JP2006287258A - Narrowband gas laser apparatus - Google Patents

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達也 有我
Tadahira Seki
匡平 関
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a narrowband gas laser apparatus such as a fluorine laser apparatus capable of controlling the discharge of ASE for the purpose of keeping the spectral line width to be no more than 0.2 pm and spectral purity no more than 0.5 pm. <P>SOLUTION: This narrowband gas laser apparatus has a discharge electrode 2 in a laser chamber 1, where laser gas containing F<SB>2</SB>is enclosed, and emits narrowband laser beams using a narrowband module 6 including a wavelength selection element 8 installed in a laser cavity. Time duration from the point of emitting light by electric discharge to the generation of laser beams is set so that laser beams emitted from the laser cavity may have spectral line width (FWHM) of no more than 0.2 pm and/or spectral purity of no more than 0.5 pm. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、狭帯域化ガスレーザ装置に関し、特に、F2 レーザ装置等のガスレーザ装置からのレーザビームにASE(Amplified Spontaneous Emission)が含まれないようにして、スペクトル線幅0.2pm以下、スペクトル純度0.5pm以下に狭帯域化したガスレーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a narrow-band gas laser device, and in particular, a spectral line width of 0.2 pm or less and a spectral purity such that an ASE (Amplified Spontaneous Emission) is not included in a laser beam from a gas laser device such as an F 2 laser device. The present invention relates to a gas laser device narrowed to 0.5 pm or less.

また、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置等のF2 を含むレーザガスを使用するガスレーザ装置からのレーザビームにASEが含まれないようにして、スペクトル線幅、スペクトル純度の更なる狭帯域化を施したガスレーザ装置に関するものである。 In addition, ASE was not included in the laser beam from a gas laser device using a laser gas containing F 2 such as a KrF laser device or an ArF laser device, and the spectral line width and spectral purity were further narrowed. The present invention relates to a gas laser device.

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おり、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長248nmのKrFレーザ装置や更なる短波長光源として、波長193nmのArFレーザ装置が用いられ始めている。   With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits, there is a demand for improvement in resolving power in an exposure apparatus for manufacturing the semiconductor integrated circuit. For this reason, the wavelength of the exposure light emitted from the exposure light source has been shortened. As a light source for semiconductor exposure, a KrF laser device having a wavelength of 248 nm from a conventional mercury lamp and a further short wavelength light source have a wavelength of 193 nm. ArF laser devices are beginning to be used.

また、70nm以下のライン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160nm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、露光装置搭載への研究開発が急ピッチで行われている。本発明は、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置の性能改善、及び、半導体露光装置へF2 レーザ装置を搭載すべく、F2 レーザ装置の性能改善に係わるものである。 Further, in an exposure technique for realizing a semiconductor integrated circuit having a line width of 70 nm or less on a semiconductor, an exposure light source having a wavelength of 160 nm or less is required. At present, an F 2 (fluorine molecule) laser device that emits ultraviolet rays having a wavelength of about 157 nm is regarded as a promising light source, and research and development for mounting an exposure device is being carried out at a rapid pace. The present invention, KrF laser device, the performance improvement of ArF laser device, and, in order to mount the F 2 laser device to a semiconductor exposure apparatus, those relating to the performance improvement of the F 2 laser system.

光技術には大きく分けて以下の2種類ある。   There are the following two types of optical technology.

1)屈折系(dioptric system)
2)反射屈折系(catadioptric system)
屈折系としては、従来の露光装置に一般的に用いられていた投影光学系がある。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制限があり、現状ではCaF2 (蛍石)以外は使用できない状況にある。
1) Dioptric system
2) Catadioptric system
As a refractive system, there is a projection optical system generally used in a conventional exposure apparatus. In the exposure technique, the chromatic aberration correction method in the optical system is one big problem. In the refraction system, chromatic aberration correction has been realized by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. However, there is a limit to the types of optical materials that can be used in the wavelength region near 157 nm, and currently only CaF 2 (fluorite) can be used.

反射屈折系を露光技術に用いると、反射光学素子には色分散がないため、反射光学素子と屈折光学素子とを組み合わせることにより、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、現状の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なため、敬遠される傾向にある。   When the catadioptric system is used for the exposure technique, since the reflective optical element has no chromatic dispersion, the occurrence of chromatic aberration can be suppressed by combining the reflective optical element and the refractive optical element. Therefore, an exposure apparatus using a catadioptric system is promising in the current wavelength range near 157 nm. However, the catadioptric system tends to be avoided because it is difficult to adjust the optical axis of the exposure machine as compared to the conventional refractive system.

従来技術として一般的であった屈折系を、この157nm付近の波長域に対して適応させる有力な手段が現状で1つある。それは、放出されるレーザビームが狭帯域化されたF2 レーザ装置を露光装置の光源として用いることである。 At present, there is one effective means for adapting a refraction system, which has been common as a prior art, to the wavelength region near 157 nm. That is to use an F 2 laser device in which the emitted laser beam is narrowed as the light source of the exposure apparatus.

放電ガス全圧等の運転条件にもよるが、一般的に狭帯域化されていない(フリーランニング動作の)場合、F2 レーザビームのスペクトルの半値全幅(FWHM)は約1.5〜1.2pm付近にある。屈折系においては、このスペクトルの半値全幅を0.2pm以下に狭帯域化することが要求される。また、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置においても、フリーランニング動作時のレーザビームのスペクトルの半値全幅(FWHM)数100nmと広帯域であるので、やはり狭帯域化することが要求される。本発明はその狭帯域化技術に係わるものである。 Although it depends on the operating conditions such as the total discharge gas pressure, the full width at half maximum (FWHM) of the spectrum of the F 2 laser beam is generally about 1.5-1. It is around 2pm. In a refraction system, it is required to narrow the full width at half maximum of this spectrum to 0.2 pm or less. In addition, the KrF laser device and the ArF laser device are also required to have a narrow band because the full width at half maximum (FWHM) of the laser beam spectrum during free running operation is as wide as several hundred nm. The present invention relates to the narrow band technology.

さて、図1に、1個以上の拡大プリズムとグレーテング(回折格子)を用いた狭帯域化F2 レーザ装置の構成例を示す。なお、狭帯域化KrFレーザ装置、ArFレーザ装置も同様な構成となる。 FIG. 1 shows a configuration example of a narrow-band F 2 laser device using one or more magnifying prisms and a grating (diffraction grating). The narrow-band KrF laser device and ArF laser device have the same configuration.

レーザチェンバ1内にはF2 レーザ励起媒質ガス(以下、レーザガスと称する。)が充填されている。高電圧パルス発生装置3からレーザチェンバ1内に所定距離だけ離間して対向配置された一対の電極2に高電圧パルスが印加され、電極2間に放電が発生し、この放電部におけるレーザガスが励起される。励起されたレーザガスよりレーザビームとなる種光が発生する。レーザチェンバ1内には、さらにファン4とラジエター(図示されていないが)が設置されている。レーザガスはこのファン4によってレーザチェンバ1内で循環し、放電により高温になったレーザガスはラジエターと熱交換されて冷却される。レーザチェンバ1には、図1のように、ウインドー部5にウィンドー部材がハの字の形でブリュ−スタ角度で、又は、平行ブリュ−スター角度で設置されている。なお、電極2は、紙面垂直方向に所定距離だけ離間してアノード電極とカソード電極とが配置されている。 The laser chamber 1 is filled with F 2 laser excitation medium gas (hereinafter referred to as laser gas). A high voltage pulse is applied from a high voltage pulse generator 3 to a pair of electrodes 2 arranged opposite to each other in the laser chamber 1 by a predetermined distance, and a discharge is generated between the electrodes 2, and the laser gas in this discharge part is excited. Is done. Seed light that becomes a laser beam is generated from the excited laser gas. A fan 4 and a radiator (not shown) are further installed in the laser chamber 1. The laser gas is circulated in the laser chamber 1 by the fan 4, and the laser gas heated to high temperature by the discharge is heat-exchanged with the radiator and cooled. As shown in FIG. 1, the laser chamber 1 is provided with a window member in a window shape 5 in the shape of a letter C at a Brewster angle or a parallel Brewster angle. The electrode 2 includes an anode electrode and a cathode electrode that are separated from each other by a predetermined distance in the direction perpendicular to the paper surface.

レーザ共振器は、後述する狭帯域化モジュール6に搭載された回折格子8と出力ミラー9とにより構成される。   The laser resonator is composed of a diffraction grating 8 and an output mirror 9 mounted on a band-narrowing module 6 described later.

上記したレーザビームとなる種光は、狭帯域化モジュール6中に設置されている回折格子(グレーテング)8及び拡大プリズム7、放電部、及び、出力ミラー9の間を往復し、出力ミラー9からレーザビームとして取り出される。   The seed light that becomes the laser beam described above reciprocates between the diffraction grating (grating) 8 and the magnifying prism 7, the discharge unit, and the output mirror 9 that are installed in the band narrowing module 6. Is extracted as a laser beam.

出力ミラー9から出射されてレーザビームの一部はビームスプリッター10により波長モニター11へ導入され、波長モニター11で出力、中心波長等が計測される。   A part of the laser beam emitted from the output mirror 9 is introduced into the wavelength monitor 11 by the beam splitter 10, and the output, center wavelength, etc. are measured by the wavelength monitor 11.

狭帯域化は、レーザ共振器内に分光機能を有する光学的狭帯域化モジュール6を配置することによりなされる。例えば、狭帯域化モジュール6は、ケーシングとケーシング内に設置された回折格子(グレーテング)8及び拡大プリズム7から構成され、回折格子8による波長選択によりスペクトルの狭帯域化が実現する。   The band narrowing is performed by arranging an optical band narrowing module 6 having a spectral function in the laser resonator. For example, the band narrowing module 6 includes a casing and a diffraction grating (grading) 8 and a magnifying prism 7 installed in the casing, and the spectrum narrowing is realized by wavelength selection by the diffraction grating 8.

また、回折格子8、拡大プリズム7の何れか1つの回転によって発振中心波長を変化させることが可能である。   The oscillation center wavelength can be changed by rotating any one of the diffraction grating 8 and the magnifying prism 7.

なお、レーザチェンバ1と回折格子8間の任意の位置に高反射ミラーを設置し、この高反射ミラーを回転させて回折格子8への光の入射角度を変えることによって発振中心波長を変化させることも可能である。   In addition, a high reflection mirror is installed at an arbitrary position between the laser chamber 1 and the diffraction grating 8, and the oscillation center wavelength is changed by rotating the high reflection mirror to change the incident angle of light to the diffraction grating 8. Is also possible.

波長モニター11からの中心波長信号を元にコントローラ12は狭帯域化モジュール6内の回折格子8、拡大プリズム7、又は、図示されていないが、レーザチェンバ1と回折格子8間の任意の位置に設置されて高反射ミラーの何れか1つの回転させて波長制御を行う。
Proc.SPIE Vol.3679.(1999)1030〜1037
Based on the center wavelength signal from the wavelength monitor 11, the controller 12 is arranged at the diffraction grating 8 in the narrowband module 6, the magnifying prism 7, or an arbitrary position between the laser chamber 1 and the diffraction grating 8 (not shown). The wavelength control is performed by rotating any one of the high reflection mirrors installed.
Proc. SPIE Vol. 3679. (1999) 1030-1037

このような狭帯域化F2 レーザ装置の狭帯域化手段として、レーザ共振器内に分光機能を有する光学的狭帯域化モジュールを用いても、露光装置の屈折系において要求される前記のスペクトル線幅(FWHM)0.2pm以下の狭帯域化性能を得ることが困難であった。 Even if an optical narrow band module having a spectroscopic function is used in the laser resonator as the narrow band means of such a narrow band F 2 laser apparatus, the spectral line required in the refractive system of the exposure apparatus is used. It was difficult to obtain a narrow band performance with a width (FWHM) of 0.2 pm or less.

スペクトル線幅をΔλ、回折格子に入射する光線幅をW、回折格子のブレーズ角(=リトロー角)をθとすると、
Δλ∝cosθ/W
なる関係がある。すなわち、スペクトル幅Δλは回折格子のブレーズ角θ、回折格子に入射する光線幅Wが大きくなる程狭くなる。
If the spectral line width is Δλ, the light beam incident on the diffraction grating is W, and the blaze angle (= Littrow angle) of the diffraction grating is θ,
Δλ∝cosθ / W
There is a relationship. That is, the spectral width Δλ becomes narrower as the blaze angle θ of the diffraction grating and the width of the light ray W incident on the diffraction grating become larger.

光線幅Wを大きくするには、拡大プリズムの拡大率を大きくしたり、拡大プリズムの個数を増やすことと、回折格子の幅を広くすることが必要である。しかしながら、露光用光源とする場合、露光現場における装置サイズの制約から、狭帯域化モジュールの大きさも制限される。また、拡大プリズムの光透過率は、波長157nmの光に対して100%ではないので、個数を増やせば増す程発振効率が低下する。すなわち、拡大プリズムの個数を増加したり、回折格子の幅を大きくするには限界がある。   In order to increase the light beam width W, it is necessary to increase the magnification ratio of the magnifying prism, increase the number of magnifying prisms, and increase the width of the diffraction grating. However, when the light source for exposure is used, the size of the narrowband module is also limited due to restrictions on the apparatus size at the exposure site. Further, since the light transmittance of the magnifying prism is not 100% with respect to light having a wavelength of 157 nm, the oscillation efficiency decreases as the number increases. That is, there is a limit to increasing the number of magnifying prisms or increasing the width of the diffraction grating.

また、光学部品の製作技術からくる限界もある。例えば、回折格子の製作限界によりブレーズ角は所定値以上に大きくできない。   In addition, there are limits that come from the manufacturing technology of optical components. For example, the blaze angle cannot be increased beyond a predetermined value due to the manufacturing limit of the diffraction grating.

以上のような事情により、光学的狭帯域化には限界がある。   Due to the above circumstances, there is a limit to optical narrowing.

ここで、非特許文献1には、レーザパルス幅が長くなると、それに伴って、レーザ光のスペクトル線幅が狭くなっていくことが記載されており、実際、本発明者等の実験でもこれは証明された。   Here, Non-Patent Document 1 describes that as the laser pulse width increases, the spectral line width of the laser light decreases accordingly. Proven.

すなわち、上記した光学的狭帯域化の限界を超えて更なる狭帯域化を実現するには、レーザビームのロングパルス化(パルスストレッチ)が必要となる。   That is, in order to realize further narrowing beyond the limit of the optical narrowing described above, it is necessary to make the laser beam long pulse (pulse stretch).

しかしながら、ロングパルス化を行っても、スペクトル線幅(FWHM)0.2pm以下の狭帯域化性能を得るのは難しい。   However, it is difficult to obtain a narrow-band performance with a spectral line width (FWHM) of 0.2 pm or less even when a long pulse is applied.

これは、以下の理由による。F2 (分子)レーザ装置は、エキシマレーザ(KrF,ArF,XeCl等)と同様、利得が大きい。レーザ装置において利得が大きいということは、狭帯域化モジュールを用いて共振することなくレーザ装置の出力ミラーから出射される光(ASE:Amplified Spontaneous Emission;寄生発振光)が多いことを意味する。ASEはレーザ共振器を往復せず出力ミラーより放出される光なので、狭帯域化モジュールを通過しないか、通過しても1回であると考えられ、狭帯域化はほとんど行われない。従来の狭帯域化F2 レーザ装置から放出されるレーザビームはこのASE成分を含むので、レーザビームのスペクトル線幅(FWHM)を0.2pm以下に狭帯域化することは困難であった。以下に、ASE発生について、詳細に述べる。 This is due to the following reason. The F 2 (molecular) laser device has a large gain, similar to the excimer laser (KrF, ArF, XeCl, etc.). A large gain in the laser device means that a large amount of light (ASE: Amplified Spontaneous Emission) is emitted from the output mirror of the laser device without resonating using the narrowband module. Since ASE does not reciprocate the laser resonator and is emitted from the output mirror, it is considered that the light does not pass through the narrowband module or is passed once even though it passes through. Since the laser beam emitted from the conventional narrow-band F 2 laser device contains this ASE component, it has been difficult to narrow the spectral line width (FWHM) of the laser beam to 0.2 pm or less. Hereinafter, the generation of ASE will be described in detail.

図2は、従来のスペクトル線幅(FWHM)0.2pm以下の狭帯域化性能が得られないF2 レーザ装置の場合の、レーザ発振時サイドライト(以下、サイドライトと言う。)波形、レーザパルス波形、スペクトル線幅の時間的移り変わりを示す図である。なお、この波形取得時の回折格子と出力ミラーとが作るレーザ共振器の長さは1500mmであった。 FIG. 2 shows a side light during laser oscillation (hereinafter referred to as a side light) waveform and laser in the case of an F 2 laser device that cannot obtain a narrow bandwidth performance of a conventional spectral line width (FWHM) of 0.2 pm or less. It is a figure which shows the time transition of a pulse waveform and a spectrum line width. Note that the length of the laser resonator formed by the diffraction grating and the output mirror at the time of waveform acquisition was 1500 mm.

ここで、一対の電極間で発生する放電により励起されたレーザガスにより発生する光を「サイドライト」と称することにする。サイドライトの観測は、レーザ共振器上にない位置(例えば、電極の長手方向と略垂直方向の電極サイド位置)からなされる。   Here, the light generated by the laser gas excited by the discharge generated between the pair of electrodes is referred to as “side light”. The sidelight is observed from a position not on the laser resonator (for example, an electrode side position in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the electrode).

サイドライトの波形は、レーザの時間的利得分布を示すものである。すなわち、このサイドライトはレーザ発振時のゲイン分布を示している。   The sidelight waveform shows the temporal gain distribution of the laser. That is, this sidelight shows a gain distribution during laser oscillation.

レーザパルスは、サイドライトのピーク時に閾値を超えて急激に立ち上がる。すなわち、メインのレーザ発振(ASEではない発振)は、サイドライトの第1のピークを起点に急激に立ち上がる。   The laser pulse rises rapidly beyond the threshold at the sidelight peak. That is, the main laser oscillation (oscillation that is not ASE) suddenly rises starting from the first peak of the sidelight.

レーザパルス波形において、放電励起開始(0ns)から20nsを越えた位置に1つのピークが観測される。このピーク位置のA時点でのスペクトル線幅は、フリーランニングのときのスペクトル線幅と略同程度であった(なお、図2におけるスペクトル線幅を示す縦軸はリニアではない。A時点でのスペクトル線幅は0.4pm程度に見えるが、実際はもっと大きい。)。   In the laser pulse waveform, one peak is observed at a position exceeding 20 ns from the start of discharge excitation (0 ns). The spectral line width at time A at this peak position was substantially the same as the spectral line width during free running (Note that the vertical axis indicating the spectral line width in FIG. 2 is not linear. (The spectral linewidth appears to be about 0.4 pm, but it is actually much larger.)

前記したように、F2 レーザ装置は、エキシマレーザ(KrF,ArF,XeCl等)と同様、利得が大きい。利得の大きいレーザ装置においては、利得が立ち上がった後の所定の値を超えると(すなわち、利得の立ち上がりから所定時間遅れて)、光が共振器を往復することなくワンパス通過することによる発振(ASE)が生じる。 As described above, the F 2 laser device has a large gain, similarly to the excimer laser (KrF, ArF, XeCl, etc.). In a laser device having a large gain, when a predetermined value after the gain rises (that is, after a predetermined time delay from the rise of the gain), the light is oscillated by passing through one pass without reciprocating the resonator (ASE). ) Occurs.

図2に示すレーザパルス波形の時点Aでのピークは、レーザ共振器の光軸をずらしてミスアライメント状態にしても観測された。したがって、レーザパルス波形の最初のピーク部分の光はASEと考えられる。前記したように、ASEはレーザ共振器を往復せずに出力ミラーより放出される光なので、狭帯域化モジュールを通過しないか、通過しても1回であると考えられるので、狭帯域化はほとんど行われない。   The peak at time A of the laser pulse waveform shown in FIG. 2 was observed even when the optical axis of the laser resonator was shifted and misaligned. Therefore, the light at the first peak portion of the laser pulse waveform is considered as ASE. As described above, ASE is light emitted from the output mirror without reciprocating the laser resonator, so it is considered that the light does not pass through the narrowing module or is passed once. Rarely done.

ASEとして取り出されなかった光は、レーザ共振器を往復し、狭帯域化され、やがてレーザビームとして取り出される。   Light that has not been extracted as ASE reciprocates through the laser resonator, is narrowed, and is eventually extracted as a laser beam.

1つのレーザパルスのスペクトル線幅は、図3(a)に模式的に示すように、レーザパルス内各時点での各スペクトル線幅の時間的積分値となるので、レーザパルス初期にASEが放出されると、結果的にスペクトル線幅は0.2pm以下とするのは困難であった。すなわち、図3(b)に模式的に示すように、0.6pm以上のスペクトル線幅を有するASEがレーザパルスのスペクトル特性にかぶさってしまい、レーザパルス全体の積分スペクトルとしては、メインのレーザ発振スペクトル線幅が0.2pm以下でも、全体としては0.2pm以上のスペクトル線幅になってしまう。   As schematically shown in FIG. 3A, the spectral line width of one laser pulse is a temporal integration value of each spectral line width at each point in the laser pulse, so that ASE is emitted at the initial stage of the laser pulse. As a result, it was difficult to set the spectral line width to 0.2 pm or less. That is, as schematically shown in FIG. 3B, ASE having a spectral line width of 0.6 pm or more is overlaid on the spectral characteristics of the laser pulse, and the integral spectrum of the entire laser pulse is the main laser oscillation. Even if the spectral line width is 0.2 pm or less, the spectral line width is 0.2 pm or more as a whole.

一方、上記したASEのあるレーザパルス波形では、スペクトル純度の点で、露光用光源としての仕様を満足することが困難になる。   On the other hand, with the above-described laser pulse waveform with ASE, it is difficult to satisfy the specifications as an exposure light source in terms of spectral purity.

ここで、「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、図4に示す通り、スペクトル波形の「ある面積比率」を含む線幅をいう。例えば、一般によく使われる「95%純度」とは、そのスペクトル波形の全面積の中、中心側から95%の面積を含む線幅のことで指す。通常、屈折系露光用光源として要求されるスペクトル純度は、0.5pmである。   Here, “spectral purity” is one index related to the degree of concentration of spectral energy, and as shown in FIG. 4, refers to a line width including “a certain area ratio” of the spectrum waveform. For example, “95% purity”, which is commonly used, refers to a line width including an area of 95% from the center side in the total area of the spectrum waveform. Usually, the spectral purity required for a refractive exposure light source is 0.5 pm.

先に述べたように、ASEはほとんど狭帯域化されていない光である。すなわち、いかにロングパルス化(パルスストレッチ)が行われようとも、ASE成分が存在する限り、図3に示すスペクトルの積分波形の裾のあたりの波形は変わらない。したがって、露光装置側の要求によっては、スペクトル純度についての仕様を満足することができない。波長により要求されるスペクトル線幅、スペクトル純度の要求値は変わるが、上記のような問題はKrFレーザ装置、ArFレーザ装置に対しても当てはまる。   As described above, ASE is light that is hardly narrowed. That is, no matter how long the pulse is made (pulse stretch), as long as the ASE component exists, the waveform around the bottom of the integrated waveform of the spectrum shown in FIG. 3 does not change. Therefore, depending on the requirements on the exposure apparatus side, the specifications for spectral purity cannot be satisfied. The required values of spectral line width and spectral purity vary depending on the wavelength, but the above-mentioned problems also apply to KrF laser devices and ArF laser devices.

本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置、F2 レーザ装置等のF2 を含むレーザガスを用いるガスレーザ装置において狭帯域化性能の向上を実現し、特にF2 レーザ装置において、スペクトル線幅0.2pm以下、スペクトル純度0.5pm以下を実現するためにASEの放出を抑えた狭帯域化ガスレーザ装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is narrowed in the gas laser apparatus using a laser gas containing a KrF laser system, ArF laser device, the F 2, such as F 2 laser system To provide a narrow-band gas laser device that suppresses ASE emission in order to achieve improved performance, particularly in an F 2 laser device, to achieve a spectral line width of 0.2 pm or less and a spectral purity of 0.5 pm or less. .

上記目的を達成する本発明の狭帯域化ガスレーザ装置は、F2 を含むレーザガスが封入されたレーザチェンバ内に放電電極を有し、レーザ共振器内に設置した波長選択素子を含む狭帯域化モジュールにより狭帯域化されたレーザビームを放出する狭帯域化ガスレーザ装置において、
レーザ共振器から放出されるレーザビームの発生時点においてレーザビームがスペクトル線幅(FWHM)0.2pm以下、及び/又は、スペクトル純度0.5pm以下を有するように、放電により発光する時点からレーザビームが発生するまでの時間が設定されていることを特徴とするものである。
The narrow-band gas laser apparatus of the present invention that achieves the above object has a narrow-band module having a discharge electrode in a laser chamber in which a laser gas containing F 2 is sealed, and including a wavelength selection element installed in the laser resonator. In a narrow-band gas laser device that emits a laser beam narrowed by
At the time of generation of the laser beam emitted from the laser resonator, the laser beam is emitted from the time when light is emitted by discharge so that the spectral line width (FWHM) is 0.2 pm or less and / or the spectral purity is 0.5 pm or less. This is characterized in that a time until the occurrence of the error is set.

また、発振段レーザと増幅段レーザとからなる2ステージ方式の狭帯域化ガスレーザ装置であって、発振段レーザが上記の狭帯域化ガスレーザ装置である狭帯域化ガスレーザ装置を含むものである。   Further, it is a two-stage narrow-band gas laser apparatus composed of an oscillation stage laser and an amplification stage laser, and the oscillation stage laser includes the narrow-band gas laser apparatus that is the above-mentioned narrow-band gas laser apparatus.

この2ステージ方式の狭帯域化ガスレーザ装置において、前記増幅段レーザが、放電による発光の時間的パルス波形を計測する放電発光計測器(サイドライトディデクター)と、前記増幅段レーザの放電電極への印加電圧、レーザガスのF2 濃度、レーザチェンバ内のレーザガス圧力の少なくとも1つを制御可能なコントローラとを有し、前記コントローラは、前記発振段レーザのコントローラから発振段レーザのレーザパルスが立ち上がるタイミングデータTLPS を受信し、このデータを基に前記発振段レーザのレーザパルスが立ち上がった後に増幅段レーザの放電を開始するようにすることが望ましい。 In this two-stage narrow-band gas laser device, the amplification stage laser is connected to a discharge light emission measuring instrument (side light detector) that measures a temporal pulse waveform of light emission by discharge, and to the discharge electrode of the amplification stage laser. A controller capable of controlling at least one of an applied voltage, an F 2 concentration of the laser gas, and a laser gas pressure in the laser chamber, wherein the controller is timing data at which a laser pulse of the oscillation stage laser rises from the controller of the oscillation stage laser. It is desirable to start the discharge of the amplification stage laser after receiving T LPS and starting the laser pulse of the oscillation stage laser based on this data.

以上の本発明により、フッ素レーザ装置等の狭帯域化ガスレーザ装置において、サイドライトの立ち上がりを緩やかにして、サイドライトの第1ピークの時点以降にレーザパルスの起点が存在するようにすることにより、ASEの放出が抑制可能となり、スペクトル線幅0.2pm以下、スペクトル純度0.5pm以下の超狭帯域化ガスレーザ装置を実現することが可能となった。また、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置においても狭帯域化性能が向上した狭帯域化ガスレーザ装置を実現することが可能となった。さらに、高出力・超狭帯域化フッ素レーザ装置を提供するのに、インジェクション・ロック方式やMOPA方式を採用し、狭帯域化手段を有する発振段レーザにおいて、このようにサイドライトの立ち上がりを緩やかにして、サイドライトの第1ピークの時点以降にレーザパルスの起点が存在するようにすることにより、スペクトル線幅が0.2pm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ようになった。   According to the present invention described above, in the narrow-band gas laser device such as a fluorine laser device, the rising of the sidelight is made gentle so that the starting point of the laser pulse exists after the time of the first peak of the sidelight, ASE emission can be suppressed, and an ultra-narrow band gas laser device having a spectral line width of 0.2 pm or less and a spectral purity of 0.5 pm or less can be realized. In addition, it has become possible to realize a narrow-band gas laser device with improved narrow-band performance in the KrF laser device and ArF laser device. In addition, in order to provide a high-power, ultra-narrow band fluorine laser device, the injection lock method and the MOPA method are adopted, and in the oscillation stage laser having the narrow band means, the rise of the sidelight is thus moderated. Thus, a laser beam having a spectral line width of 0.2 pm or less and a pulse energy of 5 mJ or more can be obtained by making the starting point of the laser pulse exist after the time of the first peak of the sidelight. It became so.

同様に、高出力・超狭帯域化KrFレーザ装置、ArFレーザ装置を提供するのに、インジェクション・ロック方式やMOPA方式を採用し、狭帯域化手段を有する発振段レーザにおいて、このようにサイドライトの立ち上がりを緩やかにして、サイドライトの第1ピークの時点以降にレーザパルスの起点が存在するようにすることにより、スペクトル線幅が露光装置からの要求線幅以下で、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ようになった。   Similarly, in order to provide a high-power / ultra-narrow band KrF laser apparatus and ArF laser apparatus, an oscillation stage laser that employs an injection lock system or a MOPA system and has a band narrowing means in this way The start of the laser pulse is present after the first peak of the sidelight so that the spectral line width is less than the required line width from the exposure apparatus, and the pulse energy is 5 mJ. The above laser beam can be obtained.

前記の発明が解決しようとする課題の説明から、スペクトル線幅0.2pm以下、スペクトル純度0.5pm以下を実現するためには、狭帯域化F2 レーザ装置から放出される光からASE成分を抑制・除去することが必要であることが理解される。また、狭帯域化性能を向上させるためには、狭帯域化KrFレーザ装置、ArFレーザ装置から放出される光からASE成分を抑制・除去することが必要であることが理解される。 From the description of the problem to be solved by the invention, in order to realize the spectral line width of 0.2 pm or less and the spectral purity of 0.5 pm or less, the ASE component is obtained from the light emitted from the narrow-band F 2 laser device. It is understood that it is necessary to suppress and eliminate. Further, it is understood that in order to improve the band narrowing performance, it is necessary to suppress and remove the ASE component from the light emitted from the band narrowing KrF laser device and ArF laser device.

本発明者等は鋭意研究の結果、図1に示すような狭帯域化F2 レーザ装置から放出される光からASE成分を抑制・除去するには、レーザ利得の立ち上がりを緩やかにし、レーザパルスの立ち上がり開始時点を遅らせることが有効であることを発見した。これは、狭帯域化KrFレーザ装置、ArFレーザ装置についても同様であった。以下、狭帯域化F2 レーザ装置を例にとって説明する。 As a result of diligent research, the present inventors have made the rise of the laser gain slow and suppress the laser pulse in order to suppress / remove the ASE component from the light emitted from the narrow-band F 2 laser device as shown in FIG. We found that it is effective to delay the rise start time. The same applies to the narrow-band KrF laser device and ArF laser device. In the following, description will be given taking a narrow band F 2 laser device as an example.

図5に、本発明(詳細は後述)におけるレーザパルス波形、サイドライト波形、スペクトル線幅の時間的推移(a)と従来の同様の時間的推移(b)を比較して示す。図5(b)は図2と同じである。なお、図5(a)の場合も、波形取得時の回折格子と出力ミラーとが作るレーザ共振器の長さは、図2のときと同様、1500mmであった。また、狭帯域化モジュールの構成も同じである。   FIG. 5 shows a temporal transition (a) of a laser pulse waveform, a sidelight waveform, and a spectral line width in the present invention (details will be described later) in comparison with a conventional temporal transition (b). FIG. 5B is the same as FIG. In the case of FIG. 5A as well, the length of the laser resonator formed by the diffraction grating and the output mirror at the time of waveform acquisition was 1500 mm as in FIG. The configuration of the narrowband module is also the same.

両者の比較から明らかなように、本発明(図5(a))のサイドライトの立ち上がり(すなわち、レーザ利得の立ち上がり)は従来例(図5(b))と比較して遅く、ASE成分もレーザパルス波形に存在していない。また、サイドライトが立ち上がる時点(0ns)を起点としたとき、レーザパルス波形の立ち上がり開始時点は、本発明(図5(a))の方が従来例(図5(b))と比較して遅い。   As is clear from the comparison between the two, the rise of the sidelight (that is, the rise of the laser gain) of the present invention (FIG. 5A) is slower than that of the conventional example (FIG. 5B), and the ASE component is also increased. It is not present in the laser pulse waveform. Further, when the start point of the sidelight rises (0 ns), the start point of the rise of the laser pulse waveform is higher in the present invention (FIG. 5A) than in the conventional example (FIG. 5B). slow.

サイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)が遅いと、このようにASE成分が抑制されるのは、以下の理由によるものと考えられる。上記したように、従来例(図2)の場合、サイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)が速く、放電により発生した光は急速に増幅され、レーザビームとして所定のしきい値を超えてレーザ共振器から取り出される前に、レーザ共振器を往復しないまま増幅された光がASEとして取り出される。   The reason why the ASE component is suppressed in this way when the sidelight rise (laser gain rise) is slow is considered to be as follows. As described above, in the case of the conventional example (FIG. 2), the rise of the sidelight (rise of the laser gain) is fast, the light generated by the discharge is rapidly amplified, and the laser beam exceeds the predetermined threshold as a laser beam. Before being extracted from the resonator, the amplified light is extracted as ASE without reciprocating the laser resonator.

一方、本発明(図5(a))の場合、サイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)が遅いので、放電により発生した光は緩やかに増幅される。そして、ASEとしてレーザ共振器から取り出される程急激に光が増幅されずにレーザ共振器内を往復して、やがてしきい値を超えてレーザ共振器よりレーザビームとして取り出される。すなわち、レーザ装置から放出される光にASEは存在しない。   On the other hand, in the case of the present invention (FIG. 5A), the sidelight rises (laser gain rises) slowly, so that the light generated by the discharge is gradually amplified. Then, the light is not rapidly amplified as it is extracted from the laser resonator as ASE, but reciprocates in the laser resonator, and is eventually extracted as a laser beam from the laser resonator exceeding the threshold value. That is, there is no ASE in the light emitted from the laser device.

従来から、狭帯域化を実現する手法として、レーザパルス波形のロングパルス化(パルスストレッチ)があげられていたが、この手法では、条件によっては、図2に示すようにレーザパルス波形にASE成分が含まれ、スペクトル線幅0.2pm以下、スペクトル純度0.5pm以下を実現するのが困難な場合があった。   Conventionally, as a method for realizing a narrow band, a long pulse (pulse stretch) of a laser pulse waveform has been mentioned. In this method, depending on conditions, an ASE component is included in the laser pulse waveform as shown in FIG. In some cases, it was difficult to realize a spectral line width of 0.2 pm or less and a spectral purity of 0.5 pm or less.

一方、発明者等は、従来は考慮されていなかったサイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)を制御することにより、上記のように、ASEの発生を抑制することが可能となった。そのため、狭帯域化モジュールの性能、レーザ共振器長の適宜設定や、レーザパルス幅のロングパルス化等を行うことにより、屈折系の露光装置用光源に要求されるスペクトル線幅、スペクトル純度を満足した狭帯域化F2 レーザ装置が実現可能となった。 On the other hand, the inventors have been able to suppress the occurrence of ASE as described above by controlling the rise of the sidelight (rise of the laser gain), which has not been considered in the past. Therefore, the spectral line width and spectral purity required for a light source for refractive exposure systems are satisfied by setting the performance of the narrowband module, appropriately setting the laser resonator length, and increasing the laser pulse width. The narrow-band F 2 laser device can be realized.

ところで、図5(a)と(b)のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめると、図6のようになる。   By the way, the temporal transition of the spectral line width and the laser pulse waveform in FIGS. 5A and 5B are summarized as shown in FIG.

上記したように、本発明(図5(a))の場合、サイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)が遅いので、放電により発生した光の増幅スピードが遅い。よって、サイドライトが立ち上がる時点を起点としたとき、図6で明らかなように、レーザパルス波形の立ち上がり開始時点は、本発明(図5(a))の方が従来例(図5(b))と比較して遅い。   As described above, in the case of the present invention (FIG. 5A), the rise of the sidelight (rise of the laser gain) is slow, so the amplification speed of the light generated by the discharge is slow. Therefore, when the side light rises as a starting point, as clearly shown in FIG. 6, the present invention (FIG. 5 (a)) is the conventional example (FIG. 5 (b)) at the rising start point of the laser pulse waveform. Slow compared to).

ここで、従来例(図2:図5(b))と本発明(図5(a))のスペクトル線幅の時間的推移は、略同一曲線上に乗っており、本発明のレーザパルス波形が立ち上がった時点で、スペクトル線は、同時点の従来例でのスペクトル線幅と略同じである。   Here, the temporal transitions of the spectral line widths of the conventional example (FIG. 2: FIG. 5B) and the present invention (FIG. 5A) are on substantially the same curve, and the laser pulse waveform of the present invention. At the time of rising, the spectral line is substantially the same as the spectral line width in the conventional example at the same point.

すなわち、放電開始後(サイドライト発光開始後)に発生した光がレーザビームとしてレーザ共振器から取り出されるまで(レーザパルスが立ち上がるまで)にレーザ共振器内を往復する光は、狭帯域化モジュールを何回か通過するので、ある程度狭帯域化されていると考えられる。   That is, the light that travels back and forth in the laser resonator until the light generated after the start of discharge (after the start of sidelight emission) is taken out from the laser resonator as a laser beam (until the laser pulse rises) Since it passes several times, it is considered that the band is narrowed to some extent.

したがって、サイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)を制御して、レーザ共振器内の光が所定のスペクトル線幅まで狭帯域化された後にレーザパルスが立ち上がるようにすることにより、スペクトル線幅(積分値)を所定値までに狭くし、スペクトル純度も向上させることが可能となる。   Therefore, by controlling the rise of the sidelight (rise of the laser gain) so that the laser pulse rises after the light in the laser resonator is narrowed to a predetermined spectral linewidth, the spectral linewidth ( It is possible to narrow the integral value) to a predetermined value and improve the spectral purity.

以上をまとめると、発明者等は、従来は考慮されていなかったサイドライトの立ちあがり(レーザ利得の立ちあがり)を制御することにより、ASEの発生を抑制すると共に、レーザパルス発生時点からある程度狭帯域化されたレーザビーム発生させることが可能となったので、屈折系の露光装置用光源に要求されるスペクトル線幅、スペクトル純度を満足した狭帯域化F2 レーザ装置が提供可能となった。 To summarize the above, the inventors have controlled the rise of the sidelight (rising of the laser gain), which has not been considered in the past, thereby suppressing the generation of ASE and narrowing the band to some extent from the time of laser pulse generation. As a result, it is possible to provide a narrow-band F 2 laser device that satisfies the spectral line width and spectral purity required for a light source for a refractive exposure apparatus.

図7に、サイドライト発光開始からサイドライト第1ピークが発生するまでの時間(黒丸)及びASEを含むレーザパルス波形の起点(四角)と、レーザパルスのスペクトル線幅(FWHM)との関係を示す。ここで、図7におけるスペクトル線幅(FWHM)は、前記したように、図3に示すようなレーザパルス内各時点での各スペクトル線幅の時間的積分値である。なお、回折格子と出力ミラーとが作るレーザ共振器の長さは1500mmであった。   FIG. 7 shows the relationship between the time from the start of sidelight emission until the first peak of sidelight occurs (black circle), the start point (square) of the laser pulse waveform including ASE, and the spectral line width (FWHM) of the laser pulse. Show. Here, the spectral line width (FWHM) in FIG. 7 is a temporal integration value of each spectral line width at each time point in the laser pulse as shown in FIG. 3 as described above. The length of the laser resonator formed by the diffraction grating and the output mirror was 1500 mm.

また、サイドライト波形、レーザパルス波形の起点は、波形からは正確に定め難いので、ここでは各波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%となる時点をサイドライト波形、レーザパルス波形の起点とした。しかしながら、強度が5%未満である時点、例えば強度が1%である時点と強度が5%である時点との差は非常に小さいので、各波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%未満である任意の時点をサイドライト波形、レーザパルス波形の起点としてもよい。   In addition, since the start point of the side light waveform and the laser pulse waveform is difficult to accurately determine from the waveform, here, the time point before the first peak occurrence of each waveform and 5% of the intensity of the first peak is obtained. The starting point of the sidelight waveform and laser pulse waveform was used. However, since the difference between the time when the intensity is less than 5%, for example, the time when the intensity is 1% and the time when the intensity is 5% is very small, before the first peak occurrence of each waveform, and An arbitrary time point that is less than 5% of the intensity of the first peak may be set as the starting point of the sidelight waveform and the laser pulse waveform.

図7に示す各測定で、レーザパルス波形を観測したところ、サイドライトの第1パルスが上記で定義したサイドライトの起点から約35ns以前に発生するとき、レーザパルス波形にASE成分が含まれた。このとき、図2に示すように、サイドライトの第1ピークの時点以前に、レーザパルス波形の起点が発生した。 一方、サイドライトの第1パルスがサイドライトの起点から約35ns以降に発生するとき、レーザパルス波形にASE成分が含まれなかった。このとき、図5(a)に示すように、サイドライトの第1ピークの時点近傍若しくは以後に、レーザパルス波形の起点が発生した。   In each measurement shown in FIG. 7, when the laser pulse waveform was observed, the ASE component was included in the laser pulse waveform when the first pulse of the sidelight occurred about 35 ns before the start point of the sidelight defined above. . At this time, as shown in FIG. 2, the starting point of the laser pulse waveform occurred before the time of the first peak of the sidelight. On the other hand, when the first pulse of the sidelight is generated after about 35 ns from the starting point of the sidelight, the ASE component is not included in the laser pulse waveform. At this time, as shown in FIG. 5A, the starting point of the laser pulse waveform occurred near or after the first peak of the sidelight.

また、図7から明らかなように、サイドライトの第1ピークがサイドライトの起点から40ns以降に発生するとき、スペクトル線幅は0.2pm未満となった。また、図7では示していないが、スペクトル純度も0.5pm以下となった。   Further, as apparent from FIG. 7, when the first peak of the sidelight occurs after 40 ns from the starting point of the sidelight, the spectral line width is less than 0.2 pm. Further, although not shown in FIG. 7, the spectral purity was 0.5 pm or less.

上記をまとめると、サイドライトの立ち上がりを緩やかにして、サイドライトの第1ピークの時点以降にレーザパルスの起点が存在するとき、レーザパルス波形にASE成分が含まれないことが分った。   To summarize the above, it was found that when the start of the sidelight is slow and the start point of the laser pulse exists after the time of the first peak of the sidelight, the ASE component is not included in the laser pulse waveform.

次に、本発明によるサイドライトの立ち上がりの制御(ASE抑制制御)について説明する。   Next, side light rising control (ASE suppression control) according to the present invention will be described.

上記したように、本発明は、サイドライトの立ち上がりを制御して、ASEの発生を抑制すること、及び、レーザ共振器を往復する光が所定値以下に狭帯域化されるまでレーザパルスの立ち上がりを遅らせることに特徴がある。   As described above, the present invention controls the rise of the sidelight to suppress the generation of ASE, and the rise of the laser pulse until the light reciprocating through the laser resonator is narrowed to a predetermined band or less. It is characterized by delaying.

サイドライトの立ち上がりを制御(すなわち、レーザパルスの立ち上がりの起点を制御)する制御パラメータは、主に以下に示すものがあることが分った。   It has been found that control parameters for controlling the rise of the sidelight (that is, controlling the start point of the rise of the laser pulse) are mainly as follows.

(1) 印加電圧
図8は、同一狭帯域化モジュール、同一ガス条件(レーザチェンバ内のガス混合比、ガス圧力)下で、高電圧パルス発生装置から電極に印加される印加電圧を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを示す図である。
(1) Applied voltage FIG. 8 shows that the applied voltage applied to the electrode from the high-voltage pulse generator is changed under the same narrowband module and the same gas conditions (gas mixing ratio and gas pressure in the laser chamber). It is a figure which shows the delay time Td from the starting point of the rise of the spectral line width and side light to the starting point of the rise of the laser pulse.

高電圧パルス発生装置から電極に印加される印加電圧を低くすると、遅延時間Tdは図8のように遅くなる。すなわち、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなる。   When the applied voltage applied to the electrode from the high voltage pulse generator is lowered, the delay time Td is delayed as shown in FIG. That is, the laser gain decreases due to the decrease in applied voltage, and the starting point of the rise of the laser pulse is delayed.

図8において、電圧値が大きい印加電圧Cのときには、利得が高いためにASEが発生し、上記遅延時間はT3と短く、スペクトル線幅も0.2pmを上回っている。   In FIG. 8, when the applied voltage C has a large voltage value, ASE occurs because the gain is high, the delay time is as short as T3, and the spectral line width is more than 0.2 pm.

印加電圧Bのときには、印加電圧Cのときと比較して電圧値が小さく、ASEが発生していない。そのときの遅延時間はT2であり、T3よりも長いが、光がレーザ共振器を往復する回数が十分ではないので、スペクトル線幅は0.2pmを上回っている。   At the applied voltage B, the voltage value is smaller than that at the applied voltage C, and no ASE occurs. The delay time at that time is T2, which is longer than T3, but the number of times that the light reciprocates through the laser resonator is not sufficient, and thus the spectral line width exceeds 0.2 pm.

一方、印可電圧Aのときには、印加電圧Bのときと比較してさらに電圧値が小さく、ASEが発生していない。そのときの遅延時間はT1であり、T2よりも長く、光がレーザ共振器を往復する回数が十分であり、スペクトル線幅は0.2pmを下回っている。   On the other hand, when the applied voltage is A, the voltage value is smaller than when the applied voltage is B, and ASE is not generated. The delay time at that time is T1, which is longer than T2, the number of times the light reciprocates through the laser resonator is sufficient, and the spectral line width is less than 0.2 pm.

このように、同一狭帯域化モジュール、同一ガス条件下では、高電圧パルス発生装置から電極に印加される印加電圧を制御することにより、サイドライトの立ち上がり時期を制御して、ASEの発生を抑制することができると共に、十分狭帯域化されてからレーザパルスが立ち上がるように、サイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを制御することも可能となる。   In this way, under the same narrowband module and the same gas conditions, by controlling the applied voltage applied to the electrode from the high voltage pulse generator, the rise time of the sidelight is controlled and the generation of ASE is suppressed. It is also possible to control the delay time Td from the start point of the sidelight rise to the start point of the laser pulse so that the laser pulse rises after the band is sufficiently narrowed.

(2) F2 濃度
図9は、同一狭帯域化モジュール、同一印加電圧、同一ガス圧力下で、レーザガスに含まれるF2 濃度を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを示す図である。
(2) F 2 concentration FIG. 9 shows the spectral line width and the starting point of the sidelight when the F 2 concentration contained in the laser gas is changed under the same narrowband module, the same applied voltage, and the same gas pressure. It is a figure which shows the delay time Td to the starting point of the rise of a laser pulse.

レーザガス中のF2 濃度を薄くすると、遅延時間Tdは図9のように遅くなる。すなわち、F2 濃度の減少によりレーザの利得が減少し、レーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなる。 When the F 2 concentration in the laser gas is decreased, the delay time Td is delayed as shown in FIG. That is, the laser gain decreases due to the decrease in the F 2 concentration, and the starting point of the rise of the laser pulse is delayed.

図9において、F2 濃度が大きい濃度Fのときには、利得が高いためにASEが発生し、上記遅延時間はT3と短く、スペクトル線幅も0.2pmを上回っている。 In FIG. 9, when the F 2 concentration is high, the gain is high, so ASE occurs, the delay time is as short as T3, and the spectral line width is more than 0.2 pm.

濃度Eのときには、濃度Fのときと比較してF2 濃度が小さく、ASEが発生していない。そのときの遅延時間はT2であり、T3よりも長いが、光がレーザ共振器を往復する回数が十分ではないので、スペクトル線幅は0.2pmを上回っている。 At the density E, the F 2 density is smaller than at the density F, and no ASE occurs. The delay time at that time is T2, which is longer than T3, but the number of times that the light reciprocates through the laser resonator is not sufficient, and thus the spectral line width exceeds 0.2 pm.

一方、濃度Dのときには、濃度Bのときと比較してさらにF2 濃度が小さく、ASEが発生していない。そのときの遅延時間はT1であり、T2よりも長く、光がレーザ共振器を往復する回数が十分であり、スペクトル線幅は0.2pmを下回っている。 On the other hand, at the concentration D, the F 2 concentration is smaller than that at the concentration B, and no ASE is generated. The delay time at that time is T1, which is longer than T2, the number of times the light reciprocates through the laser resonator is sufficient, and the spectral line width is less than 0.2 pm.

このように、同一狭帯域化モジュール、同一印加電圧、同一ガス圧力下では、レーザガスに含まれるF2 濃度を制御することにより、サイドライトの立ち上がりを制御して、ASEの発生を抑制することができると共に、十分狭帯域化されてからレーザパルスが立ち上がるように、サイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを制御することも可能となる。 Thus, under the same narrowband module, the same applied voltage, and the same gas pressure, by controlling the F 2 concentration contained in the laser gas, the rise of the sidelight can be controlled to suppress the generation of ASE. In addition, the delay time Td from the start point of the sidelight rise to the start point of the laser pulse can be controlled so that the laser pulse rises after the band is sufficiently narrowed.

(3) レーザガス圧力
図10は、同一狭帯域化モジュール、同一印加電圧、同一F2 濃度下で、レーザチェンバ内のレーザガス圧力(以下、全圧と称する。)を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを示す図である。
(3) Laser gas pressure FIG. 10 shows the spectral line width when the laser gas pressure (hereinafter referred to as total pressure) in the laser chamber is changed under the same narrowband module, the same applied voltage, and the same F 2 concentration. FIG. 6 is a diagram showing a delay time Td from the start point of the sidelight rise to the start point of the rise of the laser pulse.

全圧を低くすると、遅延時間Tdは図10のように遅くなる。すなわち、全圧の減少によりレーザの利得が減少し、レーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなる。   When the total pressure is lowered, the delay time Td is delayed as shown in FIG. That is, the laser gain decreases due to the decrease in the total pressure, and the starting point of the rise of the laser pulse is delayed.

図10において、圧力値が大きい全圧Iのときには、利得が高いためにASEが発生し、上記遅延時間はT3と短く、スペクトル線幅も0.2pmを上回っている。   In FIG. 10, when the total pressure I has a large pressure value, ASE occurs because the gain is high, the delay time is as short as T3, and the spectral line width exceeds 0.2 pm.

全圧Hのときには、全圧Iのときと比較して、全圧が低くASEが発生していない。そのときの遅延時間はT2であり、T3よりも長いが、光がレーザ共振器を往復する回数が十分ではないので、スペクトル線幅は0.2pmを上回っている。   When the total pressure is H, the total pressure is lower than when the total pressure is I, and no ASE is generated. The delay time at that time is T2, which is longer than T3, but the number of times that the light reciprocates through the laser resonator is not sufficient, and thus the spectral line width exceeds 0.2 pm.

一方、全圧Gのときには、全圧Hのときと比較してさらに全圧が低く、ASEが発生していない。そのときの遅延時間はT1であり、T2よりも長く、光がレーザ共振器を往復する回数が十分であり、スペクトル線幅は0.2pmを下回っている。   On the other hand, when the total pressure is G, the total pressure is lower than when the total pressure is H, and ASE is not generated. The delay time at that time is T1, which is longer than T2, the number of times the light reciprocates through the laser resonator is sufficient, and the spectral line width is less than 0.2 pm.

このように、同一狭帯域化モジュール、同一印加電圧、同一F2 濃度下では、全圧を制御することにより、サイドライトの立ち上がりを制御して、ASEの発生を抑制することができると共に、十分狭帯域化されてからレーザパルスが立ち上がるように、サイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間Tdを制御することも可能となる。 Thus, under the same narrowband module, the same applied voltage, and the same F 2 concentration, by controlling the total pressure, the rise of the sidelight can be controlled, and the occurrence of ASE can be suppressed sufficiently. It is also possible to control the delay time Td from the start point of the sidelight rise to the start point of the laser pulse so that the laser pulse rises after being narrowed.

次に、このようなサイドライトの立ち上がりを制御する具体例を説明する。   Next, a specific example for controlling the rise of such a sidelight will be described.

図11に、本発明の狭帯域化F2 レーザ装置の構成例を示す。ここで、図1と共通する部分は、同等の機能を有するため説明を省略する。 FIG. 11 shows a configuration example of the narrow-band F 2 laser apparatus of the present invention. Here, portions common to those in FIG. 1 have equivalent functions, and thus description thereof is omitted.

レーザチェンバ1には、レーザチェンバ1内にF2 ガスや希ガス等のバッファーガスを供給するためのガス供給ライン26とレーザチェンバ内のガスを排気するための排気ライン27とが接続されている。 Connected to the laser chamber 1 are a gas supply line 26 for supplying buffer gas such as F 2 gas and rare gas into the laser chamber 1 and an exhaust line 27 for exhausting gas in the laser chamber. .

ガス供給ライン26は、F2 ガスを供給するためのラインと、希ガス等のバッファーガスを供給するためのラインとからなる。希ガス等のバッファーガスを供給するためのラインはバルブV1を介して不図示のバッファーガス供給源と接続され、F2 ガスを供給するためのラインはバルブV2を介して不図示のF2 ガス供給源と接続されている。なお、F2 ガスは反応性が極めて高いので、通常F2 ガ供給源からF2 ガスを希ガス等で希釈した希釈F2 ガスが供給される。 The gas supply line 26 includes a line for supplying F 2 gas and a line for supplying buffer gas such as rare gas. A line for supplying a buffer gas such as a rare gas is connected to a buffer gas supply source (not shown) via a valve V1, and a line for supplying F 2 gas is an F 2 gas (not shown) via a valve V2. Connected to the supply source. Since F 2 gas has a very high reactivity, diluted F 2 gas diluted with F 2 gas with rare gas or the like is supplied from the normal F 2 gas supply source.

バルブV1、バルブV2の下流側で上記2ラインは統合されてレーザチェンバ1と接続される。   The two lines are integrated downstream of the valves V1 and V2 and connected to the laser chamber 1.

また、排気ライン27はバルブV3を介して不図示の排気手段に接続されている。   The exhaust line 27 is connected to an exhaust means (not shown) via a valve V3.

コントローラ22はバルブV1,V2、V3の開閉を制御して、レーザチェンバ1内へのガスの供給・排気を行う。   The controller 22 controls the opening and closing of the valves V1, V2, and V3 to supply and exhaust gas into the laser chamber 1.

レーザチェンバ1の側面(電極2の長手方向と略垂直方向の電極サイド位置)には、サイドライトを観測するための観測窓部23が設けられている。サイドライトの時間的なパルス波形はサイドライトディデクター24により測定され、測定データはコントローラ22へ送出される。   On the side surface of the laser chamber 1 (electrode side position substantially perpendicular to the longitudinal direction of the electrode 2), an observation window 23 for observing the sidelight is provided. The temporal pulse waveform of the sidelight is measured by the sidelight detector 24, and the measurement data is sent to the controller 22.

一方、出力ミラー9から出射されるレーザビームの一部はビームスプリッター10によりレーザパルスディデクター21により測定され、測定データはコントローラ22へ送出される。   On the other hand, a part of the laser beam emitted from the output mirror 9 is measured by the laser pulse detector 21 by the beam splitter 10, and the measurement data is sent to the controller 22.

また、コントローラ22は、高電圧パルス発生装置3を制御して、電極2へ印加する印加電圧の値を制御する。   The controller 22 also controls the high voltage pulse generator 3 to control the value of the applied voltage applied to the electrode 2.

レーザチェンバ1には、レーザチェンバ1内のレーザガスの圧力を測定する圧力計25が備えられ、圧力データはコントローラ22に送出される。   The laser chamber 1 is provided with a pressure gauge 25 that measures the pressure of the laser gas in the laser chamber 1, and pressure data is sent to the controller 22.

ところで、前記したように、本発明者等は、詳細に実験結果等を解析することにより、次のような知見を得ている。すなわち、図12、図13のように、サイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 を比較したとき、TSL1 >TLP1 ならASEが発生し(図12)、TSL1 ≦TLP1 ならASEが発生しない(図13)。なお、図12、図13において、TLPS はレーザパルスの起点である。このような知見に基づき、以下のように制御してASEの発生を抑制する。
(1)電圧制御
電圧制御によってASEの発生を抑制するフローチャートを図14に示す。
By the way, as described above, the present inventors have obtained the following knowledge by analyzing the experimental results and the like in detail. That is, as shown in FIGS. 12 and 13, when the first peak time T SL1 of the sidelight and the first peak time T LP1 of the laser pulse are compared, ASE occurs when T SL1 > T LP1 (FIG. 12). If T SL1 ≦ T LP1, no ASE occurs (FIG. 13). In FIGS. 12 and 13, T LPS is the starting point of the laser pulse. Based on such knowledge, generation of ASE is suppressed by controlling as follows.
(1) Voltage control FIG. 14 shows a flowchart for suppressing the generation of ASE by voltage control.

まず、コントローラ22は、高電圧パルス発生装置(以下、電源と称する。)3に指令を出力してレーザ放電を発生させ、レーザ発振を開始する(ステップS101)。   First, the controller 22 outputs a command to the high voltage pulse generator (hereinafter referred to as a power source) 3 to generate laser discharge, and starts laser oscillation (step S101).

次いで、サイドライトディデクター24、レーザパルスディデクター21により、サイドライトの時間的パルス波形、レーザパルスの時間的パルス波形を検出し(ステップS102)、その検出データをコントローラ22に送出する(ステップS103)。   Next, the sidelight detector 24 and the laser pulse detector 21 detect the temporal pulse waveform of the sidelight and the temporal pulse waveform of the laser pulse (step S102), and send the detected data to the controller 22 (step S103). ).

次に、コントローラ22は、受信した波形データから、サイドライトの起点を原点として、サイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 を算出し(ステップS104)、TSL1 とTLP1 との大小を比較する(ステップS105)。 Next, the controller 22 calculates the first peak time T SL1 of the side light and the first peak time T LP1 of the laser pulse from the received waveform data with the origin of the side light as the origin (step S104), and T SL1. And TLP1 are compared in magnitude (step S105).

SL1 ≦TLP1 であるときは、ASEが発生していないと判断する。一方、TSL1 >TLP1 であるとき、図8に示すようにASEは電極2への印加電圧が所定値以下のとき発生しなくなるので、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS106)。 When T SL1 ≦ T LP1, it is determined that no ASE has occurred. On the other hand, when T SL1 > T LP1 , as shown in FIG. 8, ASE does not occur when the voltage applied to the electrode 2 is less than a predetermined value, so that the controller 22 outputs a command to the power source 3 to the electrode 2. The applied voltage is reduced by a predetermined value (step S106).

以下、ASEが発生しなくなるまで、ステップS101〜ステップS106を繰り返す。
(2)F2 濃度、全圧制御
上記(1)の電圧制御では、電極2への印加電圧を制御して、ASEの発生を抑制したが、上記した図9、図10から明らかなように、レーザガス中のF2 濃度やレーザガスの圧力を制御してASEの発生を抑制してもよい。
Thereafter, steps S101 to S106 are repeated until no ASE occurs.
(2) F 2 concentration and total pressure control In the voltage control of (1) above, the voltage applied to the electrode 2 was controlled to suppress the generation of ASE, but as apparent from FIGS. 9 and 10 described above. The generation of ASE may be suppressed by controlling the F 2 concentration in the laser gas and the pressure of the laser gas.

2 濃度を制御する場合、電圧制御のときと同様に、図15のステップS101〜S105(図14のステップS101〜S105と同じ)を行い、ステップS105において一方のTSL1 >TLP1 であるとき、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV3を開けてレーザチェンバ1内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV3を閉じる(ステップS107)。 When controlling the F 2 concentration, Steps S101 to S105 in FIG. 15 (same as Steps S101 to S105 in FIG. 14) are performed in the same manner as in the voltage control, and one T SL1 > T LP1 in Step S105. The controller 22 opens the valve V3 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 to exhaust the laser gas in the laser chamber 1, and closes the valve V3 when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure (step S107).

その後、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV1を開け(このとき、バルブV2は閉状態)、バッファーガスをレーザチェンバ1内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV1を閉じる(ステップS108)。   Thereafter, the controller 22 opens the valve V1 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 (at this time, the valve V2 is closed), fills the laser chamber 1 with buffer gas, and the laser gas pressure reaches a predetermined pressure. Then, the valve V1 is closed (step S108).

すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のF2 濃度を減少させる。 That is, the laser gas is exhausted by a predetermined amount and filled with the same amount of buffer gas, thereby reducing the F 2 concentration in the laser gas.

以下、ASEが発生しなくなるまで、ステップS101〜ステップS108を繰り返す。   Thereafter, steps S101 to S108 are repeated until no ASE occurs.

なお、レーザガスの圧力を制御してASEの発生を抑制する場合は、ステップ108を省略すればよい。   Note that when the generation of ASE is suppressed by controlling the pressure of the laser gas, step 108 may be omitted.

なお、図7を用いて先に説明したように、サイドライトの立ち上がりを緩やかにして、サイドライトの第1ピークの時点以降にレーザパルスの起点が存在するとき、レーザパルス波形にASE成分が含まれないことが判明している。したがって、ASE発生の判定をサイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの起点TLPS (図12、図13)とを比較することにより行ってもよい。具体的な制御は、上記制御において、レーザパルスの第1ピーク時間TLP1 をの代わりにレーザパルスの起点TLPS を用いることにより達成される。 As described above with reference to FIG. 7, when the start of the side light is made gentle and the start point of the laser pulse exists after the time of the first peak of the side light, an ASE component is included in the laser pulse waveform. It has been found that Therefore, the determination of the occurrence of ASE may be performed by comparing the first peak time T SL1 of the sidelight and the starting point T LPS of the laser pulse (FIGS. 12 and 13). The specific control is achieved by using the starting point T LPS of the laser pulse instead of the first peak time T LP1 of the laser pulse in the above control.

ここで、レーザパルス波形の起点TLPS は、上記したように、レーザパルス波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%であるとなる時点としたが、レーザパルス波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%未満である任意の時点をレーザパルス波形の起点TLPS としてもよい。 Here, as described above, the starting point T LPS of the laser pulse waveform is a time point before the occurrence of the first peak of the laser pulse waveform and 5% of the intensity of the first peak. An arbitrary time point before the first peak of the pulse waveform and less than 5% of the intensity of the first peak may be set as the starting point T LPS of the laser pulse waveform.

ところで、ASE発生の判定は、上記のようにサイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 との比較結果により可能なことは分ったが、以下のような別の判別法によってもASE発生の判定を行うことができることが、本発明者等の試験により明らかになった。 By the way, it has been found that the determination of the occurrence of ASE is possible by the comparison result between the first peak time T SL1 of the sidelight and the first peak time T LP1 of the laser pulse as described above. It has been clarified by a test by the present inventors that the determination of the occurrence of ASE can also be made by this discrimination method.

すなわち、サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs が所定値ΔT1 を超えるとASEの発生が起こることが、発明者等の試験にて明らかになった。図16にサイドライト波形とレーザパルス波形を示すように、サイドライト1の場合に得られるレーザパルス1にはASEが含まれている。このときのサイドライト立ち上がり時の最大勾配ΔTs はΔTs1であり、所定値ΔT1 とΔTs1の関係は、ΔT1 <ΔTs1であった。 That is, it has been clarified by the inventors' tests that the occurrence of ASE occurs when the maximum gradient ΔT s of the sidelight rising exceeds a predetermined value ΔT 1 . As shown in FIG. 16, the sidelight waveform and the laser pulse waveform, the laser pulse 1 obtained in the case of the sidelight 1 includes ASE. At this time, the maximum gradient ΔT s at the time of rising of the sidelight is ΔT s1 , and the relationship between the predetermined values ΔT 1 and ΔT s1 is ΔT 1 <ΔT s1 .

一方、サイドライト2の場合に得られるレーザパルス2にはASEが含まれていない。このときのサイドライト立ち上がり時の最大勾配ΔTs はΔTs2であり、所定値ΔT1 とΔTs2の関係は、ΔT1 ≧ΔTs1であった。 On the other hand, the laser pulse 2 obtained in the case of the sidelight 2 does not contain ASE. At this time, the maximum gradient ΔT s at the time of rising of the sidelight is ΔT s2 , and the relationship between the predetermined values ΔT 1 and ΔT s2 is ΔT 1 ≧ ΔT s1 .

以上のように、サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs を計測し、所定値ΔT1 に対する最大勾配ΔTs の緩急によってASEのの発生の有無が判定できる。 As described above, the maximum gradient ΔT s of the sidelight rising is measured, and whether or not ASE has occurred can be determined based on the gradual increase / decrease of the maximum gradient ΔT s with respect to the predetermined value ΔT 1 .

サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs もサイドライト立ち上がり時間と同様にレーザ励起媒質の利得によって変化する。利得が低いとΔTs は緩やかになり、利得が高いと急峻になる。サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs の制御パラメータは、前述の印加電圧、F2 濃度、全圧である。 The maximum gradient ΔT s of the sidelight rising also changes depending on the gain of the laser excitation medium, similarly to the sidelight rising time. When the gain is low, ΔT s becomes moderate, and when the gain is high, it becomes steep. The control parameters for the maximum gradient ΔT s of the sidelight rising are the aforementioned applied voltage, F 2 concentration, and total pressure.

この場合には、上記知見に基づき、以下のように制御してASEの発生を抑制する。
(1)電圧制御
この場合の電圧制御によってASEの発生を抑制するフローチャートを図17に示す。
In this case, based on the above knowledge, the following control is performed to suppress the generation of ASE.
(1) Voltage Control FIG. 17 shows a flowchart for suppressing the generation of ASE by voltage control in this case.

上記所定値ΔT1 は、狭帯域化モジュール6の性能(例えば、拡大プリズム7の拡大率、回折格子8のブレーズ角)や、レーザ共振器長に依存する。コントローラ22は、レーザ装置の上記依存条件に基づいて得られた所定値ΔT1 を予め記憶しておく。 The predetermined value ΔT 1 depends on the performance of the narrowband module 6 (for example, the enlargement ratio of the enlargement prism 7 and the blaze angle of the diffraction grating 8) and the laser resonator length. The controller 22 stores in advance a predetermined value ΔT 1 obtained based on the dependence condition of the laser device.

そして、コントローラ22は、電源3に指令を出力してレーザ放電を発生させ、レーザ発振を開始する(ステップS201)。   Then, the controller 22 outputs a command to the power supply 3 to generate laser discharge, and starts laser oscillation (step S201).

次いで、サイドライトディデクター24により、サイドライトの時間的パルス波形を検出し(ステップS202)、検出データをコントローラ22に送出する(ステップS203)。   Next, the sidelight detector 24 detects the temporal pulse waveform of the sidelight (step S202), and sends the detection data to the controller 22 (step S203).

次に、コントローラ22は、受信した波形データから、サイドライトの起点から第1ピークまでの範囲からサイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs を算出し(ステップS204)、ΔTs とΔT1 との大小を比較する(ステップS205)。 Next, the controller 22, from the received waveform data to calculate the maximum gradient [Delta] T s range sidelight rise of from the origin of the sidelight to the first peak (step S204), the magnitude of [Delta] T s and [Delta] T 1 Compare (step S205).

ΔTs ≦ΔT1 であるときは、ASEが発生していないと判断する。一方、ΔTs >ΔT1 であるとき、図8に示すようにASEは電極2への印加電圧が所定値以下のとき発生しなくなるので、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS206)。 When ΔT s ≦ ΔT 1, it is determined that no ASE has occurred. On the other hand, when ΔT s > ΔT 1 , as shown in FIG. 8, ASE does not occur when the voltage applied to the electrode 2 is equal to or lower than a predetermined value, so the controller 22 outputs a command to the power source 3 to the electrode 2. The applied voltage is reduced by a predetermined value (step S206).

以下、ASEが発生しなくなるまで、ステップS201〜ステップS206を繰り返す。
(2)F2 濃度、全圧制御
上記(1)の電圧制御では、電極2への印加電圧を制御してASEの発生を抑制したが、上記したように、レーザガス中のF2 濃度やレーザガスの圧力を制御してASEの発生を抑制してもよい。
Thereafter, steps S201 to S206 are repeated until no ASE occurs.
(2) F 2 concentration and total pressure control In the voltage control of (1) above, the voltage applied to the electrode 2 is controlled to suppress the generation of ASE, but as described above, the F 2 concentration in the laser gas and the laser gas are controlled. The generation of ASE may be suppressed by controlling the pressure.

2 濃度を制御する場合、電圧制御のときと同様に、図18のステップS201〜S205(図17のステップS201〜S205と同じ)を行い、ステップS205において一方のΔTs >ΔT1 であるとき、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV3を開けてレーザチェンバ1内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV3を閉じる(ステップS207)。 When controlling the F 2 concentration, similarly to the voltage control, steps S201 to S205 in FIG. 18 (same as steps S201 to S205 in FIG. 17) are performed, and one ΔT s > ΔT 1 in step S205. The controller 22 opens the valve V3 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 to exhaust the laser gas in the laser chamber 1, and closes the valve V3 when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure (step S207).

その後、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV1を開け(このときバルブV2は閉状態)、バッファーガスをレーザチェンバ1内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV1を閉じる(ステップS208)。   Thereafter, the controller 22 opens the valve V1 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 (the valve V2 is closed at this time), fills the laser chamber 1 with the buffer gas, and when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure, The valve V1 is closed (step S208).

すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のF2 濃度を減少させる。 That is, the laser gas is exhausted by a predetermined amount and filled with the same amount of buffer gas, thereby reducing the F 2 concentration in the laser gas.

以下、ASEが発生しなくなるまで、ステップS201〜ステップS208を繰り返す。   Thereafter, steps S201 to S208 are repeated until no ASE occurs.

なお、レーザガスの圧力を制御してASEの発生を抑制する場合は、ステップ208を省略すればよい。   Note that step 208 may be omitted when the generation of ASE is suppressed by controlling the pressure of the laser gas.

なお、ASEの制御において、上記した例では、制御パラメータとして電極2への印加電圧、レーザチェンバ1内のレーザガス中のF2 ガス濃度、レーザチェンバ1内のレーザガス圧力の何れか1つを用いたが、これに限るものではなく、上記パラメータを複数組み合わせて制御を行うことも可能である。 In the ASE control, in the above-described example, any one of the voltage applied to the electrode 2, the F 2 gas concentration in the laser gas in the laser chamber 1, and the laser gas pressure in the laser chamber 1 is used as the control parameter. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to perform control by combining a plurality of the above parameters.

さて、上記したようなASEの抑制制御により、レーザパルス中にASE成分がなくなり、狭帯域化モジュール6の性能、レーザ共振器長の適宜設定やレーザパルス幅のロングパルス化等を行うことにより、屈折系の露光装置用光源に要求されるスペクトル線幅、スペクトル純度を満足することが可能となった。   By the ASE suppression control as described above, the ASE component disappears in the laser pulse, and by performing the narrow band module 6 performance, appropriately setting the laser resonator length, increasing the laser pulse width, etc. It was possible to satisfy the spectral line width and spectral purity required for a light source for a refractive exposure apparatus.

ところで、例えば狭帯域化モジュール6の性能によっては、ASEの発生を抑制しても、所定のスペクトル線幅(例えば、0.2pm以下)にならない場合がある。例えば、図8における印加電圧Bのとき、図9におけるF2 濃度Eのとき、図10におけるレーザガス全圧Hのときには、ASEが発生していないが、何れもスペクトル線幅は0.2pmを上回っている。 By the way, depending on the performance of the narrowband module 6, for example, even if generation of ASE is suppressed, a predetermined spectral line width (for example, 0.2 pm or less) may not be obtained. For example, at the applied voltage B in FIG. 8, at the F 2 concentration E in FIG. 9, or at the laser gas total pressure H in FIG. 10, no ASE has occurred, but the spectral line width exceeds 0.2 pm. ing.

これは、図8、図9、図10の特性を観測したときの狭帯域化モジュール6の性能では、上記条件(印加電圧B、濃度E、全圧H)における遅延時間Td(サイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間)では、光がレーザ共振器を往復する回数が十分ではなく、光が十分狭帯域化される前にレーザパルスが立ち上がっているためであると考えられる。   This is because, in the performance of the band narrowing module 6 when the characteristics of FIGS. 8, 9, and 10 are observed, the delay time Td (rising edge of the sidelight) under the above conditions (applied voltage B, concentration E, total pressure H) The delay time from the starting point of the laser pulse to the starting point of the rise of the laser pulse) is that the number of times the light reciprocates through the laser resonator is not sufficient, and the laser pulse rises before the light is sufficiently narrowed. Conceivable.

以下に、スペクトル線幅、スペクトル純度を所定の値以下に制御する制御方法を示す。   A control method for controlling the spectral line width and the spectral purity below predetermined values will be described below.

先に述べたように、図6の結果から、放電開始後(サイドライト発光開始後)に発生した光がレーザビームとしてレーザ共振器から取り出されるまで(レーザパルスが立ち上がるまで)にレーザ共振器内を往復する光は、狭帯域化モジュール6を何回か通過するので、ある程度狭帯域化されていると考えられる。   As described above, from the result shown in FIG. 6, the light generated after the start of discharge (after the start of sidelight emission) is extracted from the laser resonator as a laser beam (until the laser pulse rises). Since the light traveling back and forth passes through the band narrowing module 6 several times, it is considered that the band is narrowed to some extent.

そこで、電極2への印加電圧、レーザガス中のF2 濃度、レーザガス圧力の少なくとも1つを制御して、サイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間を変化させ、遅延時間の異なる複数のレーザパルスを得る。そして、そのときのスペクトル線幅の時間的推移を測定する。 Therefore, by controlling at least one of the voltage applied to the electrode 2, the F 2 concentration in the laser gas, and the laser gas pressure, the delay time from the start point of the sidelight to the start point of the laser pulse is changed. A plurality of laser pulses having different values are obtained. Then, the temporal transition of the spectral line width at that time is measured.

図6から明らかなように、同一の狭帯域化モジュール性能、同一のレーザ共振器長条件においては、上記複数のレーザパルスのスペクトル線幅の時間的推移(サイドライトの立ち上がりの起点を原点とする)は、同一曲線上にある。   As apparent from FIG. 6, under the same narrowband module performance and the same laser resonator length conditions, the temporal transitions of the spectral line widths of the plurality of laser pulses (the starting point of the sidelight rising is the origin). ) Are on the same curve.

すなわち、図19のようなサイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性が得られ、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器内を往復する光のスペクトル線幅の時間的推移特性が推定される。このようにして得られたサイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性が、そのとき使用したレーザ装置の狭帯域化モジュールの性能、レーザ共振器長、ロングパルス化されたレーザパルス幅等から決定される特性と考えられる。   That is, the temporal transition characteristic of the spectral line width with the origin of the sidelight rise as shown in FIG. 19 is obtained, and the spectral line width of the light reciprocating in the laser resonator before the laser pulse rises. Transition characteristics are estimated. The temporal transition characteristics of the spectral line width with the starting point of the sidelight rise obtained in this way as the origin are the performance of the narrowband module of the laser device used at that time, the laser resonator length, and the long pulse. This is considered to be a characteristic determined from the laser pulse width.

図19に示すようなサイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性と、サイドライト波形、レーザパルス波形から、スペクトル線幅の値が所定値以下かどうかを判断する。   It is determined whether or not the value of the spectral line width is equal to or smaller than a predetermined value from the temporal transition characteristic of the spectral line width with the origin of the sidelight rising as shown in FIG. 19 and the sidelight waveform and laser pulse waveform.

図19のような予め求めておいたサイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性において、スペクトル線幅が0.2pmとなる時点Tbwを求めておく(図20)。一般に、ASEが発生しない場合、サイドライトの第1ピークの時点近傍でレーザパルス波形の起点が発生する。よって、時点Tbwとサイドライトの第1ピークの発生時間TSL1 とを比較することにより、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が所定値(例えば0.2pm以下)に狭帯域化されているかどうかを判断する。 In the temporal transition characteristic of the spectral line width with the origin as the starting point of the sidelight rising as previously shown in FIG. 19, the time T bw when the spectral line width becomes 0.2 pm is obtained (FIG. 20). . In general, when ASE does not occur, the starting point of the laser pulse waveform occurs near the time of the first peak of the sidelight. Therefore, by comparing the time T bw and the first peak generation time T SL1 of the sidelight , the light reciprocating through the laser resonator before generation of the laser pulse is narrowed to a predetermined value (for example, 0.2 pm or less). Determine whether it has been.

すなわち、スペクトル線幅が0.2pmとなる時点Tbwとサイドライトの第1ピーク時間TSL1 を比較したとき、TSL1 <Tbwならレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されておらず、TSL1 ≧Tbwのときはレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されている。 That is, when the spectral line width is compared with the first peak time T SL1 of time T bw and side lights becomes 0.2pm, T SL1 <T bw if light before the laser pulse generating reciprocating laser resonator zero. The band is not narrowed to 2 pm or less, and when T SL1 ≧ T bw , the light reciprocating through the laser resonator before the generation of the laser pulse is narrowed to 0.2 pm or less.

例えば図20において、TSL1 <Tbwとなるサイドライト1のときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されておらず、TSL1'≧Tbwとなるサイドライト2のときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されている。 For example, in FIG. 20, in the case of sidelight 1 where T SL1 <T bw , the light reciprocating through the laser resonator before laser pulse generation is not narrowed to 0.2 pm or less, and T SL1 ′ ≧ T In the case of the sidelight 2 having bw , the light traveling back and forth through the laser resonator is narrowed to 0.2 pm or less before the generation of the laser pulse.

なお、本発明者等の実験に用いた0.2pm以下の狭帯域化を達成するように設計・設定した狭帯域化モジュール、レーザ共振器長、レーザパルス幅を有するレーザ装置によれば、サイドライトの起点から時点Tbwまでの時間以降にレーザパルスが発生する場合、ASEは発生しなかった。 According to the laser device having a narrowband module, laser resonator length, and laser pulse width designed and set to achieve a narrowband of 0.2 pm or less used in the experiments by the present inventors, the side When the laser pulse was generated after the time from the light starting point to the time point T bw , ASE did not occur.

上記知見に基づき、以下のように制御してレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化され、その結果0.2pm以下のスペクトル線幅を持つレーザビームを得た。
(1)電圧制御
この場合の電圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御するフローチャートを図21に示す。
Based on the above knowledge, the light that reciprocates the laser resonator before the generation of the laser pulse is narrowed to 0.2 pm or less before the laser pulse is generated. As a result, a laser beam having a spectral line width of 0.2 pm or less is obtained. Obtained.
(1) Voltage control FIG. 21 shows a flowchart for controlling the spectral line width to 0.2 pm or less by voltage control in this case.

まず、予め上記したような手順で、サイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移を求め、スペクトル線幅が所定値(例えば0.2pm)となる時点Tbwを求める。コントローラ22は、上記時点Tbwを予め記憶しておく。 次に、コントローラ22は電源3に指令を出力してレーザ放電を発生させ、レーザ発振を開始する(ステップS301)。 First, the temporal transition of the spectral line width with the origin of the sidelight as the origin is obtained by the above-described procedure in advance, and the time T bw at which the spectral line width becomes a predetermined value (for example, 0.2 pm) is obtained. The controller 22 stores the time T bw in advance. Next, the controller 22 outputs a command to the power supply 3 to generate laser discharge, and starts laser oscillation (step S301).

次いで、サイドライトディデクター24により、サイドライトの時間的パルス波形を検出し(ステップS302)、検出データをコントローラ22に送出する(ステップS303)。   Next, the sidelight detector 24 detects the temporal pulse waveform of the sidelight (step S302), and sends the detection data to the controller 22 (step S303).

コントローラ22は、受信した波形データから、サイドライトの起点を原点として、サイドライトの第1ピーク時間TSL1 を算出し(ステップS304)、TSL1 とTbwとの大小を比較する(ステップS305)。 The controller 22 calculates the first peak time T SL1 of the sidelight from the received waveform data with the start point of the side light as the origin (step S304), and compares the magnitudes of T SL1 and T bw (step S305). .

SL1 ≧Tbwであるときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されていると判断する。一方、TSL1 <Tbwであるとき、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS306)。 When T SL1 ≧ T bw , it is determined that the light traveling back and forth in the laser resonator is narrowed to 0.2 pm or less before the laser pulse is generated. On the other hand, when T SL1 <T bw , the controller 22 outputs a command to the power source 3 to lower the voltage applied to the electrode 2 by a predetermined value (step S306).

以下、TSL1 ≧Tbwとなるまで、ステップS301〜ステップS306を繰り返す。
(2)F2 濃度、全圧制御
上記(1)の電圧制御では、電極2への印加電圧を制御して、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器を往復する光が所定値(0.2pm以下)となるようにしたが、レーザガス中のF2 濃度やレーザガスの圧力を制御してもよい。
Hereinafter, until T SL1 ≧ T bw, repeats step S301~ step S306.
(2) F 2 concentration and total pressure control In the voltage control of (1) above, the voltage applied to the electrode 2 is controlled so that the light reciprocating through the laser resonator before the laser pulse rises is a predetermined value (0.2 pm). However, the F 2 concentration in the laser gas and the pressure of the laser gas may be controlled.

2 濃度を制御する場合、電圧制御のときと同様に、図22のステップS301〜S305(図21のステップS301〜S305と同じ)を行い、ステップS305においてTSL1 <Tbwであるとき、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV3を開けてレーザチェンバ1内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV3を閉じる(ステップS307)。 When controlling the F 2 concentration, steps S301 to S305 in FIG. 22 (same as steps S301 to S305 in FIG. 21) are performed as in the voltage control. When T SL1 <T bw in step S305, the controller 22 observes the pressure data from the pressure gauge 25, opens the valve V3, exhausts the laser gas in the laser chamber 1, and closes the valve V3 when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure (step S307).

その後、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV1を開け(このときバルブV2は閉状態)、バッファーガスをレーザチェンバ1内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV1を閉じる(ステップS308)。   Thereafter, the controller 22 opens the valve V1 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 (the valve V2 is closed at this time), fills the laser chamber 1 with the buffer gas, and when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure, The valve V1 is closed (step S308).

すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のF2 濃度を減少させる。 That is, the laser gas is exhausted by a predetermined amount and filled with the same amount of buffer gas, thereby reducing the F 2 concentration in the laser gas.

以下、TSL1 ≧Tbwとなるまで、ステップS301〜ステップS308を繰り返す。 Hereinafter, until T SL1 ≧ T bw, repeats step S301~ step S308.

なお、レーザガスの圧力を制御して、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器を往復する光が所定値(0.2pm以下)となるようにする場合は、ステップ308を省略すればよい。   If the pressure of the laser gas is controlled so that the light traveling back and forth through the laser resonator has a predetermined value (0.2 pm or less) before the laser pulse rises, step 308 may be omitted.

レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器を往復する光が所定値(0.2pm以下)以下になったかどうかの判定は、上記のようにサイドライトの第1ピーク時間TSLと、予め求めておいたサイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性において、スペクトル線幅が0.2pmとなる時点Tbwとの比較結果により可能であることが分ったが、図23に示すように、レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS と時点Tbwとの比較結果により判定してもよい。 Whether or not the light traveling back and forth through the laser resonator has fallen below the predetermined value (0.2 pm or less) before the laser pulse rises is determined in advance by the first peak time T SL of the sidelight as described above. It was found that the temporal transition characteristic of the spectral line width with the starting point of the rising sidelight as the origin is possible by the comparison result with the time T bw when the spectral line width becomes 0.2 pm. As shown in FIG. 4, the determination may be made based on the comparison result between the starting point T LPS of the rising edge of the laser pulse and the time point T bw .

すなわち、スペクトル線幅が0.2pmとなる時点Tbwとレーザパルスの立ち上がりの起点TLPS とを比較したとき、TLPS ≦Tbwならレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されておらず、TLPS >Tbwのときはレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されている。 That is, when the time point T bw when the spectral line width becomes 0.2 pm and the start point T LPS of the rise of the laser pulse are compared, if T LPS ≦ T bw, the light reciprocating through the laser resonator is 0. The band is not narrowed to 2 pm or less, and when T LPS > T bw , the light reciprocating through the laser resonator before the generation of the laser pulse is narrowed to 0.2 pm or less.

図23において、TLPS1<Tbwとなるレーザパルス1のときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されておらず、TLPS2>Tbwとなるレーザパルス2のときには、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されている。 In FIG. 23, when the laser pulse 1 satisfies T LPS1 <T bw , the light reciprocating through the laser resonator before the generation of the laser pulse is not narrowed to 0.2 pm or less, and T LPS2 > T bw In the case of the laser pulse 2, the light traveling back and forth through the laser resonator is narrowed to 0.2 pm or less before the laser pulse is generated.

ここで、レーザパルス波形の起点TLPS は、上記したように、レーザパルス波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%であるとなる時点としたが、レーザパルス波形の第1ピーク発生以前であって、かつ、第1ピークの強度の5%未満である任意の時点をレーザパルス波形の起点TLPS としてもよい。 Here, as described above, the starting point T LPS of the laser pulse waveform is a time point before the occurrence of the first peak of the laser pulse waveform and 5% of the intensity of the first peak. An arbitrary time point before the first peak of the pulse waveform and less than 5% of the intensity of the first peak may be set as the starting point T LPS of the laser pulse waveform.

なお、本発明者らの実験に用いた0.2pm以下の狭帯域化を達成するように設計・設定した狭帯域化モジュール、レーザ共振器長、レーザパルス幅を有するレーザ装置によれば、サイドライトの起点から時点Tbwまでの時間以降にレーザパルスが発生する場合、ASEは発生しなかった。 According to the laser device having a narrowband module, laser resonator length, and laser pulse width designed and set to achieve a narrowband of 0.2 pm or less used in the experiments by the present inventors, the side When the laser pulse was generated after the time from the light starting point to the time point T bw , ASE did not occur.

上記知見に基づき、以下のように制御してレーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化し、その結果0.2pm以下のスペクトル線幅を持つレーザビームを得た。
(1)電圧制御
この場合の電圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御するフローチャートを図24に示す。
Based on the above knowledge, the light that travels back and forth through the laser resonator before the generation of the laser pulse is narrowed to 0.2 pm or less before the laser pulse is generated. As a result, a laser beam having a spectral line width of 0.2 pm or less is obtained. It was.
(1) Voltage control FIG. 24 shows a flowchart for controlling the spectral line width to 0.2 pm or less by voltage control in this case.

まず、予め上記したような手順で、サイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移を求め、スペクトル線幅が所定値(例えば0.2pm)となる時点Tbwを求める。コントローラ22は、上記時点Tbwを予め記憶しておく。 次に、コントローラ22は電源3に指令を出力してレーザ放電を発生させ、レーザ発振を開始する(ステップS401)。 First, the temporal transition of the spectral line width with the origin of the sidelight as the origin is obtained by the above-described procedure in advance, and the time T bw at which the spectral line width becomes a predetermined value (for example, 0.2 pm) is obtained. The controller 22 stores the time T bw in advance. Next, the controller 22 outputs a command to the power supply 3 to generate laser discharge, and starts laser oscillation (step S401).

次いで、レーザパルスディテクター21により、レーザパルスの時間的パルス波形を検出し(ステップS402)、検出データをコントローラ22に送出する(ステップS403)。   Next, the laser pulse detector 21 detects a temporal pulse waveform of the laser pulse (step S402), and sends detection data to the controller 22 (step S403).

コントローラ22は、受信した波形データから、レーザパルスの起点を原点として、レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS を算出し(ステップS404)、TLPS とTbwとの大小を比較する(ステップS405)。 The controller 22 calculates the starting point T LPS of the rising edge of the laser pulse from the received waveform data with the starting point of the laser pulse as the origin (step S404), and compares the magnitudes of T LPS and T bw (step S405).

LPS ≧Tbwであるときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されていると判断する。一方、TLPS <Tbwであるとき、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS406)。 When T LPS ≧ T bw , it is determined that the light traveling back and forth through the laser resonator is narrowed to 0.2 pm or less before the generation of the laser pulse. On the other hand, when T LPS <T bw , the controller 22 outputs a command to the power source 3 to lower the voltage applied to the electrode 2 by a predetermined value (step S406).

以下、TLPS ≧Tbwとなるまで、ステップS401〜ステップS406を繰り返す。
(2)F2 濃度、全圧制御
上記(1)の電圧制御では、電極2への印加電圧を制御して、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器を往復する光が所定値(0.2pm以下)となるようにしたが、レーザガス中のF2 濃度やレーザガスの圧力を制御してもよい。
Thereafter, steps S401 to S406 are repeated until T LPS ≧ T bw .
(2) F 2 concentration and total pressure control In the voltage control of (1) above, the voltage applied to the electrode 2 is controlled so that the light reciprocating through the laser resonator before the laser pulse rises is a predetermined value (0.2 pm). However, the F 2 concentration in the laser gas and the pressure of the laser gas may be controlled.

2 濃度を制御する場合、電圧制御のときと同様に、図25のステップS401〜S405(図24のステップS401〜S405と同じ)を行い、ステップS405において、TLPS <Tbwであるとき、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV3を開けてレーザチェンバ1内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV3を閉じる(ステップS407)。 When controlling the F 2 concentration, steps S401 to S405 in FIG. 25 (same as steps S401 to S405 in FIG. 24) are performed as in the voltage control, and when T LPS <T bw in step S405, The controller 22 opens the valve V3 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 to exhaust the laser gas in the laser chamber 1, and closes the valve V3 when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure (step S407).

その後、コントローラ22は圧力計25からの圧力データを観測しながらバルブV1を開け(このときバルブV2は閉状態)、バッファーガスをレーザチェンバ1内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブV1を閉じる(ステップS408)。   Thereafter, the controller 22 opens the valve V1 while observing the pressure data from the pressure gauge 25 (the valve V2 is closed at this time), fills the laser chamber 1 with the buffer gas, and when the laser gas pressure reaches a predetermined pressure, The valve V1 is closed (step S408).

すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のF2 濃度を減少させる。 That is, the laser gas is exhausted by a predetermined amount and filled with the same amount of buffer gas, thereby reducing the F 2 concentration in the laser gas.

以下、TLPS ≧Tbwとなるまで、ステップS401〜ステップS408を繰り返す。 Thereafter, steps S401 to S408 are repeated until T LPS ≧ T bw .

なお、レーザガスの圧力を制御して、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器を往復する光が所定値(0.2pm以下)となるようにする場合は、ステップ408を省略すればよい。   Note that when the pressure of the laser gas is controlled so that the light traveling back and forth through the laser resonator has a predetermined value (0.2 pm or less) before the laser pulse rises, step 408 may be omitted.

以上のように、使用するレーザ装置において、予め狭帯域化モジュール、レーザ共振器長等に依存するサイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移を求め、レーザ共振器内を往復する光が所定のスペクトル線幅となる時点Tbwを求め、検出したサイドライト第1ピーク時間TSL若しくはレーザパルス立ち上がり時間TLPS と比較較した結果に基づき、レーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器内を往復する光が所定のスペクトル線幅となるようにすることが可能となる。 As described above, in the laser apparatus to be used, the temporal transition of the spectral line width with the origin of the sidelight depending on the band narrowing module, the laser resonator length, etc. as the origin is obtained in advance and reciprocates in the laser resonator. The time T bw at which the light has a predetermined spectral line width is obtained and is compared with the detected first sidelight peak time T SL or laser pulse rise time T LPS in the laser resonator before the laser pulse rises. It is possible to make the light traveling back and forth have a predetermined spectral line width.

上記した例では、制御パラメータとして電極2への印加電圧、レーザチェンバ1内のレーザガス中のF2 ガス濃度、レーザチェンバ1内のレーザガス圧力の何れか1つを用いたが、これに限るものではなく、上記パラメータを複数組み合わせて制御を行うことも可能である。 In the example described above, any one of the voltage applied to the electrode 2, the F 2 gas concentration in the laser gas in the laser chamber 1 and the laser gas pressure in the laser chamber 1 is used as the control parameter. It is also possible to perform control by combining a plurality of the above parameters.

なお、上記した例では、予めサイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移を求めて、それを用いてレーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器内を往復する光が所定のスペクトル線幅となるように制御したが、予めサイドライトの起点を原点とするスペクトル純度の時間的推移を求めて、それを用いて上記と同様の手順でレーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器内を往復する光が所定のスペクトル純度となるように制御することも可能である。   In the above example, the temporal transition of the spectral line width with the origin of the sidelight as the origin is obtained in advance, and the light that reciprocates in the laser resonator before the laser pulse rises using the spectral line width is used as a predetermined spectral line. Although it was controlled so as to have a width, the temporal transition of the spectral purity with the origin of the sidelight as the origin was obtained in advance, and this was used to reciprocate within the laser resonator before the laser pulse rose in the same procedure as above. It is also possible to control the light to be a predetermined spectral purity.

さらには、予めサイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅、スペクトル純度の時間的推移を求めて、上記と同様の手順でレーザパルスが立ち上がる前にレーザ共振器内を往復する光が所定のスペクトル線幅、スペクトル純度となるように制御することも可能である。   Furthermore, the temporal transition of the spectral line width and spectral purity with the origin of the sidelight as the origin is obtained in advance, and the light that reciprocates in the laser resonator before the laser pulse rises in the same procedure as described above has a predetermined spectrum. It is also possible to control the line width and spectral purity.

上記したスペクトル線幅、スペクトル純度制御においては、本発明者等の設計したスペクトル線幅0.2pm以下の超狭帯域化実現のための狭帯域化モジュールや現状の狭帯域化モジュールを用いた場合、上記時点以降にレーザパルスが発生する場合、ASEは発生しなかった。   In the above-described spectral line width and spectral purity control, when the narrow band narrowing module or the current narrow band narrowing module for realizing the ultra narrow band with the spectral line width of 0.2 pm or less designed by the present inventors is used. When the laser pulse was generated after the above time, ASE was not generated.

ここで、確実にASE発生の抑制、スペクトル線幅、スペクトル純度の制御を行うのであれば、先に示したASE制御(図14、図15、図17、図18)、スペクトル線幅、スペクトル純度制御(図21、図22、図24、図25)を組み合わせるとよい。   Here, if the suppression of ASE generation, spectral line width, and spectral purity are reliably controlled, the ASE control (FIGS. 14, 15, 17, and 18), spectral line width, and spectral purity shown above. Control (FIGS. 21, 22, 24, and 25) may be combined.

以下に、組み合わせた例を示す。例として、サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs を求めてASEを抑制し(図17)、レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS を求めてスペクトル線幅を制御する(図24)例を示す。図26はその制御を行うフローチャートである。 A combination example is shown below. As an example, an example is shown in which the maximum slope ΔT s of the sidelight rise is obtained to suppress ASE (FIG. 17), and the starting point T LPS of the rise of the laser pulse is obtained to control the spectral line width (FIG. 24). FIG. 26 is a flowchart for performing the control.

上記したように、サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs 所定値ΔT1 を超えると、ASEの発生が起こることが判明した。上記所定値ΔT1 は、狭帯域化モジュール6の性能(例えば、拡大プリズム7の拡大率、回折格子8のブレーズ角)や、レーザ共振器長に依存する。コントローラ22は、レーザ装置の上記依存条件に基づいて得られた所定値ΔT1 を予め記憶しておく。 As described above, it has been found that generation of ASE occurs when the maximum gradient ΔT s of the sidelight rising exceeds a predetermined value ΔT 1 . The predetermined value ΔT 1 depends on the performance of the narrowband module 6 (for example, the enlargement ratio of the enlargement prism 7 and the blaze angle of the diffraction grating 8) and the laser resonator length. The controller 22 stores in advance a predetermined value ΔT 1 obtained based on the dependence condition of the laser device.

また、予め前記したような手順で、サイドライトの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移を求め、スペクトル線幅が所定値(例えば0.2pm)となる時点Tbwを求める。コントローラ22は、上記時点Tbwを予め記憶しておく。 そして、コントローラ22は、電源3に指令を出力してレーザ放電を発生させ、レーザ発振を開始する(ステップS501)。 Further, the temporal transition of the spectral line width with the origin of the sidelight as the origin is obtained in the above-described procedure, and the time T bw at which the spectral line width becomes a predetermined value (for example, 0.2 pm) is obtained. The controller 22 stores the time T bw in advance. Then, the controller 22 outputs a command to the power supply 3 to generate laser discharge, and starts laser oscillation (step S501).

次いで、サイドライトディデクター24により、サイドライトの時間的パルス波形を検出し(ステップS502)、検出データをコントローラ22に送出する(ステップS503)。   Next, the sidelight detector 24 detects the temporal pulse waveform of the sidelight (step S502), and sends the detection data to the controller 22 (step S503).

次に、コントローラ22は、受信した波形データから、サイドライトの起点から第1ピークまでの範囲からサイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs を算出し(ステップS504)、ΔTs とΔT1 との大小を比較する(ステップS505)。 Next, the controller 22, from the received waveform data to calculate the maximum gradient [Delta] T s range sidelight rise of from the origin of the sidelight to the first peak (step S504), the magnitude of [Delta] T s and [Delta] T 1 Compare (step S505).

ΔTs ≦ΔT1 であるときは、ASEが発生していないと判断する。一方、ΔTs >ΔT1 であるとき、図8に示すようにASEは電極2への印加電圧が所定値以下のとき発生しなくなるので、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS506)。 When ΔT s ≦ ΔT 1, it is determined that no ASE has occurred. On the other hand, when ΔT s > ΔT 1 , as shown in FIG. 8, ASE does not occur when the voltage applied to the electrode 2 is equal to or lower than a predetermined value, so the controller 22 outputs a command to the power source 3 to the electrode 2. The applied voltage is reduced by a predetermined value (step S506).

以下、ASEが発生しなくなるまで、ステップS501〜ステップS506を繰り返す。   Thereafter, steps S501 to S506 are repeated until no ASE occurs.

ASEが発生していないと確認されたら、次いで、レーザパルスディテクタ21により、レーザパルスの時間的パルス波形を検出し(ステップS507)、検出データをコントローラ22に送出する(ステップS508)。   If it is confirmed that ASE has not occurred, the laser pulse detector 21 detects the temporal pulse waveform of the laser pulse (step S507), and sends the detection data to the controller 22 (step S508).

コントローラ22は、受信した波形データから、レーザパルスの起点を原点として、レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS を算出し(ステップS509)、TLPS とTbwとの大小を比較する(ステップS510)。 The controller 22 calculates the starting point T LPS of the rising edge of the laser pulse from the received waveform data with the starting point of the laser pulse as the origin (step S509), and compares the magnitudes of T LPS and T bw (step S510).

LPS ≧Tbwであるときは、レーザパルス発生前にレーザ共振器を往復する光が0.2pm以下に狭帯域化されていると判断する。一方、TLPS <Tbwであるとき、コントローラ22は電源3に指令を出力して電極2への印加電圧を所定値だけ下げる(ステップS511)。 When T LPS ≧ T bw , it is determined that the light traveling back and forth through the laser resonator is narrowed to 0.2 pm or less before the generation of the laser pulse. On the other hand, when T LPS <T bw , the controller 22 outputs a command to the power supply 3 to lower the voltage applied to the electrode 2 by a predetermined value (step S511).

以下、TLPS ≧Tbwとなるまで、ステップS508〜ステップS511を繰り返す。 Thereafter, step S508 to step S511 are repeated until T LPS ≧ T bw is satisfied.

上記した例では、先にASEの抑制制御を行った後に、スペクトル線幅の制御を行っているが、これに限るものではなく、先にスペクトル線幅の制御を行った後に、ASEの抑制制御を行うようにしてもよい。   In the example described above, the spectral line width is controlled after the ASE suppression control is performed first. However, the present invention is not limited to this, and the ASE suppression control is performed after the spectral line width control is performed first. May be performed.

また、ASE制御部分において、ASEの判定をサイドライトの立上りの最大勾配を用いて行ったが、これに限るものではなく、上記したように、サイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 (図14、図15)若しくはレーザパルスの起点TLPS を用いてASEの判定を行ってもよい。 In the ASE control portion, the ASE determination is performed using the maximum gradient of the sidelight rising. However, the present invention is not limited to this, and as described above, the first peak time TSL1 of the sidelight and the laser pulse The determination of ASE may be performed using the first peak time T LP1 (FIGS. 14 and 15) or the starting point T LPS of the laser pulse.

さらに、上記した例では、スペクトル線幅の制御をレーザパルスの立上り時間の起点TLPS を検出して行ったが、上記したように、サイドライトの第1ピーク時間TSL1 (図21、図22)を検出して行ってもよい。 Further, in the above-described example, the spectral line width is controlled by detecting the start point T LPS of the rise time of the laser pulse. However, as described above, the first peak time T SL1 of the sidelight (FIGS. 21 and 22). ) May be detected.

また、上記した例では、ASEの制御とスペクトル線幅の制御を行ったが、スペクトル線幅の制御の代わりにスペクトル純度の制御を行ってもよく、スペクトル線幅とスペクトル純度の制御を両方を行うようにしてもよい。   In the above example, the ASE control and the spectral line width control are performed. However, the spectral purity control may be performed instead of the spectral line width control, and both the spectral line width and the spectral purity control are performed. You may make it perform.

以上、上記した本発明を適用したF2 レーザ装置を例にとって説明してきたが、本発明はKrFレーザ装置、ArFレーザ装置にも適用可能である。例えば、スペクトル線幅の制御は、露光装置からKrFレーザ装置、ArFレーザ装置に要求されるスペクトル線幅以下となるように行えばよい。 As described above, the F 2 laser device to which the present invention is applied has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a KrF laser device and an ArF laser device. For example, the spectral line width may be controlled so as to be equal to or smaller than the spectral line width required from the exposure apparatus to the KrF laser apparatus and ArF laser apparatus.

なお、図11(図1)のレーザ装置の構成において、狭帯域化モジュール6はグレーテング(回折格子)8及び拡大プリズム7で構成されてスペクトルの狭帯域化が実現されている。狭帯域化モジュール6として、このようなグレーテング−プリズム方式以外に、エタロンを使用した構成を用いることができる。エタロンを用いた場合は、エタロンの回転又はエタロンギャップ間のガス圧力変化(気体の屈折率変化)によって発振中心波長を変化させることが可能となる。   In the configuration of the laser apparatus of FIG. 11 (FIG. 1), the band narrowing module 6 includes a grating (diffraction grating) 8 and a magnifying prism 7 so that the spectrum is narrowed. As the band narrowing module 6, a configuration using an etalon other than such a grating-prism system can be used. When the etalon is used, the oscillation center wavelength can be changed by the rotation of the etalon or the change in gas pressure between the etalon gaps (change in the refractive index of the gas).

ところで、半導体露光用光源として、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。 By the way, the average output required for the F 2 laser device as the light source for semiconductor exposure is, for example, 20 W. That is, when the repetition frequency of the F 2 laser device is 2 kHz, the pulse energy per pulse is 10 mJ, and when the repetition frequency is 4 kHz, the pulse energy per pulse is 5 mJ.

電極間の放電によってレーザガス中に注入するエネルギーを大きくすると、レーザパルスの立ち上がりが速くなってしまい、また、ASEも出現してしまうために、パルスエネルギー5〜10mJで狭帯域化を行うことは困難である。   If the energy injected into the laser gas is increased by the discharge between the electrodes, the rise of the laser pulse becomes faster and ASE also appears, so it is difficult to narrow the band with a pulse energy of 5 to 10 mJ. It is.

以上のような状況により、スペクトル線幅が0.2pm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の採用すればよい。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0.2pm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0.2pm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。   In order to obtain a laser beam having a spectral line width of 0.2 pm or less and a pulse energy of 5 mJ or more under the circumstances as described above, for example, a two-stage laser system including an oscillation stage laser and an amplification stage laser is employed. do it. That is, a laser beam having a low output but a spectral line width of 0.2 pm or less is generated by an oscillation stage laser, the laser beam is amplified by an amplification stage laser, and the spectral line width is 0.2 pm or less. A laser beam having a pulse energy of 5 mJ or more can be obtained.

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・ロッキング(Injection Locking )及びMOPA(Master Oscillator Power Amplifier )がある。前者は、増幅段レーザにレーザ共振器を備える構成であり、後者は増幅段レーザにレーザ共振器を持たない構成である。   Configuration examples of the two-stage laser system include injection locking and MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). The former is a configuration in which the amplification stage laser is provided with a laser resonator, and the latter is a configuration in which the amplification stage laser is not provided with a laser resonator.

ここでは、2ステージレーザシステムとして、図27を用いて、インジェクション・ロッキングを説明する。先に述べたように、インジェクション・ロッキングシステムでは、発振段レーザ30と増幅段レーザ40を使用する。発振段(オシレ−タ)レーザ30は、レーザシステムのシードレーザ(種レーザ光)としての機能を有する。増幅段(アンプ)レーザ40は、そのシードレーザを増幅する機能を有する。   Here, injection locking will be described with reference to FIG. 27 as a two-stage laser system. As described above, in the injection locking system, the oscillation stage laser 30 and the amplification stage laser 40 are used. The oscillation stage (oscillator) laser 30 has a function as a seed laser (seed laser beam) of the laser system. The amplification stage (amplifier) laser 40 has a function of amplifying the seed laser.

すなわち、発振段レーザ30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40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。   That is, the overall spectral characteristics of the laser system are determined by the spectral characteristics of the oscillation stage laser 30. Then, the laser output (energy or power) from the laser system is determined by the amplification stage laser 40.

したがって、発振段レーザ30には、例えば図27に示すように、グレーテング(回折格子)8及び拡大プリズム7で構成された狭帯域化モジュール6が搭載されており、スペクトルが狭帯域化レーザが発振段レーザ30より出力される。なお、図27の場合、発振段レーザ30のレーザチェンバ1の両側の共振器内には、発振段レーザ30のレーザビームを制限するアパーチャ31が設けられている。   Therefore, for example, as shown in FIG. 27, the oscillation stage laser 30 is equipped with a narrowband module 6 composed of a grating (diffraction grating) 8 and a magnifying prism 7, and a spectrum narrowing laser is provided. Output from the oscillation stage laser 30. In the case of FIG. 27, apertures 31 for limiting the laser beam of the oscillation stage laser 30 are provided in the resonators on both sides of the laser chamber 1 of the oscillation stage laser 30.

発振段レーザ30からのレーザビーム(シードレーザビーム)は、反射ミラー32等を含むビーム伝播系により増幅段レーザ40へ導かれ、注入される。インジェクション・ロック方式では、小入力でも増幅できるように、増幅段レーザ40には、凹面ミラー42と凸面ミラー43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。   A laser beam (seed laser beam) from the oscillation stage laser 30 is guided and injected into the amplification stage laser 40 by a beam propagation system including a reflection mirror 32 and the like. In the injection lock method, an unstable resonator having a concave mirror 42 and a convex mirror 43 and having a magnification of 3 times or more, for example, is employed for the amplification stage laser 40 so that it can be amplified even with a small input.

増幅段レーザ40の不安定共振器の凹面ミラー42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43で矢印のように反射して拡大され、レーザチェンバ41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43からレーザが出射される。凹面ミラー42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43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42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。   The concave mirror 42 of the unstable resonator of the amplification stage laser 40 has a hole, and the seed laser beam introduced through this hole is reflected and expanded by the convex mirror 43 as indicated by an arrow, and the laser chamber 41 discharges. The laser beam power is increased by effectively passing through the section. Then, a laser is emitted from the convex mirror 43. A spatial hole is provided at the center of the concave mirror 42, and a high reflectivity mirror coat is provided around the center. A high reflectivity mirror coat is applied to the central portion of the convex mirror 43, and an antireflection coat is applied to the surrounding laser emission portion. The hole of the concave mirror 42 is not spatially open, and a mirror substrate on which only an antireflection coating is applied may be used. Moreover, you may use the unstable resonator which does not give a transmission part to a mirror.

なお、図27の増幅段レーザ40に凹面ミラー42、凸面ミラー43を用いない場合、本システムはMOPAとなる。すなわち、増幅段レーザ40には共振用ミラー(凹面ミラー42、凸面ミラー43)がないため、増幅段レーザ40は発振段レーザ30の一パス増幅器として機能する。   When the concave mirror 42 and the convex mirror 43 are not used in the amplification stage laser 40 of FIG. 27, the present system is MOPA. That is, since the amplification stage laser 40 does not have a resonance mirror (concave mirror 42 and convex mirror 43), the amplification stage laser 40 functions as a one-pass amplifier of the oscillation stage laser 30.

インジェクション・ロッキングシステム、MOPA等の2ステージレーザシステムにおいて、増幅段レーザから放出されるレーザビームの特性は、増幅段レーザ光の立ち上がり時に注入された発振段レーザ光の影響を受ける。すなわち、増幅段レーザのレーザガス中に注入される発振段レーザからのレーザパルスにおいて、増幅段レーザ光の立ち上がり時点での発振段レーザパルス瞬時のスペクトルが2ステージレーザのスペクトル線幅特性に直接影響を及ぼす。   In a two-stage laser system such as an injection locking system or MOPA, the characteristics of the laser beam emitted from the amplification stage laser are affected by the oscillation stage laser light injected at the rise of the amplification stage laser light. That is, in the laser pulse from the oscillation stage laser injected into the laser gas of the amplification stage laser, the spectrum of the oscillation stage laser pulse instantaneously at the rise of the amplification stage laser beam directly affects the spectral linewidth characteristics of the two stage laser. Effect.

上記の本発明に基づき、狭帯域化されたF2 レーザ装置は、例えば、以下のようにしてこの図27の2ステージレーザ装置に適用される。すなわち、図27の発振段レーザ30を本発明のレーザ装置とし、発振段レーザ30のレーザパルスの立ち上がりの起点TLPS を検出する。この立ち上がりの起点以降に増幅段レーザ40のサイドライトが立ち上がるように(すなわち、放電が開始するように)する。このようにすることにより、増幅段レーザ光立ち上がり時点での発振段レーザパルス瞬時のスペクトルが0.2pm以下となるので、2ステージレーザのスペクトル線幅特性もそれに影響を及ぼされ、結果的に高出力、超狭帯域化レーザ装置が実現される。 Based on the above-described present invention, the narrowed F 2 laser apparatus is applied to the two-stage laser apparatus of FIG. 27 as follows, for example. That is, the oscillation stage laser 30 of FIG. 27 is used as the laser apparatus of the present invention, and the starting point T LPS of the rise of the laser pulse of the oscillation stage laser 30 is detected. The side light of the amplification stage laser 40 rises after the rise start point (that is, discharge starts). By doing this, the spectrum of the oscillation stage laser pulse instant at the rise of the amplification stage laser light becomes 0.2 pm or less, so that the spectral linewidth characteristics of the two-stage laser are also affected, resulting in a high frequency. An output, ultra-narrow band laser device is realized.

なお、上記した本発明を適用した2ステージレーザシステムは、KrFレーザ装置、ArFレーザ装置にも適用可能であり、スペクトル線幅が露光装置からの要求線幅以下で、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ようになる。   Note that the above-described two-stage laser system to which the present invention is applied can also be applied to a KrF laser device and an ArF laser device. The spectral line width is equal to or less than the required line width from the exposure apparatus, and the pulse energy is 5 mJ or more. The laser beam can be obtained.

以上、本発明の狭帯域化ガスレーザ装置をその原理と実施例の説明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。   As described above, the narrow-band gas laser device of the present invention has been described based on the principle and description of the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.

狭帯域化フッ素レーザ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a narrow band fluorine laser apparatus. 従来の狭帯域化フッ素レーザ装置のサイドライトとレーザパルスの波形とスペクトル線幅の時間的推移を示す図である。It is a figure which shows the time transition of the sidelight of the conventional narrow band fluorine laser apparatus, the waveform of a laser pulse, and a spectral line width. 1つのレーザパルス内でのスペクトル線幅の時間的変化と成分を示す図である。It is a figure which shows the time change and component of a spectral line width within one laser pulse. 95%純度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 95% purity. 本発明におけるレーザパルス波形、サイドライト波形、スペクトル線幅の時間的推移(a)と従来の同様の時間的推移(b)を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the time transition (a) of the laser pulse waveform in this invention, a sidelight waveform, and a spectrum line width, and the conventional time transition (b). 図5(a)と(b)のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめた図である。It is the figure which put together the time transition and laser pulse waveform of the spectral line width of Fig.5 (a) and (b). サイドライト発光開始からサイドライト第1ピークが発生するまでの時間及びASEを含むレーザパルス波形の起点とレーザパルスのスペクトル線幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the time from the start of sidelight emission to the occurrence of the first sidelight peak, the starting point of the laser pulse waveform including ASE, and the spectral line width of the laser pulse. 印加電圧を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間を示す図である。It is a figure which shows the delay time from the starting point of the rise of the spectral line width and the sidelight when the applied voltage is changed to the starting point of the rise of the laser pulse. 2 濃度を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間を示す図である。It is a figure which shows the delay time from the starting point of the rise of the spectral line width and the sidelight when the F 2 concentration is changed to the starting point of the rise of the laser pulse. レーザガス圧力を変化させたときのスペクトル線幅及びサイドライトの立ち上がりの起点からレーザパルスの立ち上がりの起点までの遅延時間を示す図である。It is a figure which shows the delay time from the starting point of the rise of a spectral line width and a sidelight when the laser gas pressure is changed to the starting point of the rise of a laser pulse. 本発明の狭帯域化F2 レーザ装置の構成例を示す図である。It is a diagram illustrating a configuration example of a narrowed F 2 laser system of the present invention. サイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 がTSL1 >TLP1 でASEが発生する場合のレーザパルス波形、サイドライト波形を示す図である。Laser pulse waveform when the first peak time T LP1 of the first peak time T SL1 and laser pulses sidelight ASE occurs at T SL1> T LP1, a diagram illustrating a sidelight waveform. サイドライトの第1ピーク時間TSL1 とレーザパルスの第1ピーク時間TLP1 がTSL1 ≦TLP1 でASEが発生しない場合のレーザパルス波形、サイドライト波形を示す図である。Laser pulse waveform when the first peak time of the sidelight T SL1 and laser pulses first peak time T LP1 is ASE does not occur in the T SL1 ≦ T LP1, a diagram illustrating a sidelight waveform. 電圧制御によってASEの発生を抑制する1実施例のフローチャートである。It is a flowchart of one Example which suppresses generation | occurrence | production of ASE by voltage control. 2 濃度、全圧制御によってASEの発生を抑制する1実施例のフローチャートである。F 2 concentration, a flow chart of one embodiment suppresses the generation of the ASE by the total pressure control. サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs とレーザパルス波形を示す図である。Is a diagram showing a maximum gradient [Delta] T s and the laser pulse waveform rising sidelight. 電圧制御によってASEの発生を抑制する別の実施例のフローチャートである。It is a flowchart of another Example which suppresses generation | occurrence | production of ASE by voltage control. 2 濃度、全圧制御によってASEの発生を抑制する別の実施例のフローチャートである。F 2 concentration, a flow chart of another example of suppressing the occurrence of ASE by the total pressure control. サイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性を示す図である。It is a figure which shows the time transition characteristic of the spectral line width which makes the origin the starting point of a sidelight. サイドライトの立ち上がりの起点を原点とするスペクトル線幅の時間的推移特性においてスペクトル線幅が0.2pmとなる時点を示す図である。It is a figure which shows the time of a spectral line width becoming 0.2 pm in the time transition characteristic of the spectral line width which makes the origin the starting point of a sidelight. 電圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御する1実施例のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of one Example controlled to the spectral line width of 0.2 pm or less by voltage control. 2 濃度、全圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御する1実施例のフローチャートを示す図である。F 2 concentration is a diagram showing a flowchart of one embodiment for controlling the following spectral linewidth 0.2pm by total pressure control. レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS とスペクトル線幅が0.2pmとなる時点Tbwとレーザパルス波形の関連を示す図である。Origin T LPS and spectral line width of the rise of the laser pulse is a diagram showing the relationship of time T bw and laser pulse waveform becomes 0.2 pm. 電圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御する別の実施例のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of another Example controlled to the spectrum line width of 0.2 pm or less by voltage control. 2 濃度、全圧制御によって0.2pm以下のスペクトル線幅に制御する別の実施例のフローチャートを示す図である。F 2 concentration is a diagram showing a flow chart of another embodiment for controlling the following spectral linewidth 0.2pm by total pressure control. サイドライト立ち上がりの最大勾配ΔTs を求めてASEを抑制し、レーザパルスの立ち上がりの起点TLPS を求めてスペクトル線幅を制御する実施例のフローチャートを示す図である。Suppresses ASE seeking maximum gradient [Delta] T s of rising sidelight is a diagram showing a flowchart of an embodiment for controlling the spectral linewidth seek starting point T LPS of the rise of the laser pulse. 本発明に基づく制御方法を適用するインジェクション・ロック方式の狭帯域化F2 レーザ装置の構成例を示す図である。A configuration example of a narrowed F 2 laser system of the injection locking method of applying the control method according to the present invention. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザチェンバ
2…電極
3…高電圧パルス発生装置(電源)
4…ファン
5…ウインドー部
6…狭帯域化モジュール
7…拡大プリズム
8…回折格子(グレーテング)
9…出力ミラー
10…ビームスプリッター
11…波長モニター
12…コントローラ
21…レーザパルスディデクター
22…コントローラ
23…観測窓部
24…サイドライトディデクター
25…圧力計
26…ガス供給ライン
27…排気ライン
30…発振段レーザ
31…アパーチャ
32…反射ミラー
40…増幅段レーザ
41…レーザチェンバ
42…凹面ミラー
43…凸面ミラー
V1,V2,V3…バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser chamber 2 ... Electrode 3 ... High voltage pulse generator (power supply)
4 ... Fan 5 ... Window 6 ... Narrow band module 7 ... Magnifying prism 8 ... Diffraction grating (grating)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Output mirror 10 ... Beam splitter 11 ... Wavelength monitor 12 ... Controller 21 ... Laser pulse detector 22 ... Controller 23 ... Observation window part 24 ... Sidelight detector 25 ... Pressure gauge 26 ... Gas supply line 27 ... Exhaust line 30 ... Oscillation stage laser 31 ... Aperture 32 ... Reflection mirror 40 ... Amplification stage laser 41 ... Laser chamber 42 ... Concave mirror 43 ... Convex mirror V1, V2, V3 ... Valve

Claims (3)

2 を含むレーザガスが封入されたレーザチェンバ内に放電電極を有し、レーザ共振器内に設置した波長選択素子を含む狭帯域化モジュールにより狭帯域化されたレーザビームを放出する狭帯域化ガスレーザ装置において、
レーザ共振器から放出されるレーザビームの発生時点においてレーザビームがスペクトル線幅(FWHM)0.2pm以下、及び/又は、スペクトル純度0.5pm以下を有するように、放電により発光する時点からレーザビームが発生するまでの時間が設定されていることを特徴とする狭帯域化ガスレーザ装置。
A narrow-band gas laser having a discharge electrode in a laser chamber in which a laser gas containing F 2 is sealed and emitting a laser beam narrowed by a narrow-band module including a wavelength selection element installed in the laser resonator In the device
At the time of generation of the laser beam emitted from the laser resonator, the laser beam is emitted from the time when light is emitted by discharge so that the spectral line width (FWHM) is 0.2 pm or less and / or the spectral purity is 0.5 pm or less. A narrow-band gas laser device characterized in that a time until occurrence of is set.
発振段レーザと増幅段レーザとからなる2ステージ方式の狭帯域化ガスレーザ装置であって、発振段レーザが請求項1記載の狭帯域化ガスレーザ装置であることを特徴とする狭帯域化ガスレーザ装置。 A narrow-band gas laser apparatus according to claim 1, wherein the narrow-band gas laser apparatus is a two-stage narrow-band gas laser apparatus comprising an oscillation stage laser and an amplification stage laser. 前記増幅段レーザが、放電による発光の時間的パルス波形を計測する放電発光計測器(サイドライトディデクター)と、前記増幅段レーザの放電電極への印加電圧、レーザガスのF2 濃度、レーザチェンバ内のレーザガス圧力の少なくとも1つを制御可能なコントローラとを有し、前記コントローラは、前記発振段レーザのコントローラから発振段レーザのレーザパルスが立ち上がるタイミングデータTLPS を受信し、このデータを基に前記発振段レーザのレーザパルスが立ち上がった後に増幅段レーザの放電を開始することを特徴とする請求項2に記載の狭帯域化ガスレーザ装置。 A discharge light emission measuring device (side light detector) that measures a temporal pulse waveform of light emission due to discharge by the amplification stage laser, applied voltage to the discharge electrode of the amplification stage laser, F 2 concentration of laser gas, and in the laser chamber And a controller capable of controlling at least one of the laser gas pressures of the laser. The controller receives timing data T LPS at which a laser pulse of the oscillation stage laser rises from the controller of the oscillation stage laser, and based on this data, the controller 3. The narrow-band gas laser device according to claim 2, wherein discharge of the amplification stage laser is started after the laser pulse of the oscillation stage laser rises.
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