JP3061908B2 - 狭帯域レ−ザ装置 - Google Patents

狭帯域レ−ザ装置

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JP3061908B2
JP3061908B2 JP3260020A JP26002091A JP3061908B2 JP 3061908 B2 JP3061908 B2 JP 3061908B2 JP 3260020 A JP3260020 A JP 3260020A JP 26002091 A JP26002091 A JP 26002091A JP 3061908 B2 JP3061908 B2 JP 3061908B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はレ−ザ光のスペクトル
幅を狭帯域化するための狭帯域レ−ザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レ−ザ光を用いて露光を行う場合、1μ
m程度の微細パタ−ンを精度よく露光するために、たと
えばKrFエキシマレ−ザから出力される短波長(248n
m)のレ−ザ光を用いることが試みられている。
【0003】レ−ザ光の波長が短くなると、いろいろな
材料のレンズを組合わせて色収差補正を行うことが難し
い。そこで、レ−ザ光のスペクトル幅を狭帯域化して取
出し、露光精度の向上を計るようにしている。
【0004】図6に一般的な狭帯域レ−ザ装置を示す。
同図中1は両端に窓1a、1bが形成された気密容器で
ある。この気密容器1内にはNe(ネオン)、F2 (弗
素)およびKr(クリプトン)を所定の割合で混合して
なるガスレ−ザ媒質が充填されている。また、気密容器
1内には一対の主電極2が離間対向して配設されてい
る。これら主電極2に電気エネルギを供給して主放電を
発生させると、上記ガスレ−ザ媒質が励起されてレ−ザ
光Lが発生するようになっている。
【0005】上記気密容器1の光軸方向一端側には、レ
−ザ光Lを所定のスペクトル幅に狭帯域化する狭帯域化
手段としてのエタロン3およびこのエタロン3で狭帯域
化されたレ−ザ光Lを上記気密容器1へ戻す高反射ミラ
−4とが順次配設されている。
【0006】上記気密容器1の他端側には上記高反射ミ
ラ−4とで光共振器を形成する出力ミラ−5が配設され
ている。この出力ミラ−5からは、上記エタロン3で狭
帯域化され、上記高反射ミラ−4で反射して気密容器1
で増幅されたレ−ザ光Lが発振出力されるようになって
いる。
【0007】上記出力ミラ−5から出力されたレ−ザ光
Lの一部はハ−フミラ−6で分割され、たとえばファブ
リ−ペロ−干渉計を用いたスペクトルモニタ7に入射す
る。このスペクトルモニタ7ではスペクトル分布(干渉
縞)が表示され、そのスペクトル分布から上記エタロン
3の特性および状態によって決定されるレ−ザ光Lのス
ペクトルが測定される。
【0008】このような構成の狭帯域レ−ザ装置におい
て、光共振器から発振出力されるレ−ザ光Lの波長は、
エタロン3の配置角度によって決定される。しかしなが
ら、レ−ザ光Lの波長は上記スペクトルモニタ7に表示
されるスペクトル分布から知ることができない。
【0009】そのため、エタロン3が劣化し、新しいも
のに交換する場合など、交換前と同じ波長のレ−ザ光L
を出力させるよう、エタロン3を交換前と同じ角度、つ
まり最適配置角度で設置することが非常に難しいという
ことがあった。
【0010】とくに、レ−ザ光Lを半導体プロセスにお
けるリソグラフィ−用の光源として用いるとき、レジス
トの波長感度特性により、常に一定の波長のレ−ザ光を
供給することが要求される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の狭
帯域レ−ザ装置は、一定の波長のレ−ザ光を供給するこ
とができるよう、狭帯域化手段を最適配置角度で設置す
るということが難しかった。
【0012】この発明は上記事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、狭帯域化手段を光共振
器内に精密かつ迅速に最適配置角度で設置することがで
きるようにした狭帯域レ−ザ装置を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、ガスレ−ザ媒質が封入された気密容器
と、上記ガスレ−ザ媒質を励起してレ−ザ光を発生させ
る励起手段と、上記気密容器の一端側と他端側とにそれ
ぞれ配設された一対の反射ミラ−を有した光共振器と、
この光共振器内に配設され上記気密容器で発生したレ−
ザ光を狭帯域化する狭帯域化手段と、この狭帯域化手段
を上記レ−ザ光の光軸を回転中心として駆動する駆動手
段と、上記光共振器から出力されるレ−ザ光のスペクト
ルを検出するスペクトルモニタと、上記駆動手段によっ
て上記狭帯域化手段を微小角度変位させたときの上記ス
ペクトルモニタが検出するスペクトルのピ−ク位置の変
化から上記狭帯域化手段の設置角度を算出し、その設置
角度と最適配置角度との差に基いて応じて上記駆動手段
を作動させ上記狭帯域化手段を上記最適配置角度に設定
する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【0014】
【作用】上記構成によれば、狭帯域化手段を微小角度変
位させたときのスペクトルモニタによって検出されるス
ペクトルのピ−ク位置の変化から波長の変化量を求め、
その変化量からそのときの狭帯域化手段の設置角度を検
出し、その設置角度を基準にして最適配置角度を設定す
る。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1乃至図4を
参照して説明する。図1はリソグラフィ−用の光源とし
て用いられる狭帯域レ−ザ装置の概略的構成を示し、同
図中11は装置本体である。この装置本体11には内部
にNe、F2およびKrを所定の割合で混合したガスレ
−ザ媒質が充填された気密容器12が設けられている。
この気密容器12の軸方向両端にはそれぞれ窓13a、
13bが形成されている。また、気密容器12の内部に
は一対の主電極14が離間対向して配設されている。こ
れら主電極14には、装置本体11に設けられた高圧電
源部15から電気エネルギが供給される。それによっ
て、一対の主電極14間の放電空間部16には主放電が
点弧され、その主放電によってガスレ−ザ媒質が励起さ
れてビ−ム断面が矩形のレ−ザ光Lが発生するようにな
っている。
【0016】また、上記装置本体11には上記気密容器
12にガスレ−ザ媒質を供給および排出する給排気部1
7、この給排気部17や上記高圧電源部15などを制御
する制御装置18が設けられている。
【0017】上記気密容器12の一方の窓13aに対向
する部位には高反射ミラ−19が配設され、他方の窓1
3bに対向する部位には上記高反射ミラ−19とで光共
振器20を形成する出力ミラ−21が配置されている。
さらに、上記一方の窓13aと上記高反射ミラ−19と
の間には、角度設定機構22が設けられ、この角度設定
機構22には狭帯域化手段としてのエタロン23が着脱
自在に保持されている。上記角度設定機構22は駆動装
置24によって回転駆動されるようになっている。この
駆動装置24は上記制御装置18によって後述するごと
駆動制御され、それによって上記エタロン23は所定の
波長を得るための角度(この角度を最適配置角度とい
う)に設定されるようになっている。
【0018】上記出力ミラ−21から出力されたレ−ザ
光Lの光路にはハ−フミラ−25が光軸に対して45度
の角度で配置されている。上記ハ−フミラ−25に入射
したレ−ザ光Lは一部が反射し、残りは透過する。ハ−
フミラ−25で反射したレ−ザ光Lはファブリ−ペロ−
干渉計を用いたスペクトルモニタ26に入射する。この
スペクトルモニタ26はレ−ザ光Lのスペクトルを検出
し、その検出信号を上記制御装置18へ入力する。
【0019】図2(a)〜(c)はスペクトルモニタ2
6によって検出されたレ−ザ光Lのスペクトル分布とエ
タロン23の設定角度との関係を示す。つまり、図2
(a)に示すように光軸Oに対して直交する垂線Vに対
し、時計方向に傾斜したエタロン23を矢印で示す反時
計方向へ回動させてゆくと、スペクトルモニタ26が検
出するスペクトル分布Sは同図に矢印で示すモニタ26
の画面の右側から左側へ移動する。つまり、破線で示す
位置から実線で示す位置へと移動する。
【0020】上記エタロン23を図2(b)に示すよう
に光軸Oに対して垂直になる位置から図2(c)に示す
ようにさらに反時計方向へと回転させると、スペクトル
分布Sは、上記エタロン23が光軸Oに対して垂直にな
った状態を境としてその移動方向が逆転する。つまり、
モニタ26の画面左側から右側へと移動する。したがっ
て、上記スペクトル分布Sの移動が逆転する位置が上記
エタロン23の設置角度が光軸Oに対して垂直となる0
度である。
【0021】図3はエタロン23の配置角度と、出力さ
れるレ−ザ光Lの波長の変化量との関係を示す。この関
係はエタロン23の特性によって定まる。図3に示す曲
線は、エタロン23の配置角度x、波長変化量をyとす
ると、 y=−33x2 …(1)式 で近似できる。エタロン23配置角度をΔθ(x) ずらし
たときの波長変化量がΔλ(y) の場合、エタロン23の
配置角度θ1 (x) は、 θ1 (x) =f・Δλ/Δθ …(2)式 で求めることができ、これらの演算式は上記制御装置1
8に設定されている。
【0022】上記波長変化量Δλ(y) はエタロン23を
微小角度変化させたときのスペクトル分布Sのピ−ク位
置の移動量によって上記スペクトルモニタ26が検出す
る。また、上記(2)式において、fは使用するエタロ
ン23によって定まる係数で、そのエタロン23が2.5
〜3.0pm のスペクトル幅を得る特性の場合、 (−1/75)≦f≦(−1/85) …(3)式
【0023】となる。したがって、エタロン23の配置
角度θ1 は、駆動装置24によってエタロン23を微小
角度(Δθ)回転させることでf、Δλ、およびΔθが
既知となるから、上記(2)式より求めることができ
る。
【0024】エタロン23の配置角度θ1 が求まれば、
その配置角度θ1 と、図3に示すエタロン23の最適配
置角度θ2 との角度差θ3 を算出することができる。し
たがって、上記エタロン23を上記角度差θ3 分だけ回
転させるよう駆動装置24を駆動制御すれば、上記エタ
ロン23を最適配置角度θ2 に設定することができる。
【0025】図4は上記制御装置18によりエタロン2
3を最適配置角度θ2 に設定するためのフロ−チャ−ト
を示す。つまり、ステップ1(S1と略す)では駆動装
置24によって角度設定機構22に保持されたエタロン
23を微小角度(Δθ)回転させる。S2 ではエタロン
23をΔθ回転させたときにスペクトルモニタ26がス
ペクトル分布のピ−ク位置の移動量を検出し、その検出
値を制御装置18へ入力する。S3 では、制御装置18
がスペクトルモニタ26からの検出信号にもとづくて波
長変化量Δλを算出する。
【0026】ついでS4 では、上記制御装置18が上記
(2)式にもとづいてエタロン23のそのときの配置角
度θ1 を演算する。S5 では、エタロン23の配置角度
θ1と、所定の波長のレ−ザ光Lを出力させるための最
適配置角度θ2 との差θ3 を演算する。θ3 が演算され
たなら、S6 では駆動装置24によってエタロン23を
θ3 だけ回転させる。S7 ではエタロン23がθ3だけ
回転させられたか否やかが検出され、“Yes”であれ
ば終了し、“No”であれば上記工程が再度繰り返され
る。
【0027】したがって、上記狭帯域レ−ザ装置によれ
ば、使用中のエタロン23が劣化するなどして新しいも
のに交換する場合、その新しいエタロン23を交換前と
同じ角度で配置して、同一の波長のレ−ザ光Lを得るこ
とができる。
【0028】図5はこの発明の他の実施例を示し、上記
一実施例とレ−ザ光Lを狭帯域化させるための構成が異
なる。つまり、この実施例は気密容器12の一端側に第
1の高反射ミラ−31が配置され、他端側にプリズム3
2がその一部をレ−ザ光Lのビ−ム断面の一部に挿入し
て配置されている。それによって、上記気密容器12か
ら出力されたレ−ザ光Lは上記プリズム32によって分
割される。
【0029】プリズム32に入射することで分割された
レ−ザ光Lは、エタロン33で狭帯域化されてから上記
第1の高反射ミラ−31とで光共振器34を形成する第
2の高反射ミラ−35で反射して上記気密容器12へ戻
される。それによって、狭帯域化されたレ−ザ光Lは増
幅されてから出力される。
【0030】この実施例においても、上記エタロン33
が上記一実施例と同様、駆動装置24によって駆動され
るようになっており、この駆動装置24は制御装置18
によって制御される。したがって、上記エタロン33を
常に所定の最適配置角度に設定し、エタロン33を交換
したときなどに同一波長のレ−ザ光Lを得ることができ
る。
【0031】なお、上記各実施例では狭帯域化手段とし
てエタロンを挙げたが、第1の実施例における高反射ミ
ラ−あるいは第2の実施例における第2の高反射ミラ−
を狭帯域化手段である回析格子に置き換えた構成の狭帯
域レ−ザ装置においても、上記回析格子の配置角度を制
御することで、この発明を適用することができる。
【0032】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、狭帯域化
手段を微小角度変位させたときに、スペクトルモニタが
検出するスペクトルのピ−ク位置の変化から狭帯域化手
段の設置角度を算出し、その設置角度と最適配置角度と
の差に応じて駆動手段を作動させ上記狭帯域化手段を上
記最適配置角度に設定するようにした。
【0033】そのため、狭帯域化手段を使用にともなう
劣化などで交換するような場合、その狭帯域化手段を常
に所定の最適配置角度に設置することができるから、交
換前と同じ波長のレ−ザ光を容易かつ確実に得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す装置全体の概略図。
【図2】(a)〜(c)はそれぞれエタロンの角度とス
ペクトルモニタに表示されるスペクトル分布の移動方向
との関係の説明図。
【図3】エタロンの配置角度とレ−ザ光の波長の変化量
との関係を示すグラフ。
【図4】エタロンを最適配置角度に設定する手順を示す
フロ−チャ−ト。
【図5】この発明の他の実施例を示す狭帯域レ−ザ装置
の構成図。
【図6】従来の狭帯化レ−ザ装置の構成図。
【符号の説明】
12…気密容器、14…主電極(励起手段)、18…制
御装置、19…高反射ミラ−、20…光共振器、21出
力ミラ−、22…角度設定機構(駆動手段)、23…エ
タロン、24…駆動装置(駆動手段)、26…スペクト
ルモニタ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスレ−ザ媒質が封入された気密容器
    と、上記ガスレ−ザ媒質を励起してレ−ザ光を発生させ
    る励起手段と、上記気密容器の一端側と他端側とにそれ
    ぞれ配設された一対の反射ミラ−を有した光共振器と、
    この光共振器内に配設され上記気密容器で発生したレ−
    ザ光を狭帯域化する狭帯域化手段と、この狭帯域化手段
    を上記レ−ザ光の光軸を回転中心として駆動する駆動手
    段と、上記光共振器から出力されるレ−ザ光のスペクト
    ルを検出するスペクトルモニタと、上記駆動手段によっ
    て上記狭帯域化手段を微小角度変位させたときの上記ス
    ペクトルモニタが検出するスペクトルのピ−ク位置の変
    化から上記狭帯域化手段の設置角度を算出し、その設置
    角度と最適配置角度との差に基いて上記駆動手段を作動
    させ上記狭帯域化手段を上記最適配置角度に設定する制
    御手段とを具備したことを特徴とする狭帯域レ−ザ装
    置。
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