JP2001085314A - 露光方法及び装置、デバイスの製造方法、及び露光装置の製造方法 - Google Patents
露光方法及び装置、デバイスの製造方法、及び露光装置の製造方法Info
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B27/00—Photographic printing apparatus
- G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
- G03B27/52—Details
- G03B27/54—Lamp housings; Illuminating means
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- G03F7/701—Off-axis setting using an aperture
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化でメンテナンスが容易である光源を使
用して、結像特性計測精度を向上する。 【解決手段】 露光光源１０１中の基本波発生部１００
において、例えばＤＦＢ（Distributed feedback）レー
ザ等からの可視域から赤外域のレーザ光を光ファイバー
増幅器を用いて増幅して得られたパルス光を、光ファイ
バー・バンドル１９を介して波長変換部２０に供給し、
ここで紫外の露光光ＩＬに変換する。その光ファイバー
・バンドル１９の出力端を分岐した光ファイバー・バン
ドル１３８、及び波長変換部１３９から発生する照明光
を開口１４０に照射して、投影光学系ＰＬのベストフォ
ーカス位置を計測する際に、露光光ＩＬを複数パルスず
つ検出して得られる積算エネルギーによって、その計測
の際に得られる検出信号を規格化する。
用して、結像特性計測精度を向上する。 【解決手段】 露光光源１０１中の基本波発生部１００
において、例えばＤＦＢ（Distributed feedback）レー
ザ等からの可視域から赤外域のレーザ光を光ファイバー
増幅器を用いて増幅して得られたパルス光を、光ファイ
バー・バンドル１９を介して波長変換部２０に供給し、
ここで紫外の露光光ＩＬに変換する。その光ファイバー
・バンドル１９の出力端を分岐した光ファイバー・バン
ドル１３８、及び波長変換部１３９から発生する照明光
を開口１４０に照射して、投影光学系ＰＬのベストフォ
ーカス位置を計測する際に、露光光ＩＬを複数パルスず
つ検出して得られる積算エネルギーによって、その計測
の際に得られる検出信号を規格化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば紫外域の照
明光を発生する照明光学装置に関し、特に半導体素子、
撮像素子（ＣＣＤなど）、液晶表示素子、プラズマディ
スプレイ素子、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバ
イスを製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用さ
れる露光装置の照明光学系に使用して好適なものであ
る。
明光を発生する照明光学装置に関し、特に半導体素子、
撮像素子（ＣＣＤなど）、液晶表示素子、プラズマディ
スプレイ素子、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバ
イスを製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用さ
れる露光装置の照明光学系に使用して好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体集積回路を製造するための
フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マス
クとしてのレチクル（フォトマスク）上に精密に描かれ
た回路パターンを、基板としてのフォトレジストを塗布
したウエハ上に光学的に縮小して投影露光する。この露
光時におけるウエハ上での最小パターン寸法（解像度）
を小さくするのに最も単純かつ有効な方法の一つは、照
明光学系中の露光光源からの露光用の照明光（露光光）
の波長（露光波長）を小さくすることである。ここで露
光光の短波長化の実現と合わせて、露光光源を構成する
上で備えるべきいくつかの条件につき説明する。
フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マス
クとしてのレチクル（フォトマスク）上に精密に描かれ
た回路パターンを、基板としてのフォトレジストを塗布
したウエハ上に光学的に縮小して投影露光する。この露
光時におけるウエハ上での最小パターン寸法（解像度）
を小さくするのに最も単純かつ有効な方法の一つは、照
明光学系中の露光光源からの露光用の照明光（露光光）
の波長（露光波長）を小さくすることである。ここで露
光光の短波長化の実現と合わせて、露光光源を構成する
上で備えるべきいくつかの条件につき説明する。
【０００３】第１に、例えば数ワットの光出力が求めら
れる。これは集積回路パターンの露光、転写に要する時
間を短くして、スループットを高めるために必要であ
る。第２に、露光光が波長３００ｎｍ以下の紫外光の場
合には、投影光学系の屈折部材（レンズ）として使用で
きる光学材料が限られ、色収差の補正が難しくなってく
る。このため露光光の単色性が必要であり、露光光のス
ペクトル線幅は１ｐｍ程度以下にすることが求められ
る。
れる。これは集積回路パターンの露光、転写に要する時
間を短くして、スループットを高めるために必要であ
る。第２に、露光光が波長３００ｎｍ以下の紫外光の場
合には、投影光学系の屈折部材（レンズ）として使用で
きる光学材料が限られ、色収差の補正が難しくなってく
る。このため露光光の単色性が必要であり、露光光のス
ペクトル線幅は１ｐｍ程度以下にすることが求められ
る。
【０００４】第３に、このスペクトル線幅の狭帯化に伴
い時間的コヒーレンス（可干渉性）が高くなるため、狭
い線幅の光をそのまま照射すると、スペックルと呼ばれ
る不要な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペックル
の発生を抑制するために、露光光源では空間的コヒーレ
ンスを低下させる必要がある。これらの条件を満たす従
来の短波長の光源の一つは、レーザの発振波長自身が短
波長であるエキシマレーザを用いた光源であり、もう一
つは赤外又は可視域のレーザの高調波発生を利用した光
源である。
い時間的コヒーレンス（可干渉性）が高くなるため、狭
い線幅の光をそのまま照射すると、スペックルと呼ばれ
る不要な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペックル
の発生を抑制するために、露光光源では空間的コヒーレ
ンスを低下させる必要がある。これらの条件を満たす従
来の短波長の光源の一つは、レーザの発振波長自身が短
波長であるエキシマレーザを用いた光源であり、もう一
つは赤外又は可視域のレーザの高調波発生を利用した光
源である。
【０００５】このうち、前者の短波長光源としては、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が使用されてお
り、現在では更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長
１９３ｎｍ）を使用する露光装置の開発が進められてい
る。更に、エキシマレーザの仲間であるＦ2 レーザ（波
長１５７ｎｍ）の使用も提案されている。しかし、これ
らのエキシマレーザは大型であること、発振周波数が現
状では数ｋＨｚ程度であるため、単位時間当たりの照射
エネルギーを高めるためには１パルス当たりのエネルギ
ーを大きくする必要があり、このためにいわゆるコンパ
クション等によって光学部品の透過率変動等が生じやす
いこと、メインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となる
ことなどの種々の問題があった。
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が使用されてお
り、現在では更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長
１９３ｎｍ）を使用する露光装置の開発が進められてい
る。更に、エキシマレーザの仲間であるＦ2 レーザ（波
長１５７ｎｍ）の使用も提案されている。しかし、これ
らのエキシマレーザは大型であること、発振周波数が現
状では数ｋＨｚ程度であるため、単位時間当たりの照射
エネルギーを高めるためには１パルス当たりのエネルギ
ーを大きくする必要があり、このためにいわゆるコンパ
クション等によって光学部品の透過率変動等が生じやす
いこと、メインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となる
ことなどの種々の問題があった。
【０００６】また後者の方法としては、非線形光学結晶
の２次の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外
光、可視光）をより短波長の紫外光に変換する方法があ
る。例えば文献「"Longitudinally diode pumped conti
nuous wave 3.5W green laser",L. Y. Liu, M. Oka, W.
Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.19,p
189(1994)」では、半導体レーザ光で励起された固体レ
ーザからの光を波長変換するレーザ光源が開示されてい
る。この従来例では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発する１０
６４ｎｍのレーザ光を、非線形光学結晶を用いて波長変
換し、４倍高調波の２６６ｎｍの光を発生させる方法が
記載されている。なお、固体レーザとは、レーザ媒質が
固体であるレーザの総称である。
の２次の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外
光、可視光）をより短波長の紫外光に変換する方法があ
る。例えば文献「"Longitudinally diode pumped conti
nuous wave 3.5W green laser",L. Y. Liu, M. Oka, W.
Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.19,p
189(1994)」では、半導体レーザ光で励起された固体レ
ーザからの光を波長変換するレーザ光源が開示されてい
る。この従来例では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発する１０
６４ｎｍのレーザ光を、非線形光学結晶を用いて波長変
換し、４倍高調波の２６６ｎｍの光を発生させる方法が
記載されている。なお、固体レーザとは、レーザ媒質が
固体であるレーザの総称である。
【０００７】また、例えば特開平８−３３４８０３号公
報では、半導体レーザを備えたレーザ光発生部と、この
レーザ光発生部からの光を非線形光学結晶により紫外光
に波長変換する波長変換部とから構成されるレーザ要素
を複数個、マトリックス状（例えば１０×１０）に束ね
たアレイレーザが提案されている。
報では、半導体レーザを備えたレーザ光発生部と、この
レーザ光発生部からの光を非線形光学結晶により紫外光
に波長変換する波長変換部とから構成されるレーザ要素
を複数個、マトリックス状（例えば１０×１０）に束ね
たアレイレーザが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
のアレイレーザでは、個々のレーザ要素の光出力を低く
抑えつつ、装置全体の光出力を高出力とすることがで
き、各非線形光学結晶への負担を軽減することができ
る。しかし、一方では、個々のレーザ要素が独立してい
ることから、露光装置への適用を考慮した場合には、レ
ーザ要素全体でその発振スペクトルを全幅で１ｐｍ程度
以下まで一致させる必要がある。
のアレイレーザでは、個々のレーザ要素の光出力を低く
抑えつつ、装置全体の光出力を高出力とすることがで
き、各非線形光学結晶への負担を軽減することができ
る。しかし、一方では、個々のレーザ要素が独立してい
ることから、露光装置への適用を考慮した場合には、レ
ーザ要素全体でその発振スペクトルを全幅で１ｐｍ程度
以下まで一致させる必要がある。
【０００９】このため、例えば、各レーザ要素に自律的
に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、各々
のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器中に
波長選択素子を挿入したりする必要があった。しかし、
これらの方法は、その調整が微妙であること、構成する
レーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で発振
させるのに複雑な構成が必要になること等の問題があっ
た。
に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、各々
のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器中に
波長選択素子を挿入したりする必要があった。しかし、
これらの方法は、その調整が微妙であること、構成する
レーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で発振
させるのに複雑な構成が必要になること等の問題があっ
た。
【００１０】一方、これら複数のレーザを能動的に単一
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている（例えば、「Walter Koechner; Solid-sta
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249」参照）。これは、発振スペ
クトル線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレ
ーザ要素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いる
ことにより、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつ
スペクトル線幅を狭帯域化するという方法である。しか
し、この方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する
光学系や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造
が複雑になるという問題があった。
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている（例えば、「Walter Koechner; Solid-sta
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249」参照）。これは、発振スペ
クトル線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレ
ーザ要素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いる
ことにより、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつ
スペクトル線幅を狭帯域化するという方法である。しか
し、この方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する
光学系や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造
が複雑になるという問題があった。
【００１１】更に、このようなアレイレーザは、従来の
エキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくするこ
とが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム径を数
ｃｍ以下におさえるパッケージングは困難であった。ま
た、このように構成されたアレイレーザでは、各アレイ
ごとに波長変換部が必要となるため高価となること、ア
レイを構成するレーザ要素の一部にアライメントずれが
生じた場合や構成する光学素子に損傷が発生した場合
に、このレーザ要素の調整をするためには、一度アレイ
全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、調整した上
で再度アレイを組み立て直す必要があること、などの課
題があった。
エキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくするこ
とが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム径を数
ｃｍ以下におさえるパッケージングは困難であった。ま
た、このように構成されたアレイレーザでは、各アレイ
ごとに波長変換部が必要となるため高価となること、ア
レイを構成するレーザ要素の一部にアライメントずれが
生じた場合や構成する光学素子に損傷が発生した場合
に、このレーザ要素の調整をするためには、一度アレイ
全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、調整した上
で再度アレイを組み立て直す必要があること、などの課
題があった。
【００１２】また、上記の課題を解決できる光源が開発
された場合には、従来の光源を使用した場合とは異なる
露光方法又は露光装置が生じる可能性もある。本発明は
斯かる点に鑑み、小型化できてメンテナンスが容易にで
きると共に、発光周波数を高くできる光源を使用した際
に、結像特性等の評価を高精度に行うことができる露光
方法及び露光装置を提供することを第１の目的とする。
された場合には、従来の光源を使用した場合とは異なる
露光方法又は露光装置が生じる可能性もある。本発明は
斯かる点に鑑み、小型化できてメンテナンスが容易にで
きると共に、発光周波数を高くできる光源を使用した際
に、結像特性等の評価を高精度に行うことができる露光
方法及び露光装置を提供することを第１の目的とする。
【００１３】また、本発明は、小型化できて空間的コヒ
ーレンスを低減できると共に、全体としての発振スペク
トル線幅を簡単な構成で狭くできる光源を使用した場合
に好適な露光方法及び露光装置を提供することを目的と
する。更に本発明は、その露光方法を用いて高機能のデ
バイスを製造できるデバイス製造方法を提供することを
も目的とする。
ーレンスを低減できると共に、全体としての発振スペク
トル線幅を簡単な構成で狭くできる光源を使用した場合
に好適な露光方法及び露光装置を提供することを目的と
する。更に本発明は、その露光方法を用いて高機能のデ
バイスを製造できるデバイス製造方法を提供することを
も目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、評価用マーク（１５５）を照明光で照明し、そ
の評価用マークの像を投影光学系（ＰＬ）を介して投影
し、その評価用マークの像と光電検出器とを相対走査さ
せながらその評価用マークの像の状態を検出し、該検出
結果に基づいて露光を行う露光方法において、光ファイ
バー増幅器（２２，２５）によって増幅されたパルスレ
ーザ光を波長変換して得られたパルス紫外光をその照明
光として使用し、その評価用マークの像をその光電検出
器によって検出する際に、照明光としてのそのパルス紫
外光の強度を複数パルス毎、又は所定の時間間隔毎に計
測し、この計測結果に基づいてその光電検出器の検出信
号を規格化するものである。
方法は、評価用マーク（１５５）を照明光で照明し、そ
の評価用マークの像を投影光学系（ＰＬ）を介して投影
し、その評価用マークの像と光電検出器とを相対走査さ
せながらその評価用マークの像の状態を検出し、該検出
結果に基づいて露光を行う露光方法において、光ファイ
バー増幅器（２２，２５）によって増幅されたパルスレ
ーザ光を波長変換して得られたパルス紫外光をその照明
光として使用し、その評価用マークの像をその光電検出
器によって検出する際に、照明光としてのそのパルス紫
外光の強度を複数パルス毎、又は所定の時間間隔毎に計
測し、この計測結果に基づいてその光電検出器の検出信
号を規格化するものである。
【００１５】斯かる本発明によれば、その光ファイバー
増幅器のシード光としては、ＤＦＢ（Distributed feed
back）半導体レーザやファイバーレーザ等からの赤外域
から可視域までの単一波長で発振スペクトルの狭いレー
ザ光が使用され、光ファイバー増幅器としては、例えば
エルビウム（Ｅｒ）・ドープ・光ファイバー増幅器（Er
bium-Doped Fiber Amplifier: ＥＤＦＡ）、イッテルビ
ウム（Ｙｂ）・ドープ・光ファイバー増幅器（ＹＤＦ
Ａ）、プラセオジム（Ｐｒ）・ドープ・光ファイバー増
幅器（ＰＤＦＡ）、又はツリウム（Ｔｍ）・ドープ・光
ファイバー増幅器（ＴＤＦＡ）等を使用することができ
る。また、波長変換は、複数の非線形光学結晶による２
次高調波発生（ＳＨＧ）及び／又は和周波発生（ＳＦ
Ｇ）の組み合わせによって、基本波に対して任意の整数
倍の周波数（波長は整数分の１）の高調波よりなる紫外
光を容易に出力することができる。このような「光ファ
イバー増幅型の光源」は小型で、かつメンテナンスが容
易であり、発光周波数を一例として１０ｋＨｚ〜１ＭＨ
ｚ程度の範囲で、望ましくは１００ｋＨｚ程度以上まで
高めることができる。
増幅器のシード光としては、ＤＦＢ（Distributed feed
back）半導体レーザやファイバーレーザ等からの赤外域
から可視域までの単一波長で発振スペクトルの狭いレー
ザ光が使用され、光ファイバー増幅器としては、例えば
エルビウム（Ｅｒ）・ドープ・光ファイバー増幅器（Er
bium-Doped Fiber Amplifier: ＥＤＦＡ）、イッテルビ
ウム（Ｙｂ）・ドープ・光ファイバー増幅器（ＹＤＦ
Ａ）、プラセオジム（Ｐｒ）・ドープ・光ファイバー増
幅器（ＰＤＦＡ）、又はツリウム（Ｔｍ）・ドープ・光
ファイバー増幅器（ＴＤＦＡ）等を使用することができ
る。また、波長変換は、複数の非線形光学結晶による２
次高調波発生（ＳＨＧ）及び／又は和周波発生（ＳＦ
Ｇ）の組み合わせによって、基本波に対して任意の整数
倍の周波数（波長は整数分の１）の高調波よりなる紫外
光を容易に出力することができる。このような「光ファ
イバー増幅型の光源」は小型で、かつメンテナンスが容
易であり、発光周波数を一例として１０ｋＨｚ〜１ＭＨ
ｚ程度の範囲で、望ましくは１００ｋＨｚ程度以上まで
高めることができる。
【００１６】これに対して、従来主に使用されていたＫ
ｒＦ又はＡｒＦ等のエキシマレーザ光源は、発振周波数
が最大で２ｋＨｚ程度であり、パルス発光毎のエネルギ
ーのばらつきが比較的大きいため、結像特性の計測を行
う場合にはパルス発光毎にエネルギーをモニタし、この
モニタ結果より結像特性の検出信号の規格化を行うとい
ういわゆるパルス毎規格化方式が使用される。これに対
して、本発明の光源では、発光周波数が高く殆ど連続光
に近いため、パルス発光毎に検出信号を規格化するので
は、制御系の応答速度をかなり高くする必要があり、あ
まり得策ではない。そこで、そのパルス紫外光の強度を
複数パルス毎、又は所定時間毎に検出し、この検出結果
に基づいてその検出信号の規格化を行う。これによっ
て、制御が容易となる。
ｒＦ又はＡｒＦ等のエキシマレーザ光源は、発振周波数
が最大で２ｋＨｚ程度であり、パルス発光毎のエネルギ
ーのばらつきが比較的大きいため、結像特性の計測を行
う場合にはパルス発光毎にエネルギーをモニタし、この
モニタ結果より結像特性の検出信号の規格化を行うとい
ういわゆるパルス毎規格化方式が使用される。これに対
して、本発明の光源では、発光周波数が高く殆ど連続光
に近いため、パルス発光毎に検出信号を規格化するので
は、制御系の応答速度をかなり高くする必要があり、あ
まり得策ではない。そこで、そのパルス紫外光の強度を
複数パルス毎、又は所定時間毎に検出し、この検出結果
に基づいてその検出信号の規格化を行う。これによっ
て、制御が容易となる。
【００１７】次に、本発明の第２の露光方法は、第１物
体（Ｒ）を照明光で照明し、その第１物体のパターンを
経た照明光で第２物体（Ｗ）を露光する露光方法におい
て、第１の紫外光をパルス発光する第１の光源装置（１
０１Ａ）と、光ファイバー増幅器（２２，２５）で増幅
したレーザ光を波長変換することによってその第１の紫
外光と実質的に同じ波長域の第２の紫外光を発光できる
移動自在な第２の光源装置（１０１）とを備え、その第
２物体の露光時にその第１の光源装置からの紫外光を用
い、その第１物体の照明系の調整時にその第２の光源装
置からの紫外光を用いるものである。
体（Ｒ）を照明光で照明し、その第１物体のパターンを
経た照明光で第２物体（Ｗ）を露光する露光方法におい
て、第１の紫外光をパルス発光する第１の光源装置（１
０１Ａ）と、光ファイバー増幅器（２２，２５）で増幅
したレーザ光を波長変換することによってその第１の紫
外光と実質的に同じ波長域の第２の紫外光を発光できる
移動自在な第２の光源装置（１０１）とを備え、その第
２物体の露光時にその第１の光源装置からの紫外光を用
い、その第１物体の照明系の調整時にその第２の光源装
置からの紫外光を用いるものである。
【００１８】本発明でも、その紫外光の第２の光源装置
としては、上記の光ファイバー増幅型の光源が使用でき
る。この第２の光源装置は発光周波数を高めることがで
きるため、各パルス光のピークレベルは、その第１の光
源装置（例えばエキシマレーザ光源）に比べると大幅に
小さくできる。また、その第１の光源装置は、工場雰囲
気中で発光を行うと紫外光による化学反応によって、光
学部材の表面に曇り物質が付着する原因になる。よっ
て、通常の露光時には露光光路は窒素ガスやヘリウムガ
ス等でパージされる。一方、露光装置のメンテナンス時
には工場雰囲気に切換えが行われるため、このときには
その第２の光源装置からの紫外光を用いて光学調整等を
行う。第２の光源装置のパルス光はピークレベルが低く
曇り物質を殆ど生成しないため、調整用として好適であ
る。
としては、上記の光ファイバー増幅型の光源が使用でき
る。この第２の光源装置は発光周波数を高めることがで
きるため、各パルス光のピークレベルは、その第１の光
源装置（例えばエキシマレーザ光源）に比べると大幅に
小さくできる。また、その第１の光源装置は、工場雰囲
気中で発光を行うと紫外光による化学反応によって、光
学部材の表面に曇り物質が付着する原因になる。よっ
て、通常の露光時には露光光路は窒素ガスやヘリウムガ
ス等でパージされる。一方、露光装置のメンテナンス時
には工場雰囲気に切換えが行われるため、このときには
その第２の光源装置からの紫外光を用いて光学調整等を
行う。第２の光源装置のパルス光はピークレベルが低く
曇り物質を殆ど生成しないため、調整用として好適であ
る。
【００１９】また、その第２の光源装置は、露光装置の
メンテナンス時だけでなく、その製造工程における光学
系の調整用、又は検査用の光源としても用いられ、この
場合にはその第１の光源装置として光ファイバー増幅型
の光源を使用してもよく、しかも第１の光源装置と第２
の光源装置は同一構成である必要はなく、極端に言えば
第２の光源装置は１本の光ファイバーでもよい。
メンテナンス時だけでなく、その製造工程における光学
系の調整用、又は検査用の光源としても用いられ、この
場合にはその第１の光源装置として光ファイバー増幅型
の光源を使用してもよく、しかも第１の光源装置と第２
の光源装置は同一構成である必要はなく、極端に言えば
第２の光源装置は１本の光ファイバーでもよい。
【００２０】次に、本発明の第３の露光方法は、照明光
で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経た照
明光で投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体を露光する
露光方法において、可視域から赤外域までの波長域内で
発振波長が可変のレーザ光を光ファイバー増幅器（２
２，２５）によって増幅し、この増幅後のレーザ光を波
長変換して得られた紫外光をその照明光とし、その投影
光学系の結像特性の変動量を予測又は計測し、このよう
に予測又は計測される結像特性の変動量を相殺するよう
にその発振波長が可変のレーザ光の波長を変化させて、
その紫外光の波長を制御するものである。
で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経た照
明光で投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体を露光する
露光方法において、可視域から赤外域までの波長域内で
発振波長が可変のレーザ光を光ファイバー増幅器（２
２，２５）によって増幅し、この増幅後のレーザ光を波
長変換して得られた紫外光をその照明光とし、その投影
光学系の結像特性の変動量を予測又は計測し、このよう
に予測又は計測される結像特性の変動量を相殺するよう
にその発振波長が可変のレーザ光の波長を変化させて、
その紫外光の波長を制御するものである。
【００２１】本発明でも光ファイバー増幅器で増幅する
光源が使用されるが、この光源は波長を広い範囲で高精
度に制御できるという特徴もある。そこで、大気圧セン
サ、湿度センサ、温度センサ等の計測値、又は倍率計測
結果等に基づいて投影光学系の結像特性の変動量を予測
又は計測し、その光源の発振波長をシフトさせること
で、その結像特性の変動量を高い応答速度で補正でき
る。また、その結像特性の変動量として、マスクパター
ンの描画誤差（倍率誤差など）も含めることができる。
また、照明光の入射による投影光学系の熱蓄積量に起因
する情報をも用いて結像特性の変動量を予測又は計測す
るようにしてもよい。
光源が使用されるが、この光源は波長を広い範囲で高精
度に制御できるという特徴もある。そこで、大気圧セン
サ、湿度センサ、温度センサ等の計測値、又は倍率計測
結果等に基づいて投影光学系の結像特性の変動量を予測
又は計測し、その光源の発振波長をシフトさせること
で、その結像特性の変動量を高い応答速度で補正でき
る。また、その結像特性の変動量として、マスクパター
ンの描画誤差（倍率誤差など）も含めることができる。
また、照明光の入射による投影光学系の熱蓄積量に起因
する情報をも用いて結像特性の変動量を予測又は計測す
るようにしてもよい。
【００２２】次に、本発明の第４の露光方法は、照明光
で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経た照
明光で第２物体を露光する露光方法において、単一のレ
ーザ光を複数に分岐してそれぞれ光ファイバー増幅器を
有する複数の光増幅部（１８−１〜１８−ｎ）で増幅
し、この増幅後の複数のレーザ光を束ねて波長変換して
得られた紫外光をその照明光とし、その複数の光増幅部
のそれぞれの出力を検出し、この検出結果よりその複数
の光増幅部の内の所定の光増幅部が寿命に達したと判定
された場合に、その所定の光増幅部を別の光増幅部と交
換するものである。
で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経た照
明光で第２物体を露光する露光方法において、単一のレ
ーザ光を複数に分岐してそれぞれ光ファイバー増幅器を
有する複数の光増幅部（１８−１〜１８−ｎ）で増幅
し、この増幅後の複数のレーザ光を束ねて波長変換して
得られた紫外光をその照明光とし、その複数の光増幅部
のそれぞれの出力を検出し、この検出結果よりその複数
の光増幅部の内の所定の光増幅部が寿命に達したと判定
された場合に、その所定の光増幅部を別の光増幅部と交
換するものである。
【００２３】斯かる本発明でも光ファイバー増幅器で増
幅する光源が使用されるが、その光源中の複数の光増幅
部が個別に交換可能とされている。そこで、寿命となっ
て出力の低下した光増幅部を新しい光増幅部で交換する
ことによって、メンテナンスが極めて容易である。次
に、本発明の第５の露光方法は、照明光で第１物体を照
明し、その第１物体のパターンを経た照明光で第２物体
を露光する露光方法において、光ファイバー増幅器（２
２，２５）によって増幅されたレーザ光を波長変換して
得られた紫外光をその照明光とし、その波長変換後のそ
の照明光の第１の強度、及びその第２物体に至るまでの
光路上でのその照明光の第２の強度を継続して計測し、
この計測結果に基づいて透過率が変動している光学部材
の位置を特定するものである。
幅する光源が使用されるが、その光源中の複数の光増幅
部が個別に交換可能とされている。そこで、寿命となっ
て出力の低下した光増幅部を新しい光増幅部で交換する
ことによって、メンテナンスが極めて容易である。次
に、本発明の第５の露光方法は、照明光で第１物体を照
明し、その第１物体のパターンを経た照明光で第２物体
を露光する露光方法において、光ファイバー増幅器（２
２，２５）によって増幅されたレーザ光を波長変換して
得られた紫外光をその照明光とし、その波長変換後のそ
の照明光の第１の強度、及びその第２物体に至るまでの
光路上でのその照明光の第２の強度を継続して計測し、
この計測結果に基づいて透過率が変動している光学部材
の位置を特定するものである。
【００２４】本発明で使用される光ファイバー増幅器を
用いる光源は、発光周波数を高くできてピークレベルを
小さくできると共に、照明光の光路は窒素ガス等でパー
ジされるため、元々曇り物質は生じにくい。それでも、
何等かの要因で曇りが生じた場合に、本発明によって曇
りが生じた部材の位置を大まかに特定できるため、交換
作業等を迅速に実行できる。
用いる光源は、発光周波数を高くできてピークレベルを
小さくできると共に、照明光の光路は窒素ガス等でパー
ジされるため、元々曇り物質は生じにくい。それでも、
何等かの要因で曇りが生じた場合に、本発明によって曇
りが生じた部材の位置を大まかに特定できるため、交換
作業等を迅速に実行できる。
【００２５】次に、本発明の第１の露光装置は、第１物
体（Ｒ）を照明光で照明し、その第１物体のパターンを
経た照明光で第２物体（Ｗ）を露光する露光装置におい
て、赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレ
ーザ光を発生するレーザ光発生部（１１）と、このレー
ザ光発生部から発生されたレーザ光を増幅する光ファイ
バー増幅器を有する光増幅部（１８−１）と、この光増
幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用
いて紫外光に波長変換する波長変換部（２０）とを備え
た光源装置（１０１）と、この光源装置からのその照明
光としてのパルス紫外光の強度をその第２物体までの光
路上で複数パルス毎、又は所定の時間間隔毎に計測する
モニタ系（１１３〜１１５）と、評価用マークの像を検
出するマーク検出系（１２９）と、そのモニタ系の計測
値に基づいてそのマーク検出系の検出信号を規格化する
演算制御系（１０５）とを有するものである。
体（Ｒ）を照明光で照明し、その第１物体のパターンを
経た照明光で第２物体（Ｗ）を露光する露光装置におい
て、赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレ
ーザ光を発生するレーザ光発生部（１１）と、このレー
ザ光発生部から発生されたレーザ光を増幅する光ファイ
バー増幅器を有する光増幅部（１８−１）と、この光増
幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用
いて紫外光に波長変換する波長変換部（２０）とを備え
た光源装置（１０１）と、この光源装置からのその照明
光としてのパルス紫外光の強度をその第２物体までの光
路上で複数パルス毎、又は所定の時間間隔毎に計測する
モニタ系（１１３〜１１５）と、評価用マークの像を検
出するマーク検出系（１２９）と、そのモニタ系の計測
値に基づいてそのマーク検出系の検出信号を規格化する
演算制御系（１０５）とを有するものである。
【００２６】また、本発明による第２の露光装置は、第
１物体を照明光で照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で第２物体を露光する露光装置において、第１
の紫外光をパルス発光する第１の光源装置（１０１Ａ）
と、その第１の紫外光と実質的に同じ波長域の第２の紫
外光をその第１の光源装置よりも高いパルス周波数で発
光できる第２の光源装置（１０１）と、その第１物体に
向かう光路上にその第２の紫外光を導く可動の光路切り
換え部材（１０２）と、通常の露光時にその第１の光源
装置からのその第１の紫外光で露光を行い、光学系の調
整時にその第２の光源装置からのその第２の紫外光をそ
の光路切り換え部材を介してその第１物体に向かう光路
上に導く制御系（１０５）とを有するものである。
１物体を照明光で照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で第２物体を露光する露光装置において、第１
の紫外光をパルス発光する第１の光源装置（１０１Ａ）
と、その第１の紫外光と実質的に同じ波長域の第２の紫
外光をその第１の光源装置よりも高いパルス周波数で発
光できる第２の光源装置（１０１）と、その第１物体に
向かう光路上にその第２の紫外光を導く可動の光路切り
換え部材（１０２）と、通常の露光時にその第１の光源
装置からのその第１の紫外光で露光を行い、光学系の調
整時にその第２の光源装置からのその第２の紫外光をそ
の光路切り換え部材を介してその第１物体に向かう光路
上に導く制御系（１０５）とを有するものである。
【００２７】また、本発明による第３の露光装置は、照
明光で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体を露光
する露光装置において、赤外域から可視域までの波長範
囲内で可変波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部
（１，２，５，１１）と、該レーザ光発生部から発生さ
れたレーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅する光
増幅部（１８−１）と、この光増幅部によって増幅され
たレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換
してその照明光として出力する波長変換部（２０）とを
備えた光源装置（１０１）と、その投影光学系の結像特
性の変動量を予測する計測系（１２９）と、この計測系
により予測されたその結像特性の変動量を相殺するよう
にそのレーザ光発生部での発振波長を制御する結像特性
補正部（１０９）とを有するものである。
明光で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体を露光
する露光装置において、赤外域から可視域までの波長範
囲内で可変波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部
（１，２，５，１１）と、該レーザ光発生部から発生さ
れたレーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅する光
増幅部（１８−１）と、この光増幅部によって増幅され
たレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換
してその照明光として出力する波長変換部（２０）とを
備えた光源装置（１０１）と、その投影光学系の結像特
性の変動量を予測する計測系（１２９）と、この計測系
により予測されたその結像特性の変動量を相殺するよう
にそのレーザ光発生部での発振波長を制御する結像特性
補正部（１０９）とを有するものである。
【００２８】また、本発明による第４の露光装置は、照
明光で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で第２物体を露光する露光装置において、赤外
域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を
発生するレーザ光発生部（１１）と、該レーザ光発生部
から発生されたレーザ光を複数に分岐する光分岐部（１
４，１６−１〜１６−ｍ）と、その複数の分岐されたレ
ーザ光をそれぞれ光ファイバー増幅器を介して増幅する
複数の光増幅部（１８−１〜１８−ｎ）と、該光増幅部
によって増幅されたレーザ光をまとめて非線形光学結晶
を用いて紫外光に波長変換してその照明光として出力す
る波長変換部（２０）とを備えた光源装置（１０１）
と、その複数の光増幅部の出力を検出するモニタ系（２
３Ｅ）と、このモニタ系の検出結果に基づいてその複数
の光増幅部の内の交換すべき光増幅部を特定する制御系
（１０９）とを有するものである。
明光で第１物体を照明し、その第１物体のパターンを経
た照明光で第２物体を露光する露光装置において、赤外
域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を
発生するレーザ光発生部（１１）と、該レーザ光発生部
から発生されたレーザ光を複数に分岐する光分岐部（１
４，１６−１〜１６−ｍ）と、その複数の分岐されたレ
ーザ光をそれぞれ光ファイバー増幅器を介して増幅する
複数の光増幅部（１８−１〜１８−ｎ）と、該光増幅部
によって増幅されたレーザ光をまとめて非線形光学結晶
を用いて紫外光に波長変換してその照明光として出力す
る波長変換部（２０）とを備えた光源装置（１０１）
と、その複数の光増幅部の出力を検出するモニタ系（２
３Ｅ）と、このモニタ系の検出結果に基づいてその複数
の光増幅部の内の交換すべき光増幅部を特定する制御系
（１０９）とを有するものである。
【００２９】また、本発明による第５の露光装置は、照
明光学系からの照明光で第１物体を照明し、その第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光装
置において、その照明光学系は、赤外域から可視域まで
の波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生するレーザ光
発生部（１１）と、該レーザ光発生部から発生されたレ
ーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅する光増幅部
（１８−１）と、該光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換してその
照明光として出力する波長変換部（２０）とを備えた光
源装置（１０１）と、この光源装置からの照明光をその
第１物体に照射する集光光学系と、その波長変換部の出
力端の近傍でその照明光の強度を検出する第１の光電検
出器（５６１）と、その集光光学系中でその照明光の強
度を検出する第２の光電検出器（１１５）とを有するも
のである。
明光学系からの照明光で第１物体を照明し、その第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光装
置において、その照明光学系は、赤外域から可視域まで
の波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生するレーザ光
発生部（１１）と、該レーザ光発生部から発生されたレ
ーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅する光増幅部
（１８−１）と、該光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換してその
照明光として出力する波長変換部（２０）とを備えた光
源装置（１０１）と、この光源装置からの照明光をその
第１物体に照射する集光光学系と、その波長変換部の出
力端の近傍でその照明光の強度を検出する第１の光電検
出器（５６１）と、その集光光学系中でその照明光の強
度を検出する第２の光電検出器（１１５）とを有するも
のである。
【００３０】斯かる各露光装置によって上記の本発明の
露光方法を実施することができる。また、本発明の各露
光装置は、光ファイバー増幅型の光源の使用によって露
光装置全体を小型化でき、かつメンテナンスが容易にな
る。また、本発明のデバイスの製造方法は、上記の本発
明の露光方法を用いてマスクのパターンを基板上に転写
する工程を含むものである。本発明の露光方法の使用に
よって結像特性等が向上するため、高機能のデバイスを
製造できる。
露光方法を実施することができる。また、本発明の各露
光装置は、光ファイバー増幅型の光源の使用によって露
光装置全体を小型化でき、かつメンテナンスが容易にな
る。また、本発明のデバイスの製造方法は、上記の本発
明の露光方法を用いてマスクのパターンを基板上に転写
する工程を含むものである。本発明の露光方法の使用に
よって結像特性等が向上するため、高機能のデバイスを
製造できる。
【００３１】次に、本発明の露光装置の製造方法は、光
ファイバー増幅器で増幅されたレーザ光を波長変換した
紫外域の検査光を用いて光学系（投影光学系、照明光学
系等）の光学特性（結像特性、光軸ずれ等）を検出し、
該検出結果に基づいてその光学系を調整する工程（露光
装置に搭載後の検査、及び搭載前の検査の両方を含む）
と、露光用照明光（検査光と同一でも、検査光と異なっ
てもよい）を用いてその光学系の光学特性を検出する工
程（試し焼き、又は空間像計測等）とを有するものであ
る。そのように光ファイバー増幅型の光源からの紫外光
を検査光として用いることによって、検査を簡便に行う
ことができる。
ファイバー増幅器で増幅されたレーザ光を波長変換した
紫外域の検査光を用いて光学系（投影光学系、照明光学
系等）の光学特性（結像特性、光軸ずれ等）を検出し、
該検出結果に基づいてその光学系を調整する工程（露光
装置に搭載後の検査、及び搭載前の検査の両方を含む）
と、露光用照明光（検査光と同一でも、検査光と異なっ
てもよい）を用いてその光学系の光学特性を検出する工
程（試し焼き、又は空間像計測等）とを有するものであ
る。そのように光ファイバー増幅型の光源からの紫外光
を検査光として用いることによって、検査を簡便に行う
ことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。図１（ａ）は、本例の投影露光装置用の光
源装置を示し、この図１（ａ）において、レーザ光発生
部としての単一波長発振レーザ１１からスペクトル幅の
狭い単一波長の例えば連続波（ＣＷ）よりなる波長１．
５４４μｍのレーザ光ＬＢ１が発生する。このレーザ光
ＬＢ１は、逆向きの光を阻止するためのアイソレータＩ
Ｓ１を介して光変調部としての光変調素子１２に入射
し、ここでパルス光のレーザ光ＬＢ２に変換されて光分
岐増幅部４に入射する。
につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。図１（ａ）は、本例の投影露光装置用の光
源装置を示し、この図１（ａ）において、レーザ光発生
部としての単一波長発振レーザ１１からスペクトル幅の
狭い単一波長の例えば連続波（ＣＷ）よりなる波長１．
５４４μｍのレーザ光ＬＢ１が発生する。このレーザ光
ＬＢ１は、逆向きの光を阻止するためのアイソレータＩ
Ｓ１を介して光変調部としての光変調素子１２に入射
し、ここでパルス光のレーザ光ＬＢ２に変換されて光分
岐増幅部４に入射する。
【００３３】光分岐増幅部４に入射したレーザ光ＬＢ２
は、先ず前段の光増幅部としての光ファイバー増幅器１
３を通過して増幅された後、アイソレータＩＳ２を介し
て第１の光分岐素子としての平面導波路型のスプリッタ
１４に入射して、ｍ本のほぼ同一強度のレーザ光に分岐
される。ｍは２以上の整数であり、本例ではｍ＝４であ
る。光ファイバー増幅器１３としては、単一波長発振レ
ーザ１１から発生されるレーザ光ＬＢ１と同じ波長域
（本例では１．５４４μｍ付近）の光を増幅するため
に、エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器（Erbium
-Doped Fiber Amplifier: ＥＤＦＡ）が使用されてい
る。なお、光ファイバー増幅器１３には不図示のカップ
リング用の波長分割多重素子を介して不図示の励起用の
半導体レーザからの波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの
励起光が使用されている。なお、励起光の波長は９８０
ｎｍ又は１４８０ｎｍに限られるものでなく、例えば
（９８０±１０）ｎｍ程度又は（１４８０±３０）ｎｍ
程度の範囲内であればよい。
は、先ず前段の光増幅部としての光ファイバー増幅器１
３を通過して増幅された後、アイソレータＩＳ２を介し
て第１の光分岐素子としての平面導波路型のスプリッタ
１４に入射して、ｍ本のほぼ同一強度のレーザ光に分岐
される。ｍは２以上の整数であり、本例ではｍ＝４であ
る。光ファイバー増幅器１３としては、単一波長発振レ
ーザ１１から発生されるレーザ光ＬＢ１と同じ波長域
（本例では１．５４４μｍ付近）の光を増幅するため
に、エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器（Erbium
-Doped Fiber Amplifier: ＥＤＦＡ）が使用されてい
る。なお、光ファイバー増幅器１３には不図示のカップ
リング用の波長分割多重素子を介して不図示の励起用の
半導体レーザからの波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの
励起光が使用されている。なお、励起光の波長は９８０
ｎｍ又は１４８０ｎｍに限られるものでなく、例えば
（９８０±１０）ｎｍ程度又は（１４８０±３０）ｎｍ
程度の範囲内であればよい。
【００３４】スプリッタ１４から射出されたｍ本のレー
ザ光は、互いに異なる長さの光ファイバー１５−１，１
５−２，…，１５−ｍを介してそれぞれ第２の光分岐素
子としての平面導波路型のスプリッタ１６−１，１６−
２，…，１６−ｍに入射して、それぞれほぼ同一強度の
ｎ本のレーザ光に分岐される。ｎは２以上の整数であ
り、本例ではｎ＝３２である。第１の光分岐素子（１
４）及び第２の光分岐素子（１６−１〜１６−ｍ）は光
分岐手段（光分割手段）とも呼ぶことができる。その結
果、単一波長発振レーザ１１から射出されるレーザ光Ｌ
Ｂ１は、全体としてｎ・ｍ本（本例では１２８本）のレ
ーザ光に分岐される。
ザ光は、互いに異なる長さの光ファイバー１５−１，１
５−２，…，１５−ｍを介してそれぞれ第２の光分岐素
子としての平面導波路型のスプリッタ１６−１，１６−
２，…，１６−ｍに入射して、それぞれほぼ同一強度の
ｎ本のレーザ光に分岐される。ｎは２以上の整数であ
り、本例ではｎ＝３２である。第１の光分岐素子（１
４）及び第２の光分岐素子（１６−１〜１６−ｍ）は光
分岐手段（光分割手段）とも呼ぶことができる。その結
果、単一波長発振レーザ１１から射出されるレーザ光Ｌ
Ｂ１は、全体としてｎ・ｍ本（本例では１２８本）のレ
ーザ光に分岐される。
【００３５】そして、スプリッタ１６−１から射出され
たｎ本のレーザ光ＬＢ３は、互いに異なる長さの光ファ
イバー１７−１，１７−２，…，１７−ｎを介してそれ
ぞれ後段の光増幅部としての光増幅ユニット１８−１，
１８−２，…，１８−ｎに入射して増幅される。光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎは、単一波長発振レーザ１
１から発生されるレーザ光ＬＢ１と同じ波長域（本例で
は１．５４４μｍ付近）の光を増幅する。同様に他のス
プリッタ１６−２〜１６−ｍから射出されたｎ本のレー
ザ光も、それぞれ互いに異なる長さの光ファイバー１７
−１〜１７−ｎを介して後段の光増幅部としての光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎに入射して増幅される。
たｎ本のレーザ光ＬＢ３は、互いに異なる長さの光ファ
イバー１７−１，１７−２，…，１７−ｎを介してそれ
ぞれ後段の光増幅部としての光増幅ユニット１８−１，
１８−２，…，１８−ｎに入射して増幅される。光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎは、単一波長発振レーザ１
１から発生されるレーザ光ＬＢ１と同じ波長域（本例で
は１．５４４μｍ付近）の光を増幅する。同様に他のス
プリッタ１６−２〜１６−ｍから射出されたｎ本のレー
ザ光も、それぞれ互いに異なる長さの光ファイバー１７
−１〜１７−ｎを介して後段の光増幅部としての光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎに入射して増幅される。
【００３６】ｍ組の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎ
で増幅されたレーザ光は、それぞれ光増幅ユニット１８
−１〜１８−ｎ内の所定の物質がドープされた光ファイ
バー（後述）の射出端の延長部を伝播し、これらの延長
部が光ファイバー・バンドル１９を構成する。光ファイ
バー・バンドル１９を構成するｍ組のｎ本の光ファイバ
ーの延長部の長さは互いにほぼ同一である。但し、光フ
ァイバー・バンドル１９をｍ・ｎ本の互いに同じ長さの
光増幅作用の無い伝播用の光ファイバーを束ねて形成す
ると共に、光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎで増幅さ
れたレーザ光をそれぞれ対応する伝播用の光ファイバー
に導いてもよい。光ファイバー増幅器１３から光ファイ
バー・バンドル１９までの部材より光分岐増幅部４が構
成されている。
で増幅されたレーザ光は、それぞれ光増幅ユニット１８
−１〜１８−ｎ内の所定の物質がドープされた光ファイ
バー（後述）の射出端の延長部を伝播し、これらの延長
部が光ファイバー・バンドル１９を構成する。光ファイ
バー・バンドル１９を構成するｍ組のｎ本の光ファイバ
ーの延長部の長さは互いにほぼ同一である。但し、光フ
ァイバー・バンドル１９をｍ・ｎ本の互いに同じ長さの
光増幅作用の無い伝播用の光ファイバーを束ねて形成す
ると共に、光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎで増幅さ
れたレーザ光をそれぞれ対応する伝播用の光ファイバー
に導いてもよい。光ファイバー増幅器１３から光ファイ
バー・バンドル１９までの部材より光分岐増幅部４が構
成されている。
【００３７】光ファイバー・バンドル１９から射出され
たレーザ光ＬＢ４は、非線形光学結晶を有する波長変換
部２０に入射して紫外光よりなるレーザ光ＬＢ５に変換
され、このレーザ光ＬＢ５が露光光として外部に射出さ
れる。ｍ組の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎがそれ
ぞれ本発明の光増幅部に対応しているが、この光増幅部
に光ファイバー・バンドル１９の光ファイバーを含める
場合もある。
たレーザ光ＬＢ４は、非線形光学結晶を有する波長変換
部２０に入射して紫外光よりなるレーザ光ＬＢ５に変換
され、このレーザ光ＬＢ５が露光光として外部に射出さ
れる。ｍ組の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎがそれ
ぞれ本発明の光増幅部に対応しているが、この光増幅部
に光ファイバー・バンドル１９の光ファイバーを含める
場合もある。
【００３８】また、光ファイバー・バンドル１９の出力
端１９ａは、図１（ｂ）に示すように、ｍ・ｎ本（本例
では１２８本）の光ファイバーを密着するように、かつ
外形が円形になるように束ねたものである。実際には、
その出力端１９ａの形状及び束ねる光ファイバーの数
は、後段の波長変換部２０の構成、及び本例の光源装置
の使用条件等に応じて定められる。光ファイバー・バン
ドル１９を構成する各光ファイバーのクラッド直径は１
２５μｍ程度であることから、１２８本を円形に束ねた
場合の光ファイバー・バンドル１９の出力端１９ａの直
径ｄ１は、約２ｍｍ以下とすることができる。
端１９ａは、図１（ｂ）に示すように、ｍ・ｎ本（本例
では１２８本）の光ファイバーを密着するように、かつ
外形が円形になるように束ねたものである。実際には、
その出力端１９ａの形状及び束ねる光ファイバーの数
は、後段の波長変換部２０の構成、及び本例の光源装置
の使用条件等に応じて定められる。光ファイバー・バン
ドル１９を構成する各光ファイバーのクラッド直径は１
２５μｍ程度であることから、１２８本を円形に束ねた
場合の光ファイバー・バンドル１９の出力端１９ａの直
径ｄ１は、約２ｍｍ以下とすることができる。
【００３９】また、本例の波長変換部２０では、入射す
るレーザ光ＬＢ４を８倍高調波（波長は１／８）、又は
１０倍高調波（波長は１／１０）よりなるレーザ光ＬＢ
５に変換する。単一波長発振レーザ１１から射出される
レーザ光ＬＢ１の波長は１．５４４μｍであるため、８
倍高調波の波長はＡｒＦエキシマレーザと同じ１９３ｎ
ｍとなり、１０倍高調波の波長はＦ2 レーザ（フッ素レ
ーザ）の波長（１５７ｎｍ）とほぼ同じ１５４ｎｍとな
る。なお、レーザ光ＬＢ５の波長をよりＦ2 レーザ光の
波長に近付けたい場合には、波長変換部２０で１０倍高
調波を生成すると共に、単一波長発振レーザ１１では波
長１．５７μｍのレーザ光を発生すればよい。
るレーザ光ＬＢ４を８倍高調波（波長は１／８）、又は
１０倍高調波（波長は１／１０）よりなるレーザ光ＬＢ
５に変換する。単一波長発振レーザ１１から射出される
レーザ光ＬＢ１の波長は１．５４４μｍであるため、８
倍高調波の波長はＡｒＦエキシマレーザと同じ１９３ｎ
ｍとなり、１０倍高調波の波長はＦ2 レーザ（フッ素レ
ーザ）の波長（１５７ｎｍ）とほぼ同じ１５４ｎｍとな
る。なお、レーザ光ＬＢ５の波長をよりＦ2 レーザ光の
波長に近付けたい場合には、波長変換部２０で１０倍高
調波を生成すると共に、単一波長発振レーザ１１では波
長１．５７μｍのレーザ光を発生すればよい。
【００４０】実用的には、単一波長発振レーザ１１の発
振波長を１．５４４〜１．５５２μｍ程度に規定して、
８倍波に変換することにより、ＡｒＦエキシマレーザと
実質的に同一波長（１９３〜１９４ｎｍ）の紫外光が得
られる。そして、単一波長発振レーザ１１の発振波長を
１．５７〜１．５８μｍ程度に規定して、１０倍波に変
換することによってＦ2 レーザと実質的に同一波長（１
５７〜１５８ｎｍ）の紫外光が得られる。従って、これ
らの光源装置をそれぞれＡｒＦエキシマレーザ光源、及
びＦ2 レーザ光源に代わる安価でメンテナンスの容易な
光源として使用することができる。
振波長を１．５４４〜１．５５２μｍ程度に規定して、
８倍波に変換することにより、ＡｒＦエキシマレーザと
実質的に同一波長（１９３〜１９４ｎｍ）の紫外光が得
られる。そして、単一波長発振レーザ１１の発振波長を
１．５７〜１．５８μｍ程度に規定して、１０倍波に変
換することによってＦ2 レーザと実質的に同一波長（１
５７〜１５８ｎｍ）の紫外光が得られる。従って、これ
らの光源装置をそれぞれＡｒＦエキシマレーザ光源、及
びＦ2 レーザ光源に代わる安価でメンテナンスの容易な
光源として使用することができる。
【００４１】なお、最終的にＡｒＦエキシマレーザ、又
はＦ2 レーザ等に近い波長域の紫外光を得る代わりに、
例えば製造対象の半導体デバイス等のパターンルールよ
り最適な露光波長（例えば１６０ｎｍ等）を決定し、こ
の理論的に最適な波長の紫外光を得るように単一波長発
振レーザ１１の発振波長や波長変換部２０における高調
波の倍率を決定するようにしてもよい。
はＦ2 レーザ等に近い波長域の紫外光を得る代わりに、
例えば製造対象の半導体デバイス等のパターンルールよ
り最適な露光波長（例えば１６０ｎｍ等）を決定し、こ
の理論的に最適な波長の紫外光を得るように単一波長発
振レーザ１１の発振波長や波長変換部２０における高調
波の倍率を決定するようにしてもよい。
【００４２】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図１（ａ）において、単一波長で発振する単一波
長発振レーザ１１としては、例えば発振波長１．５４４
μｍ、連続波出力（以下、「ＣＷ出力」ともいう）で出
力が２０ｍＷのＩｎＧａＡｓＰ構造のＤＦＢ（Distribu
ted feedback：分布帰還型）半導体レーザを用いる。こ
こでＤＦＢ半導体レーザとは、縦モード選択性の低いフ
ァブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体
レーザ内に形成したもので、どのような状況下であって
も単一縦モード発振を行うように構成されている。ＤＦ
Ｂ半導体レーザは、基本的に単一縦モード発振をするこ
とから、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に
抑えられる。なお、単一波長発振レーザ１１としては、
同様の波長領域で狭帯域化されたレーザ光を発生する光
源、例えばエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー・
レーザ等をも使用することができる。
する。図１（ａ）において、単一波長で発振する単一波
長発振レーザ１１としては、例えば発振波長１．５４４
μｍ、連続波出力（以下、「ＣＷ出力」ともいう）で出
力が２０ｍＷのＩｎＧａＡｓＰ構造のＤＦＢ（Distribu
ted feedback：分布帰還型）半導体レーザを用いる。こ
こでＤＦＢ半導体レーザとは、縦モード選択性の低いフ
ァブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体
レーザ内に形成したもので、どのような状況下であって
も単一縦モード発振を行うように構成されている。ＤＦ
Ｂ半導体レーザは、基本的に単一縦モード発振をするこ
とから、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に
抑えられる。なお、単一波長発振レーザ１１としては、
同様の波長領域で狭帯域化されたレーザ光を発生する光
源、例えばエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー・
レーザ等をも使用することができる。
【００４３】更に、本例の光源装置の出力波長は用途に
応じて特定波長に固定することが望ましい。そのため、
マスター発振器(Master Oscillator) としての単一波長
発振レーザ１１の発振波長を一定波長に制御するための
発振波長制御装置を設けている。本例のように単一波長
発振レーザ１１としてＤＦＢ半導体レーザを用いる場合
には、ＤＦＢ半導体レーザの温度制御を行うことにより
発振波長を制御することができ、この方法により発振波
長を更に安定化して一定の波長に制御したり、あるいは
出力波長を微調整することができる。
応じて特定波長に固定することが望ましい。そのため、
マスター発振器(Master Oscillator) としての単一波長
発振レーザ１１の発振波長を一定波長に制御するための
発振波長制御装置を設けている。本例のように単一波長
発振レーザ１１としてＤＦＢ半導体レーザを用いる場合
には、ＤＦＢ半導体レーザの温度制御を行うことにより
発振波長を制御することができ、この方法により発振波
長を更に安定化して一定の波長に制御したり、あるいは
出力波長を微調整することができる。
【００４４】通常、ＤＦＢ半導体レーザなどはヒートシ
ンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されてい
る。そこで本例では、単一波長発振レーザ１１（ＤＦＢ
半導体レーザなど）に付設されるヒートシンクに温度調
整部５（例えばヒータ等の加熱素子、ペルチェ素子等の
吸熱素子、及びサーミスタ等の温度検出素子よりなる）
を固定し、その温度調整部５の動作をコンピュータより
なる制御部１が制御することで、そのヒートシンク、ひ
いては単一波長発振レーザ１１の温度を高精度に制御す
る。ここで、ＤＦＢ半導体レーザなどではその温度を
０．００１℃単位で制御することが可能である。また、
制御部１は、ドライバ２を介して単一波長発振レーザ１
１を駆動するための電力（ＤＦＢ半導体レーザでは駆動
電流）を高精度に制御する。
ンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されてい
る。そこで本例では、単一波長発振レーザ１１（ＤＦＢ
半導体レーザなど）に付設されるヒートシンクに温度調
整部５（例えばヒータ等の加熱素子、ペルチェ素子等の
吸熱素子、及びサーミスタ等の温度検出素子よりなる）
を固定し、その温度調整部５の動作をコンピュータより
なる制御部１が制御することで、そのヒートシンク、ひ
いては単一波長発振レーザ１１の温度を高精度に制御す
る。ここで、ＤＦＢ半導体レーザなどではその温度を
０．００１℃単位で制御することが可能である。また、
制御部１は、ドライバ２を介して単一波長発振レーザ１
１を駆動するための電力（ＤＦＢ半導体レーザでは駆動
電流）を高精度に制御する。
【００４５】ＤＦＢ半導体レーザの発振波長は０．１ｎ
ｍ／℃程度の温度依存性を持つため、そのＤＦＢ半導体
レーザの温度を例えば１℃変化させると、基本波（波長
１５４４ｎｍ）ではその波長が０．１ｎｍ変化する。従
って、８倍波（１９３ｎｍ）ではその波長が０．０１２
５ｎｍ変化し、１０倍波（１５７ｎｍ）ではその波長が
０．０１ｎｍ変化することになる。なお、レーザ光ＬＢ
５を露光装置に使用する場合には、例えば露光装置が設
置される環境の大気圧差による結像特性の誤差、又は結
像特性の変動による誤差等を補正するために、その中心
波長に対して±２０ｐｍ程度変化できることが望まし
い。このためには、ＤＦＢ半導体レーザの温度を８倍波
では±１．６℃程度、１０倍波では±２℃程度変化させ
ればよく、これは実用的である。そして、この発振波長
を所定の波長に制御する際のフィードバック制御のモニ
ター波長としては、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長、あ
るいは後述する波長変換部２０内での波長変換後の高調
波出力（２倍波、３倍波、４倍波等）の内から所望の波
長制御を行うに当たって必要な感度を与え、かつ最もモ
ニターしやすい波長を選択すればよい。単一波長発振レ
ーザ１１として例えば発振波長１．５１〜１．５９μｍ
のＤＦＢ半導体レーザを使用する場合に、この発振レー
ザ光の３倍波は５０３ｎｍ〜５３０ｎｍの波長になる
が、この波長帯はヨウ素分子の吸収線が密に存在する波
長域に該当しており、ヨウ素分子の適切な吸収線を選ん
でその波長にロックすることにより精密な発振波長制御
を行うことが可能である。そこで、本例では波長変換部
２０内の所定の高調波（望ましくは３倍波）をヨウ素分
子の適切な吸収線（基準波長）と比較し、その波長のず
れ量を制御部１にフィードバックし、制御部１ではその
ずれ量が所定の一定値になるように温度調整部５を介し
て単一波長発振レーザ１１の温度を制御する。逆に、制
御部１では、その単一波長発振レーザ１１の発振波長を
積極的に変化させてその出力波長を調整可能にしてもよ
い。
ｍ／℃程度の温度依存性を持つため、そのＤＦＢ半導体
レーザの温度を例えば１℃変化させると、基本波（波長
１５４４ｎｍ）ではその波長が０．１ｎｍ変化する。従
って、８倍波（１９３ｎｍ）ではその波長が０．０１２
５ｎｍ変化し、１０倍波（１５７ｎｍ）ではその波長が
０．０１ｎｍ変化することになる。なお、レーザ光ＬＢ
５を露光装置に使用する場合には、例えば露光装置が設
置される環境の大気圧差による結像特性の誤差、又は結
像特性の変動による誤差等を補正するために、その中心
波長に対して±２０ｐｍ程度変化できることが望まし
い。このためには、ＤＦＢ半導体レーザの温度を８倍波
では±１．６℃程度、１０倍波では±２℃程度変化させ
ればよく、これは実用的である。そして、この発振波長
を所定の波長に制御する際のフィードバック制御のモニ
ター波長としては、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長、あ
るいは後述する波長変換部２０内での波長変換後の高調
波出力（２倍波、３倍波、４倍波等）の内から所望の波
長制御を行うに当たって必要な感度を与え、かつ最もモ
ニターしやすい波長を選択すればよい。単一波長発振レ
ーザ１１として例えば発振波長１．５１〜１．５９μｍ
のＤＦＢ半導体レーザを使用する場合に、この発振レー
ザ光の３倍波は５０３ｎｍ〜５３０ｎｍの波長になる
が、この波長帯はヨウ素分子の吸収線が密に存在する波
長域に該当しており、ヨウ素分子の適切な吸収線を選ん
でその波長にロックすることにより精密な発振波長制御
を行うことが可能である。そこで、本例では波長変換部
２０内の所定の高調波（望ましくは３倍波）をヨウ素分
子の適切な吸収線（基準波長）と比較し、その波長のず
れ量を制御部１にフィードバックし、制御部１ではその
ずれ量が所定の一定値になるように温度調整部５を介し
て単一波長発振レーザ１１の温度を制御する。逆に、制
御部１では、その単一波長発振レーザ１１の発振波長を
積極的に変化させてその出力波長を調整可能にしてもよ
い。
【００４６】本例の光源装置は露光装置の露光光源であ
り、前者によれば、波長変動による投影光学系の収差の
発生、又はその変動が防止され、パターン転写中にその
像特性（像質などの光学的特性）が変化することがなく
なる。また、後者によれば、露光装置が組立、調整され
る製造現場と露光装置の設置場所（納入先）との標高差
や気圧差、更には環境（クリーンルーム内の雰囲気）の
違いなどに応じて生じる投影光学系の結像特性（収差な
ど）の変動を相殺でき、納入先で露光装置の立ち上げに
要する時間を短縮することが可能になる。更に後者によ
れば、露光装置の稼働中に、露光用照明光の照射、及び
大気圧変化などに起因して生じる投影光学系の収差、投
影倍率、及び焦点位置などの変動も相殺でき、常に最良
の結像状態でパターン像を基板上に転写することが可能
となる。
り、前者によれば、波長変動による投影光学系の収差の
発生、又はその変動が防止され、パターン転写中にその
像特性（像質などの光学的特性）が変化することがなく
なる。また、後者によれば、露光装置が組立、調整され
る製造現場と露光装置の設置場所（納入先）との標高差
や気圧差、更には環境（クリーンルーム内の雰囲気）の
違いなどに応じて生じる投影光学系の結像特性（収差な
ど）の変動を相殺でき、納入先で露光装置の立ち上げに
要する時間を短縮することが可能になる。更に後者によ
れば、露光装置の稼働中に、露光用照明光の照射、及び
大気圧変化などに起因して生じる投影光学系の収差、投
影倍率、及び焦点位置などの変動も相殺でき、常に最良
の結像状態でパターン像を基板上に転写することが可能
となる。
【００４７】単一波長発振レーザ１１から出力される連
続光よりなるレーザ光ＬＢ１は、例えば電気光学光変調
素子や音響光学光変調素子などの光変調素子１２を用い
て、パルス光よりなるレーザ光ＬＢ２に変換される。光
変調素子１２は制御部１によってドライバ３を介して駆
動される。本例の光変調素子１２から出力されるレーザ
光ＬＢ２は、一例としてパルス幅１ｎｓ、繰り返し周波
数１００ｋＨｚ（パルス周期１０μｓ）程度のパルス光
に変調される。この様な光変調を行った結果、光変調素
子１２から出力されるパルス光のピーク出力は２０ｍ
Ｗ、平均出力は２μＷとなる。ここでは、光変調素子１
２の挿入による損失がないものとしたが、実際にはその
挿入損失がある。例えば損失が−３ｄＢである場合、そ
のパルス光のピーク出力は１０ｍＷ、平均出力は１μＷ
となる。
続光よりなるレーザ光ＬＢ１は、例えば電気光学光変調
素子や音響光学光変調素子などの光変調素子１２を用い
て、パルス光よりなるレーザ光ＬＢ２に変換される。光
変調素子１２は制御部１によってドライバ３を介して駆
動される。本例の光変調素子１２から出力されるレーザ
光ＬＢ２は、一例としてパルス幅１ｎｓ、繰り返し周波
数１００ｋＨｚ（パルス周期１０μｓ）程度のパルス光
に変調される。この様な光変調を行った結果、光変調素
子１２から出力されるパルス光のピーク出力は２０ｍ
Ｗ、平均出力は２μＷとなる。ここでは、光変調素子１
２の挿入による損失がないものとしたが、実際にはその
挿入損失がある。例えば損失が−３ｄＢである場合、そ
のパルス光のピーク出力は１０ｍＷ、平均出力は１μＷ
となる。
【００４８】なお、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ程度
以上に設定することにより、後述する光増幅ユニット１
８−１〜１８−ｎ内の光ファイバー増幅器においてＡＳ
Ｅ（Amplified Spontaneous Emission：自然放出光）ノ
イズの影響による増幅率低下を阻止することができる。
更に、本例の１００ｋＨｚ程度の各パルス光は、実際に
は例えば１２８個の所定間隔のパルス光の集合体である
ため、最終的に出力される紫外光の照度が従来のエキシ
マレーザ光（パルス周波数は数ｋＨｚ程度）と同程度で
よい場合には、本例のようにパルス周波数を高めること
によって、各パルス当たりのエネルギーを１／１０００
〜１／１００００程度に小さくすることができ、コンパ
クション等による光学部材（レンズ等）の屈折率変動等
を小さくすることができる。従って、そのような変調器
構成とすることが望ましい。
以上に設定することにより、後述する光増幅ユニット１
８−１〜１８−ｎ内の光ファイバー増幅器においてＡＳ
Ｅ（Amplified Spontaneous Emission：自然放出光）ノ
イズの影響による増幅率低下を阻止することができる。
更に、本例の１００ｋＨｚ程度の各パルス光は、実際に
は例えば１２８個の所定間隔のパルス光の集合体である
ため、最終的に出力される紫外光の照度が従来のエキシ
マレーザ光（パルス周波数は数ｋＨｚ程度）と同程度で
よい場合には、本例のようにパルス周波数を高めること
によって、各パルス当たりのエネルギーを１／１０００
〜１／１００００程度に小さくすることができ、コンパ
クション等による光学部材（レンズ等）の屈折率変動等
を小さくすることができる。従って、そのような変調器
構成とすることが望ましい。
【００４９】更に、半導体レーザなどではその電流制御
を行うことで、出力光をパルス発振させることができ
る。このため、本例では単一波長発振レーザ１１（ＤＦ
Ｂ半導体レーザなど）の電力制御と光変調素子１２とを
併用してパルス光を発生させることが好ましい。そこ
で、単一波長発振レーザ１１の電力制御によって、例え
ば１０〜２０ｎｓ程度のパルス幅を有するパルス光を発
振させると共に、光変調素子１２によってそのパルス光
からその一部のみを切り出す、即ち本例ではパルス幅が
１ｎｓのパルス光に変調する。
を行うことで、出力光をパルス発振させることができ
る。このため、本例では単一波長発振レーザ１１（ＤＦ
Ｂ半導体レーザなど）の電力制御と光変調素子１２とを
併用してパルス光を発生させることが好ましい。そこ
で、単一波長発振レーザ１１の電力制御によって、例え
ば１０〜２０ｎｓ程度のパルス幅を有するパルス光を発
振させると共に、光変調素子１２によってそのパルス光
からその一部のみを切り出す、即ち本例ではパルス幅が
１ｎｓのパルス光に変調する。
【００５０】これにより、光変調素子１２のみを用いる
場合に比べて、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生さ
せることが可能になると共に、パルス光の発振間隔や発
振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが
可能になる。特に、光変調素子１２のみを用いてパルス
光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合に
は、単一波長発振レーザ１１の電力制御を併用すること
が望ましい。
場合に比べて、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生さ
せることが可能になると共に、パルス光の発振間隔や発
振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが
可能になる。特に、光変調素子１２のみを用いてパルス
光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合に
は、単一波長発振レーザ１１の電力制御を併用すること
が望ましい。
【００５１】このようにして得たパルス光出力を、初段
のエルビウム・ドープの光ファイバー増幅器１３に接続
し、３５ｄＢ（３１６２倍）の光増幅を行う。このとき
パルス光は、ピーク出力約６３Ｗ、平均出力約６．３ｍ
Ｗとなる。なお、この光ファイバー増幅器１３の代わり
に複数段の光ファイバー増幅器を使用してもよい。その
初段の光ファイバー増幅器１３の出力を、スプリッタ１
４でまずチャネル０〜３の４個の出力（本例ではｍ＝
４）に並列分割する。このチャネル０〜３の各出力を、
各々長さの異なる光ファイバー１５−１〜１５−４に接
続することにより、各光ファイバーからの出力光には、
光ファイバー長に対応した遅延時間が与えられる。例え
ば本実施形態では、光ファイバー中の光の伝搬速度を２
×１０ 8 ｍ／ｓであるとし、チャネル０、１、２、３に
それぞれ０．１ｍ、１９．３ｍ、３８．５ｍ、５７．７
ｍの長さの光ファイバー１５−１〜１５−４を接続す
る。この場合、各光ファイバーの出口での隣り合うチャ
ネル間の光の遅延は９６ｎｓとなる。なおここでは、こ
の様に光を遅延させる目的で使用する光ファイバー１５
−１〜１５−４を、便宜的に「遅延ファイバー」と呼
ぶ。
のエルビウム・ドープの光ファイバー増幅器１３に接続
し、３５ｄＢ（３１６２倍）の光増幅を行う。このとき
パルス光は、ピーク出力約６３Ｗ、平均出力約６．３ｍ
Ｗとなる。なお、この光ファイバー増幅器１３の代わり
に複数段の光ファイバー増幅器を使用してもよい。その
初段の光ファイバー増幅器１３の出力を、スプリッタ１
４でまずチャネル０〜３の４個の出力（本例ではｍ＝
４）に並列分割する。このチャネル０〜３の各出力を、
各々長さの異なる光ファイバー１５−１〜１５−４に接
続することにより、各光ファイバーからの出力光には、
光ファイバー長に対応した遅延時間が与えられる。例え
ば本実施形態では、光ファイバー中の光の伝搬速度を２
×１０ 8 ｍ／ｓであるとし、チャネル０、１、２、３に
それぞれ０．１ｍ、１９．３ｍ、３８．５ｍ、５７．７
ｍの長さの光ファイバー１５−１〜１５−４を接続す
る。この場合、各光ファイバーの出口での隣り合うチャ
ネル間の光の遅延は９６ｎｓとなる。なおここでは、こ
の様に光を遅延させる目的で使用する光ファイバー１５
−１〜１５−４を、便宜的に「遅延ファイバー」と呼
ぶ。
【００５２】次に、その４本の遅延ファイバーの出力
を、４個のスプリッタ１６−１〜１６−４で更にｎ個
（本例ではｎ＝３２）の出力に並列分割（各スプリッタ
でチャネル０〜３１）し、合計４・３２個（＝１２８
個）のチャネルに分割する。そして、各スプリッタ１６
−１〜１６−４のチャネル０〜３１の出力端に再び互い
に長さの異なる光ファイバー（遅延ファイバー）１７−
１〜１７−３２を接続して、隣接するチャネル間に３ｎ
ｓの遅延時間を与える。これによって、チャネル３１の
出力には、９３ｎｓの遅延時間が与えられる。一方、第
１から第４までの各スプリッタ１６−１〜１６−４間に
は、そののように遅延ファイバーによって、各スプリッ
タの入力時点で各々９６ｎｓの遅延時間が与えられてい
る。この結果、全体で総計１２８チャネルの出力端で、
隣り合うチャネル間に３ｎｓの遅延時間を持つパルス光
が得られる。
を、４個のスプリッタ１６−１〜１６−４で更にｎ個
（本例ではｎ＝３２）の出力に並列分割（各スプリッタ
でチャネル０〜３１）し、合計４・３２個（＝１２８
個）のチャネルに分割する。そして、各スプリッタ１６
−１〜１６−４のチャネル０〜３１の出力端に再び互い
に長さの異なる光ファイバー（遅延ファイバー）１７−
１〜１７−３２を接続して、隣接するチャネル間に３ｎ
ｓの遅延時間を与える。これによって、チャネル３１の
出力には、９３ｎｓの遅延時間が与えられる。一方、第
１から第４までの各スプリッタ１６−１〜１６−４間に
は、そののように遅延ファイバーによって、各スプリッ
タの入力時点で各々９６ｎｓの遅延時間が与えられてい
る。この結果、全体で総計１２８チャネルの出力端で、
隣り合うチャネル間に３ｎｓの遅延時間を持つパルス光
が得られる。
【００５３】この結果、本例では光ファイバー・バンド
ル１９から射出されるレーザ光ＬＢ４の空間的コヒーレ
ンスが、単に単一波長発振レーザ１１から射出されるレ
ーザ光ＬＢ１の断面形状を拡大した場合に比べてほぼ１
／１２８のオーダで低下する。従って、最終的に得られ
るレーザ光ＬＢ５を露光光として用いた場合に生じるス
ペックルの量は極めて少ない利点がある。
ル１９から射出されるレーザ光ＬＢ４の空間的コヒーレ
ンスが、単に単一波長発振レーザ１１から射出されるレ
ーザ光ＬＢ１の断面形状を拡大した場合に比べてほぼ１
／１２８のオーダで低下する。従って、最終的に得られ
るレーザ光ＬＢ５を露光光として用いた場合に生じるス
ペックルの量は極めて少ない利点がある。
【００５４】以上の分岐及び遅延により、総計１２８チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で３ｎｓの遅
延時間を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出
力端で観測される光パルスは、光変調素子１２によって
変調されたパルス光と同じ１００ｋＨｚ（パルス周期１
０μｓ）である。従って、レーザ光発生部全体として見
ると、１２８パルスが３ｎｓ間隔で発生した後、９．６
２μｓの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰
り返しが１００ｋＨｚで行われる。
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で３ｎｓの遅
延時間を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出
力端で観測される光パルスは、光変調素子１２によって
変調されたパルス光と同じ１００ｋＨｚ（パルス周期１
０μｓ）である。従って、レーザ光発生部全体として見
ると、１２８パルスが３ｎｓ間隔で発生した後、９．６
２μｓの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰
り返しが１００ｋＨｚで行われる。
【００５５】なお本実施形態では、分割数を１２８と
し、また遅延ファイバーとして短いものを用いた例につ
いて説明した。このため各パルス列の間に９．６２μｓ
の無発光の間隔が生じたが、分割数ｍ，ｎを増加させ
る、又は遅延ファイバーをより長くして適切な長さとす
る、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、
パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。
し、また遅延ファイバーとして短いものを用いた例につ
いて説明した。このため各パルス列の間に９．６２μｓ
の無発光の間隔が生じたが、分割数ｍ，ｎを増加させ
る、又は遅延ファイバーをより長くして適切な長さとす
る、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、
パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。
【００５６】以上より本例のスプリッタ１４、光ファイ
バー１５−１〜１５−ｍ、スプリッタ１６−１〜１６−
ｍ、及びｍ組の光ファイバー１７−１〜１７−ｎは、全
体として時分割多重（Time Division Multiplexing：Ｔ
ＤＭ）手段を構成しているともみなすことができる。な
お、本例のスプリッタ１４，１６−１〜１６−ｍは平板
導波路型であるが、それ以外に例えばファイバースプリ
ッタや、部分透過鏡を用いたビームスプリッタ等も使用
することができる。
バー１５−１〜１５−ｍ、スプリッタ１６−１〜１６−
ｍ、及びｍ組の光ファイバー１７−１〜１７−ｎは、全
体として時分割多重（Time Division Multiplexing：Ｔ
ＤＭ）手段を構成しているともみなすことができる。な
お、本例のスプリッタ１４，１６−１〜１６−ｍは平板
導波路型であるが、それ以外に例えばファイバースプリ
ッタや、部分透過鏡を用いたビームスプリッタ等も使用
することができる。
【００５７】図１（ａ）において、ｍ組の遅延ファイバ
ー（光ファイバー１７−１〜１７−ｎ）を通過したレー
ザ光はそれぞれ光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎに入
射して増幅される。本例の光増幅ユニット１８−１〜１
８−ｎは光ファイバー増幅器を備えており、以下では、
光増幅ユニット１８−１として使用できる光増幅ユニッ
トの構成例につき説明するが、これらは他の光増幅ユニ
ット１８−２〜１８−ｎとしても同様に使用することが
できる。
ー（光ファイバー１７−１〜１７−ｎ）を通過したレー
ザ光はそれぞれ光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎに入
射して増幅される。本例の光増幅ユニット１８−１〜１
８−ｎは光ファイバー増幅器を備えており、以下では、
光増幅ユニット１８−１として使用できる光増幅ユニッ
トの構成例につき説明するが、これらは他の光増幅ユニ
ット１８−２〜１８−ｎとしても同様に使用することが
できる。
【００５８】図２は、光増幅ユニット１８を示し、この
図２において、光増幅ユニット１８は基本的に２段のそ
れぞれエルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器（Erbi
um-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）よりなる光ファ
イバー増幅器２２及び２５を接続して構成されている。
そして、１段目の光ファイバー増幅器２２の両端部に
は、励起光をカップリングするための波長分割多重（Wa
velength Division Multiplexing：ＷＤＭ）素子（以
下、「ＷＤＭ素子」と言う）２１Ａ及び２１Ｂが接続さ
れ、ＷＤＭ素子２１Ａ及び２１Ｂによってそれぞれ励起
光源としての半導体レーザ２３Ａからの励起光ＥＬ１及
び半導体レーザ２３Ｂからの励起光が、光ファイバー増
幅器２２に前後から供給されている。同様に、２段目の
光ファイバー増幅器２５の両端部にも、カップリング用
のＷＤＭ素子２１Ｃ及び２１Ｄが接続され、ＷＤＭ素子
２１Ｃ及び２１Ｄによってそれぞれ半導体レーザ２３Ｃ
及び２３Ｄからの励起光が光ファイバー増幅器２５に前
後から供給されている。即ち、光ファイバー増幅器２
２，２５は共に双方向励起型である。
図２において、光増幅ユニット１８は基本的に２段のそ
れぞれエルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器（Erbi
um-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）よりなる光ファ
イバー増幅器２２及び２５を接続して構成されている。
そして、１段目の光ファイバー増幅器２２の両端部に
は、励起光をカップリングするための波長分割多重（Wa
velength Division Multiplexing：ＷＤＭ）素子（以
下、「ＷＤＭ素子」と言う）２１Ａ及び２１Ｂが接続さ
れ、ＷＤＭ素子２１Ａ及び２１Ｂによってそれぞれ励起
光源としての半導体レーザ２３Ａからの励起光ＥＬ１及
び半導体レーザ２３Ｂからの励起光が、光ファイバー増
幅器２２に前後から供給されている。同様に、２段目の
光ファイバー増幅器２５の両端部にも、カップリング用
のＷＤＭ素子２１Ｃ及び２１Ｄが接続され、ＷＤＭ素子
２１Ｃ及び２１Ｄによってそれぞれ半導体レーザ２３Ｃ
及び２３Ｄからの励起光が光ファイバー増幅器２５に前
後から供給されている。即ち、光ファイバー増幅器２
２，２５は共に双方向励起型である。
【００５９】光ファイバー増幅器２２，２５はそれぞれ
入射するレーザ光ＬＢ３（本例では波長１．５４４μ
ｍ）の波長を含む例えば約１．５３〜１．５６μｍ程度
の波長域の光を増幅する。また、光ファイバー増幅器２
２，２５の境界部であるＷＤＭ素子２１ＢとＷＤＭ素子
２１Ｃとの間に、狭帯域フィルタ２４Ａ及び戻り光を阻
止するためのアイソレータＩＳ３が配置されている。狭
帯域フィルタ２４Ａとしては多層膜フィルタ、又はファ
イバー・ブラッグ・グレーティング（Fiber Bragg Grat
ing)が使用できる。
入射するレーザ光ＬＢ３（本例では波長１．５４４μ
ｍ）の波長を含む例えば約１．５３〜１．５６μｍ程度
の波長域の光を増幅する。また、光ファイバー増幅器２
２，２５の境界部であるＷＤＭ素子２１ＢとＷＤＭ素子
２１Ｃとの間に、狭帯域フィルタ２４Ａ及び戻り光を阻
止するためのアイソレータＩＳ３が配置されている。狭
帯域フィルタ２４Ａとしては多層膜フィルタ、又はファ
イバー・ブラッグ・グレーティング（Fiber Bragg Grat
ing)が使用できる。
【００６０】本例において、図１（ａ）の光ファイバー
１７−１からのレーザ光ＬＢ３は、ＷＤＭ素子２１Ａを
介して光ファイバー増幅器２２に入射して増幅される。
この光ファイバー増幅器２２で増幅されたレーザ光ＬＢ
３は、ＷＤＭ素子２１Ｂ、狭帯域フィルタ２４Ａ、アイ
ソレータＩＳ３、及びＷＤＭ素子２１Ｃを介して光ファ
イバー増幅器２５に入射して再び増幅される。増幅され
たレーザ光ＬＢ３は、ＷＤＭ素子２１Ｄを介して図１
（ａ）の光ファイバー・バンドル１９を構成する１本の
光ファイバー（光ファイバー増幅器２５の射出端の延長
部でもよい）を伝播する。また、出力されるレーザ光Ｌ
Ｂ３の僅かな部分、例えば１％程度が分岐用の光ファイ
バーを介して光電検出器２３Ｅで受光されており、この
検出結果より光増幅ユニット１８の出力が検出できる。
１７−１からのレーザ光ＬＢ３は、ＷＤＭ素子２１Ａを
介して光ファイバー増幅器２２に入射して増幅される。
この光ファイバー増幅器２２で増幅されたレーザ光ＬＢ
３は、ＷＤＭ素子２１Ｂ、狭帯域フィルタ２４Ａ、アイ
ソレータＩＳ３、及びＷＤＭ素子２１Ｃを介して光ファ
イバー増幅器２５に入射して再び増幅される。増幅され
たレーザ光ＬＢ３は、ＷＤＭ素子２１Ｄを介して図１
（ａ）の光ファイバー・バンドル１９を構成する１本の
光ファイバー（光ファイバー増幅器２５の射出端の延長
部でもよい）を伝播する。また、出力されるレーザ光Ｌ
Ｂ３の僅かな部分、例えば１％程度が分岐用の光ファイ
バーを介して光電検出器２３Ｅで受光されており、この
検出結果より光増幅ユニット１８の出力が検出できる。
【００６１】この場合、２段の光ファイバー増幅器２２
及び２５による合計の増幅利得は一例として約４６ｄＢ
（３９８１０倍）である。そして、図１（ｂ）のスプリ
ッタ１６−１〜１６−ｍから出力される全チャネル数
（ｍ・ｎ個）を１２８個として、各チャネルの平均出力
を約５０μＷとすると、全チャネル合計での平均出力は
約６．４ｍＷとなる。その各チャネルのレーザ光をそれ
ぞれ約４６ｄＢで増幅すると、各光増幅ユニット１８−
１〜１８−ｎから出力されるレーザ光の平均出力はそれ
ぞれ約２Ｗとなる。これをパルス幅１ｎｓ、パルス周波
数１００ｋＨｚでパルス化したものとすると、各レーザ
光のピーク出力は２０ｋＷとなる。また、光ファイバー
・バンドル１９から出力されるレーザ光ＬＢ４の平均出
力は約２５６Ｗとなる。
及び２５による合計の増幅利得は一例として約４６ｄＢ
（３９８１０倍）である。そして、図１（ｂ）のスプリ
ッタ１６−１〜１６−ｍから出力される全チャネル数
（ｍ・ｎ個）を１２８個として、各チャネルの平均出力
を約５０μＷとすると、全チャネル合計での平均出力は
約６．４ｍＷとなる。その各チャネルのレーザ光をそれ
ぞれ約４６ｄＢで増幅すると、各光増幅ユニット１８−
１〜１８−ｎから出力されるレーザ光の平均出力はそれ
ぞれ約２Ｗとなる。これをパルス幅１ｎｓ、パルス周波
数１００ｋＨｚでパルス化したものとすると、各レーザ
光のピーク出力は２０ｋＷとなる。また、光ファイバー
・バンドル１９から出力されるレーザ光ＬＢ４の平均出
力は約２５６Ｗとなる。
【００６２】ここでは、図１（ａ）のスプリッタ１４，
１６−１〜１６−ｍでの結合損失を考慮していないが、
その結合損失がある場合にはその損失分だけ光ファイバ
ー増幅器２２，２５の少なくとも１つの増幅利得を上げ
ることにより、各チャネルのレーザ光の出力を上記の値
（例えばピーク出力２０ｋＷなど）に均一化することが
できる。
１６−１〜１６−ｍでの結合損失を考慮していないが、
その結合損失がある場合にはその損失分だけ光ファイバ
ー増幅器２２，２５の少なくとも１つの増幅利得を上げ
ることにより、各チャネルのレーザ光の出力を上記の値
（例えばピーク出力２０ｋＷなど）に均一化することが
できる。
【００６３】図２の構成例において、狭帯域フィルタ２
４Ａは、図１（ａ）の光ファイバー増幅器１３及び図２
の光ファイバー増幅器２２でそれぞれ発生するＡＳＥ
（Amplified Spontanious Emission）光をカットし、か
つ図１（ａ）の単一波長発振レーザ１１から出力される
レーザ光（波長幅は１ｐｍ程度以下）を透過させること
で、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。
これにより、ＡＳＥ光が後段の光ファイバー増幅器２５
に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防止す
ることができる。ここで、狭帯域フィルタ２４Ａはその
透過波長幅が１ｐｍ程度であることが好ましいが、ＡＳ
Ｅ光の波長幅は数十ｎｍ程度であるので、現時点で得ら
れる透過波長幅が１００ｐｍ程度の狭帯域フィルタを用
いても実用上問題がない程度にＡＳＥ光をカットするこ
とができる。また、アイソレータＩＳ３によって戻り光
の影響が低減される。光増幅ユニット１８は例えば３段
以上の光ファイバー増幅器を接続して構成することも可
能である。
４Ａは、図１（ａ）の光ファイバー増幅器１３及び図２
の光ファイバー増幅器２２でそれぞれ発生するＡＳＥ
（Amplified Spontanious Emission）光をカットし、か
つ図１（ａ）の単一波長発振レーザ１１から出力される
レーザ光（波長幅は１ｐｍ程度以下）を透過させること
で、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。
これにより、ＡＳＥ光が後段の光ファイバー増幅器２５
に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防止す
ることができる。ここで、狭帯域フィルタ２４Ａはその
透過波長幅が１ｐｍ程度であることが好ましいが、ＡＳ
Ｅ光の波長幅は数十ｎｍ程度であるので、現時点で得ら
れる透過波長幅が１００ｐｍ程度の狭帯域フィルタを用
いても実用上問題がない程度にＡＳＥ光をカットするこ
とができる。また、アイソレータＩＳ３によって戻り光
の影響が低減される。光増幅ユニット１８は例えば３段
以上の光ファイバー増幅器を接続して構成することも可
能である。
【００６４】また、本例では多数の光増幅ユニット１８
の出力光を束ねて使用するため、各出力光の強度の分布
を均一化することが望ましい。このためには、射出され
るレーザ光ＬＢ３の光量を光電検出器２３Ｅでモニタ
し、この光量が全部の光増幅ユニット１８でほぼ均一に
なるように、各光増幅ユニット１８における励起光源
（半導体レーザ２３Ａ〜２３Ｄ）の出力を制御すればよ
い。そのため、図１（ａ）において、本例のｍ組の光増
幅ユニット１８−１〜１８−ｎはそれぞれ独立に出力を
制御できると共に、それぞれ独立に着脱できるように構
成されている。これによって、仮に或る光増幅ユニット
１８−ｉの出力が低下して寿命となったような場合に
は、その光増幅ユニットだけを交換すればよいため、メ
ンテナンスが容易である。
の出力光を束ねて使用するため、各出力光の強度の分布
を均一化することが望ましい。このためには、射出され
るレーザ光ＬＢ３の光量を光電検出器２３Ｅでモニタ
し、この光量が全部の光増幅ユニット１８でほぼ均一に
なるように、各光増幅ユニット１８における励起光源
（半導体レーザ２３Ａ〜２３Ｄ）の出力を制御すればよ
い。そのため、図１（ａ）において、本例のｍ組の光増
幅ユニット１８−１〜１８−ｎはそれぞれ独立に出力を
制御できると共に、それぞれ独立に着脱できるように構
成されている。これによって、仮に或る光増幅ユニット
１８−ｉの出力が低下して寿命となったような場合に
は、その光増幅ユニットだけを交換すればよいため、メ
ンテナンスが容易である。
【００６５】なお、上記の実施の形態では、単一波長発
振レーザ１１として発振波長が１．５４４μｍ程度のレ
ーザ光源が使用されているが、その代わりに発振波長
１．０９９〜１．１０６μｍ程度のレーザ光源を使用し
てもよい。このようなレーザ光源としては、ＤＦＢ半導
体レーザあるいはイッテルビウム（Ｙｂ）・ドープ・フ
ァイバーレーザが使用できる。この場合には、後段の光
増幅部中の光ファイバー増幅器としては、その波長を含
む９９０〜１２００ｎｍ程度の波長域で増幅を行うイッ
テルビウム（Ｙｂ）・ドープ・光ファイバー（ＹＤＦ
Ａ）を使用すればよい。この場合には、図１（ｂ）の波
長変換部２０において、７倍波を出力することによっ
て、Ｆ2 レーザと実質的に同一の波長１５７〜１５８ｎ
ｍの紫外光が得られる。実用的には、発振波長を１．１
μｍ程度とすることで、Ｆ2 レーザとほぼ同一波長の紫
外光が得られる。
振レーザ１１として発振波長が１．５４４μｍ程度のレ
ーザ光源が使用されているが、その代わりに発振波長
１．０９９〜１．１０６μｍ程度のレーザ光源を使用し
てもよい。このようなレーザ光源としては、ＤＦＢ半導
体レーザあるいはイッテルビウム（Ｙｂ）・ドープ・フ
ァイバーレーザが使用できる。この場合には、後段の光
増幅部中の光ファイバー増幅器としては、その波長を含
む９９０〜１２００ｎｍ程度の波長域で増幅を行うイッ
テルビウム（Ｙｂ）・ドープ・光ファイバー（ＹＤＦ
Ａ）を使用すればよい。この場合には、図１（ｂ）の波
長変換部２０において、７倍波を出力することによっ
て、Ｆ2 レーザと実質的に同一の波長１５７〜１５８ｎ
ｍの紫外光が得られる。実用的には、発振波長を１．１
μｍ程度とすることで、Ｆ2 レーザとほぼ同一波長の紫
外光が得られる。
【００６６】更には、単一波長発振レーザ１１での発振
波長を９９０ｎｍ付近として、波長変換部２０で基本波
の４倍波を出力するようにしてもよい。これによって、
ＫｒＦエキシマレーザと同一の波長２４８ｎｍの紫外光
を得ることが可能である。なお、上記の実施形態におけ
る最終段の高ピーク出力の光ファイバー増幅器（例えば
図２の光増幅ユニット１８中の光ファイバー増幅器２
５）においては、ファイバー中での非線形効果による増
幅光のスペクトル幅の増加を避けるため、ファイバーモ
ード径が通常通信で用いられているもの（５〜６μｍ）
よりも広い、例えば２０〜３０μｍの大モード径ファイ
バーを使用することが望ましい。
波長を９９０ｎｍ付近として、波長変換部２０で基本波
の４倍波を出力するようにしてもよい。これによって、
ＫｒＦエキシマレーザと同一の波長２４８ｎｍの紫外光
を得ることが可能である。なお、上記の実施形態におけ
る最終段の高ピーク出力の光ファイバー増幅器（例えば
図２の光増幅ユニット１８中の光ファイバー増幅器２
５）においては、ファイバー中での非線形効果による増
幅光のスペクトル幅の増加を避けるため、ファイバーモ
ード径が通常通信で用いられているもの（５〜６μｍ）
よりも広い、例えば２０〜３０μｍの大モード径ファイ
バーを使用することが望ましい。
【００６７】更に、最終段の光ファイバー増幅器（例え
ば図２の光ファイバー増幅器２５）において高出力を得
るためには、その大モード径ファイバーに代えて、ファ
イバー・クラッドが二重構造となったダブル・クラッド
・ファイバーを用いるようにしてもよい。この光ファイ
バーでは、コアの部分にレーザ光の増幅に寄与するイオ
ンがドープされており、増幅されるレーザ光（信号）が
このコア内を伝搬する。そして、コアを取り巻く第１ク
ラッドに励起用半導体レーザをカップリングする。この
第１クラッドはマルチモードであり、断面積も大きいた
め高出力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易であり、
マルチモード発振の半導体レーザを効率よくカップリン
グし、励起用光源を効率よく使用することができる。そ
の第１クラッドの外周には第１クラッドの導波路を形成
するための第２クラッドが形成されている。
ば図２の光ファイバー増幅器２５）において高出力を得
るためには、その大モード径ファイバーに代えて、ファ
イバー・クラッドが二重構造となったダブル・クラッド
・ファイバーを用いるようにしてもよい。この光ファイ
バーでは、コアの部分にレーザ光の増幅に寄与するイオ
ンがドープされており、増幅されるレーザ光（信号）が
このコア内を伝搬する。そして、コアを取り巻く第１ク
ラッドに励起用半導体レーザをカップリングする。この
第１クラッドはマルチモードであり、断面積も大きいた
め高出力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易であり、
マルチモード発振の半導体レーザを効率よくカップリン
グし、励起用光源を効率よく使用することができる。そ
の第１クラッドの外周には第１クラッドの導波路を形成
するための第２クラッドが形成されている。
【００６８】また、上記の実施の形態の光ファイバー増
幅器として石英ファイバー、又はシリケイト系ファイバ
ーを用いることができるが、これらの他にフッ化物系フ
ァイバー、例えばＺＢＬＡＮファイバーを用いるように
してもよい。このフッ化物系ファイバーでは、石英やシ
リケイト系などに比べてエルビウム・ドープ濃度を大き
くすることができ、これにより増幅に必要なファイバー
長を短縮することができる。このフッ化物系ファイバー
は、特に最終段の光ファイバー増幅器（図２の光ファイ
バー増幅器２５）に適用することが望ましく、ファイバ
ー長の短縮により、パルス光のファイバー伝播中の非線
形効果による波長幅の広がりを抑えることができ、例え
ば露光装置に必要な波長幅が狭帯化された光源を得るこ
とが可能となる。特に開口数が大きい投影光学系を有す
る露光装置でこの狭帯化光源が使用できることは、例え
ば投影光学系を設計、製造する上で有利である。
幅器として石英ファイバー、又はシリケイト系ファイバ
ーを用いることができるが、これらの他にフッ化物系フ
ァイバー、例えばＺＢＬＡＮファイバーを用いるように
してもよい。このフッ化物系ファイバーでは、石英やシ
リケイト系などに比べてエルビウム・ドープ濃度を大き
くすることができ、これにより増幅に必要なファイバー
長を短縮することができる。このフッ化物系ファイバー
は、特に最終段の光ファイバー増幅器（図２の光ファイ
バー増幅器２５）に適用することが望ましく、ファイバ
ー長の短縮により、パルス光のファイバー伝播中の非線
形効果による波長幅の広がりを抑えることができ、例え
ば露光装置に必要な波長幅が狭帯化された光源を得るこ
とが可能となる。特に開口数が大きい投影光学系を有す
る露光装置でこの狭帯化光源が使用できることは、例え
ば投影光学系を設計、製造する上で有利である。
【００６９】ところで、前述のように二重構造のクラッ
ドを持つ光ファイバー増幅器の出力波長として１．５１
〜１．５９μｍを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウム（Ｅｒ）に加えイッテルビウム（Ｙ
ｂ）を共にドープすることが好ましい。これは半導体レ
ーザによる励起効率を向上させる効果があるためであ
る。すなわち、エルビウムとイッテルビウムとの両方を
ドープする場合、イッテルビウムの強い吸収波長が９１
５〜９７５ｎｍ付近に広がっており、この近傍の波長で
各々異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザを波長分
割多重（ＷＤＭ）により結合させて第１クラッドにカッ
プリングすることで、その複数の半導体レーザを励起光
として使用できるため大きな励起強度を実現することが
できる。
ドを持つ光ファイバー増幅器の出力波長として１．５１
〜１．５９μｍを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウム（Ｅｒ）に加えイッテルビウム（Ｙ
ｂ）を共にドープすることが好ましい。これは半導体レ
ーザによる励起効率を向上させる効果があるためであ
る。すなわち、エルビウムとイッテルビウムとの両方を
ドープする場合、イッテルビウムの強い吸収波長が９１
５〜９７５ｎｍ付近に広がっており、この近傍の波長で
各々異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザを波長分
割多重（ＷＤＭ）により結合させて第１クラッドにカッ
プリングすることで、その複数の半導体レーザを励起光
として使用できるため大きな励起強度を実現することが
できる。
【００７０】また、光ファイバー増幅器のドープ・ファ
イバーの設計については、本例のように予め定められた
一定の波長で動作する装置（例えば露光装置）では、所
望の波長における光ファイバー増幅器の利得が大きくな
るように材質を選択することが望ましい。例えば、Ａｒ
Ｆエキシマレーザと同じ出力波長（１９３〜１９４ｎ
ｍ）を得るための紫外レーザ装置において、光増幅器用
ファイバーを用いる場合には所望の波長、例えば１．５
４８μｍで利得が大きくなる材質を選ぶことが望まし
い。具体的には、ドープ元素のアルミニウムは、１．５
５μｍ付近のピークを長波長側にシフトさせ、リンは短
波長側にシフトさせる効果を持つ。従って、１．５４７
μｍ近傍で利得を大きくするためには、少量のリンをド
ープすればよい。同様に、例えばエルビウムとイッテル
ビウムとを共にドープ（コ・ドープ）したコアを持つ光
増幅器用ファイバー（例えば前記ダブル・クラッド・タ
イプのファイバー）を用いる場合にも、コアに少量のリ
ンを加えることにより、１．５４７μｍ付近でより高い
利得を得ることができる。
イバーの設計については、本例のように予め定められた
一定の波長で動作する装置（例えば露光装置）では、所
望の波長における光ファイバー増幅器の利得が大きくな
るように材質を選択することが望ましい。例えば、Ａｒ
Ｆエキシマレーザと同じ出力波長（１９３〜１９４ｎ
ｍ）を得るための紫外レーザ装置において、光増幅器用
ファイバーを用いる場合には所望の波長、例えば１．５
４８μｍで利得が大きくなる材質を選ぶことが望まし
い。具体的には、ドープ元素のアルミニウムは、１．５
５μｍ付近のピークを長波長側にシフトさせ、リンは短
波長側にシフトさせる効果を持つ。従って、１．５４７
μｍ近傍で利得を大きくするためには、少量のリンをド
ープすればよい。同様に、例えばエルビウムとイッテル
ビウムとを共にドープ（コ・ドープ）したコアを持つ光
増幅器用ファイバー（例えば前記ダブル・クラッド・タ
イプのファイバー）を用いる場合にも、コアに少量のリ
ンを加えることにより、１．５４７μｍ付近でより高い
利得を得ることができる。
【００７１】次に、図１の実施の形態の紫外光発生装置
における波長変換部２０の構成例につき説明する。図３
（ａ）は、２次高調波発生を繰り返して８倍波を得るこ
とができる波長変換部２０を示し、この図３（ａ）にお
いて、光ファイバー・バンドル１９の出力端１９ａから
出力された波長１．５４４μｍ（周波数をωとする）の
レーザ光ＬＢ４の基本波は、１段目の非線形光学結晶５
０２に入射し、ここでの２次高調波発生により基本波の
２倍の周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍
波が発生する。この２倍波は、レンズ５０５を経て２段
目の非線形光学結晶５０３に入射し、ここでも再び２次
高調波発生により、入射波の２倍、即ち基本波に対し４
倍の周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）を持つ４
倍波が発生する。発生した４倍波は更にレンズ５０６を
介して３段目の非線形光学結晶５０４に進み、ここで再
び２次高調波発生によって、入射波の周波数４ωの２
倍、即ち基本波に対し８倍の周波数８ωを有する８倍波
（波長は１／８の１９３ｎｍ）が発生する。この８倍波
は紫外のレーザ光ＬＢ５として射出される。即ち、この
構成例では、基本波（波長１．５４４μｍ）→２倍波
（波長７７２ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→８倍
波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換が行われる。
における波長変換部２０の構成例につき説明する。図３
（ａ）は、２次高調波発生を繰り返して８倍波を得るこ
とができる波長変換部２０を示し、この図３（ａ）にお
いて、光ファイバー・バンドル１９の出力端１９ａから
出力された波長１．５４４μｍ（周波数をωとする）の
レーザ光ＬＢ４の基本波は、１段目の非線形光学結晶５
０２に入射し、ここでの２次高調波発生により基本波の
２倍の周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍
波が発生する。この２倍波は、レンズ５０５を経て２段
目の非線形光学結晶５０３に入射し、ここでも再び２次
高調波発生により、入射波の２倍、即ち基本波に対し４
倍の周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）を持つ４
倍波が発生する。発生した４倍波は更にレンズ５０６を
介して３段目の非線形光学結晶５０４に進み、ここで再
び２次高調波発生によって、入射波の周波数４ωの２
倍、即ち基本波に対し８倍の周波数８ωを有する８倍波
（波長は１／８の１９３ｎｍ）が発生する。この８倍波
は紫外のレーザ光ＬＢ５として射出される。即ち、この
構成例では、基本波（波長１．５４４μｍ）→２倍波
（波長７７２ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→８倍
波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換が行われる。
【００７２】また、射出されるレーザ光ＬＢ５の一部
（例えば１％程度）がビームスプリッタ５６０を介して
光電検出器５６１に入射し、光電検出器５６１の検出信
号が不図示の制御装置に供給されている。その光電検出
器５６１の検出信号より波長変換部２０から射出される
段階でのレーザ光ＬＢ５の強度が常時モニタできる。不
図示であるが、以下の構成例においてもそれぞれモニタ
用の光電検出器５６１が備えられている。
（例えば１％程度）がビームスプリッタ５６０を介して
光電検出器５６１に入射し、光電検出器５６１の検出信
号が不図示の制御装置に供給されている。その光電検出
器５６１の検出信号より波長変換部２０から射出される
段階でのレーザ光ＬＢ５の強度が常時モニタできる。不
図示であるが、以下の構成例においてもそれぞれモニタ
用の光電検出器５６１が備えられている。
【００７３】前記波長変換に使用する非線形光学結晶と
しては、例えば基本波から２倍波への変換を行う非線形
光学結晶５０２にはＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）結晶を、２
倍波から４倍波への変換を行う非線形光学結晶５０３に
はＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８倍波へ
の変換を行う非線形光学結晶５０４にはＳｒ2 Ｂｅ2Ｂ
2 Ｏ7 （ＳＢＢＯ）結晶を使用する。ここで、ＬＢＯ結
晶を使用した基本波から２倍波への変換には、波長変換
のための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による整合方
法（Non-Critical Phase Matching:ＮＣＰＭ）を使用す
る。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高
調波との間の角度ずれである「Walk-off」が起こらない
ため、高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生し
た２倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため
有利である。
しては、例えば基本波から２倍波への変換を行う非線形
光学結晶５０２にはＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）結晶を、２
倍波から４倍波への変換を行う非線形光学結晶５０３に
はＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８倍波へ
の変換を行う非線形光学結晶５０４にはＳｒ2 Ｂｅ2Ｂ
2 Ｏ7 （ＳＢＢＯ）結晶を使用する。ここで、ＬＢＯ結
晶を使用した基本波から２倍波への変換には、波長変換
のための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による整合方
法（Non-Critical Phase Matching:ＮＣＰＭ）を使用す
る。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高
調波との間の角度ずれである「Walk-off」が起こらない
ため、高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生し
た２倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため
有利である。
【００７４】なお、図８（ａ）において、光ファイバー
・バンドル１９と非線形光学結晶５０２との間に、レー
ザ光ＬＢ４の入射効率を高めるために集光レンズを設け
ることが望ましい。この際に、光ファイバー・バンドル
１９を構成する各光ファイバーのモード径（コア径）は
例えば２０μｍ程度であり、非線形光学結晶中で変換効
率の高い領域の大きさは例えば２００μｍ程度であるた
め、各光ファイバー毎に１０倍程度の倍率の微小レンズ
を設けて、各光ファイバーから射出されるレーザ光を非
線形光学結晶５０中に集光するようにしてもよい。これ
は以下の構成例でも同様である。
・バンドル１９と非線形光学結晶５０２との間に、レー
ザ光ＬＢ４の入射効率を高めるために集光レンズを設け
ることが望ましい。この際に、光ファイバー・バンドル
１９を構成する各光ファイバーのモード径（コア径）は
例えば２０μｍ程度であり、非線形光学結晶中で変換効
率の高い領域の大きさは例えば２００μｍ程度であるた
め、各光ファイバー毎に１０倍程度の倍率の微小レンズ
を設けて、各光ファイバーから射出されるレーザ光を非
線形光学結晶５０中に集光するようにしてもよい。これ
は以下の構成例でも同様である。
【００７５】次に、図３（ｂ）は２次高調波発生と和周
波発生とを組み合わせて８倍波を得ることができる波長
変換部２０Ａを示し、この図３（ｂ）において、光ファ
イバー・バンドル１９の出力端１９ｂは、拡大して示す
ように多数（例えば１２８本）の光ファイバーを輪帯状
に束ねてある。これは変形照明を行う際に好適である。
その出力端１９ｂから射出された波長１．５４４μｍの
レーザ光ＬＢ４の基本波は、ＬＢＯ結晶よりなり上記の
ＮＣＰＭで制御されている１段目の非線形光学結晶５０
７に入射し、ここでの２次高調波発生により２倍波が発
生する。更に、非線形光学結晶５０７中を基本波の一部
がそのまま透過する。この基本波及び２倍波は、共に直
線偏光状態で波長板（例えば１／２波長板）５０８を透
過して、基本波のみが偏光方向が９０度回転した状態で
射出される。この基本波と２倍波とはそれぞれレンズ５
０９を通って２段目の非線形光学結晶５１０に入射す
る。
波発生とを組み合わせて８倍波を得ることができる波長
変換部２０Ａを示し、この図３（ｂ）において、光ファ
イバー・バンドル１９の出力端１９ｂは、拡大して示す
ように多数（例えば１２８本）の光ファイバーを輪帯状
に束ねてある。これは変形照明を行う際に好適である。
その出力端１９ｂから射出された波長１．５４４μｍの
レーザ光ＬＢ４の基本波は、ＬＢＯ結晶よりなり上記の
ＮＣＰＭで制御されている１段目の非線形光学結晶５０
７に入射し、ここでの２次高調波発生により２倍波が発
生する。更に、非線形光学結晶５０７中を基本波の一部
がそのまま透過する。この基本波及び２倍波は、共に直
線偏光状態で波長板（例えば１／２波長板）５０８を透
過して、基本波のみが偏光方向が９０度回転した状態で
射出される。この基本波と２倍波とはそれぞれレンズ５
０９を通って２段目の非線形光学結晶５１０に入射す
る。
【００７６】非線形光学結晶５１０では、１段目の非線
形光学結晶５０７で発生した２倍波と、変換されずに透
過した基本波とから和周波発生により３倍波を得る。非
線形光学結晶５１０としてはＬＢＯ結晶が用いられる
が、１段目の非線形光学結晶５０７（ＬＢＯ結晶）とは
温度が異なるＮＣＰＭで使用される。非線形光学結晶５
１０で得られた３倍波と、波長変換されずに透過した２
倍波とは、ダイクロイック・ミラー５１１により分離さ
れて、ダイクロイック・ミラー５１１で反射された３倍
波は、ミラーＭ１で反射されレンズ５１３を通って３段
目のβ−ＢａＢ2Ｏ4 （ＢＢＯ）結晶よりなる非線形光
学結晶５１４に入射する。ここで３倍波が２次高調波発
生により６倍波 に変換される。
形光学結晶５０７で発生した２倍波と、変換されずに透
過した基本波とから和周波発生により３倍波を得る。非
線形光学結晶５１０としてはＬＢＯ結晶が用いられる
が、１段目の非線形光学結晶５０７（ＬＢＯ結晶）とは
温度が異なるＮＣＰＭで使用される。非線形光学結晶５
１０で得られた３倍波と、波長変換されずに透過した２
倍波とは、ダイクロイック・ミラー５１１により分離さ
れて、ダイクロイック・ミラー５１１で反射された３倍
波は、ミラーＭ１で反射されレンズ５１３を通って３段
目のβ−ＢａＢ2Ｏ4 （ＢＢＯ）結晶よりなる非線形光
学結晶５１４に入射する。ここで３倍波が２次高調波発
生により６倍波 に変換される。
【００７７】一方、ダイクロイック・ミラーを透過した
２倍波はレンズ５１２及びミラーＭ２を経てダイクロイ
ック・ミラー５１６に入射し、非線形光学結晶５１４で
得られた６倍波もレンズ５１５を経てダイクロイック・
ミラー５１６に入射し、ここでその２倍波と６倍波とは
同軸に合成されて４段目のＢＢＯ結晶よりなる非線形光
学結晶５１７に入射する。非線形光学結晶５１７では、
６倍波と２倍波とから和周波発生により８倍波（波長１
９３ｎｍ）を得る。この８倍波は紫外のレーザ光ＬＢ５
として射出される。なお、４段目の非線形光学結晶５１
７として、ＢＢＯ結晶の代わりにＣｓＬｉＢ6 Ｏ10（Ｃ
ＬＢＯ）結晶を用いることも可能である。この波長変換
部２０Ａでは、基本波（波長１．５４４μｍ）→２倍波
（波長７７２ｎｍ）→３倍波（波長５１５ｎｍ）→６倍
波（波長２５７ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の順
に波長変換が行われている。
２倍波はレンズ５１２及びミラーＭ２を経てダイクロイ
ック・ミラー５１６に入射し、非線形光学結晶５１４で
得られた６倍波もレンズ５１５を経てダイクロイック・
ミラー５１６に入射し、ここでその２倍波と６倍波とは
同軸に合成されて４段目のＢＢＯ結晶よりなる非線形光
学結晶５１７に入射する。非線形光学結晶５１７では、
６倍波と２倍波とから和周波発生により８倍波（波長１
９３ｎｍ）を得る。この８倍波は紫外のレーザ光ＬＢ５
として射出される。なお、４段目の非線形光学結晶５１
７として、ＢＢＯ結晶の代わりにＣｓＬｉＢ6 Ｏ10（Ｃ
ＬＢＯ）結晶を用いることも可能である。この波長変換
部２０Ａでは、基本波（波長１．５４４μｍ）→２倍波
（波長７７２ｎｍ）→３倍波（波長５１５ｎｍ）→６倍
波（波長２５７ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の順
に波長変換が行われている。
【００７８】このように６倍波と２倍波との一方が分岐
光路を通って４段目の非線形光学結晶５１７に入射する
構成では、６倍波と２倍波とをそれぞれ４段目の非線形
光学結晶５１７に集光して入射させるレンズ５１５，５
１２を互いに異なる光路に配置することができる。この
場合、３段目の非線形光学結晶５１４で発生した６倍波
はその断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
るため、４段目の非線形光学結晶５１７で良好な変換効
率を得るためには、その６倍波のビーム整形を行うこと
が望ましい。そこで本例のように、レンズ５１５，５１
２を別々の光路に配置することにより、例えばレンズ５
１５としてシリンドリカルレンズ対を用いること等が可
能となり、６倍波のビーム整形を容易に行うことができ
る。このため、４段目の非線形光学結晶（ＢＢＯ結晶）
５１７での２倍波との重なり部を増加させて、変換効率
を高めることが可能である。
光路を通って４段目の非線形光学結晶５１７に入射する
構成では、６倍波と２倍波とをそれぞれ４段目の非線形
光学結晶５１７に集光して入射させるレンズ５１５，５
１２を互いに異なる光路に配置することができる。この
場合、３段目の非線形光学結晶５１４で発生した６倍波
はその断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
るため、４段目の非線形光学結晶５１７で良好な変換効
率を得るためには、その６倍波のビーム整形を行うこと
が望ましい。そこで本例のように、レンズ５１５，５１
２を別々の光路に配置することにより、例えばレンズ５
１５としてシリンドリカルレンズ対を用いること等が可
能となり、６倍波のビーム整形を容易に行うことができ
る。このため、４段目の非線形光学結晶（ＢＢＯ結晶）
５１７での２倍波との重なり部を増加させて、変換効率
を高めることが可能である。
【００７９】なお、２段目の非線形光学結晶５１０と４
段目の非線形光学結晶５１７との間の構成は図３（ｂ）
に限られるものではなく、４段目の非線形光学結晶１７
に６倍波と２倍波とが同時に入射するように、６倍波と
２倍波とでその光路長が等しくなっていれば、いかなる
構成であってもよい。更に、例えば２段目の非線形光学
結晶５１０と同一光軸上に３段目及び４段目の非線形光
学結晶５１４，５１７を配置し、３段目の非線形光学結
晶５１４で３倍波のみを２次高調波発生により６倍波に
変換して、波長変換されない２倍波と共に４段目の非線
形光学結晶５１７に入射させてもよく、これによりダイ
クロイック・ミラー５１１，５１６を用いる必要がなく
なる。
段目の非線形光学結晶５１７との間の構成は図３（ｂ）
に限られるものではなく、４段目の非線形光学結晶１７
に６倍波と２倍波とが同時に入射するように、６倍波と
２倍波とでその光路長が等しくなっていれば、いかなる
構成であってもよい。更に、例えば２段目の非線形光学
結晶５１０と同一光軸上に３段目及び４段目の非線形光
学結晶５１４，５１７を配置し、３段目の非線形光学結
晶５１４で３倍波のみを２次高調波発生により６倍波に
変換して、波長変換されない２倍波と共に４段目の非線
形光学結晶５１７に入射させてもよく、これによりダイ
クロイック・ミラー５１１，５１６を用いる必要がなく
なる。
【００８０】また、図３（ａ）に示した波長変換部２０
について各チャネル当たりの８倍波（波長１９３ｎｍ）
の平均出力を実験的に求めて見た。基本波の出力は前述
の実施形態で説明した通り各チャネルの出力端で、ピー
ク・パワー２０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、パルス繰り返し
周波数１００ｋＨｚ、及び平均出力２Ｗである。この結
果、各チャネル当たりの８倍波の平均出力は２２９ｍＷ
であった。従って、全１２８チャネルを合わせたバンド
ルからの平均出力は２９Ｗとなり、露光装置用光源とし
て十分な出力の、波長１９３ｎｍの紫外光を提供するこ
とができる。図３（ｂ）の構成例でも実用的な出力が得
られる。
について各チャネル当たりの８倍波（波長１９３ｎｍ）
の平均出力を実験的に求めて見た。基本波の出力は前述
の実施形態で説明した通り各チャネルの出力端で、ピー
ク・パワー２０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、パルス繰り返し
周波数１００ｋＨｚ、及び平均出力２Ｗである。この結
果、各チャネル当たりの８倍波の平均出力は２２９ｍＷ
であった。従って、全１２８チャネルを合わせたバンド
ルからの平均出力は２９Ｗとなり、露光装置用光源とし
て十分な出力の、波長１９３ｎｍの紫外光を提供するこ
とができる。図３（ｂ）の構成例でも実用的な出力が得
られる。
【００８１】なお、波長変換部２０，２０Ａ以外の非線
形光学結晶の組み合わせも可能である。これらの中から
変換効率が高く、構成が簡素化できるものを使用するこ
とが望ましい。次に、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）と
ほぼ同一の波長の紫外光を得るための波長変換部の構成
例につき説明する。この場合には、図１（ａ）の単一波
長発振レーザ１１において発生する基本波の波長を１．
５７μｍとして、波長変換部２０として１０倍波の発生
を行う波長変換部を使用すればよい。
形光学結晶の組み合わせも可能である。これらの中から
変換効率が高く、構成が簡素化できるものを使用するこ
とが望ましい。次に、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）と
ほぼ同一の波長の紫外光を得るための波長変換部の構成
例につき説明する。この場合には、図１（ａ）の単一波
長発振レーザ１１において発生する基本波の波長を１．
５７μｍとして、波長変換部２０として１０倍波の発生
を行う波長変換部を使用すればよい。
【００８２】図４（ａ）は、２次高調波発生と和周波発
生とを組み合わせて１０倍波を得ることができる波長変
換部２０Ｂを示し、この図４（ｂ）において、光ファイ
バー・バンドル１９の出力端１９ｃは、予め「Walk-of
f」の影響を軽減するためにシリンドリカルレンズ等を
用いた場合に最終的に円形になるように楕円状に束ねて
ある。その出力端１９ｃから射出された波長１．５７μ
ｍのレーザ光ＬＢ４の基本波は、ＬＢＯ結晶よりなる１
段目の非線形光学結晶６０３に入射し、２次高調波発生
により２倍波に変換される。この２倍波は、レンズ６０
３を介してＬＢＯよりなる第２の非線形光学結晶６０４
に入射して、２次高調波発生による４倍波に変換され、
一部は２倍波のままで透過する。
生とを組み合わせて１０倍波を得ることができる波長変
換部２０Ｂを示し、この図４（ｂ）において、光ファイ
バー・バンドル１９の出力端１９ｃは、予め「Walk-of
f」の影響を軽減するためにシリンドリカルレンズ等を
用いた場合に最終的に円形になるように楕円状に束ねて
ある。その出力端１９ｃから射出された波長１．５７μ
ｍのレーザ光ＬＢ４の基本波は、ＬＢＯ結晶よりなる１
段目の非線形光学結晶６０３に入射し、２次高調波発生
により２倍波に変換される。この２倍波は、レンズ６０
３を介してＬＢＯよりなる第２の非線形光学結晶６０４
に入射して、２次高調波発生による４倍波に変換され、
一部は２倍波のままで透過する。
【００８３】非線形光学結晶６０４を透過した４倍波及
び２倍波は、ダイクロイック・ミラー６０５に向かい、
ダイクロイック・ミラー６０５で反射された４倍波は、
ミラーＭ１で反射されレンズ６０８を通って３段目のＳ
ｒ2 Ｂｅ2 Ｂ2 Ｏ7 （ＳＢＢＯ）結晶よりなる非線形光
学結晶６０９に入射して、２次高調波発生により８倍波
に変換される。一方、ダイクロイック・ミラーを透過し
た２倍波はレンズ６０６及びミラーＭ２を経てダイクロ
イック・ミラー６０７に入射し、非線形光学結晶６０９
で得られた８倍波もレンズ６１０を経てダイクロイック
・ミラー６０７に入射し、ここでその２倍波と８倍波と
は同軸に合成されて４段目のＳＢＢＯ結晶よりなる非線
形光学結晶６１１に入射し、ここで８倍波と２倍波とか
らの和周波発生により１０倍波（波長１５７ｎｍ）が得
られる。この１０倍波は紫外のレーザ光ＬＢ５として射
出される。即ち、波長変換部２０Ｂでは、基本波（波長
１．５７μｍ）→２倍波（波長７８５ｎｍ）→４倍波
（波長３９２．５ｎｍ）→８倍波（波長１９６．２５ｎ
ｍ）→１０倍波（波長１５７ｎｍ）の順に波長変換が行
われる。
び２倍波は、ダイクロイック・ミラー６０５に向かい、
ダイクロイック・ミラー６０５で反射された４倍波は、
ミラーＭ１で反射されレンズ６０８を通って３段目のＳ
ｒ2 Ｂｅ2 Ｂ2 Ｏ7 （ＳＢＢＯ）結晶よりなる非線形光
学結晶６０９に入射して、２次高調波発生により８倍波
に変換される。一方、ダイクロイック・ミラーを透過し
た２倍波はレンズ６０６及びミラーＭ２を経てダイクロ
イック・ミラー６０７に入射し、非線形光学結晶６０９
で得られた８倍波もレンズ６１０を経てダイクロイック
・ミラー６０７に入射し、ここでその２倍波と８倍波と
は同軸に合成されて４段目のＳＢＢＯ結晶よりなる非線
形光学結晶６１１に入射し、ここで８倍波と２倍波とか
らの和周波発生により１０倍波（波長１５７ｎｍ）が得
られる。この１０倍波は紫外のレーザ光ＬＢ５として射
出される。即ち、波長変換部２０Ｂでは、基本波（波長
１．５７μｍ）→２倍波（波長７８５ｎｍ）→４倍波
（波長３９２．５ｎｍ）→８倍波（波長１９６．２５ｎ
ｍ）→１０倍波（波長１５７ｎｍ）の順に波長変換が行
われる。
【００８４】この構成例においても、ダイクロイック・
ミラー６０５，６０７を用いずに４つの非線形光学結晶
６０２，６０４，６０９，６１１を同一光軸上に配置し
てもよい。但し、本例では２段目の非線形光学結晶６０
４で発生した４倍波はその断面形状が「Walk-off」現象
により長円形になっている。このため、このビームを入
力とする４段目の非線形光学結晶６１１で良好な変換効
率を得るためには、入射ビームとなる４倍波のビーム形
状を整形し、２倍波との重なり部を広くすることが望ま
しい。本例では、集光用のレンズ６０６，６０８を別々
の光路に配置することができるので、例えばレンズ６０
８としてシリンドリカルレンズを用いることによって、
４倍波のビーム整形を容易に行うことができる。このた
め、変換効率を高めることが可能である。この場合で
も、入射光が楕円状であるため、最終的に断面が円形の
レーザ光ＬＢ５が射出される。
ミラー６０５，６０７を用いずに４つの非線形光学結晶
６０２，６０４，６０９，６１１を同一光軸上に配置し
てもよい。但し、本例では２段目の非線形光学結晶６０
４で発生した４倍波はその断面形状が「Walk-off」現象
により長円形になっている。このため、このビームを入
力とする４段目の非線形光学結晶６１１で良好な変換効
率を得るためには、入射ビームとなる４倍波のビーム形
状を整形し、２倍波との重なり部を広くすることが望ま
しい。本例では、集光用のレンズ６０６，６０８を別々
の光路に配置することができるので、例えばレンズ６０
８としてシリンドリカルレンズを用いることによって、
４倍波のビーム整形を容易に行うことができる。このた
め、変換効率を高めることが可能である。この場合で
も、入射光が楕円状であるため、最終的に断面が円形の
レーザ光ＬＢ５が射出される。
【００８５】また、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）とほ
ぼ同一波長の紫外光を得るためには、図１（ａ）の単一
波長発振レーザ１１において発生する基本波の波長を
１．０９９μｍとして、波長変換部２０として７倍波の
発生を行う波長変換部を使用する方法も考えられる。図
４（ｂ）は、２次高調波発生と和周波発生とを組み合わ
せて７倍波を得ることができる波長変換部２０Ｃを示
し、この図４（ｂ）において、光ファイバー・バンドル
１９の出力端１９ｄは、楕円状の輪帯状に束ねてある。
出力端１９ｄから射出された波長１．０９９μｍのレー
ザ光ＬＢ４（基本波）は、ＬＢＯ結晶よりなる１段目の
非線形光学結晶７０２に入射し、ここでの２次高調波発
生により２倍波が発生し、基本波の一部はそのまま透過
する。この基本波及び２倍波は、共に直線偏光状態で波
長板（例えば１／２波長板）７０３を透過して、基本波
のみの偏光方向が９０度回転する。基本波及び２倍波は
レンズ７０４を介してＬＢＯ結晶よりなる第２の非線形
光学結晶７０５に入射し、ここでの和周波発生により３
倍波が発生すると共に、２倍波の一部がそのまま透過す
る。
ぼ同一波長の紫外光を得るためには、図１（ａ）の単一
波長発振レーザ１１において発生する基本波の波長を
１．０９９μｍとして、波長変換部２０として７倍波の
発生を行う波長変換部を使用する方法も考えられる。図
４（ｂ）は、２次高調波発生と和周波発生とを組み合わ
せて７倍波を得ることができる波長変換部２０Ｃを示
し、この図４（ｂ）において、光ファイバー・バンドル
１９の出力端１９ｄは、楕円状の輪帯状に束ねてある。
出力端１９ｄから射出された波長１．０９９μｍのレー
ザ光ＬＢ４（基本波）は、ＬＢＯ結晶よりなる１段目の
非線形光学結晶７０２に入射し、ここでの２次高調波発
生により２倍波が発生し、基本波の一部はそのまま透過
する。この基本波及び２倍波は、共に直線偏光状態で波
長板（例えば１／２波長板）７０３を透過して、基本波
のみの偏光方向が９０度回転する。基本波及び２倍波は
レンズ７０４を介してＬＢＯ結晶よりなる第２の非線形
光学結晶７０５に入射し、ここでの和周波発生により３
倍波が発生すると共に、２倍波の一部がそのまま透過す
る。
【００８６】非線形光学結晶７０５から発生される２倍
波と３倍波とはダイクロイック・ミラー７０６で分岐さ
れ、ここを透過した３倍波はレンズ７０７及びミラーＭ
２を経てダイクロイック・ミラー７０８に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー７０６で反射された２倍波
は、ミラーＭ１及びレンズ７０９を通ってＳＢＢＯ結晶
よりなる第３の非線形光学結晶７１０に入射し、２次高
調波発生により４倍波に変換される。この４倍波は、レ
ンズ７１１を経てダイクロイック・ミラー７０８に入射
し、ダイクロイック・ミラー７０８で同軸に合成された
３倍波及び４倍波は、ＳＢＢＯ結晶よりなる第４の非線
形光学結晶７１２に入射し、ここでの和周波発生により
７倍波（波長１５７ｎｍ）に変換される。この７倍波は
紫外のレーザ光ＬＢ５として射出される。即ち、この構
成例では、基本波（波長１．０９９μｍ）→２倍波（波
長５４９．５ｎｍ）→３倍波（波長３６６．３ｎｍ）→
４倍波（波長２７４．８ｎｍ）→７倍波（波長１５７ｎ
ｍ）の順に波長変換される。
波と３倍波とはダイクロイック・ミラー７０６で分岐さ
れ、ここを透過した３倍波はレンズ７０７及びミラーＭ
２を経てダイクロイック・ミラー７０８に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー７０６で反射された２倍波
は、ミラーＭ１及びレンズ７０９を通ってＳＢＢＯ結晶
よりなる第３の非線形光学結晶７１０に入射し、２次高
調波発生により４倍波に変換される。この４倍波は、レ
ンズ７１１を経てダイクロイック・ミラー７０８に入射
し、ダイクロイック・ミラー７０８で同軸に合成された
３倍波及び４倍波は、ＳＢＢＯ結晶よりなる第４の非線
形光学結晶７１２に入射し、ここでの和周波発生により
７倍波（波長１５７ｎｍ）に変換される。この７倍波は
紫外のレーザ光ＬＢ５として射出される。即ち、この構
成例では、基本波（波長１．０９９μｍ）→２倍波（波
長５４９．５ｎｍ）→３倍波（波長３６６．３ｎｍ）→
４倍波（波長２７４．８ｎｍ）→７倍波（波長１５７ｎ
ｍ）の順に波長変換される。
【００８７】この構成例においても、ダイクロイック・
ミラー７０６，７０８を用いずに４つの非線形光学結晶
７０２，７０５，７１０，７１２を同一光軸上に配置し
てもよい。また、この例でも、３段目の非線形光学結晶
７１０で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象
により長円形になっている。このため、このビームを入
力とする４段目の非線形光学結晶７１２で良好な変換効
率を得るためには、レンズ７１１としてシリンドリカル
レンズを用いることによって、３倍波と４倍波との重な
り部を最大にすればよい。この場合でも、出力端１９ｄ
が楕円状の輪帯状であるため、出力されるレーザ光ＬＢ
５の断面形状はほぼ完全な楕円状である。
ミラー７０６，７０８を用いずに４つの非線形光学結晶
７０２，７０５，７１０，７１２を同一光軸上に配置し
てもよい。また、この例でも、３段目の非線形光学結晶
７１０で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象
により長円形になっている。このため、このビームを入
力とする４段目の非線形光学結晶７１２で良好な変換効
率を得るためには、レンズ７１１としてシリンドリカル
レンズを用いることによって、３倍波と４倍波との重な
り部を最大にすればよい。この場合でも、出力端１９ｄ
が楕円状の輪帯状であるため、出力されるレーザ光ＬＢ
５の断面形状はほぼ完全な楕円状である。
【００８８】なお、上記の実施の形態では、図１（ａ）
より分かるようにｍ組のｎ個の光増幅ユニット１８−１
〜１８−ｎの出力の合成光を一つの波長変換部２０で波
長変換している。しかしながら、その代わりに、例えば
ｍ’個（ｍ’は２以上の整数）の波長変換部を用意し、
ｍ組の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎの出力をｎ’
個ずつｍ’個のグループに分けて、各グループ毎に１つ
の波長変換部で波長変換を行い、得られたｍ’個（本例
では例えばｍ’＝４又は５等）の紫外光を合成するよう
にしてもよい。なお、ｍ’個のグループの各々での出力
（光増幅ユニット１８）の数ｎ’は任意でよく、更に
ｍ’個のグループ間でその出力の数ｎ’を異ならせても
よい。
より分かるようにｍ組のｎ個の光増幅ユニット１８−１
〜１８−ｎの出力の合成光を一つの波長変換部２０で波
長変換している。しかしながら、その代わりに、例えば
ｍ’個（ｍ’は２以上の整数）の波長変換部を用意し、
ｍ組の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎの出力をｎ’
個ずつｍ’個のグループに分けて、各グループ毎に１つ
の波長変換部で波長変換を行い、得られたｍ’個（本例
では例えばｍ’＝４又は５等）の紫外光を合成するよう
にしてもよい。なお、ｍ’個のグループの各々での出力
（光増幅ユニット１８）の数ｎ’は任意でよく、更に
ｍ’個のグループ間でその出力の数ｎ’を異ならせても
よい。
【００８９】更に、図５及び図１１に示すようにｍ’＝
３とする、即ち３つの波長変換部２０，１３７，１３９
を設け、かつｍ・ｎ本の光ファイバーを３つのバンドル
に分けて束ね、バンドル毎にその対応する波長変換部で
波長変換を行うようにしてもよい。この場合、紫外光を
合成するのではなく、各紫外光を異なる用途に用いるこ
とになり、例えば光ファイバー増幅器の励起光源のオン
・オフによって任意の波長変換部のみから紫外光を発生
することが可能となる。
３とする、即ち３つの波長変換部２０，１３７，１３９
を設け、かつｍ・ｎ本の光ファイバーを３つのバンドル
に分けて束ね、バンドル毎にその対応する波長変換部で
波長変換を行うようにしてもよい。この場合、紫外光を
合成するのではなく、各紫外光を異なる用途に用いるこ
とになり、例えば光ファイバー増幅器の励起光源のオン
・オフによって任意の波長変換部のみから紫外光を発生
することが可能となる。
【００９０】また、図３、図４に示した波長変換部の構
成は一例に過ぎず、図１に示した光源装置が適用される
製品（投影露光装置など）で要求される紫外光の波長や
強度などに応じてその構成を決定すればよい。また、光
ファイバー・バンドル１９の出力端の形状は、波長変換
部の構成に依らず任意でよく、その光源装置が適用され
る製品及びその用途などに応じてその出力端の形状を決
定すればよい。例えば変形照明（輪帯照明、及び複数の
偏心した光源を用いるいわゆる変形光源など）が通常照
明よりも多く使われる投影露光装置では、光ファイバー
・バンドル１９の出力端を輪帯状とし、その逆の通常照
明が多く使われる投影露光装置ではその出力端を円形
状、楕円状、又は矩形状とすればよい。
成は一例に過ぎず、図１に示した光源装置が適用される
製品（投影露光装置など）で要求される紫外光の波長や
強度などに応じてその構成を決定すればよい。また、光
ファイバー・バンドル１９の出力端の形状は、波長変換
部の構成に依らず任意でよく、その光源装置が適用され
る製品及びその用途などに応じてその出力端の形状を決
定すればよい。例えば変形照明（輪帯照明、及び複数の
偏心した光源を用いるいわゆる変形光源など）が通常照
明よりも多く使われる投影露光装置では、光ファイバー
・バンドル１９の出力端を輪帯状とし、その逆の通常照
明が多く使われる投影露光装置ではその出力端を円形
状、楕円状、又は矩形状とすればよい。
【００９１】上記の実施の形態の光源装置によれば、図
１（ａ）の光ファイバー・バンドル１９の出力端の直径
が全チャネルを合わせても２ｍｍ程度以下であるため、
１個、又は数個の波長変換部２０ですべてのチャネルの
波長変換を行うことが可能である。しかも、出力端が柔
軟な光ファイバーを使用しているため、波長変換部、単
一波長発振レーザ、及びスプリッタ等の構成部を分けて
配置することが可能となるなど、配置の自由度が極めて
高い。従って、本例の光源装置によれば、安価でコンパ
クト、かつ単一波長でありながら空間的コヒーレンスの
低い紫外レーザ装置が提供できる。
１（ａ）の光ファイバー・バンドル１９の出力端の直径
が全チャネルを合わせても２ｍｍ程度以下であるため、
１個、又は数個の波長変換部２０ですべてのチャネルの
波長変換を行うことが可能である。しかも、出力端が柔
軟な光ファイバーを使用しているため、波長変換部、単
一波長発振レーザ、及びスプリッタ等の構成部を分けて
配置することが可能となるなど、配置の自由度が極めて
高い。従って、本例の光源装置によれば、安価でコンパ
クト、かつ単一波長でありながら空間的コヒーレンスの
低い紫外レーザ装置が提供できる。
【００９２】次に、図５は、図１の光源装置を露光光源
として備えた本例のステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置を示し、この図５において、露光光源１０
１は、波長１．５４４μｍ（又は１．５７μｍ）のレー
ザ光を基本波として発生する基本波発生部１００と、そ
の基本波を伝播する可撓性を有する光ファイバー・バン
ドル１９と、この光ファイバー・バンドル１９から射出
された基本波の例えば８倍波（又は１０倍波）よりなる
波長が１９３ｎｍ（又は１５７ｎｍ）の真空紫外域の光
を露光光ＩＬとして発生する波長変換部２０とから構成
されている。その基本波発生部１００は、図１（ａ）の
単一波長発振レーザ１１から光分岐増幅部４中の光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎまでの部材を表している。
また、波長が１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの光はそれぞれ
ＡｒＦエキシマレーザ又はＦ2 レーザの代わりに使用で
きるために都合が良い。更に、本例では光ファイバー・
バンドル１９の先端部は複数本の長く可撓性のある光フ
ァイバー・バンドル１３６，１３８に分かれ、光ファイ
バー・バンドル１３６，１３８の射出面にそれぞれ波長
変換部２０と同じ機能を有する小型の波長変換部１３
７，１３９が配置され、波長変換部１３７，１３９から
も露光光ＩＬと同じ波長の光が射出できるように構成さ
れている。
として備えた本例のステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置を示し、この図５において、露光光源１０
１は、波長１．５４４μｍ（又は１．５７μｍ）のレー
ザ光を基本波として発生する基本波発生部１００と、そ
の基本波を伝播する可撓性を有する光ファイバー・バン
ドル１９と、この光ファイバー・バンドル１９から射出
された基本波の例えば８倍波（又は１０倍波）よりなる
波長が１９３ｎｍ（又は１５７ｎｍ）の真空紫外域の光
を露光光ＩＬとして発生する波長変換部２０とから構成
されている。その基本波発生部１００は、図１（ａ）の
単一波長発振レーザ１１から光分岐増幅部４中の光増幅
ユニット１８−１〜１８−ｎまでの部材を表している。
また、波長が１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの光はそれぞれ
ＡｒＦエキシマレーザ又はＦ2 レーザの代わりに使用で
きるために都合が良い。更に、本例では光ファイバー・
バンドル１９の先端部は複数本の長く可撓性のある光フ
ァイバー・バンドル１３６，１３８に分かれ、光ファイ
バー・バンドル１３６，１３８の射出面にそれぞれ波長
変換部２０と同じ機能を有する小型の波長変換部１３
７，１３９が配置され、波長変換部１３７，１３９から
も露光光ＩＬと同じ波長の光が射出できるように構成さ
れている。
【００９３】露光光源１０１から射出される露光光ＩＬ
の発光タイミング、発光周波数、及びパルスエネルギー
は露光量制御系１０９によって制御されており、露光量
制御系１０９の動作は装置全体の動作を統轄制御する主
制御系１０５によって制御されている。露光光源１０１
から射出される波長１９３ｎｍ（又は１５７ｎｍ）のパ
ルス紫外光よりなる露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミ
ラー１０２で反射された後、第１レンズ１０３Ａ及び第
２レンズ１０３Ｂよりなるリレーレンズ系を経て、光路
折り曲げ用のミラー１０４を介してオプティカル・イン
テグレータ（又はホモジナイザー）としてのフライアイ
レンズ１１０に入射する。本例の波長変換部２０から出
力される露光光ＩＬは、所定の広がり角を持つ多数の光
束の集合体であるため、リレーレンズ系（１０３Ａ，１
０３Ｂ）は、例えば光ファイバー・バンドル１９の出力
端、ひいては波長変換部２０中の最終段の非線形光学結
晶の中央部の面とフライアイレンズ１１０の入射面とを
共役にすると共に、入射時の広がり角を最適化する。こ
れによって、露光光ＩＬの利用効率が高く維持される。
の発光タイミング、発光周波数、及びパルスエネルギー
は露光量制御系１０９によって制御されており、露光量
制御系１０９の動作は装置全体の動作を統轄制御する主
制御系１０５によって制御されている。露光光源１０１
から射出される波長１９３ｎｍ（又は１５７ｎｍ）のパ
ルス紫外光よりなる露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミ
ラー１０２で反射された後、第１レンズ１０３Ａ及び第
２レンズ１０３Ｂよりなるリレーレンズ系を経て、光路
折り曲げ用のミラー１０４を介してオプティカル・イン
テグレータ（又はホモジナイザー）としてのフライアイ
レンズ１１０に入射する。本例の波長変換部２０から出
力される露光光ＩＬは、所定の広がり角を持つ多数の光
束の集合体であるため、リレーレンズ系（１０３Ａ，１
０３Ｂ）は、例えば光ファイバー・バンドル１９の出力
端、ひいては波長変換部２０中の最終段の非線形光学結
晶の中央部の面とフライアイレンズ１１０の入射面とを
共役にすると共に、入射時の広がり角を最適化する。こ
れによって、露光光ＩＬの利用効率が高く維持される。
【００９４】また、レンズ１０３Ａ，１３０Ｂの間に回
折光学素子（Diffractive OpticalElement:ＤＯＥ）よ
りなる平坦化部材１０６が、スライダ１０７によって挿
脱自在に配置されている。平坦化部材１０６は、微小な
位相型の回折格子の多数の集合体であり、これによって
輪帯状の照度分布の光束のフライアイレンズ１１０の入
射面上での照度分布を円形の分布に変換する。本例の投
影露光装置が、変形照明を主に行う装置である場合に
は、露光光源１０１中の光ファイバー・バンドル１９の
出力端を図３（ｂ）の輪帯状の出力端１９ｂ、又は図４
（ｂ）の楕円の輪帯状の出力端１９ｄにする。この構成
で、通常照明を行う際に平坦化部材１０６を露光光のＩ
Ｌの光路上に配置する。これによって、変形照明（後述
の開口絞り板１１１の開口Ｂ又はＣを使用する照明）を
行う場合に高い照度を得ることができると共に、通常照
明（開口Ａ又はＤを使用する照明）を行う場合にも少な
い光量損失（例えば１０％程度）で露光を行うことがで
きる。
折光学素子（Diffractive OpticalElement:ＤＯＥ）よ
りなる平坦化部材１０６が、スライダ１０７によって挿
脱自在に配置されている。平坦化部材１０６は、微小な
位相型の回折格子の多数の集合体であり、これによって
輪帯状の照度分布の光束のフライアイレンズ１１０の入
射面上での照度分布を円形の分布に変換する。本例の投
影露光装置が、変形照明を主に行う装置である場合に
は、露光光源１０１中の光ファイバー・バンドル１９の
出力端を図３（ｂ）の輪帯状の出力端１９ｂ、又は図４
（ｂ）の楕円の輪帯状の出力端１９ｄにする。この構成
で、通常照明を行う際に平坦化部材１０６を露光光のＩ
Ｌの光路上に配置する。これによって、変形照明（後述
の開口絞り板１１１の開口Ｂ又はＣを使用する照明）を
行う場合に高い照度を得ることができると共に、通常照
明（開口Ａ又はＤを使用する照明）を行う場合にも少な
い光量損失（例えば１０％程度）で露光を行うことがで
きる。
【００９５】一方、本例の投影露光装置が通常照明を主
に行う装置である場合には、露光光源１０１中の光ファ
イバー・バンドル１９の出力端を図３（ａ）の円形の出
力端１９ａ、又は図４（ａ）の楕円状の出力端１９ｃに
する。この構成で、変形照明を行う際には、例えば平坦
化部材１０６の代わりに輪帯状の照度分布を得ることが
できる回折光学素子（ＤＯＥ）を露光光ＩＬの光路上に
設置してもよい。
に行う装置である場合には、露光光源１０１中の光ファ
イバー・バンドル１９の出力端を図３（ａ）の円形の出
力端１９ａ、又は図４（ａ）の楕円状の出力端１９ｃに
する。この構成で、変形照明を行う際には、例えば平坦
化部材１０６の代わりに輪帯状の照度分布を得ることが
できる回折光学素子（ＤＯＥ）を露光光ＩＬの光路上に
設置してもよい。
【００９６】次に、フライアイレンズ１１０の射出面に
は、照明系の開口絞り板１１１が回転自在に配置され、
開口絞り板１１１の回転軸の周りには、通常照明用の円
形の開口絞りＡ、複数の偏心した小開口よりなる変形光
源用の開口絞りＢ、輪帯照明用の開口絞りＣ、及び小さ
い円形開口よりなる小さいコヒーレンスファクタ（σ
値）用の開口絞りＤが形成されている。そして、主制御
系１０５の制御のもとで、開口絞り板１１１を駆動モー
タＥで回転することによって、フライアイレンズ１１０
の射出面に選択された照明条件に応じた照明系開口絞り
を配置できるように構成されている。
は、照明系の開口絞り板１１１が回転自在に配置され、
開口絞り板１１１の回転軸の周りには、通常照明用の円
形の開口絞りＡ、複数の偏心した小開口よりなる変形光
源用の開口絞りＢ、輪帯照明用の開口絞りＣ、及び小さ
い円形開口よりなる小さいコヒーレンスファクタ（σ
値）用の開口絞りＤが形成されている。そして、主制御
系１０５の制御のもとで、開口絞り板１１１を駆動モー
タＥで回転することによって、フライアイレンズ１１０
の射出面に選択された照明条件に応じた照明系開口絞り
を配置できるように構成されている。
【００９７】フライアイレンズ１１０の射出面の開口絞
りを通過した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ１
１３にて反射された後、集光レンズ１１４を介して光電
検出器よりなるインテグレータセンサ１１５に入射す
る。インテグレータセンサ１１５の検出信号は露光量制
御系１０９に供給され、露光量制御系１０９中で例えば
各パルス光毎にピークホールド回路及びアナログ／デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器を介してデジタルデータに変換さ
れる。本例では、予めインテグレータセンサ１１５の検
出信号のデジタルデータから被露光基板としてのウエハ
上での露光光の単位面積当たりのパルスエネルギーを算
出するための係数（相関係数）αを求めておき、この係
数αを露光量制御系１０９内に記憶しておく。そして、
露光時にはインテグレータセンサ１１５の検出信号に係
数αを乗算することで、ウエハ上でのパルスエネルギー
を間接的にモニタする。
りを通過した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ１
１３にて反射された後、集光レンズ１１４を介して光電
検出器よりなるインテグレータセンサ１１５に入射す
る。インテグレータセンサ１１５の検出信号は露光量制
御系１０９に供給され、露光量制御系１０９中で例えば
各パルス光毎にピークホールド回路及びアナログ／デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器を介してデジタルデータに変換さ
れる。本例では、予めインテグレータセンサ１１５の検
出信号のデジタルデータから被露光基板としてのウエハ
上での露光光の単位面積当たりのパルスエネルギーを算
出するための係数（相関係数）αを求めておき、この係
数αを露光量制御系１０９内に記憶しておく。そして、
露光時にはインテグレータセンサ１１５の検出信号に係
数αを乗算することで、ウエハ上でのパルスエネルギー
を間接的にモニタする。
【００９８】ビームスプリッタ１１３を透過した露光光
ＩＬは、第１リレーレンズ１１６Ａを経て順次固定視野
絞り（レチクルブラインド）１１７、及び可動視野絞り
１１８を通過する。固定視野絞り１１７は、レチクルＲ
上の矩形の照明領域の形状を規定する視野絞りであり、
可動視野絞り１１８は、走査露光の開始時及び終了時に
不要な部分への露光が行われないように照明領域を閉じ
るために使用される。可動視野絞り１１８は、レチクル
Ｒのパターン面との共役面上に配置され、固定視野絞り
１１７はその共役面に対して所定間隔だけデフォーカス
した位置に配置されている。
ＩＬは、第１リレーレンズ１１６Ａを経て順次固定視野
絞り（レチクルブラインド）１１７、及び可動視野絞り
１１８を通過する。固定視野絞り１１７は、レチクルＲ
上の矩形の照明領域の形状を規定する視野絞りであり、
可動視野絞り１１８は、走査露光の開始時及び終了時に
不要な部分への露光が行われないように照明領域を閉じ
るために使用される。可動視野絞り１１８は、レチクル
Ｒのパターン面との共役面上に配置され、固定視野絞り
１１７はその共役面に対して所定間隔だけデフォーカス
した位置に配置されている。
【００９９】可動視野絞り１１８を通過した露光光ＩＬ
は、第２リレーレンズ１１６Ｂ、光路折り曲げ用のミラ
ー１１９、及びコンデンサレンズ１２０を経て、レチク
ルＲのパターン面（下面）に設けられたパターン領域１
３１内の細長い矩形の照明領域ＩＲを照明する。露光光
ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＲ内のパターン
は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投
影光学系ＰＬを介して、所定の投影倍率ＭRW（本例では
ＭRWは１／４，１／５，１／６等）でフォトレジストが
塗布されたウエハＷ上の矩形の露光領域ＩＷに縮小投影
される。レチクルＲ及びウエハＷがそれぞれ本発明の第
１物体及び第２物体に対応する。ウエハ（wafer)Ｗは例
えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insu
lator)等の円板状の基板である。以下、投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で
走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に沿っ
てＹ軸を取り、走査方向ＳＤに垂直な非走査方向に沿っ
てＸ軸を取って説明する。この場合、照明領域ＩＲ及び
露光領域ＩＷは、それぞれ走査方向に直交する非走査方
向（Ｘ方向）に細長いスリット状の領域である。
は、第２リレーレンズ１１６Ｂ、光路折り曲げ用のミラ
ー１１９、及びコンデンサレンズ１２０を経て、レチク
ルＲのパターン面（下面）に設けられたパターン領域１
３１内の細長い矩形の照明領域ＩＲを照明する。露光光
ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＲ内のパターン
は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投
影光学系ＰＬを介して、所定の投影倍率ＭRW（本例では
ＭRWは１／４，１／５，１／６等）でフォトレジストが
塗布されたウエハＷ上の矩形の露光領域ＩＷに縮小投影
される。レチクルＲ及びウエハＷがそれぞれ本発明の第
１物体及び第２物体に対応する。ウエハ（wafer)Ｗは例
えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insu
lator)等の円板状の基板である。以下、投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で
走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に沿っ
てＹ軸を取り、走査方向ＳＤに垂直な非走査方向に沿っ
てＸ軸を取って説明する。この場合、照明領域ＩＲ及び
露光領域ＩＷは、それぞれ走査方向に直交する非走査方
向（Ｘ方向）に細長いスリット状の領域である。
【０１００】また、レチクルＲはレチクルステージ１２
２上に吸着保持され、レチクルステージ１２２はレチク
ルベース１２３上にリニアモータによってＹ方向に連続
移動できるように載置されている。更に、レチクルステ
ージ１２２には、レチクルＲをＸ方向、Ｙ方向、回転方
向に微動する機構も組み込まれている。不図示のレーザ
干渉計によってレチクルステージ１２２の位置及び回転
角が計測され、この計測値及び主制御系１０５からの制
御情報に基づいて、レチクルステージ１２２の動作が制
御される。
２上に吸着保持され、レチクルステージ１２２はレチク
ルベース１２３上にリニアモータによってＹ方向に連続
移動できるように載置されている。更に、レチクルステ
ージ１２２には、レチクルＲをＸ方向、Ｙ方向、回転方
向に微動する機構も組み込まれている。不図示のレーザ
干渉計によってレチクルステージ１２２の位置及び回転
角が計測され、この計測値及び主制御系１０５からの制
御情報に基づいて、レチクルステージ１２２の動作が制
御される。
【０１０１】一方、ウエハＷはウエハホルダ１２４上に
吸着保持され、ウエハホルダ１２４はウエハＷのフォー
カス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺチル
トステージ１２５上に固定され、Ｚチルトステージ１２
５はＸＹステージ１２６上に固定され、ＸＹステージ１
２６は例えばリニアモータ方式によって、ウエハベース
１２７上でＺチルトステージ１２５（ウエハＷ）をＹ方
向に連続移動させると共に、Ｘ方向及びＹ方向にステッ
プ移動させる。Ｚチルトステージ１２５、ＸＹステージ
１２６、及びウエハベース１２７よりウエハステージ１
２８が構成されている。不図示のレーザ干渉計によって
Ｚチルトステージ１２５の位置及び回転角が計測され、
この計測値及び主制御系１０５からの制御情報に基づい
て、ウエハステージ１２８の動作が制御される。
吸着保持され、ウエハホルダ１２４はウエハＷのフォー
カス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺチル
トステージ１２５上に固定され、Ｚチルトステージ１２
５はＸＹステージ１２６上に固定され、ＸＹステージ１
２６は例えばリニアモータ方式によって、ウエハベース
１２７上でＺチルトステージ１２５（ウエハＷ）をＹ方
向に連続移動させると共に、Ｘ方向及びＹ方向にステッ
プ移動させる。Ｚチルトステージ１２５、ＸＹステージ
１２６、及びウエハベース１２７よりウエハステージ１
２８が構成されている。不図示のレーザ干渉計によって
Ｚチルトステージ１２５の位置及び回転角が計測され、
この計測値及び主制御系１０５からの制御情報に基づい
て、ウエハステージ１２８の動作が制御される。
【０１０２】走査露光時には、照明領域ＩＲに露光光Ｉ
Ｌを照射して、レチクルステージ１２２を介してレチク
ルＲを照明領域ＩＲに対して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）
に速度ＶＲで走査するのと同期して、ＸＹステージ１２
６を介してウエハＷを露光領域ＩＷに対して−Ｙ方向
（又は＋Ｙ方向）に速度ＭRW・ＶＲ（ＭRWはレチクルＲ
からウエハＷへの投影倍率）で走査することによって、
レチクルＲのパターン領域１３１内のパターン像がウエ
ハＷ上の１つのショット領域１４２に逐次転写される。
レチクルＲとウエハＷとの走査方向が逆であるのは、投
影光学系ＰＬが反転投影を行うからであり、投影光学系
ＰＬが正立像を投影する場合には、レチクルＲとウエハ
Ｗとの走査方向は同一（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）とな
る。その後、ＸＹステージ１２６をステッピングさせて
ウエハＷ上の次のショット領域を走査開始位置に移動し
た後、同期走査を行うという動作がステップ・アンド・
スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット
領域への露光が行われる。その後にウエハＷ上のフォト
レジストの現像、及びエッチングやイオン注入等のパタ
ーン形成を行うことによって、当該レイヤの回路パター
ンが形成される。
Ｌを照射して、レチクルステージ１２２を介してレチク
ルＲを照明領域ＩＲに対して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）
に速度ＶＲで走査するのと同期して、ＸＹステージ１２
６を介してウエハＷを露光領域ＩＷに対して−Ｙ方向
（又は＋Ｙ方向）に速度ＭRW・ＶＲ（ＭRWはレチクルＲ
からウエハＷへの投影倍率）で走査することによって、
レチクルＲのパターン領域１３１内のパターン像がウエ
ハＷ上の１つのショット領域１４２に逐次転写される。
レチクルＲとウエハＷとの走査方向が逆であるのは、投
影光学系ＰＬが反転投影を行うからであり、投影光学系
ＰＬが正立像を投影する場合には、レチクルＲとウエハ
Ｗとの走査方向は同一（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）とな
る。その後、ＸＹステージ１２６をステッピングさせて
ウエハＷ上の次のショット領域を走査開始位置に移動し
た後、同期走査を行うという動作がステップ・アンド・
スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット
領域への露光が行われる。その後にウエハＷ上のフォト
レジストの現像、及びエッチングやイオン注入等のパタ
ーン形成を行うことによって、当該レイヤの回路パター
ンが形成される。
【０１０３】このような露光を行うに際しては予めレチ
クルＲとウエハＷとのアライメントを行っておく必要が
ある。そのため、レチクルＲにはアライメントマークＲ
ＭＡ及びＲＭＢが形成され、アライメントマークＲＭＡ
及びＲＭＢの上方にミラー１３５等を介して撮像方式
で、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメン
ト顕微鏡１３３及び１３４が配置され、アライメント顕
微鏡１３３の露光光ＩＬと同じ波長の照明光は、光ファ
イバー・バンドル１３６の射出部に配置された波長変換
部１３７から供給され、その照明光の一部がアライメン
ト顕微鏡１３４にも供給されている。アライメント顕微
鏡１３３，１３４の撮像信号は主制御系１０５に供給さ
れている。
クルＲとウエハＷとのアライメントを行っておく必要が
ある。そのため、レチクルＲにはアライメントマークＲ
ＭＡ及びＲＭＢが形成され、アライメントマークＲＭＡ
及びＲＭＢの上方にミラー１３５等を介して撮像方式
で、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメン
ト顕微鏡１３３及び１３４が配置され、アライメント顕
微鏡１３３の露光光ＩＬと同じ波長の照明光は、光ファ
イバー・バンドル１３６の射出部に配置された波長変換
部１３７から供給され、その照明光の一部がアライメン
ト顕微鏡１３４にも供給されている。アライメント顕微
鏡１３３，１３４の撮像信号は主制御系１０５に供給さ
れている。
【０１０４】また、投影光学系ＰＬの側面に例えば可視
域の白色光を用いて撮像方式でアライメントマークの位
置を検出するオフ・アクシス方式のアライメントセンサ
１３６が固定され、このアライメントセンサ１３６の撮
像信号も主制御系１０５に供給されている。そして、試
料台としてのＺチルトステージ１２５上にはレチクルＲ
側のマークに対応した基準マーク１４３Ａ，１４３Ｂ、
及びアライメントセンサ１３６用の基準マーク１４４が
形成された基準マーク部材１３０が固定されている。こ
の基準マーク部材１３０上の基準マーク１４３Ａ〜１４
３Ｃをアライメント顕微鏡１３３，１３４及びアライメ
ントセンサ１３６で観察することによって、アライメン
トセンサ１３６のベースライン量（露光中心と検出中心
との間隔）が求められ、このベースライン量を用いてウ
エハＷ上の各ショット領域のアライメントが高精度に行
われる。
域の白色光を用いて撮像方式でアライメントマークの位
置を検出するオフ・アクシス方式のアライメントセンサ
１３６が固定され、このアライメントセンサ１３６の撮
像信号も主制御系１０５に供給されている。そして、試
料台としてのＺチルトステージ１２５上にはレチクルＲ
側のマークに対応した基準マーク１４３Ａ，１４３Ｂ、
及びアライメントセンサ１３６用の基準マーク１４４が
形成された基準マーク部材１３０が固定されている。こ
の基準マーク部材１３０上の基準マーク１４３Ａ〜１４
３Ｃをアライメント顕微鏡１３３，１３４及びアライメ
ントセンサ１３６で観察することによって、アライメン
トセンサ１３６のベースライン量（露光中心と検出中心
との間隔）が求められ、このベースライン量を用いてウ
エハＷ上の各ショット領域のアライメントが高精度に行
われる。
【０１０５】また、Ｚチルトステージ１２５上にスリッ
ト状の開口１４０及びほぼ正方形の開口１４１が形成さ
れた透過性の基板１２９が固定され、その開口１４０の
底面側に光ファイバー・バンドル１３８及び波長変換部
１３９から射出される露光光と同じ波長域の照明光が導
かれている。図６（ａ）は、基板１２９の底部のＺチル
トステージ１２５の構成を示し、この図６（ａ）におい
て、光ファイバー・バンドル１３８の先端部に固定され
た波長変換部１３９の出力端がＺチルトステージ１２５
内に設置され、結像特性の計測時に波長変換部１３９か
ら射出された露光光と同じ波長の照明光は、集光レンズ
１５１、及びミラー１５２を経てスリット状の開口１４
０を底面側から照明する。ミラー１５２と基板１２９と
の間にビームスプリッタＢＳ１が配置されている。そし
て、開口１４０を通過した照明光は、投影光学系ＰＬを
経てレチクルＲの下面（パターン面）に一度その開口１
４０の像を形成し、レチクルＲの下面からの反射光は、
投影光学系ＰＬを経て再び開口１４０上にその開口１４
０の像を形成する。投影光学系ＰＬ側から開口１４０を
通過した照明光は、ビームスプリッタＢＳ１、集光レン
ズ１５３を経て光電検出器１５４で受光され、光電検出
器１５４の検出信号ＳＺがサンプル／ホールド回路及び
アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して図５の主
制御系１０５に供給される。
ト状の開口１４０及びほぼ正方形の開口１４１が形成さ
れた透過性の基板１２９が固定され、その開口１４０の
底面側に光ファイバー・バンドル１３８及び波長変換部
１３９から射出される露光光と同じ波長域の照明光が導
かれている。図６（ａ）は、基板１２９の底部のＺチル
トステージ１２５の構成を示し、この図６（ａ）におい
て、光ファイバー・バンドル１３８の先端部に固定され
た波長変換部１３９の出力端がＺチルトステージ１２５
内に設置され、結像特性の計測時に波長変換部１３９か
ら射出された露光光と同じ波長の照明光は、集光レンズ
１５１、及びミラー１５２を経てスリット状の開口１４
０を底面側から照明する。ミラー１５２と基板１２９と
の間にビームスプリッタＢＳ１が配置されている。そし
て、開口１４０を通過した照明光は、投影光学系ＰＬを
経てレチクルＲの下面（パターン面）に一度その開口１
４０の像を形成し、レチクルＲの下面からの反射光は、
投影光学系ＰＬを経て再び開口１４０上にその開口１４
０の像を形成する。投影光学系ＰＬ側から開口１４０を
通過した照明光は、ビームスプリッタＢＳ１、集光レン
ズ１５３を経て光電検出器１５４で受光され、光電検出
器１５４の検出信号ＳＺがサンプル／ホールド回路及び
アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して図５の主
制御系１０５に供給される。
【０１０６】この際に、基板１２９の上面は図５のウエ
ハＷの表面と同じ高さに設定されており、基板１２９の
上面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置からＺ方
向にずれると、開口１４０を介して戻る光量が低下し
て、図６（ｂ）に示すように検出信号ＳＺが低下するこ
とから、Ｚチルトステージ１２５をＺ方向に所定のステ
ップ量ずつ移動させながら検出信号ＳＺを取り込み、そ
の検出信号ＳＺが最大になるときのＺ方向の位置（フォ
ーカス位置）を求めると、それがベストフォーカス位置
ＢＦとなる。例えば投影露光装置を収納するチャンバの
外部の大気圧、及び投影光学系ＰＬの周囲の湿度や温度
が変動したり、露光光の照射エネルギーが蓄積したりす
ると、そのベストフォーカス位置ＢＦが変動するため、
定期的にその開口１４０を用いてベストフォーカス位置
ＢＦのキャリブレーションを行うことが望ましい。
ハＷの表面と同じ高さに設定されており、基板１２９の
上面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置からＺ方
向にずれると、開口１４０を介して戻る光量が低下し
て、図６（ｂ）に示すように検出信号ＳＺが低下するこ
とから、Ｚチルトステージ１２５をＺ方向に所定のステ
ップ量ずつ移動させながら検出信号ＳＺを取り込み、そ
の検出信号ＳＺが最大になるときのＺ方向の位置（フォ
ーカス位置）を求めると、それがベストフォーカス位置
ＢＦとなる。例えば投影露光装置を収納するチャンバの
外部の大気圧、及び投影光学系ＰＬの周囲の湿度や温度
が変動したり、露光光の照射エネルギーが蓄積したりす
ると、そのベストフォーカス位置ＢＦが変動するため、
定期的にその開口１４０を用いてベストフォーカス位置
ＢＦのキャリブレーションを行うことが望ましい。
【０１０７】図５に戻り、基板１２９の正方形の開口１
４１の底面側には広い受光面積の第２の光電検出器が配
置され、この光電検出器の検出信号も主制御系１０５に
供給されている。そして結像特性の評価時には、レチク
ルＲの代わりに、図７（ａ）に示すように、多数の評価
用マーク１５５が形成されたテストレチクルＲ１をレチ
クルステージ１２２上に載置する。評価用マーク１５５
は、Ｘ軸のマークＲＭＸ及びＹ軸のマークＲＭＹより構
成されている。この状態で、テストレチクルＲ１の計測
対象の評価用マークを照明領域ＩＲ内に移動して、露光
光ＩＬを照射して、図７（ｂ）に示すようにその評価用
マーク（Ｘ軸のマークＲＭＸとする）の像ＲＭＸＰを開
口１４１でＸ方向に走査して、その第２の光電検出器の
検出信号ＳＸを取り込む。
４１の底面側には広い受光面積の第２の光電検出器が配
置され、この光電検出器の検出信号も主制御系１０５に
供給されている。そして結像特性の評価時には、レチク
ルＲの代わりに、図７（ａ）に示すように、多数の評価
用マーク１５５が形成されたテストレチクルＲ１をレチ
クルステージ１２２上に載置する。評価用マーク１５５
は、Ｘ軸のマークＲＭＸ及びＹ軸のマークＲＭＹより構
成されている。この状態で、テストレチクルＲ１の計測
対象の評価用マークを照明領域ＩＲ内に移動して、露光
光ＩＬを照射して、図７（ｂ）に示すようにその評価用
マーク（Ｘ軸のマークＲＭＸとする）の像ＲＭＸＰを開
口１４１でＸ方向に走査して、その第２の光電検出器の
検出信号ＳＸを取り込む。
【０１０８】図７（ｃ）はその検出信号ＳＸを示し、こ
の図７（ｃ）において、検出信号ＳＸは走査方向の位置
Ｘに関して階段状に変化するため、例えばその検出信号
ＳＸを位置Ｘに関して微分した信号に基づいて、その評
価用マークの像ＲＸＭＰの各マーク部のエッジ部の座標
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を求めることができ、この値を例えば
平均化することでその像ＲＸＭＰのＸ座標が高精度に求
められる。同様に、Ｙ軸のマークの像のＹ座標も求めら
れるため、求められた座標を設計上の座標と比較するこ
とによって、投影光学系ＰＬのディストーションや倍率
誤差、更にはレチクルＲ１の描画誤差等を計測すること
ができる。
の図７（ｃ）において、検出信号ＳＸは走査方向の位置
Ｘに関して階段状に変化するため、例えばその検出信号
ＳＸを位置Ｘに関して微分した信号に基づいて、その評
価用マークの像ＲＸＭＰの各マーク部のエッジ部の座標
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を求めることができ、この値を例えば
平均化することでその像ＲＸＭＰのＸ座標が高精度に求
められる。同様に、Ｙ軸のマークの像のＹ座標も求めら
れるため、求められた座標を設計上の座標と比較するこ
とによって、投影光学系ＰＬのディストーションや倍率
誤差、更にはレチクルＲ１の描画誤差等を計測すること
ができる。
【０１０９】これらの計測の際に、露光光源がエキシマ
レーザ光源（例えばＡｒＦエキシマレーザ光源）である
ときには、その露光光は図８（ａ）の露光光ＩＬＥで示
すように、ピークパルスＰＥ２で周波数が２ｋＨｚ程度
となる。これに対して本例の露光光ＩＬは図８（ｂ）に
示すようにピークレベルがＰＥ１で周波数が１００ｋＨ
ｚ程度であり、更に、周波数１００ｋＨｚの各パルス部
ＰＰ１，ＰＰ２，…は、実際には図６（ｃ）に示すよう
に多数（例えば１２８個）の３ｎｓ程度の間隔のパルス
の集合である。従って、ウエハ上で同じ照度を得るため
には、ピークレベルＰＥ１はピークレベルＰＥ２に比べ
て１／１０００〜１／１００００程度でよいことにな
る。更に、エキシマレーザ光を使用した場合には、パル
ス発光毎に、図６（ｂ）の検出信号ＳＺ及びＳＸの規格
化を行っていたが、本例では周波数が高いためにパルス
毎の演算は得策ではない。
レーザ光源（例えばＡｒＦエキシマレーザ光源）である
ときには、その露光光は図８（ａ）の露光光ＩＬＥで示
すように、ピークパルスＰＥ２で周波数が２ｋＨｚ程度
となる。これに対して本例の露光光ＩＬは図８（ｂ）に
示すようにピークレベルがＰＥ１で周波数が１００ｋＨ
ｚ程度であり、更に、周波数１００ｋＨｚの各パルス部
ＰＰ１，ＰＰ２，…は、実際には図６（ｃ）に示すよう
に多数（例えば１２８個）の３ｎｓ程度の間隔のパルス
の集合である。従って、ウエハ上で同じ照度を得るため
には、ピークレベルＰＥ１はピークレベルＰＥ２に比べ
て１／１０００〜１／１００００程度でよいことにな
る。更に、エキシマレーザ光を使用した場合には、パル
ス発光毎に、図６（ｂ）の検出信号ＳＺ及びＳＸの規格
化を行っていたが、本例では周波数が高いためにパルス
毎の演算は得策ではない。
【０１１０】そこで、本例では、図８（ｂ）の１００ｋ
Ｈｚ程度のパルス露光光ＩＬのインテグレータセンサ１
１５による検出信号をｎパルス（ｎは例えば１０程度の
整数）毎に積算する。同様に、図６の検出信号ＳＺ、又
は図７の検出信号ＳＸもそれぞれｎパルス毎に積算（又
は平均化）し、積算（又は平均化）後の信号をそれぞれ
検出信号ＳＺ１，ＳＺ２，…（又はＳＸ１，ＳＸ２，
…）とする。そして、インテグレータセンサ１１５によ
るｎパルス毎の積算エネルギーをΣＥ１，ΣＥ２，…と
すると、積算エネルギーΣＥ１，ΣＥ２，…も順次露光
量制御系１０９から主制御系１０５に供給され、主制御
系１０５は、検出信号ＳＺ１，ＳＺ２，…（又はＳＸ
１，ＳＸ２，…）をそれぞれ積算エネルギーΣＥ１，Σ
Ｅ２，…で除算して規格化し、規格化後の検出信号に基
づいて図６（ｂ）のベストフォーカス位置ＢＦ、又は図
７（ｃ）の評価用マークの像の位置を求める。
Ｈｚ程度のパルス露光光ＩＬのインテグレータセンサ１
１５による検出信号をｎパルス（ｎは例えば１０程度の
整数）毎に積算する。同様に、図６の検出信号ＳＺ、又
は図７の検出信号ＳＸもそれぞれｎパルス毎に積算（又
は平均化）し、積算（又は平均化）後の信号をそれぞれ
検出信号ＳＺ１，ＳＺ２，…（又はＳＸ１，ＳＸ２，
…）とする。そして、インテグレータセンサ１１５によ
るｎパルス毎の積算エネルギーをΣＥ１，ΣＥ２，…と
すると、積算エネルギーΣＥ１，ΣＥ２，…も順次露光
量制御系１０９から主制御系１０５に供給され、主制御
系１０５は、検出信号ＳＺ１，ＳＺ２，…（又はＳＸ
１，ＳＸ２，…）をそれぞれ積算エネルギーΣＥ１，Σ
Ｅ２，…で除算して規格化し、規格化後の検出信号に基
づいて図６（ｂ）のベストフォーカス位置ＢＦ、又は図
７（ｃ）の評価用マークの像の位置を求める。
【０１１１】これによって、露光光源１０１からの露光
光ＩＬ、及び計測用の照明光のパルス周波数が高い場合
でも、演算系の負担を重くすることなく、高精度に結像
特性を計測することができる。このような計測の結果、
ベストフォーカス位置の変動、又はディストーションの
変動等が計測された場合に、本例では、図１（ａ）の単
一波長発振レーザ１１からのレーザ光ＬＢ１の波長をシ
フトさせることによって、ほぼリアルタイムでその結像
特性の変動量を相殺するようにする。これによって、露
光工程のスループットが高く維持される。
光ＩＬ、及び計測用の照明光のパルス周波数が高い場合
でも、演算系の負担を重くすることなく、高精度に結像
特性を計測することができる。このような計測の結果、
ベストフォーカス位置の変動、又はディストーションの
変動等が計測された場合に、本例では、図１（ａ）の単
一波長発振レーザ１１からのレーザ光ＬＢ１の波長をシ
フトさせることによって、ほぼリアルタイムでその結像
特性の変動量を相殺するようにする。これによって、露
光工程のスループットが高く維持される。
【０１１２】なお、なお、そのように複数パルス数毎に
検出信号を積算する代わりに、例えば複数パルス分程度
の発光が行われる時間をΔＴＰｎとして、順次ΔＴＰｎ
の時間ずつパルス露光光ＩＬの積算エネルギーを求める
ようにしてもよい。また、環境センサの出力（気圧、温
度、湿度など）と照明光の入射による投影光学系の熱蓄
積量に関する情報とに基づいて、結像特性の変動量を計
算する、あるいは計測と計算とを併用して、波長をシフ
トさせるようにしてもよい。
検出信号を積算する代わりに、例えば複数パルス分程度
の発光が行われる時間をΔＴＰｎとして、順次ΔＴＰｎ
の時間ずつパルス露光光ＩＬの積算エネルギーを求める
ようにしてもよい。また、環境センサの出力（気圧、温
度、湿度など）と照明光の入射による投影光学系の熱蓄
積量に関する情報とに基づいて、結像特性の変動量を計
算する、あるいは計測と計算とを併用して、波長をシフ
トさせるようにしてもよい。
【０１１３】また、本例では図３（ａ）の波長変換部２
０の射出部の光電検出器５６１の検出信号、及び図５の
インテグレータセンサ１１５の検出信号が並列に主制御
系１０５にも取り込まれている。主制御系１０５は、そ
れら２つの信号のレベルを比較して、例えば光電検出器
５６１の検出信号のレベルが低下したときには、波長変
換部２０内で曇りが生じている恐れがあるというアラー
ムを発生し、逆にインテグレータセンサ１１５の検出信
号のレベルが低下したときには、波長変換部２０からビ
ームスプリッタ１１３までの光学部材に曇りが生じてい
る恐れがあるというアラームを発生する。これによっ
て、曇り物質の生じている部材を速く検出できるため、
メンテナンスを容易に行うことができる。
０の射出部の光電検出器５６１の検出信号、及び図５の
インテグレータセンサ１１５の検出信号が並列に主制御
系１０５にも取り込まれている。主制御系１０５は、そ
れら２つの信号のレベルを比較して、例えば光電検出器
５６１の検出信号のレベルが低下したときには、波長変
換部２０内で曇りが生じている恐れがあるというアラー
ムを発生し、逆にインテグレータセンサ１１５の検出信
号のレベルが低下したときには、波長変換部２０からビ
ームスプリッタ１１３までの光学部材に曇りが生じてい
る恐れがあるというアラームを発生する。これによっ
て、曇り物質の生じている部材を速く検出できるため、
メンテナンスを容易に行うことができる。
【０１１４】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
９を参照して説明する。本例は投影光学系ＰＬの検査装
置に本発明を適用したものである。図９は本例の検査装
置を示し、この図９において、ウエハステージ１２８上
に上部が開口となって側面からの光が遮光される容器１
５８が固定され、容器１５８内に集光レンズ１５９、開
口板１６０、及びＣＣＤ型等の２次元の撮像素子１６１
が固定され、撮像素子１６１の撮像信号が制御装置１６
２に供給されている。また、容器１５８上に検査対象の
投影光学系ＰＬが配置され、その上に評価用パターンの
形成されたテストレチクル１５６が配置されている。
９を参照して説明する。本例は投影光学系ＰＬの検査装
置に本発明を適用したものである。図９は本例の検査装
置を示し、この図９において、ウエハステージ１２８上
に上部が開口となって側面からの光が遮光される容器１
５８が固定され、容器１５８内に集光レンズ１５９、開
口板１６０、及びＣＣＤ型等の２次元の撮像素子１６１
が固定され、撮像素子１６１の撮像信号が制御装置１６
２に供給されている。また、容器１５８上に検査対象の
投影光学系ＰＬが配置され、その上に評価用パターンの
形成されたテストレチクル１５６が配置されている。
【０１１５】そして、図５の光ファイバー・バンドル１
３６及び波長変換部１３７と同じ照明系から射出された
露光光ＩＬが、集光レンズ１５７及びミラーＭ１０を介
してテストレチクル１５６を落射照明している。この状
態で、ウエハステージ１２８内のＺチルトステージ１２
５をＸ方向に走査して、図１０に示すように撮像素子１
６１で検出される集光点の位置の変動量ＷＤを求めるこ
とによって、投影光学系ＰＬの波面収差を計測すること
ができる。この際に、光ファイバー・バンドル１３６及
び波長変換部１３７は小型であるため、計測システムを
コンパクトに構成できる。
３６及び波長変換部１３７と同じ照明系から射出された
露光光ＩＬが、集光レンズ１５７及びミラーＭ１０を介
してテストレチクル１５６を落射照明している。この状
態で、ウエハステージ１２８内のＺチルトステージ１２
５をＸ方向に走査して、図１０に示すように撮像素子１
６１で検出される集光点の位置の変動量ＷＤを求めるこ
とによって、投影光学系ＰＬの波面収差を計測すること
ができる。この際に、光ファイバー・バンドル１３６及
び波長変換部１３７は小型であるため、計測システムを
コンパクトに構成できる。
【０１１６】ところで、図９の検査装置で計測された波
面収差に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性が計測され
た後、投影光学系ＰＬは投影露光装置内の架台に固定さ
れて、試し焼きや図６又は図７の空間像計測などを経て
投影光学系ＰＬの結像特性が最終調整されることにな
る。なお、検査装置の構成は図９に限られるものではな
く任意でよく、検査対象も投影光学系に限られず、任意
の光学系で良い。また、図９の検査装置では露光用照明
光と同一波長を検査光として用いているが、例えば検査
対象となる光学系が反射光学素子のみから構成されてい
る場合、その光学系の設計波長（本例では露光波長に相
当）と検査光との波長が異なっていてもよいことがあ
る。
面収差に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性が計測され
た後、投影光学系ＰＬは投影露光装置内の架台に固定さ
れて、試し焼きや図６又は図７の空間像計測などを経て
投影光学系ＰＬの結像特性が最終調整されることにな
る。なお、検査装置の構成は図９に限られるものではな
く任意でよく、検査対象も投影光学系に限られず、任意
の光学系で良い。また、図９の検査装置では露光用照明
光と同一波長を検査光として用いているが、例えば検査
対象となる光学系が反射光学素子のみから構成されてい
る場合、その光学系の設計波長（本例では露光波長に相
当）と検査光との波長が異なっていてもよいことがあ
る。
【０１１７】次に、本発明の第３の実施の形態につき図
１１を参照して説明する。本例は、露光光源としてエキ
シマレーザ光源（又はＦ2 レーザ光源）と上記の実施の
形態の光ファイバー増幅型の光源とを併用するものであ
り、図１１において図５に対応する部分には同一符号を
付してその詳細説明を省略する。図１１は、本例のステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を示し、こ
の図１１において、第１の露光光源としてのＡｒＦエキ
シマレーザ光源１０１Ａからパルス発光される波長１９
３ｎｍの露光光ＩＬＥは、ミラー１０２Ａで上方に折り
曲げられてミラー１０４に至る。通常の露光時にはこの
露光光ＩＬＥが露光光ＩＬとしてレチクルＲを照明す
る。ミラー１０４以降の構成は図５の実施の形態と同様
である。
１１を参照して説明する。本例は、露光光源としてエキ
シマレーザ光源（又はＦ2 レーザ光源）と上記の実施の
形態の光ファイバー増幅型の光源とを併用するものであ
り、図１１において図５に対応する部分には同一符号を
付してその詳細説明を省略する。図１１は、本例のステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を示し、こ
の図１１において、第１の露光光源としてのＡｒＦエキ
シマレーザ光源１０１Ａからパルス発光される波長１９
３ｎｍの露光光ＩＬＥは、ミラー１０２Ａで上方に折り
曲げられてミラー１０４に至る。通常の露光時にはこの
露光光ＩＬＥが露光光ＩＬとしてレチクルＲを照明す
る。ミラー１０４以降の構成は図５の実施の形態と同様
である。
【０１１８】また、露光光ＩＬＥの光路に挿脱自在にミ
ラー１０２が配置され、ミラー１０２の近傍に光ファイ
バー増幅型の露光光源１０１が配置されている。また、
ミラー１０２Ａとミラー１０４との間にレンズ１０３
Ａ，１０３Ｂが挿脱材に配置されている。本例では、例
えばメンテナンス時にＡｒＦエキシマレーザ光源１０１
Ａの発光を停止して、ミラー１０２、及びレンズ１０３
Ａ，１０３Ｂを光路に配置して、露光光源１０１からの
照明光ＩＬ２をミラー１０４側に導くようにする。この
ようなメンテナンス時には、露光光の光路は工場内部と
同様の空気の雰囲気中を通るため、ＡｒＦエキシマレー
ザ光源１０１を使用すると光学部材に曇り物質が生じる
恐れがある。しかしながら、本例では光ファイバー増幅
型の露光光源１０１からのピークレベルが格段に小さい
露光光ＩＬ２を用いているため、曇り物質が生じる恐れ
は殆どないという利点がある。
ラー１０２が配置され、ミラー１０２の近傍に光ファイ
バー増幅型の露光光源１０１が配置されている。また、
ミラー１０２Ａとミラー１０４との間にレンズ１０３
Ａ，１０３Ｂが挿脱材に配置されている。本例では、例
えばメンテナンス時にＡｒＦエキシマレーザ光源１０１
Ａの発光を停止して、ミラー１０２、及びレンズ１０３
Ａ，１０３Ｂを光路に配置して、露光光源１０１からの
照明光ＩＬ２をミラー１０４側に導くようにする。この
ようなメンテナンス時には、露光光の光路は工場内部と
同様の空気の雰囲気中を通るため、ＡｒＦエキシマレー
ザ光源１０１を使用すると光学部材に曇り物質が生じる
恐れがある。しかしながら、本例では光ファイバー増幅
型の露光光源１０１からのピークレベルが格段に小さい
露光光ＩＬ２を用いているため、曇り物質が生じる恐れ
は殆どないという利点がある。
【０１１９】なお、露光光源１０１は例えば可動とし
て、必要な位置に容易に移動できるようにしておくこと
が望ましい。なお、本発明は、ステップ・アンド・スキ
ャン方式のような走査露光型の投影露光装置のみなら
ず、一括露光型（ステッパー等）の投影露光装置やプロ
キシミティ方式の露光装置等にも適用できることは明き
らかである。
て、必要な位置に容易に移動できるようにしておくこと
が望ましい。なお、本発明は、ステップ・アンド・スキ
ャン方式のような走査露光型の投影露光装置のみなら
ず、一括露光型（ステッパー等）の投影露光装置やプロ
キシミティ方式の露光装置等にも適用できることは明き
らかである。
【０１２０】また、上記の実施の形態の投影露光装置
は、照明光学系や投影光学系の調整を行うと共に、各構
成要素を、電気的、機械的又は光学的に連結して組み上
げられる。これらの場合の作業は温度管理が行われたク
リーンルーム内で行うことが望ましい。そして、上記の
ように露光が行われたウエハＷが、現像工程、パターン
形成工程、ボンディング工程、パッケージング等を経る
ことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
更に、本発明は液晶表示素子やプラズマディスプレイ素
子等の表示素子、又は薄膜磁気ディスク等のデバイスを
製造する際にも適用することができる。また、投影露光
装置用のフォトマスクを製造する際にも本発明を適用す
ることができる。
は、照明光学系や投影光学系の調整を行うと共に、各構
成要素を、電気的、機械的又は光学的に連結して組み上
げられる。これらの場合の作業は温度管理が行われたク
リーンルーム内で行うことが望ましい。そして、上記の
ように露光が行われたウエハＷが、現像工程、パターン
形成工程、ボンディング工程、パッケージング等を経る
ことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
更に、本発明は液晶表示素子やプラズマディスプレイ素
子等の表示素子、又は薄膜磁気ディスク等のデバイスを
製造する際にも適用することができる。また、投影露光
装置用のフォトマスクを製造する際にも本発明を適用す
ることができる。
【０１２１】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得ることは勿論である。
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得ることは勿論である。
【０１２２】
【発明の効果】本発明によれば、光ファイバー増幅型の
光源を使用することによって、露光装置を小型化できて
メンテナンスが容易にできると共に、露光光の発光周波
数を高くしたときに結像特性の計測精度を向上できる利
点がある。また、複数の光ファイバー増幅器からのレー
ザ光を共通の波長変換部で波長変換する場合には、小型
化できて空間的コヒーレンスを低減できると共に、全体
としての発振スペクトル線幅を簡単な構成で狭くでき
る。
光源を使用することによって、露光装置を小型化できて
メンテナンスが容易にできると共に、露光光の発光周波
数を高くしたときに結像特性の計測精度を向上できる利
点がある。また、複数の光ファイバー増幅器からのレー
ザ光を共通の波長変換部で波長変換する場合には、小型
化できて空間的コヒーレンスを低減できると共に、全体
としての発振スペクトル線幅を簡単な構成で狭くでき
る。
【図１】 本発明の実施の形態の光源装置を示す図であ
る。
る。
【図２】 図１中の光増幅ユニット１８−１〜１８−ｎ
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図３】 図１中の波長変換部２０の構成例を示す図で
ある。
ある。
【図４】 図１中の波長変換部２０の他の構成例を示す
図である。
図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態の投影露光装置を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図６】 （ａ）は図５の基板１２９の底部の計測系の
構成を示す拡大断面図、（ｂ）はその計測系の検出信号
の一例を示す図である。
構成を示す拡大断面図、（ｂ）はその計測系の検出信号
の一例を示す図である。
【図７】 図５の開口１４１を用いる計測方法の説明図
である。
である。
【図８】 本発明の実施の形態の露光光と従来の露光光
とを対比させて示す図である。
とを対比させて示す図である。
【図９】 本発明の第２の実施の形態の計測システムを
示す一部を切り欠いた構成図である。
示す一部を切り欠いた構成図である。
【図１０】 図９の実施の形態の計測結果の一例を示す
図である。
図である。
【図１１】 本発明の第３の実施の形態の投影露光装置
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１１…単一波長発振レーザ、１２…光変調素子、１３…
光ファイバー増幅器、１４…スプリッタ、１５−１〜１
５−ｍ，１７−１〜１７−ｎ…光ファイバー（遅延素
子）、１６−１〜１６−ｍ…スプリッタ、１８−１〜１
８−ｎ…光増幅ユニット、１９…光ファイバー・バンド
ル、２０…波長変換部、２２，２５…光ファイバー増幅
器、１０１…露光光源、１０１Ａ…ＡｒＦエキシマレー
ザ光源、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ
光ファイバー増幅器、１４…スプリッタ、１５−１〜１
５−ｍ，１７−１〜１７−ｎ…光ファイバー（遅延素
子）、１６−１〜１６−ｍ…スプリッタ、１８−１〜１
８−ｎ…光増幅ユニット、１９…光ファイバー・バンド
ル、２０…波長変換部、２２，２５…光ファイバー増幅
器、１０１…露光光源、１０１Ａ…ＡｒＦエキシマレー
ザ光源、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ
Claims (14)
- 【請求項１】 評価用マークを照明光で照明し、前記評
価用マークの像を投影光学系を介して投影し、前記評価
用マークの像と光電検出器とを相対走査させながら前記
評価用マークの像の状態を検出し、該検出結果に基づい
て露光を行う露光方法において、 光ファイバー増幅器によって増幅されたパルスレーザ光
を波長変換して得られたパルス紫外光を前記照明光とし
て使用し、 前記評価用マークの像を前記光電検出器によって検出す
る際に、照明光としての前記パルス紫外光の強度を複数
パルス毎、又は所定の時間間隔毎に計測し、 該計測結果に基づいて前記光電検出器の検出信号を規格
化することを特徴とする露光方法。 - 【請求項２】 前記パルス紫外光の発光周波数は１０ｋ
Ｈｚ以上で１ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項
１に記載の露光方法。 - 【請求項３】 第１物体を照明光で照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光方
法において、 第１の紫外光をパルス発光する第１の光源装置と、 光ファイバー増幅器で増幅したレーザ光を波長変換する
ことによって前記第１の紫外光と実質的に同じ波長域の
第２の紫外光を発光できる移動自在な第２の光源装置と
を備え、 前記第２物体の露光時に前記第１の光源装置からの紫外
光を用い、 前記第１物体の照明系の調整時に前記第２の光源装置か
らの紫外光を用いることを特徴とする露光方法。 - 【請求項４】 照明光で第１物体を照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で投影光学系を介して第２物
体を露光する露光方法において、 可視域から赤外域までの波長域内で発振波長が可変のレ
ーザ光を光ファイバー増幅器によって増幅し、該増幅後
のレーザ光を波長変換して得られた紫外光を前記照明光
とし、 前記投影光学系の結像特性の変動量を予測又は計測し、 該予測又は計測される結像特性の変動量を相殺するよう
に前記発振波長が可変のレーザ光の波長を変化させて、
前記紫外光の波長を制御することを特徴とする露光方
法。 - 【請求項５】 前記結像特性の変動量は、前記投影光学
系のディストーション、倍率誤差、又はデフォーカス量
であることを特徴とする請求項４記載の露光方法。 - 【請求項６】 照明光で第１物体を照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光方
法において、 単一のレーザ光を複数に分岐してそれぞれ光ファイバー
増幅器を有する複数の光増幅部で増幅し、該増幅後の複
数のレーザ光を束ねて波長変換して得られた紫外光を前
記照明光とし、 前記複数の光増幅部のそれぞれの出力を検出し、該検出
結果より前記複数の光増幅部の内の所定の光増幅部が寿
命に達したと判定された場合に、 前記所定の光増幅部を別の光増幅部と交換することを特
徴とする露光方法。 - 【請求項７】 照明光で第１物体を照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光方
法において、 光ファイバー増幅器によって増幅されたレーザ光を波長
変換して得られた紫外光を前記照明光とし、 前記波長変換後の前記照明光の第１の強度、及び前記第
２物体に至るまでの光路上での前記照明光の第２の強度
を継続して計測し、 該計測結果に基づいて透過率が変動している光学部材の
位置を特定することを特徴とする露光方法。 - 【請求項８】 第１物体を照明光で照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光装
置において、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、 該レーザ光発生部から発生されたレーザ光を増幅する光
ファイバー増幅器を有する光増幅部と、 該光増幅部によって増幅されたレーザ光を非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを備えた
光源装置と、 該光源装置からの前記照明光としてのパルス紫外光の強
度を前記第２物体までの光路上で複数パルス毎、又は所
定の時間間隔毎に計測するモニタ系と、 評価用マークの像を検出するマーク検出系と、 前記モニタ系の計測値に基づいて前記マーク検出系の検
出信号を規格化する演算制御系とを有することを特徴と
する露光装置。 - 【請求項９】 第１物体を照明光で照明し、前記第１物
体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光装
置において、 第１の紫外光をパルス発光する第１の光源装置と、 前記第１の紫外光と実質的に同じ波長域の第２の紫外光
を前記第１の光源装置よりも高いパルス周波数で発光で
きる第２の光源装置と、 前記第１物体に向かう光路上に前記第２の紫外光を導く
可動の光路切り換え部材と、 通常の露光時に前記第１の光源装置からの前記第１の紫
外光で露光を行い、光学系の調整時に前記第２の光源装
置からの前記第２の紫外光を前記光路切り換え部材を介
して前記第１物体に向かう光路上に導く制御系とを有す
ることを特徴とする露光装置。 - 【請求項１０】 照明光で第１物体を照明し、前記第１
物体のパターンを経た照明光で投影光学系を介して第２
物体を露光する露光装置において、 赤外域から可視域までの波長範囲内で可変波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、該レーザ光発生部から
発生されたレーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅
する光増幅部と、該光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換して前記
照明光として出力する波長変換部とを備えた光源装置
と、 前記投影光学系の結像特性の変動量を予測する計測系
と、 該計測系により予測された前記結像特性の変動量を相殺
するように前記レーザ光発生部での発振波長を制御する
結像特性補正部とを有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項１１】 照明光で第１物体を照明し、前記第１
物体のパターンを経た照明光で第２物体を露光する露光
装置において、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、該レーザ光発生部から
発生されたレーザ光を複数に分岐する光分岐部と、前記
複数の分岐されたレーザ光をそれぞれ光ファイバー増幅
器を介して増幅する複数の光増幅部と、該光増幅部によ
って増幅されたレーザ光をまとめて非線形光学結晶を用
いて紫外光に波長変換して前記照明光として出力する波
長変換部とを備えた光源装置と、 前記複数の光増幅部の出力を検出するモニタ系と、 該モニタ系の検出結果に基づいて前記複数の光増幅部の
内の交換すべき光増幅部を特定する制御系とを有するこ
とを特徴とする露光装置。 - 【請求項１２】 照明光学系からの照明光で第１物体を
照明し、前記第１物体のパターンを経た照明光で第２物
体を露光する露光装置において、 前記照明光学系は、 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ
光を発生するレーザ光発生部と、該レーザ光発生部から
発生されたレーザ光を光ファイバー増幅器を介して増幅
する光増幅部と、該光増幅部によって増幅されたレーザ
光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換して前記
照明光として出力する波長変換部とを備えた光源装置
と、 該光源装置からの照明光を前記第１物体に照射する集光
光学系と、 前記波長変換部の出力端の近傍で前記照明光の強度を検
出する第１の光電検出器と、 前記集光光学系中で前記照明光の強度を検出する第２の
光電検出器とを有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項１３】 請求項１〜７の何れか一項記載の露光
方法を用いてマスクのパターンを基板上に転写する工程
を含むデバイスの製造方法。 - 【請求項１４】 露光装置の製造方法であって、 光ファイバー増幅器で増幅されたレーザ光を波長変換し
た紫外域の検査光を用いて光学系の光学特性を検出し、
該検出結果に基づいて前記光学系を調整する工程と、 露光用照明光を用いて前記光学系の光学特性を検出する
工程とを有する特徴とする露光装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25962299A JP2001085314A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 露光方法及び装置、デバイスの製造方法、及び露光装置の製造方法 |
| US10/223,627 US20020191171A1 (en) | 1999-09-13 | 2002-08-20 | Exposure apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25962299A JP2001085314A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 露光方法及び装置、デバイスの製造方法、及び露光装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085314A true JP2001085314A (ja) | 2001-03-30 |
Family
ID=17336644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25962299A Withdrawn JP2001085314A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 露光方法及び装置、デバイスの製造方法、及び露光装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020191171A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001085314A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100536596B1 (ko) * | 2003-03-25 | 2005-12-14 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼 가장자리 노광 장치 |
| JP2007103823A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | 半導体レーザの駆動方法および装置、並びに補正パターンの導出方法および装置 |
| JP2017068289A (ja) * | 2012-07-13 | 2017-04-06 | 株式会社ニコン | 走査露光装置、並びにデバイス製造方法 |
| WO2021186698A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | ギガフォトン株式会社 | 露光システム、レーザ制御パラメータの作成方法、及び電子デバイスの製造方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7136402B1 (en) * | 1999-09-10 | 2006-11-14 | Nikon Corporation | Laser device and exposure method |
| US6960035B2 (en) * | 2002-04-10 | 2005-11-01 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laser apparatus, exposure head, exposure apparatus, and optical fiber connection method |
| US6775015B2 (en) * | 2002-06-18 | 2004-08-10 | Timbre Technologies, Inc. | Optical metrology of single features |
| US20040151428A1 (en) * | 2003-01-30 | 2004-08-05 | Nikonov Dmitri E. | Amplified optical splitter |
| JP2004319263A (ja) * | 2003-04-16 | 2004-11-11 | Sony Corp | 光源装置、及び画像表示装置 |
| US7738514B2 (en) * | 2003-12-04 | 2010-06-15 | Optical Air Data Systems, Llc | Very high power pulsed fiber laser |
| US7471705B2 (en) * | 2005-11-09 | 2008-12-30 | Lockheed Martin Corporation | Ultraviolet laser system and method having wavelength in the 200-nm range |
| US8953647B1 (en) | 2007-03-21 | 2015-02-10 | Lockheed Martin Corporation | High-power laser using thulium-doped fiber amplifier and frequency quadrupling for blue output |
| WO2010023841A1 (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | 株式会社ニコン | レーザ装置、光治療装置、露光装置、デバイス製造方法、及び被検物検査装置 |
| US8901514B2 (en) * | 2012-06-28 | 2014-12-02 | Molecular Devices, Llc | Sample analysis system with spotlight illumination |
| JP2014035307A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置、及び欠陥検査方法 |
-
1999
- 1999-09-13 JP JP25962299A patent/JP2001085314A/ja not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-08-20 US US10/223,627 patent/US20020191171A1/en not_active Abandoned
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100536596B1 (ko) * | 2003-03-25 | 2005-12-14 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼 가장자리 노광 장치 |
| JP2007103823A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | 半導体レーザの駆動方法および装置、並びに補正パターンの導出方法および装置 |
| WO2007043597A1 (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Fujifilm Corporation | Method and apparatus for driving semiconductor lasers, and method and apparatus for deriving drive current patterns for semiconductor lasers |
| US7970029B2 (en) | 2005-10-07 | 2011-06-28 | Fujifilm Corporation | Method and apparatus for driving semiconductor lasers, and method and apparatus for deriving drive current patterns for semiconductor lasers |
| CN102324694A (zh) * | 2005-10-07 | 2012-01-18 | 富士胶片株式会社 | 用于获得校正图案的方法和设备 |
| JP2017068289A (ja) * | 2012-07-13 | 2017-04-06 | 株式会社ニコン | 走査露光装置、並びにデバイス製造方法 |
| WO2021186698A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | ギガフォトン株式会社 | 露光システム、レーザ制御パラメータの作成方法、及び電子デバイスの製造方法 |
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