JP2975006B2 - 極狭帯域レーザ - Google Patents

極狭帯域レーザ

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JP2975006B2 JP10153064A JP15306498A JP2975006B2 JP 2975006 B2 JP2975006 B2 JP 2975006B2 JP 10153064 A JP10153064 A JP 10153064A JP 15306498 A JP15306498 A JP 15306498A JP 2975006 B2 JP2975006 B2 JP 2975006B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザに関し、より
詳しく述べれば狭帯域ＫｒＦレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＫｒＦレーザは、現在集積回路リトグラ
フィ産業のための作業用光源になりつつある。典型的な
従来技術のＫｒＦエキシマレーザを図１及び２に示す。
パルス電力モジュール２は、約 100ｎｓ持続する電気パ
ルスを、放電室８内に配置されている電極６に供給す
る。電極は約 28 インチ長であり、約 3/5インチ離間し
ている。典型的なリトグラフィレーザは、約 1,000Ｈｚ
の高いパルスレートで動作する。この理由から、電極間
の空間を通してレーザガス（典型的な例は、約 0.1％の
フッ素、1.3 ％のクリプトン、及び残余が緩衝ガスとし
て機能するネオン）を循環させる必要がある。これは、
レーザ放電室内に配置されているタンジェンシャルブロ
ア１０を用いて行われる。レーザガスは、これも室内に
配置されている熱交換器を用いて冷却される。市販され
ているエキシマレーザシステムは、典型的に幾つかのモ
ジュールからなり、これらのモジュールはシステムの残
余を妨害することなく迅速に交換することができる。主
要モジュールは図１に示されており、レーザ室８、パル
ス電力モジュール２、出力カップラ１６、ライン狭めモ
ジュール１８、波長計２０、コンピュータコントローラ
２２、及び周辺支援サブシステム、を含む。
【０００３】放電室は、約３気圧の圧力で動作する。こ
れらの従来技術のレーザは、典型的には約 600Ｈｚ乃至
1,000Ｈｚのパルスモードで動作し、パルス当たりのエ
ネルギは約 10 ｍＪであり、レーザパルスの持続時間は
約 15 ｎｓである。従って、レーザビームの平均電力は
約６乃至 10 Ｗであり、パルスの平均電力は約 700ｋＷ
の範囲内にある。300 ｎｍ以下の波長において、色補正
を有する屈折システムを提供する使用可能な技術は存在
していない。従って、ステッパレンズは、色補正能力を
有していない。ＫｒＦエキシマレーザは、約 248ｎｍの
公称波長で動作し、約 300ｐｍ（最大値の半分における
全幅、即ちＦＷＨＭ）の固有帯域幅を有している。ステ
ッパであっても、またはスキャナであっても、屈折シス
テム（開口数＞0.5 ）の場合、光源の波長を実質的に一
定に保持する（変動及び広がりをピコメートルの範囲に
最小化する）ことが必要である。現在市販されている従
来技術レーザシステムは、公称波長が約 248ｎｍで、帯
域幅が約 0.8ｐｍ（ 0.0008 ｎｍ）のＫｒＦレーザビー
ムを発生することができる。市販されている最良のレー
ザの波長安定度は約 0.25 ｐｍである。これらのパラメ
ータで、ステッパメーカーは約 0.3ミクロンの集積回路
分解能を与えるステッパ装置を製造することができる。
【０００４】分解能を改善するためには、より狭い帯域
幅が必要である。例えば、帯域幅を0.6 ｐｍ（ＦＷＨ
Ｍ）以下に減少させれば、分解能を 0.25 ミクロン以下
まで改善することができる。上述したように帯域幅は、
通常は、（パルス電力対波長のチャート上で）パルスの
最大電力の半分における全幅として測定されるパルス幅
と定義されている。パルス品質の別の重要な測度は、
「 95 ％インテグラル」と呼ばれるものである。これ
は、パルスエネルギの 95 ％を含むパルスの部分のスペ
クトル幅である。所望の 95 ％帯域幅は、約 1.5ｐｍ乃
至 2.0ｐｍよりも小さいものである。しかしながら、従
来技術のＫｒＦレーザは、レーザの寿命の間３ｐｍの
「 95 ％インテグラル」値を与えることができるに過ぎ
ない。波長制御のためにエタロンを単独で、またはグレ
ーティング及び／またはプリズムと組合わせてエキシマ
レーザ内に使用することは公知である。高電力レーザに
おけるエタロンの主欠陥は、レーザビームによって発生
する熱がエタロンをひずませ、エタロンの光学パラメー
タを変化させることである。この問題は、以下の少なく
とも２つの特許において認識され、対策が講じられてい
る。即ち、1992年９月22日付 Furuya らの米国特許第
5,150,370号、及び 1996 年９月24日付 Basting及び Kl
einchmidtの米国特許第 5,559,816号である。これらは
共に、レーザ用の２つの偏光結合された空洞として配列
され、主たる光生成は第１の空洞内で行われ、波長制御
は比較的低電力の第２の空洞内にエタロンを配置するこ
とによって行われる。この技術は、エタロンの光学性能
は改善するが「 95 ％インテグラル」を所要の 1.5−2.
0 ｐｍまで減少させることはできず、またこの技術は極
めて複雑である。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、極狭帯域のエキシマレーザを
提供する。この極狭帯域は、レーザの後方に配置したラ
イン狭めユニットと組合わせて、エタロンを出力カップ
ラとして使用することによって達成される。好ましい実
施形態においては、エタロンの最大反射波長を、ライン
狭めユニットによって発生する最大波長に整合させる。
この好ましい実施形態では、ライン狭めモジュールはプ
リズムビームエキスパンダ及び回折グレーティングを使
用する。出力カップラ及びライン狭めモジュールの両者
は同調可能であり、波長計によるレーザ出力ビーム波長
の実時間測定に基づいてコンピュータ制御される。フッ
素分圧を 0.08 ％より低く低下させることによって帯域
幅を更に狭めることができる。好ましい実施形態は、10
00Ｈｚにおいて 10 ｍＪのレーザパルスを発生すること
ができ、そのスペクトル安定度は 0.2ｐｍであり、帯域
幅は 0.5ｐｍ（ＦＷＨＭ）及び 1.5ｐｍ（ 95 ％インテ
グラル）より小さい。
【０００６】
【発明の実施の形態】極狭帯域のＫｒＦレーザ 本発明の特色を使用した極狭帯域のＫｒＦレーザを以下
に説明する。室 図３に示す本発明の好ましい実施形態の放電室８は、従
来技術の放電室と同一である。室８は、数気圧の腐食性
のガスを保持するように設計された容器である。放電領
域は、２つの電極６を分離している 1.2乃至 2.5ｃｍの
空隙によって限定される。陰極は、それが高電圧に接続
されるので絶縁構造によって支持されており、一方陽極
は接地電位にある金属室に取付けられている。プレ・イ
オン化は、放電領域の何れかの側に配置されているコロ
ナ放電プレ・イオナイザによって行われる。レーザガス
は本質的に腐食性であるので、室は、フッ素の攻撃に耐
えるように選択された特定の金属を使用する。しかしな
がら、それでもフッ素ガスは室壁及び電極のような室の
内部部分と反応するから、フッ素が消費され、金属フッ
化物汚染物を生成する。金属フッ化物の塵は静電集塵器
（図示せず）によって捕捉される。少量のレーザガスが
室から抽出され、負に帯電した高電界ワイヤの個所を通
過させられて塵が捕捉される。無塵ガスは窓から解放さ
れ、それらは清浄に保たれる。パルス電力モジュール この好ましい実施形態は、図４に示すソリッドステート
パルス化電力モジュール（ＳＳＰＰＭ）回路を使用す
る。従来技術のサイラトロンシステムの 20 ｋＶ電源
は、１ｋＶの電源に置換されている。サイラトロンスイ
ッチはＳＣＲスイッチに置換されている。ＳＣＲスイッ
チはＣp に直接フィードせず、代わりにＣ0のエネルギ
を、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、ステップアップ変成器、及び３
つの可飽和インダクタによって形成されるパルス圧縮回
路へスイッチする。Ｃ0 に蓄積された直流電荷は、ＳＣ
Ｒ及びインダクタＬ0 を通してＣ1 へスイッチされる。
可飽和インダクタＬ1 はＣ1 上の電圧を約 2.5μs 遅ら
せた後に導通し始め、電荷をＣ 1 からＣ2 へ転送する。
第２の可飽和インダクタＬ2 はＣ2 上の電圧を約 500μ
ｓ遅らせ、Ｃ2 上の電荷が１： 20 ステップアップ変成
器の一次巻線を通って流れることを可能ならしめる。ス
テップアップ変成器からの出力は、約 100−150ｎｓの
後に可飽和インタクタＬ3 が導通し始めるまで、Ｃ3 上
に蓄積される。最後に電荷はＬ3 を通してＣp に転送さ
れ、レーザ放電が発生する。図５に示すＣ p 上の電圧波
形は、ＳＣＲ波形の事後リンギングが小さいか、または
皆無であることを除いて、サイラトロンスイッチ型パル
ス化電力モジュールによって発生される電圧波形の形状
と精密に一致している。ＳＳＰＰＭは複雑さが増加する
が、これは高価で且つ短寿命のサイラトロンを省いたこ
とによって補償される。ＳＳＰＰＭの付加的な、且つ重
要な特色は、図６に示すようにレーザ室から反射したエ
ネルギの回収である。ＳＳＰＰＭを使用すると、インピ
ーダンスの不整合によってレーザ室から反射したエネル
ギが、ＳＳＰＰＭとレーザ室との間を往復してリングす
ることはない。ＳＳＰＰＭ回路の設計は、この反射した
エネルギを、パルス形成ネットワークを通して完全にＣ
0 内へ戻すようになっている。このエネルギがＣ0 上に
回収されると、ＳＣＲはスイッチオフしてこの捕捉され
たエネルギをＣ0 上に留めるようにする。従って、動作
電圧、ガス混合体、または室の状態には無関係に、レー
ザ電極にまたがる電圧波形は充分に同調されたシステム
の挙動を呈する。この性能が全てのレーザ動作状態にわ
たって維持される。スペクトル狭め ＫｒＦレーザのスペクトル狭めは、その短いパルス持続
時間（ 10 乃至 15 ｎｓ、ＦＷＨＭ）及びＵＶ波長によ
って複雑になる。パルスが短いために空洞内電力は極め
て高くなり（〜１ＭＷ／ｃｍ2 ）、光学材料の 248ｎｍ
における吸収係数が高いために、短い波長はそれらを熱
的にひずませ得る。また典型的なレーザの場合には、共
振器（ライン狭め光学要素を含む）を通るラウンドトリ
ップの数は小さく、約３乃至４である。もし共振器を通
る単一パスのライン幅をΔλ1 とすれば、ｎパスの後の
最終ライン幅Δλf は、 Δλf ＝Δλ1 ／√ｎ （１） で与えられる。従って、光学系の単一パスのライン幅
は、せいぜい最終ライン幅の２倍までである。従って、
広帯域スペクトルを、ライン狭めされたスペクトル（即
ち、300 ｐｍから＜１ｐｍまで）に変換する光学系の効
率は極めて高くなければならない。
【０００７】ＫｒＦレーザのラインを狭める一般的な技
術は、共振器内に波長分散光学要素を導入することによ
っている。３つの型の分散性要素、即ち、プリズム、エ
タロン、及びグレーティングを使用することができる。
リトロウ( Littrow ) 構成内に高分散グレーティングを
使用することが、最も効果的なスペクトルライン狭め技
術である。グレーティングは分散要素であるから、狭い
ライン幅を得るためには、レーザビームがグレーティン
グを照明する場所においてビームは小さい発散を有して
いるべきである。図７に示すように、３つのプリズムビ
ームエキスパンダ３０、３２、及び３４がライン狭めモ
ジュール内に挿入されてビームを広げ、従ってその発散
を減少させている。レーザの両端の２つの開口は、発散
を更に減少させるために使用される。
【０００８】好ましいライン狭めモジュールの主要要素
を図７に示す。これらは、３つのプリズム３０、３２、
及び３４、同調用の鏡３６、及びエシェル( eschelle )
グレーティング３８を含む。前述した放電室及び 10 ％
部分反射鏡からなる従来技術の出力カップラと共に使用
されるこの従来技術のライン狭めモジュール１８は、Ｋ
ｒＦレーザのライン幅を 0.8ｐｍ（ＦＷＨＭ）及び 3.0
ｐｍ（ 95 ％インテグラル）まで減少させる。出力カップラとしての同調可能なエタロン 本発明のこの好ましい実施形態は、従来技術の出力カッ
プラを、図３に示すように同調可能なエタロンユニット
４４に置換することによって、帯域幅を更に減少させて
いる。
【０００９】同調可能なエタロンは、自由スペクトル範
囲（ free spectral range：ＦＳＲ）が調整できるエタ
ロンである。ＦＳＲは、 ＦＳＲ＝λ2 ／２ｎｄ （２） によって定義され、ここに、 ｎ＝間隙内のガスの屈折率 ｄ＝間隙のサイズ、及び λ＝波長 である。市販されている同調可能なエタロンは、空隙を
挟んだ２つの平行板からなっている。ＦＳＲは、空隙の
サイズを変えるか、または間隙内のガス圧を変えて式
（２）の屈折率ｎを変えることによって変化させること
ができる。出力カップラとして使用する同調可能なエタ
ロンは、電子的に、且つ極めて迅速に同調可能であるこ
とが好ましい。図３に示すように、この好ましい実施形
態では、出力カップラとして使用されるエタロン４４
は、波長計２０からのパルス出力波長の実時間測定値に
基づいてコンピュータコントローラ２２によって制御さ
れる。コンピュータコントローラ２２は、ライン狭めモ
ジュール１８の同調をも制御する。米国特許第 4,977,5
63号は同調可能なエタロンを開示している。このエタロ
ンの板間の空間は密封され、板間の距離は両板の外側の
圧力を増減させることによって調整される。この米国特
許第 4,977,563号の教示は、本明細書に参照として採り
入れられている。圧電変換器を使用して空洞間隔を制御
する同調可能なエタロンも市販されている。このような
変換器の供給者の１つは、ニューヨーク州フィッシャー
に本社がある Burleigh Instruments, Inc. である。カ
リフォルニア州アーバインに本社がある Milles Griot
からも種々の同調可能なエタロンを入手することができ
る。
【００１０】好ましい同調可能なエタロンは、図９に示
すように、光の波長に依存して到来する光の約０％乃至
約 15 ％を反射し、残余の光を実質的に全て透過させる
ように設計されている反射型エタロンである。これの応
用は、エタロンを「反射モード」と呼ばれるものに使用
する。表面は、約４％を反射するように設計されてい
る。波長制御のために従来技術のレーザに使用されてい
る典型的なエタロンは、反射表面は光の約 70 ％を反射
する。これらのエタロンは「透過モード」に使用され
る。透過モードでは、エタロン内で光子当たり複数の
（約５乃至 10 ）反射が発生して重大なエネルギ損失を
もたらし、その結果エタロン内に熱効果を生じさせる。
本発明に必要な設計のエタロンの場合、典型的には光子
は１回反射されるか、または全く反射されない。これ
は、エタロンにおける熱効果が大幅に（ほぼ１桁程度）
減少することを意味している。従って、共振空洞に使用
されるエタロンにおける熱効果に伴う従来技術の問題
は、本発明によって実質的に減少乃至は排除される。図
１４は、グレーティング及びエタロンの両者の反射率の
波長依存性を示している。グレーティング反射は、図７
の同調用鏡３６によって選択することができる所与の波
長λ0 において最大値を有している。好ましい実施形態
では、エタロンの最大反射の１つを、回折グレーティン
グの最大λ0 に対応する波長と本質的に同一の波長に同
調させている。その結果、回折グレーティングの発散が
エタロンの波長選択特性に付加され、より狭いライン幅
の光が生成される。主要試験による検証 この概念を検証するために、固定エタロンを有する市販
レーザの標準出力カップラを置換する試験を遂行した。
この試験におけるレーザの光学レイアウトは、3/8 イン
チ厚の被膜してない平行で平らな融解シリカ基体を出力
カップラとして使用したことを除いて、標準の市販レー
ザと類似する。ソリッドエタロンと称するこの 3/8イン
チの板は、約 0.56 インチの空隙を有する反射性エタロ
ンと類似の特性を有している。この基体は、図９に示す
計算された反射スペクトルを有する反射性エタロンとし
て動作する。最大反射は約 15 ％であり、これは典型的
な従来技術の標準出力カップラの反射、即ち部分的に反
射する鏡による 10 ％反射に近い。エタロンの便益を全
面的に実現するために、通常はその最大反射の１つをグ
レーティングの最大反射に一致させる。このようにする
と、回折グレーティングの発散がエタロンの波長選択特
性によって増加する。図１０は、この状況における標準
化したレーザ出力ビームスペクトルを、従来技術の 10
％出力カップラを用い、同一レーザ室を使用して達成さ
れる最良スペクトルと比較して示している。この特定の
従来技術スペクトルは、典型的な従来技術スペクトルよ
りも良好であり、95％インテグラルは 1.61 ｐｍであ
る。典型的な従来技術の 95 ％インテグラルは、約２ｐ
ｍ乃至３ｐｍである。この極めて良好な従来技術のレー
ザスペクトルと比較しても、ライン幅が減少しているこ
とは明白である。95％インテグラルは約 0.92 ｐｍであ
る。従って、 0.5ｐｍより小さい所望のＦＷＨＭ帯域
幅、及び２ｐｍより小さい所望の 95 ％インテグラル帯
域幅が確実に達成される。
【００１１】測定は、0.12ｐｍの分解能を有する高分解
能分光計を使用して行った。レーザは、約 0.1％の
Ｆ2 、１％のＫｒ、及び残余にネオンを含む標準フッ素
混合体で動作させた。エタロン出力カップラを用いても
レーザ効率の低下は観測されなかった。従来技術のレー
ザスペクトルに通常存在する短い波長の尾は、エタロン
を使用した時には存在しなかった。図１１、１２、及び
１３は、グレーティング及びエタロンの最大反射を一致
させない場合のレーザスペクトルを示している。図１１
及び１３は、エタロンがグレーティングの最大から僅か
にずれている場合を示している。スペクトルは２つの非
対称ピークを有しており、所与のレーザパルスエネルギ
を発生させるのに必要な放電電圧は 20 ％だけ増加す
る。
【００１２】図１２は、エタロンが完全に同調ずれであ
る、即ちエタロンの最小反射を回折グレーティングの最
大反射に一致させた場合を示している。この場合のレー
ザスペクトルは２つの対称的なピークを有しており、放
電電圧は 30 ％より多く増加した。好ましい波長制御技術 上述したように、最小ライン幅を達成するための好まし
い制御技術は、図３に示すようにコンピュータ２２を使
用し、波長計２０から得られた実時間波長測定に基づい
て同調可能なライン狭めモジュール１８及び同調可能な
エタロン出力カップラ４４の両者を制御することであ
る。上述したように、ライン狭めモジュール及び出力カ
ップラを共に所望波長において最大反射が得られるよう
に同調させた時に、出力ビーム５０の幅は最も狭くな
る。エタロンの同調は、スペクトル測定の結果に基づい
て行われる。コンピュータ２２は、スペクトル内の大き
い方のピーク（図１１及び１３）の位置に基づいて同調
可能なエタロン（図３）への補正信号を生成する。従っ
て、図１１に示すスペクトルは、エタロン反射ピークを
僅かに短い波長にシフトさせるように、エタロン空隙を
狭めるべきであることを意味している。一方図１３に示
すスペクトルのようなスペクトルは、エタロン反射ピー
クを僅かに長い波長にシフトさせるように、エタロン空
隙を広げるべきであることを意味している。
【００１３】所望波長において最大反射を得るために共
振空洞の後方に配置されているライン狭めモジュールの
同調は、完全に論理的である。しかしながら、所望の波
長において反射を最大にし、不望波長において実質的に
100％の透過率を可能にするように出力カップラを同調
させることは、良好な論理に反するように思われる。し
かしながら、実験によって、出力カップラが所望波長に
おいて最大反射を呈するようにすることによって、出力
ビームのライン幅を実質的に減少させ得ることが実証さ
れた。所望波長のエネルギの約 15 ％を反射させれば、
この波長のエネルギをレーザ室内において更に増幅でき
ることから、この配列が動作するのである。所望波長の
ビームのエネルギの約 85 ％はエタロンを通して透過す
る。各パルスの早めの相においては、不望波長のビーム
のエネルギの 85 ％乃至 100％は出力カップラを通して
室から出て行くが、この早めの相のビーム内の合計エネ
ルギは比較的小さいので、合計パルスエネルギに対する
その貢献度は無視することができる。パルスの遅めの相
においては、出力カップラを通過する不望波長のエネル
ギのパーセンテージ（約 100％まで）は、出力カップラ
を通過する所望波長のエネルギのパーセンテージ（約 8
5 ％まで）より高い。しかしながら、所望波長は不望波
長に比して大きく増幅されるので、1.0 ｐｍより短い帯
域幅内に 95％のエネルギが集中している美しいパルス
が得られる。スペクトル性能のさらなる改善 スペクトル性能を改善するためには、出力カップラとし
てエタロンを使用することに加えて、従来技術のレーザ
に他の変更も施し得る。フッ素消費の減少 製造して試験した本発明の好ましい実施形態において
は、フッ素を消費する放電室からの材料の排除に多大の
注意を払った。放電室内のフッ素の消費は、フッ素が室
内の材料と反応することが理由である。これらの反応は
典型的には汚染物質を生成し、それらがレーザ性能を劣
化させる。フッ素消費を最小にするために、この好まし
い実施形態は以下のような特定の特色を含んでいる。
【００１４】室壁は、ニッケル被膜されたアルミニウム
である。電極は、黄銅である。全てのシールには、金属
Ｏリングを使用した。絶縁体は、全てセラミック及びフ
ッ素と化学反応しない材料である。アルミナが、好まし
い絶縁体材料である。従来技術設計と同様に静電フィル
タを設け、動作中に発生した汚染物質を濾過する。従来
の技術を使用し、密封された放電室の外側に配置されて
いる固定子を有する磁気的に結合された電動機を使用し
てファンユニットを駆動する。潜在的な汚染を排除する
ために、製造中、部品を完全に清浄にする。
【００１５】組立後、室をフッ素でパッシベートする。公称フッ素濃度の減少 フッ素濃度は、従来技術の約 0.1％のレベルから約0.07
％まで減少している。ここで、Ｋｒ濃度は約 1.3％の従
来技術のレベルに維持され、残余のレーザガスはネオン
である。動作中、フッ素は徐々に枯渇して行く。従来技
術に従ってレーザ動作電圧を徐々に増加させることによ
って、一定のパルスエネルギが得られる。エキシマレー
ザにおいては公知の従来技術に従って、フッ素とネオン
の混合体の注入を周期的に（典型的には、約１乃至４時
間の間隔で）行い、フッ素の枯渇を補う。この手順中、
好ましくは、フッ素濃度は約 0.065％乃至 0.075％の範
囲内に維持し、動作電圧は一定パルスエネルギを維持す
るのに適切な対応範囲内に維持する。例えば好ましい実
施形態では、この範囲はキャパシタＣ0（図４）上で 77
0Ｖ乃至 790Ｖであった。フッ化カルシウムプリズムへの切替え 出力カップラの反射率を10％から15％へ切替えると、ラ
イン狭めモジュールを通過する光の強度が増加する。こ
の付加的な照明によって生成される付加的な熱は、ライ
ン狭めモジュールのプリズムに熱ひずみをもたらし得
る。この潜在的な問題を解消するために、溶解シリカプ
リズムをフッ化カルシウムプリズムに置換することがで
きる。フッ化カルシウムは、より高い熱伝導度を有し、
受入れ難いひずみを生ずることなく付加的なエネルギを
処理することができる。波長及び帯域幅測定 リトグラフィレーザ出力放射の中心波長は、ａ）ウェー
ハ面における合焦を維持し、ｂ）倍率の変化を最小にす
るために安定にしなければならない。生産用リトグラフ
ィレーザに使用される波長計は小型で、しかも良好な相
対精度、小さい長期間ドリフト、及び原子線に対する良
好な絶対的な精密さの要求に合致することが好ましい。
更に、波長測定は、周囲温度または圧力の変化に不感で
あるべきである。また波長計は、± 0.15 ｐｍの精度で
スペクトル帯域幅（ＦＷＨＭ）を測定できるべきであ
る。この波長計の動作範囲は 248.35 ア 0.30 ｎｍのよ
うに比較的小さくすることができる。
【００１６】波長は、グレーティングとエタロンとの組
合わせを使用して測定される。この波長計の概要レイア
ウトを図８に示す。グレーティング及びエタロンはそれ
ぞれ粗測定及び精測定のために使用される。グレーティ
ング分光計からの出力は 1024 素子シリコンフォトダイ
オードアレイの中心領域内にイメージされ、一方エタロ
ンからの周辺パターンは２つの側上にイメージされる。
波長は、エタロン周辺パターンの直径と、粗グレーティ
ング出力の位置を測定することによって決定される。周
辺直径の小さい変化は、波長の変化に比例する。エタロ
ンの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）よりも小さい波長変
化に対しては、エタロンはレーザの波長を追跡すること
ができる。エタロンのＦＳＲよりも大きいレーザ波長ド
リフトの考え得る誤差または不一致を排除するために、
粗グレーティング測定が必要である。好ましいエタロン
は 10 ｐｍまたはそれ以下のＦＳＲを有している。ま
た、別の代替では、一方のＦＳＲが 20 ｐｍであり、他
方のＦＳＲが５ｐｍである２つのエタロンが使用され
る。公知のように、エタロンの周辺パターンは、そのＦ
ＳＲの倍数だけ離間した波長と同一である。
【００１７】波長計は、工場において、248.3271ｎｍに
吸収ピークを有する中空陰極Ｎｅ−Ｆｅランプを参照し
て較正される。経験によれば、これらの波長計は± 0.5
ｐｍ以内で安定させることができる。更に、周囲圧力に
依存する変化を排除するために、グレーティング及びエ
タロンは個々の加圧ハウジング内に収容される。温度安
定度は、熱膨張係数が極めて低いエタロンスペーサの使
用、及びエタロンハウジングの良好な熱管理によって達
成される。最後に、波長計から得られた波長情報は、ラ
イン狭めモジュールにおけるグレーティングの照明の角
度、及び出力カップラにおけるエタロンの板間の間隔を
変化させることによってレーザ波長を制御するために使
用される。これは、上述した技術を使用して、図７に示
す鏡３６の極めて僅かなピボット、及び／または出力カ
ップラ内のエタロン板の間隔の極めて僅かな変化によっ
て行われる。
【００１８】特定の実施形態を参照してこの極狭帯域の
レーザを説明したが、種々の適応及び変更を行い得るこ
とは理解されよう。例えば、公称波長で動作するＫｒＦ
レーザに関して説明した技術は、ＡｒＦレーザにも適用
することができる。但し光学系は 193ｎｍに設計しなけ
ればならない。圧力同調型エタロン及び圧電同調型エタ
ロンの他に、エタロンの板の間の間隙を広げたり、狭め
たりするために機械力を使用する圧縮同調型のエタロン
が市販されている。当分野に精通していれば、上述した
ライン狭めモジュールを、複数のプリズムと完全反射
鏡、ビームエキスパンダを用いない回折グレーティン
グ、回折グレーティングと完全反射鏡からなるモジュー
ルのような他の従来技術ライン狭めモジュールと置換す
ることができることは理解されよう。透過エタロンも、
ライン狭めモジュール内に含ませることができる。従っ
て、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】集積回路リトグラフィに使用される従来技術の
市販ＫｒＦエキシマレーザの主要要素を示すブロック線
図である。
【図２】図１の従来技術ＫｒＦレーザの概要図である。
【図３】本発明を示すブロック線図である。
【図４】ソリッドステートパルス電力回路の簡易回路図
である。
【図５】ソリッドステートパルス電力回路と、従来技術
のサイラトロンをベースとする回路の結果を比較するグ
ラフである。
【図６】あるパルス中の動作電圧のグラフである。
【図７】ライン狭めモジュールの主要要素のスケッチで
ある。
【図８】どのようにしてレーザ出力ビームの波長を測定
するかを示す図である。
【図９】エタロンの反射を示す図である。
【図１０】本発明の原理を実証した試験データである。
【図１１】エタロンに対して僅かに同調がずれているグ
レーティングの効果を示す図である。
【図１２】エタロンに対して逆に同調しているグレーテ
ィングの効果を示す図である。
【図１３】エタロンに対して僅かに同調がずれているグ
レーティングの効果を示す図である。
【図１４】エタロンとグレーティングの反射を比較する
図である。
【符号の説明】 ２ パルス電力モジュール ６ 電極 ８ 放電室 １０ タンジェンシャルブロア １６ 出力カップラ １８ ライン狭めモジュール ２０ 波長計 ２２ コンピュータコントローラ ３０、３２、３４ プリズム ３６ 同調用鏡 ３８ グレーティング ４４ エタロン ５０ 出力ビーム
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−82183（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179477（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−262183（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334241（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−92917（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−505006（ＪＰ，Ａ) 前田三男編「日本分光学会 測定法シ リーズ27 エキシマーレーザー」（1993 年８月20日）学会出版センター ｐ. 104，ｐ．73 レーザ学会編「レーザハンドブック」 （1982年12月15日）オーム社 ｐ．347 左欄 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/13 - 3/139 H01S 3/03 - 3/038 H01S 3/225

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極狭帯域のエキシマレーザであって、 Ａ．（１）２つの細長い電極と、 （２）少なくとも１つのプレ・イオナイザと、 （３）レーザガスと、を収容しているレーザ室と、 Ｂ．上記レーザ室内で生成された光の一部分を受けるよ
    うに位置決めされ、そのスペクトルを狭めてラインを狭
    めた光を発生し、それを上記レーザ室へ戻す同調可能な
    ライン狭めユニットと、 Ｃ．同調可能なエタロンからなり、上記レーザ室内で生
    成された光の一部分を反射し、且つ上記光の一部分を出
    力するように位置決めされている出力カップラと、を備
    え、上記ライン狭めユニット及び上記エタロンを同調させて
    所望の狭帯域の波長内で最大反射を行うようにした こと
    を特徴とするエキシマレーザ。
  2. 【請求項２】 上記ライン狭めユニットは、 （Ａ）少なくとも１つのビーム広げプリズムと、 （Ｂ）グレーティングと、 （Ｃ）上記グレーティングを同調させるためのグレーテ
    ィング同調手段と、 を備えている請求項１記載のエキシマレーザ。
  3. 【請求項３】 更に、波長計と、上記グレーティング同
    調手段を制御するための波長コントローラと、を備えて
    いる請求項２記載のエキシマレーザ。
  4. 【請求項４】 上記エタロンは、圧力を増減させて同調
    させるエタロンである請求項１記載のエキシマレーザ。
  5. 【請求項５】 上記エタロンは、２つの平行な内部表面
    を形成し、且つ、これらの内部表面が被覆されていない
    請求項１記載のエキシマレーザ。
  6. 【請求項６】 極狭帯域のＫｒＦエキシマレーザであっ
    て、 Ａ．フッ素と化学反応を起こさない材料からなり、 （１）２つの細長い電極と、 （２）少なくとも１つのプレ・イオナイザと、 （３）クリプトン、フッ素、及び緩衝ガスからなってい
    て合計圧力を限定し、上記フッ素が合計圧力の０．０８
    ％よりも低い分圧を有するレーザガスと、を収容してい
    るレーザ室と、 Ｂ．（１）少なくとも１つのビーム拡げプリズムと、 （２）同調可能なグレーティングと、からなる同調可能
    なライン狭めユニットと、 Ｃ．同調可能なエタロンからなる出力カップラと、を備
    え、上記ライン狭めユニット及び上記エタロンを同調させて
    所望の狭帯域の波長内で最大反射を行うようにした こと
    を特徴とするエキシマレーザ。
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