CN114072977A - 光学脉冲展宽器、激光装置和电子器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

光学脉冲展宽器具有：第1延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及分束器，其包含第1面和第2面，使入射到第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到第1延迟光学系统，使从第1延迟光学系统入射到第2面的脉冲激光的一部分向第1方向反射从而作为第2射束出射。

Description

光学脉冲展宽器、激光装置和电子器件的制造方法
技术领域
本公开涉及光学脉冲展宽器、激光装置和电子器件的制造方法。
背景技术
随着半导体集成电路的微细化和高集成化，在半导体曝光装置中要求分辨率的提高。下面，将半导体曝光装置简称为“曝光装置”。因此，从曝光用光源输出的光的短波长化得以发展。在曝光用光源中代替现有的汞灯而使用气体激光装置。当前，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长为248nm的紫外线的KrF准分子激光装置、以及输出波长为193nm的紫外线的ArF准分子激光装置。
作为当前的曝光技术，如下的液浸曝光已经实用化：利用液体充满曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙，通过改变该间隙的折射率，使曝光用光源的外观的波长变短。在使用ArF准分子激光装置作为曝光用光源进行液浸曝光的情况下，对晶片照射水中的波长为134nm的紫外光。将该技术称为ArF液浸曝光。ArF液浸曝光也被称为ArF液浸光刻。
KrF、ArF准分子激光装置的自然振荡中的谱线宽度较宽，大约为350～400pm，因此，产生通过曝光装置侧的投影透镜缩小地投影到晶片上的激光(紫外线光)的色差，分辨率降低。因此，需要将从气体激光装置输出的激光的谱线宽度窄带化到能够无视色差的程度。谱线宽度也被称为谱宽度。因此，也可以在气体激光装置的激光谐振器内设置具有窄带化元件的窄带化模块(Line Narrow Module)，通过该窄带化模块实现谱宽度的窄带化。另外，窄带化元件是标准具或光栅等。将这种谱宽度被窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7822092号说明书
专利文献2：美国专利第7999915号说明书
专利文献3：美国专利第7778302号说明书
专利文献4：美国专利申请公开第2016/0248219号说明书
专利文献5：美国专利申请公开第2018/0254600号说明书
发明内容
本公开的1个观点的光学脉冲展宽器具有：第1延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及分束器，其包含第1面和第2面，使入射到第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到第1延迟光学系统，使从第1延迟光学系统入射到第2面的脉冲激光的一部分向第1方向反射从而作为第2射束出射。
本公开的1个观点的激光装置具有：主振荡器，其输出脉冲激光；以及第1光学脉冲展宽器，其具有第1延迟光学系统和分束器，该第1延迟光学系统包含多个凹面超环面镜，该分束器包含第1面和第2面，使入射到第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到第1延迟光学系统，使从第1延迟光学系统入射到第2面的脉冲激光的一部分向第1方向反射从而作为第2射束出射，第1光学脉冲展宽器被配置于从主振荡器输出的脉冲激光的光路上。
本公开的1个观点的电子器件的制造方法包含以下工序：通过激光装置生成脉冲激光，将脉冲激光输出到曝光装置，在曝光装置内在感光基板上曝光脉冲激光，以制造电子器件，激光装置具有：主振荡器，其输出脉冲激光；以及第1光学脉冲展宽器，其具有第1延迟光学系统和分束器，该第1延迟光学系统包含多个凹面超环面镜，该分束器包含第1面和第2面，使入射到第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到第1延迟光学系统，使从第1延迟光学系统入射到第2面的脉冲激光的一部分向第1方向反射从而作为第2射束出射，第1光学脉冲展宽器被配置于从主振荡器输出的脉冲激光的光路上。
附图说明
下面，参照附图将本公开的若干个实施方式作为简单例子进行说明。
图1示意地示出比较例的激光装置的结构。
图2示意地示出本公开的第1实施方式中的激光装置的结构。
图3A是向-Z方向观察第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图3B是向-H方向观察第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图3C是向+V方向观察第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图3D是第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器的立体图。
图3E示出第1实施方式中的入射到凹面柱面镜的脉冲激光的光轴和由凹面柱面镜反射后的脉冲激光的光轴。
图4示出用于说明E95的谱波形的例子。
图5A是向-Z方向观察第1实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图5B是向-H方向观察第1实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图6A是向-Z方向观察本公开的第2实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图6B是向-H方向观察第2实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图6C是向+V方向观察第2实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图6D是第2实施方式中的第1光学脉冲展宽器的立体图。
图6E示出第2实施方式中的入射到凹面柱面镜的脉冲激光的光轴和由凹面柱面镜反射后的脉冲激光的光轴。
图7A是向-Z方向观察第2实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图7B是向-H方向观察第2实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图8A是向-Z方向观察本公开的第3实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图8B是向-H方向观察第3实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图8C是向+V方向观察第3实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图8D是第3实施方式中的第1光学脉冲展宽器的立体图。
图8E示出第3实施方式中的入射到凹面超环面镜的脉冲激光的光轴和由凹面超环面镜反射后的脉冲激光的光轴。
图9A是向-Z方向观察第3实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图9B是向-H方向观察第3实施方式中的第2光学脉冲展宽器的图。
图10示意地示出本公开的第4实施方式中的激光装置的结构。
图11是向-Z方向观察第4实施方式中的第1光学脉冲展宽器的图。
图12概略地示出与激光装置连接的曝光装置的结构。
具体实施方式
<内容>
1.比较例
1.1激光装置的结构
1.2激光装置的动作
1.3课题
2.使用沿Z方向聚光的柱面镜的光学脉冲展宽器
2.1概略结构
2.2第1光学脉冲展宽器的结构
2.3第1光学脉冲展宽器的动作
2.4第1光学脉冲展宽器的作用
2.5第2光学脉冲展宽器的结构
2.6第2光学脉冲展宽器的动作
2.7第2光学脉冲展宽器的作用
3.使用沿射束截面的短边方向聚光的柱面镜的光学脉冲展宽器
3.1第1光学脉冲展宽器的结构和动作
3.2第1光学脉冲展宽器的作用
3.3第2光学脉冲展宽器的结构和动作
3.4第2光学脉冲展宽器的作用
4.使用沿2个方向聚光的超环面镜的光学脉冲展宽器
4.1第1光学脉冲展宽器的结构和动作
4.2第1光学脉冲展宽器的作用
4.3第2光学脉冲展宽器的结构和动作
4.4第2光学脉冲展宽器的作用
5.能够变更输出射束位置的光学脉冲展宽器
5.1概略结构
5.2第1光学脉冲展宽器的结构
5.3动作
5.4作用
6.其他
下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出本公开的几个例子，不限定本公开的内容。此外，各实施方式中说明的结构和动作并不一定全都是本公开的结构和动作所必须的。另外，对相同结构要素标注相同参照标号并省略重复说明。
1.比较例
1.1激光装置的结构
图1示意地示出比较例的激光装置的结构。比较例的激光装置包含主振荡器MO、第1射束转向单元16、放大器PO、第2射束转向单元26和光学脉冲展宽器29。将从光学脉冲展宽器29输出的脉冲激光B99和B100的行进方向设为+Z方向。将主振荡器MO的放电电极11a和11b之间的放电方向和放大器PO的放电电极21a和21b之间的放电方向设为+V方向或-V方向。将与它们双方垂直的方向设为+H方向和-H方向。
主振荡器MO包含激光腔10、窄带化模块14和输出耦合镜15。
激光腔10被配置于由窄带化模块14和输出耦合镜15构成的激光谐振器的光路上。在激光腔10设置有2个窗口10a和10b。激光腔10收纳有放电电极11a和11b。放电电极11a和11b与未图示的脉冲电源连接。激光腔10收纳作为激光介质的激光气体。激光气体例如包含氩气、氟气和氖气。或者，激光气体例如包含氪气、氟气和氖气。
窄带化模块14包含棱镜14a和光栅14b等波长选择元件。输出耦合镜15由部分反射镜构成。
第1射束转向单元16包含高反射镜16a和16b。
放大器PO包含激光腔20、后镜24和输出耦合镜25。激光腔20、输出耦合镜25、附带于激光腔20的窗口20a和20b、放电电极21a和21b与主振荡器MO中对应的结构要素相同。
后镜24被配置于通过第1射束转向单元16后的脉冲激光的光路上。后镜24由部分反射镜构成。利用后镜24和输出耦合镜25构成光谐振器。
第2射束转向单元26包含高反射镜26a和26b。
光学脉冲展宽器29被配置于通过第2射束转向单元26后的脉冲激光的光路上。光学脉冲展宽器29包含分束器295和第1～第4凹面镜291～294。第1～第4凹面镜291～294分别为球面镜。由第1～第4凹面镜291～294构成的延迟光路的光路长度例如为7m。
1.2激光装置的动作
在主振荡器MO中，未图示的脉冲电源生成脉冲状的高电压，将该高电压施加给放电电极11a和11b之间。
在对放电电极11a和11b之间施加高电压后，在放电电极11a和11b之间引起放电。通过该放电的能量，激光腔10内的激光气体被激励，跃迁到高能级。然后，被激励的激光气体跃迁到低能级时，放出与该能级差对应的波长的光。
激光腔10内产生的光经由窗口10a和10b向激光腔10的外部出射。从窗口10a出射的光被棱镜14a放大射束宽度，而入射到光栅14b。从棱镜14a入射到光栅14b的光由光栅14b的多个槽反射，并且向与光的波长对应的方向衍射。光栅14b被进行利特罗配置，以使从棱镜14a入射到光栅14b的光的入射角和期望波长的衍射光的衍射角一致。由此，期望波长附近的光经由棱镜14a返回到激光腔10。
输出耦合镜15使从窗口10b出射的光中的一部分透过并输出，使另一部分反射而返回到激光腔10。
这样，从激光腔10出射的光在窄带化模块14与输出耦合镜15之间往复。该光每当通过放电电极11a和11b之间的放电空间时被放大。此外，该光每当在窄带化模块14折返时被窄带化。这样进行激光振荡且被窄带化的光作为脉冲激光从输出耦合镜15输出。
从输出耦合镜15输出的脉冲激光经由第1射束转向单元16和后镜24入射到激光腔20。
与脉冲激光入射到激光腔20同步地，在放大器PO中，未图示的脉冲电源生成脉冲状的高电压，该高电压被施加给放电电极21a和21b之间。
在对放电电极21a和21b之间施加高电压后，在放电电极21a和21b之间引起放电。通过该放电的能量，入射到激光腔20的脉冲激光被放大。
激光腔20内被放大的光在后镜24与输出耦合镜25之间往复。该光每当通过放电电极21a和21b之间的放电空间时被放大。这样被放大的光作为脉冲激光从输出耦合镜2输出。
从输出耦合镜25输出的脉冲激光经由第2射束转向单元26向+Z方向入射到光学脉冲展宽器29的分束器295。分束器295使向+Z方向入射的脉冲激光的一部分向+Z方向透过并作为脉冲激光B99出射，使另一部分向-V方向反射。向-V方向反射的脉冲激光由第1～第4凹面镜291～294依次反射，向-V方向入射到分束器295。
通过第1～第4凹面镜291～294，从第2射束转向单元26入射的脉冲激光在分束器295中的射束截面以1：1的大小成像于分束器295。分束器295使从第4凹面镜294向-V方向入射的脉冲激光的一部分向+Z方向反射并作为脉冲激光B100出射。脉冲激光B99和脉冲激光B100大致同轴。
在脉冲激光B99与脉冲激光B100之间，存在与由第1～第4凹面镜291～294构成的延迟光路的光路长度对应的时间差。通过在空间上重叠脉冲激光B99和脉冲激光B100，能够出射脉冲宽度被延长的脉冲激光。
通过延长脉冲激光的脉冲宽度，抑制在被加工物的表面产生散斑。散斑是在为了使脉冲激光的光强度分布均匀化而使脉冲激光进行散射时由于干涉而产生的明暗的斑点。将拍摄明暗的斑点而得到的图像称为散斑图像。作为散斑的评价指标，一般使用以下的散斑对比度SC。
SC＝σ(I)/Avg(I)
这里，σ(I)是散斑图像中的强度I的标准偏差，Avg(I)是强度I的平均值。
1.3课题
在比较例中，通过光学脉冲展宽器29延长脉冲宽度，由此降低散斑对比度。追加配置延迟光路的光路长度与光学脉冲展宽器29不同的其他光学脉冲展宽器，进一步延长脉冲宽度，由此，还能够进一步降低散斑对比度。
但是，例如当在延迟光路的光路长度为7m的光学脉冲展宽器29的基础上追加延迟光路的光路长度不同的其他光学脉冲展宽器时，需要14m、35m、进而更长的延迟光路，搬运、维护时可能不方便。
另一方面，即使追加具有较短的延迟光路的光学脉冲展宽器，延长脉冲宽度的效果也减小。此外，在利用第1～第4凹面镜构成较短的延迟光路的情况下，需要增大入射到第1～第4凹面镜的脉冲激光的入射角，还需要增大第1～第4凹面镜的开口数(NA)，因此，可能产生像散。在产生像散时，可能对射束发散度、射束指向造成不良影响。
在以下说明的若干个实施方式中，在具有较短的延迟光路的光学脉冲展宽器中，代替球面镜、平面镜而使用超环面镜，由此抑制了像散的产生。
2.使用沿Z方向聚光的柱面镜的光学脉冲展宽器
2.1概略结构
图2示意地示出本公开的第1实施方式中的激光装置的结构。在第1实施方式中，使用包含多个凹面超环面镜的第1延迟光学系统的第1光学脉冲展宽器17被配置于高反射镜16a和16b之间。即，第1光学脉冲展宽器17被配置于主振荡器MO与放大器PO之间。
在第1实施方式中，进一步在高反射镜26a和26b之间配置有使用多个凹面超环面镜的第2光学脉冲展宽器27。
关于其他方面，第1实施方式的结构与比较例的结构相同。
2.2第1光学脉冲展宽器的结构
图3A是向-Z方向观察第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器17的图。图3B是向-H方向观察第1光学脉冲展宽器17的图。图3C是向+V方向观察第1光学脉冲展宽器17的图。图3D是第1光学脉冲展宽器17的立体图。在高反射镜16a和16b之间，脉冲激光的行进方向大致为+V方向。
第1光学脉冲展宽器17包含：包含4枚凹面柱面镜171～174作为多个凹面超环面镜的第1延迟光学系统、包含第1面175a和第2面175b的分束器175、以及平行平面板176。
在从主振荡器MO输出且由高反射镜16a反射后的脉冲激光B1的光路上配置有分束器175。作为分束器175，例如使用厚度为7mm、且P偏振光的反射率为64％的分束器。
超环面镜是具有超环面的镜。超环面是在正交的2个方向上具有不同的第1和第2曲率半径R1和R2的面，相当于使具有半径R1的圆在与该圆同一平面内以从圆的中心起的距离为R3的直线为轴进行旋转时的轨迹。这里，超环面的第1曲率半径R1相当于圆的半径R1，第2曲率半径R2相当于圆的半径R1与从圆的中心到旋转轴为止的距离R3之和。
柱面镜是具有圆筒面的镜。柱面镜是超环面镜的一种，可以是指第2曲率半径R2无限大的超环面镜。
第1光学脉冲展宽器17构成第1光路和第2光路。第1光路是使脉冲激光B1的一部分透过而成为脉冲激光B2并作为脉冲激光B3出射的光路。第2光路是使脉冲激光B1的另一部分反射而成为脉冲激光B4、B5、…、B9并作为脉冲激光B10出射的光路。将第2光路中的脉冲激光B4～B8的光路称为延迟光路。
延迟光路的光路长度在0.25m以上且1.5m以下的范围内，例如为0.3m。在设延迟光路的光路长度为0.3m时，凹面柱面镜171～174各自的第1曲率半径R1例如为81.6mm。设延迟光路的光路长度为0.25m以上的理由如下所述。在设脉冲激光的中心波长λ0为193nm、设谱宽度Δλ为0.15pm的情况下，脉冲激光的时间相干长度L如下所述大约为0.25m。
L＝λ0 2/Δλ
≒0.25
通过延迟光路对分支光赋予时间差，在此后使其重合时，在延迟光路的光路长度比时间相干长度L短时，有时发生干涉。因此，优选延迟光路的光路长度为时间相干长度L以上即0.25m以上。
作为上述谱宽度Δλ，例如使用被称为E95的指标。
图4示出用于说明E95的谱波形的例子。图4的横轴是波长λ，纵轴是光强度I。将该谱的整体的能量中的以中心波长λ0为中心占据95％的部分的全宽设为E95。
图3E示出入射到凹面柱面镜174的脉冲激光B7的光轴和由凹面柱面镜174反射后的脉冲激光B8的光轴。光轴意味着光路的中心轴。
如图3E所示，焦点轴F位于从凹面柱面镜174起的规定的距离的位置。焦点轴F与脉冲激光B7的入射面IP位于同一平面内。在其他凹面柱面镜171～173中，各自的焦点轴F也与脉冲激光的入射面IP位于同一平面内。
如图3C所示，脉冲激光B1具有大致长方形状的射束截面。射束截面的长度方向与Z方向大致一致。脉冲激光B2～B10各自的射束截面的长度方向也与Z方向大致一致。
但是，由凹面柱面镜171反射后的脉冲激光B5沿Z方向被聚光，然后沿Z方向扩展并入射到凹面柱面镜172。由凹面柱面镜173反射后的脉冲激光B7也沿Z方向被聚光，然后沿Z方向扩展并入射到凹面柱面镜174。因此，脉冲激光B5和B7在它们的聚光位置的附近以外，射束截面的长度方向与Z方向大致一致。
凹面柱面镜172和凹面柱面镜174使通过聚光位置且沿Z方向扩展并入射的脉冲激光B5和B7分别反射而成为脉冲激光B6和B8，由此进行准直。
凹面柱面镜171或173相当于本公开的第1凹面柱面镜，凹面柱面镜172或174相当于本公开的第2凹面柱面镜。
脉冲激光B4绕Z方向的轴倾斜地入射到凹面柱面镜171。同样，脉冲激光B5、B6、和B7分别绕Z方向的轴倾斜地入射到凹面柱面镜172、173和174。脉冲激光B4～B7相对于凹面柱面镜171～174的入射角θ1在8°以上且25°以下的范围内。例如，入射角θ1成为23°。这样，在入射角θ1较大的情况下，也由于利用凹面柱面镜171～174构成了第1延迟光学系统，而抑制了像散的产生。
2.3第1光学脉冲展宽器的动作
脉冲激光B1向+V方向入射到分束器175的第1面175a。分束器175使向+V方向入射的脉冲激光B1的一部分向+V方向透过而成为脉冲激光B2，使另一部分向+H方向反射而成为脉冲激光B4。脉冲激光B2入射到平行平面板176。平行平面板176使脉冲激光B2向+V方向透过并作为脉冲激光B3出射。+V方向相当于本公开中的第1方向。+H方向相当于本公开中的第2方向。
脉冲激光B4通过凹面柱面镜171～174依次反射而成为脉冲激光B5～B8。脉冲激光B8向+H方向入射到分束器175的第2面175b。凹面柱面镜171和173以较大的NA使脉冲激光B5和B7分别聚光，凹面柱面镜172和174进行准直，由此降低空间相干性。关于脉冲激光B1在第1面175a中的射束截面，在脉冲激光B8到达第1面175a时，在Z方向上以1：1的大小成像。脉冲激光B8的一部分在第1面175a反射，作为脉冲激光B9向+V方向出射，然后作为脉冲激光B10从平行平面板176出射。脉冲激光B9和B10分别通过与脉冲激光B2和B3大致相同的光路。脉冲激光B3相当于本公开中的第1射束，脉冲激光B10相当于本公开中的第2射束。
平行平面板176对脉冲激光B1的一部分透过分束器175时产生的光轴的偏移进行补偿。由此，平行平面板176能够使脉冲激光B3的光轴与脉冲激光B1的光轴的延长线大致同轴。平行平面板176相当于本公开中对光轴的偏移进行补偿的光学元件。
2.4第1光学脉冲展宽器的作用
根据第1实施方式，第1光学脉冲展宽器17在空间上重叠地出射透过分束器175后的脉冲激光B3和由分束器175反射且通过第1延迟光学系统而降低了空间相干性的脉冲激光B10。由此，能够降低散斑对比度。
根据第1实施方式，延迟光路的光路长度较短，因此，能够使第1光学脉冲展宽器17紧凑。因此，还能够在激光装置的内部配置第1光学脉冲展宽器17。例如，能够在主振荡器MO与放大器PO之间配置第1光学脉冲展宽器17。此外，能够容易地进行部件的搬运、维护。
根据第1实施方式，使用了凹面柱面镜171～174，因此，在延迟光路的光路长度较短、且入射角θ1较大的情况下，也抑制像散的产生。因此，能够抑制对射束发散度、射束指向造成不良影响。
此外，设为利用转印光学系统构成延迟光路，并在Z方向上成像，因此，减少被输出的脉冲激光B10相对于Z方向的射束扩展。因此，减少能量的损失。
2.5第2光学脉冲展宽器的结构
图5A是向-Z方向观察第1实施方式中的第2光学脉冲展宽器27的图。图5B是向-H方向观察第2光学脉冲展宽器27的图。在高反射镜26a和26b之间，脉冲激光的行进方向大致为-V方向。
第2光学脉冲展宽器27包含光路长度不同的2个延迟光路。第2光学脉冲展宽器27包含：包含4枚凹面柱面镜271～274的第2延迟光学系统、包含另外4枚凹面柱面镜281～284的第3延迟光学系统、分束器275和285、以及平行平面板276。优选第1、第2和第3延迟光学系统的光路长度分别不同。也可以是，第1延迟光学系统的光路长度比第2延迟光学系统的光路长度短，第2延迟光学系统的光路长度比第3延迟光学系统的光路长度短。由第2延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度例如设为0.6m，由第3延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度例如设为1.2m。
凹面柱面镜271～274各自的第1曲率半径R1例如为153.7mm。凹面柱面镜281～284各自的第1曲率半径R1例如为303.4mm。
作为分束器275和285，例如分别使用厚度为7mm、且P偏振光的反射率为64％的分束器。
脉冲激光相对于凹面柱面镜271～274的入射角θ2在8°以上且25°以下的范围内。例如，入射角θ2成为14°。
脉冲激光相对于凹面柱面镜281～284的入射角θ3在8°以上且25°以下的范围内。例如，入射角θ3成为9°。
关于其他方面，第2光学脉冲展宽器27的结构与第1光学脉冲展宽器17的结构相同。
2.6第2光学脉冲展宽器的动作
从放大器PO输出的脉冲激光B11向-V方向入射到分束器275的第3面275a。分束器275使向-V方向入射的脉冲激光B11的一部分向-V方向透过而成为脉冲激光B13，使另一部分向-H方向反射而成为脉冲激光B14。脉冲激光B13入射到平行平面板276。平行平面板276使脉冲激光B13向-V方向透过而成为脉冲激光B21。-V方向相当于本公开中的第3方向。-H方向相当于本公开中的第4方向。
脉冲激光B14通过凹面柱面镜271～274依次反射而成为脉冲激光B15～B18。脉冲激光B18向-H方向入射到分束器275的第4面275b。凹面柱面镜271和273以较大的NA使脉冲激光B15和B17分别沿Z方向聚光，凹面柱面镜272和274进行准直，由此降低空间相干性。关于脉冲激光B11在第3面275a中的射束截面，在脉冲激光B18到达第3面275a时，在Z方向上以1：1的大小成像。脉冲激光B18的一部分在第3面275a反射，作为脉冲激光B20向-V方向出射，然后作为脉冲激光B21从平行平面板276出射。脉冲激光B20通过与脉冲激光B13大致相同的光路。脉冲激光B13相当于本公开中的第1射束，脉冲激光B20相当于本公开中的第2射束。
这里，叙述了包含凹面柱面镜271～274的第2延迟光学系统的动作，但是，包含凹面柱面镜281～284的第3延迟光学系统的动作也是同样的。
平行平面板276可以对脉冲激光透过分束器275和285时产生的光轴的偏移进行补偿，也可以使光轴偏移到其他期望的位置。
2.7第2光学脉冲展宽器的作用
根据第1实施方式，第2光学脉冲展宽器27能够通过与第1光学脉冲展宽器17相同的作用来降低散斑对比度。第1、第2和第3延迟光学系统的光路长度分别不同，因此，能够防止由1个延迟光学系统延迟后的光的一部分由于另1个延迟光学系统而返回原样。因此，在通过第1光学脉冲展宽器17降低了散斑对比度的效果的基础上，能够通过第2光学脉冲展宽器27进一步降低散斑对比度。
3.使用沿射束截面的短边方向聚光的柱面镜的光学脉冲展宽器
3.1第1光学脉冲展宽器的结构和动作
图6A是向-Z方向观察本公开的第2实施方式中的第1光学脉冲展宽器17a的图。图6B是向-H方向观察第1光学脉冲展宽器17a的图。图6C是向+V方向观察第1光学脉冲展宽器17a的图。图6D是第1光学脉冲展宽器17a的立体图。
第1光学脉冲展宽器17a包含4枚凹面柱面镜171a～174a。
图6E示出入射到凹面柱面镜174a的脉冲激光B7的光轴和由凹面柱面镜174a反射后的脉冲激光B8的光轴。
如图6E所示，凹面柱面镜174a的焦点轴F与脉冲激光B7的入射面IP垂直。在其他凹面柱面镜171a～173a中，各自的焦点轴F也与脉冲激光的入射面IP垂直。
这样，在第2实施方式的凹面柱面镜171a～174a中，焦点轴F的朝向与第1实施方式的凹面柱面镜171～174不同。
如图6C所示，脉冲激光B1具有大致长方形状的射束截面。射束截面的长度方向与Z方向大致一致。脉冲激光B2～B10各自的射束截面的长度方向也与Z方向大致一致。在脉冲激光B1～B10中，分别将与射束截面的长度方向垂直的方向称为短边方向。
但是，由凹面柱面镜171a反射后的脉冲激光B5沿射束截面的短边方向被聚光，然后沿射束截面的短边方向扩展并入射到凹面柱面镜172a。由凹面柱面镜173a反射后的脉冲激光B7也沿射束截面的短边方向被聚光，然后沿射束截面的短边方向扩展并入射到凹面柱面镜174a。
凹面柱面镜172a和凹面柱面镜174a使通过聚光位置且沿射束截面的短边方向扩展并入射的脉冲激光B5和B7分别反射而成为脉冲激光B6和B8，由此进行准直。
凹面柱面镜171a或173a相当于本公开的第1凹面柱面镜，凹面柱面镜172a或174a相当于本公开的第2凹面柱面镜。
关于其他方面，第1光学脉冲展宽器17a的结构和动作与第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器17的结构和动作相同。
3.2第1光学脉冲展宽器的作用
在第2实施方式中，脉冲激光也通过第1延迟光学系统，由此降低空间相干性，因此，能够降低散斑对比度。
此外，延迟光路的光路长度较短，因此，能够使第1光学脉冲展宽器17a紧凑。
根据第2实施方式，使用了凹面柱面镜171a～174a，因此，在延迟光路的光路长度较短、且入射角θ1较大的情况下，也抑制像散的产生。
此外，设为利用转印光学系统构成延迟光路，并在射束截面的短边方向上成像，因此，减少被输出的脉冲激光B10在射束截面的短边方向的射束扩展。因此，减少能量的损失。
3.3第2光学脉冲展宽器的结构和动作
图7A是向-Z方向观察第2实施方式中的第2光学脉冲展宽器27a的图。图7B是向-H方向观察第2光学脉冲展宽器27a的图。
第2光学脉冲展宽器27a包含：包含4枚凹面柱面镜271a～274a的第2延迟光学系统、以及包含另外4枚凹面柱面镜281a～284a的第3延迟光学系统。
凹面柱面镜271a～274a和281a～284a的焦点轴F与脉冲激光的入射面IP垂直。
因此，凹面柱面镜271a、273a、281a、和283a使脉冲激光分别沿射束截面的短边方向聚光，凹面柱面镜272a、274a、282a、和284a进行准直，由此降低空间相干性。
关于其他方面，第2光学脉冲展宽器27a的结构和动作与第1实施方式中的第2光学脉冲展宽器27的结构和动作相同。
3.4第2光学脉冲展宽器的作用
在第2实施方式中，第2光学脉冲展宽器27a也能够通过与第1光学脉冲展宽器17a相同的作用来降低散斑对比度。第1、第2和第3延迟光学系统的光路长度分别不同，因此，能够防止由1个延迟光学系统延迟后的光的一部分由于另1个延迟光学系统而返回原样。因此，在通过第1光学脉冲展宽器17a降低了散斑对比度的效果的基础上，能够通过第2光学脉冲展宽器27a进一步降低散斑对比度。
4.使用沿2个方向聚光的超环面镜的光学脉冲展宽器
4.1第1光学脉冲展宽器的结构和动作
图8A是向-Z方向观察本公开的第3实施方式中的第1光学脉冲展宽器17b的图。图8B是向-H方向观察第1光学脉冲展宽器17b的图。图8C是向+V方向观察第1光学脉冲展宽器17b的图。图8D是第1光学脉冲展宽器17b的立体图。
第1光学脉冲展宽器17b包含4枚凹面超环面镜171b～174b。
图8E示出入射到凹面超环面镜174b的脉冲激光B7的光轴和由凹面超环面镜174b反射后的脉冲激光B8的光轴。
如图8E所示，将与脉冲激光B7的入射面IP垂直且包含凹面超环面镜174b的法线NL在内的面设为垂直面VP。设凹面超环面镜174b的沿着垂直面VP的第1曲率半径为R1，设凹面超环面镜174b的沿着入射面IP的第2曲率半径为R2。
凹面超环面镜174b的沿着垂直面VP的第1曲率半径R1相当于沿着垂直面VP在凹面超环面镜174b的表面描绘的曲线C1的曲率半径。凹面超环面镜174b的沿着入射面IP的第2曲率半径R2相当于沿着入射面IP在凹面超环面镜174b的表面描绘的曲线C2的曲率半径。
在使光倾斜地入射到球面镜时，光在入射面内的会聚位置接近镜，相对于光在与入射面垂直的方向上的会聚位置偏移，因此产生像散。因此，在第3实施方式中，采用沿着入射面IP的第2曲率半径R2比沿着垂直面VP的第1曲率半径R1大的凹面超环面镜174b，由此减少像散。
关于其他凹面超环面镜171b～173b，也设为沿着入射面IP的第2曲率半径R2比沿着垂直面VP的第1曲率半径R1大的超环面镜。
沿着垂直面VP的第1曲率半径R1例如为78.5mm。
沿着入射面IP的第2曲率半径R2例如为88.5mm。
由凹面超环面镜171b反射后的脉冲激光B5沿射束截面的长度方向和短边方向这两个方向被聚光，然后沿射束截面的长度方向和短边方向扩展并入射到凹面超环面镜172b。由凹面超环面镜173b反射后的脉冲激光B7也沿射束截面的长度方向和短边方向这两个方向被聚光，然后沿射束截面的长度方向和短边方向扩展并入射到凹面超环面镜174b。
凹面超环面镜172b和凹面超环面镜174b使通过聚光位置且沿射束截面的长度方向和短边方向扩展并入射的脉冲激光B5和B7分别反射而成为脉冲激光B6和B8，由此进行准直。
凹面超环面镜171b或173b相当于本公开的第1凹面超环面镜，凹面超环面镜172b或174b相当于本公开的第2凹面超环面镜。
关于其他方面，第1光学脉冲展宽器17b的结构和动作与第1实施方式中的第1光学脉冲展宽器17的结构和动作相同。
4.2第1光学脉冲展宽器的作用
在第3实施方式中，脉冲激光也通过第1延迟光学系统，由此降低空间相干性，因此，能够降低散斑对比度。
此外，延迟光路的光路长度较短，因此，能够使第1光学脉冲展宽器17b紧凑。
根据第3实施方式，使用了凹面超环面镜171b～174b，因此，在延迟光路的光路长度较短、且入射角θ1较大的情况下，也抑制像散的产生。
此外，设为利用转印光学系统构成延迟光路，并在射束截面的长度方向和短边方向这两个方向上成像，因此，减少被输出的脉冲激光B10在射束截面的长度方向和短边方向的射束扩展。因此，减少能量的损失。
4.3第2光学脉冲展宽器的结构和动作
图9A是向-Z方向观察第3实施方式中的第2光学脉冲展宽器27b的图。图9B是向-H方向观察第2光学脉冲展宽器27b的图。
第2光学脉冲展宽器27b包含：包含4枚凹面超环面镜271b～274b的第2延迟光学系统、以及包含另外4枚凹面超环面镜281b～284b的第3延迟光学系统。
凹面超环面镜271b～274b和281b～284b分别是沿着入射面IP的第2曲率半径R2比沿着垂直面VP的第1曲率半径R1大的超环面镜。
因此，凹面超环面镜271b、273b、281b、和283b使脉冲激光分别沿射束截面的长度方向和短边方向这两个方向聚光，凹面超环面镜272b、274b、282b、和284b进行准直，由此降低空间相干性。
凹面超环面镜271b～274b各自的沿着垂直面VP的第1曲率半径R1例如为156.5mm。凹面超环面镜271b～274b各自的沿着入射面IP的第2曲率半径R2例如为168.6mm。
凹面超环面镜281b～284b各自的沿着垂直面VP的第1曲率半径R1例如为303.4mm。凹面超环面镜281b～284b各自的沿着入射面IP的第2曲率半径R2例如为314.4mm。
关于其他方面，第2光学脉冲展宽器27b的结构和动作与第1实施方式中的第2光学脉冲展宽器27的结构和动作相同。
4.4第2光学脉冲展宽器的作用
在第3实施方式中，第2光学脉冲展宽器27b也能够通过与第1光学脉冲展宽器17b相同的作用来降低散斑对比度。第1、第2和第3延迟光学系统的光路长度分别不同，因此，能够防止由1个延迟光学系统延迟后的光的一部分由于另1个延迟光学系统而返回原样。因此，在通过第1光学脉冲展宽器17b降低了散斑对比度的效果的基础上，能够通过第2光学脉冲展宽器27b进一步降低散斑对比度。
5.能够变更输出射束位置的光学脉冲展宽器
5.1概略结构
图10示意地示出本公开的第4实施方式中的激光装置的结构。在第4实施方式中，被配置于主振荡器MO与放大器PO之间的第1光学脉冲展宽器17c构成为能够调节平行平面板176的姿态。此外，第4实施方式中的激光装置还包含激光控制部30、射束发散度计测器31和射束指向计测器32。
射束发散度计测器31包含分束器31a、聚光光学系统31b和图像传感器31c。在聚光光学系统31b的焦点位置配置有图像传感器31c的受光面。
射束指向计测器32包含分束器32a、转印光学系统32b和图像传感器32c。在通过转印光学系统32b对脉冲激光的规定位置处的射束截面的光强度分布进行成像的位置配置有图像传感器32c的受光面。
5.2第1光学脉冲展宽器的结构
图11是向-Z方向观察第1光学脉冲展宽器17c的图。在第4实施方式中，在平行平面板176安装有致动器177。
关于其他方面，第4实施方式的结构与第1实施方式的结构相同。或者，关于其他方面，第4实施方式的结构也可以与第2或第3实施方式的结构相同。
5.3动作
激光控制部30根据图像传感器31c的图像数据计算脉冲激光的光斑直径，根据该光斑直径计算脉冲激光的射束发散度。
激光控制部30根据图像传感器32c的图像数据计算射束截面的光强度分布的中心位置，根据该中心位置计算脉冲激光的射束指向。
激光控制部30根据脉冲激光的射束发散度和射束指向对致动器177进行控制。由此，对平行平面板176的姿态进行调节，对入射到放大器PO的脉冲激光的射束位置进行调节。
关于其他方面，第4实施方式的动作与第1～第3实施方式中的任意一方的动作相同。
5.4作用
根据第4实施方式，能够根据从激光装置输出的脉冲激光的射束发散度和射束指向，对入射到放大器PO的脉冲激光的射束位置进行优化。由此，能够对脉冲激光的剂量稳定性、射束发散度和射束指向等进行优化。
6.其他
图12概略地示出与激光装置1连接的曝光装置100的结构。激光装置1生成脉冲激光并将其输出到曝光装置100。
在图12中，曝光装置100包含照明光学系统41和投影光学系统42。照明光学系统41通过从激光装置1入射的脉冲激光对掩模版台RT的掩模版图案进行照明。投影光学系统42对透过了掩模版的脉冲激光进行缩小投影，使其在被配置于工件台WT上的未图示的工件上成像。工件是被涂布了光刻胶的半导体晶片等感光基板。曝光装置100使掩模版台RT和工件台WT同步地平行移动，由此在工件上曝光反映了掩模版图案的脉冲激光。通过以上这种曝光工序在半导体晶片上转印器件图案，由此，能够制造电子器件。
上述说明不是限制，而是简单的例示。因此，本领域技术人员明白能够在不脱离权利要求书的情况下对本公开的实施方式施加变更。此外，本领域技术人员还明白组合使用本公开的实施方式。
只要没有明确记载，则本说明书和权利要求书整体所使用的用语应该解释为“非限定性”用语。例如，“包含”或“所包含”这样的用语应该解释为“不限于记载为所包含的部分”。“具有”这样的用语应该解释为“不限于记载为所具有的部分”。此外，不定冠词“一个”应该解释为意味着“至少一个”或“一个或一个以上”。此外，“A、B和C中的至少一方”这样的用语应该解释为“A”“B”“C”“A+B”“A+C”“B+C”或“A+B+C”。进而，应该解释为还包含它们和“A”“B”“C”以外的部分的组合。

Claims (20)

1.一种光学脉冲展宽器，其具有：
第1延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及
分束器，其包含第1面和第2面，使入射到所述第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到所述第1延迟光学系统，使从所述第1延迟光学系统入射到所述第2面的脉冲激光的一部分向所述第1方向反射从而作为第2射束出射。
2.根据权利要求1所述的光学脉冲展宽器，其中，
所述多个凹面超环面镜包含4枚凹面超环面镜。
3.根据权利要求1所述的光学脉冲展宽器，其中，
由所述第1延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度为0.25m以上且1.5m以下。
4.根据权利要求1所述的光学脉冲展宽器，其中，
所述多个凹面超环面镜包含多个凹面柱面镜。
5.根据权利要求4所述的光学脉冲展宽器，其中，
所述多个凹面柱面镜各自的焦点轴位于入射到该凹面柱面镜的脉冲激光的入射面的面内。
6.根据权利要求4所述的光学脉冲展宽器，其中，
所述多个凹面柱面镜各自的焦点轴与入射到该凹面柱面镜的脉冲激光的入射面垂直。
7.根据权利要求1所述的光学脉冲展宽器，其中，
所述多个凹面超环面镜各自的沿着分别入射到该凹面超环面镜的脉冲激光的入射面的曲率半径，比该凹面超环面镜的沿着与所述入射面垂直且包含该凹面超环面镜的法线的面的曲率半径大。
8.根据权利要求1所述的光学脉冲展宽器，其中，
分别入射到所述多个凹面超环面镜的脉冲激光的入射角为8°以上且25°以下。
9.一种激光装置，其具有：
主振荡器，其输出脉冲激光；以及
第1光学脉冲展宽器，
所述第1光学脉冲展宽器具有：
第1延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及
分束器，其包含第1面和第2面，使入射到所述第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到所述第1延迟光学系统，使从所述第1延迟光学系统入射到所述第2面的脉冲激光的一部分向所述第1方向反射从而作为第2射束出射，
所述第1光学脉冲展宽器被配置于从所述主振荡器输出的脉冲激光的光路上。
10.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述多个凹面超环面镜包含第1凹面柱面镜和第2凹面柱面镜，
所述第1凹面柱面镜使从所述主振荡器输出的脉冲激光沿所述脉冲激光的射束截面的长度方向聚光，
所述第2凹面柱面镜对通过所述第1凹面柱面镜的聚光位置后的脉冲激光进行准直。
11.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述多个凹面超环面镜包含第1凹面柱面镜和第2凹面柱面镜，
所述第1凹面柱面镜使从所述主振荡器输出的脉冲激光沿与所述脉冲激光的射束截面的长度方向垂直的方向聚光，
所述第2凹面柱面镜对通过所述第1凹面柱面镜的聚光位置后的脉冲激光进行准直。
12.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述多个凹面超环面镜包含第1凹面超环面镜和第2凹面超环面镜，
所述第1凹面超环面镜使从所述主振荡器输出的脉冲激光沿所述脉冲激光的射束截面的长度方向和与所述长度方向垂直的方向这两个方向聚光，
所述第2凹面超环面镜对通过所述第1凹面超环面镜的聚光位置后的脉冲激光进行准直。
13.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
从所述主振荡器输出的脉冲激光绕与所述脉冲激光的光轴垂直的射束截面的长度方向的轴倾斜地分别入射到所述多个凹面超环面镜。
14.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有放大器，所述放大器被配置于从所述主振荡器输出的脉冲激光的光路上，
所述第1光学脉冲展宽器被配置于所述主振荡器与所述放大器之间。
15.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有第2光学脉冲展宽器，所述第2光学脉冲展宽器被配置于从所述主振荡器输出的脉冲激光的光路上，
所述第2光学脉冲展宽器具有：
第2延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及
分束器，其包含第3面和第4面，使入射到所述第3面的脉冲激光的一部分向第3方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第4方向反射从而入射到所述第2延迟光学系统，使从所述第2延迟光学系统入射到所述第4面的脉冲激光的一部分向所述第3方向反射从而作为第2射束出射，
由所述第1延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度和由所述第2延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度不同。
16.根据权利要求15所述的激光装置，其中，
由所述第1延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度比由所述第2延迟光学系统构成的延迟光路的光路长度短。
17.根据权利要求9所述的激光装置，其中，
所述第1光学脉冲展宽器还具有光学元件，所述光学元件对入射到所述第1面的脉冲激光的所述一部分透过所述分束器时产生的脉冲激光的光轴的偏移进行补偿。
18.根据权利要求17所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有：
计测器，其对通过所述第1光学脉冲展宽器后的脉冲激光的射束指向和射束发散度进行计测；以及
致动器，其根据所述计测器的输出，对所述光学元件的姿态进行调节。
19.根据权利要求18所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有放大器，所述放大器被配置于从所述主振荡器输出的脉冲激光的光路上，
所述第1光学脉冲展宽器被配置于所述主振荡器与所述放大器之间。
20.一种电子器件的制造方法，其包含以下工序：
通过激光装置生成脉冲激光，
将所述脉冲激光输出到曝光装置，
在所述曝光装置内在感光基板上曝光所述脉冲激光，以制造电子器件，
所述激光装置具有：
主振荡器，其输出脉冲激光；以及
第1光学脉冲展宽器，
所述第1光学脉冲展宽器具有：
第1延迟光学系统，其包含多个凹面超环面镜；以及
分束器，其包含第1面和第2面，使入射到所述第1面的脉冲激光的一部分向第1方向透过从而作为第1射束出射，使另一部分向第2方向反射从而入射到所述第1延迟光学系统，使从所述第1延迟光学系统入射到所述第2面的脉冲激光的一部分向所述第1方向反射从而作为第2射束出射，
所述第1光学脉冲展宽器被配置于从所述主振荡器输出的脉冲激光的光路上。
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