JPH02307285A - レーザの波長制御装置 - Google Patents

レーザの波長制御装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステッパーの光源として使用されている狭帯域
発振エキシマレーザの波長制御装置に関するものである
。
〔従来の技術〕
半導体装置製造用の縮小投影露光装置（以下、ステッパ
ーという）の光源としてエキシマレーザの利用が注目さ
れている。これはエキシマレーザの波長が短い（ＫｒＦ
の波長は約２４８．４ｎｍ）ことから光露光の限界を０
．５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度
なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して
焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が小さく
て済み、露光領域を大きくできること、大きなパワーが
得られること等の多くの優れた利点が期待できるからで
ある。
ところで、ステッパーの光源として利用されるエキシマ
レーザとしては線幅３ｐｍ以下の狭帯化が要求され、し
かも大きな出力パワーが要求される。
エキシマレーザの狭帯域化の技術としては従来インジエ
ンクションロック方式と呼ばれるものがある。このイン
ジェンクションロック方式は、オシレータ段のキャピテ
イ内に波長選択素子（エタロン、回折格子、プリズム等
）を配置し、ピンホールによって空間モードを制限して
単一モード発振させ、このレーザ光を増幅段によって注
入同期する。この方式によると比較的大きな出力パワー
が得られるが、ミスショットがあったり、ロッキング効
率を１００％とすることが困難であったり、スペクトル
純度が悪くなるという欠点がある。また、この方式の場
合その出力光はコヒーレンス性が高く、これを縮小露光
装置の光源に用いた場合はスペックル・パターンが発生
する。一般にスペックル拳パターンの発生はレーザ光に
含まれる空間横モードの数に依存すると考えられている
。すなわち、レーザ光に含まれる空間横モードの数が少
ないというスペックル・パターンが発生し易くなり、逆
に空間モードの数が多くなるとスペックル・パターンは
発生しにくくなることが知られている。上述したインジ
エクンヨンロック方式は本質的には空間横モードの数を
著しく減らずことによって狭帯域化を行う技術であり、
スペックル・パターンの発生が大きな問題となるため縮
小投影露光装置には採用できない。
エキシマレーザの狭帯域化の技術として池に有望なもの
は波長選択素子であるエアーギャップエタロンを用いた
ものがある。このエアーギャップエタロンを用いた従来
技術としてはＡＴ＆Ｔベル研究所によるエキシマレーザ
のフロントミラーとレーザチャンバとの間にエアーギャ
ップエタロンを配置し、エキシマレーザの狭帯域化を図
ろうとする技術が提案されている。しかし、この方式は
スペクトル線幅をあまり狭くせず、かつ、エアーギャッ
プエタロン挿入によるパワーロスか大きいという問題が
あり、さらに空間溝モードの数もあ・まり多くすること
ができないという欠点がある。
またエアーギャップエタロンは耐久性に問題がある。
そこで、比較的耐久性に優れたグレーティングを波長選
択素子として採用し、このグレーティングの角度を変化
させることにより、レーザ光の波長を狭帯域化するよう
に構成したエキシマレーザが提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、ステッパーに使用されるような狭帯域発
振エキシマレーザはレーザ光の波長を単一段で３ｐｍ以
下に狭帯域化する必要があり、また高速かつ高精度な波
長安定化が必要となる。このため、使用されるグレーテ
ィングとして大きな形状のものが必要となり、必然的に
その重量も非常に重いものとなる。このため、グレーテ
ィングを高速かつ高精度で変化させ、波長を安定して高
精度に制御するることか非常に困難になっていた。
本発明は、レーザ光の波長を高速かつ高精度に安定的に
制御することができるレーザ光の波長制御装置を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、レーザチャンバーとグレーティングとの間に
プリズムやミラーなどの光学素子を配置し、この光学素
子の角度を変化させることにより波長を制御するもので
ある。
Ｃ作用〕 レーザチャンバとグレーティングとの間にある光学素子
はグレーティングよりもかなり小さく、軽いため、非常
に速くまた正確に角度を変化させることができる。その
ため波長の制御性および安定性がよくなる。
〔実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
第１図は第１実施例を示す構成図であり、両端にウィン
ドウ２．３が設けられたレーザチャンバ１とグレーティ
ング５との間に、全反射ミラー６を配置し、この全反射
ミラー６のレーザ光７に対する角度を変化させることに
より波長を変化させるものである。なお、４はフロント
ミラーである。
また、このようなりドロー配置の場合に用いられるグレ
ーティング５としては、ホログラフィク、ルールドおよ
びエンエールタイプのグレーティング等を用いるが、エ
キシマレーザの場合、特に単一段で高効率で狭帯域化す
る必要があるので、高分解能かつ高効率のニジエールタ
イプのクレーティングが最適である。
第２図は第２の実施例を示すもので、レーザチャンバ１
とグレ−ティング５との間に、２つのプリズム８，９か
らなるビームエキスパンダを配設し、レーザ光をこのビ
ームエキスパンダで拡大してグレーティング５に入射さ
せるように構成し、波長はこのエキスパンダを構成する
プリズム８゜９のいずれか一方の角度を変えることによ
り制御するものである。
第３図は第３の実施例を示すもので、第２図のプリズム
８とレーザチャンバ１との間に全反射ミラー６を挿入し
、この全反射ミラー６の角度を変えることにより、波長
を制御するものである。
第４図は第４の実施例を示すもので、第３図のプリズム
８．９と全反射ミラー６の位置を逆にし、全反射ミラー
６の角度を変えることにより、波長を制御するものであ
る。
第５図は第５の実施例を示すもので、第１図の全反射ミ
ラー６とレーザチャンバ１との間に、コリメータレンズ
１０．１１を挿入した（１カ成で、全反射ミラー６の角
度を変えることにより、波長を制御するものである。
以上の実施例は全てリトロ−配置であり、第７図の実施
例と同様な効果を得ることができる。
次に斜入射配置の実施例について説明する。
第６図は第６の実施例を示すものであり、レーザチャン
バ１とグレーティング５との間に、全反射ミラー６を配
置し、この全反射ミラー６のレーザ光７に対する角度を
変化させることにより波長を変化させるもので、グレー
ティング５には全反射ミラー１２が一体で取付けある。
第７図は第７の実施例を示すもので、レー→）“チャン
バ１とグレーティング５との間に、２つのプリズム８，
９からなるビームエキスパンダを配設し、レーザ光をこ
のビームエキスパンダで拡大してグレーティング５に入
射させるように（１カ成し、波長はこのエキスパンダを
構成するプリズム８゜９のいずれか一方の角度を変える
ことにより制御するものである。
第８図は第８の実施例を示すもので、第７図のプリズム
８とレーザチャンバ１との間に全反射ミラー６を挿入し
、この全反射ミラー６の角度を変えることにより、波長
を制御するものである。
第９図は第９の実施例を示すもので、第８図のプリズム
８．９と全反射ミラー６の位置を逆にし、全反射ミラー
６の角度を変えることにより、波長を制御するものであ
る。
第１０図は第１０の実施例を示すもので、第６図の全反
射ミラー６とレーザチャンバ１との間に、コリメータレ
ンズ１０．１１を挿入した構成て、全反射ミラー６の角
度を変えることにより、波長を制御するものである。
以上の第６図から第１０図の斜入射配置の構成でも第１
図と同様な効果を得ることかできる。
なお、上記実施例において１、全反射ミラー、ビームエ
キスパンダを構成するプリズム等の角度を変化させる手
段としてはパルスモータ、圧電素子等を用いることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明下用に本発明においては、グレーティングの角
度を変化させるのではなくて、グレーティングとレーザ
チャンバとの間に配設した小さな光学素子の角度を変化
させることによって波長を制御するため、高精度にかつ
高速に波長を制御でき、波長の安定性を向上させること
かできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示す（Ｒ成図、第２図
は本発明の第２の実施例を示すｆＭ構成図第３図は本発
明の第３の実施例を示す構成図、第４図は本発明の第４
の実施例を示す構成図、第５図は本発明の第５の実施例
を示すｔＭ構成図第６図は本発明の第６の実施例を示す
構成図、第７図は本発明の第７の実施例を示す構成図、
第８図は本発明の第８の実施例を示す構成図、第９図は
本発明の第９の実施例を示す構成図、第１０図は本発明
の第１０の実施例を示す構成図である。 ｌ・・・レーザチャンバ、２．３・・・ウィンドウ、４
．・フロントミラー、５・・・グレーティング、６．１
２・・・全反射ミラー、７・・レーザ光、８，９・・・
プリズム、１０．１１・・・コリメータレンズ。 第３図 第８図 ｆ 第９図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）波長選択素子としてグレーティングを用いたエキ
    シマレーザにおいて、 レーザチャンバと前記グレーティングとの間に配設され
    、その角度を変化させることにより前記グレーティング
    の選択波長波長を制御する光学素子 を具えたレーザの波長制御装置。
  2. （２）前記光学素子は、ミラーである請求項（１）記載
    のレーザの波長制御装置。
  3. （３）前記光学素子は、ビームエキスパンダを形成する
    プリズムである請求項（１）記載のレーザの波長制御装
    置。
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