JP4416481B2 - 光学的パルス伸長器および露光用放電励起ガスレーザ装置 - Google Patents

光学的パルス伸長器および露光用放電励起ガスレーザ装置 Download PDF

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Description

本発明は、光学的パルス伸長器および露光用放電励起ガスレーザ装置に関し、更に詳細には、露光装置の光学系に与えるダメージが小さくなるように、放出されるレーザ光のパルス幅を伸長する光学的パルス幅伸長器および該光学的パルス幅伸長器を有する露光用の狭帯域放電励起ガスレーザ装置に関するものである。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められている。従来、半導体露光用光源として、波長248nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザ装置が用いられている。また、現在、より短波長の露光用光源として、波長193nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザ装置が実用段階に到達しつつある。さらには、次世代を担う半導体露光用光源として、波長157nmの紫外線を放出するフッ素分子(F2 )レーザ装置の採用が有力視されている。
上記露光用エキシマレーザ装置(以下では、これらを放電励起ガスレーザ装置という)は、現在までに種々提案されており、スペクトル幅を狭帯域化するための狭帯域化モジュールを備えたレーザ装置は、例えば特許文献1、特許文献2等に開示されている。
なお、近年、露光用エキシマレーザ(KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ)、フッ素分子レーザにおいては、露光装置のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、レーザ出力のさらなる高出力化ならびにレーザビームのスペクトル線幅の狭帯域化が要請されている。そのため、2台のレーザを用いた2ステージレーザ装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
狭帯域発振エキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置等の狭帯域レーザ装置においては、露光器のビーム伝播系の光学素子劣化の観点から、レーザ発振パルス時間波形のピーク値が所定の値より小さいことが要求されている。パルス時間波形のピーク値を小さくするためには、パルス光の時間幅(以下、パルス幅と呼ぶ)を伸張させる必要がある。
パルス幅を伸長させるためには、例えば特許文献1に記載されているように、極性が反転する1パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも1つの半周期によってレーザ発振動作を行わせるようにレーザ装置の電源回路を構成することが提案されている。
上記のように電源回路を構成するには、電流のピーク値が大きくなるように回路定数を定めたり、主放電電極間を流れる振動電流の最初の1/2周期以降の周期を短くする必要がある等、電源回路の設計が難しくなり構成も複雑になる。
そこで、レーザ装置から放出されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等で分岐し、分岐された光を全反射ミラーなどを用いて折り返すことで時間遅延させ、再度元レーザ光と合成させる光学的パルス幅伸長器が提案されている(例えば、特許文献4、特許文献5等参照)。
特開2002−151768号公報 特開2002−151776号公報 特開2003−198020号公報 特開平9−288251号公報 米国特許第6,535,531号明細書
しかしながら、上記した従来の光学的パルス幅伸長器には、以下に示すような問題点がある。
(1)装置の大型化およびアライメント安定性の問題。
上記特許文献1,2に記載の光学的パルス幅伸長器においては、入射光軸を含む面内に遅延回路が構成されていた。 この場合、光軸に沿った方向に複数の光学部品が配置されることとなり、レーザ装置の全長に対して光学的パルス幅伸長器[以下、OPS(オプティカル・パルス・ストレッチユニット)とも言う]が占める割合が大きくなった。 このため、レーザ装置自体が大型化するという問題があった。
また、長い遅延回路を構成する必要がある場合、上記のように遅延回路を面状に構成すると、遅延回路が、大きな面積を占めることになる。
遅延回路が占める面積が大きくなると装置内の温度分布のばらつきが大きくなり、筐体やミラーホルダの熱変形によりミラー等の位置ずれ(アライメントずれ)が生じる。このため、出射光の位置、角度が入射光に対してずれるといった問題が生ずる。
また、各ミラー間の距離が伸びると各ミラーの設置角度誤差許容値が厳しくなり、各ミラーの位置合わせ作業(アライメント作業)が難しくなる。
(2)全反射ミラーによる反射損失の問題。
上記特許文献1,2に記載の光学的パルス幅伸長器においては、遅延光路の折り返しのために全反射ミラーを使用している。そのため、全反射ミラーにおける反射損失(透過光、吸収、散乱光)により、OPSに入射した光エネルギをすべて出力することが難しいという問題点があった。
特に、光路長が伸びるに従い折り返し回数を増加させると、使用する全反射ミラー枚数が増加する。そのため、反射損失の影響が増大する。例えば1枚あたりの反射率が97%の場合でも4回の反射では合計(0.97)4 =88.5%、また、8回の反射の場合は78.4%となる。
一方、全反射ミラーに代えて、凹面鏡を使用したタイプのOPSも提案されているが(例えば前記特許文献5参照)、凹面鏡の入射軸と出射軸が同一でないと非点収差が発生し、OPS入射時のビームプロファイルが出射時に変形してしまうという問題点があった。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の第1の目的は、レーザ装置の全長に対して光学的パルス幅伸長器が占める割合を小さくすることにより、レーザ装置の小型化を図ることである。
本発明の第2の目的は、遅延回路が占める面積を小さくし、レーザ装置自体の小型化を図るとともに、ミラー等の位置合わせ作業を容易し、また筐体やミラーホルダの熱変形によりアライメントずれの発生を極力小さくすることである。
本発明の第3の目的は、ミラーによる反射損失の影響を小さくするとともに、凹面鏡による非点収差の影響によるビームプロファイルの劣化を小さくすることである。
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
)入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器において、上記遅延光学系により形成される光路が、直方体の面上にあり、該直方体の面が、レーザ光の入射光の光路と交わるように構成する。
)上記()において、上記遅延光学系により形成される光路中に2個の結像レンズを設け、該結像レンズを、上記分割光学素子におけるレーザ光の像を上記合成光学系に転写するように配置する。
)上記()において、上記遅延光学系により形成される光路中に4個の結像レンズを設け、該結像レンズを、上記分割光学素子におけるレーザ光の像を上記合成光学系に転写するように配置する。
)上記(1)(2)(3)において、上記分割光学素子と合成光学系を同一の光学素子とする。
)レーザガスが封入されたレーザチャンバと、このレーザチャンバ内に配置された一対の放電電極と、その一対の放電電極と並列に接続されたピーキングコンデンサと、前記レーザチャンバ内で高電圧パルス放電を発生させて前記レーザガスを励起してレーザ光を放出させるための高電圧パルス発生装置と、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含み、前記一対の放電電極が前記高電圧パルス発生装置に搭載される磁気パルス圧縮回路の出力端に接続された露光用放電励起ガスレーザ装置において、上記露光用放電励起ガスレーザ装置に、上記レーザ共振器から放出されるレーザ光のレーザパルス幅を伸長するための上記(1)(2)(3)(4)の光学的パルス伸長器を設ける。
)上記()の光学的パルス伸長器を、多段に設置可能に構成する。
)上記(5)(6)の露光用放電励起ガスレーザ装置を、KrFエキシマレーザ装置、ArFエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかとする。
本発明においては以下の効果を得ることができる。
(1)入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とを備えた光学的パルス幅伸長器において、上記遅延光学系により形成される光路が同一の面上にあり、該面が上記入射光の光路と交わるように構成したので、レーザ装置の全長に対して光学的パルス幅伸長器が占める割合を小さくすることができ、レーザ装置の小型化が可能となる。
(2)上記遅延光学系の光学素子として、三角プリズムあるいはコーナーキューブプリズムを用いれば、反射損失を低減することができ、また、プリズム設置角に対して反射光の出射角の変化を小さくすることができ。このため、プリズム相互の位置合わせが容易となり、また、熱によりプリズムの設置角度が多少ずれても、光路をほぼ同一に維持することができる。
(3)上記遅延光学系の光路を8の字状とし、引き回す光路を左右対称に構成し、8の字の交差する位置にリレーレンズ13を配置することで、リレーレンズの数を削減することができる。
(4)上記遅延光学系の光学素子として、平凸レンズを有するミラーを用いることで、収差の少ない結像系を構成することができ、ビームプロファイルの変形が少ない光学的パルス幅伸長器を構成することができる。
(5)上記遅延光学系により形成される光路が、直方体の面上にあるようにし、該直方体へのレーザ光の入射面が、レーザ光の入射光の光路と交わるように構成すれば、更に遅延光学系の光路を長くしても、光学的パルス幅伸長器が占める体積を小さくすることができ、レーザ装置の小型化を図ることができる。
また、上記遅延光学系の光路中にリレーレンズを2箇所設けることで、ビームプロファイルの均一化を図ることができる。さらに、上記遅延光学系の光路中にリレーレンズを4箇所設けることで、遅延光学系に設けられた光学素子の位置ずれの影響を小さくし、アライメントずれの影響を低減化することができる。
(6)上記光学的パルス伸長器を多段に接続可能な構造とすることにより、必要に応じて光学的パルス伸長器を多段接続することができ、パルス幅をさらに伸ばすことが可能となる。
まず、本発明の前提となる狭帯域モジュールを備えた露光用放電励起ガスレーザ装置(以下では露光用狭帯域レーザ装置ともいう)の構成例について説明する。
図1に一個以上の拡大プリズム(prism)とグレーティング(grating:回折格子) を用いた露光用狭帯域レーザ装置の構成例を示す。なお、図1は装置を上方から見た場合の概要図である。
レーザチェンバ101内にはレーザ励起媒質ガス(以下レーザガスと称する)が充填されている。高電圧パルス発生装置102からレーザチェンバ101内に所定距離だけ離間して対向配置された一対の電極E(図1では一方の電極のみが示されている)に高電圧パルスが印加され、電極E間に放電が発生し、この放電部におけるレーザガスが励起される。
なお、図示を省略したが、レーザチェンバ101の外部にピーキングコンデンンサが設けられている。上記ピーキングコンデンサは一対の電極Eに並列に接続されている。高電圧パルス発生装置102からの高電圧パルスは、ピーキングコンデンサを介して電極Eに印加される。
励起されたレーザガスよりレーザビームとなる種光が発生する。レーザチェンバ101内には、更に、ファン103とラジエター(図示されていない)が設置されている。レーザガスはこのファン103によってレーザチェンバ101内で循環し、放電により高温になったレーザガスはラジエターと熱交換されて冷却される。レーザチェンバ101には図1のように、ウインドウ部にウィンドウ部材104がハの字ブリュ−スタ角度でまたは平行ブリュ−スター角度で設置されている。なお、電極Eは、紙面垂直方向に所定距離だけ離間してアノード電極とカソード電極とが配置されている。
レーザ共振器は、後述する狭帯域化モジュール105に搭載されたグレーティング(回折格子) 105aと出力ミラー106とにより構成される。上記したレーザビームとなる種光は狭帯域化モジュール105に設置されているグレーティング(回折格子) 105a及び拡大プリズム105b、放電部と出力ミラー106の間を往復し出力ミラー106からレーザビームとして取り出される。出力ミラー106から出射されてレーザビームの一部はビームスプリッタ109により波長モニタ107へ導入され、波長モニタ107で出力、中心波長等が計測される。
狭帯域化は、レーザ共振器内に分光機能を有する光学的狭帯域化モジュール105を配置することにより成される。例えば、狭帯域化モジュール105はケーシングとケーシング内に設置されたグレーティング(回折格子) 105a及び1つ以上の拡大プリズム105bから構成され、回折格子による波長選択によりスペクトルの狭帯域化が実現する。
またグレーティング(回折格子) 105a、拡大プリズム105bの何れか1つの回転によって発振中心波長を変化させることが可能である。なお、レーザチェンバ101とグレーティング105a間の任意の位置に高反射ミラーを設置し、この高反射ミラーを回転させて回折格子への光の入射角度を変えることによって発振中心波長を変化させることも可能である。
波長モニター107からの中心波長信号を元にコントローラ108は、上記したように、狭帯域化モジュール105内のグレーティング(回折格子) 105a、拡大プリズム105bまたは図示されていないが、レーザチェンバ101とグレーティング105a間の任意の位置に設置されて高反射ミラー何れか1つの回転させて波長制御を行う。
なお、近年、前記したように露光用エキシマレーザ(KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ)、フッ素分子レーザにおいては、露光装置のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、2台のレーザを用いた2ステージレーザ装置が提案されている(例えば前記特許文献3参照)。
上記2ステージレーザ装置においては、1台目の発振段レーザは低パルスエネルギーながら狭帯域化スペクトルをもつ。また、2台目の増幅装置において、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギーのみ増幅する。
この方法は2台目の増幅装置に狭帯域化モジュール(LNM)などによる光学的ロスを含まないため、非常にレーザ発振効率が高い。よって、この2ステージレーザシステムにより所望の狭帯域化スペクトル、出力を得ることが可能となる。
上記した2ステージレーザシステムの形態としては増幅装置としては、レーザチャンバを有し、共振器ミラーを設けない増幅器を用いるMOPA方式と、レーザチャンバとレーザ共振器をミラーを設けた増幅段レーザを用いるMOPO方式とに大別される。
本発明の光学的パルス幅伸長器(OPS)は、上記図1に示したレーザ装置が1台の場合は、図2に示すようにレーザ装置100から放出されるレーザ光の出力側に配置される。また、上記2ステージレーザ装置の場合は、増幅装置から放出されるレーザ光の出力側に配置される。
以下本発明の光学的パルス幅伸長器について説明する。
図3は、本発明が対象とする光学的パルス幅伸長器(以下OPSという)の構成を示す図であり、図3(a)OPSの斜視図、同図(b)はその光路を模式的に示した図である。同図(c)は光路の説明図である。
図3(a)(b)において、11はビームスプリッタ、12a〜12dは全反射ミラー、13はリレーレンズであり、これらで、遅延光学系を構成する。入射光は図3(b)に模式的に示すように、ビームスプリッタ11で分割されて、入射した光軸と直交方向に折り返され、全反射ミラー12a→レンズ13→全反射ミラー12b→全反射ミラー12c→レンズ13→全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で入射光と同一方向に折り返され、ビームスプリッタ11で合成されビームスプリッタ11から出射する。
図3(c)に示すように、上記遅延光学系により形成される光路は、平面A上にあり、入射光、出射光の光路B,Cは、該平面に垂直である。また、全反射ミラー12aおよび全反射ミラー12cで反射した光はリレーレンズ13が設けられた位置で交差するように配置される。
図3に示したものでは上記のように、ビームスプリッタ11で分割した光を全反射ミラー12a〜12dで折り返す際に、入射した光軸と直交方向に折り返し, 入射光軸に直交した面内に8の字に光路を引き回すことで遅延光学系を構成している。
上記のように、図3に示したものにおいては入射光の光路に直交する面内に遅延光学系を構成する光学素子を配置している。このため、入出射光の光路に沿った方向のOPSの占める長さを最小にできる。
さらに、図3に示したように8の字に引き回す光路を左右対称に構成し、8の字の交差する位置にリレーレンズ13を配置することで、従来2個のレンズの対で構成されるリレーレンズを1つのレンズ13で共用することができる。
このときのリレーレンズの焦点距離は全光路長の1/4である。レンズ数を減らすことでサイズの縮小、部品点数の削減を図ることができる。
図4はOPSの他の構成例を示す図である。図4に示したものは、前記図3に示した構成のOPSにおいて、全反射ミラー12a〜12dに代えて、頂角が90°より大きい例えば頂角が91°のプリズム22a〜22dを用いたものである。なお、図4は、光路を模式的に示したものであるが、前記図3に示したものと同様、ビームスプリッタ11、プリズム22a〜22d、レンズ13は、これらにより形成される光路が入射光、出射光の光軸に対して、略垂直の面上あるように配置される。また、プリズム22aおよびプリズム22cで反射した光はレンズ13が設けられた位置で交差するように配置される。
図4に示したものでは、全反射ミラーに代えてプリズム22a〜22dを用いており、プリズムの内面全反射を利用しているので、反射損失を低減することができる。
また、頂角が90度の三角プリズムは、プリズムが頂角を軸として回転しても、入射光と出射光の角度が同一に保たれる特性、すなわち、再起反射ミラーの性質を持ち、プリズムの設置角によらず入射光と出射光の角度を維持することができる。
このため、図4のようにプリズムを用いれば、プリズム設置角に対して反射光の出射角の変化を小さくすることができ、プリズム相互の位置合わせ(アライメント)が容易となり、また、熱によりプリズムの設置角度が多少ずれても、光路はほぼ同一に維持される。
なお、頂角が直角のプリズムを用いた場合、入射光と出射光が平行になり、光路を図3(a)に示したように8の字状にすることができない。図4に示したものでは頂角が直角でないプリズムを用いているので、角度をつけて反射させることができ、図3に示したように、8の字に光路を引き回すことができる。
図4のように頂角を91°とした場合、反射光は入射光に対して3°傾く。また、全反射ミラーを用いた場合、出射角の変化は設置角誤差の2倍となるが、頂角が91°のプリズムを用いれば、出射角の変化は設置角誤差の1/2000となる。
図5に、頂角が91°のプリズムの設置角度変化に対する出射角変化を示す。同図に示すように、頂角が91°のプリズムは設置角度が2°変化しても、出射角度変化はほぼ0.001°しか変化しない。
上記では、直角あるいは直角に近い頂角を持ったプリズムについて説明したが、立方体のひとつの角を切り落としたようなコーナーキューブプリズムでも同様に実現することができる。
図6(a)にコーナーキューブプリズムの構成例を示す。コーナーキューブプリズムは、同図に示すように、互いに直交する3面A,B,Cが交わる点を頂点Pとし、該頂点に対向する面Dを光入射面としたプリズムであり、光入射面から入射した光は、上記面A,B,Cの3面で3度反射して面Dから出射する。
前記図4に示したプリズムの場合には、図6(b)に示すように、軸dの周りでθ方向にプリズムが回転した場合には、入射光に対する出射光の角度変化は小さいが、軸dが同図のα方向に回転すると、出射光の出射角度は大きく変化する。
これに対し、コーナーキューブプリズムは、図6(c)に示すように、頂点Pを中心として、プリズムがどの方向に傾いても、入射光の角度に対する出射光の角度は同一に維持される。
コーナーキューブプリズムを用いるものでは、前記したように光路を8の字に引き回すため、入射光に対する出射光の角度を変える必要があり、コーナーキューブを構成面A,B,Cがなす3つの角のうち、2つの角を90度にして、1つの角を91度にしている。そして、91°の角の中心線が入射光軸に平行になるように配置することで、前述の直角に近い頂角を持ったプリズムと同様に使用することができる。
なお、上記のように、全反射ミラーに代えて直角に近いプリズムあるいはコーナーキューブプリズムを用いた場合においても、前記したように、8の字に引き回す光路を左右対称に構成し、8の字の交差する位置にレンズ13を配置することで、従来2個のレンズの対で構成されるリレーレンズを1つのレンズ13で共用することができ、サイズの縮小、部品点数の削減を図ることができる。
図7は、OPSの他の構成例を示す図である。図7に示すものは、前記図2に示した構成のOPSにおいて、全反射ミラー12a〜12dに代えて、平凸レンズ32a〜32dを用いたものである。なお、図7は、光路を模式的に示したものであるが、前記図3(a)に示したものと同様、ビームスプリッタ11、平凸レンズ32a〜32dは、これらにより形成される光路が入射光、出射光の光軸に対して、略垂直の面上あるように配置される。 上記平凸レンズ32a〜32dの裏面側の平面部には、全反射コートが施されており、凹面鏡を用いた場合と同等の配置で、屈折レンズにて凹面鏡より収差の少ない結像系を構成することが可能になる。
図8(a)に、レンズと凹面鏡のMTFグラフを示す。図8(a)のグラフは同図(b)に示す平凸レンズと凹面鏡を用いた光学系におけるMTF特性を示したものである。
同図において、横軸は像高(画面中心からの距離:mm)、縦軸はコントラストであり、Tはメリジオナル方向、Sはサジタル方向を示し、実線は空間周波数が1本/mm、点線は5本/mm、破線は10本/mmの場合を示している。
光学装置の性能を評価する指標として、MTF(Modulation Transfer Function:振幅伝達関数)特性が用いられる。MTF特性は、明暗の模様を見たとき、どのくらいのコントラストが低下して見えるかを示す指標であり、被写体のもつコントラストを像面上でどのくらい再現できるかを表している。コントラストは、明暗模様の周波数(空間周波数) が高くなるほど低下するが、MTF特性は、入力画像のコントラストと出力画像のコントラストの関係を、上記空間周波数を関数として表した伝達関数である。
図8のグラフからわかるように、レンズに比べ、ミラーの場合は、特にサジタル方向において、右下がりが顕著になっており、像高が高くなるにしたがい、サジタル方向のコントラストが低下している。すなわち、ミラーの方が、レンズに比べMTF特性が低いということができる。
図7に示すものにおいては、上記のように平凸レンズを用いているので、凹面鏡を用いる場合に比べ、収差の少ない結像系を構成することが可能になり、ビームプロファイルの変形が少ないOPSを構成することができる。
以上説明した構成例では、ビームスプリッタ11で分割した光を全反射ミラー、プリズム、平凸レンズで折り返す際に、入射した光軸と直交方向に折り返し, 入射光軸に直交した面内に8の字に光路を引き回すことで遅延回路を構成している。
このため、レーザ装置の全長に対してOPSが占める割合を小さくすることができ、レーザ装置の小型化を図ることができるが、さらに長い遅延回路を構成する必要がある場合には、上記構成では、遅延回路の占める面積が大きくなり、前記したように、温度分布のばらつき等により、出射光の角度、位置が入射光に対してずれる場合がある。
以下に説明する本発明の実施例は、上記ミラーなどにより形成される光路を3次元的に配置することにより、OPSの小型化を図りつつ、さらに長い遅延回路を構成できるようにした実施例を示している。
図9は、本発明の実施例のOPSの構成を示す図である。
図9(a)は、本実施例の第1の構成例を示し、同図の(1) −(10)の位置に前記した全反射ミラー、プリズム(もしくはコーナーキューブプリズム)が配置され、P点に前記したビームスプリッタが配置される。また、リレーレンズ13が(3) −(4) の光路中、および(7) −(8) の光路中に配置され、これらの光学素子で遅延光学系を構成する。
同図のP点におかれたビームスプリッタで分割された入射光は、上方に折り返され、同図の(1) −(10)を経由して、上記P点におかれたビームスプリッタで合成され入射光と同一方向に折り返され、ビームスプリッタから出射する。
この場合、リレーレンズは2箇所に配置されているので、遅延光は倍率は変わらずに入射光を反転した状態でビームスプリッタ上に転写され、上記反転した遅延光と、ビームスプリッタの透過光(入射光)が合成されてビームスプリッタから出射する。
図9(a)の位置(3)(5)(7)(9)(2)(4)(6)(8)は直方体の頂点位置にあり、位置(1),(10)及びP点は、該直方体の頂点(3)(2)(8)(9)で構成される平面上にあり、上記遅延光学系により形成される光路は、上記直方体の面上にある。また、入射光、出射光の光路B,Cは、頂点(3)(2)(8)(9)で構成される平面に垂直である。
上記のように遅延光学系を構成することで、前記図2などで説明した面状に配置したものを2段重ねた場合に比べ、同じ体積で約20%長い光路長の遅延光学系を構成することができる。
図9(b)は本実施例の第2の構成例を示し、同図の(1) −(8) の位置に前記した全反射ミラー、プリズム(もしくはコーナーキューブプリズム)が配置され、P点に前記したビームスプリッタが配置される。また、リレーレンズ13が(2) −(3) の光路中、および(6) −(7) の光路中に配置され、これらの光学素子で遅延光学系を構成する。
同図のP点におかれたビームスプリッタで分割された入射光は、上方に折り返され、同図の(1) −(8) を経由して、上記P点におかれたビームスプリッタで合成され入射光と同一方向に折り返されビームスプリッタから出射する。この場合も、リレーレンズは2箇所の配置されているので、遅延光は倍率は変わらずに、入射光を反転した状態でビームスプリッタ上に転写され、上記反転した遅延光と、ビームスプリッタの透過光(入射光)が合成されて、ビームスプリッタから出射する。
図9(b)の位置(1)(3)(5)(7)(2)(4)(6)(8)は直方体の頂点位置にあり、上記遅延光学系により形成される光路は、上記直方体の面上にある。また、入射光、出射光の光路B,Cは、頂点(1)(3)(2)(8)で構成される平面に垂直である。
図9(c)は本実施例の第3の構成例を示し、上記図9(b)と同様、同図の(1) −(8) の位置に前記した全反射ミラー、プリズム(もしくはコーナーキューブプリズム)が配置され、P点に前記したビームスプリッタが配置される。また、図9(b)と同様、位置(1)(3)(5)(7)(2)(4)(6)(8)は直方体の頂点位置にあり、上記遅延光学系により形成される光路は、上記直方体の面上にある。また、入射光、出射光の光路B,Cは、頂点(1)(3)(2)(8)で構成される平面に垂直である。また、本実施例では、リレーレンズ13が(1) −(2) 、(3) −(4) 、(5) −(6) および(7) −(8) の光路中に配置され、これらの光学素子で遅延光学系を構成する。
同図のP点におかれたビームスプリッタで分割された入射光は、図9(b)と同様、上方に折り返され、同図の(1) −(8) を経由して、上記P点におかれたビームスプリッタで合成され入射光と同一方向に折り返され、ビームスプリッタから出射する。この場合、リレーレンズは4箇所に配置されているので、遅延光は、倍率は変わらずに入射光と同じ方向でビームスプリッタ上に転写され、上記遅延光とビームスプリッタの透過光(入射光)が合成されて、ビームスプリッタから出射する。
上記図9(a)(b)の場合、リレーレンズが直方体の面上の2箇所に設けられており、前記したように、遅延光は倍率は変わらずに入射光を反転した状態でビームスプリッタに上に結像する(倍率:−1倍)。
このため、例えば図10(a)に示す様に、入射光のビームプロファイルが入射光軸に対して対称でない場合であっても、図10(b)に示すように、入射光と遅延光を合成した光のビームプロファイルは均一化される。しかし、ミラーなどが変位して、光軸がずれると、図10(c)に示すようにビームプロファイルが広がる。
一方、図9(c)の場合、リレーレンズが直方体の面上の4箇所に設けられており、前記したように、遅延光は、倍率は変わらずに入射光と同じ方向でビームスプリッタに結像する(倍率:+1倍)。
このため、図10(d)に示すように、ビームの均一化はあまり期待できないが、図10(e)に示すように、光軸がずれてもビームプロファイルは変化しない。すなわち、図9(c)のように、リレーレンズを4箇所に設けることで、ミラーなどの位置ずれに対する影響が少なくなり、アライメントずれの影響を低減することができる。
ところで、一段のOPSだけでは必要とするパルス幅を得ることができない場合があり、このような場合には、OPSを多段に構成し所望のパルス幅を確保する必要がある。
以下、上記のようにOPSを多段構成とする場合に好適な実施例について説明する。
図11は、OPSを多段構成とするに好適な本発明の実施例を示す図である。
同図において、40、50はそれぞれ前記したOPSを収納した筐体であり、OPSを収納した筐体40,50は、それぞれ光入射口、光出射口44,54(光入射口は同図では図示されていない)が設けられ、また、光入射側の面、光出射側の面にタブ41,42および51,52が設けられている。
タブ41,42及び51,52には、それぞれ、ねじ穴41a,42aおよび51a,52aが設けられ、OPSを収納した筐体40、50には、位置だし用のピン穴43,53が設けられている。
また、レーザ光出射口61を備えた、上記OPSを収納した筐体40が取り付けられる基準面60にも、取り付け用のねじ穴62が設けられ、さらに、位置だし用のピンが挿入される箇所に、位置だし用ピン穴63が設けられている。
OPSを収納した筐体40は、上記タブ41に設けられたねじ穴41aと基準面60に設けられたねじ穴62をボルトで止めることで基準面に取り付けられる。このとき、位置だしピンを上記位置だし用ピン穴43、63に挿入することで、筐体40の取り付け角度を調整し、基準面60のレーザ光出射位置と、筐体40のレーザ光の入射位置との位置あわせを行う。
OPSを従属接続する場合には、筐体40の出射側の面に設けられたタブ42と、筐体50の光入射側の面に設けられたタブ51のねじ穴42a、51aをボルト止めする。その際、上記のように、位置だしピンを上記位置だし用ピン穴53,43に挿入することで、筐体50の取り付け角度を調整し、筐体40のレーザ光の出射位置と、筐体50の入射位置の位置あわせを行う。さらに、OPSを多段構成にする場合には、筐体50に設けられたタブ52を利用して、OPSを収納した筐体を上記と同様に、従属接続する。
前記したようにOPS内部には、ビームスプリッタが設けられており、OPS内をレーザ光を通過する際、ビームスプリッタにより光路がオフセットする。このため、多段構成にしたときに段数によって光軸がオフセットする量が変化する。
上記オフセット量の変化を防ぐため、ビームスプリッタによるオフセットをキャンセルさせるための光学素子を追加するか, ビームスプリッタとしてキューブビームスプリッタを用いる必要がある。
図12(a)に上記光学素子を用いる場合の構成例を示し、図12(b)にキューブビームスプリッタを示す。
図12(a)に示すように、前記図3、図4、図7、図9に示したOPSにおいて、入射光を上方に折り返し、遅延光と入射光と合成するビームスプリッタ11の出射側に、ビームスプリッタ11とほぼ等しい厚さを持つ透明なガラス板14を斜めに配置する。これにより、同図に示すように、ビームスプリッタによるオフセットがキャンセルされる。
また、上記ビームスプリッタ11に代え、図12(b)に示すキューブビームスプリッタ11´を用いれば、上記オフセットを防ぐことができる。
本実施例では、上記のようにOPSの出射側にOPSが取り付けられるような構造にし、必要に応じて同様の構成のOPSを多段構成できるようにしたので、パルス幅をさらに伸ばすことができる。なお、その際、OPSが最初の取り付け面に対しオーバーハングした状態になり, 取り付け面がゆがむことを防ぐため、底面に重量を支えるための構造をつけても良い。
本発明の前提となる放電励起ガスレーザ装置の概略構成を示す図である。 本発明の光学的パルス伸長器の設置位置を説明する図である。 本発明光学的パルス伸長器の構成を示す図(1)である。 本発明光学的パルス伸長器の構成を示す図(2)である。 頂角が91°のプリズムの設置角度変化に対する出射角変化を示す図である。 コーナーキューブプリズムの構成例を示す図である。 本発明光学的パルス伸長器の構成を示す図(3)である。 レンズと凹面鏡の光学的特性の違い説明する図である。 本発明の実施例の光学的パルス伸長器の構成を示す図である。 図9においてリレーレンズを2箇所設けた場合と4箇所設けた場合のビームプロファイルの違いを説明する図である。 本発明の実施例の光学的パルス幅伸長器を多段構成にする場合の構成例を示す図である。 ビームスプリッタにより生ずる光路のオフセットを防止するための構成例を示す図である。
符号の説明
11 ビームスプリッタ
12a〜12d 全反射ミラー
13 リレーレンズ
22a〜22d プリズム
32a〜3 2d 平面部に全反射コートを施した平凸レンズ
40 OPSを収納した筐体
50 OPSを収納した筐体
41,42 タブ
51,52 タブ
60 基準面
101 レーザチェンバ
102 高電圧パルス発生装置
103 ファン
104 ウィンドウ部材
105 狭帯域化モジュール
106 出力ミラー
107 波長モニタ
108 コントローラ

Claims (7)

  1. 入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、
    分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、
    上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器であって、
    上記遅延光学系により形成される光路は、直方体の面上にあり、該直方体の面は、レーザ光の入射光の光路と交わっている
    ことを特徴とする光学的パルス伸長器。
  2. 上記遅延光学系により形成される光路中に2個の結像レンズを有し、
    上記結像レンズは、上記分割光学素子におけるレーザ光の像を上記合成光学系に転写するように配置されている
    ことを特徴とする請求項記載の光学的パルス伸長器。
  3. 上記遅延光学系により形成される光路中に4個の結像レンズを有し、
    上記結像レンズは、上記分割光学素子におけるレーザ光の像を上記合成光学系に転写するように配置されている
    ことを特徴とする請求項記載の光学的パルス伸長器。
  4. 上記分割光学素子と合成光学系が同一の光学素子である
    ことを特徴とする請求項1,2または請求項3に記載の光学的パルス伸長器。
  5. レーザガスが封入されたレーザチャンバと、このレーザチャンバ内に配置された一対の放電電極と、その一対の放電電極と並列に接続されたピーキングコンデンサと、前記レーザチャンバ内で高電圧パルス放電を発生させて前記レーザガスを励起してレーザ光を放出させるための高電圧パルス発生装置と、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含み、前記一対の放電電極が前記高電圧パルス発生装置に搭載される磁気パルス圧縮回路の出力端に接続された露光用放電励起ガスレーザ装置において、
    上記露光用放電励起ガスレーザ装置は、上記レーザ共振器から放出されるレーザ光のレーザパルス幅を伸長するための上記請求項1,2,3または請求項4に記載の光学的パルス伸長器を備えている
    ことを特徴とする露光用放電励起ガスレーザ装置。
  6. 請求項に記載の光学的パルス伸長器は、多段に設置可能に構成されている
    ことを特徴とする露光用放電励起ガスレーザ装置。
  7. 上記露光用放電励起ガスレーザ装置は、KrFエキシマレーザ装置、ArFエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかである
    ことを特徴とする請求項または請求項記載の露光用放電励起ガスレーザ装置。
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