WO2004086121A1 - 光学素子、光学系、レーザ装置、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical element and an optical system that mainly have a lens function with respect to light in an ultraviolet region, and furthermore, these optical elements, a laser device having an optical system, an exposure apparatus, a mask inspection apparatus, It relates to processing equipment. Background art
  • Laser light has been used in various applications in recent years.For example, it is used for cutting and processing metals, used as a light source for photolithography in semiconductor manufacturing equipment, used in various measurement devices, and used in surgical equipment. It is used for surgery and treatment equipment such as ophthalmology and dentistry. Particularly recently, laser light is applied to the cornea to perform ablation of the cornea surface (PRK) or ablation of the incised cornea (LASIK) to correct the curvature of the cornea and treat myopia, hyperopia, and astigmatism. has been attracting attention, and some are being put to practical use.
  • a corneal treatment apparatus an apparatus that irradiates an ArF excimer laser beam (wavelength: 193 nm) to the cornea to perform abrasion (sharpening) of the corneal surface is known.
  • the ArF excimer laser oscillation device is configured by sealing an argon gas, a fluorine gas, a neon gas or the like in a chamber, and it is necessary to seal these gases. Furthermore, each gas needs to be charged and recovered, and there is a problem that the apparatus tends to be large and complicated. or, The ArF excimer laser oscillation device also has a problem that it is necessary to periodically exchange internal gas or perform overhaul in order to maintain a predetermined laser light generation performance.
  • the wavelength of laser light emitted from a solid-state laser is usually longer than the above wavelength, and is not suitable for use in, for example, a corneal treatment device. Therefore, a method has been developed in which a long-wavelength light emitted from such a solid-state laser is converted into a short-wavelength ultraviolet light (for example, an eighth harmonic) by using a non-linear optical crystal.
  • a nonlinear optical element used for such a purpose an LBO crystal, an SBBO crystal and the like are known.
  • a laser beam from a laser light source which is a fundamental wave
  • a condensing lens is incident on a nonlinear optical element.
  • the intensity of the wavelength-converted laser light is proportional to the square of the intensity of the fundamental wave. It is particularly important to do so.
  • the laser light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical element is shaped into a desired beam shape by a lens according to the intended use.
  • lens materials used in the ultraviolet region are synthesized due to their excellent transmittance in the ultraviolet region, very low thermal expansion coefficient, and excellent temperature stability. Quartz glass is frequently used.
  • Synthetic quartz glass has the above-mentioned excellent properties in the ultraviolet region, but it has been found that it is damaged, for example, by irradiation with ultraviolet laser light having a wavelength of 248 nm and 193 nm. .
  • the lens made of synthetic quartz glass is replaced every predetermined period of use. There was a problem that must be obtained. As a countermeasure, it is conceivable to shift the lens and use an unused portion to avoid the damaged portion and extend the life, but the problem is that the optical axis is shifted. appear.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an optical element and an optical system that can be used for a long period of time even when formed of a material whose performance is deteriorated by light used. Further, it is an object of the present invention to provide a laser device, an exposure device, a mask inspection device, and a polymer crystal processing device using the same. Disclosure of the invention
  • a first aspect of the present invention for achieving the above object comprises a plurality of cylindrical lenses, wherein the cylindrical lenses are arranged so that their generatrix directions intersect, and each of them moves in a respective generatrix direction.
  • a plurality of cylindrical lenses are used in combination such that their generatrix directions intersect. That is, a plurality of cylindrical lenses perform the same function as one lens. Each of these cylindrical lenses is movable in the direction of its generatrix.
  • a second invention for achieving the above object is the first invention, wherein the number of the cylindrical lenses is two, and the generatrix directions are orthogonal to each other. .
  • a third invention for achieving the above object is the first invention or the second invention, wherein a material forming the cylindrical lens is a synthetic quartz glass or a fluorite. It is.
  • synthetic quartz glass used in the ultraviolet region has a property of being easily damaged by ultraviolet light. Since the first and second inventions overcome this weakness, the synthetic quartz glass has a long life even when used in the ultraviolet light region, and can be used taking advantage of the synthetic quartz glass. The same is true for cylindrical lenses made of fluorite.
  • a fourth invention for achieving the above object is to detect light transmitted through the optical element according to any one of the first invention to the third invention, and when a detected value thereof is equal to or less than a predetermined value,
  • An optical system having a control device for moving a cylindrical lens by a predetermined distance in each generatrix direction.
  • the intensity of the light transmitted through the optical element is measured, and when the intensity of the light becomes equal to or less than a predetermined value, the cylindrical lens is moved by a predetermined distance in each generatrix direction. Therefore, the intensity of light transmitted through the optical element can always be maintained at a predetermined value or more.
  • the light detection value includes light intensity, power, etc., but is not limited thereto. It is not specified.
  • a liquid crystal display device comprising: the optical element according to any one of the first to third aspects; It has a control device for moving a predetermined distance in the generatrix direction).
  • the cylindrical lens is moved by a predetermined distance in each generatrix direction.
  • the intensity of light transmitted through the element can always be maintained at a predetermined value or more.
  • the cylindrical lens is continuously arranged in each generatrix direction according to a time when the optical element according to any one of the first to third aspects is used. It has a control device for moving.
  • the cylindrical lens is continuously moved in each generatrix direction according to the time when the optical element is used.
  • the intensity of light transmitted through the element can always be maintained at a predetermined value or more.
  • a seventh invention for achieving the above object is a laser device comprising: a laser light source; and a wavelength conversion element that converts a wavelength of laser light output from the laser light source.
  • the optical element according to any one of the third invention or the optical system according to any one of the fourth invention to the sixth invention has a function of condensing laser light on the wavelength conversion element. is there.
  • the wavelength conversion of the laser light is performed by the optical element according to any one of the first to third inventions or the optical system according to any one of the fourth invention to the sixth invention. By condensing the laser light on the element, the intensity of the wavelength-converted laser light can be increased.
  • a laser device for holding a photomask provided with a predetermined exposure pattern, and an object for holding an exposure object.
  • a holding unit an illumination optical system for irradiating the photomask held by the mask support unit with ultraviolet light emitted from the laser device, and an irradiation of the photomask via the illumination optical system and passing therethrough.
  • a projection optical system configured to irradiate the irradiation light onto the exposure object held by the object holding section.
  • a ninth invention for achieving the above object is a laser device according to the seventh invention, a mask support unit for holding a photomask provided with a predetermined pattern, and a detection device for detecting a projected image of the pattern.
  • An illumination optical system that irradiates ultraviolet light emitted from the laser device to a photomask held by the mask support unit; and illumination light that is applied to the photomask via the illumination optical system and passes therethrough.
  • a projection optical system for projecting the light onto the detector.
  • a tenth invention for achieving the above object is a high molecular crystal processing apparatus for processing a polymer crystal, wherein the laser device according to the seventh invention and a laser emitted from the laser device are provided. It is characterized by having an optical system for guiding light to a polymer crystal which is a workpiece and condensing the light on a processing location of the polymer crystal, and a mechanism for changing a relative position between the optical system and the polymer crystal. This is a processing device for polymer crystals.
  • the eleventh invention for achieving the above object is the tenth invention. And an observation device for observing the position where the laser light is focused simultaneously with the polymer crystal, or a measurement device for measuring the position.
  • a twelfth invention for achieving the above object is the twelfth invention, wherein the observation device or the measurement device is an optical observation device or an optical measurement device using visible light.
  • the observation device and the measurement device are in a mechanically fixed relationship with the optical system, and a reference point of the observation device and the measurement device coincides with a position where the laser light is focused. It has a function of indirectly observing or measuring the position where the laser light is condensed by observing or measuring the reference point position of the observation device and the measurement device.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser device according to a first embodiment of the present invention, which converts a wavelength of a laser beam emitted from a solid-state laser and outputs the laser beam.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the fundamental wave generator.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the wavelength conversion unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the cylindrical lenses.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an overall configuration of a laser device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the basic operation of the control device.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the algorithm of the processing 1 in FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the algorithm of the process 2 in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the algorithm of the process 3 in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of an exposure apparatus which is an example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an outline of a mask inspection apparatus which is an example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an outline of a polymer crystal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state in which a polymer crystal processing apparatus according to an embodiment of the present invention is combined with an optical microscope.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a laser device according to a first embodiment of the present invention, which converts a wavelength of a laser beam emitted from a solid-state laser and outputs the laser beam. That is, this laser device includes a fundamental wave generator 1 and a wavelength converter 2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the fundamental wave generator 1.
  • the laser light source that generates the fundamental wave uses an Er 3 + -doped optical fiber amplifier, and is mainly composed of a reference light source unit 3, an EDF unit 4, and an excitation light source unit 5.
  • a pulse light having a wavelength of 1547 nm is output from the DFB serving as the reference light source of the reference light source unit 3 and amplified by the EDF unit 4.
  • the EDF unit 4 is composed of three stages of EDFs, EDF1, EDF2, and EDF3, and excitation light is supplied from each of the excitation light sources 5a, 5b, and 5c.
  • Output light from the EDF 3 is input to a wavelength conversion unit described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the wavelength converter 2.
  • Wavelength converter 2 is basic The wavelength conversion of the laser light having a wavelength of 1547 nm output from the wave generator 1 is performed.
  • the wavelength converter 2 includes a plurality of wavelength converters and means, that is, a second harmonic generator 6, a third harmonic generator 7, a fourth harmonic generator 8, a seventh harmonic generator 9, and an eighth harmonic generator 1. 0 is provided, and an optical element for propagating the harmonic to the next harmonic generator is arranged between the respective harmonic generators.
  • a nonlinear optical crystal is used for each harmonic generation unit.
  • the second harmonic generator 6, the third harmonic generator 7, and the fourth harmonic generator 8 are made of LiB305 (LBO) crystal
  • the seventh harmonic generator 9 is made of 8-B a B 2 0 4 a (BBO) crystal
  • the second harmonic generator 6, third harmonic generator 7, fourth harmonic generator 8, seventh harmonic generator 9, and eighth harmonic generator 10 have wavelengths of 773 nm and 5 16 nm, respectively. , 387 nm, 222 nm, and 193 nm.
  • the incident laser light having a wavelength of 1547 nm is collected by the lens L 1 and is incident on the second-harmonic generation unit 6.
  • the second-harmonic wave generator 6 outputs light of a double frequency (second harmonic) together with this fundamental wave.
  • These lights are condensed by the lens L2, enter the third harmonic generation unit 7, and are synthesized, and the fundamental wave, the second harmonic, and the frequency three times the fundamental wave (the third harmonic) are output.
  • the third harmonic is reflected by the dichroic mirror M1, reflected by the reflecting mirror M2 via the lenses L3 and L4, and then passes through the dichroic mirror M3 to be described later. It is combined with light (fourth harmonic) that has four times the frequency of the wave.
  • the lenses L 3 and L 4 focus the third harmonic on the seventh harmonic generator 9.
  • the second harmonic is reflected by the dichroic mirror M4, condensed by the lens L5, and enters the fourth harmonic generator 8. Then, from the fourth harmonic generator 8, the second harmonic And the fourth harmonic is output.
  • the wavelength of the fourth harmonic is 389 nm, which is ultraviolet light.Thus, synthetic quartz glass is used as the lens, but it is easily damaged as described in the section of the prior art.
  • An optical element according to an embodiment of the present invention in which two cylindrical lenses 11a and 11b are combined to have one lens action, is used. This optical element focuses the fourth harmonic output from the fourth harmonic generator 8 on the seventh harmonic generator 9. That is, the fourth harmonic is reflected by the dichroic mirror M 3, combined with the third harmonic, and input to the seventh harmonic generator 9. Therefore, the light having the frequency seven times higher than the fundamental wave (the seventh harmonic) is output from the seventh harmonic generator 9 together with the third harmonic and the fourth harmonic.
  • the fundamental wave transmitted through the dichroic mirror M 4 passes through an optical system including reflecting mirrors M 6, M 7, M 8, lenses L 6, L 7, and a dichroic mirror M 5, and a lens L 6, Due to the function of L7, the light is converged on the eighth harmonic generation unit 10. Therefore, the fundamental wave and the 7th harmonic are input to the 8th harmonic generator 10, and in addition to the fundamental wave and the 7th harmonic, light having the frequency of 8 times the fundamental wave (8th harmonic) Is output.
  • a normal lens is used to collect the fundamental wave, the second harmonic, and the third harmonic
  • the second lens is used to collect the fourth harmonic and the seventh harmonic.
  • An optical element that combines two cylindrical lenses is used.
  • the cylindrical lenses 11a, lib, 12a, and 12b are held by holding means 13a, 13b, 14a, and 14b, respectively.
  • the cull lenses 11a, 11b, 12a, and 12b have a structure that can be driven in their generatrix directions.
  • the generatrix direction of each of the cylindrical lenses 11a, llb, 12a, and 12b is orthogonal to the optical axis, and the cylindrical lens 11a, the generatrix direction of lib, and 12a and 1b
  • the generatrix directions of 2b are orthogonal to each other.
  • the optical system combining the cylindrical lens 11 a and lib and the optical system combining the cylindrical lenses 12 a and 12 b can perform the same optical action as the spherical lens.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the cylindrical lenses 11a and lib. Since each lens is a cylindrical lens, it has a feature that no optical axis shift occurs even if it is moved in the generatrix direction. For example, when the damage of the lens becomes remarkable, the lens is moved in the generatrix direction (in the direction of the arrow) by a moving mechanism (not shown), for example, a stage with a micrometer, and the unused portion is used to lengthen the laser device. Service life can be extended.
  • the cylindrical lenses 12a and 12b have the same arrangement.
  • synthetic quartz is used as a material of each cylindrical lens.
  • a material other than synthetic quartz glass such as fluorite causes a similar damage, Also applies.
  • an optical element combining two cylindrical lenses is used.
  • three or more cylindrical lenses may be used in combination.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a wavelength converter 2 according to a second embodiment of the present invention. Since the wavelength conversion method in the wavelength conversion unit 2 and the configuration and operation of the optical system are exactly the same as those shown in FIG. 3, the same components are denoted by the same reference numerals. Numbers are attached and their explanation is omitted.
  • silicon down de helical lens 1 1 a, llb, 1 2 by a, and 1 2 b is deteriorated detects that the transmittance of light is decreased, the optical axis portion of the cylindrical lenses
  • a different point from the embodiment shown in FIG. 3 is that a control mechanism for positioning an unused portion is added.
  • the photodetector 15 detects the intensity of the second harmonic transmitted through the dichroic mirror M3.
  • the photodetector 16 detects the intensities of the third harmonic and the fourth harmonic transmitted through the dichroic mirror M5. These detected values are input to the controller 17 and compared with predetermined values.
  • the controller 17 issues a command to the driver 18 to drive the holding means 13a and 13b by a predetermined distance.
  • the cylindrical lenses 11a and 11b which had not been used until now, are used.
  • the controller 17 issues a command to the driver 18 to drive the holding means 14a, 14b by a predetermined distance.
  • the cylindrical lenses 12a and 12b which have not been used, are used.
  • a known method such as placing each holding means on an electric stage can be adopted.
  • the photodetector 15 does not detect the fourth harmonic and the photodetector 16 detects the seventh harmonic, but the cylindrical lens is deteriorated. Then, the intensity of the light of each harmonic is considered to be similarly weakened, so there is no particular problem.
  • FIG. 6 to 9 are flowcharts illustrating the basic operation of the control device. is there. The main algorithm will be described with reference to Fig. 6, and the detailed processing algorithms in Fig. 6 will be described with reference to Figs.
  • step S1 signals Sig1, Sig2 from the photodetector 15 and photodetector 16 respectively, holding means 13a, 13b, and 7th harmonic for the fourth harmonic lens
  • step S2 the values of Flagl and Flag2 are obtained.
  • step S3 the conditions of the acquired Flagl and Flag2 are determined.
  • the signal values S ig 1 and S ig 2 from the detectors 15 and 16 are compared with the values R ef 1 and R ef 2 stored in advance. At the same time, a judgment is made inside or outside the drivable range, and each electric stage is driven / non-driven according to the result.
  • step S11 the values of Sigl and Sig2 are obtained.
  • step S12 Sigl is compared with the set value Ref1 stored in advance.
  • step S 13 it is determined in step S 13 whether the vehicle is within the drive range. If it is within the drivable range, the holding means 13a and 13b for the fourth harmonic lens are moved by a predetermined distance in S14, the lens is moved, and the processing is terminated. If it is out of the drivable range, Flagl is set to 1 in step S15, and the process ends. If it is not Sig1 and not Ref1 in step S12, in step S16, Sig2 is compared with the preset value Ref2 held in advance.
  • step S17 it is determined in step S17 whether or not it is within the drivable range. If it is within the drivable range, the holding means 14a, 14b for the seventh harmonic lens is moved a predetermined distance in step S18, the lens is moved, and the process is terminated. If it is out of the drivable range, set the flag in step S19.
  • the algorithm of process 2 shown in Fig. 8 compares the signal value from the photodetector 16 with the value held in advance, makes a judgment inside or outside the drivable range, and, based on the result, the 7th harmonic Drive of lens holding means 14a, 14b Z non-drive is performed.
  • step S21 the value of Sig2 is obtained.
  • step S22 Sig2 is compared with the set value Ref2 held in advance. In the case of S ig 2 and R ef 2, it is determined in step S 23 whether or not it is within the drive range. If it is within the drivable range, in step S24, the holding means 14a and 14b for the 7th harmonic lens are moved by a predetermined distance, the lens is moved, and the processing is terminated. If it is outside the drivable range, Flag 2 is set to 1 in step S25, and the process ends. In S22, if it is not Sig2 and Ref2, the process is terminated as it is.
  • the signal value from the photodetector 15 is compared with the value stored in advance, and a judgment is made as to whether the signal is within or outside the drivable range.
  • step S31 the value of Sig1 is obtained. Then step S31, the value of Sig1 is obtained. Then step S31, the value of Sig1 is obtained. Then step S31, the value of Sig1 is obtained.
  • step S 33 it is determined in step S 33 whether or not the drivable range is ⁇ . If it is within the drivable range, the holding means 13a and 13b for the fourth harmonic lens are driven in step S34, the lens is moved, and the process is terminated. If it is out of the drivable range, Flag l is set to 1 in step S35, and the process ends. If it is not Sig1 and not Ref1 in step S32, the process ends.
  • the cylindrical lens when the output from the photodetectors 15 and 16 falls below a specified value, the cylindrical lens is moved in accordance with the force and the operating time of the apparatus. Is also good.
  • the control device 17 determines that the device is being used by detecting the outputs of the photodetectors 15 and 16, and every time the accumulated usage time reaches a predetermined time, The cylindrical lens may be moved by a predetermined distance. Also, the position control may be performed so that the movement amount of the cylindrical lens is proportional to the cumulative use time of the device.
  • a laser device 20 (hereinafter referred to as a “laser device”) including the above-described fundamental wave generation unit 1 and wavelength conversion unit 2 is used.
  • the exposure apparatus 100 used in the lithography process will be described with reference to FIG.
  • the exposure equipment used in optical lithography is the same as photolithography in principle.
  • a semiconductor wafer coated with a photo resist is a device pattern precisely drawn on a photomask (reticle).
  • the exposure apparatus 100 that optically projects and transfers the image onto a glass substrate or the like c supports the laser apparatus 20 described above, the illumination optical system 102, and the photomask (reticle) 110.
  • Mask support 1 0 3 It comprises a projection optical system 104, a mounting table 105 for mounting and holding a semiconductor wafer 115 to be exposed, and a driving device 106 for horizontally moving the mounting table 105.
  • the laser beam output from the above-described laser device 20 is input to the illumination optical system 102 including a plurality of lenses, and passes through the illumination optical system 102.
  • the entire surface of the photomask 110 supported by 3 is irradiated.
  • the light thus irradiated and transmitted through the photomask 110 has an image of the depth pattern drawn on the photomask 110, and this light is transmitted through the projection optical system 104.
  • the semiconductor and the wafer 115 mounted on the mounting table 105 are irradiated to a predetermined position. At this time, the image of the device pattern of the photomask 110 is reduced on the semiconductor wafer 115 by the projection optical system 104 and exposed for image formation.
  • the control of the irradiation light amount in the exposure apparatus can be easily performed, for example, by controlling the pulse frequency in the reference light source unit 3, controlling the output of the excitation light in the excitation light source unit 5, and the like.
  • ON-OFF control of the laser beam can be performed by ON-OFT control of the DFB semiconductor laser in the reference light source unit 3, and a modulation element such as an electro-optic modulation element or an acousto-optic modulation element is provided on any of the optical paths.
  • This can be easily performed by disposing the shutter or disposing a mechanical shutter. Therefore, according to the above-described exposure apparatus, it is possible to obtain a small-sized exposure apparatus having good maintenance and operability by utilizing the characteristics of a small and lightweight ultraviolet light source having a high degree of freedom in arrangement.
  • the ultraviolet light source since a single-mode fiber laser is used as the pump light source of the fiber optical amplifier, a high peak power and a high average output can be achieved with a simple device configuration. Ultraviolet light source can be provided.
  • the mask defect inspection device optically projects a device pattern precisely drawn on the photomask onto a TDI sensor (Time Delay and Integration), compares the sensor image with a predetermined reference image, and Extract the pattern defect from the difference.
  • the mask defect inspection apparatus 120 includes the laser apparatus 20 described above, an illumination optical system 112, a mask support 111 supporting the photomask 110, and a drive for horizontally moving the mask support. It comprises an apparatus 116, a projection optical system 114, and a TDI sensor 125.
  • the laser light output from the laser apparatus 20 described above is input to the illumination optical system 112 including a plurality of lenses, and passes therethrough.
  • a predetermined area of the photomask 110 supported by 13 is irradiated.
  • the light radiated in this manner and passing through the photomask 110 has an image of the device pattern drawn on the photomask 110, and this light is transmitted through the projection optical system 114 to the TD.
  • An image is formed at a predetermined position of the I sensor 125.
  • the horizontal movement speed of the mask support 113 is synchronized with the transfer clock of the TDI 125.
  • FIG. 12 is a schematic view of a polymer crystal processing apparatus configured by using the laser apparatus 20 of the present invention.
  • the ultraviolet short-pulse laser light 13 9 emitted from the laser device 20 passes through the shirt 13 2, the intensity adjustment element 13 3, the irradiation position control mechanism 13 4, and the focusing optical system 13 5.
  • the polymer crystal 138 contained in the sample container 136 is focused and irradiated.
  • the sample container 1336 is mounted on the stage 1337, and the optical axis direction can be moved in the X-, y-, and z-axis three-dimensional directions in the X-y-z rectangular coordinate system with the z-axis as the axis. And can rotate around the z-axis. Processing of the polymer product is performed by the laser light focused and irradiated on the surface of the polymer crystal 138.
  • laser light is It is necessary to check where the workpiece is irradiated.
  • laser light is usually not visible light and cannot be seen, it is preferable to use it in combination with an optical microscope.
  • Figure 13 shows an example.
  • the laser light from the ultraviolet short pulse laser system 14 1 (corresponding to reference numerals 20 and 13 2 to 13 4 in FIG. 12) is condensed by the focusing optical system 13
  • the light is condensed at a predetermined point through 5.
  • the stage 1337 has the function as described in FIG. 12, and the sample container 136 containing the polymer crystal 1338 is placed on the stage 1337.
  • the visible light from the illumination light source 142 is reflected by the reflected light 144 to illuminate the sample container 136 with Koehler illumination.
  • the polymer crystal 138 is visually observed by the eye 146 via the objective lens 144 and the eyepiece 145 of the optical microscope.
  • a cross-shaped mark is formed at the optical axis position of the optical microscope, so that the optical axis position can be visually checked.
  • the focus position of the optical microscope (the focus position, that is, the surface on which the object is focused when viewed) is fixed.
  • the laser light condensed by the condensing optical system 135 is condensed at the optical axis position of the optical microscope and at the focal position of the optical microscope. Therefore, when the workpiece is placed on the stage 13 7 and its image is observed with an optical microscope, the laser system 14 1 is positioned in focus and at the center of the cross mark. Laser light is condensed. Note that the relative positions of the laser system 141, the focusing optical system 135, and the optical microscope are fixed, and only the stage 135 can move relative to these fixed systems. Have been.
  • the processing at the desired position and the processing of the desired shape are performed. It can be performed. If you want to do the processing automatically, set the optical microscope to an automatic focus adjustment device. And the stage 1337 is driven by the command, and the stage 1337 is driven so that a predetermined portion of the stage 1337 becomes the optical axis of the optical microscope. Good. Alternatively, the stage 1337 may be driven two-dimensionally or three-dimensionally by a servo mechanism after the reference position is first adjusted.

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Abstract

　シリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂの母線方向は光軸に直交しており、かつそれぞれ直交している。これにより、シリンドリカルレンズ１１ａと、１１ｂを組み合わせた光学系は、球面レンズと同じ光学的作用を果たすことができる。各レンズはシリンドリカルレンズであるため、母線方向に移動させても光軸のずれが発生しないという特徴を有する。例えば、レンズの損傷が顕著になってきた場合、図示しない移動機構、例えばマイクロメータ付きステージによりレンズを母線方向（矢印方向）に移動し、未使用部分を使用することによりレーザ装置の長寿命化をはかることができる。

Description

明 細 書 光学素子、 光学系、 レーザ装置、 露光装置、 マスク検查装置、 及び高分 子結晶の加工装置 技術分野
本発明は、 主として紫外領域の光に対してレンズ作用を有する光学素 子、 及び光学系、 さらには、 これらの光学素子、 光学系を有するレーザ 装置、 露光装置、 マスク検査装置、 高分子結晶の加工装置に関するもの である。 背景技術
レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、 例えば、 金属 の切断や加工を行ったり、 半導体製造装置におけるフォ トリ ソグラフィ 一装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、 眼科、 歯科等の手術および治療装置に用いられたり している。 特に最近 において、 レーザ光を角膜に照射して角膜表面のアブレーシヨン （P R K )あるいは切開した角膜内部のアブレーシヨン（L A S I K )を行い、 角膜の曲率おょぴ凹凸を矯正して近視、 遠視、 乱視の治療を行うことが 注目されており、 一部実用化されつつある。 このような角膜治療装置と しては、 A r Fエキシマレーザ光（波長 1 9 3 n m )を角膜に照射して、 角膜表面のアブレーシヨン （削り取り） を行うものが知られている。
ところが、 A r Fエキシマレーザ発振装置は、 チャンバ一内にアルゴ ンガス、 フッ素ガス、 ネオンガス等を封入して構成されるものであり、 これらガスを密封する必要がある。 さらに、 各ガスの充填、 回収を行う 必要もあり、 装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。 又、 A r Fエキシマレーザ発振装置は所定のレーザ光発生性能を保持するた めに、 定期的に内部ガスの交換を行つたり、 オーバーホールを行ったり する必要があるという問題もある。
よって、 レーザ光源と してはこのような気体レ一ザでなく、 固体レー ザを用いることが好ましい。 ところが、 固体レーザから放出されるレー ザ光の波長は、 通常、 上記波長に比べて長波長であり、 例えば角膜治療 装置に使用するには向いていない。 そこで、 このよ う な固体レーザから 放出される長波長の光を、 非線形光学結晶を用いることにより短波長の 紫外光 （例えば 8倍波） に変換して用いる方法が開発され、 例えば特開 2 0 0 1— 3 5 3 1 7 6号公報に記載されている。 このよ うな目的に用 いられる非線形光学素子としては、 L B O結晶、 S B B O結晶等が知ら れている。
このよ うな波長変換光学系においては、 基本波となるレーザ光源から のレーザ光を、 集光レンズを用いて集光し、 非線形光学素子に入射させ る。 位相整合条件が満たされている場合、 波長変換されたレーザ光の強 度は、 基本波の強度の二乗に比例するため、 集光レンズにて集光するこ とにより、 出力光の強度を増大させることが特に肝要である。 非線形光 学素子により波長変換されたレーザ光は、 使用用途に応じて、 レンズに より所望のビーム形状に整形される。
一方、 紫外領域で使用されるレンズの材料としては、 紫外領域での透 過率が優れており、 かつ、 熱膨張係数が非常に小さくて温度安定性が優 れている等の理由により、 合成石英ガラスが多用されている。
合成石英ガラスは、紫外領域で前述したような優れた特性を有するが、 例えば波長 2 4 8 n m、 1 9 3 n mの紫外レーザ光の照射により損傷を 受けることが判明してきている。 .
よって、 合成石英ガラスでできたレンズを、 所定使用期間毎に取り替 えなければならないという問題があった。 この対策として、 レンズをず らして未使用部分を新たに使用することにより、 損傷を受けた部分を避 け、 長寿命化を図ることが考えられるが、 光軸がずれてしまう という問 題が発生する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、 使用される光によ つて性能が劣化する材料によって形成された場合においても、 長期間に 亘つて使用が可能な光学素子及ぴ光学系、 さらには、 これらを使用した レーザ装置、 露光装置、 マスク検査装置、 高分子結晶の加工装置を提供 することを目的とする。 発明の開示
前記目的を達成するための第 1の発明は、 複数のシリンドリカルレン ズからなり、 当該シリンドリカルレンズは、 それらの母線方向が交差す るように配置され、 かつ、 その各々がそれぞれの母線方向に移動可能と されていることを特徴とする光学素子である。
本発明においては複数のシリンドリカルレンズを、 その母線の方向が 交差するように組み合わせて使用する。 即ち、 複数のシリンドリカルレ ンズにより、 1つのレンズと同じ働きをさせる。 これらのシリンドリカ ルレンズは、 それぞれが、 その母線の方向に移動可能となっている。
シリンドリカルレンズをその母線の方向に移動させても、 レンズとし ての特性は変わらない。 よって、 使用する光を受ける部分が劣化した場 合には、 シリンドリカルレンズをその母線の方向に移動させて、 別の場 所で光を受けるようにする。 シリンドリカルレンズの長さを長く してお けば、 このようにして、 次々に新しい部分を使用することにより、 長寿 命化を図ることができる。 特に、 使用する光によって劣化しやすい材料 をレンズの材料として使用する場合には、 本発明の効果は大きい。 前記目的を達成するための第 2の発明は、 前記第 1の発明であって、 前記シリ ンドリカルレンズが 2つであり、 その母線方向が互いに直交し ていることを特徴とするものである。
2つのシリンドリカルレンズの母線方向を直交させることにより、 通 常のレンズと同様な特性を持たせることができる。 特に、 2つのシリン ドリカルレンズを同一材料、 同一形状のものとしておけば、 通常の球面 凸レンズ、 球面凹レンズと同様な性能を持たせることが可能となる。 前記目的を達成するための第 3の発明は、 前記第 1の発明又は第 2の 発明であって、 前記シリンドリカルレンズを形成する材料が合成石英ガ ラス又は蛍石であることを特徴とするものである。
前述のように、 紫外光領域で使用される合成石英ガラスは、 紫外光に より損傷を受けやすいという性質がある。 前記第 1の発明、 第 2の発明 によりこの弱点が克服されるので、 合成石英ガラスを紫外光領域で使用 しても長寿命となり、 合成石英ガラスの長所を生かして使用することが できる。 同様のことは、 シリンドリカルレンズを蛍石で形成した場合で もあてはまる。
前記目的を達成するための第 4の発明は、 前記第 1の発明から第 3の 発明のいずれかの光学素子を透過した光を検出し、 その検出値が所定値 以下となったとき、 前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に 所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系であ る。
本発明においては、 前記光学素子を透過した光の強度を測定し、 当該 光の強度が所定値以下となったとき、 前記シリ ンドリカルレンズをそれ ぞれの母線方向に所定距離だけ移動させるようにしているので、 前記光 学素子を透過した光の強さを常に所定値以上に保つことができる。なお、 光の検出値としては、 光の強度、 パワー等が挙げられるが、 それらに限 定されるものではない。
前記目的を達成するための第 5の発明は、 前記第 1 の発明から第 3の 発明のいずれかの光学素子が使用された時間が所定時間経過する毎に、 前記シリ ンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動さ せる制御装置を有することを特徴とするもの） である。
本発明においては、前記光学素子の使用時間が所定時間経過する毎に、 前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定距離だけ移動さ せるようにしているので、 前記第 4の発明と同様、 前記光学素子を透過 した光の強さを常に所定値以上に保つことができる。
前記目的を達成するための第 6の発明は、 前記第 1 の発明から第 3の 発明のいずれかの光学素子が使用された時間に応じて、 前記シリンドリ カルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させる制御装置を有す ることを特徴とするものである。
本発明においては、 前記光学素子が使用された時間に応じて、 前記シ リンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させるように しているので、 前記第 5の発明と同様、 前記光学素子を透過した光の強 さを常に所定値以上に保つことができる。
前記目的を達成するための第 7の発明は、 レーザ光源と、 当該レーザ 光源から出力されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子とを有する レーザ装置であって、 前記第 1の発明から第 3の発明のいずれかの光学 素子、 又は第 4の発明から第 6の発明のいずれかの光学系により、 レー ザ光を前記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするもの である。
前述のように、 例えば固体レーザからのレーザ光を波長変換するのに 波長変換素子を使用するレーザ装置においては、 波長変換素子に入射す る光を絞ることによりその強度を高めることが肝要である。 よって、 こ のようなレーザ装置において、 前記第 1の発明から第 3の発明のいずれ かの光学素子、 又は第 4の発明から第 6の発明のいずれかの光学系によ り、 レーザ光を前記波長変換素子に集光することにより、 波長変換され たレーザ光の強度を高めることができる。
前記目的を達成するための第 8の発明は、 前記第 7の発明のレーザ装 置と、 所定の露光パターンが設けられたフォ トマスクを保持するマスク 支持部と、 露光対象物を保持する対象物保持部と、 前記レーザ装置から 出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォ トマスクに照射 させる照明光学系と、 前記照明光学系を介して前記フォ トマスクに照射 されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象 物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光 •装置である。
前記目的を達成するための第 9の発明は、 前記第 7の発明のレーザ装 置と、 所定のパターンが設けられたフォ トマスクを保持するマスク支持 部と、 前記パターンの投影像を検出する検出器と、 前記レーザ装置から 出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォ トマスクに照射 させる照明光学系と、 前記照明光学系を介して前記フォ トマスクに照射 されて、 通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有す ることを特徴とするマスク欠陥検査装置である。
前記目的を達成するための第 1 0の発明は、 高分子結晶を加工する高 分子結晶の加工装置であって、 前記第 7の発明のレーザ装置と、 当該レ 一ザ装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、 当該高分子結晶の被加工場所に集光させる光学系と、 前記光学系と前記 高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分 子結晶の加工装置である。
前記目的を達成するための第 1 1の発明は、 前記第 1 0の発明であつ て、 前記レーザ光が集光される位置を、 前記高分子結晶と同時に観測す る観測装置、 又は測定する測定装置を有することを特徴とするものであ る
前記目的を達成するための第 1 2の発明は、 前記第 1 1 の発明であつ て、 前記観測装置、 又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は 光学的測定装置であり、 これら観測装置、 測定装置は、 前記光学系と機 械的に固定された関係にあり、 前記観測装置、 測定装置の基準点と、 前 記レーザ光が集光される位置が一致しており、 前記観測装置、 測定装置 の基準点位置を観測又は測定することにより、 間接的に、 前記レーザ光 が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とするも のである。 図面の簡単な説明 '
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態であるレーザ装置であり、 固体レ —ザから放出されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図 である。
図 2は、 基本波発生部の概略構成を示す図である。
図 3は、 波長変換部の概略構成を示す図である。
図 4は、 シリンドリカルレンズの配置の例を示す図である。
図 5は、 本発明の第 2の実施の形態であるレーザ装置の全体構成を示 す図である。
図 6は、 制御装置の基本的な動作を説明するフローチヤ一トである。 図 7は、 図 6における処理 1のアルゴリズムを示すフローチヤ一卜で ある。
図 8は、 図 6における処理 2のアルゴリ ズムを示すフローチャートで める。 図 9は、 図 6における処理 3のアルゴリズムを示すフローチヤ一トで ある。
図 1 0は、 本発明の実施の形態の例である露光装置の概要を示す図で ある。
図 1 1は、 本発明の実施の形態の例であるマスク検查装置の概要を示 す図である。
図 1 2は、 本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置の概 要を示す図である。
図 1 3は、 本発明の実施の形態の例である高分子結晶の加工装置を、 光学顕微鏡と組み合わせた状態を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態の例を、 図を用いて説明する。 図 1は、 本 発明の第 1の実施の形態であるレーザ装置であり、 固体レーザから放出 されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図を示す図であ る。 すなわち、 このレーザ装置は、 基本波発生部 1、 波長変換部 2から 構成されている。
図 2は基本波発生部 1 の概略構成を示す図である。
基本波を発生するレーザ光源は、 E r 3 +添加光ファイバ増幅器を用いて おり、主に基準光源部 3、 E D F部 4、励起用光源部 5から構成される。 基準光源部 3の基準光源となる D F Bからは波長 1547 n mのパルス光 が出力され、 E D F部 4により増幅される。 E D F部 4は E D F 1、 E D F 2、 E D F 3の 3段階の E D Fから構成され、 それぞれに励起用光 源 5 a、 5 b、 5 cから励起光が供給される。 E D F 3からの出力光が 後に説明する波長変換部に入力される。
図 3は波長変換部 2の概略構成を示す図である。 波長変換部 2は基本 波発生部 1から出力される波長 1547n mのレーザ光の波長変換を行う。 波長変換部 2には、 複数の波長変換,手段、 すなわち、 2倍波発生部 6、 3倍波発生部 7、 4倍波発生部 8、 7倍波発生部 9、 8倍波発生部 1 0 の各高調波発生部が設けられ、 それぞれの高調波発生部間に、 高調波を 次の高調波発生部へ伝播させるための光学素子が配置されている。
この実施の形態では、 各高調波発生部とも非線形光学結晶を用いてい る。 具体的には、 2倍波発生部 6、 3倍波発生部 7、 4倍波発生部 8に は L i B 305 (L B O) 結晶を、 7倍波発生部 9には；8—B a B 204 (B B O) 結晶を、 8倍波発生部 1 0には C s L i B eO (C L B O) 結晶を用いている。 これら、 2倍波発生部 6、 3倍波発生部 7、 4倍波 発生部 8、 7倍波発生部 9、 8倍波発生部 1 0は、 それぞれ波長 7 7 3 nm、 5 1 6 n m, 3 8 7 nm、 2 2 1 nm、 1 9 3 nmの光を発生す る。
すなわち、入射した波長 1547n mのレーザ光は、 レンズ L 1により集 光されて 2倍波発生部 6に入射する。 2倍波発生部 6からは、 この基本 波と共に、 2倍の周波数の光 （ 2倍波） が出力される。 これらの光は、 レンズ L 2により集光されて 3倍波発生部 7に入って合成され、基本波、 2倍波と共に、 基本波の 3倍の周波数 （ 3倍波） が出力される。 このう ち、 3倍波は、ダイクロイツクミラー M 1により反射され、 レンズ L 3、 L 4を介して反射ミラー M 2で反射された後、 ダイクロイツクミラー M 3を通過して、 後に述べる基本波の 4倍の周波数を持つ光 （4倍波） と 合成される。 レンズ L 3、 L 4は、 3倍波を 7倍波発生部 9に集光する ようになっている。
ダイクロイツクミラー M lを通過した基本波と 2倍波のうち、 2倍波 は、 ダイクロイツクミラー M4で反射され、 レンズ L 5により集光され て 4倍波発生部 8に入射する。 そして、 4倍波発生部 8からは、 2倍波 と共に 4倍波が出力される。
4倍波の波長は前述のように 3 8 7 n mであり、 紫外光となるので、 レンズと しては合成石英ガラスを使用するが、 従来技術の欄で述べたよ うに損傷を受けやすいので、 本発明の実施の形態である、 2つのシリン ドリ カルレンズ 1 1 a、 1 1 bを組み合わせて 1つのレンズ作用を持た せた光学素子を使用している。 この光学素子は、 4倍波発生部 8から出 力される 4倍波を 7倍波発生部 9に集光するようになつている。 即ち、 4倍波は、 ダイクロイツクミラー M 3で反射され、 前述の 3倍波と合成 されて 7倍波発生部 9に入力される。 よって、 7倍波発生部 9からは 3 倍波、 4倍波と共に、 基本波の 7倍の周波数を持つ光 （ 7倍波） が出力 される。
これらの光は、 本発明の実施の形態である、 2つのシリンドリカルレ ンズ 1 2 a、 1 2 bを組み合わせて 1つのレンズ作用を持たせた光学素 子を介して、 ダイクロイツクミラー M 5に入力され、 7倍波のみが反射 されて 8倍波発生部 1 0に入力される。 2つのシリンドリカルレンズ 1 2 a、 1 2 bを組み合わせた光学素子は、 この 7倍波を 8倍波発生部 1 0に集光させるようになつている。
ダイクロイツクミラー M 4を透過した基本波は、 反射ミラー M 6、 M 7、 M 8 と、 レンズ L 6、 L 7からなる光学系と、 ダイクロイツクミラ 一 M 5を通過し、 レンズ L 6、 L 7の働きにより、 8倍波発生部 1 0に 集光される。 よって、 8倍波発生部 1 0には基本波と 7倍波が入力され ることになり、 基本波と 7倍波の他に、 基本波の 8倍の周波数を持つ光 ( 8倍波） が出力される。
このよ うに、 図 2に示される波長変換部 2では、 基本波、 2倍波、 3 倍波の集光には通常のレンズを使用し、 4倍波、 7倍波の集光には 2つ のシリンドリカルレンズを組み合わせた光学素子を使用している。 これら、 シリ ン ドリカルレンズ 1 1 a、 l i b , 1 2 a、 1 2 b は、 それぞれ保持手段 1 3 a、 1 3 b、 1 4 a、 1 4 bにより保持され、 こ の保持手段は、 各シリンドリ カルレンズ 1 1 a、 1 1 b、 1 2 a、 1 2 bをそれぞれの母線方向に駆動可能な構造を有している。 なお、 各シリ ン ドリカルレンズ 1 1 a、 l l b、 1 2 a、 1 2 bの母線方向は光軸に 直交しており 、 シリ ン ドリ カルレンズ 1 1 a と、 l i bの母線方向、 1 2 a と 1 2 bの母線方向はそれぞれ直交している。 これにより、 シリン ドリカルレンズ 1 1 a と、 l i bを組み合わせた光学系、 シリンドリカ ルレンズ 1 2 a と、 1 2 bを組み合わせた光学系は、 それぞれ球面レン ズと同じ光学的作用を果たすことができる。
図 4は、 シリ ン ドリ カルレンズ 1 1 a、 l i b の配置の例を示す図で ある。 各レンズはシリ ンドリカルレンズであるため、 母線方向に移動さ せても光軸のずれが発生しないという特徴を有する。 例えば、 レンズの 損傷が顕著になってきた場合、 図示しない移動機構、 例えばマイクロメ ータ付きステージにより レンズを母線方向 （矢印方向） に移動し、 未使 用部分を使用することにより レーザ装置の長寿命化をはかることができ る。 シリ ンドリ カルレンズ 1 2 a、 1 2 b も同様の配置を有する。
なお、 上記実施の形態においては、 各シリンドリカルレンズの材質と して合成石英を使用しているが、 例えば蛍石等、 合成石英ガラス以外の 材料でも、 同様な損傷が問題となるような場合にも適用される。 また、 上記実施の形態においては、 2枚のシリンドリカルレンズを組み合わせ た光学素子を使用しているが、 3枚以上のシリンドリカルレンズを組み 合わせて使用するようにしてもよい。
図 5は、 本発明の第 2実施例の波長変換部 2を説明する図である。 こ の波長変換部 2における波長変換の方法とその光学系の構成、 作用自体 は、 図 3に示したものと全く同じであるので、 同じ構成要素には同じ符 号を付してその説明を省略する。 この実施の形態においては、 シリ ン ド リカルレンズ 1 1 a、 l l b、 1 2 a、 1 2 bが劣化して光の透過率が 低下したことを検知して、 光軸部分に各シリンドリカルレンズの未使用 の部分を位置させるような制御機構が付加されている点が、 図 3に示し た実施の形態と異なる点である。
すなわち、 光検出器 1 5は、 ダイクロイツクミラー M 3を透過してき た 2倍波の強度を検出する。 また、 光検出器 1 6は、 ダイクロイツクミ ラー M 5を透過してきた 3倍波と 4倍波の強度を検出する。 これらの検 出値は制御装置 1 7に入力され、 所定の値と比較される。 そして、 光検 出器 1 5の出力が所定の値を下回ったとき、 制御装置 1 7はドライバ 1 8に指令を出して、 保持手段 1 3 a、 1 3 bを所定距離だけ駆動し、 今 まで使用されていなかったシリンドリカルレンズ 1 1 a、 1 1 bの部分 が使用されるようにする。 同様に、 光検出器 1 6の出力が所定の値を下 回ったとき、 制御装置 1 7はドライバ 1 8に指令を出して、 保持手段 1 4 a、 1 4 bを所定距離だけ駆動し、 今まで使用されていなかったシリ ンドリカルレンズ 1 2 a、 1 2 bの部分が使用されるようにする。 各保 持手段を移動するのには、 各保持手段を電動ステージの上に載せる等、 周知の方法を採用することができる。
なお、 この実施の形態においては、 光検出器 1 5で検出されるのは 4 倍波ではなく、 光検出器 1 6で検出されるのは 7倍波ではないが、 シリ ンドリカルレンズが劣化すると、 各倍波の光の強度が同じように弱くな ると考えられるので、 特に問題となることはない。 特に、 それぞれ 4倍 波、 7倍波の強さを直接測定したいような場合は、 例えば、 ダイクロイ ックミラー M 3、 M 5の後にプリズムをおいて、 4倍波、 7倍波を分離 して測定するような方法を採用することもできる。
図 6〜図 9は、 制御装置の基本的な動作を説明するフローチヤ一トで ある。 メインのアルゴリ ズムを図 6、 その中の各詳細処理のァルゴリ ズ ムを図 7〜図 9を用いて説明する。
図 6に示すメィンのアルゴリズムでは、 各電動ステージの駆動可能範 囲内外に応じた処理を行う。 まずステップ S 1 にて、 光検出器 1 5およ び光検出器 1 6それぞれからの信号 S i g 1、 S i g 2、 4倍波レンズ 用保持手段 1 3 a、 1 3 bおよび 7倍波レンズ用保持手段 1 4 a、 1 4 bそれぞれの駆動可能範囲判定用のフラグ Flagl、 Flag 2の初期化を行 う。ここで、 Flag 1、 Flag 2は、それぞれ 0の場合、保持手段が駆動可能範 囲内にあることを示し、 1の場合には、駆動範囲外にあることを示す。 次にステップ S 2にて、 Flagl、 Flag 2の値を取得する。 次にステツ プ S 3にて、 取得した Flagl、 Flag 2の条件判定を行う。 Flag 1、 Flag 2 ともに 0の場合、処理 1 を行った後 S 2へ戻る。 Flaglのみ 1の場合、 処理 2を行った後 S 2へ戻る。 Flag 2のみ 1の場合、 処理 3を行った後 S 2へ戻る。 Flagl、 Flag 2 ともに 1の場合、 処理 4を行った後終了す る。
図 7に示す、図 6における処理 1のアルゴリズムでは、各検出器 1 5、 1 6からの信号値 S i g 1、 S i g 2 とあらかじめ保持している値 R e f 1、 R e f 2 との比較と併せて、 駆動可能範囲内外の判定を行い、 そ の結果に応じて各電動ステージの駆動/非駆動を行う。
まずステツプ S 1 1にて、 S i g l、 S i g 2の値を取得する。 次に ステップ S 1 2にて、 S i g l とあらかじめ保持している設定値 R e f 1 との比較を行う。 S i g l く R e f lの場合、 ステップ S 1 3にて駆 動可能範囲内かどうかの判定を行う。 駆動可能範囲内なら S 1 4にて 4 倍波レンズ用保持手段 1 3 a、 1 3 bを所定距離移動し、 レンズの移動 を行った後、 処理を終了する。 駆動可能範囲外の場合、.ステップ S 1 5 にて Flagl = 1 と し、 処理を終了する。 ステップ S 1 2にて、 S i g 1く R e f 1でない場合、 ステップ S 1 6にて S i g 2とあらかじめ保持している設定値 R e f 2との比較を行 う。 S i g 2く R e f 2の場合、 ステップ S 1 7にて駆動可能範囲内か どうかの判定を行う。 駆動可能範囲内ならステップ S 1 8にて 7倍波レ ンズ用保持手段 1 4 a、 1 4 bを所定距離移動し、 レンズの移動を行つ た後、処理を終了する。駆動可能範囲外の場合、ステップ S 1 9にて Flag
2 = 1 とし、 処理を終了する。 ステップ S 1 6にて S i g 2ぐ R e f 2 でない場合はそのまま処理を終了する。
図 8に示す処理 2のアルゴリズムでは、 光検出器 1 6からの信号値と あらかじめ保持している値との比較と併せて、 駆動可能範囲内外の判定 を行い、 その結果に応じて 7倍波レンズ用保持手段 1 4 a、 1 4 bの駆 動 Z非駆動を行う。
まずステップ S 2 1にて、 S i g 2の値を取得する。 次にステップ S 2 2にて、 S i g 2とあらかじめ保持している設定値 R e f 2との比較 を行う。 S i g 2く R e f 2の場合、 ステップ S 2 3にて駆動可能範囲 内かどうかの判定を行う。 駆動可能範囲内ならステップ S 2 4にて 7倍 波レンズ用保持手段 1 4 a、 1 4 bを所定距離移動し、 レンズの移動を 行った後、 処理を終了する。 駆動可能範囲外の場合、 ステップ S 2 5に て Flag 2 = 1 とし、 処理を終了する。 S 2 2にて、 S i g 2く R e f 2 でない場合はそのまま処理を終了する。
図 9に示す処理 3のアルゴリズムでは、 光検出器 1 5からの信号値と あらかじめ保持している値との比較と併せて、 駆動可能範囲内外の判定 を行い、 その結果に応じて 4倍波レンズ用保持手段 1 3 a、 1 3 b の駆 動/非駆動を行う。
まずステップ S 3 1にて、 S i g 1の値を取得する。 次にステップ S
3 2にて、 S i ,g 1 とあらかじめ保持している設定値 R e f 1 との比較 を行う。 S i g lく R e f l の場合、 ステップ S 3 3にて駆動可能範囲 內かどうかの判定を行う。 駆動可能範囲内ならステップ S 3 4にて 4倍 波レンズ用保持手段 1 3 a， 1 3 bを駆動し、レンズの移動を行った後、 処理を終了する。 駆動可能範囲外の場合、 ステップ S 3 5にて Flag l = 1 とし、 処理を終了する。 ステップ S 3 2にて S i g 1く R e f 1でな い場合はそのまま処理を終了する。
処理 4においては、 この時点で 4倍波レンズ用保持手段 1 3 a、 1 3 b、 7倍波レンズ用保持手段 1 4 a、 1 4 b とも駆動可能範囲外となつ ているため、 その旨を通知し、 メインアルゴリ ズムを終了する。
以上の実施の形態においては、 光検出器 1 5、 1 6からの出力が規定 値を下回ったとき、 シリンドリカルレンズを移動させるようにしている 力 、 装置の使用時間に応じて移動させるようにしてもよい。 たとえば、 制御装置 1 7が、 光検出器 1 5、 1 6の出力を検出するこ とによ り 、 装 置が使用されていることを判定し、 累積使用時間が所定時間に達する毎 に、シリンドリカルレンズを所定距離だけ移動させるようにしてもよい。 また、 シリンドリカルレンズの移動量が、 装置の累積使用時間に比例す るように位置制御をかけるようにしてもよレ、。
次に、 上述した基本波発生部 1 と波長変換部 2とから構成されたレー ザ装置 2 0 (以下 「レーザ装置」 という） を用いて構成され、 半導体製 造工程の一つであるフォ トリ ソグラフイエ程で使用される露光装置 1 0 0について、 図 1 0を参照して説明する。 光リ ソグラフイエ程で使用さ れる露光装置は、 原理的には写真製版と同じであり、 フォ トマスク （レ チクル） 上に精密に描かれたデバイスパターンを、 フォ ト レジス トを塗 布した半導体ウェハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する c この露光装置 1 0 0は、 上述したレーザ装置 2 0と、 照明光学系 1 0 2 と、フォ トマスク （レチクル） 1 1 0を支持するマスク支持台 1 0 3 と、 投影光学系 1 0 4と、 露光対象物たる半導体ウェハ 1 1 5を载置保持す る载置台 1 0 5と、 载置台 1 0 5を水平移動させる駆動装置 1 0 6 とを 備えて構成される。
この露光装箧 1 0 0においては、 上述したレーザ装置 2 0から出力さ れるレーザ光が、 複数のレンズから構成される照明光学系 1 0 2に入力 され、 ここを通ってマスク支持台 1 0 3に支持されたフォトマスク 1 1 0の全面に照射される。 このように照射されてフォ トマスク 1 1 0を通 過した光は、 フォ トマスク 1 1 0に描かれたデパイスパターンの像を有 しており、 この光が投影光学系 1 0 4を介して载置台 1 0 5に載置され た半導体、 ウェハ 1 1 5の所定位置に照射される。 このとき、 投影光学 系 1 0 4によりフォ トマスク 1 1 0のデバイスパターンの像が半導体ゥ ェハ 1 1 5の上に縮小されて結像露光される。
なお、 露光装置における照射光量の制御は、 例えば基準光源部 3にお けるパルス周波数制御、 励起用光源部 5における励起光の出力制御等に より容易に行うことができる。 また、 レーザ光の ON-OFF制御は、 基準 光源部 3における D F B半導体レーザを ON-OFT 制御することにより 行えるほか、 光路上のいずれかに電気光学変調素子や音響光学変調素子 等の変調素子を配設し、 あるいはメカニカルシャッタを配設するなどに より容易に行うことができる。従って、上記のような露光装置によれば、 小型軽量で配置の自由度が高い紫外光源の特性を生かして小型でメンテ ナンス性、 操作性の良好な露光装置を得ることができる。
以上説明したように、 本発明に係る紫外光源では、 ファイバ光増幅器 の励起光源としてシングルモー ドのファイバーレーザを用いているため、 簡明な装置構成で、 高ピークパワーと高い平均出力とを両立させた紫外 光源を提供することができる。
次に、 以上説明した本発明に係るレーザ装置 2 0を用いて構成される マスク欠陥検查装置について、 図 1 1を参照して以下に説明する。 マス ク欠陥検査装置は、 フォ トマスク上に精密に描かれたデバイスパターン を TD Iセンサ（Time Delay and Integration)上に光学的に投影し、 セ ンサ画像と所定の参照画像とを比較し、 その差からパターンの欠陥を抽 出する。 マスク欠陥検査装置 1 2 0は、 上述したレーザ装置 2 0と、 照 明光学系 1 1 2と、 フォ トマスク 1 1 0を支持するマスク支持台 1 1 3 と、 マスク支持台を水平移動させる駆動装置 1 1 6 と、 投影光学系 1 1 4と、 TD Iセンサ 1 2 5とを備えて構成される。 このマスク欠陥検査 装置 1 2 0においては、 上述したレーザ装置 2 0から出力されるレーザ 光が、 複数のレンズから構成される照明光学系 1 1 2に入力され、 ここ を通ってマスク支持台 1 1 3に支持されたフォ トマスク 1 1 0の所定領 域に照射される。 このよ うに照射されてフォトマスク 1 1 0を通過した 光は、 フォ トマスク 1 1 0に描かれたデバイスパターンの像を有してお り、 この光が投影光学系 1 1 4を介して TD Iセンサ 1 2 5の所定の位 置に結像される。 なお、 マスク支持台 1 1 3の水平移動速度と、 TD I 1 2 5の転送クロックとは同期している。
図 1 2は本発明のレーザ装置 2 0を用いて構成される高分子結晶の加 ェ装置の概要図である。 レーザ装置 2 0から放出された紫外短パルスレ 一ザ光 1 3 9は、 シャツタ 1 3 2、 強度調整素子 1 3 3、 照射位蘆制御 機構 1 3 4、 集光光学系 1 3 5を介してき試料容器 1 3 6中に入れられ た高分子結晶 1 3 8に集光照射される。 試料容器 1 3 6は、 ステージ 1 3 7に搭載され、光軸方向を z軸として、 X — y — z直交座標系で X軸、 y軸、 z軸の 3次元方向の移動が可能とされていると共に、 z軸の周り に回転可能となっている。 高分子結晶 1 3 8の表面に集光照射されたレ 一ザ光により、 高分子結品の加工が行われる。
ところで、 高分子結晶である被加工物を加工する場合、 レーザ光が被 加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。 しかし、 レー ザ光は、 通常可視光でないことが多く、 目視することができないので、 光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
その例を図 1 3に示す。 (a)に示す光学系においては、 紫外短パルスレ 一ザシステム 1 4 1 (図 1 2の符号 2 0、 1 3 2〜 1 3 4に対応）からの レーザ光を、 集光光学系 1 3 5を介して所定の点に集光する。 ステージ 1 3 7は図 1 2において説明したような機能を有しており、 高分子結晶 1 3 8の入った試料容器 1 3 6がステージ 1 3 7上に載置されている。 照明光源 1 4 2からの可視光は、 反射光 1 4 3で反射され、 試料容器 1 3 6をケーラー照明する。 高分子結晶 1 3 8は、 光学顕微鏡の対物レン ズ 1 4 4、 接眼レンズ 1 4 5を介して眼 1 4 6により 目視される。
光学顕微鏡の光軸位置には、 十字状のマークが形成されており、 光軸 位置が目視できるようになつている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合 焦位置、すなわち目視したときピン トが合う物面）は固定とされている。 集光光学系 1 3 5により集光されたレーザ光は、 光学顕微鏡の光軸位置 で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになつている。よって、 ステージ 1 3 7上に被加工物を載置し、 光学顕微鏡でその像を観察した 場合、 ピン トが合っており、 かつ十字マークの中心にある位置に、 レー ザシステム 1 4 1からのレーザ光が集光されるようになつている。なお、 レーザシステム 1 4 1、 集光光学系 1 3 5、 及び光学顕微鏡部の相対位 置関係は固定されており、 ステージ 1 3 7のみがこれらの固定系に対し て相対的に移動可能とされている。
よって、 加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置 となるようにステージ 1 3 7を移動させながら加工を行うことにより、 所望の場所の加工、 及ぴ所望の形状の加工を行うことができる。 もし、 自動的に加工を行わせたいのであれば、 光学顕微鏡に自動焦点調整装置 をつけてステージ 1 3 7をその指令により駆動すると共に、 ステージ 1 3 7の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、 ステ ージ 1 3 7を駆動するようにすればよい。 または、 初めに基準となる位 置を合わせた後、 サーボ機構によりステージ 1 3 7を 2次元又は 3次元 に駆動するようにしてもよレ、。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数のシリ ン ドリ カルレンズからなり、 当該シリ ン ドリ カルレン ズは、 それらの母線方向が交差するように配置され、 かつ、 その各々が それぞれの母線方向に移動可能とされていることを特徴とする光学素子 c
2 . 前記シリンドリカルレンズが 2つであり、 その母線方向が互いに 直交していることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光学素子。
3 . 前記シリンドリカルレンズを形成する材料が合成石英ガラス又は 蛍石であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光学素子。
4 . 請求の範囲第 1項に記載の光学素子を透過した光を検出し、 その 検出値が所定値以下となったとき、 前記シリンドリカルレンズをそれぞ れの母線方向に所定距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴と する光学系。
5 . 請求の範囲第 1項に記載の光学素子が使用された時間が所定時間 経過する毎に、 前記シリンドリカルレンズをそれぞれの母線方向に所定 距離だけ移動させる制御装置を有することを特徴とする光学系。
6 . 請求の範囲第 1項に記載の光学素子が使用された時間に応じて、 前記シリ ン ドリカルレンズをそれぞれの母線方向に連続的に移動させる 制御装置を有することを特徴とする光学系。
7 . レーザ光源と、 当該レーザ光源から出力されるレーザ光の波長を 変換する波長変換素子とを有するレーザ装置であって、 請求の範囲第 1 項から第 3項のうちいずれか 1項に記載の光学素子により、 レーザ光を 前.記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするレーザ装置 c
8 . レーザ光源と、 当該レーザ光源から出力されるレーザ光の波長を 変換する波長変換素子とを有するレーザ装置であって、 請求の範囲第 4 項から第 6項のうちいずれか 1項に記載の光学系により、 レーザ光を前 記波長変換素子に集光する機能を有することを特徴とするレーザ装置。
9 . 請求の範囲第 7項に記載のレーザ装置と、 所定の露光パターンが 設けられたフォ 卜マスクを保持するマスク支持部と、 露光対象物を保持 する対象物保持部と、 前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マス ク支持部に保持されたフォ トマスクに照射させる照明光学系と、 前記照 明光学系を介して前記フォ トマスクに照射されてここを通過した照射光 を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系と を備えて構成されることを特徴とする露光装置。
1 0 . 請求の範囲第 8項に記載のレーザ装置と、 所定の露光パターン が設けられたフォ トマスクを保持するマスク支持部と、 露光対象物を保 持する対象物保持部と、 前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マ スク支持部に保持されたフォ トマスクに照射させる照明光学系と、 前記 照明光学系を介して前記フォ トマスクに照射されてここを通過した照射 光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系 とを備えて構成されることを特徴とする露光装置。
1 1 . 請求の範囲第 7項に記載のレーザ装置と、 所定のパターンが設 けられたフォ トマスクを保持するマスク支持部と、 前記パターンの投影 像を検出する検出器と、 前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マ スク支持部に保持されたフォ トマスクに照射させる照明光学系と、 前記 照明光学系を介して前記フォ トマスクに照射されて、 通過した照明光を 前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク 欠陥検査装置。
1 2 . 請求の範囲第 8項に記載のレーザ装置と、 所定のパターンが設 けられたフォ トマスクを保持するマスク支持部と、 前記パターンの投影 像を検出する検出器と、 前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マ スク支持部に保持されたフォ トマスクに照射させる照明光学系と、 前記 照明光学系を介して前記フォ トマスクに照射されて、 通過した照明光を 前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク 欠陥検査装置。
1 3 . 高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、 請求の 範囲第 7項に記載のレーザ装置と、 当該レーザ装置から放出されるレー ザ光を、 被加工物である高分子結晶に導き、 当該高分子結晶の被加ェ場 所に集光させる光学系と、 前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変 化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。
1 4 . 前記レーザ光が集光される位置を、 前記高分子結晶と同時に観 測する観測装置、 又は測定する測定装置を有するこ とを特徴とする請求 の範囲第 1 3項に記載の高分子結晶の加工装置。
1 5 . 前記観測装置、 又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置 又は光学的測定装置であり、 これら観測装置、 測定装置は、 前記光学系 と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、 前記レーザ光が集光される位置が一致しており、 前記観測装置、 測定装 置の基準点位置を観測又は測定することにより、 間接的に、 前記レーザ 光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする 請求の範囲第 1 4項に記載の高分子結晶の加工装置。
1 6 . 高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、 請求の 範囲第 8項に記載のレーザ装置と、 当該レーザ装置から放出されるレー ザ光を、 被加工物である高分子結晶に導き、 当該高分子結晶の被加工場 所に集光させる光学系と、 前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変 化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。
1 7 . 前記レーザ光が集光される位置を、 前記高分子結晶と同時に観 測する観測装置、 又は測定する測定装置を有するこ とを特徴とする請求 の範囲第 1 6項に記載の高分子結晶の加工装置。
1 8 . 前記観測装置、 又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置 又は光学的測定装置であり、 これら観測装置、 測定装置は、 前記光学系 と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、 前記レーザ光が集光される位置が一致しており、 前記観測装置、 測定装 置の基準点位置を観測又は測定することにより、 間接的に、 前記レーザ 光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする 請求の範囲第 1 7項に記載の高分子結晶の加工装置。
PCT/JP2004/003820 2003-03-24 2004-03-22 光学素子、光学系、レーザ装置、露光装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置 WO2004086121A1 (ja)

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