WO2018229854A1 - レーザ装置及び光学素子の製造方法 - Google Patents

レーザ装置及び光学素子の製造方法 Download PDF

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大輔 手井
若林　理
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ギガフォトン株式会社
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    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
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    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2366—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media comprising a gas as the active medium

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device and a method for manufacturing an optical element.
  • the semiconductor exposure apparatus As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses.
  • the semiconductor exposure apparatus is simply referred to as “exposure apparatus”. For this reason, the wavelength of light output from the light source for exposure is being shortened.
  • a gas laser device As a light source for exposure, a gas laser device is used instead of a conventional mercury lamp.
  • a KrF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 193.4 nm are used as the exposure laser device.
  • Current exposure technology includes immersion exposure that fills the gap between the projection lens on the exposure apparatus side and the wafer with liquid and changes the refractive index of the gap to shorten the apparent wavelength of the exposure light source.
  • immersion exposure is performed using an ArF excimer laser device as an exposure light source, the wafer is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 134 nm in water. This technique is called ArF immersion exposure.
  • ArF immersion exposure is also called ArF immersion lithography.
  • the spectral line width in natural oscillation of KrF and ArF excimer laser devices is as wide as about 350 to 400 pm, the chromatic aberration of laser light (ultraviolet light) projected on the wafer by the projection lens on the exposure device side is generated, resulting in high resolution. descend. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light output from the gas laser device until the chromatic aberration becomes negligible. For this reason, a narrowband module (Line Narrowing Module) having a narrowband element is provided in the laser resonator of the gas laser device. With this narrowband module, the spectral linewidth is narrowed.
  • the band narrowing element may be an etalon or a grating.
  • a laser device whose spectral line width is narrowed in this way is called a narrow-band laser device.
  • a laser apparatus comprising: An optical element that is formed of a CaF 2 crystal and transmits an ultraviolet laser beam obliquely incident on one surface, and transmits an electric field axis of a P-polarized component with respect to the surface of the laser beam propagating inside, and a CaF 2 crystal.
  • a laser apparatus comprising: An optical element that is formed of a CaF 2 crystal and that allows ultraviolet laser light to enter and pass through one surface, and has an electric field axis with a polarization direction component that has the largest polarization component of the laser light propagating inside, and a CaF 2 crystal.
  • An optical element manufacturing method including the following steps: An ingot formed by growing a seed crystal of CaF 2 in the direction of one axis included in ⁇ 111>, from the crystal growth direction to another axis included in ⁇ 111> different from the crystal growth direction
  • the optical element is manufactured by cutting the ingot perpendicularly to the cutting axis, with the axis inclined by an angle in the direction of 14.18 ⁇ 5 ° as the cutting axis.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser apparatus 2 according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of the CaF 2 crystal.
  • FIG. 3 is a standard (111) projection view of a cubic crystal according to a comparative example.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical element 80 according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the problem of the laser device 2 according to the comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram showing electric and magnetic field waves in linearly polarized laser light.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical element 90 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser apparatus 2 according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of the CaF 2 crystal.
  • FIG. 3 is a standard (111) projection view of a cubic crystal according to a comparative example.
  • FIG. 4 is
  • FIG. 8 is a standard (111) projection view of a cubic crystal according to the first embodiment.
  • FIG. 9A is a view of the CaF 2 crystal viewed from the (100) plane.
  • FIG. 9B is a view of the CaF 2 crystal viewed from the (1-10) plane.
  • FIG. 10 is a graph showing the evaluation results of the relationship between the laser beam output and the degree of polarization in the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a problem in manufacturing the optical element according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical element 100 according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a standard (111) projection view of a cubic crystal according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical element 100.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical element 100.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac when the crystal growth direction is the [ ⁇ 111] axis.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an optical element 120 according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a standard (111) projection view of cubic crystals according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of an optical element 130 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a standard (111) projection view of cubic crystals according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of an optical element 140 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the arrangement of the optical pulse stretcher 50 in the sixth embodiment.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of an optical element 150 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of an optical element 150 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the laser device 2.
  • the laser apparatus 2 is an excimer laser apparatus for an exposure apparatus configured as a two-stage laser apparatus.
  • the laser apparatus 2 includes a master oscillator 10, a power monitor 20, a power oscillator 30, a beam expander module 40, an optical pulse stretcher 50, a monitor module 60, a first high reflection mirror 71, a second High reflection mirror 72.
  • the master oscillator 10 includes a chamber 11, an output coupling mirror 12, and a band narrowing module 13.
  • the output coupling mirror 12 and the band narrowing module 13 constitute an optical resonator.
  • the chamber 11 is disposed on the optical path of an optical resonator constituted by the output coupling mirror 12 and the band narrowing module 13.
  • the output coupling mirror 12 is a partially reflecting mirror configured by forming a reflection suppressing film on one surface of a parallel flat substrate made of calcium fluoride (CaF 2 ) crystal and forming a partially reflecting film on the other surface. is there.
  • the reflectance of the output coupling mirror 12 is in the range of 20% to 30%, for example.
  • the band narrowing module 13 includes a first prism 14, a second prism 15, and a grating 16.
  • the first prism 14 and the second prism 15 are arranged so that the laser light output from the chamber 11 is incident on the grating 16 with the beam diameter enlarged.
  • the grating 16 is Littrow arranged so that the incident angle and the diffraction angle of the laser beam are the same.
  • Each of the first prism 14 and the second prism 15 is a right-angle prism formed of a CaF 2 crystal.
  • a reflection suppressing film for an incident angle of 70 ° to 74 ° is formed on the slopes of the first prism 14 and the second prism 15, and a reflection suppressing film for an incident angle of 0 ° is formed on the vertical plane. ing.
  • the chamber 11 includes a first window 17a, a second window 17b, a first discharge electrode 18a, and a second discharge electrode 18b.
  • the chamber 11 is filled with a laser gas containing Ar gas, fluorine gas, and Ne gas.
  • the first discharge electrode 18a and the second discharge electrode 18b are arranged to face each other in a direction perpendicular to the plane including the paper surface so that the discharge space between them is on the optical path of the laser beam.
  • the laser light output from the chamber 11 is pulsed, and is, for example, ultraviolet light having a wavelength of about 193.4 nm.
  • the first window 17a and the second window 17b are parallel to each other and are disposed on the optical path of the laser beam.
  • the first window 17a and the second window 17b are arranged such that the incident angle of the laser light is close to the Brewster angle, for example, 56.34 ⁇ 5 °.
  • Each of the first window 17a and the second window 17b is a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal, and the surface may be coated with a protective film. Further, the first window 17a and the second window 17b are arranged such that the polarization state of the laser light is P-polarized with respect to these windows.
  • the first high reflection mirror 71 and the second high reflection mirror 72 are arranged so as to reflect the laser light output from the master oscillator 10 and guide it to the power monitor 20.
  • the power monitor 20 is disposed on the optical path of the laser light between the first high reflection mirror 71 and the second high reflection mirror 72.
  • the power monitor 20 includes a beam splitter 21 and an energy sensor 22.
  • the beam splitter 21 is a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal, and is arranged so that the incident angle of laser light is 45 °.
  • the energy sensor 22 is disposed at a position where the reflected light of the laser light reflected by the beam splitter 21 enters.
  • the energy sensor 22 is a sensor that detects the pulse energy of reflected light, and is, for example, a photodiode that detects the light intensity of ultraviolet light.
  • the power oscillator 30 includes a chamber 31, an output coupling mirror 32, and a rear mirror 33.
  • the output coupling mirror 32 and the rear mirror 33 constitute an optical resonator.
  • the chamber 31 is disposed on the optical path of an optical resonator constituted by the output coupling mirror 32 and the rear mirror 33.
  • the output coupling mirror 32 is a partial reflection mirror formed by forming a reflection suppressing film on one surface of a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal and forming a partial reflection film on the other surface.
  • the reflectance of the output coupling mirror 32 is in the range of 10% to 20%, for example.
  • the rear mirror 33 is a partial reflection mirror formed by forming a reflection suppressing film on one surface of a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal and forming a partial reflection film on the other surface.
  • the reflectance of the rear mirror 33 is, for example, in the range of 80% to 90%.
  • the chamber 31 includes a first window 34a, a second window 34b, a first discharge electrode 35a, and a second discharge electrode 35b.
  • the chamber 31 is filled with a laser gas containing Ar gas, fluorine gas, and Ne gas.
  • the first discharge electrode 35a and the second discharge electrode 35b are arranged to face each other in a direction perpendicular to the plane including the paper surface so that the discharge space between them is on the optical path of the laser beam.
  • the first window 34a and the second window 34b are parallel to each other and arranged on the optical path of the laser light.
  • the first window 34a and the second window 34b are arranged so that the incident angle of the laser light is close to the Brewster angle, for example, 56.34 ⁇ 5 °.
  • Each of the first window 34a and the second window 34b is a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal, and the surface thereof may be coated with a protective film.
  • the first window 34a and the second window 24b are arranged so that the polarization state of the laser light is P-polarized with respect to these windows.
  • the beam expander module 40 includes a first prism 41 and a second prism 42.
  • the first prism 41 and the second prism 42 are arranged so as to expand the beam diameter of the laser light output from the chamber 31 and guide it to the optical pulse stretcher 50.
  • the first prism 41 and the second prism 42 are each a right-angle prism formed of CaF 2 crystal.
  • a reflection suppressing film for P-polarized laser light incident at an incident angle of 54 ° to 56 ° is formed on the inclined surfaces of the first prism 41 and the second prism 42, and 0 ° incident on the vertical surface.
  • a reflection suppressing film for laser light incident at an angle is formed.
  • the first prism 41 and the second prism 42 are arranged such that the polarization state of the laser light is P-polarized with respect to the slopes of these prisms.
  • the optical pulse stretcher 50 is disposed on the optical path of the laser light output from the beam expander module 40.
  • the optical pulse stretcher 50 includes a beam splitter 51 and first to fourth concave mirrors 52a to 52d.
  • the beam splitter 51 is disposed on the optical path of the laser light output from the beam expander module 40 so that the incident angle of the laser light is about 45 °.
  • the beam splitter 51 is a parallel flat substrate made of CaF 2 crystal, and a partial reflection film is formed on one surface and a reflection suppressing film is formed on the other surface.
  • the reflectance of the partial reflection film is in the range of 40% to 70%.
  • the first to fourth concave mirrors 52a to 52d constitute a delay optical path that circulates the laser light partially reflected by the beam splitter 51 and makes it incident on the beam splitter 51 again.
  • the first and second concave mirrors 52a and 52b are arranged to form an optical image of the reflected light at the position of the beam splitter 51 as a first-magnification first transfer image.
  • the third concave mirror 52c and the fourth concave mirror 52d are arranged so as to form a first transfer image at the position of the beam splitter 51 as a second transfer image of the same magnification.
  • the optical pulse stretcher 50 outputs a laser beam with a pulse width expanded.
  • the monitor module 60 includes a first beam splitter 61, a second beam splitter 62, an energy sensor 63, and a spectrum detector 64.
  • the first beam splitter 61 is arranged on the optical path of the laser beam output from the optical pulse stretcher 50 and so that the incident angle of the laser beam is about 45 °.
  • the second beam splitter 62 is disposed on the optical path of the laser light reflected by the first beam splitter 61 and so that the incident angle of the laser light is about 45 °.
  • the first beam splitter 61 and the second beam splitter 62 are parallel plane substrates each made of a CaF 2 crystal.
  • the energy sensor 63 is arranged so that the laser beam that has passed through the second beam splitter 62 is incident thereon.
  • the energy sensor 22 is a sensor that detects the pulse energy of laser light, and is, for example, a photodiode that detects the light intensity of ultraviolet light.
  • the spectrum detector 64 is arranged so that the laser beam reflected by the second beam splitter 62 is incident thereon.
  • the spectrum detector 64 is a spectrometer including, for example, an etalon and an image sensor, and detects the wavelength and spectrum line width of the laser light.
  • the light incident on the band narrowing module 13 has its beam diameter expanded by the first prism 14 and the second prism 15 and enters the grating 16. A part of the diffracted light from the grating 16 passes through the first prism 14 and the second prism 15 again, so that the spectral line width is narrowed.
  • the narrow-band light enters the chamber 11 through the second window 17b, is amplified by passing through the discharge space, and enters the output coupling mirror 12 through the first window 17a.
  • the light reflected by the output coupling mirror 12 enters the chamber 11 again through the first window 17a and is amplified again by passing through the discharge space.
  • the light transmitted through the output coupling mirror 12 is output from the master oscillator 10 as pulsed laser light.
  • the light amplified by the discharge space is further narrowed by entering the narrowband module 13 again, and then enters the chamber 11 through the second window 17b and is amplified.
  • the laser light is amplified by linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the plane including the paper surface. This is because, of the incident light from the first and second windows 17a and 17b and the first and second prisms 14 and 15, the loss of the P-polarized component whose polarization direction is parallel to the incident surface is small. It is. As described above, the laser light is oscillated and the linearly polarized laser beam narrowed is output from the master oscillator 10. In FIG. 1, the polarization direction of the laser light is indicated by an arrow.
  • the laser beam output from the master oscillator 10 is reflected by the first high reflection mirror 71 and enters the power monitor 20.
  • the power monitor 20 a part of the laser light is incident on the energy sensor 22 by the beam splitter 21.
  • the energy sensor 22 detects the pulse energy of the laser light output from the master oscillator 10.
  • the laser light that has passed through the power monitor 20 is reflected by the second high reflection mirror 72 and enters the rear mirror 33 of the power oscillator 30 as seed light.
  • the laser light transmitted through the rear mirror 33 is linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the plane including the paper surface.
  • the linearly polarized laser light passes through the first window 34 a and enters the discharge space in the chamber 31.
  • the laser light is amplified by causing a discharge between the first discharge electrode 35a and the second discharge electrode 35b.
  • the amplified laser light passes through the second window 34 b and enters the output coupling mirror 32.
  • a part of the laser light incident on the output coupling mirror 32 is transmitted through the output coupling mirror 32 and output from the power oscillator 30.
  • a part of the laser light reflected by the output coupling mirror 32 enters the chamber 31 again through the second window 34b, and is amplified again by passing through the discharge space.
  • the amplified laser light passes through the first window 34a and enters the rear mirror 33 again.
  • the laser beam reflected by the rear mirror 33 is amplified by passing through the discharge space in the chamber 31 again through the first window 34a.
  • the amplified laser light passes through the second window 34 b and enters the output coupling mirror 32.
  • a part of the laser light is output from the output coupling mirror 32, and the part of the laser light is returned again into the optical resonator, thereby causing amplification oscillation.
  • the first window 34b and the second window 35b are arranged so that the polarization state of the seed light is P-polarized light, the reflection loss of the laser light when passing through these windows is suppressed. Is done. Further, the laser light output from the output coupling mirror 32 becomes linearly polarized light whose polarization direction is parallel to a plane including the paper surface.
  • the laser light output from the power oscillator 30 enters the beam expander module 40, and the beam diameter is expanded by the first prism 41 and the second prism 42.
  • the polarization state of the laser light output from the power oscillator 30 is P-polarized with respect to the slopes of the first prism 41 and the second prism 42. As a result, the reflection loss of laser light when passing through these prisms is suppressed.
  • the beam diameter output from the beam expander module 40 enters the optical pulse stretcher 50.
  • a part of the laser light incident on the optical pulse stretcher 50 is transmitted through the beam splitter 51 and partly reflected by the beam splitter 51.
  • the laser beam reflected by the beam splitter 51 goes around the delay optical path formed by the first to fourth concave mirrors 52a to 52d and enters the beam splitter 51 again.
  • a part of the laser light incident on the beam splitter 51 is reflected and output.
  • the laser light transmitted through the beam splitter 51 goes around the delay optical path again. In this way, the pulse width of the laser light is expanded.
  • the laser beam whose pulse width is extended by the optical pulse stretcher 50 enters the monitor module 60.
  • Part of the laser light incident on the monitor module 60 is reflected by the first beam splitter 61 and then enters the second beam splitter 62.
  • the laser beam that has passed through the second beam splitter 62 enters the energy sensor 63, and pulse energy is detected.
  • the laser beam reflected by the second beam splitter 62 enters the spectrum detector 64, and the wavelength and the spectral line width are detected.
  • the laser beam transmitted through the first beam splitter 61 is supplied to an exposure apparatus (not shown).
  • FIG. 2 shows the structure of the CaF 2 crystal that forms the optical element 80.
  • calcium ions Ca 2+
  • fluorine ions F ⁇
  • Calcium ions are located at the center of the cube formed by fluorine ions.
  • Fluorine ions are located at the center of the regular tetrahedron formed by calcium ions.
  • the CaF 2 crystal is three-fold symmetric with the [111] axis as the axis of symmetry. That is, when the CaF 2 crystal is viewed from directly above the [111] axis, the angle between the [100] axis and the [010] axis is 120 °, and the angle between the [100] axis and the [001] axis is 240. °.
  • FIG. 3 partially shows a standard (111) projection of a cubic crystal corresponding to the CaF 2 crystal structure.
  • an azimuth axis obtained by rotating the [100] axis by an angle ⁇ about the [111] axis is defined as a rotation designated azimuth axis.
  • ⁇ 60 °
  • the rotation designation azimuth axis is the [110] axis.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical element 80 along a plane including the [111] axis and the rotation designated azimuth axis.
  • the optical element 80 is a parallel plane substrate formed by cutting a CaF 2 crystal along the (111) plane in accordance with the crystal orientation.
  • the first plane 81a and the second plane 81b of the optical element 80 which are parallel to each other have a (111) plane orientation.
  • the optical element 80 is arranged such that the plane including the [111] axis and the rotation designation azimuth axis is the incident plane, and the laser light Lp is incident on the first plane 81a as P-polarized light.
  • the incident angle ⁇ of the laser beam Lp is approximately the Brewster angle ⁇ B.
  • the Brewster angle ⁇ B is calculated as 56.34 ° based on the following equation (1).
  • ⁇ B arctan (n) (1)
  • the laser beam Lp is refracted at the refraction angle ⁇ in accordance with Snell's law on the second plane 81b.
  • the refraction angle ⁇ is calculated as 33.65 ° based on the following equation (2).
  • the laser beam Lp incident on the optical element 80 from the first plane 81a propagates along the optical path axis Ap as the refraction axis.
  • the laser beam Lp propagates through the optical element 80 and reaches the second plane 81b, the laser beam Lp is refracted according to Snell's law and output to the optical element 80 as P-polarized linearly polarized light.
  • the CaF 2 crystal grows in the [111] axis direction, and the (111) plane has a cleavage property. For this reason, when the first plane 81a and the second plane 81b of the optical element 80 are (111) planes, the optical element 80 can be easily manufactured. Further, the surface of the (111) plane is harder than other crystal planes, so that the surface roughness can be reduced. Further, by arranging the optical element 80 in an orientation obtained by rotating the [100] axis by 60 ° with the [111] axis as the center, the laser beam can be obtained as compared with the case where the optical element 80 is arranged in another orientation excluding the equivalent orientation. There is an advantage that the thermal stress with respect to the same calorific value due to is reduced.
  • FIG. 5 shows the polarization state of the laser light Lp when birefringence occurs in the optical element 80.
  • P-polarized laser light Lp is incident on the optical element 80 in which birefringence has occurred, a phase difference occurs between linearly polarized light components orthogonal to each other, so that the laser light Lp changes to elliptically polarized light in the optical element 80. Is output.
  • linearly polarized laser light is required for the exposure apparatus, laser light having a deteriorated degree of polarization is supplied from the laser apparatus 2 to the exposure apparatus.
  • the deterioration of the degree of polarization of the laser light and the decrease in the output are problems.
  • the same problem can be caused not only by the chamber window but also by optical elements such as a beam splitter, an output coupling mirror, a rear mirror, and a prism that are included in the laser apparatus 2 and are formed of a CaF 2 crystal.
  • the beam splitter, the output coupling mirror, and the rear mirror have (111) surfaces on both sides of the parallel plane substrate.
  • One side surface of the prism is a (111) plane, and the optical path axis of the laser light coincides with the [111] axis.
  • ⁇ 100 ⁇ includes (100), (010), (001), (-100), (0-10), (00-1).
  • ⁇ 111> includes [111], [ ⁇ 111], [1-11], and [11-1].
  • the angle formed by the two axes and surfaces is represented by an angle range of 0 ° to 90 °.
  • a plane obtained by cutting a crystal is referred to as a cutting plane.
  • An axis perpendicular to the cut surface, that is, a normal line is referred to as a cutting axis.
  • the corresponding cutting plane is the (122) plane.
  • FIG. 6 shows electric and magnetic field waves when linearly polarized laser light propagates in the Z direction.
  • the electric field vector E representing the electric field wave and the magnetic field vector H representing the magnetic field wave are orthogonal to each other.
  • the electric field vector E is parallel to the X-axis direction.
  • the magnetic field vector H is parallel to the Y-axis direction.
  • the X axis parallel to the linearly polarized electric field vector E is referred to as an electric field axis.
  • the laser light includes an S-polarized component in addition to a P-polarized component whose polarization direction is parallel to the incident surface of the optical element
  • the direction parallel to the electric field vector E of the P-polarized component is referred to as an electric field axis.
  • the laser apparatus according to the first embodiment is the laser according to the comparative example except for the first and second windows 17a and 17b of the chamber 11 and the first and second windows 34a and 34b of the chamber 31.
  • the configuration of the apparatus 2 is the same.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical element 90 according to the first embodiment.
  • the optical element 90 is a parallel plane substrate made of a CaF 2 crystal and has a first plane 91a and a second plane 91b that are parallel to each other.
  • the parallelism between the first plane 91a and the second plane 91b is preferably within 0.1 °, and more preferably within 0.0014 °.
  • the optical element 90 is formed so that the optical path axis Ap of the laser light Lp propagating inside the optical element 90 is orthogonal to the [111] axis of the CaF 2 crystal.
  • the first plane 91a and the second plane 91b each cut the CaF 2 crystal based on the cutting axis Ac whose angle formed with the [111] axis substantially coincides with the angle ⁇ satisfying the following expression (3). It is a cut surface.
  • ⁇ is the refraction angle of the laser light Lp incident on the optical element 90.
  • ⁇ 90 ° ⁇ (3)
  • the angle formed between the cutting axis Ac and the optical path axis Ap coincides with the refraction angle ⁇ .
  • the incident angle ⁇ of the laser beam Lp is approximately the Brewster angle ⁇ B. If the refractive index n of the CaF 2 crystal and 1.501958, Brewster angle theta B, based on the above equation (1) is calculated to be approximately 56.34 °. In this case, the refraction angle ⁇ is calculated as about 33.65 ° based on the above equation (2).
  • the incident angle ⁇ is preferably in the range of 56.34 ⁇ 5 ° including the Brewster angle ⁇ B. In this case, the angle ⁇ formed by the cutting axis Ac and the [111] axis is preferably in the range of 56.35 ⁇ 5 °.
  • the optical element 90 has a plane including the [111] axis and the cutting axis Ac that is a normal line of the first plane 91a as an incident plane, and the laser beam Lp is incident as P-polarized light on the first plane 91a.
  • the electric field axis of the laser beam Lp which is refracted at the refraction angle ⁇ on the first plane 91a and propagates in the optical element 90 in the Z direction, that is, the X axis coincides with the [111] axis.
  • the laser light Lp may contain an S-polarized component in addition to a P-polarized component whose polarization direction is parallel to the incident surface of the optical element 90.
  • the optical element 90 may be arranged so that the electric field axis of the P-polarized component of the laser light Lp coincides with the [111] axis.
  • the electric field axis of the P-polarized component of the laser light Lp coincides with the [111] axis, for example, that the angle between the two is within 5 °.
  • FIG. 8 shows a standard (111) projection of a cubic crystal corresponding to the CaF 2 crystal structure.
  • the axis orthogonal to the [111] axis is located on the outermost first circumference C1 in the standard projection view.
  • the second circumference C2 shown in FIG. 8 includes an axis whose angle with the axis included in the first circumference C1 is the refraction angle ⁇ .
  • the optical path axis Ap is selected from the first circumference C1, and the cutting axis Ac corresponding to the optical path axis Ap is selected from the second circumference C2. do it. Then, the first plane 91a and the second plane 91b may be formed by cutting the CaF 2 crystal based on the selected cutting axis Ac. As the cutting axis Ac, an axis that forms an angle ⁇ with the optical path axis Ap may be selected from the second circumference C2 or the vicinity of the second circumference C2.
  • the [ ⁇ 211] axis is selected as the optical path axis Ap from the first circumference C1
  • the crystal axis included in the range of ⁇ 5 ° with respect to the second circumference C2 is set as the cutting axis Ac [ ⁇ . 122]
  • An axis can be selected.
  • a cut surface for forming the first plane 91a and the second plane 91b is a ( ⁇ 122) plane.
  • the high-energy laser light Lp is incident on the CaF 2 crystal forming the optical element 90.
  • the CaF 2 crystal when the energy of two photons exceeding the binding energy between calcium ions and fluorine ions is given, the bond between calcium ions and fluorine ions is broken. In this case, fluorine ions are excited and a fluorine ion dimer (Vk center) is formed, thereby causing crystal defects in the CaF 2 crystal. As a result, the optical element 90 has an increased light absorption rate. Deterioration due to.
  • the electric field axis of the laser beam Lp which is the direction in which photon energy acts, is aligned with the [111] axis having the longest interatomic distance of fluorine ions, thereby forming a fluorine ion dimer. Is estimated to be suppressed.
  • the amount of absorption of the laser beam is reduced and the thermal stress and the amount of birefringence are reduced.
  • deterioration of the degree of polarization of the laser light and reduction in output are suppressed.
  • by degradation of the CaF 2 crystal is suppressed, thereby improving the durability of the window.
  • FIG. 10 shows the evaluation results of the relationship between the laser beam output and the degree of polarization in the first embodiment and the comparative example.
  • the degree of polarization is an index representing the degree of linear polarization of laser light output from the laser device, and the degree of linear polarization is higher as it is closer to 100%.
  • the degree of polarization of the laser light deteriorates as the output of the laser light increases, whereas in the laser apparatus of the first embodiment, the laser light A high degree of polarization was maintained even when the output of was increased.
  • the angle formed by the [111] axis, which is the crystal growth direction of the CaF 2 crystal, and the cutting axis Ac is as large as 56.35 °.
  • the angle of the cut surface with respect to the (111) plane of the CaF 2 crystal is as large as 56.35 °, and there is a problem with the productivity of the optical element 90.
  • the laser apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the first and second windows 17a and 17b of the chamber 11 and the first and second windows 34a and 34b of the chamber 31.
  • the configuration of the laser apparatus according to FIG. 1 is the same as that of the first embodiment except for the first and second windows 17a and 17b of the chamber 11 and the first and second windows 34a and 34b of the chamber 31.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical element 100 according to the second embodiment.
  • the optical element 100 is a parallel plane substrate made of CaF 2 crystal, and has a first plane 101a and a second plane 101b that are parallel to each other.
  • the parallelism between the first plane 101a and the second plane 101b is preferably within 0.1 °, and more preferably within 0.0014 °.
  • the optical element 100 is formed so that the optical path axis Ap of the laser light Lp propagating inside the optical element 100 is orthogonal to the [ ⁇ 111] axis of the CaF 2 crystal. [ ⁇ 111] is a direction equivalent to [111].
  • the electric field axis of the laser beam Lp propagating inside the optical element 100 coincides with the [ ⁇ 111] axis, and the angle formed by both is within 5 °.
  • Other configurations of the optical element 100 are the same as those of the optical element 90 according to the first embodiment.
  • the optical path axis Ap is made to coincide with the [211] axis where the angle formed with the [ ⁇ 111] axis is 90 °.
  • the [122] axis within the range of the refraction angle ⁇ ⁇ 5 ° in the direction from the [211] axis to the [ ⁇ 111] axis is taken as the cutting axis Ac.
  • the refraction angle ⁇ is 33.65 °.
  • the first plane 101a and the second plane 101b are (122) planes obtained by cutting the CaF 2 crystal based on the cutting axis Ac.
  • the angle formed between the [ ⁇ 111] axis and the [111] axis is 70.53 °
  • the angle formed between the [111] axis and the cutting axis Ac is calculated as 14.18 °.
  • a method for manufacturing the optical element 100 will be described.
  • a seed crystal of CaF 2 whose end face has a (111) plane orientation is grown in the [111] axis direction to form a single crystal ingot 110.
  • an axis inclined 14.18 ° in the [ ⁇ 111] axis direction from the [111] axis of the ingot 110 is selected as the cutting axis Ac.
  • this cutting axis Ac for example, the [122] axis is selected.
  • the ingot 110 is cut to form parallel plane plate-like members having cutting surfaces with the cutting axis Ac as a normal line on both sides. This cut surface is, for example, the (122) plane.
  • the formed plate-like member is cut into an appropriate size and polished on both sides to complete the optical element 100.
  • the optical element 100 is mounted as a window in the chamber.
  • the optical path axis Ap of the laser light Lp is set to be orthogonal to the [ ⁇ 111] axis, so that the (111) plane that is the end face of the ingot 110 is set.
  • the angle of the cut surface can be reduced to about 14.18 °.
  • the crystal growth direction is the [111] axis direction, but this crystal growth direction may be equivalent to the [111] axis.
  • the crystal growth direction is the [ ⁇ 111] axis.
  • the optical path axis Ap of the laser light Lp is set within the plane including the [ ⁇ 111] axis and the [111] axis, and the [111] axis. To the [ ⁇ 211] axis orthogonal to.
  • the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac is as small as 14.18 °, as in the second embodiment.
  • a seed crystal of CaF 2 is converted into the direction of one axis included in ⁇ 111>.
  • the ingot 110 is generated by crystal growth.
  • an axis inclined by an angle within the range of 14.18 from the crystal growth direction to another axis direction included in ⁇ 111> different from the crystal growth direction is defined as the cutting axis Ac, and the ingot 110 is defined as the cutting axis. What is necessary is just to cut
  • the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac may be in the range of 14.18 ⁇ 5 °.
  • the electric field axis of the P-polarized component of the laser light incident on the optical element is ⁇ 111>. What is necessary is just to be comprised so that it may correspond to one axis
  • the angle formed between the normal of the surface on which the laser light enters and one axis included in ⁇ 111> may be in the range of 56.35 ⁇ 5 °.
  • the angle formed between the normal line of the surface on which the laser light is incident and the other axis included in ⁇ 111> is in the range of 14.18 ⁇ 5 °.
  • the present invention is applied to the window of the chamber included in the laser apparatus.
  • the present invention is applied to the beam splitter included in the laser apparatus.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an optical element 120 according to the third embodiment.
  • the optical element 120 is a parallel plane substrate made of a CaF 2 crystal and has a first plane 121a and a second plane 121b that are parallel to each other.
  • the parallelism between the first plane 121a and the second plane 121b is preferably within 0.1 °, and more preferably within 0.0014 °.
  • the optical element 120 is arranged so that the incident angle ⁇ of the laser beam Lp is 45 °.
  • the refraction angle ⁇ of the laser light Lp is calculated as 28.09 ° based on the above equation (2).
  • the incident angle ⁇ is preferably within a range of 45 ⁇ 5 °.
  • the optical element 120 is formed such that the optical path axis Ap of the laser light Lp propagating through the optical element 120 is orthogonal to the [111] axis of the CaF 2 crystal.
  • the first plane 121a and the second plane 121b each cut the CaF 2 crystal based on the cutting axis Ac whose angle formed with the [111] axis coincides with the angle ⁇ that satisfies the above equation (3). It is a cut surface.
  • the angle ⁇ is 61.91 °.
  • the optical element 120 has a plane including the [111] axis and the cutting axis Ac that is the normal line of the first plane 121a as an incident plane, and the laser beam Lp is incident as P-polarized light on the first plane 121a.
  • the electric field axis of the laser light Lp that is refracted at the refraction angle ⁇ and propagates inside the optical element 120 on the first plane 121a coincides with the [111] axis.
  • the electric field axis of the laser beam Lp coincides with the [111] axis means, for example, that the angle formed by both is within 5 °.
  • FIG. 17 shows a standard (111) projection of a cubic crystal.
  • the axis orthogonal to the [111] axis is located on the outermost first circumference C1.
  • the second circumference C2 shown in FIG. 17 includes an axis whose angle with the axis included in the first circumference C1 is the refraction angle ⁇ .
  • the optical path axis Ap is selected from the first circumference C1 as in the case of the optical element 90 according to the first embodiment, and the optical path axis Ap is selected.
  • the cutting axis Ac corresponding to the above may be selected on the second circumference C2.
  • the first plane 121a and the second plane 121b may be formed by cutting the CaF 2 crystal based on the selected cutting axis Ac.
  • the cutting axis Ac may be selected from a range of ⁇ 5 ° with reference to the second circumference C2 including an axis that forms an angle ⁇ with the optical path axis Ap.
  • the optical element 120 may be configured such that the electric field axis of the P-polarized component of the laser light Lp coincides with one axis included in ⁇ 111>.
  • the optical element 120 is also preferably configured so that the electric field axis of the P-polarized component of the laser light Lp coincides with an axis other than the crystal growth direction among the axes included in ⁇ 111>.
  • the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac is as small as 8.61 °, and the productivity of the optical element 120 is improved.
  • the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac may be in the range of 8.61 ⁇ 5 °.
  • the angle formed between the normal of the surface on which the laser beam is incident and one axis included in ⁇ 111> may be in the range of 61.91 ⁇ 5 °. .
  • the angle formed between the normal line of the surface on which the laser light is incident and the other axis included in ⁇ 111> is within the range of 8.61 ⁇ 5 °.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of an optical element 130 according to the fourth embodiment.
  • the optical element 130 is a parallel plane substrate made of a CaF 2 crystal and has a first plane 131a and a second plane 131b that are parallel to each other.
  • the parallelism between the first surface 131a and the second surface 131b is preferably within 0.1 °, and more preferably within 0.0014 °.
  • the optical element 130 is arranged such that the incident angle ⁇ of the laser beam Lp is about 0 °, that is, the laser beam Lp is incident on the first plane 131a perpendicularly. Therefore, the optical path axis Ap of the laser beam Lp is orthogonal to the first plane 131a and the second plane 131b.
  • the optical element 130 is formed such that the optical path axis Ap is orthogonal to the [111] axis of the CaF 2 crystal.
  • the first plane 131a and the second plane 131b are cut planes obtained by cutting the CaF 2 crystal based on the cutting axis Ac having an angle of 90 ° with the [111] axis. That is, the first plane 131a and the second plane 131b are preferably parallel to the [111] axis and the parallelism is within 5 °.
  • the polarization direction of the laser light Lp that is linearly polarized light that is, the electric field axis is parallel to a plane including the [111] axis and the cutting axis Ac that is the normal line of the first plane 131a.
  • the electric field axis of the laser beam Lp propagating through the optical element 130 coincides with the [111] axis.
  • the laser light Lp may contain other linearly polarized light components.
  • the optical element 130 may be arranged so that the electric field axis of the polarization direction component with the largest polarization component of the laser beam Lp coincides with the [111] axis.
  • FIG. 19 shows a standard projection of cubic (111).
  • the axis orthogonal to the [111] axis is located on the outermost first circumference C1.
  • the optical path axis Ap is selected from the first circumference C1, and the selected optical path axis Ap is set as the cutting axis Ac.
  • the first plane 131a and the second plane 131b may be formed by cutting the CaF 2 crystal based on the cutting axis Ac.
  • the optical path axis Ap is selected from the first circumference C1, but is not limited to the first circumference C1, for example, ⁇ 5 with respect to the first circumference C1.
  • the optical path axis Ap may be selected from a range within ⁇ .
  • the optical element 130 may be configured such that the electric field axis of the polarization direction component with the largest polarization component of the laser light Lp coincides with one axis included in ⁇ 111>. Further, the optical element 130 is configured such that the electric field axis of the polarization direction component having the largest polarization component of the laser light Lp coincides with an axis other than the crystal growth direction among the axes included in ⁇ 111>. Is also preferable. In this case, the angle formed between the crystal growth direction and the cutting axis Ac is as small as 19.47 °, and the productivity of the optical element 130 is improved.
  • the optical elements constituting the output coupling mirror and the rear mirror have an angle between the normal of the surface on which the laser light is incident and one axis included in ⁇ 111> within a range of 90 ⁇ 5 °. Good.
  • the angle formed between the normal line of the surface on which the laser light is incident and the other axis included in ⁇ 111> is in the range of 19.47 ⁇ 5 °.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of an optical element 140 according to the fifth embodiment.
  • the optical element 140 is a right-angle prism made of CaF 2 crystal, and has a first side surface 141a and a second side surface 141b that are orthogonal to each other, and a slope 141c.
  • the angle formed by the first side surface 141a and the second side surface 141b is within a range of 90 ⁇ 5 °, for example.
  • the optical element 140 is disposed so that the plane including the normal line of the inclined surface 141c and the [111] axis is an incident surface, and the laser light Lp is incident on the inclined surface 141c as P-polarized light at a predetermined incident angle ⁇ . . Further, the optical element 140 is refracted by the inclined surface 141c and the optical path axis Ap of the laser light Lp propagating through the inside is incident on the first side surface 141a with an incident angle within 0 ⁇ 5 °, and the laser light The electric field axis of Lp is formed so as to coincide with the [111] axis. The laser light Lp passes through the first side surface 141a and is output to the outside of the optical element 140.
  • the fact that the electric field axis of the laser beam Lp and the [111] axis coincide with each other means that the angle between the two is within 5 °.
  • the angle formed between the second side surface 141b and the [111] axis is preferably within a range of 90 ⁇ 5 °, for example. Note that the angle formed between the second side surface 141b and the [111] axis is not limited to the range of 90 ⁇ 5 °, and may be in a range in which an effective area of the laser beam can be secured.
  • the incident angle ⁇ is set in a range of 70 ° ⁇ ⁇ ⁇ 74 °.
  • the incident angle ⁇ is set in a range of 54 ° ⁇ ⁇ ⁇ 65 °.
  • the optical element 140 may be configured such that the electric field axis of the P-polarized component of the laser light Lp coincides with one axis included in ⁇ 111>.
  • the optical element 140 may be configured such that the electric field axis of the P-polarized component of the laser beam Lp coincides with an axis other than the crystal growth direction among the axes included in ⁇ 111>.
  • the optical pulse stretcher 50 is arranged so that the laser light incident on the beam splitter 51 from the beam expander module 40 becomes P-polarized light.
  • the arrangement of 50 is not limited to this.
  • a laser apparatus according to the sixth embodiment of the present disclosure will be described.
  • FIG. 21 shows an example in which the optical pulse stretcher 50 is arranged so that the laser light incident on the beam splitter 51 from the beam expander module 40 becomes S-polarized light as the sixth embodiment. That is, in the first embodiment, the optical pulse stretcher 50 is arranged so that the surface including the delay optical path is parallel to the surface including the paper surface of FIG. The surface including the delay optical path is arranged so as to be orthogonal to the surface including the paper surface of FIG.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the optical element 150 constituting the beam splitter 51 according to the sixth embodiment.
  • the optical element 150 is a parallel plane substrate made of a CaF 2 crystal and has a first plane 151a and a second plane 151b that are parallel to each other.
  • the parallelism between the first plane 151a and the second plane 151b is preferably within 0.1 °, and more preferably within 0.0014 °.
  • the optical element 150 is arranged so that the incident angle ⁇ of the laser light Lp incident on the first plane 151a from the beam expander module 40 is 45 °.
  • the refraction angle ⁇ of the laser light Lp is calculated as 28.09 ° based on the above equation (2).
  • the incident angle ⁇ is preferably within a range of 45 ⁇ 5 °.
  • a partial reflection film (not shown) having a reflectance of 40% to 70% with respect to S-polarized laser light is formed. Further, a reflection suppressing film (not shown) for the S-polarized laser light is formed on the second plane 151b.
  • the optical element 150 is formed so that the electric field axis of the laser beam Lp propagating inside coincides with the [111] axis of the CaF 2 crystal. Since the laser beam Lp propagating inside the optical element 150 is S-polarized with respect to the first plane 151a, the [111] axis is a direction orthogonal to the plane including the plane of FIG. Here, that the electric field axis of the laser beam Lp coincides with the [111] axis means, for example, that the angle formed by both is within 5 °. That is, the optical element 150 cuts the CaF 2 crystal by using an arbitrary crystal axis within the range of 90 ⁇ 5 ° with respect to the [111] axis as the cutting axis Ac. Two planes 151b are formed.
  • the laser light incident on the optical pulse stretcher 50 from the beam expander module 40 enters the first plane 151 a of the optical element 150 constituting the beam splitter 51 as S-polarized light.
  • a part of the laser light incident on the first plane 151 a passes through the optical element 150 and is output from the optical pulse stretcher 50.
  • On the first plane 151a a part of the incident laser light is reflected and enters the delay optical path constituted by the first to fourth concave mirrors 52a to 52d.
  • the laser light that has entered the delayed optical path goes around the delayed optical path and enters the second plane 151b of the optical element 150 as S-polarized light.
  • Part of the laser light incident on the second plane 151b from the delay optical path passes through the optical element 150 and enters the delay optical path again.
  • part of the incident laser light is reflected and output as delayed laser light from the optical pulse stretcher 50. In this way, the laser beam with the pulse width expanded is output from the optical pulse stretcher 50.
  • the laser light is incident as S-polarized light on both the first plane 151a and the second plane 151b of the optical element 150 constituting the beam splitter 51.
  • the electric field axis of the laser light propagating through the optical element 150 coincides with the [111] axis.
  • the optical element 150 reduces the amount of absorption of laser light and suppresses deterioration, as in the above embodiments.
  • the efficiency of pulse stretching by the optical pulse stretcher 50 is improved.
  • the laser beam Lp incident on the optical element 150 may include a P-polarized component in addition to the S-polarized light with respect to the first plane 151a.
  • the optical element 150 only needs to be arranged so that the electric field axis of the S-polarized component of the laser light Lp coincides with one axis included in ⁇ 111>.
  • the optical element 150 is also preferably configured so that the electric field axis of the S-polarized component of the laser light Lp coincides with an axis other than the crystal growth direction among the axes included in ⁇ 111>.
  • the optical element is configured such that the incident laser beam is S-polarized light in the sixth embodiment, but the present invention is not limited to this, and the incident laser beam is incident on the chamber window.
  • the optical element may be configured so that becomes S-polarized light.
  • the optical element constituting the window is, for example, a parallel plane substrate made of a CaF 2 crystal, like the optical element 150 shown in FIG. 22, and is formed of a first surface and a second surface parallel to each other. It suffices if the normal line is configured to be orthogonal to the [111] axis. It is preferable that a reflection suppressing film for S-polarized laser light is formed on each of the first surface and the second surface.
  • the optical element reduces the amount of absorption of laser light and suppresses deterioration.
  • the optical elements constituting the window may be arranged so that the electric field axis of the S-polarized component of the laser light coincides with one axis included in ⁇ 111>.
  • the prisms in the narrowband module 13 and the beam expander module 40 are arranged so that the incident laser light becomes P-polarized light.
  • the arrangement is not limited to this.
  • a laser apparatus according to the seventh embodiment of the present disclosure will be described.
  • each of the prisms in the band-narrowing module 13 and the beam expander module 40 is configured such that the direction of expansion of the laser beam diameter is orthogonal to the plane including the paper surface of FIG. Arrange as follows.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the optical element 160 constituting each prism in the band narrowing module 13 and the beam expander module 40.
  • the optical element 160 is a right-angle prism made of CaF 2 crystal, and has a first side surface 161a and a second side surface 161b that are orthogonal to each other, and an inclined surface 161c.
  • the angle formed by the first side surface 161a and the second side surface 161b is, for example, within a range of 90 ⁇ 5 °.
  • the optical element 160 is arranged so that the laser beam Lp is incident on the inclined surface 161c as S-polarized light at a predetermined incident angle ⁇ .
  • the optical element 160 is formed so that the optical path axis Ap of the laser beam Lp refracted by the inclined surface 161c and propagating through the inside is incident on the first side surface 161a within an incident angle of 0 ⁇ 5 °. Yes.
  • a reflection suppression film (not shown) for the S-polarized laser light is formed on the inclined surface 161c.
  • the optical element 160 is formed so that the electric field axis of the laser beam Lp propagating inside coincides with the [111] axis. Since the laser beam Lp propagating inside the optical element 160 is S-polarized with respect to the first side surface 161a, the [111] axis is a direction orthogonal to the plane including the paper surface of FIG. Here, the fact that the electric field axis of the laser beam Lp and the [111] axis coincide with each other means that the angle between the two is within 5 °.
  • the angle formed between the normal line of the second side surface 161b and the [111] axis is preferably in the range of 90 ⁇ 5 °, for example. Note that the angle formed between the normal line of the second side surface 161b and the [111] axis is not limited to the range of 90 ⁇ 5 °, and may be in a range in which an effective area of the laser beam can be secured.
  • the incident angle ⁇ is set in a range of 70 ° ⁇ ⁇ ⁇ 74 °.
  • the incident angle ⁇ is set in the range of 54 ° ⁇ ⁇ ⁇ 65 °.
  • the laser light Lp incident as S-polarized light on the inclined surface 161c of the optical element 160 is transmitted through the inside in a state where the electric field axis coincides with the [111] axis, and is output from the first side surface 161a and has a beam diameter. Enlarged.
  • the laser light incident as S-polarized light on the inclined surface 161c of the optical element 160 is transmitted through the optical element 160 with the electric field axis coinciding with the [111] axis.
  • the amount of laser light absorbed is reduced, and deterioration is suppressed.
  • a reflection suppression film for S-polarized light is formed on the inclined surface 161c of the optical element 160, reflection loss is suppressed and the beam diameter expansion efficiency is improved.
  • the laser beam Lp incident on the optical element 160 may contain a P-polarized component in addition to the S-polarized light with respect to the inclined surface 161c.
  • the optical element 160 may be arranged so that the electric field axis of the S-polarized component of the laser light Lp coincides with one axis included in ⁇ 111>.
  • the optical element 160 is preferably configured such that the electric field axis of the S-polarized component of the laser light Lp coincides with an axis other than the crystal growth direction among the axes included in ⁇ 111>.
  • the present invention by optimizing the relationship between the electric field axis of laser light and the crystal orientation of the optical element, it is possible to improve the absorption rate of the laser light and the durability performance of the optical element.
  • the direction of the electric field axis is obtained based on the incident angle and the like, and the optical element may be formed so that one axis included in ⁇ 111> of the CaF 2 crystal coincides with the electric field axis.
  • the present invention can be applied to all optical elements without limitation by angle.
  • the ArF laser device has been described as an example of the laser device.
  • the present invention is not limited to this example.
  • an ultraviolet laser device having a wavelength range of 351 nm to 126 nm, such as an Ar 2 laser device. That is, the wavelength of the laser beam output from the laser apparatus to which the present invention is applicable is included in the wavelength region of 351 nm to 126 nm.

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Abstract

レーザ装置であって、以下を備える：ＣａＦ2結晶により形成され、紫外のレーザ光が１つの面に斜めに入射して透過する光学素子であって、内部を伝播するレーザ光の上記面に対するＰ偏光成分の電界軸と、ＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸とが一致する光学素子。光学素子の製造方法であって、以下のステップを含む：ＣａＦ2の種結晶を、＜１１１＞に含まれる１つの軸の方向に結晶成長させることにより形成されたインゴッドを、結晶成長方向から、結晶成長方向とは異なる＜１１１＞に含まれる他の軸の方向に、１４．１８±５°の範囲内の角度だけ傾斜した軸を切断軸として、インゴッドを切断軸に垂直に切断することにより光学素子を製造する。

Description

レーザ装置及び光学素子の製造方法
　本開示は、レーザ装置及び光学素子の製造方法に関する。
　半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長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上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。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 Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。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線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２００３－２４９７０８号公報 特開２０１３－１６８４７３号公報 特表２００８－５２２４３９号公報 特開２００７－０４７５０２号公報
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置であって、以下を備える：
　ＣａＦ2結晶により形成され、紫外のレーザ光が１つの面に斜めに入射して透過する光学素子であって、内部を伝播するレーザ光の上記面に対するＰ偏光成分の電界軸と、ＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸とが一致する光学素子。
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置であって、以下を備える：
　ＣａＦ2結晶により形成され、紫外のレーザ光が１つの面に入射して透過する光学素子であって、内部を伝播するレーザ光の偏光成分が最も多い偏光方向成分の電界軸と、ＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸が一致する光学素子。
　本開示の１つの観点に係る光学素子の製造方法であって、以下のステップを含む：
　ＣａＦ2の種結晶を、＜１１１＞に含まれる１つの軸の方向に結晶成長させることにより形成されたインゴッドを、結晶成長方向から、結晶成長方向とは異なる＜１１１＞に含まれる他の軸の方向に、１４．１８±５°の範囲内の角度だけ傾斜した軸を切断軸として、インゴッドを切断軸に垂直に切断することにより光学素子を製造する。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係るレーザ装置２の構成を概略的に示す図である。 図２は、ＣａＦ2結晶の構造を示す図である。 図３は、比較例に係る立方晶の標準（１１１）投影図である。 図４は、比較例に係る光学素子８０の断面図である。 図５は、比較例に係るレーザ装置２の課題について説明する図である。 図６は、直線偏光のレーザ光における電界及び磁界の波を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る光学素子９０の断面図である。 図８は、第１の実施形態に係る立方晶の標準（１１１）投影図である。 図９Ａは、ＣａＦ2結晶を（１００）面から見た図である。 図９Ｂは、ＣａＦ2結晶を（１－１０）面から見た図である。 図１０は、第１の実施形態と比較例とにおけるレーザ光の出力と偏光度との関係の評価結果を示すグラフである。 図１１は、第１の実施形態における光学素子の製造時の課題を説明する図である。 図１２は、第２の実施形態に係る光学素子１００の断面図である。 図１３は、第２の実施形態に係る立方晶の標準（１１１）投影図である。 図１４は、光学素子１００の製造方法を説明する図である。 図１５は、結晶成長方向を［－１１１］軸とした場合の結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度を説明する図である。 図１６は、第３の実施形態に係る光学素子１２０の断面図である。 図１７は、第３の実施形態に係る立方晶の標準（１１１）投影図である。 図１８は、第４の実施形態に係る光学素子１３０の断面図である。 図１９は、第４の実施形態に係る立方晶の標準（１１１）投影図である。 図２０は、第５の実施形態に係る光学素子１４０の断面図である。 図２１は、第６の実施形態における光学パルスストレッチャ５０の配置を説明する図である。 図２２は、第６の実施形態に係る光学素子１５０の断面図である。 図２３は、第７の実施形態に係る光学素子１５０の断面図である。
実施形態
　＜内容＞
　１．比較例
　　１．１　レーザ装置
　　　１．１．１　構成
　　　１．１．２　動作
　　１．２　ウインドウ
　　　１．２．１　構成及び作用
　　１．３　課題
　２．用語の定義
　　２．１　結晶の面及び軸
　　２．２　切断面及び切断軸
　　２．３　電界軸
　３．第１の実施形態
　　３．１　構成及び作用
　　３．２　効果
　４．第２の実施形態
　　４．１　構成及び作用
　　４．２　光学素子の製造方法
　　４．３　効果
　５．第３の実施形態
　　５．１　構成及び作用
　　５．２　効果
　６．第４の実施形態
　　６．１　構成及び作用
　　６．２　効果
　７．第５の実施形態
　　７．１　構成及び作用
　　７．２　効果
　８．第６の実施形態
　　８．１　構成
　　８．２　作用
　　８．３　効果
　９．第７の実施形態
　　９．１　構成及び作用
　　９．２　効果
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
　１．比較例
　　１．１　レーザ装置
　　　１．１．１　構成
　図１は、レーザ装置２の全体構成を示す。レーザ装置２は、２ステージレーザ装置として構成された露光装置用エキシマレーザ装置である。レーザ装置２は、マスターオシレータ１０と、パワーモニタ２０と、パワーオシレータ３０と、ビームエキスパンダモジュール４０と、光学パルスストレッチャ５０と、モニタモジュール６０と、第１の高反射ミラー７１と、第２の高反射ミラー７２と、を含む。
　マスターオシレータ１０は、チャンバ１１と、出力結合ミラー１２と、狭帯域化モジュール１３と、を含む。出力結合ミラー１２と狭帯域化モジュール１３とは、光共振器を構成している。チャンバ１１は、出力結合ミラー１２と狭帯域化モジュール１３とにより構成された光共振器の光路上に配置されている。出力結合ミラー１２は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶からなる平行平面基板の一方の面に反射抑制膜を形成し、他方の面に部分反射膜を形成することにより構成された部分反射ミラーである。出力結合ミラー１２の反射率は、例えば２０％～３０％の範囲内である。
　狭帯域化モジュール１３は、第１のプリズム１４と、第２のプリズム１５と、グレーティング１６と、を含む。第１のプリズム１４と第２のプリズム１５とは、チャンバ１１から出力されたレーザ光が、ビーム径が拡大されてグレーティング１６に入射するように配置されている。グレーティング１６は、レーザ光の入射角と回折角とが同じとなるようにリトロー配置されている。第１のプリズム１４と第２のプリズム１５とは、それぞれＣａＦ2結晶により形成された直角プリズムである。第１のプリズム１４と第２のプリズム１５との斜面には７０°～７４°の入射角に対する反射抑制膜が形成されており、垂直面には０°の入射角に対する反射抑制膜が形成されている。
　チャンバ１１は、第１のウインドウ１７ａと、第２のウインドウ１７ｂと、第１の放電電極１８ａと、第２の放電電極１８ｂと、を含む。チャンバ１１には、Ａｒガスと、フッ素ガスと、Ｎｅガスとを含むレーザガスが封入されている。第１の放電電極１８ａと第２の放電電極１８ｂとは、それらの間の放電空間がレーザ光の光路上となるように、紙面を含む面に対して垂直な方向に対向配置されている。チャンバ１１から出力されるレーザ光は、パルス状であって、たとえば、波長が約１９３．４ｎｍの紫外光である。
　第１のウインドウ１７ａと第２のウインドウ１７ｂとは、互いに平行であって、レーザ光の光路上に配置されている。また、第１のウインドウ１７ａと第２のウインドウ１７ｂとは、レーザ光の入射角が、ブリュースタ角に近い角度、たとえば、５６．３４±５°となるように配置されている。第１のウインドウ１７ａと第２のウインドウ１７ｂとは、それぞれＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、表面に保護膜がコートされていてもよい。さらに、第１のウインドウ１７ａと第２のウインドウ１７ｂとは、レーザ光の偏光状態がこれらのウインドウに対してそれぞれＰ偏光となるように配置されている。
　第１の高反射ミラー７１と第２の高反射ミラー７２とは、マスターオシレータ１０から出力されたレーザ光を反射してパワーモニタ２０に導くように配置されている。パワーモニタ２０は、第１の高反射ミラー７１と第２の高反射ミラー７２との間におけるレーザ光の光路上に配置されている。
　パワーモニタ２０は、ビームスプリッタ２１と、エネルギセンサ２２と、を含む。ビームスプリッタ２１は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、レーザ光の入射角が４５°となるように配置されている。エネルギセンサ２２は、ビームスプリッタ２１により反射されたレーザ光の反射光が入射する位置に配置されている。エネルギセンサ２２は、反射光のパルスエネルギを検出するセンサであり、たとえば、紫外光の光強度を検出するフォトダイオードである。
　パワーオシレータ３０は、チャンバ３１と、出力結合ミラー３２と、リアミラー３３と、を含む。出力結合ミラー３２とリアミラー３３とは、光共振器を構成している。チャンバ３１は、出力結合ミラー３２とリアミラー３３とにより構成された光共振器の光路上に配置されている。出力結合ミラー３２は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板の一方の面に反射抑制膜を形成し、他方の面に部分反射膜を形成することにより構成された部分反射ミラーである。出力結合ミラー３２の反射率は、例えば１０％～２０％の範囲内である。リアミラー３３は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板の一方の面に反射抑制膜を形成し、他方の面に部分反射膜を形成することにより構成された部分反射ミラーである。リアミラー３３の反射率は、例えば８０％～９０％の範囲内である。
　チャンバ３１は、第１のウインドウ３４ａと、第２のウインドウ３４ｂと、第１の放電電極３５ａと、第２の放電電極３５ｂと、を含む。チャンバ３１には、Ａｒガスと、フッ素ガスと、Ｎｅガスとを含むレーザガスが封入されている。第１の放電電極３５ａと第２の放電電極３５ｂとは、それらの間の放電空間がレーザ光の光路上となるように、紙面を含む面に対して垂直な方向に対向配置されている。
　第１のウインドウ３４ａと第２のウインドウ３４ｂとは、互いに平行であって、レーザ光の光路上に配置されている。また、第１のウインドウ３４ａと第２のウインドウ３４ｂとは、レーザ光の入射角が、ブリュースタ角に近い角度、たとえば、５６．３４±５°となるように配置されている。第１のウインドウ３４ａと第２のウインドウ３４ｂとは、それぞれＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、表面に保護膜がコートされていてもよい。さらに、第１のウインドウ３４ａと第２のウインドウ２４ｂとは、レーザ光の偏光状態がこれらのウインドウに対してそれぞれＰ偏光となるように配置されている。
　ビームエキスパンダモジュール４０は、第１のプリズム４１と、第２のプリズム４２と、を含む。第１のプリズム４１と第２のプリズム４２とは、チャンバ３１から出力されたレーザ光のビーム径を拡大して光学パルスストレッチャ５０に導くように配置されている。第１のプリズム４１と第２のプリズム４２とは、それぞれＣａＦ2結晶により形成された直角プリズムである。第１のプリズム４１と第２のプリズム４２との斜面には５４°～５６°の入射角で入射するＰ偏光のレーザ光に対する反射抑制膜が形成されており、垂直面には０°の入射角で入射するレーザ光に対する反射抑制膜が形成されている。ここで、第１のプリズム４１と第２のプリズム４２とは、レーザ光の偏光状態がこれらのプリズムの斜面に対してそれぞれＰ偏光となるように配置されている。
　光学パルスストレッチャ５０は、ビームエキスパンダモジュール４０から出力されたレーザ光の光路上に配置されている。光学パルスストレッチャ５０は、ビームスプリッタ５１と、第１～第４の凹面ミラー５２ａ～５２ｄと、を含む。ビームスプリッタ５１は、ビームエキスパンダモジュール４０から出力されたレーザ光の光路上であって、かつレーザ光の入射角が約４５°となるように配置されている。ビームスプリッタ５１は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、一方の面に部分反射膜が形成され、他方の面に反射抑制膜が形成されている。部分反射膜の反射率は、４０％～７０％の範囲内である。
　第１～第４の凹面ミラー５２ａ～５２ｄは、ビームスプリッタ５１で部分反射されたレーザ光を、周回させて再びビームスプリッタ５１に入射させる遅延光路を構成している。第１及び第２の凹面ミラー５２ａ，５２ｂは、ビームスプリッタ５１の位置における反射光の光像を、等倍の第１の転写像として結像するように配置されている。第３の凹面ミラー５２ｃと第４の凹面ミラー５２ｄとは、第１の転写像を、等倍の第２の転写像としてビームスプリッタ５１の位置に結像するように配置されている。光学パルスストレッチャ５０からは、パルス幅が伸張されたレーザ光が出力される。
　モニタモジュール６０は、第１のビームスプリッタ６１と、第２のビームスプリッタ６２と、エネルギセンサ６３と、スペクトル検出器６４と、を含む。第１のビームスプリッタ６１は、光学パルスストレッチャ５０から出力されたレーザ光の光路上であって、かつレーザ光の入射角が約４５°となるように配置されている。第２のビームスプリッタ６２は、第１のビームスプリッタ６１により反射されたレーザ光の光路上であって、かつレーザ光の入射角が約４５°となるように配置されている。第１のビームスプリッタ６１と第２のビームスプリッタ６２とは、それぞれＣａＦ2結晶からなる平行平面基板である。
　エネルギセンサ６３は、第２のビームスプリッタ６２を透過したレーザ光が入射するように配置されている。エネルギセンサ２２は、レーザ光のパルスエネルギを検出するセンサであり、たとえば、紫外光の光強度を検出するフォトダイオードである。スペクトル検出器６４は、第２のビームスプリッタ６２により反射されたレーザ光が入射するように配置されている。スペクトル検出器６４は、たとえば、エタロンとイメージセンサとを含む分光器であり、レーザ光の波長とスペクトル線幅とを検出する。
　　　１．１．２　動作
　次に、比較例に係るレーザ装置２の動作について説明する。マスターオシレータ１０のチャンバ１１内において、第１の放電電極１８ａと第２の放電電極１８ｂとの間で放電が生じると、放電空間では、レーザガスが励起されて基底状態に戻るときに紫外光が生成される。この紫外光は、第２のウインドウ１７ｂを通過して狭帯域化モジュール１３に入射する。
　狭帯域化モジュール１３に入射した光は、第１のプリズム１４と第２のプリズム１５とによってビーム径が拡大され、グレーティング１６に入射する。グレーティング１６からの一部の回折光が、再び第１のプリズム１４と第２のプリズム１５とを通過することによって、スペクトル線幅が狭帯域化される。狭帯域化された光は、第２のウインドウ１７ｂを介してチャンバ１１内に入射し、放電空間を通過することによって増幅され、第１のウインドウ１７ａを通過して出力結合ミラー１２に入射する。
　出力結合ミラー１２に入射した光のうち、出力結合ミラー１２により反射された光は、再び第１のウインドウ１７ａを介してチャンバ１１内に入射し、放電空間を通過することによって再び増幅される。一方、出力結合ミラー１２を透過した光は、パルスレーザ光としてマスターオシレータ１０から出力される。放電空間により増幅された光は、再び狭帯域化モジュール１３に入射することによりさらに狭帯域化された後、第２のウインドウ１７ｂを介してチャンバ１１内に入射して増幅される。
　ここで、レーザ光は、偏光方向が紙面を含む面に平行な直線偏光が増幅されて出力される。これは、第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂと、第１及び第２のプリズム１４，１５との各入射光のうち、偏光方向が入射面に平行であるＰ偏光成分の損失が少ないためである。以上のようにして、レーザ発振し、狭帯域化された直線偏光のレーザ光が、マスターオシレータ１０から出力される。なお、図１では、レーザ光の偏光方向を矢印で示している。
　マスターオシレータ１０から出力されたレーザ光は、第１の高反射ミラー７１により反射されて、パワーモニタ２０に入射する。パワーモニタ２０では、ビームスプリッタ２１によって、レーザ光の一部がエネルギセンサ２２に入射する。エネルギセンサ２２により、マスターオシレータ１０から出力されたレーザ光のパルスエネルギが検出される。パワーモニタ２０を通過したレーザ光は、第２の高反射ミラー７２により反射されて、シード光としてパワーオシレータ３０のリアミラー３３に入射する。
　リアミラー３３を透過したレーザ光は、偏光方向が紙面を含む面に平行な直線偏光である。この直線偏光のレーザ光は、第１のウインドウ３４ａを透過してチャンバ３１内の放電空間に入射する。レーザ光が放電空間に入射するタイミングに同期して、第１の放電電極３５ａと第２の放電電極３５ｂとの間で放電を生じさせることによって、レーザ光が増幅される。増幅されたレーザ光は、第２のウインドウ３４ｂを透過して出力結合ミラー３２に入射する。
　出力結合ミラー３２に入射したレーザ光のうち一部は、出力結合ミラー３２を透過してパワーオシレータ３０から出力される。一方、出力結合ミラー３２により反射された一部のレーザ光は、再び第２のウインドウ３４ｂを介してチャンバ３１内に入射し、放電空間を通過することによって再び増幅される。増幅されたレーザ光は、第１のウインドウ３４ａを透過して再びリアミラー３３に入射する。リアミラー３３により反射されたレーザ光は、再び第１のウインドウ３４ａを介してチャンバ３１内の放電空間を通過することによって増幅される。増幅されたレーザ光は、第２のウインドウ３４ｂを透過して出力結合ミラー３２に入射する。出力結合ミラー３２から一部のレーザ光が出力され、一部のレーザ光が再び光共振器内に戻されることによって増幅発振が生じる。ここで、第１のウインドウ３４ｂと第２のウインドウ３５ｂとは、シード光の偏光状態がＰ偏光となるように配置されているので、これらのウインドウを通過する際のレーザ光の反射損失が抑制される。さらに、出力結合ミラー３２から出力されるレーザ光は、偏光方向が紙面を含む面に平行な直線偏光となる。
　パワーオシレータ３０から出力されたレーザ光は、ビームエキスパンダモジュール４０に入射し、第１のプリズム４１と第２のプリズム４２とによって、ビーム径が拡大される。ここで、パワーオシレータ３０から出力されたレーザ光の偏光状態は、第１のプリズム４１と第２のプリズム４２の斜面に対してＰ偏光である。その結果、これらプリズムを透過する際のレーザ光の反射損失が抑制される。ビームエキスパンダモジュール４０から出力されたビーム径は、光学パルスストレッチャ５０に入射する。
　光学パルスストレッチャ５０に入射したレーザ光は、一部がビームスプリッタ５１を透過して出力され、一部がビームスプリッタ５１により反射される。ビームスプリッタ５１により反射されたレーザ光は、第１～第４の凹面ミラー５２ａ～５２ｄにより構成される遅延光路を周回して再びビームスプリッタ５１に入射する。そして、ビームスプリッタ５１に入射したレーザ光の一部が反射されて出力される。ビームスプリッタ５１を透過したレーザ光は、再び遅延光路を周回する。このようにして、レーザ光のパルス幅が伸張される。
　光学パルスストレッチャ５０によりパルス幅が伸張されたレーザ光は、モニタモジュール６０に入射する。モニタモジュール６０に入射したレーザ光は、一部が第１のビームスプリッタ６１により反射されて第２のビームスプリッタ６２に入射する。第２のビームスプリッタ６２を透過したレーザ光は、エネルギセンサ６３に入射し、パルスエネルギが検出される。第２のビームスプリッタ６２により反射されたレーザ光は、スペクトル検出器６４に入射し、波長とスペクトル線幅とが検出される。一方、第１のビームスプリッタ６１を透過したレーザ光は、図示しない露光装置に供給される。
　　１．２　ウインドウ
　　　１．２．１　構成及び作用
　次に、チャンバ１１の第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及びチャンバ３１の第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂを構成する光学素子８０について説明する。
　図２は、光学素子８０を形成するＣａＦ2結晶の構造を示す。ＣａＦ2結晶は、カルシウムイオン（Ｃａ2+）が面心立方格子構造であり、フッ素イオン（Ｆ-）が単純立方格子構造である。また、カルシウムイオンは、フッ素イオンが構成する立方体の体心に位置する。フッ素イオンは、カルシウムイオンが構成する正四面体の中心に位置する。
　ＣａＦ2結晶は、［１１１］軸を対称軸とした３回対称である。すなわち、ＣａＦ2結晶を、［１１１］軸の真上から見ると、［１００］軸と［０１０］軸とのなす角度は１２０°、［１００］軸と［００１］軸とのなす角度は２４０°となる。
　図３は、ＣａＦ2結晶構造に対応する立方晶の標準（１１１）投影図を部分的に示す。図３に示すように、［１１１］軸を中心として、［１００］軸を角度θだけ回転した方位軸を回転指定方位軸と定義する。本比較例では、θ＝６０°とし、回転指定方位軸を［１１０］軸としている。
　図４は、［１１１］軸と回転指定方位軸とを含む面に沿った光学素子８０の断面図である。光学素子８０は、ＣａＦ2結晶を、結晶方位に合わせて（１１１）面で切断することにより形成された平行平面基板である。光学素子８０の互いに平行な第１の平面８１ａ及び第２の平面８１ｂは、それぞれ（１１１）面方位を有する。
　光学素子８０は、［１１１］軸と回転指定方位軸とを含む面を入射面とし、レーザ光Ｌpが、第１の平面８１ａにＰ偏光として入射するように配置される。レーザ光Ｌpの入射角αは、ほぼブリュースタ角θBとする。ＣａＦ2結晶の屈折率ｎを１．５０１９５８とすると、ブリュースタ角θBは、下式（１）に基づき、５６．３４°と算出される。
　θB＝ａｒｃｔａｎ（ｎ）　・・・（１）
　レーザ光Ｌpは、第２の平面８１ｂにおいて、スネルの法則にしたがって、屈折角βで屈折する。この場合、屈折角βは、下式（２）に基づき、３３．６５°と算出される。
　ｓｉｎα＝ｎ・ｓｉｎβ　・・・（２）
　第１の平面８１ａから光学素子８０内に入射したレーザ光Ｌpは、屈折軸としての光路軸Ａｐに沿って伝播する。レーザ光Ｌpは、光学素子８０の内部を伝播して第２の平面８１ｂに達すると、スネルの法則にしたがって屈折し、光学素子８０に対してＰ偏光の直線偏光として出力される。
　ＣａＦ2結晶は［１１１］軸方向に結晶成長し、（１１１）面が劈開性を有する。このため、光学素子８０の第１の平面８１ａ及び第２の平面８１ｂを（１１１）面とすることにより、光学素子８０の製造が容易となる。また、（１１１）面の表面は、他の結晶面よりも硬いので、表面粗さを低減することができる。また、光学素子８０を、［１１１］軸を中心として、［１００］軸を６０°回転した方位に配置することにより、これと等価な方位を除く他の方位に配置した場合よりも、レーザ光による同一の発熱量に対する熱応力が低減されるという利点がある。
　　１．３　課題
　次に、比較例に係るレーザ装置２の課題について説明する。近年のレーザ光の高出力化に伴って、図４に示すように光学素子８０を配置したとしても、以下のような課題がある。光学素子８０を透過するレーザ光Ｌpの出力が高くなると、それに伴って、光学素子８０によるレーザ光Ｌpの吸収量が増加し、発熱量が増加する。そして、光学素子８０は、発熱によって熱応力が増加し、さらに複屈折量が増加する。
　図５は、光学素子８０に複屈折が生じた場合のレーザ光Ｌpの偏光状態を示す。複屈折が生じた光学素子８０にＰ偏光のレーザ光Ｌpが入射すると、互いに直交する直線偏光成分の間に位相差が生じることにより、レーザ光Ｌpは、光学素子８０内で楕円偏光に変化して出力される。この結果、露光装置には直線偏光のレーザ光が要求されるが、レーザ装置２からは、偏光度が悪化したレーザ光が露光装置に供給されることになる。
　また、光学素子８０から出力された楕円偏光のレーザ光Ｌpは、他のウインドウを構成する光学素子の表面に入射するたびに、ブリュースタ角で入射したとしても、楕円偏光の一部の光成分であるＳ偏光成分がフレネル反射されることにより、光の損失が生じる。この結果、レーザ光の出力が低下してしまう。
　このように、比較例に係るレーザ装置２では、レーザ光の偏光度の悪化と出力の低下が課題となっている。なお、同様の課題は、チャンバのウインドウだけでなく、レーザ装置２に含まれ、ＣａＦ2結晶で形成されたビームスプリッタ、出力結合ミラー、リアミラー、プリズム等の光学素子によっても生じ得る。
　なお、比較例に係るレーザ装置２では、ビームスプリッタ、出力結合ミラー、及びリアミラーは、平行平面基板の両面が（１１１）面とされている。プリズムは、１つの側面が（１１１）面とされ、レーザ光の光路軸が［１１１］軸に一致している。
　２．用語の定義
　　２．１　結晶の面及び軸
　上記比較例では、立方晶における結晶の面を（ｈｋｌ）と表記し、軸の方向を［ｕｖｗ］と表記している。これらは、結晶における特定の面及び軸を表す。以下では、（ｈｋｌ）面と等価な面、すなわち座標軸に対する相対的な関係が同じ面をすべて含めて｛ｈｋｌ｝という。また、［ｕｖｗ］軸と等価な軸、すなわち座標軸に対する相対的な関係が同じ軸をすべて含めて＜ｕｖｗ＞という。
　また、指数が負の値を取るときは、通常、図３の標準投影図中に示されているように、数字の上にバーを付けて表記するが、本明細書では、指数に“－”の符号を付け、例えば、（－１１１）と表記する。
　たとえば、｛１００｝は、（１００），（０１０），（００１），（－１００），（０－１０），（００－１）を含む。また、たとえば、＜１１１＞は、［１１１］，［－１１１］，［１－１１］，［１１－１］を含む。
　また、以下では、２つの軸や面のなす角度は、０°以上９０°以下の角度範囲で表す。
　　２．２　切断面及び切断軸
　以下、結晶を切断した平面を切断面という。また、切断面に直交する軸、すなわち法線を切断軸という。たとえば、立方晶において、［１２２］軸を切断軸とした場合、これに対応する切断面は（１２２）面である。
　　２．３　電界軸
　図６は、直線偏光のレーザ光がＺ方向に伝播する際の電界及び磁界の波を示す。電界の波を表す電界ベクトルＥと、磁界の波を表す磁界ベクトルＨとは、互いに直交している。電界ベクトルＥは、Ｘ軸方向に平行である。磁界ベクトルＨは、Ｙ軸方向に平行である。本明細書では、直線偏光の電界ベクトルＥに平行なＸ軸を電界軸という。また、特に、レーザ光が、光学素子の入射面に偏光方向が平行であるＰ偏光成分に加えてＳ偏光成分を含む場合には、Ｐ偏光成分の電界ベクトルＥに平行な方向を電界軸という。
　３．第１の実施形態
　次に、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第１の実施形態に係るレーザ装置は、チャンバ１１の第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及びチャンバ３１の第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂ以外の構成については、比較例に係るレーザ装置２の構成と同一である。
　　３．１　構成及び作用
　第１の実施形態において、第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及び第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂを構成する光学素子９０について説明する。図７は、第１の実施形態に係る光学素子９０の断面図である。光学素子９０は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の平面９１ａ及び第２の平面９１ｂを有する。ここで、第１の平面９１ａと第２の平面９１ｂとの平行度は、好ましくは０．１°以内であり、さらに好ましくは０．００１４°以内である。
　光学素子９０は、光学素子９０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの光路軸Ａｐが、ＣａＦ2結晶の［１１１］軸に直交するように形成されている。第１の平面９１ａ及び第２の平面９１ｂは、それぞれ、［１１１］軸とのなす角度が、下式（３）を満たす角度γにほぼ一致する切断軸Ａｃに基づいて、ＣａＦ2結晶を切断した切断面である。ここで、βは、光学素子９０に入射したレーザ光Ｌpの屈折角である。
　γ＝９０°－β　・・・（３）
　すなわち、切断軸Ａｃと光路軸Ａｐとのなす角度は、屈折角βに一致する。比較例と同様に、レーザ光Ｌpの入射角αは、ほぼブリュースタ角θBである。ＣａＦ2結晶の屈折率ｎを１．５０１９５８とすると、ブリュースタ角θBは、上式（１）に基づき、約５６．３４°と算出される。この場合、屈折角βは、上式（２）に基づき、約３３．６５°と算出される。入射角αは、ブリュースタ角θBを含む５６．３４±５°の範囲内とすることが好ましい。また、この場合、上述の切断軸Ａｃと［１１１］軸とのなす角度γを、５６．３５±５°の範囲内とすることが好ましい。
　また、光学素子９０は、［１１１］軸と、第１の平面９１ａの法線である切断軸Ａｃとを含む面を入射面とし、レーザ光Ｌpが、第１の平面９１ａにＰ偏光として入射するように配置されている。したがって、第１の平面９１ａにおいて屈折角βで屈折して光学素子９０内をＺ方向に伝播するレーザ光Ｌpの電界軸、すなわちＸ軸は、［１１１］軸に一致する。なお、レーザ光Ｌpには、光学素子９０の入射面に偏光方向が平行であるＰ偏光成分に加えて、Ｓ偏光成分が含まれることがある。光学素子９０は、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が、［１１１］軸に一致するように配置されていればよい。ここで、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が［１１１］軸に一致するとは、たとえば、両者のなす角度が５°以内であることをいう。
　図８は、ＣａＦ2結晶構造に対応する立方晶の標準（１１１）投影図を示す。図８において、［１１１］軸と直交する軸は、標準投影図における最外周の第１の円周Ｃ１上に位置する。また、図８に示される第２の円周Ｃ２には、第１の円周Ｃ１に含まれる軸とのなす角度が屈折角βとなる軸が含まれる。
　ＣａＦ2結晶を用いて光学素子９０を製造する際には、光路軸Ａｐを第１の円周Ｃ１上から選択し、光路軸Ａｐに対応する切断軸Ａｃを第２の円周Ｃ２上から選択すればよい。そして、選択した切断軸Ａｃに基づいてＣａＦ2結晶を切断することにより、第１の平面９１ａ及び第２の平面９１ｂを形成すればよい。なお、切断軸Ａｃは、光路軸Ａｐと角度βをなす軸を第２の円周Ｃ２または第２の円周Ｃ２付近から選択すればよい。
　たとえば、第１の円周Ｃ１上から光路軸Ａｐとして［－２１１］軸を選択し、第２の円周Ｃ２を基準として±５°の範囲内に含まれる結晶軸を切断軸Ａｃとして［－１２２］軸を選択することができる。この場合、第１の平面９１ａ及び第２の平面９１ｂを形成するための切断面は、（－１２２）面となる。
　　３．２　効果
　光学素子９０を、光学素子９０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が、［１１１］軸に一致するように形成することにより、光学素子９０内でのレーザ光Ｌpの吸収量が低減し、比較例と比べて熱応力及び複屈折量が低減すると推測される。これは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ＣａＦ2結晶ではフッ素イオンの原子間距離は、［１１１］軸方向及びこれと等価な方向が最も長く、この方向にレーザ光Ｌpの電界軸が一致していることに基づいている。
　レーザ装置は、高い繰り返し周波数で発振し、波長が約１９３．４ｎｍと短波長のレーザ光Ｌpを出力するので、高エネルギのレーザ光Ｌpが光学素子９０を形成するＣａＦ2結晶に入射する。ＣａＦ2結晶では、カルシウムイオンとフッ素イオンとの結合エネルギを超える２光子のエネルギが与えられた場合に、カルシウムイオンとフッ素イオンとの結合が切断される。この場合、フッ素イオンが励起され、フッ素イオンの二量体（Ｖｋセンタ）が形成されることによって、ＣａＦ2結晶内に結晶欠陥が生じ、この結果、光学素子９０には光の吸収率の増加による劣化が生じる。
　第１の実施形態では、光子エネルギが作用する方向であるレーザ光Ｌpの電界軸を、フッ素イオンの原子間距離が最も長い［１１１］軸に一致させることによって、フッ素イオンの二量体の形成が抑制されると推測される。このように、劣化の起点となるフッ素イオンの二量体の形成を抑制することにより、レーザ光の吸収量が低減して熱応力及び複屈折量が低減すると推測される。この結果、第１の実施形態では、レーザ光の偏光度の悪化や出力の低下が抑制される。さらに、第１の実施形態では、ＣａＦ2結晶の劣化が抑制されることにより、ウインドウの耐久性が向上する。
　図１０は、第１の実施形態と比較例とにおけるレーザ光の出力と偏光度との関係の評価結果を示す。偏光度は、レーザ装置から出力されるレーザ光の直線偏光の度合いを表す指数であり、１００％に近いほど直線偏光の度合いが高い。図１０に示すように、比較例に係るレーザ装置では、レーザ光の出力が高くなるにしたがって、レーザ光の偏光度が悪化するのに対して、第１の実施形態のレーザ装置では、レーザ光の出力が高くなっても高い偏光度が維持された。
　第１の実施形態では、図１１に示すように、ＣａＦ2結晶の結晶成長の方向である［１１１］軸と切断軸Ａｃとのなす角度は、５６．３５°と大きい。このため、ＣａＦ2結晶の（１１１）面に対する切断面の角度が５６．３５°と大きく、光学素子９０の生産性に関して課題がある。
　４．第２の実施形態
　次に、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第２の実施形態に係るレーザ装置は、チャンバ１１の第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及びチャンバ３１の第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂ以外の構成については、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成と同一である。
　　４．１　構成及び作用
　第２の実施形態において、第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及び第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂを構成する光学素子１００について説明する。図１２は、第２の実施形態に係る光学素子１００の断面図である。光学素子１００は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の平面１０１ａ及び第２の平面１０１ｂを有する。ここで、第１の平面１０１ａと第２の平面１０１ｂとの平行度は、好ましくは０．１°以内であり、さらに好ましくは０．００１４°以内である。
　光学素子１００は、光学素子１００の内部を伝播するレーザ光Ｌpの光路軸Ａｐが、ＣａＦ2結晶の［－１１１］軸に直交するように形成されている。［－１１１］は、［１１１］と等価な方向である。ここで、光学素子１００の内部を伝播するレーザ光Ｌｐの電界軸と［－１１１］軸とは一致し、両者のなす角度は５°以内である。光学素子１００の他の構成は、第１の実施形態に係る光学素子９０と同様である。
　具体的には、第２の実施形態では、図１２及び図１３に示すように、光路軸Ａｐを、［－１１１］軸とのなす角度が９０°である［２１１］軸に一致させる。そして、［２１１］軸から［－１１１］軸の方向へ屈折角β±５°の範囲内にある［１２２］軸を切断軸Ａｃとする。ここで、第１の実施形態と同様に、屈折角βは、３３．６５°である。第１の平面１０１ａ及び第２の平面１０１ｂは、切断軸Ａｃに基づいて、ＣａＦ2結晶を切断した（１２２）面である。
　［－１１１］軸と［１１１］軸とのなす角度が７０．５３°であることから、［１１１］軸と切断軸Ａｃとのなす角度は、１４．１８°と算出される。
　　４．２　光学素子の製造方法
　次に、光学素子１００の製造方法について説明する。まず、図１４に示すように、端面が（１１１）面方位を有するＣａＦ2の種結晶を［１１１］軸方向に成長させ、単結晶のインゴッド１１０を作成する。次に、インゴッド１１０の［１１１］軸から［－１１１］軸方向に１４．１８°傾斜した軸を切断軸Ａｃとして選択する。この切断軸Ａｃとして、たとえば［１２２］軸を選択する。選択した切断軸Ａｃを基準として、インゴッド１１０を切断し、切断軸Ａｃを法線とする切断面を両面に有する平行平面の板状部材を形成する。この切断面は、たとえば（１２２）面である。そして、形成した板状部材を適宜の大きさに切断し、両面に研磨等を施すことにより、光学素子１００が完成する。そして、光学素子１００は、チャンバにウインドウとして装着される。
　　４．３　効果
　以上のように、第２の実施形態では、レーザ光Ｌpの光路軸Ａｐを［－１１１］軸と直交するように設定することで、インゴッド１１０の端面である（１１１）面に対する切断面の角度を約１４．１８°と小さくすることができる。これにより、光学素子１００の生産性が向上する。
　なお、第２の実施形態では、結晶成長方向を［１１１］軸方向としているが、この結晶成長方向を［１１１］軸と等価な方向としてもよい。たとえば、結晶成長方向を［－１１１］軸とする。この場合、第１の実施形態と同様に、図１５に示すように、レーザ光Ｌpの光路軸Ａｐを、［－１１１］軸と［１１１］軸とが含まれる平面内で、［１１１］軸と直交する［－２１１］軸に一致させる。そして、切断軸Ａｃを、［－１１１］軸と［１１１］軸とが含まれる平面内で、［－２１１］軸とのなす角度が屈折角β±５°の範囲内にある結晶軸、たとえば［－１２２］軸を選択する。この場合、結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度は、第２の実施形態と同様に、１４．１８°と小さい。
　すなわち、結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度が小さく、生産性の高い光学素子１００を製造するためには、まず、ＣａＦ2の種結晶を、＜１１１＞に含まれる１つの軸の方向に結晶成長させることによりインゴッド１１０を生成する。そして、結晶成長方向から、結晶成長方向とは異なる＜１１１＞に含まれる他の軸の方向に、１４．１８の範囲内の角度だけ傾斜した軸を切断軸Ａｃとし、インゴッド１１０を、切断軸Ａｃに垂直に切断すればよい。結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度は、１４．１８±５°の範囲内であればよい。
　さらに、第１及び第２のウインドウ１７ａ，１７ｂ、及び第１及び第２のウインドウ３４ａ，３４ｂを構成する光学素子は、光学素子に入射したレーザ光のＰ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように構成されていればよい。上記のように、ウインドウに入射するレーザ光のＰ偏光成分の電界軸を、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致させることで、光学素子の生産性が向上する。
　なお、ウインドウを構成する光学素子は、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる１つの軸とのなす角度は、５６．３５±５°の範囲内であればよい。この場合、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる他の１つの軸とのなす角度は、１４．１８±５°の範囲内となる。
　５．第３の実施形態
　次に、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第１及び第２の実施形態では、レーザ装置に含まれるチャンバのウインドウに本発明を適用しているが、第３の実施形態では、レーザ装置に含まれるビームスプリッタに本発明を適用する。
　　５．１　構成及び作用
　第３の実施形態において、パワーモニタ２０内のビームスプリッタ２１、光学パルスストレッチャ５０内のビームスプリッタ５１、モニタモジュール６０内の第１及び第２のビームスプリッタ６１，６２を構成する光学素子１２０について説明する。図１６は、第３の実施形態に係る光学素子１２０の断面図である。光学素子１２０は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の平面１２１ａ及び第２の平面１２１ｂを有する。ここで、第１の平面１２１ａと第２の平面１２１ｂとの平行度は、好ましくは０．１°以内であり、さらに好ましくは０．００１４°以内である。
　光学素子１２０は、レーザ光Ｌpの入射角αが４５°となるように配置される。この場合、レーザ光Ｌpの屈折角βは、上式（２）に基づき、２８．０９°と算出される。入射角αは、４５±５°の範囲内とすることが好ましい。
　また、光学素子１２０は、光学素子１２０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの光路軸Ａｐが、ＣａＦ2結晶の［１１１］軸と直交するように形成されている。第１の平面１２１ａ及び第２の平面１２１ｂは、それぞれ、［１１１］軸とのなす角度が、上式（３）を満たす角度γに一致する切断軸Ａｃに基づいて、ＣａＦ2結晶を切断した切断面である。角度γは、６１．９１°である。
　さらに、光学素子１２０は、［１１１］軸と、第１の平面１２１ａの法線である切断軸Ａｃとを含む面を入射面とし、レーザ光Ｌpが、第１の平面１２１ａにＰ偏光として入射するように配置されている。したがって、第１の平面１２１ａにおいて屈折角βで屈折して光学素子１２０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸は、［１１１］軸に一致する。ここで、レーザ光Ｌｐの電界軸が［１１１］軸に一致するとは、たとえば、両者のなす角度が５°以内であることをいう。
　図１７は、立方晶の標準（１１１）投影図を示す。図１７において、［１１１］軸と直交する軸は、最外周の第１の円周Ｃ１上に位置する。また、図１７に示される第２の円周Ｃ２には、第１の円周Ｃ１に含まれる軸とのなす角度が屈折角βとなる軸が含まれる。
　ＣａＦ2結晶を用いて光学素子１２０を製造する際には、第１の実施形態に係る光学素子９０の場合と同様に、光路軸Ａｐを第１の円周Ｃ１上から選択し、光路軸Ａｐに対応する切断軸Ａｃを第２の円周Ｃ２上から選択すればよい。そして、選択した切断軸Ａｃに基づいてＣａＦ2結晶を切断することにより、第１の平面１２１ａ及び第２の平面１２１ｂを形成すればよい。なお、切断軸Ａｃは、光路軸Ａｐと角度βをなす軸を含む第２の円周Ｃ２を基準として±５°の範囲内から選択すればよい。
　　５．２　効果
　光学素子１２０を、光学素子１２０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が、［１１１］軸に一致するように形成することにより、光学素子１２０内でのレーザ光Ｌpの吸収量が低減し、第１の実施形態に係る光学素子９０の場合と同様に、熱応力及び複屈折量が低減すると推測される。これにより、第１の実施形態と同様に、レーザ光の偏光度の悪化や出力の低下が抑制され、さらにビームスプリッタの耐久性が向上する。
　第２の実施形態と同様に、光学素子１２０は、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように構成されていればよい。また、光学素子１２０は、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致するように構成されていることも好ましい。この場合、結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度は、８．６１°と小さくなり、光学素子１２０の生産性が向上する。結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度は、８．６１±５°の範囲内であればよい。
　なお、ビームスプリッタを構成する光学素子は、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる１つの軸とのなす角度は、６１．９１±５°の範囲内であればよい。この場合、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる他の１つの軸とのなす角度は、８．６１±５°の範囲内となる。
　６．第４の実施形態
　次に、本開示の第４の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第４の実施形態では、レーザ装置に含まれる出力結合ミラー及びリアミラーに本発明を適用する。
　　６．１　構成及び作用
　第４の実施形態において、マスターオシレータ１０内の出力結合ミラー１２、パワーオシレータ３０内の出力結合ミラー３２及びリアミラー３３を構成する光学素子１３０について説明する。図１８は、第４の実施形態に係る光学素子１３０の断面図である。光学素子１３０は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の平面１３１ａ及び第２の平面１３１ｂを有する。ここで、第１の面１３１ａと第２の面１３１ｂとの平行度は、好ましくは０．１°以内であり、さらに好ましくは０．００１４°以内である。
　光学素子１３０は、レーザ光Ｌpの入射角αが約０°、すなわちレーザ光Ｌpが第１の平面１３１ａに垂直に入射するように配置される。したがって、レーザ光Ｌpの光路軸Ａｐは、第１の平面１３１ａ及び第２の平面１３１ｂに直交する。また、光学素子１３０は、光路軸Ａｐが、ＣａＦ2結晶の［１１１］軸と直交するように形成されている。第１の平面１３１ａ及び第２の平面１３１ｂは、それぞれ、［１１１］軸とのなす角度が９０°である切断軸Ａｃに基づいて、ＣａＦ2結晶を切断した切断面である。すなわち、第１の平面１３１ａ及び第２の平面１３１ｂは、［１１１］軸に平行であり、平行度は５°以内であることが好ましい。
　さらに、光学素子１３０は、［１１１］軸と、第１の平面１３１ａの法線である切断軸Ａｃとを含む面に、直線偏光であるレーザ光Ｌpの偏光方向、すなわち電界軸が平行となるように配置されている。したがって、光学素子１３０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸は、［１１１］軸に一致する。なお、レーザ光Ｌpには、他の直線偏光成分が含まれることがある。光学素子１３０は、レーザ光Ｌpの偏光成分が最も多い偏光方向成分の電界軸が［１１１］軸に一致するように配置されていればよい。
　図１９は、立方晶（１１１）の標準投影図を示す。図１９において、［１１１］軸と直交する軸は、最外周の第１の円周Ｃ１上に位置する。ＣａＦ2結晶を用いて光学素子１３０を製造する際には、光路軸Ａｐを第１の円周Ｃ１上から選択し、選択した光路軸Ａｐを切断軸Ａｃとする。そして、この切断軸Ａｃに基づいてＣａＦ2結晶を切断することにより、第１の平面１３１ａ及び第２の平面１３１ｂを形成すればよい。本実施形態では、光路軸Ａｐを第１の円周Ｃ１上から選択しているが、第１の円周Ｃ１上に限定されることなく、たとえば、第１の円周Ｃ１を基準として±５°以内の範囲内から光路軸Ａｐを選択してもよい。
　　６．２　効果
　光学素子１３０を、光学素子１３０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が、［１１１］軸に一致するように形成することにより、光学素子１３０内でのレーザ光Ｌpの吸収量が低減し、熱応力及び複屈折量が低減すると推測される。これにより、レーザ光の偏光度の悪化や出力の低下が抑制され、さらに出力結合ミラー及びリアミラーの耐久性が向上する。
　光学素子１３０は、レーザ光Ｌpの偏光成分が最も多い偏光方向成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように構成されていればよい。また、光学素子１３０は、レーザ光Ｌpの偏光成分が最も多い偏光方向成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致するように構成されていることも好ましい。この場合、結晶成長方向と切断軸Ａｃとのなす角度は、１９．４７°と小さくなり、光学素子１３０の生産性が向上する。
　なお、出力結合ミラー及びリアミラーを構成する光学素子は、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる１つの軸とのなす角度は、９０±５°の範囲内であればよい。この場合、レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる他の１つの軸とのなす角度は、１９．４７±５°の範囲内となる。
　７．第５の実施形態
　次に、本開示の第５の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第５の実施形態では、レーザ装置に含まれるプリズムに本発明を適用する。
　　７．１　構成及び作用
　第５の実施形態において、狭帯域化モジュール１３内の第１及び第２のプリズム１４，１５と、ビームエキスパンダモジュール４０内の第１及び第２のプリズム４１，４２とを構成する光学素子１４０について説明する。図２０は、第５の実施形態に係る光学素子１４０の断面図である。光学素子１４０は、ＣａＦ2結晶からなる直角プリズムであって、互いに直交する第１の側面１４１ａ及び第２の側面１４１ｂと、斜面１４１ｃとを有する。ここで、第１の側面１４１ａ及び第２の側面１４１ｂのなす角度は、たとえば、９０±５°の範囲内である。
　光学素子１４０は、斜面１４１ｃの法線と［１１１］軸とを含む面を入射面とし、レーザ光Ｌpが、斜面１４１ｃにＰ偏光として、所定の入射角αで入射するように配置されている。また、光学素子１４０は、斜面１４１ｃで屈折し、内部を伝播するレーザ光Ｌpの光路軸Ａｐが、第１の側面１４１ａに対して入射角が０±５°以内で入射し、かつ、レーザ光Ｌpの電界軸が［１１１］軸と一致するように形成されている。レーザ光Ｌpは、第１の側面１４１ａを透過して、光学素子１４０外に出力される。ここで、レーザ光Ｌｐの電界軸と［１１１］軸とが一致するとは、両者のなす角度が５°以内であることをいう。
　また、第２の側面１４１ｂと［１１１］軸とのなす角度は、たとえば、９０±５°の範囲内であることが好ましい。なお、第２の側面１４１ｂと［１１１］軸とのなす角度は、９０±５°の範囲内に限られず、レーザ光の有効エリアが確保できる範囲であればよい。
　光学素子１４０を、狭帯域化モジュール１３内の第１及び第２のプリズム１４，１５として用いる場合には、入射角αを、７０°≦α≦７４°の範囲内とする。また、光学素子１４０を、ビームエキスパンダモジュール４０内の第１及び第２のプリズム４１，４２として用いる場合には、入射角αを、５４°≦α≦６５°の範囲内とする。
　　７．２　効果
　光学素子１４０を、光学素子１４０の内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が、［１１１］軸に一致するように形成することにより、光学素子１４０内でのレーザ光Ｌpの吸収量が低減し、熱応力及び複屈折量が低減すると推測される。これにより、レーザ光の偏光度の悪化や出力の低下が抑制され、さらにプリズムの耐久性が向上する。
　光学素子１４０は、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように構成されていればよい。また、光学素子１４０は、レーザ光ＬpのＰ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致するように構成されていてもよい。
　８．第６の実施形態
　図１に示すレーザ装置２では、光学パルスストレッチャ５０を、ビームエキスパンダモジュール４０からビームスプリッタ５１に入射するレーザ光がＰ偏光となるように配置しているが、光学パルスストレッチャ５０の配置はこれには限定されない。以下、本開示の第６の実施形態に係るレーザ装置について説明する。
　　８．１　構成
　図２１は、第６の実施形態として、光学パルスストレッチャ５０を、ビームエキスパンダモジュール４０からビームスプリッタ５１に入射するレーザ光がＳ偏光となるように配置した例を示す。すなわち、第１の実施形態では、光学パルスストレッチャ５０を、遅延光路を含む面が、図１の紙面を含む面と平行となるように配置しているのに対して、第６の実施形態では、遅延光路を含む面が、図１の紙面を含む面に直交するように配置する。
　図２２は、第６の実施形態に係るビームスプリッタ５１を構成する光学素子１５０の断面図である。光学素子１５０は、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の平面１５１ａ及び第２の平面１５１ｂを有する。ここで、第１の平面１５１ａと第２の平面１５１ｂとの平行度は、好ましくは０．１°以内であり、さらに好ましくは０．００１４°以内である。
　光学素子１５０は、ビームエキスパンダモジュール４０から第１の平面１５１ａに入射するレーザ光Ｌpの入射角αが４５°となるように配置される。この場合、レーザ光Ｌpの屈折角βは、上式（２）に基づき、２８．０９°と算出される。入射角αは、４５±５°の範囲内とすることが好ましい。
　光学素子１５０の第１の平面１５１ａには、Ｓ偏光のレーザ光に対する反射率が４０％～７０％である図示しない部分反射膜が形成されている。また、第２の平面１５１ｂには、Ｓ偏光のレーザ光に対する図示しない反射抑制膜が形成されている。
　光学素子１５０は、内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が、ＣａＦ2結晶の［１１１］軸に一致するように形成されている。光学素子１５０の内部を伝播するレーザ光Ｌpは第１の平面１５１ａに対してＳ偏光であるので、［１１１］軸は、図２２の紙面を含む面に直交する方向である。ここで、レーザ光Ｌｐの電界軸が［１１１］軸に一致するとは、たとえば、両者のなす角度が５°以内であることをいう。すなわち、光学素子１５０は、［１１１］軸とのなす角度が９０±５°の範囲内となる任意の結晶軸を切断軸ＡｃとしてＣａＦ2結晶を切断することにより、第１の平面１５１ａ及び第２の平面１５１ｂが形成されている。
　　８．２　作用
　ビームエキスパンダモジュール４０から光学パルスストレッチャ５０に入射したレーザ光は、ビームスプリッタ５１を構成する光学素子１５０の第１の平面１５１ａに、Ｓ偏光として入射する。第１の平面１５１ａに入射したレーザ光は、一部が光学素子１５０を透過して、光学パルスストレッチャ５０から出力される。また、第１の平面１５１ａでは、入射したレーザ光の一部が反射され、第１～第４の凹面ミラー５２ａ～５２ｄにより構成される遅延光路に侵入する。遅延光路に侵入したレーザ光は、遅延光路を周回して、光学素子１５０の第２の平面１５１ｂにＳ偏光として入射する。
　遅延光路から第２の平面１５１ｂに入射したレーザ光は、一部が光学素子１５０を透過して、再び遅延光路に進入する。また、第２の平面１５１ｂでは、入射したレーザ光の一部が反射されて、光学パルスストレッチャ５０から遅延されたレーザ光として出力される。このようにして、パルス幅が伸張されたレーザ光が光学パルスストレッチャ５０から出力される。
　　８．３　効果
　第６の実施形態では、ビームスプリッタ５１を構成する光学素子１５０の第１の平面１５１ａと第２の平面１５１ｂとのいずれの面に対してもレーザ光はＳ偏光として入射するので、光学素子１５０の内部を伝播するレーザ光の電界軸は［１１１］軸と一致する。これにより、光学素子１５０は、上記各実施形態と同様に、レーザ光の吸収量が低減し、劣化が抑制される。
　また、光学素子１５０の第１の平面１５１ａにＳ偏光に対する部分反射膜を形成し、第２の平面１５１ｂに反射抑制膜を形成することにより、光学パルスストレッチャ５０によるパルスストレッチの効率が向上する。
　なお、光学素子１５０に入射するレーザ光Ｌpには、第１の平面１５１ａに対するＳ偏光以外に、Ｐ偏光成分が含まれることがある。光学素子１５０は、レーザ光ＬpのＳ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように配置されていればよい。また、光学素子１５０は、レーザ光ＬpのＳ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致するように構成されていることも好ましい。
　また、第６の実施形態では、ビームスプリッタを、入射するレーザ光がＳ偏光となるように光学素子を構成しているが、これに限定されることなく、チャンバのウインドウを、入射するレーザ光がＳ偏光となるように光学素子を構成してもよい。この場合、ウインドウを構成する光学素子は、たとえば、図２２に示す光学素子１５０と同様に、ＣａＦ2結晶からなる平行平面基板であって、互いに平行な第１の面と第２の面との法線が［１１１］軸と直交するように構成されていればよい。第１の面と第２の面とは、それぞれＳ偏光のレーザ光に対する反射抑制膜が形成されていることが好ましい。
　この場合、ウインドウを構成する光学素子の第１の面と第２の面とに対して、Ｓ偏光として入射したレーザ光は、電界軸が［１１１］軸に一致した状態で内部を透過するので、光学素子は、上記各実施形態と同様に、レーザ光の吸収量が低減し、劣化が抑制される。なお、ウインドウを構成する光学素子は、レーザ光のＳ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように配置されていればよい。
　９．第７の実施形態
　図１に示すレーザ装置２では、狭帯域化モジュール１３及びビームエキスパンダモジュール４０内の各プリズムを、入射するレーザ光がＰ偏光となるように配置しているが、プリズムの配置はこれに限定されない。以下、本開示の第７の実施形態に係るレーザ装置について説明する。
　　９．１　構成及び作用
　第７の実施形態では、狭帯域化モジュール１３及びビームエキスパンダモジュール４０内の各プリズムを、レーザ光のビーム径の拡大方向が、図１の紙面を含む面に直交するように配置する。図２３は、狭帯域化モジュール１３及びビームエキスパンダモジュール４０内の各プリズムを構成する光学素子１６０の断面図である。光学素子１６０は、ＣａＦ2結晶からなる直角プリズムであって、互いに直交する第１の側面１６１ａ及び第２の側面１６１ｂと、斜面１６１ｃとを有する。ここで、第１の側面１６１ａ及び第２の側面１６１ｂのなす角度は、たとえば、９０±５°の範囲内である。
　光学素子１６０は、レーザ光Ｌpが、斜面１６１ｃにＳ偏光として、所定の入射角αで入射するように配置されている。また、光学素子１６０は、斜面１６１ｃで屈折し、内部を伝播するレーザ光Ｌpの光路軸Ａｐが、第１の側面１６１ａに対して入射角が０±５°以内で入射するように形成されている。斜面１６１ｃには、Ｓ偏光のレーザ光に対する図示しない反射抑制膜が形成されている。
　また、光学素子１６０は、内部を伝播するレーザ光Ｌpの電界軸が［１１１］軸と一致するように形成されている。光学素子１６０の内部を伝播するレーザ光Ｌpは、第１の側面１６１ａに対してＳ偏光であるので、［１１１］軸は、図２３の紙面を含む面に直交する方向である。ここで、レーザ光Ｌｐの電界軸と［１１１］軸とが一致するとは、両者のなす角度が５°以内であることをいう。
　また、第２の側面１６１ｂの法線と［１１１］軸とのなす角度は、たとえば、９０±５°の範囲内であることが好ましい。なお、第２の側面１６１ｂの法線と［１１１］軸とのなす角度は、９０±５°の範囲内に限られず、レーザ光の有効エリアが確保できる範囲であればよい。
　光学素子１６０を、狭帯域化モジュール１３内の第１及び第２のプリズム１４，１５として用いる場合には、入射角αを、７０°≦α≦７４°の範囲内とする。また、光学素子１６０を、ビームエキスパンダモジュール４０内の第１及び第２のプリズム４１，４２として用いる場合には、入射角αを、５４°≦α≦６５°の範囲内とする。
　光学素子１６０の斜面１６１ｃに対してＳ偏光として入射したレーザ光Ｌpは、電界軸が［１１１］軸に一致した状態で内部を透過し、第１の側面１６１ａから出力されるとともに、ビーム径が拡大される。
　　９．２　効果
　第７の実施形態では、光学素子１６０の斜面１６１ｃに対してＳ偏光として入射したレーザ光は、電界軸が［１１１］軸に一致した状態で内部を透過するので、光学素子１６０は、上記各実施形態と同様に、レーザ光の吸収量が低減し、劣化が抑制される。また、光学素子１６０の斜面１６１ｃにＳ偏光に対する反射抑制膜を形成することにより、反射損失が抑制され、ビーム径の拡大効率が向上する。
　なお、光学素子１６０に入射するレーザ光Ｌpには、斜面１６１ｃに対するＳ偏光以外に、Ｐ偏光成分が含まれることがある。光学素子１６０は、レーザ光ＬpのＳ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる１つの軸に一致するように配置されていればよい。また、光学素子１６０は、レーザ光ＬpのＳ偏光成分の電界軸が、＜１１１＞に含まれる軸のうち、結晶成長方向以外の軸に一致するように構成されていることも好ましい。
　以上のように、本発明によれば、レーザ光の電界軸と光学素子の結晶方位の関係を最適化することによって、レーザ光の吸収率や光学素子の耐久性能の向上を図ることができる。入射角度等に基づいて電界軸の方向を求め、この電界軸にＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸が一致するように光学素子を形成すればよいので、光学素子の形状や入射角度による制限なく、すべての光学素子に本発明を適用することができる。
　なお、上記各実施形態では、レーザ装置として、ＡｒＦレーザ装置を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこの例に限定されることなく、たとえば、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、Ｆ2、Ｋｒ2、Ａｒ2レーザ装置等の３５１ｎｍ～１２６ｎｍの波長領域の紫外線レーザ装置にも適用可能である。すなわち、本発明が適用可能なレーザ装置が出力するレーザ光の波長は、３５１ｎｍ～１２６ｎｍの波長領域に含まれる。
　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各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。たとえば、「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修飾句「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 (19)

  1. 　レーザ装置であって、以下を備える：
    　ＣａＦ2結晶により形成され、紫外のレーザ光が１つの面に斜めに入射して透過する光学素子であって、内部を伝播する前記レーザ光の前記面に対するＰ偏光成分の電界軸と、前記ＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸とが一致する光学素子。
  2. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記光学素子は、平行平面基板である。
  3. 　請求項２に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光の光路上に配置されたチャンバのウインドウを構成する。
  4. 　請求項２に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子への前記レーザ光の入射角は、５６．３４±５°の範囲内である。
  5. 　請求項４に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる１つの軸とのなす角度が、５６．３５±５°の範囲内である。
  6. 　請求項２に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光の光路上に配置されたビームスプリッタを構成する。
  7. 　請求項６に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子への前記レーザ光の入射角は、４５±５°の範囲内である。
  8. 　請求項６に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光が入射する面の法線と、＜１１１＞に含まれる１つの軸とのなす角度が、６１．９１±５°の範囲内である。
  9. 　請求項６に記載のレーザ装置であって、
    　パワーモニタ、モニタモジュール、及び光学パルスストレッチャのうち少なくとも１つを含み、
    　前記ビームスプリッタは、前記パワーモニタ、前記モニタモジュール、または前記光学パルスストレッチャに含まれる。
  10. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光の光路上に配置されたプリズムを構成する。
  11. 　請求項１０に記載のレーザ装置であって、
    　ビームエキスパンダモジュール及び狭帯域化モジュールのうち少なくとも１つを含み、
    　前記プリズムは、前記ビームエキスパンダモジュール及び前記狭帯域化モジュールのうち少なくとも１つに含まれる。
  12. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    　前記レーザ光のレーザ光の波長は、３５１ｎｍ～１２６ｎｍの波長領域に含まれる。
  13. 　レーザ装置であって、以下を備える：
    　ＣａＦ2結晶により形成され、紫外のレーザ光が１つの面に入射して透過する光学素子であって、
    　内部を伝播する前記レーザ光の偏光成分が最も多い偏光方向成分の電界軸と、前記ＣａＦ2結晶の＜１１１＞に含まれる１つの軸が一致する光学素子。
  14. 　請求項１３に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、前記レーザ光の光路上に配置されたチャンバのウインドウを構成する。
  15. 　請求項１３に記載のレーザ装置であって、
    　出力結合ミラー、リアミラー、ビームスプリッタ、及びプリズムのうち少なくとも１つを含み、
    　前記光学素子は、前記出力結合ミラー、前記リアミラー、前記ビームスプリッタ、及び前記プリズムのうち少なくとも１つを構成する。
  16. 　請求項１３に記載のレーザ装置であって、
    　前記光学素子は、平行平面基板であり、
    　前記レーザ光は、前記平行平面基板に垂直に入射する。
  17. 　請求項１３に記載のレーザ装置であって、
    　前記レーザ光は、前記光学素子の１つの面に斜めに入射し、
    　前記電界軸は、前記光学素子の内部を伝播する前記レーザ光の前記面に対するＳ偏光成分の電界軸である。
  18. 　光学素子の製造方法であって、以下のステップを含む：
    　ＣａＦ2の種結晶を、＜１１１＞に含まれる１つの軸の方向に結晶成長させることにより形成されたインゴッドを、前記結晶成長方向から、前記結晶成長方向とは異なる＜１１１＞に含まれる他の軸の方向に、１４．１８±５°の範囲内の角度だけ傾斜した軸を切断軸として、前記インゴッドを前記切断軸に垂直に切断することにより光学素子を製造する。
  19. 　請求項１８に記載の光学素子の製造方法であって、
    　前記光学素子は、レーザ光の入射角が５６．３４±５°の範囲内であって、チャンバにウインドウとして装着される。
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