(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記狭帯域化モジュールは、一又は複数の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、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であって且つ前記レーザ媒質と前記ビームエキスパンダとの間又は前記複数のビームエキスパンダの間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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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４記載の狭帯域化レーザ装置。
【請求項６】
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４記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
【請求項７】
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６記載の狭帯域化エキシマレーザ装置。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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８記載の狭帯域化レーザ装置。
【請求項１０】
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８記載の狭帯域化レーザ装置。
【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８記載の狭帯域化レーザ装置。
【請求項１２】
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８記載の狭帯域化レーザ装置。
【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０．３５μｍ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１０２、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１０７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１１３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、前記狭帯域化モジュールは、一又は複数の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、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であって且つ前記レーザ媒質と前記ビームエキスパンダとの間又は前記複数のビームエキスパンダの間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１３、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３２０）。
【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Δλ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Δλ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１０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１０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２２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２１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１０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１１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２５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１０ｂ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〜３２ｄ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〜３２ｄ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４２ａ〜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５４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７２ａ〜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１０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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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