JP6444489B2 - 固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置 - Google Patents

固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置 Download PDF

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Description

本開示は、パルスレーザ光を生成する固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている（半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という）。このため、露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置並びに、波長１９３．４ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化モジュールによりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
特開平１１−２９８０８３号公報 米国特許出願公開第２０１３／０１７０５０８号明細書 米国特許第７５９３４４０号明細書 米国特許第７９９９９１５号明細書 米国特許第７９７００２４号明細書 米国特許第８４１６８３１号明細書 特開２０１３−２２２１７３号公報 米国特許出願公開第２０１３／０２７９５２６号明細書
概要
本開示による固体レーザシステムは、第１のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とが入射し、第１の波長と第２の波長とから波長変換された第３の波長の第３のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、第３の波長の値を検出する波長検出部と、目標波長の値と波長検出部により検出された第３の波長の値との差の絶対値が所定の値以下の場合は、第１の固体レーザ装置を制御して第１の波長を変化させ、所定の値を超えた場合は、第２の固体レーザ装置を制御して第２の波長を変化させる波長制御部とを備えてもよい。
本開示による露光装置用レーザ装置は、第１のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とが入射し、第１の波長と第２の波長とから波長変換された第３の波長の第３のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、第３の波長の値を検出する波長検出部と、目標波長の値と波長検出部により検出された第３の波長の値との差の絶対値が所定の値以下の場合は、第１の固体レーザ装置を制御して第１の波長を変化させ、所定の値を超えた場合は、第２の固体レーザ装置を制御して第２の波長を変化させる波長制御部と、第３のパルスレーザ光の光路上に設けられた増幅器とを備えてもよい。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図２は、第１の実施形態に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図３は、図２に示した露光装置用レーザ装置における波長制御部による制御の流れの一例を示すメインのフローチャートである。 図４は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０２の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図５は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０７の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図６は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０８の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図７は、図６に示したフローチャートにおけるステップＳ１４５の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図８は、第１の実施形態の第１の変形例に係る露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図９は、第１の実施形態の第２の変形例に係る露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図１０は、第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図１１は、図１０に示した露光装置用レーザ装置において、第３の波長の値を検出する処理を示すフローチャートである。 図１２は、第３の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の要部の構成例を概略的に示す。 図１３は、図１２に示した露光装置用レーザ装置における波長制御部による制御の流れの一例を示すメインのフローチャートである。 図１４は、図１３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０２Ａの処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図１５は、図１３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０７Ａの処理の詳細を示すサブのフローチャートである。 図１６は、図６に示したフローチャートにおけるステップＳ１４５の処理を、図１２に示した露光装置用レーザ装置に適用する場合のフローチャートである。 図１７は、外部共振器半導体レーザの一構成例を概略的に示す。 図１８は、分布帰還半導体レーザの一構成例を概略的に示す。 図１９は、図１８に示した分布帰還半導体レーザにおける温度と発振波長との関係の一例を示す。 図２０は、波長モニタの一構成例を概略的に示す。 図２１は、図２０に示した波長モニタで検出される干渉縞の位置と光強度との関係の一例を示す。 図２２は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。
実施形態
＜内容＞
［１．概要］
［２．比較例］（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
２．１ 構成（図１）
２．２ 動作
２．３ 課題
［３．第１の実施形態］（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
３．１ 構成（図２）
３．２ 動作（図３〜図７）
３．３ 作用
３．４ 変形例
３．４．１ 第１の変形例（図８）
３．４．２ 第２の変形例（図９）
［４．第２の実施形態］（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
４．１ 構成（図１０）
４．２ 動作（図１１）
４．３ 作用
［５．第３の実施形態］（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
５．１ 構成（図１２）
５．２ 動作（図１３〜図１６）
５．３ 作用
［６．波長可変半導体レーザ］
６．１ ファイン波長可変半導体レーザ（図１７）
６．１．１ 構成
６．１．２ 動作
６．２ コース波長可変半導体レーザ（図１８、図１９）
６．２．１ 構成
６．２．２ 動作
［７．波長モニタ］（図２０、図２１）
７．１ 構成
７．２ 動作
［８．制御部のハードウエア環境］（図２２）
［９．その他］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
［１．概要］
本開示は、例えば、パルスレーザ光を生成する固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置に関する。
［２．比較例］
まず、本開示の実施形態に対する比較例の固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。
露光装置用レーザ装置として、ＭＯ（マスタオシレータ）とＰＯ（パワーオシレータ）とを含む構成があり得る。そのような露光装置用レーザ装置では、ＭＯとＰＯとに、エキシマレーザガスをレーザ媒質とするレーザが使用され得る。しかしながら、省エネルギの観点から、ＭＯを非線形結晶と固体レーザとを組み合わせた紫外光のパルスレーザ光を出力する固体レーザシステムとする露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。以下では、そのような固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の構成例を説明する。
（２．１ 構成）
図１は、本開示の実施形態に対する比較例の露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示している。
露光装置用レーザ装置は、固体レーザシステム１と、増幅器２と、レーザ制御部３と、波長制御部６と、同期制御部７と、波長モニタ６０と、高反射ミラー９１，９２とを備えてもよい。
固体レーザシステム１は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、同期回路部１３と、波長変換システム１５と、高反射ミラー１６と、ダイクロイックミラー１７とを含んでもよい。
第１の固体レーザ装置１１は、第１のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光７１Ａを、ダイクロイックミラー１７を介して波長変換システム１５に向けて出力するように構成されていてもよい。第１の波長は、約２５７．５ｎｍであってもよい。第１の固体レーザ装置１１は、第１の半導体レーザ２００と、光シャッタ２３と、ビームスプリッタ２４と、第１のファイバ増幅器２５と、ビームスプリッタ２６と、固体増幅器２７とを含んでいてもよい。第１の固体レーザ装置１１はまた、非線形結晶であるＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶２１及びＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶２２と、第１のＣＷ（連続波）励起半導体レーザ５１と、第２のＣＷ励起半導体レーザ５２とを含んでいてもよい。光シャッタ２３は、例えばＥＯ（Electro Optical）ポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた構成であってもよい。
第１の半導体レーザ２００は、ＣＷ発振して波長約１０３０ｎｍの第１のシード光を出力する分布帰還半導体レーザであってもよい。第１の半導体レーザ２００は、シングル縦モードであって、波長約１０３０ｎｍ付近で発振波長を可変する半導体レーザであってもよい。第１の半導体レーザ２００には、波長制御部６からの設定波長λ１のデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。さらに、波長制御部６からレーザ制御部３に各種のデータや制御信号を出力する信号ラインが設けられていてもよい。
第２の固体レーザ装置１２は、第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光７１Ｂを、高反射ミラー１６及びダイクロイックミラー１７を介して波長変換システム１５に向けて出力するように構成されていてもよい。第２の波長は、約１５５４ｎｍであってもよい。第２の固体レーザ装置１２は、第２の半導体レーザ４００と、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）４１と、第２のファイバ増幅器４２と、ビームスプリッタ４３と、第３のＣＷ励起半導体レーザ５３とを含んでいてもよい。
第２の半導体レーザ４００は、シングル縦モードでＣＷ発振して波長約１５５４ｎｍの第２のシード光を出力する分布帰還半導体レーザであってもよい。
高反射ミラー１６は、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光７１Ｂを高反射し、ダイクロイックミラー１７に入射させるように配置されてもよい。ダイクロイックミラー１７には、第１のパルスレーザ光７１Ａを高透過し、第２のパルスレーザ光７１Ｂを高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１７は、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとを、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム１５に入射させるように配置されてもよい。
波長変換システム１５は、第１の波長の第１のパルスレーザ光７１Ａと、第２の波長の第２のパルスレーザ光７１Ｂとが略同時に入射するように構成されていてもよい。波長変換システム１５は、第１の波長と第２の波長とから波長変換された第３の波長λ３の第３のパルスレーザ光７１Ｃを出力するように構成されていてもよい。第３の波長λ３は、約１９３．４ｎｍであってもよい。
波長変換システム１５は、非線形結晶である２つのＣＬＢＯ結晶１８，１９を含んでいてもよい。波長変換システム１５はまた、ダイクロイックミラー８１と、ダイクロイックミラー８２と、高反射ミラー８３とを含んでいてもよい。ＣＬＢＯ結晶１８とダイクロイックミラー８１とＣＬＢＯ結晶１９とは、この順序でパルスレーザ光の光路上に、上流から下流側に配置されてもよい。
ＣＬＢＯ結晶１８には、第１及び第２の入射光として、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとが入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波を取り、所定の波長の変換光として波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を出力してもよい。ＣＬＢＯ結晶１８はまた、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａと波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂとを出力してもよい。
ＣＬＢＯ結晶１９には、第１及び第２の入射光として、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光とが入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１９は、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの和周波を取り、所定の波長の変換光として第３の波長λ３である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃを出力してもよい。
ダイクロイックミラー８１には、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを高反射し、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過する膜がコートされていてもよい。
ダイクロイックミラー８２は、ＣＬＢＯ結晶１９から出力された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍ、及び波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが高反射されるように配置されてもよい。
高反射ミラー８３は、波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが波長変換システム１５から出力されるように配置されてもよい。
レーザ制御部３は、第１の半導体レーザ２００及び第２の半導体レーザ４００と、第１のＣＷ励起半導体レーザ５１、第２のＣＷ励起半導体レーザ５２、及び第３のＣＷ励起半導体レーザ５３とに図示しない信号ラインで接続されていてもよい。
高反射ミラー９１は、波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが、波長モニタ６０を介して、高反射ミラー９２に入射するように配置されてもよい。
波長モニタ６０は、分光器６１と、ビームスプリッタ６２とを含んでいてもよい。ビームスプリッタ６２は、波長約１９３．４ｎｍの第３の波長λ３の第３のパルスレーザ光７１Ｃの一部を反射し、その反射光が分光器６１に入射するように配置されてもよい。分光器６１は、第３の波長λ３を計測するエタロン分光器であってもよい。
増幅器２は、増幅器制御部３０と、充電器３１と、トリガ補正器３２と、スイッチ３３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）３４と、チャンバ３５と、部分反射ミラー３６と出力結合ミラー３７とを含んでいてもよい。
チャンバ３５にはウインドウ３９ａ，３９ｂが設けられていてもよい。チャンバ３５の中には例えばＡｒガスとＦ2ガスとＮｅガスとを含むレーザガスが入っていてもよい。チャンバ３５の中には１対の放電電極３８が配置されていてもよい。１対の放電電極３８は、ＰＰＭ３４の出力端子に接続されていてもよい。
増幅器２において、部分反射ミラー３６と出力結合ミラー３７とを含む光共振器が構成されていてもよい。部分反射ミラー３６は例えば、波長約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が７０〜９０％の部分反射膜がコートされていてもよい。出力結合ミラー３７は例えば、波長約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に反射率が１０〜２０％の部分反射膜がコートされていてもよい。
なお、図１では、増幅器２としてファブリペロー型共振器を配置した例を示しているが、この例に限定されることなく、例えば、リング型共振器を配置してもよいし、マルチパス増幅を構成するためのミラーを配置してもよい。
同期制御部７には、レーザ制御部３を介して、固体レーザシステム１におけるパルスレーザ光の生成タイミングを指示する発振トリガ信号Ｔｒ０が外部装置としての露光装置４から供給されてもよい。また、波長制御部６には、レーザ制御部３を介して、固体レーザシステム１におけるパルスレーザ光の目標波長λｔの値を示す信号が露光装置４から供給されてもよい。露光装置４は露光装置制御部５を含んでいてもよい。目標波長λｔの値を示す信号及び発振トリガ信号Ｔｒ０は、露光装置４の露光装置制御部５から供給するようにしてもよい。さらに、露光装置制御部５とレーザ制御部３との間には、各種のデータや信号を送受信する信号ラインがあってもよい。
同期制御部７は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて第１のトリガ信号Ｔｒ１を生成し、第１のトリガ信号Ｔｒ１を同期回路部１３に出力するように構成されていてもよい。同期制御部７はまた、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて第２のトリガ信号Ｔｒ２を生成し、第２のトリガ信号Ｔｒ２を増幅器制御部３０を介してトリガ補正器３２に出力するように構成されていてもよい。
同期回路部１３は、同期制御部７からの第１のトリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第１の固体レーザ装置１１の光シャッタ２３と、第２の固体レーザ装置１２の半導体光増幅器４１とに所定のトリガ信号を出力するように構成されていてもよい。
（２．２ 動作）
波長制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から目標波長λｔの値を示す信号を受信してもよい。波長制御部６は、固体レーザシステム１から第３のパルスレーザ光７１Ｃが目標波長λｔで出力されるように、第１の半導体レーザ２００に設定波長λ１のデータを送信して、第１の半導体レーザ２００をＣＷ発振させてもよい。
レーザ制御部３は、露光装置制御部５からの発振準備信号に基づいて、第１及び第２のＣＷ励起光を出力する第１及び第２のＣＷ励起半導体レーザ５１，５２と、第２の半導体レーザ４００と、第３のＣＷ励起光を出力する第３のＣＷ励起半導体レーザ５３とをＣＷ発振させてもよい。
同期制御部７は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から発振トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、第１のトリガ信号Ｔｒ１と第２のトリガ信号Ｔｒ２との遅延時間を制御してもよい。この遅延時間は、固体レーザシステム１から出力された第３のパルスレーザ光７１Ｃが増幅器２の光共振器に注入されるのと同期して１対の放電電極３８が放電するように制御してもよい。
第１の固体レーザ装置１１では、第１の半導体レーザ２００から波長約１０３０ｎｍのＣＷ発振光が第１のシード光として出力され得る。波長約１０３０ｎｍのＣＷ発振の第１のシード光は、同期回路部１３からの所定のトリガ信号に基づいて光シャッタ２３によってパルス状にトリミングされ得る。次に、光シャッタ２３から出力されたパルス状の第１のシード光と、第１のＣＷ励起半導体レーザ５１からの第１のＣＷ励起光とが、ビームスプリッタ２４を介して第１のファイバ増幅器２５に入射し得る。これにより、第１のシード光が第１のファイバ増幅器２５で増幅され得る。次に、第１のファイバ増幅器２５によって増幅された第１のシード光と、第２のＣＷ励起半導体レーザ５２からの第２のＣＷ励起光とが、ビームスプリッタ２６を介して固体増幅器２７に入射することで、第１のシード光が固体増幅器２７で増幅され得る。次に、ＬＢＯ結晶２１とＣＬＢＯ結晶２２とによって、固体増幅器２７によって増幅された第１のシード光から波長約２５７．５ｎｍの第４高調波光が生成され得る。これにより、第１の固体レーザ装置１１から波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが出力され得る。
一方、第２の固体レーザ装置１２では、第２の半導体レーザ４００から波長約１５５４ｎｍのＣＷ発振光が第２のシード光として出力され得る。第２のシード光は、同期回路部１３からの所定のトリガ信号に基づいて半導体光増幅器４１によってパルス状に増幅され得る。次に、半導体光増幅器４１から出力されたパルス状の第２のシード光と、第３のＣＷ励起半導体レーザ５３からの第３のＣＷ励起光とが、ビームスプリッタ４３を介して第２のファイバ増幅器４２に入射し得る。これにより、第２のシード光が第２のファイバ増幅器４２で増幅され得る。これにより、第２の固体レーザ装置１２から波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが出力され得る。
波長変換システム１５では、ダイクロイックミラー１７によってＣＬＢＯ結晶１８に第１及び第２のパルスレーザ光７１Ａ，７１Ｂが略同時に入射し、ＣＬＢＯ結晶１８上で第１及び第２のパルスレーザ光７１Ａ，７１Ｂが重なり得る。ＣＬＢＯ結晶１８では、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波を取り、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を生成し得る。
ダイクロイックミラー８１では、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａを高反射し得る。ダイクロイックミラー８１ではまた、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの２つのパルスレーザ光を高透過し、それら２つのパルスレーザ光をＣＬＢＯ結晶１９に入射させ得る。
ＣＬＢＯ結晶１９では、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波を取り、波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃを生成し得る。ＣＬＢＯ結晶１９からは、波長約２２０．９ｎｍ、波長約１５５４ｎｍ、及び波長約１９３．４ｎｍの３つのパルスレーザ光が出力され得る。
ダイクロイックミラー８２では、ＣＬＢＯ結晶１９から出力された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍ、及び波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し得る。ダイクロイックミラー８２ではまた、波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃを高反射し得る。波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃは、高反射ミラー８３を介して波長変換システム１５から出力され得る。
波長変換システム１５から出力された第３のパルスレーザ光７１Ｃは、高反射ミラー９１を介して、波長モニタ６０に入射し得る。波長モニタ６０では、ビームスプリッタ６２によって第３のパルスレーザ光７１Ｃの一部を分光器６１に向けて反射し、第３のパルスレーザ光７１Ｃのその他の光を透過し、高反射ミラー９２に向けて出力し得る。高反射ミラー９２で反射された第３のパルスレーザ光７１Ｃは、増幅器２の部分反射ミラー３６に入射し得る。
波長モニタ６０では、分光器６１に入射した第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の値を検出し得る。波長モニタ６０は、分光器６１で検出された第３の波長λ３の値のデータを波長制御部６に出力し得る。波長制御部６は、波長モニタ６０で検出された第３の波長λ３の値と目標波長λｔの値との差δλの絶対値が０に近づくように、第１の半導体レーザ２００の設定波長λ１を制御し、第１の半導体レーザ２００の発振波長を制御してもよい。これにより、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が露光装置４から指示された目標波長λｔに近づき得る。
同期制御部７からの第２のトリガ信号Ｔｒ２は、増幅器制御部３０に入力されてもよい。第２のトリガ信号Ｔｒ２はまた、増幅器制御部３０及びトリガ補正器３２を介してＰＰＭ３４のスイッチ３３に入力されてもよい。
第３のパルスレーザ光７１Ｃはシード光として、出力結合ミラー３７と部分反射ミラー３６を含む増幅器２の光共振器中に注入され得る。この注入に同期して、増幅器２のチャンバ３５内では１対の放電電極３８による放電で反転分布を作り得る。ここで、トリガ補正器３２は、波長約１９３．４ｎｍの固体レーザシステム１からの第３のパルスレーザ光７１Ｃが増幅器２で効率よく増幅されるようにＰＰＭ３４のスイッチ３３のタイミングを調整してもよい。その結果、増幅器２の光共振器によって増幅発振して、出力結合ミラー３７から増幅されたパルスレーザ光を出力し得る。
以上のようにして、固体レーザシステム１から出力された波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃを増幅器２でさらに増幅し、露光装置４に出力し得る。
（２．３ 課題）
露光装置用レーザ装置では、ウエハのうねりによる焦点位置の変化と気圧の変化とをパルスレーザ光の波長で補正できるように、パルスレーザ光の波長を変化させる必要があり得る。この場合において、狭い波長範囲を高速で変化させる機能と、広い波長範囲を大気圧が変化する速度で変化させる機能とが必要となることがあり得る。狭い波長範囲を高速で変化させる場合、例えば０．４ｐｍ程度の波長範囲を、１００ｍｓ未満で変化させる性能が要求され得る。広い波長範囲を大気圧が変化する速度で変化させる場合、例えば１９３．３ｎｍ〜１９３．４５ｎｍ程度の波長範囲を、大気圧が変化する速度で変化させる性能が要求され得る。
しかしながら、ＭＯを非線形結晶と固体レーザとを組み合わせた紫外光のパルスレーザ光を出力する固体レーザシステムとする構成では、上記機能を搭載することが困難であり得た。具体的には、分布帰還半導体レーザでは、半導体の温度で発振波長を制御するため、狭い波長範囲で高速に発振波長を高精度に制御することが困難であり得た。さらに、広い波長範囲で波長を変化させると、非線形結晶での波長変換効率が低下することがあり得た。
［３．第１の実施形態］
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。なお、以下では上記図１に示した比較例の固体レーザシステム１を含む露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（３．１ 構成）
図２は、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザシステム１Ａを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示している。
本実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、図１に示した比較例の構成における固体レーザシステム１に代えて、固体レーザシステム１Ａを備えてもよい。本実施形態に係る露光装置用レーザ装置はまた、増幅器２と露光装置４との間の光路上に配置された出射口シャッタ８を備えてもよい。
固体レーザシステム１Ａにおいて、第１の固体レーザ装置１１は、第１の半導体レーザ２００に代えて第１の半導体レーザ２０を含んでもよい。第１の半導体レーザ２０は、ファインの波長を可変できる、例えば０．４ｐｍ程度の狭い波長範囲を高速で可変できる外部共振器半導体レーザであってもよい。
固体レーザシステム１Ａにおいて、第２の固体レーザ装置１２は、第２の半導体レーザ４００に代えて第２の半導体レーザ４０を含んでもよい。第２の半導体レーザ４０は、コースの波長を可変できる、例えば１９３．３ｎｍ〜１９３．４５ｎｍ程度の広い波長範囲を大気圧が変化する速度で可変できる分布帰還半導体レーザであってもよい。
これにより、固体レーザシステム１Ａでは、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光７１Ａの波長可変範囲が、第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光７１Ｂの波長可変範囲よりも小さくなっていてもよい。また、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長の波長可変速度は、第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長の波長可変速度よりも高速であってもよい。
固体レーザシステム１Ａにおいて、波長変換システム１５は、ダイクロイックミラー８４と、第１の光センサ９３と、第２の光センサ９４と、第１及び第２の回転ステージ１９１，１９２とをさらに含んでいてもよい。
第１の回転ステージ１９１は、ＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射角度θ１を回転させる回転機構であってもよい。第２の回転ステージ１９２は、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２を回転させる回転機構であってもよい。第１及び第２の回転ステージ１９１，１９２の回転角度は、波長制御部６によって制御されてもよい。
第１の光センサ９３は、ＣＬＢＯ結晶１８による変換光である波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光とは異なる波長のパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。第１の光センサ９３は、例えば、ダイクロイックミラー８１によって反射された波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光の光路上に配置され、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出するものであってもよい。第１の光センサ９３による検出値を示す信号は、波長制御部６に出力されてもよい。第１の回転ステージ１９１の回転角度は、第１の光センサ９３による検出値がより小さくなるように波長制御部６によって制御されてもよい。
ダイクロイックミラー８４は、ダイクロイックミラー８２を透過した波長約１５５４ｎｍ、及び波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光の光路上に配置されていてもよい。ダイクロイックミラー８４は、波長約１５５４ｎｍの波長約２２０．９ｎｍを高透過し、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高反射するように配置されてもよい。
第２の光センサ９４は、ＣＬＢＯ結晶１９による変換光である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃとは異なる波長のパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。第２の光センサ９４は、例えば、ダイクロイックミラー８２，８４を透過した波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路上に配置され、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出するものであってもよい。第２の光センサ９４による検出値を示す信号は、波長制御部６に出力されてもよい。第２の回転ステージ１９２の回転角度は、第２の光センサ９４による検出値がより小さくなるように波長制御部６によって制御されてもよい。
その他の構成は、図１に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。
（３．２ 動作）
波長制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から目標波長λｔの値を示す信号を受信してもよい。波長制御部６は、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように第１の半導体レーザ２０に設定波長λ１として初期設定波長λ１０のデータを送信してもよい。波長制御部６はまた、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２として初期設定波長λ２０のデータを送信してもよい。そして、波長制御部６は、第１の半導体レーザ２０と第２の半導体レーザ４０とをＣＷ発振させてもよい。
その結果、第１の固体レーザ装置１１から波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが出力され得る。また、第２の固体レーザ装置１２から波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが出力され得る。
波長変換システム１５には、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとが入射し得る。波長変換システム１５では、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとから波長変換された第３の波長λ３である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが出力され得る。波長変換システム１５から出力された第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の値は、波長モニタ６０によって検出され得る。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλ（＝λ３−λｔ）の絶対値が所定の値δλ１以下の場合は、第１の固体レーザ装置１１を制御して第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。より具体的には、第１の固体レーザ装置１１における第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１を制御し、第１の半導体レーザ２０の発振波長を制御することにより、第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。また、所定の値δλ１は例えば、約０．４ｐｍであってもよい。その結果、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３は、高速で目標波長λｔに近づき得る。
一方、波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が所定の値δλ１を超えた場合は、第２の固体レーザ装置１２を制御して第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。より具体的には、第２の固体レーザ装置１２における第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を制御し、第２の半導体レーザ４０の発振波長を制御することにより、第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。
さらに、波長制御部６は、第１の光センサ９３の検出値がより小さくなり、極小に近づくように、第１の回転ステージ１９１の回転角度を制御することによって、ＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射角度θ１を制御してもよい。その結果、ＣＬＢＯ結晶１８での波長変換効率が最大となり得る。
次に、波長制御部６は、第２の光センサ９４の検出値がより小さくなり、極小に近づくように、第２の回転ステージ１９２の回転角度を制御することによって、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２を制御してもよい。その結果、ＣＬＢＯ結晶１９での波長変換効率が最大となり得る。
その結果、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が目標波長λｔに近づくと共に、非線形結晶であるＣＬＢＯ結晶１８，１９での波長変換効率の低下が抑制され得る。
また、以上の波長モニタ６０による第３の波長λ３の検出結果に基づく波長最適化の処理と、第１及び第２の光センサ９３，９４の検出結果に基づく非線形結晶への入射光の入射角度の最適化の処理とをそれぞれ複数回、繰り返してもよい。
次に、図３ないし図７を参照して、波長制御部６による制御動作のより具体的な例を説明する。
図３は、本実施形態における波長制御部６による制御の流れの一例を示すメインのフローチャートである。
波長制御部６は、まず、波長ＮＧ信号をレーザ制御部３を介して露光装置制御部５に出力し（ステップＳ１０１）、出射口シャッタ８を閉じさせてもよい。次に、波長制御部６は、固体レーザシステム１Ａの初期設定を行うための初期調整発振をさせてもよい（ステップＳ１０２）。
次に、波長制御部６は、波長モニタ６０によって、固体レーザシステム１Ａの発振波長、すなわち、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の検出をしてもよい（ステップＳ１０３）。
次に、波長制御部６は、レーザ制御部３を介して、露光装置制御部５から目標波長λｔの値を示す信号を受信してもよい（ステップＳ１０４）。次に、波長制御部６は、以下の式のように、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλの計算をしてもよい（ステップＳ１０５）。
δλ＝λ３−λｔ
次に、波長制御部６は、｜δλ｜≦δλ１の条件を満たすか否か、すなわち、δλの絶対値が所定の値δλ１以下であるか否かを判断してもよい（ステップＳ１０６）。
｜δλ｜≦δλ１の条件を満たす、すなわち、δλの絶対値が所定の値δλ１以下であると判断した場合（ステップＳ１０６；Ｙ）には、次に、波長制御部６は、第１の固体レーザ装置１１の波長を制御する処理をしてもよい（ステップＳ１０７）。
一方、｜δλ｜≦δλ１の条件を満たさない、すなわち、δλの絶対値が所定の値δλ１を超えると判断した場合（ステップＳ１０６；Ｎ）には、次に、波長制御部６は、第２の固体レーザ装置１２の波長を制御する処理をしてもよい（ステップＳ１０８）。
次に、波長制御部６は、波長モニタ６０によって、固体レーザシステム１Ａの発振波長、すなわち、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の検出をしてもよい（ステップＳ１０９）。
次に、波長制御部６は、｜δλ｜≦δλｒの条件を満たすか否か、すなわち、δλの絶対値が所定の許容値δλｒ以下か否かを判断してもよい（ステップＳ１１０）。｜δλ｜≦δλｒの条件を満たさないと判断した場合（ステップＳ１１０；Ｎ）には、次に、波長制御部６は、波長ＮＧ信号をレーザ制御部３を介して露光装置制御部５に出力し（ステップＳ１１１）、出射口シャッタ８を閉じたままにしてもよい。その後、波長制御部６は、ステップＳ１０６の処理に戻ってもよい。
一方、｜δλ｜≦δλｒの条件を満たすと判断した場合（ステップＳ１１０；Ｙ）には、次に、波長制御部６は、波長ＯＫ信号をレーザ制御部３を介して露光装置制御部５に出力し（ステップＳ１１２）、出射口シャッタ８を開けさせてもよい。次に、波長制御部６は、目標波長λｔが変更されたか否かを判断してもよい（ステップＳ１１３）。目標波長λｔが変更されたと判断した場合（ステップＳ１１３；Ｙ）には、次に、波長制御部６は、波長ＮＧ信号を出力し（ステップＳ１１４）、出射口シャッタ８を閉じさせてもよい。その後、ステップＳ１０４の処理に戻ってもよい。
目標波長λｔが変更されていないと判断した場合（ステップＳ１１３；Ｎ）には、次に、波長制御部６は、波長制御を中止するか否かを判断してもよい（ステップＳ１１５）。波長制御を中止しない場合（ステップＳ１１５；Ｎ）には、波長制御部６は、ステップＳ１０７の処理に戻ってもよい。波長制御を中止する場合（ステップＳ１１５；Ｙ）には、波長制御部６は、メインの処理を終了してもよい。
図４は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０２の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。波長制御部６は、固体レーザシステム１Ａの初期調整発振として図４に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、まず、初期パラメータの設定をしてもよい（ステップＳ１２１）。初期パラメータの設定には、以下の式のように、設定波長λ１，λ２と入射角度θ１，θ２の設定を含んでもよい。
λ１＝λ１０、λ２＝λ２０
θ１＝θ１０、θ２＝θ２０
すなわち、波長制御部６は、第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１を初期設定波長λ１０に設定し、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を初期設定波長λ２０に設定してもよい。また、ＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射角度θ１をθ１０に設定し、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２をθ２０に設定してもよい。
次に、波長制御部６は、第１の半導体レーザ２０に設定波長λ１のデータを送信してもよい（ステップＳ１２２）。次に、波長制御部６は、第２の半導体レーザ４０に設定波長λ２のデータを送信してもよい（ステップＳ１２３）。
次に、波長制御部６は、第１の及び第２の回転ステージ１９１，１９２の回転角度を制御することによって、波長変換システム１５の２つのＣＬＢＯ結晶１８，１９のそれぞれへの入射光の入射角度がθ１，θ２となるように制御してもよい（ステップＳ１２４）。
次に、波長制御部６は、レーザ制御部３を介して、第１及び第２の半導体レーザ２０，４０をＣＷ発振させてもよい（ステップＳ１２５）。これにより、第１の半導体レーザ２０から、設定波長λ１のＣＷレーザ光を第１のシード光として出力させてもよい。また、第２の半導体レーザ４０から、設定波長λ２のＣＷレーザ光を第２のシード光として出力させてもよい。
次に、波長制御部６は、第１及び第２のトリガ信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を所定の繰り返し周波数で同期制御部７から出力させることで、初期の調整パルス発振をさせてもよい（ステップＳ１２６）。その後、図３のメインのフローに戻ってもよい。
図５は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０７の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。波長制御部６は、第１の固体レーザ装置１１の波長を制御する処理として図５に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλから、以下の式のように、目標周波数ｆとの差δｆを計算してもよい（ステップＳ１３１）。
δｆ＝（ｃ／λ３2）・δλ
ここで、ｃは光速であってもよい。
次に、波長制御部６は、目標周波数ｆとの差δｆから、以下の式のように、設定波長λ１と第１の半導体レーザ２０の目標波長との差δλ１を計算してもよい（ステップＳ１３２）。
δλ１＝（λ１2／ｃ）・δｆ
次に、波長制御部６は、以下の式のように、第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１を計算してもよい（ステップＳ１３３）。
λ１＝λ１+δλ１
次に、波長制御部６は、第１の半導体レーザ２０に設定波長λ１のデータを送信し（ステップＳ１３４）、図３のメインのフローに戻ってもよい。
図６は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０８の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。波長制御部６は、第２の固体レーザ装置１２の波長を制御する処理として図６に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλから、以下の式のように、目標周波数ｆとの差δｆを計算してもよい（ステップＳ１４１）。
δｆ＝（ｃ／λ３2）・δλ
ここで、ｃは光速であってもよい。
次に、波長制御部６は、目標周波数との差δｆから、以下の式のように、設定波長λ２と第２の半導体レーザ４０の目標波長との差δλ２を計算してもよい（ステップＳ１４２）。
δλ２＝（λ２2／ｃ）・δｆ
次に、波長制御部６は、以下の式のように、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を計算してもよい（ステップＳ１４３）。
λ２＝λ２＋δλ２
次に、波長制御部６は、第２の半導体レーザ４０に設定波長λ２のデータを送信してもよい（ステップＳ１４４）。次に、波長制御部６は、波長変換システム１５の波長変換効率が低下するのを抑制するために、非線形結晶である２つのＣＬＢＯ結晶１８，１９のそれぞれへの入射角度θ１，θ２を変更する処理をしてもよい（ステップＳ１４５）。その後、図３のメインのフローに戻ってもよい。
図７は、図６に示したフローチャートにおけるステップＳ１４５の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。
波長制御部６は、目標波長λｔから、２つのＣＬＢＯ結晶１８，１９のそれぞれへの入射光の入射角度θ１，θ２をテーブルデータから計算してもよい（ステップＳ１５１）。波長制御部６は、目標波長λｔと２つのＣＬＢＯ結晶１８，１９のそれぞれへの入射光の入射角度θ１，θ２との関係を、テーブルデータとしてあらかじめ図示しない記憶部に記憶しておいてもよい。
次に、波長制御部６は、第１及び第２の回転ステージ１９１，１９２をそれぞれ入射角度θ１，θ２となるように制御してもよい（ステップＳ１５２）。
次に、波長制御部６は、第１の回転ステージ１９１を、入射角度θ１付近で変化させながら、第１の光センサ９３の検出値を複数取得してもよい（ステップＳ１５３）。次に、波長制御部６は、以下の式のように、第１の光センサ９３の検出値が極小の時の入射角度θ１ｍｉｎを求めてもよい（ステップＳ１５４）。
θ１＝θ１ｍｉｎ
次に、波長制御部６は、第１の回転ステージ１９１を、入射角度θ１となるように制御してもよい（ステップＳ１５５）。
波長制御部６は、以上のステップＳ１５３〜Ｓ１５５の処理によって、ＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射角度θ１の最適化をしてもよい。
次に、波長制御部６は、第２の回転ステージ１９２を、入射角度θ２付近で変化させながら、第２の光センサ９４の検出値を複数取得してもよい（ステップＳ１５６）。次に、波長制御部６は、以下の式のように、第２の光センサ９４の検出値が極小の時の入射角度θ２ｍｉｎを求めてもよい（ステップＳ１５７）。
θ２＝θ２ｍｉｎ
次に、波長制御部６は、第２の回転ステージ１９２を、入射角度θ２となるように制御し（ステップＳ１５８）、図３のメインのフローに戻ってもよい。
波長制御部６は、以上のステップＳ１５６〜Ｓ１５８の処理によって、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２の最適化をしてもよい。
（３．３ 作用）
本実施形態の露光装置用レーザ装置によれば、目標波長λｔの値と波長モニタ６０で検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が、所定の値δλ１以下の場合は、第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１が制御され得る。所定の値を超えた場合は、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２が制御され得る。これによって、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が目標波長λｔに近づき得る。
さらに、所定の値δλ１以下では高速で第３の波長λ３が目標波長λｔに近づき、所定の値δλ１を超える範囲でも高い変換効率で、第３のパルスレーザ光７１Ｃが出力され得る。
（３．４ 変形例）
（３．４．１ 第１の変形例）
図２の構成例では、第１の光センサ９３で波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度が小さくなるように第１の回転ステージ１９１を制御したが、この実施形態には限定されない。例えば、第１の光センサ９３で波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度が小さくなるように第１の回転ステージ１９１を制御してもよい。また、第１の光センサ９３でＣＬＢＯ結晶１８による変換光である波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度がより大きく、極大となるように第１の回転ステージ１９１を制御してもよい。
同様に、図２の構成例では、第２の光センサ９４で波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度が小さくなるように第２の回転ステージ１９２を制御したが、この実施形態には限定されない。例えば、第２の光センサ９４で波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度が小さくなるように第２の回転ステージ１９２を制御してもよい。
また、例えば図８の第１の変形例に示したように、第２の光センサ９４でＣＬＢＯ結晶１９による変換光である波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出し、その光強度がより大きく、極大となるように第２の回転ステージ１９２を制御してもよい。例えば図８の固体レーザシステム１Ｂに示したように、図２の構成例に対して、波長変換システム１５内の高反射ミラー８３に代えて、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光の一部の光を透過するビームスプリッタ８５を備えてもよい。そして、ビームスプリッタ８５を透過した波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光の光路上に第２の光センサ９４を配置して、その光強度を検出してもよい。
（３．４．２ 第２の変形例）
図２の構成例では、波長モニタ６０を波長変換システム１５と増幅器２との間の光路上に配置しているが、この実施形態には限定されない。例えば、図９の第２の変形例に示したように、波長モニタ６０を増幅器２によって増幅された第３のパルスレーザ光７１Ｃの光路上に配置してもよい。例えば、増幅器２と出射口シャッタ８との間の光路上に配置されていてもよい。
［４．第２の実施形態］
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第１の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（４．１ 構成）
図１０は、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザシステム１Ｃを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示している。
本実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、図２に示した第１の実施形態における固体レーザシステム１Ａに代えて、固体レーザシステム１Ｃを備えてもよい。本実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、波長モニタ６０に代えて、固体レーザシステム１Ｃ内に、第１の波長モニタ６０Ａと第２の波長モニタ６０Ｂとを含んでいてもよい。
第１の波長モニタ６０Ａは、第１の固体レーザ装置１１内において第１の半導体レーザ２０が出力する第１のシード光の光路上に設けられていてもよい。第１の波長モニタ６０Ａは、第１の分光器６１Ａと、ビームスプリッタ６２Ａとを含んでいてもよい。ビームスプリッタ６２Ａは、第１のシード光の一部を反射し、その反射光が第１の分光器６１Ａに入射するように配置されてもよい。第１の分光器６１Ａは、第１のシード光の波長を計測するエタロン分光器であってもよい。第１の分光器６１Ａは、第１の波長モニタ６０Ａによる計測値である計測波長λ１ｍのデータを、波長制御部６に出力してもよい。
第２の波長モニタ６０Ｂは、第２の固体レーザ装置１２内において第２の半導体レーザ４０が出力する第２のシード光の光路上に設けられていてもよい。第２の波長モニタ６０Ｂは、第２の分光器６１Ｂと、ビームスプリッタ６２Ｂとを含んでいてもよい。ビームスプリッタ６２Ｂは、第２のシード光の一部を反射し、その反射光が第２の分光器６１Ｂに入射するように配置されてもよい。第２の分光器６１Ｂは、第２のシード光の波長を計測するエタロン分光器であってもよい。第２の分光器６１Ｂは、第２の波長モニタ６０Ｂによる計測値である計測波長λ２ｍのデータを、波長制御部６に出力してもよい。
波長制御部６は、第１の波長モニタ６０Ａによる計測波長λ１ｍのデータと、第２の波長モニタ６０Ｂによる計測波長λ２ｍのデータとから、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の値を演算する演算部としての機能を含んでいてもよい。すなわち、本実施形態では、第１の波長モニタ６０Ａと、第２の波長モニタ６０Ｂと、波長制御部６とにより、第３の波長λ３を検出する波長検出部が構成されていてもよい。
その他の構成は、図２に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。
（４．２ 動作）
波長制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から目標波長λｔの値を示す信号を受信してもよい。波長制御部６は、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように第１の半導体レーザ２０に設定波長λ１として初期設定波長λ１０のデータを送信してもよい。波長制御部６はまた、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２として初期設定波長λ２０のデータを送信してもよい。そして、波長制御部６は、第１の半導体レーザ２０と第２の半導体レーザ４０とをＣＷ発振させてもよい。
その結果、第１の固体レーザ装置１１から波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光７１Ａが出力され得る。また、第２の固体レーザ装置１２から波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが出力され得る。
波長変換システム１５には、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとが入射し得る。波長変換システム１５では、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとから波長変換された第３の波長λ３である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが出力され得る。
第１の半導体レーザ２０による第１のシード光の発振波長は、第１の波長モニタ６０Ａによって計測され得る。波長制御部６は、第１の波長モニタ６０Ａによって計測された計測波長λ１ｍのデータを受信してもよい。
第２の半導体レーザ４０による第２のシード光の発振波長は、第２の波長モニタ６０Ｂによって計測され得る。波長制御部６は、第２の波長モニタ６０Ｂによって計測された計測波長λ２ｍのデータを受信してもよい。
波長制御部６は、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の値を、第１の波長モニタ６０Ａによる計測波長λ１ｍのデータと、第２の波長モニタ６０Ｂによる計測波長λ２ｍのデータとから演算して検出してもよい。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と演算により検出された第３の波長λ３の値との差δλ（＝λ３−λｔ）の絶対値が所定の値δλ１以下の場合は、第１の固体レーザ装置１１を制御して第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。より具体的には、第１の固体レーザ装置１１における第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１を制御し、第１の半導体レーザ２０の発振波長を制御することにより、第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。また、所定の値δλ１は例えば、約０．４ｐｍであってもよい。その結果、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３は、高速で目標波長λｔに近づき得る。
一方、波長制御部６は、目標波長λｔの値と演算により検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が所定の値δλ１を超えた場合は、第２の固体レーザ装置１２を制御して第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。より具体的には、第２の固体レーザ装置１２における第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を制御し、第２の半導体レーザ４０の発振波長を制御することにより、第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。
その他、波長変換システム１５における第１及び第２の光センサ９３，９４の検出結果に基づく非線形結晶への入射光の入射角度の最適化の処理は、図２に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。
以上の第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂを用いた第３の波長λ３の検出結果に基づく波長最適化の処理と、第１及び第２の光センサ９３，９４の検出結果に基づく非線形結晶への入射光の入射角度の最適化の処理とをそれぞれ複数回、繰り返してもよい。
図１１は、図１０に示した露光装置用レーザ装置において、第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂを用いて第３の波長λ３の値を検出する処理を示すフローチャートである。
本実施の形態において、波長制御部６による制御動作のうち、第３の波長λ３の値を検出する処理以外の動作は上記第１の実施形態と略同様であってもよい。本実施の形態においても、波長制御部６による制御動作として、図３ないし図７のフローチャートに示した処理と略同様の処理を行ってもよい。
ただし、波長制御部６は、図３のフローチャートにおけるステップＳ１０３，Ｓ１０９の処理として、図１１に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂから、それぞれの計測波長λ１ｍ，λ２ｍのデータを取得してもよい（ステップＳ１６１）。
次に、波長制御部６は、以下の式のように、それぞれの計測波長λ１ｍ，λ２ｍを周波数に変換してもよい（ステップＳ１６２）。
ｆ１＝ｃ／λ１ｍ
ｆ２＝ｃ／λ２ｍ
ここで、ｃは光速であってもよい。
次に、波長制御部６は、以下の式のように、周波数ｆ１，ｆ２のデータから、第３の波長λ３へと波長変換した後の周波数ｆを計算してもよい（ステップＳ１６３）。
ｆ＝（４ｆ１＋ｆ２）＋ｆ２
ここで、第１の半導体レーザ２０から出力された第１のシード光は、ＬＢＯ結晶２１とＣＬＢＯ結晶２２とによって、周波数が４ｆ１となってもよい。また、ＣＬＢＯ結晶１８では、周波数４ｆ１と周波数ｆ２の入射光が４ｆ１＋ｆ２に波長変換され、ＣＬＢＯ結晶１９では、周波数（４ｆ１＋ｆ２）と周波数ｆ２の入射光が（４ｆ１＋ｆ２）＋ｆ２に波長変換され得る。
次に、波長制御部６は、以下の式のように、周波数ｆを第３の波長λ３に変換してもよい（ステップＳ１６４）。
λ３＝ｃ／ｆ
（４．３ 作用）
本実施形態の露光装置用レーザ装置によれば、第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂによって計測されたそれぞれの計測波長λ１ｍ，λ２ｍから第３の波長λ３を演算により検出し得る。そして、目標波長λｔの値と演算により検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が、所定の値δλ１以下の場合は、第１の半導体レーザ２０の設定波長λ１が制御され得る。所定の値を超えた場合は、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２が制御され得る。これによって、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が目標波長λｔに近づき得る。
その他の作用は、図２に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。
［５．第３の実施形態］
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第１若しくは第２の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（５．１ 構成）
図１２は、本開示の第３の実施形態に係る固体レーザシステム１Ｄを含む露光装置用レーザ装置の要部の構成例を概略的に示している。
本実施形態に係る露光装置用レーザ装置は、図２に示した第１の実施形態における固体レーザシステム１Ａに代えて、固体レーザシステム１Ｄを備えてもよい。固体レーザシステム１Ｄは、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、波長変換システム１５と、高反射ミラー８７と、ダイクロイックミラー８８とを含んでいてもよい。
第１の固体レーザ装置１１は、第１−１の固体レーザ装置１１Ａと、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂとを含んでいてもよい。第１の固体レーザ装置１１はまた、ダイクロイックミラー１７と、ＣＬＢＯ結晶１８と、高反射ミラー８６とを含んでいてもよい。
第１の固体レーザ装置１１は、第１−１及び第１−２のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光７１Ａを、ダイクロイックミラー１７を介して波長変換システム１５に向けて出力するように構成されていてもよい。第１の波長は、約２２０．９ｎｍであってもよい。
高反射ミラー８６は、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂから出力されたパルスレーザ光を高反射し、ダイクロイックミラー１７に入射させるように配置されてもよい。ダイクロイックミラー１７には、第１−１の固体レーザ装置１１Ａから出力されたパルスレーザ光を高透過し、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂから出力されたパルスレーザ光を高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１７は、第１−１の固体レーザ装置１１Ａから出力されたパルスレーザ光と第１−２の固体レーザ装置１１Ｂから出力されたパルスレーザ光とを、互いの光路軸を略一致させた状態でＣＬＢＯ結晶１８に入射させるように配置されてもよい。
ＣＬＢＯ結晶１８には、第１−１の固体レーザ装置１１Ａからの波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光が入射されると共に、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂからの波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光が入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波を取り、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を、第１のパルスレーザ光７１Ａとして出力してもよい。ＣＬＢＯ結晶１８はまた、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光と波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光とを出力してもよい。
第１−１の固体レーザ装置１１Ａは、第１−１の半導体レーザ２０Ａを含んでもよい。第１−１の半導体レーザ２０Ａは、シングル縦モードでＣＷ発振して波長約１０３０ｎｍの第１−１のシード光を出力する分布帰還半導体レーザであってもよい。第１−１の半導体レーザ２０Ａには、波長制御部６からの設定波長λ１ａのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。
第１−１の固体レーザ装置１１Ａのその他の構成は、図２における第１の固体レーザ装置１１の構成と略同様であってもよい。
第１−２の固体レーザ装置１１Ｂは、第１−２の半導体レーザ２０Ｂと、半導体光増幅器４４と、第３のファイバ増幅器４５と、ビームスプリッタ４６と、第４のＣＷ励起半導体レーザ５４とを含んでいてもよい。
第１−２の半導体レーザ２０Ｂは、シングル縦モードでＣＷ発振して波長約１５５４ｎｍの第１−２のシード光を出力する外部共振器半導体レーザであってもよい。第１−２の半導体レーザ２０Ｂは、ファインの波長を可変できる、例えば０．４ｐｍ程度の狭い波長範囲を高速で可変できる外部共振器半導体レーザであってもよい。第１−２の半導体レーザ２０Ｂには、波長制御部６からの設定波長λ１ｂのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。
第２の固体レーザ装置１２は、図２の第２の固体レーザ装置１２と略同様の構成であってもよい。第２の固体レーザ装置１２は、第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光７１Ｂを、高反射ミラー８７及びダイクロイックミラー８８を介して波長変換システム１５に向けて出力するように構成されていてもよい。
同期回路部１３は、同期制御部７からの第１のトリガ信号Ｔｒ１に基づいて、光シャッタ２３と、半導体光増幅器４１と、半導体光増幅器４４とに所定のトリガ信号を出力するように構成されていてもよい。
波長変換システム１５は、ＣＬＢＯ結晶１９と、ダイクロイックミラー８２，８４と、高反射ミラー８３と、光センサ９６と、回転ステージ１９５とを含んでいてもよい。
回転ステージ１９５は、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２を回転させる回転機構であってもよい。回転ステージ１９５の回転角度は、波長制御部６によって制御されてもよい。
光センサ９６は、ＣＬＢＯ結晶１９による変換光である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃとは異なる波長のパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。光センサ９６は、例えば、ダイクロイックミラー８２，８４を透過した波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路上に配置され、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光強度を検出するものであってもよい。光センサ９６による検出値を示す信号は、波長制御部６に出力されてもよい。回転ステージ１９５の回転角度は、光センサ９６による検出値がより小さくなるように波長制御部６によって制御されてもよい。
高反射ミラー８７は、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光７１Ｂがダイクロイックミラー８８に入射するように配置されてもよい。ダイクロイックミラー８８には、波長約１５５４ｎｍと波長約２５７．５ｎｍの光を高反射し、第１のパルスレーザ光７１Ａである波長約２２０．９ｎｍの光を高透過する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー８８は、波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂと波長約２２０．９ｎｍの第１のパルスレーザ光７１ＡとがＣＬＢＯ結晶１９に光路軸が略一致した状態で入射するように配置されてもよい。
その他の構成は、図２に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。
（５．２ 動作）
波長制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から目標波長λｔの値を示す信号を受信してもよい。
波長制御部６は、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように第１−１の半導体レーザ２０Ａの設定波長λ１ａとして初期設定波長λ１０ａのデータを送信してもよい。また、波長制御部６は、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように第１−２の半導体レーザ２０Ｂの設定波長λ１ｂとして初期設定波長λ１０ｂのデータを送信してもよい。波長制御部６はまた、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が、波長約１９３．４ｎｍの初期波長となるように、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２として初期設定波長λ２０のデータを送信してもよい。そして、波長制御部６は、第１−１及び第１−２の半導体レーザ２０Ａ，２０Ｂと第２の半導体レーザ４０とをＣＷ発振させてもよい。
その結果、第１−１の固体レーザ装置１１Ａから波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光が出力され得る。また、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂから波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光が出力され得る。
ＣＬＢＯ結晶１８では、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波を取り、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光が生成され得る。第１の固体レーザ装置１１からは、その波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光が第１のパルスレーザ光７１Ａとして出力され得る。
一方、第２の固体レーザ装置１２からは波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光７１Ｂが出力され得る。
波長変換システム１５には、第１のパルスレーザ光７１Ａと第２のパルスレーザ光７１Ｂとが入射し得る。波長変換システム１５では、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとから波長変換された第３の波長λ３である波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光７１Ｃが出力され得る。波長変換システム１５から出力された第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３の値は、波長モニタ６０によって検出され得る。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλ（＝λ３−λｔ）の絶対値が所定の値δλ１以下の場合は、第１の固体レーザ装置１１を制御して第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。より具体的には、第１の固体レーザ装置１１における第１−２の半導体レーザ２０Ｂの設定波長λ１ｂを制御し、第１−２の半導体レーザ２０Ｂの発振波長を制御することにより、第１のパルスレーザ光７１Ａの第１の波長を変化させてもよい。また、所定の値δλ１は例えば、約０．４ｐｍであってもよい。その結果、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３は、高速で目標波長λｔに近づき得る。
一方、波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が所定の値δλ１を超えた場合は、第２の固体レーザ装置１２を制御して第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。より具体的には、第２の固体レーザ装置１２における第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を制御し、第２の半導体レーザ４０の発振波長を制御することにより、第２のパルスレーザ光７１Ｂの第２の波長を変化させてもよい。
次に、波長制御部６は、光センサ９６の検出値がより小さくなり、極小に近づくように、回転ステージ１９５の回転角度を制御することによって、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２を制御してもよい。その結果、ＣＬＢＯ結晶１９での波長変換効率が最大となり得る。
その結果、波長変換システム１５から出力される第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が目標波長λｔに近づくと共に、非線形結晶であるＣＬＢＯ結晶１９での波長変換効率の低下が抑制され得る。
また、以上の波長モニタ６０による第３の波長λ３の検出結果に基づく波長最適化の処理と、光センサ９６の検出結果に基づく非線形結晶への入射光の入射角度の最適化の処理とをそれぞれ複数回、繰り返してもよい。
次に、図１３ないし図１６を参照して、本実施形態における波長制御部６による制御動作のより具体的な例を説明する。
図１３は、本実施形態における波長制御部６による制御の流れの一例を示すメインのフローチャートである。
波長制御部６は、上記図３のフローチャートにおけるステップＳ１０２に代えて、ステップＳ１０２Ａの処理を行ってもよい。また、波長制御部６は、図３のフローチャートにおけるステップＳ１０７に代えて、ステップＳ１０７Ａの処理を行ってもよい。図１３のメインのフローチャートにおけるその他の処理は、上記図３のフローチャートと略同様であってもよい。
ステップＳ１０２Ａでは、波長制御部６は、固体レーザシステム１Ｄの初期設定を行うための初期調整発振をさせてもよい。
ステップＳ１０７Ａでは、波長制御部６は、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂの波長を制御する処理をしてもよい
図１４は、図１３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０２Ａの処理の詳細を示すサブのフローチャートである。波長制御部６は、固体レーザシステム１Ｄの初期調整発振として図１４に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、まず、初期パラメータの設定をしてもよい（ステップＳ１７１）。初期パラメータの設定には、以下の式のように、設定波長λ１ａ，λ１ｂ，λ２と入射角度θ２の設定を含んでもよい。
λ１ａ＝λ１０ａ、λ１ｂ＝λ１０ｂ、λ２＝λ２０
θ２＝θ２０
すなわち、波長制御部６は、第１−１の半導体レーザ２０Ａの設定波長λ１ａを初期設定波長λ１０ａに設定し、第１−２の半導体レーザ２０Ｂの設定波長λ１ｂを初期設定波長λ１０ｂに設定してもよい。また、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２を初期設定波長λ２０に設定してもよい。また、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２をθ２０に設定してもよい。
次に、波長制御部６は、第１−１の半導体レーザ２０Ａに設定波長λ１ａのデータを送信してもよい（ステップＳ１７２）。次に、波長制御部６は、第１−２の半導体レーザ２０Ｂに設定波長λ１ｂのデータを送信してもよい（ステップＳ１７３）。次に、波長制御部６は、第２の半導体レーザ４０に設定波長λ２のデータを送信してもよい（ステップＳ１７４）。
次に、波長制御部６は、回転ステージ１９５の回転角度を制御することによって、波長変換システム１５のＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度がθ２となるように制御してもよい（ステップＳ１７５）。
次に、波長制御部６は、第１−１及び第１−２の半導体レーザ２０Ａ，２０Ｂと第２の半導体レーザ４０とをＣＷ発振させてもよい（ステップＳ１７６）。これにより、第１−１及び第１−２の半導体レーザ２０Ａ，２０Ｂから、設定波長λ１ａ，λ１ｂのＣＷレーザ光を第１−１及び第１−２のシード光として出力させてもよい。また、第２の半導体レーザ４０から、設定波長λ２のＣＷレーザ光を第２のシード光として出力させてもよい。
次に、波長制御部６は、レーザ制御部３を介して、第１及び第２のトリガ信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を所定の繰り返し周波数で同期制御部７から出力させることで、初期の調整パルス発振をさせてもよい（ステップＳ１７７）。その後、図１３のメインのフローに戻ってもよい。
図１５は、図１３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０７Ａの処理の詳細を示すサブのフローチャートである。波長制御部６は、第１−２の固体レーザ装置１１Ｂの波長を制御する処理として図１５に示す処理を行ってもよい。
波長制御部６は、目標波長λｔの値と波長モニタ６０により検出された第３の波長λ３の値との差δλから、以下の式のように、目標周波数ｆとの差δｆを計算してもよい（ステップＳ１８１）。
δｆ＝（ｃ／λ３2）・δλ
ここで、ｃは光速であってもよい。
次に、波長制御部６は、目標周波数ｆとの差δｆから、以下の式のように、設定波長λ１ｂと第１−２の半導体レーザ２０Ｂの目標波長との差δλ１ｂを計算してもよい（ステップＳ１８２）。
δλ１ｂ＝（λ１ｂ2／ｃ）・δｆ
次に、波長制御部６は、以下の式のように、第１−２の半導体レーザ２０Ｂの設定波長λ１ｂを計算してもよい（ステップＳ１８３）。
λ１ｂ＝λ１ｂ+δλ１ｂ
次に、波長制御部６は、第１−２の半導体レーザ２０Ｂに設定波長λ１ｂのデータを送信し（ステップＳ１８４）、図１３のメインのフローに戻ってもよい。
図１６は、図６に示したフローチャートにおけるステップＳ１４５の処理を、図１２に示した露光装置用レーザ装置に適用する場合のフローチャートである。
本実施の形態において、図１３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０８の処理の詳細は、図６に示したサブのフローチャートの処理と略同様であってもよい。ただし、ステップＳ１４５の処理として、図１６に示すサブのフローチャートの処理を行ってもよい。
波長制御部６は、目標波長λｔから、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２をテーブルデータから計算してもよい（ステップＳ１９１）。波長制御部６は、目標波長λｔとＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２との関係を、テーブルデータとしてあらかじめ図示しない記憶部に記憶しておいてもよい。
次に、波長制御部６は、回転ステージ１９５を入射角度θ２となるように制御してもよい（ステップＳ１９２）。
次に、波長制御部６は、回転ステージ１９５を、入射角度θ２付近で変化させながら、光センサ９６の検出値を複数取得してもよい（ステップＳ１９３）。次に、波長制御部６は、以下の式のように、光センサ９６の検出値が極小の時の入射角度θ２ｍｉｎを求めてもよい（ステップＳ１９４）。
θ２＝θ２ｍｉｎ
次に、波長制御部６は、回転ステージ１９５を、入射角度θ２となるように制御し（ステップＳ１９５）、図１３のメインのフローに戻ってもよい。
波長制御部６は、以上のステップＳ１９３〜Ｓ１９５の処理によって、ＣＬＢＯ結晶１９への入射光の入射角度θ２の最適化をしてもよい。
（５．３ 作用）
本実施形態の露光装置用レーザ装置によれば、目標波長λｔの値と波長モニタ６０で検出された第３の波長λ３の値との差δλの絶対値が、所定の値δλ１以下の場合は、第１−２の半導体レーザ２０Ｂの設定波長λ１ｂが制御され得る。所定の値を超えた場合は、第２の半導体レーザ４０の設定波長λ２が制御され得る。これによって、第３のパルスレーザ光７１Ｃの第３の波長λ３が目標波長λｔに近づき得る。
さらに、所定の値δλ１以下では高速で第３の波長λ３が目標波長λｔに近づき、所定の値δλ１を超える範囲でも高い変換効率で、第３のパルスレーザ光７１Ｃが出力され得る。本実施形態によれば、図２の実施形態に比べて、ＣＬＢＯ結晶１８への入射光の入射角度θ１の最適化を行わなくても、高い波長変換効率を維持し得る。
［６．波長可変半導体レーザ］
次に、上記した第１の半導体レーザ２０及び第１−２の半導体レーザ２０Ｂ、並びに第２の半導体レーザ４０として適用可能な波長可変半導体レーザの具体的な構成例を説明する。
なお、以下では上記比較例、又は上記第１ないし第３の実施形態に係る露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（６．１ ファイン波長可変半導体レーザ）
（６．１．１ 構成）
まず、図１７を参照して、上記した第１の半導体レーザ２０及び第１−２の半導体レーザ２０Ｂとして適用可能なファイン波長可変半導体レーザの具体的な構成例を説明する。
外部共振器半導体レーザは、周波数変化が２０ＧＨｚ以内であれば、モードホップなしで、発振波長を制御し得る。なお、外部共振器半導体レーザに関しては、例えば、米国特許第７９７００２４号明細書、及び米国特許第８４１６８３１号明細書に記載された技術を適用可能である。
ファイン波長可変半導体レーザは、外部共振器半導体レーザであってもよい。
外部共振器半導体レーザは、半導体レーザ制御部１１０と、半導体素子１１１と、温度センサ１１２と、ペルチェ素子１１３と、電流制御部１１４と、温度制御部１１５と、ピエゾ素子１１６と、ピエゾ素子付回転ステージ１１７とを含んでいてもよい。外部共振器半導体レーザはさらに、ピエゾ電源１１８と、コリメータレンズ１１９と、グレーティング１２０と、グレーティングホルダ１２１と、ステアリングミラー１２２と、マイクロメータ１２３と、ピン１２４と、反力ばね１２５とを含んでいてもよい。
半導体レーザ制御部１１０には、波長制御部６から設定波長λｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。ピエゾ電源１１８には、半導体レーザ制御部１１０から電圧値Ｖｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。電流制御部１１４には、半導体レーザ制御部１１０から電流値Ｉｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。温度制御部１１５には、半導体レーザ制御部１１０から設定温度Ｔｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。
グレーティング１２０は、１次の回折光の回折角と入射角度とが一致するリトロー配置で、半導体素子１１１の出力側にコリメータレンズ１１９を介して配置されていてもよい。グレーティング１２０は、グレーティングホルダ１２１を介して、グレーティング１２０への入射角度が変化するように、ピエゾ素子付回転ステージ１１７に固定されていてもよい。
ステアリングミラー１２２は、ミラー面がグレーティング１２０の回折面と略平行となるように、図示しないホルダを介して配置されてもよい。
半導体素子１１１には、温度センサ１１２とペルチェ素子１１３とが固定されていてもよい。
（６．１．２ 動作）
半導体レーザ制御部１１０は、あらかじめ、ファインの波長領域でレーザ発振することとなるように、ピエゾ素子付回転ステージ１１７の回転角度と、半導体素子１１１の温度とを制御しておいてもよい。
半導体レーザ制御部１１０は、モードホップが発生しないような、設定波長λと半導体素子１１１に流れる電流値Ｉとピエゾ素子１１６に印加する電圧値Ｖとの関係をテーブルデータとしてあらかじめ記憶しておいてもよい。
半導体レーザ制御部１１０は、波長制御部６から設定波長λｎのデータを受信すると、上記テーブルデータから、半導体素子１１１に流す電流値Ｉｎとピエゾ素子１１６に印加する電圧値Ｖｎとを計算してもよい。
半導体レーザ制御部１１０は、半導体素子１１１に流す電流値Ｉｎのデータを電流制御部１１４に送信してもよい。半導体レーザ制御部１１０はまた、グレーティング１２０の回転角度を制御するピエゾ素子１１６の電圧値Ｖｎのデータを、ピエゾ電源１１８に送信してもよい。
ピエゾ素子１１６によって、グレーティング１２０への入射角度が変化し、かつ、半導体素子１１１に流れる電流によって半導体の活性層での屈折率が変化し得る。その結果、モードホップの発生を抑制しつつ、半導体レーザの発振波長は高速で設定波長λｎに近づき得る。そして、グレーティング１２０の０次光が出力され、ステアリングミラー１２２によって、外部にＣＷのレーザ光が出力され得る。
（６．２ コース波長可変半導体レーザ）
（６．２．１ 構成）
次に、図１８を参照して、第２の半導体レーザ４０として適用可能なコース波長可変半導体レーザの具体的な構成例を説明する。
分布帰還半導体レーザは、半導体素子の温度を制御することで略１．２ＴＨｚの周波数の範囲の周波数をモードホップすることなしに制御し得る。
コース波長可変半導体レーザは、分布帰還半導体レーザであってもよい。分布帰還半導体レーザは、半導体レーザ制御部１３０と、半導体素子１３１と、温度センサ１３２と、ペルチェ素子１３３と、温度制御部１３４と、電流制御部１３５とを含んでいてもよい。
半導体レーザ制御部１３０には、波長制御部６から設定波長λｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。電流制御部１３５には、半導体レーザ制御部１３０から電流値Ｉｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。温度制御部１３４には、半導体レーザ制御部１３０から設定温度Ｔｎのデータを受信する信号ラインが設けられていてもよい。
（６．２．２ 動作）
図１９は、図１８に示したコース波長可変半導体レーザにおける半導体素子１３１の温度と発振波長との関係の一例を示す。図１９において、横軸は発振波長、縦軸は温度であってもよい。
半導体レーザ制御部１３０は、図１９に示す設定温度Ｔｎと設定波長λｎとの関係式、例えば、Ｔｎ＝ａ・λｎ＋ｂを、あらかじめ記憶しておいてもよい。ａ、ｂは、半導体素子１３１によって決まる定数であってもよい。半導体レーザ制御部１３０は、波長制御部６から設定波長λｎのデータを受信すると、上記関係式から半導体素子１３１の設定温度Ｔｎを求めて、温度制御部１３４に設定温度Ｔｎのデータを送信してもよい。
温度制御部１３４は、半導体素子１３１の温度が設定温度Ｔｎに近づくように、温度センサ１３２の検出値に基づいてペルチェ素子１３３に流す電流を制御してもよい。
半導体レーザ制御部１３０はまた、半導体素子１３１に流す電流値Ｉｎが、所定の電流値、例えば図１９の関係式から計算された電流値となるように電流制御部１３５に電流値Ｉｎのデータを送信してもよい。その結果、半導体素子１３１から設定波長ＴｎのＣＷのレーザ光が出力され得る。
［７．波長モニタ］
次に、上記した波長モニタ６０の具体的な構成例を説明する。なお、図１０における第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂも略同様の構成であってもよい。
（７．１ 構成）
図２０は、波長モニタ６０の具体的な構成例を示している。図２０には、波長モニタ６０における分光器６１を、モニタエタロン分光器とした場合の構成例を模式的に示している。
分光器６１は、拡散素子６３と、モニタエタロン６４と、集光レンズ６５と、イメージセンサ６６とを備えてもよい。イメージセンサ６６は、フォトダイオードアレイであってもよい。
（７．２ 動作）
ビームスプリッタ６２で反射されたレーザビームは、まず、拡散素子６３に入射してもよい。拡散素子６３は、入射したレーザビームを散乱させてもよい。この散乱光は、モニタエタロン６４に入射してもよい。モニタエタロン６４を透過したレーザビームは、集光レンズ６５に入射してもよい。レーザビームは集光レンズ６５を透過して、その焦点面上に干渉縞が生成され得る。
イメージセンサ６６は、集光レンズ６５の焦点面に配置されてもよい。集光レンズ６５によって集光された透過光は、イメージセンサ６６に干渉縞を生成させ得る。イメージセンサ６６は、発生した干渉縞を検出してもよい。この干渉縞の半径の２乗は、レーザビームの波長と比例関係であり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザビーム全体のスペクトルプロファイルとしてのスペクトル線幅と中心波長とを検出し得る。スペクトル線幅と中心波長は、検出した干渉縞から図示しない情報処理装置によって求めてもよいし、波長制御部６で算出してもよい。
イメージセンサ６６での検出波長λは、以下の式で求められ得る。
λ＝λｃ＋αｒｍ2
ただし、
α：比例定数、
ｒm：干渉縞の半径、
λｃ：干渉縞の中央の光強度が最大となった時の波長
とする。
ここで、イメージセンサ６６で検出される干渉縞にスペックルが発生して、干渉縞を高精度に計測できない場合があり得る。このような場合は、拡散素子６３を回転させたり、振動させたりしながら、複数パルスの積算された干渉縞をイメージセンサ６６で計測することによって、スペックルが低減された干渉縞を計測し得る。
図２１は、図２０に示した波長モニタ６０で検出される干渉縞の位置と光強度との関係の一例を示す。横軸は干渉縞の位置、縦軸は光強度であってもよい。
図２１及び以下の式に示したように、干渉縞の半径ｒｍの２乗は、干渉縞の光強度の半値Ｉｍａｘ／２の位置の内側の半径ｒ１の２乗と外側の半径ｒ２の２乗との平均値から計算してもよい。
ｒｍ2＝（ｒ１2＋ｒ２2）／２
［８．制御部のハードウエア環境］
当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャーなどを含む。
図２２は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図２２の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。
処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。
図２２におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。
動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、レーザ制御部３、波長制御部６、増幅器制御部３０、充電器３１、波長モニタ６０、及び第１及び第２の波長モニタ６０Ａ，６０Ｂ等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、レーザ制御部３、露光装置制御部５、波長制御部６、及び同期回路部１３等の、処理ユニット１０００と通信可能な複数のシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれら複数のシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、各種センサや、光シャッタ２３、半導体光増幅器４１、及び半導体光増幅器４４等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。
ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。
例示的なハードウエア環境１００は、本開示におけるレーザ制御部３、及び波長制御部６等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、レーザ制御部３、及び波長制御部６等を統括制御する図示しない露光装置レーザ用制御部等は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
［９．その他］
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (18)

  1. 第１のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、
    第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とが入射し、前記第１の波長と前記第２の波長とから波長変換された第３の波長の第３のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、
    前記第３の波長の値を検出する波長検出部と、
    目標波長の値と前記波長検出部により検出された前記第３の波長の値との差の絶対値が所定の値以下の場合は、前記第１の固体レーザ装置を制御して前記第１の波長を変化させ、前記所定の値を超えた場合は、前記第２の固体レーザ装置を制御して前記第２の波長を変化させる波長制御部と
    を備える固体レーザシステム。
  2. 前記波長検出部は、
    前記第３のパルスレーザ光の光路上に設けられた波長モニタを含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  3. 前記波長検出部は、
    前記第１のシード光の光路上に設けられた第１の波長モニタと、
    前記第２のシード光の光路上に設けられた第２の波長モニタと、
    前記第１の波長モニタの計測値と前記第２の波長モニタの計測値とから前記第３の波長の値を演算する演算部と
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  4. 前記第１の固体レーザ装置における前記第１の波長の波長可変範囲は、
    前記第２の固体レーザ装置における前記第２の波長の波長可変範囲よりも小さい
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  5. 前記第１の波長は前記第２の波長よりも短い
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  6. 前記第１の固体レーザ装置における波長可変速度は、前記第２の固体レーザ装置における波長可変速度よりも高速である
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  7. 前記第１の固体レーザ装置は、
    前記第１のシード光の光路上に設けられた非線形結晶
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  8. 前記第１の固体レーザ装置は、第１のシード光を出力する外部共振器半導体レーザ
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  9. 前記第２の固体レーザ装置は、第２のシード光を出力する分布帰還半導体レーザ
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  10. 前記波長変換システムは、
    第１及び第２の入射光に基づいて波長変換された所定の波長の変換光を出力する非線形結晶と、
    前記第１及び第２の入射光の前記非線形結晶への入射角度を変化させる回転機構と
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  11. 前記非線形結晶は、前記所定の波長とは異なる波長の光をも出力するものであり、
    さらに、
    前記所定の波長とは異なる波長の前記光の光路上に設けられた光検出器と、
    前記光検出器による、前記所定の波長とは異なる波長の前記光の検出値がより小さくなるように前記回転機構を制御する回転制御部と
    をさらに備える
    請求項１０に記載の固体レーザシステム。
  12. 前記変換光の光路上に設けられた光検出器と、
    前記光検出器の検出値がより大きくなるように前記回転機構を制御する回転制御部と
    をさらに備える
    請求項１０に記載の固体レーザシステム。
  13. 前記第１の固体レーザ装置における前記第１の波長の波長可変範囲は、波長２５７．５ｎｍを含み、
    前記第２の固体レーザ装置における前記第２の波長の波長可変範囲は、波長１５５４ｎｍを含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  14. 前記波長変換システムは、ＣＬＢＯ結晶を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
  15. 第１のシード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光を出力する第１の固体レーザ装置と、
    第２のシード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光を出力する第２の固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とが入射し、前記第１の波長と前記第２の波長とから波長変換された第３の波長の第３のパルスレーザ光を出力する波長変換システムと、
    前記第３の波長の値を検出する波長検出部と、
    目標波長の値と前記波長検出部により検出された前記第３の波長の値との差の絶対値が所定の値以下の場合は、前記第１の固体レーザ装置を制御して前記第１の波長を変化させ、前記所定の値を超えた場合は、前記第２の固体レーザ装置を制御して前記第２の波長を変化させる波長制御部と、
    前記第３のパルスレーザ光の光路上に設けられた増幅器と
    を備える露光装置用レーザ装置。
  16. 前記波長検出部は、
    前記増幅器によって増幅された前記第３のパルスレーザ光の光路上に設けられた波長モニタを含む
    請求項１５に記載の露光装置用レーザ装置。
  17. 前記第１の固体レーザ装置における前記第１の波長の波長可変範囲は、波長２５７．５ｎｍを含み、
    前記第２の固体レーザ装置における前記第２の波長の波長可変範囲は、波長１５５４ｎｍを含む
    請求項１５に記載の露光装置用レーザ装置。
  18. 前記波長変換システムは、ＣＬＢＯ結晶を含む
    請求項１５に記載の露光装置用レーザ装置。
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