JP7461455B2 - 光伝送ユニット、レーザ装置、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
1.用語の説明
1.1 スペックルコントラストの定義
1.2 E95の定義
2.レーザシステムの概要
2.1 レーザシステムの構成
2.1.1 光ファイバの構成
2.1.2 スペクトル計測器の構成
2.2 動作
2.2.1 フリンジパターン
3.課題
4.実施形態1
4.1 構成
4.1.1 変形可能ミラーの構成
4.1.2 光伝送ユニットの構成の詳細
4.1.3 光ファイバの構成
4.2 動作
4.3 作用・効果
5.実施形態2
5.1 構成
5.2 動作
5.3 作用・効果
6.実施形態3
6.1 構成
6.2 動作
6.3 作用・効果
7.実施形態4
7.1 構成
7.2 動作
7.3 作用・効果
8.電子デバイスの製造方法
9.その他
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、本開示のいくつかの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。
本明細書において使用される用語を以下のように定義する。
スペックルとは、レーザ光がランダムな媒質で散乱したときに生じる明暗の斑点である。図1は、明暗の斑点からなるパターンを撮像したスペックル画像の一例を示す図である。また、図2は、図1に示したスペックル画像の明暗のヒストグラムを示す図である。
図3は、スペクトル線幅を説明するための図である。スペクトル線幅とは、図3に示すようなレーザ光のスペクトル波形の光量閾値における全幅である。本明細書では、光量ピーク値に対する各光量閾値の相対値を線幅閾値Thresh(0<Thresh<1)ということにする。例えばピーク値の半値を線幅閾値0.5という。なお線幅閾値0.5におけるスペクトル波形の全幅W/2を特別に半値全幅又はFWHM(Full Width at Half Maximum)という。
2.1 レーザシステムの構成
図5は、エキシマレーザ装置1の構成を示す図である。エキシマレーザ装置1は、紫外波長のパルスレーザ光を発生させる狭帯域化ガスレーザ装置である。図5に示すように、エキシマレーザ装置1は、マスターオシレータ(Master Oscillator:MO)10と、スペクトル可変部20と、MOビームステアリングユニット30と、パワーオシレータ(Power Oscillator:PO)40と、POビームステアリングユニット50と、光学パルスストレッチャ(Optical Pulse Stretcher)60と、光伝送ユニット70と、スペクトル計測器80と、プロセッサ90と、制御部92と、同期発振制御部94と、ドライバ96とを含む。
図6は、光ファイバ74の構成を示す図である。図7は、図6の7-7断面図である。図6及び図7に示すように、光ファイバ74は、パルスレーザ光の導波路を構成するコア74Aと、コア74Aを取り囲むクラッド74Bとを含む。光ファイバ74は、コア74Aの断面形状が円形である。
図8は、スペクトル計測器80の構成を示す図である。図8に示すように、スペクトル計測器80は、ファイバ揺動機構81と、コリメートレンズ82と、エタロン83と、集光レンズ84と、センサ85とを含む。
制御部92は、露光装置302の露光装置制御部310からのレーザ発振トリガを受け付ける。
図9は、干渉縞とフリンジパターンとを説明するための図である。図9のF9Aは、パルスレーザ光が形成する干渉縞とセンサ85の受光面との位置関係の一例を示しており、F9Bは、F9Aの干渉縞を受光したセンサ85が検出するフリンジパターンの一例を示している。フリンジパターンは、干渉縞の位置を信号強度で表したものである。
図11は、ファイバ揺動機構81による光ファイバ74の振動を説明するための図である。図11に示すように、ファイバ揺動機構81による揺動により、光ファイバ74の出射端は、30ミリ秒の周期でV方向に±50μm程度振動する。この振動は、光ファイバ74の出射端から出射されるパルスレーザ光の光路を変化させて、センサ85の受光面上に形成されるスペックルを変化させる効果をもたらす。この効果により、複数パルスで平均化されたフリンジパターンはスペックルノイズが低減されるため、スペクトル計測精度が安定化する。
4.1 構成
図14は、実施形態1に係るエキシマレーザ装置2の構成を示す図である。エキシマレーザ装置2は、光伝送ユニット100とプロセッサ110とを含む。光伝送ユニット100は、変形可能ミラー102と、拡散板104と、集光レンズ106と、光ファイバ108とを含む。
図15は、変形可能ミラー102の構成を示す図である。変形可能ミラー102は、反射面102Aと、反射面102Aを保持するミラーホルダ102Bと、反射面102Aを振動変形させる振動装置102Cとを備える。
図16は、光伝送ユニット100の構成の一部の詳細を示す図である。
図17は、光ファイバ108の断面図である。光ファイバ108は、パルスレーザ光の導波路を構成するコア108Aと、コア108Aを取り囲むクラッド108Bとを含む。
プロセッサ110は、制御部92から送られる発振トリガ信号を用いて、変形可能ミラー102の振動装置102Cの振動変形開始タイミングを制御する。
エキシマレーザ装置2によれば、パルスレーザ光の1パルス内に変形可能ミラー102の反射面102Aを図13に示すように振動させることができる。例えば、OPS60通過後のパルスレーザ光の1パルスの発光時間は約400ナノ秒であり、反射面102Aの所定の位置の変形は1周期で100ナノ秒程度である。このように、エキシマレーザ装置2によれば、パルスレーザ光の1パルス内に反射面102Aの形状を周期的に凹状又は凸状に変形させるので、パルスレーザ光のスペックルノイズを低減することができる。
パルスレーザ光のパルス幅は、OPS60の遅延光路長を調整することで変更可能である。図20において、パルス幅40ns付近のデータは、OPS60を用いない場合であり、OPS60の光路長を変化させてパルスレーザ光のパルス幅を長くするほど、SC低減率は高くなることを示している。このように、エキシマレーザ装置2によれば、変形可能ミラー102をOPS60の後に配置することにより、OPS60と変形可能ミラー102とによる相乗的なスペックル低減効果を得ることができる。
5.1 構成
図21と図22とは、それぞれ実施形態2に係る光伝送ユニット120の構成の一部の一例を示す図である。光伝送ユニット120は、不図示のBS71と、不図示の高反射ミラー72と、不図示の集光レンズ73と(それぞれ図16参照)を含む。また、光伝送ユニット120は、パルスレーザ光の光路の変形可能ミラー102の反射光の光路に高反射ミラー122を含む。
図21と図22とに示す光伝送ユニット120では、変形可能ミラー102の反射面102Aにより反射されたパルスレーザ光は、拡散板104によって拡散される。拡散されたパルスレーザ光は、高反射ミラー122によって高反射された後に集光レンズ106によって集光されて、光ファイバ108に入射する。
光伝送ユニット120によれば、光伝送ユニット100の構成がエキシマレーザ装置1の設計上の観点から実施が困難であると判断される場合に、パルスレーザ光の光路を変更しつつ光伝送ユニット100と同等のスペックルノイズ低減効果を有する代替的な構成手段として機能し得る。
6.1 構成
図25と図26とは、それぞれ実施形態3に係る光伝送ユニット130の構成の一部の一例を示す図である。光伝送ユニット130は、不図示のBS71と、不図示の高反射ミラー72と、不図示の集光レンズ73と(それぞれ図16参照)を含む。また、光伝送ユニット130は、光ファイバ132(ホモジナイザの一例)を含む。光伝送ユニット130は、拡散板104を含まない点が光伝送ユニット100と異なる。
光伝送ユニット130は、変形可能ミラー102の反射面102Aにより反射されたパルスレーザ光を集光レンズ106により直接集光して光ファイバ132に入射させる。
光伝送ユニット130によれば、断面が多角形状のコア132A、及びバンドルタイプのコア132Aの少なくとも一方を備える光ファイバ132を用いるので、拡散板104による照度均一化効果を光ファイバ132のみで達成することができる。
7.1 構成
図28は、実施形態4に係るエキシマレーザ装置3の構成の一部を示す図である。エキシマレーザ装置3は、光伝送ユニット140とスペクトル計測器150とを含む。
エキシマレーザ装置3は、変形可能ミラー102の反射面102Aで反射したパルスレーザ光を、拡散板104を通して拡散し、直接スペクトル計測器150へ入射させる。
光伝送ユニット140によれば、均一化したパルスレーザ光を、光ファイバ108を経由せずにスペクトル計測器150に入射させるため、光伝送ユニット100よりも光量の損失を小さくすることができる。
図29は、露光装置302の構成例を概略的に示す図である。電子デバイスの製造方法は、エキシマレーザ装置300と、露光装置302とによって実現される。
エキシマレーザ装置2のMO10としてエキシマレーザ装置を用いたが、固体レーザ装置を用いてもよい。MO10として固体レーザ装置を用いた場合であっても、エキシマレーザ装置2は、狭帯域化ガスレーザ装置として解釈することができる。
Claims (19)
- 反射面でパルスレーザ光を反射している間に前記反射面を変形させる変形装置を含む変形可能ミラーと、
前記変形可能ミラーによって反射されたパルスレーザ光を均一化するホモジナイザと、
を備え、
前記変形装置は前記パルスレーザ光の1パルス内に前記反射面の形状を周期的に変形させる、光伝送ユニット。 - 請求項1に記載の光伝送ユニットであって、
前記変形可能ミラーに入射する前記パルスレーザ光の入射角は45°以下である、光伝送ユニット。 - 請求項1に記載の光伝送ユニットであって、
前記ホモジナイザは拡散板を備える、光伝送ユニット。 - 請求項3に記載の光伝送ユニットであって、
前記拡散板は腐食型である、光伝送ユニット。 - 請求項3に記載の光伝送ユニットであって、
前記パルスレーザ光を前記拡散板に集光させる第1の集光光学素子を備える、光伝送ユニット。 - 請求項5に記載の光伝送ユニットであって、
前記第1の集光光学素子は、前記パルスレーザ光を前記変形可能ミラーを介して前記拡散板に集光させる位置に配置される、光伝送ユニット。 - 請求項3に記載の光伝送ユニットであって、
前記拡散板によって均一化された前記パルスレーザ光の光路に反射ミラーを備える、光伝送ユニット。 - 請求項7に記載の光伝送ユニットであって、
前記反射ミラーは、集光ミラーである、光伝送ユニット。 - 請求項1に記載の光伝送ユニットであって、
前記ホモジナイザは断面が多角形状のコア及びバンドルタイプのコアの少なくとも一方を含む光ファイバを備える、光伝送ユニット。 - 請求項9に記載の光伝送ユニットであって、
前記パルスレーザ光を前記光ファイバに集光させる第2の集光光学素子を備える、光伝送ユニット。 - 請求項10に記載の光伝送ユニットであって、
前記第2の集光光学素子の開口数は前記光ファイバの開口数以下である、光伝送ユニット。 - 請求項11に記載の光伝送ユニットであって、
前記パルスレーザ光の生成と同期させて前記変形装置の駆動を開始させる第1のプロセッサを備える、光伝送ユニット。 - 請求項12に記載の光伝送ユニットであって、
前記第1のプロセッサは前記変形装置の駆動を開始してから一定時間後に前記変形装置の駆動を停止させる、光伝送ユニット。 - パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
反射面を変形させる変形装置を含む変形可能ミラーと、
前記反射面でパルスレーザ光を反射している間に前記変形装置を駆動させる第1のプロセッサと、
前記変形可能ミラーによって反射されたパルスレーザ光を均一化するホモジナイザと、
前記ホモジナイザによって均一化されたパルスレーザ光のスペクトルを計測するスペクトル計測器と、
を備えるレーザ装置。 - 請求項14に記載のレーザ装置であって、
前記パルスレーザ光のパルス幅を伸長して前記変形可能ミラーに出射する光学パルスストレッチャを備える、レーザ装置。 - 請求項14に記載のレーザ装置であって、
前記スペクトル計測器は、
前記パルスレーザ光が入射するエタロンと、
前記エタロンによって生じるフリンジパターンを取得するセンサと、
を備える、レーザ装置。 - 請求項16に記載のレーザ装置であって、
1つの前記フリンジパターンから前記パルスレーザ光のスペクトルを計算する第2のプロセッサを備える、レーザ装置。 - 請求項17に記載のレーザ装置であって、
前記計算されたスペクトルに基づいて前記レーザ発振器を制御する制御部を含む、レーザ装置。 - 電子デバイスの製造方法であって、
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
反射面を変形させる変形装置を含む変形可能ミラーと、
前記反射面でパルスレーザ光を反射している間に前記変形装置を駆動させる第1のプロセッサと、
前記変形可能ミラーによって反射されたパルスレーザ光を均一化するホモジナイザと、
前記ホモジナイザによって均一化されたパルスレーザ光のスペクトルを計測するスペクトル計測器と、
を備えるレーザ装置によってパルスレーザ光を生成し、
前記パルスレーザ光を露光装置に出力し、
電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記パルスレーザ光を露光すること
を含む電子デバイスの製造方法。
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