JP4358052B2 - Grating attitude control device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ装置の波長選択に用いられるエシェルグレーティングの姿勢を制御し、入射光の光軸と反射光の光軸を一致させるグレーティングの姿勢制御装置に関する。 The present invention relates to a grating attitude control device that controls the attitude of an echelle grating used for wavelength selection of a laser device and matches the optical axis of incident light with the optical axis of reflected light.
半導体露光装置の光源としては、狭帯域エキシマレーザ装置や、ラインセレクトフッ素分子レーザ装置や、狭帯域フッ素レーザ装置といった紫外線レーザ装置が使用される。 As a light source of the semiconductor exposure apparatus, an ultraviolet laser apparatus such as a narrow band excimer laser apparatus, a line select fluorine molecular laser apparatus, or a narrow band fluorine laser apparatus is used.
図1は狭帯域エキシマレーザ装置の構成を示す図である。
レーザチャンバ1は金属性であり、内部にレーザ媒体となるレーザガスが封入される。レーザガスは大きくはハロゲンガス、バッファガス、希ガス等のガスからなる。ハロゲンガスにはフッ素ガス(F2)が使用され、バッファガスにはネオンガス(Ne)が使用される。KrFエキシマレーザの場合は希ガスにクリプトン(Kr)が使用され、ArFエキシマレーザの場合は希ガスにアルゴン(Ar)が使用される。またレーザチャンバ1の内部には互いに対向する一対の放電電極3が設けられ、外部には高電圧パルス電源が設けられる。なお図1において、一対の放電電極3は図面に直交する方向に対向して配置されているとしており、また高電圧パルス電源は図示されていない。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a narrow-band excimer laser device.
The laser chamber 1 is metallic, and a laser gas serving as a laser medium is sealed inside. The laser gas is mainly composed of a gas such as a halogen gas, a buffer gas, or a rare gas. Fluorine gas (F2) is used as the halogen gas, and neon gas (Ne) is used as the buffer gas. In the case of a KrF excimer laser, krypton (Kr) is used as a rare gas, and in the case of an ArF excimer laser, argon (Ar) is used as a rare gas. A pair of discharge electrodes 3 facing each other is provided inside the laser chamber 1, and a high voltage pulse power source is provided outside. In FIG. 1, the pair of discharge electrodes 3 are arranged to face each other in the direction orthogonal to the drawing, and the high voltage pulse power source is not shown.
本明細書では一対の放電電極3の対向方向を垂直方向といい、この垂直方向に直交する方向を水平方向ということにする。図1でいえば、図面に直交する方向が垂直方向であり、図面と平行する方向が水平方向である。また垂直方向に平行する平面を垂直面といい、水平方向に平行する平面を水平面ということにする。 In this specification, the opposing direction of the pair of discharge electrodes 3 is referred to as a vertical direction, and the direction orthogonal to the vertical direction is referred to as a horizontal direction. In FIG. 1, the direction orthogonal to the drawing is the vertical direction, and the direction parallel to the drawing is the horizontal direction. A plane parallel to the vertical direction is called a vertical plane, and a plane parallel to the horizontal direction is called a horizontal plane.
レーザチャンバ1の両側(図面左右)にはCaF2のウィンドウ4、5が設けられる。ウィンドウ4側の光軸上には一以上(図1では一つ)のプリズム25と互いに平行する複数の溝が形成された回折面26aを有するグレーティング26が設けられる。プリズム25はレーザチャンバ1から出射された光を特定方向に拡大する機能を有するため、ビームエキスパンダともよばれる。グレーティング26は、互いに平行する複数の回折溝とこれらの回折溝毎に形成される反射面とを回折面26aに含む。こうしたグレーティング26をエシェルグレーティングという。グレーティング26は回折面26aに入射した光をその波長に応じた方向に反射する機能を有する。言い換えると、グレーティング26は特定狭帯域内の波長の光を特定方向に反射する。こうした構成によれば、レーザチャンバ1から出射された光のうち特定狭帯域内の波長の光のみが再びレーザチャンバ1側に戻るため、プリズム25及びグレーティング26を狭帯域化素子という。ウィンドウ5側の光軸上にはフロントミラー7を内蔵するモニタボックス8が設けられる。プリズム25、グレーティング26及びフロントミラー7で光共振器が構成される。
通常、プリズム25やグレーティング26等の狭帯域化素子は筐体20に内包される。このユニットを狭帯域化モジュール2という。狭帯域化モジュール2では、各光学素子を損傷させる要因となるダストや、オゾンの発生源となる酸素を筐体外に排出するために、乾燥した清浄窒素ガスや希ガスによって筐体内部がパージされる。
Usually, the band narrowing elements such as the
ここで図1を参照して狭帯域エキシマレーザ装置の動作を説明する。図示しない高電圧パルス電源から一対の放電電極3に電流が供給され、放電電極3間の電圧がブレークダウン電圧を超えると、レーザチャンバ1内の放電電極3間で放電が生じる。この放電によってレーザガスが励起され、さらに基底状態に移行する際に光が発生する。ウィンドウ4を透過した光はプリズム25に入射する。プリズム25では所定方向に光の幅が拡大される。プリズム25を出射した光はグレーティング26の回折面26aに入射する。回折面26aに入射した光のうち、特定狭帯域内の波長の光のみがプリズム25を介してレーザチャンバ1側に反射する。レーザチャンバ1に戻った光はウィンドウ5を透過し、フロントミラー7に入射し、レーザチャンバ1側に反射する。こうして光はレーザチャンバ1を介してグレーティング26とフロントミラー7の間を複数回往復する。その間に特定狭帯域内の波長の光はエネルギーが増幅され、ある程度のエネルギーに達するとフロントミラー7からレーザ光が出射される。
Here, the operation of the narrow-band excimer laser device will be described with reference to FIG. When a current is supplied to the pair of discharge electrodes 3 from a high voltage pulse power source (not shown) and the voltage between the discharge electrodes 3 exceeds the breakdown voltage, a discharge occurs between the discharge electrodes 3 in the laser chamber 1. The laser gas is excited by this discharge, and light is generated when the state further shifts to the ground state. The light transmitted through the window 4 enters the
下記特許文献1で開示されるように、水平面内でプリズムと光軸のなす角度を変化させるとグレーティングの回折面と光軸のなす角度が変化し、結果としてフロントミラーから出射されるレーザ光の波長が変化する。また水平面内でグレーティング自体の角度を変化させてもグレーティングの回折面と光軸のなす角度が変化するため、同様の結果が得られる。また特許文献2で開示されるように、プリズムから出射される光を高反射ミラーで反射してグレーティングに入射するような構成にし、水平面内でこの高反射ミラーと光軸のなす角度を変化させてもグレーティングの回折面と光軸のなす角度が変化するため、同様の結果が得られる。なお特許文献2には、複数のプリズムを有する狭帯域化モジュールが示されている。
As disclosed in Patent Document 1 below, when the angle formed by the prism and the optical axis is changed in the horizontal plane, the angle formed by the diffraction surface of the grating and the optical axis changes, and as a result, the laser beam emitted from the front mirror is changed. Wavelength changes. Further, even if the angle of the grating itself is changed in the horizontal plane, the angle formed by the diffraction surface of the grating and the optical axis changes, so that the same result can be obtained. Further, as disclosed in
ここまで説明したように、狭帯域エキシマレーザ装置では波長選択がグレーティング26を用いて行われる。この波長選択において重要なことは、グレーティング26が適切な姿勢を保持し、光がグレーティング26の回折面26aに適切に入射することである。グレーティング26の姿勢を制御する一つの手段は、前述した水平面内でグレーティング26と光軸の角度を制御し所望の角度にする方法である。もう一つの方法は、垂直面内でグレーティング26と光軸の角度を制御する方法である。この制御は次に説明するグレーティングの姿勢制御装置にて行われる。
As described so far, wavelength selection is performed using the
図5(a)は従来のグレーティング角度制御装置の平面図であり、図5(b)は従来のグレーティング角度制御装置の正面図であり、図5(c)は従来のグレーティング角度制御装置の側面図である。図5(a)〜(c)において、鎖線はレーザ光が存在する範囲の縁を示している。 5A is a plan view of a conventional grating angle control device, FIG. 5B is a front view of the conventional grating angle control device, and FIG. 5C is a side view of the conventional grating angle control device. FIG. 5A to 5C, the chain line indicates the edge in the range where the laser beam exists.
なお図5においては、回折面26aに直交する二方向のうち、光入射側を前方といい、その反対方向を後方としている。図面でいえば、図5(a)の下方向、図5(b)の図面手前方向及び図5(c)の右方向が前方であり、図5(a)の上方向、図5(b)の図面奥方向及び図5(c)の左方向が後方である。またグレーティング26の回折溝26bに平行する二方向のうち、グレーティング26の中心からグレーティング26上面に向かう方向を上方といい、グレーティング26底面に向かう方向を下方としている。図面でいえば、図5(a)の図面手前方向、図5(b)及び図5(c)の上方向が上方であり、図5(a)の図面奥方向、図5(b)及び図5(c)の下方向が下方である。ここで定義した前方と後方は水平面と平行し、上方と下方は垂直面と平行する。
In FIG. 5, of the two directions orthogonal to the
グレーティング26の底面は固定板61の表面に取り付けられる。固定板61の裏面は台座66の表面と対向する。固定板61の裏面と台座66の表面との間には二つの球体62、63及び弾性体67が設けられる。二つの球体62、63は、回折面26aと平行する直線上にそれぞれ配置され、固定板61の裏面と台座66の表面に当接する。二つの球体62、63が存在する直線すなわち球体62、63の中心を結ぶ直線がグレーティング26の回転軸69となる。弾性体67は固定板61の裏面と台座66の表面に取り付けられる。弾性体67は回転軸69よりも後方に配置される。
The bottom surface of the grating 26 is attached to the surface of the fixed
弾性体67は板バネ、スプリング、ゴム等のように伸縮性を有するものであればよい。しかし散乱紫外線の照射可能性もあるため、紫外線照射環境で劣化し難い材料が望ましい。この弾性体67は固定板61と台座66とを引き付ける。つまり図5(b)、(c)で示されるように、固定板61と台座66とが離れているときはスプリングが伸びた状態であり、固定板61は台座66側に引き付けられる。板バネ、ゴムでも同様である。
The
台座66には裏面側から螺挿されたネジ68が設けられる。ネジ68の先端は台座66を貫通して、固定板61の裏面に当接する。回転動作が加えられることによってネジ68は上方又は下方に変位自在である。
The
ネジ68が上方に変位すると弾性体67が伸び、固定板61及びグレーティング26が前方に傾斜する。ネジ68が下方に変位すると弾性体67が縮み、固定板61及びグレーティング26が後方に傾斜する。例えば図5(c)で示されるように、グレーティング26を側面から見た状態で回折面26a′と入射光の光軸が直交しない場合は、ネジ68によって固定板61及びグレーティング26が前方に傾斜される。
When the
このように従来のグレーティングの姿勢制御装置は、入射光の光軸と反射光の光軸とが一致するように、回折面26の角度補正を行うものである。
しかし従来のグレーティング角度補正装置には問題がある。 However, the conventional grating angle correction device has a problem.
図6はグレーティングの回折面の平面図を拡大して示す図である。
前述したように、エシェルグレーティング26の回折面26aは肉眼では平面に見えるが、実際は非常に微細であって互いに平行する多数の回折溝26bを有する。各回折溝26bには反射面26cが形成される。各反射面26cは平面であってそれぞれ同一方向を向く。
FIG. 6 is an enlarged view showing a plan view of the diffraction surface of the grating.
As described above, the
図6の矢印Lは各回折面26aに入射するほぼ平行なレーザ光を示す。これらのレーザ光は各反射面26cで反射される。反射光同士は干渉して強め合い、結果として特定の狭い波長帯域内の光のみが入射光の進行方向の反対方向に反射される。グレーティング26の角度が適切に補正されていれば入射光と反射光の光軸は一致する。
An arrow L in FIG. 6 indicates a substantially parallel laser beam incident on each
ここで図5(c)で示されるように、グレーティング26を側面から見た状態で回折面26a′と入射光の光軸が直交しない状態を想定する。このような場合は入射光の光軸と反射光の光軸は一致しない。そこで図7で示されるように、回転軸69を回転中心としてグレーティング26を傾斜させて姿勢を補正したとする。このときのグレーティング傾斜前後の反射面26cの状態を図8、図9を参照して説明する。
Here, as shown in FIG. 5C, it is assumed that the
図8(a)は反射面の平面図であり、図8(b)は反射面の側面図である。同じく図9(a)は反射面の平面図であり、図9(b)は反射面の側面図である。図8ではグレーティング26の姿勢が補正される前の状態を示され、図9ではグレーティング26の姿勢が補正された後の状態が示されている。 FIG. 8A is a plan view of the reflecting surface, and FIG. 8B is a side view of the reflecting surface. Similarly, FIG. 9A is a plan view of the reflecting surface, and FIG. 9B is a side view of the reflecting surface. FIG. 8 shows a state before the posture of the grating 26 is corrected, and FIG. 9 shows a state after the posture of the grating 26 is corrected.
図8(a)で示されるように、補正前には、水平面内では入射光の光軸と反射光の光軸は一致するが、図8(b)で示されるように、垂直面内では入射光の光軸と反射光の光軸は異なる。垂直面内での入射光の光軸と反射光の光軸を一致させるために、ネジ68を上方に変位させ、回転軸69を回転中心として固定板61及びグレーティング26を前方へ傾斜させたとする。その結果、図9(b)で示されるように、垂直面内では入射光の光軸と反射光の光軸が一致することはあるが、図9(a)で示されるように、水平面内では入射光の光軸と反射光の光軸は一致しなくなる。
As shown in FIG. 8A, before correction, the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light coincide in the horizontal plane, but in the vertical plane as shown in FIG. 8B. The optical axis of incident light and the optical axis of reflected light are different. In order to make the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light coincide with each other in the vertical plane, the
この原因は、入射光を反射面26cに対して垂直に入射させる補正を回転軸69を用いて行うことにある。回転軸69を回転中心としてグレーティング26が傾斜すると、反射面26cの水平面及び垂直面の角度が同時に変化する。したがって図9(a)のような結果となり、グレーティングの姿勢を適切に補正ができないといった不具合が生ずる。
さらに加えて、ネジ68の変位量に対する垂直面内における補正量が小さいといった問題もある。
This is because the
In addition, there is a problem that the correction amount in the vertical plane with respect to the displacement amount of the
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、グレーティングの反射面の角度を垂直面内のみで変化させることによって、グレーティングの姿勢を正しく制御することを解決課題とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to correctly control the attitude of the grating by changing the angle of the reflecting surface of the grating only in the vertical plane.
本発明は、
互いに平行する複数の回折溝とこれらの回折溝にそれぞれ形成される反射面とを回折面に含むエシェルグレーティングと、所定の回転軸を中心にして前記エシェルグレーティングを回転させてグレーティングの姿勢を制御する姿勢制御手段と、を備えたグレーティングの姿勢制御装置において、
前記回転軸は、前記回折溝に直交し且つ前記反射面に平行する直線と一致するか又は平行すること
を特徴とする。
The present invention
An echelle grating including a plurality of parallel diffractive grooves and reflecting surfaces formed in the diffractive grooves, respectively, and the attitude of the grating is controlled by rotating the echelle grating around a predetermined rotation axis. A grating attitude control device comprising attitude control means;
The rotation axis is characterized by being coincident with or parallel to a straight line orthogonal to the diffraction groove and parallel to the reflecting surface.
本発明では、エシェルグレーティングの回転軸は、複数の回折溝に直交し且つ複数の回折溝にそれぞれ形成された反射面と平行する直線と一致するか又は平行する。このような回転軸を設定することによって、反射面の角度は水平面内で変化することなく垂直面内のみで変化する。 In the present invention, the rotation axis of the echelle grating coincides with or is parallel to a straight line that is orthogonal to the plurality of diffraction grooves and parallel to the reflecting surface formed in each of the plurality of diffraction grooves. By setting such a rotation axis, the angle of the reflecting surface changes only in the vertical plane without changing in the horizontal plane.
本発明によれば、反射面の角度を垂直面内のみで変化させることができ、グレーティングの姿勢を正しく制御することができる。 According to the present invention, the angle of the reflecting surface can be changed only in the vertical plane, and the attitude of the grating can be controlled correctly.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図2(a)は本実施形態に係るグレーティングの姿勢制御装置の平面図であり、図2(b)は本実施形態に係るグレーティングの姿勢制御装置の正面図であり、図2(c)は本実施形態に係るグレーティングの姿勢制御装置の側面図である。図2(a)〜(c)において、鎖線はレーザ光が存在する範囲の縁を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
2A is a plan view of the grating attitude control device according to this embodiment, FIG. 2B is a front view of the grating attitude control device according to this embodiment, and FIG. It is a side view of the attitude control device of the grating according to the present embodiment. 2A to 2C, the chain line indicates the edge in the range where the laser beam exists.
なお図2においては、反射面26cに直交する二方向のうち、光入射側を前方といい、その反対方向を後方としている。図面でいえば、図2(a)の左下方向、図2(b)の図面左手前方向及び図2(c)の図面右手前方向が前方であり、図2(a)の右上方向、図2(b)の図面右奥方向及び図2(c)の図面左奥方向が後方である。またグレーティング26の回折溝26bに平行する二方向のうち、グレーティング26の中心からグレーティング26上面に向かう方向を上方といい、グレーティング26底面に向かう方向を下方としている。図面でいえば、図2(a)の図面手前方向、図2(b)及び図2(c)の上方向が上方であり、図2(a)の図面奥方向、図2(b)及び図2(c)の下方向が下方である。ここで定義した前方と後方は水平面と平行し、上方と下方は垂直面と平行する。
In FIG. 2, of the two directions orthogonal to the reflecting
本実施形態のグレーティングの姿勢制御装置が従来のものと異なる部分は、球体42、43、弾性体47及びネジ48の配置と、この配置によって実現される回転軸49の位置である。
The difference between the grating posture control device of the present embodiment and the conventional one is the arrangement of the
グレーティング26の底面は固定板41の表面に取り付けられる。固定板41の裏面は台座46の表面と対向する。固定板41の裏面と台座46の表面との間には二つの球体42、43及び弾性体47が設けられる。二つの球体42、43は、反射面26cと平行する直線上にそれぞれ配置され、固定板41の裏面と台座46の表面に当接する。二つの球体42、43が存在する直線すなわち球体42、43の中心を結ぶ直線がグレーティング26の回転軸49となる。水平面内(図2(a))では回転軸49は光軸と直交する。弾性体47は固定板41の裏面と台座46の表面に取り付けられる。弾性体47は回転軸49よりも後方に配置される。
The bottom surface of the grating 26 is attached to the surface of the fixed
弾性体47は板バネ、スプリング、ゴム等のように伸縮性を有するものであればよい。しかし散乱紫外線の照射可能性もあるため、紫外線照射環境で劣化し難い材料が望ましい。この弾性体47は固定板41と台座46とを引き付ける。つまり図2(b)、(c)で示されるように、固定板41と台座46とが離れているときはスプリングが伸びた状態であり、固定板41は台座46側に引き付けられる。板バネ、ゴムでも同様である。
The
台座46には裏面側から螺挿されたネジ48が設けられる。ネジ48の先端は台座46を貫通して、固定板41の裏面に当接する。回転動作が加えられることによってネジ48は上方又は下方に変位自在である。またネジ48の代わりにマイクロメータ等、対向する二方向に動作自在のアクチュエータを使用することも可能である。
The
ネジ48が上方に変位すると弾性体47が伸び、固定板41及びグレーティング26が前方に傾斜する。ネジ48が下方に変位すると弾性体47が縮み、固定板41及びグレーティング26が後方に傾斜する。例えば図2(c)で示されるように、グレーティング26を側面から見た状態で回折面26a′と入射光の光軸が直交しない場合は、ネジ48によって固定板41及びグレーティング26が前方に傾斜される。
When the
ここで図2(c)で示されるように、グレーティング26を側面から見た状態で回折面26a′と入射光の光軸が直交しない状態を想定する。このような場合は入射光の光軸と反射光の光軸は一致しない。そこで図3で示されるように、回転軸49を回転中心としてグレーティング26を傾斜させて姿勢を補正したとする。このときのグレーティング傾斜前後の反射面26cの状態を図8、図4を参照して説明する。
Here, as shown in FIG. 2C, it is assumed that the
図4(a)は反射面の平面図であり、図4(b)は反射面の側面図である。図4ではグレーティング26の姿勢が補正された後の状態が示されている。 4A is a plan view of the reflecting surface, and FIG. 4B is a side view of the reflecting surface. FIG. 4 shows a state after the posture of the grating 26 is corrected.
図8(a)で示されるように、補正前には、水平面内では入射光の光軸と反射光の光軸は一致するが、図8(b)で示されるように、垂直面内では入射光の光軸と反射光の光軸は異なる。垂直面内での入射光の光軸と反射光の光軸を一致させるために、ネジ48を上方に変位させ、回転軸49を回転中心として固定板41及びグレーティング26を前方へ傾斜させたとする。その結果、図4(b)で示されるように、垂直面内では入射光の光軸と反射光の光軸が一致する。また図4(a)で示されるように、水平面内では反射面26cの角度が変化しないため、入射光の光軸と反射光の光軸は一致した状態を維持する。
As shown in FIG. 8A, before correction, the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light coincide in the horizontal plane, but in the vertical plane as shown in FIG. 8B. The optical axis of incident light and the optical axis of reflected light are different. In order to make the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light coincide with each other in the vertical plane, the
なお本実施形態では、球体42、43と弾性体47とネジ48とでグレーティング26の姿勢が制御されるが、他の機構でグレーティング26の姿勢が制御されるようにしてもよい。要はグレーティング26の回転軸が回折溝26bに直交し且つ反射面26cと平行する直線と一致又は平行すればよいのである。
In this embodiment, the attitude of the grating 26 is controlled by the
本実施形態によれば、反射面の角度を垂直面内のみで変化させることができ、グレーティングの姿勢を正しく制御することができる。 According to this embodiment, the angle of the reflecting surface can be changed only in the vertical plane, and the attitude of the grating can be controlled correctly.
26…グレーティング
26a…回折面
26b…回折溝
26c…反射面
41…固定板
42、43…球体
46…台座
47…弾性体
48…ネジ
49…回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記回転軸は、前記回折溝に直交し且つ前記反射面に平行する直線と一致するか又は平行すること
を特徴とするグレーティングの姿勢制御装置。 An echelle grating including a plurality of parallel diffractive grooves and reflecting surfaces formed in the diffractive grooves, respectively, and the attitude of the grating is controlled by rotating the echelle grating around a predetermined rotation axis. A grating attitude control device comprising attitude control means;
The grating posture control device characterized in that the rotation axis coincides with or is parallel to a straight line orthogonal to the diffraction groove and parallel to the reflecting surface.
Priority Applications (1)
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