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課題

210nm以下の波長を有する連続光を、簡単な構成で発生する。

解決手段

赤外域又は可視域の連続光を基本波として、それぞれが非線形光学素子を有する波長変換器181A,182,183を順次介させる。そして、各波長変換器181A,182,183における非線形光学素子を光が通過するときに起こる非線形光学効果である第2高調波発生又は和周波発生により段階的に波長変換し、最終的に210nm以下の波長を有する連続光を発生する。この結果、簡単な構成で、210nm以下の波長を有する連続光を発生させることができる。

概要

背景

従来から、物体微細構造検査、物体の微細加工、また、視力矯正治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜「基板」又は「ウエハ」という)上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面アブレーション(PRK:PhotorefractiveKeratectomy)あるいは角膜内部のアブレーション(LASIK:Laser Intrastromal Keratomileusis)を行って近視乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。

かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした、短波長光源の開発の方向は、主に次の2種に大別される。その一つはレーザ発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザ高調波生成を利用した短波長光源の開発である。

このうち、前者の方向に沿っては、KrFエキシマレーザ波長248nm)を使用する光源装置が開発され、現在ではさらに短波長の光源としてArFエキシマレーザ(波長193nm)等を使用する光源装置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、有毒フッ素ガスを使用するためレーザのメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなどの、光源装置として不利な点が存在する。

そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法である、非線形光学結晶非線形光学効果を利用し、長波長の光(赤外光可視光)をより短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用した光源装置としては、例えば、国際公開公報WO99/46835に開示されたもの(以下、単に「従来例」という)がある。

概要

210nm以下の波長を有する連続光を、簡単な構成で発生する。

赤外域又は可視域の連続光を基本波として、それぞれが非線形光学素子を有する波長変換器181A,182,183を順次介させる。そして、各波長変換器181A,182,183における非線形光学素子を光が通過するときに起こる非線形光学効果である第2高調波発生又は和周波発生により段階的に波長変換し、最終的に210nm以下の波長を有する連続光を発生する。この結果、簡単な構成で、210nm以下の波長を有する連続光を発生させることができる。

目的

本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第1の目的は、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を発生することができる光源装置を提供することにある。

また、本発明の第2の目的は、210nm以下の波長の連続光を対象物照射することができる光照射装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

210nm以下の波長紫外光連続光として発生する光源装置であって、赤外域又は可視域の連続光を発生する光発生部と;前記光発生部が発生した連続光を段階的に波長変換して、前記210nm以下の波長の連続光を生成する波長変換部と;を備える光源装置。

請求項2

前記波長変換部は、3段階の波長変換によって、前記210nm以下の波長の紫外光を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。

請求項3

前記光発生部は、1050nm以下の波長の光を発生し、前記波長変換部は、前記1050nm以下の波長の光を基本波として、前記基本波の5倍波を生成する、ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。

請求項4

前記光発生部は、前記1050nm以下の波長の光を発生するレーザ光源と;前記レーザ光源から射出された光を増幅する光増幅器と;を備えることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。

請求項5

前記波長変換部は、前記基本波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の2倍波を生成する第1非線形光学素子を有する第1変換部と;前記2倍波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の4倍波を生成する第2非線形光学素子を有する第2変換部と;前記基本波及び前記4倍波を入射し、和周波発生により、前記基本波の5倍波を生成する第3非線形光学素子を有する第3変換部と;を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の光源装置。

請求項6

前記第1変換部、前記第2変換部、及び前記第3変換部の少なくとも1つは、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に前記非線形光学素子が配置される共振器を含むことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。

請求項7

前記光発生部は、第1の波長の光及び第2の波長の光を発生し、前記波長変換部は、前記第1の波長の光を基本波として、前記基本波の4倍波と前記第2の波長の光との和周波発生により、前記210nm以下の波長の光を生成する、ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。

請求項8

前記第2の波長の光は、1.55μm帯の波長の光である、ことを特徴とする請求項7に記載の光源装置。

請求項9

前記光発生部は、前記第1の波長の光を発生する第1レーザ光源と;前記第1レーザ光源から射出された光を増幅する第1光増幅器と;前記第2の波長の光を発生する第2レーザ光源と;前記第2レーザ光源から射出された光を増幅する第2光増幅器と;を備えることを特徴とする請求項7又は8に記載の光源装置。

請求項10

前記波長変換部は、前記基本波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の2倍波を発生する第1非線形光学素子を有する第1変換部と;前記2倍波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の4倍波を発生する第2非線形光学素子を有する第2変換部と;前記4倍波及び前記第2の波長の光を入射し、和周波発生により、前記210nm以下の波長の光を発生する第3非線形光学素子を有する第3変換部と;を含むことを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の光源装置。

請求項11

前記第1変換部、前記第2変換部、及び前記第3変換部の少なくとも1つは、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に前記非線形光学素子が配置される共振器を含むことを特徴とする請求項10に記載の光源装置。

請求項12

前記光発生部が発生する光及び前記波長変換部における各波長変換段で生成される光の少なくとも1つの波長をモニタする波長モニタ機構と;前記波長モニタ機構によるモニタ結果に基づいて前記光発生部を制御して、前記モニタ対象光の波長を前記設定波長に一致させる波長較正制御装置と;を更に備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の光源装置。

請求項13

前記波長モニタ機構は、ファブリペローエタロン及び吸収セルの少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項12に記載の光源装置。

請求項14

対象物に光を照射する光照射装置であって、請求項1〜13のいずれか一項に記載の光源装置と;前記光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出する照射光学系と;を備える光照射装置。

技術分野

0001

本発明は、光源装置及び光照射装置係り、より詳しくは、波長変換により紫外光を発生する光源装置、及び、該光源装置を備える光照射装置に関する。

背景技術

0002

従来から、物体微細構造検査、物体の微細加工、また、視力矯正治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜「基板」又は「ウエハ」という)上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面アブレーション(PRK:PhotorefractiveKeratectomy)あるいは角膜内部のアブレーション(LASIK:Laser Intrastromal Keratomileusis)を行って近視乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。

0003

かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした、短波長光源の開発の方向は、主に次の2種に大別される。その一つはレーザ発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザ高調波生成を利用した短波長光源の開発である。

0004

このうち、前者の方向に沿っては、KrFエキシマレーザ波長248nm)を使用する光源装置が開発され、現在ではさらに短波長の光源としてArFエキシマレーザ(波長193nm)等を使用する光源装置の開発が進められている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、有毒フッ素ガスを使用するためレーザのメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなどの、光源装置として不利な点が存在する。

0005

そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法である、非線形光学結晶非線形光学効果を利用し、長波長の光(赤外光可視光)をより短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている。かかる方法を使用した光源装置としては、例えば、国際公開公報WO99/46835に開示されたもの(以下、単に「従来例」という)がある。

発明が解決しようとする課題

0006

上述した従来例の光源装置は、エキシマレーザ光源装置の代替目標に研究・開発されたものであり、エキシマレーザがパルス発光レーザであることから、パルス光源装置指向して研究・開発がされてきた。しかし、露光装置における露光光パルス光としなければならない訳ではなく、連続光も使用することができる。

0007

また、露光装置等の光照射装置には、紫外光用のレンズミラー等の光学素子が多数使用されるが、これらの光学素子の面形状が正確に形成されているかを高精度に測定する必要がある。こうした高精度形状測定にあたっては、フイゾー干渉計が一般的に使用されているが、この際に使用するレーザ光コヒーレンス長が長い必要がある。こうしたコヒーレンス長が長いレーザ光としては、そのレーザ光が連続光であることが望ましい。

0008

本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第1の目的は、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を発生することができる光源装置を提供することにある。

0009

また、本発明の第2の目的は、210nm以下の波長の連続光を対象物照射することができる光照射装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

本発明の光源装置は、210nm以下の波長の紫外光を連続光として発生する光源装置(16)であって、赤外域又は可視域の連続光を発生する光発生部(169A、169B、169C)と;前記光発生部が発生した連続光を段階的に波長変換して、前記210nm以下の波長の連続光を生成する波長変換部(163A、163B、163C、163D、163E)と;を備える光源装置である。

0011

これによれば、光発生部が発生した赤外域又は可視域の連続光が、波長変換部において、210nm以下の波長の連続光に段階的に波長変換される。こうした段階的な波長変換としては、例えば、非線形光学効果を利用した第2高調波発生和周波発生等を採用することができる。したがって、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を発生する光源装置を実現することができる。

0012

本発明の光源装置では、前記波長変換部が、3段階の波長変換によって、前記210nm以下の波長の紫外光を生成する構成とすることができる。

0013

ここで、前記光発生部(169A、169B)が1050nm以下の波長の光を発生し、前記波長変換部(163A、160B、160C、160D)が、前記1050nm以下の波長の光を基本波として、前記基本波の5倍波を生成する構成とすることができる。

0014

この場合には、前記光発生部が、前記1050nm以下の波長の光を発生するレーザ光源(167A)と;前記レーザ光源から射出された光を増幅する光増幅器(161A、161A1,161A2)と;を備える構成とすることができる。

0015

また、前記波長変換部が、前記基本波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の2倍波を生成する第1非線形光学素子を有する第1変換部(181A、181B、181C、181D)と;前記2倍波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の4倍波を生成する第2非線形光学素子を有する第2変換部(182)と;前記基本波及び前記4倍波を入射し、和周波発生により、前記基本波の5倍波を生成する第3非線形光学素子を有する第3変換部(183)と;を含む構成とすることができる。

0016

ここで、前記第1変換部、前記第2変換部、及び前記第3変換部の少なくとも1つを、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に前記非線形光学素子が配置される共振器(210A、210B、210C)を含む構成とすることができる。

0017

また、前記波長変換部が、3段階の波長変換によって、前記210nm以下の波長の紫外光を生成する本発明の光源装置では、前記光発生部(169B)が、第1の波長の光及び第2の波長の光を発生し、前記波長変換部(163E)が、前記第1の波長の光を基本波として、前記基本波の4倍波と前記第2の波長の光との和周波発生により、前記210nm以下の波長の光を生成する構成とすることができる。

0018

ここで、前記第2の波長の光を1.55μm帯の波長の光とすることができる。

0019

また、前記光発生部が、前記第1の波長の光を発生する第1レーザ光源(167B)と;前記第1レーザ光源から射出された光を増幅する第1光増幅器(161B)と;前記第2の波長の光を発生する第2レーザ光源(167C)と;前記第2レーザ光源から射出された光を増幅する第2光増幅器(161C)と;を備える構成とすることができる。

0020

また、前記波長変換部が、前記基本波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の2倍波を発生する第1非線形光学素子を有する第1変換部(181E)と;前記2倍波を入射し、第2高調波発生により、前記基本波の4倍波を発生する第2非線形光学素子を有する第2変換部(182E)と;前記4倍波及び前記第2の波長の光を入射し、和周波発生により、前記210nm以下の波長の光を発生する第3非線形光学素子を有する第3変換部(183E)と;を含む構成とすることができる。

0021

この場合には、前記第1変換部、前記第2変換部、及び前記第3変換部の少なくとも1つを、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に前記非線形光学素子が配置される共振器(210E、210F、210G)を含む構成とすることができる。

0022

また、本発明の光源装置では、前記光発生部が発生する光及び前記波長変換部における各波長変換段で生成される光の少なくとも1つの波長をモニタする波長モニタ機構(164)と;前記波長モニタ機構によるモニタ結果に基づいて前記光発生部を制御して、前記モニタ対象光の波長を前記設定波長に一致させる波長較正制御装置(16b)と;を更に備える構成とすることができる。

0023

ここで、前記波長モニタ機構が、ファブリペローエタロン及び吸収セルの少なくとも一方を含む構成とすることができる。

0024

本発明の光照射装置は、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明の光源装置(16)と;前記光源装置から射出された光を前記対象物に向けて射出する照射光学系(12)と;を備える光照射装置である。

0025

これによれば、本発明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、波長変換によって生成された210nm以下の波長の連続光を対象物に照射することができる。

発明を実施するための最良の形態

0026

《第1の実施形態》以下、本発明の一実施形態を、図1図8を参照して説明する。

0027

図1には、本発明に係る光源装置を含んで構成された一実施形態に係る光照射装置である露光装置10の概略構成が示されている。この露光装置10は、ステップアンドスキャン方式走査型露光装置である。

0028

この露光装置10は、光源装置16及び照明光学系12から成る照明系、この照明系からの露光用照明光(以下、「照明光」又は「露光光」という)ILにより照明されるレチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRを介した露光光ILを基板としてのウエハW上に投射する投影光学系PL、ウエハWを保持するZチルトステージ58が搭載されたXYステージ14、及びこれらの制御系等を備えている。

0029

前記光源装置16は、例えば、波長193nm(ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長)の紫外パルス光を出力する高調波発生装置である。この光源装置16は、前記照明光学系12、レチクルステージRST、投影光学系PL、Zチルトステージ58、XYステージ14及びこれら各部が搭載された不図示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメンタル・チャンバ(以下、「チャンバ」という)11内に収納されている。なお、本実施形態では、光源装置16を全てチャンバ11内に配置するものとしたが、光源装置16の一部、例えば後述する波長変換部163Aのみをチャンバ11内、特に照明光学系12と同一の架台に設け、この波長変換部163Aと光源装置16の本体部とを光ファイバ等で接続してもよい。

0030

図2には、光源装置16の内部構成が装置全体統括制御する主制御装置50とともにブロック図にて示されている。この図2に示されるように、光源装置16は、光源部16a、波長較正制御装置としてのレーザ制御装置16b、及び光量制御装置16c等を含んで構成されている。

0031

前記光源部16aは、光発生部169A、波長変換器163A、及び波長モニタ機構としてのビームモニタ機構164を備えている。

0032

前記光発生部169Aは、連続レーザ光発生器160A及び光増幅部161Aを含んで構成されている。

0033

前記連続レーザ光発生器160Aは、レーザ光源167A及び光アイソレータ168A等を有する。

0034

前記レーザ光源167Aとしては、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長967nm、連続光出力(以下、「CW出力」ともいう)のDFB半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源167Aを適宜「DFB半導体レーザ167A」とも呼ぶものとする。

0035

前記光アイソレータ168Aは、光カップラBSから光増幅部161Aに向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光アイソレータ168Aにより、反射光戻り光)に起因するレーザ光源167Aの発振モードの変化や雑音の発生等が防止される。

0036

前記光増幅部161Aは、光アイソレータ168Aからの連続光L1を増幅するもので、図3に示されるように、増幅用光ファイバ175A、ポンプ光を発生する励起用半導体レーザ178A1,178A2、上述の光アイソレータ168Aの出力光とポンプ光とを合成し、こうして得られた合成光を増幅用光ファイバ175Aに供給する波長分割多重化装置(Wavelength Division Multiplexer:WDM)179A1、及び、増幅用光ファイバ175Aの増幅光射出端からポンプ光を増幅用光ファイバ175Aに供給するWDM179A2を備えている。ここで、励起用半導体レーザ178A1及びWDM179A1は前方励起に使用され、一方、励起用半導体レーザ178A2及びWDM179A2は後方励起に使用されている。これにより、入力光強度に対する光増幅率線形性の維持と、光増幅率の向上とを図っている。

0037

前記増幅用光ファイバ175Aは、シリカガラス又はフォスフェイトガラス主材とし、コアクラッドを有し、コアにイッテルビウム(Yb)イオンが高密度にドープされた光ファイバが用いられる。

0038

以上のように構成された光増幅部161Aにおいて、増幅用光ファイバ175Aに、励起用半導体レーザ178A1,178A2が発生したポンプ光がWDM179A1,179A2を介して供給された状態で、WDM179A1を介して連続光が入射し増幅用光ファイバ175Aのコア中を進行すると、誘導放射が発生し、連続光光が増幅される。かかる光増幅にあたって、増幅用光ファイバ175Aは高い増幅率を有するので、波長の単一性が高い高輝度の連続光が出力される。このため、効率良く狭帯域の光を得ることができる。

0039

前記励起用半導体レーザ178A1,178A2は、レーザ光源167Aにおける発振波長よりも短い波長の光をポンプ光として発生する。このポンプ光がWDM179A1,179A2を介して増幅用光ファイバ175Aに供給され、それによりYbの殻外電子励起され、いわゆるエネルギ準位反転分布が発生する。なお、励起用半導体レーザ178A1,178A2は、光量制御装置16cによって制御されるようになっている。

0040

また、本実施形態では、光増幅部161Aによって増幅された光の輝度を制御するため、光分岐器172Aによって分岐された増幅用光ファイバ175Aから射出された増幅光の一部が光電変換素子171Aによって光電変換されるようになっている。これらの光電変換素子171Aの出力信号が光量制御装置16cに供給されるようになっている。なお、光分岐器172Aとしては、例えば透過率が97%程度のものが用いられており、増幅用光ファイバ175Aから射出された増幅光は、光分岐器172Aによって2つに分岐され、その97%程度の光L2が次段の波長変換部163Aに向かって進み、残り3%程度が光電変換素子171Aに入射するようになっている。

0041

光量制御装置16cでは、光増幅部161Aからの光出力が一定になるように(即ちバランスするように)、各励起用半導体レーザ178A1,178A2のドライブ電流フィードバック制御するようになっている。

0042

前記波長変換部163Aは、複数の非線形光学素子を含み、光増幅部161Aからの連続光L2(波長967nmの光)をその5倍波に波長変換して、ArFエキシマレーザとほぼ同じ出力波長(193nm)のパルス紫外光を発生する。

0043

図4には、この波長変換部163Aの構成例が示されている。図4に示されるように、波長変換部163Aは、第1変換部としての1段目の波長変換器181A、第2変換部としての2段目の波長変換器182、第3変換部としての3段目の波長変換器183、及びこれらの波長変換器181A,182,183それぞれへの入射光の光路やビーム形状を制御する各種の光学素子等から構成されている。

0044

図4の波長変換部163Aでは、波長変換器181Aによる基本波(波長967nm)→2倍波(波長484nm)の波長変換、波長変換器182による2倍波(波長484nm)→4倍波(波長242nm)の波長変換、及び波長変換器183による[基本波(波長967nm)+4倍波(波長242nm)]→5倍波(波長193nm)の波長変換の順で波長変換が行われる。

0045

これを更に詳述すると、光増幅部161Aから射出された波長967nm(周波数ω)の光L2(基本波L(ω))は、集光レンズ186を介して、1段目の波長変換器181Aに入射する。基本波L(ω)がこの波長変換器181Aを通る際に、第2高調波発生により基本波の周波数ωの2倍、すなわち周波数2ω(波長484nm)の2倍波L(2ω)が発生する。

0046

この1段目の波長変換器181Aは、図5に示されるように、第1の非線形光学素子としての非線形光学素子201を備えている。この非線形光学素子201としては、導波路タイプの周期ドメイン反転LN(LiNbO3)結晶(PPLN結晶)が用いられており、高い変換効率で、基本波L(ω)を2倍波L(2ω)に変換する。

0047

PPLN結晶は、擬似位相整合QPM:Quasi-Phase Matching)により、第2高調波発生を行う。QPMは、非線形光学素子内での基本波と発生した第2高調波との角度ずれ(Walk-off)が起こらず、高効率で2倍波への変換を可能にする。また、発生した2倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため有利である。そして、QPMによる第2高調波発生ではWalk-offが発生しないため、非線形光学素子201からは、基本波及び2倍波がほぼ同軸で射出される。

0048

非線形光学素子201は、図6に示されるように、光の進行方向に沿って、図6において紙面上下方向の矢印で表される分極方向が互いに反対向きの領域150a及び領域150bが交互かつ周期的に形成された周期的ドメイン反転構造を有している。ここで、領域150a及び領域150bの光の進行方向に沿った幅は、以下のように定められるΛに設定されている。

0049

第1段目の波長変換器181Aにおける非線形光学素子として要請されている第2高調波発生の場合には、幅Λは、PPLN結晶201内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をk1とし、生成される第2高調波の波数ベクトルの絶対値をk2として、
Λ=2π/(k2−2k1) …(1)
によって定められる。

0050

なお、和周波発生の場合には、幅Λは、PPLN結晶201内において、入射光の波数ベクトルの絶対値をk3,k4とし、生成される和周波の波数ベクトルの絶対値をk5として、
Λ=2π/(k5−(k3+k4)) …(2)
によって定められる。

0051

上記の領域150a及び領域150bのようなドメイン領域の形成は、PPLN結晶201の場合には、一方の種類の領域にのみ、誘電分極方向が通常(電圧印加されないとき)の誘電分極方向と逆方向となるような高電圧印加することにより行われる。なお、上記のPPLN結晶201により非線形光学効果を起こさせるにあたっては、最も大きな非線形光学係数d33を利用することにより効率的に第2高調波発生を行うことができる。

0052

図4戻り、波長変換器181Aから射出された基本波L(ω)と2倍波L(2ω)とは、ダイクロイックミラー196により分離される。

0053

こうしてダイクロイックミラー196により分離された基本波L(ω)は、ミラー197及び集光レンズ189を順次介したのち、3段目の波長変換器183に入射する。

0054

一方、ダイクロイックミラー196により分離された2倍波L(2ω)は、光分離素子BSに入射する。光分離素子BSとしては、例えば透過率が97%程度のものが用いられており、2倍波L(ω)は、光分離素子BSによって2つに分岐され、その97%程度の光L’(2ω)が集光レンズ187を介して次段の波長変換器182に入射し、残り3%程度の光L”(2ω)がビームモニタ機構164に入射するようになっている。ビームモニタ機構164の作用については後述する。

0055

2倍波L’(2ω)がこの波長変換器182に入射すると、第2高調波発生により基本波の周波数ωの4倍、すなわち周波数4ω(波長282nm)の4倍波L(4ω)が発生する。

0056

この波長変換器182は、図7に示されるように、第2の非線形光学素子としての非線形光学素子202、部分反射ミラー211A、ダイクロイックミラー212A、ミラー213A、アクチュエータ付ミラー214A、及び光路長調整器220Aを含んで構成されている。ここで、部分反射ミラー211A、ダイクロイックミラー212A、ミラー213A、及びアクチュエータ付ミラー214Aによって、2倍波L’(2ω)に関する共振器210Aが構成されており、この共振器210A内の光路上(より詳しくは、部分反射ミラー211Aとダイクロイックミラー212Aとの間の光路上)に非線形光学素子202が配置されている。

0057

この非線形光学素子202としては、KAB(K2Al2B2O7)結晶が用いられている。なお、このKAB結晶202は、ブリュースターカット加工が施されている。

0058

KAB結晶202は、波長変換器181Aからの周波数2ωの2倍波を4倍波に波長変換するための第2高調波発生の位相整合が、クリティカル位相整合(CPM:Critical Phase Matching)によって行われる方位で配置されている。CPMによる第2高調波発生では、一般に、非線形光学素子内での2倍波とその第2高調波である4倍波との角度ずれ(Walk-off)が起こり、4倍波のビーム形状が楕円状となるが、KAB結晶の場合には、Walk-offによる角度ずれが小さい。

0059

部分反射ミラー211Aの2倍波L’(2ω)の波長の光に関する透過率は、共振器210A内における2倍波L’(2ω)の損失量に応じて定められている。また、ダイクロイックミラー212Aは、2倍波L’(2ω)の波長の光を高い反射率反射するとともに、4倍波L(4ω)の波長の光を高い透過率で透過する。また、ミラー213A及びアクチュエータ付ミラー214Aは、2倍波L’(2ω)の波長の光を高い反射率で反射する。また、アクチュエータ付ミラー214Aにおけるアクチュエータとしては、ピエゾ素子ボイスコイルモータが用いられている。

0060

光路長調整器220Aは、2倍波L’(2ω)の波長に関する1/4波長板221A、偏光ビームスプリッタ222、光検出器223,224、及び制御回路225を含んで構成されている。この光路長調整器220Aは、「T.W.Hansch et. al.: OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 35, No. 3, Dec., 1998, pp441-444」に記載されている光路長調整方法(以下、「Hansch-Couilland法」という)により、アクチュエータ付ミラー214Aを制御して、共振器210Aの内部光路長を調整している。かかるHansch-Couilland法による共振光路長の調整は、上記の文献に詳細に記載されており周知であるので、これ以上の説明は省略する。

0061

ここで、波長変換器182における4倍波L(4ω)の生成について、その概略を説明する。

0062

前述した光変換器181Aからの2倍波L’(2ω)が、部分反射ミラー211Aを介して共振器210A内に入射すると、その2倍波L’(2ω)は共振器210A内を、部分反射ミラー211A→ダイクロイックミラー212A→アクチエータ付ミラー214A→ミラー213A→部分反射ミラー211A→ダイクロイックミラー212A→…の順で循環する。かかる循環において、部分反射ミラー211Aで反射される光の共振誤差が、光路長調整器220Aによって検出される。そして、光路長調整器220Aが、循環している光が共振するように、アクチュエータ付ミラー214Aを制御して、共振器210Aの内部光路長を調整する。

0063

こうして共振条件が満たされた共振器210Aにおいては、2倍波の光パワーが非常に大きなものとなる。かかる光パワーが非常に大きな2倍波が、非線形光学素子202を通過することにより、高効率で4倍波L(4ω)が生成される。生成された4倍波L(4ω)は、ダイクロイックミラー212Aを通過する。こうして、4倍波L(4ω)が、波長変換器182において生成され、波長変換器182から射出される。なお、波長変換器182のように非線形光学素子をブリュースターカットする場合には、波長変換器182に入射する光をP偏光にしておく必要がある。このため、必要に応じて波長板等の偏光制御素子が配置される。

0064

図4に戻り、波長変換器182から射出された4倍波L(4ω)は、集光レンズ188、ミラー198、及びミラー199を順次介して、3段目の波長変換器183に入射する。そして、4倍波L(4ω)及び上述したダイクロイックミラー196により分離された基本波L(ω)とが波長変換器183に入射すると、波長変換器183において、基本波と4倍波との和周波発生により基本波の周波数ωの5倍、すなわち周波数5ω(波長193nm)の5倍波が発生する。

0065

この波長変換器183は、図8に示されるように、第3の非線形光学素子としての非線形光学素子203、部分反射ミラー211B,211C、ミラー212B,212C、ミラー213B,213C、アクチュエータ付ミラー214B,214C、並びに光路長調整器220B,220Cを含んで構成されている。ここで、部分反射ミラー211B、ミラー212B、ミラー213B、及びアクチュエータ付ミラー214Bによって、基本波L(ω)に関する共振器210Bが構成されている。また、部分反射ミラー211C、ミラー212C、ミラー213C、及びアクチュエータ付ミラー214Cによって、4倍波L(4ω)に関する共振器210Cが構成されている。そして、共振器210B内光路及び共振器210C内光路とは、非線形光学素子203に内部において、ほぼ同軸となるようになっている。

0066

この非線形光学素子203としては、KAB結晶が用いられている。このKAB結晶203にも、上述のKAB結晶202の場合と同様に、ブリュースターカット加工が施されている。かかるKAB結晶203におけるブリュースターカット加工によって、共振器210B及び共振器210Cを独立に形成するために、非線形光学素子203の内部をほぼ同軸で進行する基本波と4倍波とを、非線形光学素子203の外部において分離すること、及び基本波及び4倍波の透過率を高めることを実現している。

0067

部分反射ミラー211Bの基本波L(ω)の波長の光に関する透過率は、共振器210B内における基本波L(ω)の損失量に応じて定められている。また、ミラー212B,ミラー213B,アクチュエータ付ミラー214Bは、基本波L(ω)の波長の光を高い反射率で反射する。なお、アクチュエータ付ミラー214Bにおけるアクチュエータとしては、アクチュエータ付ミラー214Aの場合と同様に、ピエゾ素子又はボイスコイルモータが用いられている。

0068

光路長調整器220Bは、上述の光路長調整器220Aにおける2倍波L’(2ω)の波長に関する1/4波長板221Aを基本波L(ω)の波長に関する1/4波長板に置き換えた構成を有している。この光路長調整器220Bも、光路長調整器220Aと同様にして、Hansch-Couilland法により、共振器210Bの内部光路長を調整している。

0069

また、部分反射ミラー211Cの4倍波L(4ω)の波長の光に関する透過率は、共振器210C内における4倍波L(4ω)の損失量に応じて定められている。また、ミラー212C,ミラー213C,アクチュエータ付ミラー214Cは、4倍波L(4ω)の波長の光を高い反射率で反射する。なお、アクチュエータ付ミラー214Cにおけるアクチュエータとしては、アクチュエータ付ミラー214Aの場合と同様に、ピエゾ素子又はボイスコイルモータが用いられている。

0070

光路長調整器220Cは、上述の光路長調整器220Aにおける2倍波L’(2ω)の波長に関する1/4波長板221Aを4倍波L(4ω)の波長に関する1/4波長板に置き換えた構成を有している。この光路長調整器220Cも、光路長調整器220Aと同様にして、Hansch-Couilland法により、共振器210Cの内部光路長を調整している。

0071

ここで、波長変換器183における5倍波L(5ω)の生成について説明する。

0072

前述したダイクロイックミラー196によって分離された基本波L(ω)が、部分反射ミラー211Bを介して共振器210B内に入射すると、その基本波は共振器210B内を、部分反射ミラー211B→ミラー212B→アクチエータ付ミラー214B→ミラー213B→部分反射ミラー211B→ミラー212B→…の順で循環する。かかる循環において、部分反射ミラー211Bで反射される光の共振誤差が、光路長調整器220Bによって検出される。そして、光路長調整器220Bが、循環している光が共振するように、アクチュエータ付ミラー214Bを制御して、共振器210Bの内部光路長を調整する。こうして共振条件が満たされた共振器210Bにおいては、基本波の光パワーが非常に大きなものとなる。

0073

一方、前述した波長変換器182で生成された4倍波L(4ω)が、部分反射ミラー211Cを介して共振器210C内に入射すると、その4倍波は共振器210C内を、部分反射ミラー211C→ミラー212C→アクチエータ付ミラー214C→ミラー213C→部分反射ミラー211C→ミラー212C→…の順で循環する。かかる循環において、部分反射ミラー211Cで反射される光の共振誤差が、光路長調整器220Cによって検出される。そして、光路長調整器220Cが、循環している光が共振するように、アクチュエータ付ミラー214Cを制御して、共振器210Cの内部光路長を調整する。こうして共振条件が満たされた共振器210Cにおいては、4倍波の光パワーが非常に大きなものとなる。

0074

かかる光パワーが非常に大きな基本波及び4倍波が、非線形光学素子203をほぼ同軸で通過することにより、高効率で5倍波L(5ω)が生成される。

0075

以上のように構成された波長変換部163Aにおいて、光増幅器161Aによって増幅された基本波(波長987nm)を3段階で波長変換することにより、目的の波長193nmの光が得られる。なお、波長変換器183では非線形光学素子203がブリュースターカットされているため、共振器210B,210Cにそれぞれ入射する周波数ωの基本波及び周波数4ωの4倍波はP偏光とすることが必要となる。このため、必要に応じて波長板等の偏光制御素子が配置される。

0076

図2に戻り、前記ビームモニタ機構164は、ここではファブリペロー・エタロン(Fabry-Perot etalon:以下、「エタロン素子」ともいう)、及びフォトダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ(いずれも図示省略)から構成されている。ビームモニタ機構164を構成するエタロン素子に入射した光は、エタロン素子の共鳴周波数と入射光の周波数との周波数差に対応した透過率で透過し、その透過光強度を検出するフォトダイオード等の出力信号がレーザ制御装置16bに供給される。レーザ制御装置16bではこの信号に所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構164、具体的にはエタロン素子に対する入射光の光学特性に関する情報(具体的は、入射光の中心波長及び波長幅スペクトル半値幅)等を得る。そして、この光学特性に関する情報は、リアルタイムで主制御装置50に通知される。

0077

エタロン素子の生成する透過光強度の周波数特性は、雰囲気の温度や圧力の影響を受け、特にその共鳴周波数(共鳴波長)は温度依存性がある。このため、このエタロン素子の検出結果に基づいてレーザ光源167Aから発振されるレーザ光の中心波長を精度良く制御するためには、この共鳴波長の温度依存性を調べておくことが重要である。本実施形態では、この共鳴波長の温度依存性を予め計測し、この計測結果が温度依存性マップとして主制御装置50に併設された記憶装置としてのメモリ51(図1参照)に記憶されている。なお、この温度依存性マップは、メモリ51内にテーブルの形で持たせても良いし、関数又は係数として持たせても良い。

0078

なお、主制御装置50では、ビームモニタ機構164の後述する絶対波長キャリブレーションの際等に、温度依存性マップに基づいて、エタロン素子の透過率が最大となる共鳴波長(検出基準波長)が設定波長に正確に一致するようにするため、レーザ制御装置16bに指示を与えて、ビームモニタ機構164内のエタロン素子の温度を積極的に制御するようになっている。

0079

前記レーザ制御装置16bは、主制御装置50の管理の下、ビームモニタ機構164の出力に基づいてレーザ光の中心波長及びスペクトル半値幅を検出し、中心波長が所望の値(設定波長)となるようにDFB半導体レーザ167Aの温度制御及び電流制御をフィードバック制御にて行う。なお、本実施形態では、DFB半導体レーザ167Aの温度を0.001℃単位で制御することが可能となっている。

0080

このようにして、レーザ制御装置16bでは、発振波長を安定化して一定の波長に制御したり、あるいは出力波長を微調整する。逆に、このレーザ制御装置16bは、主制御装置50からの指示に応じて、DFB半導体レーザ167Aの発振波長を積極的に変化させてその出力波長を調整することもある。

0081

図1に戻り、前記照明光学系12は、オプティカルインテグレータ可変NDフィルタ、及びレチクルブラインド等(いずれも不図示)を含んで構成されている。ここで、オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズ内面反射型インテグレータロッドインテグレータ等)、あるいは回折光学素子等が用いられる。こうした照明光学系の構成は、例えば、特開平10−112433号公報に、オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズを採用したものが開示されている。この照明光学系12から射出された露光光ILは、ミラーMによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レチクルステージRST上に保持されたレチクルR上の矩形の照明領域42Rを均一な照度分布で照明する。

0082

前記レチクルステージRST上にはレチクルRが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージRSTは、水平面(XY平面)内で移動可能であり、レチクルステージ駆動部49によって走査方向(ここでは図1の紙面左右方向であるY方向とする)に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレチクルステージRSTの位置及び回転量は、レチクルステージRST上に固定された移動鏡52Rを介して外部のレーザ干渉計54Rによって計測され、このレーザ干渉計54Rの計測値が主制御装置50に供給されるようになっている。

0083

前記投影光学系PLは、例えば両側テレセントリック縮小系であり、共通のZ軸方向の光軸AXを有する複数枚レンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系PLとしては、投影倍率βが例えば1/4、1/5、1/6等のものが使用されている。このため、上記のようにして、露光光ILによりレチクルRにおける照明領域42Rが照明されると、そのレチクルRに形成されたパターンのうち照明領域42R内の一部を投影光学系PLによって投影倍率βで縮小した像が、投影光学系PLの視野内で照明領域42Rと共役な矩形の投影領域42Wに形成され、ウエハWの表面に塗布されたレジスト(感光剤)にその縮小像が転写される。

0084

前記XYステージ14は、ウエハステージ駆動部56によって走査方向であるY方向及びこれに直交するX方向(図1における紙面直交方向)に2次元駆動されるようになっている。このXYステージ14上に搭載されたZチルトステージ58上に不図示のウエハホルダを介してウエハWが真空吸着等により保持されている。Zチルトステージ58は、例えば3つのアクチュエータ(ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど)によってウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)を調整すると共に、XY平面(投影光学系PLの像面)に対するウエハWの傾斜角を調整する機能を有する。また、XYステージ14の位置は、Zチルトステージ58上に固定された移動鏡52Wを介して外部のレーザ干渉計54Wにより計測され、このレーザ干渉計54Wの計測値が主制御装置50に供給されるようになっている。

0085

ここで、移動鏡は、実際には、X軸に垂直な反射面を有するX移動鏡とY軸に垂直な反射面を有するY移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計もX軸位置計測用、Y軸位置計測用、及び回転(ヨーイング量ピッチング量ローリング量を含む)計測用のものがそれぞれ設けられているが、図1では、これらが代表的に、移動鏡52W、レーザ干渉計54Wとして示されている。

0086

Zチルトステージ58上には、後述するレチクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク板FMが設けられている。この基準マーク板FMは、その表面がウエハWの表面とほぼ同一の高さとされている。この基準マーク板FMの表面には、レチクルアライメント用基準マークベースライン計測用基準マーク等の基準マークが形成されている。

0087

更に、本実施形態の露光装置10では、図1に示されるように、主制御装置50の制御の下で、投影光学系PLの結像面(XY平面)に設定される多数の計測点に向けてそれぞれピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照射する照射光学系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での反射光束受光する受光光学系60bとからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系フォーカスセンサ)が設けられている。なお、本実施形態と同様の多点焦点位置検出系(フォーカスセンサ)の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報等に開示されている。

0088

走査露光時等に、主制御装置50は、受光光学系60bから供給された各計測点について検出されたZ位置に基づいて、計測点が存在するショット領域の一部の表面のZ位置及び傾斜量を逐次算出しつつ、この算出結果に基づいてZチルトステージ58のZ位置を不図示の駆動系を介して制御することにより、オートフォーカス自動焦点合わせ)及びオートレベリングを実行する。

0089

前記主制御装置50は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリ・メモリ)、RAM(ランダムアクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルRとウエハWの同期走査、ウエハWのステッピング露光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主制御装置50は、後述するように走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。

0090

具体的には、主制御装置50は、例えば走査露光時には、レチクルRが照明領域42Rに対してレチクルステージRSTを介して+Y方向(又は−Y方向)に速度VR=Vで走査されるのに同期して、XYステージ14を介してウエハWが投影領域42Wに対して−Y方向(又は+Y方向)に速度VW=β・V(βはレチクルRからウエハWに対する投影倍率)で走査されるように、レーザ干渉計54R、54Wの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部49、ウエハステージ駆動部56をそれぞれ介してレチクルステージRST、XYステージ14の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置50ではレーザ干渉計54Wの計測値に基づいてウエハステージ駆動部56を介してXYステージ14の位置を制御する。

0091

次に、本実施形態の露光装置10において所定枚数(N枚)のウエハW上にレチクルパターンの露光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置50の制御動作を中心として説明する。

0092

まず、主制御装置50では、不図示のレチクルローダを用いて露光対象のレチクルRをレチクルステージRST上にロードする。

0093

次いで、不図示のレチクルアライメント系を用いてレチクルアライメントを行うとともに、前述した基準マークを用いてオフアクシス方式アライメント系(不図示)のベースライン計測を行う。

0094

次に、主制御装置50では、不図示のウエハ搬送系にウエハWの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びXYステージ14上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換(ステージ上にウエハが無い場合は、単なるウエハロード)が行われる。次いで、前述のベースライン計測が行われたアライメント系を用いて、ファインアライメントEGA等)等の一連アライメント工程の処理が行われる。これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。

0095

次に、上記のアライメント結果及びショットマップデータに基づいて、ウエハW上の各ショット領域の露光のための走査開始位置にウエハWを移動させる動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の複数のショット領域にレチクルパターンを転写する。かかる走査露光中に、主制御装置50は、露光条件及びレジスト感度に応じて決定された目標積算露光量をウエハWに与えるため、光量制御装置16cに指令を与え、露光光量の制御を行う。

0096

枚目のウエハWに対する露光が終了すると、主制御装置50では、不図示のウエハ搬送系にウエハWの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びXYステージ14上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインアライメントを行う。

0097

そして、上記と同様にして、このウエハW上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。

0098

なお、露光条件及び/又はレチクルパターンの変更によって照度が変化するときは、ウエハ(レジスト)に適正な露光量が与えられるように、光源16から射出される光のパワーを制御することが望ましい。このとき、光源16から射出される光のパワーに加えてレチクル及びウエハの走査速度を調整するようにしてもよい。

0099

以上説明したように、本実施形態によれば、光発生部169Aが発生した赤外域の連続光が、波長変換部163Aにおいて、非線形光学素子201,202,203により、210nm以下の波長の連続光に3段階で波長変換される。したがって、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0100

また、レーザ光源167Aとして半導体レーザを使用したので、光源装置16を小型化できるとともに、メインテナンス性を向上することができる。

0101

連続レーザ光発生部160が発生した連続光を光増幅部161Aが増幅し、基本波として波長変換部163Aに供給するので、高輝度の基本波を波長変換部163Aに入射させることができ、ひいては、十分な輝度の波長変換光を得ることができる。

0102

また、2段目の波長変換器182及び3段目の波長変換器183を、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に、非線形光学素子202及び非線形光学素子203がそれぞれ配置される共振器を含む構成としたので、効率の良い波長変換ができ、ひいては効率良く210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0103

また、ビームモニタ機構164により、波長変換器181Aによって生成された2倍波の波長をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、レーザ制御装置16bがレーザ光源167Aの発振波長を調整するので、安定した波長の連続光を発生することができる。

0104

また、本実施形態の露光装置によれば、走査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度良くかつ効率的にウエハWに転写することができる。

0105

なお、本実施形態については、様々な変形が可能であり、以下に可能な変形例のいくつかを説明する。なお、以下の変形例の説明にあたり、本実施形態と同一又は同等の要素には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

0106

本実施形態では、レーザ光源167AとしてDFB半導体レーザを使用したが、分布ブラッグ反射型の半導体レーザ(DBR半導体レーザ)や、外部共振器制御の半導体レーザを使用することもできる。

0107

また、本実施形態では、光増幅部161Aを、Yb添加の増幅用光ファイバ175Aを双方向励起する光ファイバ増幅器として構成したが、前方向励起のみとしてもよいし、後方向励起のみとしてもよい。また、光ファイバ増幅器を直列に複数接続する構成としてもよい。また、増幅光や励起光の強度が大きく、光結合素子としてのWDMを使用したのでは破壊のおそれがある場合には、十分に導波断面積が大きな光結合素子を使用することができる。また、光増幅媒体として、Yb添加の増幅用光ファイバに代えて、Ybが高濃度に添加されたガラス体を使用し、このガラス体に励起光を照射することにしてもよい。さらに、光増幅器として半導体光増幅器を使用してもよい。

0108

また、本実施形態では、1段目の波長変換器181Aにおける非線形光学素子201として、PPLN結晶を使用したが、PPLN結晶と同様にQAMにより位相整合を行う周期的ドメイン反転LT(LiTaO3)結晶(PPLT結晶)、周期的ドメイン反転KTP(KTiOPO4)結晶(PPKTP結晶)、及び応力利用により周期的ドメイン反転構造が形成された水晶(以下、「水晶QPM素子」という)を採用することもできる。

0109

また、本実施形態では、2段目の波長変換器182における非線形光学素子202として、KAB結晶を使用したが、BBO(β−BaB2O4)結晶又はCLBO(CsLiB6O10)結晶を使用することも可能である。なお、CLBO結晶BBO結晶潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気窒素乾燥空気などでパージしたり、CLBO結晶やBBO結晶を高温温度調節してやればよい。

0110

また、波長変換器182では、アクチュエータ付ミラーの配置位置は、図7におけるアクチエータ付ミラー214の位置に限定されず、共振器210Aを構成する他のミラー要素211A,212A,213Aのいずれかの位置にアクチュエータ付ミラーを配置してもよい。

0111

また、波長変換器182を、図9に示される構成とすることも可能である。すなわち、非線形光学素子202に代えて、KAB結晶の光入射面に反射防止膜をコート(ARコート)した上で、入射光に対して垂直となるようした非線形光学素子202’を採用するとともに、Hansch-Couilland法を用いる光路長調整器220Aに代えて、位相変調器241A、光検出器242A、及び制御回路243Aを配置し、「R.W.P.Drever et. al.: Appl. Phys. B 31, 97-105(1983)」に記載されている光路長調整方法(以下、「Pound-Drever法」という)により、アクチュエータ付ミラー214Aを制御して、共振器210Aの内部光路長を調整してもよい。なお、図9の非線形光学素子(非線形光学結晶)202’のように光が垂直入射する場合、共振器への入射光は、P偏光及びS偏光のいずれでもよい。ただし、ミラーの反射率がS偏光の方が若干よいので、S偏光とすることが一般的である。また、図9の構成において、非線形光学素子202’を本実施形態で使用した非線形光学素子202とすることも可能である。すなわち、共振光路長の調整には、Hansch-Couilland法及びPound-Drever法のいずれも採用することができる。

0112

また、本実施形態では、3段目の波長変換器183における非線形光学素子203として、KAB結晶を使用したが、BBO(β−BaB2O4)結晶を使用することも可能である。なお、BBO結晶の潮解性が問題となる場合には、上述の波長変換器182の場合と同様に、周囲雰囲気を窒素や乾燥空気などで置換したり、BBO結晶の温度を高温に調節してやればよい。

0113

また、本実施形態の波長変換器183では、基本波の共振器210Bの形成用に、非線型光学結晶203の入射側に部分反射ミラー211Bを配置するとともに、4倍波の共振器210Cの形成用に、非線型光学結晶203の入射側に部分反射ミラー211Cをそれぞれ配置したが、部分反射ミラー211B及び部分反射ミラー211Cに代えて、2波長対応のARコートを施した一枚の部分反射ミラーを使用したり、2枚の半月状の部分反射ミラーを貼り合わせて作成した一枚の部分反射ミラーを使用することができる。また、基本波の共振器210Bの形成用に、非線型光学結晶203の射出側にミラー212Bを配置するとともに、4倍波の共振器210Cの形成用に、非線型光学結晶203の射出側にミラー212Cを配置したが、部分反射ミラー212B及び部分反射ミラー212Cに代えて、2波長対応のARコートを施した一枚の部分反射ミラーを使用したり、2枚の半月上の部分反射ミラーを貼り合わせて作成した一枚の部分反射ミラーを使用するができる。

0114

また、本実施形態の波長変換器183では、基本波の共振器210B及び4倍波の共振器210Cの共振光路長調整にHansch-Couilland法を採用したが、少なくとも一方の共振光路長調整にPound-Drever法を採用することも可能である。

0115

また、波長変換器183を、図10に示される構成とすることができる。すなわち、非線形光学素子203に代えて、KAB結晶の光入射面に反射防止膜をコート(ARコート)した上で、入射光に対して垂直となるようした非線形光学素子203’を採用するとともに、プリズム2171,2172を用いて、非線形光学素子203’中における基本波の光路と4倍波の光路を同軸化する構成とすることもできる。なお、プリズムを使用しているので、共振器への入射光をP偏光としておく必要がある。このため、必要に応じて波長板等の偏光制御素子が配置される。

0116

さらに、図11に示されるように、図10の構成におけるKAB結晶203’の機能とプリズム2171,2172の機能とを集約させたKAB結晶203”を使用した構成としてもよい。また、図11に構成において、Hansch-Couilland法に代えてPound-Drever法を採用してもよい。この場合には、KAB結晶203”に更に位相変調機能を持たせることもできる。なお、上記結晶がブリュースターカットされているので、当該結晶への入射光はP偏光とすることが必要となる。このため、必要に応じて波長板等の偏光制御素子が配置される。

0117

また、本実施形態の波長変換器183では、基本波の共振器210B及び4倍波の共振器210Cが形成される構成としたが、図12に示されるように、基本波の共振器210Bのみが形成される構成とすることもできる。また、4倍波の共振器210Cのみが形成される構成とすることもできる。これらの場合においても、共振光路長の調整には、Hansch-Couilland法及びPound-Drever法のいずれを採用してもよい。

0118

また、本実施形態では、ビームモニタ機構164において、エタロン素子を用いて入射波長をモニタしたが、ヨウ素等の吸収セルを用いて入射波長をモニタすることもできる。さらに、吸収セルによる入射光の絶対波長を検出し、エタロン素子の特性の較正を行うこととすることもできる。

0119

また、本実施形態では、ビームモニタ機構164によって、2倍波の波長をモニタしたが、基本波、4倍波、及び5倍波の波長のいずれをモニタするようにしてもよい。なお、吸収セルを使用する場合には、モニタ対象光の波長に応じて吸収セルの種類を適宜選択することは勿論である。また、モニタ位置は、モニタ対象の波長の光が進行している位置であれば、どの位置に設定してもよい。どこであってもよい。

0120

《第2の実施形態》次に、本発明の第2の実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第1の実施形態の露光装置と比べて、波長変換部の構成のみが異なる。そこで、この点に着目して説明する。なお、以下の本実施形態の説明においては、第1の実施形態と同一又は同等の要素には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

0121

本実施形態の波長変換部163Bは、図13に示されるように、前述した図4に示される第1の実施形態の波長変換部163Aと比べて、1段目の波長変換器181Aに代えて波長変換器181Bを使用する点、及び、波長変換器181Aが、基本波L(ω)と2倍波L(2ω)とを分離して射出することに伴い、第1の実施形態におけるダイクロイックミラー196を使用せずに、基本波L(ω)の光路上にミラー196’が配置される点が異なる。

0122

本実施形態の1段目の波長変換器181Bは、図14に示されるように、非線形光学素子201、部分反射ミラー211D、ダイクロイックミラー212D、ミラー213D、アクチュエータ付ミラー214D、光路長調整器220D、部分反射ミラー216を含んで構成されている。ここで、部分反射ミラー211D、ダイクロイックミラー212D、ミラー213D、及びアクチュエータ付ミラー214Dによって、基本波に関する共振器210Dが構成されており、この共振器210D内の光路上(より詳しくは、部分反射ミラー211Dとダイクロイックミラー212Dとの間の光路上)に非線形光学素子201が配置されている。

0123

部分反射ミラー211Dの基本波の波長の光に関する透過率は、共振器210D内における基本波の損失量に応じて定められている。また、ダイクロイックミラー212Dは、基本波の波長の光を高い反射率で反射するとともに、2倍波L(2ω)の波長の光を高い透過率で透過する。また、アクチュエータ付ミラー214Dは、基本波の波長の光を高い反射率で反射する。なお、アクチュエータ付ミラー214Dにおけるアクチュエータとしては、アクチュエータ付ミラー214Aの場合と同様に、ピエゾ素子又はボイスコイルモータが用いられている。

0124

光路長調整器220Dは、Pound-Drever法により共振器210Dの内部光路長を調整している。ただし、結晶に入射する光が垂直入射するのでなければ、Hansch-Couilland法を用いてもよい。

0125

ここで、波長変換器181Bにおける2倍波L(2ω)の生成、並びに2倍波L(2ω)及び基本波L(ω)の射出について、その概略を説明する。

0126

前述した光増幅部161Aからの基本波L2が、部分反射ミラー211Dを介して共振器210D内に入射すると、その基本波は共振器210D内を、部分反射ミラー211D→ダイクロイックミラー212D→アクチエータ付ミラー214D→ミラー213D→部分反射ミラー211D→ダイクロイックミラー212D→…の順で循環する。かかる循環において、ミラー213Dで反射される光の共振誤差が、光検出器242Dによって検出される。そして、制御回路243Dが、循環している光が共振するように、アクチュエータ付ミラー214Dを制御して、共振器210Dの内部光路長を調整する。

0127

こうして共振条件が満たされた共振器210Dにおいては、基本波の光パワーが非常に大きなものとなる。かかる光パワーが非常に大きな基本波が、非線形光学素子201を通過することにより、高効率で2倍波L(2ω)が生成される。生成された2倍波L(2ω)は、ダイクロイックミラー212Dを通過して、波長変換器181Bから射出される。

0128

一方、共振器210D内を循環する基本波が、部分反射ミラー211Dに入射すると、その一部が部分反射ミラー211Dを透過し、ミラー216によって反射され、波長変換器181Bから射出される。

0129

こうして、2倍波L(2ω)が波長変換器181Bにおいて生成されるとともに、2倍波L(2ω)及び基本波L(ω)が、波長変換器181Bから射出される。

0130

図13に戻り、波長変換器181Bから射出された基本波L(ω)は、ミラー196’、ミラー197及び集光レンズ189を順次介した後、3段目の波長変換器183に入射する。

0131

また、波長変換器181Bから射出された2倍波L(2ω)は、第1の実施形態と同様に、光分離素子BSに入射して2分岐され、2倍波L’(2ω)が集光レンズ187を介して次段の波長変換器182に入射し、2倍波L”(2ω)がビームモニタ機構164に入射する。このビームモニタ機構164にモニタ結果に基づいて、レーザ制御装置16bによるDFB半導体レーザ光源167Aの射出波長の制御が、第1の実施形態の場合と同様にして行われる。

0132

2倍波L’(2ω)が波長変換器182に入射すると、第1の実施形態の場合と同様にして、第2高調波発生により波長282nmの4倍波L(4ω)が発生する。引き続き、この4倍波L(4ω)が、集光レンズ188、ミラー198、及びミラー199を順次介して、3段目の波長変換器183に入射する。そして、4倍波L(4ω)及び上述した波長変換器181Bから射出された基本波L(ω)が波長変換器183に入射すると、第1の実施形態の場合と同様にして、波長変換器183において、基本波と4倍波との和周波発生により波長193nmの5倍波L(5ω)が発生する。

0133

本実施形態の露光装置においても、第1の実施形態と同様にして、ウエハW上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。

0134

以上説明したように、本実施形態によれば、波長変換部163Bにおける第1段目の波長変換器181Bをも、共振器構造を有する構成としたので、第1の実施形態と比べて更に効率的に波長193nmの連続光を発生することができる。

0135

また、本実施形態の露光装置によれば、第1の実施形態の場合と同様にして、走査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハWに転写することができる。

0136

なお、本実施形態では、波長変換器181Bにおいて、Pound-Drever法を用いて共振器210D内の光路長を調整したが、結晶がブリュースターカットされている場合には、図15に示されるように、Hansch-Couilland法を用いて共振器210D内の光路長を調整してもよい。このとき、光路長調整器220Dをミラー212D,213D,214D等の後に配置してもよい。また、光路長調整器220Dは図7中の光路長調整器220Aと同一構成となる。

0137

また、本実施形態では、非線形光学素子201としてPPLN結晶を使用したが、第1の実施形態の場合と同様に、PPLT結晶、PPKTP結晶、水晶QPM素子を採用することができる。さらに、LBO(LiB3O5)結晶、GdCOB(GdCa4O(BO3)3)結晶、GdYCOB(GdXY1-XCa4O(BO3)3)結晶等も採用することもできる。

0138

また、本実施形態では、上述した第1実施形態に対して可能なレーザ光源167A、光増幅部161A、波長変換器182、及び波長変換器183それぞれに対する変形と同様の変形が可能である。さらに、本実施形態では、上述した第1実施形態に対して可能なビームモニタ機構によるモニタ対象光に関する変形と同様の変形が可能である。

0139

《第3の実施形態》次に、本発明の第3の実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第1又は第2の実施形態の露光装置と比べて、波長変換部の構成のみが異なる。そこで、この点に着目して説明する。なお、以下の本実施形態の説明においては、第1又は第2の実施形態と同一又は同等の要素には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

0140

本実施形態の波長変換部163Cは、図16に示されるように、第1の実施形態の波長変換部と比べて、1段目の波長変換器181Aに代えて2倍波のみを射出する波長変換器181Cを使用する点、及び、光増幅部161Aと波長変換器181Cとの間の光路上に部分反射ミラー196”が配置される点が異なる。

0141

本実施形態の1段目の波長変換器181Cは、図17に示されるように、ブリュースターカットされた非線形光学結晶から成る非線形光学素子201’、部分反射ミラー211D、ダイクロイックミラー212D、ミラー213D、アクチュエータ付ミラー214D、光路長調整器220D、部分反射ミラー216を含んで構成されている。ここで、第2実施形態の場合と同様に、部分反射ミラー211D、ダイクロイックミラー212D、及びアクチュエータ付ミラー214Dによって、基本波に関する共振器210Dが構成されており、この共振器210D内の光路上に非線形光学素子201’が配置されている。この波長変換器181Cでは、上述した第2の実施形態の波長変換器181Bと同様にして、2倍波L(2ω)が生成される。

0142

以下、本実施形態の波長変換部163Cにおける5倍波の生成について説明する。

0143

図16に示されるように、光増幅部161Aからの基本波L2が波長変換部163Cに入射すると、集光レンズ186を介した後、部分反射ミラー196”により、基本波L2が基本波L(ω)と基本波L’(ω)とに2分岐される。これら2分岐された光のうち、基本波L(ω)は、ミラー197及び集光レンズ189を順次介したのち、3段目の波長変換器183に入射する。一方、基本波L’(ω)は、波長変換器181Cに入射する。

0144

基本波波長L’(ω)を入射した波長変換器181Cにおいては、上述した第2の実施形態の場合と同様にして、2倍波L(2ω)を生成して、2段目の波長変換器182へ向けて射出する。この波長変換器181Cから射出された2倍波L(2ω)は、第1又は第2の実施形態と同様に、光分離素子BSに入射して2分岐され、2倍波光L’(2ω)が集光レンズ187を介して次段の波長変換器182に入射し、2倍波L”(2ω)がビームモニタ機構164に入射する。このビームモニタ機構164にモニタ結果に基づいて、レーザ制御装置16bによるDFB半導体レーザ光源167Aの射出波長の制御が、第1又は第2の実施形態の場合と同様にして行われる。

0145

2倍波L’(2ω)が波長変換器182に入射すると、第1又は第2の実施形態の場合と同様にして、第2高調波発生により4倍波L(4ω)が発生し、この4倍波L(4ω)が、集光レンズ188、ミラー198、及びミラー199を順次介して、3段目の波長変換器183に入射する。そして、4倍波L(4ω)及び上述した部分反射ミラー196”から射出された基本波L(ω)とが波長変換器183に入射すると、第1又は第2の実施形態の場合と同様にして、波長変換器183において、基本波と4倍波との和周波発生により基本波の5倍波L(5ω)が発生する。

0146

本実施形態の露光装置においても、第1又は第2の実施形態と同様にして、ウエハW上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。

0147

以上説明したように、本実施形態によれば、第2の実施形態と同様に、波長変換部163Bにおける第1段目の波長変換器181Cをも、共振器構造を有する構成としたので、第1の実施形態と比べて更に効率的に210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0148

また、本実施形態の露光装置によれば、第1又は第2の実施形態の場合と同様にして、走査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハWに転写することができる。

0149

なお、本実施形態では、上述した第2の実施形態に対して可能な波長変換器181Bの変形と同様の共振光路長の調整に関する変形を、波長変換器181Cに対して行うことができる。

0150

また、本実施形態では、上述した第1又は第2の実施形態に対して可能なレーザ光源167A、光増幅部161A、波長変換器182、及び波長変換器183それぞれに対する変形と同様の変形が可能である。さらに、本実施形態では、上述した第1又は第2の実施形態に対して可能なビームモニタ機構によるモニタ対象光に関する変形と同様の変形が可能である。

0151

《第4の実施形態》次に、本発明の第4の実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第1〜3の実施形態の露光装置と比べて、光源部16aの構成のみが異なる。そこで、この点に着目して説明する。なお、以下の本実施形態の説明においては、第1〜3の実施形態と同一又は同等の要素には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

0152

本実施形態の光源部16aは、光発生部169B、波長変換器163D、及びビームモニタ機構164を備えている。

0153

前記光発生部169Bは、図18に示されるように、連続レーザ光発生器160Aと、該連続レーザ光発生器160Aから射出されたレーザ光を2分岐する部分反射ミラー165と、部分反射ミラー165で反射された光の光路を調整するミラー165’とを備えている。また、光発生部169Bは、部分反射ミラー165を透過した光L1’を増幅する光増幅部161A1と、部分反射ミラー165で反射された光L1を増幅する光増幅部161A2とを備えている。そして、光増幅部161A1による増幅光L2’及び光増幅部161A2よる増幅光L2という同一波長の2つの光ビームを波長変換部163Dに供給されるようになっている。なお、光増幅部161A1及び光増幅部161A2は、第1〜3の実施形態における光増幅部161A(図3参照)と同様に構成されている。

0154

前記波長変換部163Dは、図19に示されるように、図16に示される第3の実施形態における波長変換部163Cと比べて、部分反射ミラー196”及びミラー197を使用しない点が異なっている。この波長変換部163Dでは、上記の増幅光L2’が、基本波L’(ω)として、集光レンズ186のみを介して1段目の波長変換器181Cに入射するとともに、上記の増幅光L2が、基本波L(ω)として、集光レンズ189のみを介して3段目の波長変換器181Cに入射するようになっている。

0155

以下、本実施形態の波長変換部163Dにおける5倍波の生成について説明する。

0156

図19に示されるように、光増幅部161A2からの基本波L(ω)(=L2)が波長変換部163Dに入射すると、集光レンズ189を介した後、波長変換器183に入射する。一方、光増幅部161A1からの基本波L’(ω)(=L2’)が波長変換部163Dに入射すると、集光レンズ186を介した後、波長変換器181Cに入射する。

0157

基本波L’(ω)を入射した波長変換器181Cにおいては、上述した第3の実施形態の場合と同様に、2倍波L(2ω)の生成して、2段目の波長変換器182へ向けて射出する。この波長変換器181Cから射出された2倍波L(2ω)は、第1〜3の実施形態と同様に、光分離素子BSに入射して2分岐され、光L’(2ω)が集光レンズ187を介して次段の波長変換器182に入射し、光L”(2ω)がビームモニタ機構164に入射する。このビームモニタ機構164にモニタ結果に基づいて、レーザ制御装置16bによるDFB半導体レーザ光源167Aの射出波長の制御が、第1〜3の実施形態の場合と同様にして行われる。

0158

2倍波L’(2ω)が波長変換器182に入射すると、第1〜3の実施形態の場合と同様にして、第2高調波発生により4倍波L(4ω)が発生し、この4倍波L(4ω)が、集光レンズ188、ミラー198、及びミラー199を順次介して、3段目の波長変換器183に入射する。そして、4倍波L(4ω)及び上述した基本波L(ω)とが波長変換器183に入射すると、第1〜3の実施形態の場合と同様にして、波長変換器183において、基本波と4倍波との和周波発生により基本波の5倍波L(5ω)が発生する。

0159

本実施形態の露光装置においても、第1又は第2の実施形態と同様にして、ウエハW上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。

0160

以上説明したように、本実施形態によれば、第2又は第3の実施形態と同様に、波長変換部163Dにおける第1段目の波長変換器181Cをも、共振器構造を有する構成としたので、第1の実施形態と比べて更に効率的に210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0161

また、本実施形態の露光装置によれば、第1〜3の実施形態の場合と同様にして、走査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハWに転写することができる。

0162

なお、本実施形態では、上述した第3の実施形態に対して可能な波長変換器181Cの変形と同様の変形を、本実施形態の波長変換器181Cに対して行うことができる。さらに、上述した第1〜3の実施形態に対して可能な光増幅部161Aに対する変形と同様の変形を、光増幅部161A1及び光増幅部161A2それぞれに対して行うことができる。

0163

また、本実施形態では、上述した第1〜3の実施形態に対して可能なレーザ光源167A、波長変換器182、及び波長変換器183それぞれに対する変形と同様の変形が可能である。さらに、本実施形態では、上述した第1〜3実施形態に対して可能なビームモニタ機構によるモニタ対象光に関する変形と同様の変形が可能である。

0164

《第5の実施形態》次に、本発明の第5の実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第1〜4の実施形態の露光装置と比べて、光源部16aの構成が異なる。そこで、この点に着目して説明する。なお、以下の本実施形態の説明においては、第1〜4の実施形態と同一又は同等の要素には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

0165

本実施形態の光源部16aは、図20に示されるように、光発生部169C、波長変換器163E、及びビームモニタ機構164を備えている。

0166

前記光発生部169Cは、連続レーザ光発生器160B、並びに光増幅部161B及び光増幅部161Cを含んで構成されている。

0167

前記連続レーザ光発生器160Bは、レーザ光源167B及びレーザ光源167C、並びに光アイソレータ168B及び光アイソレータ168C等を有する。

0168

前記レーザ光源167Bとしては、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長884nm、連続光出力のDFB半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源167Bを適宜「DFB半導体レーザ167B」とも呼ぶものとする。また、前記レーザ光源167Cとしては、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長1546nm、連続光出力のDFB半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源167Cを適宜「DFB半導体レーザ167C」とも呼ぶものとする。

0169

前記光アイソレータ168Bは、DFB半導体レーザ167Bから光増幅部161Bに向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。また、前記光アイソレータ168Cは、DFB半導体レーザ167Cから光増幅部161C向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。これらの光アイソレータ168B,168Cにより、反射光(戻り光)に起因するレーザ光源167B,167Cの発振モードの変化や雑音の発生等が防止される。

0170

前記光増幅部161B,161Cは、光アイソレータ168B,168Cからの連続光L11,L12を増幅するもので、図21(A)及び図21(B)に示されるように、前述した図3の光増幅部161Aと同様の要素から構成されている。なお、光増幅部161B,161Cでは、光増幅部161Aとの増幅対象光の波長の相違が考慮された光学部品が採用されている。

0171

すなわち、光増幅部161Bは、Ybが添加された増幅用光ファイバ175B、Yb励起用のポンプ光を発生する励起用半導体レーザ178B1,178B2、WDM179B1、及び、WDM179B2を備えている。また、光増幅部161Cは、エルビウム(Er)が添加された増幅用光ファイバ175C、Er励起用のポンプ光を発生する励起用半導体レーザ178C1,178C2、WDM179C1、及び、WDM179C2を備えている。これらの光増幅部161B,161Cにより、波長の単一性が高い高輝度の連続光が出力される。なお、本実施形態においても、第1〜4の実施形態の場合と同様に、励起用半導体レーザ178B1,178B2,178C1,178C2は、光量制御装置16cによって制御されるようになっている。

0172

また、本実施形態においても、第1〜4の実施形態の場合と同様に、光増幅部161B,161Cによって増幅された光の輝度を制御するため、光分岐器172B,172Cによって分岐された増幅用光ファイバ175B,175Cから射出された増幅光の一部が光電変換素子171B,171Cによって光電変換され、光電変換素子171B,171Cの出力信号が光量制御装置16cに供給されるようになっている。そして、光量制御装置16cでは、光増幅部161B,161Cからの出力光L21,L22それぞれの輝度が一定になるように、各励起用半導体レーザ178B1,178B2,178C1,178C2のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。

0173

前記波長変換部163Eは、複数の非線形光学素子を含み、光増幅部161Bからの連続光L21(波長884nmの光:第1基本波;周波数ω1)及び光増幅部161Cからの連続光L22(波長1546nmの光:第2基本波;周波数ω2)から、3段階の波長変換により、ArFエキシマレーザとほぼ同じ出力波長(193nm)のパルス紫外光を発生する。

0174

図22には、この波長変換部163Eの構成例が示されている。図22に示されるように、波長変換部163Eは、1段目の波長変換器181E、2段目の波長変換器182E、3段目の波長変換器183E、及びこれらの波長変換器181E,182E,183Eそれぞれへの入射光の光路やビーム形状を制御する各種の光学素子等から構成されている。

0175

図22の波長変換部163Eでは、波長変換器181Eよる第1基本波(波長884nm)→2倍波(波長442nm)の波長変換、波長変換器182Eによる2倍波(波長442nm)→4倍波(波長221nm)の波長変換、及び波長変換器183Eによる[4倍波(波長242nm)+第2基本波(波長1546nm)]→目的波長波(波長193nm)の波長変換の順で波長変換が行われる。

0176

これを更に詳述すると、光増幅部161Cから射出され第2基本波L22(以下、「第2基本波L(ω2)」ともいう)は、光分離素子BS2に入射する。光分離素子BS2としては、例えば透過率が97%程度のものが用いられており、第2基本波L(ω2)は、光分離素子BS2によって2つに分岐され、その97%程度の光L’(ω2)が集光レンズ189Eを介して3段目の波長変換器183Eに入射し、残り3%程度の光L”(ω2)がビームモニタ機構164に入射するようになっている。

0177

一方、光増幅部161Bから射出された第1基本波L21(以下、「第1基本波L(ω1)」ともいう)は、集光レンズ186Eを介して、1段目の波長変換器181Eに入射する。第1基本波L(ω1)がこの波長変換器181Eを通る際に、第2高調波発生により第1基本波の周波数ω1の2倍、すなわち周波数2ω1(波長442nm)の2倍波L(2ω1)が発生する。

0178

この1段目の波長変換器181Eは、図23に示されるように、非線形光学素子206を備えている。この非線形光学素子206としては、第1の実施形態の波長変換器181Aにおける非線形光学素子201(図5参照)と同様に、導波路タイプのPPLN結晶が用いられており、高い変換効率で、第1基本波L(ω1)を2倍波L(2ω1)に変換する。なお、非線形光学素子206と非線形光学素子201とは、前述した図6におけるΛの値が異なるのみで、同様な構造を有している。

0179

図22に戻り、波長変換器181Eから射出された2倍波L(2ω1)は、光分離素子BS1に入射する。光分離素子BS1としては、例えば透過率が97%程度のものが用いられており、2倍波L(2ω1)は、光分離素子BS1によって2つに分岐され、その97%程度の光L’(2ω1)が集光レンズ187Eを介して次段の波長変換器182Eに入射し、残り3%程度の光L”(2ω1)がビームモニタ機構164に入射するようになっている。

0180

2倍波L’(2ω1)がこの波長変換器182Eに入射すると、第2高調波発生により基本波の周波数ω1の4倍、すなわち周波数4ω1(波長221nm)の4倍波L(4ω1)が発生する。

0181

この波長変換器182Eは、図24に示されるように、前述した図7の第1の実施形態における波長変換器182と同様の構成要素から構成されている。なお、波長変換器182Eでは、波長変換器182との対象光の波長の相違が考慮された光学部品が採用されている。すなわち、波長変換器182Eは、非線形光学素子207、部分反射ミラー211E、ダイクロイックミラー212E、ミラー213E、アクチュエータ付ミラー214E、及び光路長調整器220Eを含んで構成されている。ここで、部分反射ミラー211E、ダイクロイックミラー212E、ミラー213E、及びアクチュエータ付ミラー214Eによって、2倍波L’(2ω1)に関する共振器210Eが構成されており、この共振器210E内の光路上に非線形光学素子207が配置されている。

0182

この非線形光学素子207としては、ブリュースターカット加工が施されたBBO結晶が用いられている。また、部分反射ミラー211Eの2倍波L’(2ω1)の波長の光に関する透過率は、共振器210E内における2倍波L’(2ω1)の損失量に応じて定められている。また、ダイクロイックミラー212Eは、2倍波L’(2ω1)の波長の光を高い反射率で反射するとともに、4倍波L(4ω1)の波長の光を高い透過率で透過する。また、ミラー213E及びアクチュエータ付ミラー214Eは、2倍波L’(2ω1)の波長の光を高い反射率で反射する。

0183

光路長調整器220Eは、上述の光路長調整器220Aにおける1/4波長板221Aを2倍波L(2ω1)の波長に関する1/4波長板に置き換えた構成を有しており、Hansch-Couilland法により、共振器210Eの光路長を調整する。

0184

このように構成された波長変換器182Eでは、前述した波長変換器182と同様に動作して、高効率で4倍波L(4ω1)が生成されて、射出される。

0185

図22に戻り、波長変換器182Eから射出された4倍波L(4ω1)は、集光レンズ188E、ミラー198E、及びミラー199Eを順次介して、3段目の波長変換器183Eに入射する。そして、4倍波L(4ω1)及び上述した第1基本波L’(ω2)が波長変換器183Eに入射すると、波長変換器183Eにおいて、第1基本波の4倍波と第2基本波との和周波発生により、波長193nmの波長の光が生成される。

0186

この波長変換器183Eは、図25に示されるように、前述した図8に示される第1の実施形態における波長変換器183と同様の構成要素から構成されている。なお、波長変換器183Eでは、波長変換器183との対象光の波長の相違が考慮された光学部品が採用されている。すなわち、波長変換器183Eは、非線形光学素子208、部分反射ミラー211F,211G、ミラー212F,212G、ミラー213F,213G、アクチュエータ付ミラー214F、アクチュエータ付ミラー214G、並びに光路長調整器220F,220Gを含んで構成されている。ここで、部分反射ミラー211F、ミラー212F、ミラー213F、及びアクチュエータ付ミラー214Fによって、第2基本波L(ω2)に関する共振器210Fが構成されている。また、部分反射ミラー211G、ミラー212G、ミラー213G、及びアクチュエータ付ミラー214Gによって、4倍波L(4ω1)に関する共振器210Gが構成されている。そして、共振器210F内光路及び共振器210G内光路は、非線形光学素子208に内部において、ほぼ同軸となるように設定されている。この非線形光学素子208としては、ブリュースターカット加工が施されたLBO結晶が用いられている。

0187

部分反射ミラー211Fの第2基本波L(ω2)の波長の光に関する透過率は、共振器210F内における基本波L(ω2)の損失量に応じて定められている。また、ミラー212F,ミラー213F,アクチュエータ付ミラー214Fは、第2基本波L(ω2)の波長の光を高い反射率で反射する。

0188

光路長調整器220Fは、上述の光路長調整器220Aにおける1/4波長板221Aを第2基本波L(ω2)の波長に関する1/4波長板に置き換えた構成を有している。この光路長調整器220Fも、光路長調整器220Aと同様にして、Hansch-Couilland法により、共振器210Fの内部光路長を調整している。

0189

また、部分反射ミラー211Gの4倍波L(4ω1)の波長の光に関する透過率は、共振器210G内における4倍波L(4ω1)の損失量に応じて定められている。また、ミラー212G,ミラー213G,アクチュエータ付ミラー214Gは、4倍波L(4ω1)の波長の光を高い反射率で反射する。

0190

光路長調整器220Gは、上述の光路長調整器220Aにおける1/4波長板221Aを4倍波L(4ω1)の波長に関する1/4波長板に置き換えた構成を有している。この光路長調整器220Gも、光路長調整器220Aと同様にして、Hansch-Couilland法により、共振器210Gの内部光路長を調整している。

0191

このように構成された波長変換器183Eでは、前述した波長変換器183と同様に動作して、高効率で193nmの波長の光L(4ω1+ω2)が生成されて、射出される。

0192

以上のように構成された波長変換部163Eにおいて、光増幅器161Bによって増幅された第1基本波(波長884nm)及び光増幅器161Cによって増幅された第2基本波(波長1546nm)を使用して、3段階の波長変換を行うことにより、目的波長193nmの光が得られる。

0193

本実施形態の露光装置においても、第1〜4の実施形態と同様にして、ウエハW上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。

0194

以上説明したように、本実施形態によれば、光発生部169Cが発生した赤外域の連続光が、波長変換部163Eにおいて、非線形光学素子206,207,208により、193nmの波長の連続光に3段階で波長変換される。したがって、第1の実施形態と同様に、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0195

また、レーザ光源167B,167Cとして半導体レーザを使用したので、光源装置16を小型化できるとともに、メインテナンス性を向上することができる。

0196

連続光発生部160Bが発生した連続光を光増幅部161B,161Cが増幅し、第1基本波及び第2基本波として波長変換部163Eに供給するので、高輝度の第1基本波及び第2基本波を波長変換部163Eに入射させることができ、ひいては、十分な輝度の波長変換光を得ることができる。

0197

また、2段目の波長変換器182E及び3段目の波長変換器183Eを、入射光の少なくとも一部が内部を巡る光路上に、非線形光学素子207及び非線形光学素子208がそれぞれ配置される共振器を含む構成としたので、効率の良い波長変換ができ、ひいては効率良く210nm以下の波長の連続光を発生することができる。

0198

また、ビームモニタ機構164により、波長変換器181Eによって生成された2倍波の波長をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、レーザ制御装置16bがレーザ光源167B,167Cの発振波長を調整するので、安定した波長の連続光を発生することができる。

0199

また、本実施形態の露光装置によれば、走査露光にあたって高輝度の照明光ILをレチクルRに照射できるので、レチクルRに形成されたパターンを精度良く効率的にウエハWに転写することができる。

0200

なお、本実施形態においても、第1の実施形態における波長変換器181A,182,183に対して可能な変形と同様な変形を、波長変換器181E,182E,183Eに対して行うことができる。

0201

また、本実施形態では、上述した第1実施形態に対して可能なビームモニタ機構によるモニタ対象光に関する変形と同様の変形が可能である。

0202

なお、上記の各実施形態では、光源装置が射出する紫外光の波長を、ArFエキシマレーザとほぼ同一に設定するものとしたが、例えばF2レーザとほぼ同一波長(波長157nm)とするなど、その設定波長は任意でよく、この設定すべき波長に応じて、レーザ光源の発振波長及び波長変換部の構成などを決定すればよい。但し、設定波長が210nm程度以下であるときに、上記の実施形態の構成は特に有効である。なお、設定波長は、一例として、ウエハ上に転写すべきパターンのデザインルール線幅ピッチなど)に応じて決定するようにしてもよく、さらにはその決定に際して前述の露光条件やレチクルの種類(位相シフト型か否か)などを考慮してもよい。

0203

また、上記の各実施形態では、本発明に係る光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部(ヒューズなど)を切断するために用いられるレーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用することができる。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置(ステッパなど)にも好適に適用できるものである。更にはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジェクションアライナーなどにも適用できる。

0204

また、上記の各実施形態では、本発明に係る光源装置が露光用照明光を発生する光源装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とする上述のレチクルアライメント用の光源装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマーク投影像を検出して当該投影光学系の光学特性を求める空間像検出系の光源装置等として使用することも可能である。

0205

なお、本発明の光源装置は、露光装置以外にも様々な装置に利用することができる。例えば、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション(あるいは切開した角膜内部のアブレーション)を行い、角膜の曲率若しくは凹凸矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用される光源装置として利用することができる。また、光学式検査装置等における光源装置としても、本発明の光源装置は利用可能である。

0206

また、本発明の光源装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整光軸合わせ等)用又は検査用としても利用可能である。さらには、エキシマレーザを光源として有する各種装置において、エキシマレーザに置き換えて本発明の光源装置を適用できる。

0207

なお、図2図18、又は図20に示された光源装置16の構成は図1の露光装置10における使用を前提としたものであって、光源装置16は、図2図18、又は図20の構成に限られるものではない。露光装置では高精度な波長制御光量制御等が必要となるが、例えば、露光装置以外で厳密な光量制御等が不要であれば、光量モニタや光量制御装置16c等を設けなくともよい。

0208

次に、上記の各実施形態の露光装置及び方法を使用したデバイス(ICやLSI等の半導体チップ液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッドマイクロマシン等)の製造について説明する。

0209

まず、設計ステップにおいて、デバイスの機能設計(例えば、半導体デバイス回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、マスク製作ステップにおいて、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ウエハ製造ステップにおいて、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

0210

次に、ウエハ処理ステップにおいて、上記のステップで用意されたマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。

0211

このウエハ処理ステップは、例えば、半導体デバイスの製造にあたっては、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を形成するCVDステップ、ウエハ上に電極蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打込みステップといったウエハプロセスの各段階の前処理工程と、後述する後処理工程を有している。前処理工程は、ウエハプロセスの各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

0212

ウエハプロセスの各段階において、前処理工程が終了すると、レジスト処理ステップにおいてウエハに感光剤が塗布され、引き続き、露光ステップにおいて上記で説明した各実施形態の露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。次に、現像ステップにおいて露光されたウエハが現像され、引き続き、エッチングステップにおいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材エッチングにより取り去る。そして、レジスト除去ステップにおいて、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。

0213

以上のようにして、前処理工程と、レジスト処理ステップからレジスト除去ステップまでの後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

0214

こうしてウエハ処理ステップが終了すると、組立ステップにおいて、ウエハ処理ステップにおいて処理されたウエハを用いてチップ化する。この組み立てには、アッセンブリ工程(ダイシングボンディング)やパッケージング工程(チップ封入)等の工程が含まれる。

0215

最後に、検査ステップにおいて、組立ステップで作製されたデバイスの動作確認テスト耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

0216

以上のようにして、精度良く微細なパターンが形成されたデバイスが、高い量産性で製造される。

発明の効果

0217

以上詳細に説明したように、本発明の光源装置によれば、簡単な構成で、210nm以下の波長の連続光を効率的に発生することができる。

0218

また、本発明の光照射装置によれば、本発明の光源装置から射出された光を、照射光学系を介して対象物に照射するので、効率的に発生した210nm以下の波長の光を対象物に照射することができる。

図面の簡単な説明

0219

図1本発明の第1の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
図2図1の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
図3図2の光増幅部を構成する光ファイバ増幅器及びその周辺部を概略的に示す図である。
図4図2の波長変換部の構成を示す図である。
図5図4における1段目の波長変換器の構成を示す図である。
図6図5の非線形光学素子の構成を示す図である。
図7図4における2段目の波長変換器の構成を示す図である。
図8図4における3段目の波長変換器の構成を示す図である。
図9図4における2段目の波長変換器の変形例を示す図である。
図10図4における3段目の波長変換器の変形例(その1)を示す図である。
図11図4における3段目の波長変換器の変形例(その2)を示す図である。
図12図4における3段目の波長変換器の変形例(その3)を示す図である。
図13本発明の第2の実施形態に係る露光装置における波長変換部の構成を示す図である。
図14図13における1段目の波長変換器の構成を示す図である。
図15図13における1段目の波長変換器の変形例を示す図である。
図16本発明の第3の実施形態に係る露光装置における波長変換部の構成を示す図である。
図17図16における1段目の波長変換器の構成を示す図である。
図18本発明の第4の実施形態に係る露光装置における光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
図19図18の波長変換部の構成を示す図である。
図20本発明の第5の実施形態に係る露光装置における光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
図21図21(A)及び図21(B)は、図20の光増幅部を構成する光ファイバ増幅器及びその周辺部を概略的に示す図である。
図22図20の波長変換部の構成を示す図である。
図23図22における1段目の波長変換器の構成を示す図である。
図24図22における2段目の波長変換器の構成を示す図である。
図25図22における3段目の波長変換器の構成を示す図である。

--

0220

10…露光装置(光照射装置)、12…照明光学系(照射光学系)、16…光源装置、16c…レーザ制御装置(波長較正制御装置)、163A,163B,163C,163D,163E…波長変換部、164…ビームモニタ機構(波長モニタ機構)、167A,167B,167C…レーザ光源、169A,169B,169C…光発生部、181A,181B,181C,181D,181E…波長変換器(第1変換部)、182,182E…波長変換器(第2変換部)、183,183E…波長変換器(第3変換部)、210A,210B,210C,210D,210E,210F,210G…共振器。

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