JPH0346284A - 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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JPH0346284A
JPH0346284A JP18167989A JP18167989A JPH0346284A JP H0346284 A JPH0346284 A JP H0346284A JP 18167989 A JP18167989 A JP 18167989A JP 18167989 A JP18167989 A JP 18167989A JP H0346284 A JPH0346284 A JP H0346284A
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JP
Japan
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etalon
laser
excimer laser
oscillation excimer
beam expander
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Pending
Application number
JP18167989A
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English (en)
Inventor
Osamu Wakabayashi
理 若林
Masahiko Kowaka
雅彦 小若
Yukio Kobayashi
小林 諭樹夫
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0346284A publication Critical patent/JPH0346284A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/082Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

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〕 この発明はステッパー用の光源として使用される狭帯域
発振エキシマレーザに関する。
〔従来の技術〕
半導体装置製造用の縮小投影露光装置(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
.5μm以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度
なら従来用いていた水銀ランプのg線やi線に比較して
焦点深度が深いこと、レンズの開口数(NA)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エ
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ー
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
ないというスペックル・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
ェクションロック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タロンを用いたものがある。こ
のエタロンを用いた従来技術としてはAT&Tベル研究
所によるエキシマレーザのフロントミラーとレーザチャ
ンバとの間にエタロンを配置し、エキシマレーザの狭帯
域化を図ろうとする技術、または本発明者等によるエキ
シマレーザのりアミラーとレーザチャバとの間にエタロ
ンを配置し、エキシマレーザの狭帯域化を図ろうとする
技術が提案されている。
第6図はエキシマレーザのフロントミラー1とレーザチ
ャンバ4との間に2枚のエタロン2a。
2bを挿入して構成した従来装置を示すものである。な
お、第5図において5はりアミラー 3a。
3bはレーザチャンバ4のウィンドウを示す。
また第7図はエキシマレーザのりアミラー5とレーザチ
ャンバ4との間に2枚のエタロン2a。
2bを挿入して構成した他の従来装置を示すものである
また、第8図に示すようにレーザチャンバ4とエタロン
2aとの間に、例えば凸レンズ6と凹レンズ7との組み
合わせからなるコリメータを挿入して有効面積の小さな
エタロンを使用できるようにしたものもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、第6図、第7図、第8図に示すようなレーザ
キャビティ内にエタロンを配置して構成した狭帯域発振
エキシマレーザは、エタロンを透過するレーザ光のエネ
ルギー密度は非常に高いため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ったりすることがあ
った。
この場合は出力レーザ光のスペクトル純度またはパワー
が著しく低下することになった。これはエキシマレーザ
をステッパー用の光源として使用する場合には特に問題
となった。
また第8図に示すようにコリメータレンズを使用して、
エタロンに入射するレーザビーム面積が出力レーザビー
ム面積より小さくしたものにおいてはこの傾向は更に顕
著となった。
そこで、この発明はエタロンの劣化をできるだけおさえ
るようにした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レーザチ
ャンバとエタロンとの間にビームエキスパンダを配置し
てエタロンに入射するレーザビームを拡大するように構
成される。
〔作用〕
これによってエタロンを透過するレーザ光のエネルギー
密度は大幅に減少され、エタロンの劣化を飛躍的におさ
えることができる。
〔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
例を示したものである。第1図において、フロントミラ
ー1とりアミラー5との間にレーザチャンバ4、ビーム
エキスパンダ8、エタロン2a、2bが配設される。こ
こでフロントミラー1とりアミラー5とは光共振器を構
成している。
レーザチャンバ4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、またレーザガスを励起させるた
め図示しない放電電極が配置されている。更にレーザチ
ャンバ4の両端には所定の角で配置されたフィンドウ3
a、3bが設けられている。
ビームエキスパンダ8はレーザチャンバ4のウィンドウ
3bから出力されたレーザ光の面積を拡大するためのも
ので、このビームエキスパンダで拡大されたレーザ光は
エタロン2a、2bに照射される。
エタロン2a、  2bは狭帯域化素子として機能する
もので、エタロン2a、2bのうち一方はフリースペク
、トラルレンジの大きいもの、他方は小さいものから構
成され、この2つのエタロン2a。
2bの透過帯域を重ね合わせることにより狭帯域化がは
かられている。なお、エタロン2a、2bのそれぞれの
透過特性の制御は、光軸に対する各エタロン2a、2b
の角度、各エタロン2a、2bのギャップ長、ギャップ
空間の圧力等を変化させることにより行うことができる
このような構成によると、レーザチャンバ4からの出力
レーザ光はビームエキスパンダ8により拡大されてエタ
ロン2a、2bに照射されるので、エタロン2a、2b
を透過するレーザ光のエネルギー密度は大幅に小さくな
り、これによりエタロン2a、2bの劣化は大幅におさ
えられる。
第2図はビームエキスパンダとして凹レンズ6と凸レン
ズ7を用いて構成した実施例を示すものである。この実
施例において、レーザチャンバ4のウィンドウ3bから
出力されるレーザ光は凹レンズ6凸レンズ7によって拡
大された平行光に変換され、エタロン2a、  2bに
照射される。これによってエタロン2a、2bを透過す
るレーザ光のエネルギー密度は減少される。
なお、第2図に示した実施例において、レーザチャンバ
4のウィンドウ3bから出力されるレーザ光は、すべて
の方向に対して一定の比率で拡大するように構成したが
、これを特定の方向のみ拡大するように構成してもよい
。このように構成することによりエタロンの有効径をあ
まり大きくすることなくエタロンの寿命をのばすことが
できる。
第3図は(a)(b)はこのように構成したこの発明の
他の実施例を示したものである。第3図(a)はその平
面図、第3図(b)はその側面図を示す。第3図(a)
(b)に示す実施例においては2枚のシリンドリカルレ
ンズ10.11によってビームエキスパンダが構成され
る。この場合、レーザチャンバ4のウィンドウ3bから
出力されるレーザ光はレーザチャンバ4内の電極9によ
る放電方向と直角な方向にのみ拡大されてエタロン2a
、2bに照射される。
第4図(a) (b)はビームエキスパンダとして2個
のプリズム12a、12bを用いてtRl1ffiした
他の実施例を示したものである。ここで、第4図(a)
は平面図、第4図(b)は側面図を示す。この場合もビ
ームエキスパンダのビーム拡大方向は電極9による放電
方向とほぼ垂直となるように構成される。
なお、第4図の構成において2個のプリズム12a、1
2bを用いてビームエキスパンダを構成したが、1個の
プリズムまたは3個以上のプリズムを用いてビームエキ
スパンダを構成するようにしてもよい。
第5図(a) (b)はビームエキスパンダ13として
一方向のみを拡大するものを用い、エタロンに入射する
レーザビームの形状がほぼ正方形となるようにした他の
実施例を示したものである。ここで第5図(a)はその
平面図、第5図(b)はその側面図を示す。
一般にレーザチャンバ4のレーザ発振領域は電極9によ
る放電方向に長い長方形をしている。そこで、この実施
例では電1ft9による放電方向に垂直な方向のみを拡
大してエタロン2a、2bに入射するレーザビームの形
状を第5図(C)に示すようにほぼ正方形となるように
している。
なお、この実施例では放電方向に垂直な方向のみを拡大
したが、放電方向とこれに垂直な方向とをそれぞれ異な
る比率で拡大するようにしても、エタロンに入射するビ
ームの形状をほぼ正方形にすることができる。
このように構成するとエタロンの有効径をほとんど大き
くすることなく効率よく狭帯域化することができ、また
エタロンの寿命をのばすことができる。
なお、上記実施例ではりアミラーとレーザチャンバとの
間にエタロンを挿入した場合を示したが、フロントミラ
ーとレーザチャンバとの間にエタロンを挿入した場合に
も同様に適用できる。また挿入するエタロンは2枚に限
定されず、1枚でもよいし、また3枚以上でもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、以下に示すよう
な効果が得られる。
(1)レーザチャンバとエタロンの間にビームエキスパ
ンダを配置し、エタロンに入射するレーザビームを拡大
することによりエタロンを透過するエネルギ密度を小さ
くしたためエタロンの寿命が飛躍的に延びる。
(2)さらに、ビーム拡大方向を放電方向と垂直となる
ように配置することにより、エタロンの有効径をあまり
おおきくすることなく効率的に狭帯域化し、かつエタロ
ンの寿命を飛躍的に延ばすことができる。
(3)また、エタロンに入射すレーザビームを正方形に
することによって、エタロンの有効径をほとんど大きく
することなく、効率的に狭帯域化し、かつエタロンの寿
命を飛躍的にのばすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかわる狭帯域発振エキシマレーザ
の一実施例を示す平面図、第2図はビームエキスパンダ
として凹レンズと凸レンズとの組合せを用いた実施例を
示す平面図、第3図(a)(b)はビームエキスパンダ
として2枚のシリンドリカルレンズを用いて構成した他
の実施例を示す平面図および側面図、第4図(a) (
b)はビームエキスパンダとして2個のプリズムを用い
て構成した他の実施例を示す平面図および側面図、第5
図(a) (b)はエタロンへの入射ビームの形状がほ
ぼ正方形となるように構成した更に他の実施例を示す平
面図および側面図、第5図(C)は第5図(a) (b
)に示した実施的におけるビーム形状を示す図、第6図
、第7図、第8図はこの発明の従来例を示す図である。 1・・・フロントミラー 2a、2b・・・エタロン、
3a、3b・・・ウィンドウ、4・・・レーザチャンバ
、5・・・リアミラー 6・・・凹レンズ、7・・・凸
レンズ、8.13・・・ビームエキスパンダ、9・・・
電極、10゜11・・・シリンドリカルレンズ、12a
、12b・・・プリズム。 第2図 第3図 (a) 第3図(b) 第4 図(0) 第4 図(b) 第5図(c)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)狭帯域化素子としてエタロンを用いた狭帯域発振
    エキシマレーザにおいて、 ビームエキスパンダをレーザチャンバとエタロンとの間
    に配置し、 前記エタロンに入射するレーザビーム面積が少なくとも
    出力レーザビーム面積より大きくしたことを特徴とする
    狭帯域発振エキシマレーザ。
  2. (2)前記ビームエキスパンダは、プリズムまたはシリ
    ンドリカルレンズを用いて構成され、レーザ光の一方向
    のみを拡大することを特徴とする請求項(1)記載の狭
    帯域発振エキシマレーザ。
  3. (3)前記ビームエキスパンダは、そのビーム拡大方向
    が放電電極の放電方向とほぼ垂直となるようにしたこと
    を特徴とする請求項(1)記載の狭帯域発振エキシマレ
    ーザ。
  4. (4)前記ビームエキスパンダは、コリメータレンズを
    用いて構成されることを特徴とする請求項(1)記載の
    狭帯域発振エキシマレーザ。
  5. (5)前記エタロンに入射するレーザビームの形状がほ
    ぼ正方形となるようにしたことを特徴とする請求項(1
    )記載の狭帯域発振エキシマレーザ。
JP18167989A 1989-07-14 1989-07-14 狭帯域発振エキシマレーザ Pending JPH0346284A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049839A (ja) * 2004-07-06 2006-02-16 Komatsu Ltd 高出力ガスレーザ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049839A (ja) * 2004-07-06 2006-02-16 Komatsu Ltd 高出力ガスレーザ装置

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