WO2022195895A1 - 光アイソレータ、紫外線レーザ装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

光アイソレータ、紫外線レーザ装置及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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WO2022195895A1
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polarizer
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optical isolator
light
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裕基 田丸
泰祐 三浦
亮 安原
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ギガフォトン株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an optical isolator, an ultraviolet laser device, and a method of manufacturing an electronic device.
  • a KrF excimer laser device that outputs laser light with a wavelength of about 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs laser light with a wavelength of about 193 nm are used.
  • the three axes a, b, and c are rotated by a first angle around the c-axis, and are rotated by the first angle around the b-axis.
  • the first angle is 40 degrees or more and 50 degrees or less
  • the second angle is 45 degrees or more and 75 degrees or less
  • the z-axis is parallel to the propagation direction of light incident on the calcium fluoride crystal from the first polarizer, and the angle difference between the transmission axis of the first polarizer and the x-axis is in the range of 0 degrees or more and 45 degrees or less.
  • Calcium fluoride crystals are arranged so that
  • An ultraviolet laser device includes an oscillation stage laser that outputs linearly polarized pulsed laser light having an ultraviolet wavelength, an amplifier that amplifies and outputs the pulsed laser light, and an oscillation stage laser and the amplifier. and an optical isolator arranged on the optical path between the first optical isolator and the first optical isolator arranged so as to have a transmission axis having a normalized transmittance of 0.9 or more for incident light of linearly polarized light having an ultraviolet wavelength.
  • the Faraday material is calcium fluoride crystal
  • the crystal axis of the calcium fluoride crystal [001] direction is the a-axis
  • the [100] direction is the b-axis
  • the [010] direction is the c-axis
  • the three axes a, b, and c are rotated by a first angle around the c-axis
  • the b-axis rotated by the first angle is
  • the first angle is 40 degrees or more and 50 degrees or less
  • the second angle is 45 degrees or more and 75 degrees or less, where the axes rotated by the second angle about the center are the x-axis, the
  • a method for manufacturing an electronic device includes an oscillation stage laser that outputs linearly polarized pulsed laser light having an ultraviolet wavelength, an amplifier that amplifies and outputs the pulsed laser light, and an oscillation stage laser and the amplifier. and an optical isolator arranged on an optical path between the optical isolator and the optical isolator arranged so as to have a transmission axis having a normalized transmittance of 0.9 or more for incident light of linearly polarized light having an ultraviolet wavelength.
  • a Faraday rotator containing a Faraday material that rotates the polarization direction of light transmitted through the first polarizer by a magnetic field, and a normalized transmittance of 0.9 or more for incident light transmitted through the Faraday rotator and a second polarizer arranged so as to be the transmission axis of the Faraday material is calcium fluoride crystal, the crystal axis of the calcium fluoride crystal [001] direction is the a axis, [100]
  • the direction of [010] is the b axis and the direction of [010] is the c axis
  • the three axes of the a axis, the b axis, and the c axis are rotated by a first angle around the c axis, and rotated by the first angle b
  • the first angle is 40 degrees or more and 50 degrees or less
  • the second angle is 45 degrees or more and 75 degrees, where the axes rotated by the second angle around the axes are the
  • the z-axis is parallel to the propagation direction of light incident on the calcium fluoride crystal from the first polarizer, and the angle difference between the transmission axis of the first polarizer and the x-axis is 0 degrees or more and 45
  • An ultraviolet laser device in which calcium fluoride crystals are arranged is used to generate laser light amplified by an amplifier so that the range is below the degree, and the amplified laser light is output to an exposure device to manufacture electronic devices. exposing laser light onto a photosensitive substrate in an exposure apparatus to perform the exposure.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of an ultraviolet laser device according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram showing a problem of the ultraviolet laser device according to the comparative example.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of an optical isolator according to a comparative example for suppressing return light.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of an optical isolator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the definitions of the x-axis, y-axis and z-axis obtained by rotating the crystal axes, and the rotation angles ⁇ and ⁇ .
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of an ultraviolet laser device according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram showing a problem of the ultraviolet laser device according to the comparative example.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of an optical isolator according to a comparative example for suppressing return light.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of an optical is
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of preferable arrangement conditions for the Faraday material.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the transmission axis of the first polarizer and the crystal axis of the Faraday material.
  • FIG. 8 shows the relationship between the transmission axis of the first polarizer and the x-axis and y-axis of the Faraday material when viewed in the direction of propagation of incident light in FIG.
  • FIG. 9 is a graph reproduced from Non-Patent Document 1, showing the degree of depolarization ⁇ , which is the ratio of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the incident light, of the transmitted light to the total incident power of the light incident on the CaF2 crystal.
  • FIG. 10 is a graph estimating the relationship between the degree of depolarization ⁇ and the rotation angle ⁇ when the wavelength of incident light is 193 nm.
  • FIG. 11 is a chart showing preferred ranges of the magnetic field applied to the Faraday rotator and the thickness of the Faraday material.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the angle difference between the transmission axis of the polarizer and the polarization direction of the pulsed laser beam and the extinction ratio, and a graph obtained by converting the extinction ratio into normalized transmittance.
  • FIG. 13 schematically shows the configuration of an optical isolator according to the second embodiment.
  • Embodiment 3 6.1 Configuration 6.2 Operation 6.3 Action/Effect7.
  • Embodiment 4 7.1 Configuration 7.2 Operation 7.3 Action/Effect 7.4 Modification 8.
  • Embodiment 5 8.1 Configuration 8.2 Operation 8.3 Action/Effect9.
  • Embodiment 6 9.1 Configuration 9.2 Operation 9.3 Action/Effect 10.
  • Embodiment 7 10.1 Configuration 10.2 Operation 10.3 Action/Effect 11. 12.
  • the embodiments described below show some examples of the present disclosure and do not limit the content of the present disclosure. Also, not all the configurations and operations described in each embodiment are essential as the configurations and operations of the present disclosure. In addition, the same reference numerals are given to the same components, and redundant explanations are omitted.
  • a “polarizer” is an optical element that separates light in a specific polarization direction (transmission axis direction) from light whose polarization direction is orthogonal to that.
  • parallel refers to a practically acceptable angle difference that does not lose its technical significance, unless otherwise specified, unless otherwise specified from the context. includes the notion of approximately parallelism, including the range of In addition, the terms “perpendicular” or “perpendicular” in this specification also lose their technical significance, unless explicitly stated otherwise, unless otherwise clear from the context. It includes the concept of substantially perpendicular or substantially perpendicular, including the range of practically acceptable angular differences without .
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of an ultraviolet laser device 20 according to a comparative example.
  • the comparative examples of the present disclosure are forms known by the applicant to be known only by the applicant, and not known examples to which the applicant admits.
  • the ultraviolet laser device 20 is an excimer laser device including a master oscillator (MO) 22 , an MO beam steering unit 24 and a power oscillator (PO) 26 .
  • MO 22 includes a band narrowing module (LNM) 30, a chamber 32, and an output coupling mirror 34.
  • LNM band narrowing module
  • the LNM 30 includes a prism expander 36 for narrowing the spectral width and a grating 38.
  • the prism expander 36 and the grating 38 are arranged in a Littrow arrangement in which the incident angle and the diffraction angle match.
  • Out-coupling mirror 34 is a partially reflective mirror with a reflectivity of 40% to 60%.
  • Output coupling mirror 34 is arranged to form an optical cavity with LNM 30 .
  • a chamber 32 is placed on the optical path of the optical resonator.
  • the chamber 32 includes a pair of discharge electrodes 40a, 40b and two windows 42, 44 through which the laser light is transmitted.
  • the chamber 32 is filled with laser gas.
  • the laser gas includes rare gas, halogen gas, and buffer gas.
  • the rare gas may be argon (Ar) or krypton (Kr) gas, for example.
  • Halogen gas may be, for example, fluorine (F 2 ) gas.
  • the buffer gas may be neon (Ne) gas, for example.
  • a voltage is applied between the discharge electrodes 40a and 40b by a power source (not shown).
  • the power supply may be a pulse power module (PPM) that includes a switch and charging capacitor.
  • PPM pulse power module
  • the MO beam steering unit 24 includes a high reflection mirror 50 and a high reflection mirror 52, and is arranged so that the laser light output from the MO 22 is incident on the PO 26.
  • MO pulse energy monitor 54 is arranged between the high reflection mirror 50 and the high reflection mirror 52 .
  • MO pulse energy monitor 54 includes beam splitter (BS) 55 and optical sensor 56 .
  • the BS 55 is arranged on the optical path of the pulsed laser beam output from the MO 22 and arranged so that the reflected light from the BS 55 is incident on the optical sensor 56 .
  • the configuration of the chamber 62 may be similar to that of the chamber 32.
  • the chamber 62 includes a pair of discharge electrodes 70a, 70b and two windows 72,74.
  • the chamber 62 is filled with laser gas.
  • Rear mirror 60 may be, for example, a partially reflective mirror with a reflectivity of 50% to 90%.
  • Out-coupling mirror 64 may be a partially reflective mirror with a reflectivity of 10% to 30%.
  • a high voltage pulse is applied between the discharge electrodes 40a and 40b in the chamber 32 from a power source (not shown).
  • a discharge is generated between the discharge electrodes 40a and 40b in the chamber 32, the laser gas is excited, and the ultraviolet wavelength of 150 nm to 380 nm narrowed by the optical resonator composed of the output coupling mirror 34 and the LNM 30. of pulsed laser light is output from the output coupling mirror 34 .
  • the energy of the pulsed laser light output from the output coupling mirror 34 is measured by the MO pulse energy monitor 54 . Also, this pulsed laser light is incident on the rear mirror 60 of the PO 26 as seed light by the MO beam steering unit 24 .
  • a high voltage pulse is applied between the discharge electrodes 70a and 70b in the chamber 62 from a power source (not shown).
  • a discharge is generated between the discharge electrodes 70a and 70b in the chamber 62, the laser gas is excited, and the seed light is amplified by the Fabry-Perot optical resonator composed of the output coupling mirror 64 and the rear mirror 60.
  • the pulsed laser beam is output from the output coupling mirror 64 as an output laser beam.
  • FIG. 2 is a diagram showing a problem of the ultraviolet laser device 20 according to the comparative example. If the return light from PO26 returns to MO22, laser performance will deteriorate.
  • the term "returned light” as used herein refers to the sum of two types of light, that is, the MO returned light and the PO exit light.
  • the light emitted from the MO 22 is incident on the PO 26, but since the rear mirror 60 inside the PO 26 is a partially reflecting mirror (reflectance 50% to 90%), part of the light incident on the rear mirror 60 is inside the PO 26. Instead of going to , it returns to the MO22 side as it is.
  • the light that is reflected by the rear mirror 60 and returns to the MO 22 side without proceeding into the chamber 62 of the PO 26 is called "MO return light".
  • the optical isolator 80 has a first polarizer 83, a Faraday rotator 84, and a second polarizer 88 arranged in this order from the MO 22 side.
  • Faraday rotator 84 includes Faraday material 85 and magnets 86 .
  • the rightward arrow shown in the Faraday rotator 84 indicates the direction of the magnetic field generated by the magnet 86.
  • a double-headed arrow shown in a dashed circle in the figure represents the direction of the plane of polarization of the pulsed laser beam when the line of sight is aligned with the direction in which the pulsed laser beam travels, that is, the polarization direction.
  • horizontally polarized, linearly polarized pulsed laser light is output from the MO 22 .
  • the polarization direction of the pulsed laser light output from the MO 22 is rotated counterclockwise by 45 degrees by the half-wave plate 81 .
  • the first polarizer 83 has its transmission axis parallel to the polarization direction of the pulsed laser beam output from the half-wave plate 81, and the pulsed laser beam output from the half-wave plate 81 is , is transmitted through the first polarizer 83 .
  • the pulsed laser light transmitted through the first polarizer 83 has its polarization direction rotated 45 degrees clockwise by the Faraday rotator 84 to which the magnetic field is applied. As a result, the pulsed laser light output from the Faraday rotator 84 is horizontally polarized.
  • the second polarizer 88 has its transmission axis parallel to the polarization direction of the pulsed laser light output from the Faraday rotator 84, and the pulsed laser light output from the Faraday rotator 84 is directed to the second After passing through polarizer 88 , it enters PO 26 .
  • the half-wave plate 81 adjusts the polarization direction of the pulsed laser beam from the MO 22 so that the polarization direction of the pulsed laser beam output from the MO 22 and the polarization direction of the pulsed laser beam incident on the PO 26 are the same. . This avoids changing other modules that depend on the polarization direction.
  • Calcium fluoride (CaF 2 ) crystal is used as the Faraday material 85 of the Faraday rotator 84 when suppressing return light of short wavelength light such as an excimer laser with a wavelength of about 193 nm.
  • a high-power laser beam for example, a laser beam of 10 W or more is incident on the CaF 2 crystal
  • the influence of thermal birefringence cannot be ignored, and the polarization purity deteriorates. Due to this deterioration of the polarization purity, the ratio of the return light reflected by the first polarizer 83 is reduced, and the isolation ratio of the optical isolator 80 is deteriorated.
  • the Faraday rotator 112 is arranged so that the crystal axis of the Faraday material 135 and the propagation direction of incident light have the following relationship. That is, when the Faraday material 135 is a CaF2 crystal, as shown in FIG. , the three axes a, b, and c are ⁇ -rotated around the c-axis, and the axes rotated by ⁇ around the ⁇ -rotated b-axis are the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively. .
  • the rotation angle ⁇ and the rotation angle ⁇ will be described later.
  • the z-axis of the Faraday material 135 is parallel to the propagation direction of the laser light, and the polarization direction of the laser light is parallel to the x-axis at approximately the center of the medium length of the Faraday material 135. , to place the Faraday material 135 .
  • Other configurations may be the same as in FIG.
  • FIG. is a side view shown in FIG. FIG. 8 shows the relationship between the transmission axis TA1 of the first polarizer 83 and the x-axis and y-axis of the Faraday material 135 when viewed in the direction (z-axis) in which incident light propagates.
  • the polarization direction of light that passes through the first polarizer 83 and enters the Faraday rotator 112 is parallel to the x-axis.
  • the direction in which the polarization direction of the incident light is rotated by the Faraday rotator 112 is the clockwise direction in FIG.
  • a preferable range of the angle difference ⁇ between the transmission axis TA1 of the first polarizer 83 and the polarization direction of the incident light is 0 degrees or more and 45 degrees or less in the direction in which the polarization direction of the incident light is rotated by the Faraday rotator 112. be.
  • FIG. 9 is a graph obtained by copying FIG.
  • FIG. 9 shows the dependence of the degree of depolarization ⁇ on the rotation angle ⁇ , which is the ratio of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the incident light to the transmitted light with respect to the total incident power of the light incident on the CaF2 crystal. It is In FIG. 9, the rotation angle ⁇ is 45 degrees. From the graph indicated by the solid line in FIG. 9, when ⁇ is from 50 degrees to 60 degrees, the rate of change in the polarization direction is small, and deterioration in polarization purity is small.
  • FIG. 9 is a graph when the wavelength of the incident light is 1074 nm, the relationship between the value of ⁇ and the rotation angle ⁇ when the wavelength of the incident light is 193 nm is estimated as shown in FIG. become.
  • the vertical axis of FIG. 10 is normalized by setting the value of ⁇ to "1" when ⁇ is 0 degrees.
  • the preferred range of ⁇ is 45 degrees to 75 degrees, the more preferred range is 54 degrees to 66 degrees, and the most preferred range is 58 degrees to 62 degrees.
  • the preferred rotation angle is estimated to be between 45 degrees and 75 degrees for ⁇ when ⁇ is 45 degrees.
  • the allowable range of ⁇ is 45° ⁇ 5°.
  • notation indicating a numerical range such as "45 degrees to 75 degrees” indicates a range including numerical values shown before and after "-”. means less than a degree.
  • the rotation angle ⁇ is an example of the "first angle” in the present disclosure, and the rotation angle ⁇ is an example of the "second angle" in the present disclosure.
  • FIG. 10 is a graph when the wavelength of the incident light is 193 nm, but when the wavelength of the incident light is 248 nm or other ultraviolet wavelengths, there is a slight deviation from the graph of FIG. It can be a graph similar to the graph. Therefore, the above preferred ranges for the rotation angles ⁇ and ⁇ grasped from FIG. 10 also apply to incident light of other ultraviolet wavelengths such as 248 nm.
  • the oscillation wavelength of the ArF excimer laser includes a wavelength of 193 nm.
  • the oscillation wavelength of the KrF excimer laser includes a wavelength of 248 nm.
  • the Faraday material 135 is a CaF2 crystal and the wavelength of the incident light is 193 nm, which is the oscillation wavelength of the ArF excimer laser
  • the magnetic field applied to the Faraday rotator 112 and the thickness of the Faraday material 135 in the optical axis direction are selected.
  • the possible ranges are 0.5T to 3.0T and 6 mm to 40 mm, as shown in FIG. More preferably 0.75T to 2.9T and 10mm to 30mm, most preferably 0.8T to 1.5T and 15mm to 25mm.
  • the Faraday rotator 112 is manufactured based on predetermined parameters such as the direction of the crystal axis and the thickness in the direction of the optical axis at the stage of processing the CaF 2 crystal incorporated in the Faraday rotator 112 .
  • FIG. 12 shows a graph showing the relationship between the angle difference between the transmission axis of the polarizer and the polarization direction of the pulsed laser beam and the extinction ratio (dB), and a graph obtained by converting the extinction ratio into normalized transmittance.
  • the vertical axis on the left side of FIG. 12 represents the extinction ratio, and the vertical axis on the right side represents the normalized transmittance.
  • the normalized transmittance is a value normalized so that the transmittance is 1.0 when the angle difference is 0 degrees.
  • the standard for the incident pulsed laser light is If the transmissivity is 0.9 or more, it can function sufficiently effectively in practice. Therefore, according to FIG. 12, the preferable allowable range of the angle difference between the transmission axis of the first polarizer 83 or the second polarizer 88 and the polarization direction of the pulsed laser light is 0.9 or more when the normalized transmittance is 0.9 or more. is a range of ⁇ 17.5 degrees.
  • the condition that "the polarization direction of the laser light is parallel to the x-axis at the center of the Faraday material 135" described with reference to FIG. 6 is one of preferable conditions. It is not required to position the Faraday rotator 112 so that the polarization direction is parallel to the x-axis at the exact center position of the medium length of the Faraday material 135 . Since the plane of polarization of the light incident on the Faraday material 135 is rotated by the Faraday effect, the polarization direction changes along the x-axis in the optical path of the light traveling through the medium of the Faraday material 135 (somewhere in the medium of the Faraday material 135).
  • Arranging the Faraday rotator 112 so that the polarization direction is parallel to the x-axis near the center of the thickness of the Faraday material 135 is particularly preferable in that the effect of suppressing the deterioration of the polarization purity is averaged.
  • the Faraday rotator 112 By arranging the Faraday rotator 112 so as to satisfy the above conditions, the distortion due to the photoelastic effect is reduced, and the influence of thermal birefringence can be suppressed even with the same amount of heat input.
  • the relationship between the crystal axis of the Faraday material 135 and the propagation direction of the incident light can be found by the above steps 1 and 2. Also, the relationship between the crystal axis of the Faraday material 135 and the transmission axis of the first polarizer 83 is known.
  • the polarization direction of forward light that is transmitted through the first polarizer 83 and enters the Faraday rotator 112 is maintained before and after transmission through the Faraday rotator 112, and the second polarized light is
  • An example has been described in which the polarization direction of the return light that passes through the element 88 and enters the Faraday rotator 112 rotates 90 degrees before and after passing through the Faraday rotator 112.
  • the intended function is not limited to this example. Angular differences in the polarization direction before and after transmission through the Faraday rotator 112 are allowed to the extent achievable. According to FIG.
  • the polarization direction of forward light that passes through the first polarizer 83 and enters the Faraday rotator 112 is maintained within an angle difference of 17.5 degrees before and after the Faraday rotator 112 passes through. and the polarization direction of the return light that passes through the second polarizer 88 and enters the Faraday rotator 112 is rotated within 90 degrees ⁇ 17.5 degrees before and after passing through the Faraday rotator 112 .
  • the polarization direction of forward light incident on the first polarizer 83 and the polarization direction of return light returning from the PO 26 transmitted through the Faraday rotator 112 and incident on the first polarizer 83 are 90 degrees ⁇ 17 degrees. Due to the crossing angle within 0.5 degrees, the return light is reflected by the first polarizer 83 and is suppressed from entering the MO 22 .
  • FIG. 13 schematically shows the configuration of the optical isolator 122 according to the second embodiment. Regarding the configuration shown in FIG. 13, points different from those of FIGS. 3 and 4 will be described.
  • the optical isolator 122 according to the second embodiment uses a temperature-adjustable Faraday rotator 113 in place of the Faraday rotator 112 in the first embodiment, and has a configuration in which the temperature of the Faraday rotator 113 is controlled to a constant temperature. It differs from the configuration of the first embodiment in that the
  • FIG. 14 is a front view schematically showing the configuration of the Faraday rotator 113
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line 15-15 of FIG.
  • a Faraday material 135 is held in a holder 137 and placed inside a hollow magnet 136 .
  • Faraday rotator 113 includes heaters 138 a and 138 b and temperature sensor 139 .
  • Heaters 138 a and 138 b and temperature sensor 139 are attached to holder 137 . It is preferable that the heaters 138a and 138b are arranged at symmetrical positions with the Faraday material 135 interposed therebetween so as to extend parallel to the optical axis direction.
  • a temperature sensor 139 detects the temperature of the Faraday rotator 113 .
  • the optical isolator 122 includes a heater power supply 142 and a processor 144 that controls the temperature of the Faraday rotator 113 (see FIG. 13).
  • a heater power supply 142 supplies power to the heaters 138a and 138b.
  • the processor 144 controls the heater power supply 142 so as to keep the temperature of the Faraday rotator 113 constant. Note that the description of "keep constant" includes keeping within an allowable range.
  • Processor 144 controls heaters 138 a and 138 b via heater power supply 142 to suppress temperature changes in Faraday material 135 .
  • the processor 144 is a processing device that includes a storage device storing a control program and a CPU (Central Processing Unit) that executes the control program.
  • the Faraday rotator 113 is arranged so as to satisfy the conditions described with reference to FIGS.
  • the processor 144 drives the heaters 138a and 138b via the heater power supply 142, monitors the temperature with the temperature sensor 139 of the Faraday rotator 113, and controls the temperature of the Faraday rotator 113 so as to maintain a predetermined temperature. do.
  • the predetermined temperature is, for example, 100° C. or less, preferably room temperature.
  • a preferable temperature control range is ⁇ 1°C.
  • Other operations are the same as those of the second embodiment.
  • the temperature by controlling the temperature to be constant, the change in the optical path length due to the temperature change is suppressed, the rotation angle of the polarized light can be kept constant, and the deterioration of the isolation ratio is suppressed. can do.
  • FIG. 16 schematically shows the configuration of the Faraday rotator 112 in the optical isolator 123 according to the third embodiment.
  • the optical isolator 123 includes a first polarizer 83 and a second polarizer 88, which are not shown in FIG. 16, like the optical isolator 120 of FIG. Regarding the configuration shown in FIG. 16, points different from FIG. 4 will be described.
  • the optical isolator 123 has a rotating stage 150 that rotates the Faraday rotator 112 around the y-axis.
  • Other configurations may be the same as in FIG.
  • the rotation angle of ⁇ can be adjusted to an angle at which polarization purity is less deteriorated before and after transmission through the Faraday rotator 112 .
  • the isolation ratio can be increased.
  • FIG. 17 schematically shows a configuration example of an ultraviolet laser device 100 according to Embodiment 4.
  • the ultraviolet laser device 100 differs from the configuration shown in FIG. 1 in that a half-wave plate 81 and an optical isolator 120 are arranged on the optical path between the MO 22 and PO 26 .
  • the configuration of the optical isolator 120 is similar to that described in Embodiment 1, and includes a first polarizer 83, a Faraday rotator 112, and a second polarizer 88.
  • the Faraday rotator 112 As described in Mode 1, the crystal axes of the CaF 2 crystals are arranged so as to satisfy specific conditions.
  • the optical isolator 120 further includes a damper 116 for termination of return light.
  • the damper 116 is arranged such that the return light reflected by the first polarizer 83 is incident on the damper 116 .
  • Other configurations may be similar to those in FIGS. 1 and 4 .
  • the first polarizer 83 is arranged so that its transmission axis is parallel to the polarization direction of the pulsed laser light output from the half-wave plate 81, so that the polarization direction is changed by the half-wave plate 81.
  • the rotated pulsed laser beam passes through the first polarizer 83 (point c).
  • the pulsed laser beam transmitted through the first polarizer 83 is incident on the Faraday rotator 112, and the polarization direction is rotated clockwise by 45 degrees by the Faraday rotator 112 (point d).
  • the second polarizer 88 is arranged so that its transmission axis is parallel to the polarization direction of the pulsed laser light whose polarization direction is rotated by the Faraday rotator 112, so that the polarization direction is rotated by the Faraday rotator 112.
  • the pulsed laser light passes through the second polarizer 88 .
  • the polarization direction at point a and the polarization direction at point e of the pulsed laser light traveling from MO 22 to PO 26 are the same.
  • the polarization direction of the pulsed laser light propagating in the direction from MO22 to PO26 is the same as the polarization direction of the pulsed laser light (return light) returning in the direction from PO26 to MO22. Therefore, return light traveling in the direction from PO 26 to MO 22 is transmitted through the second polarizer 88 .
  • the pulsed laser light returning in the direction of MO 22 is reflected by the first polarizer 83 and is suppressed from entering MO 22, so that the thermal load on MO 22 is reduced, Energy stability, line width stability, etc. are improved as compared with the configuration of the comparative example (FIG. 1).
  • a plane-parallel substrate 202 is placed on the optical path between the second polarizer 88 and the highly reflective mirror 52 .
  • the plane-parallel substrate 202 may be a calcium fluoride substrate.
  • the two-axis angle adjustment holder 204 is a holder whose angle can be adjusted using, for example, an axis perpendicular to the plane of FIG. 18 and an axis parallel to the plane of the plane-parallel substrate 202 and the plane of FIG. It's okay.
  • the high-reflection mirror 52 is held by a two-axis angle adjustment holder 208 whose angle can be adjusted using each of two orthogonal axes as a rotation axis.
  • the two-axis angle adjustment holder 208 is a holder whose angle can be adjusted using, for example, an axis perpendicular to the paper surface of FIG. 18 and an axis parallel to the reflection surface of the high reflection mirror 52 and the paper surface of FIG. It's okay.
  • the biaxially adjustable parallel plane substrate 202 is adjusted so that the pulsed laser light from the MO 22 is shifted parallel to the traveling direction so that the pulsed laser light is most efficiently incident on the PO 26 .
  • the biaxially adjustable high reflection mirror 52 is adjusted so that the pulsed laser light is most efficiently incident on the PO 26 .
  • Each of the biaxial angle adjustment holder 204 and the biaxial angle adjustment holder 208 is an example of the "optical axis adjustment mechanism" in the present disclosure.
  • a configuration that includes both the biaxially adjustable parallel plane substrate 202 and the biaxially adjustable high-reflection mirror 52 is a preferred form, but a configuration that includes only one of these is also possible.
  • FIG. 19 schematically shows the configuration of an ultraviolet laser device 106 according to the sixth embodiment. Regarding the configuration shown in FIG. 19, points different from FIG. 17 will be described.
  • An ultraviolet laser device 106 shown in FIG. 19 includes an ultraviolet solid-state laser device 232 as an oscillation stage laser in place of MO22 in FIG. 17, and an excimer amplifier 236 in place of PO26. Other configurations may be the same as the configuration shown in FIG.
  • the ultraviolet solid-state laser device 232 may have a configuration including a semiconductor laser system, a titanium-sapphire amplifier, and a wavelength conversion system.
  • the semiconductor laser system includes a distributed feedback (DFB) semiconductor laser that outputs a CW laser beam with a wavelength of about 773.6 nm, and a semiconductor optical amplifier (SOA) that pulses the CW laser beam. It may be a configuration including.
  • the wavelength conversion system includes a plurality of nonlinear optical crystals, wavelength-converts an incident pulsed laser beam, and outputs a quadruple harmonic pulsed laser beam.
  • a wavelength conversion system includes, for example, an LBO crystal and a KBBF crystal.
  • LBO crystal is a nonlinear optical crystal represented by the chemical formula LiB 3 O 5 .
  • a KBBF crystal is a nonlinear optical crystal represented by the chemical formula KBe 2 BO 3 F 2 .
  • the excimer amplifier 236 includes a chamber 242 , a convex cylindrical mirror 244 and a concave cylindrical mirror 246 .
  • the chamber 242 includes a pair of discharge electrodes 250a, 250b and two windows 252, 254 through which laser light is transmitted.
  • the discharge electrodes 250a and 250b are arranged facing each other with a discharge space 256 interposed therebetween. A space between the discharge electrodes 250 a and 250 b becomes a discharge space 256 .
  • the direction in which the discharge electrodes 250a and 250b face each other across the discharge space 256 corresponds to the discharge direction.
  • the chamber 242 is filled with a laser gas similar to the laser gas described in FIG.
  • the convex cylindrical mirror 244 and the concave cylindrical mirror 246 are arranged so that the seed light from the solid-state ultraviolet laser device 232 passes through the discharge space 256 of the excimer amplifier 236 three times, thereby expanding and amplifying the beam in the discharge direction. placed.
  • the operation of the optical isolator 120 is the same as in the first embodiment.
  • the optical isolator 120 prevents amplified spontaneous emission (ASE) or the like generated by the excimer amplifier 236 from entering the ultraviolet solid-state laser device 232 .
  • ASE amplified spontaneous emission
  • the light returning from the excimer amplifier 236 toward the ultraviolet solid-state laser device 232 does not enter the ultraviolet solid-state laser device 232. is reduced, and the energy stability, line width stability, etc. are improved as compared with the configuration of the comparative example.
  • the stage laser differs in that it is PO 266 with a ring resonator 270 .
  • FIG. 21 is a top view schematically showing the configuration of the PO 266 applied to Embodiment 7.
  • FIG. The ring resonator 270 includes a highly reflective mirror 284 , a highly reflective mirror 285 , a highly reflective mirror 286 and a partially reflective mirror 290 .
  • the laser light transmitted through the partial reflection mirror 290 is reflected by the high reflection mirror 284, enters the chamber 62 and is amplified, is then reflected by the high reflection mirrors 285 and 286, and enters the chamber 62 again. is amplified by A part of the laser light output from the chamber 62 is transmitted by the partially reflecting mirror 290 and the other part is reflected and amplified again by the ring resonator 270 .
  • the amplified pulsed laser light that has passed through the partially reflecting mirror 290 is output from the ultraviolet laser device 107 .
  • the optical isolator 120 suppresses return light from the PO 266 from entering the MO 22 .
  • the operations of the half-wave plate 81 and the optical isolator 120 are the same as in the fourth embodiment described with reference to FIGS. 3 and 17.
  • FIG. 1 The operations of the half-wave plate 81 and the optical isolator 120 are the same as in the fourth embodiment described with reference to FIGS. 3 and 17.
  • FIG. 1 The operations of the half-wave plate 81 and the optical isolator 120 are the same as in the fourth embodiment described with reference to FIGS. 3 and 17.
  • FIG. 22 schematically shows a configuration example of an exposure apparatus 300 .
  • Exposure apparatus 300 includes illumination optical system 304 and projection optical system 306 .
  • the illumination optical system 304 illuminates a reticle pattern of a reticle (not shown) placed on the reticle stage RT with laser light incident from the ultraviolet laser device 100 .
  • the projection optical system 306 reduces and projects the laser beam transmitted through the reticle to form an image on a workpiece (not shown) placed on the workpiece table WT.
  • the workpiece is a photosensitive substrate, such as a semiconductor wafer, coated with photoresist.
  • the exposure apparatus 300 synchronously translates the reticle stage RT and the workpiece table WT, thereby exposing the workpiece to laser light reflecting the reticle pattern.
  • a semiconductor device can be manufactured through a plurality of processes.
  • a semiconductor device is an example of an "electronic device" in this disclosure.
  • the ultraviolet laser device 105, 106 or 107 described in the fifth to seventh embodiments may be used to generate laser light.

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Abstract

本開示の一観点に係る光アイソレータは、紫外線波長の直線偏光の入射光を透過する第１の偏光子と、第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー回転子と、ファラデー回転子を透過した入射光を透過する第２の偏光子とを備える。ファラデー回転子のファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、結晶軸の［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、これら３軸が、ｃ軸を中心に第１の角度回転し、第１の角度回転したｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、第１の角度は４０度以上５０度以下、第２の角度は４５度以上７５度以下であり、ｚ軸は入射光の伝搬方向と平行であり、第１の偏光子の透過軸とｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるようにフッ化カルシウム結晶が配置される。

Description

光アイソレータ、紫外線レーザ装置及び電子デバイスの製造方法
　本開示は、光アイソレータ、紫外線レーザ装置及び電子デバイスの製造方法に関する。
　近年、半導体露光装置においては、半導体集積回路の微細化及び高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長約２４８ｎｍのレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、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。
特開２００６－７３９２１号公報 特開昭６１－１４１１８９号公報 特開２０１１－２２５４００号公報
Vyatkin, Anton & Snetkov, Ilya & Palashov, Oleg & Khazanov, Efim. "Specificity of Thermally Induced Depolarization in CaF2."2013 Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO 2013. 10.1364/CLEO_SI.2013.CTu1O.5.
概要
　本開示の一観点に係る光アイソレータは、紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、ファラデー回転子を透過した入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備えた光アイソレータであって、ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３軸が、ｃ軸を中心に第１の角度回転し、第１の角度回転したｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、第１の角度は４０度以上５０度以下であり、第２の角度は４５度以上７５度以下であり、ｚ軸は、第１の偏光子からフッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、第１の偏光子の透過軸とｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、フッ化カルシウム結晶が配置される。
　本開示の他の一観点に係る紫外線レーザ装置は、紫外線波長の直線偏光のパルスレーザ光を出力する発振段レーザと、パルスレーザ光を増幅して出力する増幅器と、発振段レーザと増幅器との間の光路上に配置される光アイソレータと、を備え、光アイソレータは、紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、ファラデー回転子を透過した入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備え、ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３軸が、ｃ軸を中心に第１の角度回転し、第１の角度回転したｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、第１の角度は４０度以上５０度以下であり、第２の角度は４５度以上７５度以下であり、ｚ軸は、第１の偏光子からフッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、第１の偏光子の透過軸とｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、フッ化カルシウム結晶が配置される。
　本開示の他の一観点に係る電子デバイスの製造方法は、紫外線波長の直線偏光のパルスレーザ光を出力する発振段レーザと、パルスレーザ光を増幅して出力する増幅器と、発振段レーザと増幅器との間の光路上に配置される光アイソレータと、を備え、光アイソレータは、紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、ファラデー回転子を透過した入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備え、ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３軸が、ｃ軸を中心に第１の角度回転し、第１の角度回転したｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、第１の角度は４０度以上５０度以下であり、第２の角度は４５度以上７５度以下であり、ｚ軸は、第１の偏光子からフッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、第１の偏光子の透過軸とｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、フッ化カルシウム結晶が配置される紫外線レーザ装置を用いて増幅器により増幅されたレーザ光を生成し、増幅された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、比較例に係る紫外線レーザ装置の構成を概略的に示す側面図である。 図２は、比較例に係る紫外線レーザ装置の課題を示す図である。 図３は、戻り光を抑制する比較例に係る光アイソレータの構成を概略的に示す。 図４は、実施形態１に係る光アイソレータの構成を概略的に示す。 図５は、結晶軸を回転させたｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の定義と回転角α及び回転角βの説明図である。 図６は、ファラデー材料の好ましい配置条件の例を示す斜視図である。 図７は、第１の偏光子の透過軸とファラデー材料の結晶軸との関係を示す模式図である。 図８は、図７において入射光の伝搬する方向に見た場合の第１の偏光子の透過軸とファラデー材料のｘ軸及びｙ軸との関係を示す。 図９は、非特許文献１から転記したグラフであり、ＣａＦ２結晶に入射した光の全入射パワーに対する透過光の、入射光の偏光方向に直交する偏光成分の割合である偏光解消度γと回転角βとの関係を示すグラフである。 図１０は、入射光の波長が１９３ｎｍである場合の偏光解消度γと回転角βとの関係を推定したグラフである。 図１１は、ファラデー回転子に印加される磁場とファラデー材料の厚さの好ましい範囲を示す図表である。 図１２は、偏光子の透過軸とパルスレーザ光の偏光方向との角度差と消光比との関係を示すグラフ及び消光比を規格化透過率に換算したグラフである。 図１３は、実施形態２に係る光アイソレータの構成を概略的に示す。 図１４は、実施形態２に適用されるファラデー回転子の正面図である。 図１５は、図１４の１５－１５線における断面図である。 図１６は、実施形態３に係る光アイソレータの構成を概略的に示す。 図１７は、実施形態４に係る紫外線レーザ装置の構成を概略的に示す。 図１８は、実施形態５に係る紫外線レーザ装置の構成を概略的に示す。 図１９は、実施形態６に係る紫外線レーザ装置の構成を概略的に示す。 図２０は、実施形態７に係る紫外線レーザ装置の構成を概略的に示す。 図２１は、実施形態７に適用される増幅段レーザの構成を概略的に示す上面図である。 図２２は、露光装置の構成例を概略的に示す。
実施形態
　－目次－
１．用語の説明
２．比較例に係る紫外線レーザ装置の概要
　２．１　構成
　２．２　動作
３．課題
４．実施形態１
　４．１　構成
　４．２　第１の偏光子の透過軸とファラデー材料の結晶軸との関係
　４．３　回転角α及び回転角βについて
　４．４　磁場及びファラデー材料の厚さの好ましい範囲
　４．５　偏光子の透過軸とレーザ光の偏光方向との許容角度差
　４．６　動作
　４．７　作用・効果
　４．８　結晶軸の検証方法
　４．９　変形例
５．実施形態２
　５．１　構成
　５．２　動作
　５．３　作用・効果
６．実施形態３
　６．１　構成
　６．２　動作
　６．３　作用・効果
７．実施形態４
　７．１　構成
　７．２　動作
　７．３　作用・効果
　７．４　変形例
８．実施形態５
　８．１　構成
　８．２　動作
　８．３　作用・効果
９．実施形態６
　９．１　構成
　９．２　動作
　９．３　作用・効果
１０．実施形態７
　１０．１　構成
　１０．２　動作
　１０．３　作用・効果
１１．電子デバイスの製造方法について
１２．光アイソレータの他の応用例
１３．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．用語の説明
　「偏光子」とは、特定の偏光方向（透過軸方向）の光とそれと偏光方向が直交する光を分離する光学素子をいう。
　本明細書において「平行」という用語は、文脈から明らかな場合を除き、明記がない限り、厳密に平行である場合に限らず、技術的意義が失われることのない実用上許容される角度差の範囲を含む略平行の概念が含まれる。また、本明細書における「直交」又は「垂直」という用語についても、文脈から明らかな場合を除き、明記がない限り、厳密に直交又は垂直である場合に限らず、技術的意義が失われることのない実用上許容される角度差の範囲を含む略直交又は略垂直の概念が含まれる。
　２．比較例に係る紫外線レーザ装置の概要
　２．１　構成
　図１は、比較例に係る紫外線レーザ装置２０の構成を概略的に示す側面図である。本開示の比較例とは、出願人のみによって知られていると出願人が認識している形態であって、出願人が自認している公知例ではない。
　紫外線レーザ装置２０は、マスターオシレータ（ＭＯ）２２と、ＭＯビームステアリングユニット２４と、パワーオシレータ（ＰＯ）２６とを含むエキシマレーザ装置である。ＭＯ２２は、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３０と、チャンバ３２と、出力結合ミラー３４とを含む。
　ＬＮＭ３０は、スペクトル幅を狭帯域化するためのプリズムエキスパンダ３６と、グレーティング３８とを含む。プリズムエキスパンダ３６とグレーティング３８とは入射角度と回折角度とが一致するリトロー配置とされる。出力結合ミラー３４は、反射率が４０％～６０％の部分反射ミラーである。出力結合ミラー３４は、ＬＮＭ３０と共に光共振器を構成するように配置される。
　チャンバ３２は、光共振器の光路上に配置される。チャンバ３２は、一対の放電電極４０ａ，４０ｂと、レーザ光が透過する２枚のウインドウ４２，４４とを含む。チャンバ３２内には、レーザガスが充填される。レーザガスは、レアガスと、ハロゲンガスと、バッファガスとを含む。レアガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）又はクリプトン（Ｋｒ）ガスであってよい。ハロゲンガスは、例えばフッ素（Ｆ２）ガスであってよい。バッファガスは、例えばネオン（Ｎｅ）ガスであってよい。放電電極４０ａ，４０ｂ間には図示しない電源によって電圧が印加される。電源は、スイッチと充電コンデンサとを含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）であってよい。
　ＭＯビームステアリングユニット２４は、高反射ミラー５０と高反射ミラー５２とを含み、ＭＯ２２から出力されたレーザ光がＰＯ２６に入射するように配置される。
　高反射ミラー５０と高反射ミラー５２との間に、ＭＯパルスエネルギモニタ５４が配置される。ＭＯパルスエネルギモニタ５４は、ビームスプリッタ（ＢＳ）５５と、光センサ５６とを含む。ＢＳ５５は、ＭＯ２２から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置され、ＢＳ５５の反射光は光センサ５６に入射するように配置される。
　ＰＯ２６は、リアミラー６０と、チャンバ６２と、出力結合ミラー６４とを含む増幅段レーザである。リアミラー６０と出力結合ミラー６４とは光共振器を構成し、この光共振器の光路上にチャンバ６２が配置される。
　チャンバ６２の構成は、チャンバ３２と同様であってもよい。チャンバ６２は、一対の放電電極７０ａ，７０ｂと、２枚のウインドウ７２，７４とを含む。チャンバ６２内には、レーザガスが充填される。リアミラー６０は、例えば、反射率５０％～９０％の部分反射ミラーであってよい。出力結合ミラー６４は、反射率１０％～３０％の部分反射ミラーであってよい。
　２．２　動作
　図示しない電源より高電圧パルスがチャンバ３２内の放電電極４０ａ，４０ｂ間に印加される。チャンバ３２内の放電電極４０ａ，４０ｂ間で放電が発生すると、レーザガスが励起され、出力結合ミラー３４とＬＮＭ３０とで構成される光共振器によって狭帯域化された、波長が１５０ｎｍから３８０ｎｍの紫外線波長のパルスレーザ光が出力結合ミラー３４から出力される。
　出力結合ミラー３４から出力されたパルスレーザ光のエネルギは、ＭＯパルスエネルギモニタ５４で計測される。また、このパルスレーザ光はＭＯビームステアリングユニット２４によってＰＯ２６のリアミラー６０にシード光として入射する。
　リアミラー６０を透過したシード光がチャンバ６２に入射するタイミングで、図示しない電源より高電圧パルスがチャンバ６２内の放電電極７０ａ，７０ｂ間に印加される。チャンバ６２内の放電電極７０ａ，７０ｂ間で放電が発生すると、レーザガスが励起され、出力結合ミラー６４とリアミラー６０とで構成されるファブリーペロー型の光共振器によって、シード光が増幅され、増幅されたパルスレーザ光が出力結合ミラー６４から出力レーザ光として出力される。
　３．課題
　図２は、比較例に係る紫外線レーザ装置２０の課題を示す図である。ＰＯ２６からの戻り光がＭＯ２２まで戻るとレーザ性能が悪化する。ここでいう「戻り光」とは、ＭＯ戻り光と、ＰＯ抜け光との２種類の光の和を指す。ＭＯ２２より出射された光は、ＰＯ２６へと入射されるが、ＰＯ２６内のリアミラー６０は部分反射ミラー（反射率５０％～９０％）であるため、リアミラー６０に入射する光の一部はＰＯ２６内部へ向かわずにそのままＭＯ２２側へ戻ってしまう。ＰＯ２６のチャンバ６２内に進むことなく、リアミラー６０によって反射されてＭＯ２２側へと戻る光を「ＭＯ戻り光」という。
　一方、ＭＯ２２よりＰＯ２６へ入射され、リアミラー６０を透過した光は、ＰＯ２６内で共振・増幅されて出力される。前述のとおり、ＰＯ２６内のリアミラー６０は部分反射ミラーであるため、ＰＯ２６のチャンバ６２に入射して増幅された光の一部はＭＯ２２へ戻ってしまう。ＰＯ２６で増幅された光のうちリアミラー６０を透過してＭＯ２２へと戻る光を「ＰＯ抜け光」という。
　戻り光は、ＬＮＭ３０などの熱負荷となり、線幅の安定性や、パルスエネルギの安定性等が悪化する原因となり得る。ＭＯ２２に進入する戻り光を抑制するために、ＭＯ２２とＰＯ２６との間に光アイソレータを配置する方法がある。
　図３は、戻り光を抑制する比較例に係る光アイソレータ８０の構成例を示す。図３の上段には、ＭＯ２２からＰＯ２６へと向かって進むパルスレーザ光（ＭＯ注入光：行きの光）に対する光アイソレータ８０の動作を示す。図３の下段には、ＰＯ２６からＭＯ２２へと向かって進むレーザ光（戻りの光）に対する光アイソレータ８０の動作を示す。
　光アイソレータ８０は、ＭＯ２２の側から、第１の偏光子８３と、ファラデー回転子８４と、第２の偏光子８８とがこの順に配置される。ファラデー回転子８４は、ファラデー材料８５と磁石８６とを含む。なお、図３において、ファラデー回転子８４中に示す右向きの矢印は、磁石８６による磁場の方向を表している。図中の破線円内に示す両向き矢印は、パルスレーザ光が進む方向に視線を合わせたときのパルスレーザ光の偏光面の方向、すなわち偏光方向を表している。
　図３の上段に示すように、ＭＯ２２から水平方向に偏光した直線偏光のパルスレーザ光が出力される。ＭＯ２２から出力されたパルスレーザ光は、１／２波長板８１によって偏光方向が反時計回り方向に４５度回転する。第１の偏光子８３は、その透過軸が１／２波長板８１から出力されたパルスレーザ光の偏光方向と平行に配置されており、１／２波長板８１から出力されたパルスレーザ光は、第１の偏光子８３を透過する。
　第１の偏光子８３を透過したパルスレーザ光は、磁場が印加されたファラデー回転子８４により偏光方向が時計回り方向に４５度回転する。これにより、ファラデー回転子８４から出力されたパルスレーザ光は水平偏光となる。第２の偏光子８８は、その透過軸がファラデー回転子８４から出力されたパルスレーザ光の偏光方向と平行に配置されており、ファラデー回転子８４から出力されたパルスレーザ光は、第２の偏光子８８を透過した後、ＰＯ２６に入射する。
　１／２波長板８１は、ＭＯ２２から出力されたパルスレーザ光の偏光方向とＰＯ２６に入射するパルスレーザ光の偏光方向とが同じになるように、ＭＯ２２からのパルスレーザ光の偏光方向を調整する。これにより、偏光方向に依存する他のモジュールを変更しないで済む。
　一方、ＰＯ２６からの戻り光は、図３の下段に示すように、ＰＯ２６への入射光と同じ偏光方向で第２の偏光子８８を透過し、磁場が印加されたファラデー回転子８４により偏光方向が時計回り方向に４５度回転する。ファラデー回転子８４を通過した戻り光の偏光方向は第１の偏光子８３の透過軸と直交しており、戻り光は第１の偏光子８３で反射されてＭＯ２２に入射しない。
　ここで、波長約１９３ｎｍのエキシマレーザのような、波長の短い光の戻り光を抑制する場合、ファラデー回転子８４のファラデー材料８５としてフッ化カルシウム（ＣａＦ２）結晶が用いられる。
　ＣａＦ２結晶に高出力のレーザ光、例えば１０Ｗ以上のレーザ光が入射した場合、熱複屈折の影響が無視できなくなり、偏光純度が悪化する。この偏光純度の悪化により、第１の偏光子８３で反射される戻りの光の割合が低下し、光アイソレータ８０のアイソレーション比が劣化する。
　４．実施形態１
　４．１　構成
　図４は、実施形態１に係る光アイソレータ１２０の構成を概略的に示す。図４に示す構成について、図３と異なる点を説明する。光アイソレータ１２０は、図３のファラデー回転子８４に代えて、ファラデー材料１３５を含むファラデー回転子１１２を備える。ファラデー材料１３５は、ＣａＦ２結晶であり、実施形態１では、ファラデー材料１３５の透過前後でレーザ光の偏光純度の悪化が少なくなるようにファラデー回転子１１２が配置される点で、図３の構成と異なる。
　具体的には、ファラデー材料１３５の結晶軸と、入射する光の伝搬方向が以下の関係になるようにファラデー回転子１１２が配置される。すなわち、ファラデー材料１３５がＣａＦ２結晶である場合、図５に示すように、結晶軸である［００１］の方向をa軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸としたとき、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３軸が、ｃ軸を中心にα回転し、α回転したｂ軸を中心にβ回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びz軸とする。回転角αと回転角βとについては後述する。
　そして、図６に示すように、ファラデー材料１３５のｚ軸がレーザ光の伝搬方向と平行で、かつファラデー材料１３５の媒質長の概ね中心でレーザ光の偏光方向がｘ軸と平行になるように、ファラデー材料１３５を配置する。他の構成は、図３と同様であってよい。
　４．２　第１の偏光子の透過軸とファラデー材料の結晶軸との関係
　図７は、第１の偏光子８３の透過軸ＴＡ１とファラデー材料１３５のｘ軸及びｙ軸との関係を概略的に示す側面図である。図８は、入射する光が伝搬する方向（ｚ軸）に見た場合の第１の偏光子８３の透過軸ＴＡ１とファラデー材料１３５のｘ軸及びｙ軸との関係を示す。第１の偏光子８３を透過してファラデー回転子１１２に入射する光の偏光方向はｘ軸と平行である。また、入射光の偏光方向がファラデー回転子１１２によって回転する方向は、図８において時計回り方向である。第１の偏光子８３の透過軸ＴＡ１と、入射光の偏光方向との角度差θの好ましい範囲は、入射光の偏光方向がファラデー回転子１１２によって回転する方向に、０度以上４５度以下である。
　４．３　回転角α及び回転角βについて
　図９は、非特許文献１に記載されているＦｉｇ.１を転記したグラフである。図９には、ＣａＦ２結晶に入射した光の全入射パワーに対する透過光の、入射光の偏光方向に対して直交した偏光成分の割合である偏光解消度γの回転角βの依存性が示されている。図９において回転角αは４５度である。図９中の実線で示すグラフから、βが５０度から６０度のときが、偏光方向の変化する割合が小さく、偏光純度の悪化が小さい。
　この図９は、入射光の波長が１０７４ｎｍである場合のグラフであるため、入射光の波長が１９３ｎｍである場合についてのγの値と回転角βとの関係を推定すると、図１０に示すようになる。図１０の縦軸は、βが０度のときのγの値を「１」として規格化した。
　図１０によれば、βの好ましい範囲は、４５度～７５度、さらに好ましい範囲は、５４度～６６度、最も好まし範囲は５８度～６２度である。図１０のグラフから、好ましい回転角は、αが４５度のとき、βが４５度～７５度と推定される。また、αの許容範囲は４５度±５度である。なお、「４５度～７５度」等の数値範囲を示す表記は、「～」の前後に示す数値を含む範囲を示しており、例えば「４５度～７５度」の表記は「４５度以上７５度以下」を意味する。回転角αは本開示における「第１の角度」の一例であり、回転角βは本開示における「第２の角度」の一例である。
　図１０は、入射光の波長が１９３ｎｍである場合のグラフであるが、入射光の波長が２４８ｎｍなど他の紫外線波長の場合も、図１０のグラフから僅かなズレはあるものの、概ね図１０のグラフと同様のグラフとなり得る。よって、図１０から把握される回転角α、βについての上述の好ましい範囲は、２４８ｎｍなど他の紫外線波長の入射光についても適用される。
　４．４　磁場及びファラデー材料の厚さの好ましい範囲
　ファラデー材料１３５がＣａＦ２結晶であるときの磁場及びファラデー材料１３５の厚さの好ましい範囲を、入射光の波長が１９３ｎｍの場合と２４８ｎｍの場合とについて図１１に示す。ＡｒＦエキシマレーザの発振波長には波長１９３ｎｍが含まれる。ＫｒＦエキシマレーザの発振波長には波長２４８ｎｍが含まれる。
　好ましい範囲は、磁場の実現しやすさを基に選定した。最も好ましい範囲の磁場は、磁力の強いネオジム磁石等を使用した場合の磁束密度である。ファラデー材料１３５の厚さは、選択した材料及び磁場の磁束密度と、ヴェルデ定数とを基に、ファラデー効果による偏光面の回転が４５度となる厚さを算出した値である。
　ファラデー材料１３５がＣａＦ２結晶であって、入射光の波長がＡｒＦエキシマレーザの発振波長である１９３ｎｍである場合、ファラデー回転子１１２に印加する磁場とファラデー材料１３５の光軸方向の厚さの選択可能範囲は、図１１に示すように、０．５Ｔ～３．０Ｔと６ｍｍ～４０ｍｍとである。さらに好ましくは、０．７５Ｔ～２．９Ｔと１０ｍｍ～３０ｍｍとであり、最も好ましくは、０．８Ｔ～１．５Ｔと１５ｍｍ～２５ｍｍとである。
　また、入射光の波長がＫｒＦエキシマレーザの発振波長である２４８ｎｍである場合、ファラデー回転子１１２に印加する磁場とファラデー材料１３５の光軸方向の厚さの選択可能範囲は、０．５Ｔ～３．０Ｔと１３ｍｍ～８３ｍｍとである。さらに好ましくは、０．７５Ｔ～２．９Ｔと２０ｍｍ～５５ｍｍとであり、最も好ましくは、０．８Ｔ～１．５Ｔと３０ｍｍ～５０ｍｍとである。
　ファラデー回転子１１２は、ファラデー回転子１１２に組み込むＣａＦ２結晶を加工する段階で、結晶軸の方向や光軸方向の厚さなど、定められたパラメータに基づいて、作製される。
　なお、ファラデー材料１３５は、複数個に分割して、これらの合計で上記の厚さを満たしてもよい。分割される個数は、例えば、２個や３個や４個などでもよい。
　４．５　偏光子の透過軸とレーザ光の偏光方向との許容角度差
　第１の偏光子８３及び第２の偏光子８８のそれぞれの透過軸と、各偏光子に入射させるパルスレーザ光の偏光方向とは平行であることが最も好ましいが、厳密に平行である場合に限らず、実用上目的の機能を果たすことができる範囲で、両者の角度差が許容される。
　図１２は、偏光子の透過軸とパルスレーザ光の偏光方向との角度差と消光比（ｄＢ）との関係を示すグラフ及び消光比を規格化透過率に換算したグラフを示す。図１２の左側の縦軸は消光比を表し、右側の縦軸は規格化透過率を表す。規格化透過率は、角度差が０度のときの透過率が１．０になるように規格化した値である。
　ＭＯ２２から出力されたパルスレーザ光を透過する第１の偏光子８３と、ファラデー回転子１１２から出力されたパルスレーザ光を透過する第２の偏光子８８のそれぞれにおいて、入射するパルスレーザ光に対する規格化透過率が０．９以上であれば、実用的に十分有効に機能し得る。したがって、図１２によれば、第１の偏光子８３又は第２の偏光子８８の透過軸とパルスレーザ光の偏光方向との角度差の好ましい許容範囲は、規格化透過率が０．９以上になる±１７．５度の範囲である。
　４．６　動作
　ＭＯ２２から出力され第１の偏光子８３を透過した直線偏光のパルスレーザ光は、磁場が印加されたファラデー回転子１１２により、ファラデー回転子１１２の透過の前後で偏光方向が時計回り方向に４５度回転する。第２の偏光子８８は、その透過軸がファラデー回転子１１２から出力されたパルスレーザ光の偏光方向と平行に配置されており、ファラデー回転子１１２から出力されたパルスレーザ光は、第２の偏光子８８を透過した後、ＰＯ２６に入射する。
　一方、ＰＯ２６からの戻り光は、第２の偏光子８８を透過し、磁場が印加されたファラデー回転子１１２により偏光方向が時計回り方向に４５度回転する。ファラデー回転子１１２を透過した戻り光の偏光方向は第１の偏光子８３の透過軸と直交しており、戻り光は第１の偏光子８３で反射される。こうして、ＰＯ２６からの戻りの光は、ファラデー回転子１１２を透過後に第１の偏光子８３によって反射され、ＭＯ２２への入射が抑制される。
　図６を用いて説明した「ファラデー材料１３５の中心でレーザ光の偏光方向がｘ軸と平行になる」という条件は、好ましい条件の１つである。厳密にファラデー材料１３５の媒質長における中心の位置で偏光方向がｘ軸と平行になるようにファラデー回転子１１２を配置することまでは要求されない。ファラデー材料１３５に入射した光は、ファラデー効果により偏光面が回転するため、ファラデー材料１３５の媒質中を進む光の光路の途中で（ファラデー材料１３５の媒質中のどこかで）偏光方向がｘ軸と平行になれば、偏光純度の悪化の抑制効果が高くなる。ファラデー材料１３５の厚みの中心付近で偏光方向がｘ軸と平行になるように、ファラデー回転子１１２を配置することにより、偏光純度の悪化抑制の効果がアベレージングされる点で特に好ましい。
　４．７　作用・効果
　実施形態１に係る光アイソレータ１２０によれば、高出力のレーザ光がファラデー回転子１１２に入射しても、熱複屈折の影響による偏光純度の悪化が抑制され、高いアイソレーション比を維持することができる。
　ファラデー回転子１１２を上述の条件を満たして配置にすることにより、光弾性効果によるひずみも小さくなり、同じ入熱量でも熱複屈折の影響を抑えることが可能になる。
　４．８　結晶軸の検証方法
　実施形態１で説明した条件を満たす光アイソレータの構成であるか否かを検証する方法として、例えば、次のような方法がある。
　［手順１］ファラデー回転子１１２に入っているファラデー材料(ＣａＦ２結晶)１３５について、背面反射ラウエ法や透過ラウエ法により結晶方位解析を行い、ファラデー材料１３５の結晶軸を特定する。
　［手順２］第１の偏光子８３の透過軸を、第１の偏光子８３に刻印されているマークから特定する。または、直線偏光のレーザ光を用いて透過軸の方向を測定する。
　上記の手順１、２により、ファラデー材料１３５の結晶軸と、入射光の伝搬方向との関係がわかる。また、ファラデー材料１３５の結晶軸と第１の偏光子８３の透過軸との関係がわかる。
　４．９　変形例
　実施形態１では、第１の偏光子８３を透過してファラデー回転子１１２に入射する行きの光の偏光方向がファラデー回転子１１２の透過の前後で維持され、第２の偏光子８８を透過してファラデー回転子１１２に入射する戻り光の偏光方向がファラデー回転子１１２の透過の前後で９０度回転する例を説明したが、この例に限らず、実用上目的の機能を果たすことができる範囲で、ファラデー回転子１１２の透過の前後における偏光方向の角度差が許容される。図１２によれば、第１の偏光子８３を透過してファラデー回転子１１２に入射する行きの光の偏光方向は、ファラデー回転子１１２の透過の前後で１７．５度以内の角度差に維持され、第２の偏光子８８を透過してファラデー回転子１１２に入射する戻り光の偏光方向は、ファラデー回転子１１２の透過の前後で９０度±１７．５度以内の角度回転するように構成されてよい。第１の偏光子８３に入射する行きの光の偏光方向と、ＰＯ２６から戻る戻り光がファラデー回転子１１２を透過して第１の偏光子８３に入射するときの偏光方向とが９０度±１７．５度以内の角度で交差する構成により、戻り光は第１の偏光子８３で反射され、ＭＯ２２への入射が抑制される。
　５．実施形態２
　５．１　構成
　図１３は、実施形態２に係る光アイソレータ１２２の構成を概略的に示す。図１３に示す構成について、図３及び図４と異なる点を説明する。実施形態２に係る光アイソレータ１２２は、実施形態１におけるファラデー回転子１１２に代えて、温度調整が可能なファラデー回転子１１３が用いられ、ファラデー回転子１１３を一定の温度に温度制御する構成を備えている点で実施形態１の構成と異なる。
　図１４は、ファラデー回転子１１３の構成を概略的に示す正面図であり、図１５は、図１４の１５－１５線における断面図である。ファラデー材料１３５はホルダ１３７に保持され、中空構造の磁石１３６の内部に配置される。ファラデー回転子１１３は、ヒータ１３８ａ，１３８ｂと、温度センサ１３９とを含む。ヒータ１３８ａ，１３８ｂ及び温度センサ１３９は、ホルダ１３７に取り付けられている。ヒータ１３８ａ，１３８ｂは、ファラデー材料１３５を挟んで対称的な位置に、光軸方向と平行に延在するように配置される構成が好ましい。温度センサ１３９は、ファラデー回転子１１３の温度を検出する。
　光アイソレータ１２２は、ヒータ電源１４２と、ファラデー回転子１１３の温度を制御するプロセッサ１４４とを備える（図１３参照）。ヒータ電源１４２は、ヒータ１３８ａ，１３８ｂに電力を供給する。
　プロセッサ１４４は、温度センサ１３９から得られる情報を基に、ファラデー回転子１１３の温度を一定に保つようにヒータ電源１４２を制御する。なお、「一定に保つ」という記載には、許容される範囲内に保つことが含まれる。プロセッサ１４４は、ファラデー材料１３５の温度変化を抑制するように、ヒータ電源１４２を介してヒータ１３８ａ，１３８ｂを制御する。プロセッサ１４４は、制御プログラムが記憶された記憶装置と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを含む処理装置である。
　他の構成は、実施形態１と同様であってよい。ファラデー回転子１１３は、図５～図１１で説明した条件等を満たして配置される。
　５．２　動作
　プロセッサ１４４は、ヒータ電源１４２を介してヒータ１３８ａ，１３８ｂを駆動し、ファラデー回転子１１３の温度センサ１３９によって温度を監視し、所定の温度に保つようにファラデー回転子１１３を温調する。所定の温度は、例えば、１００℃以下で室温が好ましい。また、好ましい温度の制御範囲は±１℃である。他の動作は実施形態２と同様である。
　５．３　作用・効果
　図１０に示す好ましいβの角度は温度依存性があるので、実施形態２に係る光アイソレータ１２２によれば、温度を一定に制御することにより、好ましいβが変化することによる偏光純度の悪化を抑制することができ、高いアイソレーション比を維持することができる。
　また、実施形態２の構成によれば、温度を一定に制御することにより、温度変化による光路長の変化が抑制され、偏光の回転角を一定に保つことができ、アイソレーション比の悪化を抑制することができる。
　６．実施形態３
　６．１　構成
　図１６は、実施形態３に係る光アイソレータ１２３におけるファラデー回転子１１２の部分の構成を概略的に示す。なお、光アイソレータ１２３は、図４の光アイソレータ１２０と同様に、図１６には示されていない、第１の偏光子８３及び第２の偏光子８８を含む。図１６に示す構成について、図４と異なる点を説明する。
　実施形態３に係る光アイソレータ１２３は、ファラデー回転子１１２をｙ軸の回りに回転させる回転ステージ１５０を有する。他の構成は、図４と同様であってよい。
　６．２　動作
　回転ステージ１５０を動かすことにより、ファラデー回転子１１２はｙ軸の回りに回転する。ｂ軸がｃ軸を中心にα回転したｙ軸を中心にファラデー回転子１１２を回転させることにより、αの回転角を維持しつつ、βの回転角を調整できる。
　６．３　作用・効果
　実施形態３に係る光アイソレータ１２３によれば、βの回転角を、ファラデー回転子１１２の透過前後で偏光純度の悪化が少ない角度に調整することができる。その結果、アイソレーション比を高くすることができる。
　７．実施形態４
　７．１　構成
　図１７は、実施形態４に係る紫外線レーザ装置１００の構成例を概略的に示す。図１７に示す構成について、図１と異なる点を説明する。紫外線レーザ装置１００は、ＭＯ２２とＰＯ２６との間の光路上に１／２波長板８１と光アイソレータ１２０とが配置される点で図１の構成と異なる。光アイソレータ１２０の構成は、実施形態１で説明した構成と同様であり、第１の偏光子８３と、ファラデー回転子１１２と、第２の偏光子８８とを含み、ファラデー回転子１１２は、実施形態１で説明したように、ＣａＦ２結晶の結晶軸を特定の条件を満たすように配置した構成となっている。
　光アイソレータ１２０は、さらに戻り光終端用のダンパー１１６を含む。ダンパー１１６は、第１の偏光子８３によって反射された戻り光がダンパー１１６に入射するように配置される。他の構成は、図１及び図４と同様であってよい。
　図１７においては、ＭＯ２２とＰＯ２６との間の光路上のａ点、ｂ点、ｃ点及びｄ点で示す各箇所におけるパルスレーザ光の偏光方向も示す。図１７には、ＭＯ２２からＰＯ２６の方向に伝搬するパルスレーザ光についてのａ点～ｄ点の各箇所での偏光方向と、ＰＯ２６からＭＯ２２の方向に進む戻り光についてのｄ点及びｃ点の各箇所での偏光方向を示す。
　７．２　動作
　１／２波長板８１及び光アイソレータ１２０の動作は、図３及び実施形態１と同様である。ＭＯ２２から出力され、特定の方向に偏光したパルスレーザ光（ａ点）は１／２波長板８１によって偏光方向が反時計回り方向に４５度回転する（ｂ点）。
　第１の偏光子８３は、その透過軸が１／２波長板８１から出力されたパルスレーザ光の偏光方向と平行になるように配置されているため、１／２波長板８１により偏光方向が回転したパルスレーザ光は第１の偏光子８３を透過する（ｃ点）。
　第１の偏光子８３を透過したパルスレーザ光はファラデー回転子１１２に入射し、ファラデー回転子１１２により偏光方向が時計回り方向に４５度回転する（ｄ点）。第２の偏光子８８は、その透過軸がファラデー回転子１１２により偏光方向が回転したパルスレーザ光の偏光方向と平行になるように配置されているため、ファラデー回転子１１２により偏光方向が回転したパルスレーザ光は第２の偏光子８８を透過する。ＭＯ２２からＰＯ２６に進むパルスレーザ光のａ点の偏光方向とｅ点の偏光方向とは同じである。
　図１７中のｅ点において、ＭＯ２２からＰＯ２６の方向に伝搬するパルスレーザ光の偏光方向と、ＰＯ２６からＭＯ２２の方向に戻るパルスレーザ光（戻り光）の偏光方向とは同じである。このため、ＰＯ２６からＭＯ２２の方向に進む戻り光は、第２の偏光子８８を透過する。
　第２の偏光子８８を透過した戻り光は、次に、ファラデー回転子１１２により偏光方向が時計回りに４５度回転する（ｃ点）。ｃ点において、ＭＯ２２からＰＯ２６の方向に伝搬するパルスレーザ光の偏光方向と、ＰＯ２６からＭＯ２２の方向に戻るパルスレーザ光の偏光方向とは直交する。このため、ＰＯ２６からＭＯ２２の方向に戻るパルスレーザ光は、第１の偏光子８３により反射されて、ダンパー１１６に入射する。ダンパー１１６は、第１の偏光子８３で反射された光を吸収し遮断する。
　７．３　作用・効果
　実施形態４に係る紫外線レーザ装置１００によれば、高出力のレーザ光がファラデー回転子１１２に入射しても、熱複屈折の影響による偏光純度の悪化が抑制され、高いアイソレーション比を維持することができる。
　また、実施形態４の構成によれば、ＭＯ２２の方向に戻るパルスレーザ光は、第１の偏光子８３によって反射され、ＭＯ２２への入射が抑制されるため、ＭＯ２２への熱負荷が軽減され、エネルギ安定性や線幅安定性などが比較例の構成（図１）よりも向上する。
　７．４　変形例
　ＭＯパルスエネルギモニタ５４の配置については、光アイソレータ１２０の上流側又は下流側のいずれにも配置することが可能であるが、図１７のように、光アイソレータ１２０の上流側に配置する構成が好ましい。
　８．実施形態５
　８．１　構成
　図１８は、実施形態５に係る紫外線レーザ装置１０５の構成を概略的に示す。図１８に示す構成について、図１７と異なる点を説明する。図１８に示す紫外線レーザ装置１０５は、第２の偏光子８８とＰＯ２６との間の光路上に、２軸調整可能な平行平面基板２０２と、２軸調整可能な高反射ミラー５２とが配置される点で、図１７に示す構成と異なる。平行平面基板２０２は、直交する２軸のそれぞれを回転軸として角度の調整が可能な２軸角度調整ホルダ２０４に保持される。
　平行平面基板２０２は、第２の偏光子８８と高反射ミラー５２との間の光路上に配置される。平行平面基板２０２はフッ化カルシウムの基板であってよい。２軸角度調整ホルダ２０４は、例えば、図１８の紙面に垂直な軸と、平行平面基板２０２の基板面及び図１８の紙面に平行な軸とのそれぞれを回転軸として角度調整が可能なホルダであってよい。
　高反射ミラー５２は、直交する２軸のそれぞれを回転軸として角度の調整が可能な２軸角度調整ホルダ２０８に保持される。２軸角度調整ホルダ２０８は、例えば、図１８の紙面に垂直な軸と、高反射ミラー５２の反射面及び図１８の紙面に平行な軸とのそれぞれを回転軸として角度調整が可能なホルダであってよい。
　８．２　動作
　光軸の調整は、２軸調整可能な平行平面基板２０２と、２軸調整可能な高反射ミラー５２とを調整することにより、ＭＯ２２からのパルスレーザ光がＰＯ２６に最も効率的に入射されるように行われる。
　２軸調整可能な平行平面基板２０２は、ＭＯ２２からのパルスレーザ光を進行方向と平行にシフトすることにより、ＰＯ２６に最も効率的にパルスレーザ光が入射されるように調整される。
　２軸調整可能な高反射ミラー５２は、ＭＯ２２からのパルスレーザ光がＰＯ２６に入射される角度を変更することにより、ＰＯ２６に最も効率的にパルスレーザ光が入射されるように調整される。
　２軸角度調整ホルダ２０４及び２軸角度調整ホルダ２０８のそれぞれは本開示における「光軸調整機構」の一例である。２軸調整可能な平行平面基板２０２と、２軸調整可能な高反射ミラー５２とを両方備える構成は好ましい形態であるが、これらのうち１つのみを備える構成も可能である。
　８．３　作用・効果
　実施形態５に係る紫外線レーザ装置１０５によれば、実施形態４と同様の効果が得られる。さらに、実施形態５の構成によれば、ＰＯ２６に入射させる注入光の光軸調整が実施形態４の構成に比べて容易になる。
　９．実施形態６
　９．１　構成
　図１９は、実施形態６に係る紫外線レーザ装置１０６の構成を概略的に示す。図１９に示す構成について、図１７と異なる点を説明する。図１９に示す紫外線レーザ装置１０６は、図１７におけるＭＯ２２の代わりに、発振段レーザとして紫外線固体レーザ装置２３２を備え、ＰＯ２６の代わりに、エキシマ増幅器２３６を備える。他の構成は、図１７に示す構成と同様であってよい。
　紫外線固体レーザ装置２３２は、例えば、近赤外帯（波長７８０ｎｍ～波長２５００ｎｍ）を基本波とする固体レーザの第４倍波、第５倍波又は第６倍波（波長１５０ｎｍ～波長３８０ｎｍの範囲）を出力する。例えば、紫外線固体レーザ装置２３２は、約１９３ｎｍの波長のシード光を出力し、シード光がエキシマ増幅器２３６に入射するように配置される。
　一例として、紫外線固体レーザ装置２３２は、半導体レーザシステムと、チタンサファイヤ増幅器と、波長変換システムとを含む構成であってもよい。半導体レーザシステムは、波長約７７３．６ｎｍのＣＷレーザ光を出力する分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）の半導体レーザと、ＣＷレーザ光をパルス化する半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）とを含む構成であってよい。波長変換システムは、複数の非線形光学結晶を含み、入射したパルスレーザ光を波長変換して４倍高調波のパルスレーザ光を出力する。波長変換システムは、例えば、ＬＢＯ結晶と、ＫＢＢＦ結晶とを含む。ＬＢＯ結晶は化学式ＬｉＢ３Ｏ５で表される非線形光学結晶である。ＫＢＢＦ結晶は、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。
　エキシマ増幅器２３６は、チャンバ２４２と、凸面シリンドリカルミラー２４４と、凹面シリンドリカルミラー２４６とを含む。
　チャンバ２４２は、１対の放電電極２５０ａ，２５０ｂと、レーザ光が透過する２枚のウインドウ２５２，２５４とを含む。放電電極２５０ａ，２５０ｂは放電空間２５６を挟んで対向して配置される。放電電極２５０ａ，２５０ｂの間の空間が放電空間２５６となる。放電電極２５０ａ，２５０ｂが放電空間２５６を挟んで対向する方向が放電方向に相当する。チャンバ２４２には、図１で説明したレーザガスと同様のレーザガスが充填される。
　凸面シリンドリカルミラー２４４の凸曲面及び凹面シリンドリカルミラー２４６の凹曲面にはそれぞれ波長約１９３ｎｍに対する高反射膜がコートされている。
　凸面シリンドリカルミラー２４４と凹面シリンドリカルミラー２４６とは、紫外線固体レーザ装置２３２からのシード光が、エキシマ増幅器２３６の放電空間２５６を３回通過することによって、放電方向にビーム拡大され、増幅されるように配置される。
　９．２　動作
　紫外線固体レーザ装置２３２から出力されたシード光は、光アイソレータ１２０を透過して、エキシマ増幅器２３６に入射する。エキシマ増幅器２３６に入射した波長約１９３ｎｍのシード光は、凸面シリンドリカルミラー２４４及び凹面シリンドリカルミラー２４６で反射することにより、放電電極２５０ａ，２５０ｂの間の放電空間２５６を３回通過する。これにより、シード光のビームが拡大されて増幅される。エキシマ増幅器２３６は本開示における「マルチパス増幅器」の一例である。３パスのエキシマ増幅器２３６に限らず、各種のマルチパス増幅器を適用可能である。
　光アイソレータ１２０の動作は、実施形態１と同様である。光アイソレータ１２０は、エキシマ増幅器２３６で発生した自然放射増幅光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）等が紫外線固体レーザ装置２３２に入射するのを抑制する。
　９．３　作用・効果
　実施形態６に係る紫外線レーザ装置１０６によれば、エキシマ増幅器２３６から紫外線固体レーザ装置２３２の方向に戻る光は紫外線固体レーザ装置２３２に入射しないため、紫外線固体レーザ装置２３２への熱負荷が軽減され、エネルギ安定性や線幅安定性などが比較例の構成よりも向上する。
　１０．実施形態７
　１０．１　構成
　図２０は、実施形態７に係る紫外線レーザ装置１０７の構成を概略的に示す。図２０に示す構成について、図１７と異なる点を説明する。実施形態７に係る紫外線レーザ装置１０７は、実施形態４の構成に対して、増幅段レーザの構成及びＭＯ２２からのレーザ光を増幅段レーザに導入する高反射ミラーの構成が異なる。
　図１７に示す実施形態４の増幅段レーザは、リアミラー６０と出力結合ミラー６４とで構成されるファブリーペロー型の光共振器を有するＰＯ２６であるのに対し、図２０に示す実施形態７の増幅段レーザは、リング共振器２７０を有するＰＯ２６６である点が異なる。
　図２１は、実施形態７に適用されるＰＯ２６６の構成を概略的に示す上面図である。リング共振器２７０は、高反射ミラー２８４、高反射ミラー２８５、高反射ミラー２８６及び部分反射ミラー２９０を含んで構成される。
　紫外線レーザ装置１０７は、ＭＯ２２から出力され高反射ミラー５０と高反射ミラー５２とにより反射されたレーザ光をリング共振器２７０に導入するため、高反射ミラー２８３が配置される。高反射ミラー２８３は、高反射ミラー５２で反射されたレーザ光を部分反射ミラー２９０に入射させるように、高反射ミラー５２と部分反射ミラー２９０との間の光路上に配置される。
　１０．２　動作
　ＭＯ２２から出力されたレーザ光は、高反射ミラー５０、高反射ミラー５２及び高反射ミラー２８３で順次反射された後、部分反射ミラー２９０からリング共振器２７０に入射する。
　部分反射ミラー２９０を透過したレーザ光は、高反射ミラー２８４で反射された後にチャンバ６２に入射して増幅され、その後、高反射ミラー２８５及び高反射ミラー２８６で反射され、再び、チャンバ６２に入射して増幅される。そして、チャンバ６２から出力されたレーザ光は部分反射ミラー２９０によって一部は透過し、他の一部は反射されてリング共振器２７０で再び増幅される。
　部分反射ミラー２９０を透過した増幅パルスレーザ光は、紫外線レーザ装置１０７から出力される。
　光アイソレータ１２０は、ＰＯ２６６からの戻り光がＭＯ２２に入射するのを抑制する。１／２波長板８１及び光アイソレータ１２０の動作は、図３及び図１７で説明した実施形態４と同様である。
　１０．３　作用・効果
　実施形態７に係る紫外線レーザ装置１０７によれば、実施形態４と同様の効果が得られる。
　１１．電子デバイスの製造方法について
　図２２は、露光装置３００の構成例を概略的に示す。露光装置３００は、照明光学系３０４と投影光学系３０６とを含む。照明光学系３０４は、紫外線レーザ装置１００から入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴ上に配置された図示しないレチクルのレチクルパターンを照明する。投影光学系３０６は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
　露光装置３００は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したレーザ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにレチクルパターンを転写後、複数の工程を経ることで半導体デバイスを製造できる。半導体デバイスは本開示における「電子デバイス」の一例である。紫外線レーザ装置１００に代えて、実施形態５～７で説明した紫外線レーザ装置１０５、１０６又は１０７を用いてレーザ光を生成してもよい。
　１２．光アイソレータの他の応用例
　実施形態１～７において例示した光アイソレータ１２０、１２２及び１２３は、紫外線レーザ装置に限らず、様々な用途に適用可能である。例えば、光アイソレータ１２０への入射光は、パルスレーザ光に限らず、ＣＷレーザ光であってもよいし、放射光であってもよい。例えば、光アイソレータ１２０は、加速器における放射光の出口に配置されてもよい。また、光アイソレータ１２０は、重水素ランプを用いた分光器における紫外域の波長の迷光を抑制するために配置されてもよい。光アイソレータ１２２及び１２３についても同様である。
　１３．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。従って、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
　本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」、「有する」、「備える」、「具備する」などの用語は、「記載されたもの以外の構成要素の存在を除外しない」と解釈されるべきである。また、修飾語「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 　紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、
    　前記第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、
    　前記ファラデー回転子を透過した前記入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備えた光アイソレータであって、
    　前記ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、
    　前記フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、前記ａ軸、前記ｂ軸及び前記ｃ軸の３軸が、前記ｃ軸を中心に第１の角度回転し、前記第１の角度回転した前記ｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、
    　前記第１の角度は４０度以上５０度以下であり、
    　前記第２の角度は４５度以上７５度以下であり、
    　前記ｚ軸は、前記第１の偏光子から前記フッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、
    　前記第１の偏光子の透過軸と前記ｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、前記フッ化カルシウム結晶が配置される、
    　光アイソレータ。
  2. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　第２の角度は、５４度以上６６度以下である、
    　光アイソレータ。
  3. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　第２の角度は、５８度以上６２度以下である、
    　光アイソレータ。
  4. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記第１の偏光子から前記ファラデー材料に入射して前記ファラデー材料の媒質中を伝搬する光の偏光方向がファラデー効果により、前記ファラデー材料の媒質内で前記ｘ軸と平行になるように、前記フッ化カルシウム結晶が配置される、
    　光アイソレータ。
  5. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    前記入射光の偏光方向と、前記第１の偏光子の透過軸との角度差は、１７．５度以内であり、
    　前記ファラデー回転子を透過した前記入射光の偏光方向と、前記第２の偏光子の透過軸との角度差は、１７．５度以内である、
    　光アイソレータ。
  6. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記第２の偏光子から前記ファラデー回転子を透過して前記第１の偏光子に入射する戻り光の偏光方向は、前記第１の偏光子の透過軸と９０度±１７．５度以内の角度で交差しており、前記戻り光は前記第１の偏光子によって反射される、
    　光アイソレータ。
  7. 　請求項１に光アイソレータであって、
    　前記入射光の波長がＡｒＦエキシマレーザの発振波長又はＫｒＦエキシマレーザの発振波長である、
    　光アイソレータ。
  8. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記ファラデー回転子に印加される磁場の磁束密度は、０．５Ｔ以上３．０Ｔ以下である、
    　光アイソレータ。
  9. 　請求項８に記載の光アイソレータであって、
    　前記入射光の波長がＡｒＦエキシマレーザの発振波長である場合に、前記ファラデー材料の光軸方向の厚さは、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下である、
    　光アイソレータ。
  10. 　請求項８に記載の光アイソレータであって、
    　前記入射光の波長がＫｒＦエキシマレーザの発振波長である場合に、前記ファラデー材料の光軸方向の厚さは、１３ｍｍ以上８３ｍｍ以下である、
    　光アイソレータ。
  11. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記ファラデー材料は、複数に分割されて構成される、
    　光アイソレータ。
  12. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記ファラデー回転子は、ヒータと、温度センサとを備え、前記ファラデー材料の温度が許容温度範囲に保たれるように制御される、
    　光アイソレータ。
  13. 　請求項１に記載の光アイソレータであって、
    　前記ファラデー回転子を前記ｙ軸の回りに回転させる回転ステージを備える、
    　光アイソレータ。
  14. 　紫外線レーザ装置であって、
    　紫外線波長の直線偏光のパルスレーザ光を出力する発振段レーザと、
    　前記パルスレーザ光を増幅して出力する増幅器と、
    　前記発振段レーザと前記増幅器との間の光路上に配置される光アイソレータと、を備え、
    　前記光アイソレータは、
    　紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、
    　前記第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、
    　前記ファラデー回転子を透過した前記入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備え、
    　前記ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、
    　前記フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、前記ａ軸、前記ｂ軸及び前記ｃ軸の３軸が、前記ｃ軸を中心に第１の角度回転し、前記第１の角度回転した前記ｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、
    　前記第１の角度は４０度以上５０度以下であり、
    　前記第２の角度は４５度以上７５度以下であり、
    　前記ｚ軸は、前記第１の偏光子から前記フッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、
    　前記第１の偏光子の透過軸と前記ｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、前記フッ化カルシウム結晶が配置される、
    　紫外線レーザ装置。
  15. 　請求項１４に記載の紫外線レーザ装置であって、
    　前記ファラデー回転子に配置されたヒータと、
    　前記ファラデー回転子の温度を検出する温度センサと、
    　前記温度センサからの情報に基づき、前記ファラデー材料の温度変化を抑制するように、前記ヒータを制御するプロセッサと、を備える、
    　紫外線レーザ装置。
  16. 　請求項１４に記載の紫外線レーザ装置であって、
    　前記ファラデー回転子を前記ｙ軸の回りに回転させる回転ステージを備える、
    　紫外線レーザ装置。
  17. 　請求項１４に記載の紫外線レーザ装置であって、
    　前記第２の偏光子と前記増幅器との間に、少なくとも２軸の調整機構を含む光軸調整機構を備える、
    　紫外線レーザ装置。
  18. 　請求項１４に記載の紫外線レーザ装置であって、
    　前記発振段レーザと前記増幅器とのそれぞれは、レーザガスが充填されるチャンバを備える、
    　紫外線レーザ装置。
  19. 　請求項１４に記載の紫外線レーザ装置であって、
    　前記発振段レーザは紫外線固体レーザである、
    　紫外線レーザ装置。
  20. 　電子デバイスの製造方法であって、
    　紫外線波長の直線偏光のパルスレーザ光を出力する発振段レーザと、
    前記パルスレーザ光を増幅して出力する増幅器と、
    前記発振段レーザと前記増幅器との間の光路上に配置される光アイソレータと、を備え、
    　前記光アイソレータは、
    　紫外線波長の直線偏光の入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第１の偏光子と、
    　前記第１の偏光子を透過した光の偏光方向を磁場によって回転させるファラデー材料を含むファラデー回転子と、
    　前記ファラデー回転子を透過した前記入射光に対する規格化透過率が０．９以上の透過軸となるように配置される第２の偏光子とを備え、
    　前記ファラデー材料はフッ化カルシウム結晶であり、
    　前記フッ化カルシウム結晶の結晶軸である［００１］の方向をａ軸、［１００］の方向をｂ軸、［０１０］の方向をｃ軸とするとき、前記ａ軸、前記ｂ軸及び前記ｃ軸の３軸が、前記ｃ軸を中心に第１の角度回転し、前記第１の角度回転した前記ｂ軸を中心に第２の角度回転した軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸とする場合に、
    　前記第１の角度は４０度以上５０度以下であり、
    　前記第２の角度は４５度以上７５度以下であり、
    　前記ｚ軸は、前記第１の偏光子から前記フッ化カルシウム結晶に入射する光の伝搬方向と平行であり、
    　前記第１の偏光子の透過軸と前記ｘ軸との角度差が０度以上４５度以下の範囲になるように、前記フッ化カルシウム結晶が配置される紫外線レーザ装置を用いて前記増幅器により増幅されたレーザ光を生成し、前記増幅された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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