JP6917890B2 - レーザ装置及び狭帯域化光学系 - Google Patents

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Description

本開示は、レーザ装置及び狭帯域化光学系に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化モジュールによりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
特開平１１−３３０５９２号公報 特開平０３−１３９８９３号公報 米国特許第７６５３１１２号明細書 米国特許第７２７７４６６号明細書 米国特許出願公開第２００１／００１４１１０号明細書 特開平０５−１５２６６６号公報 特開２００４−１４０２６５号公報 特開２００６−１６５４８４号公報 特開平０３−２５０７７７号公報
概要
本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、チャンバの外に配置されたグレーティングと、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、複数のプリズムと、支持部と、を有し、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させ、チャンバ側の光路軸に対してグレーティング側の光路軸を第２の方向にシフトさせるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系と、を備え、支持部は、複数のプリズムを一体的に支持した状態で、チャンバ、グレーティング及び第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成されてもよい。
本開示の他の１つの観点に係るレーザ装置は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、チャンバの外に配置されたグレーティングと、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させるようにチャンバとグレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系であって、第１プリズムと第２プリズムとを含む複数のプリズムと、支持部と、を有し、第１プリズムがチャンバから出力された第３の方向のビームを透過させて第４の方向に変更し、第２プリズムが第４の方向のビームを透過させて第３の方向に戻すように構成された第２のビームエキスパンダ光学系と、を備え、支持部は、複数のプリズムを一体的に支持した状態で、チャンバ、グレーティング及び第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成されてもよい。
本開示の他の１つの観点に係る狭帯域化光学系は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバとともに用いられる狭帯域化光学系であって、チャンバの外に配置されたグレーティングと、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、複数のプリズムと、支持部と、を有し、チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させ、チャンバ側の光路軸に対してグレーティング側の光路軸を第２の方向にシフトさせるように、チャンバとグレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系と、を備え、支持部は、複数のプリズムを一体的に支持した状態で、チャンバ、グレーティング及び第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成されてもよい。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１Ａは、比較例に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図１Ｂは、上記比較例に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図２Ａは、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図２Ｂは、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図３Ａは、第１の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図３Ｂは、第１の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図４Ａは、第２の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図４Ｂは、第２の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図５Ａは、第３の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図５Ｂは、第３の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図６Ａは、第４の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図６Ｂは、第４の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図７Ａは、第５の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図７Ｂは、第５の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。 図８Ａは、第４又は第５の実施形態において用いられる支持部を含む第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。 図８Ｂは、図８Ａの分解斜視図である。
実施形態
＜内容＞
１．概要
２．狭帯域化モジュールを有するレーザ装置
２．１ 構成
２．１．１ レーザチャンバ
２．１．２ 狭帯域化モジュール
２．１．３ 出力結合ミラー
２．２ 動作
２．３ 課題
３．放電方向と略平行にビームを拡大させる第２のビームエキスパンダ光学系を備えたレーザ装置
３．１ 構成
３．２ 作用
４．第２のビームエキスパンダ光学系のバリエーション
４．１ シリンドリカル凹レンズ及びシリンドリカル凸レンズの組合せ
４．２ プリズム
４．３ 球面凹レンズ及び球面凸レンズの組合せ
５．第２のビームエキスパンダ光学系の支持構造
５．１ 第１の例
５．２ 第２の例
５．３ 支持部の構成
６．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．概要
レーザ装置は、チャンバと、狭帯域化モジュールと、を備えてもよい。チャンバの内部には、一対の放電電極が配置されてもよい。狭帯域化モジュールは、チャンバの外に配置されてもよい。狭帯域化モジュールは、グレーティングと、第１のビームエキスパンダ光学系を構成する複数のプリズムと、を備えてもよい。複数のプリズムは、チャンバとグレーティングとの間に配置されてもよい。複数のプリズムは、チャンバから出力されたビームを、一対の放電電極の間における放電方向と垂直な第１の方向に拡大させて、グレーティングに入射させてもよい。
本開示の１つの観点においては、チャンバとグレーティングとの間に、複数のプリズムを含む第２のビームエキスパンダ光学系が設けられてもよい。この第２のビームエキスパンダ光学系は、チャンバから出力されたビームを一対の放電電極の間における放電方向と平行な第２の方向に拡大させてもよい。
なお、本願における「垂直」、「平行」等の語は、角度等の数値を厳密に規定するものではなく、実用的範囲内での誤差を含む趣旨である。
２．狭帯域化モジュールを有するレーザ装置
２．１ 構成
図１Ａ及び図１Ｂは、比較例に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるレーザ装置は、レーザチャンバ１０と、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂと、狭帯域化モジュール１４と、出力結合ミラー１５と、を含んでもよい。狭帯域化モジュール１４と出力結合ミラー１５とが、光共振器を構成してもよい。レーザチャンバ１０は、光共振器の光路に配置されていてもよい。レーザ装置は、図示しない増幅器に入射させるシード光をレーザ発振して出力するマスターオシレータであってもよい。
図１Ａにおいては、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向に略平行な方向からみたレーザ装置の内部構成が示されている。図１Ｂにおいては、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向に略垂直で、且つ、出力結合ミラー１５から出力されるレーザ光の進行方向に略垂直な方向からみたレーザ装置の内部構成が示されている。出力結合ミラー１５から出力されるレーザ光の進行方向は、Ｚ方向であってよい。一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向は、Ｖ方向又は−Ｖ方向であってよい。これらの両方に垂直な方向は、Ｈ方向であってよい。−Ｖ方向は、重力の方向とほぼ一致していてもよい。
２．１．１ レーザチャンバ
レーザチャンバ１０は、例えばレアガスとしてアルゴンガス又はクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバでもよい。レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられてもよい。
レーザチャンバ１０は、ホルダ２０によって支持されていてもよい。レーザチャンバ１０及びホルダ２０は、プレート２０ａとプレート２０ｂとの間に配置されてもよい。プレート２０ａには、３本のインバーロッド２０ｃの各一端が固定され、プレート２０ｂには、これらのインバーロッド２０ｃの各他端が固定されてもよい。これらのインバーロッド２０ｃにより、プレート２０ａとプレート２０ｂとの間隔が定められてもよい。プレート２０ａは本開示における第１のプレートに相当し、プレート２０ｂは本開示における第２のプレートに相当し得る。ホルダ２０及びプレート２０ｂは、台座３０に固定されてもよい。プレート２０ａは、Ｚ方向に移動可能な図示しないリニアブッシュを介して台座３０に固定されていてもよい。
プレート２０ａには、貫通孔２２ａが形成され、プレート２０ｂには、貫通孔２２ｂが形成されてもよい。プレート２０ａとレーザチャンバ１０との間には、光路管２１ａが接続されていてもよい。光路管２１ａの一端はプレート２０ａの貫通孔２２ａの周囲にシールされた状態で固定され、光路管２１ａの他端はレーザチャンバ１０のウインドウ１０ａの周囲にシールされた状態で固定されてもよい。プレート２０ｂとレーザチャンバ１０との間には、光路管２１ｂが接続されていてもよい。光路管２１ｂの一端はプレート２０ｂの貫通孔２２ｂの周囲にシールされた状態で固定され、光路管２１ｂの他端はレーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂの周囲にシールされた状態で固定されてもよい。
一対の放電電極１１ａ及び１１ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ１０内に配置されてもよい。一対の放電電極１１ａ及び１１ｂには、図示しないパルスパワーモジュールからパルス状の高電圧が印加されてもよい。
図１Ａに示されるように、ウインドウ１０ａ及び１０ｂは、これらのウインドウに対する光の入射面とＨＺ面とが略平行となり、かつ、この光の入射角度が略ブリュースター角となるように配置されてもよい。
２．１．２ 狭帯域化モジュール
狭帯域化モジュール１４は、複数のプリズムと、グレーティング１４ｄと、ホルダ１６ａ〜１６ｄと、筐体１２とを含んでもよい。複数のプリズムは、３つのプリズム１４ａ〜１４ｃを含んでもよい。３つのプリズム１４ａ〜１４ｃの各々は、斜面１８と垂直面１９とを有していてもよい。斜面１８には、Ｐ偏光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。垂直面１９には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。グレーティング１４ｄは、表面に高反射率の材料を含み、多数の溝が所定間隔で形成されたエシェールグレーティングであってもよい。
筐体１２は、プリズム１４ａ〜１４ｃ、グレーティング１４ｄ及びホルダ１６ａ〜１６ｄを収容してもよい。筐体１２の内部において、プリズム１４ａはホルダ１６ａに支持され、プリズム１４ｂはホルダ１６ｂに支持され、プリズム１４ｃはホルダ１６ｃに支持され、グレーティング１４ｄはホルダ１６ｄに支持されてもよい。プリズム１４ｃを支持するホルダ１６ｃは、回転ステージ１６ｅによって、ＨＺ面内で回転可能であってもよい。
筐体１２は、プレート２０ａに支持されていてもよい。筐体１２には貫通孔１２ａが形成されてもよい。筐体１２の貫通孔１２ａの位置と、プレート２０ａの貫通孔２２ａの位置とがＺ方向に見たときにほぼ重なるようにすることにより、光路管２１ａの内部と筐体１２の内部とが連通するようになっていてもよい。筐体１２には、貫通孔１２ａから離れた位置に不活性ガス導入管１２ｃが接続されていてもよい。光路管２１ａには、貫通孔２２ａから離れた位置に不活性ガス排出管２１ｃが接続されていてもよい。不活性ガスは、不活性ガス導入管１２ｃから筐体１２に導入され、光路管２１ａの不活性ガス排出管２１ｃから排出されるようにパージされてもよい。
２．１．３ 出力結合ミラー
出力結合ミラー１５は、筐体１３に収容されていてもよい。出力結合ミラー１５は、筐体１３の内部で、ホルダ１７によって支持されていてもよい。出力結合ミラー１５の表面には、部分反射膜がコーティングされていてもよい。
筐体１３は、プレート２０ｂに支持されていてもよい。筐体１３には貫通孔１３ａが形成されてもよい。筐体１３の貫通孔１３ａの位置と、プレート２０ｂの貫通孔２２ｂの位置とがＺ方向に見たときにほぼ重なるようにすることにより、光路管２１ｂの内部と筐体１３の内部とが連通するようになっていてもよい。光路管２１ｂの内部及び筐体１３には図示しない不活性ガス導入管と不活性ガス排出管が接続され、これらの内部には、不活性ガスがパージされてもよい。
２．２ 動作
一対の放電電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧が印加されると、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂ間に放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行し得る。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。
レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射してもよい。レーザチャンバ１０のウインドウ１０ａから出射した光は、そのＨ方向のビーム幅をプリズム１４ａ〜１４ｃによって拡大させられて、グレーティング１４ｄに入射し得る。
プリズム１４ａ〜１４ｃからグレーティング１４ｄに入射した光は、グレーティング１４ｄの複数の溝によって反射されるとともに、光の波長に応じた方向に回折させられ得る。グレーティング１４ｄは、プリズム１４ａ〜１４ｃからグレーティング１４ｄに入射する光の入射角と、所望波長の回折光の回折角とが一致するようにリトロー配置されていてもよい。これにより、所望波長付近の光がプリズム１４ａ〜１４ｃを介してレーザチャンバ１０に戻され得る。
プリズム１４ａ〜１４ｃは、グレーティング１４ｄからの回折光のＨ方向のビーム幅を縮小させるとともに、その光を、ウインドウ１０ａを介して、レーザチャンバ１０の放電領域に戻し得る。
出力結合ミラー１５は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂから出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ１０内に戻してもよい。
このようにして、レーザチャンバ１０から出射した光は、狭帯域化モジュール１４と出力結合ミラー１５との間で往復し、放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間を通過する度に増幅されレーザ発振し得る。この光は、狭帯域化モジュール１４で折り返される度に狭帯域化され得る。さらに、上述したウインドウ１０ａ及び１０ｂの配置とプリズム１４ａ〜１４ｃのコーティングとによって、Ｈ方向の偏光成分が選択され得る。こうして増幅された光が、出力結合ミラー１５からレーザ光として出力され得る。このレーザ光は、真空紫外域の波長を有してもよい。このレーザ光の波長は、約１９３．４ｎｍであってもよい。
２．３ 課題
光路管２１ａの内部及び筐体１２の内部には、不活性ガスとして窒素ガスがパージされてもよい。不活性ガスとしてヘリウムガスが用いられる場合に比べて、窒素ガスが用いられる場合には、ガスの調達コストが低減され得る。しかし、ヘリウムガスに比べて、窒素ガスは温度変化に対する屈折率の変化が大きいので、光のエネルギーによってグレーティング１４ｄの表面温度が上昇すると、グレーティング１４ｄの表面付近において窒素ガスの屈折率分布が大きくなり得る。この屈折率分布により、グレーティング１４ｄによって回折される光の波面が歪み、選択される波長域が広がることによって、レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅が広がり得る。
３．放電方向と略平行にビームを拡大させる第２のビームエキスパンダ光学系を備えたレーザ装置
３．１ 構成
図２Ａ及び図２Ｂは、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第１の実施形態に係るレーザ装置は、放電方向と略平行にビームを拡大させる第２のビームエキスパンダ光学系４０を備える点で、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明した比較例と異なってもよい。他の点については、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明した比較例と同様でよい。
放電方向と略平行にビームを拡大させる第２のビームエキスパンダ光学系４０は、ウインドウ１０ａとグレーティング１４ｄとの間の光路に配置されてもよい。ここで、放電方向と略平行な方向は、Ｖ方向とする。
Ｖ方向は、本開示における第２の方向に相当し得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０によるＶ方向へのビーム幅の拡大率Ｍｖは、１．１倍以上、５倍以下が好ましい。第２のビームエキスパンダ光学系４０によるＶ方向へのビーム幅の拡大率Ｍｖは、３つのプリズム１４ａ〜１４ｃによるＨ方向へのビーム幅の拡大率Ｍｈより小さいことが好ましい。
Ｈ方向は、本開示における第１の方向に相当し得る。プリズム１４ａ〜１４ｃは、本開示における第１のビームエキスパンダ光学系に相当し得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０とプリズム１４ａ〜１４ｃとグレーティング１４ｄとで、本開示における狭帯域化光学系が構成されてもよい。
第２のビームエキスパンダ光学系４０は、光路管２１ａの内部に配置されてもよい。第２のビームエキスパンダ光学系４０は、ウインドウ１０ａとウインドウ１０ａに最も近いプリズム１４ａとの間の光路に配置されてもよい。すなわち、第２のビームエキスパンダ光学系４０とグレーティングとの間に、プリズム１４ａ〜１４ｃのすべてが配置されてもよい。ウインドウ１０ａから出力された光のビーム幅がプリズム１４ａによって拡大される前の、ビーム幅が狭い位置に第２のビームエキスパンダ光学系４０を配置することにより、小型の第２のビームエキスパンダ光学系４０を採用し得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０は、ウインドウ１０ａに最も近いプリズム１４ａとウインドウ１０ａに２番目に近いプリズム１４ｂとの間の光路に配置されてもよい。プリズム１４ａによって拡大された光の光路に第２のビームエキスパンダ光学系４０が配置されることにより、第２のビームエキスパンダ光学系４０の温度上昇を抑制し、第２のビームエキスパンダ光学系４０の温度上昇による劣化を抑制し得る。また、プリズム１４ｂによって拡大される前の位置に第２のビームエキスパンダ光学系４０を配置することにより、小型の第２のビームエキスパンダ光学系４０を採用し得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０は、プリズム１４ｂとプリズム１４ｃの間の光路に配置されてもよい。また、第２のビームエキスパンダ光学系４０は、プリズム１４ｃとグレーティング１４ｄの間の光路に配置されてもよい。
３．２ 作用
第２のビームエキスパンダ光学系４０によってＶ方向にビーム幅を拡大された光は、グレーティング１４ｄに入射し得る。第１の実施形態によれば、グレーティング１４ｄに入射する光のエネルギー密度が低減され得るので、グレーティング１４ｄの表面温度の上昇が抑制され得る。これにより、Ｖ方向にビーム幅を拡大しない場合にくらべてグレーティング１４ｄの表面付近における不活性ガスの屈折率分布が低減され得る。従って、グレーティング１４ｄを収容する筐体１２に不活性ガスとして窒素ガスを充填した場合でも、グレーティング１４ｄによって回折される光の波面の歪みを抑制し得る。これにより、レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅が広くなることを抑制し得る。
さらに、グレーティング１４ｄの回折面に入射する光のエネルギー密度が低減されると、グレーティング１４ｄの回折表面の劣化が抑制され得る。その結果、グレーティング１４ｄの回折効率の低下が抑制され、グレーティングの寿命が延び得る。
４．第２のビームエキスパンダ光学系のバリエーション
４．１ シリンドリカル凹レンズ及びシリンドリカル凸レンズの組合せ
図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第１の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系４０は、シリンドリカル凹レンズ４１と、シリンドリカル凸レンズ４２とを含んでもよい。シリンドリカル凹レンズ４１は、ウインドウ１０ａに近い位置に配置され、シリンドリカル凸レンズ４２は、ウインドウ１０ａから遠い位置に配置されてもよい。シリンドリカル凹レンズ４１及びシリンドリカル凸レンズ４２の各面には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。
シリンドリカル凹レンズ４１は、シリンドリカル凹面を有し、シリンドリカル凹レンズ４１のＨ方向に垂直な断面の輪郭の少なくとも一部が円弧状であってもよい。シリンドリカル凸レンズ４２は、シリンドリカル凸面を有し、シリンドリカル凸レンズ４２のＨ方向に垂直な断面の輪郭の少なくとも一部が円弧状であってもよい。ここで、シリンドリカル凹レンズ４１の後側焦点軸と、シリンドリカル凸レンズ４２の前側焦点軸が略一致するように配置してもよい。
あるいは、シリンドリカル凹レンズ４１のＨ方向に垂直な断面の輪郭の少なくとも一部が、波面の歪みを抑制するような非円弧状であってもよい。また、シリンドリカル凸レンズ４２のＨ方向に垂直な断面の輪郭の少なくとも一部が、波面の歪みを抑制するような非円弧状であってもよい。
図３Ａ及び図３Ｂに示される第２のビームエキスパンダ光学系４０によれば、ビーム軸をシフトさせることなくＶ方向のビーム幅を拡大させ得る。この第２のビームエキスパンダ光学系４０は、Ｈ方向にはビーム幅を拡大させなくてもよい。従って、Ｈ方向のビーム幅を拡大させるプリズム１４ａ〜１４ｃとの機能分担を明確にし、光学系の設計を容易にし得る。
４．２ プリズム
図４Ａ及び図４Ｂは、第２の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第２の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系４０ａは、複数のプリズム４３及び４４を含んでもよい。
複数のプリズム４３及び４４の各面には、Ｓ偏光の反射を低減する膜がコーティングされていてもよい。これにより、複数のプリズム４３及び４４は、Ｈ方向の偏光成分の反射を抑制し、Ｈ方向の偏光成分を高い透過率で透過させ得る。
図４Ａ及び図４Ｂに示される第２のビームエキスパンダ光学系４０ａによれば、波面の歪みを抑制しつつ、Ｖ方向のビーム幅を拡大させ得る。また、第２のビームエキスパンダ光学系の設置スペースを抑制し得る。この第２のビームエキスパンダ光学系４０ａは、Ｈ方向にはビーム幅を拡大させなくてもよい。従って、Ｈ方向のビーム幅を拡大させるプリズム１４ａ〜１４ｃとの機能分担を明確にし、光学系の設計を容易にし得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０ａは、チャンバ側の光路軸に対してグレーティング側の光路軸をＶ方向にシフトさせ得る。但し、チャンバ側の光路軸とグレーティング側の光路軸とは平行であってもよい。ここで、両光路軸の平行の許容範囲は、好ましくは±１°以内であり、さらに好ましくは±０．５°以内であってもよい。すなわち、レーザチャンバ１０と第２のビームエキスパンダ光学系４０ａとの間の光路軸が重力方向に対して垂直であれば、第２のビームエキスパンダ光学系４０ａとグレーティング１４ｄとの間の光路軸も重力方向に対して垂直であってよい。これによれば、第２のビームエキスパンダ光学系４０ａを配置した場合でも、プリズム１４ａ〜１４ｃ及びグレーティング１４ｄを重力方向に対して斜めにする必要がなく、設計の自由度が低下することを抑制し得る。
第２のビームエキスパンダ光学系４０ａを構成するプリズム４３及び４４の各々は、それぞれＣａＦ２の結晶で構成されてもよい。プリズム４３の頂角及びプリズム４４の頂角は、３３度以上、３４度以下であることが望ましい。プリズム４３の斜面に対するビームの入射角及びプリズム４４の斜面に対するビームの入射角は、４４度以上、６７度以下であることが望ましい。この入射角の範囲であれば、Ｓ偏光の反射を低減する膜をプリズム４３及び４４にコーティングしておくことにより、Ｓ偏光の反射率を１％以下に抑制することができる。
４．３ 球面凹レンズ及び球面凸レンズの組合せ
図５Ａ及び図５Ｂは、第３の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。第３の実施形態において用いられる第２のビームエキスパンダ光学系４０ｂは、球面凹レンズ４５と、球面凸レンズ４６とを含んでもよい。球面凹レンズ４５は、ウインドウ１０ａに近い位置に配置され、球面凸レンズ４６は、ウインドウ１０ａから遠い位置に配置されてもよい。球面凹レンズ４５及び球面凸レンズ４６の各面には、光の反射を抑制する膜がコーティングされていてもよい。ここで、球面凹レンズ４５の後側焦点と、球面凸レンズ４６の前側焦点が略一致するように配置してもよい。
あるいは、球面凹レンズ４５の代わりに、波面の歪みを抑制するような非球面凹レンズが用いられてもよい。また、球面凸レンズ４６の代わりに、波面の歪みを抑制するような非球面凸レンズが用いられてもよい。
図５Ａ及び図５Ｂに示される第２のビームエキスパンダ光学系４０ｂによれば、Ｖ方向のビーム幅及びＨ方向のビーム幅を略同じ拡大率で拡大させ得る。第２のビームエキスパンダ光学系４０ｂを用いることにより、３つのプリズム１４ａ〜１４ｃのうちの幾つかを省略し得る。
５．第２のビームエキスパンダ光学系の支持構造
５．１ 第１の例
図６Ａ及び図６Ｂは、第４の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第４の実施形態は、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明した第２の実施形態において、複数のプリズム４３及び４４の支持構造を明確化した第１の例に相当し得る。
図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、複数のプリズム４３及び４４は、互いに対をなす第１の板５１と第２の板５２との間に挟まれて支持されていてもよい。
第１の板５１及び第２の板５２は、それぞれＶＺ面に平行な面を有し、これらの板のＶＺ面に平行な面が互いに向き合うように配置されてもよい。
第１の板５１及び第２の板５２は、複数のプリズム４３及び４４を一体的に支持して互いに固定された状態で、支持板５０に固定されていてもよい。支持板５０は、図示しないボルトにより、プレート２０ａに固定されていてもよい。複数のプリズム４３及び４４を第１の板５１及び第２の板５２によって一体的に支持した状態で、上記ボルトを緩めて支持板５０をプレート２０ａから取り外すことにより、複数のプリズム４３及び４４を取り外しできるようになっていてもよい。
この構成によれば、複数のプリズム４３及び４４を第１の板５１及び第２の板５２によって一体的に支持したので、複数のプリズム４３及び４４をまとめてレーザ装置に取付け及び取り外しができる。また、既に半導体工場等で使用されているレーザ装置に対しても、互換性を持たせることができる。
また、複数のプリズム４３及び４４を支持する第１の板５１及び第２の板５２がプレート２０ａに支持された構成とすることにより、プリズム１４ａ〜１４ｃ及びグレーティング１４ｄを収容した筐体１２の重量の増加を抑制し得る。
５．２ 第２の例
図７Ａ及び図７Ｂは、第５の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。第５の実施形態は、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明した第２の実施形態において、複数のプリズム４３及び４４の支持構造を明確化した第２の例に相当し得る。
第２の例において、プレート２０ａの貫通孔２２ａは、筐体１２の貫通孔１２ａより大きくてもよい。支持板５０は、プレート２０ａの貫通孔２２ａの内部に位置してもよい。支持板５０は、図示しないボルトにより、筐体１２に固定されていてもよい。これにより、複数のプリズム４３及び４４、第１の板５１、第２の板５２、及び支持板５０は、筐体１２を介してプレート２０ａに支持されていてもよい。上記ボルトを緩めて支持板５０を筐体１２から取り外すことにより、複数のプリズム４３及び４４を取り外し可能となっていてもよい。
他の点については図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明した第１の例と同様でよい。
５．３ 支持部の構成
図８Ａは、第４又は第５の実施形態において用いられる支持部を含む第２のビームエキスパンダ光学系の例を示す。図８Ｂは、図８Ａの分解斜視図である。
プリズム４３及び４４を支持する支持部を構成する第１の板５１には、段差部５３及び段差部５４が形成されていてもよい。また、第１の板５１には、突起部５５及び突起部５６が形成されていてもよい。また、第１の板５１には、板バネ５７及び板バネ５８が取り付けられていてもよい。
プリズム４３は、押圧板６１及び押圧バネ６３によって、第１の板５１に押し付けられてもよい。プリズム４３の１つの斜面が段差部５３に接し、プリズム４３の別の１つの斜面が突起部５５に接してもよい。段差部５３によってプリズム４３の姿勢が規定され、段差部５３と突起部５５とによってプリズム４３の位置が規定されてもよい。板バネ５７がプリズム４３を上方から押し付けることにより、プリズム４３が第１の板５１に対する所定の位置で固定されてもよい。
プリズム４４は、押圧板６２及び押圧バネ６４によって、第１の板５１に押し付けられてもよい。プリズム４４の１つの斜面が段差部５４に接し、プリズム４４の別の１つの斜面が突起部５６に接してもよい。段差部５４によってプリズム４４の姿勢が規定され、段差部５４と突起部５６とによってプリズム４４の位置が規定されてもよい。板バネ５８がプリズム４４を下方から押し付けることにより、プリズム４４が第１の板５１に対する所定の位置で固定されてもよい。
図６Ａ及び図７Ａに示された第２の板５２は、間隔調整ロッド５９及び６０に固定されることにより、第１の板５１と所定の間隔を保つように配置されてもよい。第２の板５２は、プリズム４３及び４４をそれぞれ押圧バネ６３及び６４によって第１の板５１に向けて押圧してもよい。
この構成によれば、コンパクトな構成で複数のプリズム４３及び４４を一体的に支持することができる。
６．その他
上述の各実施形態においては、ビームエキスパンダ光学系として透過型の光学系を用いる場合について説明したが、ミラーなどの反射型の光学系が用いられてもよい。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (19)

  1. 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
    前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
    前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、
    複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させ、前記チャンバ側の光路軸に対して前記グレーティング側の光路軸を前記第２の方向にシフトさせるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系と、
    を備え、
    前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
    レーザ装置。
  2. 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
    前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
    前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、
    前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させるように前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系であって、第１プリズムと第２プリズムとを含む複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記第１プリズムが前記チャンバから出力された第３の方向のビームを透過させて第４の方向に変更し、前記第２プリズムが前記第４の方向のビームを透過させて前記第３の方向に戻すように構成された前記第２のビームエキスパンダ光学系と、
    を備え、
    前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
    レーザ装置。
  3. 前記第２のビームエキスパンダ光学系は、前記チャンバ側の光路軸と前記グレーティング側の光路軸とが平行となるように配置された、請求項１記載のレーザ装置。
  4. 前記支持部は、
    第１の板と、
    前記第１の方向と平行な方向に、前記複数のプリズムをそれぞれ前記第１の板に押し付ける複数のバネ部と、
    前記第１の板と対をなして前記複数のプリズム及び前記複数のバネ部を挟んで配置され、前記第１の方向に前記複数のバネ部を押し付ける第２の板と、
    を有する、請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  5. 前記第１の板に、前記複数のプリズムの姿勢を規定する段差部が形成された、
    請求項４記載のレーザ装置。
  6. 前記チャンバを挟んで配置された第１のプレート及び第２のプレートと、
    前記第１のプレートに支持され、前記グレーティングを収容した筐体と、
    前記第２のプレートに支持され、前記グレーティングとともに光共振器を構成する出力結合ミラーと、
    をさらに備え、
    前記支持部が、前記第１のプレートに支持された、
    請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  7. 前記複数のプリズムは、前記第１の方向の偏光成分の反射を抑制するためのコーティングを有する、請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  8. 前記第２のビームエキスパンダ光学系による前記第２の方向へのビーム拡大率が、１．１倍以上、５倍以下である、請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  9. 前記第１のビームエキスパンダ光学系による前記第１の方向へのビーム拡大率が、前記第２のビームエキスパンダ光学系による前記第２の方向へのビーム拡大率より大きい、請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  10. 前記第１のビームエキスパンダ光学系は、前記第２のビームエキスパンダ光学系と前記グレーティングとの間に配置された、請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
  11. 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバとともに用いられる狭帯域化光学系であって、
    前記チャンバの外に配置されたグレーティングと、
    前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と垂直な第１の方向に拡大させるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第１のビームエキスパンダ光学系と、
    複数のプリズムと、支持部と、を有し、前記チャンバから出力されたビームを該ビームの進行方向と前記第１の方向との両方に垂直な第２の方向に拡大させ、前記チャンバ側の光路軸に対して前記グレーティング側の光路軸を前記第２の方向にシフトさせるように、前記チャンバと前記グレーティングとの間に配置された第２のビームエキスパンダ光学系と、
    を備え、
    前記支持部は、前記複数のプリズムを一体的に支持した状態で、前記チャンバ、前記グレーティング及び前記第１のビームエキスパンダ光学系に取り付け及び取り外し可能に構成された、
    狭帯域化光学系。
  12. 前記第２のビームエキスパンダ光学系は、前記チャンバ側の光路軸と前記グレーティング側の光路軸とが平行となるように配置された、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  13. 前記支持部は、
    第１の板と、
    前記第１の方向と平行な方向に、前記複数のプリズムをそれぞれ前記第１の板に押し付ける複数のバネ部と、
    前記第１の板と対をなして前記複数のプリズム及び前記複数のバネ部を挟んで配置され、前記第１の方向に前記複数のバネ部を押し付ける第２の板と、
    を有する、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  14. 前記第１の板に、前記複数のプリズムの姿勢を規定する段差部が形成された、
    請求項１３記載の狭帯域化光学系。
  15. 前記グレーティング及び前記支持部が、前記チャンバを挟んで配置された第１のプレート及び第２のプレートの内の、前記第１のプレートに支持された、
    請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  16. 前記複数のプリズムは、前記第１の方向の偏光成分の反射を抑制するためのコーティングを有する、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  17. 前記第２のビームエキスパンダ光学系による前記第２の方向へのビーム拡大率が、１．１倍以上、５倍以下である、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  18. 前記第１のビームエキスパンダ光学系による前記第１の方向へのビーム拡大率が、前記第２のビームエキスパンダ光学系による前記第２の方向へのビーム拡大率より大きい、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
  19. 前記第１のビームエキスパンダ光学系は、前記第２のビームエキスパンダ光学系と前記グレーティングとの間に配置された、請求項１１記載の狭帯域化光学系。
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