JP7193808B2 - 波長変換システム - Google Patents
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Description
A.第1の偏光状態であって第1の波長を有する第1のパルスレーザ光と、第2の偏光状態であって第2の波長を有する第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第2の偏光状態であって第1の波長と第2の波長との和周波混合により生成される第3の波長を有する第1の和周波光と、第2のパルスレーザ光とを出力する第1の非線形光学結晶;及び
B.第1の非線形光学結晶から出力された第1の和周波光と第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第4の波長を有する第3のパルスレーザ光を出力する第2の非線形光学結晶。
A.第1の偏光状態であって第1の波長を有する第1のパルスレーザ光と、第1の偏光状態であって第2の波長を有する第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第2の偏光状態であって第1の波長と第2の波長との和周波混合により生成される第3の波長を有する第1の和周波光と、第2のパルスレーザ光とを出力する第1の非線形光学結晶;
B.第1の非線形光学結晶から出力された第1の和周波光と第2のパルスレーザ光とが入力され、第1の和周波光の偏光状態を変えずに、第2のパルスレーザ光の偏光状態を第2の偏光状態に変更する波長板;及び
C.波長板を透過した第1の和周波光と第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第4の波長を有する第3のパルスレーザ光を出力する第2の非線形光学結晶。
1.比較例
1.1 構成
1.1.1 全体構成
1.1.2 増幅器の構成
1.2 動作
1.3 波長変換システム
1.3.1 全体構成
1.3.2 CLBO結晶の構成
1.3.3 作用
1.4 課題
2.第1の実施形態
2.1 全体構成
2.2 CLBO結晶の構成
2.3 作用
2.4 効果
3.第2の実施形態
3.1 構成
3.2 作用
3.3 効果
4.ビーム径の関係
5.波長調整可能範囲
6.露光装置
1.1 構成
1.1.1 全体構成
図1は、比較例に係る露光装置用レーザ装置2の構成を概略的に示す。露光装置用レーザ装置2は、固体レーザシステム3と、第1の高反射ミラー4aと、第2の高反射ミラー4bと、増幅器5と、同期制御部6と、レーザ制御部7と、を含む。
図2は、図1に示される増幅器5の構成を概略的に示す。図2において、増幅器5は、増幅器制御部40と、充電部41と、トリガ補正部42と、スイッチ43を含むパルスパワーモジュール(PPM)44と、チャンバ45と、部分反射ミラー46と、出力結合ミラー47と、を含む。
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置2の動作について説明する。レーザ制御部7は、固体レーザ制御部15を介して、各シードレーザを動作させ、図示しない励起用半導体レーザをCW発振させる。同期制御部6は、固体レーザ制御部15から、第1のトリガ信号Tr1と、第2のトリガ信号Tr2との遅延データを受信する。同期制御部6は、レーザ制御部7を介して、露光装置8からの発振トリガTrを受信すると、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延時間を制御する。具体的には、同期制御部6は、固体レーザシステム3から出力された第3のパルスレーザ光PL3が、増幅器5の光共振器内に注入されるとともに同期して放電するように、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延時間を制御する。
1.3.1 全体構成
図3は、図1に示される波長変換システム13の構成を概略的に示す。波長変換システム13は、第1及び第2のCLBO結晶50a,50bと、第1~第5のダイクロイックミラー51a~51dと、第1~第3の高反射ミラー52a~52cと、1/2波長板54と、集光レンズ53aと、コリメータレンズ53bと、を含む。
図4は、第1のCLBO結晶50aの構成を示す。第1のCLBO結晶50aは、その光学軸OAと、入射するパルスレーザ光の光路軸OPとのなす角度θ1がタイプ-1の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、AS-Photonics社のDr. Arlee SmithによりフリーソフトのSNLOが開発されている。SNLOを用いて位相整合角を算出することができる。このSNLは、「http://www.as-photonics.com/snlo」から入手可能である。第2のCLBO結晶50bの構成についても同様である。
次に、波長変換システム13の作用について説明する。波長変換システム13には、第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とが入射する。第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とは共に直線偏光であり、本比較例では、共にp偏光として第1のダイクロイックミラー51aに入射する。第1のダイクロイックミラー51aにより反射された第1のパルスレーザ光PL1と、第1のダイクロイックミラー51aを透過した第2のパルスレーザ光PL2とは、第1のCLBO結晶50aにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置2に含まれる波長変換システム13の課題について説明する。波長変換システム13は、第1のCLBO結晶50aから出力される和周波光SF1と第2のパルスレーザ光PL2との偏光状態が異なり、これらの偏光状態を一致させて第2のCLBO結晶50bに入射させるために光路を分岐・合流する必要がある。そして、分岐した2つの光路の一方に1/2波長板54を配置する必要がある。このために、波長変換システム13では、光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子が必要であるので、サイズ及び設置面積が大きくなる。また、これらの光学素子は、紫外光に対する損傷閾値が低いので、パルスレーザ光の高出力化が困難である。
次に、本開示の第1の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第1の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、図1及び図2に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置2の構成と同一である。以下では、図1に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置2の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図5は、第1の実施形態に係る波長変換システム13aの構成を概略的に示す。波長変換システム13aは、第1及び第2のCLBO結晶60a,60bと、第1~第3のダイクロイックミラー61a~61cと、集光レンズ62と、ダンパ63と、を含む。
図6は、第1のCLBO結晶60aの構成を示す。第1のCLBO結晶60aは、その光学軸OAと、入射するパルスレーザ光の光路軸OPとのなす角度θ2がタイプ-2の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、前述のSNLOを用いて位相整合角を算出することができる。第2のCLBO結晶60bは、比較例の第2のCLBO結晶50bと同様の構成である。
次に、波長変換システム13aの作用について説明する。波長変換システム13aには、第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とが入射する。第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第1のパルスレーザ光PL1は、p偏光として第1のダイクロイックミラー51aに入射し、第2のパルスレーザ光PL2は、s偏光として第1のダイクロイックミラー51aに入射する。第1のダイクロイックミラー61aにより反射された第1のパルスレーザ光PL1と、第1のダイクロイックミラー61aを透過した第2のパルスレーザ光PL2とは、第1のCLBO結晶60aにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム13aの効果について説明する。本実施形態では、第1のCLBO結晶60aは、タイプ-2の位相整合条件を有する。第1のCLBO結晶60aに、偏光方向が互いに直交する第1及び第2のパルスレーザ光PL1,PL2を入射させているので、第1のCLBO結晶60aから出力される第1の和周波光SF1と第2のパルスレーザ光PL2との偏光方向は互いに平行である。このため、本実施形態では、比較例で示したような光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子を用いずに、第1の和周波光SF1と第2のパルスレーザ光PL2とを、タイプ-1の位相整合条件を有する第2のCLBO結晶60bに入射させることができる。
次に、本開示の第2の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第2の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、第1の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成と同一である。以下では、図4に示した波長変換システム13aの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図8は、第2の実施形態に係る波長変換システム13bの構成を概略的に示す。波長変換システム13bは、タイプ-2の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第1のCLBO結晶60aに代えて、タイプ-1の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第1のCLBO結晶70aを用いる。また、本実施形態では、第1のCLBO結晶70aと第2のCLBO結晶60bとの間に、二波長波長板71を配置する。
次に、波長変換システム13bの作用について説明する。波長変換システム13bには、第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とが入射する。第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第1及び第2のパルスレーザ光PL1,PL2は、共にp偏光として第1のダイクロイックミラー51aに入射する。第1のダイクロイックミラー61aにより反射された第1のパルスレーザ光PL1と、第1のダイクロイックミラー61aを透過した第2のパルスレーザ光PL2とは、第1のCLBO結晶70aにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム13bの効果について説明する。本実施形態では、第1のCLBO結晶70aと第2のCLBO結晶60bとの間に二波長波長板71を配置することにより、第1のCLBO結晶70aと第2のCLBO結晶60bとを共にタイプ-1の位相整合条件を有する非線形光学結晶とすることができる。タイプ-1の結晶は、タイプ-2の結晶よりも入手性が高い。したがって、本実施形態は、第1の実施形態の効果に加えて、波長変換システム13bを安価に製造することができるという効果を有する。
次に、第1の実施形態において、第1のCLBO結晶60a及び第2のCLBO結晶60bに入射する各パルスレーザ光のビーム径について説明する。
表4は、第1及び第2の実施形態における波長の調整可能範囲を示す。第1のパルスレーザ光PL1の波長を約257.5nmと固定し、第2のパルスレーザ光PL2を1549nm以上1557nm以下の範囲内で変化させた場合、第1の和周波光SF1の波長は220.80nm以上220.96nm以下の範囲内で変化する。また、この場合、第2の和周波光SF2の波長は193.25nm以上193.50nm以下の範囲内で変化する。
次に、露光装置8の構成について説明する。図11において、露光装置8は、照明光学系80と投影光学系81とを含む。照明光学系80は、露光装置用レーザ装置2から入射したレーザ光によって、レチクルステージRTのレチクルパターンを照明する。投影光学系81は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルWT上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
Claims (2)
- 波長変換システムであって、以下を備える:
A.第1の偏光状態であって第1の波長を有する第1のパルスレーザ光と、第2の偏光状態であって第2の波長を有する第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第2の偏光状態であって前記第1の波長と前記第2の波長との和周波混合により生成される第3の波長を有する第1の和周波光と、前記第2のパルスレーザ光とを出力する第1の非線形光学結晶;及び
B.前記第1の非線形光学結晶から出力された前記第1の和周波光と前記第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第4の波長を有する第3のパルスレーザ光を出力する第2の非線形光学結晶;
ここで、前記第1の非線形光学結晶と前記第2の非線形光学結晶とは、前記第2のパルスレーザ光のビームウェスト位置が、前記第1の非線形光学結晶の出射端面の位置から前記第2の非線形光学結晶の中央の位置までの範囲内に位置するように構成され、
前記第1の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第2のパルスレーザ光のビーム径をWaとし、
前記第2の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第2のパルスレーザ光のビーム径をWbとすると、
前記第1の非線形光学結晶と前記第2の非線形光学結晶とは、
Wa>Wbの関係を満たすよう構成され、
前記第1の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第1のパルスレーザ光のビーム径をWdとし、
前記第2の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第1の和周波光のビーム径をWeとすると、
前記第1の非線形光学結晶と前記第2の非線形光学結晶とは、
Wd>Weの関係を満たすよう構成される。 - 波長変換システムであって、以下を備える:
A.第1の偏光状態であって第1の波長を有する第1のパルスレーザ光と、第1の偏光状態であって第2の波長を有する第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第2の偏光状態であって前記第1の波長と前記第2の波長との和周波混合により生成される第3の波長を有する第1の和周波光と、前記第2のパルスレーザ光とを出力する第1の非線形光学結晶;
B.前記第1の非線形光学結晶から出力された前記第1の和周波光と前記第2のパルスレーザ光とが入力され、前記第1の和周波光の偏光状態を変えずに、前記第2のパルスレーザ光の偏光状態を第2の偏光状態に変更する波長板;及び
C.前記波長板を透過した前記第1の和周波光と前記第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、第4の波長を有する第3のパルスレーザ光を出力する第2の非線形光学結晶;
ここで、前記波長板と前記第2の非線形光学結晶とは、前記第2のパルスレーザ光のビームウェスト位置が、前記波長板から前記第2の非線形光学結晶の中央の位置までの範囲内に位置するように構成され、
前記第1の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第2のパルスレーザ光のビーム径をWaとし、
前記第2の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第2のパルスレーザ光のビーム径をWbとし、
前記第1の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第1のパルスレーザ光のビーム径をWdとし、
前記第2の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第1の和周波光のビーム径をWeとすると、
前記第1の非線形光学結晶と前記第2の非線形光学結晶とは、
Wa>Wb及びWd>Weの関係を満たすよう構成される。
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