JPH03169089A - 波長安定化レーザ装置 - Google Patents

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 本発明は投影露光装置の光源に用いる波長安定化レーザ
装置に関するものである。

従来の技術 近年、半導体集積回路のパターン露光用光源として、エ
キシマレーザが従来の高圧水銀ランプに代わるものとし
て注目されている。エキシマレーザはレーザ媒質として
クリブトン，キセノンなどの希ガスとふっ素，塩素など
のハロゲンガスを組み合わせることにより、３５３ｎｍ
から１９３ｎｍの間のいくつかの波長で発振線を得るこ
とができる紫外レーザの一つである。特にふっ化クリブ
トンエキシマレーザは波長２４８ｎｍで発振し、水銀の
ｇ線（４３６ｎｍ）あるいはｉ線（３６５ｎｍ）の場合
と比べて倍以上集積度の高い、いわゆる超ＬＳＩ製造へ
の道を開くものとして期待されている。

これらエキシマレーザの利得バンド幅は約１ｎｍと広く
、光共振器と組み合わせて発振させた場合、発振線が０
．５ｎｍ程度の帯域幅（半値全幅）を持つ。このように
比較的広い帯域幅を持っレーザ光を露光用光源として用
いた場合、ランプ光源の場合と同様、露光光学系に色収
差を補正した結像光学系を採用する必要がある。ところ
が、波長が３５０ｎｍ以下の紫外域では、結像光学系に
用いるレンズの光学材料の選択の幅が限られ、色収差補
正が困難となる。レーザ発振線の帯域幅を０．００５ｎ
ｍ程度にまで単色化し、かつ中心波長の変動を防止でき
れば色収差補正しない結像光学系が利用可能となり、エ
キシマレーザを光源とした投影露光装置が実現する。

広い帯域幅を持つレーザ光を単色化するには、狭い透過
帯域を持つ波長選択素子をレーザ共振器内に設置すれば
よい。しかし、レーザ共振器内にはレーザの出力以上の
強いエネルギーが定在するため、波長選択素子が熱的変
形を受け選択波長が変動したり、あるいは永久的な損傷
によって所望の特性が得られなくなるという欠点があっ
た。

そこで発明者らは既に第６図に示すような、改良した狭
帯域化エキシマレーザ装置を提案した。

第６図において光共振器は全反射鏡２，３および半透過
鏡４から成る。全反射鏡３と半透過鏡４の間には放電管
１が設置され、光増幅器を構成している。放電管１には
希ガスとハロゲンガスを含む媒質ガスが封入されており
、放電励起によってレーザ発振する。全反射鏡２と半透
過鏡４の間には、波長選択素子であるエアスペースエタ
ロン５，５゛が設置されている。エアスペースエタロン
は対向する平行平板間の光の干渉を利用した波長選択素
子であり、エアスペースエタロン５，５゛によっては波
長選択された光は半透過鏡４を経て放電管１に戻り、狭
帯域化されたレーザビームとして、図の右方向に取り出
される。

第６図の狭帯域化エキシマレーザでは、エアスペースエ
タロン５に入射する光エネルギーはレーザ出力に半透過
鏡４の反射率を乗じた程度に低減されているため、エア
スペースエタロンの熱的変形による選択波長の変動を大
幅に低減することができる。

発明が解決しようとする課題 しかしこのような狭帯域化レーザ装置では、長時間にわ
たる運転中に中心波長が変動するという課題があった。

これはエアスペースエタロンの選択波長が対向する平行
平板間の光路長で決まるため、大気圧の変動によって空
気の屈折率が変わった場合、その変化が選択波長にその
まま現われることによる。このような外的要因によって
レーザの中心波長が変動ずると、露光用光源として用い
た場合、投影したパターンにボケを生じ、製品の不良に
つながる。本発明はこのような課題を解決するためなさ
れたもので、外的要因による波長変動がない波長安定化
レーザ装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明は、レーザ媒質と、前記
レーザ媒質を挟んで設置され光共振器を構成する第１，
第２の全反射鏡と、前記レーザ媒質と第１の全反射鏡と
の間に置いた半透過鏡と、前記半透過鏡と第１の全反射
鏡との間に置いた波長選択素子とからなる構威され、前
記波長選択素子を気密室内に設置したものである。

作用 この構成により、波長選択素子の選択波長が大気圧の変
動の影響を受けなくなり、中心波長の経時的な変化を防
止できることとなる。

実施例 第１図は本発明の一実施例であるエキシマレーザの構成
図である。第１図において本発明実施例のレーザ装置は
希ガスとハロゲンガスの混合気体をレーザ媒質とする放
電管１と、全反射鏡２，３および半透過鏡４によって光
共振器を構成し、紫外域でレーザ発振する。

数十％の反射率を持つ半透過鏡４は放電管１と全反射ｌ
ｌｌ３を結ぶ軸からはずれた位置に設置した全反射鏡２
の方向に共振器の光軸を折り曲げるとともに、放電管１
と全反射鏡３を結ぶ軸の方向にレーザ出力を取り出す役
割を果たす。半透過鏡４と全反射鏡２との間の光共振器
の光軸上には波長選択素子であるエアスペースエタロン
５，５゜を置き、特定の狭い帯域の波長だけを選択して
増幅するように構威している。エアスペースエタロン５
，５゛には半透過鏡４によって減衰されたレーザ光が入
射するので、エアスペースエタロンの熱的変形による選
択波長による変動は防止されている。

さらに、エアスペースエタロン５，５′は気密室６内に
設置して大気圧の変化による選択波長の変動を防止して
いる。気体の屈折率はその密度によって決まる。一方、
気密室内の気体の密度は外気圧あるいは気温によらず一
定である。したがって、エアスペースエタロンを気密室
内に封入することによってその選択波長は外的要因に影
響されなくなる。

次に発明者らは本実施例によるレーザ装置の波長安定性
について検討した。第２図（ａ）にエアスペースエタロ
ンを気密室内に封入しない場合のレーザの中心波長の変
動を示す。８時間に及ぶ連続運転を行なうと、大気圧の
経時的変化による中心波長が発生する。第２図（ｂ）は
本実施例による装置の波長安定性を示す。エアスペース
エタロンを気密室に封入したことによって、波長の安定
性は著しく向上していることがわかる。発明者らの実験
結果では、レーザ出力が約２Ｗのとき中心波長の変動を
０．００１ｎｍ以内に抑制することができた。

第３図は本発明の第２の実施例を示す。第３図の実施例
では、波長選択素子としてグレーティング７を用いてい
る。また、第４図は本発明の第３の実施例である。第４
図の実施例では波長選択素子としてプリズム８を採用し
ている。グレーティング，プリズムとともにその選択波
長が周囲雰囲気の屈折率の影響を受けるので、気密室に
封入することによって中心波長の変動を抑制できるのは
第１の実施例の場合と同様である。また、エアスペース
エタロン，グレーティング，プリズムを組み合わせて波
長を選択する場合にもそれらを気密室に封入すれば本発
明の効果が得られることは言うまでもない。

第５図は本発明のさらに異なる実施例を示す。

第５図の実施例においては放電管１，全反射鏡２，３，
エアスペースエタロン５，５′を直線上に配置し、半透
過鏡４によって光軸に対して直角方向に出力を取り出し
ている。この構成の場合、半透過鏡の透過率を数十％と
すれば第１の実施例と同様、エアスペースエタロンに入
射するレーザ光を低減する効果が得られる。また、第５
図の実施例においても波長選択素子としてグレーティン
グ、またはプリズムを採用してもよい。

なお、以上の説明では気密室中には大気が封入されてい
るものとしたが，封入する気体は何であってもよい。特
に希ガスや窒素ガスなどの不活性な気体を用いた場合、
長期にわたって安定な特性を得ることができる。また、
気密室内を真空に保っても同様の効果が得られることは
言うまでもない。

以上のような構或を有するので、本発明の波長安定化レ
ーザ装置は周囲雰囲気の変化に影響されず、一定の波長
の単色光を安定に放射できるものとなる。

発明の効果 以上説明したように、本発明は半透過鏡によって波長選
択素子へ入射するレーザ光を低減するとともに、波長選
択素子を気密室に封入して外的影響を受けに＜＜シてい
るので、発振波長の単色性が安定に保たれた、露光用光
源として最適な波長安定化レーザを提供できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である狭帯域化レーザ装置の
構威を説明する図、第２図は波長の安定性を示す図、第
３図は本発明の第２の実施例を説明する図、第４図は本
発明の第３の実施例を示す図、第５図は本発明の第４の
実施例を示す図、第６図は従来の波長安定化レーザの構
成を示す図である。 １・・・・・・放電管、２，３・・・・・・全反射鏡、
４・・・・・・半透過鏡、５，５″・・・・・・エアス
ペースエタロン、６・・・・・・気密室、７・・・・・
・グレーティング、８・・・・・・プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質と、前記レーザ媒質を挟んで設置され光共振
   器を構成する第１、第２の全反射鏡と、前記レーザ媒質
   と第１の全反射鏡との間に置いた半透過鏡と、前記半透
   過鏡と第１の全反射鏡との間に置いた波長選択素子とか
   ら構成され、前記波長選択素子を気密室内に設置したこ
   とを特徴とする波長安定化レーザ装置。