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JP2005148549A - Optical pulse stretcher and exposure-excited gas laser apparatus for exposure - Google Patents

Optical pulse stretcher and exposure-excited gas laser apparatus for exposure Download PDF

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JP2005148549A
JP2005148549A JP2003388111A JP2003388111A JP2005148549A JP 2005148549 A JP2005148549 A JP 2005148549A JP 2003388111 A JP2003388111 A JP 2003388111A JP 2003388111 A JP2003388111 A JP 2003388111A JP 2005148549 A JP2005148549 A JP 2005148549A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser
optical
incident
optical pulse
pulse stretcher
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003388111A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Suzuki
徹 鈴木
Masashi Niihori
真史 新堀
Osamu Wakabayashi
理 若林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Gigaphoton Inc
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Komatsu Ltd
Gigaphoton Inc
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd, Gigaphoton Inc, Ushio Denki KK, Ushio Inc filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP2003388111A priority Critical patent/JP2005148549A/en
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】 アライメント安定性、ビーム品質安定性を向上させ、また、ブレークダウンによるレーザ出力の低下を防止すること。
【解決手段】 入射光はビームスプリッタ11で分割されて、全反射ミラー12a,レンズ13,全反射ミラー12b,12c,レンズ13,全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、入射光と合成されビームスプリッタ11から出射する。ビームスプリッタ11の出射側には、スリット14が設けられ、熱変形等により全反射ミラー12a〜12dが傾き、ビームプロファイルが太ると、スリット14により太った部分のみを遮る。これにより、入射ビームと同一のプロファイルを得ることができる。また、入射レーザ光の位置を検出する位置センサを設け、この記位置センサの位置情報に基づき、レーザ光の位置が所定の位置となるように上記全反射ミラーの角度を調整するようにしてもよい。
【選択図】 図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve alignment stability and beam quality stability and to prevent a decrease in laser output due to breakdown.
Incident light is split by a beam splitter 11, and enters the beam splitter 11 through a path of a total reflection mirror 12a, a lens 13, total reflection mirrors 12b and 12c, a lens 13, and a total reflection mirror 12d. Combined and emitted from the beam splitter 11. A slit 14 is provided on the exit side of the beam splitter 11, and when the total reflection mirrors 12 a to 12 d are tilted due to thermal deformation or the like and the beam profile is thick, only the thick portion is blocked by the slit 14. Thereby, the same profile as the incident beam can be obtained. Further, a position sensor for detecting the position of the incident laser beam may be provided, and the angle of the total reflection mirror may be adjusted based on the position information of the position sensor so that the position of the laser beam becomes a predetermined position. Good.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、光学的パルス伸長器および露光用放電励起ガスレーザ装置に関し、更に詳細には、光学的伸長器の温度が上昇したり、局所的に温度が変化した場合であっても、レーザビームプロファイルの悪化を防止することができる光学的パルス幅伸長器および該光学的パルス幅伸長器を有する露光用の狭帯域放電励起ガスレーザ装置に関するものである。   The present invention relates to an optical pulse stretcher and a discharge-excited gas laser apparatus for exposure, and more particularly, a laser beam profile even when the temperature of the optical stretcher increases or when the temperature changes locally. The present invention relates to an optical pulse width expander capable of preventing the deterioration of the above and a narrow-band discharge excitation gas laser apparatus for exposure having the optical pulse width expander.

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められている。従来、半導体露光用光源として、波長248nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザ装置が用いられている。また、現在、より短波長の露光用光源として、波長193nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザ装置が実用段階に到達しつつある。さらには、次世代を担う半導体露光用光源として、波長157nmの紫外線を放出するフッ素分子(F2)レーザ装置の採用が有力視されている。
上記露光用エキシマレーザ装置(以下では、これらを放電励起ガスレーザ装置という)は、現在までに種々提案されており、スペクトル幅を狭帯域化するための狭帯域化モジュールを備えたレーザ装置は、例えば特許文献1、特許文献2等に開示されている。
なお、近年、露光用エキシマレーザ(KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ)、フッ素分子レーザにおいては、露光装置のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、レーザ出力のさらなる高出力化ならびにレーザビームのスペクトル線幅の狭帯域化が要請されている。そのため、2台のレーザを用いた2ステージレーザ装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits, there is a demand for improvement in resolving power in an exposure apparatus for manufacturing the semiconductor integrated circuit. For this reason, the wavelength of the exposure light emitted from the exposure light source is being shortened. Conventionally, a KrF excimer laser device that emits ultraviolet light having a wavelength of 248 nm has been used as a light source for semiconductor exposure. At present, an ArF excimer laser device that emits ultraviolet light having a wavelength of 193 nm is reaching a practical stage as an exposure light source having a shorter wavelength. Furthermore, the adoption of a fluorine molecule (F2) laser device that emits ultraviolet light having a wavelength of 157 nm is considered promising as a light source for semiconductor exposure that will be the next generation.
Various types of excimer laser devices for exposure (hereinafter, these are referred to as discharge excitation gas laser devices) have been proposed so far, and laser devices equipped with a narrow band module for narrowing the spectrum width include, for example, It is disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and the like.
In recent years, in the excimer lasers for exposure (KrF excimer laser, ArF excimer laser) and fluorine molecular lasers, in order to improve the throughput of the exposure apparatus and realize uniform ultrafine processing, the laser output is further increased and the laser beam power is increased. There is a demand for narrowing the spectral line width. For this reason, a two-stage laser apparatus using two lasers has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

狭帯域発振エキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置等の狭帯域レーザ装置においては、露光器のビーム伝播系の光学素子劣化の観点から、レーザ発振パルス時間波形のピーク値が所定の値より小さいことが要求されている。パルス時間波形のピーク値を小さくするためには、パルス光の時間幅(以下、パルス幅と呼ぶ)を伸張させる必要がある。
パルス幅を伸長させるためには、例えば特許文献1に記載されているように、極性が反転する1パルスの放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも1つの半周期によってレーザ発振動作を行わせるようにレーザ装置の電源回路を構成することが提案されている。
上記のように電源回路を構成するには、電流のピーク値が大きくなるように回路定数を定めたり、主放電電極間を流れる振動電流の最初の1/2周期以降の周期を短くする必要がある等、電源回路の設計が難しくなり構成も複雑になる。
そこで、レーザ装置から放出されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等で分岐し、分岐された光を全反射ミラーなどを用いて折り返すことで時間遅延させ、再度元レーザ光と合成させる光学的パルス幅伸長器が提案されている(例えば、特許文献4、特許文献5等参照)。
特開2002−151768号公報 特開2002−151776号公報 特開2003−198020号公報 特開平9−288251号公報 米国特許第6,535,531号明細書
In narrow-band laser devices such as narrow-band oscillation excimer laser devices and fluorine molecular laser devices, the peak value of the laser oscillation pulse time waveform may be smaller than a predetermined value from the viewpoint of optical element degradation in the beam propagation system of the exposure device. It is requested. In order to reduce the peak value of the pulse time waveform, it is necessary to extend the time width of pulse light (hereinafter referred to as pulse width).
In order to extend the pulse width, as described in Patent Document 1, for example, the laser oscillation operation is performed by the first half cycle of the discharge oscillation current waveform of one pulse whose polarity is reversed, and at least one half cycle following it. It has been proposed to configure a power supply circuit of a laser device so as to perform the above.
In order to configure the power supply circuit as described above, it is necessary to determine circuit constants so that the peak value of the current becomes large, or to shorten the period after the first ½ period of the oscillating current flowing between the main discharge electrodes. For example, the power supply circuit is difficult to design and the configuration is complicated.
Therefore, an optical pulse that branches a part of the laser light emitted from the laser device with a beam splitter or the like, delays the branched light using a total reflection mirror, etc., and delays the time to combine it with the original laser light. A width expander has been proposed (see, for example, Patent Document 4 and Patent Document 5).
JP 2002-151768 A JP 2002-151776 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-198820 Japanese Patent Laid-Open No. 9-288251 US Pat. No. 6,535,531

しかしながら、上記した従来の光学的パルス幅伸長器には、以下に示すような問題点がある。
(1)前記したように、光学的パルス幅伸長器[以下、OPS(オプティカル・パルス・ストレッチユニット)とも言う]は、レーザ光の一部をビームスプリッタ等で分岐し、分岐された光を全反射ミラーなどを用いて折り返すことで時間遅延させ、再度元レーザ光と合成させことで、パルス幅を伸長させている。
このため、OPS本体の温度が上昇したり、局所的に温度が変化すると、上記ミラーや上記遅延光学系に含まれるリレーレンズの位置がずれ(アライメントがずれ)、レーザビームプロファイルを悪化させるという問題点があり、アライメント安定性、ビーム品質安定性が悪いと言った問題があった。
(2)パルスレーザから発振された励起光をレンズで集光すると,焦点領域のエネルギ密度が非常に高くなる。その結果、その領域に存在する微粒子が誘電破壊を起こし,プラズマ化する現象が起こる(この現象はレーザブレークダウンと呼ばれる)。
上記ブレークダウンが発生すると、レーザ光が透過できなくなるため、レーザ出力の低下が発生するという問題点があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、アライメント安定性、ビーム品質安定性が良く、また、ブレークダウンによるレーザ出力の低下を防止することができる光学的パルスパルス幅伸長器および、該光学的パルス幅伸長器を備えた放電励起露光用レーザ装置を提供することである。
However, the above-described conventional optical pulse width expander has the following problems.
(1) As described above, the optical pulse width expander [hereinafter also referred to as OPS (Optical Pulse Stretch Unit)] branches a part of the laser beam by a beam splitter or the like, and all the branched light is split. The pulse width is expanded by delaying the time by using a reflection mirror or the like and synthesizing with the original laser light again.
For this reason, if the temperature of the OPS main body rises or the temperature changes locally, the position of the relay lens included in the mirror or the delay optical system is shifted (alignment is shifted), and the laser beam profile is deteriorated. There was a problem that alignment stability and beam quality stability were poor.
(2) When the excitation light oscillated from the pulse laser is condensed by the lens, the energy density in the focal region becomes very high. As a result, a phenomenon occurs in which fine particles existing in the region cause dielectric breakdown and turn into plasma (this phenomenon is called laser breakdown).
When the breakdown occurs, the laser beam cannot be transmitted, and there is a problem that the laser output is reduced.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to improve alignment stability and beam quality stability, and to prevent a decrease in laser output due to breakdown. An optical pulse pulse width expander that can be provided, and a laser apparatus for discharge excitation exposure provided with the optical pulse width expander.

上記課題を本発明おいては、次のように解決する。
(1)入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器において、上記光学的パルス伸長器に、上記光学的パルス伸長器の出射側に配置され、上記光学的パルス伸長器から出射するレーザ光を所定の形状に成型するアパーチャと、該アパーチャを通過したレーザ光の一部を取り出すためのビームサンプラーと、上記ビームサンプラーからのレーザ光が入射し、入射レーザ光のエネルギーをモニタする検出器と、上記検出器の出力に基づき、上記光学的パルス伸長器に入射するレーザ光のエネルギーを制御する制御装置とを設ける。
(2)入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器において、上記光学的パルス伸長器に、上記遅延光学系により形成される光路中に配置され上記光路を通過するレーザ光の一部を取り出すためのビームサンプラーと、上記ビームサンプラーからのレーザ光が入射し、入射レーザ光の位置を検出する位置センサと、上記遅延光学系を成す光学素子の少なくとも2つに備え付けられていて、上記光学素子の光軸に対する角度を駆動する駆動機構と、上記位置センサの位置情報に基づき、上記光路を通過するレーザ光の位置が所定の位置となるように上記駆動機構を制御する制御装置とを設ける。
(3)上記(1)(2)において、上記光学的パルス伸長器を、該光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が備え付けられた密封容器内に収容し、上記密封容器内に、真空排気もしくは、絶縁破壊を起こしにくいガスが封入する。
(4)上記(1)(2)において、上記光学的パルス伸長器を、該光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が設けられた第1の密封容器に収納し、上記第1の密封容器を、更に上記光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が備え、外表面の少なくとも一部に断熱材が設けられた第2の密封容器に収納し、第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気を加熱・冷却する加熱冷却手段と、第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気中に設けられた温度センサの測定結果に基づき、第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気温度を略一定に保持するように上記加熱冷却手段を制御する制御手段を設ける。
(5)上記(4)において、上記第1の収納容器内に、真空排気もしくは、絶縁破壊を起こしにくいガスが封入する。
(6)レーザガスが封入されたレーザチャンバと、このレーザチャンバ内に配置された一対の放電電極と、その一対の放電電極と並列に接続されたピーキングコンデンサと、前記レーザチャンバ内で高電圧パルス放電を発生させて前記レーザガスを励起してレーザ光を放出させるための高電圧パルス発生装置と、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含み、前記一対の放電電極が前記高電圧パルス発生装置に搭載される磁気パルス圧縮回路の出力端に接続された露光用放電励起ガスレーザ装置において、上記露光用放電励起ガスレーザ装置に、上記レーザ共振器から放出されるレーザ光のレーザパルス幅を伸長するための上記上記(1)(2)(3)(4)(5)の光学的パルス伸長器を設ける。
(7)上記(6)の露光用放電励起ガスレーザ装置を、KrFエキシマレーザ装置、ArFエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかとする。
In the present invention, the above problems are solved as follows.
(1) Splitting the incident laser beam in a direction different from the incident direction of the laser beam so that an optical path difference occurs between the split optical element that splits the laser beam into a plurality of beams and a plurality of optical paths along which the divided laser beams travel. A delay optical system provided in each optical path through which light travels, and a combining optical system that synthesizes the divided laser beams so that each laser beam that has passed through the plurality of optical paths travels again through the same optical path In the optical pulse expander in which the optical path difference is set so that the laser pulse width of each synthesized laser beam is longer than the laser pulse width of the incident laser beam before being synthesized, An aperture that is disposed on the output side of the optical pulse expander and that forms a laser beam emitted from the optical pulse expander into a predetermined shape, and a laser beam that has passed through the aperture. A beam sampler for extracting a part of the light, a detector that receives the laser light from the beam sampler, monitors the energy of the incident laser light, and the optical pulse stretcher based on the output of the detector. And a control device for controlling the energy of the incident laser light.
(2) Splitting the incident laser beam in a direction different from the incident direction of the laser beam so that an optical path difference is generated between the split optical element that splits the laser beam into a plurality of beams and a plurality of optical paths along which the divided laser beams travel. A delay optical system provided in each optical path through which light travels, and a combining optical system that synthesizes the divided laser beams so that each laser beam that has passed through the plurality of optical paths travels again through the same optical path In the optical pulse expander in which the optical path difference is set so that the laser pulse width of each synthesized laser beam is longer than the laser pulse width of the incident laser beam before being synthesized, A beam sampler for taking out a part of the laser light that is disposed in the optical path formed by the delay optical system and passes through the optical path, and a laser from the beam sampler Is provided in at least two of a position sensor that detects the position of incident laser light and an optical element that constitutes the delay optical system, and a drive mechanism that drives an angle of the optical element with respect to the optical axis; A control device for controlling the drive mechanism is provided so that the position of the laser beam passing through the optical path becomes a predetermined position based on the position information of the position sensor.
(3) In the above (1) and (2), the window member through which the laser beam incident on the optical pulse stretcher and the laser beam output from the optical pulse stretcher pass is passed through the optical pulse stretcher. The container is accommodated in a sealed container provided, and a gas that does not easily cause vacuum evacuation or dielectric breakdown is sealed in the sealed container.
(4) In the above (1) and (2), the optical pulse expander includes a window member through which a laser beam incident on the optical pulse expander and a laser beam output from the optical pulse expander pass. A window member which is housed in a first sealed container provided and through which the laser light incident on the optical pulse stretcher and the laser light output from the optical pulse stretcher pass further. And a heating / cooling means for heating / cooling the atmosphere between the second sealed container and the first sealed container, which is housed in a second sealed container provided with a heat insulating material on at least a part of its outer surface. Based on the measurement result of a temperature sensor provided in the atmosphere between the second sealed container and the first sealed container, the ambient temperature between the second sealed container and the first sealed container is substantially constant. The heating and cooling means is controlled so as to hold The control means are provided.
(5) In the above (4), a gas that is not easily evacuated or causes dielectric breakdown is sealed in the first storage container.
(6) A laser chamber filled with a laser gas, a pair of discharge electrodes arranged in the laser chamber, a peaking capacitor connected in parallel with the pair of discharge electrodes, and a high-voltage pulse discharge in the laser chamber A high voltage pulse generator for exciting the laser gas to emit laser light, and a laser resonator having a narrow band module for narrowing the laser light, and the pair of discharge electrodes An exposure discharge excitation gas laser device connected to an output terminal of a magnetic pulse compression circuit mounted on the high voltage pulse generator, wherein the laser of the laser light emitted from the laser resonator is emitted to the exposure discharge excitation gas laser device. The optical pulse stretchers of the above (1), (2), (3), (4), and (5) are provided for extending the pulse width.
(7) The discharge-excited gas laser apparatus for exposure of (6) is any one of a KrF excimer laser apparatus, an ArF excimer laser apparatus, and a fluorine molecular laser apparatus.

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)上記光学的パルス伸長器の出射側に、上記光学的パルス伸長器から出射するレーザ光を所定の形状に成型するアパーチャを設けたので、光学的パルス幅伸長器の熱変形などにより、アライメントずれが生じても、ビームプロファイルの劣化を防止することができる。
また、該アパーチャを通過したレーザ光の一部を取り出して、入射レーザ光のエネルギーをモニタし、光学的パルス伸長器に入射するレーザ光のエネルギーを制御することにより、ビームプロファイルが悪化した場合であっても、レーザ装置の出力エネルギーを一定に制御することができる。
(2)上記光学的パルス伸長器の遅延光学系の光路を通過するレーザ光の一部をビームサンプラで取り出し、入射レーザ光の位置を検出して、この位置情報に基づき、光学素子の光軸に対する角度を制御して上記光路を通過するレーザ光の位置が所定の位置となるように制御するようにしたので、光学的パルス幅伸長器の熱変形などにより、アライメントずれが生じても、ビームプロファイルの劣化を防止することができる。
(3)光学的パルス幅伸長器を第1の密封容器内に収納し、さらに、第1の密封容器を外表面の少なくとも一部に断熱材が設けられた第2の密封容器に収納し第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気中の温度を略一定に保持するようにしたので、光学的パルス幅伸長器の熱変形を防止することができ、ビームプロファイルの劣化を防止することができる。
(4)上記(1)〜(3)の光学的パルス幅伸長器を密封容器内に収納し、該密封容器内を真空排気もしくは、絶縁破壊を起こしにくいガスが封入することで、ブレークダウンによる出力の低下を防ぐことができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since an aperture for shaping the laser light emitted from the optical pulse stretcher into a predetermined shape is provided on the emission side of the optical pulse stretcher, due to thermal deformation of the optical pulse width stretcher, Even if misalignment occurs, beam profile deterioration can be prevented.
In addition, when a part of the laser beam that has passed through the aperture is taken out, the energy of the incident laser beam is monitored, and the energy of the laser beam incident on the optical pulse stretcher is controlled, so that the beam profile is deteriorated. Even if it exists, the output energy of a laser apparatus can be controlled uniformly.
(2) A part of the laser light passing through the optical path of the delay optical system of the optical pulse stretcher is extracted by a beam sampler, the position of the incident laser light is detected, and based on this position information, the optical axis of the optical element Since the position of the laser beam passing through the optical path is controlled to be a predetermined position by controlling the angle with respect to the beam, even if an alignment shift occurs due to thermal deformation of the optical pulse width expander, the beam Profile deterioration can be prevented.
(3) The optical pulse width expander is housed in the first sealed container, and the first sealed container is housed in a second sealed container in which a heat insulating material is provided on at least a part of the outer surface. Since the temperature in the atmosphere between the two sealed containers and the first sealed container is kept substantially constant, it is possible to prevent thermal deformation of the optical pulse width stretcher and to deteriorate the beam profile. Can be prevented.
(4) The optical pulse width expander of the above (1) to (3) is housed in a sealed container, and the sealed container is evacuated or filled with a gas that does not easily cause dielectric breakdown. A decrease in output can be prevented.

まず、本発明の前提となる狭帯域モジュールを備えた露光用放電励起ガスレーザ装置(以下では露光用狭帯域レーザ装置ともいう)の構成例について説明する。
図1に一個以上の拡大プリズム(prism)とグレーティング(grating:回折格子) を用いた露光用狭帯域レーザ装置の構成例を示す。なお、図1は装置を上方から見た場合の概要図である。
レーザチェンバ101内にはレーザ励起媒質ガス(以下レーザガスと称する)が充填されている。高電圧パルス発生装置102からレーザチェンバ101内に所定距離だけ離間して対向配置された一対の電極E(図1では一方の電極のみが示されている)に高電圧パルスが印加され、電極E間に放電が発生し、この放電部におけるレーザガスが励起される。なお、図示を省略したが、レーザチェンバ101の外部にピーキングコンデンサが設けられている。上記ピーキングコンデンサは、一対の電極Eに並列に接続されている。高電圧パルス発生装置102からの高電圧パルスは、ピーキングコンデンサを介して電極Eに印加される。
励起されたレーザガスよりレーザビームとなる種光が発生する。レーザチェンバ101内には、更に、ファン103とラジエター(図示されていない)が設置されている。レーザガスはこのファン103によってレーザチェンバ101内で循環し、放電により高温になったレーザガスはラジエターと熱交換されて冷却される。レーザチェンバ101には図1のように、ウインドウ部にウィンドウ部材104がハの字ブリュ−スタ角度でまたは平行ブリュ−スター角度で設置されている。なお、電極Eは、紙面垂直方向に所定距離だけ離間してアノード電極とカソード電極とが配置されている。
First, a configuration example of an exposure discharge excitation gas laser device (hereinafter also referred to as an exposure narrow-band laser device) provided with a narrow-band module as a premise of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a configuration example of an exposure narrow band laser device using one or more magnifying prisms and a grating. FIG. 1 is a schematic diagram when the apparatus is viewed from above.
The laser chamber 101 is filled with a laser excitation medium gas (hereinafter referred to as laser gas). A high voltage pulse is applied to a pair of electrodes E (only one electrode is shown in FIG. 1) arranged opposite to each other in the laser chamber 101 from the high voltage pulse generator 102 by a predetermined distance. Discharge occurs in the meantime, and the laser gas in this discharge part is excited. Although not shown, a peaking capacitor is provided outside the laser chamber 101. The peaking capacitor is connected to a pair of electrodes E in parallel. The high voltage pulse from the high voltage pulse generator 102 is applied to the electrode E through a peaking capacitor.
Seed light that becomes a laser beam is generated from the excited laser gas. A fan 103 and a radiator (not shown) are further installed in the laser chamber 101. The laser gas is circulated in the laser chamber 101 by the fan 103, and the laser gas heated to high temperature by the discharge is heat-exchanged with the radiator and cooled. As shown in FIG. 1, the laser chamber 101 is provided with a window member 104 in the window portion at a C-shaped Brewster angle or a parallel Brewster angle. The electrode E includes an anode electrode and a cathode electrode that are separated from each other by a predetermined distance in the direction perpendicular to the paper surface.

レーザ共振器は、後述する狭帯域化モジュール105に搭載されたグレーティング(回折格子) 105aと出力ミラー106とにより構成される。上記したレーザビームとなる種光は狭帯域化モジュール105に設置されているグレーティング(回折格子) 105a及び拡大プリズム105b、放電部と出力ミラー106の間を往復し出力ミラー106からレーザビームとして取り出される。出力ミラー106から出射されてレーザビームの一部はビームスプリッタ109により波長モニタ107へ導入され、波長モニタ107で出力、中心波長等が計測される。
狭帯域化は、レーザ共振器内に分光機能を有する光学的狭帯域化モジュール105を配置することにより成される。例えば、狭帯域化モジュール105はケーシングとケーシング内に設置されたグレーティング(回折格子) 105a及び1つ以上の拡大プリズム105bから構成され、回折格子による波長選択によりスペクトルの狭帯域化が実現する。
またグレーティング(回折格子) 105a、拡大プリズム105bの何れか1つの回転によって発振中心波長を変化させることが可能である。なお、レーザチェンバ101とグレーティング105a間の任意の位置に高反射ミラーを設置し、この高反射ミラーを回転させて回折格子への光の入射角度を変えることによって発振中心波長を変化させることも可能である。
波長モニター107からの中心波長信号を元にコントローラ108は、上記したように、狭帯域化モジュール105内のグレーティング(回折格子) 105a、拡大プリズム105bまたは図示されていないが、レーザチェンバ101とグレーティング105a間の任意の位置に設置されて高反射ミラー何れか1つの回転させて波長制御を行う。
The laser resonator is composed of a grating (diffraction grating) 105 a and an output mirror 106 mounted on a band-narrowing module 105 described later. The seed light that becomes the laser beam described above is taken out as a laser beam from the output mirror 106 by reciprocating between the grating (diffraction grating) 105a and the magnifying prism 105b installed in the band narrowing module 105, the discharge unit and the output mirror 106. . A part of the laser beam emitted from the output mirror 106 is introduced into the wavelength monitor 107 by the beam splitter 109, and the output, center wavelength, and the like are measured by the wavelength monitor 107.
The band narrowing is achieved by arranging an optical band narrowing module 105 having a spectroscopic function in the laser resonator. For example, the band narrowing module 105 includes a casing and a grating (diffraction grating) 105a and one or more magnifying prisms 105b installed in the casing, and a spectrum narrowing is realized by wavelength selection by the diffraction grating.
The oscillation center wavelength can be changed by rotating any one of the grating (diffraction grating) 105a and the magnifying prism 105b. It is also possible to change the oscillation center wavelength by installing a high reflection mirror at an arbitrary position between the laser chamber 101 and the grating 105a and rotating the high reflection mirror to change the incident angle of light to the diffraction grating. It is.
Based on the center wavelength signal from the wavelength monitor 107, the controller 108, as described above, the grating (diffraction grating) 105a and the magnifying prism 105b in the narrowband module 105 or the laser chamber 101 and the grating 105a (not shown). Wavelength control is performed by rotating any one of the high reflection mirrors installed at arbitrary positions.

なお、近年、前記したように露光用エキシマレーザ(KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ)、フッ素分子レーザにおいては、露光装置のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、2台のレーザを用いた2ステージレーザ装置が提案されている(前記特許文献3参照)。
上記2ステージレーザ装置においては、1台目の発振段レーザは低パルスエネルギーながら狭帯域化スペクトルをもつ。また、2台目の増幅装置において、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギーのみ増幅する。
この方法は2台目の増幅装置に狭帯域化モジュール(LNM)などによる光学的ロスを含まないため、非常にレーザ発振効率が高い。よって、この2ステージレーザシステムにより所望の狭帯域化スペクトル、出力を得ることが可能となる。
上記した2ステージレーザシステムの形態としては増幅装置としては、レーザチャンバを有し、共振器ミラーを設けない増幅器を用いるMOPA方式と、レーザチャンバとレーザ共振器をミラーを設けた増幅段レーザを用いるMOPO方式とに大別される。
本発明の光学的パルス幅伸長器(OPS)は、上記図1に示したレーザ装置が1台の場合は、図2に示すようにレーザ装置100から放出されるレーザ光の出力側に配置される。また、上記2ステージレーザ装置の場合は、増幅装置から放出されるレーザ光の出力側に配置される。
In recent years, as described above, in the excimer laser for exposure (KrF excimer laser, ArF excimer laser) and the fluorine molecular laser, two lasers were used for improving the throughput of the exposure apparatus and realizing uniform ultrafine processing. A two-stage laser apparatus has been proposed (see Patent Document 3).
In the two-stage laser apparatus, the first oscillation stage laser has a narrow band spectrum with low pulse energy. In the second amplifying device, only the pulse energy is amplified while maintaining the ultra-narrow band spectrum of the oscillation stage laser.
Since this method does not include an optical loss due to a narrowband module (LNM) or the like in the second amplifying device, the laser oscillation efficiency is very high. Therefore, a desired narrow-band spectrum and output can be obtained by this two-stage laser system.
As a form of the above-described two-stage laser system, as an amplification device, an MOPA method using an amplifier having a laser chamber and not having a resonator mirror, and an amplification stage laser having a laser chamber and a laser resonator provided with a mirror are used. Broadly divided into MOPO systems.
The optical pulse width expander (OPS) of the present invention is arranged on the output side of the laser light emitted from the laser device 100 as shown in FIG. 2 when there is one laser device shown in FIG. The In the case of the two-stage laser device, it is arranged on the output side of the laser light emitted from the amplification device.

以下、実施例により、本発明の光学的パルス幅伸長器について説明する。
図3は、本発明の第1の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。
図3において、10はOPSであり、OPS10は、ビームスプリッタ11、全反射ミラー12a〜12d、リレーレンズ13から構成される。
入射光は図3に示すように、ビームスプリッタ11で分割されて、入射した光軸と直交方向に折り返され、全反射ミラー12a→レンズ13→全反射ミラー12b→全反射ミラー12c→レンズ13→全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で入射光と同一方向に折り返され、入射光と合成されビームスプリッタ11から出射する。ビームスプリッタ11の出射側には、OPSが熱変形していないときにOPSから出射するレーザ光のビームサイズと同一の開口を有するスリット14が設けられる。
Hereinafter, the optical pulse width expander of the present invention will be described with reference to examples.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the optical pulse width expander according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 3, reference numeral 10 denotes an OPS, and the OPS 10 includes a beam splitter 11, total reflection mirrors 12 a to 12 d, and a relay lens 13.
As shown in FIG. 3, the incident light is split by a beam splitter 11 and folded back in a direction orthogonal to the incident optical axis, and is reflected by a total reflection mirror 12a → lens 13 → total reflection mirror 12b → total reflection mirror 12c → lens 13 →. The light enters the beam splitter 11 through the path of the total reflection mirror 12d, is folded back in the same direction as the incident light by the beam splitter 11, is combined with the incident light, and is emitted from the beam splitter 11. On the emission side of the beam splitter 11, a slit 14 having the same opening as the beam size of the laser beam emitted from the OPS when the OPS is not thermally deformed is provided.

上記構成のOPSにおいて、OPS本体が熱変形を起こし、全反射ミラー12a〜12dが傾くと、ビームスプリッタ11を通過する光(同図の実線)と遅延して反射する光(同図の点線)の位置がずれる。このような状態になると、OPSより出力されるビームプロファイルは元のビームプロファイルより太ったものとなる。
本実施例では、このような問題を防止するため、図3に示すように、スリット14を設け、太った部分のみを遮る。これにより、入射ビームと同一のプロファイルを得ることができる。
なお、スリット14により遮られた光は熱になり、さらなるOPSの変形や周囲のモジュールに悪影響を与えるため、スリット14に放熱機構や温度を一定に保つ機構を設けるのが望ましい。
In the OPS having the above configuration, when the OPS main body is thermally deformed and the total reflection mirrors 12a to 12d are inclined, the light that passes through the beam splitter 11 (solid line in the figure) and the light that is reflected delayed (dotted line in the figure). Is out of position. In such a state, the beam profile output from the OPS becomes thicker than the original beam profile.
In the present embodiment, in order to prevent such a problem, as shown in FIG. 3, a slit 14 is provided to block only a thick portion. Thereby, the same profile as the incident beam can be obtained.
In addition, since the light blocked by the slit 14 becomes heat and further affects the deformation of the OPS and surrounding modules, it is desirable to provide a heat dissipation mechanism and a mechanism for keeping the temperature constant in the slit 14.

また、上記のようにスリット14を設けて光を遮ると、出力として取り出せるエネルギーが減少する。そこで、出力として取り出せるエネルギーが一定になるように、レーザ装置の出力を制御することが望ましい。
図4に、上記のようにレーザ装置の出力を制御する場合の、制御系の構成例を示す。
図4において、100はガスレーザ装置であり、ガスレーザ装置100は、前記したように、内部にファン103と図示しないラジエターおよびピーキングコンデンサを有し、レーザガスを充填したレーザチェンバ101と、レーザチェンバ101内に設けられた電極Eに高電圧パルスを印加する高電圧パルス発生装置102と、狭帯域化モジュール105を有する。
高電圧パルス発生装置102から高電圧パルスを印加すると、電極E間に放電が発生し、この放電によりレーザガスが励起され、レーザビームとなる種光が発生する。
上記したレーザビームとなる種光は狭帯域化モジュール105に設置されているグレーティング(回折格子) 105a及び1つ以上の拡大プリズム105b、放電部と出力ミラー106の間を往復し出力ミラー106からレーザビームとして取り出される。出力ミラー106から出射されてレーザビームの一部はビームスプリッタ109により波長モニタ107へ導入され、波長モニタ107で出力、中心波長等が計測される。コントローラ108は、波長モニター107からの中心波長信号を元に、狭帯域化モジュール105内のグレーティング(回折格子) 105a、拡大プリズム105b等を回転させて、波長制御を行う。
Further, when the slit 14 is provided as described above to block light, the energy that can be extracted as output decreases. Therefore, it is desirable to control the output of the laser device so that the energy that can be extracted as output is constant.
FIG. 4 shows a configuration example of a control system in the case where the output of the laser apparatus is controlled as described above.
In FIG. 4, reference numeral 100 denotes a gas laser device. As described above, the gas laser device 100 includes the fan 103, a radiator and a peaking capacitor (not shown), and a laser chamber 101 filled with laser gas, and a laser chamber 101. A high voltage pulse generator 102 for applying a high voltage pulse to the provided electrode E and a narrow band module 105 are provided.
When a high voltage pulse is applied from the high voltage pulse generator 102, a discharge is generated between the electrodes E, the laser gas is excited by this discharge, and seed light that becomes a laser beam is generated.
The above-described seed light that becomes a laser beam travels back and forth between a grating (diffraction grating) 105 a and one or more magnifying prisms 105 b, a discharge unit and the output mirror 106, which are installed in the narrowband module 105. Extracted as a beam. A part of the laser beam emitted from the output mirror 106 is introduced into the wavelength monitor 107 by the beam splitter 109, and the output, center wavelength, and the like are measured by the wavelength monitor 107. Based on the central wavelength signal from the wavelength monitor 107, the controller 108 controls the wavelength by rotating the grating (diffraction grating) 105a, the magnifying prism 105b, etc. in the narrowband module 105.

上記ガスレーザ装置100に出力側には、前記図3に示した、スリット14を有するOPS10が設けられる。
上記OPS10の光出射側には、ビームスプリッタ15が設けられ、このビームスプリッタ15により、OPS10から出た光の一部をサンプリングして、エネルギーモニタ111に入力し、レーザの出力エネルギーを計測する。
エネルギーコントローラ110は、上記エネルギーモニタ111により計測されたレーザの出力エネルギーが規定のエネルギーであるかを判断する。そして、前記したようにOPS本体が熱変形を起こし、ビームスプリッタ11を通過する光(同図の実線)と遅延して反射する光(同図の破線)の位置がずれる等により、レーザの出力エネルギーが規定の値からずれると、過不足分を補正する信号を高電圧パルス発生装置102に出力し、出力エネルギーが一定になるように制御する。
On the output side of the gas laser device 100, the OPS 10 having the slits 14 shown in FIG. 3 is provided.
A beam splitter 15 is provided on the light emitting side of the OPS 10, and a part of the light emitted from the OPS 10 is sampled by the beam splitter 15 and input to the energy monitor 111 to measure the output energy of the laser.
The energy controller 110 determines whether the laser output energy measured by the energy monitor 111 is a prescribed energy. As described above, the OPS main body undergoes thermal deformation, and the output of the laser is caused by a shift in the position of the light that passes through the beam splitter 11 (solid line in the figure) and the light that is delayed and reflected (broken line in the figure). When the energy deviates from the specified value, a signal for correcting the excess / deficiency is output to the high voltage pulse generator 102, and the output energy is controlled to be constant.

図5は、本発明の第2の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。本実施例は、OPSのミラーを移動させて、OPSの熱変形によるアライメントずれを防止するようにしたものである。
図5において、10はOPSであり、OPS10は、ビームスプリッタ11、全反射ミラー12a〜12d、リレーレンズ13から構成される。
入射光は前記図3と同様、ビームスプリッタ11で分割されて、入射した光軸と直交方向に折り返され、全反射ミラー12a→レンズ13→全反射ミラー12b→全反射ミラー12c→レンズ13→全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で入射光と同一方向に折り返され、入射光と合成されビームスプリッタ11から出射する。
上記全反射ミラー12b、12cには、それぞれ2軸あおり方向に可動可能なアクチュエータ21,22が設置されている。
また、遅延させた光ビームがビームスプリッタ11に再入射する手前にビームスプリッタ16が設置され、一部の光が位置検出センサ23に入射する。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical pulse width expander according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the OPS mirror is moved to prevent misalignment due to thermal deformation of the OPS.
In FIG. 5, reference numeral 10 denotes an OPS, and the OPS 10 includes a beam splitter 11, total reflection mirrors 12 a to 12 d, and a relay lens 13.
As in FIG. 3, the incident light is split by the beam splitter 11 and folded back in the direction orthogonal to the incident optical axis, and the total reflection mirror 12a → lens 13 → total reflection mirror 12b → total reflection mirror 12c → lens 13 → all. The light enters the beam splitter 11 through the path of the reflection mirror 12d, is folded back in the same direction as the incident light by the beam splitter 11, is combined with the incident light, and is emitted from the beam splitter 11.
The total reflection mirrors 12b and 12c are provided with actuators 21 and 22 that are movable in two-axis tilt directions, respectively.
Further, the beam splitter 16 is installed before the delayed light beam reenters the beam splitter 11, and a part of the light enters the position detection sensor 23.

位置検出センサ23は、入射したビームの位置、方向の両者もしくはどちらかひとつを検出し、この検出出力はコントローラ24に送られる。
コントローラ24は、ビームスプリッタ11で反射する光とビームスプリッタ11を透過する光が重なる位置[ターゲット(Target)位置]を記憶しており、熱変形等でOPS本体の全反射ミラー12a〜12dの位置がずれ、位置検出センサ23により検出されたビーム位置/方向が上記ターゲット位置からずれると、ビーム位置/方向をターゲット位置に戻すようにアクチュエータ21,22を駆動する。
本実施例においては、上記のように、位置検出センサ23により、ビーム位置/方向を検出し、ビーム位置/方向がずれると、全反射ミラー12b、12cを移動させてビーム位置/方向を補正しているので、OPSが熱変形しても、ビームプロファイルの悪化を防ぐことができる。
The position detection sensor 23 detects the position and / or direction of the incident beam, and this detection output is sent to the controller 24.
The controller 24 stores a position [target position] where light reflected by the beam splitter 11 and light transmitted through the beam splitter 11 overlap, and positions of the total reflection mirrors 12a to 12d of the OPS main body due to thermal deformation or the like. If the beam position / direction detected by the position detection sensor 23 deviates from the target position, the actuators 21 and 22 are driven so as to return the beam position / direction to the target position.
In the present embodiment, as described above, the position detection sensor 23 detects the beam position / direction, and when the beam position / direction is deviated, the total reflection mirrors 12b and 12c are moved to correct the beam position / direction. Therefore, even if the OPS is thermally deformed, deterioration of the beam profile can be prevented.

図6は、本発明の第3の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。本実施例は、OPSを密封容器にし、その周囲を温度コントロールされた断熱層で覆うことにより、OPSの温度を一定に保ちアライメントズレを防止するようにしたものである。
図6において、10はOPSであり、OPS10は、ビームスプリッタ11、全反射ミラー12a〜12d、リレーレンズ13から構成される。
入射光は前記図3、図5と同様、ビームスプリッタ11で分割されて、入射した光軸と直交方向に折り返され、全反射ミラー12a→レンズ13→全反射ミラー12b→全反射ミラー12c→レンズ13→全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で入射光と同一方向に折り返され、入射光と合成されビームスプリッタ11から出射する。
上記OPS10は、第1の密封容器31内に収納され、OPSに入射するレーザ光は、第1のウインドウ31aより入射し、OPSからの出射光は第2のウインドウ31bから出射する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical pulse width expander according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the OPS is made into a sealed container and the periphery thereof is covered with a heat-controlled layer whose temperature is controlled, so that the temperature of the OPS is kept constant and misalignment is prevented.
In FIG. 6, reference numeral 10 denotes an OPS, and the OPS 10 includes a beam splitter 11, total reflection mirrors 12 a to 12 d, and a relay lens 13.
3 and 5, the incident light is divided by the beam splitter 11 and folded back in the direction orthogonal to the incident optical axis, and the total reflection mirror 12a → lens 13 → total reflection mirror 12b → total reflection mirror 12c → lens. The light enters the beam splitter 11 through the path 13 → total reflection mirror 12d, is folded back in the same direction as the incident light by the beam splitter 11, is combined with the incident light, and is emitted from the beam splitter 11.
The OPS 10 is housed in the first sealed container 31, and laser light incident on the OPS enters from the first window 31a, and emitted light from the OPS exits from the second window 31b.

上記第1の密封容器31は、さらにその周りを覆うように、第2の容器32に収納されており、第2の容器32の周りは断熱壁でおおわれ、外部からの熱の影響をうけにくくしてある。また、第2の容器32にも、第1、第2のウインドウ32a、32bが設けられ、OPSに入射するレーザ光は、第1のウインドウ32aより入射し、OPSからの出射光は第2のウインドウ32bから出射する。
第2の容器32と密封容器31の間には空間があり、この空間を熱交換器33により加熱もしくは冷却された気体をファン33aで循環させる。この熱交換器33の入力側には、温度センサ34が設けられる。
温度センサ34で計測された上記空間の温度は、温度コントローラ35にフィードバックされ、温度コントローラ35により空間の温度は一定に制御される。
本実施例は上記構成を有するので、OPSの温度をほぼ一定に保つことができ、熱変形によるアライメントずれを防止し、ビームプロファイルの悪化を防ぐことができる。
なお、本実施例を前記第1、第2の実施例に適用し、前記第1、第2の実施例のOPSを上記のように、密封容器内に収納して、その周囲を温度コントロールされた断熱層で覆うことにより、OPSの温度を一定に保つようにしてもよい。
The first sealed container 31 is housed in a second container 32 so as to cover the periphery of the first sealed container 31. The second container 32 is covered with a heat insulating wall and is hardly affected by heat from the outside. It is. The second container 32 is also provided with first and second windows 32a and 32b. The laser light incident on the OPS is incident on the first window 32a, and the light emitted from the OPS is the second light. The light is emitted from the window 32b.
There is a space between the second container 32 and the sealed container 31, and a gas heated or cooled by the heat exchanger 33 in this space is circulated by the fan 33a. A temperature sensor 34 is provided on the input side of the heat exchanger 33.
The temperature of the space measured by the temperature sensor 34 is fed back to the temperature controller 35, and the temperature of the space is controlled to be constant by the temperature controller 35.
Since the present embodiment has the above-described configuration, the OPS temperature can be kept almost constant, misalignment due to thermal deformation can be prevented, and deterioration of the beam profile can be prevented.
Note that this embodiment is applied to the first and second embodiments, and the OPS of the first and second embodiments is housed in a sealed container as described above, and the surroundings are temperature-controlled. The temperature of the OPS may be kept constant by covering with a heat insulating layer.

図7は本発明の第4の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。本実施例は、OPSを密封容器内に収納し、密封容器内を真空にしたり、絶縁破壊を起こしにくいガスを封入することにより、前記したブレークダウンの発生を防止するようにしたものであり、本実施例は、前記第1〜第3の実施例に適用され、前記第3の実施例の場合には、第1の密封容器31内に、上記ガスが封入される。
図7において、10はOPSであり、OPS10は、ビームスプリッタ11、全反射ミラー12a〜12d、リレーレンズ13から構成される。
入射光は前記図3、図5、図6と同様、ビームスプリッタ11で分割されて、入射した光軸と直交方向に折り返され、全反射ミラー12a→レンズ13→全反射ミラー12b→全反射ミラー12c→レンズ13→全反射ミラー12dの経路でビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で入射光と同一方向に折り返され、入射光と合成されビームスプリッタ11から出射する。
上記OPS10は、密封容器41内に収納され、密封容器41内には絶縁破壊を起こしにいくガスが封入される。あるいは、密封容器41内を真空に保つようにしてもよい。
上記密封容器には、第3の実施例と同様、第1、第2のウインドウ41a、41bが設けられ、OPSに入射するレーザ光は、第1のウインドウ41aより入射し、OPSからの出射光は第2のウインドウ41bから出射する。
上記構成とすることで、ブレークダウンを防止し、ブレークダウンによるレーザ出力の低下を防止することができる。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an optical pulse width expander according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the OPS is housed in a sealed container, and the inside of the sealed container is evacuated or sealed with a gas that does not easily cause dielectric breakdown, thereby preventing the breakdown described above. This embodiment is applied to the first to third embodiments. In the case of the third embodiment, the gas is sealed in the first sealed container 31.
In FIG. 7, reference numeral 10 denotes an OPS, and the OPS 10 includes a beam splitter 11, total reflection mirrors 12 a to 12 d, and a relay lens 13.
The incident light is divided by the beam splitter 11 in the same manner as in FIGS. 3, 5, and 6, and is folded back in the direction orthogonal to the incident optical axis, and the total reflection mirror 12 a → lens 13 → total reflection mirror 12 b → total reflection mirror. The light enters the beam splitter 11 through the path 12c → lens 13 → total reflection mirror 12d, is folded in the same direction as the incident light by the beam splitter 11, is combined with the incident light, and is emitted from the beam splitter 11.
The OPS 10 is housed in a sealed container 41, and a gas that causes dielectric breakdown is sealed in the sealed container 41. Alternatively, the sealed container 41 may be kept in a vacuum.
As in the third embodiment, the sealed container is provided with first and second windows 41a and 41b, and laser light incident on the OPS enters from the first window 41a and is emitted from the OPS. Exits from the second window 41b.
With the above-described configuration, breakdown can be prevented, and a decrease in laser output due to breakdown can be prevented.

本発明の前提となる放電励起ガスレーザ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the discharge excitation gas laser apparatus used as the premise of this invention. 本発明の光学的パルス伸長器の設置位置を説明する図である。It is a figure explaining the installation position of the optical pulse expander of this invention. 本発明の第1の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse width expander of 1st Example of this invention. 第1の実施例において、レーザ出力を制御する場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example in the case of controlling a laser output in a 1st Example. 本発明の第2の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse width expander of the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse width expander of the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例の光学的パルス幅伸長器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse width expander of the 4th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 光学的パルス幅伸長器(OPS)
11 ビームスプリッタ
12a〜12d 全反射ミラー
13 リレーレンズ
14 スリット
15 ビームスプリッタ
21,22 アクチュエータ
23 位置検出センサ
24 コントローラ
31 第1の密封容器
32 第2の密封容器
33 熱交換器
34 温度センサ
41 密封容器
101 レーザチェンバ
102 高電圧パルス発生装置
103 ファン
104 ウィンドウ部材
105 狭帯域化モジュール
106 出力ミラー
107 波長モニタ
108 コントローラ
109 ビームスプリッタ
110 エネルギーコントローラ
111 エネルギーモニタ
10 Optical pulse width expander (OPS)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Beam splitter 12a-12d Total reflection mirror 13 Relay lens 14 Slit 15 Beam splitter 21, 22 Actuator 23 Position detection sensor 24 Controller 31 1st sealed container 32 2nd sealed container 33 Heat exchanger 34 Temperature sensor 41 Sealed container 101 Laser chamber 102 High voltage pulse generator 103 Fan 104 Window member 105 Narrow band module 106 Output mirror 107 Wavelength monitor 108 Controller 109 Beam splitter 110 Energy controller 111 Energy monitor

Claims (7)

入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、
分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、
上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器であって、
上記光学的パルス伸長器は、更に
上記光学的パルス伸長器の出射側に配置され、上記光学的パルス伸長器から出射するレーザ光を所定の形状に成型するアパーチャと、該アパーチャを通過したレーザ光の一部を取り出すためのビームサンプラーと、
上記ビームサンプラーからのレーザ光が入射し、入射レーザ光のエネルギーをモニタする検出器と、
上記検出器の出力に基づき、上記光学的パルス伸長器に入射するレーザ光のエネルギーを制御する制御装置とを備えた
ことを特徴とする光学的パルス伸長器。
A splitting optical element that splits the incident laser light into a plurality of parts;
A delay optical system provided in each optical path in which the divided light travels in a direction different from the incident direction of the laser light, so that an optical path difference occurs between a plurality of optical paths in which each of the divided laser light travels;
It is composed of a synthesis optical system that synthesizes the divided laser beams so that each laser beam that has passed through the plurality of optical paths travels again on the same optical path, and the laser pulse width of each synthesized laser beam is synthesized An optical pulse stretcher in which the optical path difference is set to be longer than the laser pulse width of the incident laser light before being performed,
The optical pulse stretcher is further disposed on an emission side of the optical pulse stretcher, and an aperture that molds laser light emitted from the optical pulse stretcher into a predetermined shape, and laser light that has passed through the aperture A beam sampler to extract a part of
A detector that receives the laser beam from the beam sampler and monitors the energy of the incident laser beam;
An optical pulse stretcher comprising: a control device that controls energy of laser light incident on the optical pulse stretcher based on an output of the detector.
入射したレーザ光を複数に分割する分割光学素子と、
分割された各レーザ光が進行する複数の光路間に互いに光路差が生じるように、上記レーザ光の入射方向と異なる方向に分割光が進行する各光路にそれぞれ設けられた遅延光学系と、
上記複数の光路を通過した各レーザ光が再び同一の光路を進行するように、上記分割された各レーザ光を合成する合成光学系とからなり、合成された各レーザ光のレーザパルス幅が合成される前の入射レーザ光のレーザパルス幅より長くなるように上記光路差が設定されている光学的パルス伸長器であって、
上記光学的パルス伸長器は、更に
上記遅延光学系により形成される光路中に配置され上記光路を通過するレーザ光の一部を取り出すためのビームサンプラーと、
上記ビームサンプラーからのレーザ光が入射し、入射レーザ光の位置を検出する位置センサと、
上記遅延光学系を成す光学素子の少なくとも2つに備え付けられていて、上記光学素子の光軸に対する角度を駆動する駆動機構と、
上記位置センサの位置情報に基づき、上記光路を通過するレーザ光の位置が所定の位置となるように上記駆動機構を制御する制御装置とを備えた、
ことを特徴とする光学的パルス伸長器。
A splitting optical element that splits the incident laser light into a plurality of parts;
A delay optical system provided in each optical path in which the divided light travels in a direction different from the incident direction of the laser light, so that an optical path difference occurs between a plurality of optical paths in which each of the divided laser light travels;
It is composed of a synthesis optical system that synthesizes the divided laser beams so that each laser beam that has passed through the plurality of optical paths travels again on the same optical path, and the laser pulse width of each synthesized laser beam is synthesized An optical pulse stretcher in which the optical path difference is set to be longer than the laser pulse width of the incident laser light before being performed,
The optical pulse stretcher is further arranged in an optical path formed by the delay optical system, and a beam sampler for taking out a part of the laser light passing through the optical path;
A position sensor that receives the laser beam from the beam sampler and detects the position of the incident laser beam;
A drive mechanism that is provided in at least two of the optical elements forming the delay optical system and drives an angle of the optical element with respect to the optical axis;
A control device that controls the drive mechanism based on the position information of the position sensor so that the position of the laser light passing through the optical path is a predetermined position;
An optical pulse stretcher characterized by the above.
上記光学的パルス伸長器を、該光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が備え付けられた密封容器内に収容し、
上記密封容器内に、真空排気もしくは、絶縁破壊を起こしにくいガスが封入した
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の光学的パルス伸長器。
The optical pulse stretcher is housed in a sealed container provided with a window member through which a laser beam incident on the optical pulse stretcher and a laser beam output from the optical pulse stretcher pass,
The optical pulse stretcher according to claim 1 or 2, wherein a gas that hardly causes vacuum evacuation or dielectric breakdown is sealed in the sealed container.
上記光学的パルス伸長器を、該光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が設けられた第1の密封容器に収納し、
更に、上記第1の密封容器を、上記光学的パルス伸長器に入射するレーザ光および上記光学的パルス伸長器から出力されるレーザ光が通過する窓部材が備え、外表面の少なくとも一部に断熱材が設けられた第2の密封容器に収納し、
第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気を加熱・冷却する加熱冷却手段と、
第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気中に設けられた温度センサの測定結果に基づき、第2の密封容器と第1の密封容器との間の雰囲気温度を略一定に保持するように上記加熱冷却手段を制御する制御手段を設けた
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の光学的パルス伸長器。
The optical pulse stretcher is housed in a first sealed container provided with a window member through which a laser beam incident on the optical pulse stretcher and a laser beam output from the optical pulse stretcher pass,
Further, the first sealed container is provided with a window member through which a laser beam incident on the optical pulse stretcher and a laser beam output from the optical pulse stretcher pass, and heat insulation is provided on at least a part of the outer surface. Housed in a second sealed container provided with materials,
Heating and cooling means for heating and cooling the atmosphere between the second sealed container and the first sealed container;
Based on the measurement result of the temperature sensor provided in the atmosphere between the second sealed container and the first sealed container, the ambient temperature between the second sealed container and the first sealed container is made substantially constant. 3. The optical pulse stretcher according to claim 1, further comprising control means for controlling the heating / cooling means so as to be held.
上記第1の収納容器内に、真空排気もしくは、絶縁破壊を起こしにくいガスが封入した
ことを特徴とする請求項4記載の光学的パルス伸長器。
5. The optical pulse stretcher according to claim 4, wherein the first storage container is filled with a gas which is not easily evacuated or has a dielectric breakdown.
レーザガスが封入されたレーザチャンバと、このレーザチャンバ内に配置された一対の放電電極と、その一対の放電電極と並列に接続されたピーキングコンデンサと、前記レーザチャンバ内で高電圧パルス放電を発生させて前記レーザガスを励起してレーザ光を放出させるための高電圧パルス発生装置と、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含み、前記一対の放電電極が前記高電圧パルス発生装置に搭載される磁気パルス圧縮回路の出力端に接続された露光用放電励起ガスレーザ装置において、
上記露光用放電励起ガスレーザ装置は、上記レーザ共振器から放出されるレーザ光のレーザパルス幅を伸長するための上記請求項1,2,3,4または請求項5記載の光学的パルス伸長器を備えている
ことを特徴とする露光用放電励起ガスレーザ装置。
A laser chamber filled with a laser gas; a pair of discharge electrodes disposed in the laser chamber; a peaking capacitor connected in parallel with the pair of discharge electrodes; and generating a high-voltage pulse discharge in the laser chamber. A high voltage pulse generator for exciting the laser gas to emit laser light, and a laser resonator having a narrow band module for narrowing the laser light, wherein the pair of discharge electrodes is the high voltage In the discharge-excited gas laser apparatus for exposure connected to the output terminal of the magnetic pulse compression circuit mounted on the pulse generator,
6. The exposure discharge excitation gas laser device according to claim 1, wherein the optical pulse expander according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 for extending a laser pulse width of laser light emitted from the laser resonator. A discharge-excited gas laser device for exposure, comprising:
上記露光用放電励起ガスレーザ装置は、KrFエキシマレーザ装置、ArFエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかである
ことを特徴とする請求項6記載の露光用放電励起ガスレーザ装置。
7. The discharge-excited gas laser apparatus for exposure according to claim 6, wherein the discharge-excited gas laser apparatus for exposure is any one of a KrF excimer laser apparatus, an ArF excimer laser apparatus, and a fluorine molecular laser apparatus.
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