インジェクションロック技術

出力パワーへの要求

レーザの出力パワーへの要求は、レジスト感度、露光装置の光学系の透過率および同じく露光装置のステージ速度で決められる。 ＫｒＦ露光においてはレジスト感度が最大で50 mJ/cm²、光学系の透過率が15％程度、ステージ速度が最大で500mm/sであり、 ここからくるＫｒＦレーザの出力パワーへの要求は40 Wである。このレベルの出力パワーは、レーザ周波数の増加により充分カバーできる範囲である。

一方、ＡｒＦ露光に関しては、レジストの感度はＫｒＦよりも高く、ステージ速度は同程度である。 最も異なる点は光学系の透過率であり、ＫｒＦの半分から1/3程度と低い。 ＡｒＦレーザがＫｒＦレーザと比較して、約2倍の高い出力パワー要求される理由の一つである。 ＡｒＦレーザ自身も課題を持っている。これは、発振の効率の低さであり、同じ電気入力をＫｒＦとＡｒＦの両レーザにした場合、 レーザの光学部品の透過率の悪さも加担して、ＡｒＦレーザの発振効率はＫｒＦレーザの半分程度である。 こうみると、ＡｒＦレーザはＫｒＦレーザと比較して約4倍の技術的なハードルが存在することになり、 既存の周波数を上げるだけでの高出力化では対応できず、なにかブレークスルー技術が必要となる。

GigaTwinプラットフォーム

当社では、ＡｒＦレーザの高出力パワーへの要求に答えるべく、インジェクションロック方式を採用した、GigaTwinプラットフォームをブレークスルー技術として開発した。この方式はレーザ装置中に2台のチャンバー(ツインチャンバー)を配置し、それぞれのチャンバーに光共振器を搭載し、一つのチャンバーからは低出力の狭いスペクトルの光を発生させ、もう一つのチャンバーにおいてその出力を最大にまで増幅するものである。当社におけるインジェクションロック技術の開発は1990年代までさかのぼり、1993から1994年には通産省大型プロジェルトにおいて、200 Ｈｚ，300 WのＡｒＦレーザの技術開発を実施した。また、2000から2002年にかけて、ASETのF2リソグラフィプロジェクトにおいて、5 ｋＨｚ、30 WのF2レーザの技術開発を実施した経緯がある。

図1　インジェクションロックシステムとMOPAシステム

インジェクションロック方式とMOPA方式

図1に代表的なツインチャンバー方式のレーザシステムを示す。両方式ともに2つのチャンバーを使用する方式であるが、決定的に異なる点は、インジェクションロック方式ではアンプ用チャンバー(Amplifier)にも光共振器が搭載されていることである。そのため、アンプ用チャンバー自体も共振器としての働きがある。

インジェクションロック方式の動作は、まず狭帯域化用チャンバー(Oscillator)が放電を開始し、狭帯域化モジュール(LNM)とミラー間で光を共振させることで、スペクトル幅の狭い光が形成される。その後、光搬送系を介してアンプ用チャンバーに光が導かれ、タイミングを合わせて放電を開始する。アンプ用チャンバー内では放電が継続する限り、光共振器により複数回光が増幅され、出力鏡から最終光が放出される。アンプ側に光共振器を配置することで、増幅の効果が非常に高く、狭帯域化用チャンバーの出力が小さくても、充分に大きな出力が得られる。また、アンプ側チャンバー内での光の存在時間が長いことから、アンプ側チャンバーの放電開始のタイミングが比較的とり易いなどのメリットがある。

MOPA方式の動作は、狭帯域化用チャンバー（Master Oscillator)に関してはインジェクションロックと同じであるが、アンプ用チャンバー(Power amplifier)では光を増幅する回数が2回に制限される。そのため、狭帯域化チャンバーの出力はインジェクションロック方式の数倍が必要となる。また、アンプ用チャンバー内での光の存在時間が短いため、放電開始時間に依存し最終光の性能が変動しやすい。

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