(57)【要約】【課題】レーザ光のパワーを大きく変動させることなく、スペクトル線幅を調節する。【解決手段】光の一部を反射するミラーとグレーティングとを備えた光共振器と、前記光共振器内に設けられたレーザゲイン媒質が入れられておりレーザ光を出射するレーザチャンバと、前記光共振器内に設けられた前記レーザ光の損失を調節する光損失調節機構と、前記光共振器内に設けられた前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するスペクトル線幅調節機構と、を備えてもよい。【選択図】図１
2013247240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の一部を反射するミラーとグレーティングとを備えた光共振器と、
電源と、前記光共振器内に設けられたレーザゲイン媒質とによりレーザ光を出射するレーザチャンバと、
前記光共振器内に設けられた前記レーザ光の損失を調節するように構成された光損失調節機構と、
前記光共振器内に設けられた前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するように構成されたスペクトル線幅調節機構と、
を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記光損失調節機構は、第１のミラー、第２のミラー、第３のミラー、第４のミラー及びリニアステージを備えており、
前記第１のミラーに入射した前記レーザ光は、前記第１のミラー、前記第３のミラー、前記第４のミラー、前記第２のミラーの順に反射されるように配置されたものであって、
前記第３のミラー及び前記第４のミラーは前記リニアステージに設置されており、
前記リニアステージは前記第１のミラーと前記第３のミラーの間隔及び前記第４のミラーと前記第２のミラーの間隔を調節するように構成されたことによりレーザ光の損失を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記光損失調節機構は、部分透過素子を備えており、
前記部分透過素子は、それらへ入射する前記レーザ光の入射角度を変化させるように構成されたことにより、前記部分透過素子を透過するレーザ光の損失を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光損失調節機構は、第１のスリット部材及び第２のスリット部材を備えており、
前記第１のスリット部材と前記第２のスリット部材は、それらの間隔を調節するように構成されたことにより、前記第１のスリット部材と前記第２のスリット部材との間を通過するレーザ光の損失を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光共振器内には、前記レーザ光の波面を調節する波面調節機構が設けられており、
前記波面調節機構は、平凹シリンドリカルレンズと平凸シリンドリカルレンズとを備えており、
前記平凹シリンドリカルレンズの凹面と前記平凸シリンドリカルレンズの凸面とが対向するように設置されている請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記スペクトル線幅調節機構は、ビーム幅拡大プリズムと分散プリズムとを備えており、
前記レーザ光の光路に前記ビーム幅拡大プリズムが設置されている状態と、前記分散プリズムが設置されている状態とを切替えるように構成されたことにより、前記レーザ光のスペクトル線幅を調節する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記スペクトル線幅調節機構は、第１のプリズム及び第２のプリズムを備えており、
前記第１のプリズムに入射したレーザ光は、前記第１のプリズムを透過した後、前記第２のプリズムに入射し、前記第２のプリズムを透過した後、前記グレーティングに入射するように構成されたものであって、
前記レーザ光が前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムに入射する角度を調節するように構成されたことにより、前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記光損失調節機構及び前記スペクトル線幅調節機構は一体化されており、
ビーム幅拡大プリズムと第１のミラー、第２のミラー、第３のミラー及び第４のミラーとを備えており、
前記レーザ光の光路に前記ビーム幅拡大プリズムが設置されている状態と、前記第１のミラー、前記第２のミラー、前記第３のミラー、前記第４のミラーが設置されている状態とを切替えるように構成された請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記光損失調節機構及び前記スペクトル線幅調節機構は一体化されており、
ビーム幅拡大プリズムと分散プリズムとを備えており、
前記レーザ光の光路に前記ビーム幅拡大プリズムが設置されている状態と、前記分散プリズムが設置されている状態とを切替えるように構成されたことにより前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するものであって、
前記レーザ光が前記ビーム幅拡大プリズムに入射する位置を調節するように構成されたことにより、前記レーザ光の損失を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記光損失調節機構及び前記スペクトル線幅調節機構は一体化されており、
ビーム幅拡大プリズムと分散プリズムとを備え、前記分散プリズムにおける前記レーザ光が入射する面には部分反射膜が形成されており、
前記レーザ光の光路に前記ビーム幅拡大プリズムが設置されている状態と、前記分散プリズムが設置されている状態とを切替えるように構成されたことにより前記レーザ光のスペクトル線幅を調節する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記光損失調節機構及び前記スペクトル線幅調節機構は一体化されており、
第１のプリズム及び第２のプリズムを備え、前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムにおける前記レーザ光が入射する面には部分反射膜が形成されており、
前記第１のプリズムに入射したレーザ光は、前記第１のプリズムを透過した後、前記第２のプリズムに入射し、前記第２のプリズムを透過した後、前記グレーティングに入射するように配置されたものであって、
前記レーザ光が前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムに入射する角度を調節するように構成されたことにより、前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するものである請求項１に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
【０００３】
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウエハには水中において波長１３４ｎｍの波長に相当する紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、これらの投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Line  Narrow  Module）が設けられ、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０８８７５８号明細書
【特許文献２】米国特許第７１５４９２８号明細書
【概要】
【０００６】
レーザ装置は、光の一部を反射するミラーとグレーティングとを備えた光共振器と、前記光共振器内に設けられたレーザゲイン媒質が入れられておりレーザ光を出射するレーザチャンバと、前記光共振器内に設けられた前記レーザ光の損失を調節する光損失調節機構と、前記光共振器内に設けられた前記レーザ光のスペクトル線幅を調節するスペクトル線幅調節機構と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】本開示のレーザ装置の構造図
【図２】本開示のレーザ装置の動作を説明するフローチャート（１）
【図３】本開示のレーザ装置の動作を説明するフローチャート（２）
【図４】本開示のレーザ装置の動作を説明するフローチャート（３）
【図５】本開示のレーザ装置の動作を説明するフローチャート（４）
【図６】本開示のレーザ装置における光共振器部分の説明図
【図７】本開示のレーザ装置における他の光共振器部分の説明図
【図８】光損失調節機構である光路長調節機構の説明図
【図９】光損失調節機構である透過率調節機構の説明図
【図１０】光損失調節機構であるスリット幅調節機構の説明図
【図１１】波面調節機構の説明図
【図１２】スペクトル線幅調節機構の説明図（１）
【図１３】スペクトル線幅調節機構の説明図（２）
【図１４】スペクトル線幅調節機構の説明図（３）
【図１５】スペクトル線幅調節機構と光損失調節機構とを組み合わせたものの説明図（１）
【図１６】スペクトル線幅調節機構に光損失調節機構の機能をもたせたものの説明図
【図１７】スペクトル線幅調節機構と光損失調節機構とを組み合わせたものの説明図（２）
【図１８】スペクトル線幅調節機構と光損失調節機構とを組み合わせたものの説明図（３）
【実施形態】
【０００８】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【０００９】
目次
１．用語の説明
２．露光装置用のスペクトル線幅可変レーザ装置
２．１  構成
２．２  動作
２．３  作用
２．４  フローチャート
３．スペクトル線幅可変レーザ装置の光共振器
４．光損失調節機構の実施形態
４．１  光路長調節機構
４．２  透過率調節機構
４．３  スリット幅調節機構
５．波面調節機構
６．スペクトル線幅調節機構
７．スペクトル線幅調節機構と光損失調節機構の組合せ
７．１  光路長調節機構との組合せ
７．２  透過率調節機構との組合せ
８．増幅装置を含むスペクトル可変レーザ装置
【００１０】
１．用語の説明
最初に、本開示において使用される用語について、以下のように定義する。近年、通常の回路パターンと深いスルーホールの回路パターンを露光する場合に、それぞれ、狭いスペクトル幅（約０．３ｐｍ）と広いスペクトル線幅（約１．５ｐｍ）で切り替えて露光する場合がある。本開示では、深いスルーホールの回路パターンを露光するために、上記のような広いスペクトル線幅のレーザ光を出力する場合をＦＤ（Focus  Drilling）モードと定義する。狭いスペクトル線幅のレーザ光を出力する場合を通常モードと定義する。
【００１１】
２．露光装置用のスペクトル線幅可変レーザ装置
ところで、ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて製造される半導体装置には、多層配線が形成されるものがある。このような多層配線が形成される半導体装置においては、通常の配線パターンを形成する際は、スペクトル幅が狭い方が好ましく、ビア等を形成する際には、スペクトル幅が広い方が好ましい。よって、ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、スペクトル幅の制御が重要となる。
【００１２】
ここで、スペクトル線幅を大きく変化させると、レーザの出力光エネルギが大きく変化してしまうため、パルスエネルギを露光に適した所定の値にするために、励起強度を調節する必要があった。また、放電励起式エキシマレーザの場合は、過大なレーザ出力光エネルギを下げる場合、励起強度を弱くするために、充電電圧を低くすると、放電が不安定となり、パルスエネルギの安定性が悪化していた。
【００１３】
２．１  構成
図１に本開示の一態様である露光装置用のスペクトル線幅を可変できるレーザ装置（以下、スペクトル線幅可変レーザ装置と記載する場合がある）１０を示す。このスペクトル線幅可変レーザ装置１０は、一般的にスペクトルを制約するためのグレーティング１１、スペクトル線幅を調節するためのスペクトル線幅調節機構１２、共振器内部におけるレーザ光量をほぼ一定に保持するための光損失調節機構１３を備えていてもよい。この光損失調節機構１３は、レーザ共振器内の光損失を調節することにより、レーザ光の光量を調節し、共振器内部におけるレーザ光量をほぼ一定に保持することができるものであってもよい。
【００１４】
また、このスペクトル線幅可変レーザ装置１０は、放電励起を行うためにレーザ媒質であるエキシマガスを封入されているレーザチャンバ２０を備えており、レーザチャンバ２０に光を入射または出射させるためのウインド２１及び２２を備えていてもよい。レーザ媒質は、例えば、ＫｒガスおよびＡｒガスのいずれか一方、更にＦ２ガス、Ｎｅガスを含む混合ガスであってもよい。また、レーザチャンバ２０内には電極２３及び２４が設けられており、電源２５より電極２３及び２４を介し、エキシマガスに高電圧を印加することができるものであってもよい。また、レーザ光の出力側には、出力結合ミラー３０を備えていてもよく、出力結合ミラー３０とグレーティング１１により共振器が形成されていてもよい。
【００１５】
また、このスペクトル線幅可変レーザ装置１０は、第１のビームスプリッタ３１、エネルギ検出器３２、第２のビームスプリッタ３３、スペクトル線幅検出器３４、シャッタ３５を備えていてもよい。第１のビームスプリッタ３１はレーザ光のエネルギを検出するために出力光の一部を分離するためのものであり、エネルギ検出器３２はレーザ光のエネルギを検出するためのものであってもよい。また、第２のビームスプリッタ３３はレーザ光の線幅を検出・制御するために出力光の一部を分離するためのものであり、スペクトル線幅検出器３４はレーザ光のスペクトル幅を検出するためのものであってもよい。また、シャッタ３５は、露光装置１００に所望される特性のレーザ光が得られるまでの調整を行うための「調節発振」の間に、露光装置１００に不要なレーザ光を入射させないためのものであってもよい。
【００１６】
更に、このスペクトル線幅可変レーザ装置１０は、制御部４０を備えており、シャッタ３５の開閉、電源２５より電極２３及び２４間に印加される電圧、スペクトル線幅調節機構１２、光損失調節機構１３の制御を行うものであってもよい。制御部４０によるこれらの制御は、露光装置１００内に設けられたコントローラ１０１から送受信される信号または、スペクトル線幅可変レーザ装置１０自身で検出されたスペクトル線幅やエネルギによる信号に基づき行なわれるものであってもよい。
【００１７】
２．２  動作
次に、このスペクトル線幅可変レーザ装置１０の動作について、制御部４０による制御に基づき説明する。
【００１８】
制御部４０は、露光装置１００のコントローラ１０１から制御部４０が目標のスペクトル線幅を受信すると、シャッタ３５に閉じる信号を送信してもよい。尚、シャッタ３５を閉じた場合には、後述する制御により所望の特性が得られた段階で、シャッタ３５を開くものであってもよい。
【００１９】
また、制御部４０は、記憶データに基づき、レーザ出力光のスペクトル線幅が目標のスペクトル線幅となるように、スペクトル線幅調節機構１２を制御する信号を送信してもよい。また、調節発振において、スペクトル線幅検出器３４により検出されたスペクトル幅に応じて、目標のスペクトル線幅に近いスペクトル線幅でレーザ光が出力されるように、スペクトル線幅調節機構１２を制御するものであってもよい。
【００２０】
また、制御部４０は、記憶データに基づき、励起強度（電源２５より印加される電圧）が所定の範囲内であって、且つレーザ出力光エネルギが目標のエネルギとなるように、光損失調節機構１３を制御する信号を送信するものであってもよい。「電源２５より印加される電圧が所定の範囲内」とは、放電の不安定性に起因するパルスエネルギの安定性悪化の少ない電圧値の範囲内という意味である。また、調節発振において、エネルギ検出器３２により検出されたエネルギに応じて、目標のエネルギに近いエネルギでレーザ光が出力されるように、光損失調節機構１３を制御するものであってもよい。
【００２１】
また、所望の特性のレーザ出力光が確保できた場合には、制御部４０から露光装置１００のコントローラ１０１へ「露光準備完了」の旨の信号を送信するものであってもよい。尚、明示はしないが、レーザ光の波長についても同様の制御を行ってもよい。
【００２２】
２．３  作用
このスペクトル線幅可変レーザ装置１０は、露光装置１００のコントローラ１０１から目標のスペクトル線幅に関する信号を受信すると、レーザ光が目標のスペクトル線幅及びエネルギとなるように、光損失調節機構１３及びスペクトル線幅調節機構１２を制御するものであってもよい。これによって、スペクトル線幅を大きく変化させた場合のパルスエネルギを所定の値にするために、励起強度を調節するのではなく光損失調節機構１３を調節することになる。従って駆動電圧の変動範囲は、パルスエネルギの安定性が良好である範囲内に抑制されるため、スペクトル線幅を大きく変化させても、スペクトル線幅可変レーザ装置１０の出力を安定させることができる。
【００２３】
２．４  フローチャート
次に、本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置の動作について、一例として図２に基づき説明する。
【００２４】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、露光準備ＮＧ信号が制御部４０よりシャッタ３５に送信されてもよい。
【００２５】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、シャッタ３５が閉じられてもよい。
【００２６】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、露光装置１００のコントローラ１０１から目標スペクトル線幅に関する信号を制御部４０が受信してもよい。
【００２７】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、電源２５より電極２３及び２４に印加される電圧が所定の電圧となるように設定してもよい。ここで所定の電圧とは、例えば、放電の不安定性に起因するパルスエネルギの安定性悪化の少ない範囲内の電圧であってもよい。
【００２８】
次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、電源２５より電極２３及び２４に所定の電圧を印加し、レーザチャンバ２０内のエキシマガスを放電励起しレーザ発振させてもよい。
【００２９】
次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、スペクトル線幅を調節するためのスペクトル線幅調節発振サブルーチンを行なってもよい。このスペクトル線幅調節発振サブルーチンの詳細については、後述する図３において説明する。
【００３０】
次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、エネルギを調節するためのエネルギ調節発振サブルーチンを行なってもよい。このエネルギ調節発振サブルーチンの詳細については、後述する図４において説明する。
【００３１】
次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、露光準備ＯＫ信号を制御部４０よりシャッタ３５に送信してもよい。
【００３２】
次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）において、シャッタ３５を開いてもよい。
【００３３】
次に、ステップ１２０（Ｓ１２０）において、スペクトル線幅を制御するためのスペクトル線幅制御サブルーチンを行なってもよい。このスペクトル線幅制御サブルーチンの詳細については、後述する図５において説明する。
【００３４】
次に、ステップ１２２（Ｓ１２２）において、制御部４０等において、スペクトル線幅検出器３４において検出されたスペクトル線幅が許容範囲内であるか否かを判断してもよい。スペクトル線幅検出器３４において検出されたスペクトル線幅が許容範囲内にある場合には、ステップ１２６に移行してもよい。一方、スペクトル線幅検出器３４において検出されたスペクトル線幅が許容範囲内にはない場合には、ステップ１２４に移行してもよい。
【００３５】
次に、ステップ１２４（Ｓ１２４）において、レーザ発振を停止させてもよい。具体的には、制御部４０等の制御により、電源２５から電極２３及び２４への電圧の印加を停止することによりレーザ発振を停止させてもよい。この後、ステップ１０２に移行してもよい。
【００３６】
次に、ステップ１２６（Ｓ１２６）において、露光装置１００のコントローラ１０１より制御部４０等に目標スペクトル線幅の変更があったか否かを判断してもよい。露光装置１００より制御部４０等に目標スペクトル線幅の変更があった場合には、ステップ１２４に移行してもよい。一方、露光装置１００より制御部４０に目標スペクトル線幅の変更がなかった場合には、ステップ１２８に移行してもよい。
【００３７】
次に、ステップ１２８（Ｓ１２８）において、露光装置１００からの発振停止信号を制御部４０等が受信したか否かを判断してもよい。露光装置１００からの発振停止信号を制御部４０等が受信した場合には、このフローチャートは終了してもよい。一方、露光装置１００からの発振停止信号を制御部４０等が受信しなかった場合には、ステップ１２０に移行してもよい。
【００３８】
次に、ペクトル線幅調節発振サブルーチンについて、一例として図３に基づき説明する。
【００３９】
最初に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、スペクトル線幅検出器３４により、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷを検出してもよい。
【００４０】
次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、制御部４０等により、スペクトル線幅検出器３４により検出されたスペクトル線幅ＢＷとスペクトル線幅の目標値ＢＷｔとの差ΔＢＷを算出してもよい。
【００４１】
次に、ステップ２１６（Ｓ２１６）において、制御部４０による制御により、そのΔＢＷの値が小さくなるように、スペクトル線幅調節機構１２を調節してもよい。具体的には、制御部４０よりスペクトル線幅調節機構１２に、差ΔＢＷが小さくなるような信号を送信することにより、スペクトル線幅調節機構１２の調節を行ってもよい。調節の具体的内容は後述する。
【００４２】
次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、制御部４０等により、スペクトル線幅調節機構１２による調節が行なわれた後、スペクトル線幅検出器３４により検出されたスペクトル線幅が許容範囲内にあるか否かを判断してもよい。この判断はΔＢＷの値が予め定められた範囲内か否かの判断であってもよい。スペクトル線幅調節機構１２による調節後のスペクトル線幅が許容範囲内にある場合には、スペクトル線幅調節発振サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻り、図２に示されるフローチャートのステップ１１４に移行してもよい。一方、スペクトル線幅調節機構１２による調節後のスペクトル線幅が許容範囲内にはない場合には、ステップ２１２に移行してもよい。
【００４３】
これにより、レーザ光のスペクトル線幅を許容範囲内の値にすることができるものであってもよい。
【００４４】
次に、エネルギ調節発振サブルーチンについて、一例として図４に基づき説明する。
【００４５】
最初に、ステップ２３２（Ｓ２３２）において、エネルギ検出器３２により、レーザ光のエネルギＥを検出してもよい。
【００４６】
次に、ステップ２３４（Ｓ２３４）において、制御部４０等により、エネルギ検出器３２により検出されたエネルギＥとエネルギの目標値Ｅｔとの差ΔＥを算出してもよい。
【００４７】
次に、ステップ２３６（Ｓ２３６）において、制御部４０による制御により、そのΔＥの値が小さくなるように、光損失調節機構１３の調節を行ってもよい。具体的には、制御部４０より光損失調節機構１３に、差ΔＥが小さくなるような信号を送信することにより、光損失調節機構１３の調節を行ってもよい。
【００４８】
次に、ステップ２３８（Ｓ２３８）において、制御部４０等により、光損失調節機構１３による調節を行なった後、エネルギ検出器３２により検出されたエネルギが許容範囲内にあるか否かを判断してもよい。この判断はΔＥの値が予め定められた範囲内か否かの判断であってもよい。光損失調節機構１３による調節後のエネルギが許容範囲内にある場合には、エネルギ調節発振サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻り、図２に示されるフローチャートのステップ１１６に移行してもよい。一方、光損失調節機構１３による調節後のエネルギが許容範囲内にはない場合には、ステップ２３２に移行してもよい。
【００４９】
これにより、レーザ光のエネルギを許容範囲内の値にすることができるものであってもよい。
【００５０】
次に、図５に基づきスペクトル線幅制御サブルーチンについて説明する。
【００５１】
最初に、ステップ２５２（Ｓ２５２）において、制御部４０等が露光装置１００のコントローラ１０１からのレーザ発振トリガ信号を受信したか否かを判断してもよい。制御部４０等が露光装置１００からのレーザ発振トリガ信号を受信した場合には、ステップ２５４に移行してもよい。一方、制御部４０等が露光装置１００のコントローラ１０１からのレーザ発振トリガ信号を受信していない場合には、再びステップ２５２の最初に戻ってもよい。
【００５２】
次に、ステップ２５４（Ｓ２５４）において、スペクトル線幅検出器３４により、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷを検出してもよい。
【００５３】
次に、ステップ２５６（Ｓ２５６）において、制御部４０等により、スペクトル線幅検出器３４により検出されたスペクトル線幅ＢＷとスペクトル線幅の目標値ＢＷｔとの差ΔＢＷを算出してもよい。
【００５４】
次に、ステップ２５８（Ｓ２５８）において、制御部４０による制御により、そのΔＢＷの値が小さくなるように、スペクトル線幅調節機構１２を調節してもよい。具体的には、制御部４０よりスペクトル線幅調節機構１２に、差ΔＢＷが小さくなるような信号を送信することにより、スペクトル線幅調節機構１２の調節を行ってもよい。調節の具体的内容は後述する。この後、スペクトル線幅制御サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻り、図２に示されるフローチャートのステップ１２２に移行してもよい。
【００５５】
これにより、レーザ光のスペクトル線幅を許容範囲内の値にすることができるものであってもよい。
【００５６】
３．スペクトル線幅可変レーザ装置の光共振器
本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置の光共振器部分について、図６に基づき説明する。図６（ａ）は、本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置の光共振器部分を上面側から見た図であり、図６（ｂ）は側面側から見た図である。
【００５７】
本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置においては、光共振器となるグレーティング１１と出力結合ミラー３０との間に、スペクトル線幅調節機構１２及び光損失調節機構１３を配置してもよい。更には、スペクトル線幅調節機構１２及び光損失調節機構１３は、グレーティング１１とレーザチャンバ２０との間に配置されるものであってもよい。また、スペクトル線幅調節機構１２としては、レーザ光のビームの拡大率Ｍを調節するビーム拡大率調節機構を用いてもよい。スペクトル線幅Δλは、拡大率Ｍに略反比例するため、ビーム拡大率調節機構により出力されるレーザ光のスペクトル線幅を調節することができるものであってもよい。
【００５８】
光損失調節機構１３は、光共振器となるグレーティング１１と出力結合ミラー３０との間に配置されるものであってもよい。上記拡大率Ｍを小さくすると、グレーティング１１によって回折されて光共振器に戻されるレーザ光のエネルギが大きくなるので、励起強度が同じ場合は、レーザの出力は増大するものであってもよい。そこで、光損失調節機構１３によって、光損失をレーザの出力が許容範囲内に入るように増加させてもよい。また、出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭くする必要がある場合には、スペクトル線幅調節機構１２によって拡大率Ｍを大きくし、光損失調節機構１３の光損失を減少させてもよい。
【００５９】
また、本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置は、図７に示されるように、光共振器となるグレーティング１１と出力結合ミラー３０との間に、更に、波面調節機構１４を備えたものであってもよい。このスペクトル線幅可変レーザ装置においては、波面調節機構１４によって、光共振器中のレーザ光の波面を調節することによって、グレーティング１１に入射するレーザ光の波面の曲率が変化するものであってもよい。その結果、グレーティング１１における波長選択特性が変化するものであってもよい。尚、波面調節機構１４としては、シリンドリカルレンズ等を組み合わせたものを用いてもよい。
【００６０】
また、この波面調節機構１４とスペクトル線幅調節機構１２の拡大率Ｍを変化させることを組合せることによって、スペクトル線幅の可変範囲を広くすることが可能となるものであってもよい。光損失調節機構１３は光共振器中に配置されていればどこでもよい。光損失調節機構１３の損失は、同じ励起強度で出力されるレーザ光のエネルギが略同じとなるように調節してもよい。
【００６１】
４．光損失調節機構の実施形態
４．１  光路長調節機構
次に、光損失調節機構１３となる光路長調節機構について図８に基づき説明する。この光路長調節機構は、第１の高反射ミラー２０１、第２の高反射ミラー２０２、第３の高反射ミラー２０３、第４の高反射ミラー２０４を備えており、第３の高反射ミラー２０３及び第４の高反射ミラー２０４は、リニアステージ２１０に設置されていてもよい。この光路長調節機構においては、第１の高反射ミラー２０１に入射した光は、第１の高反射ミラー２０１、第３の高反射ミラー２０３、第４の高反射ミラー２０４、第２の高反射ミラー２０２の順に反射されて出射されるものであってもよい。この光路長調節機構では、リニアステージ２１０を矢印Ａに示す方向に移動させることにより、第１の高反射ミラー２０１と第３の高反射ミラー２０３との間隔及び第２の高反射ミラー２０２と第４の高反射ミラー２０４との間隔を調節するものであってもよい。このように第１の高反射ミラー２０１と第３の高反射ミラー２０３との間隔及び第２の高反射ミラー２０２と第４の高反射ミラー２０４との間隔を調節することにより、レーザの光路長を調節することができるものであってもよい。レーザ共振器内の光路長は光損失と相関性を有し、従ってレーザ出力エネルギ値はレーザ共振器内の光路長の影響を受けることがある。よって、図８に示される光路長調節機構においては、このように光路長を調節することにより、光損失を調節することができるものであってもよい。
【００６２】
４．２  透過率調節機構
次に、光損失調節機構１３となる透過率調節機構について図９に基づき説明する。この透過率調節機構は、板状の第１の部分透過素子２２１及び板状の第２の部分透過素子２２２、第１の部分透過素子２２１を回転させる第１の回転ステージ２３１、第２の部分透過素子２２２を回転させる第２の回転ステージ２３２を備えているものであってもよい。各回転方向は、部分透過素子の光入射面に略直交する仮想的な軸を回転中心とする方向である。第１の部分透過素子２２１及び第２の部分透過素子２２２は、入射した光の一部を透過するものであってもよい。
【００６３】
この透過率調節機構では、第１の回転ステージ２３１及び第２の回転ステージ２３２を回転させることにより、第１の部分透過素子２２１及び第２の部分透過素子２２２を透過する光の透過率を調節することができるものであってもよい。第１の部分透過素子２２１及び第２の部分透過素子２２２は、レーザ光を透過する基板に多層膜をコートしたものであってもよい。このように、透過率調節機構は、第１の回転ステージ２３１及び第２の回転ステージ２３２を回転させ、レーザ光の入射角度を変化させることにより、透過率を変化させることができるものであってもよい。また、第１の回転ステージ２３１及び第２の回転ステージ２３２は、第１の部分透過素子２２１及び第２の部分透過素子２２２に入射するレーザ光の入射角度が同じ角度になるように、回転角度が制御されるものであってもよい。
【００６４】
４．３  スリット幅調節機構
次に、光損失調節機構１３となるスリット幅調節機構について図１０に基づき説明する。このスリット幅調節機構は、第１のスリット部材２５１及び第２のスリット部材２５２と、第１のスリット部材２５１を可動する第１のリニアステージ２６１と、第２のスリット部材２５２を可動する第２のリニアステージ２６２とを備えていてもよい。尚、スリット２５０は、第１のスリット部材２５１及び第２のスリット部材２５２により形成されているものであってもよい。このスリット幅調節機構では、第１のステージ２６１と第２のステージ２６２とにより、第１のスリット部材２５１と第２のスリット部材２５２との間隔を狭めたり広げたりすることによりスリット幅を調節することができるものであってもよい。また、このスリット幅調節機構は、レーザの光共振器内、例えば、出力結合ミラー３０とレーザチャンバ２０との間、レーザチャンバ２０とスペクトル線幅調節機構１２との間等に設置してもよい。
【００６５】
５．波面調節機構
次に、図１１に基づき波面調節機構１４について説明する。図１１（ａ）は波面調節機構１４の上面図であり、図１１（ｂ）は側面図である。図１１に示される波面調節機構１４は、平凹シリンドリカルレンズ２７１と平凸シリンドリカルレンズ２７２とを備えていてもよい。平凹シリンドリカルレンズ２７１及び平凸シリンドリカルレンズ２７２は、中心軸がレーザ共振器内の光路上に位置するように、また機械軸がグレーティング１１の波長分散面に対して略垂直になるように配置されていてもよい。尚、図１１に示されるように、平凸シリンドリカルレンズ２７２の平面側には、レーザ光の一部を反射する部分反射膜２７３が形成されているものであってもよい。これにより、図７に示される出力結合ミラー３０を不要とすることができる。また、平凸シリンドリカルレンズ２７２の平面側に部分反射膜２７３を形成しない構造のものであってもよく、この構造のものを用いた場合には、図７に示される出力結合ミラー３０を用いてもよい。平凹シリンドリカルレンズ２７１は移動プレート２８３の上面に固定されていてもよい。移動プレート２８３は１軸ステージ２８４に形成されたリニアガイド２８５に沿って図１１ａに示す矢印方向へ移動自在であってもよい。１軸ステージ２８４はリニアガイド２８５の延在方向が光軸と平行になるように配置されていてもよい。
【００６６】
移動プレート２８３の一側面には凸状に突き出た凸部２８３ａが形成されており、凸部２８３ａの正面にはＰＺＴ素子２８８の一端が当接し、凸部２８３ａの背面には突起部２８７の頭部が当接していてもよい。ＰＺＴ素子２８８の他端にはパルスモータ２８６の頭部が当接していてもよい。パルスモータ２８６およびＰＺＴ素子２８８はリニアガイド２８５の延在方向に伸縮自在であり、伸張によって凸部２８３ａに対して突起部２８７方向の押圧力を与えるものであってもよい。また、突起部２８７はリニアガイド２８５の延在方向に伸縮自在のバネが頭部に接続されており、このバネによって凸部２８３ａに対してパルスモータ２８６およびＰＺＴ素子２８８方向の付勢力を与えるものであってもよい。従って、パルスモータ２８６およびＰＺＴ素子２８８は制御部４０等から送信される指令値に応じた動作信号を入力することによって伸縮し、それにともない移動プレート２８３はリニアガイド２８５に沿って移動するものであってもよい。
【００６７】
平凸シリンドリカルレンズ２７２のレーザチャンバ２０に近い側の面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされ、出射面（レーザチャンバ２０から遠い側の面）には部分反射（ＰＲ）膜がコーティングされていてもよい。平凹シリンドリカルレンズ２７１は両面に反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされていてもよい。
【００６８】
６．スペクトル線幅調節機構
次に、スペクトル線幅調節機構１３について、図１２及び図１３に基づき説明する。尚、図１２は通常モードで露光を行なう場合を示すものであり、図１３はＦＤモードで露光を行なう場合を示す。このスペクトル線幅調節機構１３は、第１のビーム幅拡大プリズム３１１、第２のビーム幅拡大プリズム３１２、第３のビーム幅拡大プリズム３１３、第４のビーム幅拡大プリズム３１４を備えており、更に、分散プリズム３２０を備えていてもよい。第２のビーム幅拡大プリズム３１２と分散プリズム３２０とは、移動プレート３３０上に設置されていてもよい。スペクトル線幅調節機構１３においては、制御部４０による制御により、図中の矢印方向へリニアステージ３３１を駆動することにより、レーザ光路における所望の位置に、第２のビーム幅拡大プリズム３１２または分散プリズム３２０を移動させることができるものであってもよい。
【００６９】
また、スペクトル線幅調節機構１３は、図１４に示す構造のビーム拡大率調節機構であってもよい。スペクトル線幅調節機構は、プリズムの回転角度を変化させてグレーティング１１に入射するビームの拡大率を調節することにより、グレーティング１１に入射するビームの広がりが調節されるため、スペクトル幅を調節することができるものであってもよい。
【００７０】
このスペクトル線幅調節機構では、第１のプリズム３４２は第１の回転プレート３５１に固定され、第１の回転プレート３５１は第１の回転ステージ３５２に軸支されてもよい。第１の回転プレート３５１の側面には凸状に突き出た凸部３５１ａが形成されており、凸部３５１ａの正面にはＰＺＴ素子３５５の一端が当接し、凸部３５１ａの背面には突起部３５４の頭部が当接していてもよい。ＰＺＴ素子３５５の他端にはパルスモータ３５３の頭部が当接していてもよい。パルスモータ３５３又はＰＺＴ素子３５５は伸張によって凸部３５１ａに対して突起部３５４方向の押圧力を与えるものであってもよい。また、突起部３５４は伸縮自在のバネが頭部に接続されており、このバネによって凸部３５１ａに対してパルスモータ３５３およびＰＺＴ素子３５５方向の付勢力を与えるものであってもよい。従って、パルスモータ３５３又はＰＺＴ素子３５５の伸縮によって第１の回転プレート３５１が回転するものであってもよい。
【００７１】
第２のプリズム３４３は第２の回転プレート３５６に固定されているが、その構造は第１のプリズム３４２が第１の回転プレート３５１に固定される構造と同様の構造のものであってもよい。具体的には、第２の回転プレート３５６は第２の回転ステージ３５７に軸支されてもよい。第２の回転プレート３５６の側面には凸状に突き出た凸部３５６ａが形成されており、凸部３５６ａの正面にはＰＺＴ素子３６０の一端が当接し、凸部３５６ａの背面には突起部３５９の頭部が当接していてもよい。ＰＺＴ素子３６０の他端にはパルスモータ３５８の頭部が当接していてもよい。パルスモータ３５８又はＰＺＴ素子３６０は伸張によって凸部３５６ａに対して突起部３５９方向の押圧力を与えるものであってもよい。また、突起部３５９は伸縮自在のバネが頭部に接続されており、このバネによって凸部３５６ａに対してパルスモータ３５８およびＰＺＴ素子３６０方向の付勢力を与えるものであってもよい。従って、パルスモータ３５８又はＰＺＴ素子３６０の伸縮によって第２の回転プレート３５６が回転するものであってもよい。
【００７２】
スペクトル線幅を調節する場合は、レーザの発振波長が変化しないようにしつつ、パルスモータ３５３又はＰＺＴ素子３５５を調節して第１の回転プレート３５１および第１のプリズム３４２を回転させるものであってもよい。同様に、パルスモータ３５８又はＰＺＴ素子３６０を調節して第２の回転プレート３５６および第２のプリズム３４３を回転させるものであってもよい。この際、第１の回転プレート３５１および第１のプリズム３４２の回転方向と第２の回転プレート３５６および第２のプリズム３４３の回転方向を逆方向にし、さらにそれぞれの回転角度を一致させるものであってもよい。これにより、第１のプリズム３４２及び第２のプリズム３４３によるビーム拡大率が変化する。拡大率が小さくなるとスペクトル幅は広くなり、拡大率が大きくなるとスペクトル幅は狭くなるものであってもよい。
【００７３】
尚、拡大率を変化させる際には、レーザの光路軸の方向が変化しないように、２個のプリズムである第１のプリズム３４２及び第２のプリズム３４３を同時に回転させて、拡大率の調節を行なうことが好ましい。
【００７４】
７．スペクトル線幅調節機構と光損失調節機構の組合せ
７．１  光路長調節機構との組合せ
また、本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置は、スペクトル線幅調節機構１２と光損失調節機構１３となる光路長調節機構とを組み合わせた構造のものを備えたものであってもよい。即ち、図１５に示されるように、図１２及び図１３に示されるスペクトル線幅調節機構１２と、図８に示される光損失調節機構１３となる光路長調節機構とを組み合わせたものを備えていてもよい。具体的には、図１２及び図１３に示されるスペクトル線幅調節機構１２における分散プリズム３２０に代えて、図８に示される光損失調節機構１３となる光路長調節機構を設けたものであってもよい。
【００７５】
この構造のものでは、第１の高反射ミラー４０１、第２の高反射ミラー４０２、第３の高反射ミラー４０３、第４の高反射ミラー４０４は、移動プレート３３０の上に配置してもよい。この構造のものでは、リニアステージ３３０を駆動することによって、プリズム３１１、３１３へ入射するレーザ光の光路の変化を抑制しつつ拡大率を変化させ、かつ、光路長を変化させることができるものであってもよい。また、この構造のものは、第１の高反射ミラー４０１に入射した光は、第１の高反射ミラー４０１、第３の高反射ミラー４０３、第４の高反射ミラー４０４、第２の高反射ミラー４０２の順に反射されて出射されるものであってもよい。尚、図１５は、ＦＤモードの場合を示す。
【００７６】
また、図１６に示すように、図１２及び図１３に示されるスペクトル線幅調節機構１２において、分散プリズム３２０の位置を微調整することができるものであってもよい。尚、図１６においては、分散プリズム３２０の設置位置は、一点鎖線で示される位置３２０ａ及び位置３２０ｂにより示している。具体的には、リニアステージ３３１は、制御部４０からの制御により、図中の矢印方向へ分散プリズム３２０の設置位置を細かく調節可能なものであってもよい。このような設置位置を細かく調節可能なものとしては、例えば、パルスモータ付リニアステージ等であってもよい。また、出力レーザ光のスペクトル幅を広げる場合に、レーザ出力エネルギの増加を抑制するために分散プリズム３２０の位置を微調節することによって、光共振器の光路長を調節してもよい。具体的には、分散プリズム３２０の設置位置を位置３２０ａから位置３２０ｂに移動させることができるものであってもよい。この場合、分散プリズム３２０が位置３２０ａに設置された場合の光路の中心軸は一点鎖線で示される光路４１０ａとなる。これに対して、分散プリズム３２０を移動させて位置３２０ｂに設置された場合の光路の中心軸は一点鎖線で示される光路４１０ｂとなる。このように、一点鎖線で示される光路４１０ｂにおける光路長は、一点鎖線で示される光路４１０ａにおける光路長よりも長くすることができる。このように、レーザ光のビームが分散プリズム３２０の有効範囲内において、光路長を連続的に調節することができるものであってもよい。
【００７７】
７．２  透過率調節機構との組合せ
また、本開示のスペクトル線幅可変レーザ装置は、スペクトル線幅調節機構１２と光損失調節機構１３となる透過率調節機構とを組み合わせた構造のものを備えたものであってもよい。即ち、図１７に示されるように、図１２及び図１３に示されるスペクトル線幅調節機構において、分散プリズム３２０へレーザ光が入射する面に部分反射膜を形成し、第２のビーム幅拡大プリズム３１２へレーザ光が入射する面に反射防止膜を形成したものであってもよい。具体的には、分散プリズム３２０のレーザ光の入射面に部分反射膜４２０ａ及び４２０ｂを形成し、第２のビーム幅拡大プリズム３１２のレーザ光の入射面に反射防止膜４１２ａ及び４１２ｂを形成したものであってもよい。また、一般的には、分散プリズム３２０において、レーザ光の入射面には、反射防止膜が形成されている場合があるが、このような反射防止膜を形成しない場合においても、同様の波長分散効果が得られる場合があるため、反射防止膜を形成しない構造のものであってもよい。
【００７８】
また、図１８に示されるように、図１４に示されるスペクトル線幅調節機構において、プリズム３４２及び３４３へレーザ光が入射する面に、レーザ光の入射角度により透過率が変化する膜４４２ａ及び４４３ａを設けたものであってもよい。このような膜４４２ａ及び４４３ａとしては、レーザ光の入射角度が大きく、拡大率が大きい場合には、レーザ光の透過率が高く、レーザ光の入射角度が小さく、拡大率が小さい場合には、入射光するレーザ光の一部を反射し、透過率が低下するものであってもよい。
【００７９】
８．増幅装置を含むスペクトル可変レーザ装置
また、本開示のスペクトル可変レーザ装置はマスタオシレータ（ＭＯ）として用いてもよい。また、マスタオシレータから出力されたシードレーザ光を図示しない増幅装置によって増幅してもよい。また、増幅装置は、エキシマレーザガスを含み、シードレーザ光が通過するタイミングで放電するチャンバであってもよい。また、増幅装置はパワーオシレータ（ＰＯ）であってもよい。ＰＯの光共振器は、ファブリペロ型やリング型の光共振器をであってもよい。
【００８０】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【００８１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００８２】
１０      スペクトル線幅可変レーザ装置
１１      グレーティング
１２      スペクトル線幅調節機構
１３      光損失調節機構
２０      レーザチャンバ
２１      ウインド
２２      ウインド
２３      電極
２４      電極
２５      電源
３０      出力結合ミラー
３１      第１のビームスプリッタ
３２      エネルギ検出器
３３      第２のビームスプリッタ
３４      スペクトル線幅検出器
３５      シャッタ
４０      制御部
１００    露光装置
１０１    コントローラ
【図１】
2013247240.tif 000003
【図２】
2013247240.tif 000004
【図３】
2013247240.tif 000005
【図４】
2013247240.tif 000006
【図５】
2013247240.tif 000007
【図６】
2013247240.tif 000008
【図７】
2013247240.tif 000009
【図８】
2013247240.tif 000010
【図９】
2013247240.tif 000011
【図１０】
2013247240.tif 000012
【図１１】
2013247240.tif 000013
【図１２】
2013247240.tif 000014
【図１３】
2013247240.tif 000015
【図１４】
2013247240.tif 000016
【図１５】
2013247240.tif 000017
【図１６】
2013247240.tif 000018
【図１７】
2013247240.tif 000019
【図１８】
2013247240.tif 000020