(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチェンバと狭帯域化ユニットとを有し、波長２００ｎｍ以下の光を放射する高繰り返しガスレーザ装置において、
前記狭帯域化ユニットは、不活性ガスによりパージされたケーシング中に、スリット、拡大プリズム、グレーティングを含む光学素子が収容され、
不活性ガスによりパージされた状態において、前記ケーシング外より、ケーシング内に配置された前記スリットをアライメント可能にするアライメント機構を備えていることを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項２】
前記アライメント機構は、前記スリットと一体で前記拡大プリズムをアライメントするように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。
【請求項３】
レーザチェンバと、スリット、拡大プリズム、グレーティングを含む光学素子を有する狭帯域化ユニットとよりなり、波長２００ｎｍ以下の光を放射する高繰り返しガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法において、
前記狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせながら、前記ケーシング内に配置された前記スリットをアライメントすることを特徴とするガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法に関し、特に、半導体露光用のエキシマレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント装置と方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、投影露光装置においては解像力の向上が要請されており、このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、次世代の半導体リソグラフィー用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置や波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置等の放電励起ガスレーザ装置が有力である。
【０００３】
図４に、露光用光源として用いられる放電励起ガスレーザ装置の一構成例を示す。
【０００４】
ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。また、フッ素レーザ装置においては、レーザチェンバ１内にフッ素（Ｆ2 ）やヘリウム（Ｈｅ）等のレーザガスが数百ｋＰａで封入されている。
【０００５】
レーザチェンバ１内部には、レーザ光軸（点線）に平行な方向に延び、レーザ光軸を挟んで所定間隔だけ離間して対向した一対の主放電用電極２（以下、電極２と言う。）が配置されている（図４においては、一対の電極２の中一方のみが図示されており、放電方向は紙面に垂直な方向である。）。この電極２間に、図示を省いた高電圧パルス発生装置より立上りの早い高電圧パルスを印加して放電を発生させることにより、レーザチェンバ１内に封入されたレーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【０００６】
レーザチェンバ１の光軸方向両端部には、レーザ光を通過させる窓部６が設けられ、この窓部６は所定の直線偏光（Ｐ偏光）に対して反射損が最小となるように、ＣａＦ2 等からなる窓材が光軸に対してブリュースター角をなすように取り付けられており、この窓部６はブリュースター窓部となっている。
【０００７】
レーザチェンバ１のブリュースター窓部６の前後には、出力鏡７と、露光装置の投影光学系における色収差の問題を回避するためにレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化し、中心波長の波長安定化を実現するための狭帯域化光学系３とがそれぞれ配置され、この出力鏡７と狭帯域化光学系３によりレーザ共振器が構成されている。電極２間の放電によりレーザガスが励起され、レーザチェンバ１から放出される光はこのレーザ共振器中を往復することにより増幅され、レーザ光としてレーザ共振器の出力鏡７より取り出される。
【０００８】
上記狭帯域化光学系３は、例えば、波長選択素子であるリトロー配置のグレーティング（反射型回折格子）３１と、１個若しくは複数個のビーム拡大プリズム３２とから構成され、狭帯域化ボックス４内に収容される。また、狭帯域化されるレーザ光の平行度を上げてスペクトル線幅をさらに細くするために、拡大プリズム３２の光入射側の光路上に、スリット５が配置される。
【０００９】
上記した放電励起ガスレーザ装置が放出するレーザ光は、波長２００ｎｍ以下の短波長であるので、レーザ光が通過する光路中に空気があると、空気中の酸素とレーザ光により有害なオゾンが発生する。そのため、レーザ光路は、筒状包囲体８で包囲され、筒状包囲体８、狭帯域化ボックス４内は清浄な不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によりパージされる。なお、狭帯域化ボックス４内の不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2 ））によるパージは、狭帯域化光学系３を構成する光学部品にダストを堆積させない役割も有する。
【００１０】
このような放電励起ガスレーザ装置から効率良くレーザ光を発振させるには、主放電用電極２間で一様な放電を発生させることが必要であるが、数百ｋＰａの高圧ガス雰囲気中で一様な放電を発生させるために、通常、主放電用電極２近傍に設けたコロナ放電器等からなる予備電離手段により、主放電開始前に主放電電極間の主放電空間に存在するレーザガスを予備電離することが一般的である。
【００１１】
図５に、狭帯域化部の詳細な構成を示す。図５の例では、狭帯域化光学系３が３個のビーム拡大プリズム３２と波長選択素子であるグレーティング３１とから構成されている。
【００１２】
このような狭帯域化部において、狭帯域化ボックス４内に配置された狭帯域化光学系３のセッティングは以下の手順で行われる。
▲１▼狭帯域化ボックス４の蓋を開放状態で、レーザチェンバ１内の電極２間で繰り返し周波数１Ｈｚの放電を発生させて１Ｈｚの繰り返し周波数でレーザを発振させ、そのレーザ光に対して、スリット５、拡大プリズム３２、グレーテイング３１の順にアライメントを行う。
▲２▼アライメント終了後、狭帯域化ボックス４の蓋を閉じる。
▲３▼狭帯域化ボックス４内に清浄な不活性ガス（例えば、窒素）を導入して、狭帯域化ボックス４内の空気をパージする。
▲４▼その後、所定の高繰り返し発振動作（例えば、４ｋＨｚ）を行う。
【００１３】
このように、スリット５を含む狭帯域化光学系３のアライメント時における放電の繰り返し周波数は１Ｈｚとされる。これは以下の理由による。すなわち、アライメント時は狭帯域化ボックス４の蓋が開放状態であり、狭帯域化光学系３は空気に曝される。一方、狭帯域化光学系３を通過する光は波長２００ｎｍ以下の短波長であるので、空気中の酸素とこの光により有害なオゾンが発生する。ここで、繰り返し周波数が例えば数ｋＨｚの高繰り返し状態であると、発生するオゾンの量も大量になり、拡大プリズム３２等の光学部品がオゾンと波長２００ｎｍ以下の光によりダメージを受ける。そのため、アライメント時の繰り返し周波数は、できるだけオゾンの発生量を抑えるために、例えば１Ｈｚとされる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなアライメント後の実際のレーザ動作は、高り繰返し動作（例えば４ｋＨｚ）である。そのため、高繰り返し発振動作に伴ない、スリット、狭帯域化光学系等の光学部品自体の温度上昇や、光学部品近傍の雰囲気の温度上昇等により、光学部品近傍の雰囲気の媒質（ここでは、パージガス）の屈折率等が変わり、光軸ずれが発生してしまう。
【００１５】
すなわち、繰り返し周波数１Ｈｚでアライメント調整を行っても、実際の動作時にはアライメントずれが発生する。
【００１６】
数ｋＨｚの高繰り返し状態でアライメントを行えば、このような問題の発生は抑制できるが、上記のような大量のオゾン発生の問題がある。
【００１７】
なお、狭帯域化光学系を含む狭帯域化ボックス全体を一体でアライメント可能としたものは、特開平１１−２９８０８２号において提案されているが、グレーテイングを含む狭帯域化ボックス全体の重量は重く、その精密な移動調整機構は複雑で大がかりなものとなり、高価になってしまう問題がある。
【００１８】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、数ｋＨｚの高繰り返し発振状態でアライメント可能なアライメント機構を有する放電励起ガスレーザ装置及びそのアライメント方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のガスレーザ装置は、レーザチェンバと狭帯域化ユニットとを有し、波長２００ｎｍ以下の光を放射する高繰り返しガスレーザ装置において、
前記狭帯域化ユニットは、不活性ガスによりパージされたケーシング中に、スリット、拡大プリズム、グレーティングを含む光学素子が収容され、
不活性ガスによりパージされた状態において、前記ケーシング外より、ケーシング内に配置された前記スリットをアライメント可能にするアライメント機構を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
この場合に、そのアライメント機構は、スリットと一体で拡大プリズムをアライメントするように構成することが望ましい。
【００２１】
本発明のガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法は、レーザチェンバと、スリット、拡大プリズム、グレーティングを含む光学素子を有する狭帯域化ユニットとよりなり、波長２００ｎｍ以下の光を放射する高繰り返しガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法において、
前記狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせながら、前記ケーシング内に配置された前記スリットをアライメントすることを特徴とする方法である。
【００２２】
本発明においては、狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせながら、狭帯域化ユニット中のスリットをケーシング外よりアライメントするので、所定の高返しレーザ発振動作時においても、アライメントずれがほとんど発生せず良好な状態で高繰り返し発振動作を行わせることができ、特に、半導体露光用のエキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置に適したものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法を実施例に基づいて説明する。
【００２４】
本発明の要点は、狭帯域化ボックス４の蓋が閉じられ、ボックス内部が不活性ガスによりパージされている状態で、かつ、高繰り返し発振状態で、外部からスリット５を含む光学素子のアライメントを可能にした点にある。
【００２５】
以下、本発明の１実施例を図面を参照にして説明する。図１に、図４のような構成の放電励起ガスレーザ装置の狭帯域化部の構成を示す。この実施例において、狭帯域化光学系３は３個のビーム拡大プリズム３２と波長選択素子であるグレーティング３１とから構成され、レーザチェンバ１のブリュースター窓部６を経てこの狭帯域化光学系３に入射する光路中にスリット５が配置されている。本発明に基づいて、このスリット５と３個の拡大プリズム３２は水平移動ステージ２１に載置されており、この水平移動ステージ２１は、光軸と略垂直な方向（図１に両矢符で示す。）に移動調整可能に取り付けられている。
【００２６】
図２は、この水平移動ステージ２１の調整機構を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はスリット５の入射方向から見た正面図、図２（ｃ）はフレキシブル連結桿２３の自在継手２４の構成を示す図である。図１、図２から明らかなように、狭帯域化ボックス４から外部に気密を保ったまま微調つまみ２２が突出しており、この微調つまみ２２の回転のみを伝達可能で可撓性のフレキシブル連結桿２３が微調つまみ２２に連結されており、このフレキシブル連結桿２３は狭帯域化ボックス４内に延びている。フレキシブル連結桿２３は、例えば図２（ｃ）に示すような構成の自在継手２４で連結された複数の棒状体から構成されている。フレキシブル連結桿２３の他端には、水平移動ステージ２１の下面に取り付けられた、例えばラックピニオンからなる回転を直線移動に変換する機構２６の回転軸２５に連結されている。
【００２７】
一方、図４に示すように、レーザ装置の出力鏡７より発振されたレーザ光の光路中には、ハーフミラー９が配置され発振されたレーザ光の一部を分割して検出器１０に入射させるようになっており、検出器１０で発振レーザ光の位置が確認可能になっている。
【００２８】
このような構成であるので、操作者は、レーザ装置を通常の使用時と同じ高繰り返し発振状態で、検出器１０からの信号により発振レーザ光の位置を確認しながら、狭帯域化ボックス４の外部から微調つまみ２２を回してその回転をフレキシブル連結桿２３で水平移動ステージ２１下部の回転直線移動変換機構２６に伝達し、水平移動ステージ２１を光軸と略垂直な方向に移動調整する。ここで、微調つまみ２２が狭帯域化ボックス４を貫通する部分は、気密構造となっており、微調つまみ２２を回転させても上記貫通部から狭帯域ボックス４内へ空気が進入することはない。
【００２９】
水平移動ステージ２１が移動調整されると、その上に取り付けられたスリット５が光軸と略垂直な方向に移動するため、出力鏡７より発振されるレーザ光の光軸も移動調整される。
【００３０】
なお、水平移動ステージ２１には、３個の拡大プリズム３２を載置する必要は必ずしもないが、水平移動ステージ２１の移動によりスリット５の位置が移動調整された場合に、スリット５を通った光が拡大プリズム３２から外れる場合も起こり得るので、水平移動ステージ２１上には、スリット５と共に拡大プリズム３２の一部あるいは全部を載置して同時に移動調整するようにすることが望ましい。
【００３１】
ここで、光軸と垂直方向に移動させるのに水平移動ステージ２１を用いたが、移動距離は微小であるので、水平移動ステージの代りに回転ステージを用いてもよい。
【００３２】
なお、グレーティング３１は、例えばモータ駆動の回転ステージにセットされており、その調整はモータを電気的に制御することによりなされる。
【００３３】
このような狭帯域化ボックス４内に配置されたスリット５と狭帯域化光学系３のセッティングは次のような手順で行う。
▲１▼狭帯域化ボックス４の蓋を閉鎖状態で、狭帯域化ボックス４内に清浄な不活性ガス（例えば、窒素）を導入して、狭帯域化ボックス４内の空気をパージする。
▲２▼レーザチェンバ１内の電極２間で、所定の繰り返し周波数（例えば、４ｋＨｚ）の放電を発生させ、レーザ発振を行わす。
▲３▼スリット５と拡大プリズム３２のアライメントを行う。アライメントは、狭帯域化ボックス４の外部より微調つまみ２２を介して行う。
▲４▼その後、所定の高繰り返し発振動作（例えば、４ｋＨｚ）を行う。
【００３４】
以上の本発明のアライメントの効果を確認するための実験１、実験２を行った。
【００３５】
実験１は、まず、繰り返し周波数１Ｈｚ、窒素ガスパージなしでアライメントを行い、そのときの最適出力を測定した（図３（ａ）の黒丸）。アライメント終了後、レーザを繰り返し周波数１ｋＨｚ、窒素ガスパージ有りで１分間動作させ、スリットの位置を変えて出力を測定した（図３（ａ）の白丸）。アライメント時のスリットの最適位置はＸ０であったが、所定の高繰り返し動作でのスリットの最適位置はＸ１であった。すなわち、従来のアライメント方法では、所定の高返し動作時にはスリットのアライメントずれが発生している。
【００３６】
一方、実験２は、上記したように所定の繰り返し周波数１ｋＨｚ、窒素ガスパージ有りでアライメントを行い、そのときの最適出力を測定した（図３（ｂ）の黒丸）。アライメント終了後、レーザ装置を同様の動作条件、すなわち、繰り返し周波数１ｋＨｚ、窒素ガスパージ有りで１分間動作させ、スリット位置を変えて出力を測定した（図３（ｂ）の白丸）。アライメント時のスリットの最適位置Ｘ０と所定の高繰り返し動作でのスリットの最適位置はＸ１とは、ほとんど一致している。すなわち、本発明の狭帯域化ユニットを用いてアライメントを行えば、所定の高返し動作時においても、アライメントずれがほとんど発生しないことが分った。
【００３７】
以上の説明では、スリット５等の移動調整は、マニュアルで調整するものとして説明したが、必要があれば、検出器１０で検出された発振レーザ光の位置をフィードバックして自動的に移動制御する自動制御機構を設けるようにすることもできる。また、水平移動ステージ２１は、水平方向の位置調整に限定されず、垂直方向、回転方向の位置調整を行えるようにしてもよい。
【００３８】
以上、本発明のガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法によると、狭帯域化ユニットを収容するケーシング内に不活性ガスを導入してパージした後、所定繰り返し周波数でレーザ発振動作をさせながら、狭帯域化ユニット中のスリットをケーシング外よりアライメントするので、所定の高返しレーザ発振動作時においても、アライメントずれがほとんど発生せず良好な状態で高繰り返し発振動作を行わせることができ、特に、半導体露光用のエキシマレーザ装置、フッ素レーザ装置に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の放電励起ガスレーザ装置の狭帯域化部の構成を示す図である。
【図２】図１の水平移動ステージの調整機構を示す図である。
【図３】本発明によるアライメントの効果を確認するための実験の結果を示す図である。
【図４】露光用光源として用いられる放電励起ガスレーザ装置の一構成例を示す図である。
【図５】図５の狭帯域化部の詳細な構成を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザチェンバ
２…主放電用電極
３…狭帯域化光学系
４…狭帯域化ボックス
５…スリット
６…ブリュースター窓部
７…出力鏡
８…筒状包囲体
９…ハーフミラー
１０…検出器
２１…水平移動ステージ
２２…微調つまみ
２３…フレキシブル連結桿
２４…自在継手
２５…回転軸
２６…回転直線移動変換機構
３１…グレーティング（反射型回折格子）
３２…ビーム拡大プリズム
【図１】
0003636303.tif 000002
【図２】
0003636303.tif 000003
【図３】
0003636303.tif 000004
【図４】
0003636303.tif 000005
【図５】
0003636303.tif 000006