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JP2006179600A - Multistage amplification type laser system - Google Patents

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JP2006179600A
JP2006179600A JP2004369735A JP2004369735A JP2006179600A JP 2006179600 A JP2006179600 A JP 2006179600A JP 2004369735 A JP2004369735 A JP 2004369735A JP 2004369735 A JP2004369735 A JP 2004369735A JP 2006179600 A JP2006179600 A JP 2006179600A
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JP
Japan
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polarization
laser
light
stage
polarizer
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Application number
JP2004369735A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Moriya
正人 守屋
Osamu Wakabayashi
理 若林
Toru Suzuki
徹 鈴木
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
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Komatsu Ltd
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain laser light having linear polarization with a desired polarization direction upon using 2 stage laser. <P>SOLUTION: There is provided a polarizer rotatable around an optical axis on the optical axis in an AMP or on the optical axis behind the AMP. The polarizer separates laser light into two orthogonal linearly polarized components, i.e., a P polarized component and an S polarized component, and outputs them. When desired direction light is required on the side of an exposing apparatus, the polarizer is turned such that a desired direction and a direction of the P polarized component of the polarizer are coincident with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウエハの露光用光源として使用される多段増幅型レーザシステムに関するものである。   The present invention relates to a multistage amplification laser system used as a light source for exposure of a semiconductor wafer.

(露光用光源)
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置(以下、「露光装置」という)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光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長248nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザならびに、波長193nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザが用いられている。
(Light source for exposure)
As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses (hereinafter referred to as “exposure apparatuses”). For this reason, the wavelength of light emitted from the exposure light source is being shortened. As a light source for exposure, a gas laser device is used instead of a conventional mercury lamp. Currently, KrF excimer lasers that emit ultraviolet rays with a wavelength of 248 nm and ArF excimer lasers that emit ultraviolet rays with a wavelength of 193 nm are used as gas laser devices for exposure.

次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ArFエキシマレーザを露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウエハには波長134nmの紫外光が照射される。この技術をArF液浸露光(又はArF液浸リソグラフィー)という。   As the next-generation exposure technology, immersion exposure, in which the apparent wavelength of the exposure light source is shortened by filling the space between the exposure lens on the exposure apparatus and the wafer with a liquid and changing the refractive index, has been studied. Yes. When immersion exposure is performed using an ArF excimer laser as an exposure light source, the wafer is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 134 nm. This technique is called ArF immersion exposure (or ArF immersion lithography).

次々世代の露光用光源としては、波長157nmの紫外線を放出するF2レーザが有力である。さらにF2レーザを露光用光源として液浸技術が行われる可能性もある。この場合は、ウエハには波長115nmの紫外光が照射されるといわれている。   The next-generation light source for exposure is an F2 laser that emits ultraviolet light having a wavelength of 157 nm. Further, there is a possibility that the immersion technique is performed using an F2 laser as an exposure light source. In this case, it is said that the wafer is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 115 nm.

(露光用光学素子と色収差)
多くの露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされて色収差補正が行なわれる。現在、前述した露光用光源によって得られる波長帯域248nm〜115nmの紫外光に対して、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は合成石英とCaF2以外にない。このため露光用光源としてKrFエキシマレーザを使用する露光装置の投影レンズとしては、合成石英のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用されている。また露光用光源にArFエキシマレーザを使用する露光装置の投影レンズとしては、合成石英とCaF2で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。
(Exposure optics and chromatic aberration)
A projection optical system is adopted as an optical system of many exposure apparatuses. In the projection optical system, chromatic aberration correction is performed by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. At present, there is no optical material other than synthetic quartz and CaF2 suitable for use as a lens material for a projection optical system for ultraviolet light having a wavelength band of 248 nm to 115 nm obtained by the exposure light source described above. For this reason, as a projection lens of an exposure apparatus that uses a KrF excimer laser as an exposure light source, an all-refraction type monochromatic lens composed only of synthetic quartz is employed. As a projection lens of an exposure apparatus that uses an ArF excimer laser as an exposure light source, an all-refractive type partial achromatic lens composed of synthetic quartz and CaF2 is employed.

ところがKrF、ArFエキシマレーザの自然発振幅は約350〜400pmと広いため、これらの投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子(エタロンやグレーティング等)を有する狭帯域化モジュール(Line Narrow Module、以下「LNM」という)が設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。   However, since the spontaneous amplitude of KrF and ArF excimer lasers is as wide as about 350 to 400 pm, when these projection lenses are used, chromatic aberration is generated and the resolution is lowered. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light emitted from the gas laser device until the chromatic aberration becomes negligible. For this reason, a narrow band module (Line Narrow Module, hereinafter referred to as “LNM”) having a narrow band element (etalon, grating, etc.) is provided in the laser resonator of the gas laser device, thereby narrowing the spectral line width. It has been realized.

(液浸露光と偏光照明)
電場のみに着目して考えると、光は互いに直交する二つの直線偏波状態の波の線形結合として表される。通常、この二つの波はP偏光成分とS偏光成分という二つの成分として考えられる。P偏光成分及びS偏光成分の方位は絶対的なものではなく、光を出射する光学素子の設置角度に応じて定められる相対的なものである。光学素子へ入射する光の電場ベクトル方向と光学素子の設置角度によって光学素子表面におけるP偏光成分の方位とS偏光成分の方位が決まる。また二つの波の位相速度と振幅の大きさで、偏光状態(直線偏光、楕円偏光、円偏光)や偏光方位が決まる。二つの波の位相が同じであると直線偏光であり、二つの波の位相が異なると楕円偏光、円偏光となる。
(Immersion exposure and polarized illumination)
Considering only the electric field, light is expressed as a linear combination of two linearly polarized waves orthogonal to each other. Usually, these two waves are considered as two components, a P-polarized component and an S-polarized component. The azimuths of the P-polarized component and the S-polarized component are not absolute, but are relative ones determined according to the installation angle of the optical element that emits light. The direction of the P-polarized component and the direction of the S-polarized component on the surface of the optical element are determined by the electric field vector direction of the light incident on the optical element and the installation angle of the optical element. Further, the polarization state (linearly polarized light, elliptically polarized light, circularly polarized light) and the polarization direction are determined by the phase velocity and amplitude of the two waves. If the two waves have the same phase, the polarization is linearly polarized, and if the two waves have different phases, they are elliptically polarized and circularly polarized.

前述したArF液浸露光の場合に、媒体がH2Oであると屈折率が1.44になるため、屈折率に比例するレンズ開口数NAは通常のArF露光の1.44倍に増える。NAが高くなるにつれ、光源から出射されるレーザ光の偏光状態の影響が大きくなる。   In the case of the ArF immersion exposure described above, if the medium is H2O, the refractive index becomes 1.44, and therefore the lens numerical aperture NA proportional to the refractive index increases to 1.44 times that of the normal ArF exposure. As the NA increases, the influence of the polarization state of the laser light emitted from the light source increases.

ところで、下記非特許文献1には露光装置側の事柄として次のような記載がある。互いに直交する二つの直線偏波状態の波のうち、方位がマスクパターンの方向に平行である偏光成分をS偏光と定義し、方位がマスクパターンの方向に垂直である偏光成分をP偏光と定義すると、S偏光は像のコントラストに影響を及ぼさないが、P偏光は像のコントラストを低くする。非特許文献1に記載されるような現象が発生する原因は次のように考えられる。   By the way, the following non-patent document 1 has the following description as a matter on the exposure apparatus side. Of two orthogonally polarized waves orthogonal to each other, a polarization component whose azimuth is parallel to the mask pattern direction is defined as S-polarization, and a polarization component whose azimuth is perpendicular to the mask pattern direction is defined as P-polarization. Then, S-polarized light does not affect the image contrast, while P-polarized light lowers the image contrast. The cause of the phenomenon described in Non-Patent Document 1 is considered as follows.

P偏光の場合は、ウエハ上の焦点における電界のベクトルが異なる方向である。このためウエハへの入射角が大きくなるに従い、電界のベクトルが同一であるS偏光に比べ、強度が弱くなるのである。この現象の影響は、NAが1.0に近づくか超える場合に強くなり、ArF液浸はこの場合に該当する。以上のことから、レーザ光にS偏光とP偏光の2つの偏光が混ざり合っているとコントラストが低くなるといえる。このため光源であるレーザ光は直線偏光であって、且つその方向性すなわち偏光方位が安定していることが要求される。   In the case of P-polarized light, the electric field vectors at the focal point on the wafer are in different directions. For this reason, as the angle of incidence on the wafer increases, the intensity decreases compared to S-polarized light having the same electric field vector. The effect of this phenomenon becomes stronger when NA approaches or exceeds 1.0, and ArF immersion corresponds to this case. From the above, it can be said that the contrast is lowered when the S-polarized light and the P-polarized light are mixed with the laser light. For this reason, the laser light as the light source is required to be linearly polarized light and to have a stable directionality, that is, a polarization direction.

本明細書では、直線偏光の度合を偏光純度Pと呼ぶことにする。回転する直線偏光子を通してレーザ光を観察し、測定される光強度のうち最大値をImaxとし、最小値をIminとすると、偏光純度Pは下記(1)式にて求められる。
P={(IMAX−IMIN)/(IMAX+IMIN)}×100 (%) … (1)
偏光純度Pが100%に近づくほど偏光状態が直線偏光に近いといえる。
In this specification, the degree of linearly polarized light is referred to as polarization purity P. When the laser beam is observed through a rotating linear polarizer and the maximum value of the measured light intensity is Imax and the minimum value is Imin, the polarization purity P can be obtained by the following equation (1).
P = {(I MAX −I MIN ) / (I MAX + I MIN )} × 100 (%) (1)
It can be said that the polarization state is closer to linearly polarized light as the polarization purity P approaches 100%.

(2ステージレーザシステム)
液浸露光においては、高NA化によってレンズの透過率が低下する。よって一定露光量を得るためには、露光用光源であるガスレーザ装置の高出力化が必要である。また露光装置の高スループット化のためにも、ガスレーザ装置の高出力化が必要である。スペクトル線幅を狭帯域化した上で高出力を得るための装置として、2ステージレーザシステムがある。2ステージレーザシステム(以下、2ステージレーザという)は、シード光を生成する発振段(Oscillator:略してOSC)とシード光を増幅する増幅段(Amplifier:略してAMP)とからなる。
(2 stage laser system)
In immersion exposure, the transmittance of the lens decreases due to the increase in NA. Therefore, in order to obtain a constant exposure amount, it is necessary to increase the output of a gas laser device that is an exposure light source. In order to increase the throughput of the exposure apparatus, it is necessary to increase the output of the gas laser apparatus. There is a two-stage laser system as a device for obtaining a high output after narrowing the spectral line width. A two-stage laser system (hereinafter referred to as a two-stage laser) includes an oscillation stage (Oscillator: OSC for short) that generates seed light and an amplification stage (Amplifier for short) that amplifies the seed light.

図1は2ステージレーザの構成を簡略化して示す図である。
2ステージレーザの方式として、増幅の手段が異なるMOPO方式とMOPA方式の2種類が知られている。MOPOは、Master Oscillator, Power Oscillatorの略であり、インジェクションロック方式とも呼ばれる。この方式では増幅用チャンバを間に挟んで共振器が設けられ、レーザ光が増幅用チャンバを複数回通過して増幅される。MOPAは、Master Oscillator, Power Amplifierの略である。この方式では増幅用チャンバを間に挟んで共振器が設けられず、レーザ光が増幅用チャンバを1回又は2回通過して増幅される。図1で示される2ステージレーザ100はMOPO方式の装置である。本明細書では2ステージレーザの増幅手段の具体例としてMOPOを説明する。
FIG. 1 is a diagram showing a simplified configuration of a two-stage laser.
Two types of two-stage laser methods are known, the MOPO method and the MOPA method, which have different amplification means. MOPO is an abbreviation for Master Oscillator and Power Oscillator, and is also called an injection lock system. In this system, a resonator is provided with an amplification chamber interposed therebetween, and laser light passes through the amplification chamber a plurality of times and is amplified. MOPA is an abbreviation for Master Oscillator and Power Amplifier. In this system, a resonator is not provided with an amplification chamber interposed therebetween, and laser light is amplified by passing through the amplification chamber once or twice. The two-stage laser 100 shown in FIG. 1 is a MOPO system device. In this specification, MOPO will be described as a specific example of the amplification means of the two-stage laser.

2ステージレーザ100は、OSC(レーザ)10と、OSC10の出力光軸上に設けられたAMP(レーザ)20とからなる。   The two-stage laser 100 includes an OSC (laser) 10 and an AMP (laser) 20 provided on the output optical axis of the OSC 10.

OSC10では、OSCチャンバ11と、LNM12と、OSCフロントミラー15と、がレーザ光軸上に設けられる。OSCチャンバ11は、CaF2を材料として作成されたウィンドウ11a、11bを有する。LNM12は一以上のプリズム、例えば二つのプリズム13a、13bと、グレーティング14と、で構成される。以後、プリズムはプリズムビームエキスパンダ又は分散プリズムを意味するものとする。プリズム13a、13bは、OSCチャンバ11側から伝搬する光のビーム幅を拡大し、またグレーティング14側から伝搬する光のビーム幅を縮小する。グレーティング14は、プリズム13bから伝搬する光のうち、所定帯域の光のみをプリズム13b側に反射する。OSCフロントミラー15にはPR(Partial-Reflection)膜がコーティングされる。OSCフロントミラー15では、OSCチャンバ11側から伝搬する光の一部が透過し、残りが反射する。LNM12とOSCフロントミラー15とで共振器が構成される。   In the OSC 10, the OSC chamber 11, the LNM 12, and the OSC front mirror 15 are provided on the laser optical axis. The OSC chamber 11 has windows 11a and 11b made of CaF2 as a material. The LNM 12 includes one or more prisms, for example, two prisms 13 a and 13 b and a grating 14. Hereinafter, the prism means a prism beam expander or a dispersion prism. The prisms 13a and 13b expand the beam width of light propagating from the OSC chamber 11 side, and reduce the beam width of light propagating from the grating 14 side. The grating 14 reflects only light in a predetermined band out of the light propagating from the prism 13b to the prism 13b side. The OSC front mirror 15 is coated with a PR (Partial-Reflection) film. The OSC front mirror 15 transmits a part of the light propagating from the OSC chamber 11 side and reflects the rest. The LNM 12 and the OSC front mirror 15 constitute a resonator.

AMP20では、AMPチャンバ21と、AMPリアミラー22と、AMPフロントミラー23と、がレーザ光軸上に設けられる。AMPチャンバ21は、CaF2を材料として作成されたウィンドウ21a、21bを有する。AMPリアミラー22には90%程度の高反射率を有する反射膜がコーティングされる。AMPフロントミラー23には30〜50%の反射率を有するPR膜がコーティングされる。AMPフロントミラー23では、AMPチャンバ21側から伝搬する光の一部が透過し、残りが反射する。AMPリアミラー22とAMPフロントミラー23とで共振器が構成される。   In the AMP 20, an AMP chamber 21, an AMP rear mirror 22, and an AMP front mirror 23 are provided on the laser optical axis. The AMP chamber 21 has windows 21a and 21b made of CaF2 as a material. The AMP rear mirror 22 is coated with a reflective film having a high reflectivity of about 90%. The AMP front mirror 23 is coated with a PR film having a reflectance of 30 to 50%. In the AMP front mirror 23, a part of the light propagating from the AMP chamber 21 side is transmitted and the rest is reflected. The AMP rear mirror 22 and the AMP front mirror 23 constitute a resonator.

OSCチャンバ11では、放電によって内部のレーザガス分子が励起される。分子はエネルギーを与えられ上準位に遷移した後に下準位に遷移する。こうした誘導放出の際に光が発生する。光はウィンドウ11a、11bから外部に出射される。この光はOSCチャンバ11を介してLMN12とOSCフロントミラー15の間を往復して狭帯域化される。狭帯域化されたレーザ光はOSCフロントミラー15から出射される。レーザ光(シード光という)は、場合によっては一以上の伝搬ミラー31で伝搬方向を変更され、AMPリアミラー22を透過してAMPチャンバ21に注入される。AMPチャンバ21では、OSCチャンバ11と同様の誘導放出によって注入されたレーザ光が増幅される。レーザ光はAMPチャンバ21を介してAMPリアミラー22とAMPフロントミラー23の間を往復して徐々に増幅される。増幅されたレーザ光はAMPフロントミラー23から出射される。AMP20から出射されたレーザ光は露光装置30に取り込まれ、露光対象(例えばウエハ)の露光に用いられる。   In the OSC chamber 11, internal laser gas molecules are excited by discharge. The molecule is given energy and transitions to the upper level and then transitions to the lower level. Light is generated during such stimulated emission. Light is emitted to the outside from the windows 11a and 11b. This light is reciprocated between the LMN 12 and the OSC front mirror 15 via the OSC chamber 11 to be narrowed. The narrowed laser beam is emitted from the OSC front mirror 15. Laser light (referred to as seed light) is changed in propagation direction by one or more propagation mirrors 31 in some cases, transmitted through the AMP rear mirror 22 and injected into the AMP chamber 21. In the AMP chamber 21, the laser light injected by the same stimulated emission as the OSC chamber 11 is amplified. The laser light is reciprocated between the AMP rear mirror 22 and the AMP front mirror 23 via the AMP chamber 21 and gradually amplified. The amplified laser light is emitted from the AMP front mirror 23. The laser light emitted from the AMP 20 is taken into the exposure apparatus 30 and used for exposure of an exposure target (for example, a wafer).

図1で示されているのは2ステージレーザすなわち2段増幅型レーザシステムであるが、3段増幅型レーザシステムであればさらなる出力向上が可能である。3段増幅型レーザシステムの場合は、AMP20の出力光軸上にさらに別のAMPが設けられる。つまり多段増幅型レーザシステムは、OSC10の後段に一以上のAMPが直列に設けられた形態になる。   FIG. 1 shows a two-stage laser, that is, a two-stage amplification laser system, but a three-stage amplification laser system can further improve the output. In the case of a three-stage amplification laser system, another AMP is provided on the output optical axis of the AMP 20. That is, the multistage amplification laser system has a form in which one or more AMPs are provided in series in the subsequent stage of the OSC 10.

2ステージレーザには、特願2003−116924号、特願2003−298286号に記載されているような別のシード光注入方式や、他の不安定共振器などが適用される場合もある。   There are cases where another seed light injection method as described in Japanese Patent Application Nos. 2003-116924 and 2003-298286, other unstable resonators, and the like are applied to the two-stage laser.

(ブリュースタ角と偏光)
チャンバを有するレーザ装置においては、P偏光とS偏光の方向はウィンドウの姿勢によって定義される。
(Brewster angle and polarization)
In a laser apparatus having a chamber, the directions of P-polarized light and S-polarized light are defined by the attitude of the window.

一般にガスレーザ装置の共振器内に設けられるチャンバのウィンドウ(図1のウィンドウ11a、11b、21a、21b)は、光軸に対してブリュースタ角だけ傾斜して設置されることが多い。ウィンドウの入射面がレーザ光軸に対して幾らかでも傾斜して設置された場合にウィンドウは所謂偏光子として機能する。ウィンドウに入射する光のP偏光成分は、ウィンドウ表面におけるフレネル反射が零になり、ほぼ100%透過する。よってレーザ光のP偏光成分はウィンドウを通過する際に減衰が少なく、出力エネルギがほとんど減少しなくなる。ウィンドウに入射する光のS偏光成分は、ウィンドウ表面におけるフレネル反射を受ける。よってレーザ光のS偏光成分はウィンドウを通過する際に減衰し、出力エネルギが減少する。   In general, chamber windows (windows 11a, 11b, 21a, and 21b in FIG. 1) provided in a resonator of a gas laser apparatus are often installed with an inclination of the Brewster angle with respect to the optical axis. The window functions as a so-called polarizer when the incident surface of the window is installed with some inclination with respect to the laser optical axis. The P-polarized component of the light incident on the window is transmitted almost 100% because the Fresnel reflection at the window surface becomes zero. Therefore, the P-polarized component of the laser light is less attenuated when passing through the window, and the output energy hardly decreases. The S-polarized component of light incident on the window undergoes Fresnel reflection at the window surface. Therefore, the S-polarized component of the laser light is attenuated when passing through the window, and the output energy is reduced.

レーザ光は共振器内を数〜十数回往復して出力される。レーザ光がウィンドウを数回通過する間に、S偏光成分はフレネル反射(14.86%)を繰り返し受け減衰する。一方、P偏光成分はほとんど減衰することなく透過し、レーザ媒質内を通過することによって増幅されていく。共振器内を往復することによって、レーザ光は概ねP偏光方向の直線偏光で出力される。ArFレーザ(波長193.368nm)では、20℃においてフッ化カルシウムの屈折率が1.501958となるため、ブリュースタ角度は56.336度になる。また、F2レーザ(波長157.63 nm)では、20℃においてフッ化カルシウムの屈折率が1.559261となるため、ブリュースタ角度は57.318度になる。   Laser light is reciprocated several to dozens of times within the resonator. While the laser beam passes through the window several times, the S-polarized component is repeatedly subjected to Fresnel reflection (14.86%) and attenuated. On the other hand, the P-polarized light component is transmitted with almost no attenuation, and is amplified by passing through the laser medium. By reciprocating in the resonator, the laser beam is output as linearly polarized light in the P-polarization direction. In an ArF laser (wavelength: 193.368 nm), the refractive index of calcium fluoride is 1.501958 at 20 ° C., so the Brewster angle is 56.336 degrees. In the F2 laser (wavelength 157.63 nm), the refractive index of calcium fluoride is 1.559261 at 20 ° C., so the Brewster angle is 57.318 degrees.

狭帯域化レーザでは、スペクトル線幅を狭帯域化するために、ビームがプリズムで拡大され波長分散素子であるグレーティングに入射される。プリズムは複数個使用される場合が多い。各プリズムの入射面には、フレネル反射による出力減少を防止するために、光の入射角に対してP偏光成分をほぼ100%透過させるためのP偏光AR(Anti-Reflection)膜がコーティングされている。このP偏光AR膜ではS偏光成分の光は大きく反射される。結果として、狭帯域化レーザから出力されるレーザ光は、LNMを備えないフリーランニングのレーザと比較してP偏光成分の純度が高くなる。
Feasibility of immersion lithography, S.Owa, et al. ,Procceding of SPIE Vol. 5377
In a narrow band laser, in order to narrow a spectral line width, a beam is expanded by a prism and incident on a grating which is a wavelength dispersion element. A plurality of prisms are often used. The incident surface of each prism is coated with a P-polarized AR (Anti-Reflection) film to transmit almost 100% of the P-polarized component with respect to the incident angle of light in order to prevent output reduction due to Fresnel reflection. Yes. In this P-polarized AR film, the light of the S-polarized component is greatly reflected. As a result, the purity of the P-polarized component of the laser light output from the narrow-band laser is higher than that of a free-running laser that does not include an LNM.
Feasibility of immersion lithography, S. Owa, et al., Procceding of SPIE Vol. 5377

(2ステージレーザにおける偏光純度と偏光方位の変化)
2ステージレーザにおいて、OSCから出射されるレーザ光のエネルギー密度は数mJ/cm2であるが、AMPから出射されるレーザ光のエネルギー密度は数十mJ/cm2である。AMPチャンバのウィンドウには高エネルギー密度のビームが透過するため、ウィンドウは表面及び内部で多くの光を吸収し発熱する。するとウィンドウに熱応力が発生し、CaF2ウィンドウ内での複屈折量が大きくなる。一般に、偏光した光が複屈折物質内を透過すると、位相が変化する。例えば直線偏光の光が複屈折物質内を通過すると、位相がずれる。結果として、直線偏光は楕円偏光になる場合が多い。
(Change in polarization purity and orientation in two-stage laser)
In the two-stage laser, the energy density of laser light emitted from the OSC is several mJ / cm 2 , but the energy density of laser light emitted from the AMP is several tens mJ / cm 2 . Since a high energy density beam is transmitted through the window of the AMP chamber, the window absorbs a lot of light on the surface and inside and generates heat. Then, thermal stress is generated in the window, and the amount of birefringence in the CaF2 window increases. In general, the phase changes when polarized light passes through a birefringent material. For example, when linearly polarized light passes through a birefringent material, the phase is shifted. As a result, linearly polarized light often becomes elliptically polarized light.

シード光となるOSCの出射光は直線偏光である。その偏光純度Pは約99%である。直線偏光であるシード光はAMPに注入され増幅されるが、シード光はAMPチャンバのウィンドウを通過する際に複屈折の影響を受け、直線偏光から楕円偏光に変化する。また複屈折に起因して、偏光方位が変化する場合もある。このように偏光純度と偏光方位は安定していない。   The emitted light from the OSC serving as the seed light is linearly polarized light. Its polarization purity P is about 99%. Seed light that is linearly polarized light is injected into the AMP and amplified, but the seed light is affected by birefringence when passing through the window of the AMP chamber, and changes from linearly polarized light to elliptically polarized light. Further, the polarization direction may change due to birefringence. Thus, the polarization purity and polarization orientation are not stable.

AMPチャンバのウィンドウほどではないが、OSCチャンバのウィンドウでも複屈折量が大きくなることがあり、AMPからの出射光の偏光純度及び偏光方位が変化する場合がある。この場合はシード光自体の偏光純度及び偏光方向が変化するため、結果としてAMPの出射光の偏光純度及び方向が変化することになる。   Although it is not as large as the window of the AMP chamber, the amount of birefringence may increase even in the window of the OSC chamber, and the polarization purity and polarization direction of the light emitted from the AMP may change. In this case, since the polarization purity and the polarization direction of the seed light itself change, as a result, the polarization purity and the direction of the emitted light from the AMP change.

(複屈折による偏光の変化)
前述した複屈折の影響について、図2を用いて更に説明する。
図2(a)、(b)は複屈折物質を境にした偏光状態を示す図である。
結晶1は複屈折物質であると想定する。結晶1内に複屈折が発生すると、結晶1内を伝播する光の位相速度が自身の偏波方向に依存して変化する。直線偏光である光が複屈折物質を通過すると、互いに直交する二つの波すなわちP偏光成分、S偏光成分の位相がずれる。よって複屈折物質を通過した光は直線偏光でなく、概ね楕円偏光になる。このため結晶内1に複屈折が発生すると偏光純度Pが低下する。また入射する直線偏光がP偏光であった場合は、P偏光成分の光強度が減少し、S偏光成分の光強度が増加して、偏光方位が変化する。
(Change in polarization due to birefringence)
The influence of the birefringence described above will be further described with reference to FIG.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a polarization state with a birefringent material as a boundary.
It is assumed that crystal 1 is a birefringent material. When birefringence occurs in the crystal 1, the phase velocity of light propagating in the crystal 1 changes depending on its own polarization direction. When light that is linearly polarized light passes through the birefringent material, two waves that are orthogonal to each other, that is, the P-polarized component and the S-polarized component are out of phase. Therefore, the light that has passed through the birefringent material is not linearly polarized light but is almost elliptically polarized light. For this reason, when birefringence occurs in the crystal 1, the polarization purity P decreases. If the incident linearly polarized light is P-polarized light, the light intensity of the P-polarized component decreases, the light intensity of the S-polarized component increases, and the polarization orientation changes.

前述したように、レーザ装置では、ウィンドウをほぼ100%透過する偏光方向の直線偏光すなわちP偏光成分が増幅されていくはずである。しかしウィンドウが複屈折物質であって複屈折量が増加すると、S偏光成分が発生し、さらにP偏光とS偏光の位相がずれる。よって直線偏光は楕円偏光に変化する。なおレーザ強度によって複屈折の原因となる熱応力の発生量が変わるため、S偏光成分の発生量は安定していない。   As described above, in the laser apparatus, linearly polarized light in the polarization direction that transmits almost 100% of the window, that is, P-polarized light component, should be amplified. However, if the window is a birefringent material and the amount of birefringence increases, an S-polarized component is generated, and the phases of P-polarized light and S-polarized light are shifted. Therefore, linearly polarized light changes to elliptically polarized light. Since the amount of thermal stress that causes birefringence changes depending on the laser intensity, the amount of S-polarized component generated is not stable.

P偏光とS偏光の方位は、ウィンドウ面の方位と入射光の電界ベクトルの方位によって定められる。結晶1がウィンドウである場合に、図2(a)、(b)で示されるような配置、すなわち結晶(ウィンドウ)1の光入射面の法線(図中の破線)と入射レーザ光軸とを含む平面が直線偏光した入射レーザ光の電界ベクトル方向と平行となる配置では、紙面の上下方向がP偏光成分の方位であり、紙面に対して垂直方向がS偏光成分の方位となる。図2(b)では、P偏光を示す記号とS偏光を示す記号がほぼ同一位置に記載されているが、P偏光とS偏光が同位相であることを意味するのではない。現実には両者には複屈折の程度に応じた楕円偏光を生ずる分だけ位相が相違する場合もある。他の図面においても同じ記号が用いられる場合は、同様のことがいえる。   The orientations of P-polarized light and S-polarized light are determined by the orientation of the window surface and the orientation of the electric field vector of the incident light. When the crystal 1 is a window, the arrangement as shown in FIGS. 2A and 2B, that is, the normal line of the light incident surface of the crystal (window) 1 (broken line in the figure) and the incident laser optical axis In an arrangement in which the plane including the light beam is parallel to the electric field vector direction of the linearly polarized incident laser light, the vertical direction of the paper surface is the orientation of the P-polarized component, and the direction perpendicular to the paper surface is the orientation of the S-polarized light component. In FIG. 2B, the symbol indicating P-polarized light and the symbol indicating S-polarized light are described at substantially the same position, but this does not mean that the P-polarized light and the S-polarized light have the same phase. In reality, the phases may be different from each other by the amount of elliptically polarized light depending on the degree of birefringence. The same is true when the same symbols are used in other drawings.

(S偏光成分の増幅過程)
図3は偏光の増幅過程を説明するための図である。図3は、AMP内を往復するシード光を一方向(図面右方向)に伝搬する光と仮定し、光の伝搬位置と(図面下段)P偏光及びS偏光の強度(図面上段)とを対応させて偏光の増幅過程の概念を示すものである。
(S-polarized component amplification process)
FIG. 3 is a diagram for explaining the polarization amplification process. 3 assumes that the seed light traveling back and forth in the AMP is light propagating in one direction (right direction in the drawing), and corresponds to the light propagation position and the intensities of P-polarized light and S-polarized light (upper drawing). Thus, the concept of the polarization amplification process is shown.

図3を用いて、AMPにおけるP偏光、S偏光の増幅過程を説明する。
2ステージレーザのAMP内に、OSCからの直線偏光(AMPチャンバのブリュースターウィンドウに対してP偏光方向)のシード光が注入されたとする。シード光は、AMPチャンバ21のリア側のウィンドウ21bを透過する際に、ウィンドウ21bの複屈折の影響を受け、入射したP偏光の一部がS偏光に変わる(期間t1)。光がAMPチャンバ内の放電領域を通過すると、光の強度が増幅される。このときP偏光成分のみならず、S偏光成分も増幅される(期間t2)。光がAMPチャンバ21のフロント側のウィンドウ21aを通過すると、ブリュースター角でのフレネル反射でS偏光の14.86%は反射損失を受け減少する。しかしウィンドウ21a、21bの複屈折によって、P偏光成分の一部がS偏光成分に変化する。このためP偏光は減少し、S偏光は増加するため、S偏光のこうした増減の差分だけS偏光の量が変化する(期間t3)。
The amplification process of P-polarized light and S-polarized light in AMP will be described with reference to FIG.
Suppose that seed light of linearly polarized light from the OSC (P-polarized direction with respect to the Brewster window of the AMP chamber) is injected into the AMP of the two-stage laser. When the seed light is transmitted through the window 21b on the rear side of the AMP chamber 21, it is affected by the birefringence of the window 21b, and a part of the incident P-polarized light is changed to S-polarized light (period t1). As the light passes through the discharge region in the AMP chamber, the light intensity is amplified. At this time, not only the P-polarized component but also the S-polarized component is amplified (period t2). When the light passes through the window 21a on the front side of the AMP chamber 21, 14.86% of the S-polarized light decreases due to Fresnel reflection at the Brewster angle due to reflection loss. However, due to the birefringence of the windows 21a and 21b, part of the P-polarized component is changed to the S-polarized component. For this reason, since the P-polarized light decreases and the S-polarized light increases, the amount of the S-polarized light changes by the difference between the increase and decrease of the S-polarized light (period t3).

光は図示しないAMPフロントミラーに達する。光の70〜50%はフロントミラーを透過して外部へ出射され、30〜50%は反射してリア側に伝搬する。この時点では、すでにP偏光とS偏光が混ざり合った状態である。そのフロントミラーで反射して光がウィンドウ21aを透過する際には、フレネル反射でS偏光は減少するものの、ウィンドウ21aの複屈折によって、P偏光成分の一部がS偏光成分に変化する。このためP偏光は減少し、P偏光の減少分だけS偏光は増加する(期間t4)。また光が放電領域を通過する際には、S偏光成分も増幅される(期間t5)。さらに光がウィンドウ21bを透過する際には、フレネル反射でS偏光は減少するものの、ウィンドウ21bの複屈折によって、P偏光成分の一部がS偏光成分に変化する。このためP偏光は減少し、S偏光は増加する(期間t6)光は図示しないAMPリアミラーに達し、さらにt1〜t6と同じ様な工程を経て外部に出射される(t7〜t9)。   The light reaches an AMP front mirror (not shown). 70 to 50% of the light is transmitted to the outside through the front mirror, and 30 to 50% is reflected and propagates to the rear side. At this point, P-polarized light and S-polarized light are already mixed. When the light is reflected by the front mirror and passes through the window 21a, the S-polarized light is reduced by Fresnel reflection, but part of the P-polarized component is changed to the S-polarized component due to the birefringence of the window 21a. For this reason, the P-polarized light decreases, and the S-polarized light increases by the decrease of the P-polarized light (period t4). When the light passes through the discharge region, the S-polarized component is also amplified (period t5). Further, when light passes through the window 21b, the S-polarized light is reduced by Fresnel reflection, but a part of the P-polarized component is changed to the S-polarized component by the birefringence of the window 21b. Therefore, the P-polarized light decreases and the S-polarized light increases (period t6). The light reaches an AMP rear mirror (not shown), and is emitted to the outside through the same process as t1 to t6 (t7 to t9).

図3では、説明を簡単にするため、光が共振器内を1.5往復して外部に出射されるような形態が示されている。しかし実際には、光は共振器内を1.5往復以上往復して出射される。観測されるレーザパルスは、1.5往復、2.5往復、3.5往復と数回共振器内を往復して出射される光の積分である。   FIG. 3 shows a form in which light is emitted 1.5 times back and forth inside the resonator for the sake of simplicity. In practice, however, the light is emitted back and forth 1.5 times or more in the resonator. The observed laser pulse is the integral of the light emitted by reciprocating within the resonator several times, 1.5 reciprocations, 2.5 reciprocations, 3.5 reciprocations.

以上のように、2ステージレーザでは狭帯域化されたレーザ光がAMPで増幅されるが故に、AMPチャンバのウィンドウの複屈折量が増加するため、レーザ光の偏光状態及び偏光方位が不安定である。半導体ウエハの露光においては、特定の偏光方位である直線偏光が要求されるため、レーザ光の偏光状態及び偏光方位が不安定であることは望ましくない。   As described above, in the two-stage laser, the narrow band laser beam is amplified by the AMP, so that the amount of birefringence of the window of the AMP chamber increases, so that the polarization state and the polarization direction of the laser beam are unstable. is there. In the exposure of a semiconductor wafer, linearly polarized light having a specific polarization direction is required, so that it is not desirable that the polarization state and the polarization direction of laser light are unstable.

またそもそも、AMPから安定して直線偏光が出射されるとしても、AMPチャンバへのウィンドウの取り付け位置が正確でないと、2ステージレーザから出射されるレーザ光の方位は所望の方位からずれることになる。   In the first place, even if linearly polarized light is stably emitted from the AMP, if the position of the window attached to the AMP chamber is not accurate, the direction of the laser light emitted from the two-stage laser will deviate from the desired direction. .

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、2ステージレーザの使用にあたり、直線偏光であって所望の偏光方位のレーザ光を得ることを解決課題とするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to obtain a laser beam having a linear polarization and a desired polarization direction when using a two-stage laser.

第1発明は、
レーザ光を生成し狭帯域化して出射する発振段と、
前記発振段の後段に直列に配置され、前段から出射されたレーザ光を増幅して出射する一以上の増幅段と、
自身に入射するレーザ光の光軸を略中心に回転自在な状態で前記増幅段の光軸上又は前記増幅段以降の光軸上に設けられ、自身に入射するレーザ光を互いに直交する二つの直線偏波成分に分離して出射する偏光子と、を備えたこと
を特徴とする。
The first invention is
An oscillation stage that generates laser light and emits it with a narrow band; and
One or more amplification stages that are arranged in series behind the oscillation stage and amplify and emit the laser light emitted from the previous stage;
Two laser beams that are provided on the optical axis of the amplification stage or on the optical axis after the amplification stage so as to be rotatable about the optical axis of the laser light incident on the laser beam are orthogonal to each other. And a polarizer that emits light separated into linearly polarized components.

第2発明は、
レーザ光を生成し狭帯域化して出射する発振段と、
前記発振段の後段に直列に設けられ、前段から出射されたレーザ光を増幅して出射する一以上の増幅段と、
自身に入射するレーザ光の光軸を略中心に回転自在な状態で前記発振段と前記増幅段との間の光軸上又は前記増幅段以降の光軸上に設けられ、自身に入射するレーザ光を自身の回転角度に応じた偏光方位にして出射する光学素子と、を備えたこと
を特徴とする。
The second invention is
An oscillation stage that generates laser light and emits it with a narrow band; and
One or more amplification stages that are provided in series after the oscillation stage and amplify and emit laser light emitted from the previous stage;
A laser that is provided on the optical axis between the oscillation stage and the amplification stage or on the optical axis after the amplification stage in a state of being rotatable about the optical axis of the laser light incident on itself, and incident on itself And an optical element that emits light in a polarization direction corresponding to its rotation angle.

第3発明は、第1、第2発明において、
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段を備えたこと
を特徴とする。
3rd invention is 1st, 2nd invention,
A polarization azimuth measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization azimuth of the extracted laser light is provided.

第4発明は、第1発明において、
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段と、
前記偏光方位測定手段の測定結果を利用し、最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の偏光方位が所望の方向になるように、前記偏光子の回転角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする。
A fourth invention is the first invention,
A polarization direction measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization direction of the extracted laser light;
Using the measurement result of the polarization direction measuring means, and an angle adjusting means for adjusting the rotation angle of the polarizer so that the polarization direction of the laser light emitted from the last amplification stage becomes a desired direction, It is characterized by having.

第5発明は、第2発明において、
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段と、
前記偏光方位測定手段の測定結果を利用し、最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の偏光方位が所望の方向になるように、前記光学素子の回転角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする。
The fifth invention is the second invention,
A polarization direction measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization direction of the extracted laser light;
Using the measurement result of the polarization direction measuring means, an angle adjusting means for adjusting the rotation angle of the optical element so that the polarization direction of the laser light emitted from the last amplification stage becomes a desired direction; It is characterized by having.

第6発明は、第1、第2発明において、
最終の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の直線偏波の程度を測定する偏波状態測定手段を備えたこと
を特徴とする。
The sixth invention is the first invention, the second invention,
It is characterized by comprising polarization state measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the final amplification stage and measuring the degree of linear polarization of the extracted laser light.

第7発明は、第1発明において、
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、CaF2基板に偏光分離膜が施されたものであって、前記チャンバ以降の光軸上に設けられること
を特徴とする。
A seventh invention is the first invention,
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The polarizer has a polarization separation film on a CaF2 substrate and is provided on the optical axis after the chamber.

第8発明は、第1発明において、
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、前記チャンバのウィンドウに偏光分離膜が施されたものであること
を特徴とする。
In an eighth aspect based on the first aspect,
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The polarizer is characterized in that a polarization separation film is applied to the window of the chamber.

第9発明は、第1発明において、
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、ビームエキスパンダープリズムの斜面に偏光分離膜が施されたものであって、前記チャンバ以降の光軸上に設けられること
を特徴とする。
A ninth invention is the first invention,
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The polarizer is characterized in that a polarization separation film is applied to the inclined surface of a beam expander prism, and is provided on the optical axis after the chamber.

本発明は、AMP(増幅段)内の光軸上又はAMPの後の光軸上に、光軸を中心にして回転自在の偏光子を備える。偏光子は、レーザ光を互いに直交する二つの直線偏波成分すなわちP偏光成分とS偏光成分に分離して出射する。露光装置側で所望の方位の光が必要とされる場合は、所望の方位と偏光子のP偏光成分の方位が一致するように偏光子を回転させる。   The present invention includes a polarizer that is rotatable about the optical axis on the optical axis in the AMP (amplification stage) or on the optical axis after the AMP. The polarizer separates the laser beam into two linearly polarized components that are orthogonal to each other, that is, a P-polarized component and an S-polarized component, and emits the laser beam. When light in a desired direction is required on the exposure apparatus side, the polarizer is rotated so that the desired direction and the direction of the P-polarized light component of the polarizer coincide.

また本発明は、OSC(発振段)とAMP(増幅段)の間又はAMPの後の光軸上に、光軸を中心にして回転自在の1/2波長板を備える。1/2波長板は、レーザ光の方位を自身の回転角度に応じた偏光方位にして出射する。露光装置側で所望の方位の光が必要とされる場合は、1/2波長板から出射されるレーザ光の方位が一致するように1/2波長板を回転させる。1/2波長板は偏光方位を変更できる光学素子であればよい。例えば、二つの1/4波長板でもよい。   The present invention also includes a half-wave plate that is rotatable about the optical axis between the OSC (oscillation stage) and the AMP (amplification stage) or on the optical axis after the AMP. The half-wave plate emits the laser light with the polarization direction corresponding to its rotation angle. When light having a desired direction is required on the exposure apparatus side, the half-wave plate is rotated so that the directions of the laser beams emitted from the half-wave plate coincide. The half-wave plate may be an optical element that can change the polarization direction. For example, two quarter wave plates may be used.

本発明によれば、例えば回転自在の1/2波長板又は回転自在の偏光子が使用されるため、偏光方位を高精度に制御できる。また偏光子を使用する場合は、その偏光選択性によって理想的な高純度のレーザ出力を得ることができる。AMPから出射されるレーザ光が直線偏光である場合は1/2波長板を使用し、楕円偏光である場合は偏光子を使用すれば、直線偏光であって所望の偏光方位のレーザ光を得ることができる。   According to the present invention, for example, a rotatable half-wave plate or a rotatable polarizer is used, so that the polarization direction can be controlled with high accuracy. When a polarizer is used, an ideal high-purity laser output can be obtained due to the polarization selectivity. If the laser beam emitted from the AMP is linearly polarized light, a half-wave plate is used, and if it is elliptically polarized light, a polarizer is used to obtain linearly polarized laser light having a desired polarization direction. be able to.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

AMPから出射されるレーザ光の偏光純度Pが許容値以上であって、偏光純度Pの改善を必要としない場合がある。しかしこうした場合でも偏光方位が所望の方位になっているとは限らない。可能であるならば、AMPから出射されるレーザ光の偏光方位が、露光装置側で要求される偏光方位に合わせて可変であることが望ましい。本実施形態はAMPから出射されるレーザ光の方位のみを制御したい場合に適する。   In some cases, the polarization purity P of the laser light emitted from the AMP is equal to or higher than an allowable value, and the polarization purity P need not be improved. However, even in such a case, the polarization direction is not always the desired direction. If possible, it is desirable that the polarization direction of the laser light emitted from the AMP is variable in accordance with the polarization direction required on the exposure apparatus side. This embodiment is suitable when it is desired to control only the direction of the laser beam emitted from the AMP.

図4は実施例1に係る2ステージレーザの構成を示す図である。
本実施形態の2ステージレーザ200は、図1で示される2ステージレーザ100の構成に加えて、1/2波長板41と回転ステージ42とビームサンプリング素子43と偏光モニタ44とコントローラ45を備えたものである。OSC10とAMP20は従来と同じ構成であるため、以下ではその説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the two-stage laser according to the first embodiment.
The two-stage laser 200 of this embodiment includes a half-wave plate 41, a rotary stage 42, a beam sampling element 43, a polarization monitor 44, and a controller 45 in addition to the configuration of the two-stage laser 100 shown in FIG. Is. Since the OSC 10 and the AMP 20 have the same configuration as the conventional one, the description thereof is omitted below.

1/2波長板41は、回転ステージ42に取り付けられた状態で、AMP20以降の光軸上に設けられる。回転ステージ42は、1/2波長板41をAMP20の出力光軸を中心にして回転させる。ビームサンプリング素子43は、レーザ光を分岐する光学素子であって、1/2波長板41以降の光軸上に設けられる。偏光モニタ44は、ビームサンプリング素子43で分岐された光の一方を取り込める位置に設けられる。コントローラ45は、偏光モニタ44の出力信号を取り込み、1/2波長板41の回転させるべき角度を演算し、この演算結果に応じた駆動信号を回転ステージ42に出力する。   The half-wave plate 41 is provided on the optical axis after the AMP 20 while being attached to the rotary stage 42. The rotary stage 42 rotates the half-wave plate 41 around the output optical axis of the AMP 20. The beam sampling element 43 is an optical element that branches the laser light, and is provided on the optical axis after the half-wave plate 41. The polarization monitor 44 is provided at a position where one of the lights branched by the beam sampling element 43 can be taken. The controller 45 takes in the output signal of the polarization monitor 44, calculates the angle at which the half-wave plate 41 should be rotated, and outputs a drive signal corresponding to the calculation result to the rotary stage 42.

ここで、1/2波長板41とビームサンプリング素子43と偏光モニタ44の説明をする。   Here, the half-wave plate 41, the beam sampling element 43, and the polarization monitor 44 will be described.

(1/2波長板の作用)
図5は1/2波長板の作用を説明するための図である。
1/2波長板41は直線偏光の方位を変える機能を持つ。図5で示されるように、1/2波長板41は、互いに直交する高速軸と低速軸とを有しており、高速軸に対してθの方位角をもって入射した直線偏光Lを、高速軸に対して−2θの方位角をもつ直線偏光L′にして出射する。したがって1/2波長板41から出射する直線偏光の方位をθだけ回転させる場合は、光軸を中心にして1/2波長板41を−1/2θだけ回転させればよい。
(Operation of half-wave plate)
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the half-wave plate.
The half-wave plate 41 has a function of changing the direction of linearly polarized light. As shown in FIG. 5, the half-wave plate 41 has a high-speed axis and a low-speed axis that are orthogonal to each other. Is output as linearly polarized light L ′ having an azimuth angle of −2θ. Therefore, when the direction of the linearly polarized light emitted from the half-wave plate 41 is rotated by θ, the half-wave plate 41 may be rotated by −½θ around the optical axis.

なお二つの1/4波長板を直列に配置しても1/2波長板41と同等の効果が得られる。   Even if two quarter-wave plates are arranged in series, the same effect as the half-wave plate 41 can be obtained.

(ビームサンプリング)
図6はビームサンプリングの一形態を示す図である。
図4で示されるビームサンプリング素子43としては、CaF2を材料とするウエッジ基板43−1が使用される。ウエッジ基板43−1は、入射面のSa面とSa面に対して任意角だけ傾いて対向するSb面を有し、Sa面に対してメインビーム46がほぼ垂直(≠垂直)に入射するようにして設けられる。メインビーム46の入射角度がある程度大きくなると、Sa面での反射光47のP偏光とS偏光の強度比が変化するため、好ましくない。Sa面がメインビーム46の光軸とほぼ直交するならば、メインビーム46の入射角度がそれほど大きくならないため、反射光47のP偏光とS偏光の強度比は、メインビーム46のP偏光とS偏光の強度比と比較してほぼ等しくなる。
(Beam sampling)
FIG. 6 is a diagram showing one form of beam sampling.
As the beam sampling element 43 shown in FIG. 4, a wedge substrate 43-1 made of CaF2 is used. The wedge substrate 43-1 has an Sa surface and an Sb surface facing the Sa surface at an arbitrary angle so as to face each other, and the main beam 46 is incident substantially perpendicularly (≠ vertically) to the Sa surface. Is provided. If the incident angle of the main beam 46 increases to some extent, the intensity ratio of the P-polarized light and the S-polarized light of the reflected light 47 on the Sa surface changes, which is not preferable. If the Sa plane is substantially orthogonal to the optical axis of the main beam 46, the incident angle of the main beam 46 does not become so large, so that the intensity ratio of the P-polarized light and the S-polarized light of the reflected light 47 is Compared with the intensity ratio of polarized light, it becomes almost equal.

反射光47の光軸上には偏光モニタ44が設けられる。偏光モニタ44では後述する測定が行われる。   A polarization monitor 44 is provided on the optical axis of the reflected light 47. The polarization monitor 44 performs the measurement described later.

ウエッジ基板43−1ではメインビーム46の反射がSa面の他にSb面でも生ずる。ウエッジ基板43−1はウエッジ形状であるため、Sb面での反射光48は偏光モニタ44に取り込まれない。ウエッジ基板43−1の代わりに平行基板が使用される場合は、Sb面に減反射コートが施されることが望ましい。減反射コートはモニタ44へ入射する反射光48の量を少なくするために設けられる。   In the wedge substrate 43-1, the reflection of the main beam 46 also occurs on the Sb surface in addition to the Sa surface. Since the wedge substrate 43-1 has a wedge shape, the reflected light 48 on the Sb surface is not taken into the polarization monitor 44. In the case where a parallel substrate is used instead of the wedge substrate 43-1, it is desirable to apply an anti-reflection coating on the Sb surface. The anti-reflection coating is provided to reduce the amount of reflected light 48 incident on the monitor 44.

図7はビームサンプリングの別の一形態を示す図である。
図4で示されるビームサンプリング素子43としては、CaF2を材料とする二つのウエッジ基板43−2、43−3が使用される。ウエッジ基板43−2は、入射面のSa2面とこのSa2面に対して任意角だけ傾いて対向するSb2面を有し、メインビーム46が約45度の入射角でSa2面に入射するように設けられる。ウエッジ基板43−3は、入射面のSa3面とこのSa3面に対して任意角だけ傾いて対向するSb3面を有し、Sa2面での反射光47が約45度の入射角でSa3面に入射するように設けられる。メインビーム46は、Sa2面で反射して反射光47となり、Sa3面で反射して反射光50となる。メインビーム46の偏光成分のうち、Sa2面でP偏光として反射する成分はSa3面でS偏光として反射する。同様に、メインビーム46の偏光成分のうち、Sa2面でS偏光として反射する成分はSa3面でP偏光として反射する。つまりSa2面及びSa3面での反射の結果、P偏光とS偏光の強度比の変化は相殺される。よってメインビーム46と反射光50のP偏光とS偏光の強度比はほぼ等しくなる。例えば入射角度45度の場合に、P偏光成分の反射率は0.0086であるのに対し、S偏光成分の反射率は0.093である。図7で示されるような配置であれば、メインビーム46の偏光成分のうちの一方は、Sa2面でP偏光として反射し、Sa3面でS偏光として反射するので、トータルの反射率は0.0086×0.093=0.0008となる。またメインビーム46の偏光成分のうちの他方は、Sa2面でS偏光として反射、Sa3面でP偏光として反射するので、トータルの反射率は0.093×0.0086=0.0008となる。このように二つのウエッジ基板43−2、43−3によってP偏光とS偏光の最終的な反射率がほぼ等しくなる。
FIG. 7 is a diagram showing another form of beam sampling.
As the beam sampling element 43 shown in FIG. 4, two wedge substrates 43-2 and 43-3 made of CaF2 are used. The wedge substrate 43-2 has an Sa2 surface as an incident surface and an Sb2 surface that is inclined by an arbitrary angle with respect to the Sa2 surface so that the main beam 46 is incident on the Sa2 surface at an incident angle of about 45 degrees. Provided. The wedge substrate 43-3 has an incident surface Sa3 surface and an Sb3 surface opposed to the Sa3 surface by an arbitrary angle, and the reflected light 47 on the Sa2 surface is incident on the Sa3 surface at an incident angle of about 45 degrees. It is provided so as to be incident. The main beam 46 is reflected by the Sa2 surface to become reflected light 47, and reflected by the Sa3 surface to become reflected light 50. Of the polarization components of the main beam 46, the component reflected as P-polarized light on the Sa2 plane is reflected as S-polarized light on the Sa3 plane. Similarly, of the polarization components of the main beam 46, the component reflected as S-polarized light on the Sa2 plane is reflected as P-polarized light on the Sa3 plane. That is, as a result of reflection on the Sa2 plane and Sa3 plane, changes in the intensity ratio of P-polarized light and S-polarized light are canceled out. Therefore, the intensity ratio between the P-polarized light and the S-polarized light of the main beam 46 and the reflected light 50 is substantially equal. For example, when the incident angle is 45 degrees, the reflectance of the P-polarized component is 0.0086, whereas the reflectance of the S-polarized component is 0.093. With the arrangement shown in FIG. 7, one of the polarization components of the main beam 46 is reflected as P-polarized light on the Sa2 plane and reflected as S-polarized light on the Sa3 plane, so that the total reflectance is 0.0086 ×. 0.093 = 0.008. The other of the polarization components of the main beam 46 is reflected as S-polarized light on the Sa2 surface and reflected as P-polarized light on the Sa3 surface, so that the total reflectance is 0.093 × 0.0086 = 0.008. As described above, the final reflectances of the P-polarized light and the S-polarized light are substantially equalized by the two wedge substrates 43-2 and 43-3.

反射光50の光軸上には偏光モニタ44が設けられる。偏光モニタ44では後述する測定が行われる。   A polarization monitor 44 is provided on the optical axis of the reflected light 50. The polarization monitor 44 performs the measurement described later.

図6のウエッジ基板43−1と同様に、ウエッジ基板43−2、43−3はウエッジ形状であるため、Sb2面及びSb3面での反射光は偏光モニタ44に取り込まれない。ウエッジ基板43−2、43−3の代わりに平行基板が使用される場合は、Sb2面及びSb3面に減反射コートが施されることが望ましい。減反射コートは反射光48の影響を少なくするために設けられる。   Similar to the wedge substrate 43-1 in FIG. 6, the wedge substrates 43-2 and 43-3 have a wedge shape, so that the reflected light on the Sb2 surface and the Sb3 surface is not taken into the polarization monitor 44. In the case where a parallel substrate is used instead of the wedge substrates 43-2 and 43-3, it is desirable to apply an anti-reflection coating to the Sb2 surface and the Sb3 surface. The anti-reflection coating is provided to reduce the influence of the reflected light 48.

(偏光モニタ)
偏光モニタ44はレーザ光の偏光の純度及び方位を測定するモジュールであり、所謂一般的なポラリメータと同等の機能を有する。ここで説明する三形態の偏光モニタ44にはそれぞれ偏光子が含まれる。そこで、偏光モニタ44の説明に入る前に、図8〜図12を用いて具体的な五種類の偏光子を説明する。
(Polarization monitor)
The polarization monitor 44 is a module for measuring the purity and orientation of the polarization of the laser light, and has a function equivalent to a so-called general polarimeter. Each of the three types of polarization monitors 44 described here includes a polarizer. Thus, before describing the polarization monitor 44, five specific types of polarizers will be described with reference to FIGS.

偏光子は、自身に入射した光を、自身の設置角度に応じた互いに直交する二方向の偏光成分に分離し、一方の偏光成分をその伝搬方向をほぼ変化させずに出射し、他方の偏光成分をその伝搬方向を変化させて出射する。偏光子にとって、伝搬方向が変化しない偏光成分がP偏光成分であり、伝搬方向が変化する偏光成分がS偏光成分である。P偏光成分の方位は入射光軸を中心とする偏光子の回転と共に変化する。   A polarizer separates light incident on itself into two orthogonally polarized components according to its installation angle, and emits one polarized component with its propagation direction substantially unchanged, and the other polarized light. The component is emitted while changing its propagation direction. For a polarizer, the polarization component whose propagation direction does not change is the P polarization component, and the polarization component whose propagation direction changes is the S polarization component. The orientation of the P-polarized component changes with the rotation of the polarizer about the incident optical axis.

図8は第一の形態の偏光子を示す図である。
第一の形態の偏光子は偏光ビームスプリッタである。偏光子51は、CaF2の平行平面基板52と、平行平面基板52の表面Sa面にコーティングされた偏光分離膜53と、から構成される。偏光分離膜53はP偏光を透過しS偏光を反射する。図8で示されるように、偏光分離膜53に対するレーザ光の入射角度がブリュースター角に近いほど、平行平面基板52の裏面Sb面でのP偏光透過率が更に向上し、効率が良くなる。またSb面にP偏光に対する減反射膜をコーティングしても、同様に効率が良くなる。またSb面にSa面と同じ偏光分離膜をコーティングして、偏光子としての消光比を改善してもよい。
FIG. 8 is a diagram showing a polarizer of the first form.
The first form of polarizer is a polarizing beam splitter. The polarizer 51 includes a CaF 2 parallel plane substrate 52 and a polarization separation film 53 coated on the surface Sa surface of the parallel plane substrate 52. The polarization separation film 53 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. As shown in FIG. 8, the closer the incident angle of the laser light to the polarization separation film 53 is to the Brewster angle, the more the P-polarized light transmittance on the back surface Sb surface of the parallel flat substrate 52 is improved and the efficiency is improved. Similarly, if the Sb surface is coated with a P-polarized anti-reflection film, the efficiency is improved. The Sb surface may be coated with the same polarization separation film as the Sa surface to improve the extinction ratio as a polarizer.

図9は第二の形態の偏光子を示す図である。
第二の形態の偏光子はRochonプリズムである。偏光子55は、複屈折性の結晶からなる第一のプリズム56及び第二のプリズム57で構成される。第一のプリズム56及び第二のプリズム57は斜面同士が接触している。第一のプリズム56の光学主軸の方位は、入射光と垂直であり且つ自身の斜面と平行である。第二のプリズム57の光学主軸の方位は、入射光と平行である。偏光子55は入射したレーザ光のP偏光、S偏光を分離する。レーザ光は、第一のプリズム56の入射面Sa面に入射し、第一のプリズム56を直進し、第二のプリズム57の斜面でP偏光とS偏光に分離される。P偏光はそのまま第二のプリズム57を直進し、第二のプリズム57の出射面Sb面から出射される。S偏光は、第二のプリズム57の斜面で進行方向を若干変えられ、第二のプリズム57を直進し、第二のプリズム57の出射面Sb面から出射される。第二のプリズム57の出射側にS偏光を遮光するアパーチャ58を設けると、純度の高い直線偏光が得られる。第一、第二のプリズム56、57の材料としては、フッ化マグネシウム結晶などが適している。またSa面、Sb面のように垂直に光が入射する面に減反射膜をコーティングすることによって、より少ない損失で偏光を分離できる。図示はしないが、第一のプリズム56と第二のプリズム57の間に空隙が設けられたRochonプリズムも同様の機能を有し、これを用いることも可能である。
FIG. 9 is a diagram showing a polarizer of the second form.
The second form of polarizer is a Rochon prism. The polarizer 55 includes a first prism 56 and a second prism 57 made of a birefringent crystal. The slopes of the first prism 56 and the second prism 57 are in contact with each other. The orientation of the optical principal axis of the first prism 56 is perpendicular to the incident light and parallel to its slope. The orientation of the optical principal axis of the second prism 57 is parallel to the incident light. The polarizer 55 separates the P-polarized light and the S-polarized light of the incident laser light. The laser light is incident on the incident surface Sa of the first prism 56, travels straight through the first prism 56, and is separated into P-polarized light and S-polarized light by the inclined surface of the second prism 57. The P-polarized light travels straight through the second prism 57 and is emitted from the exit surface Sb of the second prism 57. The traveling direction of the S-polarized light is slightly changed on the slope of the second prism 57, travels straight through the second prism 57, and is emitted from the exit surface Sb surface of the second prism 57. If an aperture 58 for shielding S-polarized light is provided on the output side of the second prism 57, highly pure linearly polarized light can be obtained. A suitable material for the first and second prisms 56 and 57 is magnesium fluoride crystal. Further, by coating the anti-reflection film on the surface on which light is incident vertically such as the Sa surface and the Sb surface, the polarized light can be separated with less loss. Although not shown, the Rochon prism in which a gap is provided between the first prism 56 and the second prism 57 also has the same function, and this can also be used.

図10は第三の形態の偏光子を示す図である。
第三の形態の偏光子は第一の偏光子を二つ組み合わせたタイプである。偏光子61は、CaF2の基板62と、基板62の表面Sa面にコーティングされた偏光分離膜63と、基板62の表面Sb面にコーティングされた偏光分離膜64と、から構成される。偏光子61では、偏光分離膜63、64が共通の基板61にコーティングされているが、別々の基板にコーティングされてもよい。偏光子61のような構成によって、光軸がずれることなくP偏光のみを通過させることができる。
FIG. 10 is a diagram showing a polarizer of the third form.
The polarizer of the third form is a type in which two first polarizers are combined. The polarizer 61 includes a CaF 2 substrate 62, a polarization separation film 63 coated on the surface Sa surface of the substrate 62, and a polarization separation film 64 coated on the surface Sb surface of the substrate 62. In the polarizer 61, the polarization separation films 63 and 64 are coated on the common substrate 61, but may be coated on different substrates. With the configuration like the polarizer 61, only the P-polarized light can pass through without shifting the optical axis.

図11は第四の形態の偏光子を示す図である。
第四の形態の偏光子は偏光ビームスプリッタの一例である。偏光子66は、等方性の第一のプリズム67及び第二のプリズム68と偏光分離膜69で構成される。偏光分離膜69を介して第一のプリズム67及び第二のプリズム68の斜面同士が対向する。Sa面、Sb面のように垂直に光が入射する面に減反射膜をコーティングすることによって、より少ない損失で偏光を分離できる。
FIG. 11 is a diagram showing a fourth form of polarizer.
The polarizer of the fourth form is an example of a polarizing beam splitter. The polarizer 66 includes an isotropic first prism 67 and second prism 68 and a polarization separation film 69. The slopes of the first prism 67 and the second prism 68 are opposed to each other through the polarization separation film 69. By coating the anti-reflection film on a surface on which light is incident vertically such as the Sa surface and the Sb surface, polarized light can be separated with less loss.

図12は第五の形態の偏光子を示す図である。
第五の形態の偏光子はGlan Laserプリズムである。偏光子71は、複屈折性の結晶からなる第一のプリズム72及び第二のプリズム73で構成される。第一のプリズム72及び第二のプリズム73は斜面同士が所定間隔だけ離間して対向している。第一のプリズム72及び第二のプリズム73の光学主軸の方位は、入射光と垂直であり、且つ入射面Sa面に垂直入射する光軸と第一及び第二のプリズムの斜面の法線とを含む平面と平行である。レーザ光は、第一のプリズム72の入射面Saに入射し、第一のプリズム72を直進し、第二のプリズム73の斜面でP偏光とS偏光に分離される。P偏光はそのまま第二のプリズム73を直進し、第二のプリズム73の出射面Sb面から出射される。S偏光は、第二のプリズム73の斜面で反射され、第一のプリズム72を直進し、第一のプリズム72の出射面Sc面から出射される。第一、第二のプリズム72、73の材料としては、α−BBO結晶などが適している。またSa面、Sb面のように垂直に光が入射する面に減反射膜をコーティングすることによって、より少ない損失で偏光を分離できる。
FIG. 12 is a diagram showing a fifth form of polarizer.
The fifth form of polarizer is a Glan Laser prism. The polarizer 71 includes a first prism 72 and a second prism 73 made of a birefringent crystal. The slopes of the first prism 72 and the second prism 73 are opposed to each other with a predetermined distance. The orientations of the optical principal axes of the first prism 72 and the second prism 73 are perpendicular to the incident light and perpendicular to the incident surface Sa, and the normals of the inclined surfaces of the first and second prisms. Parallel to the plane containing The laser light is incident on the incident surface Sa of the first prism 72, travels straight through the first prism 72, and is separated into P-polarized light and S-polarized light by the inclined surface of the second prism 73. The P-polarized light travels straight through the second prism 73 and is emitted from the exit surface Sb of the second prism 73. S-polarized light is reflected by the slope of the second prism 73, travels straight through the first prism 72, and is emitted from the exit surface Sc surface of the first prism 72. As a material of the first and second prisms 72 and 73, α-BBO crystal is suitable. Further, by coating the anti-reflection film on the surface on which light is incident vertically such as the Sa surface and the Sb surface, the polarized light can be separated with less loss.

以上、具体的な偏光子を説明したが、P偏光、S偏光を分離できる偏光子であればどのような形態のものでも用いることは可能である。次に、こうした偏光子を利用した偏光モニタ44を説明する。   A specific polarizer has been described above, but any type of polarizer can be used as long as it can separate P-polarized light and S-polarized light. Next, a polarization monitor 44 using such a polarizer will be described.

〔1.偏光モニタの第一の形態〕
図13は第一の形態の偏光モニタの構成を示す図である。
本形態はストークスのパラメータS0、S1、S2を測定することによって、偏光方位角Φと直線偏光純度Pを求める偏光モニタ44−1である。偏光モニタ44−1は、図9で示される偏光子55と、第一、第二の光センサ75、76とで構成される。偏光子55は、図示しない回転ステージに取り付けられており、入射光軸を中心にして回転自在である。第一の光センサ75は偏光子55から出射されるS偏光の光軸上に設けられ、第二の光センサ76は偏光子55から出射されるP偏光の光軸上に設けられる。本形態では偏光子55の回転と共にS偏光の光軸も移動するため、偏光子55の移動に追従して第一の光センサ75の位置を変化させる駆動機構が設けられる。光センサ75、76は、単一の受光素子でもよいし、1次元あるいは2次元に受光素子が並ぶものでもよい。例えば、CCDラインセンサやMOSエリアセンサなどを使用することができる。この場合は、レーザビームの場所毎、つまりレーザビームの光軸に直交する断面内での偏光の分布の状態が測定できる。
[1. First form of polarization monitor)
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the first embodiment.
This embodiment is a polarization monitor 44-1 that obtains the polarization azimuth angle Φ and the linear polarization purity P by measuring the Stokes parameters S0, S1, and S2. The polarization monitor 44-1 includes the polarizer 55 shown in FIG. 9 and first and second optical sensors 75 and 76. The polarizer 55 is attached to a rotation stage (not shown) and is rotatable about the incident optical axis. The first optical sensor 75 is provided on the optical axis of S-polarized light emitted from the polarizer 55, and the second optical sensor 76 is provided on the optical axis of P-polarized light emitted from the polarizer 55. In this embodiment, since the optical axis of the S-polarized light moves with the rotation of the polarizer 55, a drive mechanism for changing the position of the first optical sensor 75 following the movement of the polarizer 55 is provided. The optical sensors 75 and 76 may be a single light receiving element, or may be one in which the light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. For example, a CCD line sensor or a MOS area sensor can be used. In this case, the state of the polarization distribution can be measured for each location of the laser beam, that is, in a cross section orthogonal to the optical axis of the laser beam.

ストークスのパラメータS0、S1、S2を次のように定義する。なお、以下の説明は一般論である。半導体露光の分野を例にすれば、本発明のAMP出射光の電界の直線偏光方位が重力方向に対して直交することが望ましい状態である。   The Stokes parameters S0, S1, S2 are defined as follows. The following explanation is general. Taking the field of semiconductor exposure as an example, it is desirable that the linear polarization direction of the electric field of the AMP emitted light of the present invention be orthogonal to the direction of gravity.

S0:全強度(P偏光、S偏光の強度の和)
S1:x成分とy成分の強度差(偏光子55の回転角度が0度である場合のP偏光、S偏光の強度の差)
S2:+45度成分と−45度成分の強度差(偏光子55の回転角度が+45度である場合のP偏光、S偏光の強度の差)
偏光方位角Φと直線偏光純度Pは、パラメータS0、S1、S2を用いた下記(2)、(3)式で演算される。
Φ=1/2・tan-1(S2/S1) … (2)
P=〔√{(S1-2+S2-2)/S0-2}〕×100 … (3)
ここで方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を図14を用いて説明する。
S0: Total intensity (sum of P-polarized light and S-polarized light intensity)
S1: Intensity difference between x component and y component (difference in intensity between P-polarized light and S-polarized light when the rotation angle of the polarizer 55 is 0 degree)
S2: Intensity difference between +45 degree component and -45 degree component (difference in intensity between P-polarized light and S-polarized light when the rotation angle of the polarizer 55 is +45 degrees)
The polarization azimuth angle Φ and the linear polarization purity P are calculated by the following equations (2) and (3) using the parameters S0, S1, and S2.
Φ = 1/2 · tan −1 (S2 / S1) (2)
P = [√ {(S1 −2 + S2 −2 ) / S0 −2 }] × 100 (3)
Here, the process of obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P will be described with reference to FIG.

図14は方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を示すフローチャートである。
最初に偏光子55の回転角度は0度にされる。この0度とは、所望の偏光方位に対する偏光子55の基準方向のずれが0度であるとことを意味する。例えば、前述した半導体露光の分野では重力方向に直交方向、すなわち水平方向が0度である。レーザ光のS偏光は第一の光センサ75に取り込まれ、P偏光は第二の光センサ76に取り込まれる。第一の光センサ75では光強度Sout1が測定され、第二の光センサ76では光強度Sout2が測定される。そして、
S0=Sout1+Sout2 … (4)
S1=Sout1−Sout2 … (5)
という演算によってS0、S1が求められる(ステップS11)。
FIG. 14 is a flowchart showing a process for obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P.
First, the rotation angle of the polarizer 55 is set to 0 degree. This 0 degree means that the deviation of the reference direction of the polarizer 55 from the desired polarization orientation is 0 degree. For example, in the aforementioned semiconductor exposure field, the direction perpendicular to the direction of gravity, that is, the horizontal direction is 0 degree. S-polarized light of the laser light is captured by the first optical sensor 75, and P-polarized light is captured by the second optical sensor 76. The first optical sensor 75 measures the light intensity Sout1, and the second optical sensor 76 measures the light intensity Sout2. And
S0 = Sout1 + Sout2 (4)
S1 = Sout1-Sout2 (5)
Thus, S0 and S1 are obtained (step S11).

次に偏光子55の回転角度が+45度にされる。ステップS11と同様に、レーザ光のS偏光は第一の光センサ75に取り込まれ、P偏光は第二の光センサ76に取り込まれる。第一の光センサ75では光強度Sout1が測定され、第二の光センサ76では光強度Sout2が測定される。そして、
S2=Sout1−Sout2 … (6)
という演算によってS2が求められる(ステップS12)。
Next, the rotation angle of the polarizer 55 is set to +45 degrees. Similarly to step S <b> 11, the S-polarized light of the laser light is captured by the first optical sensor 75, and the P-polarized light is captured by the second optical sensor 76. The first optical sensor 75 measures the light intensity Sout1, and the second optical sensor 76 measures the light intensity Sout2. And
S2 = Sout1-Sout2 (6)
S2 is obtained by the above calculation (step S12).

求められたパラメータS0、S1、S2は上記(2)、(3)式に代入され、方位角Φと直線偏光純度Pが求められる(ステップS13)。   The obtained parameters S0, S1, and S2 are substituted into the above equations (2) and (3), and the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P are obtained (step S13).

なお偏光モニタ44−1に図9で示される偏光子55が使用される場合を説明したが、図8及び図10〜図12で示される各偏光子が使用されてもよい。各場合においては、第一の光センサ75と第二の光センサ76の配置がかわる。   In addition, although the case where the polarizer 55 shown in FIG. 9 is used for the polarization monitor 44-1, the respective polarizers shown in FIGS. 8 and 10 to 12 may be used. In each case, the arrangement of the first photosensor 75 and the second photosensor 76 is changed.

〔2.偏光モニタの第二の形態〕
図15は第二の形態の偏光モニタの構成を示す図である。
偏光モニタ44−1と同様に、本形態もストークスのパラメータS0、S1、S2を測定することによって、偏光方位角Φと直線偏光純度Pを求める偏光モニタ44−2である。偏光モニタ44−2の構造、原理は、文献K.Kawano and A.Nagashima,Rev.Sci. Instrum.68,4035(1997)に詳しく記載されているため、ここでは詳細な説明を省略する。
[2. Second form of polarization monitor)
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the second embodiment.
Similar to the polarization monitor 44-1, this embodiment is also a polarization monitor 44-2 for obtaining the polarization azimuth angle Φ and the linear polarization purity P by measuring the Stokes parameters S0, S1, and S2. Since the structure and principle of the polarization monitor 44-2 are described in detail in the document K. Kawano and A. Nagashima, Rev. Sci. Instrum. 68, 4035 (1997), detailed description is omitted here.

偏光モニタ44−2は、0度及び45度の方位に配置された二つのPEM(Photo Elastic Modulators)78、79と、22.5度の方位に配置された偏光子51と、光センサ80と、から構成される。レーザ光は、PEM78、79と偏光子51を通過して、光センサ80に取り込まれる。二つのPEM78、79を異なる周波数f1、f2で変調し、また二つのロックインアンプ81、82の周波数を2f1、2f2に合わせて、光センサ80から得られる信号を増幅する。すると光強度Sout1に相当するV2f1及び光強度Sout2に相当するV2f2の信号が得られる。よって上記(4)、(5)、(6)式にてパラメータS0、S1、S2を求め、上記(2)式、(3)式にて方位角Φと直線偏光純度Pを求める。   The polarization monitor 44-2 includes two PEMs (Photo Elastic Modulators) 78 and 79 arranged at 0 and 45 degrees, a polarizer 51 arranged at 22.5 degrees, an optical sensor 80, and the like. Is composed of. The laser light passes through the PEMs 78 and 79 and the polarizer 51 and is taken into the optical sensor 80. The two PEMs 78 and 79 are modulated with different frequencies f1 and f2, and the frequencies of the two lock-in amplifiers 81 and 82 are set to 2f1 and 2f2, thereby amplifying the signal obtained from the optical sensor 80. Then, signals of V2f1 corresponding to the light intensity Sout1 and V2f2 corresponding to the light intensity Sout2 are obtained. Accordingly, the parameters S0, S1, and S2 are obtained from the above equations (4), (5), and (6), and the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P are obtained from the above equations (2) and (3).

偏光モニタ44−1では、偏光子55の機械的駆動によってパラメータS0、S1、S2が求められるが、偏光モニタ44−2では、周波数の制御によってパラメータS0、S1、S2が求められる。偏光モニタ44−2は機械的な動作部分がないため、偏光モニタ44−1よりも高速な測定が可能である。   In the polarization monitor 44-1, the parameters S0, S1, and S2 are obtained by mechanically driving the polarizer 55, whereas in the polarization monitor 44-2, the parameters S0, S1, and S2 are obtained by controlling the frequency. Since the polarization monitor 44-2 has no mechanical operation part, it can measure at a higher speed than the polarization monitor 44-1.

なお偏光モニタ44−2に図8で示される偏光子51が使用される場合を説明したが、図9〜図12で示される各偏光子が使用されてもよい。また光センサ80は、単一の受光素子でもよいし、1次元あるいは2次元に受光素子が並ぶものでもよい。   In addition, although the case where the polarizer 51 shown by FIG. 8 was used for the polarization monitor 44-2 was demonstrated, each polarizer shown by FIGS. 9-12 may be used. The optical sensor 80 may be a single light receiving element, or may be one in which the light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

ちなみに本形態で使用されるPEM78、79としては、HINDS社(米国)などから提供されている商用製品が使用可能である。   Incidentally, as the PEMs 78 and 79 used in this embodiment, commercial products provided by HINDS (USA) and the like can be used.

〔3.偏光モニタの第三の形態〕
図16は第三の形態の偏光モニタの構成を示す図である。
本形態は、偏光子を回転させて消光比が最大となる方位(偏光方位角Φ)を探し、さらに直線偏光純度Pを求める偏光モニタ44−3である。偏光モニタ44−3は、図8で示される偏光子51と、光センサ84とで構成される。偏光子51は、図示しない回転ステージに取り付けられており、入射光軸を中心にして回転自在である。光センサ84は偏光子51から出射されるP偏光の光軸上に設けられる。光センサ84の代わりに、光センサ85が設けられていてもよい。光センサ85は偏光子51から出射されるS偏光の光軸上に設けられる。本形態では偏光子51の回転と共にS偏光の光軸も移動するため、偏光子51の回転に追従して光センサ85の位置を変化させる駆動機構が設けられる。光センサ84、85は、単一の受光素子でもよいし、1次元あるいは2次元に受光素子が並ぶものでもよい。例えば、CCDラインセンサやMOSエリアセンサなどを使用することができる。
[3. (Third form of polarization monitor)
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the third embodiment.
The present embodiment is a polarization monitor 44-3 that searches for an azimuth (polarization azimuth angle Φ) that maximizes the extinction ratio by rotating the polarizer and further obtains the linear polarization purity P. The polarization monitor 44-3 includes the polarizer 51 shown in FIG. The polarizer 51 is attached to a rotation stage (not shown) and is rotatable about the incident optical axis. The optical sensor 84 is provided on the optical axis of P-polarized light emitted from the polarizer 51. Instead of the optical sensor 84, an optical sensor 85 may be provided. The optical sensor 85 is provided on the optical axis of S-polarized light emitted from the polarizer 51. In this embodiment, since the optical axis of the S-polarized light moves with the rotation of the polarizer 51, a drive mechanism that changes the position of the optical sensor 85 following the rotation of the polarizer 51 is provided. The optical sensors 84 and 85 may be a single light receiving element, or may be one in which the light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. For example, a CCD line sensor or a MOS area sensor can be used.

ここで方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を図17を用いて説明する。   Here, the process of obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P will be described with reference to FIG.

図17は方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を示すフローチャートである。
最初に偏光子51の回転角度が0度にされる。この0度とは、所望の偏光方位に対する偏光子55の基準方向のずれが0度であるとことを意味する。レーザ光のP偏光は光センサ84に取り込まれる。光センサ84では光強度Soutが測定される。偏光子51は回転角度が±90度の範囲で回転され、±90度の範囲内の複数の回転位置で、光強度Soutの測定が行われる。各回転位置で測定された光強度Soutは記憶される(ステップS21)。
FIG. 17 is a flowchart showing a process of obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P.
First, the rotation angle of the polarizer 51 is set to 0 degree. This 0 degree means that the deviation of the reference direction of the polarizer 55 from the desired polarization orientation is 0 degree. The P-polarized light of the laser light is taken into the optical sensor 84. The optical sensor 84 measures the light intensity Sout. The polarizer 51 is rotated within a range of the rotation angle of ± 90 degrees, and the light intensity Sout is measured at a plurality of rotation positions within the range of ± 90 degrees. The light intensity Sout measured at each rotational position is stored (step S21).

図18は偏光子の回転角度と光センサの出力との関係を示す図である。
横軸に偏光子51の回転角度をとり縦軸に光強度Soutをとると、ステップS21によって図18で示されるような曲線cが得られる。この曲線cは余弦関数Acos2(θ+Φ)+Bで表される(ステップS22)。Aは曲線cの振幅であり、Bは曲線cの最小光強度である。方位角Φは、曲線cの最大光強度が得られたときの回転角度であり、余弦関数の位相から求められる。直線偏光純度Pは、
P={A/(A+2B)}×100 … (7)
によって求められる(ステップS23)。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polarizer and the output of the optical sensor.
When the horizontal axis represents the rotation angle of the polarizer 51 and the vertical axis represents the light intensity Sout, a curve c as shown in FIG. 18 is obtained in step S21. This curve c is represented by the cosine function Acos 2 (θ + Φ) + B (step S22). A is the amplitude of the curve c, and B is the minimum light intensity of the curve c. The azimuth angle Φ is a rotation angle when the maximum light intensity of the curve c is obtained, and is obtained from the phase of the cosine function. The linear polarization purity P is
P = {A / (A + 2B)} × 100 (7)
(Step S23).

なお図17で示される処理を光センサ84を使用するのではなく、光センサ85を使用して行ってもよい。また偏光モニタ44−3に図8で示される偏光子51が使用される場合を説明したが、図9〜図12で示される各偏光子が使用されてもよい。   Note that the processing shown in FIG. 17 may be performed using the optical sensor 85 instead of using the optical sensor 84. Moreover, although the case where the polarizer 51 shown by FIG. 8 was used for the polarization monitor 44-3 was demonstrated, each polarizer shown by FIGS. 9-12 may be used.

以上、1/2波長板41とビームサンプリング素子43と偏光モニタ44の説明をした。ところで偏光モニタ44はキャリブレーションがなされる必要がある。具体的には、2ステージレーザ100の外部に偏光の絶対方位を測定する原器となる偏光測定器を設置しておき、この偏光測定器及び偏光モニタ44でレーザ光の偏光方位を測定し、偏光測定器及び偏光モニタ44で得られた偏光方位の測定値同士を比較し、その差をコントローラ45で補正し、記憶しておく。   The half-wave plate 41, the beam sampling element 43, and the polarization monitor 44 have been described above. By the way, the polarization monitor 44 needs to be calibrated. Specifically, a polarization measuring instrument as a prototype for measuring the absolute azimuth of polarized light is installed outside the two-stage laser 100, and the polarization azimuth of the laser light is measured with the polarization measuring instrument and the polarization monitor 44, The measured values of the polarization azimuth obtained by the polarimeter and the polarization monitor 44 are compared, and the difference is corrected by the controller 45 and stored.

次に、図4及び図19を用いて、2ステージレーザ200から出射されるレーザ光の偏光方位を所望の方位にする手順を説明する。   Next, a procedure for setting the polarization direction of the laser light emitted from the two-stage laser 200 to a desired direction will be described with reference to FIGS.

図19は実施例1の測定手順を示すフローチャートである。
AMP20から出射されたレーザ光は、1/2波長板41を透過し、ビームサンプリング素子43で一部が反射する。反射した光は偏光モニタ44に取り込まれる。偏光モニタ44は、1/2波長板41から出射されたレーザ光の偏光方位角Φを測定し、測定値を信号化してコントローラ45に出力する。コントローラ45は、測定された偏光方位角Φと所望の方位角DA0との差DAを演算する(ステップS31)。|DA|<1度(任意角度)である場合は、そのまま偏光方位角Φの測定が続けられる(ステップS32の判断Yes)。|DA|≧1度である場合は、コントローラ45は、回転ステージ42に指令信号を出力する。回転ステージ42は、指令信号に応じて1/2波長板41を−DA/2だけ回転させる。そして偏光方位角Φの測定が続けられる(ステップS32の判断No、ステップS33)。以上の処理によって、偏光方位角Φは所望の方位角DA0に対して±1度未満だけずれた状態になる。
FIG. 19 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 1.
The laser light emitted from the AMP 20 passes through the half-wave plate 41 and is partially reflected by the beam sampling element 43. The reflected light is taken into the polarization monitor 44. The polarization monitor 44 measures the polarization azimuth angle Φ of the laser light emitted from the half-wave plate 41, converts the measured value into a signal, and outputs the signal to the controller 45. The controller 45 calculates a difference DA between the measured polarization azimuth angle Φ and a desired azimuth angle DA0 (step S31). If | DA | <1 degree (arbitrary angle), the measurement of the polarization azimuth angle Φ is continued (Yes in step S32). When | DA | ≧ 1 degree, the controller 45 outputs a command signal to the rotary stage 42. The rotation stage 42 rotates the half-wave plate 41 by −DA / 2 according to the command signal. Then, the measurement of the polarization azimuth angle Φ is continued (No in Step S32, Step S33). Through the above processing, the polarization azimuth angle Φ is shifted by less than ± 1 degree with respect to the desired azimuth angle DA0.

本実施形態では、ビームサンプリング素子43が1/2波長板41の後に設けられているが、ビームサンプリング素子43が1/2波長板41の前に設けられていてもよい。この場合は、図19で示されるステップS32は必要ない。   In this embodiment, the beam sampling element 43 is provided after the half-wave plate 41, but the beam sampling element 43 may be provided before the half-wave plate 41. In this case, step S32 shown in FIG. 19 is not necessary.

本実施形態によると、回転自在の1/2波長板41によって偏光方位を制御できる。したがって偏光方位の安定した直線偏光を得られる。   According to this embodiment, the polarization direction can be controlled by the rotatable half-wave plate 41. Accordingly, linearly polarized light having a stable polarization direction can be obtained.

なお本実施形態は、AMP20から出射されるレーザ光の偏光純度Pが許容値以上である場合、すなわちレーザ光がほぼ直線偏光である場合に有効であるが、AMP20から出射されるレーザ光の偏光純度Pが許容値未満であることもあり得る。このような場合に備えて、許容値未満の偏光純度Pが偏光モニタ44で測定されてから、レーザ装置及び/又は露光装置の運転が停止されるような制御系を構築してもよい。   The present embodiment is effective when the polarization purity P of the laser light emitted from the AMP 20 is equal to or higher than an allowable value, that is, when the laser light is substantially linearly polarized, but the polarization of the laser light emitted from the AMP 20 is not limited. It is possible that the purity P is less than an acceptable value. In preparation for such a case, a control system may be constructed in which the operation of the laser apparatus and / or the exposure apparatus is stopped after the polarization purity P less than the allowable value is measured by the polarization monitor 44.

本実施形態は実施例1で出射されるレーザ光の偏光純度Pを向上させるものに相当する。   This embodiment is equivalent to improving the polarization purity P of the laser light emitted in the first embodiment.

図20は実施例2に係る2ステージレーザの構成を示す図である。
本実施形態の2ステージレーザ300は、図4で示される2ステージレーザ200の構成のうち、1/2波長板41及び回転ステージ42の位置とビームサンプリング素子43の位置を入れ替えたものであり、さらに1/2波長板41以降の光軸上に、回転ステージ88に取り付けられた偏光子87を備えたものである。なお実施例1の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the second embodiment.
The two-stage laser 300 of the present embodiment is obtained by replacing the positions of the half-wave plate 41 and the rotary stage 42 and the position of the beam sampling element 43 in the configuration of the two-stage laser 200 shown in FIG. Further, a polarizer 87 attached to the rotary stage 88 is provided on the optical axis after the half-wave plate 41. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as the component of Example 1, and description is abbreviate | omitted.

偏光子87は、1/2波長板41以降の光軸上に設けられる。回転ステージ88は、AMP20の出力光軸を中心にして偏光子87を回転させる。偏光子87としては、図8〜図12で示される各偏光子が適用可能である。偏光純度Pを向上させるために、図8で示される偏光子51を使用することについて、若干の追加説明をする。   The polarizer 87 is provided on the optical axis after the half-wave plate 41. The rotary stage 88 rotates the polarizer 87 around the output optical axis of the AMP 20. As the polarizer 87, each polarizer shown in FIGS. 8 to 12 can be applied. In order to improve the polarization purity P, the use of the polarizer 51 shown in FIG.

偏光子51のP偏光選択率Sp及びS偏光選択率Ssは、S偏光の透過率をTs、P偏光の透過率をTpとすると、
Sp=Tp /(Tp+Ts)
Ss=Ts /(Tp+Ts)
で表される。Tp/Tsが大きいほどP偏光が選択され透過する。すなわち高い純度のP偏光を得ることができる。
The P-polarized light selectivity Sp and the S-polarized light selectivity Ss of the polarizer 51 are expressed as follows, where the transmittance of S-polarized light is Ts and the transmittance of P-polarized light is Tp.
Sp = Tp / (Tp + Ts)
Ss = Ts / (Tp + Ts)
It is represented by As Tp / Ts increases, P-polarized light is selected and transmitted. That is, high-purity P-polarized light can be obtained.

偏光分離膜53としては、例えばMgF2薄膜とLaF3薄膜が交互に積層される誘電体多層膜が望ましい。誘電体多層膜によれば、各膜厚と層数によってP偏光選択率Spを制御することができる。   As the polarization separation film 53, for example, a dielectric multilayer film in which MgF2 thin films and LaF3 thin films are alternately laminated is desirable. According to the dielectric multilayer film, the P-polarization selectivity Sp can be controlled by each film thickness and the number of layers.

例えば、消光比がTp:Ts=500:1なる偏光子51を用いれば、AMP20から出射される光のP偏光純度がウィンドウ21a、21bの複屈折などの発生により50%に悪化しても、99.8%以上のP偏光純度に改善できる。   For example, if the polarizer 51 having an extinction ratio of Tp: Ts = 500: 1 is used, even if the P polarization purity of the light emitted from the AMP 20 deteriorates to 50% due to the occurrence of birefringence of the windows 21a and 21b, The P polarization purity can be improved to 99.8% or more.

偏光子51の個数は、必要とされるP偏光純度の値とAMP20から出射される光のP偏光純度の最悪値および偏光子51のP偏光選択率Spによって決めるのが望ましい。   The number of polarizers 51 is desirably determined by the required value of P polarization purity, the worst value of P polarization purity of light emitted from the AMP 20, and the P polarization selectivity Sp of the polarizer 51.

またS偏光は反射されて失われるので、一定のレーザ出力を得るためにはAMP20の出力を上昇させS偏光の損失分を補うことが必要である。また反射されたS偏光が余計な迷光とならないように吸収(ダンプ)することが望ましい。   Further, since the S-polarized light is reflected and lost, in order to obtain a constant laser output, it is necessary to increase the output of the AMP 20 to compensate for the loss of the S-polarized light. It is also desirable to absorb (dump) the reflected S-polarized light so that it does not become extra stray light.

ところで、CaF2の平行平面基板52に高強度の光が照射されると、平行平面基板52自体で複屈折が発生し、レーザ光の偏光が変化することも考えられる。そのため偏光分離膜53でのS偏光成分の減少量が、平行平面基板52でのS偏光成分の増加量よりも大きいことが必要である。S偏光成分の増加量はCaF2母材の厚みと共に増加するので、平行平面基板52の厚みはできるだけ薄い方がよい。また平行平面基板52の両面に偏光分離膜53がコーティングされていてもよい。両面の偏光分離膜53によると、平行平面基板52内部で偏光が変化してS偏光成分が発生しても、平行平面基板52外部へ光が出射するときにS偏光成分が偏光分離膜53で反射されるため、結果として出射されるのはP偏光成分のみとなる。またCaF2の場合は、結晶方位<111>方向と平行に光が伝播すると、真性複屈折はゼロになり、応力複屈折も最少に抑えられる。よって平行平面基板52内でのビームの進行方向が、平行平面基板52の結晶方位<111>軸になるように設計するとよい。結晶方位は<111>以外にも固有の複屈折が少ない<100>、<010>、<001>の何れかを用いることが可能である。他に、照射されるレーザのエネルギー密度を減らして、発生する熱応力を減らせば、平行平面基板52での複屈折発生は抑えられる。そのため、偏光子51へのビームの入射角を深くして、照射するビームの断面積を大きくしてエネルギー密度を減らす工夫をすると効果的である。この場合、大きい入射角に対しての偏光分離膜53を製作する必要がある。   By the way, when high intensity light is irradiated to the CaF2 parallel plane substrate 52, birefringence may occur in the parallel plane substrate 52 itself, and the polarization of the laser light may change. Therefore, it is necessary that the amount of decrease of the S polarization component in the polarization separation film 53 is larger than the amount of increase of the S polarization component in the parallel plane substrate 52. Since the increase amount of the S polarization component increases with the thickness of the CaF2 base material, the thickness of the parallel plane substrate 52 is preferably as thin as possible. Further, the polarization separation film 53 may be coated on both surfaces of the parallel flat substrate 52. According to the polarization separation film 53 on both sides, even if the polarization changes inside the parallel plane substrate 52 and an S polarization component is generated, the S polarization component is converted into the polarization separation film 53 when light is emitted to the outside of the parallel plane substrate 52. As a result, only the P-polarized light component is emitted as a result. In the case of CaF2, when light propagates parallel to the crystal orientation <111> direction, intrinsic birefringence becomes zero and stress birefringence is minimized. Therefore, the beam traveling direction in the parallel plane substrate 52 may be designed to be the crystal orientation <111> axis of the parallel plane substrate 52. As the crystal orientation, any one of <100>, <010>, and <001> having a small intrinsic birefringence can be used in addition to <111>. In addition, if the energy density of the irradiated laser is reduced to reduce the generated thermal stress, the occurrence of birefringence on the parallel plane substrate 52 can be suppressed. Therefore, it is effective to increase the beam incident angle to the polarizer 51 and increase the cross-sectional area of the irradiated beam to reduce the energy density. In this case, it is necessary to manufacture the polarization separation film 53 for a large incident angle.

図21は実施例2の測定手順を示すフローチャートである。
回転ステージ88は、偏光子87をP偏光の方位が所望の方位角となるように回転させる。前述したように半導体露光分野ならば、所望の方位角とは重力方向と直交する方向、すなわち水平方向となる(ステップS41)。回転ステージ42は、1/2波長板41を高速軸の角度が所望の方位角DA0となるように回転させる(ステップS42)。AMP20から出射されたレーザ光は、ビームサンプリング素子43で一部が反射し、残りは透過する。反射した光は偏光モニタ44に取り込まれ、透過した光は1/2波長板41と偏光子87を透過する。偏光モニタ44は、AMP20から出射されたレーザ光の偏光方位角Φを測定し、測定値を信号化してコントローラ45に出力する。コントローラ45は、測定された偏光方位角Φと所望の方位角DA0との差DAを演算する(ステップS43)。コントローラ45は、回転ステージ42、87に指令信号を出力する。回転ステージ42は、指令信号に応じて1/2波長板41を−DA/2だけ回転させる(ステップS44)。
FIG. 21 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 2.
The rotation stage 88 rotates the polarizer 87 so that the azimuth of the P-polarized light becomes a desired azimuth angle. As described above, in the field of semiconductor exposure, the desired azimuth is a direction orthogonal to the direction of gravity, that is, the horizontal direction (step S41). The rotary stage 42 rotates the half-wave plate 41 so that the angle of the high-speed axis becomes a desired azimuth angle DA0 (step S42). Part of the laser light emitted from the AMP 20 is reflected by the beam sampling element 43 and the rest is transmitted. The reflected light is taken into the polarization monitor 44, and the transmitted light is transmitted through the half-wave plate 41 and the polarizer 87. The polarization monitor 44 measures the polarization azimuth angle Φ of the laser light emitted from the AMP 20, converts the measured value into a signal, and outputs the signal to the controller 45. The controller 45 calculates a difference DA between the measured polarization azimuth angle Φ and a desired azimuth angle DA0 (step S43). The controller 45 outputs a command signal to the rotary stages 42 and 87. The rotation stage 42 rotates the half-wave plate 41 by −DA / 2 according to the command signal (step S44).

本実施形態では、ビームサンプリング素子43が1/2波長板41及び偏光子87の前に設けられているが、ビームサンプリング素子43が1/2波長板41及び偏光子87の後に設けられていてもよい。この場合は、図21で示されるステップS43とステップS44の間に図19で示されるステップS32を加えればよい。また1/2波長板41の位置と偏光子87の位置は逆でもよいが、この場合は説明した本実施形態前と比べて若干損失が大きくなる。   In the present embodiment, the beam sampling element 43 is provided before the half-wave plate 41 and the polarizer 87, but the beam sampling element 43 is provided after the half-wave plate 41 and the polarizer 87. Also good. In this case, step S32 shown in FIG. 19 may be added between step S43 and step S44 shown in FIG. Further, the position of the half-wave plate 41 and the position of the polarizer 87 may be reversed, but in this case, the loss is slightly increased as compared to the previous embodiment described above.

本実施形態によると、回転自在の1/2波長板41によって偏光方位を制御できると共に、偏光子87の偏光選択性によって理想的な高純度のレーザ出力を得ることができる。したがって偏光方位の安定した直線偏光を得られる。   According to this embodiment, the polarization direction can be controlled by the rotatable half-wave plate 41, and ideal high-purity laser output can be obtained by the polarization selectivity of the polarizer 87. Accordingly, linearly polarized light having a stable polarization direction can be obtained.

実施例3は実施例1と同様に、AMPから出射されるレーザ光の偏光純度が高く、偏光純度Pの改善を必要としないものの、偏光方位を所望の方位にしたい場合に適する。   As in the first embodiment, the third embodiment is suitable for the case where the polarization direction of the laser light emitted from the AMP is high and does not require improvement of the polarization purity P, but the polarization direction is desired.

図22は実施例3に係る2ステージレーザの構成を示す図である。
本実施形態の2ステージレーザ300は、図4で示される2ステージレーザ200の構成のうち、AMP20の後に位置していた1/2波長板41及び回転ステージ42が、OSC10とAMP20との間に位置するものである。なお実施例1、2の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the third embodiment.
In the two-stage laser 300 of this embodiment, the half-wave plate 41 and the rotary stage 42 that are located after the AMP 20 in the configuration of the two-stage laser 200 shown in FIG. 4 are between the OSC 10 and the AMP 20. It is what is located. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as the component of Example 1, 2, and description is abbreviate | omitted.

図23は実施例3の測定手順を示すフローチャートである。
回転ステージ42は、1/2波長板41を高速軸の角度がOSC10の偏光方向と同じになるように回転させる(ステップS51)。OSC10から出射されたレーザ光は、1/2波長板41を透過し、AMP20に入射する。AMP20から出射されたレーザ光はビームサンプリング素子43で一部が反射する。反射した光は偏光モニタ44に取り込まれる。偏光モニタ44は、AMP20から出射されたレーザ光の偏光方位角Φを測定し、測定値を信号化してコントローラ45に出力する。コントローラ45は、測定された偏光方位角Φと所望の方位角DA0との差DAを演算する(ステップS52)。|DA|<1度(任意角度)である場合は、そのまま方位角Φの測定が続けられる(ステップS53の判断Yes)。|DA|≧1度である場合は、コントローラ45は、回転ステージ42に指令信号を出力する。回転ステージ42は、指令信号に応じて1/2波長板41を−DA/2だけ回転させる。AMP20に入射されるシード光の偏光方位が回転されると、AMP20から出射されるレーザ光の偏光方位もそれに倣って回転する。そして方位角Φの測定が続けられる(ステップS53の判断No、ステップS54)。以上の処理によって、偏光方位角Φは所望の方位角DA0に対して±1度未満だけずれた状態になる。
FIG. 23 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 3.
The rotation stage 42 rotates the half-wave plate 41 so that the angle of the high-speed axis is the same as the polarization direction of the OSC 10 (step S51). The laser light emitted from the OSC 10 passes through the half-wave plate 41 and enters the AMP 20. Part of the laser light emitted from the AMP 20 is reflected by the beam sampling element 43. The reflected light is taken into the polarization monitor 44. The polarization monitor 44 measures the polarization azimuth angle Φ of the laser light emitted from the AMP 20, converts the measured value into a signal, and outputs the signal to the controller 45. The controller 45 calculates a difference DA between the measured polarization azimuth angle Φ and a desired azimuth angle DA0 (step S52). If | DA | <1 degree (arbitrary angle), the measurement of the azimuth angle Φ is continued (Yes in step S53). When | DA | ≧ 1 degree, the controller 45 outputs a command signal to the rotary stage 42. The rotation stage 42 rotates the half-wave plate 41 by −DA / 2 according to the command signal. When the polarization direction of the seed light incident on the AMP 20 is rotated, the polarization direction of the laser light emitted from the AMP 20 is also rotated accordingly. Then, the measurement of the azimuth angle Φ is continued (No in Step S53, Step S54). Through the above processing, the polarization azimuth angle Φ is shifted by less than ± 1 degree with respect to the desired azimuth angle DA0.

なお本実施形態では、1/2波長板41が回転されるが、OSC10自体又はLNM12が回転モータで光軸を中心に回転されてもよい。   In the present embodiment, the half-wave plate 41 is rotated, but the OSC 10 itself or the LNM 12 may be rotated around the optical axis by a rotary motor.

また実施例1と同様に、AMP20から出射されるレーザ光の偏光純度Pが許容値未満である場合に備えて、許容値未満の偏光純度Pが偏光モニタ44で測定されてから、レーザ装置及び/又は露光装置の運転が停止されるような制御系を構築してもよい。   As in the first embodiment, in preparation for the case where the polarization purity P of the laser light emitted from the AMP 20 is less than the allowable value, the polarization purity P less than the allowable value is measured by the polarization monitor 44, and then the laser device and A control system that stops the operation of the exposure apparatus may be constructed.

本実施形態によると、回転自在の1/2波長板41によって偏光方位を制御できる。したがって偏光方位の安定した直線偏光を得られる。   According to this embodiment, the polarization direction can be controlled by the rotatable half-wave plate 41. Accordingly, linearly polarized light having a stable polarization direction can be obtained.

図24は実施例4に係る2ステージレーザの構成を示す図である。
本実施形態の2ステージレーザ500は、図1で示される2ステージレーザ100の構成に加えて、ビームサンプリング素子43と偏光モニタ44とコントローラ45を備え、さらにAMPチャンバ21に回転ステージ90、91と、偏光分離膜92、93を備えたものである。なお実施例1〜3の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the fourth embodiment.
In addition to the configuration of the two-stage laser 100 shown in FIG. 1, the two-stage laser 500 of this embodiment includes a beam sampling element 43, a polarization monitor 44, and a controller 45. Further, the AMP chamber 21 includes rotating stages 90 and 91. The polarizing separation films 92 and 93 are provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as the component of Examples 1-3, and description is abbreviate | omitted.

ウィンドウ21a、21bは光軸を中心にして回転自在である。ウィンドウ21aは回転ステージ90に取り付けられ、ウィンドウ21bは回転ステージ91に取り付けられる。回転ステージ90、91はAMPチャンバ21に取り付けられており、コントローラ45からの指令信号に応じてウィンドウ21a、21bを回転させる。図24で示されるように、ウインドウ21a、21bが互いに対称的に傾けられ且つ同一の回転角度であれば、AMPチャンバ21に入出射するレーザ光の光軸がずれることはない。このようなことから、回転ステージ90、91はウインドウ21a、21bを同時にまた同一方向に回転することが望ましい。   The windows 21a and 21b are rotatable around the optical axis. The window 21 a is attached to the rotary stage 90, and the window 21 b is attached to the rotary stage 91. The rotary stages 90 and 91 are attached to the AMP chamber 21 and rotate the windows 21 a and 21 b in response to a command signal from the controller 45. As shown in FIG. 24, if the windows 21a and 21b are tilted symmetrically and have the same rotation angle, the optical axis of the laser light entering and exiting the AMP chamber 21 will not be shifted. For this reason, it is desirable that the rotary stages 90 and 91 rotate the windows 21a and 21b simultaneously and in the same direction.

ウィンドウ21a、21bの少なくとも一面には、S偏光成分を高反射させP偏光成分をほぼ100%透過させる偏光分離膜92、93がコーティングされる。偏光分離膜92、93によってP偏光のみがレーザ光軸上に残る。ウィンドウ21a、21bの両面に偏光分離膜92、93がコーティングされた場合は、ウィンドウの母材(CaF2)でS偏光が生じたとしても、母材から外部へ出射するときにS偏光が反射される。また母材であるCaF2内のレーザ光の進行方向とCaF2結晶の<111>軸方向が同軸になるようにウィンドウ21a、21bが配置されると、複屈折が最少に抑えられる。また偏光分離膜92、93のレーザ耐性が悪い場合は、レーザ照射しているうちに次第に偏光分離膜92、93がダメージを受けることがある。ダメージはレーザエネルギー密度に依存しており、エネルギー密度が高いほど偏光分離膜92、93は早くダメージを受ける。偏光分離膜92、93のダメージを小さくするためには、エネルギー密度を減少させる必要がある。エネルギー密度を減少させるためには、ビームが照射する面積を大きくすればよい。具体的には、ウィンドウ21a、21bの設置角がブリュースター角の56°以上であればよい。ウィンドウ21a、21bの設置角が大きければ、ビームがあたる面積が大きくなるので、ウィンドウ21a、21b上に照射されるエネルギー密度が減少する。   At least one surface of the windows 21a and 21b is coated with polarization separation films 92 and 93 that highly reflect the S-polarized component and transmit almost 100% of the P-polarized component. Only the P-polarized light remains on the laser optical axis by the polarization separation films 92 and 93. When the polarization separation films 92 and 93 are coated on both surfaces of the windows 21a and 21b, even if S-polarized light is generated in the base material (CaF2) of the window, the S-polarized light is reflected when it is emitted from the base material to the outside. The Further, when the windows 21a and 21b are arranged so that the traveling direction of the laser light in the base material CaF2 and the <111> axis direction of the CaF2 crystal are coaxial, birefringence is minimized. When the laser resistance of the polarization separation films 92 and 93 is poor, the polarization separation films 92 and 93 may be gradually damaged during laser irradiation. The damage depends on the laser energy density. The higher the energy density, the faster the polarization separation films 92 and 93 are damaged. In order to reduce damage to the polarization separation films 92 and 93, it is necessary to reduce the energy density. In order to reduce the energy density, the area irradiated by the beam may be increased. Specifically, the installation angle of the windows 21a and 21b may be 56 ° or more of the Brewster angle. If the installation angle of the windows 21a and 21b is large, the area on which the beam hits increases, so that the energy density irradiated onto the windows 21a and 21b decreases.

図25は実施例4の測定手順を示すフローチャートである。
AMP20から出射されたレーザ光は、ビームサンプリング素子43で一部が反射する。反射した光は偏光モニタ44に取り込まれる。偏光モニタ44は、AMP20から出射されたレーザ光の偏光方位角Φを測定し、測定値を信号化してコントローラ45に出力する。コントローラ45は、測定された偏光方位角Φと所望の方位角DA0との差DAを演算する(ステップS61)。|DA|<1度(任意角度)である場合は、そのまま方位角Φの測定が続けられる(ステップS62の判断Yes)。|DA|≧1度である場合は、コントローラ45は、回転ステージ90、91に指令信号を出力する。回転ステージ90は、指令信号に応じてウィンドウ21aを−DAだけ回転させ、回転ステージ91は、指令信号に応じてウィンドウ21bを−DAだけ回転させる。そして方位角Φの測定が続けられる(ステップS62の判断No、ステップS63)。以上の処理によって、偏光方位角Φは所望の方位角DA0に対して±1度未満だけずれた状態になる。なお“1度”というのは一例であって、角度範囲は露光機毎に定められる仕様値である。
FIG. 25 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 4.
A part of the laser light emitted from the AMP 20 is reflected by the beam sampling element 43. The reflected light is taken into the polarization monitor 44. The polarization monitor 44 measures the polarization azimuth angle Φ of the laser light emitted from the AMP 20, converts the measured value into a signal, and outputs the signal to the controller 45. The controller 45 calculates a difference DA between the measured polarization azimuth angle Φ and the desired azimuth angle DA0 (step S61). When | DA | <1 degree (arbitrary angle), the measurement of the azimuth angle Φ is continued (Yes in Step S62). When | DA | ≧ 1 degree, the controller 45 outputs a command signal to the rotary stages 90 and 91. The rotary stage 90 rotates the window 21a by -DA according to the command signal, and the rotary stage 91 rotates the window 21b by -DA according to the command signal. And the measurement of azimuth angle (PHI) is continued (determination No of step S62, step S63). Through the above processing, the polarization azimuth angle Φ is shifted by less than ± 1 degree with respect to the desired azimuth angle DA0. Note that “1 degree” is an example, and the angle range is a specification value determined for each exposure machine.

本実施形態によると、回転自在の偏光分離膜92、93によって偏光方位を制御できると共に、その偏光選択性によって理想的な高純度のレーザ出力を得ることができる。したがって偏光方位の安定した直線偏光を得られる。   According to the present embodiment, the polarization orientation can be controlled by the rotatable polarization separation films 92 and 93, and ideal high-purity laser output can be obtained by the polarization selectivity. Accordingly, linearly polarized light having a stable polarization direction can be obtained.

図26は実施例5に係る2ステージレーザの構成を示す図である。
本実施形態の2ステージレーザ600は、図1で示される2ステージレーザ100の構成に加えて、偏光子95と回転ステージ96とビームサンプリング素子43と偏光モニタ44とコントローラ45を備えたものである。なお実施例1〜4の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the fifth embodiment.
The two-stage laser 600 of this embodiment includes a polarizer 95, a rotary stage 96, a beam sampling element 43, a polarization monitor 44, and a controller 45 in addition to the configuration of the two-stage laser 100 shown in FIG. . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as the component of Examples 1-4, and description is abbreviate | omitted.

偏光子95は、回転ステージ96に取り付けられた状態で、AMP20の光軸上に設けられる。偏光子95の位置はAMPチャンバ21とAMPフロントミラー23の間がよい。回転ステージ96は、AMP20の光軸を中心にして偏光子95を回転させる。偏光子95としては、図8〜図12で示される各偏光子が適用可能である。   The polarizer 95 is provided on the optical axis of the AMP 20 while being attached to the rotary stage 96. The position of the polarizer 95 is preferably between the AMP chamber 21 and the AMP front mirror 23. The rotation stage 96 rotates the polarizer 95 around the optical axis of the AMP 20. As the polarizer 95, each polarizer shown in FIGS. 8 to 12 can be applied.

本実施形態の測定手順は、図25で示される測定手順において、ウィンドウ21a、21bを回転させる代わりに偏光子95を回転させればよい。   In the measurement procedure of the present embodiment, the polarizer 95 may be rotated instead of rotating the windows 21a and 21b in the measurement procedure shown in FIG.

本実施形態によると、回転自在の偏光子95によって偏光方位を制御できると共に、その偏光選択性によって理想的な高純度のレーザ出力を得ることができる。したがって偏光方位の安定した直線偏光を得られる。   According to the present embodiment, the polarization orientation can be controlled by the rotatable polarizer 95, and an ideal high-purity laser output can be obtained by the polarization selectivity. Accordingly, linearly polarized light having a stable polarization direction can be obtained.

図27は実施例5の別の形態を示す図である。
図26で示される2ステージレーザ600においては、偏光子95の代わりに、図27で示されるような偏光ビームエキスパンダプリズム(Beam Expander - Prism、以下、BEXという)98が回転自在に設けられてもよい。偏光BEX98は一以上のプリズムを有する。図27には二つのプリズム98a、98bが組み合わされた形態が示されている。偏光BEX98は、レーザ光のエネルギー密度を減少させて、AMPフロントミラー23のダメージを減少させ、またレーザビーム形状(アスペクト比)を変更させる。偏光BEX98はレーザビームの幅を広げる役割を持つ。
FIG. 27 is a diagram showing another form of the fifth embodiment.
In the two-stage laser 600 shown in FIG. 26, instead of the polarizer 95, a polarization beam expander prism (Beam Expander-Prism, hereinafter referred to as BEX) 98 as shown in FIG. Also good. The polarization BEX 98 has one or more prisms. FIG. 27 shows a combination of two prisms 98a and 98b. The polarized light BEX 98 reduces the energy density of the laser light, reduces the damage to the AMP front mirror 23, and changes the laser beam shape (aspect ratio). The polarized light BEX 98 has a role of expanding the width of the laser beam.

プリズム98a、98bの斜面には偏光分離膜99a、99bがコーティングされる。また斜面以外の光路となる面にはAR膜がコーティングされるとよい。プリズム98aは、AMPチャンバ21からのレーザ光が自身の斜面に入射するように配置され、プリズム98bは、プリズム98aからのレーザ光が自身の斜面に入射するように配置される。また98bのAR膜がPR膜であれば、偏光BEX98がAMPフロントミラー23を兼ねる。   Polarized light separation films 99a and 99b are coated on the inclined surfaces of the prisms 98a and 98b. In addition, an AR film may be coated on a surface other than the inclined surface that becomes an optical path. The prism 98a is arranged so that the laser light from the AMP chamber 21 is incident on its own slope, and the prism 98b is arranged so that the laser light from the prism 98a is incident on its own slope. If the 98b AR film is a PR film, the polarization BEX 98 also serves as the AMP front mirror 23.

なお前記各実施例では2段増幅型のレーザを例にして説明したが、本発明は3段以上の多段増幅型のレーザの場合も適用可能である。この場合、1/2波長板や偏光子の位置は任意であるが、ビームサンプリング素子は最後尾のAMPの後に設けることが望ましい。また各実施例で偏光子や1/2波長板がコントローラからの信号に応じて回転されるのではなく、手動で回転されてもよい。さらにビームサンプリングせずに、オペレータが任意に1/2波長板や偏光子を回転させてもよい。   In each of the above embodiments, a two-stage amplification type laser has been described as an example. However, the present invention is also applicable to a multistage amplification type laser having three or more stages. In this case, the position of the half-wave plate and the polarizer is arbitrary, but the beam sampling element is desirably provided after the last AMP. In each embodiment, the polarizer and the half-wave plate may be manually rotated instead of being rotated according to the signal from the controller. Further, the operator may arbitrarily rotate the half-wave plate or the polarizer without performing beam sampling.

図1は2ステージレーザの構成を簡略化して示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a simplified configuration of a two-stage laser. 図2(a)、(b)は複屈折物質を境にした偏光状態を示す図である。FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a polarization state with a birefringent material as a boundary. 図3は偏光の増幅過程を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the polarization amplification process. 図4は実施例1に係る2ステージレーザの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the two-stage laser according to the first embodiment. 図5は1/2波長板の作用を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the half-wave plate. 図6はビームサンプリングの一形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing one form of beam sampling. 図7はビームサンプリングの別の一形態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another form of beam sampling. 図8は第一の形態の偏光子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a polarizer of the first form. 図9は第二の形態の偏光子を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a polarizer of the second form. 図10は第三の形態の偏光子を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a polarizer of the third form. 図11は第四の形態の偏光子を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a fourth form of polarizer. 図12は第五の形態の偏光子を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a fifth form of polarizer. 図13は第一の形態の偏光モニタの構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the first embodiment. 図14は方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing a process for obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P. 図15は第二の形態の偏光モニタの構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the second embodiment. 図16は第三の形態の偏光モニタの構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the polarization monitor of the third embodiment. 図17は方位角Φと直線偏光純度Pを求める工程を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing a process of obtaining the azimuth angle Φ and the linear polarization purity P. 図18は偏光子の回転角度と光センサの出力との関係を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polarizer and the output of the optical sensor. 図19は実施例1の測定手順を示すフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 1. 図20は実施例2に係る2ステージレーザの構成を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the second embodiment. 図21は実施例2の測定手順を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 2. 図22は実施例3に係る2ステージレーザの構成を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the third embodiment. 図23は実施例3の測定手順を示すフローチャートである。FIG. 23 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 3. 図24は実施例4に係る2ステージレーザの構成を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the fourth embodiment. 図25は実施例4の測定手順を示すフローチャートである。FIG. 25 is a flowchart showing the measurement procedure of Example 4. 図26は実施例5に係る2ステージレーザの構成を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a two-stage laser according to the fifth embodiment. 図27は実施例5の別の形態を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing another form of the fifth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…OSC 20…AMP 41…1/2波長板 42…回転ステージ 43…ビームサンプリング素子 44…偏光モニタ 45…コントローラ 95…偏光子 96…回転ステージ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... OSC 20 ... AMP 41 ... 1/2 wavelength plate 42 ... Rotation stage 43 ... Beam sampling element 44 ... Polarization monitor 45 ... Controller 95 ... Polarizer 96 ... Rotation stage

Claims (9)

レーザ光を生成し狭帯域化して出射する発振段と、
前記発振段の後段に直列に配置され、前段から出射されたレーザ光を増幅して出射する一以上の増幅段と、
自身に入射するレーザ光の光軸を略中心に回転自在な状態で前記増幅段の光軸上又は前記増幅段以降の光軸上に設けられ、自身に入射するレーザ光を互いに直交する二つの直線偏波成分に分離して出射する偏光子と、を備えたこと
を特徴とする多段増幅型レーザシステム。
An oscillation stage that generates laser light and emits it with a narrow band; and
One or more amplification stages that are arranged in series behind the oscillation stage and amplify and emit the laser light emitted from the previous stage;
Two laser beams that are provided on the optical axis of the amplification stage or on the optical axis after the amplification stage so as to be rotatable about the optical axis of the laser light incident on the laser beam are orthogonal to each other. A multistage amplification laser system comprising: a polarizer that divides and emits linearly polarized light components.
レーザ光を生成し狭帯域化して出射する発振段と、
前記発振段の後段に直列に設けられ、前段から出射されたレーザ光を増幅して出射する一以上の増幅段と、
自身に入射するレーザ光の光軸を略中心に回転自在な状態で前記発振段と前記増幅段との間の光軸上又は前記増幅段以降の光軸上に設けられ、自身に入射するレーザ光を自身の回転角度に応じた偏光方位にして出射する光学素子と、を備えたこと
を特徴とする多段増幅型レーザシステム。
An oscillation stage that generates laser light and emits it with a narrow band; and
One or more amplification stages that are provided in series after the oscillation stage and amplify and emit laser light emitted from the previous stage;
A laser that is provided on the optical axis between the oscillation stage and the amplification stage or on the optical axis after the amplification stage in a state of being rotatable about the optical axis of the laser light incident on itself, and incident on itself An optical element that emits light with a polarization direction corresponding to its own rotation angle, and a multistage amplification type laser system.
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段を備えたこと
を特徴とする請求項1、2記載の多段増幅型レーザシステム。
The multistage amplification type according to claim 1, further comprising polarization direction measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization direction of the extracted laser light. Laser system.
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段と、
前記偏光方位測定手段の測定結果を利用し、最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の偏光方位が所望の方向になるように、前記偏光子の回転角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする請求項1記載の多段増幅型レーザシステム。
A polarization direction measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization direction of the extracted laser light;
Using the measurement result of the polarization direction measuring means, and an angle adjusting means for adjusting the rotation angle of the polarizer so that the polarization direction of the laser light emitted from the last amplification stage becomes a desired direction, The multistage amplification laser system according to claim 1, further comprising:
最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の偏光方位を測定する偏光方位測定手段と、
前記偏光方位測定手段の測定結果を利用し、最後尾の増幅段から出射されるレーザ光の偏光方位が所望の方向になるように、前記光学素子の回転角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする請求項2記載の多段増幅型レーザシステム。
A polarization direction measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the last amplification stage and measuring the polarization direction of the extracted laser light;
Using the measurement result of the polarization direction measuring means, an angle adjusting means for adjusting the rotation angle of the optical element so that the polarization direction of the laser light emitted from the last amplification stage becomes a desired direction; The multistage amplification laser system according to claim 2, further comprising:
最終の増幅段から出射されるレーザ光の一部を抽出し、抽出したレーザ光の直線偏波の程度を測定する偏波状態測定手段を備えたこと
を特徴とする請求項1、2記載の多段増幅型レーザシステム。
The polarization state measuring means for extracting a part of the laser light emitted from the final amplification stage and measuring the degree of linear polarization of the extracted laser light. Multi-stage amplification laser system.
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、CaF2基板に偏光分離膜が施されたものであって、前記チャンバ以降の光軸上に設けられること
を特徴とする請求項1記載の多段増幅型レーザシステム。
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The multistage amplification laser system according to claim 1, wherein the polarizer is a CaF2 substrate provided with a polarization separation film, and is provided on an optical axis after the chamber.
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、前記チャンバのウィンドウに偏光分離膜が施されたものであること
を特徴とする請求項1記載の多段増幅型レーザシステム。
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The multistage amplification type laser system according to claim 1, wherein the polarizer has a polarization separation film applied to a window of the chamber.
前記増幅段は、互いに対向するレーザ光通過用のウィンドウを有するチャンバを備え、
前記偏光子は、ビームエキスパンダープリズムの斜面に偏光分離膜が施されたものであって、前記チャンバ以降の光軸上に設けられること
を特徴とする請求項1記載の多段増幅型レーザシステム。
The amplification stage includes a chamber having windows for passing laser beams facing each other,
The multistage amplification type laser system according to claim 1, wherein the polarizer has a polarization separating film provided on an inclined surface of a beam expander prism, and is provided on an optical axis after the chamber.
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