JPH03257981A - 狭帯域発振エキシマレーザ - 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〕 本発明はステッパー用の光源として使用される狭帯域発
振エキシマレーザに関する。

〔従来の技術〕

半導体装置製造用の縮小投影露光装置ｔ（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か短い（Ｋｒ
Ｆ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）か小さ
くて済み、露光領域を大きくできること、大きなパワー
か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有望なものとし
ては以下の３技術がある。

（ａ）波長選択素子であるエタロン２枚を共振器内に配
置する。

（ｂ）グレーティングとビームエキスパンダを用いる。

（Ｃ）エタロンとグレーティングとを用いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記いずれの方法においても、発振エネルギ
ーと同じ程度か一般的にはその数倍の密度のエネルギー
が各素子を通過しコーティング等の劣化、損傷が問題と
なっていた。特に、（ａ）の方法では、エタロンを透過
するエネルギー密度が高いため、熱によって、エタロン
のギャップが変化し、この結果エタロンの透過波長のシ
フトが大きくなり、波長の制御性を著しく低下させると
いう不具合があった。

この発明はこのような事情に鑑がみてなされたもので、
レーザのエネルギー密度を低減させることにより、装置
の長寿命化を図ると共に波長の制御性を向上させる狭帯
域発振エキシマレーザ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〕

上記目的を達成するためこの発明においては、共振器内
に狭帯域化素子を具えた狭帯域発振エキシマレーザにお
いて、前記狭帯域化素子とレーザチャンバとの間にＰ波
とＳ波を分離しかつレーザビームを拡大する偏光プリズ
ムを配置するとともに、前記レーザチャンバの狭帯域化
素子配置位置と反対側にレーザ光が往復通過することに
より偏光方向を９０度回転する偏光子（例えば４分のラ
ムダ板）を配置するようにしている。

〔作用〕

かかる構成によれば、偏光プリズムによるＰ波とＳ波の
分離により狭帯域化素子を通過する光をいずれか一方の
偏光成分とすることによりエネルギー密度を低下させる
とともに、該偏光プリズムによるビーム拡大によりさら
にエネルギー密度を低下させる。

また、レーザ光を４分のラムダ板（λ／４板）等の偏光
子て往復通過させることてλ／４板にλ／２板つまり偏
波面回転器と同じ働きをさせ、Ｐ波をＳ波にあるいはＳ
波をＰ波に変換して共振器外に取り出すようにしている
。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図はこの発明の狭帯域発振エキシマレーザの一実施
例を示した概念図である。この実施例の狭帯域発振エキ
シマレーザは、全反射ミラー１と全反射ミラー２との間
に、狭帯域化素子として機能する２枚のエタロン３、ビ
ームエキスパンダ及び偏光子として機能する偏光プリズ
ム４、レーザチャンバ５、および補償板としての４分の
ラムダ板（λ／４板）６が配設されている。レーザチャ
ンバ５はその内にＫｒＦ等を含むレーザガスが循環可能
に充填され、更にレーザチャンバ５の両端には所定の角
度で配置されたウィンドウ７が設ケられている。

かかる構成において、レーザチャンバ５で発生したレー
ザ光の左に進む成分を考える。偏光プリズム４の第１面
には第２図に示したような特性（Ｓ波全反射、Ｐ波透過
）を持った偏光コーティングが施されており、この結果
レーザ光のうちＰ波成分のみがエタロン３に入射される
。エタロン３を透過後、全反射ミラー１で反射されたレ
ーザ光は再びエタロン３を透過し、狭帯域化される。

この狭帯域化されたレーザ光はレーザチャンバ５て増幅
され、λ／４板６に入射される。

λ／４板６を透過したレーザ光は該λ／４板６によって
振動方向が４５″回転されて円偏光になり全反射ミラー
２に入射される。全反射ミラー２で反射されたレーザ光
は再度λ／４板６を透過することでその振動方向が９０
″回転されて、Ｓ波になり、レーザチャンバ５に入射さ
れる。すなわち、λ／４板６はレーザ光を往復通過させ
ることてλ／２板つまり偏波面回転器と同し働きをし、
これによりＰ波をＳ波に変換する。

このようにしてＳ波に変換された狭帯域化光はレーザチ
ャンバ５で再び増幅された後、偏光プリズム４の第１面
で反射され、共振器外にとり出される。

このようにこの実施例では、偏光プリズム４によりＰ波
のみを狭帯域化素子としてのエタロン３に入射し、さら
にこの偏光プリズム４によりレーザビームを拡大するよ
うにしたのでエタロン３１こ入射されるレーザ光のエネ
ルギー密度が大幅に低減される。また、この場合、狭帯
域化光はレーザチャンバ５て少なくとも２回増幅される
ために、上記偏光プリズム４により狭帯域化素子への透
過光強度を小さくしても結果的には高出力のレーザ発振
をなし得る。

第３図はこの発明の他の実施例を示すもので、第１図の
全反射ミラー１、エタロン３の代わりにビームエキスパ
ンダ１１とグレーティング１２を配置したものである。

グレーティング１２は、光の回折を利用して特定波長の
光を選択するもので、一定方向に配列された多数の溝が
形成されている。グレーティング１２はエタロン３の比
べて耐久性が優れており、入射光に対するグレーティン
グ６の角度θを可変させることにより、特定の波長の光
を選択する。

グレーティング１２は全反射ミラーとしても機能する。

このグレーティング１２にはビームエキスパンダ１１に
よってビーム拡大されたレーザビームが入射される。

なおこの場合、ビームエキスパンダ１１としてプリズム
を用いれば、プリズムの入射面の無反射コートにＰ偏光
コートが使用でき、ロスの少ないコーティングが可能に
なる。

第４図はこの発明の更に別の実施例を示すもので、狭帯
域化素子としてエタロン３、プリズムビームエキスパン
ダ１１、及びグレーティング１２を用いるようにしてい
る。その他は第１図または第３図に示す実施例と全く同
じである。

なお、これら実施例では偏光プリズム４のコーティング
としてＳ波全反射、Ｐ波透過のものを採用し、Ｓ波を共
振器外にとり出すようにしたが、これと反対の特性（Ｓ
波透過、Ｐ波全反射）のコーティングを偏光プリズム４
に施し、Ｐ波を共振器外にとり出すようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、狭帯域化素子に
入射するレーザ光を偏光プリズムによってＰ波およびＳ
波のいずれかに特定し、更にこの偏光プリズムによって
レーザビームを拡大して狭帯域化素子に入射するように
したので、狭帯域化素子に入射するレーザ光のエネルギ
ー密度が著しく低減され、これにより狭帯域化素子の寿
命を飛躍的に延ばせると共に、安定な波長制御をなし得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概念図、第２図は偏
光プリズムのコーティングの特性を示すグラフ、第３図
および第４図はこの発明の他の実施例を示す概念図であ
る。 １．２・・・全反射ミラー　３・・・エタロン、４・・
・偏光プリズム、５・・・レーザチャンバ、６・・・偏
光子（λ／４板）、１１・・・ビームエキスパンダ、１
２・・・グレーティング 第１図 波長（ｎｍ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）共振器内に狭帯域化素子を具えた狭帯域発振エキ
   シマレーザにおいて、 前記狭帯域化素子とレーザチャンバとの間にＰ波とＳ波
   を分離しかつレーザビームを拡大する偏光プリズムを配
   置するとともに、前記レーザチャンバの狭帯域化素子配
   置位置と反対側にレーザ光が往復通過することにより偏
   光方向を９０度回転する偏光子を配置するようにしたこ
   とを特徴とする狭帯域発振エキシマレーザ。
2. （２）前記偏光プリズムの反射光をレーザの出力光とす
   る請求項（１）記載の狭帯域発振エキシマレーザ。