(57)【要約】【課題】２光束干渉露光の精度を向上する。【解決手段】２光束干渉装置は、レーザ装置から出力される、進行方向に垂直な面内で第１方向に長いビーム強度分布を持つレーザ光を干渉させる２光束干渉装置であって、レーザ装置から出力された第１レーザ光を第２レーザ光と第３レーザ光とに分岐するビームスプリッタと、ウエハを載置するウエハステージと、第２レーザ光と第３レーザ光とをウエハステージ上に導く光学系と、を備え、光学系は、第１方向と垂直な第２方向から第２レーザ光を前記ウエハステージ上に照射し、第１方向と垂直であって第２方向とは異なる第３方向から第３レーザ光をウエハステージ上に照射してもよい。【選択図】図１
2013145863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置から出力される、進行方向に垂直な面内で第１方向に長いビーム強度分布を持つレーザ光を干渉させる２光束干渉装置であって、
前記レーザ装置から出力された第１レーザ光を第２レーザ光と第３レーザ光とに分岐するビームスプリッタと、
ウエハを載置するウエハステージと、
前記第２レーザ光と前記第３レーザ光とを前記ウエハステージ上に導く光学系と、
を備え、
前記光学系は、前記第１方向と垂直な第２方向から前記第２レーザ光を前記ウエハステージ上に照射し、前記第１方向と垂直であって前記第２方向とは異なる第３方向から前記第３レーザ光を前記ウエハステージ上に照射する２光束干渉装置。
【請求項２】
前記第１レーザ光のビーム断面を拡大するビームエキスパンダをさらに備え、
前記ビームスプリッタは、前記ビームエキスパンダによって拡大された前記第１レーザ光を分岐する、
請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項３】
前記第１レーザ光のビームプロファイルを変換するビーム調節器をさらに備え、
前記ビームスプリッタは、前記ビーム調節器によってビームプロファイルが変換された前記第１レーザ項を分岐する、
請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項４】
前記ビーム調節器は、前記第１レーザ光のビームプロファイルをトップハット形状に変換する、請求項３記載の２光束干渉装置。
【請求項５】
前記ビーム調節器は、頂点が互いに対向して配置された２つのアキシコンレンズを含む、請求項４記載の２光束干渉装置。
【請求項６】
前記ビーム調節器は、歪曲する面が互いに対向して配置された２つのシリンドリカルレンズを含む、請求項４記載の２光束干渉装置。
【請求項７】
前記第２レーザ光と前記第３レーザ光との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部で検出された位相差に基づいて前記レーザ装置が出力するレーザ光の波長を調節する制御部と、
をさらに備える、請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項８】
前記位相差検出部は、イメージセンサを含み、
前記光学系は、前記ウエハステージ上に載置されたウエハで反射した前記第２レーザ光と前記３レーザ光とを前記イメージセンサ上で重ね合わせる、
請求項７記載の２光束干渉装置。
【請求項９】
前記位相差検出部は、前記レーザ装置が出力する前記第１レーザ光の波長を変化させ、
該波長の変化に応じて前記イメージセンサで検出された前記第２レーザ光と前記３レーザ光とによる干渉縞の変化に基づいて、該第２レーザ光と該第３レーザ光との位相差を検出する、請求項８記載の２光束干渉装置。
【請求項１０】
前記光学系は、１つ以上の高反射ミラーと、該１つ以上の高反射ミラーの傾きを制御する１つ以上のアクチュエータとを含み、
前記制御部は、前記位相差検出部で検出された位相差に基づいて、前記アクチュエータを調節する、
請求項７記載の２光束干渉装置。
【請求項１１】
前記ビームスプリッタは、グレーティングである、請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項１２】
前記グレーティングは、格子状の溝または凸部が形成されたグリッド型グレーティングである、請求項１１記載の２光束干渉装置。
【請求項１３】
前記グレーティングを前記第１レーザ光の光軸と垂直な面内で回転させる回転機構をさらに備え、
前記光学系は、前記グレーティングが前記回転機構によって第１の回転状態に位置された際の前記第２レーザ光と前記第３レーザ光とを前記ウエハステージ上で干渉させる第１光学系と、前記グレーティングが前記回転機構によって前記第１の回転状態とは異なる第２の回転状態に位置された際の前記第２レーザ光と前記第３レーザ光とを前記ウエハステージ上で干渉させる第２光学系と、を含む、
請求項１１記載の２光束干渉装置。
【請求項１４】
前記第１レーザ光の偏光方向を該第１レーザ光の光軸を中心とした回転方向に傾ける光学リターダをさらに備え、
前記ビームスプリッタは、前記光学リターダによって前記偏光方向が傾いた前記第１レーザ光を分岐する、
請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項１５】
前記第１レーザ光のビーム断面を該第１レーザ光の光軸を中心とした回転方向に回転した状態とするビーム回転機構をさらに備え、
前記ビームスプリッタは、前記ビーム回転機構によって前記ビーム断面が回転した状態の前記第１レーザ光を分岐する、
請求項１記載の２光束干渉装置。
【請求項１６】
前記ビーム回転機構は、前記第１レーザ光の前記ビーム断面とともに、該第１レーザ光の偏光方向を該第１レーザ光の光軸を中心とした回転方向に傾ける、
請求項１５記載の２光束干渉装置。
【請求項１７】
レーザ光を出力し、該レーザ光の光軸と垂直な断面が第１方向に長い放電領域を形成する一対の励起電極を含む増幅器を備えたレーザ装置と、
前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を干渉させる２光束干渉装置と、
を備え、
前記２光束干渉装置は、
前記レーザ装置から出力された第１レーザ光を第２レーザ光と第３レーザ光とに分岐するビームスプリッタと、
露光対象のウエハが載置されるウエハステージと、
前記第２レーザ光と前記第３レーザ光とを前記ウエハステージ上で干渉させる光学系と、
を備え、
前記光学系は、前記第１方向と垂直な第２方向から前記第２レーザ光を前記ウエハステージ上に照射し、前記第１方向と垂直であって前記第２方向とは異なる第３方向から前記第３レーザ光を前記ウエハステージ上に照射することで、該第２レーザ光と該第３レーザ光とを干渉させる、２光束干渉露光システム。
【請求項１８】
前記レーザ装置は、エキシマレーザおよびＦ２レーザ用固体シーダのうち少なくとも１つを含む、請求項１７記載の２光束干渉露光システム。
【請求項１９】
前記レーザ装置は、前記第１レーザ光のコヒーレンスを変化させるコヒーレンス可変機構を備える、請求項１７記載の２光束干渉露光システム。
【請求項２０】
前記コヒーレンス可変機構は、波面調節器である、請求項１９記載の２光束干渉露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、２光束干渉装置および２光束干渉露光システムに関する。
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
【０００３】
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置が露光用光源として用いられる液侵露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、これらの投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ  Ｎａｒｒｏｗ  Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられ、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【０００５】
また、近年ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）を基本パターンとしたデバイスの回路設計する技術が開発されてきている。そこで、ラインアンドスペースのパターンを形成する装置として、２光束干渉装置が注目を集めつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７０８８７５８号明細書
【特許文献２】米国特許第７１５４９２８号明細書
【特許文献３】米国特許第６３０４３１８号明細書
【特許文献４】米国特許第５７５９７４４号明細書
【特許文献５】特開２００２−３２９９１１号公報
【特許文献６】特開２００３−５２３３号公報
【特許文献７】特開２００８−２７７６１８号公報
【概要】
【０００７】
本開示の一態様による２光束干渉装置は、レーザ装置から出力される、進行方向に垂直な面内で第１方向に長いビーム強度分布を持つレーザ光を干渉させる２光束干渉装置であって、レーザ装置から出力された第１レーザ光を第２レーザ光と第３レーザ光とに分岐するビームスプリッタと、ウエハを載置するウエハステージと、第２レーザ光と第３レーザ光とをウエハステージ上に導く光学系と、を備え、光学系は、第１方向と垂直な第２方向から第２レーザ光を前記ウエハステージ上に照射し、第１方向と垂直であって第２方向とは異なる第３方向から第３レーザ光をウエハステージ上に照射してもよい。
【０００８】
本開示の他の態様による２光束干渉露光システムは、レーザ光を出力し、該レーザ光の光軸と垂直な断面が第１方向に長い放電領域を形成する一対の励起電極を含む増幅器を備えたレーザ装置と、前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を干渉させる２光束干渉装置と、を備え、前記２光束干渉装置が、前記レーザ装置から出力された第１レーザ光を第２レーザ光と第３レーザ光とに分岐するビームスプリッタと、露光対象のウエハが載置されるウエハステージと、前記第２レーザ光と前記第３レーザ光とを前記ウエハステージ上で干渉させる光学系と、を備え、前記光学系が、前記第１方向と垂直な第２方向から前記第２レーザ光を前記ウエハステージ上に照射し、前記第１方向と垂直であって前記第２方向とは異なる第３方向から前記第３レーザ光を前記ウエハステージ上に照射することで、該第２レーザ光と該第３レーザ光とを干渉させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、実施の形態１にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるレーザ光によってウエハ上に形成される干渉縞の一例を示す。
【図３】図３は、実施の形態２にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図４】図４は、実施の形態２にかかるガウシアンビーム用のビーム調節器の一例を示す。
【図５】図５は、実施の形態２にかかるビーム調節器に入射させるレーザ光とビーム調節器から出力されるレーザ光とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。
【図６】図６は、実施の形態３にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図７】図７は、実施の形態３にかかるエキシマレーザ装置の一例の上視図を示す。
【図８】図８は、図７に示されるエキシマレーザ装置の側視図を示す。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる増幅器内における励起電極の配置例を示す。
【図１０】図１０は、実施の形態３にかかるエキシマレーザ装置から出力されたレーザ光のＸ方向における空間的コヒーレンスを示す。
【図１１】図１１は、実施の形態３にかかるエキシマレーザ装置から出力されたレーザ光のＹ方向における空間的コヒーレンスを示す。
【図１２】図１２は、実施の形態３にかかるエキシマレーザ装置から出力されたレーザ光のＸ方向およびＹ方向それぞれでのピンホール間隔に対する干渉縞のコントラストの関係を示す。
【図１３】図１３は、実施の形態３にかかるエキシマレーザ用のビーム調節器の一例を示す。
【図１４】図１４は、実施の形態３にかかるＸ−Ｚ平面におけるビーム調節器に入射させるレーザ光とビーム調節器から出力されるレーザ光とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。
【図１５】図１５は、実施の形態３にかかるＹ−Ｚ平面におけるビーム調節器に入射させるレーザ光とビーム調節器から出力されるレーザ光とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。
【図１６】図１６は、実施の形態４にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図１７】図１７は、実施の形態５にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図１８】図１８は、実施の形態５にかかるレーザ光の波長を変化させてその波面を計測する一例を説明するための図である。
【図１９】図１９は、実施の形態５にかかるレーザ光の波長を短波長から長波長までの間で変化させた際にイメージセンサの各ピクセルで検出された光強度の変化の一例を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態５にかかるレーザ光の波長を短波長から長波長までの間で変化させた際にイメージセンサの全ピクセルで検出された光強度の変化に基づいて算出されたレーザ光の波面の一例を示す。
【図２１】図２１は、実施の形態５にかかるアライメント調整時の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、実施の形態６にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図２３】図２３は、実施の形態６にかかる透過型グレーティングを透過した±１次回折光の光路を示す。
【図２４】図２４は、実施の形態７にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図２５】図２５は、図２４に示される光学リターダの一例を示す。
【図２６】図２６は、実施の形態８にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図２７】図２７は、第１例によるビーム回転機構の構成を概略的に示す。
【図２８】図２８は、図２７に示されるビーム回転機構の斜視図を示す。
【図２９】図２９は、第２例によるビーム回転機構の構成を概略的に示す。
【図３０】図３０は、実施の形態９にかかる４光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図３１】図３１は、図３０に示されるグリッド型グレーティングを透過した±１次回折光の光路を示す。
【図３２】図３２は、実施の形態１０にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。
【図３３】図３３は、実施の形態１０にかかるコヒーレンス可変機構を用いたアライメント調整動作を示す。
【図３４】図３４は、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置の一例を示す。
【図３５】図３５は、ＭＯＰＯ方式のレーザ装置の一例を示す。
【図３６】図３６は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いたレーザ装置をＸ方向から見た図を示す。
【図３７】図３７は、図３６に示されるレーザ装置の増幅装置をＹ方向から見た図を示す。
【図３８】図３８は、不安定共振器を備えた増幅装置が用いられたレーザ装置の一例を示す。
【図３９】図３９は、固体レーザ装置の一例を示す。
【図４０】図４０は、ＡｒＦエキシマレーザ用の波長変換部の一例を示す。
【図４１】図４１は、ＫｒＦエキシマレーザ用の波長変換部の一例を示す。
【図４２】図４２は、Ｆ２レーザ用の固体シーダを用いた紫外線レーザ装置の一例を示す。
【図４３】図４３は、非線形光学結晶の非線形光学効果を説明するための図である。
【図４４】図４４は、Ｆ２レーザ用の固体シーダを用いた紫外線レーザ装置の他の一例を示す。
【図４５】図４５は、２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果を説明するための図である。
【図４６】図４６は、コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置の構成を概略的に示す側面図である。
【図４７】図４７は、図４６に示されるレーザ装置における増幅段レーザの構成を概略的に示す上視図である。
【図４８】図４８は、波面調節器を用いたコヒーレンス可変機構の構成を概略的に示す上視図である。
【図４９】図４９は、図４８に示されるコヒーレンス可変機構の構成を概略的に示す側面図である。
【図５０】図５０は、イメージセンサで取得されたイメージデータにおける１つのラインの光強度分布の一例を示す。
【図５１】図５１は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す（その１）。
【図５２】図５２は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す（その２）。
【図５３】図５３は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す（その３）。
【図５４】図５４は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す（その４）。
【図５５】図５５は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す（その５）。
【図５６】図５６は、コンプリメンタリーリソグラフィを用いて形成され得る素子パターンの一例を示す。
【図５７】図５７は、コンプリメンタリーリソグラフィおよびダイレクト・セルフ・アッセンブリ技術を用いて作成され得る素子パターンの例を示す。
【実施の形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
目次
１．概要
２．用語の説明
３．２光束干渉露光システム（実施の形態１）
３．１  構成
３．２  動作
３．３  作用
４．ビームプロファイルを変更可能な２光束干渉露光システム（実施の形態２）
４．１  構成
４．１．１  ガウシアンビームのビーム調節器
４．２  作用
５．狭帯域エキシマレーザ装置を用いた２光束干渉露光システム（実施の形態３）
５．１  構成
５．１．１  狭帯域エキシマレーザ装置
５．１．２  狭帯域エキシマレーザ装置の空間的コヒーレンス
５．１．３  エキシマレーザのビーム調節器
５．２  作用
６．光学リターダとエキシマレーザ装置とを組み合わせた２光束干渉露光システム（実施の形態４）
６．１  構成
６．２  作用
７．アライメント調節システムを備えた２光束干渉露光システム（実施の形態５）
７．１  構成
７．２  動作
７．２．１  ２光束干渉装置のアライメント調整
７．２．１．１  波長変化による波面計測
７．２．１．１．１  波長変化による波面計測の詳細
７．２．１．２  アライメント調整フローチャート
７．２．２  ２光束干渉露光
７．３  作用
８．パターン方向を変更可能な２光束干渉露光システム（実施の形態６）
８．１  構成
８．２  作用
９．光学リターダを備えた２光束干渉露光システム（実施の形態７）
９．１  構成
９．１．１  光学リターダの例
９．２  動作
９．３  作用
１０．ビーム回転機構を備えた２光束干渉露光システム（実施の形態８）
１０．１  構成
１０．１．１  ビーム回転機構の例
１０．２  動作
１０．３  作用
１０．４  ビーム回転機構の変形例
１１．４光束干渉露光システム（実施の形態９）
１１．１  構成
１１．２  動作
１１．３  作用
１２．コヒーレンス可変機構を備えるレーザ装置を用いた２光束干渉露光システム（実施の形態１０）
１２．１  構成
１２．２  動作
１２．２．１  フローチャート
１２．３  作用
１３．レーザ装置のバリエーション
１３．１  ＭＯＰＡ方式
１３．２  ＭＯＰＯ方式
１３．３  リング共振器を備えた増幅装置が用いられたレーザ装置
１３．４  不安定共振器を備えた増幅装置が用いられたレーザ装置
１３．５  固体レーザ装置
１３．５．１  ＡｒＦエキシマレーザ用の波長変換部
１３．５．２  ＫｒＦエキシマレーザ用の波長変換部
１３．６  固体シーダを用いたＦ２レーザ
１３．６．１  非線形光学結晶を用いた固体シーダ
１３．６．２  キセノンガスセルを用いた固体シーダ
１３．６．２．１  キセノンガスを用いた波長変換メカニズム
１３．７  コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置
１３．７．１  構成
１３．７．１．１  コヒーレンス可変機構の例
１３．７．２  動作
１４．コントラストの定義
１５．コンプリメンタリーリソグラフィ
【００１２】
１．概要
従来、ウエハ上に微細なラインアンドスペースのパターンを露光する装置としては、２光束干渉装置がある。この装置は、２つの光束を干渉させることで、高いコントラストの干渉パターンをウエハ上に形成する。本開示は、２光束干渉装置に関する。
【００１３】
２．用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。上流とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、下流とは、レーザ光の光路に沿って露光面に近い側をいう。プリズムとは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略９０°に交わる３つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の２面と９０°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。光軸とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
【００１４】
本開示では、レーザ光の進行方向がＺ方向と定義される。また、このＺ方向と垂直な一方向がＸ方向と定義され、Ｘ方向およびＺ方向と垂直な方向がＹ方向と定義される。レーザ光の進行方向がＺ方向であるが、説明において、Ｘ方向とＹ方向は言及するレーザ光の位置によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＸ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＸ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｙ方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＹ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＹ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｘ方向は変化しない。なお、理解のために各図では、図示されている光学素子のうち、最上流に位置する光学素子に入射するレーザ光と、最下流に位置する光学素子から出射するレーザ光とのそれぞれに対して、座標系が適宜図示される。また、その他の光学素子に対して入射するレーザ光の座標系は、必要に応じて適宜図示される。
【００１５】
反射型の光学素子に関し、光学素子に入射するレーザ光の光軸と該光学素子によって反射したレーザ光の光軸との双方を含む面を入射面とすると、「Ｓ偏光」とは、入射面に対して垂直な方向の偏光状態であるとする。一方、「Ｐ偏光」とは、光軸に直交し、且つ入射面に対して平行な方向の偏光状態であるとする。
【００１６】
３．２光束干渉露光システム（実施の形態１）
まず、本開示の実施の形態１にかかる２光束干渉露光システムについて、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
３．１  構成
図１は、実施の形態１にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。図１に示されるように、２光束干渉露光システム１は、レーザ装置１０と、２光束干渉装置１００とを含んでもよい。
【００１８】
レーザ装置１０は、紫外線のレーザ光を出力するレーザ装置であってもよい。たとえば、ＫｒＦ（２４８．４ｎｍ）またはＡｒＦ（１９３．４ｎｍ）の波長帯域のレーザ光Ｌ１を出力する紫外線レーザ装置であってもよい。
【００１９】
２光束干渉装置１００は、ビーム調節器１１０と、高反射ミラー１２１と、ビームスプリッタ１２２と、光路補正板１２３と、高反射ミラー１２４および１２５と、ウエハステージ１３０と、を含んでもよい。ウエハステージ１３０上には、ウエハ１３１が載置されてもよい。
【００２０】
レーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌ１の光路上には、下流へ向けて、ビーム調節器１１０、高反射ミラー１２１、およびビームスプリッタ１２２がこの順序で配置されてもよい。
【００２１】
ビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａの光路上には、下流へ向けて、高反射ミラー１２４、およびウエハステージ１３０上のウエハ１３１がこの順序で配置されてもよい。ビームスプリッタ１２２で反射されたレーザ光Ｌ２ｂの光路上には、下流へ向けて、光路補正板１２３、高反射ミラー１２５、およびウエハステージ１３０上のウエハ１３１がこの順序で配置されてもよい。
【００２２】
ビーム調節器１１０は、レーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌ１の断面を所望の大きさに拡大するビームエキスパンダであってもよい。所望の大きさは、ウエハ１３１に形成されるべきビームスポットの大きさに応じて決定されてもよい。
【００２３】
高反射ミラー１２１、１２４および１２５は、それぞれレーザ光Ｌ２、Ｌ２ａまたはＬ２ｂを高反射してもよい。各高反射ミラー１２１、１２４および１２５の反射面には、レーザ光Ｌ２に相当する波長の光を高い反射率で反射する膜がコーティングされていてもよい。
【００２４】
ビームスプリッタ１２２におけるレーザ光Ｌ２が入射する側の面には、レーザ光Ｌ２をおよそ５０％反射しておよそ５０％透過する膜がコーティングされていてもよい。また、透過したレーザ光Ｌ２ａが出射する側の面には、レーザ光Ｌ２ａの反射率を低減する反射防止膜がコーティングされていてもよい。
【００２５】
光路補正板１２３の両面には、反射防止膜がコーティングされていてもよい。光路補正板１２３は、ビームスプリッタ１２２と同じ材質で且つ同じ厚さであってもよい。これにより、ビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａのウエハ１３１までの光学路長と、ビームスプリッタ１２２を反射したレーザ光Ｌ２ｂのウエハ１３１までの光学路長とを実質的に一致させることができる。
【００２６】
ウエハステージ１３０は、ウエハ１３１の位置や傾きを調節可能な可動ステージであってもよい。
【００２７】
３．２  動作
つぎに、図１に示される２光束干渉露光システム１の動作を説明する。
【００２８】
レーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌ１は、２光束干渉装置１００のビーム調節器１１０に入射してもよい。ビーム調節器１１０は、入射したレーザ光Ｌ１のビーム断面を拡大してもよい。
【００２９】
ビーム調節器１１０から出射したレーザ光Ｌ２は、高反射ミラー１２１を経由して、ビームスプリッタ１２２に入射してもよい。ビームスプリッタ１２２は、入射したレーザ光Ｌ２の略５０％を透過し（レーザ光Ｌ２ａ）、略５０％を反射してもよい（レーザ光Ｌ２ｂ）。
【００３０】
ビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａは、高反射ミラー１２４で反射され、入射角度θでウエハ１３１に入射してもよい。一方、ビームスプリッタ１２２で反射されたレーザ光Ｌ２ｂは、光路補正板１２３を透過し、高反射ミラー１２５で反射されてもよい。高反射ミラー１２５で反射したレーザ光Ｌ２ｂは、ウエハ１３１の表面に略垂直な軸に対して、レーザ光Ｌ２ａと軸対称となる入射角度−θでウエハ１３１に入射してもよい。
【００３１】
３．３  作用
図２は、レーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂによってウエハ１３１上に形成される干渉縞ｆｐの一例を示す。なお、図２（ａ）は、干渉縞ｆｐのイメージを示し、図２（ｂ）は、干渉縞ｆｐの光強度分布を示す。
【００３２】
図２に示されるように、２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂを干渉させることで、ウエハ１３１上には、レーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂのウエハ１３１に対する入射面に平行な方向に所定のピッチ間隔Ｐで配列する干渉縞ｆｐが形成され得る。ここで、２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂは、ウエハ１３１上で高いコントラストの干渉縞が発生するようにするために空間的コヒーレンスと時間的コヒーレンスとが高いほうがよい。空間的コヒーレンスは、２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂそれぞれの空間的な位相の差に依存し、２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂをウエハ１３１上で重ね合わせたときに生じる干渉縞ｆｐのコントラストに影響してもよい。ウエハ１３１上に高いコントラストの干渉縞ｆｐを形成するためには、２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂそれぞれの空間的コヒーレンスが高いほうがよい。なお、コントラストについては後述にて別途定義する。
【００３３】
時間的コヒーレンスは、本実施の形態においては２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂの光学路長差に依存してもよい。レーザ光Ｌ１のスペクトル線幅Δλから求められるコヒーレント長ｌｃ（＝λ２／Δλ）以内の光学路長差であれば、ウエハ１３１上に干渉縞ｆｐを生成することが可能であってよい。例えば、露光装置用のＡｒＦレーザのスペクトル線幅Δλが約０．３ｐｍであるとすると、コヒーレント長ｌｃは１２．５ｃｍであってよい。ここで、形成される干渉縞ｆｐのウエハ１３１上の端の部分において光学路長差（２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂの光学路長差）Ｌｃがコヒーレント長ｌｃよりも小さい（Ｌｃ＜ｌｃ）場合、高いコントラストの干渉縞ｆｐを形成し得る。また、干渉縞ｆｐが形成される範囲を大きくする場合、レーザ装置１０から出力されるレーザ光Ｌ１のスペクトル線幅Δλを狭くするとよい。
【００３４】
干渉縞ｆｐのピッチ間隔Ｐは次式（１）で表される。
Ｐ＝λ／（２ｎ・ｓｉｎθ）      ・・・（１）
【００３５】
式（１）に示されるように、干渉縞ｆｐのピッチ間隔Ｐは、レーザ光Ｌ１の波長λ、露光位置での媒質の屈折率ｎ、ウエハ１３１への入射角度θに依存してよい。例えば、レーザ装置１０をＡｒＦレーザ（波長が１９３．４ｎｍ）とし、入射角度θを７５°、媒質が空気（ｎ＝１）とした場合、干渉縞ｆｐのピッチ間隔Ｐは約１００ｎｍとなってよい。このように、約１００ｎｍのピッチ間隔の露光が可能であってよい。
【００３６】
４．ビームプロファイルを変更可能な２光束干渉露光システム（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００３７】
４．１  構成
図３は、実施の形態２にかかる２光束干渉露光システム２の構成を概略的に示す。図３に示されるように、２光束干渉露光システム２は、レーザ装置１０と、２光束干渉装置２００とを備えてもよい。２光束干渉装置２００は、図１に示される２光束干渉装置１００と同様の構成を備えてもよい。ただし、ビーム調節器１１０が、ビーム調節器２１０に置き換えられてもよい。
【００３８】
ビーム調節器２１０は、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルを変形してもよい。たとえば断面が円形のレーザ光Ｌ１のビームプロファイルが光軸付近の光強度が強いガウシアン形状である場合、ビーム調節器２１０は、このビームプロファイルを所定領域においてフラットな光強度分布を持つビームプロファイルに変形してもよい。本開示では、所定領域においてフラットな光強度分布を持つビームプロファイルの形状は、トップハット形状と称されてもよい。
【００３９】
４．１．１  ガウシアンビームのビーム調節器
図４は、ガウシアンビーム用のビーム調節器２１０の一例を示す。図５は、ビーム調節器２１０に入射させるレーザ光Ｌ１とビーム調節器２１０から出力されるレーザ光Ｌ３とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。
【００４０】
図４に示されるように、ビーム調節器２１０は、たとえば２つのアキシコンレンズ２１１および２１２を含んでもよい。２つのアキシコンレンズ２１１および２１２は、各レンズの円筒部分の中心軸が略同一直線上にあって、且つそれぞれの頂点が対向するように配置されてもよい。また、図５に示されるように、２つのアキシコンレンズ２１１および２１２は、たとえば入射側のアキシコンレンズ２１１の底面に入射したレーザ光Ｌ１の外周部部分が出射側のアキシコンレンズ２１２の頂点付近に入射するように、位置合わせされていてもよい。このような配置とすることにより、図５に示されるように、ビーム調節器２１０は、ガウシアン形状のビームプロファイルを持つレーザ光Ｌ１をトップハット形状のビームプロファイルを持つレーザ光Ｌ３に変換することが可能となる。
【００４１】
４．２  作用
レーザ装置１０がシングル横モードのレーザ光Ｌ１を出力する場合、このようなビーム調節器２１０を用いることで、レーザ光Ｌ１の波面を変化させることなく、トップハット形状のビームプロファイルを持つレーザ光Ｌ３を生成し得る。それにより、ウエハ１３１上に生成される干渉縞ｆｐにおける各ピークのピーク強度が均一化され得る。その結果、均一化なラインアンドスペースの形成が可能となってよい。
【００４２】
なお、ビーム調節器２１０は、２つのアキシコンレンズ２１１および２１２の他に、レーザ光Ｌ１のビーム断面の大きさを変換するビームエキスパンダを含んでもよい。このビームエキスパンダは、２つのアキシコンレンズ２１１および２１２よりも下流に配置されてもよい。その他の構成、動作および作用は、上述した実施の形態１と同様であってもよい。
【００４３】
５．狭帯域エキシマレーザ装置を用いた２光束干渉露光システム（実施の形態３）
つぎに、本開示の実施の形態３にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４４】
５．１  構成
図６は、実施の形態３にかかる２光束干渉露光システム３の構成を概略的に示す。図６に示されるように、２光束干渉露光システム３は、エキシマレーザ装置２０と、２光束干渉装置３００とを備えてもよい。エキシマレーザ装置２０は、たとえばＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザであってよい。２光束干渉装置３００は、図１に示される２光束干渉装置１００と同様の構成を備えてもよい。ただし、ビーム調節器１１０が、ビーム調節器３１０に置き換えられてもよい。
【００４５】
５．１．１  狭帯域エキシマレーザ装置
図７は、エキシマレーザ装置２０の一例を図６と同じ方向から見た図を示す。図８は、図７に示されるエキシマレーザ装置２０の側視図を示す。図７および図８に示されるように、エキシマレーザ装置２０は、出力結合ミラー２１と、増幅部３０と、狭帯域化モジュール４０とを備えてもよい。
【００４６】
狭帯域化モジュール４０は、複数のプリズム４２、４３および４４と、グレーティング４１とを含んでもよい。グレーティング４１は、出力結合ミラー２１とともに光共振器を形成してもよい。グレーティング４１は、波長選択部としても機能してよい。グレーティング４１は、図７の紙面と平行な面内で回転可能な回転テーブル４１ａに保持されてもよい。回転テーブル４１ａの回転角度を調節することで、グレーティング４１から出力結合ミラー２１へ向けて出射するレーザ光の波長が調節されてもよい。これにより、エキシマレーザ装置２０の発振波長が調節されてもよい。複数のプリズム４３および４４は、台座４３ａおよび台座４４ａにそれぞれ固定されてもよい。プリズム４２は、図７の紙面と平行な面内で回転可能な回転テーブル４２ｂに保持されてもよい。回転テーブル４２ｂの回転角度を調節することで、グレーティング４１に入射するレーザ光のビーム断面が拡大または縮小されてもよい。これにより、レーザ光Ｌ４のスペクトル線幅が調節されてもよい。回転テーブル４１ａ、台座４３ａ、台座４４ａ、および回転テーブル４２ｂは、架台４５に固定されてもよい。
【００４７】
増幅部３０は、光共振器内を往復するレーザ光を増幅してもよい。増幅部３０は、レーザチャンバ３２と、ウィンドウ３１および３３と、一対の励起電極３２ａおよび３２ｂとを備えてもよい。ウィンドウ３１および３３は、光共振器内を往復するレーザ光の光軸に対してブリュースター角で傾くように配置されていてもよい。レーザチャンバ３２の内部は、レーザ媒質としてのエキシマガスが満たされていてもよい。エキシマガスには、ＮｅガスとＫｒガスとＦ２ガスとを含む混合ガスや、ＮｅガスとＡｒガスとＦ２ガスを含む混合ガスなど、種々のレーザガスを適用することができる。励起電極３２ａおよび３２ｂには、不図示のコントローラからの制御の下で、不図示の電源から励起電圧が印加されてもよい。
【００４８】
以上の構成において、光共振器内に配置された透過型の光学素子（ウィンドウ３１および３３、ならびにプリズム４２〜４４）は、それぞれ入射したレーザ光のうちＰ偏光の成分をＳ偏光の成分よりも高透過し得る。なお、図７および図８では、Ｘ方向の直線偏光が、ウィンドウ３１および３３ならびにプリズム４２〜４４に対してＰ偏光である。このような配置の組み合わせにより、出力結合ミラー２１から出力されるレーザ光Ｌ４を実質的にＸ方向の直線偏光としてもよい。
【００４９】
５．１．２  狭帯域エキシマレーザ装置の空間的コヒーレンス
図９は、増幅器３０内における励起電極３２ａおよび３２ｂの配置例および放電領域３２ｃの断面を示す。図１０は、エキシマレーザ装置２０から出力されたレーザ光Ｌ４のＸ方向における干渉縞ｆｘを模式的に示す。図１１は、エキシマレーザ装置２０から出力されたレーザ光Ｌ４のＹ方向における干渉縞ｆｙを模式的に示す。図１２は、エキシマレーザ装置２０から出力されたレーザ光Ｌ４のＸ方向およびＹ方向それぞれにおける、ピンホール間隔Ｄに対する干渉縞ｆｐのコントラストの関係を示す。なお、図１２のカーブＣｘは、最大値を１として規格した干渉縞ｆｘのコントラストを示す。同様に、図１２のカーブＣｙは、最大値を１として規格化した干渉縞ｆｙのコントラストを示す。コントラストの数値の目標値の一例としては、ピンホール間隔Ｄ＝１ｍｍの場合に１０％以上であってもよい。
【００５０】
図９に示されるように、増幅器３０内部に配置された励起電極３２ａおよび３２ｂ間に形成される放電領域３２ｃの光軸に対して垂直な断面は、たとえば励起電極３２ａおよび３２ｂの配列方向に長い略長方形となり得る。この配列方向はたとえばＹ方向と一致してもよい。ここで、図１０に示されるＸ方向に配列するダブルピンホールＰＨを介してレーザ光Ｌ４を投影面ＰＰに投影することで形成された干渉縞ｆｘのコントラストと、図１１に示されるＹ方向に配列するダブルピンホールＰＨを介してレーザ光Ｌ４を投影面ＰＰに投影することで形成された干渉縞ｆｙのコントラストとを比較してもよい。図１０と図１１の配置における、干渉縞ｆｘと干渉縞ｆｙのコントラストを規格化し、ピンホール間隔Ｄに対してプロットしたグラフが図１２に示されてよい。図１２において、干渉縞ｆｘのコントラストは、干渉縞ｆｙのコントラストよりも高くてもよい。図９に示したような放電領域３２ｃを基に生成されるレーザ光Ｌ４においては、Ｘ方向における空間コヒーレンスが、Ｙ方向における空間コヒーレンスよりも高いということであってよい。
【００５１】
そこで、実施の形態３では、空間的コヒーレンスが高い方向でレーザ光Ｌ４を２光束干渉させてもよい。たとえば図６において、レーザ光Ｌ４のＸ方向について、レーザ光Ｌ４をレーザ光Ｌ５ａおよびＬ５ｂとして分岐させ、これらを二光束干渉させてもよい。これにより、レーザ光Ｌ５ａおよびＬ５ｂがウエハ１３１上に形成する干渉縞ｆｐのコントラストを高くすることができる。また、図７および図８で説明したように、レーザ光Ｌ４の偏光方向をＸ方向とし、高い透過率を得られるよう共振器内の光学素子を配置してもよい。なお、ダブルピンホールＰＨの間隔Ｄは、２光束干渉装置３００における２つのレーザ光Ｌ５ａおよびＬ５ｂのウエハ１３１上での重なりのずれに相当してもよい。
【００５２】
５．１．３  エキシマレーザのビーム調節器
図１３は、エキシマレーザ用のビーム調節器３１０の一例を示す。図１４は、Ｘ−Ｚ平面におけるビーム調節器３１０に入射させるレーザ光Ｌ４とビーム調節器３１０から出力されるレーザ光Ｌ５とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。図１５は、Ｙ−Ｚ平面におけるビーム調節器３１０に入射させるレーザ光Ｌ４とビーム調節器３１０から出力されるレーザ光Ｌ５とのビームプロファイルの一例をそれぞれ示す。
【００５３】
図１３に示されるように、ビーム調節器３１０は、たとえば２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２を含んでもよい。２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２は、それぞれの凸曲面が対向するように配置されてもよい。
【００５４】
また、図１４に示されるように、放電励起によるエキシマレーザ装置２０から出力されるレーザ光Ｌ４のビームプロファイルは、放電方向をＹ方向とした場合、Ｙ方向と直交するＸ方向については、ガウシアン形状に近い場合がある。また、図１５に示されるように、このビームプロファイルは、Ｙ方向に対して平行な方向については、トップハット形状に近い場合がある。
【００５５】
そこで、図１４に示されるように、レーザ光Ｌ４のＸ方向のビームプロファイルは、シリンドリカルレンズ３１１によって光強度分布を調整することで、トップハット形状に変換されてもよい。この際にシリンドリカルレンズ３１１によって歪んだＸ方向の波面は、シリンドリカルレンズ３１２によって実質的に平面波に補正されてもよい。
【００５６】
一方、図１５に示されるように、レーザ光Ｌ４のＹ方向のビームプロファイルに関しては、シリンドリカルレンズ３１１およびシリンドリカルレンズ３１２は、レーザ光Ｌ４をほとんど補正せずレーザ光Ｌ５として透過させてもよい。その結果、レーザ光Ｌ５のビームプロファイルは、Ｘ方向およびＹ方向についてトップハット形状となってもよい。
【００５７】
５．２  作用
前述のように、エキシマレーザ装置２０は、放電方向（Ｙ方向）に長いビーム断面形状のレーザ光Ｌ４を出力してもよい。また、レーザ光Ｌ４の空間的コヒーレンスは、放電方向と垂直な方向（Ｘ方向）の方が放電方向と平行な方向よりも高くてもよい。そのため、エキシマレーザ装置２０を光源として用いる場合、その空間的コヒーレンスが高い方向（Ｘ方向）で２つのレーザ光Ｌ５ａおよびＬ５ｂが干渉するように、エキシマレーザ装置２０と２光束干渉装置３００との配置が組み合わされてもよい。これにより、ウエハ１３１上に形成される干渉縞ｆｐのコントラストが向上され得る。
【００５８】
そして、エキシマレーザ装置２０にビーム調節器３１０を組み合わせることで、エキシマレーザ装置２０から出力されたレーザ光Ｌ４が、Ｘ方向およびＹ方向の双方でトップハット形状を有し、かつ、平面波に近い波面のビームプロファイルを持つレーザ光Ｌ５に変換され得るようにしてもよい。それにより、ウエハ１３１上に生成される干渉縞ｆｐの複数のピーク強度がより均一化され得る。その結果、ウエハ１３１上に塗布されたレジストに露光されるレーザ光のエネルギー分布がより均一化されるため、ラインアンドスペースの形成が精度よく行われてもよい。
【００５９】
なお、ビーム調節器３１０は、２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２の他に、レーザ光Ｌ４のビーム断面の大きさを変換するビームエキスパンダを含んでもよい。このビームエキスパンダは、２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２よりも下流に配置されてもよい。その他の構成、動作および作用は、上述した実施の形態１または２と同様であってもよい。
【００６０】
６．光学リターダとエキシマレーザ装置とを組み合わせた２光束干渉露光システム（実施の形態４）
つぎに、本開示の実施の形態４にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００６１】
６．１  構成
図１６は、実施の形態４にかかる２光束干渉露光システム４の構成を概略的に示す。図１６に示されるように、２光束干渉露光システム４は、エキシマレーザ装置２０と、２光束干渉装置４００とを備えてもよい。２光束干渉装置４００は、図６に示される２光束干渉装置３００と同様の構成を備えてもよい。ただし、２光束干渉装置４００は、光学リターダ４１０をさらに備えてもよい。
【００６２】
光学リターダ４１０は、たとえばレーザ光Ｌ４の偏光方向を、Ｘ方向からＹ方向へ変換してもよい。このような光学リターダ４１０は、λ／２波長板や、入射するレーザ光の位相を１８０度ずらすような膜がコーティングされた光学基板などを用いて構成されてもよい。
【００６３】
６．２  作用
ウエハ１３１に対する２つのレーザ光の入射角度±θの絶対値が大きくなると、その干渉にはレーザ光の偏光方向による影響が現れ得る。そこで上述のように、レーザ光Ｌ６ａおよびＬ６ｂがウエハ１３１に対してＳ偏光で入射するように、レーザ光Ｌ４の偏光方向が光学リターダ４１０を用いてＸ方向からＹ方向に変換されてもよい。これにより、ウエハ１３１上に形成される干渉縞ｆｐのコントラストがより向上され得る。
【００６４】
なお、光学リターダ４１０は、ビーム調節器３１０よりも下流に配置されてもよい。また、ビーム調節器３１０は、２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２の他に、レーザ光Ｌ４のビーム断面の大きさを変換するビームエキスパンダを含んでもよい。このビームエキスパンダは、２つのシリンドリカルレンズ３１１および３１２よりも下流に配置されてもよい。その他の構成、動作および作用は、上述した実施の形態１〜３のいずれかと同様であってもよい。
【００６５】
７．アライメント調節システムを備えた２光束干渉露光システム（実施の形態５）
つぎに、本開示の実施の形態５にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【００６６】
７．１  構成
図１７は、実施の形態５にかかる２光束干渉露光システム５の構成を概略的に示す。図１７に示されるように、２光束干渉露光システム５は、図１に示される２光束干渉露光システム１と同様の構成を備えてもよい。また、２光束干渉露光システム５は、制御部５１０と、アクチュエータ５１１、５１４および５１５と、ビームスプリッタ５２１と、エネルギーセンサ５１２と、イメージセンサ５１３と、ステージ移動機構５３０とをさらに備えてもよい。
【００６７】
ビームスプリッタ５２１は、ビームスプリッタ１２２によって分岐される前のレーザ光Ｌ２の光路上に配置されてもよい。エネルギーセンサ５１２は、ビームスプリッタ５２１によって分岐されたレーザ光Ｌ２ｃのエネルギーを計測してもよい。エネルギーセンサ５１２は、たとえばフォトダイオードであってもよい。エネルギーセンサ５１２は、計測されたエネルギー値を制御部５１０に出力してもよい。
【００６８】
イメージセンサ５１３は、たとえばラインセンサであってもよい。イメージセンサ５１３は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。イメージセンサ５１３は複数のラインセンサまたはＣＣＤから構成されてもよい。イメージセンサ５１３は、ウエハ１３１で反射した後に高反射ミラー１２５を経由してビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａと、ウエハ１３１で反射した後に高反射ミラー１２４を経由してビームスプリッタ１２２で反射したレーザ光Ｌ２ｂとが重なり合ったレーザ光Ｌ２ｄが形成する干渉縞を計測してもよい。イメージセンサ５１３は、計測したイメージデータを制御部５１０に出力してもよい。
【００６９】
アクチュエータ５１１、５１４および５１５は、それぞれ高反射ミラー１２１、１２４および１２５の傾きを調節可能に保持してもよい。各アクチュエータ５１１、５１４および５１５は、制御部５１０からの制御にしたがって、それぞれが保持する高反射ミラー１２１、１２４または１２５の傾きを調節してもよい。なお、高反射ミラー１２１、１２４および１２５に代えて、反射面の全体または局所の曲率を変更可能なデフォーマブルミラーが用いられてもよい。この場合、アクチュエータ５１１、５１４および５１５は、各デフォーマブルミラーの傾きの他に、各デフォーマブルミラーの全体または局所の曲率を調節してもよい。
【００７０】
ステージ移動機構５３０は、ウエハステージ１３０の３次元位置を調節してもよい。ウエハステージ５３０は、制御部５１０からの制御にしたがって動作してもよい。
【００７１】
７．２  動作
つぎに、図１７に示される２光束干渉露光システム５の動作を説明する。
【００７２】
７．２．１  ２光束干渉装置のアライメント調整
制御部５１０は、２光束干渉露光前に、２光束干渉装置５００のアライメント調整を実行してもよい。このアライメント調整では、アライメント調整用のウエハ１３１がウエハステージ１３０上に載置されてもよい。制御部５１０は、アライメント調整用のウエハ１３１がウエハステージ１３０上に載置された状態でレーザ装置１０にレーザ発振させてもよい。この際、制御部５１０は、所定範囲の波長をスキャンするように、レーザ装置１０の発振波長を変化させてもよい。レーザ装置１０の発振波長は、たとえば図７で説明したように、レーザ装置１０に含まれるグレーティングを保持する回転テーブルの回転角度を変化させることで変化させてもよい。これにより、イメージセンサ５１３は、波長変化に伴って変化するレーザ光Ｌ２ｄの光強度分布をイメージデータとして計測し得る。制御部５１０は、波長変化に対してイメージセンサ５１３で計測されたイメージデータの変化に基づいて、レーザ光Ｌ２の波面変化を計算し、ウエハ１３１上に形成される干渉縞ｆｐが所望のピッチ間隔およびコントラストを満足するように、レーザ装置１０、アクチュエータ５１１、５１４および５１５、およびステージ移動機構５３０を制御してもよい。
【００７３】
７．２．１．１  波長変化による波面計測
ここで、レーザ光の波長を変化させてその波面を計測する一例について説明する。図１８は、レーザ光の波長を変化させてその波面を計測する一例を説明するための図である。なお、図１８では、図１７に示される２光束干渉装置５００を引用する。
【００７４】
図１８に示されるように、ビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａは、高反射ミラー１２４、ウエハ１３１、高反射ミラー１２５で順次反射され得る。その後、このレーザ光Ｌ２ａは、光路補正板１２３およびビームスプリッタ１２２を順次透過して、イメージセンサ５１３に入射し得る。一方、ビームスプリッタ１２２で反射されたレーザ光Ｌ２ｂは、光路補正板１２３を透過した後、高反射ミラー１２５、ウエハ１３１、高反射ミラー１２４およびビームスプリッタ１２２で順次反射されて、イメージセンサ５１３に入射し得る。すなわち、イメージセンサ５１３には、ウエハ１３１で反射した後に高反射ミラー１２５を経由してビームスプリッタ１２２を透過したレーザ光Ｌ２ａと、ウエハ１３１で反射した後に高反射ミラー１２４を経由してビームスプリッタ１２２で反射したレーザ光Ｌ２ｂとが重なり合うレーザ光Ｌ２ｄが入射し得る。イメージセンサ５１３は、レーザ光Ｌ２ｄが形成する干渉縞を計測してもよい。
【００７５】
なお、ウエハ１３１で反射された後にイメージセンサ５１３に入射するレーザ光Ｌ２ａは、ウエハ１３１で反射された後にイメージセンサ５１３に入射するレーザ光Ｌ２ｂよりも、ビームスプリッタ１２２を透過する回数が２回多い。そのため、レーザ光Ｌ２ａとレーザ光Ｌ２ｂとの光学路長差Ｌは、ビームスプリッタ１２２を１回透過する際に生じる光学路長Ｌｂｓの２倍となり得る。その場合、光学路長Ｌによって生じる干渉縞をイメージセンサ５１３によって計測してもよい。このとき、レーザ光の波長は、干渉縞の明暗部における１周期分以上変化させるようにするとよい。干渉縞の位相を１周期分ずらすのに必要となる波長の変化量δλは、以下の式（２）で表され得る。
δλ＝λ２／Ｌ      ・・・（２）
【００７６】
たとえば、レーザ装置１０として、スペクトル線幅が０．３ｐｍ、波長が１９３．４ｎｍ（波長可変範囲±０．２ｎｍ）のＡｒＦエキシマレーザを使用した場合を想定する。この場合、ビームスプリッタ１２２における１９３．４ｎｍに対する光学路長Ｌｂｓを５ｍｍとすると、光路差Ｌは１０ｍｍとなり得る。したがって、イメージセンサ５１３で計測される干渉縞の位相を１周期分ずらすのに必要な波長の変化量δλは、上述の式（２）より、０．００３７４ｎｍ（＝３．７４ｐｍ）と求められる。このように、レーザ光の波長を変化させてその波面を計測する場合、少なくとも変化量δλ以上の範囲でレーザ光の波長を変化させるようにするとよい。
【００７７】
７．２．１．１．１  波長変化による波面計測の詳細
上述の方法を更に詳細に説明する。レーザ装置１０が出力するレーザ光Ｌ１の波長を、短波長から長波長までの間で変化させた際にイメージセンサ５１３の各ピクセルが検出する光強度の変化を計測し、それらの位相差を算出することによって、レーザ光Ｌ２の波面を計測することが可能となってよい。
【００７８】
図１９は、レーザ光Ｌ１の波長を短波長λｍｉｎから長波長までの間で変化させた際にイメージセンサ５１３の１つのピクセルで検出された光強度の変化の一例を示す。図２０は、レーザ光Ｌ１の波長を短波長λｍｉｎから長波長までの間で変化させた際にイメージセンサ５１３の全ピクセルで検出された光強度の変化に基づいて算出されたレーザ光Ｌ２の波面の一例を示す。
【００７９】
図１９に示されるように、レーザ装置１０が出力するレーザ光Ｌ１の波長を、短波長λｍｉｎ（たとえば１９３．４００ｎｍ）から長波長（たとえば１９３．４００５６１ｎｍ）までの間で変化させた場合、イメージセンサ５１３の１つのピクセルで検出される光強度は、波長に対してサインカーブで変化し得る。そこで、検出された波長に対応した光強度のデータ点に対してサインカーブでフィッティングを行い、これにより得られる複数の光強度のピークにおいて最も短波長側のピークに対応する発振波長λｐ（ｘ，ｙ）を求めてもよい。なお、（ｘ，ｙ）は各ピクセルの配置座標であってよい。このような光強度の変化における最短波長のピークでの発振波長λｐ（ｘ，ｙ）が各ピクセルについて得られてもよい。また、サインカーブの周期はδλに対応していてもよい。λｍｉｎ、λｐ（ｘ，ｙ）、δλを用いて、配置座標（ｘ，ｙ）のピクセルでのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂの位相差Ｗは、以下の式（３）で表され得る。
Ｗ＝（λｐ−λｍｉｎ）／δλ      ・・・（３）
【００８０】
上記の式（３）を用いて、全てのピクセルにおける位相差Ｗを求めることができてもよい。位相差Ｗは、イメージセンサ５１３に入射するレーザ光Ｌ２ｄの波面の形状を反映していてもよい。位相差Ｗを各ピクセルの座標（ｘ，ｙ）に対応させることで、図２０に示されるような波面の形状を算出してもよい。このように、レーザ光Ｌ１の波長を変化させることで、イメージセンサ５１３によってレーザ光Ｌ２ｄの波面の形状を計測することができる。そして、この波面の形状は、イメージセンサ５１３に入射する２つのレーザ光Ｌ２ａとレーザ光Ｌ２ｂの位相差Ｗを反映したものであってよい。このため、波面の形状が、平坦かつ所定の面に対して平行に観測される場合、各ピクセルにおける位相差Ｗがほぼ等しくなってよい。所定の面とは、たとえば各ピクセルの配置面であってもよく、図２０においてはＹＺ平面であってもよい。あるいは、イメージセンサ５１３の入射光軸に対する傾きを考慮して設定された仮想面であってもよい。波面が、所定の面に平行に観測される場合、２つのレーザ光Ｌ２ａとレーザ光Ｌ２ｂがウエハ１３１の露光される面にほぼ等しい光路差で入射するということであってよい。ここで、制御部５１０は、波面の形状データに基づいて、ステージ移動機構５３０を制御してもよい。例えば、制御部５１０は、各ピクセルにおける位相差Ｗがほぼ等しくなるようにウエハステージ１３０の位置および傾きを調節してもよい。それにより、２光束干渉装置５００のウエハ１３１の露光される面がアライメント調整されてもよい。
【００８１】
７．２．１．２  アライメント調整フローチャート
つぎに、アライメント調整時の制御部５１０の動作について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図２１は、アライメント調整時の制御部５１０の動作を示すフローチャートである。
【００８２】
図２１に示されるように、アライメント調整では、制御部５１０は、不図示の搬送機構を用いてアライメント調整用のウエハ１３１をウエハステージ１３０上にセットしてもよい（ステップＳ１０１）。つぎに、制御部５１０は、レーザ装置１０にレーザ発振の初期条件を設定してもよい（ステップＳ１０２）。初期条件には、発振波長λ＝λｍｉｎ（初期波長）と、パルスエネルギーＰ＝Ｐ０とが含まれていてもよい。パルスエネルギーＰは、露光用のパルスエネルギーであってもよい。初期波長λｍｉｎは、レーザ装置１０が発振可能な波長の最短波長であってもよい。
【００８３】
つぎに、制御部５１０は、発振トリガをレーザ装置１０に出力してもよい（ステップＳ１０３）。これに対し、レーザ装置１０は、レーザ光Ｌ１を出力してもよい。つぎに、制御部５１０は、たとえばエネルギーセンサ５１２から入力された検出値に基づいて、レーザ光Ｌ２が検出されたか否かを判定してもよい（ステップＳ１０４）。レーザ光Ｌ２が検出されない場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、制御部５１０は、ステップＳ１０３へリターンし、再度、レーザ装置１０へ発振トリガを出力してもよい。一方、レーザ光Ｌ２が検出された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御部５１０は、イメージセンサ５１３の各ピクセルで検出された光強度値Ｉλ（ｘ，ｙ）をイメージセンサ５１３から取得してもよい（ステップＳ１０５）。また、制御部５１０は、取得した光強度値Ｉλ（ｘ，ｙ）を、現在の発振波長λと各ピクセルの識別情報と対応づけて、不図示のメモリ等に保存してもよい（ステップＳ１０６）。各ピクセルの識別情報は、たとえば各ピクセルの位置座標（ｘ，ｙ）でもよい。
【００８４】
つぎに、制御部５１０は、発振波長λに補正波長Δλを加算した値を次の発振波長λ（＝λ＋Δλ）に設定してもよい（ステップＳ１０７）。補正波長Δλは、各ピクセルについて検出された発振波長λと光強度との関係を示すデータプロットに対して、サインカーブをフィッティングできる程度のデータ数を得られる刻み値であってもよい。
【００８５】
つぎに、制御部５１０は、補正波長Δλが加算された発振波長λ（＝λ＋Δλ）がレーザ装置１０が発振可能な最大波長λｍａｘ以上であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１０８）。発振波長λが最大波長λｍａｘよりも小さい場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）、制御部５１０は、ステップＳ１０３にリターンし、新たな発振波長λ（＝λ＋Δλ）でレーザ発振するように、レーザ装置１０へ発振トリガを入力し、以降の動作を継続してもよい。
【００８６】
一方、発振波長λが最大波長λｍａｘ以上である場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、制御部５１０は、不図示のメモリ等に保存しておいた発振波長λごとの各ピクセルの光強度値Ｉλ（ｘ，ｙ）を読み出してもよい（ステップＳ１０９）。
【００８７】
つぎに、制御部５１０は、たとえば上述した式（３）を用いて、イメージセンサ５１３の各ピクセルに入射する２つのレーザ光Ｌ２ａおよびＬ２ｂの位相差Ｗ（ｘ，ｙ）を算出してもよい（ステップＳ１１０）。つぎに、制御部５１０は、算出した位相差Ｗ（ｘ，ｙ）のデータから各ピクセルにおける位相差Ｗ（ｘ，ｙ）の標準偏差σを算出してもよい（ステップＳ１１１）。この標準偏差σは、レーザ光Ｌ２の波面形状または波面の傾きの指標となり得る。
【００８８】
つぎに、制御部５１０は、標準偏差σが予め設定しておいた閾値σｔ以下であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１１２）。標準偏差σが閾値σｔ以下である場合（ステップＳ１１２；ＹＥＳ）、制御部５１０は、本動作を終了してもよい。一方、標準偏差σが閾値σｔよりも大きい場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）、制御部５１０は、算出した位相差Ｗ（ｘ，ｙ）に基づいて、ウエハ１３１の位置ずれ量を計算してもよい（ステップＳ１１３）。ウエハ１３１の位置ずれ量は、ウエハステージ１３０の位置および傾きが適正値からどれだけずれているかを反映した値であってよい。つぎに、制御部５１０は、計算したウエハ１３１の位置ずれ量を補正してもよい（ステップＳ１１４）。位置ずれ量の補正においては、制御部５１０は、たとえば高反射ミラー１２１、１２４および１２５のアクチュエータ５１１、５１４および５１５やステージ移動機構５３０を調節してもよい。その後、制御部５１０は、ステップＳ１０２へリターンし、以降の動作を実行してもよい。
【００８９】
以上のように動作することで、２光束干渉装置５００のアライメントを調整することが可能であってよい。
【００９０】
７．２．２  ２光束干渉露光
また、制御部５１０は、２光束干渉露光直前にも、実際に露光するウエハの位置および傾きがアライメント調整時のウエハ１３１の位置および傾きと一致するように、ステージ移動機構５３０を駆動してウエハステージ１３０を調節してもよい。この調節が完了すると、制御部５１０は、レーザ装置１０のレーザＬ１に対する目標波長λｔと目標パルスエネルギーＰｔとを送信してもよい。目標パルスエネルギーＰｔは、アライメント調整で使用したパルスエネルギーＰと同等であってもよい。レーザ装置１０は、出力するレーザ光Ｌ１の波長およびパルスエネルギーが、受信した目標波長λｔおよび目標パルスエネルギーＰｔとなるように、レーザ光Ｌ１を出力してもよい。制御部１０は、エネルギーセンサ５１２で検出されたパルスエネルギーに基づいて、レーザ装置１０が出力するレーザ光Ｌ１のパルスエネルギーをフィードバック制御してもよい。このとき、イメージセンサ５１３で検出された干渉縞のイメージデータから、レーザ光Ｌ１の波長を計測することも可能であってよい。このため、制御部１０は、イメージセンサ５１３で検出された干渉縞のイメージデータに基づいて、レーザ装置１０が出力するレーザ光Ｌ１の波長をフィードバック制御してもよい。これにより、ウエハステージ１３０上のウエハに塗布されたレジストに、目的のラインアンドスペースを形成することが可能となる。
【００９１】
７．３  作用
実施の形態５によれば、イメージセンサ５１３に形成される干渉縞に基づいて、２光束干渉装置５００のアライメントを調節することが可能である。その他の構成、動作および作用は、上述した実施の形態１〜３のいずれかと同様であってもよい。
【００９２】
８．パターン方向を変更可能な２光束干渉露光システム（実施の形態６）
つぎに、本開示の実施の形態６にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【００９３】
８．１  構成
図２２は、実施の形態６にかかる２光束干渉露光システム６の構成を概略的に示す。図２３は、図２２に示される透過型グレーティング６２２によって回折した±１次回折光Ｌ２ｅおよびＬ２ｆの光路を示す。
【００９４】
図２２に示されるように、２光束干渉露光システム６は、図１７に示される２光束干渉露光システム５と同様の構成を備えてもよい。ただし、２光束干渉露光システム６では、ビームスプリッタ１２２が透過型グレーティング６２２に置き換えられてもよい。また、２光束干渉露光システム６は、ビームスプリッタ６１３と、イメージセンサ６１４と、回転ステージ６２１とをさらに備えてもよい。さらに、２光束干渉露光システム６は、高反射ミラー６２４および６２５と、アクチュエータ６３４および６３５を備えてもよい。
【００９５】
レーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌ１は、ビーム調節器１１０を介してレーザ光Ｌ２として高反射ミラー１２１に入射してもよい。高反射ミラー１２１は、入射したレーザ光Ｌ２を、透過型グレーティング６２２に向けて反射してもよい。高反射ミラー１２１と透過型グレーティング６２２との間の光路上には、ビームスプリッタ５２１および６１３が配置されてもよい。エネルギーセンサ５１２は、ビームスプリッタ５２１で分岐されたレーザ光Ｌ２ｃのパルスエネルギーを検出してもよい。
【００９６】
透過型グレーティング６２２の溝の深さは、入射したレーザ光Ｌ２のたとえば＋１次回折光と−１次回折光とが他の回折光よりも強く干渉するように設計されていてもよい。図２２および図２３に示されるように、透過型グレーティング６２２から出射された＋１次回折光Ｌ２ｅは、たとえば高反射ミラー１２４で反射されてウエハ１３１に入射してもよい。一方、透過型グレーティング６２２から出射された−１次回折光Ｌ２ｆは、たとえば高反射ミラー１２５で反射されてウエハ１３１に入射してもよい。これにより、ウエハ１３１上に＋１次回折光Ｌ２ｅと−１次回折光Ｌ２ｆとによる干渉縞が形成されてもよい。
【００９７】
回転ステージ６２１は、レーザ光Ｌ２の光軸と垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）内で、透過型グレーティング６２２を回転してもよい。たとえば透過型グレーティング６２２を９０°回転することで、±１次回折光Ｌ２ｅおよびＬ２ｆの出射方向がＸ−Ｙ平面内で９０°回転してもよい。これにより、図２２および図２３に示されるように、透過型グレーティング６２２から出射された＋１次回折光Ｌ２ｅは、たとえば高反射ミラー６２４で反射されてウエハ１３１に入射してもよい。一方、透過型グレーティング６２２から出射された−１次回折光Ｌ２ｆは、たとえば高反射ミラー６２５で反射されてウエハ１３１に入射してもよい。その結果、ウエハ１３１上に形成される干渉縞は、透過型グレーティング６２２を９０°回転する前に対してＸ−Ｙ平面内で９０°回転した干渉縞となってもよい。これにより、ウエハ１３１に形成するラインアンドスペースの配列方向を変更することが可能となってもよい。
【００９８】
また、図２２に示されるように、ウエハ１３１で反射された＋１次回折光Ｌ２ｅは、高反射ミラー１２５または６２５で反射されて、再び透過型グレーティング６２２に入射してもよい。同様に、ウエハ１３１で反射された−１次回折光Ｌ２ｆは、高反射ミラー１２４または６２４で反射されて、再び透過型グレーティング６２２に入射してもよい。ウエハ１３１を経由して透過型グレーティング６２２に入射した±１次回折光Ｌ２ｅおよびＬ２ｆの回折光Ｌ２ｇは、ビームスプリッタ６１３へ向けて出射されてもよい。ビームスプリッタ６１３は、回折光Ｌ２ｇの一部をイメージセンサ６１４へ向けて反射してもよい。イメージセンサ６１４は、回折光Ｌ２ｇが形成する干渉縞のイメージデータを計測してもよい。また、イメージセンサ６１４は、計測したイメージデータを制御部５１０に出力してもよい。制御部５１０は、入力されたイメージデータを用いて、２光束干渉装置６００のアライメントを調整してもよい。本実施形態のコントラストの数値の目標値の一例としては、図１２で説明したようにレーザ光路上に２つのピンホールを設置した場合、ピンホール間隔Ｄ＝１ｍｍのとき１０％以上であってもよい。
【００９９】
８．２  作用
実施の形態６によれば、ウエハ１３１に形成するラインアンドスペースの配列方向を容易に変更することが可能である。その他の構成、動作および作用は、上述した実施の形態１〜５のいずれかと同様であってもよい。
【０１００】
９．光学リターダを備えた２光束干渉露光システム（実施の形態７）
つぎに、本開示の実施の形態７にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【０１０１】
９．１  構成
図２４は、実施の形態７にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。図２４に示されるように、２光束干渉露光システム７は、図２２に示される２光束干渉露光システム６と同様の構成に加え、光学リターダ７１０を備えてもよい。光学リターダ７１０は、レーザ装置１０とビーム調節器１１０との間の光路上に配置されてもよい。ただし、これに限定されない。たとえば、光学リターダ７１０は、ビーム調節器１１０と高反射ミラー１２１との間の光路上や、高反射ミラー１２１と透過型グレーティング６２２との間の光路上に配置されてもよい。
【０１０２】
光学リターダ７１０は、レーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌ１の偏光方向を、レーザ光Ｌ１の光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。光学リターダ７１０は、不図示の回転機構を備えてもよい。この回転機構は、制御部５１０からの制御にしたがって、光学リターダ７１０を、レーザ光Ｌ１の光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。これにより、光学リターダ７１０を透過したレーザ光Ｌ１ｒの偏光方向が、レーザ光Ｌ１の光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。
【０１０３】
９．１．１  光学リターダの例
図２５は、光学リターダ７１０の一例を示す。図２５に示されるように、光学リターダ７１０は、λ／２波長板であってもよい。その場合、光学リターダ７１０の光学軸Ａｒとレーザ光Ｌ１の偏光方向Ｄ１とのなす角度がαであるとすると、出射するレーザ光Ｌ１ｒの偏光方向Ｄ１ｒのレーザ光Ｌ１の偏光方向Ｄ１に対する角度は２αとなり得る。
【０１０４】
そこで、不図示の回転機構は、制御部５１０からの制御の下、レーザ光Ｌ１の光軸を中心とした回転方向の光学リターダ７１０の回転角度αを調節してもよい。これにより、光学リターダ７１０を透過したレーザ光Ｌ１ｒの偏光方向を所望の方向に調節し得る。たとえばレーザ光Ｌ１の偏光方向Ｄ１に対する光学リターダ７１０の光学軸Ａｒがなす角度が４５°に調節された場合、レーザ光Ｌ１ｒの偏光方向Ｄ１ｒがレーザ光Ｌ１の偏光方向Ｄ１に対して９０°回転し得る。
【０１０５】
９．２  動作
制御部５１０は、ウエハ１３１に形成するラインアンドスペースの配列方向を変更する場合、配列方向の変化に合わせてレーザ光Ｌ１の偏光方向が回転するように、不図示の回転機構を制御して光学リターダ７１０を回転させてもよい。制御部５１０は、たとえばラインアンドスペースの配列方向が９０°変更するように回転ステージ６２１を制御して透過型グレーティング６２２を回転させた場合、これに伴って、レーザ光Ｌ１の偏光方向が光軸を中心として９０°回転するように、不図示の回転機構を制御してレーザ光Ｌ１の偏光方向を回転させてもよい。
【０１０６】
９．３  作用
実施の形態７のように、ウエハ１３１に形成するラインアンドスペースの配列方向に合わせてレーザ光Ｌ１の偏光方向を回転させることで、ウエハ１３１に形成されるラインアンドスペースのコントラストをより高くすることが可能となる。
【０１０７】
１０．ビーム回転機構を備えた２光束干渉露光システム（実施の形態８）
つぎに、本開示の実施の形態８にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【０１０８】
１０．１  構成
図２６は、実施の形態８にかかる２光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。図２６に示されるように、２光束干渉露光システム８は、図２２に示される２光束干渉露光システム６と同様の構成に加え、ビーム回転機構８１０を備えてもよい。ビーム回転機構８１０は、ビーム調節器１１０と高反射ミラー１２１との間の光路上に配置されてもよい。ただし、これに限定されない。たとえば、ビーム回転機構８１０は、レーザ装置１０とビーム調節器１１０との間の光路上や、高反射ミラー１２１と透過型グレーティング６２２との間の光路上に配置されてもよい。
【０１０９】
ビーム回転機構８１０は、ビーム調節器１１０から出射したレーザ光Ｌ２ｐの光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。その場合、レーザ光Ｌ２ｐの所定位置のビーム断面に着目すればその断面が、レーザ光Ｌ２ｐの光軸を中心として回転する。この際、ビーム回転機構８１０は、レーザ光Ｌ２ｐの偏光方向も供に、レーザ光Ｌ２ｐの光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。ビーム回転機構８１０は、不図示の回転機構を備えてもよい。この回転機構は、制御部５１０からの制御にしたがって、ビーム回転機構８１０を、レーザ光Ｌ２ｐの光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。これにより、ビーム回転機構８１０を透過したレーザ光Ｌ２のビーム断面（偏光方向を含んでもよい）が、レーザ光Ｌ２ｐの光軸を中心とした回転方向に回転してもよい。
【０１１０】
１０．１．１  ビーム回転機構の例
図２７は、第１例によるビーム回転機構８１０の構成を概略的に示す。図２８は、図２７に示されるビーム回転機構８１０の斜視図を示す。ただし、図２８では、図２７に示される構成の一部の図示が省略されている。
【０１１１】
図２７および図２８に示されるように、ビーム回転機構８１０は、高反射ミラー８１４、８１６および８１８と、ミラーホルダ８１５、８１７および８１９と、回転プレート８１３と、回転機構８１２と、ドライバ８１１とを含んでもよい。高反射ミラー８１４、８１６および８１８は、それぞれミラーホルダ８１５、８１７および８１９を介して、回転プレート８１３に固定されていてもよい。
【０１１２】
ビーム調節器１１０から出射したレーザ光Ｌ２ｐは、高反射ミラー８１４に入射してもよい。高反射ミラー８１４は、レーザ光Ｌ２ｐの光軸Ａｘに対し、回転プレート８１３の搭載面と平行な面内で傾いていてもよい。あるいは、高反射ミラー８１４の反射面は、回転プレート８１３の表面とほぼ直交し、且つレーザ光Ｌ２ｐの光軸Ａｘに対して傾いていてもよい。高反射ミラー８１４で反射したレーザ光Ｌ２ｐは、高反射ミラー８１６で反射され、さらに高反射ミラー８１８で反射されることで、レーザ光Ｌ２としてビーム回転機構８１０から出射してもよい。なお、ビーム調節器８１０は、レーザ光Ｌ２ｐが回転プレート８１３の搭載面と平行に高反射ミラー８１４に入射するように配置されるとよい。
【０１１３】
３つの高反射ミラー８１４、８１６および８１８は、高反射ミラー８１８で反射されたレーザ光Ｌ２の光軸が高反射ミラー８１４に入射するレーザ光Ｌ２ｐの光軸Ａｘの延長線と一致するように、回転プレート８１３の搭載面に固定されてもよい。回転機構８１２は、回転プレート８１３を、光軸Ａｘを中心として回転させてもよい。この構成によれば、回転プレート８１３を光軸Ａｘを中心に角度θ回転させた場合、レーザ光Ｌ２のビーム断面が、レーザ光Ｌ２ｐのビーム断面に対して、２倍の２θ回転し得る。たとえば回転プレート８１３を光軸Ａｘを中心に４５°回転させた場合、レーザ光Ｌ２のビーム断面は、レーザ光Ｌ２ｐのビーム断面に対して、９０°回転し得る。この際、レーザ光Ｌ２の偏光方向も一緒に回転してもよい。
【０１１４】
１０．２  動作
回転機構８１２は、ドライバ８１１からの駆動信号に応じて回転プレート８１３を回転させてもよい。ドライバ８１１は、制御部５１０からの制御にしたがって駆動信号を回転機構８１２に出力してもよい。すなわち、回転機構８１２による回転プレート８１３の回転角度は、制御部５１０によって制御されてもよい。
【０１１５】
１０．３  作用
実施の形態８のように、レーザ光Ｌ２のビーム断面を回転させることで、ウエハ１３１に形成するラインアンドスペースの配列方向に合わせてレーザ光Ｌ２の空間的コヒーレンスを調節することが可能となる。これにより、ウエハ１３１に形成されるラインアンドスペースのコントラストをより高くすることが可能となる。この際、レーザＬ２の偏光方向も回転させることで、ラインアンドスペースのコントラストをさらに高くすることが可能となる。
【０１１６】
１０．４  ビーム回転機構の変形例
また、図２７および図２８に示されるビーム回転機構８１０の代わりに、図２９に示される第２例によるビーム回転機構８１０Ａを用いることも可能である。
【０１１７】
図２９に示されるビーム回転機構８１０Ａは、ダブプリズムを用いて構成されてもよい。一例として、ダブプリズムへ光が入射する面ＳＳ１およびその光がダブプリズムから出射する面ＳＳ３は、底面ＳＳ２に対して鋭角に傾斜してもよい。光が入射する面ＳＳ１が高反射ミラー８１４に相当し、出射する面ＳＳ３が高反射ミラー８１８に相当し、底面ＳＳ２が高反射ミラー８１６に相当し得る。したがって、ダブプリズムの光が出射する面ＳＳ３から出射したレーザ光Ｌ２の光軸は、光が入射する面ＳＳ１に入射したレーザ光Ｌ２ｐの光軸Ａｘと実質的に一致しているとよい。
【０１１８】
ビーム回転機構８１０Ａは、ビーム回転機構８１０と同様に、回転機構８１２およびドライバ８１１を含んでもよい。また、ビーム回転機構８１０Ａは、回転プレート８１３を更に含み、ダブプリズムは回転プレート８１３に設置されてもよい。ただしこの限りではなく、ダブプリズムは回転プレート８１３の代わりにホルダ等に設置されてもよい。この場合、回転機構８１２はホルダを介してダブプリズムを回転させるようにしてもよい。回転機構８１２は、ビーム回転機構８１０Ａを、光軸Ａｘを中心として回転させてもよい。この構成によれば、ビーム回転機構８１０Ａを光軸Ａｘを中心に角度θ回転させた場合、レーザ光Ｌ２のビーム断面が、レーザ光Ｌ２ｐのビーム断面に対して、２倍の２θ回転し得る。たとえば回転プレート８１３を光軸Ａｘを中心に４５°回転させた場合、レーザ光Ｌ２のビーム断面は、レーザ光Ｌ２ｐのビーム断面に対して、９０°回転し得る。この際、偏光方向も一緒に回転してもよい。
【０１１９】
１１．４光束干渉露光システム（実施の形態９）
つぎに、本開示の実施の形態９にかかる４光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【０１２０】
光束を干渉させてパターンを形成する干渉露光システムは、２つの光束に限らず、たとえば４つの光束を干渉させるものであってもよい。この際、４つのうち２つの光束を干渉させる方向と、残りの２つの光束を干渉させる方向とをたとえば９０°異なるようにすることで、グリッドパターンをウエハ１３１上に形成することが可能となる。なお、グリッドパターンとは、四角形のパターンが２次元配列したパターンであってもよい。
【０１２１】
１１．１  構成
図３０は、実施の形態９にかかる４光束干渉露光システムの構成を概略的に示す。図３０に示されるように、４光束干渉露光システム９は、図２２に示される２光束干渉露光システム６と同様の構成において、透過型グレーティング６２２がグリッド型グレーティング９２２に置き換えられた構成を備えてもよい。グリッド型グレーティング９２２は、透過型グレーティング６２２と同様、レーザ光Ｌ２を回折させて透過し得る透過型グレーティングであってもよいし、反射型グレーティングであってもよい。また、回転ステージ６２１については、必要に応じて設けられてもよいが、設けられなくてもよい。
【０１２２】
１１．２  動作
図３１は、図３０に示されるグリッド型グレーティング９２２によって回折した±１次回折光Ｌ２ｈの光路を示す。なお、図３１では、＋１次回折光と−１次回折光とを区別しない。図３１に示されるように、グリッド型グレーティング９２２には、格子状の溝が形成されていてもよい。溝の深さは、入射したレーザ光Ｌ２のたとえば＋１次回折光と−１次回折光とが他の回折光よりも強く干渉するように設計されていてもよい。グリッド型グレーティング９２２は、入射したレーザ光Ｌ２の±１次回折光Ｌ２ｈを、図３１の座標系における＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向および−Ｙ方向それぞれに出射し得る。これらの±１次回折光Ｌ２ｈは、高反射ミラー１２４、１２５、６２４および６２５を経由して、ウエハ１３１に入射し得る。その結果、高反射ミラー１２４および１２５を経由した±１次回折光Ｌ２ｈによる干渉縞と、高反射ミラー６２４および６２５を経由した±１次回折光Ｌ２ｈによる干渉縞とが重なり合った干渉縞が、ウエハ１３１上に形成され得る。この重ね合わせの結果によるパターン形状が、実質的にグリッド状となってもよい。
【０１２３】
１１．３  作用
このように、ラインアンドスペースの配列方向が互いに異なる２つの干渉縞をウエハ１３１上で重ね合わせることで、グリッドパターンをウエハ１３１上に形成することが可能となる。なお、重ね合わせる干渉縞の数は２つに限られない。３つ以上の干渉縞をウエハ１３１上に重ねることで、多様な形状のパターンを形成することが可能である。
【０１２４】
１２．コヒーレンス可変機構を備えるレーザ装置を用いた２光束干渉露光システム（実施の形態１０）
つぎに、本開示の実施の形態１０にかかる２光束干渉露光システムを、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施の形態に、本開示の他の構成を組み合わせてもよい。
【０１２５】
１２．１  構成
図３２は、実施の形態１０にかかる２光束干渉露光システム１１の構成を概略的に示す。図３２に示されるように、２光束干渉露光システム１１では、ウエハ１３１の代わりに、露光面に反射型のグレーティングが形成されたテストウエハ１３１Ａが用いられてもよい。この２光束干渉露光システム１１は、レーザ装置１０の代わりに、コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置１１１０を備えてもよい。また、２光束干渉露光システム１１は、テストウエハ１３１Ａによる回折光Ｌ２ｊによって形成される干渉縞をモニタするイメージセンサ１１５０を備えてもよい。回転ステージ６２１については、必要に応じて設けられてもよいが、設けられなくてもよい。
【０１２６】
レーザ装置１１１０は、レーザコントローラ１１４０と、レーザ出力部１１２０と、コヒーレンス可変機構１１３０とを含んでもよい。コヒーレンス可変機構１１３０は、レーザ出力部１１２０の内部に組み込まれてもよい。なお、コヒーレンス可変機構については後述にて詳細を説明する。
【０１２７】
イメージセンサ１１５０は、テストウエハ１３１Ａで回折したレーザ光Ｌ２ｅおよびＬ２ｆの±１次回折光Ｌ２ｊの出射方向に配置されてもよい。このイメージセンサ１１５０は、たとえばＣＣＤカメラであってもよい。
【０１２８】
１２．２  動作
レーザ出力部１１２０は、レーザコントローラ１１４０からの制御にしたがってレーザ光Ｌ１を出力してもよい。レーザコントローラ１１４０は、制御部５１０からの命令にしたがって、コヒーレンス可変機構１１３０を制御してもよい。それにより、空間的コヒーレンスが調節されたレーザ光Ｌ１が、レーザ装置１１１０から出力され得る。
【０１２９】
レーザ装置１１１０から出力されたレーザ光Ｌ１は、ビーム調節器１１０、高反射ミラー１２１、ビームスプリッタ５２１および６１３を経由して、透過型グレーティング６２２に入射してもよい。透過型グレーティング６２２から出射したレーザ光Ｌ２の＋１次回折光Ｌ２ｅおよび−１次回折光Ｌ２ｆは、それぞれ高反射ミラー１２４および１２５を経由して、テストウエハ１３１Ａに入射してもよい。テストウエハ１３１Ａで回折された回折光Ｌ２ｅおよびＬ２ｆの±１次回折光Ｌ２ｊは、イメージセンサ１１５０に入射してもよい。イメージセンサ１１５０は、±１次回折光Ｌ２ｊによって受光面上に形成される干渉縞を撮像してイメージデータを生成してもよい。イメージデータは、制御部５１０に出力されてもよい。制御部５１０は、イメージセンサ１１５０から入力されたイメージデータに基づいて、高反射ミラー１２４および１２５およびステージ移動機構５３０を制御してもよい。それにより、２光束干渉装置１１００のアライメントが調整され得る。また、制御部５１０は、このアライメント調整中に、必要に応じてコヒーレンス可変機構１１３０を制御してもよい。
【０１３０】
１２．２．１  フローチャート
図３３は、コヒーレンス可変機構を用いたアライメント調整動作を示す。図３３に示されるように、アライメント調整動作では、まず、制御部５１０は、不図示の搬送機構等を用いて、ウエハステージ１３０上にテストウエハ１３１Ａをセットしてもよい（ステップＳ２０１）。なお、ウエハステージ１３０へのテストウエハ１３１Ａのセットは、手作業により行われてもよい。
【０１３１】
つぎに、制御部５１０は、レーザ装置１１１０にレーザ発振の初期条件を設定してもよい（ステップＳ２０２）。この初期条件には、たとえば、発振波長λ（＝λｍｉｎ）、パルスエネルギーＰ（＝Ｐ０）、空間的コヒーレンスＣＬ（＝ＣＬｍａｘ）、および空間的コヒーレンス下限値ＣＬｍｉｎが含まれていてもよい。レーザ装置１１１０のレーザコントローラ１１４０は、制御部５１０から初期条件を入力されると、これに基づいてレーザ出力部１１２０に与える電流波形や、コヒーレンス可変機構１１３０のアライメントを設定してもよい。
【０１３２】
つぎに、制御部５１０は、発振トリガをレーザ装置１１１０に出力してもよい（ステップＳ２０３）。これに対し、レーザ装置１１１０は、発振トリガが入力されると、レーザ出力部１１２０を駆動してレーザ光Ｌ１を出力してもよい。つぎに、制御部５１０は、レーザ光Ｌ２が検出されるまで待機してもよい（ステップＳ２０４；ＮＯ）。なお、レーザ光Ｌ２の検出は、たとえばエネルギーセンサ５１２で検出されたエネルギー値に基づいて実行されてもよい。
【０１３３】
レーザ光Ｌ２が検出されると（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、制御部５１０は、イメージセンサ１１５０からイメージデータを入力してもよい（ステップＳ２０５）。つぎに、制御部５１０は、入力されたイメージデータを解析し、この結果に基づいて、高反射ミラー１２４および１２５のアクチュエータ５１４および５１５、ならびにステージ移動機構５３０を駆動して、光学的なアライメントを粗調整してもよい（ステップＳ２０６）。このアライメント粗調整は、たとえばイメージデータにおける＋１次回折光Ｌ２ｅが検出される領域と−１次回折光Ｌ２ｆが検出される領域との重なりが大きくなるように、アクチュエータ５１４、５１５、およびにステージ移動機構５３０を駆動する制御であってもよい。＋１次回折光Ｌ２ｅが検出される領域と−１次回折光Ｌ２ｆが検出される領域とは、たとえばアクチュエータ５１４を駆動した場合に移動する領域が＋１次回折光Ｌ２ｅの検出領域と認識して区別するようにしてもよい。また、このアライメント粗調整は、イメージデータにおける＋１次回折光Ｌ２ｅの検出領域と−１次回折光Ｌ２ｆの検出領域との重なりが最も大きくなるまでくり返されてもよい。
【０１３４】
２光束干渉装置１１００のアライメント粗調整が完了すると、つぎに制御部５１０は、発振トリガをレーザ装置１１１０に出力してもよい（ステップＳ２０７）。つぎに、制御部５１０は、レーザ光Ｌ２が検出されるまで待機してもよい（ステップＳ２０８；ＮＯ）。レーザ光Ｌ２が検出されると（ステップＳ２０８；ＹＥＳ）、制御部５１０は、イメージセンサ１１５０からイメージデータを入力してもよい（ステップＳ２０９）。つぎに、制御部５１０は、入力されたイメージデータから各ピクセル（ｘ，ｙ）の光強度Ｉλ（ｘ，ｙ）を検出してもよい（ステップＳ２１０）。また、制御部５１０は、現在、コヒーレンス可変機構１１３０に設定されている空間的コヒーレンスＣＬに対応付けて、検出したピクセルごとの光強度Ｉλ（ｘ，ｙ）を、不図示のメモリ等に保存してもよい（ステップＳ２１１）。
【０１３５】
つぎに、制御部５１０は、保存された各ピクセルにおける光強度分布から、イメージセンサ１１５０でモニタされた干渉縞のコントラストＣｍを計算してもよい（ステップＳ２１２）。なお、コントラストＣｍについて、後述においてその定義を示す。
【０１３６】
つぎに、制御部５１０は、算出されたコントラストＣｍが最大値となったか否かを判定してもよい（ステップＳ２１３）。コントラストＣｍが最大値で無い場合（ステップＳ２１３；ＮＯ）、制御部５１０は、コントラストＣｍが大きくなるように、高反射ミラー１２４および１２５のアクチュエータ５１４および５１５、ならびにステージ移動機構５３０を駆動して、光学的なアライメントを調整してもよい（ステップＳ２１４）。その後、制御部５１０は、ステップＳ２０７へリターンし、調整後のコントラストＣｍを算出してもよい。
【０１３７】
一方、コントラストＣｍが最大値となった場合（ステップＳ２１３；ＹＥＳ）、制御部５１０は、次にレーザ装置１１１０に設定する空間的コヒーレンスＣＬ（＝ＣＬ−ΔＣＬ）を取得してもよい（ステップＳ２１５）。次に設定される空間的コヒーレンスＣＬは、現在の空間的コヒーレンスＣＬに、予め定めておいたステップ幅ΔＣＬを引き算することで求められてもよい。ただし、これに限らず、たとえば計測に用いられる空間的コヒーレンスＣＬのテーブルが予め不図示のメモリ等に保存されていてもよい。
【０１３８】
つぎに、制御部５１０は、次の空間的コヒーレンスＣＬが、コヒーレンス可変機構１１３０に設定可能な空間的コヒーレンスの最小値ＣＬｍｉｎ以下となったか否かを判定してもよい（ステップＳ２１６）。空間的コヒーレンスＣＬが最小値ＣＬｍｉｎよりも大きい場合（ステップＳ２１６；ＮＯ）、制御部５１０は、次の空間的コヒーレンスＣＬをレーザ装置１１１０に設定してもよい（ステップＳ２１７）。その後、制御部５１０は、ステップＳ２０７へリターンして、空間的コヒーレンスＣＬが最小値ＣＬｍｉｎ以下となるまで、以降の動作をくり返してもよい。一方、空間的コヒーレンスＣＬが最小値ＣＬｍｉｎ以下である場合（ステップＳ２１６；ＹＥＳ）、制御部５１０は、本動作を終了してもよい。なお、本動作において空間的コヒーレンスＣＬの代わりに、時間的コヒーレンスを利用してもよい。
【０１３９】
１２．３  作用
上記した実施の形態１０によれば、２光束干渉装置１１００の光学的なアライメントを高精度に調整することが可能となる。その結果、高精度なラインアンドスペースパターンをウエハ１３１に形成することが可能となる。
【０１４０】
１３．レーザ装置のバリエーション
つぎに、上述した実施の形態におけるレーザ装置の他の例を、以下にいくつか説明する。
【０１４１】
１３．１  ＭＯＰＡ方式
図３４は、ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式のレーザ装置２０Ａの一例を示す。図３４に示されるように、レーザ装置２０Ａは、マスタオシレータ２０ａと、増幅装置２０ｂとを備えてもよい。マスタオシレータ２０ａと増幅装置２０ｂとの間には、マスタオシレータ２０ａから出力されたレーザ光を増幅装置２０ｂへ導く光学系として、高反射ミラー５１および５２が配置されてもよい。
【０１４２】
マスタオシレータ２０ａは、上述したエキシマレーザ装置２０と同様の構成であってもよい。増幅装置２０ｂは、マスタオシレータ２０ａから出力されたレーザ光を増幅してもよい。増幅装置２０ｂは、レーザチャンバ６２と、ウィンドウ６１および６３と、一対の励起電極６２ａおよび６２ｂとを備えてもよい。励起電極６２ａおよび６２ｂの間には、放電領域６２ｃが形成されてもよい。
【０１４３】
ウィンドウ６１および６３は、光学系を介して入力されたレーザ光の光軸に対してブリュースター角で傾くように配置されていてもよい。ウィンドウ６１および６３のレーザ光に対する傾きの方向は、マスタオシレータ２０ａ内の増幅部３０におけるウィンドウ３１および３３と同じであるとよい。たとえばウィンドウ３１および３３がレーザ光に対してＸ方向に傾いている場合、ウィンドウ６１および６３もレーザ光に対してＸ方向に傾いているとよい。このような配置の組み合わせにより、レーザ装置２０Ａから出力されるレーザ光Ｌ４の直線偏光方向を実質的にたとえばＸ方向とすることができる。
【０１４４】
レーザチャンバ６２の内部は、レーザ媒質としてのエキシマガスが満たされていてもよい。エキシマガスには、ＫｒガスとＦ２ガスとを含む混合ガスや、ＡｒガスとＦ２ガスを含む混合ガスなど、種々のレーザガスを適用することができる。励起電極６２ａおよび６２ｂには、不図示のコントローラからの制御の下で、不図示の電源から励起電力が供給されてもよい。励起電力が供給されると放電が発生し、励起電極６２ａおよび６２ｂの間に放電領域６２ｃが形成されてもよい。放電領域６２ｃを通過するレーザ光は増幅されてよい。
【０１４５】
以上のようなＭＯＰＡ方式のレーザ装置２０Ａを用いた場合、マスタオシレータ２０ａから出力されたレーザ光が増幅装置２０ｂによって光品位を維持した状態で増幅され得る。したがって、光品位に含まれる空間的コヒーレンス、時間的コヒーレンスおよび偏光方向はほとんど影響を受けることなく、レーザ光が増幅され得る。そのため、たとえば上述した実施の形態３において、ウエハ１３１上に形成される干渉縞の光強度をより高めることが可能となってもよい。なお、本例のようなＭＯＰＡ方式のレーザ装置は、マスタオシレータに固体オシレータを使用した場合に有利であってもよい。
【０１４６】
１３．２  ＭＯＰＯ方式
図３５は、ＭＯＰＯ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）方式のレーザ装置２０Ｂの一例を示す。図３５に示されるように、レーザ装置２０Ｂは、マスタオシレータ２０ａと、増幅装置２０ｃとを備えてもよい。増幅装置２０ｃは、図３４に示される増幅装置２０ｂと同様の構成に加え、レーザチャンバ６２を挟んでレーザ光の光路上に配置された一対の共振器ミラー６４および６５を備えてもよい。
【０１４７】
レーザ装置２０Ｂのように安定共振器を備えたＭＯＰＯ方式では、マスタオシレータ２０ａから出力されたレーザ光は、時間的コヒーレンスおよび偏光方向が維持されて増幅され得る。ただし、空間的コヒーレンスは、共振器の構成によって影響を受ける場合がある。たとえば、共振器がファブリペロ型の安定共振器の場合、空間的コヒーレンスは低くなり得る。ただし、Ｘ方向とＹ方向の空間的コヒーレンスを比較すると、Ｘ方向の空間的コヒーレンスは高くなり得る。したがって、２光束干渉装置へレーザ光Ｌ４Ｂを入射させる場合は、空間コヒーレンスの高い方向を利用してもよい。たとえば、図６で示されたレーザ装置２０が出力するレーザ光Ｌ４の座標系に合わせて、レーザ装置２０Ｂが出力するレーザ光Ｌ４Ｂを２光束干渉装置へ入射させるようにするとよい。
【０１４８】
１３．３  リング共振器を備えた増幅装置が用いられたレーザ装置
図３６および図３７は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いたレーザ装置２０Ｃの一例を示す。図３６はレーザ装置２０Ｃをレーザ光Ｌ４に対するＸ方向から見た図を示し、図３７はレーザ装置２０Ｃの増幅装置２０ｄをレーザ光Ｌ４に対するＹ方向から見た図を示す。
【０１４９】
図３６および図３７に示されるように、レーザ装置２０Ｃは、マスタオシレータ２０ａと増幅装置２０ｄとを備えてもよい。増幅装置２０ｄは、高反射ミラー６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂと、出力カプラ６７と、レーザチャンバ６２とを備えてもよい。高反射ミラー６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂと出力カプラ６７とは、レーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃをレーザ光が複数回通過するようにマルチパス光路を形成してもよい。出力カプラ６７は、部分反射ミラーであってもよい。レーザチャンバ６２は、高反射ミラー６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂと出力カプラ６７とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置２０ｄは、内部を進行するレーザ光のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。レーザチャンバ６２内には、放電領域６２ｃを満たすようにエキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒質は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０１５０】
上記の構成において、例えばマスタオシレータ２０ａから出力されたレーザ光は、高反射ミラー５１および５２を介して増幅装置２０ｄに入射してもよい。入射したレーザ光は、まず、高反射ミラー６６ａおよび６６ｂで反射された後、ウィンドウ６１を介してレーザチャンバ６２内に入射してもよい。レーザチャンバ６２内に入射したレーザ光は、電圧が印加された２つの励起電極６２ａおよび６２ｂ間の放電領域６２ｃを通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光は、ウィンドウ６３を介してレーザチャンバ６２から出射してもよい。出射したレーザ光は、高反射ミラー６８ａおよび６８ｂで反射されることで、ウィンドウ６３を介して再びレーザチャンバ６２内に入射してもよい。その後、レーザ光は、レーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃを通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光は、ウィンドウ６１を介してレーザチャンバ６２から出射してもよい。
【０１５１】
このようにレーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃを２回通過したレーザ光は、その後、その一部が出力カプラ６７を介して出力されてもよい。また、出力カプラ６７で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー６６ｂ、６８ａおよび６８ｂと出力カプラ６７とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
【０１５２】
レーザ装置２０Ｃのようなリング型共振器を備えた増幅装置２０ｄを用いた場合でも、２光束干渉露光システム３に入射する際、レーザ光Ｌ４のＸＹＺ方向を、たとえば図６で示したレーザ光Ｌ４のＸＹＺ方向と合わせるようにしてもよい。
【０１５３】
１３．４  不安定共振器を備えた増幅装置が用いられたレーザ装置
図３８は、不安定共振器を備えた増幅装置２０ｆが用いられたレーザ装置２０Ｄの一例を示す。図３８に示されるように、レーザ装置２０Ｄは、マスタオシレータ２０ｅと、増幅装置２０ｆとを備えてもよい。マスタオシレータ２０ｅは、マスタオシレータ２０ａと同様の構成に加え、光共振器内を往復するレーザ光の光路上に配置されたピンホール７１を備えてもよい。このピンホール７１を設けることで、マスタオシレータ２０ｅ内の横モード数が減少するため、Ｘ方向だけでなくＹ方向の空間的コヒーレンスが向上し得る。
【０１５４】
また、増幅装置２０ｆは、増幅装置２０ｂと同様の構成に加え、レーザチャンバ６２をレーザ光の光路上で挟む凸面高反射ミラー７２および凹面高反射ミラー７３とを備えてもよい。凸面高反射ミラー７２と凹面高反射ミラー７３とは、不安定共振器を形成してもよい。
【０１５５】
凹面高反射ミラー７３は、マスタオシレータ２０ｅから出力されたレーザ光を反射面とは反対側の面から通過させるための貫通孔を備えてもよい。この貫通孔は、反射面の略中央に形成されていてもよい。貫通孔を通過したレーザ光は、レーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃを通過することによって増幅されてもよい。増幅されたレーザ光は、凸面高反射ミラー７２で反射されることで、再びレーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃを通過してもよい。この際、レーザ光は、拡大光に変換されてもよい。この拡大光は、凹面高反射ミラー７３で反射されることで、再度、レーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃを通過してもよい。この際、拡大光は、コリメート光に変換されてもよい。その後、このコリメート光は、レーザ光Ｌ４として、増幅装置２０ｆから出力されてもよい。
【０１５６】
不安定共振器を備えたＭＯＰＯ方式によるレーザ装置２０Ｄから出力されるレーザ光Ｌ４は、時間的コヒーレンスおよび偏光方向はマスタオシレータ２０ｅから出力されたレーザ光と同等となり得るが、空間的コヒーレンスはマスタオシレータ２０ｅから出力されたレーザ光よりも高なり得る。そのため、たとえば上述した実施の形態３と比較して、空間的コヒーレンスが高くなり得る。その結果、２光束干渉装置３００での干渉縞のコントラストが高くなり得る。
【０１５７】
なお、図３８では、貫通孔を有する凹面高反射ミラー７３と凸面高反射ミラー７２とによる不安定共振器を例示したが、この例に限定されない。たとえば、部分反射膜がコーティングされた２つのミラーを用いて不安定共振器を構成してもよい。この場合、それぞれのミラーの曲率が不安定共振器を形成するように設計されているとよい。
【０１５８】
１３．５  固体レーザ装置
図３９は、固体レーザ装置２０Ｅの一例を示す。図３９に示されるように、固体レーザ装置２０Ｅは、マスタオシレータ８０と、ポンピングレーザ８６と、増幅部８７と、波長変換部９０とを備えてもよい。また、固体レーザ装置２０Ｅは、ビームスプリッタ５３と、波長検出器８８と、レーザ制御部８９とが付随していてもよい。
【０１５９】
マスタオシレータ８０は、たとえばチタンサファイアレーザであってもよい。マスタオシレータ８０は、グレーティング８１と、ビームエキスパンダ８３と、チタンサファイア結晶８４と、出力結合ミラー８５とを含んでもよい。グレーティング８１は、回転可能な回転テーブル８２に固定されていてもよい。チタンサファイア結晶８４には、ポンピングレーザ８６から励起光Ｌｐが供給されてもよい。これにより、マスタオシレータ８０がシングル縦モードでレーザ発振してもよい。マスタオシレータ８０から出力されるレーザ光の波長は、たとえば７７３．６ｎｍであってもよい。
【０１６０】
マスタオシレータ８０から出力されたレーザ光は、高反射ミラー５１および５２などの光学系を経由して、増幅部８７に入力されてもよい。増幅部８７は、たとえばチタンサファイア結晶を含んでいてもよい。また、増幅部８７は、パワーオシレータであっても、パワー増幅器であってもよい。増幅部８７には、ポンピングレーザ８６から励起光Ｌｐが供給されてもよい。これにより、増幅部８７を通過するレーザ光が増幅されてもよい。なお、ポンピングレーザ８６は、マスタオシレータ８０とは別個に設置されたポンピングレーザであってもよい。
【０１６１】
増幅部８７から出力されたレーザ光は、波長変換部９０に入射してもよい。波長変換部９０は、入射レーザ光を基本波とした高調波光を生成することで、レーザ光の波長を変換してもよい。
【０１６２】
波長変換部９０から出力されたレーザ光は、そのまま２光束干渉装置に入力されてもよいし、ＡｒＦ／ＫｒＦエキシマレーザによる、パワーオシレータや、パワー増幅器などによって増幅された後に、２光束干渉装置に入力されてもよい。
【０１６３】
また、波長変換部９０から出力されたレーザ光はビームスプリッタ５３によって分岐されてもよい。波長検出器８８は、分岐されたレーザ光の波長を検出してもよい。検出された波長データは、レーザ制御部８９に入力されてもよい。レーザ制御部８９は、波長検出器８８から入力された波長データが示す波長が制御部５１０から指定された発振波長λとなるように、マスタオシレータ８０の回転テーブル８２を制御してもよい。
【０１６４】
１３．５．１  ＡｒＦエキシマレーザ用の波長変換部
図４０は、ＡｒＦエキシマレーザ用の波長変換部の一例を示す。図４０に示されるように、波長変換部９０Ａは、２つの非線形光学結晶９１および９２を含んでもよい。非線形光学結晶９１は、たとえばＬＢＯ結晶であってもよい。非線形光学結晶９２は、たとえばＫＢＢＦ結晶であってもよい。なお、非線形光学結晶９１には、ＬＢＯ結晶の代わりに、ＢＢＯ結晶などが用いられてもよい。
【０１６５】
非線形光学結晶９１は、入射したレーザ光Ｌ１ａ（波長７７３．６ｎｍ）を基本波とした第２高調波光（波長３８６．８ｎｍ）を発生してもよい。非線形光学結晶９２は、非線形光学結晶９１が発生した第２高調波光を基本波とした場合の２次高調波となる第４高調波光（波長１９３．４ｎｍ）を発生してもよい。この第４高調波光がレーザ光Ｌ１として出力されてもよい。
【０１６６】
１３．５．２  ＫｒＦエキシマレーザ用の波長変換部
図４１は、ＫｒＦエキシマレーザ用の波長変換部の一例を示す。図４１に示されるように、波長変換部９０Ｂは、２つの非線形光学結晶９３および９４を含んでもよい。非線形光学結晶９３は、たとえばＬＢＯ結晶であってもよい。非線形光学結晶９４は、たとえばＢＢＯ結晶であってもよい。なお、非線形光学結晶９３には、ＬＢＯ結晶の代わりに、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶などが用いられてもよい。また、非線形光学結晶９４には、ＢＢＯ結晶の代わりに、ＣＬＢＯ結晶などが用いられてもよい。
【０１６７】
非線形光学結晶９３は、入射したレーザ光Ｌ１ａ（波長７４５．２ｎｍ）を基本波とした第２高調波光（波長３７２．６ｎｍ）を発生してもよい。非線形光学結晶９４は、非線形光学結晶９３が発生した第２高調波光と非線形光学結晶９３を透過したレーザ光Ｌ１ａとの和周波となる第３高調波光（波長２４８．４ｎｍ）を発生してもよい。この第３高調波光がレーザ光Ｌ１として出力されてもよい。
【０１６８】
１３．６  固体シーダを用いたＦ２レーザ
上述した実施の形態におけるレーザ装置には、固体シーダを用いたＦ２レーザが用いられてもよい。以下、Ｆ２レーザ用の固体シーダの例を、いくつか挙げて説明する。
【０１６９】
１３．６．１  非線形光学結晶を用いた固体シーダ
図４２は、Ｆ２レーザ用の固体シーダを用いた紫外線レーザ装置１２００の一例を示す。図４２に示されるように、紫外線レーザ装置１２００は、ＹＬＦレーザ装置１２０２と、シングルモードチタンサファイアレーザ装置１２０４とを備えてもよい。また紫外線レーザ装置１２００は、チタンサファイア結晶を用いてレーザ光を増幅するマルチパス増幅器１２０６と、増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換部１２０８〜１２１１とを備えてもよい。なお、以下の説明では、シングルモードチタンサファイアレーザ装置を、チタンサファイアレーザ装置と略称する。
【０１７０】
ＹＬＦレーザ装置１２０２は、半導体レーザ装置１２０１によって励起され、波長１０５４．０ｎｍのレーザ光Ｌ２０を出力してもよい。ＹＬＦレーザ装置１２０２から出射したレーザ光Ｌ２０は、第２高調波発生器１２０３に入射し、波長５２７．０ｎｍのレーザ光Ｌ２１に変換されてもよい。
【０１７１】
第２高調波発生器１２０３から出射したレーザ光Ｌ２１は、チタンサファイアレーザ装置１２０４に入射し、これを励起してもよい。励起されたチタンサファイアレーザ装置１２０４は、波長７８８．１４５ｎｍのレーザ光Ｌ２２Ａを出力してもよい。レーザ光Ｌ２２Ａは、高い繰り返し周波数でパルス発振して得られたレーザ光でもよい。その波長は、狭帯域化された単一縦モードとなっていてもよい。
【０１７２】
チタンサファイアレーザ装置１２０４から出射したレーザ光Ｌ２２Ａは、ビームスプリッタ１２０５によって分岐されてもよい。ビームスプリッタ１２０７で反射されたレーザ光Ｌ２２Ａの一部は、波長検出器１２１４に入射してもよい。コントローラ１２１２は、波長検出器１２１４の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ２２Ａの波長が目標値（７８８．１４５ｎｍ）に保たれるように、波長制御部１２１３を介してチタンサファイアレーザ装置１２０４を制御してもよい。
【０１７３】
ビームスプリッタ１２０５を透過したレーザ光Ｌ２２Ａは、マルチパス増幅器１２０６に入射してもよい。マルチパス増幅器１２０６は、第２高調波発生器１２０３を出射したレーザ光Ｌ２１によって励起されてもよい。励起されたマルチパス増幅器１２０６は、チタンサファイアレーザ装置１２０４から出力されたレーザ光Ｌ２２Ａを、波長（７８８．１４５ｎｍ）及びスペクトル線幅を保ったまま増幅してもよい。
【０１７４】
増幅されたレーザ光Ｌ２２Ｂは、波長変換部１２０８に入射してもよい。波長変換部１２０８は、例えば、ＢＢＯ、ＬＢＯ、又はＣＬＢＯ等の非線形光学結晶を備えてもよい。この波長変換部１２０８は、２次の非線形光学効果によって、レーザ光Ｌ２２Ｂを波長３９４．０７３ｎｍのレーザ光Ｌ２３に変換してもよい。
【０１７５】
ここで、非線形光学結晶によって、波長がω１及びω２のレーザ光を、より短い波長ω３（ω１、ω２＞ω３）のレーザ光に変換する際の非線形光学効果について、簡単に説明する。図４３では、非線形光学結晶に入力される波長ω１のレーザ光の周波数を、周波数ν１、非線形光学結晶に入力される波長ω２のレーザ光の周波数を、周波数ν２、非線形光学結晶から出力される波長ω３のレーザ光の周波数を、周波数ν３として表す。図４３に示されるように、周波数ν１、ν２のレーザ光が非線形光学結晶に入射すると、それぞれのレーザ光の持つ光電界により、非線形光学結晶の屈折率に分極が発生し得る。その分極により、周波数ν１、ν２の和である周波数ν３（＝ν１＋ν２）のレーザ光が発生し得る。このとき、周波数ν３は周波数ν１，ν２よりも大きいため、波長ω３は、波長ω１，ω２よりも短くなり得る。また、例えば波長ω１＝ω２の場合には、周波数ν３は２・ν１となり、波長ω３は（１／２）・ω１となる。
【０１７６】
波長変換されたレーザ光Ｌ２３（波長３９４．０７３ｎｍ）、及び波長変換部１２０８を透過したレーザ光Ｌ２２Ｂ（波長７８８．１４５ｎｍ）は、波長変換部１２０９に入射してもよい。波長変換部１２０９は、波長変換部１２０８と同様の非線形光学結晶を備えてもよい。波長変換部１２０９は、レーザ光Ｌ２２Ｂ及びレーザ光Ｌ２３を波長変換し、波長２６２．７１５ｎｍのレーザ光Ｌ２４として出力してもよい。
【０１７７】
波長変換されたレーザ光Ｌ２４及び波長変換部１２０９を透過したレーザ光Ｌ２２Ｂ（波長７８８．１４５ｎｍ）は、波長変換部１２１０に入射してもよい。波長変換部１２１０は、波長変換部１２０９と同様の非線形光学結晶を備えてもよい。波長変換部１２１０は、レーザ光Ｌ２２Ｂ及びレーザ光Ｌ２４を波長変換し、波長１９７．０３６ｎｍのレーザ光Ｌ２５として出力してもよい。
【０１７８】
波長変換されたレーザ光Ｌ２５及びビームスプリッタ１２０７で分岐されたレーザ光Ｌ２２Ｂ（波長７８８．１４５ｎｍ）は、波長変換部１２１１に入射してもよい。波長変換部１２１１は、非線形光学効果を有するＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２（以下、ＫＢＢＦと言う）の結晶を備えていてもよい。ＫＢＢＦ結晶の波長変換の仕組みも、図４３で説明した非線形光学効果と同様であり、レーザ光Ｌ２２Ｂ及びレーザ光Ｌ２５を波長変換し、波長１５７．６２９ｎｍのレーザ光Ｌ２５として出力してもよい。ＫＢＢＦ結晶は、１５７ｎｍの光を一部透過するという特徴を有している。そのため、波長変換部１２１１からは、波長１５７．６２９ｎｍのレーザ光Ｌ１が出力され得る。
【０１７９】
１３．６．２  キセノンガスセルを用いた固体シーダ
図４４は、Ｆ２レーザ用の固体シーダを用いた紫外線レーザ装置１３００の他の一例を示す。図４４に示されるように、紫外線レーザ装置１３００は、ＹＬＦレーザ装置１２０２および１３０２と、シングルモードチタンサファイアレーザ装置１２０４および１３０４とを備えてもよい。また、紫外線レーザ装置１３００は、チタンサファイア結晶を用いてレーザ光を増幅するマルチパス増幅器１２０６および１３０６と、増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換部１２０８〜１２１１とを備えてもよい。なお、以下の説明では、シングルモードチタンサファイアレーザ装置を、チタンサファイアレーザ装置と略称する。
【０１８０】
ＹＬＦレーザ装置１２０２および１３０２は、それぞれ半導体レーザ装置１２０１および１３０１によって励起され、波長１０５４．０ｎｍのレーザ光Ｌ２０およびＬ３０を出力してもよい。ＹＬＦレーザ装置１２０２から出射したレーザ光Ｌ２０は、第２高調波発生器１２０３に入射し、波長５２７．０ｎｍのレーザ光Ｌ２１に変換されてもよい。一方、ＹＬＦレーザ装置１３０２から出射したレーザ光Ｌ３０は、第２高調波発生器１３０３に入射し、波長５２７．０ｎｍのレーザ光Ｌ３１に変換されてもよい。
【０１８１】
第２高調波発生器１２０３を出射したレーザ光Ｌ２１は、チタンサファイアレーザ装置１２０４に入射し、これを励起してもよい。励起されたチタンサファイアレーザ装置１２０４は、波長７６８．０４６ｎｍのレーザ光Ｌ２２Ａを出力してもよい。一方、第２高調波発生器１３０３を出射したレーザ光Ｌ３１は、チタンサファイアレーザ装置１３０４に入射し、これを励起してもよい。励起されたチタンサファイアレーザ装置１３０４は、波長６８１．１９０ｎｍのレーザ光Ｌ３２Ａを出力してもよい。レーザ光Ｌ２２ＡおよびＬ３２Ａは、いずれも高い繰り返し周波数でパルス発振して得られたレーザ光でもよい。その波長は、狭帯域化された単一縦モードとなっていてもよい。
【０１８２】
チタンサファイアレーザ装置１２０４から出射したレーザ光Ｌ２２Ａは、ビームスプリッタ１２０５によって分岐されてもよい。ビームスプリッタ１２０５で反射されたレーザ光Ｌ２２Ａの一部は、波長検出器１２１４に入射してもよい。コントローラ１２１２は、波長検出器１２１４の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ２２Ａの波長が目標値（７６８．０４６ｎｍ）に保たれるように、波長制御部１２１３を介してチタンサファイアレーザ装置１２０４を制御してもよい。また、チタンサファイアレーザ装置１３０４から出射したレーザ光Ｌ３２Ａは、ビームスプリッタ１３０５によって分岐されてもよい。ビームスプリッタ１３０５で反射されたレーザ光Ｌ３２Ａの一部は、波長検出器１３１４に入射してもよい。コントローラ１２１２は、波長検出器１３１４の検出結果に基づき、レーザ光Ｌ３２Ａの波長が目標値（６８１．１９０ｎｍ）に保たれるように、波長制御部１３１３を介してチタンサファイアレーザ装置１３０４を制御してもよい。
【０１８３】
ビームスプリッタ１２０５を透過したレーザ光Ｌ２２Ａは、マルチパス増幅器１２０６に入射してもよい。マルチパス増幅器１２０６は、第２高調波発生器１２０３を出射したレーザ光Ｌ２１によって励起されるチタンサファイア結晶を備えていてもよい。このマルチパス増幅器１２０６は、チタンサファイアレーザ装置１２０４から出力されたレーザ光Ｌ２２Ａを、波長（７６８．０４６ｎｍ）及びスペクトル線幅を保ったまま増幅してもよい。増幅されたレーザ光Ｌ２２Ｂは、波長変換部１２０８に入射してもよい。波長変換部１２０８は、例えば、ＢＢＯ、ＬＢＯ、又はＣＬＢＯ等の非線形光学結晶を備えてもよい。この波長変換部１２０８は、２次の非線形光学効果によって、レーザ光Ｌ２２Ｂを波長３８４．０２３ｎｍのレーザ光Ｌ２３に変換してもよい。波長変換されたレーザ光Ｌ２３（波長３８４．０２３ｎｍ）、及び波長変換部１２０８を透過したレーザ光Ｌ２２Ｂ（波長７６８．０４６ｎｍ）は、波長変換部１２０９に入射してもよい。波長変換部１２０９は、波長変換部１２０８と同様の非線形光学結晶を備えていてもよい。この波長変換部１２０９は、レーザ光Ｌ２２Ｂ及びレーザ光Ｌ２３を波長変換し、波長２５６．０１５ｎｍのレーザ光Ｌ２４として出力してもよい。
【０１８４】
ビームスプリッタ１３０５を透過したレーザ光Ｌ３２Ａは、マルチパス増幅器１３０６に入射してもよい。マルチパス増幅器１３０６は、第２高調波発生器１３０３から出射したレーザ光Ｌ２２によって励起されてもよい。このマルチパス増幅器１３０６は、レーザ光Ｌ３２Ａを、波長（６８１．１９０ｎｍ）及びスペクトル線幅を保ったまま増幅し、レーザ光Ｌ３２Ｂとして出射してもよい。波長２５６．０１５ｎｍのレーザ光Ｌ２４と、波長６８１．１９０ｎｍのレーザ光Ｌ３２Ｂとは、ダイクロイックミラー１３０７において合流し、波長変換部１２１１に入射してもよい。波長変換部１２１１は、内部にキセノンガスを封入したセルを備えていてもよい。波長変換部１２１１は、キセノンガスにおける２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果を利用して、レーザ光Ｌ３２Ｂ及びレーザ光Ｌ２４を波長変換し、波長１５７．６２９ｎｍのレーザ光Ｌ１として出力してもよい。
【０１８５】
１３．６．２．１  キセノンガスを用いた波長変換メカニズム
ここで、図４５を用いて、上記２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果について簡単に説明する。図４５においては、波長変換部１２１１に入力される波長２５６．０１５ｎｍのレーザ光Ｌ２４の周波数を周波数ν１、波長変換部１２１１に入力される波長６８１．１９０ｎｍのレーザ光Ｌ３２Ｂの周波数を周波数ν２、波長変換部１２１１から出力される波長１５７．６２９ｎｍのレーザ光Ｌ１の周波数を周波数ν３として表す。２光子共鳴４光波混合は、非線形光学媒質の原子（あるいは分子）を、レーザ光の２光子によってある共鳴線（励起準位）に共鳴させ得る。そして、他のレーザ光の光子を減算（差周波混合）、又は加算（和周波混合）して、異なる周波数のレーザ光を発生させ得る。本説明においては、図４５に示されるように、キセノンガスを周波数ν１のレーザ光の２光子によって共鳴線に共鳴させ、これに対して周波数ν２のレーザ光の光子を減算（差周波混合）し、周波数ν３のレーザ光を発生させている。このように、２光子共鳴４光波混合を利用することにより、２光子共鳴を利用しない場合の差周波混合あるいは和周波混合の波長の変換効率である約０．０００１％に比べて、約０．０１％と高効率にすることが可能となっている。
【０１８６】
尚、キセノン等の希ガスの代わりに、例えば、アルカリ金属蒸気等の金属ガスを用いた場合にも、２光子共鳴４光波混合を実現することができる。しかしながら、希ガスの場合には、金属ガスを発生させるための装置が不要であり、装置が簡単になる。また、希ガスは絶縁破壊の閾値が大きいため、レーザ光Ｌ２４およびＬ３２Ｂの強度を高くすることができ、高出力のレーザ光Ｌ１を得ることが可能である。また、他の希ガス（例えば、アルゴンやクリプトン）を用いて２光子共鳴４光波混合を行なうことも可能であるが、キセノンは、基底準位と励起準位の幅が希ガスの中で最も小さいため、希ガスの中では、キセノンの利用が最も好ましい。なお、２光子共鳴４光波混合の非線形光学効果の詳細な説明は、Ｔｕｎａｂｌｅ  ＶＵＶ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｔｗｏ−Ｐｈｏｔｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎ  Ｘｅｎｏｎ（ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．ＱＥ−１９，ＮＯ．２，ＦＥＢ  １９８３）に記載がある。
【０１８７】
１３．７  コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置
また、たとえば実施の形態１０において例示された、コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置は、以下のような構成としてもよい。
【０１８８】
１３．７．１  構成
図４６は、コヒーレンス可変機構を備えたレーザ装置の構成を概略的に示す側面図である。図４７は、図４６に示されるレーザ装置における増幅段レーザの構成を概略的に示す上視図である。
【０１８９】
図４６および図４７に示されるように、レーザ装置１１１０は、マスタオシレータ１１２０ａと、増幅装置１１２０ｂとを備えてもよい。マスタオシレータ１１２０ａは、たとえば図３５に示されるマスタオシレータ２０ａと同様の構成を備えてもよい。ただし、マスタオシレータ１１２０ａは、共振器内部の光路上に少なくとも２つのスリット１１２１および１１２２が配置されていてもよい。増幅装置１１２０ｂは、同様に、図３５に示される増幅装置２０ｃと同様の構成を備えてもよい。ただし、増幅装置１１２０ｂは、共振器内部の光路上に、少なくとも２つのスリット１１２３および１１２４と、コヒーレンス可変機構１１３０とを備えてもよい。
【０１９０】
また、レーザ装置１１１０は、ビームスプリッタ１１６１と、コヒーレンス計測器１１６０とをさらに備えてもよい。ビームスプリッタ１１６１は、増幅装置１１２０ｂから出力されたレーザ光Ｌ４の光路上に配置されてもよい。コヒーレンス計測器１１６０は、ビームスプリッタ１１６１で分岐されたレーザ光Ｌ４の光路上に配置され、入射したレーザ光Ｌ４のコヒーレンスを計測してもよい。また、コヒーレンス計測器１１６０は、計測したコヒーレンスをレーザコントローラ１１４０に出力してもよい。レーザコントローラ１１４０は、計測されたコヒーレンスに基づいて、コヒーレンス可変機構１１３０を調節してもよい。
【０１９１】
１３．７．１．１  コヒーレンス可変機構の例
ここで、コヒーレンス可変機構１１３０の構成について、一例を挙げて説明する。コヒーレンス可変機構１１３０は、レーザ光の波面を調節する波面調節器であってもよい。図４８は、波面調節器を用いたコヒーレンス可変機構の構成を概略的に示す上視図である。図４９は、図４８に示されるコヒーレンス可変機構の構成を概略的に示す側面図である。
【０１９２】
図４８および図４９に示されるように、コヒーレンス可変機構１１３０は、シリンドリカル凹レンズ１１３１と、シリンドリカル凸レンズ１１３２とを含んでもよい。シリンドリカル凹レンズ１１３１は、レーザ光Ｌ４の進行方向と平行に移動する１軸の自動ステージ１１３３上に固定されてもよい。シリンドリカル凸レンズ１１３２は、プレート１１３６上に固定されてもよい。１軸の自動ステージ１１３３には、パルスモータ１１３７とＰＺＴ１１３８とが設けられてもよい。パルスモータ１１３７は、自動ステージ１１３３をレーザ光Ｌ４の進行方向と平行にスライドしてもよい。これにより、シリンドリカル凹レンズ１１３１がレーザ光Ｌ４の進行方向と平行に大きく移動し得る。また、シリンドリカル凹レンズ１１３１を高速で微少量移動させる際には、ＰＺＴ１１３８が駆動されてもよい。これにより、パルス毎にシリンドリカル凹レンズ１１３１を高速で微少量移動させることが可能となる。このような自動ステージ１１３３は、空間的コヒーレンスを露光装置が要求する所望の範囲内に調節する場合に有効である。
【０１９３】
なお、図４８および図４９では、シリンドリカルレンズを用いた場合を例示したが、これに限らず、たとえば球面レンズを用いて構成することも可能である。
【０１９４】
１３．７．２  動作
つぎに、図４６〜図４９に示されるレーザ装置１１１０の動作を説明する。マスタオシレータ１１２０ａから出力されたレーザ光は、２つの高反射ミラー５１および５２により反射されて増幅装置１１２０ｂの共振器内にシード光として注入されてもよい。
【０１９５】
シード光が増幅装置１１２０ｂの共振器内に注入されるのと同期して、増幅装置１１２ｂのレーザチャンバ６２内部の励起電極６２ａと励起電極６２ｂとの間に高電圧が印加されてもよい。これにより、励起電極６２ａおよび励起電極６２ｂ間に放電が発生し、放電領域６２ｃが形成されてもよい。その結果、シード光が共振器ミラー６４と共振器ミラー６５との間を往復して共振し、増幅発振し得る。
【０１９６】
ここで増幅装置１１２０ｂの共振器のレーザチャンバ６２と共振器ミラー６５との間には、コヒーレンス可変機構１１３０が設置されてもよい。このコヒーレンス可変機構１１３０を調節することで、出射するレーザ光Ｌ４の空間的コヒーレンス及びビームダイバージェンスを変化させることができてもよい。また、増幅装置１１２０ｂの共振器長Ｌは、シード光の時間的コヒーレント長ｌｃ／２のより長くなるように構成されていてもよい。すると、レーザの時間的コヒーレント長ｌｃは以下の式（４）で表され得る。なお、式（４）では、λをレーザの中心波長、Δλをマスタオシレータ１１２０ａから出力されたシード光のスペクトル線幅とする。
ｌｃ＝λ２／Δλ      ・・・（４）
【０１９７】
上記式（４）に基づいてシード光の時間的コヒーレント長を設定することで、増幅装置１１２０ｂで増幅された各往復回数のレーザ光同士が干渉することを低減できてもよい。
【０１９８】
また、図４７に示されるように、スペクトル線幅の狭いシード光は、高反射ミラー５２により反射されて、増幅装置１１２０ｂの共振器ミラー６４からウィンドウ６１を介して放電領域６２ｃに入射してもよい。放電領域６２ｃに入射したシード光は、増幅され、ウィンドウ６３を介してコヒーレンス可変機構１１３０に入射してもよい。コヒーレンス可変機構１１３０を透過するシード光は、その波面が放電方向に対して垂直な平面内で変化し得る。その後、波面が変化したシード光の一部は、共振器ミラー６５を透過して出力されてもよい。
【０１９９】
共振器ミラー６５で反射されたシード光は、再びコヒーレンス可変機構１１３０により、放電方向に対して垂直な平面内で波面が変化し、その後、ウィンドウ６３を介して、レーザチャンバ６２内の放電領域６２ｃに入射してもよい。放電領域６２ｃに入射したシード光は、増幅され、ウィンドウ６１を介して共振器ミラー６４に到達してもよい。このシード光は、共振器ミラー６４で反射され、再びウィンドウ６１、放電領域６２ｃ、ウィンドウ６３、コヒーレンス可変機構１１３０、および共振器ミラー６５を透過して、レーザ装置１１１０から出力されてもよい。なお、共振器ミラー６５で反射されたシード光は、フィードバック光として上記の動作を繰り返し、さらに増幅されて出力されてもよい。
【０２００】
図４６〜図４９に示される例では、共振器ミラー６４には部分反射膜がコーティングされていてもよい。その場合、共振器ミラー６４による反射率が６０％から９０％の範囲であってもよい。
【０２０１】
コヒーレンス可変機構１１３０が凹凸のシリンドリカルレンズを組み合わせて構成されている場合、図４７の紙面に対して垂直な方向の波面を変化させずに、紙面に対して平行な方向の波面を調節することができてもよい。
【０２０２】
なお、図４６〜図４９に示される例では、増幅装置１１２０ｂの共振器ミラー６５とレーザチャンバ６２との間にコヒーレンス可変機構１１３０が設置されたが、これに限定されることなく、コヒーレンス可変機構１１３０は共振器ミラー６４とレーザチャンバ６２との間に設置されてもよい。また、共振器ミラー６４または共振器ミラー６５に、その曲率が自由に変更できるようなデフォーマブルミラーを用いてもよい。その場合、デフォーマブルミラーが用いられた共振器ミラー６４または共振器ミラー６５自体がコヒーレンス可変機構として動作し得る。
【０２０３】
コヒーレンス計測器１１６０は、たとえば、固定間隔の２つのピンホールと、２つのピンホールを通過したレーザ光の干渉縞を計測するイメージセンサとを含んでもよい。このようなコヒーレンス可変機構１１６０によれば、イメージセンサで取得したイメージデータから、干渉縞のコントラストＣｍを計測することができてもよい。
【０２０４】
レーザコントローラ１１４０は、２光束干渉装置１１００から目標とする空間的コヒーレンスＣＬを受信し、この空間的コヒーレンスＣＬを実現するように、コヒーレンス計測器１１６０の検出結果に基づいて、コヒーレンス可変機構１１６０を調節してもよい。
【０２０５】
１４．コントラストの定義
ここで、本開示における干渉縞のコントラストについて、以下に定義する。図５０は、イメージセンサで取得されたイメージデータにおける１つのラインの光強度分布の一例を示す。図５０に示されるように、干渉縞の縞と垂直な１方向における光強度分布は、正弦波で近似し得る。そこで、以下の式（５）を用いて、コントラストＣｍが算出されてもよい。
Ｃｍ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）      （５）
【０２０６】
１５．コンプリメンタリーリソグラフィ
つぎに、上述した実施の形態による２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィについて、以下にその一例を説明する。図５１〜図５５は、２光束干渉露光システムを用いたコンプリメンタリーリソグラフィの流れを示す。なお、図５１〜図５５では、ダイレクト・セルフ・アッセンブリ（ＤＳＡ）技術を用いたコンプリメンタリーリソグラフィを例に挙げる。また説明の都合上、図５１〜図５５における各パターンは、ウエハ１３１の露光面に形成されるものとする。
【０２０７】
図５１に示されるように、コンプリメンタリーリソグラフィでは、まず、露光対象のウエハ１３１上に、感光性レジスト１００１Ａが塗布されてもよい。つぎに、感光性レジスト１００１Ａに２光束干渉露光システムを用いてレーザ光を露光し、露光の後現像してもよい。これにより、図５２に示されるように、ライン状のプレパターン１００１がラインアンドスペース状に所定間隔で一方向に配列し得る。なお、プレパターン１００１は、たとえば、高コヒーレンスのＫｒＦエキシマレーザをレーザ装置として用い、このレーザ装置から出力されたＫｒＦレーザ光を２光束干渉させることで露光して形成されてもよい。この場合、たとえばピッチ間隔（ハーフピッチ）が９０ｎｍのラインアンドスペースのプレパターン１００１を形成することができてもよい。なお、この場合の２光束干渉装置における２つのレーザ光の入射角度θは上述した式（１）式から求めることができてもよい。また、レーザ装置にＡｒＦエキシマレーザを用いた場合、ＡｒＦレーザ光では、入射角度θを４５°とすると、ピッチ間隔（ハーフピッチ）が６０ｎｍのラインアンドスペースのプレパターン１００１が形成され得る。
【０２０８】
つぎに、図５３に示されるように、ウエハ１３１上に形成したプレパターン１００１の間に、ブロックコポリマー１０１２を塗布してもよい。つぎに、塗布されたブロックコポリマー１０１２をアニールしてもよい。すると、図５４に示されるように、プレパターン１００１間のブロックコポリマー１０１２が自己整合して、プレパターン１００１と同じ方向に延在する複数のパターン１０２２が、プレパターン１００１間に形成され得る。つぎに、パターン１０２２として変質しなかった部分１０２１がエッチングされてもよい。このエッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などが用いられてもよい。このようなダイレクト・セルフ・アッセンブリ技術によれば、図５５に示されるように、プレパターン１００１の配列方向と同じ配列方向に並ぶラインアンドスペースパターン１００２が形成され得る。このラインアンドスペースパターン１００２のピッチ間隔は、たとえばプレパターン１００１のピッチ間隔の１０分の１程度となり得る。
【０２０９】
以上のように形成したラインアンドスペースパターン１００２をさらにカッティングして、所望の一部を除去しカッティング部１００４を形成してもよい。この結果、図５６に示されるように、所望の回路素子を含むパターン１００３を形成することができる。ラインアンドスペースパターン１００２のカッティングには、たとえば電子ビームなどを用いることが可能である。あるいは、ＥＵＶ露光を用いてカッティングを行ってもよい。図５７に、上述した技術を用いて作成することができる素子パターンの例をいくつか示す。
【０２１０】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０２１１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０２１２】
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１１  ２光束干渉露光システム
１０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  レーザ装置
２０  エキシマレーザ装置
２０Ｅ  固体レーザ装置
２０ａ、２０ｅ  マスタオシレータ
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｆ  増幅装置
２１  出力係合ミラー
３０  増幅部
３１、３３、６１、６３  ウィンドウ
３１ａ、３３ａ  ウィンドウホルダ
３２、６２  レーザチャンバ
３２ａ、３２ｂ、６２ａ、６２ｂ  励起電極
３２ｃ、６２ｃ  放電領域
４０  狭帯域化モジュール
４１  グレーティング
４２、４３、４４  プリズム
４１ａ、４３ａ、４４ａ  台座
４２ｂ  回転テーブル
４５  架台
５１、５２、６６ａ、６６ｂ、６８ａ、６８ｂ  高反射ミラー
６４、６５  共振器ミラー
６７  出力カプラ
７１  ピンホール
７２  凸面高反射ミラー
７３  凹面高反射ミラー
８０  マスタオシレータ
８１  グレーティング
８２  回転テーブル
８３  ビームエキスパンダ
８４  チタンサファイア結晶
８５  出力結合ミラー
８６  ポンピングレーザ
８７  増幅部
８８  波長検出器
８９  レーザ制御部
９０、９０Ａ、９０Ｂ  波長変換部
９１、９２、９３、９４  非線形光学結晶
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１１００  ２光束干渉装置
１１０、２１０、３１０  ビーム調節器
１２１、１２４、１２５、６２４、６２５  高反射ミラー
１２２、５２１、６１３  ビームスプリッタ
１２３  光路補正板
１３０  ウエハステージ
１３１  ウエハ
１３１Ａ  テストウエハ
２１１、２１２  アキシコンレンズ
３１１、３１２  シリンドリカルレンズ
４１０  光学リターダ
５１０  制御部
５１１、５１４、５１５、６３４、６３５  アクチュエータ
５１２  エネルギーセンサ
５１３、６１４  イメージセンサ
５３０  ステージ移動機構
６２１  回転ステージ
６２２  透過型グレーティング
７１０  光学リターダ
８１０、８１０Ａ  ビーム回転機構
８１１  ドライバ
８１２  回転機構
８１３  回転プレート
８１４、８１６、８１８  高反射ミラー
８１５、８１７、８１９  ミラーホルダ
９２２  グリッド型グレーティング
１１１０  レーザ装置
１１２０  レーザ出力部
１１２０ａ  マスタオシレータ
１１２０ｂ  増幅装置
１１２１〜１１２４  スリット
１１３０  コヒーレンス可変機構
１１３１  シリンドリカル凸レンズ
１１３２  シリンドリカル凹レンズ
１１３３  自動ステージ
１１３６  プレート
１１３７  パルスモータ
１１３８  ＰＺＴ
１１４０  レーザコントローラ
１１５０  イメージセンサ
１１６０  コヒーレンス計測器
１１６１  ビームスプリッタ
１２００、１３００  紫外線レーザ装置
１２０１、１３０１  半導体レーザ装置
１２０２、１３０２  ＹＬＦレーザ装置
１２０３、１３０３  第２高調波発生器
１２０４、１３０４  チタンサファイアレーザ装置
１２０５、１２０７、１３０５  ビームスプリッタ
１２０６、１３０６  マルチパス増幅器
１２０８〜１２１１  波長変換部
１２１２  コントローラ
１２１３、１３１３  波長制御部
１２１４、１３１４  波長検出器
１３０７  ダイクロイックミラー
ｆｐ  干渉縞
Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｒ、Ｌ２、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ、Ｌ２ｈ、Ｌ２ｊ、Ｌ２ｐ、Ｌ３、Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６  レーザ光
Ｌ２ｅ  ＋１次回折光
Ｌ２ｆ  −１次回折光
Ｌ２ｇ  回折光
Ｌｐ  励起光
ＰＨ  ダブルピンホール
ＰＰ  投影面
【図１】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図２】
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