JPH0437181A - 狭帯域化エキシマレーザ装置 - Google Patents

狭帯域化エキシマレーザ装置

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JPH0437181A
JPH0437181A JP2143448A JP14344890A JPH0437181A JP H0437181 A JPH0437181 A JP H0437181A JP 2143448 A JP2143448 A JP 2143448A JP 14344890 A JP14344890 A JP 14344890A JP H0437181 A JPH0437181 A JP H0437181A
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excimer laser
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JP2143448A
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Mitsugi Terada
寺田　貢
Takeshi Oko
大股　健
Yoshito Uehara
上原　義人
Eisho Shibata
柴田　栄章
Yasuo Oeda
靖雄 大枝
Yuichiro Terashi
雄一郎 寺師
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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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、レーザ装置において、発振波長の狭帯域化を
図る技術に関する。
〔従来の技術〕
最近、レーザ光が各種産業用の光源として注目されてき
ており、それらの中でも特に有望視されてきているのが
半導体製造プロセスで使用するりソグラフイ光象　すな
わち、半導体回路パターンをシリコンウェハ上に焼き付
けるための露光光源への応用である。
ところで、近年の半導体の高集積化に伴い、リソグラフ
ィ光源の短波長化が必須となり、短い波長をもつエキシ
マレーザが重要視されている。この用途に検討されてい
るのは、２４８ｎｍの発振波長を持つＫｒＦレーザ、　
１９３ｎｍの波長を持つＡｒＦレーザである。両者とも
りソグラフイという光学的プロセスに使用するには、ｐ
ｍ（＝１０−　”　ｍ　）オーダの波長帯域幅にまで、
発振波長を狭帯域化する必要がある。
従東　エキシマレーザの狭帯域化は、以下のような方法
で行われている。
一般に、エキシマレーザはレーザガスを充填した容器内
で、高電圧放電を起こし、その放電時に発生した励起状
態の分子をレーザ媒質とする発振機構を有する。レーザ
の狭帯域化は共振器を構成するミラーの内、全反射ミラ
ーを回折格子に置き換える方法と、共振器内にエタロン
を挿入する方法とがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような、回折格子やエタロンを使用する方法では共
振器を構成する回折格子やエタロンが工キシマレーザの
強力な紫外線光の照射により損傷するという問題が生じ
る。回折格子では格子を構成している刻印線と反射コー
ティングの破損が生じる。また、エタロンでは反射コー
ティングの破損が生じる。
さらく　回折格子やエタロンを使用する方法では共振器
を構成するにあたり、高精度の加工技術を要する。この
ため、コストが高くなり、実用化の妨げとなっている。
また、狭帯域化していない状態を１００％出力とした場
合、回折格子で狭帯域化した場合、　１０％の出力に落
ち、エタロンで狭帯域化した場合、２０％に落ちる。
本発明代　以上の点に鑑みなされたもので、エキシマレ
ーザの狭帯域化にあたり、光学系の損傷のおそれがなく
、コストが高くならず、発振出力が低下しないようにす
ることを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明（入　前記課題を解決するため、以下の手段を採
用した 本発明の狭帯域化エキシマレーザ装置は、共振器内に、
発振レーザビームを直線偏光化する偏光子を設けるとと
もに、発振レーザビームを狭帯域化する複屈折フィルタ
を配置したことを特徴とする。
〔作用〕
エキシマレーザは、エキシマ（励起状態の原子や分子が
別の状態にあるものと結合して作る励起状態の分子（ｅ
ｋｉｃｉｔｅｄ　ｄｉｍｅｒ）の総称）をレーザ媒質と
して用いるレーザである。
エキシマの種類としては、Ａｒ２、Ｋｒ２、Ｘｅ２など
の希ガスエキシマ；　ＡｒＣ１，Ａｒｃ、　　ＫｒＣ１
、ＫｒＦＳＫｒ２Ｆ。
ＸｅＢｒ、ＸｅＣ１，Ｘｅ２　ＣＩ、ＸｅＦなとの希ガ
スハライドエキシマ；　ＨｇＩ、　　Ｈｇ＆−１ＨｇＣ
１などの水銀ハライドエキシマ：　ＸｅＯ，ＫｒＯなと
の希ガス酸素エキシマなどである。
エキシマレーザで１戯　レーザチャンバ内に前記レーザ
媒質（例えばＫｒＦエキシマではＫｒとＦ２）とバンフ
ァガス（ＮｅまたはＨｅ）を数気圧の圧力で封入し　励
起回路により高電圧のパルス放電を行シバ、あるいは電
子ビームを照射してレーザ励起光をイ朱これを全反射ミ
ラーと出力ミラー間でで発振させる。
複屈折フィルタは異方性光学結晶の複屈折性を用いて波
長選択することができる光学素子である。
水晶や方解石の様な異方性光学結晶では、通過した光の
常光・異常光は異なった速度で伝搬する。
直接偏光が光学結晶の結晶軸に対して４５度の角度で入
射すると、結晶内での常光・異常光の位相差が２πの正
数倍の時最大の透過率を持つ。
その他の位相差では楕円偏光となるために偏光板を追加
することによりその透過率が低下させられる。
このような異方性光学結晶の透過率の天外のコントラス
トを利用して波長選択を行う。
すなわち、複屈折フィルタによる波長選択は、光学結晶
の厚さと入射光の波長との関係で、常光線と異常光線と
の間に位相差が生ずることに起因する。
ｌ）位相差が２πの整数倍となるような波長の光は直線
偏光として結晶から出射し、大きな損失なしに偏光板を
通過する。
２）そうでない波長の光は楕円偏光に変換されるために
その大部分の強度は偏光板によりｊｙソトされる。
したがって、結晶の厚さによって決まる波長の光のみ透
過しそれ以外の波長の光は透過しない。
これが波長選択に使用される。
複屈折フィルタの１つであるリオフィルタは、２枚の偏
光板の間に水晶板を設置した基本構造を有し、光を通す
と波長の変化に対応して干渉縞が現れる。そして厚さｄ
、　　２ｄ、　　４ｄ　　　の水晶板をそれぞれ偏光板
の間に挟み込んだものを順次重ねていくと、干渉縞も重
ね合わされて鋭いピークが残り、　１オングストロ一ム
程度のバンドパスフィルタを作ることができる。
また、他の複屈折フィルタとしてツルフィルタがある。
これは２枚の偏光子の間に何枚かの同じ厚さの複屈折結
晶板を配置した構造で、リオフィルタより高い透過率を
有するが、主ピーク近傍の小ピークの高さがリオフィル
タの約２５倍はどある。
本発明では、偏光子で直線偏向化されたエキシマレーザ
ビームが、上記のような複屈折フィルタで波長選択さ枳
　狭帯域化される。
複屈折フィルタは先に述べたようへ　異方性光学結晶を
、複数、その厚さを制御して重ね合わせた構造を持ち、
耐損傷性の低いコーティングをする必要もなく、表面の
研磨精度もエタロンはどの精度は要求されない。
このような複屈折フィルタをエキシマ・レーザに加えて
、使用すると、　レーザ発振出力に与える損失を小さく
抑えられる。
本発明はエキシマレーザ全体に使用できる７５ζ、特に
半導体産業用として長寿命化・高効率化の課題を持つ、
ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザに好適に使用可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図に示したように、全反射ミラーｌ、両端に窓を有
するレーザチャンバ２、偏光子３、ビーム成形光学系４
、複屈折フィルタ５、出力ミラー６が一軸上に配置され
て共振器７が形成されている。ここで、前記ビーム成形
光学系４は複屈折フィルタ５の開口径に合わせてレーザ
光のビームパターンを拡大もしくは縮小する光学系であ
る。
そして、前記レーザチャンバ２に、レーザ電源及びガス
供給装置１０が接続されており、前記複屈折フィルタ５
に沿って、複屈折フィルタ回転用のアクチュエータ１１
が設けられている。
さら＆気　前記出力ミラー６の前方にビームスプリッタ
１２が配置さ法　このビームスプリッタ１２で分光され
たレーザビームの一部が波長検出装置１３に導入される
ようになっている。
波長検出装置１３からの波長データはインターフェイス
１４を介して制御コンピュータ１５に入力される。この
制御コンピュータ１５は前記アクチュエータ１１用の駆
動回路を内蔵し、波長データに基づいてアクチュエータ
１１を駆動し複屈折フィルタ５を回転させ、　レーザビ
ームの複屈折フィルタ５への入射角を変化させるように
しである。
また、前記インターフェイス１４を介して前記制御コン
ピュータ１５が前記レーザ電源及びガス供給装置１０に
接続さ汰　供給電圧、供給ガス量などが制御されるよう
になっている。
そして、エキシマとしてＫｒとＦ２、バッファガスとし
てＮｅをレーザチャンバ２に供給り、　　レーザチャン
バ２内の放電電極に電圧を印加し、レーザビームを励起
した 共振器７内でレーザビームは偏光子３で直線偏光にさ汰
　ビーム成形光学系４で成形されて複屈折フィルタ５に
入射さ帳　狭帯域化さ汰　出力ミラー６から出力される
。
出力されたレーザビームの一部（戴　ビームスプリッタ
１２で分光採取さ蜆　波長検出装置１３で波長測定され
る。そして、その波長データがインターフェイス１４を
介して制御コンピュータ１５に入力さ蜆　目標の波長と
なるようにアクチュエータ１１で複屈折フィルタ５が回
転制御される。
これによりレーザ発振波長を所望の波長に安定化させる
ことができる。
本実施例で使用する複屈折フィルタは３枚構成のリオフ
ィルタで、その材質はフン化マグネシウムであり、その
厚さは、　１３．　２ｍｍ、　　２６．　３ｍｍ、５２
．　７ｍｍである。偏光板を省略するために３枚の結晶
はブリュスタ角にセクトしである。
この複屈折フィルタの透過率の波長依存性を第２図に示
す、２４８．　３８ｎｍで３２ｐｍ程度の透過波長幅と
なる。
したがって、ＫｒＦエキシマレーザ光を３２ｐｍまで狭
帯域化することができる。ことは通常リングラフィ用エ
キシマレーザにおいて２つのエタロンにより狭帯域化す
る場合の粗調用のエタロンとおきかえることができる。
また、同様の構成のもので材質を方解石とし、厚さを７
．２ｍｍ、１４．５ｍ亀　２９．０ｍｍとすると第３図
のように透過波長幅３ｐｍが得られる。
これは微調用のエタロンとおきかえることが可能な透過
特性である。
〔発明の効果〕
本発明は、前記構成としたので、エキシマレーザの狭帯
域化にあたり、光学系の損傷のおそれがない。
また、発振出力も低下せず、効率の高いレーザとするこ
とができる。
さらに、複屈折フィルタは耐損傷性の低いコーティング
をする必要もなく、表面の研磨精度もエタロンはどの精
度は要求されないので、低コストを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示したブロックは第２図と
第３図は実施例で使用した複屈折フィルタの透過率の波
長依存性を示したグラフ図である。 ７・共振器　　３・・偏光子　５・複屈折フィルタ特許
出願人　　　　　三井石油化学工業株式会社代理人　　
　　　　　　弁理士　佐　藤　宗　徳同　　　遠　　山
　　　　　勉 同　松倉秀実 第１　図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）共振器内に、発振レーザビームを直線偏光化する
    偏光子を設けるとともに、発振レーザビームを狭帯域化
    する複屈折フィルタを配置したことを特徴とする狭帯域
    化エキシマレーザ装置。
JP2143448A 1990-06-01 1990-06-01 狭帯域化エキシマレーザ装置 Pending JPH0437181A (ja)

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JP2143448A JPH0437181A (ja) 1990-06-01 1990-06-01 狭帯域化エキシマレーザ装置
KR1019910008812A KR920001788A (ko) 1990-06-01 1991-05-29 협대역 엑사이머 레이저 장치
CA002043556A CA2043556A1 (en) 1990-06-01 1991-05-30 Narrow band excimer laser apparatus
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