CN112204831B - 能量计测装置和准分子激光装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的一个观点的能量计测装置使主光的一部分在第1分束器、第2分束器、第3分束器和第4分束器依次反射而输入到能量传感器。配置第1分束器、第2分束器、第3分束器和第4分束器，以成为抑制由于主光的入射角变化和偏振纯度变化而引起的能量传感器的检测值的变化的入射角、光路的折曲方向。

Description

能量计测装置和准分子激光装置
技术领域
本公开涉及能量计测装置和准分子激光装置。
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，对晶片照射等价的波长为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，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)产生色像差，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像差的程度。谱线宽度也被称为谱宽度。因此，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部(Line Narrow Module)，通过该窄带化部实现谱宽度的窄带化。另外，窄带化元件也可以是标准具或光栅等。将这种谱宽度被窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。
此外，关于准分子激光，脉冲宽度大约为数10ns，波长较短为248.4nm或193.4nm，因此，有时用于高分子材料或玻璃材料等的直接加工。关于高分子材料，能够通过准分子激光切断高分子材料的结合，该准分子激光具有比结合能高的光子能量。因此，公知能够进行非加热加工，加工形状美观。
此外，玻璃或陶瓷等针对准分子激光的吸收率较高，因此，公知还能够进行利用可视激光和红外线激光难以加工的材料的加工。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/017562号
专利文献2：日本特开平4-111370号公报
专利文献3：国际公开第2016/084755号
发明内容
本公开的一个观点的能量计测装置计测从激光振荡器输出的激光的能量，其中，能量计测装置具有：第1分束器，其以第1入射角被配置于从激光振荡器输出的激光的第1光路上，反射通过第1光路的激光的一部分而生成第2光路；第2分束器，其以第2入射角被配置于第2光路上，反射通过第2光路的激光的一部分而生成第3光路；第3分束器，其以第3入射角被配置于第3光路上，反射通过第3光路的激光的一部分而生成第4光路；第4分束器，其以第4入射角被配置于第4光路上，反射通过第4光路的激光的一部分而生成第5光路；以及能量传感器，其被配置于第5光路上或经由第5光路的光路上，第1入射角和第2入射角相等，第3入射角和第4入射角相等，第1分束器的第1入射面和第2分束器的第2入射面位于第1平面上，第3分束器的第3入射面和第4分束器的第4入射面位于与第1平面垂直的第2平面上，第1分束器使第1光路在第1平面中向第1方向折曲而生成第2光路，第2分束器使第2光路在第1平面中向第1方向折曲而生成第3光路，第3分束器使第3光路在第2平面中向第2方向折曲而生成第4光路，第4分束器使第4光路在第2平面中向第2方向折曲而生成第5光路。
本公开的一个观点的能量计测装置计测从激光振荡器输出的激光的能量，其中，能量计测装置具有：第1分束器，其以第1入射角被配置于从激光振荡器输出的激光的第1光路上，反射通过第1光路的激光的一部分而生成第2光路；第2分束器，其以第2入射角被配置于第2光路上，反射通过第2光路的激光的一部分而生成第3光路；第3分束器，其以第3入射角被配置于第3光路上，反射通过第3光路的激光的一部分而生成第4光路；第4分束器，其以第4入射角被配置于第4光路上，反射通过第4光路的激光的一部分而生成第5光路；以及能量传感器，其被配置于第5光路上或经由第5光路的光路上，第1入射角和第4入射角相等，第2入射角和第3入射角相等，第1分束器的第1入射面和第4分束器的第4入射面与第1平面平行，第2分束器的第2入射面和第3分束器的第3入射面位于与第1入射面垂直的第2平面上，第1分束器使第1光路在第1入射面中向第1方向折曲而生成第2光路，第2分束器使第2光路在第2平面中向第2方向折曲而生成第3光路，第3分束器使第3光路在第2平面中向第2方向折曲而生成第4光路，第4分束器使第4光路在第4入射面中向与第1方向相反的方向折曲而生成第5光路。
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是概略地示出例示的准分子激光装置的结构的图。
图2是示出氟化钙的反射特性的图。
图3是概略地示出实施方式1的功率监视器的结构的立体图。
图4是概略地示出实施方式1的功率监视器的结构的主视图。
图5是概略地示出实施方式1的功率监视器的结构的侧视图。
图6是抑制由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化的说明图。
图7是抑制由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化的说明图。
图8是概略地示出实施方式2的功率监视器的结构的立体图。
图9是概略地示出实施方式2的功率监视器的结构的主视图。
图10是概略地示出实施方式2的功率监视器的结构的侧视图。
图11是概略地示出实施方式2的功率监视器的结构的俯视图。
图12是抑制由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化的说明图。
图13是概略地示出实施方式3的功率监视器的结构的立体图。
图14是概略地示出实施方式3的功率监视器的结构的立体图。
具体实施方式
-目录-
1.准分子激光装置的整体说明
1.1 结构
1.2 动作
2.课题
3.实施方式1
3.1 结构
3.2 动作
3.3作用/效果
4.实施方式2
4.1 结构
4.2 动作
4.3作用/效果
5.实施方式3
5.1 结构
5.2 动作
5.3作用/效果
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.准分子激光装置的整体说明
1.1结构
图1是概略地示出例示的准分子激光装置的结构的图。准分子激光装置1包含控制部10和激光振荡器系统20。
控制部10在与被设置于曝光装置100的曝光装置控制器110之间发送接收各种信号。控制部10对激光振荡器系统20进行控制。在控制部10设置有存储部12。
激光振荡器系统20(激光振荡器的一例)包含腔22、激光谐振器28、充电器34、脉冲功率模块(PPM：Pulse Power Module)36和功率监视器38。
腔22包含一对电极24a和24b、以及透射激光的2个窗口26a和26b。腔22被配置于激光谐振器28的光路上。
在腔22中封入有激光气体，该激光气体例如包含作为稀有气体的氩气或氪气、作为卤素气体的氟气或氯气、作为缓冲气体的氖气或氦气。一对电极24a和24b是用于通过放电来激励激光气体的电极。腔22内产生的激光经由窗口26a和26b向腔22的外部射出。
激光谐振器28包含输出耦合镜(OC：Output Coupler)30和窄带化模块(LNM：LineNarrowing Module)32。
输出耦合镜30是如下的部分反射镜：使从腔22输出的激光中的一部分激光透射而输出，使一部分激光反射而返回腔22内。
窄带化模块32包含棱镜32a和光栅32b。棱镜32a扩大波束的宽度。光栅32b被进行入射角和衍射角度成为相同角度的利特罗配置。窄带化模块32通过棱镜32a和光栅32b从激光中取出特定的波长的激光，使激光的谱线宽度窄带化。
输出耦合镜30与光栅32b之间的距离被设定成从腔22输出的规定波长的激光形成驻波的距离。从腔22射出的激光在窄带化模块32与输出耦合镜30之间往复，每当通过腔22内的电极24a与电极24b之间时被放大。放大后的激光的一部分作为输出激光而经由输出耦合镜30输出。
充电器34由与电源装置连接的电容器构成。充电器34保持用于对一对电极24a和24b之间施加高电压的电能。充电器34与被设置于脉冲功率模块36的充电电容器连接。
脉冲功率模块36包含未图示的充电电容器和由控制部10控制的开关36a。当开关36a从断开变成接通时，脉冲功率模块36根据被充电器34保持的电能生成脉冲状的高电压，对一对电极24a和24b之间施加该高电压。
功率监视器38是计测从输出耦合镜30输出的输出激光的能量的能量计测装置。功率监视器38包含被配置于输出激光的光路上的分束器38a、聚光透镜38b和光传感器38c。
分束器38a是使所入射的光在2个方向上分支的光学元件，使所入射的光的一部分透射，并且使一部分反射。聚光透镜38b是会聚激光的透镜，也可以由多个透镜构成。光传感器38c例如是光电二极管，输出与所入射的激光的强度对应的检测信号。
1.2动作
控制部10接收从被设置于曝光装置100的曝光装置控制器110发送的目标脉冲能量Et和振荡触发信号。
控制部10根据接收到的目标脉冲能量Et和振荡触发信号，在充电器34中设定规定的充电电压(Vhv)，以使激光的脉冲能量成为目标脉冲能量Et。控制部10使脉冲功率模块36的开关36a与振荡触发信号同步地进行动作。脉冲功率模块36根据开关36a的动作，使由充电器34施加的充电电压短脉冲化，对一对电极24a和24b之间施加高电压。
当对一对电极24a和24b之间施加高电压后，在一对电极24a和24b之间产生放电。通过该放电的能量，腔22内的激光气体被激励。激光谐振器28使从被激励的激光气体发出的光在输出耦合镜30与窄带化模块32之间谐振，进行激光振荡。窄带化模块32通过棱镜32a和光栅32b使激光窄带化。被窄带化的激光透射过输出耦合镜30而输出。
从输出耦合镜30输出的输出激光入射到功率监视器38的分束器38a。通过分束器38a，入射到分束器38a的激光的一部分透射，一部分反射。
透射过分束器38a的激光入射到曝光装置100。另一方面，由分束器38a反射的激光经由功率监视器38的聚光透镜38b入射到光传感器38c。功率监视器38通过光传感器38c检测输出激光的脉冲能量E。
控制部10使存储部12存储充电电压Vhv和输出激光的脉冲能量E中的至少一方。控制部10通过反复进行以上动作，也可以存储各个脉冲中的充电电压Vhv(Vhv1,Vhv2,····,Vhvn)和输出激光的脉冲能量E(E1,E2,····,En)。
此外，控制部10进行如下的反馈控制：根据目标脉冲能量Et与由光传感器38c检测到的能量E之差ΔE，确定下一个激光振荡所使用的充电电压Vhv。
2.课题
关于功率监视器38，当入射到光传感器38c的激光过强时，光传感器38c的劣化进展，寿命降低。
此外，当入射到功率监视器38的激光的入射角和偏振纯度中的至少一方变化时，即使实际的脉冲能量固定，能量检测值也变化。
图2示出入射到氟化钙(CaF 2)的激光的入射角和反射率的关系，该氟化钙(CaF 2)是分束器38a的材质的一例。在图2中，实线表示针对S偏振光的反射率，虚线表示针对P偏振光的反射率。在图2中，示出波长为248nm的KrF准分子激光的入射角在40度～50度之间的关系。
如图2所示，关于氟化钙，在各入射角下，针对P偏振光的反射率和针对S偏振光的反射率不同。因此，当入射到分束器38a的激光的偏振纯度变化时，入射到光传感器38c的光量变化。
此外，氟化钙具有如下关系：伴随着入射角的增加，针对P偏振光的反射率减少，针对S偏振光的反射率增加。因此，当入射到分束器38a的激光的入射角变化时，入射到光传感器38c的光量变化。
这里，说明了氟化钙，但是，蓝宝石和合成石英也具有同样的性质。
3.实施方式1
3.1结构
图3、图4和图5分别是概略地示出实施方式1的功率监视器的结构的立体图、主视图和侧视图。在图4和图5中，还示出腔22和激光谐振器28。在实施方式1中，将从输出耦合镜30输出的准分子激光(以下称为主光)的行进方向定义为Z方向，将与Z方向垂直的平面内的分别垂直的方向定义为H方向和V方向。
实施方式1的功率监视器50(能量计测装置的一例)包含第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56、第4分束器58、聚光透镜60、扩散板62和光传感器64。
第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58分别由相同的材质构成，这里由氟化钙构成。因此，第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58具有相同的反射特性。
第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58分别是非涂层的分束器。
另外，第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58也可以分别具有相同的涂层。
此外，在主光为XeCl准分子激光或XeF准分子激光的情况下，第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58也可以由蓝宝石或合成石英构成。
第1分束器52是用于对主光进行采样的分束器。将主光的设计上的光路设为朝向Z方向的第1光路O1。第1分束器52以第1入射角θ1被配置于第1光路O1上，反射通过第1光路O1的主光的一部分而生成第2光路O2。
第1分束器52被配置成反射主光的反射面与H方向平行，并且相对于Z方向和V方向倾斜。这里，第1入射角θ1是45度。即，第1分束器52被配置成反射面相对于Z方向和V方向倾斜45度。第1分束器52使通过第1光路O1的主光的一部分跳转90度而生成朝向-V方向的第2光路O2。
此外，关于第1光路O1中的主光，偏振成分中的最大的偏振成分即主偏振成分与V方向平行。因此，第1分束器52的入射面(包含第1光路O1和第2光路O2的面、第1入射面的一例)和主光的主偏振成分平行。即，第1分束器52将通过第1光路O1的主光作为P偏振光进行反射(P反射)。
这样，从降低反射率的观点来看，优选第1分束器52被配置成，使主光的主偏振成分成为第1分束器52的P偏振光。另外，也可以将功率监视器50配置成，第1分束器52将主光作为S偏振光进行反射(S反射)。
第2分束器54以第2入射角θ2被配置于第2光路O2上，反射通过第2光路O2的光的一部分而生成第3光路O3。
第2分束器54被配置成反射光的反射面与H方向平行，并且相对于Z方向和V方向倾斜。第2入射角θ2与第1入射角θ1相等，是45度。即，第2分束器54被配置成反射面相对于Z方向和V方向倾斜45度。
在本说明书中，2个角相等不限于2个角完全相同，还包含2个角实质上相等的情况。
例如，第1入射角θ1和第2入射角θ2相等包含能够视为第1入射角θ1和第2入射角θ2相等的范围内的情况。能够视为第1入射角θ1和第2入射角θ2相等的范围内是能够抑制后述由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化的范围内。
第2分束器54使通过第2光路O2的光的一部分跳转90度而生成朝向-Z方向的第3光路O3。
此外，通过第2光路O2的光的主偏振成分与Z方向平行。因此，第2分束器54使通过第2光路O2的光进行P反射。第1分束器52的入射面和第2分束器54的入射面(包含第2光路O2和第3光路O3的面、第2入射面的一例)是相同平面。即，第1分束器52的入射面和第2分束器54的入射面分别位于第1平面上。
在本说明书中，2个平面是相同平面不限于2个平面完全相同，还包含2个平面实质上相同的情况。
例如，第1分束器52的入射面和第2分束器54的入射面是相同平面包含能够视为各自的入射面是相同平面的范围内的情况。能够视为相同平面的范围内是第1分束器52能够使通过第1光路O1的主光进行P反射、第2分束器54能够使通过第2光路O2的光进行P反射的范围内。
第3分束器56以第3入射角θ3被配置于第3光路O3上，反射通过第3光路O3的光的一部分而生成第4光路O4。
第3分束器56被配置成反射光的反射面与V方向平行，并且相对于Z方向和H方向倾斜。优选第3入射角θ3与第1入射角θ1相等，这里，第3入射角θ3是45度。即，第3分束器56被配置成反射面相对于Z方向和H方向倾斜45度。第3分束器56使通过第3光路O3的光的一部分跳转90度而生成朝向-H方向的第4光路O4。
此外，通过第3光路O3的光的主偏振成分与V方向平行。因此，第3分束器56使通过第3光路O3的光进行S反射。第3分束器56的入射面(包含第3光路O3和第4光路O4的面、第3入射面的一例)与第1分束器52的入射面垂直。即，第3分束器56的入射面位于与第1平面垂直的第2平面上。
在本说明书中，2个平面垂直不限于2个平面完全垂直，还包含2个平面实质上垂直的情况。
例如，第1分束器52的入射面和第3分束器56的入射面垂直包含能够视为各自的入射面垂直的范围内的情况。能够视为垂直的范围内是第1分束器52能够使通过第1光路O1的主光进行P反射、第3分束器56能够使通过第3光路O3的光进行S反射的范围内。
第4分束器58以第4入射角θ4被配置于第4光路O4上，反射通过第4光路O4的光的一部分而生成第5光路O5。
第4分束器58被配置成反射光的反射面与V方向平行，并且相对于Z方向和H方向倾斜。第4入射角θ4与第3入射角θ3相等，是45度。即，第4分束器58被配置成反射面相对于Z方向和H方向倾斜45度。优选第4入射角θ4与第2入射角θ2相等。
第4分束器58使通过第4光路O4的光的一部分跳转90度而生成朝向Z方向的第5光路O5。
此外，通过第4光路O4的光的主偏振成分与V方向平行。因此，第4分束器58使通过第4光路O4的光进行S反射。第3分束器56的入射面和第4分束器58的入射面(包含第4光路O4和第5光路O5的面、第4入射面的一例)是相同平面。即，第3分束器56的入射面和第4分束器58的入射面分别位于第2平面上。
另外，在第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58的反射面的背面侧配置有未图示的光吸收部件。透射过第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58的光被未图示的光吸收部件吸收。
聚光透镜60是会聚激光的透镜，被配置于第5光路O5上。聚光透镜60使通过第5光路O5的光会聚于光传感器64的受光部。扩散板62用于对所入射的光进行扩散，防止光传感器64的劣化，例如使用磨砂玻璃。扩散板62对聚光透镜60会聚的激光进行平滑化而射出该激光。光传感器64(能量传感器的一例)例如是光电二极管。光传感器64检测所入射的激光的脉冲能量E。
这里，在第5光路O5上配置光传感器64，但是，光传感器64配置于经由第5光路O5的光路上即可。例如，也可以在第5光路O5之后，通过与第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58同样配置的4个分束器构成新的光路，在新的光路的输出光路上配置光传感器64。
在准分子激光装置1中，能够代替功率监视器38而应用功率监视器50。
3.2动作
从输出耦合镜30输出的、通过朝向Z方向的第1光路O1的主光以第1入射角θ1入射到第1分束器52。入射到第1分束器52的主光的一部分进行P反射，向-V方向跳转90度。P反射后的光通过第2光路O2，以第2入射角θ2入射到第2分束器54。
入射到第2分束器54的光的一部分进行P反射，向-Z方向跳转90度。P反射后的光通过第3光路O3，以第3入射角θ3入射到第3分束器56。
图6和图7是用于说明抑制由于入射到第1分束器52的主光的入射角变化而引起的检测值的变化的图。
功率监视器50中以如下方向配置第2分束器54：使入射角变化的方向与第1分束器52的VZ平面内方向的入射角变化的方向相反。具体而言，如图6所示，第1分束器52和第2分束器54被配置在使入射光向相反方向跳转的方向。即，第1分束器52和第2分束器54被配置成，在将从分束器的背面朝向反射面的方向定义为分束器的法线向量的方向时，各自的法线向量的V方向成分为相反方向，Z方向成分为相同方向。根据该结构，第1分束器52使第1光路O1在第1平面中向第1方向即右转方向折曲而生成第2光路O2。此外，第2分束器54使第2光路O2在第1平面中向第1方向即右转方向折曲而生成第3光路O3。
第1分束器52和第2分束器54分别使光路向右转方向折曲，但是，也可以分别使光路向左转方向折曲。这样，功率监视器50具有如下结构：利用第1分束器52和第2分束器54，在第1分束器52的入射面的相同方向观察时，向右转方向和左转方向中的任意一个相同旋转方向折曲而生成光路。即，这里的第1方向不是相对于Z方向、H方向和V方向的绝对方向，而表示相对于激光的行进方向的相对方向。
这里，考虑如下情况：主光的光轴的指向偏移，主光针对第1分束器52的入射角与设计上的第1光路O1的入射角θ1相比，在VZ平面内增减入射角的角度误差Δθ。当主光的入射角在VZ平面内增减Δθ时，在第1分束器52反射的光的反射角也在VZ平面内增减Δθ。其结果，入射到第2分束器54的光的入射角在VZ平面内增减-Δθ。
这样，当主光的入射角在VZ平面内增减时，第1分束器52的反射率依赖于入射角而变化。与此相对，第2分束器54的入射角向与第1分束器52的入射角的增减相反的方向变化。因此，在第1分束器52和第2分束器54中，反射率依赖于入射角的变化成为相反方向。因此，各反射率之积很难变化，能够抑制由于主光的入射角的增减而引起的脉冲能量检测值的变化。
优选入射角的角度误差Δθ为30毫弧度毫弧度(≒1.72度)以下，更加优选为10毫弧度毫弧度(≒0.57度)以下。
另外，在图7所示的例子中，第1分束器52和第2分束器54被配置在使入射光向相同方向跳转的方向。即，第1分束器52和第2分束器54被配置成各自的法线向量的V方向成分和Z方向成分为相反方向。根据该结构，在相同方向观察时，第1分束器52和第2分束器54向相反的旋转方向折曲光路。该情况下，无法抵消入射到第1分束器52的主光的角度变化。因此，无法抑制由于主光的入射角的增减而引起的脉冲能量检测值的变化。
返回图3、图4和图5的说明，入射到第3分束器56的激光的一部分进行S反射，向-H方向跳转90度。S反射后的激光通过第4光路O4，以第4入射角θ4入射到第4分束器58。
入射到第4分束器58的光的一部分进行S反射，向Z方向跳转90度。S反射后的光通过第5光路O5入射到聚光透镜60。
此外，功率监视器50被配置成，针对第1分束器52的HZ平面内方向的入射角变化，第3分束器56和第4分束器58抑制由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化。即，如图5所示，第3分束器56和第4分束器58被配置成各自的法线向量的H方向成分为相反方向，Z方向成分为相同方向。根据该结构，第3分束器56使第3光路O3在第2平面中向第2方向即右转方向折曲而生成第4光路O4。此外，第4分束器58使第4光路O4在第2平面中向第2方向即右转方向折曲而生成第5光路O5。第2方向也不是相对于Z方向、H方向和V方向的绝对方向，而表示相对于激光的行进方向的相对方向。优选HZ平面内方向的入射角的角度误差Δθ也为30毫弧度(≒1.72度)以下，更加优选为10毫弧度(≒0.57度)以下。
再次返回图3、图4和图5的说明，入射到聚光透镜60的激光被会聚而通过扩散板62。通过扩散板62后的光被平滑化而入射到光传感器64。光传感器64输出与所入射的光的强度对应的检测信号。
入射到光传感器64的光从主光起如下那样被减光。设主光的波长为248nm，设第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58的材质即氟化钙的入射角为45度时的P偏振光反射率(％Rp)为0.713％、S偏振光反射率(％Rs)为8.446％。
该情况下的4枚分束器的反射率％Ra成为
％Ra＝0.00713×0.00713×0.08446×0.08446×2 4
＝5.08231×10 -6
＝5.08231×10 -4％
这里，上式的2 4的项是背面反射量。
3.3作用/效果
根据实施方式1的功率监视器50，以主光的主偏振成分与第1分束器72的入射面平行的方式配置，由此，能够降低反射率。
此外，通过4枚分束器，能够使入射到光传感器64的激光减少。由此，能够使光传感器64长寿命化。
此外，使用使入射光向相反方向跳转的成对的2枚分束器即第1分束器52和第2分束器54以及成对的2枚分束器即第3分束器56和第4分束器58，由此，能够抑制由于入射角的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
进而，使主光进行2次P反射和2次S反射后输入到光传感器64。这样，P反射的次数和S反射的次数为相同次数，因此，在主光的偏振纯度变化的情况下，透射率(＝光传感器64的输入/主光的输出)也不会变化。因此，能够抑制由于主光的偏振纯度的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
4.实施方式2
4.1结构
图8、图9、图10和图11分别是概略地示出实施方式2的功率监视器的结构的立体图、主视图、侧视图和俯视图。在图9和图10中，还示出腔22和激光谐振器28。与实施方式1同样，将从输出耦合镜30输出的主光的行进方向设为Z方向，将与Z方向垂直的平面内的分别垂直的方向设为H方向和V方向。
实施方式2的功率监视器70包含第1分束器72、第2分束器74、第3分束器76和第4分束器78。
第1分束器72、第2分束器74、第3分束器76和第4分束器78与实施方式1的第1分束器52、第2分束器54、第3分束器56和第4分束器58同样，是由氟化钙构成的非涂层的分束器。
第1分束器72是用于对主光进行采样的分束器。主光通过朝向Z方向的第1光路O11。
第1分束器72以第1入射角θ1被配置于主光的第1光路O11上，反射通过第1光路O11的主光的一部分而生成第2光路O12。
第1分束器72被配置成反射主光的反射面与H方向平行，并且相对于Z方向和V方向倾斜。这里，第1入射角θ1是45度。即，第1分束器72被配置成反射面相对于Z方向和V方向倾斜45度。第1分束器72使通过第1光路O11的主光的一部分跳转90度而生成朝向-V方向的第2光路O12。
此外，第1光路O11中的主光的主偏振成分与V方向平行。因此，第1分束器72使主光进行P反射。另外，也可以以第1分束器72使主光进行S反射的方式配置功率监视器70。第1分束器72的入射面(第1入射面的一例)与第1平面平行。
第2分束器74以第2入射角θ2被配置于第2光路O12上，反射通过第2光路O2的光的一部分而生成第3光路O13。
第2分束器74被配置成反射光的反射面与Z方向平行，并且相对于H方向和V方向倾斜。优选第2入射角θ2与第1入射角θ1相等。这里，第2入射角θ2是45度。即，第2分束器74被配置成反射面相对于H方向和V方向倾斜45度。
第2分束器74使通过第2光路O12的光的一部分跳转90度而生成朝向-H方向的第3光路O13。
此外，通过第2光路O12的光的主偏振成分与Z方向平行。因此，第2分束器74使通过第2光路O12的光进行S反射。
第2分束器74的入射面(第2入射面的一例)与第1平面垂直。
第3分束器76以第3入射角θ3被配置于第3光路O13上，反射通过第3光路O3的光的一部分而生成第4光路O14。
第3分束器76被配置成反射光的反射面与Z方向平行，并且相对于V方向和H方向倾斜。第3入射角θ3与第2入射角θ2相等，是45度。即，第3分束器76被配置成反射面相对于V方向和H方向倾斜45度。
第3分束器76使通过第3光路O13的光的一部分跳转90度而生成朝向V方向的第4光路O14。
此外，通过第3光路O13的光的主偏振成分与Z方向平行。因此，第3分束器76使通过第3光路O13的光进行S反射。
第2分束器74的入射面和第3分束器76的入射面(第3入射面的一例)是相同平面。即，第2分束器74的入射面和第3分束器76的入射面分别位于与第1平面垂直的第2平面上。
第4分束器78以第4入射角θ4被配置于第4光路O14上，反射通过第4光路O4的光的一部分而生成第5光路O15。
第4分束器78被配置成在第4光路O14上反射面与H方向平行，并且相对于Z方向和V方向倾斜。第4入射角θ4与第1入射角θ1相等，是45度。即，第4分束器78被配置成反射面相对于Z方向和V方向倾斜45度。优选第4入射角θ4与第3入射角θ3相等。
第4分束器78使通过第4光路O14的光的一部分跳转90度而生成朝向-Z方向的第5光路O15。
此外，通过第4光路O14的光的主偏振成分与Z方向平行。因此，第4分束器78使通过第4光路O14的光进行P反射。
第1分束器72的入射面和第4分束器78的入射面(第4入射面的一例)平行。即，第4分束器78的入射面与第1平面平行。
在准分子激光装置1中，能够代替功率监视器38而应用功率监视器70。
4.2动作
从输出耦合镜30输出的、通过朝向Z方向的第1光路O11的主光以第1入射角θ1入射到第1分束器72。入射到第1分束器72的主光的一部分进行P反射，向-V方向跳转90度。P反射后的光通过第2光路O12，以第2入射角θ2入射到第2分束器74。
入射到第2分束器74的光的一部分进行S反射，向-H方向跳转90度。S反射后的光通过第3光路O13，以第3入射角θ3入射到第3分束器76。
入射到第3分束器76的激光的一部分进行S反射，向V方向跳转90度。S反射后的激光通过第4光路O14，以第4入射角θ4入射到第4分束器78。
入射到第4分束器78的光的一部分进行P反射，向-Z方向跳转90度。P反射后的光通过第5光路O15入射到聚光透镜60。
入射到聚光透镜60的激光被会聚，经由扩散板62入射到光传感器64。光传感器64输出与所入射的激光的强度对应的检测信号。这里，在第5光路O15上配置有光传感器64，但是，光传感器64配置于经由第5光路O15的光路上即可。
图12是用于说明抑制由于入射到第1分束器72的主光的入射角变化而引起的检测值的变化的图。
功率监视器70中以如下方向配置第4分束器78，使入射角变化的方向与第1分束器72的VZ平面内方向的入射角变化的方向相反。具体而言，第1分束器72和第4分束器78被配置成各自的法线向量的V方向成分和Z方向成分为相同方向。根据该结构，第1分束器72使第1光路O11在第1入射面中向第1方向即右转方向折曲而生成第2光路O12。此外，第4分束器78使第4光路O14在第4入射面中向与第1方向相反的方向即左转方向折曲而生成第5光路O15。另外，第1分束器72也可以使光路向左转方向折曲，第4分束器78也可以使光路向右转方向折曲。
这样，功率监视器70具有如下结构：利用朝向相同方向的第1分束器72和第4分束器78，在相同方向观察时，第1分束器72向右转方向和左转方向中的任意一方即第1方向折曲而生成光路，第4分束器78向与第1方向相反的方向折曲而生成光路。
这里，考虑如下情况：主光的光轴的指向偏移，主光针对第1分束器72的入射角与设计上的第1光路O11的入射角θ1相比，在VZ平面内增减角度误差Δθ。当主光的入射角在VZ平面内增减Δθ时，在第1分束器72反射的光的反射角也在VZ平面内增减Δθ。
由于第2分束器74和第3分束器76的反射，该Δθ的增减反转。其结果，第4分束器78的第4光路O14的入射角增减-Δθ。
这样，当主光的入射角增减时，第1分束器72的反射率依赖于入射角而变化。与此相对，第4分束器78的入射角向与第1分束器72的入射角的增减相反的方向变化。因此，在第1分束器72和第4分束器78中，反射率依赖于入射角的变化成为相反方向。因此，各反射率之积很难变化，能够抑制由于主光的入射角的增减而引起的脉冲能量检测值的变化。
另外，优选入射角的角度误差Δθ为30毫弧度(≒1.72度)以下，更加优选为10毫弧度(≒0.57度)以下。
此外，功率监视器70被配置成，针对第1分束器72的HZ平面内方向的入射角变化，由第2分束器74和第3分束器76抑制由于主光的入射角变化而引起的检测值的变化。即，如图11所示，第2分束器74和第3分束器76被配置成各自的法线向量的H方向成分为相反方向，V方向成分为相同方向。根据该结构，第2分束器74使第2光路O12在第2平面中向第2方向即左转方向折曲而生成第3光路O13。此外，第3分束器76使第3光路O13在第2平面中向第2方向即左转方向折曲而生成第4光路O14。优选HZ平面内方向的入射角的角度误差也为30毫弧度(≒1.72度)以下，更加优选为10毫弧度(≒0.57度)以下。
4.3作用/效果
根据实施方式2的功率监视器70，以主光的主偏振成分与第1分束器72的入射面平行的方式配置，由此，能够降低反射率。
此外，通过4枚分束器，能够使入射到光传感器64的激光减少。由此，能够使光传感器64长寿命化。
此外，使用使入射光向相反方向跳转的成对的2枚分束器即第1分束器72和第4分束器78以及成对的2枚分束器即第2分束器74和第3分束器76，由此，能够抑制由于入射角的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
进而，针对主光，P反射的次数和S反射的次数为相同次数，因此，在主光的偏振纯度变化的情况下，透射率也不会变化。因此，能够抑制由于主光的偏振纯度的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
5.实施方式3
在实施方式1和实施方式2中，例示了第1入射角θ1、第2入射角θ2、第3入射角θ3和第4入射角θ4分别为45度的情况，但是，也可以是45度以外的任意的角度。在实施方式3中，例示第1入射角θ1、第2入射角θ2、第3入射角θ3和第4入射角θ4为30度的情况。
5.1结构
图13和图14是概略地示出实施方式3的功率监视器的结构的立体图。图13和图14的立体观察的方向不同。与实施方式1同样，将从输出耦合镜30输出的主光的行进方向设为Z方向，将与Z方向垂直的平面内的分别垂直的方向设为H方向和V方向。
实施方式3的功率监视器80包含第1分束器82、第2分束器84、第3分束器86、第4分束器88。
第1分束器82、第2分束器84、第3分束器86和第4分束器88是由氟化钙构成的非涂层的分束器。
第1分束器82是用于对主光进行采样的分束器。主光通过朝向Z方向的第1光路O21。第1分束器52以第1入射角30度被配置于主光的第1光路O21上。第1分束器82使通过第1光路O21的主光的一部分跳转60度而生成第2光路O22。
第2分束器84以与第1入射角相等的第2入射角30度被配置于第2光路O22上。第2分束器84使通过第2光路O22的光的一部分跳转60度而生成第3光路O23。第1分束器82的入射面(第1入射面的一例)和第2分束器84的入射面(第2入射面的一例)是相同平面。
第3分束器86以第3入射角30度被配置于第3光路O23上。第3分束器86使通过第3光路O23的光的一部分跳转60度而生成第4光路O24。第3分束器86的入射面(第3入射面的一例)与第1分束器82的入射面垂直。
第4分束器88以与第3入射角相等的第4入射角30度被配置于第4光路O24上。第4分束器88使通过第4光路O24的光的一部分跳转60度而生成第5光路O25。第3分束器86的入射面(第3入射面的一例)和第4分束器88的入射面(第4入射面的一例)是相同平面。
在准分子激光装置1中，能够代替功率监视器38而应用功率监视器80。
5.2动作
从输出耦合镜30输出的、通过朝向Z方向的第1光路O21的主光以第1入射角θ1入射到第1分束器82。入射到第1分束器82的主光的一部分进行P反射，跳转60度。P反射后的光通过第2光路O22，以第2入射角θ2入射到第2分束器84。
入射到第2分束器84的光的一部分进行P反射，跳转60度。P反射后的光通过第3光路O23，以第3入射角θ3入射到第3分束器86。
功率监视器80具有如下结构：利用第1分束器82和第2分束器84，在第1分束器82的入射面的相同方向观察时，向右转方向和左转方向中的任意一方即相同旋转方向折曲而生成光路。由此，抑制由于入射到第1分束器82的主光的入射角变化而引起的检测值的变化。
入射到第3分束器86的激光的一部分进行S反射，跳转60度。S反射后的激光通过第4光路O24，以第4入射角θ4入射到第4分束器88。
入射到第4分束器88的光的一部分进行S反射，跳转60度。S反射后的激光通过第5光路O25入射到聚光透镜60。
功率监视器80具有如下结构：利用第3分束器86和第4分束器88，在第3分束器86的入射面的相同方向观察时，向右转方向和左转方向中的任意一方即相同旋转方向折曲而生成光路。由此，抑制由于入射到第1分束器82的主光的入射角变化而引起的检测值的变化。
入射到聚光透镜60的激光被会聚，经由扩散板62入射到光传感器64。光传感器64输出与所入射的光的强度对应的检测信号。
5.3作用/效果
根据实施方式3的功率监视器80，以主光的主偏振成分与第1分束器82的入射面平行的方式配置，由此，能够降低反射率。
此外，通过4枚分束器，能够使入射到光传感器64的激光减少。由此，能够使光传感器64长寿命化。
此外，使用使入射光向相反方向跳转的成对的2枚分束器即第1分束器82和第2分束器84以及成对的2枚分束器即第3分束器86和第4分束器88，由此，能够抑制由于入射角的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
进而，针对主光，P反射的次数和S反射的次数为相同次数，因此，在主光的偏振纯度变化的情况下，透射率也不会变化。因此，能够抑制由于主光的偏振纯度的变化而引起的脉冲能量检测值的变化。
6.其他
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附加的权利要求书的情况下对本公开的实施方式施加变更。
本说明书和附加的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，本说明书和附加的权利要求书所记载的不定冠词“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)

1.一种能量计测装置，其计测从激光振荡器输出的激光的能量，其中，所述能量计测装置具有：
第1分束器，其以第1入射角被配置于从所述激光振荡器输出的激光的第1光路上，反射通过所述第1光路的激光的一部分而生成第2光路；
第2分束器，其以第2入射角被配置于所述第2光路上，反射通过所述第2光路的激光的一部分而生成第3光路；
第3分束器，其以第3入射角被配置于所述第3光路上，反射通过所述第3光路的激光的一部分而生成第4光路；
第4分束器，其以第4入射角被配置于所述第4光路上，反射通过所述第4光路的激光的一部分而生成第5光路；以及
能量传感器，其被配置于所述第5光路上或经由所述第5光路的光路上，
所述第1入射角和所述第2入射角相等，
所述第3入射角和所述第4入射角相等，
所述第1分束器的第1入射面和所述第2分束器的第2入射面位于第1平面上，
所述第3分束器的第3入射面和所述第4分束器的第4入射面位于与所述第1平面垂直的第2平面上，
所述第1分束器使所述第1光路在所述第1平面中向第1方向折曲而生成所述第2光路，
所述第2分束器使所述第2光路在所述第1平面中向所述第1方向折曲而生成所述第3光路，
所述第3分束器使所述第3光路在所述第2平面中向第2方向折曲而生成所述第4光路，
所述第4分束器使所述第4光路在所述第2平面中向所述第2方向折曲而生成所述第5光路。
2.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器、所述第2分束器、所述第3分束器和所述第4分束器分别是非涂层的分束器。
3.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器、所述第2分束器、所述第3分束器和所述第4分束器分别由相同的材质构成。
4.根据权利要求3所述的能量计测装置，其中，
所述相同的材质是氟化钙。
5.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述第1入射角、所述第2入射角、所述第3入射角和所述第4入射角分别相等。
6.根据权利要求5所述的能量计测装置，其中，
所述第1入射角、所述第2入射角、所述第3入射角和所述第4入射角分别是45度。
7.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器被配置成，使从所述激光振荡器输出的激光的偏振成分中的最大的偏振成分，作为P偏振光进行反射。
8.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述能量计测装置还具有透镜，该透镜被配置于所述第4分束器与所述能量传感器之间。
9.根据权利要求1所述的能量计测装置，其中，
所述能量计测装置还具有扩散板，该扩散板被配置于所述第4分束器与所述能量传感器之间。
10.一种准分子激光装置，其具有：
振荡器，其振荡出激光；以及
权利要求1所述的能量计测装置。
11.一种能量计测装置，其计测从激光振荡器输出的激光的能量，其中，所述能量计测装置具有：
第1分束器，其以第1入射角被配置于从所述激光振荡器输出的激光的第1光路上，反射通过所述第1光路的激光的一部分而生成第2光路；
第2分束器，其以第2入射角被配置于所述第2光路上，反射通过所述第2光路的激光的一部分而生成第3光路；
第3分束器，其以第3入射角被配置于所述第3光路上，反射通过所述第3光路的激光的一部分而生成第4光路；
第4分束器，其以第4入射角被配置于所述第4光路上，反射通过所述第4光路的激光的一部分而生成第5光路；以及
能量传感器，其被配置于所述第5光路上或经由所述第5光路的光路上，
所述第1入射角和所述第4入射角相等，
所述第2入射角和所述第3入射角相等，
所述第1分束器的第1入射面和所述第4分束器的第4入射面与第1平面平行，
所述第2分束器的第2入射面和所述第3分束器的第3入射面位于与所述第1平面垂直的第2平面上，
所述第1分束器使所述第1光路在所述第1入射面中向第1方向折曲而生成所述第2光路，
所述第2分束器使所述第2光路在所述第2平面中向第2方向折曲而生成所述第3光路，
所述第3分束器使所述第3光路在所述第2平面中向所述第2方向折曲而生成所述第4光路，
所述第4分束器使所述第4光路在所述第4入射面中向与所述第1方向相反的方向折曲而生成所述第5光路。
12.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器、所述第2分束器、所述第3分束器和所述第4分束器分别是非涂层的分束器。
13.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器、所述第2分束器、所述第3分束器和所述第4分束器分别由相同的材质构成。
14.根据权利要求13所述的能量计测装置，其中，
所述相同的材质是氟化钙。
15.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述第1入射角、所述第2入射角、所述第3入射角和所述第4入射角分别相等。
16.根据权利要求15所述的能量计测装置，其中，
所述第1入射角、所述第2入射角、所述第3入射角和所述第4入射角分别是45度。
17.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述第1分束器被配置成，使从所述激光振荡器输出的激光的偏振成分中的最大的偏振成分，作为P偏振光进行反射。
18.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述能量计测装置还具有透镜，该透镜被配置于所述第4分束器与所述能量传感器之间。
19.根据权利要求11所述的能量计测装置，其中，
所述能量计测装置还具有扩散板，该扩散板被配置于所述第4分束器与所述能量传感器之间。
20.一种准分子激光装置，其具有：
振荡器，其振荡出激光；以及
权利要求11所述的能量计测装置。
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