(57)【要約】  変調パルス光ビーム（２０）を供給するための装置は、定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給するための光源（１６）及び複数のビーム強度変調器（１８ａ〜１８ｅ）を有する。パルス光ビームの光路にあって、軸を中心に回転可能なビーム偏向素子（１２）が、複数のビーム強度変調器のそれぞれに向けて次々に巡回態様でパルス光ビームを振り向ける。ビーム偏向素子と同期して軸を中心に回転可能なビーム再結合素子が、ビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合して定パルス繰返し周波数で変調パルス光ビームを形成する。少なくとも１つのビーム指向補正装置が軸を中心にする少なくとも１つの回転位置においてビーム偏向素子とビーム再結合素子を光学的に共役させる。
2010529489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調パルス光ビームを供給するための装置において、
（ａ）定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給するための光源、
（ｂ）複数のビーム強度変調器、
（ｃ）前記複数のビーム強度変調器のそれぞれに巡回態様で次々に前記パルス光ビームを振り向けるための、前記パルス光ビームの光路にあって、軸を中心に回転可能な、ビーム偏向素子、
（ｄ）前記定パルス繰返し周波数で前記変調パルス光ビームを形成するために、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合するように配置された、前記光ビーム偏向素子と同期して前記軸を中心に回転可能な、ビーム再結合素子、
及び
（ｅ）前記軸を中心とする少なくとも１つの回転位置において前記ビーム偏向素子と前記ビーム再結合素子を光学的に共役させる、少なくとも１つのビーム指向補正装置、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ビーム偏向素子が、前記パルス光ビームを、一度に１つのパルスの態様で、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれの１つに次々に振り向けるために作動できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のビーム強度変換器の内の少なくとも１つが、シャッター、圧電作動素子、ボイスコイル作動素子、サーボ作動素子及び検流計作動素子からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのビーム指向補正装置が倍率１の望遠鏡の光学構成を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ビーム偏向素子が回転モノゴンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光源がエキシマーレーザ及び固体パルスレーザからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ビーム強度変調器が前記ビーム偏向素子の回転軸を中心にして等角間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ビーム偏向素子及び前記ビーム再結合素子が可回転シャフトによって結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのビーム指向補正装置が２つ以上のレンズ素子を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのビーム指向補正装置が２つ以上の湾曲反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
コブ（Cobb）等により２００６年１１月２９日に出願された、名称を「高周波数における光パワー変調（OPTICAL POWER MODULATION AT HIGH FREQUENCY）」とする米国仮特許出願第６０/８４２３０６号が参照される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全般的には高周波パルス光源のための光パワー変調に関し、さらに詳しくは、変調パルス光出力を供給するシステムにおけるビーム指向補正のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
パルスレーザは、外科用具から超小型電子回路を形成するためのリソグラフィシステムにわたる用途で広く用いられている。パルスレーザ変調のため、多くのタイプのデバイスが従来用いられている。そのようなデバイスには、例えば、様々なタイプの音響光学変調器（ＡＯＭ）及び電気光学変調器（ＥＯＭ）のような、レーザ光の一部を偏向させるかまたは回折をおこさせるデバイスがある。液晶（ＬＣ）変調器のような、別のタイプの変調器は偏光状態を用いて動作する。また別のタイプのパルス光変調器は、例えば、ボイスコイル、圧電アクチュエータ、モーター及びサーボデバイスのようなデバイスによって作動する、レーザビームのいくらかの可変部分を遮る、機械的作用によって動作する。
【０００４】
パルスレーザ変調に従来用いられているそれぞれのタイプの変調器にはいくつかの制限がある。例えば、機械式デバイスはある速度範囲内でしか動作しない。音響光学変調器のような、いくつかのタイプのデバイスはある波長範囲にかけてしか有効ではない。
【０００５】
パルス変調について特に注目される分野の１つはＵＶリソグラフィである。超小型回路作成のためにデバイスに求められる解像度は高まり続けているから、関心はより短い波長の使用に向かい、特に、一般には約２５０ｎｍより短波長の深ＵＶ領域の光の使用が注目されている。しかし、そのような波長範囲におけるパルスレーザビームの変調は従来の方策では解決できない多くの問題を提示する。問題の一つは、ＡＯＭデバイス及びＥＯＭデバイスのような変調器デバイスの範囲をこえるスペクトル範囲に関する。例えば、ＫＤ＊Ｐ（リン酸二重水素カリウム）またはＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）のような、代表的なＥＯＭ材料はＵＶ波長において比較的強い吸収を示し、この結果、このスペクトル範囲にわたり、材料の損傷閾が低下する。このため、こうしたデバイスではＵＶリソグラフィ用途のための変調器として用いられる可能性がなくなる。
【０００６】
別の問題は高パルスレートに関する。適するパワーレベルのＵＶ光は、５〜６ｋＨｚないしさらに高いパルスレートで動作することができる、エキシマーレーザによって有効に供給される。これは、この問題さえなければ深ＵＶ範囲で動作可能であろう機械式光変調器の応答速度を遙かにこえている。したがって、従来の光変調問題対策では非常に短い波長と比較的高いパルス周波数の組合せに対応できない。
【０００７】
速度及びフレキシビリティに関して制限されるパルスレーザ変調に対する従来の手法は、続いて、ＵＶリソグラフィ技術の能力を制限する。したがって、さらに高いパルスレーザ周波数が過去数年の間に達成されているが、ＵＶパルスレーザを利用するリソグラフィシステムは、強化された露光確度及び処理速度を提供する、潜在能力を活用できていない。
【０００８】
コブ（Cobb）等により２００６年１１月２９日に出願された、名称を「高周波数における光パワー変調（OPTICAL POWER MODULATION AT HIGH FREQUENCY）」とする特許文献１に提案されている一方法は、１つ以上の個々の光パルスを巡回態様で多くの個別の光強度変調器のそれぞれに振り向けるビーム偏向器を備える装置を提供し、次いで変調されたパルスを結合して単一の出力光路に送るビーム再結合器を提供する。この方法はパルス毎変調を可能にするが、若干の機械的位置ずれ、速度不規則性またはパルスタイミングジッタの結果生じる問題がシステムの出力にビーム指向アーティファクトを生じさせ得る。したがって、光ビームの振向け及び再結合を行うことができる上記またはその他のタイプのデバイスのためのビーム指向補正装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０/８４２３０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、光ビームの振向け／再結合を行うデバイスのためのビーム指向補正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的はレーザ光変調技術を進歩させることである。この目的を心に留めて、本発明は変調パルス光ビームを供給するための、
（ａ）定パルス繰返し周波数でパルス光ビームを供給するための光源、
（ｂ）複数のビーム強度変調器、
（ｃ）複数のビーム強度変調器のそれぞれに巡回態様で次々にパルス光ビームを振り向けるための、パルス光ビームの光路にあって、軸を中心に回転可能な、ビーム偏向素子、
（ｄ）定パルス繰返し周波数で変調パルス光ビームを形成するために、前記複数のビーム強度変調器のそれぞれからの変調光を結合するように配置された、光ビーム偏向素子と同期して軸を中心に回転可能な、ビーム再結合素子、及び
（ｅ）軸を中心とする少なくとも１つの回転位置においてビーム偏向素子とビーム再結合素子を光学的に共役させる、少なくとも１つのビーム指向補正装置、
を備える装置を提供する。
【００１２】
パルス光変調器におけるタイミングジッターまたは位置合わせ誤差の受動光学補正を提供することが本発明の特徴である。
【００１３】
ビーム指向アーティファクトの最小化または排除に役立つことが本発明の利点である。
【００１４】
本発明の上記及びその他の態様、目的、特徴及び利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲の吟味から、また添付図面を参照することで、さらに明確に理解され、認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明を用いる入力パルスシーケンス及び変調出力パルスシーケンスを示すタイミング図である。
【図２】図２は本発明にしたがうパルスの分配及び変調の同期化を示す略図及びタイミング図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態における、結合された回転モノゴンをビーム偏向器／再結合器として用いる光変調器を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態における、結合された回転モノゴンをビーム偏向器／再結合器として用いる光変調器を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは図３Ａ及び３Ｂの実施形態の一部を示す側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは回転楔形反射器を用いる別の実施形態の側面図である。
【図５】図５はビーム指向誤差状況を示す回転複式モノゴン実施形態の側面図である。
【図６】図６は本発明の一実施形態にしたがうビーム指向補正装置を備える回転複式モノゴン実施形態の側面図である。
【図７】図７はレンズを用いる一実施形態におけるビーム指向補正コンポーネントの略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の装置及び方法を用いる、一変調チャネルにおけるビーム指向誤差に対して与えられる受動補償を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の装置及び方法を用いる、一変調チャネルにおけるビーム指向誤差に対して与えられる受動補償を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の装置及び方法を用いる、一変調チャネルにおけるビーム指向誤差に対して与えられる受動補償を示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の装置及び方法を用いる、一変調チャネルにおけるビーム指向誤差に対して与えられる受動補償を示す。
【図９】図９はビーム指向補償のために湾曲反射面を用いる一実施形態における反射型回転楔の側面図である。
【図１０】図１０はビーム指向補償のために、それぞれの変調チャネルに一対の湾曲反射面がある、湾曲反射面のアレイを用いる一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】図１１はビーム指向誤差補償のための単対の湾曲反射面の使用を示す側面図である。
【図１２】図１２はビーム指向誤差補償のために単対の湾曲反射面を用いるビーム発生装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１のタイミング図は本発明の全体の、すなわち、パワー出力が比較的一定なパルス光ビーム１０から生成される変調された高周波パルス光ビーム２０を提供するという、目標を示す。本発明の装置及び方法は、特に個々の変調コンポーネント自体の応答時間より短い周期ｔ１を含む、ある範囲の周期ｔ１に適応できる。以降で説明される実施形態において、例えば、パルス繰返し周波数が５ｋＨｚ（周期ｔ１が０.２ｍｓ（ミリ秒））のパルスレーザビームを変調するために個々のコンポーネントのそれぞれの最高応答時間が約１ｋＨｚに過ぎない変調器コンポーネントのアレイを用いることができる。図１に示されるように、個々の高周波変調パルス光ビーム２０のそれぞれを変調することができ、パルス毎に高精度出力パワー送出が可能になる。以降の図面の略図は、入力パルス光ビーム１０の光路を示し、様々な実施形態において変調パルス光ビーム２０がどのように形成されるかを示す。
【００１７】
本明細書に示され、説明される図面は、本発明にしたがう動作の基礎原理及びコンポーネントのそれぞれの光路に沿う関係を示すために提供され、実寸または実縮尺を示す目的で描かれてはいない。基本構造関係または動作原理を強調するため、ある程度の誇張が必要になることがある。例えば回転アクチュエータまたは光学マウントのような、説明される実施形態に実施に必要とされるであろういくつかの通常のコンポーネントは、本発明自体の説明を簡単にするために図示されていない。以下の図面及び本文において、同様のコンポーネントは同様の参照数字で指定され、説明済みのコンポーネント及び配置またはコンポーネントの相互作用に関する同様の説明は省略される。
【００１８】
図２の略図は、レーザ１６からのパルス光ビーム１０がどのようにしてビーム偏向器１２及び２つ以上の低速光変調器を用いて高速で変調され得るかを全般的に示す。説明として、図２の例では５つの変調器１８ａ、１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ及び１８ｅが示されるが、いかなる数の変調器も用い得るであろう。本例では、パルス光ビーム１０は５ｋＨｚの周波数で供給され、よって周期ｔ１は０.２ｍｓである。（変調器１８ａ〜１８ｅに対応する）変調器１〜５に対する例示変調レベルのグラフもそれぞれの変調器の右側に示される。すなわち、例えば、変調器１８ａは変調パルス光ビーム２０の第１のパルスのレベルを設定し、変調器１８ｂは第２のパルスのレベルを設定し、変調器１８ｃは第３のパルスのレベルを設定し、以下同様である。例えば、変調器１８ａが第１のパルスの供給に必要な減衰レベルと第６のパルスの供給に必要な減衰レベルの間で遷移するにはいくらかの時間がかかることに注意されたい。パルスレーザ出力の０.２ｍｓ周期ｔ１に対し、変調器１８ａ〜１８ｅは、一般に１ｋＨｚ周波数範囲にあり得る応答時間、すなわち１.０ｍｓの周期で、低速応答する。すなわち、例えば、変調器１８ａ単独の動作は明らかに低速すぎて、パルスの５ｋＨｚシーケンスにおいて個々のパルスを制御可能な態様で変調することはできない。しかし、図２に簡略に示されるように、周期ｔ１が変調器応答時間より短いパルスレーザビームのパルス毎変調を提供するため、ビーム偏向器１２が２つ以上のそのような低速変調器にパルスを振り向けるためのビーム偏向素子として用いられる。次いで、変調されたパルスは、以降で説明されるように、単一の光路上に再結合される。
【００１９】
この多重化方式に用いられるビーム偏向器１２は、単パルスまたは２つ以上の連続パルスを一度に変調器１８ａ、１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅの内の１つに向けることができることに注意することが有益である。出力パワーの精密制御のため、順次パルスの内の整数（すなわち可算数０，１，２，３，等）個を、いずれか１つの変調チャネルに精確なタイミングで向けることが好ましい。図２に示される実施形態は、それぞれが一度に１つのパルスを変調する、すなわち与えられたレベルに減衰させる、変調器１８ａ、１８ｂ，１８ｃ，１８ｄまたは１８ｅを有する。しかし、例えば、２つ以上の順次パルスをそれぞれの変調器に、したがって同じレベルで減衰させるために、送ることができるであろう。
【００２０】
図３Ａ及び３Ｂを参照すれば、多くの可能な組合せのコンポーネントを用いてビーム偏向、パルス変調及びビーム再結合の機能を実施することができる。図３Ａ及び３Ｂの斜視図に示される実施形態のビーム発生装置３０には回転複式モノゴン６２が用いられる。図４ａの側面図にも示される回転複式モノゴン６２は可回転シャフト４４の両端の２つのモノゴンからなる。動作において、回転複式モノゴン３２は：（ｉ）図２のビーム偏向器１２に関して説明したような、ビーム偏向素子、及び（ii）変調された出力光ビームを単一光路上に偏向させることによって変調出力光ビームを再結合させて変調得パルス光ビーム２０を形成するためのビーム結合器４０のような、ビーム再結合素子の２つの基本機能を果たす。図３Ａ及び３Ｂに示されるビーム発生装置３０は４つの変調チャネル６０ａ、６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄを有する。変調チャネル６０ａ、６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄのそれぞれは対応する変調器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ及び１８ｄを未変調光を導き入れて変調光を導き出すための一対の支持旋回ミラー４８とともに有する。
【００２１】
図３Ａは変調チャネル６０ｂへの光路をトレースする。第１のモノゴン５０が回転して変調チャネル６０ｂへの位置につき、旋回ミラー４８を介して、１つ以上のパルスを変調器１８ｂに向ける。変調チャネル６０ｂからの変調出力は次いで、変調された光を第２の旋回ミラー４８を介して変調パルス光ビーム２０の一部として出力に向ける、ビーム結合器４０として作用する、第２の回転モノゴン５２に向けられる。
【００２２】
シャフト４４の回転にともなってこのシーケンスが継続され、図３Ｂに示されるように、光は変調チャネル６０ｃに向けられる。ここで、光は変調器１８ｃによって変調され、同様に、ビーム結合器４０として作用する第２の回転モノゴン５２に振り向けられる。同様の態様で、シャフト４４の回転にともない、パルス光は変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄのそれぞれに、また変調チャネル６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及び６０ｄのそれぞれから、巡回態様で次々に向けられる。
【００２３】
図４Ａは図３Ａ及び３Ｂの基本構成を側面図で示す。明解さのため、この特定の図には２つの変調器１８ａ及び１８ｂしか示されておらず、他の変調器は、図３Ａ及び３Ｂの例に示されているように、回転軸Ｒを中心とする適切な角位置に分散配置することができるであろう。ビーム発生装置３０の複式モノゴン６２はビーム偏向素子及びビーム再結合素子のいずれをも提供し、モノゴン５０がビーム偏向器コンポーネントとしてはたらき、モノゴン５２がビーム再結合器コンポーネントとしてはたらく。図４Ａの特定の例においては、入射角を小さくすることで偏光のハンドリングが向上する。大入射角での反射は偏光に悪影響を与え得るから、鋭角で、好ましくは４５°より小さい鋭角で、偏光を反射させることが有利である。図４ａの複式モノゴン６２及びミラー４８の角配置により、入射角及び反射角Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４が小さくなり、偏光状態への反射の影響が最小限に抑えられる。
【００２４】
図４Ｂは、単一の屈折型コンポーネントがビーム偏向素子としてビーム偏向を提供し、またビーム再結合素子としてビーム再結合も提供する、また別の構成を示す。図４Ｂの側面図は、回転ビーム偏向器／再結合器として、回転屈折プリズム６６を用いるビーム発生装置３０の一実施形態を示す。回転屈折プリズム６６は（ページの平面にある）軸Ｒを中心にして回転する。図４Ｂに示される回転位置において、回転屈折プリズム６６は入射パルス光ビーム２２の１つ以上のパルスを鋭入射角／反射角Ａ３でミラー４８に振り向ける。ミラー４８は変調器１８ａに向けて光を反射する。変調器１８ａから出力された変調光パルスは次いで第２のミラー４８で反射されて回転プリズムに向けて戻される。本実施形態で入射角及び反射角Ａ２及びＡ３は小さくされている。この場合も、図４Ａと同様に、２つの変調器１８ａ及び１８ｂだけが示され、他の変調器は回転軸Ｒを中心とする適切な角位置に分散配置することができるであろう。
【００２５】
図３Ａ，３Ｂ，４Ａ及び４Ｂに示される実施形態はうまくはたらくが、パルスタイミングジッタ、回転不規則性及び総機械的許容度に対してある程度の過敏性があることが認められ得る。理想的な場合、変調パルス光ビーム２０を形成する再結合パルスは出力光軸に沿って完璧に揃えられ、図３Ａ〜４Ｂの回転軸Ｒと共線である。しかし、実際上は、タイミング、回転角または機械的アライメントのいずれの若干の誤差によっても、変調パルス光ビーム２０の有効性及び照準確度を低めるビーム指向アーティファクトが生じ得る。
【００２６】
図５の側面図はビーム指向アーティファクトがどのようにしておこり得るかを示す。本図において、実線はパルス光ビームに対するあるべき光路を示す。破線はビーム指向アーティファクトをもたらす実光路を示す。パルス光ビーム２２が第１の回転モノゴン５０の反射面に到達したときに、信号ジッタ、回転ジッタまたは若干の機械的位置ずれが若干の角誤差を生じさせる。このビームが第１の旋回ミラー４８に向けて偏向され、あるべき光路に対して若干偏心した角度で光変調器１８ａを通って導かれる。変調器１８ａからの変調光は次いで第２の旋回ミラー４８から反射され、ここでも若干の角誤差成分が含まれる。次いで、ビーム再結合素子として作用する回転モノゴン５２がこの光を出力に向けて偏向させる。しかし累積角誤差により、振り向けられたこの光は、あるべき変調パルス光ビーム２０と同じ角度にはなく、変調パルス光ビーム２０’のように、若干逸れている。いくつかの場合、角誤差は光学系の他のコンポーネントによる出力パルスの適切な処理を妨げるに十分になり得るか、または表面上の間違った目標または場所に光ビームを向けるに十分に顕著になり得る。
【００２７】
ビーム指向アーティファクトの防止への従来の手法は、ビーム偏向素子及びビーム再結合素子の信号ジッタ、回転ジッタまたはいかなる機械的位置ずれも最小限に抑えるかまたは排除することであろう。しかし、この結果を達成するに必要なコンポーネントの作成、組立及び検査の費用が途方もなく高くなることは当然であり得る。さらに、そのような誤差源が排除され得るとしても、パルス幅に対する本質的にさらに微妙で複雑なタイミング問題がある。代表的なパルス幅が約５０〜１００ｎｓ（ナノ秒）をこえないかまたはさらに狭いいくつかのタイプのエキシマーレーザによるように、レーザパルスが非常に狭いとしても、単にパルスの立上がり端及び立下がり端が時間的に隔てられており、モノゴンまたはその他のビーム偏向器１２のコンポーネントの回転が連続であることから、立上がり端から立下がり端までの時間の間におこる、いくらかの「発散伸張」効果がある。すなわち、図５のコンポーネント配置によれば、レーザパルスの立上がり端はモノゴン５０が第１の回転角にあるときに第１の旋回ミラー４８に反射される。同じレーザパルスの立下がり端はモノゴン５０が、第１の回転角から僅かながら回転した、第２の回転角にあるときに反射される。この結果、変調出力パルス光ビームの幅を入力パルス光ビーム２２に対して増分拡張する、この効果による若干の発散が認められ得る。
【００２８】
本発明は、回転ビーム偏向素子の光振向け面を対応する回転ビーム再結合素子の光振向け面と共役させる光学系を用いて、受動態様で、発散伸張を含むビーム指向アーティファクトの問題に対処する。図６の側面図を参照すれば、本発明にしたがうビーム指向補正装置１００を用いるビーム発生装置３０の一実施形態が示されている。ここで、ビーム指向補正装置１００は変調チャネル６０ａ内にあって、変調器１８ａに、また変調器１８ａから、光を導く。このタイプの構成によれば、それぞれの変調チャネルがそれぞれ自体のビーム指向補正装置１００を有することになろう。
【００２９】
図７の略図は、光学的な折返しがない、図６に用いられるようなビーム指向補正装置１００の構成を示す。系として、レンズ１０２及び１０４を有するビーム指向補正装置１００は倍率１の望遠鏡の光学構成に似た無限焦点系である。モノゴン５０の光振向け面はレンズ１０２の前方焦平面にある。この光振向け面はレンズ１０４の後方焦平面にあるモノゴン５２の光振向け面と光学的に共役である。レンズ１０２と１０４の間の中心におかれた変調器１８の相対位置が、参考のため、隠れ線で示されているが、レンズ１０２と１０４の間のいかなる適当な位置も適するであろう。変調器１８に入る光は無変調パルス光ビーム２２であり、変調器１８を出る光は変調パルス光ビーム２０である。
【００３０】
ビーム指向補正装置１００はこれらの２つの光振向け面を倍率１で光学的に共役させ、入力ビーム及び出力ビームの平行状態を保つことによって動作する。図８Ａから８Ｄに示されるシーケンスは、そのままであればビーム指向アーティファクトを生じさせるであろう偏角光がこの構成によってどのように処理されるかを示す。図８Ａは、単一の変調チャネル６０について、ビーム指向補正方式を用いない理想的な系構成を示す。この場合、ビーム偏向素子及びビーム再結合素子として作用するモノゴンミラー５０及び５２は、レーザパルスが第１のモノゴン５２に当たるときに、完璧に位置合わせされている。得られた変調パルス光ビーム２０の出力変調パルスは次いで正しい場所にある、十字線で表された、ターゲットＴに向けられる。比較として、図８Ｂはモノゴンミラー５０，５２と入力レーザパルスの間に位置ずれがあると何がおこるかを示す。この場合、第１のモノゴン５０は図８Ａの理想光路から若干逸れた角でパルスを向ける。変調器１８における変調後、第２のモノゴンミラー５２もやはり逸れた角でパルスを向け、よって変調パルス光ビーム２０は、破線で示されるように、ターゲットから外れている。図８Ｃはビーム指向補正装置１００がどのようにはたらくかを示す。ここではレンズ１０２及び１０４により、第１のモノゴン５０の反射面を第２のモノゴン５２の反射面と光学的に共役させる、すなわち第１のモノゴンの反射面を第２のモノゴン５２の反射面に結像させることで、ビーム指向補正装置１００はビーム方向の若干の角誤差を補正する。この結果、変調パルス光ビーム２０は変わることなくターゲットに当たっている。
【００３１】
平行性も、本実施形態においてはビーム指向補正装置１００の、インナーフォーカス式、倍率１の望遠鏡構成によって保持される。図８Ｄが示すように、パルス光ビーム２２において入力された平行光線は、変調され、次いで変調パルス光ビーム２０において平行光線として出力される。
【００３２】
図６の屈折実施形態に用いられたレンズ１０２及び１０４の代替として湾曲反射光学コンポーネントを用いる、別の実施形態のビーム指向補正装置１００が図９に示される。変調チャネル６０は変調器１８及び、第１及び第２の中継球面ミラー１１０及び１１２を用いる、ビーム指向補正装置１００を有する。反射型回転楔１０８または等価なコンポーネントが、それぞれビーム偏向素子及びビーム再結合素子としてはたらく、反射面１１４及び１１６を有する。本図では厚さｔとして示される、反射面１１４と１１６の間隔は中継球面ミラー１１０及び１１２の焦点距離とミラーの折返し角によって決定される。第１の反射面１１４は第１の中継球面ミラー１１０から一焦点距離にある。同様に、第２の反射面１１６は第２の中継球面ミラー１１２から一焦点距離にある。変調器１８は本図では第１の中継球面ミラー１１０と第２の中継球面ミラー１１２の間の実質的に中心に、すなわち中継球面ミラー１１０及び１１２のそれぞれから一焦点距離の位置におかれて示される。しかし、中継ミラー１１０と１１２の間の光路に沿ういずれか他の地点に変調器１８を配置することが有利であり得る。
【００３３】
図１０の斜視図は、１０本の変調チャネル６０のそれぞれに反射型ビーム指向補正装置１００を備える、一実施形態のビーム発生装置３０を示す。変調チャネル６０の内の１本を通る光路が破線で示される。本構成において、本図では検流計作動コンポーネントとして示されるそれぞれの変調チャネル６０の変調器１８が第１の中継球面ミラー１１０に近接して配置される。旋回ミラー４８がパルス光ビーム２２をビーム発生装置３０内に導き、変調パルス光ビーム２０をビーム発生装置３０から外に導く。反射型楔１０８が回転して、パルス光ビーム２２をそれぞれの中継ミラー１１０に順次に向け、そこから対応するそれぞれの変調器１８に向ける。本実施形態において、変調器１８からの出力光、すなわち変調パルス光ビーム２０に対して補償板１２０が備えられる。ビーム２０は適切な中継湾曲ミラー１１２により反射型楔１０８に向けて戻される。そこから、光は出力光として振り向けるための旋回ミラー４８に進む。
【００３４】
それぞれの変調チャネル６０における一対の中継ミラー１１０及び１１２を用いる別形が図１１及び１２にそれぞれ断面図及び斜視図で示される。ここでは、それぞれの変調チャネル６０に対する中継ミラーとして、２つの同じ湾曲反射面１２４及び１２６が用いられる。一実施形態において、湾曲反射面１２４及び１２６は球面ミラー面であり、湾曲反射面１２４の曲率中心は湾曲反射面１２６の頂点にある。同様に、湾曲反射面１２６の曲率中心は湾曲反射面１２４の頂点にある。反射面１２４，１２６のそれぞれは、ビーム発生装置３０におけるレーザビームの出入りを可能にする、アパーチャ１２２を有する。あるいは、本実施形態のビーム発生装置３０内に、またビーム発生装置３０から外に、光を導くために旋回ミラーを用いることができるであろう。図１２には、変調器１８ｂを有する変調チャネル６０ｂを通る光路が示される。反射型楔１０８が先述のように軸Ｒを中心にして回転し、巡回態様で変調チャネルのそれぞれに順次に光を向ける。変調チャネルコンポーネントは軸Ｒを中心にして実質的に等角間隔で分散配置される。
【００３５】
図６〜１２に提示される実施形態が示すように、ビーム指向補償機能を提供することができる数多くの構成がある。本発明は、適する設計のビーム整形光学系、ビーム偏向素子及び変調素子が与えられれば、様々なレーザパワーレベルで用いることができる。一実施形態において、例えば、原パルスはエキシマーレーザから約１０ｍＪ（ミリジュール）/パルスで送り出される。パルスレーザ源のパルス幅は一般に、代表的パルス幅で一般に５０ｎｓ〜１００ｎｓの範囲にあって、周期（図１のｔ１）に比較して非常に狭い。
【００３６】
本明細書に示される例示実施形態からわかるように、本発明の装置及び方法によって、パルス光ビームのパルス毎変調を実施するために、複数の比較的低速なビーム強度変調器をアレイに配置して用いることが可能になる。これによって、個々のパルスのそれぞれの相対強度を制御することが可能になり、これはＵＶリソグラフィのような用途に対して明確な利点である。
【００３７】
パルス毎変調に加えて、本発明の装置及び方法によってもたらされる別の利点は改善されたパワー散逸に関する。少数のレーザパルスを多くの変調チャネルに巡回態様で向けることにより、変調コンポーネント及び支援光学系の寿命の延長に役立たせるために本発明を用いることができる。
【００３８】
本発明の装置の変調器１８として、ＡＯＭ素子，ＥＯＭ素子またはＬＣ素子、圧電アパーチャまたはサーボ作動アパーチャ、回転シャッターまたは他の手段で作動するシャッターを含むシャッター、圧電アクチュエータまたはサーボ素子またはボイスコイルで作動するスリット、検流計作動素子、あるいはその他の素子を含む、多くのタイプのビーム強度変調器のいずれも用いることができるであろう。例えば、電気光学変調器には、ポッケルセル素子、間隔可変ファブリ−ペロエタロン、半透過性メッシュ及び半透過性多孔板、半透過性または半反射性の光学コーティングまたは光学面、バルク吸収性光学材料、及び可動ブレードまたは可動シャッターのような機械的機構を含めることができる。アッテネータ素子を傾けることにより、また固定素子を交換するかまたは透過率勾配を有する素子をパルス光路にかけて平行移動させることによって、可変透過率を得るため、誘電体膜のような、光学コーティングを用いることができる。段階的減衰制御または連続可変制御を用いることができるであろう。減衰の離散間隔は、一次関数的または対数関数的とすることができ、あるいは別の出力対入力特性を有することができる。
【００３９】
本発明の装置を主にビーム偏向器１２及びビーム結合器４０が反射型である実施形態について説明したが、別の光偏向手段を用いることができる。例えば、先に図４Ｂに与えられた例を参照すれば、ビーム偏向器１２及びビーム結合器４０のいずれにも屈折型素子を用いることができる。ビーム指向補正を備えるため、屈折型光偏向器はビーム指向補正装置１００の光学系と共役になる等価屈折平面を有するであろう。光偏向のためのまた別形として、回折型偏向器を用いることもできよう。そのような実施形態は、入り光に直交する軸を中心にして回転する回折格子または同様の回折型偏向器のバランスをとることは、回転プリズムまたは傾斜ミラーのバランスをとることよりもかなり容易であり得るから、機構的に有利になり得る。そのような回折素子を用いる場合、実効偏向平面はビーム指向補正装置１００の光学系と光学的に共役になるであろう。
【００４０】
本発明をその好ましい実施形態のいくつかを特に参照して詳細に説明したが、上述したような、また添付される特許請求の範囲に述べられるような、本発明の範囲を逸脱せずに、本発明の範囲内で変形及び改変が実施できることが、当業者には理解されるであろう。例えば、レーザ源自体をエキシマーレーザまたは何か別のタイプの高周波源とすることができるであろう。レーザ１６は、Ｑスイッチ型またはモードロック型の周波数４逓倍ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザのような、固体パルスレーザとすることができるであろう。本発明の装置に用いられるようなパルス光ビームの巡回的な振向け及び再結合のための、ビーム偏向素子としてのビーム偏向器１２及び、これと同期して回転する、ビーム再結合素子としてのビーム結合器４０の提供には数多くの選択肢がある。これらには、例えば、回転屈折型ポリゴン、回転モノゴン、またはその他の可回転屈折素子がある。
【００４１】
以上のように、パルス毎にパワーが可変のパルス光出力を得るための、ビーム指向アーティファクトの受動光学補償を有する、装置及び方法が提供される。
【符号の説明】
【００４２】
１０    パルス光ビーム
１２    ビーム偏向器
１６    レーザ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ    光変調器
２０    変調パルス光ビーム
３０    ビーム発生装置
４０    ビーム再結合器
１００    ビーム指向補正装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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