JP7482225B2 - レーザ装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ装置、パルス幅伸長装置及び電子デバイスの製造方法に関する。

近年、半導体露光装置においては、半導体集積回路の微細化及び高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長約２４８ｎｍのレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、並びに波長約１９３ｎｍのレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。

ＫｒＦエキシマレーザ装置及びＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振光のスペクトル線幅は、３５０～４００ｐｍと広い。そのため、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、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、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を含む狭帯域化モジュール（Line Narrow Module：ＬＮＭ）が備えられる場合がある。以下では、スペクトル線幅が狭帯域化されるガスレーザ装置を狭帯域化ガスレーザ装置という。

米国特許第５３０９４５６号 米国特許第６２３８０６３号

概要

本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、を含み、第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、Ｌ３は、（ｎ－０．７５）×Ｌ１≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１を満たす。

本開示の他の１つの観点に係るパルス幅伸長装置は、パルスレーザ光のパルス幅を伸長させるパルス幅伸長装置であって、パルスレーザ光の光路上に配置される第１の光学パルスストレッチャと、第２の光学パルスストレッチャと、第３の光学パルスストレッチャとを含み、第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、Ｌ３は、（ｎ－０．７５）×Ｌ１≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１を満たす。

本開示の他の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、を含み、第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、Ｌ３は、（ｎ－０．７５）×Ｌ１≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１を満たす、レーザ装置によってパルス幅が伸長されたレーザ光を生成し、レーザ光を露光装置又はレーザ光照射装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板にレーザ光を露光すること、又はレーザ光照射装置内で被照射物にレーザ光を照射することを含む。

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、スペクトル線幅を説明するための図である。 図２は、Ｅ９５の定義を説明するための図である。 図３は、明暗の斑点からなるパターンを撮像したスペックル画像の一例を示す図である。 図４は、図３に示したスペックル画像の明暗のヒストグラムを示す図である。 図５は、比較例に係るエキシマレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図６は、比較例に係るエキシマレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルス波形を例示的に示す。 図７は、実施形態１に係るエキシマレーザ装置の構成を概略的に示す。 図８は、第１のＯＰＳ、第２のＯＰＳ及び第３のＯＰＳのそれぞれの光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の設定例を示す図表である。 図９は、図８に示す比較例１に係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。 図１０は、図８に示す実施例Ｂに係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。 図１１は、光路長係数に対するＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）の変化を示すグラフである。 図１２は、実施形態２に係るエキシマレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１３は、第１のＯＰＳ、第２のＯＰＳ、第３のＯＰＳ及び第４のＯＰＳのそれぞれの光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の設定例を示す図表である。 図１４は、比較例２に係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。 図１５は、実施例Ｇに係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。 図１６は、光路長係数に対するＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）の変化を示すグラフである。 図１７は、フリーランのエキシマレーザ装置を適用したレーザ照射システムの構成例を概略的に示す。 図１８は、波長可変の固体レーザシステムをマスターオシレータとして含むエキシマレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図１９は、露光装置の構成例を概略的に示す。

実施形態

－目次－
１．用語の説明
１．１ Ｅ９５の定義
１．２ コヒーレント長の定義
１．３ スペックルコントラストの定義
１．４ ＴＩＳパルス時間幅の定義
２．比較例に係るレーザ装置の概要
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 課題
３．実施形態１
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 作用・効果
３．４ その他
４．実施形態２
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
４．４ その他
５．レーザ装置のバリエーション
５．１ フリーランのエキシマレーザ装置
５．１．１ 構成
５．１．２ 動作
５．１．３ 作用・効果
５．２ 固体レーザシステムをマスターオシレータとして含むエキシマレーザ装置
５．２．１ 構成
５．２．２ 動作
５．２．３ 変形例
６．各種の制御部のハードウェア構成について
７．電子デバイスの製造方法について
８．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
１．１ Ｅ９５の定義
スペクトル線幅とは、図１に示すようなレーザ光のスペクトル波形の光量閾値における全幅である。本明細書では、光量ピーク値に対する各光量閾値の相対値を線幅閾値Thresh（０＜Thresh＜１）ということにする。例えばピーク値の半値を線幅閾値０．５という。なお線幅閾値０．５におけるスペクトル波形の全幅Ｗ／２を特別に半値全幅又はＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）という。

スペクトル純度、例えば９５％純度Ｅ９５とは、図２に示すように、全スペクトルエネルギのうち波長λ_０を中心として９５％を占める部分の全幅Ｗ９５％であって、下記の式（１）が成り立つ。

なお本明細書で特に何も述べない場合は、スペクトル純度をＥ９５として説明する。

１．２ コヒーレント長の定義
レーザ光の中心波長をλ_０、スペクトル線幅をΔλとすると、レーザ光のコヒーレント長は下記の式（２）で表すことができる。

１．３ スペックルコントラストの定義
スペックルとは、レーザ光がランダムな媒質で散乱したときに生じる明暗の斑点である。図３は、明暗の斑点からなるパターンを撮像したスペックル画像の一例を示す図である。また、図４は、図３に示したスペックル画像の明暗のヒストグラムを示す図である。

スペックル評価指標として、一般的にスペックルコントラストＳＣが使用される。スペックル画像の強度の標準偏差をσ、スペックル画像の強度の平均をＩマクロン（Ｉの上にマクロンが記されたもの）とすると、スペックルコントラストＳＣは、下記の式（３）で表すことができる。

パルスレーザ光のパルス幅を伸ばすと、コヒーレンスが低下しスペックルコントラストＳＣが小さくなる。

１．４ ＴＩＳパルス時間幅の定義
レーザ光のパルス時間幅を表す指標の１つとしてＴＩＳパルス時間幅が用いられる。

ＴＩＳパルス時間幅ΔＴ_ＴＩＳは、以下の式（４）によって定義される。

ここで、ｔは時間である。Ｉ（ｔ）は時間ｔにおける光強度である。本明細書において「ＴＩＳ幅」とは、ＴＩＳパルス時間幅を指す。

２．比較例に係るレーザ装置の概要
２．１ 構成
図５は、比較例に係るエキシマレーザ装置１０の構成例を概略的に示す。本開示の比較例とは、出願人のみによって知られていると出願人が認識している形態であって、出願人が自認している公知例ではない。

エキシマレーザ装置１０は、発振器１２と、光学パルスストレッチャ（Optical Pulse Stretcher：ＯＰＳ）システム１４と、モニタモジュール１６と、シャッタ１８と、レーザ制御部２０とを含む。ＯＰＳシステム１４は、第１のＯＰＳ１００と、第２のＯＰＳ２００とを含む。発振器１２から出力されるパルスレーザ光の光路上に、第１のＯＰＳ１００と、第２のＯＰＳ２００と、モニタモジュール１６と、シャッタ１８とがこの順序で配置される。

第１のＯＰＳ１００の遅延光路の光路長をＬ１、第２のＯＰＳ２００の遅延光路の光路長をＬ２とすると、第２のＯＰＳ２００の遅延光路の光路長Ｌ２は、Ｌ１に対して２以上の整数倍に設定される。例えば、光路長Ｌ２は、Ｌ１の２倍の長さに設定される。

発振器１２は、チャンバ１２０と、充電器１２２と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）１２４と、狭帯域化装置１２６と、出力結合ミラー１２８とを含む。

狭帯域化装置１２６は、図示しないプリズムビームエキスパンダと、図示しないグレーティングとを含む。プリズムビームエキスパンダとグレーティングとは、入射角度と回折角度とが一致するようにリトロー配置される。

出力結合ミラー１２８は、反射率が４０％～６０％の反射ミラーである。出力結合ミラー１２８と狭帯域化装置１２６とは、光共振器を構成する。チャンバ１２０は、光共振器の光路上に配置される。

チャンバ１２０は、１対の電極１３０ａ，１３０ｂと、絶縁部材１３２と、フロント側ウインドウ１３４と、リア側ウインドウ１３６とを含む。チャンバ１２０の中には、ＡｒＦ又はＫｒＦ又はＸｅＣｌ又はＸｅＦのレーザガスが収容される。

電極１３０ａは、絶縁部材１３２を介してＰＰＭ１２４の高電圧の出力端子と接続される。電極１３０ｂはグランドに接続される。電極１３０ａと電極１３０ｂとは、所定のギャップ間隔となるように配置される。電極１３０ａ，１３０ｂは放電電極であり、電極１３０ａ，１３０ｂ間の空間が放電空間（放電領域）となる。

フロント側ウインドウ１３４とリア側ウインドウ１３６は、放電空間で発生したレーザ光が透過するように配置される。

ＰＰＭ１２４は、スイッチ１２５と図示しない充電コンデンサとを含む。スイッチ１２５は、レーザ制御部２０からのスイッチ１２５のＯＮ信号を伝送する信号ラインと接続される。

充電器１２２は、ＰＰＭ１２４の充電コンデンサと接続される。充電器１２２は、レーザ制御部２０からの充電電圧のデータを受信し、ＰＰＭ１２４の充電コンデンサを充電する。

第１のＯＰＳ１００は、ビームスプリッタＢＳ１と、４枚の凹面ミラー１０１～１０４とを含む。ビームスプリッタＢＳ１は、発振器１２から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置される。ビームスプリッタＢＳ１は、入射したパルスレーザ光の一部を反射し、他の一部を透過する膜がコートされている。ビームスプリッタＢＳ１の反射率は４０％～７０％であることが好ましく、約６０％であることがより好ましい。

凹面ミラー１０１～１０４は、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光の遅延光路を構成する。凹面ミラー１０１～１０４のそれぞれは、焦点距離が全て略同じｆ１の凹面ミラーである。

凹面ミラー１０１と凹面ミラー１０２とは、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光を凹面ミラー１０１で反射し、凹面ミラー１０２に入射するように配置される。凹面ミラー１０３と凹面ミラー１０４とは、凹面ミラー１０２で反射されたパルスレーザ光を凹面ミラー１０３で反射し、凹面ミラー１０４に入射するように配置される。凹面ミラー１０４は、凹面ミラー１０４で反射されたパルスレーザ光がビームスプリッタＢＳ１の第１の面とは反対側の第２の面に入射するように配置される。

凹面ミラー１０１と凹面ミラー１０２とは、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光が、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面における像を第１の像として反転して結像させるように配置される。凹面ミラー１０３と凹面ミラー１０４とは、第１の像を、再びビームスプリッタＢＳ１に戻し、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面に第２の像として正転して結像させるように配置される。この場合は、第１のＯＰＳ１００の遅延光路の光路長Ｌ１は、Ｌ１＝８×ｆ１となる。光路長Ｌ１は、第１のＯＰＳ１００の遅延光路の一周遅延光路長を指す。一例として、第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１は７ｍである。

ビームスプリッタＢＳ１は、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されずに透過したパルスレーザ光を第２のＯＰＳ２００に入射させるように配置される。

第２のＯＰＳ２００は、第１のＯＰＳ１００から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置される。第２のＯＰＳ２００は、ビームスプリッタＢＳ２と、凹面ミラー２０１～２０４とを含む。ビームスプリッタＢＳ２は、ビームスプリッタＢＳ１と同様の構成であってよい。凹面ミラー２０１～２０４のそれぞれは、焦点距離が全て略同じｆ２の凹面ミラーである。焦点距離ｆ２は、焦点距離ｆ１よりも長い焦点距離である。

第２のＯＰＳ２００におけるビームスプリッタＢＳ２と凹面ミラー２０１～２０４とは、第１のＯＰＳ１００におけるビームスプリッタＢＳ１と凹面ミラー１０１～１０４と同様の配置関係に配置される。この場合は、第２のＯＰＳ２００の遅延光路の光路長Ｌ２は、Ｌ２＝８×ｆ２となる。光路長Ｌ２は、第２のＯＰＳ２００の遅延光路の一周遅延光路長を指す。一例として、第２のＯＰＳ２００の光路長Ｌ２は１４ｍである。

モニタモジュール１６は、ＯＰＳシステム１４から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置される。モニタモジュール１６は、ビームスプリッタ１６２と光センサ１６４とを含む。光センサ１６４はレーザ制御部２０と接続され、光センサ１６４の検出データはレーザ制御部２０に送信される。シャッタ１８は、モニタモジュール１６を透過したパルスレーザ光の光路上に配置される。シャッタ１８は、シャッタ開閉の信号を伝送する信号ラインを介してレーザ制御部２０と接続される。

エキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光は、露光装置８０に入力される。レーザ制御部２０は、露光装置８０の露光制御部８２と接続される。レーザ制御部２０と露光制御部８２との間の信号ラインには、発光トリガ信号Ｔｒの信号ラインと、目標パルスエネルギＥｔのデータの信号ラインと、その他の信号の受け渡しを行う信号ラインとが含まれる。なお、発振器１２とＯＰＳシステム１４との間に、図示しないレーザチャンバを含む増幅器を配置してもよい。

２．２ 動作
レーザ制御部２０は、露光制御部８２から目標パルスエネルギＥｔと発振準備信号を受信すると、シャッタ１８を閉じる信号を出力し、エキシマレーザ装置１０の出射口を閉じる。レーザ制御部２０は、所定の繰り返し周波数で発光トリガ信号Ｔｒに同期してＰＰＭ１２４のスイッチ１２５をＯＮすると、発振器１２の電極１３０ａ，１３０ｂ間に高電圧が印加される。

電極１３０ａ，１３０ｂ間で絶縁破壊が発生すると、電極１３０ａ，１３０ｂ間で放電が発生し、レーザガスが励起される。その結果、狭帯域化装置１２６と出力結合ミラー１２８とから構成される光共振器でレーザ発振し、狭帯域化したパルスレーザ光が出力結合ミラー１２８から出力される。

出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳシステム１４に入射する。ＯＰＳシステム１４に入射したパルスレーザ光は、第１のＯＰＳ１００のビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射する。ビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射したパルスレーザ光のうちの一部は、ビームスプリッタＢＳ１を透過し、遅延光路を周回していない０周回光のパルスレーザ光として第１のＯＰＳ１００から出力される。

ビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射したパルスレーザ光のうち、第１の面で反射されたパルスレーザ光は、第１のＯＰＳ１００の遅延光路に進入し、凹面ミラー１０１と凹面ミラー１０２とにより反射される。ビームスプリッタＢＳ１の第１の面によって反射されたパルスレーザ光の光像は、凹面ミラー１０１と凹面ミラー１０２とにより、第１の転写像として結像される。そして第１の転写像は、凹面ミラー１０３と凹面ミラー１０４とによって、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面に第２の転写像として結像する。

凹面ミラー１０４からビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射したパルスレーザ光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面により反射され、第１のＯＰＳ１００の遅延光路を１周回した１周回光のパルスレーザ光として第１のＯＰＳ１００から出力される。この１周回光のパルスレーザ光は、０周回光のパルスレーザ光から遅延時間Δｔ１だけ遅れて出力される。このΔｔ１は、光速をｃとすると、Δｔ１＝Ｌ１／ｃと表すことができる。

第２の転写像としてビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射したパルスレーザ光のうち、ビームスプリッタＢＳ１を透過したパルスレーザ光は、さらに第１のＯＰＳ１００の遅延光路に進入し、凹面ミラー１０１～１０４により反射されて、再びビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射する。そして、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面により反射されたパルスレーザ光は、遅延光路を２周回した２周回光のパルスレーザ光として第１のＯＰＳ１００から出力される。この２周回光のパルスレーザ光は、１周回光のパルスレーザ光から遅延時間Δｔ１だけ遅れて出力される。

この後、光の遅延光路の周回が繰り返されることにより、第１のＯＰＳ１００からは、３周回光、４周回光、５周回光・・・のそれぞれのパルスレーザ光が出力される。第１のＯＰＳ１００から出力されるパルス光は、遅延光路の周回数が多くなるほど光強度が低下する。

第１のＯＰＳ１００の遅延光路を周回したパルスレーザ光は、０周回光のパルスレーザ光に対して遅延時間Δｔ１の整数倍だけ遅れて合成されて出力されることにより、それぞれの周回光のパルスレーザ光のパルス波形が重畳される。結果として、パルス幅が伸長される。

第１のＯＰＳ１００から出力されたパルスレーザ光は、同様に、第２のＯＰＳ２００によってパルス幅が伸長される。

こうして、発振器１２の出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光が第１のＯＰＳ１００と第２のＯＰＳ２００の各遅延光路を複数回通過することによって、パルスレーザ光のパルス幅が伸長される。

第１のＯＰＳ１００及び第２のＯＰＳ２００を通過したパルスレーザ光の一部は、ビームスプリッタ１６２によって反射され、光センサ１６４に入射する。光センサ１６４は入射したパルスレーザ光のパルスエネルギＥを計測する。その計測結果を示すデータは光センサ１６４からレーザ制御部２０に送信される。

レーザ制御部２０は、目標パルスエネルギＥｔと、計測されたパルスエネルギＥとの差ΔＥが０に近づくように充電器１２２を設定する。

レーザ制御部２０は、ΔＥが許容範囲内に入ったら、露光制御部８２に発振準備完了信号を送信し、シャッタ１８を開ける。レーザ制御部２０は、露光制御部８２からの発光トリガ信号Ｔｒに同期して、ＰＰＭ１２４のスイッチ１２５をＯＮすることによって、発振器１２からパルスレーザ光が出力され、ＯＰＳシステム１４によってパルス伸長され、かつ、目標パルスエネルギＥｔに近いパルスエネルギのパルスレーザ光がエキシマレーザ装置１０から出力される。

エキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光が露光装置８０に入射し、図示しない半導体ウエハ等のレジストにパルスレーザ光が照射される。

２．３ 課題
スペックルコントラストは、パルスレーザ光のパルス幅及びコヒーレント長と相関があり、パルスレーザ光のパルス幅を伸ばすと、コヒーレンスが低下しスペックルコントラストが小さくなる。スペックルコントラストを低減する目的でパルス幅を伸長するために、光路上にＯＰＳを追加する必要があった。パルス幅を大きく伸長する例は特許文献１（米国特許第５３０９４５６号）等により知られている。また、光路上にＯＰＳを３段以上に接続する例は特許文献２（米国特許第６２３８０６３号）等により知られている。

しかし、光路上に３段以上のＯＰＳを直列に配置する場合の最適な遅延光路の光路長の組み合わせ条件は知られていなかった。

図６は、比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されるパルスレーザ光のパルス波形を例示的に示す。図６には、第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１が７ｍ、第２のＯＰＳ２００の光路長Ｌ２が１４ｍである場合の例が示されている。７ｍの遅延光路を一周した場合の遅延時間は約２３．３ｎｓとなる。第２のＯＰＳ２００の光路長Ｌ２は、パルス波形のピークが第１のＯＰＳ１００のピークと重なるように、Ｌ１の整数倍、具体的には２以上の整数倍に設定される。

このようなＯＰＳシステム１４を備えるエキシマレーザ装置１０の構成に対して、さらにパルス幅を伸長するために、ＯＰＳシステム１４にさらなるＯＰＳを追加する場合、比較的短い遅延光路長の追加によって効率よくパルス幅を伸長することが望まれる。

３．実施形態１
３．１ 構成
図７は、実施形態１に係るエキシマレーザ装置１０Ａの構成を概略的に示す。図７に示すエキシマレーザ装置１０Ａについて、図５に示す構成と異なる点を説明する。実施形態１に係るエキシマレーザ装置１０Ａは、図５に示すＯＰＳシステム１４に代えて、第３のＯＰＳ３００を含むＯＰＳシステム１４Ａを備える。

第１のＯＰＳ１００及び第２のＯＰＳ２００の構成は図５に示す構成と同様である。第３のＯＰＳ３００は、第２のＯＰＳ２００とモニタモジュール１６との間の光路上に配置される。すなわち、第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００はパルスレーザ光の光路上に直列に配置される。

エキシマレーザ装置１０Ａは本開示における「レーザ装置」の一例である。発振器１２は本開示における「レーザ発振器」の一例である。ＯＰＳシステム１４Ａは本開示における「パルス幅伸長装置」の一例である。第１のＯＰＳ１００は本開示における「第１の光学パルスストレッチャ」の一例である。第２のＯＰＳ２００は本開示における「第２の光学パルスストレッチャ」の一例である。第３のＯＰＳ３００は本開示における「第３の光学パルスストレッチャ」の一例である。

第３のＯＰＳ３００は、ビームスプリッタＢＳ３と、凹面ミラー３０１～３０４とを含む。ビームスプリッタＢＳ３は、パルスレーザ光の光路上に配置され、パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過する膜がコートされている。ビームスプリッタＢＳ３の反射率は約６０％が好ましい。

凹面ミラー３０１～３０４のそれぞれは、焦点距離が全て略同じｆ３の凹面ミラーである。焦点距離ｆ３は、焦点距離ｆ１よりも長い焦点距離である。ビームスプリッタＢＳ３と凹面ミラー３０１～３０４とは、第１のＯＰＳ１００におけるビームスプリッタＢＳ１と凹面ミラー１０１～１０４と同様の配置関係に配置される。この場合、第３のＯＰＳ３００の遅延光路の光路長Ｌ３は、Ｌ３＝８×ｆ３となる。光路長Ｌ３は、第３のＯＰＳ３００の遅延光路の一周遅延光路長を指す。

第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００の３段のＯＰＳを含む構成において、これらのうち最も短い光路長を持つ第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１に対し、追加された第３のＯＰＳの光路長Ｌ３を、Ｌ１の整数倍からずれた値に設定する。具体的には、第１のＯＰＳ１００の光路長をＬ１とすると、第３のＯＰＳ３００の遅延光路の光路長Ｌ３を、次式（５）で表される条件を満たすように設定する。

［条件１］
（ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１ （５）
式（５）中のｎは２以上の整数である。例えば、ｎ＝５であってもよい。

光路長Ｌ３は、式（６）を満たすことが、さらに望ましい。

（ｎ－０．６５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．３５）×Ｌ１ （６）
３．２ 動作
以下、条件１を満たすように、ＯＰＳシステム１４Ａの光路長を設定する場合の例を説明する。既述のとおり、第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１が７ｍの場合、第１のＯＰＳ１００を一周した場合の遅延時間は約２３．３ｎｓとなる。ここで、第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１を７ｍに設定した理由は次のとおりである。すなわち、発振器１２から出力されるパルスレーザ光のパルス幅は、およそ４０ｎｓである。このパルスレーザ光に対して、１段の、なるべく短い光路長のＯＰＳでパルス幅を効率よく伸長するために、第１のＯＰＳ１００を一周した場合の遅延時間を、４０ｎｓの約半分の２３．３ｎｓとするように、光路長Ｌ１が設定されている。

第２のＯＰＳの光路長Ｌ２は、第２のＯＰＳ２００の遅延光路を経由したパルスのパルス波形のピークが第１のＯＰＳ１００から出たパルス波形のピークと重なるように設定される。すなわち、Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍に設定される。ここでの「整数倍」という記載は、厳密な整数倍に限定されず、おおむね整数倍であればよく、例えば、ある整数に対して±０．２５以内の許容範囲が含まれてもよい。

第２のＯＰＳ２００の光路長Ｌ２の一例として、第２のＯＰＳ２００の遅延光路を一周した場合の遅延時間が、ほぼ２３．３×２＝４６．６ｎｓとなるように、Ｌ２＝１２．２５ｍ～１５．７５ｍ（４０．８ｎｓ～５２．４ｎｓ）とする。

第３のＯＰＳの遅延光路の光路長Ｌ３は、パルス波形のピークが第１のＯＰＳのピーク間の谷を埋めるように設定される。すなわち、Ｌ３は、Ｌ１に対して「２以上の整数＋０．５」倍に設定される。ここでの「０．５倍」という記載は、厳密な０．５倍に限定されず、おおむね０．５倍であればよく、例えば、０．５に対して±０．２５以内の許容範囲が含まれてもよい。第３のＯＰＳ３００の光路長Ｌ３の一例として、第３のＯＰＳ３００を一周した場合の遅延時間が、ほぼ２３．３×４．５＝１０４．９ｎｓとなるように、Ｌ３＝２９．７５ｍ～３３．２５ｍ（９９．０ｎｓ～１１０．７ｎｓ）とする。

図８は、第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００のそれぞれの光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の設定例を示す図表である。ここでは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２をそれぞれ７ｍと１４ｍに固定し、光路長Ｌ３の設定を変えた場合に実現されるパルス幅（ＴＩＳ幅）が示されている。

図８中の「比較例１」は、Ｌ３をＬ１の整数倍（ここでは５倍を例示）に設定したものである。比較例１では、パルス幅が２９８．１ｎｓとなり、ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）は６．０８である。ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）の値は、遅延光路の光路長の増加量に対するパルス幅の増加割合を示しており、ＯＰＳの効率を示す指標である。ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）の値が大きいほど、効率よくパルス幅を伸長できていることを表す。

実施例Ａ～Ｅは、式（５）の条件１に基づいて光路長Ｌ３を設定する場合の例である。実施例Ａは、Ｌ３＝３３．２５ｍ＝５×Ｌ１－０．２５×Ｌ１の例である。実施例Ａは比較例１と比べて、短い光路長で、より大きなパルス幅を実現できている。

実施例Ｂは、Ｌ３＝３２．５５ｍ＝５×Ｌ１－０．３５×Ｌ１の例である。実施例Ｂは実施例Ａよりもさらに好ましい構成であり、実施例Ａと比べて、さらに短い光路長で、より大きなパルス幅を実現できている。

図９は、比較例１に係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。図１０は、実施例Ｂに係るＯＰＳシステム１４Ａを用いた場合に得られたパルス波形を示す。これらの図面から明らかなように、実施例Ｂによれば、比較例１に比べて、パルスの山と谷の差が小さくなり、比較例１よりも短い光路長で、効率よくパルス幅を伸長できている。

図８の図表に示される実施例Ａ～Ｅのうち、ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）が最も大きくなるのは、実施例Ｄである。実施例Ｄは比較例１に比べてパルス幅が大きく、かつ、ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）も大きい。

実施例Ｅは、比較例１に比べてパルス幅は僅かに小さくなるものの、ＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）は大きく、効率よくパルス幅を伸長できている。

光路長Ｌ３は、２以上の整数ｎと、光路長係数ｋとを用いて、Ｌ３＝ｎ×Ｌ１－ｋ×Ｌ１＝（ｎ－ｋ）×Ｌ１と表すことができる。ｋは０≦ｋ＜１を満たす値である。比較例１は、ｋ＝０の場合であり、実施例Ｂはｋ＝０．３５の場合である。

図１１は、光路長係数に対するＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）の変化を示すグラフである。横軸は光路長係数を表し、縦軸はＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）を表す。図１１には、比較例１及び実施例Ａ～Ｅのそれぞれの光路長係数とＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）とがプロットされている。図１１から明らかなように、なるべく短い光路長で効率よくパルス幅を伸長する観点から、光路長係数ｋは０．２５≦ｋ≦０．７５であることが好ましく、さらに好ましくは０．３５≦ｋ≦０．６５であり、０．５≦ｋ≦０．６５を満たすことが特に好ましい。

３．３ 作用・効果
実施形態１に係るＯＰＳシステム１４Ａによれば、比較的短い光路長で効率よくパルス幅を伸長することができる。また、ＯＰＳシステム１４Ａを備えたエキシマレーザ装置１０Ａによれば、比較例１に係るＯＰＳシステムを備えた構成と比較してＴＩＳ／（Ｌ２＋Ｌ３）が大きくなる。

エキシマレーザ装置１０Ａによれば、パルス幅が伸長されたレーザ光を生成することができ、スペックルを低減できる。

３．４ その他
パルスレーザ光の光路上における第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００の並び順は、図７の例に限らず、適宜に入れ替え可能である。光路長Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の数値の組み合わせが同じであれば、光路上における第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００の配置順序によらず、同等のパルス幅が実現される。

また、図７では、第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第３のＯＰＳ３００のそれぞれについて、４つの凹面ミラーを用いて遅延光路を形成する例を示したが、ＯＰＳの構成はこの例に限らない。ＯＰＳは、５つ以上の凹面ミラーを含む構成であってもよく、例えば６枚以上の凹面ミラーを含む構成であってもよい。また、ＯＰＳは、凹面ミラー以外のミラーを含んで構成されてもよい。

４． 実施形態２
４．１ 構成
図１２は、実施形態２に係るエキシマレーザ装置１０Ｂの構成を概略的に示す。図１２に示す構成について、図７に示すエキシマレーザ装置１０Ａと異なる点を説明する。図１２に示すエキシマレーザ装置１０Ｂは、図７におけるＯＰＳシステム１４Ａに代えて、第４のＯＰＳ４００を含むＯＰＳシステム１４Ｂを備える。第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００、第３のＯＰＳ３００及び第４のＯＰＳ４００は、パルスレーザ光の光路上に直列に配置される。他の構成は図７の構成と同様であってよい。エキシマレーザ装置１０Ｂは本開示における「レーザ装置」の一例である。ＯＰＳシステム１４Ｂは本開示における「パルス幅伸長装置」の一例である。第４のＯＰＳ４００は本開示における「第４の光学パルスストレッチャ」の一例である。

第４のＯＰＳ４００は、第３のＯＰＳ３００とモニタモジュール１６との間の光路上に配置される。第４のＯＰＳ４００は、ビームスプリッタＢＳ４と、凹面ミラー４０１～４０４とを含む。

ビームスプリッタＢＳ４は、ビームスプリッタＢＳ１と同様の構成であってよい。凹面ミラー４０１～４０４のそれぞれは、焦点距離が全て略同じｆ４の凹面ミラーである。焦点距離ｆ４は、焦点距離ｆ１よりも長い焦点距離である。

第４のＯＰＳ４００におけるビームスプリッタＢＳ４と凹面ミラー４０１～４０４とは、第１のＯＰＳ１００におけるビームスプリッタＢＳ１と凹面ミラー１０１～１０４と同様の配置関係に配置される。この場合は、第４のＯＰＳ４００の遅延光路の光路長Ｌ４は、Ｌ４＝８×ｆ４となる。光路長Ｌ４は、第４のＯＰＳ４００の遅延光路の一周遅延光路長を指す。

第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００、第３のＯＰＳ３００及び第４のＯＰＳ４００を含む４段のＯＰＳを含む構成の場合に、これらのうち最も短い光路長を持つ第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１に対し、第３のＯＰＳの光路長Ｌ３及び第４のＯＰＳの光路長Ｌ４のそれぞれを、下記の条件を満たすように設定する。

［条件１］
（ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１ （５）
光路長Ｌ３は、既述の式（６）を満たす方がさらに望ましい。

［条件２］
（ｍ－０．２５）×Ｌ１ ≦Ｌ４≦（ｍ＋０．２５）×Ｌ１ （７）
式中のｎとｍは、それぞれ２以上の整数である。ｎとｍは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよく、例えば、ｎ＝５、ｍ＝６であってもよい。ｎとｍとは互いに独立に定めることができる。

第３のＯＰＳ３００の光路長Ｌ３が条件１を満たすことで、第３のＯＰＳ３００の遅延光路を周回したパルスレーザ光は、光路長Ｌ１の遅延光路によって生じるパルス波形の谷の部分を埋める。また、第４のＯＰＳ４００の光路長Ｌ４が条件２を満たすことで、第４のＯＰＳ４００の遅延光路を周回したパルスレーザ光は、光路長Ｌ１の遅延光路によって生じるパルス波形のピークと重なる。

４．２ 動作
第１のＯＰＳ１００の光路長Ｌ１と、第２のＯＰＳ２００の光路長Ｌ２と、第３のＯＰＳ３００の光路長Ｌ３との各光路長の設定条件は実施形態１と同様であってよい。

第３のＯＰＳ３００の光路長Ｌ３は、パルス波形のピークが第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００及び第４のＯＰＳ４００のピーク－ピーク間の谷を埋めるように設定される。例えば、光路長Ｌ３は、第３のＯＰＳ３００を一周した場合の遅延時間が、ほぼ２３．３×４．５＝１０４．９［ｎｓ］となるように、Ｌ３＝２９．７５［ｍ］～３３．２５［ｍ］（９９．０［ｎｓ］～１１０．７［ｎｓ］）とする。

第４のＯＰＳ４００の光路長Ｌ４は、第４のＯＰＳ４００の遅延光路を経由したパルスのパルス波形のピークが第１のＯＰＳ１００から出たパルス波形のピークと重なるように設定される。すなわち、光路長Ｌ４は、Ｌ１の２以上の整数倍に設定される。ここでの「整数倍」という記載は、Ｌ２の場合と同様に、厳密な整数倍に限定されず、おおむね整数倍であればよく、例えば、ある整数に対して±０．２５以内の許容範囲が含まれてもよい。

第４のＯＰＳ４００の光路長Ｌ４の一例として、第４のＯＰＳ４００を一周した場合の遅延時間が、ほぼ２３．３×６＝１３９．８［ｎｓ］となるように、Ｌ４＝４０．２５［ｍ］～４３．７５［ｍ］（１３４．０［ｎｓ］～１４５．６［ｎｓ］）とする。

図１３は、第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００、第３のＯＰＳ３００及び第４のＯＰＳ４００のそれぞれの光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の設定例を示す図表である。ここでは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２をそれぞれ７ｍと１４ｍに固定し、光路長Ｌ３及び光路長Ｌ４の設定を変えた場合に実現されるパルス幅（ＴＩＳ幅）の例が示されている。

図１３中の「比較例２」は、Ｌ３をＬ１の５倍に設定し、Ｌ４をＬ１の６倍に設定した構成である。比較例２では、伸長後のパルス幅が４６７．３ｎｓとなり、ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）は６．０７である。ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）の値は、光路長の増加量に対するパルス幅の増加割合を示しており、ＯＰＳの効率を示す指標である。ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）の値が大きいほど、効率よくパルス幅を伸長できていることを表す。

実施例Ｆ～Ｌは、式（５）の条件１及び式（７）の条件２に基づいて光路長Ｌ３及び光路長Ｌ４を設定する場合の例である。実施例Ｆは、Ｌ３＝３３．２５［ｍ］＝５×Ｌ１－０．２５×Ｌ１、Ｌ４＝４２［ｍ］＝６×Ｌ１の例である。実施例Ｆは、Ｌ３＋Ｌ４＝７５．２５ｍの光路増加によって、５２５．６ｎｓのパルス幅が実現されており、ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）は、６．９８である。実施例Ｆは比較例２と比べて、短い光路長で、より大きなパルス幅を実現できている。

実施例Ｇは、Ｌ３＝３２．５５［ｍ］＝５×Ｌ１－０．３５×Ｌ１、Ｌ４＝４２［ｍ］＝６×Ｌ１の例である。実施例Ｇは実施例Ｆよりもさらに好ましい構成であり、実施例Ｆと比べて、さらに短い光路長で、より大きなパルス幅を実現できている。図１３に例示した実施例Ｆ～Ｌのうち、パルス幅が最も大きくなるのは実施例Ｇである。

図１４は、比較例２に係るＯＰＳシステムを用いた場合に得られたパルス波形を示す。図１５は、実施例Ｇに係るＯＰＳシステム１４Ｂを用いた場合に得られたパルス波形を示す。これらの図面から明らかなように、実施例Ｇによれば、比較例２に比べて、パルス波形の山と谷の差が小さくなり、比較例２よりも短い光路長で、パルス幅を伸長できている。

図１３に例示した実施例Ｆ～Ｌのうち、ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）が最も大きくなるのは、実施例Ｉである。実施例Ｉは比較例２に比べてパルス幅が大きく、かつ、ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）も大きい。実施例Ｉは実施例Ｇに比べてパルス幅は小さいものの、ＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）は大きく、効率よくパルス幅を伸長できている。

図１６は、光路長係数に対するＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）の変化を示すグラフである。横軸は光路長係数を表し、縦軸はＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）を表す。図１６には、比較例２及び実施例Ｆ～Ｊのそれぞれの光路長係数ｋとＴＩＳ／（Ｌ３＋Ｌ４）とがプロットされている。図１６から明らかなように、なるべく短い光路長で効率よくパルス幅を伸長する観点から、光路長係数ｋは０．２５≦ｋ≦０．７５であることが好ましく、さらに好ましくは０．３５≦ｋ≦０．６５であり、０．５≦ｋ≦０．６５を満たすことが特に好ましい。

４．３ 作用・効果
実施形態２によれば、比較的短い光路長で効率よくパルス幅を伸長することができる。実施形態１に比べて、さらに効率良くパルス幅を伸長することができる。

４．４ その他
パルスレーザ光の光路上における第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００、第３のＯＰＳ３００及び第４のＯＰＳ４００の並び順は、図１２の例に限らず、適宜に入れ替え可能である。光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の数値の組み合わせが同じであれば、光路上における第１のＯＰＳ１００、第２のＯＰＳ２００、第３のＯＰＳ３００及び第４のＯＰＳ４００の配置順序によらず、同等のパルス幅が実現される。また、図１２に例示した第４のＯＰＳ４００の構成に限らず、第４のＯＰＳ４００は、５つ以上の凹面ミラーを含む構成であってもよく、また、凹面ミラー以外のミラーを含んで構成されてもよい。

５．レーザ装置のバリエーション
５．１ フリーランのエキシマレーザ装置
５．１．１ 構成
図１７は、フリーランのエキシマレーザ装置１０Ｃを適用したレーザ照射システムの構成例を概略的に示す。図１７に示す構成について、図７と異なる点を説明する。

図７に示す発振器１２は狭帯域化装置１２６を備えるのに対し、図１７に示す発振器１２Ｃは狭帯域化装置１２６に代えてリアミラー１２７を備える。リアミラー１２７は高反射ミラーであってよい。発振器１２Ｃは本開示における「レーザ発振器」の一例である。

また、図１７に示すレーザ照射システムは、図７の露光装置８０に代えて、レーザ光照射装置９０を備える。レーザ光照射装置９０は、例えば、レーザ光で基板等を加工するレーザ加工機、又はアモルファスシリコンを多結晶化するレーザアニール装置などであってもよい。また、レーザ光照射装置９０は、レーザドーピングを行うレーザドーピング装置であってもよい。

レーザ光照射装置９０は、レーザ光照射制御部９２を備える。レーザ光照射制御部９２はプロセッサを含み、レーザ光照射装置９０を制御する。レーザ光照射制御部９２は、レーザ制御部２０と接続される。レーザ光照射制御部９２は、レーザ制御部２０に対して、図７における露光制御部８２と類似する役割を果たす。

５．１．２ 動作
発振器１２Ｃからはフリーランのスペクトル波形のパルスレーザ光が出力される。発振器１２Ｃから出力されたパルスレーザ光はＯＰＳシステム１４Ａによってパルス伸長される。エキシマレーザ装置１０Ｃから出力されたパルスレーザ光はレーザ光照射装置９０に入射する。

レーザ光照射装置９０において、図示しない基板等の被照射物にパルスレーザ光が照射されることにより、材料の加工、アニール又はドーピング等が行われる。被照射物は、例えば、半導体、ガラス、セラミックなど、様々な材料があり得る。レーザ光照射装置９０内で被照射物にパルスレーザ光を照射した後、複数の工程を経ることで様々な電子デバイスを製造できる。

５．１．３ 作用・効果
エキシマレーザ装置１０Ｃによれば、実施形態１と同様に、比較的短い光路長で効率よくパルス幅を伸長することができ、図１７に示すレーザ光照射装置９０においても、照射ビームのスペックルが低減される。なお、図１７に示すエキシマレーザ装置１０ＣのＯＰＳシステム１４Ａを、図１２におけるＯＰＳシステム１４Ｂに置き換える構成を採用することも可能である。

５．２ 固体レーザシステムをマスターオシレータとして含むエキシマレーザ装置
５．２．１ 構成
図１８は、波長可変の固体レーザシステムをマスターオシレータとして含むエキシマレーザ装置１２Ｄの構成例を概略的に示す。図７及び図１２で説明した発振器１２又は図１７で説明した発振器１２Ｃに代えて、図１８に示すエキシマレーザ装置１２Ｄを適用することができる。

エキシマレーザ装置１２Ｄは、固体レーザシステム４０とエキシマ増幅器５０とを含むＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）レーザである。固体レーザシステム４０は、シード光を出力する半導体レーザ４１と、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）４２と、シード光を増幅するチタンサファイヤ増幅器４３と、波長変換システム４６と、固体レーザ制御部４８とを含む波長可変固体レーザシステムである。

半導体レーザ４１は、波長約７７３．６ｎｍのＣＷレーザ光を出力する分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）の半導体レーザである。以後、半導体レーザ４１を「ＤＦＢレーザ４１」という。ＤＦＢレーザ４１は、半導体レーザ素子の温度又は電流値を制御することによって、発振波長を可変する構成である。

ＳＯＡ４２は、半導体にパルス電流を流すことによって、ＣＷもしくはパルスのシード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換する半導体素子である。ＳＯＡ４２は、ＤＦＢレーザ４１から出力されたＣＷレーザ光をパルス化し、パルス増幅されたパルスレーザ光を出力する。

チタンサファイヤ増幅器４３は、チタンサファイヤ結晶４４と、ポンピング用パルスレーザ４５とを含む。チタンサファイヤ結晶４４は、ＳＯＡ４２でパルス増幅されたパルスレーザ光の光路上に配置される。ポンピング用パルスレーザ４５は、例えば、ＹＬＦレーザの第２高調波光を出力するレーザ装置である。ＹＬＦ（イットリウムリチウムフルオライド）は、化学式ＬｉＹＦ_４で表される固体レーザ結晶である。

波長変換システム４６は、第４高調波を発生させる波長変換システムであって、図示しないＬＢＯ結晶及びＫＢＢＦ結晶を含む。ＬＢＯ結晶は化学式ＬｉＢ_３Ｏ_５で表される非線形光学結晶である。ＫＢＢＦ結晶は、化学式ＫＢｅ_２ＢＯ_３Ｆ_２で表される非線形光学結晶である。これらの非線形光学結晶のそれぞれは、図示しない回転ステージ上に配置され、結晶への入射角度が変化できるように構成されている。波長変換システム４６は、７７３．６ｎｍのパルスレーザ光を波長変換して、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を出力する。

エキシマ増幅器５０は、チャンバ５２と、ＰＰＭ５４と、充電器５６と、凸面ミラー６１と、凹面ミラー６２とを含む。チャンバ５２は、ウインドウ７１，７２と、１対の電極７４ａ，７４ｂと、電気絶縁部材７５とを含む。チャンバ５２の内部にはＡｒＦレーザガスが収容される。

エキシマ増幅器５０は、電極７４ａ，７４ｂ間の放電空間に、波長１９３．４ｎｍのシード光を３回通して増幅を行う構成である。

凸面ミラー６１と凹面ミラー６２は、チャンバ５２の外側において、固体レーザシステム４０から出力されたパルスレーザ光が３パスしてビーム拡大するように配置される。

エキシマ増幅器５０に入射した波長約１９３．４ｎｍのシード光は、凸面ミラー６１及び凹面ミラー６２で反射することにより、電極７４ａ，７４ｂ間の放電空間を３回通過する。これにより、シード光のビームが拡大されて増幅される。

５．２．２ 動作
レーザ制御部２０は、目標波長λｔと目標パルスエネルギＥｔを受信すると、固体レーザ制御部４８に目標波長λｔを送信し、目標パルスエネルギＥｔとなるように充電電圧を充電器５６に設定する。

固体レーザ制御部４８は、レーザ制御部２０から目標波長λｔが入力されると、波長変換システム４６から出力されるレーザ光の波長がλｔとなるように、ＤＦＢレーザ４１の目標発振波長λ１ｔを変更する。目標発振波長λ１ｔは、目標波長λｔの４倍（λ１ｔ＝４λｔ）である。固体レーザ制御部４８は、ＤＦＢレーザ４１に流れる電流値の制御によって発振波長を高速に変更する。

また、固体レーザ制御部４８は、波長変換システム４６におけるＬＢＯ結晶及びＫＢＢＦ結晶の波長変換効率が最大となるような入射角度となるように、それぞれの結晶の回転ステージを制御する。

固体レーザ制御部４８は、レーザ制御部２０から発光トリガ信号Ｔｒが入力されると、ＳＯＡ４２とポンピング用パルスレーザ４５とに信号を送信する。その結果、ＳＯＡ４２にパルス電流が入力され、ＳＯＡ４２からパルス増幅されたパルスレーザ光が出力される。そして、チタンサファイヤ増幅器４３において、さらにパルス増幅される。チタンサファイヤ増幅器４３によってパルス増幅されたパルスレーザ光は、波長変換システム４６に入射する。その結果、波長変換システム４６から目標波長λｔのパルスレーザ光が出力される。

レーザ制御部２０は、露光制御部８２又はレーザ光照射制御部９２から発光トリガ信号Ｔｒを受信すると、固体レーザシステム４０から出力されたパルスレーザ光がエキシマ増幅器５０のチャンバ５２の放電空間に入射した時に放電が生じるように、ＰＰＭ５４のスイッチ５５とポンピング用パルスレーザ４５にそれぞれトリガ信号を与える。その結果、固体レーザシステム４０から出力されたパルスレーザ光はエキシマ増幅器５０で３パス増幅される。

エキシマ増幅器５０で増幅されたパルスレーザ光は、図７におけるＯＰＳシステム１４Ａ又は図１２におけるＯＰＳシステム１４Ｂ又は図１７におけるＯＰＳシステム１４Ａに入射する。エキシマレーザ装置１２Ｄは本開示における「レーザ発振器」の一例である。

ＯＰＳシステム１４Ａ又は１４Ｂから出力されたパルスレーザ光は、モニタモジュール１６のビームスプリッタ１６２によってサンプルされ、光センサ１６４によってパルスエネルギＥが計測され、図示しない波長モニタによって波長λが計測される。

レーザ制御部２０は、計測されたパルスエネルギＥ及び波長λと、目標パルスエネルギＥｔ及び目標波長λｔとの差がそれぞれ０に近づくように、それぞれ、充電器５６の充電電圧とＤＦＢレーザ４１の目標発振波長λ１ｔを制御する。

モニタモジュール１６のビームスプリッタ１６２を透過したパルスレーザ光は、シャッタ１８を介して、露光装置８０又はレーザ光照射装置９０に入射する。

５．２．３ 変形例
固体レーザシステムの実施形態として、図１８の例に限定されることなく、例えば、波長１５４７．２ｎｍのレーザ光を出力するＤＦＢレーザと、ＳＯＡとを含む固体レーザシステムであって、波長変換システムが８倍高調波光（１９３．４ｎｍ光）を出力する固体レーザシステムであってもよい。

図１８では、エキシマ増幅器５０としてマルチパス増幅器の例を示したが、この例に限定されることなく、例えば、ファブリペロ共振器又はリング共振器を備えた増幅器であってもよい。また、図１８に示すエキシマ増幅器５０を省略した構成を採用してもよく、固体レーザシステム４０から出力されたパルスレーザ光をＯＰＳシステム１４Ａ又はＯＰＳシステム１４Ｂに入射させてパルス幅を伸長してもよい。この場合、固体レーザシステム４０は本開示における「レーザ発振器」の一例である。

６．各種の制御部のハードウェア構成について
レーザ制御部２０、露光制御部８２、レーザ光照射制御部９２、固体レーザ制御部４８及びその他の各制御部は、プロセッサを用いて構成される。例えば、これらの各制御部は、プロセッサを含むコンピュータのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現することが可能である。ソフトウェアはプログラムと同義である。

コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリなどの記憶装置を含んで構成される。ＣＰＵはプロセッサの一例である。プログラマブルコントローラはコンピュータの概念に含まれる。記憶装置は、有体物たる非一時的なコンピュータ可読媒体であり、例えば、主記憶装置であるメモリ及び補助記憶装置であるストレージを含む。コンピュータ可読媒体は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）装置、若しくはソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）装置又はこれらの複数の組み合わせであってよい。プロセッサが実行するプログラムはコンピュータ可読媒体に記憶されている。記憶装置はプロセッサに含まれていてもよい。

また、コンピュータの処理機能の一部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に代表される集積回路を用いて実現してもよい。

また、複数の制御部の機能を１台のコンピュータで実現することも可能である。さらに本開示において、プロセッサを含む装置は、ローカルエリアネットワークやインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムユニットは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。

７．電子デバイスの製造方法について
図１９は、露光装置８０の構成例を概略的に示す。露光装置８０は、照明光学系８０４と投影光学系８０６とを含む。照明光学系８０４は、エキシマレーザ装置１０Ａから入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴ上に配置された図示しないレチクルのレチクルパターンを照明する。投影光学系８０６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８０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レチクルパターンを転写後、複数の工程を経ることで半導体デバイスを製造できる。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。エキシマレーザ装置１０Ａに限らず、エキシマレーザ装置１０Ｂ又は１０Ｃなどを用いてもよい。

８．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。従って、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」、「有する」、「備える」、「具備する」などの用語は、「記載されたもの以外の構成要素の存在を除外しない」と解釈されるべきである。また、修飾語「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 (13)

1. パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、
   を含み、
   前記第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、前記第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、前記第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、
   Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、
   Ｌ３は、
   （ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１
   を満たし、
   前記レーザ発振器は、狭帯域化モジュールを含むエキシマレーザ装置である、レーザ装置。
2. パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、
   を含み、
   前記第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、前記第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、前記第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、
   Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、
   Ｌ３は、
   （ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１
   を満たし、
   前記レーザ発振器は、固体レーザシステムである、レーザ装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ装置であって、
   Ｌ３は、
   （ｎ－０．６５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．３５）×Ｌ１
   を満たす、レーザ装置。
4. 請求項１又は２に記載のレーザ装置であって、
   前記第１の光学パルスストレッチャ、前記第２の光学パルスストレッチャ及び前記第３の光学パルスストレッチャのそれぞれは、ビームスプリッタと、４つ以上の凹面ミラーとを含む、レーザ装置。
5. 請求項１又は２に記載のレーザ装置であって、
   前記第１の光学パルスストレッチャ、前記第２の光学パルスストレッチャ及び前記第３の光学パルスストレッチャが前記パルスレーザ光の光路上に直列に配置される、レーザ装置。
6. 請求項１又は２に記載のレーザ装置であって、
   前記パルスレーザ光の光路上に配置された第４の光学パルスストレッチャをさらに備える、レーザ装置。
7. 請求項６に記載のレーザ装置であって、
   前記第４の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ４、ｍを２以上の整数とした場合に、
   Ｌ４は、
   （ｍ－０．２５）×Ｌ１ ≦Ｌ４≦（ｍ＋０．２５）×Ｌ１
   を満たす、レーザ装置。
8. 請求項６に記載のレーザ装置であって、
   前記第１の光学パルスストレッチャ、前記第２の光学パルスストレッチャ、前記第３の光学パルスストレッチャ及び第４の光学パルスストレッチャのそれぞれは、ビームスプリッタと、４つ以上の凹面ミラーとを含む、レーザ装置。
9. 請求項６に記載のレーザ装置であって、
   前記第１の光学パルスストレッチャ、前記第２の光学パルスストレッチャ、前記第３の光学パルスストレッチャ及び第４の光学パルスストレッチャが前記パルスレーザ光の光路上に直列に配置される、レーザ装置。
10. 請求項２に記載のレーザ装置であって、
    前記固体レーザシステムは、半導体レーザと、半導体光増幅器と、を含む、レーザ装置。
11. 電子デバイスの製造方法であって、
    パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、
    を含み、
    前記第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、前記第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、前記第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、
    Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、
    Ｌ３は、
    （ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１
    を満たし、前記レーザ発振器は、狭帯域化モジュールを含むエキシマレーザ装置である、レーザ装置によってパルス幅が伸長されたレーザ光を生成し、
    前記レーザ光を露光装置又はレーザ光照射装置に出力し、
    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に前記レーザ光を露光する
    こと、又は前記レーザ光照射装置内で被照射物に前記レーザ光を照射すること、を含む電子デバイスの製造方法。
12. 電子デバイスの製造方法であって、
    パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１の光学パルスストレッチャと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第２の光学パルスストレッチャと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置された第３の光学パルスストレッチャと、
    を含み、
    前記第１の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ１、前記第２の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ２、前記第３の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ３、ｎを２以上の整数とした場合に、
    Ｌ２は、Ｌ１の２以上の整数倍であり、
    Ｌ３は、
    （ｎ－０．７５）×Ｌ１ ≦Ｌ３≦（ｎ－０．２５）×Ｌ１
    を満たし、前記レーザ発振器は、固体レーザシステムである、レーザ装置によってパルス幅が伸長されたレーザ光を生成し、
    前記レーザ光を露光装置又はレーザ光照射装置に出力し、
    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に前記レーザ光を露光する
    こと、又は前記レーザ光照射装置内で被照射物に前記レーザ光を照射すること、を含む電子デバイスの製造方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の電子デバイスの製造方法であって、
    前記レーザ装置は、前記パルスレーザ光の光路上に配置された第４の光学パルスストレッチャをさらに備え、
    前記第４の光学パルスストレッチャの遅延光路の光路長をＬ４、ｍを２以上の整数とした場合に、
    Ｌ４は、
    （ｍ－０．２５）×Ｌ１ ≦Ｌ４≦（ｍ＋０．２５）×Ｌ１
    を満たす、電子デバイスの製造方法。

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