JP7496418B2 - パルス幅伸長装置、レーザ装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、パルス幅伸長装置、レーザ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。
特開２０１１－１７６３５８号 米国特許第７１８４２０４号
概要
本開示の１つの観点に係るパルス幅伸長装置は、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が第１の平面と平行かつ第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、第１の遅延光学系と第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、第２のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が第２の平面に直交するように、第１の遅延光学系を通過したパルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構とを備える。
本開示の他の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るパルス幅伸長装置と、を含むレーザ装置であって、パルス幅伸長装置は、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が第１の平面と平行かつ第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、第１の遅延光学系と第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、第２のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が第２の平面に直交するように、第１の遅延光学系を通過したパルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構とを備える。
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、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が第１の平面と平行かつ第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、第１の遅延光学系と第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、第２のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が第２の平面に直交するように、第１の遅延光学系を通過したパルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構と、を備え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、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にレーザ光を露光することを含む。
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、比較例に係るレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図２は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を概略的に示す上面図である。 図３は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を概略的に示す正面図である。 図４は、実施形態１に係る長大な光学パルスストレッチャ（Ｌ－ＯＰＳ）の構成を概略的に示す斜視図である。 図５は、実施形態２に係るＬ－ＯＰＳの構成を概略的に示す斜視図である。 図６は、一対の凹面ミラーによるパルスレーザ光の伝搬動作を、一対の凸レンズに置き換えて模式的に示す図である。 図７は、Ｌ－ＯＰＳに適用されるビーム回転機構の変形例１を示す。 図８は、Ｌ－ＯＰＳに適用されるビーム回転機構の変形例２を示す。 図９は、実施形態３に係るレーザ装置の構成を概略的に示す上面図である。 図１０は、実施形態３に係るレーザ装置の構成を概略的に示す正面図である。 図１１は、実施形態３に係るＬ－ＯＰＳの構成を概略的に示す斜視図である。 図１２は、露光装置の構成例を概略的に示す。
実施形態
－目次－
１．比較例に係るレーザ装置の概要
１．１ 構成
１．２ 動作
１．３ 課題
２．実施形態１
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ Ｌ－ＯＰＳの具体例
２．３．１ 構成
２．３．２ 動作
２．４ 作用・効果
２．５ 変形例
３．実施形態２
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 作用・効果
４．ビーム回転機構の変形例１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
５．ビーム回転機構の変形例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
６．２ 動作
６．３ Ｌ－ＯＰＳの具体例
６．３．１ 構成
６．３．２ 動作
６．４ 作用・効果
６．５ 変形例
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．比較例に係るレーザ装置の概要
１．１ 構成
図１は、比較例に係るレーザ装置２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。レーザ装置２は、マスターオシレータ（Master Oscillator：ＭＯ）１０と、ＭＯビームステアリングユニット２０と、パワーオシレータ（Power Oscillator：ＰＯ）３０と、ＰＯビームステアリングユニット４０と、光学パルスストレッチャ（Optical Pulse Stretcher：ＯＰＳ）５０とを含む。
マスターオシレータ１０は、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１１と、チャンバ１４と、出力結合ミラー（Output Coupler：ＯＣ）１７とを含む。
ＬＮＭ１１は、スペクトル線幅を狭帯域化するためのプリズムビームエキスパンダ１２と、グレーティング１３とを含む。プリズムビームエキスパンダ１２とグレーティング１３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１７は、反射率が４０％～６０％の反射ミラーである。出力結合ミラー１７とＬＮＭ１１とは、光共振器を構成するように配置される。
チャンバ１４は、光共振器の光路上に配置される。チャンバ１４は、１対の放電電極１５ａ、１５ｂと、パルスレーザ光が透過する２枚のウィンドウ１６ａ、ウィンドウ１６ｂとを含む。チャンバ１４は、エキシマレーザガスを内部に収容する。エキシマレーザガスは、例えば、レアガスとしてＡｒガス又はＫｒガス、ハロゲンガスとしてＦ２ガス、バッファガスとしてＮｅガスを含んでいてもよい。
ＭＯビームステアリングユニット２０は、高反射ミラー２１ａと高反射ミラー２１ｂとを含む。高反射ミラー２１ａと高反射ミラー２１ｂとは、マスターオシレータ１０から出力されたパルスレーザ光がパワーオシレータ３０に入射するように配置される。
パワーオシレータ３０は、リアミラー３１と、チャンバ３２と、出力結合ミラー３５とを含む。リアミラー３１と出力結合ミラー３５とは光共振器を構成するように配置される。
チャンバ３２は、光共振器の光路上に配置される。チャンバ３２は、マスターオシレータ１０のチャンバ１４と同様の構成であってよい。すなわち、チャンバ３２は、１対の放電電極３３ａ、３３ｂと、パルスレーザ光が透過する２枚のウィンドウ３４ａ、ウィンドウ３４ｂとを含む。チャンバ３２は、エキシマレーザガスを内部に収容する。
リアミラー３１は、反射率が５０％～９０％の反射ミラーである。出力結合ミラー３５は、反射率が１０％～３０％の反射ミラーである。
ＰＯビームステアリングユニット４０は、高反射ミラー４０ａと高反射ミラー４０ｂとを含む。高反射ミラー４０ａと高反射ミラー４０ｂとは、パワーオシレータ３０から出力されたパルスレーザ光がＯＰＳ５０に入射するように配置される。
ＯＰＳ５０は、ビームスプリッタ５２と、４枚の凹面ミラー５４ａ～５４ｄとを含む。ビームスプリッタ５２は、ＰＯビームステアリングユニット４０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５２は、入射したパルスレーザ光のうちの一部のパルスレーザ光を透過させ、その他のパルスレーザ光を反射させる反射ミラーである。ビームスプリッタ５２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。ビームスプリッタ５２は、ビームスプリッタ５２を透過したパルスレーザ光をレーザ装置２から出力させる。
４枚の凹面ミラー５４ａ～５４ｄは、ビームスプリッタ５２の第１の面を反射したパルスレーザ光の遅延光路を構成する。ビームスプリッタ５２の第１の面で反射されたパルスレーザ光は、４枚の凹面ミラー５４ａ～５４ｄで反射して、再びビームスプリッタ５２でビームが結像するように配置される。
４枚の凹面ミラー５４ａ～５４ｄは、それぞれの焦点距離が全て略等しい凹面ミラーであってよい。凹面ミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの焦点距離ｆは、例えば、ビームスプリッタ５２から凹面ミラー５４ａまでの距離に相当してよい。
凹面ミラー５４ａと凹面ミラー５４ｂとは、ビームスプリッタ５２の第１の面で反射されたパルスレーザ光を凹面ミラー５４ａで反射し、凹面ミラー５４ｂに入射させるように配置される。凹面ミラー５４ａと凹面ミラー５４ｂとは、ビームスプリッタ５２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５２の第１の面における像を等倍（１：１）で第１の像として結像させるように配置される。
凹面ミラー５４ｃと凹面ミラー５４ｄとは、凹面ミラー５４ｂで反射されたパルスレーザ光を凹面ミラー５４ｃで反射し、凹面ミラー５４ｄに入射させるように配置される。さらに、凹面ミラー５４ｄは、凹面ミラー５４ｄで反射されたパルスレーザ光がビームスプリッタ５２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５４ｃと凹面ミラー５４ｄとは、第１の像をビームスプリッタ５２の第２の面に１：１で第２の像として結像させるように配置される。
１．２ 動作
マスターオシレータ１０のチャンバ１４において放電が発生すると、レーザガスが励起され、出力結合ミラー１７とＬＮＭ１１とで構成される光共振器によって狭帯域化されたパルスレーザ光が出力結合ミラー１７から出力される。このパルスレーザ光はＭＯビームステアリングユニット２０によって、パワーオシレータ３０のリアミラー３１にシード光として入射する。
リアミラー３１を透過したシード光が入射するタイミングに同期して、チャンバ３２において放電が発生する。その結果、レーザガスが励起され、出力結合ミラー３５とリアミラー３１とで構成されるファブリペロー型の光共振器によってシード光が増幅され、出力結合ミラー３５から増幅されたパルスレーザ光が出力される。出力結合ミラー３５から出力されたパルスレーザ光は、ＰＯビームステアリングユニット４０を経由して、ＯＰＳ５０に入射する。
ＯＰＳ５０に入射したパルスレーザ光は、ビームスプリッタ５２の第１の面に入射する。ビームスプリッタ５２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５２を透過し、遅延光路を周回していない０周回光（スルー光）のパルスレーザ光としてＯＰＳ５０から出力される。
ビームスプリッタ５２の第１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５２の第１の面を反射したパルスレーザ光は、遅延光路に進入し、凹面ミラー５４ａと凹面ミラー５４ｂとにより反射される。ビームスプリッタ５２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５４ａと凹面ミラー５４ｂとにより、１：１の第１の転写像として結像する。そして第１の転写像は、凹面ミラー５４ｃと凹面ミラー５４ｄとによって、ビームスプリッタ５２の第２の面に１：１の第２の転写像として結像する。
凹面ミラー５４ｄからビームスプリッタ５２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５２の第２の面により反射され、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ＯＰＳ５０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。この遅延時間Δｔ１は、ＯＰＳ５０の遅延光路の光路長をＬＯＰＳ、光速をｃとすると、Δｔ１＝ＬＯＰＳ／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５２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５２を透過したパルスレーザ光は、さらに遅延光路に進入し、４枚の凹面ミラー５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄにより反射されて、再びビームスプリッタ５２の第２の面に入射する。そして、ビームスプリッタ５２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ＯＰＳ５０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、ＯＰＳ５０からは、０周回光、１周回光、２周回光、３周回光・・・のパルスレーザ光が出力される。ＯＰＳ５０から出力されるパルスレーザ光は、遅延光路の周回数が多くなるほど光強度が低下する。
１周回光以降のパルスレーザ光は、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それぞれ合成されて出力されることにより、パルス波形が重畳される。こうして、ＯＰＳ５０によってパルスレーザ光のパルス幅が伸長される。
ＯＰＳ５０を通過したパルスレーザ光は、図示しないモニタモジュールを通過して、レーザ装置２から出力される。モニタモジュールは、図示しないビームスプリッタ及びセンサを含み、パルスレーザ光のパルスエネルギ、スペクトル線幅、波長等を計測する。
図１では、１段のＯＰＳ５０を備える例を示しているが、レーザ装置２は、２段以上のＯＰＳを含んでいてもよい。例えば、ＯＰＳ５０から出力されたパルスレーザ光の光路上に、図示しないＯＰＳを１つ以上直列に配置してもよい。
１．３ 課題
レーザ装置２は、ＯＰＳ５０によってパルスレーザ光のパルス幅を伸長することにより、被加工物の表面におけるむら（スペックル）の発生を抑制している。スペックルは、被加工物がウエハの場合、ウエハ面上で点在して現れるため、部分的な露光量の大小を発生させ露光パターンのサイズを変化させる。スペックルとは、パルスレーザ光の光強度分布を均一化するためにパルスレーザ光を散乱させたときに、干渉によって生じる明暗の斑点である。明暗の斑点を撮影した画像をスペックル画像という。スペックルの評価指標として、一般的に以下のスペックルコントラストＳＣが使用される。
ＳＣ＝σ（Ｉ）／Ａｖｇ（Ｉ）
ここで、σ（Ｉ）はスペックル画像における強度Ｉの標準偏差であり、Ａｖｇ（Ｉ）は強度Ｉの平均値である。
スペックルコントラストの低減のためにＯＰＳでパルス幅をさらに大きく伸ばすには、非常に長い距離の光路差を生むための長大なＯＰＳが必要になる。長大なＯＰＳを構成すべく、複数のミラーでパルスレーザ光を反射させながら光路長を長くする場合、複数のミラーによって構成される伝搬光路を含む面に平行な方向のビームダイバージェンスが大きくなり、露光装置で要求されるパルスレーザ光の仕様を満たさなくなることがある。
図１において、レーザ装置２の高さ方向（図１の縦方向）をＶ軸方向、レーザ装置２の長さ方向（図１の横方向）をＺ軸方向、レーザ装置２の奥行き方向（図１の紙面に直交する方向）をＨ軸方向とする直交座標系を導入して説明する。図１に示すレーザ装置２の場合、ＯＰＳ５０の凹面ミラー５４ａ～５４ｄは、Ｖ軸及びＺ軸を含むＶＺ平面と平行な平面に伝搬光路（遅延光路）を形成するように配置されている。
より長い光路差を生むＯＰＳを構成するにあたり、例えば、ＯＰＳ５０の前段又は後段において、このＶＺ平面に沿ってさらに図示しない複数枚の凹面ミラーを並べて、ＶＺ平面内に伝搬光路を展開する場合、レーザ装置２から出射されるパルスレーザ光は、ＶＺ平面と平行なＶ軸方向のビームダイバージェンスが大きくなる。
露光装置に入射させるパルスレーザ光のビームダイバージェンスは、露光装置で定められている仕様を満たす必要がある。したがって、ＯＰＳ５０に代えて、又はＯＰＳ５０に加えて、さらに長大なＯＰＳを用いる場合、露光装置の要求仕様を満たすパルスレーザ光が得られるようにＯＰＳを構成することが求められる。
また、レーザ装置内及びレーザ装置周辺のスペースには制限があるため、長大なＯＰＳは省スペース化する必要がある。
２．実施形態１
２．１ 構成
図２は、実施形態１に係るレーザ装置２Ａの構成を概略的に示す上面図であり、図３は、レーザ装置２Ａの構成を概略的に示す正面図である。なお、レーザ装置２Ａに関する「正面」とは、レーザ装置２Ａの外周面のうち、レーザ装置２Ａのメンテナンス等のために図示しない外装カバーパネルが大きく開く側の面を「正面」と呼んでいる。レーザ装置２Ａの外装カバーパネルを開けた際に、図３のような装置内部の配置構造が見える側の面が「正面」である。
図２及び図３において、図１と同様の直交座標系を適用し、レーザ装置２Ａの高さ方向をＶ軸方向、レーザ装置２Ａの長さ方向をＺ軸方向、レーザ装置２Ａの奥行き方向をＨ軸方向とする。Ｖ軸方向は重力方向と平行であってよく、重力方向と逆方向を「＋Ｖ方向」とし、重力方向を「－Ｖ方向」とする。
レーザ装置２Ａは、おおむね直方体の外観形状を有し、レーザ装置２Ａの図示しないビーム出口は、図３における右側の側面に設けられる。レーザ装置２Ａから出射されるパルスレーザ光の出射方向を「＋Ｚ方向」とする。図３の紙面の手前に向かう方向を「＋Ｈ方向」とする。
レーザ装置２Ａは、マスターオシレータ１０と、ＭＯビームステアリングユニット２０と、パワーオシレータ３０と、ＯＰＳ５０とを備える。これらの要素は、図１に示すレーザ装置２の構成と同様であってよい。マスターオシレータ１０、又はマスターオシレータ１０とパワーオシレータ３０との組み合わせは、本開示における「レーザ発振器」の一例である。図２及び図３に示すレーザ装置２Ａについて、図１に示す比較例と異なる点を説明する。
レーザ装置２Ａは、パルス幅を伸長する長い距離の光路差を生むための長大な光学パルスストレッチャ１００（以下、「Ｌ－ＯＰＳ１００」と表記する。）を備える。Ｌ－ＯＰＳ１００は、レーザ装置２Ａの背面に配置される。「背面」は正面から見て奥側であり、正面と反対の面である。Ｌ－ＯＰＳ１００の具体的な構成例は図４を用いて後述する。レーザ装置２Ａは、図１のＰＯビームステアリングユニット４０に代えて、ＰＯビームステアリングユニット４２を備える。
ＰＯビームステアリングユニット４２は、Ｌ－ＯＰＳ１００との光のやり取りのために、高反射ミラー４４ａと、高反射ミラー４４ｂと、高反射ミラー４４ｃとを含む。
高反射ミラー４４ａは、パワーオシレータ３０から出力されたパルスレーザ光を反射し、高反射ミラー４４ｂに入射させるように配置される。高反射ミラー４４ｂは、高反射ミラー４４ａで反射したパルスレーザ光を反射し、Ｌ－ＯＰＳ１００の第１のビームスプリッタＢＳ１に入射させるように配置される。高反射ミラー４４ｃは、Ｌ－ＯＰＳ１００から出力されたパルスレーザ光を反射し、ＯＰＳ５０に入射させるように配置される。
２．２ 動作
パワーオシレータ３０から出射したパルスレーザ光は、ＰＯビームステアリングユニット４２の高反射ミラー４４ａと高反射ミラー４４ｂとによって伝搬方向を変え、レーザ装置２Ａ背面部のＬ－ＯＰＳ１００へ入射する。
Ｌ－ＯＰＳ１００に入射したパルスレーザ光は、Ｌ－ＯＰＳ１００によってパルス幅を伸長され、ＰＯビームステアリングユニット４２に戻る。
ＰＯビームステアリングユニット４２に戻ったパルスレーザ光は、高反射ミラー４４ｃによって伝搬方向を変え、ＯＰＳ５０に入射する。ＯＰＳ５０に入射したパルスレーザ光は、ＯＰＳ５０によってさらにパルス幅が伸長されてレーザ装置２Ａから出射する。
２．３ Ｌ－ＯＰＳの具体例
２．３．１ 構成
図４は、Ｌ－ＯＰＳ１００の構成を概略的に示す斜視図である。Ｌ－ＯＰＳ１００は、第１のビームスプリッタＢＳ１と、複数の凹面ミラー１１１～１１６と、高反射ミラー１２１、１２２と、第２のビームスプリッタＢＳ２と、複数の凹面ミラー１３１～１３４と、高反射ミラー１４１～１４３とを含む。
第１のビームスプリッタＢＳ１と複数の凹面ミラー１１１～１１６とによって第１のループ光路ＬＯＰ１を含む第１の遅延光学系が構成される。高反射ミラー１２１と高反射ミラー１２２とによってパルスレーザ光のビームを回転させるビーム回転機構１２０が構成される。第２のビームスプリッタＢＳ２と複数の凹面ミラー１３１～１３４とによって第２のループ光路ＬＯＰ２を含む第２の遅延光学系が構成される。高反射ミラー１４１～１４３は、第１のループ光路ＬＯＰ１及び第２のループ光路ＬＯＰ２を通過したパルスレーザ光をＰＯビームステアリングユニット４２に戻す戻り伝搬光路ＢＯＰを構成する。
なお、図４において、高反射ミラー４４ａ、４４ｂ、１２１、１２２、１４１、１４２、１４３、及び４４ｃで伝搬するパルスレーザ光の光路は太実線で示され、第１のループ光路ＬＯＰ１は細実線で示され、第２のループ光路ＬＯＰ２は一点鎖線で示されている。
また、図４において、パルスレーザ光の光路上に示す長方形の印は、その光路を伝搬するパルスレーザ光のビーム断面形状を模式的に表している。「ビーム断面形状」とはビーム軸に垂直なビーム断面の断面プロファイルの形状である。以後、「ビーム断面」という用語は、「ビームの断面プロファイル」あるいは「ビーム断面形状」と同義の用語として用いる。長方形の長辺方向がビーム断面の長手方向であり、長方形の短辺方向がビーム断面の短手方向である。
例えば、高反射ミラー４４ａに入射するパルスレーザ光は、ビーム断面の長手方向がＶ軸方向と平行な縦長のビーム形状を有する。高反射ミラー４４ａは、入射したパルスレーザ光をＶ軸方向（図４において－Ｖ方向）に反射して高反射ミラー４４ｂに入射させるように配置される。高反射ミラー４４ｂは、高反射ミラー４４ａからのパルスレーザ光をＨ軸方向（図４において－Ｈ方向）に反射してＬ－ＯＰＳ１００の第１のビームスプリッタＢＳ１に入射させるように配置される。高反射ミラー４４ｂから出射されたパルスレーザ光は、ビーム断面の長手方向がＶ軸方向と直交する横長のビーム形状を有する。
高反射ミラー４４ａと高反射ミラー４４ｂとの組み合わせによって、縦長のビームを横長のビームに変換するようにパルスレーザ光を回転させるビーム回転機構４３が構成される。なお、ここで「回転させる」という記載には、ビーム軸に対してビーム断面の長手方向と短手方向の向きを調整するという意味が含まれる。
第１のビームスプリッタＢＳ１は、高反射ミラー４４ｂと高反射ミラー１２１との間の光路上に配置される。凹面ミラー１１１～１１６は、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光が伝搬する遅延光路となる第１のループ光路ＬＯＰ１を形成する。凹面ミラー１１１～１１６は、それぞれの焦点距離が略等しい凹面ミラーであってよい。凹面ミラー１１１～１１６のそれぞれの焦点距離ｆ１は、例えば、第１のビームスプリッタＢＳ１から凹面ミラー１１１までの距離に相当してもよい。第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、及び１１６の順で反射して、再び第１のビームスプリッタＢＳ１でビームが結像するように配置される。
図４において、第１のループ光路ＬＯＰ１は、ＶＺ平面と平行な同一平面上に形成される。すなわち、第１のビームスプリッタＢＳ１及び凹面ミラー１１１～１１６は、ＶＺ平面と平行な同一平面上に第１のループ光路ＬＯＰ１が構成されるように配置される。なお、「同一平面」という記載は、実質的に同一平面と見做すことができる程度の許容範囲を含んでよい。また「光路が同一平面上に形成される」とは、光路を含む平面が単一の平面であること、あるいは「同じ平面内に光路が形成されていること」と言い換えてもよい。第１のループ光路ＬＯＰ１が形成される平面を「第１のループ光路平面」という。第１のループ光路平面は、第１のループ光路ＬＯＰ１を含む平面と言い換えてもよい。第１のループ光路平面は本開示における「第１の平面」の一例である。
高反射ミラー１２１は、第１のビームスプリッタＢＳ１から出射されたパルスレーザ光を反射して高反射ミラー１２２に入射させるように配置される。高反射ミラー１２２は、高反射ミラー１２１から入射したパルスレーザ光を反射して、第２のビームスプリッタＢＳ２に入射させるように配置される。
第２のビームスプリッタＢＳ２は、高反射ミラー１２２と、高反射ミラー１４１との間の光路上に配置される。なお、第２のビームスプリッタＢＳ２は、高反射ミラー１４２と高反射ミラー１４３との間の光路上に配置されてもよい。
凹面ミラー１３１～１３４は、第２のビームスプリッタＢＳ２で反射されたパルスレーザ光が伝搬する遅延光路となる第２のループ光路ＬＯＰ２を形成する。凹面ミラー１３１～１３４は、それぞれの焦点距離が全て略等しい凹面ミラーであってよい。例えば、凹面ミラー１３１～１３４のそれぞれの焦点距離ｆ２は、第２のビームスプリッタＢＳ２から凹面ミラー１３１までの距離に相当してもよい。第２のビームスプリッタＢＳ２で反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１３１、１３２、１３３、及び１３４の順で反射して、再び第２のビームスプリッタＢＳ２でビームが結像するように配置される。
第２のループ光路ＬＯＰ２は、ＶＺ平面と平行な面上に形成される。第２のループ光路ＬＯＰ２が形成される平面を第２のループ光路平面という。第２のループ光路平面は、第２のループ光路ＬＯＰ２を含む平面と言い換えてもよい。第２のループ光路平面は、第１のループ光路平面と平行であり、かつ第１のループ光路平面とは異なる（非同一の）平面である。第２のビームスプリッタＢＳ２及び凹面ミラー１３１～１３４は、ＶＺ平面と平行な同一平面上に第２のループ光路ＬＯＰ２が構成されるように配置される。第２のループ光路平面は本開示における「第２の平面」の一例である。
凹面ミラー１１１、１１５、１１３、１３１、及び１３３と、凹面ミラー１１６、１１２、１１４、１３４、及び１３２とのそれぞれは、レーザ装置２Ａの長手方向の両端に互いに対向するように配置される。レーザ装置２Ａの長手方向とは、図２において横方向（Ｚ軸方向）である。
すなわち、凹面ミラー１１１、凹面ミラー１１５及び凹面ミラー１１３は、レーザ装置２Ａの長手方向の一方の端部（図２において右側の端部、以下、第１の端部という。）に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１１６、凹面ミラー１１２及び凹面ミラー１１４は、レーザ装置２Ａの長手方向の他方の端部（図２において左側の端部、以下、第２の端部という。）に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１１１と凹面ミラー１１６とは第１のビームスプリッタＢＳ１を挟んで対向する位置に配置される。
同様に、凹面ミラー１３１と凹面ミラー１３３とは、レーザ装置２Ａの長手方向の第１の端部に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１３４と凹面ミラー１３２とは、レーザ装置２Ａの長手方向の第２の端部に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１３１と凹面ミラー１３４とは第２のビームスプリッタＢＳ２を挟んで対向する位置に配置される。
高反射ミラー１２１と高反射ミラー１２２とによって構成されるビーム回転機構１２０の伝搬光路と、高反射ミラー１４１～１４３によって構成される戻り伝搬光路ＢＯＰとは、第２のループ光路ＬＯＰ２と同一平面上に形成される。すなわち、高反射ミラー１２１から高反射ミラー１２２を経て第２のビームスプリッタＢＳ２にパルスレーザ光を入射させる伝搬光路と、第２のビームスプリッタＢＳ２から高反射ミラー１４１、１４２を経て高反射ミラー１４３に至る戻り伝搬光路ＢＯＰとが、第２のループ光路平面上に形成されるように、高反射ミラー１２１、１２２及び高反射ミラー１４１～１４３が配置される。
Ｌ－ＯＰＳ１００は本開示における「パルス幅伸長装置」の一例である。ビーム回転機構１２０は本開示における「第１のビーム回転機構」の一例である。高反射ミラー１２１と高反射ミラー１２２とは本開示における「第１のビーム回転機構」を構成している「２枚以上のミラー」の一例であり、高反射ミラー１２１、１２２のそれぞれは本開示における「第１のビーム回転機構」を構成している「ミラー」の一例である。ビーム回転機構４３は本開示における「第２のビーム回転機構」の一例である。また、高反射ミラー４４ａと高反射ミラー４４ｂとは本開示における「第２のビーム回転機構」を構成している「２枚以上のミラー」の一例であり、高反射ミラー４４ａ、４４ｂのそれぞれは本開示における「第２のビーム回転機構」を構成している「ミラー」の一例である。高反射ミラー１４１～１４３は本開示における「戻り伝搬光学系」の一例であり、戻り伝搬光路ＢＯＰは本開示における「戻り伝搬光学系内に形成される光路」の一例である。
Ｈ軸方向は本開示における「第１の軸方向」の一例である。Ｚ軸方向は本開示における「第２の軸方向」の一例である。Ｖ軸方向は本開示における「第３の軸方向」の一例である。凹面ミラー１１１～１１６のそれぞれは本開示における「第１の凹面ミラー」の一例である。凹面ミラー１３１～１３４のそれぞれは本開示における「第２の凹面ミラー」の一例である。
２．３．２ 動作
ＰＯビームステアリングユニット４２の高反射ミラー４４ａ、４４ｂで構成されるビーム回転機構４３は、第１のループ光路ＬＯＰ１を進むパルスレーザ光のビーム断面の長手方向が第１のループ光路平面に対して直交するように、パルスレーザ光を回転させる。
ビーム回転機構４３から出射されたパルスレーザ光は、第１のビームスプリッタＢＳ１に入射する。第１のビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１１１、凹面ミラー１１２、凹面ミラー１１３、凹面ミラー１１４、凹面ミラー１１５及び凹面ミラー１１６の順に反射され、第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬する。第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬するパルスレーザ光は、ビーム断面の長手方向が第１のループ光路平面に直交するビーム形状を保って第１のループ光路ＬＯＰ１を周回する。
つまり、第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬するパルスレーザ光は、ビーム断面の短手方向が第１のループ光路平面に平行なビーム形状の状態で第１のループ光路ＬＯＰ１を周回する。
第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬したパルスレーザ光は、凹面ミラー１１６から第１のビームスプリッタＢＳ１に再度入射する。第１のループ光路ＬＯＰ１を周回して第１のビームスプリッタＢＳ１に再入射したパルスレーザ光のうち、第１のビームスプリッタＢＳ１の第２の面を透過したパルスレーザ光は再度、第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬する。
その一方、第１のループ光路ＬＯＰ１を周回して第１のビームスプリッタＢＳ１に再入射したパルスレーザ光のうち、第１のビームスプリッタＢＳ１の第２の面で反射されたパルスレーザ光は、第１のビームスプリッタＢＳ１の第１の面を透過した０周回光のパルスレーザ光と合成されてビーム回転機構１２０の高反射ミラー１２１に入射する。
ビーム回転機構１２０に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１２１、１２２によって反射され、第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬するパルスレーザ光のビーム断面の長手方向が第２のループ光路平面に対して直交するようにパルスレーザ光が回転する。
ビーム回転機構１２０から出射されたパルスレーザ光は、第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面に入射し、第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面で反射されたパルスレーザ光は、第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬する。第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面を透過したパルスレーザ光は０周回光として第２のビームスプリッタＢＳ２から出射され、高反射ミラー１４１に入射する。第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬したパルスレーザ光は、第２のビームスプリッタＢＳ２に再度入射する。第２のループ光路ＬＯＰ２を周回して第２のビームスプリッタＢＳ２に再入射したパルスレーザ光のうち、第２のビームスプリッタＢＳ２の第２の面を透過したパルスレーザ光は再度、第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬する。
その一方、第２のループ光路ＬＯＰ２を周回して第２のビームスプリッタＢＳ２に再入射したパルスレーザ光のうち、第２のビームスプリッタＢＳ２の第２の面で反射されたパルスレーザ光は、第２のループ光路ＬＯＰ２から分かれて高反射ミラー１４１に入射する。第２のビームスプリッタＢＳ２から高反射ミラー１４１に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１４１、１４２、１４３の順に反射され、ＰＯビームステアリングユニット４２の高反射ミラー４４ｃへ戻される。高反射ミラー４４ｃによって反射されたパルスレーザ光はＯＰＳ５０に入射する。ＯＰＳ５０による動作は図１で説明したとおりである。
ＯＰＳ５０から出射されたパルスレーザ光は、図示しない露光装置に入射する。露光装置では、被加工物に対して適切な露光を実施するために、露光装置に入射させるパルスレーザ光のビームダイバージェンスの条件が定められている。
Ｌ－ＯＰＳ１００における第１のループ光路ＬＯＰ１及び第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬するパルスレーザ光は、複数の凹面ミラー１１１～１１６及び凹面ミラー１３１～１３４で反射しながら伝搬することにより、ビーム断面の短手方向のビームダイバージェンスが広がるものの、ビーム断面の短手方向は長手方向よりも露光装置で要求されるビームダイバージェンスの仕様に対してマージンが大きい（余裕がある）。これは、パワーオシレータ３０から出力されるパルスレーザ光のビーム断面の短手方向のビームダイバージェンスが長手方向のビームダイバージェンスよりも小さいためである。
実施形態１に係るレーザ装置２Ａでは、露光装置の要求に対してマージンが大きいビーム断面の短手方向が第１のループ光路ＬＯＰ１及び第２のループ光路ＬＯＰ２のそれぞれのループ光路平面と平行になるように、ビーム回転機構４３、１２０によってパルスレーザ光を回転させて、第１のループ光路ＬＯＰ１及び第２のループ光路ＬＯＰ２に入射させている。
２．４ 作用・効果
実施形態１におけるＬ－ＯＰＳ１００及びこれを含むレーザ装置２Ａによれば、次のような効果が得られる。
（１）パルスレーザ光がＬ－ＯＰＳ１００の第１のループ光路ＬＯＰ１と第２のループ光路ＬＯＰ２とを通ることで、パルス幅を大きく伸ばすことができる。レーザ装置２Ａ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、スペックルコントラストを低減できる。
（２）パルスレーザ光のビーム断面の長手方向が第１のループ光路ＬＯＰ１及び第２のループ光路ＬＯＰ２のそれぞれに対して直交するようにビーム回転機構４３、１２０でビームを回転することで、仕様に対するマージンが大きいビーム断面の短手方向が伝搬光路を含む面と平行になり、ビームダイバージェンス拡大の影響を相対的に低減できる。
（３）第２のループ光路ＬＯＰ２と、高反射ミラー１２１から第２のループ光路ＬＯＰ２にパルスレーザ光を入射させる入射光路と、戻り伝搬光路ＢＯＰとを同一平面上に配置することにより、Ｌ－ＯＰＳ１００の厚み方向（図２～図４において、Ｈ軸方向）のスペースを小さくできる。
（４）Ｌ－ＯＰＳ１００をレーザ装置２Ａの背面に配置することにより、レーザ装置２Ａ本体の全高（図３においてＶ軸方向の寸法）を比較例１に係るレーザ装置２から変更せずに済む。
（５）Ｌ－ＯＰＳ１００をレーザ装置２Ａの背面に配置することにより、組立性及び調整性が良好となる。
２．５ 変形例
実施形態１では、ＰＯビームステアリングユニット４２からＬ－ＯＰＳ１００にパルスレーザ光を入射し、Ｌ－ＯＰＳ１００でパルス幅が伸長されたパルスレーザ光をＰＯビームステアリングユニット４２に戻す構成を説明したが、ＰＯビームステアリングユニット４２の一部又は全部はＬ－ＯＰＳ１００の構成に含まれてもよい。例えば、図４に示すビーム回転機構４３はＬ－ＯＰＳ１００の構成に含まれてもよい。
図４では、６枚の凹面ミラー１１１～１１６を用いて第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する例を示しているが、第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する凹面ミラーの枚数はこの例に限らない。第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する凹面ミラーの枚数は偶数枚であることが好ましく、４枚以上の偶数枚であることがさらに好ましい。
同様に、図４では、４枚の凹面ミラー１３１～１３４を用いて第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する例を示してるが、第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する凹面ミラーの枚数はこの例に限らない。第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する凹面ミラーの枚数は偶数枚であることが好ましく、４枚以上の偶数枚であることがさらに好ましい。
第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する凹面ミラーの枚数を２ｎ枚とすると、第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する２ｎ枚の凹面ミラーは、ｎ枚ずつの凹面ミラーの列に分けられて、ｎ枚の凹面ミラーの列同士が互いにＺ軸方向に分かれて対面して配置される。この対面する配置構造におけるそれぞれの片側のミラー列においては、ｎ枚の凹面ミラーがＶ軸方向に並んで配置される。ここでのｎは２以上の整数である。
同様に、第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する凹面ミラーの枚数を２ｍ枚とすると、第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する２ｍ枚の凹面ミラーは、ｍ枚ずつの凹面ミラーの列に分けられて、ｍ枚の凹面ミラーの列同士が互いにＺ軸方向に分かれて対面して配置される。この対面する配置構造におけるそれぞれの片側のミラー列においては、ｍ枚の凹面ミラーがＶ軸方向に並んで配置される。ここでのｍは２以上の整数である。図４は、ｎ＝３、ｍ＝２の例である。
３．実施形態２
３．１ 構成
図５は、実施形態２に係るＬ－ＯＰＳ１００Ｂの構成を概略的に示す斜視図である。図４で説明したＬ－ＯＰＳ１００に代えて、図５に示すＬ－ＯＰＳ１００Ｂを採用してもよい。図５に示す構成について、図４と異なる点を説明する。
図５に示すＬ－ＯＰＳ１００Ｂは、図４で説明した６枚の凹面ミラー１１１～１１６に代えて、８枚の凹面ミラー１１１～１１８を備える。凹面ミラー１１１～１１８は、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光が伝搬する遅延光路となる第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂを形成する。凹面ミラー１１１～１１８は、それぞれの焦点距離が略等しい凹面ミラーであってよい。第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、及び１１８の順で反射して、再び第１のビームスプリッタＢＳ１でビームが結像するように配置される。
図４で説明したＬ－ＯＰＳ１００では、６枚の凹面ミラー１１１～１１６を用いて第１のループ光路ＬＯＰ１が構成されているのに対し、図５に示すＬ－ＯＰＳ１００Ｂでは、８枚の凹面ミラー１１１～１１８を用いて第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂが構成されている。
つまり、図５に示すＬ－ＯＰＳ１００Ｂでは、第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂを構成する凹面ミラーが８枚、第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する凹面ミラーが４枚であり、レーザ装置２Ａの長手方向に互いに対面するように配置された凹面ミラーの片側の配列枚数がそれぞれ偶数枚ずつとなるように、凹面ミラー１１１～１１８及び凹面ミラー１３１～１３４が配置されている。
図５に示すとおり、凹面ミラー１１１、１１７、１１３、及び１１５と、凹面ミラー１１８、１１２、１１６、１１４とのそれぞれは、レーザ装置２Ａの長手方向（Ｚ軸方向）の両端に互いに対面になるように配置される。凹面ミラー１１１、１１７、１１３、１１５は、レーザ装置２Ａの長手方向の第１の端部に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１１８、１１２、１１６、１１４は、レーザ装置２Ａの長手方向の第２の端部に、この順番でＶ軸方向に沿って一列に並んで配置される。凹面ミラー１１１と凹面ミラー１１８とは第１のビームスプリッタＢＳ１を挟んで対向する位置に配置される。凹面ミラー１１７と凹面ミラー１１２とが対向し、凹面ミラー１１３と凹面ミラー１１６とが対向し、凹面ミラー１１５と凹面ミラー１１４とが対向するように配置される。第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂは、ＶＺ平面と平行な同一平面上に形成される。その他の構成は図４に示す構成と同様であってよい。
第２のループ光路ＬＯＰ２を構成する凹面ミラーの枚数は図４と同様に４枚であり、レーザ装置２Ａの長手方向に互いに対面するように配置された凹面ミラーの片側の配列枚数が偶数ずつとなるように配置されている。
３．２ 動作
第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂでは、一対の凹面ミラーで像を反転させながらパルスレーザ光を伝搬している。図６は、一対の凹面ミラーによるパルスレーザ光の伝搬動作を模式的に示す図である。図６では、一対の凹面ミラーを一対の凸レンズに置き換えて示している。図６に示す凸レンズ２１１と凸レンズ２１２とは、例えば、凹面ミラー１１１と凹面ミラー１１２とに相当する。
図５に示す第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂの場合、Ｚ軸方向に対面して配置される凹面ミラー１１１～１１８の片側の凹面ミラーの枚数が偶数ずつになることで、像反転させる凹面ミラーの対の数が偶数になり、第１のビームスプリッタＢＳ１で再合流する際の第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂを伝搬したパルスレーザ光（周回光）の像が、第１のビームスプリッタＢＳ１を透過した０周回光のパルスレーザ光（スルー光）に対して反転しない。すなわち、像反転させる一対の凹面ミラーが偶数組配置されていればよく、図５に示す凹面ミラー１１１～１１８は、像反転させる一対の凹面ミラーが４組配置されている例である。
第２のループ光路ＬＯＰ２も同様であり、Ｚ軸方向に対面して配置される凹面ミラー１３１～１３４の片側の凹面ミラーの枚数が偶数ずつになることで、像反転させる凹面ミラーの対の数が偶数になり、第２のビームスプリッタＢＳ２で再合流する際の第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬したパルスレーザ光（周回光）の像が、第２のビームスプリッタＢＳ２を透過した０周回光のパルスレーザ光（スルー光）に対して反転しない。図５に示す凹面ミラー１３１～１３４は、像反転させる一対の凹面ミラーが２組配置されている例である。
３．３ 作用・効果
実施形態２に係るＬ－ＯＰＳ１００Ｂによれば、第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂ及び第２のループ光路ＬＯＰ２のそれぞれのループ光路において、ループ光の像がスルー光に対して反転しないため、ループ光のポインティングもスルー光のポインティングと逆方向を向くことがなく、ループ光とスルー光が重ね合わされた際に見かけ上のビームサイズとダイバージェンスが大きくなることを抑制できる。
４．ビーム回転機構の変形例１
４．１ 構成
ビーム回転機構１２０の変形例１を図７に示す。図４及び図５に示したビーム回転機構１２０に代えて、図７に示すようなビーム回転機構１２３を採用してもよい。
ビーム回転機構１２３は、３枚以上の高反射ミラーで構成してもよい。例えば、ビーム回転機構１２３は、４枚の高反射ミラー１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、及び１２４ｄで構成されてよい。
高反射ミラー１２４ａは、図７に示されていない第１のループ光路ＬＯＰ１を通過したパルスレーザ光を反射して高反射ミラー１２４ｂに入射させるように配置される。高反射ミラー１２４ｂは、高反射ミラー１２４ａで反射されたパルスレーザ光を反射して高反射ミラー１２４ｃに入射させるように配置される。高反射ミラー１２４ｃは、高反射ミラー１２４ｂで反射されたパルスレーザ光を反射して高反射ミラー１２４ｄに入射させるように配置される。高反射ミラー１２４ｄは、高反射ミラー１２４ｃで反射されたパルスレーザ光を反射して、図７に示されていない第２のビームスプリッタＢＳ２に入射させるように配置される。高反射ミラー１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、及び１２４ｄのそれぞれの入射光と反射光とのなす角度（入射角と反射角の和）は、例えば、９０度であってよい。
ビーム回転機構１２３は本開示における「第１のビーム回転機構」の一例である。高反射ミラー１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄは本開示における「第１のビーム回転機構」を構成している「４枚以上のミラー」の一例である。
４．２ 動作
高反射ミラー１２４ａに入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄの順に反射され、第２のビームスプリッタＢＳ２に入射する。
ビーム回転機構１２３は、図４のビーム回転機構１２０に比べて、高反射ミラーの枚数を増やして、図示しない他の機器と干渉しないようにパルスレーザ光を伝搬させるとともに、第２のループ光路ＬＯＰ２でパルスレーザ光のビーム断面の短手方向がループ光路平面と平行になるように、パルスレーザ光を回転する。
４．３ 作用・効果
変形例１に係るビーム回転機構１２３を採用することにより、周囲のスペースに応じた適切なミラー配置ができる。
また、変形例１に係るビーム回転機構１２３によれば、他の機器と干渉しないようにパルスレーザ光を伝搬させることができ、かつ、第２のループ光路ＬＯＰ２でパルスレーザ光のビーム断面の短手方向がループ光路平面と平行になるように、遅延光路を展開できる。
５．ビーム回転機構の変形例２
５．１ 構成
ビーム回転機構１２０の変形例２を図８に示す。図４及び図５に示したビーム回転機構１２０に代えて、図８に示すようなビーム回転機構１２５を採用してもよい。ビーム回転機構１２５は、４枚の高反射ミラー１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、及び１２６ｄで構成されてよい。
ビーム回転機構１２５を構成するミラーにおける入射光と反射光とのなす角度は９０度以外でもあってよい。例えば、高反射ミラー１２６ｂの入射光と反射光とのなす角度と、高反射ミラー１２６ｃの入射光と反射光とのなす角度とは、それぞれ４５°であってよい。
高反射ミラー１２６ａは、図８に示されていない第１のループ光路ＬＯＰ１を通過したパルスレーザ光を反射して高反射ミラー１２６ｂに入射させるように配置される。高反射ミラー１２６ｂは、高反射ミラー１２６ａから出射されたパルスレーザ光を４５度の反射角で反射して高反射ミラー１２６ｃに入射させるように配置される。高反射ミラー１２６ｃは、高反射ミラー１２６ｂから出射されたパルスレーザ光を反射角４５度で反射して高反射ミラー１２６ｄに入射させるように配置される。高反射ミラー１２６ｄは、高反射ミラー１２６ｃから出射されたパルスレーザ光を反射して、図８に示されていない第２のビームスプリッタＢＳ２に入射させるように配置される。
ビーム回転機構１２５は本開示における「第１のビーム回転機構」の一例である。高反射ミラー１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄは本開示における「第１のビーム回転機構」を構成している「４枚以上のミラー」の一例である。
５．２ 動作
高反射ミラー１２６ａに入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄの順に反射され、第２のビームスプリッタＢＳ２に入射する。
ビーム回転機構１２５は、図４のビーム回転機構１２０に比べて、高反射ミラーの枚数を増やして、図示しない他の機器と干渉しないようにパルスレーザ光を伝搬させるとともに、第２のループ光路ＬＯＰ２でパルスレーザ光のビーム断面の短手方向がループ光路平面と平行になるように、パルスレーザ光を回転する。
５．３ 作用・効果
変形例２に係るビーム回転機構１２５についても、変形例１と同様に、周囲のスペースに応じた適切なミラー配置ができる。また、変形例２に係るビーム回転機構１２５によれば、他の機器と干渉しないようにパルスレーザ光を伝搬させることができ、かつ、第２のループ光路ＬＯＰ２でパルスレーザ光のビーム断面の短手方向がループ光路平面と平行になるように、遅延光路を展開できる。
６．実施形態３
６．１ 構成
図９は、実施形態３に係るレーザ装置２Ｂの構成を概略的に示す上面図であり、図１０は、レーザ装置２Ｂの構成を概略的に示す正面図である。レーザ装置２Ｂの構成について、図２及び図３に示す構成と異なる点を説明する。
実施形態３に係るレーザ装置２Ｂは、実施形態１におけるレーザ装置２Ａの背面に配置したＬ－ＯＰＳ１００の第１のループ光路ＬＯＰ１と第２のループ光路ＬＯＰ２とに対するパルスレーザ光の通過順番を入れ替えた構成となっている。
Ｌ－ＯＰＳ１００に代えて、レーザ装置２Ｂの背面に配置されるＬ－ＯＰＳ１００Ｃの詳細な構成は図１１を用いて後述する。
Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃにおいて、Ｌ－ＯＰＳ１００の第１のループ光路ＬＯＰ１と第２のループ光路ＬＯＰ２を通す順番を入れ替えた構成を採用したことにより、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃへ入射するパルスレーザ光及びＬ－ＯＰＳ１００Ｃから出射するパルスレーザ光のそれぞれのビーム断面の長手方向と短手方向の方向がＬ－ＯＰＳ１００の場合から変わる。このため、レーザ装置２Ｂは、ＰＯビームステアリングユニット４０とは異なる構成のＰＯビームステアリングユニット４５を備える。
ＰＯビームステアリングユニット４５は、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃとの光のやり取りのために、高反射ミラー４６ａと、高反射ミラー４６ｂと、高反射ミラー４６ｃと、高反射ミラー４６ｄと、高反射ミラー４６ｅとを含む。
高反射ミラー４６ａは、パワーオシレータ３０から出力されたパルスレーザ光を反射し、高反射ミラー４６ｂに入射させるように配置される。高反射ミラー４６ｂは、高反射ミラー４６ａから出射されたパルスレーザ光を反射し、高反射ミラー４６ｃに入射させるように配置される。高反射ミラー４６ｃは、高反射ミラー４６ｂから出射されたパルスレーザ光を反射し、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃに入射させるように配置される。高反射ミラー４６ｄは、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃから出射されたパルスレーザ光を反射し、高反射ミラー４６ｅに入射させるように配置される。高反射ミラー４６ｅは、高反射ミラー４６ｄから出射されたパルスレーザ光をＯＰＳ５０に入射させるように配置される。
６．２ 動作
ＰＯビームステアリングユニット４５は、パワーオシレータ３０から出射されたパルスレーザ光のビーム断面の長手方向と短手方向の向きを、高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃによって調整してパルスレーザ光をＬ－ＯＰＳ１００Ｃに向けて出射する。すなわち、パワーオシレータ３０から出射されたパルスレーザ光は、高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、及び４６ｃの順に反射されて、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃに入射する。
Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃによってパルス幅が伸長されてＬ－ＯＰＳ１００ＣからＰＯビームステアリングユニット４５に向けて出射された戻り光（伸長パルスレーザ光）は、高反射ミラー４６ｄと高反射ミラー４６ｅとによってビーム断面の長手方向と短手方向の向きを調整してＯＰＳ５０に向けて出射される。
６．３ Ｌ－ＯＰＳの具体例
６．３．１ 構成
図１１は、実施形態３に係るＬ－ＯＰＳ１００Ｃの構成を概略的に示す斜視図である。図１１に示す構成について、図４に示す構成と異なる点を説明する。
図４のビーム回転機構４３の代わりに、高反射ミラー４６ａ、４６ｂ及び４６ｃが配置され、高反射ミラー４６ａ、４６ｂ及び４６ｃによってパワーオシレータ３０からのパルスレーザ光を反射することにより、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃにパルスレーザ光を入射させる。
また、図１１に示す高反射ミラー４６ａ、４６ｂを省略し、１枚の高反射ミラー４６ｃでパワーオシレータ３０からのパルスレーザ光をＬ－ＯＰＳ１００Ｃに入射させてもよい。
Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃは、図４のビーム回転機構１２０の代わりに高反射ミラー１２８のみが配置される。高反射ミラー１２８は、高反射ミラー４６ｃから出射されたパルスレーザ光を反射して第２のビームスプリッタＢＳ２に入射させるように配置される。
高反射ミラー１４１と高反射ミラー１４２とは、第２のループ光路ＬＯＰ２を通過したパルスレーザ光を第１のループ光路ＬＯＰ１に導くための折り返し光路ＦＯＰを構成する。高反射ミラー１４１と高反射ミラー１４２とは、本開示における「折り返し伝搬光学系」の一例であり、折り返し光路ＦＯＰは本開示における「折り返し伝搬光学系内に形成される光路」の一例である。
また、Ｌ－ＯＰＳ１００Ｃは、図４の高反射ミラー１４３の代わりに、高反射ミラー１５３と高反射ミラー１５４とで構成されるビーム回転機構１５７が配置される。
第２のビームスプリッタＢＳ２は、高反射ミラー１２８と高反射ミラー１４１との間に配置される。または、第２のビームスプリッタＢＳ２は、高反射ミラー１４２と高反射ミラー１５３との間の光路上に配置してもよい。
第２のループ光路ＬＯＰ２と、高反射ミラー１２８、高反射ミラー１４１、高反射ミラー１４２、高反射ミラー１５３及び高反射ミラー１５４で構成されるパルスレーザ光の伝搬光路とが同一平面になるように、各ミラーが配置される。
第１のビームスプリッタＢＳ１は、高反射ミラー１５４と高反射ミラー４６ｄとの間の光路上に配置される。
また、図４の高反射ミラー４４ｃの代わりに、高反射ミラー４６ｄと高反射ミラー４６ｅとで構成されるビーム回転機構４７が配置される。
６．３．２ 動作
パワーオシレータ３０から出射されたパルスレーザ光は、高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃを介して高反射ミラー１２８に入射し、高反射ミラー１２８によって反射されて第２のビームスプリッタＢＳ２に入射する。
高反射ミラー４６ａに入射するパルスレーザ光は、ビーム断面の長手方向がＶ軸方向に向いている。高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃによって反射されて高反射ミラー４６ｃから出射されたパルスレーザ光のビーム断面の長手方向はＶ軸方向を向いている。すなわち、高反射ミラー４６ａ～４６ｃは、ビームを回転させることなく（非回転で）、パルスレーザ光を伝搬する。
高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃによって非回転で伝搬されたビームは、第２のループ光路ＬＯＰ２においてパルスレーザ光のビーム断面の長手方向が、第２のループ光路平面に対して直交する向きに向いている。
高反射ミラー４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び高反射ミラー１２８で伝搬されたパルスレーザ光は、第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面に入射し、第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面で反射されたパルスレーザ光は、第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬する。第２のビームスプリッタＢＳ２の第１の面を透過したパルスレーザ光と、第２のループ光路ＬＯＰ２を伝搬して第２のビームスプリッタＢＳ２の第２の面で反射されたパルスレーザ光とは、高反射ミラー１４１、１４２で反射された後、ビーム回転機構１５７に入射する。
ビーム回転機構１５７は、第１のループ光路ＬＯＰ１においてパルスレーザ光のビーム断面の長手方向が、第１のループ光路平面に対して直交するように、パルスレーザ光を回転させる。
ビーム回転機構１５７の高反射ミラー１５４から出射されたパルスレーザ光は、第１のビームスプリッタＢＳ１に入射する。第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光は、第１のループ光路ＬＯＰ１を伝搬する。第１のループ光路ＬＯＰ１を周回した後に第１のビームスプリッタＢＳ１で反射されたパルスレーザ光（ループ光）と、第１のループ光路ＬＯＰ１を周回せずに第１のビームスプリッタＢＳ１を透過したパルスレーザ光（スルー光）とは、ビーム回転機構４７に入射する。
高反射ミラー４６ｄに入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー４６ｄと高反射ミラー４６ｅとによって反射される。高反射ミラー４６ｄと高反射ミラー４６ｅとは、高反射ミラー４６ｅから出射されるパルスレーザ光のビーム断面の長手方向がＶ軸方向に向くように、ビームを回転させる。高反射ミラー４６ｅで反射されたパルスレーザ光はＯＰＳ５０に入射する。
図１１に示す第２のループ光路ＬＯＰ２は本開示における「第１のループ光路」の一例であり、図１１に示す第１のループ光路ＬＯＰ１は本開示における「第２のループ光路」の一例である。また、図１１に示す第２のビームスプリッタＢＳ２は本開示における「第１のビームスプリッタ」の一例であり、図１１に示す第１のビームスプリッタＢＳ１は本開示における「第２のビームスプリッタ」の一例である。図１１に示す凹面ミラー１３１～１３４のそれぞれは本開示における「第１の凹面ミラー」の一例であり、図１１に示す凹面ミラー１１１～１１６のそれぞれは本開示における「第２の凹面ミラー」の一例である。ビーム回転機構１５７は本開示における「第１のビーム回転機構」の一例である。
６．４ 作用・効果
実施形態３に係るＬ－ＯＰＳ１００Ｃ及びこれを含むレーザ装置２Ｂによれば、実施形態１と同様の作用・効果が得られる。また、実施形態３の構成によれば、周囲のスペースに応じた適切な配置の自由度が増す。
６．５ 変形例
図１１に示した第１のループ光路ＬＯＰ１を構成する凹面ミラー１１１～１１６の代わりに、図５で説明した第１のループ光路ＬＯＰ１Ｂを構成する凹面ミラー１１１～１１８を用いてもよい。
７．電子デバイスの製造方法について
図１２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、レーザ装置２Ａ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。レーザ装置２Ａに限らず、レーザ装置２Ｂ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。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」、「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 (20)

  1. 第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、前記第１のビームスプリッタと前記複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、
    第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、前記第２のビームスプリッタと前記複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が前記第１の平面と平行かつ前記第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、
    前記第１の遅延光学系と前記第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、前記第２のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が前記第２の平面に直交するように、前記第１の遅延光学系を通過したパルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構と、
    を備えるパルス幅伸長装置。
  2. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第２の遅延光学系を通過したパルスレーザ光を伝搬する戻り伝搬光学系をさらに備え、
    前記戻り伝搬光学系内に形成される光路が前記第２の平面と同一平面上に形成される、
    パルス幅伸長装置。
  3. 請求項２に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記戻り伝搬光学系は、複数のミラーで構成されている、
    パルス幅伸長装置。
  4. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１の遅延光学系の前段に第２のビーム回転機構をさらに備え、
    前記第２のビーム回転機構は、前記第１のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が前記第１の平面に直交するように、前記第１の遅延光学系に入射させるパルスレーザ光のビームを回転させる、
    パルス幅伸長装置。
  5. 請求項４に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第２のビーム回転機構は、２枚以上のミラーを含む、
    パルス幅伸長装置。
  6. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１の遅延光学系は、４枚以上の前記第１の凹面ミラーを含む、
    パルス幅伸長装置。
  7. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１の遅延光学系は、互いに対面に配置された一対の前記第１の凹面ミラーが偶数組配置されている、
    パルス幅伸長装置。
  8. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第２の遅延光学系は、４枚以上の前記第２の凹面ミラーを含む、
    パルス幅伸長装置。
  9. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第２の遅延光学系は、互いに対面に配置された一対の前記第２の凹面ミラーが偶数組配置されている、
    パルス幅伸長装置。
  10. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビーム回転機構は、２枚以上のミラーを含む、
    パルス幅伸長装置。
  11. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビーム回転機構は、４枚以上のミラーを含む、
    パルス幅伸長装置。
  12. 請求項１１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビーム回転機構を構成している前記４枚以上のミラーのうちの少なくとも１つのミラーにおける入射光と反射光とのなす角度が４５度である、
    パルス幅伸長装置。
  13. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記パルス幅伸長装置は、前記パルスレーザ光を出力するレーザ装置の背面に配置されている、
    パルス幅伸長装置。
  14. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１の平面は、重力方向と平行である、
    パルス幅伸長装置。
  15. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    ｎとｍをそれぞれ２以上の整数として、
    前記第１の遅延光学系は、２ｎ枚の前記第１の凹面ミラーを含み、
    前記第２の遅延光学系は、２ｍ枚の前記第２の凹面ミラーを含み、
    前記第１の平面に直交する方向を第１の軸方向とし、
    前記第１の軸方向に直交し、かつ、互いに直交する２つの方向を第２の軸方向、第３の軸方向とする場合に、
    前記２ｎ枚の前記第１の凹面ミラーは、ｎ枚ずつの前記第１の凹面ミラーの列が前記第２の軸方向に互いに対面して配置され、それぞれの片側の前記第１の凹面ミラーの列においてｎ枚の前記第１の凹面ミラーが前記第３の軸方向に並んで配置されており、
    前記２ｍ枚の前記第２の凹面ミラーは、ｍ枚数ずつの前記第２の凹面ミラーの列が前記第２の軸方向に互いに対面して配置され、それぞれの片側の前記第２の凹面ミラーの列にｍ枚の前記第２の凹面ミラーが前記第３の軸方向に並んで配置されている、
    るパルス幅伸長装置。
  16. 請求項１５に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビームスプリッタに対して前記第１の軸方向からパルスレーザ光が入射される、
    パルス幅伸長装置。
  17. 請求項１５に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビームスプリッタに対して前記第３の軸方向からパルスレーザ光が入射される、
    パルス幅伸長装置。
  18. 請求項１に記載のパルス幅伸長装置であって、
    前記第１のビームスプリッタと前記第１のビーム回転機構との間の光路上に、前記第１の遅延光学系を通過したパルスレーザ光を伝搬する折り返し伝搬光学系をさらに備え、
    前記折り返し伝搬光学系内に形成される光路が前記第１の平面と同一平面上に形成される、
    パルス幅伸長装置。
  19. 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るパルス幅伸長装置と、を含むレーザ装置であって、
    前記パルス幅伸長装置は、
    第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、前記第１のビームスプリッタと前記複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、
    第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、前記第２のビームスプリッタと前記複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が前記第１の平面と平行かつ前記第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、
    前記第１の遅延光学系と前記第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、前記第２のループ光路を進む前記パルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が前記第２の平面に直交するように、前記第１の遅延光学系を通過した前記パルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構と、
    を備えるレーザ装置。
  20. 電子デバイスの製造方法であって、
    第１のビームスプリッタと複数の第１の凹面ミラーとを含み、前記第１のビームスプリッタと前記複数の第１の凹面ミラーとによって構成される第１のループ光路が第１の平面上に形成される第１の遅延光学系と、
    第２のビームスプリッタと複数の第２の凹面ミラーとを含み、前記第２のビームスプリッタと前記複数の第２の凹面ミラーとによって構成される第２のループ光路が前記第１の平面と平行かつ前記第１の平面と異なる第２の平面上に形成される第２の遅延光学系と、
    前記第１の遅延光学系と前記第２の遅延光学系との間の光路上に配置され、前記第２のループ光路を進むパルスレーザ光のビーム断面形状の長手方向が前記第２の平面に直交するように、前記第１の遅延光学系を通過した前記パルスレーザ光のビームを回転させる第１のビーム回転機構と、
    を備え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を含む電子デバイスの製造方法。
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