JPH10313143A - 狭帯域化レーザ装置 - Google Patents

狭帯域化レーザ装置

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JPH10313143A
JPH10313143A JP9119631A JP11963197A JPH10313143A JP H10313143 A JPH10313143 A JP H10313143A JP 9119631 A JP9119631 A JP 9119631A JP 11963197 A JP11963197 A JP 11963197A JP H10313143 A JPH10313143 A JP H10313143A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】狭くかつ安定したスペクトル線幅のレーザ光を
得ることができる狭帯域化レーザ装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯
域化素子によって狭帯域化して出力する狭帯域化モジュ
ールを有する狭帯域化レーザ装置において、入射された
レーザ光の波面を補正して出射する波面補正手段１０を
前記狭帯域化モジュール６内に備えるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、狭帯域化モジュ
ール内で発生するレーザ光の波面の歪みを補正するよう
にした狭帯域化レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置製造用のステッパの光源とし
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ことから光露光の限界０．３
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
すみ、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。
【０００３】ところが、このエキシマレーザを半導体露
光装置の光源として用いる場合、エキシマレーザの波長
（ＫｒＦエキシマレーザの波長は２４８ｎｍ、ＡｒＦエ
キシマレーザでは１９３ｎｍ）で製作可能な光学系のレ
ンズの材料としては合成石英素材しかないが（ＣａＦ2
では加工が困難）、合成石英素材単一では色収差の機能
を持たせることはできない。
【０００４】例えば、ＫｒＦエキシマレーザの自然発振
光の場合は、スペクトル線幅は３００ｐｍと広く、この
ままでは露光装置のレンズの色収差を無視することはで
きず、露光結果に充分な解像度を得る事はできない。
【０００５】そこで、エキシマレーザを半導体露光装置
の光源として用いる場合は、レーザ共振器内にエタロン
あるいはグレーティングおよびプリズム等の波長選択素
子を配置することによりレーザ光を狭帯域化するように
している。
【０００６】ところで、光共振器内においては、様々な
原因によって、レーザ光の波面はダイバージェンス（拡
がり）および曲率を有することになる。
【０００７】例えば、共振器内にスリットが配置されて
いる場合には、このスリットによる回折によりスリット
通過後の光は球面波となる。
【０００８】また、共振器内に配置されている光学素子
自身の収差によって波面が歪むこともある。例えば、狭
帯域化素子として用いられるプリズムエキスパンダのよ
うな透過型の光学素子では (a)内部の屈折率分布が完全に一様ではない (b)プリスムの研磨面が歪んでいる などにより、この光学素子を通過したレーザ光の波面は
凸面または凹面の曲率を持つものとなる。
【０００９】そして、このような曲率を有する波面を持
つレーザ光が平坦な形状のグレーティングに入射された
場合は、グレーティングによる波長選択性能を低下させ
てしまうことになる。すなわち、グレーティングへのレ
ーザ光の入射波面が曲率を持つ場合は、グレーティング
のそれぞれの溝にレーザ光が異なる角度で入射されるこ
とになるので、グレーティングの波長選択特性が低下
し、狭帯域化したレーザ光のスペクトル線幅が広くな
る。
【００１０】そこで、ＵＳＰ−５０９５４９２において
は、グレーティングに入射するレーザ光の波面に一致す
るようにグレーティング自体を曲げることにより、上記
不具合に対処するようにしていた。
【００１１】すなわち、この従来技術における狭帯域化
エキシマレーザは、図２４に示すように、フロントミラ
ー１００、レーザチャンバ１０１、アパーチャー１０
２、ビームエキスパンダ１０３、ミラー１０４およびグ
レーティング１０５を有し、さらに図２５に示すような
曲率発生装置によってグレーティング１０５をグレーテ
ィング１０５への入射波面の曲率に応じて曲げるように
している。
【００１２】図２５に示す曲率発生装置は、グレーティ
ング１０５の両端部をボール１０６を介してマウント１
０７によって支持し、さらにこれらのマウント１０７を
スプリング１０８を介して圧力プレート１０９に連結す
るとともに、ボルトスクリュー１１０の一端を圧力プレ
ート１０９に螺合し、その他端をグレーティング１０５
の中央部裏面に接合されたナット１１１に螺合するよう
にしており、ボルトスクリュー１１０の回転によってグ
レーティング１０５の中央部を圧力プレート側に引っ張
ることで、グレーティング１０５に図２６に示すような
凹面の曲率を発生させるようにしている。
【００１３】そして、この従来技術では、レーザ光のス
ペクトル線幅に応じて適正なグレーティングのテンショ
ンを予め設定し、この設定関係に基づきグレーティング
のテンションがスペクトル線幅検出センサ１１２の検出
値に対応する設定テンション値になるようにモータ１１
３を駆動制御してボルトスクリューを回転駆動するよう
にしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、検
出したレーザ光のスペクトル線幅に応じてグレーティン
グ自体を曲げて曲率を持たせるようにしている。
【００１５】しかしながら、グレーティングにおいて
は、レーザ発振波長を所望の波長に制御するために、グ
レーティングへの入射光の角度を制御する必要があり、
このためグレーティングには回転ステージなどの回転機
構が備えられ、この回転機構によってグレーティングは
図２４の矢印Ｊで示すように回転可能になっている。
【００１６】したがって、上記従来装置においては、グ
レーティングに対し、グレーティングに曲率を発生する
ための上記曲率発生機構の他に、グレーティングを回転
させる回転機構を設置する必要があり、その機構が複雑
かつ大型化して実用的ではなく、またグレーティングを
回転させるときの振動が上記曲率発生機構に伝わってこ
の振動によってスペクトル線幅がばらつく可能性があ
る。
【００１７】また、狭帯域化エキシマレーザでは、スペ
クトル線幅を１ｐｍ以下にするために大きなグレーティ
ングを必要とするが、平板のものであっても溝間隔が均
一で歪みのない大きなグレーティングを製作することは
不可能に近い。まして、上記従来技術では、このような
平板グレーティングを曲げようとしているので、上記溝
間隔の不均一性や歪みが助長され、適正な波長選択特性
が得られなくなる。
【００１８】また、上記従来技術では、グレーティング
自体を曲げてグレーティングへの入射光の波面収差を補
正するようにしているので、グレーティング自体に波面
収差がある場合はこれを補正することができないという
問題もある。
【００１９】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、狭くかつ安定したスペクトル線幅のレーザ光
を得ることができる狭帯域化レーザ装置を提供すること
を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明で
は、レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯域化素子
によって狭帯域化して出力する狭帯域化モジュールを有
する狭帯域化レーザ装置において、入射されたレーザ光
の波面を補正して出射する波面補正手段を前記狭帯域化
モジュール内に備えるようにしている。
【００２１】すなわち係る発明によれば、狭帯域化モジ
ュール内にレーザ光の波面を補正して出射する波面補正
手段を設けるようにしており、このためこの発明によれ
ば、非常に狭いスペクトルのレーザ光を効率よくかつ安
定に出力することができ、また本発明ではグレーティン
グを波面収差補正のために曲げる機構を有していないた
めに、波長を制御する際にスペクトル線幅を安定させる
ことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を添付図面
に従って詳細に説明する。
【００２３】図１にこの発明の実施例を示す。
【００２４】この図１の実施例において、エキシマレー
ザ１のレーザチャンバ２は紙面に垂直な方向に陽極およ
び陰極が対向して配設された放電電極３を有し、レーザ
チャンバ２内に充填されたハロゲンガス、希ガス、バッ
ファガスなどからなるレーザガスを放電電極３間の放電
によって励起させてレーザ発振を行う。
【００２５】レーザチャンバ２の両レーザ出射口にはウ
ィンドウ４が設けられている。また、レーザチャンバ２
とフロントミラー５との間およびレーザチャンバ２と狭
帯域化モジュール６との間にはビーム幅を制限するスリ
ット７が設けられている。
【００２６】狭帯域化モジュール６は、この場合、ビー
ムエキスパンダ８と角度分散型波長選択素子であるグレ
ーティング９と波面補正器１０とで構成されている。こ
の場合、波面補正器１０は、ビームエキスパンダ８とレ
ーザチャンバ２との間に設けられており、入射されたレ
ーザ光の波面を補正して出射する機能を有している。こ
の波面補正器１０の具体構成については後述する。グレ
ーティング９は回転ステージ９ａによって回転自在に構
成されている。
【００２７】すなわち、この図１の実施例の場合は、フ
ロントミラー５とグレーティング９との間で光共振器が
構成されている、レーザチャンバ２で発振されたレーザ
光は、狭帯域化モジュール６に入射され、まず波面補正
器１０によってその波面が修正された後、ビームエキス
パンダ８に入射されてそのビーム幅が拡大される。さら
に、レーザ光はグレーティング９に入射されて回折され
ることにより、所定の波長成分のレーザ光のみが入射光
と同じ方向に折り返される。グレーティング９で折り返
されたレーザ光は、ビームエキスパンダ８でビーム幅が
縮小された後、波面補正器１０に入射され、ここでその
波面が狭帯域化モジュール６に入射されたときと同じ平
面波になるように補正されてレーザチャンバ２に入射さ
れる。
【００２８】レーザチャンバ２を通過して増幅されたレ
ーザ光は、フロントミラー５を介してその一部が出力光
として取り出されると共に、残りが再度レーザチャンバ
２に戻って増幅される。
【００２９】また、レーザ光の出力側には、部分反射ミ
ラー１１、部分反射ミラー１２、フォトダイオード１
３、エタロン１４、集光レンズ１５およびラインフォト
センサ１６などから成るモニタモジュール１７が設けら
れている。
【００３０】すなわち、フロントミラー５から出力され
たレーザ光の一部は部分反射ミラー１１、部分反射ミラ
ー１２を経由してフォトダイオード１３に入射されてサ
ンプリングされる。モニタモジュール１７では、フォト
ダイオード１３の出力から出力レーザ光のパルスエネル
ギー値を検出し、この検出値をコントローラ１８に出力
する。
【００３１】一方、部分反射ミラー１２を透過したレー
ザ光は、モニタエタロン１４、集光レンズ１５を経由し
てラインフォトセンサ１６に入射されてサンプリングさ
れる。モニタモジュール１７では、ラインフォトセンサ
１６上に発生した干渉縞の位置から出力レーザ光の波長
λを演算すると共に、干渉縞の幅からスペクトル線幅を
演算し、これらをコントローラ１８に出力する。
【００３２】コントローラ１８では、モニタモジュール
１７からのモニタ信号に基づき放電電極３の放電電圧制
御、グレーティング９の回転による波長制御、波面補正
器１０による波面補正制御等を実行する。
【００３３】図２は、コントローラ１８で行われる波長
制御の手順例を示すもので、コントローラ１８は、目標
波長λ0とモニタモジュール１７で検出された検出波長
λの差δλ（＝λ−λ0）を計算し（ステップ２００〜
２２０）、この波長差δλが零になるような回転ステー
ジ９ａの回転角度δθを演算し、この回転角度δθを含
むグレーティング回転信号を回転ステージ９ａに出力す
る（ステップ２３０〜２４０）。
【００３４】この結果、グレーティング９が前記波長差
δλが零になる回転位置まで回転駆動される。
【００３５】図３は、コントローラ１８で行われる波面
補正器１０の波面制御の一例を示すもので、この場合
は、レーザ照射によるコンパクションを考慮した制御を
行うようにしている。
【００３６】すなわち、レーザ照射によるコンパクショ
ンの発生はレーザのショット数に比例するので、モニタ
モジュール１７のフォトダイオード１３によって検出さ
れるパルスエネルギー信号からパルスレーザ光のショッ
ト数を演算し（ステップ３００）、このショット数に基
づいて光学素子のコンパクションによるレーザ光の波面
の歪みを演算し（ステップ３１０）、さらに該演算した
波面歪みを補償する波面制御信号を演算し、この波面制
御信号を波面補正器１０に出力する（ステップ３２
０）。
【００３７】図４は、コントローラ１８で行われる波面
補正器１０の他の制御手順を示すもので、この場合はス
ペクトル線幅が最小となるように波面補正器１０を制御
するようにしている。
【００３８】すなわち、モニタモジュール１７のライン
フォトセンサ１６によって検出されるスペクトル線幅Δ
λを１パルス毎にモニタし、これらモニタ値を使ってｎ
個のパルスＰi〜Ｐi+nのスペクトル線幅Δλi〜Δλi+n
の平均値Δλavを順次求める。そして、前回のスペクト
ル線幅の平均値Δλabj-1と今回のスペクトル線幅の平
均値Δλavjを比較する（ステップ４００〜４１０）。
【００３９】この比較の結果、Δλabj-1≧Δλavjの場
合は、前回と同じ方向の波面補正信号を波面補正器１０
に出力する。すなわち、前回凸面方向に波面を歪める波
面補正信号を出力した場合は今回も凸面方向に波面を歪
める波面補正信号を出力し、前回凹面方向に波面を歪め
る波面補正信号を出力した場合は今回も凹面方向に波面
を歪める波面補正信号を出力する（ステップ４２０）。
【００４０】一方、 Δλabj-1＜Δλavjの場合は、前
回と反対の方向の波面補正信号を波面補正器１０に出力
する（ステップ４３０）。
【００４１】このように、スペクトル線幅が細くなる方
向に波面補正器１０を制御することにより、スペクトル
線幅を最小にするようにしている。
【００４２】なお、上記実施例では複数個のパルスのス
ペクトル線幅の平均値を比較するようにしたが、１ショ
ット（１パルス）毎にスペクトル線幅を比較するように
してもよい。
【００４３】図５は、コントローラ１８で行われる波面
補正器１０の他の制御手順を示すもので、この場合は単
位スペクトル線幅当たりのパルスエネルギーＥλ（＝Ｅ
／Δλ）が最大となるように波面補正器１０を制御する
ようにしている。
【００４４】すなわち、モニタモジュール１７のライン
フォトセンサ１６によって検出されるスペクトル線幅Δ
λを１パルス毎にモニタし、これらモニタ値を使ってｎ
個のパルスＰi〜Ｐi+nのスペクトル線幅Δλi〜Δλi+n
の平均値Δλavを求める。また、これと並行して、モニ
タモジュール１７のフォトダイオード１３の出力から出
力レーザ光のパルスエネルギー値Ｅiを検出し、この検
出値を使ってｎ個のパルスＰi〜Ｐi+nのパルスエネルギ
ー値Ｅi〜Ｅi+nの平均値Ｅavを求める。
【００４５】そして、上記エネルギー値Ｅavをスペクト
ル線幅Δλavで除すことにより、単位スペクトル線幅当
たりのパルスエネルギーＥλ（＝Ｅav／Δλav）を求め
る（ステップ５００、５１０）。
【００４６】そして、前回の演算値Ｅλj-1と今回の演
算値Ｅλjを比較する（ステップ５２０）。
【００４７】この比較の結果、Ｅλj＞Ｅλj-1の場合
は、前回と同じ方向の波面補正信号を波面補正器１０に
出力する。すなわち、前回凸面方向に波面を歪める波面
補正信号を出力した場合は今回も凸面方向に波面を歪め
る波面補正信号を出力し、前回凹面方向に波面を歪める
波面補正信号を出力した場合は今回も凹面方向に波面を
歪める波面補正信号を出力する（ステップ５３０）。
【００４８】一方、 ΔＥλj≦Ｅλj-1の場合は、前回
と反対の方向の波面補正信号を波面補正器１０に出力す
る（ステップ５４０）。
【００４９】このように、単位スペクトル線幅当たりの
パルスエネルギーＥλが大きくなる方向に波面補正器１
０を制御することにより、単位スペクトル線幅当たりの
パルスエネルギーＥλを最大にするようにしている。
【００５０】なお、上記実施例では、単位スペクトル線
幅当たりのパルスエネルギーＥλは複数個のパルスの平
均値を用いるようにしたが、１ショット（１パルス）毎
に単位スペクトル線幅当たりのパルスエネルギーＥλを
求め、これを比較するようにしてもよい。
【００５１】なお、各パルスの出力エネルギーＥiを検
出し、この出力エネルギーＥiが最大となるように波面
補正器を制御するようにしてもよい。
【００５２】係る図１に示す構成において、グレーティ
ング９に入射するレーザ光の波長をλ、その入射角度を
θ、グレーティングの溝間隔距離をｄとしたときに回折
光強度が最大になるのは、下式が成立するときである。
【００５３】 ｍ・λ＝２・ｄ・ｓｉｎθ …（１） 上記（１）式の両辺をλで微分して変形すると、下式
（２）が得られる。
【００５４】 ｄθ／ｄλ＝（ｍ・ｔａｎθ）／（２・ｄ・ｓｉｎθ） …（２） 上記（１）式および（２）式から下記（３）式を得る。
【００５５】 ｄθ／ｄλ＝ｔａｎθ／λ …（３） また、この（３）式から下記（４）式が成立する。
【００５６】 Δλ＝（λ／ｔａｎθ）・Δθ …（４） 上記（４）式において、Δλはスペクトル線幅、Δθは
グレーティングに入射するレーザビームの拡がり角であ
る。
【００５７】ここで、ビームエキスパンダやグレーティ
ングの波面収差を波面補正器１０によって補正すること
は、上記（４）式のΔθをほぼ零にするのと同じ効果が
あるので、これにより（４）式の左辺、すなわちスペク
トル線幅Δλを最小にすることができる。波面補正器１
０は、かかる波面収差を補正する光学ユニットである。
【００５８】次に、図６〜図２０に波面補正器１０の各
種具体構成例を示す。
【００５９】図６においては、波面補正器１０は、凸レ
ンズ２０と、凹レンズ２１と、凸レンズ２０を光軸方向
に移動させる移動ステージ２２と、この移動ステージ２
２を駆動するパルスモータ２３とによって構成するよう
にしており、入射された凸面波面または凹面波面を凸レ
ンズ２０と凹レンズ２１との光軸方向の相対位置に応じ
て平面波に変換するようにしている。すなわち、図６
(a)のように、凸レンズ２０と凹レンズ２１の距離を大
きくとった場合は凸面波面を平面波に変換することがで
き、また図６(b)のように、凸レンズ２０と凹レンズ２
１の距離を小さくとった場合は凹面波面を平面波に変換
することができる。勿論、この図６の実施例において、
凹レンズ２２を移動可能にするようにしてもよい。
【００６０】このようにこの第２の実施例では、凸レン
ズ２０と凹レンズ２１との相対距離を調整することで、
レーザ光の波面の歪みを補正するようにしている。
【００６１】図７は、上記図６に示した構成の波面補正
器を１０を用いてグレーティング９に波面収差が発生し
た場合に対処する具体例を示したものである。この場合
は、グレーティングはその回折波面が凹面に歪む波面収
差を持つとする。
【００６２】狭帯域化モジュール６のビームエキスパン
ダ８に平面波で入射されたレーザ光は、２個のプリズム
８ａ，８ｂによってビーム幅が拡大されてさらにその波
面は凸波面に歪められる。波面補正器１０では、その曲
率半径がグレーティング９の波面収差による波面の曲率
半径の２倍に一致する凸波面のレーザ光が波面補正器１
０からグレーティング９に出射されるようにレンズ２０
および２１間の距離を調整しており、ビームエキスパン
ダ１０から入射された凸波面のレーザ光の曲率半径を前
述のように補正するよう動作する。
【００６３】したがって、グレーティング９で回折され
たレーザ光の波面は、グレーティング９に入射されたレ
ーザ光の波面と全く同じになり、この結果、グレーティ
ング９での回折光は波面補正器１０およびビームエキス
パンダ１０を前記とは逆経路を通過することにより元の
平面波に変換されて狭帯域化モジュール６を出射するこ
とになる。
【００６４】このようにして、狭帯域化モジュール６内
の光学素子で発生する波面収差を補正する。
【００６５】なお、図６の実施例において、凸レンズ１
１の代わりにこれと同等の機能を有する光学素子、すな
わちその透過波面が凹波面になる光学素子を用いるよう
にしてもよく、また凹レンズ１２の代わりにこれと同等
の機能を有する光学素子、すなわちその透過波面が凸波
面になる光学素子を用いるようにしてもよい。
【００６６】また、透過波面が凹面であるプリズムと透
過波面が凸面であるプリズムとを組み合せ、これらの両
プリズムの相対距離を調整することができるようにすれ
ば、プリズムビームエキスパンダの機能と波面補正器の
機能を兼用させることができる。
【００６７】さらに、凹波面のプリズムエキスパンダと
凸波面の凹レンズを組み合せ、これらの光学素子の距離
を調節するようにすれば、ビームエキスパンダと波面補
正器とで、凹波面のプリズムエキスパンダを共用するこ
とができる。
【００６８】図８は波面補正器１０の他の具体構成例を
示すもので、この場合は、凸面ミラー２５または凹面ミ
ラー２６によって波面補正器１０を構成するようにして
いる。すなわち、図８(a)に示すように、凸面ミラー２
５の場合は凹面の入射波を平面波に変換することがで
き、また図８(b)に示すように、凹面ミラー２６の場合
は凸面の入射波を平面波に変換する事ができる。
【００６９】図９は、上記図８に示した凸面ミラー２５
による波面補正器を１０を用いてグレーティング９に波
面収差が発生した場合に対処する具体例を示したもので
あり、この場合は、グレーティング９はその回折波面が
凸面に歪む波面収差を持つとする。また、この場合、波
面補正器１０（凸面ミラー２５）は、ビームエキスパン
ダ１０の２つのプリズム１０ａ、１０ｂの間に配設して
いる。
【００７０】狭帯域化モジュール６に平面波で入射され
たレーザ光は、プリズム１０ａによってビーム幅が拡大
されて凸面ミラー２５に入射される。凸面ミラー２５
は、平面波である入射波を凹面波に変換してプリズム１
０ｂに出射する。プリズム１０ｂは、入射波のビーム幅
を更に拡大すると共に入射波を凸面波に変換してグレー
ティング９に出射する。
【００７１】ただし、この際、グレーティング９に入射
される凸面波の曲率半径がグレーティング９の波面収差
による波面の曲率半径の２倍に一致するするように、凸
面ミラー２５の曲率が調整されている。
【００７２】したがって、グレーティング９で回折され
たレーザ光の波面は、グレーティング９に入射されたレ
ーザ光の波面と全く同じになり、この結果、グレーティ
ング９での回折光はプリズム１０ｂ、凸面ミラー２５お
よびプリズム１０ａを前記とは逆経路を通過することに
より元の平面波に変換されて狭帯域化モジュール６から
出射することになる。
【００７３】このようにして、狭帯域化モジュール６内
の光学素子で発生する波面収差を補正する。
【００７４】図１０は、波面補正器１０の他の具体構成
例を示すものである。
【００７５】図１０においては、波面補正器１０を透過
型の光学素子基板の温度分布を制御することで実現する
ようにしている。
【００７６】一般に、光学材料の屈折率は温度によって
変化する。したがって、光学素子に温度分布を故意に与
えることで屈折率分布を発生させることができる。特
に、合成石英硝子は、熱膨張率は非常に小さいが、温度
に対する屈折率の依存性が大きいために、歪み（複屈
折）を発生させずに、透過波面の形状を制御することが
できる。
【００７７】すなわち、図１０(a)(b)に示すように、石
英硝子基板３０の四方の各側面に、熱電素子のような加
熱および冷却が可能な加熱冷却器３１ａ〜３１ｄを設置
するとともに、これら加熱冷却器３１ａ〜３１ｄが設置
された付近の基板３０の温度を温度センサ３２ａ〜３２
ｄで検出し、石英硝子基板３０が所定の温度分布となる
ように温度センサ３２ａ〜３２ｄの検出値に基づいて各
加熱冷却器３１ａ〜３１ｄを温度制御して、石英硝子基
板１５に所望の屈折率分布を与える。なお、図１０(b)
において、３３はレーザビームが通過するエリアであ
る。
【００７８】これら石英硝子基板３０の四方に配した加
熱冷却器３１ａ〜３１ｄおよび温度センサ３２ａ〜３２
ｄは、図１１に示すように、温調器３４ａ〜３４ｄに接
続され、これら温調器３４ａ〜３４ｄによって駆動され
る。温調器３４ａ〜３４ｄは、先の図１に示したコント
ローラ１８に接続され、コントローラ１８からの温度指
令信号によって加熱冷却器３１ａ〜３１ｄを温度制御す
る。すなわち、コントローラ１８においては、モニタモ
ジュール１７での各モニタ値等に基づいて先の図３〜図
５で説明したような演算を行って波面補正器１０の波面
補正信号を計算し、この波面補正信号に応じて加熱冷却
器３１ａ〜３１での設定温度を計算し、該計算した設定
温度信号を温調器３４ａ〜３４ｄに送るよう動作する。
【００７９】例えば、この波面補正器１０に入射される
レーザ光の波面が凸面の場合は、基板３０の中央部の屈
折率を高くし、端部の屈折率を低くするようにすれば、
該波面補正器１０を通過したレーザ光は平面波になるの
で、基板３０の中央部に近い位置に配置されている加熱
冷却器３１ｂ，３１ｄの温度を低く設定するとともに、
端部に配置されている加熱冷却器３１ａ，３１ｃの温度
を高く設定するようにしている。また、これと逆の温度
設定を行う事により、凹面波面の入射波を平面波に変換
することができる波面補正器を実現することができる。
【００８０】なお、上記実施例において、加熱冷却器の
個数およびその配置態様は任意である。例えば、図１２
に示すように、石英硝子基板３０の側面に多数（この場
合は８個）の加熱冷却器３１ａ〜３１ｈおよび温度セン
サ３２ａ〜３２ｈを配置するようにすれば、より高精度
に基板の温度分布ひいては屈折率分布を制御するこがで
き、単純な凹面又は凸面波面ばかりでなく２山を有する
波面のような場合でもその波面の補正が可能になる。な
お、図１０(c)に示すように、プリズムビームエキスパ
ンダに加熱冷却器を設けて前記同様にして波面を制御す
るようにしてもよい。
【００８１】図１３は、波面補正器１０のさらに他の構
成例を示すものである。
【００８２】図１３においては、反射型の光学素子基板
の温度分布を制御することで基板の熱膨張量を調整して
反射型の光学素子基板の表面を凹面又は凸面に屈曲させ
るようにしている。
【００８３】すなわち、図１３(a)(b)に示すように、所
定の熱膨張率のガラス基板からなる反射ミラー４０の底
面および側面に、熱電素子のような加熱および冷却が可
能な加熱冷却器４１ａ〜４１ｃを設置するとともに、こ
れら加熱冷却器４１ａ〜４１ｃが設置された付近に温度
センサ４２ａ〜４２ｃを配置する。
【００８４】また、図１４に示すように、これら加熱冷
却器４１ａ〜４１ｃおよび温度センサ４２ａ〜４２ｃを
温調器４３ａ〜４３ｃに接続し、各加熱冷却器４１ａ〜
４１ｃを、先の図１１及び図１２に示す実施例と同様に
して、温調器４３ａ〜４３ｃを介してコントローラ１８
によって制御する。
【００８５】例えば、この波面補正器１０に入射される
レーザ光の波面が凸面の場合は、反射ミラー４０を凹面
ミラーにすればその反射波面は平面波になるので、基板
４０の中央部の底面に配置された加熱冷却器４１ｃの設
定温度を低くするとともに、基板４の端部に配置されて
いる加熱冷却器４１ａ，４１ｂの温度を高く設定するこ
とで、基板中央部を凹ましかつ基板端部の厚さを厚くし
て、所望の曲率の凹面ミラーを形成する。また、これと
逆の温度設定を行う事により、凸面ミラーを形成するこ
とができる。
【００８６】なお、上記実施例において、加熱冷却器の
個数やその配置態様は任意である。例えば、図１５に示
すように、石英硝子基板３０の底面に多数（この場合は
３個）の加熱冷却器４１ａ〜４１ｅおよび温度センサ４
２ａ〜４２ｅを配置するようにすれば、より高精度に基
板の温度分布ひいては熱膨張量分布を制御するこがで
き、より複雑な形状をもつ入射波面の補正が可能にな
る。
【００８７】図１６は、波面補正器１０のさらに他の構
成例を示すものである。
【００８８】図１６においては、反射型の光学素子基板
に実際に物理的力を加えて反射面を歪ませるようにして
いる。図１６(a)は曲げ前の状態を示す正面図、同図(b)
は平面図、同図(c)は曲げ後の状態を示す正面図であ
る。
【００８９】すなわち、この実施例においては、反射ミ
ラー基板５０の背面を３本の支持柱５１〜５３で支持す
ると共に、基板５０の背面の中央部に高さ方向に伸縮す
る伸縮アクチュエータ５４を設けるようにする。３本の
支持柱５１〜５３および伸縮アクチュエータ５４は支持
板５５に固定されている。
【００９０】伸縮アクチュエータ５４としては、圧電素
子（ピエゾ素子）や熱によって伸縮する金属片または樹
脂片などを用いる。
【００９１】図１６(c)においては、伸縮アクチュエー
タ５４を縮退させて凹面ミラーを形成するようにしてい
る。伸縮アクチュエータ５４を伸張させれば、凸面ミラ
ーを形成することができる。
【００９２】なお、上記図１６の実施例において、反射
ミラー５０の中央部に配設される伸縮アクチュエータ５
４を伸縮不可能な固定長部材とし、反射ミラーの端部に
配設される部材５１〜５３を伸縮可能な伸縮部材とする
ようにしてもよい。
【００９３】また、反射ミラー５０の中央部および端部
に配設される全ての支持部材を伸縮自在な伸縮アクチュ
エータとするようにしてもよい。この場合、端部に配置
される伸縮アクチュエータと、中央部に配設される伸縮
アクチュエータの伸縮方向を逆にすれば、中央部または
端部の一方のみに伸縮アクチュエータを備えた構成と同
じ曲率を反射ミラーに与えようとした場合、伸縮アクチ
ュエータの伸縮長は半分で済む。すなわちこの場合、ミ
ラーに与えることができる曲率の可変範囲が倍になる。
【００９４】図１７は、上記図１６の伸縮アクチュエー
タ５４をネジ部材５６で構成するようにしている。すな
わち、この場合、支持板５５の中央部にネジ山が形成さ
れた孔５７を形成し、この孔５７にネジ部材５６を螺合
するとともに、このネジ部材５６の先端を接合部材５８
を介して反射ミラー５０の背面に固定するようにしてお
り、ネジ部材５６の回転により反射ミラー５０の中央部
と支持板５５との間隔を可変して、反射ミラー５０を凹
面または凸面に曲げるようにしている。
【００９５】図１８は図１６の変形例であり、反射ミラ
ー５０の両端を支持部材５９，６０に形成した凹部６１
に係合させて、これら凹部６１で反射ミラー５０の両端
を支持するとともに、反射ミラー５０の中央付近に設け
た伸縮アクチュエータ５４の伸縮によってミラー反射面
を凹面または凸面に曲げるようにしている。
【００９６】図１９は、波面補正器１０のさらに他の構
成例を示すものである。
【００９７】図１９においては、反射ミラー７０の背面
と支持板７３との間に複数の圧電素子７１ａ〜７１ｃを
配設し、これら複数の圧電素子７１ａ〜７１ｃの伸縮量
を制御して、反射ミラー７０に実際に物理的力を加えて
反射面を歪ませるようにしている。また、支持板７３上
に複数の変位センサ７２ａ〜７２ｃを設け、これら複数
の変位センサ７２ａ〜７２ｃによって各変位センサ７２
ａ〜７２ｃから反射ミラー７ーまでの間隙の距離を測定
するようにしている。間隙の距離を測定する変位センサ
７２としては、例えば静電容量式変位計を用いるように
する。
【００９８】また、図２０に示すように、これら圧電素
子７１ａ〜７１ｃおよび変位センサ７２ａ〜７２ｃを変
位制御器７４ａ〜７４ｃに接続し、各圧電素子７１ａ〜
７１ｃを、先の図１１及び図１２に示す実施例と同様に
して、変位制御器７４ａ〜７４ｃを介してコントローラ
１８によって制御する。
【００９９】ところで、図１の実施例では、波面補正器
１０は、ビームエキスパンダ８とレーザチャンバ２との
間に配設するようにしたが、図２１に示すように、ビー
ムエキスパンダ８とグレーティング９との間に配置する
ようにしてよいし、また図２２に示すように、２つに分
離したビームエキスパンダ８ａ，８ｂ間に配設するよう
にしてもよい。
【０１００】更に、図２４に示すような発振増幅型の共
振器構造のエキシマレーザの狭帯域化モジュール６に波
面補正器１０を配設するようにしてもよい。
【０１０１】すなわち、図２４の共振器構造において
は、レーザチャンバ２から発生されたレーザ光は有孔ミ
ラー７５の孔部を通過してビームエキスパンダ８に入射
され、ここでビーム幅が拡大された後、波面補正器で１
０で波面が補正されてグレーティング９に入射される。
このグレーティング９で波長選択された回折光は、波面
補正器１０、ビームエキスパンダ８、有孔ミラー７５の
孔部を経由してレーザチャンバ２に入射され、ここでさ
らに増幅された後、全反射ミラー７６、レーザチャンバ
２を経由して有孔ミラー７５に入射される。有孔ミラー
７５に入射された光の一部はここで反射して出力光とし
て取り出されると共に、孔部を介して狭帯域化ユニット
６に再入射される。
【０１０２】また、本発明は、偏光結合型共振器、イン
ジェクションロック式、不安定共振器などの他の共振器
構造に適用するようにしてもよい。
【０１０３】また、図１の実施例では、波長選択光学素
子として、リトロー配置のグレーティング９を採用する
ようにしたが、これの代わりに、分散プリズムとリアミ
ラーの組み合せ、エタロンとリアミラーの組み合せ、あ
るいは斜入射配置のグレーティングとリアミラーの組み
合せを採用するようにしてもよい。｀また、ビームエキ
スパンダ８を省略するようにしてもよい。また、波面補
正器１０は１個に限らず、レーザチャンバと波長選択素
子の間に何個配置するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す図。
【図２】グレーティングの回転による波長制御手順を示
すフローチャート。
【図３】コンパクションによる波面歪みの補正手順を示
すフローチャート。
【図４】スペクトル線幅を最小にする波面補正手順を示
すフローチャート。
【図５】単位スペクトル線幅当たりの出力エネルギーを
最大する波面補正手順を示すフローチャート。
【図６】波面補正器の一例を示す図。
【図７】図６の波面補正器を狭帯域化モジュールに配置
した一例を示す図。
【図８】波面補正器の他の例を示す図。
【図９】図８の波面補正器を狭帯域化モジュールに配置
した一例を示す図。
【図１０】波面補正器の他の例を示す図。
【図１１】図１０の波面補正器の制御構成例を示す図。
【図１２】図１０の波面補正器の変形例を示す図。
【図１３】波面補正器の他の例を示す図。
【図１４】図１３の波面補正器の制御構成例を示す図。
【図１５】図１３の波面補正器の変形例を示す図。
【図１６】波面補正器の他の例を示す図。
【図１７】波面補正器の更に他の例を示す図。
【図１８】波面補正器の更に他の例を示す図。
【図１９】波面補正器の更に他の例を示す図。
【図２０】図１９の波面補正器の制御構成例を示す図。
【図２１】狭帯域化モジュールへの波面補正器の他の配
置例を示す図。
【図２２】狭帯域化モジュールへの波面補正器の更に他
の配置例を示す図。
【図２３】他の共振器構造に本発明を適用した構成を示
す図。
【図２４】従来技術を示す図。
【図２５】従来技術を示す図。
【図２６】従来技術のグレーティングを示す図。
【符号の説明】
１…エキシマレーザ装置 ２…レーザチャンバ ３…放
電電極 ４…ウィンドウ ５…出力ミラー ６…狭
帯域化モジュール ７…スリット ８…ビームエキスパンダ ９
…グレーティング １０…波面補正器 １１，１２…ビームスプリッ
タ １３…フォトダイオード １４…エタロン １５…
対物レンズ １６…ラインセンサ １７…モニタモジュール １８
…コントローラ ２０…凸レンズ ２１…凹レンズ ２２
…移動ステージ ２３…モータ ２５…凸面ミラー ２６
…凹面ミラー ３０…石英ガラス基板 ３１、４１…加熱冷却器 ３２、４２…温度センサ ３４、４３…温調器 ４０、５０、７０…反射ミラー ５１〜５３…支持柱 ５４…伸縮アクチュエータ ５５…支持板 ５６…
ネジ部材 ５７…孔 ５８…接合部材 ５９、６０…支
持部材板 ６１…凹部 ６１、７３…支持板 ７１…圧電素子 ７２…変位センサ ７４…変位制御器 ７５…有孔
ミラー ７６…全反射ミラー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯
    域化素子によって狭帯域化して出力する狭帯域化モジュ
    ールを有する狭帯域化レーザ装置において、 入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面補正
    手段を前記狭帯域化モジュール内に備えるようにしたこ
    とを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
  2. 【請求項２】前記狭帯域化モジュールは、ビームエキス
    パンダおよび角度分散型波長選択素子を具え、前記波面
    補正手段は前記レーザ媒質と前記角度分散型波長選択素
    子の間に配設されることを特徴とする請求項１記載の狭
    帯域化レーザ装置。
  3. 【請求項３】前記波面補正手段は、 凸レンズの機能を有する第１の光学素子と、 凹レンズの機能を有する第２の光学素子と、 これら第１及び第２の光学素子の相対距離を調整する調
    整手段と、を具える請求項１記載の狭帯域化レーザ装
    置。
  4. 【請求項４】前記波面補正手段は、 入射されたレーザ光を透過する透過型光学素子と、 この透過型光学素子の側面に配設される複数の加熱冷却
    器と、 この加熱冷却器を温度制御して予め設定した所定の屈折
    率分布になるよう前記透過型光学素子の温度分布を調整
    する温度制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の狭帯域化レー
    ザ装置。
  5. 【請求項５】前記波面補正手段は、 入射されたレーザ光を反射する反射型光学素子と、 この反射型光学素子の反射面を曲げてその凹凸状態を調
    整する凹凸調整手段と、 を具える請求項１記載の狭帯域化レーザ装置。
  6. 【請求項６】前記反射型光学素子は所定の熱膨張率の材
    料で構成され、 前記凹凸調整手段は、 反射型光学素子の裏面に配設された１〜複数の加熱冷却
    器と、 前記反射型光学素子が予め設定した所定の曲がりになる
    よう前記１〜複数の加熱冷却器を制御する温度制御手段
    と、 を具える請求項５記載の狭帯域化レーザ装置。
  7. 【請求項７】前記凹凸調整手段は、 少なくともその一部の支持部材が伸縮自在に構成され、
    前記反射型光学素子を支持する複数の支持部材と、 これら複数の支持部材の各端部を固定する固定部材と、 前記反射型光学素子が予め設定した所定の曲がりになる
    よう前記伸縮自在の支持部材を伸縮制御する伸縮制御手
    段と、 を具える請求項５記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
  8. 【請求項８】前記伸縮自在の支持部材を圧電素子で構成
    することを特徴とする請求項７記載の狭帯域化エキシマ
    レーザ装置。
  9. 【請求項９】前記レーザ媒質から発生されたレーザ光を
    モニタするモニタ手段と、 このモニタ手段のモニタ値に基づいて前記波面補正手段
    による波面補正を制御する制御手段と、 を更に具える請求項１記載の狭帯域化レーザ装置。
  10. 【請求項１０】前記モニタ手段は、出力レーザ光のショ
    ット数を検出するショット数検出手段を有し、 前記制御手段は、前記ショット数検出手段の検出値に基
    づいて前記波面補正手段による波面補正を制御すること
    を特徴とする請求項９記載の狭帯域化レーザ装置。
  11. 【請求項１１】前記モニタ手段は、出力レーザ光のスペ
    クトル線幅を検出するスペクトル線幅検出手段を有し、 前記制御手段は、前記スペクトル線幅検出手段の検出値
    に基づいて前記波面補正手段による波面補正を制御する
    ことを特徴とする請求項９記載の狭帯域化レーザ装置。
  12. 【請求項１２】前記モニタ手段は、 出力レーザ光のスペクトル線幅を検出するスペクトル線
    幅検出手段と、 前記出力レーザ光の出力エネルギー値を検出する出力エ
    ネルギー検出手段と、 を有し、 前記制御手段は、 前記出力エネルギー検出手段の検出エネルギー値を前記
    スペクトル線幅検出手段の検出スペクトル線幅で除算す
    る除算手段と、 この除算手段の除算値が最大となるように前記波面補正
    手段による波面補正を制御する波面補正制御手段と、 を有する請求項９記載の狭帯域化レーザ装置。
  13. 【請求項１３】前記モニタ手段は、前記出力レーザ光の
    出力エネルギー値を検出する出力エネルギー検出手段を
    有し、 前記制御手段は、 前記出力エネルギー検出手段の検出エネルギー値が最大
    となるように前記波面補正手段による波面補正を制御す
    る波面補正制御手段、 を有する請求項９記載の狭帯域化レーザ装置。
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