ホーム > 特許ランキング > ギガフォトン株式会社
▶ ギガフォトン株式会社の特許一覧 ▶ 国立大学法人 東京大学の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】波長変換システム
(51)【国際特許分類】
G02F 1/37 20060101AFI20221214BHJP
【ＦＩ】
G02F1/37
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020510300
(86)(22)【出願日】2018-03-28
(86)【国際出願番号】 JP2018012761
(87)【国際公開番号】W WO2019186767
(87)【国際公開日】2019-10-03
【審査請求日】2021-02-01
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度国立研究開発法人科学技術振興機構研究成果展開事業センター・オブ・イノベーション（ＣＯＩ）プログラム、ＣＯＩ拠点「コヒーレントフォトン技術によるイノベーション拠点」委託研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの
(73)【特許権者】
【識別番号】300073919
【氏名又は名称】ギガフォトン株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(72)【発明者】
【氏名】曲 晨
(72)【発明者】
【氏名】小林 洋平
(72)【発明者】
【氏名】趙 智剛
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 裕紀
【審査官】林 祥恵
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０３２２７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／００４５２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１４３０７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１５６４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２６３６８０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１８８２４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０１８５５８３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２６３６７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１１１７９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１９１３２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｈ０１Ｓ ３／０９４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長変換システムであって、以下を備える：Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第２の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって前記第１の波長と前記第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、前記第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；及び
Ｂ．前記第１の非線形光学結晶から出力された前記第１の和周波光と前記第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶；
ここで、前記第１の非線形光学結晶と前記第２の非線形光学結晶とは、前記第２のパルスレーザ光のビームウェスト位置が、前記第１の非線形光学結晶の出射端面の位置から前記第２の非線形光学結晶の中央の位置までの範囲内に位置するように構成され、
前記第１の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第２のパルスレーザ光のビーム径をＷａとし、
前記第２の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第２のパルスレーザ光のビーム径をＷｂとすると、
前記第１の非線形光学結晶と前記第２の非線形光学結晶とは、
Ｗａ＞Ｗｂの関係を満たすよう構成され、
前記第１の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第１のパルスレーザ光のビーム径をＷｄとし、
前記第２の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第１の和周波光のビーム径をＷｅとすると、
前記第１の非線形光学結晶と前記第２の非線形光学結晶とは、
Ｗｄ＞Ｗｅの関係を満たすよう構成される。
【請求項2】
波長変換システムであって、以下を備える：Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第１の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって前記第１の波長と前記第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、前記第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；
Ｂ．前記第１の非線形光学結晶から出力された前記第１の和周波光と前記第２のパルスレーザ光とが入力され、前記第１の和周波光の偏光状態を変えずに、前記第２のパルスレーザ光の偏光状態を第２の偏光状態に変更する波長板；及び
Ｃ．前記波長板を透過した前記第１の和周波光と前記第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶；
ここで、前記波長板と前記第２の非線形光学結晶とは、前記第２のパルスレーザ光のビームウェスト位置が、前記波長板から前記第２の非線形光学結晶の中央の位置までの範囲内に位置するように構成され、
前記第１の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第２のパルスレーザ光のビーム径をＷａとし、
前記第２の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第２のパルスレーザ光のビーム径をＷｂとし、
前記第１の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第１のパルスレーザ光のビーム径をＷｄとし、
前記第２の非線形光学結晶に入射する入射端面における前記第１の和周波光のビーム径をＷｅとすると、
前記第１の非線形光学結晶と前記第２の非線形光学結晶とは、
Ｗａ＞Ｗｂ及びＷｄ＞Ｗｅの関係を満たすよう構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波長変換システム及び加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３．４ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
【0003】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけ上の波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
【0004】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０～４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には、狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。狭帯域化素子は、エタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル線幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４９２５０８５号
【文献】特開平１０－６８９７６号公報
【文献】特開２００１－５１３１２号公報
【概要】
【0006】
本開示の１つの観点に係る波長変換システムは、以下を備える：
Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第２の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって第１の波長と第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；及び
Ｂ．第１の非線形光学結晶から出力された第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶。
Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第２の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって第１の波長と第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；及び
Ｂ．第１の非線形光学結晶から出力された第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶。
【0007】
本開示の１つの観点に係る波長変換システムは、以下を備える：
Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第１の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって第１の波長と第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；
Ｂ．第１の非線形光学結晶から出力された第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力され、第１の和周波光の偏光状態を変えずに、第２のパルスレーザ光の偏光状態を第２の偏光状態に変更する波長板；及び
Ｃ．波長板を透過した第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶。
Ａ．第１の偏光状態であって第１の波長を有する第１のパルスレーザ光と、第１の偏光状態であって第２の波長を有する第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第２の偏光状態であって第１の波長と第２の波長との和周波混合により生成される第３の波長を有する第１の和周波光と、第２のパルスレーザ光とを出力する第１の非線形光学結晶；
Ｂ．第１の非線形光学結晶から出力された第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力され、第１の和周波光の偏光状態を変えずに、第２のパルスレーザ光の偏光状態を第２の偏光状態に変更する波長板；及び
Ｃ．波長板を透過した第１の和周波光と第２のパルスレーザ光とが入力されることにより、第４の波長を有する第３のパルスレーザ光を出力する第２の非線形光学結晶。
【0008】
本開示の１つの観点に係る加工方法は、上記いずれかの波長変換システムを含む露光装置用レーザ装置から出力されるレーザ光によりワークピースに露光を行い、ワークピースを加工する加工方法。
【図面の簡単な説明】
【0009】
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9】図９Ａは、第１の実施形態の第１及び第２のＣＬＢＯ結晶に入射する第２のパルスレーザ光のビーム径を示す図である。図９Ｂは、第１の実施形態の第１及び第２のＣＬＢＯ結晶に入射する第１の和周波光及び第１のパルスレーザ光のビーム径を示す図である。
【実施形態】
【0010】
＜内容＞
１．比較例
１．１ 構成
１．１．１ 全体構成
１．１．２ 増幅器の構成
１．２ 動作
１．３ 波長変換システム
１．３．１ 全体構成
１．３．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
１．３．３ 作用
１．４ 課題
２．第１の実施形態
２．１ 全体構成
２．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
２．３ 作用
２．４ 効果
３．第２の実施形態
３．１ 構成
３．２ 作用
３．３ 効果
４．ビーム径の関係
５．波長調整可能範囲
６．露光装置
１．比較例
１．１ 構成
１．１．１ 全体構成
１．１．２ 増幅器の構成
１．２ 動作
１．３ 波長変換システム
１．３．１ 全体構成
１．３．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
１．３．３ 作用
１．４ 課題
２．第１の実施形態
２．１ 全体構成
２．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
２．３ 作用
２．４ 効果
３．第２の実施形態
３．１ 構成
３．２ 作用
３．３ 効果
４．ビーム径の関係
５．波長調整可能範囲
６．露光装置
【0011】
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。
【0012】
１．比較例
１．１ 構成
１．１．１ 全体構成
図１は、比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成を概略的に示す。露光装置用レーザ装置２は、固体レーザシステム３と、第１の高反射ミラー４ａと、第２の高反射ミラー４ｂと、増幅器５と、同期制御部６と、レーザ制御部７と、を含む。
１．１ 構成
１．１．１ 全体構成
図１は、比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成を概略的に示す。露光装置用レーザ装置２は、固体レーザシステム３と、第１の高反射ミラー４ａと、第２の高反射ミラー４ｂと、増幅器５と、同期制御部６と、レーザ制御部７と、を含む。
【0013】
固体レーザシステム３は、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を出力する第１の固体レーザ装置１１と、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を出力する第２の固体レーザ装置１２と、波長変換システム１３と、同期回路１４と、固体レーザ制御部１５と、含む。
【0014】
第１の固体レーザ装置１１は、第１のシードレーザ２０と、第１の光強度可変部２１と、第１の増幅器２２と、波長変換部２３と、を含む。第１の増幅器２２は、ファイバ増幅器２２ａと、固体増幅器２２ｂと、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。波長変換部２３は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶２３ａと、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶２３ｂと、を含む。ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとは、非線形光学結晶である。
【0015】
第１のシードレーザ２０は、シングル縦モードであって、波長が約１０３０ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第１のシード光として出力する。第１のシードレーザ２０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第１の光強度可変部２１は、第１のシードレーザ２０から第１のシード光が入射される半導体素子を含む。第１の光強度可変部２１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第１のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第１の光強度可変部２１によって変換された第１のシード光を、第１のシードパルス光という。
【0016】
ファイバ増幅器２２ａは、Ｙｂがドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものである。固体増幅器２２ｂは、ＹｂがドープされたＹＡＧ結晶である。ファイバ増幅器２２ａ及び固体増幅器２２ｂは、図示しない励起用半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第１の増幅器２２は、第１の光強度可変部２１から入射する第１のシードパルス光を増幅する。
【0017】
波長変換部２３は、第１の増幅器２２によって増幅された第１のシードパルス光を、高調波に変換して、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。具体的には、波長変換部２３は、ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとを含むことにより、第１のシードパルス光を、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波を生成し、第４高調波を第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。
【0018】
第２の固体レーザ装置１２は、第２のシードレーザ３０と、第２の光強度可変部３１と、第２の増幅器３２と、を含む。第２の増幅器３２は、ＥｒとＹｂが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続された図示しないＥｒファイバ増幅器と、図示しない励起用半導体レーザと、を含む。
【0019】
第２のシードレーザ３０は、シングル縦モードであって、波長が約１５５４ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第２のシード光として出力する。第２のシードレーザ３０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第２の光強度可変部３１は、第２のシードレーザ３０から第２のシード光が入射される半導体素子を含む。第２の光強度可変部３１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第２のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第２の光強度可変部３１によって変換された第２のシード光を、第２のシードパルス光という。
【0020】
第２の増幅器３２に含まれるＥｒファイバ増幅器は、図示しない励起用半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第２の増幅器３２は、第２の光強度可変部３１から入射する第２のシードパルス光を増幅する。第２の増幅器３２は、増幅した第２のシードパルス光を、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として出力する。
【0021】
波長変換システム１３は、第１の固体レーザ装置１１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光ＰＬ２とに基づき、第３のパルスレーザ光ＰＬ３を生成して出力する。第３のパルスレーザ光ＰＬ３は、波長が約１９３．４ｎｍである。
【0022】
固体レーザ制御部１５は、第１及び第２のシードレーザ２０，３０と、第１及び第２の増幅器２２，３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザと、図示しない信号線を介して電気的に接続されている。第１の高反射ミラー４ａと第２の高反射ミラー４ｂは、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光が、増幅器に入射するように配置される。
【0023】
１．１．２ 増幅器の構成
図２は、図１に示される増幅器５の構成を概略的に示す。図２において、増幅器５は、増幅器制御部４０と、充電部４１と、トリガ補正部４２と、スイッチ４３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）４４と、チャンバ４５と、部分反射ミラー４６と、出力結合ミラー４７と、を含む。
図２は、図１に示される増幅器５の構成を概略的に示す。図２において、増幅器５は、増幅器制御部４０と、充電部４１と、トリガ補正部４２と、スイッチ４３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）４４と、チャンバ４５と、部分反射ミラー４６と、出力結合ミラー４７と、を含む。
【0024】
チャンバ４５には、ウインドウ４９ａ，４９ｂが設けられている。チャンバ４５の中には、例えば、ＡｒガスとＦ２ガスとＮｅガスとを含むレーザガスが封入されている。チャンバ４５の中には、一対の放電電極４８が配置されている。一対の放電電極４８は、ＰＰＭ４４の出力端子に接続されている。
【0025】
増幅器５において、部分反射ミラー４６と出力結合ミラー４７とを含む光共振器が構成されている。部分反射ミラー４６は、例えば、波長が約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が７０％～９０％の部分反射膜をコートすることにより構成されている。出力結合ミラー４７は、例えば、波長が約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が１０％～２０％の部分反射膜をコートすることにより構成されている。
【0026】
増幅器５は、光共振器がファブリペロ共振器の場合の例を示したが、この例に限定されることなく、リング共振器であってもよい。
【0027】
１．２ 動作
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置２の動作について説明する。レーザ制御部７は、固体レーザ制御部１５を介して、各シードレーザを動作させ、図示しない励起用半導体レーザをＣＷ発振させる。同期制御部６は、固体レーザ制御部１５から、第１のトリガ信号Ｔｒ１と、第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延データを受信する。同期制御部６は、レーザ制御部７を介して、露光装置８からの発振トリガＴｒを受信すると、第１のトリガ信号Ｔｒ１と第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御する。具体的には、同期制御部６は、固体レーザシステム３から出力された第３のパルスレーザ光ＰＬ３が、増幅器５の光共振器内に注入されるとともに同期して放電するように、第１のトリガ信号Ｔｒ１と第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御する。
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置２の動作について説明する。レーザ制御部７は、固体レーザ制御部１５を介して、各シードレーザを動作させ、図示しない励起用半導体レーザをＣＷ発振させる。同期制御部６は、固体レーザ制御部１５から、第１のトリガ信号Ｔｒ１と、第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延データを受信する。同期制御部６は、レーザ制御部７を介して、露光装置８からの発振トリガＴｒを受信すると、第１のトリガ信号Ｔｒ１と第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御する。具体的には、同期制御部６は、固体レーザシステム３から出力された第３のパルスレーザ光ＰＬ３が、増幅器５の光共振器内に注入されるとともに同期して放電するように、第１のトリガ信号Ｔｒ１と第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御する。
【0028】
同期回路１４は、第１のトリガ信号Ｔｒ１を受信すると、第１及び第２の光強度可変部２１，３１に制御信号をそれぞれ送信する。第１の光強度可変部２１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第１のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第１のシードパルス光を生成し、第１の増幅器２２に入射させる。同様に、第２の光強度可変部３１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第２のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第２のシードパルス光を生成し、第２の増幅器３２に入射させる。
【0029】
第１及び第２のシードパルス光は、それぞれ第１及び第２の増幅器２２，３２に入射すると、誘導放出が生じて増幅される。第１の増幅器２２により増幅された第１のシードパルス光は、波長変換部２３に入射する。波長変換部２３に入射された第１のシードパルス光は、第４高調波に変換され、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として第１の固体レーザ装置１１から出力される。一方、第２の増幅器３２により増幅された第２のシードパルス光は、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として第２の固体レーザ装置１２から出力される。
【0030】
第１の固体レーザ装置１１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、波長変換システム１３に入射する。
【0031】
ここで、固体レーザ制御部１５から同期回路１４に、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が、後述する第１のＣＬＢＯ結晶５０ａにほぼ同じタイミングで入射するように遅延データが送信される。同期回路１４は、第１のトリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第３のトリガ信号Ｔｒ３と第４のトリガ信号Ｔｒ４とを、所定のタイミングで第１の光強度可変部２１と第２の光強度可変部３１とに送信する。
【0032】
第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が第１のＣＬＢＯ結晶５０ａにほぼ同じタイミングで入射した結果、波長変換システム１３から波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光ＰＬ３が出力される。第３のパルスレーザ光ＰＬ３は、第１及び第２の高反射ミラー４ａ，４ｂで高反射され、シード光として増幅器５の共振器中に注入される。
【0033】
このシード光の注入に同期して、増幅器５に反転分布が生成される。ここで、トリガ補正部４２は、シード光が増幅器５で効率よく増幅されるようにＰＰＭのスイッチ４３のタイミングを調整する。その結果、光共振器によって、増幅発振して、出力結合ミラー４７から、増幅されたパルスレーザ光が出力される。そして、露光装置８に、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光が入射する。
【0034】
１．３ 波長変換システム
１．３．１ 全体構成
図３は、図１に示される波長変換システム１３の構成を概略的に示す。波長変換システム１３は、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶５０ａ，５０ｂと、第１～第５のダイクロイックミラー５１ａ～５１ｄと、第１～第３の高反射ミラー５２ａ～５２ｃと、１／２波長板５４と、集光レンズ５３ａと、コリメータレンズ５３ｂと、を含む。
１．３．１ 全体構成
図３は、図１に示される波長変換システム１３の構成を概略的に示す。波長変換システム１３は、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶５０ａ，５０ｂと、第１～第５のダイクロイックミラー５１ａ～５１ｄと、第１～第３の高反射ミラー５２ａ～５２ｃと、１／２波長板５４と、集光レンズ５３ａと、コリメータレンズ５３ｂと、を含む。
【0035】
第１のダイクロイックミラー５１ａは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高透過させる膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー５１ａの一方の面には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１が入射する。第１のダイクロイックミラー５１ａの他方の面には、集光レンズ５３ａを介して第２のパルスレーザ光ＰＬ２が入射する。第１のダイクロイックミラー５１ａは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが、光路軸が一致して第１のＣＬＢＯ結晶５０ａに入射するように配置されている。
【0036】
第１のＣＬＢＯ結晶５０ａは、タイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶である。第１のＣＬＢＯ結晶５０ａでは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との和周波である波長約２２０．９ｎｍの第１の和周波光ＳＦ１が生成される。
【0037】
第２のダイクロイックミラー５１ｂは、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａから出力された第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との光路上に配置されている。第２のダイクロイックミラー５１ｂは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とを高透過し、第１の和周波光ＳＦ１を高反射する膜がコートされている。第１の和周波光ＳＦ１は、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａにおいて第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との和周波光として生成され、波長が約２２０．９ｎｍである。
【0038】
第３のダイクロイックミラー５１ｃは、第２のダイクロイックミラー５１ｂを透過した第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路上に配置されている。第３のダイクロイックミラー５１ｃは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高透過させる膜がコートされている。
【0039】
第３のダイクロイックミラー５１ｃにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路上には、ダンパ５５が配置されている。ダンパ５５は、入射した第１のパルスレーザ光ＰＬ１を吸収する。
【0040】
コリメータレンズ５３ｂは、第３のダイクロイックミラー５１ｃを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路上に配置されている。第１の高反射ミラー５２ａは、コリメータレンズ５３ｂを通過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路上に配置されており、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射する。
【0041】
１／２波長板５４は、第１の高反射ミラー５２ａで反射された第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路上に配置されている。１／２波長板５４は、透過する第２のパルスレーザ光ＰＬ２の偏光方向を９０°回転させる。
【0042】
第２の高反射ミラー５２ｂは、第２のダイクロイックミラー５１ｂにより反射された第１の和周波光ＳＦ１の光路上に配置されており、第１の和周波光ＳＦ１を高反射する。第４のダイクロイックミラー５１ｄは、１／２波長板５４を透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第２の高反射ミラー５２ｂにより反射された第１の和周波光ＳＦ１との光路上に配置されている。第４のダイクロイックミラー５１ｄは、第１の和周波光ＳＦ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高透過させる膜がコートされている。
【0043】
第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂは、タイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶である。第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂは、第４のダイクロイックミラー５１ｄを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第４のダイクロイックミラー５１ｄにより反射された第１の和周波光ＳＦ１との光路上に配置されている。第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂでは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との和周波である波長約１９３．４ｎｍの第２の和周波光ＳＦ２が生成される。
【0044】
第５のダイクロイックミラー５１ｅは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第１及び第２の和周波光ＳＦ１，ＳＦ２との光路上に配置されている。第５のダイクロイックミラー５１ｅは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１とを高透過させ、第２の和周波光ＳＦ２を高反射する膜がコートされている。第２の和周波光ＳＦ２は、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との和周波光であり、波長が約１９３．４ｎｍである。
【0045】
第３の高反射ミラー５２ｃは、第５のダイクロイックミラー５１ｅにより反射された第２の和周波光ＳＦ２の光路上に配置されており、第２の和周波光ＳＦ２を高反射する。第２の和周波光ＳＦ２は、第３のパルスレーザ光ＰＬ３として波長変換システム１３から出力される。
【0046】
１．３．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
図４は、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａの構成を示す。第１のＣＬＢＯ結晶５０ａは、その光学軸ＯＡと、入射するパルスレーザ光の光路軸ＯＰとのなす角度θ1がタイプ－１の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、AS-Photonics社のDr. Arlee SmithによりフリーソフトのＳＮＬＯが開発されている。ＳＮＬＯを用いて位相整合角を算出することができる。このＳＮＬは、「http://www.as-photonics.com/snlo」から入手可能である。第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂの構成についても同様である。
図４は、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａの構成を示す。第１のＣＬＢＯ結晶５０ａは、その光学軸ＯＡと、入射するパルスレーザ光の光路軸ＯＰとのなす角度θ1がタイプ－１の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、AS-Photonics社のDr. Arlee SmithによりフリーソフトのＳＮＬＯが開発されている。ＳＮＬＯを用いて位相整合角を算出することができる。このＳＮＬは、「http://www.as-photonics.com/snlo」から入手可能である。第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂの構成についても同様である。
【0047】
また、本開示では、非線形光学結晶の光学軸ＯＡと入射光の光路軸ＯＰとで定義される面に対して、偏光方向が垂直である直線偏光を第１の偏光状態、偏光方向が平行である直線偏光を第２の偏光状態という。
【0048】
１．３．３ 作用
次に、波長変換システム１３の作用について説明する。波長変換システム１３には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本比較例では、共にｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー５１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー５１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、波長変換システム１３の作用について説明する。波長変換システム１３には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本比較例では、共にｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー５１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー５１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
【0049】
第１のＣＬＢＯ結晶５０ａに入射する第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、共に、第１の偏光状態であり、偏光方向が互いに平行である。第１のＣＬＢＯ結晶５０ａでは、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約２２０．９ｎｍの第１の和周波光ＳＦ１が生成される。第１の和周波光ＳＦ１は、第２の偏光状態である。
【0050】
第２のダイクロイックミラー５１ｂでは、第１の和周波光ＳＦ１が、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２とから分離される。第３のダイクロイックミラー５１ｃでは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２が、第１のパルスレーザ光ＰＬ１から分離される。第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ダンパ５５に吸収される。
【0051】
第３のダイクロイックミラー５１ｃで分離された第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、第２のコリメータレンズ５３に入射する。コリメータレンズ５３ｂは、発散する第２のパルスレーザ光ＰＬ２を集束させ、ビーム径を、第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂの入射端面でケラれることのない大きさとする。なお、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の発散角が小さい場合は、コリメータレンズ５３ｂを省略してもよい。
【0052】
コリメータレンズ５３ｂを通過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、第１の高反射ミラー５２ａで高反射されて１／２波長板５４に入射する。第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、１／２波長板５４により偏光方向が９０°回転され、偏光状態が第１の偏光状態から第２の偏光状態に変化する。
【0053】
第４のダイクロイックミラー５１ｄにより、第１の和周波光ＳＦ１の光路が、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路とほぼ一致し、第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂにほぼ同時に入射する。第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂに入射する第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、共に第２の偏光状態であり、偏光方向が互いに平行である。
【0054】
第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂでは、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約１９３．４ｎｍの第２の和周波光ＳＦ２が生成される。第２のパルスレーザ光ＰＬ２と和周波光ＳＦ１とは、第５のダイクロイックミラー５１ｅを高透過し、第２の和周波光ＳＦ２は、第５のダイクロイックミラー５１ｅにより高反射される。第５のダイクロイックミラー５１ｅにより高反射された第２の和周波光ＳＦ２は、第３の高反射ミラー５２ｃにより高反射され、前述の第３のパルスレーザ光ＰＬ３として波長変換システム１３から出力される。
【0055】
１．４ 課題
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置２に含まれる波長変換システム１３の課題について説明する。波長変換システム１３は、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａから出力される和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との偏光状態が異なり、これらの偏光状態を一致させて第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂに入射させるために光路を分岐・合流する必要がある。そして、分岐した２つの光路の一方に１／２波長板５４を配置する必要がある。このために、波長変換システム１３では、光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子が必要であるので、サイズ及び設置面積が大きくなる。また、これらの光学素子は、紫外光に対する損傷閾値が低いので、パルスレーザ光の高出力化が困難である。
次に、比較例に係る露光装置用レーザ装置２に含まれる波長変換システム１３の課題について説明する。波長変換システム１３は、第１のＣＬＢＯ結晶５０ａから出力される和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との偏光状態が異なり、これらの偏光状態を一致させて第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂに入射させるために光路を分岐・合流する必要がある。そして、分岐した２つの光路の一方に１／２波長板５４を配置する必要がある。このために、波長変換システム１３では、光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子が必要であるので、サイズ及び設置面積が大きくなる。また、これらの光学素子は、紫外光に対する損傷閾値が低いので、パルスレーザ光の高出力化が困難である。
【0056】
２．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、図１及び図２に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成と同一である。以下では、図１に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
次に、本開示の第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、図１及び図２に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成と同一である。以下では、図１に示した比較例に係る露光装置用レーザ装置２の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0057】
２．１ 全体構成
図５は、第１の実施形態に係る波長変換システム１３ａの構成を概略的に示す。波長変換システム１３ａは、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ａ，６０ｂと、第１～第３のダイクロイックミラー６１ａ～６１ｃと、集光レンズ６２と、ダンパ６３と、を含む。
図５は、第１の実施形態に係る波長変換システム１３ａの構成を概略的に示す。波長変換システム１３ａは、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ａ，６０ｂと、第１～第３のダイクロイックミラー６１ａ～６１ｃと、集光レンズ６２と、ダンパ６３と、を含む。
【0058】
第１のダイクロイックミラー６１ａは、比較例の第１のダイクロイックミラー５１ａと同様の構成であり、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高透過させる膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー６１ａの一方の面には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１が入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａの他方の面には、集光レンズ６２を介して第２のパルスレーザ光ＰＬ２が入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが、光路軸が一致して第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに入射するように配置されている。
【0059】
第１のパルスレーザ光ＰＬ１の波長は、約２５７．５ｎｍであり、特許請求の範囲に記載の第１の波長に対応する。第２のパルスレーザ光ＰＬ２の波長は、約１５５４ｎｍであり、特許請求の範囲に記載の第２の波長に対応する。
【0060】
第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、タイプ－２の位相整合条件を有する非線形光学結晶である。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａでは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との和周波である波長約２２０．９ｎｍの第１の和周波光ＳＦ１が生成される。第１の和周波光ＳＦ１の波長は、特許請求の範囲に記載の第３の波長に対応する。
【0061】
第２のダイクロイックミラー６１ｂは、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａから出力された第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との光路上に配置されている。第２のダイクロイックミラー６１ｂは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１とを高透過させる膜がコートされている。
【0062】
第２のダイクロイックミラー６１ｂにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路上には、ダンパ６３が配置されている。ダンパ６３は、入射した第１のパルスレーザ光ＰＬ１を吸収する。
【0063】
第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂは、タイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶である。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂは、第２のダイクロイックミラー６１ｂを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との光路上に配置されている。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂでは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１との和周波である波長約１９３．４ｎｍの第２の和周波光ＳＦ２が生成される。第２の和周波光ＳＦ１の波長は、特許請求の範囲に記載の第４の波長に対応する。
【0064】
第３のダイクロイックミラー６１ｃは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第１及び第２の和周波光ＳＦ１，ＳＦ２との光路上に配置されている。第３のダイクロイックミラー６１ｃは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第１の和周波光ＳＦ１とを高透過させ、第２の和周波光ＳＦ２を高反射する膜がコートされている。第２の和周波光ＳＦ２は、第３のパルスレーザ光ＰＬ３として波長変換システム１３ａから出力される。
【0065】
なお、第２の波長は第１の波長より大きい。第１の波長は第３の波長より大きい。第３の波長は第４の波長より大きい。
【0066】
２．２ ＣＬＢＯ結晶の構成
図６は、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａの構成を示す。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、その光学軸ＯＡと、入射するパルスレーザ光の光路軸ＯＰとのなす角度θ2がタイプ－２の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、前述のＳＮＬＯを用いて位相整合角を算出することができる。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂは、比較例の第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂと同様の構成である。
図６は、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａの構成を示す。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、その光学軸ＯＡと、入射するパルスレーザ光の光路軸ＯＰとのなす角度θ2がタイプ－２の位相整合条件を満たす位相整合角となるように構成されている。この位相整合角については、前述のＳＮＬＯを用いて位相整合角を算出することができる。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂは、比較例の第２のＣＬＢＯ結晶５０ｂと同様の構成である。
【0067】
なお、図６によれば、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光ＰＬ１が第１の偏光状態、第２の波長を有する第２のパルスレーザ光ＰＬ２が第２の偏光状態、第３の波長を有する第１の和周波光ＳＦ１が第２の偏光状態である。ＳＮＬＯによる位相整合角の算出結果によれば、タイプ－２のＣＬＢＯ結晶では、この他の偏光条件では位相整合角が存在しない。
【0068】
２．３ 作用
次に、波長変換システム１３ａの作用について説明する。波長変換システム１３ａには、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、ｓ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー６１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、波長変換システム１３ａの作用について説明する。波長変換システム１３ａには、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、ｓ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー６１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
【0069】
第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに入射する第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、第１の偏光状態である。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに入射する第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、第２の偏光状態である。すなわち、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、偏光方向が互いに直交している。
【0070】
第１のＣＬＢＯ結晶６０ａでは、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約２２０．９ｎｍの第１の和周波光ＳＦ１が生成される。ここで、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、タイプ－２の位相整合条件を有するので、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａから出力される第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、偏光方向が互いに平行である。
【0071】
第２のダイクロイックミラー６１ｂでは、第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが、第１のパルスレーザ光ＰＬ１から分離される。第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ダンパ６３に吸収される。
【0072】
第２のダイクロイックミラー６１ｂで分離された第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂにほぼ同時に入射する。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、共に第２の偏光状態であり、偏光方向が互いに平行である。
【0073】
第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂでは、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約１９３．４ｎｍの第２の和周波光ＳＦ２が生成される。第２のパルスレーザ光ＰＬ２と和周波光ＳＦ１とは、第３のダイクロイックミラー６１ｃを高透過し、第２の和周波光ＳＦ２は、第３のダイクロイックミラー６１ｃにより高反射される。第３のダイクロイックミラー６１ｃにより高反射された第２の和周波光ＳＦ２は、第３の高反射ミラー５２ｃにより反射され、前述の第３のパルスレーザ光ＰＬ３として波長変換システム１３ａから出力される。
【0074】
２．４ 効果
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム１３ａの効果について説明する。本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、タイプ－２の位相整合条件を有する。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに、偏光方向が互いに直交する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２を入射させているので、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａから出力される第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との偏光方向は互いに平行である。このため、本実施形態では、比較例で示したような光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子を用いずに、第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とを、タイプ－１の位相整合条件を有する第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射させることができる。
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム１３ａの効果について説明する。本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａは、タイプ－２の位相整合条件を有する。第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに、偏光方向が互いに直交する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２を入射させているので、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａから出力される第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２との偏光方向は互いに平行である。このため、本実施形態では、比較例で示したような光路を分岐・合流するためのダイクロイックミラーや高反射ミラー等の光学素子を用いずに、第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とを、タイプ－１の位相整合条件を有する第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射させることができる。
【0075】
この結果、比較例に比べて、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間の光路を短縮することができ、装置がコンパクト化する。また、光学素子が少なくて済むので、光学素子がダメージを受ける確率が低減する。
【0076】
また、第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、波長が約１５５４ｎｍと長い赤外光であるので発散しやすい。しかし、本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間の光路を、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を平行光とみなせる範囲内まで短くすることができるので、比較例で用いたようなコリメータレンズも省略可能である。
【0077】
なお、本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間に第２のダイクロイックミラー６１ｂを配置することにより、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射させないようにダンパ６３に導いている。しかし、第１のパルスレーザ光ＰＬ１が第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射したとしても波長変換が生じることはないため、第２のダイクロイックミラー６１ｂとダンパ６３とは省略可能である。これにより、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間の光路をさらに短縮することができる。
【0078】
また、本実施形態では、上流側の第１のＣＬＢＯ結晶６０ａをタイプ－２の位相整合条件を有する非線形光学結晶とし、下流側の第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂをタイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶としている。原理的には、上記とは逆に、上流側の第１のＣＬＢＯ結晶６０ａをタイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶とし、下流側の第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂをタイプ－２の位相整合条件を有する非線形光学結晶とすることも可能である。しかし、本実施形態のように、上流側の第１のＣＬＢＯ結晶６０ａをタイプ－２とする場合の方が、下流側の第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂをタイプ－２とする場合より、以下の点で利点がある。
【0079】
表１は、タイプ－１の結晶とタイプ－２の結晶との間での非線形光学定数及び入射許容角の違いを示す。両者の間で、非線形定数はほぼ同等である。しかし、図７に示すように、タイプ－２の結晶は、波長が約１５５４ｎｍと長い赤外光の第２のパルスレーザ光ＰＬ２に対する入射角許容幅（ｍｒａｄ・ｃｍ）が約１１．０８と、タイプ－１の結晶の場合の値である約２．５６と比べて極めて大きい。
【0080】
【表1】
【0081】
したがって、仮に、赤外光の第２のパルスレーザ光ＰＬ２を先にタイプ－１の結晶に入射させる場合には、結晶の入射端部において良好な角度で入射しない成分が多く発生する。この場合、第２のパルスレーザ光ＰＬ２が先に通過する結晶で第２のパルスレーザ光ＰＬ２のロスが多く発生するので、生成される第１の和周波光ＳＦ１の強度が低くなってしまう。これに対して、本実施形態のように、赤外光の第２のパルスレーザ光ＰＬ２を先にタイプ－２の結晶に入射させる場合には、結晶の入射端部におけるロスが少ないため、高い強度の第１の和周波光ＳＦ１が発生される。第１の和周波光ＳＦ１が高いと、次段の結晶で生成される第２の和周波光ＳＦ２の強度も高くなる。このように、上流側の第１のＣＬＢＯ結晶６０ａをタイプ－２とすることにより、変換効率が向上し、第１の和周波光ＳＦ１と第２の和周波光ＳＦ２との強度が高くなる。
【0082】
３．第２の実施形態
次に、本開示の第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成と同一である。以下では、図４に示した波長変換システム１３ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
次に、本開示の第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置について説明する。第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長変換システムの構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成と同一である。以下では、図４に示した波長変換システム１３ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0083】
３．１ 構成
図８は、第２の実施形態に係る波長変換システム１３ｂの構成を概略的に示す。波長変換システム１３ｂは、タイプ－２の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに代えて、タイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第１のＣＬＢＯ結晶７０ａを用いる。また、本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間に、二波長波長板７１を配置する。
図８は、第２の実施形態に係る波長変換システム１３ｂの構成を概略的に示す。波長変換システム１３ｂは、タイプ－２の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに代えて、タイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶である第１のＣＬＢＯ結晶７０ａを用いる。また、本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間に、二波長波長板７１を配置する。
【0084】
二波長波長板７１は、２つの波長で特定の位相差を示す波長板である。具体的には、二波長波長板７１は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光ＰＬ１の偏光方向を変えず、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光ＰＬ２の偏光方向を９０°回転させる。
【0085】
また、本実施形態では、タイプ－１の位相整合条件を有する第１のＣＬＢＯ結晶７０ａを用いるので、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａに入射させる第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２を、第１の偏光状態とする。
【0086】
３．２ 作用
次に、波長変換システム１３ｂの作用について説明する。波長変換システム１３ｂには、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、共にｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー６１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
次に、波長変換システム１３ｂの作用について説明する。波長変換システム１３ｂには、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは共に直線偏光であり、本実施形態では、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、共にｐ偏光として第１のダイクロイックミラー５１ａに入射する。第１のダイクロイックミラー６１ａにより反射された第１のパルスレーザ光ＰＬ１と、第１のダイクロイックミラー６１ａを透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａにほぼ同時に入射して、和周波混合が行われる。
【0087】
第１のＣＬＢＯ結晶７０ａに入射する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、共に第１の偏光状態である。第１のＣＬＢＯ結晶７０ａでは、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波である波長約２２０．９ｎｍの第１の和周波光ＳＦ１が生成される。ここで、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａは、タイプ－１の位相整合条件を有するので、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａから出力される第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、偏光方向が互いに直交する。具体的には、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａから出力される第１の和周波光ＳＦ１は第２の偏光状態であり、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａから出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２は第１の偏光状態である。
【0088】
第２のダイクロイックミラー６１ｂ及びダンパ６３の作用は第１の実施形態と同様であり、第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが、第１のパルスレーザ光ＰＬ１から分離される。第２のダイクロイックミラー６１ｂで分離された第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、二波長波長板７１に入射する。二波長波長板７１では、透過する第１の和周波光ＳＦ１の偏光方向は変わらず第２の偏光状態のままであり、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の偏光方向が９０°回転して第２の偏光状態となる。
【0089】
二波長波長板７１を透過した第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂにほぼ同時に入射する。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する第１の和周波光ＳＦ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とは、共に第２の偏光状態である。
【0090】
第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂと第３のダイクロイックミラー６１ｃとの作用は、第１の実施形態と同様である。第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂでは、波長約１９３．４ｎｍの第２の和周波光ＳＦ２が生成される。第３のダイクロイックミラー６１ｃにより高反射された第２の和周波光ＳＦ２は、第３の高反射ミラー５２ｃにより反射され、前述の第３のパルスレーザ光ＰＬ３として波長変換システム１３ｂから出力される。
【0091】
３．３ 効果
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム１３ｂの効果について説明する。本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間に二波長波長板７１を配置することにより、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとを共にタイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶とすることができる。タイプ－１の結晶は、タイプ－２の結晶よりも入手性が高い。したがって、本実施形態は、第１の実施形態の効果に加えて、波長変換システム１３ｂを安価に製造することができるという効果を有する。
次に、本実施形態に係る露光装置用レーザ装置に含まれる波長変換システム１３ｂの効果について説明する。本実施形態では、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとの間に二波長波長板７１を配置することにより、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとを共にタイプ－１の位相整合条件を有する非線形光学結晶とすることができる。タイプ－１の結晶は、タイプ－２の結晶よりも入手性が高い。したがって、本実施形態は、第１の実施形態の効果に加えて、波長変換システム１３ｂを安価に製造することができるという効果を有する。
【0092】
なお、製造コストを考慮しなければ、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとを共にタイプ－２の結晶とすることも可能である。しかし、この場合には、表２に示すように、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂの非線形定数（ｐｍ／Ｖ）が約０．６９２と、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとが共にタイプ－１の結晶の場合の値である約０．９９８と比べて低くなってしまう。したがって、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａと第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂとを共にタイプ－２の結晶とすることは、本実施形態と比べてあまり利点はない。
【0093】
【表2】
【0094】
４．ビーム径の関係
次に、第１の実施形態において、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａ及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する各パルスレーザ光のビーム径について説明する。
次に、第１の実施形態において、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａ及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する各パルスレーザ光のビーム径について説明する。
【0095】
図９Ａにおいて、Ｗａは、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに入射する入射端面における第２のパルスレーザ光ＰＬ２のビーム径を示す。Ｗｂは、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する入射端面における第２のパルスレーザ光ＰＬ２のビーム径を示す。第２のパルスレーザ光ＰＬ２は赤外光であり、ビームウェストが顕著に現れる。Ｗｃは、第２のパルスレーザ光ＰＬ２のビームウェスト位置におけるビーム径を示す。
【0096】
図９Ｂにおいて、Ｗｄは、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａに入射する入射端面における第１のパルスレーザ光ＰＬ１のビーム径を示す。Ｗｅは、第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する入射端面における第１の和周波光ＳＦ１のビーム径を示す。
【0097】
各ビーム径は、Ｗａ＞Ｗｂ及びＷｄ＞Ｗｅの関係を満たすことが好ましい。さらに、Ｗａ＜Ｗｄ及びＷｂ＜Ｗｅの関係を満たすことが好ましい。また、第２のパルスレーザ光ＰＬ２のビームウェスト位置は、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａの出射端面の位置から第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂの中央の位置までの範囲Ｒ１内に位置することが好ましい。
【0098】
表３は、第１のＣＬＢＯ結晶６０ａ及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂの各端面におけるパルスレーザ光の強度の理想値を示す。各強度は、理想値の±２０％の範囲内であることが好ましい。
【0099】
【表3】
【0100】
次に、第２の実施形態において、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａ及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂに入射する各パルスレーザ光のビーム径について説明する。図１０Ａおよび図１０ＢにおけるＷａ～Ｗｅは、上記第２の実施形態の場合の定義と同様である。第２の実施形態においても各ビーム径は、Ｗａ＞Ｗｂ及びＷｄ＞Ｗｅの関係を満たすことが好ましい。さらに、Ｗａ＜Ｗｄ及びＷｂ＜Ｗｅの関係を満たすことが好ましい。また、第２の実施形態においては、第２のパルスレーザ光ＰＬ２のビームウェスト位置は、二波長波長板７１から第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂの中央の位置までの範囲Ｒ２内に位置することが好ましい。
【0101】
第２の実施形態においても上記と同様に、第１のＣＬＢＯ結晶７０ａ及び第２のＣＬＢＯ結晶６０ｂの各端面におけるパルスレーザ光の強度は、表３に示す理想値の±２０％の範囲内であることが好ましい。
【0102】
５．波長調整可能範囲
表４は、第１及び第２の実施形態における波長の調整可能範囲を示す。第１のパルスレーザ光ＰＬ１の波長を約２５７．５ｎｍと固定し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を１５４９ｎｍ以上１５５７ｎｍ以下の範囲内で変化させた場合、第１の和周波光ＳＦ１の波長は２２０．８０ｎｍ以上２２０．９６ｎｍ以下の範囲内で変化する。また、この場合、第２の和周波光ＳＦ２の波長は１９３．２５ｎｍ以上１９３．５０ｎｍ以下の範囲内で変化する。
表４は、第１及び第２の実施形態における波長の調整可能範囲を示す。第１のパルスレーザ光ＰＬ１の波長を約２５７．５ｎｍと固定し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２を１５４９ｎｍ以上１５５７ｎｍ以下の範囲内で変化させた場合、第１の和周波光ＳＦ１の波長は２２０．８０ｎｍ以上２２０．９６ｎｍ以下の範囲内で変化する。また、この場合、第２の和周波光ＳＦ２の波長は１９３．２５ｎｍ以上１９３．５０ｎｍ以下の範囲内で変化する。
【0103】
【表4】
【0104】
６．露光装置
次に、露光装置８の構成について説明する。図１１において、露光装置８は、照明光学系８０と投影光学系８１とを含む。照明光学系８０は、露光装置用レーザ装置２から入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴのレチクルパターンを照明する。投影光学系８１は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
次に、露光装置８の構成について説明する。図１１において、露光装置８は、照明光学系８０と投影光学系８１とを含む。照明光学系８０は、露光装置用レーザ装置２から入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴのレチクルパターンを照明する。投影光学系８１は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。
【0105】
露光装置８は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したレーザ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程を利用して半導体デバイスを製造する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写し、加工することで半導体デバイスを製造することができる。
【0106】
なお、露光装置用レーザ装置２に含まれる波長変換システムは、第１の実施形態の波長変換システム１３ａと、第２の実施形態の波長変換システム１３ｂとのいずれであってもよい。
【0107】
また、上記各実施形態では、非線形光学結晶としてＣＬＢＯ結晶を用いているが、ＣＬＢＯ結晶に代えて、ＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶やＢＢＯ（β－ＢａＢ2Ｏ4）結晶を用いることも可能である。
【0108】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【0109】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】