JP2003163393A - 光源装置及び光照射装置 - Google Patents
光源装置及び光照射装置Info
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- JP2003163393A JP2003163393A JP2001359446A JP2001359446A JP2003163393A JP 2003163393 A JP2003163393 A JP 2003163393A JP 2001359446 A JP2001359446 A JP 2001359446A JP 2001359446 A JP2001359446 A JP 2001359446A JP 2003163393 A JP2003163393 A JP 2003163393A
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- Lasers (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構成で高輝度の光を、効率良く得るこ
とができる光源装置を提供する。 【解決手段】 レーザ発振器130が有する被増幅光の
波長とは異なる励起光波長の光に関する光共振器135
における励起光波長の光の光路上に光増幅媒体171が
配置される。この結果、光増幅媒体171には、非常に
強力な励起光が供給される。したがって、簡易な構成
で、被増幅光の波長の光について高利得の増幅ができ、
高輝度の増幅光を射出することができる。
とができる光源装置を提供する。 【解決手段】 レーザ発振器130が有する被増幅光の
波長とは異なる励起光波長の光に関する光共振器135
における励起光波長の光の光路上に光増幅媒体171が
配置される。この結果、光増幅媒体171には、非常に
強力な励起光が供給される。したがって、簡易な構成
で、被増幅光の波長の光について高利得の増幅ができ、
高輝度の増幅光を射出することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源装置及び光照
射装置に係り、より詳しくは、光を増幅する光増幅器を
備える光源装置、及び、該光源装置を備える光照射装置
に関する。
射装置に係り、より詳しくは、光を増幅する光増幅器を
備える光源装置、及び、該光源装置を備える光照射装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、物体の微細構造の検査、物体
の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使
用されている。例えば、半導体素子等を製造するための
リソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投
影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガ
ラスプレート等の基板(以下、適宜「基板」又は「ウエ
ハ」という)上に転写するために、光照射装置の一種で
ある露光装置が用いられている。こうした露光装置とし
ては、ステップ・アンド・リピート方式を採用する静止
露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン
方式を採用する走査露光型の投影露光装置が主として用
いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のア
ブレーション(PRK:Photorefractive Keratectom
y)あるいは角膜内部のアブレーション(LASIK:L
aser Intrastromal Keratomileusis)を行って近視や乱
視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレー
ザ治療装置が用いられている。
の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使
用されている。例えば、半導体素子等を製造するための
リソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投
影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガ
ラスプレート等の基板(以下、適宜「基板」又は「ウエ
ハ」という)上に転写するために、光照射装置の一種で
ある露光装置が用いられている。こうした露光装置とし
ては、ステップ・アンド・リピート方式を採用する静止
露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン
方式を採用する走査露光型の投影露光装置が主として用
いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のア
ブレーション(PRK:Photorefractive Keratectom
y)あるいは角膜内部のアブレーション(LASIK:L
aser Intrastromal Keratomileusis)を行って近視や乱
視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレー
ザ治療装置が用いられている。
【0003】かかる光照射装置のために、短波長の光を
発生する光源について多くの開発がなされてきた。こう
した、短波長光源の開発の方向は、主に次の2種に大別
される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であ
るエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又
は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開
発である。
発生する光源について多くの開発がなされてきた。こう
した、短波長光源の開発の方向は、主に次の2種に大別
される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であ
るエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又
は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開
発である。
【0004】このうち、前者の方向に沿っては、KrF
エキシマレーザ(波長248nm)を使用する光源装置
が開発され、現在ではさらに短波長の光源としてArF
エキシマレーザ(波長193nm)等を使用する光源装
置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマ
レーザは大型であること、有毒なフッ素ガスを使用する
ためレーザのメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額と
なるなどの、光源装置として不利な点が存在する。
エキシマレーザ(波長248nm)を使用する光源装置
が開発され、現在ではさらに短波長の光源としてArF
エキシマレーザ(波長193nm)等を使用する光源装
置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマ
レーザは大型であること、有毒なフッ素ガスを使用する
ためレーザのメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額と
なるなどの、光源装置として不利な点が存在する。
【0005】そこで、後者の方向に沿った短波長化の方
法である、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用し、
長波長の光(赤外光、可視光)をより短波長の紫外光に
変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用し
た光源装置としては、例えば、国際公開公報WO99/
46835に開示されたもの(以下、単に「従来例」と
いう)がある。
法である、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用し、
長波長の光(赤外光、可視光)をより短波長の紫外光に
変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用し
た光源装置としては、例えば、国際公開公報WO99/
46835に開示されたもの(以下、単に「従来例」と
いう)がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のような非線形光
学結晶を使用する短波長化の方法では、非線形光学結晶
における非線形光学効果の発生効率によって短波長光の
発生効率が決まるが、当該非線形光学効果の発生効率
は、入射した波長変換の対象光の輝度(「ピークパワ
ー」の意味を含む)が高い程、高いものとなる。このた
め、効率良く紫外光を得るためには、高輝度の赤外光又
は可視光を非線形光学結晶に入射させる必要がある。そ
こで、上述の従来例では、半導体レーザ等によって発生
した単一波長の赤外光又は可視光を、エルビウム(E
r)等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバを有
する光ファイバ増幅器で増幅して、非線形光学結晶に入
射させる構成を採用している。なお、こうした光ファイ
バ増幅器では、増幅用光ファイバに励起光を供給して、
添加された希土類元素を励起することにより、希土類元
素の外殻電子のエネルギ準位について反転分布を形成す
ることにより、増幅用光ファイバに光増幅機能を付与し
ている。
学結晶を使用する短波長化の方法では、非線形光学結晶
における非線形光学効果の発生効率によって短波長光の
発生効率が決まるが、当該非線形光学効果の発生効率
は、入射した波長変換の対象光の輝度(「ピークパワ
ー」の意味を含む)が高い程、高いものとなる。このた
め、効率良く紫外光を得るためには、高輝度の赤外光又
は可視光を非線形光学結晶に入射させる必要がある。そ
こで、上述の従来例では、半導体レーザ等によって発生
した単一波長の赤外光又は可視光を、エルビウム(E
r)等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバを有
する光ファイバ増幅器で増幅して、非線形光学結晶に入
射させる構成を採用している。なお、こうした光ファイ
バ増幅器では、増幅用光ファイバに励起光を供給して、
添加された希土類元素を励起することにより、希土類元
素の外殻電子のエネルギ準位について反転分布を形成す
ることにより、増幅用光ファイバに光増幅機能を付与し
ている。
【0007】しかし、希土類元素が添加された増幅用光
ファイバを用いて高ピークパワーの光を発生させると、
その増幅用光ファイバ中で発生する誘導ラマン散乱(St
imulated Raman Scattering:SRS)や四光波混合(F
our-Wave Mixing:FWM)等の非線形光学効果による
ノイズ光が発生する。こうした非線形光学効果の発生
は、増幅用光ファイバが長くなるほど顕著になる。この
ため、所望のピークパワーの信号光を得るためには、増
幅用光ファイバの長さを一定長以上長くすることができ
ない。
ファイバを用いて高ピークパワーの光を発生させると、
その増幅用光ファイバ中で発生する誘導ラマン散乱(St
imulated Raman Scattering:SRS)や四光波混合(F
our-Wave Mixing:FWM)等の非線形光学効果による
ノイズ光が発生する。こうした非線形光学効果の発生
は、増幅用光ファイバが長くなるほど顕著になる。この
ため、所望のピークパワーの信号光を得るためには、増
幅用光ファイバの長さを一定長以上長くすることができ
ない。
【0008】一方、増幅用光ファイバによる光増幅で
は、信号光パルスの高繰り返し(高平均パワー)動作に
おいて、(1)式で与えられるような単位長さあたりの
利得Gの飽和が発生する。
は、信号光パルスの高繰り返し(高平均パワー)動作に
おいて、(1)式で与えられるような単位長さあたりの
利得Gの飽和が発生する。
【0009】
G=G0/(1+(IS/IP)) …(1)
ここで、G0:小信号利得
IS:信号光出力パワー
IP:励起光パワー
【0010】このため、上述の非線形光学効果の発生の
抑制にために、限られた長さとされた(短尺化された)
増幅用光ファイバを用いる場合には、所望の高ピークパ
ワーを得るために、励起光パワーIpを増加させる必要
がある。
抑制にために、限られた長さとされた(短尺化された)
増幅用光ファイバを用いる場合には、所望の高ピークパ
ワーを得るために、励起光パワーIpを増加させる必要
がある。
【0011】すなわち、増幅用光ファイバに投入できる
励起光強度、及び所望のピークパワーが定まると、得ら
れる信号光出力パワーに上限が付くことになる。例え
ば、エルビウム添加光ファイバを増幅用光ファイバに用
いた場合には、信号光出力パワーは励起光パワーのおよ
そ1/10となっていた。
励起光強度、及び所望のピークパワーが定まると、得ら
れる信号光出力パワーに上限が付くことになる。例え
ば、エルビウム添加光ファイバを増幅用光ファイバに用
いた場合には、信号光出力パワーは励起光パワーのおよ
そ1/10となっていた。
【0012】このため、短尺化増幅用光ファイバを使用
するとともに、上述したような飽和による増幅利得の低
下の問題を回避しつつ、高ピークパワーの信号光を得る
ために、高強度の励起光を発生するレーザ光源を用意
し、シングルモードファイバを介して増幅用光ファイバ
に強力な励起光を供給することにより、増幅用光ファイ
バを高利得に保つことが専ら行われてきた。しかしなが
ら、シングルモードの励起光源の出力を簡易な構成で得
ることには限界があった。
するとともに、上述したような飽和による増幅利得の低
下の問題を回避しつつ、高ピークパワーの信号光を得る
ために、高強度の励起光を発生するレーザ光源を用意
し、シングルモードファイバを介して増幅用光ファイバ
に強力な励起光を供給することにより、増幅用光ファイ
バを高利得に保つことが専ら行われてきた。しかしなが
ら、シングルモードの励起光源の出力を簡易な構成で得
ることには限界があった。
【0013】本発明は、上記の事情のもとでなされたも
のであり、その第1の目的は、簡易な構成で高輝度の光
を発生することができる光源装置を提供することにあ
る。
のであり、その第1の目的は、簡易な構成で高輝度の光
を発生することができる光源装置を提供することにあ
る。
【0014】また、本発明の第2の目的は、高輝度の光
を対象物に照射することができる光照射装置を提供する
ことにある。
を対象物に照射することができる光照射装置を提供する
ことにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の光源装置は、第
1の波長の光を発生するレーザ光発生部(160)と、
前記レーザ光発生部が発生した光を増幅する光増幅部
(161)とを備える光源装置において、前記光増幅部
が、前記第1の波長とは異なる第2の波長に関する光共
振器(135)を有するレーザ発振器(130)と;前
記光共振器内における前記第2の波長の光の光路上に配
置され、前記第2の波長の光が励起光として入射すると
ともに、入射した前記第1の波長の光を増幅する光増幅
媒体(171)と;を備えることを特徴とする光源装置
である。
1の波長の光を発生するレーザ光発生部(160)と、
前記レーザ光発生部が発生した光を増幅する光増幅部
(161)とを備える光源装置において、前記光増幅部
が、前記第1の波長とは異なる第2の波長に関する光共
振器(135)を有するレーザ発振器(130)と;前
記光共振器内における前記第2の波長の光の光路上に配
置され、前記第2の波長の光が励起光として入射すると
ともに、入射した前記第1の波長の光を増幅する光増幅
媒体(171)と;を備えることを特徴とする光源装置
である。
【0016】これによれば、第2の波長の光の強度が非
常に高くなる、レーザ発振器の第2の波長に関する光共
振器内における第2の波長の光の光路上に、第2の波長
を励起光とし、第1の波長の光を増幅する光増幅媒体が
配置される。この結果、光増幅媒体には、非常に強力な
励起光が供給される。したがって、簡易な構成で、第1
の波長の光について高利得の増幅ができ、高輝度の第1
の波長の光を発生することができる
常に高くなる、レーザ発振器の第2の波長に関する光共
振器内における第2の波長の光の光路上に、第2の波長
を励起光とし、第1の波長の光を増幅する光増幅媒体が
配置される。この結果、光増幅媒体には、非常に強力な
励起光が供給される。したがって、簡易な構成で、第1
の波長の光について高利得の増幅ができ、高輝度の第1
の波長の光を発生することができる
【0017】本発明の光源装置では、前記光増幅媒体
が、コア部に前記第2の波長に光によって励起される元
素が添加された増幅用光ファイバである構成とすること
ができる。
が、コア部に前記第2の波長に光によって励起される元
素が添加された増幅用光ファイバである構成とすること
ができる。
【0018】ここで、前記第1の波長を1.55μm帯
の波長とし、前記増幅用光ファイバに添加された元素を
エルビウム(Er)とする構成とすることができる。
の波長とし、前記増幅用光ファイバに添加された元素を
エルビウム(Er)とする構成とすることができる。
【0019】また、本発明の光源装置では、前記レーザ
発振器におけるレーザ媒質が、コア部に第4の波長の光
によって励起される元素が添加された光ファイバ型レー
ザ媒質(131)であり、前記光共振器における前記第
2の波長の光の反射素子が、ファイバ型ブラッグ回折格
子(1336A,1336B)である構成とすることができ
る。
発振器におけるレーザ媒質が、コア部に第4の波長の光
によって励起される元素が添加された光ファイバ型レー
ザ媒質(131)であり、前記光共振器における前記第
2の波長の光の反射素子が、ファイバ型ブラッグ回折格
子(1336A,1336B)である構成とすることができ
る。
【0020】ここで、前記レーザ発振器をラマンレーザ
発振器とする構成とすることができる。
発振器とする構成とすることができる。
【0021】また、本発明の光源装置では、前記光増幅
部によって増幅された前記第1の波長の光を第3の波長
の光に波長変換する波長変換部(163)を更に含む構
成とすることができる。
部によって増幅された前記第1の波長の光を第3の波長
の光に波長変換する波長変換部(163)を更に含む構
成とすることができる。
【0022】ここで、前記第1の波長を、前記第3の波
長の光が該第3の波長の光路の媒質成分の吸収ピーク波
長と異なる波長とする波長であるとともに、国際電気通
信連合により標準的に定められた複数の波長の中の1つ
の波長とすることができる。
長の光が該第3の波長の光路の媒質成分の吸収ピーク波
長と異なる波長とする波長であるとともに、国際電気通
信連合により標準的に定められた複数の波長の中の1つ
の波長とすることができる。
【0023】本発明の光照射装置は、対象物に光を照射
する光照射装置であって、本発明の第1又は第2の光源
装置(16)と;前記光源装置から射出された光を前記
対象物に向けて射出する照射光学系(12)と;を備え
る光照射装置である。
する光照射装置であって、本発明の第1又は第2の光源
装置(16)と;前記光源装置から射出された光を前記
対象物に向けて射出する照射光学系(12)と;を備え
る光照射装置である。
【0024】これによれば、本発明の第1又は第2の光
源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物
に照射するので、効率良く発生した光を対象物に照射す
ることができる。
源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物
に照射するので、効率良く発生した光を対象物に照射す
ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
1〜図6を参照して説明する。
1〜図6を参照して説明する。
【0026】図1には、本発明に係る光源装置を含んで
構成された一実施形態に係る光照射装置である露光装置
10の概略構成が示されている。この露光装置10は、
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置であ
る。
構成された一実施形態に係る光照射装置である露光装置
10の概略構成が示されている。この露光装置10は、
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置であ
る。
【0027】この露光装置10は、光源装置16及び照
明光学系12から成る照明系、この照明系からの露光用
照明光(以下、「照明光」又は「露光光」という)IL
により照明されるレチクルRを保持するレチクルステー
ジRST、レチクルRを介した露光光ILを基板として
のウエハW上に投射する投影光学系PL、ウエハWを保
持するZチルトステージ58が搭載されたXYステージ
14、及びこれらの制御系等を備えている。
明光学系12から成る照明系、この照明系からの露光用
照明光(以下、「照明光」又は「露光光」という)IL
により照明されるレチクルRを保持するレチクルステー
ジRST、レチクルRを介した露光光ILを基板として
のウエハW上に投射する投影光学系PL、ウエハWを保
持するZチルトステージ58が搭載されたXYステージ
14、及びこれらの制御系等を備えている。
【0028】前記光源装置16は、例えば、波長19
3.36nm(ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波
長)の紫外パルス光を出力する高調波発生装置である。
この光源装置16は、前記照明光学系12、レチクルス
テージRST、投影光学系PL、Zチルトステージ5
8、XYステージ14及びこれら各部が搭載された不図
示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温
度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメ
ンタル・チャンバ(以下、「チャンバ」という)11内
に収納されている。なお、本実施形態では、光源装置1
6を全てチャンバ11内に配置するものとしたが、光源
装置16の一部、例えば後述する波長変換部163のみ
をチャンバ11内、特に照明光学系12と同一の架台に
設け、この波長変換部163と光源装置16の本体部と
を光ファイバ等で接続してもよい。
3.36nm(ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波
長)の紫外パルス光を出力する高調波発生装置である。
この光源装置16は、前記照明光学系12、レチクルス
テージRST、投影光学系PL、Zチルトステージ5
8、XYステージ14及びこれら各部が搭載された不図
示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温
度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメ
ンタル・チャンバ(以下、「チャンバ」という)11内
に収納されている。なお、本実施形態では、光源装置1
6を全てチャンバ11内に配置するものとしたが、光源
装置16の一部、例えば後述する波長変換部163のみ
をチャンバ11内、特に照明光学系12と同一の架台に
設け、この波長変換部163と光源装置16の本体部と
を光ファイバ等で接続してもよい。
【0029】図2には、光源装置16の内部構成が装置
全体を統括制御する主制御装置50とともにブロック図
にて示されている。この図2に示されるように、光源装
置16は、光源部16A、レーザ制御装置16B、及び
光量制御装置16C等を含んで構成されている。
全体を統括制御する主制御装置50とともにブロック図
にて示されている。この図2に示されるように、光源装
置16は、光源部16A、レーザ制御装置16B、及び
光量制御装置16C等を含んで構成されている。
【0030】前記光源部16Aは、パルス光発生部16
0、光増幅部161、波長変換器163、及びビームモ
ニタ機構164を含んで構成されている。
0、光増幅部161、波長変換器163、及びビームモ
ニタ機構164を含んで構成されている。
【0031】前記パルス光発生部160は、レーザ光源
160A、光カップラBS、光アイソレータ160B及
び電気光学変調器(以下、「EOM」という)160C
等を有する。
160A、光カップラBS、光アイソレータ160B及
び電気光学変調器(以下、「EOM」という)160C
等を有する。
【0032】前記レーザ光源160Aとしては、本実施
形態では、単一波長発振レーザ、例えば、国際電気通信
連合(International Telecommunication Union:IT
U)が、1530nm〜1600nmの範囲の波長につ
いて、ほぼ0.8nm間隔で標準的に定めた波長(以
下、「ITU−Grid規格波長」という)の1つであ
る波長1546.92nm(以下、「波長λS」ともい
う)を発振波長とし、連続波出力(以下「CW出力」と
いう)のDFB半導体レーザが用いられている。以下の
説明においては、レーザ光源160Aを適宜「DFB半
導体レーザ160A」とも呼ぶものとする。
形態では、単一波長発振レーザ、例えば、国際電気通信
連合(International Telecommunication Union:IT
U)が、1530nm〜1600nmの範囲の波長につ
いて、ほぼ0.8nm間隔で標準的に定めた波長(以
下、「ITU−Grid規格波長」という)の1つであ
る波長1546.92nm(以下、「波長λS」ともい
う)を発振波長とし、連続波出力(以下「CW出力」と
いう)のDFB半導体レーザが用いられている。以下の
説明においては、レーザ光源160Aを適宜「DFB半
導体レーザ160A」とも呼ぶものとする。
【0033】DFB半導体レーザ160Aの発振波長1
546.92nmは、後述する波長変換部163による
波長1546.92nmの光の8倍波(波長:193.
36nm)の波長が、ArFエキシマレーザの発振波長
に近く、かつ、図3において実線で示されるような酸素
分子の吸収スペクトルのピークを極力避けることができ
る波長であることから、本実施形態において採用されて
いる。なお、図3においては、ITU−Grid規格波
長が■で示され、更に、本実施形態において採用されて
いる波長1546.92nmが、■が○で囲まれて示さ
れている。
546.92nmは、後述する波長変換部163による
波長1546.92nmの光の8倍波(波長:193.
36nm)の波長が、ArFエキシマレーザの発振波長
に近く、かつ、図3において実線で示されるような酸素
分子の吸収スペクトルのピークを極力避けることができ
る波長であることから、本実施形態において採用されて
いる。なお、図3においては、ITU−Grid規格波
長が■で示され、更に、本実施形態において採用されて
いる波長1546.92nmが、■が○で囲まれて示さ
れている。
【0034】なお、DFB半導体レーザ160Aは、通
常、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。本実施形態では、DFB半導体レーザ1
60Aに付設されるヒートシンク上に温度調整器(例え
ばペルチェ素子など)が設けられており、レーザ制御装
置16Bがその温度を制御することにより発振波長が制
御(調整)可能な構成となっている。
常、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。本実施形態では、DFB半導体レーザ1
60Aに付設されるヒートシンク上に温度調整器(例え
ばペルチェ素子など)が設けられており、レーザ制御装
置16Bがその温度を制御することにより発振波長が制
御(調整)可能な構成となっている。
【0035】前記光カップラBSとしては、透過率が9
7%程度のものが用いられている。このため、DFB半
導体レーザ160Aからのレーザ光は、光カップラBS
によって2つに分岐され、その97%程度が次段の光ア
イソレータ160Bに向かって進み、残り3%程度がビ
ームモニタ機構164に入射するようになっている。
7%程度のものが用いられている。このため、DFB半
導体レーザ160Aからのレーザ光は、光カップラBS
によって2つに分岐され、その97%程度が次段の光ア
イソレータ160Bに向かって進み、残り3%程度がビ
ームモニタ機構164に入射するようになっている。
【0036】前記ビームモニタ機構164は、フォトダ
イオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ(図
示省略)を含んでいる。このエネルギモニタの出力は、
レーザ制御装置16Bを介して主制御装置50に供給さ
れており、主制御装置50ではエネルギモニタの出力に
基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制
御装置16Bを介してDFB半導体レーザ160Aで発
振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
イオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ(図
示省略)を含んでいる。このエネルギモニタの出力は、
レーザ制御装置16Bを介して主制御装置50に供給さ
れており、主制御装置50ではエネルギモニタの出力に
基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制
御装置16Bを介してDFB半導体レーザ160Aで発
振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御する。
【0037】前記光アイソレータ160Bは、光カップ
ラBSからEOM160Cに向かう方向の光のみを通過
させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光アイソレ
ータ160Bにより、反射光(戻り光)に起因するDF
B半導体レーザ160Aの発振モードの変化や雑音の発
生等が防止される。
ラBSからEOM160Cに向かう方向の光のみを通過
させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光アイソレ
ータ160Bにより、反射光(戻り光)に起因するDF
B半導体レーザ160Aの発振モードの変化や雑音の発
生等が防止される。
【0038】前記EOM160Cは、光アイソレータ1
60Bを通過したレーザ光(CW光(連続光))をパル
ス光に変換するためのものである。EOM160Cとし
ては、屈折率の時間変化に伴う半導体レーザ出力の波長
広がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極
構造を持つ電気光学変調器(例えば二電極型変調器)が
用いられている。EOM160Cは、光量制御装置16
Cから印加される電圧パルスに同期して変調されたパル
ス光を出力する。例えば、EOM160CによりDFB
半導体レーザ160Aで発振されたレーザ光がパルス幅
1ns、繰り返し周波数100kHz(パルス周期約1
0μs)のパルス光に変調する。なお、繰り返し周波数
は、光ファイバ増幅器における自然放出光(ASE:Am
plifiedSpontaneous Emission)に起因するノイズの影
響を抑制できる値が選択される。
60Bを通過したレーザ光(CW光(連続光))をパル
ス光に変換するためのものである。EOM160Cとし
ては、屈折率の時間変化に伴う半導体レーザ出力の波長
広がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極
構造を持つ電気光学変調器(例えば二電極型変調器)が
用いられている。EOM160Cは、光量制御装置16
Cから印加される電圧パルスに同期して変調されたパル
ス光を出力する。例えば、EOM160CによりDFB
半導体レーザ160Aで発振されたレーザ光がパルス幅
1ns、繰り返し周波数100kHz(パルス周期約1
0μs)のパルス光に変調する。なお、繰り返し周波数
は、光ファイバ増幅器における自然放出光(ASE:Am
plifiedSpontaneous Emission)に起因するノイズの影
響を抑制できる値が選択される。
【0039】なお、EOM160Cへの印加電圧とDF
B半導体レーザ160Aへの供給電流制御とを併用し
て、出力光のパルス化を行うことが望ましい。かかる場
合には、消光比を向上することができる。このようにす
れば、EOM160Cのみを用いる場合に比べて、消光
比を向上しつつ、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ともに、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。また、EOM160Cに代えて、音響
光学変調器(AOM)を用いることも可能である。
B半導体レーザ160Aへの供給電流制御とを併用し
て、出力光のパルス化を行うことが望ましい。かかる場
合には、消光比を向上することができる。このようにす
れば、EOM160Cのみを用いる場合に比べて、消光
比を向上しつつ、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ともに、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。また、EOM160Cに代えて、音響
光学変調器(AOM)を用いることも可能である。
【0040】前記光増幅部161は、EOM160Cか
らのパルス光を増幅するもので、図4に示されるよう
に、EOM160Cからのパルス光を時間順に周期的に
振り分けて分岐(例えば、128分岐)する光分岐器1
66と、複数の光ファイバ増幅器167とを含んで構成
されている。
らのパルス光を増幅するもので、図4に示されるよう
に、EOM160Cからのパルス光を時間順に周期的に
振り分けて分岐(例えば、128分岐)する光分岐器1
66と、複数の光ファイバ増幅器167とを含んで構成
されている。
【0041】前記光ファイバ増幅器167は、図5に示
されるように、(a)カスケードラマンレーザ装置13
0と、(b)カスケードラマンレーザ装置130におけ
る波長1480nmの光に関する共振器135内に配置
された波長λSの光についての増幅用光ファイバ171
と、(c)共振器135内の波長1480nmの光と光
分岐器166からの波長λSの光(被増幅光)とを合波
して増幅用光ファイバ171へ供給する波長分割多重器
(WDM)172と、(d)光カプラ134と、(e)
光電変換素子138とを備えている。ここで、光カプラ
134は、上述した光カプラBSと同様に構成されてい
る。
されるように、(a)カスケードラマンレーザ装置13
0と、(b)カスケードラマンレーザ装置130におけ
る波長1480nmの光に関する共振器135内に配置
された波長λSの光についての増幅用光ファイバ171
と、(c)共振器135内の波長1480nmの光と光
分岐器166からの波長λSの光(被増幅光)とを合波
して増幅用光ファイバ171へ供給する波長分割多重器
(WDM)172と、(d)光カプラ134と、(e)
光電変換素子138とを備えている。ここで、光カプラ
134は、上述した光カプラBSと同様に構成されてい
る。
【0042】前記カスケードラマンレーザ装置130
は、(i)イッテルビウム(Yb)が添加されるととも
に2重クラッド構造を有する、レーザ媒体としての光フ
ァイバ131(以下、「レーザ媒体131」ともいう)
と、(b)レーザ媒体131にとっての励起光(以下、
「レーザ励起光」という)である波長965nmの光を
発生する励起光光源132と、(c)ファイバ型ブラッ
グ回折格子1331A〜1336A,1331B〜1336Bと
を備えている。
は、(i)イッテルビウム(Yb)が添加されるととも
に2重クラッド構造を有する、レーザ媒体としての光フ
ァイバ131(以下、「レーザ媒体131」ともいう)
と、(b)レーザ媒体131にとっての励起光(以下、
「レーザ励起光」という)である波長965nmの光を
発生する励起光光源132と、(c)ファイバ型ブラッ
グ回折格子1331A〜1336A,1331B〜1336Bと
を備えている。
【0043】ここで、ファイバ型ブラッグ回折格子13
31A,1331Bは、波長1117nmの光をほぼ100
%反射するように構成されており、波長1117nmの
光についてのファブリ・ペロー共振器の両端を形成して
いる。また、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A,1
332Bは波長1175nmの光をほぼ100%反射する
ように構成されており、波長1175nmの光について
のファブリ・ペロー共振器の両端を形成している。ま
た、ファイバ型ブラッグ回折格子1333A,1333Bは
波長1240nmの光をほぼ100%反射するように構
成されており、波長1240nmの光についてのファブ
リ・ペロー共振器の両端を形成している。
31A,1331Bは、波長1117nmの光をほぼ100
%反射するように構成されており、波長1117nmの
光についてのファブリ・ペロー共振器の両端を形成して
いる。また、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A,1
332Bは波長1175nmの光をほぼ100%反射する
ように構成されており、波長1175nmの光について
のファブリ・ペロー共振器の両端を形成している。ま
た、ファイバ型ブラッグ回折格子1333A,1333Bは
波長1240nmの光をほぼ100%反射するように構
成されており、波長1240nmの光についてのファブ
リ・ペロー共振器の両端を形成している。
【0044】さらに、ファイバ型ブラッグ回折格子13
34A,1334Bは波長1315nmの光をほぼ100%
反射するように構成されており、波長1315nmの光
についてのファブリ・ペロー共振器の両端を形成してい
る。また、ファイバ型ブラッグ回折格子1335A,13
35Bは波長1395nmの光をほぼ100%反射するよ
うに構成されており、波長1395nmの光についての
ファブリ・ペロー共振器の両端を形成している。また、
ファイバ型ブラッグ回折格子1336A,133 6Bは波長
1480nmの光をほぼ100%反射するように構成さ
れており、波長1480nmの光についてのファブリ・
ペロー共振器の両端を形成している。
34A,1334Bは波長1315nmの光をほぼ100%
反射するように構成されており、波長1315nmの光
についてのファブリ・ペロー共振器の両端を形成してい
る。また、ファイバ型ブラッグ回折格子1335A,13
35Bは波長1395nmの光をほぼ100%反射するよ
うに構成されており、波長1395nmの光についての
ファブリ・ペロー共振器の両端を形成している。また、
ファイバ型ブラッグ回折格子1336A,133 6Bは波長
1480nmの光をほぼ100%反射するように構成さ
れており、波長1480nmの光についてのファブリ・
ペロー共振器の両端を形成している。
【0045】カスケードラマンレーザ装置130では、
ファイバ型ブラッグ回折格子133 1Aが励起光光源13
2と光ファイバ131との間、すなわち光ファイバ13
1におけるレーザ励起光の入射端側に配置されている。
また、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A〜1336A
が、レーザ励起光の光ファイバ131からの出射端側に
おいて、レーザ励起光の進行方向に沿ってファイバ型ブ
ラッグ回折格子133 6A、ファイバ型ブラッグ回折格子
1335A、…、ファイバ型ブラッグ回折格子1332Aの
順で配置されている。
ファイバ型ブラッグ回折格子133 1Aが励起光光源13
2と光ファイバ131との間、すなわち光ファイバ13
1におけるレーザ励起光の入射端側に配置されている。
また、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A〜1336A
が、レーザ励起光の光ファイバ131からの出射端側に
おいて、レーザ励起光の進行方向に沿ってファイバ型ブ
ラッグ回折格子133 6A、ファイバ型ブラッグ回折格子
1335A、…、ファイバ型ブラッグ回折格子1332Aの
順で配置されている。
【0046】また、ファイバ型ブラッグ回折格子133
1B〜1335Bが、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A
とWDM172との間において、レーザ励起光の進行方
向に沿ってファイバ型ブラッグ回折格子1331B、ファ
イバ型ブラッグ回折格子1332B、…、ファイバ型ブラ
ッグ回折格子1335Bの順で配置されている。さらに、
ファイバ型ブラッグ回折格子1336Bは、増幅用光ファ
イバ171における波長λSの光の射出端側に配置され
ている。
1B〜1335Bが、ファイバ型ブラッグ回折格子1332A
とWDM172との間において、レーザ励起光の進行方
向に沿ってファイバ型ブラッグ回折格子1331B、ファ
イバ型ブラッグ回折格子1332B、…、ファイバ型ブラ
ッグ回折格子1335Bの順で配置されている。さらに、
ファイバ型ブラッグ回折格子1336Bは、増幅用光ファ
イバ171における波長λSの光の射出端側に配置され
ている。
【0047】なお、本実施形態においては、ファイバ型
ブラッグ回折格子1332A〜133 6A及びファイバ型ブ
ラッグ回折格子1331B〜1335Bは、同一の光ファイ
バに形成されている。
ブラッグ回折格子1332A〜133 6A及びファイバ型ブ
ラッグ回折格子1331B〜1335Bは、同一の光ファイ
バに形成されている。
【0048】また、励起光光源132としては、本実施
形態では、半導体レーザ光源が採用されいる。さらに、
増幅用光ファイバ171としては、そのコア部にエルビ
ウム(Er)が添加された光ファイバが採用されてい
る。なお、増幅用光ファイバ171は、光ファイバ通信
における信号光と比べて格段にピークパワーが高いパル
ス光の増幅を行うため、光ファイバ通信における増幅用
光ファイバと比べて、長さが短い、いわゆる短尺の増幅
用光ファイバが採用されている。
形態では、半導体レーザ光源が採用されいる。さらに、
増幅用光ファイバ171としては、そのコア部にエルビ
ウム(Er)が添加された光ファイバが採用されてい
る。なお、増幅用光ファイバ171は、光ファイバ通信
における信号光と比べて格段にピークパワーが高いパル
ス光の増幅を行うため、光ファイバ通信における増幅用
光ファイバと比べて、長さが短い、いわゆる短尺の増幅
用光ファイバが採用されている。
【0049】以上のように構成された光ファイバ増幅器
167は、以下のように動作して、光分岐器166から
射出された波長λSの光を増幅して、波長変換部163
へ向けて射出する。
167は、以下のように動作して、光分岐器166から
射出された波長λSの光を増幅して、波長変換部163
へ向けて射出する。
【0050】かかる光増幅にあたり、まず、光ファイバ
増幅器167が波長λSの光を増幅可能な状態に設定さ
れる。この設定にあたり、励起光光源132が、レーザ
励起光を射出する。励起光光源132から射出されたレ
ーザ励起光は、ファイバグレーティング1331Aを透過
した後に光ファイバ(レーザ媒体)131に入射し、光
ファイバ131中を進行する。この結果、供給された励
起光エネルギに対して、レーザ媒体131に添加された
Ybの殻外電子が励起されて、Ybの殻外電子のエネル
ギ準位分布における反転分布が発生する。
増幅器167が波長λSの光を増幅可能な状態に設定さ
れる。この設定にあたり、励起光光源132が、レーザ
励起光を射出する。励起光光源132から射出されたレ
ーザ励起光は、ファイバグレーティング1331Aを透過
した後に光ファイバ(レーザ媒体)131に入射し、光
ファイバ131中を進行する。この結果、供給された励
起光エネルギに対して、レーザ媒体131に添加された
Ybの殻外電子が励起されて、Ybの殻外電子のエネル
ギ準位分布における反転分布が発生する。
【0051】かかる反転分布の状態において自然放射が
発生し、波長1117nmの光が発生する。こうして発
生した波長1117nmの光は、ファイバグレーティン
グ1331A及びファイバグレーティング1331Bを両端
とし、レーザ媒質131を光路の一部とする波長111
7nmの光に関する光共振器内を往復する。かかる波長
1117nmの光の伝搬において、レーザ媒質131を
通過する際に誘導放射が発生し、波長1117nmの光
が増幅される。この結果、波長1117nmの光に関す
る光共振器内における波長1117nmの光のエネルギ
密度は非常に大きなものとなる。
発生し、波長1117nmの光が発生する。こうして発
生した波長1117nmの光は、ファイバグレーティン
グ1331A及びファイバグレーティング1331Bを両端
とし、レーザ媒質131を光路の一部とする波長111
7nmの光に関する光共振器内を往復する。かかる波長
1117nmの光の伝搬において、レーザ媒質131を
通過する際に誘導放射が発生し、波長1117nmの光
が増幅される。この結果、波長1117nmの光に関す
る光共振器内における波長1117nmの光のエネルギ
密度は非常に大きなものとなる。
【0052】こうしたエネルギ密度が非常に大きな波長
1117nmの光が光ファイバ中を進行すると、誘導ラ
マン散乱により、効率良く波長1175nmの光が発生
する。こうして発生した波長1175nmの光の殆ど
は、ファイバグレーティング1331A及びファイバグレ
ーティング1331Bを両端とする波長1175nmの光
に関する光共振器内を往復する。この光共振器内におけ
る波長1175nmの光のエネルギ密度は非常に大きな
ものとなるので、波長1175nmの光に関する光共振
器内における誘導ラマン散乱により、波長1240nm
の光が発生する。
1117nmの光が光ファイバ中を進行すると、誘導ラ
マン散乱により、効率良く波長1175nmの光が発生
する。こうして発生した波長1175nmの光の殆ど
は、ファイバグレーティング1331A及びファイバグレ
ーティング1331Bを両端とする波長1175nmの光
に関する光共振器内を往復する。この光共振器内におけ
る波長1175nmの光のエネルギ密度は非常に大きな
ものとなるので、波長1175nmの光に関する光共振
器内における誘導ラマン散乱により、波長1240nm
の光が発生する。
【0053】以後、波長1175nmの光に関する光共
振器内における誘導ラマン散乱による波長1240nm
の光の発生と同様の機構で、波長1315nm、139
5nm、1480nmの光が段階的に発生する。そし
て、これらの波長の光が、各波長に対応した光共振器内
おいて非常に大きなエネルギ密度を有する状態が実現さ
れる。
振器内における誘導ラマン散乱による波長1240nm
の光の発生と同様の機構で、波長1315nm、139
5nm、1480nmの光が段階的に発生する。そし
て、これらの波長の光が、各波長に対応した光共振器内
おいて非常に大きなエネルギ密度を有する状態が実現さ
れる。
【0054】こうして発生した光共振器135内におけ
る非常にエネルギ密度が高い波長1480nmの光の光
路上に増幅用光ファイバ171が配置されている。この
結果、増幅用光ファイバ171において、増幅用光ファ
イバ171にとっての励起光である波長1480nmの
光のエネルギ密度は非常に高いものとなる。すなわち、
増幅用光ファイバ171には、非常に強力な励起光が供
給されることになる。この結果、増幅用光ファイバ17
1に添加されたErの殻外電子が効率良く励起されて、
Erの殻外電子のエネルギ準位分布における反転分布が
発生し、短尺化ファイバであっても大きな光増幅能力を
有する光増幅可能状態が実現される。
る非常にエネルギ密度が高い波長1480nmの光の光
路上に増幅用光ファイバ171が配置されている。この
結果、増幅用光ファイバ171において、増幅用光ファ
イバ171にとっての励起光である波長1480nmの
光のエネルギ密度は非常に高いものとなる。すなわち、
増幅用光ファイバ171には、非常に強力な励起光が供
給されることになる。この結果、増幅用光ファイバ17
1に添加されたErの殻外電子が効率良く励起されて、
Erの殻外電子のエネルギ準位分布における反転分布が
発生し、短尺化ファイバであっても大きな光増幅能力を
有する光増幅可能状態が実現される。
【0055】こうした増幅可能状態において、光分岐器
166から射出された波長λSの光が、WDM172を
介して増幅用光ファイバ171に入射して増幅用光ファ
イバ171中を進行すると、高い増幅率で増幅される。
そして、増幅された波長λSの光が、増幅用光ファイバ
171から射出される。
166から射出された波長λSの光が、WDM172を
介して増幅用光ファイバ171に入射して増幅用光ファ
イバ171中を進行すると、高い増幅率で増幅される。
そして、増幅された波長λSの光が、増幅用光ファイバ
171から射出される。
【0056】こうして増幅用光ファイバ171から射出
された増幅された波長λSの光は、ファイバグレーティ
ング1331Bを透過して、光カプラ134によって2つ
に分岐され、その97%程度が次段の波長変換部163
に向かって進む。一方、残り3%程度は、光電変換素子
138に入射する。なお、光電変換素子138による光
量検出結果が光量制御装置16Cに供給されるようにな
っている。そして、光量制御装置16Cでは、各光ファ
イバ増幅器167からの光出力が一定になるように(即
ちバランスするように)、各励起光光源132をフィー
ドバック制御するようになっている。
された増幅された波長λSの光は、ファイバグレーティ
ング1331Bを透過して、光カプラ134によって2つ
に分岐され、その97%程度が次段の波長変換部163
に向かって進む。一方、残り3%程度は、光電変換素子
138に入射する。なお、光電変換素子138による光
量検出結果が光量制御装置16Cに供給されるようにな
っている。そして、光量制御装置16Cでは、各光ファ
イバ増幅器167からの光出力が一定になるように(即
ちバランスするように)、各励起光光源132をフィー
ドバック制御するようになっている。
【0057】前記波長変換部163は、複数の非線形光
学結晶を含み、光増幅部161からのパルス光(波長1
546.92nm(=λS)の光)をその8倍高調波に
波長変換して、ArFエキシマレーザとほぼ同じ出力波
長(193.36nm(=λ S/8))のパルス紫外光
を発生する。
学結晶を含み、光増幅部161からのパルス光(波長1
546.92nm(=λS)の光)をその8倍高調波に
波長変換して、ArFエキシマレーザとほぼ同じ出力波
長(193.36nm(=λ S/8))のパルス紫外光
を発生する。
【0058】図6には、この波長変換部163の構成例
が示されている。ここで、この図に基づいて波長変換部
163の具体例について説明する。なお、図6には、光
増幅部161から射出される波長λSの光を基本波とし
て、非線形光学結晶を用いて8倍波(高調波)に波長変
換して、ArFエキシマレーザとほぼ同じ波長である波
長λSの紫外光を発生する構成例を示す。
が示されている。ここで、この図に基づいて波長変換部
163の具体例について説明する。なお、図6には、光
増幅部161から射出される波長λSの光を基本波とし
て、非線形光学結晶を用いて8倍波(高調波)に波長変
換して、ArFエキシマレーザとほぼ同じ波長である波
長λSの紫外光を発生する構成例を示す。
【0059】図6の波長変換部163では、基本波(波
長λS)→2倍波(波長(λS/2))→3倍波(波長
(λS/3))→4倍波(波長(λS/4))→7倍波
(波長(λS/7))→8倍波(波長(λS/8))の順
に波長変換が行われる。
長λS)→2倍波(波長(λS/2))→3倍波(波長
(λS/3))→4倍波(波長(λS/4))→7倍波
(波長(λS/7))→8倍波(波長(λS/8))の順
に波長変換が行われる。
【0060】これを更に詳述すると、光増幅部161か
ら射出された波長1546.92nm(周波数ω)の光
(基本波)は、1段目の非線形光学結晶183に入射す
る。基本波がこの非線形光学結晶183を通る際に、2
次高調波発生により基本波の周波数ωの2倍、すなわち
周波数2ω(波長:773.46nm(=λS/2))
の2倍波が発生する。
ら射出された波長1546.92nm(周波数ω)の光
(基本波)は、1段目の非線形光学結晶183に入射す
る。基本波がこの非線形光学結晶183を通る際に、2
次高調波発生により基本波の周波数ωの2倍、すなわち
周波数2ω(波長:773.46nm(=λS/2))
の2倍波が発生する。
【0061】この1段目の非線形光学結晶183とし
て、LiB3O5(LBO)結晶が用いられ、基本波を2
倍波に波長変換するための位相整合にLBO結晶の温度
調節による方法、NCPM(Non-Critical Phase Match
ing)が使用される。NCPMは、非線形光学結晶内で
の基本波と第二高調波との角度ずれ(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。
て、LiB3O5(LBO)結晶が用いられ、基本波を2
倍波に波長変換するための位相整合にLBO結晶の温度
調節による方法、NCPM(Non-Critical Phase Match
ing)が使用される。NCPMは、非線形光学結晶内で
の基本波と第二高調波との角度ずれ(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。
【0062】非線形光学結晶183で波長変換されずに
透過した基本波と、波長変換で発生した2倍波とは、次
段の波長板184でそれぞれ半波長、1波長の遅延が与
えられる。この結果、基本波のみその偏光方向が90度
回転する。この後、基本波及び2倍波が、集光レンズ1
85を介して、2段目の非線形光学結晶186に入射す
る。2段目の非線形光学結晶186としてLBO結晶が
用いられる。このLBO結晶186は1段目の非線形光
学結晶(LBO結晶)183とは温度が異なるNCPM
で使用される。非線形光学結晶186では、1段目の非
線形光学結晶183で発生した2倍波と、波長変換され
ずにその非線形光学結晶183を透過した基本波とから
和周波発生により3倍波(波長:515.62nm(=
λS/3))を得る。
透過した基本波と、波長変換で発生した2倍波とは、次
段の波長板184でそれぞれ半波長、1波長の遅延が与
えられる。この結果、基本波のみその偏光方向が90度
回転する。この後、基本波及び2倍波が、集光レンズ1
85を介して、2段目の非線形光学結晶186に入射す
る。2段目の非線形光学結晶186としてLBO結晶が
用いられる。このLBO結晶186は1段目の非線形光
学結晶(LBO結晶)183とは温度が異なるNCPM
で使用される。非線形光学結晶186では、1段目の非
線形光学結晶183で発生した2倍波と、波長変換され
ずにその非線形光学結晶183を透過した基本波とから
和周波発生により3倍波(波長:515.62nm(=
λS/3))を得る。
【0063】次に、非線形光学結晶186で得られた3
倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶186を
透過した基本波および2倍波とは、ダイクロイック・ミ
ラー187により分離される。ここで反射された3倍波
は集光レンズ190、及びダイクロイック・ミラー19
3を通って4段目の非線形光学結晶195に入射する。
一方、ダイクロイック・ミラー187を透過した基本波
および2倍波は、集光レンズ188を通って3段目の非
線形光学結晶189に入射する。
倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶186を
透過した基本波および2倍波とは、ダイクロイック・ミ
ラー187により分離される。ここで反射された3倍波
は集光レンズ190、及びダイクロイック・ミラー19
3を通って4段目の非線形光学結晶195に入射する。
一方、ダイクロイック・ミラー187を透過した基本波
および2倍波は、集光レンズ188を通って3段目の非
線形光学結晶189に入射する。
【0064】3段目の非線形光学結晶189としてはL
BO結晶が用いられ、基本波が波長変換されずにそのL
BO結晶を透過するとともに、2倍波がLBO結晶で2
次高調波発生により4倍波(波長:386.73nm
(=λS/4))に変換される。非線形光学結晶189
で得られた4倍波とそれを透過した基本波とは、ダイク
ロイック・ミラー191により分離され、ここを透過し
た基本波は集光レンズ194を通るとともに、ダイクロ
イック・ミラー196で反射されて5段目の非線形光学
結晶198に入射する。一方、ダイクロイック・ミラー
191で反射された4倍波は、集光レンズ192を通っ
てダイクロイック・ミラー193に達し、ここでダイク
ロイック・ミラー187で反射された3倍波と同軸に合
成されて4段目の非線形光学結晶195に入射する。
BO結晶が用いられ、基本波が波長変換されずにそのL
BO結晶を透過するとともに、2倍波がLBO結晶で2
次高調波発生により4倍波(波長:386.73nm
(=λS/4))に変換される。非線形光学結晶189
で得られた4倍波とそれを透過した基本波とは、ダイク
ロイック・ミラー191により分離され、ここを透過し
た基本波は集光レンズ194を通るとともに、ダイクロ
イック・ミラー196で反射されて5段目の非線形光学
結晶198に入射する。一方、ダイクロイック・ミラー
191で反射された4倍波は、集光レンズ192を通っ
てダイクロイック・ミラー193に達し、ここでダイク
ロイック・ミラー187で反射された3倍波と同軸に合
成されて4段目の非線形光学結晶195に入射する。
【0065】4段目の非線形光学結晶195としては、
β−BaB2O4(BBO)結晶が用いられ、3倍波と4
倍波とから和周波発生により7倍波(波長:220.9
9nm(=λS/7))を得る。非線形光学結晶195
で得られた7倍波は集光レンズ197を通るとともに、
ダイクロイック・ミラー196で、ダイクロイック・ミ
ラー191を透過した基本波と同軸に合成されて、5段
目の非線形光学結晶198に入射する。
β−BaB2O4(BBO)結晶が用いられ、3倍波と4
倍波とから和周波発生により7倍波(波長:220.9
9nm(=λS/7))を得る。非線形光学結晶195
で得られた7倍波は集光レンズ197を通るとともに、
ダイクロイック・ミラー196で、ダイクロイック・ミ
ラー191を透過した基本波と同軸に合成されて、5段
目の非線形光学結晶198に入射する。
【0066】5段目の非線形光学結晶198としてLB
O結晶が用いられ、基本波と7倍波とから和周波発生に
より8倍波(波長:193.36nm(=λS/8))
を得る。上記構成において、7倍波発生用BBO結晶1
95、及び8倍波発生用LBO結晶198のかわりに、
CsLiB6O10(CLBO)結晶、Li2B4O7(L
B4)あるいはCsB3O5(CBO)結晶を用いること
も可能である。
O結晶が用いられ、基本波と7倍波とから和周波発生に
より8倍波(波長:193.36nm(=λS/8))
を得る。上記構成において、7倍波発生用BBO結晶1
95、及び8倍波発生用LBO結晶198のかわりに、
CsLiB6O10(CLBO)結晶、Li2B4O7(L
B4)あるいはCsB3O5(CBO)結晶を用いること
も可能である。
【0067】図1に戻り、前記照明光学系12は、オプ
ティカルインテグレータ、可変NDフィルタ、及びレチ
クルブラインド等(いずれも不図示)を含んで構成され
ている。ここで、オプティカルインテグレータとしては
フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ(ロッド
インテグレータ等)、あるいは回折光学素子等が用いら
れる。こうした照明光学系の構成は、例えば、特開平1
0−112433号公報に開示されている。この照明光
学系12から射出された露光光ILは、ミラーMによっ
て光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレン
ズ32を経て、レチクルステージRST上に保持された
レチクルR上の矩形の照明領域42Rを均一な照度分布
で照明する。
ティカルインテグレータ、可変NDフィルタ、及びレチ
クルブラインド等(いずれも不図示)を含んで構成され
ている。ここで、オプティカルインテグレータとしては
フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ(ロッド
インテグレータ等)、あるいは回折光学素子等が用いら
れる。こうした照明光学系の構成は、例えば、特開平1
0−112433号公報に開示されている。この照明光
学系12から射出された露光光ILは、ミラーMによっ
て光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレン
ズ32を経て、レチクルステージRST上に保持された
レチクルR上の矩形の照明領域42Rを均一な照度分布
で照明する。
【0068】前記レチクルステージRST上にはレチク
ルRが載置され、不図示のバキュームチャック等を介し
て吸着保持されている。レチクルステージRSTは、水
平面(XY平面)内で移動可能であり、レチクルステー
ジ駆動部49によって走査方向(ここでは図1の紙面左
右方向であるY方向とする)に所定ストローク範囲で走
査されるようになっている。この走査中のレチクルステ
ージRSTの位置及び回転量は、レチクルステージRS
T上に固定された移動鏡52Rを介して外部のレーザ干
渉計54Rによって計測され、このレーザ干渉計54R
の計測値が主制御装置50に供給されるようになってい
る。
ルRが載置され、不図示のバキュームチャック等を介し
て吸着保持されている。レチクルステージRSTは、水
平面(XY平面)内で移動可能であり、レチクルステー
ジ駆動部49によって走査方向(ここでは図1の紙面左
右方向であるY方向とする)に所定ストローク範囲で走
査されるようになっている。この走査中のレチクルステ
ージRSTの位置及び回転量は、レチクルステージRS
T上に固定された移動鏡52Rを介して外部のレーザ干
渉計54Rによって計測され、このレーザ干渉計54R
の計測値が主制御装置50に供給されるようになってい
る。
【0069】前記投影光学系PLは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系であり、共通のZ軸方向の光軸AX
を有する複数枚のレンズエレメントから構成されてい
る。また、この投影光学系PLとしては、投影倍率βが
例えば1/4、1/5、1/6等のものが使用されてい
る。このため、上記のようにして、露光光ILによりレ
チクルRにおける照明領域42Rが照明されると、その
レチクルRに形成されたパターンのうち照明領域42R
の一部を投影光学系PLによって投影倍率βで縮小した
像が、投影光学系PLの視野内で照明領域42Rと共役
な矩形の投影領域42Wに形成され、ウエハWの表面に
塗布されたレジスト上にその縮小像が転写される。
ントリックな縮小系であり、共通のZ軸方向の光軸AX
を有する複数枚のレンズエレメントから構成されてい
る。また、この投影光学系PLとしては、投影倍率βが
例えば1/4、1/5、1/6等のものが使用されてい
る。このため、上記のようにして、露光光ILによりレ
チクルRにおける照明領域42Rが照明されると、その
レチクルRに形成されたパターンのうち照明領域42R
の一部を投影光学系PLによって投影倍率βで縮小した
像が、投影光学系PLの視野内で照明領域42Rと共役
な矩形の投影領域42Wに形成され、ウエハWの表面に
塗布されたレジスト上にその縮小像が転写される。
【0070】前記XYステージ14は、ウエハステージ
駆動部56によって走査方向であるY方向及びこれに直
交するX方向(図1における紙面直交方向)に2次元駆
動されるようになっている。このXYステージ14上に
搭載されたZチルトステージ58上に不図示のウエハホ
ルダを介してウエハWが真空吸着等により保持されてい
る。Zチルトステージ58は、例えば3つのアクチュエ
ータ(ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど)によっ
てウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)を調整す
ると共に、XY平面(投影光学系PLの像面)に対する
ウエハWの傾斜角を調整する機能を有する。また、XY
ステージ14の位置は、Zチルトステージ58上に固定
された移動鏡52Wを介して外部のレーザ干渉計54W
により計測され、このレーザ干渉計54Wの計測値が主
制御装置50に供給されるようになっている。
駆動部56によって走査方向であるY方向及びこれに直
交するX方向(図1における紙面直交方向)に2次元駆
動されるようになっている。このXYステージ14上に
搭載されたZチルトステージ58上に不図示のウエハホ
ルダを介してウエハWが真空吸着等により保持されてい
る。Zチルトステージ58は、例えば3つのアクチュエ
ータ(ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど)によっ
てウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)を調整す
ると共に、XY平面(投影光学系PLの像面)に対する
ウエハWの傾斜角を調整する機能を有する。また、XY
ステージ14の位置は、Zチルトステージ58上に固定
された移動鏡52Wを介して外部のレーザ干渉計54W
により計測され、このレーザ干渉計54Wの計測値が主
制御装置50に供給されるようになっている。
【0071】ここで、移動鏡は、実際には、X軸に垂直
な反射面を有するX移動鏡とY軸に垂直な反射面を有す
るY移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計も
X軸位置計測用、Y軸位置計測用、及び回転(ヨーイン
グ量、ピッチング量、ローリング量を含む)計測用のも
のがそれぞれ設けられているが、図1では、これらが代
表的に、移動鏡52W、レーザ干渉計54Wとして示さ
れている。
な反射面を有するX移動鏡とY軸に垂直な反射面を有す
るY移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計も
X軸位置計測用、Y軸位置計測用、及び回転(ヨーイン
グ量、ピッチング量、ローリング量を含む)計測用のも
のがそれぞれ設けられているが、図1では、これらが代
表的に、移動鏡52W、レーザ干渉計54Wとして示さ
れている。
【0072】Zチルトステージ58上には、後述するレ
チクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク
板FMが設けられている。この基準マーク板FMは、そ
の表面がウエハWの表面とほぼ同一の高さとされてい
る。この基準マーク板FMの表面には、レチクルアライ
メント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等
の基準マークが形成されている。
チクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク
板FMが設けられている。この基準マーク板FMは、そ
の表面がウエハWの表面とほぼ同一の高さとされてい
る。この基準マーク板FMの表面には、レチクルアライ
メント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等
の基準マークが形成されている。
【0073】更に、本実施形態の露光装置10では、図
1に示されるように、主制御装置の制御の下で、投影光
学系PLの結像面(XY面)に設定される多数の計測点
に向けてそれぞれピンホール又はスリットの像を形成す
るための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照
射する照射光学系60aと、それらの結像光束のウエハ
W表面での反射光束を受光する受光光学系60bとから
なる斜入射光式の多点焦点位置検出系(フォーカスセン
サ)が設けられている。なお、本実施形態と同様の多点
焦点位置検出系(フォーカスセンサ)の詳細な構成は、
例えば特開平6−283403号公報等に開示されてい
る。
1に示されるように、主制御装置の制御の下で、投影光
学系PLの結像面(XY面)に設定される多数の計測点
に向けてそれぞれピンホール又はスリットの像を形成す
るための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照
射する照射光学系60aと、それらの結像光束のウエハ
W表面での反射光束を受光する受光光学系60bとから
なる斜入射光式の多点焦点位置検出系(フォーカスセン
サ)が設けられている。なお、本実施形態と同様の多点
焦点位置検出系(フォーカスセンサ)の詳細な構成は、
例えば特開平6−283403号公報等に開示されてい
る。
【0074】走査露光時等に、主制御装置50は、受光
光学系60bからの各計測点について検出されたZ位置
に基づいて、計測点が存在するショット領域の一部の表
面のZ位置及び傾斜量を逐次算出しつつ、この算出結果
に基づいてZチルトステージ58のZ位置を不図示の駆
動系を介して制御することにより、オートフォーカス
(自動焦点合わせ)及びオートレベリングを実行する。
光学系60bからの各計測点について検出されたZ位置
に基づいて、計測点が存在するショット領域の一部の表
面のZ位置及び傾斜量を逐次算出しつつ、この算出結果
に基づいてZチルトステージ58のZ位置を不図示の駆
動系を介して制御することにより、オートフォーカス
(自動焦点合わせ)及びオートレベリングを実行する。
【0075】前記主制御装置50は、CPU(中央演算
処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RA
M(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆる
マイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含
んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う
他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクル
RとウエハWの同期走査、ウエハWのステッピング、露
光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主
制御装置50は、後述するように走査露光の際の露光量
の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御す
る。
処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RA
M(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆる
マイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含
んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う
他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクル
RとウエハWの同期走査、ウエハWのステッピング、露
光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主
制御装置50は、後述するように走査露光の際の露光量
の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御す
る。
【0076】具体的には、主制御装置50は、例えば走
査露光時には、レチクルRがレチクルステージRSTを
介して、照明領域42Rに対して+Y方向(又は−Y方
向)に速度VR=Vで走査されるのに同期して、XYス
テージ14を介してウエハWが投影領域42Wに対して
−Y方向(又は+Y方向)に速度VW=β・V(βはレ
チクルRからウエハWに対する投影倍率)で走査される
ように、レーザ干渉計54R、54Wの計測値に基づい
てレチクルステージ駆動部49、ウエハステージ駆動部
56をそれぞれ介してレチクルステージRST、XYス
テージ14の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、
ステッピングの際には、主制御装置50ではレーザ干渉
計54Wの計測値に基づいてウエハステージ駆動部56
を介してXYステージ14の位置を制御する。
査露光時には、レチクルRがレチクルステージRSTを
介して、照明領域42Rに対して+Y方向(又は−Y方
向)に速度VR=Vで走査されるのに同期して、XYス
テージ14を介してウエハWが投影領域42Wに対して
−Y方向(又は+Y方向)に速度VW=β・V(βはレ
チクルRからウエハWに対する投影倍率)で走査される
ように、レーザ干渉計54R、54Wの計測値に基づい
てレチクルステージ駆動部49、ウエハステージ駆動部
56をそれぞれ介してレチクルステージRST、XYス
テージ14の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、
ステッピングの際には、主制御装置50ではレーザ干渉
計54Wの計測値に基づいてウエハステージ駆動部56
を介してXYステージ14の位置を制御する。
【0077】次に、本実施形態の露光装置10において
所定枚数(N枚)のウエハW上にレチクルパターンの露
光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置50
の制御動作を中心として説明する。
所定枚数(N枚)のウエハW上にレチクルパターンの露
光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置50
の制御動作を中心として説明する。
【0078】まず、主制御装置50では、不図示のレチ
クルローダを用いて露光対象のレチクルRをレチクルス
テージRST上にロードする。
クルローダを用いて露光対象のレチクルRをレチクルス
テージRST上にロードする。
【0079】次いで、不図示のレチクルアライメント系
を用いてレチクルアライメントを行うとともに、前述し
た基準マークを用いてオフアクシス方式のアライメント
系(不図示)のベースライン計測を行う。
を用いてレチクルアライメントを行うとともに、前述し
た基準マークを用いてオフアクシス方式のアライメント
系(不図示)のベースライン計測を行う。
【0080】次に、主制御装置50では、不図示のウエ
ハ搬送系にウエハWの交換を指示する。これにより、ウ
エハ搬送系及びXYステージ14上の不図示のウエハ受
け渡し機構によってウエハ交換(ステージ上にウエハが
無い場合は、単なるウエハロード)が行われる。次い
で、前述のベースライン計測が行われたアライメント系
を用いて、ファインアライメント(EGA等)等の一連
のアライメント工程の処理を行う。これらのウエハ交
換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行
われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略す
る。
ハ搬送系にウエハWの交換を指示する。これにより、ウ
エハ搬送系及びXYステージ14上の不図示のウエハ受
け渡し機構によってウエハ交換(ステージ上にウエハが
無い場合は、単なるウエハロード)が行われる。次い
で、前述のベースライン計測が行われたアライメント系
を用いて、ファインアライメント(EGA等)等の一連
のアライメント工程の処理を行う。これらのウエハ交
換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行
われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略す
る。
【0081】次に、上記のアライメント結果及びショッ
トマップデータに基づいて、ウエハW上の各ショット領
域の露光のための走査開始位置にウエハWを移動させる
動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ス
テップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の複数のシ
ョット領域にレチクルパターンを転写する。かかる走査
露光中に、主制御装置50は、露光条件及びレジスト感
度に応じて決定された目標積算露光量をウエハWに与え
るため、光量制御装置16Cに指令を与え、露光光量の
制御を行う。
トマップデータに基づいて、ウエハW上の各ショット領
域の露光のための走査開始位置にウエハWを移動させる
動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ス
テップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の複数のシ
ョット領域にレチクルパターンを転写する。かかる走査
露光中に、主制御装置50は、露光条件及びレジスト感
度に応じて決定された目標積算露光量をウエハWに与え
るため、光量制御装置16Cに指令を与え、露光光量の
制御を行う。
【0082】1枚目のウエハWに対する露光が終了する
と、主制御装置50では、不図示のウエハ搬送系にウエ
ハWの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及び
XYステージ14上の不図示のウエハ受け渡し機構によ
ってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交
換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインア
ライメントを行う。
と、主制御装置50では、不図示のウエハ搬送系にウエ
ハWの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及び
XYステージ14上の不図示のウエハ受け渡し機構によ
ってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交
換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインア
ライメントを行う。
【0083】そして、上記と同様にして、このウエハW
上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン
方式でレチクルパターンを転写する。
上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン
方式でレチクルパターンを転写する。
【0084】なお、露光条件及び/又はレチクルパター
ンの変更によって照度が変化するときは、ウエハ(レジ
スト)に適正な露光量が与えられるように、光源装置1
6から射出される光の周波数とピークパワーとの少なく
とも一方を制御することが望ましい。このとき、周波数
及びピークパワーの少なくとも一方に加えてレチクル及
びウエハの走査速度を調整するようにしてもよい。
ンの変更によって照度が変化するときは、ウエハ(レジ
スト)に適正な露光量が与えられるように、光源装置1
6から射出される光の周波数とピークパワーとの少なく
とも一方を制御することが望ましい。このとき、周波数
及びピークパワーの少なくとも一方に加えてレチクル及
びウエハの走査速度を調整するようにしてもよい。
【0085】以上説明したように、本実施形態に係る光
源装置16によれば、増幅用光ファイバ171にとって
の励起光である波長1480nmの光の強度が非常に高
くなる、レーザ発振器130が具備する光共振器135
内における波長1480nmの光の光路上に、増幅用光
ファイバ171が配置される。この結果、増幅用光ファ
イバ171には、非常に強力な波長1480nmの励起
光が供給される。このため、簡易な構成で、特に高平均
出力動作時においても波長λSの光について高利得の増
幅を行うことができる。したがって、簡易な構成で、光
増幅器167としての利得を一定に保ちつつ、波長λS
の光の出力パワーを飛躍的に増大させることができる。
源装置16によれば、増幅用光ファイバ171にとって
の励起光である波長1480nmの光の強度が非常に高
くなる、レーザ発振器130が具備する光共振器135
内における波長1480nmの光の光路上に、増幅用光
ファイバ171が配置される。この結果、増幅用光ファ
イバ171には、非常に強力な波長1480nmの励起
光が供給される。このため、簡易な構成で、特に高平均
出力動作時においても波長λSの光について高利得の増
幅を行うことができる。したがって、簡易な構成で、光
増幅器167としての利得を一定に保ちつつ、波長λS
の光の出力パワーを飛躍的に増大させることができる。
【0086】また、本実施形態に係る光源装置16で
は、レーザ発振器170におけるレーザ媒質をYb添加
の光ファイバ型レーザ媒質とし、波長1480nmの光
に関する光共振器をはじめとして、各種の波長の光に関
する光共振器を形成する反射素子をファイバ型ブラッグ
回折格子であるファイバグレーティング1331A〜13
36A,1331B〜1336Bとして、光ファイバ増幅器1
67における光学部品を光ファイバ型としている。この
結果、光ファイバ増幅器167が光ファイバ型光学部品
の接続により簡易に組み立てることができるとともに、
周囲への光の拡散を防止することができ、効率良く被増
幅光(波長λSの光)を増幅することができる。
は、レーザ発振器170におけるレーザ媒質をYb添加
の光ファイバ型レーザ媒質とし、波長1480nmの光
に関する光共振器をはじめとして、各種の波長の光に関
する光共振器を形成する反射素子をファイバ型ブラッグ
回折格子であるファイバグレーティング1331A〜13
36A,1331B〜1336Bとして、光ファイバ増幅器1
67における光学部品を光ファイバ型としている。この
結果、光ファイバ増幅器167が光ファイバ型光学部品
の接続により簡易に組み立てることができるとともに、
周囲への光の拡散を防止することができ、効率良く被増
幅光(波長λSの光)を増幅することができる。
【0087】また、光増幅部161において効率良く増
幅された波長λSの光が、波長変換部163において波
長変換されるので、効率良く波長変換された光を得るこ
とができる。
幅された波長λSの光が、波長変換部163において波
長変換されるので、効率良く波長変換された光を得るこ
とができる。
【0088】また、基本波の波長λSを、露光光として
使用する8倍波の波長(λS/8)が酸素の吸収ピーク
波長と異なる波長とする波長であるとともに、国際電気
通信連合により標準的に定められた複数の波長の中の1
つの波長を選択したので、効率良く露光対象であるウエ
ハWに到達するArFエキシマレーザとほぼ同一の波長
の紫外光の発生にあたって、標準的な光部品として量産
されているものを、DFB半導体レーザ160Aとして
使用することができる。
使用する8倍波の波長(λS/8)が酸素の吸収ピーク
波長と異なる波長とする波長であるとともに、国際電気
通信連合により標準的に定められた複数の波長の中の1
つの波長を選択したので、効率良く露光対象であるウエ
ハWに到達するArFエキシマレーザとほぼ同一の波長
の紫外光の発生にあたって、標準的な光部品として量産
されているものを、DFB半導体レーザ160Aとして
使用することができる。
【0089】また、本実施形態の露光装置によれば、走
査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照
射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度
良く効率的にウエハWに転写することができる。
査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照
射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度
良く効率的にウエハWに転写することができる。
【0090】また、上記の実施形態では、増幅用媒体と
して希土類元素がコア部に添加された光ファイバを採用
したが、例えば、希土類元素がコア部に添加されたロッ
ド状のガラス体を採用し、これに励起光を照射するよう
にしてもよい。
して希土類元素がコア部に添加された光ファイバを採用
したが、例えば、希土類元素がコア部に添加されたロッ
ド状のガラス体を採用し、これに励起光を照射するよう
にしてもよい。
【0091】なお、上記の実施形態では、光共振器13
5内に配置する光増幅用媒体としてErが添加された増
幅用光ファイバ171を採用したが、例えば、Er等の
希土類元素がコア部に添加されたロッド状のガラス体を
採用することも可能である。さらに、上記の実施形態で
は、増幅用光ファイバとしてErドープファイバを採用
したが、その他の希土類元素ドープファイバを採用する
ことも可能である。
5内に配置する光増幅用媒体としてErが添加された増
幅用光ファイバ171を採用したが、例えば、Er等の
希土類元素がコア部に添加されたロッド状のガラス体を
採用することも可能である。さらに、上記の実施形態で
は、増幅用光ファイバとしてErドープファイバを採用
したが、その他の希土類元素ドープファイバを採用する
ことも可能である。
【0092】また、上記の実施形態では、レーザ共振器
130としてカスケードラマンレーザ共振器を使用した
が、他のレーザ共振器を使用することも可能である。
130としてカスケードラマンレーザ共振器を使用した
が、他のレーザ共振器を使用することも可能である。
【0093】また、上記の実施形態では、反射素子とし
てファイバグレーティング1331A〜1336A,133
1B〜1336Bを使用したが、上記の実施形態と同様の波
長選択性を有する反射素子であれば、多層膜構成のミラ
ーを使用することも可能である。
てファイバグレーティング1331A〜1336A,133
1B〜1336Bを使用したが、上記の実施形態と同様の波
長選択性を有する反射素子であれば、多層膜構成のミラ
ーを使用することも可能である。
【0094】また、上記実施形態では、波長1480n
mの光に関する光共振器135内であって、カスケード
ラマンレーザ共振器における波長1480nmの前段で
ある波長1395nmの光共振器の外側に増幅用光ファ
イバ171を配置したが、光共振器135内における波
長1480nmの光の光路上であれば、任意の位置に増
幅用光ファイバ171を配置することができる。
mの光に関する光共振器135内であって、カスケード
ラマンレーザ共振器における波長1480nmの前段で
ある波長1395nmの光共振器の外側に増幅用光ファ
イバ171を配置したが、光共振器135内における波
長1480nmの光の光路上であれば、任意の位置に増
幅用光ファイバ171を配置することができる。
【0095】また、上記の実施形態における波長変換部
の構成は一例であって、本発明の波長変換部の構成や非
線形光学結晶の材料、出力波長などがこれに限定されな
いことは勿論である。例えば、光増幅部163から射出
される波長1.57μmの基本波を、非線形光学結晶を
用いて10倍波の高調波発生を行い、F2レーザと同じ
波長である157nmの紫外光を発生することもでき
る。また、和周波発生により8倍波の発生を行うにあた
って、CBO結晶を使用することも可能である。
の構成は一例であって、本発明の波長変換部の構成や非
線形光学結晶の材料、出力波長などがこれに限定されな
いことは勿論である。例えば、光増幅部163から射出
される波長1.57μmの基本波を、非線形光学結晶を
用いて10倍波の高調波発生を行い、F2レーザと同じ
波長である157nmの紫外光を発生することもでき
る。また、和周波発生により8倍波の発生を行うにあた
って、CBO結晶を使用することも可能である。
【0096】また、上記の実施形態では、レーザ光源1
60Aとして、DFB半導体レーザを使用したが、他の
半導体レーザやファイバレーザを使用することもでき
る。
60Aとして、DFB半導体レーザを使用したが、他の
半導体レーザやファイバレーザを使用することもでき
る。
【0097】また、光増幅部161において並列に配置
される光ファイバ増幅器167の数は任意でよく、本発
明に係る光源装置が適用される製品において要求される
仕様に応じてその本数を決定すればよい。特に、光源装
置として高出力を要求されない場合には、光ファイバ増
幅器167の数を減らして、構成を簡略化することがで
きる。なお、光ファイバ増幅器167を1つのみ含むよ
うに簡略化するときは、分岐器166も不要となる。
される光ファイバ増幅器167の数は任意でよく、本発
明に係る光源装置が適用される製品において要求される
仕様に応じてその本数を決定すればよい。特に、光源装
置として高出力を要求されない場合には、光ファイバ増
幅器167の数を減らして、構成を簡略化することがで
きる。なお、光ファイバ増幅器167を1つのみ含むよ
うに簡略化するときは、分岐器166も不要となる。
【0098】また、上記の実施形態では、光源装置が射
出する紫外光の波長を、ArFエキシマレーザとほぼ同
一に設定するものとしたが、その設定波長は任意でよ
く、この設定すべき波長に応じて、レーザ光源160A
の発振波長や波長変換部163の構成及び高調波の倍率
などを決定すればよい。なお、設定波長は、一例とし
て、ウエハ上に転写すべきパターンのデザインルール
(線幅、ピッチなど)に応じて決定するようにしてもよ
く、さらにはその決定に際して前述の露光条件やレチク
ルの種類(位相シフト型か否か)などを考慮してもよ
い。
出する紫外光の波長を、ArFエキシマレーザとほぼ同
一に設定するものとしたが、その設定波長は任意でよ
く、この設定すべき波長に応じて、レーザ光源160A
の発振波長や波長変換部163の構成及び高調波の倍率
などを決定すればよい。なお、設定波長は、一例とし
て、ウエハ上に転写すべきパターンのデザインルール
(線幅、ピッチなど)に応じて決定するようにしてもよ
く、さらにはその決定に際して前述の露光条件やレチク
ルの種類(位相シフト型か否か)などを考慮してもよ
い。
【0099】また、上記の実施形態では、本発明に係る
光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露
光装置に適用された場合について説明したが、露光装置
以外でデバイス製造工程などに用いられる装置、例え
ば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部(ヒュー
ズなど)を切断するために用いられるレーザリペア装置
などにも本発明に係る光源装置を適用することができ
る。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式
の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置(ステッパなど)
にも好適に適用できるものである。更にはステップ・ア
ンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジェクシ
ョン・アライナーなどにも適用できる。
光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露
光装置に適用された場合について説明したが、露光装置
以外でデバイス製造工程などに用いられる装置、例え
ば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部(ヒュー
ズなど)を切断するために用いられるレーザリペア装置
などにも本発明に係る光源装置を適用することができ
る。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式
の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置(ステッパなど)
にも好適に適用できるものである。更にはステップ・ア
ンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジェクシ
ョン・アライナーなどにも適用できる。
【0100】また、上記の実施形態では、本発明に係る
光源装置が露光用照明光を発生する光源装置として使用
される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長
の光を必要とする上述のレチクルアライメント用の光源
装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置され
るマークの投影像を検出して投影光学系の光学特性を求
める空間像検出系の光源装置等として使用することも可
能である。
光源装置が露光用照明光を発生する光源装置として使用
される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長
の光を必要とする上述のレチクルアライメント用の光源
装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置され
るマークの投影像を検出して投影光学系の光学特性を求
める空間像検出系の光源装置等として使用することも可
能である。
【0101】なお、本発明の光源装置は、露光装置以外
にも様々な装置に利用することができる。例えば、レー
ザ光を角膜に照射して表面のアブレーション(あるいは
切開した角膜内部のアブレーション)を行い、角膜の曲
率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行う
レーザ治療装置に使用される光源装置として利用するこ
とができる。また、光学式検査装置等における光源装置
としても、本発明の光源装置は利用可能である。
にも様々な装置に利用することができる。例えば、レー
ザ光を角膜に照射して表面のアブレーション(あるいは
切開した角膜内部のアブレーション)を行い、角膜の曲
率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行う
レーザ治療装置に使用される光源装置として利用するこ
とができる。また、光学式検査装置等における光源装置
としても、本発明の光源装置は利用可能である。
【0102】また、本発明の光源装置は、上記の実施形
態における投影光学系のような光学系の光学調整(光軸
合わせ等)用又は検査用としても利用可能である。さら
には、エキシマレーザを光源として有する各種装置にお
いて、エキシマレーザに置き換えて本発明の光源装置を
適用できる。
態における投影光学系のような光学系の光学調整(光軸
合わせ等)用又は検査用としても利用可能である。さら
には、エキシマレーザを光源として有する各種装置にお
いて、エキシマレーザに置き換えて本発明の光源装置を
適用できる。
【0103】次に、上記の実施形態の露光装置及び方法
を使用したデバイス(ICやLSI等の半導体チップ、
液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等)の製造について説明する。
を使用したデバイス(ICやLSI等の半導体チップ、
液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等)の製造について説明する。
【0104】まず、設計ステップにおいて、デバイスの
機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パ
ターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造
ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを
製造する。
機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パ
ターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造
ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを
製造する。
【0105】次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記
のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後
述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実
際の回路等を形成する。
のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後
述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実
際の回路等を形成する。
【0106】このウエハ処理ステップは、例えば、半導
体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化さ
せる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するCV
Dステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電
極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込
みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工
程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程
は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じ
て選択されて実行される。
体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化さ
せる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するCV
Dステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電
極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込
みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工
程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程
は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じ
て選択されて実行される。
【0107】ウエハプロセスの各段階において、前処理
工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエ
ハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおい
て上記で説明した露光装置10によってマスクの回路パ
ターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップに
おいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチ
ングステップにおいて、レジストが残存している部分以
外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そし
て、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済ん
で不要となったレジストを取り除く。
工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエ
ハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおい
て上記で説明した露光装置10によってマスクの回路パ
ターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップに
おいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチ
ングステップにおいて、レジストが残存している部分以
外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そし
て、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済ん
で不要となったレジストを取り除く。
【0108】以上のようにして、前処理工程と、レジス
ト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理
工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に
回路パターンが形成される。
ト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理
工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に
回路パターンが形成される。
【0109】こうしてウエハ処理ステップが終了する
と、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおい
て処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立
てには、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディン
グ)やパッケージング工程(チップ封入)等の工程が含
まれる。
と、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおい
て処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立
てには、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディン
グ)やパッケージング工程(チップ封入)等の工程が含
まれる。
【0110】最後に、検査ステップにおいて、組立ステ
ップで作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テ
スト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイス
が完成し、これが出荷される。
ップで作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テ
スト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイス
が完成し、これが出荷される。
【0111】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
ンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。
【0112】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
源装置によれば、増幅用媒体にとっての励起光である波
長の光の強度が非常に高くなる、レーザ発振器が具備す
る励起光波長の光共振器内における励起光波長の光の光
路上に、増幅用媒体が配置される。したがって、簡易な
構成で、光増幅器としての利得を一定に保ちつつ、(信
号光)出力パワーを飛躍的に増大きせることができる光
源装置を提供することができる。
源装置によれば、増幅用媒体にとっての励起光である波
長の光の強度が非常に高くなる、レーザ発振器が具備す
る励起光波長の光共振器内における励起光波長の光の光
路上に、増幅用媒体が配置される。したがって、簡易な
構成で、光増幅器としての利得を一定に保ちつつ、(信
号光)出力パワーを飛躍的に増大きせることができる光
源装置を提供することができる。
【0113】また、本発明の光照射装置によれば、本発
明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して
対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を対
象物に照射することができる。
明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して
対象物に照射するので、効率良く波長変換された光を対
象物に照射することができる。
【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。
略的に示す図である。
【図2】図1の光源装置の内部構成を主制御装置ととも
に示すブロック図である。
に示すブロック図である。
【図3】図2のレーザ光源の発生光の波長を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図4】図2の光増幅部の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図5】図4の光ファイバ増幅装置の構成を概略的に示
す図である。
す図である。
【図6】図2の波長変換部の構成を示す図である。
10…露光装置(光照射装置)、12…照明光学系(照
射光学系)、16…光源装置、130…レーザ共振器、
131…光ファイバ(光ファイバ型レーザ媒質)、13
36A,1336B…ファイバグレーティング(ファイバ型
ブラッグ回折格子)、135…光共振器、160…パル
ス光発生部(レーザ光発生部)、161…光増幅部、1
63…波長変換部、171…増幅用光ファイバ(光増幅
媒体)。
射光学系)、16…光源装置、130…レーザ共振器、
131…光ファイバ(光ファイバ型レーザ媒質)、13
36A,1336B…ファイバグレーティング(ファイバ型
ブラッグ回折格子)、135…光共振器、160…パル
ス光発生部(レーザ光発生部)、161…光増幅部、1
63…波長変換部、171…増幅用光ファイバ(光増幅
媒体)。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H01S 3/094 H01S 3/131
3/109 3/30 Z
3/131 3/094 S
3/30 H01L 21/30 515B
518
Fターム(参考) 2K002 AA04 AB12 AB30 BA01 CA02
CA15 DA10 EB15 HA20 HA24
5F046 BA05 CA03 DA01
5F072 AB07 AB09 AK06 HH02 HH04
HH06 JJ04 JJ05 KK07 MM07
PP07 QQ02 QQ07 YY09
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の波長の光を発生するレーザ光発生
部と、前記レーザ光発生部が発生した光を増幅する光増
幅部とを備える光源装置において、 前記光増幅部は、 前記第1の波長とは異なる第2の波長に関する光共振器
を有するレーザ発振器と;前記光共振器内における前記
第2の波長の光の光路上に配置され、前記第2の波長の
光が励起光として入射するとともに、入射した前記第1
の波長の光を増幅する光増幅媒体と;を備えることを特
徴とする光源装置。 - 【請求項2】 前記光増幅媒体は、コア部に前記第2の
波長に光によって励起される元素が添加された増幅用光
ファイバである、ことを特徴とする請求項1に記載の光
源装置。 - 【請求項3】 前記第1の波長は1.55μm帯の波長
であり、前記増幅用光ファイバに添加された元素はエル
ビウムである、ことを特徴とする請求項2に記載の光源
装置。 - 【請求項4】 前記レーザ発振器におけるレーザ媒質
は、コア部に第4の波長の光によって励起される元素が
添加された光ファイバ型レーザ媒質であり、 前記光共振器における前記第2の波長の光の反射素子
は、ファイバ型ブラッグ回折格子である、ことを特徴と
する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源装置。 - 【請求項5】 前記レーザ発振器はラマンレーザ発振器
である、ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 - 【請求項6】 前記光増幅部によって増幅された前記第
1の波長の光を第3の波長の光に波長変換する波長変換
部を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜5のいず
れか一項に記載の光源装置。 - 【請求項7】 前記第1の波長は、前記第3の波長の光
を該第3の波長の光路の媒質成分の吸収ピーク波長と異
なる波長とする波長であるとともに、国際電気通信連合
により標準的に定められた複数の波長の中の1つの波長
である、ことを特徴とする請求項6に記載の光源装置。 - 【請求項8】 対象物に光を照射する光照射装置であっ
て、 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置と;前記
光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出す
る照射光学系と;を備える光照射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001359446A JP2003163393A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 光源装置及び光照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001359446A JP2003163393A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 光源装置及び光照射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003163393A true JP2003163393A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19170449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001359446A Pending JP2003163393A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 光源装置及び光照射装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003163393A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006108426A (ja) * | 2004-10-06 | 2006-04-20 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 光ファイバラマンレーザ |
JP2008009457A (ja) * | 2003-08-01 | 2008-01-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レーザ光源 |
JP2008187176A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Furukawa Electric North America Inc | 大モード面積でマルチモードの利得生成光ファイバを用いる高パワー光学装置 |
JP2011151223A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Nikon Corp | レーザ装置 |
JP5096171B2 (ja) * | 2006-01-23 | 2012-12-12 | パナソニック株式会社 | レーザ光源装置、画像表示装置及び照明装置 |
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