JP2000200747A - レ―ザ装置並びにこのレ―ザ装置を用いた露光装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置等の光源として充分な出力と低コヒ
ーレンスとを兼ね備えた紫外光を、安定して発生するこ
とができ、かつ小型でメインテナンスの容易な紫外レー
ザ装置及び露光装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光発生部には単一波長発振レーザ
２１を有し、更に光変調器２２及び時分割光分岐手段２
３とを有し、前記光変調したパルス光を単一パルスごと
に順次各チャネルへ分岐出力する。光増幅器はファイバ
ー光増幅器２４，２５を有し、前記分岐された各チャネ
ルのレーザ光を各々増幅し出力する。この光増幅器の出
力端２９は、ファイバー端を所望の数及び形状のバンド
ル状に束ねて構成する。このバンドル出力は図示しない
波長変換部により波長変換され、所要波長の紫外レーザ
光を得る。以上のような構成により、前記ファイバーバ
ンドルを１バンドルとしたときには出力端は直径２ｍｍ
以下となり、一対の非線形光学結晶で波長変換部を構成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に係
り、特に半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ
など）、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスを
製造するフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置
用光源のように、低コヒーレンスでスペックルの発生を
抑制することができる紫外光を発生することが可能なレ
ーザ装置及びこのようなレーザ装置を用いた露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の進歩に伴い、半導体集積回路
には機能の充実、記憶容量の向上、小型化などが求めら
れており、そのためには集積回路の集積度を上げる必要
がある。この集積度を上げるためには個々の回路パター
ンを小さくすればよいわけであるが、回路の最小パター
ン寸法は、一般的には製造過程で使用される露光装置の
性能によって決定される。

【０００３】光リソグラフィによる露光装置は、フォト
マスク上に精密に描かれた回路パターンを、フォトレジ
ストを塗布した半導体ウエハー上に光学的に縮小投影
し、転写する。この露光時におけるウエハー上での最小
パターン寸法（解像度）Ｒは、露光装置で投影するため
に用いる光源の波長λ、投影光学系の開口数ＮＡによっ
て次式（１）で、また焦点深度ＤＦは次式（２）で示さ
れる。 Ｒ＝Ｋ・λ／ＮＡ・・・・・・（１） ＤＦ＝λ／２（ＮＡ）² ・・・（２）

【０００４】上記の式（１）から明らかなように、最小
パターン寸法Ｒを小さくするためには、この定数Ｋを小
さくする方向、開口数ＮＡを大きくする方向、そして投
影する光源の波長λを小さくする方向、の３方向がある
ことがわかる。

【０００５】ここで定数Ｋは投影光学系やプロセスによ
って決まる定数であり、通常０．５〜０．８程度の値を
とる。この定数Ｋを小さくする方法は、広い意味での超
解像と呼ばれている。今までに、投影光学系の改良、変
形投影、フェーズシフトマスク法などが提案、研究され
てきた。しかし、適用できるパターンに制限があるなど
の難点があった。一方、開口数ＮＡは（１）式からその
値が大きいほど最小パターン寸法Ｒを小さくできるが、
このことは同時に（２）式から明らかなように焦点深度
が浅くなってしまうことを意味する。このため、ＮＡ値
は大きくするにも限界があり、通常はこれら両者のかね
あいから０．５〜０．６程度が適当とされている。

【０００６】従って、最小パターン寸法Ｒを小さくする
のに最も単純かつ有効な方法は、露光に用いる光の波長
λを小さくすることである。ここで短波長化の実現とあ
わせ、露光装置の光源を作る上で備えるべき条件がいく
つかある。以下これらの条件について説明する。

【０００７】第１に、数ワットの光出力が求められる。
これは集積回路パターンの露光、転写に要する時間を短
く保つために必要である。

【０００８】第２に、波長３００ｎｍ以下の紫外光の場
合には、露光装置のレンズとして使用できる材料が限ら
れ、色収差の補正が難しくなってくる。このため光源の
単色性が必要であり、スペクトルの線幅は１ｐｍ以下に
することが求められる。

【０００９】第３に、このスペクトル線幅の狭帯域化に
ともない時間的コヒーレンス（干渉性）が高くなるた
め、狭い線幅の光をそのまま照射すると、スペックルと
呼ばれる不要な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペ
ックル発生を抑制するために、光源ではその空間的コヒ
ーレンスを低下させる必要がある。

【００１０】これらの条件を満たし、かつ高解像度を実
現するため露光光源の短波長化に対し多くの開発がなさ
れてきた。これまで検討されてきた短波長化の方向は主
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の露光装置への適用
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露光光源の開発である。

【００１１】このうち、前者の方法を用いて実用化され
た短波長光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２
４８ｎｍ）が使用されており、現在ではさらに短波長の
光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を
使用する露光装置の開発が進められている。しかし、こ
れらのエキシマレーザは大型であること、１パルスあた
りのエネルギーが大きいことにより光学部品の損傷が生
じやすいこと、有毒なフッ素ガスを使用するためレーザ
のメインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となることな
ど種々の問題があった。

【００１２】また後者の方法としては、非線形光学結晶
の２次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あ
る。例えば「Longitudinally diode pumped continuous
wave 3.5W green laser (L.Y. Liu, M. Oka, W. Wiech
mann and S. Kubota, Optics Letters, vol.19(1994),p
189)」では、半導体励起の固体レーザからの光を波長変
換するレーザ光源が開示されている。この従来例では、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発する１０６４ｎｍのレーザ光
を、非線形光学結晶を用いて波長変換し、４倍高調波の
２６６ｎｍの光を発生させる方式が記載されている。な
お、固体レーザとは、レーザ媒質が固体であるレーザの
総称である。従って広義には、半導体レーザも固体レー
ザに含まれるが、通常は固体レーザというと、例えばＮ
ｄ：ＹＡＧレーザやルビーレーザのように光によって励
起される固体レーザのことをさす。ここでもそのように
区別する。

【００１３】また、固体レーザを用いて露光装置の光源
とした例では、レーザ光を発生するレーザ光発生部と、
このレーザ光発生部からの光を紫外光に波長変換する波
長変換部とから構成されるレーザ要素を、複数マトリッ
クス状に束ねたアレイレーザが提案されている。例えば
特開平８−３３４８０３号公報では、半導体レーザを備
えたレーザ光発生部からの光を、波長変換部に設けた非
線形光学結晶により波長変換し、紫外光を発生させるひ
とつのレーザー要素を、複数本マトリックス状（例えば
１０×１０）に束ねて一つの紫外光源とするアレイレー
ザの例が開示されている。

【００１４】前記のような構成のアレイレーザでは、個
々に独立なレーザ要素を複数本束ねることによって、個
々のレーザ要素の光出力を低く押さえつつ、装置全体の
光出力を高出力とすることができる。このため非線形光
学素子への負担を軽減することができる。しかし、一方
では、個々のレーザ要素が独立していることから、露光
装置への適用を考慮した場合には、レーザ要素全体でそ
の発振スペクトルを一致させる必要がある。例えば、個
々のレーザ要素についてその発振スペクトル線幅が１ｐ
ｍ以下であっても、複数のレーザ要素全体で、相互の波
長の差が３ｐｍであってはならなず、全幅で１ｐｍ以下
とする必要がある。

【００１５】このためには、例えば、各レーザ要素に自
律的に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、
各々のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器
中に波長選択素子を挿入したりする必要があった。しか
し、これらの方法は、その調整が微妙であること、構成
するレーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で
発振させるのに複雑な構成が必要になること等の問題が
あった。

【００１６】一方、これら複数のレーザを能動的に単一
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている（例えば、Walter KoechnerによるSolid-s
tateLaser Engineering, 3rd Edition, Springer Serie
s in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249）。これは、発振スペクトル
線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレーザ要
素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いることに
より、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつスペク
トル線幅を狭帯域化するという方法である。しかしこの
方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する光学回路
や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造が複雑
になるという問題があった。

【００１７】さらに、このようなアレイレーザは、従来
のエキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくする
ことが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム系を
数センチメートル以下におさえるパッケージングは困難
であった。また、このように構成されたアレイレーザで
は、各アレーごとに波長変換部が必要となるため高価と
なること、アレイを構成するレーザ要素の一部にアライ
メントずれが生じた場合や構成する光学素子に損傷が発
生した場合に、このレーザ要素の調整をするためには、
一度アレイ全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、
調整した上で再度アレイを組み立て直す必要があるこ
と、などの課題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点、例えば露光装置の紫外光源としてエキシマ
レーザを用いた場合に生ずる問題であるところの、装置
の大型化、有毒なフッ素ガスの使用、メインテナンスの
煩雑さと高価さなどという諸問題や、露光装置の紫外光
源として例えばＮｄ：ＹＡＧレーザなどの様な固体レー
ザの高調波を用いた場合に考えられる非線形光学結晶の
損傷や、空間的コヒーレンスの増加に伴うスペックル発
生等の問題、また露光装置の紫外光源として、紫外光を
発生する複数のレーザ要素をマトリックス状に束ねたア
レイレーザを用いた場合に考えられる同調機構を含めた
構造の複雑さや出力ビーム径小型化の難しさ、メインテ
ナンスの煩雑さ等の問題を考慮してなされたものであ
る。

【００１９】すなわち、本発明の目的は露光装置の光源
として充分に狭帯域化された単一波長の紫外光を、空間
的コヒーレンスの低い紫外光出力として安定して発生す
ることにあり、あわせてコンパクトで取り扱いの容易な
レーザ装置を提供することにある。また、このような小
型で取り扱いの容易なレーザ装置を光源として用いたコ
ンパクトで自由度の高い露光装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、単一波長の
光を発生するレーザ光発生部と、前記発生したレーザ光
を増幅するファイバー光増幅器を有する少なくとも一段
の光増幅器と、前記光増幅器によって増幅された光を非
線形光学結晶により紫外光に波長変換する波長変換部と
により構成することを特徴とするレーザ装置により達成
される。

【００２１】より具体的には、レーザ光発生部には狭帯
域化した単一波長発振レーザ（例えば実施形態における
ＤＦＢ半導体レーザ３１等）を備え、この単一波長のレ
ーザ光をファイバー光増幅器（例えば実施形態における
エルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器等３３、３４
等）によって増幅し、このファイバー増幅器からの出力
光を非線形光学結晶（例えば実施形態における５０３〜
５０５等）を用いた波長変換部によって紫外光（例え
ば、波長１９３ｎｍや１５７ｎｍの紫外光）に変換する
構成とすることにより、本発明の目的とするコンパクト
な構成で、取り扱いの容易な、単一波長の紫外光を発生
させるレーザ装置を提供するものである。

【００２２】また、本発明では、単一波長発振レーザ
（例えば実施形態におけるＤＦＢ半導体レーザ１１、２
１やファイバーレーザ等）の出力を、光分岐手段で分岐
した。この光分岐手段（例えば実施形態におけるスプリ
ッタ１４、１６等）によって複数の出力に分割し、その
後にファイバーを設け、それら複数のファイバーを束ね
ることでレーザ装置を形成した。なお光分岐手段として
は、単一周波数レーザにより発生させたレーザ光を複数
に並列分岐するものであればよい。

【００２３】また時間的に重ならないようにする遅延手
段を備えることにより、互いに独立した光が得られるよ
うになる。そのための好適な手段としては、単一波長レ
ーザにより発生させたレーザ光を複数に並列分岐するビ
ームスプリッタを有するとともに、そのビームスプリッ
タの射出側に互いに長さの異なるファイバー（例えば実
施形態におけるファイバー１５、１７）を設けてなるこ
ととした。そして、互いに長さの異なるファイバーの好
ましい形態としては、並列分岐されたレーザ光がこのフ
ァイバーを通過した後、ファイバー出力端で相互の遅延
間隔が略一定間隔となるように例えば各ファイバー長さ
を設けることである。また、光分岐手段、遅延手段とし
ては、他に、所定時間ごとに各々の光路に光を分配する
時分割分光岐手段（Time Division Multiplexer：ＴＤ
Ｍ、例えば実施形態におけるＴＤＭ２３）を用いたこと
も、本発明の一つの形態である。

【００２４】次に、光分岐手段の出力側に設けられた複
数のファイバーとしては、複数のファイバー光増幅器
（例えば実施形態におけるエルビウム・ドープ・ファイ
バー光増幅器やイットリビウム・ドープ・ファイバー光
増幅器１８、１９等）を例えば２段の増幅段で備えるこ
とが好ましく、２段目の第２ファイバー光増幅器は大モ
ード径ファイバー（例えば実施形態における大モード径
ファイバー）を用いて構成することが好ましい。このよ
うにすることで、更に光強度の高いレーザ光を得ること
ができる。このファイバー光増幅器によって増幅された
複数のファイバー光増幅器を束ねることが好ましい。な
お、この複数のファイバー光増幅器の出力端（例えば実
施形態におけるファイバー出力端１１４、２９等）に
は、必要に応じて適宜無ドープのファイバーを結合する
こともできる。

【００２５】このファイバー出力端部は、その出力端面
に向けてファイバーのコア径をテーパ状に緩やかに拡大
して設ける（例えば実施形態における図のコア４２１）
ことが望ましい。また、ファイバー出力端部にレーザ光
を透過する窓部材（例えば実施形態における窓部材４３
３、４４３等）を設けて構成することが好ましい。この
ように構成することにより、ファイバー出力端面におけ
るレーザ光のパワー密度（単位面積当たりの光強度）を
低下させることができ、従って、ファイバー出力端部の
損傷を抑制することができる。

【００２６】なお本発明では、波長変換部の入射側に備
えられた複数のファイバーにおいて、そのファイバーの
出力端を波長変換部の構成にあわせ、１本または複数本
のバンドル状に束ねて一もしくは複数の出力群として形
成（例えば実施形態におけるバンドル出力１１４、２
９、５０１、６０１、７０１等）することが好ましい。
そして、波長変換部では、１組もしくは複数組の非線形
光学結晶（例えば第４の実施形態における５０２〜５０
４や第４の実施形態における８４２〜８４４）により基
本波の高調波発生を行い紫外光（例えば、波長１９３ｎ
ｍや１５７ｎｍの紫外光）を出力する。波長変換部を一
組とすることにより小型かつ経済的に構成することがで
き、また波長変換部を複数組とすることによって一組当
たりの負荷を減少させることができるため全体として高
出力化を実現することができる。

【００２７】なお、複数のファイバー光増幅器を用いて
光増幅器を構成するときには、各ファイバー増幅器での
増幅率のばらつきに伴う紫外光出力のばらつきを抑制す
るため、各ファイバーからの出力光をモニターして各フ
ァイバー光増幅器の励起強度を制御するファイバー出力
制御手段（例えば実施形態におけるファイバー出力制御
手段４０５、４０６等）を設けることが望ましい。ま
た、紫外光出力の光波長を特定波長で一定化させるため
に、基本波もしくは波長変換部中の高調波の周波数を用
いて単一波長発振レーザの発振波長制御手段（例えば実
施形態における波長制御装置１２７４等）を設けること
が好ましい。

【００２８】波長変換部の入射側には、集光光学素子を
設けて構成する。この集光光学素子の使用形態は、光増
幅器の出力状況に応じて適宜定めることができ、例えば
各ファイバー出力ごとに集光光学素子を配設し（例えば
実施形態におけるレンズ９０２、４５３等）、またバン
ドル状に束ねられた出力群ごとに集光光学素子を配設す
る（例えば実施形態におけるレンズ８４５、８５５、４
６３等）などの使用形態が適用可能である。

【００２９】ところで、紫外光を出力させるための構成
としては、例えばレーザ光発生部として波長が１．５μ
ｍ付近のレーザ光を放射するものでり、光増幅器として
は波長１．５μｍ付近の基本波を増幅するファイバー光
増幅器を有する光増幅器を少なくとも１段備えており、
かつ増幅れた基本波の８倍高調波発生を行う波長変換部
から構成されている。このように構成することにより出
力波長１９０ｎｍ近傍の紫外光を発生させることができ
る。そしてこの出力光は、レーザ光発生部の発振波長を
さらに細かく規定（例えば１．５４４〜１．５２２μ
ｍ）することにより、ＡｒＦエキシマレーザと同一波長
である１９３ｎｍとすることができる。

【００３０】また、紫外光を出力させるための他の構成
として、例えば上述の例と同様にレーザ光発生部として
波長が１．５μｍ付近のレーザ光を放射するものとし、
光増幅器としては波長１．５μｍ付近の基本波を増幅す
るファイバー光増幅器を有する光増幅器を少なくとも１
段備えており、かつ増幅れた基本波の１０倍高調波発生
を行う波長変換部から構成する。このように構成するこ
とにより、出力波長１５０ｎｍ近傍の紫外光を発生させ
ることができる。そしてこの出力光は、レーザ光発生部
の発振波長をさらに細かく規定（例えば１．５７〜１．
５８μｍ）することにより、Ｆ₂レーザと同一波長であ
る１５７ｎｍとすることができる。

【００３１】さらに、紫外光を出力させるための他の構
成として、例えばレーザ光発生部として波長が１．１μ
ｍ付近のレーザ光を放射するものとし、光増幅器として
は波長１．１μｍ付近の基本波を増幅するファイバー光
増幅器を有する光増幅器を少なくとも１段備えており、
かつ増幅れた基本波の７倍高調波発生を行う波長変換部
から構成する。このように構成することにより、出力波
長１５０ｎｍ近傍の紫外光を発生させることができる。
そしてこの出力光は、レーザ光発生部の発振波長をさら
に細かく規定（例えば１．０９９〜１．１０６μｍ）す
ることにより、Ｆ₂レーザと同一波長である１５７ｎｍ
とすることができる。

【００３２】なお、その他に紫外光を出力させるための
構成としては、例えば発振波長が９９０ｎｍ付近の半導
体レーザもしくはファイバーレーザを有するレーザ光発
生部と、波長９９０ｎｍ付近の基本波を増幅するファイ
バー増幅器を有する少なくとも１段の光増幅器と、増幅
された基本波の４倍高調波発生を行う波長変換部とから
構成することとすることにより、ＫｒＦエキシマレーザ
と同一の波長２４８ｎｍの紫外光を得ることが可能であ
る。

【００３３】このような高調波発生を行う波長変換部の
構成は、実施形態において詳細に述べるとうり種々の構
成をとることができる。例えば基本波の８倍高調波を発
生させる波長変換部についてその構成例を簡単に説明す
れば、すべての波長変換段に非線形光学結晶の２次高調
波発生（ＳＨＧ）を利用して、基本波→２倍高調波→４
倍高調波→８倍高調波とする３段の高調波発生光路系
（例えば第４の実施形態における図１１(ａ)等）により
構成することができる。この構成は最も少ない構成段数
で所望の８倍高調波を得ることができる。

【００３４】また８倍高調波を得るための他の好適な構
成としては、波長変換段に非線形光学結晶の和周波発生
（ＳＦＧ）をあわせて利用して、基本波の３倍高調波と
４倍高調波を生成し、これらを和周波発生により基本波
の７倍高調波を発生させ、さらにこの７倍高調波と基本
波を和周波発生により基本波の８倍高調波を発生させる
構成とする（例えば第４の実施形態における図１１(ｄ)
等）。この構成は最終段の８倍高調波発生に１９３ｎｍ
の紫外光の吸収係数の低いＬＢＯ結晶を使用することが
できる。なお、基本波の７倍高調波発生や１０倍高調波
発生についても前記基本波の８倍高調波発生と同様に非
線形光学結晶の２次高調波発生及び和周波発生を利用し
て適宜構成することができる。

【００３５】また、本発明のレーザ装置の態様では、連
続光を発生する光源（例えば実施形態におけるＤＦＢ半
導体レーザ１１等）からの光を、パルス光に変換する光
変調器（例えば実施形態における光変調素子１２、２２
等）を備えること、又は単一波長発振レーザをパルス発
振させることで、紫外パルスレーザ光を得ることができ
る。

【００３６】そして、以上のような構成で得られたレー
ザ装置を投影露光装置の光源として用い、さらに投影す
るパターンが描画されたマスク（例えば実施形態におけ
るレチクル１２６３）にほぼ均一な強度で光源からの光
を照射する照明光学系（例えば実施形態における照明光
学系１２６２）と、マスクに描画されたパターンをウエ
ハーに投影するための投影対物光学系（例えば実施形態
における投影光学系１２６５）とを備えていることで、
メインテナンスの容易な投影露光装置を得ることができ
る。

【００３７】また、前記複数のファイバー光増幅器によ
って増幅されたファイバー出力の一部を分割（例えば実
施形態におけるファイバーバンドル出力８５０）し、露
光装置の照明光学系への第１のファイバー伝送系（例え
ば実施形態における接続用ファイバー１２７３）と異な
る第２のファイバー伝送系（例えば実施形態における接
続用ファイバー１２７８）に接続し、マスク上に形成さ
れたアライメントマークやウエハステージ上の基準マー
クを検出するアライメント系（例えば実施形態における
アライメント系１２８０、１２８１）を構成すること
は、本発明のレーザ装置を用いた露光装置の好適な実施
形態である。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明によるレーザ光源は、レー
ザ光発生部からの単一波長の光を光増幅器によって増幅
し、この増幅された光を波長変換部に備える非線形光学
結晶により紫外光に変換するように構成することによ
り、複雑な構成を用いることなく所要のスペクトル線幅
（例えば１ｐｍ以下）の紫外光を容易に得ることができ
るものである。

【００３９】さらに、単一波長のレーザ光を複数に分割
（又は時分割）し、この出力光を複数のファイバー光増
幅器で増幅し、この増幅された光を非線形光学結晶によ
り紫外光に変換するよう構成することにより、パルス光
の１パルスあたりのピークパワーを押さえつつ光源全体
としてのレーザ光出力の増大をはかり、かつ光の空間的
コヒーレンスの低い紫外光を供給しようとするものであ
る。

【００４０】以下、本発明の好ましい実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る
レーザ装置の第１の実施形態について図１を参照しなが
ら説明する。本実施形態による紫外光発生装置は、単一
波長発振レーザ１１からなり単一波長のレーザー光を発
生するレーザ光発生部と、ファイバー光増幅器１３、１
８、１９からなりこの光を増幅する光増幅器と、光を複
数に並列分岐させる光分岐手段１４、１６と、各々長さ
の異なるファイバー１５、１７と、そして後述する非線
形光学結晶からなり前記増幅された光を波長変換する波
長変換部とから構成され、ＡｒＦエキシマレーザと同じ
出力波長（１９３ｎｍ）あるいはＦ₂レーザと同じ出力
波長（１５７ｎｍ）を発生し、かつ空間的コヒーレンス
の低いレーザ装置を提供するものである。

【００４１】本実施形態において、図１には本発明に係
るレーザ装置のレーザ光発生部から出力された単一波長
のレーザ光が分岐され増幅されるまでの構成例を示す。
まず、図１に基づいて説明すると、レーザ光発生部に
は、単一波長のレーザ光を発生する単一波長発振レーザ
１１が備えられ、さらに、光分岐手段であるスプリッタ
１４、１６と、各々長さの異なるファイバー１５、１７
とを備え、各々長さの異なるファイバー１７の射出側に
はファイバー光増幅器１８、１９が接続され複数並列に
増幅される。

【００４２】このファイバー光増幅器１９の出射端はバ
ンドル状に束ねられ、例えば図１１（ａ）に示す波長変
換部（５０２〜５０６）にその増幅されたレーザ光が入
射する。図１中に示されるファイバー光増幅器１９のフ
ァイバーバンドル出射端１１４は、図１１（ａ）〜
（ｄ）にそれぞれ示されるファイバーバンドル出射端５
０１に対応する。この波長変換部は、非線形光学結晶５
０２〜５０４等を備えて構成され、ファイバー光増幅器
１９から射出される基本波を紫外光に変換する。なお、
本発明に係る波長変換部については、本発明の実施の形
態の後段において実施形態４〜７として詳細に説明す
る。

【００４３】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図１に示す単一波長で発振する単一波長発振レー
ザ１１としては、例えば、発振波長１．５４４μｍ、連
続波出力（以下ＣＷ出力という）２０ｍＷのInGaAsP，
ＤＦＢ半導体レーザを用いる。ここでＤＦＢ半導体レー
ザとは、縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振
器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に作り上げた
もので、どのような状況下であっても単一縦モード発振
をするように構成されており、分布帰還型(Distributed
Feedback：ＤＦＢ)レーザと呼ばれるものである。この
様なレーザでは基本的に単一縦モード発振をすることか
ら、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑え
られる。

【００４４】なお、レーザ装置の出力波長を特定波長に
固定するためには、単一波長発振レーザ(Master Oscill
ator)の発振波長を一定波長に制御する発振波長制御装
置を設けることが好ましい。逆に、この発振波長制御装
置によって単一波長発振レーザの発振波長を積極的に変
化させてその出力波長を調整可能にすることも好まし
い。例えば、本発明のレーザ装置を露光装置に適用する
場合、前者によれば、波長変動による投影光学系の収差
の発生、又はその変動が防止され、パターン転写中にそ
の像特性（像質などの光学的特性）が変化することがな
くなる。

【００４５】また、後者によれば、露光装置が組立、調
整される製造現場と露光装置の設置場所（納入先）との
標高差や気圧差、更には環境（クリーンルーム内の雰囲
気）の違いなどに応じて生じる投影光学系の結像特性
（収差など）の変動を相殺でき、納入先で露光装置の立
ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。さら
に後者によれば、露光装置の稼働中に、露光用照明光の
照射、及び大気圧変化などに起因して生じる投影光学系
の収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動も相殺で
き、常に最良の結像状態でパターン像を基板上に転写す
ることが可能となる。

【００４６】このような発振波長制御手段としては、例
えば、単一波長発振レーザとしてＤＦＢ半導体レーザを
用いる場合には、ＤＦＢ半導体レーザの温度制御を行う
ことにより達成することができ、この方法により発振波
長をさらに安定化して一定の波長に制御したり、あるい
は出力波長を微調整することができる。

【００４７】通常、ＤＦＢ半導体レーザなどはヒートシ
ンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されてい
る。そこで本例では、単一波長発振レーザ (ＤＦＢ半導
体レーザなど)１１に付設されるヒートシンクに設けら
れた温度調整器（例えばペルチェ素子など）を用いてそ
の温度を制御して発振波長を調整する。ここで、ＤＦＢ
半導体レーザなどではその温度を０．００１℃単位で制
御することが可能である。

【００４８】また、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長は
０．１ｎｍ／℃程度の温度依存性を持つ。例えば、ＤＦ
Ｂ半導体レーザの温度を１℃変化させると、基本波（１
５４４ｎｍ）ではその波長が０．１ｎｍ変化するので、
８倍波（１９３ｎｍ）ではその波長が０．０１２５ｎｍ
変化し、１０倍波（１５７ｎｍ）ではその波長が０．０
１ｎｍ変化することになる。なお、露光装置では露光用
照明光（パルス光）の波長をその中心波長に対して±２
０ｐｍ程度変化させることができれば十分である。従っ
て、ＤＦＢ半導体レーザ１１の温度を８倍波では±１．
６℃程度、１０倍波では±２℃程度変化させればよい。

【００４９】そして、この発振波長を所定の波長に制御
する際のフィードバック制御のモニター波長としては、
ＤＦＢ半導体レーザの発振波長、あるいは後述する波長
変換出力（２倍波、３倍波、４倍波等）のうちから所望
の波長制御を行うに当たって必要な感度を与え、かつ最
もモニターしやすい波長を選択する。例えば、単一波長
発振レーザとして発振波長１．５１〜１．５９μｍのＤ
ＦＢ半導体レーザを使用する場合に、この発振レーザ光
の３倍波は５０３ｎｍ〜５３０ｎｍの波長になるが、こ
の波長帯はヨウ素分子の吸収線が密に存在する波長域に
該当しており、ヨウ素分子の適切な吸収線を選んでその
波長にロックすることにより精密な発振波長制御を行う
ことが可能である。

【００５０】この半導体レーザの光出力を例えば電気光
学光変調素子や音響光学光変調素子などの光変調素子１
２を用いて、ＣＷ光（連続光）をパルス光に変換する。
本構成例では一例として、この光変調素子１２によって
パルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ（パルス
周期１０μｓ）のパルス光に変調させた場合について説
明を行う。この様な光変調を行った結果、光変調素子１
２から出力されるパルス光のピーク出力は２０ｍＷ、平
均出力は２μＷとなる。ここでは、光変調素子１２の挿
入による損失がないものとしたが、その挿入損失があ
る、例えば損失が−３ｄＢである場合、パルス光のピー
ク出力は１０ｍＷ、平均出力は１μＷとなる。

【００５１】なお、光変調素子として電気光学変調素子
を用いる場合には、屈折率の時間変化に伴うチャープに
よる半導体レーザ出力の波長広がりが小さくなるよう
に、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調
素子（例えば二電極型変調器）を用いることが好まし
い。また、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ程度以上に設
定することにより、後述するファイバー光増幅器におい
てＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission,自然放出
光）ノイズの影響による増幅率低下を阻止することがで
き、このような変調器構成とすることが望ましい。

【００５２】さらに、半導体レーザなどではその電流制
御を行うことで、出力光をパルス発振させることができ
る。このため、本例（及び後述の各実施形態）では単一
波長発振レーザ（ＤＦＢ半導体レーザなど）１１の電流
制御と光変調素子１２とを併用してパルス光を発生させ
ることが好ましい。そこで、ＤＦＢ半導体レーザ１１の
電流制御によって、例えば１０〜２０ｎｓ程度のパルス
幅を有するパルス光を発振させるとともに、光変調素子
１２によってそのパルス光からその一部のみを切り出
す、すなわち本例ではパルス幅が１ｎｓのパルス光に変
調する。

【００５３】これにより、光変調素子１２のみを用いる
場合に比べて、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生さ
せることが可能になるとともに、パルス光の発振間隔や
発振の開始及びその停止などをより簡単に制御すること
が可能になる。特に、光変調素子１２のみを用いてパル
ス光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合
には、ＤＦＢ半導体レーザ１１の電流制御を併用するこ
とが望ましい。

【００５４】このようにして得たパルス光出力を、初段
のエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器
（ＥＤＦＡ）１３に接続し、３５ｄＢ（３１６２倍）の
光増幅を行う。このときパルス光は、ピーク出力約６３
Ｗ、平均出力約６．３ｍＷとなる。

【００５５】この初段の光増幅器であるファイバー増幅
器１３の出力を、光分岐手段であるスプリッタ１４（平
板導波路１×４スプリッタ）でまずチャネル０〜３の４
出力に並列分割する。このチャネル０〜３の各出力を、
各々長さの異なるファイバー１５（図ではチャネル０の
一本のみを表示する）に接続することにより、各ファイ
バーから出力される光は、各出力光にファイバー長に対
応した遅延が与えられる。例えば本実施形態では、ファ
イバー中の光の伝搬速度を２×１０⁸ｍ／ｓであると
し、チャネル０、１、２、３にそれぞれ０．１ｍ、１
９．３ｍ、３８．５ｍ、５７．７ｍの長さのファイバー
を接続する。この場合、各ファイバー出口での隣り合う
チャネル間の光の遅延は９６ｎｓとなる。なおここで
は、この様に光を遅延させる目的で使用するファイバー
を、便宜的に遅延ファイバーと呼ぶ。

【００５６】次に、前記４本の遅延ファイバー出力を、
４ブロックの平板導波路１×３２スプリッタ１６でさら
に３２出力に並列分割（各ブロックでチャネル０〜３
１）し、合計１２８のチャネルに分割する。そして、各
ブロックともチャネル０をのぞくチャネル１〜３１に再
び長さの異なる遅延ファイバー１７を接続する。例えば
本実施形態では、チャネル１から３１にそれぞれ０．６
×Ｎメートル（Ｎはチャネル番号）の長さのファイバー
を接続する。この結果、各ブロック内の隣り合うチャネ
ル間では３ｎｓの遅延が与えられ、各ブロックのチャネ
ル０出力に対し、チャネル３１出力は、３×３１＝９３
ｎｓの遅延が与えられる。

【００５７】一方、第１から第４までの各ブロック間に
は、前記のように遅延ファイバー１５によって、各ブロ
ックの入力時点で各々９６ｎｓの遅延が与えられてい
る。従って、第２ブロックのチャネル０出力は第１ブロ
ックのチャネル０出力に対し９６ｎｓの遅延となり、第
１ブロックのチャネル３１との遅延は３ｎｓとなる。こ
のことは、第２〜第３、第３〜第４のブロック間におい
ても同様である。この結果、全体の出力として総計１２
８チャネルの出力端で、隣り合うチャネル間に３ｎｓの
遅延を持つパルス光が得られる。なお、図１では第１ブ
ロックのチャネル１についてのみ記載し、他のチャネル
の記載を省略しているが、他のチャネルについても同様
に構成するものである。

【００５８】以上の分岐及び遅延により、総計１２８チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で３ｎｓの遅
延を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出力端
で観測される光パルスは、光変調素子１２によって変調
されたパルスと同じ１００ｋＨｚ（パルス周期１０μ
ｓ）である。従って、レーザ光発生部全体として見る
と、１２８パルスが３ｎｓ間隔で発生した後、９．６２
μｓの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰り
返しが１００ｋＨｚで行われる。即ち全体の出力は１２
８×１００×１０³＝１．２８×１０⁷パルス／秒とな
る。

【００５９】なお本実施形態では、分割数を１２８と
し、また遅延用ファイバーとして短いものを用いた例に
ついて説明した。このため各パルス列の間に９．６２μ
ｓの発光しない間隔が生じたが、分割数を増加させる、
または遅延用ファイバーをより長くして適切な長さとす
る、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、
パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。例
えば、前記スプリッタ１４に入射するレーザ光のパルス
繰り返し数をｆ[Ｈｚ]、分割数をｍとしたときに、各フ
ァイバーの遅延間隔が１／（ｆ×ｍ）となるように各フ
ァイバー長を設定することによっても達成できるもので
ある。

【００６０】また、前述のパルス間隔を完全な等間隔と
するように、スプリッタ１４、１６の少なくとも一方の
分割数、又は光変調素子１２によって規定されるパルス
繰り返し数ｆを調整する、あるいはその分割数と繰り返
し数ｆの両方を調整するようしてもよい。従って、遅延
ファイバー１５、１７の各ファイバー長、スプリッタ１
４、１６の少なくとも一方の分割数、及びパルス繰り返
し数ｆの少なくとも１つを調整することで、パルス間隔
を等間隔に設定できるだけでなく、その間隔を任意に設
定することができる。

【００６１】なお、光源を組み上げた後にファイバー長
を変更するためには、例えば遅延ファイバー１５、１７
をそれぞれ束ねてユニット化しておき、このユニットを
チャネル間の遅延時間が異なる別の遅延ファイバー・ユ
ニットと交換できるように構成しておくことが好まし
い。また、スプリッタ１４、１６の分割数を変更すると
きも、スプリッタ１４、１６にそれぞれ対応して分割数
が異なる別のスプリッタを用意しておき、これらを交換
可能に構成しておくことが好ましい。このとき、スプリ
ッタ１４、１６の分割数の変更に応じて遅延ファイバー
１５、１７の各ユニットを交換可能に構成しておくこと
が望ましい。

【００６２】また、本例では光変調素子１２に印加する
ドライブ用電圧パルスのタイミングを制御することによ
って、光源（パルス光）の発振タイミング、即ち繰り返
し周波数ｆ（パルス周期）を調整することができる。さ
らに、この発振タイミングの変更に伴ってパルス光の出
力が変動し得る場合には、光変調素子１２に印加するド
ライブ用電圧パルスの大きさも同時に調整してその出力
変動を補償するようにしてもよい。

【００６３】このとき、単一波長発振レーザ１１の発振
制御のみ、あるいは前述した光変調素子１２の制御との
併用によってそのパルス光の出力変動を補償するように
しても良い。なお、パルス光の出力変動はその発振タイ
ミングの変更時だけでなく、単一波長発振レーザの出力
（すなわち、パルス光のファイバー光増幅器への入射）
を所定時間だけ停止した後にその発振を再開するときに
も生じ得る。また、単一波長発振レーザ１１をパルス発
振させる場合、単一波長発振レーザ１１の電流制御の
み、あるいは前述した光変調素子１２の制御との併用に
よってパルス光の発振タイミング（パルス周期）を調整
するようにしても良い。

【００６４】さて、本例では１２８本の遅延ファイバー
１７にそれぞれファイバー光増幅器１８が接続され、さ
らに狭帯域フィルタ１１３を挟んでファイバー光増幅器
１９が接続されている。狭帯域フィルタ１１３は、ファ
イバー光増幅器１３及び１８でそれぞれ発生するＡＳＥ
光をカットし、かつＤＦＢ半導体レーザ１１の出力波長
（波長幅は１ｐｍ程度以下）を透過させることで、透過
光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。これによ
り、ＡＳＥ光が後段のファイバー光増幅器（１８及び１
９）に入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを防
止することができる。ここで、狭帯域フィルタはその透
過波長幅が１ｐｍ程度であることが好ましいが、ＡＳＥ
光の波長幅は数十ｎｍ程度であるので、現時点で得られ
る透過波長幅が１００ｐｍ程度の狭帯域フィルタを用い
ても実用上問題がない程度にＡＳＥ光をカットすること
ができる。

【００６５】また、ＤＦＢ半導体レーザ１１の出力波長
を積極的に変化させる場合、その出力波長に応じて狭帯
域フィルタを交換するようにしてもよいが、その出力波
長の可変幅（露光装置では一例として前述した±２０ｐ
ｍ程度）に応じた透過波長幅（可変幅と同程度以上）を
持つ狭帯域フィルタを用いておくことが好ましい。な
お、露光装置に適用されるレーザ装置ではその波長幅が
１ｐｍ程度以下に設定される。また、図１のレーザ装置
には３つのアイソレータ１１０、１１１、１１２が設け
られており、これらによって戻り光の影響が低減される
ようになっている。

【００６６】以上のように構成することにより、前記発
生部（ファイバー光増幅器１９の出射端）からの出力光
は、極めて狭帯域化された光でありながら、お互いに時
間的に重なり合うことがない。従って、各チャネル出力
間の空間的コヒーレンスを低減することができる。

【００６７】なお以上の構成では、単一波長発振レーザ
１１としてＤＦＢ半導体レーザを用い、光分岐手段の分
岐要素として平板導波路型スプリッタ１４、１６を用い
た例について説明したが、レーザ光源としては、ＤＦＢ
半導体レーザと同様に、この波長領域で狭帯域化された
レーザであれば良く、例えばエルビウム（Ｅｒ）・ドー
プ・ファイバー・レーザであっても同様の効果を奏す
る。また、光分岐手段の分岐要素としては、平板導波路
スプリッタと同様に、光を並列に分岐するものであれば
良く、例えばファイバースプリッタや、部分透過鏡を用
いたビームスプリッタであっても同様の効果を奏する。

【００６８】また、前述したように本実施形態では、遅
延ファイバーであるファイバー１７の出力を、一段ある
いは多段のＥＤＦＡ（エルビウム・ドープ・ファイバー
光増幅器、以下同じ）で更に増幅する。本実施形態で
は、一例として、前記レーザ光発生部での各チャネルの
平均出力約５０μＷ、全チャネル合計での平均出力約
６．３ｍＷを２段のＥＤＦＡ１８、１９によって合計４
６ｄＢ（４０６００倍）の増幅を行う例について示して
いる。この場合、各チャネルの出力端ではピーク出力２
０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、パルス繰り返し１００ｋＨ
ｚ、平均出力２Ｗ、全チャネルでの平均出力約２５６Ｗ
を得る。

【００６９】ここでは、平板導波路型スプリッタ１４、
１６での結合損失を考慮していないが、その結合損失が
ある場合にはその損失分だけファイバー光増幅器（例え
ばＥＤＦＡ１８、１９などの少なくとも１つ）の増幅利
得を上げることにより、ＥＤＦＡ１９から発生する基本
波の出力を前述した値（例えばピーク出力２０ｋＷな
ど）と同一にすることができる。なお、ファイバー光増
幅器の増幅利得を変化させることで、基本波の出力を前
述した値よりも大きくしたり、あるいは小さくしたりす
ることができる。

【００７０】この光増幅器の出力である波長１．５４４
μｍの単一波長パルスレーザ光は、非線形光学結晶を用
いた波長変換部により、スペクトル線幅の狭い紫外光パ
ルス出力に変換される。この波長変換部の実施形態につ
いては後述する。

【００７１】次に本発明に係るレーザ装置の第２の実施
形態を、図２を参照しながら説明する。本実施形態によ
る紫外光発生装置は、単一波長のレーザ光を発生するレ
ーザ光発生部と、この光を増幅する光増幅器、及び前記
増幅された光を波長変換する波長変換部とから構成さ
れ、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３ｎ
ｍ）あるいはＦ₂レーザと同じ出力波長（１５７ｎｍ）
のレーザ光を発生し、かつ空間的コヒーレンスの低い紫
外レーザ装置を提供するものである。なお本発明の第１
の実施形態における紫外レーザ装置とは、光分岐手段が
光を時間的に分割し分岐するものである点、この光分岐
手段に入射されるまでのレーザ光はファイバー光増幅器
で増幅されていない点、の２点において異なっている。
このうち、光分岐手段とファイバー光増幅器の先後はい
ずれの構成をとることも可能である。

【００７２】また、前述の実施形態１（図１）と同様
に、光分岐手段（本例ではＴＤＭ２３）の入射側（単一
波長発振レーザ２１側）にファイバー光増幅器を更に設
け、ここで増幅したパルス光を光分岐手段に入射させる
ように構成してもよい。これにより、光分岐手段よりも
後段に配置されるファイバー光増幅器（本例では２４、
２５）で必要な増幅利得を図２の構成よりも下げること
ができ、例えばファイバー光増幅器の交換回数などが減
るのでより経済的である。

【００７３】ところで、本実施形態において、図２には
本発明に係る紫外レーザ装置の、レーザ光発生部と光分
岐手段と光増幅器の部分の構成例を示す。図２に示すと
おり、本実施形態による紫外レーザ装置は、単一波長の
レーザ光を発生する単一波長発振レーザ２１からなるレ
ーザ光発生部と、光を分岐させる光分岐手段２３とを備
え、この光分岐手段２３からの複数の光出力はそれぞれ
ファイバー光増幅器２４、２５により複数並列に増幅さ
れる。このファイバー光増幅器２５の射出端はバンドル
状に束ねられ、例えば図１４に示す非線形光学結晶など
からなる波長変換部（７０２〜７１２）にその増幅され
たレーザ光が入射する。

【００７４】ここで、図２中に示されるファイバー光増
幅器２５のファイバーバンドル出射端２９は、図１４に
示されるファイバーバンドル出射端７０１に対応する。
この波長変換部は、一群の非線形光学結晶７０２、７０
５、７１０、７１２を備えて構成され、光増幅器（２１
〜２８）から出射される基本波を紫外光に変換する。な
お、本発明に係る波長変換部については、実施の形態の
後段において実施形態４〜７として詳細に説明する。

【００７５】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図２に示す単一波長で発振するレーザ２１として
は、例えば、発振波長１．０９９μｍ、ＣＷ出力２０ｍ
ＷのＤＦＢ半導体レーザあるいはイットリビウム（Ｙ
ｂ）・ドープ・ファイバーレーザを用いる。これらのレ
ーザは基本的に単一縦モード発振をすることから、その
発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑えられる。

【００７６】この半導体レーザの光出力を例えば電気光
学光変調素子や音響光学光変調素子などの光変調素子２
２を用いて、ＣＷ光（連続光）をパルス光に変換する。
本構成例では一例として、この光変調素子２２によって
パルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１２．８ＭＨｚ（パル
ス周期約７８ｎｓ）のパルス光に変調させた場合につい
て説明を行う。この様な光変調を行った結果、光変調素
子から出力されるパルス光のピーク出力は２０ｍＷ、平
均出力は０．２５６ｍＷとなる。

【００７７】このパルス光出力を、光分岐手段である時
分割光分岐手段（Time Division Multiplexer:ＴＤＭ）
２３により、パルス光を各パルスごとに、順次チャネル
０からチャネル１２７の総計１２８チャネルに振り分け
る。すなわち、パルス周期７８ｎｓごとのパルスを順次
チャネル０からチャネル１、２、３・・・１２７に順次
振り分けてゆく。この結果を各チャネルごとについてみ
ると、出力パルスのパルス周期は７８ｎｓ×１２８＝１
０μｓ（パルス周波数１００ｋＨｚ）、パルスピーク出
力２０ｍＷ、平均出力２μＷのパルス光となる。また、
レーザ光発生部全体で見ると、パルス周波数１２．８Ｍ
Ｈｚ、パルスピーク出力２０ｍＷ、平均出力０．２５６
ｍＷの平均化されたパルス光となる。なお、隣り合うチ
ャネル間では７８ｎｓの遅延があり、各チャネル間のパ
ルス光はお互いに重なり合うことがない。

【００７８】また、本例では光変調素子２２から出力さ
れるパルス光の繰り返し周波数ｆを１００ｋＨｚ（パル
ス周期は１０μｓ）とし、時分割光分岐手段（ＴＤＭ）
２３のチャネル０〜１２７から出力されるパルス光を、
光変調素子２２によって規定されるパルス周期（１０μ
ｓ）を１２８等分した時間間隔（７８ｎｓ）ずつ遅延さ
せるようにしているが、その遅延時間は等時間間隔でな
くてもよいし、あるいは前述の第１実施形態と同様にパ
ルス周期（１０μｓ）の一部のみで、チャネル０〜１２
７からパルス光を出力させるようにしてもよい。さら
に、光変調素子２２に印加するドライブ用電圧パルスの
タイミングも同時に制御して前述のパルス周期（１０μ
ｓ）を変更してもよく、例えばその変更されたパルス周
期を１２８等分した時間間隔である遅延時間を変化させ
ることもできる。

【００７９】なお、前述した第１の実施形態と同様に、
本例でも単一波長発振レーザ２１をパルス発振させても
良い。さらに、時分割光分岐装置（ＴＤＭ）２３と単一
波長発振レーザ２１の電流制御とを併用する、あるいは
光変調素子２２の制御をさらに併用して前述のパルス周
期（１０μｓ）を変更しても良い。

【００８０】以上のように構成することにより、前記発
生部からの出力光は、極めて狭帯域化された単一波長の
光でありながら、お互いに時間的に重なり合うことがな
い。従って、各チャネル出力間の空間的コヒーレンスを
低減することができる。

【００８１】なお以上の構成では、単一波長発振レーザ
２１としてＤＦＢ半導体レーザあるいはイットリビウム
(Ｙｂ)・ドープ・ファイバーレーザを用いた例について
説明したが、レーザ光源としては、ＤＦＢ半導体レーザ
と同様に、この波長領域で狭帯域化されたレーザであれ
ば同様の効果を奏する。

【００８２】時分割光分岐手段２３の出力は、そのチャ
ネル０〜１２７に対応してそれぞれ設けられる、一段あ
るいは多段のＹＤＦＡ（イットリビウム・ドープ・ファ
イバー光増幅器、以下同じ）で構成されたファイバー光
増幅器２４、２５によって増幅される。このイットリビ
ウム・ドープ・ファイバー光増幅器は、前述のエルビウ
ム・ドープ・ファイバー光増幅器よりも半導体レーザに
よる励起効率が高く経済的である。また、前述の第１実
施形態（図１）と同様に戻り光の影響の低減、及び波長
幅の狭帯化などを目的として、単一波長発振レーザ２１
と光変調素子２２との間にアイソレータ２６が配置され
るとともに、ファイバー光増幅器２４と２５との間には
狭帯域フィルタ２８とアイソレータ２７とが配置されて
いる。

【００８３】本実施形態では、一例として、時分割光分
岐手段２３での各チャネルの平均出力２μＷ、全チャネ
ルでの平均出力０．２５６ｍＷを２段のＹＤＦＡ２４、
２５によって合計６０ｄＢ（１００００００倍）の増幅
を行う例について示す。この場合、各チャネルの出力端
では、ピーク出力２０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、パルス繰
り返し１００ｋＨｚ、平均出力２Ｗ、全チャネル合計で
の平均出力２５６Ｗを得る。なお、図３では全チャネル
中チャネル０についてのみ記載し、他のチャネルの記載
を省略しているが、他のチャネルについても同様に構成
する。

【００８４】この光増幅器の出力である波長１．０９９
μｍの単一波長パルスレーザ光は、非線形光学結晶を用
いた波長変換部により、スペクトル線幅の狭い紫外光パ
ルス出力に変換される。この波長変換部の実施形態につ
いては後述する。

【００８５】以上説明した実施の形態１及び実施の形態
２では光増幅器の出力波長が異なるが、これらは以上の
各説明に述べたように、単一波長発振レーザ（１１、２
１）の発振波長によって定まり、さらに増幅効率を考慮
したファイバー光増幅器、即ち利得波長幅（例えばエル
ビウム・ドープ・ファイバーでは１５３０〜１５６０ｎ
ｍ、イットリビウム・ドープ・ファイバーでは９９０〜
１２００ｎｍ）の組み合わせにより得られるものであ
る。従って、本発明の実施の形態では単一波長発振レー
ザに対してその発振波長に応じた利得波長幅を持つファ
イバー光増幅器を適宜選択して組み合わせればよい。さ
らに、例えば実施形態１では平板導波路型スプリッタ
（１４、１６）の代わりに実施形態２で用いたＴＤＭ
（２３）を用いてもよいし、実施形態２ではＴＤＭ（２
３）の代わりに平板導波路型スプリッタを用いてもよ
い。なお、波長変換部の実施形態については後述する。

【００８６】なお、これらの実施形態における最終段の
高ピーク出力ファイバー光増幅器（図１では１９、図２
では２５）においては、ファイバー中での非線形効果に
よる増幅光のスペクトル幅の増加を避けるため、ファイ
バーモード径が通常通信で用いられているもの（５〜６
μｍ）よりも広い、例えば２０〜３０μｍの大モード径
ファイバー光増幅器を使用することが望ましい。

【００８７】この大モード径ファイバー光増幅器を用い
た光増幅器の構成例を図４に示す。図４中で点線の四角
で囲んだ部分のファイバーをモード径の広いものにする
この光増幅器４２では、上記のモード径の広い光増幅器
用ドープ・ファイバーを励起するための半導体レーザ４
３を、光増幅器用ドープ・ファイバーの径に合わせた大
モード径ファイバーにファイバー結合し、この半導体レ
ーザ出力を波長分割多重化装置（Wavelength Division
Multiplexer:ＷＤＭ）４５、４６を用いて、光増幅器用
ドープ・ファイバーに入力し、ドープ・ファイバーを励
起する。

【００８８】この大モード径ファイバー（光増幅器）４
２で増幅されたレーザ光は波長変換部５００に入射し、
ここで紫外レーザ光に波長変換される。この大モード径
ファイバーを伝播する増幅されるべきレーザ光（信号）
は、主に基本モードであることが望ましく、これは、シ
ングルモードあるいはモード次数の低いマルチモードフ
ァイバーにおいて、主に基本モードを選択的に励起する
ことにより実現できる。

【００８９】また、特に図４では半導体レーザ４３とＷ
ＤＭ４５との間に光偏波結合素子４４が設けられ、互い
に偏光方向が直交する、２つの半導体レーザ４３から出
力されるレーザ光を合成できるようになっている。な
お、本例では光偏波結合素子４４でレーザ光の偏光方向
を直交させるものとしたが、レーザ光の合成効率の低下
を許容できる場合にはその偏光方向を直交させなくても
よい。さらに、大モード径ファイバー光増幅器４２の入
射側に設けられたアイソレータ４０４によって、戻り光
の影響が低減される。

【００９０】また、標準的なモード径を持つファイバー
光増幅器４１と大モード径ファイバー光増幅器４２との
間に、ファイバー光増幅器４２から発生するＡＳＥ光を
除去するために狭帯域フィルタ４０３が設けられてい
る。また、ファイバー光増幅器４１にはその励起用の半
導体レーザ４０１がファイバー結合されるとともに、こ
の半導体レーザ４０１の出力がＷＤＭ４０２を通して光
増幅器用ドープ・ファイバーに入力し、それによりこの
ドープ・ファイバーが励起される。

【００９１】このような方法によれば、大モード径ファ
イバーに半導体レーザ４３をカップリングすることにな
るため、ファイバーへのカップリング効率が向上し、半
導体レーザ出力を有効に使用できる。また、同一径の大
モード径ファイバーを用いることにより、ＷＤＭ４５、
４６での損失も軽減できるため効率的である。なお、標
準的なモード径を持つ前段のファイバー光増幅器４１
と、上記モード径の広い最終段のファイバー光増幅器４
２との接続は、テーパ状にモード径が増加するファイバ
ーを用いて行う。

【００９２】さらに、最終段のファイバー光増幅器（１
９、２５）において高出力を得るためには、図４におけ
る大モード径ファイバー（４２）に代えて、ファイバー
・クラッドが二重構造となったダブル・クラッド・ファ
イバー４１０を用いるようにしてもよい。このファイバ
ー４１０の断面図の一例を図５に示す。この構造では、
コア４１１の部分にレーザ光の増幅に寄与するイオンが
ドープされており、増幅されるレーザ光（信号）がこの
コア内を伝搬する。コアを取り巻く第１クラッド４１２
に励起用半導体レーザをカップリングする。この第１ク
ラッドはマルチモードであり、断面積も大きいため高出
力の励起用半導体レーザ光の伝導が容易であり、マルチ
モード発振の半導体レーザを効率よくカップリングし、
励起用光源を効率よく使用することができる。第１クラ
ッドの外周には第１クラッドの導波路を形成するための
第２クラッド４１３が形成されている。

【００９３】また、前述の第１及び第２実施形態でのフ
ァイバー光増幅器として石英ファイバー、又はシリケイ
ト系ファイバーを用いることができるが、これらの他に
フッ化物系ファイバー、例えばＺＢＬＡＮファイバーを
用いるようにしてもよい。このフッ化物系ファイバーで
は、石英やシリケイト系などに比べてエルビウム・ドー
プ濃度を大きくすることができ、これにより増幅に必要
なファイバー長を短縮することができる。

【００９４】このフッ化物系ファイバーは、特に最終段
のファイバー光増幅器（１９、２５）に適用することが
望ましく、ファイバー長の短縮により、パルス光のファ
イバー伝播中の非線形効果による波長幅の広がりを抑え
ることができ、例えば露光装置に必要な波長幅が狭帯化
された光源を得ることが可能となる。特に開口数が大き
い投影光学系を有する露光装置でこの狭帯化光源が使用
できることは、例えば投影光学系を設計、製造する上で
有利である。

【００９５】ところで、前述のように二重構造のクラッ
ドを持つファイバー光増幅器の出力波長として１．５１
〜１．５９μｍを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウムに加えイットリビウムを共にドープす
ることが好ましい。これは半導体レーザによる励起効率
を向上させる効果があるためである。すなわち、エルビ
ウムとイットリビウムの両方をドープする場合、イット
リビウムの強い吸収波長が９１５〜９７５ｎｍ付近に広
がっており、この近傍の波長で各々異なる発振波長を持
つ複数の半導体レーザをＷＤＭにより結合させて第１ク
ラッドにカップリングすることで、その複数の半導体レ
ーザを励起光として使用できるため大きな励起強度を実
現することができる。さらに、例えば図４における光結
合素子４４として偏光結合素子を用いれば、偏光方向の
異なる半導体レーザ出力を共に結合することができるた
め、さらに励起強度を２倍に高めることができる。

【００９６】また、ファイバー光増幅器のドープ・ファ
イバーの設計については、本発明のようにあらかじめ定
められた一定の波長で動作する装置（例えば露光装置）
では、所望の波長におけるファイバー光増幅器の利得が
大きくなるように材質を選択する。例えば、ＡｒＦエキ
シマレーザと同じ出力波長（１９３〜１９４ｎｍ）を得
るための紫外レーザ装置において、光増幅器用ファイバ
ーを用いる場合には所望の波長、例えば１．５４８μｍ
で利得が大きくなる材質を選ぶことが望ましい。

【００９７】しかしながら、通信用ファイバーでは波長
分割多重化通信のため、１．５５μｍ付近の数十ｎｍの
波長領域で、比較的平坦な利得を持つように設計されて
いる。そこで、例えば励起媒質としてエルビウム単一ド
ープのコアを持つ通信用ファイバーでは、この平坦な利
得特性を実現するために、アルミやリンをシリカファイ
バーにコ・ドープする手法が用いられる。このためこの
種のファイバーでは、１．５４８μｍで必ずしも利得が
大きくならない。この様子を図６に示す。

【００９８】図６は横軸に波長を縦軸に蛍光強度をと
り、ファイバーによる蛍光強度特性の差異を示したもの
である。図中のAl /P Silicaが通信用ケーブル材料に該
当するが、これに対して図６に示したSilicate L22を用
いれば、１．５４７μｍでより高い利得を得ることがで
きる。また、ドープ元素のアルミは、１．５５μｍ付近
のピークを長波長側にシフトさせ、リンは短波長側にシ
フトさせる効果を持つ。従って、１．５４７μｍ近傍で
利得を大きくするためには、Silicate L22に少量のリン
をドープすることで達成できる。

【００９９】一方、例えばエルビウムとイットリビウム
をともにドープ（コ・ドープ）したコアを持つ光増幅器
用ファイバー（例えば前記ダブル・クラッド・タイプの
ファイバー）を用いる場合には、図７に示すように、コ
アに少量のリンを加えることにより、１．５４７μｍ付
近でより高い利得を得ることができる。なお図７は、横
軸に波長を、縦軸に単位長さ当たりの利得をとり、図中
に励起強度を変化させ、反転分布密度を変化させたとき
の波長に対するゲインの変化を示したものである。

【０１００】さて、実施形態１および２におけるファイ
バー光増幅器では、各ファイバーが独立した光増幅器で
あるため、各光増幅器のゲインの差が各チャネルの光出
力のばらつきとなる。従って、このような形態のレーザ
装置においては、例えば図８に示すように、各チャネル
のファイバー光増幅器（４１、４２）で出力の一部を分
岐させて光強度をモニターし、各ファイバー光増幅器か
らの光出力が各増幅段で一定になるように（即ちバラン
スするように）、各励起用半導体レーザ（４０１、４
３）のドライブ電流をフィードバック制御するファイバ
ー出力制御装置４０５、４０６を設けることが望まし
い。図８では、ファイバー光増幅器４１からの分岐光を
検出するファイバー出力制御装置４０５が、その検出値
に基づいてファイバー光増幅器４１に接続される半導体
レーザ４０１のドライブ電流を制御し、大モード径ファ
イバー光増幅器４２からの分岐光を検出するファイバー
出力制御装置４０６が、その検出値に基づいて大モード
径ファイバー光増幅器４２に接続される半導体レーザ４
３のドライブ電流を制御するようになっている。

【０１０１】さらに、図８に示すように波長変換部５０
０からの光出力が所定の光出力となるように波長変換部
５００における光強度をモニターし、ファイバー光増幅
器全体（４１、４２）としての励起用半導体レーザ４０
１、４３のドライブ電流をそれぞれフィードバック制御
するファイバー出力制御装置４０７をさらに備えること
が好ましい。図８では、ファイバー出力制御装置４０７
が半導体レーザ４０１、４３をそれぞれ独立に制御する
ものとしたが、波長変換部５００で検出される光強度に
基づいて半導体レーザ４０１、４３のいずれか一方のみ
を制御するだけでもよい。また、ファイバー出力制御装
置４０７は波長変換部５００の途中でレーザ光を分岐し
てその強度を検出するものとしたが、波長変換部５００
の射出端から出力されるレーザ光の一部を分岐してその
強度を検出するようにしてもよい。なお、図８では図４
と同一の他の構成要素については同一の番号を付し、説
明を省略する。

【０１０２】このような構成とすることにより、各増幅
段ごとに各チャネルのファイバー光増幅器の増幅率が一
定化されるため、各ファイバー光増幅器間に偏った負荷
がかかることがなく全体として均一な光強度が得られ
る。また、波長変換部５００における光強度をモニター
することにより、予定される所定の光強度を各増幅段に
フィードバックし、所望の紫外光出力を安定して得るこ
とができる。

【０１０３】なお、図８では示していないが、ファイバ
ー出力制御装置４０５、４０６、４０７の少なくとも１
つは、単一波長発振レーザ（１１又は２１）及び光変調
素子（１２又は２２）にそれぞれ接続され、単一波長発
振レーザの温度制御及び電流制御を行うとともに、光変
調素子にドライブ用電圧パルスを印加し、且つその電圧
パルスのタイミング及び大きさを制御することがさらに
可能となっている。

【０１０４】従って、その少なくとも１つのファイバー
出力制御装置はパルス光（基本波、又は波長変換部で少
なくとも１回波長変換された可視光、又は赤外光、ある
いは紫外光）の強度、中心波長、及び波長幅を検出し、
この検出値に基づいて単一波長発振レーザの温度をフィ
ードバック制御してそのパルス光の中心波長及び波長幅
を制御する。さらに、その検出値に基づいて単一波長発
振レーザの電流制御と、光変調素子に印加する電圧パル
スの制御とを行い、そのパルス光の強度、出力間隔、及
びパルス出力の開始と停止などを制御する。

【０１０５】また、少なくとも１つのファイバー出力制
御装置は、単一波長発振レーザのパルス出力と連続出力
との切替、及びそのパルス出力時における出力間隔やパ
ルス幅などの制御を行うとともに、パルス光の出力変動
を補償するするように、単一波長発振レーザの発振制御
と光変調素子の制御との少なくとも一方を行う。

【０１０６】なお、図８では大モード径ファイバー光増
幅器の使用を前提としているが、ここで説明したファイ
バー光増幅器に接続される励起用半導体レーザ（４０１
など）の電流制御と、単一波長発振レーザ及び光変調素
子の制御とは、大モードファイバー光増幅器を使用しな
い、前述の第１及び第２実施形態による紫外レーザ装置
（図１、図２）にもそのまま適用することが可能であ
る。

【０１０７】以上説明した実施形態１及び２における最
終段のファイバー光増幅器１９、２５の出力端は束ねら
れて所要のバンドル形状に成形される（１１４、２
９）。バンドルの数及び形状は、波長変換部の構成や必
要とされる光源の形状に合わせて定める。例えば、本実
施形態では一つの円形断面を有するバンドルの場合を示
す（１１４、２９、５０１、６０１等）。このとき、各
ファイバーのクラッド直径は１２５μｍ程度であること
から、１２８本を束ねた出力端でのバンドルの直径は約
２ｍｍ以下とすることができる。バンドルは最終段のＥ
ＤＦＡもしくはＹＤＦＡの出力端をそのまま用いて形成
することができるが、最終段のＥＤＦＡもしくはＹＤＦ
Ａに無ドープのファイバーを結合させ、その出力端でバ
ンドルを形成することも可能である。

【０１０８】また、図９に示すように、光増幅器におけ
る最終段の各ファイバー４２２の出力端部４２３では、
そのファイバー４２２内のコア４２１の径を出力端に向
けてテーパ状に徐々に広げて配設し、出力端面４２３で
の光のパワー密度（単位面積当たりの光強度）を小さく
してやることが好ましい。このとき、テーパの形状はコ
ア径の広がりが出力端面４２３に向けて十分緩やかに増
加し、増幅されたレーザ光がテーパ部を伝搬する際にフ
ァイバー中での伝搬横モードが保存され、他の横モード
の励起が十分無視できる程度（例えば数ｍrad程度）と
なるように設定する。

【０１０９】このように設定することにより、ファイバ
ーの出力端面４２３における光のパワー密度を低下させ
ることができ、ファイバーの損傷において最も問題であ
るファイバー出力端部のレーザ光による損傷を大幅に抑
制する効果が得られる。この効果は、ファイバー光増幅
器の出力端から射出されるレーザ光のパワー密度が高い
ほど（例えば光強度が高いほど、また同一パワーに対す
るコア径が小さいほど、あるいは全パワーを分割するチ
ャネル数が少ないほど等）大きな効果が得られる。

【０１１０】また、図１０（ａ）に示すように最終段の
ファイバー４３２の出力端部４３４には、上記コア径の
拡大と併せて、あるいはレーザ光のパワー密度によって
は単独で、レーザ光を透過する適切な厚さの窓部材４３
３を密着して配設することが好ましい。但し、図１０
（ａ）ではファイバー内のコア４３１の径を拡大しない
で、窓部材４３３のみによって出力光のパワー密度を小
さくしている。

【０１１１】ここで、前述の実施形態１、２のようにフ
ァイバー出力が複数の場合には、各ファイバー端部毎に
窓部材を設ける図１０（ａ）の方法のほか、図１０
（ｂ）に示すように、各ファイバー光増幅器４４２の出
力群ごとの出力端部４４４に共通の窓部材４４３を設け
ることも本形態における一つの実施例である。但し、図
１０（ｂ）ではファイバー内のコア４４１の径を拡大し
ていないが、コア径の拡大を併用してもよい。

【０１１２】なお、１つの窓部材４４３が共通に設けら
れる複数のファイバー光増幅器の数は任意でよく、例え
ば図１又は図２に示した最終段のファイバー光増幅器１
９又は２５の総数、即ち１２８本としてもよい。なお、
窓部材（４３３又は４４３）は基本波レーザ光の波長域
での透過率、及びファイバーとの密着性などを考慮して
その材質が適宜選定（例えばＢＫ７等の光学ガラス材や
石英材等）され、またファイバーと窓部材との密着に
は、オプティカルコンタクトあるいは融着等の方法を用
いることができる。

【０１１３】このように構成することにより、窓部材か
ら射出されるレーザ光のパワー密度はファイバー・コア
４３１、４４１中でのパワー密度より小さくなるため、
ファイバー出力端部のレーザ光による損傷を抑制する効
果が得られる。そして、前記出力端部におけるファイバ
ー・コア径の拡大と組み合わせることにより、従来問題
であったファイバー出力端部の損傷の問題を解決するこ
とが可能である。

【０１１４】なお、以上の各実施形態（図１、図２、図
４、図８）では、戻り光の影響を避けるため、各接続部
に適宜アイソレータ１１０、１１１、１１２、２６、２
７、４０４等を挿入し、また良好なＥＤＦＡ増幅特性を
得るために狭帯域フィルタ１１３、２８、４０３を挿入
する構成例を示した。但し、アイソレータ又は狭帯域フ
ィルターを配置する箇所、あるいはその数は前述の実施
形態に限定されるものではなく、例えば本発明によるレ
ーザ光源が適用される各種装置（露光装置など）の要求
精度などに応じて適宜決定すればよく、アイソレータと
狭帯域フィルターとの少なくとも一方を一切設けないこ
ともある。

【０１１５】なお狭帯域フィルターは、所望の単一波長
のみに対して高透過率が得られればよく、フィルターの
透過波長幅は１ｐｍ以下で十分である。このように狭帯
域フィルターを用いることにより、ファイバー増幅器で
発生する自然放出光ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Em
ission）によるノイズを軽減でき、また、前段のファイ
バー光増幅器からのＡＳＥによる、基本波出力の増幅率
低下を押さえることができる。

【０１１６】また、前述の実施形態では光変調素子１２
又は２２で切り出されるパルス光の強度又はファイバー
光増幅器の出力をモニターしておき、パルス毎にその強
度が一定となるように、光変調素子に印加するドライブ
用電圧パルス、及びオフセットＤＣ電圧の大きさを調整
して、パルス光の強度をフィードバック制御してもよ
い。さらに、多数のファイバー光増幅器１９又は２５か
ら発生するレーザ光を検出して、各チャネルでのレーザ
光の遅延時間やチャネル間でのレーザ光の発振間隔など
をモニターし、その遅延時間や発振間隔などがそれぞれ
所定値となるように、光変調素子に印加するドライブ用
電圧パルスのタイミングを制御したり、あるいは図２中
のＴＤＭ２３を制御することで、ファイバーバンドル出
力端でのレーザ光の発振タイミングをフィードバック制
御してもよい。また、波長変換部５００から発生する紫
外光の波長を検出し、この検出値に基づいて単一波長発
振レーザ１１又は２１の温度を調整して、紫外光の波長
をフィードバック制御してもよい。

【０１１７】さらに、光変調素子１２又は２２で切り出
されるパルス光の強度変動を検出し、この出力変動を補
償するように光変調素子よりも後段に配置される複数段
のファイバー光増幅器（１３、１８、１９、又は２４、
２５）の少なくとも一段での利得を制御する、いわゆる
フィードフォワード制御を行うようにしてもよい。ま
た、前述のチャネル０〜１２７のうち、遅延時間が短い
チャネル、即ちパルス光が早く出力されるチャネルの出
力（光強度）を検出し、この検出値に基づいてファイバ
ー光増幅器の利得（又はＴＤＭ２３）を制御して、その
チャネルよりも遅延時間が長いチャネル、即ちパルス光
が遅れて出力されるチャネルの出力をフィードフォワー
ド制御するようにしてもよい。また、特に図１に示した
実施形態１では、チャネル単位でその出力を制御するの
ではなく、３２個のチャネルを持つブロック単位でその
出力を制御してもよく、例えば第１ブロックの少なくと
も１つのチャネルの出力を検出し、この検出値に基づい
て第２ブロックでのチャネルの出力を制御してもよい。

【０１１８】本発明に係る紫外レーザ装置の第３の実施
形態を、図３を参照しながら説明する。本実施形態によ
る紫外光発生装置は、単一波長発振レーザ３１からなり
単一波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部と、ファ
イバー光増幅器３３、３４からなり入射光を増幅する光
増幅器、及び増幅された光を波長変換する波長変換部
（不図示）などから構成され、ＡｒＦエキシマレーザと
同じ出力波長（１９３ｎｍ）あるいはＦ₂レーザと同じ
出力波長（１５７ｎｍ）のレーザ光を発生する紫外レー
ザ装置を提供するものである。

【０１１９】本実施形態において、図３に示す紫外レー
ザ装置には、単一波長のレーザ光を発生する単一波長発
振レーザ３１を備え、この単一波長発振レーザ３１の光
出力はファイバー光増幅器３３、３４により増幅され
る。このファイバー光増幅器３４の出力は、例えば図１
３に示す波長変換部（６０２〜６１１）にその増幅され
たレーザ光が入射する。なお、図３におけるファイバー
光増幅器３４の出射端は、図１１及び図１３に示される
ファイバーバンドル出射端５０１及び６０１に対応す
る。この波長変換部は、一組の非線形光学結晶６０２、
６０４、６０９、６１１などを備えて構成され、光増幅
器（３１〜３６）から出射される基本波を紫外光に変換
する。なお、本発明に係る波長変換部については、実施
の形態の後段において実施形態４〜７として詳細に説明
する。

【０１２０】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。図３に示す単一波長で発振する単一波長発振レー
ザ３１としては、例えば、発振波長１．５４４μｍ、Ｃ
Ｗ出力３０ｍＷのInGaAsP,ＤＦＢ半導体レーザを用い
る。このレーザは基本的に単一縦モード発振をすること
から、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑
えられる。

【０１２１】この半導体レーザ３１の光出力（連続光）
は、例えば電気光学光変調素子や音響光学光変調素子な
どの光変調素子３２によってパルス光に変換される。本
構成例では一例として、この光変調素子３２によってパ
ルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚのパルス光
に変調させた場合について説明を行う。この様な光変調
を行った結果、光変調素子３２から出力されるパルス光
のピーク出力は３０ｍＷ、平均出力は３μＷとなる。

【０１２２】前述の実施形態１、２と同様にしてパルス
化された出力光を、一段あるいは多段のＥＤＦＡ（エル
ビウム・ドープ・ファイバー光増幅器）を有するファイ
バー光増幅器によって増幅する。本実施形態では、一例
として、２段のファイバー光増幅器３３、３４によって
合計５８ｄＢ（６６７０００倍）の増幅を行う場合につ
いて示した。この場合には、このファイバー光増幅器３
４の出力端での平均出力は２Ｗとなる。この出力端部は
最終段のファイバー光増幅器３４の出力端をそのまま用
いて形成することができるが、最終段のファイバー光増
幅器３４に無ドープのファイバーを結合させる事も可能
である。また、本実施形態では、戻り光の影響を避ける
ため、各接続部に適宜アイソレータ３５、３６を挿入し
た構成例を示す。

【０１２３】この光増幅器の出力である波長１．５４４
μｍの単一波長パルスレーザ光は、非線形光学結晶を用
いた波長変換部（詳細後述）により、スペクトル線幅の
狭い紫外光パルス出力に変換される。なお、本実施形態
による光増幅器（３１〜３６）ではその出力端が１本の
ファイバー光増幅器３４からなるが、例えば実施形態１
（図１）で用いた平板導波路型スプリッタ（１６）、又
は実施形態２で用いたＴＤＭ（２３）とともに、ファイ
バー光増幅器（３３、３４）をそれぞれ複数用意してフ
ァイバー光増幅器３４を束ねてファイバーバンドルを形
成するようにしてもよい。このとき、複数の光増幅器に
それぞれ設けられる光変調素子３２に印加するドライブ
用電圧パルスのタイミングを調整して、複数の光増幅器
から射出されるパルス光の発振間隔を調整可能とする、
例えば等時間間隔でパルス光が順次発光されるように、
光増幅器毎にその発光タイミングをずらすことが好まし
い。

【０１２４】また、本実施形態についても前述の実施形
態１、２の変形例を適用することが可能である。例え
ば、単一波長発振レーザ３１をパルス発振させても良い
し、さらには単一波長発振レーザ３１の電流制御のみ、
あるいはその電流制御と光変調素子３２の制御とを併用
してパルス光の出力間隔（パルス周期）を変更しても良
い。

【０１２５】次に、前述の実施形態１〜３でそれぞれ使
用される波長変換部の実施の形態について述べる。図１
１（ａ）〜（ｄ）には、本発明に係る波長変換部の構成
例を実施の形態４として示す。これらはいずれも、ファ
イバーバンドルの出力端５０１（実施の形態１における
１１４、実施の形態２における２９等に該当するが、実
施の形態３における単一ファイバー（３４）の出力端で
あってもよい。）から射出される波長１．５４４ｎｍの
基本波を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に
波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である
１９３ｎｍの紫外光を発生する構成例を示したものであ
る。

【０１２６】図１１（ａ）では、ファイバーバンドル出
力端５０１から出力される波長１．５４４ｎｍ（周波数
ω）の基本波は、非線形光学結晶５０２、５０３、５０
４を図中左から右に向かって透過して出力される。基本
波が非線形光学結晶５０２を通る際に、２次高調波発生
により基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω
（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍波が発生する。発
生した２倍波は右方向へ進み、次の非線形光学結晶５０
３に入射する。ここで再び第２次高調波発生を行い、入
射波の周波数２ωの２倍、すなわち基本波に対し４倍の
周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）をもつ４倍波
が発生する。発生した４倍波はさらに右の非線形光学結
晶５０４に進み、ここで再び第２次高調波発生を行い、
入射波の周波数４ωの２倍、すなわち基本波に対し８倍
の周波数８ωを有する８倍波（波長は１／８の１９３ｎ
ｍ）を発生する。

【０１２７】前記波長変換に使用する非線形光学結晶と
しては、例えば基本波から２倍波への変換結晶５０２に
はLiB₃O₅（ＬＢＯ）結晶を、２倍波から４倍波への変換
結晶５０３にはLiB₃O₅（ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８
倍波への変換結晶５０４にはSr₂Be₂B₂O₇（ＳＢＢＯ）結
晶を使用する。ここで、ＬＢＯ結晶を使用した基本波か
ら２倍波への変換には、波長変換のための位相整合にＬ
ＢＯ結晶の温度調節による方法、Non-Critical Phase M
atching：ＮＣＰＭを使用する。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(Walk-of
f)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Walk-offによるビームの変形
も受けないため有利である。

【０１２８】図１１（ｂ）は、基本波（波長１．５４４
μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→３倍波（波長５１
５ｎｍ）→６倍波（波長２５７ｎｍ）→８倍波（波長１
９３ｎｍ）の順に波長変換する場合について示したもの
である。

【０１２９】1段目の波長変換部５０７では、基本波か
ら2倍波への２次高調波発生の変換にＬＢＯ結晶が前述
したＮＣＰＭで使用される。波長変換部（ＬＢＯ結晶）
５０７は、基本波の一部を波長変換せずに透過させると
ともに、基本波を波長変換して２倍波を発生し、この基
本波と２倍波に波長板（例えば１／２波長板）５０８で
それぞれ半波長、１波長の遅延を与え、基本波の偏光の
み９０度回転させる。この基本波と２倍波はそれぞれレ
ンズ５０９を通って２段目の波長変換部５１０に入射す
る。

【０１３０】２段目の波長変換部５１０では、１段目の
波長変換部５０７で発生した２倍波と、変換せずに透過
した基本波とから和周波発生により３倍波（波長５１５
ｎｍ）を得る。波長変換結晶としてはＬＢＯ結晶が用い
られるが、１段目の波長変換部（ＬＢＯ結晶）５０７と
は温度が異なるＮＣＰＭで使用される。波長変換部５１
０で得られた３倍波と、波長変換されずに透過した２倍
波とは、ダイクロイック・ミラー５１１により分離し、
ダイクロイック・ミラー５１１で反射された３倍波は、
レンズ５１３を通って３段目の波長変換部５１４に入射
する。波長変換部５１４はβ-BaB₂O₄（ＢＢＯ）結晶で
あり、ここで３倍波が２次高調波発生により６倍波
（波長２５７ｎｍ）に変換される。

【０１３１】波長変換部５１４で得られた６倍波と、ダ
イクロイック・ミラー５１１を透過してレンズ５１２を
通った２倍波とは、ダイクロイック・ミラー５１６で同
軸に合成されて４段目の波長変換部５１７に入射する。
波長変換部５１７はＢＢＯ結晶が用いられ、６倍波と２
倍波とから和周波発生により８倍波（波長１９３ｎｍ）
を得る。図１１（ｂ）の構成においては、４段目の波長
変換部５１７の波長変換結晶として、ＢＢＯ結晶の代わ
りにCsLiB₆O₁₀（ＣＬＢＯ）結晶を用いることも可能で
ある。

【０１３２】なお、本実施例では２段目の波長変換部５
１０で得られた３倍波と２倍波とをダイクロイック・ミ
ラー５１１で分岐し、かつ３段目の波長変換部５１４で
得られた６倍波と２段目の波長変換部５１０で得られた
２倍波とをダイクロイック・ミラー５１６で合成して、
４段目の波長変換部５１７に入射させるように構成し
た。ここで、ダイクロイック・ミラー５１１の特性を反
転させる、即ち３倍波が透過し、かつ２倍波が反射する
ものとして、３段目の波長変換部５１４を２段目の波長
変換部５１０と同一光軸上に配置するようにしてもよ
い。このとき、ダイクロイック・ミラー５１６の特性も
反転させておく必要がある。このように６倍波と２倍波
との一方が分岐光路を通って４段目の波長変換部５１７
に入射する構成では、６倍波と２倍波をそれぞれ４段目
の波長変換部５１７に入射させる集光レンズ５１５、５
１２を互いに異なる光路に配置することができる。

【０１３３】３段目の波長変換部５１４で発生した６倍
波はその断面形状がWalk-off現象により長円形になって
いるため、４段目の波長変換部５１７で良好な変換効率
を得るためには、その６倍波のビーム整形を行うことが
望ましい。そこで本実施例のように、集光レンズ５１
５、５１２を別々の光路に配置することにより、例えば
レンズ５１５としてシリンドリカルレンズ対を用いるこ
と等が可能となり、６倍波のビーム整形を容易に行うこ
とができる。このため、４段目の波長変換部（ＢＢＯ結
晶）５１７での２倍波との重なりを良好にし、変換効率
を高めることが可能である。

【０１３４】なお、２段目の波長変換部５１０と４段目
の波長変換部５１７との間の構成は図１１（ｂ）に限ら
れるものではなく、４段目の波長変換部５１７に６倍波
と２倍波とが同時に入射するように、６倍波と２倍波と
でその光路長が等しくなっていれば、いかなる構成であ
ってもよい。さらに、例えば２段目の波長変換部５１０
と同一光軸上に３段目及び４段目の波長変換部５１４、
５１７を配置し、３段目の波長変換部５１４で３倍波の
みを第２高調波発生により６倍波に変換して、波長変換
されない２倍波とともに４段目の波長変換部５１７に入
射させてもよく、これによりダイクロイック・ミラー５
１１、５１６を用いる必要がなくなる。

【０１３５】図１１（ｃ）は、基本波（波長１．５４４
μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→４倍波（波長３８
６ｎｍ）→６倍波（波長２５７ｎｍ）→８倍波（波長１
９３ｎｍ）の順に波長変換する場合について示したもの
である。

【０１３６】１段目の波長変換部５１８ではその波長変
換結晶としてＬＢＯ結晶が用いられ、基本波を２倍波に
波長変換するためにそのＬＢＯ結晶がＮＣＰＭで使用さ
れる。１段目の波長変換部５１８から発生する２倍波
は、集光レンズ５１９を通って２段目の波長変換部５２
０に入射する。

【０１３７】２段目の波長変換部５２０では、その波長
変換結晶としてＬＢＯ結晶が用いられ、１段目の波長変
換部５１８で発生した２倍波から２次高調波発生により
４倍波（波長３８６ｎｍ）を得る。波長変換部５２０で
得られた４倍波と、波長変換されずにその波長変換部５
２０を透過した２倍波とは、ダイクロイック・ミラー５
２１により分離し、ここで反射された４倍波は集光レン
ズ５２４を通ってダイクロイック・ミラー５２５に達す
る。一方、ダイクロイック・ミラー５２１を透過した２
倍波は、半波長板５２２でその偏光方向が９０°回転さ
れるとともに、集光レンズ５２３を通ってダイクロイッ
ク・ミラー５２５に達し、ここで分岐光路を通った２倍
波と同軸に合成されて３段目の波長変換部５２６に入射
する。

【０１３８】３段目の波長変換部５２６では、その波長
変換結晶としてＢＢＯ結晶が用いられ、２段目の波長変
換部５２０で発生した４倍波と、波長変換されずにその
波長変換部５２０を透過した２倍波とから和周波発生に
より６倍波（波長２５７ｎｍ）を得る。波長変換部５２
０で得られた６倍波と、波長変換されずにその波長変換
部５２０を透過した２倍波とは、ダイクロイック・ミラ
ー５２７により分離し、ここで反射された２倍波は半波
長板５２８でその偏光方向が９０°回転されるととも
に、集光レンズ５２９を通ってダイクロイック・ミラー
５３１に達する。一方、ダイクロイック・ミラー５２７
を透過した６倍波は、集光レンズ５３０を通ってダイク
ロイック・ミラー５３１に達し、ここで分岐光路を通っ
た２倍波と同軸に合成されて４段目の波長変換部５３２
に入射する。

【０１３９】４段目の波長変換部５３２では、その波長
変換結晶としてＢＢＯ結晶が用いられ、３段目の波長変
換部５２６で発生した６倍波と、波長変換されずにその
波長変換部５２６を透過した２倍波とから和周波発生に
より８倍波（波長１９３ｎｍ）を得る。上記構成におい
ては、４段目の波長変換部５３２の波長変換結晶とし
て、ＢＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を用いることも
可能である。

【０１４０】なお、本実施例では２段目及び３段目の波
長変換部５２０、５２６の後にそれぞれダイクロイック
・ミラー（５２１、又は５２７）を配置して、その波長
変換部（５２０、又は５２６）から射出される一対の高
調波（２倍波と４倍波、又は２倍波と６倍波）がそれぞ
れ異なる光路を通って次段の波長変換部（５２６、又は
５３２）に入射するように構成したが、図１１（ｂ）で
の説明と同様に、３段目の波長変換部５２６を他の波長
変換部５１８、５２０、５３２と同一光軸上に配置して
もよく、これによりダイクロイック・ミラー５２１、５
２５、５２７、５３１などを用いる必要がなくなる。

【０１４１】ところで、本実施例では２段目および３段
目の波長変換部５２０、５２６で発生した４倍波、及び
６倍波はそれぞれ断面形状がWalk-off現象により長円形
になっている。このため、このビームを入力とする３段
目および４段目の波長変換部５２６、５３２で良好な変
換効率を得るためには、入射ビームとなる４倍波及び６
倍波のビーム形状を整形し、２倍波ビームとの重なりを
良好にすることが望ましい。本実施例のように、集光レ
ンズ５２３と５２４、及び５２９と５３０とをそれぞれ
別々の光路に置くことにより、例えばレンズ５２４、５
３０としてシリンドリカルレンズ対を用いることが可能
になり、４倍波及び６倍波のビーム整形を容易に行うこ
とができる。このため、３段目および４段目の波長変換
部５２６、５３２でそれぞれ２倍波との重なりが良好に
なり、変換効率を高めることが可能である。

【０１４２】なお、２段目の波長変換部５２０から発生
する２倍波と４倍波とが同時に３段目の波長変換部５２
６に入射するように、その２倍波と４倍波の各光路長が
同一になっていればよく、２つの波長変換部５２０、５
２６間の構成は図１１（ｃ）に限られるものではない。
このことは３段目の波長変換部５２６と４段目の波長変
換部５３２との間でも同様である。

【０１４３】図１１（ｄ）は、基本波（波長１．５４４
μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→３倍波（波長５１
５ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→７倍波（波長２
２１ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換
する場合について示したものである。

【０１４４】１段目の波長変換部５３３では、その波長
変換結晶としてＬＢＯ結晶が用いられ、基本波を２倍波
に波長変換するためにそのＬＢＯ結晶をＮＣＰＭで使用
する。波長変換部５３３で波長変換されずに透過した基
本波と、波長変換で発生した２倍波とは、波長板５３４
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度回転する。２段目の波長変換
部５３６は、その波長変換結晶としてＬＢＯ結晶が用い
られるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の波長変換部
（ＬＢＯ結晶）５３３とは温度が異なるＮＣＰＭで使用
される。この波長変換部５３６では、１段目の波長変換
部５３３で発生した２倍波と、波長変換されずにその波
長変換部５３３を透過した基本波とから和周波発生によ
り３倍波（波長５１５ｎｍ）を得る。

【０１４５】波長変換部５３６で得られた３倍波と、波
長変換されずにその波長変換部５３６を透過した基本波
および２倍波とは、ダイクロイック・ミラー５３７によ
り分離し、ここで反射された３倍波は集光レンズ５４
０、及びダイクロイック・ミラー５４３を通って４段目
の波長変換部５４５に入射する。一方、ダイクロイック
・ミラー５３７を透過した基本波および２倍波は、集光
レンズ５３８を通って３段目の波長変換部５３９に入射
する。

【０１４６】３段目の波長変換部５３９は、その波長変
換結晶としてＬＢＯ結晶が用いられ、基本波が波長変換
されずにそのＬＢＯ結晶を透過するとともに、２倍波が
ＬＢＯ結晶で２次高調波発生により４倍波（波長３８６
ｎｍ）に変換される。波長変換部５３９で得られた４倍
波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラ
ー５４１により分離し、ここを透過した基本波は集光レ
ンズ５４４を通るとともに、ダイクロイックミラー５４
６で反射されて５段目の波長変換部５４８に入射する。
一方、ダイクロイック・ミラー５４１で反射された４倍
波は、集光レンズ５４２を通ってダイクロイック・ミラ
ー５４３に達し、ここでダイクロイック・ミラー５３７
で反射された３倍波と同軸に合成されて４段目の波長変
換部５４５に入射する。

【０１４７】４段目の波長変換部５４５は、その波長変
換結晶としてＢＢＯ結晶が用いられ、３倍波と４倍波と
から和周波発生により７倍波（波長２２１ｎｍ）を得
る。波長変換部５４５で得られた７倍波は集光レンズ５
４７を通るとともに、ダイクロイック・ミラー５４６
で、ダイクロイック・ミラー５４１を透過した基本波と
同軸に合成されて、５段目の波長変換部５４８に入射す
る。

【０１４８】５段目の波長変換部５４８は、その波長変
換結晶としてＬＢＯ結晶が用いられ、基本波と７倍波と
から和周波発生により８倍波（波長１９３ｎｍ）を得
る。上記構成において、７倍波発生用ＢＢＯ結晶５４
５、及び８倍波発生用ＬＢＯ結晶５４８のかわりに、Ｃ
ＬＢＯ結晶を用いることも可能である。

【０１４９】本実施例では、４段目の波長変換部５４５
に３倍波と４倍波とが互いに異なる光路を通って入射す
るので、３倍波を集光するレンズ５４０と、４倍波を集
光するレンズ５４２とを別々の光路に置くことができ
る。３段目の波長変換部５３９で発生した４倍波はその
断面形状がWalk-off現象により長円形になっている。こ
のため、４段目の波長変換部５４５で良好な変換効率を
得るためには、その４倍波のビーム整形を行うことが望
ましい。本実施例では、集光レンズ５４０、５４２を別
々の光路に配置しているので、例えばレンズ５４２とし
てシリンドリカルレンズ対を用いることができ、４倍波
のビーム整形を容易に行うことが可能となる。このた
め、４段目の波長変換部（ＢＢＯ結晶）５４５での３倍
波との重なりを良好にし、変換効率を高めることが可能
である。

【０１５０】さらに本実施例では、５段目の波長変換部
５４８に入射する基本波を集光するレンズ５４４と、７
倍波を集光するレンズ５４７とを別々の光路に置くこと
ができる。４段目の波長変換部５４５で発生した７倍波
はその断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
る。このため、５段目の波長変換部５４８で良好な変換
効率を得るためには、その７倍波のビーム整形を行うこ
とが好ましい。本実施例では、集光レンズ５４４、５４
７を別々の光路に配置することができるので、例えばレ
ンズ５４７としてシリンドリカルレンズ対を用いること
ができ、７倍波のビーム整形を容易に行うことが可能と
なる。このため、５段目の波長変換部（ＬＢＯ結晶）５
４８での基本波との重なりを良好にし、変換効率を高め
ることが可能である。

【０１５１】なお、２段目の波長変換部５３６と４段目
の波長変換部５４５との間の構成は図１１（ｄ）に限ら
れるものではなく、波長変換部５３６から発生してダイ
クロイック・ミラー５３７で反射される３倍波と、波長
変換部５３６から発生してダイクロイック・ミラー５３
７を透過する２倍波を波長変換部５３９で波長変換して
得られる４倍波とが同時に波長変換部５４５に入射する
ように、両波長変換部５３６、５４５間の２つの光路長
が等しくなっていれば、いかなる構成であっても構わな
い。このことは３段目の波長変換部５３９と５段目の波
長変換部５４８との間でも同様である。

【０１５２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、図１１（ａ）〜
（ｄ）に示した波長変換部についてそれぞれ実験の結果
得られた各チャネル当たりの各段での波長変換効率、及
び得られた８倍波（波長１９３ｎｍ）の平均出力を示
す。基本波の出力は前述の実施形態で説明した通り各チ
ャネルの出力端で、ピーク・パワー２０ｋＷ、パルス幅
１ｎｓ、パルス繰り返し周波数１００ｋＨｚ、及び平均
出力２Ｗである。この結果、各チャネル当たりの８倍波
（波長１９３ｎｍ）の平均出力は、図１１（ａ）の波長
変換部では２２９ｍＷ、図１１（ｂ）の波長変換部では
３８．３ｍＷ、図１１（ｃ）の波長変換部では４０．３
ｍＷ、図１１（ｄ）の波長変換部では４５．９ｍＷであ
った。従って、全１２８チャネルを合わせたバンドルか
らの平均出力は、図１１（ａ）では２９Ｗ、図１１
（ｂ）では４．９Ｗ、図１１（ｃ）では５．２Ｗ、図１
１（ｄ）では５．９Ｗとなり、いずれの波長変換部であ
っても露光装置用光源として十分な出力の、波長１９３
ｎｍの紫外光を提供することができる。

【０１５３】これらの実施形態のうちで図１１（ａ）の
構成は最も簡略であり、変換効率も最も高い。このた
め、ファイバー光増幅器のチャネル数を前述の実施形態
１、２（１２８チャネル）よりも減少させる、例えば１
／２〜１／３のチャネル数としてバンドルを構成する
か、あるいは、本実施例で示した基本波出力よりも低い
基本波出力で構成するなどしても露光装置用光源として
十分な出力の、波長１９３ｎｍの紫外光を提供すること
が可能である。

【０１５４】図１１（ｄ）の構成は、波長変換部の段数
が５段とこれらの実施形態中で最も多いが、１９３ｎｍ
への変換効率は図１１（ｂ）、（ｃ）の実施形態と同等
程度であり、ほぼ同一の紫外光出力を得ることができ
る。また、図１１（ｂ）、（ｃ）の構成では、８倍波
（１９３ｎｍ）の発生にＢＢＯ結晶を用いているため、
ＢＢＯ結晶による８倍波（１９３ｎｍ）の吸収があり、
ＢＢＯ結晶の損傷が問題となる可能性がある。これに対
し、図１１（ｄ）の構成では８倍波（１９３ｎｍ）の発
生にＬＢＯ結晶を用いることができる。このＬＢＯ結晶
は、現在、市販品として良質の結晶が容易に入手可能で
あり、さらに１９３ｎｍの紫外光の吸収係数が非常に小
さく、結晶の光損傷が問題とならないため耐久性の面で
有利である。

【０１５５】また、８倍波（例えば波長１９３ｎｍ）の
発生部ではＬＢＯ結晶を角度位相整合させて用いるが、
この位相整合角が大きいために実効非線形光学定数（ｄ
eff）が小さくなる。そこで、このＬＢＯ結晶に温度制
御機構を設け、ＬＢＯ結晶を高温で用いることが好まし
い。これにより、位相整合角を小さくすることができ
る、即ち上記定数（ｄeff）を増加させることができ、
８倍波発生効率を向上させることができる。

【０１５６】なお、以上は基本波から８倍波を発生させ
る波長変換部の構成例についてその好ましい実施の形態
について説明してきたが、本発明の波長変換部はこの実
施形態にのみ拘束されるものではなく、基本波である
１．５４４μｍの８倍波を発生させる構成であれば、同
様の効果を奏するものである。例えば、基本波（波長
１．５４４μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→３倍波
（波長５１５ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→６倍
波（波長２５７ｎｍ）→７倍波（波長２２１ｎｍ）→８
倍波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換することによっ
ても同様の効果を奏するものである。

【０１５７】このとき、この波長変換に使用する非線形
光学結晶としては、例えば基本波から２倍波への変換結
晶にはＬＢＯ結晶を、２倍波から４倍波への変換結晶に
はＬＢＯ結晶を、２倍波と４倍波との和周波発生による
６倍波発生にはＢＢＯ結晶を、基本波と６倍波との和周
波発生による７倍波発生にはＢＢＯ結晶を、基本波と７
倍波との和周波発生による８倍波発生にはＬＢＯ結晶を
使用することで達成できる。この場合にも８倍波発生に
ＬＢＯ結晶を使用できるため結晶の損傷が問題とならな
い点で有利である。

【０１５８】以上の実施形態４に示したように波長変換
部を構成することにより、基本波発生部で発生させた波
長１．５４４μｍの基本波を波長１９３ｎｍの紫外光に
波長変換することができる。

【０１５９】次に、図１３に本発明に係る波長変換部の
他の構成例を実施形態５として示す。これは、ファイバ
ーバンドルの出力端６０１（実施形態１における１１
４、実施形態２における２９等に該当する）から射出さ
れる波長１．５７μｍの基本波を非線形光学結晶を用い
て１０倍波の高調波発生を行い、Ｆ₂レーザと同じ波長
である１５７ｎｍの紫外光を発生する構成例を示したも
のである。なお、本実施形態における基本波出力部は、
これまで述べてきた実施の形態１〜３のいずれか、ある
いはそれらを組み合わせて用いることが可能である

【０１６０】図１３に示す波長変換部の構成例では、基
本波（波長１．５７μｍ）→２倍波（波長７８５ｎｍ）
→４倍波（波長３９２．５ｎｍ）→８倍波（波長１９
６．２５ｎｍ）→１０倍波（波長１５７ｎｍ）の順に波
長変換する場合について示したものである。本実施例で
は２倍波発生から８倍波発生までの各波長変換段におい
て、各波長変換段に入射された波長の２次高調波発生を
行っている。

【０１６１】また、本例では波長変換に使用する非線型
光学結晶として、波長変換部６０２における基本波から
２次高調波発生による２倍波の発生にはＬＢＯ結晶を使
用し、波長変換部６０４における２倍波から２次高調波
発生による４倍波の発生にはＬＢＯ結晶を使用する。さ
らに、波長変換部６０９における４倍波から２次高調波
発生による８倍波の発生にはSr₂Be₂B₂O₇（ＳＢＢＯ）結
晶を使用し、波長変換部６１１における２倍波と８倍波
とから和周波発生による１０倍波（波長１５７ｎｍ）の
発生にはＳＢＢＯ結晶を使用する。

【０１６２】なお、波長変換部６０２から発生する２倍
波は、集光レンズ６０３を通って波長変換部６０４に入
射し、この波長変換部６０４は前述の４倍波と波長変換
されない２倍波とを発生する。次に、ダイクロイック・
ミラー６０５を透過する２倍波は集光レンズ６０６を通
るとともに、ダイクロイック・ミラー６０７で反射され
て波長変換部６１１に入射する。一方、ダイクロイック
・ミラー６０５で反射された４倍波は、集光レンズ６０
８を通って波長変換部６０９に入射し、ここで発生され
る８倍波は集光レンズ６１０、及びダイクロイック・ミ
ラー６０７を通って波長変換部６１１に入射する。さら
に波長変換部６１１は、ダイクロイック・ミラー６０７
で同軸に合成される２倍波と８倍波とから和周波発生に
より１０倍波（波長１５７ｎｍ）を発生する。

【０１６３】ところで、本実施例では２段目の波長変換
部６０４から発生する２倍波と４倍波とをダイクロイッ
ク・ミラー６０５で分岐することで、ここを透過した２
倍波と、４倍波を波長変換部６０９で波長変換して得ら
れる８倍波とが互いに異なる光路を通って４段目の波長
変換部６１１に入射するように構成したが、ダイクロイ
ック・ミラー６０５、６０７を用いずに４つの波長変換
部６０２、６０４、６０９、６１１を同一光軸上に配置
してもよい。

【０１６４】但し、本実施例では２段目の波長変換部６
０４で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象に
より長円形になっている。このため、このビームを入力
とする４段目の波長変換部６１１で良好な変換効率を得
るためには、入射ビームとなる４倍波のビーム形状を整
形し、２倍波との重なりを良好にすることが望ましい。
本実施例では、集光レンズ６０６、６０８を別々の光路
に配置することができるので、例えばレンズ６０８とし
てシリンドリカルレンズを用いることが可能になり、４
倍波のビーム整形を容易に行うことができる。このた
め、４段目の波長変換部６１１での２倍波との重なりを
良好にし、変換効率を高めることが可能である。

【０１６５】以上の実施形態５に示したように波長変換
部を構成することにより、基本波発生部で発生させた波
長１．５７μｍの基本波を、波長１５７ｎｍの紫外光に
波長変換させることができる。

【０１６６】図１４には、本発明に係る波長変換部の他
の構成例を実施の形態６として示す。これは、例えば実
施の形態２に示したように基本波発生部を構成し、ファ
イバーバンドルの出力端７０１（実施の形態１における
１１４、実施の形態２における２９等に該当する）から
射出される波長１．０９９μｍの基本波を、非線形光学
結晶を用いて７倍波の高調波発生を行い、Ｆ₂レーザと
同じ波長である１５７ｎｍの紫外光を発生する構成例を
示したものである。なお、本実施形態における基本波出
力部は、これまで述べてきた実施の形態１〜３のいずれ
か、あるいはこれらを組み合わせて用いることが可能で
ある。

【０１６７】図１４に示す波長変換部の構成例では、基
本波（波長１．０９９μｍ）→２倍波（波長５４９．５
ｎｍ）→３倍波（波長３６６．３ｎｍ）→４倍波（波長
２７４．８ｎｍ）→７倍波（波長１５７ｎｍ）の順に波
長変換する場合について示したものである。本実施例で
は、各波長変換部で入射光の２次高調波発生、又は和周
波発生を行っている。

【０１６８】さて、本例では波長変換に使用する非線型
光学結晶として、波長変換部７０２における基本波から
２次高調波発生による2倍波の発生にはＬＢＯ結晶を使
用し、波長変換部７０５における基本波と２倍波とから
和周波発生による３倍波の発生にはＬＢＯ結晶を使用す
る。さらに、波長変換部７１０における２倍波から２次
高調波発生による４倍波の発生にはＢＢＯ結晶を使用
し、波長変換部７１２における３倍波と４倍波とから和
周波発生による７倍波の発生にはＳＢＢＯ結晶を使用す
る。

【０１６９】また、波長変換部（ＬＢＯ結晶）７０２か
ら発生する基本波と２倍波とは１／２波長板７０３に入
射し、基本波のみその偏光方向が９０度回転されるとと
もに、集光レンズ７０４を通って波長変換部（ＬＢＯ結
晶）７０５に入射する。波長変換部７０５は、基本波と
２倍波とから和周波発生により３倍波を得るとともに、
２倍波を波長変換することなく透過させる。波長変換部
７０５から発生される２倍波と３倍波とはダイクロイッ
ク・ミラー７０６で分岐され、ここを透過した３倍波は
集光レンズ７０７を通り、ダイクロイック・ミラー７０
８で反射されて波長変換部７１２に入射する。一方、ダ
イクロイック・ミラー７０６で反射された２倍波は、集
光レンズ７０９を通って波長変換部７１０に入射し、こ
の波長変換部７１０は２倍波から２次高調波発生により
４倍波を発生する。この４倍波は、集光レンズ７１１、
及びダイクロイック・ミラー７０８を通って波長変換部
７１２に入射する。この波長変換部７１２は、３倍波と
４倍波とから和周波発生により７倍波を発生する。

【０１７０】ところで、本実施例では２段目の波長変換
部７０５から発生する２倍波と３倍波とをダイクロイッ
ク・ミラー７０６で分岐することで、ここを透過した３
倍波と、２倍波を波長変換部７１０で波長変換して得ら
れる４倍波とが互いに異なる光路を通って４段目の波長
変換部７１２に入射するように構成したが、ダイクロイ
ック・ミラー７０６、７０８を用いずに４つの波長変換
部７０２、７０５、７１０、７１２を同一光軸上に配置
してもよい。

【０１７１】但し、本実施例では３段目の波長変換部７
１０で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象に
より長円形になっている。このため、このビームを入力
とする４段目の波長変換部７１２で良好な変換効率を得
るためには、入射ビームとなる４倍波のビーム形状を整
形し、３倍波との重なりを良好にすることが望ましい。
本実施例では、集光レンズ７０７、７１１を別々の光路
に配置することができるので、例えばレンズ７１１とし
てシリンドリカルレンズを用いることが可能になり、４
倍波のビーム整形を容易に行うことができる。このた
め、４段目の波長変換部７１２での３倍波との重なりを
良好にし、変換効率を高めることが可能である。

【０１７２】以上の実施形態６に示したように波長変換
部を構成することにより、基本波発生部で発生させた波
長１．０９９μｍの基本波を、波長１５７ｎｍの紫外光
に波長変換させることができる。

【０１７３】次に、本発明に係る光増幅器および波長変
換部の他の構成例を実施形態７として図１５に示す。図
１５では、波長変換部を複数の並列光路構成（図の例で
は４光路の正方形配置）とし、これにあわせて多数のフ
ァイバー光増幅器１９または２５の出力端を４つのバン
ドル（出力群）に分割するとともに、この４つのファイ
バーバンドル出力端に対応してそれぞれ集光光学素子、
及び波長変換部を設ける実施例を示す。本例では、図１
又は図２に示した光増幅器を用いることを前提としてい
るので、１つのファイバーバンドルには３２本のファイ
バー光増幅器１９又は２５が束ねられることになる。な
お、バンドルは最終段のＥＤＦＡ出力端もしくはＹＤＦ
Ａ出力端をそのまま用いて形成することができるが、最
終段のＥＤＦＡ等に無ドープのファイバーを結合させ、
その出力端でバンドルを形成することも可能である。

【０１７４】また、ファイバー光増幅器１９または２５
の出力端を複数に分割して、複数個のファイバーバンド
ルを形成する場合には、多数（本例では１２８本）のフ
ァイバー光増幅器１９又は２５のうち、レーザ光の射出
順番で隣り合う出力端（ファイバー光増幅器）は、互い
に異なるファイバーバンドルに束ねる構成とすることが
好ましい。例えば、レーザ光が射出する順番にその１２
８本のファイバー光増幅器（１９又は２５）にＮｏ.０
〜１２７の番号を付けるものとすると、Ｎｏ.０、４、
８、・・・、１２４のファイバー光増幅器を第１のファ
イバーバンドルとして束ね、Ｎｏ.１、５、９、・・
・、１２５のファイバー光増幅器を第２のファイバーバ
ンドルとして束ね、Ｎｏ.３、６、１０、・・・、１２
６のファイバー光増幅器を第３のファイバーバンドルと
して束ね、Ｎｏ.４、７、１１、・・・、１２７のファ
イバー光増幅器を第４のファイバーバンドルとして束ね
る。これにより、ファイバーバンドル毎にそれに対応し
て配置される波長変換部（非線形光学結晶）に入射する
パルス光の時間間隔を均等に分割することができる。

【０１７５】さて、図１５に示すように４つのファイバ
ーバンドルからなる光増幅器（図１、又は図２）の出力
端８４１から射出される基本波は、本例では３段の波長
変換部８４２、８４３、８４４でそれぞれ波長変換され
る。なお、本例では前述の実施形態４〜６で説明した波
長変換部（図１１、図１３、図１４）のいずれでも用い
ることができるが、ここでは図１１（ａ）に示した波長
変換部を用いる、即ち基本波（波長１．５４４μｍ）を
３段の非線形光学結晶（５０２〜５０４）によって波長
１９３ｎｍの紫外光に波長変換する例について説明す
る。従って、波長１．５４４μｍ（周波数ω）の基本波
は、非線形光学結晶８４２、８４３、８４４を図中左か
ら右に向かって透過いていくことで、２倍波、４倍波、
８倍波（波長１９３ｎｍ）と順次波長変換されて出力さ
れる。

【０１７６】図１５において、４つのファイバーバンド
ルからなる光増幅器の出力端８４１から射出される基本
波（波長１．５４４μｍ）は、４つのファイバーバンド
ルに対応してそれぞれ設けられる集光レンズ８４５を通
って波長変換部（非線形光学結晶）８４２に入射し、こ
こで２次高調波発生により基本波の周波数ωの２倍、す
なわち周波数２ω（波長７７２ｎｍ）の２倍波が発生す
る。波長変換部８４２で発生した２倍波は右方向へ進
み、集光レンズ８４６を通って次の波長変換部（非線形
光学結晶）８４３に入射する。ここで再び２次高調波発
生が行われ、入射波（２倍波）の周波数２ωの２倍、す
なわち基本波に対して４倍の周波数４ω（波長３８６ｎ
ｍ）をもつ４倍波が発生する。波長変換部８４３で発生
した４倍波は、集光レンズ８４７を通ってさらに右の波
長変換部（非線形光学結晶）８４４に入射し、ここでさ
らに２次高調波発生が行われ、入射波（４倍波）の周波
数４ωの２倍、すなわち基本波に対して８倍の周波数８
ω（波長１９３ｎｍ）をもつ８倍波を発生する。

【０１７７】この実施形態において前記波長変換に使用
する非線形光学結晶としては、例えば波長変換部８４２
での基本波から２倍波への波長変換結晶としてＬＢＯ結
晶を、波長変換部８４３での２倍波から４倍波への波長
変換結晶としてＢＢＯ結晶を、波長変換部８４４での４
倍波から８倍波への波長変換結晶としＳＢＢＯ結晶を使
用する。

【０１７８】なお、本実態様では基本波（波長１．５４
４μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→４倍波（波長３
８６ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換
する場合について示したが、これは既に説明した実施形
態４における図１１（ａ）の波長変換部を複数並列化し
たものに相当する。従って、すでに示した他の波長変換
部構成である図１１（ｂ）〜図１１（ｄ）を本実施形態
と同様の手法で複数並列化したものも本実施形態と同様
に構成することができる。同様に、図１３及び図１４に
それぞれ示した波長変換部を複数並列化して構成するよ
うにしてもよい。

【０１７９】次に、図１６を参照して光増幅器と波長変
換部との結合部についての本実施形態における第２の実
施例を説明する。この実施例は図１５に示した波長変換
部の構成を５光路の並列構成とし、これに合わせてファ
イバー光増幅器の出力端を５つに分割して５つのファイ
バーバンドル（出力群）を形成したものである。この分
割に際してファイバー光増幅器の出力端を均等に５分割
せず、５つのファイバーバンドル（出力群）の一部（図
１５では１つのファイバーバンドル）の出力端８５０は
単独又は少数のファイバー光増幅器で構成し、他（図１
５では４つ）のファイバーバンドル出力端８５１はファ
イバー光増幅器の数が同数となるように均等に分割され
た複数のファイバー光増幅器を束ねたものである。

【０１８０】そして、これら出力光は各出力群（ファイ
バーバンドル）ごとに設けられた波長変換部８５２〜８
５７で所定波長の紫外光に変換され、例えば露光装置へ
供給される。なお、３段の波長変換部８５２〜８５４は
それぞれ複数（５つ）のファイバーバンドルと同数の波
長変換部から構成され、その波長変換部８５２〜８５４
の入射側にそれぞれ配置される集光光学素子８５５〜８
５７もそれぞれファイバーバンドルと同数の集光レンズ
から構成されている。

【０１８１】ここで、本例による紫外レーザ装置を露光
装置（図１９又は図２０）に適用する場合、４つのファ
イバーバンドルの出力端８５１からそれぞれ発生する基
本波は、波長変換部（８５２〜８５７）で紫外光に波長
変換され、この紫外光が露光用照明光として照明光学系
を通ってレチクルに照射される。即ち、４つのファイバ
ーバンドルは露光用光源として使用される。一方、単独
あるいは少数のファイバー光増幅器で構成されるファイ
バーバンドルの出力端８５０から発生して、紫外光に波
長変換された光出力は、露光装置に設けられるアライメ
ント系、又はモニター系などに導かれる。即ち、１つの
ファイバーバンドル（８５０）はアライメント用光源な
どとして使用される。なお、ファイバーバンドル出力端
８５０から発生して波長変換された紫外光は、例えば３
段目の波長変換部８５４に結合される無ドープ・ファイ
バーによってアライメント系などに伝送される。

【０１８２】ところで、図１６では４つのファイバーバ
ンドルの出力端８５１から発生する基本波を紫外光に波
長変換して照明光学系に導くものとしたが、そのファイ
バーバンドルの数は１つであっても複数であってもよ
い。また、アライメントやモニターに用いるファイバー
バンドルは１つであったが、その数を複数としてもよ
く、この複数のファイバーバンドルから射出される光を
それぞれ異なる光学系に導くようにしてもよい。

【０１８３】本例では、露光用光源とアライメント用、
又はモニター用等に使用する光源とが同一であり、露光
用照明光とアライメント用照明光などとは同一の単一波
長発振レーザの出力光を分岐、増幅、及び波長変換した
ものとなり、同一波長の紫外光を用いることができる。
このため、アライメントあるいは各種のモニターを露光
装置の照明光学系や投影光学系などの光学系を通して行
うことが可能になる。

【０１８４】従って、アライメント用光学系などの設計
が容易になり、その構成を大幅に簡略化できる、あるい
は別途設ける必要がなくなり、露光装置を簡易に構築す
ることが可能となる。なお、露光用照明光の照射とアラ
イメント用照明光などの照射とを同時に行わないことが
あるので、例えば照明光路内にそれぞれシャッターを設
ける、あるいはＴＤＭ２３によってパルス光を振り分け
るチャネルを選択するようにして、その照射のタイミン
グを独立に制御することが好ましい。

【０１８５】さらに、投影光学系の焦点位置、投影倍
率、収差、及びテレセントリシティなどを計測するため
に、前述のアライメント用やモニター用の紫外光を用い
ることができ、その計測精度を向上させることが可能と
なる。なお、投影光学系の結像面と感光基板（ウエハ）
との焦点合わせを行う場合にも、露光波長と同一波長の
光を使用し、かつ投影光学系を通してその焦点合わせを
行うことにより、位置合わせ精度の向上も同時に達成す
ることができる。

【０１８６】ところで、以上説明した様な本実施形態
（図１５、図１６）の構成によれば、ファイバー光増幅
器のファイバー出力を複数の群に分割し、非線形光学結
晶への入力光を分割することにより、非線形光学結晶へ
の入射パワーを効果的に低減できる。従って、非線形光
学結晶中での光吸収・熱効果に起因する出力低下や光損
傷などの問題を解決することができる。なお、ファイバ
ー光増幅器の出力端の分割数（ファイバーバンドルの
数）は４つ又は５つに限られるものではなく、２つ以上
であればよい。

【０１８７】次に、本発明に係る紫外光発生装置におけ
る光増幅器と波長変換部との結合部について実施形態８
として説明する。ここで、光増幅器の出力端は前述の実
施形態１及び２で述べたようにファイバー光増幅器の出
射端がバンドル状に束ねられ形成されている。このと
き、各ファイバー光増幅器のクラッド直径は１２５μｍ
程度であることから、１２８本を束ねた出力端でのバン
ドルの直径は約２ｍｍ以下とすることができる。

【０１８８】ここで、バンドルの数及び形状は、波長変
換部の構成や必要とされる光源の形状に合わせて定める
ことが可能であり、例えば実施形態１、２では一つの円
形断面を有するバンドルの場合を示している（１１４、
２９、５０１、６０１、７０１等）。このとき、ファイ
バー光増幅器の出力端部が例えば図９あるいは図１０に
示したように平坦面に形成されている場合には、ファイ
バーバンドルの出力端と第１段目の波長変換部（非線形
光学結晶）との間に集光レンズ（例えば図１５の集光レ
ンズ８４５など）を設けて、ファイバーバンドルから発
生する光を非線形光学結晶に集光させることにより、フ
ァイバー光増幅器の出力光を有効に入射させることがで
きる。

【０１８９】また、本発明に係るこの結合部の他の実施
例を図１７に示す。図１７において、複数のファイバー
光増幅器の出射端が束ねられたファイバーバンドル出力
端９０１から基本波が射出されるが、ファイバー光増幅
器毎にレンズ９０２が配置され、このレンズ９０２によ
って基本波は１段目の波長変換部（非線形光学結晶）９
０３（例えば第４の実施形態（図１１）における５０
２、５０７、５１８、５３３等）に集光する。本実施例
では、ファイバーバンドル全体の直径を２ｍｍ、ファイ
バーバンドルを構成する各ファイバー光増幅器のモード
径を２０μｍとし、個別のレンズ９０２により、１段目
の波長変換部９０３に集光する例について示す。なお、
１段目の波長変換部９０３と２段目の波長変換部９０６
との間には一対のレンズ９０４、９０５が配置されてお
り、波長変換部９０３から射出される光がその波長変換
部９０３への入射時と同じ条件で波長変換部９０６に入
射するようになっている。

【０１９０】このような実施形態においては、非線形光
学結晶での各ビーム径が最適な高調波変換効率を得るの
に望ましい大きさ（例えば本実施例では２００μｍ程
度）となる様に、集光レンズ９０２の倍率（例えば本実
施例では１０倍程度）を選ぶ。各ファイバー出力を個別
のレンズ９０２により集光しているため、ファイバーバ
ンドル中のすべてのファイバーから集光された非線形結
晶中での全光束の占める大きさ（断面積）は、集光レン
ズの倍率によらずファイバーバンドル自身の直径程度と
なる。従って、必要な波長変換結晶の大きさ（断面）
は、ファイバーバンドルの直径程度となるため、数ミリ
角程度の小さな波長変換結晶を用いることができ経済的
である。なお、レンズ９０２を設ける代わりに、ファイ
バー出力端面を直接、球面あるいは非球面のレンズ状に
加工して集光光学素子の機能を持たせてもよい。

【０１９１】次に、光増幅器と波長変換部との結合部に
おけるファイバー出力端の他の実施例を図１８に示す。
図１８（ａ）および（ｃ）に示した実施例は、図１７に
示した集光レンズ９０２を、ファイバー４５２毎にその
出力端部に形成する、及びこれを出力群ごとにバンドル
状にまとめた例を示している。本例では、ファイバー４
５２毎にその出力端部に集光光学素子４５３が形成され
ているが、これは既に図１０（ａ）を用いて説明したフ
ァイバー出力端部に設けた窓部材４３３をレンズ状に加
工し、集光光学素子の機能を持たせたものである。この
ように構成することにより、図１７と同様の集光機能を
備えると共にファイバー出力端面の損傷を抑制すること
ができる。

【０１９２】また、図１８（ｂ）は複数のファイバー４
６２を束ねた出力群ごとに集光光学素子４６３を設ける
場合の実施例である。本例では、例えば図１５に示した
集光レンズ８４５をファイバーバンドルの出力端部に形
成したものであり、既に図１０（ｂ）を用いて説明した
窓部材４４３を球面あるいは非球面のレンズ状に加工し
て集光光学素子の機能を持たせたものである。

【０１９３】なお、ファイバー端部あるいは窓部材の出
力面を、球面あるいは非球面のレンズ形状に加工する代
わりに、熱イオン交換法や電解イオン交換法等のイオン
交換法を用いてファイバー端部を、あるいは窓部材とし
てガラス窓を用いるときにはガラス窓端部のガラス組成
を、イオン交換により部分的に変化させ、これによりレ
ンズと同等の屈折率分布を持たせることで集光光学機能
を持たせるものであっても良い。また、図１８（ａ）〜
（ｃ）ではファイバー内のコア４５１、４６１の径は拡
大されていないが、このコア径の拡大を併用することも
できる。

【０１９４】さて、２段目以降の波長変換部（非線形光
学結晶）への集光は、１段目の場合と同様にファイバー
毎、又はバンドル毎にその出力を個別のレンズにより行
うこともできるが、本実施例ではファイバーバンドルの
全出力を共通の１組あるいは１個のレンズで集光する場
合について記述している。このように共通のレンズを使
用することにより、使用するレンズの数が少なくなり、
レンズのアライメントも容易になるため、経済的であ
る。

【０１９５】なお、波長変換結晶（非線形光学結晶）の
出力端はその波長変換結晶で集光されたビームのレイリ
ー長のなかに位置するため、波長変換結晶からの射出ビ
ームは波長変換結晶の出力端でほぼ平行光となる。本実
施例（図１７）ではこの射出ビームを一対のレンズ９０
４、９０５により２段目の波長変換結晶９０６に集光す
る場合について示した。ここで、レンズ対の焦点距離は
２段目の波長変換部９０６で最適な変換効率を得るのに
望ましいビーム径となる倍率に定めることができる。な
お、図１１、図１３、図１４に示した波長変換結晶に基
本波又はその高調波を集光する集光光学素子（例えば図
１１（ａ）に示す５０５、５０６等）は１個のレンズで
構成されていたが、本実施例のように１組のレンズで構
成することも可能である。

【０１９６】このように実施の形態１〜３に示した構成
により基本波発生部（レーザ光発生部及び光増幅器）を
構成し、実施の形態４〜７に示した構成により波長変換
部を構成し、また実施形態８に示した構成により光増幅
器と波長変換部との結合部を構成することによって、出
力波長１５７ｎｍ、１９３ｎｍ等の紫外光出力を得るこ
とができる。これらはそれぞれＦ₂レーザ、ＡｒＦエキ
シマレーザの発振波長と同一波長である。

【０１９７】しかも、この様にして得られる紫外出力光
は、例えば実施の形態１による基本波発生部を用いて構
成した場合には、約３ｎｓの間隔で発光するパルス光で
あるため、互いに時間的に重なり合うことがなく、極め
て狭帯域化された単一波長の紫外光でありながら、個々
の出力光は互いに干渉することがない。また、例えば実
施の形態２による基本波発生部を用いて構成した場合に
は得られる紫外出力光は、約７８ｎｓの等間隔で発光す
るパルス光であるため、互いに時間的に重なり合うこと
がなく、極めて狭帯域化された単一波長の紫外光であり
ながら、個々の出力光は互いに干渉することがない。

【０１９８】さらに、例えば特開平８−３３４８０３号
公報に開示されているような固体紫外レーザアレイで
は、並列化された個々の基本波レーザに対し（個々のレ
ーザ要素ごとに）それぞれ波長変換部が必要であるが、
本実施形態によれば基本波出力のファイバーバンドル直
径が全チャネルをあわせても２ｍｍ以下であるため、わ
ずか１組の波長変換部ですべてのチャネルの波長変換を
行うことが可能である。しかも、出力端が柔軟なファイ
バーであるため、波長変換部と単一波長発振レーザやス
プリッタ、時分割光分岐手段等の他の構成部とを分けて
配置することが可能となるなど、配置の自由度が極めて
高い。従って、本発明により安価でコンパクトかつ、単
一波長でありながら空間的コヒーレンスの低い紫外レー
ザ装置が提供できる。

【０１９９】次に本発明に係る紫外レーザ装置の第９の
実施形態について説明する。本実施形態による紫外レー
ザ装置は、既にこれまでの第１から第８の実施形態で述
べてきた様な紫外レーザ装置が露光装置用光源であるこ
とを特徴とするものである。

【０２００】以下、本発明に係る紫外レーザ装置を用い
た露光装置の実施例について図１９を参照しながら説明
する。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原
理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチク
ル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレ
ジストを塗布した半導体ウエハーやガラス基板などの上
に光学的に投影して転写する。本発明に係る紫外レーザ
装置１２６１は、照明光学系１２６２、投影光学系１２
６５などを含む露光装置全体と一体に設けられている。
このとき、照明光学系１２６２を支持する架台に紫外レ
ーザ装置１２６１を固定しても良いし、あるいは紫外レ
ーザ装置１２６１を単独で架台に固定しても良い。但
し、紫外レーザ装置１２６１に接続される電源などは別
置きにしておくことが好ましい。

【０２０１】また、紫外レーザ装置１２６１をレーザ光
発生部および光増幅器を有する第１部分と、波長変換部
を有する第２部分とに分け、第２部分を照明光学系１２
６２と一体に架台に固定し、第１部分をその架台と異な
る架台に固定しても良い。さらに、露光装置本体を収納
するチャンバー内に紫外レーザ装置１２６１をすべて配
置しても良いし、あるいは紫外レーザ装置１２６１の一
部、例えば波長変換部をチャンバー内に配置し、残りの
部分はチャンバーと一体にその外側に配置するようにし
ても良い。また、紫外レーザ装置１２６１の制御系はチ
ャンバーとは別置される制御ラックに収納しても良い
し、あるいは表示部（ディスプレイ）、スイッチ類など
をチャンバーと一体にその外側に配置し、残りはチャン
バー内に配置しても良い。

【０２０２】そして、本発明により狭帯域化されかつ空
間的コヒーレンスの低い紫外光は、照明光学系１２６２
により必要な投影面上での照度分布が均一となるように
拡大投影され、集積回路の回路パターンが精密に描かれ
た石英マスク（石英レチクル）１２６３上に照射され
る。レチクル１２６３の回路パターンは、投影光学系１
２６５により所定の縮小倍率で縮小されフォトレジスト
の塗布された半導体ウエハー（例えばシリコンウエハ
ー）１２６６に投影され、前記回路パターンがウエハー
上に結像・転写される。

【０２０３】照明光学系１２６２は、レチクル１２６３
のパターン面とほぼ共役な面内に配置され、かつレチク
ル１２６３上での照明領域を規定する視野絞り、照明光
学系１２６２内でレチクル１２６３のパターン面とほぼ
フーリエ変換の関係となる所定面上での紫外光の光量分
布を規定する開口絞り、および開口絞りを射出する紫外
光をレチクル１２６３に照射するコンデンサーレンズな
どを含む。このとき、所定面上での紫外光を光量分布を
変更するために、互いに形状と大きさとの少なくとも一
方が異なる複数の開口絞りをターレットに設け、レチク
ル１２６３のパターンに応じて選択される複数の開口絞
りの一つを照明光学系１２６２の光路内に配置するよう
にしても良い。

【０２０４】また、紫外レーザ装置１２６１の波長変換
部と視野絞りとの間にオプティカルインテグレータ（ホ
モジナイザ）を配置しても良く、フライアイレンズを用
いるときはその射出側焦点面がレチクル１２６３のパタ
ーン面とほぼフーリエ変換の関係となるように配置し、
ロッドインテグレータを用いるときはその射出面がレチ
クル１２６３のパターン面とほぼ共役となるように配置
すればよい。

【０２０５】なお、露光装置の露光開始シャッタとして
は、既に実施形態１〜３で説明した電気光学変調素子あ
るいは音響光学変調素子（１２、２２、３２）を用いる
ことができる。電気光学変調素子あるいは音響光学変調
素子をオフの状態すなわちパルスを発生しない（内部損
失が大の）状態からオンの状態すなわちパルスを発生す
る（パルス状に内部損失が小となる）状態に切り替えて
露光を開始する。

【０２０６】なお、紫外レーザ装置１２６１を有する露
光装置では、紫外レーザ装置１２６１を構成する単一波
長発振レーザから連続光を出力させても良いし、あるい
は単一波長発振レーザをパルス出力させるようにしても
良い。特に後者では、単一波長発振レーザの電流制御と
前述の電気光学変調素子又は音響光学変調素子の制御と
を併用して、レチクル１２６３及び半導体ウエハ１２６
６に照射される紫外光（パルス光）の出力間隔や出力の
開始及びその停止などを制御するようにしても良い。

【０２０７】また、本実施形態での紫外レーザ装置１２
６１を有する露光装置では、機械的なシャッタを用いて
ウエハ１２６６上での紫外光の積算光量を制御する必要
はないが、例えば紫外レーザ装置１２６１の出力（パワ
ー、中心波長、波長幅など）を安定化するために紫外光
を発振させるとき、その紫外光がウエハ１２６６に到達
してフォトレジストを感光させるのを防止するために、
紫外レーザ装置１２６１とウエハ１２６６との間の照明
光路内にシャッタを配置しても良いし、あるいはステー
ジ１２６７を駆動してウエハ１２６６を紫外光の照射領
域から退避させるようにしても良い。

【０２０８】半導体ウエハー１２６６は、駆動機構１２
６９を具備するステージ１２６７上に載置され、一回の
露光が完了する度にステージを移動することにより、半
導体ウエハー上の異なる位置に回路パターンが転写され
る。この様なステージの駆動、露光方式をステップ・ア
ンド・リピート方式という。ステージの駆動、露光方式
にはこのほかに、レチクル１２６３を支持する支持部材
１２６４にも駆動機構を設け、レチクルと半導体ウエハ
とを同期移動して走査露光を行うステップ・アンド・ス
キャン方式があるが、この方式についても本発明の紫外
レーザ装置を適用することが可能である。

【０２０９】なお、本発明に係る紫外レーザ装置を用い
た露光装置の様に紫外光で露光を行う露光装置では、通
常、照明光学系１２６２、投影光学系１２６５ともに色
補正なしの全石英レンズ構成である。また、特に紫外光
の波長が２００ｎｍ以下であるときは、投影光学系１２
６５を構成する複数の屈折光学素子のうち少なくとも一
つを蛍石で構成しても良いし、あるいは少なくともひと
つの反射光学素子（凹面鏡、ミラー等）と屈折光学素子
とを組み合わせた反射屈折光学系を用いるようにしても
よい。

【０２１０】以上のように、本発明に係る紫外レーザ装
置を用いた露光装置は従来の他の方式（エキシマレーザ
や固体レーザを用いた露光装置）にくらべて小型であ
り、また、各要素がファイバー接続されて構成されてい
るため装置を構成する各ユニットの配置の自由度が高
い。図２０には、このような本発明に係る紫外レーザ装
置の特質を生かした他の実施例を示す。

【０２１１】この実施例は、実施形態１〜３に記載した
レーザ装置のレーザ光発生部（単一波長レーザ、光分岐
手段等）および光増幅器の構成部分と、実施形態４〜７
に記載した波長変換部とを分離して配置し、露光装置を
構成したものである。すなわち、波長変換部１２７２を
露光機本体に載置する一方、紫外レーザ装置の他の部分
（レーザ光発生部、光増幅器等）１２７１を露光装置本
体の外に別置して設け、これらの間を接続用ファイバー
１２７３で接続することにより紫外レーザ装置を構成す
る。ここで、接続用ファイバー１２７３は、ファイバー
光増幅器のファイバー自身（例えば実施形態１における
ファイバーバンドル１１４等）、無ドープのファイバ
ー、あるいはこれらの組み合わせであっても良い。な
お、紫外レーザ装置以外の露光機本体の部分は図１９と
同一の装置を用いて構成することができる。

【０２１２】このような構成とすることにより、ファイ
バー光増幅器の励起用半導体レーザや半導体レーザのド
ライブ用電源、温度コントローラ等の発熱を伴う主要な
構成部分を露光機本体の外に配設することができる。従
って、露光装置本体が露光光源である紫外レーザ装置か
らの発熱の影響を受けて光軸のアライメントが狂う等熱
に起因する問題を抑制することができる。

【０２１３】ところで、図２０に示すようにレチクル１
２６３を保持するレチクルステージ１２６４は駆動機構
１２６８によってＸ方向、Ｙ方向に移動可能で、かつ微
小回転可能に構成されている。また、ウエハステージ１
２６７上には基準マーク板ＦＭが設けられており、この
基準マーク板は後述するベースライン計測などに用いら
れる。さらに本例では、レチクル１２６３上のアライメ
ントマークを検出するアライメント系１２８０と、投影
光学系１２６５とは別設されるオフアクシス方式のアラ
イメント系１２８１とが設けられている。

【０２１４】アライメント系１２８０は、露光用照明
光、又はそれと同一波長域の照明光をレチクル１２６３
上のアライメントマーク、及び投影光学系１２６５を通
して基準マーク板ＦＭ上の基準マークに照射するととも
に、両マークから発生する光を撮像素子（ＣＣＤ）で受
光してその位置ずれを検出するものであり、レチクル１
２６３のアライメントやアライメント系１２８１のベー
スライン計測などに用いられる。

【０２１５】オフアクシス方式のアライメント系１２８
１は、例えば５５０〜７５０ｎｍ程度の波長幅を持つ白
色光（ブロードバンド光）を半導体ウエハ１２６６上の
アライメントマークに照射するとともに、その内部に設
けられる指標マークの像とアライメントマークの像とを
撮像素子（ＣＣＤ）上に結像させて両マークの位置ずれ
を検出するものである。

【０２１６】なお、アライメント系１２８０、１２８１
でそれぞれ基準マーク板ＦＭ上の基準マークを検出する
ことで、その検出結果からアライメント系１２８１のベ
ースライン量を計測することができる。なお、ベースラ
イン計測は半導体ウエハの露光開始前に行われるが、半
導体ウエハを交換するたびにベースライン計測を行って
もよいし、あるいは複数枚の半導体ウエハの露光動作に
１回の割合でベースライン計測を行うようにしてもよ
い。但し、レチクル交換後には必ずベースライン計測が
行われる。

【０２１７】さて、本例では紫外レーザ装置（基本波発
生部）１２７１に接続される波長変換部として図１６に
示した波長変換部を用いる。即ち、４つのファイバーバ
ンドル出力端８５１から発生する基本波が入射する波長
変換部１２７２と、ファイバーバンドル出力端８５０か
ら発生する基本波が入射する波長変換部１２７９とを分
離し、波長変換部１２７２は照明光学系１２６２を保持
する架台に一体に設け、波長変換部１２７９はアライメ
ント系１２８０を保持する架台に一体に設ける。このと
き、ファイバーバンドル出力端８５０に接続用ファイバ
ー１２７８を結合して基本波を波長変換部１２７９に導
く。これにより、アライメント系１２８０の光源を別途
用意する必要がなくなるとともに、露光用照明光と同一
波長の照明光を用いて基準マークを検出でき、高精度な
マーク検出が可能となる。

【０２１８】なお、本例では露光用照明光と同一波長の
照明光をアライメント系１２８０に導くものとしたが、
露光用照明光の波長（例えば１９３ｎｍ）よりも長い波
長をアライメント系１２８０、又は１２８１などに導く
ようにしてもよい。即ち、図１６に示した３段の波長変
換部のうち、例えば２段目の波長変換部８５３から射出
されるパルス光を接続用ファイバーでアライメント系に
導けばよい。また、１段目の波長変換部８５２から射出
されるパルス光の一部を分岐するとともに、その残りの
パルス光を２段目の波長変換部８５３で波長変換し、２
つの波長変換部８５２、８５３からそれぞれ射出される
互いに波長が異なる２つのパルス光をアライメント系に
導くようにしてもよい。

【０２１９】また、図２０に示した露光装置には、基本
波発生部１２７１内の単一波長発振レーザ、例えばＤＦ
Ｂ半導体レーザ（図１中の１１など）が載置されるヒー
トシンクに設けられた温度調整器（例えばペルチェ素
子）を用いてその温度を調整することで、ＤＦＢ半導体
レーザの発振波長、即ちレチクル１２６３に照射される
紫外レーザ光（露光用照明光）の波長を制御する波長制
御装置１２７４が設けられている。波長制御装置１２７
４は、ＤＦＢ半導体レーザの温度を０．００１℃単位で
制御することで、紫外レーザ光の中心波長の安定化、及
び投影光学系１２６５の光学特性（収差、焦点位置、投
影倍率など）の調整などを行うものである。これによ
り、半導体ウエハの露光動作中における紫外レーザ光の
波長安定性を向上させることができ、かつ紫外レーザ光
の照射、及び大気圧変化などに起因して変動する投影光
学系１２６５の光学特性を簡単に調整することができ
る。

【０２２０】さらに、図２０に示した露光装置には、基
本波発生部１２７１内で単一波長発振レーザ（ＤＦＢ半
導体レーザなど）から発生する連続光をパルス光に変換
する光変調素子（図１中の１２など）にドライブ用電圧
パルスを印加するパルス制御部１２７５と、半導体ウエ
ハ１２６６に塗布されるフォトレジストの感度特性に応
じて、回路パターン転写時にそのフォトレジストを露光
するのに必要なパルス数を計算するとともに、そのパル
ス数に応じてパルス制御部１２７５から出力される制御
パルスの発振タイミング、及びその大きさなどを制御す
る露光制御部１２７６と、露光装置全体を統括制御する
制御装置１２７７とが設けられている。

【０２２１】ここで、パルス制御部１２７５は基本波発
生部１２７１内の単一波長発振レーザ（１１など）の電
流制御あるいは光変調素子１２に印加する電圧の制御を
行って、その単一波長発振レーザをパルス出力させるこ
ともできるようになっている。即ち、パルス制御部１２
７５による電流あるいは電圧の出力制御によって、単一
波長発振レーザは連続光とパルス光とを切り替えて出力
することが可能となる。本実施例では、パルス制御部１
２７５によって単一波長レーザをパルス発振させるとと
もに、前述した光変調素子の制御によってその発振され
るパルス光（パルス幅が１０〜２０ｎｓ程度）からその
一部のみを切り出す、即ちパルス幅が１ｎｓのパルス光
に変調する。これにより、光変調素子のみを用いて連続
光をパルス光に変換する場合に比べて、消光比の高いパ
ルス光を容易に発生させることが可能になるとともに、
露光制御部１２７６によってパルス出力の間隔やパルス
出力の開始及びその停止などをより簡単に制御すること
が可能になっている。

【０２２２】また、パルス制御部１２７５は単一波長発
振レーザのパルス発振と連続発振との切替だけでなく、
そのパルス出力の間隔やパルス幅などの制御を行うとと
もに、パルス光の出力変動を補償するように、単一波長
発振レーザの発振制御と、光変調素子に印加する電圧パ
ルスの大きさの制御との少なくとも一方を行う。これに
より、パルス光の発振間隔の変更時、あるいはパルス光
の発振再開時などに生じるパルス光の出力変動を補償す
ることができる。即ちパルス毎にその出力（強度）を常
にほぼ一定値に維持することが可能となる。

【０２２３】さらに、パルス制御部１２７５は、基本波
発生部１２７１内で直列に配置される複数のファイバー
光増幅器（図１中の１３、１８、１９など）の少なくと
も１つの利得を調整し、この利得調整のみ、あるいは前
述した光変調素子の制御との併用によって、半導体ウエ
ハ上でのパルス光の強度を制御することが可能となって
いる。なお、光分岐装置で並列分割される複数のチャネ
ルに対応して並列に設けられるファイバー光増幅器の少
なくとも１つの利得も同様に制御することも可能となっ
ている。

【０２２４】また、露光制御部１２７６は基本波発生部
１２７１から出力される基本波、または波長変換部１２
７２から出力される紫外光、あるいは波長変換部１２７
２内で、例えば１段目または２段目の非線形光学結晶か
ら出力されるパルス光を検出するとともに、この検出値
（強度、波長、及び波長幅などを含む）に基づいてパル
ス制御部１２７５を制御し、前述したパルス光の発振間
隔、その発振の開始と停止、及びパルス光の強度などを
調整するようになっている。さらに、その検出値は波長
制御装置１２７４にも入力され、波長制御装置１２７４
はその検出値に基づいて単一波長発振レーザの温度制御
を行い、露光用照明光（紫外レーザ光）の中心波長や波
長幅を調整するようになっている。

【０２２５】制御装置１２７７は、半導体ウエハ又はそ
れを保持するカセットに付された識別記号（バーコード
など）の読取装置（不図示）、あるいはオペレータから
入力されるフォトレジストの感度特性に関する情報を露
光制御部１２７６に送り、露光制御部１２７６はその入
力情報に基づいてパターン転写に必要な露光パルス数を
計算する。さらに露光制御部１２７６は、露光パルス数
とこれに応じて決定されるパルス光の強度とに基づいて
トリガパルス制御部１２７５を制御し、光変調素子に印
加する制御パルスの発振タイミング、及びその大きさを
調整する。これにより、露光の開始と終了、及び半導体
ウエハ１２６６上に照射されるパルス光の強度が制御さ
れ、複数のパルス光の照射によってフォトレジストに与
えられる積算光量がその感度に応じた適正露光量に制御
される。

【０２２６】なお、露光制御部１２７６はパルス制御部
１２７５に指令を送って、単一波長発振レーザの電流制
御を行わせることで、その電流制御のみ、あるいは光変
調素子の制御との併用によって露光（パルス出力）の開
始と終了などを制御できるようになっている。

【０２２７】ここで、本例での基本波発生部１２７１と
して図１又は図２のレーザ装置を用いる場合、光変調素
子で切り出される１つのパルス光が複数（１２８個）に
分割されることになるが、本例ではその分割された１２
８個のパルス光を１パルスとして、このパルス単位で露
光量制御を行うようにしてもよいし、あるいはその分割
された１２８個のパルス光をそれぞれ１パルスとして露
光量制御を行うようにしてもよい。なお、後者の露光量
制御を行う場合には、パルス制御部１２７５による光変
調素子の制御の代わりに、基本波発生部１２７１内のフ
ァイバー光増幅器の利得を調整して、半導体ウエハ上で
のパルス光の強度を制御するようにしてもよいし、ある
いはこの２つの制御を併用するようにしてもよい。

【０２２８】また、図２０に示した露光装置は、ステッ
プ・アンド・リピート方式とステップ・アンド・スキャ
ン方式とを選択的に切り替えて半導体ウエハの露光を行
うことが可能となっている。ステップ・アンド・リピー
ト方式では、レチクル１２６３上の回路パターンの全体
が露光用照明光で照射されるように、照明光学系１２６
２内の視野絞り（レチクルブラインド）を駆動してその
開口の大きさなどを調整する。一方、ステップ・アンド
・スキャン方式では、投影光学系１２６５の円形投影視
野内で露光用照明光の照射領域がレチクル１２６３の走
査方向と直交する方向に沿って延びる矩形スリット状に
制限されるように視野絞りの開口を調整する。従って、
ステップ・アンド・スキャン方式ではレチクル１２６３
上の回路パターンの一部のみが照明されるので、その回
路パターンの全体を半導体ウエハ上に走査露光するため
に、露光用照明光に対してレチクル１２６３を相対移動
するのに同期して、投影光学系１２６５の投影倍率に応
じた速度比で半導体ウエハ１２６６を露光用照明光に対
して相対移動する。

【０２２９】ところで、前述の走査露光時における露光
量制御では、光変調素子によって規定されるパルス繰り
返し周波数ｆと、図２に示したＴＤＭ２３によって規定
されるチャネル間の遅延時間との少なくとも一方を調整
して、走査露光中に基本波発生部１２７１から複数のパ
ルス光を等時間間隔で発振させる。さらに、フォトレジ
ストの感度特性に応じて、半導体ウエハ上でのパルス光
の強度、半導体ウエハの走査速度、パルス光の発振間隔
（周波数）、及び半導体ウエハの走査方向に関するパル
ス光（即ちその照射領域）の幅の少なくとも１つを調整
し、半導体ウエハ上の各点が照射領域を横切る間に照射
される複数のパルス光の積算光量を適正露光量に制御す
る。このとき、スループットを考慮して、半導体ウエハ
の走査速度がウエハステージ１２６７の最高速度にほぼ
維持されるように、露光量制御では他の制御パラメー
タ、即ちパルス光の強度、発振周波数、及び照射領域の
幅の少なくとも１つを調整することが好ましい。

【０２３０】また、図１又は図２に示したレーザ装置を
用いて走査露光を行う場合、露光量制御では前述のよう
に分割される１２８個のパルス光をそれぞれ１パルスと
して等時間間隔で発振させることが好ましい。但し、半
導体ウエハの走査速度に応じてその分割された１２８個
のパルス光の発振間隔を調整して、その１２８個のパル
ス光が１パルスと見做せる、即ち１２８個のパルス光が
照射される間に半導体ウエハが移動する距離が露光量制
御精度を低下させる要因とならないのであれば、その１
２８個のパルス光を１パルスとして露光量制御を行うよ
うにしてもよい。

【０２３１】なお、以上に示した本発明の各実施形態の
説明に於いては、ＡｒＦエキシマレーザもしくはＦ₂レ
ーザと同じ出力波長１９３ｎｍ、１５７ｎｍを出力する
紫外レーザ装置の構成例について説明を行ったが、本発
明はこの波長のレーザ装置に限定されるものでなく、レ
ーザー光発生部、光増幅器、波長変換部の構成内容を適
宜選択することにより、例えばＫｒＦエキシマレーザと
同じ出力波長２４８ｎｍを発生する紫外レーザ装置を提
供することも可能である。

【０２３２】例えば、レーザ光発生部における単一波長
発振レーザとして９９２ｎｍで発振するイットリビウム
（Ｙｂ）ドープ・ファイバーレーザあるいは半導体レー
ザを、ファイバー光増幅器としてイットリビウム・ドー
プ・ファイバー光増幅器を用い、波長変換部としてファ
イバー光増幅器の出力をＬＢＯ結晶を用いて第２次高調
波（波長４９６ｎｍ）発生を行い、更にその出力をＢＢ
Ｏ結晶を用いて第４次高調波（波長２４８ｎｍ）の紫外
光を発生するような４倍高調波発生光路を構成すること
により、ＫｒＦエキシマレーザと同じ２４８ｎｍの紫外
光を発生する紫外レーザ装置を提供することができる。

【０２３３】なお、前述した実施形態で用いるファイバ
ー（ファイバー光増幅器などを含む）はその表面をテフ
ロンで被覆しておくことが好ましい。このテフロンによ
る被覆は全てのファイバーについて行うことが望ましい
が、特に露光装置本体を収納するチャンバー内に配置さ
れるファイバーはテフロンで被覆しておく。これは、フ
ァイバーから発生する異物（繊維などを含む）が露光装
置を汚染する物質となり得るためであり、この汚染物質
に起因して生じる照明光学系、投影光学系、及びアライ
メント光学系などを構成する光学素子の曇り、又はこれ
ら光学系の透過率（反射率）や光学特性（収差などを含
む）の変動、もしくはレチクル又は半導体ウエハ上での
照度、及びその分布の変動などを防止することが可能と
なる。また、テフロンで被覆する代わりに、チャンバー
内に配置されるファイバーをまとめてステンレス製の筐
体に収納するようにしてもよい。

【０２３４】なお、半導体デバイスはその機能・性能設
計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチク
ルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製造
するステップ、前述の露光装置を用いてレチクルのパタ
ーンをウエハに転写するステップ、デバイスの組立ステ
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）、および検査ステップ等を経て製造され
る。また、前述の露光装置は半導体素子の製造だけでな
く、例えば液晶ディスプレー、撮像素子（例えばＣＣＤ
等）、薄膜磁気ヘッドなどのデバイス、またはレチクル
の製造などにも用いることができる。

【０２３５】さらに、複数の光学素子から構成される照
明光学系、および投影光学系を露光装置本体に組み込ん
でその光学調整を行うとともに、多数の機械部品からな
るレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に
取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気
調整、動作確認等）を行うことによる本実施例の露光装
置を製造することができる。

【０２３６】また、前述の露光装置では紫外レーザ装置
１２６１の露光装置本体への取り付け、または露光装置
本体外に配置される紫外レーザ装置１２６１の一部（レ
ーザ光発生部および光増幅器など）と本体内に配置され
る波長変換部とをファイバーで接続したり、紫外レーザ
装置１２６１（波長変換部）と照明光学系１２６２との
光軸合わせなどが行われる。なお、露光装置の製造は温
度、およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで
行うことが望ましい。

【０２３７】なお、以上の第９実施形態では、本発明に
よるレーザ装置を露光装置に適用するものとしたが、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
などにも本発明によるレーザ装置を用いることができ
る。また、本発明によるレーザ装置は可視光または赤外
光を用いる検査装置などにも適用することができる。そ
してこの場合には前述の第４〜第７実施形態で説明した
波長変換部をレーザ装置に組み込む必要がない。即ち、
本発明は紫外レーザ装置だけでなく、可視域または赤外
域の基本波を発生する、波長変換部がないレーザ装置に
対しても有効なものである。

【０２３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンパクトで機器配置の自由度が高く、メインテナンス
が容易であり、かつ非線形光学結晶の損傷が生じにく
く、空間的コヒーレンスの低い紫外光を発生する紫外レ
ーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る紫外レーザ装置の、第１の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。

【図２】本発明に係る紫外レーザ装置の、第２の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。

【図３】本発明に係る紫外レーザ装置の、第３の実施形
態のレーザ光発生部及び光増幅器の構成を示す説明図で
ある。

【図４】本発明に係る紫外レーザ装置の、他の実施形態
の光増幅器の構成を示す説明図である。

【図５】ダブル・クラッド・ファイバー光増幅器の断面
図である。

【図６】エルビウム・ドープ・ファイバー光増幅器にド
ープする元素による、波長と利得との関係を示す特性図
である。

【図７】エルビウムおよびイットリウムをコ・ドープす
るファイバー光増幅器において、励起強度に対する利得
の変化を示す特性図である。

【図８】本発明に係る紫外レーザ装置の、ファイバー出
力制御手段の構成を示す構成図である。

【図９】ファイバー光増幅器の出力端部におけるファイ
バー・コアの拡大状況を例示する側面図である。

【図１０】ファイバー光増幅器の出力端部の一例を示す
側面図である。

【図１１】本発明に係る紫外レーザ装置の、第４の実施
形態の波長変換部の構成を示す説明図である。

【図１２】本発明に係る波長変換部の変換効率を示す図
表である。

【図１３】本発明に係る紫外レーザ装置の、第５の実施
形態の波長変換部の構成を示す説明図である。

【図１４】本発明に係る紫外レーザ装置の、第６の実施
形態の波長変換部の構成を示す説明図である。

【図１５】本発明に係る紫外レーザ装置の、第７の実施
の形態の波長変換部の構成を示す説明図である。

【図１６】本発明に係る紫外レーザ装置の、第８の実施
形態である波長変換部入力部の実施例を示す説明図であ
る。

【図１７】本発明に係る紫外レーザ装置の、波長変換部
入力部の他の実施例を示す説明図である。

【図１８】本発明に係る紫外レーザ装置の、波長変換部
入力部の他の実施例を示す説明図である。

【図１９】本発明に係る露光装置の構成実施例を示す説
明図である。

【図２０】本発明に係る露光装置の他の構成実施例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１１ 光源、単一波長発振レーザ（ＤＦＢ半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等） １２ 光変調器 １４、１６ スプリッタ（光分岐手段） １３ ファイバー光増幅器 １５、１７ 互いに長さの異なるファイバー（遅延手
段、遅延ファイバー） １８ ファイバー光増幅器（第１ファイバー光増幅器） １９ファイバー光増幅器（第２ファイバー光増幅器） １１４ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ２１ 光源、単一波長発振レーザ（ＤＦＢ半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等） ２２ 光変調器 ２３ 時分割光分岐手段（ＴＤＭ、光分岐手段、遅延手
段） ２４ ファイバー光増幅器（第１ファイバー光増幅器） ２５ ファイバー光増幅器（第２ファイバー光増幅器） ２９ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力端） ３１ 光源、単一波長発振レーザ（ＤＦＢ半導体レー
ザ、ファイバーレーザ等） ３２ 光変調器 ３３ ファイバー光増幅器（第１ファイバー光増幅器） ３４ ファイバー光増幅器（第２ファイバー光増幅器） ４１ ファイバー光増幅器（第１ファイバー光増幅器） ４２ ファイバー光増幅器（第２ファイバー光増幅器） ４０５、４０６、４０７ ファイバー出力制御装置 ４２１、３４１、４４１、４５１、４６１ コア ４２３、４３４、４４４、４５４、４６４ ファイバー
出力端面 ４３３、４４３（４５３、４６３） 窓部材 ４５３、４６３ レンズ ５０１ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ５０２〜５０４、５０７、５１０、５１３、５１４、５
１７、５１８、５２０、５２６、５３２、５３３、５３
６、５３９、５４５、５４８ 非線形光学結晶 ６０１ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ６０２、６０４、６０９、６１１ 非線形光学結晶 ７０１ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ７０２、７０５、７１０、７１２ 非線形光学結晶 ８４１ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ８４２、８４３、８４４ 非線形光学結晶 ９０１ ファイバー出力端（ファイバーバンドル出力
端） ９０２、９０４、９０５ レンズ ９０３、９０６ 非線形光学結晶 １２６１ レーザ装置 １２６２ 照明光学系 １２６３ マスク（レチクル） １２６５ 投影光学系 １２６６ ウエハー １２６８、１２６９ 駆動機構（駆動装置） １２７１ レーザ装置 １２７２ 波長変換部 １２７３ 伝送系（第１ファイバー） １２７７ 制御装置（調整装置） １２７８ 伝送系（第２ファイバー） １２７９ 波長変換部 １２８０、１２８１ アライメント系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ 3/108 3/108 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｄ (31)優先権主張番号 特願平10−311147 (32)優先日 平成10年10月30日(1998．10．30) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） Ｆターム(参考） 2H097 AA03 AA11 CA13 GB01 KA03 KA12 KA29 LA10 LA12 2K002 AA04 AB12 CA02 HA18 HA19 HA20 5F046 AA06 AA07 CA04 CA05 CA08 DA02 EB02 FB20 5F072 AB09 AB13 AK06 JJ20 KK12 QQ02 QQ04 RR05 YY09

Claims (71)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外域から可視域までの波長範囲内で単
   一波長のレーザ光を発生させる単一波長発振レーザを有
   するレーザ光発生部と、 前記レーザ光発生部によって発生されたレーザ光を増幅
   するファイバー光増幅器を有する光増幅器と、 前記増幅されたレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外
   光に波長変換する波長変換部とを備え、 単一波長の紫外光を発生することを特徴とするレーザ装
   置。
2. 【請求項２】 前記単一波長発振レーザは、 前記発生させるレーザ光の発振波長を一定波長に制御す
   る発振波長制御手段を備えることを特徴とする請求項１
   に記載のレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ装置は、前記単一波長発振レ
   ーザから発生されるレーザ光を複数に分岐する光分岐手
   段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載のレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記光分岐手段は、前記単一波長発振レ
   ーザから発生させるレーザ光を複数に並列分岐するスプ
   リッタを有するとともに、 前記スプリッタの射出側には、互いに長さの異なるファ
   イバーが設けられることを特徴とする請求項３に記載の
   レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記互いに長さの異なるファイバーの各
   長さは、 これらファイバーの出力端における前記並列分岐された
   レーザ光の相互の遅延間隔が、略一定間隔となるように
   定められることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装
   置。
6. 【請求項６】 前記互いに長さの異なるファイバーの各
   長さは、 これらファイバーの出力端における前記並列分岐された
   レーザ光の相互の遅延間隔が、前記スプリッタに入射す
   るレーザ光の繰り返し周波数と前記スプリッタにより並
   列分岐される分岐光路数との積の逆数となるうように定
   められることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装
   置。
7. 【請求項７】 前記光分岐手段は、時分割光分岐手段
   （Time Division Multiplexer）を有することを特徴と
   する請求項３に記載のレーザ装置。
8. 【請求項８】 前記波長変換部の入射側に設けられる前
   記光増幅器の出力端部は、 ファイバー出力端部のコアをファイバー出力端面に向け
   てテーパ状に広げて形成することを特徴とする請求項１
   から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
9. 【請求項９】 前記波長変換部の入射側に設けられる前
   記光増幅器の出力端部には、 ファイバー出力端部に設けられて、前記光増幅器によっ
   て増幅されたレーザ光を透過する窓部材を有することを
   特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載
   のレーザ装置。
10. 【請求項１０】 前記光増幅器は、エルビウム・ドープ
    ・ファイバー光増幅器を有することを特徴とする請求項
    １から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ装置。
11. 【請求項１１】 前記光増幅器は、エルビウムおよびイ
    ットリビウムをともにドープしたファイバー光増幅器を
    有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれ
    か一項に記載のレーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記光増幅器は、前記光分岐手段によ
    り分岐された複数の分岐光を各々増幅する複数のファイ
    バー光増幅器を有することを特徴とする請求項１から請
    求項１１のいずれか一項に記載のレーザ装置。
13. 【請求項１３】 前記光増幅器は、 前記紫外光の出力が所定の光出力となるように、あるい
    は、前記複数のファイバー光増幅器によって増幅された
    各々の光出力が所定の光出力となるように、 前記複数の光増幅器の各々の励起強度を制御するファイ
    バー出力制御手段を有することを特徴とする請求項１２
    に記載のレーザ装置。
14. 【請求項１４】 前記波長変換部の入射側に設けられる
    前記光増幅器の出力端部は、 複数のファイバー出力端を一もしくは複数の出力群に分
    割し、かつ出力群ごとに束ねて形成することを特徴とす
    る請求項１２又は請求項１３に記載のレーザ装置。
15. 【請求項１５】 前記複数の群に分割された光増幅器の
    出力群は、 一もしくは少数のファイバー出力端を束ねて形成した第
    一の出力群と、 前記第１の出力群を除いた残りのファイバー出力端を、
    一もしくは複数の出力群に略均等に分割して各々束ねた
    第２の一もしくは複数の出力群とから構成することを特
    徴とする請求項１４に記載のレーザ装置。
16. 【請求項１６】 前記波長変換部の入射側に設けられる
    前記光増幅器の出力端部には、 前記出力群ごとに束ねて形成された各ファイバー出力端
    部に設けられて、前記光増幅器によって増幅されたレー
    ザ光を透過する窓部材を、前記各出力群ごとに有するこ
    とを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のレー
    ザ装置。
17. 【請求項１７】 前記波長変換部は前記光増幅器の出力
    群ごとに設けることを特徴とする請求項１４から請求項
    １６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
18. 【請求項１８】 前記波長変換部の入力側には、前記光
    増幅器から射出されるレーザ光を前記非線形光学結晶に
    集光して入射させる集光光学素子を有することを特徴と
    する請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のレ
    ーザ装置。
19. 【請求項１９】 前記集光光学素子は、前記光増幅器の
    出力群ごとに設けることを特徴とする請求項１８に記載
    のレーザ装置。
20. 【請求項２０】 前記集光光学素子は、前記光増幅器の
    出力群ごとに束ねられた出力端部を、それぞれの出力群
    ごとにレンズとすることにより設けることを特徴とする
    請求項１９に記載のレーザ装置。
21. 【請求項２１】 前記集光光学素子は、前記光増幅器の
    複数のファイバー出力端にそれぞれ設けることを特徴と
    する請求項１８に記載のレーザ装置。
22. 【請求項２２】 前記集光光学素子は、前記光増幅器の
    複数のファイバー出力端部をそれぞれレンズとすること
    により設けることを特徴とする請求項２１に記載のレー
    ザ装置。
23. 【請求項２３】 前記レーザ光発生部は、波長が１．５
    μｍ付近の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記光増幅器から出力される前記波
    長１．５μｍ付近の基本波を、８倍高調波又は１０倍高
    調波の紫外光として発生させることを特徴とする請求項
    １から請求項２２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
24. 【請求項２４】 前記単一波長発振レーザは、１．５１
    μｍ〜１．５９μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半
    導体レーザもしくはファイバーレーザであり、 前記波長変換部は、発生波長が１８９ｎｍ〜１９９ｎｍ
    の範囲内である８倍高調波を発生することを特徴とする
    請求項２３に記載のレーザ装置。
25. 【請求項２５】 前記単一波長発振レーザは、１．５４
    ４μｍ〜１．５５２μｍの範囲内に発振波長を持つレー
    ザ光を発生し、 前記波長変換部は、発生波長がＡｒＦエキシマレーザの
    発振波長と略同一波長である１９３ｎｍ〜１９４ｎｍの
    範囲内の８倍高調波を発生することを特徴とする請求項
    ２３又は請求項２４に記載のレーザ装置。
26. 【請求項２６】 前記波長変換部は、 前記基本波と、前記基本波の７倍高調波とから、和周波
    発生により前記基本波の８倍高調波を発生する第１の非
    線形光学結晶を有することを特徴とする請求項２３から
    請求項２５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
27. 【請求項２７】 前記波長変換部は、 前記基本波から２次高調波発生により２倍高調波を発生
    する第２の非線形光学結晶と、 前記基本波と前記２倍高調波とから和周波発生により前
    記基本波の３倍高調波を発生する第３の非線形光学結晶
    と、 前記２倍高調波の２次高調波発生により前記基本波の４
    倍高調波を発生する第４の非線形光学結晶と、 前記基本波の３倍高調波と前記基本波の４倍高調波とか
    ら和周波発生により前記基本波の７倍高調波を発生する
    第５の非線形光学結晶とを有することを特徴とする請求
    項２６に記載のレーザ装置。
28. 【請求項２８】 前記第１から第４の非線形光学結晶は
    ＬｉＢ₃Ｏ₅（ＬＢＯ）結晶であり、 前記第５の非線形光学結晶はβ−ＢａＢ₂Ｏ₄（ＢＢＯ）
    結晶もしくはＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀（ＣＬＢＯ）結晶である
    ことを特徴とする請求項２７に記載のレーザ装置。
29. 【請求項２９】 前記単一波長発振レーザは、１．５１
    μｍ〜１．５９μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半
    導体レーザもしくはファイバーレーザであり、 前記波長変換部は、発生波長が１５１ｎｍ〜１５９ｎｍ
    の範囲内である１０倍高調波を発生することを特徴とす
    る請求項２３に記載のレーザ装置。
30. 【請求項３０】 前記単一波長発振レーザは、１．５７
    μｍ〜１．５８μｍの範囲内に発振波長を持つレーザ光
    を発生し、 前記波長変換部は、発生波長がＦ₂レーザの発振波長と
    略同一波長である１５７ｎｍ〜１５８ｎｍの範囲内の１
    ０倍高調波を発生することを特徴とする請求項２３又は
    請求項２９に記載のレーザ装置。
31. 【請求項３１】 前記レーザ光発生部は、波長が１．１
    μｍ付近の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記光増幅器から出力される前記波
    長１．１μｍ付近の基本波を、７倍高調波の紫外光とし
    て発生させることを特徴とする請求項１から請求項２２
    のいずれか一項に記載のレーザ装置。
32. 【請求項３２】 前記単一波長発振レーザは、１．０３
    μｍ〜１．１２μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半
    導体レーザもしくはファイバーレーザであり、 前記波長変換部は、発生波長が１４７ｎｍ〜１６０ｎｍ
    の範囲内である７倍高調波を発生することを特徴とする
    請求項３１に記載のレーザ装置。
33. 【請求項３３】 前記単一波長発振レーザは、１．０９
    ９μｍ〜１．１０６μｍの範囲内に発振波長を持つレー
    ザ光を発生し、 前記波長変換部は、発生波長がＦ₂レーザの発振波長と
    略同一波長である１５７ｎｍ〜１５８ｎｍの範囲内の７
    倍高調波を発生することを特徴とする請求項３１又は請
    求項３２に記載のレーザ装置。
34. 【請求項３４】 前記単一波長発振レーザは、イットリ
    ビウム・ドープ・ファイバーレーザであることを特徴と
    する請求項３１から請求項３３のいずれか一項に記載の
    レーザ装置。
35. 【請求項３５】 請求項１から請求項３４のいずれか一
    項に記載されるレーザ装置を光源として用いることを特
    徴とする露光装置。
36. 【請求項３６】 前記レーザ装置から射出される紫外光
    をマスク上に照射する照明光学系と、 前記紫外光を照射され透過もしくは反射した前記マスク
    のパターン像を基板上に投影する投影光学系とをさらに
    備えることを特徴とする請求項３５に記載の露光装置。
37. 【請求項３７】 前記光増幅器は複数のファイバー光増
    幅器を有するとともに、前記光増幅器の出力端部は複数
    のファイバー出力端を分割し、各々束ねて形成された複
    数の出力群を有するレーザ装置を備えるものにおいて、 前記出力群のうちの少なくとも一つの出力群に対応して
    出力される紫外光を、前記露光装置のアライメント用光
    源として用いることを特徴とする請求項３５又は請求項
    ３６に記載の露光装置。
38. 【請求項３８】 マスクのパターン像を基板上に投影す
    る投影光学系と、前記レーザ装置から射出される紫外光
    を、前記投影光学系の物体面側又は像面側に配置される
    マークパターンに照射するパターン検出系とをさらに備
    えることを特徴とする請求項３５から請求項３７のいず
    れか一項に記載の露光装置。
39. 【請求項３９】 マスクのパターン像を基板上に転写す
    る露光装置において、 単一波長のレーザ光を射出するレーザ装置と、 前記レーザ光を増幅する第１のファイバー光増幅器と、 前記増幅されたレーザ光を複数に分岐する光分岐手段
    と、 前記複数の分岐光をそれぞれ増幅する第２のファイバー
    光増幅器とを有する光源と、 前記光源から射出されるレーザ光を露光装置に伝送する
    伝送光学系とを備えたことを特徴とする露光装置。
40. 【請求項４０】 前記レーザ装置は赤外光又は可視光を
    射出し、 前記第２のファイバー光増幅器から射出されるレーザ光
    を紫外光に変換する波長変換手段をさらに備えたことを
    特徴とする請求項３９に記載の露光装置。
41. 【請求項４１】 前記光源は前記複数の分岐光の可干渉
    性を低減する光学手段を有することを特徴とする請求項
    ３９又は請求項４０に記載の露光装置。
42. 【請求項４２】 連続光を発生する光源と、前記連続光
    をパルス光に変換する光変調器と、前記パルス光を増幅
    する第１ファイバー光増幅器と、前記増幅されたパルス
    光を増幅する第２ファイバー光増幅器とを備えたことを
    特徴とするレーザ装置。
43. 【請求項４３】 前記第１及び第２ファイバー光増幅器
    の少なくとも一方の入射側に光分岐手段を更に備え、前
    記光分岐手段で複数に分割されるパルス光がその後段に
    配置されるファイバー光増幅器に入射することを特徴と
    する請求項４２に記載のレーザ装置。
44. 【請求項４４】 前記分割された複数のパルス光をそれ
    ぞれ遅延させて前記光分岐手段の後段に配置されるファ
    イバー光増幅器に入射させる遅延手段を更に備えたこと
    を特徴とする請求項４３に記載のレーザ装置。
45. 【請求項４５】 前記第２ファイバー光増幅器は大モー
    ド径ファイバーであることを特徴とする請求項４２から
    請求項４４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
46. 【請求項４６】 前記第１及び第２ファイバー光増幅器
    はそれぞれ石英ファイバー、シリケイト系ファイバー、
    及びフッ化物系ファイバーのいずれか１つであることを
    特徴とする請求項４２から請求項４５のいずれか一項に
    記載のレーザ装置。
47. 【請求項４７】 前記連続光は赤外光、又は可視光であ
    り、前記第２ファイバー光増幅器で増幅されたパルス光
    を紫外光に波長変換する波長変換部を更に備えたことを
    特徴とする請求項４２から請求項４６のいずれか一項に
    記載のレーザ装置。
48. 【請求項４８】 前記第２ファイバー光増幅器はＺＢＬ
    ＡＮファイバーであることを特徴とする請求項４７に記
    載のレーザ装置。
49. 【請求項４９】 前記第１及び第２ファイバー光増幅器
    の間に配置される少なくとも１つの第３ファイバー光増
    幅器を更に備えたことを特徴とする請求項４２から請求
    項４８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
50. 【請求項５０】 請求項４２から請求項４９のいずれか
    一項に記載されたレーザ装置を有し、前記第２ファイバ
    ー光増幅器で増幅されたパルス光をマスクに照射する照
    明光学系と、前記パルス光の発振、強度、及び波長の少
    なくとも１つを調整する調整装置とを備えたことを特徴
    とする露光装置。
51. 【請求項５１】 前記調整装置は、前記光変調器に印加
    する制御パルスの発振と大きさとを制御する第１制御器
    を有することを特徴とする請求項５０に記載の露光装
    置。
52. 【請求項５２】 前記調整装置は、前記第１及び第２フ
    ァイバー光増幅器の少なくとも一方の利得を制御する第
    ２制御器を有することを特徴とする請求項５０又は請求
    項５１に記載の露光装置。
53. 【請求項５３】 前記調整装置は、前記光源の温度を制
    御する第３制御器を有することを特徴とする請求項５０
    から請求項５２のいずれか一項に記載の露光装置。
54. 【請求項５４】 前記マスクに形成されたマークを検出
    するアライメント系と、前記増幅されたパルス光の少な
    くとも一部を前記アライメント系に導く伝送系とを更に
    備えたことを特徴とする請求項５０から請求項５３のい
    ずれか一項に記載の露光装置。
55. 【請求項５５】 前記伝送系は、前記増幅されたパルス
    光を前記照明光学系と前記アライメント系とにそれぞれ
    導く第１及び第２ファイバーを有することを特徴とする
    請求項５４に記載の露光装置。
56. 【請求項５６】 前記増幅されたパルス光を紫外光に波
    長変換する複数の波長変換部を更に備え、前記複数の波
    長変換部のうち第１波長変換部は、前記第２ファイバー
    光増幅器と前記第１ファイバーとの間、又は前記第１フ
    ァイバーと前記照明光学系との間に設けられることを特
    徴とする請求項５５に記載の露光装置。
57. 【請求項５７】 前記第１波長変換部は、前記第１ファ
    イバーと前記照明光学系との間に設けられ、かつ前記照
    明光学系の少なくとも一部と一体に保持されることを特
    徴とする請求項５６に記載の露光装置。
58. 【請求項５８】 前記複数の波長変換部のうち第２波長
    変換部は、前記第２ファイバー光増幅器と前記第２ファ
    イバーとの間、又は前記第２ファイバーと前記アライメ
    ント系との間に設けられることを特徴とする請求項５６
    又は請求項５７に記載の露光装置。
59. 【請求項５９】 前記第２波長変換部は、前記第２ファ
    イバーと前記アライメント系との間に設けられ、かつ前
    記アライメント系の少なくとも一部と一体に保持される
    ことを特徴とする請求項５８に記載の露光装置。
60. 【請求項６０】 前記マスクに形成されたパターンの少
    なくとも一部を基板上に投影する投影光学系と、前記パ
    ターンの全体を前記基板上に走査露光するために、前記
    投影光学系の投影倍率にほぼ応じた速度比で前記マスク
    と前記基板とを同期移動する駆動装置とを更に備えたこ
    とを特徴とする請求項５０から請求項５９のいずれか一
    項に記載の露光装置。
61. 【請求項６１】 光源から射出される連続光をパルス光
    に変換するとともに、前記パルス光を複数のファイバー
    光増幅器で複数回増幅し、該増幅されたパルス光をマス
    クに照射するとともに、前記マスクを介して前記パルス
    光で基板を露光することを特徴とする露光方法。
62. 【請求項６２】 前記光源は赤外域、又は可視域の連続
    光を発生し、前記パルス光が前記マスクに照射される前
    に前記パルス光を紫外光に波長変換することを特徴とす
    る請求項６１に記載の露光方法。
63. 【請求項６３】 前記基板の露光に先立ち、前記紫外光
    の少なくとも一部を前記マスク上のマークに照射して、
    該マークの位置情報を検出することを特徴とする請求項
    ６２に記載の露光方法。
64. 【請求項６４】 前記光源の温度を調整して、前記紫外
    光の波長を制御することを特徴とする請求項６２又は６
    ３に記載の露光方法。
65. 【請求項６５】 前記連続光を前記パルス光に変換する
    光変調器と、前記複数のファイバー光増幅器との少なく
    とも１つを制御して、前記紫外光の強度を調整すること
    を特徴とする請求項６２から請求項６４のいずれか一項
    に記載の露光方法。
66. 【請求項６６】 前記光変調器によって規定される前記
    パルス光の繰り返し周波数を制御して、前記紫外光の発
    振間隔を調整することを特徴とする請求項６５に記載の
    露光方法。
67. 【請求項６７】 前記光変調器と前記複数のファイバー
    光増幅器の１つとの間に配置され、前記パルス光を複数
    に時分割する時分割光分岐手段を制御して、前記紫外光
    の発振間隔を調整することを特徴とする請求項６５又は
    請求項６６に記載の露光方法。
68. 【請求項６８】 請求項６１から請求項６３のいずれか
    一項に記載された露光方法を用いて、前記基板上にデバ
    イスパターンを転写する工程を含むことを特徴とするデ
    バイス製造方法。
69. 【請求項６９】 前記光変調器は、前記光源をその電流
    制御によってパルス発振させるとともに、前記光源から
    発振されるパルス光のパルス幅を光変調素子で小さくす
    ることを特徴とする請求項４２から請求項４４のいずれ
    か一項に記載のレーザ装置。
70. 【請求項７０】 前記第２ファイバー光増幅器から出力
    されるパルス光の出力変動を補償するように、前記光源
    と前記光変調器との少なくとも一方を制御する制御装置
    を更に備えることを特徴とする請求項４２から請求項４
    ４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
71. 【請求項７１】 前記調整装置は、前記光源をパルス発
    振させるために、前記光源の電流制御を行うことを特徴
    とする請求項５０又は請求項５１に記載の露光装置。