JP6951049B2 - 狭帯域化KrFエキシマレーザ装置 - Google Patents
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Description
1.概要
2.比較例に係るレーザ装置
2.1 構成
2.1.1 レーザチャンバ
2.1.2 光共振器
2.1.3 モニタモジュール
2.2 動作
2.2.1 パルスレーザ光の出力
2.2.2 波長制御
2.3 課題
3.内部にゲッタ材が配置された低圧水銀ランプ
3.1 構成
3.2 動作
3.2.1 第1の例
3.2.2 第2の例
4.ゲッタ材とフィラメントとの最短距離dのバリエーション
5.制御部の構成
本開示の実施形態は、狭帯域化KrFエキシマレーザ装置に関係する。狭帯域化KrFエキシマレーザ装置は、レーザチャンバと、狭帯域化光学系と、出力結合ミラーと、モニタモジュールと、を含んでいる。狭帯域化光学系と出力結合ミラーとで光共振器が構成される。レーザチャンバは、狭帯域化光学系と出力結合ミラーとの間に位置している。
狭帯域化光学系は、例えば、グレーティングとプリズムとを含んでいる。プリズムの姿勢が変更されることにより、グレーティングに対する光の入射角度が変更され、狭帯域化光学系による光の選択波長が変更される。狭帯域化光学系によって、例えば、約248.4nmの波長が選択される。狭帯域化光学系によって選択された波長を有するパルスレーザ光が、出力結合ミラーから出射される。
低圧水銀ランプにおいては、水銀の少なくとも1種類の同位体が励起される。そして、低圧水銀ランプは、励起された同位体の種類に応じた既知の特定波長成分を多く含む光を出射する。低圧水銀ランプから出射された光は、フィルタを通過してエタロン分光器に入射する。本明細書において、低圧水銀ランプから出射されてエタロン分光器に入射する光を、基準光と称する。エタロン分光器は、未知の波長を有する被検出光の干渉縞と、既知の特定波長成分を多く含む基準光の干渉縞と、を検出する。
2.1 構成
図1は、比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置の構成を模式的に示す。図1には、後述の比較例1及び比較例2の両方に共通の構成が示されている。図1に示される狭帯域化エキシマレーザ装置は、レーザチャンバ10と、一対の放電電極11a及び11bと、電源12と、狭帯域化光学系14と、出力結合ミラー15と、を含む。狭帯域化光学系14と出力結合ミラー15とが、光共振器を構成する。レーザチャンバ10は、光共振器の光路に配置される。狭帯域化エキシマレーザ装置は、さらに、モニタモジュール17と、レーザ制御部20と、波長制御部21と、を含む。狭帯域化エキシマレーザ装置は、図示しない増幅器に入射させるシード光を出力するマスターオシレータであってもよい。
レーザチャンバ10は、レアガスとしてクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバである。レーザチャンバ10の両端にはウィンドウ10a及び10bが設けられている。ウィンドウ10aは第1のウィンドウに相当し、ウィンドウ10bは第2のウィンドウに相当する。
狭帯域化光学系14は、2つのプリズム14a及び14bと、グレーティング14cと、を含む。2つのプリズム14a及び14bと、グレーティング14cとは、それぞれ図示しないホルダに支持される。プリズム14bを支持する図示しないホルダは、V軸と平行な軸周りにプリズム14bを回転させるためのアクチュエータを含む回転ステージ24bを含んでいる。
グレーティング14cの表面は高反射率の材料によって構成され、多数の溝が所定間隔で形成されている。各溝は例えば直角三角形の断面形状を有している。
出力結合ミラー15と露光装置4との間のパルスレーザ光の光路には、ビームスプリッタ16aが配置されている。ビームスプリッタ16aは、出力結合ミラー15から出力されたパルスレーザ光の一部を露光装置4に向けて高い透過率で透過させると共に、他の一部をモニタモジュール17に向けて被検出光として反射するように構成されている。
ビームスプリッタ16bは、ビームスプリッタ16aによって反射された被検出光の光路に配置されている。ビームスプリッタ16bは、被検出光の一部を透過させると共に、他の一部を反射するように構成されている。
集光レンズ17cを通過した被検出光の光路に、波長検出器18が配置されている。波長検出器18は、拡散プレート18aと、エタロン18bと、集光レンズ18cと、ラインセンサ18dと、ビームスプリッタ18eと、フィルタ18fと、低圧水銀ランプ18gと、ランプ電源18hと、を含んでいる。エタロン18b及びビームスプリッタ18eは、筐体18iの内部に収容されている。この筐体18iに、拡散プレート18aと、集光レンズ18cと、フィルタ18fと、が取付けられている。エタロン18bと、集光レンズ18cと、ラインセンサ18dとで、エタロン分光器が構成される。
拡散プレート18aを透過した被検出光の光路に、ビームスプリッタ18eが配置されている。ビームスプリッタ18eは、例えば約248.4nmの波長を有する被検出光を透過させるように構成されている。
フィルタ18fを透過した基準光の光路に、ビームスプリッタ18eが配置されている。ビームスプリッタ18eは、253.7nmの波長成分を含む基準光を反射するように構成されている。
エタロン18bは、2枚の部分反射ミラーを含む。2枚の部分反射ミラーは、所定距離のエアギャップを有して対向し、スペーサを介して貼りあわせられている。2枚の部分反射ミラーの各々は、248.4nmの波長を有する光及び253.7nmの波長を有する光に対して所定の反射率を有している。
2.2.1 パルスレーザ光の出力
露光装置4は、露光装置制御部40を含んでいる。露光装置制御部40は、レーザ制御部20に、発振トリガ信号と、目標パルスエネルギーの設定データと、目標波長λtの設定データと、を送信する。レーザ制御部20は、露光装置制御部40から受信した発振トリガ信号に基づいて、電源12に含まれるスイッチ13aに発振トリガ信号を送信する。
レーザ制御部20は、エネルギーセンサ16cによって検出されたパルスエネルギーと、露光装置制御部40から受信した目標パルスエネルギーの設定データとに基づいて、電源12に充電電圧の設定信号を送信する。レーザ制御部20が電源12の充電電圧を設定することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギーがフィードバック制御される。
図2は、比較例における波長制御処理のフローチャートである。波長制御部21は、以下に示される処理により、基準光の干渉縞と被検出光の干渉縞とを計測し、これらに基づいてパルスレーザ光の波長を制御する。
次に、S200において、波長制御部21は、レーザ制御部20から基準光計測許可信号を受信したか否かを判定する。波長制御部21は、基準光計測許可信号を受信していない場合、基準光計測許可信号を受信するまで待機する。波長制御部21は、基準光計測許可信号を受信した場合、処理をS300に進める。
次に、S400において、波長制御部21は、基準光の干渉縞を検出し、基準光の干渉縞の半径Rhgを計算する。S400の処理の詳細については、図3及び図4を参照しながら後述する。
次に、S600において、波長制御部21は、レーザ制御部20から目標波長λtの設定データを受信する。
次に、S700において、波長制御部21は、被検出光の干渉縞を検出し、被検出光の干渉縞の半径Rexを計算する。S700の処理の詳細については、図5を参照しながら後述する。
λabs=A((Rhg)2−(Rex)2)+λc
ここで、λcは定数であり、被検出光の干渉縞の半径Rexと基準光の干渉縞の半径Rhgとが等しい場合の被検出光の絶対波長に相当する。Aは、比例定数として与えられる正の数である。被検出光の干渉縞の半径Rexが大きいほど、被検出光の絶対波長λabsが短いことを示す。
Δλ=λabs−λt
次に、S1000において、波長制御部21は、差Δλが0に近づくように、プリズム14bを支持するホルダの回転ステージ24bを制御する。
タイマーT1の値が閾値K1に達していない場合(S1100;NO)、波長制御部21は、処理をS1200に進める。S1200において、波長制御部21は、波長制御を中止するか否かを判定する。波長制御を中止する場合(S1200;YES)、波長制御部21は、本フローチャートの処理を終了する。波長制御を中止しない場合(S1200;NO)、波長制御部21は、処理を上述のS700に戻して、その後の処理を繰り返すことにより、被検出光の絶対波長を再度計測する。
タイマーT1の値が閾値K1に達した場合(S1100;YES)、波長制御部21は、処理を上述のS100に戻して、その後の処理を行うことにより、基準光の干渉縞の半径Rhgを更新する。
図4は、図3に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図4は、低圧水銀ランプ18gの制御と、ラインセンサ18dの制御とを示す。
次に、S403において、波長制御部21は、タイマーT2をリセット及びスタートする。タイマーT2は、低圧水銀ランプ18gの点灯開始からラインセンサ18dの露光開始までの時間を計測するために用いられる。
次に、S405において、波長制御部21は、ランプ電源18hを制御し、低圧水銀ランプ18gを点灯させる。
次に、S407において、波長制御部21は、タイマーT5をリセット及びスタートする。さらに、波長制御部21は、ラインセンサ18dの露光をスタートする。タイマーT5は、ラインセンサ18dの露光時間を計測するために用いられる。
S409において、波長制御部21は、ラインセンサ18dにデータ出力トリガを出力する。これにより、波長制御部21は、ラインセンサ18dの露光を終了させる。また、波長制御部21は、ラインセンサ18dから干渉縞のデータを受信する。
次に、S413において、波長制御部21は、干渉縞のデータに基づいて、基準光の干渉縞の半径Rhgを計算する。この基準光の干渉縞の半径Rhgが、上述のS800において、被検出光の絶対波長の計算に用いられる。
次に、S414において、波長制御部21は、シャッタ17aを開けるようにアクチュエータ17bを制御する。
その後、波長制御部21は、本フローチャートの処理を終了し、図2の処理に戻る。
次に、S702において、波長制御部21は、ラインセンサ18dにデータ出力トリガを出力する。これにより、波長制御部21は、ラインセンサ18dから被検出光の1パルス分の干渉縞のデータを受信する。
その後、波長制御部21は、本フローチャートの処理を終了し、図2の処理に戻る。
低圧水銀ランプの内部の水銀の蒸気圧は、例えば、0.8Paから1.0Paまでの範囲内であることが望ましい。しかし、低圧水銀ランプの内部の水銀の蒸気圧は変動することがある。水銀の蒸気圧が上記の範囲より低い場合には、励起される水銀原子が不足し、十分な光量が得られないことがある。水銀の蒸気圧が上記の範囲より高い場合には、余剰の水銀原子により自己吸収が大きくなることがある。本明細書において、自己吸収とは、励起された水銀原子から放出される光の特定波長成分を、当該水銀原子の周りに存在する別の水銀原子が吸収して、低圧水銀ランプの外部への出射を抑制する現象をいう。
比較例1及び比較例2のいずれにおいても、点灯開始から約2秒経過した時点で光量が最高値に達し、その後、光量が一旦減少し、点灯開始から約6秒経過した後で、光量が徐々に上昇する。特に、比較例2においては、点灯開始から約2秒経過した後の光量の減少幅が大きいことがわかる。比較例2においては、点灯開始から約6秒経過した後、光量が徐々に上昇しても、比較例1における光量の半分以下の光量しか得られないことがある。
図8A〜図8Dは、比較例2における低圧水銀ランプから生成されエタロンに入射する基準光の干渉縞の波形を示す。図8Aは、点灯開始から1秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図8Bは、点灯開始から2秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図8Cは、点灯開始から6秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図8Dは、点灯開始から20秒経過した時点の干渉縞の波形である。
これらの図の横軸に示される「チャネルNo.」は、ラインセンサ18dに配列された複数の受光素子のそれぞれに対応する。縦軸は光量を示す。
3.1 構成
図10A及び図10Bは、本開示の第1の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ8gの構成を概略的に示す。比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置における低圧水銀ランプ18gの代わりに、第1の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置においては低圧水銀ランプ8gが用いられる。その他の構成について、第1の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置は、比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置と同様でよい。低圧水銀ランプ8gは、石英管80と、口金81と、フレア82と、2本のステム83と、フィラメント84と、アマルガム板85と、支持棒86と、を含んでいる。
3.2.1 第1の例
図15は、第1の実施形態の第1の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。図3を参照しながら説明した比較例の処理の代わりに、第1の実施形態の第1の例においては図15に示される処理が行われる。
図16は、図15に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図16は、低圧水銀ランプ8gの制御と、ラインセンサ18dの制御とを示す。
次に、S404aにおいて、波長制御部21は、タイマーT3をリセット及びスタートする。さらに、波長制御部21は、ラインセンサ18dの露光をスタートする。タイマーT3は、ラインセンサ18dの露光時間を計測するために用いられる。
次に、S405において、波長制御部21は、ランプ電源18hを制御し、低圧水銀ランプ18gを点灯させる。
他の点については、第1の実施形態の第1の例による処理は、図2及び図5を参照しながら説明した処理と同様である。
図17は、第1の実施形態の第2の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。図3を参照しながら説明した比較例の処理の代わりに、第1の実施形態の第2の例においては図17に示される処理が行われる。
図18は、図17に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図18は、低圧水銀ランプ8gの制御と、ラインセンサ18dの制御とを示す。
次に、S402bにおいて、波長制御部21は、干渉縞データの配列バッファを初期化する。
次に、S405において、波長制御部21は、ランプ電源18hを制御し、低圧水銀ランプ18gを点灯させる。
次に、S410bにおいて、波長制御部21は、配列バッファに記憶されている干渉縞の波形データと、新しい干渉縞の波形データとを加算して、配列バッファを更新する。
他の点については、第1の実施形態の第2の例による処理は、図2及び図5を参照しながら説明した処理と同様である。
さらに、第2の例においては、ラインセンサ18dの露光を複数回行って、複数回分の干渉縞の波形を加算する。従って、ラインセンサ18dの1回分の露光飽和光量を超える光量まで波形を積算することができ、干渉縞の読み取り精度を改善できる。
図20は、本開示の第2の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ8gの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。第2の実施形態における低圧水銀ランプ8gは、フィラメント84とアマルガム板85との最短距離dが2mmであるゲッタ材配置例1と、最短距離dが4mmであるゲッタ材配置例2と、最短距離dが6mmであるゲッタ材配置例3と、のいずれかを含んでいる。その他の点について、第2の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置は、第1の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置と同様でよい。図20には、比較例1における低圧水銀ランプ18gの点灯開始からの点灯時間と光量との関係も併せて示されている。
図22は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態における波長制御部21等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
制御部は、処理部1000と、処理部1000に接続される、ストレージメモリ1005と、ユーザインターフェイス1010と、パラレルI/Oコントローラ1020と、シリアルI/Oコントローラ1030と、A/D、D/Aコンバータ1040とによって構成されてもよい。また、処理部1000は、CPU1001と、CPU1001に接続された、メモリ1002と、タイマー1003と、GPU1004とから構成されてもよい。
処理部1000は、ストレージメモリ1005に記憶されたプログラムを読出してもよい。また、処理部1000は、読出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ1005からデータを読出したり、ストレージメモリ1005にデータを記憶させたりしてもよい。
シリアルI/Oコントローラ1030に接続される、シリアルI/Oポートを介して通信可能な機器1031〜103xは、シャッタ17aのアクチュエータ17b等であってもよい。
A/D、D/Aコンバータ1040に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器1041〜104xは、ラインセンサ18d等の各種センサであってもよい。
以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
Claims (9)
- 第1のウィンドウ及び第2のウィンドウを含み、一対の放電電極が内部に配置され、クリプトンガス及びフッ素ガスを含むレーザガスが封入されるレーザチャンバと、
前記第1のウィンドウから出射される光の光路に配置された狭帯域化光学系と、
前記狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成されたアクチュエータと、
前記狭帯域化光学系とともに光共振器を構成する出力結合ミラーであって、前記第2のウィンドウから出射される光の光路に配置され、前記第2のウィンドウから出射される光の一部を出射する前記出力結合ミラーと、
波長検出器であって、
水銀と、前記水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、前記水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、
前記低圧水銀ランプから出射された基準光と、前記出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始したときから所定時間にわたって前記基準光の干渉縞を積分して得られる積分波形と、前記被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、
前記低圧水銀ランプに電力を供給するランプ電源と、
を含む前記波長検出器と、
波長制御部であって、
前記光分布センサの露光を開始した後に、前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始するように、前記光分布センサ及び前記ランプ電源を制御し、
前記積分波形と前記被検出光の干渉縞の波形とに基づいて前記被検出光の波長を計算し、
前記被検出光の波長の計算結果に基づいて前記アクチュエータを制御する
前記波長制御部と、
を備えた、狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記所定時間が5秒以上30秒以下である、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから、前記低圧水銀ランプから出射される前記基準光の光量が低下を開始するまでの時間が5秒以上60秒以下である、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから前記光分布センサで検出される干渉縞の波形にディップが発生するまでの時間が10秒以上30秒以下である、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記低圧水銀ランプは、温度変化に対する水銀蒸気圧の特性が0.8Pa以上1.2Pa以下の間に極大値を有し、0.6Pa以上1.0Pa以下の間に極小値を有する、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記低圧水銀ランプの略中心から前記エタロンに向かう前記基準光の進行方向と反対側に、前記ゲッタ材が位置する、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記ゲッタ材は、前記熱陰極との最短距離が2mm以上6mm以下の位置に配置された、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記ゲッタ材は、インジウムと銀と水銀との合金を含む、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。 - 前記低圧水銀ランプに収容された前記水銀は、1種類の同位体を49%以上含んでいる、
請求項1記載の狭帯域化KrFエキシマレーザ装置。
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