JP5607592B2 - Narrow band laser equipment - Google Patents
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本発明は、狭帯域化レーザ装置に関し、特に、半導体を製造するために用いられる縮小投影露光装置の光源としての狭帯域化エキシマレーザ装置あるいは狭帯域化F2レーザ装置において、そのレーザ光のスペクトル純度幅等のスペクトル指標値を制御する装置に関するものである。 The present invention relates to a narrow-band laser device, and in particular, in a narrow-band excimer laser device or a narrow-band F2 laser device as a light source of a reduction projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor, the spectral purity of the laser light. The present invention relates to an apparatus for controlling spectral index values such as width.
以下に縮小投影露光装置の光源として用いられる狭帯域化レーザ装置の従来技術について各項目毎に説明する。 The prior art of the narrow-band laser apparatus used as the light source of the reduced projection exposure apparatus will be described below for each item.
(露光用光源)
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められており、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在の露光用ガスレーザ装置としては、波長248nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザ装置ならびに、波長193nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザ装置が用いられている。次世代の露光技術として、露光用レンズとウェーハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光光源の見かけの波長を短波長化する液浸技術をArF露光に適用することが考えられている。ArF液浸では、見かけの波長は134nmと短くなる。また、次々世代の露光用光源として、波長157nmの紫外線を放出するF2レーザ装置が有力であり、F2レーザ液浸露光が採用される可能性もある。F2液浸では、115nmまで短波長化すると言われている。
(Light source for exposure)
As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses. For this reason, the wavelength of light emitted from the exposure light source is being shortened, and a gas laser device is used as the exposure light source in place of the conventional mercury lamp. As the current gas laser apparatus for exposure, a KrF excimer laser apparatus that emits ultraviolet light with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser apparatus that emits ultraviolet light with a wavelength of 193 nm are used. As a next-generation exposure technique, it is conceivable to apply an immersion technique for ArF exposure, which shortens the apparent wavelength of the exposure light source by filling the space between the exposure lens and the wafer with liquid and changing the refractive index. ing. In ArF immersion, the apparent wavelength is as short as 134 nm. As a next-generation light source for exposure, an F2 laser device that emits ultraviolet light having a wavelength of 157 nm is promising, and F2 laser immersion exposure may be adopted. In F2 immersion, it is said that the wavelength is shortened to 115 nm.
(露光用光学素子と色収差)
多くの半導体露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では、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色収差補正が行なわれる。現在、露光用光源であるレーザ波長の248nm〜115nmの波長域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は、合成石英とCaF2以外にない。このため、KrFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英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、ArFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英と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。ところが、KrF、ArFエキシマレーザの自然発振幅は約350〜400pmと広いために、これらの投影レンズを使用すると色収差が発生して、解像力が低下する。そこで、色収差が無視できるまでに、上記ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このため、レーザ装置には、狭帯域化素子(エタロンやグレーティング等)を有する狭帯域化モジュールが光共振器内に設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が行われている。
(Exposure optics and chromatic aberration)
A projection optical system is adopted as an optical system of many semiconductor exposure apparatuses. In the projection optical system, chromatic aberration correction is performed by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. At present, there are no optical materials other than synthetic quartz and CaF2 suitable for use as the lens material of the projection optical system in the wavelength range of 248 nm to 115 nm of the laser wavelength which is an exposure light source. For this reason, as the projection lens for the KrF excimer laser, an all-refractive type monochromatic lens composed only of synthetic quartz is adopted, and as the projection lens for the ArF excimer laser, an all-refractive type composed of synthetic quartz and
(スペクトル純度幅)
露光装置の結像性能は、レーザ光のスペクトル波形の半値全幅だけでなく、スペクトル波形の裾野成分によって大きく影響を受ける。そこで、いわゆるスペクトル純度幅といわれるスペクトルの新しい指標値が導入されている。このスペクトル純度幅は、例えば全エネルギーの95%のエネルギーが入るスペクトル幅(E95)で評価される。
(Spectral purity range)
The imaging performance of the exposure apparatus is greatly influenced not only by the full width at half maximum of the spectral waveform of the laser light but also by the skirt component of the spectral waveform. Therefore, a new index value of a spectrum called a so-called spectral purity range has been introduced. This spectral purity range is evaluated by, for example, a spectral width (E95) in which 95% of the total energy is included.
集積回路の品質を保証するためには、このスペクトル純度幅を例えば0.5pm以下に抑えることが要求されている。 In order to guarantee the quality of the integrated circuit, it is required to suppress this spectral purity range to 0.5 pm or less, for example.
(スペクトル純度幅を安定化させる理由)
しかし、近年になって、このスペクトル純度幅が、光学システムで設計された値から大幅に狭い値であっても、集積回路の品質が悪化することがあると言われ始めた。このことは、特許文献1(US6721340)および2(特開2001-267673号)に記載されている。このため、スペクトル純度幅は、ある所定の許容幅内で安定するように制御(以下、適宜、安定化制御という)される必要がある。
(Reason to stabilize spectral purity range)
However, in recent years, it has begun to be said that even if the spectral purity range is a value that is significantly narrower than the value designed in the optical system, the quality of the integrated circuit may deteriorate. This is described in Patent Documents 1 (US6721340) and 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267673). For this reason, the spectral purity range needs to be controlled so as to be stable within a certain predetermined allowable range (hereinafter referred to as stabilization control as appropriate).
(スペクトル純度幅の制御の従来技術)
スペクトル純度幅を制御する技術としては、波長振りによる方法と、グレーティング曲げ制御による方法が開示されている。
(Prior art of spectral purity range control)
As a technique for controlling the spectral purity range, a method based on wavelength oscillation and a method based on grating bending control are disclosed.
波長振りによりスペクトル純度幅を安定化制御する技術に関しては、特許文献1および2に記載されている。特許文献2には、波長検出器を設けるとともに、狭帯域化ユニット内に高速同調機構を設け、検出された波長に基づき、高速同調機構で、1パルス毎に、微小かつ高速に波長を振ることによって、見かけ上のスペクトル純度幅を制御して許容幅内に収めるという発明が記載されている。ここでいう、「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」とは、各瞬間での中心波長を振り、時間積分することで振り幅に応じたスペクトル純度幅を擬似的に得る制御のことである。
グレーティング曲げ制御によりスペクトル線幅(純度幅も含む)を安定化制御する技術に関しては、特許文献3(特開2000-312048号)に記載されている。この特許文献3は、狭帯域化モジュール内にある波長選択素子の精密なグレーティングの曲げ機構に関するものであり、2方向スペクトル幅制御グレーティングアセンブリが提案されている。この技術を図面を参照して説明する。
A technique for stabilizing and controlling the spectral line width (including the purity width) by grating bending control is described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-312048). This
図26はスペクトル純度幅を制御するためのグレーティング曲げ機構を示す。
バネハウジング91は、グレーティング90のライン表面から離れるように延びる2つの端プレート92、93のうちの一方の端プレート92に接続される。調節ロッド94は他方の端プレート93にねじ込まれ、バネハウジング91に挿通される。さらに、調節ロッド94はバネハウジング91内に設けられたピストン95に固定される。バネハウジング91の内部には、バネハウジング91内の一方の圧力表面91aとピストン95の一方の面との間に取り付けられた圧縮バネ96と、バネハウジング91内の他方の圧力表面91bとピストン95の他方の面との間に取り付けられた圧縮バネ97とがある。調整ロッド94を一方の方向に回すと、グレーティング90のライン表面の凹状はより大きく(又は凸状はより小さく)なり、調整ロッド94を他方の方向に回すと、グレーティング90のライン表面の凸状はより大きく(又は凹状はより小さく)なる。このグレーティング曲げ機構により、スペクトル線幅およびスペクトル純度幅E95をある程度の範囲内で制御することができる。
FIG. 26 shows a grating bending mechanism for controlling the spectral purity range.
The
しかしながら、上記特許文献2に記載された従来技術では、スペクトル純度幅を制御することに伴い、中心波長もそれに付随して変化する。このため、中心波長を所望の値に一致させる中心波長制御と、スペクトル純度幅を所定の許容幅内に収めるスペクトル線幅制御と、を独立に行うことが困難である。このため、つぎのような問題が発生する。
(1)中心波長の制御は、1パルス毎にフィードバック制御を行うことが望ましいが、これが複雑な制御になる。
(2)中心波長が安定している状況では、中心波長制御の精度はあまり問題とならないが、露光装置から目標波長の変更の指示が出された場合など、波長をダイナミックに制御する必要がある場合には、中心波長制御の精度に影響を与えるおそれがある。
(3)バースト発振の初期において、中心波長が大きくずれるチャーピング現象が発生する。
However, in the conventional technique described in
(1) Although it is desirable to control the center wavelength for each pulse, this is a complicated control.
(2) In the situation where the center wavelength is stable, the accuracy of the center wavelength control is not a problem, but it is necessary to dynamically control the wavelength when an instruction to change the target wavelength is issued from the exposure apparatus. In some cases, the accuracy of the center wavelength control may be affected.
(3) At the initial stage of burst oscillation, a chirping phenomenon in which the center wavelength is greatly shifted occurs.
さらに、上記特許文献3に記載された従来技術では、グレーティング曲げの制御により、スペクトル線幅を目標スペクトル純度幅E95に制御しようとする場合に以下の問題が発生する。
(1)レーザの出力を維持した状態を維持することのできるスペクトル純度幅E95の制御範囲は、約0.4から0.6pmであり、ダイナミックレンジが小さい。そのため、スペクトル純度幅E95の目標値は0.5pm付近で設定することしかできない(この点の詳細は後述する)。しかも、熱負荷や音響波等の影響で±0.1pmの範囲を超えた場合にはスペクトル純度幅E95の安定化が困難である。
(2)スペクトル純度幅を変化させるためのグレーティングの曲げは、プリズムビームエキスパンダにより大きく拡大されるため、長い曲率半径(例えば数km程度)で円弧上に非常に綺麗に曲げを行う必要がある。綺麗に曲げることができない場合にはスペクトルの形状に大きな影響を及ぼす。例えば、複数のピークが発生する可能性がある。
(3)露光装置用の狭帯域化エキシマレーザ装置に使用されるグレーティングのサイズは非常に大きく(長さ200mmから350mm)かつ、グレーティングの曲げ機構は非常に精密である。それゆえ、スペクトル純度幅E95の早い制御には適さない。
Further, in the conventional technique described in
(1) The control range of the spectral purity range E95 that can maintain the state in which the laser output is maintained is about 0.4 to 0.6 pm, and the dynamic range is small. For this reason, the target value of the spectral purity range E95 can only be set around 0.5 pm (details of this point will be described later). Moreover, it is difficult to stabilize the spectral purity range E95 when the range of ± 0.1 pm is exceeded due to the effects of heat load, acoustic waves, and the like.
(2) Since the bending of the grating for changing the spectral purity range is greatly expanded by the prism beam expander, it is necessary to bend the arc very neatly with a long curvature radius (for example, about several km). . If it cannot be bent neatly, it greatly affects the shape of the spectrum. For example, a plurality of peaks may occur.
(3) The size of the grating used in the narrow-band excimer laser apparatus for the exposure apparatus is very large (length: 200 mm to 350 mm), and the bending mechanism of the grating is very precise. Therefore, it is not suitable for fast control of the spectral purity range E95.
以上のように、波長振りやグレーティング曲げによってスペクトル純度幅の制御を行うことには諸問題があり、スペクトル純度幅E95の制御を、中心波長の制御にほとんど影響を与えることなく広い制御範囲で行うことは難しかった。 As described above, there are various problems in controlling the spectral purity range by changing the wavelength or bending the grating, and the spectral purity range E95 is controlled in a wide control range with little influence on the control of the central wavelength. That was difficult.
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、スペクトル純度幅E95の制御を、中心波長の制御にほとんど影響を与えることなく広い制御範囲で行えるようにし、スペクトル純度幅E95を安定化させることを解決課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the spectral purity range E95 can be controlled in a wide control range with little influence on the control of the center wavelength, and the spectral purity range E95 is stabilized. This is a problem to be solved.
第1発明は、
レーザ媒質を封入し、両端にウインドを備えるレーザチャンバと、
前記レーザ媒質を励起する励起源と、
前記レーザ媒質の励起に起因して出力された光を共振させる光共振器と、を有し
前記光共振器内の光軸上であって、前記レーザチャンバの一方の前記ウインドのリア側に狭帯域化モジュールを備え、かつ、前記レーザチャンバの他方の前記ウインドのフロント側に、前記レーザ媒質から出力された光の波面を調整する波面調整器を備えたこと
を特徴とする。
The first invention is
A laser chamber enclosing a laser medium and provided with windows on both ends ;
An excitation source for exciting the laser medium;
A previous SL on the optical axis of a and the optical resonator due to the excitation of the laser medium to resonate the output light, the inside of the optical resonator, the one rear side of the window of said laser chamber comprising a line narrowing module and the other front side of the window of the laser chamber, characterized by comprising a wavefront adjuster for adjusting the wavefront of the light output from the laser medium.
図1を参照して第1発明を説明する。例えば、レーザチャンバ10内にレーザ媒質としてレーザガス1が封入され、励起源として放電電極11、12が設けられる。放電電極11、12は電源回路によって電圧が制御される。放電電極11、12間で発生する放電によってレーザガス1が励起されると光が放出される。光を狭帯域化するために、レーザチャンバ10のリア側には光を波長毎に分散させる波長分散素子、例えばグレーティング21が設けられる。レーザチャンバ10のフロント側には入射した光の一部を反射し残りを透過する部分透過型の出力カプラ31が設けられている。グレーティング21や出力カプラ31で光共振器が構成される。光共振器内の出力側、すなわち出力カプラ31側には波面調整器32が設けられる。光はレーザチャンバ10側から波面調整器32を通過し、出力カプラ31に達する。波面調整器32は所望のスペクトル純度幅E95が得られるように調整される。すると、光が波面調整器32を通過すると所望の波面に調整される。
The first invention will be described with reference to FIG. For example, a
第2発明は、第1発明において、
入射した光の一部を反射し残りを透過する部分透過型出力カプラを有し、
前記部分透過型出力カプラから出力された光をサンプリングし、所望のスペクトル幅を
得るべく前記波面調整器をフィードバック制御する波面調整器制御部をさらに備えたこと
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
It has a partially transmissive output coupler that reflects part of the incident light and transmits the rest,
It further comprises a wavefront adjuster controller that samples the light output from the partially transmissive output coupler and feedback-controls the wavefront adjuster to obtain a desired spectral width.
図10を参照して第2発明を説明する。第2発明では、波面調整器制御部すなわちレーザコントローラ50および波面調整ドライバ52は波面調整器32をフィードバック制御する。すなわち、出力カプラ31から出力された光はサンプリングされ、スペクトル純度幅E95が検出される。レーザコントローラ50は、検出したスペクトル純度幅E95に基づいて所望のスペクトル純度幅E95を得るべく波面調整ドライバ52を介して波面調整器32を制御する。
第3発明は、第1発明において、
前記波面調整器は、それぞれ光路上に配置されるシリンドリカル凹レンズおよびシリンドリカル凸レンズと、前記シリンドリカル凹レンズと前記シリンドリカル凸レンズの少なくとも一方を光路上で移動させて前記シリンドリカル凹レンズと前記シリンドリカル凸レンズの間隔を調整するレンズ間隔調整機構と、を有すること
を特徴とする。
The second invention will be described with reference to FIG. In the second invention, the wavefront adjuster controller, that is, the
The third invention is the first invention,
The wavefront adjuster includes a cylindrical concave lens and a cylindrical convex lens arranged on an optical path, and a lens that adjusts an interval between the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens by moving at least one of the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens on the optical path. And an interval adjusting mechanism.
図1を参照して第3発明を説明する。第3発明では、波面調整器が、シリンドリカル凹凸レンズ33、34とシリンドリカル凹凸レンズ33、34の少なくとも一方を移動させるレンズ間隔調整機構すなわちリニアステージ35を有する。シリンドリカル凹凸レンズ33、34の主点間距離が調整されると光の波面は変化する。
The third invention will be described with reference to FIG. In the third aspect of the invention, the wavefront adjuster includes a lens interval adjustment mechanism that moves at least one of the cylindrical concave /
第4発明は、第1乃至第4発明において、
前記レーザ媒質はレーザガスであり、前記励起源は互いに対向する一対の放電電極と当該放電電極間へ高電圧を印加する電源回路とを有しており、前記レーザガスと前記放電電極とをレーザチャンバの内部に備えたこと
を特徴とする。
A fourth invention is the first to fourth inventions,
The laser medium is a laser gas, and the excitation source has a pair of discharge electrodes facing each other and a power supply circuit for applying a high voltage between the discharge electrodes, and the laser gas and the discharge electrode are connected to each other in a laser chamber. It is characterized by being provided inside.
第4発明は第1発明で説明した通りである。 The fourth invention is as described in the first invention.
本発明によれば、次の効果が得られる。
(1)レーザのパルスエネルギを維持した状態で、スペクトル純度幅E95のダイナミックレンジを大きくとることができる。これにより、広い範囲でスペクトル純度幅E95を設定することができ、所望のスペクトル純度幅E95で安定化させることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) The dynamic range of the spectral purity range E95 can be increased while maintaining the laser pulse energy. Thereby, the spectral purity range E95 can be set in a wide range, and can be stabilized with a desired spectral purity range E95.
さらに、第3発明によれば、次の効果が得られる。
(2)凹凸レンズ間距離を変化させることにより中心波長制御とは独立に波面を変化させるので、応答性の速い波面制御が可能となり、これに伴ってスペクトル純度幅E95の制御の応答性も波長振り方式やグレーティング曲げ方式に比べて速くなる。
(3)凹凸レンズ間距離を変化させることにより波面を変化させるので、波面収差がグレーティング曲げ方式にくらべて少なくなるため、スペクトル形状が略単一ピークの綺麗な波形でスペクトル純度幅を変化させることが可能となる。グレーティングを歪み無く曲げるのは難しいためである。
(4)従来の狭帯域化レーザのフロント側に波面調整モジュールを設置するだけでスペクトル純度幅E95がアクティブに制御可能になる(オプション対応が容易)。
Furthermore, according to the third invention, the following effects can be obtained.
(2) Since the wavefront is changed independently of the central wavelength control by changing the distance between the concave and convex lenses, the wavefront control with a fast response is possible, and accordingly, the response of the control of the spectral purity range E95 is also a wavelength. It is faster than the swing method or the grating bending method.
(3) Since the wavefront is changed by changing the distance between the concave and convex lenses, the wavefront aberration is smaller than that of the grating bending method, so that the spectral purity width is changed with a clean waveform having a substantially single peak. Is possible. This is because it is difficult to bend the grating without distortion.
(4) The spectral purity range E95 can be actively controlled simply by installing a wavefront adjustment module on the front side of the conventional narrow-band laser (easy to handle options).
以下、図面を参照して本発明に係る狭帯域化レーザ装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of a narrow-band laser device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)は実施例1に係る狭帯域化レーザ装置の構成を上面から示し、図1(b)は波面補正器を具えた狭帯域化レーザ装置の構成を側面から示している。
図1に示すように、レーザチャンバ10のリア側(図面右側)には通常の狭帯域化モジュール20が配置され、フロント側(図面左側)には波面調整モジュール30が配置される。
FIG. 1A shows the configuration of the narrow-band laser apparatus according to the first embodiment from the top, and FIG. 1B shows the configuration of the narrow-band laser apparatus having a wavefront corrector from the side.
As shown in FIG. 1, a normal band-narrowing
レーザチャンバ10の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって、かつ放電面が対向する一対の放電電極11、12が設けられている。また、レーザチャンバ10におけるレーザ光の光軸上にあって、レーザ光出力部分には、ウインドウ13、14が設けられている。ウインドウ13、14は、レーザ光に対する透過性を有する材料、例えばCaF2等によって構成されている。両ウインドウ13、14は、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置される。
Inside the
レーザチャンバ10にはレーザ媒質としてレーザガス1が封入される。F2レーザの場合にレーザガス1は、F2ガスと、HeやNe等からなるバッファガスとの混合ガスである。KrFエキシマレーザの場合にレーザガス1は、KrガスおよびF2ガスと、HeやNe等からなるバッファガスの混合ガスである。ArFエキシマレーザの場合にレーザガス1は、ArガスおよびF2ガスと、HeやNe等からなるバッファガスの混合ガスである。各ガスは、図示しないガス供給・排出機構によって供給と排出が制御される。
A
レーザチャンバ10に設けられた放電電極11、12は図示しない電源回路によって高電圧が印加される。放電電極11、12間の電圧が所定電圧を越えると放電が発生する。すると、レーザガス1は励起されて高エネルギー準位に移行した後に、低エネルギー準位に移行する。このとき光が放出される。
A high voltage is applied to the
狭帯域化モジュール20には、プリズムビームエキスパンダ22と波長分散素子であるグレーティング21等の光学素子が設けられている。狭帯域化モジュール20は、波長分散素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。
The
波面調整モジュール30は、例えば出力カプラ31と波面補正器32とを有する。出力カプラ31は入射した光の一部を反射し、残りを透過する光学素子である。波面補正器32はシリンドリカル凹レンズ(以下、単に「凹レンズ」という)33と、シリンドリカル凸レンズ(以下、単に「凸レンズ」という)34と、凹レンズ33を保持するリニアステージ35とを有する。凹レンズ33および凸レンズ34は光共振器内の出力側光軸上に配置され、さらに凹レンズ33はリニアステージ35の動作に応じて光軸に沿って移動自在である。なお凸レンズ34がリニアステージに保持されていてもよい。凸レンズ34および凹レンズ33の表面には、反射損失を小さくするための反射防止膜(AR膜)がコーティングされている。出力カプラ31における光共振器側の面には部分反射膜(PR膜)がコーティングされ、出力側の面にはAR膜がコーティングされている。
The
この波面調整モジュール30内の出力カプラ31と狭帯域化モジュール20内のグレーティング21とで光共振器が構成される。
The
波面調整モジュール30は、光共振器内におけるフロント側の波面の曲率半径を調整する機能と、レーザ光の一部を出力し、一部を光共振器内に戻す機能を有している。例えば、凹レンズ33を光軸に沿って移動させることによって、波面を調整することができる。例えば、曲率の無い(フラットな)波面をフラットな波面に変換する場合は、凸レンズ34と凹レンズ33の焦点位置が一致する。このときの凸レンズ34と凹レンズ33の距離をD0とする。フラットな波面を凸な波面に変換する場合には、凸レンズ34と凹レンズ33の距離をD0よりも大きくすべく、凹レンズ33の位置が調整される。逆にフラットな波面を凹な波面に変換する場合には、凸レンズ34と凹レンズ33の距離をD0よりも小さくすべく、凹レンズ33の位置が調整される。このようにして、凸レンズ34と凹レンズ33との距離を変化させることにより光共振器内の光の波面を調整することが可能となる。
The
ここでレーザチャンバ10内の放電電極11、12に対する波面調整モジュール30と狭帯域化モジュール20の相対的な位置関係について説明する。
Here, the relative positional relationship between the
一般に波長分散素子(グレーティングおよび分散プリズム)による狭帯域化は、波長分散素子に入射するレーザ光のビーム広がり角を狭くすることによって効率よく狭帯域化が行われる。そこで、参考文献(特開平2-303178号)には、レーザの放電方向に対して垂直方向(図面上下方向)のレーザのビーム広がり角が狭い(ビーム幅が狭いため)ので、波長分散素子の各波長分散方向を含む平面(波長分散面)と電極の放電方向の平面が略垂直となるように光学素子とレーザチャンバ(放電方向)を配置することで、レーザ光のスペクトルを狭くしかつ高出力にすることができる技術が開示されている。本実施例では、狭帯域化モジュール20内の光学素子とレーザチャンバ10に加えてさらに波面調整モジュール30の波面の方向を最適化することによって、高出力かつE95の広い可変範囲を実現できる。
In general, the narrowing of the band by the wavelength dispersion element (grating and dispersion prism) is efficiently performed by narrowing the beam divergence angle of the laser light incident on the wavelength dispersion element. Therefore, in the reference (Japanese Patent Laid-Open No. 2-3303178), the laser beam divergence angle in the direction perpendicular to the laser discharge direction (vertical direction in the drawing) is narrow (because the beam width is narrow). By arranging the optical element and the laser chamber (discharge direction) so that the plane including each wavelength dispersion direction (wavelength dispersion plane) and the plane of the discharge direction of the electrode are substantially perpendicular, the spectrum of the laser beam is narrowed and increased. A technique that can be output is disclosed. In this embodiment, by optimizing the direction of the wavefront of the
レーザチャンバ10内では、図示しない高圧電源回路によって放電電極11、12間に高電圧が印加されて放電が行われる。放電電極11、12間の放電エリアにおいて、レーザのゲイン領域が形成される。放電電極11、12間で放電がなされると、光はリア側のウインドウ13およびスリット5を透過し、プリズムビームエキスパンダ22によって放電方向に対して略垂直方向にビームが拡大される。このビームが拡大された光はグレーティング21の回折面に所定の角度αで入射し、所定の波長範囲内の光が同じ回折角度αで回折する。このグレーティング21の角度配置をリトロー配置という。つまり、グレーティング21は自身の波長分散面が放電電極11、12間の放電方向に対して略直交するように配置される。グレーティング21を回折した光は再びプリズムビームエキスパンダ22を透過する。スリット5は選択波長の光のみを透過させ、その選択波長の光はリア側のウインドウ13を通過して放電エリアに入射する。選択波長の光は放電エリアを透過することで増幅される。増幅された光はフロント側のウインドウ14を通過し、波面調整モジュール30に入射し、シリンドリカルの凹凸レンズ33、34を透過することによって波面が調整される。凹凸レンズ33、34のシリンドリカル面の凸面または凹面の頂点を結ぶ直線が放電電極11、12間の放電方向と平行となり、グレーティング21の波長分散面に対して略垂直となるように凹凸レンズ33、34は配置される。そして、出力カプラ31によりレーザ光の一部はレーザの出力光として取り出され、一部は反射し、再び凹凸レンズ33、34を透過することによって波面が調整される。この光はフロント側のウインドウ14を介して再び放電エリアを透過し増幅される。このような構成の光共振器によってレーザ発振が起こり、所定のE95のスペクトル幅のレーザ光が出力される。波長分散素子(グレーティングおよび分散プリズム)の波長選択特性は、波長分散面の波面の変化によって変化させることができる。そこで上述したように、凹凸レンズ33、34とグレーティング21は、凹凸レンズ33、34のシリンドリカル面とグレーティング21の波長分散面が略垂直となるようにそれぞれ配置される。本実施例ではシリンドリカル凹凸レンズ33、34を有する波面調整モジュール30を示したが、これに限定されることなく、波面調整モジュール30によって調整される波面が波長分散面に対して略垂直となるように構成されていればよい。いいかえれば、波面調整モジュール30に平面波が透過した場合に、波面がシリンドリカル状に変換され、この波面のシリンドリカル面が波長分散面に対して略垂直になればよい。
In the
次に本実施例の特性すなわちレーザチャンバ10のフロント側に配置された波面調整モジュール30で波面調整する場合の特性と、従来の特性すなわちレーザチャンバのリア側に配置されたグレーティングで波面調整する場合の特性とを比較する。
Next, the characteristics of this embodiment, that is, the characteristics when the wavefront is adjusted by the
図2はグレーティング曲げ機構を示している。図3(a)、(b)はグレーティングで波面調整した場合の特性を示している。図3(a)はレーザのパルスエネルギの相対値とグレーティングの曲率半径との相対値依存性を示し、図3(b)はスペクトル純度幅E95とグレーティングの曲率半径との相対値依存性を示す。 FIG. 2 shows a grating bending mechanism. 3A and 3B show the characteristics when the wavefront is adjusted with a grating. FIG. 3A shows the relative value dependency between the relative value of the laser pulse energy and the curvature radius of the grating, and FIG. 3B shows the relative value dependency between the spectral purity range E95 and the curvature radius of the grating. .
図2に示すグレーティング曲げ機構24は、グレーティング21の両端を把持し、中央を押し引きすることによってグレーティング21の曲率半径を調整する。
The
本発明者らは、図2に示すグレーティング曲げ機構24を用いてグレーティング21の曲率半径を変化させて、出力されるレーザ光のパルスエネルギとスペクトル純度幅E95を測定し、グレーティング21の曲率半径とレーザ光のパルスエネルギとスペクトル純度幅E95の関係を求めた。
The inventors change the radius of curvature of the grating 21 using the
図3(a)で示すように、レーザのパルスエネルギの相対値とグレーティング21の曲率半径の相対値の関係は上に凸な曲線となった。必要なパルスエネルギの相対値が800以上であると仮定すると、この場合のグレーティング21の曲率半径の相対値は、−3から+4の範囲となる。 As shown in FIG. 3A, the relationship between the relative value of the pulse energy of the laser and the relative value of the radius of curvature of the grating 21 is an upwardly convex curve. Assuming that the relative value of the required pulse energy is 800 or more, the relative value of the radius of curvature of the grating 21 in this case is in the range of −3 to +4.
図3(b)で示すように、スペクトル純度(E95)とグレーティングの曲率半径の相対値の関係は下に凸な曲線となった。グレーティング21の曲率半径の相対値が−3から+4の範囲では、スペクトル純度(E95)の変化範囲は約0.4から約0.6pmであった。スペクトル純度幅E95を制御するためには、単調減少曲線または単調増加曲線の領域でグレーティング21の曲率半径を制御する必要がある。したがって、図3(b)の破線aで示すように、グレーティング21の曲率半径の相対値を−3から0に変化させることによってスペクトル純度幅E95を約0.6pmから約0.4pmに減少させることができる。 As shown in FIG. 3B, the relationship between the spectral purity (E95) and the relative value of the curvature radius of the grating is a downwardly convex curve. When the relative value of the radius of curvature of the grating 21 was in the range of −3 to +4, the range of change in spectral purity (E95) was about 0.4 to about 0.6 pm. In order to control the spectral purity range E95, it is necessary to control the radius of curvature of the grating 21 in the region of the monotone decreasing curve or the monotone increasing curve. Therefore, as indicated by the broken line a in FIG. 3B, the spectral purity range E95 is reduced from about 0.6 pm to about 0.4 pm by changing the relative value of the radius of curvature of the grating 21 from −3 to 0. be able to.
以上のことから、グレーティング曲げによってスペクトル幅を制御する狭帯域化レーザでは、レーザのパルスエネルギを維持した状態では、スペクトル純度幅E95の変化幅をあまり大きくできず、ダイナミックレンジをあまり大きくできないことが明らかになった。 From the above, in a narrow-band laser that controls the spectral width by grating bending, the change range of the spectral purity range E95 cannot be increased so much while the laser pulse energy is maintained, and the dynamic range cannot be increased too much. It was revealed.
図4(a)、(b)はシリンドリカル凹凸レンズで波面調整した場合の特性を示している。図4(a)はレーザのパルスエネルギの相対値とグレーティングの曲率半径との相対値依存性を示し、図4(b)はスペクトル純度幅E95とグレーティングの曲率半径との相対値依存性を示す。 4A and 4B show characteristics when the wavefront is adjusted with a cylindrical concave-convex lens. 4A shows the relative value dependency between the relative value of the laser pulse energy and the curvature radius of the grating, and FIG. 4B shows the relative value dependency between the spectral purity range E95 and the curvature radius of the grating. .
本発明者らは、図1に示すリニアステージ35で凹凸レンズ33、34の主点間距離を変化させて、出力されるレーザ光のパルスエネルギとスペクトル純度幅E95を測定し、凹凸レンズ33、34の主点間距離とレーザ光のパルスエネルギおよびスペクトル純度幅E95の関係を求めた。
The inventors changed the distance between principal points of the concave and
図4(a)で示すように、レーザのパルスエネルギの相対値とレンズ主点間距離の関係は上に凸な曲線となった。必要なパルスエネルギの相対値が800以上であると仮定すると、この場合の凹凸レンズ33、34の距離は、27mmから34mmの範囲となる。
As shown in FIG. 4A, the relationship between the relative value of the laser pulse energy and the distance between the lens principal points is an upwardly convex curve. Assuming that the relative value of the necessary pulse energy is 800 or more, the distance between the concave and
図4(b)で示すように、スペクトル純度(E95)と凹凸レンズ33、34の主点間距離の関係は下に凸な曲線となった。凹凸レンズ33、34の主点間距離が27mmから34mmの範囲では、スペクトル純度(E95)の変化範囲は約0.4pmから約1.2pmであった。スペクトル純度幅E95を制御するためには、単調減少曲線または単調増加曲線の領域で凹凸レンズ33、34の主点間距離を制御する必要がある。したがって、図4(b)の破線bで示すように、凹凸レンズ33、34の主点間距離を27mmから34mmに変化させることによってスペクトル純度幅E95を約0.4pmから約1.2pmに増加させることができる。
As shown in FIG. 4B, the relationship between the spectral purity (E95) and the distance between the principal points of the concave and
以上のことから、凹凸レンズ33、34の主点間距離を調整することによってスペクトル幅を制御する狭帯域化レーザでは、レーザのパルスエネルギを維持した状態でも、図3に示した場合と比べて、スペクトル純度幅E95の変化幅を大きくでき、ダイナミックレンジを非常に大きくできることが明らかになった。
From the above, in the narrow-band laser that controls the spectral width by adjusting the distance between the principal points of the concave and
本発明者は、波面調整をレーザチャンバのフロント側で行うとE95のダイナミックレンジが広くなる原因について、波面調整をレーザチャンバのリア側で行うよりもフロント側で行う方がレーザの放電エリアを有効に利用できるためであると推定する。以下で詳細を説明する。
図5(a)はリア側に設けられたグレーティングによって波面調整を行う狭帯域化レーザ装置の構成を側面から示し、図5(b)はフロント側に設けられた凹凸レンズによって波面調整を行う狭帯域化レーザ装置の構成を側面から示す。
The present inventor found that the laser discharge area is more effective when the wavefront adjustment is performed on the front side than when the wavefront adjustment is performed on the rear side of the laser chamber. It is presumed that this is because it can be used. Details will be described below.
FIG. 5A shows a configuration of a narrow-band laser device that performs wavefront adjustment by a grating provided on the rear side, and FIG. 5B shows a narrowband that performs wavefront adjustment by an uneven lens provided on the front side. The configuration of the banded laser device is shown from the side.
まず、レーザチャンバ10のリア側で波面調整する場合の説明をする。ここでは、図5(a)で示すように、レーザチャンバ10のリア側の狭帯域化モジュール20にグレーティング曲げ機構24が配置され、グレーティング曲げ機構24およびグレーティング21によって波面調整されるものとする。放電エリアで生じた放電により発光した光はリア側のウインドウ13およびスリット5を透過し、プリズムビームエキスパンダ22によって放電方向に対して略垂直方向にビームが拡大される。ビームが拡大された光はグレーティング21に所定の角度で入射回折する。ここで、グレーティング21の波長分散面と放電電極11、12の放電方向は略垂直である。グレーティング21を回折した光は再びプリズムビームエキスパンダ22を透過する。スリット5は選択波長の光のみを透過させ、その選択波長の光はウインド13を透過して放電電極11、12間の放電エリアに入射する。放電エリアを透過することで、選択波長の光は増幅される。ただし、スリット5を透過した光の幅は放電エリアの幅(放電電極11、12の幅)よりも大幅に狭いために、選択波長の光は効率的に増幅されない。放電エリアで増幅された光はフロント側のウインドウ14を透過し出力カプラ31によって、一部がレーザの出力光として取り出され、一部が反射する。反射した光は再びウインドウ14を透過し、放電エリアに入射して増幅される。以上で説明した動作を行い得るように光共振器を構成することによってレーザ発振が起こり、所定のE95のスペクトル幅のレーザ光が出力される。このように、レーザチャンバ10のリア側で波面調整する場合は、選択波長の光が放電エリアに効率的に満たされないため、レーザの出力を維持した状態でE95の可変範囲を大きくすることができない。
First, the case where the wavefront adjustment is performed on the rear side of the
つぎに、レーザチャンバ10のフロント側で波面調整する場合の説明をする。ここでは、図5(b)で示すように、レーザチャンバ10のフロント側の波面調整モジュール30に凹凸レンズ33、34が配置され、凹凸レンズ33、34によって波面調整されるものとする。放電エリアで生じた放電により発光した光はリア側のウインドウ13およびスリット5を透過し、プリズムビームエキスパンダ22によって放電方向に対して略垂直方向にビームが拡大される。ビームが拡大された光はグレーティング21に所定の角度で入射回折する。ここで、グレーティング21の波長分散面と放電電極11、12の放電方向は略垂直である。グレーティング21を回折した光は再びプリズムビームエキスパンダ22を透過する。スリット5は選択波長の光のみを透過させ、その選択波長の光はウインド13を透過して放電電極11、12間の放電エリアに入射する。放電エリアを透過することで、選択波長の光は増幅される。ここで、スリット5を透過した光の幅は放電エリアの幅(放電電極11、12の幅)よりも狭いものの、選択波長の光は、所定の広がりを持った球面波となって放電エリアを透過するため、効率的に増幅される。放電エリアで増幅された光はフロント側のウインドウ14を透過し、凹凸レンズ33、34を透過して所定の波面に変換される。そして、増幅された光は出力カプラ31によって、一部がレーザの出力光として取り出され、一部が反射する。反射した光は再びウインドウ14を透過し、放電エリアに入射して増幅される。以上で説明した動作を行い得るように光共振器を構成することによってレーザ発振が起こり、所定のE95のスペクトル幅のレーザ光が出力される。このように、レーザチャンバ10のフロント側で波面調整する場合は、選択波長の光が放電エリアに効率的に満たさるため、レーザの出力を維持した状態でE95の可変範囲を大きくすることができる。
Next, the case where the wavefront is adjusted on the front side of the
本実施例の効果としては以下の(1)〜(4)が挙げられる。
(1)レーザのパルスエネルギを維持した状態で、スペクトル純度幅E95のダイナミックレンジを大きくとることができる。これにより、広い範囲でスペクトル純度幅E95を設定することができ、所望のスペクトル純度幅E95で安定化させることができる。
(2)凹凸レンズ間距離を変化させることにより波面を変化させるので、応答性の速い波面制御が可能となり、これに伴ってスペクトル純度幅E95の制御の応答性もグレーティング曲げ方式に比べて速くなる。
(3)凹凸レンズ間距離を変化させることにより波面を変化させるので、波面収差がグレーティング曲げ方式にくらべて少なくなるため、スペクトル形状が略単一ピークの綺麗な波形でスペクトル純度幅を変化させることが可能となる。グレーティングを歪み無く曲げるのは難しいためである。
(4)従来の狭帯域化レーザのフロント側に波面調整モジュールを設置するだけでスペクトル純度幅E95がアクティブに制御可能になる(オプション対応が容易)。
The following effects (1) to (4) can be given as effects of the present embodiment.
(1) The dynamic range of the spectral purity range E95 can be increased while maintaining the laser pulse energy. Thereby, the spectral purity range E95 can be set in a wide range, and can be stabilized with a desired spectral purity range E95.
(2) Since the wavefront is changed by changing the distance between the concave and convex lenses, wavefront control with fast response becomes possible, and accordingly, the response of control of the spectral purity range E95 becomes faster than the grating bending method. .
(3) Since the wavefront is changed by changing the distance between the concave and convex lenses, the wavefront aberration is smaller than that of the grating bending method, so that the spectral purity width is changed with a clean waveform having a substantially single peak. Is possible. This is because it is difficult to bend the grating without distortion.
(4) The spectral purity range E95 can be actively controlled simply by installing a wavefront adjustment module on the front side of the conventional narrow-band laser (easy to handle options).
なお、波面調整用の光学素子としては、シリンドリカル状の波面を調整するものが最もこのましいが、球面状の波面を調整するものにしても、略同様の機能を果たすことができる。したがって、例えば、波面調整用の光学素子として球面の凹凸レンズを組み合わせてもよい。 The optical element for adjusting the wavefront is most preferably one that adjusts a cylindrical wavefront, but even if it adjusts a spherical wavefront, substantially the same function can be achieved. Therefore, for example, a spherical concave and convex lens may be combined as an optical element for wavefront adjustment.
本実施例では、実施例1の別形態を説明する。 In the present embodiment, another embodiment of the first embodiment will be described.
図6は実施例2に係る狭帯域化レーザ装置の構成を側面から示している。実施例1と実施例2との異なる部分は波面調整モジュール内の構成である。 FIG. 6 shows the configuration of the narrow-band laser apparatus according to the second embodiment from the side. The difference between the first embodiment and the second embodiment is the configuration in the wavefront adjustment module.
図6で示すように、波面調整モジュール30は波面調整器32を有する。波面調整器32は、シリンドリカル凸レンズ37とシリンドリカル凹レンズ36と、凹レンズ36を保持するリニアステージ35とを有する。凸レンズ37は一面がフラット状に加工され、他面がシリンドリカル状に加工されている。また凹レンズ36は一面がフラット状に加工され、他面がシリンドリカル状に加工されている。そして、凸レンズ37のシリンドリカル凸面と凹レンズ36のシリンドリカル凹面が互いに対向し、凸レンズ37のフラット面がレーザ出力側に向き、凹レンズ36のフラット面がレーザチャンバ10側に向くようにして、凸レンズ37と凹レンズ36は光軸上に配置される。凸レンズ37のフラット面にはPR膜がコーティングされ、凸レンズ37のシリンドリカル凸面と凹レンズ36のシリンドリカル凹面およびフラット面にはAR膜がコーティングされている。本実施例の凸レンズ37は出力カプラの機能を兼ね備える。
As shown in FIG. 6, the
本実施例では、出力カプラの機能を持った凸レンズ37が光軸上に固定され、両面にAR膜がコーティングされた凹レンズ36が光軸に沿って駆動されることによって波面調整が行われる。
In this embodiment, a
実施例2の効果としては以下の(1)〜(3)が挙げられる。
(1)光学素子の個数が低減できるため、コスト低減可能である。
(2)実施例1に比べて共振器内の面数が減るため、レーザの効率が向上する。
(3)出力カプラの機能を持ったシリンドリカル凸レンズが固定されているため、レーザ光の光軸が変化しにくい。
The following effects (1) to (3) are given as effects of the second embodiment.
(1) Since the number of optical elements can be reduced, the cost can be reduced.
(2) Since the number of surfaces in the resonator is reduced as compared with the first embodiment, the laser efficiency is improved.
(3) Since the cylindrical convex lens having the function of the output coupler is fixed, the optical axis of the laser beam hardly changes.
本実施例では、波面調整器32は、凸レンズ37のフラット面にPR膜がコーティングされシリンドリカル凸面にAR膜がコーティングされているが、これに限定されることはない。凸レンズ37のシリンドリカル凸面にPR膜がコーティングされ、フラット面にAR膜がコーティングされていても、波面調整と出力カプラの機能を共に備えることが可能である。
In this embodiment, the
実施例1と同様に、波面調整用の光学素子としては、シリンドリカル状の波面を調整するものが最もこのましいが、球面状の波面を調整するものにしても、略同様の機能を果たすことができる。したがって、例えば、波面調整用の光学素子として球面の凹凸レンズを組み合わせてもよい。 As in the first embodiment, the most suitable optical element for adjusting the wavefront is one that adjusts a cylindrical wavefront, but even if it adjusts a spherical wavefront, it performs substantially the same function. Can do. Therefore, for example, a spherical concave and convex lens may be combined as an optical element for wavefront adjustment.
図25は実施例1、2で示した凹凸レンズの組み合わせ以外のパターンを示す。
図25(a)に示すように、一方の面にシリンドリカル面を有し他方の面にフラット面を有する凹レンズ36と、両面にシリンドリカル面を有する凸レンズ34と、出力カプラ31とで波面調整器が構成され、凹レンズ36のシリンドリカル面と凸レンズ34のシリンドリカル面が対向してもよいし、図25(b)に示すように、凹レンズ36のフラット面と凸レンズ34のシリンドリカル面が対向してもよい。
FIG. 25 shows patterns other than the combination of the concave and convex lenses shown in Examples 1 and 2.
As shown in FIG. 25 (a), a wavefront adjuster includes a
また図25(c)に示すように、一方の面にシリンドリカル面を有し他方の面にフラット面を有する凹レンズ36と、一方の面にシリンドリカル面を有し他方の面にフラット面を有しフラット面にPR膜がコーティングされた凸レンズ37とで波面調整器が構成され、凹レンズ36のフラット面と凸レンズ37のシリンドリカル面が対向してもよい。
Further, as shown in FIG. 25C, a
また図25(d)に示すように、両面にシリンドリカル面を有する凹レンズ33と、一方の面にシリンドリカル面を有し他方の面にフラット面を有しフラット面にPR膜がコーティングされた凸レンズ37とで波面調整器が構成され、凹レンズ33のシリンドリカル面と凸レンズ37のシリンドリカル面が対向してもよい。
Further, as shown in FIG. 25 (d), a
本実施例では、実施例1のさらなる別形態を説明する。 In the present embodiment, another embodiment of the first embodiment will be described.
図7は実施例3に係る狭帯域化レーザ装置の構成を側面から示している。図8は図7のA−A断面を示している。実施例1と実施例3との異なる部分はレーザのフロント側の構成である。 FIG. 7 shows the configuration of the narrow-band laser apparatus according to the third embodiment from the side. FIG. 8 shows an AA cross section of FIG. The difference between the first embodiment and the third embodiment is the configuration on the front side of the laser.
図7に示すように、レーザチャンバ10のフロント側には、エンドミラーであるディフォーマブルミラー70が配置されている。本実施例では、ディフォーマブルミラー70の全反射面の形状を整形して、レーザ波面を変化(修正)させる。
As shown in FIG. 7, a deformable mirror 70 that is an end mirror is disposed on the front side of the
レーザチャンバ10のリア側にリトロー配置されたグレーティング21とフロント側のディフォーマブルミラー70との間で、レーザ共振器が構成されている。レーザチャンバ10とフロント側のディフォーマブルミラー70との間の光路上には、45度入射のビームスプリッタ71が配置されている。ビームスプリッタ71は、出力カプラとして機能する。すなわち、レーザチャンバ10から出力された光の一部は、ビームスプリッタ71によって反射され、レーザ光として出力される。
A laser resonator is configured between the grating 21 disposed on the rear side of the
一方、ビームスプリッタ71を透過した光は、ディフォーマブルミラー70によって、反射波面が変化して再びビームスプリッタ71に入射する。ビームスプリッタ71の透過光は、レーザチャンバ10を透過して増幅される。そして、レーザチャンバ10を透過して増幅された光は、プリズムビームエキスパンダ22とグレーティング21とにより狭帯域化される。回折光は再びレーザチャンバ10を透過して増幅される。そして、再び、レーザチャンバ10を透過して増幅された光は、ビームスプリッタ71に入射され、レーザ発振される。レーザチャンバ10内で発生するレーザ光の波面は、理想的には、シリンドリカル状の波面となる。
On the other hand, the light transmitted through the beam splitter 71 is incident on the beam splitter 71 again with the reflected wavefront changed by the deformable mirror 70. The light transmitted through the beam splitter 71 passes through the
ディフォーマブルミラー70は、アクチュエータ73によって、反射面の複数の各部分が機械的に押し引きされる。図7、図8は、ライン型のディフォーマブルミラー70と、ディフォーマブルミラー70の反射面の3点に設けられたアクチュエータ73を示している。アクチュエータ73としては、例えばピエゾ素子が使用される。各アクチュエータ73(ピエゾ素子)を伸縮させることにより、ディフォーマブルミラー70の裏面が押し引きされる。結果として、ディフォーマブルミラー70の反射面の各部が押し引きされディフォーマブルミラー70の曲率半径の大きさが調整される。なお、図7、図8は、アクチュエータ73の数が3つの場合を例示しているが、これに限定されることなく、アクチュエータ73の個数は任意である。アクチュエータ73の個数を多くすることによって、より高精度な波面修正が可能となる。また、ディフォーマブルミラー70の反射面を押し引きするアクチュエータ73としては、ピエゾ素子に限定されるわけではなく、任意のものを使用することができる。 The deformable mirror 70 is mechanically pushed and pulled by a plurality of portions of the reflecting surface by an actuator 73. 7 and 8 show a line-type deformable mirror 70 and actuators 73 provided at three points on the reflecting surface of the deformable mirror 70. FIG. For example, a piezo element is used as the actuator 73. By extending and contracting each actuator 73 (piezo element), the rear surface of the deformable mirror 70 is pushed and pulled. As a result, each part of the reflective surface of the deformable mirror 70 is pushed and pulled, so that the radius of curvature of the deformable mirror 70 is adjusted. 7 and 8 illustrate the case where the number of actuators 73 is three, the present invention is not limited to this, and the number of actuators 73 is arbitrary. Increasing the number of actuators 73 enables more accurate wavefront correction. Further, the actuator 73 that pushes and pulls the reflecting surface of the deformable mirror 70 is not limited to a piezo element, and an arbitrary one can be used.
例えば、ピエゾ素子以外に、温度変化による熱膨張を利用してディフォーマブルミラー70の反射面を押し引きするアクチュエータを使用してもよい。 For example, in addition to the piezo element, an actuator that pushes and pulls the reflective surface of the deformable mirror 70 using thermal expansion due to temperature change may be used.
本実施例特有の効果を以下に示す。ディフォーマブルミラーはアクチュエータを多数配置することにより、任意の形状の波面に変換することができる。たとえば、高繰返し時に発生するレーザチャンバ内の放電による音響波により発生する複雑な光の波面を補正することが可能となる。また、狭帯域化モジュール内の熱から発生する複雑な光の波面の歪みを調整することが可能となる。 The effects peculiar to this embodiment are shown below. The deformable mirror can be converted into a wavefront having an arbitrary shape by arranging a large number of actuators. For example, it is possible to correct a complex wavefront of light generated by an acoustic wave generated by a discharge in a laser chamber that occurs during high repetition. In addition, it is possible to adjust complex wavefront distortion of light generated from heat in the narrowband module.
図9は実施例4に係る波面調整器を示している。 FIG. 9 shows a wavefront adjuster according to the fourth embodiment.
一般に、CaF2などの光学材料の屈折率は温度によって変化する。したがって、光学素子に温度分布を故意に与えることで屈折率分布を発生させることができる。そこで、図9に示すように、光学材料のCaF2基板41の四方の各側面に熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器42を設置する。加熱冷却器42が設置された付近のCaF2基板41の温度は、温度センサ42aで検出され、CaF2基板41が所定の温度分布になるように温度センサ42aの検出値に基づいて各加熱冷却器42を温度制御して、CaF2基板41に所望の屈折率分布を与え、レーザ光の波面を変化させる。
In general, the refractive index of an optical material such as CaF2 varies with temperature. Therefore, a refractive index distribution can be generated by intentionally giving a temperature distribution to the optical element. Therefore, as shown in FIG. 9, a heating /
この波面調整器はレーザチャンバと出力カプラの間に設置することにより、波面調整モジュールとしての機能を果すことができる。CaF2基板41の両面にはAR膜がコーティングされている。また、出力カプラと機能を兼用するために、出力側の面にPR膜がコーティングされ、光共振器側の面にAR膜コーティングされていてもよい。この場合、1個の素子で、本発明の機能を実現可能となり、レーザの効率が向上する。 This wavefront adjuster can function as a wavefront adjusting module by being installed between the laser chamber and the output coupler. An AR film is coated on both surfaces of the CaF2 substrate 41. Further, in order to share the function with the output coupler, the output side surface may be coated with a PR film, and the optical resonator side surface may be coated with an AR film. In this case, the function of the present invention can be realized with one element, and the efficiency of the laser is improved.
本実施例では実施例1で説明したレーザ装置を備えたレーザシステムおよびその制御について説明する。なお実施例2〜4のレーザ装置も本実施例のレーザシステムに適用可能である。
In this embodiment, a laser system including the laser apparatus described in
図10は実施例5に係るスペクトル純度幅E95の制御システムの構成を示す。 FIG. 10 shows the configuration of the control system for the spectral purity range E95 according to the fifth embodiment.
本実施例のレーザシステムは、レーザチャンバ10のフロント側に配置され光共振器内の波面を調整する波面調整モジュール30と、レーザチャンバ10のリア側に配置されスペクトル線幅を狭帯域化する狭帯域化モジュール20と、出力カプラから出力された光を検出するモニタモジュール39と、出力レーザ光の遮断および出力を切り換えるシャッタ6と、レーザシステム全体を統括してコントロールするレーザコントローラ50と、レーザコントローラ50から出力される波長制御信号を狭帯域化モジュール20に備えられたアクチュエータ(例えば回転ステージ23)の動作信号にして出力する中心波長調整ドライバ51と、レーザコントローラ50から出力される波面制御信号を波面調整モジュール30に備えられたアクチュエータ(例えばリニアステージ35)の動作信号にして出力する波面調整ドライバ52と、レーザのパルスエネルギを制御するレーザ電源53と、を有する。本実施例では、レーザ装置から出力されたレーザ光は露光装置3に案内され、半導体ウェーハの露光に利用される。
The laser system of this embodiment includes a
図11はモニタモジュールの構成を示している。 FIG. 11 shows the configuration of the monitor module.
モニタモジュール39は、ビームスプリッタ391と、エタロン分光器393と、フォトダイオード392とで構成されている。
The
エタロン分光器393では、スペクトル純度幅E95などのスペクトル指標値が計測され、フォトダイオード392でレーザ出力エネルギーが計測される。エタロン分光器393は、拡散板やレンズアレイのようなビーム拡散手段394と、エタロン395と、レンズ396と、センサアレイ397とで構成されている。センサアレイ397としては、例えば複数のフォトダイオードアレイが1次元上に配列されたラインセンサ等を使用することができ、この場合、複数のフォトダイオードはチャンネル(ch:整数)順に並べられている。
In the
モニタモジュール39では、ビームスプリッタ391によってレーザ光の一部がサンプリングされエタロン分光器393に入射される。エタロン分光器393に入射されたレーザ光は、ビーム拡散手段394によって拡散され、エタロン395に入射される。エタロン395を通過したレーザ光は、レンズ396に入射される。レンズ396の焦点面にセンサアレイ397が設置されている。このためレンズ396をレーザ光が透過すると、センサアレイ397上には、干渉縞(フリンジ)が生成される。センサアレイ397上のフリンジのデータからレーザ光の波長と光量の線形データがスペクトル波形として求められ、スペクトル純度幅E95が計算される。
In the
なお、図11の構成では、エタロン分光器393を使用しているが、分光器の形態としては、角度分散型の光学素子を用いてもよい。例えば、ツェルニー・ターナ(Czerny-Turner)型の分光器、複数のグレーティングを使用した分光器、マルチパス化した分光器を使用してもよい。
Note that although the
図10、図11を参照して、本実施例の動作を説明する。レーザコントローラ50は、外部からスペクトル純度幅E95の指令値(露光装置3からまたはレーザのパドル入力)を示す信号と、モニタモジュール39から出力されるレーザのパルスエネルギおよびレーザのスペクトル純度幅E95を示す信号と、を入力する。さらに、レーザコントローラ50は、スペクトル純度幅E95の制御信号を波面調整ドライバ51を介して波面調整モジュール30に出力し、また、パルスエネルギを制御するためにレーザの充電電圧の制御信号をレーザ電源に出力し、また、中心波長の制御信号を中心波長調整ドライバ52を介して狭帯域化モジュール20に出力する。例えば、波面調整モジュール30内に設置された凹レンズ33は1軸のリニアステージ35に保持されている。リニアステージ35はレーザコントローラ50から出力された制御信号を波面調整ドライバ51を介して入力し、入力した信号に応じて凹レンズ33を光軸方向(図面左右方向)に移動させる。さらに、狭帯域化モジュール20内に配置されたグレーティング21は回転ステージ23に保持されている。回転ステージ23はレーザコントローラ50から出力された制御信号を中心波長調整ドライバ52を介して入力し、入力した信号に応じてグレーティング21を回転させる。なお、回転ステージ23にグレーティング21ではなく、プリズムビームエキスパンダ22のいずれかが取り付けられていても波長制御が可能である。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. The
ここで、最初に本実施例に係る処理の流れを大まかに説明し、その後に、図面を用いて具体的な処理の流れを説明する。
まず、スペクトル純度幅E95の目標値が外部から入力され、レーザコントローラ50に設定される。レーザコントローラ50は、シャッタ6を閉じ、波面調整モジュール30に信号を出力して凹レンズ33を原点(凹レンズ33を移動する場合の基準位置であり、いずれかの任意の位置に決める)の位置に移動させ、さらにレーザ電源53に信号を出力して所定の充電電圧でレーザ発振させる。そして、モニタモジュール39内のピンフォトダイオード392によってレーザのパルスエネルギが検出され、エタロン分光器393によってスペクトル純度幅E95とレーザの中心波長が検出される。レーザコントローラ50は検出されたパルスエネルギとスペクトル純度幅E95を記憶する。次にレーザコントローラ50に波面調整モジュール30に信号を出力して凹レンズ33を所定の位置に移動させ、レーザ発振させる。そして、再度モニタモジュール39内のピンフォトダイオード392によってレーザのパルスエネルギが検出され、エタロン分光器393によってスペクトル純度幅E95とレーザの中心波長が検出される。レーザコントローラ50は検出されたパルスエネルギとスペクトル純度幅E95を記憶する。レーザコントローラ50は、以上の作業を所定回数繰り返して行い、レーザのパルスエネルギとスペクトル純度幅E95のレンズ位置依存性を記憶する。
Here, the flow of processing according to the present embodiment will be roughly described first, and then the specific flow of processing will be described with reference to the drawings.
First, the target value of the spectral purity range E95 is input from the outside and set in the
次に、レーザコントローラ50は、記憶したレンズ位置依存性のデータに基づいて、凹レンズ33を目標のスペクトル純度幅E95とするためのレンズ位置を割り出し、指示信号を波面調整ドライバ51に出力する。波面調整ドライバ51はリニアステージ35に位置信号を出力する。リニアステージ35は位置信号に応じて凹レンズ33を移動させる。このようにレーザコントローラ50は、スペクトル純度幅E95の計測値を目標値と一致させるためにフィードバック制御を行う。また、レーザコントローラ50は、パルスエネルギを目標エネルギにするためにレーザ電源を制御する。さらに、レーザコントローラ50は、レーザの発振波長を目標波長にするための指示信号を中心波長調整ドライバ52に出力する。中心波長調整ドライバ52は回転ステージ23に回転信号を出力する。回転ステージ23は回転信号に応じてグレーティング21を回転させる。このようにレーザコントローラ50は、中心波長の計測値を目標波長と一致させるためにフィードバック制御を行う。
Next, the
レーザコントローラ50は、レーザのパルスネルギ、スペクトル純度幅E95および中心波長が許容範囲に制御されたことを確認した後にシャッタ6を開ける。レーザ光は露光装置3に入射され、半導体ウェーハが露光される。
The
図12は実施例5に係るレーザシステムで行われるメインルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 12 is a flowchart of a main routine performed in the laser system according to the fifth embodiment.
まず、レーザコントローラ50によって、スペクトル純度幅E95の制御を行う前に、シャッタ6が閉じられる(ステップ1201)。シャッタ6の閉塞により、調整発振の動作によるレーザ光は露光装置3に入力されない。この状態で、外部装置(露光装置3またはパドル)等から出力された目標のパルスエネルギとスペクトル純度幅E95および中心波長の設定値がレーザコントローラ50に読み込まれる(ステップ1202)。そして、「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンに移行する(ステップ1203)。このサブルーチンでは、レーザのパルスエネルギとスペクトル純度幅E95に対する波面調整の補正値(例えばレンズ主点間の距離D)の依存性が記憶される。「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンの具体的な内容については後述する(図13)。
First, the
「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンで処理が終了すると、レーザコントローラ50からレーザ電源53に、レーザの発振条件を設定するために繰返し周波数fcおよび充電電圧Vcを示す出力信号が送られる(ステップ1204)。そして、レーザチャンバ10内の放電電極11、12間で放電させるためにレーザ電源53にトリガ信号が送られ、レーザ発振が開始される(ステップ1205)。
When the processing ends in the subroutine of “spectral purity range E95 and E95 actuator calibration”, the
ここで、スペクトル純度幅E95を目標値にするための「E95制御」のサブルーチン(ステップ1206)、パルスエネルギEを目標値にするための「エネルギ制御」のサブルーチン(ステップ1207)、中心波長λを目標値にするための「中心波長制御」のサブルーチン(ステップ1208)に移行する。各サブルーチンでは、制御対象(スペクトル純度幅E95、パルスエネルギE、中心波長λ)が許容範囲に入った場合に処理が終了され、入らない場合に処理が繰り返される。各サブルーチンの具体的な内容については後述する(図15、図17、図18)。 Here, an “E95 control” subroutine (step 1206) for setting the spectral purity range E95 to the target value, an “energy control” subroutine (step 1207) for setting the pulse energy E to the target value, and the center wavelength λ are set. The process proceeds to the “center wavelength control” subroutine (step 1208) for setting the target value. In each subroutine, the process is terminated when the control target (spectral purity range E95, pulse energy E, center wavelength λ) is within the allowable range, and the process is repeated when the target is not entered. Specific contents of each subroutine will be described later (FIGS. 15, 17, and 18).
各制御対象が許容範囲に入ると、レーザコントローラ50から露光装置3に露光準備のOK信号が送られ、シャッタ6が開けられる(ステップ1209の判断Yes、ステップ1210)。レーザ光は露光装置3に案内され、半導体ウェーハの露光が開始される。露光の際には、「E95制御」のサブルーチン(ステップ1211)、「エネルギ制御」のサブルーチン(ステップ1212)、「中心波長制御」のサブルーチン(ステップ1213)に移行し、パルスエネルギE、スペクトル純度幅E95、中心波長λを目標値にすべくフィードバック制御が行われる。露光の際に、少なくともスペクトル純度幅E95のエラーが発生した場合はエラー信号が立てられている。エラー信号が立っている場合は、レーザコントローラ50から露光装置3に異常が通知され、再びステップ1201以降の処理が行われる(ステップ1214の判断Yes)。
When each control target is within the allowable range, an OK signal for exposure preparation is sent from the
図13は「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 13 shows a flowchart of a subroutine of “spectral purity range E95 and E95 actuator calibration”.
まず、レーザコントローラ50からレーザ電源53に、レーザの発振条件を設定するために繰返し周波数fcおよび充電電圧Vcを示す出力信号が送られる(ステップ1301)。そして、レーザチャンバ10内の放電電極11、12間で放電させるためにレーザ電源53にトリガ信号が送られ、レーザ発振が開始される(ステップ1302)。
First, an output signal indicating the repetition frequency fc and the charging voltage Vc is sent from the
次に、凹レンズ33の位置を初期値Xnにするために、レーザコントローラ50から波面調整ドライバ51に信号が出力される(ステップ1303)。波面調整ドライバ51はリニアステージ35を制御する(ステップ1304)。ここで、「E95計測」のサブルーチンに移行する(ステップ1305)。「E95計測」のサブルーチンの具体的な内容については後述する(図14)。「E95計測」のサブルーチンの後に、モニタモジュール39によってレーザのパルスエネルギEが計測される(ステップ1306)。そして、このときの凹レンズ33の位置Xn、スペクトル純度幅E95n、レーザのパルスエネルギEnが記憶される(ステップ1307)。さらに、凹レンズ33の次の位置Xn+1=Xn+ΔX0が計算される(ステップ1308)。このΔX0とは、予め定められたリニアステージ35の移動ピッチである。
Next, in order to set the position of the
凹レンズ33の次の位置Xn+1が凹レンズ33のリミット位置XLMよりも小さい場合は、Xn+1がXnにされ、ステップ1304以降の処理が繰り返される(ステップ1309の判断Yes)。凹レンズ33の位置Xn+1が凹レンズ33のリミット位置XLMを超えた場合は、レーザの発振が停止され、図12に示すメインルーチンに戻る(ステップ1309の判断No、ステップ1310)。
When the next position Xn + 1 of the
図14は「E95計測」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 14 shows a flowchart of the subroutine “E95 measurement”.
サブルーチンスタート後、モニタモジュール39によって、スペクトル波形が計測される(ステップ1401)。計測されたスペクトル波形はデコンボリューション処理されて、真のスペクトル波形が計算される(ステップ1402)。つぎに、スペクトル純度幅E95の平均値または移動平均値が計算によって求められる(ステップ1403)。以上の処理後、当サブルーチン移行前のサブルーチン(図13又は後述する図15)に戻る。 After the subroutine starts, the spectrum waveform is measured by the monitor module 39 (step 1401). The measured spectral waveform is deconvolved to calculate a true spectral waveform (step 1402). Next, an average value or a moving average value of the spectral purity range E95 is obtained by calculation (step 1403). After the above processing, the process returns to the subroutine (FIG. 13 or FIG. 15 to be described later) before the transition to this subroutine.
図15は「E95制御」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 15 is a flowchart of the “E95 control” subroutine.
図15に示すように、レーザ発振と同時に、ステップ1501に移行し、「E95計測」のサブルーチン(図14)が実行され、モニタモジュール39によってスペクトル純度幅E95の計測が行なわれる。スペクトル純度幅E95は、1パルス毎に計測する。しかし、計算時間との兼ね合いで、nパルスに渡る平均値、または移動平均値でスペクトル純度幅E95を評価してもよい。
As shown in FIG. 15, simultaneously with laser oscillation, the routine proceeds to step 1501 where the “E95 measurement” subroutine (FIG. 14) is executed, and the
スペクトル純度幅E95の目標スペクトル純度幅の値をE950として、目標スペクトル純度幅E950に対する第1許容幅がE950±dE95(s)(第1制御閾値dE95(s))と設定される。この目標スペクトル純度幅E950に対する第1許容幅E950±dE95(s)は、露光装置3で要求されるスペックにしたがって、設定される。露光装置3から要求される第1許容幅の上限値E950+dE95(s)を超えたり下限値E950−dE95(s)を下回ったりして、第1許容幅の範囲外にならないように制御する必要がある。このため、ある所定のマージン(dE95(s)−dE95)を持たせた第2制御閾値dE95、つまり目標スペクトル純度幅E95に対する第2許容幅E950±dE95が設定される。第2制御閾値dE95の範囲は、0≦dE95<dE95(s)である。dE95=0の場合は、スペクトル純度幅E95の計測値が少しでも目標値E950から外れると、計測値E95を目標値E950に一致させるように、レーザコントローラ50の指示に応じてリニアステージ35が動作して安定化制御が実行されることになる。
The value of the target spectral purity range of the spectral purity range E95 is set to E950, and the first allowable range for the target spectral purity range E950 is set to E950 ± dE95 (s) (first control threshold dE95 (s)). The first allowable width E950 ± dE95 (s) for the target spectral purity width E950 is set according to the specifications required by the
実際のスペクトル純度幅E95が計測された後、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95以下であるか否かが、つまり計測されたスペクトル純度幅E95が、第2許容幅E950±dE95内に収まっているか否かが計算される(ステップ1502)。 After the actual spectral purity range E95 is measured, whether or not the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is equal to or smaller than the second control threshold dE95, that is, the measured spectral purity range E95 is 2 It is calculated whether or not it is within the allowable width E950 ± dE95 (step 1502).
計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95以下である、つまり|E95−E950|≦dE95であれば、スペクトル純度幅E95の安定化制御は実行されない(ステップ1502の判断Yes)。一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95を超えている、つまり|E95−E950|>dE95の場合には(ステップ1502の判断No)、つぎに、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(s)を下回っているか否かが判断(|E95−E950|<dE95(s))される(ステップ1503)。この結果、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(s)以上となっているときは(ステップ1503の判断No)、露光装置3へエラー信号を送って、スペクトル純度幅が第1許容幅から外れているレーザ光が露光装置3に入るのを防止するよう、レーザ発振を停止したり、露光装置3とレーザ装置2との間に存在するシャッタ6を閉じたりする(ステップ1506)。
If the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is equal to or smaller than the second control threshold dE95, that is, | E95−E950 | ≦ dE95, the stabilization control of the spectral purity range E95 is not executed (Step 1502). Decision Yes). On the other hand, if the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 exceeds the second control threshold dE95, that is, | E95−E950 |> dE95 (determination No in step 1502), then the measurement is performed. It is determined whether or not the absolute value of the difference between the value E95 and the target value E950 is below the first control threshold dE95 (s) (| E95−E950 | <dE95 (s)) (step 1503). As a result, when the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is equal to or greater than the first control threshold value dE95 (s) (determination No in step 1503), an error signal is sent to the
一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(s)を下回っているときは(ステップ1503の判断Yes)、計測値E95を目標値E950に一致させるように、「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンに移行され、E95アクチュエータが動作して安定化制御が実行される(ステップ1504)。「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンの具体的な内容については後述する(図16)。 On the other hand, when the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is below the first control threshold dE95 (s) (determination Yes in step 1503), the measured value E95 is made to coincide with the target value E950. Then, the process proceeds to a subroutine of “E95 actuator control”, where the E95 actuator is operated and the stabilization control is executed (step 1504). The specific contents of the “E95 actuator control” subroutine will be described later (FIG. 16).
「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンによる処理の結果、スペクトル純度幅E95が許容幅内に入ったならば、図12のメインルーチンに戻る(ステップ1505の判断Yes)。スペクトル純度幅E95が許容幅内に入らなければ、ステップ1501以降の処理を繰り返す(ステップ1505の判断No)。
If the spectral purity range E95 falls within the allowable range as a result of the processing of the “E95 actuator control” subroutine, the process returns to the main routine of FIG. 12 (Yes in step 1505). If the spectral purity range E95 does not fall within the allowable range, the processing after
図16は「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 16 shows a flowchart of a subroutine of “E95 actuator control”.
まず、スペクトル純度幅E95の計測値と目標値との差ΔE95(=E95−E950)が計算される(ステップ1601)。ここで図13に示す「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンで記憶されたスペクトル純度幅E95と凹レンズ33の位置Xとの関係に基づいて、ΔE95だけ変化させるのに必要なレンズ位置ΔXが計算される(ステップ1602)。なお、「スペクトル純度幅E95と凹レンズ33の位置Xとの関係」および「レンズ位置Xの具体的な計算例」に関しては図19を用いて後述する。
First, the difference ΔE95 (= E95−E950) between the measured value of the spectral purity range E95 and the target value is calculated (step 1601). Here, based on the relationship between the spectral purity range E95 stored in the “spectral purity range E95 and E95 actuator calibration” subroutine shown in FIG. 13 and the position X of the
次に、目標とする凹レンズ33の位置X(=X+ΔX)が計算される(ステップ1603)。そして、計算された凹レンズ33の位置Xが許容範囲内にあるか否かが判定される(ステップ1604)。凹レンズ33の位置Xが許容範囲内にあれば、レーザコントローラ50から波面調整ドライバ51を介して波面調整モジュール30のリニアステージ35に信号が出力される。リニアステージ35は凹レンズ33を実際に位置Xに制御する(ステップ1604の判断Yes、ステップ1605)。一方、凹レンズ33の位置Xが許容範囲内になければ、エラー信号が立てられる(ステップ1604の判断No、ステップ1606)。なお、凹レンズ33の位置Xの許容範囲についても図19を用いて後述する。以上の処理後、図15に示す「E95制御」のサブルーチンに戻る。
Next, the target position X (= X + ΔX) of the
図17は「エネルギ制御」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 17 shows a flowchart of an “energy control” subroutine.
まず、モニタモジュール39内に備えられたピンフォトダイオード392により、レーザのパルスエネルギEが検出される(ステップ1701)。次に、検出されたパルスエネルギEと目標エネルギE0との差ΔE(=E−E0)が計算される(ステップ1702)。そして、レーザのパルスエネルギがΔE分だけ変化するようレーザコントローラ50からレーザ電源53の充電電圧Vが制御される(ステップ1703)。以上の処理が終了すると、図11に示すメインルーチンに戻る。
First, the pulse energy E of the laser is detected by the
図18は「中心波長制御」のサブルーチンのフローチャートを示す。 FIG. 18 shows a flowchart of the “center wavelength control” subroutine.
まず、モニタモジュール39内に備えられたエタロン分光器393により、レーザの中心波長λが検出される(ステップ1801)。次に、検出された中心波長λと目標中心波長λ0との差Δλ(=λ−λ0)が計算される(ステップ1802)。そして、レーザの中心波長がΔλ分だけ変化するようにレーザコントローラ50から中心波長調整ドライバ52を介して狭帯域化モジュール20内の回転ステージ23に信号が出力される。回転ステージ23はグレーティング21の設置角度を制御する(ステップ1803)。以上の処理が終了すると、図11に示すメインルーチンに戻る。
First, the center wavelength λ of the laser is detected by the
図19は凹レンズの位置とレーザのスペクトル純度幅E95およびパルスエネルギEの関係を示しており、図13に示した「スペクトル純度幅E95とE95アクチュエータ校正」のサブルーチンで記憶される関係である。同図19において、破線AはパルスエネルギEを表し、実線Bはスペクトル純度幅E95を表している。 FIG. 19 shows the relationship between the position of the concave lens, the spectral purity range E95 of the laser, and the pulse energy E, and is the relationship stored in the “spectral purity range E95 and E95 actuator calibration” subroutine shown in FIG. In FIG. 19, the broken line A represents the pulse energy E, and the solid line B represents the spectral purity range E95.
図19に示すように、必要なパルスエネルギELが設定されると、波面調整モジュール102の凹レンズ33の位置Xの下限XLLMと上限XMLMが求められる。凹レンズ33の位置Xの上下限値XLLM、XMLMは、凹レンズ33の位置Xの許容範囲として記憶される。この許容範囲は、図16に示す「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンで使用される。
As shown in FIG. 19, when the necessary pulse energy EL is set, the lower limit XLLM and the upper limit XMLM of the position X of the
凹レンズ33の位置Xの上下限値XLLM、XMLMが求められると、スペクトル純度幅E95の範囲も求められる。図19では、破線Cの範囲がスペクトル純度E95の可変範囲となる。この範囲において、凹レンズ33の位置Xにおける勾配値ΔE95/ΔXが記憶される。この勾配値は、図15に示す「E95アクチュエータ制御」のサブルーチンで、レンズ位置ΔXを計算する際に使用される。
When the upper and lower limit values XLLM and XLMM of the position X of the
実施例6では実施例5の別形態について説明する。 In the sixth embodiment, another embodiment of the fifth embodiment will be described.
図20は、実施例6に係るスペクトル純度幅E95の制御システムの構成を示しており、図10で示した構成にビーム補正モジュールが追加された例を示す。
実施例6の構成は実施例5の構成とほぼ同一であるため、ここでは異なる構成のみを説明する。
FIG. 20 shows the configuration of the control system for the spectral purity range E95 according to the sixth embodiment, and shows an example in which a beam correction module is added to the configuration shown in FIG.
Since the configuration of the sixth embodiment is almost the same as the configuration of the fifth embodiment, only a different configuration will be described here.
波面調整モジュール30に設けられたリニアスケール35を動作させるとスペクトル純度幅E95が変化すると同時に、出力レーザ光のビームプロファイルおよびビームダイバージェンスが変化する。そこで、本実施例では、波面調整モジュール30の出力側にビーム補正モジュール60が配置されている。また、ビーム補正モジュール60を制御するビーム補正ドライバ55が設けられ、モニタモジュール39内にビームモニタ399が設けられている。ビームモニタ399で検出される信号に基づいてレーザコントローラ50はビーム補正ドライバ55を介してビーム補正モジュール60に信号を送り、露光装置3に入射するレーザ光の品位を所定の範囲内に入るよう制御する。
When the
本実施例では、ビーム補正モジュール60として、凹凸レンズ61、62が使用される。凹レンズ61は、光軸上を移動可能なように、リニアステージ63で保持されている。なお凸レンズ62がリニアステージで保持されてもよい。凹凸レンズ61、62の距離を制御することによりビーム補正が可能となる。
In this embodiment, concave and
図21(a)、(b)を用いてビームモニタ399の具体例を説明する。
図21(a)は、ビームダイバージェンスモニタの構成を示す。
A specific example of the
FIG. 21A shows the configuration of the beam divergence monitor.
レーザ光の光軸上にはビームスプリッタ3991が配置され、ビームスプリッタ3991によってサンプリングされる光の光軸上には集光レンズ3992が配置され、集光レンズ3992の焦点位置にはCCD3993が配置される。レーザ光の一部はビームスプリッタ3991でサンプリングされ、集光レンズ3992を透過し、CCD3993に照射される。CCD3993上のスポット光の径Pを計測することにより、レーザ光のビームダイバージェンスDを計測することができる。ビームサイバージェンスDは、集光レンズ3992の焦点距離Fとスポット光の径Pから計算することができる(D=P/F)。
A
図21(b)は、シャックハルトマンの波面計の構成を示す。 FIG. 21B shows the configuration of the Shack-Hartmann wavefront meter.
レーザ光の光軸上にはビームスプリッタ3991が配置され、ビームスプリッタ3991によってサンプリングされる光の光軸上にはマイクロレンズアレイ3994が配置され、マイクロレンズアレイ3994の焦点位置にはCCD3993が配置される。レーザ光の一部はビームスプリッタ3991でサンプリングされ、マイクロレンズアレイ3994を透過し、CCD3993に照射される。CCD3993上のスポット光のそれぞれの位置を計測することにより、レーザ光の波面の形状を計測することができる。
A
さらに、図示しないが、ビームモニタ399としてレーザのビームプロファイラを設置して、レーザビームの大きさを検出し、その検出値に基づいてレーザのビーム幅を安定化するようにビーム補正アクチュエータを介して、ビーム補正モジュールに信号を送ってもよい。
Further, although not shown, a laser beam profiler is installed as the
図22はビーム補正制御のフローチャートを示す。図22は、ビームモニタ399として図21(a)に示したビームダイバージェンスモニタを使用する場合のフローの一例である。
FIG. 22 shows a flowchart of beam correction control. FIG. 22 is an example of a flow when the beam divergence monitor shown in FIG. 21A is used as the
まず、ビームダイバージェンスDが検出され、検出されたビームダイバージェンスDと目標のビームダイバージェンスD0との差ΔD(=D−D0)が計算される(ステップ2201)。そして、レーザのビームダイバージェンスがΔD分だけ変化するようにレーザコントローラ50からビーム補正ドライバ55を介してビーム補正モジュール60のリニアステージ263に信号が出力される。リニアステージ263は凹レンズ61の位置を制御する(ステップ2202)。
First, the beam divergence D is detected, and the difference ΔD (= D−D0) between the detected beam divergence D and the target beam divergence D0 is calculated (step 2201). A signal is output from the
図23はビーム補正制御のフローチャートを示す。図23は、ビームモニタ399として図21(b)に示したシャックハルトマンの波面計を使用する場合のフローの一例である。
FIG. 23 shows a flowchart of beam correction control. FIG. 23 shows an example of a flow when the Shack-Hartmann wavefront meter shown in FIG. 21B is used as the
まず、レーザの出力光の波面の曲率半径Rが検出され、検出された曲率半径Rと目標の曲率半径R0との差ΔR(=R−R0)が計算される(ステップ2301)。そして、レーザの波面の曲率半径RがΔR分だけ変化するようにレーザコントローラ50からビーム補正ドライバ55を介してビーム補正モジュール60のリニアステージ263に信号が出力される。リニアステージ263は凹レンズ61の位置を制御する(ステップ2302)。
First, the curvature radius R of the wavefront of the laser output light is detected, and a difference ΔR (= R−R0) between the detected curvature radius R and the target curvature radius R0 is calculated (step 2301). Then, a signal is output from the
本実施例によると、露光装置に出力される光のビーム品質が安定する。そのため、半導体ウェーハの露光斑および露光量制御を安定して行うことができる。 According to this embodiment, the beam quality of light output to the exposure apparatus is stabilized. Therefore, it is possible to stably control exposure spots and exposure amount of the semiconductor wafer.
本実施例では、レーザのビームをモニタしてビーム補正モジュールに制御信号を送ることによってフィードバック制御しているが、これに限定されることなく、波面調整モジュールに出力する制御値からビームの変化を予測計算して、ビーム補正モジュールに制御信号を入力してビームを制御してもよい。 In this embodiment, the laser beam is monitored and feedback control is performed by sending a control signal to the beam correction module. However, the present invention is not limited to this, and the change in the beam is detected from the control value output to the wavefront adjustment module. The beam may be controlled by calculating a prediction and inputting a control signal to the beam correction module.
本実施例では実施例6で説明したレーザシステムをダブルチャンバのレーザシステムに適用した形態について説明する。
In this embodiment, a mode in which the laser system described in
図24は実施例6をダブルチャンバシステムに適用した場合のレーザシステムの構成を示す。 FIG. 24 shows the configuration of a laser system when Example 6 is applied to a double chamber system.
図24に示すダブルチャンバ方式は、狭帯域化された光を発振するMaster Oscilator(MO)と、狭帯域化された光をシード光として増幅発振するPower Oscilator(PO)とを有しており、この方式をMOPO方式という。 The double chamber system shown in FIG. 24 has a Master Oscilator (MO) that oscillates narrowed light and a Power Oscilator (PO) that amplifies and oscillates the narrowed light as seed light. This method is called the MOPO method.
本実施例では、MO側に実施例6の構成が適用されている。MOにおいては、MOレーザチャンバ10−1のフロント側にリア側に狭帯域化モジュール20が配置され、波面調整モジュール30が配置されている。波面調整モジュール30の出力側には、表面に高反射膜(HR膜)がコーティングされ、波面調整モジュール30から出力されたシード光を直角に反射するミラー81が配置されており、ミラー81の出力側にビーム補正モジュール60が配置されている。さらにビーム補正モジュール60の出力側にはMOモニタモジュール39−1が配置されている。MOモニタモジュール39−1の出力側には、表面にHR膜がコーティングされ、MOモニタモジュール39−1から出力されたシード光を直角に反射するミラー82が配置されており、ミラー82の出力側にPOが構成されている。POにおいては、POレーザチャンバ10−2のリア側にリアミラー7が配置され、フロント側にPO出力カプラ8が配置されている。PO出力カプラ8の出力側には、ビームスプリッタ9が配置され、さらにPOモニタモジュール39−2が配置されている。なお、リアミラー7はPR膜がコーティングされたミラーていてもよいし、空間的に一部を透過させるミラーでもよい。
In the present embodiment, the configuration of the sixth embodiment is applied to the MO side. In the MO, the
MOは、所定のスペクトル純度幅E95の光を出力する。光はミラー81で反射して、波面調整モジュール60を透過し、MOモニタモジュール39−1に入射する。MOモニタモジュール39−1で一部の光は透過するが、一部の光はサンプリングされて、MOのパルスエネルギとビームが検出される。MOモニタモジュール39−1を透過した光は、ミラー82で反射して、POのリアミラー7からシード光として入力される。シード光は、POレーザチャンバ10−2と出力カプラ8によってスペクトルを維持した状態で増幅発振され、レーザ光として出力される。レーザ光の一部は、ビームスプリッタ9を透過し、一部は反射してPOモニタモジュール39−2に入射する。POモニタモジュール39−2ではパルスエネルギとスペクトル純度幅E95が検出される。
The MO outputs light having a predetermined spectral purity range E95. The light is reflected by the
レーザコントローラ50には、MOモニタモジュール39−1からMOのパルスエネルギとビームの検出値が入力され、POモニタモジュール39−2から、POのパルスエネルギとE95および中心波長の検出値が入力される。レーザコントローラ50は、入力した各検出値に基づいてフィードバック制御を行う。レーザコントローラ50は、MOのパルスエネルギとPOのパルスエネルギの検出結果に基づいて、同期コントローラ57を介してMOレーザ電源53−1とPOレーザ電源53−2に、MOとPOの放電タイミングと充電電圧値の制御信号を送る。また、レーザコントローラ50は、スペクトル純度幅E95の検出結果に基づいて、MOの波面調整ドライバ51を介して波面調整モジュール30に制御信号を送る。また、レーザコントローラ50は、ビームモニタの検出値に基づいて、ビーム補正ドライバ54を介してビーム補正モジュール60に制御信号を送る。また、レーザコントローラ50は、中心波長の検出値に基づいて、中心波長駆動ドライバ51を介して狭帯域化モジュール20に制御信号を送る。狭帯域化モジュール20、波面調整モジュール30、ビーム補正モジュール60に設けられた各アクチュエータは制御信号に応じて動作する。
The MO controller module 39-1 receives the MO pulse energy and the beam detection value, and the PO monitor module 39-2 receives the PO pulse energy, E95, and center wavelength detection values. . The
なお、本実施例では、MOPO方式の例を示したが、これに限定させることなく、POの共振器を省いたPower Amplifierとして動作させても同様の制御が可能である。さらに、スペクトル純度幅E95を制御するためにMOの波面調整モジュール30のみを制御しているが、これに限定されることなく、その他のスペクトル純度幅E95を変化させる手段と組み合わせてもよい。スペクトル純度幅E95を変化させる手段としては、例えば、MOとPOの同期タイミングを変化させる方法などがある。
In the present embodiment, an example of the MOPO system has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the same control can be performed even when the power amplifier is operated as a power amplifier without the PO resonator. Furthermore, in order to control the spectral purity range E95, only the MO
1 レーザガス
10 レーザチャンバ
11、12 放電電極
13、14 ウインドウ
20 狭帯域化モジュール
21 グレーティング
22 プリズムビームエキスパンダ
23 回転ステージ
30 波面調整モジュール
31 出力カプラ
32 波面調整器
33 凹レンズ
34 凸レンズ
35 リニアステージ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レーザ媒質を励起する励起源と、
前記レーザ媒質の励起に起因して出力された光を共振させる光共振器と、を有し
前記光共振器内の光軸上であって、前記レーザチャンバの一方の前記ウインドのリア側に狭帯域化モジュールを備え、かつ、前記レーザチャンバの他方の前記ウインドのフロント側に、前記レーザ媒質から出力された光の波面を調整する波面調整器を備えたこと
を特徴とする狭帯域化レーザ装置。 A laser chamber enclosing a laser medium and provided with windows on both ends ;
An excitation source for exciting the laser medium;
A previous SL on the optical axis of a and the optical resonator due to the excitation of the laser medium to resonate the output light, the inside of the optical resonator, the one rear side of the window of said laser chamber comprising a line narrowing module and the other front side of the window of said laser chamber, a narrow-band laser, characterized in that it comprises a wavefront adjuster for adjusting the wavefront of the light output from the laser medium apparatus.
前記部分透過型出力カプラから出力された光をサンプリングし、所望のスペクトル幅を
得るべく前記波面調整器をフィードバック制御する波面調整器制御部をさらに備えたこと
を特徴とする請求項1記載の狭帯域化レーザ装置。 It has a partially transmissive output coupler that reflects part of the incident light and transmits the rest,
2. The narrow wave front adjuster according to claim 1, further comprising a wavefront adjuster control unit that samples light output from the partially transmissive output coupler and feedback-controls the wavefront adjuster to obtain a desired spectral width. Banded laser device.
ドリカル凸レンズと、前記シリンドリカル凹レンズと前記シリンドリカル凸レンズの少な
くとも一方を光路上で移動させて前記シリンドリカル凹レンズと前記シリンドリカル凸レ
ンズの間隔を調整するレンズ間隔調整機構と、を有すること
を特徴とする請求項1記載の狭帯域化レーザ装置。 The wavefront adjuster includes a cylindrical concave lens and a cylindrical convex lens arranged on an optical path, and a lens that adjusts an interval between the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens by moving at least one of the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens on the optical path. The narrow-band laser device according to claim 1, further comprising an interval adjusting mechanism.
該放電電極間へ高電圧を印加する電源回路とを有しており、前記レーザガスと前記放電電
極とをレーザチャンバの内部に備えたこと
を特徴とする請求項1乃至3記載の狭帯域化レーザ装置。 The laser medium is a laser gas, and the excitation source has a pair of discharge electrodes facing each other and a power supply circuit for applying a high voltage between the discharge electrodes, and the laser gas and the discharge electrode are connected to each other in a laser chamber. The narrow-band laser device according to claim 1, wherein the narrow-band laser device is provided inside.
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