JP5723282B2

JP5723282B2 - 超高パワーレーザチャンバの光学的改善

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Publication number: JP5723282B2
Application number: JP2011533166A
Authority: JP
Inventors: ホンイエ; ロスティスラバロキツキ; ロバートエイバーグステット; アーショフ　アレクサンダー　アイ; アレクサンダーアイアーショフ; ローレンリウ; ジョンダブリュービアテラ; ラジャセカールエイチラオ; レイモンドエフチブルスキー; トーマスピーダフィー; ダニエルジェイダブリューブラウン; ジェイムズジェイフェレル
Original assignee: サイマーリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: US8982922B2; TWI459668B; US20120307858A1; US20100098120A1; WO2010047768A1; CN104009373B; US8284815B2; JP2012506633A; CN102187533B; EP2351167A4; JP6054452B2; EP2351167A1; TW201023461A; KR101681239B1; KR20110086055A; CN104009373A; JP2015130532A; CN102187533A

Description

本出願は、２００８年１０月２１日出願の「超高パワーレーザチャンバの光学的改善」という名称の米国特許仮出願第６１／１０７，３４２号からの優先権を請求するものであり、この特許の内容は、全ての目的のために全体が本明細書において引用により組み込まれている。本出願は、２００８年１０月２３日出願の「超高パワーレーザチャンバの光学的改善」という名称の米国特許仮出願第６１／１０８，０２０号からの優先権を請求するものであり、この特許の内容は、全ての目的のために全体が本明細書において引用により組み込まれている。

開示する主題は、ガス放電レーザのような超高パワーレーザシステムに一般的に関し、より具体的には、ガス放電レーザチャンバ内の光学構成要素を改善する方法及びシステムに関する。

放電ガスレーザは、集積回路フォトリソグラフィ製造工程のような分野での利用が公知である。液浸フォトリソグラフィの出現は、このようなレーザシステムの製造業者に６０〜９０ワットの平均パワー及びそれ以上を生成することができるレーザを提供することを要求し、これは、レーザ光源が、一例として、４ｋＨｚの繰返し数で２０ｍＪ又はそれよりも多くのパルスエネルギ、又は６ｋＨｚで１５ｍＪの出力パルスエネルギを有する出力光パルスを生成する必要があり、前者により結果的に８０ワットのレーザが得られ、後者により９０ワットのレーザが得られることを意味している。

エキシマレーザは、１つのタイプの放電ガスレーザである。エキシマレーザは、１９７０年代中頃から公知である。集積回路リソグラフイに有用なエキシマレーザの説明は、１９９１年６月１１日に付与された「コンパクトなエキシマレーザ」という名称の米国特許第５，０２３，８８４号に説明されている。’８８４の特許は、本出願の出願人に譲渡されている。’８８４特許は、全ての目的のために全体が本明細書において引用により組み込まれている。’８８４特許に説明されているエキシマレーザは、高繰返し数パルスレーザであるが、開示されたレーザは、現代のレーザシステムの約１／３〜１／２の出力パルス繰返し数を有するものであった。

このようなパルス繰返しでこのようなパルスエネルギを生成するために、特に、シードレーザ（主発振器（ＭＯ））が、比較的低い出力パルスエネルギで中心波長のようなパラメータと帯域幅のようなビーム品質パラメータとを微調節するのに利用され、増幅器部分（パワー発振器（ＰＯ）又は発振器でもあるパワーリング増幅器（ＰＲＡ））が、次に、１５〜２０ｍＪ程度のレーザシステム出力パルスを得るためにシードレーザ出力パルスを増幅する用途において、主発振器／パワー発振器構成を使用することが、先に参照した現在特許出願中の特許出願で提案されている。説明の便宜上、本出願を通して、レーザシステムは、主発振器／パワーリング増幅器（ＭＯＰＲＡ）、又はＭＯＰＲＡもそうである主発振器／パワー発振器（ＭＯＰＯ）、又は主発振器／パワー増幅器（ＭＯＰＡ）と呼ぶ場合がある。しかし、本出願の目的上及び特許請求の範囲の意味上、これらの用語は、互換的であることを意図しており、更に、特に断らない限り、シードレーザ／増幅器レーザシステムの種類のものではない、すなわち、開示する主題のいずれの態様もこのようなレーザ構成のある一定の１つ又はそれよりも多くだけに用途が限定されない高パワーレーザシステムを関連の開示内に含むことを意図している。すなわち、関わっているレーザ構成に関係なく、同様に位置し、構成され、かつ利用され、かつこのような高エネルギ光への短期及び／又は長期の露光からの類似の有害な光学的影響に直面する同様の構成要素は、主張する主題の実施形態のあらゆる態様を使用することができる。

このような超高パワーレーザシステム出力パルスを生成する際に直面する問題の一部又は全ては、フラットパネル上などに製造される薄膜トランジスタなどのための結晶半導体材料（例えば、シリコン）を形成するレーザアニールのような用途に使用される広帯域レーザのような超高パワー出力を生成する単一又は二重レーザシステムにおいても直面する場合があることも理解されるであろう。特許請求の範囲の開示及び意味は、別段の明示的制限がない限り、このようなレーザ構成を除外する意味ではない。

増幅レーザ機構としての発振器の利用により、ある一定の作動問題がもたらされ、これは、主として光学フルエンス及び光学的熱移行に誘発される問題であるので、出力パルス繰返し数が増加すると重大度が増加する。本質的に、空洞内でレージングによって生成された有用光が空洞を出ることを可能にするために一方が部分反射性でなければならない空洞を定める２つのミラーにより境界付けられた発振器は、有用光としてレーザ空洞を出るよりも多くのエネルギを各レーザパルスで生成すべきである。空洞内で循環するエネルギと空洞を出るエネルギの間の差は、空洞幾何学形状、部分反射性ミラー（出力カプラ（ＯＣ）と呼ぶ）の反射率のようないくつかのファクタに依存する。しかし、一例として、１５ｍＪの出力パルスエネルギを生成するために、空洞には、２０ｍＪ近辺又はそれよりも多くが見出されるであろう。類似の関係は、出力パルスエネルギが２０ｍＪのように更に高い時に空洞内のエネルギに対して存在する。すなわち、液浸リソグラフィに現在必要とされるようなこのようなレーザによる非常に高い平均パワー出力、例えば、６０〜１００Ｗの発生は、空洞内の光学系を非常に高いフルエンス負荷の下に置き、とりわけ、高い熱応力及び熱移行をもたらす可能性がある。

同様に、重大度は恐らく低いが、広帯域シードレーザ／増幅器レーザ構成による影響が見られる場合があり、増幅器も発振器であるか否かに関わらず、増幅器レーザに対するシードレーザ入力パルスエネルギの方が高く（恐らく一桁だけ）、かつ増幅される。同様に、単チャンバレーザシステム内の光学系さえも高い負荷を受ける場合があり、これは、開示する主題の実施形態の態様にからの恩典を受けることができる。すなわち、本出願人は、空洞が単一のチャンバレーザを形成するか又はシードレーザ／増幅器レーザシステムの増幅器であるか否かに関わらずレーザ空洞において、又は発振空洞を含むか又は単に増幅器レーザ利得媒体を通る一定の光学的に定められた通過数を利用するか否かに関わらず増幅器レーザにおいて、このような高い光学フルエンスの影響を除去するか又は少なくとも低減する手段を提案する。

米国特許仮出願第６１／１０７，３４２号米国特許仮出願第６１／１０８，０２０号米国特許第５，０２３，８８４号米国特許第６０１８５３７号米国特許第６１２８３２３号米国特許第６２１２２１１号米国特許第６３３０２６１号米国特許第６４４２１８１号米国特許第６４７７１９３号米国特許第６５４９５５１号米国特許第６５５３０４９号米国特許第６５６７４５０号米国特許第６６１８４２１号米国特許第６６２５１９１号米国特許第６６５４４０３号米国公開特許出願第２００６０２９１５１７号米国公開特許出願第２００７００７１０５８号米国公開特許出願第２００５０２２６３０１号

残念ながら、このような非常に高いフルエンス／パワーに露出される光学構成要素の多くは、予算上の制約条件、製造上の問題、又は単にこのようなフルエンス／パワー及び／又はこのようなフルエンス／パワーへの長期露光を持続する適切な特性を有する材料の利用可能性のために高パワーレーザビームに向けて最適化されたものではない。光学構成要素が最適化されない時に、最適以下の光学構成要素は、伝達的に又は全内部反射によりレーザビームを光学構成要素に通過させるのではなく、レーザの一部を吸収する可能性がある。レーザの一部を吸収すると、光学構成要素は、温度が増加する可能性があり、温度の増加により、光学構成要素は、歪むので光を正しく導かず、それによって性能を劣化させるか又はそうでなければレーザの出力パワーを低減し、又はビーム安定性及び偏光のようなレーザビーム特性を劣化させる。必要とされるものは、高パワーレーザ光路に含める光学構成要素を製造及び／又は利用するより費用効率の高い方法である。

大まかには、開示する主題は、レーザ空洞内又は増幅レージング利得媒体を通る一定数の通過のためのパワー増幅器光路内の改良型光学構成要素を提供することによってこれらの必要性を満たすものである。開示する主題は、工程、装置、システム、又はデバイスとしてのものを含む多くの方法に実施することができることを認めるべきである。開示する主題の実施形態のいくつかの態様を以下に説明する。

開示する主題の態様は、プリズムの第１の反射面上にある第１の入射点と、プリズムの第１の反射面及び第２の反射面の間に形成されて面取り面を有する面取りコーナとの間の第１の距離を増大する段階、プリズムの第２の反射面上にある第２の入射点と面取りコーナの間の第２の距離を増大する段階、及びプリズムの面取りコーナの面取り面の反射率を増大する段階のうちの少なくとも１つから構成されるビーム反転器プリズムのレーザ吸収を低減する方法を含む。

第１の距離及び第２の距離のうちの少なくとも一方を増大する段階は、プリズムとレーザ源の間の第３の距離を増大する段階を含むことができる。第３の距離は、プリズムの第１の反射面上の第１の入射点とレーザ源のレーザ出力窓との間の距離に等しいとすることができる。

第１の距離及び第２の距離のうちの少なくとも一方を増大する段階は、プリズムの面取りコーナの面取り面の幅を低減する段階を含むことができる。プリズムの面取りコーナの面取り面の幅は、約０．５ｍｍよりも小さいとすることができる。

プリズムの面取りコーナの反射率を増大する段階は、プリズムの面取りコーナの面取り面を研磨する段階を含む。プリズムの面取りコーナの面取り面の反射率を増大する段階は、面取り面に精密表面仕上げを適用する段階を含むことができる。プリズムの面取りコーナの面取り面の反射率を増大する段階は、第１の入射面又は第２の入射面のうちの少なくとも一方の反射面仕上げに実質的に等しい仕上げまで面取りコーナの面取り面を研磨する段階を含むことができる。

開示する主題の態様は、プリズムの入力面の反対側の面取りコーナを含むビーム反転器プリズムを含み、面取りコーナは、第１の反射面と第２の反射面の間にあり、面取りコーナは、面取り面を有し、面取り面は、幅が約０．５ｍｍを下回り、面取り面は、精密表面仕上げを有する。ビーム反転器プリズムは、プライムカットビーム反転器プリズムとすることができる。

開示する主題の態様は、熱応力及び機械的応力を含む光学構成要素に対する物理的応力複屈折を識別する段階と、選択された光学構成要素に対する理想的な複屈折モデルを識別する段階と、選択された光学構成要素に対する複数の結晶配列をモデル化する段階と、選択された光学構成要素に対する複数の結晶配列の各々のものの中に選択された光学構成要素に対する熱応力及び機械的応力を印加する段階と、選択された光学構成要素に対する複数の結晶配列の各々のものに対応する複数の複屈折モデルの１つを生成する段階と、複屈折モデルの複数の各々のものを理想的な複屈折モデルと比較する段階と、理想的な複屈折モデルに最も緊密に適合する選択された光学構成要素に対する複数の結晶配列のうちの対応するものを選択する段階とを含む光学構成要素のためのプライムカットを判断する方法を含む。

開示する主題の別の態様は、シードレーザ源とシードレーザ出力に結合されたレーザ入力を有するパワーリング発振器とを含むレーザを含む。パワーリング発振器は、第１の入力プリズム、第１の出力プリズム、第１の窓、第２の窓、ビーム反転器、第２の出力プリズム、及び出力カプラを含み、第１の出力プリズム、第１の窓、第２の窓、ビーム反転器、及び出力カプラのうちの少なくとも１つは、プライムカット光学構成要素である。

レーザはまた、ビーム分割器及びパルス伸長器を含むことができる。パワーリング発振器のレーザ入力は、折り返しミラーを通じてシードレーザ出力に光学的に結合することができる。

第１の出力プリズムは、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向された第１の出力プリズムの結晶構造を有するプライムカットプリズムとすることができる。第１の窓は、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向された第１の窓の結晶構造を有するプライムカット窓とすることができる。第２の窓は、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向された第２の窓の結晶構造を有するプライムカット窓とすることができる。ビーム反転器は、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向されたビーム反転器プリズムの結晶構造を有するプライムカットビーム反転器プリズムを含むことができる。出力カプラは、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向された出力カプラの結晶構造を有するプライムカット出力カプラとすることができる。

開示する主題の他の態様及び利点は、一例として開示する主題の原理を示す添付図面と共に以下の詳細説明から明らかであるであろう。

開示する主題は、添付図面と共に以下の詳細説明により容易に理解されるであろう。

開示する主題の実施形態の態様によるＭＯＰＲＡシステムのブロック図である。開示する主題の実施形態の態様によるパワーリング増幅器及びビーム反転器を通る光路の側面図である。開示する主題の実施形態の態様によるパワーリング増幅器及びビーム反転器（尺度通りに図示せず）を通る光路の上面図である。開示する主題の実施形態の態様によるＰＲＡのＷＥＢを通る光路の詳細な上面図である。ＰＲＡの出力での付加的な光学要素と共に図１に示す光学トレインの一部の斜視図である。開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器及びビーム反転器を通る光路の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器及びビーム反転器を通る光路の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器及びビーム反転器を通る光路の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器性能を改善する方法の作動の流れ図である。開示する主題の実施形態の態様による出力カプラのプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による出力カプラのプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による第３のプリズムのプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による第３のプリズムのプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による右チャンバ窓のプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による右チャンバ窓のプライムカットの図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカットを識別する方法の流れ図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカット光学構成要素の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカット光学構成要素の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカット光学構成要素の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカット光学構成要素の詳細図である。開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカット光学構成要素の詳細図である。

ここで、例えば、パワーリング増幅器の空洞内の改良型光学構成要素に関する開示する主題の実施形態のいくつかの例示的な態様を以下に説明する。開示する主題は、本明細書に示す特定の詳細の一部又は全てなしでも実施することができることが当業者には明らかであろう。

図１は、開示する主題の実施形態の態様によるＭＯＰＲＡシステム４のブロック図である。レーザビームは、日本の施設ではキヤノン又はニコンにより又はオランダの施設ではＡＳＭＬによって供給されるステッパ又はスキャナ機械のようなリソグラフィ機械２の入力ポートで供給される。このレーザシステムは、４，０００〜６０００Ｈｚ又はそれを超えるパルス繰返し数でシステムのパルスエネルギ及び蓄積線量エネルギ出力を制御するレーザエネルギ制御システムを含む。システムは、パルス及び線量エネルギのフィードバック及びフィードフォワード制御の両方を用いて主発振器８レーザチャンバとパワーリング増幅器１０レーザチャンバのようなパワー発振器とにおける互いに対する放電の極めて正確なトリガを提供する。

ＭＯＰＯ／ＭＯＰＲＡシステム４は、スキャナ２の入力ポートにレーザビームを送出する封入ビーム経路をもたらすビーム送出ユニット６を含む。この特定の光源システムは、主発振器８と、発振器空洞、すなわち、パワー発振器（ＰＯ）も形成し、かつＭＯＰＯシステムとして公知のタイプのレーザシステム、具体的にここではＭＯＰＲＡシステムであるパワーリング増幅器１０とを含む。ＭＯＰＲＡシステム４は、パルス伸長器１６も含む。

主発振器８及びパワーリング増幅器１０は、対応する放電チャンバ８Ａ、１０Ａを含む。放電チャンバ８Ａ、１０Ａは、２つの長形電極、レーザガス、電極と熱交換器の間でガスを循環させるタンジェンシャルファンを含む。主発振器８は、パワーリング増幅器１０内の発振により、又はレーザビーム１４Ｂを生成するためにパワー増幅器１０を通る複数の通過により増幅される第１のレーザビーム１４Ａを生成する。

主発振器８は、出力カプラ８Ｃと線狭化パッケージ８Ｂとによって形成された共振空洞を含む。主発振器８のための利得媒体は、主発振器放電チャンバ８Ａ内に収容された２つの長さ５０ｃｍの長形電極間で生成される。パワーリング増幅器１０は、放電チャンバ８Ａと実質的に類似である放電チャンバ１０Ａを含む。パワーリング増幅器１０は、共振空洞も形成する出力カプラ（図２Ｄ内の２２４）も有する。このＭＯＰＲＡ構成により、波長安定性及び超狭帯域幅のようなビーム品質パラメータを最大にするように主発振器８を設計及び作動することができる。パワーリング増幅器１０は、パワー出力を最大にするように設計及び作動される。増幅器部分としてのリングパワー増幅器の形態でパワー発振器を利用する図１に示すシステムは、ビーム品質の実質的な改善と共に６０〜９０ワット又はそれよりも多くの紫外線パワーを生成する１５ｍＪ／パルス（又はそれよりも多く、必要に応じて）４〜６ｋＨｚのＡｒＦレーザシステムである。

ビーム反転器改良
図２Ａは、開示する主題の実施形態の態様によるパワーリング増幅器１０Ａ及びビーム反転器２８を通る光路の側面図である。図２Ｂは、開示する主題の実施形態の態様によるパワーリング増幅チャンバ１０Ａ及びビーム反転器２８（尺度通りに図示せず）を通る光路の上面図である。図２Ｄは、開示する主題の実施形態の態様による最大反射性ミラー（適切な公称中心波長のための）である折り返しミラー２２２及び出力カプラ２２４、ビーム低減／ビーム拡大プリズムセット２３０、２３６、２２８を含むＰＲＡのＷＥＢ２６を通る光路の詳細な側面図である。図２Ｃは、ＰＲＡチャンバ１０Ａの出力での付加的な光学要素と共に図１に示す光学トレインの一部の斜視図を示している。図１において上述したように、主発振器８は、ＰＲＡのＷＥＢ２６にレーザ光１４Ａを出力する。図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、レーザビーム１４Ａは、ＰＲＡのＷＥＢ２６に入り、最初に、出力カプラ２２４を通じて最大反射性ミラー２２７にレーザビーム１４Ａを誘導する折り返しミラー２２２に遭遇する。レーザビーム１４Ａは、出力カプラ２２４を通過するが、出力カプラは、レーザビームが出力カプラ２２４を通過する時にレーザビームに実質的に影響を与えない。最大反射器２２７は、第１のプリズム２２８及び第３のプリズム２３０を通るようにレーザビーム１４Ａを反射する。第３のプリズム２３０は、右チャンバ窓２３２とＰＲＡチャンバ１０Ａを通り左チャンバ窓２３４を通ってビーム反転器２８に至る望ましい光路とにレーザビーム１４Ａを整列させる。

ビーム反転器２８から、レーザビーム経路は、左チャンバ窓２３４に戻り、ＰＲＡチャンバ１０Ａ及び右チャンバ窓２３２を通って第３のプリズム２３０に至る。第３のプリズム２３０は、光路を第２のプリズム２３６にシフトし、第２のプリズム２３６は、出力カプラ２２４に光路を進ませ、出力カプラは、この時点で増幅済みであるレーザビーム１４Ｂをビーム解析モジュール（ＢＡＭ）、ビーム分割器３８に、次に、ビーム伸長器１６に、次に、自動シャッター５２に、最終的にレーザ光利用デバイス又はシステム（例えば、以前の図１に示すように下流側リソグラフィシステム２）に誘導する。

図３Ａは、開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器２８を通る光路の部分概略かつ尺度通りではない詳細光路図である。レーザビーム１４Ａは、左のチャンバ窓２３４を出て、ビーム反転器プリズム３００の第１の面３０２に誘導される。ビーム反転器プリズム３００の第１の面３０２は、ビーム反転器プリズムの第２の面３０４上の第１の入射点３０４Ａに入力レーザビームを誘導する。第２の面３０４は、第３の顔３０６上の第２の入射点３１０Ａに入力レーザビームを反射する。第３の面３０６は、第１の面３０２に入力レーザビームを反射し、第１の面３０２は、この時点で反射されたレーザビーム１４Ａ’を左チャンバ窓２３４に誘導する。

ビーム反転器プリズム３００は、精密光学材料で製造され、かつ精密光学仕上面３０２、３０４及び３０６を有する精密光学デバイスである。ＰＲＡ増幅チャンバ１０Ａの放電領域を通過するビームは、図２Ｂに示すように（尺度通りではない）非対称であるが、実際は、増幅誘導発光による増幅に向けて放電によって形成されたレーザガス利得媒体の幅の狭い横幅（約３ｍｍ）を本質的に通過するように互いにほぼ整列しているので、ビーム反転器２８の全内部反射プリズム３００の形状及びビーム経路は、非常に厳しく制御される。一般的に、ビーム反転器プリズム３００のコーナは、縁応力を低減するためにかつコーナの欠け落ちを低減するためなどの光学的製造における標準的慣例としてプリズム３００をより耐久性があるものとするために面取りされる。一例として、ビーム反転器プリズム３００のコーナ３１０は、面取りされた状態で示されている。コーナ３１０の面取り部は、約１ｍｍの幅を有する。本出願人は、初期レーザビーム１４Ａが第１の入射点３０４Ａ及び第２の入射点３１０Ａの上ではなくコーナ３１０の面取り部に当たった場合、コーナ３１０は、レーザビーム１４Ａを吸収し始め、ビーム反転器プリズム３００は、加熱して不要な熱応力をビーム反転器プリズム３００に加えると判断した。それによって放電領域とＰＲＡ１０の出力カプラ端部の光学系との非常に有害なプリズム歪み誘発ビーム不整列が発生する可能性がある。たとえ光線１４Ａが面取りコーナ３１０に衝突しないとしても、プリズム３００を通過することによって散乱したＤＵＶ光は、コーナ３１０を加熱する可能性がある。

コーナ３１０の面取り部に衝突するか又はその近くを通ることができる初期レーザビーム１４Ａの量を最小にする１つの手法は、初期レーザビーム１４Ａが第１の面３０２に入る前に通過すべきである面取り部マスク３２０を含むことである。面取り部マスク３２０は、マスク３２０により作り出されたレーザ陰影域内にコーナ３１０の面取り部を置くことを試みるものである。しかし、初期レーザビーム１４Ａ及び反射レーザビーム１４Ａ’が超狭角度β（一般的に１０ミリラジアン未満の尺度で）で分離される時に、初期レーザビーム１４Ａと反射レーザビーム１４Ａ’間の分離は、コーナ３１０の一般的な幅１ｍｍの面取り部と同じ幅に非常に近い。換言すると、入射点３０４Ａとコーナ３１０の第１の面取り部間の第１の距離３０４Ｂは、ゼロに近づいており、同様に、第２の入射点３１０Ａとコーナ３１０の面取り部間の第２の距離３１０Ｂは、ゼロに近づいている。

ビーム反転器プリズム３００に１つの改良は、コーナ３１０の面取り部の幅を幅約０．５ｍｍ未満に低減することである。この面取り面の狭幅化には、ビーム反転器プリズム３００の光学製造業者による処理の精密化が必要であり、従って、経費が増大するが、面取り部の狭幅化により、距離３０４Ｂ及び３１０Ｂが増大し、従って、コーナ３１０の面取り部に当たるか又は近づく初期レーザビーム１４Ａの量が低減する。

ビーム反転器プリズム３００に別の改良は、コーナ３１０の面取り部の表面の仕上げを改良することである。一例として、コーナ３１０の面取り部は、光学的に研磨することができる。コーナ３１０の面取り部を光学的に研磨することにより、面取り部に衝突するあらゆる光を優先して反射するか又は吸収ではなくて伝達させる。

コーナ３１０の面取り部の表面に衝突する光の量を低減するビーム反転器プリズム３００の更に別の改良は、プリズム３００とＰＲＡチャンバ１０Ａの左チャンバ窓２３４間の距離３３０を増大することである。一般的に、ビーム反転器プリズム３００及び左チャンバ窓２３４は、一般的に約１００ｍｍと約１０００ｍｍの範囲である距離３３０により分離される。

プリズムビーム反転器プリズム３００を左チャンバ窓２３４から更に移動すると、初期レーザビーム１４Ａと反射レーザビーム１４Ａ’間の距離３３２は、両ビームを分離する角度βにより増大する。角度βが一般的に約１０ミリラジアン未満という尺度であるとしても、例えば、４０ｍｍのような数十ミリメートルでさえも、距離３０４Ｂ及び３１０Ｂをも増大するのに十分な距離３３２を増大することができ、それによって３０４Ａと３１０Ａ間のビーム経路が更に分離され、散乱ＤＵＶ光は、面取り部３１０に衝突する可能性が低くなり、及び／又は衝突すればエネルギが少なくなる。

ビーム反転器プリズム３００のこれらの改良の各々は、単独又は組み合わせて用いて、ビーム反転器プリズムの性能を改善し、面取りコーナ３１０により吸収される光の量を低減することができることも理解すべきである。一例として、改良型ビーム反転器プリズム３００は、左チャンバ窓２３４から更に４０ｍｍの場所に設けることができ、コーナ３１０の面取り部は、約０．５ｍｍに狭幅化することができるので、面取り部は、伝達性又は反射性を上げるように研磨することができる。

図４は、開示する主題の実施形態の態様によるビーム反転器３００の性能を改善する方法作動４００の流れ図である。作動４０５においては、第１の反射面３０４上の第１の入射点とコーナ３１０の面取り部の間の第１の距離３０４Ｂを増大する。第１の距離３０４Ｂは、面取り部を小形化することにより、又は表面３０２で初期レーザビーム１４Ａ及び反射レーザビーム１４Ａ’の分離を増大することによって増大することができる。

作動４１０においては、第２の反射面３０６上の第２の入射点とコーナ３１０の面取り部の間の第２の距離３１０Ｂを増大する。第２の距離３１０Ｂは、面取り部を小形化することにより、又は表面３０２で初期レーザビーム１４Ａ及び反射レーザビーム１４Ａ’の分離を増大することによって増大することができる。作動４０５及び４１０は、同時に実行することができ、通常、同時に実行される。

作動４１５においては、コーナ３１０の面取り部の表面仕上げは、より反射性の仕上げに研磨することができる。上述のように、面取りコーナ３１０上のより反射性の仕上げにより、吸収される光の量が低減されて反射光の量が増大する。一例として、面取りコーナの表面は、業界で公知のように精密研磨まで研磨することができる。面取りコーナの表面は、反射性仕上げに研磨することができる。面取りコーナの表面は、プリズム３００の第１の面３０２、第２の面３０４、及び第３の面３０６と同じ仕上げに研磨することができる。

光学構成要素の改良
以前の図２Ｂを再び参照すると、入力レーザ１４Ａ経路は、主発振器からＰＲＡのＷＥＢ２６に入る。ＰＲＡのＷＥＢ２６内の光学構成要素２２２、２２４、２２７、２２８、２３０は、ＰＲＡチャンバ１０Ａを通るように入力レーザビームを誘導し、入力レーザ１４Ａは、増幅され、次に、反射レーザ１４Ａ’をＰＲＡチャンバ１０Ａに戻すビーム反転器２８に通され、反射レーザ１４Ａ’は、更に増幅され、更に増幅されたレーザ１４Ｂは、出力カプラ２２４に通される。出力カプラ２２４は、発振空洞を形成し、かつ放電中にＰＲＡ１０Ａ内の電極間の励起レーザガス利得媒体を通じた発振中のレーザパルス強度増強を可能にする例えばチャンバに戻る約１０％と約６０％の間（例えば、約２０％）の反射率を有する部分反射性ミラーであり、従って、ＰＲＡからの出力パルスが形成される。パルス１４Ｂの増幅レーザビームは、ＢＡＭビーム分割器３８及びビームパルス伸長器１６及び自動シャッター５２に出力される。

パルス１４Ｂの増幅出力レーザビームは、パルスのエネルギ／面積において、このタイプの用途で以前に遭遇したものよりも密度が高いレーザである。従って、より高いパワー密度により、ＰＲＡチャンバ１０Ａを出てＰＲＡのＷＥＢを通過して出力カプラ２２４に至る時にビームがプリズム２３０及び２３６において拡張されるとしてもパルス１４Ｂの増幅レーザビームを誘導する光学構成要素に対する応力が増大する可能性がある。増幅レーザ１４Ｂを誘導する光学構成要素には、左チャンバ窓２３４、ビーム反転器プリズム３００、右チャンバ窓２３２、第３のプリズム２３０、程度は多少劣るが依然として光学的悪影響の観点から、第２のプリズム２３６、出力カプラ２２４、ＢＡＭビーム分割器３８、ビームパルス伸長器１６、及び自動シャッター５２がある。

先に記載したような光学構成要素は、一般的に結晶質構造である。それらは、パルス１４Ｂの増幅レーザビームが構成される２４８ｎｍ及び特に１９３ｎｍのような超短波長で、かつＰＲＡ空洞（又は、例えば、増幅器を通る多重通過ＰＡ）内の光学系及び特に第３のプリズム２３０、チャンバ窓２３２、２３４及びビーム反転器３００と比較して、超高パルスエネルギレーザ光パルスを伝導する必要がある。一例として、それらは、結晶質構造を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ２）から製造することができる。フッ化カルシウム結晶質の構造は、応力が材料に存在する時に固有の複屈折及び付加的な複屈折を有する。複屈折は、材料が入射ビームの偏光状態に基づいて異なる屈折率を有することができる現象である。しかし、固有の複屈折は、実質的に一定であり、かつ結晶配向だけに依存し、一方、応力複屈折は、結晶質構造に掛かる機械的応力の関数である。ＣａＦ２の高パワー印加の殆どに対して、応力複屈折は、固有の複屈折よりも実質的に高く、固有の複屈折は、無視することができる。機械的応力は、結晶質構造の取付け方法、及び結晶質構造に適用された温度変化により引き起こされる可能性がある。

理想的な複屈折は、各特定の光学構成要素に従うものであり、かつその特定の光学構成要素が使用されるように設計される時の目的、及びその光学構成要素からどのような正確な性能が望まれているのかに基づいている。一例として、特定の偏光が望ましい場合に、一般的に、できるだけ１００％に近い望ましい偏光光を伝導するように最適化された光学構成要素が選択されることになる。

上記に鑑みて、特定の光学構成要素に対して理想的又は最小の複屈折結果を識別することが重要である。理想的な複屈折は、結晶質構造を通る光路の方向に対する結晶質構造の配向及び光学構成要素の表面に対する結晶質構造の配向を含む結晶質構造のいくつかの態様の関数である。

図５Ａ〜図５Ｂは、開示する主題の実施形態の態様による出力カプラ２２４のプライムカットの様々な図を示している。プライムカット出力カプラ２２４は、平坦な光学面５０２、５０３及び円形周囲を有するフッ化カルシウム結晶質構造である。プライムカット出力カプラ２２４は、表面５０２に対する法線５０６から１２±２°を有する結晶軸［１１１］５０４の方向を有する。図５Ａでは、プライムカット出力カプラ２２４は、光学面法線及び〔１１１〕によって定められた平面に垂直として結晶軸：

の方向を示す。指標マークは、パルス１４Ｂの増幅レーザ出力ビームが表面に対する法線５０６に対して４５°で表面５０３に入射して複屈折を最小にするように、出力カプラを整列させるためにプライムカット出力カプラ２２４上に含めることができる。

図６Ａ〜図６Ｂは、開示する主題の実施形態の態様による第３のプリズム２３０のプライムカットの様々な図を示している。プライムカット第３プリズム２３０は、２０°分離された光学面６０２及び６０３を有するフッ化カルシウム結晶プリズム構造である。プライムカット第３プリズム２３０は、表面６０２に対する法線から９７±約２°として図６Ａに示す結晶軸［１１１］６０４の方向を有する。図６Ｂでは、プライムカット第３プリズム２３０は、光学面法線及び結晶軸［１１１］によって定められた平面に垂直として結晶軸：

の方向を示している。増幅レーザ１４Ｂは、表面６０３にその表面に対する法線に対してある一定の入射角で入射する。増幅レーザ１４Ｂと表面６０３間の入射角は、約６８°±約５°である。

図７Ａ〜図７Ｂは、開示する主題の実施形態の態様による右チャンバ窓のプライムカットの様々な図を示している。プライムカット右チャンバ窓２３２は、平坦な光学面７０２、７０３及び円形周囲を有するフッ化カルシウム結晶質構造とすることができる。プライムカット右チャンバ窓２３２は、表面７０３に対する法線７０６から１９±約２°としての図７Ｂに示す結晶軸［１１１］７０４の方向を有する。図７Ａでは、プライムカット右チャンバ窓２３２は、光学面法線及び結晶軸［１１１］によって定められた平面に垂直として結晶軸：

の方向を示している。指標マークは、増幅レーザ１４Ｂが、表面７０２にその表面に対する法線７０６に対してある一定の入射角で入射して複屈折を最小にするように、右チャンバ窓を整列させるためにプライムカット右チャンバ窓２３２上を含めることができる。入射角度は、７０°±約５°である。左チャンバ窓２３４のプライムカットは、上述のようにプライムカット右チャンバ窓２３２と実質的に類似である。

図３Ａを再び参照すると、プライムカットビーム反転器プリズム３００は、平坦な光学面３０２、３０４、３０６を有するフッ化カルシウム結晶質構造である。プライムカットビーム反転器プリズム３００は、第１の光学面３０２に対する法線３４６から角度３５０であるとして示す結晶軸［１１１］３５２の方向を有する。角度３５０は、２０±約２°とすることができる。初期レーザビーム１４Ａは、表面３０２にその表面に対する法線３４６に対して角度３４８で入射する。角度３４８は、約５６．５°±約２°である。

図８は、開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のためのプライムカットを識別する方法の流れ図である。作動８１０においては、複屈折特性の最適化に向けてシステム内の光学構成要素を選択する。

作動８２０においては、選択された光学構成要素のための理想的な複屈折モデルが識別され、選択された光学構成要素に対して固有の複屈折特性を識別する段階を含む。

作動８３０においては、選択された光学構成要素に対して複数の複屈折モデルを識別するために、選択された光学構成要素に対する応力複屈折特性を評価する。応力複屈折特性には、選択された光学構成要素の応力複屈折特性に影響を与える可能性がある機械的応力、熱応力、及びあらゆる他の応力がある。

作動８４０においては、複数の識別された複屈折モデルの各々のものが、選択された光学構成要素のための識別された理想的な複屈折モデルと比較される。

作動８５０においては、識別された理想的な複屈折モデルに最も緊密に類似する複数の識別された複屈折モデルの１つを選択する。作動８６０においては、付加的な光学要素が最適化されることを必要とする場合、作動８７０において、方法の作動は、以下に説明するように続行する。

付加的な光学要素が最適化されることが必要とされない場合、方法の作動は、終了することができる。作動８７０においては、その後の光学構成要素を選択し、方法の作動は、上述のように作動８１０で始まる。

図９Ａ〜図９Ｅは、開示する主題の実施形態の態様による高パワーＵＶレーザシステム内の選択された光学構成要素のプライムカット光学構成要素の詳細図である。図９Ａは、高パワーＵＶレーザシステム内のプライムカット光学構成要素を含む光路の上面図である。図９Ｂは、高パワーＵＶレーザシステム内のプライムカット光学構成要素を含む光路の側面図である。図９Ｃは、ＰＲＡのＷＥＢ２６の詳細な側面図である。上述のように、応力複屈折の最小化は、レーザ性能を改善することができる。ＰＲＡのＷＥＢ２６は、折り返しミラー２２２、出力カプラ２２４、最大反射性ミラー（適切な公称中心波長のため）Ｒｍａｘ２２７、及びビーム低減／ビーム膨張プリズムセット２３０、２３６、２２８を含む。図９Ｄは、ビーム反転器プリズム３００の詳細図である。図９Ｅは、右チャンバ窓２３２の詳細図である。ビーム入射角及び結晶配向は、光学系がプライムカットを有する６つの異なる位置にある状態で示されている。結晶軸［１１１］方向を光学構成要素の各々に対して図９Ｃ〜図９Ｅに示している。軸：

方向は、図の平面に垂直にあり、円及び中心点は、軸：

方向が上方を指すことを示し、円及び十字は、軸：

方向が下方に指して図の平面に入ることを示している。

応力複屈折は、結晶構造配向に実質的に依存する可能性がある。一例として、チャンバ窓２３２、２３４の開口内の何らかの区域に対して、偏光損失は、単に結晶配向を調節することによってほぼ１００％からほぼ０に変えることができる。この観測により、複屈折を最小にする機会が特定される。具体的には、選択された光学系の結晶構造は、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向することができる（すなわち、プライムカット光学配向）。実験的に検証された複屈折モデルを用いて、あらゆる結晶配向の偏光損失を計算することができる。

全ての可能な結晶配向及び対応する偏光損失を比較することにより、最小の損失をもたらす最小の偏光損失及び対応する結晶配向を識別して結晶窓設計に利用することができる。本方法は、チャンバ窓設計における偏光損失を最小にするのに使用されることになる。

結晶配向は、各光学構成要素に対して調べることができる。結晶軸［１１１］及び

は、固有の結晶配向を定める。結晶軸［１１１］は、ｘ〜ｚ平面で設定され、ｚ軸からｘ軸までｙ軸に沿って区分的に回転する（θ：０〜９０°）。次に、結晶軸［１１１］は、Ｚ軸に沿って回転する。（Φ：０〜３６０°）。次に、

は、［１１１］に沿って回転する（Ψ：０〜３６０°）。

各結晶配向に対する偏光損失を比較するために、単一の測定基準：ＰＲＡ／ＭＯレーザビーム経路全体内の平均偏光損失ＰＬ（θ、Φ、Ψ）を計算し、プロットし、かつ比較する。２−ｄにおいて偏光損失をプロットするために、ＰＬ（θ、Φ、Ψ）は、Ψの範囲全体（０〜３６０°）でＰＬ（θ、Φ、Ψ）の最小値を取ることにより、ＰＬＭ（θ、Φ）に変形することができる。

以下の米国特許及び米国公開特許出願、すなわち、Ｈｏｆｍａｎｎ他による「高信頼モジュール製品品質狭帯域高繰返し数Ｆ２レーザ」という名称の米国特許第６０１８５３７号と、Ｍｙｅｒｓ他による「高信頼モジュール製品品質狭帯域高繰返し数エキシマレーザ」という名称の米国特許第６１２８３２３号と、Ａｚｚｏｌａ他による「衝撃波消散レーザチャンバ」という名称の米国特許第６２１２２１１号と、Ｉｓｈｉｈａｒａ他による「高信頼モジュール製品品質狭帯域高繰返し数Ａｒｆエキシマレーザ」という名称の米国特許第６３３０２６１号と、オリバー他による「極限繰返し数ガス放電レーザ」という名称の米国特許第６４４２１８１号と、オリバー他による「改良型送風機モータを有する極限繰返し数ガス放電レーザ」という名称の米国特許第６４７７１９３号と、Ｎｅｓｓ他による「正確なタイミング制御による注入シードレーザ」という名称の米国特許第６５４９５５１号と、Ｂｅｓａｕｃｅｌｅ他による「低パルスエネルギ及び高繰返し数を有するＡｒＦレーザ」という名称の米国特許第６５５３０４９号と、Ｍｙｅｒｓ他による「超狭帯域２チャンバ高繰返し数ガス放電レーザシステム」という名称の米国特許第６５６７４５０号と、Ｄａｓ他による「正確なパルスタイミング制御による高繰返し数ガス放電レーザ」という名称の米国特許第６６１８４２１号と、Ｋｎｏｗｌｅｓ他による「超狭帯域２チャンバ高繰返し数ガス放電レーザシステム」という名称の米国特許第６６２５１９１号と、Ｕｊａｚｄｏｗｓｋｉ他による「ガス放電レーザのための侵蝕パッド付き流動成形電極」という名称の米国特許第６６５４４０３号と、Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ他による「高パルス繰返し数ガス放電レーザ」という名称の米国公開特許出願第２００６０２９１５１７号と、Ａｍａｄａ他による「ガス放電レーザシステム電極及びこれに電気エネルギを送出するための電源」という名称の米国公開特許出願第２００７００７１０５８号と、Ｐａｒｔｌｏ他による「ガス放電レーザチャンバ改良」という名称の米国公開特許出願第２００５０２２６３０１号の各々は、本出願の出願人により所有され、かつ全ての目的に対してここで引用によりその全体を組み込むものとする。

開示する主題の実施形態の以上の態様を念頭に入れて、本発明は、選択された光学構成要素のモデルの複屈折パターンのコンピュータモデルのようなコンピュータシステムに格納されたデータに関わる様々なコンピュータ実施演算を使用することができることを理解すべきである。これらの演算は、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及びそうでなければ操作することができる電気信号又は磁気信号の形式を取る。更に、実行される操作は、生成、識別、判断、又は比較という用語で参照されることが多い。

本発明の一部を形成する本明細書で説明する作動のいずれも有用な機械作動である。本発明は、これらの作動を実行するデバイス又は装置に関する。装置は、特に所要の目的に対して構成することができ、又はそれは、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムにより選択的に起動又は構成される汎用コンピュータとすることができる。特に、様々な汎用機械は、本明細書の教示に従って書き込まれるコンピュータプログラムと共に使用することができ、又は必要な作動を行うより特化された装置を構成する方が有利である場合がある。

上述の図の作動によって表される命令は、図示の順番で実行する必要はなく、これらの作動によって表される全ての工程は、本発明を実施するのに必要ではない場合があることは更に認められるであろう。更に、上述の図のいずれかに説明する工程はまた、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又はハードディスクドライブのうちのいずれか１つ又はその組合せに格納されたソフトウエアで実施することができる。

上述の本発明は、明快な理解を目的としてある程度詳細に説明したが、ある一定の変更及び修正は、特許請求の範囲内で実施することができることは明らかであろう。従って、開示する主題の実施形態の本発明の態様は、例示的であって制限的なものではないと考えるものとし、本発明は、本明細書に示す細部に限定されないものとし、特許請求の範囲及び均等物内で修正することができる。

４ＭＯＰＲＡシステム
８主発振器
１０パワーリング増幅器

Claims

ビーム反転器プリズムのレーザ吸収を低減する方法であって、
ビーム反転器プリズムの第１の面（３０２）にレーザビームを誘導する段階と、
前記第１の面から前記ビーム反転器プリズムの第２の面（３０４）上の第１の入射点（３０４Ａ）へ前記レーザビームを誘導する段階と、ここで、前記第２の面（３０４）は前記ビーム反転器プリズムの第１の反射面であり、
前記第１の入射点（３０４Ａ）からの前記レーザビームを第３の面（３０６）上の第２の入射点（３１０Ａ）へ反射する段階と、
ここで、前記第３の面（３０６）は第２の反射面であり、前記ビーム反転器プリズムの前記第２の面（３０４）と第３の面（３０６）の間には面取りされたコーナが配置され、前記面取りされたコーナは面取り面を有し、前記面取り面は、前記第１の面、前記第１の反射面、第２の反射面のうちの少なくとも１つの表面の仕上げと実質的に等しい仕上げとされており、
前記ビーム反転器プリズムを前記レーザビームに対し、前記第１の入射点及び第２の入射点の少なくとも一方を前記面取りされたコーナ（３１０）からさらに離すように配置する段階と、
を備えることを特徴とする方法。
前記ビーム反転器プリズムを前記レーザビームに対し、前記第１の入射点及び第２の入射点の少なくとも一方が前記面取りされたコーナ（３１０）からさらに離されるように配置する段階は、前記ビーム反転器プリズムと前記レーザ源との間の第３の距離が増大するように前記ビーム反転器プリズムをレーザ源に対して配置することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第３の距離は、前記ビーム反転器プリズムの第１の面（３０２）とレーザ源のレーザ出力窓前記との間の距離に等しいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記第１の入射点及び第２の入射点の少なくとも一方を前記面取りされたコーナ（３１０）からさらに離すことは、前記ビーム反転プリズムの前記面取りコーナの前記面取り面の幅を低減する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記プリズムの前記面取りコーナの前記面取り面の前記幅は、約０．５ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記仕上げされた面取り面は、前記ビーム反転器プリズムの熱応力を軽減することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ビーム反転器プリズムは、応力複屈折による偏光損失が最小にされるように配向されたビーム反転器プリズムの結晶構造を有するプライムカットプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記プリズムのプライムカットは、
熱応力及び機械的応力を含む光学構成要素に対する物理的応力複屈折を識別する段階と、
選択された光学構成要素のための理想的な複屈折モデルを識別する段階と、
前記選択された光学構成要素に対して複数の結晶配列をモデル化する段階と、
前記選択された光学構成要素に対する前記熱応力及び前記機械的応力を該選択された光学構成要素に対する前記複数の結晶配列の各々のものの中に印加する段階と、
前記選択された光学構成要素に対する前記複数の結晶配列の各々のものに対応する複数の複屈折モデルの１つを生成する段階と、
前記複数の複屈折モデルの各々のものを前記理想的な複屈折モデルと比較する段階と、を含む方法によって判定され、前記プライムカットは、前記理想的な複屈折モデルともっとも緊密に適合する結晶配列を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。