WO2024201755A1 - レーザシステム及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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laser
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裕基 田丸
泰祐 三浦
亮 安原
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Gigaphoton Inc
National Institute of Natural Sciences
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Gigaphoton Inc
National Institute of Natural Sciences
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    • H10P34/40Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
    • H10P34/42Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing

Definitions

  • This disclosure relates to a laser system and a method for manufacturing an electronic device.
  • gas laser devices used for exposure include KrF excimer laser devices that output laser light with a wavelength of approximately 248 nm, and ArF excimer laser devices that output laser light with a wavelength of approximately 193 nm.
  • the spectral linewidth of the natural oscillation light of KrF excimer laser devices and ArF excimer laser devices is wide, at 350 to 400 pm. Therefore, if a 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, the resolution may decrease. Therefore, it is necessary to narrow the spectral linewidth of the laser light output from the gas laser device to a level where chromatic aberration can be ignored. For this reason, a line narrowing module (LNM) containing a narrowing element (such as an etalon or grating) may be provided in the laser resonator of the gas laser device to narrow the spectral linewidth.
  • LNM line narrowing module
  • a narrowing element such as an etalon or grating
  • a laser system includes a laser oscillator system that outputs a first pulsed laser beam in a first polarization direction and a second pulsed laser beam in a second polarization direction rotated 45 degrees in a first rotation direction with respect to the first polarization direction, and a beam combiner that combines the first pulsed laser beam and the second pulsed laser beam so as to propagate the first pulsed laser beam and the second pulsed laser beam in a common direction, the beam combiner including a first polarizer that transmits the first pulsed laser beam, a first Faraday rotator that rotates the polarization direction of the first pulsed laser beam that has passed through the first polarizer by 45 degrees to a second rotation direction that is opposite to the first rotation direction, a second polarizer that transmits the first pulsed laser beam that has passed through the first Faraday rotator and reflects the second pulsed laser beam, and a beam combiner that combines the first pulsed laser beam and the second pulsed laser beam so as to propagate
  • the multipath Faraday mirror includes a beam combiner including a first Faraday material through which the first pulsed laser light and the second pulsed laser light are transmitted, an electromagnet that applies a magnetic field to the first Faraday material, and a plurality of reflecting mirrors that reflect the first pulsed laser light and the second pulsed laser light transmitted through the first Faraday material back to the first Faraday material; a power source that passes a current through the electromagnet; and a processor that controls the current flowing through the electromagnet via the power source so that no current is passed through the electromagnet when the first pulsed laser light passes through the first Faraday material, and a current that rotates the polarization direction of the second pulsed laser light by 90 degrees is passed through the electromagnet when the second pulsed laser light passes through the first Faraday material.
  • a method for manufacturing an electronic device includes a laser oscillator system that outputs a first pulsed laser light having a first polarization direction and a second pulsed laser light having a second polarization direction rotated 45 degrees in a first rotation direction with respect to the first polarization direction, and a beam combiner that combines the first pulsed laser light and the second pulsed laser light so as to propagate the first pulsed laser light and the second pulsed laser light in a common direction, the beam combiner including a first polarizer that transmits the first pulsed laser light, a first Faraday rotator that rotates the polarization direction of the first pulsed laser light that has passed through the first polarizer by 45 degrees to a second rotation direction that is opposite to the first rotation direction, a second polarizer that transmits the first pulsed laser light that has passed through the first Faraday rotator and reflects the second pulsed laser light, and a multi-polarizer that reflects the first pulsed laser light that has passed through the second polarizer
  • the multi-path Faraday mirror includes a beam combiner including a first Faraday material through which the first pulsed laser light and the second pulsed laser light pass, an electromagnet that applies a magnetic field to the first Faraday material, and a plurality of reflecting mirrors that reflect the first pulsed laser light and the second pulsed laser light that have passed through the first Faraday material back to the first Faraday material, a power source that passes a current through the electromagnet, and a processor that controls the current flowing through the electromagnet via the power source so that no current is passed through the electromagnet when the first pulsed laser light passes through the first Faraday material, and a current that rotates the polarization direction of the second pulsed laser light by 90 degrees is passed through the electromagnet when the second pulsed laser light passes through the first Faraday material.
  • the laser system includes generating laser light, outputting the laser light to an exposure device, and exposing a photosensitive substrate to the laser light in the exposure device to manufacture an electronic
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the propagation state of the first pulsed laser light outputted from the first laser oscillator.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the propagation state of the second pulsed laser light outputted from the second laser oscillator.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a multi-path Faraday mirror according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a laser system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state of propagation of the second pulsed laser light outputted from the third laser oscillator.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a laser system according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state of propagation of the first pulsed laser light output from the first amplifier.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state of propagation of the second pulsed laser light output from the second amplifier.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of an exposure apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser system 10 according to the comparative example.
  • the 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 acknowledges.
  • the laser system 10 includes a first laser oscillator LO1, a second laser oscillator LO2, a beam combiner 20, and a laser processor 220.
  • the first laser oscillator LO1 outputs a first pulsed laser beam 100.
  • the second laser oscillator LO2 outputs a second pulsed laser beam 120.
  • the beam combiner 20 combines the first pulsed laser beam 100 and the second pulsed laser beam 120 so that they propagate in a common direction.
  • the laser processor 220 alternately outputs the first pulsed laser light 100 and the second pulsed laser light 120 at the same repetition frequency, so that the laser system 10 outputs pulsed laser light with a repetition frequency that is twice the repetition frequency of the first pulsed laser light 100 and the second pulsed laser light 120.
  • the laser system 10 can output pulsed laser light with a repetition frequency of 12 kHz.
  • the beam combiner 20 includes a mirror 200 and an actuator 210.
  • the solid arrows indicate the propagation of active pulsed laser light
  • the dashed arrows indicate the propagation of pulsed laser light when the mirror 200 is in another position shown by the dashed line.
  • the first pulsed laser light 100 and the second pulsed laser light 120 are incident on the beam combiner 20 so that the angle between their respective optical axes is ⁇ .
  • Direction A is the direction in which the pulsed laser light is output from the laser system 10.
  • the angular difference between the first position and the second position of the mirror 200 is ⁇ /2.
  • the laser processor 220 alternately switches the position of the mirror 200 between the first position and the second position in response to the pulsed laser light incident on the beam combiner 20, thereby outputting pulsed laser light having the repetition frequency of the first pulsed laser light 100 and the second pulsed laser light 120 from the laser system 10.
  • the beam combiner 20 described above includes a movable part that switches the position of the mirror 200 using the actuator 210, it is difficult to switch the position with good reproducibility at a high repetition frequency such as 12 kHz. As a result, the position reproducibility of the pulsed laser light output from the laser system 10 is poor.
  • Embodiment 1 4 shows a schematic configuration of a laser system 10A according to embodiment 1.
  • the laser system 10A includes a laser oscillator system 30, a beam combiner 40, and a laser processor 222.
  • the laser oscillator system 30 includes a first laser oscillator LO1 and a second laser oscillator LO2. Note that the notation “laser oscillator 1" in the figure represents the first laser oscillator LO1, and the notation “laser oscillator 2" represents the second laser oscillator LO2.
  • the first laser oscillator LO1 outputs a first pulsed laser light PL1 with an ultraviolet wavelength of 150 nm to 380 nm and a first polarization direction.
  • the first laser oscillator LO1 may be a KrF excimer laser or an ArF excimer laser.
  • the spectral linewidth of the first pulsed laser light PL1 may be narrowed to 1 pm or less.
  • the second laser oscillator LO2 outputs a second pulsed laser light PL2 having an ultraviolet wavelength of 150 nm to 380 nm and a second polarization direction rotated 45 degrees counterclockwise with respect to the first polarization direction.
  • the counterclockwise direction is an example of the "first rotation direction" in this disclosure.
  • the second laser oscillator LO2 may be a KrF excimer laser or an ArF excimer laser.
  • the spectral linewidth of the second pulsed laser light PL2 may be narrowed to 1 pm or less.
  • the laser processor 222 functions as a control device for the laser system 10A.
  • the laser processor 222 is a processing device including a storage device in which a control program is stored, and a CPU (Central Processing Unit) that executes the control program.
  • the laser processor 222 is specially configured or programmed to execute various processes included in the present disclosure.
  • the storage device is a tangible, non-transitory computer-readable medium, and includes, for example, a memory that is a primary storage device and a storage that is an auxiliary storage device.
  • the computer-readable medium may be, for example, a semiconductor memory, a hard disk drive (HDD) device, or a solid state drive (SSD) device, or a combination of two or more of these.
  • the beam combiner 40 includes a first polarizer 42, a Faraday rotator 44, a second polarizer 46, and a multi-pass Faraday mirror 48.
  • the laser system 10A also includes a power supply 50 that supplies current to the multi-pass Faraday mirror 48.
  • Each of the first laser oscillator LO1, the second laser oscillator LO2, and the power supply 50 is controlled by the laser processor 222.
  • the first polarizer 42 is positioned so that the first pulsed laser light PL1 passes through it.
  • the first polarizer 42 may be, for example, a polarizing prism or a thin film polarizer.
  • the Faraday rotator 44 is disposed so that the first pulsed laser light PL1 transmitted through the first polarizer 42 passes through it.
  • the Faraday rotator 44 is composed of a Faraday material 54 that rotates the polarization direction of the first pulsed laser light PL1 by 45 degrees clockwise when viewed in the direction in which the first pulsed laser light PL1 travels, and a permanent magnet 56.
  • the clockwise direction is an example of a "second rotation direction" in this disclosure.
  • the Faraday material 54 may be, for example, CaF 2 , MgF 2 , or synthetic quartz.
  • the permanent magnet 56 applies a magnetic field to the Faraday material 54.
  • the Faraday rotator 44 is an example of a "first Faraday rotator" in this disclosure.
  • the Faraday material 54 is an example of a "second Faraday material” in this disclosure
  • the permanent magnet 56 is an example of a "first permanent magnet” in this disclosure.
  • the second polarizer 46 is arranged so as to transmit the first pulsed laser light PL1 that has passed through the Faraday rotator 44 and to reflect the second pulsed laser light PL2.
  • the second polarizer 46 may be, for example, a polarizing prism or a thin-film polarizer.
  • the multi-path Faraday mirror 48 is positioned so that the first pulsed laser light PL1 that has passed through the second polarizer 46 is incident on it.
  • the configuration diagram of the multi-path Faraday mirror 48 is shown in Figure 5.
  • the multi-path Faraday mirror 48 includes a Faraday material 64 that rotates the polarization direction of the pulsed laser light PL by 90 degrees clockwise when viewed in the direction in which the pulsed laser light PL travels, a coil 66 that constitutes an electromagnet, a high-reflection mirror 71, a high-reflection mirror 72, a high-reflection mirror 73, and a high-reflection mirror 74.
  • the Faraday material 64 may be, for example, CaF2 , MgF2 , or synthetic quartz.
  • the Faraday material 64 is an example of a "first Faraday material" in this disclosure.
  • the high-reflection mirrors 71 to 74 are positioned so that the pulsed laser light PL incident on the multi-path Faraday mirror 48 is reflected by high-reflection mirror 71, high-reflection mirror 72, high-reflection mirror 73, and high-reflection mirror 74, and is further reflected by high-reflection mirror 73, high-reflection mirror 72, and high-reflection mirror 71, and is emitted coaxially with the incident pulsed laser light PL.
  • FIG. 5 shows an example in which the pulsed laser light PL makes eight passes (passes through the Faraday material 64 eight times), the number of passes may be an even number equal to or greater than four.
  • the pulsed laser light PL may be either a first pulsed laser light PL1 or a second pulsed laser light PL2.
  • Highly reflective mirrors 71 to 74 are an example of the "multiple reflective mirrors" in this disclosure.
  • the power supply 50 is connected to the coil 66.
  • a current flows from the power supply 50 to the coil 66, a magnetic field is applied to the Faraday material 64.
  • the laser processor 222 causes the laser oscillator system 30 to alternately output the first pulsed laser light PL1 and the second pulsed laser light PL2 at the same repetition rate.
  • FIG. 6 shows the propagation of the first pulsed laser light PL1 output from the first laser oscillator LO1.
  • the first pulsed laser light PL1 with the first polarization direction output from the first laser oscillator LO1 passes through the first polarizer 42.
  • the polarization direction of the first pulsed laser light PL1 rotates 45 degrees clockwise to the third polarization direction.
  • the double-headed arrow in the dashed circle in the figure indicates the direction of the polarization plane of the pulsed laser light PL when the line of sight is aligned with the direction in which the pulsed laser light PL travels, i.e., the polarization direction.
  • the first pulsed laser light PL1 that passes through the Faraday rotator 44 passes through the second polarizer 46.
  • the first pulsed laser light PL1 that passes through the second polarizer 46 enters the multi-pass Faraday mirror 48.
  • the first pulsed laser light PL1 incident on the multi-path Faraday mirror 48 passes through the Faraday material 64 eight times before being reflected toward the second polarizer 46.
  • the laser processor 222 does not pass current through the coil 66 via the power supply 50.
  • the electromagnet is OFF.
  • the polarization direction of the first pulsed laser light PL1 does not rotate when it passes through the multi-path Faraday mirror 48. Therefore, the polarization direction of the first pulsed laser light PL1 output from the multi-path Faraday mirror 48 remains the third polarization direction.
  • the first pulsed laser light PL1 having the third polarization direction reflected by the multi-path Faraday mirror 48 passes through the second polarizer 46 and has its polarization direction rotated 45 degrees clockwise by the Faraday rotator 44 to become the fourth polarization direction.
  • the first pulsed laser light PL1 having the fourth polarization direction is reflected by the first polarizer 42 and output from the laser system 10A.
  • FIG. 7 shows the propagation of the second pulsed laser light PL2 output from the second laser oscillator LO2.
  • the second pulsed laser light PL2 having the second polarization direction output from the second laser oscillator LO2 is reflected by the second polarizer 46.
  • the second pulsed laser light PL2 then enters the multi-path Faraday mirror 48.
  • the second pulsed laser light PL2 incident on the multi-pass Faraday mirror 48 passes through the Faraday material 64 eight times before being reflected towards the second polarizer 46.
  • the laser processor 222 passes a current through the coil 66 via the power supply 50.
  • the electromagnet is ON.
  • the strength of the magnetic field generated by the electromagnet ranges from 0.005 T to 1.0 T.
  • the polarization direction rotates 90 degrees clockwise. Therefore, the polarization direction of the second pulsed laser light PL2 reflected by the multi-path Faraday mirror 48 becomes the third polarization direction.
  • the second pulsed laser light PL2 having the third polarization direction reflected by the multi-path Faraday mirror 48 passes through the second polarizer 46 and has its polarization direction rotated 45 degrees clockwise by the Faraday rotator 44 to become the fourth polarization direction.
  • the second pulsed laser light PL2 having the fourth polarization direction is reflected by the first polarizer 42 and output from the laser system 10A.
  • the laser processor 222 turns the electromagnet OFF when the first pulsed laser light PL1 is incident on the multi-path Faraday mirror 48, and turns the electromagnet ON when the second pulsed laser light PL2 is incident on the multi-path Faraday mirror 48.
  • the first pulsed laser light PL1 with the first polarization direction and the second pulsed laser light PL2 with the second polarization direction output from the laser oscillator system 30 are combined in the beam combiner 40 so as to propagate in a common direction.
  • the combined first pulsed laser light PL1 and second pulsed laser light PL2 in the fourth polarization direction are alternately output from the laser system 10A.
  • the beam combiner 40 also functions when the clockwise and counterclockwise directions in the above embodiment are reversed. However, in this case, the polarization direction of the light passing through the second polarizer 46 differs by 90 degrees from that described above.
  • the beam combiner 40 does not have any moving parts such as the actuator 210 shown in Figures 2 and 3, so the position repeatability of the pulsed laser light PL (the first pulsed laser light PL1 and the second pulsed laser light PL2) output from the laser system 10A is high.
  • the electromagnet By making the pulsed laser light pass multiple times in the multi-path Faraday mirror 48, the electromagnet can be made smaller and the current passed through the coil 66 can be reduced.
  • Pulsed laser light PL with the same polarization direction can be output from the laser system 10A.
  • FIG. 8 shows the configuration of a multi-path Faraday mirror 49 according to a modification of embodiment 1.
  • the multi-path Faraday mirror 49 shown in FIG. 8 can be used.
  • the multipath Faraday mirror 49 includes a Faraday material 65, a high-reflection mirror 81, and a coil 66 that constitutes an electromagnet.
  • the Faraday material 65 has high-reflection coatings 82, 83 applied to a portion of each of a first surface 65a, which is the surface on which the pulsed laser light PL is incident, and a second surface 65b, which is the surface from which the pulsed laser light PL is output toward the high-reflection mirror 81.
  • the pulsed laser light PL incident on the multi-path Faraday mirror 49 enters the Faraday material 65 from a portion of the first surface 65a that is not provided with the high-reflection coating 82.
  • the pulsed laser light PL is then reflected by the high-reflection coating 83 and the high-reflection coating 82, and is output from a portion of the second surface 65b that is not provided with the high-reflection coating 83.
  • the pulsed laser light PL output from the second surface 65b of the Faraday material 65 is reflected by the high-reflection mirror 81 and then returns to the Faraday material 65.
  • the pulsed laser light PL reflected by the high-reflection mirror 81 enters the Faraday material 65 from a portion of the second surface 65b where the high-reflection coating 83 is not applied, is reflected by the high-reflection coating 82 and the high-reflection coating 83, and is then output from a portion of the first surface 65a where the high-reflection coating 82 is not applied. It is preferable that the high-reflection coating 82 and the high-reflection coating 83 are each reflected two or more times. In other words, it is desirable that the pulsed laser light PL makes four or more passes through the Faraday material 65.
  • the high-reflection mirror 81 and the high-reflection coatings 82 and 83 are examples of "multiple reflecting mirrors" in this disclosure.
  • the laser processor 222 passes a current through the coil 66 via the power supply 50, that is, when the electromagnet is ON, the polarization direction of the pulsed laser light PL rotates 90 degrees clockwise when it passes through the multi-path Faraday mirror 49.
  • the laser processor 222 controls the current (electromagnet current) passed through the coil 66 via the power supply 50 to switch the electromagnet ON/OFF, in the same manner as in embodiment 1.
  • the laser system 10A equipped with the multi-path Faraday mirror 49 according to the modified example can provide the same effects as those of the embodiment 1.
  • the multi-path Faraday mirror 49 according to the modified example can reduce the number of high-reflection mirrors compared to the multi-path Faraday mirror 48 of the embodiment 1, and the position repeatability and the like are further improved compared to the embodiment 1.
  • Embodiment 2 4.1 Configuration Fig. 9 shows a schematic configuration of a laser system 10B according to the second embodiment.
  • the laser system 10B will be described with respect to differences from the laser system 10A shown in Fig. 4.
  • the laser system 10B includes a laser oscillator system 32 instead of the laser oscillator system 30 shown in Fig. 4.
  • the laser oscillator system 32 includes a third laser oscillator LO3 instead of the second laser oscillator LO2 shown in Fig. 4, and a Faraday rotator 90. Note that the notation "laser oscillator 3" in the figure refers to the third laser oscillator LO3.
  • the third laser oscillator LO3 outputs a second pulsed laser light PL2 having an ultraviolet wavelength of 150 nm to 380 nm in a first polarization direction.
  • the third laser oscillator LO3 may be a KrF excimer laser or an ArF excimer laser.
  • the spectral linewidth of the second pulsed laser light PL2 output from the third laser oscillator LO3 may be narrowed to 1 pm or less.
  • the Faraday rotator 90 is composed of a Faraday material 94 that rotates the polarization direction of the second pulsed laser light PL2 by 45 degrees counterclockwise when viewed in the direction in which the second pulsed laser light PL2 travels, and a permanent magnet 96.
  • the Faraday material 94 may be, for example, CaF2 , MgF2 , or synthetic quartz.
  • a wave plate that rotates the polarization direction of the second pulsed laser light PL2 by 45 degrees counterclockwise may be used.
  • the other configurations are the same as those shown in FIG. 4.
  • Faraday rotator 90 is an example of a "second Faraday rotator" in this disclosure.
  • Faraday material 94 is an example of a “third Faraday material” in this disclosure, and permanent magnet 96 is an example of a "second permanent magnet” in this disclosure.
  • the laser processor 222 alternately outputs the first pulsed laser beam PL1 and the second pulsed laser beam PL2 at the same repetition rate.
  • Fig. 10 shows the propagation of the second pulsed laser beam PL2 output from the third laser oscillator LO3.
  • the second pulsed laser light PL2 output from the third laser oscillator LO3 passes through the Faraday rotator 90. At this time, the polarization direction of the second pulsed laser light PL2 rotates 45 degrees counterclockwise to become the second polarization direction.
  • the second pulsed laser light PL2 that passes through the Faraday rotator 90 is reflected by the second polarizer 46 and enters the multi-path Faraday mirror 48. Subsequent propagation is the same as in embodiment 1.
  • the propagation of the first pulsed laser light PL1 output from the first laser oscillator LO1 is the same as in embodiment 1, and the control of the current flowing through the electromagnet via the power supply 50 and other operations are also the same as in embodiment 1.
  • the laser system 10B according to the embodiment 2 can provide the same effects as those of the embodiment 1.
  • the polarization directions of the first pulsed laser beam PL1 output from the first laser oscillator LO1 and the second pulsed laser beam PL2 output from the third laser oscillator LO3 can be made the same.
  • FIG. 11 shows the configuration of a laser system 10C according to the third embodiment.
  • the laser system 10C will be described with respect to differences from the laser system 10A shown in FIG. 4.
  • the laser system 10C includes a laser oscillator system 33 instead of the laser oscillator system 30 shown in FIG. 4.
  • the laser oscillator system 33 includes a fourth laser oscillator LO4, a beam splitter BS, a first amplifier 130, a second amplifier 132, and a Faraday rotator 140.
  • the notation “laser oscillator 4" in the figure represents the fourth laser oscillator LO4.
  • the notations "amplifier 1" and “amplifier 2" in the figure represent the first amplifier 130 and the second amplifier 132.
  • the fourth laser oscillator LO4 outputs seed light SL in the first polarization direction with an ultraviolet wavelength of 150 nm to 380 nm.
  • the fourth laser oscillator LO4 may be a solid-state laser capable of high repetition rate operation and outputting seed light SL with the wavelength of a KrF laser or an ArF laser.
  • the spectral line width of the seed light SL output from the fourth laser oscillator LO4 may be narrowed to 1 pm or less.
  • the solid-state laser may be, for example, a triple wave (wavelength 248.4 nm) of a Ti sapphire laser with a wavelength of 745.2 nm, or a quadruple wave (wavelength 193.4 nm) of a Ti sapphire laser with a wavelength of 773.6 nm.
  • the beam splitter BS splits the seed beam SL output from the fourth laser oscillator LO4 into two seed beams SL.
  • the split ratio of the transmitted light amount to the reflected light amount in the beam splitter BS may be 1:1.
  • the first amplifier 130 and the second amplifier 132 each amplify the seed light SL separated by the beam splitter BS.
  • the first amplifier 130 and the second amplifier 132 are, for example, discharge-pumped excimer amplifiers, and may include a Fabry-Perot resonator, a ring resonator, or a multi-pass amplifier.
  • a multi-pass amplifier is configured to reflect a beam that has passed through the amplifier using multiple reflecting mirrors, causing the beam to pass through the same amplifier multiple times.
  • the repetition frequency of the first amplifier 130 and the second amplifier 132 is the same, and the repetition frequency of the fourth laser oscillator LO4 is twice the repetition frequency of the first amplifier 130 and the second amplifier 132.
  • the repetition frequency of each of the first amplifier 130 and the second amplifier 132 is 6 kHz, and the repetition frequency of the fourth laser oscillator LO4 is 12 kHz.
  • the Faraday rotator 140 is composed of a Faraday material 144 that rotates the polarization direction of the pulsed laser light PL by 45 degrees counterclockwise when viewed in the direction in which the pulsed laser light PL travels, and a permanent magnet 146.
  • the Faraday material 144 may be, for example, CaF2 , MgF2 , or synthetic quartz.
  • a wave plate that rotates the polarization direction of the pulsed laser light PL by 45 degrees counterclockwise may be used.
  • the other configurations are the same as those in FIG. 4.
  • Faraday rotator 140 is an example of a "third Faraday rotator" in this disclosure.
  • Faraday material 144 is an example of a “fourth Faraday material” in this disclosure, and permanent magnet 146 is an example of a "third permanent magnet” in this disclosure.
  • the laser processor 222 alternately operates the first amplifier 130 and the second amplifier 132 for each pulse of the seed light SL.
  • the first amplifier 130 When the first amplifier 130 operates, it amplifies one of the seed lights SL separated by the beam splitter BS and outputs the first pulsed laser light PL1.
  • the second amplifier 132 When the second amplifier 132 operates, the second amplifier 132 amplifies the other seed light SL split by the beam splitter BS and outputs the second pulsed laser light PL2.
  • FIG. 12 shows the propagation of the first pulsed laser light PL1 output from the first amplifier 130.
  • the propagation of the first pulsed laser light PL1 output from the first amplifier 130 is similar to that in embodiment 1.
  • FIG. 13 shows the propagation of the second pulsed laser light PL2 output from the second amplifier 132.
  • the propagation of the second pulsed laser light PL2 output from the second amplifier 132 is similar to that in the second embodiment.
  • the laser processor 222 turns the electromagnet OFF when the first pulsed laser light PL1 is incident on the multi-path Faraday mirror 48, and turns the electromagnet ON when the second pulsed laser light PL2 is incident on the multi-path Faraday mirror 48.
  • the first pulsed laser light PL1 in the first polarization direction and the second pulsed laser light PL2 in the second polarization direction are combined by the beam combiner 40 so as to propagate in a common direction.
  • the combined first pulsed laser light PL1 and second pulsed laser light PL2 in the fourth polarization direction are alternately output from the laser system 10C.
  • the laser system 10C according to the third embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment. Since the laser system 10C includes only one fourth laser oscillator LO4, it is possible to reduce fluctuations in the wavelength and the spectral linewidth of the pulsed laser light output from the laser system 10C.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 800.
  • the exposure apparatus 800 includes an illumination optical system 806 and a projection optical system 808.
  • the laser system 10A generates a laser beam and outputs the laser beam to the exposure apparatus 800.
  • the illumination optical system 806 illuminates a reticle pattern of a reticle (not shown) arranged on a reticle stage RT with the laser beam incident from the laser system 10A.
  • the projection optical system 808 reduces and projects the laser beam transmitted through the reticle to form an image on a workpiece (not shown) arranged on a workpiece table WT.
  • the workpiece is a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer coated with photoresist.
  • the exposure apparatus 800 exposes the workpiece to laser light reflecting the reticle pattern by synchronously translating the reticle stage RT and the workpiece table WT. After the reticle pattern is transferred to the semiconductor wafer by the exposure process described above, a semiconductor device can be manufactured through multiple processes.
  • a semiconductor device is an example of an "electronic device" in this disclosure. The configuration is not limited to using laser system 10A, and laser systems 10B, 10C, etc. may also be used.

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Abstract

レーザシステムは、第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光と第1の偏光方向に対して第1の回転方向に45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光とを出力するレーザ発振器システム、第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光とを結合するビームコンバイナ、電源及びプロセッサを備え、ビームコンバイナは、第1の偏光子、第1の偏光子を透過した第1のパルスレーザ光の偏光方向を第1の回転方向と逆方向に45度回転させる第1のファラデー回転子、第1のファラデー回転子を透過した第1のパルスレーザ光を透過し、第2のパルスレーザ光を反射する第2の偏光子及び第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光を第2の偏光子に向けて反射するマルチパスファラデーミラーを備える。マルチパスファラデーミラーは、第1のファラデー材料、電磁石及び複数の反射ミラーを備え、プロセッサは、第1のパルスレーザ光が透過するときに電磁石に電流を流さず、第2のパルスレーザ光が第1のファラデー材料を透過するときに第2のパルスレーザ光の偏光方向を90度回転させる電流を流すように電源を介して電磁石に流れる電流を制御する。

Description

レーザシステム及び電子デバイスの製造方法
 本開示は、レーザシステム及び電子デバイスの製造方法に関する。
 近年、半導体露光装置においては、半導体集積回路の微細化及び高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長約248nmのレーザ光を出力するKrFエキシマレーザ装置、並びに波長約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 Narrowing 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。
国際公開第2021/108054号 米国特許出願公開第2005/146769号明細書
概要
 本開示の1つの観点に係るレーザシステムは、第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光と第1の偏光方向に対して第1の回転方向に45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光とを出力するレーザ発振器システムと、第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光とを共通の方向に伝搬させるように第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光とを結合するビームコンバイナであって、第1のパルスレーザ光を透過する第1の偏光子と、第1の偏光子を透過した第1のパルスレーザ光の偏光方向を第1の回転方向に対して逆方向の第2の回転方向に45度回転させる第1のファラデー回転子と、第1のファラデー回転子を透過した第1のパルスレーザ光を透過し、第2のパルスレーザ光を反射する第2の偏光子と、第2の偏光子を透過した第1のパルスレーザ光と第2の偏光子で反射された第2のパルスレーザ光とを第2の偏光子に向けて反射するマルチパスファラデーミラーと、を備え、マルチパスファラデーミラーは、第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光が透過する第1のファラデー材料と、第1のファラデー材料に磁場を印加する電磁石と、第1のファラデー材料を透過した第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光を第1のファラデー材料に折り返す複数の反射ミラーと、を備えるビームコンバイナと、電磁石に電流を流す電源と、第1のパルスレーザ光が第1のファラデー材料を透過するときに電磁石に電流を流さず、第2のパルスレーザ光が第1のファラデー材料を透過するときに第2のパルスレーザ光の偏光方向を90度回転させる電流を電磁石に流すように、電源を介して電磁石に流れる電流を制御するプロセッサと、を備える。
 本開示の他の1つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光と第1の偏光方向に対して第1の回転方向に45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光とを出力するレーザ発振器システムと、第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光とを共通の方向に伝搬させるように第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光とを結合するビームコンバイナであって、第1のパルスレーザ光を透過する第1の偏光子と、第1の偏光子を透過した第1のパルスレーザ光の偏光方向を第1の回転方向に対して逆方向の第2の回転方向に45度回転させる第1のファラデー回転子と、第1のファラデー回転子を透過した第1のパルスレーザ光を透過し、第2のパルスレーザ光を反射する第2の偏光子と、第2の偏光子を透過した第1のパルスレーザ光と第2の偏光子で反射された第2のパルスレーザ光とを第2の偏光子に向けて反射するマルチパスファラデーミラーと、を備え、マルチパスファラデーミラーは、第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光が透過する第1のファラデー材料と、第1のファラデー材料に磁場を印加する電磁石と、第1のファラデー材料を透過した第1のパルスレーザ光及び第2のパルスレーザ光を第1のファラデー材料に折り返す複数の反射ミラーと、を備えるビームコンバイナと、電磁石に電流を流す電源と、第1のパルスレーザ光が第1のファラデー材料を透過するときに電磁石に電流を流さず、第2のパルスレーザ光が第1のファラデー材料を透過するときに第2のパルスレーザ光の偏光方向を90度回転させる電流を電磁石に流すように、電源を介して電磁石に流れる電流を制御するプロセッサと、を備えるレーザシステムによってレーザ光を生成し、レーザ光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板にレーザ光を露光することを含む。
 本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、比較例に係るレーザシステムの構成を概略的に示す。 図2は、比較例に係るビームコンバイナのミラーが第1の位置に配置された状態を示す説明図である。 図3は、比較例に係るビームコンバイナのミラーが第2の位置に配置された状態を示す説明図である。 図4は、実施形態1に係るレーザシステムの構成を概略的に示す。 図5は、実施形態1に用いられるビームコンバイナの構成を概略的に示す。 図6は、第1のレーザ発振器から出力された第1のパルスレーザ光の伝搬の様子を示す説明図である。 図7は、第2のレーザ発振器から出力された第2のパルスレーザ光の伝搬の様子を示す説明図である。 図8は、実施形態1の変形例に係るマルチパスファラデーミラーの構成を概略的に示す。 図9は、実施形態2に係るレーザシステムの構成を概略的に示す。 図10は、第3のレーザ発振器から出力された第2のパルスレーザ光の伝搬の様子を示す説明図である。 図11は、実施形態3に係るレーザシステムの構成を概略的に示す。 図12は、第1の増幅器から出力された第1のパルスレーザ光の伝搬の様子を示す説明図である。 図13は、第2の増幅器から出力された第2のパルスレーザ光の伝搬の様子を示す説明図である。 図14は、露光装置の構成を概略的に示す。
実施形態
 -目次-
1.用語の説明
 1.1 ファラデー材料
 1.2 マルチパスファラデーミラー
2.比較例に係るレーザシステムの概要
 2.1 構成
 2.2 動作
 2.3 課題
3.実施形態1
 3.1 構成
 3.2 動作
 3.3 効果
 3.4 変形例
  3.4.1 構成
  3.4.2 動作
  3.4.3 効果
4.実施形態2
 4.1 構成
 4.2 動作
 4.3 効果
5.実施形態3
 5.1 構成
 5.2 動作
 5.3 効果
6.電子デバイスの製造方法について
7.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
 1.1 ファラデー材料
 ファラデー材料とは、外部から磁場を印加することで磁気光学効果のファラデー効果が起こる材料をいう。どの材料でもファラデー効果は起こるが、本明細書では、波長が150nmから380nmの紫外線波長においてファラデー効果が得られる材料のことを指す。深紫外領域においては、ファラデー材料の候補材料として、フッ化カルシウム(CaF2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、合成石英等がある。
 1.2 マルチパスファラデーミラー
 マルチパスファラデーミラーは、ファラデー材料と、ファラデー材料に磁場を印加する電磁石と、ファラデー材料を透過した光をファラデー材料に折り返す複数の反射ミラーとで構成される。複数の反射ミラーは、マルチパスファラデーミラーに入射する光の光軸とマルチパスファラデーミラーから出力される光の光軸とが同じになるように配置される。
 マルチパスファラデーミラーに入射した光はファラデー材料を偶数回透過し、透過しているときに、電磁石よりファラデー材料に磁場を印加することにより、ファラデー効果によって偏光方向が回転する。光をファラデー材料に複数回透過させることにより、電磁石より印加する磁場を小さくできる。また、ファラデー材料の大きさを小さくできる。なお、反射ミラーは反射コートであってもよい。反射ミラーの役割を果たす反射コートは「反射ミラー」の概念に含まれる。
 2.比較例に係るレーザシステムの概要
 2.1 構成
 図1は、比較例に係るレーザシステム10の構成を概略的に示す構成図である。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。レーザシステム10は、第1のレーザ発振器LO1と、第2のレーザ発振器LO2と、ビームコンバイナ20と、レーザプロセッサ220と、を含む。
 第1のレーザ発振器LO1は、第1のパルスレーザ光100を出力する。第2のレーザ発振器LO2は、第2のパルスレーザ光120を出力する。
 ビームコンバイナ20は、第1のパルスレーザ光100と第2のパルスレーザ光120とを共通の方向に伝搬させるように結合する。
 レーザプロセッサ220は、第1のパルスレーザ光100と第2のパルスレーザ光120とを同じ繰返し周波数で交互に出力させることにより、レーザシステム10は第1のパルスレーザ光100及び第2のパルスレーザ光120の繰返し周波数の2倍の繰返し周波数のパルスレーザ光を出力する。例えば第1のパルスレーザ光100及び第2のパルスレーザ光120の繰返し周波数が6kHzのときは、レーザシステム10は12kHzの繰返し周波数のパルスレーザ光を出力することができる。
 図2及び図3にビームコンバイナ20の構成を示す。なお、図2及び図3は、特許文献1の図6A及び図6Bから引用したものである。
 ビームコンバイナ20は、ミラー200とアクチュエータ210とを含む。図2及び図3において実線の矢印はアクティブなパルスレーザ光の伝搬を示し、破線の矢印はミラー200が破線で示す他の位置にあるときのパルスレーザ光の伝搬を示す。第1のパルスレーザ光100と第2のパルスレーザ光120とはそれぞれの光軸の間の角度がθになるようにビームコンバイナ20に入射する。方向Aはパルスレーザ光がレーザシステム10から出力される方向である。
 2.2 動作
 第1のレーザ発振器LO1から出力された第1のパルスレーザ光100をレーザシステム10から出力するときは、ビームコンバイナ20のミラー200の位置が図2の実線で示す第1の位置になるようにレーザプロセッサ220からアクチュエータ210へ制御信号を送信する。第2のレーザ発振器LO2から出力された第2のパルスレーザ光120をレーザシステム10から出力するときは、ビームコンバイナ20のミラー200の位置が図3の実線で示す第2の位置になるようにレーザプロセッサ220からアクチュエータ210へ制御信号を送信する。
 ミラー200の第1の位置と第2の位置との角度差はθ/2である。レーザプロセッサ220はビームコンバイナ20に入射するパルスレーザ光に応じてミラー200の位置を第1の位置又は第2の位置に交互に切り替えることにより、第1のパルスレーザ光100及び第2のパルスレーザ光120の繰返し周波数のパルスレーザ光をレーザシステム10から出力する。
 2.3 課題
 上記のビームコンバイナ20はアクチュエータ210でミラー200の位置を切り替える可動部を含むが、12kHz等の高繰返し周波数の周期で再現性よく位置を切り替えることは困難である。このため、レーザシステム10から出力されるパルスレーザ光の位置再現性が悪い。
 このようなビームコンバイナ20を改善し、2つのパルスレーザ光を共通の方向に伝搬させ、出力されるパルスレーザ光の位置が変動し難い(位置再現性に優れた)レーザシステムを実現することが望まれる。
 3.実施形態1
 3.1 構成
 図4は、実施形態1に係るレーザシステム10Aの構成を概略的に示す。レーザシステム10Aは、レーザ発振器システム30と、ビームコンバイナ40と、レーザプロセッサ222と、を備える。
 レーザ発振器システム30は、第1のレーザ発振器LO1と、第2のレーザ発振器LO2と、を含む。なお、図中の「レーザ発振器1」の表記は第1のレーザ発振器LO1を表し、「レーザ発振器2」の表記は第2のレーザ発振器LO2を表す。第1のレーザ発振器LO1は、波長が150nmから380nmの紫外線波長で第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1を出力する。第1のレーザ発振器LO1は、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザでもよい。また、第1のパルスレーザ光PL1のスペクトル線幅は、1pm以下に狭帯域化されてもよい。
 第2のレーザ発振器LO2は、波長が150nmから380nmの紫外線波長で第1の偏光方向に対して反時計回りに45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2を出力する。反時計回りの方向は本開示における「第1の回転方向」の一例である。第2のレーザ発振器LO2は、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザでもよい。また、第2のパルスレーザ光PL2のスペクトル線幅は、1pm以下に狭帯域化されてもよい。
 レーザプロセッサ222は、レーザシステム10Aの制御装置として機能する。レーザプロセッサ222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。レーザプロセッサ222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。記憶装置は、有体物たる非一時的なコンピュータ可読媒体であり、例えば、主記憶装置であるメモリ及び補助記憶装置であるストレージを含む。コンピュータ可読媒体は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクドライブ(HDD)装置、若しくはソリッドステートドライブ(SSD)装置又はこれらの複数の組み合わせであってよい。
 ビームコンバイナ40は、第1の偏光子42と、ファラデー回転子44と、第2の偏光子46と、マルチパスファラデーミラー48と、を含む。また、レーザシステム10Aはマルチパスファラデーミラー48に電流を供給する電源50を含む。第1のレーザ発振器LO1、第2のレーザ発振器LO2及び電源50のそれぞれはレーザプロセッサ222によって制御される。
 第1の偏光子42は、第1のパルスレーザ光PL1が透過するように配置される。第1の偏光子42は、例えば、偏光プリズム又は薄膜偏光子であってよい。
 ファラデー回転子44は、第1の偏光子42を透過した第1のパルスレーザ光PL1が透過するように配置される。ファラデー回転子44は、第1のパルスレーザ光PL1が進む方向を見たとき、第1のパルスレーザ光PL1の偏光方向を時計回りに45度回転させるファラデー材料54と永久磁石56とから構成される。時計回りの方向は本開示における「第2の回転方向」の一例である。ファラデー材料54は、例えば、CaF2、MgF2又は合成石英であってよい。永久磁石56はファラデー材料54に磁場を印加する。ファラデー回転子44は本開示における「第1のファラデー回転子」の一例である。ファラデー材料54は本開示における「第2のファラデー材料」の一例であり、永久磁石56は本開示における「第1の永久磁石」の一例である。
 第2の偏光子46は、ファラデー回転子44を透過した第1のパルスレーザ光PL1が透過し、第2のパルスレーザ光PL2を反射するように配置される。第2の偏光子46は、例えば、偏光プリズム又は薄膜偏光子であってよい。
 マルチパスファラデーミラー48は、第2の偏光子46を透過した第1のパルスレーザ光PL1が入射するように配置される。
 マルチパスファラデーミラー48の構成図を図5に示す。マルチパスファラデーミラー48は、パルスレーザ光PLが進む方向を見たとき、パルスレーザ光PLの偏光方向を時計回りに90度回転させるファラデー材料64と、電磁石を構成するコイル66と、高反射ミラー71と、高反射ミラー72と、高反射ミラー73と、高反射ミラー74と、を含む。
 ファラデー材料64は、例えば、CaF2、MgF2又は合成石英であってよい。ファラデー材料64は本開示における「第1のファラデー材料」の一例である。
 高反射ミラー71~74は、マルチパスファラデーミラー48に入射したパルスレーザ光PLが高反射ミラー71と、高反射ミラー72と、高反射ミラー73と、高反射ミラー74とで反射し、さらに、高反射ミラー73と、高反射ミラー72と、高反射ミラー71とで反射して、入射したパルスレーザ光PLと同軸で出射するように配置される。
 なお、図5には、パルスレーザ光PLがファラデー材料64を8パス(8回通過)する例を示すが、パス数は4以上の偶数であればよい。パルスレーザ光PLは、第1のパルスレーザ光PL1である場合と、第2のパルスレーザ光PL2である場合とがあり得る。高反射ミラー71~74は本開示における「複数の反射ミラー」の一例である。
 電源50はコイル66と接続される。電源50からコイル66に電流が流れることにより、ファラデー材料64に磁場が印加される。
 3.2 動作
 レーザプロセッサ222は、レーザ発振器システム30から第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とを、同じ繰返し周波数で交互に出力させる。
 図6は、第1のレーザ発振器LO1から出力された第1のパルスレーザ光PL1の伝搬の様子を示す。第1のレーザ発振器LO1から出力された第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1は、第1の偏光子42を透過する。そして、第1のパルスレーザ光PL1は、ファラデー回転子44を透過するとき偏光方向が時計回りに45度回転し第3の偏光方向になる。なお、図中の破線円内に示す両向き矢印は、パルスレーザ光PLが進む方向に視線を合わせたときのパルスレーザ光PLの偏光面の方向、すなわち偏光方向を表している。ファラデー回転子44を透過した第1のパルスレーザ光PL1は第2の偏光子46を透過する。第2の偏光子46を透過した第1のパルスレーザ光PL1は、マルチパスファラデーミラー48に入射する。
 マルチパスファラデーミラー48に入射した第1のパルスレーザ光PL1は、ファラデー材料64を8パスして第2の偏光子46に向けて反射される。このとき、レーザプロセッサ222は、電源50を介してコイル66に電流を流さない。すなわち、電磁石はOFFである。この場合、第1のパルスレーザ光PL1の偏光方向は、マルチパスファラデーミラー48を透過したときに回転しない。このため、マルチパスファラデーミラー48から出力される第1のパルスレーザ光PL1の偏光方向は第3の偏光方向のままである。
 マルチパスファラデーミラー48で反射された第3の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1は、第2の偏光子46を透過しファラデー回転子44で偏光方向が時計回りに45度回転して第4の偏光方向になる。第4の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1は第1の偏光子42で反射されレーザシステム10Aから出力される。
 図7は、第2のレーザ発振器LO2から出力された第2のパルスレーザ光PL2の伝搬の様子を示す。第2のレーザ発振器LO2から出力された第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2は、第2の偏光子46で反射される。そして、第2のパルスレーザ光PL2は、マルチパスファラデーミラー48に入射する。
 マルチパスファラデーミラー48に入射した第2のパルスレーザ光PL2は、ファラデー材料64を8パスして第2の偏光子46に向けて反射される。このとき、レーザプロセッサ222は、電源50を介してコイル66に電流を流す。すなわち、電磁石はONである。第2のパルスレーザ光PL2がファラデー材料64を8パスすることにより、電磁石により発生させる磁場を小さくすることができる。このため、電磁石を小型化でき、また、コイル66に流す電流を小さくできる。
 電磁石により発生させる磁場の強度は0.005Tから1.0Tの範囲である。第2のパルスレーザ光PL2がマルチパスファラデーミラー48を透過するとき、偏光方向は時計回りに90度回転する。このため、マルチパスファラデーミラー48で反射される第2のパルスレーザ光PL2の偏光方向は第3の偏光方向になる。
 マルチパスファラデーミラー48で反射された第3の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2は第2の偏光子46を透過しファラデー回転子44で偏光方向が時計回りに45度回転して第4の偏光方向になる。第4の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2は第1の偏光子42で反射されレーザシステム10Aから出力される。
 レーザプロセッサ222は、第1のパルスレーザ光PL1がマルチパスファラデーミラー48に入射したときは電磁石をOFFにし、第2のパルスレーザ光PL2がマルチパスファラデーミラー48に入射したときは電磁石をONにする。この結果、レーザ発振器システム30から出力された第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1と第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2とは、ビームコンバイナ40で共通の方向に伝搬するように結合される。
 結合された第4の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とはレーザシステム10Aから交互に出力される。
 上記の実施形態の時計回りと反時計回りとが、すべて逆方向でもビームコンバイナ40として機能する。ただし、この場合は、第2の偏光子46を透過する光の偏光方向が上記の説明と90度異なる。
 3.3 効果
 実施形態1に係るレーザシステム10Aによれば、次の効果が得られる。
 [1]ビームコンバイナ40は、図2及び図3に示したアクチュエータ210等の可動部がないため、レーザシステム10Aから出力されるパルスレーザ光PL(第1のパルスレーザ光PL1及び第2のパルスレーザ光PL2)の位置再現性が高い。
 [2]マルチパスファラデーミラー48において、パルスレーザ光をマルチパスさせることによって、電磁石を小型化でき、コイル66に流す電流を小さくすることができる。
 [3]レーザシステム10Aから同じ偏光方向のパルスレーザ光PLを出力することができる。
 3.4 変形例
 3.4.1 構成
 図8に、実施形態1の変形例に係るマルチパスファラデーミラー49の構成を示す。図5に示したマルチパスファラデーミラー48の代わりに、図8に示すマルチパスファラデーミラー49を用いることができる。
 マルチパスファラデーミラー49は、ファラデー材料65と、高反射ミラー81と、電磁石を構成するコイル66とを含む。ファラデー材料65には、パルスレーザ光PLが入射する面である第1の面65aと、高反射ミラー81に向けてパルスレーザ光PLが出力される面である第2の面65bとのそれぞれの一部に高反射コート82、83が施されている。
 3.4.2 動作
 マルチパスファラデーミラー49に入射したパルスレーザ光PLは、第1の面65aの高反射コート82が施されていない部分からファラデー材料65に入射する。そして、パルスレーザ光PLは、高反射コート83と高反射コート82とで反射された後、第2の面65bの高反射コート83が施されていない部分から出力される。
 ファラデー材料65の第2の面65bから出力されたパルスレーザ光PLは、高反射ミラー81で反射された後、ファラデー材料65に戻る。
 高反射ミラー81で反射されたパルスレーザ光PLは、第2の面65bの高反射コート83が施されていない部分からファラデー材料65に入射し、高反射コート82と高反射コート83とで反射された後、第1の面65aの高反射コート82が施されていない部分から出力される。高反射コート82と高反射コート83とでの反射はそれぞれ2回以上が好ましい。つまり、パルスレーザ光PLがファラデー材料65で4パス以上することが望ましい。高反射ミラー81及び高反射コート82、83は本開示における「複数の反射ミラー」の一例である。
 レーザプロセッサ222は、電源50を介してコイル66に電流を流したとき、つまり電磁石がONのとき、パルスレーザ光PLはマルチパスファラデーミラー49を透過するときに偏光方向が時計回りに90度回転する。第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2のそれぞれがファラデー材料65を透過するときに、電源50を介してコイル66に流す電流(電磁石の電流)を制御して、電磁石のON/OFFを切り替える動作は実施形態1と同様である。
 3.4.3 効果
 変形例に係るマルチパスファラデーミラー49を備えたレーザシステム10Aによれば、実施形態1と同じ効果が得られる。変形例に係るマルチパスファラデーミラー49は実施形態1のマルチパスファラデーミラー48よりも高反射ミラーの枚数を減らすことができ、実施形態1よりも位置再現性などが一層向上する。
 4.実施形態2
 4.1 構成
 図9は、実施形態2に係るレーザシステム10Bの構成を概略的に示す。レーザシステム10Bについて、図4に示すレーザシステム10Aと異なる点を説明する。レーザシステム10Bは、図4に示すレーザ発振器システム30の代わりにレーザ発振器システム32を備える。レーザ発振器システム32は、図4に示す第2のレーザ発振器LO2の代わりに第3のレーザ発振器LO3と、ファラデー回転子90と、を備える。なお、図中の「レーザ発振器3」の表記は第3のレーザ発振器LO3を表す。
 第3のレーザ発振器LO3は、波長が150nmから380nmの紫外線波長で第1の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2を出力する。第3のレーザ発振器LO3は、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザでもよい。また、第3のレーザ発振器LO3から出力される第2のパルスレーザ光PL2のスペクトル線幅は、1pm以下に狭帯域化されてもよい。
 ファラデー回転子90は、第2のパルスレーザ光PL2が進む方向を見たとき、第2のパルスレーザ光PL2の偏光方向を反時計回りに45度回転させるファラデー材料94と永久磁石96とから構成される。ファラデー材料94は、例えば、CaF2、MgF2又は合成石英であってよい。ファラデー回転子90の代わりに第2のパルスレーザ光PL2の偏光方向を反時計回りに45度回転させる波長板でもよい。その他の構成は、図4に示す構成と同様である。
 ファラデー回転子90は本開示における「第2のファラデー回転子」の一例である。ファラデー材料94は本開示における「第3のファラデー材料」の一例であり、永久磁石96は本開示における「第2の永久磁石」の一例である。
 4.2 動作
 レーザプロセッサ222は、第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とを、同じ繰返し周波数で交互に出力させる。図10は、第3のレーザ発振器LO3から出力された第2のパルスレーザ光PL2の伝搬の様子を示す。
 第3のレーザ発振器LO3から出力された第2のパルスレーザ光PL2は、ファラデー回転子90を透過する。このとき、第2のパルスレーザ光PL2は、偏光方向が反時計回りに45度回転して第2の偏光方向になる。ファラデー回転子90を透過した第2のパルスレーザ光PL2は第2の偏光子46で反射され、マルチパスファラデーミラー48に入射する。その後の伝搬は、実施形態1と同様である。
 また、第1のレーザ発振器LO1から出力された第1のパルスレーザ光PL1の伝搬は実施形態1と同様であり、電源50を介して電磁石に流す電流の制御及びその他の動作も実施形態1と同様である。
 4.3 効果
 実施形態2に係るレーザシステム10Bよれば、実施形態1と同じ効果が得られる。レーザシステム10Bでは、第1のレーザ発振器LO1から出力される第1のパルスレーザ光PL1と第3のレーザ発振器LO3から出力される第2のパルスレーザ光PL2の偏光方向を同じにすることができる。
 5.実施形態3
 5.1 構成
 図11は、実施形態3に係るレーザシステム10Cの構成を示す。レーザシステム10Cについて、図4に示すレーザシステム10Aと異なる点を説明する。レーザシステム10Cは、図4に示すレーザ発振器システム30の代わりにレーザ発振器システム33を備える。レーザ発振器システム33は、第4のレーザ発振器LO4と、ビームスプリッタBSと、第1の増幅器130と、第2の増幅器132と、ファラデー回転子140と、を備える。なお、図中の「レーザ発振器4」の表記は第4のレーザ発振器LO4を表す。また、図中の「増幅器1」及び「増幅器2」の表記は第1の増幅器130及び第2の増幅器132を表す。
 第4のレーザ発振器LO4は、波長が150nmから380nmの紫外線波長で第1の偏光方向のシード光SLを出力する。第4のレーザ発振器LO4は、高繰返し動作可能でKrFレーザ又はArFレーザの波長のシード光SLを出力する固体レーザでもよい。また、第4のレーザ発振器LO4から出力されるシード光SLのスペクトル線幅は、1pm以下に狭帯域化されてもよい。固体レーザは、例えば、波長745.2nmのTiサファイアレーザの3倍波(波長248.4nm)や、波長773.6nmのTiサファイアレーザの4倍波(波長193.4nm)でもよい。
 ビームスプリッタBSは、第4のレーザ発振器LO4から出力されたシード光SLを2つのシード光SLに分離する。ビームスプリッタBSにおける透過光量と反射光量との分割比は1:1であってよい。
 第1の増幅器130と第2の増幅器132とのそれぞれはビームスプリッタBSで分離されたシード光SLを増幅する。第1の増幅器130と第2の増幅器132とのそれぞれは、例えば、放電励起のエキシマ増幅器であり、ファブリーペロー共振器、リング共振器又はマルチパス増幅器を含んでもよい。マルチパス増幅器は、増幅器を通過したビームを複数の反射ミラーで折り返して同じ増幅器にビームを複数回通過させる構成である。
 第1の増幅器130及び第2の増幅器132の繰返し周波数は同じであり、第4のレーザ発振器LO4の繰返し周波数は第1の増幅器130及び第2の増幅器132の繰返し周波数の2倍である。例えば、第1の増幅器130と第2の増幅器132とのそれぞれの繰返し周波数は6kHzであり、第4のレーザ発振器LO4の繰返し周波数は12kHzである。
 ファラデー回転子140は、パルスレーザ光PLが進む方向を見たとき、パルスレーザ光PLの偏光方向を反時計回りに45度回転させるファラデー材料144及び永久磁石146から構成される。ファラデー材料144は、例えば、CaF2、MgF2又は合成石英であってよい。ファラデー回転子140の代わりにパルスレーザ光PLの偏光方向を反時計回りに45度回転させる波長板でもよい。その他の構成は図4と同様である。
 ファラデー回転子140は本開示における「第3のファラデー回転子」の一例である。ファラデー材料144は本開示における「第4のファラデー材料」の一例であり、永久磁石146は本開示における「第3の永久磁石」の一例である。
 5.2 動作
 第4のレーザ発振器LO4から出力された第1の偏光方向のシード光SLは、ビームスプリッタBSで50%が透過して第1の増幅器130に入射し、他の50%が反射して第2の増幅器132に入射する。
 レーザプロセッサ222は、シード光SLのパルス毎に、第1の増幅器130と第2の増幅器132とを交互に動作させる。第1の増幅器130が動作したとき、第1の増幅器130はビームスプリッタBSで分離された一方のシード光SLを増幅して第1のパルスレーザ光PL1を出力する。
 第2の増幅器132が動作したとき、第2の増幅器132はビームスプリッタBSで分離された他方のシード光SLを増幅して第2のパルスレーザ光PL2を出力する。
 図12は、第1の増幅器130から出力された第1のパルスレーザ光PL1の伝搬の様子を示す。第1の増幅器130から出力された第1のパルスレーザ光PL1の伝搬は、実施形態1と同様である。
 図13は、第2の増幅器132からが出力された第2のパルスレーザ光PL2の伝搬の様子を示す。第2の増幅器132から出力された第2のパルスレーザ光PL2の伝搬は、実施形態2と同様である。レーザプロセッサ222は、第1のパルスレーザ光PL1がマルチパスファラデーミラー48に入射したときは、電磁石をOFFにし、第2のパルスレーザ光PL2がマルチパスファラデーミラー48に入射したときは、電磁石をONにする。
 この結果、第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1と第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光PL2とは、ビームコンバイナ40で共通の方向に伝搬するように結合される。結合された第4の偏光方向の第1のパルスレーザ光PL1と第2のパルスレーザ光PL2とはレーザシステム10Cから交互に出力される。
 5.3 効果
 実施形態3に係るレーザシステム10Cよれば、実施形態1と同じ効果が得られる。レーザシステム10Cでは、第4のレーザ発振器LO4が1つであるので、レーザシステム10Cから出力されるパルスレーザ光の波長やスペクトル線幅の変動を小さくできる。
 6.電子デバイスの製造方法について
 図14は、露光装置800の構成を概略的に示す。露光装置800は、照明光学系806と投影光学系808とを含む。レーザシステム10Aはレーザ光を生成し、レーザ光を露光装置800に出力する。照明光学系806は、レーザシステム10Aから入射したレーザ光によって、レチクルステージRT上に配置された不図示のレチクルのレチクルパターンを照明する。投影光学系808は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルWT上に配置された不図示のワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
 露光装置800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。レーザシステム10Aを用いる構成に限らず、レーザシステム10B、10Cなどを用いてもよい。
 7.その他
 上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
 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 (17)

  1.  第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光と前記第1の偏光方向に対して第1の回転方向に45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光とを出力するレーザ発振器システムと、
     前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを共通の方向に伝搬させるように前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを結合するビームコンバイナであって、
     前記第1のパルスレーザ光を透過する第1の偏光子と、
     前記第1の偏光子を透過した前記第1のパルスレーザ光の偏光方向を前記第1の回転方向に対して逆方向の第2の回転方向に45度回転させる第1のファラデー回転子と、
     前記第1のファラデー回転子を透過した前記第1のパルスレーザ光を透過し、前記第2のパルスレーザ光を反射する第2の偏光子と、
     前記第2の偏光子を透過した前記第1のパルスレーザ光と前記第2の偏光子で反射された前記第2のパルスレーザ光とを前記第2の偏光子に向けて反射するマルチパスファラデーミラーと、を備え、
     前記マルチパスファラデーミラーは、前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光が透過する第1のファラデー材料と、前記第1のファラデー材料に磁場を印加する電磁石と、前記第1のファラデー材料を透過した前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光を前記第1のファラデー材料に折り返す複数の反射ミラーと、
     を備える前記ビームコンバイナと、
     前記電磁石に電流を流す電源と、
     前記第1のパルスレーザ光が前記第1のファラデー材料を透過するときに前記電磁石に電流を流さず、前記第2のパルスレーザ光が前記第1のファラデー材料を透過するときに前記第2のパルスレーザ光の偏光方向を90度回転させる電流を前記電磁石に流すように、前記電源を介して前記電磁石に流れる電流を制御するプロセッサと、
     を備えるレーザシステム。
  2.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記プロセッサは、前記レーザ発振器システムから前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを交互に出力させる、
     レーザシステム。
  3.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記第1のファラデー材料は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム又は合成石英である、
     レーザシステム。
  4.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記第1のファラデー回転子は、第2のファラデー材料と、前記第2のファラデー材料に磁場を印加する第1の永久磁石と、を含み、
     前記第2のファラデー材料は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム又は合成石英である、
     レーザシステム。
  5.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記マルチパスファラデーミラーは、入射した前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とが前記第1のファラデー材料を8回通過してから前記第2の偏光子に向けて出射されるように、前記第1のファラデー材料を透過した前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光を反射する前記複数の反射ミラーである4つの高反射ミラーを含む、
     レーザシステム。
  6.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記第1のファラデー材料は、入射した前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とが前記第1のファラデー材料を複数回通過して前記第2の偏光子に向けて出力されるように、前記第1のファラデー材料における前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とが入射する面及び前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とが出力される面のそれぞれの一部に、前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを反射する前記複数の反射ミラーとしての反射コートを含む、
     レーザシステム。
  7.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記レーザ発振器システムは、前記第1の偏光方向の前記第1のパルスレーザ光を出力する第1のレーザ発振器と、
     前記第2の偏光方向の前記第2のパルスレーザ光を出力する第2のレーザ発振器と、を備える、
     レーザシステム。
  8.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記レーザ発振器システムは、前記第1の偏光方向の前記第1のパルスレーザ光を出力する第1のレーザ発振器と、
     前記第1の偏光方向の前記第2のパルスレーザ光を出力する第3のレーザ発振器と、
     前記第3のレーザ発振器から出力された前記第1のパルスレーザ光の偏光方向を前記第1の回転方向に45度回転させる第2のファラデー回転子と、を備え、
     前記第2のファラデー回転子から前記第2の偏光方向の前記第2のパルスレーザ光を出力させる、
     レーザシステム。
  9.  請求項8に記載のレーザシステムであって、
     前記第2のファラデー回転子は、第3のファラデー材料と前記第3のファラデー材料に磁場を印加する第2の永久磁石とを含み、
     前記第3のファラデー材料は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム又は合成石英である、
     レーザシステム。
  10.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記レーザ発振器システムは、
     前記第1の偏光方向のシード光を出力する第4のレーザ発振器と、
     前記シード光を分離するビームスプリッタと、
     前記ビームスプリッタで分離された一方のシード光を増幅し前記第1のパルスレーザ光を出力する第1の増幅器と、
     前記ビームスプリッタで分離された他方のシード光を増幅し前記第2のパルスレーザ光を出力する第2の増幅器と、
     前記第2の増幅器から出力された前記第2のパルスレーザ光の偏光方向を前記第1の回転方向に45度回転させる第3のファラデー回転子と、を備える、
     レーザシステム。
  11.  請求項10に記載のレーザシステムであって、
     前記第3のファラデー回転子は、第4のファラデー材料と前記第4のファラデー材料に磁場を印加する第3の永久磁石とを含み、
     前記第4のファラデー材料は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム又は合成石英である、
     レーザシステム。
  12.  請求項10に記載のレーザシステムであって、
     前記第4のレーザ発振器は、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザの波長の前記シード光を出力する固体レーザである、
     レーザシステム。
  13.  請求項10に記載のレーザシステムであって、
     前記第1の増幅器と前記第2の増幅器とのそれぞれは、ファブリーペロー共振器、リング共振器又はマルチパス増幅器を含む、
     レーザシステム。
  14.  請求項10に記載のレーザシステムであって、
     前記プロセッサは、前記第4のレーザ発振器から出力される前記シード光のパルス毎に、前記第1の増幅器と前記第2の増幅器とを交互に動作させる、
     レーザシステム。
  15.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光との波長は紫外線波長である、
     レーザシステム。
  16.  請求項1に記載のレーザシステムであって、
     前記ビームコンバイナによって結合されて出力される前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とは同じ偏光方向である、
     レーザシステム。
  17.  電子デバイスの製造方法であって、
     第1の偏光方向の第1のパルスレーザ光と前記第1の偏光方向に対して第1の回転方向に45度回転した第2の偏光方向の第2のパルスレーザ光とを出力するレーザ発振器システムと、
     前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを共通の方向に伝搬させるように前記第1のパルスレーザ光と前記第2のパルスレーザ光とを結合するビームコンバイナであって、
     前記第1のパルスレーザ光を透過する第1の偏光子と、
     前記第1の偏光子を透過した前記第1のパルスレーザ光の偏光方向を前記第1の回転方向に対して逆方向の第2の回転方向に45度回転させる第1のファラデー回転子と、
     前記第1のファラデー回転子を透過した前記第1のパルスレーザ光を透過し、前記第2のパルスレーザ光を反射する第2の偏光子と、
     前記第2の偏光子を透過した前記第1のパルスレーザ光と前記第2の偏光子で反射された前記第2のパルスレーザ光とを前記第2の偏光子に向けて反射するマルチパスファラデーミラーと、を備え、
     前記マルチパスファラデーミラーは、前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光が透過する第1のファラデー材料と、前記第1のファラデー材料に磁場を印加する電磁石と、前記第1のファラデー材料を透過した前記第1のパルスレーザ光及び前記第2のパルスレーザ光を前記第1のファラデー材料に折り返す複数の反射ミラーと、
     を備える前記ビームコンバイナと、
     前記電磁石に電流を流す電源と、
     前記第1のパルスレーザ光が前記第1のファラデー材料を透過するときに前記電磁石に電流を流さず、前記第2のパルスレーザ光が前記第1のファラデー材料を透過するときに前記第2のパルスレーザ光の偏光方向を90度回転させる電流を前記電磁石に流すように、前記電源を介して前記電磁石に流れる電流を制御するプロセッサと、
     を備えるレーザシステムによってレーザ光を生成し、
     前記レーザ光を露光装置に出力し、
     電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板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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