JP2005142306A - 露光用ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
露光装置等の光学素子へ与えるダメージが小さく、しかも、音響波の影響によるレーザビーム品質の劣化が小さい高繰り返しの露光用ガスレーザ装置を提供すること。
【解決手段】
レーザ光Ｌ１を放出するレーザ１００と、レーザ光Ｌ２を放出するレーザ３００とを含む露光用ガスレーザ装置において、ビーム合成器６によりレーザ光Ｌ１、Ｌ２の進行方向を略一致させ、レーザ１００とレーザ３００の動作を交互に行うとともに、各レーザ光Ｌ１、Ｌ２のパルスエネルギーを露光装置の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギー以下となるように制御するように構成する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、露光用ガスレーザ装置に関するものであり、更に詳細には低パルスエネルギーで繰り返し発振可能な露光用ガスレーザ装置に関するものである。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められている。従来、半導体露光用光源として、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。また、現在、より短波長の露光用光源として、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が実用段階に到達しつつある。さらには、次世代を担う半導体露光用光源として、波長１５７ｎｍの紫外線を放出するフッ素分子（Ｆ２）レーザ装置の採用が有力視されている。

近年、露光装置のスループットの向上と超微細加工の均一化が要請されている。そのために、露光用レーザ装置において、更なる高出力化・狭帯域化が求められている。

露光用ガスレーザ装置の高出力化を実現する方法は以下の通りである。

高出力化では2通りの方法がある。1つは、1パルスあたりのパルスエネルギー（以下、パルスエネルギーという）を増加させる方法である。この場合、レーザパルスでのピークパワーが増加し、露光装置等の光学系のダメージが懸念される。そのため、レーザの発振時間を時間的に伸ばすようにパルスストレッチを行う必要がある。ただし、発振時間とパルスエネルギーとの間にはトレードオフの関係があり、またパルスストレッチは電気的もしくは光学的に行うため装置が複雑になる。

もう一つは、発振周波数を増加させる方法（レーザ発振の高繰り返し化）である。この方法では1パルスあたりのパルスエネルギーを上げる必要がないので露光装置等の光学系のダメージはそれほど大きくならない。よって、高繰り返し発振可能な露光用ガスレーザ装置の要請が多くなってきている。

また、超微細加工の実現のためには、投影光学系の色収差の影響を少なくする必要があり、露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトルの超狭帯域化が必要となる。スペクトルの超狭帯域化のためには、例えば、プリズムとグレーティングで構成される狭帯域化モジュール（Line Narrow Module、以下「ＬＮＭ」という）により高分解能化が行われる。

ところで、エキシマレーザ装置、Ｆ２レーザ装置等のパルス発振する放電励起型ガスレーザ装置においては、放電の際、放電領域にて衝撃波や音響波が発生することが知られている。なお、衝撃波は数μｓで音響波となる。

放電で生成した音響波は、チャンバー内壁や電極その他の構造物によって反射・吸収を繰返し減衰しながら定在波を形成する。発振周波数（パルス発振繰返し数）が低い場合、放電間隔（放電から次の放電までの時間間隔）が長いので、放電で生成した音響波は次の放電が発生するまでに減衰する。よって、電極間の放電領域にあるレーザガスに影響を及ぼさない。

一方、発振周波数が高いと、放電間隔が短くなるので、放電により生成した音響波は次の放電が発生するまでに十分減衰しない。そのため、上記放電領域にあるレーザガスは、音響波が形成した定在波の影響を受けることになる。すなわち、音響波によりレーザガス密度分布が均一にならず、レーザガスの疎密が発生する。これにより、光軸方向にレーザガスの屈折率分布の不均一が生じ、また、ゲインが均一にならない。

上記した音響波の影響により、放電励起型ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のビームプロファイルが不安定になるという問題が発生する。さらに音響波の影響は、ビームプロファイルに留まらず、レーザ光のパルスエネルギー安定性、発振中心波長、スペクトル線幅、スペクトル純度、ビームダイバージェンス、及びビームポインティング等の各項目が、許容範囲外になったり安定性が損なわれたりする。以下、レーザ光のビームプロファイル、パルスエネルギー安定性、発振中心波長、スペクトル線幅、スペクトル純度、ビームダイバージェンス、及びビームポインティング等の各項目を総称して、レーザビーム品質と呼称する。
なお、上記したスペクトル純度は一義的に定められるものではないが、半導体露光の分野では発振レーザ光全エネルギーの９５％のエネルギーを含むスペクトルの幅をいう場合が多い。

このような音響波の影響を低減するために、従来は例えば下記特許文献１、２、３に示すような方法が採用されていた。電極間の放電領域にて発生する音響波は、チャンバに衝突後、反射して、再度放電領域へと戻る。特許文献１に記載のレーザ装置においては、チャンバの内壁面に衝突する音響波を減衰させる減衰材が設けられている。これにより、音響波の減衰時間を短くして、チャンバ壁面で反射され放電領域に到達する音響波が減少する。

また、特許文献２に記載のレーザ装置においては、一対の電極近傍に音響波の減衰部材が設けられている。これにより、放電領域に再度到達する音響波が減少する。

さらに、特許文献３記載のレーザ装置においては、音響波がレーザ光のビームプロファイルに影響を与えそうな発振周波数でレーザ発振を行なう場合に、レーザガスのガス温度を変更することにより、音響波の影響を低減している。

即ち、音響波の伝搬速度はガス温度の平方根に比例するため、ガス温度を変えると、音響波の伝搬速度を変えることができる。すなわち、音響波の伝搬速度を変えることにより、放電領域に再度戻ってきた音響波と次の放電発生とのタイミングをずらして、音響波がレーザガスのガス密度に影響を与えないようにしている。
特許３２５３９３０号公報 特開２００３−６０２７０号公報 特開２００３−８６８７４号公報 日本国特許２７１８３７９号公報 特開昭６２−１１２８５号公報

レーザ光が及ぼす光学系へのダメージの研究が進むにつれ、以下のことが明らかになってきた。
パルスエネルギーが小さく、レーザパルス幅も小さいレーザパルスと、パルスストレッチによりレーザパルス幅を大きくしてピークパワーを低下させてはいるが、ある程度のパルスエネルギーを有するレーザパルスを比較する。
前者はレーザパルス幅は小さいが、パルスエネルギーが小さいので、ピークパワーは後者を上回ることはないものとする。

ここで、前者のパルスエネルギーをＥ１、発振周波数をｆ１、後者のパルスエネルギーをＥ２、発振周波数をｆ２とすると、Ｅ１＜Ｅ２となる。

レーザ装置の平均出力Ｐ（すなわち、露光対象への露光量）は、パルスエネルギーＥ×レーザの発振周波数ｆと表される。よって、前者の平均出力Ｐ１は、Ｐ１＝Ｅ１×ｆ１となる。また、後者の平均出力Ｐ２は、Ｐ２＝Ｅ２×ｆ２となる。

従来、平均出力Ｐが等しいときには、露光装置等の光学系のダメージは同等と考えられてきた。上記した例でいえば、Ｐ１＝Ｐ２（すなわち、ｆ１＞ｆ２）の場合に相当する。

しかしながら、実際には、前者の場合の方が後者の場合より、露光装置等の光学系のダメージが小さいことが判明した。すなわち、パルスエネルギーＥ１、Ｅ２の関係がＥ１＜Ｅ２であって、発振周波数ｆ１、ｆ２の関係がｆ１＞ｆ２のとき、平均出力Ｐ１（＝Ｅ１×ｆ１）と平均出力Ｐ２（＝Ｅ２×ｆ２）の関係がＰ１＝Ｐ２であったとしても、平均出力Ｐ１の場合の方が露光装置等の光学系のダメージが小さくなる。

よって、できるだけ小さなパルスエネルギーで、高繰り返し発振可能な露光用ガスレーザ装置への要請が更に大きくなってくる。現状では、発振周波数が４ｋＨｚまで高繰り返し化されたＡｒＦエキシマレーザ装置が開発されている。しかしながら、発振周波数の増加、例えば、４ｋＨｚを超える発振周波数を実現するのは、技術的なハードルが高い。

また、従来の露光用ガスレーザ装置においては、音響波によるレーザビーム品質への悪影響を、先に説明した特許文献のような方法で低減してきた。しかしながら、高繰り返し化が更に進むにつれ、音響波の影響をより受け易くなるため上記したような方法で音響波の影響を低減したとしても、低減の効果が不十分であり、音響波の影響を受けるレーザビーム品質への要求仕様を満足することが困難になってきた。

例えば、特許文献４に記載されているように、１つのレーザチャンバに２つの放電部を設け、各放電部における放電を交互に発生させることにより、実質、現状の発振周波数を２倍にすることが可能となる。の現状の技術においても、更なる高繰り返し化が実現可能となる。しかしながら、音響波の影響は、発振周波数が増大した分だけ大きくなってしまう。

また、特許文献５には、複数の金属蒸気レーザであるパルスレーザを複数台設けて、交互に動作させて高繰り返し化を図る例が記載されている。しかしながら、特許文献５のものは高繰り返し発振させるとパルスエネルギーが減少してしまうので、できるだけ大きいパルスエネルギーが得られる発振周波数で動作させるパルスレーザを複数台設けるものである。本発明の課題となる露光用ガスレーザ装置は、露光装置等の光学部品へ与えるダメージを小さくするために、なるべく小さいパルスエネルギーで、高繰り返し発振させるものである。よって、できるだけ大きいパルスエネルギーでパルスレーザを高繰り返し発振させる特許文献５の技術をそのまま露光用ガスレーザ装置に適用しても、露光装置等の光学部品へ与えるダメージを低減させることはできない。

本発明は、以上のような事情に鑑み成されたものであり、その課題は、露光装置等の光学素子へ与えるダメージが小さく、しかも、音響波の影響によるレーザビーム品質の劣化が小さい高繰り返しの露光用ガスレーザ装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明の露光用ガスレーザ装置は、高電圧に充電される第１のコンデンサと、第１のスイッチと、この第１のスイッチがオンとなったとき上記第１のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第１の磁気パルス圧縮回路とを含む第１の発振用高電圧パルス発生器と、レーザガスが封入された第１のレーザチャンバと、この第１のレーザチャンバ内に配置され、上記第１の高電圧パルス発生器に含まれる第１の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第１の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第１の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第１の放電励起ガスレーザと、高電圧に充電される第２のコンデンサと、第２のスイッチと、この第２のスイッチがオンとなったとき上記第２のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第２の磁気パルス圧縮回路とを含む第２の発振用高電圧パルス発生器と、レーザガスが封入された第２のレーザチャンバと、この第２のレーザチャンバ内に配置され、上記第２の高電圧パルス発生器に含まれる第２の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第２の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第２の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第２の放電励起ガスレーザと、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを充電する少なくとも１つの充電器と、上記第１のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第１のレーザガス充填・排気手段と、上記第２のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第２のレーザガス充填・排気手段と、第１の放電励起ガスレーザから放出される第１のレーザ光の少なくともビーム品質をモニタする第１のモニタと、 第２の放電励起ガスレーザから放出される第２のレーザ光の少なくともビーム品質をモニタする第２のモニタと、上記第１のレーザ光の進行方向と第２のレーザ光の進行方向とを略一致させるビーム合成器と、制御手段とからなり、上記制御手段は、露光装置からの発光指令に基づき、上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを交互に動作させるとともに、上記第１のモニタで検出したビーム品質に相当する信号に基づき、上記第１のレーザ光のパルスエネルギーが所定のエネルギーとなるように、第１のコンデンサの充電電圧、上記第１のレーザガス充填・排気手段の動作による第１のレーザチャンバ内のレーザガス条件の少なくとも１つを制御し、上記第２のモニタで検出したビーム品質に相当する信号に基づき、上記第２のレーザ光のパルスエネルギーが所定のエネルギーとなるように、第２のコンデンサの充電電圧、上記第２のレーザガス充填・排気手段の動作による第２のレーザチャンバ内のレーザガス条件の少なくとも１つを制御することを特徴とするものである。

ここで、上記所定のエネルギーとは、例えば、各ガスレーザの発振周波数をパラメータとして、露光装置の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギー以下である。

また、上記制御手段は、露光装置から指令されるパルスエネルギーの設定値が上記最大パルスエネルギー以下であるかどうか検定し、パルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーより大きい場合は異常信号を出力して上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのレーザ動作を停止させ、パルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギー以下である場合は上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのレーザ動作を行わせるようにしてもよい。

また、上記制御手段は、上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのうちのいずれか一方が故障した場合、他方のレーザ動作を続行させるようにしてもよい。

ここで、上記ビーム合成器を、互いに角度をなす第１の反射面および第２の反射面を有するルーフ形状のミラーで構成し、第１のレーザ光が第１の反射面によって反射され、第２のレーザ光が第２の反射面によって反射され、各反射レーザ光が略同一の方向に進行するように、上記第１の反射面および第２の反射面がなす角度、第１のレーザ光の第１の反射面への入射角度、第２のレーザ光の第２の反射面への入射角度が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、１／２波長板と偏光ビームスプリッタとから構成し、上記偏光ビームスプリッタは、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向の光を透過し、上記偏光方向と直交する偏光方向の光を反射するものであって、上記１／２波長板は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が入射するように配置され、上記偏光ビームスプリッタは、上記１／２波長板を透過したレーザ光と上記１／２波長板を透過しないレーザ光とが入射し、上記１／２波長板を透過したレーザ光の反射方向と上記１／２波長板を透過しないレーザ光の透過方向とが略同一の方向となるように、第１のレーザ光、第２のレーザ光の偏光ビームスプリッタへの入射光軸、角度が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、透過型グレーティングで構成し、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方の入射角がθ１であって、他方の入射角がθ２であるとき、上記透過型グレーティングは、入射するレーザ光の入射角がθ１のときの−１次回折光の進行方向と、入射するレーザ光の入射角がθ２のときの１次回折光の進行方向とが略一致するように構成されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、１／２波長板とローションプリズムとから構成し、上記ローションプリズムは、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向の光の入射方向が、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向と直交する偏光方向の光の入射方向に対して角度θ３をなすように両偏光方向の光が入射すると、両偏光方向の光を略同一方向に出射するものであって、上記１／２波長板は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が入射するように配置され、上記偏光ビームスプリッタには、上記１／２波長板を透過したレーザ光と上記１／２波長板を透過しないレーザ光とが入射し、上記１／２波長板を透過したレーザ光の入射方向と上記１／２波長板を透過しないレーザ光の入射方向とが角度θ３をなすように、第１のレーザ光、第２のレーザ光の偏光ビームスプリッタへの入射光軸が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、レーザ光を反射する反射ミラー部とレーザ光を透過する光透過部とが交互に設けられた円板状の光学基板と、この光学基板を回転させる回転機構とから構成し、上記光学基板には、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光が入射し、上記回転機構は、上記制御手段により、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が上記光学基板に入射したときは上記光透過部を通過し、他方が上記光学基板に入射したときは上記反射ミラー部により反射されるように回転制御されていて、上記光透過部を透過した一方のレーザ光の透過方向および透過位置と、上記光反射部を反射した他方のレーザ光の反射方向および反射位置とが略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の上記光学基板への入射光軸が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、入射するレーザ光の反射方向を調整可能な角度振動ミラーと、この角度振動ミラーの設置角度を制御する回転制御手段とから構成し、上記角度振動ミラーには、進行方向が互いに平行ではない上記第１のレーザ光および第２のレーザ光が入射し、上記回転制御手段は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が上記角度振動ミラーに入射したときの反射方向と、他方が上記角度振動ミラーに入射したときの反射方向とが、略一致するように上記角度振動ミラーの設置角度を制御し、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の上記角度振動ミラーへの入射位置が略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の入射光軸が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、直線方向に位置を設定可能な直線振動ミラーと、この直線振動ミラーの設置位置を制御する位置制御手段とから構成し、上記直線振動ミラーの移動範囲と上記第１のレーザ光および第２のレーザ光の光軸とは重なっており、上記位置制御手段は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が放出されたときにはこのレーザ光の光軸から上記直線振動ミラーを退避させ、他方が放出されたときにはこのレーザ光の光軸上に上記直線振動ミラーが位置するように、上記直線振動ミラーの位置を制御し、上記直線振動ミラーが光軸上から退避した位置にあるときのレーザ光の進行方向と、上記直線振動ミラーが光軸上にあるときのレーザ光の反射方向とが略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の光軸、および上記直線振動ミラーの設置角度、移動範囲が設定されているようにしてもよい。

あるいは、上記ビーム合成器を、互いに角度をなす第１の反射面および第２の反射面を有するルーフ形状のミラー構造部が複数設けられたルーフミラーアレイで構成し、各ミラー構造部の第１の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いていて、各ミラー構造部の第２の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いていて、第１のレーザ光が各ミラー構造部の第１の反射面によって反射され、第２のレーザ光が各ミラー構造部の第２の反射面によって反射され、各反射レーザ光が略同一の方向に進行するように、上記各ミラー構造部の第１の反射面および第２の反射面がなす角度、第１のレーザ光の第１の反射面への入射角度、第２のレーザ光の第２の反射面への入射角度が設定されているようにしてもよい。

また、上記制御手段は、露光装置からの発光指令に基づき、上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを交互に動作させるにあたって、上記上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを動作させるための各トリガ信号の送出タイミングを、上記第１の放電電極および第２の放電電極における放電開始タイミングと、上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮して補正するようにしてもよい。

また、上記露光用ガスレーザ装置は、さらに、第１の放電励起ガスレーザの発光あるいは放電タイミングを計測する第１の発光あるいは放電モニタと、第２のガスレーザ装置の発光あるいは放電タイミングを計測する第２の発光あるいは放電モニタとを有し、上記制御手段は、上記第１の発光あるいは放電モニタおよび第２の発光あるいは放電モニタに基づき、上記各トリガ信号の送出タイミングをフィードバック補正するようにしてもよい。

また、上記第１の放電電極および第２の放電電極における放電開始タイミングを考慮した補正は、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの充電電圧値と上記第１のレーザチャンバおよび第２のレーザチャンバ内のレーザガス圧力値に基づき行われるようにしてもよい。

また、上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮した補正は、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの充電電圧値と上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路を構成する回路素子の温度値に基づき行われるようにしてもよい。

また、上記露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光の繰り返し周波数が８ｋＨｚ以上であることが望ましい。

また、上記露光用ガスレーザ装置は、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかであることが望ましい。

本発明によれば、露光用ガスレーザ装置として、２台のレーザを設けて交互に放電させレーザ発振動作を行っている。そのため、実質的に発振周波数を２倍とすることが可能となる。従来、例えば、４ｋＨｚを超える発振周波数を実現するのは技術的なハードルが高く困難であったが、本実施例によれば、容易に高発振周波数（例えば、８ｋＨｚ）の露光用ガスレーザ装置を実現することが可能となる。

また、２台のレーザの各レーザチャンバ内での放電の繰り返し周波数は現状のままであるので、音響波の影響を受けるレーザビーム品質も所定の要求仕様を満足させることができる。

例えば、１台のレーザで８ｋＨｚの発振周波数でのレーザ動作を実現できたとしても、上記した音響波の影響により、レーザ光のパルスエネルギー安定性を露光装置から要求される仕様範囲を満足するようにすることが困難となる。しかしながら、各々４ｋＨｚの発振周波数で動作するレーザ２台を交互に動作させた場合、各レーザ自体は４ｋＨｚの発振周波数で動作するので、各レーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギー安定性を露光装置から要求される仕様範囲を満足するようにすることは比較的容易である。すなわち、各々４ｋＨｚの発振周波数で動作するレーザ２台を交互に動作させた場合、実質８ｋＨｚの発振周波数でのレーザ動作でありながら、レーザ光のパルスエネルギー安定性は上記したように露光装置から要求される仕様範囲を満足するので、露光量制御を高精度に行うことができる。

一方、本実施例の露光用ガスレーザ装置は、各発振周波数をパラメータとして、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を記憶している。そそして、露光装置から送出されるレーザ光の発光指令信号間隔（すなわち、発振周波数）を検出し、検出データと上記テーブルから、パルスエネルギーの設定値の最大パルスエネルギーの値を求め、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値と上記した最大パルスエネルギーの値とを比較している。そして、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーの値を越えないことを検定後、２台のレーザから放出される各レーザ光のパルスエネルギーを上記設定値となるように制御している。そのため、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えないレーザ光を放出することが可能となる。

また、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーより大きい場合は、２台のレーザの動作を停止するので、露光装置等の光学部品にダメージを与えるのを回避することができる。このとき、外部（例えば露光装置）に異常信号を送出してもよい。

以上まとめると、本発明の露光用ガスレーザ装置によれば、露光装置等の光学部品へ与えるダメージが小さくするために、なるべく小さいパルスエネルギーで、しかも従来より発振周波数の高いレーザ動作を実現することができる。また、従来より発振周波数が高いにも拘らず、音響波の影響によるレーザビーム品質の劣化を小さくすることが可能となる。

なお、２台のレーザのうち、いずれか１台が故障した際、他方のレーザのレーザ動作を続行させると、スループットは低下するが露光処理をそのまま続行することが可能となる。
なお、本発明の露光用ガスレーザ装置は、２台のレーザで構成される場合に限るものではなく、３台以上のレーザで構成してもよい。

図１は本実施形態に係るレーザシステムの構成図である。本実施例では、レーザ１００、レーザ３００を交互に動作させ、各レーザ１００、レーザ３００から放出されるレーザ光を合成して実質的に高繰り返し化を図っている。その際、各レーザ１００、レーザ３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーを所定値以下となるように制御している。

レーザ１００は、レーザチャンバ１０と、充電器１１と、高電圧パルス発生器１２と、狭帯域化モジュール（以下、ＬＮＭという）１３と、フロントミラー１４と、ガス供給・排気ユニット１５と、冷却水供給ユニット１６と、ビームスプリッタＢＳ１と、モニタモジュールＭＭ１と、放電検出部２０と、圧力センサＰ１と、温度センサＴ１と、で構成される。

一方、レーザ３００は、レーザチャンバ３０と、充電器３１と、高電圧パルス発生器３２と、ＬＮＭ３３と、フロントミラー３４と、ガス供給・排気ユニット３５と、冷却水供給ユニット３６と、ビームスプリッタＢＳ２と、第２のモニタモジュールＭＭ２と、放電検出部４０と、圧力センサＰ２と、温度センサＴ２と、で構成される。

以下、レーザ１００とレーザ３００について説明するが、その構成は同一であるため、レーザ１００を代表して説明する。
図２（ａ）に示す通り、チャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。これらの電極１０ａ、１０ｂには、充電器１１と高電圧パルス発生器１２と、で構成された電源によって高電圧パルスが印加される。すると、電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、この放電によってレーザチャンバ１０内に封入されたレーザガスが励起される。前記電源の一例を図３に示す。

図３は充電器と高電圧パルス発生器とから構成される電源、及びチャンバ内部の回路構成の一例を示す図である。
図３（ａ）に示す高電圧パルス発生器１２は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３を有し、２段の磁気パルス圧縮回路を備える。ここで、磁気スイッチＳＲ１は固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。なお、固体スイッチＳＷは、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である。また、第１の磁気スイッチＳＲ２と第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。

ここで、図３（ａ）に示す回路構成の代わりに図３（ｂ）に示す回路構成のものを採用してもよい。図３（ａ）は磁気圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ１を含む回路、図３（ｂ）は昇圧トランスを含まず、昇圧トランスの代わりに主コンデンサＣ０の充電用のリアクトルＬ１を含む例である。

以下に図３（ａ）にしたがって、回路の構成と動作を説明する。なお、図３（ｂ）の回路は昇圧トランスにより昇圧される動作が無いだけで、他の動作は図３（ａ）と同様なので、説明を省略する。

なお、レーザ３００の電源は、充電器３１と高電圧パルス発生器３２とから構成され、電極３０ａ、３０ｂ間に高電圧パルスを印加するものである。レーザ１００の電源とレーザ３００の電源の構成及び動作は同じであるため、レーザ３００の電源の説明を省略する。

充電器１１の電圧が所定の値ＨＶに調整され、主コンデンサＣ０が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっている。主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷ両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる。磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ１が飽和して磁気スイッチが導通状態になり、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴｒ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷がコンデンサＣ１に移行して、コンデンサＣ１が充電される。

この後、コンデンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが導通状態となり、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷がコンデンサＣ２に移行して、コンデンサＣ２が充電される。

さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが導通状態となり、コンデンサＣ２、ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサＣｐに移行して、ピーキングコンデンサＣｐが充電される。

図３（ａ）に示すように、レーザチャンバ１０内には、第１電極９１と、この第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と、第２電極９３とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離のためのコロナ放電は、第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と第２電極９３とが接触している個所を基点として誘電体チューブ９２の外周面に発生する。ピーキングコンデンサＣｐの充電が進むにつれてその電圧Ｖｐが上昇し、Ｖｐが所定の電圧になるとコロナ予備電離部の誘電体チューブ９２表面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ９２の外周表面に紫外線が発生し、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが予備電離される。

ピーキングコンデンサＣｐの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣｐの電圧Ｖｐが上昇する。この電圧Ｖｐがある値（ブレークダウン電圧）Ｖｂに達すると、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始する。この主放電によりレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生する。主放電によりピーキングコンデンサＣｐの電圧が急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。

固体スイッチＳＷのスイッチング動作によってこのような放電動作が繰り返し行なわれることにより、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチＳＷのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出するのは、コントローラ部５０である。

ここで、磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、一対の電極１０ａ、１０ｂ間に短パルスの強い放電が実現される。

ここで、図１、図２に戻り、他の構成の説明をする。
レーザチャンバ１０の内部には、ガス供給・排気ユニット１５から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット１５は、レーザチャンバ１０内にレーザガスを供給するガス供給系と、レーザチャンバ１０内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。ガスの供給及び排気は、図示を省略したガス供給・排気ユニット１５内の配管系に設けられた各バルブの開閉で制御される。

また、レーザチャンバ１０の内部には、クロスフローファン１０ｃが設けられる。クロスフローファン１０ｃによってレーザガスがチャンバ内で循環され、電極１０ａ、１０ｂ間に送り込まれる。

更に、レーザチャンバ１０の内部には、熱交換器１０ｄが設けられる。熱交換器１０ｄは冷却水によってレーザチャンバ１０内の排熱を行う。冷却水は冷却水供給ユニット１６から供給される。冷却水の供給は、図示を省略した冷却水供給ユニット１６内の配管系に設けられたバルブの開閉で制御される。

レーザチャンバ１０において、レーザ光の光軸上であってレーザ光出力部分には、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆが設けられる。ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは深紫外帯域又は真空紫外帯域のレーザ光に対して透過性がある材料、例えばＣａＦ２等、で形成される。両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して、例えば、垂直になるように設置される。なお、必要に応じて、両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆはレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直ではない方向に設置しても構わない。

圧力センサＰｌは、レーザチャンバ１０内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力を示す信号をコントローラ部５０に出力する。温度センサＴｌは、レーザチャンバ１０内の温度をモニタしており、温度を示す信号をコントローラ部５０に出力する。

レーザチャンバ１０の外部であり、ウィンドウ１０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＬＮＭ１３が設けられ、ウィンドウ１０ｆ側のレーザ光の光軸上にはフロントミラー１４が設けられる。ＬＮＭ１６は例えば３個もしくは４個の拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）等の光学素子で構成される。また、ＬＮＭ１６は波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このＬＮＭ１６内の光学素子とフロントミラー１４とでレーザ共振器が構成される。

第１のモニタモジュールＭＭ１はフロントミラー１４を透過したレーザ光のレーザパルス幅、パルスエネルギー、スペクトル線幅、中心波長等のレーザビーム特性をモニタする。モニタモジュールＭＭ１はレーザ光のレーザパルス幅、パルスエネルギー、スペクトル線幅、中心波長等のレーザビーム特性を示す信号を生成し、この信号をコントローラ部５０に出力する。

なお、レーザチャンバ３０の電極３０ａ、３０ｂ、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄ、ウィンドウ３０ｅ、３０ｆの構成及び機能は、上述したレーザチャンバ１０の各部の構成及び機能と同じである。また、レーザ３００に設けられた充電器３１、高電圧パルス発生器３２、ＬＭＭ３３、フロントミラー３４、ガス供給・排気ユニット３５、冷却水供給ユニット３６、第２のモニタモジュールＭＭ２、放電検出器４０、圧力センサＰ２、温度センサＴ２の構成及び機能は、上述したレーザ１００側に設けられた同一要素の構成及び機能と同じである。

図４にコントローラ部５０の構成例を示す。
コントローラ部は、例えば、メインコントローラ５１、ユーティリティコントローラ５２、波長コントローラ５３、トリガコントローラ５４、エネルギーコントローラ５５からなる。メインコントローラ５２は、他のコントローラの上位コントローラであり、露光装置７からの指令に基づき、ユーティリティコントローラ５２、波長コントローラ５３、トリガコントローラ５４、エネルギーコントローラ５５各々に指令信号を送出する。

次に、各コントローラについて説明する。
（１）メインコントローラ５１
メインコントローラ５１は、露光装置７から送出されるレーザ光の発光指令、レーザパルスエネルギーの設定値、レーザ光のレーザビーム品質等の指令信号を受信する。この受信した指令信号に基づき、ユーティリティコントローラ５２、波長コントローラ５３、トリガコントローラ５４、エネルギーコントローラ５５を制御する。

上記したように、本発明の課題となる露光用ガスレーザ装置は、露光装置等の光学部品へ与えるダメージを小さくするために、なるべく小さいパルスエネルギーで、高繰り返し発振させるものである。
メインコントローラ５１は、各発振周波数をパラメータとして、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を、周波数−パルスエネルギーのテーブルとして記憶している。

そして、露光装置７から送出されるレーザ光の発光指令信号間隔（すなわち、発振周波数）を検出し、検出データと上記テーブルから、パルスエネルギーの設定値の最大パルスエネルギーの値を求めている。仮に、露光装置７から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が上記した最大パルスエネルギーの値を越えている場合、露光装置７にエラー信号を送出して、レーザ装置の動作を停止する。

なお、上記した発光指令信号間隔の測定は、メインコントローラ５１に内包される図示を省略したトリガ間隔測定手段により行われる。この発光指令信号間隔の測定は、所定パルス数に対する移動平均で算出しても良いし、定期的に所定の時間間隔毎に所定パルス数の平均パルス間隔を算出してもよい。なお、レーザ光の発振周波数が予め定まっている場合、メインコントローラ５１は、発振周波数の値を予め記憶している。

（２）ユーティリティコントローラ５２
ユーティリティコントローラ５２は、メインコントローラ５１から送出されるレーザチャンバ１０、３０内のガス圧力値の設定目標値を指令信号として受信する。ユーティリティコントローラ５２は、レーザチャンバ１０の圧力センサＰ１、レーザチャンバ３０の圧力センサＰ２により、レーザチャンバ１０、３０内のガス圧力の値をモニタし、上記した設定目標値と比較する。
その比較結果に基づき、ユーティリティコントローラ５２は、ガス供給・排気ユニット１５、３５に設けられた配管系の各バルブの開閉及びその開度（又はガス流量）を指示する信号を生成し出力する。この信号に基づきガス供給・排気ユニット１５、３５が各バルブの開閉を制御し、レーザチャンバ１０、３０内のガス圧力が上記した設定目標値となるように制御される。

また、レーザガス充填時のレーザガス組成の制御、レーザガス交換時のレーザガスの排気、パルスエネルギー低下時に行われるレーザガスの部分注入等の制御も、メインコントローラ５１からの指令に基づき、ユーティリティコントローラ５２が、ガス供給・排気ユニット１５、３５を制御することにより行われる。

レーザ光のパルスエネルギーは、放電電極間に印加する電圧、レーザガス温度、レーザガス条件等に依存する。メインコントローラ５１は、各パラメータとパルスエネルギーとの関係をテーブルとして記憶している。
露光装置７からパルスエネルギーの目標値に相当する信号を受信した後、上記したテー部により、レーザチャンバ１０、３０内のレーザガス温度の設定目標値に相当する指令信号をユーティリティコントローラ５２に送出する。

ユーティリティコントローラ５２は、温度センサＴ１、Ｔ２により、レーザチャンバ１０、３０内のレーザガス温度をモニタし、メインコントローラ５１から受信したレーザチャンバ１０、３０内のレーザガス温度の設定目標値と比較する。
その比較結果に基づき、そこで、ユーティリティコントローラ５２はレーザチャンバ１０、３０内のガス温度を所望温度にすべく、冷却水供給ユニット１６内の配管系に設けられたバルブの開閉及びその開度（又は冷却水流量）を指示する信号を生成し出力する。この信号に基づき冷却水供給ユニット１６がバルブの開閉を制御し、レーザチャンバ１０内の熱交換器１０ｄに供給される冷却水の流量すなわち排熱量が制御される。

（３）波長コントローラ５３
波長コントローラ５３は、メインコントローラ５１から送出されるレーザ１００、３００から放出されるレーザ光のビーム品質（中心波長等）の設定目標値を指令信号として受信する。波長コントローラ５３には、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２によってモニタされた、更にレーザ１００、３００から放出される各レーザ光の中心波長に相当する信号が入力される。

波長コントローラ５３は、メインコントローラ５１からの設定目標値と、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２からの信号を比較する。そして、各レーザ光の中心波長を所望の波長にすべく各ＬＮＭ１３、３３内の波長選択素子（グレーティング、エタロン等）の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ２１、４１に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。

ドライバ２１、４１は、受信した前記信号に基づき、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化するように、各ＬＮＭ１３、３３内の光学素子（例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等）の姿勢角等を制御する。なお、波長選択素子の波長選択制御はこれに限るものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合、各ＬＮＭ１３、３３内のエアギャップ内の気圧（窒素等）を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。

（４）トリガコントローラ５４、エネルギーコントローラ５５
上記したように、メインコントローラ５１は、露光装置７から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が、上記した露光装置７の光学系にダメージを殆ど与えないときの最大パルスエネルギーの値を越えているかどうかを検定する。検定結果、露光装置７から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が上記最大パルスエネルギーの値を越えていない場合、メインコントローラ５１はこのパルスエネルギーの設定値を、レーザ１００、３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーの設定目標値として設定する。

エネルギーコントローラ５５は、メインコントローラ５１から送出されるレーザ１００、３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーの設定目標値を指令信号として受信する。
エネルギーコントローラ５５には、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２によってモニタされた、更にレーザ１００、３００から放出される各レーザ光のパルスエネルギーに相当する信号が入力される。

エネルギーコントローラ５５は、メインコントローラ５１からの設定目標値と、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２からの信号を比較する。そして、レーザ１００、および、レーザ３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーを所望の値にするために、高電圧パルス発生装置１２、３２の主コンデンサＣ０の充電電圧ＨＶ１、ＨＶ２を示す信号を生成し、この信号をトリガコントローラ５４に出力する。

トリガコントローラ５４にはエネルギーコントローラ５５からの信号と、放電検出器２０、４０から出力される各チャンバ１０、３０における放電開始を知らせる信号とが入力される。
トリガコントローラ５４はエネルギーコントローラ５５からの信号に基づいて、充電器１１、３１の充電電圧を制御する。

各チャンバ１０、３０内での放電は、高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチＳＷにトリガ信号を送出して、固体スイッチＳＷをＯＮ状態にすることにより発生する。すなわち、まず露光装置７からの発光指令信号をメインコントローラ５１が受信する。次にメインコントローラ５１はトリガ指令信号をトリガコントローラ５４に送出する。トリガ指令信号を受信したトリガコントローラ５４は、トリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチＳＷにトリガ信号を送出し、各チャンバ１０、３０内で放電を発生させる。

レーザ１００から放出され、ビームスプリッタＢＳ１を通過したレーザ光Ｌ１は、ビーム合成器６に入射する。また、レーザ３００から放出され、ビームスプリッタＢＳ２を通過したレーザ光Ｌ２は、ビーム合成器６へ入射する。なお、レーザ光Ｌ１、Ｌ２をビーム合成器６へ導光するために、導光光学素子が使用されることもある。例えば、図１に示した例においては、レーザ光Ｌ２をビーム合成器６へ導光するためにミラーＭ２が用いられている。

ビーム合成器６は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に出力させるための光学素子である。以下、ビーム合成器６の構成例を示す。

〔ビーム合成器の第１の構成例〕
図５にビーム合成器の第１の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６をルーフ形状のミラー６１で構成する。ルーフ形状のミラー６１は反射面を２面（反射面（１）および反射面（２））有し、この２面の反射面のなす角度は、例えば、９０°である。レーザ１００から放出されビームスプリッタＢＳ１を透過してきたレーザ光Ｌ１は、導光光学素子であるミラーＭ１によりミラー６１の反射面（１）に入射するように導光される。反射面（１）に入射したレーザ光Ｌ１は、反射面（１）により反射され所定の方向に進行する。図５ではレーザ光Ｌ１の反射光が右方向に進行するように、レーザ光Ｌ１と反射面（１）との位置関係が設定されている。

一方、レーザ３００から放出されビームスプリッタＢＳ２を透過してきたレーザ光Ｌ２は、導光光学素子であるミラーＭ２によりミラー６１の反射面（２）に入射するように導光される。反射面（２）に入射したレーザ光Ｌ２は、反射面（２）により反射され所定の方向に進行する。ここで、反射面（１）によって反射されるレーザ光Ｌ１の進行方向と反射面（２）によって反射されるレーザ光Ｌ２の進行方向とは、略同一であるようにレーザ光Ｌ２と反射面（２）との位置関係が設定されている。
図５では、レーザ光Ｌ１と同様、レーザ光Ｌ２の反射光が右方向に進行するようにレーザ光Ｌ２と反射面（２）との位置関係が設定されている。

以上説明したように、ビーム合成器としてルーフ形状のミラー６１を用いることにより、レーザ光Ｌ１とＬ２を略同方向に進行させることができる。ここで、反射面（１）反射面（２）とのなす角度は、必ずしも９０°である必要はない。レーザ光Ｌ１、Ｌ２の入射角を適切に設定することにより、上記角度が９０°でなくともレーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に進行させることが可能となる。

なお、図５において、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の導光光学素子としてミラーＭ１、Ｍ２を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には導光光学素子は、複数のミラー等で構成される。また、図５から明らかなように、レーザ光Ｌ１とＬ２の進行方向に垂直な面上の位置は一致しないので、必要に応じて両者の位置を一致させる光学システムが必要となる。

〔ビーム合成器の第２の構成例〕
図６にビーム合成器の第２の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６を１／２波長板６２ａと偏光ビームスプリッタ６２ｂとで構成する。上記したように、レーザ１００のレーザチャンバ１０に取り付けられているウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置されている。一方、レーザ３００のレーザチャンバ３０に取り付けられているウィンドウ３０ｅ、３０ｆについても同様に設置されている。そのため、レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１、レーザ３００から放出されるレーザ光Ｌ２は、例えば、偏光ビームスプリッタ６２ｂに対してＰ偏光のレーザ光である。

Ｐ偏光であるレーザ光Ｌ１は、１／２波長板６２ａに入射し、Ｓ偏光となる。Ｓ偏光となったレーザ光Ｌ１は、Ｓ偏光の光を全反射し、Ｐ偏光の光を透過する偏光ビームスプリッタ６２ｂにより反射される。一方、Ｐ偏光のレーザ光Ｌ２は偏光ビームスプリッタ６ｂに入射後、そのまま透過する。ここで、Ｓ偏光のレーザ光Ｌ１の反射方向とＰ偏光のレーザ光Ｌ２の透過方向とを一致させることにより、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に進行させることが可能となる。図６では、レーザ光Ｌ２の進行方向を導光光学素子であるミラーＭ２で設定している。なお、図６において、レーザ光Ｌ２の導光光学素子としてミラーＭ２を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には導光光学素子は、複数のミラー等で構成される。

本構成例では、２つのレーザ１００、３００から放出されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向が互いに異なるので、露光装置７の光学系等を透過する際、損失が発生する。

〔ビーム合成器の第３の構成例〕
図７にビーム合成器の第２の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６をイオンエッチドグレーティング等の透過型グレーティング６３で構成する。
透過型グレーティング６３は、入射するレーザ光の入射角がθ１のときの−１次回折光の進行方向と、入射するレーザ光の入射角がθ２のときの１次回折光の進行方向とが略一致するように構成されている。

レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１は、導光光学素子であるミラーＭ１によって、透過型グレーティング６３に入射角θ１で入射する。一方、レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１は、導光光学素子であるミラーＭ１によって、透過型グレーティング６３に入射角θ１で入射する。なお、図７において、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の導光光学素子としてミラーＭ１、Ｍ２を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には各導光光学素子は、それぞれ複数のミラー等で構成される。

〔ビーム合成器の第４の構成例〕
図８にビーム合成器の第４の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６を１／２波長板６４ａとローション（Ｒｏｃｈｏｎ）プリズム６４ｂとで構成する。ローションプリズム６４ｂは、入射した無偏光の光を、Ｐ偏光、Ｓ偏光の直線偏光の光として出射する。その際、Ｓ偏光の光は、入射した無偏光の光の進行方向と同方向に出射する。また、Ｐ偏光の光の出射方向は、Ｓ偏光の光の出射方向に対して所定の角度（θ３）を成している。よって、逆にローションプリズム６４ｂにＳ偏光のレーザ光と、Ｓ偏光のレーザ光の入射方向とθ３だけ傾けてＰ偏光を入射させると、各レーザ光は同方向に出射することになる。

図８において、レーザ３００から放出されるＰ偏光のレーザ光Ｌ２は、１／２波長板６４ａに入射してＳ偏光に変換され、ローションプリズム６４ｂに入射する。一方、レーザ１００から放出されるＰ偏光のレーザ光Ｌ１は、導光光学素子であるミラーＭ１により、レーザ光Ｌ２の入射方向に対して角度θ３だけ傾いてローションプリズム６４ｂに入射する。以上のように設定することにより、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に進行させることが可能となる。

なお、図８において、レーザ光Ｌ１の導光光学素子としてミラーＭ１を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には導光光学素子は、複数のミラー等で構成される。

本構成例では、２つのレーザ１００、３００から放出されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向が互いに異なるので、露光装置７の光学系等を透過する際、損失が発生する。

〔ビーム合成器の第５の構成例〕
図９にビーム合成器の第５の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６を光チョッパ機構とするものである。具体的には、光チョッパ機構は、図９（ａ）に示すように、光を反射する反射ミラー部と光透過部が交互に設けられた円板状の光学基板６５ａと、この光学基板６５ａを回転させるモータ６５ｂとからなる。

光学基板６５ａには、レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１、レーザ３００から放出されるレーザ光Ｌ２が入射する。ここで、円板状の光学基板６５ａは、レーザ光Ｌ１が入射したときはレーザ光Ｌ１がそのまま光透過部を通過するように、また、レーザ光Ｌ２が入射したときはレーザ光Ｌ２が反射ミラー部により反射されるように、モータ６５ｂによって回転制御される。なお、円板状の光学基板６５ａは、レーザ光Ｌ２の反射方向、反射位置が、レーザ光Ｌ１の透過方向、透過位置と略一致するように配置されている。モータ６５ｂの制御は、例えば、メインコントローラ５１によってなされる。

図９においては、レーザ光Ｌ２の導光光学素子としてミラーＭ２が図示されているが、これは理解を容易にするためであり、実際には導光光学素子は、複数のミラー等で構成される。

〔ビーム合成器の第６の構成例〕
図１０にビーム合成器の第６の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６を角度振動ミラー６６で構成するものである。なお、角度振動ミラー６６の設置角度を制御する回転制御手段、および回転軸は図から省略されている。上記した回転軸の方向は、図１０の紙面に垂直な方向である。また、回転制御手段は、例えば、メインコントローラ５１により制御される。

角度振動ミラー６６には、レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１が導光光学素子であるミラーＭ１によって導光され入射する。一方、レーザ３００から放出されるレーザ光Ｌ２が導光光学素子であるミラーＭ２によって導光され入射する。ここで、ミラーＭ１によって導光されるレーザ光Ｌ１の進行方向とミラーＭ２によって導光されるレーザ光Ｌ２の進行方向とは互いに平行ではない。また、角度振動ミラー６６上のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の入射位置は略一致している。

角度振動ミラー６６は、レーザ光Ｌ１を反射する方向とレーザ光Ｌ２を反射する方向とが同方向となるように設置角度が設定される。すなわち、図１０において、レーザ光Ｌ１が入射するときは、角度振動ミラー６６は（１）の位置に設定される。また、レーザ光Ｌ２が入射するときは、角度振動ミラー６６は（２）の位置に設定される。以上のように設定することにより、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に進行させることが可能となる。

なお、図１０において、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の導光光学素子としてミラーＭ１、Ｍ２を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には各導光光学素子は複数のミラー等で構成される。

〔ビーム合成器の第７の構成例〕
図１１にビーム合成器の第７の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６を直線振動ミラー６７で構成するものである。なお、直線振動ミラー６７の位置を制御する位置制御手段は図から省略されている。また、位置制御手段は、例えば、メインコントローラ５１により制御される。

図１１に示す例では、直線振動ミラー６７には、レーザ１００から放出されるレーザ光Ｌ１が導光光学素子であるミラーＭ１によって導光され入射する。レーザ光Ｌ１入射時、直線振動ミラー６７は、（１）の位置にあって、レーザ光Ｌ１を反射する。一方、直線振動ミラー６７が（２）の位置にあるとき、レーザ３００からレーザ光Ｌ２が放出され、そのまま直線振動ミラー６７の上部を通過する。

直線振動ミラー６７は、レーザ光Ｌ１を反射する方向とレーザ光Ｌ２が通過する方向とが同方向となるように設置角度が設定される。すなわち、図１０において、レーザ光Ｌ１が入射するときは、直線振動ミラー６７は（１）の位置に設定される。また、レーザ光Ｌ２が入射するときは、直線振動ミラー６７は（２）の位置に設定される。なお、レーザ光Ｌ１の直線振動ミラー６７への入射位置は、レーザ光Ｌ２の光軸上にある。以上のように設定することにより、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を略同方向に進行させることが可能となる。

なお、図１０において、レーザ光Ｌ１の導光光学素子としてミラーＭ１を図示したが、これは理解を容易にするためであり、実際には各導光光学素子は複数のミラー等で構成される。

〔ビーム合成器の第８の構成例〕
図１２にビーム合成器の第８の構成例を示す。本構成例では、図１に模式的に示したビーム合成器６をルーフミラーアレイ６８で構成する。ルーフミラーアレイ６８は、互いに角度をなす２つの反射面からなるルーフ形状のミラー構造部が複数設けられたものである。各ミラー構造部の一方の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いている。同様に、各ミラー構造部の一方の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いている。

レーザ１００から放出されたレーザ光Ｌ１は、各ミラー構造部の一方の反射面に入射するように導光され、所定の方向に反射される。図１２ではレーザ光Ｌ１の反射光が右方向に進行するように、各ミラー構造部の一方の反射面とレーザ光Ｌ１との位置関係が設定されている。

一方、レーザ３００から放出されたレーザ光Ｌ２は、各ミラー構造部の他方の反射面に入射するように導光され、所定の方向に反射される。レーザ光Ｌ１の反射方向と、レーザ光Ｌ２の反射方向とは、略同一であるように各ミラー構造部の他方の反射面とレーザ光Ｌ２との位置関係が設定されている。

以上説明したように、ビーム合成器としてルーフミラーアレイ６８を用いることにより、レーザ光Ｌ１とＬ２を略同方向に進行させることができる。ここで、各ミラー構造部の大きさを小さく、かつ、できるだけ多数設けることにより、レーザ光Ｌ１、Ｌ２のルーフミラーアレイ６８への各入射位置をほぼ等しくすることができる。よって、ルーフミラーアレイ６８で反射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２の光軸に垂直な面上の位置をほぼ同じにすることができる。

次に、レーザ１００、レーザ３００の放電タイミングについて、図１３、１４を用いて説明する。上記したように、本発明においてはレーザ１００、レーザ３００を交互に動作させ、各レーザ１００、レーザ３００から放出されるレーザ光を合成して実質的に高繰り返し化を図るものである。よって、高電圧パルス発生器１２、３２の各固体スイッチＳＷへトリガ信号が交互に送出される。

まず露光装置７から発光指令信号がメインコントローラ５１に送出される。（図１３（ａ））。メインコントローラ５１は、受信した露光装置７からの発光指令信号に基づき、トリガ指令信号をトリガコントローラ５４に送出する（図１３（ｂ））。なお、メインコントローラ５１は、例えば、受信した発光指令信号の立ち下がりを検出してトリガ指令信号を発生させる。

トリガコントローラ５４は、受信したメインコントローラ５１からのトリガ指令信号に基づき、トリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチＳＷに交互に送出する（図１３（ｃ）、（ｄ））。なお、トリガコントローラ５４は、例えば、受信したトリガ指令信号の立ち下がりを検出してトリガ信号を発生させる。

以上により、各チャンバ１０、３０内で放電が交互に発生し、レーザ１００、３００からレーザ光Ｌ１、Ｌ２が交互に発生する。交互に発生したレーザ光Ｌ１、Ｌ２は、ビーム合成器６によって、進行方向が略同一になるように光路が調節される。すなわち、ビーム合成器６から放出されるレーザ光の出力は、図１３（ｅ）に示す通りとなる。

なお、レーザ光の発振周波数が予め定まっている場合、露光装置７からの発光指令信号は、発光開始信号、発光終了信号となる。（図１４（ａ））。メインコントローラ５１は、受信した露光装置７からの発光開始信号に基づき、トリガ指令信号をトリガコントローラ５４に送出する（図１４（ｂ））。なお、メインコントローラ５１は、例えば、パルス発生器等を用いてトリガ指令信号を発生させる。

また、メインコントローラ５１は、露光装置７からの発光終了信号を受信すると、トリガ指令信号の発生を停止し、トリガ指令信号をトリガコントローラ５４へするのを止める。

トリガコントローラ５４は、受信したメインコントローラ５１からのトリガ指令信号に基づき、トリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチＳＷに交互に送出する（図１４（ｃ）、（ｄ））。なお、トリガコントローラ５４は、例えば、受信したトリガ指令信号の立ち下がりを検出してトリガ信号を発生させる。

以上により、各チャンバ１０、３０内で放電が交互に発生し、レーザ１００、３００からレーザ光Ｌ１、Ｌ２が交互に発生する。交互に発生したレーザ光Ｌ１、Ｌ２は、ビーム合成器６によって、進行方向が略同一になるように光路が調節される。すなわち、ビーム合成器６から放出されるレーザ光の出力は、図１４（ｅ）に示す通りとなる。
次に、各レーザ１００、レーザ３００から放出されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２のパルスエネルギー制御について説明する。上記したように、露光装置等の光学系へ与えるダメージを小さくするには、できるだけ小さなパルスエネルギーで高繰り返し発振させる必要がある。
すなわち、ある発振周波数に対して、各レーザ光Ｌ１、Ｌ２のパルスエネルギーは、所定のエネルギー値に維持する必要がある。

以下、各レーザ１００、３００のパルスエネルギーの制御例について、図１５を用いて説明する。
モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２により、レーザ１００、レーザ３００から放出されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２のパルスエネルギーを検出する。モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２は検出値信号をエネルギコントローラ５５に送出する（ステップＳ１０１）。

エネルギーコントローラ５５は、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２から受信した検出値信号から、レーザ光Ｌ１のパルスエネルギーＥ１、レーザ光Ｌ１のパルスエネルギーＥ２を求める。そしてメインコントローラ５１から受信している目標エネルギー（すなわち、露光装置７から指令されるパルスエネルギーの設定値）ＥｔとＥ１との偏差ΔＥ１、ならびに、目標エネルギーＥｔとＥ２との偏差ΔＥ２を、ΔＥ１＝Ｅ１−Ｅｔ、ならびに、ΔＥ２＝Ｅ２−Ｅｔの式から計算する（ステップＳ１０２）。

次に、求めた偏差ΔＥ１、ΔＥ２に基き、偏差ΔＥ１、ΔＥ２に得るのに相当する高電圧パルス発生器１２、３２の主コンデンサＣ０を充電するときの充電電圧の偏差分ΔＶ１、ΔＶ２を求める。 ΔＶ１は、係数をＫとするとき、 ΔＶ１＝Ｋ・ ΔＥ１の式から求める。また、ΔＶ２は、係数をＫとするとき、 ΔＶ２＝Ｋ・ ΔＥ２の式から求める（ステップＳ１０３）。

レーザ１００において、目標エネルギーＥｔを得るための充電電圧ＨＶ１を求める。すなわち、以下の式により、前回（今回の放電パルスの前の放電パルスを発生させたとき）の充電電圧ＨＶ１にステップＳ１０３で求めたΔＶ１を加えることで補正する。

ＨＶ１（今回）＝ＨＶ１（前回）＋ΔＶ１
また、レーザ３００において、目標エネルギーＥｔを得るための充電電圧ＨＶ２を求める。すなわち、以下の式により、前回（今回の放電パルスの前の放電パルスを発生させたとき）の充電電圧ＨＶ２にステップＳ２０３で求めたΔＶ２を加えることで補正する。

ＨＶ２（今回）＝ＨＶ２（前回）＋ΔＶ２
（ステップＳ１０４）
充電電圧値ＨＶ１，ＨＶ２がレーザガス注入電圧Ｖmax １，Ｖmax ２より大きいかを判定し、大きければ、レーザガスを注入する（ステップＳ１０５）。また、小さければ、ステップＳ１０６に行く。
ステップＳ１０４で求めた充電電圧値（高電圧値）ＨＶ１（今回）のデータ、ならびに、充電電圧値（高電圧値）ＨＶ２（今回）のデータを、トリガコントローラ５４に送出する（ステップＳ１０６）。

トリガコントローラ５４はエネルギーコントローラ５５からの信号に基づいて、充電器１１、３１の充電電圧を制御する（ステップＳ１０７）。

以上の制御を毎パルス行う。

なお、メインコントローラ５１は、上記したエネルギー制御を行う前に、露光装置７から指令されるパルスエネルギーの設定値が露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない値であるかどうか検定するようにしてもよい。

この場合、メインコントローラ５１は、各発振周波数をパラメータとして、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を記憶している。そして、露光装置から送出されるレーザ光の発光指令信号間隔（すなわち、発振周波数）を検出し、検出データと上記テーブルから、パルスエネルギーの設定値の最大パルスエネルギーの値を求め、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値と上記した最大パルスエネルギーの値とを比較する。

この検定の結果、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーの値以下であった場合は、上記したエネルギー制御を行う。

一方、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーより大きい場合は、レーザ１００、レーザ３００の動作を停止する。このとき、外部（例えば露光装置）に異常信号を送出してもよい。

本実施例によれば、露光用ガスレーザ装置として、２台のレーザ１００、３００を設けて交互に放電させレーザ発振動作を行っている。そのため、実質的に発振周波数を２倍とすることが可能となる。従来、例えば、４ｋＨｚを超える発振周波数を実現するのは技術的なハードルが高く困難であったが、本実施例によれば、容易に高発振周波数（例えば、８ｋＨｚ）の露光用ガスレーザ装置を実現することが可能となる。

また、各レーザ１００、３００のレーザチャンバ１０、３０内での放電の繰り返し周波数は現状のままであるので、音響波の影響を受けるレーザビーム品質も所定の要求仕様を満足させることができる。

一方、本実施例の露光用ガスレーザ装置は、各発振周波数をパラメータとして、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギーの値を記憶している。そそして、露光装置７から送出されるレーザ光の発光指令信号間隔（すなわち、発振周波数）を検出し、検出データと上記テーブルから、パルスエネルギーの設定値の最大パルスエネルギーの値を求め、露光装置７から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値と上記した最大パルスエネルギーの値とを比較している。そして、露光装置７から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーの値を越えないことを検定後、各レーザ１００、３００から放出されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２のパルスエネルギーを上記設定値となるように制御している。そのため、露光装置等の光学部品にダメージを殆ど与えないレーザ光を放出することが可能となる。

また、露光装置から送出されるレーザパルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーより大きい場合は、２台のレーザの動作を停止するので、露光装置等の光学部品にダメージを与えるのを回避することができる。このとき、外部（例えば露光装置）に異常信号を送出してもよい。

以上まとめると、本実施例の露光用ガスレーザ装置によれば、露光装置等の光学部品へ与えるダメージが小さくするために、なるべく小さいパルスエネルギーで、しかも従来より発振周波数の高いレーザ動作を実現することができる。また、従来より発振周波数が高いにも拘らず、音響波の影響によるレーザビーム品質の劣化を小さくすることが可能となる。

ところで、レーザ１００、３００の各電源にトリガ信号が入力されてから実際に放電するまでの時間は、必ずしも一定ではない。これは以下の理由による。

先に述べたように、レーザチャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間、及びレーザチャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間に立上り時間の速い高電圧パルスを印加するために、それぞれ磁気パルス圧縮回路を有する高電圧パルス発生器１２、高電圧パルス発生器３２が用いられる。ここで、高電圧パルス発生器１２、高電圧パルス発生器３２の磁気パルス圧縮回路において用いられる磁気スイッチはＳＲ２、ＳＲ３は、一般に、可飽和リアクトルとからなる。
主コンデンサＣ０からエネルギー（電圧パルス）が転送されてきたとき、この磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３にかかる電圧（Ｖ：すなわち主コンデンサＣ０の充電電圧）と磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの移行時間（ｔｍ）との積であるＶ・ｔｍ積の値は一定という関係がある。例えば、主コンデンサＣ０の充電電圧が高くなると、電圧パルスの移行時間ｔｍ（すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間）が短くなる。

よって、充電器１１、３１による充電電圧の値ＨＶが変動すると上記転送時間が変化し、同じタイミングで各高電圧パルス発生器１２、３２の固体スイッチｓｗにトリガ信号を送出したとしても、発光あるいは放電タイミングが変動する。

また、磁気パルス圧縮回路を構成する可飽和リアクトル、コンデンサはそれぞれ温度特性を持っているため、磁気パルス圧縮回路内部温度の変化により移行時間ｔｍは変化する。内部温度は、発振周波数、発振時間、バースト動作のデューティー、充電電圧などにより変化する。

一方、レーザチャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間に電圧が印加されてから放電が開始するまでの時間（放電開始時間）ｔｂ１、および、レーザチャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ各電極に電圧が印加されてから放電が開始するまでの時間（放電開始時間）ｔｂ２は、充電器１１、３１による充電電圧が高いと電極間電圧の立上りが大きくなるため短くなり、充電電圧が低いと電圧立上りが小さくなるため長くなる。

また、レーザチャンバ１０、レーザチャンバ３０のレーザガス圧が高いと、放電開始電圧が高くなるため、放電開始時間ｔｂ１、ｔｂ２は長くなる。反対にレーザガス圧が低いと放電開始電圧が低くなるため、放電開始時間は短くなる（ｔｂ１）。したがって、放電開始時間ｔｂは、充電電圧とガス圧力の関数となる。

以上まとめると、以下の（I)（II）のパラメータにより、レーザ１００、３００の各電源にトリガ信号を同タイミングで入力したとしても、トリガ信号が入力されてから実際に放電するまでの時間は必ずしも一定にはならない。

（I)各電源中の磁気パルス圧縮回路における電圧パルスの移行時間ｔｍ
（II）電極間に電圧が印加されてから放電が開始するまでの時間ｔｂ
露光装置７側からの要請により、露光装置７からの発光指令信号が発せられてから放電が発生し、レーザ光Ｌ１、Ｌ２が発生するまでの時間の変動を小さくする必要がある場合は、例えば、以下のように制御する。

先に述べたように、エネルギーコントローラ５５にはモニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２からの信号が入力される。エネルギーコントローラ５５は、レーザ１００、および、レーザ３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーを所望の値にするために、高電圧パルス発生装置１２、３２の主コンデンサＣ０の充電電圧ＨＶ１、ＨＶ２を示す信号を生成し、この信号をトリガコントローラ５４に出力する。

トリガコントローラ５４は、エネルギーコントローラ５５から受信した充電電圧ＨＶ１、ＨＶ２のデータ、及び、図示を省略したが、各高電圧パルス発生器１２、３２に備えられた磁気パルス圧縮回路の温度センサから送出されてくる磁気パルス圧縮回路の温度Ｔｐ１、Ｔｐ２のデータを基にして、例えば近似式を用いて、あるいは、予め作成した、印加電圧、温度に対する移行時間ｔｍを記録したテーブルを参照して、各高電圧パルス発生器１２、３２内の磁気パルス圧縮回路における電圧パルスの移行時間ｔｍ１、ｔｍ２を求める。

次に、トリガコントローラ５４、上記充電電圧ＨＶ１、ＨＶ２と、圧力センサＰ１，Ｐ２によりモニタされるガス圧力Ｐｐ１、Ｐｐ２のデータに基づき、放電開始時間ｔｂ１、ｔｂ２を求める。上記放電開始時間の算出は、充電電圧、ガス圧力を使用範囲で変化させて、各条件における放電開始時間ｔｂを測定して、これらの値を記録したテーブルを作成し、このテーブルを同期コントローラ２１にあらかじめ入力しておく方法（テーブル方式）でもよいし、近似式を用いて計算することも可能である。

トリガコントローラ５４は、上記した各高電圧パルス発生器１２、３２内の磁気パルス圧縮回路における電圧パルスの移行時間ｔｍ１、ｔｍ２、および放電開始時間ｔｂ１、ｔｂ２を考慮して、高電圧パルス発生器１２、３２の固体スイッチＳＷへ送出するトリガ信号の送出タイミングを補正する補正時間を算出する。

初回の放電では、放電検出器２０、４０からのレーザチャンバ１０およびレーザチャンバ３０内で発生する放電開始の情報に基づくフィードバック制御は使用できないので、上記した補正時間に基づき、トリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチにそれぞれ所定のタイミングで送出する。

２回目以降の放電では、トリガコントローラ５４は、上記補正時間をさらに上記フィードバック制御により補正して、トリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチにそれぞれ所定のタイミングで送出する。

以上のように動作させることにより、トリガ信号送出から各チャンバ１０、３０において、発光あるいは放電が発生するまでの時間が一定になるように制御することができる。すなわち、露光装置７からの発光指令信号が発せられてから放電が発生し、レーザ光Ｌ１、Ｌ２が発生するまでの時間が一定になるように制御することができる。

なお、上記した放電検出器２０、４０は、レーザ発光、放電時の発光、放電電流、放電電圧、放電により発生する電磁波のうちの少なくとも１つを検出するセンサである。ここでレーザ１００とレーザ３００において、それぞれ異なるものを検出してもよい。例えば、レーザ１００でレーザ発光の開始を、レーザ３００で放電開始を検出してもよい。

なお、レーザ１００、レーザ３００にいずれか１台に故障が発生した際には、メインコントローラ５１は、両方の動作を停止してもよいし、故障が発生したレーザの動作を停止し、故障が発生していないレーザの動作を続行させてもよい。
一方のレーザのみのレーザ動作を続行する場合、露光のスループットは低下するものの、１台のレーザのみのときのように露光処理の停止という不具合を回避することができ、露光処理を停止することなくそのまま続行することが可能となる。

例えば、ウエハを露光する場合、ある露光領域の露光処理が終了すると、露光光源であるレーザ光の放出を停止させ、次の露光領域がレーザ光の照射領域に来るようにウエハを移動する。すなわち、ウエハは所定パルス数のレーザ発振と休止を繰り返す。
ここで、１枚のウエハを露光する際のレーザ発振時間と休止時間との割合を、例えば、４０：６０とする。２台のレーザのうち、１台が故障して残り１台で露光処理を行う場合は、レーザ発振時間と休止時間との割合は、（４０＋４０）：６０＝８０：６０となる。
よって、１台のレーザが故障して残り１台のレーザを使用する場合の露光のスループットは、２台のレーザ使用する場合の露光のスループットと比較すると、（４０＋６０）／（８０＋６０）×１００＝７１．４（％）となる。すなわち、１台のレーザが故障して残り１台のレーザを使用して露光を行う場合は、２台のレーザを使用する場合と比較してスループットは約７０％となるが、露光を続行することができる。

ここで、各レーザの故障判断は、例えば、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２の検出値信号をエネルギコントローラ５５のみならずメインコントローラ５１にも送出するようにしておき、メインコントローラがトリガ指令信号を送出後、一定時間経過してもモニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２からの信号を受信しなかったときに行われる。

なお、モニタモジュールＭＭ１、ＭＭ２の検出値信号の代わりに放電検出器２０、４０からの信号を用いても良い。

本実施形態に係るレーザシステムの構成図である。 レーザチャンバ１０、３０を説明する図である。 充電器と高電圧パルス発生器とから構成される電源、及びレーザチャンバ内部の回路構成の一例を示す図である。 コントローラ部５０の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第１の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第２の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第３の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第４の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第５の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第６の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第７の構成例を示す図である。 ビーム合成器の第８の構成例を示す図である。 レーザ１００、レーザ３００の放電タイミングについて説明する図である。 レーザ１００、レーザ３００の放電タイミングについて説明する図である。 レーザ１００、３００のパルスエネルギーの制御例について説明する図である。

符号の説明

１００ レーザ

１０ レーザチャンバ
１０ａ、１０ｂ 電極
１０ｃ クロスフローファン
１０ｄ 熱交換器
１０ｅ、１０ｆ ウィンドウ

１１ 充電器
１２ 高電圧パルス発生器
１３ 狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
１４ フロントミラー
１５ ガス供給・排気ユニット
１６ 冷却水供給ユニット
２０ 放電検出部
２１ ドライバ

ＢＳ１ ビームスプリッタ
ＭＭ１ モニタモジュール
Ｐ１ 圧力センサ
Ｔ１ 温度センサ
Ｌ１ レーザ光
Ｍ１ ミラー

３００ レーザ

３０ レーザチャンバ
３０ａ、３０ｂ 電極
３０ｃ クロスフローファン
３０ｄ 熱交換器
３０ｅ、３０ｆ ウィンドウ

３１ 充電器
３２ 高電圧パルス発生器
３３ 狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
３４ フロントミラー
３５ ガス供給・排気ユニット
３６ 冷却水供給ユニット
４０ 放電検出部４０
４１ ドライバ

ＢＳ２ ビームスプリッタ
ＭＭ２ モニタモジュール
Ｐ２ 圧力センサ
Ｔ２ 温度センサ
Ｌ２ レーザ光
Ｍ２ ミラー

５０ コントローラ部
５１ メインコントローラ
５２ ユーティリティコントローラ
５３ 波長コントローラ
５４ トリガコントローラ
５５ エネルギーコントローラ

６ ビーム合成器
６１ ルーフ形状のミラー
６２ａ １／４波長板
６２ｂ 偏光ビームスプリッタ
６３ 透過型グレーティング
６４ａ １／４波長板
６４ｂ ローション（Ｒｏｃｈｏｎ）プリズム
６５ａ 円板状の光学基板
６５ｂ モータ
６６ 角度振動ミラー
６７ 直線振動ミラー
６８ ルーフミラーアレイ６８

７ 露光装置

ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３ 磁気スイッチ
ＳＷ 固体スイッチ
Ｔｒ１ 昇圧トランス
Ｌ１ リアクトル
Ｃ０ 主コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｃｐ ピーキングコンデンサ

９１ 第１電極９１
９２ 誘電体チューブ９２
９３ 第２電極

Claims (18)

1. 高電圧に充電される第１のコンデンサと、第１のスイッチと、この第１のスイッチがオンとなったとき上記第１のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第１の磁気パルス圧縮回路とを含む第１の発振用高電圧パルス発生器と、
   レーザガスが封入された第１のレーザチャンバと、この第１のレーザチャンバ内に配置され、上記第１の高電圧パルス発生器に含まれる第１の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第１の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第１の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第１の放電励起ガスレーザと、
   高電圧に充電される第２のコンデンサと、第２のスイッチと、この第２のスイッチがオンとなったとき上記第２のコンデンサに蓄えられた電荷をパルス圧縮して出力する第２の磁気パルス圧縮回路とを含む第２の発振用高電圧パルス発生器と、
   レーザガスが封入された第２のレーザチャンバと、この第２のレーザチャンバ内に配置され、上記第２の高電圧パルス発生器に含まれる第２の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される第２の一対の放電電極と、レーザ光を狭帯域化する第２の狭帯域化モジュールを有するレーザ共振器とを含む第２の放電励起ガスレーザと、
   上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを充電する少なくとも１つの充電器と、
   上記第１のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第１のレーザガス充填・排気手段と、
   上記第２のレーザチャンバにレーザガスを充填し、また、排気する第２のレーザガス充填・排気手段と、
   第１の放電励起ガスレーザから放出される第１のレーザ光の少なくともビーム品質をモニタする第１のモニタと、
   第２の放電励起ガスレーザから放出される第２のレーザ光の少なくともビーム品質をモニタする第２のモニタと、
   上記第１のレーザ光の進行方向と第２のレーザ光の進行方向とを略一致させるビーム合成器と、
   制御手段とからなり、
   上記制御手段は、露光装置からの発光指令に基づき、上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを交互に動作させるとともに、
   上記第１のモニタで検出したビーム品質に相当する信号に基づき、上記第１のレーザ光のパルスエネルギーが所定のエネルギーとなるように、第１のコンデンサの充電電圧、上記第１のレーザガス充填・排気手段の動作による第１のレーザチャンバ内のレーザガス条件の少なくとも１つを制御し、
   上記第２のモニタで検出したビーム品質に相当する信号に基づき、上記第２のレーザ光のパルスエネルギーが所定のエネルギーとなるように、第２のコンデンサの充電電圧、上記第２のレーザガス充填・排気手段の動作による第２のレーザチャンバ内のレーザガス条件の少なくとも１つを制御する
   ことを特徴とする露光用ガスレーザ装置。
2. 上記所定のエネルギーは、各ガスレーザの発振周波数をパラメータとして、露光装置の光学部品にダメージを殆ど与えない最大パルスエネルギー以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の露光用ガスレーザ装置。
3. 上記制御手段は、露光装置から指令されるパルスエネルギーの設定値が上記最大パルスエネルギー以下であるかどうか検定し、
   パルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギーより大きい場合は異常信号を出力して上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのレーザ動作を停止させ、
   パルスエネルギーの設定値が最大パルスエネルギー以下である場合は上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのレーザ動作を行わせる
   ことを特徴とする請求項２記載の露光用ガスレーザ装置。
4. 上記制御手段は、上記第１の放電励起ガスレーザおよび第２の放電励起ガスレーザのうちのいずれか一方が故障した場合、他方のレーザ動作を続行させる
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
5. 上記ビーム合成器は、互いに角度をなす第１の反射面および第２の反射面を有するルーフ形状のミラーであって、
   第１のレーザ光が第１の反射面によって反射され、第２のレーザ光が第２の反射面によって反射され、
   各反射レーザ光が略同一の方向に進行するように、上記第１の反射面および第２の反射面がなす角度、第１のレーザ光の第１の反射面への入射角度、第２のレーザ光の第２の反射面への入射角度が設定されている
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
6. 上記ビーム合成器は、１／２波長板と偏光ビームスプリッタとからなり、
   上記偏光ビームスプリッタは、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向の光を透過し、上記偏光方向と直交する偏光方向の光を反射するものであって、
   上記１／２波長板は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が入射するように配置され、
   上記偏光ビームスプリッタは、上記１／２波長板を透過したレーザ光と上記１／２波長板を透過しないレーザ光とが入射し、上記１／２波長板を透過したレーザ光の反射方向と上記１／２波長板を透過しないレーザ光の透過方向とが略同一の方向となるように、第１のレーザ光、第２のレーザ光の偏光ビームスプリッタへの入射光軸、角度が設定されている
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
7. 上記ビーム合成器は、透過型グレーティングで構成され、
   上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方の入射角がθ１であって、他方の入射角がθ２であるとき、上記透過型グレーティングは、入射するレーザ光の入射角がθ１のときの−１次回折光の進行方向と、入射するレーザ光の入射角がθ２のときの１次回折光の進行方向とが略一致するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
8. 上記ビーム合成器は、１／２波長板とローションプリズムとからなり、
   上記ローションプリズムは、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向の光の入射方向が、第１のレーザ光の偏光方向、第２のレーザ光の偏光方向と直交する偏光方向の光の入射方向に対して角度θ３をなすように両偏光方向の光が入射すると、両偏光方向の光を略同一方向に出射するものであって、
   上記１／２波長板は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が入射するように配置され、
   上記偏光ビームスプリッタには、上記１／２波長板を透過したレーザ光と上記１／２波長板を透過しないレーザ光とが入射し、上記１／２波長板を透過したレーザ光の入射方向と上記１／２波長板を透過しないレーザ光の入射方向とが角度θ３をなすように、第１のレーザ光、第２のレーザ光の偏光ビームスプリッタへの入射光軸が設定されている
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
9. 上記ビーム合成器は、レーザ光を反射する反射ミラー部とレーザ光を透過する光透過部とが交互に設けられた円板状の光学基板と、この光学基板を回転させる回転機構とからなり、
   上記光学基板には、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光が入射し、
   上記回転機構は、上記制御手段により、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が上記光学基板に入射したときは上記光透過部を通過し、他方が上記光学基板に入射したときは上記反射ミラー部により反射されるように回転制御されていて、
   上記光透過部を透過した一方のレーザ光の透過方向および透過位置と、上記光反射部を反射した他方のレーザ光の反射方向および反射位置とが略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の上記光学基板への入射光軸が設定されている
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
10. 上記ビーム合成器は、入射するレーザ光の反射方向を調整可能な角度振動ミラーと、この角度振動ミラーの設置角度を制御する回転制御手段とからなり、
    上記角度振動ミラーには、進行方向が互いに平行ではない上記第１のレーザ光および第２のレーザ光が入射し、
    上記回転制御手段は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が上記角度振動ミラーに入射したときの反射方向と、他方が上記角度振動ミラーに入射したときの反射方向とが、略一致するように上記角度振動ミラーの設置角度を制御し、
    上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の上記角度振動ミラーへの入射位置が略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の入射光軸が設定されている
    ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
11. 上記ビーム合成器は、直線方向に位置を設定可能な直線振動ミラーと、この直線振動ミラーの設置位置を制御する位置制御手段とからなり、
    上記直線振動ミラーの移動範囲と上記第１のレーザ光および第２のレーザ光の光軸とは重なっており、
    上記位置制御手段は、上記第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれか一方が放出されたときにはこのレーザ光の光軸から上記直線振動ミラーを退避させ、他方が放出されたときにはこのレーザ光の光軸上に上記直線振動ミラーが位置するように、上記直線振動ミラーの位置を制御し、
    上記直線振動ミラーが光軸上から退避した位置にあるときのレーザ光の進行方向と、上記直線振動ミラーが光軸上にあるときのレーザ光の反射方向とが略一致するように、上記第１のレーザ光、第２のレーザ光の光軸、および上記直線振動ミラーの設置角度、移動範囲が設定されている
    ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
12. 上記ビーム合成器は、互いに角度をなす第１の反射面および第２の反射面を有するルーフ形状のミラー構造部が複数設けられたルーフミラーアレイであって、
    各ミラー構造部の第１の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いていて、各ミラー構造部の第２の反射面はいずれもほぼ同方向に傾いていて、
    第１のレーザ光が各ミラー構造部の第１の反射面によって反射され、第２のレーザ光が各ミラー構造部の第２の反射面によって反射され、
    各反射レーザ光が略同一の方向に進行するように、上記各ミラー構造部の第１の反射面および第２の反射面がなす角度、第１のレーザ光の第１の反射面への入射角度、第２のレーザ光の第２の反射面への入射角度が設定されている
    ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれか一項に記載の露光用ガスレーザ装置。
13. 上記制御手段は、露光装置からの発光指令に基づき、上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを交互に動作させるにあたって、上記上記第１のスイッチおよび第２のスイッチを動作させるための各トリガ信号の送出タイミングを、上記第１の放電電極および第２の放電電極における放電開始タイミングと、上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮して補正している
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２のいずれか１項に記載の露光用ガスレーザ装置。
14. 上記露光用ガスレーザ装置は、さらに、
    第１の放電励起ガスレーザの発光あるいは放電タイミングを計測する第１の発光あるいは放電モニタと、
    第２のガスレーザ装置の発光あるいは放電タイミングを計測する第２の発光あるいは放電モニタとを有し、
    上記制御手段は、上記第１の発光あるいは放電モニタおよび第２の発光あるいは放電モニタに基づき、上記各トリガ信号の送出タイミングをフィードバック補正している
    ことを特徴とする請求項１３記載の露光用ガスレーザ装置。
15. 上記第１の放電電極および第２の放電電極における放電開始タイミングを考慮した補正は、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの充電電圧値と上記第１のレーザチャンバおよび第２のレーザチャンバ内のレーザガス圧力値に基づき行われる
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の露光用ガスレーザ装置。
16. 上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路の動作を考慮した補正は、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの充電電圧値と上記第１の磁気パルス圧縮回路および第２の磁気パルス圧縮回路を構成する回路素子の温度値に基づき行われる
    ことを特徴とする請求項１３、１４または請求項１５に記載の露光用ガスレーザ装置。
17. 上記露光用ガスレーザ装置から放出されるレーザ光の繰り返し周波数が８ｋＨｚ以上である
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のいずれか１項に記載の露光用ガスレーザ装置。
18. 上記露光用ガスレーザ装置は、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかである
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７のいずれか１項に記載の露光用ガスレーザ装置。

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