JP6113426B2 - マスタオシレータシステムおよびレーザ装置 - Google Patents
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Description
1.概要
2.用語の説明
3.露光装置用のスペクトル線幅可変レーザ装置
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用
3.4 スペクトル線幅と制御値の関係
3.5 発振段(マスタオシレータ)の実施例
3.5.1 シリンドリカルレンズを用いたビーム幅調節部
3.5.2 プリズムを用いたビーム幅調節部
3.6 発振段(マスタオシレータ)の変形例1
3.6.1 プリズムを用いたビーム幅調節部(縮小系)
3.6.2 プリズムを用いたビーム幅調節部(拡大系)
3.6.3 シリンドリカルミラーを用いたビーム幅調節部
3.7 発振段(マスタオシレータ)の変形例2
3.7.1 光路調節プリズムを用いたビーム幅調節部
3.7.2 複数の光路調節プリズムを用いたビーム幅調節部(第1例)
3.7.3 複数の光路調節プリズムを用いたビーム幅調節部(第2例)
3.7.4 複数の光路調節プリズムを用いたビーム幅調節部(第3例)
3.7.5 複数の光路調節プリズムを用いたビーム幅調節部(第4例)
3.8 発振段(マスタオシレータ)の変形例3
3.9 波面調節部の構成例
3.9.1 第1例
3.9.2 第2例(出力結合ミラーを兼ねる場合)
3.10 波面調節部の配置例
3.10.1 第1例(共振器内部に配置する場合(その1))
3.10.2 第2例(共振器内部に配置する場合(その2))
3.10.3 第3例(共振器ミラーを兼ねる場合(その1))
3.10.4 第4例(共振器ミラーを兼ねる場合(その2))
3.11 波面調節部を切替可能な発振段(マスタオシレータ)
3.11.1 出力結合ミラーと波面調節部とが別体の場合
3.11.2 波面調節部が出力結合ミラーを兼ねる場合
3.12 フローチャート
3.12.1 第1例
3.12.1.1 レーザ出力制御動作(メインフロー)
3.12.1.2 制御値取得サブルーチン
3.12.1.2.1 第1例
3.12.1.2.2 第2例
3.12.1.3 スペクトル線幅調整サブルーチン
3.12.1.4 ワンショット制御サブルーチン
3.12.2 第2例
3.12.2.1 レーザ出力制御動作(メインフロー)
3.12.2.2 変化量取得サブルーチン
3.12.2.3 変化量算出例
4.増幅装置
4.1 エキシマガスをゲイン媒質とするパワーアンプ
4.2 エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
4.2.1 ファブリペロ共振器を含む実施形態
4.2.2 リング共振器を含む実施形態
5.スペクトル検出器
5.1 モニターエタロン分光器
5.2 グレーティング型分光器
6.その他
6.1 スペクトル線幅E95の定義
以下で例示する実施の形態は、レーザ光のスペクトル線幅を調節する調節機構を備えてもよい。調節機構は、記憶部等に記憶された制御値を用いて制御されてもよい。
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。
レーザ光の光路において、レーザ光の生成源側を「上流」とし、レーザ光の到達目標側を「下流」とする。
また、「光軸」とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
「ビーム拡大」とは、ビーム断面が徐々に広がることをいう。
「縮小ビーム」とは、進行に合わせてレーザ断面が徐々に縮小するレーザ光であってよい。「拡大ビーム」とは、進行に合わせてレーザ断面が徐々に拡大するレーザ光であってよい。
エキシマガスとは、励起された際にエキシマレーザの媒質となる混合ガスで、例えばKrガス、Arガス、F2ガス、Neガス、およびXeガスのうち少なくとも1つを含んでいてもよい。
本開示の一実施の形態によるレーザ装置が、以下に図面を参照して詳細に説明される。以下の実施の形態では、スペクトル線幅を変更し得るレーザ装置が例として説明される。
図1は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。レーザ装置100は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置100は、発振段(マスタオシレータ)と増幅段(増幅装置)とを備えた2ステージレーザ装置であってもよい。
つづいて、図1に示されるレーザ装置100の概略動作が、以下に説明される。コントローラ10は、露光装置80のコントローラ81から、露光用のレーザ光L1の出力を要求する露光命令を受信してもよい。この露光命令には、レーザ光L1に要求するスペクトル線幅の目標値(目標スペクトル線幅BWt)が含まれていてもよい。コントローラ10は、露光命令を受信すると、シャッタ機構70を駆動して、シャッタ71を閉じてもよい。また、コントローラ10は、レーザ光L1のスペクトル線幅が要求された目標スペクトル線幅BWtとなるように、波面調節部24およびビーム幅調節部22を駆動してもよい。記憶部11は、波面調節部24の制御値Wおよびビーム幅調節部22の制御値Mの少なくとも一方を、目標スペクトル線幅BWtに対応づけてデータとして格納していてもよい。制御値Wおよび/またはMと目標スペクトル線幅BWtとは、たとえば制御テーブル等のデータで管理されていてもよい。あるいは、記憶部11は、目標スペクトル線幅BWtから制御値Wおよび/またはMを算出するための関数やパラメータ等のデータを格納していてもよい。コントローラ10は、記憶部11から読み出した制御テーブルまたは関数やパラメータ等のデータを用いて、目標スペクトル線幅BWtを達成するための制御値Wおよび/またはMを得てもよい。コントローラ10は、得られた制御値Wおよび/またはMを、波面調節部24およびビーム幅調節部22へ適宜送信してもよい。また、コントローラ10は、マスタオシレータシステム20内の増幅器23を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム20から、スペクトル線幅が目標スペクトル線幅BWtに略調整されたレーザ光L1が出力され得る。
以上のように、コントローラ10は、露光装置80から目標スペクトル線幅BWtを受信すると、目標スペクトル線幅BWtを達成するための波面調節部24とビーム幅調節部22との制御値Wおよび/またはMを記憶部11内のデータを用いて求めてもよい。また、コントローラ10は、求めた制御値Wおよび/またはMを波面調節部24および/またはビーム幅調節部22にそれぞれ送信してもよい。これにより、マスタオシレータシステム20が、実質的に目標スペクトル線幅BWtで発振し得る状態に迅速に調整され得る。また、コントローラ10がスペクトル検出部60によって検出されたスペクトル線幅BWに基づいてマスタオシレータシステム20をフィードバック制御することで、マスタオシレータシステム20が実質的に目標スペクトル線幅BWtで安定して発振し得る。
ここで、スペクトル線幅BWと制御値Wおよび/またはMとの関係が、図面を用いて説明される。図2は、本説明で使用する波面調節部24の構成を概略的に示す。図3は、2種類のビーム幅に切り替えた際の波面調節部のレンズ間距離とスペクトル純度E95との関係を示す。図4は、図3の縦軸を畳み込み線幅(Convolved Bandwidth:CBW)とした場合のレンズ間距離と畳み込み線幅CBWとの関係を示す。
つぎに、図1に示されたマスタオシレータシステム20の具体的構成を、以下に実施例として図面を用いて詳細に説明する。
ここで、図6および図7に、シリンドリカルレンズを用いて構成されたビーム幅調節器33−1および33−2の一例をそれぞれ示す。図6は、縮小系のビーム幅調節器33−1の構成例を概略的に示す。図7は、拡大系のビーム幅調節器33−2の構成例を概略的に示す。
図8および図9に、プリズムを用いて構成されたビーム幅調節器33−3および33−4の一例をそれぞれ示す。図8は、縮小系のビーム幅調節器33−3の構成例を概略的に示す。図9は、拡大系のビーム幅調節器33−4の構成例を概略的に示す。
つぎに、図1に示されたマスタオシレータシステム20の変形例1が、以下に図面を用いて詳細に説明される。
ここで、プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器33−5および33−6の例が、図10を用いて説明される。
つぎに、プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器33−7および33−8の例が、図11および図12を用いて説明される。
つぎに、シリンドリカルミラーを用いて構成されたビーム幅調節器33−9および33−10の一例がそれぞれ示される。図13は、縮小系のビーム幅調節器33−9の構成例を概略的に示す。図14は、拡大系のビーム幅調節器33−10の構成例を概略的に示す。
つぎに、図1に示されたマスタオシレータシステム20の変形例2が、以下に図面を用いて詳細に説明される。変形例2では、グレーティング21へのレーザ光L1の入射光路を調節する光路調節プリズムが、ビーム幅調節部に用いられてもよい。図15は、変形例2によるマスタオシレータシステム20Bの構成例を概略的に示す。図15に示されるように、マスタオシレータシステム20Bは、図5に示されるマスタオシレータシステム20と同様の構成において、ビーム幅調節部22がビーム幅調節部22Bに置き換えられてもよい。
図15に示されるように、ビーム幅調節部22Bは、移動ステージ22cと、複数の光路調節プリズム22aおよび22bとを備えてもよい。光路調節プリズムは2つに限られない。光路調節プリズム22aまたは22bが光路に配置された状態において、フロントエッジ側から各光路調節プリズム22aまたは22bに入射したレーザ光L1は、それぞれの場合において同じ光軸で出射されてもよい。ただし、各光路調節プリズム22aまたは22bから出射するレーザ光L1のビーム幅は、それぞれ異なるとよい。ビーム幅調節部22Bは、図示しない駆動機構に接続された移動ステージ22cによって、レーザ光L1の光路上に、光路調節プリズム22aおよび22bの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズム22aおよび22bに設定された倍率で、グレーティング21へ入射するレーザ光L1のビーム幅が変更され得る。
また、複数の光路調節プリズムを用い、それらのうちの1つがビーム幅調節器として用いられてもよい。図16および図17は、複数の光路調節プリズムのうちの1つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部22Bの構成例を概略的に示す。
また、複数の光路調節プリズムのうちの複数がビーム幅調節器として用いられてもよい。図18および図19は、4つの光路調節プリズムのうち、間に位置する2つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部22Cの構成例を概略的に示す。
また、複数の光路調節プリズムのうち、フロントエッジ側に位置する光路調節プリズムを含む1つ以上の光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられてもよい。図20〜図22は、4つの光路調節プリズムのうち、フロントエッジ側から2つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部22Dの構成例を概略的に示す。
また、複数の光路調節プリズムを用いてビーム幅調節部を構成する場合、各光路調節プリズムを回転させることで、光路を調節しつつビーム幅を制御することも可能である。図23は、回転可能に保持された複数の光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部22Eの構成例を概略的に示す。
図24は、変形例3によるマスタオシレータシステム20Cの構成例を概略的に示す。図24に示されるように、マスタオシレータシステム20Cは、複数のビーム幅調節部22および22Bを備えてもよい。図24では、異なる構成のビーム幅調節部22および22Bを備えたマスタオシレータシステム20Cを例示するが、これに限るものではない。すなわち、上述したビーム幅調節部は、適宜組合せて用いられてもよい。
つぎに、波面調節部の構成例を、図面を用いて詳細に説明する。
図25および図26は、波面調節部24の構成例を概略的に示す。波面調節部24は、両面が半筒状に窪んだ凹面シリンドリカルレンズ242と、両面が半筒状に突出した凸面シリンドリカルレンズ241と、架台243とを備えてもよい。凹面シリンドリカルレンズ242または凸面シリンドリカルレンズ241には、これをレーザ光L1の光軸に沿って移動させる移動機構が設けられてもよい。本説明では、凸面シリンドリカルレンズ241に移動機構が設けられている場合を例示する。移動機構が設けられていない凹面シリンドリカルレンズ242は、架台243に固定されてもよい。
また、上述にもあるように、波面調節部24および出力結合ミラー25は、これらの機能を併せ持つ波面調節部260に置き換えられてもよい。図27および図28は、波面調節部260の構成例を概略的に示す。図27は、波面調節部260の上視図である。図28は、波面調節部260の側視図である。
つづいて、波面調節部の配置について、以下に例を挙げて説明する。
図29は、波面調節部と出力結合ミラーとが別体であるマスタオシレータシステム20の一例を示す。図29に示されるマスタオシレータシステム20Dのように、波面調節部24は、出力結合ミラー25と増幅器23との間の光路上に配置されてもよい。
図30は、波面調節部と出力結合ミラーとが別体であるマスタオシレータシステム20の他の一例を示す。図30に示されるマスタオシレータシステム20Eのように、波面調節部24は、増幅器23とビーム幅調節部22との間の光路上に配置されてもよい。
また、反射型の波面調節部を用いることも可能である。図31は、反射型の波面調節部の一例を示す。図32は、図31に示される波面調節部を用いたマスタオシレータシステム20の一例を示す。図31に示されるように、反射型の波面調節部27は、鏡面の曲率を調節可能な、いわゆるデフォーマブルミラーであってもよい。この波面調節部27は、ミラー271と、ロッド272と、スプリング273と、プレート274と、ステッピングモータ275とを含んでもよい。ミラー271は、たとえば長方形または正方形の鏡面を備えてもよい。ロッド272は、ミラー271の裏面における対向する2つの側辺を、プレート274に対して支持してもよい。スプリング273の一方の端は、ミラー271の裏面における略中線上の1点以上に取り付けられてもよい。スプリング273の他方の端は、ステッピングモータ275に連結されてもよい。ステッピングモータ275は、スプリング273を介してミラー271の裏面を押し引きしてもよい。これにより、ミラー271の鏡面が円筒状に歪曲し、ミラー27の曲率が変化し得る。
また、グレーティング21が、波面調節機能を備えたグレーティングに置き換えられてもよい。その場合、波面調節部24は省略されてもよい。図33は、波面調節機能を備えたグレーティングを用いたマスタオシレータシステム20Gの構成例を概略的に示す。
マスタオシレータに組み込まれる波面調節部は、上述したビーム幅調節部と同様、光共振器中のレーザ光L1の光路に対して出し入れ可能であってもよい。以下では、そのいくつかの例が図面を用いて説明される。なお、以下では、図29に示されるマスタオシレータシステム20Dをベースとするが、これに限られない。すなわち、上述したマスタオシレータシステムのいずれがベースとされてもよく、その際に、波面を切替可能な波面調節部が倍率を切替可能なビーム幅調節部と併用されてもよい。
図34は、出力結合ミラーと波面調節部とが別体の場合のマスタオシレータシステム20Hの構成例を概略的に示す。図34に示されるように、マスタオシレータシステム20Hは、波面切替モジュール120Aを備えてもよい。波面切替モジュール120Aは、移動ステージ121と、波面調節部24とを備えてもよい。波面調節部24は、上述した波面調節部24と同様の構成であってもよい。もしくは、波面調節部24は、長焦点の1つの球面レンズを用いて構成されてもよい。その場合、球面レンズは、シリンドリカルレンズであるとよい。
また、図35は、出力結合ミラーを兼ねる波面調節部を備えたマスタオシレータシステム20Jの構成例を概略的に示す。図35に示されるように、マスタオシレータシステム20Jは、波面切替モジュール120Bを備えてもよい。波面切替モジュール120Bは、移動ステージ121と、出力結合ミラー25と、出力結合ミラーを兼ねる波面調節部126とを備えてもよい。出力結合ミラー25および波面調節部126は、移動ステージ121に固定されてもよい。
つぎに、実施の形態によるレーザ装置の動作が、以下に図面を用いて詳細に説明される。以下では、図1に示されるレーザ装置100の動作が一例として説明されるが、その動作は、他のレーザ装置に対しても適用可能である。また、以下では、コントローラ10の動作がレーザ装置の動作として説明される。
まず、記憶部11内に格納された制御テーブルに基づいて、コントローラ10が波面調節部24およびビーム幅調節部22を制御する場合の動作フローが、図面を用いて詳細に説明される。図36は、コントローラ10が実行するレーザ出力制御動作の一例を示すフローチャートである。図37は、図36のステップS103に示される制御値取得サブルーチンの一例を示すフローチャートである。図38は、図36のステップS103に示される制御値取得サブルーチンの他の一例を示すフローチャートである。図39は、図36のステップS105に示されるスペクトル線幅調整サブルーチンの一例を示すフローチャートである。図40は、図36のステップS108に示されるワンショット制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
図36に示されるように、コントローラ10は、起動後、シャッタ機構70を制御して、レーザ光L1の露光装置80への光路を遮断してもよい(ステップS101)。つぎに、コントローラ10は、露光装置80が備えるコントローラ81などの外部装置から露光命令を受信するまで待機してもよい(ステップS102;NO)。露光命令を受信すると(ステップS102;YES)、コントローラ10は、制御値取得サブルーチンを実行してもよい(ステップS103)。制御値取得サブルーチンでは、露光命令に含まれる目標スペクトル線幅BWtとなるように波面調節部24およびビーム幅調節部22を制御するための制御値WおよびMが取得されてもよい。
つぎに、図36のステップS103に示される制御値取得サブルーチンについて、説明する。
図37に示されるように、制御値取得サブルーチンでは、コントローラ10は、露光命令または変更命令に含まれる目標スペクトル線幅BWtを特定してもよい(ステップS121)。なお、変更命令には、目標スペクトル線幅BWtが含まれていてもよいし、先の命令で指定された目標スペクトル線幅BWtまたは現在露光装置80側で検出されているスペクトル線幅からの変化量が含まれてもよい。つぎに、コントローラ10は、特定した目標スペクトル線幅BWtに対応する波面調節部24およびビーム幅調節部22の制御値WおよびMを、記憶部11内の制御テーブルから取得してもよい(ステップS122)。その後、コントローラ10は、図36に示されるレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
また、制御値取得サブルーチンは、以下のような動作であってもよい。図38に示されるように、制御値取得サブルーチンでは、コントローラ10は、露光命令または変更命令に含まれる目標スペクトル線幅BWtを特定してもよい(ステップS131)。つぎに、コントローラ10は、取得した目標スペクトル線幅BWtから波面調節部24およびビーム幅調節部22の制御値WおよびMを算出するための各種パラメータを、記憶部11内の制御テーブルから取得してもよい(ステップS132)。つぎに、コントローラ10は、取得したパラメータと目標スペクトル線幅BWtとを用いて制御値WおよびMを算出してもよい(ステップS133)。その後、コントローラ10は、図36に示されるレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
つぎに、図36のステップS105に示されるスペクトル線幅調整サブルーチンについて説明する。図39に示されるように、スペクトル線幅調整サブルーチンでは、コントローラ10は、まず、所定繰返し周波数でレーザ光L1を出力するレーザ発振をマスタオシレータシステム20に開始させてもよい(ステップS141)。このとき、コントローラ10は、増幅装置50をマスタオシレータシステム20のレーザ発振に同期して励起状態に駆動してもよい。この結果、レーザ光L1が増幅されてもよい。つぎに、コントローラ10は、スペクトル検出部60からレーザ光L1のスペクトル線幅BWを受信するまで待機してもよい(ステップS142;NO)。スペクトル線幅BWを受信すると(ステップS142;YES)、コントローラ10は、検出されたスペクトル線幅BWと目標スペクトル線幅BWtとの差ΔBWを算出してもよい(ステップS143)。
つぎに、図36のステップS108に示されるワンショット制御サブルーチンについて説明する。図40に示されるように、ワンショット制御サブルーチンでは、コントローラ10は、まず、レーザ発振のタイミングを指示するトリガ信号を受信するまで待機してもよい(ステップS151;NO)。このトリガ信号は、たとえば露光装置80のコントローラ81などの外部装置から送信されてもよい。または、図示しないクロック発生器などが発生したクロック信号またはその分周された信号がトリガ信号とされてもよい。
また、コントローラ10は、現在のスペクトル線幅BWからの変更量に応じてスペクトル線幅BWを調節するように動作することも可能である。図41は、コントローラ10が実行するレーザ出力制御動作の他の一例を示すフローチャートである。図42は、図41のステップS203に示される変化量取得サブルーチンの一例を示すフローチャートである。図43は、目標スペクトル線幅BWtの変更から変化量ΔWおよびΔMを算出する過程を説明するための図である。図44は、波面調節部が切替可能な場合の目標スペクトル線幅BWtの変更から変化量ΔWおよびΔMを算出する過程を説明するための図である。なお、図41のステップS105に示されるスペクトル線幅調整サブルーチンおよび図41のステップS108に示されるワンショット制御サブルーチンは、上述と同様であってよい。
図41に示されるように、コントローラ10は、起動後、シャッタ機構70を制御して、レーザ光L1の露光装置80への光路を遮断してもよい(ステップS101)。つぎに、コントローラ10は、露光装置80が備えるコントローラ81などの外部装置から露光命令を受信するまで待機してもよい(ステップS102;NO)。露光命令を受信すると(ステップS102;YES)、コントローラ10は、変化量取得サブルーチンを実行してもよい(ステップS203)。変化量取得サブルーチンでは、コントローラ10は、レーザ光L1のスペクトル線幅BWが、露光命令または変更命令に含まれる目標スペクトル線幅BWtとなるように、波面調節部24およびビーム幅調節部22の制御値WおよびMを所望量だけ変化させるための変化量ΔWおよびΔMを取得してもよい。
つぎに、図41のステップS203に示される変化量取得サブルーチンについて説明する。図42に示されるように、コントローラ10は、まず、記憶部11内の変数テーブルに、前回の制御値WおよびMが格納されているか否かを判定してもよい(ステップS211)。変数テーブルは、制御値WおよびMの値を書き換え可能に保持していてもよい。変数テーブルが保持する制御値WおよびMの値は、ビーム幅調節部および波面調節部に含まれる移動ステージの位置の値に対応しているとよい。変数テーブルに前回の制御値WおよびMが格納されていない場合(ステップS211;NO)、コントローラ10は、図41に示されるレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。このような場合には、図42に示されるように、装置の再起動等で変数テーブルがリセットされた場合が含まれてもよい。このとき、変数テーブルのリセットに伴って、ビーム幅調節部および波面調節部に含まれる各移動ステージの位置が初期位置にリセットされてもよい(ステップSS221)。各移動ステージの初期位置は、各移動ステージの移動範囲等をもとに予め定めておくとよい。そして、目標スペクトル線幅BWtから、波面調節部24およびビーム幅調節部22に与えるべき制御値WおよびMが記憶部11内の制御テーブルを用いて取得されてもよい(ステップS222)。その上で、ステップS223のように、ΔW=W、ΔM=Mとして、図41の動作にリターンするとよい。一方、変数テーブルに前回の制御値WおよびMが格納されている場合(ステップS211;YES)、コントローラ10は、その制御値WおよびMを取得してもよい(ステップS212)。つぎに、コントローラ10は、取得した制御値WおよびMを、それぞれ制御値W0およびM0としてもよい(ステップS213)。
ここで、図42のステップS217における変化量ΔWおよびΔMの算出方法について、以下に例を挙げて説明する。図43に示される例は、ビーム幅調節部22の倍率が3種類(制御値M1〜M3)の何れかに切替可能である場合を例示している。図43に示される例では、前回の目標スペクトル線幅BWt0に対応する波面調節部24およびビーム幅調節部22の制御値W0およびM0が、それぞれ制御値W1およびM3である。また、今回の目標スペクトル線幅BWtに対応する波面調節部24およびビーム幅調節部22の制御値WおよびMが、それぞれ制御値W2およびM2である。その場合、変化量ΔWおよびΔMは、それぞれ以下の式(1)および式(2)で求められ得る。なお、図43の例では、ビーム幅調節部22が切り替える倍率は3種類(制御値M1〜M3)である。よって、変化量についてはΔWのみが計算され、倍率については前回の制御値M3から今回の制御値M2に移行するだけでもよい。
ΔW=W2−W1 …(1)
ΔM=M2−M3 …(2)
ΔW=W4−W5 …(3)
ΔM=M5−M4 …(4)
つぎに、図1に示される増幅装置50について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置50は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置50は、1つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。
図45は、パワー増幅器として構成された増幅装置50の概略構成を模式的に示す。図45に示されるように、増幅装置50は、チャンバ53を備えてもよい。増幅装置50は、レーザ光L1のビームプロファイルを調整するスリット52をさらに備えてもよい。チャンバ53には、ウィンドウ54および57が設けられてもよい。ウィンドウ54および57は、チャンバ53の機密性を保持しつつ、レーザ光L1を透過させてもよい。このチャンバ53内には、エキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。さらに、チャンバ53内には、一対の放電電極55および56が設けられてもよい。放電電極55および56は、レーザ光L1が通過する領域(増幅領域)を挟むように配置されていてもよい。放電電極55および56間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光L1が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極55および56間に印加されてもよい。放電電極55および56間に高電圧が印加されると、放電電極55および56間に、活性化されたゲイン媒質を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光L1は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。
つづいて、パワーオシレータを増幅装置50として用いた場合を以下に例を挙げて説明する。
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置50として用いた場合を例に挙げる。図46は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置50Aの概略構成を模式的に示す。図46に示されるように、増幅装置50Aは、図45に示される増幅装置50と同様の構成に加え、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー51と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力カプラ58とを備えてもよい。リアミラー51と出力カプラ58とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー51の反射率は出力カプラ58の反射率よりも高いことが好ましい。出力カプラ58は、増幅後のレーザ光L1の出力端であってもよい。
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置50として用いた場合を例に挙げる。図47および図48は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置90の概略構成を模式的に示す。図47は増幅装置90の側視図を、図48は増幅装置90の上視図を示す。増幅装置90の出力段には、増幅装置90から出力されたレーザ光L1を遮断するシャッタ98がさらに設けられてもよい。
つぎに、図1に示されるスペクトル検出器63について説明する。
まず、モニターエタロンを用いたスペクトル検出器63を、図面を用いて詳細に説明する。図49は、スペクトル検出器63の概略構成を模式的に示す。図49に示されるように、スペクトル検出器63は、拡散板631と、モニターエタロン632と、集光レンズ633と、イメージセンサ635(またはフォトダイオードアレイでもよい)とを備えてもよい。
つぎに、グレーティング型分光器を用いたスペクトル検出器63Aを、図面を用いて詳細に説明する。図50は、スペクトル検出器63Aの概略構成を模式的に示す。図50に示されるように、スペクトル検出器63Aは、図示しない拡散板と、分光器633aとを備えてもよい。分光器633aは、凹面ミラー635aと、グレーティング636aと、凹面ミラー637aと、イメージセンサ(ラインセンサ)638aとを備えてもよい。
6.1 スペクトル線幅E95の定義
ここで、図51を用いて、スペクトル純度E95について説明する。図51に示されるように、スペクトルSp全体の光エネルギーをSa、線幅Δλcに含まれる光エネルギーをSbとすると、スペクトル純度E95は、以下の式(5)で表現されるスペクトル純度Jが95%となる線幅Δλcと定義し得る。
J=Sb/Sa …(5)
10 コントローラ
11 記憶部
20、20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H、20J マスタオシレータシステム
21 グレーティング
23 増幅器
231、232 ウィンドウ
233、234 放電電極
25 出力結合ミラー
50 増幅装置
60 スペクトル検出部
61 ビームスプリッタ
62 集光レンズ
63 スペクトル検出器
70 シャッタ機構
71 シャッタ
72 駆動機構
80 露光装置
81 コントローラ
24、26、126 波面調節部
120A、120B 波面切替モジュール
126a シリンドリカルレンズ
126b 部分反射コート
241 凸面シリンドリカルレンズ
242 凹面シリンドリカルレンズ
243 架台
244 移動ステージ
245 スライドレール
246 突起部
247 ステッピングモータ
261 凸面シリンドリカルレンズ
261a 部分反射コート
262 凹面シリンドリカルレンズ
263 架台
264 移動ステージ
265 スライドレール
266 突起部
267 ステッピングモータ
22、22A、22B、22C、22D、22E ビーム幅調節部
30、30A ビーム幅切替モジュール
31 移動ステージ
32、124 空間
33−1〜33−10 ビーム幅調節器
311、314、321、325、331、334、341、344、351、354 架台
312、316 凸面シリンドリカルレンズ
313、315 凹面シリンドリカルレンズ
322、323、327、328、332、333、335、336、342、343、345、346 プリズム
324、326 キューブプリズム
352、356 凹面シリンドリカルミラー
353、355 凸面シリンドリカルミラー
22a、22b、221、222、222a、222b、223a〜223c、224、224a〜224c 光路調節プリズム
22c 移動ステージ
210 波面調節グレーティング
211 グレーティング
212 ロッド
213 スプリング
214 プレート
215 ステッピングモータ
27 波面調節部
271 ミラー
272 ロッド
273 スプリング
274 プレート
275 ステッピングモータ
L1 レーザ光
Claims (7)
- 光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するように構成されたグレーティングと、
前記光共振器内を伝播するレーザ光のスペクトル線幅を調節するように構成されたスペクトル線幅調節部と、
所望のスペクトル線幅に応じた前記スペクトル線幅調節部の制御値を記憶するように構成された記憶部と、
前記記憶部に記憶された制御値に基づいて前記スペクトル線幅調節部を制御するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記スペクトル線幅調節部は、
前記光共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光の波面を調節するように構成された波面調節部と、
前記光共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光のビーム幅を調節するように構成されたビーム幅調節部とを含み、
前記ビーム幅調節部は、各々異なる倍率を備えた1つ以上のビーム幅調節器と、該1つ以上のビーム幅調節器を前記光共振器内を伝播するレーザ光の光路に対して出し入れするよう構成された第1の移動機構と、を含み、
各ビーム幅調節器は、1つ以上のプリズムを含み、
前記1つ以上のプリズムの各々は、光路に配置された際に入射したレーザ光を各々同じ光軸で出射するよう構成され、
前記コントローラは、前記第1の移動機構を制御して前記1つ以上のビーム幅調節器を前記光路に対して選択的に出し入れし、前記波面調節部を制御してスペクトル線幅を連続的に調節する、マスタオシレータシステム。 - 前記波面調節部は、
筒状に突出する歪曲面を備えた凸面シリンドリカルレンズと、
筒状に窪む歪曲面を備えた凹面シリンドリカルレンズと、
前記凸面シリンドリカルレンズと前記凹面シリンドリカルレンズとの間の距離を制御するように構成された第2の移動機構と、
を含み、
前記凸面シリンドリカルレンズと前記凹面シリンドリカルレンズとは、互いの前記歪曲面が対向するように配置され、
前記コントローラは、前記第2の移動機構を制御して前記凸面シリンドリカルレンズと前記凹面シリンドリカルレンズとの間の距離を調節する、
請求項1記載のマスタオシレータシステム。 - 前記光共振器内を伝播するレーザ光を増幅するように構成された増幅部をさらに備える、請求項1記載のマスタオシレータシステム。
- 前記コントローラは、外部装置から目標とする目標スペクトル線幅を受信し、該目標スペクトル線幅となるように、前記スペクトル線幅調節部を制御する、請求項1記載のマスタオシレータシステム。
- 前記コントローラは、前記目標スペクトル線幅の変更を前記外部装置から受信すると、前回の目標スペクトル線幅に対する制御値と今回の目標スペクトル線幅に対する制御値との差分を算出し、該差分に基づいて前記スペクトル線幅調節部を制御する、請求項4記載のマスタオシレータシステム。
- 請求項1記載のマスタオシレータシステムと、
前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光のスペクトル線幅を検出するように構成された検出部と、
を備え、
前記コントローラは、前記検出部で検出されたスペクトル線幅に基づいて前記スペクトル線幅調節部を制御する、レーザ装置。 - 前記マスタオシレータシステムと前記検出部との間の光路上に配置され、前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅するように構成された増幅装置と、
前記増幅装置の出力部に設けられ、前記コントローラの信号によって開閉可能なよう構成されたシャッタ機構とをさらに備え、
前記コントローラは、外部装置から目標とする目標スペクトル線幅を受信し、該目標スペクトル線幅となるように、前記シャッタ機構を閉じた状態で、前記スペクトル線幅調節部を制御し、
前記検出部で検出されたスペクトル線幅に基づいて、前記シャッタ機構を開けた状態で、前記スペクトル線幅調節部を制御する、
請求項6記載のレーザ装置。
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