JP4426913B2 - レーザ装置の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、レーザ装置の調整方法に関し、特に、半導体リソグラフィ等の光源として用いられるエキシマレーザやフッ素分子レーザの製造時又はメンテナンス時に用いられる調整方法に関する。

近年、半導体集積回路の集積度が増す傾向にあり、半導体集積回路を製造するために用いられる露光装置において、解像力の向上が求められている。そのため、露光装置の光源として、短波長のレーザ光を出力するエキシマレーザやＦ_２（フッ素分子：molecular fluorine）レーザが注目されている。

エキシマレーザは、レーザ媒質としてエキシマ分子を用いるガスレーザの一種である。エキシマ分子とは、クリプトン（Ｋｒ）やアルゴン（Ａｒ）やキセノン（Ｘｅ）等の希ガスと、フッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）等のハロゲンガスとの混合ガスを励起することによって生じる結合分子のことである。レーザ装置において用いられるガスの種類は、出力すべきレーザ光の波長に応じて選択される。例えば、クリプトンガス及びフッ素ガスを用いるＫｒＦレーザにおいては、発振波長が２４８ｎｍとなり、アルゴンガス及びフッ素ガスを用いるＡｒＦレーザにおいては、発振波長が１９３ｎｍとなる。一方、フッ素ガスを用いるＦ_２においては、発振波長が１５７ｎｍ付近となる。なお、実際には、それらのガスに加えて、ヘリウム（Ｈｅ）ガス又はネオン（Ｎｅ）ガス等の不活性ガスが、放電を促すためのバッファガスとして混合される。

図１７は、レーザ装置の基本構成を説明するための模式図である。図１７に示すように、レーザ装置は、レーザ発振が行われる金属製のレーザチャンバ１００と、レーザチャンバ１００内に設けられた放電用の電極１０１及びファン１０２と、ファン１０２を駆動するためのモータ１０３と、狭帯域化モジュール１０５と、フロントミラー１０６とを含んでいる。

以下においては、エキシマレーザの場合について説明する。レーザチャンバ１００の内部には、レーザ媒質として、希ガス及びハロゲンガスと、バッファガスとが導入されており、高圧に保たれている。電極１０１は、外部から電力を供給されることにより、レーザチャンバ１００の内部に放電を生じさせる。それにより、希ガス及びハロゲンガスが励起状態となり、両者が結合してエキシマ分子が生成される。このエキシマ分子は、ごく短時間（数ｎ秒〜１０数ｎ秒程度）の間のみ存在し、基底状態に落ちる際に放出光を放出し、その後、再びそれぞれの原子に分離する。ファン１０２は、レーザチャンバ１００内の気体を攪拌することにより、エキシマ分子の生成効率を高くする。

また、レーザチャンバ１００には、２つのウィンドウ１０４が設けられている。ウィンドウ１０４は、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）のように、光エネルギーに対する耐久性が大きい光学ガラスによって形成されており、光軸に対してブリュースタ角を為す角度で配置されている。ここで、ブリュースタ角とは、ｐ偏光（振動方向が入射面に対して平行な偏光）の反射率がゼロになるときの入射角のことである。このようなウィンドウ１０４を設けることにより、レーザチャンバ１００を通過するｐ偏光の損失をほとんどなくすことができる。

狭帯域化モジュール１０５は、例えば、２つのプリズムとグレーティングとによって構成されている。図１７に示すように、プリズム１０５ａ及び１０５ｂは、レーザチャンバ１００から出射した光ビームの幅を拡大して、グレーティング１０５ｃに入射させる。グレーティング１０５ｃは、入射光に含まれる複数の波長成分を、異なる複数の方向にそれぞれ反射する。そこで、グレーティング１０５ｃと他の光学素子との位置関係を調節することにより、放出光を狭帯域化することができる。フロントミラー１０６は部分反射ミラーであり、レーザチャンバ１００から出射した光の一部を透過させ、残りを反射する。

レーザチャンバ１００において、エキシマ分子から放出された光は、ウィンドウ１０４を通ってレーザチャンバ１００から出射し、狭帯域化モジュール１０５とフロントミラー１０６との間を複数回往復する。それにより、放出光は狭帯域化されると共に増幅され、フロントミラー１０６の透過率に対応する強度のレーザ光が、フロントミラー１０６から出射する。

ところで、図１７に示すレーザ装置においては、狭帯域化モジュール１０５におけるエネルギー損失を避けることができないので、発生するレーザ光の出力をあまり高くすることができない。そのため、図１７に示すようなレーザ発振器に加えて、レーザ発振器から出力されるレーザ光を増幅するレーザ増幅器を備えた２段構成のレーザ装置も実用化されている。

そのようなレーザ装置としては、インジェクション・ロック方式や、ＭＯＰＡ（master oscillator power amplifier）方式が知られている。インジェクション・ロック方式とは、レーザ増幅器のリア側及びフロント側に反射ミラーを配置して、レーザ発振器とレーザ増幅器とを同期して制御する方式である。一方、ＭＯＰＡ方式とは、レーザ増幅器のリア側及びフロント側に反射ミラーを配置せずに、レーザ発振器から出力されるレーザ光を、レーザ増幅器のレーザ媒質中を通過させることにより増幅する方式である。

２段構成のレーザ装置においては、レーザ増幅器のゲインを大きくすることにより、レーザ発振器の出力を低く抑えることができるので、狭帯域化モジュールに設けられたグレーティング等の光学素子が光エネルギーによって劣化するのを抑制できるという利点もある。

しかしながら、図１７に示すレーザ装置においても、２段構成のレーザ装置においても、発振するレーザ光の波長が短いので、レーザ光の高いエネルギーにより、図１７に示すフロントミラー１０６等の光学素子の劣化が激しい。そのため、それらの光学素子を頻繁に交換する必要がある。その際に、光が狭帯域化モジュール１０５とフロントミラー１０６との間を効率良く往復できるように、新しく取り付けられた光学素子の設置角度を精密に調整しなくてはならない。しかしながら、そのような角度調整は、作業に慣れたサービスマンが行う場合であっても長時間を要してしまうので、半導体製造工場等の現場においては、その間、生産ラインを停止しなくてはならないという問題があった。

関連する技術として、特許文献１には、フロント側共振器プレートとリア側共振器プレートをレーザチャンバを挟んで複数本のロッドで固定する手段と、フロント側光学系およびリア側光学系をそれぞれ１つの筐体に囲い、両共振器プレートに固定する手段と、フロント側またはリア側の筐体をレーザの光軸に対して略垂直方向に移動可能とする手段と、フロント側またはリア側の筐体をレーザの光軸と一致させて設置する手段とを備えるレーザ装置が開示されている。このレーザ装置によれば、エキシマレーザ装置の光学系を高精度に設置できると共に、それらの光学系を容易に交換することができる。しかしながら、汎用のレーザ装置においても、光学系の精度を保ちつつ、容易に交換することができる方法が望まれる。
特開平６−１５２０２０

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、レーザ装置において、フロントミラーやリアミラーを含む光学系の精密な角度調整を容易にして、光学系の部品を短時間に交換することができる調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係るレーザ装置の調整方法は、複数のウィンドウから光を放出するレーザチャンバと、レーザチャンバから放出される光を反射してレーザ発振を生じさせる、少なくとも１つのレーザ発振用ミラーを含む複数の光学素子とを有するレーザ装置の調整方法であって、複数の光学素子の替わりに、複数のピンホールがそれぞれに設けられた複数のピンホール板をレーザ装置に取り付けて、可視光源を用いて第１のピンホールからレーザチャンバに可視光を入射し、第２のピンホールから出射する可視光を観測することにより、可視光源及びレーザ装置において光軸を合わせるステップ（ａ）と、レーザ装置に含まれる少なくとも１つのレーザ発振用ミラーについて、レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダの保持角度を、調整用の平行基板ミラーを保持するミラーホルダの保持角度に合わせて調整するステップ（ｂ）と、レーザ装置に含まれる少なくとも１つのレーザ発振用ミラーを取り付けるための少なくとも１つのベースプレートに、平行基板ミラーを保持するミラーホルダを取り付けて、可視光源を用いて、第１のピンホールからレーザチャンバに可視光を入射させ、平行基板ミラーから反射される可視光を観測することにより、少なくとも１つのベースプレートのあおり角を調整するステップ（ｃ）と、少なくとも１つのベースプレートに、平行基板ミラーを保持するミラーホルダの替わりに、対応するレーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダを取り付けるステップ（ｄ）とを具備する。

また、本発明の第２の観点に係るレーザ装置の調整方法は、複数のウィンドウから光を放出する第１のレーザチャンバと、第１のレーザチャンバから放出される光を増幅する第２のレーザチャンバと、第１又は第２のレーザチャンバから放出される光を反射してレーザ発振を生じさせる、複数のレーザ発振用ミラーを含む複数の光学素子とを有するレーザ装置の調整方法であって、複数の光学素子の替わりに、複数のピンホールが各々に設けられた複数のピンホール板をレーザ装置に取り付けて、可視光源を用いて第１のピンホールから第１のレーザチャンバに可視光を入射し、第２のレーザチャンバを介して第２のピンホールから出射する可視光を観測することにより、可視光源及びレーザ装置において光軸を合わせるステップ（ａ）と、レーザ装置に含まれる各々のレーザ発振用ミラーについて、レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダの保持角度を、調整用の平行基板ミラーを保持するミラーホルダの保持角度に合わせて順次調整するステップ（ｂ）と、レーザ装置に含まれる各々のレーザ発振用ミラーを取り付けるためのベースプレートに、平行基板ミラーを保持するミラーホルダを取り付けて、可視光源を用いて、第１のピンホールから第１又は第２のレーザチャンバに可視光を入射させ、平行基板ミラーから反射される可視光を観測することにより、ベースプレートのあおり角を順次調整するステップ（ｃ）と、各々のベースプレートに、平行基板ミラーを保持するミラーホルダの替わりに、対応するレーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダを取り付けるステップ（ｄ）とを具備する。

本発明によれば、予め光軸調整が為されたレーザ装置に、予め光軸調整が為された交換ミラーモジュール（レーザ発振用ミラー及びそれを保持するミラーホルダ）を取り付けることにより、ミラー交換作業を行う。従って、ミラー交換後に、ミラーを含めた光軸調整を行う必要がなくなり、ミラー交換作業を短時間に終了させることができる。その結果、レーザ装置の稼動停止時間を短くして、半導体製造工場等における生産性を向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る調整方法が適用されるレーザ装置を示している。このレーザ装置は、発振段１０と、発振段１０の上部に設置された増幅段２０とを含むインジェクション方式のＡｒＦエキシマレーザである。なお、本発明に係る調整方法は、インジェクション方式に限らずＭＯＰＡ方式のレーザ装置や、発振段１０と増幅段２０とが直線上に配置されたインジェクション方式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置や、発振段のみからなる通常のレーザ装置にも適用することができる。

図１に示すように、このレーザ装置は、レーザチャンバ１１、狭帯域化モジュール１２、及び、フロントミラー１３を含む発振段１０と、レーザチャンバ２１、リアミラー２２、及び、フロントミラー２３を含む増幅段２０と、ビームステアリングユニット３０とを含んでいる。

レーザチャンバ１１及び２１の内部には、レーザ媒質となるレーザガスが充填されており、レーザガスを励起するために放電を生じさせる電極や、レーザガスを攪拌するためのファンが設けられている。また、レーザチャンバ１１及び２１には、光を低損失で透過させるために、光軸に対してブリュースタ角を為すように配置されたウィンドウ１１ａ及び１１ｂ、並びに、２１ａ及び２１ｂがそれぞれ設けられている。

狭帯域化モジュール１２は、少なくとも１つのプリズムとグレーティングとによって構成されており、入射した光の内の所望の波長成分を、光の入射方向に向けて反射する。フロントミラー１３は、入射光の一部を透過させ、残りを反射する部分透過ミラーである。レーザチャンバ１１内において放出された光は、狭帯域化モジュール１２とフロントミラー１３との間を、レーザチャンバ１１を介して往復することにより、狭帯域化されつつ増幅される。そのようにしてレーザ発振した光の一部は、フロントミラー１３を透過し、反射ミラーＭ１に入射する。ビームステアリングユニット３０は、２つの反射ミラーＭ１及びＭ２を含んでおり、発振段１０から出力されたレーザ光を増幅段２０に導く。

リアミラー２２及びフロントミラー２３は、部分透過ミラーである。ビームステアリングユニット３０を介して入射した光は、リアミラー２２を透過することにより、増幅段２０に導入され、リアミラー２２とフロントミラー２３との間を、レーザチャンバ２１を介して往復することにより増幅される。さらに、増幅された光は、フロントミラー２３を透過してレーザ装置から出射する。

ここで、フロントミラー１３及びリアミラー２２は、リア側キャビティプレート１に取り付けられている。また、狭帯域化モジュール１２及びフロントミラー２３は、フロント側キャビティプレート２に取り付けられている。

図２の（ａ）は、図１に示すリア側キャビティプレート１をリア側（図１においては左方向）から見た図であり、図２の（ｂ）は、図１に示すフロント側キャビティプレート２をフロント側（図１においては右方向）から見た図である。キャビティプレート１及び２には、開口１ａ及び１ｂ、並びに、開口２ａ及び２ｂがそれぞれ形成されている。これらの開口１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、ピンホールやスリットを配置するために設けられている。図２の（ａ）及び（ｂ）には、開口１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂに、ピンホールＰＨ１〜ＰＨ４が形成されたピンホール板３ａ〜３ｄがそれぞれ配置されている様子が示されている。

本発明の一実施形態に係るレーザ装置の調整方法について説明する。本実施形態に係るレーザ装置の調整方法においては、狭帯域化モジュール１２と、レーザチャンバ１１と、ビームステアリングユニット３０の反射ミラーＭ１及びＭ２と、レーザチャンバ２１とを含むレーザ光の光路における光軸が調整される。この光軸調整方法は、フロントミラー１３、リアミラー２２、又は、フロントミラー２３等の部品を交換する際に実施される。

図３の（ａ）は、Ｚ方向（垂直方向）から見た増幅段２０の断面を示しており、図３の（ｂ）は、Ｚ方向から見た発振段１０の断面を示している。本実施形態においては、図３に示すように、光軸の調整に用いられるＨｅ−Ｎｅレーザ光の光軸（実線）と、ＡｒＦレーザ光の光軸（破線）とを一致させることを基本方針として調整を行う。なお、図３において、レーザチャンバ１１及び２１の内部に設けられている電極等は省略されている。

光軸調整方法の第１のステップにおいて、図４に示すように、レーザチャンバ１１及び２１内にネオン（Ｎｅ）ガスを充填すると共に、基準圧力及び基準温度となるようにチャンバ内の雰囲気を設定する。本実施形態においては、基準圧力を３０００ｈＰａ、基準温度を２０℃としている。

また、リア側キャビティプレート１の開口に、ピンホールＰＨ２及びＰＨ３が形成されたピンホール板３ｂ及び３ｃをそれぞれ取り付けると共に、フロント側キャビティプレート２の開口に、ピンホールＰＨ１及びＰＨ４が形成されたピンホール板３ａ及び３ｄを取り付けておく。

さらに、図１に示す狭帯域化モジュール１２をフロント側キャビティプレート２から取り外し、その替わりに、図４に示すように、オートコリメータ４０を配置する。そして、オートコリメータ４０から出射した光がピンホールＰＨ１及びＰＨ２を通過するように、反射ミラー４１及び４２の角度を調節する。

本実施形態においては、オートコリメータ４０の光源部としてヘリウム（Ｈｅ）−ネオン（Ｎｅ）レーザ光源４０ａを用い、撮像部としてＣＣＤ（charge coupled device）カメラ４０ｂを含むオートコリメータを使用している。ビームスプリッタ４０ｃは、Ｈｅ−Ｎｅレーザによって出力されたレーザ光を透過させて外部に出射させると共に、外部から入射した光を反射してＣＣＤカメラ４０ｂに導く。

ビームステアリングユニット３０においては、反射ミラーＭ２を取り外し、その替わりに、ターゲット４３を設置する。ターゲット４３は、例えば、ターゲット面上に互いに直交する２本の直線が描かれた部材であり、それらの直線の交点が、ピンホールＰＨ３と共役の位置となるように配置される。

次に、第２のステップにおいて、オートコリメータ４０からＨｅ−Ｎｅレーザ光を出射し、反射ミラーＭ１によって出射光を図の上方に反射させ、ターゲット４３を照射させる。そして、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光が、ターゲット面上の２つの直線の交点を照射するように、反射ミラーＭ１の角度を調整する。本実施形態において光軸調整用の光として用いられるＨｅ−Ｎｅレーザ光は、約６３２．８ｎｍの波長を有する赤色可視光なので、ターゲット面上において赤色のスポット光が移動するのを目視することにより、容易に照射位置を確認することができる。そこで、赤色のスポット光の位置を確認しつつ、反射ミラーＭ１の角度を変化させることにより、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光を所望の位置に入射させることができる。

第３のステップにおいて、図５に示すように、ターゲット４３をリア側キャビティプレート１から取り外し、反射ミラーＭ２を取り付ける。そして、反射ミラーＭ１によって図の上方に導かれたＨｅ−Ｎｅレーザ光が、反射ミラーＭ２によって反射されることにより、ピンホールＰＨ３及びＰＨ４を通過するように、反射ミラーＭ２の角度を調整する。

第４のステップにおいて、図６に示すように、増幅段２０の出射側に、第２のオートコリメータ４４を設置する。オートコリメータ４４は、第１のオートコリメータ４０と同様に、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源４４ａと、ＣＣＤカメラ４４ｂと、ビームスプリッタ４４ｃとを含んでいる。このオートコリメータ４４から出射するＨｅ−Ｎｅレーザ光がピンホールＰＨ４及びＰＨ３を通過するように、反射ミラー４５及び４６の角度を調節する。ここで、反射ミラーＭ１及びＭ２は、既に角度調整されているので、オートコリメータ４４から出射したＨｅ−Ｎｅレーザ光がピンホールＰＨ４及びＰＨ３を通過できれば、その光は、反射ミラーＭ２及びＭ１を経て、ピンホールＰＨ２及びＰＨ１を通過する。従って、オートコリメータ４０の出力信号を検出することにより、反射ミラーＭ１及びＭ２が角度調整されていることを確認することができる。

さらに、図７に示すように、キャビティプレート１及び２からピンホール板３ａ〜３ｄを取り外し、リア側キャビティプレート１の開口１ａに、スリットＳＬ２が形成されたスリット板４ｂを取り付け、フロント側キャビティプレート２の開口２ｂに、スリットＳＬ４が形成されたスリット板４ｄを取り付ける。これらのスリットは、Ｚ方向に長く、Ｙ方向に短い長方形の開口形状を有している。この形状は、レーザチャンバから出射するレーザ光の断面形状とほぼ一致している。

以上説明した本実施形態に係るレーザ装置の調整方法は、新規にレーザ装置を稼動させる際にも用いることができる。レーザ装置の製造時には、発振段１０と、増幅段２０と、ビームステアリングユニット３０との位置関係については、組み立てる際に、少なくとも発振可能な程度（即ち、光が出射する程度）に調整されているだけなので、最良の状態に調整されているとは言い難い。そのままでは、レーザ装置を効率的に動作させることは困難である。しかしながら、本実施形態に係る調整方法を用いることにより、ビームステアリングユニットに含まれる反射ミラーを、容易に精度良く調整することが可能になる。

次に、フロントミラー及びリアミラーを交換する工程について説明する。このミラー交換は、予めフロントミラー又はリアミラーの光軸が調整された交換ミラーモジュールを、レーザ装置に設けられた光軸調整済みの固定器具（キネマティックプレート、或いは、ベースプレートともいう）に取り付けることにより行われる。ここで、ミラー交換を行う前に、本発明の一実施形態に係るレーザ装置の調整方法を用いることにより、図７に示すオートコリメータ４０及び／又は４４を含めた光軸を調整しておく必要がある。

図８は、図１に示すフロントミラー２３の周辺を拡大して示す断面図である。図８の（ａ）に示すように、フロントミラー２３は、ミラーホルダ５０に保持されており、キネマティックプレート６２を介してフロント側キャビティプレート２に取り付けられている。また、図８の（ｂ）は、フロントミラー２３及びミラーホルダ５０を含むミラーホルダユニットを示している。ミラーホルダ５０は、イモネジ（六角穴付き止めネジ）５０ａ及び５０ｂを含んでおり、これらのイモネジ５０ａ及び５０ｂを調節することにより、ミラーホルダ５０におけるフロントミラー２３の反射面の傾きを調整することができる。

図８の（ａ）に示すように、キネマティックプレート６２は、あおり角を調整するための２軸あおり調整器具を有しており、キネマティックプレート６２の設置面に含まれる２軸に対するあおり角をそれぞれ調整することが可能である。図８の（ｃ）は、キネマティックプレート６２を示す平面図である。

キネマティックプレート６２は、中央部に円形の開口を有する円形平板であり、円形平板の２つの主面は、互いに平行になっている。キネマティックプレート６２の一方の主面６２ａには、表面を研磨された３個スチール球６２ｃが埋め込まれて固定されている。これらのスチール球６２ｃは、主面６２ａの直径を表す第１の線上の両端近傍と、第１の線と直交する第２の線上の一端近傍とに位置している。また、ミラーホルダ５０の主面６２ｂには、スチール球６２ｃを受け止めるために、平面、又は、コーン形状の溝若しくは窪みを有する構造が形成されている。このように、スチール球６２ｃを介して両主面の位置決めを行うことにより、キネマティックプレート６２と、そこに取り付けられるミラーホルダとの位置関係、特に、ミラーの設置角度を、数μｒａｄのオーダーで再現することができる。図１に示すフロントミラー１３やリアミラー２２も、図８に示すのと同様に、リア側キャビティプレート１に取り付けられている。

図９及び図１０は、交換ミラーモジュールの調整方法を説明するための図である。なお、図９及び図１０においては、キネマティックプレートの３個のスチール球の内の２個のスチール球が示されている。

交換ミラーモジュールを調整するための第１のステップにおいて、図９に示すように、キネマティックプレート５１を、３個のスチール球５１ａが上面に来るように水平に設置し、３個のスチール球５１ａ上に、平行基板ミラー５２を配置する。第１のステップにおいて用いられるキネマティックプレート５１は、図８に示すキネマティックプレート６２と異なり、２軸あおり調整器具を備えていなくても良い。第１のステップにおいて、キネマティックプレート５１は、交換ミラーモジュールを調整する際の基準として用いられるだけだからである。

また、平行基板ミラー５２は、ＨＲ（高反射）コート処理が施されたＨＲコート面５２ａと、ＡＲ（無反射）コート処理が施されたＡＲコート面５２ｂとを含んでおり、ＨＲコート面５２ａがスチール球５１ａ側を向くように配置されている。さらに、図中、平行基板ミラー５２の上方に、Ｈｅ−Ｎｅ光源６０ａと、ＣＣＤカメラ６０ｂと、ビームスプリッタ６０ｃとを含むオートコリメータ６０が配置される。

このような配置において、キネマティックプレート５１の３個のスチール球５１ａの頂点を結ぶ平面が、オートコリメータ６０から出射するＨｅ−Ｎｅレーザ光の光軸と直交するように、キネマティックプレート５１とオートコリメータ６０との位置を調節する。即ち、オートコリメータ６０からＨｅ−Ｎｅレーザ光が出射すると、その出射光は、平行基板ミラー５２のＡＲコート面５２ｂを透過してＨＲコート面５２ａによって反射されるので、その反射光が、ビームスプリッタ６０ｃを介してＣＣＤカメラ６０ｂに入射するように、キネマティックプレート５１とオートコリメータ６０との位置関係を調節する。さらに、ＣＣＤカメラ６０ｂによって検出された反射光のカメラ上における位置を記録しておく。

ここで、平行基板ミラー５２のＨＲコート面をスチール球５１ａ側に向ける理由は、次のとおりである。即ち、平行基板ミラー５２の向かい合う２つの主面は、加工精度の限界等の理由により、完全に平行にはなっていない。そのため、ＨＲコート面５２ａを図の上側に向けてしまうと、平行基板ミラー５２の上面から反射された反射光に基づいて調整されたオートコリメータの設置角度は、３つのスチール球５１ａの頂点を結ぶ平面に対して、平行基板ミラー５２の非平行度合いを反映した誤差を含んでしまうからである。

交換ミラーモジュールを調整するための第２のステップにおいて、図９に示すキネマティックプレート５１から平行基板ミラー５２を取り外し、図１０に示すように、ミラーホルダ５０にフロントミラー５３が取り付けられたミラーホルダユニット（図８参照）を、３つのスチール球５１ａの上に配置する。このフロントミラー５３は、図１に示すフロントミラー１３又は２３に替えて、狭帯域化レーザのフロントミラーとして用いられるものであり、向かい合う２つの非平行な平面によってウェッジ形状が形成されている。フロントミラー５３において、レーザ光を反射する面５３ａ（図１０においては上面）は、部分反射ミラーとして作用する。なお、他方の傾斜面５３ｂは、無反射処理が施されていることが望ましい。

このような配置において、オートコリメータ６０から、フロントミラー５３に向けてＨｅ−Ｎｅレーザ光を出射し、フロントミラー５３の面５３ａによって反射された反射光をオートコリメータ６０のＣＣＤカメラ６０ｂに入射させる。そして、その反射光のＣＣＤカメラ６０ｂ上における位置が、先に記録された平行基板ミラー５２（図９）からの反射光の位置と一致するように、イモネジ５０ａ及び５０ｂを調整する。
このようにして調整されたフロントミラー５３とミラーホルダ５０とを含むミラーホルダユニットが、工場等の現場におけるミラー交換時に、交換ミラーモジュールとして用いられる。

図１１〜図１５は、レーザ装置側のベースプレートの調整方法を説明するための図である。図１２〜図１５において、Ｘ軸に対するあおり角をｒ、Ｙ軸に対するあおり角をｑ、Ｚ軸に対するあおり角をｐとする。

ベースプレートを調整するための第１のステップにおいて、図１１に示すホルダベース調整用治具５４を用意する。即ち、図１０に示すミラーホルダ５０と同様のミラーホルダ５５に平行基板ミラー５６を取り付け、図１０に示す交換ミラーモジュールの調整と同様の方法によって、光軸調整を行う。ここで、平行基板ミラー５６は、ＨＲコート処理が施されたＨＲコート面５６ａと、ＡＲコート処理が施されたＡＲコート面５６ｂとを含んでおり、ＨＲコート面５６ａがミラーホルダ５５の外側（図１１においては右側）を向くように配置されている。

次に、第２のステップにおいて、図１２に示すように、光軸を調整されたレーザ装置において、リア側キャビティプレート１上において発振段のレーザチャンバ１１と対向する位置に、キネマティックプレート６１を取り付ける。このキネマティックプレート６１は、図８に示すキネマティックプレート６２と同様に、２軸あおり調整器具を有している。また、キネマティックプレート６１の３つのスチール球に接するように、図１１に示すホルダベース調整用治具５４を設置する。このとき、平行基板ミラー５６のＨＲコート面５６ａは、レーザチャンバ１１の方を向いている。

このような配置において、オートコリメータ４０からＨｅ−Ｎｅレーザ光を出射すると、その出射光は、平行基板ミラー５６のＨＲコート面５６ａによって反射される。そこで、その反射光が、オートコリメータ４０のＣＣＤカメラ４０ｂに入射するように、キネマティックプレート６１の２軸あおり（即ち、Ｙ軸に対するあおり角ｑ及びＺ軸に対するあおり角ｐ）を調整する。なお、その際には、キネマティックプレート６１において調整可能な２軸（Ｙ軸及びＺ軸）の内の一方を調整する。

このようなキネマティックプレート６１の調整を行った後で、ホルダベース調整治具５４を取り外す。図１３に示すように、リア側キャビティプレート１に残ったキネマティックプレート６１が、フロントミラー１３（図１）用のベースプレート（ＦＭベースプレート）として用いられる。

次に、第３のステップにおいて、図１４に示すように、フロント側キャビティプレート２上において増幅段２０のレーザチャンバ２１と対向する位置に、２軸あおり調整器具付きキネマティックプレート６２を取り付け、そこに、ホルダベース調整用治具５７を設置する。ホルダベース調整用治具５７は、図１１に示す平行基板ミラー５６のＨＲコート面５６ａがミラーホルダ５５側（図１４においては右側）を向くように、ミラーホルダ５５に取り付けたものである。このような配置において、図１４において実線で示すように、オートコリメータ４４からＨｅ−Ｎｅレーザ光を出射し、平行基板ミラー５６のＨＲコート面５６ａに入射させる。そして、ＨＲコート面５６ａからの反射光がＣＣＤカメラ４４ｂに入射するように、キネマティックプレート６２のあおり角ｐ及びｑを調整する。このキネマティックプレート６２が、フロントミラー２３（図１）用のベースプレート（ＦＭベースプレート）として用いられる。

或いは、オートコリメータ４４の替わりに、オートコリメータ４０を用いて、キネマティックプレート６２の調整を行っても良い。この場合には、図１４において破線で示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光が、反射ミラーＭ１及びＭ２を経由してオートコリメータ４０と平行基板ミラー５６との間を往復する。従って、反射ミラーＭ１及びＭ２におけるＨｅ−Ｎｅレーザ光の損失により、ＣＣＤ４０ｂにおける検出信号のＳ／Ｎ比が低下することを考慮する必要がある。しかしながら、図１２に示すのと同様のホルダベース調整用治具５４を使用することができるので、ミラーホルダ５５における平行基板ミラー５６の向きを付け替えて再度光軸を調整したり、別のホルダベース調整用治具を用意するといった手間を省くことができる。

次に、第４のステップにおいて、図１５に示すように、リア側キャビティプレート１上において増幅段２０のレーザチャンバ２１と対向する位置に、２軸あおり調整付きキネマティックプレート６３を取り付け、さらに、ホルダベース調整用治具５４を設置する。このような配置において、図１５において実線で示すように、オートコリメータ４４からＨｅ−Ｎｅレーザ光を出射し、平行基板ミラー５６のＨＲコート面５６ａに入射させる。そして、ＨＲコート面５６ａからの反射光が、ＣＣＤカメラ４０ｂに入射するように、キネマティックプレート６３のあおり角ｐ及びｑを調整する。このキネマティックプレート６３が、リアミラー２２（図１）用のベースプレート（ＲＭベースプレート）として用いられる。

或いは、オートコリメータ４４の替わりに、オートコリメータ４０を用いて、キネマティックプレート６３の調整を行っても良い。この場合には、図１５において破線で示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の反射ミラーＭ１及びＭ２における反射損失により、ＣＣＤ４０ｂにおける検出信号のＳ／Ｎ比が低下することを考慮する必要がある。また、その際には、図１４に示すものと同様のホルダベース調整用治具５７を使用することが望ましい。

最後に、図１６に示すように、オートコリメータ４０及び４４を取り外し、狭帯域化モジュール１２を設置し、レーザ発振を行うことにより、狭帯域化モジュール１２を含めた光軸調整を行う。これにより、レーザ装置側の調整が終了する。さらに、図１６に示すベースプレート６１〜６３に、光軸調整済みの交換ミラーモジュール（図１０参照）を取り付けることにより、ミラー交換作業が完了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、フロントミラーやリアミラーが劣化して交換を要する状況になった場合に、予め調整された交換ミラーモジュールを半導体製造工場等の現場に持参し、それをレーザ装置に取り付けることにより、短時間にミラー交換することができる。そのため、従来のように、ミラー交換後の光軸調整のために長時間製造ラインを停止する必要がなくなり、直ちにレーザ装置を再稼動することが可能になる。

本発明は、半導体リソグラフィ等の光源として用いられるエキシマレーザやフッ素分子レーザの製造又はメンテナンスにおいて利用可能である。

本発明の実施形態に係る調整方法が適用されるレーザ装置を示す模式図である。 （ａ）は、図１に示すリア側キャビティプレートをリア側から見た図であり、（ｂ）は、図１に示すフロント側キャビティプレートをフロント側から見た図である。 （ａ）は、図１に示す増幅段の断面図であり、（ｂ）は、図１に示す共振段の断面図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、反射ミラーＭ１を調整するステップについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、反射ミラーＭ２を調整するステップについて説明するための図である。 光軸が調整されたレーザ装置を示す模式図である。 図６に示すレーザ装置にスリット板が取り付けられた様子を示す模式図である。 （ａ）は、キャビティプレートにフロントミラーが取り付けられている様子を示す断面図であり、（ｂ）は、ミラーホルダユニットを示す断面図であり、（ｃ）は、キネマティックプレートを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、キネマティックプレートとオートコリメータとの設置角度を調整するステップについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、交換ミラーモジュールにおけるフロントミラーの角度を調整するステップについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において用いるホルダベース調整用治具を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、発振段フロントミラー用のキネマティックプレートを調整するステップについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、調整された発振段フロントミラー用のキネマティックプレートを示す図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、増幅段フロントミラー用のキネマティックプレートを調整するステップについて説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る調整方法において、増幅段リアミラー用のキネマティックプレートを調整するステップについて説明するための図である。 光軸及びキネマティックプレートが調整されたレーザ装置を示す模式図である。 エキシマレーザの基本構成を説明するための図である。

符号の説明

１、２…キャビティプレート、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ…開口、３ａ〜３ｄ…ピンホール板、４ｂ、４ｄ…スリット板、１０…発振段、１１、２１…レーザチャンバ、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ…ウィンドウ、１２…狭帯域化モジュール、１３、２３、５３…フロントミラー、２０…増幅段、２２…リアミラー、３０…ビームステアリングユニット、４０、４４、６０…オートコリメータ、４０ａ、４４ａ、６０ａ…Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源、４０ｂ、４４ｂ、６０ｂ…ＣＣＤカメラ、４０ｃ、４４ｃ、６０ｃ…ハーフミラー、４１、４２、４５、４６…反射ミラー、４３…ターゲット、５０、５５…ミラーホルダ、５０ａ、５０ｂ…イモネジ、５１、６１〜６３…キネマティックプレート、５１ａ、６２ｃ…スチール球、５２、５６…平行基板ミラー、５２ａ、５６ａ…ＨＲコート面、５２ｂ、５６ｂ…ＡＲコート面、５３ａ…部分反射面、５３ｂ…傾斜面、５４、５７…ホルダベース調整用治具、６２…キネマティックプレート、６２ａ、６２ｂ…主面、６２ｃ…スチール球

Claims (4)

1. 複数のウィンドウから光を放出するレーザチャンバと、前記レーザチャンバから放出される光を反射してレーザ発振を生じさせる、少なくとも１つのレーザ発振用ミラーを含む複数の光学素子とを有するレーザ装置の調整方法であって、
   前記複数の光学素子の替わりに、複数のピンホールがそれぞれに設けられた複数のピンホール板を前記レーザ装置に取り付けて、可視光源を用いて第１のピンホールから前記レーザチャンバに可視光を入射し、第２のピンホールから出射する可視光を観測することにより、前記可視光源及び前記レーザ装置において光軸を合わせるステップ（ａ）と、
   前記レーザ装置に含まれる少なくとも１つのレーザ発振用ミラーについて、前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダの保持角度を、調整用の平行基板ミラーを保持するミラーホルダの保持角度に合わせて調整するステップ（ｂ）と、
   前記レーザ装置に含まれる少なくとも１つのレーザ発振用ミラーを取り付けるための少なくとも１つのベースプレートに、前記平行基板ミラーを保持するミラーホルダを取り付けて、前記可視光源を用いて、前記第１のピンホールから前記レーザチャンバに可視光を入射させ、前記平行基板ミラーから反射される可視光を観測することにより、前記少なくとも１つのベースプレートのあおり角を調整するステップ（ｃ）と、
   前記少なくとも１つのベースプレートに、前記平行基板ミラーを保持するミラーホルダの替わりに、対応する前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダを取り付けるステップ（ｄ）と、
   を具備するレーザ装置の調整方法。
2. 複数のウィンドウから光を放出する第１のレーザチャンバと、前記第１のレーザチャンバから放出される光を増幅する第２のレーザチャンバと、前記第１又は第２のレーザチャンバから放出される光を反射してレーザ発振を生じさせる、複数のレーザ発振用ミラーを含む複数の光学素子とを有するレーザ装置の調整方法であって、
   前記複数の光学素子の替わりに、複数のピンホールが各々に設けられた複数のピンホール板を前記レーザ装置に取り付けて、可視光源を用いて第１のピンホールから前記第１のレーザチャンバに可視光を入射し、前記第２のレーザチャンバを介して第２のピンホールから出射する可視光を観測することにより、前記可視光源及び前記レーザ装置において光軸を合わせるステップ（ａ）と、
   前記レーザ装置に含まれる各々のレーザ発振用ミラーについて、前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダの保持角度を、調整用の平行基板ミラーを保持するミラーホルダの保持角度に合わせて順次調整するステップ（ｂ）と、
   前記レーザ装置に含まれる各々のレーザ発振用ミラーを取り付けるためのベースプレートに、前記平行基板ミラーを保持するミラーホルダを取り付けて、前記可視光源を用いて、前記第１のピンホールから前記第１又は第２のレーザチャンバに可視光を入射させ、前記平行基板ミラーから反射される可視光を観測することにより、前記ベースプレートのあおり角を順次調整するステップ（ｃ）と、
   各々のベースプレートに、前記平行基板ミラーを保持するミラーホルダの替わりに、対応する前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダを取り付けるステップ（ｄ）と、
   を具備するレーザ装置の調整方法。
3. ステップ（ｂ）が、
   調整用の平行基板ミラーを保持するミラーホルダを基準固定手段に取り付け、可視光を照射して保持角度を測定するステップと、
   前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダを前記基準固定手段に取り付け、可視光を照射して保持角度を測定することにより、前記レーザ発振用ミラーを保持するミラーホルダの保持角度を調整するステップと、
   を含む、請求項１又は２記載のレーザ装置の調整方法。
4. ステップ（ｃ）が、前記平行基板ミラーに可視光を入射させ、前記平行基板ミラーから反射される反射光の光軸が入射光の光軸に一致するように、前記ベースプレートのあおり角を調整することを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のレーザ装置の調整方法。

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