CN115427892A - 激光装置、脉冲宽度扩展装置和电子器件的制造方法 - Google Patents

激光装置、脉冲宽度扩展装置和电子器件的制造方法 Download PDF

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CN115427892A CN202080099484.3A CN202080099484A CN115427892A CN 115427892 A CN115427892 A CN 115427892A CN 202080099484 A CN202080099484 A CN 202080099484A CN 115427892 A CN115427892 A CN 115427892A
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Abstract

本公开的一个观点的激光装置具有输出脉冲激光的激光振荡器、以及被配置于脉冲激光的光路上的第1光学脉冲展宽器、第2光学脉冲展宽器和第3光学脉冲展宽器。在设第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，L2为L1的2以上的整数倍，L3满足(n‑0.75)×L1≤L3≤(n‑0.25)×L1。

Description

激光装置、脉冲宽度扩展装置和电子器件的制造方法
技术领域
本公开涉及激光装置、脉冲宽度扩展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，从曝光用光源放出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 Narrow 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气体激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第5309456号
专利文献2：美国专利第6238063号
发明内容
本公开的1个观点的激光装置包含：激光振荡器，其输出脉冲激光；第1光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上；第2光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上；以及第3光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上，在设第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，L2为L1的2以上的整数倍，L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
本公开的另1个观点的脉冲宽度扩展装置使脉冲激光的脉冲宽度扩展，其中，脉冲宽度扩展装置包含被配置于脉冲激光的光路上的第1光学脉冲展宽器、第2光学脉冲展宽器和第3光学脉冲展宽器，在设第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，L2为L1的2以上的整数倍，L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
本公开的另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宽度被扩展后的激光；将激光输出到曝光装置或激光照射装置；以及在曝光装置内在感光基板上曝光激光，或者在激光照射装置内对被照射物照射激光，以制造电子器件，激光装置包含：激光振荡器，其输出脉冲激光；第1光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上；第2光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上；以及第3光学脉冲展宽器，其被配置于脉冲激光的光路上，在设第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，L2为L1的2以上的整数倍，L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
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是用于说明谱线宽度的图。
图2是用于说明E95的定义的图。
图3是示出对由明暗的斑点构成的图案进行摄像而得到的散斑图像的一例的图。
图4是示出图3所示的散斑图像的明暗的直方图的图。
图5概略地示出比较例的准分子激光装置的结构例。
图6例示地示出从比较例的准分子激光装置输出的脉冲激光的脉冲波形。
图7概略地示出实施方式1的准分子激光装置的结构。
图8是示出第1OPS、第2OPS和第3OPS各自的光路长度L1、L2、L3的设定例的图表。
图9示出在使用图8所示的比较例1的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。
图10示出在使用图8所示的实施例B的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。
图11是示出TIS/(L2+L3)相对于光路长度系数的变化的曲线图。
图12概略地示出实施方式2的准分子激光装置的结构。
图13是示出第1OPS、第2OPS、第3OPS和第4OPS各自的光路长度L1、L2、L3、L4的设定例的图表。
图14示出在使用比较例2的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。
图15示出在使用实施例G的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。
图16是示出TIS/(L3+L4)相对于光路长度系数的变化的曲线图。
图17概略地示出应用了自由振荡的准分子激光装置的激光照射系统的结构例。
图18概略地示出包含波长可变的固体激光器系统作为主振荡器的准分子激光装置的结构例。
图19概略地示出曝光装置的结构例。
具体实施方式
-目录-
1.用语的说明
1.1 E95的定义
1.2相干长度的定义
1.3散斑对比度的定义
1.4 TIS脉冲时间宽度的定义
2.比较例的激光装置的概要
2.1结构
2.2动作
2.3课题
3.实施方式1
3.1结构
3.2动作
3.3作用/效果
3.4其他
4.实施方式2
4.1结构
4.2动作
4.3作用/效果
4.4其他
5.激光装置的变形
5.1自由振荡的准分子激光装置
5.1.1结构
5.1.2动作
5.1.3作用/效果
5.2包含固体激光器系统作为主振荡器的准分子激光装置
5.2.1结构
5.2.2动作
5.2.3变形例
6.关于各种控制部的硬件结构
7.关于电子器件的制造方法
8.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.用语的说明
1.1 E95的定义
谱线宽度是指图1所示的激光的谱波形的光量阈值的全宽。在本说明书中，将各光量阈值相对于光量峰值的相对值称为线宽度阈值Thresh(0<Thresh<1)。例如将峰值的半值称为线宽度阈值0.5。另外，特别地，将线宽度阈值0.5的谱波形的全宽W/2称为半值全宽或FWHM(Full Width at Half Maximum)。
如图2所示，谱纯度例如95％纯度E95是指全部谱能量中的以波长λ0为中心占据95％的部分的全宽W95％，下述的式(1)成立。
[数学式1]
Figure BDA0003877814610000051
另外，在本说明书中，在没有任何特别叙述的情况下，将谱纯度设为E95进行说明。
1.2相干长度的定义
在设激光的中心波长为λ0、谱线宽度为Δλ时，激光的相干长度能够利用下述的式(2)表示。
[数学式2]
Figure BDA0003877814610000052
1.3散斑对比度的定义
散斑是指激光在随机的介质进行散射时产生的明暗的斑点。图3是示出对由明暗的斑点构成的图案进行摄像而得到的散斑图像的一例的图。此外，图4是示出图3所示的散斑图像的明暗的直方图的图。
作为散斑评价指标，一般使用散斑对比度SC。在设散斑图像的强度的标准偏差为σ、散斑图像的强度的平均为I长音符号(在I上记载有长音符号)时，散斑对比度SC能够利用下述的式(3)表示。
[数学式3]
Figure BDA0003877814610000053
在扩展脉冲激光的脉冲宽度时，相干性降低，散斑对比度SC减小。
1.4 TIS脉冲时间宽度的定义
作为表示激光的脉冲时间宽度的指标之一，使用TIS脉冲时间宽度。
TIS脉冲时间宽度ΔTTIS利用以下的式(4)来定义。
[数学式4]
Figure BDA0003877814610000061
这里，t是时间。I(t)是时间t的光强度。在本说明书中，“TIS宽度”是指TIS脉冲时间宽度。
2.比较例的激光装置的概要
2.1结构
图5概略地示出比较例的准分子激光装置10的结构例。本公开的比较例是申请人认识到仅申请人知道的方式，不是申请人自己承认的公知例。
准分子激光装置10包含振荡器12、光学脉冲展宽器(Optical Pulse Stretcher：OPS)系统14、监视器模块16、闸门18和激光控制部20。OPS系统14包含第1OPS100和第2OPS200。第1OPS100、第2OPS200、监视器模块16和闸门18按照第1OPS100、第2OPS200、监视器模块16和闸门18的顺序被配置于从振荡器12输出的脉冲激光的光路上。
在设第1OPS100的延迟光路的光路长度为L1、设第2OPS200的延迟光路的光路长度为L2时，第2OPS200的延迟光路的光路长度L2相对于L1被设定成2以上的整数倍。例如，光路长度L2被设定成L1的2倍的长度。
振荡器12包含腔120、充电器122、脉冲功率模块(PPM)124、窄带化装置126和输出耦合镜128。
窄带化装置126包含未图示的棱镜扩束器和未图示的光栅。棱镜扩束器和光栅被利特罗配置成，入射角度和衍射角度一致。
输出耦合镜128是反射率为40％～60％的反射镜。输出耦合镜128和窄带化装置126构成光谐振器。腔120被配置于光谐振器的光路上。
腔120包含一对电极130a、130b、绝缘部件132、前侧窗口134和后侧窗口136。在腔120中收纳有ArF或KrF或XeCl或XeF的激光气体。
电极130a经由绝缘部件132与PPM124的高电压的输出端子连接。电极130b与地线连接。电极130a和电极130b被配置成，成为规定的间隙间隔。电极130a、130b是放电电极，电极130a、130b之间的空间成为放电空间(放电区域)。
前侧窗口134和后侧窗口136被配置成，供在放电空间产生的激光透过。
PPM124包含开关125和未图示的充电电容器。开关125与传输来自激光控制部20的开关125的ON信号的信号线连接。
充电器122与PPM124的充电电容器连接。充电器122接收来自激光控制部20的充电电压的数据，对PPM124的充电电容器进行充电。
第1OPS100包含分束器BS1和4枚凹面镜101～104。分束器BS1被配置于从振荡器12输出的脉冲激光的光路上。分束器BS1被涂敷有使入射的脉冲激光的一部分反射、且使另外一部分透过的膜。优选分束器BS1的反射率为40％～70％，更加优选为大约60％。
凹面镜101～104构成在分束器BS1的第1面反射后的脉冲激光的延迟光路。凹面镜101～104分别是焦距全部为大致相同的f1的凹面镜。
凹面镜101和凹面镜102被配置成，使在分束器BS1的第1面反射后的脉冲激光在凹面镜101反射而入射到凹面镜102。凹面镜103和凹面镜104被配置成，使在凹面镜102反射后的脉冲激光在凹面镜103反射而入射到凹面镜104。凹面镜104被配置成，使在凹面镜104反射后的脉冲激光入射到分束器BS1的与第1面相反的一侧的第2面。
凹面镜101和凹面镜102被配置成，使在分束器BS1的第1面反射后的脉冲激光成像为将分束器BS1的第1面中的像反转的第1像。凹面镜103和凹面镜104被配置成，使第1像再次返回分束器BS1，在分束器BS1的第2面正转而成像为第2像。该情况下，第1OPS100的延迟光路的光路长度L1成为L1＝8×f1。光路长度L1是指第1OPS100的延迟光路的一周延迟光路长度。作为一例，第1OPS100的光路长度L1是7m。
分束器BS1被配置成，使未在分束器BS1的第1面反射而透过的脉冲激光入射到第2OPS200。
第2OPS200被配置于从第1OPS100输出的脉冲激光的光路上。第2OPS200包含分束器BS2和凹面镜201～204。分束器BS2可以是与分束器BS1相同的结构。凹面镜201～204分别是焦距全部为大致相同的f2的凹面镜。焦距f2是比焦距f1长的焦距。
第2OPS200中的分束器BS2和凹面镜201～204被配置成与第1OPS100中的分束器BS1和凹面镜101～104相同的配置关系。该情况下，第2OPS200的延迟光路的光路长度L2成为L2＝8×f2。光路长度L2是指第2OPS200的延迟光路的一周延迟光路长度。作为一例，第2OPS200的光路长度L2是14m。
监视器模块16被配置于从OPS系统14输出的脉冲激光的光路上。监视器模块16包含分束器162和光传感器164。光传感器164与激光控制部20连接，光传感器164的检测数据被发送到激光控制部20。闸门18被配置于透过监视器模块16后的脉冲激光的光路上。闸门18经由传输闸门开闭的信号的信号线与激光控制部20连接。
从准分子激光装置10输出的脉冲激光被输入到曝光装置80。激光控制部20与曝光装置80的曝光控制部82连接。激光控制部20与曝光控制部82之间的信号线包含发光触发信号Tr的信号线、目标脉冲能量Et的数据的信号线以及进行其他信号的授受的信号线。另外，也可以在振荡器12与OPS系统14之间配置包含未图示的激光腔的放大器。
2.2动作
激光控制部20从曝光控制部82接收目标脉冲能量Et和振荡准备信号后，输出关闭闸门18的信号，关闭准分子激光装置10的出射口。激光控制部20以规定的重复频率、与发光触发信号Tr同步地接通PPM124的开关125时，对振荡器12的电极130a、130b之间施加高电压。
当在电极130a、130b之间产生绝缘击穿时，在电极130a、130b之间产生放电，激光气体被激励。其结果，利用由窄带化装置126和输出耦合镜128构成的光谐振器进行激光振荡，窄带化的脉冲激光从输出耦合镜128输出。
从输出耦合镜128输出的脉冲激光入射到OPS系统14。入射到OPS系统14的脉冲激光入射到第1OPS100的分束器BS1的第1面。入射到分束器BS1的第1面的脉冲激光中的一部分透过分束器BS1，作为未在延迟光路环绕的0环绕的脉冲激光从第1OPS100输出。
入射到分束器BS1的第1面的脉冲激光中的、在第1面反射后的脉冲激光进入第1OPS100的延迟光路，由凹面镜101和凹面镜102反射。由分束器BS1的第1面反射后的脉冲激光的光像通过凹面镜101和凹面镜102成像为第1转印像。然后，第1转印像通过凹面镜103和凹面镜104在分束器BS1的第2面成像为第2转印像。
从凹面镜104入射到分束器BS1的第2面的脉冲激光的一部分由分束器BS1的第2面反射，作为在第1OPS100的延迟光路环绕1圈的1环绕的脉冲激光从第1OPS100输出。该1环绕的脉冲激光相比0环绕的脉冲激光延迟了延迟时间Δt1而输出。在设光速为c时，该Δt1能够表示为Δt1＝L1/c。
作为第2转印像入射到分束器BS1的第2面的脉冲激光中的、透过分束器BS1后的脉冲激光进一步进入第1OPS100的延迟光路，由凹面镜101～104反射而再次入射到分束器BS1的第2面。然后，由分束器BS1的第2面反射后的脉冲激光作为在延迟光路环绕2圈的2环绕的脉冲激光从第1OPS100输出。该2环绕的脉冲激光相比1环绕的脉冲激光延迟了延迟时间Δt1而输出。
然后，反复进行光在延迟光路的环绕，由此，从第1OPS100输出3环绕、4环绕、5环绕…的各个脉冲激光。从第1OPS100输出的脉冲光在延迟光路的环绕数越多，则光强度越降低。
在第1OPS100的延迟光路环绕的脉冲激光相对于0环绕的脉冲激光延迟了延迟时间Δt1的整数倍而合成并输出，由此，各个环绕的脉冲激光的脉冲波形被重叠。其结果，脉冲宽度被扩展。
同样，通过第2OPS200，从第1OPS100输出的脉冲激光的脉冲宽度被扩展。
这样，从振荡器12的输出耦合镜128输出的脉冲激光多次通过第1OPS100和第2OPS200的各延迟光路，由此，脉冲激光的脉冲宽度被扩展。
通过第1OPS100和第2OPS200后的脉冲激光的一部分由分束器162反射而入射到光传感器164。光传感器164对入射的脉冲激光的脉冲能量E进行计测。表示该计测结果的数据从光传感器164发送到激光控制部20。
激光控制部20设定充电器122，以使目标脉冲能量Et与被计测的脉冲能量E之差ΔE接近0。
激光控制部20在ΔE进入容许范围内之后，向曝光控制部82发送振荡准备完成信号，打开闸门18。激光控制部20与来自曝光控制部82的发光触发信号Tr同步地接通PPM124的开关125，由此，从振荡器12输出脉冲激光，通过OPS系统14进行脉冲扩展，并且，从准分子激光装置10输出接近目标脉冲能量Et的脉冲能量的脉冲激光。
从准分子激光装置10输出的脉冲激光入射到曝光装置80，对未图示的半导体晶片等抗蚀剂照射脉冲激光。
2.3课题
散斑对比度与脉冲激光的脉冲宽度和相干长度具有相关性，在扩展脉冲激光的脉冲宽度时，相干性降低，散斑对比度减小。为了以降低散斑对比度为目的而对脉冲宽度进行扩展，需要在光路上追加OPS。通过专利文献1(美国专利第5309456号)等公知有对脉冲宽度进行大幅扩展的例子。此外，通过专利文献2(美国专利第6238063号)等公知有在光路上连接3段以上的OPS的例子。
但是，在光路上串联配置3段以上的OPS的情况下的最佳的延迟光路的光路长度的组合条件未知。
图6例示地示出从比较例的准分子激光装置10输出的脉冲激光的脉冲波形。在图6中，示出第1OPS100的光路长度L1为7m、第2OPS200的光路长度L2为14m的情况下的例子。绕7m的延迟光路一周的情况下的延迟时间大约为23.3ns。第2OPS200的光路长度L2被设定成L1的整数倍、具体而言为2以上的整数倍，以使脉冲波形的波峰与第1OPS100的波峰重叠。
针对具有这种OPS系统14的准分子激光装置10的结构，在为了进一步对脉冲宽度进行扩展而对OPS系统14进一步追加OPS的情况下，优选通过追加比较短的延迟光路长度而高效地对脉冲宽度进行扩展。
3.实施方式1
3.1结构
图7概略地示出实施方式1的准分子激光装置10A的结构。关于图7所示的准分子激光装置10A，对与图5所示的结构不同之处进行说明。实施方式1的准分子激光装置10A代替图5所示的OPS系统14而具有包含第3OPS300的OPS系统14A。
第1OPS100和第2OPS200的结构与图5所示的结构相同。第3OPS300被配置于第2OPS200与监视器模块16之间的光路上。即，第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300被串联配置于脉冲激光的光路上。
准分子激光装置10A是本公开中的“激光装置”的一例。振荡器12是本公开中的“激光振荡器”的一例。OPS系统14A是本公开中的“脉冲宽度扩展装置”的一例。第1OPS100是本公开中的“第1光学脉冲展宽器”的一例。第2OPS200是本公开中的“第2光学脉冲展宽器”的一例。第3OPS300是本公开中的“第3光学脉冲展宽器”的一例。
第3OPS300包含分束器BS3和凹面镜301～304。分束器BS3被配置于脉冲激光的光路上，被涂敷有使脉冲激光的一部分反射、且使一部分透过的膜。优选分束器BS3的反射率大约为60％。
凹面镜301～304分别是焦距全部为大致相同的f3的凹面镜。焦距f3是比焦距f1长的焦距。分束器BS3和凹面镜301～304被配置成与第1OPS100中的分束器BS1和凹面镜101～104相同的配置关系。该情况下，第3OPS300的延迟光路的光路长度L3成为L3＝8×f3。光路长度L3是指第3OPS300的延迟光路的一周延迟光路长度。
在包含第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300这3级OPS的结构中，针对其中具有最短的光路长度的第1OPS100的光路长度L1，将被追加的第3OPS的光路长度L3设定为从L1的整数倍偏移的值。具体而言，在设第1OPS100的光路长度为L1时，将第3OPS300的延迟光路的光路长度L3设定成满足由下式(5)表示的条件。
[条件1]
(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1 (5)
式(5)中的n是2以上的整数。例如可以是n＝5。
进一步优选光路长度L3满足式(6)。
(n-0.65)×L1≤L3≤(n-0.35)×L1 (6)
3.2动作
下面，对以满足条件1的方式设定OPS系统14A的光路长度的情况下的例子进行说明。如上所述，在第1OPS100的光路长度L1是7m的情况下，绕第1OPS100一周的情况下的延迟时间大约为23.3ns。这里，将第1OPS100的光路长度L1设定成7m的理由如下所述。即，从振荡器12输出的脉冲激光的脉冲宽度大约为40ns。针对该脉冲激光，为了利用1级尽可能短的光路长度的OPS高效地对脉冲宽度进行扩展，设定光路长度L1，以使绕第1OPS100一周的情况下的延迟时间成为40ns的大约一半的23.3ns。
第2OPS的光路长度L2被设定成，经由第2OPS200的延迟光路的脉冲的脉冲波形的波峰与从第1OPS100出来的脉冲波形的波峰重叠。即，L2被设定成L1的2以上的整数倍。这里的“整数倍”这样的记载不限于严格的整数倍，只要是大致整数倍即可，例如也可以包含相对于某个整数为±0.25以内的容许范围。
作为第2OPS200的光路长度L2的一例，设为L2＝12.25m～15.75m(40.8ns～52.4ns)，以使绕第2OPS200的延迟光路一周的情况下的延迟时间大致成为23.3×2＝46.6ns。
第3OPS的延迟光路的光路长度L3被设定成，脉冲波形的波峰填埋第1OPS的波峰之间的波谷。即，L3相对于L1被设定成“2以上的整数+0.5”倍。这里的“0.5倍”这样的记载不限于严格的0.5倍，只要是大致0.5倍即可，例如也可以包含相对于0.5为±0.25以内的容许范围。作为第3OPS300的光路长度L3的一例，设为L3＝29.75m～33.25m(99.0ns～110.7ns)，以使绕第3OPS300一周的情况下的延迟时间大致成为23.3×4.5＝104.9ns。
图8是示出第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300各自的光路长度L1、L2、L3的设定例的图表。这里，示出在将光路长度L1和光路长度L2分别固定为7m和14m而改变光路长度L3的设定的情况下实现的脉冲宽度(TIS宽度)。
图8中的“比较例1”将L3设定成L1的整数倍(这里例示5倍)。在比较例1中，脉冲宽度成为298.1ns，TIS/(L2+L3)是6.08。TIS/(L2+L3)的值表示相对于延迟光路的光路长度的增加量的、脉冲宽度的增加比例，是表示OPS的效率的指标。TIS/(L2+L3)的值越大，则表示能够越高效地对脉冲宽度进行扩展。
实施例A～E是根据式(5)的条件1设定光路长度L3的情况下的例子。实施例A是L3＝33.25m＝5×L1-0.25×L1的例子。实施例A与比较例1相比，能够以较短的光路长度实现更大的脉冲宽度。
实施例B是L3＝32.55m＝5×L1-0.35×L1的例子。实施例B是比实施例A更加优选的结构，与实施例A相比，能够以更短的光路长度实现更大的脉冲宽度。
图9示出在使用比较例1的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。图10示出在使用实施例B的OPS系统14A的情况下得到的脉冲波形。根据这些附图可知，根据实施例B，与比较例1相比，脉冲的波峰与波谷之差变小，能够以比比较例1短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展。
图8的图表所示的实施例A～E中的、TIS/(L2+L3)最大的实施例是实施例D。实施例D与比较例1相比，脉冲宽度较大，并且TIS/(L2+L3)也较大。
实施例E与比较例1相比，脉冲宽度稍微变小，但是，TIS/(L2+L3)较大，能够高效地对脉冲宽度进行扩展。
光路长度L3能够使用2以上的整数n和光路长度系数k表示为L3＝n×L1-k×L1＝(n-k)×L1。k是满足0≤k<1的值。比较例1是k＝0的情况，实施例B是k＝0.35的情况。
图11是示出TIS/(L2+L3)相对于光路长度系数的变化的曲线图。横轴表示光路长度系数，纵轴表示TIS/(L2+L3)。在图11中，描绘了比较例1和实施例A～E各自的光路长度系数和TIS/(L2+L3)。根据图11可知，基于以尽可能短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展的观点，优选光路长度系数k为0.25≤k≤0.75，更加优选为0.35≤k≤0.65，特别优选满足0.5≤k≤0.65。
3.3作用/效果
根据实施方式1的OPS系统14A，能够以比较短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展。此外，根据具有OPS系统14A的准分子激光装置10A，与具有比较例1的OPS系统的结构相比，TIS/(L2+L3)变大。
根据准分子激光装置10A，能够生成脉冲宽度被扩展的激光，能够减少散斑。
3.4其他
脉冲激光的光路上的第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300的排列顺序不限于图7的例子，能够适当调换。如果光路长度L1、L2和L3的数值的组合相同，则与光路上的第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300的配置顺序无关地实现同等的脉冲宽度。
此外，在图7中，关于第1OPS100、第2OPS200和第3OPS300，分别示出使用4个凹面镜形成延迟光路的例子，但是，OPS的结构不限于该例子。OPS可以构成为包含5个以上的凹面镜，例如也可以构成为包含6枚以上的凹面镜。此外，OPS也可以构成为包含凹面镜以外的镜。
4.实施方式2
4.1结构
图12概略地示出实施方式2的准分子激光装置10B的结构。关于图12所示的结构，对与图7所示的准分子激光装置10A不同之处进行说明。图12所示的准分子激光装置10B代替图7中的OPS系统14A而具有包含第4OPS400的OPS系统14B。第1OPS100、第2OPS200、第3OPS300和第4OPS400被串联配置于脉冲激光的光路上。其他结构可以与图7的结构相同。准分子激光装置10B是本公开中的“激光装置”的一例。OPS系统14B是本公开中的“脉冲宽度扩展装置”的一例。第4OPS400是本公开中的“第4光学脉冲展宽器”的一例。
第4OPS400被配置于第3OPS300与监视器模块16之间的光路上。第4OPS400包含分束器BS4和凹面镜401～404。
分束器BS4可以是与分束器BS1相同的结构。凹面镜401～404分别是焦距全部为大致相同的f4的凹面镜。焦距f4是比焦距f1长的焦距。
第4OPS400中的分束器BS4和凹面镜401～404被配置成与第1OPS100中的分束器BS1和凹面镜101～104相同的配置关系。该情况下，第4OPS400的延迟光路的光路长度L4成为L4＝8×f4。光路长度L4是指第4OPS400的延迟光路的一周延迟光路长度。
在包括包含第1OPS100、第2OPS200、第3OPS300和第4OPS400的4级OPS的结构的情况下，相对于其中具有最短的光路长度的第1OPS100的光路长度L1，将第3OPS的光路长度L3和第4OPS的光路长度L4分别设定成满足下述的条件。
[条件1]
(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1 (5)
进一步优选光路长度L3满足所述的式(6)。
[条件2]
(m-0.25)×L1≤L4≤(m+0.25)×L1 (7)
式中的n和m分别是2以上的整数。n和m可以是相同的值，也可以是不同的值，例如也可以是n＝5、m＝6。n和m能够相互独立地确定。
第3OPS300的光路长度L3满足条件1，由此，在第3OPS300的延迟光路环绕的脉冲激光填埋由于光路长度L1的延迟光路而产生的脉冲波形的波谷的部分。此外，第4OPS400的光路长度L4满足条件2，由此，在第4OPS400的延迟光路环绕的脉冲激光与由于光路长度L1的延迟光路而产生的脉冲波形的波峰重叠。
4.2动作
第1OPS100的光路长度L1、第2OPS200的光路长度L2和第3OPS300的光路长度L3的各光路长度的设定条件可以与实施方式1相同。
第3OPS300的光路长度L3被设定成，脉冲波形的波峰填埋第1OPS100、第2OPS200和第4OPS400的波峰-波峰间的波谷。例如，光路长度L3设为L3＝29.75[m]～33.25[m](99.0[ns]～110.7[ns])，以使绕第3OPS300一周的情况下的延迟时间大致成为23.3×4.5＝104.9[ns]。
第4OPS400的光路长度L4被设定成，经由第4OPS400的延迟光路的脉冲的脉冲波形的波峰与从第1OPS100出来的脉冲波形的波峰重叠。即，光路长度L4被设定成L1的2以上的整数倍。这里的“整数倍”这样的记载与L2的情况同样，不限于严格的整数倍，只要是大致整数倍即可，例如也可以包含相对于某个整数为±0.25以内的容许范围。
作为第4OPS400的光路长度L4的一例，设为L4＝40.25[m]～43.75[m](134.0[ns]～145.6[ns])，以使绕第4OPS400一周的情况下的延迟时间大致成为23.3×6＝139.8[ns]。
图13是示出第1OPS100、第2OPS200、第3OPS300和第4OPS400各自的光路长度L1、L2、L3、L4的设定例的图表。这里，示出在将光路长度L1和光路长度L2分别固定为7m和14m而改变光路长度L3和光路长度L4的设定的情况下实现的脉冲宽度(TIS宽度)的例子。
图13中的“比较例2”构成为将L3设定成L1的5倍，将L4设定成L1的6倍。在比较例2中，扩展后的脉冲宽度成为467.3ns，TIS/(L3+L4)是6.07。TIS/(L3+L4)的值表示相对于光路长度的增加量的、脉冲宽度的增加比例，是表示OPS的效率的指标。TIS/(L3+L4)的值越大，则表示能够越高效地对脉冲宽度进行扩展。
实施例F～L是根据式(5)的条件1和式(7)的条件2设定光路长度L3和光路长度L4的情况下的例子。实施例F是L3＝33.25[m]＝5×L1-0.25×L1、L4＝42[m]＝6×L1的例子。在实施例F中，通过L3+L4＝75.25m的光路增加，实现525.6ns的脉冲宽度，TIS/(L3+L4)是6.98。实施例F与比较例2相比，能够以较短的光路长度实现更大的脉冲宽度。
实施例G是L3＝32.55[m]＝5×L1-0.35×L1、L4＝42[m]＝6×L1的例子。实施例G是比实施例F更加优选的结构，与实施例F相比，能够以更短的光路长度实现更大的脉冲宽度。图13中例示的实施例F～L中的、脉冲宽度最大的实施例是实施例G。
图14示出在使用比较例2的OPS系统的情况下得到的脉冲波形。图15示出在使用实施例G的OPS系统14B的情况下得到的脉冲波形。根据这些附图可知，根据实施例G，与比较例2相比，脉冲波形的波峰与波谷之差变小，能够以比比较例2短的光路长度对脉冲宽度进行扩展。
图13中例示的实施例F～L中的、TIS/(L3+L4)最大的实施例是实施例I。实施例I与比较例2相比，脉冲宽度较大，并且TIS/(L3+L4)也较大。实施例I与实施例G相比，脉冲宽度较小，但是，TIS/(L3+L4)较大，能够高效地对脉冲宽度进行扩展。
图16是示出TIS/(L3+L4)相对于光路长度系数的变化的曲线图。横轴表示光路长度系数，纵轴表示TIS/(L3+L4)。在图16中，描绘了比较例2和实施例F～J各自的光路长度系数k和TIS/(L3+L4)。根据图16可知，基于以尽可能短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展的观点，优选光路长度系数k为0.25≤k≤0.75，更加优选为0.35≤k≤0.65，特别优选满足0.5≤k≤0.65。
4.3作用/效果
根据实施方式2，能够以比较短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展。与实施方式1相比，能够更加高效地对脉冲宽度进行扩展。
4.4其他
脉冲激光的光路上的第1OPS100、第2OPS200、第3OPS300和第4OPS400的排列顺序不限于图12的例子，能够适当调换。如果光路长度L1、L2、L3和L4的数值的组合相同，则与光路上的第1OPS100、第2OPS200、第3OPS300和第4OPS400的配置顺序无关地实现同等的脉冲宽度。此外，不限于图12中例示的第4OPS400的结构，第4OPS400也可以构成为包含5个以上的凹面镜，此外，也可以构成为包含凹面镜以外的镜。
5.激光装置的变形
5.1自由振荡的准分子激光装置
5.1.1结构
图17概略地示出应用了自由振荡的准分子激光装置10C的激光照射系统的结构例。关于图17所示的结构，对与图7不同之处进行说明。
图7所示的振荡器12具有窄带化装置126，与此相对，图17所示的振荡器12C代替窄带化装置126而具有后镜127。后镜127也可以是高反射镜。振荡器12C是本公开中的“激光振荡器”的一例。
此外，图17所示的激光照射系统代替图7的曝光装置80而具有激光照射装置90。激光照射装置90例如可以是利用激光对基板等进行加工的激光加工机、或使非晶硅多晶化的激光退火装置等。此外，激光照射装置90也可以是进行激光掺杂的激光掺杂装置。
激光照射装置90具有激光照射控制部92。激光照射控制部92包含处理器，对激光照射装置90进行控制。激光照射控制部92与激光控制部20连接。激光照射控制部92相对于激光控制部20发挥与图7中的曝光控制部82相似的作用。
5.1.2动作
从振荡器12C输出自由振荡的谱波形的脉冲激光。从振荡器12C输出的脉冲激光通过OPS系统14A被进行脉冲扩展。从准分子激光装置10C输出的脉冲激光入射到激光照射装置90。
在激光照射装置90中，对未图示的基板等被照射物照射脉冲激光，由此进行材料的加工、退火或掺杂等。被照射物例如可以是半导体、玻璃、陶瓷等各种材料。在激光照射装置90内对被照射物照射脉冲激光后，经由多个工序，由此能够制造各种电子器件。
5.1.3作用/效果
根据准分子激光装置10C，与实施方式1同样，能够以比较短的光路长度高效地对脉冲宽度进行扩展，在图17所示的激光照射装置90中，也减少照射射束的散斑。另外，还能够采用将图17所示的准分子激光装置10C的OPS系统14A置换为图12中的OPS系统14B的结构。
5.2包含固体激光器系统作为主振荡器的准分子激光装置
5.2.1结构
图18概略地示出包含波长可变的固体激光器系统作为主振荡器的准分子激光装置12D的结构例。能够代替图7和图12中说明的振荡器12或图17中说明的振荡器12C而应用图18所示的准分子激光装置12D。
准分子激光装置12D是包含固体激光器系统40和准分子放大器50的MOPA(MasterOscillator Power Amplifier)激光器。固体激光器系统40是包含输出种子光的半导体激光器41、半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier：SOA)42、对种子光进行放大的掺钛蓝宝石放大器43、波长转换系统46和固体激光器控制部48的波长可变固体激光器系统。
半导体激光器41是输出波长大约为773.6nm的CW激光的分布反馈型(DistributedFeedback：DFB)的半导体激光器。此后，将半导体激光器41称为“DFB激光器41”。DFB激光器41构成为对半导体激光器元件的温度或电流值进行控制，由此使振荡波长可变。
SOA42是通过在半导体流过脉冲电流而将CW或脉冲的种子光转换为规定的脉冲宽度的脉冲激光的半导体元件。SOA42使从DFB激光器41输出的CW激光脉冲化，输出脉冲放大后的脉冲激光。
掺钛蓝宝石放大器43包含掺钛蓝宝石晶体44和泵浦脉冲激光器45。掺钛蓝宝石晶体44被配置于由SOA42进行脉冲放大后的脉冲激光的光路上。泵浦脉冲激光器45例如是输出YLF激光器的2次谐波光的激光装置。YLF(氟化钇锂)是由化学式LiYF4表示的固体激光器晶体。
波长转换系统46是产生4次谐波光的波长转换系统，包含未图示的LBO晶体和KBBF晶体。LBO晶体是由化学式LiB3O5表示的非线性光学晶体。KBBF晶体是由化学式KBe2BO3F2表示的非线性光学晶体。这些非线性光学晶体分别被配置于未图示的旋转台上，构成为入射到晶体的入射角度能够变化。波长转换系统46对773.6nm的脉冲激光进行波长转换，输出波长大约为193.4nm的脉冲激光。
准分子放大器50包含腔52、PPM54、充电器56、凸面镜61和凹面镜62。腔52包含窗口71、72、一对电极74a、74b和电绝缘部件75。在腔52的内部收纳有ArF激光气体。
准分子放大器50构成为，使波长为193.4nm的种子光在电极74a、74b之间的放电空间通过3次而进行放大。
凸面镜61和凹面镜62被配置成，在腔52的外侧，从固体激光器系统40输出的脉冲激光以3通进行射束扩大。
入射到准分子放大器50的波长大约为193.4nm的种子光在凸面镜61和凹面镜62反射，由此，3次通过电极74a、74b之间的放电空间。由此，种子光的射束被扩大和放大。
5.2.2动作
激光控制部20在接收目标波长λt和目标脉冲能量Et后，向固体激光器控制部48发送目标波长λt，对充电器56设定充电电压，以成为目标脉冲能量Et。
固体激光器控制部48在从激光控制部20被输入目标波长λt后，对DFB激光器41的目标振荡波长λ1t进行变更，以使从波长转换系统46输出的激光的波长成为λt。目标振荡波长λ1t是目标波长λt的4倍(λ1t＝4λt)。固体激光器控制部48通过DFB激光器41中流过的电流值的控制，高速地变更振荡波长。
此外，固体激光器控制部48对各个晶体的旋转台进行控制，以成为波长转换系统46中的LBO晶体和KBBF晶体的波长转换效率最大的入射角度。
固体激光器控制部48在从激光控制部20被输入发光触发信号Tr后，对SOA42和泵浦脉冲激光器45发送信号。其结果，对SOA42输入脉冲电流，从SOA42输出脉冲放大后的脉冲激光。然后，在掺钛蓝宝石放大器43中，进一步进行脉冲放大。由掺钛蓝宝石放大器43进行脉冲放大后的脉冲激光入射到波长转换系统46。其结果，从波长转换系统46输出目标波长λt的脉冲激光。
激光控制部20在从曝光控制部82或激光照射控制部92接收发光触发信号Tr后，对PPM54的开关55和泵浦脉冲激光器45分别赋予触发信号，以使得在从固体激光器系统40输出的脉冲激光入射到准分子放大器50的腔52的放电空间时产生放电。其结果，从固体激光器系统40输出的脉冲激光由准分子放大器50进行3通放大。
由准分子放大器50放大后的脉冲激光入射到图7中的OPS系统14A或图12中的OPS系统14B或图17中的OPS系统14A。准分子激光装置12D是本公开中的“激光振荡器”的一例。
从OPS系统14A或14B输出的脉冲激光由监视器模块16的分束器162进行采样，由光传感器164计测脉冲能量E，由未图示的波长监视器计测波长λ。
激光控制部20分别对充电器56的充电电压和DFB激光器41的目标振荡波长λ1t进行控制，以使被计测的脉冲能量E和波长λ与目标脉冲能量Et和目标波长λt之差分别接近0。
透过监视器模块16的分束器162后的脉冲激光经由闸门18入射到曝光装置80或激光照射装置90。
5.2.3变形例
作为固体激光器系统的实施方式，不限于图18的例子，例如也可以是包含输出波长为1547.2nm的激光的DFB激光器和SOA的固体激光器系统，也可以是波长转换系统输出8倍谐波光(193.4nm光)的固体激光器系统。
在图18中，作为准分子放大器50，示出多通放大器的例子，但是，不限于该例子，例如也可以是具有法布里-珀罗谐振器或环形谐振器的放大器。此外，也可以采用省略了图18所示的准分子放大器50的结构，也可以使从固体激光器系统40输出的脉冲激光入射到OPS系统14A或OPS系统14B而对脉冲宽度进行扩展。该情况下，固体激光器系统40是本公开中的“激光振荡器”的一例。
6.关于各种控制部的硬件结构
激光控制部20、曝光控制部82、激光照射控制部92、固体激光器控制部48和其他各控制部使用处理器构成。例如，这些各控制部能够通过包含处理器的计算机的硬件和软件的组合来实现。软件与程序同义。
计算机构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)和存储器等存储装置。CPU是处理器的一例。可编程控制器包含在计算机的概念中。存储装置是作为有形物的非暂时性计算机可读介质，例如包含作为主存储装置的存储器和作为辅助存储装置的储存器。计算机可读介质例如可以是半导体存储器、硬盘驱动(Hard Disk Drive：HDD)装置或固态驱动(Solid State Drive：SSD)装置或它们的多个组合。处理器执行的程序存储于计算机可读介质中。存储装置也可以包含在处理器中。
此外，计算机的处理功能的一部分也可以使用以FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)为代表的集成电路来实现。
此外，还能够利用1台计算机实现多个控制部的功能。进而，在本公开中，包含处理器的装置也可以经由局域网、互联网这样的通信网络相互连接。在分布式计算环境中，程序单元也可以保存于本地和远程双方的记忆存储设备。
7.关于电子器件的制造方法
图19概略地示出曝光装置80的结构例。曝光装置80包含照明光学系统804和投影光学系统806。照明光学系统804通过从准分子激光装置10A入射的激光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806对透过掩模版后的激光进行缩小投影，使其在被配置于工件台WT上的未图示的工件上成像。工件是被涂布了光致抗蚀剂的半导体晶片等感光基板。
曝光装置80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激光。在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，由此能够制造半导体器件。半导体器件是本公开中的“电子器件”的一例。不限于准分子激光装置10A，也可以使用准分子激光装置10B或10C等。
8.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 (17)

1.一种激光装置，其包含：
激光振荡器，其输出脉冲激光；
第1光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上；
第2光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上；以及
第3光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上，
在设所述第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设所述第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设所述第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，
L2为L1的2以上的整数倍，
L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
L3满足(n-0.65)×L1≤L3≤(n-0.35)×L1。
3.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第1光学脉冲展宽器、所述第2光学脉冲展宽器和所述第3光学脉冲展宽器分别包含分束器和4个以上的凹面镜。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第1光学脉冲展宽器、所述第2光学脉冲展宽器和所述第3光学脉冲展宽器被串联配置于所述脉冲激光的光路上。
5.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有被配置于所述脉冲激光的光路上的第4光学脉冲展宽器。
6.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
在设所述第4光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L4、设m为2以上的整数的情况下，
L4满足(m-0.25)×L1≤L4≤(m+0.25)×L1。
7.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
所述第1光学脉冲展宽器、所述第2光学脉冲展宽器、所述第3光学脉冲展宽器和第4光学脉冲展宽器分别包含分束器和4个以上的凹面镜。
8.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
所述第1光学脉冲展宽器、所述第2光学脉冲展宽器、所述第3光学脉冲展宽器和第4光学脉冲展宽器被串联配置于所述脉冲激光的光路上。
9.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述激光振荡器是包含窄带化模块的准分子激光装置。
10.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述激光振荡器是自由振荡的准分子激光装置。
11.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述激光振荡器是固体激光器系统。
12.根据权利要求11所述的激光装置，其中，
所述固体激光器系统包含半导体激光器和半导体光放大器。
13.一种脉冲宽度扩展装置，其使脉冲激光的脉冲宽度扩展，其中，
所述脉冲宽度扩展装置包含被配置于所述脉冲激光的光路上的第1光学脉冲展宽器、第2光学脉冲展宽器和第3光学脉冲展宽器，
在设所述第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设所述第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设所述第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，
L2为L1的2以上的整数倍，
L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
14.根据权利要求9所述的脉冲宽度扩展装置，其中，
L3满足(n-0.65)×L1≤L3≤(n-0.35)×L1。
15.根据权利要求9所述的脉冲宽度扩展装置，其中，
所述脉冲宽度扩展装置还具有被配置于所述脉冲激光的光路上的第4光学脉冲展宽器，
在设所述第4光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L4、设m为2以上的整数的情况下，
L4满足(m-0.25)×L1≤L4≤(m+0.25)×L1。
16.一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宽度被扩展后的激光；
将所述激光输出到曝光装置或激光照射装置；以及
在所述曝光装置内在感光基板上曝光所述激光，或者在所述激光照射装置内对被照射物照射所述激光，以制造电子器件，
所述激光装置包含：
激光振荡器，其输出脉冲激光；
第1光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上；
第2光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上；以及
第3光学脉冲展宽器，其被配置于所述脉冲激光的光路上，
在设所述第1光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L1、设所述第2光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L2、设所述第3光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L3、设n为2以上的整数的情况下，
L2为L1的2以上的整数倍，
L3满足(n-0.75)×L1≤L3≤(n-0.25)×L1。
17.根据权利要求16所述的电子器件的制造方法，其中，
所述激光装置还具有被配置于所述脉冲激光的光路上的第4光学脉冲展宽器，
在设所述第4光学脉冲展宽器的延迟光路的光路长度为L4、设m为2以上的整数的情况下，
L4满足(m-0.25)×L1≤L4≤(m+0.25)×L1。
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