JP4899161B2

JP4899161B2 - エキシマレーザ装置

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Publication number: JP4899161B2
Application number: JP2007148102A
Authority: JP
Inventors: 伸治永井; 理若林; 計溝口
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: JP2008300780A

Description

本発明は、レーザチャンバ内部で発生させた光をウィンドウから出力するエキシマレーザ装置に関し、特にレーザ出力エネルギーの増加に伴うウィンドウの劣化を抑制するものに関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影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おり、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置及び波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。

また近年は、露光装置のスループット向上や回路パターンの超微細加工のためにレーザ出力エネルギーの増加が望まれている。例えば従来は１パルス当たりのエネルギーが約１２mJ程度であったところを、約１５mJ以上に増加させることが要求されている。

しかしながらレーザ出力エネルギーを増加させると光学素子の劣化が助長され、光学素子が短命化するといった問題が生ずる。露光装置及びガスレーザ装置の各光学素子は３０Bpls（ビリオンパルス）以上のレーザショット数に耐える耐久性が要求されている。先に例示したように１パルス当たりのレーザ出力エネルギーが１２mJ程度であれば、各光学素子は３０Bpls以上のレーザショット数に耐えられる。しかし１パルス当たりのレーザ出力エネルギーが１５mJ程度に増加すると、１Bpls程度のレーザショット数で各光学素子の表面は損傷することが判明している。

このように光学素子が損傷するのは、レーザ出力エネルギーの増加に伴いレーザ光のピークエネルギー密度が高くなるためであると考えられる。光学素子の劣化を抑制するためにはピークエネルギー密度を低くする必要がある。ピークエネルギー密度を低くするためには光学素子に対するビーム照射面積を大きくすれば良い。こうした観点に基づいた技術としては、例えば特許文献１がある。特許文献１には光学素子に対するビーム照射面積を大きくすることによって光学素子の劣化を抑制する技術が開示されている。

図９は特許文献１で開示された構成であって、出力ミラーの劣化を抑制するための構成を示している。レーザ共振器を構成するリアミラー８１と出力ミラー８２との間にはレーザチャンバ７０が設けられ、レーザチャンバ７０と出力ミラー８２との間にはビーム拡大光学系９０が設けられる。ビーム拡大光学系９０は１以上のウェッジ基板９１、９２からなり、レーザチャンバ７０から出力されたレーザ光のビーム幅を拡大して出力ミラー８２に出力する。ここではビーム拡大光学系９０に２つのウェッジ基板９１、９２が設けられているが、これはビーム拡大光学系９０の入射光の光軸と出射光の光軸を平行にするためである。こうした構成によって、出力ミラー８２に入射するレーザ光のビーム幅はレーザチャンバ７０から出射するレーザ光のビーム幅よりも広くなり、ビームの照射面積が大きくなる。すると出力ミラー８２に照射されるレーザ光のピークエネルギー密度が低くなり、出力ミラー８２の劣化が抑制される。

図１０は特許文献１で開示された構成であって、ウィンドウの劣化を抑制するための構成を示している。レーザチャンバ７０の内部には互いに対向する一対の主放電電極７１、７２が設けられ、またレーザチャンバ７０には対峙する一対のウィンドウ７３、７４が設けられる。そしてレーザチャンバ７０の内部であって出力ミラー８２側のウィンドウ７４と主放電電極７１、７２との間にはウェッジ基板７５が設けられる。さらに出力ミラー８２側のウィンドウ７４はウェッジ基板である。ウィンドウ７４とウェッジ基板７５とでビーム拡大光学系７６を構成する。主放電電極７１、７２間で発生した光のビーム幅はウェッジ基板７５で拡大されてウィンドウ７４に入射する。こうした構成によって、ウィンドウ７４に入射するレーザ光のビーム幅はウェッジ基板７５を設けない場合のレーザ光のビーム幅よりも広くなり、ビームの照射面積が大きくなる。するとウィンドウ７４に照射される光のピークエネルギー密度が低くなり、ウィンドウ７４の劣化が抑制される。
特開２００６−４９８３９号公報

特許文献１によると、ウィンドウの劣化を抑制するためにはレーザチャンバの内部にウェッジ基板を設ける必要がある。しかしレーザチャンバの内部には主放電電極やレーザガス環流用ファンや冷却装置など様々な機器が設けられており、そのうえ更にウェッジ基板やその支持機構などを設けるとなると、レーザチャンバの内部構造が複雑になるという問題が生ずる。

またレーザチャンバを組み立てた後はレーザチャンバ内部にウェッジ基板が封入されるため、ウェッジ基板の調整ができなくなる。仮にレーザチャンバ内部に封入されたウェッジ基板を調整可能にするためには、レーザチャンバ外部からウェッジ基板を調整できるような調整機構を設ける必要があり、更に構造が複雑になるという問題が生ずる。

レーザチャンバの構造が複雑になると、レーザチャンバの製造及び組み立て作業が煩雑になるうえ、レーザチャンバの製造コストが上昇する。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、レーザ出力エネルギーの増加に伴うウィンドウの劣化を、レーザチャンバを複雑にすることなく簡素な構造で抑制することを解決課題とするものである。

第１発明は、
対峙する一対の光入出力用のウィンドウをレーザチャンバに備えたエキシマレーザ装置において、
前記ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にした
ことを特徴とする。

第１発明では、レーザチャンバに取り付けられるウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面する。こうした構成によると、レーザチャンバの内部側からウィンドウに入射する光は、チャンバ内部側の面で、レーザ光軸と平行する平行光からレーザ光軸を中心にして発散する発散光に変化する。このためチャンバ外部側の面に達する光は、チャンバ内部側の面に入射したときよりもビーム幅が拡大される。するとチャンバ外部側の面におけるレーザ光のピークエネルギー密度が低くなるため、チャンバ外部側の面の劣化が抑制される。

第２発明は、第１発明において、
前記レーザチャンバは一対のレーザ共振器間に設けられ、
レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウと前記レーザ共振器の一方との間に、当該ウィンドウから出力された発散光を平行光にして当該レーザ共振器に出力する１以上の光学素子を備えた
ことを特徴とする。

第２発明では、チャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウとレーザ共振器との間に発散光を平行光にする光学素子、例えば平凸レンズを設ける。こうした構成によると、光の形態は次のように変化する。レーザチャンバの内部から外部に進行する光は、ウィンドウのチャンバ内部側の面で発散され、平凸レンズの凸面で平行光に戻されて、レーザ共振器に達する。レーザ共振器で反射する光は、平凸レンズの凸面で集光され、チャンバ内部側の面で再び平行光に戻されて、レーザチャンバの内部を進行する。
第２発明によれば、ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にしても、レーザ共振器間でレーザ光が発散し続けることは無くなる。

第３発明は、第１発明において、
前記レーザチャンバは一対のレーザ共振器間に設けられ、
前記レーザ共振器の出力側光学素子は、レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウから出力された発散光を当該発散光と同じ光路に反射する凹面を備えた出力ミラーである
ことを特徴とする。

第３発明では、レーザ共振器の出力側に、チャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウから出力された発散光をその発散光と同じ光路に反射する凹面を備えた出力ミラーを設ける。こうした構成によると、レーザチャンバの内部から外部に進行する光は、ウィンドウのチャンバ内部側の面で発散され、出力ミラーに達する。出力ミラーに達した光の一部は出力ミラーの凹面で反射し、反射前の光路を辿ってレーザチャンバ側に戻る。出力ミラーの凹面で反射する光は、凹面で集光され、チャンバ内部側の面で再び平行光に戻されて、レーザチャンバの内部を進行する。

第３発明によれば、ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にしても、レーザ共振器間でレーザ光が発散し続けることは無くなる。

第４発明は、第１発明において、
前記レーザチャンバの内部には互いに対向する一対の主放電電極が設けられており、
レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウは、凹面の曲率半径が前記主放電電極の放電方向に対して垂直となるシリンドリカルレンズである
ことを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。

第４発明では、レーザチャンバに取り付けられるウィンドウのレーザチャンバ内部側の面をシリンドリカル状の凹面する。

第５発明は、
対峙する一対の光入出力用のウィンドウを発振段及び増幅段のレーザチャンバにそれぞれ備えたエキシマレーザ装置において、
増幅段のレーザチャンバに備えられたウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にした
ことを特徴とする。

第５発明では、ダブルチャンバ式レーザ装置の発振段のレーザチャンバに取り付けられるウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面する。

本発明のように、ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にすると、レーザ出力エネルギーを増加させたとしても、ウィンドウのレーザチャンバ外部側の面に照射されるビームの面積が拡大されるため、ウィンドウのレーザチャンバ外部側の面における光のピークエネルギー密度が低くなる。したがってウィンドウのレーザチャンバ外部側の面の劣化が抑制される。一方、ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面はビーム照射によっては劣化しないことが判明している。よってウィンドウのレーザチャンバ外部側の面の劣化を抑制するのみで、結果としてはウィンドウ自体の劣化を抑制することになる。

また本発明は、ウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にする一方で、レーザチャンバの内部に新たな構造物を付加する必要がない。したがってレーザチャンバの内部は既存の構造でよく、内部構造が複雑になることはない。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本明細書では、図１、図２を用いて本発明の基本的な構成を説明し、図３〜図８で好適な実施形態を説明する。

図１はエキシマレーザ装置の構成を示している。
本発明に係るエキシマレーザ装置１は、内部でレーザガスを励起して光を発生させるレーザチャンバ１０と、レーザチャンバ１０から出力された光をレーザチャンバ１０に反射するリアミラー２１と、レーザチャンバ１０から出力された光をレーザチャンバ１０に反射し又露光装置側に出力する出力ミラー２２と、を有する。

レーザチャンバ１０の内部には互いに対向する一対の主放電電極１１、１２が設けられる。なお図１においては、主放電電極１２が主放電電極１１の背後に隠れているため図示されていない。主放電電極１１、１２の間には放電空間が形成され、この放電空間の延在方向であって主放電電極１１、１２の長手方向と平行する方向には対峙する一対のウィンドウ１３、１４がレーザチャンバ１０に取り付けられるようにして設けられる。本発明では、ウィンドウ１３、１４のうち、少なくとも出力ミラー２２側のウィンドウ１４のレーザチャンバ内部側の面に凹面を形成する。本発明のウィンドウ１４の詳細については詳述する。

レーザチャンバ１０には図示しないレーザガス供給・排気機構が接続されており、レーザチャンバ１０の内部にはレーザガスが数百ＫＰａで封入される。ＫｒＦエキシマレーザ装置の場合は、フッ素（Ｆ2 ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。ＡｒＦエキシマレーザ装置の場合は、フッ素（Ｆ2 ）ガス、アルゴン（Ａr ）ガス及びバッファガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。フッ素（Ｆ2 ）レーザ装置の場合は、フッ素（Ｆ2 ）ガス及びバッファガスとしてヘリウム（Ｈe ）等の希ガスからなる混合ガスがレーザガスとして使用される。

リアミラー２１はレーザチャンバ１０の後方に設けられ、出力ミラー２２はレーザチャンバ１０の前方に設けられており、リアミラー２１と出力ミラー２２とでレーザ共振器を形成する。リアミラー２１の反射面２１ａは全反射膜で被覆される。出力ミラー２２の反射面２２ａは部分反射膜で被覆され、出射面２２ｂは反射防止膜で被覆される。またレーザチャンバ１０の後方にはリアミラー２１の代わりに狭帯域化素子を備えた狭帯域化モジュールが設けられる場合もある。

ここでエキシマレーザ装置１の動作を簡単に説明する。
主放電電極１１、１２間に高電圧が印加されると放電空間に放電が発生する。放電空間のレーザガスは放電によって励起され、その後低エネルギー準位に遷移するが、この際に光が放出される。光はウィンドウ１３、１４からチャンバ外部に出射し、リアミラー２１及び出力ミラー２２に達する。光はレーザチャンバ１０を介してリアミラー２１と出力ミラー２２との間で反射を繰り返すうちにレーザチャンバ１０で増幅され、出力ミラー２２を透過して露光装置側に出力される。

図２はウィンドウの形態を示している。
ウィンドウ１４は、チャンバ内部側の面１４ａが凹面であり、チャンバ外部側の面１４ｂが平面である。ここではチャンバ内部側の面１４ａは全面が凹面であるが、少なくともレーザ光が照射される部分に凹面があればよい。レーザチャンバ１０の内部からウィンドウ１４に入射する光はチャンバ内部側の面１４ａによってビーム幅が拡大されて、チャンバ外部側の面１４ｂから出射する。ビーム幅の拡大率はウィンドウ１４の厚さ及びチャンバ内部側の面１４ａの曲率の変化に応じて変化する。例えば、「１パルス当たりのレーザ出力エネルギーが１５mJ程度」且つ「レーザショット数が３０Bpls以上」という条件に耐えるためには、チャンバ外部側の面１４ｂにおけるビーム幅がチャンバ内部側の面１４ａにおけるビーム幅の３倍程度になるように、チャンバ内部側の面１４ａの曲率を設定する。

レーザチャンバ１０の内部側からウィンドウ１４に入射する光は、チャンバ内部側の面１４ａで、レーザ光軸と平行する平行光からレーザ光軸を中心にして発散する発散光に変化する。このためチャンバ外部側の面１４ｂに達する光は、チャンバ内部側の面１４ａに入射したときよりもビーム幅が拡大される。

本発明によると、チャンバ外部側の面１４ｂでビーム幅が拡大されてピークエネルギー密度が低くなるため、チャンバ外部側の面１４ｂの劣化が抑制される。一方、チャンバ内部側の面１４ａではビーム幅は拡大されておらずピークエネルギー密度は高いままであることから、チャンバ内部側の面１４ａの劣化が懸念材料として残る。しかしながらチャンバ内部側の面１４ａは損傷しないことが実験によって判明している。その理由は次のように考えられる。

一般にレーザチャンバに取り付けられるウィンドウはフッ化物（フッ化カルシウム）で形成される。フッ化物のウィンドウが劣化する原因はウィンドウ表層からフッ素が放出されるためと考えられている。チャンバ外部側の面１４ｂはパージガスと接しており、レーザ照射に応じてパージガス中にフッ素が放出される。このためチャンバ内部側の面１４ａに対するフッ素の減少が促進され、結果としてチャンバ外部側の面１４ｂは劣化する。対してチャンバ内部側の面１４ａはレーザ照射中は常にレーザガスと接している。通常はエキシマレーザのレーザガスにはフッ素が含まれている。このためレーザ照射に応じてレーザガス中にフッ素が放出されたとしても、レーザガスからチャンバ内部側の面１４ａに新たなフッ素が取り込まれる。このためチャンバ内部側の面１４ａに対するフッ素の減少が抑制され、結果としてチャンバ内部側の面１４ａの劣化は抑制される。

次に本発明のより好適な実施形態を説明する。

本発明によると、ウィンドウ１４のチャンバ内部側の面１４ａでビーム幅を拡大するに伴い、ウィンドウ１４のチャンバ外部側の面１４ｂから出力されるレーザ光はレーザ光軸を中心にして発散する発散光になる。レーザ光をレーザ共振器間で往復させるにあたり、レーザ光が発散光であるとビーム幅が広がり続けるため望ましくない。そこで、レーザ共振器間でレーザ光が往復してもビーム幅が広がり続けることがないようにするための構成を第１〜第３の実施形態で説明する。

図３は第１の実施形態を示しており、ウィンドウから出力ミラーまでの構造を上面から見た様子を示している。

ウィンドウ１４′はチャンバ内部側の面１４′ａが凹面でチャンバ外部側の面１４′ｂが凸面の凹凸レンズである。またウィンドウ１４′と出力ミラー２２との間には平凸レンズ３１が設けられる。平凸レンズ３１の平面３１ａはウィンドウ１４′側に向けられ、平凸レンズ３１の凸面３１ｂは出力ミラー２２側に向けられる。平凸レンズ３１を含むウィンドウ１４′から出力ミラー２２までのレーザ光路はＮ2ガスでパージされる。

本実施形態においては、チャンバ内部側の面１４′ａの曲率と、ウィンドウ１４′の厚さと、を調整することによってチャンバ外部側の面１４′ｂにおけるビームの拡大率を設定する。またチャンバ外部側の面１４′ｂの曲率と、ウィンドウ１４と平凸レンズ３１の距離と、を調整することによって平凸レンズ３１の凸面３１ｂにおけるビームの拡大率を設定する。またチャンバ外部側の面１４′ｂの曲率と、平凸レンズ３１の凸面３１ｂの曲率と、を調整することによって平凸レンズ３１と出力ミラー２２との間のレーザ光を平行光にする。

本実施形態で光の形態は次のように変化する。レーザチャンバ１０の内部から外部に進行する光は、チャンバ内部側の面１４′ａで発散され、チャンバ外部側の面１４′ｂと平凸レンズ３１の凸面３１ｂとで平行光に戻されて、出力ミラー２２に達する。出力ミラー２２に達した光の一部は出力ミラー２２を透過して出射面２２ｂから露光装置側に出射する。また出力ミラー２２に達した光の一部は反射面２２ａで反射する。出力ミラー２２の反射面２２ａで反射する光は、平凸レンズ３１の凸面３１ｂとチャンバ外部側の面１４′ｂとで集光され、チャンバ内部側の面１４′ａで再び平行光に戻されて、レーザチャンバ１０の内部を進行する。

図４は第２の実施形態を示しており、ウィンドウから出力ミラーまでの構造を上面から見た様子を示している。

ウィンドウ１４はチャンバ内部側の面１４ａが凹面でチャンバ外部側の面１４ｂが平面の平凹レンズである。平凹レンズのウィンドウ１４は、図３に示すような凹凸レンズのウィンドウ１４′よりも製作が容易である。またウィンドウ１４と出力ミラー２２との間には２つの平凸レンズ３３、３４が設けられる。平凸レンズは３以上あっても良い。平凸レンズ３３の平面３３ａはウィンドウ１４側に向けられ、凸面３３ａは平凸レンズ３４側に向けられる。また凸レンズ３４の平面３４ａは平凸レンズ３３側に向けられ、凸面３３ａは出力ミラー２２側に向けられる。平凸レンズ３３、３４を含むウィンドウ１４から出力ミラー２２までのレーザ光路はＮ2ガスでパージされる。

本実施形態においては、チャンバ内部側の面１４ａの曲率と、ウィンドウ１４の厚さと、を調整することによってチャンバ外部側の面１４ｂにおけるビームの拡大率を設定する。また平凸レンズ３３の凸面３３ｂの曲率と、ウィンドウ１４と平凸レンズ３３の距離と、平凸レンズ３３と平凸レンズ３４の距離と、を調整することによって平凸レンズ３４の凸面３４ｂにおけるビームの拡大率を設定する。また平凸レンズ３３の凸面３３ｂの曲率と、平凸レンズ３４の凸面３４ｂの曲率と、を調整することによって平凸レンズ３４と出力ミラー２２との間のレーザ光を平行光にする。

本実施形態で光の形態は次のように変化する。レーザチャンバ１０の内部から外部に進行する光は、チャンバ内部側の面１４ａで発散され、平凸レンズ３３の凸面３３ｂと平凸レンズ３４の凸面３４ｂとで平行光に戻されて、出力ミラー２２に達する。出力ミラー２２に達した光の一部は出力ミラー２２を透過して出射面２２ｂから露光装置側に出射する。また出力ミラー２２に達した光の一部は反射面２２ａで反射する。出力ミラー２２の反射面２２ａでで反射する光は、平凸レンズ３４の凸面３４ｂと平凸レンズ３３の凸面３３ｂとで集光され、チャンバ内部側の面１４ａで再び平行光に戻されて、レーザチャンバ１０の内部を進行する。

第２の実施形態を第１の実施形態と組み合わせることも可能である。

図５は第３の実施形態を示しており、ウィンドウから出力ミラーまでの構造を上面から見た様子を示している。

ウィンドウ１４′はチャンバ内部側の面１４′ａが凹面でチャンバ外部側の面１４′ｂが凸面の凹凸レンズである。なおウィンドウ１４′は図４に示すような平凹レンズのウィンドウ１４でも良い。出力ミラー２２′は反射面２２′ａが凹面である。出力ミラー２２′の反射面２２′ａは部分反射膜で被覆され、出射面２２′ｂは反射防止膜で被覆される。

本実施形態においては、チャンバ内部側の面１４′ａの曲率と、ウィンドウ１４′の厚さと、を調整することによってチャンバ外部側の面１４′ｂにおけるビームの拡大率を設定する。またチャンバ外部側の面１４′ｂの曲率と、ウィンドウ１４と出力ミラー２２′の距離と、を調整することによって出力ミラー２２′の出射面２２′ｂにおけるビームの拡大率を設定する。またチャンバ外部側の面１４′ｂの曲率と、出力ミラー２２′の反射面２２′ａの曲率を調整することによって反射面２２′ａに入射するレーザ光のビーム幅と反射面２２′ａで反射するレーザ光のビーム幅を一致させ、且つ出力ミラー２２′の出射面２２′ｂから出射するレーザ光を平行光にする。

本実施形態で光の形態は次のように変化する。レーザチャンバ１０の内部から外部に進行する光は、チャンバ内部側の面１４′ａで発散され、出力ミラー２２′に達する。出力ミラー２２′に達した光の一部は反射面２２′ａで平行光に戻され、出力ミラー２２′を透過して出射面２２′ｂから露光装置側に出射する。また出力ミラー２２′に達した光の一部は反射面２２′ａで反射し、反射前の光路を辿ってレーザチャンバ１０側に戻る。出力ミラー２２′の反射面２２′ａで反射する光は、反射面２２′ａとチャンバ外部側の面１４′ｂとで集光され、チャンバ内部側の面１４′ａで再び平行光に戻されて、レーザチャンバ１０の内部を進行する。

第３の実施形態を第１、第２の実施形態と組み合わせることも可能である。

図６は第４の実施形態を示しており、レーザチャンバ内部の構造及びレーザチャンバ周辺の構造を上面から見た様子を示している。

ここまではレーザチャンバに取り付けられる２つのウィンドウ１３、１４のうち、ウィンドウ１４のレーザチャンバ内部側の面１４ａに凹面を形成する形態を説明した。これは出力ミラー２２側のウィンドウ１４を透過するレーザ光のエネルギーの方がリアミラー２１側のウィンドウ１３を透過するレーザ光のエネルギーよりも高いためである。

しかし図６に示すように、ウィンドウ１３のレーザチャンバ内部側の面１３ａに凹面を形成しても良い。本実施形態では、ウィンドウ１３、１４のレーザチャンバ内部側の面１３ａ、１４ａの一部に凹面が形成される。またリアミラー２１の反射面２１ａと出力ミラー２２の反射面２２ａには、ウィンドウ１３、１４のレーザチャンバ内部側の面１３ａ、１４ａの曲率に応じた凹面が形成される。

なお、本実施形態は、第３の実施形態をレーザチャンバの２つのウィンドウ及び前後の構造に適用したものに相当するが、第１、２の実施形態も同様にして適用可能である。

図７は第５の実施形態を示している。図７（ａ）はレーザチャンバ内部の構造及びレーザチャンバ周辺の構造を上面から見た様子を示し、図７（ｂ）はレーザチャンバ内部の構造及びレーザチャンバ周辺の構造を側面から見た様子を示している。

ウィンドウ１４のチャンバ内部側の面１４ａの凹面形状は球状であっても良いし、図７（ａ）、（ｂ）に示すようにシリンドリカル状であっても良い。図７に示すウィンドウ１４はシリンドリカルレンズである。チャンバ内部側の面１４ａをシリンドリカル状にする場合は、チャンバ内部側の面１４ａの曲率半径を主放電電極１１、１２の放電方向と垂直にする。またウィンドウ１４と同様に、ウィンドウ１３のチャンバ内部側の面１３ａの凹面形状がシリンドリカル状であっても良い。

なお、本実施形態は、第３の実施形態のウィンドウ１４及び出力ミラー２２をシリンドリカル状にしたものに相当するが、第１、２の実施形態のウィンドウ１４、１４′をシリンドリカル状にすることも可能である。この場合は、各平凸レンズ３１、３３、３４の凸面３１ａ、３３ａ、３４ａをシリンドリカル状にすれば良い。

図８は第６の実施形態を示しており、レーザチャンバ内部の構造及びレーザチャンバ周辺の構造を上面から見た様子を示している。

本実施形態のエキシマレーザ装置２は、光を発生させる発振段４０と、発振段４０から出力された光を増幅する増幅段５０と、を備えたダブルチャンバ式レーザ装置である。

一般にダブルチャンバ式レーザ装置の方式としては、増幅段における増幅の手段が異なるＭＯＰＯ方式とＭＯＰＡ方式の２種類が知られている。ＭＯＰＯは、Master Oscillator, Power Oscillatorの略であり、インジェクションロック方式とも呼ばれる。この方式では増幅用チャンバを間に挟んで共振器が設けられ、レーザ光が増幅用チャンバを複数回通過して増幅される。ＭＯＰＡは、Master Oscillator, Power Amplifierの略である。この方式では増幅用チャンバを間に挟んで共振器が設けられず、レーザ光が増幅用チャンバを１回又は２回通過して増幅される。本実施形態のダブルチャンバ式レーザ装置はＭＯＰＯ方式である。

発振段４０は、内部でレーザガスを励起して光を発生させるＭＯチャンバ４１と、ＭＯチャンバ４１から出力された光を狭帯域化してＭＯチャンバ４１に反射する狭帯域化モジュール４３と、ＭＯチャンバ４１から出力された光をＭＯチャンバ４１に反射し又は増幅段５０側に出力する出力ミラー４４と、を有する。

ＭＯチャンバ４１の内部には互いに対向する一対の主放電電極４５、４６が設けられる。なお図８においては、主放電電極４６が主放電電極４５の背後に隠れているため図示されていない。主放電電極４５、４６の間には放電空間が形成され、この放電空間の延在方向であって主放電電極４５、４６の長手方向と平行する方向には対峙する一対のウィンドウ４７、４８がＭＯチャンバ４１に取り付けられるようにして設けられる。図１を用いて説明したレーザチャンバ１０と同様に、ＭＯチャンバ４１の内部にはレーザガスが封入される。

狭帯域化モジュール４３はＭＯチャンバ４１の後方に設けられ、出力ミラー４４はＭＯチャンバ４１の前方に設けられており、狭帯域化モジュール４３と出力ミラー４４とでレーザ共振器を形成する。狭帯域化モジュール４３は、例えばプリズムやグレーティングなどを有する。

増幅段５０は、内部でレーザガスを励起して外部から注入された光を増幅するＰＯチャンバ５１と、発振段４０側から出力された光をＰＯチャンバ５１に注入し又ＰＯチャンバ５１から出力された光をＰＯチャンバ５１に反射する注入ミラー５３と、ＰＯチャンバ５１から出力された光をＰＯチャンバ５１に反射し又は露光装置側に出力する出力ミラー５４と、を有する。

ＰＯチャンバ５１の内部には互いに対向する一対の主放電電極５５、５６が設けられる。なお図８においては、主放電電極５６が主放電電極５５の背後に隠れているため図示されていない。主放電電極５５、５６の間には放電空間が形成され、この放電空間の延在方向であって主放電電極５５、５６の長手方向と平行する方向には対峙する一対のウィンドウ５７、５８がＰＯチャンバ５１に取り付けられるようにして設けられる。出力ミラー５４側のウィンドウ５８のチャンバ内部側の面５８ａは凹面である。

注入ミラー５３はＰＯチャンバ５１の後方に設けられ、出力ミラー５４はＰＯチャンバ５１の前方に設けられており、注入ミラー５３と出力ミラー５４とでレーザ共振器を形成する。出力ミラー５４は反射面５４ａが凹面である。

発振段４０と増幅段５０との間には、発振段４０から出力された光を増幅段５０に案内する１以上のミラー６０が設けられる。

ここでエキシマレーザ装置２の動作を簡単に説明する。
発振段４０の主放電電極４５、４６間に高電圧が印加されると放電空間に放電が発生する。放電空間のレーザガスは放電によって励起され、その後低エネルギー準位に遷移するが、この際に光が放出される。光はウィンドウ４７、４８からチャンバ外部に出射し、狭帯域化モジュール４３及び出力ミラー４４に達する。光は狭帯域化モジュール４３で狭帯域化され、またＭＯチャンバ４１を介して狭帯域化モジュール４３と出力ミラー４４との間で反射を繰り返すうちにＭＯチャンバ４１で増幅され、出力ミラー４４を透過してミラー６０によって増幅段５０まで案内される。

増幅段５０の主放電電極５５、５６間に高電圧が印加されると放電空間に放電が発生する。放電空間のレーザガスは放電によって励起され、その後低エネルギー準位に遷移するが、この際にＰＯチャンバ５１に光が注入されると、その光は増幅される。光はＰＯチャンバ５１を介して注入ミラー５３と出力ミラー５４との間で反射を繰り返すうちにＰＯチャンバ４５で増幅され、出力ミラー５４を透過して露光装置側に出力される。

本実施形態ではＰＯチャンバ５１に設けられたウィンドウ５８のチャンバ内部側の面５８ａに凹面が形成されている。これは本実施形態における他のウィンドウ４７、４８、５７と比較して、最も負荷が高いためである。しかしウィンドウ５８と同様に他のウィンドウ４７、４８、５７に凹面が形成されていても良い。

なお、本実施形態は、第３の実施形態を一般のダブルチャンバ式レーザ装置におけるＰＯチャンバ５１に適用したものに相当するが、第１、２、４、５の実施形態も同様にしてダブルチャンバ式レーザ装置に適用可能である。

エキシマレーザ装置の構成を示す図。ウィンドウの形態を示す図。第１の実施形態を示す図。第２の実施形態を示す図。第３の実施形態を示す図。第４の実施形態を示す図。第５の実施形態を示す図。第６の実施形態を示す図。従来の構成を示す図。従来の構成を示す図。

符号の説明

１０…レーザチャンバ、１４…ウィンドウ、１４ａ…チャンバ内部側の面

Claims

対峙する一対の光入出力用のウィンドウをレーザチャンバに備え、出力ミラーを介して光を出力するエキシマレーザ装置において、
前記レーザチャンバの内部には互いに対向する一対の主放電電極が設けられており、
前記ウィンドウは、フッ化物で形成され、
エキシマレーザのレーザガスにはフッ素が含まれており、
前記一対のウィンドウのうち、少なくとも出力ミラー側のウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にし、
レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウは、凹面の曲率半径が前記主放電電極の放電方向に対して垂直となるシリンドリカルレンズである
ことを特徴とするエキシマレーザ装置。
前記レーザチャンバは一対のレーザ共振器間に設けられ、
レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウと前記レーザ共振器の一方との間に、当該ウィンドウから出力された発散光を平行光にして当該レーザ共振器に出力する１以上の光学素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
前記レーザチャンバは一対のレーザ共振器間に設けられ、
前記レーザ共振器の出力側光学素子は、レーザチャンバ内部側の面が凹面であるウィンドウから出力された発散光を当該発散光と同じ光路に反射する凹面を備えた出力ミラーである
ことを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。
対峙する一対の光入出力用のウィンドウを発振段及び増幅段のレーザチャンバにそれぞれ備えたエキシマレーザ装置において、
増幅段のレーザチャンバに備えられたウィンドウのレーザチャンバ内部側の面を凹面にした
ことを特徴とする請求項１記載のエキシマレーザ装置。