JP5110633B2

JP5110633B2 - レーザ光軸調整装置及びレーザ光軸調整方法

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Publication number: JP5110633B2
Application number: JP2007130692A
Authority: JP
Inventors: 雅也吉野; 徹鈴木; 毅太田
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: JP2008288321A

Description

本発明は、例えば、空間コヒーレンスが低い露光用２ステージレーザ装置におけるレーザ光軸調整装置及びレーザ光軸調整方法に関する。

従来、発振段レーザと、この発振段レーザから放出されるレーザ光を増幅する増幅段レーザとからなり、高安定性、高出力効率及び細い線幅を実現したいわゆるＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置がある
（特許文献１参照）。
特再表２００４−０９５６６１号公報

露光用エキシマレーザ装置は、高スループット化に伴い、さらに高出力化を要求されている。そのため、近年の露光用エキシマレーザ装置は、発振段と増幅段のツインチャンバを形成するＭＯＰＯ方式２ステージ型が主流となっている。エキシマレーザ装置は、２ステージ型になったことにより、従来よりも装置の構成が複雑化し、光軸のアライメント方法も単純ではなくなっている。

特に、ビームダイバージェンス（発散角）は、光軸の状態に影響を受けやすいため、その調整方法が重要になっている。ビームダイバージェンスとは、ビームの広がりをあらわす物理量であり、図３（ａ）で示される角度θに相当する。レーザ光Ｌのビームダイバージェンスは、露光機の入口や途中の光学系でビームがけられてしまうことを防ぐために、規定値以下になるように設計、及び、調整される必要があり、平行光に近いこと、つまりビームダイバージェンスが小さいことが望ましい。

図３（ｂ）は、ビームダイバージェンスの測定方法を示すものである。ビームダイバージェンスは、レーザ光Ｌをレンズ４１で集光し、焦点位置Ｆに配置したセンサ４２により光軸からのずれを計測することで測定される。

図４は、ＭＯＰＯ方式２ステージ型露光用レーザ装置の概略図である。ＭＯＰＯ方式２ステージ型露光用レーザ装置１において、発振段レーザ１０の狭帯域化モジュール１１、発振段チャンバ１２及び発振段出力ミラー１３で発振された注入光Ｌａは、増幅段注入ミラー２１から増幅段レーザ２０内に注入される。このとき、増幅段注入ミラー２１の反射コートにより、一部が増幅段レーザ２０内側へ透過する。残りは増幅段レーザ２０外側へ反射して戻り光となるが、この戻り光は、増幅段注入ミラー２１の角度により、他の部品と関係しないように設定されている。

２ステージ型露光用レーザ装置１では、発振段レーザ１０による注入光Ｌａの外に、増幅段レーザ２０のもつ増幅段光Ｌｂが存在する。

これらの発振段レーザ１０による注入光Ｌａの光軸Ａと増幅段レーザ２０のもつ光軸Ｂが、センサ４２に入力する際に、僅かでも異なると、それぞれの光軸Ａ，Ｂによりビームダイバージェンスθが大きくなる。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ビームダイバージェンスの悪化を改善し、安定なレーザ性能をもつ露光用レーザ装置におけるレーザ光軸調整装置及びレーザ光軸調整方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ光軸調整装置は、リング型レーザを単体で発振させて、レーザ光である増幅段光のポインティングを行う工程と、発振段レーザで発振し、前記リング型レーザを通過した注入光のポインティングを行う工程と、前記注入光のポインティング及び前記増幅段光のポインティングを計測する工程と、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なっているか否かを判定する工程と、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なるように前記注入光の光軸を調整する工程と、を有することを特徴とする。

また、前記計測器は、ポインティングを計測するセンサを含むことを特徴とする。
また、前記計測器は、前記注入光及び前記増幅段光を集光する集光レンズを含むことを特徴とする。
また、前記センサは、前記集光レンズの焦点位置に配置されることを特徴とする。
また、前記共振器は、前記リング型レーザの入力側に配置される入力側ミラー、前記リング型レーザの出力側に配置され、部分反射する出力側ミラー、及び前記入力側ミラーと前記出力側ミラーを結ぶ光軸から離間して配置される反射ミラーを含むことを特徴とする。
また、前記調整ミラーは、第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを有する
ことを特徴とする。

さらに、本発明のレーザ光軸調整方法は、リング型レーザを単体で発振させて、レーザ光である増幅段光のポインティングを行う工程と、発振段レーザで発振し、前記リング型レーザを通過したレーザ光である注入光のポインティングを行う工程と、前記注入光のポインティング及び前記増幅段光のポインティングを計測する工程と、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なっているか否かを判定する工程と、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なるように前記注入光の光軸を調整する工程と、を有することを特徴とする。

また、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なっている場合に、前記注入光の光軸の調整を終了する工程を有することを特徴とする。
また、前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとがずれている場合に、前記注入光の光軸を調整する工程を有することを特徴とする。
また、前記注入光の光軸上で前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に配置された調整ミラーによって前記注入光の光軸を調整する工程を有することを特徴とする。
また、第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、前記第２の調整ミラーを調整する工程を有することを特徴とする。
また、第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、前記第１の調整ミラーを調整する工程を有することを特徴とする。
また、第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、前記第１の調整ミラーを調整する工程の後、前記第２の調整ミラーを調整する工程を有することを特徴とする。
また、前記調整ミラーの調整は、角度を変更させることによって行うことを特徴とする。

本発明によれば、注入光のポインティングと増幅段光のポインティングとが重なるように注入光の光軸を調整するので、簡単な構造又は方法で、ビームダイバージェンスを最小にすることができ、ビームダイバージェンスの悪化を改善し、安定なレーザ性能をもつことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における露光用レーザ装置１を示す。

本実施形態の露光用レーザ装置１は、ＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式２ステージ型露光用レーザ装置であって、発振段レーザ１０と、発振段レーザ１０で発振されたレーザ光Ｌを増幅して出力する増幅段レーザ２０と、を備える。

発振段レーザ１０は、例えば、拡大プリズムや回折格子等によって構成され、リアミラーとしても機能する狭帯域化モジュール１１と、充填されたレーザガスを放電電極により励起する発振段チャンバ１２と、狭帯域化モジュール１１内の図示しないリアミラーとしても機能する回折格子と共振器を構成するフロントミラー１３と、を有する。

増幅段レーザ２０は、リング型の共振器を用いるものであって、発振段レーザ１０で発振された注入光Ｌａを入力する入力側ミラー２１と、充填されたレーザガスを放電電極により励起する増幅段チャンバ２２と、入力側ミラー２１と共振器を構成する出力側ミラー２３及び反射ミラー２４と、を有する。リング型共振器の全ての反射面は平面からなる。そのため、増幅段チャンバ２２内で励起された注入光Ｌａは、このリング型共振器内を回りながら増幅され、利得領域を埋めることが可能となり、部分反射する出力側ミラー２３から出力される。

そして、本実施形態の露光用レーザ装置１におけるレーザ光軸調整装置は、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、調整手段３０を備える。本実施形態では、調整手段３０は、第１調整ミラー３１及び第２調整ミラー３２で構成される。

このような構造の露光用レーザ装置１では、まず、発振段チャンバ１２において励起された注入光Ｌａが、狭帯域化モジュール１１で狭帯域化され、狭帯域化モジュール１１内の図示しないリアミラーとしても機能する回折格子とフロントミラー１３とで共振され、発振段レーザ１０から出力される。次に、注入光Ｌａは、調整手段３０の第１調整ミラー３１及び第２調整ミラー３２で反射され、増幅段レーザ２０の入力側ミラー２１に入力する。

ここで、入力側ミラー２１に入力した注入光Ｌａの光軸Ａと、増幅段レーザ２０単体で励起される増幅段光Ｌｂの光軸Ｂとが重なれば、何ら問題はなく、注入光Ｌａ及び増幅段光Ｌｂは出力される。

しかしながら、注入光Ｌａの光軸Ａと、増幅段レーザ２０単体で励起される増幅段光Ｌｂの光軸Ｂとがズレが生じており、重ならない場合は、注入光Ｌａの出力の他に、光軸のずれた増幅段光Ｌｂが出力され、このズレにより、ビームダイバージェンスが大きくなる。

次に、露光用レーザ装置１のレーザ光軸調整方法について説明する。本実施形態のレーザ光軸調整装置では、注入光Ｌａ及び増幅段光Ｌｂのポインティングを計測するためのポインティング計測器４０に増幅段レーザ２０からの出力を入射させる。ポインティング計測器４０は、レンズ４１及びレンズ４１の焦点位置に配置されたセンサ４２を有し、注入光Ｌａ及び増幅段光Ｌｂをレンズで集光し、センサ４２にてポインティングを計測する。計測したポインティングの値は、制御手段５０に入力され、制御手段５０により調整手段３０を制御することで、露光用レーザ装置１の調整が実行される。

ここで、ポインティングとは、光の進行方向をあらわす物理量であり、一般にビームダイバージェンスの重心や半値全幅ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）、１０％全幅ＦＷ１０％（Full Width at 10%）等の方法で表される。

まず、増幅段レーザ２０を単体で発振させて、増幅段光Ｌｂのポインティングを計測する。次に、注入光Ｌａのポインティングを計測する。ここで、注入光Ｌａの光軸Ａと、増幅段レーザ２０単体で励起される増幅段光Ｌｂの光軸Ｂとが重なっている場合、露光用レーザ装置１の調整を終了する。

注入光Ｌａの光軸Ａと、増幅段レーザ２０単体で励起される増幅段光Ｌｂの光軸Ｂとが重なっていない場合、第２調整ミラー３２の角度を調整する。その際、注入光Ｌａの入射位置が増幅段チャンバ２２の所定の位置からずれて、増幅できない場合、第１調整ミラー３１の角度を調整し、注入光Ｌａの入射位置を修正する。その後、再び、第２調整ミラー３２の角度を調整する。

図２は、露光用レーザ装置１の調整前後のダイバージェンスの関係を示すものである。一点鎖線が発振段レーザ１０のダイバージェンスＤ１０、点線が増幅段レーザ２０のダイバージェンスＤ２０、実線がレーザ装置１のダイバージェンスＤ１である。

注入光Ｌａと増幅段光Ｌｂとの光軸Ａ，Ｂがずれている場合、図２（ｂ）に示すように、露光用レーザ装置１全体のダイバージェンスＤ１の幅が太くなる。露光用レーザ装置１全体のダイバージェンスＤ１は、図２（ａ）に示すように、注入光Ｌａと増幅段光Ｌｂとの光軸が一致している場合、最小となる。

このように、注入光Ｌａのポインティングと増幅段光のポインティングとが重なるように注入光Ｌａの光軸Ａを調整するので、簡単な構造又は方法で、ビームダイバージェンスＤ１を最小にすることができ、ビームダイバージェンスＤ１の悪化を改善し、安定なレーザ性能をもつことができる。

本実施形態の露光用レーザ装置を示す図である。本実施形態の露光用レーザ装置の調整前後のダイバージェンスの関係を示す図である。ビームダイバージェンスを示す図である。従来の一般的な露光用レーザ装置を示す図である。

符号の説明

１…露光用レーザ装置、１０…発振段レーザ、１１…狭帯域化モジュール、１２…発振段チャンバ、１３…フロントミラー、２０…増幅段レーザ、２１…入力側ミラー、２２…増幅段チャンバ、２３…出力側ミラー、２４…反射ミラー、３０…調整手段、３１…第１調整ミラー、３２…第２調整ミラー、４０…ポインティング計測器、４１…レンズ、４２…センサ

Claims

電極の放電によってレーザガスを励起し、レーザ光である注入光を発振する発振段チャンバを有する発振段レーザと、
前記発振段レーザから出力された前記注入光の光軸上に配置される調整ミラーと、
前記調整ミラーで反射した前記注入光の光軸上に配置され、電極の放電によってレーザガスを励起し、レーザ光である増幅段光を発振する増幅段チャンバ、並びに前記注入光の光軸上で前記増幅段チャンバの両側に配置され、前記注入光及び前記増幅段光を共振させる共振器を有するリング型レーザと、
前記リング型レーザの出力側に配置され、前記注入光及び前記増幅段光のポインティングをそれぞれ計測する計測器と、
前記計測器の計測値に応じて前記調整ミラーの角度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ光軸調整装置。
前記計測器は、ポインティングを計測するセンサを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光軸調整装置。
前記計測器は、前記注入光及び前記増幅段光を集光する集光レンズを含む
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ光軸調整装置。
前記センサは、前記集光レンズの焦点位置に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光軸調整装置。
前記共振器は、
前記リング型レーザの入力側に配置される入力側ミラー、
前記リング型レーザの出力側に配置され、部分反射する出力側ミラー、
及び
前記入力側ミラーと前記出力側ミラーを結ぶ光軸から離間して配置される反射ミラー
を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光軸調整装置。
前記調整ミラーは、第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ光軸調整装置。
リング型レーザを単体で発振させて、レーザ光である増幅段光のポインティングを行う工程と、
発振段レーザで発振し、前記リング型レーザを通過した注入光のポインティングを行う工程と、
前記注入光のポインティング及び前記増幅段光のポインティングを計測する工程と、
前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なっているか否かを判定する工程と、
前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なるように前記注入光の光軸を調整する工程と、
を有する
ことを特徴とするレーザ光軸調整方法。
前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとが重なっている場合に、前記注入光の光軸の調整を終了する工程を有する
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ光軸調整方法。
前記注入光のポインティングと前記増幅段光のポインティングとがずれている場合に、前記注入光の光軸を調整する工程を有する
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ光軸調整方法。
前記注入光の光軸上で前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に配置された調整ミラーによって前記注入光の光軸を調整する工程を有する
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光軸調整方法。
第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、
前記第２の調整ミラーを調整する工程を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ光軸調整方法。
第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、
前記第１の調整ミラーを調整する工程を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ光軸調整方法。
第１の調整ミラー及び前記第１の調整ミラーと前記増幅段レーザの間に配置された第２の調整ミラーを含む前記調整ミラーのうち、
前記第１の調整ミラーを調整する工程の後、前記第２の調整ミラーを調整する工程を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ光軸調整方法。
前記調整ミラーの調整は、角度を変更させることによって行う
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載のレーザ光軸調整方法。