JPH03250776A - 狭帯域発振エキシマレーザ - Google Patents

狭帯域発振エキシマレーザ

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JPH03250776A
JPH03250776A JP4744490A JP4744490A JPH03250776A JP H03250776 A JPH03250776 A JP H03250776A JP 4744490 A JP4744490 A JP 4744490A JP 4744490 A JP4744490 A JP 4744490A JP H03250776 A JPH03250776 A JP H03250776A
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slit
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理 若林
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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。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕半導体
装置製造用の縮小投影露光装置(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が短い(KrFの波長
は約248.4nm)ことから光露光の限界を0.5μ
m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)が小さくて済み
、露光領域を大きくできること、大きなパワーが得られ
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は従来インジェ
ンクションロック方式と呼ばれるものがある。このイン
ジエンクションロック方式は、オシレータ段のキャビテ
ィ内に波長選択素子(エタロン、回折格子、プリズム等
)を配置し、ピンホールによって空間モードを制限して
単一モード発振させ、このレーザ光を増幅段によって注
入同期する。この方式によると比較的大きな出力パワが
得られるが、ミスショットがあったり、ロッキング効率
を100%とすることが困難であったり、スペクトル純
度が悪くなるという欠点がある。また、この方式の場合
その出力光はコヒーレンス性が高く、これを縮小露光装
置の光源に用いた場合はスペックル・パターンが発生す
る。一般にスペックル・パターンの発生はレーザ光に含
まれる空間横モードの数に依存すると考えられている。
すなわち、レーザ光に含まれる空間横モードの数が少な
いとスペックル・パターンが発生し易くなり、逆に空間
モードの数が多くなるとスペックル・パターンは発生し
にくくなることが知られている。
上述したインジエクションロツタ方式は本質的には空間
横モードの数を著しく減らすことによって狭帯域化を行
う技術であり、スペックル・パターンの発生が大きな問
題となるため縮小投影露光装置には採用できない。
エキシマレーザの狭帯域化の技術として他に有望なもの
は波長選択素子であるエアーギヤ・ツブエタロンを用い
たものがある。このエアーギヤ・ツブエタロンを用いた
従来技術ではエキシマレーザのキャビティ内に複数個の
エアーギャップエタロンを配置してエキシマレーザの狭
帯域化を図ろうとしている。
ところが、レーザキャビティ内にエタロンを配置した場
合、単一段のステッパ用の狭帯域発振エキシマレーザは
エタロンを透過するエネルギー密度が非常に高いために
、エタロンの反射膜が少ないショツト数で劣化してしま
い、エタロンの透過率が著しく減少したり、フィネスが
小さくなることによって、出力レーザ光のスペクトル純
度及びパワーが著しく低下していた。また、この従来技
術によれば、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。
また、他の従来技術として狭帯域化素子としてプリズム
ビームエキスパンダおよびグレーティングを用いたもの
があるが、この場合には線幅を細くするためにアパーチ
ャを挿入する必要があり、この為高効率で発振させるた
めに放電のエネルギー密度を高くして発振させていた。
したがって、この従来装置では放電電極の寿命が非常に
短くなるという不具合があった。
さらに、これらの従来技術では一般にビーム拡がりが大
きいので出力制御のために放電電圧を変化させると、放
電幅が変化して、波長線幅及び発振効率が変化するとい
う問題があった。
この発明はこのような事情に鑑がみてなされたもので、
狭帯域化及び装置の長寿命化を図ると共に波長の制御性
を向上させ、さらに波長線幅が放電幅に左右されずに高
出力を得ることができ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、狭帯域化
素子としてグレーティングを具えた狭帯域発振エキシマ
レーザにおいて、前記グレーティングとレーザチャンバ
との間に空間フィルタを配置するようにしている。
〔作用〕
かかる構成によれば、空間フィルタによりグレーティン
グに入射するレーザ光のビーム拡がりを小さくしている
。
〔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
例を示した側面図である。この実施例の狭帯域発振エキ
シマレーザは、フロントミラー1と、リアミラーおよび
波長選択素子の機能を有すルクレーティング6との間に
、レーザチャンバ3、および波長選択素子として機能す
る空間フィルタ20が配設される。空間フィルタ20は
この場合集光し゛ンズ4.4′とアパーチャ5て構成し
ている。すなわちこの場合はフロントミラー1とグレー
ティング6との間に光共振器が構成されている。
このグレーティングの配置は謂ゆるりドロー配置である
。
レーザチャンバ3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3の両端に
は所定の角度で配置されたウィンドウ2a、2bが設け
られている。
グレーティング6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。この明細書ではこの多数の溝と直角の方
向を線引方向と称している。
グレーティング6は、この線引方向を含む平面内で、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。すなわち、グレ
ーティング6は入射光に対するグレーティングの角度に
対応する特定の光のみを所定の方向(この場合入射光の
方向)に反射させ、これによって特定の波長の光に対す
る選択動作を行なう。
このように、空間フィルタ20をレーザチャンバ3とグ
レーティング6との間に配置することで、グレーティン
グ6に入射するビームの拡がりを小さくして、効率よい
狭帯域化を行うようにしている。
なおこの実施例において、アパーチャ5の代わりにスリ
ットを配置するようにしてもよい。ただし、スリットを
配置する場合は、スリットの長手方向とグレーティング
6の線引き方向とが垂直になるように配置して、グレー
ティング6におけるビーム塩がりを最小にし、効率よく
狭帯域化するようにする。
第2図(a) 、 (b)は第1図に示した実施例の空
間フィルタ20をシリンドリカルレンズ8.8′とスリ
ット7で構成したこの発明の他の実施例を平面図および
側面図で示したものである。この実施例では、シリンド
リカルレンズ8.8′によりレーザ光を線光線として集
光するため、先の第1図の実施例に比べてエネルギー密
度がより小さくなり、スリット7の寿命をより延ばすこ
とができる。
第3図(a) 、(b)は第1図に示した実施例におけ
る放電方向とスリット7の配置方向との関係を特定した
この発明の他の実施例を平面図および側面図で示したも
のである。
この実施例では、スリット7の長手方向をレーザの放電
方向とほぼ一致させることでスリット7によってけられ
るレーザ光を少なくし空間フィルタ20の透過率を向上
させている。すなわぢ、レーザチャンバ3のウィンドウ
2bから出力されるレーザビームの広がり角は一般に電
極9.9による放電方向すなわち電極9.9の配列方向
よりも、この放電方向に垂直な方向の方が小さく、その
形状は縦長の長方形状となっている。そこで、このレー
ザ断面形状に対応するようスリット7を配置することに
より空間フィルタ20の透過率を向上させて効率のよい
狭帯域化をなし得るようにしている。
第4図は(a) 、 (b)は第2図に示した実施例に
おいて放電方向とスリット7の長手方向とシリンドリカ
ルレンズ8.8′の機械軸をほぼ一致させ、さらにこれ
らの方向がグレーティング6の線引き方向(第4図(b
)では紙面に垂直な方向)とほぼ垂直になるようにした
この発明の他の実施例を平面図および側面図で示したも
のである。
このように構成すれば、スリット7によってけられるレ
ーザ光を少なくなり空間フィルタ20の透過率が向上し
、しかもシリンドリカルレンズ8.8′により集光して
いるためにエネルギー密度が小さくなり、スリット7の
寿命をより延ばすことができる。さらに、グレーティン
グ6の線引方向も電極9.9による放電方向に対して垂
直になるようにグレーティング6を配置するようにして
いるので、グレーティング6におけるビーム広がりを最
小にすることができ、これにより効率よく狭帯域化する
ことができる。
第5図(a) 、 (b)は第4図に示した実施例にプ
リズムビームエキスパンダ10を追加したこの発明の他
の実施例を平面図および側面図で示したものテアリ、プ
リズムビームエキスパンダ1oは空間フィル゛り20と
グレーティング6の間に配置するようにしている。
ここで、ビームエキスパンダ10によるビーム拡大方向
はレーザチャンバ3内の電極り、9による放電方向と垂
直な方向に一致している。
このような構成によれば、ビームエキスパンダ10によ
ってビームを拡大するようにしているので、レーザビー
ムのエネルギー密度がさらに小さくなり、スリット7及
びグレーティング6の寿命を延ばすことができる。さら
に、その拡大方向は電極9.9による放電方向と垂直な
方向のみであるので、グレーティングに入射するビーム
拡がり角を更に小さくすることができ、これによりより
効率良く狭帯域化することができる。
第6図(a) 、 (b)は第4図に示した実施例のシ
リンドリカルレンズ8′の配置位置をずらせて空間フィ
ルタ20とビームエキスパンダとの機能を2個のシリン
ドリカルレンズ8.8′とスリット7のみで実現したこ
の発明の他の実施例を側面図および平面図で示したもの
である。
このようにすることにより、ビームエキスパンダを省略
することができる。
第7図は空間フィルタ20を凹面鏡(または放物面鏡)
]]、11′とスリット7て構成したものである。なお
、この凹面鏡(または放物面鏡)11.11′をシリン
ドリカル形状に構成すれば、スリット7には線光線が集
光されるためにスリット7の耐久性を増すことができる
。
なお、実施例では、リトロ−配置のみを例示したが本発
明は射入射配置でも適用することができる。また、実施
例では空間フィルタ20として単レンズを例にあげたが
、収差補正を施した組レンズ、非球面レンズなどを用い
ればさらに良好な狭帯域化をなし得る。さらに色収差補
正を施せば、レンズの色が変化しても焦点位置が変化し
ないためさらに良好な狭帯域化をなし得る。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、(1)空間フィ
ルタによりビーム拡がりを小さくしているので、キャビ
ティ内にアパーチャを挿入しなくでも効率よく狭帯域化
ができ、またアパーチャを挿入しなくてもよいので高出
力が得られる。
(2)空間フィルタによりビーム拡がりを小さくシフて
いるので、放電幅が変化しても波長線幅が変化しないよ
うになり、これにより放電幅を大きくしてエネルギー密
度を小さくすることができるようになり、もって光学素
子および放電電極の寿命を飛躍的に延ばすことができる
とともに、高効率での出力制御が可能になる。
(3)空間フィルタとしてシリンドリカルレンズとスリ
ットを使用するとスリットにはエネルギー密度の低い線
光線が入射されることになり、スリットの寿命を飛p的
に延ばすことができる。
などの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す平面図、第2図(a
)(b)乃至第6図(a) (b)は夫々この発明の他
の実施例を示す平面図および側面図、第7図はこの発明
の更に他の実施例を示す平面図である。 1・・・フロントミラー 2a、2b・・・ウィンドウ
、3・・・レーザチャンバ、4・・・集光レンズ、5・
・アパーチャ、6・・・グレーティング、7・・・スリ
ット、8・・・シリンドリカルレンズ、9・・・放電電
極、10・・・プリズムビームエキスノくンダ、20・
・・空間フィルタ 第1 図 0 (b) 第2 図 第3 図 (0) 0 第4 図 に (b) 第5図 (CI> To) 第6図

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)狭帯域化素子としてグレーティングを具えた狭帯
    域発振エキシマレーザにおいて、 前記グレーティングとレーザチャンバとの間に空間フィ
    ルタ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)前記空間フィルタは集光レンズおよびスリットを
    有して成る請求項(1)記載の狭帯域発振エキシマレー
    ザ。
  3. (3)前記空間フィルタはシリンドリカルレンズおよび
    スリットを有して成る請求項(1)記載の狭帯域発振エ
    キシマレーザ。
  4. (4)前記空間フィルタは凹面鏡およびスリットを有し
    て成る請求項(1)記載の狭帯域発振エキシマレーザ。
  5. (5)前記空間フィルタは放物面鏡およびスリットを有
    して成る請求項(1)記載の狭帯域発振エキシマレーザ
    。
  6. (6)スリットの長手方向とグレーティングの線引き方
    向が略垂直になるよう配置したことを特徴とする請求項
    (2)または(3)または(4)または(5)記載の狭
    帯域発振エキシマレーザ。
  7. (7)シリンドリカルレンズの機械軸の方向とスリット
    の長手方向とを略一致させ、かつこれらの方向をグレー
    ティングの線引き方向と略垂直になるよう配置したこと
    を特徴とする請求項(3)記載の狭帯域発振エキシマレ
    ーザ。
  8. (8)シリンドリカルレンズの機械軸の方向を放電方向
    と略一致させるよう配置したことを特徴とする請求項(
    7)記載の狭帯域発振エキシマレーザ。
  9. (9)空間フィルタとグレーティングとの間に配置され
    るビームエキスパンダを更に具える請求項(1)記載の
    狭帯域発振エキシマレーザ。
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