WO2021049020A1 - 波長変換システム、レーザシステム及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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- H01S3/2383—Parallel arrangements
- H01S3/2391—Parallel arrangements emitting at different wavelengths
Definitions
- the present disclosure relates to a method for manufacturing a wavelength conversion system, a laser system, and an electronic device.
- a KrF excimer laser device that outputs a laser beam having a wavelength of about 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs a laser beam having a wavelength of about 193 nm are used.
- the spectral line width of the naturally oscillated light of the KrF excimer laser device and the ArF excimer laser device is as wide as 350 to 400 pm. Therefore, if the projection lens is made of a material that transmits ultraviolet rays such as KrF and ArF laser light, chromatic aberration may occur. As a result, the resolving power may decrease. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser beam output from the gas laser apparatus to a level where chromatic aberration can be ignored.
- the laser resonator of the gas laser apparatus is provided with a narrow band module (Line Narrow Module: LNM) including a narrow band element (etaron, grating, etc.) in order to narrow the spectral line width.
- LNM Line Narrow Module
- the gas laser device in which the spectral line width is narrowed is referred to as a narrow band gas laser device.
- a wavelength conversion system comprises a first crystal holder holding a first non-linear crystal, a second crystal holder holding a second non-linear crystal, and a third non-linear optical crystal. It comprises a third crystal holder to hold and a container for accommodating the first crystal holder, the second crystal holder and the third crystal holder, the container having an incident window and an exit window.
- a first non-linear crystal, a second non-linear crystal, and a third non-linear crystal are arranged in this order on the optical path of the laser beam traveling from the incident window to the exit window, and the first crystal holder, the second crystal holder, and the second crystal holder are arranged in this order.
- Each of the three crystal holders is rotatable, and the first rotation axis, which is the rotation axis of the first crystal holder, and the second rotation axis, which is the rotation axis of the second crystal holder, are orthogonal to each other.
- the third axis of rotation which is the axis of rotation of the third crystal holder, is parallel to the first axis of rotation.
- the laser system includes a first solid-state laser apparatus that outputs a first pulsed laser beam, a second solid-state laser apparatus that outputs a second pulsed laser beam, and a first solid-state laser apparatus.
- a wavelength conversion system that outputs a third pulsed laser beam having a wavelength different from that of the first pulsed laser beam and the second pulsed laser beam by inputting the pulsed laser beam and the second pulsed laser beam.
- the wavelength conversion system includes a first crystal holder holding a first non-linear crystal, a second crystal holder holding a second non-linear crystal, and a third non-linear optical crystal.
- It comprises a third crystal holder to hold and a container for accommodating the first crystal holder, the second crystal holder and the third crystal holder, the container having an incident window and an exit window.
- a first non-linear crystal, a second non-linear crystal, and a third non-linear crystal are arranged in this order on the optical path of the laser beam traveling from the incident window to the exit window, and the first crystal holder, the second crystal holder, and the second crystal holder are arranged in this order.
- Each of the three crystal holders is rotatable, and the first rotation axis, which is the rotation axis of the first crystal holder, and the second rotation axis, which is the rotation axis of the second crystal holder, are orthogonal to each other.
- the third axis of rotation which is the axis of rotation of the third crystal holder, is parallel to the first axis of rotation.
- a method for manufacturing an electronic device includes a first crystal holder holding a first non-linear crystal, a second crystal holder holding a second non-linear crystal, and a third.
- a third crystal holder for holding a nonlinear optical crystal and a container for accommodating a first crystal holder, a second crystal holder, and a third crystal holder are provided, and the containers include an incident window, an exit window, and the like.
- the first non-linear crystal, the second non-linear crystal, and the third non-linear crystal are arranged in this order on the optical path of the laser beam traveling from the incident window to the exit window, and the first crystal holder and the second crystal holder are arranged in this order.
- Each of the crystal holder and the third crystal holder is rotatable, and the first rotation axis, which is the rotation axis of the first crystal holder, and the second rotation axis, which is the rotation axis of the second crystal holder, are orthogonal to each other.
- the third axis of rotation which is the axis of rotation of the third crystal holder, is parallel to the first axis of rotation.
- a laser system including a wavelength conversion system generates laser light, and the laser light is used as an exposure apparatus. It involves exposing a laser beam onto a photosensitive substrate in an exposure apparatus to output and manufacture an electronic device.
- FIG. 1 schematically shows a configuration example of a laser device according to a comparative example.
- FIG. 2 schematically shows a configuration example of the amplifier shown in FIG.
- FIG. 3 schematically shows a configuration example of a solid-state laser system including the wavelength conversion system according to the first embodiment.
- FIG. 4 schematically shows a configuration example of the wavelength conversion system according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of the holder.
- FIG. 6 is a bottom view of the holder shown in FIG.
- FIG. 7 schematically shows a configuration example of the wavelength conversion system according to the second embodiment.
- FIG. 8 schematically shows a configuration example of a solid-state laser system including the wavelength conversion system according to the third embodiment.
- FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration example of the exposure apparatus.
- the laser device 2 is an excimer laser device for an exposure device including a solid-state laser system 3, high reflection mirrors 4a and 4b, an amplifier 5, a synchronous control unit 6, and a laser control unit 7.
- the solid-state laser system 3 includes a first solid-state laser device 10, a second solid-state laser device 20, a condenser lens 31, a high-reflection mirror 32, a condenser lens 33, a first dichroic mirror 34, and the like. It includes a wavelength conversion system 40, a synchronization circuit 55, and a solid-state laser control unit 56.
- the first solid-state laser device 10 includes a laser device 11 that outputs pulsed laser light having a wavelength of about 1030 nm, a condenser lens 12, an LBO crystal 14, a condenser lens 16, and a CLBO crystal 18.
- LBO is represented by the chemical formula LiB 3 O 5.
- CLBO is represented by the chemical formula CsLiB 6 O 10.
- the LBO crystal 14 and the CLBO crystal 18 are non-linear crystals for wavelength conversion.
- the term "non-linear crystal" is synonymous with "non-linear optical crystal".
- Non-linear crystals for wavelength conversion are called "wavelength conversion crystals".
- the laser device 11 includes, for example, a first seed laser, a first optical switch, and a first amplifier.
- the first seed laser is in a single longitudinal mode and outputs continuous wave (CW) light or pulsed light having a wavelength of about 1030 nm as the first seed light.
- the first seed laser is, for example, a distributed feedback type (DFB: Distributed Feedback) semiconductor laser, and the oscillation wavelength can be changed by changing the temperature setting of the semiconductor.
- DFB Distributed Feedback
- the description "about" used together with the numerical value indicating the wavelength means that the numerical value within the allowable wavelength range near the numerical value can be included.
- the first optical switch is, for example, a semiconductor optical amplifier (SOA).
- SOA semiconductor optical amplifier
- the first seed light is incident from the first seed laser, and the first seed light is converted into the laser light having a predetermined pulse width.
- the pulsed light emitted from the first optical switch is referred to as the first seed pulsed light.
- the first amplifier includes, for example, a fiber amplifier, a solid-state amplifier, and a semiconductor laser for excitation.
- the fiber amplifier may be one in which a plurality of quartz fibers doped with Yb (ytterbium) are connected in multiple stages.
- the solid-state amplifier may be, for example, an amplifier using a Yg (Yttrium Aluminum Garnet) crystal doped with Yb.
- the fiber amplifier and the solid-state amplifier are photoexcited by the CW excitation light input from the excitation semiconductor laser.
- the first amplifier amplifies the first seed pulsed light incident from the first optical switch.
- the condenser lens 12 is arranged on the optical path between the laser device 11 and the LBO crystal 14.
- the condenser lens 16 is arranged on the optical path between the LBO crystal 14 and the CLBO crystal 18.
- CLBO crystal 18 is referred to as “CLBO1”.
- the LBO crystal 14 is a wavelength conversion element that converts a pulsed laser light having a wavelength of about 1030 nm into a pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm.
- the CLBO crystal 18 is a wavelength conversion element that converts a pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm into a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm.
- the CLBO crystal 18 is a wavelength conversion crystal having a type 1 phase matching condition.
- the combination of the two wavelength conversion crystals of the LBO crystal 14 and the CLBO crystal 18 produces a fourth harmonic light having a wavelength of about 257.5 nm from the first seed pulse light having a wavelength of about 1030 nm.
- the first solid-state laser apparatus 10 outputs a pulsed laser beam having a wavelength of about 257.5 nm.
- the condenser lens 31 is arranged on the optical path between the CLBO crystal 18 and the first dichroic mirror 34.
- the second solid-state laser device 20 outputs pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- the second solid-state laser device 20 includes, for example, a second seed laser, a second optical switch, and a second amplifier.
- the second seed laser is in the single longitudinal mode and outputs CW light or pulsed light having a wavelength of about 1553 nm as the second seed light.
- the second seed laser is, for example, a distributed feedback type (DFB) semiconductor laser, and the oscillation wavelength can be changed by changing the temperature setting of the semiconductor.
- the second optical switch is, for example, a semiconductor optical amplifier (SOA).
- SOA semiconductor optical amplifier
- the second optical switch receives the second seed light from the second seed laser and converts the second seed light into a laser light having a predetermined pulse width.
- the second seed light emitted from the second optical switch is referred to as a second seed pulse light.
- the second amplifier includes, for example, an Er fiber amplifier in which a plurality of quartz fibers doped with both Er (erbium) and Yb are connected in multiple stages, and a semiconductor laser for excitation.
- the Er fiber amplifier is photoexcited by the CW excitation light input from the excitation semiconductor laser.
- the second amplifier amplifies the second seed pulsed light incident from the second optical switch.
- the second solid-state laser apparatus 20 outputs the pulsed laser light amplified by the second amplifier.
- the high reflection mirror 32 and the first dichroic mirror 34 are arranged so that the pulsed laser light output from the second solid-state laser device 20 is input to the CLBO crystal 42 of the wavelength conversion system 40.
- the condenser lens 33 is arranged on the optical path between the high reflection mirror 32 and the first dichroic mirror 34.
- the first dichroic mirror 34 highly transmits the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first solid-state laser device 10, and the pulsed laser having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20. A film that highly reflects light is coated.
- the first dichroic mirror 34 transmits the pulsed laser light output from each of the first solid-state laser device 10 and the second solid-state laser device 20 to the wavelength conversion system 40 in a state where the optical path axes of the first solid-state laser device 10 and the second solid-state laser device 20 are substantially aligned with each other. Arranged to be incidental.
- the wavelength conversion system 40 outputs a pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm by inputting a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- the wavelength conversion system 40 includes a CLBO crystal 42 as a wavelength conversion element and a CLBO crystal 43. Further, in addition to the two CLBO crystals 42 and 43, the wavelength conversion system 40 includes a second dichroic mirror 44, a collimator lens 45, a collimator lens 46, a high reflection mirror 47, a high reflection mirror 48, and 1 It includes a / 2 wavelength plate 49, a condenser lens 50, a condenser lens 51, and a third dichroic mirror 52.
- Both the CLBO crystal 42 and the CLBO crystal 43 of the wavelength conversion system 40 are non-linear crystals having a type 1 phase matching condition.
- the CLBO crystal 42 is referred to as “CLBO2”
- the CLBO crystal 43 is referred to as “CLBO3”.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first solid-state laser device 10 and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 are input to the CLBO crystal 42.
- the CLBO crystal 42 includes pulse laser light having a wavelength of about 220.9 nm, which is the sum of pulse laser light having a wavelength of about 257.5 nm and pulse laser light having a wavelength of about 1553 nm, and pulse laser light having a wavelength of about 257.5 nm.
- a pulsed laser beam having a wavelength of about 1553 nm is output.
- a second dichroic mirror 44, a collimator lens 45, a high reflection mirror 47, a 1/2 wavelength plate 49, a condenser lens 51, and a third lens are placed on the optical path of pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the CLBO crystal 42.
- Dichroic mirrors 52 are arranged in this order.
- a second dichroic mirror 44, a collimator lens 46, a high reflection mirror 48, a condenser lens 50, and a third dichroic mirror are placed on the optical path of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm output from the CLBO crystal 42. 52 are arranged in this order.
- the second dichroic mirror 44 is coated with a film that highly transmits pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm and highly reflects pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm.
- the 1/2 wave plate 49 rotates the polarization direction of the transmitted pulsed laser light by 90 °.
- the third dichroic mirror 52 is coated with a film that highly transmits pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and highly reflects pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the CLBO crystal 42 are input to the CLBO crystal 43.
- the CLBO crystal 43 outputs a pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm, which is a sum frequency light of a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- Each of the high-reflection mirrors 4a, 4b, 32, 47, and 48 is coated with a high-reflection film corresponding to each wavelength to be reflected.
- the high reflection mirrors 4a and 4b are arranged so that the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm output from the wavelength conversion system 40 is incident on the amplifier 5. Depending on the arrangement relationship between the wavelength conversion system 40 and the amplifier 5, it is possible to omit a part or all of the high reflection mirrors 4a and 4b.
- the solid-state laser control unit 56 is electrically connected to the synchronization circuit 55 via a signal line (not shown).
- the synchronization circuit 55 may be included in the solid-state laser control unit 56.
- the synchronization circuit 55 is electrically connected to the first optical switch in the first solid-state laser apparatus 10 and the second optical switch in the second solid-state laser apparatus 20 via a signal line (not shown).
- the solid-state laser control unit 56 is not shown as a first seed laser and an excitation semiconductor laser in the first solid-state laser apparatus 10 and a second seed laser and an excitation semiconductor laser in the second solid-state laser apparatus 20. It is electrically connected via the signal line of.
- the laser control unit 7 is communicably connected to the solid-state laser control unit 56 and the exposure device control unit 8a.
- the exposure device control unit 8a is a controller that controls the exposure device 8.
- a controller that functions as a laser control unit 7, a solid-state laser control unit 56, a synchronous control unit 6, an exposure device control unit 8a, and other control units is realized by a combination of hardware and software of one or a plurality of computers. It is possible. Software is synonymous with program.
- the computer includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
- the CPU included in the computer is an example of a processor. Programmable controllers and sequencers are included in the concept of computers.
- controllers may be connected to each other via a communication network such as a local area network or the Internet.
- program units may be stored on both local and remote memory storage devices.
- FIG. 2 schematically shows a configuration example of the amplifier 5 shown in FIG.
- the amplifier 5 is an excimer laser amplifier.
- the amplifier 5 includes a chamber 502, a pair of discharge electrodes 504, a partial reflection mirror 506, an output coupling mirror 508, a pulse power module (PPM) 512 including a switch 510, a charging unit 514, and a trigger correction unit 516. , And an amplifier control unit 518.
- PPM pulse power module
- the chamber 502 is provided with windows 521 and 522.
- a laser gas containing, for example, Ar gas, F 2 gas, and Ne gas is sealed in the chamber 502.
- a pair of discharge electrodes 504 are arranged in the chamber 502. The discharge electrode 504 is connected to the output terminal of the PPM 512.
- an optical resonator including a partial reflection mirror 506 and an output coupling mirror 508 is configured.
- the partial reflection mirror 506 is configured by, for example, coating a substrate made of CaF 2 crystals that transmits light having a wavelength of about 193.4 nm with a partial reflection film having a reflectance of 70% to 90%.
- the output coupling mirror 508 is configured by, for example, coating a substrate made of CaF 2 crystals that transmits light having a wavelength of about 193.4 nm with a partially reflective film having a reflectance of 10% to 20%.
- the optical resonator is a fabric cavity resonator
- the present invention is not limited to this example, and may be a ring resonator or an enlarged three-pass amplifier. May be good.
- a convex mirror and a concave mirror are arranged on the outside of the chamber, and the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm output from the solid-state laser system 3 is reflected by the convex mirror and the concave mirror in the chamber.
- the beam is expanded and amplified by passing through the discharge space of the above three times.
- the laser control unit 7 operates the first seed laser in the first solid-state laser apparatus 10 and the second seed laser in the second solid-state laser apparatus 20 via the solid-state laser control unit 56, respectively, and excites the semiconductor.
- the laser is CW oscillated.
- the synchronous control unit 6 receives the delay data of the first trigger signal Tr1 and the second trigger signal Tr2 from the solid-state laser control unit 56.
- the synchronous control unit 6 When the synchronous control unit 6 receives the oscillation trigger signal Tr from the exposure device control unit 8a via the laser control unit 7, the synchronous control unit 6 controls the delay time between the first trigger signal Tr1 and the second trigger signal Tr2. Specifically, the synchronous control unit 6 discharges the pulsed laser light output from the solid-state laser system 3 in synchronization with the timing of being injected into the chamber 502 of the amplifier 5. And the delay time between the second trigger signal Tr2 and the second trigger signal Tr2 are controlled.
- each of the first optical switch in the laser device 11 of the first solid-state laser device 10 and the second optical switch in the second solid-state laser device 20 receives the first trigger signal Tr1
- a control signal for pulsed the seed light into a pulsed light having a predetermined pulse waveform is transmitted to.
- the first optical switch receives the control signal, it amplifies the first seed light only for a period specified by the control signal to generate a first seed pulse light having a predetermined pulse width and light intensity. To do.
- the first seed pulse light enters the first amplifier, is amplified by the first amplifier, and is output from the laser device 11.
- the second optical switch in the second solid-state laser apparatus 20 receives the control signal, it generates a second seed pulse light having the pulse width and light intensity specified by the control signal.
- the second seed pulsed light enters the second amplifier, is amplified by the second amplifier, and is output from the second solid-state laser device 20.
- the seed pulse light having a wavelength of about 1030 nm output from the laser device 11 of the first solid-state laser device 10 is incident on the LBO crystal 14 via the condenser lens 12, and is converted into a pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm by the LBO crystal 14. Will be converted.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm output from the LBO crystal 14 is incident on the CLBO crystal 18 via the condenser lens 16.
- the angle of incidence of the CLBO crystal 18 is adjusted so that the pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm satisfies the phase matching condition.
- a pulsed laser beam having a wavelength of about 257.5 nm, which is a second harmonic of the pulsed laser beam having a wavelength of about 515 nm is generated.
- a bidirectional arrow displayed on the optical path of a pulsed laser beam having a wavelength of about 257.5 nm indicates a polarization direction.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first solid-state laser device 10 is incident on the first dichroic mirror 34 via the condenser lens 31.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 is incident on the first dichroic mirror 34 via the high reflection mirror 32 and the condenser lens 33.
- a bidirectional arrow displayed on the optical path of a pulsed laser beam having a wavelength of about 1553 nm indicates a polarization direction.
- the pulse laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first solid-state laser device 10 and the pulse laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 are substantially simultaneously and substantially simultaneously in the CLBO crystal 42. It is incident on the same optical path axis.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm incident on the CLBO crystal 42 are both linearly polarized light, and in the case of this comparative example, the polarization directions of the two are parallel to each other.
- the term "parallel" as used herein may include the concept of substantially parallel, which can be regarded as a range substantially equivalent to parallel in technical significance.
- the CLBO crystal 42 performs wavelength conversion by type 1 phase matching, and has a phase matching condition for pulsed laser light whose polarization directions are parallel to each other. Therefore, the incident angle of the CLBO crystal 42 is adjusted so that the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition. As a result, the sum frequency mixing in the CLBO crystal 42 produces a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, which is the sum frequency of the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm, and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are output.
- the second dichroic mirror 44 reflects pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, and transmits both pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm and a wavelength of about 257.5 nm.
- the pulsed laser light with a wavelength of about 220.9 nm reflected by the second dichroic mirror 44 is incident on the third dichroic mirror 52 via the collimator lens 46, the high reflection mirror 48, and the condenser lens 50.
- the symbol in which the black circle and the circle displayed on the optical path of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm are superimposed indicates that the polarization direction of the pulsed laser light is perpendicular to the paper surface.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm transmitted through the second dichroic mirror 44 is incident on the 1/2 wave plate 49 via the collimator lens 45 and the high reflection mirror 47.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm passes through the 1/2 wave plate 49, so that the polarization direction is rotated by 90 °.
- the polarization directions of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm incident on the CLBO crystal 43 are parallel to each other.
- the symbol in which the black circle and the circle displayed on the optical path of the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are superimposed indicates that the polarization direction of the pulsed laser light is perpendicular to the paper surface.
- the pulsed laser light transmitted through the 1/2 wavelength plate 49 is incident on the third dichroic mirror 52 via the condenser lens 51.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm is reflected, and the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and a wavelength of about 257.5 nm is transmitted.
- the optical path axis of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the optical path axis of the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm rotated by 90 ° by the 1/2 wave plate 49 are abbreviated by the third dichroic mirror 52.
- Matching, both pulsed laser beams are incident on the CLBO crystal 43.
- the polarization directions of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm incident on the CLBO crystal 43 are parallel to each other.
- the CLBO crystal 43 performs wavelength conversion by type 1 phase matching, and has a phase matching condition for pulsed laser light whose polarization directions are parallel to each other. Therefore, the incident angle of the CLBO crystal 43 is adjusted so that the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition.
- the sum frequency mixing in the CLBO crystal 43 produces a pulse laser light having a wavelength of about 193.4 nm, which is the sum frequency of the pulse laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulse laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- the pulse laser light having a wavelength of about 193.4 nm is output from the wavelength conversion system 40.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm generated by the wavelength conversion system 40 is highly reflected by the high reflection mirror 4a and the high reflection mirror 4b, and is input to the amplifier 5.
- the amplifier 5 discharge is performed in synchronization with the input of pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm, and a population inversion is generated.
- the trigger correction unit 516 adjusts the timing of the switch 510 of the PPM 512 so that the pulsed laser light input to the amplifier 5 is efficiently amplified by the amplifier 5. As a result, it is amplified and oscillated by the optical resonator, and the amplified pulse laser light is output from the output coupling mirror 508.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm output from the amplifier 5 is input to the exposure apparatus 8.
- the wavelength The installation area of the wavelength conversion unit including the conversion system 40 becomes large. That is, the condenser lens 31 and the first dichroic mirror 34 are arranged between the CLBO crystal 18 and the CLBO crystal 42. Further, between the CLBO crystal 42 and the CLBO crystal 43, a second dichroic mirror 44, a third dichroic mirror 52, collimator lenses 45, 46, high reflection mirrors 47, 48, and a 1/2 wave plate are provided. 49 and condenser lenses 50 and 51 are arranged. Therefore, the installation area of the wavelength conversion unit including these a plurality of optical elements becomes large.
- Dichroic mirrors and collimator lenses have a low damage threshold for ultraviolet light, and it is difficult to increase the output.
- FIG. 3 schematically shows a configuration example of the solid-state laser system 3A according to the first embodiment.
- the solid-state laser system 3A shown in FIG. 3 is applied instead of the solid-state laser system 3 described in FIG.
- the same reference numerals are given to the parts common to the components of the laser apparatus 2 according to the comparative example shown in FIG. 1, and the description thereof will be omitted as appropriate.
- the synchronization circuit 55 and the solid-state laser control unit 56 are not shown.
- the solid-state laser system 3A includes a first solid-state laser device 10A, a second solid-state laser device 20, a collimator lens 35, a high-reflection mirror 32, a beam expander lens 37, a dichroic mirror 39, and a wavelength conversion system. 60 and.
- the first solid-state laser device 10A includes a laser device 11, a condenser lens 12, and an LBO crystal 14.
- the first solid-state laser apparatus 10A outputs the pulsed laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm generated by the LBO crystal 14.
- the second solid-state laser apparatus 20 outputs a pulsed laser beam PL2 having a wavelength of about 1553 nm.
- the pulsed laser light PL1 is an example of the "first pulsed laser light” in the present disclosure.
- the pulsed laser light PL2 is an example of the "second pulsed laser light” in the present disclosure.
- the wavelength conversion system 60 includes a first CLBO crystal 61, a second CLBO crystal 62, and a third CLBO crystal 63. Both the first CLBO crystal 61 and the third CLBO crystal 63 are wavelength conversion crystals having type 1 phase matching conditions.
- the second CLBO crystal 62 is a wavelength conversion crystal having a type 2 phase matching condition.
- the first CLBO crystal 61 is referred to as “CLBO1”
- the second CLBO crystal 62 is referred to as “CLBO2”
- the third CLBO crystal 63 is referred to as “CLBO3”.
- the collimator lens 35 and the dichroic mirror 39 are arranged on the optical path of the pulse laser light PL1 between the first solid-state laser device 10A and the wavelength conversion system 60.
- the high reflection mirror 32 and the dichroic mirror 39 are arranged so that the pulsed laser light PL2 output from the second solid-state laser device 20 is input to the first CLBO crystal 61 of the wavelength conversion system 60.
- the beam expander lens 37 is arranged on the optical path between the high reflection mirror 32 and the dichroic mirror 39.
- the beam expander lens 37 may be composed of a pair of a concave lens and a convex lens.
- the dichroic mirror 39 highly transmits the pulsed laser light having a wavelength of about 515 nm output from the first solid-state laser device 10A, and highly reflects the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20.
- the membrane is coated.
- the dichroic mirror 39 is in a state where the pulsed laser light PL1 output from the first solid-state laser device 10A and the pulsed laser light PL2 output from the second solid-state laser device 20 substantially coincide with each other in their optical path axes. It is arranged so as to enter the wavelength conversion system 60.
- the pulse laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm output from the first solid-state laser device 10A and the pulse laser light PL2 having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 are input.
- FIG. 4 schematically shows a configuration example of the wavelength conversion system 60 according to the first embodiment.
- the wavelength conversion system 60 includes a hermetically sealed container 70 that is a housing, a first window 71, a second window 72, a first holder 81 that holds the first CLBO crystal 61, and a second. It includes a second holder 82 that holds the CLBO crystal 62 and a third holder 83 that holds the third CLBO crystal 63.
- the Z-axis direction is the direction of the optical path axes of the pulsed laser beams PL1 and PL2 incident on the wavelength conversion system 60.
- the X-axis direction is one direction orthogonal to the Z-axis direction, and is a direction perpendicular to the paper surface in FIG.
- the Y-axis direction is a direction orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction, and is the vertical direction in FIG.
- the direction perpendicular to the paper surface is an example of the "first direction” in the present disclosure.
- the vertical direction shown as the Y-axis direction in FIG. 4 is an example of the "second direction" in the present disclosure.
- the first CLBO crystal 61 is fixed to the first holder 81.
- the first holder 81 has a rotation mechanism that can rotate on a rotation axis parallel to the X-axis direction.
- the second CLBO crystal 62 is fixed to the second holder 82.
- the second holder 82 has a rotation mechanism that can rotate on a rotation axis parallel to the Y-axis direction.
- the third CLBO crystal 63 is fixed to the third holder 83.
- the third holder 83 has a rotation mechanism that can rotate on a rotation axis parallel to the X-axis direction.
- the first holder 81, the second holder 82, and the third holder 83 are housed in the container 70.
- the container 70 is provided with holes for attaching the first window 71 and the second window 72, and the first window 71 and the second window 72 are fixed to the respective holes.
- the first window 71 is an incident window for incident the pulsed laser beams PL1 and PL2 into the container 70.
- the second window 72 is an exit window for emitting the pulsed laser beam PL3 having a wavelength of about 193.4 nm generated by the third CLBO crystal 63 to the outside of the container 70.
- the first window 71 and the second window 72 are made of a material having high transmittance from the infrared region to the deep ultraviolet region having a wavelength of about 200 nm or less.
- the material of the first window 71 and the second window 72 may be , for example, CaF 2.
- the container 70 may have a long square tubular shape, for example, along the Z-axis direction.
- the first window 71 is arranged at the end of the container 70 on the incident side in the Z-axis direction.
- the second window 72 is arranged at the exit-side end of the container 70 in the Z-axis direction.
- the first CLBO crystal 61, the second CLBO crystal 62, and the third CLBO crystal 63 are arranged in this order on the optical path of the laser beam traveling from the first window 71 to the second window 72.
- Each of the first holder 81 and the third holder 83 is attached to, for example, a hole provided in a wall surface (a wall surface parallel to the YZ plane) orthogonal to the X-axis direction in the container 70.
- the second holder 82 is attached to, for example, a hole provided in a wall surface (a wall surface parallel to the XZ surface) orthogonal to the Y-axis direction in the container 70.
- the container 70 is provided with a gas introduction port 74 and a gas discharge port 76 in order to purge the inside of the container 70 with an inert gas.
- the inert gas may be, for example, Ar gas.
- As the purge gas N 2 gas may be used instead of or in combination with Ar gas.
- a gas supply source (not shown) is connected to the gas inlet 74.
- a valve 75 is arranged in the gas flow path connected to the gas introduction port 74.
- a valve 77 is arranged in the gas flow path connected to the gas discharge port 76.
- the bulb 75 and the bulb 77 are controlled by the solid-state laser control unit 56.
- FIG. 3 shows an example in which the gas introduction port 74 is arranged near the first CLBO crystal 61 on the incident side of the laser beam in the container 70, and the gas discharge port 76 is arranged on the side of the third CLBO crystal 63.
- the gas introduction port 74 may be arranged on the side of the third CLBO crystal 63, and the gas discharge port 76 may be arranged on the side of the first CLBO crystal 61.
- the operation of the solid-state laser system 3A shown in FIG. 3 will be described.
- the first solid-state laser apparatus 10A outputs a pulsed laser beam PL1 having a wavelength of about 515 nm.
- the polarization direction of the pulsed laser beam PL1 is the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
- the polarization direction of the pulsed laser beam PL1 is an example of the "first polarization direction" in the present disclosure.
- the pulsed laser beam PL1 is incident on the dichroic mirror 39 via the collimator lens 35.
- the collimator lens 35 converts the pulsed laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm output from the first solid-state laser device 10A into parallel light.
- the second solid-state laser device 20 outputs a pulsed laser beam PL2 having a wavelength of about 1553 nm.
- the polarization direction of the pulsed laser beam PL2 is the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
- the pulsed laser beam PL2 is incident on the dichroic mirror 39 via the beam expander lens 37.
- the beam expander lens 37 adjusts the beam diameter of the pulsed laser beam PL2 having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser apparatus 20. It is also possible to use a condenser lens instead of the beam expander lens 37.
- the pulse laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm output from the first solid-state laser device 10A and the pulse laser light PL2 having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 are the first via the dichroic mirror 39. It is incident on the CLBO crystal 61 at substantially the same time on the same optical path axis. The operation of the wavelength conversion system 60 will be described later.
- the solid-state laser system 3A is an example of the "laser system” in the present disclosure. Further, the laser system including the solid-state laser system 3A and the amplifier 5 is an example of the "laser system” in the present disclosure.
- the operation of the wavelength conversion system 60 shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
- the pulse laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm output from the first solid-state laser device 10A and the pulse laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second solid-state laser device 20 are the first through the first window 71.
- the CLBO crystal 61 of No. 1 is incident on the same optical path axis.
- the first CLBO crystal 61 can be rotated by the first holder 81 on a rotation axis parallel to the X-axis direction, and the incident angle of the pulsed laser beam PL1 having a wavelength of about 515 nm is a phase matching condition of the first CLBO crystal 61. It is adjusted so that the phase matching angle satisfies.
- the polarization direction of the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first CLBO crystal 61 is orthogonal to the polarization direction of the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- the term "orthogonal” or “vertical” herein may include the concept of substantially orthogonal or substantially vertical, which in the technical sense can be regarded as substantially orthogonal or substantially vertical. ..
- the polarization direction of the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first CLBO crystal 61 is an example of the “second polarization direction” in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the first CLBO crystal 61 are incident on the second CLBO crystal 62 at substantially the same optical path axis at substantially the same time.
- the second CLBO crystal 62 is rotated by the second holder 82 on a rotation axis parallel to the Y-axis direction, and the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition. As such, the incident angle is adjusted. As a result, the sum-frequency mixing of the second CLBO crystal 62 produces a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, which is a sum-frequency light of a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm. Will be done.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm, and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are output.
- the polarization direction of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm output from the second CLBO crystal 62 is parallel to the polarization direction of the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm, and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are incident on the third CLBO crystal 63 at substantially the same optical path axis at substantially the same time.
- the third CLBO crystal 63 is rotated by the third holder 83 on a rotation axis parallel to the X-axis direction, and the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition. As such, the incident angle is adjusted. As a result, by the sum frequency mixing in the third CLBO crystal 63, the pulse laser light PL3 having a wavelength of about 193.4 nm, which is the sum frequency light of the pulse laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulse laser light having a wavelength of about 1553 nm, is produced. Will be generated.
- the pulsed laser beam PL3 having a wavelength of about 193.4 nm generated by the third CLBO crystal 63 is output from the wavelength conversion system 60 via the second window 72.
- the inside of the container 70 is purged with the inert gas by introducing the inert gas into the container 70 from the gas introduction port 74 of the container 70 and exhausting the gas from the gas discharge port 76.
- the inert gas may be, for example, Ar gas.
- the flow rate of the inert gas may be, for example, 100 ml / min.
- the wavelength conversion system 60 is configured as one compact unit in which three CLBO crystals are arranged in series in a space surrounded by a container 70.
- the "unit” here may be paraphrased as a "cell”.
- the first CLBO crystal 61 is an example of the "first nonlinear crystal” in the present disclosure.
- the first holder 81 is an example of the "first crystal holder” in the present disclosure.
- the second CLBO crystal 62 is an example of the “second nonlinear crystal” in the present disclosure.
- the second holder 82 is an example of the “second crystal holder” in the present disclosure.
- the third CLBO crystal 63 is an example of the "third nonlinear crystal” in the present disclosure.
- the third holder 83 is an example of the "third crystal holder” in the present disclosure.
- the rotation axis of the first holder 81 is an example of the "first rotation axis" in the present disclosure.
- the rotation shaft of the second holder 82 is an example of the “second rotation shaft” in the present disclosure.
- the rotation shaft of the third holder 83 is an example of the “third rotation shaft” in the present disclosure.
- the pulsed laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm is an example of the “first pulsed laser light having the first wavelength” in the present disclosure.
- the pulsed laser light PL2 having a wavelength of about 1553 nm is an example of the “second pulsed laser light having a second wavelength” in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm output from the first CLBO crystal 61 is an example of the “first harmonic light having a third wavelength” in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm output from the second CLBO crystal 62 is an example of the “first sum frequency light having a fourth wavelength” in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm output from the third CLBO crystal 63 is an example of the "second sum frequency light having a fifth wavelength" and the "third pulsed laser light” in the present disclosure. ..
- crystal holder 23.1 Configuration an example of a crystal holder applied as a first holder 81, a second holder 82, and a third holder 83 will be described. Since the structures of the first holder 81, the second holder 82, and the third holder 83 are generally the same, they will be described as the holder 100 as a representative.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of the holder 100.
- FIG. 6 is a bottom view of the holder 100 shown in FIG.
- the CLBO crystal 102 fixed to the holder 100 may have, for example, a rectangular parallelepiped shape having an end area of 5 ⁇ 5 mm 2 and a length of 10 to 30 mm.
- the CLBO crystal 102 is fixed to the cylindrical holder 100.
- the holder 100 includes a heater 104 and a thermocouple 106.
- the heater 104 is inserted into the holder 100 and fixed.
- the heater 104 is connected to a heater power supply (not shown) via the heater wiring 105.
- the heater power supply is electrically connected to the solid-state laser control unit 56 via wiring (not shown).
- the thermocouple 106 is arranged inside the holder 100 and measures the temperature of the portion of the holder 100 where the CLBO crystal 102 is fixed.
- the thermocouple 106 is an example of the "temperature sensor" in the present disclosure.
- the heater power supply and the thermocouple 106 are electrically connected to the solid-state laser control unit 56 via wiring (not shown).
- the holder 100 is inserted into the hole 121 of the substrate 120 and is rotatably supported around the rotation axis RA.
- the connecting portion between the holder 100 and the substrate 120 is sealed by the O-ring 124.
- the substrate 120 to which the holder 100 is attached may be a part of the wall surface of the container 70.
- the holder 100 is provided with a rotating bar 130, a spring 132, a piezo element 140, a bar 142, a bar fixture 144, and a handle 146 as a mechanism for rotationally driving the holder 100.
- the base end of the holder 100 in the direction of the rotation axis RA is fixed to the rotation bar 130.
- the rotation bar 130 is arranged so as to be orthogonal to the rotation axis RA of the holder 100.
- One end of the spring 132 is connected to the rotating bar 130 and the other end is connected to the substrate 120.
- the piezo element 140 and the bar 142 are arranged so as to push the rotating bar 130.
- a handle 146 is provided at the end of the bar 142.
- the bar fixture 144 is fixed to the substrate 120.
- the bar 142 is supported by the bar fixture 144.
- the holder 100 is provided with a heat insulating material 108 in order to suppress a temperature rise of the O-ring 124, the rotating bar 130, the substrate 120, etc. due to the heat of the heater 104.
- the heat insulating material 108 is arranged inside the holder 100 so as to surround the heater 104.
- the piezo element 140 When adjusting the incident angle of the laser beam with respect to the CLBO crystal 102, the piezo element 140 is driven to expand and contract the piezo element 140. By expanding and contracting the piezo element 140, the holder 100 can be rotated around the rotation shaft RA via the rotation bar 130. The rotation angle of the holder 100 can be adjusted by adjusting the amount of expansion and contraction of the piezo element 140. In this way, by using the piezo element 140, the rotation angle can be adjusted with high resolution.
- the CLBO crystal 102 is the first CLBO crystal 61
- the rotation axis RA is a rotation axis parallel to the X-axis direction.
- the CLBO crystal 102 is the second CLBO crystal 62
- the rotation axis RA is a rotation axis parallel to the Y-axis direction.
- the CLBO crystal 102 is the third CLBO crystal 63
- the rotation axis RA is a rotation axis parallel to the X-axis direction.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the first CLBO crystal 61 are in the polarization direction. Are orthogonal to each other.
- the second CLBO crystal 62 is a wavelength conversion crystal having a type 2 phase matching condition, and has a phase matching condition with respect to pulsed laser light whose polarization directions are orthogonal to each other. Therefore, between the first CLBO crystal 61 and the second CLBO crystal 62, the light is branched into two pulse laser lights by using an optical element such as a dichroic mirror, and one pulse laser is formed by a 1/2 wave plate. It is not necessary to rotate the polarization direction of the light by 90 ° and then use an optical element to merge the optical paths of the two pulsed laser beams.
- the third CLBO crystal 63 is a wavelength conversion crystal having a type 1 phase matching condition, and has a phase matching condition with respect to pulsed laser light whose polarization directions are parallel to each other. Therefore, between the second CLBO crystal 62 and the third CLBO crystal 63, an optical element for branching and merging the pulsed laser light and 1 / rotating the polarization direction of one of the pulsed laser light by 90 °. There is no need to use a two-wave plate or the like.
- the optical path length from the first CLBO crystal 61 to the third CLBO crystal 63 can be shortened, and the wavelength conversion system 60 including a plurality of CLBO crystals can be shortened. Can be made into one compact unit.
- the first CLBO crystal 61, the second CLBO crystal 62, and the third CLBO crystal 63 are collectively housed in the space surrounded by the container 70.
- gas By introducing gas into the internal space of the container 70 and discharging gas from the internal space, it is possible to efficiently perform dehydration treatment of a plurality of CLBO crystals and purging for preventing moisture adhesion.
- maintainability such as replacement work of CLBO crystals is improved.
- the optical path length between the first CLBO crystal 61 and the second CLBO crystal 62, and the optical path length between the second CLBO crystal 62 and the third CLBO crystal 63 Since each of these is short, there is little deviation of the pulsed laser beam in the optical path between the crystals, the alignment that satisfies the phase matching condition can be easily adjusted, and the alignment adjustment time can be shortened.
- FIG. 7 schematically shows a configuration example of the wavelength conversion system 60 according to the second embodiment.
- the same elements as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
- FIG. 7 omits the illustration of the gas supply path including the valve 75 and the gas discharge path including the valve 77 described with reference to FIG.
- the wavelength conversion system 60 according to the second embodiment shown in FIG. 7 is arranged on a moving stage 180 that moves in the Y-axis direction and the X-axis direction. That is, the container 70 of the wavelength conversion system 60 is fixed to the moving stage 180 that can move in the Y-axis direction and the X-axis direction.
- the moving stage 180 is electrically connected to the solid-state laser control unit 56 via a signal line (not shown).
- the wavelength conversion system 60 may be configured to include a moving stage 180, or may further include a solid-state laser control unit 56 that controls the moving stage 180.
- the solid-state laser control unit 56 controls the moving stage 180 to move the container 70 of the wavelength conversion system 60 in at least one direction in the X-axis direction and the Y-axis direction. Can be moved. By moving the moving stage 180, the positions of the incident points where the pulsed laser light is incident on the first CLBO crystal 61, the second CLBO crystal 62, and the third CLBO crystal 63 in the container 70 are changed.
- the movement operation by the movement stage 180 may be performed periodically, or may be performed based on the laser characteristics such as the number of shots of the pulsed laser beam and the measured value of the pulse energy.
- the moving stage 180 is an example of the "moving device" in the present disclosure.
- the position where the CLBO crystal is used can be changed, so that the time during which one CLBO crystal can be used or the pulse at which the wavelength can be converted can be converted.
- the number of pulses of the laser beam can be extended.
- FIG. 8 schematically shows a configuration example of the solid-state laser system 3B including the wavelength conversion system 60B according to the third embodiment.
- the solid-state laser system 3B shown in FIG. 8 is applied instead of the solid-state laser system 3 described in FIG.
- the parts common to the components of the solid-state laser system 3A according to the first embodiment shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
- the wavelength conversion system 60B includes a first CLBO crystal 61, a second CLBO crystal 62B, and a third CLBO crystal 63B. Both the first CLBO crystal 61 and the second CLBO crystal 62B are wavelength conversion crystals having type 1 phase matching conditions.
- the third CLBO crystal 63B is a wavelength conversion crystal having a type 2 phase matching condition.
- Other configurations are the same as the configurations described with reference to FIGS. 4 to 6.
- the first CLBO crystal 61 is fixed to the first holder 81
- the second CLBO crystal 62B is fixed to the second holder 82
- the third CLBO crystal 63B is fixed to the third holder 83. ..
- the first holder 81, the second holder 82, and the third holder 83 are housed in a container 70 having a first window 71 and a second window 72.
- the container 70 is provided with a gas introduction port 74 and a gas discharge port 76.
- the operation of the solid-state laser system 3B shown in FIG. 8 will be described focusing on the differences from the solid-state laser system 3A shown in FIG.
- the polarization direction of the pulsed laser light PL2 output from the second solid-state laser apparatus 20 shown in FIG. 8 is the vertical direction parallel to the paper surface of FIG.
- the polarization directions of the pulsed laser light PL1 having a wavelength of about 515 nm and the pulsed laser light PL2 having a wavelength of about 1553 nm incident on the first CLBO crystal 61 are orthogonal to each other.
- the angle of incidence of the first CLBO crystal 61 is adjusted so that the pulsed laser beam PL1 having a wavelength of about 515 nm satisfies the phase matching condition.
- a pulsed laser beam having a wavelength of about 257.5 nm, which is a second harmonic of the pulsed laser beam PL1 having a wavelength of about 515 nm, is generated.
- the polarization directions of the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the first CLBO crystal 61 are parallel to each other.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are incident on the second CLBO crystal 62B at substantially the same optical path axis.
- the incident angle of the second CLBO crystal 62B is adjusted so that the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm which is the sum frequency of the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm, is generated.
- a pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, a pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm, and a pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are output.
- the polarization directions of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the second CLBO crystal 62B are orthogonal to each other.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm, the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm, and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm are incident on the third CLBO crystal 63B at substantially the same optical path axis at substantially the same time.
- the incident angle of the third CLBO crystal 63B is adjusted so that the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm satisfy the phase matching condition.
- the pulsed laser light PL3 having a wavelength of about 193.4 nm which is the sum frequency of the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm, is generated.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 220.9 nm output from the second CLBO crystal 62B is an example of the "first sum frequency light having a fourth wavelength" in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 193.4 nm output from the third CLBO crystal 63B is an example of the "second sum frequency light having a fifth wavelength" in the present disclosure.
- the pulsed laser light having a wavelength of about 257.5 nm and the pulsed laser light having a wavelength of about 1553 nm output from the first CLBO crystal 61 are in the polarization direction. Are parallel to each other.
- the second CLBO crystal 62B is a wavelength conversion crystal having a type 1 phase matching condition, and has a phase matching condition with respect to pulsed laser light whose polarization directions are parallel to each other. Therefore, in the third embodiment, the first CLBO crystal 61 and the second CLBO crystal 62 are branched into two pulsed laser lights by using an optical element such as a dichroic mirror, and the 1/2 wave plate is used. It is not necessary to rotate the polarization direction of one of the pulsed laser beams by 90 ° and then merge the optical paths of the two pulsed laser beams with an optical element.
- the third CLBO crystal 63B is a wavelength conversion crystal having a type 2 phase matching condition, and has a phase matching condition for pulsed laser light whose polarization directions are orthogonal to each other. Therefore, between the second CLBO crystal 62 and the third CLBO crystal 63, the optical element for branching and merging the pulsed laser light and the polarization direction of one of the pulsed laser light are rotated by 90 ° 1/2. There is no need to use a wave plate or the like.
- the optical path length from the first CLBO crystal 61 to the third CLBO crystal 63B can be shortened, and the wavelength conversion system 60B including a plurality of CLBO crystals can be shortened. Can be made into one compact unit.
- the first CLBO crystal 61, the second CLBO crystal 62B, and the third CLBO crystal 63B are collectively housed in the space surrounded by the container 70. Therefore, the dehydration treatment of these plurality of CLBO crystals and the purging for preventing water adhesion can be efficiently performed. Further, according to the wavelength conversion system 60B according to the third embodiment, maintainability such as replacement work of CLBO crystals is improved.
- the optical path length between the first CLBO crystal 61 and the second CLBO crystal 62B, and the optical path length between the second CLBO crystal 62B and the third CLBO crystal 63B Since each of these is short, there is little deviation of the pulsed laser beam in the optical path between the crystals, the alignment that satisfies the phase matching condition can be easily adjusted, and the alignment adjustment time can be shortened.
- the wavelength conversion system 60B according to the third embodiment may adopt a configuration including the moving stage 180 described in the second embodiment.
- Wavelength Adjustable Range Table 1 shows examples of wavelength adjustable ranges in each of the first to third embodiments.
- the wavelength of the pulsed laser light PL1 output from the first solid-state laser device 10A is fixed at about 515 nm, and the wavelength of the pulsed laser light PL2 output from the second solid-state laser device 20 is changed within the range of 1549 nm or more and 1557 nm or less.
- the wavelength of the second harmonic light output from the first CLBO crystal 61 is about 257.5 nm (fixed), and the wavelength of the first sum frequency light output from the second CLBO crystal 62 or 62B. Varies within the range of 220.80 nm or more and 220.96 nm or less.
- the wavelength of the second sum frequency light output from the third CLBO crystal 63 or 63B changes in the range of 193.25 nm or more and 193.50 nm or less.
- the wavelength of the pulse laser light PL1 is the first wavelength
- the wavelength of the pulse laser light PL2 is the second wavelength
- the wavelength of the second harmonic light output from the first CLBO crystal 61 is the third wavelength
- the second CLBO is the fourth wavelength
- the wavelength of the second sum frequency light output from the third CLBO crystals 63 and 63B is the fifth wavelength.
- Modification Example (1) In the first and second embodiments, three CLBO crystals having phase matching conditions of each type are arranged in the order of type 1, type 2, and type 1 from the incident side of the laser beam in the wavelength conversion system 60.
- the arrangement order of the types of the phase matching condition is not limited to these examples.
- a non-linear crystal having a type 1 phase matching condition and a non-linear crystal having a type 2 phase matching condition may be mixed and arranged in series on the optical path.
- the nonlinear crystal arranged at the head has a type 1 phase matching condition.
- the wavelength conversion system includes four or more non-linear crystals. It may be composed of. That is, in addition to the three CLBO crystals described in each embodiment, it is also possible to arrange other non-linear crystals on the same optical path. For example, on the optical path between the first window 71 and the first CLBO crystal 61 shown in FIG. 4, or on the optical path between the third CLBO crystal 63 and the second window 72, or both of them. It is also possible to construct a wavelength conversion system in which at least one other nonlinear crystal is arranged on the optical path.
- the "other non-linear crystal” may be a CLBO crystal or a crystal of another type other than CLBO.
- the nonlinear crystal is not limited to the CLBO crystal, and a form using another type of crystal is also possible.
- the non-linear crystal may be a BBO ( ⁇ -BaB 2 O 4 ) crystal or an LBO crystal.
- the plurality of nonlinear crystals constituting the wavelength conversion system at least one may be a BBO crystal or an LBO crystal.
- FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration example of an exposure apparatus 8.
- the exposure apparatus 8 includes an illumination optical system 804 and a projection optical system 806.
- the illumination optical system 804 illuminates the reticle pattern of the reticle stage RT with the laser light incident from the laser device 2.
- the projection optical system 806 reduces-projects the laser beam transmitted through the reticle and forms an image on a workpiece (not shown) arranged on the workpiece table WT.
- the workpiece is a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer coated with a photoresist.
- the exposure device 8 exposes the laser beam reflecting the reticle pattern on the workpiece by synchronously translating the reticle stage RT and the workpiece table WT. After transferring the reticle pattern to the semiconductor wafer by the exposure process as described above, the semiconductor device can be manufactured by going through a plurality of steps.
- the semiconductor device is an example of the "electronic device" in the present disclosure.
- the laser device 2 in FIG. 9 may have a configuration including the solid-state laser system 3A or 3B described in each embodiment.
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Abstract
本開示の一観点に係る波長変換システムは、第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、第3の非線形光学結晶を保持する第3の結晶ホルダと、これらを収容する容器と、を備える。容器には入射ウインドウと出射ウインドウとが設けられており、入射ウインドウから出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、第1の非線形結晶、第2の非線形結晶、第3の非線形結晶がこの順に配置される。各結晶ホルダは回転可能であり、第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は第1の回転軸と平行である。
Description
本開示は、波長変換システム、レーザシステム及び電子デバイスの製造方法に関する。
近年、半導体露光装置においては、半導体集積回路の微細化及び高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長約248nmのレーザ光を出力するKrFエキシマレーザ装置、ならびに波長約193nmのレーザ光を出力するArFエキシマレーザ装置が用いられる。
KrFエキシマレーザ装置及びArFエキシマレーザ装置の自然発振光のスペクトル線幅は、350~400pmと広い。そのため、KrF及びArFレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、ガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子(エタロンやグレーティング等)を含む狭帯域化モジュール(Line Narrow Module:LNM)が備えられる場合がある。以下では、スペクトル線幅が狭帯域化されるガスレーザ装置を狭帯域化ガスレーザ装置という。
本開示の1つの観点に係る波長変換システムは、第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、第3の非線形光学結晶を保持する第3の結晶ホルダと、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、入射ウインドウから出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、第1の非線形結晶、第2の非線形結晶、第3の非線形結晶がこの順に配置され、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は第1の回転軸と平行である。
本開示の他の1つの観点に係るレーザシステムは、第1のパルスレーザ光を出力する第1の固体レーザ装置と、第2のパルスレーザ光を出力する第2の固体レーザ装置と、第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光が入力されることにより、第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光とは異なる波長の第3のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、を含むレーザシステムであって、波長変換システムは、第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、第3の非線形光学結晶を保持する第3の結晶ホルダと、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、入射ウインドウから出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、第1の非線形結晶、第2の非線形結晶、第3の非線形結晶がこの順に配置され、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は第1の回転軸と平行である。
本開示の他の1つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、第3の非線形光学結晶を保持する第3の結晶ホルダと、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、入射ウインドウから出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、第1の非線形結晶、第2の非線形結晶、第3の非線形結晶がこの順に配置され、第1の結晶ホルダ、第2の結晶ホルダ及び第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は第1の回転軸と平行である、波長変換システムを含むレーザシステムによってレーザ光を生成し、レーザ光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板上にレーザ光を露光することを含む。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、比較例に係るレーザ装置の構成例を概略的に示す。
図2は、図1に示される増幅器の構成例を概略的に示す。
図3は、実施形態1に係る波長変換システムを含む固体レーザシステムの構成例を概略的に示す。
図4は、実施形態1に係る波長変換システムの構成例を概略的に示す。
図5は、ホルダの構成例を示す断面図である。
図6は、図5に示すホルダの底面図である。
図7は、実施形態2に係る波長変換システムの構成例を概略的に示す。
図8は、実施形態3に係る波長変換システムを含む固体レーザシステムの構成例を概略的に示す。
図9は、露光装置の構成例を概略的に示す図である。
-目次-
1.比較例に係るレーザ装置の概要
1.1 構成
1.1.1 全体構成
1.1.2 増幅器の構成
1.2 動作
1.3 課題
2.実施形態1
2.1 構成
2.1.1 固体レーザシステムの構成
2.1.2 波長変換システムの構成
2.2 動作
2.2.1 固体レーザシステムの動作
2.2.2 波長変換システムの動作
2.3 結晶ホルダの具体例
2.3.1 構成
2.3.2 動作
2.4 作用・効果
3.実施形態2
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用・効果
4.実施形態3
4.1 構成
4.2 動作
4.3 作用・効果
4.4 変形例
5.波長調整可能範囲の例
6.変形例
7.電子デバイスの製造方法
8.その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
1.比較例に係るレーザ装置の概要
1.1 構成
1.1.1 全体構成
1.1.2 増幅器の構成
1.2 動作
1.3 課題
2.実施形態1
2.1 構成
2.1.1 固体レーザシステムの構成
2.1.2 波長変換システムの構成
2.2 動作
2.2.1 固体レーザシステムの動作
2.2.2 波長変換システムの動作
2.3 結晶ホルダの具体例
2.3.1 構成
2.3.2 動作
2.4 作用・効果
3.実施形態2
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用・効果
4.実施形態3
4.1 構成
4.2 動作
4.3 作用・効果
4.4 変形例
5.波長調整可能範囲の例
6.変形例
7.電子デバイスの製造方法
8.その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
1.比較例に係るレーザ装置の概要
1.1 構成
1.1.1 全体構成
図1は、比較例に係るレーザ装置2の構成例を概略的に示す。レーザ装置2は、固体レーザシステム3と、高反射ミラー4a,4bと、増幅器5と、同期制御部6と、レーザ制御部7と、を含む露光装置用エキシマレーザ装置である。固体レーザシステム3は、第1の固体レーザ装置10と、第2の固体レーザ装置20と、集光レンズ31と、高反射ミラー32と、集光レンズ33と、第1のダイクロイックミラー34と、波長変換システム40と、同期回路55と、固体レーザ制御部56と、含む。
1.1 構成
1.1.1 全体構成
図1は、比較例に係るレーザ装置2の構成例を概略的に示す。レーザ装置2は、固体レーザシステム3と、高反射ミラー4a,4bと、増幅器5と、同期制御部6と、レーザ制御部7と、を含む露光装置用エキシマレーザ装置である。固体レーザシステム3は、第1の固体レーザ装置10と、第2の固体レーザ装置20と、集光レンズ31と、高反射ミラー32と、集光レンズ33と、第1のダイクロイックミラー34と、波長変換システム40と、同期回路55と、固体レーザ制御部56と、含む。
第1の固体レーザ装置10は、波長約1030nmのパルスレーザ光を出力するレーザ装置11と、集光レンズ12と、LBO結晶14と、集光レンズ16と、CLBO結晶18と、を含む。LBOは化学式LiB3O5で表わされる。CLBOは化学式CsLiB6O10で表わされる。LBO結晶14及びCLBO結晶18は波長変換用の非線形結晶である。「非線形結晶」という用語は「非線形光学結晶」と同義である。波長変換用の非線形結晶を「波長変換結晶」という。
レーザ装置11の詳細な構成は図示しないが、レーザ装置11は、例えば、第1のシードレーザと、第1の光スイッチと、第1の増幅器と、を含む。第1のシードレーザは、シングル縦モードであって、波長約1030nmの連続波(CW:Continuous Wave)光又はパルス光を第1のシード光として出力する。第1のシードレーザは、例えば、分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)の半導体レーザであり、半導体の温度設定を変更することによって、発振波長を変更することが可能である。なお、波長を示す数値とともに用いる「約」という記載は、数値付近の許容される波長範囲内の数値を含み得ることを表す。
第1の光スイッチは、例えば、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)である。第1の光スイッチは、第1のシードレーザから第1のシード光が入射され、第1のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。第1の光スイッチから出射されるパルス光を、第1のシードパルス光という。
第1の増幅器は、例えば、ファイバ増幅器と、固体増幅器と、励起用半導体レーザと、を含む。ファイバ増幅器は、Yb(イッテルビウム)がドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものであってよい。固体増幅器は、例えば、YbがドープされたYAG(Yttrium Aluminum Garnet)結晶を用いる増幅器であってよい。ファイバ増幅器及び固体増幅器は、励起用半導体レーザから入力されるCW励起光によって光励起される。第1の増幅器は、第1の光スイッチから入射する第1のシードパルス光を増幅する。
集光レンズ12は、レーザ装置11とLBO結晶14との間の光路上に配置される。集光レンズ16は、LBO結晶14とCLBO結晶18との間の光路上に配置される。図1においてCLBO結晶18を「CLBO1」と表記する。
LBO結晶14は、波長約1030nmのパルスレーザ光を波長約515nmのパルスレーザ光に変換する波長変換素子である。CLBO結晶18は、波長約515nmのパルスレーザ光を波長約257.5nmのパルスレーザ光に変換する波長変換素子である。CLBO結晶18はタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶である。
LBO結晶14及びCLBO結晶18の2つの波長変換結晶の組み合わせによって、波長約1030nmの第1のシードパルス光から波長約257.5nmである第4高調波光が生成される。第1の固体レーザ装置10は波長約257.5nmのパルスレーザ光を出力する。
集光レンズ31は、CLBO結晶18と第1のダイクロイックミラー34との間の光路上に配置される。
第2の固体レーザ装置20は波長約1553nmのパルスレーザ光を出力する。第2の固体レーザ装置20の詳細な構成は図示しないが、第2の固体レーザ装置20は、例えば、第2のシードレーザと、第2の光スイッチと、第2の増幅器と、を含む。第2のシードレーザは、シングル縦モードであって、波長が約1553nmのCW光又はパルス光を第2のシード光として出力する。第2のシードレーザは、例えば、分布帰還型(DFB)の半導体レーザであり、半導体の温度設定を変更することによって、発振波長を変更することが可能である。第2の光スイッチは、例えば、半導体光増幅器(SOA)である。第2の光スイッチは、第2のシードレーザから第2のシード光が入射され、第2のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。第2の光スイッチから出射される第2のシード光を、第2のシードパルス光という。
第2の増幅器は、例えば、Er(エルビウム)とYbが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたErファイバ増幅器と、励起用半導体レーザと、を含む。Erファイバ増幅器は、励起用半導体レーザから入力されるCW励起光によって光励起される。第2の増幅器は、第2の光スイッチから入射する第2のシードパルス光を増幅する。第2の固体レーザ装置20は、第2の増幅器によって増幅されたパルスレーザ光を出力する。
高反射ミラー32と第1のダイクロイックミラー34は、第2の固体レーザ装置20から出力されたパルスレーザ光が波長変換システム40のCLBO結晶42に入力されるように配置される。集光レンズ33は、高反射ミラー32と第1のダイクロイックミラー34との間の光路上に配置される。
第1のダイクロイックミラー34は、第1の固体レーザ装置10から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光を高透過し、第2の固体レーザ装置20から出力される波長約1553nmのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされる。第1のダイクロイックミラー34は、第1の固体レーザ装置10及び第2の固体レーザ装置20の各々から出力されるパルスレーザ光を、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム40に入射するように配置される。
波長変換システム40は、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光とが入力されることにより、波長約193.4nmのパルスレーザ光を出力する。
波長変換システム40は、波長変換素子としてのCLBO結晶42と、CLBO結晶43と、を含む。また、波長変換システム40は、2つのCLBO結晶42、43の他に、第2のダイクロイックミラー44と、コリメータレンズ45と、コリメータレンズ46と、高反射ミラー47と、高反射ミラー48と、1/2波長板49と、集光レンズ50と、集光レンズ51と、第3のダイクロイックミラー52と、を含む。
波長変換システム40のCLBO結晶42及びCLBO結晶43はどちらもタイプ1の位相整合条件を持つ非線形結晶である。図1においてCLBO結晶42を「CLBO2」と表記し、CLBO結晶43を「CLBO3」と表記する。
CLBO結晶42には、第1の固体レーザ装置10から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と、第2の固体レーザ装置20から出力される波長約1553nmのパルスレーザ光とが入力される。CLBO結晶42は、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光との和周波光である波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光と、を出力する。
CLBO結晶42から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光の光路上に、第2のダイクロイックミラー44、コリメータレンズ45、高反射ミラー47、1/2波長板49、集光レンズ51、及び第3のダイクロイックミラー52がこの順番に配置される。また、CLBO結晶42から出力された波長約220.9nmのパルスレーザ光の光路上に、第2のダイクロイックミラー44、コリメータレンズ46、高反射ミラー48、集光レンズ50、及び第3のダイクロイックミラー52がこの順番に配置される。
第2のダイクロイックミラー44は、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光を高透過し、波長約220.9nmのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされている。1/2波長板49は、透過するパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させる。
第3のダイクロイックミラー52は、波長約220.9nmのパルスレーザ光を高透過し、波長約1553nmのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされている。
CLBO結晶43には、CLBO結晶42から出力された波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とが入力される。CLBO結晶43は、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光との和周波光である波長約193.4nmのパルスレーザ光を出力する。
高反射ミラー4a,4b,32,47,48の各々は、反射すべき各波長に対応した高反射膜がコートされている。
高反射ミラー4a,4bは、波長変換システム40から出力された波長約193.4nmのパルスレーザ光が増幅器5に入射するように配置される。なお、波長変換システム40と増幅器5との配置関係によっては高反射ミラー4a,4bの一部又は全部を省略する形態も可能である。
固体レーザ制御部56は同期回路55と不図示の信号線を介して電気的に接続される。なお、同期回路55は固体レーザ制御部56に含まれてもよい。同期回路55は第1の固体レーザ装置10における第1の光スイッチ及び第2の固体レーザ装置20における第2の光スイッチと不図示の信号線を介して電気的に接続される。
また、固体レーザ制御部56は、第1の固体レーザ装置10における第1のシードレーザ及び励起用半導体レーザ、並びに第2の固体レーザ装置20における第2のシードレーザ及び励起用半導体レーザと不図示の信号線を介して電気的に接続される。
レーザ制御部7は、固体レーザ制御部56及び露光装置制御部8aと通信可能に接続される。露光装置制御部8aは、露光装置8を制御するコントローラである。
レーザ制御部7、固体レーザ制御部56、同期制御部6、露光装置制御部8a及びその他の各制御部として機能するコントローラは、1台又は複数台のコンピュータのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現することが可能である。ソフトウェアはプログラムと同義である。コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含んで構成される。コンピュータに含まれるCPUはプロセッサの一例である。プログラマブルコントローラやシーケンサはコンピュータの概念に含まれる。
また、コントローラの処理機能の一部又は全部は、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)に代表される集積回路を用いて実現してもよい。複数のコントローラの機能を1台のコントローラで実現することも可能である。さらに本開示において、コントローラは、ローカルエリアネットワークやインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムユニットは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
1.1.2 増幅器の構成
図2は、図1に示される増幅器5の構成例を概略的に示す。増幅器5は、エキシマレーザ増幅器である。増幅器5は、チャンバ502と、一対の放電電極504と、部分反射ミラー506と、出力結合ミラー508と、スイッチ510を含むパルスパワーモジュール(PPM)512と、充電部514と、トリガ補正部516と、増幅器制御部518と、を含む。
図2は、図1に示される増幅器5の構成例を概略的に示す。増幅器5は、エキシマレーザ増幅器である。増幅器5は、チャンバ502と、一対の放電電極504と、部分反射ミラー506と、出力結合ミラー508と、スイッチ510を含むパルスパワーモジュール(PPM)512と、充電部514と、トリガ補正部516と、増幅器制御部518と、を含む。
チャンバ502には、ウインドウ521,522が設けられている。チャンバ502の中には、例えば、ArガスとF2ガスとNeガスとを含むレーザガスが封入されている。チャンバ502の中には、一対の放電電極504が配置されている。放電電極504は、PPM512の出力端子に接続されている。
増幅器5において、部分反射ミラー506と、出力結合ミラー508と、を含む光共振器が構成されている。部分反射ミラー506は、例えば、波長約193.4nmの光を透過するCaF2結晶からなる基板に、反射率が70%~90%の部分反射膜をコートすることにより構成されている。出力結合ミラー508は、例えば、波長約193.4nmの光を透過するCaF2結晶からなる基板に、反射率が10%~20%の部分反射膜をコートすることにより構成されている。
図2では、増幅器5として、光共振器がファブリペロ共振器の場合の例を示したが、この例に限定されることなく、リング共振器であってもよいし、拡大3パス増幅器であってもよい。拡大3パス増幅器は、チャンバの外側に凸面ミラーと凹面ミラーとが配置され、固体レーザシステム3から出力された波長約193.4nmのパルスレーザ光が凸面ミラーと凹面ミラーとによって反射されてチャンバ内の放電空間を3回通過することにより、ビーム拡大と増幅とが行われる。
1.2 動作
比較例に係るレーザ装置2の動作について説明する。レーザ制御部7は、固体レーザ制御部56を介して、第1の固体レーザ装置10における第1のシードレーザ及び第2の固体レーザ装置20における第2のシードレーザをそれぞれ動作させ、励起用半導体レーザをCW発振させる。同期制御部6は、固体レーザ制御部56から、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延データを受信する。
比較例に係るレーザ装置2の動作について説明する。レーザ制御部7は、固体レーザ制御部56を介して、第1の固体レーザ装置10における第1のシードレーザ及び第2の固体レーザ装置20における第2のシードレーザをそれぞれ動作させ、励起用半導体レーザをCW発振させる。同期制御部6は、固体レーザ制御部56から、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延データを受信する。
同期制御部6は、レーザ制御部7を介して露光装置制御部8aからの発振トリガ信号Trを受信すると、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延時間を制御する。具体的には、同期制御部6は、固体レーザシステム3から出力されたパルスレーザ光が、増幅器5のチャンバ502内に注入されるタイミングに同期して放電するように、第1のトリガ信号Tr1と第2のトリガ信号Tr2との遅延時間を制御する。
同期回路55は、第1のトリガ信号Tr1を受信すると、第1の固体レーザ装置10のレーザ装置11における第1の光スイッチと、第2の固体レーザ装置20における第2の光スイッチとの各々にシード光を所定のパルス波形のパルス光にパルス化するための制御信号を送信する。第1の光スイッチは制御信号を受信すると、制御信号で指定された期間に限り第1のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅と光強度とを有する第1のシードパルス光を生成する。第1のシードパルス光は第1の増幅器に入射し、第1の増幅器によって増幅されてレーザ装置11から出力される。
同様に、第2の固体レーザ装置20における第2の光スイッチは、制御信号を受信すると、制御信号で指定されたパルス幅と光強度を有する第2のシードパルス光を生成する。第2のシードパルス光は第2の増幅器に入射し、第2の増幅器によって増幅されて第2の固体レーザ装置20から出力される。
第1の固体レーザ装置10のレーザ装置11から出力された波長約1030nmのシードパルス光は、集光レンズ12を介してLBO結晶14に入射し、LBO結晶14により波長約515nmのパルスレーザ光に変換される。
LBO結晶14から出力された波長約515nmのパルスレーザ光は、集光レンズ16を介してCLBO結晶18に入射する。CLBO結晶18は、波長約515nmのパルスレーザ光が位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、波長約515nmのパルスレーザ光の第2高調波である波長約257.5nmのパルスレーザ光が生成される。図1において、波長約257.5nmのパルスレーザ光の光路上に表示される両方向矢印は偏光方向を表す。
第1の固体レーザ装置10から出力された波長約257.5nmのパルスレーザ光は、集光レンズ31を介して第1のダイクロイックミラー34に入射する。
また、第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光は、高反射ミラー32及び集光レンズ33を介して第1のダイクロイックミラー34に入射する。図1において、波長約1553nmのパルスレーザ光の光路上に表示される両方向矢印は偏光方向を表す。
第1の固体レーザ装置10から出力された波長約257.5nmのパルスレーザ光と第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光とがCLBO結晶42に、略同時に、略同光路軸で入射する。CLBO結晶42に入射する波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは、ともに直線偏光であり、本比較例の場合、両者の偏光方向は互いに平行である。本明細書における「平行」という用語には、技術的意義において実質的に平行と同等の範囲と見做しうる略平行の概念が含まれてよい。
CLBO結晶42は、タイプ1の位相整合によって波長変換を行うものであり、偏光方向が互いに平行であるパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。よって、CLBO結晶42は、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とが位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、CLBO結晶42での和周波混合によって波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光との和周波である波長約220.9nmのパルスレーザ光が生成される。CLBO結晶42からは、波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光とが出力される。
第2のダイクロイックミラー44では、波長約220.9nmのパルスレーザ光が反射し、波長約1553nmと波長約257.5nmの両パルスレーザ光が透過する。
第2のダイクロイックミラー44によって反射された波長約220.9nmのパルスレーザ光は、コリメータレンズ46と高反射ミラー48と集光レンズ50とを介して第3のダイクロイックミラー52に入射する。波長約220.9nmのパルスレーザ光の光路上に表示される黒丸と円とを重ね合わせた記号はパルスレーザ光の偏光方向が紙面に垂直方向であることを表す。
第2のダイクロイックミラー44を透過した波長約1553nmのパルスレーザ光は、コリメータレンズ45と高反射ミラー47とを介して1/2波長板49に入射する。波長約1553nmのパルスレーザ光は1/2波長板49を透過することで偏光方向が90°回転する。この結果、CLBO結晶43に入射する波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光の偏光方向は互いに平行になる。波長約1553nmのパルスレーザ光の光路上に表示される黒丸と円とを重ね合わせた記号はパルスレーザ光の偏光方向が紙面に垂直方向であることを表す。
1/2波長板49を透過したパルスレーザ光は、集光レンズ51を介して第3のダイクロイックミラー52に入射する。第3のダイクロイックミラー52では、波長約1553nmのパルスレーザ光が反射し、波長約220.9nmと波長約257.5nmのパルスレーザ光が透過する。第3のダイクロイックミラー52によって、波長約220.9nmのパルスレーザ光の光路軸と、1/2波長板49によって偏光方向を90°回転させた波長約1553nmのパルスレーザ光の光路軸とを略一致させて、両パルスレーザ光をCLBO結晶43に入射させる。
CLBO結晶43に入射する波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは、それぞれの偏光方向が互いに平行である。CLBO結晶43はタイプ1の位相整合によって波長変換を行うものであり、偏光方向が互いに平行であるパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。よって、CLBO結晶43は、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光が位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、CLBO結晶43での和周波混合によって波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光との和周波である波長約193.4nmのパルスレーザ光が生成される。
こうして、波長変換システム40から波長約193.4nmのパルスレーザ光が出力される。波長変換システム40によって生成された波長約193.4nmのパルスレーザ光は、高反射ミラー4a及び高反射ミラー4bで高反射され、増幅器5に入力される。
増幅器5では、波長約193.4nmのパルスレーザ光の入力に同期して放電が行われ、反転分布が生成される。トリガ補正部516は、増幅器5に入力されたパルスレーザ光が増幅器5で効率よく増幅されるように、PPM512のスイッチ510のタイミングを調整する。その結果、光共振器によって増幅発振して、出力結合ミラー508から増幅されたパルスレーザ光が出力される。増幅器5から出力された波長約193.4nmのパルスレーザ光は、露光装置8に入力される。
1.3 課題
図1に示す比較例の構成には、次のような課題がある。
図1に示す比較例の構成には、次のような課題がある。
[課題1]CLBO結晶18とCLBO結晶42との間、ならびに、CLBO結晶42とCLBO結晶43との間には、パルスレーザ光を分岐あるいは合流させるための複数の光学素子が存在するため、波長変換システム40を含む波長変換部の設置面積が大きくなる。すなわち、CLBO結晶18とCLBO結晶42との間には、集光レンズ31と第1のダイクロイックミラー34とが配置される。また、CLBO結晶42とCLBO結晶43との間には、第2のダイクロイックミラー44、第3のダイクロイックミラー52と、コリメータレンズ45,46と、高反射ミラー47,48と、1/2波長板49と、集光レンズ50,51と、が配置される。したがって、これら複数の光学素子を含む波長変換部の設置面積が大きくなる。
[課題2]CLBO結晶は潮解性があり、水分が浸入すると、パルスレーザ光が入射する面に曇りが出て、透過率が大幅に落ちるため、脱水処理及び水分付着防止のためのパージが必要となる。図1に示す比較例の構成では、CLBO結晶18,42,43が配置されている空間の容積が大きく、これら複数のCLBO結晶を効率的に脱水処理及び水分付着防止のパージを行うことが困難である。
[課題3]CLBO結晶18とCLBO結晶42との間の光路長及びCLBO結晶42とCLBO結晶43との間の光路長がそれぞれ長く、アライメントの調整に時間がかかる。
[課題4]ダイクロイックミラーやコリメータレンズは紫外光に対する損傷閾値が低く、高出力化が困難である。
2.実施形態1
2.1 構成
2.1.1 固体レーザシステムの構成
図3は、実施形態1に係る固体レーザシステム3Aの構成例を概略的に示す。実施形態1では、図1で説明した固体レーザシステム3に代えて、図3に示す固体レーザシステム3Aが適用される。図3において、図1に示した比較例に係るレーザ装置2の構成要素と共通する部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図3では同期回路55及び固体レーザ制御部56の図示を省略する。
2.1 構成
2.1.1 固体レーザシステムの構成
図3は、実施形態1に係る固体レーザシステム3Aの構成例を概略的に示す。実施形態1では、図1で説明した固体レーザシステム3に代えて、図3に示す固体レーザシステム3Aが適用される。図3において、図1に示した比較例に係るレーザ装置2の構成要素と共通する部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図3では同期回路55及び固体レーザ制御部56の図示を省略する。
固体レーザシステム3Aは、第1の固体レーザ装置10Aと、第2の固体レーザ装置20と、コリメータレンズ35と、高反射ミラー32と、ビームエキスパンダレンズ37と、ダイクロイックミラー39と、波長変換システム60と、を備える。
第1の固体レーザ装置10Aは、レーザ装置11と、集光レンズ12と、LBO結晶14と、とを含む。第1の固体レーザ装置10Aは、LBO結晶14によって生成された波長約515nmのパルスレーザ光PL1を出力する。第2の固体レーザ装置20は波長約1553nmのパルスレーザ光PL2を出力する。パルスレーザ光PL1は本開示における「第1のパルスレーザ光」の一例である。パルスレーザ光PL2は本開示における「第2のパルスレーザ光」の一例である。
波長変換システム60は、第1のCLBO結晶61と、第2のCLBO結晶62と、第3のCLBO結晶63と、を含む。第1のCLBO結晶61と第3のCLBO結晶63とはどちらもタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶である。第2のCLBO結晶62はタイプ2の位相整合条件を持つ波長変換結晶である。図3において第1のCLBO結晶61を「CLBO1」と表記し、第2のCLBO結晶62を「CLBO2」と表記し、第3のCLBO結晶63を「CLBO3」と表記する。
コリメータレンズ35とダイクロイックミラー39とは、第1の固体レーザ装置10Aと波長変換システム60との間のパルスレーザ光PL1の光路上に配置される。高反射ミラー32とダイクロイックミラー39は、第2の固体レーザ装置20から出力されるパルスレーザ光PL2が波長変換システム60の第1のCLBO結晶61に入力されるように配置される。ビームエキスパンダレンズ37は、高反射ミラー32とダイクロイックミラー39との間の光路上に配置される。ビームエキスパンダレンズ37は、凹レンズと凸レンズとのペアで構成されてよい。
ダイクロイックミラー39は、第1の固体レーザ装置10Aから出力される波長約515nmのパルスレーザ光を高透過し、第2の固体レーザ装置20から出力される波長約1553nmのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされる。ダイクロイックミラー39は、第1の固体レーザ装置10Aから出力されたパルスレーザ光PL1と第2の固体レーザ装置20から出力されたパルスレーザ光PL2とが、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム60に入射するように配置される。
波長変換システム60は、第1の固体レーザ装置10Aから出力された波長約515nmのパルスレーザ光PL1と、第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光PL2とが入力されることにより、パルスレーザ光PL1及びパルスレーザ光PL2とは異なる波長である波長約193.4nmのパルスレーザ光PL3を生成する。
2.1.2 波長変換システムの構成
図4は、実施形態1に係る波長変換システム60の構成例を概略的に示す。波長変換システム60は、筐体である密閉可能な容器70と、第1のウインドウ71と、第2のウインドウ72と、第1のCLBO結晶61を保持する第1のホルダ81と、第2のCLBO結晶62を保持する第2のホルダ82と、第3のCLBO結晶63を保持する第3のホルダ83と、を含む。
図4は、実施形態1に係る波長変換システム60の構成例を概略的に示す。波長変換システム60は、筐体である密閉可能な容器70と、第1のウインドウ71と、第2のウインドウ72と、第1のCLBO結晶61を保持する第1のホルダ81と、第2のCLBO結晶62を保持する第2のホルダ82と、第3のCLBO結晶63を保持する第3のホルダ83と、を含む。
ここで、図4に示すように、互いに直交する三軸であるX軸、Y軸及びZ軸の方向を定義する。Z軸方向は、波長変換システム60に入射するパルスレーザ光PL1、PL2の光路軸の方向である。X軸方向は、Z軸方向に直交する一方向であり、図4において紙面に垂直な方向である。Y軸方向は、Z軸方向及びX軸方向に直交する方向であり、図4において縦方向である。図4において紙面に垂直な方向は本開示における「第1の方向」の一例である。図4におけるY軸方向として示す縦方向は本開示における「第2の方向」の一例である。
第1のCLBO結晶61は第1のホルダ81に固定されている。第1のホルダ81は、X軸方向に平行な回転軸で回転可能な回転機構を有する。第2のCLBO結晶62は第2のホルダ82に固定されている。第2のホルダ82は、Y軸方向に平行な回転軸で回転可能な回転機構を有する。第3のCLBO結晶63は第3のホルダ83に固定されている。第3のホルダ83は、X軸方向に平行な回転軸で回転可能な回転機構を有する。第1のホルダ81、第2のホルダ82及び第3のホルダ83は、容器70内に収容される。
容器70には、第1のウインドウ71及び第2のウインドウ72を取り付けるための孔が設けられ、それぞれの孔に第1のウインドウ71及び第2のウインドウ72が固定される。第1のウインドウ71は、容器70内にパルスレーザ光PL1,PL2を入射させる入射ウインドウである。第2のウインドウ72は、第3のCLBO結晶63で生成された波長約193.4nmのパルスレーザ光PL3を容器70の外へ出射させる出射ウインドウである。
第1のウインドウ71と第2のウインドウ72は、赤外域から波長約200nm以下の深紫外域まで透過率の高い材料で構成されている。第1のウインドウ71と第2のウインドウ72の材料は、例えば、CaF2であってよい。
容器70は、例えば、Z軸方向に沿って長い角筒状の形状であってよい。第1のウインドウ71は、容器70におけるZ軸方向の入射側の端部に配置される。第2のウインドウ72は、容器70におけるZ軸方向の出射側の端部に配置される。
第1のウインドウ71から第2のウインドウ72に進むレーザ光の光路上に、第1のCLBO結晶61、第2のCLBO結晶62及び第3のCLBO結晶63がこの順番に配置される。
第1のホルダ81と第3のホルダ83の各々は、例えば、容器70におけるX軸方向と直交する壁面(YZ面と平行な壁面)に設けられた孔に取り付けられる。第2のホルダ82は、例えば、容器70におけるY軸方向と直交する壁面(XZ面と平行な壁面)に設けられた孔に取り付けられる。
容器70には、容器70内を不活性ガスでパージするために、ガス導入口74と、ガス排出口76と、が設けられている。不活性ガスは、例えば、Arガスであってよい。なお、パージガスとして、Arガスに代えて、又はこれと組み合わせてN2ガスを用いてもよい。
ガス導入口74には不図示のガス供給源が接続される。ガス導入口74に接続されるガス流路にはバルブ75が配置される。同様に、ガス排出口76に接続されるガス流路にはバルブ77が配置される。バルブ75及びバルブ77は、固体レーザ制御部56によって制御される。
容器70内を効率よくパージするために、ガス導入口74とガス排出口76との間の距離は、できるだけ離れている方が好ましい。図3では、容器70におけるレーザ光の入射側である第1のCLBO結晶61の付近にガス導入口74を配置し、ガス排出口76を第3のCLBO結晶63の側に配置する例を示すが、ガス導入口74を第3のCLBO結晶63の側に配置し、ガス排出口76を第1のCLBO結晶61の側に配置してもよい。
2.2 動作
2.2.1 固体レーザシステムの動作
図3に示す固体レーザシステム3Aの動作について説明する。第1の固体レーザ装置10Aは波長約515nmのパルスレーザ光PL1を出力する。パルスレーザ光PL1の偏光方向は図3の紙面に垂直な方向である。パルスレーザ光PL1の偏光方向は本開示における「第1の偏光方向」の一例である。パルスレーザ光PL1は、コリメータレンズ35を介してダイクロイックミラー39に入射する。コリメータレンズ35は、第1の固体レーザ装置10Aから出力される波長約515nmのパルスレーザ光PL1を平行光にする。
2.2.1 固体レーザシステムの動作
図3に示す固体レーザシステム3Aの動作について説明する。第1の固体レーザ装置10Aは波長約515nmのパルスレーザ光PL1を出力する。パルスレーザ光PL1の偏光方向は図3の紙面に垂直な方向である。パルスレーザ光PL1の偏光方向は本開示における「第1の偏光方向」の一例である。パルスレーザ光PL1は、コリメータレンズ35を介してダイクロイックミラー39に入射する。コリメータレンズ35は、第1の固体レーザ装置10Aから出力される波長約515nmのパルスレーザ光PL1を平行光にする。
第2の固体レーザ装置20は波長約1553nmのパルスレーザ光PL2を出力する。パルスレーザ光PL2の偏光方向は図3の紙面に垂直な方向である。パルスレーザ光PL2は、ビームエキスパンダレンズ37を介してダイクロイックミラー39に入射する。ビームエキスパンダレンズ37は、第2の固体レーザ装置20から出力される波長約1553nmのパルスレーザ光PL2のビーム径を調整する。なお、ビームエキスパンダレンズ37に代えて、集光レンズを用いることも可能である。
第1の固体レーザ装置10Aから出力された波長約515nmのパルスレーザ光PL1及び第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光PL2は、ダイクロイックミラー39を介して第1のCLBO結晶61に、略同時に、略同光路軸で入射する。波長変換システム60の動作については後述する。
固体レーザシステム3Aは本開示における「レーザシステム」の一例である。また、固体レーザシステム3Aと増幅器5とを含むレーザシステムは本開示における「レーザシステム」の一例である。
2.2.2 波長変換システムの動作
図3及び図4に示す波長変換システム60の動作について説明する。第1の固体レーザ装置10Aから出力された波長約515nmのパルスレーザ光PL1と第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光とは、第1のウインドウ71を介して第1のCLBO結晶61に、略同時に、略同光路軸で入射する。
図3及び図4に示す波長変換システム60の動作について説明する。第1の固体レーザ装置10Aから出力された波長約515nmのパルスレーザ光PL1と第2の固体レーザ装置20から出力された波長約1553nmのパルスレーザ光とは、第1のウインドウ71を介して第1のCLBO結晶61に、略同時に、略同光路軸で入射する。
第1のCLBO結晶61は、第1のホルダ81によってX軸方向に平行な回転軸で回転可能であり、波長約515nmのパルスレーザ光PL1の入射角が第1のCLBO結晶61の位相整合条件を満たす位相整合角になるように調整される。
その結果、第1のCLBO結晶61において波長約515nmのパルスレーザ光PL1の第2高調波である波長約257.5nmのパルスレーザ光が生成される。そして、第1のCLBO結晶61からは、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とが出力される。
第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光の偏光方向は波長約1553nmのパルスレーザ光の偏光方向と直交する。本明細書における「直交」又は「垂直」という用語には、技術的意義において実質的に直交又は実質的に垂直と同等の範囲と見做しうる略直交又は略垂直の概念が含まれてよい。第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光の偏光方向は本開示における「第2の偏光方向」の一例である。第1のCLBO結晶61から出力された波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは略同時に、略同光路軸で第2のCLBO結晶62に入射する。
第2のCLBO結晶62は、第2のホルダ82によってY軸方向に平行な回転軸で回転し、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とが位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、第2のCLBO結晶62での和周波混合により、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光の和周波光である波長約220.9nmのパルスレーザ光が生成される。第2のCLBO結晶62からは、波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光と、が出力される。
第2のCLBO結晶62から出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光の偏光方向は、波長約1553nmのパルスレーザ光の偏光方向と平行である。波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光とは略同時に、略同光路軸で第3のCLBO結晶63に入射する。第3のCLBO結晶63は、第3のホルダ83によってX軸方向に平行な回転軸で回転し、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とが位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、第3のCLBO結晶63での和周波混合により、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光の和周波光である波長約193.4nmのパルスレーザ光PL3が生成される。
第3のCLBO結晶63によって生成された波長約193.4nmのパルスレーザ光PL3は、第2のウインドウ72を介して波長変換システム60から出力される。
容器70のガス導入口74から容器70内に不活性ガスを導入するとともに、ガス排出口76からガスを排気することにより、容器70内を不活性ガスでパージする。不活性ガスは、例えばArガスであってよい。不活性ガスの流量は、例えば、100ml/minであってよい。
波長変換システム60は、容器70によって囲まれる空間の中に3つのCLBO結晶が直列に並んで配置されたコンパクトな1つのユニットとして構成される。ここでいう「ユニット」は「セル」と言い換えてもよい。
第1のCLBO結晶61は本開示における「第1の非線形結晶」の一例である。第1のホルダ81は本開示における「第1の結晶ホルダ」の一例である。第2のCLBO結晶62は本開示における「第2の非線形結晶」の一例である。第2のホルダ82は本開示における「第2の結晶ホルダ」の一例である。第3のCLBO結晶63は本開示における「第3の非線形結晶」の一例である。第3のホルダ83は本開示における「第3の結晶ホルダ」の一例である。第1のホルダ81の回転軸は本開示における「第1の回転軸」の一例である。第2のホルダ82の回転軸は本開示における「第2の回転軸」の一例である。第3のホルダ83の回転軸は本開示における「第3の回転軸」の一例である。波長約515nmのパルスレーザ光PL1は本開示における「第1の波長を有する第1のパルスレーザ光」の一例である。波長約1553nmのパルスレーザ光PL2は本開示における「第2の波長を有する第2のパルスレーザ光」の一例である。第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光は本開示における「第3の波長を有する第1の高調波光」の一例である。第2のCLBO結晶62から出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光は本開示における「第4の波長を有する第1の和周波光」の一例である。第3のCLBO結晶63から出力される波長約193.4nmのパルスレーザ光は本開示における「第5の波長を有する第2の和周波光」及び「第3のパルスレーザ光」の一例である。
2.3 結晶ホルダの具体例
2.3.1 構成
ここで、第1のホルダ81、第2のホルダ82、及び第3のホルダ83として適用される結晶ホルダの例を説明する。第1のホルダ81、第2のホルダ82、及び第3のホルダ83の構造は概ね共通しているため、これらを代表してホルダ100として説明する。
2.3.1 構成
ここで、第1のホルダ81、第2のホルダ82、及び第3のホルダ83として適用される結晶ホルダの例を説明する。第1のホルダ81、第2のホルダ82、及び第3のホルダ83の構造は概ね共通しているため、これらを代表してホルダ100として説明する。
図5は、ホルダ100の構成例を示す断面図である。図6は、図5に示すホルダ100の底面図である。ホルダ100に固定されるCLBO結晶102は、例えば、端面積が5×5mm2であって、長さが10~30mmの直方体の形状であってよい。CLBO結晶102は、円筒状のホルダ100に固定される。ホルダ100は、ヒータ104と、熱電対106と、を含む。
ヒータ104は、ホルダ100の内部に差し込まれて固定される。ヒータ104はヒータ配線105を介して不図示のヒータ電源に接続される。ヒータ電源は不図示の配線を介して固体レーザ制御部56と電気的に接続される。熱電対106は、ホルダ100の内部に配置され、ホルダ100においてCLBO結晶102が固定されている部分の温度を計測する。熱電対106は本開示における「温度センサ」の一例である。ヒータ電源と熱電対106は不図示の配線を介して固体レーザ制御部56と電気的に接続される。
ホルダ100は、基板120の孔121に挿入され、回転軸RAを中心に回転可能に支持される。ホルダ100と基板120との接続部分はOリング124によって封止される。ホルダ100が取り付けられる基板120は、容器70の壁面の一部であってもよい。
ホルダ100には、ホルダ100を回転駆動するための機構として、回転バー130と、バネ132と、ピエゾ素子140と、バー142と、バー固定具144と、ハンドル146と、が設けられる。
ホルダ100の回転軸RA方向の基端部は、回転バー130に固定される。回転バー130は、ホルダ100の回転軸RAと直交するように配置される。バネ132の一方の端部は回転バー130に接続され、他方の端部は基板120に接続される。
ピエゾ素子140とバー142は、回転バー130を押すように配置される。バー142の端部にはハンドル146が設けられる。
バー固定具144は基板120に固定される。バー142はバー固定具144に支持される。
また、ホルダ100には、ヒータ104の熱によるOリング124、回転バー130及び基板120等の温度上昇を抑制するために、熱絶縁材108が設けられる。熱絶縁材108は、ホルダ100の内部においてヒータ104の周囲を囲むように配置される。
2.3.2 動作
図5及び図6に示すホルダ100の動作について説明する。ヒータ電源からヒータ104に電力を供給し、熱電対106によって温度をモニタしながらホルダ100のCLBO結晶102の部分の温度を、例えば150℃まで加熱する。この加熱によって、CLBO結晶102の脱水処理が行われる。
図5及び図6に示すホルダ100の動作について説明する。ヒータ電源からヒータ104に電力を供給し、熱電対106によって温度をモニタしながらホルダ100のCLBO結晶102の部分の温度を、例えば150℃まで加熱する。この加熱によって、CLBO結晶102の脱水処理が行われる。
CLBO結晶102に対するレーザ光の入射角を調整する際には、ピエゾ素子140を駆動して、ピエゾ素子140を伸縮させる。ピエゾ素子140の伸縮によって回転バー130を介して回転軸RAを中心にホルダ100を回転させることができる。ピエゾ素子140の伸縮量を調整することにより、ホルダ100の回転角を調整することができる。このように、ピエゾ素子140を使用することにより、高分解能で回転角を調整することができる。
ホルダ100が第1のホルダ81として用いられる場合、CLBO結晶102は第1のCLBO結晶61であり、回転軸RAはX軸方向と平行な回転軸である。ホルダ100が第2のホルダ82として用いられる場合、CLBO結晶102は第2のCLBO結晶62であり、回転軸RAはY軸方向と平行な回転軸である。ホルダ100が第3のホルダ83として用いられる場合、CLBO結晶102は第3のCLBO結晶63であり、回転軸RAはX軸方向と平行な回転軸である。
2.4 作用・効果
実施形態1に係る波長変換システム60によれば、第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光は、偏光方向が互いに直交している。第2のCLBO結晶62はタイプ2の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに直交しているパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62との間において、ダイクロイックミラーなどの光学素子を用いて2つのパルスレーザ光に分岐して、1/2波長板によって一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させてからさらに光学素子で2つのパルスレーザ光の光路を合流させるというような構成が不要である。
実施形態1に係る波長変換システム60によれば、第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光は、偏光方向が互いに直交している。第2のCLBO結晶62はタイプ2の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに直交しているパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62との間において、ダイクロイックミラーなどの光学素子を用いて2つのパルスレーザ光に分岐して、1/2波長板によって一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させてからさらに光学素子で2つのパルスレーザ光の光路を合流させるというような構成が不要である。
また、第2のCLBO結晶62から出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは、それぞれの偏光方向が互いに平行である。第3のCLBO結晶63はタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに平行であるパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、第2のCLBO結晶62と第3のCLBO結晶63との間において、パルスレーザ光を分岐及び合流させるための光学素子や、一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させる1/2波長板などを用いる必要がない。
以上のことから、実施形態1に係る波長変換システム60によれば、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63までの光路長を短縮でき、複数個のCLBO結晶を含む波長変換システム60をコンパクトな一つのユニットにできる。
また、実施形態1に係る波長変換システム60によれば、容器70によって囲まれる空間に第1のCLBO結晶61、第2のCLBO結晶62及び第3のCLBO結晶63をまとめて収容しているため、容器70の内部空間へのガスの導入と、内部空間からのガスの排出によって、複数のCLBO結晶の脱水処理及び水分付着防止のためのパージを効率的に行うことができる。また、実施形態1に係る波長変換システム60によれば、CLBO結晶の交換作業等のメンテナンス性が向上する。
さらに、波長変換システム60によれば、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62との間の光路長、及び第2のCLBO結晶62と第3のCLBO結晶63との間の光路長がそれぞれ短いので、結晶間の光路でパルスレーザ光のずれが少なく、位相整合条件を満たすアライメントの調整が容易になり、アライメント調整の時間を短縮できる。
その上、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63までの光路間に、他の光学素子を配置する必要がないので、パルスレーザ光の損失が抑制される。また、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63までの光路間に、パルスレーザ光によってダメージを受ける光学素子がないので、波長変換システム60の寿命延長につながる。
3.実施形態2
3.1 構成
図7は、実施形態2に係る波長変換システム60の構成例を概略的に示す。図7において、図4に示す構成と同一の要素には同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。なお、図7では、図4で説明したバルブ75を含むガス供給経路とバルブ77を含むガス排出経路の図示を省略する。
3.1 構成
図7は、実施形態2に係る波長変換システム60の構成例を概略的に示す。図7において、図4に示す構成と同一の要素には同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。なお、図7では、図4で説明したバルブ75を含むガス供給経路とバルブ77を含むガス排出経路の図示を省略する。
図7に示す実施形態2に係る波長変換システム60は、Y軸方向及びX軸方向に移動する移動ステージ180の上に配置される。すなわち、波長変換システム60の容器70はY軸方向及びX軸方向に移動可能な移動ステージ180に固定される。移動ステージ180は、不図示の信号線を介して固体レーザ制御部56と電気的に接続される。波長変換システム60は、移動ステージ180を含む構成であってもよく、さらに、移動ステージ180を制御する固体レーザ制御部56を含む構成であってもよい。
3.2 動作
図7に示す実施形態2の構成において、固体レーザ制御部56は、移動ステージ180を制御して、波長変換システム60の容器70をX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に移動させることができる。移動ステージ180が移動することにより、容器70内の第1のCLBO結晶61、第2のCLBO結晶62及び第3のCLBO結晶63にパルスレーザ光が入射する入射点の位置を変更する。
図7に示す実施形態2の構成において、固体レーザ制御部56は、移動ステージ180を制御して、波長変換システム60の容器70をX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に移動させることができる。移動ステージ180が移動することにより、容器70内の第1のCLBO結晶61、第2のCLBO結晶62及び第3のCLBO結晶63にパルスレーザ光が入射する入射点の位置を変更する。
移動ステージ180による移動の動作は、定期的に実施してもよいし、パルスレーザ光のショット数やパルスエネルギの計測値などレーザ特性を基に判断して実施してもよい。移動ステージ180は本開示における「移動装置」の一例である。
3.3 作用・効果
実施形態2によれば、実施形態1で得られる作用・効果に加えて、CLBO結晶の使用位置を変更できるので、1個のCLBO結晶を使用できる時間又は波長変換できるパルスレーザ光のパルス数を延長することができる。
実施形態2によれば、実施形態1で得られる作用・効果に加えて、CLBO結晶の使用位置を変更できるので、1個のCLBO結晶を使用できる時間又は波長変換できるパルスレーザ光のパルス数を延長することができる。
4.実施形態3
4.1 構成
図8は、実施形態3に係る波長変換システム60Bを含む固体レーザシステム3Bの構成例を概略的に示す。実施形態3では、図1で説明した固体レーザシステム3に代えて、図8に示す固体レーザシステム3Bが適用される。図8において、図3に示した実施形態1に係る固体レーザシステム3Aの構成要素と共通する部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
4.1 構成
図8は、実施形態3に係る波長変換システム60Bを含む固体レーザシステム3Bの構成例を概略的に示す。実施形態3では、図1で説明した固体レーザシステム3に代えて、図8に示す固体レーザシステム3Bが適用される。図8において、図3に示した実施形態1に係る固体レーザシステム3Aの構成要素と共通する部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
波長変換システム60Bは、第1のCLBO結晶61と、第2のCLBO結晶62Bと、第3のCLBO結晶63Bと、を含む。第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62Bとはどちらもタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶である。第3のCLBO結晶63Bはタイプ2の位相整合条件を持つ波長変換結晶である。その他の構成は、図4~図6で説明した構成と同様である。
すなわち、第1のCLBO結晶61は第1のホルダ81に固定され、第2のCLBO結晶62Bは第2のホルダ82に固定され、第3のCLBO結晶63Bは第3のホルダ83に固定される。第1のホルダ81、第2のホルダ82、及び第3のホルダ83は、第1のウインドウ71及び第2のウインドウ72を有する容器70に収容される。容器70にはガス導入口74とガス排出口76とが設けられている。
4.2 動作
図8に示す固体レーザシステム3Bの動作について、図3に示す固体レーザシステム3Aとの相違点を中心に説明する。図8に示す第2の固体レーザ装置20から出力されるパルスレーザ光PL2の偏光方向は図8の紙面に平行な縦方向である。
図8に示す固体レーザシステム3Bの動作について、図3に示す固体レーザシステム3Aとの相違点を中心に説明する。図8に示す第2の固体レーザ装置20から出力されるパルスレーザ光PL2の偏光方向は図8の紙面に平行な縦方向である。
第1のCLBO結晶61に入射する波長約515nmのパルスレーザ光PL1と波長約1553nmのパルスレーザ光PL2とは偏光方向が互いに直交している。第1のCLBO結晶61は、波長約515nmのパルスレーザ光PL1が位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、波長約515nmのパルスレーザ光PL1の第2高調波である波長約257.5nmのパルスレーザ光が生成される。
第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とはそれぞれの偏光方向が互いに平行である。波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは略同時に、略同光路軸で第2のCLBO結晶62Bに入射する。
第2のCLBO結晶62Bは、波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光が位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、第2のCLBO結晶62Bにおいて波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光の和周波である波長約220.9nmのパルスレーザ光が生成される。第2のCLBO結晶62Bからは、波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光が出力される。
第2のCLBO結晶62Bから出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光は、偏光方向が互いに直交している。波長約220.9nmのパルスレーザ光と、波長約257.5nmのパルスレーザ光と、波長約1553nmのパルスレーザ光とは略同時に、略同光路軸で第3のCLBO結晶63Bに入射する。第3のCLBO結晶63Bは、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光が位相整合条件を満たすように、入射角が調整される。その結果、波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光の和周波である波長約193.4nmのパルスレーザ光PL3が生成される。
第2のCLBO結晶62Bから出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光は本開示における「第4の波長を有する第1の和周波光」の一例である。第3のCLBO結晶63Bから出力される波長約193.4nmのパルスレーザ光は本開示における「第5の波長を有する第2の和周波光」の一例である。
4.3 作用・効果
実施形態3に係る波長変換システム60Bによれば、第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光は、偏光方向が互いに平行である。第2のCLBO結晶62Bはタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに平行であるパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、実施形態3では、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62との間において、ダイクロイックミラーなどの光学素子を用いて2つのパルスレーザ光に分岐して、1/2波長板によって一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させてからさらに光学素子で2つのパルスレーザ光の光路を合流させるというような構成が不要である。
実施形態3に係る波長変換システム60Bによれば、第1のCLBO結晶61から出力される波長約257.5nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光は、偏光方向が互いに平行である。第2のCLBO結晶62Bはタイプ1の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに平行であるパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、実施形態3では、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62との間において、ダイクロイックミラーなどの光学素子を用いて2つのパルスレーザ光に分岐して、1/2波長板によって一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させてからさらに光学素子で2つのパルスレーザ光の光路を合流させるというような構成が不要である。
また、第2のCLBO結晶62Bから出力される波長約220.9nmのパルスレーザ光と波長約1553nmのパルスレーザ光とは、それぞれの偏光方向が互いに直交している。第3のCLBO結晶63Bはタイプ2の位相整合条件を持つ波長変換結晶であり、偏光方向が互いに直交しているパルスレーザ光に対して位相整合条件を持つ。このため、第2のCLBO結晶62と第3のCLBO結晶63との間において、パルスレーザ光を分岐及び合流させるための光学素子や一方のパルスレーザ光の偏光方向を90°回転させる1/2波長板などを用いる必要がない。
以上のことから、実施形態3に係る波長変換システム60Bによれば、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63Bまでの光路長を短縮でき、複数個のCLBO結晶を含む波長変換システム60Bをコンパクトな一つのユニットにできる。
また、実施形態3に係る波長変換システム60Bによれば、容器70によって囲まれる空間内に第1のCLBO結晶61、第2のCLBO結晶62B及び第3のCLBO結晶63Bをまとめて収容しているため、これら複数のCLBO結晶の脱水処理及び水分付着防止のためのパージを効率的に行うことができる。また、実施形態3に係る波長変換システム60Bによれば、CLBO結晶の交換作業等のメンテナンス性が向上する。
さらに、波長変換システム60Bによれば、第1のCLBO結晶61と第2のCLBO結晶62Bとの間の光路長、及び第2のCLBO結晶62Bと第3のCLBO結晶63Bとの間の光路長がそれぞれ短いので、結晶間の光路でパルスレーザ光のずれが少なく、位相整合条件を満たすアライメントの調整が容易になり、アライメント調整の時間を短縮できる。
その上、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63Bまでの光路間に、他の光学素子を配置する必要がないので、パルスレーザ光の損失が抑制される。また、第1のCLBO結晶61から第3のCLBO結晶63Bまでの光路間に、パルスレーザ光によってダメージを受ける光学素子がないので、波長変換システム60Bの寿命延長につながる。
4.4 変形例
実施形態3に係る波長変換システム60Bについて、実施形態2で説明した移動ステージ180を含む構成を採用してもよい。
実施形態3に係る波長変換システム60Bについて、実施形態2で説明した移動ステージ180を含む構成を採用してもよい。
5.波長調整可能範囲の例
表1は、実施形態1から実施形態3の各実施形態における波長の調整可能範囲の例を示す。第1の固体レーザ装置10Aから出力するパルスレーザ光PL1の波長を約515nmと固定し、第2の固体レーザ装置20から出力するパルスレーザ光PL2の波長を1549nm以上1557nm以下の範囲内で変化させた場合、第1のCLBO結晶61から出力される第2高調波光の波長は約257.5nm(固定)であり、第2のCLBO結晶62又は62Bから出力される第1の和周波光の波長は220.80nm以上220.96nm以下の範囲内で変化する。また、この場合、第3のCLBO結晶63又は63Bから出力される第2の和周波光の波長は193.25nm以上193.50nm以下の範囲で変化する。
表1は、実施形態1から実施形態3の各実施形態における波長の調整可能範囲の例を示す。第1の固体レーザ装置10Aから出力するパルスレーザ光PL1の波長を約515nmと固定し、第2の固体レーザ装置20から出力するパルスレーザ光PL2の波長を1549nm以上1557nm以下の範囲内で変化させた場合、第1のCLBO結晶61から出力される第2高調波光の波長は約257.5nm(固定)であり、第2のCLBO結晶62又は62Bから出力される第1の和周波光の波長は220.80nm以上220.96nm以下の範囲内で変化する。また、この場合、第3のCLBO結晶63又は63Bから出力される第2の和周波光の波長は193.25nm以上193.50nm以下の範囲で変化する。
パルスレーザ光PL1の波長を第1の波長、パルスレーザ光PL2の波長を第2の波長、第1のCLBO結晶61から出力される第2高調波光の波長を第3の波長、第2のCLBO結晶62,62Bから出力される第1の和周波光の波長を第4の波長、第3のCLBO結晶63,63Bから出力される第2の和周波光の波長を第5の波長とする場合、次のような関係を満たす。
第2の波長>第1の波長>第3の波長>第4の波長>第5の波長
6.変形例
(1)実施形態1及び実施形態2では、波長変換システム60においてレーザ光の入射側からタイプ1、タイプ2、タイプ1の順に各タイプの位相整合条件を持つ3つのCLBO結晶が並ぶ例を説明し、実施形態3では、タイプ1、タイプ1、タイプ2の順に並ぶ例を説明したが、位相整合条件のタイプの種類の配列順についてはこれらの例に限らない。タイプ1の位相整合条件を持つ非線形結晶と、タイプ2の位相整合条件を持つ非線形結晶とを混在させて光路上に直列に配置すればよい。なお、上述した各実施形態の波長変換を行う場合には、先頭に配置される非線形結晶はタイプ1の位相整合条件を持つものであることが好ましい。
6.変形例
(1)実施形態1及び実施形態2では、波長変換システム60においてレーザ光の入射側からタイプ1、タイプ2、タイプ1の順に各タイプの位相整合条件を持つ3つのCLBO結晶が並ぶ例を説明し、実施形態3では、タイプ1、タイプ1、タイプ2の順に並ぶ例を説明したが、位相整合条件のタイプの種類の配列順についてはこれらの例に限らない。タイプ1の位相整合条件を持つ非線形結晶と、タイプ2の位相整合条件を持つ非線形結晶とを混在させて光路上に直列に配置すればよい。なお、上述した各実施形態の波長変換を行う場合には、先頭に配置される非線形結晶はタイプ1の位相整合条件を持つものであることが好ましい。
(2)実施形態1から実施形態3の各実施形態では、3つのCLBO結晶を光路上に直列に配置した波長変換システムの例を説明したが、波長変換システムは4個以上の非線形結晶を含んで構成されてもよい。すなわち、各実施形態で説明した3つのCLBO結晶に加えて、さらに他の非線形結晶を同じ光路上に配置する形態も可能である。例えば、図4に示した第1のウインドウ71と第1のCLBO結晶61との間の光路上もしくは第3のCLBO結晶63と第2のウインドウ72との間の光路上、又はこれらの両方の光路上に、少なくとも1つの他の非線形結晶が配置される波長変換システムを構成することも可能である。「他の非線形結晶」はCLBO結晶であってもよいし、CLBO以外の他の種類の結晶であってもよい。
(3)上述の各実施形態では、CLBO結晶を用いる波長変換システムの例を説明したが、非線形結晶はCLBO結晶に限らず、他の種類の結晶を用いる形態も可能である。例えば、非線形結晶は、BBO(β-BaB2O4)結晶であってもよいし、LBO結晶であってもよい。波長変換システムを構成する複数の非線形結晶のうち、少なくとも1つはBBO結晶又はLBO結晶であってもよい。
7.電子デバイスの製造方法
図9は、露光装置8の構成例を概略的に示す図である。露光装置8は、照明光学系804と、投影光学系806と、を含む。照明光学系804は、レーザ装置2から入射したレーザ光によって、レチクルステージRTのレチクルパターンを照明する。投影光学系806は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルWT上に配置された不図示のワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
図9は、露光装置8の構成例を概略的に示す図である。露光装置8は、照明光学系804と、投影光学系806と、を含む。照明光学系804は、レーザ装置2から入射したレーザ光によって、レチクルステージRTのレチクルパターンを照明する。投影光学系806は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルWT上に配置された不図示のワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
露光装置8は、レチクルステージRTとワークピーステーブルWTとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したレーザ光をワークピース上に露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにレチクルパターンを転写後、複数の工程を経ることで半導体デバイスを製造することができる。半導体デバイスは本開示における「電子デバイス」の一例である。
図9におけるレーザ装置2は、各実施形態で説明した固体レーザシステム3A又は3Bを含む構成であってよい。
8.その他
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」、「有する」、「備える」、「具備する」などの用語は、「記載されたもの以外の構成要素の存在を除外しない」と解釈されるべきである。また、修飾語「1つの」は、「少なくとも1つ」又は「1又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「A、B及びCの少なくとも1つ」という用語は、「A」「B」「C」「A+B」「A+C」「B+C」又は「A+B+C」と解釈されるべきである。さらに、それらと「A」「B」「C」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
Claims (19)
- 第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、
第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、
第3の非線形結晶を保持する第3の結晶ホルダと、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ、及び前記第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、
前記容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、
前記入射ウインドウから前記出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶、前記第3の非線形結晶がこの順に配置され、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、
前記第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と前記第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、前記第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は前記第1の回転軸と平行である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶は、第1の波長を有する第1のパルスレーザ光と、第2の波長を有する第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、前記第1の波長の第2高調波である第3の波長を有する第1の高調波光と、前記第2のパルスレーザ光とを出力し、
前記第2の非線形結晶は、前記第1の非線形結晶から出力された前記第1の高調波光と前記第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、前記第3の波長と前記第2の波長との和周波混合により生成される第4の波長を有する第1の和周波光と、前記第2のパルスレーザ光とを出力し、
前記第3の非線形結晶は、前記第2の非線形結晶から出力された前記第1の和周波光と前記第2のパルスレーザ光とが入力されることにより、前記第4の波長と前記第2の波長との和周波混合により生成される第5の波長を有する第2の和周波光である第3のパルスレーザ光を出力する、波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶に入力される前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに平行であり、
前記第1の非線形結晶から出力される前記第1の高調波光の偏光方向は、前記第1のパルスレーザ光の第1の偏光方向に直交する第2の偏光方向であり、
前記第2の非線形結晶に入力される前記第1の高調波光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに直交しており、
前記第2の非線形結晶から出力される前記第1の和周波光の偏光方向は、前記第1の偏光方向であり、
前記第3の非線形結晶に入力される前記第1の和周波光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに平行であり、
前記第3の非線形結晶から出力される前記第2の和周波光の偏光方向は、前記第2の偏光方向である、
波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶は、タイプ1の位相整合条件を有し、
前記第2の非線形結晶は、タイプ2の位相整合条件を有し、
前記第3の非線形結晶は、タイプ1の位相整合条件を有する、
波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶に入力される前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに直交しており、
前記第1の非線形結晶から出力される前記第1の高調波光の偏光方向は、前記第1のパルスレーザ光の第1の偏光方向に直交する第2の偏光方向であり、
前記第2の非線形結晶に入力される前記第1の高調波光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに平行であり、
前記第2の非線形結晶から出力される前記第1の和周波光の偏光方向は、前記第1の偏光方向であり、
前記第3の非線形結晶に入力される前記第1の和周波光及び前記第2のパルスレーザ光のそれぞれの偏光方向は互いに直交しており、
前記第3の非線形結晶から出力される前記第2の和周波光の偏光方向は、前記第2の偏光方向である、
波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶は、タイプ1の位相整合条件を有し、
前記第2の非線形結晶は、タイプ1の位相整合条件を有し、
前記第3の非線形結晶は、タイプ2の位相整合条件を有する、
波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第2の波長>前記第1の波長>前記第3の波長>前記第4の波長>前記第5の波長の関係を満たす、
波長変換システム。 - 請求項2に記載の波長変換システムであって、
前記第1の波長は515nmであり、
前記第2の波長は1549nm以上1557nm以下の範囲内であり、
前記第3の波長は257.5nmであり、
前記第4の波長は220.80nm以上220.96nm以下の範囲内であり、
前記第5の波長は193.25nm以上193.50nm以下の範囲内である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶及び前記第3の非線形結晶の各々は、CLBO結晶である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶及び前記第3の非線形結晶のうち、少なくとも1つはBBO結晶である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶及び前記第3の非線形結晶のうち、少なくとも1つはLBO結晶である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記容器は、前記容器内に不活性ガスを導入するためのガス導入口と、前記容器から前記不活性ガスを排出するためのガス排出口と、を備える、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記容器内の光路軸の方向をZ軸方向、前記光路軸に直交する第1の方向をX軸方向、前記光路軸及び前記第1の方向に直交する第2の方向をY軸方向とする場合に、
前記第1の回転軸と前記第3の回転軸とは前記X軸方向と平行であり、
前記第2の回転軸は前記Y軸方向と平行である、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、さらに、
前記容器内の光路軸に直交する第1の方向と、前記光路軸及び前記第1の方向に直交する第2の方向とに前記容器を移動させる移動装置を備える、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダの各々は、ピエゾ素子を用いて回転角を調整する回転機構を備える、
波長変換システム。 - 請求項1に記載の波長変換システムであって、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダの各々の内部には、ヒータと、温度センサと、が配置される、
波長変換システム。 - 第1のパルスレーザ光を出力する第1の固体レーザ装置と、
第2のパルスレーザ光を出力する第2の固体レーザ装置と、
前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光が入力されることにより、前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光とは異なる波長の第3のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、を含むレーザシステムであって、
前記波長変換システムは、
第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、
第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、
第3の非線形結晶を保持する第3の結晶ホルダと、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、
前記容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、
前記入射ウインドウから前記出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶、前記第3の非線形結晶がこの順に配置され、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、
前記第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と前記第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、前記第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は前記第1の回転軸と平行である、
レーザシステム。 - 請求項17に記載のレーザシステムであって、さらに、
前記波長変換システムから出力された前記第3のパルスレーザ光を増幅する増幅器を備える、
レーザシステム。 - 電子デバイスの製造方法であって、
第1の非線形結晶を保持する第1の結晶ホルダと、
第2の非線形結晶を保持する第2の結晶ホルダと、
第3の非線形結晶を保持する第3の結晶ホルダと、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダを収容する容器と、を備え、
前記容器は、入射ウインドウと、出射ウインドウと、を有し、
前記入射ウインドウから前記出射ウインドウに進むレーザ光の光路上に、前記第1の非線形結晶、前記第2の非線形結晶、前記第3の非線形結晶がこの順に配置され、
前記第1の結晶ホルダ、前記第2の結晶ホルダ及び前記第3の結晶ホルダの各々は回転可能であり、
前記第1の結晶ホルダの回転軸である第1の回転軸と前記第2の結晶ホルダの回転軸である第2の回転軸とは直交しており、前記第3の結晶ホルダの回転軸である第3の回転軸は前記第1の回転軸と平行である、波長変換システムを含むレーザシステムによってレーザ光を生成し、
前記レーザ光を露光装置に出力し、
電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記レーザ光を露光することを含む電子デバイスの製造方法。
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