JP2013070029A - マスタオシレータシステムおよびレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マスタオシレータシステムは、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、前記光学素子の姿勢を調節することで前記光共振器内を進行するレーザ光の前記グレーティングへの入射角を調節する姿勢制御機構と、を備えてもよい。
【選択図】図2
Description
1.概要
2.用語の説明
3.レーザ装置
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用
4.狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム)
4.1 狭帯域化モジュール
4.1.1 プリズムの姿勢を調節可能な狭帯域化モジュール
4.1.1.1 プリズムの姿勢を調節する機構
4.1.1.1.1 第1例
4.1.1.1.2 第2例
4.1.2 プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む狭帯域化レーザ装置
4.1.2.1 第1例
4.1.2.1.1 ビーム幅調節部
4.1.2.1.1.1 第1例
4.1.2.1.1.2 第2例
4.1.2.2 第2例
4.1.2.2.1 ビーム幅調節部
4.1.2.2.1.1 第1例
4.1.2.2.1.2 第2例
4.1.2.3 第3例
4.1.2.4 第4例
4.1.2.4.1 1つのプリズムが交換可能な場合
4.1.2.4.2 2つ以上のプリズムが交換可能な場合(その1)
4.1.2.4.3 2つ以上のプリズムが交換可能な場合(その2)
4.1.2.4.4 移動しないプリズムをビーム幅調節器として用いる場合
4.2 波面調節部
7.その他
7.1 増幅装置
7.1.1 ファブリペロ共振器を含む実施形態
7.1.2 リング共振器を含む実施形態
7.2 スペクトル検出器
7.2.1 モニタエタロン分光器
7.2.2 グレーティング型分光器
7.3 スペクトル純度E95
以下で例示する実施の形態は、マスタオシレータの光共振器内に配置された光学要素の姿勢を制御し得る。これにより、安定したレーザ発振を実現し得る。
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。上流とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、下流とは、レーザ光の光路に沿って露光装置に近い側をいう。プリズムとは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略90°に交わる3つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の2面と90°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。光軸とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
本開示の一実施の形態によるレーザ装置を、以下に図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、狭帯域化レーザ装置をマスタオシレータシステムとして備えたレーザ装置を例に説明する。
図1は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。レーザ装置100は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置100は、発振段(マスタオシレータ)と増幅段(増幅装置)とを備えた2ステージレーザ装置であってもよい。
つづいて、図1に示されるレーザ装置100の概略動作を、以下に説明する。コントローラ10は、露光装置80のコントローラ81から、露光用のレーザ光L1の出力を要求する露光命令を受信してもよい。この露光命令には、レーザ光L1に要求するスペクトル線幅の目標値(目標スペクトル線幅)が含まれていてもよい。コントローラ10は、露光命令を受信すると、シャッタ機構70を駆動して、シャッタ71を閉じてもよい。また、コントローラ10は、レーザ光L1のスペクトル線幅が要求された目標スペクトル線幅となるように、波面調節部22およびビーム幅調節部32を駆動してもよい。記憶部11は、波面調節部22および/またはビーム幅調節部32の制御値を、目標スペクトル線幅に対応づけて格納していてもよい。制御値と目標スペクトル線幅とは、制御テーブルのデータ形式で管理されていてもよい。あるいは、記憶部11は、目標スペクトル線幅から制御値を算出するための関数やパラメータ等を格納していてもよい。コントローラ10は、記憶部11から読み出した関数やパラメータを用いて、目標スペクトル線幅を達成するための制御値を算出してもよい。コントローラ10は、得られた制御値を、波面調節部22およびビーム幅調節部32へ適宜送信してもよい。また、コントローラ10は、マスタオシレータシステム20内の増幅器23を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム20から、スペクトル線幅が目標スペクトル線幅に略調整されたレーザ光L1が出力され得る。
以上のように、コントローラ10は、露光装置80から目標スペクトル線幅を受信すると、目標スペクトル線幅を達成するための波面調節部22とビーム幅調節部32との制御値を記憶部11内のデータを用いて求め、波面調節部22とビーム幅調節部32とに送信してもよい。これにより、マスタオシレータシステム20が、略目標スペクトル線幅で発振し得る状態に迅速に調整され得る。また、コントローラ10がスペクトル検出部60によって検出されたスペクトル線幅に基づいてマスタオシレータシステム20をフィードバック制御することで、マスタオシレータシステム20が目標スペクトル線幅で安定して発振し得る。
つぎに、図1に示すマスタオシレータシステム20について、図面を参照して詳細に説明する。図2は、マスタオシレータシステム20の構成を概略的に示す側視図である。図3は、マスタオシレータシステム20の構成を概略的に示す上視図である。
つぎに、狭帯域化モジュール30について、いくつか例を挙げて説明する。
図2および図3に示すように、狭帯域化モジュール30は、複数のプリズム321、322および323と、グレーティング31とを備えてもよい。複数のプリズム321〜323およびグレーティング31は、台座321a〜323aおよび31aにそれぞれ固定されてもよい。台座321a〜323aおよび31aのうち少なくとも1つ、たとえばプリズム322の台座322aは、プリズム322のレーザ光L1のビーム軸(光軸)に対する傾き(以下、姿勢という)を調節可能な姿勢制御機構40に設置されてもよい。台座321a〜323aおよび31aのうち少なくとも1つ、たとえばプリズム321の台座321aは、プリズム321および台座321aを図3の紙面と平行な面内で回転可能な回転テーブル321bに保持されてもよい。台座31a、323a、姿勢制御機構40および回転テーブル321bは、架台311に固定されてもよい。
ここで、姿勢制御機構40について、いくつか例を挙げて説明する。
図4および図5は、第1例による姿勢制御機構40の構成を概略的に示す。図4は、姿勢制御機構40の側視断面図である。図5は、姿勢制御機構40の上視図である。図6は、プリズム322の回転軸AXとレーザ光L1の入出射面との関係を示す。
図7および図8は、第2例による姿勢制御機構140の構成を概略的に示す。図7は、姿勢制御機構140の側視図である。図8は、姿勢制御機構140の上視図である。
また、ビーム幅調節部32は、複数の倍率の異なる光学系を備え、それぞれを交換可能としてもよい。なお、以下の構成において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図9は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第1例によるマスタオシレータシステム20Aの構成を概略的に示す。図9に示されるように、マスタオシレータシステム20Aは、出力結合ミラー21と、波面調節部22と、増幅器23と、狭帯域化モジュール30Aとを含んでもよい。狭帯域化モジュール30Aは、狭帯域化モジュール30のビーム幅調節部32の代わりに、ビーム幅調節部32Aを備えてもよい。
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図10は、第1例によるビーム幅調節器303−1の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
また、プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を、図面を用いて詳細に説明する。図11は、第2例によるビーム幅調節器303−2の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
図12は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第2例によるマスタオシレータシステム20Bの構成を概略的に示す。図12に示されるように、マスタオシレータシステム20Bは、図9に示されるマスタオシレータシステム20Aと同様の構成において、狭帯域化モジュール30Aが狭帯域化モジュール30Bに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール30Bは、狭帯域化モジュール30Aと同様の構成において、ビーム幅調節部32Aがビーム幅調節部32Bに置き換えられてもよい。
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図13は、第1例によるビーム幅調節器303−3の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
つぎに、直角プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を説明する。図14は、第2例によるビーム幅調節器303−4の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
つぎに、図1に示されたマスタオシレータシステム20の第3例を、以下に図面を参照して詳細に説明する。第3例では、グレーティング31へのレーザ光L1の入射光路を調節する光路調節プリズム321を、ビーム幅調節部に用いてもよい。図15は、第3例によるマスタオシレータシステム20Cの構成を概略的に示す。図15に示されるように、マスタオシレータシステム20Cは、図9に示されるマスタオシレータシステム20Aと同様の構成において、狭帯域化モジュール30Aが狭帯域化モジュール30Cに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール30Cは、グレーティング31直前の光路調節プリズム321が省略されるとともに、ビーム幅調節部32Aがビーム幅調節部32Cに置き換えられてもよい。
また、複数の光路調節プリズムを用い、それらのうちのすくなくとも1つがビーム幅調節器として用いられてもよい。以下、複数の光路調節プリズムを用いる場合を第4例として、図面を用いて詳細に説明する。
まず、複数の光路調節プリズムのうちの1つがビーム幅調節器として用いられる場合を説明する。図16および図17は、複数の光路調節プリズムのうちの1つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部32Dを含むマスタオシレータシステム20Dの構成例を示す。
また、複数の光路調節プリズムのうちの複数がビーム幅調節器として用いられてもよい。図18は、4つの光路調節プリズムのうち、間に位置する2つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部32Eの構成例を示す。
また、複数の光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側に位置する光路調節プリズムを含む複数の光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられてもよい。図19は、4つの光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側から2つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部32Fの構成例を示す。
移動しない光路調節プリズム、たとえば光路調節プリズム362が姿勢制御機構に設置されてもよい。図20は、移動しない光路調節プリズム362がビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部32Gを備えるマスタオシレータシステム20Gの構成例を示す。
波面調節部22および出力結合ミラー21は、これらの機能を併せ持つ波面調節部26に置き換えられてもよい。図21および図22は、波面調節部26の構成例を示す。図21は、波面調節部26の上視図である。図22は、波面調節部26の側視図である。
7.1 増幅装置
つぎに、図1に示す増幅装置50について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置50は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置50は、1つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置50として用いた場合を例に挙げる。図23は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置50Aの概略構成を模式的に示す。図23に示されるように、増幅装置50Aは、チャンバ53を備えてもよい。増幅装置50Aは、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー51と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力カプラ58とを備えてもよい。リアミラー51と出力カプラ58とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー51の反射率は出力カプラ58の反射率よりも高いことが好ましい。出力カプラ58は、増幅後のレーザ光L1の出力端であってもよい。
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置50として用いた場合を例に挙げる。図24および図25は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置90の概略構成を模式的に示す。図24は増幅装置90の側視図を、図25は増幅装置90の上視図を示す。増幅装置90の出力段には、増幅装置90から出力されたレーザ光L1を遮断するシャッタ98がさらに設けられてもよい。
つぎに、図1に示されるスペクトル検出器63について説明する。
まず、モニタエタロンを用いたスペクトル検出器63を、図面を用いて詳細に説明する。図26は、スペクトル検出器63の概略構成を模式的に示す。図26に示されるように、スペクトル検出器63は、拡散板631と、モニタエタロン632と、集光レンズ633と、イメージセンサ635(またはフォトダイオードアレイでもよい)とを備えてもよい。
つぎに、グレーティング型分光器を用いたスペクトル検出器63Aを、図面を用いて詳細に説明する。図27は、スペクトル検出器63Aの概略構成を模式的に示す。図27に示されるように、スペクトル検出器63Aは、図示しない拡散板と、分光器633aとを備えてもよい。分光器633aは、凹面ミラー635aと、グレーティング636aと、凹面ミラー637aと、イメージセンサ(ラインセンサ)638aとを備えてもよい。
ここで、図28を用いて、スペクトル純度E95について説明する。図28に示されるように、スペクトルSp全体の光エネルギーをSa、線幅Δλcに含まれる光エネルギーをSbとすると、スペクトル純度E95は、以下の式(1)で表現されるスペクトル純度Jが95%となる線幅Δλcと定義し得る。
J=Sb/Sa …(1)
10 コントローラ
11 記憶部
12、13 ドライバ
14 電源
20、20A、20B、20C、20D マスタオシレータシステム
21 出力結合ミラー
22 波面調節部
221 凸面シリンドリカルレンズ
222 凹面シリンドリカルレンズ
23 増幅器
231 レーザチャンバ
232、234 ウィンドウ
233a、233b 放電電極
30 狭帯域化モジュール
31 グレーティング
32、32A〜32G ビーム幅調節部
31a、321a、322a、323a 台座
322b、322c 入出射面
322d 軸
311 架台
322、323 プリズム
36a、36b、…、321、362a、362b、363a〜363c、364a〜364c 光路調節プリズム
321b 回転テーブル
302 空間
303−1、303−2、303−3、303−3a、303−3b、303−4 ビーム幅調節器
331 移動ステージ
332 スライドレール
333 ストッパ
334 移動機構
341、345、351、355 架台
342、343、348、347、352、353、356、357 プリズム
344、346 キューブプリズム
40、140、40−1〜40−13 姿勢制御機構
43 姿勢調節板
43a、43b プレート部
43c 連結部
44、45 ボルト
143c 軸部材
143d バネ
41、42 高反射ミラー
50 増幅装置
60 スペクトル検出部
61 ビームスプリッタ
62 集光レンズ
63 スペクトル検出器
70 シャッタ機構
71 シャッタ
72 駆動機構
80 露光装置
81 コントローラ
26 波面調節部
261 凸面シリンドリカルレンズ
261a 部分反射コート
262 凹面シリンドリカルレンズ
263 架台
264 移動ステージ
265 レール
266 突起部
267 ステッピングモータ
L1 レーザ光
AX 回転軸
Claims (8)
- 光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、
前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、
前記光学素子の姿勢を調節する姿勢制御機構と、
を備えるマスタオシレータシステム。 - 前記光学素子は、プリズムであり、
前記姿勢制御機構は、前記プリズムにおけるレーザ光の2つの入出射面をそれぞれ含む2つの面が交差する軸を傾けるように前記プリズムの姿勢を調節する、請求項1記載のマスタオシレータシステム。 - 前記姿勢制御機構は、前記共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光の入射角を調節する、請求項2記載のマスタオシレータシステム。
- 前記光共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光のビーム幅を調節するビーム幅調節部をさらに備える、請求項2記載のマスタオシレータシステム。
- 前記ビーム幅調節部は、1つ以上のビーム幅調節器と、該1つ以上のビーム幅調節器を前記光共振器内を伝播するレーザ光の光路に対して選択的に出し入れ可能な移動機構と、
を含む、
請求項4記載のマスタオシレータシステム。 - 各ビーム幅調節部は、前記光学素子として1つ以上のプリズムを含み、
前記移動機構は、前記1つ以上のプリズムの少なくとも1つを前記光路に対して選択的に出し入れし、
前記姿勢制御機構は、前記1つ以上のプリズムの少なくとも1つの姿勢を調節する、
請求項5記載のマスタオシレータシステム。 - 前記光共振器内を伝播するレーザ光を増幅する増幅器をさらに備える、請求項2記載のマスタオシレータシステム。
- 請求項2記載のマスタオシレータシステムと、
前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザ装置。
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