JP2002350914A

JP2002350914A - 光源装置及び光照射装置

Info

Publication number: JP2002350914A
Application number: JP2001162004A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kawai; 斉河井; Kenichi Muramatsu; 研一村松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】２１０ｎｍ以下の波長を有する光を、簡単な
構成で、効率良く発生する。【解決手段】波長１０５０ｎｍ以下の光を基本波とし
て、非線形光学素子１８１，１８２，１８３を順次介さ
せて、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、基本波の５倍波（波長２１０ｎｍ以下）を発
生する。この結果、非線形光学効果による第２高調波発
生や和周波発生を利用して、波長変換の段数を３段と
し、かつ、和周波発生段の数を最小の１段として、波長
が２１０ｎｍ以下の紫外光を発生することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源装置及び光照
射装置に係り、より詳しくは、２１０ｎｍ以下の紫外光
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。

【０００２】

【従来の技術】従来から、物体の微細構造の検査、物体
の微細加工、また、視力矯正の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、ステップ・アンド・リピート方式を採用する静止
露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン
方式を採用する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、角膜表面のア
ブレーション（ＰＲＫ：Photorefractive Keratectom
y）あるいは角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：L
aser Intrastromal Keratomileusis）を行って近視や乱
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。その一つはレーザの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
は可視光レーザの高調波発生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である２１０ｎｍ以
下の波長を有する紫外光光源として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、有毒な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、非線形光学結晶等の非線形光学素子による非
線形光学効果を利用し、第２高調波発生や和周波発生に
より長波長の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、赤外レーザ光を基本波として、該基本波
を紫外光に変換する方式を採用する国際公開公報ＷＯ９
９／４６８３５に開示された装置（以下、単に「従来
例」という）がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例の技術
のように、非線形光学素子による非線形光学効果を利用
し、第２高調波発生又は和周波発生によって波長変換を
行う場合、本発明者が研究の結果から得た知見によれ
ば、実用的に許容できる程度の効率で、第２高調波発生
として得られる光の波長の下限は、現在のところ、２１
０ｎｍ程度である。したがって、２１０ｎｍ以下の波長
の光を第２高調波発生又は和周波発生によって発生しよ
うとすると、第２高調波発生のみを利用する訳にはいか
ず、少なくとも最終段の波長変換は和周波発生によって
行うことが必要である。

【０００７】このため、例えば、光ファイバ通信で多用
され１．５５μｍ帯の波長の赤外レーザ光を基本波とし
て採用し、ＡｒＦエキシマレーザの場合と同一の波長
（１９３ｎｍ）の光を発生しようとすると、基本波の８
倍波を発生させることが必要となるが、こうした８倍波
の発生には、４段階以上にわたって、第２高調波発生又
は和周波発生による波長変換が必要であった。また、４
段階以上の波長変換のうち、２段階以上で和周波発生を
行うことが必要であった。

【０００８】ところで、第２高調波発生や和周波発生
は、現状では、波長変換効率が非常に高いとはいい難
く、また、和周波発生にあたっては、通常、２つの入射
光の光軸合わせが必要となる。この結果、第２高調波発
生及び和周波発生を利用した８倍波の発生により、波長
が２１０ｎｍの光を得ることにすると、波長変換部ひい
ては光源装置を簡易に構成することができるとはいい難
く、また、効率的に波長が２１０ｎｍの光を得られると
はいい難かった。

【０００９】一方、近年における露光精度及び露光スル
ープットの向上等の要請にともない、高輝度で２１０ｎ
ｍ以下の波長を有する光を、簡単な構成で、効率的に発
生することができる技術が強く求められている。

【００１０】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、２１０ｎ
ｍ以下の波長を有する波長変換光を効率的に発生するこ
とができる光源装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、効率的に生
成された２１０ｎｍ以下の波長を有する波長変換光を対
象物に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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第２高調波発生又は和周
波発生によって波長変換を行って、実用的なパワーの短
波長光を効率的に発生するには、十分なパワーが得られ
る波長の光を基本波とすること、第２高調波発生又は和
周波発生用の非線形光学素子が存在すること、波長変換
の段数を少なくすることが必要である。

【００１３】これに対し、本発明者が研究の結果から得
た知見によれば、上述のように基本波の２倍波として波
長が２１０ｎｍ以下の光を実用的な効率で発生させるこ
とができないとともに、現在知られている非線形光学素
子を用いた第２高調波発生や和周波発生によっては、基
本波の３倍波として波長が２１０ｎｍ以下の光を実用的
な効率で発生させることもできない。すなわち、第２高
調波発生や和周波発生を利用した波長変換では、波長変
換の段数を２段以下として、基本波から２１０ｎｍ以下
の光を発生させることはできない。

【００１４】一方、本発明者は、波長変換の段数を３段
とし、現在知られている非線形光学素子を使用しつつ、
基本波の４倍波又は５倍波として、波長が２１０ｎｍ以
下の光を発生させることができる可能性を見出した。こ
こで、４倍波として波長が２１０ｎｍ以下の光を発生さ
せる構成では、３段の内の２段において和周波発生をす
ることが必要であり、５倍波として波長が２１０ｎｍ以
下の光を発生させる構成では、３段の内の１段において
和周波発生をすることが必要であることも同時に見出さ
れた。上述のように、和周波発生においては、通常、光
軸合わせが必要となるので、和周波発生を行う段数が少
ない程、波長変換部の構成を簡易なものとできる可能性
が高い。

【００１５】また、４倍波又は５倍波として波長が２１
０ｎｍ以下の光を発生させるにあたり、基本波となる１
０５０ｎｍ以下の波長の光を十分なパワーで発生するレ
ーザ光源は多数存在する。また、こうした基本波の波長
の光を増幅する光増幅器も存在する。

【００１６】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものである。

【００１７】すなわち、本発明は、２１０ｎｍ以下であ
る第１の波長の紫外光を発生する光源装置（１６）であ
って、１０５０ｎｍ以下である第２の波長の赤外域又は
可視域の光を発生する基本波発生部（１６０，１６１）
と；前記基本波発生部から射出された光を基本波とし
て、前記第１の波長を有する前記基本波の５倍波を発生
する波長変換部（１６３）と；を備える光源装置であ
る。

【００１８】これによれば、基本波発生部が発生した、
波長が１０５０ｎｍ以下の波長を有する赤外域又は可視
域の光を基本波として、波長変換部が基本波の５倍波を
発生する。したがって、非線形光学効果による第２高調
波発生や和周波発生を利用して、３段という少ない波長
変換の段数とできるとともに、和周波発生段の数を最小
の１段とすることができるので、簡易な構成で、効率的
に、波長が２１０ｎｍ以下の紫外光を発生することがで
きる。

【００１９】本発明の光源装置では、前記基本波発生部
が、前記第１の波長の光を発生するレーザ光源（１６０
Ａ）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（１６７）と；を備える構成とすることができ
る。

【００２０】ここで、前記レーザ光源が固体レーザを含
む構成とすることができる。

【００２１】また、前記光増幅器が、光ファイバ増幅器
及び半導体光増幅器の少なくとも一方を含む構成とする
ことができる。

【００２２】本発明の光源装置では、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（１８
１，１８１’）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（１８２，１８２’）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
を発生する第３非線形光学素子（１８３，１８３’）
と；を含む構成とすることができる。

【００２３】ここで、前記第１非線形光学素子をＧｄＣ
ａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶とし、前記基本波が、前記ＧｄＣ
ａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶中を、誘電主軸方向（誘電主軸の
ｚ軸方向）とほぼ平行に進行する構成とすることができ
る。

【００２４】また、前記第１非線形光学素子をＧｄＣａ
₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶とし、前記基本波が、前記ＧｄＣａ₄
Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶中を、実効的な非線形光学係数がほぼ
最大となる方向に進行する構成とすることができる。

【００２５】また、前記第１非線形光学素子をＧｄ_XＹ
_1-XＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶とし、前記基本波が、前記Ｇ
ｄ_XＹ_1-XＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶中を、実効的な非線形
光学係数がほぼ最大となる方向に進行する構成とするこ
とができる。

【００２６】また、前記第２非線形光学素子をＫ₂Ａｌ₂
Ｂ₂Ｏ₇結晶とする構成とできる。

【００２７】また、前記第３非線形光学素子をＫ₂Ａｌ₂
Ｂ₂Ｏ₇結晶とする構成とできる。

【００２８】また、前記波長変換部が、前記第３非線形
光学素子に入射する前記基本波と前記４倍波との同軸性
を補正する分散補償素子（１９１，１９２）を更に備え
る構成とすることができる。

【００２９】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。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、効
率的に波長変換された、２１０ｎｍ以下の波長の光を対
象物に照射することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図４を参照して説明する。

【００３１】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・スキャン方式の走査型露光装置であ
る。

【００３２】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。

【００３３】前記光源装置１６は、例えば、波長１９３
ｎｍ（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ＲＳ
Ｔ、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１６３のみをチャンバ１
１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１６３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。

【００３４】図２には、光源装置１６の内部構成が装置
全体を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、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。

【００３５】前記光源部１６Ａは、パルス光発生部１６
０、光増幅部１６１、波長変換器１６３、及びビームモ
ニタ機構１６４を含んで構成されている。

【００３６】前記パルス光発生部１６０は、レーザ光源
１６０Ａ、光カップラＢＳ、及び光アイソレータ１６０
Ｂ等を有する。

【００３７】前記レーザ光源１６０Ａとしては、ここで
は、例えば、発振波長９６７ｎｍのチタンサファイアレ
ーザが用いられている。チタンサファイアレーザは、パ
ルス発振及び連続光発振の双方共に可能であるが、本実
施形態のレーザ光源１６０Ａでは、パルス発振を採用し
ている。

【００３８】前記光カップラＢＳとしては、透過率が９
７％程度のものが用いられている。このため、レーザ光
源１６０Ａからのレーザ光は、光カップラＢＳによって
２つに分岐され、その９７％程度が次段の光アイソレー
タ１６０Ｂに向かって進み、残り３％程度がビームモニ
タ機構１６４に入射するようになっている。

【００３９】前記ビームモニタ機構１６４は、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（図
示省略）を含んでいる。このエネルギモニタの出力は、
レーザ制御装置１６Ｂを介して主制御装置５０に供給さ
れており、主制御装置５０ではエネルギモニタの出力に
基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制
御装置１６Ｂを介してレーザ光源１６０Ａで発振される
レーザ光の光量を必要に応じて制御する。

【００４０】前記光アイソレータ１６０Ｂは、光カップ
ラＢＳから光増幅部１６１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１６０Ｂにより、反射光（戻り光）に起因するレー
ザ光源１６０Ａの発振モードの変化や雑音の発生等が防
止される。

【００４１】前記光増幅部１６１は、光アイソレータ１
６０Ｂからのパルス光を増幅するもので、図３に示され
るように、光アイソレータ１６０Ｂからのパルス光を時
間順に周期的に振り分けて分岐（例えば、１２８分岐）
する光分岐器１６６と、複数の光ファイバ増幅器１６７
とを含んで構成されている。

【００４２】図３に示されるように、光ファイバ増幅器
１６７は、増幅用媒体としての増幅用光ファイバ１７
５、ポンプ光を発生する励起用半導体レーザ１７８₁，
１７８₂、上述の光アイソレータ１６０Ｂ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１７５に供給する波長分割多重化装置（Wavele
ngth Division Multiplexer:ＷＤＭ）１７９₁，１７９₂
を備えている。ここで、励起用半導体レーザ１７８₁及
びＷＤＭ１７９₁は前方励起に使用され、一方、励起用
半導体レーザ１７８₂及びＷＤＭ１７９₂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
率の線形性の維持と、光増幅率の向上とを図っている。

【００４３】前記増幅用光ファイバ１７５は、シリカガ
ラス又はフォスフェイトガラスを主材とし、コアとクラ
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。

【００４４】以上のように構成された光ファイバ増幅器
１６７において、増幅用光ファイバ１７５に、励起用半
導体レーザ１７８₁，１７８₂が発生したポンプ光がＷＤ
Ｍ１７９₁，１７９₂を介して供給された状態で、ＷＤＭ
１７９₁を介してパルス光が入射し増幅用光ファイバ１
７５のコア中を進行すると、誘導放射が発生し、パルス
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１７５は高い増幅率を有するので、波長の単一性
が高い高輝度のパルス光が出力される。このため、効率
良く狭帯域の光を得ることができる。

【００４５】前記励起用半導体レーザ１７８₁，１７８₂
は、レーザ光源１６０Ａ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ＷＤ
Ｍ１７９₁，１７９₂を介して増幅用光ファイバ１７５に
供給され、それによりＹｂの殻外電子が励起され、いわ
ゆるエネルギ準位の反転分布が発生する。なお、励起用
半導体レーザ１７８₁，１７８₂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。

【００４６】また、本実施形態では、各光ファイバ増幅
器１６７のゲインの差を抑制するため、光ファイバ増幅
器１６７で出力の一部が分岐され、それぞれの分岐端に
設けられた光電変換素子１７１によってそれぞれ光電変
換されるようになっている。これらの光電変換素子１７
１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。

【００４７】光量制御装置１６Ｃでは、各光ファイバ増
幅器１６７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１７８₁，１
７８₂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。

【００４８】前記波長変換部１６３は、複数の非線形光
学素子を含み、光増幅部１６１からのパルス光（波長９
６７ｎｍ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。

【００４９】図４には、この波長変換部１６３の構成例
が示されている。ここで、この図に基づいて波長変換部
１６３の具体例について説明する。

【００５０】図４の波長変換部１６３では、基本波（波
長９６７ｎｍ）→２倍波（波長４８４ｎｍ）→４倍波
（波長２４２ｎｍ）→５倍波（波長１９３ｎｍ）の順に
波長変換が行われる。

【００５１】これを更に詳述すると、光増幅部１６１か
ら射出された波長９６７ｎｍ（周波数ω）の光（基本
波）は、集光レンズ１８６を介して、１段目の非線形光
学素子１８１に入射する。基本波がこの非線形光学素子
１８１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倍波が発生する。

【００５２】この１段目の非線形光学素子１８１として
は、ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶（以下、「ＧｄＣＯＢ
結晶」と略記する）が用いられている。このＧｄＣＯＢ
結晶１８１は、光増幅部１６１からの光が誘電主軸（誘
電主軸のｚ軸）にほぼ沿って進行する方位で配置されて
おり、基本波を２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、ノンクリティカル位相整合（ＮＣＰ
Ｍ：Non-Critical Phase Matching）によって行われる
ようになっている。ＮＣＰＭ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、ＮＣＰＭ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１８１からは、基本波及び２倍波がほぼ同軸で射出さ
れる。なお、基本波と２倍波とは、偏光方向が互いに直
交する方向となって、非線形光学素子１８１から射出さ
れる。

【００５３】非線形光学素子１８１から射出された基本
波と２倍波とは、集光レンズ１８７を介して、２段目の
非線形光学素子１８２に入射する。２倍波がこの非線形
光学素子１８２を通る際に、第２高調波発生により周波
数４ω（波長２４２ｎｍ）の４倍波が発生する。

【００５４】この２段目の非線形光学素子１８２として
は、Ｋ₂Ａｌ₂Ｂ₂Ｏ₇結晶（以下、「ＫＡＢ結晶」と略記
する）が用いられている。このＫＡＢ結晶１８２は、非
線形光学素子１８１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 Matchin
g）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(W
alk-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。このため、ＫＡＢ結晶１８２からは、基本波、
２倍波、及び４倍波がほぼ同軸で射出される。なお、基
本波と４倍波とは、偏光方向が互いに平行な方向となっ
て、非線形光学素子１８２から射出されるとともに、基
本波と２倍波とは、偏光方向が互いに直交する方向とな
って、非線形光学素子１８２から射出される。

【００５５】非線形光学素子１８２から射出された基本
波、２倍波、及び４倍波とは、集光レンズ１８８を介し
て、３段目の非線形光学素子１８３に入射する。入射光
がこの非線形光学素子１８３を通る際に、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。

【００５６】本実施形態では、この３段目の非線形光学
素子１８３として、ＫＡＢ結晶が用いられている。この
ＫＡＢ結晶１８３は、非線形光学素子１８２からの基本
波と４倍波から５倍波に波長変換するためのタイプ１に
よる和周波発生の位相整合が行われる方位で配置されて
いる。

【００５７】以上のように構成された波長変換部１６３
において、光増幅器１６１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。

【００５８】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１
０−１１２４３３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Ｒ
ＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域４２
Ｒを均一な照度分布で照明する。

【００５９】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ＲＳ
Ｔ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。

【００６０】前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸ
を有する複数枚の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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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表面での反射光束を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。

【００６５】走査露光時等に、主制御装置５０は、受光
光学系６０ｂからの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。

【００６６】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）、ＲＡ
Ｍ（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。

【００６７】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Ｖ_R＝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Ｖ_W＝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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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のアライメント
系（不図示）のベースライン計測を行う。

【００７１】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
の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。

【００７２】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。

【００７３】１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。

【００７４】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。

【００７５】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
ら射出される光の周波数とピークパワーとの少なくとも
一方を制御することが望ましい。このとき、周波数及び
ピークパワーの少なくとも一方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。

【００７６】以上説明したように、本実施形態に係る光
源装置１６によれば、パルス光発生部１６０が発生した
連続的な光パルス列を光増幅部１６１が増幅した後、波
長変換部１６３において、非線形光学素子を使用した２
段階の第２高調波発生及び１段階の和周波発生を行って
５倍波を発生させ、波長が２１０ｎｍ以下である波長１
９３ｎｍの光を得るので、簡易な構成で、波長が２１０
ｎｍ以下の光を効率的に発生することができる。

【００７７】また、レーザ光源１６０Ａとしてチタンサ
ファイアレーザという固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。

【００７８】パルス光発生部１６０が発生したパルス光
を光増幅部１６１が増幅し、基本波として波長変換部１
６３に供給するので、高輝度の基本波を波長変換部１６
３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。

【００７９】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。

【００８０】なお、基本波のパルス幅が狭い場合には、
光路中の光学部品（非線形光学素子１８１〜１８３、集
光レンズ１８６〜１８８等）の分散や波長の違いに起因
する光路長の違いによる基本波と４倍波の時間的なずれ
や、光学部品の加工誤差や調整ミスによる基本波と４倍
波の空間的なずれが生じたとき、非線形光学素子１８３
における波長変換効率が小さく若しくは変換されなくな
る可能性がある。こうした時間的・空間的なずれを補償
するため、図５に示されるように、集光レンズ１８８と
非線形光学素子１８３との間に分散補償素子１９１を配
置する構成とすることができる。この分散補償素子１９
１の材料としては、合成石英等など一般的な光学ガラス
はほとんど使用でき、時間的・空間的なずれ量と材料の
もつ分散を考慮して材料を決めればよい。なお、時間的
なずれを修正するには、分散補償素子１９１の厚さを変
えることで制御でき、精密な制御が必要であれば温度調
節を行えばよい。また、空間的なずれは、分散補償素子
１９１を傾けたり、ウエッジ加工を施すことにより修正
することができる。

【００８１】また、上記の実施形態では、４倍波を発生
するＫＡＢ結晶１８２における第２高調波発生に伴うWa
lk-offによる角度ずれを無視できるものとして波長変換
部１６３を構成したが、図６に示される構成を採用する
ことにより、Walk-offによる角度ずれの影響をほぼ完全
に回避することができる。

【００８２】この図６の波長変換部１６３は、上述の図
４の波長変換部と比べて、集光レンズ１８８に代えて集
光レンズ１８８’を用いる点、及び、非線形光学素子１
８１と集光レンズ１８７との間に、基本波を反射すると
ともに２倍波を透過する光分割素子として機能するダイ
クロイックミラー１９６と、ダイクロイックミラー１９
６で反射された基本波について、非線形光学素子１８２
を迂回する光路を設定するミラー１９７，１９８と、非
線形光学素子１８３の直前に配置され、基本波と４倍波
とを同軸に合成する光合成素子として機能するダイクロ
イックミラー１９９と、上記の基本波の迂回光路中に配
置された集光レンズ１８９とを更に備える点が異なる。
なお、図６では集光レンズ１８８’を１枚のレンズとし
て描いているが、集光レンズ１８８’は、実際には、複
数枚のシリンドリカルレンズの組合せ、又は、シリンド
リカルレンズと球面レンズとの組合せとして構成されて
おり、Walk-offにより楕円状となった４倍波のビーム形
状を、所望のビーム形状に整形できるようになってい
る。

【００８３】図６の波長変換部１６３では、上記の実施
形態における波長変換部の場合と同様に、光増幅部１６
１から射出された波長９６７ｎｍの基本波が、集光レン
ズ１８６を介して、１段目の非線形光学素子１８１に入
射すると、非線形光学素子１８１内におけるＮＣＰＭに
よる第２高調波発生により２倍波が発生する。そして、
基本波及び２倍波がほぼ同軸で非線形光学素子１８１か
ら射出される。

【００８４】非線形光学素子１８１から射出された基本
波と２倍波とは、ダイクロイックミラー１９６によって
分離され、ダイクロイックミラー１９６を透過した２倍
波は、集光レンズ１８７を介して、２段目の非線形光学
素子１８２に入射する。そして、非線形光学素子１８２
内におけるＣＰＭによる第２高調波発生により４倍波が
発生し、非線形光学素子１８２から射出される。こうし
て非線形光学素子１８２から射出された４倍波には、Wa
lk-offによる角度ずれが発生しているが、４倍波が集光
レンズ１８８’を介することによりWalk-offによる角度
ずれが修正された後、ダイクロイックミラー１９９に至
る。

【００８５】一方、ダイクロイックミラー１９６で反射
された基本波は、ミラー１９７、集光レンズ１８９、及
びミラー１９８を順次介した後、ダイクロイックミラー
１９９に至る。

【００８６】そして、ダイクロイックミラー１９９によ
って、基本波と角度ずれが修正された４倍波とが精度良
く同軸に合成された後、３段目の非線形光学素子１８３
に入射する。この結果、タイプ１の和周波発生について
の位相整合を精度良く図ることができ、効率良く５倍波
が発生する。

【００８７】この図６の波長変換部１６３についても、
上記の実施形態に対する短パルス幅の場合における変形
と同様の変形をすることができる。すなわち、非線形光
学素子１８３に入射する基本波又は４倍波の光路上に、
分散補償素子を配置する構成とすることができる。図７
には、こうした構成の一例であって、集光レンズ１８９
とミラー１９８との間に分散補償素子１９２が配置され
た構成が示されている。この分散補償素子１９２の材料
としても、上述の分散補償素子１９１（図５参照）と同
様に、合成石英等など一般的な光学ガラスをほとんど使
用でき、実際に発生する時間的・空間的なずれ量と材料
のもつ分散とを考慮して材料を決めればよい。なお、実
際に発生する時間的・空間的なずれ量と材料のもつ分散
を考慮して、図７における配置位置とは異なる位置に分
散補償素子を配置することもできる。

【００８８】また、上記の実施形態では、第１段目の非
線形光学素子１８１としてＧｄＣＯＢ結晶を使用し、Ｎ
ＣＰＭにより第２高調波発生を行ったが、これに代え
て、周期的ドメイン反転構造を有する非線形光学素子
（以下、「ＱＰＭ素子」という）を使用し、擬似位相整
合（ＱＰＭ：Quasi-Phase Matching）により、第２高調
波発生を行ってもよい。かかる場合にもＮＣＰＭの場合
と同様に、Walk-offは発生しない。

【００８９】ＱＰＭ素子１８１’は、図８に示されるよ
うに、光の進行方向に沿って、図８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１
５０Ａ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１
５０Ａ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。

【００９０】第１段目の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、ＱＰＭ素子
１８１’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。

【００９１】なお、和周波発生の場合には、幅Λは、Ｑ
ＰＭ素子１８１’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。

【００９２】こうしたＱＰＭ素子１８１’としては、周
期的ドメイン反転ＬＮ（ＬｉＮｂＯ ₃）結晶（ＰＰＬＮ
結晶）、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（ＫＴｉ
ＯＰＯ₄）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）を採用することができる。

【００９３】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、ＰＰＬＴ結
晶、及びＰＰＫＴＰ結晶の場合には、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を印加する
ことにより行われる。また、水晶ＱＰＭ素子の場合に
は、光の進行方向に沿って、周期的な応力分布を水晶に
発生させることにより行われる。なお、水晶ＱＰＭ素子
を除くＱＰＭ素子については、フォトリフラクティブ効
果の悪影響を防止するため、温度調整を行うことが好ま
しい。

【００９４】なお、上記のＱＰＭ素子を使用する場合に
は、いずれも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（ＰＰＬＮ結晶、ＰＰＬ
Ｔ結晶、及びＰＰＫＴＰ結晶の場合にはｄ₃₃、水晶ＱＰ
Ｍ素子の場合にはｄ₁₁）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が、こうした場合に
は、非線形光学素子１８１で発生した２倍波の偏光方向
は基本波と同一方向となる。そこで、例えば、図９に示
されるように、ＱＰＭ素子１８１’の直後に、基本波に
対する１／２波長板１９３を配置して、基本波の偏光方
向を９０°回転させる構成とすることが必要となる。

【００９５】なお、１／２波長板１９３の配置される位
置は、上記の実施形態や図５の変形例において第１段目
の非線形光学素子としてＱＰＭ素子１８１’を使用する
場合には、集光レンズ１８７と非線形光学素子１８２と
の間に配置してもよいし、また、図６又は図７の変形例
において第１段目の非線形光学素子としてＱＰＭ素子１
８１’を使用する場合には、基本波が非線形光学素子１
８１から非線形光学素子１８３に至るまでに辿る光路上
に配置すればよい。また、２倍波の偏光方向のみを９０
°回転させる光学素子を使用することも可能である。こ
のときは、非線形光学素子１８１において発生した２倍
波が非線形光学素子１８２に至るまでに辿る光路上に配
置すればよい。

【００９６】一方、１段目の非線形光学素子として、Ｐ
ＰＬＮ結晶、ＰＰＬＴ結晶、又はＰＰＫＴＰ結晶から成
るＱＰＭ素子を使用するときには、非線形光学係数ｄ₃₁
を利用することもできる。この場合には、ＱＰＭ素子に
おいて発生する２倍波の偏光方向は基本波の偏光方向と
直交するので、上記の１／２波長板１９３等の偏光方向
を制御するための光学素子は不要となる。

【００９７】また、非線形光学素子１８１として、Ｌｉ
Ｂ₃Ｏ₅（ＬＢＯ）結晶を使用し、ＮＣＰＭにより第２高
調波発生を行なうこともできる。ＬＢＯ結晶は耐性が高
いので、基本波のパワーが非常に大きいときに使用する
ことが好ましい。

【００９８】また、非線形光学素子１８１としてＧｄＣ
ＯＢ結晶を使用しつつ、上記の実施形態のように誘電主
軸方向（誘電主軸のｚ軸方向）にほぼ沿って基本波を進
行させることに代えて、実効的な非線形光学係数ｄ_eff
が最大となる方向にほぼ沿って基本波を進行させること
としてもよい。かかる場合には、第２高調波発生の効率
を向上することができる。なお、非線形光学係数ｄ_eff
が最大となる方向にほぼ沿った方向おける位相整合波長
が、所望の波長（４８４ｎｍ）から若干ずれた場合に
は、ＧｄＣＯＢ結晶１８１の温度を調整することで位相
整合波長を所望の波長に調整すればよい。

【００９９】また、非線形光学素子１８１としてＧｄ_X
Ｙ_1-XＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃（ＧｄＹＣＯＢ）結晶を使用し
つつ、実効的な非線形光学係数ｄ_effが最大となる方向
にほぼ沿って基本波を進行させることとしてもよい。な
お、非線形光学係数ｄ_effが最大となる方向にほぼ沿っ
た方向における位相整合波長が、所望の波長（４８４ｎ
ｍ）から若干ずれた場合には、ＧｄＹＣＯＢ結晶１８１
の温度や組成パラメータＸを調整することで位相整合波
長を所望の波長に調整すればよい。

【０１００】また、上記の実施形態では、第２段目の非
線形光学素子１８２としてＫＡＢ結晶を使用したが、Ｃ
ｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀（ＣＬＢＯ）結晶又はβ−ＢａＢ₂Ｏ
₄（ＢＢＯ）結晶を使用することも可能である。なお、
ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶の潮解性が問題となる場合に
は、周囲雰囲気を窒素や乾燥空気などでパージしたり、
ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶を高温に温度調節してやれば
よい。

【０１０１】また、２段目の非線形光学素子として、上
述の水晶ＱＰＭ素子を使用することもできる。この場
合、水晶ＱＰＭ素子で発生する４倍波の偏光方向は２倍
波の偏光方向と平行となるので、上述の実施形態におい
て非線形光学素子１８２に代えて水晶ＱＰＭ素子を使用
する変形のみを行うときには、例えば、図１０に示され
るように、非線形光学素子１８２に代えた水晶ＱＰＭ素
子１８２’の直後に、基本波に対する１／２波長板１９
４を配置して、基本波の偏光方向を９０°回転させる構
成とすることが必要となる。

【０１０２】なお、１／２波長板１９４の配置される位
置は、上記の実施形態や図５の変形例において第２段目
の非線形光学素子として水晶ＱＰＭ素子１８２’を使用
する場合には、集光レンズ１８８と非線形光学素子１８
３との間でもよいし、また、図６又は図７の変形例にお
いて第２段目の非線形光学素子として水晶ＱＰＭ素子１
８２’を使用する場合には、基本波が非線形光学素子１
８１から非線形光学素子１８３に至るまでに辿る光路上
であればどこであってもよい。また、４倍波の偏光方向
のみを９０°回転させる光学素子を使用することも可能
である。このときは、水晶ＱＰＭ素子１８２’において
発生した４倍波が非線形光学素子１８３に至るまでに辿
る光路上に配置すればよい。

【０１０３】なお、１段目の非線形光学素子として、最
も大きな非線形光学係数ｄ₃₃を利用するＰＰＬＮ結晶、
ＰＰＬＴ結晶、若しくはＰＰＫＴＰ結晶、又は水晶ＱＰ
Ｍ素子を使用するとともに、２段目の非線形光学素子と
して水晶ＱＰＭ素子を使用する場合には、上述した１／
２波長板１９３，１９４等の偏光方向を制御するため光
学部品は、上記の実施形態と同様に不要となる。

【０１０４】また、上記の実施形態では、第３段目の非
線形光学素子１８３としてＫＡＢ結晶を使用したが、Ｃ
ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、又は水晶ＱＰＭ素子を使用す
ることができる。なお、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶の潮
解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素や乾燥空
気などでパージしたり、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶を高
温に温度調節してやればよい。

【０１０５】また、上記の実施形態では、レーザ光源１
６０Ａをパルス光源としたが、連続光光源とすることも
できる。かかる場合には、光アイソレータ１６０Ｂと光
増幅部１６１との間に光パルス変調器を配置することに
より、上記の実施形態に係る光源装置１６と同様の出力
光を得ることができる。こうした光パルス変調器として
は電気光学効果を利用した電気光学変調器（ＥＯＭ）
や、音響光学効果を利用した変調光学変調器（ＡＯＭ）
を採用することができる。なお、光パルス変調器を配置
せずに、光源装置として連続光を出力することができる
のは、勿論である。

【０１０６】また、上記の実施形態では、レーザ光源１
６０Ａとしてチタンサファイアレーザを使用したが、半
導体レーザを使用することができる。例えば、外部共振
器構成の半導体レーザを使用することもできるし、ま
た、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザや分布反射型（ＤＢ
Ｒ）レーザ等の外部共振器構成でない半導体レーザを使
用することができる。さらに、発振波長が９９０ｎｍ付
近のイッテルビウム(Ｙｂ)・ドープ・ファイバーレーザ
等のファイバレーザを使用することもできる。

【０１０７】また、上記の実施形態では、光増幅器とし
て光ファイバ増幅器１６７を使用したが、半導体光増幅
器を使用することもできる。

【０１０８】また、上記の実施形態では、増幅用媒体と
してＹｂがコア部に添加された光ファイバを採用した
が、例えば、Ｙｂが添加されたロッド状のガラス体を採
用し、これに励起光を照射するようにしてもよい。

【０１０９】また、光増幅部１６１において並列に配置
される光ファイバ増幅器１６７の数は任意でよく、本発
明に係る光源装置が適用される製品において要求される
仕様に応じてその本数を決定すればよい。特に、光源装
置として高出力を要求されない場合には、光ファイバ増
幅器１６７の数を減らして、構成を簡略化することがで
きる。なお、光ファイバ増幅器１６７を１つのみ含むよ
うに簡略化するときは、分岐器１６６も不要となる。

【０１１０】また、上記の実施形態では、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
１６０Ａの発振波長及び波長変換器１６３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。

【０１１１】また、上記の実施形態では、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。

【０１１２】また、上記の実施形態では、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
るマークの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。

【０１１３】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
率若しくは凹凸を矯正して近眼、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。

【０１１４】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。

【０１１５】なお、図２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や光量制御等が
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。

【０１１６】次に、本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。

【０１１７】まず、設計ステップにおいて、デバイスの
機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）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。

【０１１８】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。

【０１１９】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ＣＶ
Ｄステップ、ウエハ上に電極を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。

【０１２０】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
て上記で説明した露光装置１０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を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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
源装置によれば、基本波の５倍波発生により波長が２１
０ｎｍ以下の紫外光を発生するので、簡単な構成で、波
長が２１０ｎｍ以下の光を効率的に発生することができ
る。

【０１２６】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、波長が２１
０ｎｍ以下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】

【図１】本発明の一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、波長変換器の一部とともに概略的に示
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】波長変換部の変形例を説明するための図（その
１）である。

【図６】波長変換部の変形例を説明するための図（その
２）である。

【図７】波長変換部の変形例を説明するための図（その
３）である。

【図８】波長変換部の変形例を説明するための図（その
４）である。

【図９】波長変換部の変形例を説明するための図（その
５）である。

【図１０】波長変換部の変形例を説明するための図（そ
の６）である。

【符号の説明】

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、１６０…パルス光発生部
（基本波発生部の一部）、１６０Ａ…レーザ光源、１６
１…光増幅部（基本波発生部の一部）、１６３…波長変
換部、１６７…光ファイバ増幅器（光増幅器）、１８１
…非線形光学素子（第１非線形光学素子）、１８２…非
線形光学素子（第２非線形光学素子）、１８３…非線形
光学素子（第３非線形光学素子）、１９１，１９２…分
散補償素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５ＡＦターム(参考） 2H052 BA02 BA06 BA12 2H097 CA17 GB01 LA10 2K002 AA04 AB12 BA03 BA04 CA02 CA03 EA07 FA27 GA04 HA20 5F046 CA03 CB01 CB22 5F072 AB07 AB13 AB20 AK06 FF09 HH06 JJ05 KK12 PP07 YY09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２１０ｎｍ以下である第１の波長の紫外
光を発生する光源装置であって、１０５０ｎｍ以下である第２の波長の赤外域又は可視域
の光を発生する基本波発生部と；前記基本波発生部から
射出された光を基本波として、前記第１の波長を有する
前記基本波の５倍波を発生する波長変換部と；を備える
光源装置。
【請求項２】前記基本波発生部は、前記第１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１に記載の光源装置。
【請求項３】前記レーザ光源は、固体レーザを含むこ
とを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】前記光増幅器は、光ファイバ増幅器及び
半導体光増幅器の少なくとも一方を含むことを特徴とす
る請求項２又は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倍波を発生
する第１非線形光学素子と；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倍波を発生する
第３非線形光学素子と；を含むことを特徴とする請求項
１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】前記第１非線形光学素子は、ＧｄＣａ₄
Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶であり、前記基本波は、前記ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶中を、
誘電主軸方向とほぼ平行に進行することを特徴とする請
求項５に記載の光源装置。
【請求項７】前記第１非線形光学素子は、ＧｄＣａ₄
Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶であり、前記基本波は、前記ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶中を、
実効的な非線形光学係数がほぼ最大となる方向に進行す
ることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項８】前記第１非線形光学素子は、Ｇｄ_XＹ_1-X
Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶であり、前記基本波は、前記Ｇｄ_XＹ_1-XＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶
中を、実効的な非線形光学係数がほぼ最大となる方向に
進行することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】前記第２非線形光学素子は、Ｋ₂Ａｌ₂Ｂ
₂Ｏ₇結晶であることを特徴とする請求項５〜８のいずれ
か一項に記載の光源装置。
【請求項１０】前記第３非線形光学素子は、Ｋ₂Ａｌ₂
Ｂ₂Ｏ₇結晶であることを特徴とする請求項５〜９のいず
れか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】前記波長変換部は、前記第３非線形光
学素子に入射する前記基本波と前記４倍波との同軸性を
補正する分散補償素子を更に備えることを特徴とする請
求項５〜１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】対象物に光を照射する光照射装置であ
って、請求項１〜１１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。