WO1999046835A1 - Dispositif a laser ultraviolet et appareil d'exposition comportant un tel dispositif a laser ultraviolet - Google Patents

Dispositif a laser ultraviolet et appareil d'exposition comportant un tel dispositif a laser ultraviolet Download PDF

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WO1999046835A1
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Description

明細書
紫外レーザ装置及びこの紫外レーザ装置を用いた露光装置
技術分野
本発明は、 レーザ装置に係り、 特に半導体素子、 液晶表示素子、 撮像素子 （C C Dなど） 、 及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスを製造するフォトリソ グラフイエ程で使用される露光装置用光源のように、 低コヒ一レンスでスペック ルの発生を抑制することができる紫外光を発生することが可能なレーザ装置及び このような紫外レーザ装置を用いた露光装置に関する。
背景技術
情報機器の進歩に伴い、 半導体集積回路には機能の充実、 記憶容量の向上、 小 型化などが求められており、そのためには集積回路の集積度を上げる必要がある。 この集積度を上げるためには個々の回路パターンを小さくすればよいわけである が、 回路の最小パターン寸法は、 一般的には製造過程で使用される露光装置の性 能によって決定される。
光リソグラフィによる露光装置は、 フォトマスク上に精密に描かれた回路パ夕 ーンを、 フォトレジストを塗布した半導体ウェハー上に光学的に縮小投影し、 転 写する。 この露光時におけるウェハ一上での最小パターン寸法 （解像度） Rは、 露光装置で投影するために用いる光源の波長え、 投影光学系の開口数 N Aによつ て次式 （1 ) で、 また焦点深度 D Fは次式 （2 ) で示される。
R = K · λ /ΝΑ ( 1 )
D F = A / { 2 · (NA) " · · · ( 2 )
上記の式 （1 ) から明らかなように、 最小パターン寸法 Rを小さくするために は、 この定数 Kを小さくする方向、 開口数 NAを大きくする方向、 そして投影す る光源の波長 λを小さくする方向、 の 3方向があることがわかる。
ここで定数 Κは投影光学系やプロセスによって決まる定数であり、 通常 0 . 5 〜0 . 8程度の値をとる。 この定数 Κを小さくする方法は、 広い意味での超解像 技術と呼ばれている。 今までに、 投影光学系の改良、 変形照明、 フエ一ズシフト マスク法などが提案、 研究されてきた。 し力し、 適用できるパターンに制限があ るなどの難点があった。 一方、 開口数 ΝΑは （1 ) 式からその値が大きいほど最 小パターン寸法 Rを小さくできるが、 このことは同時に （2 ) 式から明らかなよ うに焦点深度が浅くなつてしまうことを意味する。 このため、 NA値は大きくす るにも限界があり、 通常はこれら両者のかねあいから 0 . 5〜0 . 6程度が適当 とされている。
従って、 最小パターン寸法 Rを小さくするのに最も単純かつ有効な方法は、 露 光に用いる光の波長 λを短くすることである。 ここで短波長化の実現とあわせ、 露光装置の光源を作る上で備えるべき条件がいくつかある。 以下これらの条件に ついて説明する。
第 1の条件として、 数ワットの光出力が求められる。 これは集積回路パターン の露光、 転写に要する時間を短く保っために必要である。
第 2の条件として、 波長 3 0 0 nm以下の紫外光の場合には、 露光装置のレン ズとして使用できる材料が限られ、 色収差の補正が難しくなつてくる。 このため 光源の単色性が必要であり、 スペクトルの線幅は 1 p m以下にすることが求めら れる。
第 3の条件として、 このスペクトル線幅の狭帯域化にともない時間的コヒーレ ンス （干涉性） が高くなるため、 狭い線幅の光をそのまま照射すると、 スペック ルと呼ばれる不要な干渉パターンが生ずる。 従ってこのスペックル発生を抑制す るために、 光源ではその空間的コヒーレンスを低下させる必要がある。
これらの条件を満たし、 力 ^つ高解像度を実現するため露光光源の短波長化に対 し多くの開発がなされてきた。 これまで検討されてきた短波長化の方向は主に次 の 2種に大別される。 その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマ レーザの露光装置への適用開発であり、 もう一つは赤外又は可視光レーザの高調 波発生を利用した短波長露光光源の開発である。
このうち、 前者の方法を用いて実用化された短波長光源としては、 K r Fェキ シマレーザ （波長 2 4 8 n m) が使用されており、 現在ではさらに短波長の光源 として A r Fエキシマレ一ザ （波長 1 9 3 nm) を使用する露光装置の開発が進 められている。 しかし、 これらのエキシマレーザは大型であること、 1パルスあ たりのエネルギーが大きいことにより光学部品の損傷が生じゃすいこと、 有毒な フッ素ガスを使用するためレーザのメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額とな ることなど種々の問題があった。
また後者の方法としては、非線形光学結晶の 2次の非線形光学効果を利用して、 長波長の光 （赤外光、 可視光） をより短波長の紫外光に変換する方法がある。 例 ば 「LongitudinaUy mode pumped continuous wave 3.5W green laser (L. Y. Liu, M. Oka, W. Wiechmann and S. Kubota, Optics Letters, vol.l9(1994),pl89)」 では、 半導体励起の固体レーザからの光を波長変換するレーザ光源が開示されている。 この従来例では、 N d ： Y A Gレーザの発する 1 0 6 4 n mのレーザ光を、 非線 形光学結晶を用いて波長変換し、 4倍高調波の 2 6 6 n mの光を発生させる方式 が記載されている。 なお、 固体レーザとは、 レーザ媒質が固体であるレーザの総 称である。 従って広義には、 半導体レーザも固体レーザに含まれるが、 通常は固 体レーザというと、 例えば N d ： YA Gレーザやルビーレ一ザのように光によつ て励起される固体レーザのことをさす。 ここでもそのように区別する。
また、 固体レーザを用いて露光装置の光源とした例では、 レーザ光を発生する レーザ光発生部と、 このレーザ光発生部からの光を紫外光に波長変換する波長変 換部とから構成されるレーザ要素を、 複数マトリックス状に束ねたアレイレーザ が提案されている。 例えば特開平 8— 3 3 4 8 0 3号公報では、 半導体レーザを 備えたレーザ光発生部からの光を、 波長変換部に設けた非線形光学結晶により波 長変換し、 紫外光を発生させるひとつのレーザー要素を、 複数本マトリックス状 (例えば 1 0 X 1 0 ) に束ねて一つの紫外光源とするアレイレーザの例が開示さ れている。
前記のような構成のアレイレーザでは、 個々に独立なレーザ要素を複数本束ね ることによって、 個々のレーザ要素の光出力を低く押さえつつ、 装置全体の光出 力を高出力とすることができる。 このため非線形光学素子への負担を軽減するこ とができる。 しかし、 一方では、 個々のレーザ要素が独立していることから、 露 光装置への適用を考慮した場合には、 レ一ザ要素全体でその発振スペクトルを一 致させる必要がある。 例えば、 個々のレーザ要素についてその発振スペクトル線 幅が 1 p m以下であっても、 複数のレーザ要素全体で、 相互の波長の差が 3 p m であってはならなず、 全幅で 1 p m以下とする必要がある。
このためには、 例えば、 各レーザ要素に自律的に同一波長の単一縦モード発振 をさせるためには、 各々のレーザ要素の共振器長を調整し、 あるいは共振器中に 波長選択素子を揷入したりする必要がある。 しかし、 これらの方法は、 その調整 が微妙であること、 構成するレーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で 発振させるのに複雑な構成が必要になること等の問題がある。
一方、 これら複数のレーザを能動的に単一波長化する方法としてインジェクシ ヨンシード法がよく知られている （例えば、 Walter Koechnerによる Solid-state Las er Engineering, 3rd Edition, Springer Senes m Optical Science, Vol.1, Springer- Verl ag, ISBN 0-387-53756-2, p246-249) 。 これは、 発振スぺクトル線幅の狭い単一の レーザ光源からの光を複数のレーザ要素に分岐し、 このレーザ光を誘導波として 用いることにより、 各レーザ要素の発振波長を同調させ、 かつスペクトル線幅を 狭帯域化するという方法である。 しかしこの方法では、 シード光を各レーザ要素 に分岐する光学回路や、 発振波長の同調制御部を必要とするため構造が複雑にな るという問題がある。
さらに、 このようなアレイレーザは、 従来のエキシマレーザに比べて装置全体 を格段に小さくすることが可能だが、 それでもアレイ全体の出力ビーム系を数セ ンチメートル以下におさえるパッケージングは困難である。 また、 このように構 成されたアレイレーザでは、 各アレーごとに波長変換部が必要となるため高価と なること、 アレイを構成するレーザ要素の一部にァライメントずれが生じた場合 や構成する光学素子に損傷が発生した場合に、 このレーザ要素の調整をするため には、 一度アレイ全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、 調整した上で再度 ァレイを組み立て直す必要があること、 などの課題がある。
本発明は、 上記各技術の問題点、 例えば露光装置の紫外光源としてエキシマレ —ザを用いた場合に生ずる問題であるところの、 装置の大型化、 有毒なフッ素ガ スの使用、 メインテナンスの煩雑さと高価さなどという諸問題や、 露光装置の紫 外光源として例えば N d ： Y A Gレーザなどの様な固体レーザの高調波を用いた 場合に考えられる非線形光学結晶の損傷や、 空間的コヒーレンスの増加に伴うス ペックル発生等の問題、 また露光装置の紫外光源として、 紫外光を発生する複数 のレーザ要素をマトリックス状に束ねたアレイレーザを用いた場合に考えられる 同調機構を含めた構造の複雑さや出力ビーム径小型化の難しさ、 の煩雑さ等の問題を考慮してなされたものである。
すなわち、 本発明の目的は露光装置の光源として充分に狭帯域化された単一波 長の紫外光を、 空間的コヒーレンスの低い紫外光出力として安定して発生し得、 あわせてコンパクトで取り扱いの容易な紫外レーザ装置を提供することにある。 また、 このような小型で取り扱いの容易な紫外レーザ装置を光源として用いたコ ンパク卜で自由度の高い露光装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的は、 単一波長の光を発生するレーザ光発生部と、 前記発生したレーザ 光を増幅するファイバ一光増幅器を有する少なくとも一段の光増幅器と、 前記光 増幅器によって増幅された光を非線形光学結晶により紫外光に波長変換する波長 変換部とにより構成することを特徴とする紫外レーザ装置により達成される。 より具体的には、 レーザ光発生部には狭帯域化した単一波長発振レーザ （例え ば実施形態における D F B半導体レーザ 3 1等） を備え、 この単一波長のレーザ 光をファイバ一光増幅器 （例えば実施形態におけるエルビウム ' ドープ'フアイ バー光増幅器等 3 3、 3 4等） によって増幅し、 このファイバー増幅器からの出 力光を非線形光学結晶 （例えば実施形態における 5 0 3〜5 0 5等） を用いた波 長変換部によって紫外光 （例えば、 波長 1 9 3 n mや 1 5 7 n mの紫外光） に変 換する構成とする。本発明の目的とするコンパク卜な構成で、取り扱いの容易な、 単一波長の紫外光を発生させる紫外レーザを提供するものである。
また、 本発明では、 単一波長発振レーザ （例えば実施の形態における D F B半 導体レーザ 1 1、 2 1やファイバ一レーザ等） の出力を、 光分岐装置で分岐した。 この光分岐装置 （例えば実施の形態におけるスプリツ夕 1 4、 1 6等） によって 複数の出力に分割し、 その後にファイバーを設け、 それら複数のファイバーを束 ねることで紫外レーザ装置を形成した。 なお光分岐装置としては、 単一周波数レ —ザにより発生させたレーザ光を複数に並列分岐するものであればよい。
また時間的に重ならないようにする装置を備えることにより、 互いに独立した 光が得られるようになる。 そのための好適な装置としては、 単一波長レーザによ り発生させたレーザ光を複数に並列分岐するビームスプリッ夕を有するとともに、 そのビ一ムスプリッ夕の射出側に互いに長さの異なるファイバーを設けてなるこ ととした。 そして、 互いに長さの異なるファイバ一の好ましい形態としては、 並 列分岐されたレーザ光がこのファイバ一を通過した後、 フアイバー出力端で相互 の遅延間隔が略一定間隔となるように例えば各ファィバ一長さを設けることであ る。
また、 本発明の一つの形態として、 光分岐装置としては、 他に、 所定時間ごと に各々の光路に光を分配する時分割光分岐装置 （Time Division Multiplexer： T D M) (例えば実施の形態における TD M 2 3 ) を用いた。
次に、 光分岐装置の出力側に設けられた複数のファイバ一としては、 複数のフ アイバ一光増幅器を備えることが好ましい。 このファイバ一光増幅器 （例えば実 施の形態におけるエルビウム · ド一プ ·ファイバ一光増幅器ゃィットリビゥム · ドープ*ファイバ一光増幅器 1 8、 1 9等） によって増幅し、 更にそれら複数の ファイバ一光増幅器を束ねることが好ましい。 このようにすることで、 更に光強 度の高いレーザ光を得ることができる。 なお、 この複数のファイバ一光増幅器の 出力端 （例えば実施形態におけるファイバー出力端 1 1 4、 2 9等） には、 必要 に応じて適宜無ドープのファイバ一を結合することもできる。
このファイバー出力端部は、 その出力端面に向けてファイバーのコア径をテ一 パ状に緩やかに拡大して設ける （例えば実施形態における図のコア 4 2 1 ) こと が望ましい。 また、 ファイバ一出力端部にレーザ光を透過する窓部材 （例えば実 施形態における窓部材 4 3 3、 4 4 3等） を設けて構成することが好ましい。 こ のように構成することにより、 ファイバ一出力端面におけるレーザ光のパワー密 度 （単位面積当たりの光強度） を低下させることができ、 従って、 ファイバー出 力端部の損傷を抑制することができる。
なお本発明では、波長変換部の入射側に備えられた複数のファイバーにおいて、 そのファイバーの出力端を波長変換部の構成にあわせ、 1本または複数本のバン ドル状に束ねて一もしくは複数の出力群として形成 （例えば実施形態におけるバ ンドル出力 1 1 4、 2 9、 5 0 1、 6 0 1、 7 0 1等） することが好ましい。 そ して、 波長変換部では、 1組もしくは複数組の非線形光学結晶 （例えば第 4の実 施形態における 5 0 2〜5 0 4や第 4の実施形態における 8 4 2〜8 4 4 ) によ り基本波の高調波発生を行い紫外光 （例えば、 波長 1 9 3 nmや 1 5 7 n mの紫 外光） を出力する。 波長変換部を一組とすることにより小型かつ経済的に構成す ることができ、 また波長変換部を複数組とすることによつて一組当たりの負荷を 減少させることができるため全体として高出力化を実現することができる。
なお、 複数のファイバ一光増幅器を用いて光増幅器を構成するときには、 各フ アイバー増幅器での増幅率のばらつきに伴う紫外光出力のばらつきを抑制するた め、 各フアイバーからの出力光をモニタ一して各ファィバー光増幅器の励起強度 を制御するファイバー出力制御装置を設けることが望ましい。 また、 紫外光出力 の光波長を特定波長で一定化させるために、 基本波もしくは波長変換部中の高調 波の周波数を用いて単一波長発振レーザの発振波長制御装置を設けることが好ま しい。
波長変換部の入射側には、 集光光学素子を設けて構成する。 この集光光学素子 の使用形態は、 光増幅器の出力状況に応じて適宜定めることができ、 例えば各フ アイバー出力ごとに集光光学素子を配設し （例えば実施形態におけるレンズ 9 0 2、 4 5 3等） 、 またバンドル状に束ねられた出力群ごとに集光光学素子を配設 する （例えば実施形態におけるレンズ 8 4 5、 8 5 5、 4 6 3等） などの使用形 態が適用可能である。
ところで、 紫外光を出力させるための構成としては、 例えばレーザ光発生部と して波長が 1 . 5 / m付近のレーザ光を放射するものであり、 光増幅器としては 波長 1 . 5 /z m付近の基本波を増幅するファイバ一光増幅器を有する光増幅器を 少なくとも 1段備えており、 かつ増幅れた基本波の 8倍高調波発生を行う波長変 換部から構成されている。 このように構成することにより出力波長 1 9 0 n m近 傍の紫外光を発生させることができる。 そしてこの出力光は、 レーザ光発生部の 発振波長をさらに細かく規定 （例えば 1 . 5 4 4〜1 . 5 2 2 m) することに より、 A r Fエキシマレーザと同一波長である 1 9 3 n mとすることができる。 また、 紫外光を出力させるための他の構成として、 例えば上述の例と同様にレ 一ザ光発生部として波長が 1 . 5 i m付近のレーザ光を放射するものとし、 光増 幅器としては波長 1 . 5 m付近の基本波を増幅するファイバ一光増幅器を有す る光増幅器を少なくとも 1段備えており、 かつ増幅された基本波の 1 0倍高調波 発生を行う波長変換部から構成する。 このように構成することにより、 出力波長 1 5 0 nm近傍の紫外光を発生させることができる。 そしてこの出力光は、 レー ザ光発生部の発振波長をさらに細かく規定 （例えば 1 . 5 7〜； I . 5 8 / m) す ることにより、 F 2レーザと同一波長である 1 5 7 nmとすることができる。 さらに、 紫外光を出力させるための他の構成として、 例えばレーザ光発生部と して波長が 1 . 1 i m付近のレーザ光を放射するものとし、 光増幅器としては波 長 1 . 1 i m付近の基本波を増幅するファイバ一光増幅器を有する光増幅器を少 なくとも 1段備えており、 かつ増幅れた基本波の 7倍高調波発生を行う波長変換 部から構成する。 このように構成することにより、 出力波長 1 5 0 nm近傍の紫 外光を発生させることができる。 そしてこの出力光は、 レーザ光発生部の発振波 長をさらに細かく規定 （例えば 1 . 0 9 9〜1 . 1 0 6 /x m) することにより、 F 2レーザと同一波長である 1 5 7 nmとすることができる。
なお、 その他に紫外光を出力させるための構成としては、 例えば発振波長が 9 9 0 n m付近の半導体レーザもしくはファイバーレーザを有するレーザ光発生部 と、 波長 9 9 0 nm付近の基本波を増幅するファイバー増幅器を有する少なくと も 1段の光増幅器と、 増幅された基本波の 4倍高調波発生を行う波長変換部とか ら構成することとすることにより、 K r Fエキシマレ一ザと同一の波長 2 4 8 η mの紫外光を得ることが可能である。
このような高調波発生を行う波長変換部の構成は、 実施の形態において詳細に 述べるとおり種々の構成をとることができる。 例えば基本波の 8倍高調波を発生 させる波長変換部についてその構成例を簡単に説明すれば、 すべての波長変換段 に非線形光学結晶の 2次高調波発生 （S H G) を利用して、 基本波— 2倍高調波 → 4倍高調波— 8倍高調波とする 3段の高調波発生光路系 （例えば第 4の実施の 形態における図 1 1 ( a)等） により構成することができる。 この構成は最も少ない 構成段数で所望の 8倍高調波を得ることができる。
また 8倍高調波を得るための他の好適な構成としては、 波長変換段に非線形光 学結晶の和周波発生 （S F G) をあわせて利用して、 基本波の 3倍高調波と 4倍 高調波を生成し、 これらを和周波発生により基本波の 7倍高調波を発生させ、 さ らにこの 7倍高調波と基本波を和周波発生により基本波の 8倍高調波を発生させ る構成とする （例えば第 4の実施の形態における図 1 1 (d)等） 。 この構成は最終 段の 8倍高調波発生に 1 9 3 nmの紫外光の吸収係数の低い L B〇結晶を使用す ることができる。 なお、 基本波の 7倍高調波発生や 1 0倍高調波発生についても 前記基本波の 8倍高調波発生と同様に非線形光学結晶の 2次高調波発生及び和周 波発生を利用して適宜構成することができる。
また、 本発明の態様では、 レーザ光発生部に単一波長発振レーザの CWレーザ 光をパルス化する装置 （例えば実施の形態における光変調素子 1 2、 2 2等） を 備えること、 又は単一波長発振レーザをパルス発振させること或いはその両方を 用いることで、 紫外パルスレーザ光を得ることができる。 また、 上述した構成で 得られた紫外レーザ装置を投影露光装置の光源として用い、 さらに投影するパ夕 一ンが描画されたマスクにほぼ均一な強度で光源からの光を照射する照明光学系 と、 マスクに描画されたパターンをウェハ一に投影するための投影対物光学系と を備えていることで、 メインテナンスの容易な投影露光装置を得ることができる。
発明の効果
以上説明したように、 本発明によれば、 レーザ光源は、 レーザ光発生部からの 単一波長の光を光増幅器によって増幅し、 この増幅された光を波長変換部に備え る非線形光学結晶により紫外光に変換するように構成することにより、 複雑な構 成を用いることなく所要のスペクトル線幅 （例えば l p m以下） の紫外光を容易 に得ることができるものである。
さらに、 単一波長のレーザ光を複数に分割 （又は時分割） し、 この出力光を複 数のファイバ一光増幅器で増幅し、 この増幅された光を非線形光学結晶により紫 外光に変換するよう構成することにより、 パルス光の 1パルスあたりのピークパ ヮーを押さえつつ光源全体としてのレーザ光出力の増大をはかり、 かつ光の空間 的コヒーレンスの低い紫外光を供給し得るものである。
即ち、 本発明によれば、 コンパクトで機器配置の自由度が高く、 メインテナン スが容易であり、 かつ非線形光学結晶の損傷が生じにくく、 空間的コヒーレンス の低い紫外光を発生する紫外レーザ装置を提供し得る。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 1の実施形態のレーザ光発生部及 び光増幅器の構成を示す説明図である。 図 2は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 2の実施形態のレーザ光発生部及 び光増幅器の構成を示す説明図である。
図 3は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 3の実施形態のレーザ光発生部及 び光増幅器の構成を示す説明図である。
図 4は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 他の実施形態の光増幅器の構成を示 す説明図である。
図 5は、 光増幅器用のダブル'クラッド · ファイバーの断面図である。
図 6は、 エルビウム · ドープ'ファイバ一光増幅器にドープする元素による、 波長と利得との関係を示す特性図である。
図 7は、 エルビウムおよびイットリウムをコ · ド一プするファイバ一光増幅器 において、 励起強度に対する利得の変化を示す特性図である。
図 8は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 ファイバ一出力制御装置の構成を示 す構成図である。
図 9は、 ファイバ一光増幅器の出力端部におけるファイバー ·コアの拡大状況 を例示する側面図である。
図 1 0は、 ファイバ一光増幅器の出力端部の一例を示す側面図であり、 （a ) 及び （b) は夫々その第 1及び第 2の例である。
図 1 1は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 4の実施形態の波長変換部の構 成を示す説明図であり、 （a) 〜 （d ) は夫々その第 1乃至第 4の例である。 図 1 2は、 本発明に係る波長変換部の変換効率を示す図表であり、 （a)〜（d ) は夫々図 1 1の第 1乃至第 4の例に対応する図表を示す。
図 1 3は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 5の実施形態の波長変換部の構 成を示す説明図である。
図 1 4は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 6の実施形態の波長変換部の構 成を示す説明図である。
図 1 5は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 7の実施の形態の波長変換部の 構成を示す説明図である。
図 1 6は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 第 8の実施形態である波長変換部 入力部の実施例を示す説明図である。 図 1 7は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 波長変換部入力部の他の実施例を 示す説明図である。
図 1 8は、 本発明に係る紫外レーザ装置の、 波長変換部入力部の他の実施例を 示す説明図であり、 （a ) 〜（c ) は夫々その第 1乃至第 3の例である。
図 1 9は、 本発明に係る露光装置の構成実施例を示す説明図である。
図 2 0は、 本発明に係る露光装置の他の構成実施例を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好ましい実施形態について、 図面を参照しながら説明する。 ま ず、 本発明に係る紫外レーザー装置の第 1の実施形態について図 1を参照しなが ら説明する。 本実施形態による紫外光発生装置は、 単一波長発振レーザ 1 1から なり単一波長のレーザー光を発生するレーザ光発生部と、 フアイバー光増幅器 1 3、 1 8、 1 9からなりこの光を増幅する光増幅器と、 光を複数に並列分岐させ る光分岐装置 1 4、 1 6と、 各々長さの異なるファイバ一 1 5、 1 7と、 そして 後述する非線形光学結晶からなり前記増幅された光を波長変換する波長変換部と から構成され、 A r Fエキシマレーザと同じ出力波長 （1 9 3 nm) 或いは F 2レ 一ザと同じ出力波長 （1 5 7 nm) を発生し、 かつ空間的コヒーレンスの低い紫 外レーザ装置を提供するものである。
本実施形態において、 図 1には本発明に係る紫外レーザ装置のレーザ光発生部 から出力された単一波長のレーザ光が分岐され増幅されるまでの構成例を示す。 まず、 図 1に基づいて説明すると、 レーザ光発生部には、 単一波長のレーザ光を 発生する単一波長発振レーザ 1 1が備えられ、 さらに、 光分岐装置であるスプリ ッ夕 1 4、 1 6と、 各々長さの異なるファイバー 1 5、 1 7とを備え、 各々長さ の異なるファイバー 1 7の射出側にはファイバ一光増幅器 1 8、 1 9が接続され 複数並列に増幅される。 このファイバ一光増幅器 1 9の出射端はバンドル状に束 ねられ、 例えば図 1 1 ( a ) に示す波長変換部 （5 0 2〜5 0 6 ) にその増幅さ れたレーザ光が入射する。 図 1中に示されるファイバ一光増幅器 1 9のファイバ 一バンドル出射端 1 1 4は、 図 1 1 ( a ) 〜 （d ) にそれぞれ示されるファイバ 一バンドル出射端 5 0 1に対応する。 この波長変換部は、 非線形光学結晶 5 0 2 〜5 0 4等を備えて構成され、 ファイバ一光増幅器 1 9から射出される基本波を 紫外光に変換する。 なお、 本発明に係る波長変換部については、 本発明の実施の 形態の後段において実施形態 4〜 7として詳細に説明する。
以下、 本実施形態についてより詳細に説明する。 図 1に示す単一波長で発振す る単一波長発振レーザ 1 1としては、 例えば、 発振波長 1 . 5 4 4 m, 連続波 出力 （以下 CW出力という） 2 O mWの InGaAsP, D F B半導体レーザを用いる。 ここで D F B半導体レーザとは、 縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振 器の代わりに、 回折格子を半導体レーザ内に作り上げたもので、 どのような状況 下であっても単一縦モード発振をするように構成されており、 分布帰還型 (Distribu ted Feedback： D F B)レーザと呼ばれるものである。 この様なレーザでは基本的 に単一縦モード発振をすることから、 その発振スペクトル線幅は 0 . 0 1 p m以 下に抑えられる。
なお、 紫外レーザ装置の出力波長を特定波長に固定するためには、 単一波長発 振レーザ (Master Oscillator)の発振波長を一定波長に制御する発振波長制御装置を 設けることが好ましい。 逆に、 この発振波長制御装置によって単一波長発振レー ザの発振波長を積極的に変化させてその出力波長を調整可能にすることも好まし レ 例えば、 本発明のレーザ装置を露光装置に適用する場合、 前者によれば、 波 長変動による投影光学系の収差の発生、 又はその変動が防止され、 パターン転写 中にその像特性 （像質などの光学的特性） が変化することがなくなる。 また、 後 者によれば、 露光装置が組立、 調整される製造現場と露光装置の設置場所 （納入 先） との標高差や気圧差、 更には環境 （クリーンルーム内の雰囲気） の違いなど に応じて生じる投影光学系の結像特性 （収差など） の変動を相殺でき、 納入先で 露光装置の立ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。 さらに後者によ れば、 露光装置の稼働中に、 露光用照明光の照射、 及び大気圧変化などに起因し て生じる投影光学系の収差、 投影倍率、 及び焦点位置などの変動も相殺でき、 常 に最良の結像状態でパターン像を基板上に転写することが可能となる。
このような発振波長制御装置としては、 例えば、 単一波長発振レーザとして D F B半導体レーザを用いる場合には、 D F B半導体レーザの温度制御を行うこと により達成することができ、 この方法により発振波長をさらに安定化して一定の 波長に制御したり、 あるいは出力波長を微調整することができる。 通常、 DFB半導体レーザなどはヒートシンクの上に設けられ、 これらが筐体 内に収納されている。 そこで本例では、 単一波長発振レーザ（DFB半導体レー ザなど） 11に付設されるヒ一トシンクに設けられた温度調整器 （例えばペルチェ 素子など） を用いてその温度を制御して発振波長を調整する。 ここで、 DFB半 導体レーザなどではその温度を 0. 001° C単位で制御することが可能である。 また、 DFB半導体レーザの発振波長は 0. l nmZ° C程度の温度依存性を持 つ。 例えば、 DFB半導体レーザの温度を 1° C変化させると、 基本波 （154 4nm) ではその波長が 0. l nm変化するので、 8倍波 （193nm) ではそ の波長が 0. 0125nm変化し、 10倍波 （157 nm) ではその波長が 0. 01 nm変化することになる。 なお、 露光装置では露光用照明光 （パルス光） の 波長をその中心波長に対して土 20 pm程度変化させることができれば十分であ る。 従って、 DFB半導体レ一ザ 11の温度を 8倍波では ± 1. 6° C程度、 1 0倍波では ±2° C程度変化させればよい。
そして、 この発振波長を所定の波長に制御する際のフィードバック制御のモニ 夕一波長としては、 DFB半導体レーザの発振波長、 あるいは後述する波長変換 出力 （2倍波、 3倍波、 4倍波等） のうちから所望の波長制御を行うに当たって 必要な感度を与え、 かつ最もモニターしゃすい波長を選択する。 例えば、 単一波 長発振レーザとして発振波長 1. 51〜1. 59 の DFB半導体レーザを使 用する場合に、 この発振レーザ光の 3倍波は 503 nm〜530 nmの波長にな るが、 この波長帯はヨウ素分子の吸収線が密に存在する波長域に該当しており、 ヨウ素分子の適切な吸収線を選んでその波長にロックすることにより精密な発振 波長制御を行うことが可能である。
この半導体レーザ 11の光出力を例えば電気光学光変調素子や音響光学光変調 素子などの光変調素子 12を用いて、 CW光 （連続光） をパルス光に変換する。 本構成例では一例として、 この光変調素子 12によってパルス幅 I n s、 繰り返 し周波数 100 kH z (パルス周期 10 s ) のパルス光に変調させた場合につ いて説明を行う。 この様な光変調を行った結果、 光変調素子 12から出力される パルス光のピーク出力は 20mW、 平均出力は 2 となる。 ここでは、 光変調 素子 12の挿入による損失がないものとしたが、 その挿入損失がある、 例えば損 失が— 3dBである場合、 パルス光のピーク出力は 1 OmW、 平均出力は 2 W となる。
なお、 光変調素子として電気光学変調素子を用いる場合には、 屈折率の時間変 化に伴うチヤープによる半導体レーザ出力の波長広がりが小さくなるように、 チ ヤープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調素子 （例えば二電極型変調器） を用いることが好ましい。 また、 繰り返し周波数を 100 kHz程度以上に設定 することにより、 後述するファイバ一光増幅器において AS E (Amplified Sponta neous Emission,自然放出光） ノイズの影響による増幅率低下を阻止することがで き、 このような変調器構成とすることが望ましい。
さらに、 半導体レーザなどではその電流制御を行うことで、 出力光をパルス発 振させることができる。 このため、 本例 （及び後述の各実施形態） では単一波長 発振レーザ （DFB半導体レーザなど） 1 1の電流制御と光変調素子 12とを併 用してパルス光を発生させることが好ましい。 そこで、 DFB半導体レーザ 1 1 の電流制御によって、 例えば 10〜20 n s程度のパルス幅を有するパルス光を 発振させるとともに、 光変調素子 12によってそのパルス光からその一部のみを 切り出す。 即ち本例ではパルス幅が 1 n sのパルス光に変調する。 これにより、 光変調素子 12のみを用いる場合に比べて、 パルス幅が狭いパルス光を容易に発 生させることが可能になるとともに、 パルス光の発振間隔や発振の開始及びその 停止などをより簡単に制御することが可能になる。 特に、 光変調素子 12のみを 用いてパルス光の発振を停止しょうとしてもその—部が出力され得る場合には、 D F B半導体レーザ 11の電流制御を併用することが望ましい。
このようにして得たパルス光出力を、 初段のエルビウム （E r) · ドープ-フ アイバー光増幅器 （EDFA) 13に接続し、 35 dB (3162倍） の光増幅 を行う。 このときパルス光は、 ピーク出力約 63W、 平均出力約 6. 3mWとな る。
この初段の光増幅器であるファイバー増幅器 13の出力を、 光分岐装置である スプリツ夕 14 (平板導波路 1 X 4スプリツ夕） でまずチャネル 0〜 3の 4出力 に並列分割する。 このチャネル 0〜 3の各出力を、 各々長さの異なるファイバー 15 (図ではチャネル 0の一本のみを表示する） に接続することにより、 各ファ ィバーから出力される光は、 各出力光にファイバ一長に対応した遅延が与えられ る。 本実施形態では、 例えばファイバ一中の光の伝搬速度を 2 X 108m/sであ るとし、 チヤネ レ 0、 1、 2、 3にそれぞれ 0. lm、 19. 3m、 38. 5m、 57. 7mの長さのファイバーを接続する。 この場合、 各ファイバ一出口での隣 り合うチャネル間の光の遅延は 96 n sとなる。 なおここでは、 この様に光を遅 延させる目的で使用するファイバ一を、 便宜的に遅延ファィバーと呼ぶ。
次に、 前記 4本の遅延ファイバー出力を、 4ブロックの平板導波路 1 X 32ス プリッ夕 16でさらに 32出力に並列分割（各ブロックでチャネル 0~ 31) し、 合計 128のチャネルに分割する。 そして、 各ブロックともチャネル 0をのぞく チャネル 1〜31に再び長さの異なる遅延ファイバ一 17を接続する。 本実施形 態では、 例えばチャネル 1から 31にそれぞれ 0. 6XNメートル （Nはチヤネ ル番号） の長さのファイバーを接続する。 この結果、 各ブロック内の隣り合うチ ャネル間では 3 n sの遅延が与えられ、 各ブロックのチャネル 0出力に対し、 チ ャネル 31出力は、 3 X 31 = 93 n sの遅延が与えられる。
一方、 第 1から第 4までの各ブロック間には、 前記のように遅延ファイバー 1 5によって、 各ブロックの入力時点で各々 96n sの遅延が与えられている。 従 つて、 第 2ブロックのチャネル 0出力は第 1ブロックのチャネル 0出力に対し 9 6n sの遅延となり、 第 1ブロックのチャネル 31との遅延は 3 n sとなる。 こ のことは、 第 2〜第 3、 第 3〜第 4のブロック間においても同様である。 この結 果、 全体の出力として総計 128チャネルの出力端で、 隣り合うチャネル間に 3 n sの遅延を持つパルス光が得られる。 なお、 図 1では第 1プロックのチャネル 1についてのみ記載し、 他のチャネルの記載を省略しているが、 他のチャネルに ついても同様に構成するものである。
以上の分岐及び遅延により、 総計 128チャネルの出力端では、 隣り合うチヤ ネル間で 3 n sの遅延を持つパルス光が得られるが、 このとき各々の出力端で観 測される光パルスは、 光変調素子 12によって変調されたパルスと同じ 100 k Hz (パルス周期 1 Ο/i S) である。 従って、 レーザ光発生部全体として見ると、 128パルスが 3 n s間隔で発生した後、 9. 62 m sの間隔を置いて次のパ ルス列が発生するという繰り返しが 100 kHzで行われる。 即ち全体の出力は 1 2 8 X 1 0 0 X 1 03= 1 . 2 8 X 1 07パルスノ秒となる。
なお本実施形態では、 分割数を 1 2 8とし、 また遅延用ファイバ一として短い ものを用いた例について説明した。 このため各パルス列の間に 9 . 6 2 111 3の 発光しない間隔が生じたが、 分割数を増加させる、 または遅延用ファイバーをよ り長くして適切な長さとする、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、 パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。 例えば、 前記スプリツ夕 1 4に入射するレーザ光のパルス繰り返し数を f [Η ζ ]、 分割数を mとしたときに、 各ファイバ一の遅延間隔が 1 ( f X m) となるように各ファイバ一長を設定す ることによつても達成できるものである。 また、 前述のパルス間隔を完全な等間 隔とするように、 スプリツ夕 1 4、 1 6の少なくとも一方の分割数、 又は光変調 素子 1 2によって規定されるパルス繰り返し数 f を調整する、 あるいはその分割 数と繰り返し数 f の両方を調整するようしてもよい。 従って、 遅延ファイバー 1 5、 1 7の各ファイバ一長、 スプリツ夕 1 4、 1 6の少なくとも一方の分割数、 及びパルス繰り返し数 fの少なくとも 1つを調整することで、 パルス間隔を等間 隔に設定できるだけでなく、 その間隔を任意に設定することができる。
なお、 光源を組み上げた後にファイバ一長を変更するためには、 例えば遅延フ アイバー 1 5、 1 7をそれぞれ束ねてュニット化しておき、 このュニットをチヤ ネル間の遅延時間が異なる別の遅延ファイバー ·ュニッ卜と交換できるように構 成しておくことが好ましい。 また、 スプリツ夕 1 4、 1 6の分割数を変更すると きも、 スプリツタ 1 4、 1 6にそれぞれ対応して分割数が異なる別のスプリッ夕 を用意しておき、 これらを交換可能に構成しておくことが好ましい。 このとき、 スプリツ夕 1 4、 1 6の分割数の変更に応じて遅延ファイバ一 1 5、 1 7の各ュ ニットを交換可能に構成しておくことが望ましい。
また、 本例では光変調素子 1 2に印加するドライブ用電圧パルスのタイミング を制御することによって、 光源 （パルス光） の発振タイミング、 即ち繰り返し周 波数 f (パルス周期） を調整することができる。 さらに、 この発振タイミングの 変更に伴ってパルス光の出力が変動し得る場合には、 光変調素子 1 2に印加する ドライブ用電圧パルスの大きさも同時に調整してその出力変動を補償するように してもよい。 このとき、 単一波長発振レ一ザ 1 1の発振制御のみ、 あるいは前述 した光変調素子 1 2の制御との併用によってそのパルス光の出力変動を補償する ようにしてもよい。 なお、 パルス光の出力変動はその発振タイミングの変更時だ けでなく、 単一波長発振レーザの発振 （即ち、 パルス光のファイバ一光増幅器へ の入射） を所定時間だけ停止した後にその発振を再開するときにも生じ得る。 ま た、 単一波長発振レーザ 1 1をパルス発振させる場合、 単一波長発振レーザ 1 1 の電流制御のみ、 あるいは前述した光変調素子 1 2の制御との併用によってパル ス光の発振タイミング （パルス周期） を調整するようにしてもよい。
さて、 本例では 1 2 8本の遅延ファイバー 1 7にそれぞれファイバ一光増幅器 1 8が接続され、 さらに狭帯域フィルタ 1 1 3を挟んでファイバ一光増幅器 1 9 が接続されている。 狭帯域フィル夕 1 1 3は、 ファイバ一光増幅器 1 3及び 1 8 でそれぞれ発生する A S E光をカットし、 かつ D F B半導体レーザ 1 1の出力波 長 （波長幅は 1 p m程度以下） を透過させることで、 透過光の波長幅を実質的に 狭帯化するものである。 これにより、 A S E光が後段のファイバ一光増幅器 （1 8及び 1 9 ) に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防止することがで きる。 ここで、 狭帯域フィルタはその透過波長幅が 1 p m程度であることが好ま しいが、 A S E光の波長幅は数十 nm程度であるので、 現時点で得られる透過波 長幅が 1 0 0 p m程度の狭帯域フィル夕を用いても実用上問題がない程度に A S E光をカットすることができる。 また、 D F B半導体レーザ 1 1の出力波長を積 極的に変化させる場合、 その出力波長に応じて狭帯域フィル夕を交換するように してもよいが、 その出力波長の可変幅 （露光装置では一例として前述した ± 2 0 pm程度） に応じた透過波長幅 （可変幅と同程度以上） を持つ狭帯域フィル夕を 用いておくことが好ましい。 なお、 露光装置に適用されるレーザ装置ではその波 長幅が 1 p m程度以下に設定される。 また、 図 1のレーザ装置には 3つのアイソ レ一夕 1 1 0、 1 1 1、 1 1 2が設けられており、 これらによって戻り光の影響 が低減されるようになっている。
以上のように構成することにより、 前記発生部 （ファイバ一光増幅器 1 9の出 射端） からの出力光は、 極めて狭帯域化された光でありながら、 お互いに時間的 に重なり合うことがない。 従って、 各チャネル出力間の空間的コヒ一レンスを低 減することができる。 なお以上の構成では、 単一波長発振レーザ 11として DFB半導体レーザを用 い、 光分岐装置の分岐要素として平板導波路型スプリッタ 14、 16を用いた例 について説明したが、 レーザ光源としては、 DFB半導体レーザと同様に、 この 波長領域で狭帯域化されたレーザであれば良く、 例えばエルビウム （E r) · ド ープ ·ファイバー ' レーザであっても同様の効果を奏する。 また、 光分岐装置の 分岐要素としては、 平板導波路スプリツ夕と同様に、 光を並列に分岐するもので あれば良く、 例えばファイバースプリツ夕や、 部分透過鏡を用いたビームスプリ ッタであっても同様の効果を奏する。
また、 前述したように本実施形態では、 遅延ファイバーであるファイバー 17 の出力を、 一段あるいは多段の EDFA (エルビウム ' ドープ ·ファイバー光増 幅器、 以下同じ） で更に増幅する。 本実施形態では、 一例として、 前記レーザ光 発生部での各チャネルの平均出力約 50 W、全チャネル合計での平均出力約 6. 3mWを 2段の EDFA 18、 19によって合計 46 dB (40600倍） の増 幅を行う例について示している。 この場合、 各チャネルの出力端ではピーク出力 20 kW、 パルス幅 I n s、 パルス繰り返し 100 kHz、 平均出力 2W、 全チ ャネルでの平均出力約 256Wを得る。 ここでは、平板導波路型スプリッ夕 14、 1 6での結合損失を考慮していないが、 その結合損失がある場合にはその損失分 だけファイバ一光増幅器 （例えば EDFA18、 19などの少なくとも 1つ） の 増幅利得を上げることにより、 EDFA19から発生する基本波の出力を前述し た値 （例えばピーク出力 20 kWなど） と同一にすることができる。 なお、 ファ ィバ一光増幅器の増幅利得を変化させることで、 基本波の出力を前述した値より も大きくしたり、 あるいは小さくしたりすることができる。
この光増幅器の出力である波長 1. 544 imの単一波長パルスレーザ光は、 非線形光学結晶を用いた波長変換部により、 スぺクトル線幅の狭い紫外光パルス 出力に変換される。 この波長変換部の実施形態については後述する。
次に本発明に係る紫外レーザ装置の第 2の実施形態を、 図 2を参照しながら説 明する。 本実施形態による紫外光発生装置は、 単一波長のレーザ光を発生するレ 一ザ光発生部と、 この光を増幅する光増幅器、 及び前記増幅された光を波長変換 する波長変換部とから構成され、 A r Fエキシマレ一ザと同じ出力波長 （193 nm) あるいは F 2レーザと同じ出力波長 ( 1 5 7 nm) のレ一ザ光を発生し、 か つ空間的コヒーレンスの低い紫外レーザ装置を提供するものである。 なお本発明 の第 1の実施形態における紫外レーザ装置とは、 光分岐装置が光を時間的に分割 し分岐するものである点、 この光分岐装置に入射されるまでのレーザ光はフアイ バー光増幅器で増幅されていない点、 の 2点において異なっている。 このうち、 光分岐装置とファイバ一光増幅器の先後はいずれの構成をとることも可能である。 また、 前述の実施形態 1 (図 1 ) と同様に、 光分岐装置 （本例では TDM 2 3 ) の入射側 （単一波長発振レーザ 2 1側） にファイバ一光増幅器を更に設け、 ここ で増幅したパルス光を光分岐装置に入射させるように構成してもよい。 これによ り、 光分岐装置よりも後段に配置されるファイバ一光増幅器 （本例では 2 4、 2 5 ) で必要な増幅利得を図 2の構成よりも下げることができ、 例えばファイバー 光増幅器の交換回数などが減るのでより経済的である。
ところで、 本実施形態において、 図 2には本発明に係る紫外レーザ装置の、 レ 一ザ光発生部と光分岐装置と光増幅器の部分の構成例を示す。図 2に示すとおり、 本実施形態による紫外レーザ装置は、 単一波長のレーザ光を発生する単一波長発 振レーザ 2 1からなるレーザ光発生部と、 光を分岐させる光分岐装置 2 3とを備 え、この光分岐装置 2 3からの複数の光出力はそれぞれファイバ一光増幅器 2 4、 2 5により複数並列に増幅される。 このファイバ一光増幅器 2 5の射出端はバン ドル状に束ねられ、 例えば図 1 4に示す非線形光学結晶などからなる波長変換部 ( 7 0 2〜7 1 2 ) にその増幅されたレーザ光が入射する。 図 2中に示されるフ アイバー光増幅器 2 5のファイバ一バンドル出射端 2 9は、 図 1 4に示されるフ アイバーバンドル出射端 7 0 1に対応する。 この波長変換部は、 一群の非線形光 学結晶 7 0 2、 7 0 5、 7 1 0、 7 1 2を備えて構成され、 光増幅器 （2 1〜2 8 ) 力、ら出射される基本波を紫外光に変換する。 なお、 本発明に係る波長変換部 については、 実施の形態の後段において実施形態 4〜 7として詳細に説明する。 以下、 本実施形態についてより詳細に説明する。 図 2に示す単一波長で発振す るレーザ 2 1としては、 例えば、 発振波長 1 . 0 9 9 rn, 。1\¥出カ2 0 111\¥の D F B半導体レーザあるいはイツトリビゥム （Y b ) · ドープ ·ファイバーレ一 ザを用いる。 これらのレーザは基本的に単一縦モード発振をすることから、 その 発振スペクトル線幅は 0. 01 pm以下に抑えられる。
この半導体レーザの光出力を例えば電気光学光変調素子や音響光学光変調素子 などの光変調素子 22を用いて、 CW光 （連続光） をパルス光に変換する。 本構 成例では一例として、 この光変調素子 22によってパルス幅 1 n s、 繰り返し周 波数 12. 8MHz (パルス周期約 78 n s) のパルス光に変調させた場合につ いて説明を行う。 この様な光変調を行った結果、 光変調素子から出力されるパル ス光のピーク出力は 20mW、 平均出力は 0. 256mWとなる。
このパルス光出力を、 光分岐装置である時分割光分岐装置 （Time Division Mult iplexer:TDM) 23により、 パルス光を各パルスごとに、 順次チャネル 0からチ ャネル 127の総計 128チャネルに振り分ける。 すなわち、 パルス周期 78 n sごとのパルスを順次チャネル 0からチャネル 1、 2、 3 · · · 127に順次振 り分けてゆく。 この結果を各チャネルごとについてみると、 出力パルスのパルス 周期は 78 n s X 128 = 10 s (パルス周波数 100 kH z ) 、 パルスピー ク出力 20mW、 平均出力 2 のパルス光となる。 また、 レーザ光発生部全体 で見ると、 パルス周波数 12. 8 MHz、 パルスピーク出力 2 OmW、 平均出力 0. 256mWの平均化されたパルス光となる。 なお、 隣り合うチャネル間では 78n sの遅延があり、 各チャネル間のパルス光はお互いに重なり合うことがな い。 また、 本例では光変調素子 22から出力されるパルス光の繰り返し周波数 f を 100 kHz (パルス周期は 10 zm) とし、 時分割光分岐装置 （TDM) 2 3のチャネル 0〜 127から出力されるパルス光を、 光変調素子 22によって規 定されるパルス周期 （10 xm) を 128等分した時間間隔 （78 n s) ずつ遅 延させるようにしているが、 その遅延時間は等時間間隔でなくてもよいし、 ある いは前述の第 1実施形態と同様にパルス周期 （10 /zm) の一部のみで、 チヤネ ル 0〜127からパルス光を出力させるようにしてもよい。 さらに、 光変調素子 22に印加するドライブ用電圧パルスのタイミングも同時に制御して前述のパル ス周期 （10/ m) を変更してもよく、 例えばその変更されたパルス周期を 12 8等分した時間間隔である遅延時間を変化させることもできる。
なお、 前述した第 1の実施形態と同様に、 本例でも単一波長発振レーザ 21を パルス発振させてもよい。 さらに、 時分割光分岐装置 （TDM) 23と単一波長 発振レーザ 21の電流制御とを併用する、 あるいは光変調素子 22の制御を更に 併用して、 前述のパルス周期 （10/xm) を変更してもよい。
以上のように構成することにより、 前記発生部からの出力光は、 極めて狭帯域 化された単一波長の光でありながら、 お互いに時間的に重なり合うことがない。 従って、 各チャネル出力間の空間的コヒ一レンスを低減することができる。
なお以上の構成では、 単一波長発振レーザ 21として DFB半導体レーザある いはイツトリビゥム （Yb) · ド一プ'ファイバ一レーザを用いた例について説 明したが、 レーザ光源としては、 DFB半導体レーザと同様に、 この波長領域で 狭帯域ィ匕されたレーザであれば同様の効果を奏する。
時分割光分岐装置 23の出力は、 そのチャネル 0〜 127に対応してそれぞれ 設けられる、 一段あるいは多段の YD F A (イツトリビゥム · ド一プ 'ファイバ 一光増幅器、 以下同じ） で構成されたファイバ一光増幅器 24、 25によって増 幅される。 このイツトリピウム ' ドープ'ファイバ一光増幅器は、 前述のェルビ ゥム · ド一プ ·ファイバ一光増幅器よりも半導体レーザによる励起効率が高く経 済的である。 また、 前述の第 1実施形態 （図 1) と同様に戻り光の影響の低減、 及び波長幅の狭帯化などを目的として、 単一波長発振レーザ 21と光変調素子 2 2との間にアイソレータ 26が配置されるとともに、 ファイバ一光増幅器 24と 25との間には狭帯域フィル夕 28とアイソレータ 27とが配置されている。 本実施形態では、 一例として、 時分割光分岐装置 23での各チャネルの平均出 力 2 、 全チャネルでの平均出力 0. 256mWを 2段の YDFA24、 25 によって合計 60 dB (1000000倍） の増幅を行う例について示す。 この 場合、 各チャネルの出力端では、 ピーク出力 20 kW、 パルス幅 I n s、 パルス 繰り返し 100 kHz、 平均出力 2W、 全チャネル合計での平均出力 256Wを 得る。 なお、 図 3では全チャネル中チャネル 0についてのみ記載し、 他のチヤネ ルの記載を省略しているが、 他のチャネルについても同様に構成する。
この光増幅器の出力である波長 1. 099 mの単一波長パルスレーザ光は、 非線形光学結晶を用いた波長変換部により、 スぺクトル線幅の狭い紫外光パルス 出力に変換される。 この波長変換部の実施形態については後述する。
以上説明した実施の形態 1及び実施の形態 2では光増幅器の出力波長が異なる が、 これらは以上の各説明に述べたように、 単一波長発振レーザ （1 1、 2 1 ) の発振波長によって定まり、 さらに増幅効率を考慮したファイバ一光増幅器、 即 ち利得波長幅 （例えばエルビウム · ド一プ ·ファイバーでは 1 5 3 0〜 1 5 6 0 nm、 イツトリビゥム · ド一プ'ファイバ一では 9 9 0〜： L 2 0 0 nm) の組み 合わせにより得られるものである。 従って、 本発明の実施の形態では単一波長発 振レーザに対してその発振波長に応じた利得波長幅を持つファイバ一光増幅器を 適宜選択して組み合わせればよい。 更に例えば実施形態 1では平板導波路型スプ リツ夕 （1 4、 1 6 ) の代わりに実施形態 2で用いた T DM ( 2 3 ) を用いても よいし、 実施形態 2では TDM ( 2 3 ) の代わりに平板導波路型スプリツ夕を用 いてもよい。 なお、 波長変換部の実施形態については後述する。
なお、 これらの実施形態における最終段の高ピーク出力ファイバ一光増幅器（図 1では 1 9、 図 2では 2 5 ) においては、 ファイバ一中での非線形効果による増 幅光のスぺクトル幅の増加を避けるため、 ファイバーモード径が通常通信で用い られているもの （5〜6 /z m) よりも広い、 例えば 2 0〜3 0 mの大モード径 ファイバ一光増幅器を使用することが望ましい。
この大モ一ド径ファイバ一光増幅器を用いた光増幅器の構成例を図 4に示す。 図 4中で点線の四角で囲んだ部分のフアイバーをモード径の広いものにするこの 光増幅器 4 2では、 上記のモード径の広い光増幅器用ドープ ·ファイバーを励起 するための半導体レーザ 4 3を、 光増幅器用ドープ ·ファイバーの径に合わせた 大モード径ファイバーにファイバー結合し、 この半導体レーザ出力を波長分割多 重化装置 （Wavelength Division Multiplexer: WDM) 4 5、 4 6を用いて、 光増幅 器用ドープ 'ファイバーに入力し、 ドープ 'ファイバーを励起する。 この大モー ド径ファイバー （光増幅器） 4 2で増幅されたレーザ光は波長変換部 5 0 0に入 射し、 ここで紫外レーザ光に波長変換される。 この大モード径ファイバーを伝播 する増幅されるべきレーザ光（信号） は、 主に基本モードであることが望ましく、 これは、 シングルモードあるいはモード次数の低いマルチモードファイバ一にお いて、 主に基本モードを選択的に励起することにより実現できる。
また、 特に図 4では半導体レーザ 4 3と WDM 4 5との間に光偏波結合素子 4 4が設けられ、 互いに偏光方向が直交する、 2つの半導体レーザ 4 3から出力さ れるレーザ光を合成できるようになつている。 なお、 本例では光偏波結合素子 4 4でレーザ光の偏光方向を直交させるものとしたが、 レーザ光の合成効率の低下 を許容できる場合にはその偏光方向を直交させなくてもよい。 さらに、 大モード 径ファイバ一光増幅器 4 2の入射側に設けられたアイソレー夕 4 0 4によって、 戻り光の影響が低減される。 また、 標準的なモード径を持つファイバ一光増幅器 4 1と大モード径ファイバ一光増幅器 4 2との間に、 ファイバ一光増幅器 4 2か ら発生する A S E光を除去するために狭帯域フィルタ 4 0 3が設けられている。 また、 ファイバ一光増幅器 4 1にはその励起用の半導体レーザ 4 0 1がファイバ 一結合されるとともに、 この半導体レーザ 4 0 1の出力が WD M 4 0 2を通して 光増幅器用ドープ'ファイバーに入力し、 それによりこのドープ'ファイバーが 励起される。
このような方法によれば、 大モード径ファイバ一に半導体レーザ 4 3をカップ リングすることになるため、 ファイバ一へのカップリング効率が向上し、 半導体 レーザ出力を有効に使用できる。 また、 同一径の大モード径ファイバ一を用いる ことにより、 WDM 4 5、 4 6での損失も軽減できるため効率的である。 なお、 標準的なモード径を持つ前段のファイバ一光増幅器 4 1と、 上記モード径の広い 最終段のファイバ一光増幅器 4 2との接続は、 テ一パ状にモ一ド径が増加するフ アイバーを用いて行う。
さらに、 最終段のファイバ一光増幅器 （1 9、 2 5 ) において高出力を得るた めには、 図 4における大モード径ファイバ一 （4 2 ) に代えて、 ファイバー -ク ラッドが二重構造となったダブル ·クラッド 'ファイバ一 4 1 0を用いるように してもよい。 このファイバ一 4 1 0の断面図の一例を図 5に示す。 この構造では、 コア 4 1 1の部分にレーザ光の増幅に寄与するイオンがド一プされており、 増幅 されるレーザ光 （信号） がこのコア内を伝搬する。 コアを取り巻く第 1クラッド 4 1 2に励起用半導体レーザをカップリングする。 この第 1クラッドはマルチモ 一ドであり、 断面積も大きいため高出力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易で あり、 マルチモード発振の半導体レーザを効率よくカップリングし、 励起用光源 を効率よく使用することができる。 第 1クラッドの外周には第 1クラッドの導波 路を形成するための第 2クラッド 4 1 3が形成されている。 また、 前述の第 1及び第 2実施形態でのファイバ一光増幅器として石英フアイ バ一、 又はシリケイト系ファイバ一を用いることができるが、 これらの他にフッ 化物系ファイバ一、 例えば Z B L ANファイバ一を用いるようにしてもよい。 こ のフッ化物系ファイバーでは、 石英やシリケイト系などに比べてエルビウム · ド ープ濃度を大きくすることができ、 これにより増幅に必要なファイバ一長を短縮 することができる。 このフッ化物系ファイバ一は、 特に最終段のファイバー光増 幅器 （1 9、 2 5 ) に適用すること力望ましく、 ファイバ一長の短縮により、 パ ルス光のファイバー伝播中の非線形効果による波長幅の広がりを抑えることがで き、例えば露光装置に必要な波長幅が狭帯化された光源を得ることが可能となる。 特に開口数が大きい投影光学系を有する露光装置でこの狭帯化光源が使用できる ことは、 例えば投影光学系を設計、 製造する上で有利である。
ところで、 前述のように二重構造のクラッドを持つファイバ一光増幅器の出力 波長として 1 . 5 1〜1 . 5 9 mを使用する場合には、 ドープするイオンとし てエルビウムに加えイツトリビゥムを共にド一プすることが好ましい。 これは半 導体レーザによる励起効率を向上させる効果があるためである。 すなわち、 エル ピウムとィットリビゥムの両方をドープする場合、 イツトリピウムの強い吸収波 長が 9 1 5〜9 7 5 nm付近に広がっており、 この近傍の波長で各々異なる発振 波長を持つ複数の半導体レーザを WDMにより結合させて第 1クラッドにカップ リングすることで、 その複数の半導体レーザを励起光として使用できるため大き な励起強度を実現することができる。 さらに、 例えば図 4における光結合素子 4 4として偏光結合素子を用いれば、 偏光方向の異なる半導体レーザ出力を共に結 合することができるため、 さらに励起強度を 2倍に高めることができる。
また、 ファイバ一光増幅器のド一プ'ファイバーの設計については、 本発明の ようにあらかじめ定められた一定の波長で動作する装置（例えば露光装置）では、 所望の波長におけるファイバ一光増幅器の利得が大きくなるように材質を選択す る。 例えば、 A r Fエキシマレーザと同じ出力波長 （1 9 3〜1 9 4 n m) を得 るための紫外レーザ装置において、 光増幅器用ファイバ一を用いる場合には所望 の波長、 例えば 1 . 5 4 8 //mで利得が大きくなる材質を選ぶことが望ましい。 しかしながら、 通信用ファイバ一では波長分割多重化通信のため、 1 . 5 5 m付近の数十 nmの波長領域で、比較的平坦な利得を持つように設計されている。 そこで、 例えば励起媒質としてエルビウム単一ドープのコアを持つ通信用フアイ バーでは、 この平坦な利得特性を実現するために、 アルミやリンをシリカフアイ バーにコ · ドープする手法が用いられる。 このためこの種のファイバーでは、 1 . 5 4 8 mで必ずしも利得が大きくならない。 この様子を図 6に示す。
図 6は横軸に波長を縦軸に蛍光強度をとり、 ファイバーによる蛍光強度特性の 差異を示したものである。図中の Al I? Silicaが通信用ケーブル材料に該当するが、 これに対して図 6に示した Silicate L22を用いれば、 1 . 5 4 7 mでより高い利 得を得ることができる。 また、 ドープ元素のアルミは、 1 . 5 5 / m付近のピー クを長波長側にシフトさせ、 リンは、 短波長側にシフトさせる効果を持つ。 従つ て、 1 . 5 4 7 m近傍で利得を大きくするためには、 Silicate L22に少量のリン をドープすることで達成できる。
一方、 例えばエルビウムとイツトリビゥムをともにド一プ （コ · ド一プ） した コアを持つ光増幅器用ファイバ一 （例えば前記ダブル ·クラッド ·タイプのファ ィバー） を用いる場合には、 図 7に示すように、 コアに少量のリンを加えること により、 1 . 5 4 7 x m付近でより高い利得を得ることができる。 なお図 7は、 横軸に波長を、縦軸に単位長さ当たりの利得をとり、 図中に励起強度を変化させ、 反転分布密度を変化させたときの波長に対するゲインの変ィ匕を示したものである。 さて、 実施形態 1および 2におけるファイバ一光増幅器では、 各ファイバーが 独立した光増幅器であるため、 各光増幅器のゲインの差が各チャネルの光出力の ばらつきとなる。 従って、 このような形態のレーザ装置においては、 例えば図 8 に示すように、 各チャネルのファイバ一光増幅器 （4 1、 4 2 ) で出力の一部を 分岐させて光強度をモニターし、 各ファイバ一光増幅器からの光出力が各増幅段 で一定になるように （即ちバランスするように） 、 各励起用半導体レーザ （4 0 1、 4 3 ) のドライブ電流をフィードバック制御するファイバー出力制御装置 4 0 5、 4 0 6を設けることが望ましい。 図 8では、 ファイバ一光増幅器 4 1から の分岐光を検出するファイバー出力制御装置 4 0 5が、 その検出値に基づいてフ アイバー光増幅器 4 1に接続される半導体レーザ 4 0 1のドライブ電流を制御し、 大モード径フアイバー光増幅器 4 2からの分岐光を検出するフアイバー出力制御 装置 4 0 6が、 その検出値に基づいて大モード径ファイバ一光増幅器 4 2に接続 される半導体レーザ 4 3のドライブ電流を制御するようになっている。
さらに、 図 8に示すように波長変換部 5 0 0からの光出力が所定の光出力とな るように波長変換部 5 0 0における光強度をモニターし、 ファイバ一光増幅器全 体 （4 1、 4 2 ) としての励起用半導体レーザ 4 0 1、 4 3のドライブ電流をそ れぞれフィードバック制御するファイバー出力制御装置 4 0 7をさらに備えるこ とが好ましい。 図 8では、 ファイバー出力制御装置 4 0 7が半導体レーザ 4 0 1、 4 3をそれぞれ独立に制御するものとしたが、 波長変換部 5 0 0で検出される光 強度に基づいて半導体レーザ 4 0 1、 4 3のいずれか一方のみを制御するだけで もよい。 また、 ファイバー出力制御装置 4 0 7は波長変換部 5 0 0の途中でレー ザ光を分岐してその強度を検出するものとしたが、 波長変換部 5 0 0の射出端か ら出力されるレーザ光の一部を分岐してその強度を検出するようにしてもよい。 なお、 図 8では図 4と同一の他の構成要素については同一の番号を付し、 説明を 省略する。
このような構成とすることにより、 各増幅段ごとに各チャネルのファイバ一光 増幅器の増幅率が一定化されるため、 各ファイバ一光増幅器間に偏った負荷がか かることがなく全体として均一な光強度が得られる。 また、 波長変換部 5 0 0に おける光強度をモニタ一することにより、 予定される所定の光強度を各増幅段に フィードバックし、 所望の紫外光出力を安定して得ることができる。
図 8では示していないが、 ファイバ一出力制御装置 4 0 5、 4 0 6、 4 0 7の 少なくとも 1つは、 単一波長発振レーザ （1 1又は 2 1 ) 及び光変調素子 （1 2 又は 2 2 ) にそれぞれ接続され、 単一波長発振レーザの温度制御及び電流制御を 行うとともに、 光変調素子にドライブ用電圧パルスを印加し、 かつその電圧パル スのタイミング及び大きさを制御することが更に可能となっている。 従って、 そ の少なくとも 1つのファイバー出力制御装置はパルス光 （基本波、 又は波長変換 部で少なくとも 1回波長変換された可視光、 又は赤外光、 あるいは紫外光） の強 度、 中心波長、 及び波長幅を検出し、 この検出値に基づいて単一波長発振レーザ の温度をフィードバック制御してそのパルス光の中心波長及び波長幅を制御する。 さらに、 その検出値に基づいて単一波長発振レーザの電流制御と、 光変調素子に 印加する電圧パルスの制御とを行い、 そのパルス光の強度、 発振間隔、 及び発振 の開始と停止などを制御する。 また、 少なくとも 1つのファイバー出力制御装置 は、 単一波長発振レーザのパルス発振と連続発振との切替、 及びそのパルス発振 時における発振間隔やパルス幅などの制御を行うとともに、 パルス光の出力変動 を補償するように、 単一波長発振レーザの発振制御と光変調素子の制御との少な くとも一方を行う。 なお、 図 8では大モード径ファイバ一光増幅器の使用を前提 としているが、 ここで説明したファイバ一光増幅器に接続される励起用半導体レ 一ザ （4 0 1など） の電流制御と、 単一波長発振レーザ及び光変調素子の制御と は、 大モード作ファイバ一光増幅器を使用しない、 前述の第 1及び第 2実施形態 による紫外レーザ装置 （図 1、 図 2 ) にもそのまま適用することが可能である。 以上説明した実施形態 1及び 2における最終段のファイバ一光増幅器 1 9、 2 5の出力端は束ねられて所要のバンドル形状に成形される （1 1 4、 2 9 ) 。 ノ' ンドルの数及び形状は、 波長変換部の構成や必要とされる光源の形状に合わせて 定める。 例えば、 本実施形態では一つの円形断面を有するバンドルの場合を示す ( 1 1 4、 2 9、 5 0 1、 6 0 1等） 。 このとき、 各ファイバ一のクラッド直径 は 1 2 5 m程度であることから、 1 2 8本を束ねた出力端でのバンドルの直径 は約 2 mm以下とすることができる。 バンドルは最終段の E D F Aもしくは YD F Aの出力端をそのまま用いて形成することができる力 最終段の E D F Aもし くは YD F Aに無ドープのファイバ一を結合させ、 その出力端でバンドルを形成 することも可能である。
また、 図 9に示すように、 光増幅器における最終段の各ファイバー 4 2 2の出 力端部 4 2 3では、 そのファイバー 4 2 2内のコア 4 2 1の径を出力端に向けて テ一パ状に徐々に広げて配設し、 出力端面 4 2 3での光のパワー密度 （単位面積 当たりの光強度） を小さくしてやることが好ましい。 このとき、 テーパの形状は コア径の広がりが出力端面 4 2 3に向けて十分緩やかに増加し、 増幅されたレ一 ザ光がテーパ部を伝搬する際にファイバ一中での伝搬横モードが保存され、 他の 横モードの励起が十分無視できる程度 （例えば数 mrad程度） となるように設定す る。
このように設定することにより、 ファイバ一の出力端面 4 2 3における光のパ ヮ一密度を低下させることができ、 ファイバーの損傷において最も問題であるフ アイバー出力端部のレーザ光による損傷を大幅に抑制する効果力得られる。 この 効果は、 ファイバ一光増幅器の出力端から射出されるレーザ光のパワー密度が高 いほど（例えば光強度が高いほど、 また同一パワーに対するコア径が小さいほど、 あるいは全パワーを分割するチャネル数が少ないほど等）大きな効果が得られる。 また、 図 1 0 ( a ) に示すように最終段のファイバ一 4 3 2の出力端部 4 3 4 には、 上記コア径の拡大と併せて、 あるいはレーザ光のパワー密度によっては単 独で、 レーザ光を透過する適切な厚さの窓部材 4 3 3を密着して配設することが 好ましい。 但し、 図 1 0 ( a ) ではファイバ一内のコア 4 3 1の径を拡大しない で、 窓部材 4 3 3のみによって出力光のパワー密度を小さくしている。 ここで、 前述の実施形態 1、 2のようにファイバ一出力が複数の場合には、 各ファイバー 端部毎に窓部材を設ける図 1 0 ( a ) の方法のほか、 図 1 0 ( b) に示すように、 各ファイバ一光増幅器 4 4 2の出力群ごとの出力端部 4 4 4に共通の窓部材 4 4 3を設けることも本形態における一つの実施例である。 但し、 図 1 0 ( b ) では ファイバー内のコア 4 4 1の径を拡大していないが、 コア径の拡大を併用しても よい。 なお、 1つの窓部材 4 4 3が共通に設けられる複数のファイバ一光増幅器 の数は任意でよく、 例えば図 1又は図 2に示した最終段のフアイバー光増幅器 1 9又は 2 5の総数、 即ち 1 2 8本としてもよい。 なお、 窓部材 （4 3 3又は 4 4 3 ) は基本波レーザ光の波長域での透過率、 及びファイバ一との密着性などを考 慮してその材質が適宜選定 （例えば B K 7等の光学ガラス材ゃ石英材等） され、 またファイバーと窓部材との密着には、 オプティカルコンタクトあるいは融着等 の方法を用いることができる。
このように構成することにより、 窓部材から射出されるレーザ光のパワー密度 はファイバー 'コア 4 3 1、 4 4 1中でのパワー密度より小さくなるため、 ファ ィバ一出力端部のレーザ光による損傷を抑制する効果が得られる。 そして、 前記 出力端部におけるファイバー ·コア径の拡大と組み合わせることにより、 従来問 題であったファイバー出力端部の損傷の問題を解決することが可能である。
なお、 以上の各実施形態 （図 1、 図 2、 図 4、 図 8 ) では、 戻り光の影響を避 けるため、 各接続部に適宜アイソレー夕 1 1 0、 1 1 1、 1 1 2、 2 6、 2 7、 4 0 4等を挿入し、 また良好な E D F A増幅特性を得るために狭帯域フィル夕 1 1 3、 2 8、 4 0 3を挿入する構成例を示した。 但し、 アイソレータ又は狭帯域 フィルターを配置する箇所、 あるいはその数は前述の実施形態に限定されるもの ではなく、 例えば本発明によるレーザ光源が適用される各種装置 （露光装置など） の要求精度などに応じて適宜決定すればよく、 アイソレータと狭帯域フィルター との少なくとも一方を一切設けないこともある。 なお狭帯域フィルタ一は、 所望 の単一波長のみに対して高透過率が得られればよく、 フィル夕一の透過波長幅は l p m以下で十分である。 このように狭帯域フィルターを用いることにより、 フ アイバ一増幅器で発生する自然放出光 A S E (Amplified Spontaneous Emission) によるノイズを軽減でき、 また、 前段のファイバ一光増幅器からの A S Eによる、 基本波出力の増幅率低下を押さえることができる。
また、 前述の実施形態では光変調素子 1 2又は 2 2で切り出されるパルス光の 強度又はファイバ増幅器出力をモニターしておき、 パルス毎にその強度が一定と なるように、 光変調素子に印加するドライブ用電圧パルス及びオフセット D C電 圧の大きさを調整して、 パルス光の強度をフィードバック制御してもよい。 さら に、 多数のファイバ一光増幅器 1 9又は 2 5から発生するレーザ光を検出して、 各チャネルでのレーザ光の遅延時間やチャネル間でのレーザ光の発振間隔などを モニターし、 その遅延時間や発振間隔などがそれぞれ所定値となるように、 光変 調素子に印加するドライブ用電圧パルスのタイミングを制御したり、 あるいは図 2中の TDM 2 3を制御することで、 ファイバ一バンドル出力端でのレーザ光の 発振タイミングをフィードバック制御してもよい。 また、 波長変換部 5 0 0から 発生する紫外光の波長を検出し、 この検出値に基づいて単一波長発振レーザ 1 1 又は 2 1の温度を調整して、 紫外光の波長をフィードバック制御してもよい。 さらに、光変調素子 1 2又は 2 2で切り出されるパルス光の強度変動を検出し、 この出力変動を補償するように光変調素子よりも後段に配置される複数段のファ ィバ一光増幅器 （1 3、 1 8、 1 9、 又は 2 4、 2 5 ) の少なくとも一段での利 得を制御する、 いわゆるフィードフォワード制御を行うようにしてもよい。 また、 前述のチャネル 0〜 1 2 7のうち、 遅延時間が短いチャネル、 即ちパルス光が早 く出力されるチャネルの出力 （光強度） を検出し、 この検出値に基づいてフアイ バー光増幅器の利得 （又は TDM 2 3 ) を制御して、 そのチャネルよりも遅延時 間が長いチャネル、 即ちパルス光が遅れて出力されるチャネルの出力をフィード フォワード制御するようにしてもよい。 また、特に図 1に示した実施形態 1では、 チャネル単位でその出力を制御するのではなく、 3 2個のチャネルを持つブロッ ク単位でその出力を制御してもよく、 例えば第 1ブロックの少なくとも 1つのチ ャネルの出力を検出し、 この検出値に基づいて第 2ブロックでのチャネルの出力 を制御してもよい。
本発明に係る紫外レーザ装置の第 3の実施形態を、 図 3を参照しながら説明す る。 本実施形態による紫外光発生装置は、 単一波長発振レーザ 3 1からなり単一 波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部と、 ファイバ一光増幅器 3 3、 3 4か らなり入射光を増幅する光増幅器、 及び増幅された光を波長変換する波長変換部 (不図示） などから構成され、 A r Fエキシマレ一ザと同じ出力波長 （1 9 3 η m) あるいは F 2レーザと同じ出力波長 （1 5 7 nm) のレーザ光を発生する紫外 レーザ装置を提供するものである。
本実施形態において、 図 3に示す紫外レーザ装置には、 単一波長のレーザ光を 発生する単一波長発振レーザ 3 1を備え、 この単一波長発振レーザ 3 1の光出力 はファイバ一光増幅器 3 3、 3 4により増幅される。 このファイバ一光増幅器 3 4の出力は、 例えば図 1 3に示す波長変換部 （6 0 2〜6 1 1 ) にその増幅され たレーザ光が入射する。なお、 図 3におけるファイバ一光増幅器 3 4の出射端は、 図 1 1及び図 1 3に示されるファイバーバンドル出射端 5 0 1及び 6 0 1に対応 する。 この波長変換部は、 一組の非線形光学結晶 6 0 2、 6 0 4、 6 0 9、 6 1 1などを備えて構成され、 光増幅器 （3 1 - 3 6 ) から出射される基本波を紫外 光に変換する。 なお、 本発明に係る波長変換部については、 実施の形態の後段に おいて実施形態 4〜 7として詳細に説明する。
以下、 本実施形態についてより詳細に説明する。 図 3に示す単一波長で発振す る単一波長発振レーザ 3 1としては、 例えば、 発振波長 1 . 5 4 4 m, CW出 力 3 O mWの InGaAsP，D F B半導体レーザを用いる。 このレーザは基本的に単一 縦モード発振をすることから、 その発振スぺクトル線幅は 0 . 0 1 pm以下に抑 えられる。 この半導体レーザ 3 1の光出力 （連続光） は、 例えば電気光学光変調素子や音 響光学光変調素子などの光変調素子 3 2によってパルス光に変換される。 本構成 例では一例として、 この光変調素子 3 2によってパルス幅 1 n s、 繰り返し周波 数 1 0 0 k H zのパルス光に変調させた場合について説明を行う。 この様な光変 調を行った結果、 光変調素子 3 2から出力されるパルス光のピーク出力は 3 O m W、 平均出力は 3 iWとなる。
前述の実施形態 1、 2と同様にしてパルス化された出力光を、 一段あるいは多 段の E D F A (エルビウム ' ドープ ·ファイバ一光増幅器） を有するファイバー 光増幅器によって増幅する。 本実施形態では、 一例として、 2段のファイバ一光 増幅器 3 3、 3 4によって合計 5 8 d B ( 6 6 7 0 0 0倍） の増幅を行う場合に ついて示した。 この場合には、 このファイバ一光増幅器 3 4の出力端での平均出 力は 2 Wとなる。 この出力端部は最終段のファイバ一光増幅器 3 4の出力端をそ のまま用いて形成することができるが、 最終段のファイバ一光増幅器 3 4に無ド ープのファイバーを結合させる事も可能である。 また、 本実施形態では、 戻り光 の影響を避けるため、 各接続部に適宜アイソレー夕 3 5、 3 6を挿入した構成例 を示す。
この光増幅器の出力である波長 1 . 5 4 4 ) mの単一波長パルスレーザ光は、 非線形光学結晶を用いた波長変換部 （詳細後述） により、 スペクトル線幅の狭い 紫外光パルス出力に変換される。 なお、 本実施形態による光増幅器 （3 1〜3 6 ) ではその出力端が 1本のファイバ一光増幅器 3 4からなる力 例えば実施形態 1 (図 1 ) で用いた平板導波路型スプリツ夕 （1 6 ) 、 又は実施形態 2で用いた T DM ( 2 3 ) とともに、 ファイバ一光増幅器 （3 3、 3 4 ) をそれぞれ複数用意 してファイバ一光増幅器 3 4を束ねてファイバーバンドルを形成するようにして もよい。 このとき、 複数の光増幅器にそれぞれ設けられる光変調素子 3 2に印加 するドライブ用電圧パルスのタイミングを調整して、 複数の光増幅器から射出さ れるパルス光の発振間隔を調整可能とする、 例えば等時間間隔でパルス光が順次 発光されるように、 光増幅器毎にその発光タイミングをずらすことが好ましい。 また、 本実施形態についても前述の実施形態 1、 2の変形例を適用することが可 能である。 例えば、 単一波長発振レーザ 3 1をパルス発振させてもよいし、 更に は単一波長発振レーザ 31の電流制御のみ、 あるいはその電流制御と光変調素子 32の制御とを併用してパルス光の発振間隔 （パルス周期） を変更してもよい。 次に、 前述の実施形態 1〜 3でそれぞれ使用される波長変換部の実施の形態に ついて述べる。 図 11 (a) 〜 （d) には、 本発明に係る波長変換部の構成例を 実施の形態 4として示す。 これらはいずれも、 ファイバーバンドルの出力端 50 1 (実施の形態 1における 114、 実施の形態 2における 29等に該当するが、 実施の形態 3における単一ファイバー （34) の出力端であってもよい。 ） から 射出される波長 1. 544 nmの基本波を、 非線形光学結晶を用いて 8倍波 （高 調波） に波長変換して、 A r Fエキシマレーザと同じ波長である 193 nmの紫 外光を発生する構成例を示したものである。
図 1 1 (a) では、 ファイバーバンドル出力端 501から出力される波長 1. 544 nm (周波数 ω) の基本波は、 非線形光学結晶 502、 503、 504を 図中左から右に向かって透過して出力される。 基本波が非線形光学結晶 502を 通る際に、 2次高調波発生により基本波の周波数 ωの 2倍、 すなわち周波数 2ω (波長は基本波の 1Z2である 772 nm) の 2倍波が発生する。 発生した 2倍 波は右方向へ進み、 次の非線形光学結晶 503に入射する。 ここで再び第 2次高 調波発生を行い、 入射波の周波数 2 ωの 2倍、 すなわち基本波に対し 4倍の周波 数 4ω (波長は基本波の 1Z4である 386 nm) をもつ 4倍波が発生する。 発 生した 4倍波はさらに右の非線形光学結晶 504に進み、 ここで再び第 2次高調 波発生を行い、 入射波の周波数 4 ωの 2倍、 すなわち基本波に対し 8倍の周波数 8 ωを有する 8倍波 （波長は基本波の 1ノ8である 193 nm) を発生する。 前記波長変換に使用する非線形光学結晶としては、 例えば基本波から 2倍波へ の変換結晶 502には L1B205 (LBO) 結晶を、 2倍波から 4倍波への変換結晶 503には L1B205 (LBO) 結晶を、 4倍波から 8倍波への変換結晶 504には Sr2BeB207 (SB BO) 結晶を使用する。 ここで、 L B O結晶を使用した基本波 から 2倍波への変換には、 波長変換のための位相整合に LBO結晶の温度調節に よる方法、 Non-Critical Phase Matching： NCPMを使用する。 NCPMは、 非線 形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ (Walk-off)が起こらないため高 効率で 2倍波への変換を可能にし、 また発生した 2倍波は Walk-offによるビームの 変形も受けないため有利である。
図 11 (b) は、 基本波 （波長し 544/zm) — 2倍波 （波長 742 m) →3倍波 （波長 515 m) →6倍波 （波長 257 m) →8倍波 （波長 193 ^m) の順に波長変換する場合について示したものである。
1段目の波長変換部 507では、 基本波から 2倍波への 2次高調波発生の変換に LBO結晶が前述した NCPMで使用される。 波長変換部 （LBO結晶） 507 は、 基本波の一部を波長変換せずに透過させるとともに、 基本波を波長変換して 2倍波を発生し、 この基本波と 2倍波に波長板 （例えば 1Z2波長板） 508で それぞれ半波長、 1波長の遅延を与え、 基本波の偏光のみ 90度回転させる。 こ の基本波と 2倍波はそれぞれレンズ 509を通って 2段目の波長変換部 510に 入射する。
2段目の波長変換部 510では、 1段目の波長変換部 507で発生した 2倍波 と、 変換せずに透過した基本波とから和周波発生により 3倍波 （波長 515 nm) を得る。 波長変換結晶としては LBO結晶が用いられるが、 1段目の波長変換部 (LBO結晶） 507とは温度が異なる NCPMで使用される。 波長変換部 51 0で得られた 3倍波と、 波長変換されずに透過した 2倍波とは、 ダイクロイツク · ミラー 511により分離し、 ダイクロイツク ·ミラ一 511で反射された 3倍波 は、 レンズ 513を通って 3段目の波長変換部 514に入射する。 波長変換部 5 14は i3-BaB204 (BBO) 結晶であり、 ここで 3倍波が 2次高調波発生により 6倍波 （波長 257 nm) に変換される。
波長変換部 514で得られた 6倍波と、 ダイクロイツク ·ミラ一 511を透過 してレンズ 512を通った 2倍波とは、 ダイクロイツク ·ミラー 516で同軸に 合成されて 4段目の波長変換部 517に入射する。 波長変換部 517は BBO結 晶が用いられ、 6倍波と 2倍波とから和周波発生により 8倍波 （波長 193 nm) を得る。 図 11 (b) の構成においては、 4段目の波長変換部 517の波長変換 結晶として、 BBO結晶の代わりに CsLiB6O10 (CLBO) 結晶を用いることも 可能である。
なお、 本実施例では 2段目の波長変換部 510で得られた 3倍波と 2倍波とを ダイクロイツク 'ミラ一 511で分岐し、 かつ 3段目の波長変換部 514で得ら れた 6倍波と 2段目の波長変換部 5 1 0で得られた 2倍波とをダイクロイツク · ミラ一 5 1 6で合成して、 4段目の波長変換部 5 1 7に入射させるように構成し た。 ここで、 ダイクロイツク ·ミラー 5 1 1の特性を反転させる、 即ち 3倍波が 透過し、 かつ 2倍波が反射するものとして、 3段目の波長変換部 5 1 4を 2段目 の波長変換部 5 1 0と同一光軸上に配置するようにしてもよい。 このとき、 ダイ クロイツク ·ミラ一 5 1 6の特性も反転させておく必要がある。 このように 6倍 波と 2倍波との一方が分岐光路を通って 4段目の波長変換部 5 1 7に入射する構 成では、 6倍波と 2倍波をそれぞれ 4段目の波長変換部 5 1 7に入射させる集光 レンズ 5 1 5 , 5 1 2を互いに異なる光路に配置することができる。
3段目の波長変換部 5 1 4で発生した 6倍波はその断面形状が Walk-off現象によ り長円形になっているため、 4段目の波長変換部 5 1 7で良好な変換効率を得る ためには、 その 6倍波のビーム整形を行うことが望ましい。 そこで本実施例のよ うに、 集光レンズ 5 1 5、 5 1 2を別々の光路に配置することにより、 例えばレ ンズ 5 1 5としてシリンドリカルレンズ対を用いること等が可能となり、 6倍波 のビーム整形を容易に行うことができる。 このため、 4段目の波長変換部 （B B O結晶） 5 1 7での 2倍波との重なりを良好にし、 変換効率を高めることが可能 である。
なお、 2段目の波長変換部 5 1 0と 4段目の波長変換部 5 1 7との間の構成は 図 1 1 ( b ) に限られるものではなく、 4段目の波長変換部 5 1 7に 6倍波と 2 倍波とが同時に入射するように、 6倍波と 2倍波とでその光路長が等しくなつて いれば、 いかなる構成であってもよい。 さらに、 例えば 2段目の波長変換部 5 1 0と同一光軸上に 3段目及び 4段目の波長変換部 5 1 4、 5 1 7を配置し、 3段 目の波長変換部 5 1 4で 3倍波のみを第 2高調波発生により 6倍波に変換して、 波長変換されない 2倍波とともに 4段目の波長変換部 5 1 7に入射させてもよく、 これによりダイクロイツク ·ミラ一 5 1 1、 5 1 6を用いる必要がなくなる。 図 1 1 ( c ) は、 基本波 （波長 1 · 5 4 4 /zm) — 2倍波 （波長 7 4 2 n m) →4倍波 （波長 3 8 6 nm) →6倍波 （波長 2 5 7 n m) →8倍波 （波長 1 9 3 nm) の順に波長変換する場合について示したものである。
1段目の波長変換部 5 1 8ではその波長変換結晶として L B O結晶が用いられ、 基本波を 2倍波に波長変換するためにその L B O結晶が N C P Mで使用される。 1段目の波長変換部 5 1 8から発生する 2倍波は、 集光レンズ 5 1 9を通って 2 段目の波長変換部 5 2 0に入射する。 2段目の波長変換部 5 2 0では、 その波長 変換結晶として L B O結晶が用いられ、 1段目の波長変換部 5 1 8で発生した 2 倍波から 2次高調波発生により 4倍波 （波長 5 1 5 n m) を得る。 波長変換部 5 2 0で得られた 4倍波と、 波長変換されずにその波長変換部 5 2 0を透過した 2 倍波とは、 ダイクロイツク 'ミラー 5 2 1により分離し、 ここで反射された 4倍 波は集光レンズ 5 2 4を通ってダイクロイック ·ミラー 5 2 5に達する。 一方、 ダイクロイツク · ミラ一 5 2 1を透過した 2倍波は、 半波長板 5 2 2でその偏光 方向が 9 0 ° 回転されるとともに、 集光レンズ 5 2 3を通ってダイクロイツク ' ミラー 5 2 5に達し、 ここで分岐光路を通った 2倍波と同軸に合成されて 3段目 の波長変換部 5 2 6に入射する。
3段目の波長変換部 5 2 6では、 その波長変換結晶として B B O結晶が用いら れ、 2段目の波長変換部 5 2 0で発生した 4倍波と、 波長変換されずにその波長 変換部 5 2 0を透過した 2倍波とから和周波発生により 6倍波 （波長 2 5 7 nm) を得る。 波長変換部 5 2 0で得られた 6倍波と、 波長変換されずにその波長変換 部 5 2 0を透過した 2倍波とは、 ダイクロイツク ' ミラ一 5 2 7により分離し、 ここで反射された 2倍波は半波長板 5 2 8でその偏光方向が 9 0 ° 回転されると ともに、 集光レンズ 5 2 9を通ってダイクロイツク ' ミラ一 5 3 1に達する。 一 方、 ダイクロイツク ·ミラ一 5 2 7を透過した 6倍波は、 集光レンズ 5 3 0を通 つてダイクロイツク ·ミラ一 5 3 1に達し、 ここで分岐光路を通った 2倍波と同 軸に合成されて 4段目の波長変換部 5 3 2に入射する。
4段目の波長変換部 5 3 2では、 その波長変換結晶として B B O結晶が用いら れ、 3段目の波長変換部 5 2 6で発生した 6倍波と、 波長変換されずにその波長 変換部 5 2 6を透過した 2倍波とから和周波発生により 8倍波 （波長 1 9 3 nm) を得る。上記構成においては、 4段目の波長変換部 5 3 2の波長変換結晶として、 B B〇結晶の代わりに C L B〇結晶を用いることも可能である。
なお、 本実施例では 2段目及び 3段目の波長変換部 5 2 0、 5 2 6の後にそれ ぞれダイクロイツク 'ミラー （5 2 1、 又は 5 2 7 ) を配置して、 その波長変換 部 （5 2 0、 又は 5 2 6 ) から射出される一対の高調波 （2倍波と 4倍波、 又は 2倍波と 6倍波） がそれぞれ異なる光路を通って次段の波長変換部 （5 2 6、 又 は 5 3 2 ) に入射するように構成したが、 図 1 1 ( b ) での説明と同様に、 3段 目の波長変換部 5 2 6を他の波長変換部 5 1 8、 5 2 0、 5 3 2と同一光軸上に 配置してもよく、 これによりダイクロイツク ·ミラ一 5 2 1、 5 2 5、 5 2 7、 5 3 1などを用いる必要がなくなる。
ところで、 本実施例では 2段目および 3段目の波長変換部 5 2 0、 5 2 6で発 生した 4倍波、 及び 6倍波はそれぞれ断面形状が Walk-off現象により長円形になつ ている。 このため、 このビームを入力とする 3段目および 4段目の波長変換部 5 2 6、 5 3 2で良好な変換効率を得るためには、 入射ビームとなる 4倍波及び 6 倍波のビーム形状を整形し、 2倍波ビームとの重なりを良好にすることが望まし レ^ 本実施例のように、 集光レンズ 5 2 3と 5 2 4、 及び 5 2 9と 5 3 0とをそ れぞれ別々の光路に置くことにより、 例えばレンズ 5 2 4、 5 3 0としてシリン ドリカルレンズ対を用いることが可能になり、 4倍波及び 6倍波のビーム整形を 容易に行うことができる。 このため、 3段目および 4段目の波長変換部 5 2 6、 5 3 2でそれぞれ 2倍波との重なりが良好になり、 変換効率を高めることが可能 である。
なお、 2段目の波長変換部 5 2 0から発生する 2倍波と 4倍波とが同時に 3段 目の波長変換部 5 2 6に入射するように、 その 2倍波と 4倍波の各光路長が同一 になっていればよく、 2つの波長変換部 5 2 0、 5 2 6間の構成は図 1 1 ( c ) に限られるものではない。 このことは 3段目の波長変換部 5 2 6と 4段目の波長 変換部 5 3 2との間でも同様である。
図 1 1 ( d ) は、 基本波 （波 ¾ 1 . 5 4 4 z m) →2倍波 （波長 7 7 2 n m) →3倍波 （波長 5 1 5 nm) →4倍波 （波長 3 8 6 n m) →7倍波 （波長 2 2 1 nm) →8倍波 （波長 1 9 3 n m) の順に波長変換する場合について示したもの である。
1段目の波長変換部 5 3 3では、 その波長変換結晶として L B O結晶が用いら れ、基本波を 2倍波に波長変換するためにその L B O結晶を N C P Mで使用する。 波長変換部 5 3 3で波長変換されずに透過した基本波と、 波長変換で発生した 2 倍波とは、 波長板 5 3 4でそれぞれ半波長、 1波長の遅延が与えられて、 基本波 のみその偏光方向が 9 0度回転する。 2段目の波長変換部 5 3 6は、 その波長変 換結晶として L B O結晶が用いられるとともに、 その L B O結晶は 1段目の波長 変換部 （L B O結晶） 5 3 3とは温度が異なる N C P Mで使用される。 この波長 変換部 5 3 6では、 1段目の波長変換部 5 3 3で発生した 2倍波と、 波長変換さ れずにその波長変換部 5 3 3を透過した基本波とから和周波発生により 3倍波（波 長 5 1 5 nm) を得る。
波長変換部 5 3 6で得られた 3倍波と、 波長変換されずにその波長変換部 5 3 6を透過した基本波および 2倍波とは、 ダイクロイツク ·ミラ一 5 3 7により分 離し、 ここで反射された 3倍波は集光レンズ 5 4 0、 及びダイクロイツク * ミラ 一 5 4 3を通って 4段目の波長変換部 5 4 5に入射する。一方、 ダイクロイツク · ミラー 5 3 7を透過した基本波および 2倍波は、 集光レンズ 5 3 8を通って 3段 目の波長変換部 5 3 9に入射する。
3段目の波長変換部 5 3 9は、その波長変換結晶として L B O結晶が用いられ、 基本波が波長変換されずにその L B O結晶を透過するとともに、 2倍波が L B O 結晶で 2次高調波発生により 4倍波 （波長 2 5 7 n m) に変換される。 波長変換 部 5 3 9で得られた 4倍波とそれを透過した基本波とは、 ダイクロイツク ·ミラ - 5 4 1により分離し、 ここを透過した基本波は集光レンズ 5 4 4を通るととも に、 ダイクロイツクミラー 5 4 6で反射されて 5段目の波長変換部 5 4 8に入射 する。 一方、 ダイクロイツク ·ミラー 5 4 1で反射された 4倍波は、 集光レンズ 5 4 2を通ってダイクロイツク ·ミラー 5 4 3に達し、 ここでダイクロイツク · ミラ一 5 3 7で反射された 3倍波と同軸に合成されて 4段目の波長変換部 5 4 5 に入射する。
4段目の波長変換部 5 4 5は、その波長変換結晶として B B O結晶が用いられ、 3倍波と 4倍波とから和周波発生により 7倍波 （波長 2 2 1 n m) を得る。 波長 変換部 5 4 5で得られた 7倍波は集光レンズ 5 4 7を通るとともに、 ダイクロイ ック · ミラー 5 4 6で、 ダイクロイツク · ミラ一 5 4 1を透過した基本波と同軸 に合成されて、 5段目の波長変換部 5 4 8に入射する。
5段目の波長変換部 5 4 8は、その波長変換結晶として L B O結晶が用いられ、 基本波と 7倍波とから和周波発生により 8倍波 （波長 1 9 3 n m) を得る。 上記 構成において、 7倍波発生用 B B O結晶 5 4 5、 及び 8倍波発生用 L B O結晶 5
4 8のかわりに、 C L B O結晶を用いることも可能である。
本実施例では、 4段目の波長変換部 5 4 5に 3倍波と 4倍波とが互いに異なる 光路を通って入射するので、 3倍波を集光するレンズ 5 4 0と、 4倍波を集光す るレンズ 5 4 2とを別々の光路に置くことができる。 3段目の波長変換部 5 3 9 で発生した 4倍波はその断面形状が Walk-off現象により長円形になっている。 この ため、 4段目の波長変換部 5 4 5で良好な変換効率を得るためには、 その 4倍波 のビーム整形を行うことが望ましい。 本実施例では、 集光レンズ 5 4 0、 5 4 2 を別々の光路に配置しているので、 例えばレンズ 5 4 2としてシリンドリカルレ ンズ対を用いることができ、 4倍波のビーム整形を容易に行うことが可能となる。 このため、 4段目の波長変換部 （B B O結晶） 5 4 5での 3倍波との重なりを良 好にし、 変換効率を高めることが可能である。
さらに本実施例では、 5段目の波長変換部 5 4 8に入射する基本波を集光する レンズ 5 4 4と、 7倍波を集光するレンズ 5 4 7とを別々の光路に置くことがで きる。 4段目の波長変換部 5 4 5で発生した 7倍波はその断面形状が Walk-off現象 により長円形になっている。 このため、 5段目の波長変換部 5 4 8で良好な変換 効率を得るためには、 その 7倍波のビーム整形を行うことが好ましい。 本実施例 では、 集光レンズ 5 4 4、 5 4 7を別々の光路に配置することができるので、 例 えばレンズ 5 4 7としてシリンドリカルレンズ対を用いることができ、 7倍波の ビーム整形を容易に行うことが可能となる。 このため、 5段目の波長変換部 （L B〇結晶） 5 4 8での基本波との重なりを良好にし、 変換効率を高めることが可 能である。
なお、 2段目の波長変換部 5 3 6と 4段目の波長変換部 5 4 5との間の構成は 図 1 1 ( d ) に限られるものではなく、 波長変換部 5 3 6から発生してダイク口 イツク ·ミラ一 5 3 7で反射される 3倍波と、 波長変換部 5 3 6から発生してダ ィクロイツク ·ミラ一 5 3 7を透過する 2倍波を波長変換部 5 3 9で波長変換し て得られる 4倍波とが同時に波長変換部 5 4 5に入射するように、 両波長変換部
5 3 6、 5 4 5間の 2つの光路長が等しくなつていれば、 いかなる構成であって も構わない。 このことは 3段目の波長変換部 539と 5段目の波長変換部 548 との間でも同様である。
図 12 (a) 〜 （d) は、 図 11 (a) 〜 （d) に示した波長変換部について それぞれ実験の結果得られた各チャネル当たりの各段での波長変換効率、 及び得 られた 8倍波 （波長 193nm) の平均出力を示す。 基本波の出力は前述の実施 形態で説明した通り各チャネルの出力端で、 ピーク ·パワー 20 kW、 パルス幅 In s, パルス繰り返し周波数 100 kHz、 及び平均出力 2 Wである。 この結 果、 各チャネル当たりの 8倍波 （波長 193nm) の平均出力は， 図 11 (a) の波長変換部では 229 mW、 図 11 (b) の波長変換部では 38. 3mW、 図 11 (c) の波長変換部では 40. 3mW、 図 11 (d) の波長変換部では 45. 9mWであった。 従って、 全 128チャネルを合わせたバンドルからの平均出力 は、 図 11 (a) では 29 W、 図 11 (b) では 4. 9W、 図 11 (c) では 5. 2W、 図 1 1 (d) では 5. 9Wとなり、 いずれの波長変換部であっても露光装 置用光源として十分な出力の、波長 193 nmの紫外光を提供することができる。 これらの実施形態のうちで図 11 (a) の構成は最も簡略であり、 変換効率も 最も高い。 このため、 ファイバ一光増幅器のチャネル数を前述の実施形態 1、 2 (128チャネル） よりも減少させる、 例えば 1Z2〜 1/3のチャネル数とし てバンドルを構成する力 あるいは、 本実施例で示した基本波出力よりも低い基 本波出力で構成するなどしても露光装置用光源として十分な出力の、 波長 193 nmの紫外光を提供することが可能である。
図 11 (d) の構成は、 波長変換部の段数が 5段とこれらの実施形態中で最も 多いが、 193 nmへの変換効率は図 11 (b) 、 （c) の実施形態と同等程度 であり、 ほぼ同一の紫外光出力を得ることができる。 また、 図 11 (b) 、 （c) の構成では、 8倍波 （193nm) の発生に B B〇結晶を用いているため、 BB 〇結晶による 8倍波 （193nm) の吸収があり、 B B〇結晶の損傷が問題とな る可能性がある。 これに対し、 図 11 (d) の構成では 8倍波 （193nm) の 発生に LBO結晶を用いることができる。 この LBO結晶は、 現在、 市販品とし て良質の結晶が容易に入手可能であり、 さらに 193 nmの紫外光の吸収係数が 非常に小さく、 結晶の光損傷が問題とならないため耐久性の面で有利である。 ま た、 8倍波 （例えば波長 193 nm) の発生部では L B O結晶を角度位相整合さ せて用いるが、 この位相整合角が大きいために実効非線形光学定数 （de f f) が小 さくなる。 そこで、 この LBO結晶に温度制御機構を設け、 LBO結晶を高温で 用いることが好ましい。 これにより、 位相整合角を小さくすることができる、 即 ち上記定数 （de i f) を増加させることができ、 8倍波発生効率を向上させること ができる。
なお、 以上は基本波から 8倍波を発生させる波長変換部の構成例についてその 好ましい実施の形態について説明してきたが、 本発明の波長変換部はこの実施形 態にのみ拘束されるものではなく、 基本波である 1. 544 _tmの 8倍波を発生 させる構成であれば、 同様の効果を奏するものである。 例えば、 基本波 （波長 1. 544 rn) →2倍波 （波長 772 nm) →3倍波 （波長 515 nm) →4倍波 (波長 386 nm) →6倍波 （波長 257 nm) →7倍波 （波長 221 nm) → 8倍波 （波長 193nm) の順に波長変換することによつても同様の効果を奏す るものである。
このとき、 この波長変換に使用する非線形光学結晶としては、 例えば基本波か ら 2倍波への変換結晶には L B O結晶を、 2倍波から 4倍波への変換結晶には L B O結晶を、 2倍波と 4倍波との和周波発生による 6倍波発生には B B O結晶を、 基本波と 6倍波との和周波発生による 7倍波発生には B B〇結晶を、 基本波と 7 倍波との和周波発生による 8倍波発生には L B〇結晶を使用することで達成でき る。 この場合にも 8倍波発生に LBO結晶を使用できるため結晶の損傷が問題と ならない点で有利である。
以上の実施形態 4に示したように波長変換部を構成することにより、 基本波発 生部で発生させた波長 1. 544 mの基本波を波長 193 nmの紫外光に波長 変換することができる。
次に、図 13に本発明に係る波長変換部の他の構成例を実施形態 5として示す。 これは、 ファイバーバンドルの出力端 601 (実施形態 1における 114、 実施 形態 2における 29等に該当する） から射出される波長 1. 57 zmの基本波を 非線形光学結晶を用いて 10倍波の高調波発生を行い、 F2レーザと同じ波長であ る 157 nmの紫外光を発生する構成例を示したものである。 なお、 本実施形態 における基本波出力部は、 これまで述べてきた実施の形態 1〜 3のいずれか、 あ るいはそれらを組み合わせて用いることが可能である
図 1 3に示す波長変換部の構成例では、 基本波 （波長 1 . 5 7 m) → 2倍波 (波長 7 8 5 nm) →4倍波 （波長 3 9 2 . 5 n m) →8倍波 （波長 1 9 6 . 2 5 n m) →1 0倍波 （波長 1 5 7 nm) の順に波長変換する場合について示した ものである。 本実施例では 2倍波発生から 8倍波発生までの各波長変換段におい て、 各波長変換段に入射された波長の 2次高調波発生を行っている。
また、 本例では波長変換に使用する非線型光学結晶として、 波長変換部 6 0 2 における基本波から 2次高調波発生による 2倍波の発生には L B O結晶を使用し、 波長変換部 6 0 4における 2倍波から 2次高調波発生による 4倍波の発生には L B〇結晶を使用する。 さらに、 波長変換部 6 0 9における 4倍波から 2次高調波 発生による 8倍波の発生には Sr2Be2B207 ( S B B O) 結晶を使用し、 波長変換部 6 1 1における 2倍波と 8倍波とから和周波発生による 1 0倍波 （波長 1 5 7 η m) の発生には S B B O結晶を使用する。
なお、 波長変換部 6 0 2から発生する 2倍波は、 集光レンズ 6 0 3を通って波 長変換部 6 0 4に入射し、 この波長変換部 6 0 4は前述の 4倍波と波長変換され ない 2倍波とを発生する。 次に、 ダイクロイツク · ミラー 6 0 5を透過する 2倍 波は集光レンズ 6 0 6を通るとともに、 ダイクロイツク ·ミラー 6 0 7で反射さ れて波長変換部 6 1 1に入射する。 一方、 ダイクロイツク · ミラ一 6 0 5で反射 された 4倍波は、 集光レンズ 6 0 8を通って波長変換部 6 0 9に入射し、 ここで 発生される 8倍波は集光レンズ 6 1 0、 及びダイクロイツク ·ミラー 6 0 7を通 つて波長変換部 6 1 1に入射する。 さらに波長変換部 6 1 1は、 ダイクロイツク ミラー 6 0 7で同軸に合成される 2倍波と 8倍波とから和周波発生により 1 0倍 波 （波長 1 5 7 nm) を発生する。
ところで、 本実施例では 2段目の波長変換部 6 0 4から発生する 2倍波と 4倍 波とをダイクロイツク ·ミラー 6 0 5で分岐することで、 ここを透過した 2倍波 と、 4倍波を波長変換部 6 0 9で波長変換して得られる 8倍波とが互いに異なる 光路を通って 4段目の波長変換部 6 1 1に入射するように構成したが、 ダイク口 イツク .ミラー 6 0 5、 6 0 7を用いずに 4つの波長変換部 6 0 2、 6 0 4、 6 0 9、 6 1 1を同一光軸上に配置してもよい。
但し、 本実施例では 2段目の波長変換部 6 0 4で発生した 4倍波はその断面形 状が Walk-off現象により長円形になっている。 このため、 このビームを入力とする 4段目の波長変換部 6 1 1で良好な変換効率を得るためには、 入射ビームとなる 4倍波のビーム形状を整形し、 2倍波との重なりを良好にすることが望ましい。 本実施例では、 集光レンズ 6 0 6、 6 0 8を別々の光路に配置することができる ので、 例えばレンズ 6 0 8としてシリンドリカルレンズを用いることが可能にな り、 4倍波のビーム整形を容易に行うことができる。 このため、 4段目の波長変 換部 6 1 1での 2倍波との重なりを良好にし、 変換効率を高めることが可能であ る。
以上の実施形態 5に示したように波長変換部を構成することにより、 基本波発 生部で発生させた波長 1 . 5 7 i mの基本波を、 波長 1 5 7 n mの紫外光に波長 変換させることができる。
図 1 4には、本発明に係る波長変換部の他の構成例を実施の形態 6として示す。 これは、 例えば実施の形態 2に示したように基本波発生部を構成し、 ファイバー バンドルの出力端 7 0 1 (実施の形態 1における 1 1 4、 実施の形態 2における 2 9等に該当する） から射出される波長 1 . 0 9 9 μ πιの基本波を、 非線形光学 結晶を用いて 7倍波の高調波発生を行い、 F 2レーザと同じ波長である 1 5 7 nm の紫外光を発生する構成例を示したものである。 なお、 本実施形態における基本 波出力部は、 これまで述べてきた実施の形態 1〜 3のいずれか、 あるいはこれら を組み合わせて用いることが可能である
図 1 4に示す波長変換部の構成例では、 基本波 （波長 1 . 0 9 9 z m) →2倍 波 （波長 5 4 9 . 5 nm) —3倍波 （波長 3 6 6 . 3 n m) —4倍波 （波長 2 7 4. 8 nm) →7倍波 （波長 1 5 7 n m) の順に波長変換する場合について示し たものである。 本実施例では、 各波長変換部で入射光の 2次高調波発生、 又は和 周波発生を行っている。
さて、 本例では波長変換に使用する非線型光学結晶として、 波長変換部 7 0 2 における基本波から 2次高調波発生による 2倍波の発生には L B O結晶を使用し、 波長変換部 7 0 5における基本波と 2倍波とから和周波発生による 3倍波の発生 には L B〇結晶を使用する。 さらに、 波長変換部 7 1 0における 2倍波から 2次 高調波発生による 4倍波の発生には B B Q結晶を使用し、 波長変換部 7 1 2にお ける 3倍波と 4倍波とから和周波発生による 7倍波の発生には S B B O結晶を使 用する。
また、 波長変換部 （L B O結晶） 7 0 2から発生する基本波と 2倍波とは 1 Z 2波長板 7 0 3に入射し、基本波のみその偏光方向が 9 0度回転されるとともに、 集光レンズ 7 0 4を通って波長変換部 （L B〇結晶） 7 0 5に入射する。 波長変 換部 7 0 5は、 基本波と 2倍波とから和周波発生により 3倍波を得るとともに、 2倍波を波長変換することなく透過させる。 波長変換部 7 0 5から発生される 2 倍波と 3倍波とはダイクロイツク ·ミラー 7 0 6で分岐され、 ここを透過した 3 倍波は集光レンズ 7 0 7を通り、 ダイクロイツク ·ミラー 7 0 8で反射されて波 長変換部 7 1 2に入射する。 一方、 ダイクロイツク ·ミラー 7 0 6で反射された 2倍波は、 集光レンズ 7 0 9を通って波長変換部 7 1 0に入射し、 この波長変換 部 7 1 0は 2倍波から 2次高調波発生により 4倍波を発生する。 この 4倍波は、 集光レンズ 7 1 1、 及びダイクロイツク ·ミラー 7 0 8を通って波長変換部 7 1 2に入射する。 この波長変換部 7 1 2は、 3倍波と 4倍波とから和周波発生によ り 7倍波を発生する。
ところで、 本実施例では 2段目の波長変換部 7 0 5から発生する 2倍波と 3倍 波とをダイクロイツク 'ミラ一 7 0 6で分岐することで、 ここを透過した 3倍波 と、 2倍波を波長変換部 7 1 0で波長変換して得られる 4倍波とが互いに異なる 光路を通って 4段目の波長変換部 7 1 2に入射するように構成したが、 ダイク口 イツク 'ミラ一 7 0 6、 7 0 8を用いずに 4つの波長変換部 7 0 2、 7 0 5、 7 1 0、 7 1 2を同一光軸上に配置してもよい。
但し、 本実施例では 3段目の波長変換部 7 1 0で発生した 4倍波はその断面形 状が Walk-off現象により長円形になっている。 このため、 このビームを入力とする 4段目の波長変換部 7 1 2で良好な変換効率を得るためには、 入射ビームとなる 4倍波のビーム形状を整形し、 3倍波との重なりを良好にすることが望ましい。 本実施例では、 集光レンズ 7 0 7、 7 1 1を別々の光路に配置することができる ので、 例えばレンズ 7 1 1としてシリンドリカルレンズを用いることが可能にな り、 4倍波のビーム整形を容易に行うことができる。 このため、 4段目の波長変 換部 7 1 2での 3倍波との重なりを良好にし、 変換効率を高めることが可能であ る。
以上の実施形態 6に示したように波長変換部を構成することにより、 基本波発 生部で発生させた波長 1 . 0 9 9； の基本波を、 波長 1 5 7 nmの紫外光に波 長変換させることができる。
次に、 本発明に係る光増幅器および波長変換部の他の構成例を実施形態 7とし て図 1 5に示す。 図 1 5では、 波長変換部を複数の並列光路構成 （図の例では 4 光路の正方形配置） とし、 これにあわせて多数のファイバ一光増幅器 1 9または 2 5の出力端を 4つのバンドル （出力群） に分割するとともに、 この 4つのファ ィバーバンドル出力端に対応してそれぞれ集光光学素子、 及び波長変換部を設け る実施例を示す。 本例では、 図 1又は図 2に示した光増幅器を用いることを前提 としているので、 1つのファイバ一バンドルには 3 2本のファイバ一光増幅器 1 9又は 2 5が束ねられることになる。 なお、 バンドルは最終段の E D F A出力端 もしくは YD F A出力端をそのまま用いて形成することができるが、 最終段の E D F A等に無ドープのファイバーを結合させ、 その出力端でバンドルを形成する ことも可能である。
また、 ファイバ一光増幅器 1 9または 2 5の出力端を複数に分割して、 複数個 のファイバーバンドルを形成する場合には、 多数 （本例では 1 2 8本） のフアイ バー光増幅器 1 9又は 2 5のうち、 レーザ光の射出順番で隣り合う出力端 （ファ ィバ一光増幅器） は、 互いに異なるファイバ一バンドルに束ねる構成とすること が好ましい。 例えば、 レーザ光が射出する順番にその 1 2 8本のファイバー光増 幅器 （1 9又は 2 5 ) に Ν ο .0〜 1 2 7の番号を付けるものとすると、 N o .0、 4、 8、 · · · 、 1 2 4のファイバ一光増幅器を第 1のファイバーバンドルとし て束ね、 N o . l、 5、 9、 · · · 、 1 2 5のファイバ一光増幅器を第 2のフアイ バーバンドルとして束ね、 N o . 3、 6、 1 0、 · · · 、 1 2 6のファイバー光増 幅器を第 3のファイバーバンドルとして束ね、 N o .4、 7、 1 1、 · · · 、 1 2 7のファイバ一光増幅器を第 4のファイバーバンドルとして束ねる。これにより、 一バンドル毎にそれに対応して配置される波長変換部 （非線形光学結晶） に入射するパルス光の時間間隔を均等に分割することができる。
さて、 図 1 5に示すように 4つのファイバ一バンドルからなる光増幅器（図 1、 又は図 2) の出力端 841から射出される基本波は、 本例では 3段の波長変換部
842、 843、 844でそれぞれ波長変換される。 なお、 本例では前述の実施 形態 4〜 6で説明した波長変換部 （図 1 1、 図 1 3、 図 14) のいずれでも用い ることができるが、 ここでは図 1 1 (a) に示した波長変換部を用いる、 即ち基 本波 （波長 544/ m) を 3段の非線形光学結晶 （50 2〜5 04) によつ て波長 1 93 nmの紫外光に波長変換する例について説明する。従って、波長 1. 544 im (周波数 ω) の基本波は、 非線形光学結晶 842、 843、 844を 図中左から右に向かって透過いていくことで、 2倍波、 4倍波、 8倍波 （波長 1
93 nm) と順次波長変換されて出力される。
図 1 5において、 4つのファイバ一バンドルからなる光増幅器の出力端 84 1 から射出される基本波 （波長 1. 544 ) は、 4つのファイバーバンドルに 対応してそれぞれ設けられる集光レンズ 845を通って波長変換部 （非線形光学 結晶） 842に入射し、 ここで 2次高調波発生により基本波の周波数 ωの 2倍、 すなわち周波数 2 ω (波長 772 nm) の 2倍波が発生する。 波長変換部 842 で発生した 2倍波は右方向へ進み、集光レンズ 846を通って次の波長変換部（非 線形光学結晶） 843に入射する。 ここで再び 2次高調波発生が行われ、 入射波 (2倍波） の周波数 2 ωの 2倍、 すなわち基本波に対して 4倍の周波数 4 ω (波 長 386 nm) をもつ 4倍波が発生する。波長変換部 843で発生した 4倍波は、 集光レンズ 847を通ってさらにおの波長変換部 （非線形光学結晶） 844に入 射し、 ここでさらに 2次高調波発生が行われ、 入射波 （4倍波） の周波数 4 ωの 2倍、 すなわち基本波に対して 8倍の周波数 8 ω (波長 1 9 3 nm) をもつ 8倍 波を発生する。
この実施形態において前記波長変換に使用する非線形光学結晶としては、 例え ば波長変換部 842での基本波から 2倍波への波長変換結晶として L B O結晶を、 波長変換部 843での 2倍波から 4倍波への波長変換結晶として BBO結晶を、 波長変換部 844での 4倍波から 8倍波への波長変換結晶とし S B B〇結晶を使 用する。 なお、 本実態様では基本波 （波長 1 . 5 4 4 /i m) → 2倍波 （波長 7 4 4 n m) →4倍波 （波長 3 8 6 n m) →8倍波 （波長 1 9 3 n m) の順に波長変換する場 合について示したが、 これは既に説明した実施形態 4における図 1 1 ( a ) の波 長変換部を複数並列化したものに相当する。 従って、 すでに示した他の波長変換 部構成である図 1 1 ( b ) 〜図 1 1 ( d ) を本実施形態と同様の手法で複数並列 化したものも本実施形態と同様に構成することができる。 同様に、 図 1 3及び図 1 4にそれぞれ示した波長変換部を複数並列化して構成するようにしてもよい。 次に、 図 1 6を参照して光増幅器と波長変換部との結合部についての本実施形 態における第 2の実施例を説明する。 この実施例は図 1 5に示した波長変換部の 構成を 5光路の並列構成とし、 これに合わせてファイバ一光増幅器の出力端を 5 つに分割して 5つのファイバーバンドル （出力群） を形成したものである。 この 分割に際してファイバ一光増幅器の出力端を均等に 5分割せず、 5つのファイバ 一バンドル （出力群） の一部 （図 1 5では 1つのファイバーバンドル） の出力端 8 5 0は単独又は少数のファイバ一光増幅器で構成し、 他 （図 1 5では 4つ） の ファイバーバンドル出力端 8 5 1はファイバ一光増幅器の数が同数となるように 均等に分割された複数のファイバ一光増幅器を束ねたものである。 そして、 これ ら出力光は各出力群 （ファイバーバンドル） ごとに設けられた波長変換部 8 5 2 〜8 5 7で所定波長の紫外光に変換され、 例えば露光装置へ供給される。 なお、 3段の波長変換部 8 5 2〜 8 5 4はそれぞれ複数 （ 5つ） のファイバーバンドル と同数の波長変換部から構成され、 その波長変換部 8 5 2〜8 5 4の入射側にそ れぞれ配置される集光光学素子 8 5 5〜8 5 7もそれぞれファイバーバンドルと 同数の集光レンズから構成されている。
ここで、 本例による紫外レーザ装置を露光装置 （図 1 9又は図 2 0 ) に適用す る場合、 4つのファイバーバンドルの出力端 8 5 1からそれぞれ発生する基本波 は、 波長変換部 （8 5 2〜8 5 7 ) で紫外光に波長変換され、 この紫外光が露光 用照明光として照明光学系を通ってレチクルに照射される。 即ち、 4つのフアイ バーバンドルは露光用光源として使用される。 一方、 単独あるいは少数のフアイ バー光増幅器で構成されるファイバ一バンドルの出力端 8 5 0から発生して、 紫 外光に波長変換された光出力は、 露光装置に設けられるァライメント系、 又はモ 二夕一系などに導かれる。 即ち、 1つのファイバ一バンドル （8 5 0 ) はァライ メン卜用光源などとして使用される。 なお、 ファイバーバンドル出力端 8 5 0か ら発生して波長変換された紫外光は、 例えば 3段目の波長変換部 8 5 4に結合さ れる無ドープ'ファイバーによってァライメント系などに伝送される。
ところで、 図 1 6では 4つのファイバ一バンドルの出力端 8 5 1から発生する 基本波を紫外光に波長変換して照明光学系に導くものとしたが、 そのファイバー バンドルの数は 1つであっても複数であってもよい。 また、 ァライメントゃモニ ターに用いるフ ィバーバンドルは 1つであつたが、その数を複数としてもよく、 この複数のフアイバーバンドルから射出される光をそれぞれ異なる光学系に導く ようにしてもよい。
本例では、 露光用光源とァライメント用、 又はモニタ一用等に使用する光源と が同一であり、 露光用照明光とァライメント用照明光などとは同一の単一波長発 振レーザの出力光を分岐、 増幅、 及び波長変換したものとなり、 同一波長の紫外 光を用いることができる。 このため、 ァライメントあるいは各種のモニターを露 光装置の照明光学系や投影光学系などの光学系を通して行うことが可能になる。 従って、 ァライメント用光学系などの設計が容易になり、 その構成を大幅に簡略 化できる、 あるいは別途設ける必要がなくなり、 露光装置を簡易に構築すること が可能となる。 なお、 露光用照明光の照射とァライメント用照明光などの照射と を同時に行わないことがあるので、 例えば照明光路内にそれぞれシャッターを設 ける、 あるいは TDM 2 3によってパルス光を振り分けるチャネルを選択するよ うにして、 その照射のタイミングを独立に制御することが好ましい。
さらに、 投影光学系の焦点位置、 投影倍率、 収差、 及びテレセントリシティな どを計測するために、 前述のァライメント用やモニター用の紫外光を用いること ができ、 その計測精度を向上させることが可能となる。 なお、 投影光学系の結像 面と感光基板 （ウェハ） との焦点合わせを行う場合にも、 露光波長と同一波長の 光を使用し、 かつ投影光学系を通してその焦点合わせを行うことにより、 位置合 わせ精度の向上も同時に達成することができる。
ところで、 以上説明した様な本 施形態 （図 1 5、 図 1 6 ) の構成によれば、 (一光増幅器のファイバー出力を複数の群に分割し、 非線形光学結晶への 入力光を分割することにより、 非線形光学結晶への入射パワーを効果的に低減で きる。 従って、 非線形光学結晶中での光吸収 ·熱効果に起因する出力低下や光損 傷などの問題を解決することができる。 なお、 ファイバ一光増幅器の出力端の分 割数 （ファイバ一バンドルの数） は 4つ又は 5つに限られるものではなく、 2つ 以上であればよい。
次に、 本発明に係る紫外光発生装置における光増幅器と波長変換部との結合部 について実施形態 8として説明する。 ここで、 光増幅器の出力端は前述の実施形 態 1及び 2で述べたようにフアイバー光増幅器の出射端がバンドル状に束ねられ 形成されている。 このとき、 各ファイバ一光増幅器のクラッド直径は 1 2 5 m 程度であることから、 1 2 8本を束ねた出力端でのバンドルの直径は約 2 mm以 下とすることができる。
ここで、 バンドルの数及び形状は、 波長変換部の構成や必要とされる光源の形 状に合わせて定めることが可能であり、 例えば実施形態 1、 2では一つの円形断 面を有するバンドルの場合を示している （1 1 4、 2 9、 5 0 1、 6 0 1、 7 0 1等） 。 このとき、 ファイバ一光増幅器の出力端部が例えば図 9あるいは図 1 0 に示したように平坦面に形成されている場合には、 ファイバーバンドルの出力端 と第 1段目の波長変換部 （非線形光学結晶） との間に集光レンズ （例えば図 1 5 の集光レンズ 8 4 5など） を設けて、 ファイバーバンドルから発生する光を非線 形光学結晶に集光させることにより、 ファイバ一光増幅器の出力光を有効に入射 させることができる。
また、本発明に係るこの結合部の他の実施例を図 1 7に示す。 図 1 7において、 複数のファイバ一光増幅器の出射端が束ねられたファイバ一バンドル出力端 9 0 1から基本波が射出されるが、ファイバ一光増幅器毎にレンズ 9 0 2が配置され、 このレンズ 9 0 2によって基本波は 1段目の波長変換部 （非線形光学結晶） 9 0 3 (例えば第 4の実施形態 （図 1 1 ) における 5 0 2、 5 0 7、 5 1 8、 5 3 3 等） に集光する。 本実施例では、 ファイバーバンドル全体の直径を 2 mm、 ファ ィバーバンドルを構成する各ファイバ一光増幅器のモード径を 2 O ^ mとし、 個 別のレンズ 9 0 2により、 1段目の波長変換部 9 0 3に集光する例について示す。 なお、 1段目の波長変換部 9 0 3と 2段目の波長変換部 9 0 6との間には一対の レンズ 9 0 4、 9 0 5が配置されており、 波長変換部 9 0 3から射出される光が その波長変換部 9 0 3への入射時と同じ条件で波長変換部 9 0 6に入射するよう になっている。
このような実施形態においては、 非線形光学結晶での各ビーム径が最適な高調 波変換効率を得るのに望ましい大きさ （例えば本実施例では 2 0 0 m程度） と なる様に、 集光レンズ 9 0 2の倍率 （例えば本実施例では 1 0倍程度） を選ぶ。 各ファイバ一出力を個別のレンズ 9 0 2により集光しているため、 ファイバーバ ンドル中のすべてのファイバーから集光された非線形結晶中での全光束の占める 大きさ （断面積） は、 集光レンズの倍率によらずファイバーバンドル自身の直径 程度となる。 従って、 必要な波長変換結晶の大きさ （断面） は、 ファイバーバン ドルの直径程度となるため、 数ミリ角程度の小さな波長変換結晶を用いることが でき経済的である。 なお、 レンズ 9 0 2を設ける代わりに、 ファイバ一出力端面 を直接、 球面あるいは非球面のレンズ状に加工して集光光学素子の機能を持たせ てもよい。
次に、 光増幅器と波長変換部との結合部におけるファイバー出力端の他の実施 例を図 1 8に示す。 図 1 8 ( a ) および （c ) に示した実施例は、 図 1 7に示し た集光レンズ 9 0 2を、 ファイバー 4 5 2毎にその出力端部に形成する、 及びこ れを出力群ごとにバンドル状にまとめた例を示している。 本例では、 ファイバー 4 5 2毎にその出力端部に集光光学素子 4 5 3が形成されているが、 これは既に 図 1 0 ( a ) を用いて説明したファイバー出力端部に設けた窓部材 4 3 3をレン ズ状に加工し、 集光光学素子の機能を持たせたものである。 このように構成する ことにより、 図 1 7と同様の集光機能を備えると共にファイバ一出力端面の損傷 を抑制することができる。
また、 図 1 8 ( b ) は複数のファイバー 4 6 2を束ねた出力群ごとに集光光学 素子 4 6 3を設ける場合の実施例である。 本例では、 例えば図 1 5に示した集光 レンズ 8 4 5をファイバーバンドルの出力端部に形成したものであり、 既に図 1 0 ( b ) を用いて説明した窓部材 4 4 3を球面あるいは非球面のレンズ状に加工 して集光光学素子の機能を持たせたものである。
なお、 ファイバ一端部あるいは窓部材の出力面を、 球面あるいは非球面のレン ズ形状に加工する代わりに、 熱イオン交換法や電解イオン交換法等のイオン交換 法を用いてファイバ一端部を、 あるいは窓部材としてガラス窓を用いるときには ガラス窓端部のガラス組成を、 イオン交換により部分的に変化させ、 これにより レンズと同等の屈折率分布を持たせることで集光光学機能を持たせるものであつ ても良い。 また、 図 1 8 ( a ) 〜 （c ) ではファイバ一内のコア 4 5 1、 4 6 1 の径は拡大されていないが、 このコア径の拡大を併用することもできる。
さて、 2段目以降の波長変換部 （非線形光学結晶） への集光は、 1段目の場合 と同様にファイバー毎、 又はバンドル毎にその出力を個別のレンズにより行うこ ともできるが、 本実施例ではファイバ一バンドルの全出力を共通の 1組あるいは 1個のレンズで集光する場合について記述している。 このように共通のレンズを 使用することにより、 使用するレンズの数が少なくなり、 レンズのァライメント も容易になるため、 経済的である。
なお、 波長変換結晶 （非線形光学結晶） の出力端はその波長変換結晶で集光さ れたビームのレイリー長のなかに位置するため、 波長変換結晶からの射出ビーム は波長変換結晶の出力端でほぼ平行光となる。 本実施例 （図 1 7 ) ではこの射出 ビームを一対のレンズ 9 0 4 , 9 0 5により 2段目の波長変換結晶 9 0 6に集光 する場合について示した。 ここで、 レンズ対の焦点距離は 2段目の波長変換部 9 0 6で最適な変換効率を得るのに望ましいビーム径となる倍率に定めることがで きる。 なお、 図 1 1、 図 1 3、 図 1 4に示した波長変換結晶に基本波又はその高 調波を集光する集光光学素子 （例えば図 1 1 ( a ) に示す 5 0 5、 5 0 6等） は 1個のレンズで構成されていたが、 本実施例のように 1組のレンズで構成するこ とも可能である。
このように実施の形態 1 ~ 3に示した構成により基本波発生部 （レーザ光発生 部及び光増幅器） を構成し、 実施の形態 4 ~ 7に示した構成により波長変換部を 構成し、 また実施形態 8に示した構成により光増幅器と波長変換部との結合部を 構成することによって、 出力波長 1 5 7 n m、 1 9 3 n m等の紫外光出力を得る ことができる。 これらはそれぞれ F 2レーザ、 A r Fエキシマレーザの発振波長と 同一波長である。
しかも、 この様にして得られる紫外出力光は、 例えば実施の形態 1による基本 波発生部を用いて構成した場合には、 約 3 n sの間隔で発光するパルス光である ため、 互いに時間的に重なり合うことがなく、 極めて狭帯域化された単一波長の 紫外光でありながら、 個々の出力光は互いに干渉することがない。 また、 例えば 実施の形態 2による基本波発生部を用いて構成した場合には得られる紫外出力光 は、 約 7 8 n sの等間隔で発光するパルス光であるため、 互いに時間的に重なり 合うことがなく、 極めて狭帯域化された単一波長の紫外光でありながら、 個々の 出力光は互いに干渉することがない。
さらに、 例えば特開平 8— 3 3 4 8 0 3号公報に開示されているような固体紫 外レーザアレイでは、 並列化された個々の基本波レーザに対し （個々のレーザ要 素ごとに） それぞれ波長変換部が必要であるが、 本実施形態によれば基本波出力 のファイバーバンドル直径が全チャネルをあわせても 2 mm以下であるため、 わ ずか 1組の波長変換部ですベてのチャネルの波長変換を行うことが可能である。 しかも、 出力端が柔軟なファイバ一であるため、 波長変換部と単一波長発振レー ザゃスプリッ夕、 時分割光分岐装置等の他の構成部とを分けて配置することが可 能となるなど、 配置の自由度が極めて高い。 従って、 本発明により安価でコンパ クトかつ、 単一波長でありながら空間的コヒーレンスの低い紫外レーザ装置が提 供できる。
次に本発明に係る紫外レーザ装置の第 9の実施形態について説明する。 本実施 形態による紫外レーザ装置は、 既にこれまでの第 1から第 8の実施形態で述べて きた様な紫外レーザ装置が露光装置用光源であることを特徴とするものである。 以下、 本発明に係る紫外レーザ装置を用いた露光装置の実施例について図 1 9 を参照しながら説明する。 光リソグラフイエ程で使用される露光装置は、 原理的 には写真製版と同じであり、 フォトマスク （レチクル） 上に精密に描かれた回路 パターンを、 フォトレジストを塗布した半導体ウェハー上に光学的に縮小投影し て転写する。 本発明に係る紫外レーザ装置 1 2 6 1は、 照明光学系 1 2 6 2、 投 影光学系 1 2 6 5などを含む露光装置全体と一体に設けられている。 このとき、 照明光学系 1 2 6 2を支持する架台に紫外レーザ装置 1 2 6 1を固定しても良い し、 あるいは紫外レーザ装置 1 2 6 1を単独で架台に固定しても良い。 但し、 紫 外レーザ装置 1 2 6 1に接続される電源などは別置きにしておくことが好ましい。 また、 紫外レーザ装置 1 2 6 1をレーザ光発生部および光増幅器を有する第 1 部分と、 波長変換部を有する第 2部分とに分け、 第 2部分を照明光学系 1 2 6 2 と一体に架台に固定し、 第 1部分をその架台と異なる架台に固定しても良い。 さ らに、 露光装置本体を収納するチャンバ一内に紫外レーザ装置 1 2 6 1をすベて 配置しても良いし、'あるいは紫外レーザ装置 1 2 6 1の一部、 例えば波長変換部 をチャンバ一内に配置し、 残りの部分はチャンバ一の外側に配置するようにして も良い。 また、 紫外レーザ装置 1 2 6 1の制御系はチャンバ一とは別置される制 御ラックに収納しても良いし、 あるいは表示部 （ディスプレイ） 、 スィッチ類な どをチャンバ一と一体にその外側に配置し、 残りはチャンバ一内に配置しても良 い。
そして、 本発明により狭帯域化されかつ空間的コヒーレンスの低い紫外光は、 照明光学系 1 2 6 2により必要な投影面上での照度分布が均一となるように拡大 投影され、 集積回路の回路パターンが精密に描かれた石英マスク （石英レチクル） 1 2 6 3上に照射される。 レチクル 1 2 6 3の回路パターンは、 投影光学系 1 2 6 5により所定の縮小倍率で縮小されフォトレジス卜の塗布された半導体ウェハ 一 （例えばシリコンウェハー） 1 2 6 6に投影され、 前記回路パターンがウェハ —上に結像 ·転写される。
照明光学系 1 2 6 2は、 レチクル 1 2 6 3のパターン面とほぼ共役な面内に配 置され、 かつレチクル 1 2 6 3上での照明領域を規定する視野絞り、 照明光学系 1 2 6 2内でレチクル 1 2 6 3のパターン面とほぼフーリエ変換の関係となる所 定面上での紫外光の光量分布を規定する開口絞り、 および開口絞りを射出する紫 外光をレチクル 1 2 6 3に照射するコンデンサーレンズなどを含む。 このとき、 その所定面 （フーリエ変換面） 上での紫外光を光量分布を変更するために、 互い に形状と大きさとの少なくとも一方が異なる複数の開口絞りを夕一レツ卜に設け、 レチクル 1 2 6 3のパターンに応じて選択される複数の開口絞りの一つを照明光 学系 1 2 6 2の光路内に配置するようにしても良い。 また、 紫外レーザ装置 1 2 6 1の波長変換部と視野絞りとの間にオプティカルインテグレー夕 （ホモジナイ ザ） を配置しても良く、 フライアイレンズを用いるときはその射出側焦点面がレ チクル 1 2 6 3のパターン面とほぼフーリエ変換の関係となるように配置し、 口 ッドインテグレー夕を用いるときはその射出面がレチクル 1 2 6 3のパターン面 とほぼ共役となるように配置すればよい。
なお、 露光装置の露光開始シャツ夕としては、 既に実施形態 1〜 3で説明した 電気光学変調素子あるいは音響光学変調素子 （1 2、 2 2、 3 2 ) を用いること ができる。 電気光学変調素子あるいは音響光学変調素子をオフの状態すなわちパ ルスを発生しない （内部損失が大の） 状態からオンの状態すなわちパルスを発生 する （パルス状に内部損失が小となる） 状態に切り替えて露光を開始する。
なお、 紫外レーザ装置 1 2 6 1を有する露光装置では、 紫外レーザ装置 1 2 6 1を構成する単一波長発振レーザから連続光を山力させてもよいし、 あるいは単 一波長発振レーザをパルス発振させるようにしてもよい。 特に後者では、 単一波 長発振レーザの電流制御と前述の電気光学変調素子又は音響光学変調素子の制御 とを併用して、 レチクル 1 2 6 3及び半導体ウェハ 1 2 6 6に照射される紫外光 (パルス光） の発振間隔や発振の開始及びその停止などを制御するようにしても よい。 また、 本実施形態での紫外レーザ装置 1 2 6 1を有する露光装置では、 機 械的なシャッ夕を用いてウェハ 1 2 6 6上での紫外光の積算光量を制御する必要 はないが、 例えば紫外レーザ装置 1 2 6 1の出力 （パワー、 中心波長、 波長幅な ど） を安定化するために紫外光を発振させるとき、 その紫外光がウェハ 1 2 6 6 に到達してフォトレジストを感光させるのを防止するために、 紫外レーザ装置 1 2 6 1とゥェ八 1 2 6 6との間の照明光路内にシャツ夕を配置しても良いし、 あ るいはステージ 1 2 6 7を駆動してウェハ 1 2 6 6を紫外光の照射領域から退避 させるようにしても良い。
半導体ウェハー 1 2 6 6は、 駆動機構 1 2 6 9を具備するステージ 1 2 6 7上 に載置され、 一回の露光が完了する度にステージを移動することにより、 半導体 ウェハー上の異なる位置に回路パターンが転写される。この様なステージの駆動、 露光方式をステップ'アンド ' リピート方式という。 ステージの駆動、 露光方式 にはこのほかに、 レチクル 1 2 6 3を支持する支持部材 1 2 6 4にも駆動機構を 設け、 レチクルと半導体ウェハとを同期移動して走査露光を行うステップ 'アン ド ·スキャン方式があるが、 この方式についても本発明の紫外レーザ装置を適用 することが可能である。 なお、 本発明に係る紫外レーザ装置を用いた露光装置の様に紫外光で露光を行 う露光装置では、 通常、 照明光学系 1 2 6 2、 投影光学系 1 2 6 5ともに色補正 なしの全石英レンズ構成である。 また、 特に紫外光の波長が 2 0 0 n m以下であ るときは、 投影光学系 1 2 6 5を構成する複数の屈折光学素子のうち少なくとも 一つを蛍石で構成しても良いし、 あるいは少なくともひとつの反射光学素子 （凹 面鏡、 ミラー等） と屈折光学素子とを組み合わせた反射屈折光学系を用いるよう にしてもよい。
以上のように、 本発明に係る紫外レーザ装置を用いた露光装置は従来の他の方 式 （エキシマレーザや固体レーザを用いた露光装置） にくらべて小型であり、 ま た、 各要素がファイバー接続されて構成されているため装置を構成する各ュニッ 卜の配置の自由度が高い。 図 2 0には、 このような本発明に係る紫外レーザ装置 の特質を生かした他の実施例を示す。
この実施例は、 実施形態 1〜3に記載したレーザ装置のレーザ光発生部 （単一 波長レーザ、 光分岐装置等） および光増幅器の構成部分と、 実施形態 4〜 7に記 載した波長変換部とを分離して配置し、 露光装置を構成したものである。 すなわ ち、 波長変換部 1 2 7 2を露光装置本体に載置する一方、 紫外レーザ装置の他の 部分 （レーザ光発生部、 光増幅器等） 1 2 7 1を露光装置本体の外に別置して設 け、 これらの間を接続用ファイバー 1 2 7 3で接続することにより紫外レーザ装 置を構成する。 ここで、 接続用ファイバー 1 2 7 3は、 ファイバ一光増幅器のフ アイバー自身 （例えば実施形態 1におけるファイバーバンドル 1 1 4等） 、 無ド ープのファイバー、 あるいはこれらの組み合わせであっても良い。 なお、 紫外レ 一ザ装置以外の露光装置本体の部分は図 1 9と同一の装置を用いて構成すること ができる。
このような構成とすることにより、 ファイバ一光増幅器の励起用半導体レーザ や半導体レーザのドライブ用電源、 温度コントローラ等の発熱を伴う主要な構成 部分を露光装置本体の外に配設することができる。 従って、 露光装置本体が露光 光源である紫外レーザ装置からの発熱の影響を受けて光軸のァラィメン卜が狂う 等熱に起因する問題を抑制することができる。
ところで、 図 2 0に示すようにレチクル 1 2 6 3を保持するレチクルステージ 1 2 6 4は駆動機構 1 2 6 8によって X方向、 Y方向に移動可能で、 かつ微小回 転可能に構成されている。 また、 ウェハステージ 1 2 6 7上には基準マーク板 F Mが設けられており、 この基準マーク板は後述するベースライン計測などに用い られる。 さらに本例では、 レチクル 1 2 6 3上のァライメントマークを検出する ァライメント系 1 2 8 0と、 投影光学系 1 2 6 5とは別設されるオファクシス方 式のァライメント系 1 2 8 1とが設けられている。
ァライメント系 1 2 8 0は、 露光用照明光、 又はそれと同一波長域の照明光を レチクル 1 2 6 3上のァライメントマーク、 及び投影光学系 1 2 6 5を通して基 準マーク板 F M上の基準マークに照射するとともに、 両マークから発生する光を 撮像素子 （C C D) で受光してその位置ずれを検出するものであり、 レチクル 1 2 6 3のァライメントゃァライメント系 1 2 8 1のべ一スライン計測などに用い られる。 オファクシス方式のァライメント系 1 2 8 1は、 例えば 5 5 0〜7 5 0 nm程度の波長幅を持つ白色光 （ブロードバンド光） を半導体ウェハ 1 2 6 6上 のァライメントマ一クに照射するとともに、 その内部に設けられる指標マークの 像とァライメントマークの像とを撮像素子 （C C D) 上に結像させて両マークの 位置ずれを検出するものである。 なお、 ァライメント系 1 2 8 0、 1 2 8 1でそ れぞれ基準マーク板 F M上の基準マークを検出することで、 その検出結果からァ ライメント系 1 2 8 1のベースライン量を計測することができる。 なお、 ベース ライン計測は半導体ウェハの露光開始前に行われるが、 半導体ウェハを交換する たびにベースライン計測を行ってもよいし、 あるいは複数枚の半導体ウェハの露 光動作に 1回の割合でベースライン計測を行うようにしてもよい。 但し、 レチク ル交換後には必ずベースライン計測が行われる。
さて、 本例では紫外レーザ装置 （基本波発生部） 1 2 7 1に接続される波長変 換部として図 1 6に示した波長変換部を用いる。 即ち、 4つのファイバーバンド ル出力端 8 5 1から発生する基本波が入射する波長変換部 1 2 7 2と、 ファイバ 一バンドル出力端 8 5 0から発生する基本波が入射する波長変換部 1 2 7 9とを 分離し、波長変換部 1 2 7 2は照明光学系 1 2 6 2を保持する架台に一体に設け、 波長変換部 1 2 7 9はァライメント系 1 2 8 0を保持する架台に一体に設ける。 このとき、 ファイバ一バンドル出力端 8 5 0に接続用ファイバ一 1 2 7 8を結合 して基本波を波長変換部 1 2 7 9に導く。 これにより、 ァライメント系 1 2 8 0 の光源を別途用意する必要がなくなるとともに、 露光用照明光と同一波長の照明 光を用いて基準マークを検出でき、 高精度なマーク検出が可能となる。
なお、 本例では露光用照明光と同一波長の照明光をァライメント系 1 2 8 0に 導くものとしたが、 露光用照明光の波長 （例えば 1 9 3 nm) よりも長い波長を ァライメント系 1 2 8 0、 又は 1 2 8 1などに導くようにしてもよい。 即ち、 図 1 6に示した 3段の波長変換部のうち、 例えば 2段目の波長変換部 8 5 3から射 出されるパルス光を接続用ファイバ一でァライメン卜系に導けばよい。 また、 1 段目の波長変換部 8 5 2から射出されるパルス光の一部を分岐するとともに、 そ の残りのパルス光を 2段目の波長変換部 8 5 3で波長変換し、 2つの波長変換部 8 5 2、 8 5 3からそれぞれ射出される互いに波長が異なる 2つのパルス光をァ ライメント系に導くようにしてもよい。
また、 図 2 0に示した露光装置には、 基本波発生部 1 2 7 1内の単一波長発振 レーザ、 例えば D F B半導体レーザ （図 1中の 1 1など） が載置されるヒートシ ンクに設けられた温度調整器 （例えばペルチェ素子） を用いてその温度を調整す ることで、 D F B半導体レーザの発振波長、 即ちレチクル 1 2 6 3に照射される 紫外レーザ光 （露光用照明光） の波長を制御する波長制御装置 1 2 7 4が設けら れている。 波長制御装置 1 2 7 4は、 D F B半導体レーザの温度を 0 . 0 0 1 ° C単位で制御することで、 紫外レーザ光の中心波長の安定化、 及び投影光学系 1 2 6 5の光学特性 （収差、 焦点位置、 投影倍率など） の調整などを行うものであ る。 これにより、 半導体ウェハの露光動作中における紫外レーザ光の波長安定性 を向上させることができ、 かつ紫外レーザ光の照射、 及び大気圧変化などに起因 して変動する投影光学系 1 2 6 5の光学特性を簡単に調整することができる。 さらに、 図 2 0に示した露光装置には、 基本波発生部 1 2 7 1内で単一波長発 振レーザ （D F B半導体レーザなど） から発生する連続光をパルス光に変換する 光変調素子 （図 1中の 1 2など） にドライブ用電圧パルスを印加するパルス制御 部 1 2 7 5と、 半導体ウェハ 1 2 6 6に塗布されるフォトレジス卜の感度特性に 応じて、 回路パターン転写時にそのフォトレジストを露光するのに必要なパルス 数を計算するとともに、 そのパルス数に応じてパルス制御部 1 2 7 5から出力さ れる制御パルスの発振タイミング、 及びその大きさなどを制御する露光制御部 1 2 7 6と、 露光装置全体を統括制御する制御装置 1 2 7 7とが設けられている。 ここで、 パルス制御部 1 2 7 5は基本波発生部 1 2 7 1内の単一波長発振レー ザ （1 1など） の電流制御を行って、 その単一波長発振レーザをパルス発振させ ることもできるようになつている。 即ち、 パルス制御部 1 2 7 5による電流制御 によって、 単一波長発振レーザは連続光とパルス光とを切り替えて出力すること が可能となる。 本実施例では、 パルス制御部 1 2 7 5によって単一波長発振レー ザをパルス発振させるとともに、 前述した光変調素子の制御によってその発振さ れるパルス光 （パルス幅が 1 0 ~ 2 0 n m程度） からその一郎のみを切り出す、 即ちパルス幅が 1 n sのパルス光に変調する。 これにより、 光変調素子のみを用 いて連続光をパルス光に変換する場合に比べて、 パルス幅が狭いパルス光を容易 に発生させることが可能になるとともに、 露光制御部 1 2 7 6によってパルス光 の発振間隔や発振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが可能にな つている。
また、 パルス制御部 1 2 7 5は単一波長発振レーザのパルス発振と連続発振と の切替だけでなく、 そのパルス発振時における発振間隔やパルス幅などの制御を 行うとともに、 パルス光の出力変動を補償するように、 単一波長発振レーザの発 振制御と、 光変調素子に印加する電圧パルスの大きさの制御との少なくとも一方 を行う。 これにより、 パルス光の発振間隔の変更時、 あるいはパルス光の発振再 開時などに生じるパルス光の出力変動を補償することができる。 即ちパルス毎に その出力 （強度） を常にほぼ一定値に維持することが可能となる。
さらにパルス制御部 1 2 7 5は、 基本波発生部 1 2 7 1内で直列に配置される 複数のファイバ一光増幅器 （図 1中の 1 3、 1 8、 1 9など） の少なくとも 1つ の利得を調整し、 この利得調整のみ、 あるいは前述した光変調素子の制御との併 用によって、 半導体ウェハ上でのパルス光の強度を制御することが可能となって いる。 なお、 光分岐装置で並列分割される複数のチャネルに対応して並列に設け られるファイバ一光増幅器の少なくとも 1つの利得も同様に制御することも可能 となっている。
また、 露光制御部 1 2 7 6は基本波発生部 1 2 7 1から出力される基本波、 又 は波長変換部 1 2 7 2から出力される紫外光、あるいは波長変換部 1 2 7 2内で、 例えば 1段目又は 2段目の非線形光学結晶から出力されるパルス光を検出すると ともに、 この検出値 （強度、 波長、 及び波長幅などを含む） に基づいてパルス制 御部 1 2 7 5を制御し、 前述したパルス光の発振間隔、 その発振の開始と停止、 及びパルス光の強度などを調整するようになっている。 さらに、 その検出値は波 長制御装置 1 2 7 4にも入力され、 波長制御装置 1 2 7 4はその検出値に基づい て単一波長発振レーザの温度制御を行い、 露光用照明光 （紫外レーザ光） の中心 波長や波長幅を調整するようになっている。
制御装置 1 2 7 7は、 半導体ウェハ又はそれを保持するカセッ卜に付された識 別記号 （バーコードなど） の読取装置 （不図示） 、 あるいはオペレー夕から入力 されるフォトレジストの感度特性に関する情報を露光制御部 1 2 7 6に送り、 露 光制御部 1 2 7 6はその入力情報に基づいてパターン転写に必要な露光パルス数 を計算する。 さらに露光制御部 1 2 7 6は、 露光パルス数とこれに応じて決定さ れるパルス光の強度とに基づいてパルス制御部 1 2 7 5を制御し、 光変調素子に 印加する制御パルスの発振タイミング、 及びその大きさを調整する。 これにより、 露光の開始と終了、 及び半導体ウェハ 1 2 6 6上に照射されるパルス光の強度が 制御され、 複数のパルス光の照射によってフォトレジストに与えられる積算光量 がその感度に応じた適正露光量に制御される。
なお、 露光制御部 1 2 7 6はパルス制御部 1 2 7 5に指令を送って、 単一波長 発振レーザの電流制御を行わせることで、 その電流制御のみ、 あるいは光変調素 子の制御との併用によって露光 （パルス発振） の開始と終了などを制御できるよ うになつている。
ここで、 本例での基本波発生部 1 2 7 1として図 1又は図 2のレーザ装置を用 いる場合、 光変調素子で切り出される 1つのパルス光が複数 （1 2 8個） に分割 されることになるが、 本例ではその分割された 1 2 8個のパルス光を 1パルスと して、 このパルス単位で露光量制御を行うようにしてもよいし、 あるいはその分 割された 1 2 8個のパルス光をそれぞれ 1パルスとして露光量制御を行うように してもよい。 なお、 後者の露光量制御を行う場合には、 パルス制御部 1 2 7 5に よる光変調素子の制御の代わりに、 基本波発生部 1 2 7 1内のファイバ一光増幅 器の利得を調整して、 半導体ウェハ上でのパルス光の強度を制御するようにして もよいし、 あるいはこの 2つの制御を併用するようにしてもよい。
また、 図 2 0に示した露光装置は、 ステップ ·アンド · リピート方式とステツ プ'アンド ·スキャン方式とを選択的に切り替えて半導体ウェハの露光を行うこ とが可能となっている。 ステップ'アンド · リピート方式では、 レチクル 1 2 6 3上の回路パターンの全体が露光用照明光で照射されるように、 照明光学系 1 2 6 2内の視野絞り （レチクルブラインド） を駆動してその開口の大きさなどを調 整する。 一方、 ステップ'アンド 'スキャン方式では、 投影光学系 1 2 6 5の円 形投影視野内で露光用照明光の照射領域がレチクル 1 2 6 3の走査方向と直交す る方向に沿って延びる矩形スリット状に制限されるように視野絞りの開口を調整 する。 従って、 ステップ 'アンド ·スキャン方式ではレチクル 1 2 6 3上の回路 パターンの一部のみが照明されるので、 その回路パターンの全体を半導体ウェハ 上に走査露光するために、 露光用照明光に対してレチクル 1 2 6 3を相対移動す るのに同期して、 投影光学系 1 2 6 5の投影倍率に応じた速度比で半導体ウェハ 1 2 6 6を露光用照明光に対して相対移動する。
ところで、 前述の走査露光時における露光量制御では、 光変調素子によって規 定されるパルス繰り返し周波数 f と、 図 2に示した T DM 2 3によって規定され るチャネル間の遅延時間との少なくとも一方を調整して、 走査露光中に基本波発 生部 1 2 7 1から複数のパルス光を等時間間隔で発振させる。 さらに、 フオトレ ジストの感度特性に応じて、 半導体ウェハ上でのパルス光の強度， 半導体ウェハ の走査速度、 パルス光の発振間隔 （周波数） 、 及び半導体ウェハの走査方向に関 するパルス光 （即ちその照射領域） の幅の少なくとも 1つを調整し、 半導体ゥェ ハ上の各点が照射領域を横切る間に照射される複数のパルス光の積算光量を適正 露光量に制御する。 このとき、 スループットを考慮して、 半導体ウェハの走査速 度がウェハステージ 1 2 6 7の最高速度にほぼ維持されるように、 露光量制御で は他の制御パラメ一夕、 即ちパルス光の強度、 発振周波数、 及び照射領域の幅の 少なくとも 1つを調整すること力好ましい。
また、 図 1又は図 2に示したレーザ装置を用いて走査露光を行う場合、 露光量 制御では前述のように分割される 1 2 8個のパルス光をそれぞれ 1パルスとして 等時間間隔で発振させることが好ましい。 但し、 半導体ウェハの走査速度に応じ てその分割された 1 2 8個のパルス光の発振間隔を調整して、 その 1 2 8個のパ ルス光が 1パルスと見做せる、 即ち 1 2 8個のパルス光が照射される間に半導体 ウェハが移動する距離が露光量制御精度を低下させる要因とならないのであれば、 その 1 2 8個のパルス光を 1パルスとして露光量制御を行うようにしてもよい。 なお、 以上に示した本発明の各実施形態の説明に於いては、 A r Fエキシマレ —ザもしくは F 2レーザと同じ出力波長 1 9 3 nm、 1 5 7 nmを出力する紫外レ 一ザ装置の構成例について説明を行ったが、 本発明はこの波長のレーザ装置に限 定されるものでなく、 レーザー光発生部、 光増幅器、 波長変換部の構成内容を適 宜選択することにより、 例えば K r Fエキシマレ一ザと同じ出力波長 2 4 8 nm を発生する紫外レーザ装置を提供することも可能である。
例えば、 レーザ光発生部における単一波長発振レーザとして 9 9 2 n mで発振 するイツトリビゥム （Y b) ドープ'ファイバ一レーザあるいは半導体レーザを、 ファイバ一光増幅器としてイツトリビゥム · ドープ'ファイバ一光増幅器を用い、 波長変換部としてファイバ一光増幅器の出力を L B〇結晶を用いて第 2次高調波 (波長 4 9 6 nm) 発生を行い、 更にその出力を B B 0結晶を用いて第 4次高調 波 （波長 2 4 8 n m) の紫外光を発生するような 4倍高調波発生光路を構成する ことにより、 K r Fエキシマレーザと同じ 2 4 8 n mの紫外光を発生する紫外レ 一ザ装置を提供することができる。
なお、 前述した実施形態で用いるファイバ一 （ファイバ一光増幅器などを含む） はその表面をテフロンで被覆しておくことが好ましい。 このテフロンによる被覆 は全てのファイバ一について行うことが望ましい力 特に露光装置本体を収納す るチャンバ一内に配置されるファイバ一はテフロンで被覆しておく。 これは、 フ アイバーから発生する異物 （繊維などを含む） が露光装置を汚染する物質となり 得るためであり、 この汚染物質に起因して生じる照明光学系、 投影光学系、 及び ァライメン卜光学系などを構成する光学素子の曇り、 又はこれら光学系の透過率 (反射率） や光学特性 （収差などを含む） の変動、 もしくはレチクル又は半導体 ウェハ上での照度、及びその分布の変動などを防止することが可能となる。 また、 テフ口ンで被覆する代わりに、 チヤンバー内に配置されるファイバーをまとめて ステンレス製の筐体に収納するようにしてもよい。
なお、 半導体デバイスはその機能 ·性能設計を行うステップ、 この設計ステツ プに基づいてレチクルを製作するステツプ、 シリコン材料からウェハを製造する ステップ、 前述の露光装置を用いてレチクルのパターンをウェハに転写するステ ップ、 デバイスの組立ステップ （ダイシング工程、 ボンディング工程、 パッケ一 ジ工程を含む） 、 および検査ステップ等を経て製造される。 また、 前述の露光装 置は半導体素子の製造だけでなく、 例えば液晶ディスプレー、 撮像素子 （例えば C C D等） 、 薄膜磁気ヘッド、 またはレチクルの製造などにも用いることができ る。
さらに、 複数の光学素子から構成される照明光学系、 および投影光学系を露光 装置本体に組み込んでその光学調整を行うとともに、 多数の機械部品からなるレ チクルステージやウェハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続 し、 さらに総合調整 （電気調整、 動作確認等） を行うことによる本実施例の露光 装置を製造することができる。 また、 前述の露光装置では紫外レーザ装置 1 2 6 1の露光装置本体への取り付け、 または露光装置本体外に配置される紫外レーザ 装置 1 2 6 1の一部 （レーザ光発生部および光増幅器など） と本体内に配置され る波長変換部とをファイバーで接続したり、 紫外レーザ装置 1 2 6 1 (波長変換 部） と照明光学系 1 2 6 2との光軸合わせなどが行われる。 なお、 露光装置の製 造は温度、 およびクリーン度等力管理されたクリーンルームで行うことが望まし い。
なお、 以上の第 9実施形態では本発明によるレーザ装置を露光装置に適用 するものとしたが、 例えばウェハ上に形成された回路パターンの一部 （ヒューズ など） を切断するために用いられるレーザリペア装置などにも本発明によるレー ザ装置を用いることができる。 また、 本発明によるレーザ装置は吋視光又は赤外 光を用いる検査装置などにも適用することができる。 この場合、 前述の第 4〜第 7実施形態で説明した波長変換部をレーザ装置に組み込む必要がなくなる。即ち、 本発明は紫外レーザ装置だけでなく、 可視域又は赤外域の基本波を発生する、 波 長変換部がないレーザ装置に対しても有効なものである。

Claims

請求の範囲
1 . 赤外域から可視域までの波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生させる 単一波長発振レーザを有するレーザ光発生部と、
前記レーザ光発生部によつて発生されたレーザ光を増幅するフアイバー光増幅 器を有する光増幅器と、
前記増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換する波長 変換部とを備え、
単一波長の紫外光を発生することを特徴とする紫外レーザ装置。
2 . 前記単一波長発振レーザは、
前記発生させるレーザ光の発振波長を一定波長に制御する発振波長制御装置を 備えることを特徵とする請求項 1に記載の紫外レーザ装置。
3 . 前記紫外レーザ装置は、 前記単一波長発振レーザから発生されるレーザ 光を複数に分岐する光分岐装置をさらに備えたことを特徴とする請求項 1または 請求項 2に記載の紫外レーザ装置。
4 . 前記光分岐装置は、 前記単一波長発振レーザから発生させるレーザ光を 複数に並列分岐するスプリッ夕を有するとともに、
前記スプリッ夕の射出側には、 互いに長さの異なるファイバーが設けられるこ とを特徴とする請求項 3に記載の紫外レーザ装置。
5 . 前記互いに長さの異なるファイバ一の各長さは、
これらファイバ一の出力端における前記並列分岐されたレーザ光の相互の遅延 間隔が、 略一定間隔となるように定められることを特徴とする請求項 4に記載の 紫外レーザ装置。
6 . 前記互いに長さの異なるファイバーの各長さは、
これらファイバーの出力端における前記並列分岐されたレーザ光の相互の遅延 間隔が、 前記スプリッ夕に入射するレーザ光の繰り返し周波数と前記スプリッタ により並列分岐される分岐光路数との積の逆数となるうように定められることを 特徴とする請求項 5に記載の紫外レーザ装置。
7 . 前記光分岐装置は、 時分割光分岐装置 （Time Division Multiplexer) を有 することを特徴とする請求項 3に記載の紫外レーザ装置。
8 . 前記波長変換部の入射側に設けられる前記光増幅器の出力端部は、 ファイバー出力端部のコアをファイバー出力端面に向けてテーパ状に広げて形 成することを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか一項に記載の紫外レー ザ装置。
9 . 前記波長変換部の入射側に設けられる前記光増幅器の出力端部には、 ファイバー出力端部に設けられて、 前記光増幅器によって増幅されたレ一ザ光 を透過する窓部材を有することを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか一 項に記載の紫外レーザ装置。
1 0 . 前記光増幅器は、 エルビウム · ドープ'ファイバ一光増幅器を有する ことを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
1 1 . 前記光増幅器は、 エルビウムおよびィットリビゥムをともにド一プし たファイバ一光増幅器を有することを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれ か一項に記載の紫外レーザ装置。
1 2 . 前記光増幅器は、前記光分岐装置により分岐された複数の分岐光を各々 増幅する複数のファイバ一光増幅器を有することを特徴とする請求項 1から請求 項 7のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
1 3 . 前記光増幅器は、
前記紫外光の出力が所定の光出力となるように、 あるいは、 前記複数のフアイ バー光増幅器によって増幅された各々の光出力が所定の光出力となるように、 前記複数の光増幅器の各々の励起強度を制御するファイバー出力制御装置を有 することを特徴とする請求項 1 2に記載の紫外レーザ装置。
1 4. 前記波長変換部の入射側に設けられる前記光増幅器の出力端部は、 複数のファイバー出力端を一もしくは複数の出力群に分割し、 かつ出力群ごと に束ねて形成することを特徴とする請求項 1 2に記載の紫外レーザ装置。
1 5 . 前記複数の群に分割された光増幅器の出力群は、
一もしくは少数のファイバ一出力端を束ねて形成した第一の出力群と、 前記第 1の出力群を除いた残りのファイバー出力端を、 一もしくは複数の出力 群に略均等に分割して各々束ねた第 2の一もしくは複数の出力群とから構成する ことを特徴とする請求項 1 4に記載の紫外レーザ装置。
16. 前記波長変換部の入射側に設けられる前記光増幅器の出力端部は、 前記出力群ごとに束ねて形成された各ファイバー出力端部に設けられて、 前記 光増幅器によって増幅されたレーザ光を透過する窓部材を、 前記各出力群ごとに 有することを特徴とする請求項 14もしくは請求項 15に記載の紫外レーザ装置。
17. 前記波長変換部は前記光増幅器の出力群ごとに設けることを特徴とす る請求項 14もしくは請求項 15に記載の紫外レーザ装置。
18. 前記波長変換部の入力側には、 前記光増幅器から射出されるレーザ光 を前記非線形光学結晶に集光して入射させる集光光学素子を有することを特徴と する請求項 1から請求項 7のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
19. 前記集光光学素子は、 前記光増幅器の出力群ごとに設けることを特徴 とする請求項 18に記載の紫外レーザ装置。
20. 前記集光光学素子は、 前記光増幅器の出力群ごとに束ねられた出力端 部を、 それぞれの出力群ごとにレンズとすることにより設けることを特徴とする 請求項 19に記載の紫外レーザ装置。
21. 前記集光光学素子は、 前記光増幅器の複数のファイバー出力端にそれ ぞれ設けることを特徴とする請求項 18に記載の紫外レーザ装置。
22. 前記集光光学素子は、 前記光増幅器の複数のファイバー出力端部をそ れぞれレンズとすることにより設けることを特徴とする請求項 21に記載の紫外 レーザ装置。
23. 前記レーザ光発生部は、 波長が 1. 5 m付近の単一波長のレーザ光 を発生し、
前記波長変換部は、 前記光増幅器から出力される前記波長 1. 5 付近の基 本波を、 8倍高調波又は 10倍高調波の紫外光として発生させることを特徴とす る請求項 1から請求項 7のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
24. 前記単一波長発振レーザは、 1. 51 am〜l. 59 zmの範囲内に 発振波長を持つ D F B半導体レーザもしくはフアイバーレーザであり、
前記波長変換部は、 発生波長が 189 nm〜l 99 nmの範囲内である 8倍高 調波を発生することを特徴とする請求項 23に記載の紫外レーザ装置。
25. 前記単一波長発振レーザは、 1. 544 m〜l. 552 mの範囲 内に発振波長を持つレーザ光を発生し、
前記波長変換部は、 発生波長が A r Fエキシマレーザの発振波長と略同一波長 である 193ηπ！〜 194 nmの範囲内の 8倍高調波を発生することを特徴とす る請求項 23もしくは請求項 24に記載の紫外レーザ装置。
26. 前記波長変換部は、
前記基本波と、 前記基本波の 7倍高調波とから、 和周波発生により前記基本波 の 8倍高調波を発生する第 1の非線形光学結晶を有することを特徴とする請求項 23もしくは請求項 24に記載の紫外レーザ装置。
27. 前記波長変換部は、
前記基本波から 2次高調波発生により 2倍高調波を発生する第 2の非線形光学 結晶と、
前記基本波と前記 2倍高調波とから和周波発生により前記基本波の 3倍高調波 を発生する第 3の非線形光学結晶と、
前記 2倍高調波の 2次高調波発生により前記基本波の 4倍高調波を発生する第 4の非線形光学結晶と、
前記基本波の 3倍高調波と前記基本波の 4倍高調波とから和周波発生により前 記基本波の 7倍高調波を発生する第 5の非線形光学結晶とを有することを特徴と する請求項 26に記載の紫外レーザ装置。
28. 前記第 1から第 4の非線形光学結晶は L i B305 (LBO) 結晶であ 0、
前記第 5の非線形光学結晶は /3— B aB2〇4 (BBO) 結晶もしくは C s L i B6O10 (CLBO) 結晶であることを特徴とする請求項 27に記載の紫外レーザ
29. 前記単一波長発振レーザは、 1. 51 < π！〜 1. 59 imの範囲内に 発振波長を持つ D F B半導体レーザもしくはファイバ一レーザであり、
前記波長変換部は、 発生波長が 151 nm〜l 59 nmの範囲内である 10倍 高調波を発生することを特徴とする請求項 23に記載の紫外レーザ装置。
30. 前記単一波長発振レーザは、 1. 57 wm〜l. 58 mの範囲内に 発振波長を持つレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、 発生波長が F 2レーザの発振波長と略同一波長である 1 5 7 nm〜l 5 8 nmの範囲内の 1 0倍高調波を発生することを特徴とする請求項 2 3もしくは請求項 2 9に記載の紫外レーザ装置。
3 1 . 前記レーザ光発生部は、 波長が 1 . 1 付近の単一波長のレーザ光 を発生し、
前記波長変換部は、 前記光増幅器から出力される前記波長 1 . l ^ m付近の基 本波を、 7倍高調波の紫外光として発生させることを特徴とする請求項 1から請 求項 7のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
3 2 . 前記単一波長発振レーザは、 1 . 0 3 /z m〜l . 1 2 mの範囲内に 発振波長を持つ D F B半導体レーザもしくはファィバーレーザであり、
前記波長変換部は、 発生波長が 1 4 7 n m〜 1 6 0 n mの範囲内である 7倍高 調波を発生することを特徴とする請求項 3 1に記載の紫外レーザ装置。
3 3 . 前記単一波長発振レーザは、 1 . 0 9 9 n！〜 1 . 1 0 6 mの範囲 内に発振波長を持つレーザ光を発生し、
前記波長変換部は、 発生波長が F 2レーザの発振波長と略同一波長である 1 5 7 nm〜l 5 8 nmの範囲内の 7倍高調波を発生することを特徴とする請求項 3 1 に記載の紫外レーザ装置。
3 4. 前記単一波長発振レーザは、 イツトリビゥム · ド一プ ·ファイバーレ 一ザであることを特徴とする請求項 3 2もしくは請求項 3 3に記載の紫外レーザ 装置。
3 5 . 請求項 1から請求項 7のいずれか一項に記載される紫外レーザ装置を 光源として用いることを特徴とする露光装置。
3 6 . 前記紫外レーザ装置から射出される紫外光をマスク上に照射する照明 光学系と、 . 前記紫外光を照射され透過もしくは反射した前記マスクのパターン像を基板上 に投影する投影光学系とをさらに備えることを特徴とする請求項 3 5に記載の露 光装置。
3 7 . 前記光増幅器は複数のファイバ一光増幅器を有するとともに、 前記光 増幅器の出力端部は複数のフアイバー出力端を分割し、 各々束ねて形成された複 数の出力群を有する紫外レーザ装置を備えるものにおいて、
前記出力群のうちの少なくとも一つの出力群に対応して出力される紫外光を、 前記露光装置のァライメント用光源として用いることを特徴とする請求項 3 5も しくは請求項 3 6に記載の露光装置。
3 8 . マスクのパターン像を基板上に投影する投影光学系と、 前記紫外レー ザ装置から射出される紫外光を、 前記投影光学系の物体面側又は像面側に配置さ れるマークパターンに照射するパターン検出系とをさらに備えることを特徵とす る請求項 3 5もしくは請求項 3 6に記載の露光装置。
3 9. マスクのパターン像を基板上に転写する露光装置において、 単一波長のレーザ光を射出するレーザ装置と、
前記レーザ光を増幅する第 1のフアイバー光増幅器と、
前記増幅されたレーザ光を複数に分岐する光分岐装置と、
前記複数の分岐光をそれぞれ増幅する第 2のファイバ一光増幅器とを有する光 源と、
前記光源から射出されるレーザ光を露光装置に伝送する伝送光学系とを備えた ことを特徴とする露光装置。
4 0. 前記レーザ装置は赤外光又は可視光を射出し、
前記第 2のフアイバー光増幅器から射出されるレーザ光を紫外光に変換する波 長変換装置をさらに備えたことを特徴とする請求項 3 9に記載の露光装置。
4 1 . 前記光源は前記複数の分岐光の可干渉性を低減する光学装置を有する ことを特徴とする請求項 3 9もしくは請求項 4 0に記載の露光装置。
4 2. 連続光を発生する光源と、
前記連続光をパルス光に変換する光変調器と、
前記パルス光を増幅する第 1ファイバ一光増幅器と、
前記増幅されたパルス光を増幅する第 2フアイバー光増幅器とを備えたことを特 徵とするレーザ装置。
4 3 . 前記第 1及び第 2ファイバ一光増幅器の少なくとも一方の入射側に光 分割器を更に備え、 前記光分割器で複数に分割されるパルス光がその後段に配置 されるフアイバー光増幅器に入射することを特徴とする請求項 4 2に記載のレー ザ装置。
4 4. 前記分割された複数のパルス光をそれぞれ遅延させて前記光分割器の 後段に配置されるファイバ一光増幅器に入射させる遅延装置を更に備えたことを 特徴とする請求項 4 3に記載のレーザ装置。
4 5 . 前記第 2ファイバ一光増幅器は大モ一ド径ファイバーであることを特 徴とする請求項 4 2〜 4 4のいずれか一項に記載のレーザ装置。
4 6 . 前記第 1及び第 2ファイバ一光増幅器はそれぞれ石英ファイバー、 シ リケィト系ファイバー、 及びフッ化物系ファイバ一のいずれか 1つであることを 特徴とする請求項 4 2〜4 4のいずれか一項に記載のレーザ装置。
4 7 . 前記連続光は赤外光、 又は可視光であり、 前記第 2ファイバ一光増幅 器で増幅されたパルス光を紫外光に波長変換する波長変換部を更に備えたことを 特徴とする請求項 4 2〜4 4のいずれか一項に記載のレーザ装置。
4 8 . 前記第 2ファイバ一光増幅器は Z B L ANファイバーであることを特 徵とする請求項 4 7に記載のレーザ装置。
4 9 . 前記第 1及び第 2ファイバ一光増幅器の間に配置される少なくとも 1 つの第 3フアイバー光増幅器を更に備えたことを特徴とする請求項 4 2〜 4 4の いずれか一項に記載のレーザ装置。
5 0 . 請求項 4 2〜4 4のいずれか一項に記載されたレーザ装置を有し、 前 記第 2ファイバ一光増幅器で増幅されたパルス光をマスクに照射する照明光学系 と、 前記パルス光の発振、 強度、 及び波長の少なくとも 1つを調整する調整装置 とを備えたことを特徴とする露光装置。
5 1 . 前記調整装置は、 前記光変調器に印加する制御パルスの発振と大きさ とを制御する第 1制御器を有することを特徴とする請求項 5 0に記載の露光装置。
5 2 . 前記調整装置は、 前記第 1及び第 2フアイバー光増幅器の少なくとも 一方の利得を制御する第 2制御器を有することを特徴とする請求項 5 0又は 5 1 に記載の露光装置。
5 3 . 前記調整装置は、 前記光源の温度を制御する第 3制御器を有すること を特徴とする請求項 5 0もしくは 5 1に記載の露光装置。
5 4. 前記マスクに形成されたパターンが転写される基板上のマークを検出 するァライメント系と、 前記増幅されたパルス光の少なくとも一部を前記ァライ メント系に導く伝送系とを更に備えたことを特徴とする請求項 5 0もしくは 5 1 に記載の露光装置。
5 5 . 前記伝送系は、 前記増幅されたパルス光を前記照明光学系と前記ァラ ィメント系とにそれぞれ導く第 1及び第 2ファイバーを有することを特徴とする 請求項 5 4に記載の露光装置。
5 6 . 前記増幅されたパルス光を紫外光に波長変換する複数の波長変換部を 更に備え、 前記複数の波長変換部のうち第 1波長変換部は、 前記第 2ファイバー 光増幅器と前記第 1ファイバ一との間、 又は前記第 1ファイバーと前記照明光学 系との間に設けられることを特徵とする請求項 5 5に記載の露光装置。
5 7 . 前記第 1波長変換部は、 前記第 1ファイバーと前記照明光学系との間 に設けられ、 かつ前記照明光学系の少なくとも一部と一体に保持されることを特 徵とする請求項 5 6に記載の露光装置。
5 8 . 前記複数の波長変換部のうち第 2波長変換部は、 前記第 2ファイバー 光増幅器と前記第 2ファイバーとの間、 又は前記第 2ファイバ一と前記ァライメ ント系との間に設けられることを特徴とする請求項 5 6又は 5 7に記載の露光装 置。
5 9 . 前記第 2波長変換部は、 前記第 2ファイバーと前記ァライメント系と の間に設けられ、 かつ前記ァライメント系の少なくとも一部と一体に保持される ことを特徴とする請求項 5 8に記載の露光装置。
6 0 . 前記マスクに形成されたパターンの少なくとも一部を基板上に投影す る投影光学系と、 前記パターンの全体を前記基板上に走査露光するために、 前記 投影光学系の投影倍率にほぼ応じた速度比で前記マスクと前記基板とを同期移動 する駆動装置とを更に備えたことを特徴とする請求項 5 0もしくは 5 1に記載の 露光装置。
6 1 . 光源から射出される連続光をパルス光に変換するとともに、 前記パル ス光を複数のファイバ一光増幅器で複数回増幅し、 該増幅されたパルス光をマス クに照射するとともに、 前記マスクを介して前記パルス光で基板を露光すること を特徵とする露光方法。
6 2 . 前記光源は赤外域、 又は可視域の連続光を発生し、 前記パルス光が前 記マスクに照射される前に前記パルス光を紫外光に波長変換することを特徴とす る請求項 6 1に記載の露光方法。
6 3 . 前記基板の露光に先立ち、 前記紫外光の少なくとも一部を前記マスク 上のマークに照射して、 該マークの位置情報を検出することを特徴とする請求項 6 2に記載の露光方法。
6 4. 前記光源の温度を調整して、 前記紫外光の波長を制御することを特徴 とする請求項 6 2又は 6 3に記載の露光方法。
6 5 . 前記連続光を前記パルス光に変換する光変調器と、 前記複数のフアイ バー光増幅器との少なくとも 1つを制御して、 前記紫外光の強度を調整すること を特徵とする請求項 6 2もしくは 6 3に記載の露光方法。
6 6 . 前記光変調器によって規定される前記パルス光の繰り返し周波数を制 御して、 前記紫外光の発振間隔を調整することを特徴とする請求項 6 5に記載の 露光方法。
6 7 . 前記光変調器と前記複数のファイバ一光増幅器の 1つとの間に配置さ れ、 前記パルス光を複数に時分割する時分割器を制御して、 前記紫外光の発振間 隔を調整することを特徴とする請求項 6 6に記載の露光方法。
6 8 . 請求項 6 1〜6 3のいずれか一項に記載された露光方法を用いて、 前 記基板上にデバィスパターンを転写する工程を含むことを特徴とするデバィス製 造方法。
6 9 . 前記光変調器は、 前記光源をその電流制御によってパルス発振させる とともに、 前記光源から発振されるパルス光のパルス幅を光変調素子で小さくす ることを特徴とする請求項 4 2〜 4 4のいずれか一項に記載のレーザ装置。
7 0 . 前記第 2ファイバ一光増幅器から出力されるパルス光の出力変動を補 償するように、 前記光源と前記光変調器との少なくとも一方を制御する制御装置 を更に備えることを特徴とする請求項 4 2〜4 3のいずれか一項に記載のレーザ
7 1 . 前記調整装置は、 前記光源をパルス発振させるために ·前記光源の電 流制御を行うことを特徴とする請求項 5 0又は 5 1に記載の露光装置。
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