JPWO2017006418A1 - 増幅器、及びレーザシステム - Google Patents

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Abstract

本開示による増幅器は、第1の方向において互いに対向する1対の放電電極と、レーザ励起媒質と、シード光が入射する入射窓と、第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光を出射させる出射窓とを含むチャンバと、それぞれ反射領域を含み、第1の方向と交差する第3の方向において1対の放電電極を間に挟むようにして互いに対向する第1のミラー及び第2のミラーとを備え、第1のミラーの反射領域の第2の方向への投影像と第2のミラーの反射領域の第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられていてもよい。

Description

本開示は、レーザ光を増幅する増幅器、及びそのような増幅器を含むレーザシステムに関する。
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並びに、波長約193.4nm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、ウエハには水中における波長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液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
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モジュール(Line Narrow Module)が設けられ、この狭帯域化モジュール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2001−332792号公報 特開2000−156535号公報 特開2011−14913号公報 特開2004−39767号公報 米国特許第6765945号明細書
概要
本開示による増幅器は、第1の方向において互いに対向する1対の放電電極と、レーザ励起媒質と、シード光が入射する入射窓と、第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光を出射させる出射窓とを含むチャンバと、それぞれ反射領域を含み、第1の方向と交差する第3の方向において1対の放電電極を間に挟むようにして互いに対向する第1のミラー及び第2のミラーとを備え、第1のミラーの反射領域の第2の方向への投影像と第2のミラーの反射領域の第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられていてもよい。
本開示によるレーザシステムは、シード光を出力する発振器と、シード光の光路上に配置された増幅器とを含み、増幅器は、第1の方向において互いに対向する1対の放電電極と、レーザ励起媒質と、シード光が入射する入射窓と、第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光を出射させる出射窓とを含むチャンバと、それぞれ反射領域を含み、第1の方向と交差する第3の方向において1対の放電電極を間に挟むようにして互いに対向する第1のミラー及び第2のミラーとを備え、第1のミラーの反射領域の第2の方向への投影像と第2のミラーの反射領域の第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられていてもよい。
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、比較例に係る増幅器を含むレーザシステムの断面構成例を概略的に示す。 図2は、図1に示した増幅器を上面方向から見た構成例を概略的に示す。 図3は、図1に示した増幅器におけるシリンドリカル凸面ミラーによる光の反射作用を概略的に示す。 図4は、図1に示した増幅器におけるシリンドリカル凹面ミラーによる光の反射作用を概略的に示す。 図5は、図1に示した増幅器のA1−A1’矢視図を概略的に示している。 図6は、図1における増幅器の構成を増幅器において発生する自励発振光の光路と共に概略的に示す。 図7は、図1における増幅器から出力されるレーザ光のスペクトル分布の一例を概略的に示す。 図8は、図1における増幅器に入射するシード光の時間的なパルス幅の一例を概略的に示す。 図9は、第1の実施形態に係るレーザシステムの要部として、増幅器の一構成例を概略的に示す。 図10は、図9に示した増幅器のB1−B1’矢視図を概略的に示している。 図11は、図9に示した増幅器におけるギャップと自励発振出力との関係を概略的に示す。 図12は、第1の実施形態の変形例に係る増幅器の一構成例を概略的に示す。 図13は、第2の実施形態に係る増幅器を含むレーザシステムの構成例を概略的に示す。 図14は、図13に示した増幅器におけるシリンドリカル凸面ミラーの姿勢及びギャップの調整機構の一例を概略的に示す。 図15は、図13に示した増幅器におけるシリンドリカル凹面ミラーの姿勢及びギャップの調整機構の一例を概略的に示す。 図16は、図12に示したレーザシステムにおける制御部による制御の流れの一例を示すフローチャートである。 図17は、第3の実施形態に係る増幅器を含むレーザシステムの構成例を概略的に示す。 図18は、図17に示した増幅器におけるシリンドリカル凸面ミラーの姿勢の調整機構の一例を概略的に示す。 図19は、図17に示した増幅器における第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラーの姿勢及びギャップD1,D2の調整機構の一例を概略的に示す。 図20は、図17における増幅器のC1−C1’矢視図を概略的に示している。 図21は、固体レーザ装置の具体的な構成例を露光装置用レーザ装置の構成例と共に概略的に示す。 図22は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。
実施形態
<内容>
[1.概要]
[2.比較例](不安定共振器の構成の増幅器を含むレーザシステム)
2.1 構成(図1〜図2)
2.2 動作(図3、図4)
2.3 課題(図5〜図7)
[3.第1の実施形態](増幅器のミラーにギャップが設けられたレーザシステム)
3.1 構成(図9、図10)
3.2 動作(図11)
3.3 作用
3.4 変形例(図12)
[4.第2の実施形態](ギャップの調整機構を備えるレーザシステム)
4.1 構成(図13〜図15)
4.2 動作(図16)
4.3 作用
[5.第3の実施形態](増幅器のミラーに2つのギャップが設けられたレーザシステム)
5.1 構成(図17〜図20)
5.2 動作
5.3 作用
[6.固体レーザ装置の具体例]
6.1 構成(図21)
6.2 動作
[7.制御部のハードウエア環境](図22)
[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.概要]
本開示は、例えば、レーザ光を増幅する増幅器、及びそのような増幅器を含むレーザシステムに関する。
[2.比較例]
まず、本開示の実施形態に対する比較例の増幅器、及び比較例の増幅器を含むレーザシステムについて説明する。
露光装置用レーザ装置として、MO(マスタオシレータ)とPO(パワーオシレータ)とを含む構成があり得る。そのような露光装置用レーザ装置では、MOとPOとに、エキシマレーザガスをレーザ媒質とするレーザが使用され得る。しかしながら、省エネルギの観点から、MOを非線形結晶と固体レーザとを組み合わせた紫外光のパルスレーザ光を出力する固体レーザ装置とする露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。以下では、そのような固体レーザ装置を含む露光装置用レーザ装置として適用可能なレーザシステムの構成例を説明する。
(2.1 構成)
図1は、本開示の実施形態に対する比較例の増幅器2を含むレーザシステムの一構成例を概略的に示している。図2は、図1に示した増幅器2を上面方向から見た構成例を概略的に示している。
このレーザシステムは、発振器としての固体レーザ装置10と、高反射ミラー98,99と、増幅器2とを備えてもよい。
固体レーザ装置10は、波長約193.4nmのパルスレーザ光をシード光L10として出射するレーザ装置であってもよい。高反射ミラー98,99は、固体レーザ装置10から出射されたシード光L10が増幅器2に入射するように、固体レーザ装置10と増幅器2との間におけるシード光L10の光路上に配置された光学素子であってもよい。
増幅器2は、チャンバ35と、第1のミラーとしてのシリンドリカル凸面ミラー36と、第2のミラーとしてのシリンドリカル凹面ミラー37とを含んでもよい。チャンバ35の中には、例えばレアガスとしてのArガスと、ハロゲンガスとしてのF2ガスと、バッファガスとしてのNeガスとを含むArFレーザガスがレーザ励起媒質として入っていてもよい。また、チャンバ35の中には、1対の放電電極38a,38bが放電空間50を挟んで第1の方向において互いに対向するように配置されていてもよい。ここで、第1の方向は、図1に示したV軸方向に略平行な方向であってもよい。V軸方向は、図1における紙面の上下方向に略平行な方向であってもよい。
チャンバ35は、ウインド39aとウインド39bとを含んでいてもよい。ウインド39bは、高反射ミラー98,99を介して固体レーザ装置10から出射されたシード光L10が最初に入射する入射窓であってもよい。ウインド39aは、シード光L10の増幅レーザ光L20をチャンバ35から最終的に出射させる出射窓であってもよい。ウインド39aからは、第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光L20が出射されてもよい。ここで、増幅レーザ光L20の出射方向である第2の方向は、図1に示したV軸方向に略直交し、Z軸方向に略平行な方向であってもよい。Z軸方向は、図1における紙面の左右方向に略平行な方向であってもよい。
ウインド39aとウインド39bは、図2に示したように、一対の放電電極38a,38bによる放電面に対して傾くように配置してもよい。ここで、放電面は、図1に示したV軸及びZ軸を含む平面であってもよい。V軸及びZ軸を含む平面は、図1における紙面に略平行な面であってもよい。
シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、第1の方向であるV軸方向と交差する第3の方向において1対の放電電極38a,38bを間に挟むようにして互いに対向するように配置されていてもよい。シリンドリカル凸面ミラー36は、反射領域として凸反射面51を含んでいてもよい。シリンドリカル凹面ミラー37は、反射領域として凹反射面52を含んでいてもよい。
シリンドリカル凸面ミラー36の凸反射面51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てもよい。同様に、シリンドリカル凹面ミラー37の凹反射面52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てもよい。シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、シード光L10を放電空間50内で3パスさせるように配置してもよい。また、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、不安定共振器となるように配置してもよい。また、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とによって、ビームエキスパンダが構成されていてもよい。この場合、ビームエキスパンド方向と、1対の放電電極38a,38b間の放電方向とが略一致するようにビームエキスパンダを構成してもよい。これにより、増幅器2は、シード光L10を放電方向にビーム拡大しつつ、放電空間50内で増幅発振するような構成とされていてもよい。
(2.2 動作)
固体レーザ装置10から出射された波長約193.4nmのシード光L10は、高反射ミラー98,99を介して、増幅器2のシリンドリカル凹面ミラー37の下端部よりも下側を通過し、かつ1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に平行に進行するように放電空間50に入射し得る。シード光L10は、放電空間50中を1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に平行に進行することによって増幅され、次に、シリンドリカル凸面ミラー36に入射し得る。
図3は、シリンドリカル凸面ミラー36による光の反射作用を概略的に示している。シリンドリカル凸面ミラー36を高反射したシード光L10は、図1及び図3に示したように反射光L11として、ビーム拡大しながら放電空間50中を通過することによって、さらに増幅され、次に、シリンドリカル凹面ミラー37に入射し得る。
図4は、シリンドリカル凹面ミラー37による光の反射作用を概略的に示している。シリンドリカル凹面ミラー37に入射した反射光L11は、シリンドリカル凹面ミラー37でさらに高反射され得る。シリンドリカル凹面ミラー37による反射光L12は、シリンドリカル凹面ミラー37によって、図1及び図4に示したように1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に対してコリメートされつつ、放電空間50中を再び通過して、さらに、増幅され得る。コリメートされたシード光L10の反射光L12の多くは、シリンドリカル凸面ミラー36の上端部よりも上側を通過して、増幅レーザ光L20として、露光装置4へ入射し得る。しかしながら、シード光L10の反射光L12の一部は、シリンドリカル凸面ミラー36の上端部よりも下側に入射して反射し、再び、3パス増幅され、増幅発振が起こり得る。
(2.3 課題)
図5は、図1に示した増幅器2のA1−A1’矢視図を概略的に示している。また、図6は、増幅器2の構成を、増幅器2において発生する自励発振光の光路と共に概略的に示している。なお、図5は、第2の方向である増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から増幅器2を見た状態の構成例を示していてもよい。
シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51の上端部51Aと凹反射面52の下端部52AとがマイナスのギャップD(−)を有する状態となるように配置され得る。ここで、図5の構成例においてマイナスのギャップD(−)を有する状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51と凹反射面52とが重なり合っている部分を有する状態のことであってもよい。図5の構成例では、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51の上端部51Aが凹反射面52の下端部52Aよりも上側に位置することによって、凸反射面51と凹反射面52とが部分的に重なり合う状態となり得る。これにより、増幅レーザ光L20の出射方向への凸反射面51の投影像と凹反射面52の投影像とが部分的に重なり合う状態となり得る。
ここで、本明細書では、投影像は、第1のミラーの反射領域と第2のミラーの反射領域との像を、増幅レーザ光L20の出射方向に直交する所定の面に、それぞれ、1:1で転写結像させた正転像として定義され得る。例えば、図1の例では、投影像は、凸反射面51と凹反射面52との像を、矢印A1−A1’で示した所定の面に、それぞれ、1:1で転写結像させた正転像として定義され得る。
シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とが、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向においてミラー間隔Lで配置され、かつ上記したマイナスのギャップD(−)を有する状態となるように配置されている場合、以下の課題があり得る。
増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向において凸反射面51と凹反射面52とが部分的に重なり合う状態となっているので、その重なり合う部分が光共振器を形成し得る。その結果、図6に示したように、増幅器2からは、シード光L10が増幅された増幅レーザ光L20と、自励発振によって増幅された自励発振光L21とを含むレーザ光が出射され得る。なお、自励発振光L21は、増幅器2にシード光L10が入射されていない期間においても発生し得る。
図7は、増幅器2から出力されるレーザ光のスペクトル分布の一例を概略的に示している。なお、図7において、横軸は波長、縦軸は光強度であってもよい。図7に示すように、増幅器2から出射されるレーザ光のスペクトル波形は、シード光L10が増幅された増幅レーザ光L20と、自励発振によって増幅された自励発振光L21とを含むスペクトル波形となり得る。また、自励発振光L21のスペクトル波形は、シード光L10の増幅レーザ光L20に比べてスペクトル幅が非常に広く、例えば半値全幅で350pmの幅を取り得る。また、自励発振によって増幅された自励発振光L21のスペクトル領域は、シード光L10の増幅レーザ光L20のスペクトル領域を含んでいる。このため、露光装置4における投影光学系で色収差が発生して、露光性能や集光性能が低下することがあり得る。
図8は、増幅器2に入射するシード光L10の時間的なパルス幅Tdの一例を概略的に示している。なお、図8において、横軸は時間、縦軸は光強度であってもよい。また、図8に示した2L/cは、シード光L10がシリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37との間を往復するのに要する時間であってもよい。図8及び以下の式に示したように、シード光L10の時間的なパルス幅Tdに対応するパルスの長さTd・cは、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とによって形成される不安定共振器の光路長2Lよりも短くなり得る。この場合、増幅器2の放電空間50内をシード光L10で全て満たした状態で放電させることが困難となり得る。このため、自励発振を抑制することが困難になり得る。
c・Td<2L
Td:シード光L10の時間的なパルス幅(半値全幅)、
c:光速、
L:増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向における、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とのミラー間隔
[3.第1の実施形態]
次に、本開示の第1の実施形態に係る増幅器を含むレーザシステムについて説明する。なお、以下では上記図1に示した増幅器2を含むレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
(3.1 構成)
図9は、本開示の第1の実施形態に係るレーザシステムの要部として、増幅器2Aの一構成例を概略的に示している。図10は、図9に示した増幅器2AのB1−B1’矢視図を概略的に示している。なお、図10は、第2の方向である増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から増幅器2Aを見た状態の構成例を示していてもよい。
本実施形態に係るレーザシステムは、図1に示した比較例の増幅器2に代えて、図9に示した増幅器2Aを備えてもよい。増幅器2Aには、上記比較例に係る増幅器2と同様に、固体レーザ装置10からのシード光L10が入射するように構成されていてもよい。固体レーザ装置10から出射されるシード光L10は、上記したように、c・Td<2Lの条件を満たすパルスレーザ光であってもよい。
増幅器2Aは、比較例の増幅器2の構成に対して、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37との配置が異なった構成となっていてもよい。増幅器2Aにおいて、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、自励発振が抑制されるような配置になっていてもよい。
具体的には、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37は、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51の上端部51Aと凹反射面52の下端部52Aとが0以上のギャップDを有する状態となるように配置されていてもよい。0以上のギャップDとは、0又はプラスのギャップDであってもよい。ここで、0のギャップDを有する状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51の上端部51Aと凹反射面52の下端部52Aとが接している状態のことであってもよい。また、プラスのギャップDを有する状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51と凹反射面52とが重なることなく離れている状態のことであってもよい。図10に示したように、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面51の上端部51Aが凹反射面52の下端部52Aよりも下側に位置することによって、凸反射面51と凹反射面52とが重なることなく離れている状態となり得る。
以上のようにして、増幅器2Aは、増幅レーザ光L20の出射方向への凸反射面51の投影像と凹反射面52の投影像との間に0以上のギャップDが設けられた構成となっていてもよい。
その他の構成は、図1に示した比較例の増幅器2を含むレーザシステムと略同様であってもよい。
(3.2 動作)
増幅器2Aでは、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とが自励発振を抑制するような配置とされているので、上記比較例と比べて自励発振光L21の発生が抑制され得る。これにより、増幅器2Aは、主としてシード光L10に対する増幅器として機能し得る。
図11は、図9に示した増幅器2AにおけるギャップDと自励発振出力との関係を概略的に示したグラフである。図11において、横軸はギャップDの値(mm)、縦軸は自励発振出力の値(W)であってもよい。また、図11のグラフは、以下の条件で得られたものであってもよい。
・シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とのミラー間隔L=1000mm
・シード光L10の時間的なパルス幅Td=4ns(半値全幅)
・シード光L10のパルスエネルギ=16μJ
・ビーム拡大率3〜8倍
・1対の放電電極38a,38bの電極間隔=16mm
・シード光L10及び増幅器2Aの放電の繰り返し周波数=6kHz
図11に示すように、例えば、増幅器2Aからの出力が200Wの場合、好ましくは、ギャップDが0以上になると、自励発振出力が30W以下となり得る。さらに好ましくは、ギャップD=+1.0mm以上の場合、自励発振出力が1W以下となり得る。
ここで、ギャップDが0であっても、自励発振が発生する推定原因は、凸反射面51の上端部51Aに相当するシリンドリカル凸面ミラー36の放電空間50側のエッジ部と、凹反射面52の下端部52Aに相当するシリンドリカル凹面ミラー37の放電空間50側のエッジ部とで光が散乱することによって、自励発振したものと考えられる。従って、ギャップDを+1mm以上とすることによって、自励発振をさらに抑制し得る。
また、ギャップDは、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とのミラー間隔Lと、1対の放電電極38a,38bの電極間隔とに関して、以下の条件を満たすことが好ましい。すなわち、ギャップDは、1対の放電電極38a,38bの電極間隔よりも小さくてもよい。また、ギャップDは、L/1000(mm)以上であってもよい、
電極間隔>D≧L/1000(mm)
(3.3 作用)
本実施形態のレーザシステムによれば、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とをギャップDが0以上となるように配置するようにしたので、増幅器2Aにおける自励発振が抑制され得る。これにより、増幅器2Aにおいて、スペクトル純度が高いスペクトルのレーザ光が増幅され得る。その結果、露光装置4の露光性能や集光性能の悪化が抑制され得る。
(3.4 変形例)
図12は、第1の実施形態の変形例に係る増幅器2Bの一構成例を概略的に示している。
本変形例に係る増幅器2Bは、上記増幅器2Aにおけるシリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とに代えて、第1のミラーとしての第1の平面ミラー61と、第2のミラーとしての第2の平面ミラー62とを含んでいてもよい。
第1の平面ミラー61と第2の平面ミラー62は、第1の方向であるV軸方向と交差する第3の方向において1対の放電電極38a,38bを間に挟むようにして互いに対向するように配置されていてもよい。第1の平面ミラー61は、反射領域として第1の平面反射面63を含んでいてもよい。第2の平面ミラー62は、反射領域として第2の平面反射面64を含んでいてもよい。
第1の平面反射面63と第2の平面反射面64とにはそれぞれ、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てもよい。第1の平面ミラー61と第2の平面ミラー62は、シード光L10を放電空間50内で3パスさせるように配置してもよい。また、第1の平面ミラー61と第2の平面ミラー62は、光共振器を構成しないように配置してもよい。
増幅器2Bでは、第1の平面ミラー61と第2の平面ミラー62とが自励発振を抑制するような配置とされていてもよい。具体的には、第1の平面ミラー61と第2の平面ミラー62は、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、第1の平面反射面63の上端部63Aと第2の平面反射面64の下端部64Aとが0以上のギャップDを有する状態となるように配置されていてもよい。0以上のギャップDとは、0又はプラスのギャップDであってもよい。ここで、0のギャップDを有する状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、第1の平面反射面63の上端部63Aと第2の平面反射面64の下端部64Aとが接している状態のことであってもよい。また、プラスのギャップDを有する状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、第1の平面反射面63と第2の平面反射面64とが重なることなく離れている状態のことであってもよい。増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、第1の平面反射面63の上端部63Aが第2の平面反射面64の下端部64Aよりも下側に位置することによって、第1の平面反射面63と第2の平面反射面64とが重なることなく離れている状態となり得る。
以上のようにして、増幅器2Bは、増幅レーザ光L20の出射方向への第1の平面反射面63の投影像と第2の平面反射面64の投影像との間に0以上のギャップDが設けられた構成となっていてもよい。
その他の構成及び作用は、図9に示した増幅器2Aと略同様であってもよい。
[4.第2の実施形態]
次に、本開示の第2の実施形態に係る増幅器を含むレーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第1の実施形態に係るレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
(4.1 構成)
図13は、本開示の第2の実施形態に係る増幅器2Cを含むレーザシステムの一構成例を概略的に示している。
本実施形態に係るレーザシステムは、図9に示した第1の実施形態における増幅器2Aに代えて、増幅器2Cを備えてもよい。また、本実施形態に係るレーザシステムは、制御部7と、固体レーザ装置10と、高反射ミラー98,99と、パルスエネルギモニタ90とを備えてもよい。固体レーザ装置10は、制御部7に電気的に接続され、制御部7によってシード光L10の発振タイミングが制御されてもよい。
高反射ミラー98は、ミラーホルダ111に収められていてもよい。ミラーホルダ111は、直交する2軸の方向に高反射ミラー98の姿勢角を制御するアクチュエータ112に接続されていてもよい。高反射ミラー99は、ミラーホルダ113に収められていてもよい。ミラーホルダ113は、直交する2軸の方向に高反射ミラー99の姿勢角を制御するアクチュエータ114に接続されていてもよい。アクチュエータ112,114は、制御部7に電気的に接続され、制御部7によって高反射ミラー98,99の姿勢角が制御されてもよい。
増幅器2Cは、上記第1の実施形態に係る増幅器2Aと同様の構成要素に加えて、さらに、調整機構70,80と、パルス電源34とを含んでいてもよい。パルス電源34と調整機構70,80は、制御部7に電気的に接続されていてもよい。パルス電源34は、1対の放電電極38a,38bを放電させるための電源供給を行う電源であってもよい。パルス電源34による電源供給のタイミング、及び1対の放電電極38a,38bによる放電タイミングは、制御部7によって制御されてもよい。
図14は調整機構70の一例を概略的に示している。調整機構70は、シリンドリカル凸面ミラー36の姿勢及びギャップDを調整する機構であってもよい。調整機構70は、アクチュエータ72と、アクチュエータ72に接続された凸面ミラー駆動装置71とを含んでもよい。シリンドリカル凸面ミラー36は、凸面ミラー駆動装置71に収められていてもよい。調整機構70は、図14に示したように、シリンドリカル凸面ミラー36の姿勢をV軸、H軸、及びZ軸をそれぞれ回転軸として回転可能なものであってもよい。また、調整機構70は、凸面ミラー36の位置をV軸方向に移動させることにより、ギャップDを調整可能となっていてもよい。
図15は、調整機構80の一例を概略的に示している。調整機構80は、シリンドリカル凹面ミラー37の姿勢及びギャップDを調整する機構であってもよい。調整機構80は、アクチュエータ82と、アクチュエータ82に接続された凹面ミラー駆動装置81とを含んでもよい。シリンドリカル凹面ミラー37は、凹面ミラー駆動装置81に収められていてもよい。調整機構80は、図15に示したように、シリンドリカル凹面ミラー37の姿勢をV軸、H軸、及びZ軸をそれぞれ回転軸として回転可能なものであってもよい。また、調整機構80は、シリンドリカル凹面ミラー37の位置をV軸方向に移動させることにより、ギャップDを調整可能となっていてもよい。
パルスエネルギモニタ90は、ビームスプリッタ91と、集光光学系92と、パルスエネルギセンサ93とを含んでもよい。パルスエネルギモニタ90は、増幅器2Cから出射された増幅レーザ光L20のパルスエネルギを検出するモニタであってもよい。ビームスプリッタ91は、増幅レーザ光L20の光路上に配置され、増幅レーザ光L20の一部を集光光学系92に向けて出射させるように配置されていてもよい。集光光学系92は、ビームスプリッタ91によって分岐された増幅レーザ光L20の一部を集光してパルスエネルギセンサ93のセンサ面に入射させるものであってもよい。パルスエネルギセンサ93は、増幅レーザ光L20のパルスエネルギを検出するものであってもよい。
パルスエネルギセンサ93は、制御部7に電気的に接続され、検出結果を示す信号を制御部7に出力するようになっていてもよい。制御部7は、パルスエネルギセンサ93で検出されたパルスエネルギに基づいて、調整機構70,80によってギャップDの大きさを制御するようになっていてもよい。また、制御部7は、パルスエネルギに基づいて、アクチュエータ112,114を制御し、高反射ミラー98,99の姿勢角を制御するようになっていてもよい。また、制御部7は、パルスエネルギに基づいて、調整機構70,80を制御し、シリンドリカル凸面ミラー36及びシリンドリカル凹面ミラー37の姿勢を制御するようになっていてもよい。
その他の構成は、図9に示したレーザシステムと略同様であってもよい。
(4.2 動作)
次に、図16を参照して、制御部7による制御動作の具体的な例を説明する。
制御部7は、固体レーザ装置10にレーザ発振を指示するトリガ信号を入力し、波長約193.4nmのパルスレーザ光をシード光L10として出射させてもよい。制御部7は、まず、調整機構70,80によって、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とが初期位置となるように制御してもよい(ステップS101)。ここで、ギャップDの初期の調整値をD=0となるようにしてもよい(ステップS102)。制御部7は、ギャップDが調整値となるように調整機構70,80による調整を行ってもよい(ステップS103)。
次に、制御部7は、固体レーザ装置10から出射されたシード光L10が増幅器2Cの所定の入射光路軸に一致するように、アクチュエータ112,114によって高反射ミラー98,99の姿勢角を調節してもよい(ステップS104)。次に、制御部7は、シード光L10がシリンドリカル凹面ミラー37の所定位置に向けて反射するように、調整機構70によってシリンドリカル凸面ミラー36の姿勢角を調整してもよい(ステップS105)。次に、制御部7は、シード光L10が所定の出射光路軸に一致するように、調整機構80によってシリンドリカル凹面ミラー37の姿勢角を調整してもよい(ステップS106)。
この状態で、制御部7は、シード光L10の注入なしで増幅器2Cを放電させるような制御を行ってもよい(ステップS107)。すなわち、制御部7は、固体レーザ装置10からのシード光L10の出力を停止させると共に、増幅器2Cのパルス電源34を充電し、増幅器2Cを放電させてもよい。放電で生じた自励発振成分は増幅器2Cを出射し、ビームスプリッタ91により分岐され、集光光学系92により集光されてパルスエネルギセンサ93に入射し得る。パルスエネルギセンサ93は、入射した光量に応じた電気信号を、パルスエネルギを算出するための検出信号として制御部7に出力してもよい。制御部7は、検出信号を所定の変換式によりパルスエネルギに変換し、自励発振のパルスエネルギPsを計測してもよい(ステップS108)。制御部7は、自励発振のパルスエネルギPsの計測結果を記憶してもよい。
次に、制御部7は、シード光L10の注入に同期して増幅器2Cを放電させるような制御を行ってもよい(ステップS109)。すなわち、制御部7は固体レーザ装置10へレーザ発振を指示するトリガ信号を出力し、シード光L10を出射させ、シード光L10が増幅器2Cの放電空間50に入射するのに同期して放電するように、パルス電源34に放電信号を送信してもよい。その結果、シード光L10は、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とによって、放電空間50中をビーム拡大しながら増幅され得る。増幅器2Cで増幅されたシード光L10は、増幅レーザ光L20として増幅器2Cから出射され、一部の光はパルスエネルギモニタ90に入射し得る。増幅レーザ光L20の一部の光は、集光光学系92により集光されてパルスエネルギセンサ93に入射し得る。パルスエネルギセンサ93は、入射した光量に応じた電気信号を、パルスエネルギを算出するための検出信号として制御部7に出力してもよい。制御部7は、検出信号を所定の変換式によりパルスエネルギに変換し、増幅レーザ光L20のパルスエネルギPaを計測してもよい(ステップS110)。制御部7は、増幅レーザ光L20のパルスエネルギPaの計測結果を記憶してもよい。
次に、制御部7は、自励発振のパルスエネルギPsの値と、増幅レーザ光L20のパルスエネルギPaの値とに基づいて、Ps/Paの値を算出してもよい。次に、制御部7は、Ps/Pa<Rの条件を満たすか否か、すなわち、Ps/Paの値が所定の値Rよりも小さいか否かを判断してもよい(ステップS111)。ここで、所定の値Rは、例えば0.001であってもよい。
Ps/Pa<Rの条件を満たさないと判断した場合(ステップS111;N)には、制御部7は、次に、ギャップDの調整値をD=D+ΔDとなるようにしてもよい(ステップS112)。ここで、ΔDは、正の値であってもよい。その後、制御部7は、ステップS103の処理に戻り、ギャップDがΔDだけ変化するように調整機構70,80による調整を行ってもよい。制御部7は、Ps/Paの値が所定の値Rよりも小さくなるまで、ステップS103〜S112の処理を繰り返してもよい。Ps/Pa<Rの条件を満たすと判断した場合(ステップS111;Y)には、制御部7は、処理を終了してもよい。
(4.3 作用)
本実施形態のレーザシステムによれば、高反射ミラー98,99、シリンドリカル凸面ミラー36、及びシリンドリカル凹面ミラー37にアクチュエータ72,82,112,114がそれぞれ配置されているので、自動でアライメント調整が可能となり得る。
また、シリンドリカル凸面ミラー36とシリンドリカル凹面ミラー37とに、V軸方向への移動調整を行うことが可能な調整機構70,80が設けられているので、自動でギャップDの調整が可能となり得る。また、増幅器2Cから出射された光のパルスエネルギをモニタすることによって、自励発振のパルスエネルギPsとシード光L10の増幅レーザ光L20のパルスエネルギPaとを計測し得る。そして、ギャップDを自動で調整しつつ、自励発振の割合を示すPs/Paの値を計測することによって、Ps/Paの値が所定の値Rよりも小さくなるギャップDの値を決定し得る。
その他の作用は、図9に示したレーザシステムと略同様であってもよい。
[5.第3の実施形態]
次に、本開示の第3の実施形態に係る増幅器を含むレーザシステムについて説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第1若しくは第2の実施形態に係るレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
(5.1 構成)
図17は、本開示の第3の実施形態に係る増幅器2Dを含むレーザシステムの一構成例を概略的に示している。図20は、図17に示した増幅器2DのC1−C1’矢視図を概略的に示している。なお、図20は、第2の方向である増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から増幅器2Dを見た状態の構成例を示していてもよい。
本実施形態に係るレーザシステムは、図13に示した第2の実施形態における増幅器2Cに代えて、増幅器2Dを備えてもよい。増幅器2Dは、上記増幅器2Cにおけるシリンドリカル凸面ミラー36に代えて、第1のミラーとしてのシリンドリカル凸面ミラー136を含んでいてもよい。また、増幅器2Dは、上記増幅器2Cにおけるシリンドリカル凹面ミラー37に代えて、第2のミラーとして、それぞれ反射領域を含む複数のミラー要素を備えてもよい。複数のミラー要素として、第1のシリンドリカル凹面ミラー137と第2のシリンドリカル凹面ミラー138とを含んでもよい。
シリンドリカル凸面ミラー136と第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138とは、第1の方向であるV軸方向と交差する第3の方向において1対の放電電極38a,38bを間に挟むようにして互いに対向するように配置されていてもよい。シリンドリカル凸面ミラー136は、反射領域として凸反射面151を含んでいてもよい。第1のシリンドリカル凹面ミラー137は、反射領域として第1の凹反射面152を含んでいてもよい。第2のシリンドリカル凹面ミラー138は、反射領域として第2の凹反射面153を含んでいてもよい。
凸反射面151と第1及び第2の凹反射面152,153とにはそれぞれ、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てもよい。シリンドリカル凸面ミラー136は、焦点軸が増幅レーザ光L20の略中央の位置となるように配置してもよい。第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138は、1つのシリンドリカル凹面ミラーを母線中央部で分割して配置したような構成となっていてもよい。シリンドリカル凸面ミラー136と第1のシリンドリカル凹面ミラー137は、シード光L10を放電空間50内における略上側半分の空間で3パスさせるように配置してもよい。また、シリンドリカル凸面ミラー136と第2のシリンドリカル凹面ミラー138は、シード光L10を放電空間50内における略下側半分の空間で3パスさせるように配置してもよい。また、シリンドリカル凸面ミラー136と第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138は、光共振器を構成しないように配置してもよい。
増幅器2Dでは、シリンドリカル凸面ミラー136と第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138とが自励発振を抑制するような配置とされていてもよい。
具体的には、図20に示したように、シリンドリカル凸面ミラー136と第1のシリンドリカル凹面ミラー137は、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の上端部151Aと第1の凹反射面152の下端部152Aとが0以上の第1のギャップD1を有する状態となるように配置されていてもよい。また、シリンドリカル凸面ミラー136と第2のシリンドリカル凹面ミラー138は、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の下端部151Bと第2の凹反射面153の上端部153Aとが0以上の第2のギャップD2を有する状態となるように配置されていてもよい。0以上の第1及び第2のギャップD1,D2とは、0又はプラスのギャップであってもよい。
ここで、第1のギャップD1が0となる状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の上端部151Aと第1の凹反射面152の下端部152Aとが接している状態のことであってもよい。また、第2のギャップD2が0となる状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の下端部151Bと第2の凹反射面153の上端部153Aとが接している状態のことであってもよい。
また、第1及び第2のギャップD1,D2がプラスとなる状態とは、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151と第1及び第2の凹反射面152,153とが重なることなく離れている状態のことであってもよい。増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の上端部151Aが第1の凹反射面152の下端部152Aよりも下側に位置することによって、凸反射面151と第1の凹反射面152とが重なることなく離れている状態となり得る。また、増幅レーザ光L20の出射方向に平行な方向から見たときに、凸反射面151の下端部151Bが第2の凹反射面153の上端部153Aよりも上側に位置することによって、凸反射面151と第2の凹反射面153とが重なることなく離れている状態となり得る。
以上のようにして、増幅器2Dは、増幅レーザ光L20の出射方向への凸反射面151の投影像と第1及び第2の凹反射面152,153の投影像との間に0以上の第1及び第2のギャップD1,D2が設けられた構成となっていてもよい。
また、増幅器2Dは、上記増幅器2Cにおける調整機構70,80に代えて、調整機構170,180を含んでいてもよい。調整機構170,180は、制御部7に電気的に接続されていてもよい。
図18は調整機構170の一例を概略的に示している。調整機構170は、シリンドリカル凸面ミラー136の姿勢を調整する機構であってもよい。調整機構170は、アクチュエータ172と、アクチュエータ172に接続された凸面ミラー駆動装置171とを含んでもよい。シリンドリカル凸面ミラー136は、凸面ミラー駆動装置171に収められていてもよい。調整機構170は、図18に示したように、シリンドリカル凸面ミラー136の姿勢をV軸、H軸、及びZ軸をそれぞれ回転軸として回転可能なものであってもよい。調整機構170が、シリンドリカル凸面ミラー136の位置をV軸方向に移動可能となっていてもよい。
図19は、調整機構180の一例を概略的に示している。調整機構180は、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138の姿勢と第1及び第2のギャップD1,D2とを調整する機構であってもよい。調整機構180は、アクチュエータ182と、アクチュエータ182に接続された凹面ミラー駆動装置181とを含んでもよい。第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138は、凹面ミラー駆動装置181に収められていてもよい。調整機構180は、図19に示したように、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138の姿勢をV軸、H軸、及びZ軸をそれぞれ回転軸として回転可能なものであってもよい。また、調整機構180は、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138の位置をそれぞれ独立にV軸方向に移動させることにより、第1及び第2のギャップD1,D2をそれぞれ独立に調整可能となっていてもよい。
パルスエネルギセンサ93は、制御部7に電気的に接続され、検出結果を示す信号を制御部7に出力するようになっていてもよい。制御部7は、パルスエネルギセンサ93で検出されたパルスエネルギに基づいて、調整機構180によって第1及び第2のギャップD1,D2の大きさを、それぞれ独立に制御するようになっていてもよい。また、制御部7は、パルスエネルギに基づいて、アクチュエータ112,114を制御し、高反射ミラー98,99の姿勢角を制御するようになっていてもよい。また、制御部7は、パルスエネルギに基づいて、調整機構170,180を制御し、シリンドリカル凸面ミラー136と第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138との姿勢をそれぞれ独立に制御するようになっていてもよい。
その他の構成は、図13に示したレーザシステムと略同様であってもよい。
(5.2 動作)
固体レーザ装置10から出射された波長約193.4nmのシード光L10は、高反射ミラー98,99を介して、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138の間を通過し、かつ1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に平行に進行するように放電空間50に入射し得る。シード光L10は、放電空間50中を1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に平行に進行することによって増幅され、次に、シリンドリカル凸面ミラー136に入射し得る。
増幅器2Dにおいて、シリンドリカル凸面ミラー136を高反射したシード光L10は、図17及び図18に示したように反射光L11として、略上側半分と略下側半分とのそれぞれにおいてビーム拡大しながら放電空間50中を通過することによって、さらに増幅され、次に、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138に入射し得る。
第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138に入射した反射光L11は、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138でさらに高反射され得る。第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138による反射光L12は、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138によって、図17及び図19に示したように1対の放電電極38a,38bの長手方向の軸に対してコリメートされつつ、放電空間50中を再び通過して、さらに、増幅され得る。コリメートされたシード光L10の反射光L12は、シリンドリカル凸面ミラー136における上端部151Aよりも上側と、下端部152Aよりも下側とを通過して、増幅レーザ光L20として、露光装置4へ入射し得る。
第1及び第2のギャップD1,D2は、調整機構180によって、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138の位置をそれぞれ独立にV軸方向に移動制御することによって独立に調整され得る。なお、第1及び第2のギャップD1,D2を調整する際に、調整機構170によって、シリンドリカル凸面ミラー136の位置もV軸方向に移動制御するようにしてもよい。
第1及び第2のギャップD1,D2は、D=D1=D2として、上記第2の実施形態と同様の制御を行ってもよい。すなわち、制御部7は、増幅器2Dから出射された光のパルスエネルギをパルスエネルギモニタ90によってモニタすることによって、自励発振のパルスエネルギPsとシード光L10の増幅レーザ光L20のパルスエネルギPaとを計測してもよい。そして、制御部7は、第1及び第2のギャップD1,D2を自動で調整しつつ、自励発振の割合を示すPs/Paの値を計測することによって、Ps/Paの値が所定の値Rよりも小さくなる第1及び第2のギャップD1,D2の値を決定してもよい。制御部7は、Ps/Paの値が所定の値Rよりも小さくなるまで、第1及び第2のギャップD1,D2を値ΔDだけ正の方向に少しずつ変化させてもよい。
(5.3 作用)
本実施形態のレーザシステムによれば、シリンドリカル凸面ミラー136でシード光L10をV軸方向に両側に広げた後、第1及び第2のシリンドリカル凹面ミラー137,138によって反射させて増幅した場合においても、自励発振を抑制し得る。
[6.固体レーザ装置の具体例]
次に、上記した固体レーザ装置10の具体的な構成例を説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第1ないし第3の実施形態に係るレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
(6.1 構成)
図21は、固体レーザ装置10の具体的な構成例を露光装置用レーザ装置1の構成例と共に概略的に示している。露光装置用レーザ装置1としては、上記第1ないし第3の実施形態におけるいずれかのレーザシステムが適用され得る。
露光装置用レーザ装置1は、固体レーザ装置10と、制御部7と、高反射ミラー98,99とを備えてもよい。制御部7は、レーザ制御部3と、同期制御部6とを含んでもよい。また、露光装置用レーザ装置1は、増幅器2A,2B,2C,2Dのいずれかを備えてもよい。以下では、図13の増幅器2Cを備える場合を例に説明する。
固体レーザ装置10は、第1の固体レーザ装置11と、第2の固体レーザ装置12と、同期回路部13と、高反射ミラー16と、ダイクロイックミラー17と、波長変換システム15とを含んでもよい。
第1の固体レーザ装置11は、第1の波長の第1のパルスレーザ光L1を、ダイクロイックミラー17を介して波長変換システム15に向けて出射するように構成されてもよい。第1の波長は、約257.5nmであってもよい。第1の固体レーザ装置11は、第1の半導体レーザ20と、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)23と、Ybファイバ増幅器システム24と、Yb:YAG結晶増幅器25とを含んでもよい。また、第1の固体レーザ装置11は、非線形結晶であるLBO(LiB35)結晶21とCLBO(CsLiB610)結晶22とを含んでもよい。第1の半導体レーザ20、半導体光増幅器23、Ybファイバ増幅器システム24、Yb:YAG結晶増幅器25、LBO結晶21、及びCLBO結晶22は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
第1の半導体レーザ20は、CW(連続波)発振、若しくはパルス発振により波長約1030nmのシード光を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。また、第1の半導体レーザ20は、シングル縦モードであって、波長約1030nm付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。
半導体光増幅器23は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器23は、同期回路部13からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器23は、第1の半導体レーザ20がパルス発振する場合には、第1の半導体レーザ20と同期して動作するように構成されてもよい。
Ybファイバ増幅器システム24は、Ybがドープされた多段の光ファイバ増幅器と、CW発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するCW励起半導体レーザとを含んでもよい。
LBO結晶21は、波長約1030nmのパルスレーザ光が入射され、波長約515nmのパルスレーザ光を出射してもよい。CLBO結晶22は、波長約515nmのパルスレーザ光が入射され、波長約257.5nmのパルスレーザ光を出射してもよい。
第2の固体レーザ装置12は、第2の波長の第2のパルスレーザ光L2を、高反射ミラー16及びダイクロイックミラー17を介して波長変換システム15に向けて出射するように構成されてもよい。第2の波長は、約1554nmであってもよい。第2の固体レーザ装置12は、第2の半導体レーザ40と、半導体光増幅器(SOA)41と、Erファイバ増幅器システム42とを含んでもよい。第2の半導体レーザ40、半導体光増幅器41、及びErファイバ増幅器システム42は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
第2の半導体レーザ40は、CW発振、若しくはパルス発振により波長約1554nmのシード光を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。また、第2の半導体レーザ40は、シングル縦モードであって、波長約1554nm付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。
半導体光増幅器41は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器41は、同期回路部13からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す、図示しない電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器41は、第2の半導体レーザ40がパルス発振する場合には、半導体レーザ40と同期して動作するように構成されてもよい。
Erファイバ増幅器システム42は、Er及びYbが共にドープされた多段の光ファイバ増幅器と、CW発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するCW励起半導体レーザとを含んでもよい。
同期回路部13は、同期制御部6からのトリガ信号Tr1に基づいて、第1の固体レーザ装置11の半導体光増幅器23及び第2の固体レーザ装置12の半導体光増幅器41に所定のトリガ信号をそれぞれ出力するように構成されてもよい。
高反射ミラー16は、第2の固体レーザ装置12から出射された第2のパルスレーザ光L2を高反射し、ダイクロイックミラー17に入射させるように配置されてもよい。
ダイクロイックミラー17は、第1の波長の第1のパルスレーザ光L1を高透過する基板上に、第1の波長の第1のパルスレーザ光L1を高透過し、第2の波長の第2のパルスレーザ光L2を高反射する膜がコートされたものであってもよい。ダイクロイックミラー17は、第1のパルスレーザ光L1及び第2のパルスレーザ光L2を、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム15に入射させるように配置されてもよい。
波長変換システム15は、第1の波長の第1のパルスレーザ光L1及び第2の波長の第2のパルスレーザ光L2が入射され、第1の波長及び第2の波長と異なる波長のパルスレーザ光を、増幅器2Cへのシード光L10として出射するように構成されてもよい。波長変換システム15は、CLBO結晶18,19と、ダイクロイックミラー95,96と、高反射ミラー97とを含んでもよい。CLBO結晶18、ダイクロイックミラー95、CLBO結晶19、及びダイクロイックミラー96は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
CLBO結晶18には、波長約257.5nmの第1のパルスレーザ光L1及び波長約1554nmの第2のパルスレーザ光L2が入射されてもよい。CLBO結晶18は、波長約257.5nmと波長約1554nmの和周波に対応する波長約220.9nmのパルスレーザ光を出射してもよい。
ダイクロイックミラー95は、波長約1554nm及び波長約220.9nmのパルスレーザ光を高透過し、波長約257.5nmのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされたものであってもよい。
CLBO結晶19には、ダイクロイックミラー95を透過した、波長約1554nm及び波長約220.9nmのパルスレーザ光が入射されてもよい。CLBO結晶19は、波長約1554nmと波長約220.9nmの和周波に対応する波長約193.4nmのパルスレーザ光をシード光L10として出射してもよい。
ダイクロイックミラー96は、波長約1554nm及び波長約220.9nmのパルスレーザ光を高透過し、波長約193.4nmのパルスレーザ光が高反射する膜がコートされたものであってもよい。
高反射ミラー97は、ダイクロイックミラー96により反射された波長約193.4nmのパルスレーザ光をシード光L10として固体レーザ装置10から出射するように配置されてもよい。
高反射ミラー98,99は、固体レーザ装置10から出射された波長約193.4nmのシード光L10が、増幅器2Cに入射するように配置されてもよい。
増幅器2Cは、固体レーザ装置10から出射された波長約193.4nmのシード光L10を増幅し、増幅レーザ光L20として露光装置4に向けて出射するように構成されてもよい。
レーザ制御部3は、第1の半導体レーザ20、第2の半導体レーザ40、Ybファイバ増幅器システム24内のCW励起半導体レーザ、及びErファイバ増幅器システム42内のCW励起半導体レーザに、図示しない信号ラインを介して接続されてもよい。
同期制御部6には、レーザ制御部3を介して、固体レーザ装置10におけるパルスレーザ光の生成タイミングを指示する発振トリガ信号Tr0が外部装置としての露光装置4から供給されてもよい。露光装置4は、露光装置制御部5を含んでもよい。発振トリガ信号Tr0は、露光装置4の露光装置制御部5が供給するようにしてもよい。同期制御部6は、発振トリガ信号Tr0に基づいてトリガ信号Tr1を生成し、トリガ信号Tr1を同期回路部13に供給するように構成されていてもよい。また、同期制御部6は、発振トリガ信号Tr0に基づいてトリガ信号Tr2を生成し、トリガ信号Tr2を増幅器2Cに供給するように構成されてもよい。
(6.2 動作)
レーザ制御部3は、発振トリガ信号Tr0に基づいて、第1及び第2の半導体レーザ20,40をCW発振、若しくはパルス発振させてもよい。また、レーザ制御部3は、発振トリガ信号Tr0に基づいて、Ybファイバ増幅器システム24内のCW励起半導体レーザ、及びErファイバ増幅器システム42内のCW励起半導体レーザをCW発振させてもよい。
同期制御部6は、レーザ制御部3を介して露光装置制御部5から発振トリガ信号Tr0を受信したとき、発振トリガ信号Tr0とトリガ信号Tr1との間の遅延時間、及び発振トリガ信号Tr0とトリガ信号Tr2との間の遅延時間を制御してもよい。この遅延時間は、固体レーザ装置10から出射されたシード光L10が増幅器2Cに入射するのと同期して増幅器2Cの1対の放電電極38a,38bが放電するように制御されてもよい。
第1の固体レーザ装置11では、第1の半導体レーザ20から波長約1030nmのCW発振光、若しくはパルス発振光がシード光として出射され得る。このシード光は、同期回路部13からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器23によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器23から出射されたパルスレーザ光は、Ybファイバ増幅器システム24に入射し、このYbファイバ増幅器システム24により増幅され得る。Ybファイバ増幅器システム24から出射されたパルスレーザ光は、Yb:YAG結晶増幅器25に入射し、このYb:YAG結晶増幅器25により増幅され得る。Yb:YAG結晶増幅器25から出射されたパルスレーザ光は、LBO結晶21に入射し得る。そして、このパルスレーザ光から、LBO結晶21及びCLBO結晶22によって、波長約257.5nmの第4高調波光が生成され得る。これにより、第1の固体レーザ装置11から波長約257.5nmの第1のパルスレーザ光L1が出射され得る。
一方、第2の固体レーザ装置12では、第2の半導体レーザ40から波長約1554nmのCW発振光、若しくはパルス発振光がシード光として出射され得る。このシード光は、同期回路部13からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器41によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器41から出射されたパルスレーザ光は、Erファイバ増幅器システム42に入射し、このErファイバ増幅器システム42により増幅され得る。これにより、第2の固体レーザ装置12から波長約1554nmの第2のパルスレーザ光L2が出射され得る。
第1の固体レーザ装置11から出射された波長約257.5nmの第1のパルスレーザ光L1は、ダイクロイックミラー17を介して、波長変換システム15に入射し得る。また、第2の固体レーザ装置12から出射された波長約1554nmの第2のパルスレーザ光L2は、高反射ミラー16及びダイクロイックミラー17を介して、波長変換システム15に入射し得る。
ここで、同期回路部13は、トリガ信号Tr1に基づいて、所定のタイミングで、所定のパルス幅のトリガ信号を半導体光増幅器23,41にそれぞれ供給してもよい。この所定のタイミングは、第1のパルスレーザ光L1及び第2のパルスレーザ光L2が、波長変換システム15のCLBO結晶18に略同時に入射するように調節され得る。半導体光増幅器23に供給されるトリガ信号のパルス幅は、第1のパルスレーザ光L1のパルス幅が例えば1nsec以上30nsec以下になるように調節され得る。半導体光増幅器41に供給されるトリガ信号のパルス幅は、第2のパルスレーザ光L2のパルス幅が例えば1nsec以上30nsec以下になるように調節され得る。これにより、固体レーザ装置10が出射するシード光L10のパルス幅は、例えば1nsec以上30nsec以下になるように調節され得る。
波長変換システム15では、ダイクロイックミラー17によってCLBO結晶18に第1のパルスレーザ光L1及び第2のパルスレーザ光L2が略同時に入射され、CLBO結晶18上で第1のパルスレーザ光L1のビーム及び第2のパルスレーザ光L2のビームが重なり得る。CLBO結晶18は、波長約257.5nmと波長約1554nmの和周波に対応する波長約220.9nmのパルスレーザ光を生成し得る。CLBO結晶18からは、波長約257.5nm、波長約1554nm、及び波長約220.9nmの3つのパルスレーザ光が出射され得る。
ダイクロイックミラー95は、CLBO結晶18から出射された3つのパルスレーザ光のうち、波長約1554nm及び波長約220.9nmの2つのパルスレーザ光を高透過し、波長約257.5nmのパルスレーザ光を高反射し得る。ダイクロイックミラー95を透過した2つのパルスレーザ光は、CLBO結晶19に入射し得る。
CLBO結晶19は、波長約220.9nmと波長約1554nmの和周波に対応する波長約193.4nmのパルスレーザ光を生成し得る。CLBO結晶19からは、波長約1554nm、波長約220.9nm、及び波長約193.4nmの3つのパルスレーザ光が出射され得る。
ダイクロイックミラー96は、CLBO結晶19から出射された3つのパルスレーザ光のうち、波長約1554nm及び波長約220.9nmのパルスレーザ光を高透過し、波長約193.4nmのパルスレーザ光を高反射し得る。波長約193.4nmのパルスレーザ光は、高反射ミラー97を介して波長変換システム15からシード光L10として出射され得る。波長変換システム15から出射されたシード光L10は、高反射ミラー98,99を介して、増幅器2Cに入射し得る。
増幅器2Cでは、シード光L10の入射に同期して、図13に示したように、放電空間50において1対の放電電極38a,38bが放電し得る。増幅器2Cでは、固体レーザ装置10からのシード光L10が効率よく増幅されるように、1対の放電電極38a,38bを放電させるためのパルス電源34による電源供給のタイミングを調整してもよい。増幅器2Cでは、シード光L10が、シリンドリカル凸面ミラー36及びシリンドリカル凹面ミラー37で反射することにより、1対の放電電極38a,38b間の放電空間50を3回通過し得る。これにより、シード光L10がビーム拡大しつつ増幅され得る。以上のようにして、固体レーザ装置10から出射されたシード光L10が増幅器2Cにより増幅され、増幅レーザ光L20として露光装置4に向けて出射され得る。
[7.制御部のハードウエア環境]
当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャーなどを含む。
図22は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図22の例示的なハードウエア環境100は、処理ユニット1000と、ストレージユニット1005と、ユーザインターフェイス1010と、パラレルI/Oコントローラ1020と、シリアルI/Oコントローラ1030と、A/D、D/Aコンバータ1040とを含んでもよいが、ハードウエア環境100の構成は、これに限定されない。
処理ユニット1000は、中央処理ユニット(CPU)1001と、メモリ1002と、タイマ1003と、画像処理ユニット(GPU)1004とを含んでもよい。メモリ1002は、ランダムアクセスメモリ(RAM)とリードオンリーメモリ(ROM)とを含んでもよい。CPU1001は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、CPU1001として使用されてもよい。
図22におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。
動作において、処理ユニット1000は、ストレージユニット1005に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット1000は、ストレージユニット1005からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット1000は、ストレージユニット1005にデータを書き込んでもよい。CPU1001は、ストレージユニット1005から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ1002は、CPU1001によって実行されるプログラム及びCPU1001の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ1003は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってCPU1001に計測結果を出力してもよい。GPU1004は、ストレージユニット1005から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をCPU1001に出力してもよい。
パラレルI/Oコントローラ1020は、レーザ制御部3、同期制御部6、および制御部7等の、処理ユニット1000と通信可能なパラレルI/Oデバイスに接続されてもよく、処理ユニット1000とそれらパラレルI/Oデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルI/Oコントローラ1030は、レーザ制御部3、同期制御部6、および制御部7等の、処理ユニット1000と通信可能な複数のシリアルI/Oデバイスに接続されてもよく、処理ユニット1000とそれら複数のシリアルI/Oデバイスとの間の通信を制御してもよい。A/D、D/Aコンバータ1040は、アナログポートを介して、各種センサや、半導体光増幅器23,41、及びパルスエネルギセンサ93等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット1000とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のA/D、D/A変換を行ってもよい。
ユーザインターフェイス1010は、操作者が処理ユニット1000にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット1000によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。
例示的なハードウエア環境100は、本開示における制御部7、及び露光装置制御部5等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、制御部7、及び露光装置制御部5等は、イーサネット(登録商標)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、プログラムモジュールは、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。
[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たものである。従って、添付の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ろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「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、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「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。

Claims (13)

  1. 第1の方向において互いに対向する1対の放電電極と、レーザ励起媒質と、シード光が入射する入射窓と、前記第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光を出射させる出射窓とを含むチャンバと、
    それぞれ反射領域を含み、前記第1の方向と交差する第3の方向において前記1対の放電電極を間に挟むようにして互いに対向する第1のミラー及び第2のミラーと
    を備え、
    前記第1のミラーの反射領域の前記第2の方向への投影像と前記第2のミラーの反射領域の前記第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられている
    増幅器。
  2. 前記第1のミラーは凸面ミラーであり、
    前記第2のミラーは凹面ミラーである
    請求項1に記載の増幅器。
  3. 前記凸面ミラーは、シリンドリカル凸面ミラーであり、
    前記凹面ミラーは、シリンドリカル凹面ミラーである
    請求項2に記載の増幅器。
  4. 前記第2のミラーは、それぞれ反射領域を含む複数のミラー要素を備え、
    前記第1のミラーの反射領域の前記第2の方向への投影像と前記複数のミラー要素のそれぞれの反射領域の前記第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられている
    請求項1に記載の増幅器。
  5. 前記第1のミラーと前記第2のミラーとによって、ビームエキスパンダが構成されている
    請求項1に記載の増幅器。
  6. 前記ビームエキスパンダのビームエキスパンド方向と、前記1対の放電電極間の放電方向とが略一致する
    請求項5に記載の増幅器。
  7. 前記ギャップの大きさを調整する調整機構
    をさらに備える。
    請求項1に記載の増幅器。
  8. 前記ギャップは、前記1対の放電電極の電極間隔よりも小さい
    請求項1に記載の増幅器。
  9. 前記シード光はパルスレーザ光であり、
    前記シード光のパルス幅をTd、前記第1のミラーと前記第2のミラーとの前記第2の方向におけるミラー間隔をL、光速をcとしたとき、
    c・Td<2L
    の関係を満たす
    請求項1に記載の増幅器。
  10. 前記シード光はパルスレーザ光であり、
    前記増幅レーザ光のパルスエネルギを検出するパルスエネルギモニタと、
    前記パルスエネルギに基づいて、前記調整機構によって前記ギャップの大きさを制御する制御部と
    をさらに備える。
    請求項7に記載の増幅器。
  11. シード光を出力する発振器と、
    前記シード光の光路上に配置された増幅器と
    を含み、
    前記増幅器は、
    第1の方向において互いに対向する1対の放電電極と、レーザ励起媒質と、前記シード光が入射する入射窓と、前記第1の方向と交差する第2の方向に増幅レーザ光を出射させる出射窓とを含むチャンバと、
    それぞれ反射領域を含み、前記第1の方向と交差する第3の方向において前記1対の放電電極を間に挟むようにして互いに対向する第1のミラー及び第2のミラーと
    を備え、
    前記第1のミラーの反射領域の前記第2の方向への投影像と前記第2のミラーの反射領域の前記第2の方向への投影像との間に0以上のギャップが設けられている
    レーザシステム。
  12. 前記発振器は、固体レーザ装置である
    請求項11に記載のレーザシステム。
  13. 前記発振器から出力された前記シード光が前記第1のミラーに入射するように、前記発振器と前記増幅器との間における前記シード光の光路上に配置された光学素子
    をさらに備える
    請求項11に記載のレーザシステム。
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