CN113383469B - 激光装置和电子器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

激光装置具有以下部件：A.输出耦合镜；B.光栅，其与输出耦合镜构成光谐振器；C.激光腔，其被配置于光谐振器的光路上；D.至少1个棱镜，其被配置于激光腔与光栅之间的光路上；E.旋转台，其包含使棱镜旋转以使从激光腔输出的激光入射到光栅的角度被变更的致动器；F.波长计测部，其计测从激光腔经由输出耦合镜输出的激光的中心波长；G.角度传感器，其检测棱镜的旋转角度；H.第1控制部，其根据目标波长和计测波长，以第1动作频率对致动器进行控制；以及I.第2控制部，其根据目标波长和检测角度，以第2动作频率对致动器进行控制，该第2动作频率是第1动作频率以上的值。

Description

激光装置和电子器件的制造方法
技术领域
本公开涉及激光装置和电子器件的制造方法。
背景技术
随着半导体集成电路的微细化和高集成化，在半导体曝光装置中要求分辨率的提高。下面，将半导体曝光装置简称为“曝光装置”。因此，从曝光用光源输出的光的短波长化得以发展。在曝光用光源中代替现有的汞灯而使用气体激光装置。当前，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长为248nm的紫外线的KrF准分子激光装置、输出波长为193nm的紫外线的ArF准分子激光装置。
作为当前的曝光技术，如下的液浸曝光已经实用化：利用液体充满曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙，通过改变该间隙的折射率，使曝光用光源的外观的波长变短。在使用ArF准分子激光装置作为曝光用光源进行液浸曝光的情况下，对晶片照射水中的波长为134nm的紫外光。将该技术称为ArF液浸曝光。ArF液浸曝光也被称为ArF液浸光刻。
KrF准分子激光装置、ArF准分子激光装置的自然振荡中的谱线宽度较宽，大约为350～400pm。因此，通过曝光装置侧的投影透镜缩小地投影到晶片上的激光(紫外线光)产生色差，分辨率降低。因此，需要将从气体激光装置输出的激光的谱线宽度窄带化到能够无视色差的程度。谱线宽度也被称为谱宽度。因此，在气体激光装置的光谐振器内设置包含窄带化元件的窄带化模块(Line Narrow Module)。通过该窄带化模块实现谱宽度的窄带化。另外，窄带化元件是标准具或光栅等。将这种谱宽度被窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-139135号公报
专利文献2：日本特表2008-522439号公报
专利文献3：日本特开平3-245583号公报
发明内容
本公开的1个观点的激光装置具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于激光腔与光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使棱镜旋转以使从激光腔输出的激光入射到光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从激光腔经由输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测棱镜的旋转角度；
H.第1控制部，其根据从外部装置输入的目标波长和由波长计测部计测出的计测波长，以第1动作频率对致动器进行控制；以及
I.第2控制部，其根据目标波长和由角度传感器检测到的检测角度，以第2动作频率对致动器进行控制，该第2动作频率是第1动作频率以上的值。
本公开的1个观点的激光装置具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于激光腔与光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使棱镜旋转以使从激光腔输出的激光入射到光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从激光腔经由输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测棱镜的旋转角度；以及
H.控制部，其根据由波长计测部计测出的计测波长对由角度传感器检测到的检测角度与波长的关系进行校正，根据校正后的关系将检测角度换算为波长，根据换算后的波长与从外部装置输入的目标波长之差对致动器进行反馈控制。
本公开的1个观点的电子器件的制造方法包含以下工序：
通过激光装置生成脉冲激光，
将脉冲激光输出到曝光装置，
在曝光装置内在感光基板上曝光脉冲激光，以制造电子器件，
激光装置具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于激光腔与光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使棱镜旋转以使从激光腔输出的激光入射到光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从激光腔经由输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测棱镜的旋转角度；
H.第1控制部，其根据从外部装置输入的目标波长和由波长计测部计测出的计测波长，以第1动作频率对致动器进行控制；以及
I.第2控制部，其根据目标波长和由角度传感器检测到的检测角度，以第2动作频率对致动器进行控制，该第2动作频率是第1动作频率以上的值。
附图说明
下面，参照附图将本公开的若干个实施方式作为简单例子进行说明。
图1是从V方向观察比较例的激光装置的俯视图。
图2是从H方向观察比较例的激光装置的侧视图。
图3是示出控制部的结构的框图。
图4是说明PZT致动器的磁滞特性的曲线图。
图5是与比较例的激光装置对应的模拟框图。
图6A是示出输出信号的增益相对于输入信号的频率变化的变化量的曲线图。图6B是示出输出信号的相位相对于输入信号的频率变化的变化量的曲线图。
图7A是示出将100Hz的正弦波作为输入信号输入到控制块的情况下的输出信号的曲线图。图7B是示出将600Hz的正弦波作为输入信号输入到控制块的情况下的输出信号的曲线图。
图8是从V方向观察第1实施方式的激光装置的俯视图。
图9是从H方向观察第1实施方式的激光装置的侧视图。
图10是示出控制部的结构的框图。
图11是示出控制部的控制的处理的流程图。
图12是从V方向观察第2实施方式的激光装置的俯视图。
图13是从H方向观察第2实施方式的激光装置的侧视图。
图14是从V方向观察第3实施方式的激光装置的俯视图。
图15是从H方向观察第3实施方式的激光装置的侧视图。
图16是从V方向观察第4实施方式的激光装置的俯视图。
图17是从H方向观察第4实施方式的激光装置的侧视图。
图18是示出第5实施方式的激光装置中使用的控制部的结构的框图。
图19是示出控制部的控制的处理的流程图。
图20概略地示出与激光装置连接的曝光装置的结构。
具体实施方式
<内容>
1.比较例
1.1结构
1.2动作
1.3控制部的结构和动作
1.4课题
2.第1实施方式
2.1结构
2.1.1整体结构
2.1.2控制部的结构
2.2动作
2.3效果
3.第2实施方式
3.1结构和动作
4.第3实施方式
4.1结构和动作
4.2变形例
5.第4实施方式
5.1结构和动作
6.第5实施方式
6.1结构
6.2动作
6.3效果
7.其他
下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出本公开的几个例子，不限定本公开的内容。此外，各实施方式中说明的结构和动作并不一定全都是本公开的结构和动作所必须的。另外，对相同结构要素标注相同参照标号并省略重复说明。
1.比较例
接着，对比较例的激光装置进行说明。比较例的激光装置是窄带化准分子激光装置。
1.1结构
图1和图2概略地示出本公开的比较例的激光装置10的结构。图1是从V方向观察激光装置10的俯视图。图2是从H方向观察激光装置10的侧视图。Z方向是来自激光装置10的激光的输出方向。V方向和H方向分别与Z方向正交。V方向和H方向彼此正交。
激光装置10包含激光腔11、输出耦合镜12、光路管13、窄带化模块14、分束器15、波长计测部16、控制部17和驱动器18。输出耦合镜12和窄带化模块14中包含的后述的光栅33构成光谐振器。激光腔11被配置于光谐振器的光路上。
在激光腔11内配置有第1电极21a、第2电极21b、第1窗口22a和第2窗口22b。第1电极21a和第2电极21b被配置成，长度方向与光谐振器的光路方向即Z方向一致。此外，第1电极21a和第2电极21b在H方向上对置。第1电极21a和第2电极21b与未图示的电源连接。下面，将第1电极21a与第2电极21b之间的空间称为放电空间。
在激光腔11内被封入有激光气体，该激光气体包含作为稀有气体的Ar气体或Kr气体、作为卤素气体的F2气体、作为缓冲气体的Ne气体。激光气体通过在放电空间内产生的放电被激励而生成激光。第1窗口22a和第2窗口22b被配置于在Z方向上对置的位置，以使在放电空间内通过放电激励而生成并放大的激光通过。此外，第1窗口22a和第2窗口22b被配置成，入射面包含H方向，并且，激光以接近布儒斯特角的角度入射。
窄带化模块14包含壳体30、盖31、棱镜32a～32d、光栅33、微调用旋转台34、粗调用旋转台35和保持架36～39。窄带化模块14的壳体30经由光路管13而与激光腔11连接。光路管13以覆盖第2窗口22b的方式与激光腔11连接。
在壳体30形成有贯通孔30a。壳体30的内部经由贯通孔30a而与光路管13连通。在壳体30的内部收纳有棱镜32a～32d、光栅33、微调用旋转台34、粗调用旋转台35和保持架36～39等。盖31与被设置于壳体30的上部的开口部连接。
此外，在壳体30连接有气体导入管30b。在光路管13连接有气体排出管13a。经由气体导入管30b向壳体30的内部导入吹扫气体。被导入到壳体30的内部的吹扫气体经由贯通孔30a流入光路管13，经由气体排出管13a被排出到外部。吹扫气体是高纯度氮气、He气体等惰性气体。
棱镜32a～32d被配置于激光腔11与光栅33之间的光路上。棱镜32a～32d作为在HZ平面内扩大激光的射束直径的扩束器发挥功能。棱镜32a被保持架36保持并被固定配置。棱镜32b被包含后述的致动器的微调用旋转台34保持。棱镜32c被粗调用旋转台35中包含的保持架37保持。棱镜32d被保持架38保持并被固定配置。
另外，棱镜32b对应于权利要求书记载的第1棱镜。棱镜32c对应于权利要求书记载的第2棱镜。
棱镜32a～32d分别由氟化钙(CaF2)晶体形成。在棱镜32a～32d的各斜面被涂敷有针对P偏振的激光的未图示的减反射膜，在各垂直面被涂敷有减反射膜。
光栅33被进行利特罗配置，以使波长分散面与HZ平面大致一致，激光的入射角度和衍射角度大致一致。光栅33被保持架39持并被固定配置。光栅33使入射的激光衍射，使波长窄带化。另外，光栅33也可以是在波长大约为193.4nm处被闪耀的埃舍尔光栅。
微调用旋转台34是能够通过压电致动器进行微小的角度调整的压电台。棱镜32b被载置于微调用旋转台34上，以与V方向平行的轴为中心旋转。微调用旋转台34经由信号线18a且通过驱动器18来控制旋转。信号线18a与微调用旋转台34的致动器连接。
粗调用旋转台35包含固定板40、旋转板41、线性步进马达42、柱塞螺钉43和保持架37。固定板40被固定于壳体30。保持架37保持棱镜32c，并且被配置于旋转板41上。旋转板41以旋转自如的方式被配置于固定板40上。在旋转板41形成有杆41a。
柱塞螺钉43被设置于供杆41a抵接的位置。线性步进马达42被设置于隔着杆41a而与柱塞螺钉43对置的位置。线性步进马达42通过按压杆41a，使旋转板41旋转。棱镜32c与旋转板41一起，以与V方向平行的轴为中心旋转。线性步进马达42通过未图示的控制部来控制动作。
微调用旋转台34旋转自如地保持棱镜32b。微调用旋转台34通过使棱镜32b旋转，对激光入射到光栅33的角度进行变更，作为选择激光的中心波长的第1波长选择机构发挥功能。粗调用旋转台35通过使棱镜32c旋转，对激光入射到光栅33的角度进行变更，作为选择激光的中心波长的第2波长选择机构发挥功能。微调用旋转台34能够在数pm的波段内选择中心波长。粗调用旋转台35能够在数nm的波段内选择中心波长。
分束器15被配置成，使从激光腔11内经由输出耦合镜12输出的激光的一部分反射，使反射光入射到波长计测部16。透过分束器15后的激光被供给到作为外部装置的曝光装置2。波长计测部16是监视器标准具等分光器，构成为利用图像传感器检测由标准具生成的干涉条纹。波长计测部16计测激光的中心波长，将表示计测波长λm的信号发送到控制部17。
控制部17从曝光装置2接收表示目标波长λt的信号。控制部17构成为根据计测波长λm与目标波长λt之差对驱动器18进行驱动，对微调用旋转台34的旋转角度进行控制。
1.2动作
下面，对激光装置10的动作进行说明。在对激光腔11内的第1电极21a与第2电极21b之间施加高电压时，在放电空间产生放电，由此，激光气体被激励，生成激光。激光腔11内生成的激光经由光路管13入射到窄带化模块14内。
入射到窄带化模块14内的激光的射束直径通过棱镜32a～32d在HZ平面内被放大，入射到光栅33。在光栅33中进行波长选择。具体而言，入射到光栅33的激光被衍射并分散，光路轴与入射光大致相同的光通过棱镜32a～32d而从窄带化模块14输出，由此进行波长选择，被窄带化。
从窄带化模块14输出的激光经由光路管13再次入射到激光腔11，通过放电空间而被放大。从激光腔11内通过第1窗口22a后的激光入射到输出耦合镜12。入射到输出耦合镜12的激光的一部分透过输出耦合镜12，一部分被输出耦合镜12反射。被输出耦合镜12反射的激光通过第1窗口22a入射到激光腔11，通过放电空间而被放大。通过反复进行以上的动作，产生激光振荡。
从输出耦合镜12输出的激光是被窄带化的激光。从输出耦合镜12输出的激光的一部分被分束器15反射而入射到波长计测部16。透过分束器15后的激光被供给到曝光装置2。控制部17从波长计测部16接收表示计测波长λm的信号。此外，控制部17从曝光装置2接收表示目标波长λt的信号。控制部17计算计测波长λm与目标波长λt之差Δλ，经由驱动器18对微调用旋转台34的致动器进行控制，以使Δλ接近0。其结果，从激光装置10输出的激光的中心波长接近目标波长λt。
以规定的周期进行激光腔11的放电，以规定的周期从激光装置10向曝光装置2供给脉冲状的激光。下面，将从激光装置10向曝光装置2反复供给脉冲状的激光的期间称为突发振荡期间。突发振荡期间是在曝光装置2中对半导体晶片上的1个曝光区域进行曝光的期间。曝光装置2在突发振荡期间内适当地将目标波长λt发送到激光装置10的控制部17。
另外，粗调用旋转台35在突发振荡期间内未被驱动而被固定。粗调用旋转台35在突发振荡期间外、且在曝光装置2中更换了半导体晶片的情况下、引起了气压变动的情况下被驱动。
1.3控制部的结构和动作
接着，对控制部17的结构和动作的详细情况进行说明。图3是示出控制部17的结构的框图。控制部17包含前馈部50和反馈部51。下面，将前馈简称为FF，将反馈简称为FB。
以采样率(信号速率)fs0从曝光装置2向控制部17输入表示目标波长λt的信号。将由采样率fs0的信号表示的目标波长λt表示为目标波长λtk。这里，k是采样指数，被表示为k＝1、2、3、…L。
FF部50包含运算部50a。运算部50a生成与从曝光装置2输入的目标波长λtk对应的控制信号SFFk。控制信号SFFk被输入到驱动器18。驱动器18根据控制信号SFFk生成施加电压，将生成的施加电压施加给PZT(锆钛酸铅)致动器34a。PZT致动器34a是微调用旋转台34中包含的所述致动器。PZT致动器34a根据施加电压而变形，使棱镜32b旋转成与目标波长λtk对应的角度。波长计测部16例如以6kHz的采样率fs1计测激光的中心波长，将表示计测波长λmi的信号发送到FB部51。这里，i是采样指数，被表示为i＝1、2、3、…N。另外，采样率fs1对应于权利要求书记载的第1动作频率。
FB部51包含信号速率变更部51a和PID(Proportional-Integral-Differential：比例积分微分)运算部51b。信号速率变更部51a由D/A转换器和A/D转换器构成，变更表示目标波长λt的信号的采样率fs0，以使其与波长计测部16的采样率fs1一致。在fs0<fs1的情况下，信号速率变更部51a对采样率fs0的信号进行上采样，生成采样率fs1的信号。具体而言，信号速率变更部51a生成由采样率fs1的信号表示的目标波长λti。PID运算部51b根据计测波长λmi与目标波长λti之差Δλi，以与采样率fs1相同的动作频率进行PID运算。PID运算部51b生成FB信号SFBi，将其反馈给驱动器18。对PZT致动器34a施加对基于控制信号SFFk的施加电压加上基于FB信号SFBi的校正电压而得到的电压。
根据以上的结构，根据FF部50生成的控制信号SFFk，与从曝光装置2输入的目标波长对应的施加电压直接被施加给PZT致动器34a，因此，能够通过PZT致动器34a的传递函数的频率特性使PZT致动器34a高速动作。此外，通过FB部51对施加电压进行校正，因此，能够抑制干扰等引起的波长变动。
此外，如图4所示，PZT致动器34a的施加电压与位移量的关系不是完全的比例，而呈现磁滞特性。因此，表示位移量相对于施加电压的比例的PZT致动器34a的灵敏度K(fm/V)依赖于针对PZT致动器34a的施加电压的历史而变动。下面，将这种灵敏度的变动称为灵敏度偏移。根据上述结构，通过FB部51，还能够抑制与PZT致动器34a的灵敏度偏移相伴的波长变动。
1.4课题
接着，对比较例的激光装置10的课题进行说明。从曝光装置2输入的目标波长λtk有时在突发振荡期间中高速地被变更。目标波长λtk例如以最大1kHz的频率被变更。本发明人进行了以下所示的模拟，以对高速波长控制的频率特性进行评价。图5是模拟框图。
图6A和图6B示出在图5所示的模拟框图中输入正弦波作为表示目标波长λtk的输入信号Simin的情况下的开环传递函数的模拟结果。图6A是示出输出信号Simout的增益相对于输入信号Simin的频率变化的变化量的曲线图。图6B是示出输出信号Simout的相位相对于输入信号Simin的频率变化的变化量的曲线图。根据图6A和图6B可知，在图5所示的控制块中，只能保证反馈的控制频带到200Hz。
图7A是示出将100Hz的正弦波作为输入信号Simin输入到控制块的情况下的输出信号Simout的曲线图。图7B是示出将600Hz的正弦波作为输入信号Simin输入到控制块的情况下的输出信号Simout的曲线图。输出信号Simout表示从激光装置10输出的激光的中心波长的计测波长λmi。图7A和图7B示出根据PZT致动器34a的磁滞特性使灵敏度K变化并进行模拟的结果。
作为其结果，在灵敏度K从假设值例如K＝1偏离的情况下，如图7A所示，在输入信号Simin的频率为100Hz时，通过反馈控制使输出信号Simout追随于输入信号Simin。与此相对，如图7B所示，在输入信号Simin的频率为600Hz时，无法通过反馈控制使输出信号Simout追随于输入信号Simin。由此，目标波长与计测波长之间的差增大，从激光装置10输出的激光的波长稳定性降低。
这样，在比较例的激光装置10中，存在如下的课题：在目标波长高速地被变更的情况下，很难与目标波长的变化对应地高精度地控制激光的波长。
此外，比较例的激光装置10是脉冲激光装置，因此，仅在从激光装置10输出激光的时机，能够利用波长计测部16计测中心波长。因此，存在无法通过激光的重复频率高速地进行波长控制这样的课题。
2.第1实施方式
接着，对本公开的第1实施方式的激光装置10a进行说明。另外，下面，对与上述比较例的激光装置10的结构要素大致相同的部分标注相同标号并适当省略说明。
2.1结构
2.1.1整体结构
图8和图9概略地示出本公开的第1实施方式的激光装置10a的结构。图8是从V方向观察激光装置10a的俯视图。图9是从H方向观察激光装置10a的侧视图。
第1实施方式的激光装置10a在比较例的激光装置10的结构的基础上，包含角度传感器63，代替控制部17而具有控制部60。控制部60包含第1控制部61和第2控制部62。第1控制部61是与比较例的控制部17相同的结构。
角度传感器63被固定设置于微调用旋转台34上的非旋转部，检测棱镜32b的一个面的角度作为棱镜32b的旋转角度。角度传感器63将表示检测角度θ的信号经由与角度传感器63连接的信号线63a发送到第2控制部62。第2控制部62将从角度传感器63接收到的检测角度θ换算为波长，经由驱动器18对微调用旋转台34的PZT致动器34a进行控制，以使换算出的波长λθ与目标波长λt之差接近0。
2.1.2控制部的结构
图10是示出控制部60的结构的框图。控制部60包含FF部50和FB部51。FF部50是与比较例相同的结构。第1FB部51包含第1信号速率变更部51a和第1PID运算部51b。第1FB部51以及该第1FB部51中包含的第1信号速率变更部51a和第1PID运算部51b是与比较例的FB部51以及该FB部51中包含的信号速率变更部51a和PID运算部51b相同的结构。第1PID运算部51b根据计测波长λmi与目标波长λti之差Δλi进行PID运算，由此生成第1FB信号SFBi，将其反馈给驱动器18。
第2控制部62包含第2信号速率变更部52a、第2PID运算部52b和波长换算部52c。第2信号速率变更部52a变更表示目标波长λtk的信号的采样率，以使其与角度传感器63的采样率fs2一致。将由第2信号速率变更部52a转换且由采样率fs2的信号表示的目标波长表示为目标波长λtj。这里，j是采样指数，被表示为j＝1、2、3、…M。另外，采样率fs2对应于权利要求书记载的第2动作频率。
角度传感器63以采样率fs2检测棱镜32b的角度，输出表示检测角度θj的信号。采样率fs2与采样率fs1相同，或比采样率fs1大，即fs2≥fs1。
波长换算部52c从角度传感器63接收表示检测角度θj的信号，根据检测角度θj计算激光的中心波长λθj。波长换算部52c与采样率fs2对应地进行动作。第2PID运算部52b以与采样率fs2相同的动作频率进行PID运算。第2PID运算部52b根据由波长换算部52c计算出的中心波长λθj与目标波长λtj之差Δλj进行PID运算，由此生成第2FB信号SFBj，将其反馈给驱动器18。对PZT致动器34a施加对基于控制信号SFFk的施加电压加上基于第1FB信号SFBi的校正电压和基于第2FB信号SFBj的校正电压而得到的电压。
波长计测部16只在从激光装置10a输出激光的时机能计测中心波长。波长计测部16的采样率fs1例如是6kHz。另一方面，角度传感器63在未从激光装置10a输出激光的情况下，也能够进行棱镜32b的角度的检测动作。角度传感器63的采样率fs2例如优选被设定为6kHz以上的值。
2.2动作
激光装置10a的整体动作与比较例的激光装置10的动作相同。下面，对控制部60的动作进行说明。图11是示出控制部60的控制的处理的流程图。控制部60并行地进行FF控制、第1FB控制和第2FB控制。首先，在FF控制中，控制部60将参数k设定为1(步骤S10)，在从曝光装置2接收到表示目标波长λtk的信号时(步骤S11)，通过运算部50a计算与目标波长λtk对应的施加电压Vk(步骤S12)。施加电压Vk根据下式(1)来计算。
Vk＝Kv·λtk…(1)
其中，Kv是常数，单位是V/fm。
接着，运算部50a生成与施加电压Vk对应的控制信号SFFk(步骤S13)。该控制信号SFFk被输入到驱动器18，从驱动器18对PZT致动器34a施加施加电压Vk。然后，控制部60对参数k加上1(步骤S14)，使处理返回步骤S11。控制部60每当以采样率fs0接收到表示目标波长λtk的信号时，进行步骤S11～S14的处理。
在第1FB控制中，第1控制部61将参数i设定为1(步骤S20)，在从波长计测部16接收到表示计测波长λmi的信号时(步骤S21)，计算计测波长λmi与目标波长λti的波长差Δλi(步骤S22)。波长差Δλi根据下式(2)来计算。
Δλi＝λmi-λti…(2)
接着，第1PID运算部51b根据下式(3)进行PID运算，计算差分值ΔλFBi(步骤S23)。
ΔλFBi＝Kp(Δλi-Δλi-1)+KiΔλi
+Kd(Δλi-2Δλi-1+Δλi-2)…(3)
其中，Kp、Ki、Kd是规定的常数。
然后，第1PID运算部51b计算与差分值ΔλFBi对应的校正电压ΔVi(步骤S24)。校正电压ΔVi根据下式(4)来计算。
ΔVi＝Kv·ΔλFBi…(4)
进而，第1PID运算部51b生成与校正电压ΔVi对应的第1FB信号SFBi(步骤S25)。该第1FB信号SFBi被反馈给驱动器18，对从驱动器18朝向PZT致动器34a的施加电压加上校正电压ΔVi。然后，第1控制部61对参数i加上1(步骤S26)，使处理返回步骤S21。第1控制部61每当以采样率fs1接收到表示计测波长λmi和目标波长λti的信号时，进行步骤S21～S26的处理。
在第2FB控制中，第2控制部62将参数j设定为1(步骤S30)，在从角度传感器63接收到表示检测角度θj的信号时(步骤S31)，通过波长换算部52c计算激光的中心波长λθj(步骤S32)。然后，第2控制部62计算所计算出的中心波长λθj与目标波长λtj的波长差Δλj(步骤S33)。波长差Δλj根据下式(5)来计算。
Δλj＝λθj-λtj…(5)
接着，第2PID运算部52b根据下式(6)进行PID运算，计算差分值ΔλFBj(步骤S34)。
ΔλFBj＝Kp’(Δλj-Δλj-1)+Ki’Δλj
+Kd’(Δλj-2Δλj-1+Δλj-2)…(6)
其中，Kp’、Ki’、Kd’是规定的常数。
然后，第2PID运算部52b计算与差分值ΔλFBj对应的校正电压ΔVj(步骤S35)。校正电压ΔVj根据下式(7)来计算。
ΔVj＝Kv·ΔλFBj…(7)
进而，第2PID运算部52b生成与校正电压ΔVj对应的第2FB信号SFBj(步骤S36)。该第2FB信号SFBj被反馈给驱动器18，对从驱动器18朝向PZT致动器34a的施加电压加上校正电压ΔVj。然后，第2控制部62对参数j加上1(步骤S37)，使处理返回步骤S31。第2控制部62每当以采样率fs2接收到表示中心波长λθj和目标波长λtj的信号时，进行步骤S31～S37的处理。
2.3效果
根据本实施方式的激光装置10a，根据FF部50生成的控制信号SFFk，与从曝光装置2输入的目标波长对应的施加电压直接被施加给PZT致动器34a，因此，能够通过PZT致动器34a的传递函数的频率特性使PZT致动器34a高速动作。
通过基于第1控制部61的第1FB控制和基于第2控制部62的第2FB控制对施加电压进行校正，因此，能够抑制干扰等引起的波长变动。第1FB控制的动作频率依赖于激光的重复频率，例如是6kHz，因此，FB频带只能确保200Hz左右。但是，在本实施方式的激光装置10a中，能够使第2FB控制的动作频率比第1FB控制的动作频率高，因此，能够充分提高FB频带。
由此，在本实施方式的激光装置10a中，在目标波长高速地被变更的情况下，能够与目标波长的变化对应地高精度地控制激光的波长。此外，能够抑制在PZT致动器34a中产生灵敏度偏移而引起的波长稳定性的恶化。
3.第2实施方式
接着，对本公开的第2实施方式的激光装置10b进行说明。另外，下面，对与第1实施方式的激光装置10a的结构要素大致相同的部分标注相同标号并适当省略说明。
3.1结构和动作
图12和图13概略地示出本公开的第2实施方式的激光装置10b的结构。图12是从V方向观察激光装置10b的俯视图。图13是从H方向观察激光装置10b的侧视图。
在本实施方式的激光装置10b中，通过激光多普勒振动计70构成角度传感器。激光多普勒振动计70被固定设置于微调用旋转台34上的非旋转部。激光多普勒振动计70检测棱镜32b的一个面的速度，将速度信号经由信号线70a输出到数字位移计71。
数字位移计71将从激光多普勒振动计70输出的速度信号转换为表示棱镜32b的一个面的位置的位置信号。即，该位置信号对应于棱镜32b的角度θ。从数字位移计71输出的位置信号作为检测角度θ而经由信号线71a被输入到第2控制部62。激光多普勒振动计70和数字位移计71以采样率fs2进行动作。
本实施方式的激光装置10b的其他结构和动作与第1实施方式的激光装置10a相同，因此省略说明。
4.第3实施方式
接着，对本公开的第3实施方式的激光装置10c进行说明。另外，下面，对与第1实施方式的激光装置10a的结构要素大致相同的部分标注相同标号并适当省略说明。
4.1结构和动作
图14和图15概略地示出本公开的第3实施方式的激光装置10c的结构。图14是从V方向观察激光装置10c的俯视图。图15是从H方向观察激光装置10c的侧视图。
在本实施方式的激光装置10c中，通过静电电容位置传感器73构成角度传感器。静电电容位置传感器73被内置于作为压电台的微调用旋转台34内，检测棱镜32b的位置并输出位置信号。该位置信号对应于棱镜32b的角度θ。从静电电容位置传感器73输出的位置信号作为检测角度θ而经由信号线73a被输入到第2控制部62。静电电容位置传感器73以采样率fs2进行动作。
本实施方式的激光装置10c的其他结构和动作与第1实施方式的激光装置10a相同，因此省略说明。
4.2变形例
作为第3实施方式的激光装置10c的变形例，也可以代替静电电容位置传感器73而使用PZT等位置检测用压电元件。与静电电容位置传感器73同样，该位置检测用压电元件被内置于微调用旋转台34内。位置检测用压电元件检测棱镜32b的位置并输出位置信号。该位置信号作为检测角度θ被输入到第2控制部62。
5.第4实施方式
接着，对本公开的第4实施方式的激光装置10d进行说明。另外，下面，对与第1实施方式的激光装置10a的结构要素大致相同的部分标注相同标号并适当省略说明。
在第1～第3实施方式中，作为用于选择激光的中心波长的波长选择机构，设置微调用旋转台34和粗调用旋转台35，但是，在第4实施方式中，通过1个旋转台进行波长选择。
5.1结构和动作
图16和图17概略地示出本公开的第4实施方式的激光装置10d的结构。图16是从V方向观察激光装置10d的俯视图。图17是从H方向观察激光装置10d的侧视图。
在本实施方式中，代替被微调用旋转台34保持，棱镜32b被保持架80保持，被固定配置。在本实施方式中，通过旋转台81进行棱镜32c的微调和粗调。旋转台81包含固定板40、旋转板41、线性步进马达42、柱塞螺钉43、保持架37、PZT致动器34a和角度传感器63。固定板40、旋转板41、线性步进马达42、柱塞螺钉43和保持架37是与第1实施方式相同的结构。
在本实施方式中，作为压电致动器的PZT致动器34a被配置于线性步进马达42与旋转板41的杆41a之间。PZT致动器34a根据从驱动器18施加的施加电压而变形，通过按压杆41a，使旋转板41旋转。线性步进马达42经由PZT致动器34a按压杆41a，由此使旋转板41旋转。与第1实施方式同样，PZT致动器34a被用于微调，线性步进马达42被用于粗调。
此外，在本实施方式中，角度传感器63被固定设置于传感器保持架40a，该传感器保持架40a被设置于固定板40。角度传感器63检测棱镜32c的一个面的角度，将表示检测角度θ的信号经由信号线63a发送到第2控制部62。控制部60进行的控制与第1实施方式相同。本实施方式的激光装置10d的其他结构和动作与第1实施方式的激光装置10a相同，因此省略说明。
6.第5实施方式
接着，对本公开的第5实施方式的激光装置进行说明。另外，下面，对与第1实施方式的激光装置10a的结构要素大致相同的部分标注相同标号并适当省略说明。
在第1～第4实施方式中，并行地进行基于激光的中心波长的实测值的第1FB控制和基于棱镜的角度的检测值的第2FB控制。在第5实施方式中，仅进行基于棱镜的角度的检测值的FB控制，根据激光的中心波长的实测值对FB控制进行校正。
6.1结构
图18概略地示出本公开的第5实施方式的激光装置中使用的控制部90的结构。控制部90包含FF部50和FB部92。FF部50是与第1实施方式中的FF部50相同的结构。FB部92包含第1信号速率变更部51a、第2信号速率变更部52a、PID运算部52b和波长换算部52c。PID运算部52b是与第1实施方式中的第2PID运算部52b相同的结构。
6.2动作
图19是示出控制部90的控制的处理的流程图。控制部90进行FF控制和基于由角度传感器63检测的检测角度θj的FB控制。由波长计测部16计测的计测波长λmi被用于校正处理。由步骤S10～S14表示的FF控制与第1实施方式相同，因此省略说明。
下面，对本实施方式中的FB控制进行说明。在FB控制中，控制部90将参数j设定为1(步骤S40)，在从角度传感器63接收到表示检测角度θj的信号时(步骤S41)，通过波长换算部52c计算激光的中心波长λθj(步骤S42)。然后，控制部90计算所计算出的中心波长λθj与目标波长λtj的波长差Δλj(步骤S43)。下面，将波长差Δλj称为第1波长差Δλj。
此外，控制部90与步骤S40～S43并行地进行以下的处理。首先，控制部90将参数i设定为1(步骤S50)，在从波长计测部16接收到表示计测波长λmi的信号时(步骤S51)，计算计测波长λmi与目标波长λti的波长差Δλi(步骤S52)。下面，将波长差Δλi称为第2波长差Δλi。
控制部90在通过步骤S43计算第1波长差Δλj、通过步骤S52计算第2波长差Δλi后，将对第1波长差Δλj加上第2波长差Δλi而得到的波长差作为第1波长差Δλj进行置换(步骤S44)。另外，以采样率fs2进行第1波长差Δλj的计算，以采样率fs1进行第2波长差Δλi的计算。对在得到第2波长差Δλi的时点得到的第1波长差Δλj进行步骤S44的校正处理。
然后，PID运算部52b使用步骤S44中得到的第1波长差Δλj，根据上式(6)进行PID运算，计算差分值ΔλFBj(步骤S45)。另外，PID运算部52b在未得到第2波长差Δλi的情况下，直接使用步骤S43中得到的第1波长差Δλj进行PID运算。然后，控制部90执行步骤S46～S48的处理，使处理返回步骤S41。步骤S46～S48与第1实施方式中的步骤S35～S37相同。
另外，在本实施方式中，使用根据计测波长λmi得到的第2波长差Δλi对第1波长差Δλj进行校正，但是，这相当于根据计测波长λmi对检测角度θj与中心波长λθj的关系进行校正。因此，也可以代替步骤S44的校正处理，根据计测波长λmi直接对检测角度θj与中心波长λθj的关系进行校正。
6.3效果
在本实施方式中，根据计测波长λmi对检测角度θj与中心波长λθj的关系进行校正，因此，除了第1实施方式的激光装置10a发挥的效果外，针对由波长计测部16计测的波长的热干扰也能够进行稳定性高的控制。
此外，本实施方式所示的控制部90不限于应用于第1实施方式的激光装置，还能够应用于第2～第4实施方式的激光装置。
此外，在第1～第4实施方式中，将控制部60中包含的第1控制部61和第2控制部62分别设为不同的结构要素，但是，也可以将它们构成为1个控制部。此外，控制部60和90分别不限于由半导体电路等硬件构成的结构，也可以是CPU等控制电路执行从存储器读入的程序的结构。进而，控制部60和90也可以由FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)等能够进行程序的门阵列构成。
此外，在第1～第4实施方式中，第1控制部61和第2控制部62分别经由1个驱动器18对PZT致动器34a进行控制，但是，驱动器的数量不限于1个。也可以针对第1控制部61和第2控制部62分别单独设置驱动器。
此外，在第1～第5实施方式中，在窄带化模块14内设置有4个棱镜32a～32d，但是，棱镜的数量不限于4个，设置有至少1个棱镜即可。
7.其他
图20概略地示出与激光装置1连接的曝光装置2的结构。如上所述，激光装置1生成激光并将其输出到曝光装置2。
在图20中，曝光装置2包含照明光学系统201和投影光学系统202。照明光学系统201通过从激光装置1入射的激光对掩模版台RT的掩模版图案进行照明。投影光学系统202对透过掩模版后的激光进行缩小投影，使其在被配置于工件台WT上的未图示的工件上成像。工件是被涂布了光刻胶的半导体晶片等感光基板。曝光装置2使掩模版台RT和工件台WT同步地平行移动，由此在工件上曝光反映了掩模版图案的激光。通过以上这种曝光工序在半导体晶片上转印器件图案，由此，能够制造电子器件。
上述说明不是意图限制，而是意图简单的例示。因此，本领域技术人员明白能够在不脱离附加的权利要求书的情况下对本公开的各实施方式施加变更。
本说明书和附加的权利要求书整体所使用的用语应该解释为“非限定性”用语。例如，“包含”或“所包含”这样的用语应该解释为“不限于记载为所包含的部分”。“具有”这样的用语应该解释为“不限于记载为所具有的部分”。此外，本说明书和附加的权利要求书所记载的修饰句“一个”应该解释为意味着“至少一个”或“一个或一个以上”。

Claims (20)

1.一种激光装置，其具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与所述输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于所述光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于所述激光腔与所述光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使所述棱镜旋转以使从所述激光腔输出的激光入射到所述光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从所述激光腔经由所述输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测所述棱镜的旋转角度；
H.第1控制部，其根据从外部装置输入的目标波长和由所述波长计测部计测出的计测波长，以第1动作频率对所述致动器进行控制；以及
I.第2控制部，其根据所述目标波长和由所述角度传感器检测到的检测角度，以第2动作频率对所述致动器进行控制，所述第2动作频率是所述第1动作频率以上的值。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第1控制部根据所述目标波长与所述计测波长之差对所述致动器进行反馈控制。
3.根据权利要求2所述的激光装置，其中，
所述第1控制部通过PID运算进行所述反馈控制。
4.根据权利要求2所述的激光装置，其中，
所述第2控制部将所述检测角度换算为波长，根据换算后的波长与所述目标波长之差对所述致动器进行反馈控制。
5.根据权利要求4所述的激光装置，其中，
所述第2控制部通过PID运算进行所述反馈控制。
6.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述致动器是PZT致动器。
7.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述角度传感器由对所述棱镜的一个面的速度进行检测的激光多普勒振动计构成。
8.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述角度传感器由对所述棱镜的位置进行检测的静电电容位置传感器构成。
9.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述角度传感器由对所述棱镜的位置进行检测的位置检测用压电元件构成。
10.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第2动作频率是6kHz以上的值。
11.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第2动作频率与所述角度传感器的采样率一致。
12.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述至少1个棱镜包含第1棱镜和第2棱镜，
所述旋转台使所述第1棱镜旋转。
13.根据权利要求12所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具有以下部件：
J.粗调用旋转台，其保持所述第2棱镜并使其旋转。
14.根据权利要求13所述的激光装置，其中，
所述粗调用旋转台包含步进马达。
15.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述第1控制部包含第1信号速率变更部，所述第1信号速率变更部变更表示所述目标波长的信号的采样率，以使其与所述波长计测部的采样率一致。
16.根据权利要求15所述的激光装置，其中，
所述第2控制部包含第2信号速率变更部，所述第2信号速率变更部变更表示所述目标波长的信号的采样率，以使其与所述角度传感器的采样率一致。
17.一种激光装置，其具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与所述输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于所述光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于所述激光腔与所述光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使所述棱镜旋转以使从所述激光腔输出的激光入射到所述光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从所述激光腔经由所述输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测所述棱镜的旋转角度；以及
H.控制部，其根据由所述波长计测部计测出的计测波长对由所述角度传感器检测到的检测角度与波长的关系进行校正，根据校正后的所述关系将所述检测角度换算为波长，根据换算后的波长与从外部装置输入的目标波长之差对所述致动器进行反馈控制。
18.根据权利要求17所述的激光装置，其中，
所述控制部包含第1信号速率变更部，所述第1信号速率变更部变更表示所述目标波长的信号的采样率，以使其与所述波长计测部的采样率一致。
19.根据权利要求18所述的激光装置，其中，
所述控制部包含第2信号速率变更部，所述第2信号速率变更部变更表示所述目标波长的信号的采样率，以使其与所述角度传感器的采样率一致。
20.一种电子器件的制造方法，其包含以下工序：
通过激光装置生成脉冲激光，
将所述脉冲激光输出到曝光装置，
在所述曝光装置内在感光基板上曝光所述脉冲激光，以制造电子器件，
所述激光装置具有以下部件：
A.输出耦合镜；
B.光栅，其与所述输出耦合镜构成光谐振器；
C.激光腔，其被配置于所述光谐振器的光路上；
D.至少1个棱镜，其被配置于所述激光腔与所述光栅之间的光路上；
E.旋转台，其包含使所述棱镜旋转以使从所述激光腔输出的激光入射到所述光栅的角度被变更的致动器；
F.波长计测部，其计测从所述激光腔经由所述输出耦合镜输出的激光的中心波长；
G.角度传感器，其检测所述棱镜的旋转角度；
H.第1控制部，其根据从外部装置输入的目标波长和由所述波长计测部计测出的计测波长，以第1动作频率对所述致动器进行控制；以及
I.第2控制部，其根据所述目标波长和由所述角度传感器检测到的检测角度，以第2动作频率对所述致动器进行控制，所述第2动作频率是所述第1动作频率以上的值。
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