JPH11330592A

JPH11330592A - レーザ光源装置およびそれを備えた露光装置

Info

Publication number: JPH11330592A
Application number: JP10136819A
Authority: JP
Inventors: Kito O; 季東王
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、レーザ光を射出するレーザ光源装置
および、半導体装置、液晶表示装置、あるいは薄膜磁気
ヘッド等を製造する際のフォトリソグラフィ工程で用い
られる露光装置に関し、長時間使用することができるレ
ーザ光源装置および、スループットを向上させた露光装
置を提供することを目的とする。【解決手段】励起部２１と、励起部２１をはさんで配置
され、励起部２１からの光に対して所定の反射率を有す
る反射鏡２５および出力鏡２６を備えたレーザ光源装置
において、反射鏡２５および出力鏡２６を移動させて、
反射鏡２５および出力鏡２６の面に対する励起部２１か
らの光の照射位置を調整する反射鏡ステージ２７および
出力鏡ステージ２８を備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を射出す
るレーザ光源装置および、半導体装置、液晶表示装置、
あるいは薄膜磁気ヘッド等を製造する際のフォトリソグ
ラフィ工程で用いられ、照明系にレーザ光源装置を備え
た露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特定の波長の光を発生させ、当該
光を共振させてレーザ光を射出するレーザ光源装置が知
られている。このような従来のレーザ光源装置の概略の
構成を図６に示す。このレーザ光源装置は、大別する
と、特定の波長の光を発生させる励起部６１と、光を共
振させる共振器（６２、６３、６４）とを有している。
励起部６１には、励起して特定の波長の光を発生させる
ＡｒＦやＫｒＦ等のレーザ媒質が封入されている。共振
器は励起部６１を収容するチャンバ６３を有しており、
励起部６１の周囲の空間は、真空、あるいはＮ_２ガスで
充満されている。チャンバ６３には、反射鏡６２と出力
鏡６４とが励起部６１をはさんでほぼ平行に対向するよ
うに備えられている。反射鏡６２には、レーザ光を透過
させない材料からなる基板上にレーザ光を全反射させる
反射膜（以下、全反射膜）が形成されている。また、出
力鏡６４には、レーザ光を透過させる材料からなる基板
上にレーザ光の大部分を反射し一部を透過させる膜（以
下、部分透過膜という）が形成されている。

【０００３】励起部６１で発生した特定の波長のレーザ
光は、反射鏡６２に入射して全反射し、出力鏡６４に入
射して大部分が反射する。したがって、レーザ光の大部
分は反射鏡６２と出力鏡６４との間を往復して、反射鏡
６２と出力鏡６４との間に位置する励起部６１を何回も
通過するようになり、励起部６１を通過する度に、励起
部６１によって光強度が増幅される。このような状態に
おいて、出力鏡６４に入射するレーザ光の一部は、出力
鏡６４を透過して外部に射出される。

【０００４】上記のようなレーザ光源装置は、例えば、
半導体装置、液晶表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等
を製造する際のフォトリソグラフィ工程で用いられる露
光装置において、マスクまたはレチクル（以下、レチク
ルという）に形成されたパターンの像をフォトレジスト
が塗布されたウェハまたはガラス基板（以下、ウェハと
いう）に転写露光する際の露光光の光源として使用され
る。近年、ウェハに転写するパターンの線幅はますます
微細化されてきており、パターンの転写には高い解像度
が必要とされてきている。したがって、露光光の光源に
は、高い解像度を得ることのできる短い波長の光を射出
することが要求されるようになってきた。そこで近年、
光源として、ＹＡＧレーザ光を波長変換用の結晶で波長
変換した倍波レーザ光、例えば、５倍波レーザ光（波長
２１３ｎｍ）を射出するＹＡＧ倍波レーザ光源装置や、
エキシマレーザ光源装置等のＤＵＶ（Deep Ultraviole
t）レーザ光源装置が用いられるようになってきてい
る。このＤＵＶレーザ光源装置は、非常に高いパワーの
パルス光のレーザ光を射出することができるようになっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ光源
装置では、共振器内を往復するレーザ光によって、反射
鏡６２および出力鏡６４が分子構造の破壊または機械的
な構造の破壊等の損傷を受ける問題が生じている。特
に、高い強度のレーザ光を射出するレーザ光源装置は共
振器内のレーザ光も強く、反射鏡６２および出力鏡６４
に照射されるレーザ光の単位面積あたりの強度（パワー
密度）が高くなるので、反射鏡６２および出力鏡６４が
大きな損傷を受ける可能性がある。最も発生する頻度の
高い損傷としては、反射鏡６２の表面に形成された反射
膜または出力鏡６４の表面に形成された一部透過膜の光
学薄膜の損傷がある。他の損傷には、反射鏡６２または
出力鏡６４の基板表面の損傷あるいは基板内部の損傷等
がある。

【０００６】レーザ光による反射鏡６２または出力鏡６
４の破損のメカニズムとしては、電子雪崩、熱破碎、溶
解を起こす単純吸収等がある。例えば、電子雪崩は、反
射鏡６２または出力鏡６４を構成する分子の価電子帯の
電子がレーザ光のエネルギを吸収し、これによってバン
ドギャップを飛び越えて伝導帯へ移ることにより生じ、
臨界エネルギを越えると反射鏡６２または出力鏡６４に
損傷が生じる。

【０００７】多光子吸収によって反射鏡６２または出力
鏡６４に損傷が生じる場合もある。この多光子吸収は、
反射鏡６２または出力鏡６４を構成する分子が２個以上
の多数の光子（Photon）を同時に吸収することにより、
価電子帯の電位がバンドギャップを越えて、反射鏡６２
または出力鏡６４を構成する分子がイオン化状態に達す
る。すなわち、分子の電子が単一の光子吸収エネルギに
相当する多数の中間エネルギ状態を通ってエネルギ準位
を上がっていくことによって分子がイオン化状態にな
る。このようなエネルギ状態は光子電場の影響下にある
ものの、非常に短い時間でしか存在できず、すぐに基底
状態へ緩和してしまう。照射レベルが比較的低いレーザ
光源装置では多光子吸収の発生確率はかなり低いが、照
射レベルが高い、例えば露光装置で使用されるような高
エネルギの短パルス光としてレーザ光を射出するレーザ
光源装置では多光子吸収の発生確率は高い。特に、露光
装置のレーザ光源装置では、パルス周波数を高める傾向
にあるが、周波数を高くすると多光子吸収の発生確率が
高くなる。

【０００８】上述のように、反射鏡６２または出力鏡６
４に損傷が生じると、反射鏡６２や出力鏡６４がレーザ
光を吸収してしまうため、射出するレーザ光の強度が低
下してしまう。また、反射鏡６２または出力鏡６４の反
射率が悪くなるために、共振器内におけるレーザ光の増
幅の効率が低下して射出されるレーザ光の強度が低下し
てしまう。また、反射鏡６２または出力鏡６４で反射さ
れた光の面に収差が生じてレーザ光の品質が低下してし
まう。従って、従来は一定の時期に達したレーザ光源装
置を停止させて反射鏡６２または出力鏡６４を交換しな
ければならなかった。この反射鏡６２または出力鏡６４
の交換には手間がかかると共に、作業が長時間にわたっ
てしまうという問題がある。特に、レーザ光源装置を備
えた露光装置においては、反射鏡６２または出力鏡６４
を交換する際には、露光処理を長時間停止しなければな
らないために、半導体装置等のスループットを低下させ
てしまうという問題が生じる。本発明の目的は、手間を
かけずに容易に長時間使用することができるレーザ光源
装置、および、スループットを向上することができる露
光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施の形態を
表す図１乃至図５に対応付けて説明すると上記目的は、
レーザ媒質（２１）と、レーザ媒質（２１）をはさんで
配置され、レーザ媒質（２１）からの光に対して所定の
反射率を有する２枚のミラー（２５、２６）とを備えた
レーザ光源装置において、２枚のミラー（２５、２６）
の少なくとも一方に対するレーザ媒質（２１）からの光
の照射位置を調整する調整手段（２７、２８）を備えた
ことを特徴とするレーザ光源装置によって達成される。

【００１０】また、本発明のレーザ光源装置において、
調整手段（２７、２８）は、光の入射方向に垂直な面内
で、２枚のミラー（２５、２６）の少なくとも一方と、
照射位置とを相対移動させることを特徴とする。また、
本発明のレーザ光源装置において、レーザ媒質（２１）
を密閉空間内に収容する収容部（２３、２４）を備え、
収容部（２３、２４）は、光の入射方向に垂直な面内で
２枚のミラー（２５、２６）の少なくとも一方を移動可
能に支持するべローズ部材（２４）を有していることを
特徴とする。

【００１１】また、上記目的は、レーザ媒質（２１）
と、レーザ媒質（２１）をはさんで配置され、レーザ媒
質（２１）からの光に対して所定の反射率を有する２枚
のミラー（２５、２６）とを備えたレーザ光源装置にお
いて、２枚のミラー（２５、２６）の少なくとも一方に
対するレーザ媒質（２１）からの光の照射面積を拡大さ
せる拡大手段（３２、３３、４１、４２、５１、５２）
を備えたことを特徴とするレーザ光源装置によって達成
される。また、本発明のレーザ光源装置において、拡大
手段（３２、３３、４１、４２、５１、５２）は、レー
ザ媒質（２１）と、２枚のミラー（２５、２６）の少な
くとも一方との間に配置されていることを特徴とする。

【００１２】また、上記目的は、感光基板（Ｗ）を保持
する基板ステージ（１０Ｘ、１０Ｙ）と、感光基板
（Ｗ）に転写するパターンが形成されたレチクル（Ｒ）
を保持するレチクルステージ（ＲＳ）と、感光基板
（Ｗ）にレチクル（Ｒ）のパターンを転写するための照
明光を照射する照明光学系（１、４、５、６、７、８
等）とを備えた露光装置において、照明光学系（１、
４、５、６、７、８等）は、本発明のレーザ光源装置
（１）を有していることを特徴とする露光装置によって
達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
レーザ光源装置およびそれを備えた露光装置を図１およ
び図２を用いて説明する。まず、本実施の形態による露
光装置の概略の構成を図１を用いて説明する。図１にお
いて、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸をとり、Ｚ軸
に垂直な面内で互いに直交するＸ軸およびＹ軸をとるも
のとする。本露光装置は、露光用のＫｒＦエキシマレー
ザまたはＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光を
射出するレーザ光源装置１を備えている。このレーザ光
源装置１の構成および動作については後述する。

【００１４】レーザ光源装置１から射出されたレーザ光
は可動ミラーＭ１、固定ミラーＭ２を介してビーム成形
光学系４に入射して所定の断面形状、サイズに成形され
る。レーザ光源装置１とビーム成形光学系４との間に
は、レーザ光を遮断するシャッタＳＨが備えられてい
る。ビーム成形光学系４からのレーザ光は駆動部５によ
って所定角度内で揺動する揺動ミラーＭ３で反射された
後、オプティカルインテグレータとして機能するフライ
アイレンズＦＬに入射し、多数の２次光源（スポット
光）に変換される。フライアイレンズＦＬの各エレメン
トレンズの射出側にできた各スポット光は、コンデンサ
レンズ系６によって、レチクルブラインド（照明視野絞
り）ＲＢ上でほぼ一様な強度分布となるように重ね合わ
される。

【００１５】レチクルブラインドＲＢを透過したレーザ
光はレンズ系７、固定ミラーＭ４、主コンデンサーレン
ズ８、及び固定ミラーＭ５を介してレチクルＲの回路パ
ターン領域を照明する。レチクルブラインドＲＢとレチ
クルＲとは、レンズ系７および主コンデンサーレンズ８
に関して共役になっている。レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳに載置され、専用のレチクルアライメント系９
Ｘ、９ＹによってＸ方向、Ｙ方向、および、Ｚ軸周りの
回転方向に位置決めされるようになっている。レチクル
Ｒの回路パターンの像は投影レンズＰＬを介してウェハ
Ｗ上に縮小投影される。ウェハＷはＸステージ１０Ｘ上
に載置され、Ｘステージ１０Ｘはベース上をＹ方向に移
動するＹステージ１０Ｙ上をＸ方向に移動する。これに
よってウェハＷは投影像面に沿って２次元移動し、ステ
ップ・アンド・リピート方式の露光が行なわれる。

【００１６】上記の構成において、可動ミラーＭ１とレ
ーザ光源装置１との間には、露光本体部を収納するサー
マルチャンバの隔壁（図示せず）があり、レーザ光源装
置１はサーマルチャンバの外部に設置されている。本露
光装置における各種動作、例えば、Ｘ−Ｙステージ１０
Ｘ、１０Ｙの移動、レチクルアライメント系９Ｘ、９Ｙ
によるレチクルＲの位置決め、ウェハアライメント系
（図示を省略）によるウェハＷの位置検出、動作、レチ
クルブラインドＲＢの設定、光電素子（図示せず）を用
いた露光量制御動作、あるいはレーザ光の可干渉性によ
って生じる干渉縞等を低減させるための振動ミラーＭ３
の振動によるスペックル低減動作は主制御装置１１によ
って制御されている。

【００１７】また、主制御装置１１と制御装置２との間
には、インターフェース３が設けられており、インター
フェース３を介して、主制御装置１１は制御装置２によ
りレーザ光源装置１の操作を全て制御できるようになっ
ている。レーザ光源装置１における各種制御は、制御装
置２によって行なわれるが、本実施の形態では、制御装
置２は露光本体部側の主制御装置１１からの指令やリク
エスト信号に従ってレーザ光源装置１を制御するように
なっている。

【００１８】次に、本実施の形態による露光装置に備え
られたレーザ光源装置１を図２を用いて説明する。図２
は、レーザ光源装置１の概略の構成を示しており、図１
と同様の座標系をとるものとする。本レーザ光源装置１
は、大別すると、特定の波長の光を発生させる励起部２
１と、光を共振させる共振器（２３、２４、２５、２
６、２７、２８）とを有している。

【００１９】励起部２１には、特定の波長の光を励起さ
せるＡｒＦやＫｒＦ等のレーザ媒質が封入されている。
励起部２１は、共振器のレーザチャンバ２３の内部に収
容されている。レーザチャンバ２３は、脚部２３ａを介
して設置面Ｇに設置されている。レーザチャンバ２３の
−Ｙ方向側および＋Ｙ方向側の側面のそれぞれに、ゴム
等の柔軟性が高い材質からなるベローズ（蛇腹）部材２
４が密着されている。−Ｙ方向側のベローズ部材２４の
−Ｙ方向側には反射鏡２５が密着されて支持されてい
る。＋Ｙ方向側のベローズ部材２４の＋Ｙ方向側には出
力鏡２６が密着されて支持されている。レーザチャンバ
２３、ベローズ部材２４、反射鏡２５および出力鏡２６
によって形成される共振器の内部空間は、外部と遮断さ
れており、例えば、Ｎ_２ガスが充填されている。

【００２０】反射鏡２５は、レーザ光を透過させない材
料からなる基板上に全反射膜が形成されたものであり、
出力鏡２６は、レーザ光を透過させる材料からなる基板
上に部分透過膜が形成されたものである。反射鏡２５お
よび出力鏡２６は、励起部２１をはさんでそれぞれの面
がほぼ平行に対向するように設けられている。反射鏡２
５は、反射鏡ステージ２７を介して設置面Ｇに支持され
ており、反射鏡ステージ２７の駆動により、Ｘ、Ｙ、あ
るいはＺ方向への移動、並びに、Ｘ、Ｙ、あるいはＺ軸
の各軸回りの回転移動ができるようになっている。出力
鏡２６は、出力鏡ステージ２８を介して設置面Ｇに支持
されており、出力鏡ステージ２８の駆動により、Ｘ、
Ｙ、あるいはＺ方向への移動、並びに、Ｘ、Ｙ、あるい
はＺ軸の各軸回りの回転移動ができるようになってい
る。反射鏡ステージ２７および出力鏡ステージ２８は、
制御装置２に制御されて反射鏡２５および出力鏡２６を
移動させるようになっている。

【００２１】次に、本露光装置に備えられた本レーザ光
源装置１のレーザ光の射出動作を説明する。本レーザ光
源装置では、励起部２１より発生されたレーザ光は、反
射鏡２５に入射して全反射し、出力鏡２６に入射して大
部分が反射する。したがって、レーザ光の大部分は反射
鏡２５と出力鏡２６との間を往復して、反射鏡２５と出
力鏡２６との間の励起部２１を何回も通過するようにな
り、励起部２１を通過する度に、励起部２１によって光
強度が増幅される。このような状態において、出力鏡２
６に入射するレーザ光の一部は、出力鏡２６を透過して
可動ミラーＭ１へ向かって射出される。これによって当
該レーザ光を露光光として、露光装置において露光処理
を行うことができる。

【００２２】次に、本レーザ光源装置１によるレーザ光
の出力低下あるいはレーザ光の品質低下に対する調整動
作を説明する。本調整動作は、図示しない入力装置から
露光装置のオペレータが主制御装置１１に調整を指示し
た場合や、図示しないセンサによりレーザ光の出力の低
下を検出して調整が必要であると主制御装置１１が判断
した場合等に行われる。

【００２３】まず、主制御装置１１からの指令により制
御装置２は、反射鏡ステージ２７および出力鏡ステージ
２８の駆動を以下に示すように制御する。反射鏡ステー
ジ２７および出力鏡ステージ２８を駆動して、反射鏡２
５および出力鏡２６をそれぞれの面に照射されるレーザ
光に垂直な面内、すなわち、Ｘ−Ｚ平面内で移動させ、
反射鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照射位置
を、損傷を受けていない位置、あるいは損傷の度合いが
少ない位置に変更する。なお、反射鏡２５および出力鏡
２６でのレーザ光の照射位置がレーザ光によって損傷を
受けていない位置であるか、あるいは損傷の度合いが少
ない位置であるかは、例えば射出されるレーザ光の強度
を測定することで決定することができる。

【００２４】次に、反射鏡２５および出力鏡２６がレー
ザ光によって、損傷を受けているか否かを検出する他の
例を以下に説明する。反射鏡２５および出力鏡２６のそ
れぞれに光音響センサを取り付ける。そして、音響セン
サの出力に基づいて、反射鏡２５および出力鏡２６の光
学特性変化を監視する。即ち、反射鏡２５および出力鏡
２６の光学特性は、レーザ光により受ける反射鏡２５ま
たは出力鏡２６の損傷に応じて変化する。従って、反射
鏡２５および出力鏡２６に音響センサを取り付け、その
出力を監視することにより、反射鏡２５および出力鏡２
６がレーザ光により損傷を受けているか否か、またはそ
の度合いを検出することが可能になる。そして、光学特
性の変化が許容範囲を超えた場合、反射鏡ステージ２７
および出力鏡ステージ２８を駆動して、反射鏡２５およ
び出力鏡２６でのレーザ光の照射位置を変更すればよ
い。このように音響センサを用いた場合、反射鏡２５お
よび出力鏡２６の損傷を別々に監視することが可能とな
る。従って、反射鏡２５および出力鏡２６のうち、レー
ザ光による損傷がひどい鏡に対するレーザ光の照射位置
を変更することが可能となる。なお、レーザ光の照射位
置を変更し、変更したレーザ光の照射位置の光学特性変
化を監視する場合、照射位置を変更した時点の音響セン
サの出力を初期値として設定する必要がある。

【００２５】この結果、反射鏡２５および出力鏡２６の
損傷を受けていない位置、あるいは損傷の度合いが少な
い位置にレーザ光が照射されるようになり、レーザ光源
装置から射出されるレーザ光の出力強度および品質を回
復あるいは改善することができる。このように、本実施
の形態によるレーザ光源装置によれば、従来のレーザ光
源装置のように反射鏡および出力鏡を交換することな
く、容易且つ迅速にレーザ光の出力強度および品質を回
復あるいは改善することができ、長時間使用できるよう
になる。また、本実施の形態による露光装置によれば、
露光処理を停止させなければならない時間を短縮するこ
とができるので、露光処理のスループットを向上させる
ことができる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態によるレ
ーザ光源装置を図３を用いて説明する。本実施の形態に
よるレーザ光源装置は、第１の実施の形態で説明した露
光装置に用いることができる。従って、露光装置の説明
は省略し、本レーザ光源装置１の構成について説明する
こととする。図３は、本レーザ光源装置１の概略の構成
を示しており、図１と同様な座標系をとるものとする。
なお、上記の図２に示すレーザ光源装置と同様な機能を
有する構成要素には同一符号を付して重複する説明は省
略するものとする。

【００２７】本レーザ光源装置１の励起部２１は、共振
器のレーザチャンバ３１の内部に収容されている。レー
ザチャンバ３１は、脚部３１ａを介して設置面Ｇに設置
されている。レーザチャンバ２３には、反射鏡２５およ
び出力鏡２６が励起部２１をはさんでそれぞれの面がほ
ぼ平行に対向するように設けられている。レーザチャン
バ２３、反射鏡２５および出力鏡２６によって形成され
る共振器の内部空間は、外部と遮断されており、例え
ば、Ｎ_２ガスが充填されている。

【００２８】反射鏡２５と励起部２１との間のレーザ光
の光路中には、拡大光学系３３が備えられている。拡大
光学系３３は、凹レンズ３２ａと凸レンズ３２ｂとを組
み合わせたガリレイ式望遠鏡の構成になっている。この
拡大光学系３２において、凹レンズ３２ａおよび凸レン
ズ３２ｂの光軸は励起部２１で発生したレーザ光の進行
方向と平行であり、また凸レンズ３２ｂに対して凹レン
ズ３２ａが励起部２１側に位置し、且つ凸レンズ３２ｂ
の実焦点と凹レンズ３２ａの虚焦点とが一致するように
配置されている。図３中Ｆ１が凸レンズ３２ｂの実焦点
であり、凹レンズ３２ａの虚焦点である。従って、拡大
光学系３２の光軸に平行に入射する光束は、当該光軸に
平行に出射するようになっている。

【００２９】また、出力鏡２６と励起部２１との間のレ
ーザ光の光路中には、拡大光学系３３が備えられてい
る。拡大光学系３３も、凹レンズ３３ａと凸レンズ３３
ｂとを組み合わせたガリレイ式望遠鏡の構成になってい
る。この拡大光学系３３において、凹レンズ３３ａおよ
び凸レンズ３３ｂの光軸は励起部２１で発生したレーザ
光の進行方向と平行であり、また凸レンズ３３ｂに対し
凹レンズ３３ａが励起部２１側に位置し、且つ凸レンズ
３３ｂの実焦点と凹レンズ３３ａの虚焦点とが一致する
ように配置されている。図３中Ｆ２が凸レンズ３３ｂの
実焦点であり、凹レンズ３３ａの虚焦点である。従っ
て、拡大光学系３３の光軸に平行に入射する光束は、当
該光軸に平行に出射するようになっている。

【００３０】次に、本レーザ光源装置１のレーザ光の射
出動作を説明する。本レーザ光源装置１では、励起部２
１により発生されたレーザ光は、反射鏡２５に入射して
全反射し、出力鏡２６に入射して大部分が反射する。し
たがって、レーザ光の大部分は反射鏡２５と出力鏡２６
との間を往復して、反射鏡２５と出力鏡２６との間の励
起部２１を何回も通過するようになり、励起部２１を通
過する度に、励起部２１によって光強度が増幅される。
このような状態において、出力鏡２６に入射するレーザ
光の一部は、出力鏡２６を透過して可動ミラーＭ１へ向
かって射出される。これによって当該レーザ光を露光光
として、露光装置において露光処理を行うことができ
る。

【００３１】次に、上記射出動作中のレーザ光について
詳細に説明する。励起部２１から＋Ｙ方向側、すなわ
ち、反射鏡２５側にレーザ光が進む場合には、レーザ光
は凹レンズ３２ａに入射し、凹レンズ３２ａの虚焦点Ｆ
１から発したように凹レンズ３２ａから出射する。この
凹レンズ３２ａから出射するレーザ光の光束の断面積
は、凹レンズ３２ａに入射したときより大きくなる。次
いで、凹レンズ３２ａを出射したレーザ光は、凸レンズ
３２ｂに入射し、凸レンズ３２ｂの光軸に平行な光束と
して凸レンズ３２ｂから出射して、反射鏡２５を照射す
る。従って、反射鏡２５でのレーザ光の照射面積は、励
起部２１でのレーザ光の光束の断面積より大きくなる。
なお、照射面積の拡大率は拡大光学系３２の拡大率の２
乗となっている。

【００３２】また、励起部２１から−Ｙ方向側、すなわ
ち、出力鏡２６側にレーザ光が進む場合も、上記と同様
にして、凹レンズ３３ａおよび凸レンズ３３ｂを通過し
て、出力鏡２６を照射する。従って、出力鏡２６でのレ
ーザ光の照射面積は、励起部２１でのレーザ光の光束の
断面積より大きくなる。なお、照射面積の拡大率は拡大
光学系３３の拡大率の２乗となっている。

【００３３】このように、本実施の形態によれば、反射
鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照射面積が励起
部２１でのレーザ光の断面積より大きくなるので、反射
鏡２５および出力鏡２６に照射されるレーザ光のパワー
密度を低減させることができる。従って、反射鏡２５お
よび出力鏡２６に発生する損傷を低減でき、反射鏡２５
および出力鏡２６の寿命を長くすることができる。

【００３４】なお拡大光学系３２、３３には、反射鏡２
５に形成された全反射膜や出力鏡２６に形成された部分
透過膜とは異なる材料、層数、あるいは厚さを有し、全
反射膜や部分透過膜より損傷を受けにくい反射防止膜お
よび透過光量を向上させる薄膜が形成されているので、
拡大光学系３２、３３がレーザ光から受ける影響は無視
できるほど小さいものである。

【００３５】従って、第２の実施の形態によるレーザ光
源装置によると、レーザ光源装置の寿命を長くすること
ができる。また、第２の実施の形態によるレーザ光源装
置を備えた露光装置によると、レーザ光源装置の寿命が
長くなるために、長時間露光処理を連続して行うことが
できるようになり、スループットを向上させることがで
きる。

【００３６】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記の第２の実施の形態に
よるレーザ光源装置では、拡大光学系３２、３３をガリ
レイ式望遠鏡と同様な構成の拡大光学系を用いている
が、本発明はこれに限られず、励起部２１から反射鏡２
５または励起部２１から出力鏡２６へのレーザ光の光束
の断面積を拡大することができる拡大光学系であればよ
く、例えば、図４および図５に示す拡大光学系を用いる
ことができる。また、本発明は、第１の実施の形態と、
第２の実施形態とを組み合わせたレーザ光源装置にもも
ちろん適用することができる。

【００３７】図４は、第２の実施の形態によるレーザ光
源装置の変形例を示すと共に、第１の実施の形態による
レーザ光源装置を組み合わせたレーザ光源装置を示して
いる。ここで、上記の図２および図３に示すレーザ光源
装置と同様な機能を有する構成には、同一の符号を付し
ている。図４に示すように、拡大光学系４１は、凸レン
ズ４１ａ、４１ｂを組み合わせたケプラー式望遠鏡と同
様の構成となっており、また、拡大光系４２も、凸レン
ズ４２ａ、４２ｂを組み合わせたケプラー式望遠鏡と同
様な構成となっている。

【００３８】このレーザ光源装置によると、拡大光学系
４１、４２の作用により、励起部２１でのレーザ光の断
面積より反射鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照
射面積を大きくすることができるので、反射鏡２５およ
び出力鏡２６の損傷を低減させることができ、レーザ光
源装置の寿命を長くすることができる。また、このレー
ザ光源装置によると、ステージ２７、２８によって反射
鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照射位置を変え
ることができるので、反射鏡２５および出力鏡２６を交
換することなく、容易且つ迅速にレーザ光の出力強度お
よび品質を回復あるいは改善することができ、長時間使
用できるようになる。

【００３９】次に、図５は、第２の実施の形態によるレ
ーザ光源装置の他の変形例を示すと共に、第１の実施の
形態によるレーザ光源装置を組み合わせたレーザ光源装
置を示している。ここで、上記の図２および図３に示す
レーザ光源装置と同様な機能を有する構成には、同一符
号を付している。図５に示すように、拡大光学系５１
は、プリズム５１ａ、５１ｂを組み合わせて構成され、
拡大光学系５２は、プリズム５２ａ、５２ｂを組み合わ
せて構成されている。

【００４０】このレーザ光源装置によると、拡大光学系
５１、５２の作用により、励起部２１でのレーザ光の断
面積より反射鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照
射面積を大きくすることができるので、反射鏡２５およ
び出力鏡２６の損傷を低減させることができ、レーザ光
源装置の寿命を長くすることができる。また、このレー
ザ光源装置によると、ステージ２７、２８によって、反
射鏡２５および出力鏡２６でのレーザ光の照射位置を変
えることができるので、反射鏡２５および出力鏡２６を
交換することなく、容易且つ迅速にレーザ光の出力強度
および品質を回復あるいは改善することができ、長時間
使用できるようになる。

【００４１】また、上記第１の実施の形態では、反射鏡
２５および出力鏡２６の両方を移動させるようにしてい
たが、本発明はこれに限られず、反射鏡２５または出力
鏡２６の一方を移動させるようにしてもよい。この場合
には、移動させた方のミラーは交換することなく長時間
使用できる。また、上記第２の実施の形態では、励起部
２１と反射鏡２５との間、および励起部２１と出力鏡２
６との間の両方に拡大光学系を備えるようにしていた
が、本発明はこれに限られず、いずれか一方の間に拡大
光学系を備えるようにしてもよい。このようにすると、
励起部２１との間に拡大光学系を備えた方のミラーの寿
命を長くすることができる。また、上記実施の形態のレ
ーザ光源装置では、全反射する反射鏡と一部反射・一部
透過する出力鏡との２つのミラーを備えるようにしてい
たが、本発明はこれに限られず、全反射鏡を一部反射・
一部透過するミラーに代えて一部反射・一部透過するミ
ラーを２つ備えるようにしてもよい。

【００４２】本実施の形態では、ステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置を例に説明したが、マスクと基板
とを同期移動してマスクのパターンを露光する走査型の
露光装置や、投影光学系を用いることなく、マスクと基
板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシ
ミティ露光装置にも適用することができる。露光装置の
種類としては、半導体製造用の露光装置に限定されるこ
となく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子
パターンを露光する液晶用の露光装置や薄膜磁気ヘッド
を製造するための露光装置にも広く適用できる。また、
レーザ媒質としては、ＡｒＦやＫｒＦの他に、Ｆ２レー
ザ（１５７ｎｍ）や、さらに波長の短い軟Ｘ線等のＥＵ
ＶＬを用いることも可能である。さらに、本発明におけ
るレーザ光源装置および露光装置は、既に各実施の形態
で説明した各構成要素から構成されており、これらの構
成要素を、前述した機能を達成するように、電気的、ま
たは機械的、光学的に連結することで、組み上げられ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、長時間使
用することができるレーザ光源装置を実現できる。ま
た、本発明によれば、スループットを向上させた露光装
置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるレーザ光源装置を
備えた露光装置の概略の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態によるレーザ光源装
置の概略の構成を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態によるレーザ光源装
置の概略の構成を示す図である。

【図４】本発明の第１および第２の実施の形態によるレ
ーザ光源装置の変形例を示す図である。

【図５】本発明の第１および第２の実施の形態によるレ
ーザ光源装置の他の変形例を示す図である。

【図６】従来のレーザ光源装置の概略の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１レーザ光源装置２制御装置３インターフェース４ビーム成形光学系５駆動部６コンデンサレンズ系７レンズ系８主コンデンサレンズ９Ｘ、９Ｙレチクルアライメント系１０ＸＸステージ１０ＹＹステージ１１主制御装置２１励起部２３、３１レーザチャンバ２４ベローズ部材２５反射鏡２６出力鏡２７反射鏡ステージ２８出力鏡ステージ３２、３３、４１、４２、５１、５２拡大光学系ＳＨシャッタＷウェハＲレチクルＲＳレチクルステージＭ１可動ミラーＭ２、Ｍ４、Ｍ５固定ミラーＭ３揺動ミラーＲＢレチクルブラインドＦＬフライアイレンズＧ設置面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ媒質と、前記レーザ媒質をはさんで
配置され、前記レーザ媒質からの光に対して所定の反射
率を有する２枚のミラーとを備えたレーザ光源装置にお
いて、前記２枚のミラーの少なくとも一方に対する前記レーザ
媒質からの光の照射位置を調整する調整手段を備えたこ
とを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】請求項１記載のレーザ光源装置において、前記調整手段は、前記光の入射方向に垂直な面内で、前
記２枚のミラーの少なくとも一方と、前記照射位置とを
相対移動させることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項３】請求項２記載のレーザ光源装置において、前記レーザ媒質を密閉空間内に収容する収容部を備え、前記収容部は、前記光の入射方向に垂直な面内で前記２
枚のミラーの少なくとも一方を移動可能に支持するべロ
ーズ部材を有していることを特徴とするレーザ光源装
置。
【請求項４】レーザ媒質と、前記レーザ媒質をはさんで
配置され、前記レーザ媒質からの光に対して所定の反射
率を有する２枚のミラーとを備えたレーザ光源装置にお
いて、前記２枚のミラーの少なくとも一方に対する前記レーザ
媒質からの光の照射面積を拡大させる拡大手段を備えた
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項５】請求項４記載のレーザ光源装置において、前記拡大手段は、前記レーザ媒質と、前記２枚のミラー
の少なくとも一方との間に配置されていることを特徴と
するレーザ光源装置。
【請求項６】感光基板を保持する基板ステージと、前記
感光基板に転写するパターンが形成されたレチクルを保
持するレチクルステージと、前記感光基板に前記レチク
ルのパターンを転写するための照明光を照射する照明光
学系とを備えた露光装置において、前記照明光学系は、請求項１乃至５のいずれかに記載の
レーザ光源装置を有していることを特徴とする露光装
置。