JP2003198020A - 露光用フッ素分子レーザシステム - Google Patents

露光用フッ素分子レーザシステム

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    • H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
    • H01S3/2258—F2, i.e. molecular fluoride is comprised for lasing around 157 nm

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２ステージレーザ方式の露光用フッ素分子レ
ーザシステムにおいて、発振段レーザの中心波長と増幅
段レーザの中心波長とを合わせてスペクトル純度が小さ
く線幅の狭いレーザビームを発振させる。 【解決手段】 発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０と
からなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシス
テムであって、発振段レーザ１０から放出されるレーザ
ビームの中心波長と、増幅段レーザ２０を単独でレーザ
発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビ
ームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるよ
うに構成した露光用フッ素分子レーザシステム。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光用フッ素分子
レーザシステムに関し、特に、２ステージレーザ方式の
露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レー
ザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせるよ
うにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】７０ｎｍ以下の刻印幅の半導体集積回路
を半導体上に実現するための露光技術において、波長１
６０ｎｍ以下の露光用光源が要求されている。そして現
在、波長１５７ｎｍ付近の紫外線を放出するＦ2 （フッ
素分子）レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【０００３】Ｆ2 レーザ装置には、図１６に示すよう
に、主な発振波長が２つあり（λ1 ＝157.6299nm，λ2
＝157.5233nm：Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 198
6 ）、そのスペクトル線幅（ＦＷＨＭ：半値全幅）は約
１ｐｍ程度である。上記２つの発振線の強度比Ｉ
（λ1 ）／Ｉ（λ2 ）は約７である。通常、露光には強
度の強い波長λ1 （＝157.6299nm）の発振ラインが用い
られる。
【０００４】ところで、半導体露光技術には大きく分け
て以下の２種類ある。
【０００５】１）屈折系(dioptric system) を用いるも
の ２）反射屈折系(catadioptric system) を用いるもの 反射屈折光学系を露光技術に用いると、色収差の発生が
抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置
が現状１５７ｎｍ付近の波長域では有望視されている。
ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の
光軸調整が困難である。
【０００６】これに対して、屈折系は従来の半導体露光
装置に一般的に用いられていた投影光学系である。半導
体露光技術では、光学系内での色収差補正方法が１つの
大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有
するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって色
収差補正を実現してきた。ただし、１５７ｎｍ付近の波
長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類
には制限があり、現状ではＣａＦ2 以外は使用できない
状況にある。
【０００７】したがって、屈折系の露光装置の光源とし
てのＦ2 レーザ装置には狭帯域化が要請される。具体的
には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を０．３ｐ
ｍ以下に狭帯域化することが要求される。
【０００８】一方、露光用光源として、Ｆ2 レーザ装置
に要求される平均出力は、例えば、２０Ｗである。すな
わち、Ｆ2 レーザ装置の繰り返し周波数が２ｋＨｚのと
き、１パルス当たりのパルスエネルギーは１０ｍＪであ
り、繰り返し周波数が４ｋＨｚのとき、１パルス当たり
のパルスエネルギーは５ｍＪとなる。
【０００９】しかしながら、例えば狭帯域化手段として
レーザ共振器内にエタロンを配置するとき、出力５〜１
０ｍJ のレーザ出力を得ようとすると、エタロンのコー
ティングにダメージが発生するので、エタロンとして
は、コーティングなしのものを使用せざるを得なかっ
た。そのため、スペクトル線幅も狭くすることができな
かった。また、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emissi
on）成分が多いため、線幅も０．４〜０．６ｐｍと余り
狭くならない。すなわち、パルスエネルギー５〜１０ｍ
Ｊで狭帯域化を行うことは困難である。
【００１０】以上のような状況により、スペクトル線幅
が０．３ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ
以上のレーザビームを得るには、例えば、発振段レーザ
と増幅段レーザとからなる２ステージレーザシステムを
採用すればよい。すなわち、発振段レーザで低出力では
あるがスペクトル線幅が０．３ｐｍ以下であるレーザビ
ームを発生させ、このレーザビームを増幅段レーザで増
幅して、スペクトル線幅が０．３ｐｍ以下で、かつ、パ
ルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得ること
ができる。
【００１１】２ステージレーザシステムの構成例には、
インジェクション・ロック（Injection Locking ）方式
及びＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifie
r）方式がある。インジェクション・ロック方式は、増
幅段レーザにレーザ共振器を備える構成であり、増幅段
レーザには不安定共振器を用いる。ＭＯＰＡ方式は、増
幅段レーザにレーザ共振器を持たない構成である。ＭＯ
ＰＡ方式ではこのように増幅段レーザにレーザ共振器を
持たないため、発振段レーザからのレーザビームの１パ
ス増幅器として機能する。
【００１２】発振段レーザの狭帯域化素子としては、１
個又はそれ以上のビーム拡大兼分散プリズム群とグレー
ティングの組み合わせ、又は、エタロンと全反射鏡の組
み合わせ等を用いる。以下に、インジェクション・ロッ
ク方式及びＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの
構成例を示す。
【００１３】図１７（ａ）は、インジェクション・ロッ
ク方式の場合であって、狭帯域化素子としてプリズムと
回折格子（グレーティング）を使用する場合、図１７
（ｂ）は、インジェクション・ロック方式の場合であっ
て、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合、図１
８（ａ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であって、狭帯域化素
子としてプリズムと回折格子（グレーティング）を使用
する場合、図１８（ｂ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であっ
て、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合をそれ
ぞれ示す。図中、符号１０は発振段レーザ、２０は増幅
段レーザ、１は発振段レーザ１０のレーザチェンバ、
１’は増幅段レーザ２０のレーザチェンバ、２は狭帯域
化モジュール（狭帯域化素子）、３は発振段レーザ１０
の出力鏡、４は発振段レーザ１０のレーザビームを制限
するアパーチャ、５は狭帯域化モジュール２を構成する
回折格子、６は狭帯域化モジュール２を構成するビーム
拡大兼分散プリズム、７は増幅段レーザ２０の不安定共
振器を構成する凹面ミラー、８は増幅段レーザ２０の不
安定共振器を構成する凸面ミラー、９は発振段レーザ１
０と増幅段レーザ間に介在する反射ミラー、１１は狭帯
域化モジュール２を構成するエタロン、１２は狭帯域化
モジュール２を構成する全反射鏡である。
【００１４】ここでは、図１７（ａ）のインジェクショ
ン・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子２として
プリズム６と回折格子５を使用する場合の構成を例とっ
て説明する。発振段レーザ１０は、レーザシステムのシ
ードレーザ（種レーザ光）発生部としての機能を有す
る。増幅段レーザ２０は、そのシードレーザを増幅する
機能を有する。すなわち、発振段レーザ１０のスペクト
ル特性により、レーザシステムの全体のスペクトル特性
が決定される。そして、増幅段レーザ２０によってレー
ザシステムからのレーザ出力（エネルギー又はパワー）
が決定される。発振段レーザ１０には、拡大プリズム
６、回折格子５を含む狭帯域化モジュール２が搭載され
ており、スペクトルが狭帯域化されたレーザが発振段レ
ーザ１０より出力される。
【００１５】なお、狭帯域化モジュール２を、図１７
（ｂ）、図１８（ｂ）に示すように、エタロン１１と全
反射鏡１２とから構成してもよい。
【００１６】発振段レーザ１０からのレーザビーム（シ
ードレーザビーム）は、反射ミラー９等を含むビーム伝
播系により増幅段レーザ２０へ導かれ、注入される。イ
ンジェクション・ロック方式（図１７）では、小入力で
も増幅できるように、増幅段には、凹面ミラー７と凸面
ミラー８からなり、例えば倍率が３倍以上の不安定型共
振器が採用される。
【００１７】増幅段レーザ１０の不安定共振器の凹面ミ
ラー７には穴が開いており、この穴を通して導入された
シードレーザビームは凸面ミラー８で矢印のように反射
して拡大され、レーザチェンバ１’の放電部を有効に通
過しレーザビームのパワーが増大する。そして、凸面ミ
ラー８からレーザが出射される。凹面ミラー７の中心部
には空間的穴が施してあり、周囲には高反射率ミラーコ
ートが施されている。凸面ミラー８の中心部には高反射
率ミラーコートが施され、周囲のレーザ出射部には反射
防止コートが施されている。凹面ミラー７の穴は空間的
に開いているのではなく、穴部のみ反射防止コートが施
されたミラー基板を用いてもよい。また、ミラーに透過
部を持たせない不安定共振器を用いてもよい。
【００１８】フッ素分子レーザの場合、発振段レーザ１
０、増幅段レーザ２０共、バッファガスとして、Ｈｅ又
はＮｅ又はそれらの混合ガスを用いる。また、必要に応
じてＸｅも添加する。
【００１９】図１９に、２ステージレーザ方式のＦ2 レ
ーザ装置のレーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変
化の関係の模式図を示す。図中、横軸のｔは時間、縦軸
のＩは強度、Δλはスペクトル線幅を示す。この図１９
のパルス波形において、スペクトル線幅Δλは時間ｔの
経過に伴なって（すなわち、共振器内のラウンドトリッ
プの回数が多くなるにつれて）細くなる。従来の狭帯域
化レーザでは、スペクトル線幅は積分値となるが、２ス
テージレーザ方式では、瞬時の線幅が狭くなったパルス
後半部のものを取り出し、この線幅を維持したまま、出
力のみ増幅することができ、ＡＳＥ成分を低減させるこ
とができる。
【００２０】したがって、このような２ステージレーザ
方式を用いることにより、高出力と超狭帯域を同時に達
成することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】Ｆ2 レーザ装置を露光
用光源として用いる場合、スペクトル純度が重要とな
る。この「スペクトル純度」とは、スペクトルエネルギ
ーの集中度に関する１つの指標であり、スペクトル波形
の「ある面積比率」を含む線幅を言う。例えば、一般に
よく使われる「９５％純度」とは、図２０に示すよう
に、そのスペクトル波形の全面積の中、中心側から９５
％の面積を含む線幅を意味する。
【００２２】ところで、Ｆ2 レーザ装置は、Ｈｅバッフ
ァー時とＮｅバッファー時では中心波長が異なるため、
例えば発振段レーザをＮｅバッファー、増幅段レーザを
Ｈｅバッファーとしてそのまま発振させると、図２１
（ａ）に示すように、発振段レーザの中心波長と増幅段
レーザの中心波長とがずれた状態で同期されてしまう。
Ｆ2 レーザは元々、ＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキ
シマレーザと比べて線幅が狭いため、図２１（ｂ）に示
すように、この中心波長のずれは増幅後のレーザビーム
のスペクトル純度の悪化に繋がってしまう。
【００２３】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、２ステージレーザ方式の露光
用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザの
中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせてスペク
トル純度が小さく線幅の狭いレーザビームを発振させる
ようにすることである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の露光用フッ素分子レーザシステムは、発振段レーザ
と増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ
素分子レーザシステムであって、発振段レーザから放出
されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独
でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出される
レーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致
させるように構成したことを特徴とするものである。
【００２５】本発明においては、発振段レーザから放出
されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独
でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出される
レーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致
させるように構成したので、露光用フッ素分子レーザシ
ステムの超狭帯域化が達成され、スペクトル純度も良好
となる。
【００２６】なお、本発明において、増幅段レーザを単
独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出され
るレーザビームの中心波長とは、インジェクション・ロ
ックの場合は、文字通り増幅段レーザを単独でレーザ発
振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビー
ムの中心波長を意味し、ＭＯＰＡ方式の場合は、増幅段
レーザの何れかの主な発振波長（図１６）近傍の最も利
得の高い波長を意味する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の露光用フッ素分
子レーザシステムをいくつかの実施例に基づいて説明す
る。
【００２８】図１に、インジェクション・ロック方式を
採用した場合の１つの実施例の露光用フッ素分子レーザ
システムのシステム構成図を示す。
【００２９】図１の構成と作用を説明する前に、発振段
レーザ１０と増幅段レーザ２０の波長ずれの原因につい
て説明しておく。
【００３０】中心波長がずれる原因は、以下の通りであ
る。
【００３１】第１の原因は、バッファーガスの相違であ
る。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のバッファー
ガスが異なること（例、発振段レーザ：Ｎｅバッファ
ー、増幅段レーザ：Ｈｅバッファー）により、図２１に
示すような中心波長のずれが起こる。発振段レーザ１０
である狭帯域化レーザは、スペクトルの狭帯域化のため
にはロングパルス化が可能で、狭帯域化素子をより多く
利用できるＮｅバッファーの使用が有利である。また、
増幅段レーザ２０は高出力を得るためにＨｅバッファー
の使用が有利である。バッファーガスがＨｅの場合とＮ
ｅの場合では、封入圧力が等しいとき、中心波長は、図
２に示すように約０．３２〜０．３６ｐｍずれる。
【００３２】中心波長がずれる第２の原因は、封入ガス
圧力の相違である。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２
０のバッファーガスが同じでも、ガス圧が異なることに
よって中心波長のずれが起こる。図３に示すように、圧
力が高いと、中心波長は長くなる。
【００３３】中心波長がずれる第３の原因に、狭帯域化
ユニットにおける波長選択のずれがある。例えば、イン
ジェクションロック方式で、発振段レーザ１０側を単独
で発振させたときの中心波長に対して、増幅段レーザ２
０から放出されるレーザビームの中心波長が狭帯域化素
子の選択波長のずれに起因して中心波長がずれることに
なる。
【００３４】また、以上の第１から第３の原因が２つ以
上複合して中心波長のずれが起こる。
【００３５】その他、（１）レーザガス中のフッ素分
圧、（２）放電電圧（電極への印加電圧）、（３）ガス
温度等が原因になり得るが、（１）、（２）による中心
波長のずれはほとんど無視できるくらい小さかった。ま
た、（３）の温度は、レーザチェンバの容積が一定なの
で、結局、圧力による中心波長のずれと同等となる。
【００３６】さて、図１に戻って、このインジェクショ
ン・ロック方式を採用した露光用フッ素分子レーザシス
テムにおいて、発振段レーザ１０は、レーザチェンバ１
と、その両端に配置されて共振器を構成する狭帯域化ユ
ニット（モジュール）２及び出力鏡３と、レーザビーム
を制限するアパーチャ４、４とからなり、増幅段レーザ
２０は、レーザチェンバ１’と、その両端に配置されて
共振器を構成する反射鏡１３と、出力鏡１４とからな
る。ここで、増幅段レーザ２０に不安定共振器を用いる
場合には、反射鏡１３には凹面ミラー、出力鏡１４には
凸面ミラーが採用される。また、発振段レーザ１０の狭
帯域化ユニット２としては、図１７、図１８に示したよ
うな、プリズム６と回折格子５を使用するもの、エタロ
ン１１と全反射鏡１２を使用するもの何れであってもよ
い。
【００３７】そして、図１の場合、発振段レーザ１０と
増幅段レーザ２０の間にビームスプリッタ１５が配置さ
れ、また、そのビームスプリッタ１５と反射鏡１３の間
にシャッター１６が配置され、さらに、増幅段レーザ２
０の出力側に別のビームスプリッタ１７が配置されてい
る。
【００３８】ビームスプリッタ１５で取り出された発振
段レーザ１０からのレーザビームはモニタ２１に入射
し、ビームスプリッタ１７で取り出された増幅段レーザ
２０からのレーザビームはモニタ２２に入射し、モニタ
２１、２２からの出力信号は、コントローラ２３に入力
し、コントローラ２３からの制御信号は狭帯域化ユニッ
ト２とガスユニット２４に送られ、ガスユニット２４は
レーザチェンバ１とレーザチェンバ１’のガス圧を制御
するようになっている。
【００３９】このような構成において、中心波長同調の
制御方法について説明する。
【００４０】波長の調整には、以下の３つの方法があ
る。発振段レーザ１０の中心波長をλ１、増幅段レーザ
２０の中心波長をλ２とするとき、 λ１固定、λ２制御 λ１制御、λ２固定 λ１制御、λ２制御 まず、発振段レーザ１０側の波長λ１を固定し、増幅段
レーザ２０側の波長を制御して同調する場合について説
明する。そのためには、増幅段レーザ２０のガス圧等を
制御して波長を合わせる。
【００４１】まず、図１の構成において、発振段レーザ
１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリ
ッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニ
タ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビ
ームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコ
ントローラ２３に送信する。
【００４２】そして、発振段レーザ１０と増幅段レーザ
２０の間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではな
い増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの
一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２
２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から
放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニ
タ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００４３】ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ
１、λ２を検出可能なモニタである。
【００４４】コントローラ２３は受信したデータを基
に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００４５】コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を
一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの
中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２を制御し
て、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中
心波長がλ１となるように固定する。
【００４６】続いて、λ２＝λ１となるように、増幅段
レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長
λ２を調整する。波長λ２の調整は、増幅段レーザ２０
のレーザチェンバー１’内ガスの圧力を制御することに
より以下のように行う。 ・λ２＞λ１の場合 先に述べた通り、レーザチェンバ１’内のガス圧力が高
いと、中心波長は長波長側にシフトするので、コントロ
ーラ２３はガスユニット２４を制御して、図４に示すよ
うに、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス
圧力Ｐ２を減らして、波長λ１に相当する増幅段レーザ
２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させ
る。 ・λ２＜λ１の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図４
に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’
内のガス圧力Ｐ２を増やして、波長λ１に相当する増幅
段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに
一致させる。
【００４７】ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ
２０において、バッファーガス種が同一である場合は、
本制御の結果、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の
レーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一方、
バッファーガス種が異なる場合は、本制御の結果、発振
段レーザ１０と増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、
１’内圧力は相違することになる。
【００４８】上記制御方法は、シャッター１６を用いて
増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中
心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、増幅
段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２を検
出することができない。すなわち、本制御方法は、イン
ジェクション・ロック方式の２ステージレーザにのみ適
用できる。
【００４９】別の実施例を図５の露光用フッ素分子レー
ザシステムのシステム構成図を参照にして説明する。こ
の実施例は、インジェクション・ロック方式を採用した
露光用フッ素分子レーザシステムであるが、増幅段レー
ザ２０の共振器を構成する反射鏡１３と出力鏡１４を省
いてＭＯＰＡ方式としてもよい。
【００５０】この図５の実施例においては、図１の構成
と異なるのは、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の
間のシャッター１６が省かれている点だけで、制御方法
が異なる。すなわち、この実施例では、発振段スペクト
ル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行
うものである。
【００５１】発振段レーザ１０から放出されるレーザビ
ームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モ
ニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１
０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出
し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信す
る。
【００５２】一方、発振段レーザ１０からのシードレー
ザビームを増幅して増幅段レーザ２０から放出されるレ
ーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出
し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レ
ーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形
を検出し、モニタ２２はデータをコントローラに送信す
る。
【００５３】ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波
形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振
段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ
１も検出可能なモニタである。
【００５４】コントローラ２３は受信したスペクトルデ
ータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビ
ームのスペクトル純度Δλp1と増幅後に増幅段レーザ２
０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3
を算出し、両者を比較する。
【００５５】その結果に基づくガス圧の調整は、以下の
２つの方法がある。 （１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０
側圧力制御 （２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０
側圧力固定 ここでは、増幅段レーザ２０側圧力制御する場合につい
て説明する。コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一
定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中
心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波
長がλ１となるように固定する。
【００５６】続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ
×Δλp1（Ａ＝１〜３程度）となるように、増幅段レー
ザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。通
常、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームに
は、増幅段レーザ２０で発生するＡＳＥ成分が含まれ
る。したがって、増幅後に増幅段レーザ２０から放出さ
れるレーザビームのスペクトル純度Δλp3は、発振段レ
ーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度
Δλp1より大きくなることが多い。本発明者の実験によ
り、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビ
ームが露光に十分使用可能なスペクトル線幅に狭帯域化
されているとき、その純度Δλp3は、発振段レーザ１０
から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の
１〜３倍程度の何れかの値であることが分った。
【００５７】この場合のガス圧制御の方法について説明
する。図６に示すように、まず、コントローラ２３はガ
スユニット２４を制御して増幅段レーザ２０のレーザチ
ェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後のス
ペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度
Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす
方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにす
る。
【００５８】一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp
3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きく
なった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、
Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００５９】なお、以下のような手順でもよい。すなわ
ち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御
して増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧
力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’
が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなっ
た場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλ
p3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６０】一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp
3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きく
なった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、
Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６１】上記したように、増幅後の増幅段レーザ２
０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3
をモニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２
０との間に、図５に示すように、シャッターを設ける必
要はない。
【００６２】すなわち、本制御方法は、インジェクショ
ン・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式（反射鏡１３
と出力鏡１４を省いた構成）に対しても適用できる。
【００６３】なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、
上記したような９５％純度であるが、これに限るもので
はない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ
310%であってもよい。ここで言う「スペクトル１０％線
幅」とは、図７に示すように、スペクトル波形のピーク
強度の１０％となる位置でのスペクトル線幅を言う。な
お、スペクトル１０％線幅の代わりに、スペクトルのピ
ーク強度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わな
い。これらの場合には、上記係数Ａは、前記のＡ＝１〜
３程度とは必ずしもならない。
【００６４】図５で説明した例では、発振段レーザ１０
から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1
（あるいは、Δλ110%等）と増幅後の増幅段レーザ２０
から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3
（あるいは、Δλ310%等）を算出し、両者を比較してい
たが、増幅後の増幅段レーザ２０からから放出されるレ
ーザビームのスペクトル純度Δλp3（あるいは、Δλ3
10%等）のみを算出し、図８に示すように、これが最小
となるように増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内
のガス圧力Ｐ２を制御するようにしてもよい。
【００６５】次に、上記の発振段スペクトル純度Δλp1
と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行う実施例の変
形例を説明する。この実施例は、理想スペクトル純度Δ
λoと増幅後スペクトル純度Δλp3の比較するものであ
る。
【００６６】そのためには、増幅後に増幅段レーザ２０
から放出されるレーザビームの理想純度を予め計算して
おき、コントローラ２３に記憶しておく。
【００６７】理想純度Δλo の導出の際には、スペクト
ル波形としてガウシアン関数、 Ｉ＝ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｋg ） 又は、ローレンツ関数、 Ｉ＝１／（１＋ｘ2 ／ｋl ） を用いる。ここで、Ｉはスペクトル強度、ｘは波長、ｋ
g 、ｋl は定数である。例えばＦＷＨＭが０．２ｐｍの
スペクトル波形を考えると、ｋg ＝-1.443×10-2 6 、ｋ
l ＝ 1×10-26 となる。
【００６８】図５において、発振段レーザ１０から放出
されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５によ
り取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波
長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２
３に送信する。
【００６９】一方、発振段レーザ１０からのシードレー
ザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出される
レーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り
出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段
レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純
度Δλp3を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ
２３に送信する。
【００７０】ここでのモニタ２１は発振段レーザ１０か
ら放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能な
モニタである。また、モニタ２２はスペクトル純度Δλ
p3を検出可能なモニタである。
【００７１】コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を
一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの
中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御し
て、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中
心波長がλ１となるように固定する。
【００７２】コントローラ２３は、記憶しておいたデー
タと受信したデータを基に、理想純度Δλo と増幅後ス
ペクトル純度Δλp3を比較する。
【００７３】続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Δ
λo となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ
内のガス圧を制御する。
【００７４】この場合のガス圧制御の方法について説明
する。図９に示すように、まず、コントローラ２３はガ
スユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザ
チェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後の
スペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純
度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２増やす
方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。一
方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化
前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以
後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Δλo
となるようにする。
【００７５】なお、以下のような手順でもよい。すなわ
ち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御
して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス
圧力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp
3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さく
なった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、
Δλp3＝Δλo となるようにする。一方、圧力変化後の
スペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純
度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増や
す方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。
【００７６】以上のように、この実施例では、増幅後の
増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペク
トル純度Δλp3モニタするので、発振段レーザ１０と増
幅段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッタ
ー１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制
御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、
ＭＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１
も必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルにな
る。
【００７７】次に、発振段スペクトル純度左右比率Δλ
p1short ／Δλp1longと増幅後スペクトル純度左右比率
Δλp3short ／Δλp3longの比較を行う実施例について
説明する。
【００７８】図５において、発振段レーザ１０から放出
されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５によ
り取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペク
トル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ
２３に送信する。
【００７９】一方、発振段レーザ１０からのシードレー
ザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出される
レーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り
出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段
レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波
形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に
送信する。
【００８０】ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波
形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振
段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ
１が検出可能なモニタであるコントローラ２３は、受信
したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放
出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の中の中
心波長より短波長側（左側）の純度Δλp1short と長波
長側（右側）の純度Δλp1longを算出する。また、増幅
後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのス
ペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側（左
側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度Δλ
p3longを算出する。
【００８１】ここで言う「中心波長」とは、スペクトル
波形の強度がピークとなる波長、又は、半値強度におけ
る波長の中心値を言う。そして、短波長側（左側）の純
度Δλp short と長波長側（右側）の純度Δλp longと
は、図１０に示すように、それぞれ中心波長より短波長
側（左側）、長波長側（右側）のスペクトル波形の全面
積の中、中心側から９５％の面積を含む線幅を意味す
る。
【００８２】コントローラ２３は、Δλp1short ／Δλ
p1long、Δλp3short ／Δλp3longの値を算出する。
【００８３】そして、コントローラ２３はガスユニット
２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１
内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２
１からの中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２
を制御して発振段レーザ１０から放出されるレーザビー
ムの中心波長がλ１となるように固定する。
【００８４】この圧力一定化により、発振段レーザ１０
におけるΔλp1short ／Δλp1longの値も固定される。
【００８５】続いて、コントローラ２３は、Δλp3
short ／Δλp3long＝Δλp1short ／Δλp1longとなる
ように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガ
ス圧を制御する。
【００８６】この場合のガス圧制御の方法を説明する。 ・Δλp3short ／Δλp3long＞Δλp1short ／Δλp1
longの場合 この状態は、図１１（ａ）に示すように、発振段レーザ
１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に
増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ
２０から放出されるレーザビームの中心波長が短波長側
に存在する状態である。したがって、コントローラ２３
はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、
増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ
２を増やして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレ
ーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。 ・Δλp3short ／Δλp3long＜Δλp1short ／Δλp1
longの場合 この状態は、図１１（ｂ）に示すように、発振段レーザ
１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に
増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ
２０から放出されるレーザビームの中心波長が長波長側
に存在する状態である。したがって、コントローラ２３
はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、
増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ
２を減らして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレ
ーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００８７】この実施例においては、上記したように、
増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビーム
のスペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側
（左側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度
Δλp3longをモニタするので、発振段レーザ１０と増幅
段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッター
１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制御
方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、Ｍ
ＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１も
必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルにな
る。
【００８８】次に、図１の発振段レーザ１０と増幅段レ
ーザ２０との間にシャッター１６を設けた配置で、発振
段レーザ１０の中心波長λ１を制御する例と、発振段レ
ーザ１０の中心波長λ１、増幅段レーザ２０の中心波長
λ２を共に制御する例とを説明する。
【００８９】図１において、発振段レーザ１０から放出
されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５によ
り取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波
長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２
３に送信する。
【００９０】発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との
間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではない増幅
段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの一部を
ビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導
光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出さ
れるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニタ２２
はデータをコントローラ２３に送信する。
【００９１】ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ
１、λ２を検出可能なモニタである。
【００９２】コントローラ２３は受信したデータを基
に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００９３】コントローラ２３は、λ２＝λ１となるよ
うに、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの
中心波長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレ
ーザビームの波長中心λ２、又は、その両方を調整す
る。波長の調整は、それぞれのガス圧を制御することに
より行う。
【００９４】波長の調整には、前記のように、 λ１固定、λ２制御 λ１制御、λ２固定 λ１制御、λ２制御 の３つの方法があるが、については、前記したので、
λ１制御、λ２固定とλ１制御、λ２制御の場合の
ガス圧制御の方法を説明する。
【００９５】まず、λ１制御、λ２固定の場合につい
て、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、
増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定に
し、シャッター１６を閉状態で増幅段レーザ２０単体か
ら放出されるレーザビームの中心波長がλ２となるよう
に固定する。
【００９６】続いて、λ１＝λ２となるように、発振段
レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１
を調整する。波長λ１の調整は、発振段レーザ１０のレ
ーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより行
う。そのガス圧制御の方法は、 ・λ１＞λ２の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１
３に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１
内のガス圧力Ｐ１を減らして、波長λ２に相当する発振
段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一
致させる。 ・λ１＜λ２の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振
段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増
やして、波長λ２に相当する発振段レーザ１０のレーザ
チェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００９７】また、λ１制御、λ２制御の場合は、コ
ントローラ２３は目標波長λ０を予め記憶しておく。
【００９８】続いて、λ１＝λ２＝λ０となるように、
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波
長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビ
ームの中心波長λ２を調整する。波長λ１、λ２の調整
は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧
力、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内ガスの
圧力を制御することにより行う。なお、中心波長λ２を
制御する際は、シャッター１６を閉状態にする。そのガ
ス圧制御の方法は、 ・λ１＞λ０の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１
４に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１
内のガス圧力Ｐ１を減らして、目標波長λ０に相当する
発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａ
に一致させる。 ・λ１＞λ０の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振
段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増
やして、目標波長λ０に相当する発振段レーザ１０のレ
ーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。 ・λ２＞λ０の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１
５に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー
１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、目標波長λ０に相当
する増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス
圧力Ｐａに一致させる。 ・λ２＜λ０の場合 コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅
段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐ２
を増やして、目標波長λ０に相当する増幅段レーザ２０
のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐａに一致させ
る。
【００９９】上記制御方法は、シャッター１６を用い
て、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビーム
の中心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、
増幅段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２
を検出することができない。したがって、この実施例の
制御方法は、インジェクション・ロック方式の２ステー
ジレーザにのみ適用できる。
【０１００】ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ
２０において、バッファーガス種が同一である場合は、
上記の制御の結果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２
０のレーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一
方、バッファーガス種が異なる場合は、上記制御の結
果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０のそれぞれレ
ーザチェンバ１、１’内圧力は相違するのが一般的であ
る。
【０１０１】次に、発振段スペクトル純度Δλp1と増幅
後スペクトル純度Δλp3の比較する別の実施例を説明す
る。
【０１０２】図５において、発振段レーザ１０から放出
されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５によ
り取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペク
トル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ
２３に送信する。
【０１０３】一方、発振段レーザ１０からのシードレー
ザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出される
レーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り
出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段
レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波
形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に
送信する。
【０１０４】ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波
形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振
段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ
１が検出可能なモニタであるコントローラ２３は受信し
たスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出
されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1と増幅後の
増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペク
トル純度Δλp3を算出し、両者を比較する。
【０１０５】なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、
前記したような９５％純度であるが、これに限るもので
はない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ
310%であってもよい。あるいは、スペクトルのピーク強
度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わない。
【０１０６】コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を
一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの
中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御し
て、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中
心波長がλ１となるように固定する。
【０１０７】続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ
×Δλp1（あるいは、Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ
＝1 〜５程度）となるように、増幅段レーザ２０のレー
ザチェンバ１’内のガス圧を制御する。ここで、Ａ＝１
〜３程度とした理由は、前記で説明したのと同様であ
る。
【０１０８】ガス圧の調整は、前記のように、 （１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０
側圧力制御 （２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０
側圧力固定 の２つの方法があるが、（１）はすでに説明したので、
（２）について説明する。
【０１０９】コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力
を一定にする。
【０１１０】続いて、Δλp3＝Ａ×Δλp1（あるいは、
Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ＝1 〜５程度）となる
ように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビーム
のスペクトル純度Δλp1（あるいは、Δλ110%等）を調
整する。スペクトル純度の調整は、発振段レーザ１０の
レーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより
行う。
【０１１１】そのガス圧制御の方法としては、まず、コ
ントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段
レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増や
す。
【０１１２】圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、
圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場
合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、Δλp3＝
Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１３】一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp
3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きく
なった場合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、
Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１４】なお、以下のような手順でもよい。すなわ
ち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御
して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧
力Ｐ１を減らす。
【０１１５】圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、
圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場
合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、Δλp3＝
Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１６】一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp
3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きく
なった場合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、
Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１７】最後に、狭帯域化ユニット２における波長
選択のずれがある場合に、発振段レーザ１０側の波長、
増幅段レーザ２０側の波長を制御して同調する実施例を
説明する。
【０１１８】図５において、発振段レーザ１０からのシ
ードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放
出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７に
より取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２によ
り増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペ
クトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントロー
ラ２３に送信する。
【０１１９】ここでのモニタ２２はスペクトル波形を検
出可能なモニタである。
【０１２０】コントローラ２３はガスユニット２４を制
御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力
を一定にする。
【０１２１】発振段レーザ１０の狭帯域化ユニット２中
のレーザ狭帯域化素子（グレーティング等）の波長同調
により、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレー
ザビームのスペクトル純度Δλ3 が最小になるように、
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの波長を
調整する。これは、発振段レーザ１０側の波長を増幅段
レーザ２０側の波長に合わせることを意味する。
【０１２２】狭帯域化ユニット２での波長同調の方式と
して、プリズムと回折格子（グレーティング）を使用す
る場合（図１７（ａ）、図１８（ａ））は、グレーティ
ングの回転にて行う。プリズムとグレーティングの狭帯
域化モジュール内に反射ミラーが折り返しミラーとして
設置されている場合は、そのミラーの回転で制御する。
また、折り返しミラーとグレーティング両方を用いて中
心波長制御を行ってもよい。
【０１２３】狭帯域化ユニット２での波長同調の方式と
して、エタロンを用いる場合（図１７（ｂ）、図１８
（ｂ））は、エタロンの回転、使用されるエタロンがエ
アギャップエタロンの場合はエタロンの回転又はエタロ
ンの置かれている雰囲気圧力の変化（雰囲気屈折率変
化）によって波長同調を行う。
【０１２４】以上、本発明の露光用フッ素分子レーザシ
ステムをいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、
本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能で
ある。
【０１２５】
【発明の効果】本発明によると、露光用フッ素分子レー
ザシステムにおいて、発振段レーザと増幅段レーザとか
らなる２ステージ方式を採用するに際し、発振段レーザ
の中心波長と増幅段レーザの中心波長とが一致するよう
制御するので、露光用フッ素分子レーザシステムの超狭
帯域化が達成され、スペクトル純度も良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の露光用フッ素分子レーザシ
ステムのシステム構成図である。
【図２】フッ素分子レーザにおいてバッファーガスがＨ
ｅの場合とＮｅの場合に中心波長がずれることを示すス
ペクトル図である。
【図３】フッ素分子レーザにおいて封入ガス圧力による
中心波長のずれを示す図である。
【図４】発振段レーザの中心波長を固定し増幅段レーザ
の中心波長を制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を
制御して同調する方法を説明するための図である。
【図５】別の実施例の露光用フッ素分子レーザシステム
のシステム構成図である。
【図６】発振段スペクトル純度に対して増幅後スペクト
ル純度の比較を行う場合の増幅段レーザのガス圧力を制
御して同調する方法を説明するための図である。
【図７】スペクトル１０％線幅を説明するための図であ
る。
【図８】増幅後の増幅段レーザからから放出されるレー
ザビームのスペクトル純度が最小となるように増幅段レ
ーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するため
の図である。
【図９】理想スペクトル純度と増幅後スペクトル純度を
比較して増幅後スペクトル純度が最小となるように増幅
段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明する
ための図である。
【図１０】短波長側の純度と長波長側の純度を説明する
ための図である。
【図１１】発振段レーザから放出されるレーザビームに
対して増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心
波長がずれている場合に増幅後の増幅段レーザからから
放出されるレーザビームのスペクトル波形を示す図であ
る。
【図１２】発振段スペクトル純度左右比率と増幅後スペ
クトル純度左右比率を比較して両者を一致させるように
増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明
するための図である。
【図１３】増幅段レーザの中心波長を固定し発振段レー
ザの中心波長を制御する場合の発振段レーザのガス圧力
を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１４】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共
に制御する場合の発振段レーザのガス圧力を制御して目
標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１５】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共
に制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して目
標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１６】フッ素分子レーザの主な発振波長を示す図で
ある。
【図１７】インジェクション・ロック方式の２ステージ
レーザシステムの構成例を示す図である。
【図１８】ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの
構成例を示す図である。
【図１９】２ステージレーザ方式のフッ素分子レーザの
レーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変化の関係の
模式図である。
【図２０】９５％純度を説明するための図である。
【図２１】発振段レーザと増幅段レーザの中心波長がず
れた状態での増幅後の増幅段レーザからから放出される
レーザビームのスペクトル波形を示す図である。
【符号の説明】
１…発振段レーザのレーザチェンバ １’…増幅段レーザのレーザチェンバ ２…狭帯域化モジュール、狭帯域化素子、狭帯域化ユニ
ット ３…発振段レーザの出力鏡 ４…発振段レーザのアパーチャ ５…回折格子 ６…ビーム拡大兼分散プリズム ７…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凹面ミラー ８…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凸面ミラー ９…反射ミラー １０…発振段レーザ １１…エタロン １２…全反射鏡 １３…増幅段レーザの共振器を構成する反射鏡 １４…増幅段レーザの共振器を構成する出力鏡 １５…ビームスプリッタ １６…シャッター １７…ビームスプリッタ ２０…増幅段レーザ ２１…モニタ ２２…モニタ ２３…コントローラ ２４…ガスユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北栃 直樹 東京都千代田区大手町２−６−１ 朝日東 海ビル19階 ウシオ電機株式会社内 (72)発明者 有我 達也 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所内 (72)発明者 若林 理 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H097 AA03 BA10 BB02 CA13 LA10 5F046 CA04 CB22 DA01 5F072 AA04 JJ02 JJ04 JJ13 KK06 KK07 KK08 KK09 KK15 RR05 YY09

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発振段レーザと増幅段レーザとからなる
    ２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであ
    って、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長
    と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅
    段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比
    較して、両波長を略一致させるように構成したことを特
    徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    固定し、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に
    増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    制御して、発振段レーザから放出されるレーザビームの
    中心波長に同調させることを特徴とする露光用フッ素分
    子レーザシステム。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 増幅段レーザの波長制御を、増幅段レーザのレーザチェ
    ンバ内圧力を制御することにより行うことを特徴とする
    露光用フッ素分子レーザシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レ
    ーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、
    発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    制御して、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合
    に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長
    に同調させることを特徴とする露光用フッ素分子レーザ
    システム。
  5. 【請求項５】 請求項４において、 発振段レーザの波長制御を発振段レーザのレーザチェン
    バ内圧力を制御することにより行うことを特徴とする露
    光用フッ素分子レーザシステム。
  6. 【請求項６】 請求項１において、 目標波長を予め定めておき、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長、
    及び、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増
    幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を制
    御して、両者を目標波長に同調させることを特徴とする
    露光用フッ素分子レーザシステム。
  7. 【請求項７】 請求項６において、 発振段レーザ、増幅段レーザの波長制御をそれぞれのレ
    ーザチェンバ内圧力を制御することにより行うことを特
    徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。
  8. 【請求項８】 請求項１において、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    固定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 このスペクトル純度が最小となるように、増幅段レーザ
    のレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露
    光用フッ素分子レーザシステム。
  9. 【請求項９】 請求項１において、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    固定し、 発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度が、発振段レーザから放出されるレーザビームのス
    ペクトル純度のＡ倍（Ａ＝１〜５）となるように、増幅
    段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴
    とする露光用フッ素分子レーザシステム。
  10. 【請求項１０】 請求項１において、 増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を固定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度が、発振段レーザから放出されるレーザビームのス
    ペクトル純度のＡ倍（Ａ＝１〜３）となるように、発振
    段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴
    とする露光用フッ素分子レーザシステム。
  11. 【請求項１１】 請求項１において、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    固定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームの理想スペク
    トル純度を設定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度を測定し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル
    純度が、理想スペクトル純度と略同一となるように、増
    幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特
    徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。
  12. 【請求項１２】 請求項１において、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を
    固定し、 発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長よ
    り短波長側のスペクトル純度と長波長側のスペクトル純
    度とを測定し、両者の比を算出し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長よ
    り短波長側のスペクトル純度と長波長側のスペクトル純
    度とを測定し、両者の比を算出し、 増幅段レーザから放出されるレーザビームの前記比が、
    発振段レーザから放出されるレーザビームの前記比と略
    同一となるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧
    力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザ
    システム。
  13. 【請求項１３】 請求項８〜１１の何れか１項におい
    て、スペクトル純度が９５％純度であることを特徴とす
    る露光用フッ素分子レーザシステム。
  14. 【請求項１４】 請求項９又は１０において、スペクト
    ル純度がスペクトル１０％線幅であることを特徴とする
    露光用フッ素分子レーザシステム。
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