レーザ装置、エキシマレーザ装置、光照射装置及び露光装置、並びに光発生方法、光照射方法、露光方法及びデバイス製造方法
【課題】目標波長のレーザ光を安定して射出する。
【解決手段】波長変換部１６０がダイクロイックミラーなどの合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅをその最終段に有するので、合波光学素子の位置決め、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、レーザ光源で発生されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ４のパワーを高くしても、波長変換部１６０から目標波長のレーザ光を安定して射出することが可能となる。
【解決手段】波長変換部１６０がダイクロイックミラーなどの合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅをその最終段に有するので、合波光学素子の位置決め、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、レーザ光源で発生されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ４のパワーを高くしても、波長変換部１６０から目標波長のレーザ光を安定して射出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、エキシマレーザ装置、光照射装置及び露光装置、並びに光発生方法、光照射方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、紫外域の所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置及びエキシマレーザ装置、前記レーザ装置又はエキシマレーザ装置を備える光照射装置及び露光装置、並びに紫外域の所定波長のレーザ光を発生する光発生方法、該方法を用いる光照射方法、前記光発生方法を用いる露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の微細構造の検査、物体の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ：Photorefractive Keratectomy）あるいは角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：Laser Intrastromal keratomileusis）を行って近視や乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。
【０００３】
かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした短波長光源の開発の方向は、主に次の２種に大別される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開発である。
【０００４】
このうち、前者の方向に沿っては、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）等を使用する光源装置が実用化されている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、扱いに慎重を要するフッ素ガスを使用するため、レーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなど、光源装置として不利な点が存在する。
【０００５】
そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法として、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外光、可視光）を、より短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００６】
しかしながら、例えば特許文献１、２などに開示される最終波長が１９３ｎｍの波長変換部では、最終段の波長変換素子に入射する２００ｎｍ帯の深紫外光と１μｍ帯の赤外光との合成のために少なくともダイクロイックミラーが必要であった。一般のダイクロイックミラーは、深紫外光により損傷する。また、最終段の波長変換素子に入射する２００ｎｍ帯の深紫外光と１μｍ帯の赤外光とをダイクロイックミラーで重ね合わせるための調整が必要であり、この作業が困難であった。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第９９／４６８３５号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−０８６１９３号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部と；を備える第１のレーザ装置である。
【０００９】
ここで、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子とは、複数のレーザ光を同軸に合成する例えばダイクロイックミラー、プリズムなどの光学素子が、波長変換素子と別の波長変換素子との間に介在されていない一組の波長変換素子を意味する。従って、波長変換素子と波長変換素子との間に光学素子が間に全く存在しない場合は勿論、合波の機能を有しない光学素子、例えばレンズやガラス板などが間に存在している場合の両者を含む。
【００１０】
これによれば、波長変換部が合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有するので、合波光学素子の位置決め精度、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、第１、第２のレーザ光源で発生されるレーザ光のパワーを高くしても、波長変換部から所定波長のレーザ光を安定して射出することが可能となる。
【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光を発生する第１のレーザ光源と；波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を発生する第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備える第２のレーザ装置である。
【００１２】
これによれば、波長変換部の第１変換部により、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光と波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光との和周波混合が行われ、第１のレーザ光の高調波及び第２のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長の第３のレーザ光が発生する。この第３のレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部とを有する第３のレーザ装置である。
【００１４】
これによれば、波長変換部の第１変換部により、第１のレーザ光と第２のレーザ光との和周波混合が行われ、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光が発生する。この場合、一例として第１、第２のレーザ光としてそれぞれ波長が１．０〜１．２μｍのレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍのレーザ光を用いることができる。従って、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００１５】
本発明は、第４の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかと；そのレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える第１の光照射装置である。
【００１６】
これによれば、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを備えているため、所定波長のレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【００１７】
本発明は、第５の観点からすると、エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを含む主発振器と；前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと；を備えるエキシマレーザ装置である。
【００１８】
これによれば、主発振器が本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを含むので、エキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。
【００１９】
本発明は、第６の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明のエキシマレーザ装置と；該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える第２の光照射装置である。
【００２０】
これによれば、本発明のエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【００２１】
本発明は、第７の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかと；そのレーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える露光装置である。
【００２２】
これによれば、レーザ装置から射出される所定波長のレーザ光を、光学系を経由して物体に安定して照射することで、物体上にパターンを安定して形成することが可能となる。
【００２３】
本発明は、第８の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部により、前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を行う工程と；を含む第１の光発生方法である。
【００２４】
これによれば、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部が用いられるので、合波光学素子の位置決め精度、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、第１、第２のレーザ光源で発生されるレーザ光のパワーを高くしても、波長変換部から所定波長のレーザ光が安定して射出されることとなる。
【００２５】
本発明は、第９の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を、それぞれ発生する工程と；前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する波長変換を含む、複数段の波長変換を行う工程と；を含む第２の光発生方法である。
【００２６】
これによれば、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光と波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光との和周波混合が行われ、第１のレーザ光の高調波及び第２のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長の第３のレーザ光が発生する。この第３のレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００２７】
本発明は、第１０の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換を含む複数段の波長変換を行う工程と；を含む第３の光発生方法である。
【００２８】
これによれば、第１のレーザ光と第２のレーザ光との和周波混合が行われ、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光が発生する。この場合、一例として第１、第２のレーザ光としてそれぞれ波長が１．０〜１．２μｍのレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍのレーザ光を用いることができる。従って、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００２９】
本発明は、第１１の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生するエキシマレーザ光発生方法であって、本発明の第１〜第３の光発生方法のいずれかにより前記所定波長のレーザ光を発生する第１工程と；前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第２工程と；を含むエキシマレーザ光発生方法である。
【００３０】
これによれば、本発明の第１〜第３の光発生方法のいずれかにより発生されたレーザ光がガスレーザチャンバにシード光として入射し、そのシード光がガスレーザチャンバで増幅される。これにより、ガスレーザチャンバから増幅されたエキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。
【００３１】
本発明は、第１２の観点からすると、対象物に光を照射する光照射方法であって、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかによりレーザ光を発生する工程と；前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と；を含む光照射方法である。
【００３２】
これによれば、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかにより、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して対象物に安定して照射される。
【００３３】
本発明は、第１３の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかによりレーザ光を発生する工程と；前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と；を含む露光方法である。
【００３４】
これによれば、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかにより、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して物体に安定して照射され、物体上にパターンが安定して形成される。
【００３５】
リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて物体上にパターンを形成することで、物体上にパターンを安定して形成され、デバイスの生産性を向上させることができる。従って、本発明は、さらに別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１には、本発明の光発生方法及び光照射方が適用される一実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャナ）である。
【００３７】
露光装置１０は、レーザ装置１６、照明光学系ユニット１２、この照明光学系ユニット１２からの露光用照明光（以下、適宜「照明光」又は「露光光」という）ＩＬにより照明されるレチクル（マスク）Ｒを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを介した露光光ＩＬをウエハ（物体）Ｗ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する主制御装置５０等を備えている。
【００３８】
前記レーザ装置１６は、一例として波長１９３．４ｎｍの紫外パルス光を射出する装置である。このレーザ装置１６は、図２に示されるように、クロック発生器１６１、４個のディレイ回路（１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄ）、４個のパルス発生器（１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄ）、４個のレーザ光源（１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ）、４個の光増幅器（１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ）、及び波長変換部１６０等を備えている。
【００３９】
クロック発生器１６１は、主制御装置５０によって制御され、クロック信号を生成する。このクロック発生器１６１で生成されたクロック信号は、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれに供給される。
【００４０】
ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれは、異なる経路を通ったレーザ光同士の和周波混合を行う後述する各波長変換素子（非線形光学結晶）、特に波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅでの波長変換が可能な限り効率良く行われるように、すなわちそれらの波長変換素子の内部で波長の異なる複数のレーザ光が極力重なるように、クロック発生器１６１からのクロック信号をそれぞれ遅延させる。ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄそれぞれの遅延時間は、各波長変換素子中の各レーザ光の速度の違い、及び各レーザ光源から各波長変換素子までの光路長の違いなどを考慮して、予め定められている。従って、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれに代えて、光学的に各レーザ光に遅延を与えるディレイ装置を用いても良い。また、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄそれぞれの遅延時間は、特定の１つのディレイ回路の遅延時間を基準として、残りのディレイ回路の遅延時間が設定されるので、その特定の１つのディレイ回路は必ずしも設けなくても良い。ディレイ装置を用いる場合も同様である。
【００４１】
パルス発生器１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄは、それぞれディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを介したクロック信号に基づいてパルス信号を生成する。
【００４２】
レーザ光源１６４ａは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ａからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４３】
レーザ光源１６４ｂは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｂからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４４】
レーザ光源１６４ｃは、発振波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲、一例として１５４７ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｃからのパルス信号に応じて、波長１５４７ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４５】
レーザ光源１６４ｄは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｄからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４６】
レーザ光源１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｄをそれぞれ構成する単一波長発振レーザとしては、例えばイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。また、レーザ光源１６４ｃを構成する単一波長発振レーザとしては、例えばエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。
【００４７】
本実施形態では、主制御装置５０が、レーザ光源１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄにおけるレーザ光の発光パワーを個別に検出（モニタ）し、その検出結果に応じて各単一波長発振レーザの駆動信号を個別に制御する。
【００４８】
光増幅器１６５ａは、レーザ光源１６４ａからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ａとしては、例えばモード径が大きいイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（以下、「ＹＤＦＡ」と略述する）が用いられている。このため、光増幅器１６５ａから集光レンズ１６６ａを介して後述する波長変換素子１６７ａに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００４９】
光増幅器１６５ｂは、レーザ光源１６４ｂからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｂとしては、例えばモード径が大きいＹＤＦＡが用いられている。このため、光増幅器１６５ｂから集光レンズ１６６ｃを介して後述するダイクロイックミラー１６８ａに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５０】
光増幅器１６５ｃは、レーザ光源１６４ｃからの波長１５４７ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｃとしては、例えばモード径が大きいエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（以下、「ＥＤＦＡ」と略述する）が用いられている。このため、光増幅器１６５ｃから集光レンズ１６６ｅを介して後述するダイクロイックミラー１６８ａに入射する波長１５４７ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５１】
光増幅器１６５ｄは、レーザ光源１６４ｄからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｄとしては、例えばモード径が大きいＹＤＦＡが用いられている。このため、光増幅器１６５ｄから集光レンズ１６６ｆを介して後述するダイクロイックミラー１６８ｂに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５２】
なお、図２では光増幅器１６５ａ〜１６５ｄがそれぞれ１段のみ設けられているものとしたが、このうちの少なくとも１つを、複数段設けても良いことは勿論である。換言すれば、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄの少なくとも１つにおいて、ファイバ光増幅器を多段構成として、入射するレーザ光を複数回増幅しても良い。また、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄの少なくとも１つにおいて、入射するレーザ光を複数に分岐し、その複数の分岐光をそれぞれ１段又は多段構成のファイバ光増幅器で増幅しても良い。この場合、その増幅された複数の分岐光を同軸に合成して出力することとしても良い。さらに、各レーザ光源におけるレーザ光の発光パワーを個別に検出し、その検出結果に応じてレーザ光源の駆動信号を個別に制御する代わりに、あるいは、これとともに、光増幅器１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄがそれぞれ設けられた光路上で各レーザ光のパワーなどを検出（モニタ）し、その検出結果に応じて各光増幅器を制御することとしても良い。
【００５３】
波長変換部１６０は、図３に拡大して示されるように、複数の波長変換素子（非線形光学結晶）１６７ａ〜１６７ｅを含み、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄからのパルスレーザ光を入射光として、複数段の波長変換を行って、ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同じ波長である波長１９３．４ｎｍのパルス紫外光を発生する。
【００５４】
ここで、図３に基づいて、波長変換部１６０について説明する。なお、図３には、光増幅器１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｄからそれぞれ射出される波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４を第１基本波（第１基本光）とし、かつ光増幅器１６５ｃからの波長１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３を第２基本波（第２基本光）として、非線形光学結晶を用いて波長変換を行い、ＡｒＦエキシマレーザとほぼ同じ波長である１９３．４ｎｍの紫外光を発生する構成例が示されている。ここで、基本波（基本光）とは、波長変換部１６０に外部から入射したレーザ光であって、波長変換部１６０の内部では一度も波長変換に用いられていない、波長変換の基本となるレーザ光を意味する。
【００５５】
光増幅器１６５ａから射出された波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ１（第１基本波）は、波長変換素子１６７ａに入射する。この第１基本波Ｌ１が、波長変換素子１６７ａを通る際に、２次高調波発生により第１基本波の周波数ω1の２倍、すなわち周波数２ω1（波長は１１０５ｎｍの１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【００５６】
この波長変換素子１６７ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５結晶（ＬＢＯ結晶）から成る非線形光学素子が用いられ、基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、すなわちＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Matching）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ（ウォークオフ(Walk-off)）が起こらないため、高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はウォークオフによるビームの変形も受けないという利点がある。この場合、ＮＣＰＭが満たされるように、波長変換素子１６７ａは、温度が１０３℃に保持されている。また、波長変換素子１６７ａの非線形係数ｄｅｆｆは０．８６ｐｍ／Ｖである。
【００５７】
この場合、波長変換素子１６７ａには、ピークパワーの高い波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ１が入射するので、波長変換素子１６７ａでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子１６７ａに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても、所望の変換効率で波長５５２．５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。また、ＬＢＯ結晶の長さを短くしても、所望の変換効率で波長５５２．５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。
【００５８】
このように、波長変換素子１６７ａでは、ＮＣＰＭが使用され、高い変換効率で波長変換が行われるので、波長変換素子１６７ａから射出されるレーザ光のビーム形状が楕円形状となるのを抑制することができる。すなわち、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子１６７ａから射出されることとなる。
【００５９】
波長変換素子１６７ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、波長変換で発生した２倍波とは、集光レンズ１６６ｂを介して不図示の波長板でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられて、基本波のみその偏光方向が９０度回転し、波長変換素子１６７ｂに入射する。波長変換素子１６７ｂとして、β−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｂは、波長変換素子１６７ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその波長変換素子１６７ａを透過した第１基本波との和周波混合を行って周波数３ω1（波長は１１０５ｎｍの１／３の３６８．３ｎｍ）の３倍波を発生する。波長変換素子１６７ｂの非線形係数ｄｅｆｆは２．０ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角は７０ｍｒａｄである。このように、波長変換素子１６７ｂから発生する３倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換に使用できない。このため、本実施形態では、波長変換素子１６７の後段にシリンドリカルレンズ１６９ａ及びシリンドリカルレンズ１６９ｂが配置されており、波長変換素子１６７ｂからのレーザ光は、シリンドリカルレンズ１６９ａ、１６９ｂによってその断面形状が円形になるようにビーム整形された後、ダイクロイックミラー１６８ｃに入射する。
【００６０】
一方、光増幅器１６５ｂから射出された波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ２（第１基本波）と、光増幅器１６５ｃから射出された波長１５４７ｎｍ（周波数ω2）のレーザ光Ｌ３（第２基本波）とは、ダイクロイックミラー１６８ａによって、同軸に合成される。そして、この同軸に合成されたレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との合成光（合波された光）は、後段の波長変換素子１６７ｃに入射する。
【００６１】
波長変換素子１６７ｃとしては、ＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子が用いられるとともに、該波長変換素子１６７ｃでは波長変換素子（ＬＢＯ結晶）１６７ａとは異なる温度（例えば１２℃）でのＮＣＰＭが使用される。この波長変換素子１６７ｃでは、波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ２と、波長１５４７ｎｍ（周波数ω2）のレーザ光Ｌ３との和周波混合により、周波数（ω1＋ω2）（レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長をそれぞれλL1，λL2として波長はλL1λL2／λL1＋λL2≒６４５ｎｍ）のレーザ光を発生する。波長変換素子１６７ｃの非線形係数ｄｅｆｆは０．８６ｐｍ／Ｖである。
【００６２】
この波長変換素子１６７ｃには、ピークパワーの高い波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ２及びピークパワーの高い波長１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３が入射するので、波長変換素子１６７ｃでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子１６７ｃに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても所望の変換効率で波長６４５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。また、ＬＢＯ結晶の長さを短くしても所望の変換効率で波長６４５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。
【００６３】
また、波長変換素子１６７ｃでは、ＮＣＰＭが使用されているので、ウォークオフが起こらず、高効率な波長変換が可能であるとともに、ウォークオフによるビーム形状の変形も生じない。従って、波長変換素子１６７ｃからは、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子１６７ｃから射出されることとなる。
【００６４】
波長変換素子１６７ｃから射出される波長６４５ｎｍのレーザ光は、集光レンズ１６６ｄを介してダイクロイックミラー１６８ｂに入射し、該ダイクロイックミラー１６８ｂで、光増幅器１６５ｄから射出された波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ４（第１基本波）と同軸に合成され、ダイクロイックミラー１６８ｃに向かって進む。ダイクロイックミラー１６８ｂは、波長６４５ｎｍのレーザ光を反射し、波長１１０５ｎｍのレーザ光を透過させる。
【００６５】
そして、この同軸に合成された波長６４５ｎｍのレーザ光と、波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ４とは、ダイクロイックミラー１６８ｃによって、シリンドリカルレンズ１６９ａ、１６９ｂによってビーム整形された波長３６８．３ｎｍのレーザビームと同軸に合成され、波長変換素子１６７ｄに入射する。
【００６６】
波長変換素子１６７ｄとしては、一例としてＣｓＬｉＢ６Ｏ１０結晶（ＣＬＢＯ結晶）から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｄの非線形係数ｄｅｆｆは０．９３ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角は１５ｍｒａｄである。波長変換素子１６７ｄは、ダイクロイックミラー１６８ｃを介したレーザ光に含まれる、波長変換素子１６７ｂで発生した波長３６８．３ｎｍのレーザ光と、波長変換素子１６７ｃで発生した波長６４５ｎｍのレーザ光との和周波混合を行い、波長２３４ｎｍ（周波数は４ω1＋ω2）のレーザ光を発生する。
【００６７】
この場合、波長変換素子１６７ｄには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子１６７ｄは、非線形係数ｄｅｆｆが比較的大きく、ウォークオフ角が小さくなる角度で使用されている。また、前述したように、本実施形態では、各光増幅器としてモード径が大きいファイバ光増幅器が用いられ、高いピークパワーのレーザ光を各基本波として使用できるので、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び／又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。このような理由により、波長変換素子１６７ｄでは、高い変換効率での波長変換が可能であるとともに、該波長変換によって発生したレーザ光は、ガウスビームからの歪が小さいレーザ光である。すなわち、波長変換素子１６７ｄからの波長２３４ｎｍ（深紫外域）のレーザ光は、ビーム品質が優れている。従って、波長変換素子１６７ｄからの波長２３４ｎｍ（深紫外域）のレーザ光は何ら補正することなく、次段以降の波長変換素子（本実施形態では波長変換素子１６７ｅ）での波長変換に用いることができる。このため、本実施形態では、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間には、光学素子が何も設けられていない。波長変換素子１６７ｄからのレーザ光の光路上に、シリンドリカルレンズなどは勿論、波長が２００ｎｍ帯（一例として２３４ｎｍ）の深紫外光と波長が１μｍ帯（一例として波長１１０５ｎｍ）の赤外光とを合波するためのダイクロイックミラーなども介在させることなく、波長変換素子１６７ｅを配置することができる。
【００６８】
なお、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間のレーザ光の光路上に、例えばガラス板などが配置されていても良い。また、波長変換素子１６７ｄ及び波長変換素子１６７ｅの少なくとも一方が、いわゆるセル化され、保護ガラスで覆われていても良い。
【００６９】
波長変換素子１６７ｄで発生した波長２３４ｎｍのレーザ光は、波長変換素子１６７ｄを通過したファイバ光増幅器１６５ｄからの波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光Ｌ４とともに、直後に配置された波長変換素子１６７ｅに入射する。この波長変換素子１６７ｅとしては、一例としてＣＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｅは、非線形係数ｄｅｆｆが１．１ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が３ｍｒａｄである。波長変換素子１６７ｅは、波長変換素子１６７ｄで発生した波長２３４ｎｍのレーザ光とレーザ光Ｌ４との和周波混合により、波長１９３．４ｎｍ（周波数は５ω1＋ω2）のレーザ光を発生する。
【００７０】
この場合、波長変換素子１６７ｅには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子１６７ｅとして、ウォークオフ角がほぼ零となる角度でＣＬＢＯ結晶を使用しているため、波長変換素子１６７ｅからの波長１９３．４ｎｍのレーザ光は、ビーム品質が極めて優れている。この波長１９３．４ｎｍのレーザ光がレーザ装置１６から射出され、照明光学系１２に入射する。
【００７１】
図１に戻り、前記照明光学系ユニット１２は、例えばレーザ装置１６に送光光学系を介して接続された照明系ハウジング及び該照明系ハウジング内部の照明光学系を含む。照明光学系は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号公報）などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子等が用いられる。照明光学系ユニット１２から射出された露光光ＩＬは、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。なお、前述の照明光学系はミラーＭ及びコンデンサレンズ３２も含むものとしても良い。
【００７２】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動系４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒ（又はその側面に形成される反射面）を介してレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。
【００７３】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数枚のレンズエレメントを含む。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小投影され、パターンの縮小像（部分像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域４２Ｒに共役な露光領域４２Ｗに生成（形成）される。なお、投影光学系は縮小系のみならず等倍系及び拡大系のいずれでも良いし、屈折系のみならず反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００７４】
前記ウエハステージＷＳＴは、例えばリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系５６によってＸＹ面内で駆動されるＸＹステージ１４と、該ＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８とを含む。Ｚチルトステージ５８上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）を調整するとともに、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、Ｚチルトステージ５８のＸＹ面内の位置情報及び回転情報（Ｘ軸回りの回転（θｘ回転）、Ｙ軸回りの回転（θｙ回転）、及びＺ軸回りの回転（θｚ回転））は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介してレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給される。なお、ＸＹステージ１４及びＺチルトステージ５８の代わりに、ウエハが載置される単一の６自由度ステージを用いても良い。また、移動鏡５２Ｗの代わりに、Ｚチルトステージ５８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。
【００７５】
主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、主制御装置５０は、走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。
【００７６】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶR＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶW＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４９、ウエハステージ駆動系５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００７７】
露光装置１０では、デバイスの製造に際し、通常のスキャニング・ステッパ（スキャナ）と同様の手順で、レチクルアライメント及び不図示のアライメント系のベースライン計測、ウエハアライメント（例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）が行われた後、上述したレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴをショット領域の露光終了後、次ショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１６によると、波長変換部１６０が、レーザ光の光路上にダイクロイックミラーなどの合波光学素子を介することなく隣接して配置された一組の波長変換素子１６７ｄ及び１６７ｅをその最終段に有するので、レーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、レーザ光源１６４ａ〜１６４ｄで発生するレーザ光のパワーを高くできるので、波長変換部１６０から波長１９３．４ｎｍのレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間に合波光学素子がないので、その合波光学素子の位置調整などは考慮する必要がない。
【００７９】
また、レーザ装置１６によると、波長変換部１６０のダイクロイックミラー１６８ａによって波長が１．１μｍ帯、一例として１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ２と、波長が１．５μｍ帯、一例として１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３とが同軸に合成され（合波され）、波長変換素子１６７ｃにより、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合が行われ、波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光の高調波及び波長１５４７（１．５μｍ帯）のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長６４５ｎｍのレーザ光が発生する。このため、この波長６４５ｎｍのレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光の高調波、あるいは波長１５４７（１．５μｍ帯）のレーザ光の高調波を、目標波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子、具体的には非線形係数ｄｅｆｆが０．９３ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が１５ｍｒａｄとなる角度でのＣＬＢＯ結晶、非線形係数ｄｅｆｆが１．１ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が３ｍｒａｄとなる角度でのＣＬＢＯ結晶を、波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅとして使用が可能となるとともに、上述したような従来にない波長変換部１６０の構成の採用が可能となっている。
【００８０】
そして、波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅを採用した結果、前述したように、波長変換素子１６７ｄでビーム品質が優れた波長２３４ｎｍのレーザ光を発生することができるとともに、波長変換素子１６７ｅでビーム品質に優れた波長１９３．４ｎｍのレーザ光を発生することができる。
【００８１】
また、本実施形態のレーザ装置１６によると、レーザ光Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれモード径が大きいファイバ光増幅器で高ピークパワーのレーザ光に増幅されて、各波長変換素子に入射する。従って、比較的高い変換効率を保ちつつ、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び／又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。また、モード径が大きいファイバ光増幅器が使用されているので、比較的高いピークパワーを保ちつつ、パルスの時間的な幅を長くすることができ、その結果、レーザ装置１６から射出される１９３．４ｎｍのレーザ光のスペクトルを狭帯域化することが可能となる。
【００８２】
本実施形態の露光装置１０によると、前述した走査露光にあたって、レーザ装置１６で発生した波長１９３．４ｎｍのレーザ光（照明光ＩＬ）が、照明光学系ユニット１２（照明光学系）を介してレチクルＲに照射され、レチクルＲを透過した照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投射される。この場合、レーザ装置１６で発生した波長１９３．４ｎｍのレーザ光（照明光ＩＬ）はビーム品質に優れているとともに、繰り返し周波数は従来のエキシマレーザに比べて同等以上であるから、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを精度良く形成することが可能である。
【００８３】
なお、上記実施形態では、波長変換素子１６７ｃにより、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合が行われ、波長６４５ｎｍのレーザ光が発生される場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。ＹＤＦＡの増幅可能な波長範囲が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍであり、ＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍであるものと仮定し、波長変換素子１６７ｃが、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合により発生するレーザ光の波長をλ1とすると、λ1の範囲は、ＹＤＦＡとＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲から、６１０ｎｍ＜λ1＜６６０ｎｍを満足すれば良い。このような場合には、一例としてレーザ光Ｌ２、Ｌ３としてそれぞれ波長が１．１μｍ帯のレーザ光、波長が１．５μｍ帯のレーザ光を用いることができ、上記実施形態と同様の波長変換素子の採用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００８４】
この場合において、波長変換素子１６７ｂで発生する光の波長をλ2、波長変換素子１６７ｄで発生する光の波長をλ3とし、最終波長を１９３．４ｎｍとすると、位相整合の範囲と、ＹＤＦＡの増幅可能な波長範囲から、λ3の範囲は、２３２ｎｍ＜λ3＜２３５ｎｍとなる。従って、λ2の範囲は、上記λ3の範囲、λ1の範囲から、３５７ｎｍ＜λ2＜３８３ｎｍとなる。
【００８５】
なお、図３に示されるような構成を有する波長変換部１６０では、第２基本波として、ＥＤＦＡから出力される光の代わりに、Ｔｍ（ツリウム）、若しくはＨｏ（ホロミウム）が添加されたファイバ光増幅器から出力される光を用いても良い。出力波長が前述のように１．５μｍ帯であるＥＤＦＡでなく、出力波長が２μｍ帯であるツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を適用した場合には、ＹＤＦＡから出力される光の波長は、約１０６２ｎｍとなる。Ｙｂの蛍光断面積は、波長１０６２ｎｍでは波長１１０５ｎｍより大きいので、高ピークパワーの増幅に有利となる。ただし、この場合でも、上記Ｌ４として使用するレーザ光の波長は、波長変換素子１６７ｅにおける位相整合の条件から、１１０５ｎｍ近辺である必要がある。
【００８６】
また、上述した波長変換部１６０は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長（１９３．４ｎｍ）の光が得られるものであったが、本実施形態では、この波長変換部１６０の構成を変更すれば、例えばＫｒＦエキシマレーザの発振波長（２４８ｎｍ近傍）、あるいはＦ2レーザの発振波長（１５７ｎｍ近傍）と略同一の波長を得ることもできるようになる。なお、上記実施形態のレーザ装置は、その発振波長がＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、及びＦ２レーザ光のいずれの発振波長とも異なっていても良いし、遠紫外域又は真空紫外域に限られるものでもないが、特に波長が２００ｎｍ以下のレーザ光を発生するレーザ装置として有効である。
【００８７】
なお、上記実施形態で説明した各波長変換素子を構成する非線形光学結晶は、一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、波長換素子１６７ｃとしては、ＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子に限らず、例えば、ＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）あるいはＰＰＳＬＴ（Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate）を用いた非線形光学素子を用いることもできる。
【００８８】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、各単一波長発振レーザからレーザ光がパルス発光される場合について説明したが、これに限らず、各単一波長発振レーザからレーザ光を連続的に発光させ、そのレーザ光を、例えば電気光学変調器（二電極型変調器など）などを用いてパルス光としても良い。また、各単一波長発振レーザからパルス発光されるレーザ光のパルス幅を、その電気光学変調器などによって狭くしても良い。
【００８９】
また、上記実施形態のレーザ装置では、各光増幅器が、全てファイバ光増幅器である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。各光増幅器は、ファイバ光増幅器の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば希土類元素が高濃度で添加されたガラス体などを含むものとしても良い。
【００９０】
また、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザを３個備える場合について説明したが、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザを１個備え、そのレーザからのレーザ光を３分割しても良い。
【００９１】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザ、すなわち第１基本波（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４）を発生するレーザ光源としてイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用い、発振波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの単一波長発振レーザ、すなわち第２基本波（Ｌ３）を発生するレーザ光源としてエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いるものとしたが、レーザ光源はこれらに限られるものではなく、他の固体レーザ光源、あるいは高調波発生装置などを用いても良い。
【００９２】
また、上記実施形態のレーザ装置では、３つのレーザ光（第１基本波）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４はその波長が同一であるものとしたが、これに限らず、その３つのレーザ光の一部又は全部でその波長を異ならせても良い。例えば、前述の如くＥＤＦＡの代わりに、出力波長が２μｍ帯のツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を用いる場合、レーザ光Ｌ１、Ｌ２はその波長が約１０６２ｎｍ、レーザ光Ｌ４はその波長が約１１０５ｎｍとなる。
【００９３】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、最終波長が１９３ｎｍであることを前提として、第１基本波はその波長が１．１μｍ帯、第２基本波はその波長が１．５μｍ帯であるものとしたが、最終波長が１９０ｎｍ〜２００ｎｍであるものとすると、第１基本波(レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４)の波長は１．０μｍ〜１．２μｍ、第２基本波（レーザ光Ｌ３）の波長は１．５μｍ〜２．１μｍであれば良い。この場合には、第1基本波を発生するレーザ光源として、上記実施形態と同様に、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができるとともに、第２基本波を発生するレーザ光源として、エルビウム・ドープ・ファイバレーザ又はツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。ツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いる場合、ＥＤＦＡに代えて、ツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器が用いられる。この場合、波長変換素子１６７ｃが、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合により発生するレーザ光の波長λ1の範囲は、ＹＤＦＡとＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲又はＹＤＦＡとツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器の増幅可能な波長範囲から、６００ｎｍ＜λ1＜７５０ｎｍを満足すれば良い。この場合、最終波長を１９０ｎｍ〜２００ｎｍとすると、波長変換素子１６７ｄで発生する光の波長λ3の範囲は、２３４ｎｍ＜λ3＜２４０ｎｍとなる。従って、波長変換素子１６７ｂで発生する光の波長をλ2の範囲は、３５２ｎｍ＜λ2＜３８３ｎｍとなる。
【００９４】
また、上記実施形態において、ＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ結晶の潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素、又は乾燥空気などでパージする、あるいはＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ結晶を高温に温度調節することとすれば良い。
【００９５】
なお、上記実施形態の露光装置１０において、レーザ装置１６に代えて、図４に模式的に示されるようなエキシマレーザ装置２０を用いても良い。このエキシマレーザ装置２０は、レーザ装置１６と同様の構成である主発振器 （Master Oscillator）としてのレーザ装置１６’と、該レーザ装置１６’から射出される波長１９３．４ｎｍのレーザ光をシード光として増幅する光出力増幅器（Power Oscillator 又はPower Amplifier）としてのガスレーザチャンバ１８と、レーザ装置１６’及びガスレーザチャンバ１８を制御する制御装置１９とを備える、主発振器光出力増幅器（ＭＯＰＯ又はＭＯＰＡ）レーザシステムである。
【００９６】
このエキシマレーザ装置２０では、ガスレーザチャンバ１８として、通常のＡｒＦエキシマレーザ装置と同様に共振器を有するガスレーザチャンバ（Power Oscillator (ＰＯ)）が用いられる。このガスレーザチャンバ１８の内部には、媒質ガスであるＡｒ、Ｆ2、及びバッファガスであるＮｅ等が充填されている。なお、このガスレーザチャンバ１８は、通常のＡｒＦエキシマレーザ装置から共振器となる部分（フロントミラー、及びリアミラー又は狭帯域化モジュール）を取り除いた構成のガスレーザチャンバ（Power Amplifier ）でも良い。
【００９７】
このエキシマレーザ装置２０では、レーザ装置１６’から射出される波長１９３．４ｎｍの高い繰り返し周波数のシード光が、ガスレーザチャンバ１８内部でパワー増幅され、その増幅された波長１９３．４ｎｍのレーザ光が射出される。エキシマレーザ装置２０では、ビーム品質に優れたパルス光がレーザ装置１６’から安定してガスレーザチャンバ１８に供給されるため、ＡｒＦエキシマレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、レーザ装置１６’では、光源として単一波長発振レーザ（固体レーザ）が用いられているので、通常のＡｒＦエキシマレーザに比べて狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数でのレーザ光の発振が可能である。従って、このエキシマレーザ装置２０を露光光源として備えた露光装置では、エキシマレーザ装置２０から狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数の波長１９３．４ｎｍのレーザ光が照明光学系に向かって射出されることとなる。これにより、パルスのピークパワーを抑えて露光装置等の光学素子へ与えるダメージを抑制できる。また、露光装置では、全体として高エネルギ（大パワー）で、かつリソグラフィに用いるのに十分な程度に狭帯域化されたレーザ光を用いて前述の走査露光が行われる。従って、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを精度良く形成することが可能であり、スループットの向上も図ることができる。
【００９８】
また、エキシマレーザ装置２０のように、主発振器光出力増幅器（ＭＯＰＯ又はＭＯＰＡ）レーザシステムを構成する場合に、ガスレーザチャンバ１８を並列に複数、例えば２つ配置し、この２つのガスレーザチャンバ１８に対してレーザ装置１６’からのパルスレーザ光（シード光）を異なるタイミングで入射させる、例えば交互に供給する構成を採用しても良い。この場合、例えば光変調器（音響光学変調器(ＡＯＭ)など）によって、固体レーザ装置１６’からのシード光を１パルス又は複数パルス単位で、２つのガスレーザチャンバ１８に振り分けても良い。あるいは、シード光を分岐して２つのガスレーザチャンバ１８に導き、その２つの分岐光路にそれぞれ設けられる、例えば電気光学変調器(ＥＯＭ)などによって、２つのガスレーザチャンバ１８にシード光を入射させるタイミングを制御しても良い。かかる場合には、２つのガスレーザチャンバ１８から異なるタイミングでレーザ光がが発振され、例えばミラー又は偏光ビームスプリッタなどによってそのレーザ光を同軸に合成して出力することで、エキシマレーザ装置２０の繰り返し周波数が２倍になるので、同一のパワーを得たい場合には、パルスのピークパワーを１／２にすることができ、これにより、露光装置等の光学素子へ与えるダメージを一層抑制できる。一方、ピークパワーを同一に維持する場合には、２倍のパワーを得ることができる。
【００９９】
なお、前述のＭＯＰＯ又はＭＯＰＡレーザシステムにおいて、１つの固体レーザ装置１６’に対して複数、例えば２つのガスレーザチャンバ（ＰＯ又はＰＡ）１８を直列に配置し、その２つのガスレーザチャンバ１８での放電タイミングを異ならせることで、エキシマレーザ装置２０の繰り返し周波数を２倍にすることとしても良い。
【０１００】
また、前述のＭＯＰＯ又はＭＯＰＡレーザシステムにおいて、ガスレーザチャンバ（ＰＯ又はＰＡ）１８の１回の放電中に、固体レーザ装置１６’から射出される複数のパルスレーザ光（シード光）を異なるタイミングで入射させても良い。この場合、例えば固体レーザ装置１６’内でパルスレーザ光（シード光）を複数に分割し、かつ長さの異なる複数のファイバあるいは時分割光分岐装置（Time Division Multiplexer：ＴＤＭ）などによって、その分割された複数のパルスレーザ光を互いに遅延させてガスレーザチャンバ１８に入射させても良い。あるいは、複数の固体レーザ装置１６’を並列に配置し、例えば発振タイミングの制御などによって、その複数の固体レーザ装置１６’からそれぞれ所定時間ずれて射出される複数のパルスレーザ光をガスレーザチャンバ１８に入射させても良い。かかる場合、１回の放電中にガスレーザチャンバ１８に入射するその複数、例えば２つのパルスレーザ光（シード光）のパルス間隔は、ガスレーザチャンバ１８の放電時間（例えば２０ｎｓ）に比べて十分に短くする（例えば１０ｎｓ程度以下にする）ことが好ましく、これにより、固体レーザ装置１６’のピークパワーを２倍にしたことと同じ効果を得ることができる。なお、このレーザシステムでは主発振器(ＭＯ)１６が固体レーザ装置に限られるものでなく他のレーザ装置を用いても良い。
【０１０１】
なお、上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置は勿論、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも適用できる。この他、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用することができる。さらに、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回の走査露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。
【０１０２】
また、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報、及び国際公開ＷＯ９８／４０７９１号などに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。さらに、例えば特開平１１−１３５４００号公報、特開２０００−１６４５０４号公報等に開示されているように、ウエハステージとは独立に可動で、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１０３】
なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０１０４】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置により前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【０１０５】
なお、これまでは、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置が露光用照明光を発生するレーザ装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とするレチクルアライメント用のレーザ装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマークの投影像を検出して当該投影光学系の光学特性求める空間像検出系のレーザ装置等として使用することも可能である。
【０１０６】
なお、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置（デバイス製造装置、リソグラフィ装置）、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレーザリペア装置、レチクルのパターン又はウエハ上に形成されたパターンを検査する検査装置などにも適用することができる。また、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、その他の加工装置、例えば高分子結晶の加工装置などにも使用することができる。
【０１０７】
この他、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、例えばレーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（あるいは切開した角膜内部のアブレーション）を行い、角膜の曲率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用されるレーザ装置として利用することができる。また、マスク欠陥検査装置などの光学式検査装置等におけるレーザ装置としても、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は利用可能である。いずれの装置も、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【０１０８】
また、本発明のレーザ装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整（光軸合わせ等）用又は検査用としても利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上説明したように、本発明のレーザ装置及び光発生方法は、ビーム品質に優れた所定波長のレーザ光を射出するのに適している。また、本発明のエキシマレーザ装置は、高い繰り返し周波数のエキシマレーザ光を射出するのに適している。また、本発明の光照射装置及び光照射方法は、ビーム品質に優れたレーザ光を物体（照射対象物）に照射するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の波長変換部を取り出して示す拡大図である。
【図４】別の実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…露光装置（光照射装置）、１６，１６’…レーザ装置、１８…ガスレーザチャンバ、２０…エキシマレーザ装置、１６０…波長変換部、１６４ａ〜１６４ｄ…レーザ光源、１６５ａ〜１６５ｄ…光増幅器、１６７ａ〜１６７ｅ…波長変換素子、Ｗ…ウエハ（物体）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、エキシマレーザ装置、光照射装置及び露光装置、並びに光発生方法、光照射方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、紫外域の所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置及びエキシマレーザ装置、前記レーザ装置又はエキシマレーザ装置を備える光照射装置及び露光装置、並びに紫外域の所定波長のレーザ光を発生する光発生方法、該方法を用いる光照射方法、前記光発生方法を用いる露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の微細構造の検査、物体の微細加工、また、視力矯正の治療等に光照射装置が使用されている。例えば、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写するために、光照射装置の一種である露光装置が用いられている。また、視力矯正のために、角膜表面のアブレーション（ＰＲＫ：Photorefractive Keratectomy）あるいは角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：Laser Intrastromal keratomileusis）を行って近視や乱視等の治療をするために、光照射装置の一種であるレーザ治療装置が用いられている。
【０００３】
かかる光照射装置のために、短波長の光を発生する光源について多くの開発がなされてきた。こうした短波長光源の開発の方向は、主に次の２種に大別される。その一つはレーザの発振波長自身が短波長であるエキシマレーザ光源の開発であり、もう一つは赤外又は可視光レーザの高調波発生を利用した短波長光源の開発である。
【０００４】
このうち、前者の方向に沿っては、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）等を使用する光源装置が実用化されている。しかし、これらのエキシマレーザは大型であること、扱いに慎重を要するフッ素ガスを使用するため、レーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなど、光源装置として不利な点が存在する。
【０００５】
そこで、後者の方向に沿った短波長化の方法として、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外光、可視光）を、より短波長の紫外光に変換する方法が注目を集めている（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００６】
しかしながら、例えば特許文献１、２などに開示される最終波長が１９３ｎｍの波長変換部では、最終段の波長変換素子に入射する２００ｎｍ帯の深紫外光と１μｍ帯の赤外光との合成のために少なくともダイクロイックミラーが必要であった。一般のダイクロイックミラーは、深紫外光により損傷する。また、最終段の波長変換素子に入射する２００ｎｍ帯の深紫外光と１μｍ帯の赤外光とをダイクロイックミラーで重ね合わせるための調整が必要であり、この作業が困難であった。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第９９／４６８３５号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−０８６１９３号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部と；を備える第１のレーザ装置である。
【０００９】
ここで、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子とは、複数のレーザ光を同軸に合成する例えばダイクロイックミラー、プリズムなどの光学素子が、波長変換素子と別の波長変換素子との間に介在されていない一組の波長変換素子を意味する。従って、波長変換素子と波長変換素子との間に光学素子が間に全く存在しない場合は勿論、合波の機能を有しない光学素子、例えばレンズやガラス板などが間に存在している場合の両者を含む。
【００１０】
これによれば、波長変換部が合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有するので、合波光学素子の位置決め精度、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、第１、第２のレーザ光源で発生されるレーザ光のパワーを高くしても、波長変換部から所定波長のレーザ光を安定して射出することが可能となる。
【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光を発生する第１のレーザ光源と；波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を発生する第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備える第２のレーザ装置である。
【００１２】
これによれば、波長変換部の第１変換部により、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光と波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光との和周波混合が行われ、第１のレーザ光の高調波及び第２のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長の第３のレーザ光が発生する。この第３のレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部とを有する第３のレーザ装置である。
【００１４】
これによれば、波長変換部の第１変換部により、第１のレーザ光と第２のレーザ光との和周波混合が行われ、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光が発生する。この場合、一例として第１、第２のレーザ光としてそれぞれ波長が１．０〜１．２μｍのレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍのレーザ光を用いることができる。従って、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００１５】
本発明は、第４の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかと；そのレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える第１の光照射装置である。
【００１６】
これによれば、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを備えているため、所定波長のレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【００１７】
本発明は、第５の観点からすると、エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを含む主発振器と；前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと；を備えるエキシマレーザ装置である。
【００１８】
これによれば、主発振器が本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかを含むので、エキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。
【００１９】
本発明は、第６の観点からすると、対象物に光を照射する光照射装置であって、本発明のエキシマレーザ装置と；該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える第２の光照射装置である。
【００２０】
これによれば、本発明のエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【００２１】
本発明は、第７の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、本発明の第１ないし第３のレーザ装置のいずれかと；そのレーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える露光装置である。
【００２２】
これによれば、レーザ装置から射出される所定波長のレーザ光を、光学系を経由して物体に安定して照射することで、物体上にパターンを安定して形成することが可能となる。
【００２３】
本発明は、第８の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部により、前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を行う工程と；を含む第１の光発生方法である。
【００２４】
これによれば、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部が用いられるので、合波光学素子の位置決め精度、及びレーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、第１、第２のレーザ光源で発生されるレーザ光のパワーを高くしても、波長変換部から所定波長のレーザ光が安定して射出されることとなる。
【００２５】
本発明は、第９の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を、それぞれ発生する工程と；前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する波長変換を含む、複数段の波長変換を行う工程と；を含む第２の光発生方法である。
【００２６】
これによれば、波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光と波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光との和周波混合が行われ、第１のレーザ光の高調波及び第２のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長の第３のレーザ光が発生する。この第３のレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００２７】
本発明は、第１０の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換を含む複数段の波長変換を行う工程と；を含む第３の光発生方法である。
【００２８】
これによれば、第１のレーザ光と第２のレーザ光との和周波混合が行われ、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光が発生する。この場合、一例として第１、第２のレーザ光としてそれぞれ波長が１．０〜１．２μｍのレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍのレーザ光を用いることができる。従って、第１のレーザ光の高調波、あるいは第２のレーザ光の高調波を、所定波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子の使用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００２９】
本発明は、第１１の観点からすると、所定波長のレーザ光を発生するエキシマレーザ光発生方法であって、本発明の第１〜第３の光発生方法のいずれかにより前記所定波長のレーザ光を発生する第１工程と；前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第２工程と；を含むエキシマレーザ光発生方法である。
【００３０】
これによれば、本発明の第１〜第３の光発生方法のいずれかにより発生されたレーザ光がガスレーザチャンバにシード光として入射し、そのシード光がガスレーザチャンバで増幅される。これにより、ガスレーザチャンバから増幅されたエキシマレーザ光を、安定して射出することが可能となる。
【００３１】
本発明は、第１２の観点からすると、対象物に光を照射する光照射方法であって、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかによりレーザ光を発生する工程と；前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と；を含む光照射方法である。
【００３２】
これによれば、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかにより、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して対象物に安定して照射される。
【００３３】
本発明は、第１３の観点からすると、物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかによりレーザ光を発生する工程と；前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と；を含む露光方法である。
【００３４】
これによれば、本発明の第１ないし第３の光発生方法のいずれかにより、所定波長のレーザ光が、光学系を経由して物体に安定して照射され、物体上にパターンが安定して形成される。
【００３５】
リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて物体上にパターンを形成することで、物体上にパターンを安定して形成され、デバイスの生産性を向上させることができる。従って、本発明は、さらに別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１には、本発明の光発生方法及び光照射方が適用される一実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャナ）である。
【００３７】
露光装置１０は、レーザ装置１６、照明光学系ユニット１２、この照明光学系ユニット１２からの露光用照明光（以下、適宜「照明光」又は「露光光」という）ＩＬにより照明されるレチクル（マスク）Ｒを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを介した露光光ＩＬをウエハ（物体）Ｗ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する主制御装置５０等を備えている。
【００３８】
前記レーザ装置１６は、一例として波長１９３．４ｎｍの紫外パルス光を射出する装置である。このレーザ装置１６は、図２に示されるように、クロック発生器１６１、４個のディレイ回路（１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄ）、４個のパルス発生器（１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄ）、４個のレーザ光源（１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ）、４個の光増幅器（１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄ）、及び波長変換部１６０等を備えている。
【００３９】
クロック発生器１６１は、主制御装置５０によって制御され、クロック信号を生成する。このクロック発生器１６１で生成されたクロック信号は、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれに供給される。
【００４０】
ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれは、異なる経路を通ったレーザ光同士の和周波混合を行う後述する各波長変換素子（非線形光学結晶）、特に波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅでの波長変換が可能な限り効率良く行われるように、すなわちそれらの波長変換素子の内部で波長の異なる複数のレーザ光が極力重なるように、クロック発生器１６１からのクロック信号をそれぞれ遅延させる。ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄそれぞれの遅延時間は、各波長変換素子中の各レーザ光の速度の違い、及び各レーザ光源から各波長変換素子までの光路長の違いなどを考慮して、予め定められている。従って、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのそれぞれに代えて、光学的に各レーザ光に遅延を与えるディレイ装置を用いても良い。また、ディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄそれぞれの遅延時間は、特定の１つのディレイ回路の遅延時間を基準として、残りのディレイ回路の遅延時間が設定されるので、その特定の１つのディレイ回路は必ずしも設けなくても良い。ディレイ装置を用いる場合も同様である。
【００４１】
パルス発生器１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄは、それぞれディレイ回路１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを介したクロック信号に基づいてパルス信号を生成する。
【００４２】
レーザ光源１６４ａは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ａからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４３】
レーザ光源１６４ｂは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｂからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４４】
レーザ光源１６４ｃは、発振波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲、一例として１５４７ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｃからのパルス信号に応じて、波長１５４７ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４５】
レーザ光源１６４ｄは、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲、一例として１１０５ｎｍの単一波長発振レーザ、例えばＤＦＢ半導体レーザを含み、パルス発生器１６３ｄからのパルス信号に応じて、波長１１０５ｎｍのレーザ光をパルス発光する。
【００４６】
レーザ光源１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｄをそれぞれ構成する単一波長発振レーザとしては、例えばイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。また、レーザ光源１６４ｃを構成する単一波長発振レーザとしては、例えばエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。
【００４７】
本実施形態では、主制御装置５０が、レーザ光源１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄにおけるレーザ光の発光パワーを個別に検出（モニタ）し、その検出結果に応じて各単一波長発振レーザの駆動信号を個別に制御する。
【００４８】
光増幅器１６５ａは、レーザ光源１６４ａからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ａとしては、例えばモード径が大きいイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（以下、「ＹＤＦＡ」と略述する）が用いられている。このため、光増幅器１６５ａから集光レンズ１６６ａを介して後述する波長変換素子１６７ａに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００４９】
光増幅器１６５ｂは、レーザ光源１６４ｂからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｂとしては、例えばモード径が大きいＹＤＦＡが用いられている。このため、光増幅器１６５ｂから集光レンズ１６６ｃを介して後述するダイクロイックミラー１６８ａに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５０】
光増幅器１６５ｃは、レーザ光源１６４ｃからの波長１５４７ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｃとしては、例えばモード径が大きいエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（以下、「ＥＤＦＡ」と略述する）が用いられている。このため、光増幅器１６５ｃから集光レンズ１６６ｅを介して後述するダイクロイックミラー１６８ａに入射する波長１５４７ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５１】
光増幅器１６５ｄは、レーザ光源１６４ｄからの波長１１０５ｎｍのレーザ光を増幅する。光増幅器１６５ｄとしては、例えばモード径が大きいＹＤＦＡが用いられている。このため、光増幅器１６５ｄから集光レンズ１６６ｆを介して後述するダイクロイックミラー１６８ｂに入射する波長１１０５ｎｍのレーザ光のピークパワーを高くすることができる。
【００５２】
なお、図２では光増幅器１６５ａ〜１６５ｄがそれぞれ１段のみ設けられているものとしたが、このうちの少なくとも１つを、複数段設けても良いことは勿論である。換言すれば、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄの少なくとも１つにおいて、ファイバ光増幅器を多段構成として、入射するレーザ光を複数回増幅しても良い。また、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄの少なくとも１つにおいて、入射するレーザ光を複数に分岐し、その複数の分岐光をそれぞれ１段又は多段構成のファイバ光増幅器で増幅しても良い。この場合、その増幅された複数の分岐光を同軸に合成して出力することとしても良い。さらに、各レーザ光源におけるレーザ光の発光パワーを個別に検出し、その検出結果に応じてレーザ光源の駆動信号を個別に制御する代わりに、あるいは、これとともに、光増幅器１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ、１６５ｄがそれぞれ設けられた光路上で各レーザ光のパワーなどを検出（モニタ）し、その検出結果に応じて各光増幅器を制御することとしても良い。
【００５３】
波長変換部１６０は、図３に拡大して示されるように、複数の波長変換素子（非線形光学結晶）１６７ａ〜１６７ｅを含み、光増幅器１６５ａ〜１６５ｄからのパルスレーザ光を入射光として、複数段の波長変換を行って、ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同じ波長である波長１９３．４ｎｍのパルス紫外光を発生する。
【００５４】
ここで、図３に基づいて、波長変換部１６０について説明する。なお、図３には、光増幅器１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｄからそれぞれ射出される波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４を第１基本波（第１基本光）とし、かつ光増幅器１６５ｃからの波長１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３を第２基本波（第２基本光）として、非線形光学結晶を用いて波長変換を行い、ＡｒＦエキシマレーザとほぼ同じ波長である１９３．４ｎｍの紫外光を発生する構成例が示されている。ここで、基本波（基本光）とは、波長変換部１６０に外部から入射したレーザ光であって、波長変換部１６０の内部では一度も波長変換に用いられていない、波長変換の基本となるレーザ光を意味する。
【００５５】
光増幅器１６５ａから射出された波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ１（第１基本波）は、波長変換素子１６７ａに入射する。この第１基本波Ｌ１が、波長変換素子１６７ａを通る際に、２次高調波発生により第１基本波の周波数ω1の２倍、すなわち周波数２ω1（波長は１１０５ｎｍの１／２の５５２．５ｎｍ）の２倍波が発生する。
【００５６】
この波長変換素子１６７ａとして、ＬｉＢ３Ｏ５結晶（ＬＢＯ結晶）から成る非線形光学素子が用いられ、基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、すなわちＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Matching）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ（ウォークオフ(Walk-off)）が起こらないため、高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はウォークオフによるビームの変形も受けないという利点がある。この場合、ＮＣＰＭが満たされるように、波長変換素子１６７ａは、温度が１０３℃に保持されている。また、波長変換素子１６７ａの非線形係数ｄｅｆｆは０．８６ｐｍ／Ｖである。
【００５７】
この場合、波長変換素子１６７ａには、ピークパワーの高い波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ１が入射するので、波長変換素子１６７ａでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子１６７ａに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても、所望の変換効率で波長５５２．５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。また、ＬＢＯ結晶の長さを短くしても、所望の変換効率で波長５５２．５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。
【００５８】
このように、波長変換素子１６７ａでは、ＮＣＰＭが使用され、高い変換効率で波長変換が行われるので、波長変換素子１６７ａから射出されるレーザ光のビーム形状が楕円形状となるのを抑制することができる。すなわち、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子１６７ａから射出されることとなる。
【００５９】
波長変換素子１６７ａで波長変換されずに透過した第１基本波と、波長変換で発生した２倍波とは、集光レンズ１６６ｂを介して不図示の波長板でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられて、基本波のみその偏光方向が９０度回転し、波長変換素子１６７ｂに入射する。波長変換素子１６７ｂとして、β−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｂは、波長変換素子１６７ａで発生した２倍波と、波長変換されずにその波長変換素子１６７ａを透過した第１基本波との和周波混合を行って周波数３ω1（波長は１１０５ｎｍの１／３の３６８．３ｎｍ）の３倍波を発生する。波長変換素子１６７ｂの非線形係数ｄｅｆｆは２．０ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角は７０ｍｒａｄである。このように、波長変換素子１６７ｂから発生する３倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換に使用できない。このため、本実施形態では、波長変換素子１６７の後段にシリンドリカルレンズ１６９ａ及びシリンドリカルレンズ１６９ｂが配置されており、波長変換素子１６７ｂからのレーザ光は、シリンドリカルレンズ１６９ａ、１６９ｂによってその断面形状が円形になるようにビーム整形された後、ダイクロイックミラー１６８ｃに入射する。
【００６０】
一方、光増幅器１６５ｂから射出された波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ２（第１基本波）と、光増幅器１６５ｃから射出された波長１５４７ｎｍ（周波数ω2）のレーザ光Ｌ３（第２基本波）とは、ダイクロイックミラー１６８ａによって、同軸に合成される。そして、この同軸に合成されたレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との合成光（合波された光）は、後段の波長変換素子１６７ｃに入射する。
【００６１】
波長変換素子１６７ｃとしては、ＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子が用いられるとともに、該波長変換素子１６７ｃでは波長変換素子（ＬＢＯ結晶）１６７ａとは異なる温度（例えば１２℃）でのＮＣＰＭが使用される。この波長変換素子１６７ｃでは、波長１１０５ｎｍ（周波数ω1）のレーザ光Ｌ２と、波長１５４７ｎｍ（周波数ω2）のレーザ光Ｌ３との和周波混合により、周波数（ω1＋ω2）（レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長をそれぞれλL1，λL2として波長はλL1λL2／λL1＋λL2≒６４５ｎｍ）のレーザ光を発生する。波長変換素子１６７ｃの非線形係数ｄｅｆｆは０．８６ｐｍ／Ｖである。
【００６２】
この波長変換素子１６７ｃには、ピークパワーの高い波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ２及びピークパワーの高い波長１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３が入射するので、波長変換素子１６７ｃでは、変換効率を高めることができる。そのため、波長変換素子１６７ｃに入射するレーザ光のビーム径が比較的大きくても所望の変換効率で波長６４５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。また、ＬＢＯ結晶の長さを短くしても所望の変換効率で波長６４５ｎｍのレーザ光を発生させることが可能となる。
【００６３】
また、波長変換素子１６７ｃでは、ＮＣＰＭが使用されているので、ウォークオフが起こらず、高効率な波長変換が可能であるとともに、ウォークオフによるビーム形状の変形も生じない。従って、波長変換素子１６７ｃからは、ビーム品質に優れたレーザ光が波長変換素子１６７ｃから射出されることとなる。
【００６４】
波長変換素子１６７ｃから射出される波長６４５ｎｍのレーザ光は、集光レンズ１６６ｄを介してダイクロイックミラー１６８ｂに入射し、該ダイクロイックミラー１６８ｂで、光増幅器１６５ｄから射出された波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ４（第１基本波）と同軸に合成され、ダイクロイックミラー１６８ｃに向かって進む。ダイクロイックミラー１６８ｂは、波長６４５ｎｍのレーザ光を反射し、波長１１０５ｎｍのレーザ光を透過させる。
【００６５】
そして、この同軸に合成された波長６４５ｎｍのレーザ光と、波長１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ４とは、ダイクロイックミラー１６８ｃによって、シリンドリカルレンズ１６９ａ、１６９ｂによってビーム整形された波長３６８．３ｎｍのレーザビームと同軸に合成され、波長変換素子１６７ｄに入射する。
【００６６】
波長変換素子１６７ｄとしては、一例としてＣｓＬｉＢ６Ｏ１０結晶（ＣＬＢＯ結晶）から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｄの非線形係数ｄｅｆｆは０．９３ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角は１５ｍｒａｄである。波長変換素子１６７ｄは、ダイクロイックミラー１６８ｃを介したレーザ光に含まれる、波長変換素子１６７ｂで発生した波長３６８．３ｎｍのレーザ光と、波長変換素子１６７ｃで発生した波長６４５ｎｍのレーザ光との和周波混合を行い、波長２３４ｎｍ（周波数は４ω1＋ω2）のレーザ光を発生する。
【００６７】
この場合、波長変換素子１６７ｄには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子１６７ｄは、非線形係数ｄｅｆｆが比較的大きく、ウォークオフ角が小さくなる角度で使用されている。また、前述したように、本実施形態では、各光増幅器としてモード径が大きいファイバ光増幅器が用いられ、高いピークパワーのレーザ光を各基本波として使用できるので、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び／又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。このような理由により、波長変換素子１６７ｄでは、高い変換効率での波長変換が可能であるとともに、該波長変換によって発生したレーザ光は、ガウスビームからの歪が小さいレーザ光である。すなわち、波長変換素子１６７ｄからの波長２３４ｎｍ（深紫外域）のレーザ光は、ビーム品質が優れている。従って、波長変換素子１６７ｄからの波長２３４ｎｍ（深紫外域）のレーザ光は何ら補正することなく、次段以降の波長変換素子（本実施形態では波長変換素子１６７ｅ）での波長変換に用いることができる。このため、本実施形態では、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間には、光学素子が何も設けられていない。波長変換素子１６７ｄからのレーザ光の光路上に、シリンドリカルレンズなどは勿論、波長が２００ｎｍ帯（一例として２３４ｎｍ）の深紫外光と波長が１μｍ帯（一例として波長１１０５ｎｍ）の赤外光とを合波するためのダイクロイックミラーなども介在させることなく、波長変換素子１６７ｅを配置することができる。
【００６８】
なお、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間のレーザ光の光路上に、例えばガラス板などが配置されていても良い。また、波長変換素子１６７ｄ及び波長変換素子１６７ｅの少なくとも一方が、いわゆるセル化され、保護ガラスで覆われていても良い。
【００６９】
波長変換素子１６７ｄで発生した波長２３４ｎｍのレーザ光は、波長変換素子１６７ｄを通過したファイバ光増幅器１６５ｄからの波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光Ｌ４とともに、直後に配置された波長変換素子１６７ｅに入射する。この波長変換素子１６７ｅとしては、一例としてＣＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子が用いられている。波長変換素子１６７ｅは、非線形係数ｄｅｆｆが１．１ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が３ｍｒａｄである。波長変換素子１６７ｅは、波長変換素子１６７ｄで発生した波長２３４ｎｍのレーザ光とレーザ光Ｌ４との和周波混合により、波長１９３．４ｎｍ（周波数は５ω1＋ω2）のレーザ光を発生する。
【００７０】
この場合、波長変換素子１６７ｅには、高いビーム品質のレーザ光が入射するとともに、波長変換素子１６７ｅとして、ウォークオフ角がほぼ零となる角度でＣＬＢＯ結晶を使用しているため、波長変換素子１６７ｅからの波長１９３．４ｎｍのレーザ光は、ビーム品質が極めて優れている。この波長１９３．４ｎｍのレーザ光がレーザ装置１６から射出され、照明光学系１２に入射する。
【００７１】
図１に戻り、前記照明光学系ユニット１２は、例えばレーザ装置１６に送光光学系を介して接続された照明系ハウジング及び該照明系ハウジング内部の照明光学系を含む。照明光学系は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号公報）などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。ここで、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子等が用いられる。照明光学系ユニット１２から射出された露光光ＩＬは、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。なお、前述の照明光学系はミラーＭ及びコンデンサレンズ３２も含むものとしても良い。
【００７２】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動系４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒ（又はその側面に形成される反射面）を介してレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。
【００７３】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数枚のレンズエレメントを含む。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小投影され、パターンの縮小像（部分像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域４２Ｒに共役な露光領域４２Ｗに生成（形成）される。なお、投影光学系は縮小系のみならず等倍系及び拡大系のいずれでも良いし、屈折系のみならず反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００７４】
前記ウエハステージＷＳＴは、例えばリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系５６によってＸＹ面内で駆動されるＸＹステージ１４と、該ＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８とを含む。Ｚチルトステージ５８上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）を調整するとともに、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、Ｚチルトステージ５８のＸＹ面内の位置情報及び回転情報（Ｘ軸回りの回転（θｘ回転）、Ｙ軸回りの回転（θｙ回転）、及びＺ軸回りの回転（θｚ回転））は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介してレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給される。なお、ＸＹステージ１４及びＺチルトステージ５８の代わりに、ウエハが載置される単一の６自由度ステージを用いても良い。また、移動鏡５２Ｗの代わりに、Ｚチルトステージ５８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。
【００７５】
主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、主制御装置５０は、走査露光の際の露光量の制御を行ったりする等の他、装置全体を統括制御する。
【００７６】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶR＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶW＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４９、ウエハステージ駆動系５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００７７】
露光装置１０では、デバイスの製造に際し、通常のスキャニング・ステッパ（スキャナ）と同様の手順で、レチクルアライメント及び不図示のアライメント系のベースライン計測、ウエハアライメント（例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）が行われた後、上述したレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴをショット領域の露光終了後、次ショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１６によると、波長変換部１６０が、レーザ光の光路上にダイクロイックミラーなどの合波光学素子を介することなく隣接して配置された一組の波長変換素子１６７ｄ及び１６７ｅをその最終段に有するので、レーザ光の照射による合波光学素子の劣化などを考慮する必要がない。従って、レーザ光源１６４ａ〜１６４ｄで発生するレーザ光のパワーを高くできるので、波長変換部１６０から波長１９３．４ｎｍのレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、波長変換素子１６７ｄと波長変換素子１６７ｅとの間に合波光学素子がないので、その合波光学素子の位置調整などは考慮する必要がない。
【００７９】
また、レーザ装置１６によると、波長変換部１６０のダイクロイックミラー１６８ａによって波長が１．１μｍ帯、一例として１１０５ｎｍのレーザ光Ｌ２と、波長が１．５μｍ帯、一例として１５４７ｎｍのレーザ光Ｌ３とが同軸に合成され（合波され）、波長変換素子１６７ｃにより、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合が行われ、波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光の高調波及び波長１５４７（１．５μｍ帯）のレーザ光の高調波のいずれとも異なる波長６４５ｎｍのレーザ光が発生する。このため、この波長６４５ｎｍのレーザ光を用いて更なる波長変換が可能になるので、波長１１０５ｎｍ（１．１μｍ帯）のレーザ光の高調波、あるいは波長１５４７（１．５μｍ帯）のレーザ光の高調波を、目標波長のレーザ光とする波長変換の場合に使用できなかった波長変換素子、具体的には非線形係数ｄｅｆｆが０．９３ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が１５ｍｒａｄとなる角度でのＣＬＢＯ結晶、非線形係数ｄｅｆｆが１．１ｐｍ／Ｖ、ウォークオフ角が３ｍｒａｄとなる角度でのＣＬＢＯ結晶を、波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅとして使用が可能となるとともに、上述したような従来にない波長変換部１６０の構成の採用が可能となっている。
【００８０】
そして、波長変換素子１６７ｄ、１６７ｅを採用した結果、前述したように、波長変換素子１６７ｄでビーム品質が優れた波長２３４ｎｍのレーザ光を発生することができるとともに、波長変換素子１６７ｅでビーム品質に優れた波長１９３．４ｎｍのレーザ光を発生することができる。
【００８１】
また、本実施形態のレーザ装置１６によると、レーザ光Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれモード径が大きいファイバ光増幅器で高ピークパワーのレーザ光に増幅されて、各波長変換素子に入射する。従って、比較的高い変換効率を保ちつつ、各波長変換素子の結晶長を短くできる、及び／又は入射ビーム径が大きくなることを許容できる。また、モード径が大きいファイバ光増幅器が使用されているので、比較的高いピークパワーを保ちつつ、パルスの時間的な幅を長くすることができ、その結果、レーザ装置１６から射出される１９３．４ｎｍのレーザ光のスペクトルを狭帯域化することが可能となる。
【００８２】
本実施形態の露光装置１０によると、前述した走査露光にあたって、レーザ装置１６で発生した波長１９３．４ｎｍのレーザ光（照明光ＩＬ）が、照明光学系ユニット１２（照明光学系）を介してレチクルＲに照射され、レチクルＲを透過した照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投射される。この場合、レーザ装置１６で発生した波長１９３．４ｎｍのレーザ光（照明光ＩＬ）はビーム品質に優れているとともに、繰り返し周波数は従来のエキシマレーザに比べて同等以上であるから、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを精度良く形成することが可能である。
【００８３】
なお、上記実施形態では、波長変換素子１６７ｃにより、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合が行われ、波長６４５ｎｍのレーザ光が発生される場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。ＹＤＦＡの増幅可能な波長範囲が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍであり、ＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍであるものと仮定し、波長変換素子１６７ｃが、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合により発生するレーザ光の波長をλ1とすると、λ1の範囲は、ＹＤＦＡとＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲から、６１０ｎｍ＜λ1＜６６０ｎｍを満足すれば良い。このような場合には、一例としてレーザ光Ｌ２、Ｌ３としてそれぞれ波長が１．１μｍ帯のレーザ光、波長が１．５μｍ帯のレーザ光を用いることができ、上記実施形態と同様の波長変換素子の採用、及び／又は波長変換部の構成の採用が可能となる。
【００８４】
この場合において、波長変換素子１６７ｂで発生する光の波長をλ2、波長変換素子１６７ｄで発生する光の波長をλ3とし、最終波長を１９３．４ｎｍとすると、位相整合の範囲と、ＹＤＦＡの増幅可能な波長範囲から、λ3の範囲は、２３２ｎｍ＜λ3＜２３５ｎｍとなる。従って、λ2の範囲は、上記λ3の範囲、λ1の範囲から、３５７ｎｍ＜λ2＜３８３ｎｍとなる。
【００８５】
なお、図３に示されるような構成を有する波長変換部１６０では、第２基本波として、ＥＤＦＡから出力される光の代わりに、Ｔｍ（ツリウム）、若しくはＨｏ（ホロミウム）が添加されたファイバ光増幅器から出力される光を用いても良い。出力波長が前述のように１．５μｍ帯であるＥＤＦＡでなく、出力波長が２μｍ帯であるツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を適用した場合には、ＹＤＦＡから出力される光の波長は、約１０６２ｎｍとなる。Ｙｂの蛍光断面積は、波長１０６２ｎｍでは波長１１０５ｎｍより大きいので、高ピークパワーの増幅に有利となる。ただし、この場合でも、上記Ｌ４として使用するレーザ光の波長は、波長変換素子１６７ｅにおける位相整合の条件から、１１０５ｎｍ近辺である必要がある。
【００８６】
また、上述した波長変換部１６０は、ＡｒＦエキシマレーザの発振波長と略同一の波長（１９３．４ｎｍ）の光が得られるものであったが、本実施形態では、この波長変換部１６０の構成を変更すれば、例えばＫｒＦエキシマレーザの発振波長（２４８ｎｍ近傍）、あるいはＦ2レーザの発振波長（１５７ｎｍ近傍）と略同一の波長を得ることもできるようになる。なお、上記実施形態のレーザ装置は、その発振波長がＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、及びＦ２レーザ光のいずれの発振波長とも異なっていても良いし、遠紫外域又は真空紫外域に限られるものでもないが、特に波長が２００ｎｍ以下のレーザ光を発生するレーザ装置として有効である。
【００８７】
なお、上記実施形態で説明した各波長変換素子を構成する非線形光学結晶は、一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、波長換素子１６７ｃとしては、ＬＢＯ結晶から成る非線形光学素子に限らず、例えば、ＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）あるいはＰＰＳＬＴ（Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate）を用いた非線形光学素子を用いることもできる。
【００８８】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、各単一波長発振レーザからレーザ光がパルス発光される場合について説明したが、これに限らず、各単一波長発振レーザからレーザ光を連続的に発光させ、そのレーザ光を、例えば電気光学変調器（二電極型変調器など）などを用いてパルス光としても良い。また、各単一波長発振レーザからパルス発光されるレーザ光のパルス幅を、その電気光学変調器などによって狭くしても良い。
【００８９】
また、上記実施形態のレーザ装置では、各光増幅器が、全てファイバ光増幅器である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。各光増幅器は、ファイバ光増幅器の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば希土類元素が高濃度で添加されたガラス体などを含むものとしても良い。
【００９０】
また、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザを３個備える場合について説明したが、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザを１個備え、そのレーザからのレーザ光を３分割しても良い。
【００９１】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、発振波長が１０２０ｎｍ〜１１５０ｎｍの単一波長発振レーザ、すなわち第１基本波（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４）を発生するレーザ光源としてイッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用い、発振波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの単一波長発振レーザ、すなわち第２基本波（Ｌ３）を発生するレーザ光源としてエルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いるものとしたが、レーザ光源はこれらに限られるものではなく、他の固体レーザ光源、あるいは高調波発生装置などを用いても良い。
【００９２】
また、上記実施形態のレーザ装置では、３つのレーザ光（第１基本波）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４はその波長が同一であるものとしたが、これに限らず、その３つのレーザ光の一部又は全部でその波長を異ならせても良い。例えば、前述の如くＥＤＦＡの代わりに、出力波長が２μｍ帯のツリウム（又はホロミウム）・ドープ・ファイバ光増幅器を用いる場合、レーザ光Ｌ１、Ｌ２はその波長が約１０６２ｎｍ、レーザ光Ｌ４はその波長が約１１０５ｎｍとなる。
【００９３】
なお、上記実施形態のレーザ装置では、最終波長が１９３ｎｍであることを前提として、第１基本波はその波長が１．１μｍ帯、第２基本波はその波長が１．５μｍ帯であるものとしたが、最終波長が１９０ｎｍ〜２００ｎｍであるものとすると、第１基本波(レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４)の波長は１．０μｍ〜１．２μｍ、第２基本波（レーザ光Ｌ３）の波長は１．５μｍ〜２．１μｍであれば良い。この場合には、第1基本波を発生するレーザ光源として、上記実施形態と同様に、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができるとともに、第２基本波を発生するレーザ光源として、エルビウム・ドープ・ファイバレーザ又はツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いることができる。ツリウム・ドープ・ファイバレーザを用いる場合、ＥＤＦＡに代えて、ツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器が用いられる。この場合、波長変換素子１６７ｃが、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３との和周波混合により発生するレーザ光の波長λ1の範囲は、ＹＤＦＡとＥＤＦＡの増幅可能な波長範囲又はＹＤＦＡとツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器の増幅可能な波長範囲から、６００ｎｍ＜λ1＜７５０ｎｍを満足すれば良い。この場合、最終波長を１９０ｎｍ〜２００ｎｍとすると、波長変換素子１６７ｄで発生する光の波長λ3の範囲は、２３４ｎｍ＜λ3＜２４０ｎｍとなる。従って、波長変換素子１６７ｂで発生する光の波長をλ2の範囲は、３５２ｎｍ＜λ2＜３８３ｎｍとなる。
【００９４】
また、上記実施形態において、ＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ結晶の潮解性が問題となる場合には、周囲雰囲気を窒素、又は乾燥空気などでパージする、あるいはＣＬＢＯ結晶及びＢＢＯ結晶を高温に温度調節することとすれば良い。
【００９５】
なお、上記実施形態の露光装置１０において、レーザ装置１６に代えて、図４に模式的に示されるようなエキシマレーザ装置２０を用いても良い。このエキシマレーザ装置２０は、レーザ装置１６と同様の構成である主発振器 （Master Oscillator）としてのレーザ装置１６’と、該レーザ装置１６’から射出される波長１９３．４ｎｍのレーザ光をシード光として増幅する光出力増幅器（Power Oscillator 又はPower Amplifier）としてのガスレーザチャンバ１８と、レーザ装置１６’及びガスレーザチャンバ１８を制御する制御装置１９とを備える、主発振器光出力増幅器（ＭＯＰＯ又はＭＯＰＡ）レーザシステムである。
【００９６】
このエキシマレーザ装置２０では、ガスレーザチャンバ１８として、通常のＡｒＦエキシマレーザ装置と同様に共振器を有するガスレーザチャンバ（Power Oscillator (ＰＯ)）が用いられる。このガスレーザチャンバ１８の内部には、媒質ガスであるＡｒ、Ｆ2、及びバッファガスであるＮｅ等が充填されている。なお、このガスレーザチャンバ１８は、通常のＡｒＦエキシマレーザ装置から共振器となる部分（フロントミラー、及びリアミラー又は狭帯域化モジュール）を取り除いた構成のガスレーザチャンバ（Power Amplifier ）でも良い。
【００９７】
このエキシマレーザ装置２０では、レーザ装置１６’から射出される波長１９３．４ｎｍの高い繰り返し周波数のシード光が、ガスレーザチャンバ１８内部でパワー増幅され、その増幅された波長１９３．４ｎｍのレーザ光が射出される。エキシマレーザ装置２０では、ビーム品質に優れたパルス光がレーザ装置１６’から安定してガスレーザチャンバ１８に供給されるため、ＡｒＦエキシマレーザ光を安定して射出することが可能となる。また、レーザ装置１６’では、光源として単一波長発振レーザ（固体レーザ）が用いられているので、通常のＡｒＦエキシマレーザに比べて狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数でのレーザ光の発振が可能である。従って、このエキシマレーザ装置２０を露光光源として備えた露光装置では、エキシマレーザ装置２０から狭帯域化されかつ高い繰り返し周波数の波長１９３．４ｎｍのレーザ光が照明光学系に向かって射出されることとなる。これにより、パルスのピークパワーを抑えて露光装置等の光学素子へ与えるダメージを抑制できる。また、露光装置では、全体として高エネルギ（大パワー）で、かつリソグラフィに用いるのに十分な程度に狭帯域化されたレーザ光を用いて前述の走査露光が行われる。従って、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを精度良く形成することが可能であり、スループットの向上も図ることができる。
【００９８】
また、エキシマレーザ装置２０のように、主発振器光出力増幅器（ＭＯＰＯ又はＭＯＰＡ）レーザシステムを構成する場合に、ガスレーザチャンバ１８を並列に複数、例えば２つ配置し、この２つのガスレーザチャンバ１８に対してレーザ装置１６’からのパルスレーザ光（シード光）を異なるタイミングで入射させる、例えば交互に供給する構成を採用しても良い。この場合、例えば光変調器（音響光学変調器(ＡＯＭ)など）によって、固体レーザ装置１６’からのシード光を１パルス又は複数パルス単位で、２つのガスレーザチャンバ１８に振り分けても良い。あるいは、シード光を分岐して２つのガスレーザチャンバ１８に導き、その２つの分岐光路にそれぞれ設けられる、例えば電気光学変調器(ＥＯＭ)などによって、２つのガスレーザチャンバ１８にシード光を入射させるタイミングを制御しても良い。かかる場合には、２つのガスレーザチャンバ１８から異なるタイミングでレーザ光がが発振され、例えばミラー又は偏光ビームスプリッタなどによってそのレーザ光を同軸に合成して出力することで、エキシマレーザ装置２０の繰り返し周波数が２倍になるので、同一のパワーを得たい場合には、パルスのピークパワーを１／２にすることができ、これにより、露光装置等の光学素子へ与えるダメージを一層抑制できる。一方、ピークパワーを同一に維持する場合には、２倍のパワーを得ることができる。
【００９９】
なお、前述のＭＯＰＯ又はＭＯＰＡレーザシステムにおいて、１つの固体レーザ装置１６’に対して複数、例えば２つのガスレーザチャンバ（ＰＯ又はＰＡ）１８を直列に配置し、その２つのガスレーザチャンバ１８での放電タイミングを異ならせることで、エキシマレーザ装置２０の繰り返し周波数を２倍にすることとしても良い。
【０１００】
また、前述のＭＯＰＯ又はＭＯＰＡレーザシステムにおいて、ガスレーザチャンバ（ＰＯ又はＰＡ）１８の１回の放電中に、固体レーザ装置１６’から射出される複数のパルスレーザ光（シード光）を異なるタイミングで入射させても良い。この場合、例えば固体レーザ装置１６’内でパルスレーザ光（シード光）を複数に分割し、かつ長さの異なる複数のファイバあるいは時分割光分岐装置（Time Division Multiplexer：ＴＤＭ）などによって、その分割された複数のパルスレーザ光を互いに遅延させてガスレーザチャンバ１８に入射させても良い。あるいは、複数の固体レーザ装置１６’を並列に配置し、例えば発振タイミングの制御などによって、その複数の固体レーザ装置１６’からそれぞれ所定時間ずれて射出される複数のパルスレーザ光をガスレーザチャンバ１８に入射させても良い。かかる場合、１回の放電中にガスレーザチャンバ１８に入射するその複数、例えば２つのパルスレーザ光（シード光）のパルス間隔は、ガスレーザチャンバ１８の放電時間（例えば２０ｎｓ）に比べて十分に短くする（例えば１０ｎｓ程度以下にする）ことが好ましく、これにより、固体レーザ装置１６’のピークパワーを２倍にしたことと同じ効果を得ることができる。なお、このレーザシステムでは主発振器(ＭＯ)１６が固体レーザ装置に限られるものでなく他のレーザ装置を用いても良い。
【０１０１】
なお、上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置は勿論、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも適用できる。この他、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用することができる。さらに、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回の走査露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。
【０１０２】
また、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報、及び国際公開ＷＯ９８／４０７９１号などに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。さらに、例えば特開平１１−１３５４００号公報、特開２０００−１６４５０４号公報等に開示されているように、ウエハステージとは独立に可動で、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１０３】
なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０１０４】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置により前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【０１０５】
なお、これまでは、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置が露光用照明光を発生するレーザ装置として使用される例を説明したが、露光用照明光とほぼ同一の波長の光を必要とするレチクルアライメント用のレーザ装置、あるいは投影光学系の物体面又は像面に配置されるマークの投影像を検出して当該投影光学系の光学特性求める空間像検出系のレーザ装置等として使用することも可能である。
【０１０６】
なお、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、露光装置以外でデバイス製造工程などに用いられる装置（デバイス製造装置、リソグラフィ装置）、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレーザリペア装置、レチクルのパターン又はウエハ上に形成されたパターンを検査する検査装置などにも適用することができる。また、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、その他の加工装置、例えば高分子結晶の加工装置などにも使用することができる。
【０１０７】
この他、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は、例えばレーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（あるいは切開した角膜内部のアブレーション）を行い、角膜の曲率若しくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行うレーザ治療装置に使用されるレーザ装置として利用することができる。また、マスク欠陥検査装置などの光学式検査装置等におけるレーザ装置としても、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置は利用可能である。いずれの装置も、本発明に係るレーザ装置、又はエキシマレーザ装置を備えているため、所定波長のエキシマレーザ光を、光学系を経由して対象物に安定して照射することが可能となる。
【０１０８】
また、本発明のレーザ装置は、上記の実施形態における投影光学系のような光学系の光学調整（光軸合わせ等）用又は検査用としても利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上説明したように、本発明のレーザ装置及び光発生方法は、ビーム品質に優れた所定波長のレーザ光を射出するのに適している。また、本発明のエキシマレーザ装置は、高い繰り返し周波数のエキシマレーザ光を射出するのに適している。また、本発明の光照射装置及び光照射方法は、ビーム品質に優れたレーザ光を物体（照射対象物）に照射するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の波長変換部を取り出して示す拡大図である。
【図４】別の実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…露光装置（光照射装置）、１６，１６’…レーザ装置、１８…ガスレーザチャンバ、２０…エキシマレーザ装置、１６０…波長変換部、１６４ａ〜１６４ｄ…レーザ光源、１６５ａ〜１６５ｄ…光増幅器、１６７ａ〜１６７ｅ…波長変換素子、Ｗ…ウエハ（物体）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、前記第１及び第２のレーザ光を用いた波長変換により第３のレーザ光を発生する第１変換部を有し、前記第３のレーザ光が前記一組の波長変換素子に入射する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換部をさらに有し、前記第４のレーザ光は、前記一組の波長変換素子に入射する請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第２変換部は、前記第１のレーザ光を用いた複数段の波長変換により前記第１のレーザ光の高調波を前記第４のレーザ光として発生する複数の波長変換素子を含む請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記波長変換部は、前記一組の波長変換素子を含み、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光とを用いて第５のレーザ光を発生する波長変換を含む複数段の波長変換を行う第３変換部をさらに有する請求項３又は４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記一組の波長変換素子は、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生する波長変換素子を含む請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記一組の波長変換素子は、前記第５のレーザ光と前記第１のレーザ光とを用いた波長変換により前記所定波長のレーザ光を発生する別の波長変換素子をさらに含む請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１変換部は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い前記第３のレーザ光を発生する波長変換素子を含む請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第３のレーザ光は、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長のレーザ光である請求項２〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記第１のレーザ光源は、１．０〜１．２μｍの波長の第１のレーザ光を発生し、
前記第２のレーザ光源は、１．５〜２．１μｍの波長の第２のレーザ光を発生する請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記一組の波長変換素子は、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０結晶から成る非線形光学素子である請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光を発生する第１のレーザ光源と；
波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を発生する第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項１３】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換部と、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光を用いた波長変換により第５のレーザ光を発生する波長変換素子を含む第３変換部と、をさらに含む請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第３変換部は、前記波長変換素子を通過して前記第１のレーザ光及びその高調波の少なくとも一方が、前記第５のレーザ光とともに入射する別の波長変換素子をさらに含む請求項１３に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記第５のレーザ光は、２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の光であり、
前記別の波長変換素子は、前記第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する請求項１４に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
前記第３のレーザ光は、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の光である請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１７】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項１８】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換を行って前記第１のレーザ光の高調波である第４のレーザ光を発生する第２変換部をさらに含む請求項１７に記載のレーザ装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生し、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換部をさらに含む請求項１８に記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記第１のレーザ光源で発生する前記第１のレーザ光を増幅する第１ファイバ増幅器と、前記第２のレーザ光源で発生する前記第２のレーザ光を増幅する第２ファイバ増幅器とを含む増幅部をさらに備える請求項１〜１９のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記第１のレーザ光源は、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザであり、
前記第２のレーザ光源は、エルビウム・ドープ・ファイバレーザである請求項１〜２０のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２２】
前記所定波長のレーザ光は、ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光である請求項１〜２１のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２３】
対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置と；
前記レーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える光照射装置。
【請求項２４】
エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置を含む主発振器と；
前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと；を備えるエキシマレーザ装置。
【請求項２５】
前記ガスレーザチャンバは複数設けられ、その複数のガスレーザチャンバは、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項２４に記載のエキシマレーザ装置。
【請求項２６】
前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項２５に記載のエキシマレーザ装置。
【請求項２７】
対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のエキシマレーザ装置と；
該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える光照射装置。
【請求項２８】
前記対象物は、パターンを有する物体である請求項２３又は２７に記載の光照射装置。
【請求項２９】
物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置と；
前記レーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える露光装置。
【請求項３０】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；
合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部により、前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３１】
前記波長変換を行う工程では、前記第１及び第２のレーザ光を用いた波長変換により第３のレーザ光を発生する第１変換と、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換と、前記一組の波長変換素子により、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光を用いた波長変換により第５のレーザ光を発生した後に、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光とを用いた波長変換により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換とが行われる請求項３０に記載の光発生方法。
【請求項３２】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を、それぞれ発生する工程と；
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する波長変換を含む、複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３３】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換を含む複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３４】
前記波長変換を行う工程では、前記第１のレーザ光を用いた波長変換を行って前記第１のレーザ光の高調波である第４のレーザ光を発生する第２変換をさらに行う請求項３３に記載の光発生方法。
【請求項３５】
前記波長変換を行う工程では、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生し、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換をさらに行う請求項３４に記載の光発生方法。
【請求項３６】
所定波長のエキシマレーザ光を発生するエキシマレーザ光発生方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法により前記所定波長のレーザ光を発生する第１工程と；
前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第２工程と；を含むエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３７】
前記第２工程では、複数の前記ガスレーザチャンバが、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項３６に記載のエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３８】
前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項３７に記載のエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３９】
対象物に光を照射する光照射方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と；
前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と；を含む光照射方法。
【請求項４０】
前記対象物は、パターンが形成された物体である請求項３９に記載の光照射方法。
【請求項４１】
物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と；
前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と；を含む露光方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の露光方法を用いて物体上にパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【請求項１】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、前記第１及び第２のレーザ光を用いた波長変換により第３のレーザ光を発生する第１変換部を有し、前記第３のレーザ光が前記一組の波長変換素子に入射する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換部をさらに有し、前記第４のレーザ光は、前記一組の波長変換素子に入射する請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第２変換部は、前記第１のレーザ光を用いた複数段の波長変換により前記第１のレーザ光の高調波を前記第４のレーザ光として発生する複数の波長変換素子を含む請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記波長変換部は、前記一組の波長変換素子を含み、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光とを用いて第５のレーザ光を発生する波長変換を含む複数段の波長変換を行う第３変換部をさらに有する請求項３又は４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記一組の波長変換素子は、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生する波長変換素子を含む請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記一組の波長変換素子は、前記第５のレーザ光と前記第１のレーザ光とを用いた波長変換により前記所定波長のレーザ光を発生する別の波長変換素子をさらに含む請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１変換部は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い前記第３のレーザ光を発生する波長変換素子を含む請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第３のレーザ光は、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長のレーザ光である請求項２〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記第１のレーザ光源は、１．０〜１．２μｍの波長の第１のレーザ光を発生し、
前記第２のレーザ光源は、１．５〜２．１μｍの波長の第２のレーザ光を発生する請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記一組の波長変換素子は、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０結晶から成る非線形光学素子である請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光を発生する第１のレーザ光源と；
波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を発生する第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項１３】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換部と、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光を用いた波長変換により第５のレーザ光を発生する波長変換素子を含む第３変換部と、をさらに含む請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第３変換部は、前記波長変換素子を通過して前記第１のレーザ光及びその高調波の少なくとも一方が、前記第５のレーザ光とともに入射する別の波長変換素子をさらに含む請求項１３に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記第５のレーザ光は、２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の光であり、
前記別の波長変換素子は、前記第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する請求項１４に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
前記第３のレーザ光は、６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の光である請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１７】
所定波長のレーザ光を射出するレーザ装置であって、
波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する第１、第２のレーザ光源と；
前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を経て前記所定波長のレーザ光を発生するとともに、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換部を含む波長変換部と；を備えるレーザ装置。
【請求項１８】
前記波長変換部は、前記第１のレーザ光を用いた波長変換を行って前記第１のレーザ光の高調波である第４のレーザ光を発生する第２変換部をさらに含む請求項１７に記載のレーザ装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生し、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換部をさらに含む請求項１８に記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記第１のレーザ光源で発生する前記第１のレーザ光を増幅する第１ファイバ増幅器と、前記第２のレーザ光源で発生する前記第２のレーザ光を増幅する第２ファイバ増幅器とを含む増幅部をさらに備える請求項１〜１９のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記第１のレーザ光源は、イッテルビウム・ドープ・ファイバレーザであり、
前記第２のレーザ光源は、エルビウム・ドープ・ファイバレーザである請求項１〜２０のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２２】
前記所定波長のレーザ光は、ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長のレーザ光である請求項１〜２１のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項２３】
対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置と；
前記レーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える光照射装置。
【請求項２４】
エキシマレーザ光を射出するエキシマレーザ装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置を含む主発振器と；
前記主発振器から出力されるレーザ光をシード光とし、該シード光を増幅するガスレーザチャンバと；を備えるエキシマレーザ装置。
【請求項２５】
前記ガスレーザチャンバは複数設けられ、その複数のガスレーザチャンバは、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項２４に記載のエキシマレーザ装置。
【請求項２６】
前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項２５に記載のエキシマレーザ装置。
【請求項２７】
対象物に光を照射する光照射装置であって、
請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のエキシマレーザ装置と；
該エキシマレーザ装置から前記対象物に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える光照射装置。
【請求項２８】
前記対象物は、パターンを有する物体である請求項２３又は２７に記載の光照射装置。
【請求項２９】
物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のレーザ装置と；
前記レーザ装置から前記物体に向けて射出されるレーザ光が経由する光学系と；を備える露光装置。
【請求項３０】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；
合波光学素子を介することなく配置された一組の波長変換素子をその最終段に有する波長変換部により、前記第１及び第２のレーザ光を用いた複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３１】
前記波長変換を行う工程では、前記第１及び第２のレーザ光を用いた波長変換により第３のレーザ光を発生する第１変換と、前記第１のレーザ光を用いた波長変換により第４のレーザ光を発生する第２変換と、前記一組の波長変換素子により、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光を用いた波長変換により第５のレーザ光を発生した後に、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光とを用いた波長変換により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換とが行われる請求項３０に記載の光発生方法。
【請求項３２】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長が１．０〜１．２μｍの第１のレーザ光、波長が１．５〜２．１μｍの第２のレーザ光を、それぞれ発生する工程と；
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い第３のレーザ光を発生する波長変換を含む、複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３３】
所定波長のレーザ光を発生する光発生方法であって、
第１、第２のレーザ光源から波長の異なる第１、第２のレーザ光をそれぞれ発生する工程と；
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との和周波混合を行い６００ｎｍより大きく７５０ｎｍより小さい範囲の波長の第３のレーザ光を発生する第１変換を含む複数段の波長変換を行う工程と；を含む光発生方法。
【請求項３４】
前記波長変換を行う工程では、前記第１のレーザ光を用いた波長変換を行って前記第１のレーザ光の高調波である第４のレーザ光を発生する第２変換をさらに行う請求項３３に記載の光発生方法。
【請求項３５】
前記波長変換を行う工程では、前記第３のレーザ光と前記第４のレーザ光との和周波混合を行って２２０ｎｍより大きく２５０ｎｍより小さい範囲の波長の第５のレーザ光を発生し、該第５のレーザ光と前記第１のレーザ光との和周波混合により前記所定波長のレーザ光を発生する第３変換をさらに行う請求項３４に記載の光発生方法。
【請求項３６】
所定波長のエキシマレーザ光を発生するエキシマレーザ光発生方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法により前記所定波長のレーザ光を発生する第１工程と；
前記レーザ光をガスレーザチャンバにシード光として入射させ、そのシード光を前記ガスレーザチャンバで増幅する第２工程と；を含むエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３７】
前記第２工程では、複数の前記ガスレーザチャンバが、前記シード光を増幅したレーザ光を異なるタイミングで発振する請求項３６に記載のエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３８】
前記複数のガスレーザチャンバは並列に設けられ、かつ前記シード光が異なるタイミングで入射する請求項３７に記載のエキシマレーザ光発生方法。
【請求項３９】
対象物に光を照射する光照射方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と；
前記レーザ光を光学系を介して前記対象物に向けて射出する工程と；を含む光照射方法。
【請求項４０】
前記対象物は、パターンが形成された物体である請求項３９に記載の光照射方法。
【請求項４１】
物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の光発生方法によりレーザ光を発生する工程と；
前記レーザ光を光学系を介して前記物体に向けて射出する工程と；を含む露光方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の露光方法を用いて物体上にパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１２２７８５（Ｐ２００８−１２２７８５Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０７９９２（Ｐ２００６−３０７９９２）
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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