JP5256606B2 - Laser apparatus, excimer laser apparatus, light irradiation apparatus and exposure apparatus, light generation method, excimer laser light generation method, light irradiation method, exposure method, and device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ装置、エキシマレーザ装置、光照射装置及び露光装置、並びに光発生方法、エキシマレーザ光発生方法、光照射方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、紫外域の所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置及びエキシマレーザ装置、前記レーザ装置又はエキシマレーザ装置を備える光照射装置及び露光装置、並びに紫外域の所定波長のレーザ光を発生する光発生方法及びエキシマレーザ光発生方法、前記光発生方法を用いる光照射方法、前記光発生方法を用いる露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a laser apparatus, an excimer laser apparatus, a light irradiation apparatus and an exposure apparatus, and a light generation method, an excimer laser light generation method, a light irradiation method, an exposure method, and a device manufacturing method. Laser apparatus and excimer laser apparatus for emitting laser light of wavelength, light irradiation apparatus and exposure apparatus including the laser apparatus or excimer laser apparatus, and light generation method and excimer laser light generation for generating laser light of a predetermined wavelength in the ultraviolet region The present invention relates to a method, a light irradiation method using the light generation method, an exposure method using the light generation method, and a device manufacturing method using the exposure method.

従来より、物体の微細構造の検査、物体の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のアブレーション(PRK:Photorefractive Keratectomy)あるいは角膜内部のアブレーション(LASIK:Laser Intrastromal keratomileusis)を行って近視や乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。   Conventionally, a light irradiation apparatus has been used for inspection of the fine structure of an object, fine processing of the object, treatment for correcting vision, and the like. For example, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, in order to transfer a pattern formed on a mask or a reticle onto a substrate such as a wafer or a glass plate coated with a resist or the like via a projection optical system, An exposure apparatus which is a kind of light irradiation apparatus is used. It is also a kind of light irradiation device for treating myopia and astigmatism by performing ablation of the cornea surface (PRK: Photorefractive Keratectomy) or ablation of the cornea (LASIK: Laser Intrastromal keratomileusis) to correct vision. Some laser therapy devices are used.

かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした短波長光源の開発の方向は、主に次の2種に大別される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開発である。   Many developments have been made on light sources that generate light of short wavelengths for such light irradiation devices. The direction of development of such short wavelength light sources is roughly divided into the following two types. One is the development of an excimer laser light source in which the laser oscillation wavelength itself is a short wavelength, and the other is the development of a short wavelength light source utilizing harmonic generation of an infrared or visible laser.

このうち、前者の方向に沿っては、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)、ArFエキシマレーザ(出力波長193nm)等を使用する光源装置が実用化されている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、扱いに慎重を要するフッ素ガスを使用するため、レーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなど、光源装置として不利な点が存在する。   Among these, along the former direction, a light source device using a KrF excimer laser (output wavelength 248 nm), an ArF excimer laser (output wavelength 193 nm) or the like has been put into practical use. However, since these excimer lasers are large in size and use fluorine gas which requires careful handling, there are disadvantages as a light source device such that the maintenance of the laser is complicated and expensive.

そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法として、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光(赤外光、可視光)を、より短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている(例えば、特許文献1、2等参照)。   Therefore, as a method of shortening the wavelength along the latter direction, long-wavelength light (infrared light, visible light) is converted into shorter-wavelength ultraviolet light using the nonlinear optical effect of the nonlinear optical crystal. The method attracts attention (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、例えば特許文献1、2などに開示される最終波長が193nmの波長変換部では、最終段の波長変換素子に入射する200nm帯の深紫外光と1μm帯の赤外光との合成のために少なくともダイクロイックミラーが必要であった。一般のダイクロイックミラーは、深紫外光により損傷する。また、最終段の波長変換素子に入射する200nm帯の深紫外光と1μm帯の赤外光とをダイクロイックミラーで重ね合わせるための調整が必要であり、この作業が困難であった。   However, for example, in the wavelength conversion unit having a final wavelength of 193 nm disclosed in Patent Documents 1 and 2, for synthesis of 200 nm band deep ultraviolet light and 1 μm band infrared light incident on the final wavelength conversion element At least a dichroic mirror was required. A general dichroic mirror is damaged by deep ultraviolet light. In addition, adjustment for superimposing 200 nm band deep ultraviolet light and 1 μm band infrared light incident on the final stage wavelength conversion element with a dichroic mirror is necessary, which is difficult.

国際公開第99/46835号パンフレットInternational Publication No. 99/46835 Pamphlet 特開2004−086193号公報JP 2004-086193 A

本発明は、第1の観点からすると、ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長が1.0〜1.2μmの第1のレーザ光を発生し、該第1のレーザ光を第1増幅器を用いて増幅する第1のレーザ光源と;波長が1.5〜2.1μmの第2のレーザ光を発生し、該第2のレーザ光を第2増幅器を用いて増幅する第2のレーザ光源と;記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光との和周波混合により第3のレーザ光を発生する第1変換部と、前記第1のレーザ光を用いた波長変換により前記第1のレーザ光の高調波である第4のレーザ光を発生する第2変換部と、前記第3のレーザ光と前記第4のレーザ光との和周波混合により第5のレーザ光を発生し、該第5のレーザ光と前記第1のレーザ光との和周波混合により前記ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する第3変換部と、を含む波長変換部と;を備えるレーザ装置である。 From the first aspect, the present invention is a laser device that emits a laser beam having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser beam, and generates a first laser beam having a wavelength of 1.0 to 1.2 μm . A first laser light source for amplifying the first laser light using a first amplifier ; generating a second laser light having a wavelength of 1.5 to 2.1 μm, and supplying the second laser light to a second a second laser source for amplified using amplifier; and a first converter for generating a third laser beam by sum frequency mixing of the previous SL first laser beam and the second laser beam, said first A second conversion unit that generates a fourth laser beam, which is a harmonic of the first laser beam, by wavelength conversion using the laser beam, and a sum of the third laser beam and the fourth laser beam A fifth laser beam is generated by frequency mixing, and the sum of the fifth laser beam and the first laser beam A Relais chromatography The apparatus comprises a; a third converter unit for generating a laser beam of substantially the same wavelength as the ArF excimer laser beam by the wave mixing, and a wavelength converting portion including a.

これによれば、ビーム品質が優れたArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生することが可能となる。 According to this, it becomes possible to generate laser light having substantially the same wavelength as ArF excimer laser light having excellent beam quality .

本発明は、第の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明のレーザ装置と前記レーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える第1の光照射装置である。 The present invention is, to a second aspect, there is provided a light irradiation device for irradiating light onto the object, and Le chromatography The equipment of the present invention; laser light emitted from the laser device toward the object An optical system through which the light passes.

これによれば、本発明のレーザ装置のいずれかを備えているため、所定波長のレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。 According to this, due to the provision of any of the record over The apparatus of the present invention, a laser beam having a predetermined wavelength, it is possible to irradiate a stable to an object via an optical system.

本発明は、第の観点からすると、エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、本発明のレーザ装置を含む主発振器と;前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと;を備えるエキシマレーザ装置である。 The present invention is, to a third aspect, an excimer laser device for emitting the excimer laser beam, the main oscillator and including a record over The equipment of the present invention; the laser beam output from the master oscillator seed beam And an excimer laser device comprising: a gas laser chamber for amplifying the seed light.

これによれば、主発振器が本発明のレーザ装置のいずれかを含むので、エキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。 According to this, the master oscillator comprises any one of Les chromatography The apparatus of the present invention, the excimer laser beam, it is possible to stably emitted.

本発明は、第の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明のエキシマレーザ装置と;該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える第2の光照射装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light irradiation apparatus for irradiating a target with light, the excimer laser apparatus according to the present invention; and laser light emitted from the excimer laser apparatus toward the target A second light irradiation device comprising: an optical system that passes therethrough.

これによれば、本発明のエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。   According to this, since the excimer laser device of the present invention is provided, it is possible to stably irradiate an object with excimer laser light having a predetermined wavelength via the optical system.

本発明は、第の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、本発明のレーザ装置と前記レーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える露光装置である。 The present invention is, to a fifth aspect, there is provided an exposure apparatus that forms a pattern by exposing an object on the object, and Le chromatography The equipment of the present invention; emitted toward the object from the laser device And an optical system through which the laser beam passes.

これによれば、レーザ装置から射出される所定波長のレーザ光を、光学系を経由して物体に安定して照射することで、物体上にパターンを安定して形成することが可能となる。   According to this, it is possible to stably form a pattern on an object by stably irradiating the object with laser light having a predetermined wavelength emitted from the laser device via the optical system.

本発明は、第の観点からすると、ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第1、第2のレーザ光源から波長が1.0〜1.2μmの第1のレーザ光、波長が1.5〜2.1μmの第2のレーザ光をそれぞれ発生し、前記第1、第2のレーザ光をそれぞれ第1、第2増幅器を用いて増幅する工程と;前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光との和周波混合により第3のレーザ光を発生する第1変換と、前記第1のレーザ光を用いた波長変換により前記第1のレーザ光の高調波である第4のレーザ光を発生する第2変換と、前記第3のレーザ光と前記第4のレーザ光との和周波混合により第5のレーザ光を発生し、該第5のレーザ光と前記第1のレーザ光との和周波混合により前記ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する第3変換と、を含む、複数段の波長変換を行う工程と;を含む光発生方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light generation method for generating laser light having substantially the same wavelength as ArF excimer laser light , the wavelength of which is 1.0 to 1.2 μm from the first and second laser light sources. the first laser beam of a wavelength occurs, respectively Re their second laser beam 1.5~2.1Myuemu, the first, first second laser beams, respectively, using a second amplifier Amplifying ; first conversion for generating a third laser beam by sum frequency mixing of the first laser beam and the second laser beam; and wavelength conversion using the first laser beam A fifth laser beam is generated by a second conversion that generates a fourth laser beam, which is a harmonic of the first laser beam, and a sum frequency mixing of the third laser beam and the fourth laser beam. The ArF excimer is obtained by sum frequency mixing of the fifth laser beam and the first laser beam. It is the including light generation method; including third conversion and for generating a substantially laser beam having the same wavelength as laser light, a process and performs wavelength conversion of a plurality of stages.

これによれば、ビーム品質が優れたArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生することが可能となる。 According to this, it becomes possible to generate laser light having substantially the same wavelength as ArF excimer laser light having excellent beam quality .

本発明は、第の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生するエキシマレーザ光発
生方法であって、本発明の光発生方法により前記所定波長のレーザ光を発生する第1工程と;前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第2工程と;を含むエキシマレーザ光発生方法である。
The present invention, from the viewpoint of the seventh, a excimer laser beam generating method for generating a laser beam of a predetermined wavelength, a first step of generating a more laser light of the predetermined wavelength light generating how the present invention A second step of causing the laser light to enter the gas laser chamber as seed light and amplifying the seed light in the gas laser chamber.

これによれば、本発明の光発生方法により発生されたレーザ光がガスレーザチャンバにシード光として入射し、そのシード光がガスレーザチャンバで増幅される。これにより、ガスレーザチャンバから増幅されたエキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。 According to this, the laser light more generated in the light generation how the present invention is incident as a seed light to the gas laser chamber, the seed light is amplified by a gas laser chamber. As a result, the excimer laser light amplified from the gas laser chamber can be stably emitted.

本発明は、第の観点からすると、対象物に光を照射する光照射方法であって、本発明の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と;前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と;を含む光照射方法である。 The present invention, from the viewpoint of the 8, a light irradiation method for irradiating light to the object, a step to generate a more laser light to the optical generation how the present invention; the laser beam through the optical system And injecting the object toward the object.

これによれば、本発明の光発生方法により、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して対象物に安定して照射される。 According to this, more photogenerating how the present invention, a laser beam of a predetermined wavelength, stably irradiated to the object via the optical system.

本発明は、第の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と;前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と;を含む露光方法である。 The present invention, from the viewpoint of the ninth, there is provided an exposure method for forming a pattern on the by exposing the object object, the steps of generating more laser light to the optical generation how the present invention; the laser beam And injecting it toward the object through an optical system.

これによれば、本発明の光発生方法により、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して物体に安定して照射され、物体上にパターンが安定して形成される。 According to this, more photogenerating how the present invention, a laser beam of a predetermined wavelength is irradiated stably to the object via the optical system, the pattern onto the object can be stably formed.

リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて物体上にパターンを形成することで、物体上にパターンを安定して形成され、デバイスの生産性を向上させることができる。従って、本発明は、さらに別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。   In the lithography process, by forming a pattern on the object using the exposure method of the present invention, the pattern can be stably formed on the object, and the productivity of the device can be improved. Therefore, it can be said that this invention is a device manufacturing method using the exposure method of this invention from another viewpoint.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。図1には、本発明の光発生方法及び光照射方が適用される一実施形態に係る露光装置10の概略構成が示されている。この露光装置10は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(いわゆるスキャナ)である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 10 according to an embodiment to which the light generation method and the light irradiation method of the present invention are applied. The exposure apparatus 10 is a step-and-scan scanning exposure apparatus (so-called scanner).

露光装置10は、レーザ装置16、照明光学系ユニット12、この照明光学系ユニット12からの露光用照明光(以下、適宜「照明光」又は「露光光」という)ILにより照明されるレチクル(マスク)Rを保持するレチクルステージRST、レチクルRを介した露光光ILをウエハ(物体)W上に投射する投影光学系PL、ウエハWを保持するウエハステージWST、及びこれらを制御する主制御装置50等を備えている。   The exposure apparatus 10 includes a laser device 16, an illumination optical system unit 12, and a reticle (mask) that is illuminated by exposure illumination light (hereinafter referred to as “illumination light” or “exposure light” as appropriate) IL from the illumination optical system unit 12. ) Reticle stage RST for holding R, projection optical system PL for projecting exposure light IL via reticle R onto wafer (object) W, wafer stage WST for holding wafer W, and main controller 50 for controlling them Etc.

前記レーザ装置16は、一例として波長193.4nmの紫外パルス光を射出する装置である。このレーザ装置16は、図2に示されるように、クロック発生器161、4個のディレイ回路(162a、162b、162c、162d)、4個のパルス発生器(163a、163b、163c、163d)、4個のレーザ光源(164a、164b、164c、164d)、4個の光増幅器(165a、165b、165c、165d)、及び波長変換部160等を備えている。   The laser device 16 is, for example, a device that emits ultraviolet pulse light having a wavelength of 193.4 nm. As shown in FIG. 2, the laser device 16 includes a clock generator 161, four delay circuits (162a, 162b, 162c, 162d), four pulse generators (163a, 163b, 163c, 163d), It includes four laser light sources (164a, 164b, 164c, 164d), four optical amplifiers (165a, 165b, 165c, 165d), a wavelength converter 160, and the like.

クロック発生器161は、主制御装置50によって制御され、クロック信号を生成する。このクロック発生器161で生成されたクロック信号は、ディレイ回路162a、162b、162c、162dのそれぞれに供給される。   The clock generator 161 is controlled by the main controller 50 and generates a clock signal. The clock signal generated by the clock generator 161 is supplied to each of the delay circuits 162a, 162b, 162c, and 162d.

ディレイ回路162a、162b、162c、162dのそれぞれは、異なる経路を通ったレーザ光同士の和周波混合を行う後述する各波長変換素子(非線形光学結晶)、特に波長変換素子167d、167eでの波長変換が可能な限り効率良く行われるように、すなわちそれらの波長変換素子の内部で波長の異なる複数のレーザ光が極力重なるように、クロック発生器161からのクロック信号をそれぞれ遅延させる。ディレイ回路162a、162b、162c、162dそれぞれの遅延時間は、各波長変換素子中の各レーザ光の速度の違い、及び各レーザ光源から各波長変換素子までの光路長の違いなどを考慮して、予め定められている。従って、ディレイ回路162a、162b、162c、162dのそれぞれに代えて、光学的に各レーザ光に遅延を与えるディレイ装置を用いても良い。また、ディレイ回路162a、162b、162c、162dそれぞれの遅延時間は、特定の1つのディレイ回路の遅延時間を基準として、残りのディレイ回路の遅延時間が設定されるので、その特定の1つのディレイ回路は必ずしも設けなくても良い。ディレイ装置を用いる場合も同様である。   Each of the delay circuits 162a, 162b, 162c, and 162d performs wavelength conversion in each wavelength conversion element (nonlinear optical crystal) described later that performs sum frequency mixing of laser beams that have passed through different paths, particularly wavelength conversion elements 167d and 167e. Are delayed as much as possible, that is, so that a plurality of laser beams having different wavelengths are overlapped as much as possible inside the wavelength conversion elements. The delay time of each of the delay circuits 162a, 162b, 162c, 162d takes into consideration the difference in the speed of each laser beam in each wavelength conversion element, the difference in the optical path length from each laser light source to each wavelength conversion element, etc. It is predetermined. Therefore, instead of the delay circuits 162a, 162b, 162c, and 162d, a delay device that optically delays each laser beam may be used. Further, the delay time of each of the delay circuits 162a, 162b, 162c, 162d is set based on the delay time of one specific delay circuit, so that the specific one delay circuit is set. Is not necessarily provided. The same applies when a delay device is used.

パルス発生器163a、163b、163c、163dは、それぞれディレイ回路162a、162b、162c、162dを介したクロック信号に基づいてパルス信号を生成する。   The pulse generators 163a, 163b, 163c, and 163d generate pulse signals based on the clock signals that have passed through the delay circuits 162a, 162b, 162c, and 162d, respectively.

レーザ光源164aは、発振波長が1020nm〜1150nmの範囲、一例として1105nmの単一波長発振レーザ、例えばDFB半導体レーザを含み、パルス発生器163aからのパルス信号に応じて、波長1105nmのレーザ光をパルス発光する。   The laser light source 164a includes a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength in the range of 1020 nm to 1150 nm, for example, 1105 nm, for example, a DFB semiconductor laser, and pulses laser light having a wavelength of 1105 nm according to a pulse signal from the pulse generator 163a. Emits light.

レーザ光源164bは、発振波長が1020nm〜1150nmの範囲、一例として1105nmの単一波長発振レーザ、例えばDFB半導体レーザを含み、パルス発生器163bからのパルス信号に応じて、波長1105nmのレーザ光をパルス発光する。   The laser light source 164b includes a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength in the range of 1020 nm to 1150 nm, for example, 1105 nm, for example, a DFB semiconductor laser, and pulses laser light having a wavelength of 1105 nm in accordance with a pulse signal from the pulse generator 163b. Emits light.

レーザ光源164cは、発振波長が1520nm〜1620nmの範囲、一例として1547nmの単一波長発振レーザ、例えばDFB半導体レーザを含み、パルス発生器163cからのパルス信号に応じて、波長1547nmのレーザ光をパルス発光する。   The laser light source 164c includes a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength in a range of 1520 nm to 1620 nm, for example, 1547 nm, for example, a DFB semiconductor laser, and pulses laser light having a wavelength of 1547 nm in accordance with a pulse signal from the pulse generator 163c. Emits light.

レーザ光源164dは、発振波長が1020nm〜1150nmの範囲、一例として1105nmの単一波長発振レーザ、例えばDFB半導体レーザを含み、パルス発生器163dからのパルス信号に応じて、波長1105nmのレーザ光をパルス発光する。   The laser light source 164d includes a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength in the range of 1020 nm to 1150 nm, for example, 1105 nm, for example, a DFB semiconductor laser, and pulses laser light having a wavelength of 1105 nm according to a pulse signal from the pulse generator 163d. Emits light.

レーザ光源164a、164b、164dをそれぞれ構成する単一波長発振レーザとしては、例えばイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。また、レーザ光源164cを構成する単一波長発振レーザとしては、例えばエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。   As single wavelength oscillation lasers constituting the laser light sources 164a, 164b, and 164d, for example, ytterbium-doped fiber lasers can be used. As the single wavelength oscillation laser constituting the laser light source 164c, for example, an erbium-doped fiber laser can be used.

本実施形態では、主制御装置50が、レーザ光源164a、164b、164c、164dにおけるレーザ光の発光パワーを個別に検出(モニタ)し、その検出結果に応じて各単一波長発振レーザの駆動信号を個別に制御する。   In the present embodiment, the main control device 50 individually detects (monitors) the light emission power of the laser light in the laser light sources 164a, 164b, 164c, and 164d, and the drive signal of each single wavelength oscillation laser according to the detection result. Are controlled individually.

光増幅器165aは、レーザ光源164aからの波長1105nmのレーザ光を増幅する。光増幅器165aとしては、例えばモード径が大きいイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器(以下、「YDFA」と略述する)が用いられている。このため、光増幅器165aから集光レンズ166aを介して後述する波長変換素子167aに入射する波長1105nmのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。   The optical amplifier 165a amplifies laser light having a wavelength of 1105 nm from the laser light source 164a. As the optical amplifier 165a, for example, an ytterbium-doped fiber optical amplifier (hereinafter abbreviated as “YDFA”) having a large mode diameter is used. For this reason, it is possible to increase the peak power of laser light having a wavelength of 1105 nm that enters the wavelength conversion element 167a described later from the optical amplifier 165a via the condenser lens 166a.

光増幅器165bは、レーザ光源164bからの波長1105nmのレーザ光を増幅する。光増幅器165bとしては、例えばモード径が大きいYDFAが用いられている。このため、光増幅器165bから集光レンズ166cを介して後述するダイクロイックミラー168aに入射する波長1105nmのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。   The optical amplifier 165b amplifies the laser beam having a wavelength of 1105 nm from the laser light source 164b. For example, YDFA having a large mode diameter is used as the optical amplifier 165b. For this reason, it is possible to increase the peak power of laser light having a wavelength of 1105 nm that enters the dichroic mirror 168a described later from the optical amplifier 165b through the condenser lens 166c.

光増幅器165cは、レーザ光源164cからの波長1547nmのレーザ光を増幅する。光増幅器165cとしては、例えばモード径が大きいエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器(以下、「EDFA」と略述する)が用いられている。このため、光増幅器165cから集光レンズ166eを介して後述するダイクロイックミラー168aに入射する波長1547nmのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。   The optical amplifier 165c amplifies laser light having a wavelength of 1547 nm from the laser light source 164c. As the optical amplifier 165c, for example, an erbium-doped fiber optical amplifier (hereinafter abbreviated as “EDFA”) having a large mode diameter is used. Therefore, it is possible to increase the peak power of laser light having a wavelength of 1547 nm that enters the dichroic mirror 168a described later from the optical amplifier 165c through the condenser lens 166e.

光増幅器165dは、レーザ光源164dからの波長1105nmのレーザ光を増幅する。光増幅器165dとしては、例えばモード径が大きいYDFAが用いられている。このため、光増幅器165dから集光レンズ166fを介して後述するダイクロイックミラー168bに入射する波長1105nmのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。   The optical amplifier 165d amplifies the laser beam having a wavelength of 1105 nm from the laser light source 164d. For example, YDFA having a large mode diameter is used as the optical amplifier 165d. For this reason, it is possible to increase the peak power of laser light having a wavelength of 1105 nm that enters the dichroic mirror 168b described later from the optical amplifier 165d through the condenser lens 166f.

なお、図2では光増幅器165a〜165dがそれぞれ1段のみ設けられているものとしたが、このうちの少なくとも1つを、複数段設けても良いことは勿論である。換言すれば、光増幅器165a〜165dの少なくとも1つにおいて、ファイバ光増幅器を多段構成として、入射するレーザ光を複数回増幅しても良い。また、光増幅器165a〜165dの少なくとも1つにおいて、入射するレーザ光を複数に分岐し、その複数の分岐光をそれぞれ1段又は多段構成のファイバ光増幅器で増幅しても良い。この場合、その増幅された複数の分岐光を同軸に合成して出力することとしても良い。さらに、各レーザ光源におけるレーザ光の発光パワーを個別に検出し、その検出結果に応じてレーザ光源の駆動信号を個別に制御する代わりに、あるいは、これとともに、光増幅器165a、165b、165c、165dがそれぞれ設けられた光路上で各レーザ光のパワーなどを検出(モニタ)し、その検出結果に応じて各光増幅器を制御することとしても良い。   In FIG. 2, it is assumed that only one optical amplifier 165a to 165d is provided, but it is needless to say that at least one of them may be provided in a plurality of stages. In other words, in at least one of the optical amplifiers 165a to 165d, the fiber laser amplifier may be a multistage configuration, and incident laser light may be amplified a plurality of times. Further, in at least one of the optical amplifiers 165a to 165d, the incident laser light may be branched into a plurality of parts, and the plurality of branched lights may be amplified by a single-stage or multi-stage fiber optical amplifier. In this case, the plurality of amplified branched lights may be coaxially synthesized and output. Further, instead of separately detecting the light emission power of the laser light in each laser light source and individually controlling the drive signal of the laser light source according to the detection result, or together with this, the optical amplifiers 165a, 165b, 165c, 165d It is also possible to detect (monitor) the power of each laser beam on the optical path provided respectively, and to control each optical amplifier according to the detection result.

波長変換部160は、図3に拡大して示されるように、複数の波長変換素子(非線形光学結晶)167a〜167eを含み、光増幅器165a〜165dからのパルスレーザ光を入射光として、複数段の波長変換を行って、ArFエキシマレーザ光とほぼ同じ波長である波長193.4nmのパルス紫外光を発生する。   As shown in an enlarged view in FIG. 3, the wavelength converter 160 includes a plurality of wavelength conversion elements (nonlinear optical crystals) 167a to 167e, and a plurality of stages using the pulsed laser light from the optical amplifiers 165a to 165d as incident light. To generate pulsed ultraviolet light having a wavelength of 193.4 nm, which is substantially the same wavelength as the ArF excimer laser light.

ここで、図3に基づいて、波長変換部160について説明する。なお、図3には、光増幅器165a、165b、165dからそれぞれ射出される波長1105nmのレーザ光L1、L2、L4を第1基本波(第1基本光)とし、かつ光増幅器165cからの波長1547nmのレーザ光L3を第2基本波(第2基本光)として、非線形光学結晶を用いて波長変換を行い、ArFエキシマレーザとほぼ同じ波長である193.4nmの紫外光を発生する構成例が示されている。ここで、基本波(基本光)とは、波長変換部160に外部から入射したレーザ光であって、波長変換部160の内部では一度も波長変換に用いられていない、波長変換の基本となるレーザ光を意味する。   Here, the wavelength converter 160 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, laser beams L1, L2, and L4 having a wavelength of 1105 nm emitted from the optical amplifiers 165a, 165b, and 165d are defined as the first fundamental wave (first fundamental light), and the wavelength of 1547 nm from the optical amplifier 165c is used. Shows a configuration example in which a laser beam L3 is converted into a second fundamental wave (second fundamental light), wavelength conversion is performed using a nonlinear optical crystal, and ultraviolet light of 193.4 nm having substantially the same wavelength as an ArF excimer laser is generated. Has been. Here, the fundamental wave (fundamental light) is a laser beam incident on the wavelength conversion unit 160 from the outside, and is the basis of wavelength conversion that has never been used for wavelength conversion inside the wavelength conversion unit 160. This means laser light.

光増幅器165aから射出された波長1105nm(周波数ω1)のレーザ光L1(第1基本波)は、波長変換素子167aに入射する。この第1基本波L1が、波長変換素子167aを通る際に、2次高調波発生により第1基本波の周波数ω1の2倍、すなわち周波数2ω1(波長は1105nmの1/2の552.5nm)の2倍波が発生する。 Laser light L1 (first fundamental wave) having a wavelength of 1105 nm (frequency ω 1 ) emitted from the optical amplifier 165a is incident on the wavelength conversion element 167a. When the first fundamental wave L1 passes through the wavelength conversion element 167a, the second harmonic generation generates twice the frequency ω 1 of the first fundamental wave, that is, the frequency 2ω 1 (the wavelength is 552. 5 nm) is generated.

この波長変換素子167aとして、LiB結晶(LBO結晶)から成る非線形光学素子が用いられ、基本波を2倍波に波長変換するための位相整合にLBO結晶の温度調節による方法、すなわちNCPM(Non-Critical Phase Matching)が使用される。NCPMは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ(ウォークオフ(Walk-off))が起こらないため、高効率で2倍波への変換を可能にし、また発生した2倍波はウォークオフによるビームの変形も受けないという利点がある。この場合、NCPMが満たされるように、波長変換素子167aは、温度が103℃に保持されている。また、波長変換素子167aの非線形係数deffは0.86pm/Vである。 As this wavelength conversion element 167a, a non-linear optical element made of LiB 3 O 5 crystal (LBO crystal) is used, and a method by adjusting the temperature of the LBO crystal for phase matching for wavelength conversion of the fundamental wave to a double wave, that is, NCPM (Non-Critical Phase Matching) is used. NCPM does not cause an angular shift (Walk-off) between the fundamental wave and the second harmonic in the nonlinear optical crystal, so it can be converted to a double wave with high efficiency and has occurred. The second harmonic has the advantage that it does not undergo beam deformation due to walk-off. In this case, the temperature of the wavelength conversion element 167a is maintained at 103 ° C. so that NCPM is satisfied. The nonlinear coefficient diff of the wavelength conversion element 167a is 0.86 pm / V.

この場合、波長変換素子167aには、ピークパワーの高い波長1105nmのレーザ光L1が入射するので、波長変換素子167aでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子167aに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても、所望の変換効率で波長552.5nmのレーザ光を発生させることが可能となる。また、LBO結晶の長さを短くしても、所望の変換効率で波長552.5nmのレーザ光を発生させることが可能となる。   In this case, since the laser light L1 having a wavelength of 1105 nm having a high peak power is incident on the wavelength conversion element 167a, the wavelength conversion element 167a can increase the conversion efficiency. Therefore, even if the beam diameter of the laser light incident on the wavelength conversion element 167a is relatively large, it is possible to generate laser light having a wavelength of 552.5 nm with a desired conversion efficiency. Further, even if the length of the LBO crystal is shortened, it is possible to generate laser light having a wavelength of 552.5 nm with a desired conversion efficiency.

このように、波長変換素子167aでは、NCPMが使用され、高い変換効率で波長変換が行われるので、波長変換素子167aから射出されるレーザ光のビーム形状が楕円形状となるのを抑制することができる。すなわち、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子167aから射出されることとなる。   Thus, since the wavelength conversion element 167a uses NCPM and performs wavelength conversion with high conversion efficiency, it is possible to suppress the elliptical shape of the beam shape of the laser light emitted from the wavelength conversion element 167a. it can. That is, laser light having excellent beam quality is emitted from the wavelength conversion element 167a.

波長変換素子167aで波長変換されずに透過した第1基本波と、波長変換で発生した2倍波とは、集光レンズ166bを介して不図示の波長板でそれぞれ半波長、1波長の遅延が与えられて、基本波のみその偏光方向が90度回転し、波長変換素子167bに入射する。波長変換素子167bとして、β−BaB24(BBO)結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子167bは、波長変換素子167aで発生した2倍波と、波長変換されずにその波長変換素子167aを透過した第1基本波との和周波混合を行って周波数3ω1(波長は1105nmの1/3の368.3nm)の3倍波を発生する。波長変換素子167bの非線形係数deffは2.0pm/V、ウォークオフ角は70mradである。このように、波長変換素子167bから発生する3倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換に使用できない。このため、本実施形態では、波長変換素子167の後段にシリンドリカルレンズ169a及びシリンドリカルレンズ169bが配置されており、波長変換素子167bからのレーザ光は、シリンドリカルレンズ169a、169bによってその断面形状が円形になるようにビーム整形された後、ダイクロイックミラー168cに入射する。 The first fundamental wave transmitted without being wavelength-converted by the wavelength conversion element 167a and the second harmonic wave generated by the wavelength conversion are delayed by half wavelength and one wavelength respectively by a wavelength plate (not shown) via the condenser lens 166b. And the polarization direction of only the fundamental wave is rotated by 90 degrees and is incident on the wavelength conversion element 167b. As the wavelength conversion element 167b, a non-linear optical element made of β-BaB 2 O 4 (BBO) crystal is used. The wavelength conversion element 167b performs sum frequency mixing of the second harmonic wave generated by the wavelength conversion element 167a and the first fundamental wave that has passed through the wavelength conversion element 167a without wavelength conversion, and has a frequency of 3ω 1 (wavelength is 1105 nm). 1/3 of 368.3 nm) is generated. The nonlinear coefficient diff of the wavelength conversion element 167b is 2.0 pm / V, and the walk-off angle is 70 mrad. Thus, the third harmonic generated from the wavelength conversion element 167b has an elliptical cross section because of the walk-off, and as such, the light collecting property is poor and cannot be used for the next wavelength conversion. For this reason, in the present embodiment, the cylindrical lens 169a and the cylindrical lens 169b are disposed at the subsequent stage of the wavelength conversion element 167, and the laser light from the wavelength conversion element 167b has a circular cross-sectional shape by the cylindrical lenses 169a and 169b. After being shaped so as to be incident, it enters the dichroic mirror 168c.

一方、光増幅器165bから射出された波長1105nm(周波数ω1)のレーザ光L2(第1基本波)と、光増幅器165cから射出された波長1547nm(周波数ω2)のレーザ光L3(第2基本波)とは、ダイクロイックミラー168aによって、同軸に合成される。そして、この同軸に合成されたレーザ光L2とレーザ光L3との合成光(合波された光)は、後段の波長変換素子167cに入射する。 On the other hand, a laser beam L2 (first fundamental wave) having a wavelength of 1105 nm (frequency ω 1 ) emitted from the optical amplifier 165b and a laser beam L3 (second fundamental wave) having a wavelength of 1547 nm (frequency ω 2 ) emitted from the optical amplifier 165c. Are combined coaxially by the dichroic mirror 168a. Then, the combined light (the combined light) of the laser light L2 and the laser light L3 combined coaxially enters the wavelength conversion element 167c at the subsequent stage.

波長変換素子167cとしては、LBO結晶から成る非線形光学素子が用いられるとともに、該波長変換素子167cでは波長変換素子(LBO結晶)167aとは異なる温度(例えば12℃)でのNCPMが使用される。この波長変換素子167cでは、波長1105nm(周波数ω1)のレーザ光L2と、波長1547nm(周波数ω2)のレーザ光L3との和周波混合により、周波数(ω1+ω2)(レーザ光L1,L2の波長をそれぞれλL1,λL2として波長はλL1λL2/λL1+λL2≒645nm)のレーザ光を発生する。波長変換素子167cの非線形係数deffは0.86pm/Vである。 As the wavelength conversion element 167c, a non-linear optical element made of an LBO crystal is used, and the wavelength conversion element 167c uses NCPM at a temperature (for example, 12 ° C.) different from that of the wavelength conversion element (LBO crystal) 167a. In this wavelength conversion element 167c, the frequency (ω 1 + ω 2 ) (laser light L1, L1) is obtained by sum frequency mixing of the laser light L2 having a wavelength of 1105 nm (frequency ω 1 ) and the laser light L3 having a wavelength of 1547 nm (frequency ω 2 ). A laser beam having a wavelength of λ L1 and λ L2 and a wavelength of λ L1 λ L2 / λ L1 + λ L2 ≈645 nm) is generated. The nonlinear coefficient diff of the wavelength conversion element 167c is 0.86 pm / V.

この波長変換素子167cには、ピークパワーの高い波長1105nmのレーザ光L2及びピークパワーの高い波長1547nmのレーザ光L3が入射するので、波長変換素子167cでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子167cに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても所望の変換効率で波長645nmのレーザ光を発生させることが可能となる。また、LBO結晶の長さを短くしても所望の変換効率で波長645nmのレーザ光を発生させることが可能となる。   Since the laser light L2 having a high peak power of 1105 nm and the laser light L3 having a high peak power of 1547 nm are incident on the wavelength conversion element 167c, the wavelength conversion element 167c can increase the conversion efficiency. Therefore, it is possible to generate a laser beam having a wavelength of 645 nm with a desired conversion efficiency even if the beam diameter of the laser beam incident on the wavelength conversion element 167c is relatively large. In addition, even if the length of the LBO crystal is shortened, it is possible to generate laser light having a wavelength of 645 nm with a desired conversion efficiency.

また、波長変換素子167cでは、NCPMが使用されているので、ウォークオフが起こらず、高効率な波長変換が可能であるとともに、ウォークオフによるビーム形状の変形も生じない。従って、波長変換素子167cからは、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子167cから射出されることとなる。   In addition, since NCPM is used in the wavelength conversion element 167c, walk-off does not occur, highly efficient wavelength conversion is possible, and deformation of the beam shape due to walk-off does not occur. Therefore, laser light having excellent beam quality is emitted from the wavelength conversion element 167c.

波長変換素子167cから射出される波長645nmのレーザ光は、集光レンズ166dを介してダイクロイックミラー168bに入射し、該ダイクロイックミラー168bで、光増幅器165dから射出された波長1105nmのレーザ光L4(第1基本波)と同軸に合成され、ダイクロイックミラー168cに向かって進む。ダイクロイックミラー168bは、波長645nmのレーザ光を反射し、波長1105nmのレーザ光を透過させる。   The laser beam having a wavelength of 645 nm emitted from the wavelength conversion element 167c is incident on the dichroic mirror 168b via the condenser lens 166d, and the dichroic mirror 168b emits a laser beam L4 having a wavelength of 1105 nm emitted from the optical amplifier 165d. 1 fundamental wave) and is coaxially synthesized and proceeds toward the dichroic mirror 168c. The dichroic mirror 168b reflects laser light having a wavelength of 645 nm and transmits laser light having a wavelength of 1105 nm.

そして、この同軸に合成された波長645nmのレーザ光と、波長1105nmのレーザ光L4とは、ダイクロイックミラー168cによって、シリンドリカルレンズ169a、169bによってビーム整形された波長368.3nmのレーザビームと同軸に合成され、波長変換素子167dに入射する。   The coaxially synthesized laser beam having a wavelength of 645 nm and the laser beam L4 having a wavelength of 1105 nm are synthesized coaxially with a laser beam having a wavelength of 368.3 nm, which is beam-shaped by the cylindrical lenses 169a and 169b by the dichroic mirror 168c. And enters the wavelength conversion element 167d.

波長変換素子167dとしては、一例としてCsLiB10結晶(CLBO結晶)から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子167dの非線形係数deffは0.93pm/V、ウォークオフ角は15mradである。波長変換素子167dは、ダイクロイックミラー168cを介したレーザ光に含まれる、波長変換素子167bで発生した波長368.3nmのレーザ光と、波長変換素子167cで発生した波長645nmのレーザ光との和周波混合を行い、波長234nm(周波数は4ω1+ω2)のレーザ光を発生する。 As the wavelength conversion element 167d, for example, a nonlinear optical element made of a CsLiB 6 O 10 crystal (CLBO crystal) is used. The nonlinear coefficient diff of the wavelength conversion element 167d is 0.93 pm / V, and the walk-off angle is 15 mrad. The wavelength conversion element 167d is a sum frequency of the laser light having a wavelength of 368.3 nm generated by the wavelength conversion element 167b and the laser light having a wavelength of 645 nm generated by the wavelength conversion element 167c, which is included in the laser light via the dichroic mirror 168c. Mixing is performed to generate laser light having a wavelength of 234 nm (frequency is 4ω 1 + ω 2 ).

この場合、波長変換素子167dには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子167dは、非線形係数deffが比較的大きく、ウォークオフ角が小さくなる角度で使用されている。また、前述したように、本実施形態では、各光増幅器としてモード径が大きいファイバ光増幅器が用いられ、高いピークパワーのレーザ光を各基本波として使用できるので、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び/又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。このような理由により、波長変換素子167dでは、高い変換効率での波長変換が可能であるとともに、該波長変換によって発生したレーザ光は、ガウスビームからの歪が小さいレーザ光である。すなわち、波長変換素子167dからの波長234nm(深紫外域)のレーザ光は、ビーム品質が優れている。従って、波長変換素子167dからの波長234nm(深紫外域)のレーザ光は何ら補正することなく、次段以降の波長変換素子(本実施形態では波長変換素子167e)での波長変換に用いることができる。このため、本実施形態では、波長変換素子167dと波長変換素子167eとの間には、光学素子が何も設けられていない。波長変換素子167dからのレーザ光の光路上に、シリンドリカルレンズなどは勿論、波長が200nm帯(一例として234nm)の深紫外光と波長が1μm帯(一例として波長1105nm)の赤外光とを合波するためのダイクロイックミラーなども介在させることなく、波長変換素子167eを配置することができる。   In this case, high-quality laser light is incident on the wavelength conversion element 167d, and the wavelength conversion element 167d is used at an angle with a relatively large nonlinear coefficient diff and a small walk-off angle. Further, as described above, in this embodiment, a fiber optical amplifier having a large mode diameter is used as each optical amplifier, and a laser beam with a high peak power can be used as each fundamental wave. It can be shortened and / or allowed to increase the incident beam diameter. For this reason, the wavelength conversion element 167d can perform wavelength conversion with high conversion efficiency, and the laser light generated by the wavelength conversion is laser light with small distortion from the Gaussian beam. That is, the laser beam having a wavelength of 234 nm (deep ultraviolet region) from the wavelength conversion element 167d has excellent beam quality. Therefore, the laser beam having a wavelength of 234 nm (deep ultraviolet region) from the wavelength conversion element 167d is used for wavelength conversion in the wavelength conversion element in the subsequent stage (in this embodiment, the wavelength conversion element 167e) without any correction. it can. For this reason, in this embodiment, no optical element is provided between the wavelength conversion element 167d and the wavelength conversion element 167e. On the optical path of the laser light from the wavelength conversion element 167d, not only a cylindrical lens but also deep ultraviolet light having a wavelength of 200 nm (234 nm as an example) and infrared light having a wavelength of 1 μm (1105 nm as an example) are combined. The wavelength conversion element 167e can be arranged without interposing a dichroic mirror for wave generation.

なお、波長変換素子167dと波長変換素子167eとの間のレーザ光の光路上に、例えばガラス板などが配置されていても良い。また、波長変換素子167d及び波長変換素子167eの少なくとも一方が、いわゆるセル化され、保護ガラスで覆われていても良い。   For example, a glass plate may be disposed on the optical path of the laser light between the wavelength conversion element 167d and the wavelength conversion element 167e. Further, at least one of the wavelength conversion element 167d and the wavelength conversion element 167e may be formed into a so-called cell and covered with protective glass.

波長変換素子167dで発生した波長234nmのレーザ光は、波長変換素子167dを通過したファイバ光増幅器165dからの波長1105nm(1.1μm帯)のレーザ光L4とともに、直後に配置された波長変換素子167eに入射する。この波長変換素子167eとしては、一例としてCLBO結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子167eは、非線形係数deffが1.1pm/V、ウォークオフ角が3mradである。波長変換素子167eは、波長変換素子167dで発生した波長234nmのレーザ光とレーザ光L4との和周波混合により、波長193.4nm(周波数は5ω1+ω2)のレーザ光を発生する。 The laser beam having a wavelength of 234 nm generated by the wavelength conversion element 167d is combined with the laser light L4 having a wavelength of 1105 nm (1.1 μm band) from the fiber optical amplifier 165d that has passed through the wavelength conversion element 167d, and the wavelength conversion element 167e disposed immediately thereafter. Is incident on. As the wavelength conversion element 167e, for example, a nonlinear optical element made of a CLBO crystal is used. The wavelength conversion element 167e has a nonlinear coefficient diff of 1.1 pm / V and a walk-off angle of 3 mrad. The wavelength conversion element 167e generates laser light having a wavelength of 193.4 nm (frequency is 5ω 1 + ω 2 ) by the sum frequency mixing of the laser light having a wavelength of 234 nm and the laser light L4 generated by the wavelength conversion element 167d.

この場合、波長変換素子167eには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子167eとして、ウォークオフ角がほぼ零となる角度でCLBO結晶を使用しているため、波長変換素子167eからの波長193.4nmのレーザ光は、ビーム品質が極めて優れている。この波長193.4nmのレーザ光がレーザ装置16から射出され、照明光学系12に入射する。   In this case, a laser beam having a high beam quality is incident on the wavelength conversion element 167e, and a CLBO crystal is used as the wavelength conversion element 167e at an angle at which the walk-off angle is substantially zero. Therefore, the wavelength conversion element 167e The laser beam having a wavelength of 193.4 nm from the laser beam is extremely excellent in beam quality. This laser beam having a wavelength of 193.4 nm is emitted from the laser device 16 and enters the illumination optical system 12.

図1に戻り、前記照明光学系ユニット12は、例えばレーザ装置16に送光光学系を介して接続された照明系ハウジング及び該照明系ハウジング内部の照明光学系を含む。照明光学系は、例えば特開2001−313250号公報(対応する米国特許出願公開第2003/0025890号公報)などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を含む。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ(ロッドインテグレータ等)あるいは回折光学素子等が用いられる。照明光学系ユニット12から射出された露光光ILは、ミラーMによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レチクルステージRST上に保持されたレチクルR上でX軸方向(図1における紙面直交方向)に細長く伸びるスリット状の照明領域42Rを均一な照度分布で照明する。なお、前述の照明光学系はミラーM及びコンデンサレンズ32も含むものとしても良い。   Returning to FIG. 1, the illumination optical system unit 12 includes, for example, an illumination system housing connected to the laser device 16 via a light transmission optical system and an illumination optical system inside the illumination system housing. The illumination optical system includes, for example, an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator, a reticle blind, and the like as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-313250 (corresponding to US Patent Application Publication No. 2003/0025890). All of which are not shown). Here, as the optical integrator, a fly-eye lens, an internal reflection type integrator (rod integrator or the like), a diffractive optical element, or the like is used. The exposure light IL emitted from the illumination optical system unit 12 has its optical path bent vertically downward by the mirror M, then passes through the condenser lens 32, and on the reticle R held on the reticle stage RST in the X-axis direction (FIG. 1 is illuminated with a uniform illuminance distribution. The illumination optical system described above may also include the mirror M and the condenser lens 32.

前記レチクルステージRST上には、レチクルRが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージRSTは、水平面(XY平面)内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動系49によって走査方向(ここでは図1の紙面左右方向であるY軸方向とする)に所定ストローク範囲で走査される。この走査中のレチクルステージRSTの位置及び回転量は、レチクルステージRST上に固定された移動鏡52R(又はその側面に形成される反射面)を介してレーザ干渉計54Rによって計測され、このレーザ干渉計54Rの計測値が主制御装置50に供給される。   On reticle stage RST, reticle R is placed and held by suction via a vacuum chuck or the like (not shown). Reticle stage RST can be finely driven in a horizontal plane (XY plane) and is scanned within a predetermined stroke range in the scanning direction (here, the Y-axis direction which is the horizontal direction in FIG. 1) by reticle stage driving system 49. Is done. The position and amount of rotation of reticle stage RST during scanning are measured by laser interferometer 54R via movable mirror 52R (or a reflection surface formed on its side surface) fixed on reticle stage RST, and this laser interference. The measured value of the total 54R is supplied to the main controller 50.

前記投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、Z軸方向と平行な光軸AXに沿って配列される複数枚のレンズエレメントを含む。また、この投影光学系PLとしては、投影倍率βが例えば1/4、1/5、1/6などのものが使用されている。このため、露光光ILによりレチクルR上の照明領域42Rが照明されると、そのレチクルRに形成されたパターンが投影光学系PLによって投影倍率βで縮小投影され、パターンの縮小像(部分像)が表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域42Rに共役な露光領域42Wに生成(形成)される。なお、投影光学系は縮小系のみならず等倍系及び拡大系のいずれでも良いし、屈折系のみならず反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。   The projection optical system PL is a double-sided telecentric reduction system, for example, and includes a plurality of lens elements arranged along an optical axis AX parallel to the Z-axis direction. Further, as the projection optical system PL, one having a projection magnification β of, for example, 1/4, 1/5, 1/6, or the like is used. For this reason, when the illumination area 42R on the reticle R is illuminated by the exposure light IL, the pattern formed on the reticle R is reduced and projected at the projection magnification β by the projection optical system PL, and a reduced image (partial image) of the pattern is obtained. Is generated (formed) in an exposure region 42W conjugate to the illumination region 42R on the wafer W having a resist (photosensitive agent) coated on the surface thereof. The projection optical system may be not only a reduction system but also an equal magnification system and an enlargement system, and may be any of a reflection system and a catadioptric system as well as a refraction system, and the projection image is an inverted image or an erect image. Either is fine.

前記ウエハステージWSTは、例えばリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系56によってXY面内で駆動されるXYステージ14と、該XYステージ14上に搭載されたZチルトステージ58とを含む。Zチルトステージ58上に、ウエハWが、ウエハホルダ(不図示)を介して真空吸着等により保持されている。Zチルトステージ58は、例えば3つのアクチュエータ(ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど)によってウエハWのZ軸方向の位置(フォーカス位置)を調整するとともに、XY平面(投影光学系PLの像面)に対するウエハWの傾斜角を調整する機能を有する。また、Zチルトステージ58のXY面内の位置情報及び回転情報(X軸回りの回転(θx回転)、Y軸回りの回転(θy回転)、及びZ軸回りの回転(θz回転))は、Zチルトステージ58上に固定された移動鏡52Wを介してレーザ干渉計54Wにより計測され、このレーザ干渉計54Wの計測値が主制御装置50に供給される。なお、XYステージ14及びZチルトステージ58の代わりに、ウエハが載置される単一の6自由度ステージを用いても良い。また、移動鏡52Wの代わりに、Zチルトステージ58の端面を鏡面加工して反射面(移動鏡52Wの反射面に相当)を形成しても良い。   Wafer stage WST includes, for example, an XY stage 14 driven in the XY plane by a wafer stage drive system 56 including a linear motor and the like, and a Z tilt stage 58 mounted on the XY stage 14. A wafer W is held on the Z tilt stage 58 by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown). The Z tilt stage 58 adjusts the position (focus position) of the wafer W in the Z-axis direction by using, for example, three actuators (piezo elements or voice coil motors) and the wafer with respect to the XY plane (image plane of the projection optical system PL). It has a function of adjusting the inclination angle of W. Further, position information and rotation information in the XY plane of the Z tilt stage 58 (rotation around the X axis (θx rotation), rotation around the Y axis (θy rotation), and rotation around the Z axis (θz rotation)) are: Measurement is performed by a laser interferometer 54W via a movable mirror 52W fixed on the Z tilt stage 58, and a measurement value of the laser interferometer 54W is supplied to the main controller 50. Instead of the XY stage 14 and the Z tilt stage 58, a single 6-degree-of-freedom stage on which a wafer is placed may be used. Further, instead of the movable mirror 52W, the end surface of the Z tilt stage 58 may be mirror-finished to form a reflective surface (corresponding to the reflective surface of the movable mirror 52W).

主制御装置50は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルRとウエハWの同期走査、ウエハWのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、主制御装置50は、走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。   The main controller 50 includes a so-called microcomputer (or workstation) including a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc. In addition to performing the various controls described above, for example, synchronous scanning of the reticle R and the wafer W, stepping of the wafer W, exposure timing, and the like are controlled so that the exposure operation is performed accurately. In addition, the main controller 50 performs overall control of the entire apparatus, in addition to controlling the exposure amount during scanning exposure.

具体的には、主制御装置50は、例えば走査露光時には、レチクルRがレチクルステージRSTを介して+Y方向(又は−Y方向)に速度VR=Vで走査されるのに同期して、ウエハステージWSTを介してウエハWが露光領域42Wに対して−Y方向(又は+Y方向)に速度VW=β・V(βはレチクルRからウエハWに対する投影倍率)で走査されるように、レーザ干渉計54R、54Wの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系49、ウエハステージ駆動系56をそれぞれ介してレチクルステージRST、ウエハステージWSTの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置50はレーザ干渉計54Wの計測値に基づいてウエハステージ駆動系56を介してウエハステージWSTの位置を制御する。 Specifically, the main controller 50 synchronizes with the reticle R being scanned at a speed V R = V in the + Y direction (or −Y direction) via the reticle stage RST at the time of scanning exposure, for example. Laser so that the wafer W is scanned through the stage WST in the −Y direction (or + Y direction) at the speed V W = β · V (β is the projection magnification from the reticle R to the wafer W) with respect to the exposure region 42W. Based on the measurement values of interferometers 54R and 54W, the positions and speeds of reticle stage RST and wafer stage WST are controlled via reticle stage drive system 49 and wafer stage drive system 56, respectively. At the time of stepping, main controller 50 controls the position of wafer stage WST via wafer stage drive system 56 based on the measurement value of laser interferometer 54W.

露光装置10では、デバイスの製造に際し、通常のスキャニング・ステッパ(スキャナ)と同様の手順で、レチクルアライメント及び不図示のアライメント系のベースライン計測、ウエハアライメント(例えば特開昭61−44429号公報に開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)など)が行われた後、上述したレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージWSTをショット領域の露光終了後、次ショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動(ステッピング)動作とを交互に繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハW上の複数のショット領域にレチクルRのパターンがそれぞれ転写される。   In the exposure apparatus 10, when manufacturing a device, the reticle alignment, the baseline measurement of an alignment system (not shown), and the wafer alignment (for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429) are performed in the same procedure as a normal scanning stepper (scanner). After the disclosed enhanced global alignment (EGA) or the like is performed, the above-described scanning exposure operation in which the reticle stage RST and the wafer stage WST are moved synchronously, and the wafer stage WST after the exposure of the shot area is completed, A step-and-scan exposure operation that alternately repeats an inter-shot moving (stepping) operation for moving to an acceleration start position for exposure of the next shot region is performed, and a plurality of shot regions on the wafer W are subjected to reticle R. Each pattern is transferred.

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置16によると、波長変換部160が、レーザ光の光路上にダイクロイックミラーなどの合波光学素子を介することなく隣接して配置された一組の波長変換素子167d及び167eをその最終段に有するので、レーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、レーザ光源164a〜164dで発生するレーザ光のパワーを高くできるので、波長変換部160から波長193.4nmのレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、波長変換素子167dと波長変換素子167eとの間に合波光学素子がないので、その合波光学素子の位置調整などは考慮する必要がない。   As described above, according to the laser device 16 according to the present embodiment, the wavelength conversion unit 160 is disposed on the optical path of the laser light so as to be adjacent to each other without using a multiplexing optical element such as a dichroic mirror. Since the wavelength conversion elements 167d and 167e are provided at the final stage, there is no need to consider deterioration of the multiplexing optical element due to laser light irradiation. Accordingly, since the power of the laser light generated by the laser light sources 164a to 164d can be increased, the laser light having a wavelength of 193.4 nm can be stably emitted from the wavelength conversion unit 160. Further, since there is no multiplexing optical element between the wavelength conversion element 167d and the wavelength conversion element 167e, it is not necessary to consider the position adjustment of the multiplexing optical element.

また、レーザ装置16によると、波長変換部160のダイクロイックミラー168aによって波長が1.1μm帯、一例として1105nmのレーザ光L2と、波長が1.5μm帯、一例として1547nmのレーザ光L3とが同軸に合成され(合波され)、波長変換素子167cにより、レーザ光L2とレーザ光L3との和周波混合が行われ、波長1105nm(1.1μm帯)のレーザ光の高調波及び波長1547(1.5μm帯)のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長645nmのレーザ光が発生する。このため、この波長645nmのレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、波長1105nm(1.1μm帯)のレーザ光の高調波、あるいは波長1547(1.5μm帯)のレーザ光の高調波を、目標波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子、具体的には非線形係数deffが0.93pm/V、ウォークオフ角が15mradとなる角度でのCLBO結晶、非線形係数deffが1.1pm/V、ウォークオフ角が3mradとなる角度でのCLBO結晶を、波長変換素子167d、167eとして使用が可能となるとともに、上述したような従来にない波長変換部160の構成の採用が可能となっている。   Further, according to the laser device 16, the dichroic mirror 168a of the wavelength converter 160 coaxially couples the laser light L2 having a wavelength of 1.1 μm, for example, 1105 nm, and the laser light L3 having a wavelength of 1.5 μm, for example, 1547 nm. Are combined (combined) by the wavelength conversion element 167c, and the sum frequency mixing of the laser light L2 and the laser light L3 is performed, and the harmonics of the laser light having the wavelength of 1105 nm (1.1 μm band) and the wavelength 1547 (1 A laser beam having a wavelength of 645 nm that is different from any of the harmonics of the laser beam in the .5 μm band is generated. For this reason, since further wavelength conversion becomes possible using this laser beam with a wavelength of 645 nm, the harmonics of the laser beam with a wavelength of 1105 nm (1.1 μm band) or the laser beam with a wavelength of 1547 (1.5 μm band) A wavelength conversion element that could not be used in the case of wavelength conversion using harmonics as laser light of the target wavelength, specifically, a CLBO crystal at an angle where the nonlinear coefficient diff is 0.93 pm / V and the walk-off angle is 15 mrad In addition, it is possible to use a CLBO crystal at an angle at which the nonlinear coefficient def is 1.1 pm / V and the walk-off angle is 3 mrad as the wavelength conversion elements 167d and 167e, and the above-described wavelength conversion unit 160 that has not been conventionally used. The configuration can be adopted.

そして、波長変換素子167d、167eを採用した結果、前述したように、波長変換素子167dでビーム品質が優れた波長234nmのレーザ光を発生することができるとともに、波長変換素子167eでビーム品質に優れた波長193.4nmのレーザ光を発生することができる。   As a result of employing the wavelength conversion elements 167d and 167e, as described above, the wavelength conversion element 167d can generate laser light having a wavelength of 234 nm with excellent beam quality, and the wavelength conversion element 167e has excellent beam quality. In addition, laser light having a wavelength of 193.4 nm can be generated.

また、本実施形態のレーザ装置16によると、レーザ光L1〜L4は、それぞれモード径が大きいファイバ光増幅器で高ピークパワーのレーザ光に増幅されて、各波長変換素子に入射する。従って、比較的高い変換効率を保ちつつ、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び/又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。また、モード径が大きいファイバ光増幅器が使用されているので、比較的高いピークパワーを保ちつつ、パルスの時間的な幅を長くすることができ、その結果、レーザ装置16から射出される193.4nmのレーザ光のスペクトルを狭帯域化することが可能となる。   Further, according to the laser device 16 of the present embodiment, the laser beams L1 to L4 are amplified to a high peak power laser beam by a fiber optical amplifier having a large mode diameter, and enter each wavelength conversion element. Therefore, it is possible to allow the crystal length of each wavelength conversion element to be shortened and / or to increase the incident beam diameter while maintaining a relatively high conversion efficiency. In addition, since a fiber optical amplifier having a large mode diameter is used, the temporal width of the pulse can be increased while maintaining a relatively high peak power, and as a result, the laser beam emitted from the laser device 193. It is possible to narrow the spectrum of the 4 nm laser beam.

本実施形態の露光装置10によると、前述した走査露光にあたって、レーザ装置16で発生した波長193.4nmのレーザ光(照明光IL)が、照明光学系ユニット12(照明光学系)を介してレチクルRに照射され、レチクルRを透過した照明光ILが投影光学系PLを介してウエハW上に投射される。この場合、レーザ装置16で発生した波長193.4nmのレーザ光(照明光IL)はビーム品質に優れているとともに、繰り返し周波数は従来のエキシマレーザに比べて同等以上であるから、ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターンを精度良く形成することが可能である。   According to the exposure apparatus 10 of the present embodiment, a laser beam (illumination light IL) having a wavelength of 193.4 nm generated by the laser apparatus 16 in the above-described scanning exposure is transmitted through the illumination optical system unit 12 (illumination optical system). Illumination light IL irradiated onto R and transmitted through reticle R is projected onto wafer W via projection optical system PL. In this case, the laser light (illumination light IL) having a wavelength of 193.4 nm generated by the laser device 16 has excellent beam quality, and the repetition frequency is equal to or higher than that of the conventional excimer laser. The pattern of the reticle R can be accurately formed in each shot area.

なお、上記実施形態では、波長変換素子167cにより、レーザ光L2とレーザ光L3との和周波混合が行われ、波長645nmのレーザ光が発生される場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。YDFAの増幅可能な波長範囲が1020nm〜1150nmであり、EDFAの増幅可能な波長範囲が1520nm〜1620nmであるものと仮定し、波長変換素子167cが、レーザ光L2とレーザ光L3との和周波混合により発生するレーザ光の波長をλ1とすると、λ1の範囲は、YDFAとEDFAの増幅可能な波長範囲から、610nm<λ1<660nmを満足すれば良い。このような場合には、一例としてレーザ光L2、L3としてそれぞれ波長が1.1μm帯のレーザ光、波長が1.5μm帯のレーザ光を用いることができ、上記実施形態と同様の波長変換素子の採用、及び/又は波長変換部の構成の採用が可能となる。 In the above embodiment, the case where the wavelength conversion element 167c performs the sum frequency mixing of the laser light L2 and the laser light L3 to generate the laser light having a wavelength of 645 nm has been described, but the present invention is not limited thereto. Is not to be done. Assuming that the amplifiable wavelength range of YDFA is 1020 nm to 1150 nm and the amplifiable wavelength range of EDFA is 1520 nm to 1620 nm, the wavelength conversion element 167c is a sum frequency mixing of the laser light L2 and the laser light L3. When the wavelength of the laser light is lambda 1 generated by, lambda 1 ranges from amplifiable wavelength range of YDFA and EDFA, 610nm <λ 1 <may be satisfied 660 nm. In such a case, as an example, a laser beam having a wavelength of 1.1 μm and a laser beam having a wavelength of 1.5 μm can be used as the laser beams L2 and L3, respectively. And / or the configuration of the wavelength converter can be adopted.

この場合において、波長変換素子167bで発生する光の波長をλ2、波長変換素子167dで発生する光の波長をλ3とし、最終波長を193.4nmとすると、位相整合の範囲と、YDFAの増幅可能な波長範囲から、λ3の範囲は、232nm<λ3<235nmとなる。従って、λ2の範囲は、上記λ3の範囲、λ1の範囲から、357nm<λ2<383nmとなる。 In this case, if the wavelength of the light generated by the wavelength conversion element 167b is λ 2 , the wavelength of the light generated by the wavelength conversion element 167d is λ 3 , and the final wavelength is 193.4 nm, the range of phase matching and the YDFA From the amplifiable wavelength range, the range of λ 3 is 232 nm <λ 3 <235 nm. Therefore, the range of λ 2 is 357 nm <λ 2 <383 nm from the range of λ 3 and the range of λ 1 .

なお、図3に示されるような構成を有する波長変換部160では、第2基本波として、EDFAから出力される光の代わりに、Tm(ツリウム)、若しくはHo(ホロミウム)が添加されたファイバ光増幅器から出力される光を用いても良い。出力波長が前述のように1.5μm帯であるEDFAでなく、出力波長が2μm帯であるツリウム(又はホロミウム)・ドープ・ファイバ光増幅器を適用した場合には、YDFAから出力される光の波長は、約1062nmとなる。Ybの蛍光断面積は、波長1062nmでは波長1105nmより大きいので、高ピークパワーの増幅に有利となる。ただし、この場合でも、上記L4として使用するレーザ光の波長は、波長変換素子167eにおける位相整合の条件から、1105nm近辺である必要がある。   In the wavelength converter 160 having the configuration shown in FIG. 3, fiber light to which Tm (thulium) or Ho (holmium) is added as the second fundamental wave instead of the light output from the EDFA. Light output from the amplifier may be used. When the thulium (or holmium) doped fiber optical amplifier whose output wavelength is 2 μm band is applied instead of the EDFA whose output wavelength is 1.5 μm band as described above, the wavelength of light output from YDFA Is about 1062 nm. Since the Yb fluorescence cross-sectional area is larger than the wavelength 1105 nm at the wavelength 1062 nm, it is advantageous for amplification of high peak power. However, even in this case, the wavelength of the laser beam used as L4 needs to be around 1105 nm from the phase matching condition in the wavelength conversion element 167e.

また、上述した波長変換部160は、ArFエキシマレーザの発振波長と略同一の波長(193.4nm)の光が得られるものであったが、本実施形態では、この波長変換部160の構成を変更すれば、例えばKrFエキシマレーザの発振波長(248nm近傍)、あるいはF2レーザの発振波長(157nm近傍)と略同一の波長を得ることもできるようになる。なお、上記実施形態のレーザ装置は、その発振波長がKrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、及びFレーザ光のいずれの発振波長とも異なっていても良いし、遠紫外域又は真空紫外域に限られるものでもないが、特に波長が200nm以下のレーザ光を発生するレーザ装置として有効である。 Further, the wavelength conversion unit 160 described above can obtain light having a wavelength (193.4 nm) that is substantially the same as the oscillation wavelength of the ArF excimer laser. In the present embodiment, the wavelength conversion unit 160 has the configuration of the wavelength conversion unit 160. If changed, for example, it becomes possible to obtain a wavelength substantially the same as the oscillation wavelength of KrF excimer laser (near 248 nm) or the oscillation wavelength of F 2 laser (near 157 nm). In the laser device of the above embodiment, the oscillation wavelength may be different from any of the oscillation wavelengths of KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, and F 2 laser light, and in the far ultraviolet region or the vacuum ultraviolet region. Although not limited, it is particularly effective as a laser device that generates laser light having a wavelength of 200 nm or less.

なお、上記実施形態で説明した各波長変換素子を構成する非線形光学結晶は、一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、波長換素子167cとしては、LBO結晶から成る非線形光学素子に限らず、例えば、PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)あるいはPPSLT(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate)を用いた非線形光学素子を用いることもできる。   In addition, the nonlinear optical crystal which comprises each wavelength conversion element demonstrated by the said embodiment is an example, Comprising: This invention is not limited to this. For example, the wavelength conversion element 167c is not limited to a nonlinear optical element made of an LBO crystal, and for example, a nonlinear optical element using PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) or PPSLT (Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate) can also be used.

なお、上記実施形態のレーザ装置では、各単一波長発振レーザからレーザ光がパルス発光される場合について説明したが、これに限らず、各単一波長発振レーザからレーザ光を連続的に発光させ、そのレーザ光を、例えば電気光学変調器(二電極型変調器など)などを用いてパルス光としても良い。また、各単一波長発振レーザからパルス発光されるレーザ光のパルス幅を、その電気光学変調器などによって狭くしても良い。   In the laser device of the above-described embodiment, the case where laser light is emitted from each single wavelength oscillation laser has been described. However, the present invention is not limited to this, and laser light is continuously emitted from each single wavelength oscillation laser. The laser beam may be converted into pulsed light using, for example, an electro-optic modulator (two-electrode modulator or the like). Further, the pulse width of the laser light pulsed from each single wavelength oscillation laser may be narrowed by the electro-optic modulator or the like.

また、上記実施形態のレーザ装置では、各光増幅器が、全てファイバ光増幅器である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。各光増幅器は、ファイバ光増幅器の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば希土類元素が高濃度で添加されたガラス体などを含むものとしても良い。   In the laser apparatus of the above embodiment, the case where all the optical amplifiers are all fiber optical amplifiers has been described, but the present invention is not limited to this. Each optical amplifier may include, for example, a glass body to which a rare earth element is added at a high concentration instead of or in combination with a fiber optical amplifier.

また、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が1020nm〜1150nmの単一波長発振レーザを3個備える場合について説明したが、発振波長が1020nm〜1150nmの単一波長発振レーザを1個備え、そのレーザからのレーザ光を3分割しても良い。   In the laser device of the above embodiment, the case where three single-wavelength oscillation lasers with an oscillation wavelength of 1020 nm to 1150 nm are provided has been described. However, one single-wavelength oscillation laser with an oscillation wavelength of 1020 nm to 1150 nm is provided, The laser beam from the laser may be divided into three.

なお、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が1020nm〜1150nmの単一波長発振レーザ、すなわち第1基本波(L1、L2、L4)を発生するレーザ光源としてイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用い、発振波長が1520nm〜1620nmの単一波長発振レーザ、すなわち第2基本波(L3)を発生するレーザ光源としてエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いるものとしたが、レーザ光源はこれらに限られるものではなく、他の固体レーザ光源、あるいは高調波発生装置などを用いても良い。   In the laser device of the above-described embodiment, an ytterbium-doped fiber laser is used as a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength of 1020 nm to 1150 nm, that is, a laser light source that generates the first fundamental wave (L1, L2, L4). An erbium-doped fiber laser is used as a single wavelength oscillation laser having an oscillation wavelength of 1520 nm to 1620 nm, that is, a laser light source for generating the second fundamental wave (L3). However, the laser light source is not limited to these. Other solid-state laser light sources or harmonic generators may be used.

また、上記実施形態のレーザ装置では、3つのレーザ光(第1基本波)L1、L2、L4はその波長が同一であるものとしたが、これに限らず、その3つのレーザ光の一部又は全部でその波長を異ならせても良い。例えば、前述の如くEDFAの代わりに、出力波長が2μm帯のツリウム(又はホロミウム)・ドープ・ファイバ光増幅器を用いる場合、レーザ光L1、L2はその波長が約1062nm、レーザ光L4はその波長が約1105nmとなる。   In the laser apparatus of the above embodiment, the three laser beams (first fundamental waves) L1, L2, and L4 have the same wavelength. However, the present invention is not limited to this, and part of the three laser beams. Alternatively, the wavelengths may be varied in all. For example, when a thulium (or holmium) doped fiber optical amplifier with an output wavelength of 2 μm is used instead of the EDFA as described above, the laser beams L1 and L2 have a wavelength of about 1062 nm, and the laser beam L4 has a wavelength of About 1105 nm.

なお、上記実施形態のレーザ装置では、最終波長が193nmであることを前提として、第1基本波はその波長が1.1μm帯、第2基本波はその波長が1.5μm帯であるものとしたが、最終波長が190nm〜200nmであるものとすると、第1基本波(レーザ光L1、L2、L4)の波長は1.0μm〜1.2μm、第2基本波(レーザ光L3)の波長は1.5μm〜2.1μmであれば良い。この場合には、第1基本波を発生するレーザ光源として、上記実施形態と同様に、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができるとともに、第2基本波を発生するレーザ光源として、エルビウム・ドープ・ファイバレーザ又はツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。ツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いる場合、EDFAに代えて、ツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器が用いられる。この場合、波長変換素子167cが、レーザ光L2とレーザ光L3との和周波混合により発生するレーザ光の波長λ1の範囲は、YDFAとEDFAの増幅可能な波長範囲又はYDFAとツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器の増幅可能な波長範囲から、600nm<λ1<750nmを満足すれば良い。この場合、最終波長を190nm〜200nmとすると、波長変換素子167dで発生する光の波長λ3の範囲は、234nm<λ3<240nmとなる。従って、波長変換素子167bで発生する光の波長をλ2の範囲は、352nm<λ2<383nmとなる。 In the laser device of the above embodiment, assuming that the final wavelength is 193 nm, the first fundamental wave has a wavelength of 1.1 μm, and the second fundamental wave has a wavelength of 1.5 μm. However, if the final wavelength is 190 nm to 200 nm, the wavelength of the first fundamental wave (laser beams L1, L2, and L4) is 1.0 μm to 1.2 μm, and the wavelength of the second fundamental wave (laser beam L3). May be 1.5 μm to 2.1 μm. In this case, an ytterbium-doped fiber laser can be used as the laser light source for generating the first fundamental wave, as in the above embodiment, and erbium-doped as the laser light source for generating the second fundamental wave. A fiber laser or thulium-doped fiber laser can be used. When using a thulium-doped fiber laser, a thulium-doped fiber optical amplifier is used instead of the EDFA. In this case, the range of the wavelength λ 1 of the laser light generated by the wavelength conversion element 167c by the sum frequency mixing of the laser light L2 and the laser light L3 is a wavelength range in which YDFA and EDFA can be amplified, or YDFA and thulium-doped It is only necessary to satisfy 600 nm <λ 1 <750 nm from the amplifiable wavelength range of the fiber optical amplifier. In this case, if the final wavelength is 190 nm to 200 nm, the range of the wavelength λ 3 of the light generated by the wavelength conversion element 167d is 234 nm <λ 3 <240 nm. Accordingly, the range of λ 2 of the wavelength of light generated by the wavelength conversion element 167b is 352 nm <λ 2 <383 nm.

また、上記実施形態において、CLBO結晶及びBBO結晶の潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素、又は乾燥空気などでパージする、あるいはCLBO結晶及びBBO結晶を高温に温度調節することとすれば良い。   In the above embodiment, when the deliquescence of the CLBO crystal and the BBO crystal becomes a problem, the ambient atmosphere is purged with nitrogen or dry air, or the temperature of the CLBO crystal and the BBO crystal is adjusted to a high temperature. Just do it.

なお、上記実施形態の露光装置10において、レーザ装置16に代えて、図4に模式的に示されるようなエキシマレーザ装置20を用いても良い。このエキシマレーザ装置20は、レーザ装置16と同様の構成である主発振器 (Master Oscillator)としてのレーザ装置16’と、該レーザ装置16’から射出される波長193.4nmのレーザ光をシード光として増幅する光出力増幅器(Power Oscillator 又はPower Amplifier)としてのガスレーザチャンバ18と、レーザ装置16’及びガスレーザチャンバ18を制御する制御装置19とを備える、主発振器光出力増幅器(MOPO又はMOPA)レーザシステムである。   In the exposure apparatus 10 of the above embodiment, an excimer laser apparatus 20 schematically shown in FIG. 4 may be used instead of the laser apparatus 16. This excimer laser device 20 has a laser device 16 ′ as a master oscillator having the same configuration as the laser device 16, and a laser beam having a wavelength of 193.4 nm emitted from the laser device 16 ′ as a seed light. A master oscillator optical output amplifier (MOPO or MOPA) laser system comprising a gas laser chamber 18 as an optical output amplifier (Power Oscillator or Power Amplifier) to be amplified, and a control device 19 for controlling the laser device 16 ′ and the gas laser chamber 18. is there.

このエキシマレーザ装置20では、ガスレーザチャンバ18として、通常のArFエキシマレーザ装置と同様に共振器を有するガスレーザチャンバ(Power Oscillator (PO))が用いられる。このガスレーザチャンバ18の内部には、媒質ガスであるAr、F2、及びバッファガスであるNe等が充填されている。なお、このガスレーザチャンバ18は、通常のArFエキシマレーザ装置から共振器となる部分(フロントミラー、及びリアミラー又は狭帯域化モジュール)を取り除いた構成のガスレーザチャンバ(Power Amplifier )でも良い。 In this excimer laser device 20, a gas laser chamber (Power Oscillator (PO)) having a resonator is used as the gas laser chamber 18 in the same manner as a normal ArF excimer laser device. The gas laser chamber 18 is filled with Ar and F 2 that are medium gases, Ne that is a buffer gas, and the like. The gas laser chamber 18 may be a gas laser chamber (Power Amplifier) having a configuration in which a resonator (a front mirror and a rear mirror or a narrowband module) serving as a resonator is removed from a normal ArF excimer laser device.

このエキシマレーザ装置20では、レーザ装置16’から射出される波長193.4nmの高い繰り返し周波数のシード光が、ガスレーザチャンバ18内部でパワー増幅され、その増幅された波長193.4nmのレーザ光が射出される。エキシマレーザ装置20では、ビーム品質に優れたパルス光がレーザ装置16’から安定してガスレーザチャンバ18に供給されるため、ArFエキシマレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、レーザ装置16’では、光源として単一波長発振レーザ(固体レーザ)が用いられているので、通常のArFエキシマレーザに比べて狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数でのレーザ光の発振が可能である。従って、このエキシマレーザ装置20を露光光源として備えた露光装置では、エキシマレーザ装置20から狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数の波長193.4nmのレーザ光が照明光学系に向かって射出されることとなる。これにより、パルスのピークパワーを抑えて露光装置等の光学素子へ与えるダメージを抑制できる。また、露光装置では、全体として高エネルギ(大パワー)で、かつリソグラフィに用いるのに十分な程度に狭帯域化されたレーザ光を用いて前述の走査露光が行われる。従って、ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターンを精度良く形成することが可能であり、スループットの向上も図ることができる。   In this excimer laser device 20, seed light having a high repetition frequency with a wavelength of 193.4 nm emitted from the laser device 16 ′ is power-amplified inside the gas laser chamber 18, and the amplified laser light with a wavelength of 193.4 nm is emitted. Is done. In the excimer laser device 20, pulsed light with excellent beam quality is stably supplied from the laser device 16 ′ to the gas laser chamber 18, so that ArF excimer laser light can be stably emitted. In the laser device 16 ′, a single wavelength oscillation laser (solid laser) is used as a light source, so that it is possible to oscillate a laser beam with a narrower band and a higher repetition frequency than a normal ArF excimer laser. It is. Therefore, in an exposure apparatus equipped with this excimer laser device 20 as an exposure light source, laser light having a narrow band and a high repetition frequency of 193.4 nm is emitted from the excimer laser device 20 toward the illumination optical system. Become. Thereby, the peak power of the pulse can be suppressed and damage to the optical element such as an exposure apparatus can be suppressed. Further, in the exposure apparatus, the above-described scanning exposure is performed using a laser beam having a high energy (high power) as a whole and a band narrowed to a level sufficient for lithography. Therefore, the pattern of the reticle R can be accurately formed in each shot area on the wafer W, and the throughput can be improved.

また、エキシマレーザ装置20のように、主発振器光出力増幅器(MOPO又はMOPA)レーザシステムを構成する場合に、ガスレーザチャンバ18を並列に複数、例えば2つ配置し、この2つのガスレーザチャンバ18に対してレーザ装置16’からのパルスレーザ光(シード光)を異なるタイミングで入射させる、例えば交互に供給する構成を採用しても良い。この場合、例えば光変調器(音響光学変調器(AOM)など)によって、固体レーザ装置16’からのシード光を1パルス又は複数パルス単位で、2つのガスレーザチャンバ18に振り分けても良い。あるいは、シード光を分岐して2つのガスレーザチャンバ18に導き、その2つの分岐光路にそれぞれ設けられる、例えば電気光学変調器(EOM)などによって、2つのガスレーザチャンバ18にシード光を入射させるタイミングを制御しても良い。かかる場合には、2つのガスレーザチャンバ18から異なるタイミングでレーザ光がが発振され、例えばミラー又は偏光ビームスプリッタなどによってそのレーザ光を同軸に合成して出力することで、エキシマレーザ装置20の繰り返し周波数が2倍になるので、同一のパワーを得たい場合には、パルスのピークパワーを1/2にすることができ、これにより、露光装置等の光学素子へ与えるダメージを一層抑制できる。一方、ピークパワーを同一に維持する場合には、2倍のパワーを得ることができる。   Further, when a master oscillator optical output amplifier (MOPO or MOPA) laser system is configured as in the excimer laser apparatus 20, a plurality of, for example, two gas laser chambers 18 are arranged in parallel. For example, a configuration may be adopted in which pulsed laser light (seed light) from the laser device 16 ′ is incident at different timings, for example, supplied alternately. In this case, for example, the seed light from the solid-state laser device 16 ′ may be distributed to the two gas laser chambers 18 in units of one pulse or a plurality of pulses by an optical modulator (such as an acousto-optic modulator (AOM)). Alternatively, the seed light is branched and guided to the two gas laser chambers 18, and the timing at which the seed light is incident on the two gas laser chambers 18 by, for example, electro-optic modulators (EOM) provided in the two branch optical paths, respectively. You may control. In such a case, laser beams are oscillated from the two gas laser chambers 18 at different timings, and the laser beams are synthesized coaxially by, for example, a mirror or a polarization beam splitter, and output, so that the repetition frequency of the excimer laser device 20 Therefore, when it is desired to obtain the same power, the pulse peak power can be halved, which can further suppress damage to optical elements such as an exposure apparatus. On the other hand, when the peak power is kept the same, twice the power can be obtained.

なお、前述のMOPO又はMOPAレーザシステムにおいて、1つの固体レーザ装置16’に対して複数、例えば2つのガスレーザチャンバ(PO又はPA)18を直列に配置し、その2つのガスレーザチャンバ18での放電タイミングを異ならせることで、エキシマレーザ装置20の繰り返し周波数を2倍にすることとしても良い。   In the above-described MOPO or MOPA laser system, a plurality of, for example, two gas laser chambers (PO or PA) 18 are arranged in series with respect to one solid-state laser device 16 ′, and the discharge timing in the two gas laser chambers 18. It is good also as doubling the repetition frequency of the excimer laser apparatus 20 by making these differ.

また、前述のMOPO又はMOPAレーザシステムにおいて、ガスレーザチャンバ(PO又はPA)18の1回の放電中に、固体レーザ装置16’から射出される複数のパルスレーザ光(シード光)を異なるタイミングで入射させても良い。この場合、例えば固体レーザ装置16’内でパルスレーザ光(シード光)を複数に分割し、かつ長さの異なる複数のファイバあるいは時分割光分岐装置(Time Division Multiplexer:TDM)などによって、その分割された複数のパルスレーザ光を互いに遅延させてガスレーザチャンバ18に入射させても良い。あるいは、複数の固体レーザ装置16’を並列に配置し、例えば発振タイミングの制御などによって、その複数の固体レーザ装置16’からそれぞれ所定時間ずれて射出される複数のパルスレーザ光をガスレーザチャンバ18に入射させても良い。かかる場合、1回の放電中にガスレーザチャンバ18に入射するその複数、例えば2つのパルスレーザ光(シード光)のパルス間隔は、ガスレーザチャンバ18の放電時間(例えば20ns)に比べて十分に短くする(例えば10ns程度以下にする)ことが好ましく、これにより、固体レーザ装置16’のピークパワーを2倍にしたことと同じ効果を得ることができる。なお、このレーザシステムでは主発振器(MO)16が固体レーザ装置に限られるものでなく他のレーザ装置を用いても良い。   In the above-described MOPO or MOPA laser system, a plurality of pulsed laser beams (seed beams) emitted from the solid-state laser device 16 'are incident at different timings during one discharge of the gas laser chamber (PO or PA) 18. You may let them. In this case, for example, the pulse laser beam (seed light) is divided into a plurality of pieces in the solid-state laser device 16 ′ and divided by a plurality of fibers having different lengths or a time division multiplexer (TDM). The plurality of pulsed laser beams may be delayed from each other and incident on the gas laser chamber 18. Alternatively, a plurality of solid-state laser devices 16 ′ are arranged in parallel, and a plurality of pulsed laser beams emitted from the plurality of solid-state laser devices 16 ′ with a predetermined time shift are supplied to the gas laser chamber 18 by controlling the oscillation timing, for example. It may be incident. In such a case, the pulse interval of the plurality of, for example, two pulse laser beams (seed light) incident on the gas laser chamber 18 during one discharge is made sufficiently shorter than the discharge time (for example, 20 ns) of the gas laser chamber 18. (For example, about 10 ns or less) is preferable, and thereby the same effect as that obtained by doubling the peak power of the solid-state laser device 16 ′ can be obtained. In this laser system, the main oscillator (MO) 16 is not limited to the solid-state laser device, and other laser devices may be used.

なお、上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置は勿論、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも適用できる。この他、例えば国際公開第99/49504号パンフレットなどに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用することができる。さらに、例えば国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置、例えば特表2004−519850号公報(対応米国特許第6,611,316号)に開示されているように、2つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回の走査露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the laser apparatus according to the present invention is applied to a step-and-scan type scanning exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and still exposure type, for example, step-and-repeat The present invention can be applied to a proximity type exposure apparatus, a mirror projection aligner, etc. as well as an exposure apparatus of the type or step-and-stitch type. In addition, the present invention is also applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 99/49504 pamphlet, in which a liquid (for example, pure water) is filled between the projection optical system PL and the wafer. can do. Further, as disclosed in, for example, International Publication No. 2001/035168, an exposure apparatus that forms a line and space pattern on a wafer by forming interference fringes on the wafer, for example, Japanese Translation of PCT International Publication No. 2004-2004. As disclosed in Japanese Patent No. 5185050 (corresponding US Pat. No. 6,611,316), two reticle patterns are synthesized on a wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer by one scanning exposure. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that double-exposes two shot areas almost simultaneously.

また、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平10−214783号公報、及び国際公開WO98/40791号などに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置(アライメント位置)とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。さらに、例えば特開平11−135400号公報、特開2000−164504号公報等に開示されているように、ウエハステージとは独立に可動で、基準マークが形成された基準部材及び/又は各種の光電センサを搭載した計測ステージを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。   In addition, the exposure apparatus of the above embodiment has an exposure position where a reticle pattern is transferred via a projection optical system, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-214783 and International Publication WO98 / 40791. Alternatively, a twin wafer stage type in which a wafer stage is arranged at each of the measurement positions (alignment positions) where mark detection by the wafer alignment system is performed, and the exposure operation and the measurement operation can be performed substantially in parallel. Furthermore, as disclosed in, for example, JP-A-11-135400, JP-A-2000-164504, etc., a reference member that is movable independently of the wafer stage and on which a reference mark is formed and / or various photoelectric devices. The present invention can also be applied to an exposure apparatus including a measurement stage equipped with a sensor.

なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。   In the above embodiment, a light transmissive mask (reticle) in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light transmissive substrate is used. Instead of this reticle, for example, As disclosed in US Pat. No. 6,778,257, an electronic mask (also called a variable shaping mask) that forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern based on electronic data of a pattern to be exposed. For example, a DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light-emitting image display element (spatial light modulator) may be used.

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置により前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。   In the semiconductor device, a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and executing the above-described exposure method by the exposure apparatus of the above-described embodiment. The wafer is manufactured through a lithography step for transferring a reticle pattern onto a wafer, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like. In this case, in the lithography step, the exposure method described above is executed using the exposure apparatus of the above embodiment, and a device pattern is formed on the wafer. Therefore, a highly integrated device can be manufactured with high productivity.

なお、これまでは、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置が露光用照明光を発生するレーザ装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とするレチクルアライメント用のレーザ装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマークの投影像を検出して当該投影光学系の光学特性求める空間像検出系のレーザ装置等として使用することも可能である。   Heretofore, an example in which the laser device or the excimer laser device according to the present invention is used as a laser device that generates illumination light for exposure has been described. However, light having substantially the same wavelength as the illumination light for exposure is required. Used as a laser device for reticle alignment, or a laser device for an aerial image detection system for detecting a projected image of a mark arranged on an object plane or an image plane of a projection optical system to obtain optical characteristics of the projection optical system It is also possible.

なお、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置(デバイス製造装置、リソグラフィ装置)、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部(ヒューズなど)を切断するために用いられるレーザリペア装置、レチクルのパターン又はウエハ上に形成されたパターンを検査する検査装置などにも適用することができる。また、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、その他の加工装置、例えば高分子結晶の加工装置などにも使用することができる。   The laser apparatus or excimer laser apparatus according to the present invention is an apparatus (device manufacturing apparatus, lithographic apparatus) used for a device manufacturing process other than an exposure apparatus, for example, a part of a circuit pattern formed on a wafer ( The present invention can also be applied to a laser repair apparatus used for cutting a fuse or the like, an inspection apparatus for inspecting a reticle pattern, or a pattern formed on a wafer. The laser device or excimer laser device according to the present invention can also be used in other processing devices such as polymer crystal processing devices.

この他、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、例えばレーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション(あるいは切開した角膜内部のアブレーション)を行い、角膜の曲率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用されるレーザ装置として利用することができる。また、マスク欠陥検査装置などの光学式検査装置等におけるレーザ装置としても、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は利用可能である。いずれの装置も、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。   In addition, the laser apparatus or the excimer laser apparatus according to the present invention performs, for example, ablation of the surface by irradiating the cornea with laser light (or ablation inside the incised cornea) to correct the curvature or unevenness of the cornea and correct myopia. It can be used as a laser apparatus used in a laser treatment apparatus that performs treatment such as astigmatism. Further, the laser apparatus or the excimer laser apparatus according to the present invention can be used as a laser apparatus in an optical inspection apparatus such as a mask defect inspection apparatus. Since both apparatuses include the laser apparatus or excimer laser apparatus according to the present invention, it is possible to stably irradiate an object with excimer laser light having a predetermined wavelength via an optical system.

また、本発明のレーザ装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整(光軸合わせ等)用又は検査用としても利用可能である。   The laser device of the present invention can also be used for optical adjustment (such as optical axis alignment) or inspection of an optical system such as the projection optical system in the above embodiment.

以上説明したように、本発明のレーザ装置及び光発生方法は、ビーム品質に優れた所定波長のレーザ光を射出するのに適している。また、本発明のエキシマレーザ装置及びエキシマレーザ光発生方法は、高い繰り返し周波数のエキシマレーザ光を射出するのに適している。また、本発明の光照射装置及び光照射方法は、ビーム品質に優れたレーザ光を物体(照射対象物)に照射するのに適している。また、本発明の露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。 As described above, the laser device and the light generation method of the present invention are suitable for emitting laser light having a predetermined wavelength with excellent beam quality. The excimer laser apparatus and the excimer laser light generation method of the present invention are suitable for emitting excimer laser light having a high repetition frequency. In addition, the light irradiation apparatus and the light irradiation method of the present invention are suitable for irradiating an object (irradiation target) with laser light having excellent beam quality. The exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method of the present invention are suitable for manufacturing micro devices.

本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のレーザ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser apparatus of FIG. 図2の波長変換部を取り出して示す拡大図である。It is an enlarged view which takes out and shows the wavelength conversion part of FIG. 別の実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the excimer laser apparatus which concerns on another embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…露光装置(光照射装置)、16,16’…レーザ装置、18…ガスレーザチャンバ、20…エキシマレーザ装置、160…波長変換部、164a〜164d…レーザ光源、165a〜165d…光増幅器、167a〜167e…波長変換素子、W…ウエハ(物体)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Exposure apparatus (light irradiation apparatus), 16, 16 '... Laser apparatus, 18 ... Gas laser chamber, 20 ... Excimer laser apparatus, 160 ... Wavelength conversion part, 164a-164d ... Laser light source, 165a-165d ... Optical amplifier, 167a ˜167e wavelength conversion element, W wafer (object).

Claims (21)

ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長が1.0〜1.2μmの第1のレーザ光を発生し、該第1のレーザ光を第1増幅器を用いて増幅する第1のレーザ光源と;
波長が1.5〜2.1μmの第2のレーザ光を発生し、該第2のレーザ光を第2増幅器を用いて増幅する第2のレーザ光源と;
記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光との和周波混合により第3のレーザ光を発生する第1変換部と、前記第1のレーザ光を用いた波長変換により前記第1のレーザ光の高調波である第4のレーザ光を発生する第2変換部と、前記第3のレーザ光と前記第4のレーザ光との和周波混合により第5のレーザ光を発生し、該第5のレーザ光と前記第1のレーザ光との和周波混合により前記ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する第3変換部と、を含む波長変換部と;を備えるレーザ装置。
A laser device that emits laser light having substantially the same wavelength as ArF excimer laser light ,
A first laser light source that generates a first laser beam having a wavelength of 1.0 to 1.2 μm and amplifies the first laser beam using a first amplifier ;
A second laser light source that generates a second laser beam having a wavelength of 1.5 to 2.1 μm and amplifies the second laser beam using a second amplifier ;
A first converter for generating a third laser beam by sum frequency mixing of the previous SL first laser beam and the second laser beam, the first by the wavelength conversion using the first laser beam A second converter that generates a fourth laser beam, which is a harmonic of the laser beam, and a fifth laser beam generated by sum frequency mixing of the third laser beam and the fourth laser beam; A wavelength converter including: a third converter that generates laser light having substantially the same wavelength as that of the ArF excimer laser light by sum frequency mixing of the fifth laser light and the first laser light. .
前記第3のレーザ光は、600nmより大きく750nmより小さい範囲の波長の光である請求項に記載のレーザ装置。 2. The laser device according to claim 1 , wherein the third laser light is light having a wavelength in a range larger than 600 nm and smaller than 750 nm. 前記第5のレーザ光は、220nmより大きく250nmより小さい範囲の波長の光である請求項1又は2に記載のレーザ装置。 The fifth laser beam is a laser device according to Motomeko 1 or 2 Ru optical der wavelengths greater 250nm smaller range than 220 nm. 前記第1のレーザ光源は、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザであり、
前記第2のレーザ光源は、エルビウム・ドープ・ファイバレーザである請求項1〜のいずれか一項に記載のレーザ装置。
The first laser light source is an ytterbium-doped fiber laser;
The laser device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second laser light source is an erbium-doped fiber laser.
対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項1〜のいずれか一項に記載のレーザ装置と;
前記レーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える光照射装置。
A light irradiation device for irradiating a target with light,
A laser device according to any one of claims 1 to 4 ;
An optical system through which a laser beam emitted from the laser device toward the object passes.
エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、
請求項1〜のいずれか一項に記載のレーザ装置を含む主発振器と;
前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと;を備えるエキシマレーザ装置。
An excimer laser device that emits excimer laser light,
A master oscillator comprising the laser device according to any one of claims 1 to 4 ;
An excimer laser apparatus comprising: a gas laser chamber that uses laser light output from the main oscillator as seed light and amplifies the seed light.
前記ガスレーザチャンバは複数設けられ、その複数のガスレーザチャンバは、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項に記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 6 , wherein a plurality of the gas laser chambers are provided, and the plurality of gas laser chambers oscillate laser light obtained by amplifying the seed light at different timings. 前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項に記載のエキシマレーザ装置。 The excimer laser apparatus according to claim 7 , wherein the plurality of gas laser chambers are provided in parallel, and the seed light is incident at different timings. 対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項6〜8のいずれか一項に記載のエキシマレーザ装置と;
該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える光照射装置。
A light irradiation device for irradiating a target with light,
An excimer laser device according to any one of claims 6 to 8 ;
An optical system through which a laser beam emitted from the excimer laser device toward the object passes.
前記対象物は、パターンを有する物体である請求項又はに記載の光照射装置。 The object, the light irradiation apparatus according to claim 5 or 9, which is an object with a pattern. 物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
請求項1〜のいずれか一項に記載のレーザ装置と;
前記レーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と;を備える露光装置。
An exposure apparatus that exposes an object to form a pattern on the object,
A laser device according to any one of claims 1 to 4 ;
And an optical system through which a laser beam emitted from the laser device toward the object passes.
ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第1、第2のレーザ光源から波長が1.0〜1.2μmの第1のレーザ光、波長が1.5〜2.1μmの第2のレーザ光をそれぞれ発生し、前記第1、第2のレーザ光をそれぞれ第1、第2増幅器を用いて増幅する工程と;
前記第1のレーザ光と前記第2のレーザ光との和周波混合により第3のレーザ光を発生する第1変換と、前記第1のレーザ光を用いた波長変換により前記第1のレーザ光の高調波である第4のレーザ光を発生する第2変換と、前記第3のレーザ光と前記第4のレーザ光との和周波混合により第5のレーザ光を発生し、該第5のレーザ光と前記第1のレーザ光との和周波混合により前記ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光を発生する第3変換と、を含む、複数段の波長変換を行う工程と;を含む光発生方法。
A light generation method for generating laser light having substantially the same wavelength as ArF excimer laser light ,
First, a first laser beam having a wavelength from the second laser light source 1.0~1.2Myuemu, wavelength is generated, respectively Re laser light its second of 1.5~2.1Myuemu, the first Amplifying the first and second laser beams using first and second amplifiers, respectively ;
A first conversion for generating a third laser beam by sum frequency mixing of the first laser beam and the second laser beam; and a first laser beam by wavelength conversion using the first laser beam. A fifth laser beam is generated by a second conversion for generating a fourth laser beam, which is a higher harmonic of the second laser beam, and a sum frequency mixing of the third laser beam and the fourth laser beam, And a third conversion for generating laser light having substantially the same wavelength as that of the ArF excimer laser light by sum frequency mixing of the laser light and the first laser light, and performing a plurality of stages of wavelength conversion. Light generation method.
前記第3のレーザ光は、600nmより大きく750nmより小さい範囲の波長の光である請求項12に記載の光発生方法。 The light generation method according to claim 12, wherein the third laser light is light having a wavelength in a range larger than 600 nm and smaller than 750 nm. 前記第5のレーザ光は、220nmより大きく250nmより小さい範囲の波長の光である請求項12又は13に記載の光発生方法。 The fifth laser beam, the light generation method according to claim 12 or 13 which is a light having a wavelength of greater 250nm smaller range than 220 nm. 所定波長のエキシマレーザ光を発生するエキシマレーザ光発生方法であって、
請求項12〜14のいずれか一項に記載の光発生方法により前記所定波長のレーザ光を発生する第1工程と;
前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第2工程と;を含むエキシマレーザ光発生方法。
An excimer laser light generation method for generating excimer laser light of a predetermined wavelength,
A first step of generating laser light of the predetermined wavelength by the light generation method according to any one of claims 12 to 14 ;
A second step of causing the laser light to enter the gas laser chamber as seed light and amplifying the seed light in the gas laser chamber.
前記第2工程では、複数の前記ガスレーザチャンバが、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項15に記載のエキシマレーザ光発生方法。 The excimer laser light generation method according to claim 15 , wherein in the second step, the plurality of gas laser chambers oscillate laser light obtained by amplifying the seed light at different timings. 前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項16に記載のエキシマレーザ光発生方法。 The excimer laser light generation method according to claim 16 , wherein the plurality of gas laser chambers are provided in parallel, and the seed light is incident at different timings. 対象物に光を照射する光照射方法であって、
請求項12〜14のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と;
前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と;を含む光照射方法。
A light irradiation method for irradiating a target with light,
A step of generating laser light by the light generation method according to any one of claims 12 to 14 ;
Emitting the laser light toward the object through an optical system.
前記対象物は、パターンが形成された物体である請求項18に記載の光照射方法。 The light irradiation method according to claim 18 , wherein the object is an object on which a pattern is formed. 物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項12〜14のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と;
前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と;を含む露光方法。
An exposure method for exposing an object to form a pattern on the object,
A step of generating laser light by the light generation method according to any one of claims 12 to 14 ;
Emitting the laser beam toward the object through an optical system.
請求項20に記載の露光方法を用いて物体上にパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。 21. A device manufacturing method including a lithography step of forming a pattern on an object using the exposure method according to claim 20 .
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