(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザであって、
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突するレーザビームの少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記レーザビームの少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
前記レーザビームの経路におけるビーム修正光学システムと、
を含む再生リング共振器、
を含み、
前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを前記放電チャンバに誘導する前に前記レーザビームのプロファイルを圧縮し、
前記ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に、前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張し、かつ、
前記再生リング共振器は、前記再生リング共振器の内側の光学要素に熱レンズを誘起する平均出力電力でレーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まる、
ことを特徴とするレーザ。
【請求項２】
前記ビーム修正光学システムは、横断方向に沿って前記レーザビームの波面の曲率を負に変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
前記ビーム修正光学システムは、前記再生リング共振器の出口での前記レーザビームに、前記光カプラから反射して前記再生リング共振器に戻る前記レーザビームの横断方向ビームプロフィールのサイズと同じか又はそれよりも大きいサイズの横断方向ビームプロフィールのサイズを持たせることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項４】
前記ビーム修正光学システムは、前記光カプラと、前記光カプラに面する側と反対の前記放電チャンバの側に設けられたビーム回転光学要素との間にあることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項５】
前記ビーム修正光学システムは、高反射性凸面ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項６】
前記高反射性凸面ミラーは、５０ｍと１７０ｍの間の曲率半径を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ。
【請求項７】
前記再生リング共振器は、前記レーザビームの前記横断方向プロフィールのサイズが、前記レーザビームが前記再生リング共振器の一部を通って進行する時に増加するが、前記レーザビーム横断方向プロフィールサイズは、前記光カプラを通って前記再生リング共振器から出力される前には前記再生リング共振器内の前記光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えない場合に、僅かに不安定なままに留まることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項８】
前記ビーム修正光学システムは、１組のプリズムを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項９】
前記１組のプリズムは、第１、第２、及び第３のプリズムを含み、
前記第１、第２、及び第３のプリズムの１つ又はそれよりも多くは、前記再生リング共振器を出る前記レーザビームの前記プロフィールの前記横断方向サイズが、前記再生リング共振器に入る前記レーザビームの前記プロフィールの前記横断方向サイズよりも大きいように調節されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ。
【請求項１０】
前記再生リング共振器からの前記レーザビームの出力が、少なくとも５Ｗ／ｃｍ2の平均放射照度を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１１】
放電ガスレーザのレーザビームを修正する方法であって、
レーザビームを誘導して再生リング共振器の光カプラに通す段階と、
放電チャンバから前記光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから前記光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が前記光カプラを通って伝達されるように、前記光カプラを通過する前記レーザビームを前記放電チャンバを通って前記光カプラに戻るように誘導する段階と、
前記レーザビームを前記放電チャンバに誘導する前に前記レーザビームのプロファイルを圧縮する段階と、
近視野レーザビームプロフィールが前記レーザ内の各開口を均一に満たすように、かつ前記再生リング共振器が前記再生リング共振器内の要素の熱レンズ化を引き起こす電力で前記レーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるように、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に、前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記レーザビームの前記プロフィールを横断方向に拡張する段階は、前記再生リング共振器内で循環する前記レーザビームの波面に負の曲率を付与する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記再生リング共振器は、前記レーザビームの前記横断方向プロフィールのサイズが、前記レーザビームが前記再生リング共振器の少なくとも一部を通って進行する時に増加するが、前記レーザビーム横断方向プロフィールサイズは、前記光カプラを通って前記再生リング共振器から出力される前には前記再生リング共振器内の前記光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えない場合に、僅かに不安定なままに留まることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
レーザビームの経路における再生リング共振器であって、
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
レーザビームの経路におけるビーム修正光学システムと、
を含み、
前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを前記放電チャンバに誘導する前に前記レーザビームのプロファイルを圧縮し、
前記ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールが共振器内の各開口を均一に満たすように、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に、前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張し、かつ、
再生リング共振器は、再生リング共振器の内側の光学要素の熱レンズ化を引き起こす電力でレーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まる、
ことを特徴とする共振器。
【請求項１５】
前記ビーム修正光学システムは、再生リング共振器内で循環する前記レーザビームの波面に負の曲率を付与するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の共振器。
【請求項１６】
前記ビーム修正光学システムは、高反射性凸面ミラーを含むことを特徴とする請求項１４に記載の共振器。
【請求項１７】
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
前記放電チャンバと光カプラとの間のレーザビームの経路におけるビーム修正光学システムであって、前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを前記放電チャンバに誘導する前に前記レーザビームのプロファイルを圧縮する光学構成要素を含み、前記光学構成要素は、
前記レーザビームの発散が少なくとも横断方向に沿って増加するように前記レーザビームの波面の曲率を負に変更するか、
又は、
前記ビーム修正光学システムに入るレーザビームに対して前記ビーム修正光学システムを出るレーザビームを拡大するか、
の何れかによって、前記放電チャンバから前記光カプラ上に衝突するレーザのプロフィールを、前記光カプラから反射して前記放電チャンバに戻る前記レーザビームのプロフィールに対して横断方向に拡張する、
ことを特徴とする再生リング共振器。
【請求項１８】
前記前記レーザビームの発散が少なくとも横断方向に沿って増加するように前記レーザビームの波面の曲率を負に変更することによって前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張する光学構成要素は、高反射性ミラーを含んでいる、請求項１７に記載の共振器。
【請求項１９】
前記高反射性ミラーは、横断方向の拡張の方向に沿って凸面であることを特徴とする請求項１８に記載の共振器。
【請求項２０】
前記高反射性ミラーの表面の反射率は、９４％よりも大きいことを特徴とする請求項１８に記載の共振器。
【請求項２１】
前記ビーム修正光学システムは、さらに、１組のプリズムを含むことを特徴とする請求項１７に記載の共振器。
【請求項２２】
更に、前記放電チャンバの外部にあり、かつ前記ビーム修正光学システムに面する側と反対の前記放電チャンバの側の前記レーザビームの前記経路にあるビーム回転光学要素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の共振器。
【請求項２３】
前記レーザビームが再生リング共振器の少なくとも一部を通って進行する時に、前記レーザビームの横断方向プロフィールのサイズが増加するが、前記レーザビーム横断方向プロフィールサイズは、前記光カプラを通って前記再生リング共振器から出力される前には前記再生リング共振器内の前記光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えないように、前記レーザビームが横断方向に拡張することを特徴とする請求項１７に記載の共振器。
【請求項２４】
前記レーザビームが再生リング共振器の少なくとも一部を通って進行する時に、前記レーザビームの横断方向プロフィールのサイズが増加するが、前記レーザビーム横断方向プロフィールサイズは、前記光カプラを通って前記再生リング共振器から出力される前には前記再生リング共振器内の前記光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えないことを特徴とする請求項１７に記載の共振器。
【請求項２５】
前記ビーム修正光学システムに入るレーザビームに対して前記ビーム修正光学システムを出るレーザビームを拡大することによって、前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張する光学構成要素は、前記光カプラと前記放電チャンバとの間に配置された複数のプリズムを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の共振器。
【請求項２６】
前記複数のプリズムは、第１、第２、第３のプリズムを含んでおり、前記第１と第３のプリズムは、前記ビーム修正光学システムを通って第１の方向に沿って進行する前記レーザビームの前記プロフィールの前記横断方向サイズを低減し、かつ、前記第３と第２のプリズムは、前記ビーム修正光学システムを通って第２の方向に沿って進行する前記レーザビームの前記プロフィールの前記横断方向サイズを増大させるように構成かつ配置されたており、ここで、前記第１の方向は前記ビーム修正光学システムに入る方向であり、前記第２の方向は前記ビーム修正光学システムを出る方向である、ことを特徴とする請求項２５に記載の共振器。
【請求項２７】
レーザであって、
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突するレーザビームの少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記レーザビームの少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
前記レーザビームの経路における第１、第２、及び第３のプリズムを有するビーム修正光学システムと、
を含む再生リング共振器、
を含み、
前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを誘導して前記放電チャンバに通す前に、前記レーザビームを前記光カプラから前記第１及び第３のプリズムに通すことによって前記レーザビームのプロフィールを圧縮し、
前記ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、前記レーザビームが前記光カプラに到達する前に、前記レーザビームを前記第３及び第２のプリズムに通すことにより、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に前記レーザビームのプロフィールを拡張し、
前記再生リング共振器は、前記再生リング共振器の内側の光学要素に熱レンズを誘起する平均出力電力でレーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まる、
ことを特徴とするレーザ。
【請求項２８】
放電ガスレーザのレーザビームを修正する方法であって、
レーザビームを誘導して再生リング共振器の光カプラに通す段階と、
放電チャンバから前記光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから前記光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が前記光カプラを通って伝達されるように、前記光カプラを通過する前記レーザビームを前記放電チャンバを通って前記光カプラに戻るように誘導する段階と、
近視野レーザビームプロフィールが前記レーザ内の各開口を均一に満たすように、かつ前記再生リング共振器が前記再生リング共振器内の要素の熱レンズ化を引き起こす電力で前記レーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるように前記レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張する段階と、
を含み、
前記レーザビームの前記プロフィールを横断方向に拡張する段階は、
前記レーザビームを誘導して前記放電チャンバに通す前に前記レーザビームを前記光カプラからプリズムの組の第１と第３のプリズムを通過させることによって前記レーザビームのプロフィールを圧縮する段階と、
前記レーザビームを前記光カプラに到達する前に前記第３のプリズムを通過させ、かつ前記プリズムの組の第２のプリズムを通過させることにより、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に前記レーザビームのプロフィールを拡張する段階と、
を含む、方法。
【請求項２９】
レーザビームの経路における再生リング共振器であって、
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
前記レーザビームの経路における第１、第２、及び第３のプリズムを有するビーム修正光学システムと、
を含み、
前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを誘導して前記放電チャンバに通す前に、前記レーザビームを前記光カプラから前記第１及び第３のプリズムに通すことによって前記レーザビームのプロフィールを圧縮し、
前記ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、前記レーザビームが前記光カプラに到達する前に、前記レーザビームを前記第３及び第２のプリズムに通すことにより、前記レーザビームが前記放電チャンバを通過した後に前記レーザビームのプロフィールを拡張し、
前記再生リング共振器は、前記再生リング共振器の内側の光学要素に熱レンズを誘起する平均出力電力でレーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まる、
ことを特徴とする共振器。
【請求項３０】
電極及び前記電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、
前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する光の少なくとも一部が反射されて前記放電チャンバを通って戻り、かつ前記放電チャンバから光カプラ上に衝突する前記光の少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、
前記放電チャンバと光カプラとの間のレーザビームの経路における第１、第２、及び第３のプリズムを有するビーム修正光学システムと、
を含み、
前記ビーム修正光学システムは、前記レーザビームを誘導して前記放電チャンバに通す前に前記レーザビームを前記光カプラからプリズムの組の第１と第３のプリズムを通過させることによって前記レーザビームのプロフィールを圧縮する光学構成要素を含み、前記光学構成要素は、近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、前記レーザビームが前記光カプラに到達する前に、前記レーザビームを前記第３及び第２のプリズムに通すことにより、前記放電チャンバから前記光カプラ上に衝突するレーザのプロフィールを、前記光カプラから反射して前記放電チャンバに戻る前記レーザビームのプロフィールに対して横断方向に拡張する、
ことを特徴とする再生リング共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２００９年３月２７日出願の米国特許出願第１２／４１３，３４１号明細書の一部継続出願である２０１０年３月１６日出願の米国特許出願第１２／７２４，６８１号明細書の利益を請求し、かつ２００９年３月２７日出願の米国特許仮出願第６１／１６４，２９７号明細書の利益も請求するものである。これらの出願の両方は、引用により本明細書に全体が組み込まれる。
【０００２】
開示する主題は、ガス放電レーザのような高電力レーザシステムの再循環リング共振器に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス放電レーザは、半導体集積回路を製造するためにフォトリソグラフィに使用される。半導体製造が進化して特徴部の更なる小型化（すなわち、集積回路を製作するのに使用される最小特徴部サイズ）を必要とするので、これらのレーザの設計及び性能が改善されてきた。例えば、ガス放電レーザは、高解像度化をサポートするためにより短い波長及びより狭い帯域幅をもたらし、高収量化を可能にするために高電力化をもたらし、かつ線量、波長、及び帯域幅のような性能パラメータを安定させるために設計し直される。
【０００４】
エキシマレーザは、低減されたスペクトル帯域幅のナノ秒パルスを生成するために高い平均出力電力を用いて紫外線（ＵＶ）スペクトル領域内で作動させることができるフォトリソグラフィに使用されるガス放電レーザの１つのタイプである。
【０００５】
一部の場合には、これらのレーザは、狭いスペクトル帯域幅をもたらす機能と高い平均出力パルスエネルギを生成する機能を分離するために第１及び第２のチャンバを有する２重チャンバ設計で設計される。第１のチャンバは、シードレーザビームを供給する主発振器（ＭＯ）と呼ばれ、第２のチャンバは、電力増幅器（ＰＡ）、電力発振器（ＰＯ）、又は電力リング増幅器（ＰＲＡ）と呼ばれ、かつＭＯからシードレーザビームを受け取る。ＭＯチャンバは、比較的低い出力パルスエネルギでの中心波長及び帯域幅のようなパラメータの微調整を可能にする。電力増幅器は、主発振器から出力を受け取り、フォトリソグラフィに使用する出力に対して必要な電力を得るためにこの出力を増幅する。２重チャンバ設計は、第２のチャンバがどのように使用されるかにより、ＭＯＰＡ、ＭＯＰＯ、又はＭＯＰＲＡと呼ぶことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１２／４１３，３４１号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１２／７２４，６８１号明細書
【特許文献３】米国特許仮出願第６１／１６４，２９７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一部の一般的な態様では、レーザは、電極及びレーザビームを生成するための電極間の利得媒体を有する増幅器放電チャンバと、光カプラと、レーザビームの経路内のビーム修正光学システムとを含む再生リング共振器を含む。光カプラは、増幅器放電チャンバから光カプラに衝突するレーザビームの少なくとも一部が反射されて増幅器放電チャンバを通って戻り、増幅器放電チャンバから光カプラに衝突するレーザビームの少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように部分反射性である。ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、かつ再生リング共振器の内側の光学要素に熱レンズを誘起する電力でレーザを作動させる時に再生リング共振器が条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるように、レーザビームのプロフィールを横断方向に拡張する。
【０００８】
ビーム修正光学システムは、一部が高い可能性がある様々な平均電力にわたってガス放電レーザ増幅器の作動から生じる出力ビームサイズの変動を低減する。
【０００９】
実施は、以下の特徴の１つ又はそれよりも多くを含むことができる。例えば、ビーム修正光学システムは、光カプラと、光カプラに面する側と反対の放電チャンバの側に設けられたビーム回転光学要素との間に存在することができる。ビーム修正光学システムは、再生リング共振器を出るレーザビームに再生リング共振器に入るレーザビームの横断方向プロフィールのサイズと同じか又はそれよりも大きい横断方向プロフィールのサイズを持たせるように構成することができる。
【００１０】
ビーム修正光学システムは、再生リング共振器内で循環するレーザビームの波面に負曲率を付与するように構成することができる。ビーム修正光学システムは、横断方向に沿って負に曲率を変えることができる。ビーム修正光学システムは、高反射性ミラーを含むことができる。高反射性ミラーは、凸面とすることができる。凸面高反射性ミラーは、約５０ｍと約１７０ｍの間の曲率半径を有することができる。
【００１１】
レーザはまた、光学システムに面する側の反対の放電チャンバの側のレーザビームの経路にある放電チャンバの外部のビーム回転光学要素を含むことができる。
【００１２】
再生リング共振器は、レーザビームが再生リング共振器の一部を通って進行する時にレーザビームの横断方向プロフィールのサイズが増加するが、レーザビーム横断方向プロフィールサイズが、光カプラを通って再生リング共振器から減結合される前には再生リング共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えない場合には、僅かに不安定なままに留まるとすることができる。
【００１３】
ビーム修正光学システムは、１組のプリズムを含むことができる。プリズムの組は、第１と第３のプリズムが、ビーム修正光学システムを通って第１の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズを低減し、第３と第２のプリズムが、ビーム修正光学システムを通って第２の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズを増大させるように構成かつ配置された第１、第２、及び第３のプリズムを含むことができる。１つ又はそれよりも多くの第１、第２、及び第３のプリズムは、ビーム修正光学システムを通って第２の方向に沿って進行してプリズムの組を出るレーザビームのプロフィールの横断方向サイズが、光カプラからプリズムの組まで第１の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズよりも大きいように調節することができる。
【００１４】
再生リング共振器からのレーザビーム出力は、少なくとも約５Ｗ／ｃｍ2の平均放射照度を有することができる。他の実施では、再生リング共振器からのレーザビーム出力は、少なくとも約１０Ｗ／ｃｍ2の平均放射照度を有することができる。一部の実施では、再生リング共振器からのレーザビーム出力のピーク放射照度は、３０ｍＪ／ｃｍ2未満とすることができる。
【００１５】
他の一般的な態様では、放電ガスレーザのレーザビームは、再生リング共振器の光カプラに通してレーザビームを誘導し、放電チャンバから光カプラに衝突する光の少なくとも一部が反射されて放電チャンバを通って戻り、かつ放電チャンバから光カプラに衝突する光の少なくとも一部が光カプラを通って伝達されるように、光カプラを通過するレーザビームを放電チャンバに通って光カプラに戻るように誘導し、かつ近視野レーザビームプロフィールがレーザ内の各開口を均一に満たすように、かつ再生リング共振器内に要素の熱レンズ化を引き起こす電力でレーザを作動させる時に再生リング共振器が条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるようにレーザビームのプロフィールを横断方向に拡張することによって修正される。
【００１６】
実施は、以下の特徴の１つ又はそれよりも多くを含むことができる。例えば、レーザビームのプロフィールは、放電チャンバに通してレーザビームを誘導する前に光カプラからレーザビームにプリズムの組の第１と第３のプリズムを通過させることによってレーザビームのプロフィールを圧縮し、かつ光カプラに到達する前にレーザビームにプリズムの組の第３のプリズムと第２のプリズムを通過させることによって放電チャンバを通過した後のレーザビームのプロフィールを拡張することにより、横断方向に拡張することができる。レーザビームプロフィールは、レーザビームプロフィールをプリズムの組に入るレーザビームのプロフィールよりも大きいサイズに拡張することによって拡張することができる。
【００１７】
再生リング共振器は、レーザビームが再生リング共振器の一部を通って進行する時にレーザビームの横断方向プロフィールのサイズは増加するが、レーザビーム横断方向プロフィールサイズが、光カプラを通って再生リング共振器から減結合される前には再生リング共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えない場合には、僅かに不安定なままに留まるとすることができる。
【００１８】
レーザビームのプロフィールは、再生リング共振器内で循環するレーザビームの波面に負曲率を付与することによって横断方向に拡張することができる。
【００１９】
他の一般的な態様では、レーザビームの経路にある再生リング共振器は、電極及び電極間の利得媒体を有する放電チャンバと、放電チャンバから光カプラに衝突する光の少なくとも一部が反射されて放電チャンバを通って戻り、かつ放電チャンバから光カプラに衝突する光の少なくとも一部が光カプラ通って伝達されるように部分反射性である光カプラと、レーザビームの経路内のビーム修正光学システムとを含む。ビーム修正光学システムは、近視野レーザビームプロフィールが共振器内の各開口を均一に満たすように、かつ再生リング共振器の内側の要素の熱レンズ化を引き起こす電力でレーザを作動させる時に再生リング共振器が条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるようにレーザビームのプロフィールを横断方向に拡張するように構成される。
【００２０】
実施は、以下の特徴の１つ又はそれよりも多くを含むことができる。ビーム修正光学システムは、光カプラと、光カプラに面する側と反対の放電チャンバの側に設けられたビーム回転光学要素との間に存在することができる。
【００２１】
ビーム修正光学システムは、再生リング共振器内で循環するレーザビームの波面に負曲率を付与するように構成することができる。ビーム修正光学システムは、高反射性凸面ミラーを含むことができる。
【００２２】
再生リング共振器は、レーザビームが再生リング共振器の一部を通って進行する時にレーザビームの横断方向プロフィールのサイズは増加するが、レーザビーム横断方向プロフィールサイズが、光カプラを通って再生リング共振器から減結合される前には再生リング共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えない場合には、僅かに不安定なままに留まるとすることができる。
【００２３】
ビーム修正光学システムは、１組のプリズムを含むことができる。プリズムの組は、第１と第３のプリズムが、ビーム修正光学システムを通って第１の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズを低減し、かつ第３と第２のプリズムが、ビーム修正光学システムを通って第２の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズを増大させるように構成かつ配置された第１、第２、及び第３のプリズムを含むことができる。１つ又はそれよりも多くの第１、第２、及び第３のプリズムは、第２の方向に沿って進行してプリズムの組を出るレーザビームのプロフィールの横断方向サイズが、光カプラからプリズムの組まで第１の方向に沿って進行するレーザビームのプロフィールの横断方向サイズよりも大きいように調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】リソグラフィ機械に入力を供給する高平均電力レーザシステムのブロック図である。
【図２Ａ】図１のレーザシステムの電力リング増幅器の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの電力リング増幅器のビーム反転の平面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの電力リング増幅器のガス放電チャンバのチャンバ窓の平面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの電力リング増幅器のビーム修正光学システムの平面図である。
【図３】図２Ａの電力リング増幅器の側面図である。
【図４】図２Ｄのビーム修正光学システムの斜視図である。
【図５】ハウジングに取り付けられたビーム修正光学システムの第１の実施の斜視図である。
【図６】ハウジングに取り付けられたビーム修正光学システムの第１の実施の平面図である。
【図７Ａ】図５及び図６のビーム修正光学システムハウジングに取り付けられたミラーマウントに取り付けられた高反射性ミラーの正面斜視図である。
【図７Ｂ】図５及び図６のビーム修正光学システムハウジングに取り付けられたミラーマウントに取り付けられた高反射性ミラーの背面斜視図である。
【図８Ａ】図７Ａの高反射性ミラーの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの高反射性ミラーの直交側面図である。
【図８Ｃ】図８Ａの高反射性ミラーの直交側面図である。
【図９】ハウジングに取り付けられたビーム修正光学システムの第２の実施の斜視図である。
【図１０】ハウジングに取り付けられたビーム修正光学システムの第２の実施の平面図である。
【図１１Ａ】図９及び図１０のビーム修正光学システムハウジングに取り付けられた適応ミラーマウントに取り付けられた高反射性ミラーの斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの高反射性ミラーのためのマウントの斜視図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａの高反射性ミラーのためのマウントの斜視図である。
【図１１Ｄ】図１１Ａの高反射性ミラーのためのマウントの斜視図である。
【図１２Ａ】図１１Ａの高反射性ミラーの平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの高反射性ミラーの直交側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの高反射性ミラーの直交側面図である。
【図１３Ａ】図２Ａの電力リング増幅器のビーム修正光学システムの別の実施の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａのビーム修正光学システムの細部の平面図である。
【図１４】信号振幅と高反射性ミラーの異なる曲率に対して取られたレーザビームの中心からの距離とのグラフである。
【図１５Ａ】負曲率波面を示す光学図である。
【図１５Ｂ】正曲率波面を示す光学図である。
【図１５Ｃ】ゼロ曲率波面を示す光学図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照すると、高平均電力繰返しパルス式レーザシステム１００は、リソグラフィ機械１０６にビーム送出ユニット１０４を通じて送出される高電力繰返しパルス式レーザビーム１０２を生成する。レーザシステム１００は、電力リング増幅器（ＰＲＡ）１１２（再生リング共振器を有する放電チャンバを有する）にシードレーザビーム１１０を供給する主発振器（ＭＯ）１０８を含む。主発振器１０８は、比較的低い出力パルスエネルギでの中心波長及び帯域幅のようなパラメータの微調整を可能にするものである。電力増幅器１１２は、主発振器から出力を受け取り、フォトリソグラフィ機械１０６に使用する出力に対してレーザビーム１０２内で必要な電力をもたらすためにこの出力を増幅する。
【００２６】
主発振器１０８は、２つの長形電極、レーザガス、及び電極間にガスを循環させるファンを有する放電チャンバ１１４を含み、レーザ共振器は、放電チャンバ１１４の片側の線狭化モジュール１１６と放電チャンバ１１４の第２の側の出力カプラ１１８の間に形成される。線狭化モジュール１１６は、放電チャンバ１１４のスペクトル出力を微調整する回折格子のような回折光学要素を含むことができる。主発振器１０８はまた、出力カプラ１１８から出力を受け取る線中心解析モジュール１２０及び必要に応じてレーザビームのサイズ及び／又は形状を修正するビーム修正光学システム１２２を含む。放電チャンバに使用されるレーザガスは、所要の波長及び帯域幅でレーザビームを生成するあらゆる適切なガスとすることができ、例えば、レーザガスは、約１９３ｎｍの波長で光を放出するアルゴンフッ化物（ＡｒＦ）、約２４８ｎｍの波長で光を放出するクリプトンフッ化物（ＫｒＦ）、又は約３５１ｎｍの波長で光を放出するキセノン塩化物（ＸｅＣｌ）とすることができる。
【００２７】
電力リング増幅器１１２は、主発振器１０８からシードレーザビーム１１０を受け取り、かつレーザビームを電力リング増幅器放電チャンバ１２６に通して再生リング共振器とも呼ばれる循環経路を形成するために放電チャンバ１２６内に送り返されるようにレーザビームの方向が変更されるビーム回転光学要素１２８まで誘導するビーム修正光学システム１２４を含む。電力リング増幅器放電チャンバ１２６は、１対の長形電極、レーザガス、及び電極間にガスを循環させるファンを含む。シードレーザビーム１１０は、電力リング増幅器１１２を繰返し通過することによって増幅される。光学システム１２４は、シードレーザビーム１１０を内結合し、かつ電力レーザビーム１３０を形成するためにリング共振器からの増幅された放射線の一部を外結合する方法（例えば、以下に説明する部分反射ミラー２０２のような光カプラ）を提供する。電力レーザビーム１３０は、誘導されて帯域幅解析モジュール１３２を通り、次に、パルス伸長器１３４を通り、電力レーザビーム１３０のパルスの各々は、リソグラフィ機械１０６に衝突するレーザビームの性能特性に対して調節するために例えば光学遅延ユニット内で伸張される。パルス伸長器１３４を出るレーザビーム１０２を誘導して、ビーム送出ユニット１０４に入る前に自動シャッター１３６に通すことができる。レーザシステム１００はまた、主発振器１０８及び電力リング増幅器１１２に結合されて約４０００Ｈｚと１２，０００Ｈｚ又はそれよりも高いものの間のパルス繰返し数でシステム１００のパルスエネルギ及び蓄積線量エネルギ出力を制御する制御システム１３８を含む。制御システム１３８は、パルス及び線量エネルギのフィードバック及びフィードフォワード制御により主発振器１０８のチャンバ内での放電及び互いに対する電力リング増幅器１１２のチャンバ内での放電の反復的なトリガを提供する。高電力繰返しパルス式レーザビーム１０２は、数ワットと数百ワットの間、例えば、約４０Ｗ〜約２００Ｗの平均出力電力を有することができる。出力のレーザビーム１０２の放射照度（すなわち、単位面積当たりの平均電力）は、少なくとも約５Ｗ／ｃｍ2又は少なくとも約１０Ｗ／ｃｍ2とすることができる。
【００２８】
図２Ａ〜図４も参照すると、電力リング増幅器１１２は、再生リング共振器として設計される。主発振器１０８からのシードレーザビーム１１０は、ビーム修正光学システム１２４の折り返しミラー２００に誘導される。折り返しミラー２００は、ビームを反射かつ誘導して光カプラに通し、光カプラは、部分反射ミラー（時には入力／出力カプラという）２０２であり、これは、リング共振器及び次に高反射性ミラー２０４への入口である。ミラー２０４は、使用する入射角での望ましい偏光に向けてレーザビームの中心波長で又はその近くで反射率が約９０％を超える場合は高反射性である。
【００２９】
高反射性ミラー２０４は、利得媒体の横断方向サイズに実質的に適合するように水平にレーザビーム１１０を圧縮するために互いに作用する第１のプリズム２０６及び第３のプリズム２０８を通じてレーザビーム１１０を反射し、利得媒体の横断方向サイズは、一般的に、高繰返し数放電エキシマレーザにおいては数ミリメートル（ｍｍ）よりも小さい。第３のプリズム２０８は、レーザビーム１１０を右チャンバ窓２１０及びチャンバ１２６を通り、左のチャンバ窓２１２を通り、かつビーム回転光学要素１２８に至る望ましい光路に整列させる。ビーム回転光学要素１２８から、レーザビームは、左のチャンバ窓２１２に戻り、チャンバ１２６及び右のチャンバ窓２１０を通過し、次に、第３のプリズム２０８を通り、第３のプリズム２０８は、第２のプリズム２１４にレーザビームをシフトし、第２のプリズム２１４は、レーザビームを入力／出力カプラ２０２にシフトする。このように互いに作用する第３及び第２のプリズム２０８及び２１４は、入射レーザビーム１１０の横断方向サイズ及び／又は電力レーザビーム１３０の望ましい水平サイズに適合するようにチャンバ窓２１０を出るビームを拡大する。入力／出力カプラ２０２に衝突するビームは、帯域幅解析モジュール１３２に向けて誘導される増幅されたレーザビーム１３０を形成するためにカプラ２０２を通って伝達することができる。入力／出力カプラ２０２は、再生フィードバックを行って入力／出力カプラ２０２に衝突する光の少なくとも一部が放電チャンバ１２６に反射されて光学システム１２４を通ることができるように部分反射性、例えば、２０％反射性である。
【００３０】
第１と第３のプリズム２０６及び２０８は、波面修正光学システム１２４を通って第１の方向に沿って進行するレーザビーム１１０の横断方向プロフィールを低減するように互いに対して位置決めかつ配置される。すなわち、第１と第３のプリズム２０６及び２０８は、放電プラズマの横断方向サイズに実質的に適合し、かつレーザ利得を有効に利用するように組み合わされ、かつ図示の幾何学的構成で高反射性ミラー２０４から右チャンバ窓２１０までの第１の方向に沿って進行するレーザビームの水平サイズを縮小する。第３及び第２のプリズム２０８及び２１４は、波面修正光学システム１２４を通って第２の方向に沿って進行するレーザビーム１３０の横断方向プロフィールのサイズを増大させるように互いに対して位置決めかつ配置される。すなわち、第３と第２のプリズム２０８及び２１４は、入射レーザビーム１１０の横断方向広がり及び／又は電力レーザビーム１３０の望ましい水平サイズに適合するように組み合わされ、かつ図示の幾何学的構成で右チャンバ窓２１０から入力／出力カプラ２０２までの第２の方向に沿って進行するレーザビームの水平サイズを拡大する。
【００３１】
ビーム回転光学要素１２８の各々は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）のような結晶構造を有する材料のような精密光学材料を有する１つ又はそれよりも多くの精密デバイスで製造された光学システムである。更に、ビーム回転光学要素１２８は、精密光学仕上面を有する。ビーム回転光学要素１２８は、光ビームを受け取って放電チャンバ１２６に伝達されるように光ビームの方向を変更する１つ又はそれよりも多くの光デバイスのあらゆる組合せとすることができる。例えば、ビーム回転光学要素１２８は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、２つの反射面を有するプリズムとすることができる。別の例として、ビーム回転光学要素１２８は、放電チャンバ１２６にビームを反射するように配置された複数のミラーを含むことができる。
【００３２】
入力／出力カプラ２０２は、例えば、チャンバ１２６への約１０％と約６０％の間の反射率を有する部分反射性ミラーであり、従って、放電中のチャンバ１２６内での電極との間の励起ガス利得媒体を通じた発振中のレーザパルス強度増強を可能にする発振共振器が形成される。
【００３３】
電力リング増幅器１１２の光学要素（カプラ２０２、高反射性ミラー２０４、プリズム２０６、２０８、２１４、高反射性ミラー２０４、チャンバ窓２１０、２１２、及びビーム回転光学要素１２８など）は、典型的には、最小の損失で非常に短い波長、例えば、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの非常に高いパルスエネルギレーザパルスを伝達することができる結晶構造体である。例えば、これらの構成要素は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、又は溶融石英で製造することができる。
【００３４】
要約すると、ビーム修正光学システム１２４の光学要素（カプラ２０２、高反射性ミラー２０４、及びプリズム２０６、２０８、及び２１４）は、シードレーザビーム１１０を誘導してチャンバ１２６を通し、レーザビームは。増幅され、次に、ビーム回転光学要素１２８に通され、ビーム回転光学要素１２８は、レーザビームを誘導してチャンバ１２６に通し、レーザビームは、更に増幅され、更に増幅されたレーザビームの少なくとも一部は、電力レーザビーム１３０として電力リング増幅器１１２を出るようにカプラ２０２に通され、一方、レーザビームの少なくとも一部は、更に別の増幅に向けてリング共振器にカプラ２０２によって反射される。
【００３５】
以下に説明する内容では、電力リング増幅器１１２内で認められる光学効果の一部を説明するために用語「ビームプロフィール」、「近視野」、「遠視野」、「システム開口」、及び「開口」を使用する。
【００３６】
用語「開口」は、光が進行する穴、構造体、又は開口部である。より具体的には、光学システムの開口は、像平面内の焦点に来る光線束の円錐角を決める開口部である。電力リング増幅器１１２は、光線束を制限する多くの開口部又は構造体を有することができる。例えば、これらの構造体は、所定の位置に光学要素を保持するレンズ又はミラー、そうでなければ不透明体の開口部又はリング又は他の固定具の端部とすることができ、又はシステムによって受け入れられる光を制限するために光路内に設けられたプリズムのような特殊要素とすることができる。一般的に、これらの構造体は、絞りと呼ばれ、開口絞りは、像点での光線円錐角又は同等に輝度を決める絞りである。
【００３７】
レーザシステム１００は、パルス伸長器１３４の出力部で所定の開口絞りを有し、レーザシステム１００の出力部の所定の開口絞りは、「システム開口」とも呼ばれる。
【００３８】
用語「ビームプロフィール」とは、ビーム伝播方向に対して横断方向である方向にわたる位置でのエネルギの分布である。「近視野」ビームプロフィールは、開口に近いか又は非常に近い開口にわたる位置でのエネルギの分布を指す。「遠視野」ビームプロフィールは、開口から遠く離れた面での開口にわたる位置でのエネルギの分布である。事実上、システム開口から十分に離れた遠い位置でのエネルギの分布は、システム開口での角度分布により完全に特徴付けられる。従って、光ビームがゼロ発散を有する場合、定位置でのエネルギの分布は、開口でかつ開口から非常に遠く離れた位置で同じである。光ビームがゼロ以外の発散を有する場合、それを超えると発散による広がり（おおまかに角度ｘ距離）が初期（近視野）分布よりも定位置のエネルギの分布に遙かに大きく寄与する距離が存在する。
【００３９】
電力レーザビーム１３０は、レーザビーム修正光学システム１２４を出るレーザビーム１３０がビーム修正光学システム１２４に入るレーザビーム１１０の水平プロフィールよりも小さい水平プロフィールを有するような水平近視野プロフィールの狭小化を受ける可能性がある。この狭小化は、作動負荷サイクルが、電力リング増幅器１１２の光学要素に入射するか又は電力リング増幅器１１２の光学要素を通って伝達される平均電力が非常に高いようなものである時に波面変動により引き起こされる可能性がある。このような波面変動は、電力リング増幅器１１２内で循環する光電力の一部の吸収による光学構成要素（例えば、チャンバ窓２１０、２１０など）の加熱からもたらされる可能性があり、これは、これらの光学構成要素に正熱レンズを誘起する。
【００４０】
ビーム修正光学システム１２４は、電力リング増幅器１１２に入るレーザビーム波面に対して電力リング増幅器１１２を出るレーザビームのビームプロフィールを横断方向に拡張するように設計される。用語「横断方向」は、レーザビーム１１０の光軸（縦方向とも呼ばれる）に垂直なあらゆる方向とすることができる。従って、ビームプロフィールは、プロフィールがビームの光軸に垂直な方向に沿って拡張される場合、横断方向に拡張される。
【００４１】
一部の実施では、この拡張システムは、レーザビームの発散が水平近視野プロフィール狭小化を相殺するために増加するように負にレーザビームの波面曲率を変えるシステムとすることができる。従って、ビームに与えられる波面曲率は、例えば、プリズム又はチャンバ窓のようなリング増幅器１１２の光学構成要素の１つ又はそれよりも多くにおける正の熱レンズを補償するために、リング増幅器１１２の内側の他の要素から現れるレーザビームに対しての方がより大きく負である。近視野においては、レーザビームのサイズは、認め得るほどにはより大きくないが、レーザビームが数回電力リング増幅器の周りで１１２を伝播した後に、ビームの横断方向寸法は、認め得るほどに増加させることができる。
【００４２】
他の実施では、この拡張システムは、レーザビームの横断方向スポットサイズが水平近視野プロフィール狭小化を相殺するために近視野において広げられるように、単にビームプロフィールを拡大する（例えば、プリズム対の組の平面表面にわたる屈折を使用して）システムとすることができる。この場合、プリズム対の不均衡により、レーザビームが拡大され、波面拡張システムの最終プリズムの出口面で直ちにその横断方向寸法が増大する。更に、プリズム対の不均衡により、近視野においてビームを拡張するか又は広げる役目をするとしても、発散を低減することができる。
【００４３】
いずれにせよ、拡張システムは、以下でより詳細に説明するように、電力レーザビーム１３０の他の特性（比較的低い水平発散など）を維持しながら、近視野レーザビームが電力リング増幅器１１２内の開口及びシステム開口を含めレーザシステム１００内の開口の全てを均一に満たすように、近視野レーザビームが崩壊しないようにしている。
【００４４】
従って、ビーム修正光学システム１２４は、ビーム修正光学システム１２４に入るレーザビーム１１０に対してビーム修正光学システム１２４を出るレーザビーム１３０の波面の曲率を負に変更する負波面曲率システムを用いて設計することができる。このようにして、レーザビーム１３０は、ビーム修正光学システム１２４に入るレーザビーム１１０の横断方向（例えば、水平）プロフィールと同じか又はそれよりも大きい横断方向（例えば、水平）プロフィールを有する。更に、波面曲率は、再生リング共振器（ＰＲＡ１１２）が安定型共振器にならず、再生リング共振器内の光学要素に熱レンズを誘起する電力でレーザを作動させる時に条件付安定であるか又は僅かに不安定なままに留まるように変更されることが好ましい。
【００４５】
リング共振器は、レーザビーム横断方向プロフィールが共振器を通る無限数の通過の後で共振器の内側の特定の位置でほぼ一定のままであり、かつレーザビーム横断方向プロフィールが共振器を通る無限数の通過の後でさえも共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えることがない場合に条件付安定である。リング共振器は、共振器を通って進行する時にレーザビーム横断方向プロフィールはサイズが増加するが共振器から減結合される前には共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えることがない場合、僅かに不安定である。例えば、レーザパルス持続時間が約２０ｎｓであり、光が再生リング共振器を通る一往復を完了するのに約４〜５ｎｓ掛かる場合、レーザパルスは、再生リング共振器を通る約４〜５往復の後に共振器から減結合される。別の言い方をすると、レーザビーム横断方向プロフィールは、共振器を通る間は横断方向プロフィールのサイズが同じままであるか又は増加するとしても共振器内の光学構成要素により完全にサポートされたままである。安定した（しかし、条件付安定でなく）共振器においては、共振器を通過する時にレーザビーム横断方向プロフィールサイズは様々な段階で減少させることができ、レーザビーム横断方向プロフィールサイズは、何回も共振器を通過しても共振器内の光学構成要素のいずれの横断方向サイズも超えることはない。
【００４６】
図１５Ａを参照すると、波面１５０５の中心１５００がレーザビームの伝播方向１５１０に沿って向いている場合、波面は、「負」曲率を有し、すなわち、波面中心１５００は、波面１５０５の縁部１５１５と比較すると前進している。図１５Ｂを参照すると、波面１５２５の中心１５２０がレーザビームの伝播方向１５３０と反対に向いている場合、波面は「正」曲率を有し、すなわち、波面中心１５２０は、波面縁部１５３５と比較すると遅れている。従って、ビーム修正光学システム１２４は、レーザビーム１３０の波面の中心が、それぞれの波面縁部に対してレーザビーム１１０の波面の中心よりも遠くに前進している場合、レーザビーム１１０に対してレーザビーム１３０の波面の曲率を負に変更する。図１５Ｃを参照すると、波面は、波面１５４５の中心１５４０が波面縁部１５５５で伝播方向１５５０に横断方向に整列する場合は「ゼロ」曲率を有する。
【００４７】
横断方向出力エネルギ分布の狭小化（「ビーム狭小化」とも呼ばれる）は、垂直方向に発生させることができるが、狭小化の影響は、大きくない場合があり、その理由は、熱勾配が、多くの実際的な高繰返し数エキシマレーザシステムに対して垂直方向の方が小さいからである（特に、垂直方向内のモード側は、水平方向内のモードサイズの約１０倍である可能性がある）。従って、ビーム狭小化は、一般的な横断方向で補正することができると考えられ、これは、レーザビームが進行する経路（すなわち、光軸）に垂直なあらゆる方向であり、従って、ビームプロフィールが水平方向及び垂直方向に整列した場合、水平方向又は垂直方向とすることができる。
【００４８】
負波面曲率システムは、光学システム１２４の構成要素のいずれとも一体化することができ、例えば、それは、光学システム１２４の１つ又はそれよりも多くの構成要素の設計又は位置の修正とすることができる。
【００４９】
負波面曲率システムは、湾曲（凸面）反射面を有するように高反射性ミラー２０４を修正することによって実施することができる。以前の設計においては、高反射性ミラー２０４は、反射レーザビームにいずれの重要な波面変化（例えば、波面の曲率の変化など）を与えないように実質的に平坦である（ミラー２０４から反射される光の波長内で正確に）。負波面曲率システムにおいて、高反射性ミラー２０４は、ミラー２０４によって反射されたレーザビームの波面に少量の負曲率を付与するために僅かに凸面の形を有する。高反射性ミラー２０４は、当該の横断方向に永久的な凸面プロフィールを有するように（図５〜図８Ｃに関して説明するように）ミラーを製造することにより、又は曲げデバイスを使用して凸面の形を有するように平坦なミラーを屈曲させることによって（図９〜図１２Ｃに関して説明するように）湾曲とすることができる。
【００５０】
図５〜図８Ｃを参照すると、ビーム修正光学システム１２４は、密封ハウジング５０２内にある支持体５００上に配置される。この実施では、高反射性ミラー５０４は、反射面５０６上に水平方向に永久的な凸面プロフィールを有するように製造され、かつ支持体５００上に配置されたミラーマウント５０８に取り付けられる。高反射性ミラー５０４は、非常に短い波長、例えば、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの波長での高い平均電力に露出されても堅牢である結晶基板又は他の基板上に製造される。例えば、高反射性ミラー５０４は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）基板上に形成することができる。ミラー５０４のクリアな開口５１０は、図８Ａに破線に示されている。凸面プロフィールは、あらゆる凸面形状とすることができ、例えば、円筒の円弧の形状とすることができる。表面５０６の反射率は、４５°でかつ望ましい偏光状態で約１９３ｎｍの波長で表面に衝突する光線に対して９４％よりも大きい（例えば、約９４％〜約９７％）とすることができる。図８Ａ〜図３Ｃ示すように、この設計では、高反射性ミラー５０４は、垂直方向８５０に沿ったレーザビームプロフィールがミラー５０４から反射してもほぼ不変であるように、水平方向８００にのみ凸面プロフィールを有する。凸面プロフィールは、ミラー５０４が約５０ｍと１７０ｍの間の水平方向に沿った曲率半径を有するようなものとすることができる。別の言い方をすると、凸面プロフィールは、ミラー５０４が２０ｍｍの水平開口に対しては約３００ｎｍと約１０００ｎｍの間の表面の垂みを有するようなものである。
【００５１】
図９〜図１２Ｃを参照すると、ビーム修正光学システム１２４は、密封ハウジング９０２内にある支持体９００上に配置される。この実施では、高反射性ミラー９０４は、反射面９０６上に水平方向及び垂直方向の両方に実質的に平坦なプロフィールを有するように製造され、かつ支持体９００上に配置された曲げデバイス（ミラーマウント）９０８に取り付けられる。ミラーマウント９０８は、ミラー９０４を屈曲させてミラー９０４に凸面形状を与えるように作用する。以前のミラーと同様に、高反射性ミラー９０４は、非常に短い波長、例えば、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの波長での高い平均電力に露出されても堅牢である結晶基板又は他の基板上に製造される。例えば、高反射性ミラー９０４は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）基板上に形成することができる。表面９０６の反射率は、４５°でかつ約１９３ｎｍの波長で表面に衝突する光線に対して９４％よりも大きいとすることができる。図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、この設計では、高反射性ミラー９０４は、水平方向及び垂直方向の両方に平坦なプロフィールを有する。
【００５２】
図１１Ａ〜図１１Ｄを参照すると、ミラーマウント９０８は、反射面９０６が水平方向に沿って凸面形を有するように水平方向に沿ってミラー９０４を屈曲させる。ミラーマウント９０８は、支持体９００のミラー拡張部１１０２の裏面に取り付けられた後部デバイス１１００及びミラー拡張部１１０２の前側に取り付けられた前部デバイス１１０４を含む。後部デバイス１１００は、ミラー９０４の後部と接触する１つ又はそれよりも多くの圧縮デバイス１１０６を含み、前部デバイス１１０４は、ミラー９０４の前部（反射面９０６）と接触する１つ又はそれよりも多くの圧縮デバイス１１０８を含む。ミラー９０４は、ミラー拡張部１１０２内にかつ圧縮デバイス１１０６及び１１０８間に形成された開口部１１１０内に設けられる。作動において、後部デバイス１１００は、１つ又はそれよりも多くの圧縮デバイス１１０６がミラー９０４の後部に接触する位置でミラー９０４に圧力を印加し、前部デバイス１１０４は、ミラー９０４に凸面形状を与えるために１つ又はそれよりも多くの圧縮デバイス１１０８がミラー９０４の前部と接触する位置でミラー９０４に圧力を印加する。
【００５３】
上述のように、負波面曲率システムは、光学システム１２４の構成要素のいずれとも一体化することができ、例えば、負波面曲率システムは、光学システム１２４の１つ又はそれよりも多くの構成要素の設計又は位置の修正とすることができる。上述の例において、負波面曲率システムは、湾曲（凸面）反射面を有するように高反射性ミラー２０４を修正することによって実施することができる。
【００５４】
別の例として及び図４を参照して、ビーム拡張システムは、波面修正光学システム１２４に入るレーザビームに対して波面修正光学システム１２４を出るレーザビームを拡大するためにプリズム２０６、２０８、及び２１４の１つ又はそれよりも多くの面を修正することによって実施することができる。例えば、第１と第３のプリズムの間の相対距離を修正することができ、又は第３と第２のプリズム間の相対距離を修正することができるであろう。別の例として、プリズムの１つ又はそれよりも多くの配置角度を他のプリズムに対して修正することができると考えられる。更に別の例として、プリズムの１つ又はそれよりも多くの材料特性又は表面形状は、プリズムを通過するレーザビームの横断方向広がりの縮小又は拡大を変更するように修正することができる。
【００５５】
従って、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すようにかつ上述のように、第１と第３のプリズム２０６及び２０８は、波面修正光学システム１２４を通って第１の方向に沿って進行するレーザビーム１１０の横断方向プロフィールを低減するように互いに対して位置決めかつ配置される。すなわち、第１と第３のプリズム２０６及び２０８は、放電プラズマの横断方向サイズに実質的に適合し、かつレーザ利得を有効に利用するように組み合わされ、かつ図示の幾何学的構成で高反射性ミラー２０４から右チャンバ窓２１０までの第１の方向に沿って進行するレーザビームの水平サイズを縮小する。第３及び第２のプリズム２０８及び２１４は、波面修正光学システム１２４を通って第２の方向に沿って進行するレーザビーム１３０の横断方向プロフィールのサイズを増大させるように互いに対して位置決めかつ配置される。すなわち、第３と第２のプリズム２０８及び２１４は、入射レーザビーム１１０の横断方向広がり及び／又は電力レーザビーム１３０の望ましい水平サイズに適合するように組み合わされ、かつ図示の幾何学的構成で右チャンバ窓２１０から入力／出力カプラ２０２までの第２の方向に沿って進行するレーザビームの水平サイズを拡大する。
【００５６】
水平プリズムシーケンス（プリズム２０６〜２０８及び次にプリズム２０８〜２１４）の正味効果は、レーザビームの近視野プロフィールが電力リング増幅器１１２内の開口及びシステム開口を含めレーザシステム１００内の開口の全てを均一に満たすように、かつ再生リング共振器内の光学要素に熱レンズを誘起する電力でレーザを作動させる時に条件つきで安定であるか又は僅かに不安定なままであるように水平近視野を僅かに拡大することである。この正味ビーム拡大（又は拡張）をもたらすために、第２の方向に沿って進行するレーザビームの水平サイズにおいて僅かにより大きい拡大を引き起こすために第３のプリズム２０８と第２のプリズム２１４の間の相対角度を修正することができると考えられる。例えば、図１３Ｂに示すように、矢印１３２０の方向にある一定の角度の周りに第３のプリズム２０８に対して第２のプリズム２１４を回転させることによってこれを行うことができる。回転角は、どれだけより大きい拡大が望ましいかに依存する。例えば、回転角は、レーザビーム１３０の横断方向サイズをレーザビーム１１０の横断方向サイズと適合させる設定において第２のプリズム２１４の位置に対して０°（ゼロ）を超えるが約１０°よりも小さいとすることができる。プリズム２１４を回転させるために、プリズム２１４は、ステッパモータ及び／又は圧電ベースのアクチュエータのような回転位置アクチュエータに接続された回転移動可能なマウント上に取り付けることができる。他の実施では、プリズム２０６、２０８、及び２１４の１つ又はそれよりも多くは、往復毎に一定の拡大を付与するように剛的に固定される。
【００５７】
更に、プリズム２０６の１つ又はそれよりも多くの態様２０８及び２１４を組み合わせで修正することにより、かつ湾曲（凸面）反射面を有するように高反射性ミラー２０４を修正することにより負波面曲率システムを実施することができることが可能である。
【００５８】
また、図１４を参照すると、レーザビーム１３０のエネルギ密度（又は電界振幅の二乗）対横断方向（例えば、水平方向）に沿ったビームの中心からの距離のグラフが２つの異なるシナリオに対して示されている。第１のシナリオにおいて、再生リング共振器（ＰＲＡ１１２）のビーム修正光学システム１２４は、本発明の開示の主題であるビーム拡張システム（上述の負波面曲率システムなど）がなく、すなわち、このシナリオにおいては、例えば、高反射性ミラーは、実質的に平坦な曲率を有する。生データは、第１のシナリオにおいて取られたものであり、曲線１４００は、第１のシナリオに向けて生データを最良に適合させるように推定されたものである。第２のシナリオにおいて、ビーム修正光学システム１２４は、ビーム拡張システム（例えば、上述の負波面曲率システムのような高反射性ミラーが凸面曲率を有する）を含む。生データは、第２のシナリオにおいて取られ、曲線１４５０は、第２のシナリオに対して生データに最良に適合させるように推定されたものである。更に、グラフは、レーザビーム１３０が通過するレーザシステム１００内の開口１４９０を示している。
【００５９】
近視野レーザビームプロフィールは、開口の端部での強度が開口の中心でのピーク強度の一部を超える場合は、開口を「均一に満たす」と呼ぶことができる。一部の実施では、近視野レーザビームプロフィールは、開口の端部での強度が開口の中心でのピーク強度の約１０％又は約２０％を超える場合に開口を「均一に満たす」と呼ぶことができる。
【００６０】
第１のシナリオにおいて、レーザビーム１３０にわたるエネルギ分布の狭小化は水平方向にあり、すなわち、エネルギ分布は、近視野レーザビームがそれほど均一に開口１４９０を満たさないように近視野の方により集中する（換言すれば、レーザビームが崩壊する）ことを見ることができる。特に、開口１４９０の端部１４９１又は１４９２で曲線１４００によって示されるエネルギ密度は、開口１４９０の中心１４９３で曲線１４００によって示されるエネルギ密度の約４％よりも小さい。このようなビーム狭小化は望ましくなく、その理由は、このようなビーム狭小化により、リソグラフィ用途に向けて使用するレーザビーム１３０のピーク放射照度の増大及び安定性の欠如のために共振器内及び共振器の下流側の光学要素の損傷が発生する可能性があるからである。
【００６１】
ビーム拡張システム（例えば、負波面曲率システム）を追加することにより、レーザビーム１３０は、近視野においてより均一な水平エネルギ分布（又はプロフィール）を示し、それによって第２のシナリオに示すような光学要素損傷の可能性が低減される。ビーム拡張システムは、近視野レーザビームが開口１４９０を均一に満たすようにレーザビームの近視野エネルギ分布を広げる（すなわち、近視野レーザビームが崩壊しないようにする）。特に、端部１４９１又は１４９２での曲線１４００の強度は、開口１４９０の中心１４９３での曲線１４００の強度の約２７％である。
【００６２】
他の実施は、以下の特許請求の範囲内である。例えば、負波面曲率システムは、電力リング増幅器１１２に負曲率光デバイスを追加することにより、又は電力リング増幅器１１２内の他の光学構成要素の１つ又はそれよりも多くを修正することにより形成することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００  高平均電力繰返しパルス式レーザシステム
１０２  高電力繰返しパルス式レーザビーム
１０４  ビーム送出ユニット
１０６  リソグラフィ機械
１０８  主発振器（ＭＯ）
１１２  電力リング増幅器（ＰＲＡ）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ−８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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