JP7390377B2 - レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには等価における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィとも呼ばれる。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０～４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化部（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化部によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
特開２０１１－１９２８４９号公報 米国特許出願公開第２０１３／０２７９５２６号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０３３８６２０号明細書
Richard Sandstrom, Measurements of beam characteristics relevant to DUV MICROLITHOGRAPHY on a KrF EXCIMER LASER, SPIE Vol. 1264 Optical/Laser Microlithography Ill (1990) Slava Rokitski; Vladimir Fleurov; Robert Bergstedt; Hong Ye; Robert Rafac; Robert Jacques; Fedor Trintchouk; Toshi Ishihara; Rajeskar Rao; Theodore Cacouris; Daniel Brown; William Partlo, Enabling High Volume Manufacturing of Double Patterning Immersion Lithography with the XLR 600ix ArF Light Source, Optical Microlithography XXII, edited by Harry J. Levinson, Mircea V. Dusa, Proc. of SPIE Vol. 7274,72743O
概要
本開示の１つの観点に係るレーザシステムは、レーザ光を出力する固体レーザ装置と、レーザ光を通過させる放電空間を挟んで対向して配置される一対の放電電極を含み、レーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、固体レーザ装置とエキシマ増幅器の間の光路上に配置され、固体レーザ装置から出力されたレーザ光のビーム断面を拡大するビーム整形部と、ビーム整形部とエキシマ増幅器の間の光路上に配置されたランダム位相板と、ランダム位相板とエキシマ増幅器の間の光路上に配置されたコリメート光学系と、を備え、エキシマ増幅器に入射するレーザ光の進行方向をＺ方向、一対の放電電極の放電方向をＶ方向、Ｖ方向及びＺ方向に直交する方向をＨ方向、エキシマ増幅器に入射するレーザ光のビーム断面のＶ方向に対応するビーム整形部の整形方向を第１方向、ビーム断面のＨ方向に対応するビーム整形部の整形方向を第２方向として、第１方向の拡大率をＥ１、第２方向の拡大率をＥ２とする場合に、ビーム整形部は、Ｅ２／Ｅ１で定義される拡大率比が１を超えるようにレーザ光のビーム断面を拡大する。
本開示の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、レーザ光を出力する固体レーザ装置と、レーザ光を通過させる放電空間を挟んで対向して配置される一対の放電電極を含み、レーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、固体レーザ装置とエキシマ増幅器の間の光路上に配置され、固体レーザ装置から出力されたレーザ光のビーム断面を拡大するビーム整形部と、ビーム整形部とエキシマ増幅器の間の光路上に配置されたランダム位相板と、ランダム位相板とエキシマ増幅器の間の光路上に配置されたコリメート光学系と、を備え、エキシマ増幅器に入射するレーザ光の進行方向をＺ方向、一対の放電電極の放電方向をＶ方向、Ｖ方向及びＺ方向に直交する方向をＨ方向、エキシマ増幅器に入射するレーザ光のビーム断面のＶ方向に対応するビーム整形部の整形方向を第１方向、ビーム断面のＨ方向に対応するビーム整形部の整形方向を第２方向として、第１方向の拡大率をＥ１、第２方向の拡大率をＥ２とする場合に、ビーム整形部は、Ｅ２／Ｅ１で定義される拡大率比が１を超えるようにレーザ光のビーム断面を拡大するレーザシステムによってエキシマレーザ光を生成し、エキシマレーザ光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板上にエキシマレーザ光を露光する。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、レーザシステムの構成例を概略的に示す図である。 図２は、実施形態１に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図３は、ビーム整形光学系の構成を概略的に示す上面図である。 図４は、ビーム整形光学系の構成を概略的に示す側面図である。 図５は、ランダム位相板に入射するシード光ＳＬを模式的に示す図である。 図６は、ランダム位相板の機能を模式的に示す説明図である。 図７は、地点ＰＡにおけるシード光ＳＬのビームダイバージェンスと地点ＰＢにおける増幅レーザ光ＡＬのビームダイバージェンスを示す図である。 図８は、実施形態２に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図９は、実施形態３に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図１０は、図９に示した凹面シリンドリカルミラーを矢印Ｃの方向から見たＣ矢視図である。 図１１は、実施形態４に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図１２は、実施形態５に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図１３は、露光装置の構成例を概略的に示す図である。
実施形態
－目次－
１．用語の説明
２．レーザシステムの概要
２．１ 構成
２．２ 動作
３．課題
４．実施形態１
４．１ 構成
４．１．１ ビーム整形光学系の具体的構造
４．１．２ ランダム位相板の例
４．１．３ ランダム位相板のピッチと凸レンズ、凸面シリンドリカルミラー、凹面シリンドリカルミラーの焦点距離の組み合わせ例
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 作用・効果
６．実施形態３
６．１ 構成
６．１．１ ランダム位相板のピッチと凸レンズ、１枚目の凹面シリンドリカルミラー、２枚目の凹面シリンドリカルミラーの焦点距離の組み合わせ例
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
７．実施形態４
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 作用・効果
８．実施形態５
８．１ 構成
８．２ 動作
８．３ 作用・効果
９．電子デバイスの製造方法
１０．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．用語の説明
本明細書において使用される用語を以下のように定義する。
「ハイブリッドレーザ装置」とは、発振段（マスタオシレータ）と増幅段（増幅装置）とを備えた２ステージレーザ装置において、発振段に固体レーザ装置、増幅段にエキシマレーザ装置を備えた装置をいう。「エキシマ増幅器」とは、増幅段に用いられるエキシマレーザ装置をいう。
本明細書ではレーザ光の進行方向を「Ｚ方向」と定義する。Ｚ方向と垂直な一方向が「Ｖ方向」と定義され、Ｖ方向及びＺ方向に垂直な方向が「Ｈ方向」と定義される。例えば、エキシマ増幅器に入射するレーザ光の進行方向をＺ方向とし、エキシマ増幅器において一対の放電電極が対向する方向、すなわち、放電方向をＶ方向とすることができる。
本明細書における「平行」という用語には、技術的意義において実質的に平行と同等の範囲と見做しうる略平行の概念が含まれてよい。また、本明細書における「垂直」又は「直交」という用語には、技術的意義において実質的に垂直又は実質的に直交と同等の範囲と見做しうる略垂直又は略直交の概念が含まれてよい。
２．レーザシステムの概要
２．１ 構成
図１は、レーザシステム１の構成例を概略的に示す図である。レーザシステム１は、紫外線固体レーザ装置１０と、エキシマ増幅器１２と、を含むハイブリッドレーザ装置である。紫外線固体レーザ装置１０は、波長約１９３．４ｎｍの紫外線のパルスレーザ光をシード光ＳＬとして出力する。紫外線固体レーザ装置１０は、例えば、半導体レーザと、半導体増幅器と、光ファイバ増幅器と、非線形結晶を用いた波長変換システムと、を含んで構成されてよい。
紫外線固体レーザ装置１０は、出力される波長約１９３．４ｎｍのシード光ＳＬがエキシマ増幅器１２に入射するように配置される。なお、紫外線固体レーザ装置１０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に、図示しない高反射ミラーなどの光学素子が配置されてもよい。
エキシマ増幅器１２は、チャンバ１４と、凸面シリンドリカルミラー１６と、凹面シリンドリカルミラー１８と、を含む。チャンバ１４の中には、例えば希ガスとしてＡｒガスと、ハロゲンガスとしてＦ２ガスと、バッファガスとしてＮｅガスと、を含むＡｒＦレーザガスが入っている。
チャンバ１４の中には一対の放電電極２１、２２が放電空間２４を挟んでＶ方向に互いに対向するように配置される。Ｖ方向は、図１における紙面の上下方向（縦方向）に平行な方向である。Ｖ方向は放電方向に相当する。チャンバ１４の外には、図示を省略した高電圧パルス電源が配置される。高電圧パルス電源は、チャンバ１４内に配置された一対の放電電極２１、２２と電気的に接続されている。
チャンバ１４は、波長１９３．４ｎｍ付近のレーザ光を透過するウインドウ２５、２６を含む。ウインドウ２５は、紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬをチャンバ１４内に最初に入射させる入射窓である。ウインドウ２６は、シード光ＳＬを増幅した増幅レーザ光ＡＬをチャンバ１４から最終的に出射させる出射窓である。増幅レーザ光ＡＬは、ウインドウ２６からＶ方向と交差するＺ方向に出射される。Ｚ方向は、図１における紙面の左右方向（横方向）に平行な方向である。
ウインドウ２５、２６は、一対の放電電極２１、２２による放電面に対して傾くように配置される。ここで放電面は、図１における紙面に平行な面（Ｖ－Ｚ面）である。
凸面シリンドリカルミラー１６の凸反射面及び凹面シリンドリカルミラー１８の凹反射面の各々には、波長約１９３．４ｎｍの光を高反射する高反射膜がコートされている。凸面シリンドリカルミラー１６及び凹面シリンドリカルミラー１８は、紫外線固体レーザ装置１０から出力された１９３．４ｎｍのシード光ＳＬを、放電空間２４内で３パス（放電空間２４を３回通過）させるように配置される。これにより、シード光ＳＬは放電方向にビーム拡大され、放電空間２４内で増幅される。
２．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０から出力された波長約１９３．４ｎｍのシード光ＳＬは、凹面シリンドリカルミラー１８の下端部よりもさらに下側を通過し、かつ放電電極２１、２２の長手軸に平行に進行するように放電空間２４に入射する。放電電極２１、２２の長手軸は、図１におけるＺ方向であってよい。
放電空間２４内を放電電極２１、２２の長手軸に平行に進行するシード光ＳＬは増幅され、凸面シリンドリカルミラー１６に入射する。凸面シリンドリカルミラー１６で高反射されたシード光ＳＬは、放電方向にビームが拡大しながら放電空間２４を通過することによってさらに増幅され、凹面シリンドリカルミラー１８に入射する。
凹面シリンドリカルミラー１８に入射したシード光ＳＬは、凹面シリンドリカルミラー１８で高反射され、放電電極２１、２２の長手軸に対してコリメートされて、放電空間２４を再び通過して、さらに増幅される。凹面シリンドリカルミラー１８によりコリメートされて増幅された増幅レーザ光ＡＬは、凸面シリンドリカルミラー１６の上端部よりもさらに上側を通過してレーザシステム１から出射される。増幅レーザ光ＡＬは、シード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向に２．２倍に拡大したプロファイルを有している。レーザシステム１から出射された増幅レーザ光ＡＬは図１に示されていない露光装置へ入射する。
３．課題
現行の典型的な露光装置用レーザ装置においては、発振段（マスタオシレータ）と増幅段（増幅装置）の各々に、エキシマレーザガスをレーザ媒質とするガスレーザ装置が使用される。しかし、放電励起式のエキシマレーザ装置は、その特性上、固体レーザ装置に比べてビーム品質が低く、ビームダイバージェンス（ビーム拡がり角）は縦方向と横方向の割合が大きく異なる。ここでいう縦方向とは放電方向であり、横方向とは放電方向に直交し、かつ、レーザ光の進行方向に直交する方向である。
これに対し、図１に示すレーザシステム１は、放電励起式に比べて高コヒーレンスの紫外線固体レーザ装置１０から出力されるシード光ＳＬをエキシマ増幅器１２によって直接増幅するため、ビーム品質の高い、すなわちビームダイバージェンスの小さい増幅レーザ光ＡＬが得られる。
放電励起式の現行のエキシマレーザ装置の代わりに、図１のような構成のハイブリッドレーザ装置を露光装置に接続して使用することを考えた場合、現行のエキシマレーザ装置のビームダイバージェンスとハイブリッドレーザ装置のビームダイバージェンスとが相違することから、次のような課題が発生する恐れがある。
［課題１］露光装置の中で光路のケラレが起き、スループット等に悪影響が出る。
［課題２］レーザシステム１から出力される増幅レーザ光ＡＬのビーム特性と、現行のエキシマレーザ装置から出力されるレーザ光のビーム特性とが異なるため、露光装置内で不必要な集光等がされて光学素子にダメージを与える等の問題が起こる。
４．実施形態１
４．１ 構成
図２は、実施形態１に係るレーザシステム１Ａの構成を概略的に示す図である。図１に示したレーザシステム１との相違点を説明する。図２に示すレーザシステム１Ａは、紫外線固体レーザ装置１０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に、ビーム整形光学系３０とランダム位相板４０と凸レンズ５０とが配置される。
ビーム整形光学系３０は、紫外線固体レーザ装置１０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に配置される。ビーム整形光学系３０は、紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬの円状のビーム断面のプロファイルを楕円状のビーム断面のプロファイルに整形する。ビーム整形光学系３０は、透過型光学素子及び反射型光学素子のいずれを用いてもよい。シード光ＳＬは、本開示における「レーザ光」の一例である。ビーム整形光学系３０は、本開示における「ビーム整形部」の一例である。
ランダム位相板４０は、ビーム整形光学系３０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に配置される。ランダム位相板４０は、透過型の光学素子である。ランダム位相板４０において、シード光ＳＬが入射する側の面を「第１面」といい、ランダム位相板４０を透過した光が出射される側の面を「第２面」という。ランダム位相板４０の第２面には、複数のセルが周期的に配列される。「セル」とは、光に位相差を与える凹凸パターンの凹部領域又は凸部領域となる所定形状の最小単位領域をいう。ここでの「周期的に」とは空間的に特定の反復パターンで規則的に並ぶことをいう。ランダム位相板４０の第２面は、セルの単位で位相差がπラジアン（１／２波長）となる凹部又は凸部の領域がランダムに配置される。なお、凹凸パターンは、ランダム位相板４０の第１面に形成されていてもよい。
凸レンズ５０は、ランダム位相板４０とエキシマ増幅器１２との間の光路上であって、ランダム位相板４０から凸レンズ５０の焦点距離だけ離れた位置に配置される。凸レンズ５０は、ランダム位相板４０を透過したビームが凸レンズ５０に入射するように配置される。凸レンズ５０はランダム位相板４０を透過したビームをコリメートしてエキシマ増幅器１２に入射させる。凸レンズ５０は本開示における「コリメート光学系」の一例である。凸レンズ５０に代えて、コリメートミラーを配置してもよい。
エキシマ増幅器１２は、シード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大する。好ましくはＭ＝２～６である。
図２に示すエキシマ増幅器１２は、本開示における「３パス増幅器」の一例である。凸面シリンドリカルミラー１６は、本開示における「第１ミラー」及び「凸面ミラー」の一例である。凹面シリンドリカルミラー１８は、本開示における「第２ミラー」の一例である。凸面シリンドリカルミラー１６及び凹面シリンドリカルミラー１８は、本開示における「第１拡大光学系」の一例である。
４．１．１ ビーム整形光学系の具体的構造
図３及び図４は、それぞれビーム整形光学系３０の構成を概略的に示す上面図及び側面図である。本例のビーム整形光学系３０は、一対のシリンドリカルレンズ３２、３４を含む透過型のビーム整形光学系である。一対のシリンドリカルレンズ３２、３４は、ビーム整形光学系３０に入射したシード光ＳＬの光路上にシリンドリカルレンズ３２、３４の順に配置される。
シリンドリカルレンズ３２は、シリンドリカル凹面３２Ａと、シリンドリカル凹面３２Ａの裏面のフラット面３２Ｂとを有するシリンドリカル凹レンズである。シリンドリカルレンズ３４は、シリンドリカル凸面３４Ａと、シリンドリカル凸面３４Ａの裏面のフラット面３４Ｂとを有するシリンドリカル凸レンズである。一対のシリンドリカルレンズ３２、３４により、ガリレオ型のビーム整形光学系を構成する。
すなわち、シリンドリカルレンズ３２は、ビーム整形光学系３０に入射したシード光ＳＬがシリンドリカル凹面３２Ａに入射するように配置される。シリンドリカルレンズ３４は、シリンドリカルレンズ３２を透過したシード光ＳＬがフラット面３４Ｂに入射するように配置される。一対のシリンドリカルレンズ３２、３４は、それぞれの焦点位置Ｆ１、Ｆ２がシード光ＳＬの光路上で一致するように配置される。
一対のシリンドリカルレンズ３２、３４は、シリンドリカル凹面３２Ａ及びシリンドリカル凸面３４ＡがＶ方向に沿って湾曲するように配置される。すなわち、本例のビーム整形光学系３０は、シード光ＳＬをＶ方向に拡大する。
ここで、ビーム整形光学系３０の「拡大率比」を以下のように定義する。すなわち、ビーム整形光学系３０の整形方向のうち、第１方向の拡大率をＥ１、第１方向に直交する第２方向の拡大率をＥ２とする場合に、Ｅ２／Ｅ１を拡大率比と定義する。
第１方向は、エキシマ増幅器の放電方向（Ｖ方向）との関係で特定される。第１方向はＶ方向に対応する方向であり、第２方向はＨ方向に対応する方向である。「対応する方向」とは、光路上の異なる位置のそれぞれのビーム断面において相対的に同じ方向であることをいう。例えば、ビーム整形光学系３０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に、シード光ＳＬの進行方向を変えるミラーなどが存在する場合には、ビーム整形光学系３０における第１方向とエキシマ増幅器１２の放電方向は異なる方向を指す場合がありうる。しかし、ビーム整形光学系３０から出射されるシード光ＳＬのビーム断面における第１方向と、エキシマ増幅器１２に入射するシード光ＳＬのビーム断面におけるＶ方向とは相対的に同じ方向であると理解される。
ビーム整形光学系３０とエキシマ増幅器１２との間の光路上に、シード光ＳＬの進行方向を変えるミラーなどが存在せず、ビーム整形光学系３０から出射されるシード光ＳＬのビーム断面における第１方向が維持されてエキシマ増幅器１２に入射する場合、第１方向はＶ方向と平行であってよい。
本例のビーム整形光学系３０は、拡大率比が１を超えるようにシード光ＳＬのビーム断面を拡大する。ビーム整形光学系３０の拡大率比は、１．５以上であることが好ましい。また、ビーム整形光学系３０の拡大率比は、５以下が好ましい。例えば、Ｅ１＝１であり、Ｅ２は１より大きく５以下の値である。
４．１．２ ランダム位相板の例
ランダム位相板４０は、入射するビームをセルの単位で微小ビームに分割し得る。ランダム位相板４０は、凹部を透過した微小ビームと凸部を透過した微小ビームとの位相差が例えばπラジアンとなるように、凹部と凸部の段差が設計される。
分割された微小ビームに位相差を与える凹凸パターンの最小単位領域であるセルの形状は、例えば四角形である。セル形状は、六角形、又は多角形であってよく、単一種類の図形で平面を隙間無く充填することができる平面充填可能な各種の形状があり得る。セルは、等方の領域形状を有する。
セルの形状の「等方」を次のように定義する。すなわち、ランダム位相板４０の第２面と平行な面内においてセルのＶ方向に対応する第１方向の長さをｄ１、セルのＨ方向に対応する第２方向の長さをｄ２とする場合に、ｄ２／ｄ１で表されるアスペクト比が０．８～１．２である場合を等方と定義する。例えば、正六角形のセルは等方であると理解される。
また、ランダム位相板４０の「ピッチ」とは、ランダム位相板４０のセルの周期的な配列における第１方向及び第２方向のセルの配列間隔をいう。セルが等方である場合は、第１方向のピッチと第２方向のピッチとは略等しい。ランダム位相板４０のピッチの範囲は、例えば４０μｍ以上５００μｍ以下である。
４．１．３ ランダム位相板のピッチと凸レンズ、凸面シリンドリカルミラー、凹面シリンドリカルミラーの焦点距離の組み合わせ例
ランダム位相板４０のピッチが４０μｍの場合、凸レンズ５０、凸面シリンドリカルミラー１６、凹面シリンドリカルミラー１８の焦点距離の一例は、それぞれ１０００ｍｍ、－３３３ｍｍ、１３３３ｍｍである。
ランダム位相板４０のピッチが６０μｍの場合、凸レンズ５０、凸面シリンドリカルミラー１６、凹面シリンドリカルミラー１８の焦点距離の一例は、それぞれ１４５０ｍｍ、－３３３ｍｍ、１３３３ｍｍである。
ランダム位相板４０のピッチが８０μｍの場合、凸レンズ５０、凸面シリンドリカルミラー１６、凹面シリンドリカルミラー１８の焦点距離の一例は、それぞれ１９００ｍｍ、－３３３ｍｍ、１３３３ｍｍである。
このように、レーザシステム１Ａの構成では、ランダム位相板４０のピッチは４０μｍ～８０μｍであることが好ましい。また、凸レンズ５０の焦点距離は１０００ｍｍ～１９００ｍｍであることが好ましい。ランダム位相板４０のピッチが小さいほどランダム位相板４０を透過したシード光ＳＬの拡がりが大きくなるため、凸レンズ５０の焦点距離を短くすることが好ましい。
４．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０は、ビーム断面が円状のプロファイルを有するシード光ＳＬを出力する。紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬは、ビーム整形光学系３０に入射する。ビーム整形光学系３０は、シリンドリカルレンズ３２によってシード光ＳＬをＶ方向に拡大し、シリンドリカルレンズ３４によって、Ｖ方向に拡大されたシード光ＳＬをコリメートする。
図５は、ビーム整形光学系３０から出射され、ランダム位相板４０に入射するシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルを模式的に示す図である。図５は、ランダム位相板４０を第１面側から見た様子を示している。図５に示すように、ランダム位相板４０に入射するシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルは、拡大率比Ｅ２／Ｅ１で拡大された楕円状である。また、ランダム位相板４０に入射するシード光ＳＬのビーム断面における光強度の分布は、ガウス分布である。
図６は、ランダム位相板４０の機能を模式的に示す説明図である。図６の下側からランダム位相板４０にレーザ光が入射し、ランダム位相板４０を透過したレーザ光が図６の上側に向けて出射される様子が図示されている。
ランダム位相板４０に入射するレーザ光の波面ＷＳ１は、位相が揃っている。なお、図６では、波面ＷＳ１の位相が揃っていることを直線によって示している。
ランダム位相板４０は、光透過性基板４４の表面に膜４６が配置されない凹部４２Ａ及び膜４６が配置された凸部４２Ｂのそれぞれの領域の形状に応じて、第１面に入射するレーザ光を複数のビームに分割する。そして、ランダム位相板４０は、凹部４２Ａを透過した微小ビームと凸部４２Ｂを透過した微小ビームとの間に位相差πを与える。凹部４２Ａを透過した微小ビームの位相を「０位相」、凸部４２Ｂを透過した微小ビームの位相を「π位相」とすると、ランダム位相板４０を透過したビームは、これら２種類の位相の光が重なり合って進行する。
したがって、ランダム位相板４０から出射されるレーザ光の波面ＷＳ２は、凹部４２Ａ及び凸部４２Ｂの凹凸パターンに起因して空間的にランダムに位相差が生じる。図６において、ランダム位相板４０の凹凸パターンの形状を反映した位相差パターンの様子を、波面ＷＳ２として示している。
ランダム位相板４０を透過したシード光ＳＬにおける「０位相」の微小ビームと「π位相」の微小ビームとは干渉しないため、ビーム断面における光強度の分布はガウス分布ではなく、トップハット分布に近くなる。
その結果、エキシマ増幅器１２に入射するシード光ＳＬのビーム品質を、現行のエキシマレーザ装置のビーム品質に近づけることができる。
また、凹部４２Ａを透過する微小ビーム及び凸部４２Ｂを透過する微小ビームの各々は、凹部４２Ａ又は凸部４２Ｂの領域の大きさに応じた回折角を持つ回折光として進行していく。
ランダム位相板４０を透過したシード光ＳＬは、凸レンズ５０に入射する。凸レンズ５０は、入射したシード光ＳＬをコリメートする。
凸レンズ５０によってコリメートされたシード光ＳＬは、エキシマ増幅器１２に入射される。エキシマ増幅器１２は、凸レンズ５０から入射されたシード光ＳＬを放電空間２４に３回通過させて増幅し、増幅レーザ光ＡＬとして出射する。この際、エキシマ増幅器１２は、シード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大する。ランダム位相板４０とエキシマ増幅器１２との間に凸レンズ５０を配置したことにより、適切に３パス増幅器内にレーザ光が伝播する。
図７は、図２に示した地点ＰＡにおけるシード光ＳＬのビームダイバージェンスと地点ＰＢにおける増幅レーザ光ＡＬのビームダイバージェンスを示す図である。地点ＰＡにおけるシード光ＳＬのビームダイバージェンスは、Ｖ方向がＢＤＶ＿Ａ、Ｈ方向がＢＤＨ＿Ａである。
ランダム位相板４０の入射面にビーム断面のプロファイルが楕円状のレーザ光が入射されると、出射面に形成されるビーム断面のプロファイルは複数の点光源が楕円状に集合した形状となる。この点光源から出射されたレーザ光が凸レンズ５０でコリメートされると、各点光源のランダム位相板４０上の位置の違いに応じたビームダイバージェンスが生じる。レーザシステム１Ａの場合、ランダム位相板４０の出射面のビームプロファイルが楕円状であるため、図２に示す地点ＰＡのビームダイバージェンスも楕円となる。このように、ビーム整形光学系３０によって整形されたビーム断面のプロファイルが、ビームダイバージェンスに反映される。
一方、地点ＰＢにおけるシード光ＳＬのビームダイバージェンスは、Ｖ方向がＢＤＶ＿Ｂ、Ｈ方向がＢＤＨ＿Ｂである。ここで、エキシマ増幅器１２はシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大しているため、エタンデュの保存則により増幅レーザ光ＡＬのビームダイバージェンスはシード光ＳＬのビームダイバージェンスと比較してＶ方向のみが１／Ｍ倍となる。すなわち、ＢＤＨ＿Ｂ＝ＢＤＨ＿Ａ、ＢＤＶ＿Ｂ＝ＢＤＶ＿Ａ／Ｍの関係を有している。
現行のエキシマレーザ装置のビームプロファイルはトップハット分布であり、ビームダイバージェンスはＨ方向に比べてＶ方向が大きい。実施形態１に係るレーザシステム１Ａによれば、増幅レーザ光ＡＬのビーム断面の光強度の分布はトップハット分布となる。また、増幅レーザ光ＡＬのビームダイバージェンスは、ビーム整形光学系３０、ランダム位相板４０、凸レンズ５０を備えない場合と比較してＨ方向及びＶ方向ともに大きくかつ、Ｈ方向に比べてＶ方向が大きい。すなわち、現行のエキシマレーザ装置に近いビームプロファイル及びビームダイバージェンスを実現している。
目標とするビームプロファイル及びビームダイバージェンスに合わせてビーム整形光学系３０の拡大率比、ランダム位相板４０のピッチ、凸レンズ５０の焦点距離を設計することができる。すなわち、ビーム整形光学系３０の拡大率比、ランダム位相板４０のピッチ、凸レンズ５０の焦点距離を変更することにより、所望のビームプロファイル及びビームダイバージェンスを実現できる。
ここでは、エキシマ増幅器１２においてシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大しているため、凸レンズ５０は、所望のビームダイバージェンスに対してＶ方向にＭ倍のビームダイバージェンスを有するレーザ光をエキシマ増幅器１２に入力している。
４．３ 作用・効果
実施形態１に係るレーザシステム１Ａによれば、ビーム整形光学系３０によってシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルを楕円状に整形してからランダム位相板４０に入射し、凸レンズ５０でコリメートすることで、シード光ＳＬのビームダイバージェンスの縦横比を変更することができる。ランダム位相板４０に入射するシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルが円状の場合、ビームダイバージェンスの縦横比を調整することは難しい。しかしながら、レーザシステム１Ａのようにビーム断面のプロファイルを楕円状に整形してからランダム位相板４０に入射することで、ビームダイバージェンスの縦横比を任意に変更することができる。
これにより、現行のエキシマレーザ装置によって生成されるエキシマレーザ光のビーム特性に近いビーム特性のエキシマレーザ光を生成することが可能になる。
５．実施形態２
５．１ 構成
図８は、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂの構成を概略的に示す図である。実施形態２では、実施形態１のエキシマ増幅器１２の部分を、３パス増幅器からファブリペロー型（共振器型）の増幅器に構成を変更したものである。
図８に示すレーザシステム１Ｂは、ファブリペロー型の増幅器であるエキシマ増幅器１２Ｂを備える。エキシマ増幅器１２Ｂは、リアミラー７２と、出力結合ミラー７４と、チャンバ１４とを備え、リアミラー７２と出力結合ミラー７４との間に、チャンバ１４が配置される。
リアミラー７２と出力結合ミラー７４の各々は、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する部分反射ミラーである。リアミラー７２の反射率は出力結合ミラー７４の反射率よりも高いことが好ましい。リアミラー７２の反射率は、例えば８０％から９０％の範囲である。リアミラー７２と出力結合ミラー７４により、光共振器が構成される。エキシマ増幅器１２Ｂは本開示における「ファブリペロー型共振器」の一例である。
また、図８に示すレーザシステム１Ｂは、凸レンズ５０とエキシマ増幅器１２Ｂとの間の光路上にビーム拡大光学系６０が配置される。ビーム拡大光学系６０は、シード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大する。
実施形態１に係るエキシマ増幅器１２は、内部に拡大光学系を備えている。これに対し、実施形態２においては、エキシマ増幅器１２Ｂに入射する前にビーム拡大光学系６０においてシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルを拡大する。これにより、エキシマ増幅器１２Ｂに入射するシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルを、エキシマ増幅器１２Ｂで最も効率よく増幅されるようなプロファイルとする。
ビーム拡大光学系６０は、シリンドリカル凹レンズ６２と、シリンドリカル凸レンズ６４とを備える。ビーム拡大光学系６０の拡大倍率は、Ｖ方向に対応する第１方向にＭ倍の倍率を有し、Ｈ方向に対応する第２方向に１倍の倍率を有する。図８に示す例では、第１方向はＶ方向と平行であり、第２方向はＨ方向と平行である。ビーム拡大光学系６０は、ここでは透過型の光学系の例を示したが、反射型の光学系であってもよい。ビーム拡大光学系６０は、本開示における「第２拡大光学系」の一例である。
その他の構成は、図２で説明したレーザシステム１Ａと同様である。ランダム位相板４０のピッチと凸レンズ５０の焦点距離も同様の組み合わせで使用することができる。
５．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０から出力された波長約１９３．４ｎｍのシード光ＳＬは、実施形態１と同様に、ビーム整形光学系３０によってビームプロファイルがＶ方向に拡大され、ランダム位相板４０及び凸レンズ５０によってビームダイバージェンスが変更される。
凸レンズ５０によってコリメートされたシード光ＳＬは、ビーム拡大光学系６０によってＶ方向にＭ倍に拡大され、エキシマ増幅器１２Ｂに入射する。
エキシマ増幅器１２Ｂのリアミラー７２を通過したシード光ＳＬは、ウインドウ２５を介して放電空間２４に入射する。出力結合ミラー７４とリアミラー７２とで構成される光共振器によってシード光ＳＬは増幅され、増幅された増幅レーザ光ＡＬは出力結合ミラー７４から出射される。出力結合ミラー７４から出射された増幅レーザ光ＡＬは図８に示されていない露光装置へ入射する。
凸レンズ５０から出射したシード光ＳＬの地点ＰＡにおけるビームダイバージェンスと、出力結合ミラー７４から出射した増幅レーザ光ＡＬの地点ＰＢにおけるビームダイバージェンスとは、それぞれ図７に示した地点ＰＡにおけるビームダイバージェンスと地点ＰＢにおけるビームダイバージェンスと同様である。
ここでは、ビーム拡大光学系６０においてシード光ＳＬのビーム断面のプロファイルをＶ方向にＭ倍に拡大しているため、凸レンズ５０は、所望のビームダイバージェンスに対してＶ方向にＭ倍のビームダイバージェンスを有するレーザ光をビーム拡大光学系６０に入力している。
５．３ 作用・効果
実施形態２に係るレーザシステム１Ｂにおいても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。すなわち、ビーム断面の光強度の分布とビームダイバージェンスの縦横比を変更することができる。これにより、現行のエキシマレーザ装置によって生成されるエキシマレーザ光のビーム特性に近づけることができる。
６．実施形態３
６．１ 構成
図９は、実施形態３に係るレーザシステム１Ｃの構成を概略的に示す図である。実施形態３に係るレーザシステム１Ｃは、図２に示したエキシマ増幅器１２の部分の凸面シリンドリカルミラー１６を、凹面シリンドリカルミラー１７に変更したものである。他の構成は、図２で説明したレーザシステム１Ａと同様である。
図１０は、図９に示した凹面シリンドリカルミラー１７を矢印Ｃの方向から見たＣ矢視図である。図１０に示すように、凹面シリンドリカルミラー１７は、Ｈ方向に沿って湾曲するように凹反射面が配置される。
凹面シリンドリカルミラー１７の凹反射面には、波長約１９３．４ｎｍの光を高反射する高反射膜がコートされている。凹面シリンドリカルミラー１７及び凹面シリンドリカルミラー１８は、紫外線固体レーザ装置１０から出力された１９３．４ｎｍのシード光ＳＬを、放電空間２４内で３パスさせるように配置される。これにより、シード光ＳＬは放電空間２４内で増幅される。レーザシステム１Ｃは、エキシマ増幅器１２を透過した後に所望のビーム径となるように光学系が設計される。凹面シリンドリカルミラー１７は本開示における「第１ミラー」及び「凹面ミラー」の一例である。
６．１．１ ランダム位相板のピッチと凸レンズ、１枚目の凹面シリンドリカルミラー、２枚目の凹面シリンドリカルミラーの焦点距離の組み合わせ例
ランダム位相板４０のピッチの範囲は、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下である。ランダム位相板４０のピッチは、好ましくは４０μｍ以上５００μｍ以下であり、より好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下である。実施形態３に係るレーザシステム１Ｃは、第１実施形態に係るレーザシステム１Ａよりも小さいピッチのランダム位相板４０を使用することができる。
ランダム位相板４０のピッチが２０μｍの場合、凸レンズ５０、凹面シリンドリカルミラー１７、凹面シリンドリカルミラー１８の焦点距離の一例は、それぞれ１６４ｍｍ、１０００ｍｍ、２０００ｍｍである。
ランダム位相板４０のピッチが４０μｍ、６０μｍ、または８０μｍの場合、凸レンズ５０、凹面シリンドリカルミラー１７、凹面シリンドリカルミラー１８の焦点距離の一例は、それぞれ１５０ｍｍ、９５０ｍｍ、１９５０ｍｍである。
このように、レーザシステム１Ｃの構成では、ランダム位相板４０のピッチは２０μｍ～８０μｍであることが好ましい。また、凸レンズ５０の焦点距離は１５０ｍｍ～１６４ｍｍであることが好ましい。
６．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬは、ビーム整形光学系３０によってビームプロファイルがＶ方向に拡大され、ランダム位相板４０及び凸レンズ５０によってビームダイバージェンスが変更される。
ここで、ランダム位相板４０のピッチによっては、ランダム位相板４０を透過したシード光ＳＬの拡がりが非常に大きくなり、凸レンズ５０のみでコリメートすることができない場合がある。レーザシステム１Ｃでは、このシード光ＳＬの拡がりを調整するために、凹面シリンドリカルミラー１７が用いられている。
凸レンズ５０は、ランダム位相板４０を透過したビームをコリメートしてビームの拡がりを緩やかにする。凸レンズ５０によってコリメートされたシード光ＳＬは、エキシマ増幅器１２に入射される。エキシマ増幅器１２は、凸レンズ５０から入射されたシード光ＳＬを放電空間２４に３回通過させて増幅し、増幅レーザ光ＡＬとして出射する。この際、エキシマ増幅器１２は、凹面シリンドリカルミラー１７によってビームのＨ方向をコリメートし、凹面シリンドリカルミラー１８によってＶ方向をコリメートする。
図９に示した地点ＰＡにおけるシード光ＳＬのビームダイバージェンスと、地点ＰＢにおける増幅レーザ光ＡＬのビームダイバージェンスとは、それぞれ図７に示した地点ＰＡにおけるビームダイバージェンスと地点ＰＢにおけるビームダイバージェンスと同様である。
６．３ 作用・効果
実施形態３に係るレーザシステム１Ｃにおいても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。すなわち、ビーム断面の光強度の分布とビームダイバージェンスの縦横比を変更することができる。これにより、現行のエキシマレーザ装置によって生成されるエキシマレーザ光のビーム特性に近づけることができる。また、凹面シリンドリカルミラー１７と凹面シリンドリカルミラー１８とによってそれぞれビームのＨ方向とＶ方向との拡がりが調整されるので、適切にエキシマ増幅器１２部分の光学系をビームが通過するようにすることができる。
７．実施形態４
７．１ 構成
図１１は、実施形態４に係るレーザシステム１Ｄの構成を概略的に示す図である。実施形態４は、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂからビーム拡大光学系６０を取り除いたものである。
実施形態２では、エキシマ増幅器１２Ｂに入射する前にビーム拡大光学系６０においてビーム断面のプロファイルを拡大した。これに対し、実施形態４では、ビーム整形光学系３０によるビーム断面の拡大の縦横比とランダム位相板４０のピッチを調整することで、ビーム拡大光学系６０を不要としている。
ランダム位相板４０のピッチの好ましい範囲は、例えば８０μｍ以上５００μｍ以下である。また、凸レンズ５０は、レーザシステム１Ｂの凸レンズ５０よりも焦点距離の長い凸レンズ５０を使用する。
７．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬは、実施形態２と同様に、ビーム整形光学系３０によってビームプロファイルがＶ方向に拡大され、ランダム位相板４０及び凸レンズ５０によってビームダイバージェンスが変更される。
凸レンズ５０によってコリメートされたシード光ＳＬは、エキシマ増幅器１２Ｂに入射する。
凸レンズ５０から出射したシード光ＳＬの地点ＰＡにおけるビームダイバージェンスと、出力結合ミラー７４から出射した増幅レーザ光ＡＬの地点ＰＢにおけるビームダイバージェンスとは同様であり、ともにＶ方向がＢＤＶ＿Ｂ、Ｈ方向がＢＤＨ＿Ｂである。
７．３ 作用・効果
実施形態４に係るレーザシステム１Ｄにおいても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。すなわち、ビームダイバージェンスの縦横比を変更することができる。これにより、現行のエキシマレーザ装置によって生成されるエキシマレーザ光のビーム特性に近いビーム特性のエキシマレーザ光を生成することが可能になる。
８．実施形態５
８．１ 構成
図１２は、実施形態５に係るレーザシステム１Ｅの構成を概略的に示す図である。実施形態５では、実施形態１に係るレーザシステム１Ａのエキシマ増幅器１２の部分を、３パス増幅器からリング型共振器の増幅器に構成を変更したものである。
図１２に示すレーザシステム１Ｅは、リング型共振器の増幅器であるエキシマ増幅器１２Ｃを備える。エキシマ増幅器１２Ｃは、チャンバ１４と、一対の放電電極２１、２２と、高反射ミラー８１、８２、８３と、出力結合ミラー８４と、を含む。出力結合ミラー８４は、レーザ光の一部を透過し、一部を反射する部分反射ミラーである。
一対の放電電極２１、２２は、図１２の紙面に対して垂直方向に間隔を開けて互いに対向して配置される。
出力結合ミラー８４と高反射ミラー８１、８２、８３とにより、リング型共振器が構成される。
ランダム位相板４０のピッチの好ましい範囲は、例えば８０μｍ以上５００μｍ以下である。また、凸レンズ５０は、レーザシステム１Ｄと同様に、レーザシステム１Ｂの凸レンズ５０よりも焦点距離の長い凸レンズ５０を使用する。
８．２ 動作
紫外線固体レーザ装置１０から出力されたシード光ＳＬは、ビーム整形光学系３０によってビームプロファイルがＶ方向に拡大され、ランダム位相板４０及び凸レンズ５０によってビームダイバージェンスが変更される。
凸レンズ５０によってコリメートされたシード光ＳＬは、出力結合ミラー８４に入射する。
出力結合ミラー８４に入射したシード光ＳＬの一部は、出力結合ミラー８４を透過して、高反射ミラー８１により反射される。高反射ミラー８１で反射されたシード光ＳＬは、ウインドウ２５を透過して、一対の放電電極２１、２２の間の放電空間２４へ進行する。
シード光ＳＬが放電空間２４内に存在する際に放電空間２４に放電を生じさせる制御が行われることによって、シード光ＳＬが増幅される。増幅されたレーザ光は、ウインドウ２６を介してチャンバ１４から出射する。ウインドウ２６から出射したレーザ光は、高反射ミラー８２及び８３により高反射されて、再びウインドウ２６を介して、チャンバ１４内の放電空間２４へ進行して増幅される。こうして増幅されたレーザ光は、ウインドウ２５を介してチャンバ１４から出射される。ウインドウ２５から出射した増幅レーザ光は、出力結合ミラー８４に入射する。出力結合ミラー８４に入射した増幅レーザ光の一部は出力結合ミラー８４を透過して、増幅レーザ光ＡＬとしてエキシマ増幅器１２Ｃから出射される。また、出力結合ミラー８４に入射した増幅レーザ光の他の一部は出力結合ミラー８４で反射され、フィードバック光として、再びリング光共振器中に戻される。
凸レンズ５０から出射したシード光ＳＬの地点ＰＡにおけるビームダイバージェンスと、出力結合ミラー８４を透過した増幅レーザ光ＡＬの地点ＰＢにおけるビームダイバージェンスとは同様であり、ともにＶ方向がＢＤＶ＿Ｂ、Ｈ方向がＢＤＨ＿Ｂである。
８．３ 作用・効果
実施形態５に係るレーザシステム１Ｅにおいても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。すなわち、ビームダイバージェンスの縦横比を変更することができる。これにより、現行のエキシマレーザ装置によって生成されるエキシマレーザ光のビーム特性に近いビーム特性のエキシマレーザ光を生成することが可能になる。
９．電子デバイスの製造方法
図１３は、露光装置１２０の構成例を概略的に示す図である。図１３において、露光装置１２０は、照明光学系１２４と投影光学系１２５とを含む。照明光学系１２４は、レーザシステム１から入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴのレチクルパターンを照明する。投影光学系１２５は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。露光装置１２０は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したレーザ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写することで半導体デバイスを製造することができる。半導体デバイスは本開示における「電子デバイス」の一例である。レーザシステム１は、各実施形態で説明したレーザシステム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ等であってもよい。
１０．その他
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解
釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。

Claims (19)

  1. レーザ光を出力する固体レーザ装置と、
    前記レーザ光を通過させる放電空間を挟んで対向して配置される一対の放電電極を含み、前記レーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、
    前記固体レーザ装置と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置され、前記固体レーザ装置から出力された前記レーザ光のビーム断面を拡大するビーム整形部と、
    前記ビーム整形部と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置されたランダム位相板と、
    前記ランダム位相板と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置されたコリメート光学系と、
    を備え、
    前記コリメート光学系は、前記ランダム位相板から前記コリメート光学系の焦点距離離れた位置に配置され、
    前記エキシマ増幅器に入射する前記レーザ光の進行方向をＺ方向、前記一対の放電電極の放電方向をＶ方向、前記Ｖ方向及び前記Ｚ方向に直交する方向をＨ方向、前記エキシマ増幅器に入射する前記レーザ光のビーム断面の前記Ｖ方向に対応する前記ビーム整形部の整形方向を第１方向、前記ビーム断面の前記Ｈ方向に対応する前記ビーム整形部の整形方向を第２方向として、前記第１方向の拡大率をＥ１、前記第２方向の拡大率をＥ２とする場合に、前記ビーム整形部は、Ｅ２／Ｅ１で定義される拡大率比が１より小さくなるように前記レーザ光のビーム断面を拡大するレーザシステム。
  2. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記コリメート光学系は凸レンズを含むレーザシステム。
  3. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記ビーム整形部は透過型光学素子を含むレーザシステム。
  4. 請求項３に記載のレーザシステムであって、
    前記透過型光学素子はシリンドリカルレンズであるレーザシステム。
  5. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    Ｅ２＝１であるレーザシステム。
  6. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記エキシマ増幅器は、前記放電空間に前記レーザ光を３回通過させて増幅を行う３パス増幅器であるレーザシステム。
  7. 請求項５に記載のレーザシステムであって、
    前記エキシマ増幅器は、前記放電空間を挟む第１拡大光学系を含むレーザシステム。
  8. 請求項７に記載のレーザシステムであって、
    前記第１拡大光学系は、前記レーザ光を前記Ｖ方向にＭ倍に拡大し、
    前記コリメート光学系は、前記エキシマ増幅器から出力される所望のレーザ光のビームダイバージェンスに対して前記Ｖ方向にＭ倍のビームダイバージェンスを有するレーザ光を前記エキシマ増幅器に入力するレーザシステム。
  9. 請求項７に記載のレーザシステムであって、
    前記第１拡大光学系は、前記放電空間を挟むようにして互いに対向する第１ミラーと第２ミラーとを含み、
    前記放電空間を通過した前記レーザ光が最初に入射する前記第１ミラーが凸面ミラーであるレーザシステム。
  10. 請求項８に記載のレーザシステムであって、
    前記ランダム位相板のピッチが４０μｍ～８０μｍであるレーザシステム。
  11. 請求項９に記載のレーザシステムであって、
    前記コリメート光学系の焦点距離が１０００ｍｍ～１９００ｍｍであるレーザシステム。
  12. 請求項５に記載のレーザシステムであって、
    前記エキシマ増幅器は、前記放電空間を挟むようにして互いに対向する第１ミラーと第２ミラーとを含み、
    前記第１ミラーは前記Ｈ方向に湾曲する凹面シリンドリカルミラーであり、前記第２ミラーは前記Ｖ方向に湾曲する凹面シリンドリカルミラーであるレーザシステム。
  13. 請求項１１に記載のレーザシステムであって、
    前記ランダム位相板のピッチが２０μｍ～８０μｍであるレーザシステム。
  14. 請求項１２に記載のレーザシステムであって、
    前記コリメート光学系の焦点距離が１５０ｍｍ～１６４ｍｍであるレーザシステム。
  15. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記エキシマ増幅器は、ファブリペロー型共振器であるレーザシステム。
  16. 請求項１５に記載のレーザシステムであって、
    前記ファブリペロー型共振器と前記コリメート光学系との間の光路上に第２拡大光学系を配置したレーザシステム。
  17. 請求項１６に記載のレーザシステムであって、
    前記第２拡大光学系は、前記レーザ光を前記Ｖ方向にＭ倍に拡大し、
    前記コリメート光学系は、前記エキシマ増幅器から出力される所望のレーザ光のビームダイバージェンスに対して前記Ｖ方向にＭ倍のビームダイバージェンスを有するレーザ光を前記第２拡大光学系に入力するレーザシステム。
  18. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記エキシマ増幅器は、リング型共振器であるレーザシステム。
  19. 電子デバイスの製造方法であって、
    レーザ光を出力する固体レーザ装置と、
    前記レーザ光を通過させる放電空間を挟んで対向して配置される一対の放電電極を含み、前記レーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、
    前記固体レーザ装置と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置され、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光のビーム断面を拡大するビーム整形部と、
    前記ビーム整形部と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置されたランダム位相板と、
    前記ランダム位相板と前記エキシマ増幅器の間の光路上に配置されたコリメート光学系と、
    を備え、
    前記コリメート光学系は、前記ランダム位相板から前記コリメート光学系の焦点距離離れた位置に配置され、
    前記エキシマ増幅器に入射する前記レーザ光の進行方向をＺ方向、前記一対の放電電極の放電方向をＶ方向、前記Ｖ方向及び前記Ｚ方向に直交する方向をＨ方向、前記エキシマ増幅器に入射する前記レーザ光のビーム断面の前記Ｖ方向に対応する前記ビーム整形部の整形方向を第１方向、前記ビーム断面の前記Ｈ方向に対応する前記ビーム整形部の整形方向を第２方向として、前記第１方向の拡大率をＥ１、前記第２方向の拡大率をＥ２とする場合に、前記ビーム整形部は、Ｅ２／Ｅ１で定義される拡大率比が１より小さくなるように前記レーザ光のビーム断面を拡大するレーザシステムによってエキシマレーザ光を生成し、
    前記エキシマレーザ光を露光装置に出力し、
    電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記エキシマレーザ光を露光することを含む電子デバイスの製造方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005109359A (ja) 2003-10-01 2005-04-21 Toshiba Corp レーザ装置及び液晶表示装置の製造方法
JP2012168498A (ja) 2011-02-14 2012-09-06 Gigaphoton Inc 波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステム
JP2012204819A (ja) 2011-03-28 2012-10-22 Gigaphoton Inc レーザシステムおよびレーザ生成方法
WO2016151827A1 (ja) 2015-03-25 2016-09-29 ギガフォトン株式会社 レーザ装置
US20180180487A1 (en) 2016-09-02 2018-06-28 Cymer, Llc Adjusting an amount of coherence of a light beam
WO2018138819A1 (ja) 2017-01-26 2018-08-02 ギガフォトン株式会社 レーザシステム
WO2019012642A1 (ja) 2017-07-13 2019-01-17 ギガフォトン株式会社 レーザシステム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0298919A (ja) * 1988-10-06 1990-04-11 Nikon Corp レーザ装置
JP4599243B2 (ja) * 2005-07-12 2010-12-15 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP5410344B2 (ja) 2010-03-15 2014-02-05 ギガフォトン株式会社 レーザ装置
US20120236894A1 (en) 2011-02-14 2012-09-20 Gigaphoton Inc. Wavelength conversion device, solid-state laser apparatus, and laser system
JP5844535B2 (ja) * 2011-03-28 2016-01-20 ギガフォトン株式会社 レーザシステムおよびレーザ生成方法
JP2013222173A (ja) 2012-04-19 2013-10-28 Gigaphoton Inc レーザ装置
JPWO2016046871A1 (ja) * 2014-09-22 2017-06-29 ギガフォトン株式会社 レーザ装置
JPWO2017006418A1 (ja) * 2015-07-06 2018-04-26 ギガフォトン株式会社 増幅器、及びレーザシステム
CN105514788B (zh) * 2016-01-25 2019-06-11 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种板条泵浦的中红外光参量振荡器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005109359A (ja) 2003-10-01 2005-04-21 Toshiba Corp レーザ装置及び液晶表示装置の製造方法
JP2012168498A (ja) 2011-02-14 2012-09-06 Gigaphoton Inc 波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステム
JP2012204819A (ja) 2011-03-28 2012-10-22 Gigaphoton Inc レーザシステムおよびレーザ生成方法
WO2016151827A1 (ja) 2015-03-25 2016-09-29 ギガフォトン株式会社 レーザ装置
US20180180487A1 (en) 2016-09-02 2018-06-28 Cymer, Llc Adjusting an amount of coherence of a light beam
WO2018138819A1 (ja) 2017-01-26 2018-08-02 ギガフォトン株式会社 レーザシステム
WO2019012642A1 (ja) 2017-07-13 2019-01-17 ギガフォトン株式会社 レーザシステム

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