JPH03209889A - 狭帯域化レーザ装置 - 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、半導体集積回路の超微細加工等の露光用光源
として用いられる狭帯域化レーザ装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来よシ、半導体集積回路の微細パターンの露光用光源
としてエキシマレーザが注目されている。

２ベー。

エキシマレーザはレーザ媒質としてクリプトン、キセノ
ン等の希ガスとふっ素、塩素等のハロゲンガスを組み合
わせることにより３５３　ｎｍから１９３ｎｍの間のい
くつかの波長でパターン露光に十分な出力を有する発振
線を得ることができる。

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つレーザ光を露光用光源として
用いた場合、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３５０ｎｍｊ
７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、色収差の補正が困難となる。エ
キシマレーザを露光装置に用いる場合、レーザ発振線の
帯域幅を０．００５ｎｍ程度に１で単色化できれば色収
差補正をしない結像光学系を利用することが可能となり
、露光装置の光学系の簡略化、更には、露光装置全体の
小型化、価格の低減を実現することができる。

３べ−７ 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フィルターを通せば良い。しかし、
この方法では、レーザ出力が著しく減衰し、露光用光源
として実用に供することができない。そこで、波長選択
素子を共振器内に設置し、出力を減衰させることなく単
色化する方法が一般に採用されている。この−例として
、例えば、特開昭６３−１６０２８７号公報記載の構成
が知られている。

以下、簡単にその構成を説明すると、第５図にその構成
を示すように、全反射鏡１０２および半透過鏡１０３か
らなる光共振器内に放電管１０１が設置されている。放
電管１０１には希ガスとハロゲンガスを含む媒質ガスが
封入されておシ、放電励起によってレーザ発振する。光
共振゛４中には波長選択素子であるファブリペローエタ
ロン１０４が設置されている。

このような構成のエキシマレーザ装置は、ファブリペロ
ーエタロン１０４で選択された特定の波長の光１０６．
１０７．１０８，１０９だけが増幅、発振するので、非
常に狭い帯域１幅で、かつ高い出力の出力光１０５を得
ることができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来の狭帯域化レーザ装置では、光共振器
内に定在する高いエネルギーの光が波長選択素子を通過
するだめ、波長選択素子の変形や劣化を招き、選択波長
の変動や、出力の低下が発生し、その結果、露光装置の
光源として用いた場合、製品に不良を生じるなどの課題
があった。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するもので
、波長選択素子の変形、劣化による波長変動や出力の低
下がない狭帯域化レーザ装置を提供することを目的とす
る。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するだめの本発明の技術的解決手段は、
レーザ媒質と、このレーザ媒質を貫く共振器光路を作る
第１およぶ第２の反射鏡からなる光共振器と、上記共振
器光路中に設けられた波長位相器および偏光分離器と、
上記レーザ媒質から上記偏光分離器を通シ、出力光が出
力される出力５・・−７ 光路以外の上記共振器光路中に設けられた波長選択素子
と、上記偏光分離器の傾きを変化させる微調整機構を備
えたものである。

作　　　　用 本発明によれば、レーザ媒質を貫き波長選択素子を通る
光共振器で作られた特定の波長面の光が波長位相器で偏
波面を変換され、レーザ媒質で増幅された後、偏光分離
器により出力光として出力される。したがって、波長選
択素子を通過する光エネルギーは、レーザ媒質の増幅率
で出力光を割算した程度に低下し、波長選択素子の変形
、劣化は著しく低減する。また、上記偏光分離器を微調
整機構によシ調整して偏光分離を最適に行うことができ
る。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における狭帯域
化レーザ装置を示し、第１因は全体の概略構成図、第２
図は全体の詳細な断面図、第３図６ベー７ は偏光分離器およびその微調整機構の拡大断面図である
。第１図に示すように、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、レーザ媒質を貫く共
振器光路を作る第１および第２の全反射鏡、２および３
からなる光共振器によシ、紫外域でレーザ発振する。光
共振器の作る共振器光路中には放電管１と第２の全反射
鏡３の闇で１／４波長位相器４が設けられると共に、放
電管１と第１の全反射鏡２０間で偏光分離器５が設けら
れている。放電管１で放電励起によシ発振し、レーザ媒
質で増幅された光が偏光分離器５を通シ、出力光１２と
して出力される出力光路以外の共振器光路中、すなわち
、偏光分離器５と第１の全反射鏡２の間に波長選択素子
であるファブリペローエタロン６が設けられ、特定の狭
い帯域の波長だけが選択されて通過するようになってい
る。以上のような構成において、以下、その動作につい
て説明する。

放電管１で発振した光は偏光の成分によシ偏光分離器５
で伝播方向が分かれ、一方の偏光成分が７ベー７ 光７となって偏光分離器５を通過する。この光７はファ
ブリペローエタロン６で波長が選択され、第１の全反射
鏡２で反射光８となシ、再び偏光′分離器５を通過し、
レーザ媒質で増幅された光９となって１／４波長位相器
４に入る。１／４波長位相器４を通った光９は第２の全
反射鏡３で反射されて光１０となり、再び１／４波長位
相器４を通過する。このように光が１／４波長位相器４
を２度通過することにより、１／２波長位相器を通過し
た場合と同等になシ、一方向に偏光している光９は両方
の偏光成分を含む反射光１０となる。

般に１／４波長位相器４を光の通過する軸を中心に回転
させることによシ、反射光１０の両方の偏光成分強度比
率を任意に設定することが可能である。次に、放電管１
のレーザ媒質により反射光１０は増幅され、光１１とな
る。この先１１は偏光分離器５により一方の偏光成分が
出力光１２となって出力される。また、他方の偏光成分
は通過して光７となり、発振を継続する。°ここで、１
／４波長位相器４は回転して偏光成分比率を変えること
によシ、出力光１２と通過光７の割合を任意に変化させ
て出力光１２のレーザ発振結合率を変えることができる
。

このような構成により、ファブリペローエタロン６に入
る発振を継続する光７に比較して、偏光成分を１／４波
長位相器４で変換された光はレーザ媒質で増幅された後
、偏光分離器５を通シ、出力光１２となるため、レーザ
媒質の増幅率程度が光７に比較して大きく、相対的に波
長選択素子であるファブリペローエタロン６の変形、劣
化が著しく低減することとなる。

以上の説明から本実施例の構成によれば、波長選択素子
であるファブリペローエタロン６の光負荷を大幅に低減
させることが可能であることについては明確であるが、
偏光分離器５の機能について更に詳しく説明する。

偏光分離器５は、通常、エキシマレーザ光で透明な石英
、ＣａＦ２、若しくはＭｇＦ２などからなる基板が用い
られ、その光１１の入射面には誘電体多層膜による偏光
分離面が形成されている。−酸９ベー７ に誘電体の構成と厚みを設計することによりＰ偏光成分
を透過し、Ｓ偏光成分を反射する多層膜を形成すること
ができる。したがって、Ｓ偏光とＰ偏光の混合した光１
１は上記多層膜からなる偏光分離面をＰ偏光成分のみ透
過し、Ｓ偏光成分は反射して出力光１２となる。

ここで、上記誘電体多層膜が理想的に形成されれば良い
が、実際には、設計値通りの誘電体多層膜を形成するの
は困難である。したがって、エキシマレーザ光の波長に
対してＳ偏光成分とＰ偏光成分との分離が異なるため、
結果として偏光分離器５で反射される出力光１２の強度
は低下する。

一方、偏光分離器５を透過して波長選択素子であるファ
ブリペローエタロン６を通り、発振する光７の損失は大
きくなり、ファブリペローエタロン６の負荷も大きく変
化する。

そのため、本実施例では、第２図および第３図に示すよ
うに、微調整機構１３によシ偏光分離器５の傾きを変化
させ、偏光分離器５に入射する入射角を変えてＳ偏光成
分とＰ偏光成分の最適化を１０ページ 行うように構成している。特に第３図から明らかなよう
に、偏光分離器５は偏光分離ホルダ１４に固定され、偏
光分離ホルダ１４は支持台１５に傾き角度調整可能に支
持されている。偏光分離ホルダ１４は、例えば、３点支
持となるように、３箇所に形成された穴１６に微調整ね
じ１７が挿通され、微調整ねじ１７の大径の頭部がＯリ
ング２０を通して偏光分離ホルダ１４の表面に係合され
、微調整ねじ１７の先端ねじ部が支持台１５のねじ穴１
８に螺入されている。穴１６の大径部と支持台１５の表
面との間に微調整ねじ１７の外周において圧縮ばね１９
が介在され、この圧縮ばね１９の反撥弾性によシ偏光分
離ホルダ１４が支持台１５に対して隙間を有するように
取シ付けられている。そして、３箇所の微調整ねじ１７
を選択的に回転させることによシ、圧縮ばね１９の弾性
を利用して偏光分離器５および偏光分離ホルダ１４の支
持台１５に対する傾き角を変化させ、偏光分離器５に入
射する光１１の入射角θを変化させることができる。

１１へ−７ 第４図は誘電体多層膜による偏光分離面を形成した偏光
分離器５の反射率の波長依存性を示す特性図である。Ｓ
偏光成分を十分に反射し、Ｐ偏光成分を十分に透過する
波長は、第４図中の破線で示す狭い波長範囲であり、こ
のデータ例では、２４７　ｎｍ　〜２４９．３　ｎｍで
ある。そして、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合、こ
のＫｒＦエキシマレーザは２４８ｎｍで発振するため、
上記偏光分離器５で偏光を分離することができる。しか
し、前述したように実際に偏光分離器５を量産した場合
には、誘電体多層膜の厚みにバラツキが生じるため、上
記破線で示す良好な波長範囲が士数ｎｍ程度変動し、偏
光分離器５の良品率が低下する。

しかし、入射角（この例では６０°）を士数度以内で微
調整すると、誘電体多層膜中の光路長が変化するので、
第４図の特性が大きく変化することなく、波長が士数十
ｎｍ変化する。したがって、前述したような入射角の微
調整機構１３によりレーザ光の波長に良好な特性を持つ
波長範囲に一致させることが可能となし、偏光分離器５
の良品率を向上させ、実用上大きな長所となる。

このように上記実施例によれば、たとえ偏光分離器５の
誘電体多層膜の形成にバラツキが発生しても、容易に偏
光分離器５の傾きを調整し、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の
最適化を図ることが可能となる。そして、上記のように
波長選択素子であるファブリペローエタロン６の大幅な
光負荷の低減を図ることができ、レーザ出力の安定化を
図ることができる。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、レーザ媒質を貫き
波長選択素子を通る光振器で作られた特定の偏波面の光
が波長位相器で偏波面を変換され、レーザ媒質で増幅さ
れた後、偏光分離器により出力光として出力される。し
たがって、波長選択素子を通過する光エネルギーは、レ
ーザ媒質の増幅率で出力光を割算した程度に低下し、波
長選択素子の変形、劣化は著しく低減する。また、上記
偏光分離器を微調整機構により調整して偏光分離を最適
に行うことができるので、選択波長の変動や、１３ベー
。

出力の低下がなく、露光用光源に最適な狭帯域化レーザ
装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における狭帯域
化レーザ族”置を示し、第１図は全体の概略構成図、第
２′図は全体の詳細な断面図、第３図は偏光分離器およ
びその微調整機構の拡大断面図、第４図は偏光分離器の
反射率と波長の関係を示す特性図、第５図は従来の狭帯
域化レーザ装置を示す構成図である。 １・・・放電管、２，３・・・全反射鏡、４・・・１／
４波長位相器、５・・・偏光分離器、６・・・ファブリ
ペローエタロン、１２・・・出力光、１３・・・微調整
機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくともレーザ媒質と、このレーザ媒質を貫く共振器
   光路を作る第１および第２の反射鏡からなる光共振器と
   、上記共振器光路中に設けられた波長位相器および偏光
   分離器と、上記レーザ媒質から上記偏光分離器を通り、
   出力光が出力される出力光路以外の上記共振器光路中に
   設けられた波長選択素子と、上記偏光分離器の傾きを変
   化させる微調整機構を備えた狭帯域化レーザ装置。