JP5393725B2 - 多段増幅型レーザシステム - Google Patents
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Description
半導体集積回路の微細化、高集積化が進むにつれて、半導体露光装置においては解像力の向上が強く要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められており、露光用光源として、従来用いられてきた水銀ランプに代わって、短波長化に適したガスレーザ装置が用いられるようになってきた。
多くの半導体露光装置の光学系として、投影光学系が採用されている。この投影光学系では、色収差補正を行なうために、異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされている。露光用光源として用いられる248nm〜115nmのレーザ波長領域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料としては、合成石英(SiO2)とフッ化カルシウム(CaF2)以外にはない。このため、KrFエキシマレーザ用の投影レンズとしては、SiO2のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用され、また、ArFエキシマレーザ用の投影レンズとしては、SiO2とCaF2で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。
ArF液浸露光によるリソグラフィーの場合、露光用レンズとウエハ間の空間を満たす液体としてH2Oを使用すると、屈折率が1.44になるため、屈折率に比例するレンズ開口数NAを1.44倍に増やすことができる。
液浸露光を適用すると、高NA化によりレンズの枚数が増えて透過率が低下する。そのため、一定の露光量を得るためには、露光光源であるレーザの高出力化が必要とされている。また、露光装置の高スループット化のためにも、露光光源であるレーザの高出力化が必要とされている。
一般に、ガスレーザ共振器内に使用されるチャンバウィンドウは、光軸に対してブリュースタ角の角度で配置されることが多い。これをブリュースタウィンドウという。ブリュースタウィンドウにすると、ウィンドウに入射する光のp偏光成分(入射面内で振動する電界成分)のウィンドウ表面におけるフレネル反射は略零になる。よって、レーザ光のp偏光成分は略100%透過する。一方、レーザ光のs偏光成分(入射面に垂直に振動する電界成分)はフレネル反射(14.86%)を受けて減衰する。
一般に媒体を伝播する光は、互いに直交する2つの直線偏波状態の波の線形結合であり、それぞれの位相速度と振幅の大きさで、偏光状態と偏光方向が決まる。光の複屈折性を有する物質(以下複屈折物質という)では、複屈折物質中を伝播する光の位相速度がその偏波方向に依存してずれていく。これにより、直線偏光であった光は、複屈折物質を通過することによって、互いに直交する2つの波の位相がずれ、直線偏光でなくなる(概ね楕円偏光になる)。このため、結晶内に複屈折が発生すると、透過したあとの光の偏光純度が悪くなる。
実際のレーザ装置におけるウィンドウでの複屈折による影響を以下に説明する。
図4および図5は、本発明によるレーザ装置の原理を説明するための模式図である。
以上の説明では、s偏光成分を高反射させp偏光成分をほぼ100%透過させる偏光子とだけ記載した。具体的な偏光子としては、図11〜15図に示すようなものが考えられる。
なお、ウィンドウ以外の光軸上にさらに偏光子を挿入しても良いし、なくてもよい。また、ウィンドウの両面にps分離膜をコーティングしても良い。
Sp=Tp /(Tp+Ts)
Ss=Ts /(Tp+Ts)
で表される。Tp/Tsが大きい値であるほどp偏光が選択され透過する。すなわち高い純度のp偏光を得ることができる。
1a、1b ウィンドウ
3 AMPレーザ
4 AMPレーザチャンバ
5 レーザ共振器
6 リアミラー
7 フロントミラー
10a、10b 偏光子
30 OSCレーザ
31 OSCレーザチャンバ
32 狭帯域化モジュール
33 フロントミラー
35a ミラー
40 MOレーザ
50 PAレーザ
70 リング増幅器
102a、102b ウィンドウ
103 s偏光高反射膜
111 ビームエキスパンダフロントミラー
114 PR膜
152 反射ミラー
Claims (2)
- レーザガスを封入する発振段チャンバを有し、前記発振段チャンバ内からレーザ光を出力する発振段と、
レーザガスを封入する増幅段チャンバと、前記増幅段チャンバを介して互いに対峙する部分透過鏡及び2つの第1プリズムと、を有し、前段のレーザから出力されたレーザ光を前記増幅段チャンバ内で増幅して出力する一以上の増幅段と、
前記2つの第1プリズムのうち少なくとも1つの斜面にコーティングされ、レーザ光に含まれ互いに直交する二つの直線偏波状態の成分のうちの一方を高反射率で反射し、他方を高透過率で透過する第1偏光膜と、
を備え、
前記部分透過鏡及び前記2つの第1プリズムは、レーザ共振器を形成し、
前記2つの第1プリズムは、互いの斜面が平行に対峙し、且つ、前記増幅段チャンバ側に配置された第1プリズムの前記レーザ光に対する入出射面および前記増幅段チャンバと反対側に配置された第1プリズムの前記レーザ光に対する反射面が前記レーザ光の進行方向に対して垂直となるように配置されて、前記レーザ共振器のリアミラーを形成する
ことを特徴とする高繰返しパルスガスレーザ装置。 - 前記部分透過鏡は、2つの第2プリズムよりなるフロントミラーと、前記2つの第2プリズムのうち少なくとも1つの斜面にコーティングされ、レーザ光に含まれ互いに直交する二つの直線偏波状態の成分のうちの一方を高反射率で反射し、他方を高透過率で透過する第2偏光膜と、を含む、請求項1に記載の高繰返しパルスガスレーザ装置。
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