JPH07170010A

JPH07170010A - 光源装置

Info

Publication number: JPH07170010A
Application number: JP5315088A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyaji; 章宮地; Ken Ozawa; 謙小澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】波長２５０ｎｍ以下で発振するエキシマレー
ザ光源の代替光源として使用でき、且つ装置サイズ、安
全性、メインテナンス性、及び信頼性の点でエキシマレ
ーザ光源より優れた光源装置を提供する。【構成】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源２１からの波長１０
６４ｎｍの基本波Ｌ１を非線形結晶２２Ａに供給して得
た２倍高調波Ｌ２を、励起光として波長可変レーザ光源
２３に供給して可変波長レーザ光Ｌ３を得る。可変波長
のレーザ光Ｌ３を非線形結晶２２Ｂに供給して２倍高調
波Ｌ４を得る。２倍高調波Ｌ４を非線形結晶２２Ｃに供
給して４倍高調波を得るか、又は可変波長のレーザ光Ｌ
３及び２倍高調波Ｌ４を所定の角度で非線形結晶２２Ｃ
に供給して３倍高調波を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２５０ｎｍ以下程度の
波長の照明光を発生するための光源装置に関し、例えば
半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に
使用される露光装置又は投影露光装置の露光光源に適用
して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下、一例としてレチクルを用いる）のパター
ンを、フォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラス
プレート等）上に露光する投影露光装置（ステッパ等）
が使用されている。斯かる投影露光装置には、フォトレ
ジストを感光させるための露光光を発生する露光光源が
搭載されている。

【０００３】最近、半導体集積回路は益々微細化され、
投影露光装置においても、より解像度を高めることが求
められている。解像度を高めるための１つの手法が、露
光光源から発生される露光光の波長（露光波長）を短波
長化することである。そのため、従来の水銀ランプの輝
線（波長４３６ｎｍのｇ線、波長３６５ｎｍのｉ線等）
に変えて、現在では露光光としてＫｒＦエキシマレーザ
光源からの波長２４８ｎｍのレーザ光を使用するステッ
パ等が開発されている。そのように露光光源としてＫｒ
Ｆエキシマレーザ光源を使用し、更に特公昭６２−５０
８１１号公報に開示されている位相シフトマスク法、又
は例えば特開平４−２２５３５８号公報に開示されてい
る所謂変形光源法を採用することにより、線幅０．２５
μｍ対応の２５６ＭビットＤＲＡＭまでは製造できるこ
とが予想されている。

【０００４】また、波長２５０ｎｍ付近の露光光とし
て、ＫｒＦエキシマレーザ光以外に、水銀ランプの別の
輝線、銅蒸気レーザ光の２倍高調波（波長２５５ｎ
ｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の４倍高調波（波長２６６
ｎｍ）、アルゴンレーザ光の高調波（波長２５０ｎｍ、
又は２５７ｎｍ）、クリプトンイオンレーザ光（波長２
４１．８ｎｍ、又は２４８．５ｎｍ等）等の使用も考え
られてきた。

【０００５】更に、より短波長の次世代の露光光とし
て、水銀ランプの波長１８４ｎｍの輝線、あるいは波長
１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光等が候補として注
目されている。例えばＡｒＦエキシマレーザ光を露光光
として使用した場合、０．２０μｍ以下の解像力で１Ｇ
ビットＤＲＡＭの生産を行うことが考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、現在の
所実用上で最も線幅の狭いパターンを露光するための露
光波長は２５０ｎｍ付近であるが、先ず水銀ランプの輝
線では発光スペクトル幅が広く、投影露光装置中の投影
光学系の色収差を補正するのが困難であるという不都合
があった。即ち、水銀ランプの輝線に対して遠紫外域で
投影光学系の色収差を補正するためには、遠紫外光を透
過させる硝材が限られていることから、屈折系だけでは
対応できない。そのため、少なくとも一部に反射系を採
用する必要が生じ、光学系のタイプが制限されてしま
う。更に、水銀ランプでは、十分な出力エネルギーが得
られないことも問題であった。

【０００７】次に、アルゴンレーザ光源、クリプトンレ
ーザ光源においても、出力エネルギーが小さく、実用的
な露光装置用の露光光源としては不向きであった。ま
た、銅蒸気レーザ光源は、発振管が長く広い設置場所が
必要になると共に、熱の発生源となり、且つ取り扱いも
煩雑であった。更に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の４倍高調
波（波長２６６ｎｍ）を使用した場合、波長がＫｒＦエ
キシマレーザ光に比べて８％長いため、同一の解像度を
得るためには投影光学系の開口数（ＮＡ）を８％大きく
する必要があり、光学系の設計及び製造上での負荷が大
きくなる恐れがあった。

【０００８】この様な状況下で、ＫｒＦエキシマレーザ
光源が現在の実用的な露光光源として採用された訳であ
るが、ＫｒＦエキシマレーザ光源にも幾つかの不都合が
ある。即ち、先ず、レーザ光源の形状が大きいため、露
光装置全体が大きくなり、クリーンルームに設置した場
合には、スループットが同程度で、水銀ランプのｉ線又
はｇ線を用いた他の露光装置（所謂ｉ線ステッパ、ｇ線
ステッパ等）に比べて、経済効率が著しく低かった。ま
た、ＫｒＦエキシマレーザ光源は、フッ素ガスを使用す
ることから所定の安全対策を施す必要があると共に、光
源としての性能がガス純度に依存するため、ガス配管用
の材料として高純度のステンレス管を用いる必要があ
る。そのため、付帯設備に高額の投資をする必要があっ
た。また、ＫｒＦエキシマレーザ光源の性能維持のため
のメインテナンスに必要なコストも、最近では装置性能
の向上により安くなる傾向にはなっているものの、水銀
ランプに比べかなり高額になっていた。

【０００９】また、次世代の１ＧビットＤＲＡＭ以降に
対応する露光装置の露光光源としてＡｒＦエキシマレー
ザ光源が考えられているが、エキシマレーザ光源である
ことから、ＫｒＦエキシマレーザ光源と同様の不都合が
ある。更に、取り扱い易さ等の性能面ではＫｒＦエキシ
マレーザ光源よりむしろ劣る位いであり、装置サイズ等
の面で有利な代替光源が求められていた。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、例えばＫｒＦエ
キシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエ
キシマレーザ光（発振波長１９３ｎｍ）のような波長２
５０ｎｍ以下で発振するエキシマレーザ光源の代替光源
として露光装置用の露光光源に使用でき、且つ装置サイ
ズ、安全性、メインテナンス性、及び信頼性の点でエキ
シマレーザ光源より優れた光源装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による光源装置
は、例えば図１に示すように、２５０ｎｍ以下の波長の
照明光を発生するための光源装置において、１０００ｎ
ｍ以上の波長の基本レーザ光（Ｌ１）の２倍高調波（Ｌ
２）を発生する固体レーザ光源（２１，２２Ａ）と、２
倍高調波（Ｌ２）を励起光として可変波長のレーザ光
（Ｌ３）を発生する波長可変レーザ光源（２３）と、可
変波長のレーザ光（Ｌ３）の２倍高調波（Ｌ４）を発生
する第１非線形結晶（２２Ｂ）と、波長可変レーザ光源
（２３）及び第１非線形結晶（２２Ｂ）から発生される
レーザ光（Ｌ３，Ｌ４）の内の所定のレーザ光より、可
変波長のレーザ光（Ｌ３）の３倍高調波及び４倍高調波
の内の何れかの高調波（Ｌ５）を発生する第２非線形結
晶（２２Ｃ）とを設け、第２非線形結晶（２２Ｃ）から
発生されるレーザ光（Ｌ５）を照明光とするようにした
ものである。

【００１２】この場合、例えば図２に示すように、波長
可変レーザ光源（２３）の共振器内に、発振波長を決定
するための光学系（２８）を配し、この光学系内の所定
部分の光路長を変化させることにより波長可変レーザ光
源（２３）の発振波長を変えることが望ましい。また、
例えば図４に示すように、可変波長のレーザ光（Ｌ３）
の波長を対応する基準光源（３９）の輝線スペクトルと
比較し、この比較結果に基づいて波長可変レーザ光源
（２３）の発振波長を制御することが望ましい。

【００１３】また、波長可変レーザ光源（２３）の発振
中心波長を７７２ｎｍとした場合、基準光源（３９）と
して、カリウムランプ及びルビジウムランプ中の一方の
ランプを用い、第２非線形結晶（２２Ｃ）は、可変波長
のレーザ光（Ｌ３）の４倍高調波として波長１９３ｎｍ
のレーザ光を発生することができる。また、波長可変レ
ーザ光源（２３）の発振中心波長を７４４ｎｍとした場
合、基準光源（３９）としてカリウムランプを用い、第
２非線形結晶（２２Ｃ）は、可変波長のレーザ光（Ｌ
３）の３倍高調波として波長２４８ｎｍのレーザ光を発
生することができる。

【００１４】また、例えば図３に示すように、可変波長
のレーザ光（Ｌ３）の２倍高調波（Ｌ４）を、スカンジ
ウム、タリウム、バリウム、エルビウム、鉄、モリブデ
ン、ジルコニウム、及びヴァナジウムよりなる元素群か
ら選ばれた任意の１つの元素のホロカソードランプ（３
９）の輝線スペクトルと比較し、この比較結果に基づい
て波長可変レーザ光源（２３）の発振波長を制御するよ
うにしてもよい。

【００１５】また、波長可変レーザ光源（２３）と第１
非線形結晶（２２Ｂ）との間の可変波長のレーザ光（Ｌ
３）の光路上に、着脱自在にビームスプリッタ（３１）
を配置し、このビームスプリッタをその光路上に配置し
た際にこのビームスプリッタにより分離されたレーザ光
（Ｌ６）及び第１非線形結晶（２２Ｂ）から発生される
可変波長のレーザ光（Ｌ３）の２倍高調波（Ｌ４）を第
２非線形結晶（２２Ｃ）に入射させて、第２非線形結晶
（２２Ｃ）より可変波長のレーザ光（Ｌ３）の３倍高調
波（Ｌ５）を発生させ、ビームスプリッタ（３１）をそ
の光路から退避させた際に第１非線形結晶（２２Ｂ）か
ら発生されるレーザ光を第２非線形結晶（２２Ｃ）に入
射させて、第２非線形結晶（２２Ｃ）より可変波長のレ
ーザ光（Ｌ３）の４倍高調波（Ｌ５）を発生させるよう
にしてもよい。

【００１６】

【作用】斯かる本発明によれば、励起用の基本レーザ光
（Ｌ１）の波長は１０００ｎｍ以上であるため、レーザ
光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザ光源又はＮｄ：ＹＬＦレ
ーザ光源等の高出力の固体レーザ光源（２１）と非線形
結晶（２２Ａ）とを組み合わせたものが使用できる。ま
た、基本レーザ光（Ｌ１）に対して周波数が２倍（波長
が１／２）の２倍高調波（Ｌ２）を発生し、この２倍高
調波で波長可変レーザ光源（２３）を励起しているが、
波長可変レーザ光源（２３）としても、チタン・サファ
イアレーザ光源、アレクサンドライトレーザ光源等の固
体レーザ光源が使用でき、全体として小型で、且つ安全
性やメインテナンス性等に優れた固体レーザ光源のみを
用いて照明光源を構成できる。

【００１７】また、励起光（２倍高調波）の波長は５０
０ｎｍ以上であるため、波長可変レーザ光源（２３）か
ら射出される可変波長のレーザ光（Ｌ３）の波長可変範
囲は一例として７００ｎｍ〜９８０ｎｍである。従っ
て、第２非線形結晶（２２Ｃ）から射出される３倍高調
波の波長範囲は、２３３ｎｍ〜３２６ｎｍとなり、第２
非線形結晶（２２Ｃ）から射出される４倍高調波の波長
範囲は、１７５ｎｍ〜２４５ｎｍとなる。即ち、第２非
線形結晶（２２Ｃ）から３倍高調波を発生させて波長可
変レーザ光源（２３）の発振波長を調整することによ
り、ＫｒＦエキシマレーザ光と同じ波長（２４８ｎｍ）
のレーザ光を発生することができ、第２非線形結晶（２
２Ｃ）から４倍高調波を発生させて波長可変レーザ光源
（２３）の発振波長を調整することにより、ＡｒＦエキ
シマレーザ光と同じ波長（１９３ｎｍ）のレーザ光を発
生することができる。

【００１８】また、波長可変レーザ光源（２３）の共振
器（２７Ａ，２７Ｂ）内に、発振波長を決定するための
光学系（２８）を配し、その光学系（２８）内の所定部
分の屈折率等を変化させることによりその部分の光路長
を変化させると、共振器（２７Ａ，２７Ｂ）内の全体の
光路長が変化して発振波長が正確に制御できる。この場
合、その光学系（２８）により発振波長の波長帯域の狭
帯化も行われる。

【００１９】次に、波長可変レーザ光源（２３）の発振
波長を制御するためには、波長可変レーザ光源（２３）
から発生される可変波長のレーザ光（Ｌ３）、第１非線
形結晶（２２Ｂ）から発生される２倍高調波（Ｌ４）、
又は第２非線形結晶（２２Ｃ）から発生される高調波
（３倍若しくは４倍高調波）（Ｌ５）の波長を何等かの
基準光源の輝線スペクトルの光の波長と比較すればよ
い。しかしながら、最終的に照明光として使用する光、
即ち第２非線形結晶（２２Ｃ）から発生される高調波
（Ｌ５）の波長は２５０ｎｍ以下であり、波長を計測す
るのが困難である。それに対して、波長の長い可変波長
のレーザ光（Ｌ３）の波長を基準光源の輝線スペクトル
と比較するのは容易であり、これにより波長可変レーザ
光源（２３）の発振波長を正確に所望の波長に設定でき
る。

【００２０】また、最終的にＡｒＦエキシマレーザ光
（波長１９３ｎｍ）と同じ波長の照明光を得るために
は、既に説明したように第２非線形結晶（２２Ｃ）では
４倍高調波を取り出せばよく、波長可変レーザ光源（２
３）から射出される可変波長のレーザ光（Ｌ３）の波長
を７７２（７７２／４＝１９３）ｎｍとすればよい。こ
の場合、その可変波長のレーザ光（Ｌ３）の比較対象と
なる基準光としては、カリウムの輝線スペクトル（波長
７６６ｎｍ）又はルビジウムの輝線スペクトル（波長７
８０ｎｍ）等が好適である。

【００２１】一方、最終的にＫｒＦエキシマレーザ光
（波長２４８ｎｍ）と同じ波長の照明光を得るために
は、既に説明したように第２非線形結晶（２２Ｃ）では
３倍高調波を取り出せばよく、波長可変レーザ光源（２
３）から射出される可変波長のレーザ光（Ｌ３）の波長
を７４４（７４４／３＝２４８）ｎｍとすればよい。こ
の場合、その可変波長のレーザ光（Ｌ３）の比較対象と
なる基準光としては、カリウムの輝線スペクトル（波長
７６６ｎｍ）等が好適である。

【００２２】次に、上述のように波長可変レーザ光源
（２３）の発振波長を制御するために、最終的に照明光
として使用する光、即ち第２非線形結晶（２２Ｃ）から
発生される高調波（Ｌ５）の波長自体を計測するのは困
難である。そこで、第１非線形結晶（２２Ｂ）から出力
される可変波長のレーザ光（Ｌ３）の２倍高調波（Ｌ
４）の波長を基準光源の輝線スペクトルと比較すること
により、波長可変レーザ光源（２３）の発振波長を容易
且つ正確に所望の波長に設定できる。また、波長可変レ
ーザ光源（２３）から射出される可変波長のレーザ光
（Ｌ３）の波長可変範囲が一例として７００ｎｍ〜９８
０ｎｍであるときには、第２非線形結晶（２２Ｃ）から
射出される２倍高調波（Ｌ４）の波長範囲は、３５０ｎ
ｍ〜４９０ｎｍとなる。従って、その２倍高調波（Ｌ
４）と比較できる輝線スペクトルとしては、スカンジウ
ム、タリウム、バリウム、エルビウム、鉄、モリブデ
ン、ジルコニウム、又はヴァナジウムよりなるホロカソ
ードランプの輝線スペクトルが使用できる。

【００２３】また、例えば図３に示すように、可変波長
のレーザ光（Ｌ３）の光路上に着脱自在にビームスプリ
ッタ（３１）を設けた場合、このビームスプリッタ（３
１）をその光路に挿入すると、第１非線形結晶（２２
Ｂ）からの２倍高調波（Ｌ４）、及び波長可変レーザ光
源（２３）から射出された後ビームスプリッタ（３１）
で分離された可変波長のレーザ光（Ｌ３）が所定の交差
角で第２非線形結晶（２２Ｃ）に入射するため、第２非
線形結晶（２２Ｃ）から３倍高調波が射出される。一
方、その光路上からビームスプリッタ（３１）を外すこ
とにより、第１非線形結晶（２２Ｂ）からの２倍高調波
（Ｌ４）が第２非線形結晶（２２Ｃ）に入射し、第２非
線形結晶（２２Ｃ）から４倍高調波が射出される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による光源装置の一実施例につ
き図面を参照して説明する。本実施例は、投影露光装置
（ステッパ等）用に波長２５０ｎｍ以下の露光光を発生
する露光光源に本発明を適用したものである。図１は、
本実施例の露光光源を示し、この図１において、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ光源２１は固体レーザ光源であり、フラッ
シュランプ又は半導体レーザ素子アレイからの光により
励起され、波長１０６４ｎｍのレーザ光（以下、「基本
波」と呼ぶ）Ｌ１をパルス的に発光し、基本波Ｌ１は例
えばＫＤＰ、ＬＢＯ又はＫＴＰ等よりなる第１非線形結
晶２２Ａに入射する。非線形結晶２２Ａは、入射した基
本波Ｌ１に対して周波数が２倍（波長５３２ｎｍ）の２
倍高調波Ｌ２を発生し、この２倍高調波Ｌ２が励起光と
してチタン・サファイアレーザ（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ）光源よりなる波長可変レーザ光源２３に供給され
る。波長可変レーザ光源２３からは、可変波長のレーザ
光Ｌ３が射出される。この可変波長のレーザ光Ｌ３の波
長をλ₁として、角振動数をω₁とする。

【００２５】波長可変レーザ光源２３としてのチタン・
サファイアレーザ光源は固体レーザ光源であり、チタン
・サファイアレーザ光源の発振波長の可変範囲は７００
ｎｍ〜９８０ｎｍであり、レーザ発振のための励起光と
して好適な光は波長６００ｎｍ以下の光、望ましくは波
長５００ｎｍ前後の光である。従って、本実施例の基本
波Ｌ１の２倍高調波Ｌ２は励起光として好適である。そ
の励起光としては、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ光の２倍高調波
も好適である。チタン・サファイアレーザ光源を発振さ
せるには、レーザ光以外に一般にフラッシュランプから
の光も励起光として使用できるが、光源としての寿命、
出力及び高い頻度で繰り返して発光させる必要がある点
を考慮すると、励起光としてはＮｄ：ＹＡＧレーザ光源
等の固体レーザ光源からの光が望ましい。同様に、これ
ら励起用の固体レーザ光源の励起光としても半導体レー
ザ素子アレイからの光が望ましい。

【００２６】チタン・サファイアレーザ光源の波長可変
範囲は上記の如くであるが、発振波長が８００ｎｍ付近
で発振効率が最も高い。また、その波長可変範囲内で特
定の波長を選択するために、回折格子、プリズム、又は
エタロン等の波長選択素子を使用する。本実施例では、
最終的に波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光と同
じ波長の光を得る場合には、チタン・サファイアレーザ
光源よりなる波長可変レーザ光源２３の発振波長を７４
４ｎｍとして、最終的に波長１９３ｎｍＡｒＦエキシマ
レーザ光と同じ波長の光を得る場合には、その発振波長
を７７２ｎｍとする。

【００２７】図２は、波長可変レーザ光源２３の共振器
内部の様子を示し、この図２において、図１のＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ光源２１の基本波Ｌ１の２倍高調波Ｌ２は、
集光レンズ２４Ａ及び２４Ｂにより集光された後、それ
ぞれミラー２５Ａ，２５Ｂ及びミラー２５Ｃ，２５Ｄを
介してチタン・サファイア結晶２６の両面に集光され
る。このチタン・サファイア結晶２６と、これを挟むよ
うに配置された共振器ミラー２７Ａ，２７Ｂとを用いて
レーザ発振が行われる。また、チタン・サファイア結晶
２６と共振器ミラー２７Ａとの間に、発振波長を制御す
るための波長選択素子２８が配置されている。波長選択
素子２８は、プリズム、回折格子、又はエタロン等から
構成され、プリズム若しくは回折格子の回転、又はエタ
ロン中の媒体の屈折率変化等により発振波長として所望
の波長λ₁が選択され、波長λ₁の可変波長レーザ光Ｌ
３が共振器ミラー２７Ｂを介して取り出される。

【００２８】チタン・サファイアレーザ光源からの可変
波長のレーザ光Ｌ３、及びＮｄ：ＹＡＧレーザ光の２倍
高調波Ｌ２は、共に一般にかなり広いスペクトル幅を有
するため、適用される投影露光装置の投影光学系の結像
特性にも依るが、発光スペクトルを狭帯化すべき場合が
ある。これに関して、チタン・サファイアレーザ光源に
おいては、共振器ミラー２７Ａ及び２７Ｂの間に設置さ
れた波長選択素子２８により、波長の選択と共に、スペ
クトル幅の所望の幅への狭帯化を行うことが出来る。一
般に、光学材料の光の照射による劣化又は損傷は、照射
される光の波長が短い場合に生じ易い。そこで、最終的
に得られる波長２５０ｎｍ以下の光において波長の選択
又はスペクトルの狭帯化を行うよりも、本実施例のよう
にチタン・サファイアレーザ光源から射出される可変波
長のレーザ光Ｌ３の段階において、波長選択あるいはス
ペクトルの狭帯化を行う方が、光学材料の劣化、又は損
傷が少なくなることから望ましい。

【００２９】図１に戻り、波長可変レーザ光源２３から
射出される可変波長のレーザ光Ｌ３は、波長７４４ｎｍ
又は７７２ｎｍの赤外光である。その可変波長のレーザ
光Ｌ３が例えばＬＢＯ、ＢＢＯ又はＫＴＰ等よりなる第
２非線形結晶２２Ｂに供給され、この第２非線形結晶２
２Ｂから角周波数ω₁の可変波長のレーザ光Ｌ３の２倍
の角周波数（２ω₁)の２倍高調波Ｌ４が射出され、この
２倍高調波Ｌ４がＬＢＯ又はＢＢＯよりなる第３非線形
結晶２２Ｃに供給される。２倍高調波Ｌ４の波長は、３
７２ｎｍ又は３８６ｎｍである。更に、第３非線形結晶
２２Ｃには、第２非線形結晶２２Ｂ内を変換されずにそ
のまま透過した可変波長のレーザ光Ｌ３も必要に応じて
供給される。

【００３０】２倍高調波Ｌ４の波長が３７２ｎｍの場合
には、入射するレーザ光の位相条件を合わせることによ
り第３非線形結晶２２Ｃからは、可変波長のレーザ光Ｌ
３と２倍高調波Ｌ４との和周波数の高調波、即ち可変波
長のレーザ光Ｌ３の３倍の角周波数（３・ω₃)を持つ波
長２４８ｎｍの３倍高調波が取り出される。一方、２倍
高調波Ｌ４の波長が３８６ｎｍの場合には、可変波長の
レーザ光Ｌ３を遮光することにより、第３非線形結晶２
２Ｃから、２倍高調波Ｌ４の更に２倍の周波数の高調
波、即ち可変波長のレーザ光Ｌ３の４倍の角周波数（４
・ω₃)を持つ波長１９３ｎｍの４倍高調波が取り出され
る。第３非線形結晶２２Ｃから取り出される３倍高調
波、又は４倍高調波を高調波Ｌ５として、この高調波Ｌ
５が不図示の投影露光装置に供給される。波長２４８ｎ
ｍの３倍高調波Ｌ５はＫｒＦエキシマレーザ光の代替露
光光として使用でき、波長１９３ｎｍの４倍高調波Ｌ５
はＡｒＦエキシマレーザ光の代替露光光として使用でき
る。

【００３１】なお、上述実施例において、固体レーザ光
源よりなる波長可変レーザ光源２３としては、チタン・
サファイアレーザ光源の他に、アレクサンドライト（Ａ
ｌｅｘａｎｄｒｉｔｅ）レーザ光源、ＧＳＧＧ（ガリウ
ム・スカンジューム・ガドリニウム・ガーネット）レー
ザ光源等が使用できる。これら波長可変レーザ光源の内
の何れを用いても、可変波長のレーザ光Ｌ３を波長７４
４ｎｍで発振させ、非線形結晶を用いて３倍高調波を発
生させることにより波長２４８ｎｍのレーザ光を得るこ
とができる。同様に、可変波長のレーザ光Ｌ３を波長７
７２ｎｍで発振させ、４倍高調波を発生させることによ
り波長１９３ｎｍのレーザ光を得ることができる。上記
の波長可変レーザ光源は、全て７００ｎｍ〜８００ｎｍ
の波長帯での発振効率は高く、このように長い波長の段
階で波長の選択、又はスペクトルの狭帯化を行うことに
より、ＫｒＦエキシマレーザ光源又はＡｒＦエキシマレ
ーザ光源自体を用いる場合に比べて、波長選択素子に対
する負荷が軽くなっている。

【００３２】次に、図１においては、最終的に得られる
高調波Ｌ５の波長を所望の波長に固定するための機構、
及び出力エネルギーを一定化するための機構が示されて
いないため、以下では波長制御機構及び出力安定化機構
を備えた実施例につき説明する。この場合、高調波Ｌ５
の波長は２５０ｎｍ以下の短波長であり、その波長自体
を直接計測するのは得策ではない。そこで、本実施例で
は、より長い波長である可変波長レーザ光Ｌ３の波長、
又は可変波長のレーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ４の波長
を、基準光源としてのホロカソードランプからの光の波
長と比較することにより波長制御を行う。これにより波
長制御機構が簡略化できる。

【００３３】図３は、図１の実施例に波長制御機構及び
出力安定化機構を付加した第２実施例を示し、この図３
において、波長可変レーザ光源２３から出力される可変
波長レーザ光Ｌ４の一部がビームスプリッタ２９により
分岐され、このように分岐された光がフォトダイオード
３０Ａに入射する。そして、ビームスプリッタ２９を透
過した可変波長のレーザ光Ｌ３が、着脱自在なビームス
プリッタ３１に入射し、ビームスプリッタ３１を透過し
た光が第２非線形結晶２２Ｂに入射し、ビームスプリッ
タ３１で反射された光Ｌ６がミラー３４を経てビームス
プリッタ３５に入射し、ビームスプリッタ３５で反射さ
れた光がフォトダイオード３０Ｂに入射する。そして、
ビームスプリッタ３５を透過した光が、ミラー３６によ
り反射されて所定の入射角で第３非線形結晶２２Ｃに入
射する。

【００３４】また、第２非線形結晶２２Ｂから射出され
る光の内で、ダイクロイックミラー３２により可変波長
のレーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ４が選択され、このよう
に選択された２倍高調波Ｌ４がビームスプリッタ３３に
向かう。このビームスプリッタ３３により反射された光
の内で、更にビームスプリッタ３７により反射された光
がフォトダイオード３０Ｃの受光面に入射し、ビームス
プリッタ３７を透過した光がビームスプリッタ３８を介
してモニタ用のエタロン４０に入射する。また、ホロカ
ソードランプ３９からの基準となる輝線スペクトル光が
ビームスプリッタ３８により反射されて、２倍高調波Ｌ
４からの分岐光と共にエタロン４０に入射する。エタロ
ン４０の直後には１次元ラインセンサ等からなる１次元
撮像素子４１が配置され、１次元撮像素子４１の撮像信
号が波長解析装置４２に供給される。波長解析装置４２
には、可変波長レーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ４の波長の
あるべき値λ₁₀が入力されている。

【００３５】この場合、エタロン４０での多重干渉によ
り１次元撮像素子４１の撮像面には、波長解析装置４２
上に図示した撮像信号に対応するフリンジパターンが形
成され、波長解析装置４２は、ホロカソードランプ４０
からの輝線スペクトル光の予め分かっているフリンジパ
ターンと、２倍高調波Ｌ４からの分岐光のフリンジパタ
ーンとを比較することにより、２倍高調波Ｌ４の波長を
求める。そして、波長解析装置４２は、２倍高調波Ｌ４
の波長の計測値の設定すべき値λ₁₀からのずれΔλに対
応する制御信号を波長可変レーザ光源２３内の波長選択
素子２８（図２参照）にフォードバックする。波長選択
素子２８では、その波長のずれΔλが０になるように発
振波長を選択することにより、波長可変レーザ光源２３
から出力される可変波長レーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ４
の波長がλ₁₀に固定される。更に、波長解析装置４２
は、フリンジパターンから２倍高調波Ｌ４のスペクトル
の形状をも判別する。この判別結果により波長可変レー
ザ光源２３の発振状態がモニタできる。

【００３６】また、第３非線形結晶２２Ｃから射出され
る光の内で、ダイクロイックミラー４３により高調波Ｌ
５が選択され、このように選択された高調波Ｌ５がビー
ムスプリッタ４４に向かう。このビームスプリッタ４４
により反射された光がフォトダイオード３０Ｄに受光さ
れ、ビームスプリッタ４４を透過した光が不図示の投影
露光装置本体に導かれる。

【００３７】これに関して、図３のモニタ用のエタロン
４０のミラー面の反射率をＲ、ミラー間の空気の屈折率
をｎ、ミラー間のギャップをｄ、入射する光の波長をλ
とすると、エタロン４０のフィネスＦ、及びフーリエス
ペクトルレンジＦＳＲは、それぞれ次のように表され
る。Ｆ＝πＲ^1/2／（１−Ｒ）、ＦＳＲ＝λ² ／２ｎｄ（１）

【００３８】従って、同一のフィネスＦ、及び同一のフ
ーリエスペクトルレンジＦＳＲの場合に同じ分解能を得
るためには、エタロンのギャップｄは波長λの２乗に比
例する。従って、エタロンを使って波長の検出あるいは
スペクトルの形状を測定する場合は、できるだけ長波長
で行った方が製造公差が緩くなる。特に、最終的に可変
波長のレーザ光Ｌ３の３倍高調波を発生する場合には、
２倍高調波を計測することによりエタロン４０のギャッ
プの９／４にでき、４倍高調波を発生する場合には、２
倍高調波を計測することにより、ギャップを４倍にで
き、製造公差も緩くなる。しかも、可視光から近赤外光
においては、コーティング材料も多岐に亘ると共に、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ光のようなパルス光による硝材あるい
はコーティング材への損傷も極く容易に防止できる。

【００３９】本実施例において、高調波Ｌ５として可変
波長のレーザ光Ｌ３の３倍高調波である波長２４８ｎｍ
の光を得るためには、図３において、可変波長のレーザ
光Ｌ３の光路上にビームスプリッタ３１を挿入する。こ
れにより、第３非線形結晶２２Ｃに所定の交差角で可変
波長のレーザ光Ｌ３と同じ光Ｌ６、及び２倍高調波Ｌ４
が照射され、第３非線形結晶２２Ｃからは３倍高調波が
発生する。また、この場合、フォトダイオード３０Ａの
出力信号か、又はフォトダイオード３０Ｂの出力信号
と、フォトダイオード３０Ｃの出力信号との比の値か
ら、第２非線形結晶２２Ｂでの２倍高調波Ｌ４への変換
効率が検出される。

【００４０】同様に、フォトダイオード３０Ｂの出力信
号と、フォトダイオード３０Ｃの出力信号と、フォトダ
イオード３０Ｄの出力信号との相関より、第３非線形結
晶２２Ｃでの３倍高調波Ｌ５への変換効率が検出され
る。それら変換効率が所定の値になるように非線形結晶
２２Ｂ及び２２Ｃの回転角等を調整するか、又は２つの
光束の入射角を調整することにより、波長可変レーザ光
源２３から射出される可変波長のレーザ光Ｌ３の利用効
率を最大にすることができる。

【００４１】次に、高調波Ｌ５として可変波長のレーザ
光Ｌ３の４倍高調波である波長１９３ｎｍの光を得るた
めには、図３において、可変波長のレーザ光Ｌ３の光路
からビームスプリッタ３１を外すようにする。これによ
り、第３非線形結晶２２Ｃには２倍高調波Ｌ４のみが照
射され、第３非線形結晶２２Ｃからは４倍高調波が発生
する。また、この場合、フォトダイオード３０Ａの出力
信号と、フォトダイオード３０Ｃの出力信号との比の値
から、第２非線形結晶２２Ｂでの２倍高調波Ｌ４への変
換効率が検出され、フォトダイオード３０Ｃの出力信号
と、フォトダイオード３０Ｄの出力信号との比の値か
ら、第３非線形結晶２２Ｃでの４倍高調波Ｌ５への変換
効率が検出される。

【００４２】次に、本実施例ではホロカソードランプ３
９からの光と、可変波長のレーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ
４とを比較して波長制御を行っているため、波長基準と
して使用できるホロカソードランプの候補につき説明す
る。先ず、波長基準の候補となるホロカソードランプの
元素、及びその輝線スペクトルの波長を次の表１に示
す。

【００４３】

【表１】ホロカソードランプの元素輝線スペクトルの波長カリウム（Ｋ）７６６．４９ｎｍ，７６９．９０ｎｍスカンジウム（Ｓｃ）３９０．７４ｎｍ，３９１．１８ｎｍタリウム（Ｔｌ）３７７．５７ｎｍバリウム（Ｂａ）３８８．９３３ｎｍエルビウム（Ｅｒ）３８６．２８２ｎｍ鉄（Ｆｅ）３８５．９９１ｎｍ，２４８．３３１ｎｍモリブデン（Ｍｏ）３８６．４１１ｎｍジルコニウム（Ｚｒ）３８６．４１１ｎｍヴァナジウム（Ｖ）３８５．５８４ｎｍルビジウム（Ｒｂ）７８０．０２ｎｍ，７９４．７６ｎｍ砒素（Ａｓ）１９３．７０ｎｍ，１９７．２０ｎｍタングステン（Ｗ）２５５．１４ｎｍ，４００．８７ｎｍ

【００４４】この場合、最終的な高調波Ｌ５として、波
長２４８ｎｍの光を得るためには、２倍高調波Ｌ４の波
長を３７２ｎｍにする必要があるため、ホロカソードラ
ンプ３９の基準波長としては表１より、スカンジウム、
タリウム、バリウム、エルビウム、鉄、モリブデン、ジ
ルコニウム、又はヴァナジウムの輝線スペクトルを使用
できる。一方、最終的な高調波Ｌ５として、波長１９３
ｎｍの光を得るためには、２倍高調波Ｌ４の波長を３８
６ｎｍにする必要があるため、ホロカソードランプ３９
の基準波長としては表１より、スカンジウム、タリウ
ム、バリウム、エルビウム、鉄、モリブデン、ジルコニ
ウム、又はヴァナジウムの輝線スペクトルを使用でき
る。

【００４５】従って、本実施例においては、ホロカソー
ドランプ３９として上述の複数のランプの内の何れか１
種類のランプ（例えばタリウムのランプ）を使用し、且
つビームスプリッタ３１の着脱機構を設けることによ
り、波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍの内の所望の波長の
露光光を得ることができる。次に、本発明の第３実施例
につき図４を参照して説明する。図４において、図１及
び図３に対応する部分には同一符号を付してその詳細説
明を省略する。上述のように、高調波Ｌ５の波長は２５
０ｎｍ以下の短波長であり、その波長自体を直接計測す
るのは得策ではない。そこで、第２実施例では可変波長
のレーザ光Ｌ３の２倍高調波Ｌ４の波長を計測してい
た。それに対して、本実施例では、より長い波長である
可変波長レーザ光Ｌ３の波長自体を、基準光源としての
ホロカソードランプからの光の波長と比較することによ
り波長制御を行う。これにより波長制御機構が更に簡略
化できる。

【００４６】図４は、図１の実施例に波長制御機構及び
出力安定化機構を付加した第３実施例を示し、この図４
において、波長可変レーザ光源２３から出力される可変
波長レーザ光Ｌ３の一部が、ビームスプリッタ２９によ
り分岐されてビームスプリッタ３７に向かう。そして、
更にビームスプリッタ３７により反射された光がフォト
ダイオード３０Ｃの受光面に入射し、ビームスプリッタ
３７を透過した光がビームスプリッタ３８を介してモニ
タ用のエタロン４０に入射する。また、ホロカソードラ
ンプ３９からの輝線スペクトル光がビームスプリッタ３
８により反射されて、可変波長のレーザ光Ｌ３からの分
岐光と共にエタロン４０に入射する。エタロン４０の直
後には１次元撮像素子４１が配置され、１次元撮像素子
４１の撮像信号が波長解析装置４２に供給される。波長
解析装置４２には、可変波長レーザ光Ｌ３の波長のある
べき値が入力され、波長解析装置４２は、可変波長のレ
ーザ光Ｌ３の波長の計測値の設定すべき値からのずれに
対応する制御信号を波長可変レーザ光源２３内の波長選
択素子２８（図２参照）にフィードバックする。

【００４７】また、着脱自在のビームスプリッタ３１に
より可変波長のレーザ光Ｌ３から分岐された光Ｌ６は、
ミラー３４及び３６で反射された後、ビームスプリッタ
３５に向かい、ビームスプリッタ３５により反射された
光がフォトダイオード３０Ｂに受光され、ビームスプリ
ッタ３５を透過した光が第３非線形結晶２２Ｃに供給さ
れる。そして、第２非線形結晶２２Ｂから射出されダイ
クロイックミラー３２により選択された２倍高調波Ｌ４
の一部がビームスプリッタ３３により分岐されてフォト
ダイオード３０Ｃに受光される。その他の構成は図３の
同様である。

【００４８】本実施例において、最終的な高調波Ｌ５と
して、波長２４８ｎｍの光を得るためには、可変波長の
レーザ光Ｌ３の波長を７４４ｎｍにする必要があるた
め、基準波長としては表１より、カリウムのホロカソー
ドランプ３９の輝線スペクトルを使用すればよい。但
し、カリウムの輝線スペクトルの波長（７６６．４９ｎ
ｍ等）と目標とする波長７４４ｎｍとは少し離れ過ぎて
いるため、最終的に波長２４８ｎｍの光を得るために
は、図３に示すように、可変波長のレーザ光Ｌ３の２倍
高調波Ｌ４を計測対象とする方が望ましい。一方、図４
において、最終的な高調波Ｌ５として、波長１９３ｎｍ
の光を得るためには、可変波長のレーザ光Ｌ３の波長を
７７２ｎｍにする必要があるため、ホロカソードランプ
３９の基準波長としては表１より、カリウム、又はルビ
ジウムの輝線スペクトルを使用すればよい。

【００４９】即ち、この図４に示す第３実施例では、ホ
ロカソードランプ３９としてカリウムのランプを使用
し、且つビームスプリッタ３１の着脱機構を設けること
により、波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍの内の所望の波
長の露光光を得ることができる。なお、上述実施例で
は、最終的に波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍの波長の露
光光を得るため、可変波長のレーザ光Ｌ３の波長λ₁は
７４４ｎｍ又は７７２ｎｍに設定している。しかしなが
ら、実際には波長可変レーザ光源２３の波長可変範囲は
９８０ｎｍ〜７００ｎｍであるため、可変波長のレーザ
光Ｌ３の波長λ₁を９８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内で
変化させると、３倍高調波として波長が３２７ｎｍ〜２
３３ｎｍの光が得られ、４倍高調波として波長が２４５
ｎｍ〜１７５ｎｍの光が得られる。従って、このように
波長３２７ｎｍ〜１７５ｎｍの範囲内の所定の波長の光
を最終的に露光光として生成するようにしてもよい。

【００５０】この場合、波長可変レーザ光源２３の発振
波長λ₁を９８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内で変化させ
るには、図２に示すように、共振器内部に配置した波長
選択素子２８における選択波長を変化させればよい。例
えば、波長選択素子２８としてエタロンを使用したとき
には、そのエタロンの設置角度を変化させるか、又はそ
のエタロンを所定の気体（空気でも可）の容器に入れ、
その気体の圧力変化により有効屈折率を変化させる等に
より、選択波長を変化させることができる。但し、これ
らの方法ではエタロンの駆動部あるいは容器内の気体圧
力の調整部による機械的制御を行う必要があり、選択波
長を大きく、且つ精度よく変化させるのは容易ではな
い。

【００５１】そこで、本実施例では、図２の波長選択素
子２８として、図５（ａ）に示すような液晶を媒体とし
たエタロン（以下、「液晶式エタロン」という）を使用
するようにしてもよい。図５（ａ）において、この液晶
式エタロンは、２枚のガラス基板４６Ａ及び４６Ｂの間
に、且つ枠４８で密封するように液晶４９を封入したも
のであり、ガラス基板４６Ａ及び４６Ｂの内側にそれぞ
れ導電性の反射膜４７Ａ及び４７Ｂが被着され、反射膜
４７Ａ及び４７Ｂの間に電圧源５０から所定の電圧が印
加されている。

【００５２】液晶４９のガラス基板４６Ａ，４６Ｂに対
する配列は、ホモジニアス、又はホメオトロピックのど
ちらでも良く、液晶４９の誘電異方性が正の場合はホモ
ジニアス配列とする。電圧源５０から液晶４９に加える
電圧を変化させることにより、図５（ｂ）に示すよう
に、液晶４９内部の実効的な屈折率が変化する。従っ
て、図５（ａ）の２枚のガラス基板４６Ａ及び４６Ｂの
間の光路長が波長し、波長可変レーザ光源２３の発振波
長を制御することができる。この場合、発振波長は９８
０ｎｍ〜７００ｎｍという長波長側にあるため、液晶４
９による光の吸収は無く、光吸収による劣化損傷が生ず
ることもなく、光吸収による熱変動も無いとみなすこと
ができる。そして、例えば図３の波長解析装置４２から
の波長のずれを示す信号に基づいて、図５（ａ）の電圧
源５０から液晶４９に加える電圧を制御することによ
り、波長可変レーザ光源２３の発振波長が所望の波長に
固定される。

【００５３】この液晶エタロンによれば、図５（ｂ）か
ら分かるように、液晶４９の屈折率を１．５から１．３
倍程度まで変化させることができ、選択波長の範囲が極
めて広いという利点がある。更に、構造も簡単であり、
且つ機械的な駆動部を持たないため、レーザ共振器内部
に設置するには極めて優れている。次に、図１の露光光
源を投影露光装置用の露光光源として使用した場合の構
成例につき図６を参照して説明する。図６は、所謂ステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置用の露光光
源に本発明を適用したものである。図６において、固体
レーザ光源１は図１の光源装置の全体と同じものであ
り、固体レーザ光源１から射出される遠紫外域のレーザ
ビームＬＢ₀は、図１の和周波レーザ光Ｌ９に対応する
ものであり、レーザビームＬＢ₀の波長は例えば２４８
ｎｍ、又は１９３ｎｍである。ここで、以上のような固
体レーザ光源１を用いた場合、ビーム形状は円、又は楕
円である。

【００５４】ビーム形状が楕円の場合、レーザビームＬ
Ｂ₀はシリンドリカルレンズを含むビーム整形光学系２
に入射する。固体レーザ光源１から射出されたレーザビ
ームＬＢ₀の断面形状は、円形に整形される。なお、ビ
ーム形状が円形の場合は、このビーム整形光学系２は必
要ない。

【００５５】ビーム整形光学系２から射出されたレーザ
ビームは、ビームエクスパンダ３に入射し、所定の断面
寸法にまで断面形状が拡大される。ビームエクスパンダ
３から射出された平行なレーザビームＬＢは、ミラーＭ
３で反射された後、干渉縞の位相変調器としての振動ミ
ラー４にて光路が折り曲げられる。振動ミラー４は、直
交する２つの回動軸４ａ及び４ｂを軸として独立に振動
できるように支持され、それら２つの回動軸４ａ及び４
ｂの回りに振動ミラー４を振動させる２つの駆動モータ
（不図示）が設けられている。そして、回動軸４ａを軸
としてレチクルＲ上の走査方向に、及び回動軸４ｂを軸
としてレチクルＲ上の非走査方向に各々独立に振動ミラ
ー４を僅かに振ることによって、反射されるレーザビー
ムＬＢの進行方向を変える。

【００５６】その振動ミラー４で反射されたレーザビー
ムは、フライアイレンズ５に入射する。フライアイレン
ズ５は、微小な断面形状が矩形のレンズエレメントを縦
横に密着して配列したものであり、フライアイレンズ５
の後側（レチクルＲ側）の焦点面に多数の光源像（二次
光源）が形成される。それら多数の光源像から発散する
レーザビームの内の僅かの光が、分岐ビームスプリッタ
ー６によって反射された後、不図示の集光光学系を介し
て露光量制御に用いる光電変換素子よりなるインテグレ
ータセンサ７に入射する。

【００５７】分岐ビームスプリッター６を通過したレー
ザビームは、第１リレーレンズ８によってレチクルＲの
パターン形成面と共役な面上のレチクルブラインド（視
野絞り）９上に集光され、レチクルブラインド９の開口
部の形状によりレチクルＲ上のスリット状の照明領域１
３（後述）の形状が決定される。本実施例では、その照
明領域１３の形状は短辺方向の幅Ｄの単純な長方形とす
る。そのレチクルブラインド９の開口部を通過したレー
ザビームは、第２リレーレンズ１０、光路折り曲げ用の
ミラー１１、及びメインコンデンサーレンズ１２を経
て、レチクルＲのパターン形成面上の照明領域１３を照
明する。即ち、フライアイレンズ５の後側焦点面の多数
の光源像からのレーザビームは、メインコンデンサーレ
ンズ１２を介してレチクルＲ上の短辺方向の幅Ｄの長方
形の照明領域１３を重畳的に照明する。その照明領域１
３内のパターン像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上
の長方形の露光領域１４内に結像投影される。

【００５８】この場合、投影光学系ＰＬの倍率をβとし
て、照明領域１３に対してレチクルＲを＋Ｘ方向（ＳＲ
方向）に速度Ｖ_Rで走査するのと同期して、露光領域１
４に対してウエハＷを−Ｘ方向（ＳＷ方向）に速度β・
Ｖ_Wで走査することにより、ウエハＷ上の各ショット領
域にレチクルＲのパターン像が逐次露光される。次に、
図６の投影露光装置をより簡略化した投影露光装置の例
につき図７を参照して説明する。図７の投影露光装置に
おいて、光源ケース１５内に例えば図１の光源装置と同
じ固体レーザ光源１、及びこの固体レーザ光源１からの
レーザ光（波長は例えば１９３ｎｍ又は２４８ｎｍ）の
断面形状を例えば円形にするビーム整形光学系２が設置
されている。光源ケース１５から射出されたレーザ光
は、照明光学系ケース１８内のズームレンズ１６に入射
し、ズームレンズ１６を通過したレーザ光が、ミラー１
７、ミラー１１、及びメインコンデンサーレンズ１２を
介して、レチクルＲのパターン領域を均一な照度で照明
する。

【００５９】このように、本実施例の固体レーザ光源１
を使用することにより、波長２５０ｎｍ以下の露光光を
使用する場合でも、投影露光装置全体をコンパクトにま
とめることができる。なお、本発明による光源装置は、
投影露光装置のみならず、プロキシミティ方式の露光装
置用の露光光源等としても使用できる。このように本発
明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の構成を取り得る。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、固体レーザ光源のみを
用いることができるため、光源装置のサイズが全体とし
て小さくなり、毒性のガスを使用することもなく安全
で、しかも信頼性に優れ、且つ装置の性能維持のための
コストも廉価に抑えることが出来る。そして、本発明の
光源装置では、照明光の波長として例えば２４８ｎｍか
ら１９３ｎｍまでが可能であるため、従来のＫｒＦエキ
シマレーザ光源あるいはＡｒＦエキシマレーザ光源を露
光光源として設計製造された露光装置にも本発明の光源
装置を搭載でき、その露光装置で最適化されたプロセス
を変更することもなく適用できる利点がある。

【００６１】また、波長可変レーザ光源の共振器内に、
発振波長を決定するための光学系を配し、この光学系内
の所定部分の光路長を変化させることにより波長可変レ
ーザ光源の発振波長を変えるようにした場合には、発振
波長を容易且つ安定に所望の波長に設定できると共に、
発振スペクトルの狭帯化をも行うことができる。この場
合、その光学系は、可視域から近赤外領域の光の光路内
に設置されるため、その光学系の劣化は少ない。次に、
可変波長のレーザ光の波長を対応する基準光源の輝線ス
ペクトルと比較し、この比較結果に基づいて波長可変レ
ーザ光源の発振波長を制御するようにした場合には、最
終的に得られる短波長の照明光の段階で基準波長と比較
する場合に比べて、容易且つ安定に波長制御を行うこと
ができる。

【００６２】この場合、波長可変レーザ光源の発振中心
波長を７７２ｎｍとし、基準光源としてカリウムランプ
及びルビジウムランプ中の一方のランプを用い、第２非
線形結晶が、可変波長のレーザ光の４倍高調波として波
長１９３ｎｍのレーザ光を発生する場合には、容易に最
終的にＡｒＦエキシマレーザ光と同じ波長の照明光を得
ることが出来る。また、波長可変レーザ光源の発振中心
波長を７４４ｎｍとし、基準光源としてカリウムランプ
を用い、第２非線形結晶が、可変波長のレーザ光の３倍
高調波として波長２４８ｎｍのレーザ光を発生する場合
には、容易に最終的にＫｒＦエキシマレーザ光と同じ波
長の照明光を得ることが出来る。

【００６３】また、可変波長のレーザ光の２倍高調波
を、スカンジウム、タリウム、バリウム、エルビウム、
鉄、モリブデン、ジルコニウム、及びヴァナジウムより
なる元素群から選ばれた任意の１つの元素のホロカソー
ドランプの輝線スペクトルと比較し、この比較結果に基
づいて波長可変レーザ光源の発振波長を制御することに
より、容易にその発振波長を制御できる。

【００６４】更に、波長可変レーザ光源と第１非線形結
晶との間の可変波長のレーザ光の光路上に、着脱自在に
ビームスプリッタを配置し、このビームスプリッタを光
路上に配置した際にこのビームスプリッタにより分離さ
れたレーザ光及び第１非線形結晶から発生される可変波
長のレーザ光の２倍高調波を第２非線形結晶に入射させ
て、第２非線形結晶より可変波長のレーザ光の３倍高調
波を発生させ、そのビームスプリッタをその光路から退
避させた際に第１非線形結晶から発生されるレーザ光を
第２非線形結晶に入射させて、第２非線形結晶より可変
波長のレーザ光の４倍高調波を発生させるようにした場
合には、ビームスプリッタの着脱により３倍高調波又は
４倍高調波を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光源装置の第１実施例を示す構成
図である。

【図２】図１の波長可変レーザ光源２３の共振器の構成
例を示す光路図である。

【図３】本発明による光源装置の第２実施例を示す構成
図である。

【図４】本発明による光源装置の第３実施例を示す構成
図である。

【図５】（ａ）は図２内の波長選択素子２８の一例とし
ての液晶エタロンを示す断面図、（ｂ）は図５（ａ）の
液晶に対する印加電圧と屈折率との関係を示す図であ
る。

【図６】図１の光源装置を露光光源として組み込んだ投
影露光装置の一例の要部を示す斜視図である。

【図７】図１の光源装置を露光光源として組み込んだ投
影露光装置の他の例の要部を示す斜視図である。

【符号の説明】

２１Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ非線形結晶２３波長可変レーザ光源２６チタン・サファイア結晶２８波長選択素子３０Ａ〜３０Ｄフォトダイオード３１ビームスプリッタ３２，４３ダイクロイックミラー３９ホロカソードランプ４０エタロン４１１次元撮像素子４２波長解析装置４６Ａ，４６Ｂガラス基板４７液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２５０ｎｍ以下の波長の照明光を発生す
るための光源装置において、１０００ｎｍ以上の波長の基本レーザ光の２倍高調波を
発生する固体レーザ光源と、前記２倍高調波を励起光として可変波長のレーザ光を発
生する波長可変レーザ光源と、前記可変波長のレーザ光の２倍高調波を発生する第１非
線形結晶と、前記波長可変レーザ光源及び前記第１非線形結晶から発
生されるレーザ光の内の所定のレーザ光より、前記可変
波長のレーザ光の３倍高調波及び４倍高調波の内の何れ
かの高調波を発生する第２非線形結晶と、を設け、該第２非線形結晶から発生されるレーザ光を照明光とす
ることを特徴とする光源装置。
【請求項２】前記波長可変レーザ光源の共振器内に、
発振波長を決定するための光学系を配し、該光学系内の
所定部分の光路長を変化させることにより前記波長可変
レーザ光源の発振波長を変えるようにしたことを特徴と
する請求項１記載の光源装置。
【請求項３】前記可変波長のレーザ光の波長を対応す
る基準光源の輝線スペクトルと比較し、該比較結果に基
づいて前記波長可変レーザ光源の発振波長を制御するよ
うにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の光源装
置。
【請求項４】前記波長可変レーザ光源の発振中心波長
を７７２ｎｍとし、前記基準光源としてカリウムランプ
及びルビジウムランプ中の一方のランプを用い、前記第
２非線形結晶は、前記可変波長のレーザ光の４倍高調波
として波長１９３ｎｍのレーザ光を発生することを特徴
とする請求項３記載の光源装置。
【請求項５】前記波長可変レーザ光源の発振中心波長
を７４４ｎｍとし、前記基準光源としてカリウムランプ
を用い、前記第２非線形結晶は、前記可変波長のレーザ
光の３倍高調波として波長２４８ｎｍのレーザ光を発生
することを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【請求項６】前記可変波長のレーザ光の２倍高調波
を、スカンジウム、タリウム、バリウム、エルビウム、
鉄、モリブデン、ジルコニウム、及びヴァナジウムより
なる元素群から選ばれた任意の１つの元素のホロカソー
ドランプの輝線スペクトルと比較し、該比較結果に基づ
いて前記波長可変レーザ光源の発振波長を制御するよう
にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の光源装
置。
【請求項７】前記波長可変レーザ光源と第１非線形結
晶との間の前記可変波長のレーザ光の光路上に、着脱自
在にビームスプリッタを配置し、該ビームスプリッタを
前記光路上に配置した際に該ビームスプリッタにより分
離されたレーザ光及び前記第１非線形結晶から発生され
る前記可変波長のレーザ光の２倍高調波を前記第２非線
形結晶に入射させて、前記第２非線形結晶より前記可変
波長のレーザ光の３倍高調波を発生させ、該ビームスプリッタを前記光路から退避させた際に前記
第１非線形結晶から発生されるレーザ光を前記第２非線
形結晶に入射させて、前記第２非線形結晶より前記可変
波長のレーザ光の４倍高調波を発生させるようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の光源装置。