JP6063133B2 - エキシマレーザおよびレーザ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、エキシマレーザおよびレーザ装置に関する。
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(以下、「露光装置」という)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いる。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、露光用の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は、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ArFエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長134nmの紫外光が照射される。この技術をArF液浸露光(又はArF液浸リソグラフィー)という。
KrF、ArFエキシマレーザ装置の自然発振幅は約350〜400pmと広いため、これらの投影レンズが使用され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程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅(スペクトル幅)を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子(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(Line Narrow Module:LNM)が設けられ、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
米国特許7088758号明細書 米国特許7154928号明細書
概要
本開示の一態様によるエキシマレーザは、架台と、前記架台が設置された底板と、レーザガスを含むチャンバ内で放電励起によりレーザ光を発振出力するように構成されたエキシマレーザと、前記架台に搭載され、前記出力されるレーザ光の光路に設置された光学素子と、一方側で前記架台に接続され、他方側で前記底板に接続され、前記一方側と前記他方側との間に折曲部分を有する排熱機構と、前記底板上に載置される第1部と、該第1部より上に位置し、前記架台が載置される第2部と、該第2部を前記第1部に対して支持する支持部と、該支持部を軸として、又は該支持部を用いて規定される線を軸として、前記第1部に対する前記第2部の傾きを調節可能に構成された第1調節部と、を有する前記姿勢調節機構と、を含み、前記折曲部分の延在方向と、前記軸の延在方向とが、実質的に平行であってもよい。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、本開示の一実施の形態にかかるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す側視図である。 図2は、図1に示されるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す上視図である。 図3は、一実施の形態の第1例による排熱機構の構成例を概略的に示す。 図4は、一実施の形態の第2例による排熱機構の構成例を概略的に示す。 図5は、一実施の形態の第3例による排熱機構の構成例を概略的に示す。 図6は、一実施の形態の第1例による姿勢調節機構の構成を概略的に示す側視図である。 図7は、図6に示される姿勢調節機構の上視図である。 図8は、一実施の形態の第2例による姿勢調節機構の構成を概略的に示す側視図である。 図9は、図8に示される姿勢調節機構の上視図である。 図10は、一実施の形態の具体例にかかるプリズムユニットの構成を概略的に示す。 図11は、図10に示されるプリズムユニットの断面構造を概略的に示す。 図12は、一実施の形態の変形例によるグレーティングユニットの構成を概略的に示す。 図13は、図12に示されるグレーティングユニットの断面構造を概略的に示す。 図14は、一実施の形態の他の変形例によるミラーユニットの構成を概略的に示す。 図15は、図14に示されるミラーユニットの断面構造を概略的に示す。 図16は、一実施の形態によるマスタオシレータシステムを備えたレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図17は、一実施の形態によるファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。 図18は、一実施の形態によるリング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す側視図である。 図19は、図18に示される増幅装置の上視図である。
実施の形態
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
目次
1.概要
2.用語の説明
3.狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム)
3.1 構成
3.1.1 排熱機構
3.1.1.1 第1例
3.1.1.2 第2例
3.1.1.3 第3例
3.1.2 姿勢調節機構
3.1.2.1 第1例
3.1.2.2 第2例
3.1.3 具体例
3.2 作用
3.3 変形例
3.3.1 グレーティングユニット
3.3.2 ミラーユニット
4.露光装置用のスペクトル線幅可変レーザ装置
4.1 構成
4.2 動作
5.その他
5.1 増幅装置
5.1.1 ファブリペロ共振器を含む実施形態
5.1.2 リング共振器を含む実施形態
1.概要
以下で例示する実施の形態は、マスタオシレータの光共振器内に配置された光学要素の姿勢を制御し得る。これにより、安定したレーザ発振を実現し得る。
2.用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。
レーザ光の光路において、レーザ光の生成源側を「上流」とし、レーザ光の到達目標側を「下流」とする。
また、「光軸」とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
「ビーム拡大」とは、ビーム断面が徐々に広がることをいう。
「縮小ビーム」とは、進行に合わせてレーザ断面が徐々に縮小するレーザ光であってよい。「拡大ビーム」とは、進行に合わせレーザ断面が徐々に拡大するレーザ光であってよい。
「所定繰返し周波数」とは、略所定の繰返し周波数であればよく、必ずしも一定の繰返し周波数でなくてもよい。
エキシマレーザガスとは、励起された際にエキシマレーザの媒質となる混合ガスで、例えばKrガス、Arガスのいずれか一方、及びFガス、Neガスを含み、更に必要に応じてXeガスを含んでいてもよい。
「プリズム」とは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略90°に交わる3つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の2面と90°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。
本開示では、レーザ光の進行方向がZ方向と定義される。また、このZ方向と垂直な一方向がX方向と定義され、X方向およびZ方向と垂直な方向がY方向と定義される。レーザ光の進行方向がZ方向であるが、説明において、X方向とY方向は言及するレーザ光の位置によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向(Z方向)がX−Z平面内で変化した場合、進行方向変化後のX方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Y方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向(Z方向)がY−Z平面内で変化した場合、進行方向変化後のY方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、X方向は変化しない。なお、理解のために各図では、図示されている光学素子のうち、最上流に位置する光学素子に入射するレーザ光と、最下流に位置する光学素子から出射するレーザ光とのそれぞれに対して、座標系が適宜図示される。また、その他の光学素子に対して入射するレーザ光の座標系は、必要に応じて適宜図示される。
3.狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム)
まず、本開示の一実施の形態にかかる狭帯域化レーザ装置(以下、マスタオシレータシステムという)の概要について、以下に図面を参照して詳細に説明する。
3.1 構成
図1は、マスタオシレータシステム10の構成を概略的に示す側視図である。図2は、マスタオシレータシステム10の構成を概略的に示す上視図である。
図1および図2に示されるように、マスタオシレータシステム10は、出力結合ミラー11と、増幅部20と、狭帯域化モジュール30とを含んでもよい。
狭帯域化モジュール30は、グレーティング31を含んでもよい。このグレーティング31と出力結合ミラー11とは、光共振器を形成してもよい。グレーティング31は、光共振器内を往復するレーザ光L1の波長を限定する波長選択部としても機能してよい。増幅部20は、光共振器内を往復するレーザ光L1を増幅してもよい。
増幅部20は、レーザチャンバ23と、ウィンドウ21および24と、一対の放電電極231および232とを備えてもよい。ウィンドウ21および24は、それぞれレーザチャンバ23に設けられたウィンドウホルダ22および25に保持されていてもよい。その際、ウィンドウ21および24は、レーザ光L1の光路に対して微小に傾いていてもよい。その傾斜角度は例えばブリュースタ角度であってもよい。レーザチャンバ23の内部は、レーザ媒質としてのエキシマレーザガスで満たされていてもよい。放電電極231および232には、コントローラ10からの制御の下、不図示の電源から励起電力が供給されてもよい。
また、マスタオシレータシステム10は、光共振器内を往復するレーザ光L1の波面を調節する波面調節部(不図示)をさらに備えてもよい。この波面調節部は、たとえば出力結合ミラー11とレーザチャンバ23との間の光路上や、レーザチャンバ23と狭帯域化モジュール30との間の光路上に配置されてもよい。この波面調節部は、たとえば曲面が互いに向かい合うように配置された凹面シリンドリカルレンズおよび凸面シリンドリカルレンズを用いて構成されてもよい。凸面シリンドリカルレンズおよび凹面シリンドリカルレンズのうち少なくとも一方は、光共振器中のレーザ光L1の光路に沿って移動可能であるとよい。この構成によれば、凸面シリンドリカルレンズと凹面シリンドリカルレンズとの間の距離が変化することで、レーザ光L1の波面が制御され得る。
狭帯域化モジュール30に含まれる1つ以上のプリズム32〜34は、グレーティング31と出力結合ミラー11とが構成する光共振器内に存在するレーザ光L1の波長を調節する波長調節部として機能してもよい。その場合、たとえばグレーティング31の直前に配置されたプリズム32が回転可能な回転テーブル422上に固定されてもよい。プリズム32の回転面は、たとえばレーザ光L1のプリズム32に対する入射面と平行な面であってもよい。この構成によれば、回転テーブル422の回転量と回転方向とを調節することで、プリズム32を介してグレーティング31へ入射するレーザ光L1の入射角度が調節され得る。その結果、光共振器内に存在するレーザ光L1の波長が調節され得る。
また、狭帯域化モジュール30は、グレーティング31へ入射するレーザ光L1のビーム断面の大きさを調節可能であってもよい。その場合、狭帯域化モジュール30は、1つ以上のプリズム32〜34のうち少なくとも1つを、レーザ光L1の光路およびダイバージェンスを変更せずに他の倍率のプリズムに組み換える機構(図示せず)を備えてもよい。そのような構成によれば、グレーティング31へ入射するレーザ光L1のビーム断面の大きさが変更され得る。その結果、光共振器内に存在するレーザ光L1の波長スペクトル幅が大きく変更され得る。
また、グレーティング31、プリズム32、33および34のうち少なくとも1つは、レーザ光L1の進行方向(光路または光軸であってよい)に対する傾き(以下、姿勢ともいう)を調節可能な姿勢調節機構60上に載置されてもよい。ここでは、プリズム33が姿勢調節機構60上に載置された場合を例示する。また、姿勢調節機構60は、X軸に平行な方向を回転中心としてプリズム33を回転させることができてもよい。この構成によれば、光共振器内を往復するレーザ光L1の進行方向が±Y方向に調節され得る。姿勢調節機構60の具体的構成については、後述において触れられる。
狭帯域化モジュール30内のグレーティング31、プリズム32、33および34は、たとえば架台41、421、43および44上にそれぞれ固定されてもよい。たとえばプリズム32を回転可能とする場合は、プリズム32が架台421とともに回転テーブル422上に載置されてもよい。また、プリズム33を姿勢制御可能とする場合は、プリズム33が架台43とともに姿勢調節機構60上に載置されてもよい。
グレーティング31の架台41、プリズム32の架台421を担架する回転テーブル422、プリズム33の架台43を担架する姿勢調節機構60、およびプリズム34の架台44は、それぞれ底板40の所定の位置において底板40に固定されてもよい。この際、たとえば姿勢調節機構60上に載置された架台43は、排熱機構50を介して底板40と接続されてもよい。これにより、架台43上のプリズム33の熱が、架台43および排熱機構50を介して効率的に排出され得る。ただし、これは、プリズム33からの姿勢調節機構60を介する底板40への排熱を排除するものではない。また、他の架台41、421および44についても、不図示の排熱機構50と同様の排熱機構を介して底板40と接続されてもよい。排熱機構50の具体的構成については、後述する。
3.1.1 排熱機構
ここで、排熱機構50について、いくつか例を挙げて説明する。
3.1.1.1 第1例
図3は、第1例による排熱機構50の構成例を概略的に示す。図3に示されるように、排熱機構50は、排熱版51と、ボルト52および53とを含んでもよい。排熱版51は、第1部分(取付部)51aと、第2部分(伝熱部)51bと、第3部分(取付部)51cとを含んでもよい。第1部分51aは、第2部分51bの一方の端に位置してもよい。第3部分51cは、第2部分の他方の端に位置してもよい。この排熱板51は、1つの板部材が第1部分51aから第3部分51cを含むように加工されたものであってもよい。
第1部分51aは、1つ以上のボルト52を用いて架台43に取り付けられてもよい。そこで、第1部分51aには、ボルト52を嵌挿するための1つ以上の穴52aが設けられているとよい。一方、架台43には、ボルト52のネジ部分を嵌め込むための1つ以上のネジ穴43aが設けられているとよい。
同様に、第3部分51cは、1つ以上のボルト53を用いて底板40に取り付けられてもよい。そこで、第3部分51cには、ボルト53を嵌挿するための1つ以上の穴53aが設けられているとよい。一方、底板40には、ボルト53のネジ部分を嵌め込むための1つ以上のネジ穴40aが設けられているとよい。
排熱板51における少なくとも第2部分51bは、少なくとも特定方向の外部応力に対して比較的容易に変形可能であるとよい。これは、第2部分51bの形状に起因する特性であっても、第2部分51bの材料に起因する特性であってもよい。特定方向とは、少なくとも姿勢調節機構60による架台43およびプリズム33の姿勢制御方向であってよい。特定方向の意味は以下に説明する他の図の例においても同様であってもよい。その際、より好ましくは、第2部分51bは、姿勢調節機構60による架台43およびプリズム33の姿勢変位を実質的に妨げない程度の柔軟性を有しているとよい。
排熱板51の形状にて十分な柔軟性を実現する場合、第2部分51bは、たとえば図3に示されるように、板状の部材がジグザグに折り曲がった形状を有してもよい。折曲箇所は1つに限られず、複数であってもよい。その際、各折曲箇所は、直角に折り曲げられていてもよし、鈍角または鋭角に折り曲げられていてもよい。
また、排熱板51の材料には、鉄(Fe)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)などの金属が用いられてもよい。ただし、これに限定されず、熱伝導率が比較的高い材料が用いられるとよい。その際、より好ましくは、排熱版51の材料には、たとえば加工後の排熱板51の形状において十分な柔軟性が得られる材料が用いられるとよい。また、排熱板51には、架台43に用いた材料よりも高い熱伝導率を有する材料が用いられてもよい。さらには、排熱板51の表面は、腐食等による劣化を低減するために、メッキ加工されてもよい。メッキ材料には、ニッケル(Ni)などが用いられてもよい。
また、排熱版51の少なくとも第2部分51bは、一枚の板部材に限らず、複数枚の板部材が重ねられた構成を備えてもよい。その場合、排熱効果を上げつつ、少なくとも特定方向の柔軟性を向上することができる場合がある。
3.1.1.2 第2例
図4は、第2例による排熱機構150の構成例を概略的に示す。図4に示されるように、排熱機構150の第2部分151bにおける各折曲部分は、丸みを帯びたカーブであってもよい。この形状によっても、第1例による排熱機構50と同様に、少なくとも特定方向の外部応力に対して比較的容易に変形し、かつ、架台43の熱を効率的に底板40へ排熱し得る第2部分151bを実現できる。なお、他の構成および材料等は、図3を用いて例示された排熱機構50と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
3.1.1.3 第3例
また、排熱機構50に用いられる部材は、板部材に限られない。たとえば銅線やカーボン繊維などを織り込んで製造された網線などが用いられてもよい。図5は、第3例による銅網線が用いられた排熱機構250の構成例を概略的に示す。
図5に示されるように、排熱機構250は、排熱部251と、ボルト52および53とを含んでもよい。排熱部251は、第1部材251aと、第2部材251bと、第3部材251cとを含んでもよい。
第2部材251bは、たとえば銅線やカーボン繊維などを織り込んで製造された網線であってもよい。このような網線を第2部材251bに用いることで、少なくとも特定方向の柔軟性を第2部材251bの構造によって確保することができる。
第2部材251bの材料には、鉄(Fe)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)などの金属製のワイヤや、カーボン繊維などが用いられてもよい。ただし、これに限定されず、熱伝導率が比較的高い材料で形成されたワイヤが用いられるとよい。その際、より好ましくは、第2部材251bの材料には、たとえば織り込み後の網線形状において十分な柔軟性が得られる材料が用いられるとよい。また、第2部分251bには、架台43に用いた材料よりも高い熱伝導率を有する材料が用いられてもよい。さらには、第2部材251bに用いられる網線の表面は、腐食等による劣化を低減するために、メッキ加工されてもよい。メッキ材料には、ニッケル(Ni)などが用いられてもよい。
第1部材251aおよび第3部材251cは、図3に示された排熱板51における第1部分51aおよび第3部分51cとそれぞれ同様であってよい。第1部材251aと第2部材251b、および、第3部材251cと第2部材251bとは、それぞれはんだなどの熱伝導率の大きい材料を用いて伝導率を大きく下げることなく接続されるとよい。ただし、これに限定されず、第1部材251aから第3部材251cまでが一体の網線を用いて構成されてもよい。その場合、ボルト52または53が嵌挿される穴52aおよび53aは、ハトメ鋲などで補強されてもよい。
以上のような構成によっても、第1例による排熱機構50と同様に、少なくとも特定方向の外部応力に対して比較的容易に変形し、かつ、架台43の熱を効率的に底板40へ排熱し得る排熱機構250が実現できる。なお、他の構成および材料等は、図3を用いて例示された排熱機構50と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
3.1.2 姿勢調節機構
つづいて、姿勢調節機構60について、いくつか例を挙げて説明する。
3.1.2.1 第1例
図6および図7は、第1例による姿勢調節機構60の構成を概略的に示す。図6は、姿勢調節機構60の側視図である。図7は、姿勢調節機構60の上視図である。
図6および図7に示されるように、姿勢調節機構60は、姿勢調節板と、2種類の調節ネジ(調節部)64および65とを含んでもよい。姿勢調節板は、下部平板部61と、上部平板部62と、番部(支持部)63とを含んでもよい。この姿勢調節板は、たとえば1つの平板を加工して製造されたものであってもよい。
下部平板部61は、たとえば底板40の所定の位置に固定されてもよい。上部平板部62は、下部平板部61よりも上に配置され、下部平板部61に対して略平行な状態を保ちつつ、下部平板部61と所定距離離間していてもよい。この所定距離は、下部平板部61に対して閉じる方向に上部平板部62の傾きを調節する際の長さ以上であればよい。上部平板部62の上面は、架台43が固定される搭載面であってもよい。番部63は、下部平板部61と上部平板部62とを開閉させるための変形部として機能してもよい。この番部63は、この部分の剛性を下げるために、下部平板部61および上部平板部62よりも薄肉化されていてもよい。
調節ネジ65は、下部平板部61に対して上部平板部62を開く方向の応力を調節するための部材であってもよい。調節ネジ65は、たとえば上部平板部62に設けられたネジ穴に、これの搭載面側から下部平板部61へ向けて嵌挿されてもよい。調節ネジ65の先端は、下部平板部61に当接してもよい。その際、調節ネジ65の先端は、拡径していてもよい。
一方、調節ネジ64は、下部平板部61に対して上部平板部62を閉じる方向の応力を調節するための部材であってもよい。調節ネジ64は、たとえば上部平板部62に設けられた穴を架台43の搭載面側から貫通し、下部平板部61に設けられたネジ穴に螺合してもよい。調節ネジ64の先端部のネジ山が下部平板部61のネジ穴に螺合した状態では、調節ネジ64の頭部分が上部平板部62の搭載面に接触するとよい。ただし、上部平板部62と調節ネジ64との間にワッシャなどが挟まれてもよい。
以上の構成によれば、2つの調節ネジ64および65のそれぞれのネジ穴へのねじ込み量を調節することで、上部平板部62がたとえば番部63を実質的に軸として下部平板部61に対して開閉され得る。その結果、上部平板部62上の架台43に搭載されたプリズム33のレーザ光L1の光路に対する姿勢を調節することが可能となる。
また、排熱機構50は、排熱板51の主平面が番部63の延在方向(上部平板部62の回転軸)と実質的に平行となるように架台43および底板40に取り付けられるとよい。主平面とは図3等において排熱機構50穴の52a等があけられている面である。以下の図においても同様である。その際、排熱板51の折曲部分の延在方向が番部63の延在方向(上部平板部62の回転軸)と実質的に平行となるとよい。この構成によれば、上部平板部62の開閉に応じて排熱板51、151または排熱部251が容易に変形し得る。その結果、プリズム33の姿勢制御を妨げる抵抗力を低減することが可能となる。これは、他の排熱機構(たとえば排熱機構150または250)を用いた場合でも同様であってよい。
3.1.2.2 第2例
図8および図9は、第2例による姿勢調節機構160の構成を概略的に示す。図8は、姿勢調節機構160の側視図である。図9は、姿勢調節機構160の上視図である。
図8および図9に示されるように、姿勢調節機構160は、下部平板161と、上部平板162と、軸部材(支持部)163と、バネ165と、調節ネジ64とを含んでもよい。調節ネジ64は、上述の姿勢調節機構60における調節ネジ64と同様であってよい。
下部平板161および上部平板162は、それぞれ姿勢調節機構60における下部平板部61および上部平板部62に相当するものであってよい。したがって、上部平板162は、下部平板161よりも上に配置され、下部平板161に対して略平行な状態を保ちつつ、下部平板161と所定距離離間していてよい。
軸部材163は、姿勢調節機構60における番部63を代用するものであってよい。この軸部材163は、たとえば円筒状の棒部材であってもよい。その場合、下部平板161と上部平板162とには、それぞれ軸部材163を受けるための溝が設けられているとよい。
バネ165は、姿勢調節機構60における調節ネジ65を代用するものであってよい。したがって、バネ165は、下部平板161に対して上部平板162を開く方向に応力を与えるように圧縮されて下部平板161と上部平板162とに取り付けられた部材であってもよい。
以上の構成によれば、調節ネジ64のネジ穴へのねじ込み量を調節することで、下部平板161に対する上部平板162の傾きを調節することが可能である。その結果、レーザ光L1の光路に対するプリズム33の姿勢を調節することが可能となる。なお、他の構成は、上述の姿勢調節機構60と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
また、排熱機構50は、排熱板51の主平面が軸部材163の延在方向(上部平板162の回転軸)と実質的に平行となるように架台43および底板40に取り付けられるとよい。その際、排熱板51の折曲部分の延在方向が軸部材163の延在方向(上部平板162の回転軸)と実質的に平行となるとよい。この構成によれば、上部平板162の開閉に応じて排熱板51が容易に変形し得る。その結果、プリズム33の姿勢制御を妨げる抵抗力を低減することが可能となる。これは、他の排熱機構(たとえば排熱機構150または250)を用いた場合でも同様であってよい。
3.1.3 具体例
つぎに、上述した姿勢調節機構および排熱機構を含むプリズムユニットの具体的な例を、図面を用いて詳細に説明する。図10は、本具体例にかかるプリズムユニット100の構成を概略的に示す。図11は、図10に示されるプリズムユニット100の断面構造を概略的に示す。
図10および図11に示されるように、プリズムユニット100は、姿勢調節機構60Aと、架台43と、ホルダ45と、プリズム33とを含んでもよい。
姿勢調節機構60Aは、底板40上の所定の位置に固定されていてもよい。この姿勢調節機構60Aは、下部平板部61a、上部平板部62aおよび番部63を含む姿勢調節板と、調節ネジ64Aと、バネ165とを含んでもよい。下部平板部61a、上部平板部62aおよび番部63は、上述した下部平板部61、上部平板部62および番部63と同様であってよい。ただし、下部平板部61aは、調節ネジ64Aが嵌挿されない程度に短尺化されていてもよい。調節ネジ64Aは、下部平板部61に対して上部平板部62aを閉じる方向の応力を調節するための部材であってもよい。調節ネジ64Aは、底板40に設けられた貫通穴を底板40の下面側から嵌挿し、その先端部64aが上部平板部62aに設けられたネジ穴62bに螺合していてもよい。また、調節ネジ64Aのつまみ64bは、底板40の下面側に突出していてもよい。バネ165は、下部平板部61aに対して上部平板部62aを開く方向に応力を与えるように圧縮されて下部平板61aと上部平板62aとに取り付けられた部材であってもよい。
架台43は、たとえば姿勢調節機構60Aの上部平板部62a上に、ボルト431等を用いて固定されてもよい。架台43には、プリズム33を保持するためのホルダ45が設けられてもよい。ホルダ45は、下部保定部451と、上部保定部452と、側部保定部453と、支柱454と、天板455と、付勢ピン456とを含んでもよい。
ホルダ45のうち下部保定部451は、架台43と一体の部材であってもよいし、別体の部材であってもよい。別体の部材である場合、下部保定部451は、不図示のボルト等を用いて架台43に固定されてもよいし、架台43に溶着されてもよい。
下部保定部451は、プリズム33を下方から担持してもよい。これに対し、上部保定部452は、プリズム33を上方から押さえ付けてもよい。この構成により、プリズム33が上下方向から支持され得る。なお、下部保定部451には、複数の支柱454の底部が固定されてもよい。支柱454の上部には、天板455が固定されてもよい。天板455には、上部保定部452から突出する付勢ピン456が嵌挿される貫通孔が設けられていてもよい。付勢ピン456は、上部保定部452を下部保定部451へ向けて付勢するためのバネなどの部材を含んでもよい。
側部保定部453は、プリズム33を側方から押さえ付けてもよい。側部保定部453によって押さえ付けられた側と反対側の少なくとも二箇所には、下部保定部451の一部が突出していてもよい。この突起と側部保定部453とがプリズム33を挟み込むことで、プリズム33が側方から支持され得る。
排熱機構50の排熱板51は、架台43の側面と底板40の側面とにそれぞれボルト52および53を用いて固定されてもよい。これにより、プリズム33の熱が、ホルダ45、架台43および排熱機構50を介して底板40へ排熱され得る。
3.2 作用
以上のように、排熱対象のプリズム33を担持する架台43と底板40とを排熱機構50を用いて熱的に接続することで、プリズム33の熱を効率的に底板40へ逃がすことができる。それにより、プリズム33の光学特性を安定化させることが可能となる。その結果、マスタオシレータシステム10から出力されるレーザ光L1を安定させることが可能となる。
3.3 変形例
また、排熱機構50を設ける対象の光学ユニットは、プリズムを搭載するユニットに限られない。たとえば狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム10)内の光学素子では、グレーティング31や出力結合ミラー11などに排熱機構50が設けられてもよい。また、これらの機構には、姿勢調節機構60も同様に設けられてもよい。
3.3.1 グレーティングユニット
図12および図13には、グレーティング31を搭載するグレーティングユニット200に排熱機構50および姿勢調節機構160Aを設けた場合が例示されている。図12は、本変形例によるグレーティングユニット200の構成を概略的に示す側視図である。図13は、図12に示されるグレーティングユニット200から天板462と、バネ463とを除いた構造を概略的に示す上視図である。
図12および図13に示されるように、グレーティングユニット200は、姿勢調節機構160Aと、架台41と、ホルダ46と、グレーティング31と、排熱機構50とを含んでもよい。
姿勢調節機構160Aは、姿勢調節機構160と同様の構成において、姿勢調節機構60Aと同様に、調節ネジ64の代わりに調節ネジ64Aが用いられてもよい。その他の構成は、上述した姿勢調節機構160、60または60Aと同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
架台41上には、ホルダ46を用いてグレーティング31が固定されてもよい。ホルダ46は、立板461と、天板462と、バネ463とを含んでもよい。立板461は、架台41から実質的に垂直に延在してもよい。この立板461には、グレーティング31の背面が当接されてもよい。天板462は、立板461の上部に設けられてもよい。天板462とグレーティング31との間には、1つ以上のバネ463が設けられてもよい。バネ463は、グレーティング31を架台41へ押し付けることで、これを固定する役割を果たしてもよい。このような構成を有するホルダ46は、架台41と一体の部材であってもよいし、別体の部材であってもよい。別体の部材である場合、ホルダ46は、不図示のボルト等を用いて架台41に固定されてもよいし、架台41に溶着されてもよい。
排熱機構50の排熱板51は、架台41と底板40とにそれぞれボルト52および53を用いて固定されてもよい。これにより、グレーティング31の熱が、架台41および排熱機構50を介して底板40へ排熱され得る。
3.3.2 ミラーユニット
つぎに、狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム10)外部の高反射ミラー301を搭載するミラーユニット300に排熱機構50Aおよび50Bと姿勢調節機構260とが設けられた場合を例示する。高反射ミラー301は様々な箇所に設置され得る。ここでは設置箇所を特定せずに一般的な説明を行う。図14は、本変形例によるミラーユニット300の構成を概略的に示す断面図である。図15は、図14に示されるミラーユニット300の断面構造を概略的に示す上視図である。
図14および図15に示されるように、ミラーユニット300は、姿勢調節機構260と、2つの排熱機構50Aおよび50Bと、ミラーホルダ310と、高反射ミラー301とを含んでもよい。各排熱機構50Aおよび50Bは、上述した排熱機構50、150および250のいずれかと同様であってもよい。また、ミラーホルダ310は、姿勢調節機構260上に直接搭載されているが、これに限らず、姿勢調節機構260上に設置された架台上に搭載されてもよい。また、高反射ミラー301は、ミラーホルダ310に設けられた溝に嵌め込まれてもよい。ミラーホルダ310には、高反射ミラー301が外れるのを防止するためのストッパとして、板状の付勢バネ312と、その付勢バネ312をミラーホルダ310に固定するための止めネジ311とが設けられてもよい。付勢バネ312は、一方の端が高反射ミラー301の反射面側に当接し、他方の端がミラーホルダの一部に接触していてもよい。止めネジ311は、このミラーホルダ310と付勢バネ312との接触箇所を固定してもよい。また、このようなストッパは、ミラーホルダ310における少なくとも2箇所以上に設けられるとよい。
姿勢調節機構260は、たとえば3点支持構造を備えた姿勢調節機構であってもよい。具体例としては、姿勢調節機構260は、下部平板261と、上部平板262と、ボール(支持部)263と、複数のバネ165と、2つの調節ネジ265Aおよび265Bとを含んでもよい。複数のバネ165は、それぞれ上述したバネ165と同様であってよい。
下部平板261および上部平板262は、たとえば底板340の設置面と平行となる面が略正方形の板形状を有していてもよい。上部平板262は、下部平板261よりも上に配置され、下部平板261に対して略平行な状態を保ちつつ、下部平板261と所定距離離間していてよい。その他の構成および材料等は、上述した上部平板161および上部平板162と同様であってよい。
ボール263は、下部平板261に対して上部平板262を支持する3点のうちの1つであってもよい。このボール263は、たとえば球状の部材であってもよい。その場合、下部平板261と上部平板262とには、それぞれボール263を受けるための球の一部状の溝が設けられているとよい。
調節ネジ265Aおよび265Bは、下部平板261に対して上部平板262を支持する3点のうちの他の2つであってもよい。各調節ネジ265Aおよび265Bは、たとえば底板340に設けられた穴をこれの下面側から貫通し、下部平板261に設けられたネジ穴に螺合しつつ、上部平板262側に突出していてもよい。各調節ネジ265Aおよび265Bの下部平板261から突出した先端には、上部平板262が当接してもよい。その際、各調節ネジ265Aおよび265Bの先端は、それぞれ拡径していてもよい。これらボール263と2つの調節ネジ265Aおよび265Bとにより、上部平板262が下側から3点で支持されてもよい。
上部平板262の重心を通り且つ底板340の搭載面と垂直な如何なる面で切断した場合でも、2つの調節ネジ265Aおよび265Bとボール263との全てが当該面で仕切られる空間の一方の側に含まれることの無いように配置されるとよい。たとえば、ボール263が下部平板261の4つのコーナのうち1つのコーナ付近に配置された場合、2つの調節ネジ265Aおよび265Bは、ボール263が配されたコーナを挟む2つの辺それぞれの他方の端付近にそれぞれ配されてもよい。また、各ボール263と調節ネジ265Aおよび265Bの近辺には、それぞれバネ165が設けられてもよい。
以上の構成によれば、一方の調節ネジ265Aの下部平板部261のネジ穴へのねじ込み量を調節することで、ボール263による支持点と他方の調節ネジ265Bによる支持点とを結ぶ線(図面中、略Y軸)を実質的に軸として、上部平板262が下部平板261に対して開閉され得る。同様に、他方の調節ネジ265Bの下部平板部261のネジ穴へのねじ込み量を調節することで、ボール263による支持点と一方の調節ネジ265Aによる支持点とを結ぶ線(図面中、略X軸)を実質的に軸として、上部平板262が下部平板261に対して開閉され得る。その結果、上部平板262上のミラーホルダ310に保持された高反射ミラー301のレーザ光L1の光路に対する姿勢が2軸方向で調節され得る。
また、排熱機構50Aは、ミラーホルダ310の側面のうち、ボール263が近傍に配されたコーナおよび他方の調節ネジ265Bが近傍に配されたコーナと交わる側面に設けられるとよい。その際、排熱機構50Aは、排熱板51の主平面がボール263による支持点と他方の調節ネジ265Bによる支持点とを結ぶ線と実質的に平行となるようにホルダ310および底板340に取り付けられるとよい。また、排熱板51の折曲部分の延在方向がボール263による支持点と他方の調節ネジ265Bによる支持点とを結ぶ線の延在方向と実質的に平行となるとよい。
同様に、排熱機構50Bは、ミラーホルダ310の側面のうち、ボール263が近傍に配されたコーナおよび一方の調節ネジ265Aが近傍に配されたコーナと交わる側面に設けられるとよい。その際、排熱機構50Bは、排熱板51の主平面がボール263による支持点と一方の調節ネジ265Aによる支持点とを結ぶ線と実質的に平行となるようにホルダ310および底板340に取り付けられるとよい。また、排熱板51の折曲部分の延在方向がボール263による支持点と一方の調節ネジ265Aによる支持点とを結ぶ線の延在方向と実質的に平行となるとよい。
このような構成によれば、上部平板262の開閉に応じて各排熱機構50Aおよび50Bの排熱板51が容易に変形し得る。その結果、高反射ミラー301の姿勢制御を妨げる抵抗力を低減することが可能となる。これは、他の排熱機構(たとえば排熱機構150または250)を用いた場合でも同様であってよい。なお、排熱機構50Aおよび50Bは、それぞれボール263が配されたコーナに近い位置に設けられるとよい。その場合、上部平板262の開閉の際に生じる変形量がそれぞれ小さいため、高反射ミラー301の姿勢制御を妨げる抵抗力をより低減することが可能となる。
4.露光装置用のスペクトル線幅可変レーザ装置
つぎに、上述した狭帯域化レーザ装置(マスタオシレータシステム10)を備えたレーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。
4.1 構成
図16は、上述の実施の形態によるマスタオシレータシステム10を備えたレーザ装置1000の構成例を概略的に示す。レーザ装置1000は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置1000は、発振段(マスタオシレータ)と増幅段(増幅装置)とを備えた2ステージレーザ装置であってもよい。
図16に示されるように、レーザ装置1000は、マスタオシレータシステム10と、増幅装置70とを備えてもよい。レーザ装置1000は、高反射ミラー301および302などの光学系をさらに備えてもよい。
マスタオシレータシステム10から出力されるレーザ光L1は、パルス光であってもよい。高反射ミラー301および302などの光学系は、マスタオシレータシステム10と増幅装置70との間の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー301および302は、それぞれ図14および図15を用いて説明したミラーユニット300の形態で、レーザ装置1000へ組み込まれてもよい。図14および図15では高反射ミラー301のみであったが、それを高反射ミラー302としてもよい。
増幅装置70は、高反射ミラー301および302等から構成される光学系を介して入射したレーザ光L1を増幅してもよい。増幅装置70は、エキシマレーザガスなどをゲイン媒質として内部に含んでもよい。増幅装置70は、不図示のコントローラからの制御の下で動作してもよい。
4.2 動作
つづいて、図16に示されるレーザ装置1000の概略動作を、以下に説明する。レーザ装置1000のコントローラは、露光装置側のコントローラなどの外部装置から、露光用のレーザ光L1の出力を要求する露光命令を受信してもよい。コントローラは、露光命令を受信すると、マスタオシレータシステム10をレーザ発振させてもよい。これにより、マスタオシレータシステム10からレーザ光L1が出力されてもよい。
また、コントローラは、マスタオシレータシステム10から出力されたレーザ光L1が増幅装置70内に存在するタイミングに合わせて、増幅装置70へ励起電力を与えてもよい。これにより、増幅装置70から、増幅されたレーザ光L2が出力されてもよい。このレーザ光L2は、不図示の光学系を介して、露光装置へ導かれてもよい。
5.その他
5.1 増幅装置
ここで、図16に示される増幅装置70について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置70は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置70は、1つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。
5.1.1 ファブリペロ共振器を含む実施形態
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置70として用いた場合を例に挙げる。図17は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置70Aの概略構成を模式的に示す。図17に示されるように、増幅装置70Aは、チャンバ73を備えてもよい。増幅装置70Aは、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー71と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力結合ミラー78とを備えてもよい。リアミラー71と出力結合ミラー78とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー71の反射率は出力結合ミラー78の反射率よりも高いことが好ましい。出力結合ミラー78は、増幅後のレーザ光L1の出力端であってもよい。
増幅装置70Aは、レーザ光L1のビームプロファイルを調整するスリット72をさらに備えてもよい。チャンバ73には、ウィンドウ74および77が設けられてもよい。ウィンドウ74および77は、チャンバ73の機密性を保持しつつ、レーザ光L1を透過させてもよい。このチャンバ73内には、エキシマレーザガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばKrガス、Arガスのいずれか一方、及びFガス、Neガスを含み、更に必要に応じてXeガスを含んでいてもよい。さらに、チャンバ73内には、一対の放電電極75および76が設けられてもよい。放電電極75および76は、レーザ光L1が通過する領域(増幅領域)を挟むように配置されていてもよい。放電電極75および76間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光L1が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極75および76間に印加されてもよい。放電電極75および76間に高電圧が印加されると、放電電極75および76間に、活性化されたゲイン媒質を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光L1は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。
5.1.2 リング共振器を含む実施形態
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置70として用いた場合を例に挙げる。図18および図19は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置90の概略構成を模式的に示す。図18は増幅装置90の側視図を、図19は増幅装置90の上視図を示す。
図18および図19に示されるように、増幅装置90は、高反射ミラー91a、91b、97aおよび97bと、部分透過ミラーである出力カプラ91と、チャンバ92とを備えてもよい。高反射ミラー91a、91b、97aおよび97bと出力カプラ91とは、チャンバ92内の増幅領域をレーザ光L1が複数回通過するマルチパスを形成してもよい。高反射ミラー97aおよび97bの代わりに折り返し反射用のプリズムを用いてもよい。出力カプラ91は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ92は、高反射ミラー91a、91b、97aおよび97bと出力カプラ91とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置90は、内部を進行するレーザ光L1のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ92内には、増幅領域を満たすようにエキシマレーザガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばKrガス、Arガスのいずれか一方、及びFガス、Neガスを含み、更に必要に応じてXeガスを含んでいてもよい。
上記の構成において、例えばマスタオシレータシステム10から出力されたレーザ光L1は、高反射ミラー41および高反射ミラー43を介して増幅装置90に入射してもよい。入射したレーザ光L1は、まず、高反射ミラー91aおよび91bで反射された後、ウィンドウ93を介してチャンバ92内に入射してもよい。チャンバ92内に入射したレーザ光L1は、電圧が印加された2つの放電電極94および95間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光L1は、ウィンドウ96を介してチャンバ92から出射してもよい。出射したレーザ光L1は、高反射ミラー97aおよび97bで反射されることで、ウィンドウ96を介して再びチャンバ92内に入射してもよい。その後、レーザ光L1は、チャンバ92内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光L1は、ウィンドウ93を介してチャンバ92から出射してもよい。
このようにチャンバ92内の増幅領域を2回通過したレーザ光L1は、その後、その一部が出力カプラ91を介して出力されてもよい。また、出力カプラ91で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー91b、97aおよび97bと出力カプラ91とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「1つの」は、「少なくとも1つ」又は「1又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
1000 レーザ装置
10 マスタオシレータシステム
100 プリズムユニット
200 グレーティングユニット
300 ミラーユニット
11 出力結合ミラー
20 増幅部
21、24 ウィンドウ
22、25 ウィンドウホルダ
23 レーザチャンバ
231 アノード
232 カソード
30 狭帯域化モジュール
31 グレーティング
32〜34 プリズム
40、340 底板
40a、43a ネジ穴
41、43、44、421 架台
422 回転テーブル
431 ボルト
45、46 ホルダ
451 下部保定部
452 上部保定部
453 側部保定部
454 支柱
455、462 天板
456 付勢ピン
461 立板
463 バネ
50、50A、50B、150、250 排熱機構
51、151 排熱板
51a 第1部分
51b、151b 第2部分
51c 第3部分
251 排熱部
251a 第1部材
251b 第2部材
251c 第3部材
52、53 ボルト
52a、53a 穴
60、60A、160、160A、260 姿勢調節機構
61、61a 下部平板部
62、62a 上部平板部
62b ネジ穴
63 番部
64、64A、65、265A、265B 調節ネジ
64a 先端部
64b つまみ
70 増幅装置
161、261 下部平板
162、262 上部平板
163 軸部材
165 バネ
263 ボール
301、302 高反射ミラー
310 ミラーホルダ
311 止めネジ
312 付勢バネ

Claims (12)

  1. 底板と、
    レーザガスを含むチャンバ内で放電励起によりレーザ光を発振出力するように構成されたエキシマレーザと、
    前記底板上に載置される第1部と、該第1部より上に位置する第2部と、該第2部を前記第1部に対して支持する支持部と、該支持部を軸として、又は該支持部を用いて規定される線を軸として、前記第1部に対する前記第2部の傾きを調節可能に構成された第1調節部と、を有する姿勢調節機構と、
    前記姿勢調節機構の前記第2部に載置されることにより前記姿勢調節機構を介して前記底板に設置された架台であって、前記第2部と別体の前記架台と、
    前記架台に搭載され、前記出力されるレーザ光の光路に設置された光学素子と、
    一方側で前記架台に接続され、他方側で前記底板に接続され、前記一方側と前記他方側との間に折曲部分を有する排熱機構と、
    を含み、
    前記折曲部分の延在方向と、前記軸の延在方向とが、実質的に平行である、エキシマレーザ。
  2. 前記排熱機構は、前記折曲部分を有する伝熱部と、該伝熱部の前記一方側で前記架台へ取り付けられる第1の取付部と、前記伝熱部の前記他方側で前記底板へ取り付けられる第2の取付部とを含む、
    請求項1記載のエキシマレーザ。
  3. 前記伝熱部は、前記第1および第2の取付部間の変位に対して変形可能である、請求項2記載のエキシマレーザ。
  4. 前記伝熱部は、網線を含む、請求項2記載のエキシマレーザ。
  5. 前記伝熱部の熱伝導率は、前記架台の熱伝導率より高い、請求項2記載のエキシマレーザ。
  6. 前記支持部は、前記第2部および前記第1部における互いに対向する2つの面に沿って延在するように配置された円筒部材であり、
    前記第1部には、前記円筒部材の下部を受ける第1溝が設けられ、
    前記第2部には、前記円筒部材の上部を受ける第2溝が設けられている、請求項1記載のエキシマレーザ。
  7. 前記姿勢調節機構は、第2調節部をさらに含み、
    前記第1調節部は、前記支持部と前記第2調節部とを用いて規定される線を軸として、前記第1部に対する前記第2部の傾きを調節可能に構成され、
    前記第2調節部は、前記支持部と前記第1調節部とを用いて規定される線を軸として、前記第1部に対する前記第2部の傾きを調節可能に構成された、
    請求項1記載のエキシマレーザ。
  8. 前記支持部は、球状部材であり、
    前記第1部には、前記球状部材の下部を受ける第1溝が設けられ、
    前記第2部には、前記球状部材の上部を受ける第2溝が設けられている、請求項7記載のエキシマレーザ。
  9. 前記光学素子は、プリズム、グレーティングおよびミラーのうち少なくとも1つを含む、請求項1記載のエキシマレーザ。
  10. 前記光学素子として、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングを含む、請求項1記載のエキシマレーザ。
  11. 請求項1記載のエキシマレーザと、
    前記エキシマレーザから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
    を備えるレーザ装置。
  12. 前記排熱機構は、前記架台と前記底板とにそれぞれボルトで接続された、請求項1記載のエキシマレーザ。
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