CN117581430A - 气体激光装置和电子器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

气体激光装置具有：激光振荡器，其输出激光；以及激光放大器，其对激光进行放大而输出放大激光。激光放大器包含：放电腔，其在内部具有用于发生放电的一对电极；输入耦合光学系统，其使激光的至少一部分朝向放电腔透过；以及输出耦合光学系统，其与输入耦合光学系统一起构成光谐振器，使透过输入耦合光学系统和放电腔后的激光的至少一部分透过，而输出放大激光。输入耦合光学系统的与放电的方向垂直的第1方向的第1焦点和输出耦合光学系统的第1方向的第2焦点在输入耦合光学系统与输出耦合光学系统之间一致。

Description

气体激光装置和电子器件的制造方法
技术领域
本公开涉及气体激光装置和电子器件的制造方法。
背景技术
近年来，在半导体曝光装置中，随着半导体集成电路的微细化和高集成化，要求分辨率的提高。因此，从曝光用光源发射的光的短波长化得以发展。例如，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长大约为248nm的激光的KrF准分子激光装置、以及输出波长大约为193nm的激光的ArF准分子激光装置。
KrF准分子激光装置和ArF准分子激光装置的自然振荡光的谱线宽度较宽，大约为350～400pm。因此，在利用使KrF和ArF激光这种紫外线透过的材料构成投影透镜时，有时产生色差。其结果，分辨率可能降低。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。因此，在气体激光装置的激光谐振器内，为了使谱线宽度窄带化，有时具有包含窄带化元件(标准具、光栅等)的窄带化模块(Line Narrowing Module：LNM)。下面，将谱线宽度被窄带化的气体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：日本特开2012-156531号公报
发明内容
在本公开的一个观点中，气体激光装置具有：激光振荡器，其输出激光；以及激光放大器，其对激光进行放大而输出放大激光。激光放大器包含：放电腔，其在内部具有用于发生放电的一对电极；输入耦合光学系统，其使激光的至少一部分朝向放电腔透过；以及输出耦合光学系统，其与输入耦合光学系统一起构成光谐振器，使透过输入耦合光学系统和放电腔后的激光的至少一部分透过，而输出放大激光。输入耦合光学系统的与放电的方向垂直的第1方向的第1焦点和输出耦合光学系统的第1方向的第2焦点在输入耦合光学系统与输出耦合光学系统之间一致。
在本公开的一个观点中，电子器件的制造方法包含以下步骤：通过气体激光装置生成放大激光，将放大激光输出到曝光装置，在曝光装置内在感光基板上曝光放大激光，以制造电子器件，该气体激光装置具有：激光振荡器，其输出激光；以及激光放大器，其对激光进行放大而输出放大激光。激光放大器包含：放电腔，其在内部具有用于发生放电的一对电极；输入耦合光学系统，其使激光的至少一部分朝向放电腔透过；以及输出耦合光学系统，其与输入耦合光学系统一起构成光谐振器，使透过输入耦合光学系统和放电腔后的激光的至少一部分透过，而输出放大激光。输入耦合光学系统的与放电的方向垂直的第1方向的第1焦点和输出耦合光学系统的第1方向的第2焦点在输入耦合光学系统与输出耦合光学系统之间一致。
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概略地示出比较例中的气体激光装置的结构。
图2示出比较例中的通过功率振荡器的激光的光路轴的例子。
图3示出比较例中的通过功率振荡器的激光的光路轴的例子。
图4示出比较例中的通过功率振荡器的激光的光路轴的例子。
图5概略地示出第1实施方式的气体激光装置的结构。
图6示出第1实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图7示出第1实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图8示出第2实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图9示出第2实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图10示出第3实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图11示出第4实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图12是示出在第4实施方式中对在光谐振器内往复的激光的射束宽度进行模拟的结果的曲线图。
图13示出第5实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图14概略地示出光路调整机构的第1例。
图15概略地示出光路调整机构的第2例。
图16示出第6实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图17示出第7实施方式中的构成功率振荡器的光谐振器。
图18示出在各实施方式中能够使用的射束监视器的具体结构。
图19概略地示出与气体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结构
1.1.1主振荡器MO
1.1.2高反射镜31和32
1.1.3功率振荡器PO
1.1.4激光监视器17
1.1.5激光控制处理器30
1.2动作
1.2.1激光控制处理器30
1.2.2主振荡器MO
1.2.3高反射镜31和32
1.2.4功率振荡器PO
1.2.5激光监视器17
1.2.6电压控制
1.3比较例的课题
2.将后镜24b和前镜25b设为共焦谐振器的气体激光装置
2.1 结构
2.2 动作
2.3 作用
3.后镜24c和前镜25c分别包含柱面透镜的气体激光装置
3.1 结构
3.2 动作
3.3 作用
4.在激光B1的光路上包含扩束器23的气体激光装置
4.1 结构
4.2 作用
5.后镜24c的曲率半径Rin和前镜25c的曲率半径Rout不同的气体激光装置
5.1 结构
5.2 动作
5.3 作用
6.在从光谐振器的中心轴C起在H轴方向上偏移的位置处使激光B1入射的气体激光装置
6.1 结构
6.2 动作
6.3 作用
7.以相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的角度使激光B1入射的气体激光装置
7.1 结构
7.2 动作
7.3 作用
8.后镜24d和前镜25d分别包含平凹透镜的气体激光装置
8.1 结构
8.2 动作
8.3 作用
9.射束监视器18b的例子
9.1 结构
9.2 动作
10.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结构
图1概略地示出比较例中的气体激光装置1的结构。气体激光装置1包含主振荡器MO、功率振荡器PO、激光监视器17、激光控制处理器30以及高反射镜31和32。气体激光装置1与曝光装置4连接。
1.1.1主振荡器MO
主振荡器MO包含放电腔10、一对电极11a和11b、窄带化模块14以及前镜15。窄带化模块14和前镜15构成光谐振器。放电腔10被配置于光谐振器的光路上。主振荡器MO相当于本公开中的激光振荡器。
在放电腔10中例如被封入有激光气体，该激光气体包含作为稀有气体的氩气或氪气、作为卤素气体的氟气、作为缓冲气体的氖气等。在放电腔10的两端设置有窗口10a和10b。
窄带化模块14包含棱镜14a和光栅14b。也可以代替窄带化模块14而使用高反射镜。
前镜15由使窄带化模块14的选择波长的光透过的材料构成，在其一个面涂敷有部分反射膜。
1.1.2高反射镜31和32
高反射镜31和32被配置于从主振荡器MO输出的激光B1的光路上。
高反射镜31和32构成为能够分别通过致动器31a和32a对位置和姿态进行变更。高反射镜31和32构成用于对激光B1向功率振荡器PO入射的入射位置和入射方向进行调整的射束转向单元。
1.1.3功率振荡器PO
功率振荡器PO被配置于通过射束转向单元后的激光B1的光路上。
功率振荡器PO包含放电腔20、一对电极21a和21b、后镜24以及前镜25。在放电腔20设置有窗口20a和20b。功率振荡器PO相当于本公开中的激光放大器。
后镜24和前镜25分别由使激光B1透过的材料构成，在其一个面涂敷有部分反射膜。后镜24相当于本公开中的输入耦合光学系统，前镜25相当于本公开中的输出耦合光学系统。后镜24的反射率被设定为比前镜25的反射率高。后镜24和前镜25构成法布里-珀罗型的光谐振器。
后镜24和前镜25构成为能够分别通过致动器24a和25a对姿态进行变更。
关于其他方面，功率振荡器PO的上述的结构要素与主振荡器MO的对应的结构要素相同。
将电极21a和21b对置的V轴方向称为放电的方向。将后镜24和前镜25对置的Z轴方向称为射束轴方向，V轴和Z轴垂直。将与V轴和Z轴双方垂直的H轴方向称为水平方向。H轴方向相当于本公开中的第1方向。
1.1.4激光监视器17
激光监视器17包含分束器17a和18a、以及能量监视器17b和射束监视器18b。在从功率振荡器PO输出的放大激光B2的光路上配置有分束器17a和18a。分束器17a和18a构成为使放大激光B2的一部分以高透射率透过，使另外一部分反射。
在被分束器17a反射后的激光的光路上配置有能量监视器17b。能量监视器17b包含未图示的聚光光学系统和光传感器，构成为输出与放大激光B2的脉冲能量对应的电信号。
在被分束器18a反射后的激光的光路上配置有射束监视器18b。射束监视器18b包含射束轮廓仪，构成为输出放大激光B2的射束截面中的射束轮廓。
1.1.5激光控制处理器30
激光控制处理器30是包含存储有控制程序的存储器302和执行控制程序的CPU301的处理装置。激光控制处理器30是为了执行本公开中包含的各种处理而特别地构成或被编程的。激光控制处理器30相当于本公开中的处理器。
1.2动作
1.2.1激光控制处理器30
激光控制处理器30设定主振荡器MO和功率振荡器PO中分别包含的未图示的电源装置的设定电压。此外，激光控制处理器30向这些电源装置发送触发信号。
1.2.2主振荡器MO
主振荡器MO中包含的电源装置在从激光控制处理器30接收到触发信号时，将与设定电压对应的脉冲状的高电压施加在电极11a和11b之间。
在对电极11a和11b之间施加高电压时，在电极11a和11b之间发生放电。通过该放电的能量，放电腔10内的激光介质被激励而向高能级跃迁。然后，在被激励的激光介质向低能级跃迁时，发射与该能级差对应的波长的光。
在放电腔10内产生的光经由窗口10a和10b向放电腔10的外部出射。从放电腔10的窗口10a出射的光被棱镜14a扩大射束宽度而入射到光栅14b。
从棱镜14a入射到光栅14b的光被光栅14b的多个槽反射，并且向与光的波长对应的方向衍射。
棱镜14a使来自光栅14b的衍射光的射束宽度缩小，并且使该光经由窗口10a返回到放电腔10。
前镜15使从放电腔10的窗口10b出射的光中的一部分透过并将其输出，使另外一部分反射而返回到放电腔10内。
这样，从放电腔10出射的光在窄带化模块14与前镜15之间往复，每当通过电极11a和11b之间的放电空间时被放大。该光每当在窄带化模块14折返时被窄带化。这样进行激光振荡而被窄带化的光作为脉冲状的激光B1从前镜15输出。
1.2.3高反射镜31和32
高反射镜31和32将激光B1引导至功率振荡器PO的后镜24。
1.2.4功率振荡器PO
功率振荡器PO中包含的电源装置在从激光控制处理器30接收到触发信号时，将与设定电压对应的脉冲状的高电压施加在电极21a和21b之间。设定针对功率振荡器PO的触发信号相对于针对主振荡器MO的触发信号的延迟时间，以使在电极21a和21b之间发生放电的时机和激光B1经由后镜24和窗口20a入射到放电腔20内的时机同步。
激光B1在后镜24与前镜25之间往复，每当通过电极21a和21b之间的放电空间时被放大。被放大的光作为放大激光B2从前镜25输出。
1.2.5激光监视器17
能量监视器17b检测放大激光B2的脉冲能量，将检测结果输出到激光控制处理器30。
射束监视器18b检测放大激光B2的射束轮廓，将检测结果输出到激光控制处理器30。
1.2.6电压控制
激光控制处理器30根据放大激光B2的目标脉冲能量和从能量监视器17b接收到的放大激光B2的脉冲能量对功率振荡器PO的设定电压进行反馈控制。
进而，也可以在主振荡器MO与功率振荡器PO之间配置计测激光B1的脉冲能量的未图示的能量监视器，根据激光B1的脉冲能量对主振荡器MO的设定电压进行反馈控制。
1.3比较例的课题
图2～图4示出比较例中的通过功率振荡器PO的激光的光路轴的例子。在图2～图4中，分别省略构成功率振荡器PO的放电腔20以及窗口20a和20b的图示。电极21b位于与电极21a重叠的位置，因此未图示。
如图2所示，在后镜24的反射面和前镜25的反射面平行、且这些反射面与激光B1的光路轴垂直的情况下，从功率振荡器PO输出的放大激光B2的光路轴与激光B1的光路轴大致同轴。这是理想的状态。
如图3所示，在后镜24的反射面和前镜25的反射面不平行的情况下，伴随着激光在后镜24与前镜25之间往复，光路轴按照B11a、B12a和B13a的顺序变化。在如光路轴B13a那样从放电空间偏离时，激光的放大效率降低。此外，在每当激光在后镜24与前镜25之间往复时产生光路轴的偏移时，从功率振荡器PO输出的放大激光B2的射束轮廓和射束散度也不理想。因此，在不高精度地调整致动器24a和25a以使后镜24的反射面和前镜25的反射面平行时，激光性能有时降低。
图4示出与后镜24的反射面和前镜25的反射面垂直的光谐振器的中心轴C。在后镜24的反射面和前镜25的反射面与激光B1的光路轴不垂直的情况下，伴随着激光在后镜24与前镜25之间往复，光路轴按照B11a、B12a、和B13a的顺序变化。在如光路轴B13a那样从放电空间偏离时，激光的放大效率降低。此外，在每当激光在后镜24与前镜25之间往复时产生光路轴的偏移时，从功率振荡器PO输出的放大激光B2的射束轮廓和射束散度也不理想。因此，在不高精度地调整致动器31a和32a(参照图1)以使后镜24的反射面和前镜25的反射面与激光B1的光路轴垂直时，激光性能有时降低。
2.将后镜24b和前镜25b设为共焦谐振器的气体激光装置
2.1结构
图5概略地示出第1实施方式的气体激光装置1a的结构。气体激光装置1a代替图1所示的气体激光装置1中的后镜24和前镜25而包含后镜24b和前镜25b。进而，前镜25b构成为能够通过直线台25s在Z轴方向上移动。通过使前镜25b在Z轴方向上移动，后镜24b与前镜25b之间的距离被调整。直线台25s相当于本公开中的谐振器长度调整机构。
射束监视器18b构成为除了计测放大激光B2的射束轮廓以外，还计测射束散度。射束监视器18b的具体结构参照图18在后面叙述。
图6和图7示出第1实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图6是沿V轴方向观察光谐振器的图，图7是沿H轴方向观察光谐振器的图。
后镜24b具有供激光B1透过的第1表面241和第2表面242。第2表面242面向放电腔20。在第1表面241涂敷有减反射膜，在第2表面242涂敷有部分反射膜。后镜24b的反射率例如为80％左右。
第1表面241为凸面，第2表面242为凹面。第1表面241和第2表面242为球面，从第2表面242到后镜24b的H轴方向的焦点F1为止的焦距f1和从第2表面242到后镜24b的V轴方向的焦点F3为止的焦距f3相等。焦点F1相当于本公开中的第1焦点。
第1表面241和第2表面242具有相同的曲率半径Rin，因此，透过后镜24b的光的波面没有变化。
前镜25b具有供透过后镜24b后的激光的一部分透过的第3表面253和第4表面254。第3表面253面向放电腔20。在第3表面253涂敷有部分反射膜，在第4表面254涂敷有减反射膜。前镜25b的反射率例如为10％以上且20％以下。
第3表面253为凹面，第4表面254为凸面。第3表面253和第4表面254为球面，从第3表面253到前镜25b的H轴方向的焦点F2为止的焦距f2和从第3表面253到前镜25b的V轴方向的焦点F4为止的焦距f4相等。焦点F2相当于本公开中的第2焦点。
第3表面253和第4表面254具有相同的曲率半径Rout，因此，透过前镜25b的光的波面没有变化。
后镜24b的H轴方向的焦点F1和前镜25b的H轴方向的焦点F2在后镜24b与前镜25b之间的位置一致。即，焦距f1和f2的合计与谐振器长度L一致。
与谐振器长度L一致的情况包含与谐振器长度L之差为谐振器长度L的2％以下的情况。即，焦距f1和f2的合计也可以满足以下的式子。
0.98×L≤f1+f2≤1.02×L
第2表面242的H轴方向的曲率半径Rin和第3表面253的H轴方向的曲率半径Rout的合计与谐振器长度L之间的关系如以下那样。
0.98×L≤(Rin+Rout)/2≤1.02×L
在焦距f1和f2相等的情况下，焦距f1和f2分别成为谐振器长度L的一半，因此，第2表面242的H轴方向的曲率半径Rin和第3表面253的H轴方向的曲率半径Rout分别与谐振器长度L一致。
2.2动作
在激光B1为平行光的情况下，在激光B1向+Z方向透过后镜24b后，成为平行的激光B11。在激光B11的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，作为激光B12会聚于焦点F2，然后，激光B12一边扩大射束直径一边行进到后镜24b。
向-Z方向入射到后镜24b的激光B12的一部分被第2表面242向+Z方向反射，该反射光的光路与激光B11的光路一致。这样，激光B11和B12在光谐振器内往复，被放大的激光B11的一部分透过前镜25b而成为平行的放大激光B2。由于窄带化模块14的分光，入射到光谐振器的激光B1有时在H轴方向上包含不同的波长。但是，在光谐振器内往复的激光B11和B12每当会聚于焦点F2时，射束轮廓反转，因此，从前镜25b出射H轴方向上的波长的偏差少的放大激光B2。
向-Z方向入射到后镜24b的激光B12的另外一部分透过第2表面242而成为返回光B3。但是，返回光B3与激光B12同样地一边扩大射束直径一边行进，因此，抑制窄带化模块14等光学元件被加热等不良影响。
在焦点F1和F2的相对位置偏移的情况下，放大激光B2的射束散度发生变化。即，即使激光B1为平行光，放大激光B2也不是平行光。因此，激光控制处理器30根据射束监视器18b对射束散度的计测结果，对直线台25s进行控制。
2.3作用
根据第1实施方式，焦点F1和F2位于在后镜24b与前镜25b之间一致的位置。因此，后镜24b和前镜25b构成共焦谐振器。由此，即使后镜24b和前镜25b中的任意方的姿态发生变化，或者激光B1的光路轴发生变化，也能够抑制放大效率的降低、放大激光B2的射束轮廓和射束散度的变化。
根据第1实施方式，后镜24b的第1表面241为凸面，第2表面242为凹面。由此，抑制激光透过后镜24b时的波面的变化。此外，返回光B3一边扩大射束直径一边行进，因此，抑制主振荡器MO中包含的光学元件的加热等不良影响。
根据第1实施方式，第1表面241和第2表面242具有相同的曲率半径Rin。由此，抑制激光透过后镜24b时的波面的变化。
根据第1实施方式，前镜25b的第3表面253为凹面，第4表面254为凸面。此外，第3表面253和第4表面254具有相同的曲率半径Rout。由此，抑制激光透过前镜25b时的波面的变化。
根据第1实施方式，第2表面242和第3表面253的H轴方向的曲率半径Rin和Rout与谐振器长度L一致。由此，抑制在后镜24b与前镜25b之间往复的光的光路在第1次往复和第2次往复以后发生变化。
根据第1实施方式，激光控制处理器30根据放大激光B2的射束散度的计测结果对谐振器长度L进行调整。由此，在由于后镜24b和前镜25b的加热等而使曲率半径Rin和Rout变动的情况下，也能够维持放大激光B2的质量。
关于其他方面，第1实施方式与比较例相同。
3.后镜24c和前镜25c分别包含柱面透镜的气体激光装置
3.1结构
图8和图9示出第2实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图8是沿V轴方向观察光谐振器的图，图9是沿H轴方向观察光谐振器的图。
在第2实施方式中，后镜24c和前镜25c分别由在H轴方向上具有曲率、在V轴方向上不具有曲率的柱面透镜构成。后镜24c的第1表面241和第2表面242在H轴方向上具有相同的曲率半径Rin。前镜25c的第3表面253和第4表面254在H轴方向上具有相同的曲率半径Rout。
3.2动作
如图8所示，激光每当在后镜24c与前镜25c之间往复时在H轴方向上会聚。另一方面，如图9所示，激光在V轴方向上不会聚，以平行光的方式在后镜24c与前镜25c之间往复。
3.3作用
如第1实施方式那样，为了构成基于球面镜的共焦谐振器，需要高精度地加工H轴方向和V轴方向的曲率半径，但是，焦点F1～F4的位置由于制造公差而偏移，有时对射束散度造成不良影响。与H轴方向的偏移相比，射束宽度大的V轴方向的偏移的影响特别大。根据第2实施方式，后镜24c和前镜25c分别包含在H轴方向上具有曲率的柱面透镜。在V轴方向上没有曲率，由此，能够减少由于后镜24c和前镜25c的制造公差而对射束散度造成的不良影响。
关于其他方面，第2实施方式与第1实施方式相同。
4.在激光B1的光路上包含扩束器23的气体激光装置
4.1结构
图10示出第3实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图10是沿V轴方向观察光谐振器的图。
在第3实施方式中，在入射到后镜24c的激光B1的光路上配置有扩束器23。扩束器23使具有至少在H轴方向上被扩大的射束宽度的平行的激光B1入射到后镜24c。优选被扩束器23扩大的激光B1的射束宽度跟与电极21a和21b的H轴方向的宽度相当的放电空间的宽度一致。例如，在设入射到扩束器23的激光B1的射束宽度为1.5mm、放电空间的宽度为3mm的情况下，扩束器23对射束宽度的扩大率也可以是2倍。
4.2作用
根据第3实施方式，对入射到后镜24c的激光B1的射束宽度进行扩大，由此使后镜24c和前镜25c中的能量密度降低，能够延长这些镜的寿命。此外，使入射到后镜24c的激光B1的射束宽度与放电空间的宽度一致，由此能够提高放大效率。
关于其他方面，第3实施方式与第2实施方式相同。或者，在第3实施方式中，也可以与第1实施方式同样地使用球面的后镜24b和前镜25b。
5.后镜24c的曲率半径Rin和前镜25c的曲率半径Rout不同的气体激光装置
5.1结构
图11示出第4实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图11是沿V轴方向观察光谐振器的图。
在第4实施方式中，第2表面242的H轴方向的曲率半径Rin比第3表面253的H轴方向的曲率半径Rout大。曲率半径Rin和Rout分别也可以与谐振器长度L不一致。例如，曲率半径Rin设为谐振器长度L的102％以上且110％以下，曲率半径Rout设为谐振器长度L的90％以上且98％以下。但是，后镜24c的H轴方向的焦点F1和前镜25c的H轴方向的焦点F2在后镜24c与前镜25c之间的位置一致。即，焦距f1和f2的合计与谐振器长度L一致。
5.2动作
在激光B1为平行光的情况下，在激光B1向+Z方向透过后镜24c后，成为平行的激光B11。在激光B11的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，作为激光B12会聚于焦点F2，然后，激光B12一边扩大射束直径一边行进到后镜24c。
入射到后镜24c的激光B12的一部分被第2表面242向+Z方向反射，成为平行的激光B13。此时，激光B13的H轴方向的射束宽度比激光B11的H轴方向的射束宽度大。这样，每当激光在后镜24c与前镜25c之间往复时，入射到前镜25c的激光的射束宽度变大。
图12是示出在第4实施方式中对在光谐振器内往复的激光的射束宽度进行模拟的结果的曲线图。在图12中，将后镜24c的曲率半径Rin设为谐振器长度L的1.05倍，将前镜25c的曲率半径Rout设为谐振器长度L的0.95倍。如图12所示，每当激光在光谐振器内往复时，射束宽度变大。被放大的光的一部分作为放大激光B2而输出。
5.3作用
根据第4实施方式，后镜24c的曲率半径Rin比前镜25c的曲率半径Rout大。由此，每当激光在后镜24c与前镜25c之间往复时，射束宽度变大，使后镜24c和前镜25c中的能量密度降低，能够延长这些镜的寿命。
根据第4实施方式，将后镜24c的曲率半径Rin设为谐振器长度L的102％以上且110％以下，将前镜25c的曲率半径Rout设为谐振器长度L的90％以上且98％以下。由此，能够使激光在光谐振器内往复3～5次而被充分放大时的射束宽度成为适当的大小。
关于其他方面，第4实施方式与第2实施方式相同。或者，在第4实施方式中，也可以与第1实施方式同样地使用球面的后镜24b和前镜25b。
6.在从光谐振器的中心轴C起在H轴方向上偏移的位置处使激光B1入射的气体激光装置
6.1结构
图13示出第5实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图13是沿V轴方向观察光谐振器的图。
在第5实施方式中，在主振荡器MO与功率振荡器PO之间的激光B1的光路上配置有光路调整机构22。光路调整机构22对激光B1的光路进行调整，使得激光B1在相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的位置处入射到后镜24c。优选中心轴C与激光B1的入射位置之间的距离S在以下的范围内。
(He-Hb)/4≤S≤(He-Hb)/2
这里，He是电极21a的H轴方向的宽度，Hb是激光B1的H轴方向的射束宽度。
或者，也可以进一步考虑激光B1的扩展角和谐振器长度L。例如，在设电极21a的H轴方向的宽度He为3mm、激光B1的H轴方向的射束宽度Hb为1.5mm、激光B1的扩展角为0.5mrad、谐振器长度L为1m时，距离S也可以为0.50mm以上且0.75mm以下。
图14概略地示出光路调整机构22的第1例。光路调整机构22也可以包含高反射镜221和平行平面基板222。高反射镜221也可以兼作为构成射束转向单元的高反射镜32。平行平面基板222由使激光B1透过的材料构成。高反射镜221和平行平面基板222能够分别通过致动器221a和222a绕与V轴平行的轴旋转。
通过致动器222a对平行平面基板222的姿态进行调整，由此能够调整入射到后镜24c的激光B1的H轴方向的位置。
通过致动器221a对高反射镜221的姿态进行调整，由此，能够在HZ面内调整入射到后镜24c的激光B1的入射方向。
图15概略地示出光路调整机构22的第2例。光路调整机构22也可以包含高反射镜223和224。高反射镜223和224也可以兼作为构成射束转向单元的高反射镜31和32。高反射镜223和224能够分别通过致动器223a和224a绕与V轴平行的轴旋转。
通过致动器223a和224a对高反射镜223和224的姿态进行调整，由此能够调整入射到后镜24c的激光B1的H轴方向的位置和激光B1的入射方向。
6.2动作
再次参照图13，在相对于中心轴C向-H方向偏移的激光B1向+Z方向透过后镜24c后，成为相对于中心轴C向-H方向偏移的激光B11。在激光B11的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，作为激光B12会聚于焦点F2，然后，激光B12通过相对于中心轴C向+H方向偏移的光路入射到后镜24c。
入射到后镜24c的激光B12的一部分被第2表面242向+Z方向反射，成为相对于中心轴C向+H方向偏移的激光B13。在激光B13的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，作为激光B14会聚于焦点F2，然后，激光B14通过相对于中心轴C向-H方向偏移的光路入射到后镜24c。
入射到后镜24c的激光B14的一部分被第2表面242向+Z方向反射，该反射光的光路与激光B11的光路一致。这样，激光B11～B14在光谐振器内往复，被放大的激光B11和B13各自的一部分透过前镜25c而成为放大激光B2。
通过调整中心轴C与激光B1的入射位置之间的距离S，放大激光B2的射束宽度和能量密度发生变化。激光控制处理器30也可以根据能量密度或由射束监视器18b计测的射束宽度对光路调整机构22进行控制，该能量密度是根据能量监视器17b和射束监视器18b的计测结果计算的。
6.3作用
根据第5实施方式，激光B1在相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的位置处入射到后镜24c。由此，在构成共焦谐振器的光谐振器中，一边在向-H方向偏移的位置和向+H方向偏移的位置改变光路，一边进行放大。因此，使后镜24c和前镜25c中的能量密度降低，能够延长这些镜的寿命。
根据第5实施方式，光谐振器的中心轴C与激光B1的入射位置之间的距离S为(He-Hb)/4以上且(He-Hb)/2以下。由此，使得在光谐振器内往复的激光通过放电空间，从而能够高效地对激光进行放大。
根据第5实施方式，激光控制处理器30根据放大激光B2的射束宽度或能量密度对光路调整机构22进行控制。由此，能够将放大激光B2的射束宽度或能量密度调整为适当的值。
关于其他方面，第5实施方式与第2实施方式相同。或者，在第5实施方式中，也可以与第1实施方式同样地使用球面的后镜24b和前镜25b。
7.以相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的角度使激光B1入射的气体激光装置
7.1结构
图16示出第6实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图16是沿V轴方向观察光谐振器的图。
在第6实施方式中，在入射到后镜24c的激光B1的光路上配置有光路调整机构22。光路调整机构22对激光B1的光路进行调整，使得激光B1以相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的角度θ入射到后镜24c。在中心轴C与Z轴平行的情况下，相对于中心轴C在H轴方向上偏移的角度θ也可以是绕与V轴平行的轴的角度θ。
例如，在设电极21a的H轴方向的宽度He为3mm、激光B1的H轴方向的射束宽度Hb为1.5mm、激光B1的扩展角为0.5mrad、谐振器长度L为1m时，优选中心轴C与激光B1的入射方向之间的角度θ在0.2mrad以上且0.8mrad以下的范围内。例如也可以是0.5mrad。此外，在第1表面241的曲率和第2表面242的曲率不同的情况下，使用根据它们的曲率进行校正后的角度θ。
光路调整机构22的例子可以与参照图14或图15说明的例子相同。
7.2动作
在激光B1以相对于中心轴C向+H方向偏移的角度θ向+Z方向透过后镜24c后，激光通过光路轴B11a入射到前镜25c。在通过光路轴B11a入射到前镜25c的激光的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，该反射光沿相反方向通过光路轴B11a且暂时被会聚，然后入射到后镜24c。
通过光路轴B11a入射到后镜24c的激光的一部分被第2表面242向+Z方向反射，通过光路轴B12a入射到前镜25c。在通过光路轴B12a入射到前镜25c的激光的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，该反射光沿相反方向通过光路轴B12a且暂时被会聚，然后入射到后镜24c。
通过光路轴B12a入射到后镜24c的激光的一部分被第2表面242向+Z方向反射，该反射光再次通过光路轴B11a入射到前镜25c。这样，激光在光谐振器内往复，被放大的激光的一部分透过前镜25c而成为放大激光B2。
通过调整中心轴C与激光B1的入射方向之间的角度θ，放大激光B2的射束宽度和能量密度发生变化。激光控制处理器30也可以根据能量密度或由射束监视器18b计测的射束宽度对光路调整机构22进行控制，该能量密度是根据能量监视器17b和射束监视器18b的计测结果计算的。
7.3作用
根据第6实施方式，激光B1以相对于光谐振器的中心轴C在H轴方向上偏移的角度θ入射到后镜24c。由此，在构成共焦谐振器的光谐振器中，一边在向-H方向偏移的位置和向+H方向偏移的位置改变光路，一边进行放大。因此，使前镜25c中的能量密度降低，能够延长前镜25c的寿命。
根据第6实施方式，中心轴C与激光B1的入射方向之间的角度θ为0.2mrad以上且0.8mrad以下。由此，使得在光谐振器内往复的激光通过放电空间，从而能够高效地对激光进行放大。
根据第6实施方式，激光控制处理器30根据放大激光B2的射束宽度或能量密度对光路调整机构22进行控制。由此，能够将放大激光B2的射束宽度或能量密度调整为适当的值。
关于其他方面，第6实施方式与第2实施方式相同。或者，在第6实施方式中，也可以与第1实施方式同样地使用球面的后镜24b和前镜25b。
8.后镜24d和前镜25d分别包含平凹透镜的气体激光装置
8.1结构
图17示出第7实施方式中的构成功率振荡器PO的光谐振器。图17是沿V轴方向观察光谐振器的图。
在第7实施方式中，后镜24d由第1表面241为平面、且第2表面242为凹面的平凹透镜构成。在第1表面241涂敷有减反射膜，在第2表面242涂敷有部分反射膜。
前镜25d由第3表面253为凹面、且第4表面254为平面的平凹透镜构成。在第3表面253涂敷有部分反射膜，在第4表面254涂敷有减反射膜。
在从前镜25d输出的放大激光B2的光路上配置有凸透镜26。如果后镜24d和前镜25d是在H轴方向上具有曲率的柱面透镜，则凸透镜26也是在H轴方向上具有曲率的柱面透镜。在凸透镜26的两面涂敷有减反射膜。凸透镜26也可以被配置于激光B1的光路上。
8.2动作
在激光B1为平行光的情况下，在激光B1向+Z方向透过后镜24d后，成为具有向前方凸出的波面的激光B11。在激光B11的一部分被第3表面253向-Z方向反射后，作为激光B12在焦点F2与后镜24d之间的位置处被会聚，然后，激光B12入射到后镜24d。
入射到后镜24d的激光B12的一部分被第2表面242向+Z方向反射，该反射光的光路与激光B11的光路一致。这样，激光B11和B12在光谐振器内往复，被放大的激光的一部分透过前镜25d而成为放大激光B2。透过后镜24d和前镜25d时的波面的变化被凸透镜26消除。
8.3作用
根据第7实施方式，后镜24d的第1表面241为平面，第2表面242为凹面，与第1表面241相比，第2表面242的反射率高。由此，利用平凹透镜构成后镜24d，因此，能够降低制造的难度。此外，透过后镜24d后的激光一边扩展一边入射到前镜25d，因此，使前镜25d中的能量密度降低，能够延长前镜25d的寿命。
根据第7实施方式，前镜25d的第3表面253为凹面，第4表面254为平面，与第4表面254相比，第3表面253的反射率高。由此，利用平凹透镜构成前镜25d，因此，能够降低制造的难度。
根据第7实施方式，配置有凸透镜26，该凸透镜26消除激光透过第2表面242和第3表面253时的波面的变化。由此，能够使放大激光B2的射束散度成为容许值以下。
关于其他方面，第7实施方式与第2实施方式相同。或者，在第7实施方式中，也可以与第1实施方式同样地使用球面的后镜24b和前镜25b。在使用球面的后镜24d和前镜25d的情况下，使用球面的凸透镜26。
9.射束监视器18b的例子
9.1结构
图18示出在各实施方式中能够使用的射束监视器18b的具体结构。射束监视器18b包含分束器18c、射束轮廓仪18d和射束指向计测器18e。
分束器18c构成为使入射到射束监视器18b的放大激光B2的一部分透过，使另外一部分反射。在被分束器18c分支后的激光的光路中的一个光路上配置有射束轮廓仪18d，在另一个光路上配置有射束指向计测器18e。射束轮廓仪18d包含转印光学系统18f和图像传感器18g。射束指向计测器18e包含聚光光学系统18h和图像传感器18i。
9.2动作
在射束轮廓仪18d中，转印光学系统18f在图像传感器18g的受光面上形成激光的光路的截面S1的像。
图像传感器18g生成经由转印光学系统18f接收的截面S1的图像数据，将其发送到激光控制处理器30。根据截面S1的图像数据得到射束轮廓。
在射束指向计测器18e中，聚光光学系统18h使激光会聚于图像传感器18i的受光面。
图像传感器18i生成经由聚光光学系统18h接收的激光的聚光点的图像数据，将其发送到激光控制处理器30。激光控制处理器30根据激光的聚光点的图像数据计算激光的射束指向。射束指向根据图像传感器18i的受光面的基准位置与激光的聚光位置之间的位置关系来计算。进而，激光控制处理器30根据激光的聚光点的图像数据计算激光的射束散度的绝对值Bd。能够使用被会聚的激光的点径Sp和聚光光学系统18h的焦距f，通过以下的式子计算射束散度的绝对值Bd。
Bd＝Sp/f
10.其他
图19概略地示出与气体激光装置1a连接的曝光装置4的结构。气体激光装置1a生成放大激光B2并将其输出到曝光装置4。
在图19中，曝光装置4包含照明光学系统41和投影光学系统42。照明光学系统41通过从气体激光装置1a入射的放大激光B2对被配置于掩模版台RT上的未图示的掩模版的掩模版图案进行照明。投影光学系统42对透过掩模版后的放大激光B2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。工件是被涂布有光刻胶的半导体晶片等感光基板。曝光装置4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放大激光B2。通过以上这种曝光工序在半导体晶片上转印掩模版图案后，经过多个工序，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本公开的实施方式进行使用。
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”、“有”、“具有”、“具备”等用语应该解释为“不将被记载的结构要素以外的结构要素的存在除外”。此外，修饰词“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)

1.一种气体激光装置，其具有：
激光振荡器，其输出激光；以及
激光放大器，其对所述激光进行放大而输出放大激光，
其中，
所述激光放大器包含：
放电腔，其在内部具有用于发生放电的一对电极；
输入耦合光学系统，其使所述激光的至少一部分朝向所述放电腔透过；以及
输出耦合光学系统，其与所述输入耦合光学系统一起构成光谐振器，使透过所述输入耦合光学系统和所述放电腔后的所述激光的至少一部分透过，而输出所述放大激光，
所述输入耦合光学系统的与所述放电的方向垂直的第1方向的第1焦点和所述输出耦合光学系统的所述第1方向的第2焦点在所述输入耦合光学系统与所述输出耦合光学系统之间一致。
2.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述输入耦合光学系统具有供所述激光透过的第1表面和第2表面，所述第1表面为凸面，所述第2表面为凹面且面向所述放电腔。
3.根据权利要求2所述的气体激光装置，其中，
所述第1表面和所述第2表面具有相同的曲率半径。
4.根据权利要求2所述的气体激光装置，其中，
所述输出耦合光学系统具有供所述激光透过的第3表面和第4表面，所述第3表面为凹面且面向所述放电腔，所述第4表面为凸面。
5.根据权利要求4所述的气体激光装置，其中，
所述第3表面和所述第4表面具有相同的曲率半径。
6.根据权利要求4所述的气体激光装置，其中，
所述第2表面和所述第3表面各自的所述第1方向的曲率半径与所述光谐振器的谐振器长度一致。
7.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述气体激光装置还具有：
射束监视器，其计测所述放大激光的射束散度；
谐振器长度调整机构，其调整所述输入耦合光学系统与所述输出耦合光学系统之间的距离；以及
处理器，其根据所述射束散度的计测结果对所述谐振器长度调整机构进行控制。
8.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述输入耦合光学系统和所述输出耦合光学系统分别包含在所述第1方向上具有曲率的柱面透镜。
9.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述输入耦合光学系统具有供所述激光透过的第1表面和第2表面，所述第2表面面向所述放电腔，
所述输出耦合光学系统具有供所述激光透过的第3表面和第4表面，所述第3表面面向所述放电腔，
所述第2表面的所述第1方向的曲率半径比所述第3表面的所述第1方向的曲率半径大。
10.根据权利要求9所述的气体激光装置，其中，
所述第2表面的所述第1方向的曲率半径为所述光谐振器的谐振器长度的102％以上且110％以下，
所述第3表面的所述第1方向的曲率半径为所述谐振器长度的90％以上且98％以下。
11.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述激光在相对于所述光谐振器的中心轴在所述第1方向上偏移的位置处入射到所述输入耦合光学系统。
12.根据权利要求11所述的气体激光装置，其中，
在设所述电极的所述第1方向的宽度为He、所述激光的所述第1方向的射束宽度为Hb时，所述中心轴与所述激光向所述输入耦合光学系统入射的入射位置之间的距离为(He-Hb)/4以上且(He-Hb)/2以下。
13.根据权利要求11所述的气体激光装置，其中，
所述气体激光装置还具有：
激光监视器，其计测所述放大激光的射束宽度和能量密度中的任意方；
光路调整机构，其被配置于所述激光振荡器与所述激光放大器之间，调整所述激光向所述输入耦合光学系统入射的入射位置；以及
处理器，其根据所述射束宽度和所述能量密度中的任意方的计测结果，对所述光路调整机构进行控制。
14.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述激光以相对于所述光谐振器的中心轴在所述第1方向上偏移的角度入射到所述输入耦合光学系统。
15.根据权利要求14所述的气体激光装置，其中，
所述角度为0.2mrad以上且0.8mrad以下。
16.根据权利要求14所述的气体激光装置，其中，
所述气体激光装置还具有：
激光监视器，其计测所述放大激光的射束宽度和能量密度中的任意方；
光路调整机构，其被配置于所述激光振荡器与所述激光放大器之间，调整所述激光向所述输入耦合光学系统入射的入射方向；以及
处理器，其根据所述射束宽度和所述能量密度中的任意方的计测结果，对所述光路调整机构进行控制。
17.根据权利要求1所述的气体激光装置，其中，
所述输入耦合光学系统具有供所述激光透过的第1表面和第2表面，所述第1表面为平面，所述第2表面为凹面，与所述第1表面相比，所述第2表面的反射率高。
18.根据权利要求17所述的气体激光装置，其中，
所述输出耦合光学系统具有供所述激光透过的第3表面和第4表面，所述第3表面为凹面，所述第4表面为平面，与所述第4表面相比，所述第3表面的反射率高。
19.根据权利要求18所述的气体激光装置，其中，
所述气体激光装置还具有凸透镜，所述凸透镜消除所述激光透过所述第2表面和所述第3表面时的波面的变化。
20.一种电子器件的制造方法，其包含以下步骤：
通过气体激光装置生成放大激光，
将所述放大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放大激光，以制造电子器件，
所述气体激光装置具有：
激光振荡器，其输出激光；以及
激光放大器，其对所述激光进行放大而输出所述放大激光，
所述激光放大器包含：
放电腔，其在内部具有用于发生放电的一对电极；
输入耦合光学系统，其使所述激光的至少一部分朝向所述放电腔透过；以及
输出耦合光学系统，其与所述输入耦合光学系统一起构成光谐振器，使透过所述输入耦合光学系统和所述放电腔后的所述激光的至少一部分透过，而输出所述放大激光，
所述输入耦合光学系统的与所述放电的方向垂直的第1方向的第1焦点和所述输出耦合光学系统的所述第1方向的第2焦点在所述输入耦合光学系统与所述输出耦合光学系统之间一致。
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