般に周期（図１のｔ１）に対して非常に狭く、代表的なパルス幅は５０ｎｓから１００ｎｓの範囲にある。本明細書に示される例示実施形態からわかるように、本発明の装置及び方法により、パルス光ビームのパルス毎変調を実施するために、アレイ２８に構成された、複数の比較的低速なビーム強度変調器の使用が可能になる。これにより個々のパルスのそれぞれの相対強度の制御が可能になり、これはＵＶリソグラフィのような用途にとって決定的な利点となる。

パルス毎変調に加えて、本発明の装置及び方法によってもたらされる別の利点は改善されたパワー散逸に関する。巡回態様で多くの変調チャネルのそれぞれに少数のレーザパルスを導くことにより、変調コンポーネント及びそれらの支援光学系の寿命の延長に役立つように本発明を用いることができる。

ＡＯＭ，ＥＯＭ，またはＬＣデバイス、圧電またはサーボ作動アパーチャ、回転シャッターまたは別の方法で作動されるシャッターを含むシャッター、あるいは圧電アクチュエータまたはサーボデバイスまたはボイスコイル作動デバイス、ガルバノメータ作動デバイスまたはその他のデバイスで作動されるスリットを含む、数多くのタイプのビーム変調器のいずれも本発明の装置に用いることができるであろう。例えば、電気光学変調器には、ポッケルセルデバイス、間隔可変ファブリ−ペロエタロン、半透過性メッシュ及び穿孔板、半透過性または半反射性光学コーティングまたは光学面、バルク吸収光学材料、可動ブレードまたは可動シャッターのような機械的機構を含めることができる。可傾式減衰器素子によって、また固定素子を交換するかまたはパルス光経路にかけて透過率勾配を有する素子を平行移動させることによって、可変透過率を得るために、誘電体フィルムのような、光学コーティングを用いることができる。段階的減衰制御または連続可変制御のいずれも用いることができるであろう。減衰の段差は、線形または対数形とすることができ、あるいは別の入力−出力特性を有することができる。本明細書に説明される実施形態のいくつかにおいては、光に変調器を両方向で通過させて、光を２度変調できることを述べておくことが有意義である。これは、例えば、図２を参照して説明した基本構成を用いると、おこることである。対照的に、図３Ａ〜３Ｅのコンポーネント構成は、変調器１８ａ〜１８ｅのそれぞれを１度だけ通過する光を示す。

ビーム強度変調器の特に有望な一タイプは、透過率を変えるために適する角度に選択的に作動させることができる、ダイクロイックエッジフィルタを用いる。図１０のグラフは一実施形態におけるエッジフィルタの透過率曲線を示す。この曲線が示すように、約１０°にわたる、すなわち約３５°から約４５°までの入射光に対する角度変化により、このフィルタの透過率は１００％近くから０％近くまで劇的に変化する。ビーム減衰に対して上記またはその他のコーティング特性を用いる連続可変光学系は、例えば、独国ガルブゼン（Garbsen）のLaseroptikのような会社から提供される。

図１１は、先に説明した光学コンポーネントの例示構成の内の１つを用いる、ビーム発生装置３０のシステム実施形態を示す。図１１に示されるように、それぞれの変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ等の変調レベルをスキャナー１２のビーム偏向器から受け取られるパルスのタイミングと同期させるためには、いずれかのタイプの制御ロジックプロセッサ６４が必要である。それぞれの変調器への制御信号により、図４の例示波形を参照して説明したように、必要な変調レベルが上記の必要な同期とともに得られるであろう。この機能のための制御ロジックは、例えば専用マイクロプロセッサまたはその他のプログラム制御コンポーネントを用いて、ビーム発生装置３０に組み込むことができる。必要に応じて、外部コンピュータワークステーションまたはその他の外部プロセッサ上で実行されるソフトウエアにより、必要な信号レベル及び同期を得ることができるであろう。光学装置技術の同業者には当然であるように、位置データとの制御信号の同期化のためのような、制御ロジックプロセッサ６４へのステータス情報の提供のために、様々なタイプのフィードバック機構を用いることもできる。

本発明のいくつかの好ましい実施形態を特に参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、上に説明したような、また添付される特許請求の範囲に述べられるような、本発明の範囲内で変形及び改変が実施され得ることが当業者には当然であろう。例えば、レーザ源自体はエキシマーレーザまたは何か別のタイプの高周波源とすることができよう。例えば、レーザ１６は、Ｑスイッチ型またはモードロック型の周波数４逓倍ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザのような、パルス固体レーザとすることができよう。本発明の装置に用いられるようなパルス光ビームの巡回方向転換のためのスキャナー１２，ないしさらに一般にはビーム偏向器の提供には多くの選択肢がある。そのような選択肢には、例えば、回転多角形反射素子、回転モノゴン、またはその他の可回転反射素子、ホログラフスキャナー、ガルバノメータ式スキャナー、及び共振変調器コンポーネントがあり、また組み合せて用いられる様々なコンポーネントもある。例えば、米国特許第２４０３７３１号明細書に開示されるマクニール（MacNeille）プリズムのような、様々な偏光ビームスプリッタ２４を用いることができ、あるいは、ハンセン（Hansen）等の米国特許第６２３４６３４号明細書に説明されるタイプのワイアグリッドデバイスのような、ワイアグリッドビームスプリッタコンポーネントを用いることができるであろう。

以上のように、パルス毎にパワーが可変のパルス光出力を得るための装置及び方法が提供される。

１０ 定出力パルス光ビーム
１２ 高周波スキャナー
１４ レンズ
１６ レーザ
１８ 変調器
２０ 変調パルス光ビーム
２２ 偏光パルス光ビーム
２４ 偏光ビームスプリッタ
２６ １/４波長板
２８ 変調器アレイ
３０ ビーム発生装置
３２ ミラー
３６ 回転ミラー
３８ ダイクロイック面
４０ ビーム結合器
４２ 出力軸

Claims (10)

1. 変調パルス光ビームを供給するための装置において、
   （ａ）定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給するための光源、
   （ｂ）複数のビーム強度変調器、
   （ｃ）前記パルス光ビームの経路にあり、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれに向けて順次に巡回態様で前記パルス光ビームを方向転換させるように作動できるビーム偏向器、及び
   （ｄ）前記定パルス繰返し周波数で前記変調パルス光ビームを形成するために前記複数のビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合するように配置されたビーム再結合器、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記ビーム偏向器が前記パルス光ビームを、一度に１パルスで、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれの１つに向けて順次に方向転換させるように作動できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ビーム偏向器が前記パルス光ビームを、一度に２つ以上の連続パルスで、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれの１つに向けて順次に方向転換させるように作動できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記複数のビーム強度変調器の内の少なくとも１つが、シャッター、圧電作動デバイス、ボイスコイル作動デバイス作動デバイス、サーボ作動デバイス及びガルバノメータ式作動デバイスからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記複数のビーム強度変調器の内の少なくとも１つが反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記ビーム偏向器が、回転多角形反射素子、回転モノゴン、回転プリズム屈折素子、ホログラフスキャナー及びガルバノメータ式スキャナーからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記光源がエキシマーレーザを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記光源がパルス固体レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記ビーム再結合器が偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 変調パルス光ビームを供給する方法において、
    （ａ）定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給する工程、
    （ｂ）変調光を形成するために、複数のビーム強度変調器のそれぞれに向けて順次に巡回態様で前記パルス光ビームを方向転換させる工程、及び
    （ｃ）前記定パルス繰返し周波数で前記変調パルス光ビームを形成するために前記複数のビーム強度変調器のそれぞれからの前記変調光を再結合する工程、
    を含むことを特徴とする方法。

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