WO2024047871A1 - 狭帯域化レーザ装置、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Definitions

  • the present disclosure relates to a band narrowing laser device and a method for manufacturing an electronic device.
  • a KrF excimer laser device that outputs a laser beam with a wavelength of about 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs a laser beam with a wavelength of about 193 nm are used.
  • the spectral line width of the spontaneous oscillation 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 light such as KrF and ArF laser light, chromatic aberration may occur. As a result, resolution may be reduced. Therefore, it is necessary to narrow the spectral linewidth of the laser beam output from the gas laser device until the chromatic aberration becomes negligible. Therefore, in order to narrow the spectral line width, a line narrowing module (LNM) including a narrowing element (etalon, grating, etc.) is installed in the laser resonator of a gas laser device. There is. A gas laser device whose spectral linewidth is narrowed is called a narrowband gas laser device.
  • LNM line narrowing module
  • a band-narrowing laser device is a laser resonator including an output coupling mirror and a band-narrowing module, wherein the band-narrowing module includes a prism and a grating, and the reflective surface of the grating has a concave shape.
  • a wavefront adjuster including an output coupling mirror, a spectrum detector for measuring the spectral linewidth of the pulsed laser beam output from the output coupling mirror, and a wavefront adjustment based on the measured spectral linewidth.
  • a processor that controls the device.
  • a method for manufacturing an electronic device includes a laser resonator including an output coupling mirror and a band narrowing module, the band narrowing module including a prism and a grating, and a reflecting surface of the grating having a concave shape.
  • a wavefront adjuster including an output coupling mirror, a spectrum detector for measuring the spectral linewidth of the pulsed laser beam output from the output coupling mirror, and a wavefront adjustment based on the measured spectral linewidth.
  • a processor for controlling the device; and a narrowband laser device comprising: a narrowband laser device; Including exposing to light.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of an exposure system in a comparative example.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of a laser device according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of output timing of pulsed laser light.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of spectral line width control in the comparative example.
  • FIG. 5 shows an example of a spectrum waveform for explaining E95.
  • FIG. 6 shows measurement results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in a comparative example.
  • FIG. 7 shows simulation results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in a comparative example.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of an exposure system in a comparative example.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of a laser device according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of output timing of pulsed laser light.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure
  • FIG. 8 schematically shows the configuration of the laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 shows the configuration of the band narrowing module in the first embodiment.
  • FIG. 10 shows the configuration of the wavefront adjuster in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing simulation results of the spectral linewidth of pulsed laser light depending on the g-parameter of the grating and the wavefront adjuster.
  • FIG. 12 shows measurement results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in the first embodiment.
  • FIG. 13 shows simulation results of variations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing the results of a simulation of the relationship between the g parameter of the grating and the pulse energy.
  • FIG. 15 schematically shows the configuration of a laser device in the second embodiment.
  • FIG. 16 schematically shows the configuration of a laser device in the third embodiment.
  • FIG. 17 shows the power oscillator shown in FIG. 16
  • Laser device 1b including master oscillator MO and power oscillator PO 3.1 Configuration 3.2 Operation 3.2.1 Laser control processor 30 3.2.2 Master oscillator MO 3.2.3 Power oscillator PO 3.3 Effect 4. Laser device 1c including a ring resonator 4.1 Configuration 4.2 Operation 4.3 Effect 5. others
  • Comparative Example FIG. 1 schematically shows the configuration of an exposure system in a comparative example.
  • a comparative example of the present disclosure is a form that the applicant recognizes as being known only by the applicant, and is not a publicly known example that the applicant admits.
  • the exposure system includes a laser device 1 and an exposure device 100.
  • Laser device 1 includes a laser control processor 30 .
  • the laser control processor 30 is a processing device that includes a memory 302 in which a control program is stored, and a CPU (central processing unit) 301 that executes the control program.
  • Laser control processor 30 is specifically configured or programmed to perform the various processes included in this disclosure.
  • Laser control processor 30 corresponds to the processor in this disclosure.
  • the laser device 1 corresponds to a band narrowing laser device in the present disclosure, and is configured to output pulsed laser light toward the exposure device 100.
  • the exposure apparatus 100 includes an illumination optical system 101, a projection optical system 102, and an exposure control processor 110.
  • Illumination optical system 101 illuminates a reticle pattern of a reticle (not shown) placed on reticle stage RT with pulsed laser light incident from laser device 1 .
  • the projection optical system 102 reduces and projects the pulsed laser light that has passed through the reticle, and forms 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 a resist film.
  • the exposure control processor 110 is a processing device that includes a memory 112 that stores a control program, and a CPU 111 that executes the control program. Exposure control processor 110 is specifically configured or programmed to perform various processes included in this disclosure. The exposure control processor 110 controls the exposure apparatus 100 and transmits and receives various data and signals to and from the laser control processor 30 .
  • Exposure Apparatus 100 transmits setting data of the target spectral linewidth and target pulse energy, and a trigger signal to the laser control processor 30.
  • Laser control processor 30 controls laser device 1 according to these data and signals.
  • Exposure control processor 110 synchronously moves reticle stage RT and workpiece table WT in parallel in opposite directions. As a result, the workpiece is exposed to pulsed laser light that reflects the reticle pattern. The reticle pattern is transferred onto the semiconductor wafer through such an exposure process. After that, an electronic device can be manufactured through a plurality of steps.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of a laser device 1 according to a comparative example.
  • the laser device 1 includes a laser chamber 10, a discharge electrode 11a, a power supply 12, a band narrowing module 14, a wavefront adjuster 15a, a monitor module 16, and a laser control processor 30.
  • the laser device 1 is connectable to an exposure device 100.
  • the wavefront adjuster 15a includes an output coupling mirror, and the output coupling mirror and the band narrowing module 14 constitute a laser resonator.
  • the laser chamber 10 is placed in the optical path of the laser resonator. Windows 10a and 10b are provided at both ends of the laser chamber 10.
  • a discharge electrode 11a and a paired discharge electrode are arranged inside the laser chamber 10.
  • a discharge electrode (not shown) is positioned so as to overlap the discharge electrode 11a in the direction of the V axis perpendicular to the paper surface.
  • the direction of the V-axis corresponds to the first direction in the present disclosure.
  • the laser chamber 10 is filled with a laser gas containing, for example, argon gas or krypton gas as a rare gas, fluorine gas as a halogen gas, and neon gas as a buffer gas.
  • the power source 12 includes a switch 13 and is connected to the discharge electrode 11a and a charger (not shown).
  • Band narrowing module 14 includes a plurality of prisms 14a and 14b and a grating 14c.
  • the prisms 14a and 14b are arranged in this order on the optical path of the light emitted from the window 10a.
  • the surfaces of prisms 14a and 14b through which light enters and exits are both parallel to the V-axis.
  • the grating 14c is placed in the optical path of the light that has passed through the prisms 14a and 14b.
  • the direction of the grooves of the grating 14c is parallel to the V axis.
  • the wavefront adjuster 15a includes a cylindrical convex lens 15b and a cylindrical concave lens 15c.
  • the cylindrical convex lens 15b is a cylindrical plano-convex lens that includes a flat surface on which a partially reflective film is formed and a convex surface opposite to this flat surface.
  • the focal axis of the cylindrical convex lens 15b is parallel to the V-axis.
  • the cylindrical concave lens 15c is a cylindrical plano-concave lens that includes a flat surface and a concave surface opposite to the flat surface.
  • the focal axis of the cylindrical concave lens 15c is parallel to the V-axis.
  • the cylindrical concave lens 15c is supported by a linear stage 15d.
  • the linear stage 15d includes an actuator (not shown) that moves the cylindrical concave lens 15c along the optical path of the laser resonator, and a driver (not shown) that drives the actuator in response to a control signal from the laser control processor 30.
  • the convex surface of the cylindrical convex lens 15b and the concave surface of the cylindrical concave lens 15c face each other.
  • the flat surface of the cylindrical convex lens 15b constitutes an output coupling mirror
  • the convex surface of the cylindrical convex lens 15b and the cylindrical concave lens 15c constituting the wavefront adjuster 15a are located between the output coupling mirror and the laser chamber 10.
  • the cylindrical convex lens and the output coupling mirror may be composed of separate optical components.
  • the wavefront adjuster 15a includes an output coupling mirror that is formed of a flat substrate or a wedge substrate and has a partially reflective film, and a partially reflective film that is located between the output coupling mirror and the laser chamber 10.
  • Monitor module 16 The monitor module 16 is located on the optical path of the pulsed laser beam output from the output coupling mirror included in the wavefront adjuster 15a. Monitor module 16 includes beam splitters 16a and 16b, an energy detector 16c, and a spectrum detector 16d.
  • the beam splitter 16a is located in the optical path of the pulsed laser beam output from the output coupling mirror.
  • the beam splitter 16a is configured to transmit a part of the pulsed laser light toward the exposure apparatus 100 with high transmittance, and reflect the other part.
  • Beam splitter 16b is located in the optical path of the pulsed laser beam reflected by beam splitter 16a.
  • Energy detector 16c is located in the optical path of the pulsed laser beam reflected by beam splitter 16b.
  • the spectrum detector 16d is located on the optical path of the pulsed laser beam that has passed through the beam splitter 16b.
  • the spectrum detector 16d includes an etalon and a light distribution sensor (not shown).
  • Laser control processor 30 Based on the target pulse energy setting data received from the exposure control processor 110, the laser control processor 30 transmits setting data for the applied voltage to be applied to the discharge electrode 11a to the power source 12. Laser control processor 30 transmits a control signal to linear stage 15d included in wavefront adjuster 15a based on the target spectral linewidth setting data received from exposure control processor 110. Further, the laser control processor 30 transmits an oscillation trigger signal based on the trigger signal received from the exposure control processor 110 to the switch 13 included in the power supply 12.
  • Light generated inside the laser chamber 10 is emitted to the outside of the laser chamber 10 via windows 10a and 10b.
  • the light emitted from the window 10a of the laser chamber 10 has its beam width expanded by the prisms 14a and 14b, and then enters the grating 14c.
  • Light that enters the grating 14c from the prisms 14a and 14b is reflected by the plurality of grooves in the grating 14c, and is diffracted in a direction according to the wavelength of the light.
  • Prisms 14a and 14b reduce the beam width of the diffracted light from grating 14c and return the light to laser chamber 10 via window 10a.
  • the output coupling mirror included in the wavefront adjuster 15a transmits a part of the light emitted from the window 10b of the laser chamber 10 and outputs it, and reflects the other part and sends it to the laser chamber 10 through the window 10b. Return to inside.
  • the light emitted from the laser chamber 10 travels back and forth between the band narrowing module 14 and the output coupling mirror, and is amplified every time it passes through the discharge space inside the laser chamber 10.
  • This light is band-narrowed every time it is returned by the band-narrowing module 14.
  • the light thus laser oscillated and narrowed in band is output from the output coupling mirror as a pulsed laser light.
  • the repetition frequency of the pulsed laser beam is the same as the repetition frequency of the high voltage pulse applied to the discharge electrode 11a, and this repetition frequency changes according to the repetition frequency of the trigger signal received from the exposure apparatus 100.
  • Monitor module 16 The energy detector 16c detects the pulse energy of the pulsed laser beam and outputs pulse energy data to the laser control processor 30.
  • the pulse energy data is used by the laser control processor 30 to feedback control the setting data of the applied voltage applied to the discharge electrode 11a.
  • interference fringes formed by an etalon are measured by a light distribution sensor (not shown), and a fringe waveform representing the light intensity distribution of the interference fringes is generated.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of output timing of pulsed laser light.
  • the laser device 1 performs laser oscillation at a repetition frequency of a certain value or higher over a certain period of time in accordance with a trigger signal from the exposure control processor 110. Performing laser oscillation at a repetition frequency higher than a certain value and outputting pulsed laser light is called "burst oscillation.”
  • the laser device 1 stops burst oscillation. Thereafter, the laser device 1 performs burst oscillation again in accordance with the trigger signal from the exposure control processor 110.
  • the period between the first burst oscillation and the subsequent second burst oscillation is referred to as a "rest period”.
  • the period in which the burst oscillation is performed corresponds to, for example, the period in which one exposure area of the semiconductor wafer is exposed in the exposure apparatus 100.
  • the pause period corresponds to, for example, a period in which the imaging position of a reticle pattern is moved from one exposure area to another in the exposure apparatus 100 or a period in which a semiconductor wafer is replaced.
  • the linear stage 15d included in the wavefront adjuster 15a controls the laser chamber 10 and the cylindrical convex lens 15b according to the control signal output from the laser control processor 30.
  • the cylindrical concave lens 15c is moved along the optical path between.
  • the wavefront of the light traveling from the wavefront adjuster 15a to the band narrowing module 14 changes.
  • the spectral linewidth of the pulsed laser light changes.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of spectral line width control in the comparative example. The process shown in FIG. 4 is executed every time several pulses to several tens of pulses of pulsed laser light are output.
  • laser control processor 30 receives a target spectral linewidth from exposure apparatus 100.
  • the laser control processor 30 calculates the spectral line width based on the fringe waveform data output from the spectrum detector 16d. Specifically, the laser control processor 30 extracts a portion of the fringe waveform that corresponds to the free spectral range of the etalon. A portion of the waveform extracted from the fringe waveform shows the relationship between the distance from the center of the concentric circles forming the interference fringe and the light intensity. Next, the laser control processor 30 acquires a spectral waveform by coordinately transforming this waveform into a relationship between wavelength and light intensity. Laser control processor 30 calculates the spectral linewidth based on the spectral waveform. The spectral line width may be the full width at half maximum or may be an index called E95.
  • FIG. 5 shows an example of a spectrum waveform for explaining E95.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates wavelength, and the vertical axis indicates light intensity.
  • the full width of the portion that occupies 95% of the total energy of this spectrum around the center wavelength ⁇ 0 is defined as E95.
  • the laser control processor 30 calculates the difference ⁇ between the received target spectral linewidth and the calculated spectral linewidth.
  • the laser control processor 30 sends a control signal to the wavefront adjuster 15a based on the difference ⁇ .
  • the spectral line width of the pulsed laser beam is feedback-controlled.
  • the laser control processor 30 determines whether to end the control of the spectral linewidth. For example, when burst oscillation in which pulsed laser light is output at a constant repetition frequency ends and a rest period begins, control of the spectral line width is ended. When terminating the control of the spectral line width (S5: YES), the laser control processor 30 terminates the processing of this flowchart. If the control of the spectral linewidth is not finished (S5: NO), the laser control processor 30 returns the process to S1 and repeats the above-described operation.
  • FIG. 6 shows measurement results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in a comparative example. Fluctuations in spectral linewidth are measured by the following procedure. First, a first burst oscillation is performed with the repetition frequency of the pulsed laser beam set to 6000 Hz, and the spectral linewidth is controlled using the wavefront adjuster 15a. Thereafter, the control of the spectral line width using the wavefront adjuster 15a is stopped, and the repetition frequency of the pulsed laser beam is set to, for example, 4500 Hz, and a second burst oscillation is performed following the first burst oscillation.
  • the difference between the target spectral linewidth in the first burst oscillation and the average value of the spectral linewidths of a predetermined number of pulses from the first pulse in the second burst oscillation is defined as a variation in the spectral linewidth.
  • a change in the spectral linewidth is measured by switching to another repetition frequency.
  • FIG. 6 it is shown that the spectral line width fluctuated by 50 fm at the maximum due to a change in the repetition frequency of the pulsed laser beam.
  • the maximum value of spectral linewidth fluctuation due to a change in repetition frequency is hereinafter referred to as fluctuation width.
  • FIG. 7 shows simulation results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in a comparative example.
  • the fluctuation width of the spectral line width due to a change in the repetition frequency of the pulsed laser beam is 59 fm.
  • acoustic waves are generated inside the laser chamber 10.
  • the acoustic wave is a gas density wave, and when the acoustic wave reaches the optical path of the laser resonator inside the laser chamber 10, a refractive index distribution occurs in the optical path due to the gas density. Due to the refractive index distribution of the optical path, the wavefront of the light toward the band narrowing module 14 changes, and the spectral line width of the pulsed laser light changes.
  • the relationship between the timing at which the acoustic wave arrives on the optical path and the timing at which the light passes through depends on the repetition frequency of the pulsed laser beam, so changing the repetition frequency of the pulsed laser beam will change the spectral linewidth of the pulsed laser beam. Conceivable.
  • the spectral linewidth is feedback-controlled using the wavefront adjuster 15a, but the spectral linewidth changes significantly at the timing of switching the repetition frequency of the pulsed laser beam, and then the spectral linewidth is controlled by feedback control. It may take time to converge to the target spectral linewidth.
  • the repetition frequency of the pulsed laser beam is changed, for example, in the following cases.
  • (a) When the repetition frequency of the trigger signal received from the exposure control processor 110 changes (b) When the repetition frequency is changed when aligning the laser device 1 and returned to the original repetition frequency after the alignment is completed (c) ) When changing the repetition frequency when calibrating the laser device 1 and returning to the original repetition frequency after calibration is completed
  • the embodiments described below are related to suppressing fluctuations in spectral line width when the repetition frequency of pulsed laser light is changed.
  • FIG. 8 schematically shows the configuration of the laser device 1a according to the first embodiment.
  • the band narrowing module 14 included in the laser device 1a includes a grating 14c having a concave reflective surface.
  • a grating bending mechanism including a holder 14d, an expandable portion 14e, and support portions 14f and 14g may be provided.
  • FIG. 9 shows the configuration of the band narrowing module 14 in the first embodiment.
  • a holder 14d included in the grating bending mechanism is located opposite the back surface of the grating 14c, and support parts 14f and 14g support both ends of the grating 14c.
  • the extensible part 14e located between the support parts 14f and 14g includes, for example, a bolt, and can adjust the curvature of the reflective surface 14h of the grating 14c by adjusting the distance between the central part of the grating 14c and the holder 14d. It is configured. When the interval is narrowed, the reflective surface 14h becomes concave, and when the interval is widened, the reflective surface 14h becomes convex.
  • the grating 14c includes a plurality of grooves and ridge lines parallel to the V-axis, and these grooves and ridge lines are arranged alternately in a direction perpendicular to the V-axis.
  • the curved surface including these ridgelines that is, the surface of the grating 14c created when all the grooves of the grating 14c are filled, is defined as the reflective surface 14h of the grating 14c.
  • the reflective surface 14h may be a part of a cylinder curved in a plane perpendicular to the V-axis, and the radius of this cylinder is defined as the radius of curvature R_Grating.
  • the radius of curvature R_Grating of the reflective surface 14h can be calculated from the measurement results obtained by measuring the wavefront of the light diffracted by the grating 14c and directed toward the prism 14b using a wavefront measuring instrument (not shown).
  • a wavefront measuring instrument GPI-XP manufactured by Zygo Corporation of the United States can be used.
  • g_Grating 1-(L ⁇ M 2 )/(R_Grating ⁇ cos ⁇ )
  • the g parameter g_Grating has a value smaller than 1.
  • the optical path length L between the principal points of the grating 14c and the wavefront adjuster 15a is 1 ⁇ 10 3 mm
  • the beam expansion factor M of the prisms 14a and 14b is 40 times
  • the radius of curvature R_Grating of the reflecting surface 14h is 1 ⁇
  • the g parameter g_Grating is approximately 0.53.
  • the g parameter g_Grating has a value larger than 1.
  • FIG. 10 shows the configuration of the wavefront adjuster 15a in the first embodiment.
  • the focal axis of the cylindrical concave lens 15c is F1
  • the focal length is f1
  • the focal axis of the cylindrical convex lens 15b is F2
  • the focal length is f2
  • the distance between the principal points of the cylindrical concave lens 15c and the cylindrical convex lens 15b is d.
  • the g parameter g_EFM of the wavefront adjuster 15a is calculated as follows.
  • the combined focal length f_EFM1 from the laser chamber 10 to the partially reflective film 15e is as follows.
  • f_EFM1 (f1 ⁇ f2)/(f1+f2-d)
  • the composite focal length f_EFM2 from the partial reflection film 15e to the laser chamber 10 is the same as the composite focal length f_EFM1.
  • f_EFM2 f_EFM1
  • the combined focal length f_EFM of the wavefront adjuster 15a is as follows.
  • f_EFM (f_EFM1 ⁇ f_EFM1)/(f_EFM1+f_EFM1+ ⁇ 1- ⁇ 2)
  • ⁇ 1 is the distance between the cylindrical concave lens 15c and the image-side principal point, and is calculated by the following formula.
  • ⁇ 1 f_EFM1 ⁇ d/f2
  • ⁇ 2 f_EFM1 ⁇ d/f1
  • the g parameter g_EFM has a value smaller than 1.
  • the focal length f2 of the cylindrical convex lens 15b is smaller than the sum of the absolute value of the focal length f1 of the cylindrical concave lens 15c and the distance d between the principal points of the cylindrical concave lens 15c and the cylindrical convex lens 15b
  • the g parameter g_EFM has a value smaller than 1.
  • the focal length f2 is larger than the sum of the absolute value of the focal length f1 and the distance d
  • the g parameter g_EFM takes a value larger than 1.
  • FIG. 11 is a graph showing the simulation results of the spectral linewidth of pulsed laser light according to the g-parameters g_Grating and g_EFM of the grating 14c and the wavefront adjuster 15a.
  • the horizontal axis in FIG. 11 indicates the g parameter g_Grating of the grating 14c, and the vertical axis indicates the g parameter g_EFM of the wavefront adjuster 15a.
  • Contours of the spectral linewidth for each combination of these g parameters are shown in the graph. Contour lines are drawn alternately as solid lines and dotted lines every 0.0375 pm.
  • the g parameter g_Grating of the grating 14c is 1.
  • the g parameter g_Grating is fixed to 1 and the g parameter g_EFM of the wavefront adjuster 15a is changed, the spectral linewidth of the pulsed laser beam changes.
  • the reflective surface of the grating 14c is concave, and the g parameter g_Grating of the grating 14c is less than 1.
  • the g parameter g_Grating is made smaller than 1, the interval between the contour lines of the spectral linewidth becomes wider. That is, the stability of the spectral linewidth increases when the g parameter g_EFM of the wavefront adjuster 15a is changed. It is thought that the stability of the spectral linewidth is similarly increased when a refractive index distribution occurs in the optical path of the laser resonator due to acoustic waves.
  • the spectral line width of the pulsed laser beam can take a value from 0.15 pm to 0.75 pm, but the spectral line width is preferably 0.15 pm or more and 0.5 pm or less.
  • FIG. 12 shows measurement results of fluctuations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in the first embodiment.
  • the g parameter g_Grating of the grating 14c is set to 0.4.
  • FIG. 12 it is shown that the fluctuation width of the spectral line width due to the change in the repetition frequency of the pulsed laser beam was 37 fm.
  • FIG. 13 shows simulation results of variations in spectral line width according to the repetition frequency of pulsed laser light in the first embodiment.
  • the g parameter g_Grating of the grating 14c is set to 0.4.
  • the fluctuation width of the spectral line width due to the change in the repetition frequency of the pulsed laser beam is 34 fm.
  • FIG. 14 is a graph showing the result of simulating the relationship between the g parameter g_Grating of the grating 14c and pulse energy.
  • the target spectral line width when simulating pulse energy was 0.3 pm.
  • FIG. 14 also shows the fluctuation range of the spectral line width due to the change in the repetition frequency of the pulsed laser beam.
  • the horizontal axis of FIG. 14 shows the g parameter g_Grating of the grating 14c, and the vertical axis shows the relative value of the pulse energy with respect to the pulse energy when g_Grating is set to 1, or the fluctuation width of the spectral line width.
  • the pulse energy reaches a peak when the g parameter g_Grating is 0.4 or more and less than 0.5, and the pulse energy becomes low even if the g parameter g_Grating is larger or smaller than that range.
  • the pulse energy when the g parameter g_Grating is 0.2 is approximately the same as the pulse energy when the g parameter g_Grating is 1.
  • the g parameter g_Grating becomes less than 0.2 or more than 1.0, the proportion of light incident on the wavefront adjuster 15a among the light diffracted by the grating 14c decreases, leaking to the outside of the laser resonator and reducing the pulse energy. is expected to decrease. Therefore, the g parameter g_Grating is preferably 0.2 or more and less than 1.0, more preferably 0.4 or more and less than 0.5.
  • the laser device 1a includes a laser resonator, a laser chamber 10, a power source 12, a wavefront adjuster 15a, a spectrum detector 16d, and a laser control processor.
  • the laser resonator includes an output coupling mirror constituted by a flat surface of a cylindrical convex lens 15b, and a band narrowing module 14.
  • the band narrowing module 14 includes prisms 14a and 14b and a grating 14c.
  • the reflective surface 14h is concave.
  • the laser chamber 10 includes a discharge electrode 11a and a discharge electrode paired therewith, and is arranged in the optical path of the laser resonator.
  • the power source 12 is configured to apply high voltage pulses to the discharge electrode 11a, and the repetition frequency of the high voltage pulses is variable.
  • Wavefront adjuster 15a includes an output coupling mirror.
  • the spectrum detector 16d generates a fringe waveform to measure the spectral linewidth of the pulsed laser beam output from the output coupling mirror and reflected by the beam splitter 16a.
  • Laser control processor 30 controls wavefront adjuster 15a based on the measured spectral linewidth. According to this, by forming the reflective surface 14h into a concave shape, fluctuations in the spectral linewidth due to changes in the repetition frequency of the pulsed laser beam are suppressed, and the spectral linewidth is stabilized.
  • the radius of curvature of the reflective surface 14h of the grating 14c is R_Grating
  • the incident angle of the light incident on the grating 14c from the prisms 14a and 14b is ⁇
  • the wavefront from the principal point of the grating 14c is
  • the optical path length to the principal point of the adjuster 15a is L
  • the beam expansion rate by the prisms 14a and 14b is M
  • g_Grating 1-(L ⁇ M 2 )/(R_Grating ⁇ cos ⁇ )
  • the value of g_Grating calculated by the formula is 0.2 or more and less than 1.0. According to this, it is possible to stabilize the spectral line width and suppress a decrease in pulse energy.
  • the value of g_Grating is 0.4 or more and less than 0.5. According to this, it is possible to stabilize the spectral line width and obtain high pulse energy.
  • the laser control processor 30 g_EFM 1-L/(2 ⁇ f_EFM)
  • the wavefront adjuster 15a is controlled so that g_EFM calculated by the equation is larger than the value of g_Grating.
  • the target spectral linewidth can be achieved by increasing the g parameter g_EFM of the wavefront adjuster 15a by an amount corresponding to decreasing the g parameter g_Grating of the grating 14c.
  • the laser control processor 30 controls the wavefront adjuster 15a so that the spectral line width measured using the spectrum detector 16d is 0.15 pm or more and 0.5 pm or less.
  • the g parameter g_Grating of the grating 14c is 0.2 or more and less than 1.0. According to this, by setting the spectral line width to 0.15 pm or more and 0.5 pm or less, and setting the g parameter g_Grating of the grating 14c to 0.2 or more and less than 1.0, the spectral line width is stabilized and the pulse energy can suppress the decline in
  • the grating 14c includes a plurality of grooves in the V-axis direction, and the reflective surface 14h has a concave shape curved in a plane perpendicular to the V-axis direction. According to this, the spectral linewidth can be stabilized by adjusting the wavefront shape in a plane perpendicular to the V-axis direction.
  • the surface of the prism 14a from which light traveling back and forth in the laser resonator enters the prism 14a and exits from the prism 14a, and the surface of the prism 14b from which light enters the prism 14b and exits from the prism 14b. is parallel to the direction of the V axis. According to this, the beam width in a plane perpendicular to the V-axis direction is expanded by the prisms 14a and 14b, and the beam is made incident on the grating 14c, thereby making it possible to narrow the spectral line width.
  • the wavefront adjuster 15a includes the cylindrical convex lens 15b having the focal axis F2 parallel to the V-axis direction and the cylindrical concave lens 15c having the focal axis F1 parallel to the V-axis direction. include. According to this, the spectral linewidth can be controlled by adjusting the wavefront shape in a plane perpendicular to the V-axis direction.
  • the wavefront adjuster 15a includes a cylindrical convex lens 15b, a cylindrical concave lens 15c, and a linear stage 15d.
  • Cylindrical convex lens 15b includes a flat surface constituting an output coupling mirror and a convex surface located between this flat surface and laser chamber 10.
  • the cylindrical concave lens 15c is located on the optical path between the cylindrical convex lens 15b and the laser chamber 10.
  • the linear stage 15d moves the cylindrical concave lens 15c. According to this, since the cylindrical concave lens 15c is moved, the wavefront can be adjusted and the spectral linewidth can be controlled without changing the resonator length.
  • the band narrowing module 14 includes a grating bending mechanism that includes a holder 14d that adjusts the curvature of the grating 14c, an expandable portion 14e, and support portions 14f and 14g. According to this, the curvature of the reflective surface 14h of the grating 14c can be adjusted to an appropriate value.
  • the first embodiment is similar to the comparative example.
  • FIG. 15 schematically shows the configuration of a laser device 1b in the second embodiment.
  • Laser device 1b includes a master oscillator MO, a power oscillator PO, a monitor module 16, a laser control processor 30, and high reflection mirrors 31 and 32.
  • the configuration of the laser control processor 30 is similar to the corresponding configuration in the first embodiment.
  • the master oscillator MO includes a laser chamber 10, a discharge electrode 11a, a band narrowing module 14, and a wavefront adjuster 15a. These configurations are similar to the corresponding configurations in the first embodiment, and the reflective surface of the grating 14c included in the band narrowing module 14 is concave.
  • FIG. 15 shows a discharge electrode 11b paired with a discharge electrode 11a. In FIG. 15, illustration of the power supply 12 is omitted.
  • the high reflection mirrors 31 and 32 are placed in the optical path of the pulsed laser beam B1 output from the master oscillator MO.
  • the high reflection mirrors 31 and 32 are configured so that their positions and orientations can be changed by respective actuators (not shown).
  • the high reflection mirrors 31 and 32 constitute a beam steering unit for adjusting the incident position and direction of the pulsed laser beam B1 on the power oscillator PO.
  • the power oscillator PO is placed in the optical path of the pulsed laser beam B1 that has passed through the beam steering unit.
  • Power oscillator PO includes a laser chamber 20, a discharge electrode 21a and a discharge electrode 21b paired therewith, a rear mirror 24, and an output coupling mirror 25.
  • the rear mirror 24 is made of a material that transmits the pulsed laser beam B1, and one surface thereof is coated with a partially reflective film. The same applies to the output coupling mirror 25. However, the reflectance of the rear mirror 24 is set higher than the reflectance of the output coupling mirror 25.
  • the rear mirror 24 and the output coupling mirror 25 constitute a laser resonator.
  • Laser chamber 20 is placed in the optical path of the laser resonator. Windows 20a and 20b are provided at both ends of the laser chamber 20.
  • the above-mentioned components of the power oscillator PO are similar to the corresponding components of the master oscillator MO.
  • the monitor module 16 is placed in the optical path of the pulsed laser beam B2 output from the output coupling mirror 25.
  • the configuration of the monitor module 16 is similar to the corresponding configuration in the first embodiment. In FIG. 15, illustration of the energy detector 16c and beam splitter 16b is omitted.
  • Laser control processor 30 receives from exposure control processor 110 setting data for the first target pulse energy of pulsed laser light B2 output from power oscillator PO. Laser control processor 30 further sets a second target pulse energy of pulsed laser light B1 output from master oscillator MO.
  • Laser control processor 30 transmits setting data for applied voltages to the respective power supplies of master oscillator MO and power oscillator PO based on the first and second target pulse energies. Laser control processor 30 transmits first and second oscillation trigger signals based on the trigger signal received from exposure control processor 110 to switches included in the power supplies of master oscillator MO and power oscillator PO, respectively.
  • the power source included in the master oscillator MO is connected so that the timing at which discharge occurs inside the laser chamber 20 and the timing at which the pulsed laser beam B1 outputted from the master oscillator MO enters the inside of the laser chamber 20 are synchronized.
  • a delay time of the second oscillation trigger signal to the power supply included in the power oscillator PO with respect to the first oscillation trigger signal is set.
  • the pulsed laser beam B1 reciprocates between the rear mirror 24 and the output coupling mirror 25, and is amplified every time it passes through the discharge space inside the laser chamber 20.
  • the amplified pulsed laser beam B2 is output from the output coupling mirror 25.
  • the second embodiment by amplifying the pulsed laser beam B1 output from the master oscillator MO, it is possible to output the pulsed laser beam B2 having high pulse energy toward the exposure apparatus 100. can.
  • the spectral linewidth of the pulsed laser beam B2 depends on the spectral linewidth of the pulsed laser beam B1.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment.
  • FIG. 16 schematically shows the configuration of a laser device 1c in the third embodiment.
  • FIG. 17 shows the power oscillator PO shown in FIG. 16 viewed from a different direction from that shown in FIG.
  • Laser device 1c includes a master oscillator MO, a power oscillator PO, a monitor module 16, a laser control processor 30, and high reflection mirrors 31 and 32.
  • the configuration of the master oscillator MO is similar to the corresponding configuration in the second embodiment, and the reflective surface of the grating 14c included in the band narrowing module 14 is concave.
  • Power oscillator PO includes a laser chamber 20, high reflection mirrors 26a to 26c, an output coupling mirror 27, and a high reflection mirror 33.
  • the configurations of the laser chamber 20, the windows 20a and 20b provided therein, and the pair of discharge electrodes 21a and 21b are similar to the corresponding configurations in the second embodiment.
  • the output coupling mirror 27 and the high reflection mirror 26a are arranged outside the laser chamber 20 and near the window 20a.
  • High reflective mirrors 26b and 26c are located outside of laser chamber 20 and near window 20b.
  • a laser resonator composed of the high reflection mirrors 26a to 26c and the output coupling mirror 27 is called a ring resonator.
  • the pulsed laser beam B1 output from the master oscillator MO is reflected by the high reflection mirrors 31, 32, and 33 in this order, and is reflected from the outside of the laser resonator of the power oscillator PO to the output coupling mirror 27 by approximately - It is incident in the H direction.
  • the pulsed laser beam B1 that enters the laser resonator via the output coupling mirror 27 is reflected by the high reflection mirrors 26a, 26b, and 26c in this order, is amplified when passing through the discharge space, and is reflected in the laser resonator.
  • the light enters the output coupling mirror 27 from the inside in the Z direction.
  • a part of the pulsed laser beam B1 incident on the output coupling mirror 27 in the Z direction is reflected approximately in the -H direction, and is again reflected and amplified by the high reflection mirrors 26a, 26b, and 26c.
  • the other part of the pulsed laser beam B1 incident on the output coupling mirror 27 in the Z direction is transmitted and output toward the exposure apparatus 100 as a pulsed laser beam B2.
  • the third embodiment since return light from the power oscillator PO toward the master oscillator MO is less likely to occur, the master oscillator MO can be stably operated.
  • the third embodiment is similar to the second embodiment.

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Abstract

狭帯域化レーザ装置は、出力結合ミラー及び狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器であって、狭帯域化モジュールがプリズム及びグレーティングを含み、グレーティングの反射面が凹面状である、レーザ共振器と、一対の放電電極を含み、レーザ共振器の光路に配置されたレーザチャンバと、放電電極に高電圧パルスを印加する電源であって、高電圧パルスの繰り返し周波数が可変である電源と、出力結合ミラーを含む波面調節器と、出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためのスペクトル検出器と、計測されたスペクトル線幅に基づいて波面調節器を制御するプロセッサと、を備える。

Description

狭帯域化レーザ装置、及び電子デバイスの製造方法
　本開示は、狭帯域化レーザ装置、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。たとえば、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させ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 Narrowing Module：ＬＮＭ）が備えられる場合がある。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。
米国特許出願公開第２００７／０１４３２６号明細書 米国特許第６５２６０８６号明細書
概要
　本開示の１つの観点に係る狭帯域化レーザ装置は、出力結合ミラー及び狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器であって、狭帯域化モジュールがプリズム及びグレーティングを含み、グレーティングの反射面が凹面状である、レーザ共振器と、一対の放電電極を含み、レーザ共振器の光路に配置されたレーザチャンバと、放電電極に高電圧パルスを印加する電源であって、高電圧パルスの繰り返し周波数が可変である電源と、出力結合ミラーを含む波面調節器と、出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためのスペクトル検出器と、計測されたスペクトル線幅に基づいて波面調節器を制御するプロセッサと、を備える。
　本開示の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、出力結合ミラー及び狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器であって、狭帯域化モジュールがプリズム及びグレーティングを含み、グレーティングの反射面が凹面状である、レーザ共振器と、一対の放電電極を含み、レーザ共振器の光路に配置されたレーザチャンバと、放電電極に高電圧パルスを印加する電源であって、高電圧パルスの繰り返し周波数が可変である電源と、出力結合ミラーを含む波面調節器と、出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためのスペクトル検出器と、計測されたスペクトル線幅に基づいて波面調節器を制御するプロセッサと、を備える狭帯域化レーザ装置によってパルスレーザ光を生成し、パルス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パルス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、比較例における露光システムの構成を概略的に示す。 図２は、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図３は、パルスレーザ光の出力タイミングの例を示すグラフである。 図４は、比較例におけるスペクトル線幅制御の手順を示すフローチャートである。 図５は、Ｅ９５について説明するためのスペクトル波形の例を示す。 図６は、比較例におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動の計測結果を示す。 図７は、比較例におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動のシミュレーション結果を示す。 図８は、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す。 図９は、第１の実施形態における狭帯域化モジュールの構成を示す。 図１０は、第１の実施形態における波面調節器の構成を示す。 図１１は、グレーティング及び波面調節器のｇパラメータに応じたパルスレーザ光のスペクトル線幅のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１２は、第１の実施形態におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動の計測結果を示す。 図１３は、第１の実施形態におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動のシミュレーション結果を示す。 図１４は、グレーティングのｇパラメータとパルスエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図１５は、第２の実施形態におけるレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１６は、第３の実施形態におけるレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１７は、図１６に示されるパワーオシレータを図１６と異なる方向から見た様子を示す。
実施形態
＜内容＞
１．比較例
　１．１　露光装置１００の構成
　１．２　露光装置１００の動作
　１．３　レーザ装置１の構成
　　１．３．１　レーザ共振器
　　１．３．２　モニタモジュール１６
　１．４　レーザ装置１の動作
　　１．４．１　レーザ制御プロセッサ３０
　　１．４．２　レーザ発振
　　１．４．３　モニタモジュール１６
　　１．４．４　バースト発振
　　１．４．５　スペクトル線幅制御
　１．５　比較例の課題
２．凹面状のグレーティング１４ｃを含むレーザ装置１ａ
　２．１　構成
　２．２　グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ
　２．３　波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭ
　２．４　ｇパラメータとスペクトル線幅との関係
　２．５　ｇパラメータとパルスエネルギーとの関係
　２．６　作用
３．マスターオシレータＭＯ及びパワーオシレータＰＯを含むレーザ装置１ｂ
　３．１　構成
　３．２　動作
　　３．２．１　レーザ制御プロセッサ３０
　　３．２．２　マスターオシレータＭＯ
　　３．２．３　パワーオシレータＰＯ
　３．３　作用
４．リング共振器を含むレーザ装置１ｃ
　４．１　構成
　４．２　動作
　４．３　作用
５．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
　図１は、比較例における露光システムの構成を概略的に示す。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。
　露光システムは、レーザ装置１と、露光装置１００と、を含む。レーザ装置１は、レーザ制御プロセッサ３０を含む。レーザ制御プロセッサ３０は、制御プログラムが記憶されたメモリ３０２と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（central processing unit）３０１と、を含む処理装置である。レーザ制御プロセッサ３０は本開示に含まれる各種処理を実行するために特別に構成又はプログラムされている。レーザ制御プロセッサ３０は本開示におけるプロセッサに相当する。レーザ装置１は、本開示における狭帯域化レーザ装置に相当し、パルスレーザ光を露光装置１００に向けて出力するように構成されている。
　１．１　露光装置１００の構成
　露光装置１００は、照明光学系１０１と、投影光学系１０２と、露光制御プロセッサ１１０と、を含む。
　照明光学系１０１は、レーザ装置１から入射したパルスレーザ光によって、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１０２は、レチクルを透過したパルスレーザ光を、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。ワークピースはレジスト膜が塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
　露光制御プロセッサ１１０は、制御プログラムが記憶されたメモリ１１２と、制御プログラムを実行するＣＰＵ１１１と、を含む処理装置である。露光制御プロセッサ１１０は本開示に含まれる各種処理を実行するために特別に構成又はプログラムされている。露光制御プロセッサ１１０は、露光装置１００の制御を統括するとともに、レーザ制御プロセッサ３０との間で各種データ及び各種信号を送受信する。
　１．２　露光装置１００の動作
　露光制御プロセッサ１１０は、目標スペクトル線幅及び目標パルスエネルギーの設定データ、及びトリガ信号をレーザ制御プロセッサ３０に送信する。レーザ制御プロセッサ３０は、これらのデータ及び信号に従ってレーザ装置１を制御する。
　露光制御プロセッサ１１０は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して互いに逆方向に平行移動させる。これにより、レチクルパターンを反映したパルスレーザ光でワークピースが露光される。
　こ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が転写される。その後、複数の工程を経ることで電子デバイスを製造することができる。
　１．３　レーザ装置１の構成
　図２は、比較例に係るレーザ装置１の構成を概略的に示す。レーザ装置１は、レーザチャンバ１０と、放電電極１１ａと、電源１２と、狭帯域化モジュール１４と、波面調節器１５ａと、モニタモジュール１６と、レーザ制御プロセッサ３０と、を含む。レーザ装置１は露光装置１００に接続可能とされている。
　　１．３．１　レーザ共振器
　波面調節器１５ａは出力結合ミラーを含み、この出力結合ミラーと狭帯域化モジュール１４とで、レーザ共振器が構成される。レーザチャンバ１０は、レーザ共振器の光路に配置されている。レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられている。レーザチャンバ１０の内部に、放電電極１１ａ及びこれと対をなす図示しない放電電極が配置されている。図示しない放電電極は、紙面に垂直なＶ軸の方向において放電電極１１ａと重なるように位置している。Ｖ軸の方向は本開示における第１方向に相当する。レーザチャンバ１０には、例えばレアガスとしてアルゴンガス又はクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザガスが封入される。
　電源１２は、スイッチ１３を含むとともに、放電電極１１ａと図示しない充電器とに接続されている。
　狭帯域化モジュール１４は、複数のプリズム１４ａ及び１４ｂとグレーティング１４ｃとを含む。プリズム１４ａ及び１４ｂは、ウインドウ１０ａから出射した光の光路にこの順で配置されている。光が入出射するプリズム１４ａ及び１４ｂの表面はいずれもＶ軸に平行である。
　グレーティング１４ｃは、プリズム１４ａ及び１４ｂを透過した光の光路に配置されている。グレーティング１４ｃの溝の方向は、Ｖ軸に平行である。
　波面調節器１５ａは、シリンドリカル凸レンズ１５ｂと、シリンドリカル凹レンズ１５ｃと、を含む。
　シリンドリカル凸レンズ１５ｂは、部分反射膜が形成された平らな表面と、この表面と反対側の凸面と、を含むシリンドリカル平凸レンズである。シリンドリカル凸レンズ１５ｂの焦点軸はＶ軸に平行である。
　シリンドリカル凹レンズ１５ｃは、平らな表面と、この表面と反対側の凹面と、を含むシリンドリカル平凹レンズである。シリンドリカル凹レンズ１５ｃの焦点軸はＶ軸に平行である。シリンドリカル凹レンズ１５ｃは、リニアステージ１５ｄに支持されている。リニアステージ１５ｄは、シリンドリカル凹レンズ１５ｃをレーザ共振器の光路に沿って移動させる図示しないアクチュエータと、レーザ制御プロセッサ３０からの制御信号に応じてアクチュエータを駆動する図示しないドライバと、を含む。
　シリンドリカル凸レンズ１５ｂの凸面とシリンドリカル凹レンズ１５ｃの凹面とは互いに向かい合っている。シリンドリカル凸レンズ１５ｂの平らな表面は出力結合ミラーを構成し、波面調節器１５ａを構成するシリンドリカル凸レンズ１５ｂの凸面とシリンドリカル凹レンズ１５ｃとは出力結合ミラーとレーザチャンバ１０との間に位置する。
　ここではシリンドリカル凸レンズ１５ｂの平らな表面が出力結合ミラーを構成する場合について説明したが、シリンドリカル凸レンズと出力結合ミラーとは別々の光学部品で構成されてもよい。すなわち、波面調節器１５ａは、シリンドリカル凸レンズ１５ｂの代わりに、平面基板又はウェッジ基板で構成され部分反射膜を有する出力結合ミラーと、この出力結合ミラーとレーザチャンバ１０との間に位置し部分反射膜を有しないシリンドリカル凸レンズと、を含んでもよい。
　　１．３．２　モニタモジュール１６
　モニタモジュール１６は、波面調節器１５ａに含まれる出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光の光路に位置する。モニタモジュール１６は、ビームスプリッタ１６ａ及び１６ｂと、エネルギー検出器１６ｃと、スペクトル検出器１６ｄと、を含む。
　ビームスプリッタ１６ａは、出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光の光路に位置する。ビームスプリッタ１６ａは、パルスレーザ光の一部を露光装置１００に向けて高い透過率で透過させるとともに、他の一部を反射するように構成されている。ビームスプリッタ１６ｂは、ビームスプリッタ１６ａによって反射されたパルスレーザ光の光路に位置する。エネルギー検出器１６ｃは、ビームスプリッタ１６ｂによって反射されたパルスレーザ光の光路に位置する。スペクトル検出器１６ｄは、ビームスプリッタ１６ｂを透過したパルスレーザ光の光路に位置する。スペクトル検出器１６ｄは、図示しないエタロン及び光分布センサを含む。
　１．４　レーザ装置１の動作
　　１．４．１　レーザ制御プロセッサ３０
　レーザ制御プロセッサ３０は、露光制御プロセッサ１１０から受信した目標パルスエネルギーの設定データに基づいて、放電電極１１ａに印加される印加電圧の設定データを電源１２に送信する。レーザ制御プロセッサ３０は、露光制御プロセッサ１１０から受信した目標スペクトル線幅の設定データに基づいて、波面調節器１５ａに含まれるリニアステージ１５ｄに制御信号を送信する。また、レーザ制御プロセッサ３０は、露光制御プロセッサ１１０から受信したトリガ信号に基づく発振トリガ信号を電源１２に含まれるスイッチ１３に送信する。
　　１．４．２　レーザ発振
　スイッチ１３は、レーザ制御プロセッサ３０から発振トリガ信号を受信するとオン状態となる。電源１２は、スイッチ１３がオン状態となると、図示しない充電器に充電された電気エネルギーから高電圧パルスを生成し、この高電圧パルスを放電電極１１ａに印加する。
　放電電極１１ａに高電圧パルスが印加されると、レーザチャンバ１０の内部に放電が起こる。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出する。
　レーザチャンバ１０の内部で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射する。レーザチャンバ１０のウインドウ１０ａから出射した光は、プリズム１４ａ及び１４ｂによってビーム幅を拡大させられて、グレーティング１４ｃに入射する。
　プリズム１４ａ及び１４ｂからグレーティング１４ｃに入射した光は、グレーティング１４ｃの複数の溝によって反射されるとともに、光の波長に応じた方向に回折させられる。
　プリズム１４ａ及び１４ｂは、グレーティング１４ｃからの回折光のビーム幅を縮小させるとともに、その光を、ウインドウ１０ａを介してレーザチャンバ１０に戻す。
　波面調節器１５ａに含まれる出力結合ミラーは、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂから出射した光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射してウインドウ１０ｂを介してレーザチャンバ１０の内部に戻す。
　このようにして、レーザチャンバ１０から出射した光は、狭帯域化モジュール１４と出力結合ミラーとの間で往復し、レーザチャンバ１０の内部の放電空間を通過する度に増幅される。この光は、狭帯域化モジュール１４で折り返される度に狭帯域化される。このようにしてレーザ発振し狭帯域化された光が、出力結合ミラーからパルスレーザ光として出力される。パルスレーザ光の繰り返し周波数は放電電極１１ａに印加される高電圧パルスの繰り返し周波数と同じであり、この繰り返し周波数は露光装置１００から受信するトリガ信号の繰り返し周波数に応じて変化する。
　　１．４．３　モニタモジュール１６
　エネルギー検出器１６ｃは、パルスレーザ光のパルスエネルギーを検出し、パルスエネルギーのデータをレーザ制御プロセッサ３０に出力する。パルスエネルギーのデータは、レーザ制御プロセッサ３０が放電電極１１ａに印加される印加電圧の設定データをフィードバック制御するのに用いられる。
　スペクトル検出器１６ｄにおいて、図示しないエタロンによって形成される干渉縞が図示しない光分布センサによって計測され、干渉縞の光強度分布を示すフリンジ波形が生成される。
　　１．４．４　バースト発振
　図３は、パルスレーザ光の出力タイミングの例を示すグラフである。レーザ装置１は、露光制御プロセッサ１１０からのトリガ信号に従い、ある期間にわたって一定値以上の繰り返し周波数でレーザ発振を行う。一定値以上の繰り返し周波数でレーザ発振を行い、パルスレーザ光を出力することを「バースト発振」という。
　露光制御プロセッサ１１０からのトリガ信号が休止すると、レーザ装置１はバースト発振を休止する。その後、露光制御プロセッサ１１０からのトリガ信号に従い、レーザ装置１は再度バースト発振を行う。第１のバースト発振とその次の第２のバースト発振との間の期間を「休止期間」という。
　バースト発振が行われる期間は、例えば、露光装置１００において半導体ウエハの１つの露光エリアの露光を行う期間に相当する。休止期間は、例えば、露光装置１００において１つの露光エリアから他の露光エリアにレチクルパターンの結像位置を移動する期間や、半導体ウエハを交換する期間に相当する。
　　１．４．５　スペクトル線幅制御
　図２を再び参照し、波面調節器１５ａに含まれるリニアステージ１５ｄは、レーザ制御プロセッサ３０から出力される制御信号に応じて、レーザチャンバ１０とシリンドリカル凸レンズ１５ｂとの間の光路に沿ってシリンドリカル凹レンズ１５ｃを移動させる。これにより、波面調節器１５ａから狭帯域化モジュール１４へ向かう光の波面が変化する。波面が変化することにより、パルスレーザ光のスペクトル線幅が変化する。
　図４は、比較例におけるスペクトル線幅制御の手順を示すフローチャートである。図４に示される処理は、数パルスから数十パルスのパルスレーザ光が出力されるごとに実行される。
　Ｓ１において、レーザ制御プロセッサ３０は、露光装置１００から目標スペクトル線幅を受信する。
　Ｓ２において、レーザ制御プロセッサ３０は、スペクトル検出器１６ｄから出力されるフリンジ波形のデータに基づいてスペクトル線幅を算出する。
　具体的には、レーザ制御プロセッサ３０は、フリンジ波形のうちのエタロンのフリースペクトラルレンジに相当する一部分の波形を抽出する。フリンジ波形から抽出された一部分の波形は、干渉縞を構成する同心円の中心からの距離と光強度との関係を示している。次に、レーザ制御プロセッサ３０は、この波形を、波長と光強度との関係に座標変換することにより、スペクトル波形を取得する。レーザ制御プロセッサ３０は、スペクトル波形に基づいてスペクトル線幅を算出する。スペクトル線幅は、半値全幅でもよいし、Ｅ９５と呼ばれる指標でもよい。
　図５は、Ｅ９５について説明するためのスペクトル波形の例を示す。図５の横軸は波長を示し、縦軸は光強度を示す。このスペクトルの全体のエネルギーのうち、中心波長λ０を中心として９５％を占める部分の全幅をＥ９５とする。
　図４を再び参照し、Ｓ３において、レーザ制御プロセッサ３０は、受信した目標スペクトル線幅と算出されたスペクトル線幅との差ΔΔλを算出する。
　Ｓ４において、レーザ制御プロセッサ３０は、差ΔΔλに基づいて波面調節器１５ａに制御信号を送信する。これにより、パルスレーザ光のスペクトル線幅がフィードバック制御される。
　Ｓ５において、レーザ制御プロセッサ３０は、スペクトル線幅の制御を終了するか否かを判定する。例えば、パルスレーザ光を一定の繰り返し周波数で出力するバースト発振が終了して休止期間に入る場合、スペクトル線幅の制御を終了する。スペクトル線幅の制御を終了する場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、レーザ制御プロセッサ３０は本フローチャートの処理を終了する。スペクトル線幅の制御を終了しない場合（Ｓ５：ＮＯ）、レーザ制御プロセッサ３０はＳ１に処理を戻して上述の動作を繰り返す。
　１．５　比較例の課題
　図６は、比較例におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動の計測結果を示す。スペクトル線幅の変動は、以下の手順により計測される。まず、パルスレーザ光の繰り返し周波数を６０００Ｈｚとして第１のバースト発振を行い、波面調節器１５ａを用いたスペクトル線幅の制御を行う。その後、波面調節器１５ａを用いたスペクトル線幅の制御を中止し、パルスレーザ光の繰り返し周波数を例えば４５００Ｈｚとして第１のバースト発振の次の第２のバースト発振を行う。第１のバースト発振における目標スペクトル線幅と、第２のバースト発振における最初のパルスから所定数のパルスのスペクトル線幅の平均値との差をスペクトル線幅の変動とする。同様に、繰り返し周波数を６０００Ｈｚとして第１のバースト発振を行った後、他の繰り返し周波数に切り替えてスペクトル線幅の変動を計測する。
　図６においては、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によりスペクトル線幅が最大で５０ｆｍ変動したことが示されている。繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅変動の最大値を以下では変動幅という。
　図７は、比較例におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動のシミュレーション結果を示す。
　図７においては、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅の変動幅が５９ｆｍであることが示されている。
　レーザ装置１においてパルスレーザ光を生成するとき、レーザチャンバ１０の内部で音響波が発生する。音響波はガスの粗密波であり、レーザチャンバ１０の内部のレーザ共振器の光路に音響波が到達すると、ガスの粗密により光路に屈折率分布が発生する。光路の屈折率分布により、狭帯域化モジュール１４へ向かう光の波面が変化し、パルスレーザ光のスペクトル線幅が変化する。光路に音響波が到達するタイミングと光が通過するタイミングとの関係はパルスレーザ光の繰り返し周波数に依存するため、パルスレーザ光の繰り返し周波数を変更するとパルスレーザ光のスペクトル線幅が変化するものと考えられる。
　図４を参照しながら説明したようにスペクトル線幅は波面調節器１５ａを用いてフィードバック制御されるが、パルスレーザ光の繰り返し周波数を切り替えるタイミングではスペクトル線幅が大幅に変化し、その後フィードバック制御により目標スペクトル線幅に収束するまでには時間を要することがある。
　パルスレーザ光の繰り返し周波数が変更されるのは、例えば以下のような場合である。
（ａ）露光制御プロセッサ１１０から受信するトリガ信号の繰り返し周波数が変わった場合
（ｂ）レーザ装置１のアライメントを行う際に繰り返し周波数を変更し、アライメントの終了後に元の繰り返し周波数に戻す場合
（ｃ）レーザ装置１のキャリブレーションを行う際に繰り返し周波数を変更し、キャリブレーションの終了後に元の繰り返し周波数に戻す場合
　以下に説明する実施形態は、パルスレーザ光の繰り返し周波数が変更されたときのスペクトル線幅の変動を抑制することに関連している。
２．凹面状のグレーティング１４ｃを含むレーザ装置１ａ
　２．１　構成
　図８は、第１の実施形態に係るレーザ装置１ａの構成を概略的に示す。レーザ装置１ａに含まれる狭帯域化モジュール１４は、凹面状の反射面を有するグレーティング１４ｃを含む。グレーティング１４ｃの反射面の形状を調整するために、ホルダ１４ｄ、伸縮部１４ｅ、支持部１４ｆ及び１４ｇを含むグレーティング曲げ機構が設けられてもよい。
　図９は、第１の実施形態における狭帯域化モジュール１４の構成を示す。グレーティング曲げ機構に含まれるホルダ１４ｄは、グレーティング１４ｃの裏面に対向して位置し、支持部１４ｆ及び１４ｇはグレーティング１４ｃの両端を支持する。支持部１４ｆ及び１４ｇの間に位置する伸縮部１４ｅは、例えばボルトを含み、グレーティング１４ｃの中央部とホルダ１４ｄとの間隔を調整することにより、グレーティング１４ｃの反射面１４ｈの曲率を調整できるように構成されている。間隔を狭くすると反射面１４ｈは凹面状となり、間隔を広くすると反射面１４ｈは凸面状となる。
　グレーティング１４ｃはＶ軸に平行な複数の溝及び稜線を含み、これらの溝及び稜線はＶ軸に垂直な方向に交互に並んで配置されている。これらの稜線を含む曲面、すなわち、グレーティング１４ｃの溝をすべて埋めたときにできるグレーティング１４ｃの表面を、グレーティング１４ｃの反射面１４ｈとする。反射面１４ｈはＶ軸に垂直な面内に湾曲した円筒形の一部であってもよく、この円筒の半径を曲率半径Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇとする。反射面１４ｈの曲率半径Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇは、グレーティング１４ｃで回折してプリズム１４ｂへ向かう光の波面を図示しない波面計測器で計測した計測結果から算出することができる。波面計測器としては米国Ｚｙｇｏ　ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＧＰＩ－ＸＰを用いることができる。
　レーザチャンバ１０からプリズム１４ａに入射する光のＶ軸に垂直な方向のビーム幅をｗ１とし、プリズム１４ｂからグレーティング１４ｃに入射する光のＶ軸に垂直な方向のビーム幅をｗ２とすると、プリズム１４ａ及び１４ｂのビーム拡大率Ｍは以下の式で与えられる。
　　　Ｍ＝ｗ２／ｗ１
　２．２　グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ
　プリズム１４ｂからグレーティング１４ｃに入射する光の入射角をθとする。グレーティング１４ｃと波面調節器１５ａとの主点間の光路長をＬとする（図８参照）。このとき、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは以下の式で定義される。
　　　ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ＝１－（Ｌ×Ｍ２）／（Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇ×ｃｏｓθ）
　反射面１４ｈが凹面であるとき、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは１より小さい値となる。例えば、グレーティング１４ｃと波面調節器１５ａとの主点間の光路長Ｌを１×１０３ｍｍとし、プリズム１４ａ及び１４ｂのビーム拡大率Ｍを４０倍とし、反射面１４ｈを曲率半径Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇが１×１０７ｍｍである凹面とし、プリズム１４ｂからグレーティング１４ｃに入射する光の入射角θを７０度としたとき、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは約０．５３となる。
　反射面１４ｈが凸面であるとき、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは１より大きい値となる。
　２．３　波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭ
　図１０は、第１の実施形態における波面調節器１５ａの構成を示す。シリンドリカル凹レンズ１５ｃの焦点軸をＦ１、焦点距離をｆ１とし、シリンドリカル凸レンズ１５ｂの焦点軸をＦ２、焦点距離をｆ２とし、シリンドリカル凹レンズ１５ｃとシリンドリカル凸レンズ１５ｂとの主点間の距離をｄとする。波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭは以下のように算出される。
　まず、レーザチャンバ１０から波面調節器１５ａに入射し、シリンドリカル凸レンズ１５ｂの部分反射膜１５ｅによって反射されてレーザチャンバ１０に戻る光路における波面調節器１５ａの合成焦点距離ｆ＿ＥＦＭを算出する。レーザチャンバ１０から部分反射膜１５ｅまでの合成焦点距離ｆ＿ＥＦＭ１は以下の通りである。
　　　ｆ＿ＥＦＭ１＝（ｆ１×ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２－ｄ）
　部分反射膜１５ｅからレーザチャンバ１０までの合成焦点距離ｆ＿ＥＦＭ２は合成焦点距離ｆ＿ＥＦＭ１と同じである。
　　　ｆ＿ＥＦＭ２＝ｆ＿ＥＦＭ１
　波面調節器１５ａの合成焦点距離ｆ＿ＥＦＭは以下の通りである。
　　　ｆ＿ＥＦＭ＝（ｆ＿ＥＦＭ１×ｆ＿ＥＦＭ１）／（ｆ＿ＥＦＭ１＋ｆ＿ＥＦＭ１＋δ１－δ２）
ここで、δ１はシリンドリカル凹レンズ１５ｃと像側主点との距離であり、以下の式で算出される。
　　　δ１＝ｆ＿ＥＦＭ１×ｄ／ｆ２
δ２はシリンドリカル凸レンズ１５ｂと物側主点との距離であり、以下の式で算出される。
　　　δ２＝ｆ＿ＥＦＭ１×ｄ／ｆ１
　波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭは以下のように算出される。
　　　ｇ＿ＥＦＭ＝１－Ｌ／（２×ｆ＿ＥＦＭ）
　シリンドリカル凹レンズ１５ｃの焦点距離ｆ１の絶対値とシリンドリカル凹レンズ１５ｃとシリンドリカル凸レンズ１５ｂとの主点間の距離ｄとの和よりシリンドリカル凸レンズ１５ｂの焦点距離ｆ２が小さいとき、ｇパラメータｇ＿ＥＦＭは１より小さい値となる。例えば、グレーティング１４ｃと波面調節器１５ａとの主点間の光路長Ｌを１×１０３ｍｍとし、焦点距離ｆ１を－７０ｍｍとし、焦点距離ｆ２を７４ｍｍとし、距離ｄを６ｍｍとしたとき、ｇパラメータｇ＿ＥＦＭは約０．５８となる。
　焦点距離ｆ１の絶対値と距離ｄとの和より焦点距離ｆ２が大きいとき、ｇパラメータｇ＿ＥＦＭは１より大きい値となる。
　２．４　ｇパラメータとスペクトル線幅との関係
　図１１は、グレーティング１４ｃ及び波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ及びｇ＿ＥＦＭに応じたパルスレーザ光のスペクトル線幅のシミュレーション結果を示すグラフである。図１１の横軸はグレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを示し、縦軸は波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭを示す。これらのｇパラメータの組み合わせごとのスペクトル線幅の等高線がグラフに示されている。等高線は０．０３７５ｐｍごとに実線と点線とで交互に描かれている。
　比較例においてはグレーティング１４ｃの反射面が平面状であるため、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは１である。ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを１に固定して波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭを変化させると、パルスレーザ光のスペクトル線幅が変化する。
　第１の実施形態においては、グレーティング１４ｃの反射面を凹面状としており、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは１未満である。ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを１より小さくすると、スペクトル線幅の等高線の間隔が広くなる。すなわち、波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭを変化させたときのスペクトル線幅の安定性が高くなる。音響波によりレーザ共振器の光路に屈折率分布が発生したときのスペクトル線幅の安定性も、同様に高くなると考えられる。
　図１１においてはパルスレーザ光のスペクトル線幅が０．１５ｐｍから０．７５ｐｍまでの値を取り得るが、スペクトル線幅は０．１５ｐｍ以上０．５ｐｍ以下が好ましい。
　図１２は、第１の実施形態におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動の計測結果を示す。グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを０．４としている。
　図１２においては、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅の変動幅が３７ｆｍであったことが示されている。
　図１３は、第１の実施形態におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数に応じたスペクトル線幅の変動のシミュレーション結果を示す。グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを０．４としている。
　図１３においては、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅の変動幅が３４ｆｍであることが示されている。
　第１の実施形態によれば、パルスレーザ光の繰り返し周波数を変化させたときのスペクトル線幅の変動が抑制され、スペクトル線幅の安定性が向上する。
　２．５　ｇパラメータとパルスエネルギーとの関係
　図１４は、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇとパルスエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。パルスエネルギーをシミュレーションする際の目標スペクトル線幅は０．３ｐｍとした。図１４には、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅の変動幅が併せて示されている。図１４の横軸はグレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを示し、縦軸はｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを１としたときのパルスエネルギーを基準としたパルスエネルギーの相対値、あるいは、スペクトル線幅の変動幅を示す。
　ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇが小さくなるほどスペクトル線幅の変動幅が小さくなるので、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは小さい方が望ましい。
　但し、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇが０．４以上０．５未満でパルスエネルギーはピークとなり、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇがその範囲よりも大きくても小さくてもパルスエネルギーが低くなる。ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇが０．２である場合のパルスエネルギーは、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇが１である場合のパルスエネルギーとほぼ同じとなる。ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇが０．２未満又は１．０以上となると、グレーティング１４ｃによって回折された光のうちの波面調節器１５ａに入射する光の割合が低下し、レーザ共振器の外部に漏れてパルスエネルギーが低下すると考えられる。従って、ｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは０．２以上１．０未満が好ましく、０．４以上０．５未満がより好ましい。
　２．６　作用
　（１）第１の実施形態によれば、レーザ装置１ａは、レーザ共振器と、レーザチャンバ１０と、電源１２と、波面調節器１５ａと、スペクトル検出器１６ｄと、レーザ制御プロセッサ３０と、を含む。
　レーザ共振器は、シリンドリカル凸レンズ１５ｂの平らな表面で構成される出力結合ミラーと、狭帯域化モジュール１４と、を含み、狭帯域化モジュール１４はプリズム１４ａ及び１４ｂとグレーティング１４ｃとを含み、グレーティング１４ｃの反射面１４ｈは凹面状である。
　レーザチャンバ１０は、放電電極１１ａ及びこれと対をなす放電電極を含み、レーザ共振器の光路に配置される。
　電源１２は、放電電極１１ａに高電圧パルスを印加するように構成され、高電圧パルスの繰り返し周波数は可変である。
　波面調節器１５ａは、出力結合ミラーを含む。
　スペクトル検出器１６ｄは、出力結合ミラーから出力され、ビームスプリッタ１６ａによって反射されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためにフリンジ波形を生成する。
　レーザ制御プロセッサ３０は、計測されたスペクトル線幅に基づいて波面調節器１５ａを制御する。
　これによれば、反射面１４ｈを凹面状としたことで、パルスレーザ光の繰り返し周波数の変化によるスペクトル線幅の変動が抑制され、スペクトル線幅が安定化する。
　（２）第１の実施形態によれば、グレーティング１４ｃの反射面１４ｈの曲率半径をＲ＿Ｇｒａｔｉｎｇとし、プリズム１４ａ及び１４ｂからグレーティング１４ｃに入射する光の入射角をθとし、グレーティング１４ｃの主点から波面調節器１５ａの主点までの光路長をＬとし、プリズム１４ａ及び１４ｂによるビーム拡大率をＭとしたとき、
　　　ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ＝１－（Ｌ×Ｍ２）／（Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇ×ｃｏｓθ）
の式で算出されるｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．２以上１．０未満である。
　これによれば、スペクトル線幅を安定化するとともに、パルスエネルギーの低下を抑制し得る。
　（３）第１の実施形態によれば、ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．４以上０．５未満である。
　これによれば、スペクトル線幅を安定化するとともに、高いパルスエネルギーを得ることができる。
　（４）第１の実施形態によれば、波面調節器１５ａの合成焦点距離をｆ＿ＥＦＭとしたとき、レーザ制御プロセッサ３０は、
　　　ｇ＿ＥＦＭ＝１－Ｌ／（２×ｆ＿ＥＦＭ）
の式で算出されるｇ＿ＥＦＭがｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値より大きい値となるように波面調節器１５ａを制御する。
　これによれば、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを小さくする分だけ波面調節器１５ａのｇパラメータｇ＿ＥＦＭを大きくすることで、目標スペクトル線幅を実現し得る。
　（５）第１の実施形態によれば、レーザ制御プロセッサ３０は、スペクトル検出器１６ｄを用いて計測されるスペクトル線幅が０．１５ｐｍ以上０．５ｐｍ以下となるように波面調節器１５ａを制御するように構成され、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇは０．２以上１．０未満である。
　これによれば、スペクトル線幅を０．１５ｐｍ以上０．５ｐｍ以下とし、グレーティング１４ｃのｇパラメータｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇを０．２以上１．０未満とすることで、スペクトル線幅が安定化するとともに、パルスエネルギーの低下を抑制し得る。
　（６）第１の実施形態によれば、グレーティング１４ｃは、Ｖ軸の方向の複数の溝を含み、反射面１４ｈは、Ｖ軸の方向に垂直な面内に湾曲した凹面状である。
　これによれば、Ｖ軸の方向に垂直な面内の波面形状を調整することで、スペクトル線幅を安定化できる。
　（７）第１の実施形態によれば、レーザ共振器を往復する光がプリズム１４ａに入射及びプリズム１４ａから出射するプリズム１４ａの表面と、プリズム１４ｂに入射及びプリズム１４ｂから出射するプリズム１４ｂの表面とは、Ｖ軸の方向に平行である。
　これによれば、プリズム１４ａ及び１４ｂによりＶ軸の方向に垂直な面内のビーム幅を拡大してグレーティング１４ｃに入射させることで、スペクトル線幅を狭帯域化できる。
　（８）第１の実施形態によれば、波面調節器１５ａは、Ｖ軸の方向に平行な焦点軸Ｆ２を有するシリンドリカル凸レンズ１５ｂ及びＶ軸の方向に平行な焦点軸Ｆ１を有するシリンドリカル凹レンズ１５ｃを含む。
　これによれば、Ｖ軸の方向に垂直な面内の波面形状を調整することで、スペクトル線幅を制御できる。
　（９）第１の実施形態によれば、波面調節器１５ａは、シリンドリカル凸レンズ１５ｂと、シリンドリカル凹レンズ１５ｃと、リニアステージ１５ｄと、を含む。シリンドリカル凸レンズ１５ｂは、出力結合ミラーを構成する平らな表面と、この平らな表面とレーザチャンバ１０との間に位置する凸面と、を含む。シリンドリカル凹レンズ１５ｃは、シリンドリカル凸レンズ１５ｂとレーザチャンバ１０との間の光路に位置する。リニアステージ１５ｄは、シリンドリカル凹レンズ１５ｃを移動させる。
　これによれば、シリンドリカル凹レンズ１５ｃを移動させるので、共振器長を変化させることなく波面を調整してスペクトル線幅を制御できる。
　（１０）第１の実施形態によれば、狭帯域化モジュール１４は、グレーティング１４ｃの曲率を調整するホルダ１４ｄ、伸縮部１４ｅ、支持部１４ｆ及び１４ｇを含むグレーティング曲げ機構を含む。
　これによれば、グレーティング１４ｃの反射面１４ｈの曲率を適切な値に調整し得る。
　他の点については、第１の実施形態は比較例と同様である。
３．マスターオシレータＭＯ及びパワーオシレータＰＯを含むレーザ装置１ｂ
　３．１　構成
　図１５は、第２の実施形態におけるレーザ装置１ｂの構成を概略的に示す。レーザ装置１ｂは、マスターオシレータＭＯと、パワーオシレータＰＯと、モニタモジュール１６と、レーザ制御プロセッサ３０と、高反射ミラー３１及び３２と、を含む。レーザ制御プロセッサ３０の構成は第１の実施形態において対応する構成と同様である。
　マスターオシレータＭＯは、レーザチャンバ１０と、放電電極１１ａと、狭帯域化モジュール１４と、波面調節器１５ａと、を含む。これらの構成は第１の実施形態において対応する構成と同様であり、狭帯域化モジュール１４に含まれるグレーティング１４ｃの反射面は凹面状である。図１５には放電電極１１ａと対をなす放電電極１１ｂが図示されている。図１５においては電源１２の図示が省略されている。
　高反射ミラー３１及び３２は、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光Ｂ１の光路に配置されている。高反射ミラー３１及び３２は、それぞれ図示しないアクチュエータによって位置及び姿勢を変更できるように構成されている。高反射ミラー３１及び３２は、パルスレーザ光Ｂ１のパワーオシレータＰＯへの入射位置及び入射方向を調整するためのビームステアリングユニットを構成する。
　パワーオシレータＰＯは、ビームステアリングユニットを通過したパルスレーザ光Ｂ１の光路に配置されている。パワーオシレータＰＯは、レーザチャンバ２０と、放電電極２１ａ及びこれと対をなす放電電極２１ｂと、リアミラー２４と、出力結合ミラー２５と、を含む。
　リアミラー２４は、パルスレーザ光Ｂ１を透過させる材料で構成され、その１つの面には部分反射膜がコーティングされている。出力結合ミラー２５も同様である。但し、リアミラー２４の反射率は、出力結合ミラー２５の反射率より高く設定されている。リアミラー２４と出力結合ミラー２５とがレーザ共振器を構成する。レーザチャンバ２０は、レーザ共振器の光路に配置されている。レーザチャンバ２０の両端にはウインドウ２０ａ及び２０ｂが設けられている。
　他の点については、パワーオシレータＰＯの上述の構成要素は、マスターオシレータＭＯの対応する構成要素と同様である。
　モニタモジュール１６は、出力結合ミラー２５から出力されたパルスレーザ光Ｂ２の光路に配置されている。モニタモジュール１６の構成は第１の実施形態において対応する構成と同様である。図１５においてはエネルギー検出器１６ｃ及びビームスプリッタ１６ｂの図示が省略されている。
　３．２　動作
　　３．２．１　レーザ制御プロセッサ３０
　レーザ制御プロセッサ３０は、パワーオシレータＰＯから出力されるパルスレーザ光Ｂ２の第１の目標パルスエネルギーの設定データを露光制御プロセッサ１１０から受信する。
　レーザ制御プロセッサ３０は、さらに、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光Ｂ１の第２の目標パルスエネルギーを設定する。
　レーザ制御プロセッサ３０は、第１及び第２の目標パルスエネルギーに基づいて、マスターオシレータＭＯ及びパワーオシレータＰＯそれぞれの電源に印加電圧の設定データを送信する。
　レーザ制御プロセッサ３０は、露光制御プロセッサ１１０から受信したトリガ信号に基づく第１及び第２の発振トリガ信号をマスターオシレータＭＯ及びパワーオシレータＰＯそれぞれの電源に含まれるスイッチに送信する。
　　３．２．２　マスターオシレータＭＯ
　マスターオシレータＭＯの動作は、第１の実施形態におけるレーザ装置１ａの動作と同様である。
　　３．２．３　パワーオシレータＰＯ
　パワーオシレータＰＯに含まれる電源は、レーザ制御プロセッサ３０から第２の発振トリガ信号を受信すると高電圧パルスを生成し、この高電圧パルスを放電電極２１ａに印加する。
　レーザチャンバ２０の内部に放電が起こるタイミングと、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光Ｂ１がレーザチャンバ２０の内部に入射するタイミングとが同期するように、マスターオシレータＭＯに含まれる電源への第１の発振トリガ信号に対するパワーオシレータＰＯに含まれる電源への第２の発振トリガ信号の遅延時間が設定される。
　パルスレーザ光Ｂ１は、リアミラー２４と出力結合ミラー２５との間で往復し、レーザチャンバ２０の内部の放電空間を通過する度に増幅される。増幅されたパルスレーザ光Ｂ２が、出力結合ミラー２５から出力される。
　３．３　作用
　第２の実施形態によれば、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光Ｂ１を増幅することにより、高いパルスエネルギーを有するパルスレーザ光Ｂ２を露光装置１００に向けて出力することができる。
　パルスレーザ光Ｂ２のスペクトル線幅はパルスレーザ光Ｂ１のスペクトル線幅に依存する。グレーティング１４ｃの反射面を凹面状とすることで、パルスレーザ光Ｂ２のスペクトル線幅を安定化し得る。
　他の点については、第２の実施形態は第１の実施形態と同様である。
４．リング共振器を含むレーザ装置１ｃ
　４．１　構成
　図１６は、第３の実施形態におけるレーザ装置１ｃの構成を概略的に示す。図１７は、図１６に示されるパワーオシレータＰＯを図１６と異なる方向から見た様子を示す。レーザ装置１ｃは、マスターオシレータＭＯと、パワーオシレータＰＯと、モニタモジュール１６と、レーザ制御プロセッサ３０と、高反射ミラー３１及び３２と、を含む。マスターオシレータＭＯの構成は第２の実施形態において対応する構成と同様であり、狭帯域化モジュール１４に含まれるグレーティング１４ｃの反射面は凹面状である。
　パワーオシレータＰＯは、レーザチャンバ２０と、高反射ミラー２６ａ～２６ｃと、出力結合ミラー２７と、高反射ミラー３３と、を含む。レーザチャンバ２０と、これに設けられたウインドウ２０ａ及び２０ｂと、一対の放電電極２１ａ及び２１ｂと、の構成は、第２の実施形態において対応する構成と同様である。
　出力結合ミラー２７及び高反射ミラー２６ａは、レーザチャンバ２０の外側であってウインドウ２０ａの付近に配置されている。高反射ミラー２６ｂ及び２６ｃは、レーザチャンバ２０の外側であってウインドウ２０ｂの付近に配置されている。レーザチャンバ２０の内部の放電空間において、高反射ミラー２６ａから高反射ミラー２６ｂまでの光路と、高反射ミラー２６ｃから出力結合ミラー２７までの光路と、が交差する。高反射ミラー２６ａ～２６ｃと出力結合ミラー２７とで構成されるレーザ共振器をリング共振器という。
　４．２　動作
　マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光Ｂ１は、高反射ミラー３１、３２、及び３３によってこの順で反射され、パワーオシレータＰＯのレーザ共振器の外側から出力結合ミラー２７にほぼ－Ｈ方向に入射する。出力結合ミラー２７を介してレーザ共振器に入射したパルスレーザ光Ｂ１は、高反射ミラー２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃによってこの順で反射され、放電空間を通過する際に増幅されて、レーザ共振器の内側から出力結合ミラー２７にＺ方向に入射する。
　出力結合ミラー２７にＺ方向に入射したパルスレーザ光Ｂ１の一部はほぼ－Ｈ方向に反射されて再び高反射ミラー２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃによって反射されて増幅される。出力結合ミラー２７にＺ方向に入射したパルスレーザ光Ｂ１の他の一部は透過して、パルスレーザ光Ｂ２として露光装置１００に向けて出力される。
　４．３　作用
　第３の実施形態によれば、パワーオシレータＰＯからマスターオシレータＭＯへ向かう戻り光が発生しにくいため、マスターオシレータＭＯを安定して動作させることができる。
　他の点については、第３の実施形態は第２の実施形態と同様である。
５．その他
　上述の説明は、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。たとえば、「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. 　出力結合ミラー及び狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器であって、前記狭帯域化モジュールがプリズム及びグレーティングを含み、前記グレーティングの反射面が凹面状である、前記レーザ共振器と、
    　一対の放電電極を含み、前記レーザ共振器の光路に配置されたレーザチャンバと、
    　前記放電電極に高電圧パルスを印加する電源であって、前記高電圧パルスの繰り返し周波数が可変である前記電源と、
    　前記出力結合ミラーを含む波面調節器と、
    　前記出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためのスペクトル検出器と、
    　前記計測されたスペクトル線幅に基づいて前記波面調節器を制御するプロセッサと、
    を備える狭帯域化レーザ装置。
  2. 　請求項１記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記グレーティングの反射面の曲率半径をＲ＿Ｇｒａｔｉｎｇとし、前記プリズムから前記グレーティングに入射する光の入射角をθとし、前記グレーティングの主点から前記波面調節器の主点までの光路長をＬとし、前記プリズムによるビーム拡大率をＭとしたとき、
    　　　ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ＝１－（Ｌ×Ｍ２）／（Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇ×ｃｏｓθ）
    の式で算出されるｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．２以上１．０未満である、
    狭帯域化レーザ装置。
  3. 　請求項２記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．４以上０．５未満である、
    狭帯域化レーザ装置。
  4. 　請求項２記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記波面調節器の合成焦点距離をｆ＿ＥＦＭとしたとき、前記プロセッサは、
    　　　ｇ＿ＥＦＭ＝１－Ｌ／（２×ｆ＿ＥＦＭ）
    の式で算出されるｇ＿ＥＦＭが前記ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値より大きい値となるように前記波面調節器を制御する、
    狭帯域化レーザ装置。
  5. 　請求項２記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記プロセッサは、前記計測されるスペクトル線幅が０．１５ｐｍ以上０．５ｐｍ以下となるように前記波面調節器を制御する、
    狭帯域化レーザ装置。
  6. 　請求項１記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記グレーティングは、第１方向の複数の溝を含み、前記反射面は、前記第１方向に垂直な面内に湾曲した凹面状である、
    狭帯域化レーザ装置。
  7. 　請求項６記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記レーザ共振器を往復する光が前記プリズムに入射及び前記プリズムから出射する前記プリズムの表面は、前記第１方向に平行である、
    狭帯域化レーザ装置。
  8. 　請求項６記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記波面調節器は、それぞれ前記第１方向に平行な焦点軸を有するシリンドリカル凸レンズ及びシリンドリカル凹レンズを含む、
    狭帯域化レーザ装置。
  9. 　請求項１記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記波面調節器は、
    　　前記出力結合ミラーを構成する平らな表面と、前記平らな表面と前記レーザチャンバとの間に位置する凸面と、を含むシリンドリカル平凸レンズと、
    　　前記シリンドリカル平凸レンズと前記レーザチャンバとの間の光路に位置するシリンドリカル凹レンズと、
    　　前記シリンドリカル凹レンズを移動させるアクチュエータと、
    を含む、狭帯域化レーザ装置。
  10. 　請求項１記載の狭帯域化レーザ装置であって、
    　前記狭帯域化モジュールは、前記グレーティングの曲率を調整するグレーティング曲げ機構を含む、
    狭帯域化レーザ装置。
  11. 　電子デバイスの製造方法であって、
    　出力結合ミラー及び狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器であって、前記狭帯域化モジュールがプリズム及びグレーティングを含み、前記グレーティングの反射面が凹面状である、前記レーザ共振器と、
    　一対の放電電極を含み、前記レーザ共振器の光路に配置されたレーザチャンバと、
    　前記放電電極に高電圧パルスを印加する電源であって、前記高電圧パルスの繰り返し周波数が可変である前記電源と、
    　前記出力結合ミラーを含む波面調節器と、
    　前記出力結合ミラーから出力されたパルスレーザ光のスペクトル線幅を計測するためのスペクトル検出器と、
    　前記計測されたスペクトル線幅に基づいて前記波面調節器を制御するプロセッサと、
    を備える狭帯域化レーザ装置によって前記パルスレーザ光を生成し、
    　前記パルスレーザ光を露光装置に出力し、
    　前記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パルス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。
  12. 　請求項１１記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記グレーティングの反射面の曲率半径をＲ＿Ｇｒａｔｉｎｇとし、前記プリズムから前記グレーティングに入射する光の入射角をθとし、前記グレーティングの主点から前記波面調節器の主点までの光路長をＬとし、前記プリズムによるビーム拡大率をＭとしたとき、
    　　　ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇ＝１－（Ｌ×Ｍ２）／（Ｒ＿Ｇｒａｔｉｎｇ×ｃｏｓθ）
    の式で算出されるｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．２以上１．０未満である、
    電子デバイスの製造方法。
  13. 　請求項１２記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値が０．４以上０．５未満である、
    電子デバイスの製造方法。
  14. 　請求項１２記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記波面調節器の合成焦点距離をｆ＿ＥＦＭとしたとき、前記プロセッサは、
    　　　ｇ＿ＥＦＭ＝１－Ｌ／（２×ｆ＿ＥＦＭ）
    の式で算出されるｇ＿ＥＦＭが前記ｇ＿Ｇｒａｔｉｎｇの値より大きい値となるように前記波面調節器を制御する、
    電子デバイスの製造方法。
  15. 　請求項１２記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記プロセッサは、前記計測されるスペクトル線幅が０．１５ｐｍ以上０．５ｐｍ以下となるように前記波面調節器を制御する、
    電子デバイスの製造方法。
  16. 　請求項１１記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記グレーティングは、第１方向の複数の溝を含み、前記反射面は、前記第１方向に垂直な面内に湾曲した凹面状である、
    電子デバイスの製造方法。
  17. 　請求項１６記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記レーザ共振器を往復する光が前記プリズムに入射及び前記プリズムから出射する前記プリズムの表面は、前記第１方向に平行である、
    電子デバイスの製造方法。
  18. 　請求項１６記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記波面調節器は、それぞれ前記第１方向に平行な焦点軸を有するシリンドリカル凸レンズ及びシリンドリカル凹レンズを含む、
    電子デバイスの製造方法。
  19. 　請求項１１記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記波面調節器は、
    　　前記出力結合ミラーを構成する平らな表面と、前記平らな表面と前記レーザチャンバとの間に位置する凸面と、を含むシリンドリカル平凸レンズと、
    　　前記シリンドリカル平凸レンズと前記レーザチャンバとの間の光路に位置するシリンドリカル凹レンズと、
    　　前記シリンドリカル凹レンズを移動させるアクチュエータと、
    を含む、電子デバイスの製造方法。
  20. 　請求項１１記載の電子デバイスの製造方法であって、
    　前記狭帯域化モジュールは、前記グレーティングの曲率を調整するグレーティング曲げ機構を含む、
    電子デバイスの製造方法。
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