CN113785453B - 激光系统和电子器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开的一个观点的激光系统在固体激光装置与准分子放大器之间的光路上配置有射束整形部、随机相位板和准直光学系统。在将入射到准分子放大器的激光的行进方向设为Z方向、将一对放电电极的放电方向设为V方向、将与V方向和Z方向正交的方向设为H方向、将射束整形部的与V方向对应的整形方向设为第1方向、将射束整形部的与H方向对应的整形方向设为第2方向、将第1方向的放大率设为E1、将第2方向的放大率设为E2的情况下，射束整形部以由E2/E1定义的放大率比超过1的方式对激光的射束截面进行放大。

Description

激光系统和电子器件的制造方法

技术领域

本公开涉及激光系统和电子器件的制造方法。

背景技术

随着半导体集成电路的微细化和高集成化，在半导体曝光装置中要求分辨率的提高。下面，将半导体曝光装置简称为“曝光装置”。因此，从曝光用光源输出的光的短波长化得以发展。在曝光用光源中代替现有的汞灯而使用气体激光装置。当前，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长为248nm的紫外线的KrF准分子激光装置、以及输出波长为193nm的紫外线的ArF准分子激光装置。

作为当前的曝光技术，如下的液浸曝光已经实用化：利用液体充满曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙，通过改变该间隙的折射率，使曝光用光源的外观的波长变短。在使用ArF准分子激光装置作为曝光用光源进行液浸曝光的情况下，对晶片照射等价的波长为134nm的紫外光。将该技术称为ArF液浸曝光。ArF液浸曝光也被称为ArF液浸光刻。

KrF、ArF准分子激光装置的自然振荡的谱线宽度较宽，大约为350～400pm，因此，通过曝光装置侧的投影透镜缩小地投影到晶片上的激光(紫外线光)产生色差，分辨率降低。因此，需要将从气体激光装置输出的激光的谱线宽度窄带化到能够无视色差的程度。谱线宽度也被称为谱宽度。因此，在气体激光装置的激光谐振器内设置具有窄带化元件的窄带化部(Line Narrow Module)，通过该窄带化部实现谱宽度的窄带化。另外，窄带化元件也可以是标准具或光栅等。将这种谱宽度被窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-192849号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2013/0279526号说明书

专利文献3：美国专利申请公开第2017/0338620号说明书

非专利文献

非专利文献1：Richard Sandstrom,Measurements of beam characteristicsrelevant to DUV MICROLITHOGRAPHY on a KrF EXCIMER LASER,SPIE Vol.1264Optical/Laser Microlithography Ill(1990)

非专利文献2：Slava Rokitski；Vladimir Fleurov；Robert Bergstedt；Hong Ye；Robert Rafac；Robert Jacques；Fedor Trintchouk；Toshi Ishihara；Rajeskar Rao；Theodore Cacouris；Daniel Brown；William Partlo,Enabling High VolumeManufacturing of Double Patterning Immersion Lithography with the XLR 600ixArF Light Source,Optical Microlithography XXII,edited by Harry J.Levinson,Mircea V.Dusa,Proc.of SPIE Vol.7274,72743O

发明内容

本公开的1个观点的激光系统具有：固体激光装置，其输出激光；准分子放大器，其包含隔着供激光通过的放电空间而对置配置的一对放电电极，对激光进行放大；射束整形部，其被配置于固体激光装置与准分子放大器之间的光路上，对从固体激光装置输出的激光的射束截面进行放大；随机相位板，其被配置于射束整形部与准分子放大器之间的光路上；以及准直光学系统，其被配置于随机相位板与准分子放大器之间的光路上，在将入射到准分子放大器的激光的行进方向设为Z方向、将一对放电电极的放电方向设为V方向、将与V方向和Z方向正交的方向设为H方向、将射束整形部的与入射到准分子放大器的激光的射束截面的V方向对应的整形方向设为第1方向、将射束整形部的与射束截面的H方向对应的整形方向设为第2方向、将第1方向的放大率设为E1、将第2方向的放大率设为E2的情况下，射束整形部以由E2/E1定义的放大率比超过1的方式对激光的射束截面进行放大。

本公开的1个观点的电子器件的制造方法包含以下步骤：通过激光系统生成准分子激光，将准分子激光输出到曝光装置，在曝光装置内在感光基板上曝光准分子激光，以制造电子器件，激光系统具有：固体激光装置，其输出激光；准分子放大器，其包含隔着供激光通过的放电空间而对置配置的一对放电电极，对激光进行放大；射束整形部，其被配置于固体激光装置与准分子放大器之间的光路上，对从固体激光装置输出的激光的射束截面进行放大；随机相位板，其被配置于射束整形部与准分子放大器之间的光路上；以及准直光学系统，其被配置于随机相位板与准分子放大器之间的光路上，在将入射到准分子放大器的激光的行进方向设为Z方向、将一对放电电极的放电方向设为V方向、将与V方向和Z方向正交的方向设为H方向、将射束整形部的与入射到准分子放大器的激光的射束截面的V方向对应的整形方向设为第1方向、将射束整形部的与射束截面的H方向对应的整形方向设为第2方向、将第1方向的放大率设为E1、将第2方向的放大率设为E2的情况下，射束整形部以由E2/E1定义的放大率比超过1的方式对激光的射束截面进行放大。

附图说明

下面，参照附图将本公开的若干个实施方式作为简单例子进行说明。

图1是概略地示出激光系统的结构例的图。

图2是概略地示出实施方式1的激光系统的结构的图。

图3是概略地示出射束整形光学系统的结构的俯视图。

图4是概略地示出射束整形光学系统的结构的侧视图。

图5是示意地示出入射到随机相位板的种子光SL的图。

图6是示意地示出随机相位板的功能的说明图。

图7是示出地点PA处的种子光SL的射束发散和地点PB处的放大激光AL的射束发散的图。

图8是概略地示出实施方式2的激光系统的结构的图。

图9是概略地示出实施方式3的激光系统的结构的图。

图10是从箭头C的方向观察图9所示的凹面柱面镜的C向视图。

图11是概略地示出实施方式4的激光系统的结构的图。

图12是概略地示出实施方式5的激光系统的结构的图。

图13是概略地示出曝光装置的结构例的图。

具体实施方式

-目录-

1.用语的说明

2.激光系统的概要

2.1结构

2.2动作

3.课题

4.实施方式1

4.1结构

4.1.1射束整形光学系统的具体构造

4.1.2随机相位板的例子

4.1.3随机相位板的间距和凸透镜、凸面柱面镜、凹面柱面镜的焦距的组合例

4.2动作

4.3作用/效果

5.实施方式2

5.1结构

5.2动作

5.3作用/效果

6.实施方式3

6.1结构

6.1.1随机相位板的间距和凸透镜、第1枚凹面柱面镜、第2枚凹面柱面镜的焦距的组合例

6.2动作

6.3作用/效果

7.实施方式4

7.1结构

7.2动作

7.3作用/效果

8.实施方式5

8.1结构

8.2动作

8.3作用/效果

9.电子器件的制造方法

10.其他

下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出本公开的几个例子，不限定本公开的内容。此外，各实施方式中说明的结构和动作并不一定全都是本公开的结构和动作所必须的。另外，对相同结构要素标注相同参照标号并省略重复说明。

1.用语的说明

如下定义本说明书中使用的用语。

“混合激光装置”是指如下的装置：在具有振荡级(主振荡器)和放大级(放大装置)的2级激光装置中，在振荡级具有固体激光装置，在放大级具有准分子激光装置。“准分子放大器”是指放大级使用的准分子激光装置。

在本说明书中，将激光的行进方向定义为“Z方向”。与Z方向垂直的一个方向被定义为“V方向”，与V方向和Z方向垂直的方向被定义为“H方向”。例如，能够将入射到准分子放大器的激光的行进方向设为Z方向，将准分子放大器中一对放电电极对置的方向即放电方向设为V方向。

在本说明书中的“平行”这样的用语中可以包含技术意义上能够视为实质上与平行相同的范围的大致平行的概念。此外，在本说明书中的“垂直”或“正交”这样的用语中可以包含技术意义上能够视为实质上与垂直相同的范围的大致垂直的概念、或实质上与正交相同的范围的大致正交的概念。

2.激光系统的概要

2.1结构

图1是概略地示出激光系统1的结构例的图。激光系统1是包含紫外线固体激光装置10和准分子放大器12的混合激光装置。紫外线固体激光装置10输出波长大约为193.4nm的紫外线的脉冲激光作为种子光SL。紫外线固体激光装置10例如可以构成为包含半导体激光器、半导体放大器、光纤放大器、使用非线性晶体的波长转换系统。

紫外线固体激光装置10被配置成，使得被输出的波长大约为193.4nm的种子光SL入射到准分子放大器12。另外，也可以在紫外线固体激光装置10与准分子放大器12之间的光路上配置未图示的高反射镜等光学元件。

准分子放大器12包含腔14、凸面柱面镜16和凹面柱面镜18。在腔14中封入有ArF激光气体，该ArF激光气体例如包含作为稀有气体的Ar气体、作为卤素气体的F ₂气体、作为缓冲气体的Ne气体。

一对放电电极21、22以隔着放电空间24在V方向上彼此对置的方式被配置于腔14中。V方向是与图1中的纸面的上下方向(纵向)平行的方向。V方向相当于放电方向。在腔14外配置有省略图示的高电压脉冲电源。高电压脉冲电源与被配置于腔14内的一对放电电极21、22电连接。

腔14包含使波长为193.4nm附近的激光透过的窗口25、26。窗口25是使从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL最初入射到腔14内的入射窗。窗口26是使对种子光SL进行放大而得到的放大激光AL从腔14最终出射的出射窗。放大激光AL从窗口26向与V方向交叉的Z方向出射。Z方向是与图1中的纸面的左右方向(横向)平行的方向。

窗口25、26被配置成，相对于基于一对放电电极21、22的放电面倾斜。这里，放电面是与图1中的纸面平行的面(V-Z面)。

在凸面柱面镜16的凸反射面和凹面柱面镜18的凹反射面分别涂敷有高反射膜，该高反射膜使波长大约为193.4nm的光高反射。凸面柱面镜16和凹面柱面镜18被配置成，使从紫外线固体激光装置10输出的193.4nm的种子光SL在放电空间24内通过3次(通过3次放电空间24)。由此，种子光SL在放电方向上被进行射束放大，在放电空间24内被放大。

2.2动作

从紫外线固体激光装置10输出的波长大约为193.4nm的种子光SL通过比凹面柱面镜18的下端部更靠下侧的位置，并且，以与放电电极21、22的长度轴平行地行进的方式入射到放电空间24。放电电极21、22的长度轴可以是图1中的Z方向。

在放电空间24内与放电电极21、22的长度轴平行地行进的种子光SL被放大，入射到凸面柱面镜16。在凸面柱面镜16高反射后的种子光SL的射束在放电方向上被放大，并且通过放电空间24，由此进一步被放大，入射到凹面柱面镜18。

入射到凹面柱面镜18的种子光SL在凹面柱面镜18高反射，相对于放电电极21、22的长度轴被准直，再次通过放电空间24，进一步被放大。由凹面柱面镜18准直且放大后的放大激光AL通过比凸面柱面镜16的上端部更靠上侧的位置，从激光系统1出射。放大激光AL具有将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大2.2倍而成的轮廓。从激光系统1出射的放大激光AL入射到图1中未示出的曝光装置。

3.课题

在现行的典型的曝光装置用激光装置中，在振荡级(主振荡器)和放大级(放大装置)中分别使用将准分子激光气体作为激光介质的气体激光装置。但是，放电激励式的准分子激光装置与固体激光装置相比，在其特性上，射束质量较低，射束发散(射束扩展角)的纵向和横向的比例大幅不同。这里所说的纵向是放电方向，横向是与放电方向正交、且与激光的行进方向正交的方向。

与此相对，图1所示的激光系统1利用准分子放大器12直接放大从与放电激励式相比为高相干性的紫外线固体激光装置10输出的种子光SL，因此，得到射束质量高、即射束发散小的放大激光AL。

在考虑代替放电激励式的现行的准分子激光装置而在曝光装置中连接使用图1这种结构的混合激光装置的情况下，现行的准分子激光装置的射束发散和混合激光装置的射束发散不同，因此，可能产生以下这种课题。

[课题1]在曝光装置中引起光路的渐晕，对生产量等造成不良影响。

[课题2]从激光系统1输出的放大激光AL的射束特性和从现行的准分子激光装置输出的激光的射束特性不同，因此，引起在曝光装置内进行不必要的聚光等而对光学元件造成损伤等问题。

4.实施方式1

4.1结构

图2是概略地示出实施方式1的激光系统1A的结构的图。对与图1所示的激光系统1的不同之处进行说明。图2所示的激光系统1A在紫外线固体激光装置10与准分子放大器12之间的光路上配置有射束整形光学系统30、随机相位板40和凸透镜50。

射束整形光学系统30被配置于紫外线固体激光装置10与准分子放大器12之间的光路上。射束整形光学系统30将从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL的圆状的射束截面的轮廓整形为椭圆状的射束截面的轮廓。射束整形光学系统30可以使用透射型光学元件和反射型光学元件中的任意一种。种子光SL是本公开中的“激光”的一例。射束整形光学系统30是本公开中的“射束整形部”的一例。

随机相位板40被配置于射束整形光学系统30与准分子放大器12之间的光路上。随机相位板40是透射型的光学元件。在随机相位板40中，将种子光SL入射的一侧的面称为“第1面”，将透过随机相位板40后的光出射的一侧的面称为“第2面”。在随机相位板40的第2面周期地排列有多个单元。“单元”是指成为对光赋予相位差的凹凸图案的凹部区域或凸部区域的规定形状的最小单位区域。这里的“周期地”是指在空间上以特定的重复图案规则地排列。随机相位板40的第2面以单元为单位随机地配置有相位差成为π弧度(1/2波长)的凹部或凸部的区域。另外，凹凸图案也可以被形成于随机相位板40的第1面。

凸透镜50被配置于随机相位板40与准分子放大器12之间的光路上的、从随机相位板40离开凸透镜50的焦距的位置处。凸透镜50被配置成，使透过随机相位板40后的射束入射到凸透镜50。凸透镜50对透过随机相位板40后的射束进行准直而使其入射到准分子放大器12。凸透镜50是本公开中的“准直光学系统”的一例。也可以代替凸透镜50而配置准直镜。

准分子放大器12将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍。优选M＝2～6。

图2所示的准分子放大器12是本公开中的“3通放大器”的一例。凸面柱面镜16是本公开中的“第1镜”和“凸面镜”的一例。凹面柱面镜18是本公开中的“第2镜”的一例。凸面柱面镜16和凹面柱面镜18是本公开中的“第1放大光学系统”的一例。

4.1.1射束整形光学系统的具体构造

图3和图4分别是概略地示出射束整形光学系统30的结构的俯视图和侧视图。本例的射束整形光学系统30是包含一对柱面透镜32、34的透射型的射束整形光学系统。一对柱面透镜32、34按照柱面透镜32、34的顺序被配置于入射到射束整形光学系统30的种子光SL的光路上。

柱面透镜32是柱面凹透镜，具有柱面凹面32A和柱面凹面32A的背面的平坦面32B。柱面透镜34是柱面凸透镜，具有柱面凸面34A和柱面凸面34A的背面的平坦面34B。通过一对柱面透镜32、34构成伽利略型的射束整形光学系统。

即，柱面透镜32被配置成，使入射到射束整形光学系统30的种子光SL入射到柱面凹面32A。柱面透镜34被配置成，使透过柱面透镜32后的种子光SL入射到平坦面34B。一对柱面透镜32、34被配置成，使各自的焦点位置F1、F2在种子光SL的光路上一致。

一对柱面透镜32、34被配置成，使柱面凹面32A和柱面凸面34A沿着V方向弯曲。即，本例的射束整形光学系统30在V方向上放大种子光SL。

这里，如下定义射束整形光学系统30的“放大率比”。即，在将射束整形光学系统30的整形方向中的第1方向的放大率设为E1、将与第1方向正交的第2方向的放大率设为E2的情况下，将E2/E1定义为放大率比。

第1方向由与准分子放大器的放电方向(V方向)之间的关系来确定。第1方向是与V方向对应的方向，第2方向是与H方向对应的方向。“对应的方向”是指在光路上的不同位置处的各个射束截面中相对相同的方向。例如，在射束整形光学系统30与准分子放大器12之间的光路上存在改变种子光SL的行进方向的反射镜等的情况下，射束整形光学系统30中的第1方向和准分子放大器12的放电方向有时指不同的方向。但是，被理解为从射束整形光学系统30出射的种子光SL的射束截面中的第1方向和入射到准分子放大器12的种子光SL的射束截面中的V方向是相对相同的方向。

在射束整形光学系统30与准分子放大器12之间的光路上不存在改变种子光SL的行进方向的反射镜等、且从射束整形光学系统30出射的种子光SL的射束截面中的第1方向被维持而入射到准分子放大器12的情况下，第1方向也可以与V方向平行。

本例的射束整形光学系统30以放大率比超过1的方式对种子光SL的射束截面进行放大。优选射束整形光学系统30的放大率比为1.5以上。此外，优选射束整形光学系统30的放大率比为5以下。例如，E1＝1，E2是大于1且5以下的值。

4.1.2随机相位板的例子

随机相位板40能够以单元为单位将入射的射束分割成微小射束。关于随机相位板40，以透过凹部后的微小射束与透过凸部后的微小射束的相位差例如成为π弧度的方式，设计凹部和凸部的阶梯差。

作为对被分割的微小射束赋予相位差的凹凸图案的最小单位区域的单元的形状例如为四边形。单元形状也可以是六边形或多边形，可以是能够利用单一种类的图形没有间隙地填充平面的可平面填充的各种形状。单元具有各向同性的区域形状。

如下定义单元的形状的“各向同性”。即，在与随机相位板40的第2面平行的面内将与单元的V方向对应的第1方向的长度设为d1、将与单元的H方向对应的第2方向的长度设为d2的情况下，将由d2/d1表示的纵横比为0.8～1.2的情况定义为各向同性。例如，被理解为正六边形的单元是各向同性的。

此外，随机相位板40的“间距”是指随机相位板40的单元的周期性排列中的第1方向和第2方向的单元的排列间隔。在单元为各向同性的情况下，第1方向的间距和第2方向的间距大致相等。随机相位板40的间距的范围例如为40μm以上且500μm以下。

4.1.3随机相位板的间距和凸透镜、凸面柱面镜、凹面柱面镜的焦距的组合例

在随机相位板40的间距为40μm的情况下，凸透镜50、凸面柱面镜16、凹面柱面镜18的焦距的一例分别为1000mm、-333mm、1333mm。

在随机相位板40的间距为60μm的情况下，凸透镜50、凸面柱面镜16、凹面柱面镜18的焦距的一例分别为1450mm、-333mm、1333mm。

在随机相位板40的间距为80μm的情况下，凸透镜50、凸面柱面镜16、凹面柱面镜18的焦距的一例分别为1900mm、-333mm、1333mm。

这样，在激光系统1A的结构中，优选随机相位板40的间距为40μm～80μm。此外，优选凸透镜50的焦距为1000mm～1900mm。随机相位板40的间距越小，则透过随机相位板40后的种子光SL的扩展越大，因此，优选缩短凸透镜50的焦距。

4.2动作

紫外线固体激光装置10输出具有射束截面为圆状的轮廓的种子光SL。从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL入射到射束整形光学系统30。射束整形光学系统30通过柱面透镜32在V方向上放大种子光SL，通过柱面透镜34对在V方向上被放大后的种子光SL进行准直。

图5是示意地示出从射束整形光学系统30出射且入射到随机相位板40的种子光SL的射束截面的轮廓的图。图5示出从第1面侧观察随机相位板40的状况。如图5所示，入射到随机相位板40的种子光SL的射束截面的轮廓为以放大率比E2/E1被放大后的椭圆状。此外，入射到随机相位板40的种子光SL的射束截面中的光强度的分布为高斯分布。

图6是示意地示出随机相位板40的功能的说明图。图示了如下状况：激光从图6的下侧入射到随机相位板40，透过随机相位板40后的激光朝向图6的上侧出射。

入射到随机相位板40的激光的波面WS1的相位一致。另外，在图6中，利用直线表示波面WS1的相位一致。

随机相位板40根据在透光性基板44的表面未配置膜46的凹部42A和配置有膜46的凸部42B各自的区域的形状，将入射到第1面的激光分割成多个射束。而且，随机相位板40对透过凹部42A后的微小射束与透过凸部42B后的微小射束之间赋予相位差π。在将透过凹部42A后的微小射束的相位设为“0相位”、将透过凸部42B后的微小射束的相位设为“π相位”时，在透过随机相位板40后的射束中，这2种相位的光重合而行进。

因此，从随机相位板40出射的激光的波面WS2由于凹部42A和凸部42B的凹凸图案而在空间上随机地产生相位差。在图6中，将反映了随机相位板40的凹凸图案的形状的相位差图案的状况表示为波面WS2。

透过随机相位板40后的种子光SL中的“0相位”的微小射束和“π相位”的微小射束不干涉，因此，射束截面中的光强度的分布不是高斯分布，而接近平顶分布。

其结果，能够使入射到准分子放大器12的种子光SL的射束质量接近现行的准分子激光装置的射束质量。

此外，透过凹部42A的微小射束和透过凸部42B的微小射束分别作为衍射光行进，该衍射光具有与凹部42A或凸部42B的区域的大小对应的衍射角。

透过随机相位板40后的种子光SL入射到凸透镜50。凸透镜50对入射的种子光SL进行准直。

由凸透镜50准直后的种子光SL入射到准分子放大器12。准分子放大器12使从凸透镜50入射的种子光SL3次通过放电空间24而进行放大，作为放大激光AL进行出射。此时，准分子放大器12将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍。通过在随机相位板40与准分子放大器12之间配置凸透镜50，激光适当地在3通放大器内传播。

图7是示出图2所示的地点PA处的种子光SL的射束发散和地点PB处的放大激光AL的射束发散的图。关于地点PA处的种子光SL的射束发散，V方向为BD _{V_A}，H方向为BD _{H_A}。

当射束截面的轮廓为椭圆状的激光入射到随机相位板40的入射面时，被形成于出射面的射束截面的轮廓成为多个点光源呈椭圆状集合而成的形状。在利用凸透镜50对从该点光源出射的激光进行准直时，产生与各点光源在随机相位板40上的位置差异对应的射束发散。在激光系统1A的情况下，随机相位板40的出射面的射束轮廓为椭圆状，因此，图2所示的地点PA的射束发散也成为椭圆。这样，由射束整形光学系统30整形后的射束截面的轮廓被反映到射束发散中。

另一方面，关于地点PB处的种子光SL的射束发散，V方向为BD _{V_B}，H方向为BD _{H_B}。这里，准分子放大器12将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍，因此，根据集光率的守恒定律，放大激光AL的射束发散与种子光SL的射束发散相比，仅V方向成为1/M倍。即，具有BD _{H_B}＝BD _{H_A}、BD _{V_B}＝BD _{V_A}/M的关系。

现行的准分子激光装置的射束轮廓为平顶分布，关于射束发散，V方向比H方向大。根据实施方式1的激光系统1A，放大激光AL的射束截面的光强度的分布成为平顶分布。此外，关于放大激光AL的射束发散，与不具有射束整形光学系统30、随机相位板40和凸透镜50的情况相比，H方向和V方向均较大，并且，V方向比H方向大。即，实现了接近现行的准分子激光装置的射束轮廓和射束发散。

能够与设为目标的射束轮廓和射束发散匹配地，设计射束整形光学系统30的放大率比、随机相位板40的间距和凸透镜50的焦距。即，通过变更射束整形光学系统30的放大率比、随机相位板40的间距和凸透镜50的焦距，能够实现期望的射束轮廓和射束发散。

这里，在准分子放大器12中将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍，因此，凸透镜50将相对于期望的射束发散在V方向上具有M倍的射束发散的激光输入到准分子放大器12。

4.3作用/效果

根据实施方式1的激光系统1A，在通过射束整形光学系统30将种子光SL的射束截面的轮廓整形为椭圆状后，入射到随机相位板40，利用凸透镜50进行准直，由此，能够变更种子光SL的射束发散的纵横比。在入射到随机相位板40的种子光SL的射束截面的轮廓为圆状的情况下，很难调整射束发散的纵横比。但是，在如激光系统1A那样将射束截面的轮廓整形为椭圆状后入射到随机相位板40，由此，能够任意地变更射束发散的纵横比。

由此，能够生成射束特性与由现行的准分子激光装置生成的准分子激光的射束特性接近的准分子激光。

5.实施方式2

5.1结构

图8是概略地示出实施方式2的激光系统1B的结构的图。在实施方式2中，将实施方式1的准分子放大器12的部分的结构从3通放大器变更为法布里珀罗型(谐振器型)放大器。

图8所示的激光系统1B具有作为法布里珀罗型放大器的准分子放大器12B。准分子放大器12B具有后镜72、输出耦合镜74和腔14，在后镜72与输出耦合镜74之间配置有腔14。

后镜72和输出耦合镜74分别是使激光的一部分反射、且使一部分透过的部分反射镜。优选后镜72的反射率比输出耦合镜74的反射率高。后镜72的反射率例如为80％～90％的范围。通过后镜72和输出耦合镜74构成光谐振器。准分子放大器12B是本公开中的“法布里珀罗型谐振器”的一例。

此外，图8所示的激光系统1B在凸透镜50与准分子放大器12B之间的光路上配置有射束放大光学系统60。射束放大光学系统60将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍。

实施方式1的准分子放大器12在内部具有放大光学系统。与此相对，在实施方式2中，在入射到准分子放大器12B之前，在射束放大光学系统60中对种子光SL的射束截面的轮廓进行放大。由此，使入射到准分子放大器12B的种子光SL的射束截面的轮廓成为利用准分子放大器12B最高效地被放大的轮廓。

射束放大光学系统60具有柱面凹透镜62和柱面凸透镜64。射束放大光学系统60的放大倍率在与V方向对应的第1方向上具有M倍的倍率，在与H方向对应的第2方向上具有1倍的倍率。在图8所示的例子中，第1方向与V方向平行，第2方向与H方向平行。这里，射束放大光学系统60示出透射型的光学系统的例子，但是，也可以是反射型的光学系统。射束放大光学系统60是本公开中的“第2放大光学系统”的一例。

其他结构与图2中说明的激光系统1A相同。随机相位板40的间距和凸透镜50的焦距也能够以同样的组合来使用。

5.2动作

与实施方式1同样，从紫外线固体激光装置10输出的波长大约为193.4nm的种子光SL的射束轮廓通过射束整形光学系统30在V方向上被放大，射束发散通过随机相位板40和凸透镜50被变更。

由凸透镜50准直后的种子光SL通过射束放大光学系统60在V方向上被放大到M倍，入射到准分子放大器12B。

通过准分子放大器12B的后镜72后的种子光SL经由窗口25入射到放电空间24。通过由输出耦合镜74和后镜72构成的光谐振器对种子光SL进行放大，被放大的放大激光AL从输出耦合镜74出射。从输出耦合镜74出射的放大激光AL入射到图8中未示出的曝光装置。

从凸透镜50出射的种子光SL的地点PA处的射束发散和从输出耦合镜74出射的放大激光AL的地点PB处的射束发散，分别与图7所示的地点PA处的射束发散和地点PB处的射束发散相同。

这里，在射束放大光学系统60中将种子光SL的射束截面的轮廓在V方向上放大到M倍，因此，凸透镜50将相对于期望的射束发散在V方向上具有M倍的射束发散的激光输入到射束放大光学系统60。

5.3作用/效果

在实施方式2的激光系统1B中，也得到与实施方式1相同的作用效果。即，能够变更射束截面的光强度的分布和射束发散的纵横比。由此，能够接近由现行的准分子激光装置生成的准分子激光的射束特性。

6.实施方式3

6.1结构

图9是概略地示出实施方式3的激光系统1C的结构的图。实施方式3的激光系统1C将图2所示的准分子放大器12的部分的凸面柱面镜16变更为凹面柱面镜17。其他结构与图2中说明的激光系统1A相同。

图10是从箭头C的方向观察图9所示的凹面柱面镜17的C向视图。如图10所示，凹面柱面镜17以沿着H方向弯曲的方式配置有凹反射面。

在凹面柱面镜17的凹反射面涂敷有高反射膜，该高反射膜使波长大约为193.4nm的光高反射。凹面柱面镜17和凹面柱面镜18被配置成，使从紫外线固体激光装置10输出的193.4nm的种子光SL在放电空间24内通过3次。由此，种子光SL在放电空间24内被放大。激光系统1C的光学系统被设计为，使光在透过准分子放大器12后成为期望的射束直径。凹面柱面镜17是本公开中的“第1镜”和“凹面镜”的一例。

6.1.1随机相位板的间距和凸透镜、第1枚凹面柱面镜、第2枚凹面柱面镜的焦距的组合例

随机相位板40的间距的范围例如为20μm以上且500μm以下。随机相位板40的间距优选为40μm以上且500μm以下，更加优选为40μm以上且80μm以下。实施方式3的激光系统1C能够使用间距比第1实施方式的激光系统1A小的随机相位板40。

在随机相位板40的间距为20μm的情况下，凸透镜50、凹面柱面镜17、凹面柱面镜18的焦距的一例分别为164mm、1000mm、2000mm。

在随机相位板40的间距为40μm、60μm或80μm的情况下，凸透镜50、凹面柱面镜17、凹面柱面镜18的焦距的一例分别为150mm、950mm、1950mm。

这样，在激光系统1C的结构中，优选随机相位板40的间距为20μm～80μm。此外，优选凸透镜50的焦距为150mm～164mm。

6.2动作

从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL的射束轮廓通过射束整形光学系统30在V方向上被放大，射束发散通过随机相位板40和凸透镜50被变更。

这里，根据随机相位板40的间距，有时透过随机相位板40后的种子光SL的扩展非常大，仅利用凸透镜50无法进行准直。在激光系统1C中，为了调整该种子光SL的扩展而使用凹面柱面镜17。

凸透镜50对透过随机相位板40后的射束进行准直，使射束的扩展平缓。由凸透镜50准直后的种子光SL入射到准分子放大器12。准分子放大器12使从凸透镜50入射的种子光SL3次通过放电空间24而进行放大，作为放大激光AL进行出射。此时，准分子放大器12通过凹面柱面镜17对射束的H方向进行准直，通过凹面柱面镜18对V方向进行准直。

图9所示的地点PA处的种子光SL的射束发散和地点PB处的放大激光AL的射束发散，分别与图7所示的地点PA处的射束发散和地点PB处的射束发散相同。

6.3作用/效果

在实施方式3的激光系统1C中，也得到与实施方式1相同的作用效果。即，能够变更射束截面的光强度的分布和射束发散的纵横比。由此，能够接近由现行的准分子激光装置生成的准分子激光的射束特性。此外，通过凹面柱面镜17和凹面柱面镜18分别调整射束的H方向和V方向的扩展，因此，射束能够适当地通过准分子放大器12部分的光学系统。

7.实施方式4

7.1结构

图11是概略地示出实施方式4的激光系统1D的结构的图。实施方式4是从实施方式2的激光系统1B去除射束放大光学系统60而得到的。

在实施方式2中，在入射到准分子放大器12B之前，在射束放大光学系统60中对射束截面的轮廓进行放大。与此相对，在实施方式4中，通过调整基于射束整形光学系统30的射束截面的放大的纵横比和随机相位板40的间距，不需要射束放大光学系统60。

随机相位板40的间距的优选范围例如为80μm以上且500μm以下。此外，关于凸透镜50，使用焦距比激光系统1B的凸透镜50长的凸透镜50。

7.2动作

与实施方式2同样，从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL的射束轮廓通过射束整形光学系统30在V方向上被放大，射束发散通过随机相位板40和凸透镜50被变更。

由凸透镜50准直后的种子光SL入射到准分子放大器12B。

从凸透镜50出射的种子光SL的地点PA处的射束发散和从输出耦合镜74出射的放大激光AL的地点PB处的射束发散相同，V方向均为BD _{V_B}，H方向均为BD _{H_B}。

7.3作用/效果

在实施方式4的激光系统1D中，也得到与实施方式1相同的作用效果。即，能够变更射束发散的纵横比。由此，能够生成射束特性与由现行的准分子激光装置生成的准分子激光的射束特性接近的准分子激光。

8.实施方式5

8.1结构

图12是概略地示出实施方式5的激光系统1E的结构的图。在实施方式5中，将实施方式1的激光系统1A的准分子放大器12的部分的结构从3通放大器变更为环型谐振器的放大器。

图12所示的激光系统1E具有准分子放大器12C，该准分子放大器12C是环型谐振器的放大器。准分子放大器12C包含腔14、一对放电电极21、22、高反射镜81、82、83和输出耦合镜84。输出耦合镜84是使激光的一部分透过、且使一部分反射的部分反射镜。

一对放电电极21、22在与图12的纸面垂直的方向上隔开间隔且彼此对置地配置。

通过输出耦合镜84和高反射镜81、82、83构成环型谐振器。

随机相位板40的间距的优选范围例如为80μm以上且500μm以下。此外，关于凸透镜50，与激光系统1D同样，使用焦距比激光系统1B的凸透镜50长的凸透镜50。

8.2动作

从紫外线固体激光装置10输出的种子光SL的射束轮廓通过射束整形光学系统30在V方向上被放大，射束发散通过随机相位板40和凸透镜50被变更。

由凸透镜50准直后的种子光SL入射到输出耦合镜84。

入射到输出耦合镜84的种子光SL的一部分透过输出耦合镜84，由高反射镜81反射。在高反射镜81反射后的种子光SL透过窗口25，朝向一对放电电极21、22之间的放电空间24行进。

在种子光SL存在于放电空间24内时，进行使放电空间24产生放电的控制，由此，种子光SL被放大。被放大的激光经由窗口26从腔14出射。从窗口26出射的激光由高反射镜82和83高反射，再次经由窗口26向腔14内的放电空间24行进而被放大。这样被放大的激光经由窗口25从腔14出射。从窗口25出射的放大激光入射到输出耦合镜84。入射到输出耦合镜84的放大激光的一部分透过输出耦合镜84，作为放大激光AL从准分子放大器12C出射。此外，入射到输出耦合镜84的放大激光的另一部分在输出耦合镜84反射，作为反馈光再次返回到环形光谐振器中。

从凸透镜50出射的种子光SL的地点PA处的射束发散和透过输出耦合镜84后的放大激光AL的地点PB处的射束发散相同，V方向均为BD _{V_B}，H方向均为BD _{H_B}。

8.3作用/效果

在实施方式5的激光系统1E中，也得到与实施方式1相同的作用效果。即，能够变更射束发散的纵横比。由此，能够生成射束特性与由现行的准分子激光装置生成的准分子激光的射束特性接近的准分子激光。

9.电子器件的制造方法

图13是概略地示出曝光装置120的结构例的图。在图13中，曝光装置120包含照明光学系统124和投影光学系统125。照明光学系统124通过从激光系统1入射的激光对掩模版台RT的掩模版图案进行照明。投影光学系统125对透过掩模版的激光进行缩小投影，使其在被配置于工件台WT上的未图示的工件上成像。工件是被涂布了光刻胶的半导体晶片等感光基板。曝光装置120使掩模版台RT和工件台WT同步地平行移动，由此在工件上曝光反映了掩模版图案的激光。通过以上这种曝光工序在半导体晶片上转印器件图案，由此，能够制造半导体器件。半导体器件是本公开中的“电子器件”的一例。激光系统1可以是各实施方式中说明的激光系统1A、1B、1C、1D、1E等。

10.其他

上述说明不是限制，而是简单的例示。因此，本领域技术人员明白能够在不脱离权利要求书的情况下对本公开的实施方式施加变更。此外，本领域技术人员还明白组合本公开的实施方式进行使用。

只要没有明确记载，则本说明书和权利要求书整体所使用的用语应该解释为“非限定性”用语。例如，“包含”或“所包含”这样的用语应该解释为“不限于记载为所包含的部分”。“具有”这样的用语应该解释为“不限于记载为所具有的部分”。此外，不定冠词“一个”应该解释为意味着“至少一个”或“一个或一个以上”。此外，“A、B和C中的至少一方”这样的用语应该解释为“A”、“B”、“C”、“A+B”、“A+C”、“B+C”或“A+B+C”。进而，应该解释为还包含它们和“A”、“B”、“C”以外的部分的组合。

Claims (20)

1.一种激光系统，其具有：

固体激光装置，其输出激光；

准分子放大器，其包含隔着供所述激光通过的放电空间而对置配置的一对放电电极，对所述激光进行放大；

射束整形部，其被配置于所述固体激光装置与所述准分子放大器之间的光路上，对从所述固体激光装置输出的所述激光的射束截面进行放大；

随机相位板，其被配置于所述射束整形部与所述准分子放大器之间的光路上；以及

准直光学系统，其被配置于所述随机相位板与所述准分子放大器之间的光路上，

在将入射到所述准分子放大器的所述激光的行进方向设为Z方向、将所述一对放电电极的放电方向设为V方向、将与所述V方向和所述Z方向正交的方向设为H方向、将所述射束整形部的与入射到所述准分子放大器的所述激光的射束截面的所述V方向对应的整形方向设为第1方向、将所述射束整形部的与所述射束截面的所述H方向对应的整形方向设为第2方向、将所述第1方向的放大率设为E1、将所述第2方向的放大率设为E2的情况下，所述射束整形部以由E2/E1定义的放大率比超过1的方式对所述激光的射束截面进行放大。

2.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述准直光学系统包含凸透镜。

3.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述射束整形部包含透射型光学元件。

4.根据权利要求3所述的激光系统，其中，

所述透射型光学元件是柱面透镜。

5.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

E1＝1。

6.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述准分子放大器是使所述激光3次通过所述放电空间而进行放大的3通放大器。

7.根据权利要求5所述的激光系统，其中，

所述准分子放大器包含隔着所述放电空间的第1放大光学系统。

8.根据权利要求7所述的激光系统，其中，

所述第1放大光学系统在所述V方向上将所述激光放大到M倍，

所述准直光学系统将相对于从所述准分子放大器输出的期望的激光的射束发散在所述V方向上具有M倍的射束发散的激光输入到所述准分子放大器。

9.根据权利要求7所述的激光系统，其中，

所述第1放大光学系统包含隔着所述放电空间而彼此对置的第1镜和第2镜，

通过所述放电空间后的所述激光最初入射的所述第1镜是凸面镜。

10.根据权利要求8所述的激光系统，其中，

所述随机相位板的间距为40μm～80μm。

11.根据权利要求9所述的激光系统，其中，

所述准直光学系统的焦距为1000mm～1900mm。

12.根据权利要求5所述的激光系统，其中，

所述准分子放大器包含隔着所述放电空间而彼此对置的第1镜和第2镜，

所述第1镜是在所述H方向上弯曲的凹面柱面镜，所述第2镜是在所述V方向上弯曲的凹面柱面镜。

13.根据权利要求11所述的激光系统，其中，

所述随机相位板的间距为20μm～80μm。

14.根据权利要求12所述的激光系统，其中，

所述准直光学系统的焦距为150mm～164mm。

15.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述准分子放大器是法布里珀罗型谐振器。

16.根据权利要求15所述的激光系统，其中，

在所述法布里珀罗型谐振器与所述准直光学系统之间的光路上配置有第2放大光学系统。

17.根据权利要求16所述的激光系统，其中，

所述第2放大光学系统在所述V方向上将所述激光放大到M倍，

所述准直光学系统将相对于从所述准分子放大器输出的期望的激光的射束发散在所述V方向上具有M倍的射束发散的激光输入到所述第2放大光学系统。

18.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述准分子放大器是环型谐振器。

19.根据权利要求1所述的激光系统，其中，

所述射束整形部的所述放大率比为5以下。

20.一种电子器件的制造方法，其包含以下步骤：

通过激光系统生成准分子激光，

将所述准分子激光输出到曝光装置，

在所述曝光装置内在感光基板上曝光所述准分子激光，以制造电子器件，

所述激光系统具有：

固体激光装置，其输出激光；

准分子放大器，其包含隔着供所述激光通过的放电空间而对置配置的一对放电电极，对所述激光进行放大；

射束整形部，其被配置于所述固体激光装置与所述准分子放大器之间的光路上，对从所述固体激光装置输出的激光的射束截面进行放大；

随机相位板，其被配置于所述射束整形部与所述准分子放大器之间的光路上；以及

准直光学系统，其被配置于所述随机相位板与所述准分子放大器之间的光路上，

在将入射到所述准分子放大器的所述激光的行进方向设为Z方向、将所述一对放电电极的放电方向设为V方向、将与所述V方向和所述Z方向正交的方向设为H方向、将所述射束整形部的与入射到所述准分子放大器的所述激光的射束截面的所述V方向对应的整形方向设为第1方向、将所述射束整形部的与所述射束截面的所述H方向对应的整形方向设为第2方向、将所述第1方向的放大率设为E1、将所述第2方向的放大率设为E2的情况下，所述射束整形部以由E2/E1定义的放大率比超过1的方式对所述激光的射束截面进行放大。

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