JP2631554B2 - Wavelength control unit of the laser - Google Patents

Wavelength control unit of the laser

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステッパーの光源として使用されている狭帯域発振エキシマレーザの波長制御装置に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention [relates] is related to the wavelength control device for narrow-band oscillation excimer laser is used as a stepper light source.

〔従来の技術〕 [Prior art]

半導体装置製造用の縮小投影露光装置(以下、ステッパーという)の光源としてエキシマレーザの利用が注目されている。 Reduction projection exposure apparatuses for semiconductor device fabrication (hereinafter, referred to as a stepper) use of the excimer laser has attracted attention as a light source for. これはエキシマレーザの波長が短い(KrF This is the wavelength of the excimer laser is short (KrF
の波長は約248.4nm)ことから光露光の限界を0.5μm以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた水銀ランプのg線やi線に比較して焦点深度が深いこと、レンズの開口数(NA)が小さくて済み、露光領域を大きくできること、大きなパワーが得られること等多くの優れ利点が期待できるからである。 The wavelength of approximately 248.4 nm) that could put off the limit of light exposure to 0.5μm or less since it is depth of focus as compared to the g-line or i-line of the same resolution, if the mercury lamp has been used conventionally, numerical aperture (NA) of the lens is only a small, the exposure area can be increased, many excellent advantages such that a large power obtained can be expected.

ところで、ステッパーの光源として利用されるエキシマレーザとしては線幅3pm以下の狭帯化が要求され、しかも大きな出力パワーが要求される。 Meanwhile, the excimer laser is used as a stepper light source is required following narrowing the line width 3pm, yet large output power is required.

エキシマレーザの狭帯域化の技術としては従来インジェンクションロック方式と呼ばれるものがある。 The narrowing of the art excimer lasers is the so-called conventional in-Jen action locking system. このインジェンクションロック方式は、オキシレータ段のキャピティ内に波長選択素子(エタロン,回折格子,プリズム等)を配置し、ピンホールによって空間モードを制限して単一モード発振させ、このレーザ光を増幅段によって注入同期する。 This in Jen action locking system, the wavelength selection element in Kyapiti of Okishireta stage (etalon, diffraction grating, prism, etc.) are arranged, to limit the spatial mode by the pinhole is single-mode oscillation, amplifying stage the laser beam the injection-locked by. この方式によると比較的大きな出力パワーが得られるが、ミスショットがあったり、ロッキング効率を100%とすることが困難であったり、スペクトル純度が悪くなるという欠点がある。 Relatively large output power according to this method can be obtained, or have missed shot, or it is difficult to the locking efficiency is 100%, there is a drawback that the spectral purity is deteriorated. また、この方式の場合その出力光はコヒーレンス性が高く、これを縮小露光装置の光源に用いた場合は、スペックル・パターンが発生する。 Further, the output light in this manner has a high coherence, when using this a reduction exposure device light source, the speckle pattern is generated. 一般にスペックル・パターンの発生はレーザ光に含まれる空間横モードの数に依存すると考えられている。 Generation generally speckle pattern is considered to be dependent on the number of space transverse modes contained in the laser beam. すなわち、レーザ光に含まれる空間横モードの数が少ないというスペックル・パターンが発生し易くなり、逆に空間モードの数が多くなるとスペックル・パターンは発生しにくくなることが知られている。 That makes it easier speckle pattern that the number of space transverse modes contained in the laser beam is small is generated, the speckle pattern when the number is large spatial mode conversely is known to be less likely to occur. 上述したインジェクションロック方式は本質的には空間横モードの数を著しく減らすことによって狭帯域化を行う技術であり、スペックル・パターンの発生が大きな問題となるため縮小投影露光装置には採用できない。 Injection lock method described above is essentially a technique for narrowing by significantly reducing the number of spatial transverse mode, generation of the speckle pattern can not be employed in a reduction projection exposure apparatus to become a serious problem.

エキシマレーザの狭帯域化の技術として他に有望なものは波長選択素子であるエアーギャップエタロンを用いたものがある。 Other promising as narrowing techniques excimer laser is that using an air-gap etalon is a wavelength selective element. このエアーギャップエタロンを用いた従来技術としてはAT&Tベル研究所によるエキシマレーザのフロントミラーとレーザチャンバとの間にエアーギャップエタロンを配置し、エキシマレーザの狭帯域化を図ろうとする技術が提案されている。 As the air gap etalon prior art using arranged air gap etalon between the front mirror and a laser chamber of an excimer laser according to AT & T Bell Laboratories, a technique to attempt is made to narrowing of an excimer laser is proposed there. しかし、この方式はスペクトル線幅をあまり狭くせず、かつ、エアーギャップエタロン挿入によるパワーロスが大きいという問題があり、さらに空間横モードの数もあまり多くすることができないという欠点がある。 However, this method is not so much narrower spectral line width, and there is a problem that a large power loss due to the air gap etalon insertion, there is a disadvantage that it can not even be too many more number of spatial transverse modes. またエアーギャップエタロンは耐久性に問題がある。 The air gap etalon there is a problem in durability.

そこで、比較的耐久性に優れたグレーティングを波長選択素子として採用し、このグレーティングの角度を変化させることにより、レーザ光の波長を狭帯化するように構成したエキシマレーザが提案されている。 Therefore, employing a grating having excellent relatively durable as the wavelength selection element, by changing the angle of the grating, excimer laser configured the wavelength of the laser beam to narrowing has been proposed.

〔発明が解決しようとする課題〕 [Problems that the Invention is to Solve]

しかしながら、ステッパーに使用されるような狭帯域発振エキシマレーザはレーザ光の波長を単一段で3pm以下に狭帯域化する必要があり、また高速かつ高精度な波長安定化が必要となる。 However, the narrow-band oscillation excimer laser, such as used in the stepper must be narrowed below 3pm the wavelength of the laser beam in a single stage, also requires a high-speed and highly accurate wavelength stabilization. このため、使用されるグレーティングとして大きな形状のものが必要となり、必然的にその重量も非常に重いものとなる。 Therefore, it is need the larger shape as a grating to be used, inevitably the weight also becomes very heavy. このため、グレーティングを高速かつ高精度で変化させ、波長を安定して高精度に制御することが非常に困難になっていた。 Therefore, the grating is varied at high speed with high accuracy, it has been very difficult to control stably and highly accurate wavelength.

本発明は、レーザ光の波長を高速かつ高精度に安定的に制御することができるレーザ光の波長制御装置を提供することを目的とする。 The present invention aims at providing a wavelength control device of the laser light the wavelength of the laser light can be stably controlled with high speed and high accuracy.

〔課題を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

本発明は、レーザチャンバーとグレーティングとの間にプリズムやミラーなどの光学素子を配置し、この光学素子の角度を変化させることにより波長を制御するものである。 The present invention is arranged an optical element such as a prism or a mirror between the laser chamber and the grating, to control the wavelength by changing the angle of the optical element.

〔作用〕 [Action]

レーザチャンバとグレーティングとの間にある光学素子はグレーティングよりもかなり小さく、軽いため、非常に速くまた正確に角度を変化させることができる。 An optical element located between the laser chamber and the grating because much smaller, lighter than the grating can be changed very quickly also accurately angle. そのため波長の制御性および安定性がよくなる。 Therefore the controllability and stability of the wavelength is improved.

〔実施例〕 〔Example〕

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

第1図は第1実施例を示す構成図であり、両端にウインドウ2,3が設けられたレーザチャンバ1とグレーティング5との間に、全反射ミラー6を配置し、この全反射ミラー6のレーザ光7に対する角度を変化させることにより波長を変化させるものである。 Figure 1 is a block diagram showing a first embodiment, between the laser chamber 1 and the grating 5 the window 2 and 3 are provided at both ends, place the total reflection mirror 6, the total reflection mirror 6 it is intended to change the wavelength by varying the angle with respect to the laser beam 7. なお、4はフロントミラーである。 In addition, 4 is a front mirror. また、このようなリトロー配置の場合に用いられるグレーティング5としては、ホログラフィク、ルールドおよびエシェールタイプのグレーティング等を用いるが、エキシマレーザの場合、特に単一段で高効率で狭帯域化する必要があるので、高分解能かつ高効率のエシェールタイプのグレーティングが最適である。 As the grating 5 used in the case of such a Littrow, holographic, uses a ruled and et-Cher type grating such, when the excimer laser, needs to be narrowed at a high efficiency, especially in a single stage since, gratings et Cher type of high resolution and high efficiency is optimal.

第2図は第2の実施例を示すもので、レーザチャンバ1とグレーティング5との間に、2つのプリズム8,9からなるビームエキスパンダを配設し、レーザ光をこのビームエキスパンダで拡大してグレーティング5に入射させるように構成し、波長はこのエキスパンダを構成するプリズム8,9のいずれか一方の角度を変えることにより制御するものである。 FIG. 2 shows a second embodiment, expansion between the laser chamber 1 and the grating 5, arranged a beam expander comprising two prisms 8,9, the laser light in the beam expander and configured so as to be incident on the grating 5, the wavelength is to control by changing one of the angles or the prism 8, 9 constituting the expander.

第3図は第3の実施例を示すもので、第2図のプリズム8とレーザチャンバ1との間に全反射ミラー6を挿入し、この全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 Figure 3 shows a third embodiment, by inserting the total reflection mirror 6 between the prism 8 and the laser chamber 1 of FIG. 2, by changing the angle of the total reflection mirror 6, the wavelength it is intended to control.

第4図は第4の実施例を示すもので、第3図のプリズム8,9と全反射ミラー6の位置を逆にし、全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 But Figure 4 shows a fourth embodiment, the position of the total reflection mirror 6 and a prism 8 and 9 of FIG. 3 Conversely, by changing the angle of the total reflection mirror 6, which controls the wavelength is there.

第5図は第5の実施例を示すもので、第1図の全反射ミラー6とレーザチャンバ1との間に、コリメータレンズ10,11を挿入した構成で、全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 Figure 5 is shows a fifth embodiment, between the total reflection mirror 6 and the laser chamber 1 of FIG. 1, a configuration in which the insertion of the collimator lens 10 and 11, changing the angle of the total reflection mirror 6 by, and it controls the wavelength.

以上の実施例は全てリトロー配置であり、第1図の実施例と同様な効果を得ることができる。 Above examples are all Littrow arrangement, it is possible to obtain the same effect as in the embodiments of FIG. 1.

次に斜入射配置の実施例について説明する。 It will now be described embodiments of the oblique incidence configuration.

第6図は第6の実施例を示すものであり、レーザチャンバ1とグレーティング5との間に、全反射ミラー6を配置し、この全反射ミラー6のレーザ光7に対する角度を変化させることにより波長を変化させるもので、グレーティング5には全反射ミラー12が一体で取付けてある。 Figure 6 is shows a sixth embodiment, between the laser chamber 1 and the grating 5, arranged total reflection mirror 6, by changing the angle with respect to the laser beam 7 of the total reflection mirror 6 intended to change the wavelength, the grating 5 is the total reflection mirror 12 is attached integrally.

第7図は第7の実施例を示すもので、レーザチャンバ1とグレーティング5との間に、2つのプリズム8,9からなるビームエキスパンダを配設し、レーザ光をこのビームエキスパンダで拡大してグレーティング5に入射させるように構成し、波長はこのエキスパンダを構成するプリズム8,9のいずれか一方の角度を変えることにより制御するものである。 Figure 7 is shows a seventh embodiment, between the laser chamber 1 and the grating 5, arranged a beam expander comprising two prisms 8,9, expanding a laser beam in the beam expander and configured so as to be incident on the grating 5, the wavelength is to control by changing one of the angles or the prism 8, 9 constituting the expander.

第8図は第8の実施例を示すもので、第7図のプリズム8とレーザチャンバ1との間に全反射ミラー6を挿入し、この全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 Figure 8 is shows the eighth embodiment, by inserting the total reflection mirror 6 between the prism 8 and the laser chamber 1 of FIG. 7, by changing the angle of the total reflection mirror 6, the wavelength it is intended to control.

第9図は第9の実施例を示すもので、第8図のプリズム8,9と全反射ミラー6の位置を逆にし、全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 But Figure 9 is shows a ninth embodiment, the position of the total reflection mirror 6 and a prism 8 and 9 of FIG. 8 Conversely, by changing the angle of the total reflection mirror 6, which controls the wavelength is there.

第10図は第10の実施例を示すもので、第6図の全反射ミラー6とレーザチャンバ1との間に、コリメータレンズ10,11を挿入した構成で、全反射ミラー6の角度を変えることにより、波長を制御するものである。 FIG. 10 shows a tenth embodiment, between the total reflection mirror 6 and the laser chamber 1 of FIG. 6, a configuration of inserting a collimator lens 10 and 11, changing the angle of the total reflection mirror 6 by, and it controls the wavelength.

以上の第6図から第10図の斜入射配置の構成でも第1 First be configured from Figure 6 for more oblique incidence arrangement of Figure 10
図と同様な効果を得ることができる。 It is possible to obtain the same effect as FIG.

なお、上記実施例において、全反射ミラー、ビームエキスパンダを構成するプリズム等の角度を変化させる手段としてはパルスモータ、圧電素子等を用いることができる。 In the above embodiment, a total reflection mirror, can be used a pulse motor, a piezoelectric element or the like as a means for varying the angle of the prism constituting a beam expander.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

以上説明下用に本発明においては、グレーティングの角度を変化させるのではなくて、グレーティングとレーザチャンバとの間に配設した小さな光学素子の角度を変化させることによって波長を制御するため、高精度にかつ高速に波長を制御でき、波長の安定性を向上させることができる。 Above in the description the present invention for the lower, rather than changing the angle of the grating, for controlling the wavelength by varying the angle of the small optical elements disposed between the grating and the laser chamber, high-precision can control the wavelength and high speed, it is possible to improve the stability of the wavelength.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の第1の実施例を示す構成図、第2図は本発明の第2の実施例を示す構成図、第3図は本発明の第3の実施例を示す構成図、第4図は本発明の第4の実施例を示す構成図、第5図は本発明の第5の実施例を示す構成図、第6図は本発明の第6の実施例を示す構成図、第7図は本発明の第7の実施例を示す構成図、第8 Figure 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, structural diagram Figure 3 is showing a third embodiment of the present invention , Figure 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention, FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention, FIG. 6 is the configuration showing a sixth embodiment of the present invention Figure, FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention, the eighth
図は本発明の第8の実施例を示す構成図、第9図は本発明の第9の実施例を示す構成図、第10図は本発明の第10 Figure 8 configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a configuration diagram showing a ninth embodiment of the present invention, the first 10 of the 10 figures present invention
の実施例を示す構成図である。 Is a block diagram showing an embodiment. 1……レーザチャンバ、2,3……ウインドウ、4……フロントミラー、5……グレーティング、6,12……全反射ミラー、7……レーザ光、8,9……プリズム、10,11…… 1 ...... laser chamber, 2,3 ...... window, 4 ...... front mirror, 5 ...... grating, 6,12 ...... total reflection mirror, 7 ...... laser light, 8,9 ...... prisms, 10, 11 ... ...
コリメータレンズ。 Collimator lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−253686(JP,A) 特開 平1−96619(JP,A) 特開 平2−16782(JP,A) 特開 平2−276283(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (56) reference Patent Sho 63-253686 (JP, a) JP flat 1-96619 (JP, a) JP flat 2-16782 (JP, a) JP flat 2- 276283 (JP, A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】波長選択素子としてグレーティングを用いたエキシマレーザにおいて、 レーザチャンバと前記グレーティングとの間に配設され、その角度を変化させることにより前記グレーティングの選択波長波長を制御する光学素子 を具えたレーザの波長制御装置。 1. A excimer laser using a grating as the wavelength selection element, is disposed between the laser chamber grating, the optical element to control the selected wavelength wavelength of the grating by changing the angle comprises the laser wavelength control system of.
  2. 【請求項2】前記光学素子は、ミラーである請求項(1)記載のレーザの波長制御装置。 Wherein said optical element claim a mirror (1) laser wavelength control apparatus according.
  3. 【請求項3】前記光学素子は、ビームエキスパンダを形成するプリズムである請求項(1)記載のレーザの波長制御装置。 Wherein the optical element, claim a prism to form a beam expander (1) laser wavelength control apparatus according.
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