JP7175999B2 - レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法に関する。
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ならびに、波長１９３ｎｍ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、ウエハには等価における波長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部（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化部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。
米国特許出願公開第２０１７／０３３８６１７号明細書 特開平８－６０７８号公報 米国特許出願公開第２００４／００１２８４４号明細書 米国特許出願公開第２０１７／００３７３４６号明細書 国際公開第２０１７／１７５５６１号 特開２０１１－２４９３９９号公報
概要
本開示の１つの観点に係るレーザシステムは、第１のパルスレーザ光を出力する第１の半導体レーザシステムであって、シングル縦モードで発振する第１の半導体レーザと、第１の半導体レーザから出力される第１のレーザ光にチャーピングを発生させるように第１の半導体レーザに流す電流を制御する第１の電流制御器と、第１のレーザ光をパルス増幅する第１の半導体光増幅器と、を含む第１の半導体レーザシステムと、第１の半導体光増幅器によって増幅されて第１の半導体レーザシステムから出力された第１のパルスレーザ光を増幅する第１の増幅器と、第１の増幅器によって増幅された第２のパルスレーザ光を紫外線の第３のパルスレーザ光に波長変換する波長変換システムと、第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、外部装置から指令された目標スペクトル線幅のエキシマレーザ光が得られるように、第１の半導体レーザシステムから出力される第１のパルスレーザ光のチャーピング量を制御する制御部と、を備えるレーザシステムである。
本開示の他の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、シングル縦モードで発振する第１の半導体レーザと、第１の半導体レーザから出力される第１のレーザ光にチャーピングを発生させるように第１の半導体レーザに流す電流を制御する第１の電流制御器と、第１のレーザ光をパルス増幅する第１の半導体光増幅器と、を含む第１の半導体レーザシステムと、第１の半導体光増幅器によって増幅されて第１の半導体レーザシステムから出力された第１のパルスレーザ光を増幅する第１の増幅器と、第１の増幅器によって増幅された第２のパルスレーザ光を紫外線の第３のパルスレーザ光に波長変換する波長変換システムと、第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、外部装置から指令された目標スペクトル線幅のエキシマレーザ光が得られるように、第１の半導体レーザシステムから出力される第１のパルスレーザ光のチャーピング量を制御する制御部と、を備えるレーザシステムによってエキシマレーザ光を生成し、エキシマレーザ光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板上にエキシマレーザ光を露光することを含む電子デバイスの製造方法である。
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、典型的なレーザ光のスペクトル形状を示す図である。 図２は、エキシマレーザ光のスペクトル線幅の定義を説明するための図である。 図３は、パルスレーザ光の各時間におけるスペクトル波形の例を示す図である。 図４は、チャーピング量の定義を説明するための図である。 図５は、レーザシステムの構成例を概略的に示す図である。 図６は、同期システムの構成例を示すブロック図である。 図７は、レーザシステムのタイミングチャートの例である。 図８は、レーザ制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図９は、レーザシステムの初期設定サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１０は、固体レーザシステムの制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１１は、レーザシステムの制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１２は、固体レーザシステム制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図１３は、固体レーザシステムの初期設定サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１４は、第１の半導体レーザシステムの制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１５は、第１の半導体レーザシステムの目標中心波長λ１ｃｔを計算する処理のサブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１６は、固体レーザシステムのエネルギ制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図１７は、半導体レーザシステムの構成例を概略的に示す図である。 図１８は、分布帰還型半導体レーザから出力されるレーザ光のスペクトル波形の例を示す図である。 図１９は、第１の半導体レーザ制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図２０は、実施形態１に係るレーザシステムの構成例を概略的に示す図である。 図２１は、第１の半導体レーザシステムの構成例を概略的に示す図である。 図２２は、チャーピングによって実現されるスペクトル線幅の概念図である。 図２３は、第１の半導体レーザに流れる電流とチャーピングによる波長変化とスペクトル波形と光強度との関係を示す説明図である。 図２４は、第１の半導体光増幅器の立ち上がり時間を説明するためのグラフである。 図２５は、レーザ制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図２６は、固体レーザシステムの制御サブルーチン（２）の例を示すフローチャートである。 図２７は、第１の半導体システムの目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算する処理の例を示すフローチャートである。 図２８は、エキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステムのスペクトル線幅Δλ１ｃｈとの関係を表す関数の例を示すグラフである。 図２９は、固体レーザシステム制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図３０は、固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（２）の例を示すフローチャートである。 図３１は、第１の半導体レーザシステムの制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図３２は、第１の半導体レーザ制御部１１４における処理内容の例を示すフローチャートである。 図３３は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（２）の例１を示すフローチャートである。 図３４は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（２）の例２を示すフローチャートである。 図３５は、中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈの計測処理の例を示すフローチャートである。 図３６は、第１のスペクトルモニタで計測されたスペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の例１を示すフローチャートである。 図３７は、第１のスペクトルモニタで計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形の重心から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。 図３８は、第１のスペクトルモニタで計測されたスペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の例２を示すフローチャートである。 図３９は、第１のスペクトルモニタで計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。 図４０は、第１のスペクトルモニタで計測されたスペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の例１を示すフローチャートである。 図４１は、第１のスペクトルモニタで計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。 図４２は、第１のスペクトルモニタで計測されたスペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の例２を示すフローチャートである。 図４３は、第１のスペクトルモニタで計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の説明図である。 図４４は、第１の半導体レーザシステムのスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃとを計算及び判定する処理の例を示すフローチャートである。 図４５は、第１の半導体レーザシステムの変形例を概略的に示す図である。 図４６は、第１の半導体レーザに流れる電流とチャーピングによる波長変化とスペクトル波形と光強度との関係を示す説明図である。 図４７は、実施形態２に係るレーザシステムの要部構成を概略的に示す図である。 図４８は、実施形態２における同期システムの構成の例を概略的に示すブロック図である。 図４９は、実施形態２に係るレーザシステムのタイミングチャートの例である。 図５０は、第１の半導体レーザから出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器による増幅との関係を示すグラフである。 図５１は、固体レーザシステム制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図５２は、固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（３）の例を示すフローチャートである。 図５３は、実施形態２に係るレーザシステムの第１の半導体レーザ制御部における処理内容の例を示すフローチャートである。 図５４は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例１を示すフローチャートである。 図５５は、第１の半導体レーザから出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器による増幅との関係を示すグラフである。 図５６は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例２を示すフローチャートである。 図５７は、第１の半導体レーザから出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器による増幅との関係を示すグラフである。 図５８は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例３を示すフローチャートである。 図５９は、第１の半導体レーザから出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器による増幅との関係を示すグラフである。 図６０は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例４を示すフローチャートである。 図６１は、第１の半導体レーザから出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器による増幅との関係を示すグラフである。 図６２は、実施形態３に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図６３は、実施形態３における同期システムの構成を概略的に示すブロック図である。 図６４は、スペクトルモニタの構成例を概略的に示す図である。 図６５は、スペクトルモニタの他の構成例を概略的に示す図である。 図６６は、エキシマ増幅器の構成例を概略的に示す図である。 図６７は、リング共振器を採用したエキシマ増幅器の構成例を概略的に示す図である。 図６８は、エタロン分光器を用いるスペクトルモニタの構成例を概略的に示す図である。 図６９は、レーザ光のスペクトルの一例を示す図である。 図７０は、ＣＷ発振基準レーザ光源の一例を示すブロック図である。 図７１は、ＣＷ発振基準レーザ光源の他の例を示すブロック図である。 図７２は、半導体光増幅器の構成例を概略的に示す図である。 図７３は、実施形態４に係るレーザシステムの例を概略的に示す図である。 図７４は、実施形態５におけるレーザ制御部の処理例を示すフローチャートである。 図７５は、エキシマレーザ光のスペクトル線幅確認サブルーチンの例を示すフローチャートである。 図７６は、ΔΔλｅｘが０に近づくように目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを補正する処理の例を示すフローチャートである。 図７７は、露光装置の構成例を概略的に示す図である。
実施形態
－目次－
１．用語の説明
１．１ エキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλの定義
１．２ チャーピング量の定義
２．レーザシステムの概要
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ レーザ制御部の処理例
２．４ 固体レーザシステム制御部の処理例
２．５ 半導体レーザシステムの例
２．５．１ 構成
２．５．２ 動作
２．６ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
３．課題
４．実施形態１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 第１の半導体レーザシステムの動作
４．３．１ その他
４．４ レーザ制御部の処理例
４．５ 固体レーザシステム制御部の処理例
４．６ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
４．７ 作用・効果
４．８ 変形例１
４．９ 変形例２
４．９．１ 構成
４．９．２ 動作
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．２．１ 固体レーザシステム制御部の処理例
５．２．２ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
５．２．３ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例１
５．３ 作用・効果
５．４ 変形例
５．４．１ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例２
５．４．２ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例３
５．４．３ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例４
６．実施形態３
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
６．４ 変形例
６．４．１ マルチ縦モードで発振する半導体レーザの利用
６．４．２ 実施形態２で説明した構成との組み合わせ
６．４．３ 第２の固体レーザ装置のチャーピング制御
７．スペクトルモニタの具体例
７．１ 分光器と基準レーザ光源とを用いるスペクトルモニタの例
７．１．１ 構成
７．１．２ 動作
７．２ ヘテロダイン干渉計を用いるスペクトルモニタの例
７．２．１ 構成
７．２．２ 動作
８．エキシマ増幅器の例
８．１ マルチパスで増幅する形態
８．２ リング共振器で増幅する形態
９．エタロン分光器を用いるスペクトルモニタの例
１０．ＣＷ発振基準レーザ光源の例
１０．１ １５４７．２ｎｍ又は１５５４ｎｍの波長領域のＣＷ発振基準レーザ光源
１０．２ １０３０ｎｍの波長領域のＣＷ発振基準レーザ光源
１１．半導体光増幅器の例
１１．１ 構成
１１．２ 動作
１２．実施形態４
１２．１ 構成
１２．２ 動作
１３．実施形態５
１３．１ 構成
１３．２ 動作
１３．３ 作用・効果
１４．電子デバイスの製造方法
１５．外部装置の他の例
１６．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．用語の説明
１．１ エキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλの定義
本明細書では、エキシマレーザ光のスペクトル幅全面積のうち９５％の線幅をエキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλと定義する。一般的には、図１に示すように、スペクトル線幅とは、レーザ光のスペクトル波形の光量閾値における全幅である。例えばピーク値の半値を線幅閾値０．５という。なお、線幅閾値０．５におけるスペクトル波形の全幅Ｗ１／２を特別に半値全幅又はＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）という。ところが、エキシマレーザ光のスペクトルの半値全幅だけでは、投影レンズの解像力を反映することは難しい。
そこで、投影レンズの解像力を反映するスペクトル線幅Δλは、例えば、図２に示すように、全スペクトルエネルギのうち波長λ０を中心として９５％を占める部分の全幅Ｗ９５％であって、下記の式（１）が成り立つ。
Figure 0007175999000001
なお、本明細書では、エキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλは、スペクトル幅全面積のうち９５％の線幅だけでなく、投影レンズの解像力を反映するスペクトル線幅であればよい。例えば、使用する投影レンズデータと、エキシマレーザ光のスペクトル波形とに基づいて、波長と光強度分布を入力して計算された解像力でスペクトル線幅を評価してもよい。また、本明細書では、エキシマレーザ光を「エキシマ光」と表記する場合がある。
１．２ チャーピング量の定義
図３にパルスレーザ光の各時間におけるスペクトル波形の例を示す。この例の場合、各時間のスペクトルの波長が時間ともに、長波長側にチャーピングしている。「チャーピング」は「波長チャーピング」とも呼ばれる。図４に各々のスペクトルをパルス時間積分した場合のスペクトル波形を示す。ここで、チャーピング量とは、この時間積分したスペクトル波形から計算されるスペクトル線幅と定義する。チャーピング量は「チャーピングによるスペクトル線幅」と呼ばれる場合がある。
２．レーザシステムの概要
２．１ 構成
図５は、レーザシステム１の構成例を概略的に示す。レーザシステム１は、固体レーザシステム１０と、第１の高反射ミラー１１と、第２の高反射ミラー１２と、エキシマ増幅器１４と、モニタモジュール１６と、同期システム１７と、レーザ制御部１８と、を含む。
固体レーザシステム１０は、第１の固体レーザ装置１００と、波長変換システム３００と、ビームスプリッタ３２８と、第１のパルスエネルギモニタ３３０と、固体レーザシステム制御部３５０と、を含む。
第１の固体レーザ装置１００は、波長約１５４７．２ｎｍのレーザ光を出力する第１の半導体レーザシステム１１０と、第１のダイクロイックミラー１３０と、第１のパルス励起光源１３２と、Ｅｒファイバ増幅器１４０と、を含む。
第１の半導体レーザシステム１１０は、第１の半導体レーザ１１１と、第１の波長モニタ１１２と、第１の半導体レーザ制御部１１４と、第１のビームスプリッタ１１６と、第１の半導体光増幅器１２０と、関数発生器（ＦＧ：Function Generator）１２２と、を含む。なお、図５及び以降の図において、例えば「半導体レーザ１」や「ＳＯＡ＃１」等の数値を付した表記は、それぞれ第１の半導体レーザ、第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）を表す。「ＳＯＡ」は「Semiconductor Optical Amplifier」の略語表記である。
第１の半導体レーザ１１１は、波長１５４７．２ｎｍ付近でＣＷ（Continuous Wave）発振し、かつ、シングル縦モードで発振する。なお、「ＣＷ」は連続波を意味し、ＣＷ発振は連続波発振を意味する。第１の半導体レーザ１１１は、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）半導体レーザであってよい。分布帰還型半導体レーザを「ＤＦＢレーザ」という。ＤＦＢレーザは、電流制御及び／又は温度制御により、発振波長を変更することができる。
第１のビームスプリッタ１１６は、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光の一部を反射して第１の波長モニタ１１２に入射するように配置される。第１の波長モニタ１１２は、入射したレーザ光のスペクトルをモニタし、第１の半導体レーザ１１１の発振波長を検出する。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の波長モニタ１１２及び固体レーザシステム制御部３５０と接続され、第１の半導体レーザ１１１の動作を制御する。
第１の半導体光増幅器１２０は、第１のビームスプリッタ１１６を透過したレーザ光の光路に配置される。第１の半導体光増幅器１２０は、第１の半導体レーザシステム１１０から出力されたレーザ光をパルス増幅する。
第１のダイクロイックミラー１３０は、第１の半導体光増幅器１２０から出力されるレーザ光を高透過し、第１のパルス励起光源１３２から出力される励起光を高反射する膜がコートされたミラーである。第１のダイクロイックミラー１３０は、第１の半導体光増幅器１２０から出力されるパルスレーザ光と第１のパルス励起光源１３２から出力される励起光とがＥｒファイバ増幅器１４０に入射するように配置される。
Ｅｒファイバ増幅器１４０は、Ｅｒ（エルビウム）がドープされた光ファイバを用いる光ファイバ増幅器である。
第１のパルス励起光源１３２は、Ｅｒファイバ増幅器１４０が励起可能な波長約９８０ｎｍの半導体レーザであってよい。Ｅｒファイバ増幅器１４０によって増幅されたパルスレーザ光は波長変換システム３００に入射する。
波長変換システム３００は、複数の非線形結晶を含み、第１の固体レーザ装置１００から出力される波長約１５４７．２ｎｍの基本波光を、複数の非線形結晶を用いて８倍波（高調波）光に波長変換して波長約１９３．４ｎｍの紫外光を生成する構成である。
波長変換システム３００は、第１のＬＢＯ結晶３０１と、第２のＬＢＯ結晶３０２と、第３のＬＢＯ結晶３０３と、第１のＣＬＢＯ結晶３０４と、第２のＣＬＢＯ結晶３０５と、ダイクロイックミラー３１１、３１２、３１３、３１４、３１５と、高反射ミラー３２１、３２２、３２３と、を含む。「ＬＢＯ」は化学式ＬｉＢ３Ｏ５で表される。「ＣＬＢＯ」は化学式ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０で表される。波長変換システム３００におけるそれぞれの光学素子の配置は図５に示すとおりである。
第１のＬＢＯ結晶３０１、第２のＬＢＯ結晶３０２、ダイクロイックミラー３１１、第３のＬＢＯ結晶３０３、ダイクロイックミラー３１２及び高反射ミラー３２１は、第１の固体レーザ装置１００から出力される波長約１５４７．２ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ１の光路上に、この順で配置される。
第１のＬＢＯ結晶３０１は、パルスレーザ光ＬＰ１を第２高調波光（波長約７７３．６ｎｍ）に波長変換するよう配置される。
第２のＬＢＯ結晶３０２は、第１のＬＢＯ結晶３０１で生成された第２高調波光と第１のＬＢＯ結晶３０１を透過した基本波光（パルスレーザ光ＬＰ１）との和周波の第３高調波光（波長約５１５．７３ｎｍ）を生成するよう配置される。
ダイクロイックミラー３１１は、第２のＬＢＯ結晶３０２と第３のＬＢＯ結晶３０３との間の光路上に配置される。ダイクロイックミラー３１１は、第２のＬＢＯ結晶３０２で生成された第３高調波光（波長約５１５．７３ｎｍ）を高反射し、第２のＬＢＯ結晶３０２を透過した基本波光（波長約１５４７．２ｎｍ）と第２高調波光（波長約７７３．６ｎｍ）とを高透過する膜がコートされている。
第３のＬＢＯ結晶３０３は、第２高調波光を第４高調波光（波長約３８６．８ｎｍ）に波長変換するように配置される。
ダイクロイックミラー３１２は、第３のＬＢＯ結晶３０３で生成された第４高調波光（波長約３８６．８ｎｍ）を高反射し、第３のＬＢＯ結晶３０３を透過した基本波光（波長約１５４７．２ｎｍ）を高透過する膜がコートされている。
高反射ミラー３２１は、ダイクロイックミラー３１２を透過した基本波光を高反射し、反射した基本波光がダイクロイックミラー３１４に入射するように配置される。
高反射ミラー３２２は、ダイクロイックミラー３１１で反射した第３高調波光を高反射し、ダイクロイックミラー３１３を介して第１のＣＬＢＯ結晶３０４に入射させるように配置される。
ダイクロイックミラー３１３は、高反射ミラー３２２で反射された第３高調波光を高透過し、ダイクロイックミラー３１２で反射された第４高調波光を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー３１３は、第３高調波光と第４高調波光との光路軸を一致させて、第３高調波光と第４高調波光とを第１のＣＬＢＯ結晶３０４に入射させるように配置される。
第１のＣＬＢＯ結晶３０４は、第３高調波光（波長約５１５．７３ｎｍ）と第４高調波光（波長約３８６．８ｎｍ）とから和周波の第７高調波光（波長約２２１．０２ｎｍ）を生成するように配置される。
ダイクロイックミラー３１４は、第１のＣＬＢＯ結晶３０４から出力された第７高調波を高透過し、高反射ミラー３２１で反射された基本波光を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー３１４は、基本波光と第７高調波光との光路軸を一致させて、基本波光と第７高調波光とを第２のＣＬＢＯ結晶３０５に入射させるように配置させる。
第２のＣＬＢＯ結晶３０５は、基本波光と第７高調波光との和周波の第８高調波光（波長約１９３．４ｎｍ）を生成するように配置される。第３のＣＬＢＯ結晶３２０から出力される波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光がパルスレーザ光ＬＰ２となる。
ダイクロイックミラー３１５は、第２のＣＬＢＯ結晶３０５を透過した基本波光（波長約１５４７．２ｎｍ）及び第７高調波光（波長約２２１．０２ｎｍ）を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光（パルスレーザ光ＬＰ２）を高反射する膜がコートされている。
高反射ミラー３２３は、ダイクロイックミラー３１５によって反射した第８高調波光を高反射し、ビームスプリッタ３２８に入射させるように配置される。高反射ミラー３２３によって反射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光が波長変換システム３００から出力される。
ビームスプリッタ３２８は、高反射ミラー３２３からの反射光の光路上であって、一部反射されたレーザ光が第１のパルスエネルギモニタ３３０に入射するように配置される。
第１のパルスエネルギモニタ３３０は、紫外光のパルスエネルギを検出する検出器であり、例えば、フォトダイオードや焦電素子を含むパルスエネルギセンサである。
固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体レーザ制御部１１４、第１のパルス励起光源１３２、及び第１のパルスエネルギモニタ３３０の各々と接続されている。
エキシマ増幅器１４は、増幅器制御部４００と、充電器４０２と、トリガ補正器４０４と、スイッチ４０６を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）４０８と、チャンバ４１０と、を含む。
チャンバ４１０の中には、例えばＡｒガスと、Ｆ２ガスと、Ｎｅガスと、を含むＡｒＦレーザガスが入っている。チャンバ４１０の中には一対の放電電極４１２、４１３が配置される。一対の放電電極４１２、４１３は、ＰＰＭ４０８の出力端子に接続されている。
チャンバ４１０には、波長１９３．４ｎｍ付近のレーザ光を透過する２枚のウインドウ４１５、４１６が配置される。
ＰＰＭ４０８は、スイッチ４０６と図示しないパルストランスと図示しない磁気スイッチとを含む。
モニタモジュール１６は、ビームスプリッタ６０１と、第２のパルスエネルギモニタ６０２と、を含む。ビームスプリッタ６０１は、エキシマ増幅器１４から出力されたパルスレーザ光（エキシマレーザ光）の光路上に配置され、ビームスプリッタ６０１で反射されたパルスレーザ光が第２のパルスエネルギモニタ６０２に入射するように配置される。
第２のパルスエネルギモニタ６０２は、紫外光のパルスエネルギを検出する検出器であり、例えば、フォトダイオードや焦電素子を含むパルスエネルギセンサである。第２のパルスエネルギモニタ６０２によって検出された情報はレーザ制御部１８に送られる。
レーザ制御部１８は、固体レーザシステム制御部３５０、同期システム１７、増幅器制御部４００、及び露光装置２０の露光制御部２２と接続される。レーザ制御部１８は内部トリガ発生器１９を含む。
図６は、同期システム１７の構成例を示すブロック図である。同期システム１７は、同期システム制御部１７０と、第１の遅延回路１７１と、第２の遅延回路１７２と、第３の遅延回路１７３と、第１のワンショット回路１８１と、を含む。
本開示において、第１の半導体レーザ制御部１１４、固体レーザシステム制御部３５０、増幅器制御部４００、同期システム制御部１７０、レーザ制御部１８、露光制御部２２及びその他の各制御部として機能する制御装置は、１台又は複数台のコンピュータのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現することが可能である。ソフトウェアはプログラムと同義である。プログラマブルコントローラはコンピュータの概念に含まれる。コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含んで構成され得る。コンピュータに含まれるＣＰＵはプロセッサの一例である。
また、制御装置の処理機能の一部又は全部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に代表される集積回路を用いて実現してもよい。
また、複数の制御装置の機能を１台の制御装置で実現することも可能である。さらに本開示において、制御装置は、ローカルエリアネットワーク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、プログラムユニットは、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。
２．２ 動作
レーザ制御部１８は、露光装置２０の露光制御部２２から目標パルスエネルギＥｔと目標中心波長λｃｔとの各データ、並びに発光トリガ信号Ｔｒを受信する。また、レーザ制御部１８は、必要に応じて露光制御部２２との間でデータを送受信し、露光ＮＧ信号又は露光ＯＫ信号を露光制御部２２に通知する。
発光トリガ信号Ｔｒは、レーザ制御部１８を介して同期システム１７に入力される。同期システム１７は、露光制御部２２から出力された発光トリガ信号Ｔｒに同期して、固体レーザシステム１０中の第１のパルス励起光源１３２へのトリガ信号Ｔｒ１１ａｍｐと、第１の半導体光増幅器１２０（ＳＯＡ＃１）に接続された関数発生器１２２へのトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１と、エキシマ増幅器１４を同期させて放電させるためのトリガ信号Ｔｒｅｘと、を出力する。
図７は、レーザシステム１のタイミングチャートの例である。図６及び図７に示すように、同期システム制御部１７０は、第１の遅延回路１７１、第２の遅延回路１７２、及び第３の遅延回路１７３の各々に、それぞれの遅延時間Ｔｄｅｘ、Ｔｄ２、及びＴｄ３を設定する。これらの遅延時間Ｔｄｅｘ、Ｔｄ２、及びＴｄ３は、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光を第１の半導体光増幅器１２０によってパルス増幅し、パルス増幅されたパルスレーザ光をＥｒファイバ増幅器１４０でさらに増幅し、波長変換システム３００により波長１９３．４ｎｍに変換されたパルスレーザ光がエキシマ増幅器１４に入射したときに同期して、エキシマ増幅器１４が放電するように設定されている。
第１の遅延回路１７１は、発光トリガ信号Ｔｒに対して遅延時間Ｔｄｅｘだけ遅延させたトリガ信号Ｔｒｅｘを生成する。第１の遅延回路１７１によって生成されたトリガ信号Ｔｒｅｘはエキシマ増幅器１４の増幅器制御部４００に入力される。
第２の遅延回路１７２は、発光トリガ信号Ｔｒに対して遅延時間Ｔｄ２だけ遅延させたタイミング信号を生成する。第２の遅延回路１７２によって生成されたタイミング信号は第１のワンショット回路１８１に入力される。第１のワンショット回路１８１は第２の遅延回路１７２からのタイミング信号に同期したトリガ信号Ｔｒ１１ａｍｐを出力する。
第１のワンショット回路１８１から出力されるトリガ信号Ｔｒ１１ａｍｐは第１のパルス励起光源１３２に入力される。第１のワンショット回路１８１から出力されるトリガ信号Ｔｒ１１ａｍｐのパルス時間幅は、Ｅｒファイバ増幅器１４０が十分励起される時間幅に設定される。
第３の遅延回路１７３は、発光トリガ信号Ｔｒに対して、遅延時間Ｔｄ３だけ遅延させたトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１を生成する。第３の遅延回路１７３によって生成されたトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１は関数発生器１２２に入力される。
トリガ信号Ｔｒｅｘは、増幅器制御部４００を介して、トリガ補正器４０４に入力され、トリガ補正器４０４の出力はＰＰＭ４０８のスイッチ４０６に入力される。トリガ補正器４０４は、トリガ信号Ｔｒｅｘが入力された後、一定の遅延時間Ｔｄｅｘｄのタイミングで放電するように、ＰＰＭ４０８に充電される充電電圧に応じて、ＰＰＭ４０８の中のスイッチ４０６のＯＮ－ＯＦＦの遅延時間Ｔｄｅｘｓのタイミングを制御する。
固体レーザシステム制御部３５０は、露光制御部２２からレーザ制御部１８を介して目標中心波長λｃｔのデータを受信し、第１の半導体レーザ１１１の目標中心波長λ１ｃｔ＝８・λｃｔを計算する。
固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体レーザ１１１をシングル縦モードでＣＷ発振させ、第１の半導体レーザ制御部１１４に目標中心波長λ１ｃｔのデータを送信する。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の波長モニタ１１２で計測した中心波長λ１ｃと目標中心波長λ１ｃｔとの差δλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１の電流値Ａ１及び／又は温度Ｔ１を制御する。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の波長モニタ１１２によって計測される中心波長と目標中心波長との差δλ１が許容範囲内かどうか判定し、差δλ１が許容範囲内であれば固体レーザシステム制御部３５０に波長ＯＫ信号を通知する。
次に、レーザ制御部１８は、内部トリガ発生器１９により所定の繰返し周波数（例えば、１００Ｈｚ～６ｋＨｚ）の内部トリガ信号を生成する。この内部トリガ信号は、露光制御部２２からの発光トリガ信号Ｔｒに代わってレーザ制御部１８が作り出す発光トリガ信号Ｔｒに相当するトリガ信号である。内部トリガ発生器１９から出力される内部トリガ信号を「内部発光トリガ信号」と呼ぶ。内部発光トリガ信号は「発光トリガ信号Ｔｒ」の概念に含まれる。内部発光トリガ信号についても「Ｔｒ」の記号を用いる。レーザ制御部１８は、露光制御部２２から発光トリガ信号Ｔｒを受信していない期間に、内部発光トリガ信号Ｔｒを生成することができる。レーザ制御部１８から出力された発光トリガ信号Ｔｒは同期システム１７に入力される。
Ｅｒファイバ増幅器１４０で増幅されたパルスレーザ光ＬＰ１は波長変換システム３００に入射する。波長変換システム３００では、パルスレーザ光ＬＰ１が第８高調波光に変換されて、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ２が出力される。
波長変換システム３００における波長変換を概説する。第１の固体レーザ装置１００から出力されたパルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５４７．２ｎｍ）は、第１のＬＢＯ結晶３０１によって第２高調波光（波長約７７３．６ｎｍ）に波長変換される。
第２のＬＢＯ結晶３０２では、第２高調波光（波長約７７６．７ｎｍ）と基本波光（波長約１５４７．２ｎｍ）の和周波である第３高調波光（波長約５１５．７８ｎｍ）を生成する。この第３高調波光はダイクロイックミラー３１１によって分岐され、一方は第３のＬＢＯ結晶３０３に入射し、他方は高反射ミラー３２２及びダイクロイックミラー３１３を介して第１のＣＬＢＯ結晶３０４に入射する。
第３のＬＢＯ結晶３０３では、第４高調波光（波長約３８６．８ｎｍ）に波長変換される。第３のＬＢＯ結晶３０３から出力された第４高調波光はダイクロイックミラー３１２を介して第１のＣＬＢＯ結晶３０４及び第２のＣＬＢＯ結晶３０５にそれぞれ入射する。
第１のＣＬＢＯ結晶３０４では、第４高調波光（波長約３８６．８ｎｍ）と第３高調波光（波長約５１５．７８ｎｍ）との和周波である第７高調波光（波長約２２１．０１ｎｍ）に波長変換される。
第２のＣＬＢＯ結晶３０５では、第７高調波光（波長約２２１．０１ｎｍ）と基本波光（波長約１５４７．２ｎｍ）の和周波である第８高調波光（波長約１９３．４ｎｍ）に波長変換される。
波長変換システム３００の動作をさらに詳述すると、第１の固体レーザ装置１００から出力される波長約１５４７．２ｎｍ（周波数ω）の基本波光は、第１のＬＢＯ結晶３０１を通過する際に、２次高調波発生により周波数２ω（波長約７７３．６ｎｍ）の２倍波光が発生する。なお、基本波光を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Matching）が使用される。
第１のＬＢＯ結晶３０１を透過した基本波光と、第１のＬＢＯ結晶３０１の波長変換で発生した２倍波光とは第２のＬＢＯ結晶３０２に入射する。第２のＬＢＯ結晶３０２では第１のＬＢＯ結晶３０１と温度が異なるＮＣＰＭが使用される。
第２のＬＢＯ結晶３０２では、基本波光と２倍波光とから和周波発生により３倍波光（波長約５１５．７３ｎｍ）が発生する。
第２のＬＢＯ結晶３０２で得られた３倍波光と、第２のＬＢＯ結晶３０２を透過した基本波光及び２倍波光とは、ダイクロイックミラー３１１により分離される。ダイクロイックミラー３１１で反射された３倍波光（波長約５１５．７３ｎｍ）は高反射ミラー３２２及びダイクロイックミラー３１３を介して第１のＣＬＢＯ結晶３０４に入射する。
一方、ダイクロイックミラー３１１を透過した基本波光及び２倍波光は第３のＬＢＯ結晶３０３に入射する。第３のＬＢＯ結晶３０３では、基本波光が波長変換されずに第３のＬＢＯ結晶３０３を透過するとともに、２倍波光が２次高調波発生により４倍波光（波長約３８６．８ｎｍ）に変換される。第３のＬＢＯ結晶３０３から得られた４倍波光と第３のＬＢＯ結晶３０３を透過した基本波光とはダイクロイックミラー３１２により分離される。
ダイクロイックミラー３１２で反射された４倍波光は、ダイクロイックミラー３１３によって３倍波光と同軸に合成されて第１のＣＬＢＯ結晶３０４に入射する。
一方、ダイクロイックミラー３１２を透過した基本波光は、高反射ミラー３２１で反射され、ダイクロイックミラー３１４を介して第２のＣＬＢＯ結晶３０５に入射する。
第１のＣＬＢＯ結晶３０４では、３倍波光と４倍波光とから和周波発生により７倍波光（波長約２２１．０２ｎｍ）を得る。第１のＣＬＢＯ結晶３０４で得られた７倍波光はダイクロイックミラー３１４によって基本波光と同軸に合成されて第２のＣＬＢＯ結晶３０５に入射する。
第２のＣＬＢＯ結晶３０５では基本波光と７倍波光とから和周波発生により８倍波光（波長約１９３．４ｎｍ）を得る。
第２のＣＬＢＯ結晶３０５で得られた８倍波光と、第２のＣＬＢＯ結晶３０５を透過した基本波光及び７倍波光とはダイクロイックミラー３１５により分離される。
ダイクロイックミラー３１５で反射された８倍波光（波長約１９３．４ｎｍ）は高反射ミラー３２３を介して波長変換システム３００から出力される。こうして、波長変換システム３００から出力された８倍波光の一部は、ビームスプリッタ３２８を透過して第１の高反射ミラー１１に入射する。ビームスプリッタ３２８を透過したパルスレーザ光が固体レーザシステム１０から出力されるパルスレーザ光ＬＰ２であってよい。
ビームスプリッタ３２８で反射されたパルスレーザ光は、第１のパルスエネルギモニタ３３０に入射する。第１のパルスエネルギモニタ３３０は、ビームスプリッタ３２８で反射されたパルスレーザ光のパルスエネルギＥｓを計測する。第１のパルスエネルギモニタ３３０によって得られた情報は固体レーザシステム制御部３５０に送られる。
固体レーザシステム制御部３５０は、第１のパルスエネルギモニタ３３０を介してパルスレーザ光ＬＰ２のパルスエネルギＥｓを検出する。固体レーザシステム制御部３５０は、波長変換後のパルスエネルギＥｓと目標パルスエネルギＥｓｔとの差ΔＥｓを計算する。
固体レーザシステム制御部３５０は、ΔＥｓが０に近づくように、第１のパルス励起光源１３２の出力を制御する。
固体レーザシステム制御部３５０は、ΔＥｓが許容値の範囲内かどうかを判定して、ΔＥｓが許容範囲ならば、固体レーザシステム制御ＯＫ信号をレーザ制御部１８に通知する。
その結果、固体レーザシステム１０から出力された中心波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ２は、第１の高反射ミラー１１及び第２の高反射ミラー１２を介してエキシマ増幅器１４に入射する。
波長１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ２の入射に同期して、エキシマ増幅器１４は放電によって反転分布を生成する。ここで、トリガ補正器４０４は、このパルスレーザ光ＬＰ２がエキシマ増幅器１４で効率よく増幅されるように、ＰＰＭ４０８のスイッチ４０６のタイミングを調整する。これにより、エキシマ増幅器１４から、増幅されたパルスレーザ光ＬＰ６が出力される。
エキシマ増幅器１４によって増幅されたパルスレーザ光ＬＰ６は、モニタモジュール１６に入射し、ビームスプリッタ６０１によってパルスレーザ光の一部が第２のパルスエネルギモニタ６０２に入射し、パルスレーザ光ＬＰ６のパルスエネルギＥが計測される。
レーザ制御部１８は、第２のパルスエネルギモニタ６０２からパルスエネルギＥの情報を取得する。レーザ制御部１８は、第２のパルスエネルギモニタ６０２によって計測されたパルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥを計算する。
レーザ制御部１８は、ΔＥが０に近づくように、増幅器制御部４００を介して充電器４０２の充電電圧Ｖｈｖを制御する。
レーザ制御部１８は、ΔＥが許容値の範囲内かどうかを判定して、ΔＥｓが許容範囲ならば、レーザ制御部１８からの内部発光トリガ信号Ｔｒの出力を停止して、レーザシステムＯＫ信号（露光ＯＫ信号）を露光制御部２２に通知する。露光制御部２２は、レーザシステムＯＫ信号を受信すると、発光トリガ信号Ｔｒをレーザ制御部１８に送信する。
その結果、目標中心波長λｔ＝１９３．４ｎｍ及び目標パルスエネルギＥｔのそれぞれの許容範囲で、レーザシステム１からパルスレーザ光が出力される。レーザシステム１から出力されたパルスレーザ光（エキシマ光）は露光装置２０に入射し、露光プロセスが実施される。
また、レーザ制御部１８は、露光制御部２２から新しい目標中心波長λｔのデータを受信すると、これらデータを固体レーザシステム制御部３５０へ送る。
固体レーザシステム制御部３５０は、発光トリガ信号Ｔｒを受信しなくても、目標中心波長λｔとなるように、第１の半導体レーザシステム１１０を制御する。
２．３ レーザ制御部の処理例
図８は、レーザ制御部１８における処理内容の例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、レーザ制御部１８として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
ステップＳ１１において、レーザ制御部１８はレーザシステムの初期設定サブルーチンを実施する。ステップＳ１１の後、レーザ制御部１８は固体レーザシステム１０の制御サブルーチン（ステップＳ１２）と、レーザシステム１の制御サブルーチン（ステップＳ１３）とを実施する。ステップＳ１２の処理とステップＳ１３の処理とは並列に又は並行して実施されてよい。
ステップＳ１２における固体レーザシステム１０の制御は、パルスエネルギのフィードバック制御と波長制御とを含む。第１の半導体レーザシステム１１０の波長制御は、発光トリガ信号Ｔｒの入力に関係なく行われる。一方、ステップＳ１３におけるレーザシステム１の制御は、主に、エキシマ増幅器１４によって増幅されたエキシマレーザ光のパルスエネルギのフィードバック制御を行う。
ステップＳ１４において、レーザ制御部１８はレーザシステム１の制御を停止するか否かの判定を行う。ステップＳ１４の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ１２及びステップＳ１３に戻る。ステップＳ１４の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５において、レーザ制御部１８はレーザシステム１の停止を露光制御部２２に通知し、図８のフローチャートを終了する。
図９は、レーザシステム１の初期設定サブルーチンの例を示すフローチャートである。図９のフローチャートは図８のステップＳ１１に適用される。
図９のステップＳ２１において、レーザ制御部１８はエキシマ光のパルスエネルギＮＧ信号を露光制御部２２に送信する。ステップＳ２１の処理は、予め初期設定においてエキシマ光のパルスエネルギがＮＧであると設定しておき、レーザ制御部１８は初期設定に従い露光制御部２２にパルスエネルギＮＧ信号を送信する。
ステップＳ２２において、レーザ制御部１８はスペクトルＮＧ信号を露光制御部２２に送信する。ステップＳ２２の処理は、予め初期設定においてエキシマ光の中心波長がＮＧであると設定しておき、レーザ制御部１８は初期設定に従い露光制御部２２にスペクトルＮＧ信号を送信する。
ステップＳ２３において、レーザ制御部１８はエキシマ増幅器１４の充電電圧Ｖｈｖを初期値Ｖｈｖ０に設定する。
ステップＳ２４において、レーザ制御部１８はレーザシステム１の目標パルスエネルギＥｔを初期値Ｅｔ０に設定する。レーザ制御部１８は、露光装置２０から目標パルスエネルギＥｔのデータを受信する以前に、予め定められた標準的な初期値Ｅｔ０を設定する。
ステップＳ２５において、レーザ制御部１８は、発光トリガ信号Ｔｒに対する各トリガ信号Ｔｒｅｘ、Ｔｒ１１ａｍｐ、及びＴｒｓｏａ＃１のそれぞれの遅延時間Ｔｄｅｘ、Ｔｄ２、及びＴｄ３を設定する。レーザ制御部１８は、固体レーザシステム１０から出力されたパルスレーザ光がエキシマ増幅器１４に入射したタイミングで放電するように、それぞれの遅延時間を設定する。なお、それぞれの遅延時間は固定値であってよい。
図１０は、固体レーザシステム１０の制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは図８のステップＳ１２に適用される。
図１０のステップＳ３１において、レーザ制御部１８は露光制御部２２から目標中心波長のデータを新しく受信したか否かを判定する。ステップＳ３１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２において、レーザ制御部１８は目標中心波長λｃｔのデータを読み込む。次いで、ステップＳ３３において、レーザ制御部１８は固体レーザシステム制御部３５０に目標中心波長λｃｔのデータを送信する。
ステップＳ３３の後、レーザ制御部１８はステップＳ４０に進む。また、ステップＳ３１の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３２及びステップＳ３３をスキップしてステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０において、レーザ制御部１８はフラグＦ１の値を確認し、フラグＦ１＝１を満たすか否かを判定する。フラグＦ１は第１の半導体レーザシステム１１０がＯＫの状態であるかＮＧの状態であるかを示すフラグである。フラグの値「１」はＯＫを示し、「０」はＮＧを示す。つまり、レーザ制御部１８は、第１の半導体レーザシステム１１０がＯＫの状態であるか否かを判定する。
ステップＳ４０の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ４１に進む。ステップＳ４１において、レーザ制御部１８は露光制御部２２にスペクトルＯＫ信号を送信する。
ステップＳ４２において、レーザ制御部１８は固体レーザシステム１０からエネルギＯＫ信号を受信したか否かを判定する。例えば、レーザ制御部１８は、フラグＦｓの値を確認し、フラグＦｓ＝１であるか否かを判定する。フラグＦｓは、固体レーザシステム１０から出力されるパルスエネルギがＯＫの状態であるかＮＧの状態であるかを示すフラグである。フラグＦｓの値「１」はＯＫを示し、「０」はＮＧを示す。レーザ制御部１８は、フラグＦｓの値を基に、固体レーザシステム１０のパルスエネルギがＯＫの状態であるか否かを判定する。ステップＳ４２の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ４３に進む。
ステップＳ４３において、レーザ制御部１８は露光制御部２２に固体レーザシステム１０のエネルギＯＫ信号を送信する。その一方、ステップＳ４２の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ４４に進む。
ステップＳ４４において、レーザ制御部１８は露光制御部２２に固体レーザシステム１０のエネルギＮＧ信号を送信する。
また、ステップＳ４０の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ４５に進み、露光制御部２２にスペクトルＮＧ信号を送信する。
ステップＳ４３、ステップＳ４４、又はステップＳ４５の後、レーザ制御部１８は、図１０のフローチャートを終了して、図８のフローチャートに復帰する。
図１１は、レーザシステム１の制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは図８のステップＳ１３に適用される。
図１１のステップＳ５１において、レーザ制御部１８は露光制御部２２から目標パルスエネルギのデータを新しく受信したか否かを判定する。ステップＳ５１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５２に進む。
ステップＳ５２において、レーザ制御部１８は目標パルスエネルギＥｔのデータを読み込む。ステップＳ５２の後、レーザ制御部１８はステップＳ５３に進む。また、ステップＳ５１の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５２をスキップしてステップＳ５３に進む。
ステップＳ５３において、レーザ制御部１８はエキシマ光の発光パルスを検出したか否かを判定する。レーザ制御部１８は、モニタモジュール１６から得られる信号を基に、露光装置２０へ出力されたパルスレーザ光（エキシマ光）のパルスエネルギを検出したか否かを判定する。ステップＳ５３の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４において、レーザ制御部１８はモニタモジュール１６で検出されたエキシマ光のパルスエネルギＥのデータを取得する。
ステップＳ５５において、レーザ制御部１８はパルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥを計算する。
ステップＳ５６において、レーザ制御部１８はΔＥが０に近づくようにエキシマ増幅器１４の充電電圧Ｖｈｖを制御する。
その後、ステップＳ５７において、レーザ制御部１８はΔＥの絶対値が許容範囲を示す許容上限値Ｅｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ５７の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５８に進み、露光制御部２２にエキシマ光のパルスエネルギＯＫ信号を送信する。
ステップＳ５７の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５９に進み、露光制御部２２にエキシマ光のパルスエネルギＮＧ信号を送信する。
ステップＳ５８又はステップＳ５９の後、レーザ制御部１８は図１１のフローチャートを終了して、図８のフローチャートに復帰する。
また、図１１のステップＳ５３の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ５４からステップＳ５９をスキップして図１１のフローチャートを終了し、図８のフローチャートに復帰する。
２．４ 固体レーザシステム制御部の処理例
図１２は、固体レーザシステム制御部３５０における処理内容の例を示すフローチャートである。図１２のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、固体レーザシステム制御部３５０として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。固体レーザシステム制御部３５０が実施する制御のフローチャートは、第１の半導体レーザシステム１１０の制御と、固体レーザシステム１０のエネルギ制御と、を含む。
ステップＳ６１において、固体レーザシステム制御部３５０は、固体レーザシステム１０の初期設定サブルーチンを実施する。
ステップＳ６１の後、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０の制御サブルーチン（ステップＳ６２）と、固体レーザシステム１０のエネルギ制御サブルーチン（ステップＳ６４）と、を実施する。ステップＳ６２、及びステップＳ６４の各サブルーチンの処理は並列に又は並行して実施されてよい。
ステップＳ６５において、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステム１０の制御を停止するか否かの判定を行う。
ステップＳ６５の判定結果がＮｏ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ６２、及びステップＳ６４に戻る。ステップＳ６５の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ６６に進む。
ステップＳ６６において、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステム１０の停止をレーザ制御部１８に通知し、図１２のフローチャートを終了する。
図１３は、固体レーザシステム１０の初期設定サブルーチンの例を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは図１２のステップＳ６１に適用される。
図１３のステップＳ７１において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０の状態をＮＧに設定する。つまり、固体レーザシステム制御部３５０は、フラグＦ１の値を「０」に設定する。
ステップＳ７３において、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステム１０のエネルギの状態をＮＧに設定する。つまり、固体レーザシステム制御部３５０は、フラグＦｓの値を「０」に設定する。
ステップＳ７４において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０の目標中心波長λ１ｃｔを初期値λ１ｃ０に設定する。λ１ｃ０は、例えば、λ１ｃ０＝１５４７．２ｎｍと設定してよい。
ステップＳ７６において、固体レーザシステム制御部３５０は第１のパルス励起光源１３２のパルスエネルギの初期値を設定する。
ステップＳ７７において、固体レーザシステム制御部３５０は、固体レーザシステム１０の目標パルスエネルギＥｓｔを初期値Ｅｓ０に設定する。Ｅｓ０は予め定められた固定値であって、エキシマ増幅器１４でＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）の発生を抑制可能な値である。
ステップＳ７８において、固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体レーザ１１１の電流値と温度とをそれぞれ初期値に設定する。第１の半導体レーザ１１１は、発振波長がλ１ｃ０に近い波長となるような電流値と温度を初期値とする。ここでは電流値Ａ１の初期値をＡ１０とし、温度Ｔ１の初期値をＴ１０とする。
ステップＳ７９において、固体レーザシステム制御部３５０は、電流値Ａ１＝Ａ１０及びＴ１＝Ｔ１０の設定の下で第１の半導体レーザ１１１をＣＷ発振させる。
ステップＳ７９の後、固体レーザシステム制御部３５０は、図１３のフローチャートを終了し、図１２のフローチャートに復帰する。
図１４は、第１の半導体レーザシステム１１０の制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは図１２のステップＳ６２に適用される。
図１４のステップＳ９１において、固体レーザシステム制御部３５０は露光制御部２２からレーザ制御部１８を介して目標中心波長を変更する指令を受信したが否かを判定する。ステップＳ９１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ９２に進む。
ステップＳ９２において、固体レーザシステム制御部３５０は波長ＮＧ信号をレーザ制御部１８に送信する。目標中心波長が変更された場合、波長の調整が必要になるため、波長ＮＧの状態（Ｆ１＝０）となる。
ステップＳ９３において、固体レーザシステム制御部３５０は新しい目標中心波長λｃｔのデータを読み込む。
ステップＳ９４において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０の目標中心波長λ１ｃｔを計算する。ステップＳ９４の処理内容については図１５を用いて後述する。固体レーザシステム制御部３５０は、後述する波長変換式に従い、目標中心波長λ１ｃｔを計算する。
図１４のステップＳ９５において、固体レーザシステム制御部３５０は目標中心波長λ１ｃｔのデータを第１の半導体レーザ制御部１１４に送信する。ステップＳ９５の後、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ９６に進む。
一方、ステップＳ９１の判定結果がＮｏ判定である場合、つまり、露光制御部２２から目標中心波長を変更する指令を受信していない場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ９２からステップＳ９５をスキップしてステップＳ９６に進む。
ステップＳ９６において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザ制御部１１４から第１の半導体レーザシステム１１０のＯＫ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ９６の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ９７に進む。
ステップＳ９７において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０のＯＫ信号をレーザ制御部１８に送信する。すなわち、固体レーザシステム制御部３５０からレーザ制御部１８にＦ１＝１のフラグ信号が送信される。
その一方、ステップＳ９６の判定結果がＮｏ判定である場合、つまり、フラグＦ１＝０である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ９８に進む。
ステップＳ９８において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０のＮＧ信号をレーザ制御部１８に送信する。すなわち、固体レーザシステム制御部３５０からレーザ制御部１８にＦ１＝０のフラグ信号が送信される。
ステップＳ９７又はステップＳ９８の後、固体レーザシステム制御部３５０は、図１４のフローチャートを終了し、図１２のフローチャートに復帰する。
図１５は、第１の半導体レーザシステム１１０の目標中心波長λ１ｃｔを計算する処理のサブルーチンの例を示すフローチャートである。図１５のフローチャートは図１４のステップＳ９４に適用される。
図１５のステップＳ１０１において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１１０の目標中心波長λ１ｃｔを、λ１ｃｔ＝８・λｃｔとする。波長変換システム３００によって８倍の高調波光を生成するので、第１の半導体レーザシステム１１０の目標中心波長λ１ｃｔは、λｃｔの８倍の波長となる。
ＡｒＦエキシマレーザの波長可変範囲は、例えば１９３．２ｎｍ～１９３．５ｎｍなので、基本波光である第１の半導体レーザ１１１の波長は、１５４５．６ｎｍ～１５４８．０ｎｍの範囲である。
なお、図１５のステップＳ１０１で説明した計算の手順に限らず、同様の変換結果が得られるテーブルデータなどを用いて計算してもよい。
ステップＳ１０１の後、固体レーザシステム制御部３５０は図１５のフローチャートを終了し、図１４のフローチャートに復帰する。
図１６は、固体レーザシステム１０のエネルギ制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。図１６のフローチャートは図１２のステップＳ６４に適用される。
図１６のステップＳ１１１において、固体レーザシステム制御部３５０はフラグＦ１の値を確認し、フラグＦ１＝１を満たすか否かを判定する。つまり、固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体レーザシステム１１０からＯＫ信号を受信したか否かを判定する。
ステップＳ１１１の判定結果がＮｏ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１１の処理を繰り返す。ステップＳ１１１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において、固体レーザシステム制御部３５０は第１のパルスエネルギモニタ３３０によってパルスレーザ光のパルスエネルギを検出したか否かを判定する。固体レーザシステム制御部３５０は、第１のパルスエネルギモニタ３３０から得られる信号を基に判定を行う。
ステップＳ１１２の判定結果がＮｏ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１２の処理を繰り返す。ステップＳ１１２の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１３において、固体レーザシステム制御部３５０は第１のパルスエネルギモニタ３３０によって検出されたパルスエネルギＥｓの値を読み込む。
ステップＳ１１４において、固体レーザシステム制御部３５０はパルスエネルギＥｓと目標パルスエネルギＥｓｔとの差ΔＥｓを計算する。
ステップＳ１１５において、固体レーザシステム制御部３５０はΔＥｓが０に近づくように第１のパルス励起光源１３２のパルスエネルギを制御する。
その後、ステップＳ１１６において、固体レーザシステム制御部３５０はΔＥｓの絶対値が許容範囲を示す許容上限値ΔＥｓｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ１１６の判定結果がＹｅｓ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１７に進む。
ステップＳ１１７において、固体レーザシステム制御部３５０はレーザ制御部１８に固体レーザシステム１０のパルスエネルギＯＫ信号、すなわちＦｓ＝１のフラグ信号を送信する。
その一方、ステップＳ１１６の判定結果がＮｏ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１１８に進み、レーザ制御部１８に固体レーザシステム１０のパルスエネルギＮＧ信号、すなわちＦｓ＝０のフラグ信号を送信する。
ステップＳ１１７又はステップＳ１１８の後、固体レーザシステム制御部３５０は図１６のフローチャートを終了し、図１２のフローチャートに復帰する。
２．５ 半導体レーザシステムの例
２．５．１ 構成
図１７は、第１の半導体レーザシステム１１０の構成例を概略的に示す図である。第１の半導体レーザシステム１１０は、シングル縦モードの第１の半導体レーザ１１１と、第１の波長モニタ１１２と、第１の半導体レーザ制御部１１４と、第１のビームスプリッタ１１６と、第１の半導体光増幅器１２０と、を含む。
第１の半導体レーザ１１１は、ＤＦＢレーザであり、半導体素子４０と、ペルチェ素子５０と、温度センサ５２と、電流制御部５４と、温度制御部５６と、を含む。半導体素子４０は、第１のクラッド層４１、活性層４２及び第２のクラッド層４３を含み、活性層４２と第２のクラッド層４３の境界にグレーティング４４を含む。
２．５．２ 動作
第１の半導体レーザ１１１の発振波長は、半導体素子４０の電流値Ａ及び／又は設定温度Ｔを変化させることによって変更することができる。ここでの電流値Ａは、例えば、直流（ＤＣ）電流値であってよい。発振波長を狭い範囲で高速に変化させる場合は、電流値Ａを変化させる。発振波長を大きく変化させる場合は、設定温度Ｔを変更する。
図１８は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光のスペクトル波形の例を示す。第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光は、図１８に示すように、シングル縦モード発振によるスペクトル線幅の狭いシングルラインのスペクトル形状を有する。
２．６ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
図１９は、第１の半導体レーザ制御部１１４における処理内容の例を示すフローチャートである。図１９のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、第１の半導体レーザ制御部１１４として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
ステップＳ１２１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザ１１１の電流値と温度とをそれぞれ初期値に設定してＣＷ発振させる。例えば、第１の半導体レーザ制御部１１４は、図１３のステップＳ７８にて初期値に設定した第１の半導体レーザの電流値と温度との各値を読み込んで、第１の半導体レーザ１１１をＣＷ発振させる。
ステップＳ１２２において、第１の半導体レーザ制御部１１４は目標中心波長λ１ｃｔのデータを読み込む。
ステップＳ１２３において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の波長モニタ１１２を用いて発振中心波長λ１ｃを計測する。
ステップＳ１２４において、第１の半導体レーザ制御部１１４は発振中心波長λ１ｃと目標中心波長λ１ｃｔとの差δλ１ｃを計算する。
ステップＳ１２５において、第１の半導体レーザ制御部１１４はδλ１ｃの絶対値が許容範囲を示す許容上限値δλ１ｃｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ１２５の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１２６に進み、Ｆ１＝０のフラグ信号を固体レーザシステム制御部３５０に送信する。
そして、ステップＳ１２７において、第１の半導体レーザ制御部１１４はδλ１ｃの絶対値が電流制御で波長制御可能な範囲を示す許容上限値δλ１ｃａｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ１２７の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１２９に進み、δλ１ｃが０に近づくように第１の半導体レーザ１１１の電流値Ａ１を制御する。
ステップＳ１２７の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１３０に進み、δλ１ｃが０に近づくように第１の半導体レーザ１１１の温度Ｔ１を制御する。
また、ステップＳ１２５の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１２８に進み、Ｆ１＝１のフラグ信号を固体レーザシステム制御部３５０に送信する。ステップＳ１２８の後、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１２９に進む。
ステップＳ１２９又はステップＳ１３０の後、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１３１に進む。ステップＳ１３１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザシステム１１０の制御を中止するか否かを判定する。ステップＳ１３１の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ１２３に戻り、ステップＳ１２３からステップＳ１３１の処理を繰り返す。
ステップＳ１３１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４は図１９のフローチャートを終了する。
３．課題
図５に示す第１の半導体レーザ１１１にシングル縦モードで発振する半導体レーザを使用する場合、以下のような課題がある。
［課題１］シードレーザ光を高いパルスエネルギとなるようにファイバ増幅器を用いてパルス増幅すると、スペクトル線幅が狭いため、光ファイバ中の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering)の発生によって、固体レーザ装置が破損する恐れがある。そのため、ファイバ増幅器でのパルス増幅によるパルスレーザ光のパルスエネルギを高くすることが難しい。
［課題２］露光装置２０にて所望の露光プロセスを実現するために、露光装置２０に入射させるパルスレーザ光（エキシマ光）のスペクトル線幅を制御する必要がある。しかし、シングル縦モードで発振する半導体レーザではレーザ光のスペクトル線幅を変更することが困難であるために、波長変換システム３００で波長変換して増幅したエキシマ光のスペクトル線幅を制御することが難しい。
［課題３］また、仮に、固体レーザシステム１０において図示しないマルチ縦モード発振する半導体レーザを使用する場合は、ＳＢＳの発生を抑制できるものの、スペクトル線幅を目標スペクトル線幅に高精度に制御することが難しい。
４．実施形態１
４．１ 構成
図２０は、実施形態１に係るレーザシステム１Ａの構成を概略的に示す。図５との相違点を説明する。図２０に示す実施形態１に係るレーザシステム１Ａは、図５に示す第１の半導体レーザシステム１１０に代えて、第１の半導体レーザシステム１６０を含む。図２１は、第１の半導体レーザシステム１６０の例を示すブロック図である。
第１の半導体レーザシステム１６０は、図５の第１の波長モニタ１１２に代えて、第１のスペクトルモニタ１６６を備え、さらに、第１の半導体レーザ１１１に流す電流を変調制御するための関数発生器１６７が追加されている。
また、図２０におけるモニタモジュール１６は、ビームスプリッタ６０４と、スペクトルモニタ６０６と、をさらに含む。スペクトルモニタ６０６は、例えば、後述する図６８に示すような、ＡｒＦレーザ光（エキシマ光）のスペクトル線幅を計測するエタロン分光器を含む構成であってよい。
露光制御部２２は、レーザ制御部１８にエキシマ光の目標スペクトル線幅Δλｔのデータを送信する信号ラインを有する。
４．２ 動作
図２０に示すレーザシステム１Ａのレーザ制御部１８は、露光制御部２２からエキシマ光の目標スペクトル線幅Δλｔのデータを受信すると、目標スペクトル線幅Δλｔとなるような第１の半導体レーザシステム１６０の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算する。レーザ制御部１８は、目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを固体レーザシステム制御部３５０に送信する。ここで、レーザ制御部１８がエキシマ光の目標スペクトル線幅Δλｔから目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算するに際し、ΔλｔとΔλ１ｃｈとの相関関係は、テーブルデータや関数として予めメモリ等の記憶部に保持されていてよい。このような相関関係を特定するデータは、レーザシステム１Ａの稼動に伴い更新されてもよい。
さらに、レーザ制御部１８は、露光制御部２２からエキシマ光の目標中心波長λｃｔのデータを受信すると、目標中心波長λcｔとなるような、第１の半導体レーザシステム１６０の目標中心波長λ１ｃｈｔ＝８・λｃｔを計算する。レーザ制御部１８は、目標中心波長λ１ｃｔのデータを固体レーザシステム制御部３５０に送信する。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔと目標中心波長λ１ｃｔとの各データを受信すると、第１のスペクトルモニタ１６６で検出されたスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃとを計測する。第１の半導体レーザ制御部１１４は、計測されたスペクトル線幅Δλ１ｃｈと目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔとの差ΔΔλ１ｃｈ（＝Δλ１ｃｈ－Δλ１ｃｈｔ）を計算する。また、第１の半導体レーザ制御部１１４は、計測された中心波長λ１ｃｈと目標中心波長λ１ｃｈｔとの差δλ１ｃ（＝λ１ｃ－λ１ｃｔ）を計算する。第１の半導体レーザ制御部１１４は、ΔΔλ１ｃｈが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータのＡＣ（交流）成分の変動幅Ａ１ａｃを制御する。
また、第１の半導体レーザ制御部１１４は、δλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータのＤＣ成分値Ａ１ｄｃを制御する（図３３参照）。若しくは、第１の半導体レーザ制御部１１４は、δλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１の温度Ｔ１を制御する（図３４参照）。
４．３ 第１の半導体レーザシステムの動作
分布帰還型半導体レーザの発振中心波長は、半導体素子４０の電流値及び／又は半導体設定温度を変化させることによって変更できる。
高速で波長をチャーピングさせて、スペクトル線幅を制御する場合は、第１の半導体レーザ１１１に流れる電流の電流値を高速に変化させることによって制御が実現可能である。
図２１に示すように、第１の半導体レーザ制御部１１４から関数発生器１６７に、電流制御パラメータとしてＤＣ成分値Ａ１ｄｃと、ＡＣ成分の変動幅Ａ１ａｃと、ＡＣ成分の周期Ａ１Ｔとの各パラメータの値を送信することによって、高速で波長をチャーピングさせて、スペクトル線幅を制御することが可能となる。関数発生器１６７は、第１の半導体レーザ制御部１１４から指定された電流制御パラメータに応じた波形の電気信号を電流制御部５４に出力する。電流制御部５４は関数発生器１６７からの電気信号に応じた電流を半導体素子４０に流すように電流制御を行う。なお、関数発生器１６７は、第１の半導体レーザ１１１の外部に設けられてもよい。例えば、関数発生器１６７は、第１の半導体レーザ制御部１１４に含まれてもよい。
図２２は、チャーピングによって実現されるスペクトル線幅の概念図である。スペクトル線幅Δλ１ｃｈは、チャーピングによって生成される最大波長と最小波長との差として計測される。
図２３は、第１の半導体レーザに流れる電流とチャーピングによる波長変化とスペクトル波形と光強度との関係を示す説明図である。図２３の下段左部に表示したグラフＧＡは、電流値Ａの変化を示すグラフである。図２３の下段中央部に表示したグラフＧＢは、グラフＧＡの電流によって発生するチャーピングを示すグラフである。図２３の上段に表示したグラフＧＣは、グラフＧＢのチャーピングによって得られるスペクトル波形の模式図である。図２３の下段右部に表示したグラフＧＤは、グラフＧＡの電流によって第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の光強度の変化を示すグラフである。
第１の半導体レーザシステム１６０の電流制御パラメータは、グラフＧＡに示すように、次の値を含む。
Ａ１ｄｃ:半導体素子に流れる電流のＤＣ成分値
Ａ１ａｃ：半導体素子に流れる電流のＡＣ成分の変動幅（電流の極大値と極小値との差）
Ａ１Ｔ：半導体素子に流れる電流のＡＣ成分の周期
図２３に示す例では、電流制御パラメータのＡＣ成分の例として、三角波の例が示されており、三角波の電流の変動によって、光強度の変動が少ない場合の例を示す。
ここで、第１の半導体光増幅器１２０の増幅パルスの時間幅ＤとＡＣ成分の周期Ａ１Ｔとの関係は次の式（２）を満足するのが好ましい。
Ｄ＝ｎ・Ａ１Ｔ ｎは１以上の整数である。 （２）
この式（２）の関係を満足させることによって、第１の半導体光増幅器１２０で、どのようなタイミングでパルス増幅を行っても、増幅されたパルスレーザ光のスペクトル波形の変化を抑制できる。
また、式（２）を満足しなくても、第１の半導体光増幅器１２０でのパルス幅の範囲は、例えば１０ｎｓ～５０ｎｓである。半導体素子に流れる電流のＡＣ成分の周期Ａ１Ｔは、第１の半導体光増幅器１２０のパルス幅（増幅パルスの時間幅Ｄ）よりも十分短い周期である。例えば、この周期は第１の半導体光増幅器１２０でのパルス幅に対して、１／１０００以上１／１０以下、であることが好ましい。さらに好ましくは１／１０００以上１／１００以下であってもよい。
また、第１の半導体光増幅器１２０の立ち上がり時間は、例えば２ｎｓ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１ｎｓ以下である。ここでいう立ち上がり時間とは、図２４に示すように、パルス電流の波形における振幅が、最大振幅の１０％から９０％まで増加するのに要する時間Ｒｔをいう。
４．３．１ その他
図２３に示した例では、電流のＡＣ成分の波形の例として三角波を示したが、この例に限定されることなく、例えば、一定周期で変化する波形であればよい。三角波以外の他の例として、ＡＣ成分の波形は、正弦波や矩形波などであってもよい。
４．４ レーザ制御部の処理例
図２５は、レーザ制御部１８における処理内容の例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに代えて、図２５のフローチャートを適用することができる。図８との相違点を説明する。
図２５に示すフローチャートは、図８のステップＳ１２に代えて、ステップＳ１２Ａを含む。ステップＳ１２Ａにおいて、レーザ制御部１８は固体レーザシステム１０の制御サブルーチン（２）の処理を実施する。
図２６は、固体レーザシステムの制御サブルーチン（２）の例を示すフローチャートである。図２６のフローチャートは図２５のステップＳ１２Ａに適用される。図２６のフローチャートについて図１０との相違点を説明する。
図２６に示すフローチャートは、ステップＳ３３とステップＳ４０との間に、ステップＳ３４からステップＳ３８を含む。
ステップＳ３１の判定結果がＮｏ判定である場合、又はステップＳ３３の後、レーザ制御部１８はステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４において、レーザ制御部１８は露光制御部２２から目標スペクトル線幅のデータを受信したか否かを判定する。
ステップＳ３４の判定結果がＹｅｓ判定の場合、つまり、露光制御部２２から新しい目標スペクトル線幅のデータを受信すると、レーザ制御部１８はステップＳ３５に進み、目標スペクトル線幅Δλｔのデータを読み込む。
そして、ステップＳ３６において、レーザ制御部１８は目標スペクトル線幅Δλｔから第１の半導体レーザシステム１６０の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算する。
その後、ステップＳ３８において、レーザ制御部１８は固体レーザシステム制御部３５０に目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを送信する。
ステップＳ３８の後、レーザ制御部１８はステップＳ４０に進む。また、ステップＳ３４の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３５からステップＳ３８をスキップしてステップＳ４０に進む。ステップＳ４０以降の処理内容は図１０のフローチャートで説明した通りである。
図２７は、第１の半導体システム１６０の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算する処理の例を示すフローチャートである。図２７に示すフローチャートは図２６のステップＳ３６に適用される。
図２７のステップＳ１６１において、レーザ制御部１８はエキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステムのスペクトル線幅Δλ１ｃｈとの関係を表す関数Δλ１ｃｈ＝ｆ（Δλ）を呼び出す。
図２８に、関数Δλ１ｃｈ＝ｆ（Δλ）の例を示す。図２８は、エキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１ｃｈとの関係を表す関数の例を示すグラフである。このような関数は、例えば、エキシマ増幅器１４で増幅されたパルスレーザ光のスペクトル線幅Δλと、第１の半導体レーザシステム１６０から出力されるパルスレーザ光のスペクトル線幅Δλ１ｃｈのデータとを予め測定しておき、その測定結果から近似関数を求めることによって得られる。
レーザ制御部１８は、図２８のような近似関数をメモリから呼び出して、ΔλｔからΔλ１ｃｈｔを計算することができる。
図２７のステップＳ１６２において、レーザ制御部１８は呼び出した関数を用い、エキシマ光の目標スペクトル線幅Δλｔから第１の半導体レーザシステム１６０の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算する。
ステップＳ１６２の後、レーザ制御部１８は図２７のフローチャートを終了し、図２６のフローチャートに復帰する。
なお、図２８に示すような関数の代わりに、テーブルデータをメモリに記憶しておき、テーブルデータを呼び出して、ΔλｔからΔλ１ｃｈｔを計算してもよい。
４．５ 固体レーザシステム制御部の処理例
図２９は、固体レーザシステム制御部３５０における処理内容の例を示すフローチャートである。図１２のフローチャートに代えて、図２９のフローチャートを適用することができる。図１２との相違点を説明する。
図２９に示すフローチャートは、図１２のステップＳ６１、及びステップＳ６２の各ステップに代えて、ステップＳ６１Ａ、及びステップＳ６２Ａを含む。
ステップＳ６１Ａにおいて、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（２）の処理を実施する。
ステップＳ６２Ａにおいて、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１６０の制御サブルーチンの処理を実施する。
図３０は、固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（２）の例を示すフローチャートである。図３０に示すフローチャートは図２９のステップＳ６１Ａに適用される。
図３０のステップＳ１７１において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１６０の状態を示すフラグ信号をＮＧに設定する。つまり、固体レーザシステム制御部３５０はフラグＦ１の値を「０」に設定する。
ステップＳ１７３において、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステム１０のエネルギの状態を示すフラグ信号をＮＧに設定する。つまり、固体レーザシステム制御部３５０は、フラグＦｓの値を「０」に設定する。
ステップＳ１７４において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１６０の目標中心波長λ１ｃｔを初期値λ１ｃ０に設定する。λ１ｃ０は、例えば、λ１ｃ０＝１５４７．２ｎｍと設定してよい。
ステップＳ１７６において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１６０のチャーピングによる目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを初期値Δλ１ｃｈ０に設定する。ここでは、Ｅｒファイバ増幅器１４０のＳＢＳの発生を抑制可能なスペクトル線幅である初期値Δλ１ｃｈ０に設定する。
ステップＳ１８０において、固体レーザシステム制御部３５０は第１のパルス励起光源１３２のパルスエネルギの初期値を設定する。
ステップＳ１８１において、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステム１０の目標パルスエネルギＥｓｔを初期値Ｅｓ０に設定する。
ステップＳ１８２において、固体レーザシステム制御部３５０は同期システム１７にそれぞれのトリガ信号の遅延時間を設定する。
ステップＳ１８３において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザ１１１の電流制御パラメータと温度とをそれぞれの初期値に設定する。すなわち、電流制御パラメータのＤＣ成分値Ａ１ｄｃ、ＡＣ成分の変動幅Ａ１ａｃ、及びＡＣ成分の周期Ａ１Ｔ、並びに温度Ｔ１の各値をそれぞれの初期値、Ａ１ｄｃ＝Ａ１ｄｃ０、Ａ１ａｃ＝Ａ１ａｃ０、Ａ１Ｔ＝Ａ１Ｔ０、及びＴ１＝Ｔ１０に設定する。これらの初期値は、第１の半導体レーザ１１１の発振波長とスペクトル線幅がそれぞれ、λ１ｃ０とΔλ１ｃｈ０に近い値となるような電流制御パラメータの各値と温度の値を初期値とする。
ステップＳ１８４において、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１８３での設定に従い第１の半導体レーザ１１１をＣＷ発振させる。
ステップＳ１８４の後、固体レーザシステム制御部３５０は図３０のフローチャートを終了し、図２５のフローチャートに復帰する。
図３１は、第１の半導体レーザシステム１６０の制御サブルーチンの例を示すフローチャートである。図３１のフローチャートは、図２９のステップＳ６２Ａに適用される。
図３１のフローチャートにおけるステップＳ９１からステップＳ９５は図１４と同様である。図３１において、ステップＳ９５の後、又はステップＳ９１の判定結果がＮｏ判定である場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９１に進む。
ステップＳ１９１において、固体レーザシステム制御部３５０は目標スペクトル線幅が変更されたか否かを判定する。ステップＳ１９１の判定結果がＹｅｓ判定の場合、つまり目標スペクトル線幅が変更された場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９２に進み、第１の半導体レーザシステム１６０がＮＧであることを示すＦ１＝０のフラグ信号をレーザ制御部１８に送信する。
そして、ステップＳ１９３において、固体レーザシステム制御部３５０はチャーピングによる目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを読み込む。
ステップＳ１９４において、固体レーザシステム制御部３５０はチャーピングによる目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを第１の半導体レーザ制御部１１４に送信する。
ステップＳ１９４の後、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９６に進む。また、ステップＳ１９１の判定結果がＮｏ判定である場合、つまり、露光制御部２２から目標スペクトル線幅の変更を要求されていない場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９２からステップＳ１９４をスキップしてステップＳ１９６に進む。
ステップＳ１９６において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザシステム１６０からＯＫ信号を受信したか否かを判定する。
ステップＳ１９６の判定結果がＹｅｓ判定の場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９７に進み、レーザ制御部１８にＦ１＝１のフラグ信号を送信する。
ステップＳ１９６の判定結果がＮｏ判定の場合、固体レーザシステム制御部３５０はステップＳ１９８に進み、レーザ制御部１８にＦ１＝０のフラグ信号を送信する。
ステップＳ１９７又はステップＳ１９８の後、固体レーザシステム制御部３５０は図３１のフローチャートを終了し、図２９のフローチャートに復帰する。
４．６ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
図３２は、第１の半導体レーザ制御部１１４における処理内容の例を示すフローチャートである。図３２のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、第１の半導体レーザ制御部１１４として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
ステップＳ２０１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザシステム１６０の制御パラメータの初期値を読み込む。制御パラメータには、目標中心波長λ１ｃｔ、目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔ、第１の半導体レーザ１１１の電流制御パラメータ｛Ａ１ｄｃ，Ａ１ａｃ，Ａ１Ｔ｝、及び温度Ｔ１が含まれる。ここでは、λ１ｃｔ＝λ１ｃ０、Δλ１ｃｈｔ＝Δλ１ｃｈ１０、Ａ１ｄｃ＝Ａ１ｄｃ０、Ａ１ａｃ＝Ａ１ａｃ０、Ａ１Ｔ＝Ａ１Ｔ０、及びＴ１＝Ｔ１０に設定される。
ステップＳ２０２において、第１の半導体レーザ制御部１１４は目標中心波長λ１ｃｔのデータを読み込む。
ステップＳ２０３において、第１の半導体レーザ制御部１１４はチャーピングによる目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを読み込む。
ステップＳ２０４において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザの制御サブルーチン（２）の処理を実施する。ステップＳ２０４の処理内容の例は図３３を用いて後述する。ステップＳ２０４の後、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃとを計算し、それぞれの目標値に対する差が許容範囲内であるか否かを判定する。
その後、ステップＳ２０６において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザ１１１の制御を中止するか否かを判定する。ステップＳ２０６の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２０２に戻り、ステップＳ２０２からステップＳ２０６の処理を繰り返す。
ステップＳ２０６の判定結果がＹｅｓ判定になると、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３２のフローチャートを終了する。
図３３は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（２）の例１を示すフローチャートである。図３３のフローチャートは図３２のステップＳ２０４に適用される。
図３３のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合には電流制御パラメータのＡＣ成分の変動幅の値（ＡＣ成分値）を制御し、中心波長を変更する場合には電流制御パラメータのＤＣ成分値を制御する例である。
図３３のステップＳ２１１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６によって第１の半導体レーザ１１１の中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈとを計測する。
ステップＳ２１２において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル線幅と目標スペクトル線幅との差ΔΔλ１ｃｈと計算する。
ΔΔλ１ｃｈ＝Δλ１ｃｈ－Δλ１ｃｈｔ （３）
そして、ステップＳ２１３において、第１の半導体レーザ制御部１１４はΔΔλ１ｃｈの絶対値が許容範囲を示す許容上限値ΔΔλ１ｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ２１３の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１５に進む。
ステップＳ２１５において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６で計測された中心波長と目標中心波長との差δλ１ｃを計算する。
δλ１ｃ＝λ１ｃ－λ１ｃｔ （４）
次にステップＳ２１６において、第１の半導体レーザ制御部１１４はδλ１ｃの絶対値が許容範囲を示す許容上限値δλ１ｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ２１６の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１７に進む。
ステップＳ２１７において、第１の半導体レーザ制御部１１４はδλ１ｃが０に近づくように第１の半導体レーザ１１１の電流制御パラメータのＤＣ成分の電流値、すなわちＤＣ成分値Ａ１ｄｃを制御する。
ステップＳ２１３の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１９に進む。ステップＳ２１９において、第１の半導体レーザ制御部１１４は△△λ１ｃｈが０に近づくように第１の半導体レーザ１１１の電流制御パラメータのＡＣ成分の変動電流値、すなわちＡＣ成分値Ａ１ａｃを制御する。
ステップＳ２１７の後、若しくは、ステップＳ２１９の後、又は、ステップＳ２１５の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３３のフローチャートを終了し、図３２のフローチャートに復帰する。
図３４は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（２）の例２を示すフローチャートである。図３４のフローチャートは図３２のステップＳ２０４に適用される。図３４のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合には電流制御パラメータのＡＣ成分値を制御し、中心波長を変更する場合には温度を制御する例である。
図３４のフローチャートは、図３３のステップＳ２１７に代えて、ステップＳ２１８を含む。
図３４においてステップＳ２１６の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１８に進む。ステップＳ２１８において、第１の半導体レーザ制御部１１４は、δλ１ｃが０に近づくように第１の半導体レーザの温度Ｔ１を制御する。ステップＳ２１８の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３４のフローチャートを終了し、図３２のフローチャートに復帰する。
図３５は、中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈの計測処理の例を示すフローチャートである。図３５のフローチャートは図３３のステップＳ２１１に適用される。
図３５のステップＳ２２１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６によるスペクトル波形の計測を行う。
ステップＳ２２２において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する。
ステップＳ２２３において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する。
ステップＳ２２３の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３５のフローチャートを終了し、図３３のフローチャートに復帰する。
図３６は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の例１を示すフローチャートである。ここでは、重心波長を計算する場合の例を示す。図３６のフローチャートは図３５のステップＳ２２２に適用される。
図３６のステップＳ２３１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は、中心波長λ１ｃをスペクトル波形の重心から求める計算を行う。
λ１ｃ＝∫（Ｉ１（λ）・λ）ｄλ／∫Ｉ１（λ）ｄλ （５）
図３７は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形の重心から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。式中のＩ１（λ）は、波長λの光強度Ｉ１を示す関数である。
図３６のステップＳ２３１の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３６のフローチャートを終了し、図３５のフローチャートに復帰する。
図３８は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の例２を示すフローチャートである。ここでは、スペクトル波形の光強度閾値Ｉ１ｍａｘ・ａとなる最大波長と最小波長との平均値から中心波長を計算する場合の例を示す。図３８のフローチャートは図３５のステップＳ２２２に適用される。
図３９は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。
図３８のステップＳ２３２において、第１の半導体レーザ制御部１１４はスペクトル波形の光強度閾値Ｉ１ｍａｘ・ａ以上の光強度となる波長領域（バンド幅）のうち最大の波長λ１Ｒａと最小の波長λ１Ｌａとの平均値から中心波長λ１ｃを求める計算を行う。ａは、例えば０．０５以上０．５以下の定数である。
λ１ｃ＝（λ１Ｌａ＋λ１Ｒａ）／２ （６）
図３９に示すように、スペクトル波形の最大光強度をＩ１ｍａｘとする場合、光強度閾値Ｉ１ｍａｘ・ａのバンド幅の最大値と最小値との平均値を中心波長λ１ｃとして計算してもよい。
図３８のステップＳ２３２の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図３８のフローチャートを終了し、図３５のフローチャートに復帰する。
図４０は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の例１を示すフローチャートである。ここでは、スペクトル波形のエネルギ割合からスペクトル線幅を計算する場合の例を示す。図４０のフローチャートは図３５のステップＳ２２３に適用される。
図４１は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形から中心波長λ１ｃを計算する処理の説明図である。
図４０のステップＳ２４１において、第１の半導体レーザ制御部１１４はスペクトル波形のエネルギ割合Ｂからスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する。
Figure 0007175999000002
例えば、Ｂ＝０．９５であってもよい。
図４１に示すように、スペクトル波形のエネルギ割合Ｂのバンド幅をスペクトル線幅Δλ１ｃｈとして計算してもよい。
図４０のステップＳ２４１の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図４０のフローチャートを終了し、図３５のフローチャートに復帰する。
図４２は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されたスペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の例２を示すフローチャートである。ここでは、スペクトル波形の光強度閾値以上の光強度となる波長領域の最大波長と最小波長との差からスペクトル線幅を計算する場合の例を示す。図４２のフローチャートは図３５のステップＳ２２３に適用される。
図４３は、第１のスペクトルモニタ１６６で計測されるスペクトル波形の例であり、スペクトル波形からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する処理の説明図である。
図４２のステップＳ２４２において、第１の半導体レーザ制御部１１４はスペクトル波形の光強度閾値Ｉ１ｍａｘ／ｂ以上の光強度となる波長領域の最大波長λ１Ｒｂと最小波長λ１Ｌｂとの差からスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計算する。
Δλ１ｃｈ＝（λ１Ｒｂ－λ１Ｌｂ） （８）
例えば、ｂ＝２以上１０以下の範囲の定数であってよい。
図４３に示すように、スペクトル波形の最大光強度をＩ１ｍａｘとする場合、光強度閾値Ｉ１ｍａｘ／ｂのバンド幅の最大値と最小値との差をスペクトル線幅Δλ１ｃｈとして計算してもよい。
図４２のステップＳ２４２の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図４２のフローチャートを終了し、図３５のフローチャートに復帰する。
図４４は、第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃとを計算及び判定する処理の例を示すフローチャートである。図４４のフローチャートは図３２のステップＳ２０５に適用される。
図４４のステップＳ２５１において、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１のスペクトルモニタ１６６を用いて計測されたスペクトルから第１の半導体レーザシステム１６０の中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈを計測する。
次に、ステップＳ２５２において、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２５１で得られたスペクトル線幅Δλ１ｃｈと目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔとの差ΔΔλ１ｃｈを計算する。
ΔΔλ１ｃｈ＝Δλ１ｃｈ－Δλ１ｃｈｔ （９）
ステップＳ２５３において、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２５１で得られた中心波長λ１ｃと目標中心波長λ１ｃｔとの差δλ１ｃを計算する。
そして、ステップＳ２５４において、第１の半導体レーザ制御部１１４はΔΔλ１ｃｈの絶対値が許容範囲を示す許容上限値ΔΔλ１ｔｒ以下であり、かつ、δλ１ｃの絶対値が許容範囲を示す許容上限値δλ１ｃｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ２５４の判定結果がＹｅｓ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２５５に進み、第１の半導体レーザシステム１６０がＯＫの状態であることを示すＦ１＝１のフラグ信号を固体レーザシステム制御部３５０に送信する。
一方、ステップＳ２５４の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２５６に進み、第１の半導体レーザシステム１６０がＮＧの状態であることを示すＦ１＝０のフラグ信号を固体レーザシステム制御部３５０に送信する。
ステップＳ２５５又はステップＳ２５６の後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図４４のフローチャートを終了し、図３２のフローチャートに復帰する。
４．７ 作用・効果
実施形態１に係るレーザシステム１Ａによれば、次のような効果が得られる。
［１］第１の半導体レーザシステム１６０に用いられている第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の波長をチャーピングさせ、そのチャーピングによるスペクトル線幅（チャーピング量）を制御することによって、パルス増幅後のエキシマレーザ光のスペクトル線幅を高精度に制御できる。
［２］レーザ制御部１８が露光制御部２２から目標スペクトル線幅Δλｔのデータを受信すると、パルス増幅を行う前にフィードバック制御を行うことができるので、スペクトル線幅の制御スピードが改善される。
［３］第１の半導体レーザシステム１６０に用いられている第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の波長をチャーピングさせることによってＥｒファイバ増幅器１４０でＳＢＳの発生を抑制するように制御しているので、Ｅｒファイバ増幅器１４０や第１の半導体レーザシステム１６０の破損を抑制できる。
実施形態１において、第１の半導体レーザ１１１から出力されるＣＷのレーザ光は本開示における「第１のレーザ光」の一例である。第１の半導体光増幅器１２０から出力されるパルスレーザ光は本開示における「第１のパルスレーザ光」の一例である。電流制御部５４と関数発生器１６７との組み合わせは本開示における「第１の電流制御器」の一例である。Ｅｒファイバ増幅器１４０は本開示における「第１の増幅器」の一例である。Ｅｒファイバ増幅器１４０によって増幅されて第１の固体レーザ装置１００から出力されるパルスレーザ光は本開示における「第２のパルスレーザ光」の一例である。波長変換システム３００から出力される紫外線の波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光は本開示における「第３のパルスレーザ光」の一例である。レーザ制御部１８と固体レーザシステム制御部３５０と第１の半導体レーザ制御部１１４との組み合わせは本開示における「制御部」の一例である。露光装置２０は本開示における「外部装置」の一例である。露光制御部２２から指令される目標スペクトル線幅Δλｔに応じてチャーピングによるスペクトル線幅Δλ１ｃｈを可変制御する構成は本開示における「チャーピング量を制御する」ことの一例である。
４．８ 変形例１
実施形態１の例では、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光を第１のスペクトルモニタ１６６によってモニタしてフィードバック制御をしているが、この例に限定されない。例えば、スペクトルモニタ６０６で計測されたエキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλと中心波長λｃとを計測して直接フィードバック制御してもよい。
例えば、スペクトルモニタ６０６で計測されたエキシマレーザ光のスペクトル線幅Δλと目標スペクトル線幅Δλtとの差ΔΔλが小さくなるように、第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の波長のチャーピングを制御してもよい。具体的には、ΔΔλが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータのＡＣ成分値Ａ１ａｃを制御してもよい。
また、例えば、スペクトルモニタ６０６で計測されたエキシマレーザ光の中心波長λｃと目標中心波長λｃｔとの差δλｃが小さくなるように、第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光のチャーピングを制御してもよい。具体的には、δλｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータのＤＣ成分値Ａ１ｄｃを制御してもよい。
４．９ 変形例２
４．９．１ 構成
図４５に、第１の半導体レーザシステムの変形例を示す。図２１で説明した第１の半導体レーザシステム１６０に代えて、図４５に示す第１の半導体レーザシステム１６０Ａを採用してもよい。図２１との相違点を説明する。
図４５に示す第１の半導体レーザシステム１６０Ａは、第１の半導体レーザ１１１と第１のビームスプリッタ１１６との間の光路上に、半導体光増幅器１２４が配置されている。また、第１の半導体レーザシステム１６０Ａは、半導体光増幅器１２４に流す電流を変調制御するための関数発生器１２６を含む。関数発生器１２６は、半導体光増幅器１２４の電流制御パラメータに基づいて様々な波形の信号を生成する。
図４５において、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光の半導体光増幅器１２４による増幅前の光強度を「Ｉ１」と表記し、半導体増幅器１２４によって増幅された増増幅後のレーザ光の光強度を「Ｉ１１」と表記する。
４．９．２ 動作
図４５に示す構成において、第１の半導体レーザ制御部１１４は、中心波長に対して対称なスペクトル波形が生成するように、半導体光増幅器１２４の電流を高精度に制御する。
図４６は、第１の半導体レーザ１１１に流れる電流値とスペクトル波形とチャーピングと光強度との関係を示す説明図である。図４６は、図２３の例と比較して、目標スペクトル線幅が大きく、第１の半導体レーザ１１１における波長のチャーピング量が大きくなるように制御する場合の例である。この場合、図４６の下段最左のグラフに示すように、電流制御パラメータであるＡＣ成分の変動量を示すＡＣ成分値Ａ１ａｃも大きくなるため、第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の光強度Ｉ１の変動幅も大きくなる（図４６の下段左から３番目のグラフ参照）。その結果、図４６の上段のグラフに示すように、スペクトルの光強度分布がチャーピングの中心波長λ１ｃｈｃに対して非対称となる場合がある。図４６の上段に示すグラフでは、波長λ１ｃｈｍｉｎから波長λ１ｃｈｍａｘまでの波長領域のスペクトル形状において光強度が一定ではなく、波長が短いほど光強度が小さくなっている例が示されている。
このようなスペクトル形状の非対称性を補正すべく、スペクトル線幅Δλ１ｃｈの範囲で光強度が一定値になるように、図４６の下段右から２番目のグラフに示すように、半導体光増幅器１２４に流れる電流を制御する。これにより、半導体光増幅器１２４による増幅後の光強度Ｉ１１が一定化され、スペクトル波形の対称性が改善される。
図４６の上段に示すスペクトル波形における破線で囲んだ領域は、半導体光増幅器１２４を用いて光強度分布を補正した部分を表している。半導体光増幅器１２４の電流制御パラメータは、次の値を含む。
Ａ１１ｄｃ:半導体素子に流れる電流のＤＣ成分値
Ａ１１ａｃ：半導体素子に流れる電流のＡＣ成分の変動幅（電流の極大値と極小値との差）
Ａ１１Ｔ：半導体素子に流れる電流のＡＣ成分の周期
第１の半導体レーザ制御部１１４は関数発生器１２６に電流制御パラメータを送信することによって、光強度分布を制御することが可能である。
このように半導体光増幅器１２４を用いてスペクトル波形の補正を行うことで、図４６の下段の最右のグラフに示すように、光強度Ｉ１１を一定化することができる。
半導体光増幅器１２４は本開示における「第３の半導体光増幅器」の一例である。
５．実施形態２
５．１ 構成
図４７は、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂの要部構成を概略的に示す図である。図２０で説明した第１の半導体レーザシステム１６０に代えて、図４７に示す第１の半導体レーザシステム１６０Ｂを採用してもよい。ここでは、第１の固体レーザ装置１００とその制御系の部分を示す。図４７に示されていない他の要素は図２０に示した実施形態１の構成と同様である。実施形態１との相違点を説明する。
実施形態２に係るレーザシステム１Ｂは、図２０で説明した実施形態１の構成と比較して、第１の半導体レーザシステム１６０Ｂと同期システム１７Ｂとが変更されている。第１の半導体レーザシステム１６０Ｂは、第１の半導体レーザ１１１をパルス発振させる構成であり、第１の半導体レーザ１１１からパルスレーザ光ＬＰ０１が出力される。また、第１の半導体レーザシステム１６０Ｂは、光シャッタ１６９を含む。光シャッタ１６９は、第１の半導体光増幅器１２０から出力されるパルスレーザ光ＬＰ０２の光路上に配置される。光シャッタ１６９は、例えば、ＥＯ（Electro-Optic）ポッケルスセルと２つの偏光子とを組み合わせた光シャッタであってもよい。
第１の半導体光増幅器１２０と光シャッタ１６９との間の光路上にビームスプリッタ１６４Ｂが配置される。ビームスプリッタ１６４Ｂは、その反射光が第１のスペクトルモニタ１６６に入射するように配置される。
図４８は、同期システム１７Ｂの構成の例を概略的に示すブロック図である。図６との相違点を説明する。図４８に示す同期システム１７Ｂは、図６の構成に対して、さらに、基準クロック発生器１７６と、第１のカウンタ１７８と、第２のワンショット回路１８２と、第４の遅延回路１７４と、が追加されている。
基準クロック発生器１７６は、例えば１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ以上の周波数で基準クロック（ＣＬ）信号を生成するように構成される。基準クロック信号の周波数は、露光装置２０が許容するジッタ(Jitter)よりも高い周波数である。基準クロック信号の周波数は、露光制御部２２から出力される発光トリガ信号の最大周波数以上とする。好ましくは、基準クロック信号の周波数は発光トリガ信号の最大周波数の１０倍以上である。さらに好ましくは、基準クロック信号の周波数は発光トリガ信号の最大周波数の１００倍以上である。
基準クロック発生器１７６の基準クロック信号の出力端子は関数発生器１６７と第４の遅延回路１７４の各々の入力端子に接続される。
第４の遅延回路１７４の出力端子は、関数発生器１２２と第１のカウンタ１７８の各々の入力端子に接続される。
第１のカウンタ１７８は、第４の遅延回路１７４から出力される第１のカウントパルスが入力されると、この第１のカウントパルスに同期してパルス信号を出力するよう構成される。
第１のカウンタ１７８の出力端子は、第１の遅延回路１７１、第２の遅延回路１７２、及び第３の遅延回路１７３の各々の入力端子に接続される。
第３の遅延回路１７３の出力端子は、第２のワンショット回路１８２の入力端子に接続される。
第２のワンショット回路１８２から出力される信号の出力波形は、基準クロック信号の周期と同じ時間幅に設定される。
第２のワンショット回路１８２の出力端子は、光シャッタ１６９に接続される。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、同期システム制御部１７０に遅延時間Ｔｄ４を設定する。同期システム制御部１７０は、第１の半導体レーザ制御部１１４から設定された遅延時間ｔｄ４を第４の遅延回路１７４に設定することができる。ここで、遅延時間Ｔｄ４は、第１の半導体レーザ１１１に流すパルス電流の流すタイミングと第１の半導体光増幅器１２０に流すパルス電流を流すタイミングとの差となるように設定される。
５．２ 動作
図４９は、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂのタイミングチャートである。第４の遅延回路１７４は、基準クロック発生器１７６からの基準クロック信号Ｔｒ１ｓｃに同期して、遅延時間Ｔｄ４だけ遅れて第１の半導体光増幅器１２０にトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１信号を送信する。なお、図４９において基準クロック信号Ｔｒ１ｓｃの周波数は「Ｆｃｌ」であり、周期は「Ｔｃｌ」である。図中の「Ｔｄｃ」は、発光トリガ信号Ｔｒの入力後、第１の半導体光増幅器１２０に最初の電流パルス（トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１）が入力されるまでの時間である。
基準クロック信号Ｔｒ１ｓｃが関数発生器１６７に入力されると、これに同期して、関数発生器１６７から第１の半導体レーザ１１１のパルス電流制御パラメータであるパルス電流値Ａ１ｐ及びパルス幅Ｄ１に応じたパルス電流が第１の半導体レーザ制御部１１４を介して第１の半導体レーザ１１１の電流制御部５４に入力される。
電流制御部５４を介して第１の半導体レーザ１１１にパルス電流が流れることにより、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光ＬＰ０１は光パルスの開始から終了までの期間、発振波長が時間的に変動するチャーピングが起こる。
ここで、基準クロック信号Ｔｒ１ｓｃから遅延時間Ｔｄ４だけ遅延して第１の半導体光増幅器１２０のトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１が関数発生器１２２に入力されると、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータであるパルス電流値Ａ１１ｐ及びパルス幅Ｄ１１に応じたパルスの電流が、トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１信号に同期して第１の半導体光増幅器１２０に流れる。これにより、パルスレーザ光ＬＰ０１の一部の光が第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されて、パルスレーザ光ＬＰ０２が出力される（図４７参照）。
図５０は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器１２０による増幅との関係を示すグラフである。図５０において破線で示すパルス幅Ｄ１の矩形のグラフＩｇ１（ｔ）は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光の光強度を表す。
図５０において一点鎖線で示す曲線のグラフλｇ１（ｔ）は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングによる波長変化を表す。
図５０において実線で示すパルス幅Ｄ１１の矩形の領域ＡＩｓ１（ｔ）は、第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるパルス領域である。
図５０において二点鎖線で示す曲線の部分ＣＡ１（ｔ）は、第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるチャーピング領域である。このチャーピング領域の波長範囲の概ね中央の波長が中心波長λ１ｃに相当し、チャーピング領域の波長範囲の幅がスペクトル線幅Δλ１ｃｈに相当する。
パルス幅Ｄ１、遅延時間Ｔｄ４、及びパルス幅Ｄ１１が、Ｄ１＞Ｔｄ４＋Ｄ１１の関係を満たすように設定されており、第１の半導体光増幅器１２０によるパルス増幅は、第１の半導体レーザ１１１から出力された一部のレーザ光を増幅する。
パルス幅Ｄ１の典型値は、例えば５０ｎｓ以上１００ｎｓ以下である。遅延時間Ｔｄ４の典型値は、例えば２ｎｓ以上３０ｎｓ以下である。パルス幅Ｄ１１の典型値は、例えば５ｎｓ以上２０ｎｓ以下である。
第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されたパルスレーザ光の一部はビームスプリッタ１６４Ｂによって反射され、第１のスペクトルモニタ１６６に入射する。第１のスペクトルモニタ１６６は、ビームスプリッタ１６４Ｂを介して入射するパルスレーザ光のスペクトル形状から中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈとを計測する。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔと目標中心波長λ１ｃｔの各データを受信すると、第１のスペクトルモニタ１６６によって計測されたスペクトルのスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃとを計算し、それぞれの目標値との差を計算する。すなわち、第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１のスペクトルモニタ１６６を用いて計測されたスペクトル線幅Δλ１ｃｈと目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔとの差ΔΔλ１ｃｈ（＝Δλ１ｃh－Δλｃｈｔ）を計算する。また、第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１のスペクトルモニタ１６６を用いて計測された中心波長λ１ｃと目標中心波長λ１ｃｈｔとの差δλ１ｃ（＝λ１ｃ－λ１ｃｔ）を計算する。
その後例えば、第１の半導体レーザ制御部１はΔΔλ１ｃｈが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流のパルス電流制御パラメータであるパルス電流値Ａ１ｐを制御する。そして、第１の半導体レーザ制御部１はδλ１ｃが０に近づくように、温度Ｔ１を制御する（図５４参照）。
固体レーザシステム制御部３５０を介して発光トリガ信号Ｔｒが同期システム１７Ｂの第１のカウンタ１７８に入力されると、パルスカウントがセットされ、第４の遅延回路１７４から出力されたパルスが１つカウントされると、第１のカウンタ１７８からパルスが出力され、パルスカウントがリセットされる。
第１のカウンタ１７８からの出力パルスは、第１の遅延回路１７１、第２の遅延回路１７２、及び第３の遅延回路１７３に入力され、それぞれの遅延回路から遅延時間がそれぞれ、Ｔｄｅｘ、Ｔｄ２、及びＴｄ３だけ遅延させたパルス信号が出力される。
第１の遅延回路１７１は、入力されたパルスに対して遅延時間Ｔｄｅｘだけ遅延させたパルス信号Ｔｒｅｘを出力する。第１の遅延回路１７１から出力されるパルス信号Ｔｒｅｘは、エキシマ増幅器１４の放電のトリガパルスとして用いられる信号であり、パルス信号Ｔｒｅｘはエキシマ増幅器１４の増幅器制御部４００に入力される。
第２の遅延回路１７２は、入力されたパルスに対して遅延時間Ｔｄ２だけ遅延させたパルス信号を第１のワンショット回路１８１に出力する。第１のワンショット回路１８１は第２の遅延回路１７２からのパルス信号に同期してワンショットのパルス信号Ｔｒ１１ａｍｐを出力する。第１のワンショット回路１８１から出力されるパルス信号Ｔｒ１１ａｍｐは、第１のパルス励起光源１３２の発光制御パルスとして第１のパルス励起光源１３２に入力される。
第３の遅延回路１７３は、入力されたパルスに対して遅延時間Ｔｄ３だけ遅延させたパルス信号を第２のワンショット回路１８２に出力する。第２のワンショット回路１８２は第３の遅延回路１７３からのパルス信号に同期してワンショットのパルス信号であるトリガ信号Ｔｒ１１ｓｈｕｔを出力する。第２のワンショット回路１８２から出力されるトリガ信号Ｔｒ１１ｓｈｕｔは、光シャッタ１６９の開閉の制御パルスとして光シャッタ１６９に入力される。
この同期システム１７Ｂによって、第１の半導体レーザ１１１と第１の半導体光増幅器１２０とは、発光トリガ信号Ｔｒの繰り返し周波数よりも高い周波数のトリガ信号を発生させる基準クロック信号の周波数と同じ周波数で動作し、第１のスペクトルモニタ１６６において、中心波長λ１ｃとスペクトル線幅Δλ１ｃｈとを検出して、フィードバック制御させる。
また、同期システム１７Ｂでは、発光トリガ信号Ｔｒに応じて、光シャッタ１６９を開閉し、光シャッタ１６９を通過したパルスレーザ光をＥｒファイバ増幅器１４０でパルス増幅し、波長変換システム３００で波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光に変換される。
固体レーザシステム１０から出力された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光は、エキシマ増幅器１４の放電空間に入射するのと同期して、放電が発生して、さらに、増幅される。
５．２．１ 固体レーザシステム制御部の処理例
図５１は、固体レーザシステム制御部３５０における処理内容の例を示すフローチャートである。図２９のフローチャートに代えて、図５１のフローチャートを適用することができる。図２９との相違点を説明する。
図５１に示すフローチャートは、図２９のステップＳ６１Ａに代えて、ステップＳ６１Ｂを含む。
図５１のステップＳ６１Ｂにおいて、固体レーザシステム制御部３５０は固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（３）の処理を実施する。
図５２は、固体レーザシステムの初期設定サブルーチン（３）の例を示すフローチャートである。図５２に示すフローチャートは図５１のステップＳ６１Ｂに適用される。
図５２において、図３０のフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、重複する説明は省略する。図３０との相違点を説明する。
図５２に示すフローチャートは、図３０のステップＳ１８３及びステップＳ１８４に代えて、ステップＳ１８５～ステップＳ１８７を含む。
ステップＳ１８５において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体レーザ１１１に流すパルス電流のパルス電流制御パラメータと温度をそれぞれ初期値に設定する。すなわち、固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体レーザ１１１のパルス電流制御パラメータであるパルス電流値Ａ１ｐ及びパルス幅Ｄ１、並びに温度Ｔ１の各値をそれぞれの初期値、Ａ１ｐ＝Ａ１ｐ０、Ｄ１＝Ｄ１０、及びＴ１＝Ｔ１０に設定する。
これらの初期値は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光の中心波長とスペクトル線幅とがそれぞれ、λ１ｃ０とΔλ１ｃｈ０に近い値となるようなパルス電流制御パラメータの各値と温度の値とする。
ステップＳ１８６において、固体レーザシステム制御部３５０は第１の半導体光増幅器１２０の半導体素子に流すパルス電流のパルス電流制御パラメータを初期値に設定する。すなわち、固体レーザシステム制御部３５０は、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータである遅延時間Ｔｄ４、パルス電流値Ａ１１ｐ、及びパルス幅Ｄ１１の各値をそれぞれの初期値、Ｔｄ４＝Ｔｄ４０、Ａ１１ｐ＝Ａ１１ｐ０、及びＤ１１＝Ｄ１１０に設定する。
その後ステップＳ１８７において、第１の半導体レーザ制御部１１４を介して基準クロック（ＣＬ）信号を関数発生器１２２に入力することによって、第１の半導体レーザ１１１にパルス電流が流れる。その結果、基準クロック信号に同期して、第１の半導体レーザ１１１からパルス発振によりパルスレーザ光が出力される。
ステップＳ１８７の後、固体レーザシステム制御部３５０は図５２のフローチャートを終了し、図５１のフローチャートに復帰する。
５．２．２ 第１の半導体レーザ制御部の処理例
図５３は、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂの第１の半導体レーザ制御部１１４における処理内容の例を示すフローチャートである。図３２のフローチャートとの相違点を説明する。
図５３に示すフローチャートは、図３２のステップＳ２０１に代えて、ステップＳ２０１Ａ及びステップＳ２０１Ｂを含む。また、図５３に示すフローチャートは、図３２のステップＳ２０４に代えて、ステップＳ２０４Ａを含む。
図５３のステップＳ２０１Ａにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の半導体レーザ１１１の制御パラメータの初期値を読み込む。第１の半導体レーザ１１１の制御パラメータには、パルス電流制御パラメータであるパルス電流値Ａｐ１及びパルス幅Ｄ１、並びに設定温度である温度Ｔ１が含まれる。第１の半導体レーザ制御部１１４は、パルス電流値Ａｐ１、パルス幅Ｄ１、及び温度Ｔ１の各々をそれぞれの初期値、Ａ１ｐ＝Ａ１ｐ０、Ｄ１＝Ｄ１０、及びＴ１＝Ｔ１０に設定する。
ステップＳ２０１Ｂにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの初期値を読み込む。第１の半導体レーザ制御部１１４は、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータである遅延時間Ｔｄ４、パルス電流値Ａ１１ｐ、及びパルス幅Ｄ１１の各値をそれぞれの初期値、Ｔｄ４＝Ｔｄ４０、Ａ１１ｐ＝Ａ１１ｐ０、及びＤ１１＝Ｄ１１０に設定する。
ステップＳ２０４Ａにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４は第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の処理を実施する。
５．２．３ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例１
図５４は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例１を示すフローチャートである。図５４のフローチャートは図５３のステップＳ２０４Ａに適用される。図５４のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合にはパルス電流制御パラメータのパルス電流値Ａ１ｐを制御し、中心波長を変更する場合には温度Ｔ１を制御する場合の例である。図５４のフローチャートについて、図３４のフローチャートとの相違点を説明する。
図５４のフローチャートは、図３４のステップＳ２１９に代えて、ステップＳ２１９Ｂを含む。
図５４のステップＳ２１３の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１９Ｂに進む。
ステップＳ２１９Ｂにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４は、ΔΔλ１ｃｈが０に近づくように第１の半導体レーザ１１１のパルス電流制御パラメータのパルス電流値Ａ１ｐを制御する。ステップＳ２１９Ｂの後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図５４のフローチャートを終了し、図５３のフローチャートに復帰する。
図５５は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器１２０による増幅との関係を示すグラフであり、第１の半導体レーザ１１１に流れるパルス電流の電流値（パルス電流値Ａｐ１）を変化させる前と後の状態の変化を示す。すなわち、図５５には、パルス電流値Ａｐ１を増加させる前の状態のグラフと、パルス電流値をＡｐ１ａに増加させた後の状態のグラフとが表示されている。パルス電流値Ａｐ１を増加させる前の状態のグラフは、図５０に示したものと同じグラフである。
図５５において破線で示すパルス幅Ｄ１の矩形のグラフＩｇ１ａ（ｔ）は、パルス電流値Ａｐ１を増加させた後の第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光ＬＰ０１の光強度を表す。
図５５において一点鎖線で示す曲線のグラフλｇ１ａ（ｔ）は、パルス電流値Ａｐ１を増加させた後の第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングによる波長変化を表す。
図５５において実線で示すパルス幅Ｄ１１の矩形の領域ＡＩｓ１ａ（ｔ）は、パルス電流値Ａｐ１を増加させた後の第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるパルス領域である。
図５５において二点鎖線で示す曲線の部分ＣＡ１ａ（ｔ）は、パルス電流値Ａｐ１を増加させた後の第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるチャーピング領域である。パルス電流値Ａ１ｐの変更によって、スペクトル線幅はΔλ１ｃｈからΔλ１ｃｈａに変化し、中心波長はλ１ｃからλ１ｃａに変化する。
５．３ 作用・効果
実施形態２に係るレーザシステム１Ｂによれば、発光トリガ信号Ｔｒが入力されなくても、目標中心波長λｃｔと目標スペクトル線幅Δλｃｔとに基づいて、高繰り返し周波数である基準クロック（ＣＬ）信号に同期して常に第１の半導体レーザ１１１と第１の半導体光増幅器１２０とをパルス動作させて、第１の半導体レーザ１１１の発振波長及びスペクトル線幅のフィードバック制御が可能なので、高速で高精度にスペクトル線幅と波長を安定化できる。
また、実施形態２に係るレーザシステム１Ｂによれば、第１の半導体光増幅器１２０のトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１に同期させて、光シャッタ１６９の開閉タイミングを制御するトリガ信号Ｔｒ１１ｓｈｕｔ、第１のパルス励起光源１３２の発光タイミングを制御するトリガ信号Ｔｒ１１ａｍｐ及びエキシマ増幅器１４の放電タイミングを制御するトリガ信号Ｔｒｅｘが出力されるため、高精度な同期が可能となり、エキシマ増幅されたパルスレーザ光のパルスエネルギが安定する。トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃１は、第１の半導体光増幅器１２０に電流を流すタイミングを制御するトリガ信号であり、本開示における「電流トリガ信号」の一例である。
５．４ 変形例
５．４．１ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例２
実施形態２では、第１の半導体レーザ１１１に流すパルス電流のパルス電流値Ａｐ１を制御してスペクトル線幅を制御する例を説明したが、第１の半導体光増幅器１２０にパルス電流を流すタイミングの遅延時間Ｔｄ４を変化させることによってスペクトル線幅を制御してもよい。遅延時間Ｔｄ４は第１の半導体光増幅器１２０による増幅の開始タイミングを規定する。
図５６は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例２を示すフローチャートである。図５６のフローチャートは図５３のステップＳ２０４Ａに適用される。図５６のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合には第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの遅延時間Ｔｄ４を制御し、中心波長を変更する場合には温度Ｔ１を制御する場合の例である。図５４のフローチャートに代えて、図５６のフローチャートを採用してもよい。図５６のフローチャートについて、図５４のフローチャートとの相違点を説明する。
図５６のフローチャートは、図５４のステップＳ２１９Ｂに代えて、ステップＳ２１９Ｃを含む。図５６のステップＳ２１３の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１９Ｃに進む。
ステップＳ２１９Ｃにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４はΔΔλ１ｃｈが０に近づくように第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの遅延時間Ｔｄ４を制御する。ステップＳ２１９Ｃの後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図５６のフローチャートを終了し、図５３のフローチャートに復帰する。
図５７は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器１２０による増幅との関係を示すグラフであり、第１の半導体光増幅器１２０にパルス電流を流すタイミングの遅延時間Ｔｄ４を変化させる前と後の状態を示す。すなわち、図５７には、遅延時間Ｔｄ４を変更する前の状態のグラフと、遅延時間をＴｄ４ａに変更した後の状態のグラフとが表示されている。遅延時間Ｔｄ４を変更する前の状態のグラフは、図５０に示したものと同じグラフである。図５７ではＴｄ４ａ＜Ｔｄ４の例が示されている。
図５７に示すように、遅延時間をＴｄ４ａに変更すると、第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるパルス領域が変更される。第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるチャーピング領域が変更され、スペクトル線幅はΔλ１ｃｈからΔλ１ｃｈａに変化し、中心波長はλ１ｃからλ１ｃａに変化する。
図５７に示すような動作原理に従い、遅延時間Ｔｄ４の値を制御することにより、目標スペクトル線幅を実現できる。
５．４．２ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例３
遅延時間Ｔｄ４を制御する例に限らず、第１の半導体光増幅器１２０に流すパルス電流のパルス幅Ｄ１１を変化させることによってスペクトル線幅を制御してもよい。
図５８は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例３を示すフローチャートである。図５８のフローチャートは図５３のステップＳ２０４Ａに適用される。図５８のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合には第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータのパルス幅Ｄ１１を制御し、中心波長を変更する場合には温度Ｔ１を制御する場合の例である。図５４のフローチャートに代えて、図５８のフローチャートを採用してもよい。図５８のフローチャートについて、図５４のフローチャートとの相違点を説明する。
図５８のフローチャートは、図５４のステップＳ２１９Ｂに代えて、ステップＳ２１９Ｄを含む。図５８のステップＳ２１３の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１９Ｄに進む。
ステップＳ２１９Ｄにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４はΔΔλ１ｃｈが０に近づくように第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータのパルス幅Ｄ１１を制御する。ステップＳ２１９Ｄの後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図５８のフローチャートを終了し、図５３のフローチャートに復帰する。
図５９は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器１２０による増幅との関係を示すグラフであり、第１の半導体光増幅器１２０に流すパルス電流のパルス幅Ｄ１１を変化させる前と後の状態を示す。すなわち、図５９には、パルス幅Ｄ１１を変更する前の状態のグラフと、パルス幅をＤ１１ａに変更した後の状態のグラフとが示されている。パルス幅Ｄ１１を変更する前の状態のグラフは、図５０に示したものと同じグラフである。図５９ではＤ１１＜Ｄ１１ａの例が示されている。
図５９に示すように、パルス幅をＤ１１からＤ１１ａに変更すると、第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるパルス領域が変更される。これより第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるチャーピング領域が変更され、スペクトル線幅はΔλ１ｃｈからΔλ１ｃｈａに変化し、中心波長はλ１ｃからλ１ｃａに変化する。
このような動作原理に従い、パルス幅Ｄ１１の値を制御することにより、目標スペクトル線幅を実現できる。
５．４．３ 第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例４
第１の半導体光増幅器１２０にパルス電流を流すタイミングの遅延時間Ｔｄ４と、パルス電流のパルス幅Ｄ１１との両方を変化させることによってスペクトル線幅と中心波長とを制御してもよい。
図６０は、第１の半導体レーザの制御サブルーチン（３）の例４を示すフローチャートである。図６０のフローチャートは図５３のステップＳ２０４Ａに適用される。図６０のフローチャートは、スペクトル線幅を変更する場合には第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータのパルス幅Ｄ１１を制御し、中心波長を変更する場合には遅延時間Ｔｄ４を制御する場合の例である。図５８のフローチャートに代えて、図６０のフローチャートを採用してもよい。図６０のフローチャートについて、図５８のフローチャートとの相違点を説明する。
図６０のフローチャートは、図５８のステップＳ２１８に代えて、ステップＳ２１８Ｄを含む。図５９のステップＳ２１６の判定結果がＮｏ判定である場合、第１の半導体レーザ制御部１１４はステップＳ２１８Ｄに進む。
ステップＳ２１８Ｄにおいて、第１の半導体レーザ制御部１１４はδλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの遅延時間Ｔｄ４を制御する。ステップＳ２１８Ｄの後、第１の半導体レーザ制御部１１４は図６０のフローチャートを終了し、図５３のフローチャートに復帰する。
図６１は、第１の半導体レーザ１１１から出力されるパルスレーザ光のチャーピングと第１の半導体光増幅器１２０による増幅との関係を示すグラフであり、第１の半導体光増幅器１２０にパルス電流を流すタイミングの遅延時間Ｔｄ４とパルス電流のパルス幅Ｄ１１の両方を変更する場合の変更前と変更後の状態の変化を示す。すなわち、図６１には、遅延時間Ｔｄ４とパルス幅Ｄ１１を変更する前の状態のグラフと、遅延時間とパルス幅をＴｄ４ａとＤ１１ａにそれぞれ変更した後の状態のグラフとが示されている。遅延時間Ｔｄ４とパルス幅Ｄ１１を変更する前の状態のグラフは、図５０に示したものと同じグラフである。図６１ではＴｄ４ａ＜Ｔｄ４、かつ、Ｄ１１＜Ｄ１１ａの例が示されている。
図６０に示すように、遅延時間をＴｄ４からＴｄ４ａに変更し、かつ、パルス幅をＤ１１からＤ１１ａに変更すると、第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるパルス領域が変更される。これより第１の半導体光増幅器１２０によって増幅されるチャーピング領域が変更され、スペクトル線幅はΔλ１ｃｈからΔλ１ｃｈａに変化し、中心波長はλ１ｃからλ１ｃａに変化する。
このような動作原理に従い、遅延時間Ｔｄ４及びパルス幅Ｄ１１の各値を制御することにより、目標スペクトル線幅と目標中心波長を実現できる。この方式では、第１の半導体レーザ１１１の制御パラメータを変更せずに、第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの変更で対処できるため、制御スピードがより一層速くなる。
６．実施形態３
６．１ 構成
図６２は、実施形態３に係るレーザシステム１Ｃの構成を概略的に示す。図２０との相違点を説明する。図６２に示すレーザシステム１Ｃは、図２０における固体レーザシステム１０及び同期システム１７に代えて、固体レーザシステム１０Ｃ及び同期システム１７Ｃを含む。
固体レーザシステム１０Ｃは、第１の固体レーザ装置１００と、第２の固体レーザ装置２００と、波長変換システム３６０と、を含む。第１の固体レーザ装置１００の構成は、図２０で説明した構成と同様である。ただし、図２０における第１の固体レーザ装置１００は、発振波長が約１５４７．２ｎｍであるのに対し、図６２に示す第１の固体レーザ装置１００の発振波長は約１５５４．０ｎｍである点で相違する。
第２の固体レーザ装置２００は、波長約１０３０ｎｍのレーザ光を出力する第２の半導体レーザシステム２１０と、第２のダイクロイックミラー２３０と、第２のパルス励起光源２３２と、Ｙｂファイバ増幅器２４０と、第３のダイクロイックミラー２４２と、第３のパルス励起光源２４４と、固体増幅器２５０と、を含む。
第２の半導体レーザシステム２１０は、第１の半導体レーザシステム１６０と同様の構成であり、シングル縦モードでＣＷ発振して波長約１０３０ｎｍのレーザ光を出力する第２の半導体レーザ２１１と、第２のビームスプリッタ２１６と、第２の半導体光増幅器２２０と、第２のスペクトルモニタ２６６と、関数発生器２２２と、関数発生器２６７と、第２の半導体レーザ制御部２１４と、を含む。
第２の半導体レーザ２１１は、例えば、ＤＦＢレーザであってよく、電流制御及び／又は温度制御により、波長１０３０ｎｍ付近で発振波長を変更することができる。第２の半導体レーザ２１１の構成は、図２１と同様の構成であってよい。
第２のビームスプリッタ２１６は、第２の半導体レーザ２１１から出力されたレーザ光の一部を反射して第２のスペクトルモニタ２６６に入射するように配置される。第２のスペクトルモニタ２６６は、入射したレーザ光のスペクトルをモニタし、第２の半導体レーザ２１１の発振波長及びスペクトル線幅を検出する。
第２の半導体レーザ制御部２１４は、第２のスペクトルモニタ２６６及び固体レーザシステム制御部３５０と接続され、第２の半導体レーザ２１１の動作を制御する。
第２の半導体光増幅器２２０は、第２のビームスプリッタ２１６を透過したレーザ光の光路に配置される。第２の半導体光増幅器２２０は、第２の半導体レーザ２１１から出力されたレーザ光をパルス増幅する。
第２のダイクロイックミラー２３０は、第２の半導体光増幅器２２０から出力されるレーザ光を高透過し、第２のパルス励起光源２３２から出力される励起光を高反射する膜がコートされたミラーである。第２のダイクロイックミラー２３０は、第２の半導体光増幅器２２０から出力されるパルスレーザ光と第２のパルス励起光源２３２から出力される励起光とがＹｂファイバ増幅器２４０に入射するように配置される。
Ｙｂファイバ増幅器２４０は、Ｙｂ（イッテルビウム）がドープされた光ファイバを用いる光ファイバ増幅器である。第３のダイクロイックミラー２４２は、Ｙｂファイバ増幅器２４０から出力されるレーザ光を高透過し、第３のパルス励起光源２４４から出力される励起光を高反射する膜がコートされたミラーである。第３のダイクロイックミラー２４２は、Ｙｂファイバ増幅器２４０から出力されるパルスレーザ光と第３のパルス励起光源２４４から出力される励起光とが固体増幅器２５０に入射するように配置される。
固体増幅器２５０は、例えば、Ｙｂがドープされた結晶又はセラミックスを含んでもよい。固体増幅器２５０によって増幅されたパルスレーザ光は、波長変換システム３６０に入射する。第２の固体レーザ装置２００から出力されるパルスレーザ光ＬＰ３は、固体増幅器２５０によって増幅されたパルスレーザ光であってよい。
波長変換システム３６０は、第２の固体レーザ装置２００から出力されるパルスレーザ光ＬＰ３の第４高調波光（波長約２６７．５ｎｍ）と第１の固体レーザ装置１００から出力されるパルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５５４ｎｍ）との和周波のパルスレーザ光ＬＰ５（波長約２２０．９ｎｍ）を生成し、この和周波のパルスレーザ光ＬＰ５（波長約２２０．９ｎｍ）とパルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５５４ｎｍ）との和周波から波長約１９３．４ｎｍに波長変換するシステムである。
波長変換システム３６０は、非線形結晶であるＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶１３１０及び第１のＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶１３１２と、第４のダイクロイックミラー１３１４と、第２のＣＬＢＯ結晶１３１６と、第５のダイクロイックミラー１３１８と、第３のＣＬＢＯ結晶１３２０と、第６のダイクロイックミラー１３２２と、第３の高反射ミラー１３２４と、第４の高反射ミラー１３２６と、ビームスプリッタ１３２８と、を含む。
ＬＢＯ結晶１３１０及び第１のＣＬＢＯ結晶１３１２は、波長約１０３０ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ３の光路上であって、パルスレーザ光ＬＰ３を第４高調波であるパルスレーザ光ＬＰ４（波長約２５７．５ｎｍ）に波長変換するように配置される。
第３の高反射ミラー１３２４は、第１の固体レーザ装置１００から出力されるパルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５５４ｎｍ）を高反射し、第４のダイクロイックミラー１３１４に入射するように配置される。
第４のダイクロイックミラー１３１４は、第１のＣＬＢＯ結晶１３１２から出力されたパルスレーザ光ＬＰ４を高透過し、第１の固体レーザ装置１００から出力されたパルスレーザ光ＬＰ１を高反射する膜がコートされている。第４のダイクロイックミラー１３１４は、第１のＣＬＢＯ結晶１３１２と第２のＣＬＢＯ結晶１３１６の間の光路上に配置され、パルスレーザ光ＬＰ１及びパルスレーザ光ＬＰ４の光路軸が一致して、第２のＣＬＢＯ結晶１３１６に入射するように配置される。
第２のＣＬＢＯ結晶１３１６と第５のダイクロイックミラー１３１８と第３のＣＬＢＯ結晶１３２０と第６のダイクロイックミラー１３２２は、この順序でパルスレーザ光ＬＰ４を含むパルスレーザ光の光路上に配置される。
第２のＣＬＢＯ結晶１３１６は、パルスレーザ光ＬＰ３とパルスレーザ光ＬＰ４との和周波のパルスレーザ光ＬＰ５（波長約２２０．９ｎｍ）を生成する。第５のダイクロイックミラー１３１８は、第２のＣＬＢＯ結晶１３１６を透過したパルスレーザ光ＬＰ４（波長約２５７．５ｎｍ）を高反射し、パルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５５４ｎｍ）とパルスレーザ光ＬＰ５（波長約２２０．９ｎｍ）とを高透過する膜がコートされている。
第３のＣＬＢＯ結晶１３２０は、パルスレーザ光ＬＰ１とパルスレーザ光ＬＰ５との和周波のパルスレーザ光（波長約１９３．４ｎｍ）を生成する。第３のＣＬＢＯ結晶１３２０から出力される波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光が固体レーザシステム１０Ｃから出力されるパルスレーザ光ＬＰ２となる。
第６のダイクロイックミラー１３２２は、第３のＣＬＢＯ結晶１３２０を透過したパルスレーザ光ＬＰ１（波長約１５５４ｎｍ）及びパルスレーザ光ＬＰ５（波長約２２０．９ｎｍ）を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ２を高反射する膜がコートされている。
第４の高反射ミラー３２６は、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＰ２が波長変換システム３００から出力されるように配置される。
ビームスプリッタ３２８は、第４の高反射ミラー３２６からの反射光の光路上であって、一部反射されたレーザ光が第１のパルスエネルギモニタ３３０に入射するように配置される。
同期システム１７Ｃは、固体レーザシステム１０Ｃにおける第２の固体レーザ装置２００の追加に伴って、この第２の固体レーザ装置２００を同期させるための構成が追加されている。
図６３は、同期システム１７Ｃの構成を概略的に示すブロック図である。同期システム１７Ｃは、第１の同期回路１７１１と、第２の同期回路１７１２と、同期システム制御部１７０と、を含む。図６３において「同期回路１」及び「同期回路２」の表記はそれぞれ第１の同期回路１７１１及び第２の同期回路１７１２を表す。第１の同期回路１７１１の構成は図６で説明した構成と同様である。
第２の同期回路１７１２は、第２の固体レーザ装置２００を動作させる各トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃２、Ｔｒ２１ａｍｐ及びＴｒ２２ａｍｐを生成する回路である。トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃２は、第２の半導体光増幅器２２０の増幅タイミングを制御する信号である。トリガ信号Ｔｒ２１ａｍｐは、第２のパルス励起光源２３２の発光タイミングを制御する信号である。トリガ信号Ｔｒ２２ａｍｐは第３のパルス励起光源２４４の発光タイミングを制御する信号である。
第２の同期回路１７１２は、第４の遅延回路１７２０、第５の遅延回路１７２１、第６の遅延回路１７２２、第２のワンショット回路１８２１及び第３のワンショット回路１８２２を含む。
第４の遅延回路１７２０は、発光トリガ信号Ｔｒに対して遅延時間Ｔｄ２＃２の遅延時間でトリガ信号Ｔｒｓｏａ＃２を出力する。トリガ信号Ｔｒｓｏａ＃２は関数発生器２２２に入力される。
第５の遅延回路１７２１は、発光トリガ信号Ｔｒに対して遅延時間Ｔｄ２１の遅延時間でパルス信号を出力する。第２のワンショット回路１８２１は第５の遅延回路１７２１からのパルス信号に同期したトリガ信号Ｔｒ２１ａｍｐを出力する。トリガ信号Ｔｒ２１ａｍｐは第２のパルス励起光源２３２に入力される。
第６の遅延回路１７２２は、発光トリガ信号Ｔｒに対して遅延時間Ｔｄ２２の遅延時間でパルス信号を出力する。第３のワンショット回路１８２２は第６の遅延回路１７２２からのパルス信号に同期したトリガ信号Ｔｒ２２ａｍｐを出力する。トリガ信号Ｔｒ２２ａｍｐは第３のパルス励起光源２４４に入力される。
それぞれの遅延時間Ｔｄ２＃２、Ｔｄ２１、及びＴｄ２２は、第２の半導体光増幅器２２０で増幅されたパルスレーザ光がＹｂファイバ増幅器２４０と固体増幅器２５０とで増幅されるように設定され、さらに、波長変換システム３６０において、第４高調波光（２５７．５ｎｍ）と第１の固体レーザ装置から出力されるパルスレーザ光（１５５４ｎｍ）とが時間的に一致するように調整される。
同期システム制御部１７０は、第４の遅延回路１７２０、第５の遅延回路１７２１、及び第６の遅延回路１７２２にそれぞれの遅延時間Ｔｄ２＃２、Ｔｄ２１、及びＴｄ２２を設定する。
６．２ 動作
レーザ制御部１８は、固体レーザシステム制御部３５０を介して第２の固体レーザ装置２００の第２の半導体レーザ制御部２１４に目標中心波長λ２ｃｔ及び目標スペクトル線幅Δλ２ｃｈｔのデータを送信する。目標中心波長λ２ｃｔは例えば、１０３０ｎｍである。目標スペクトル線幅Δλ２ｃｈｔは例えば、Ｙｂファイバ増幅器２４０でのＳＢＳの発生が抑制されるスペクトル線幅Δλ２ｃｈ０であってよい。
第２の半導体レーザ制御部２１４は、第２のスペクトルモニタ２６６で検出された中心波長及びスペクトル線幅の値に基づいて、中心波長及びスペクトル線幅の両方がそれぞれの目標値となるように関数発生器２２２に送る電流制御パラメータの値を制御する。
固体レーザシステム制御部３５０は、露光制御部２２からレーザ制御部１８を介して目標中心波長λｃｔのデータを受信すると、目標中心波長λｃｔとなるような、第１の半導体レーザシステム１６０の目標中心波長λ１ｃｔを以下の計算式で計算する。
ｆt＝４・ｆ２ｔ＋２・ｆ１ｔ （１０）
ｆｔ：和周波によって波長変換されたレーザ光の周波数
ｆ１ｔ：第１の固体レーザ装置のレーザ光の周波数
ｆ２ｔ：第２の固体レーザ装置のレーザ光の周波数
式（１０）を変形すると、次式（１１）となる。
ｆ１t＝（ｆｔ－４・ｆ２ｔ）／２ （１１）
ここで、ｆ１ｔ＝Ｃ／λ１ｃｔ、ｆｔ＝Ｃ／λｃｔを式（１１）に代入してｆ１ｔを計算し、得られたｆ１ｔを波長に変換すると、第１の固体レーザ装置１００の目標中心波長が計算できる。なお、周波数から波長への変換は、次の式（１２）で表される。
λ１ｃｔ＝Ｃ／ｆ１ｔ （１２）
なお、式中のＣは光速である。
レーザ制御部１８は、固体レーザシステム制御部３５０に目標中心波長λ１ｃｔのデータを送信する。
レーザ制御部１８は、露光制御部２２から目標スペクトル線幅Δλcｔのデータを受信すると、目標スペクトル線幅Δλcｔとなるような、第１の半導体レーザシステム１６０の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを計算し、固体レーザシステム制御部３５０に第１の固体レーザ装置１００の目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔのデータを送信する。ここで、ΔλｔとΔλ１ｃｈの相関関係は、テーブルデータや関数として予め保存してもよい。
第１の半導体レーザ制御部１１４は、目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔと目標中心波長λ１ｃｔのデータを受信すると、第１のスペクトルモニタ１６６で検出されたスペクトル線幅Δλ１ｃｈと中心波長λ１ｃを計測し、それぞれの目標値との差ΔΔλ１ｃｈ（＝Δλ１ｃｈ－Δλｃｈｔ）及び差δλ１ｃ（＝λ１ｃ－λ１ｃｔ）を計算する。
そして、ΔΔλ１ｃｈが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータであるＡＣ成分の変動量を示すＡＣ成分値Ａ１ａｃを制御する。
また、第１の半導体レーザ制御部１１４は、δλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１に流す電流の電流制御パラメータであるＤＣ成分値Ａ１ｄｃを制御する（図３３参照）。若しくは、第１の半導体レーザ制御部１１４は、δλ１ｃが０に近づくように、第１の半導体レーザ１１１の温度Ｔ１を制御する（図３４参照）。
６．３ 作用・効果
実施形態３に係るレーザシステム１Ｃによれば、次のような効果が得られる。
［１］第１の半導体レーザシステム１６０における第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光をチャーピングさせることによって、パルス増幅後のエキシマレーザ光のスペクトル線幅を高精度に制御できる。
［２］レーザシステム１Ｃでは、露光制御部２２から目標スペクトル線幅のデータを受信するとパルス増幅を行う前に、第１の半導体レーザシステム１６０においてフィードバック制御を行うことができるので、スペクトル線幅の制御スピードが改善される。
［３］レーザシステム１Ｃでは、第１の半導体レーザシステム１６０における第１の半導体レーザ１１１及び第２の半導体レーザシステム２１０における第２の半導体レーザ２１１の各々をチャーピングさせることによってＥｒファイバ増幅器１４０とＹｂファイバ増幅器２４０とでそれぞれのＳＢＳの発生を抑制するように制御している。このため、Ｅｒファイバ増幅器１４０及びＹｂファイバ増幅器２４０、並びに第１の半導体レーザシステム１６０及び第２の半導体レーザシステム２１０の破損を抑制できる。
実施形態３において、第２の半導体レーザ２１１から出力されるレーザ光は本開示における「第２のレーザ光」の一例である。第２の半導体光増幅器２２０から出力されるパルスレーザ光は本開示における「第４のパルスレーザ光」の一例である。Ｙｂファイバ増幅器２４０は本開示における「第２の増幅器」の一例である。Ｙｂファイバ増幅器２４０から出力されるパルスレーザ光は本開示における「第５のパルスレーザ光」の一例である。固体増幅器２５０から出力されるパルスレーザ光は本開示における「第６のパルスレーザ光」の一例である。第２の半導体レーザ２１１に用いられる電流制御部５４と関数発生器２６７との組み合わせは本開示における「第２の電流制御器」の一例である。
６．４ 変形例
６．４．１ マルチ縦モードで発振する半導体レーザの利用
実施形態３の例では、第２の固体レーザ装置２００の第２の半導体レーザ２１１をチャーピングさせることによってＳＢＳを抑制しているが、この例に限定されることなく、第２の半導体レーザとして、ＳＢＳを抑制可能なマルチ縦モードで発振するＣＷ発振の半導体レーザを適用してもよい。
６．４．２ 実施形態２で説明した構成との組み合わせ
実施形態３の例では、第１の半導体レーザ１１１の電流制御パラメータであるＡＣ成分値Ａ１ａｃとＤＣ成分値Ａ１ｄｃを制御してチャーピングを制御する場合を示したが、この例に限定されることなく、実施形態２で説明したように、第１の半導体レーザ１１１のパルス電流制御パラメータの値と第１の半導体光増幅器１２０のパルス電流制御パラメータの値とを制御することによって、チャーピングを制御してもよい。また、図４５及び図４６で説明した構成を実施形態３の構成に適用してもよい。
６．４．３ 第２の固体レーザ装置のチャーピング制御
実施形態３の例では、第１の固体レーザ装置１００から出力されるパルスレーザ光の中心波長とスペクトル線幅を変更することによって、波長変換システム３６０にて波長変換されるパルスレーザ光の中心波長とスペクトル線幅を制御しているが、この例に限定されることなく、第１の固体レーザ装置１００と第２の固体レーザ装置２００から出力されるパルスレーザ光の少なくとも一方のパルスレーザ光のチャーピングを制御することにより、中心波長とスペクトル線幅を制御する。これにより、エキシマ増幅後のパルスレーザ光のスペクトル線幅を高精度に制御可能である。
７．スペクトルモニタの具体例
７．１ 分光器と基準レーザ光源とを用いるスペクトルモニタの例
７．１．１ 構成
図６４は、スペクトルモニタの構成例を概略的に示す図である。なお、図６４では第１のスペクトルモニタ１６６の例を示すが、第２のスペクトルモニタ２６６についても、図６４と同様の構成を適用してもよい。
図６４に示す第１のスペクトルモニタ１６６は、グレーティング７００を含む分光器７０２と、ラインセンサ７０３と、スペクトル解析部７０４と、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６と、ビームスプリッタ７０８と、を含む。
分光器７０２は、入射スリット７１０と、コリメータレンズ７１２と、高反射ミラー７１４とを含む。ＣＷ発振基準レーザ光源７０６はＣＷ発振により基準波長のレーザ光を出力する基準光源である。ここでは、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６から出力される基準波長のレーザ光を「基準レーザ光」という。第１の半導体レーザ１１１から出力されるレーザ光を「第１の半導体レーザ光」という。図６４において「λ１」は第１の半導体レーザ光の波長を表す。
７．１．２ 動作
図６４において、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光（第１の半導体レーザ光）の一部は第１のビームスプリッタ１１６で反射される。第１のビームスプリッタ１１６で反射されたレーザ光はビームスプリッタ７０８を透過する。また、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６から出力された基準レーザ光は、ビームスプリッタ７０８で反射され、ビームスプリッタ７０８を透過した第１の半導体レーザ光と重ね合わされる。
ビームスプリッタ７０８にて基準レーザ光と重ね合わされたレーザ光は、入射スリット７１０から分光器７０２に入射する。入射スリット７１０を透過したレーザ光は、コリメータレンズ７１２を介してグレーティング７００に入射し、グレーティング７００によって分光される。コリメータレンズ７１２及び高反射ミラー７１４を介してラインセンサ７０３に結像する第１の半導体レーザ光と基準レーザ光とのスリット像を計測することによって、第１の半導体レーザ１１１の中心波長とスペクトル線幅を計測することができる。
なお、図６４ではグレーティング７００を含む分光器７０２の例を示したが、後述する図６８に示すようなエタロン分光器を用いてもよい。
７．２ ヘテロダイン干渉計を用いるスペクトルモニタの例
７．２．１ 構成
図６５は、スペクトルモニタの他の構成例を概略的に示す。なお、図６５では第１のスペクトルモニタ１６６の例を示す。第１のスペクトルモニタ１６６として、図６５に示すように、ヘテロダイン干渉計を含む構成を採用してもよい。図６５に示す第１のスペクトルモニタ１６６は、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６と、ビームスプリッタ７０８と、光強度センサ７２０と、スペクトル解析部７０４と、を含む。
図６５に示すように、第１のビームスプリッタ１１６と光強度センサ７２０との間の光路にビームスプリッタ７０８が配置される。ビームスプリッタ７０８は、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６からの基準レーザ光と、第１の半導体レーザ１１１から出力された第１の半導体レーザ光の一部とを重ね合わせた光を光強度センサ７２０に入射させるように配置される。
７．２．２ 動作
図６５に示す第１のスペクトルモニタ１６６は、ＣＷ発振基準レーザ光源７０６から出力された基準レーザ光と、第１の半導体レーザ１１１から出力されたレーザ光の一部とを重ね合わせた光の光強度の変化を光強度センサ７２０によって計測する。
光強度センサ７２０によって検出されるビート信号をスペクトル解析部７０４において解析することによって、第１の半導体レーザ１１１のレーザ光と基準レーザ光との周波数差と光強度とを計測できる。また周波数差から波長差を求めることができる。
ビート信号は、次の式（１３）で表される。
Figure 0007175999000003
ＩＰＤ：センサ出力信号（ビート信号）
Ｒ：受光感度
ｔ：時間
ＰＣ：基準光源の光強度
ＰＱ：検出光の光強度
ｆＣ ：基準光源の周波数
ｆｑ ：被検出光の周波数
チャーピングによるスペクトル線幅を計測する場合は、ビート信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：fast Fourier transform）処理を施して、スペクトル線幅Δλ１ｃｈを求めてもよい。
第１のスペクトルモニタ１６６に限らず、第２のスペクトルモニタ２６６（図２０参照）についても、図６５と同様の構成を適用することができる。
８．エキシマ増幅器の例
８．１ マルチパスで増幅する形態
図６６は、エキシマ増幅器１４の構成例を概略的に示す図である。図６６に示すエキシマ増幅器１４は、一対の放電電極４１２、４１３の間の放電空間に、波長１９３．４ｎｍのシード光を３回通して増幅を行う例である。ここで、波長１９３．４ｎｍのシード光は固体レーザシステム１０から出力されたパルスレーザ光ＬＰ２である。
図６６において、エキシマ増幅器１４は、チャンバ４１０の外側におけるシード光の光路に凸面ミラー４２０と凹面ミラー４２２とを備えている。凸面ミラー４２０と凹面ミラー４２２とは、それぞれの焦点の位置ＦＰが略一致するように配置される。
エキシマ増幅器１４に入射した波長１９３．４ｎｍのシード光は、凸面ミラー４２０及び凹面ミラー４２２で反射することにより、一対の放電電極４１２、４１３の間の放電空間を３回通過する。これにより、シード光のビームが拡大されて増幅され、露光装置２０に向けて出力される。
８．２ リング共振器で増幅する形態
図６７は、エキシマ増幅器１４として、リング共振器を採用した例を示す。リング共振器は、出力結合ミラー４３０と、高反射ミラー４３１～４３３とを含む。なお、エキシマ増幅器１４は、さらに、波長１９３．４ｎｍのシード光をリング共振器に導く図示しない高反射ミラーを含んでもよいし、リング共振器から出力されたパルスレーザ光を露光装置２０に導く図示しない高反射ミラーを含んでもよい。
チャンバ４１０には、ウインドウ４１５、４１６が設けられている。チャンバ４１０の中には、一対の放電電極４１２、４１３が配置されている。一対の放電電極４１２、４１３は、図６７において、紙面に直交する方向に対向して配置される。放電方向は紙面に直交する方向である。
エキシマ増幅器１４では、出力結合ミラー４３０、高反射ミラー４３１、一対の放電電極４１２、４１３の間の放電空間、高反射ミラー４３２、高反射ミラー４３３、一対の放電電極４１２、４１３の間の放電空間の順にシード光が繰り返し進行して増幅される。
９．エタロン分光器を用いるスペクトルモニタの例
図６８は、エタロン分光器を用いるスペクトルモニタの構成例を概略的に示す図である。図６８に示すエタロン分光器６０６Ａは、エキシマレーザ光のスペクトルを計測するスペクトルモニタ６０６（図２０参照）に適用できる。
図６８に示すように、エタロン分光器６０６Ａは、拡散素子６１０と、エタロン６１２と、集光レンズ６１４と、イメージセンサ６１６とを備える。イメージセンサ６１６の例としては、１次元又は２次元のフォトダイオードアレイでもよい。
レーザ光は、まず、拡散素子６１０に入射する。拡散素子６１０は、表面に多数の凹凸を有する透過型の光学素子であってよい。拡散素子６１０は、拡散素子６１０に入射したレーザ光を散乱光として透過させる。この散乱光はエタロン６１２に入射する。エタロン６１２は、所定の反射率を有する２枚の部分反射ミラーを含むエアギャップエタロンであってよい。このエアギャップエタロンにおいては、２枚の部分反射ミラーが、所定距離のエアギャップを有して対向し、スペーサを介して貼り合わせられた構成である。
エタロン６１２に入射した光の入射角度θに応じて、２枚の部分反射ミラーの間で往復せずにエタロン６１２を透過する光と、２枚の部分反射ミラーの間で１回往復した後でエタロン６１２を透過する光と、の光路差が異なる。この光路差が波長の整数倍である場合に、エタロン６１２に入射した光は、高い透過率でエタロン６１２を透過する。
エタロン６１２を透過した光は、集光レンズ６１４に入射する。集光レンズ６１４を透過したレーザ光は、集光レンズ６１４から集光レンズ６１４の焦点距離ｆに相当する位置に配置されたイメージセンサ６１６に入射する。すなわち、集光レンズ６１４によって集光された透過光は、集光レンズ６１４の焦点面上に干渉縞を形成する。
イメージセンサ６１６は、集光レンズ６１４の焦点面に配置されている。イメージセンサ６１６は、集光レンズ６１４を透過した光を受光し、干渉縞を検出する。この干渉縞の半径の２乗は、レーザ光の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザ光全体のスペクトル線幅（スペクトルプロファイル）と中心波長とを検出する。
スペクトル線幅と中心波長は、検出した干渉縞から図示せぬ情報処理装置によって求めてもよいし、レーザ制御部１８で算出してもよい。
干渉縞の半径ｒと波長λの関係は、次の式（１４）で近似される。
波長λ＝λｃ＋α・ｒ２ （１４）
α：比例定数
ｒ：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
式（１４）から、図６９に示すように、光強度と波長との関係を示すスペクトル波形に変換した後、スペクトル線幅Δλを計算してもよい。スペクトル線幅Δλは、全エネルギの９５％を含む幅（Ｅ９５）であってよい。
１０．ＣＷ発振基準レーザ光源の例
１０．１ １５４７．２ｎｍ又は１５５４ｎｍの波長領域のＣＷ発振基準レーザ光源
図７０は、ＣＷ発振基準レーザ光源の例を示すブロック図である。ＣＷ発振基準レーザ光源７７０は、第１の基準半導体レーザ７７２と、ビームスプリッタ７７４と、高反射ミラー７７５と、シアン化水素同位体の吸収セル７７７と、第１の光強度センサ７７８と、第１の基準レーザ制御部７８２と、を含む。
第１の基準半導体レーザ７７２は、１５５４ｎｍの波長領域のレーザ光をＣＷ発振する。ビームスプリッタ７７４で反射されたレーザ光は高反射ミラー７７５を介してシアン化水素同位体の吸収セル７７７に入射する。
吸収セル７７７は、同位体のシアン化水素ガスを含む。シアン化水素同位体の具体的な吸収ラインとしては、例えば、１５５３．７５６ｎｍの吸収ラインが挙げられる。
また、この波長領域の吸収セルとして、アセチレン同位体の吸収セルを用いてもよい。すなわち、シアン化水素同位体の吸収セル７７７に代えて、同位体のアセチレンガスを含む吸収セルを採用してもよい。
シアン化水素同位体の吸収セル７７７を透過したレーザ光は第１の光強度センサ７７８に受光される。
第１の基準レーザ制御部７８２は、第１の光強度センサ７７８からの検出信号を基に、シアン化水素同位体の吸収セル７７７の吸収ラインと、第１の基準半導体レーザ７７２のレーザ光の波長とを一致させるように、第１の基準半導体レーザ７７２の発振波長を制御する。
ＣＷ発振基準レーザ光源７７０は、図２０、図４７及び図６２に示した第１のスペクトルモニタ１６６のＣＷ発振基準レーザ光源７０６として適用できる。
１０．２ １０３０ｎｍの波長領域のＣＷ発振基準レーザ光源
図７１は、ＣＷ発振基準レーザ光源の他の一例を示すブロック図である。ＣＷ発振基準レーザ光源７５０は、第２の基準半導体レーザ７５１と、ビームスプリッタ７５４と、高反射ミラー７５５と、非線形結晶７５６と、ヨウ素吸収セル７５７と、第２の光強度センサ７５８と、第２の基準レーザ制御部７６１と、を含む。
第２の基準半導体レーザ７５１は、１０３０ｎｍの波長領域のレーザ光をＣＷ発振する。ビームスプリッタ７５４で反射されたレーザ光は高反射ミラー７５５を介して非線形結晶７５６に入射する。非線形結晶７５６によって第２高調波光が発生し、波長約５１５ｎｍのレーザ光が得られる。波長約５１５ｎｍのレーザ光はヨウ素吸収セル７５７に入射する。
ヨウ素吸収セル７５７は、ヨウ素ガスを含む。ヨウ素吸収セル７５７における具体的なヨウ素の吸収ラインとしては、例えば、５１４．５８１ｎｍの吸収ラインが挙げられる。ヨウ素吸収セル７５７を透過したレーザ光は第２の光強度センサ７５８に受光される。
第２の基準レーザ制御部７６１は、第２の光強度センサ７５８からの検出信号を基に、ヨウ素吸収セル７５７の吸収ラインと第２高調波光の波長とを一致させるように、第２の基準半導体レーザ７５１の発振波長を制御する。
ＣＷ発振基準レーザ光源７５０は、図６２に示した第２のスペクトルモニタ２６６のＣＷ発振基準レーザ光源として適用することができる。
１１．半導体光増幅器の例
１１．１ 構成
図７２は、半導体光増幅器の構成例を概略的に示す図である。ここでは、第１の半導体光増幅器１２０を例に説明するが、図４５における半導体光増幅器１２４及び図６２における第２の半導体光増幅器２２０など、他の半導体光増幅器についても図７２と同様の構成を適用することができる。
第１の半導体光増幅器１２０は、半導体素子５００と、電流制御部５２０と、を含む。半導体素子５００は、Ｐ型半導体素子５０１と、活性層５０２と、Ｎ型半導体素子５０３と、第１の電極５１１と、第２の電極５１２と、を含む。電流制御部５２０は、第１の電極５１１と第２の電極５１２とに接続される。
１１．２ 動作
第１の電極５１１から第２の電極５１２に電流を流すと、活性層５０２が励起される。この励起された活性層５０２にシード光が入射して、活性層５０２を通過すると、シード光は増幅される。
ここで、ＣＷのシード光を活性層５０２に入射させた状態で、パルス状の電流を流すことによって、活性層５０２を通過したシード光は、パルスレーザ光として出力される。
その結果、例えば、関数発生器１２２からの電気信号に基づいて電流制御部５２０が半導体素子５００を流れる電流値を制御することによって、シード光は電流値に応じたレーザ光の光強度に増幅される。
図２０における第１の半導体光増幅器１２０及び図６２における第２の半導体光増幅器２２０の各々は、パルス電流を流すことによってＣＷのシード光がパルス状に増幅される。
また、図４５に示した半導体光増幅器１２４の場合のように、電流を変調制御してシード光を増幅してもよい。
１２．実施形態４
１２．１ 構成
図７３は、実施形態４に係るレーザシステムの例を概略的に示す図である。ここでは、固体レーザシステム１０Ｄの部分のみが示されている。図２０で説明した実施形態１及び実施形態２の固体レーザシステム１０に代えて、図７２に示す固体レーザシステム１０Ｄを適用してもよい。図２０との相違点を説明する。
図７３に示す固体レーザシステム１０Ｄは、図２０における第１の固体レーザ装置１００及び波長変換システム３００に代えて、第１の固体レーザ装置１００Ｄ及び波長変換システム３７０を含む。
固体レーザシステム１０Ｄは、第１の固体レーザ装置１００Ｄから波長約７７３．６ｎｍのパルスレーザ光を出力し、波長変換システム３７０で第４高調波光（４倍高調波光）に波長変換して波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を得る。
第１の固体レーザ装置１００Ｄの構成は、図２０における第１の固体レーザ装置１００と同様である。ただし、図２０における第１の固体レーザ装置１００は発振波長が約１５４７．２ｎｍであるのに対し、図７２に示す第１の固体レーザ装置１００Ｄの発振波長は約７７３．６ｎｍである点で相違する。
また、第１の固体レーザ装置１００Ｄでは、図２０のＥｒファイバ増幅器１４０からチタンサファイヤ増幅器１４１に変更されており、第１のパルス励起光源１３２として、ＹＦＬレーザの第２高調波光であるパルスレーザ光を出力するレーザ装置が用いられる。チタンサファイヤ増幅器１４１はゲイン媒質としてチタンサファイヤ結晶を含む。ＹＦＬ（イットリウムリチウムフルオライド）は、化学式ＬｉＹＦ４で表される固体レーザ結晶である。
波長変換システム３７０は、複数の非線形結晶を含み、入射したパルスレーザ光を波長変換して４倍高調波のパルスレーザ光を出力する。例えば、波長変換システム３７０は、ＢＢＯ結晶３７１と、ＫＢＢＦ結晶３７２と、を含む。「ＢＢＯ」は化学式β－ＢａＢ２Ｏ４で表される。「ＫＢＢＦ」は化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される。
１２．２ 動作
第１の固体レーザ装置１００Ｄから出力されたパルスレーザ光は、波長変換システム３７０のＢＢＯ結晶３７１に入射する。ＢＢＯ結晶３７１は、波長約７７３．６ｎｍのパルスレーザ光を第２高調波光である波長約３８６．８ｎｍのパルスレーザ光に変換する。
ＫＢＢＦ結晶３７２は、ＢＢＯ結晶３７１から出力された波長約３８６．８ｎｍのパルスレーザ光を第２高調波光である波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光に変換する。
波長変換システム３７０から出力されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ３２８を介して固体レーザシステム１０Ｄから出力される。中心波長及びスペクトル線幅の制御方法については、実施形態１～３で説明した例を適用できる。
固体レーザシステム１０Ｄを含むレーザシステムから出力されるパルスレーザ光の波長の可変範囲が例えば１９３．２ｎｍ～１９３．５ｎｍである場合、第１の半導体レーザ１１１の波長可変範囲は、７７２．８ｎｍ～７７４．０ｎｍとなる。
実施形態４において、チタンサファイヤ増幅器１４１は本開示における「第１の増幅器」の一例である。
１３．実施形態５
１３．１ 構成
実施形態５に係るレーザシステムの構成は、図２０に示す実施形態１と同様の構成であってよい。
１３．２ 動作
実施形態５に係るレーザシステム１は、実施形態１で説明した動作に加え、さらに、エキシマ増幅器１４によって増幅されたエキシマ光をスペクトルモニタ６０６によって検出して、エキシマ光のスペクトル線幅から固体レーザシステム１０をフィードバック制御する。
図７４は、レーザ制御部１８の処理例を示すフローチャートである。図７４のフローチャートについて、図８との相違点を説明する。
図７４のフローチャートは、ステップＳ１２及びステップＳ１３の後に、ステップＳ３００を含む。ステップＳ３００において、レーザ制御部１８はエキシマレーザ光のスペクトル線幅確認サブルーチンを実施し、ステップＳ３００の後にステップＳ１４に進む。
図７５は、エキシマレーザ光のスペクトル線幅確認サブルーチンの例を示すフローチャートである。図７５のフローチャートは図７４のステップＳ３００に適用される。
図７５のステップＳ３１１において、レーザ制御部１８はスペクトルモニタ６０６によってエキシマ光の発光パルスが検出されたか否かを判定する。
ステップＳ３１１の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３１２に進み、スペクトルモニタ６０６においてエキシマ光のスペクトル線幅Δλｅｘを計測する。例えば、レーザ制御部１８は、スペクトルモニタ６０６によって検出されたスペクトル形状から全エネルギの９５％幅をスペクトル線幅Δλｅｘとして計測する。
ステップＳ３１３において、レーザ制御部１８は計測されたスペクトル線幅Δλｅｘと目標スペクトル線幅Δλｅｘｔとの差ΔΔλｅｘを計算する。
ΔΔλｅｘ＝Δλｅｘ－Δλｅｘｔ （１５）
なお、目標スペクトル線幅Δλｅｘｔは、露光制御部２２から指令される目標スペクトル線幅Δλｔであってよい。
そして、ステップＳ３１４において、レーザ制御部１８はΔΔλｅｘの絶対値が許容範囲を示す許容上限値ΔΔλｅｘｔｒ以下であるか否かを判定する。ステップＳ３１４の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３１５に進む。
ステップＳ３１５において、レーザ制御部１８は露光制御部２２にエキシマ光のスペクトル線幅ＯＫ信号を送信する。
一方、ステップＳ３１４の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６においてレーザ制御部１８は露光制御部２２にエキシマ光のスペクトル線幅ＮＧ信号を送信する。
ステップＳ３１６の後、レーザ制御部１８はステップＳ３１７に進み、ΔΔλｅｘが０に近づくように目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを補正する処理を行う。
図７６は、ΔΔλｅｘが０に近づくように目標スペクトル線幅Δλ１ｃｈｔを補正する処理の例を示すフローチャートである。図７６のフローチャートは図７５のステップＳ３１７に適用される。
図７６のステップＳ３２１において、レーザ制御部１８は、エキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１との関係を再計測し、新しいテーブルデータ又は近似関数を求めて、相関関係のデータを記憶する。これは、図２７で説明した関係データを補正して、新しい関係データに更新することを意味する。
ΔΔλｅｘが許容範囲を超える場合は、エキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１との関係がずれていると考えられる。このため、レーザ制御部１８は、所定の間隔で、第１の半導体レーザ１１１のスペクトル線幅Δλｃｈｔを変化させ、エキシマ光のスペクトルモニタ６０６によって計測されたそれぞれのスペクトル線幅Δλexから、エキシマ光のスペクトル線幅Δλと第１の半導体レーザシステム１６０のスペクトル線幅Δλ１との関係を示すテーブルデータ又は近似曲線を更新する。
ステップＳ３２１の後、レーザ制御部１８は図７６のフローチャートを終了し、図７５のフローチャートに復帰する。
図７５のステップＳ３１５又はステップＳ１１７の後、図７５のフローチャートを終了し、図７４のフローチャートに復帰する。また、図７５のステップＳ３１１の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部１８はステップＳ３１２～ステップＳ３１７をスキップして、図７５のフローチャートを終了し、図７４のフローチャートに復帰する。
１３．３ 作用・効果
実施形態５によれば、実施形態１と同様の効果が得られることに加え、エキシマ光のスペクトル線幅を一層高精度に制御することができる。
１４．電子デバイスの製造方法
図７７は、露光装置２０の構成例を概略的に示す図である。図７７において、露光装置２０は、照明光学系２４と投影光学系２５とを含む。照明光学系２４は、レーザシステム１から入射したレーザ光によって、レチクルステージＲＴのレチクルパターンを照明する。投影光学系２５は、レチクルを透過したレーザ光を、縮小投影してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピースに結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。露光装置２０は、レチクルステージＲＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、レチクルパターンを反映したレーザ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写することで半導体デバイスを製造することができる。レーザシステム１は、各実施形態で説明したレーザシステム１Ａ～１Ｃであってもよい。
１５．外部装置の他の例
外部装置の実施形態として、半導体製造に用いる露光装置２０の例を説明したが、外部装置はこの例に限定されることなく、例えば、以下のような外部装置の例がある。
［１］被加工材料にレーザ光を照射して材料を加工するレーザ加工装置。
［２］半導体材料にパルスレーザ光を照射することによって、レーザアニールするレーザアニール装置。
［３］半導体材料にパルスレーザ光を照射することによって、レーザドーピングするレーザドーピング装置。
［４］処理材料にレーザ光を照射して材料の表面を処理するレーザ照射処理装置。
１６．その他
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、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。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 第１のパルスレーザ光を出力する第１の半導体レーザシステムであって、
    シングル縦モードで発振する第１の半導体レーザと、
    前記第１の半導体レーザから出力される第１のレーザ光にチャーピングを発生させるように前記第１の半導体レーザに流す電流を制御する第１の電流制御器と、
    前記第１のレーザ光をパルス増幅する第１の半導体光増幅器と、を含む前記第１の半導体レーザシステムと、
    前記第１の半導体光増幅器によって増幅されて前記第１の半導体レーザシステムから出力された前記第１のパルスレーザ光を増幅する第１の増幅器と、
    前記第１の増幅器によって増幅された第２のパルスレーザ光を紫外線の第３のパルスレーザ光に波長変換する波長変換システムと、
    前記第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、
    外部装置から指令された目標スペクトル線幅のエキシマレーザ光が得られるように、前記第１の半導体レーザシステムから出力される前記第１のパルスレーザ光のチャーピング量を制御する制御部と、
    を備えるレーザシステム。
  2. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の半導体レーザは、分布帰還型半導体レーザである、
    レーザシステム。
  3. 請求項２に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の電流制御器は、前記第１の半導体レーザに流す電流のＡＣ成分とＤＣ成分とを制御するように構成され、
    前記制御部は、前記外部装置から指令された前記目標スペクトル線幅の前記エキシマレーザ光が得られるように、前記第１の電流制御器を介して前記第１の半導体レーザに流す電流の前記ＡＣ成分を制御する、
    レーザシステム。
  4. 請求項３に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記第１のレーザ光の一部を受光することにより、前記第１のレーザ光のスペクトル線幅を検出する第１のスペクトルモニタを備え、
    前記制御部は、前記第１のスペクトルモニタによって検出されたスペクトル線幅に基づいて、前記ＡＣ成分の電流制御パラメータの値を制御する、
    レーザシステム。
  5. 請求項４に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記エキシマ増幅器によって増幅されたパルスレーザ光である前記エキシマレーザ光の一部を受光することにより、前記エキシマレーザ光のスペクトル線幅を検出するスペクトルモニタと、を備え、
    前記制御部は、前記スペクトルモニタによって検出された前記エキシマレーザ光のスペクトル線幅に基づいて、前記ＡＣ成分の電流制御パラメータの値を制御する、
    レーザシステム。
  6. 請求項３に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の半導体光増幅器に流す電流のパルス幅は、前記第１の半導体レーザに流す電流の前記ＡＣ成分の周期の１以上の整数倍である、
    レーザシステム。
  7. 請求項３に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記外部装置から入力される発光トリガ信号に応じて、前記波長変換システムから出力された前記第３のパルスレーザ光が前記エキシマ増幅器に入射するタイミングで前記エキシマ増幅器を放電させる同期システムを備える、
    レーザシステム。
  8. 請求項７に記載のレーザシステムであって、
    前記同期システムは、前記発光トリガ信号と同期して、かつ、前記第１の半導体光増幅器に流れるパルス電流のタイミングと同期して、前記エキシマ増幅器の放電タイミングを制御する、
    レーザシステム。
  9. 請求項２に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の電流制御器は、前記第１の半導体レーザに流すパルス電流を制御するように構成され、
    前記制御部は、前記外部装置から指令された前記目標スペクトル線幅の前記エキシマレーザ光が得られるように、前記第１の電流制御器を介して前記第１の半導体レーザに流す前記パルス電流のパルス電流値を制御する、
    レーザシステム。
  10. 請求項９に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の半導体光増幅器は、前記第１の半導体レーザから出力されたパルスレーザ光である前記第１のレーザ光の一部をパルス増幅するように構成され、
    前記制御部は、前記第１の半導体光増幅器による増幅の開始タイミングと増幅パルスの時間幅のうち少なくとも１つを制御する、
    レーザシステム。
  11. 請求項９に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記第１の半導体光増幅器によって増幅された前記第１のパルスレーザ光の通過を制御する光シャッタと、
    前記第１の半導体レーザ及び前記第１の半導体光増幅器の両方を動作させる基準クロック発生器と、
    を備えるレーザシステム。
  12. 請求項１１に記載のレーザシステムであって、
    前記第１の半導体レーザと前記第１の半導体光増幅器とは、前記基準クロック発生器から出力される基準クロック信号に同期して、それぞれにパルス電流が流れるように構成されている、
    レーザシステム。
  13. 請求項１１に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記外部装置から入力される発光トリガ信号に応じて、前記波長変換システムから出力された前記第３のパルスレーザ光が前記エキシマ増幅器に入射するタイミングで前記エキシマ増幅器を放電させる同期システムを備え、
    前記同期システムは、前記発光トリガ信号の入力後、前記第１の半導体光増幅器に電流トリガ信号が入力されるタイミングに同期して、前記光シャッタの開閉タイミングと前記エキシマ増幅器の放電タイミングとを制御する、
    レーザシステム。
  14. 請求項１３に記載のレーザシステムであって、
    前記同期システムに用いられる基準クロック信号の周波数は、
    前記発光トリガ信号の最大周波数以上である、
    レーザシステム。
  15. 請求項１３に記載のレーザシステムであって、
    前記同期システムに用いられる基準クロック信号の周波数は、
    前記発光トリガ信号の最大周波数の１０倍以上である、
    レーザシステム。
  16. 請求項１３に記載のレーザシステムであって、
    前記同期システムに用いられる基準クロック信号の周波数は、
    前記発光トリガ信号の最大周波数の１００倍以上である、
    レーザシステム。
  17. 請求項１に記載のレーザシステムであって、さらに、
    シングル縦モードで発振する第２の半導体レーザと、
    前記第２の半導体レーザから出力される第２のレーザ光にチャーピングを発生させるように前記第２の半導体レーザに流す電流を制御する第２の電流制御器と、
    前記第２のレーザ光をパルス増幅する第２の半導体光増幅器と、
    を含む第２の半導体レーザシステムと、
    前記第２の半導体レーザシステムから出力された第４のパルスレーザ光を増幅する第２の増幅器と、
    前記第２の増幅器により増幅された第５のパルスレーザ光を増幅する固体増幅器と、
    を備え、
    前記固体増幅器により増幅された第６のパルスレーザ光が前記波長変換システムに入射される、
    レーザシステム。
  18. 請求項１７に記載のレーザシステムであって、
    前記波長変換システムは、非線形結晶を含み、前記第２のパルスレーザ光と第６のパルスレーザ光とから前記第３のパルスレーザ光を生成する、
    レーザシステム。
  19. 請求項１に記載のレーザシステムであって、さらに、
    前記第１の半導体レーザシステムは、
    前記第１の半導体レーザと前記第１の半導体光増幅器との間の光路上に配置された第３の半導体光増幅器を含み、
    前記制御部は、前記第１の半導体光増幅器に入射するレーザ光のスペクトル形状が中心波長に対して対称なスペクトル形状となるように前記第３の半導体光増幅器に流す電流を制御する、
    レーザシステム。
  20. 電子デバイスの製造方法であって、
    シングル縦モードで発振する第１の半導体レーザと、
    前記第１の半導体レーザから出力される第１のレーザ光にチャーピングを発生させるように前記第１の半導体レーザに流す電流を制御する第１の電流制御器と、
    前記第１のレーザ光をパルス増幅する第１の半導体光増幅器と、
    を含む第１の半導体レーザシステムと、
    前記第１の半導体光増幅器によって増幅されて前記第１の半導体レーザシステムから出力された第１のパルスレーザ光を増幅する第１の増幅器と、
    前記第１の増幅器によって増幅された第２のパルスレーザ光を紫外線の第３のパルスレーザ光に波長変換する波長変換システムと、
    前記第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマ増幅器と、
    外部装置から指令された目標スペクトル線幅のエキシマレーザ光が得られるように、前記第１の半導体レーザシステムから出力される前記第１のパルスレーザ光のチャーピング量を制御する制御部と、
    を備えるレーザシステムによって前記エキシマレーザ光を生成し、
    前記エキシマレーザ光を露光装置に出力し、
    電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記エキシマレーザ光を露光すること
    を含む電子デバイスの製造方法。
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