JP2012104846A - Narrowband laser device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a narrowband laser device which allows for stabilization control of the spectral purity width (spectrum index value) without having any impact on the control of central wavelength.SOLUTION: The spectral purity width E95 of laser light output from a laser device for amplification is measured by spectral purity width measuring means. Discharge timing after starting discharge in a laser device for oscillation and before starting discharge in a laser device for amplification is controlled so that the spectral purity width E95 thus measured falls within the allowable width E95±dE95 of a target spectral purity width E95.

Description

本発明は、狭帯域化レーザ装置に関し、特に、半導体を製造するために用いられる縮小投影露光装置の光源としての狭帯域化エキシマレーザ装置あるいは狭帯域化F2レーザ装置において、そのレーザ光のスペクトル純度幅等のスペクトル指標値を制御する装置に関するものである。   The present invention relates to a narrow-band laser device, and in particular, in a narrow-band excimer laser device or a narrow-band F2 laser device as a light source of a reduction projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor, the spectral purity of the laser light The present invention relates to an apparatus for controlling spectral index values such as width.

以下に縮小投影露光装置の光源として用いられる狭帯域化レーザ装置の従来技術について各項目毎に説明する。
(露光用光源)
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められており、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在の露光用ガスレーザ装置としては、波長248nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザ装置ならびに、波長193nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザ装置が用いられている。次世代の露光技術として、露光用レンズとウェーハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光光源の見かけの波長を短波長化する液浸技術をArF露光に適用することが考えられている。ArF液浸では、見かけの波長は134nmと短くなる。また、次々世代の露光用光源として、波長157nmの紫外線を放出するF2レーザ装置が有力であり、F2レーザ液浸露光が採用される可能性もある。F2液浸では、115nmまで短波長化すると言われている。
(露光用光学素子と色収差)
多くの半導体露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では、異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされて色収差補正が行なわれる。現在、露光用光源であるレーザ波長の248nm〜115nmの波長域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は、合成石英とCaF2以外にない。このため、KrFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用され、ArFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英とCaF2で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。ところが、KrF、ArFエキシマレーザの自然発振幅は約350〜400pmと広いために、これらの投影レンズを使用すると色収差が発生して、解像力が低下する。そこで、色収差が無視できるまでに、上記ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このため、レーザ装置には、狭帯域化素子(エタロンやグレーティング等)を有する狭帯域化モジュールがレーザ共振器内に設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が行われている。
(スペクトル純度幅)
露光装置の結像性能は、レーザ光のスペクトル波形の半値全幅だけでなく、スペクトル波形の裾野成分によって大きく影響を受ける。そこで、いわゆるスペクトル純度幅といわれるスペクトルの新しい指標値が導入されている。このスペクトル純度幅は、例えば全エネルギーの95%のエネルギーが入るスペクトル幅で評価される。
集積回路の品質を保証するためには、このスペクトル純度幅を例えば0.5pm以下に抑えることが要求されている。
(スペクトル純度幅を安定化させる理由)
しかし、近年になって、このスペクトル純度幅が、光学システムで設計された値から大幅に狭い値であっても、集積回路の品質が悪化することがあると言われ始めた。このことは、特許文献1(US6721340)及び2(特開2001-267673号)に記載されている。このため、スペクトル純度幅は、ある所定の許容幅内で安定するように制御(以下、適宜、安定化制御という)される必要がある。
(スペクトル純度幅の制御の従来技術)
スペクトル純度幅を安定化制御することに関しては、特許文献1及び2に記載されている。この特許文献2には、波長検出器を設けるとともに、狭帯域化ユニット内に高速同調機構を設け、検出された波長に基づき、高速同調機構で、1パルス毎に、微小かつ高速に波長を振ることによって、見かけ上のスペクトル純度幅を制御して許容幅内に収めるという発明が記載されている。ここでいう、「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」とは、各瞬間での中心波長を振り、時間積分することで振り幅に応じたスペクトル純度幅を擬似的に得る制御のことである。
The prior art of the narrow-band laser apparatus used as the light source of the reduced projection exposure apparatus will be described below for each item.
(Light source for exposure)
As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses. For this reason, the wavelength of light emitted from the exposure light source is being shortened, and a gas laser device is used as the exposure light source in place of the conventional mercury lamp. As the current gas laser apparatus for exposure, a KrF excimer laser apparatus that emits ultraviolet light with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser apparatus that emits ultraviolet light with a wavelength of 193 nm are used. As a next-generation exposure technology, it is conceivable to apply immersion technology to ArF exposure, which shortens the apparent wavelength of the exposure light source by filling the space between the exposure lens and the wafer with liquid and changing the refractive index. ing. In ArF immersion, the apparent wavelength is as short as 134 nm. As a next-generation exposure light source, an F2 laser device that emits ultraviolet light having a wavelength of 157 nm is prominent, and F2 laser immersion exposure may be adopted. F2 immersion is said to shorten the wavelength to 115 nm.
(Exposure optics and chromatic aberration)
A projection optical system is adopted as an optical system of many semiconductor exposure apparatuses. In the projection optical system, chromatic aberration correction is performed by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. At present, there are no optical materials other than synthetic quartz and CaF2 suitable for use as the lens material of the projection optical system in the wavelength range of 248 nm to 115 nm of the laser wavelength which is an exposure light source. For this reason, as the projection lens for KrF excimer laser, an all-refractive type monochromatic lens composed only of synthetic quartz is adopted, and as the projection lens for ArF excimer laser, an all-refractive type composed of synthetic quartz and CaF2 is adopted. Partially achromatic lens is used. However, since the spontaneous amplitudes of KrF and ArF excimer lasers are as wide as about 350 to 400 pm, the use of these projection lenses causes chromatic aberration and lowers the resolution. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light emitted from the gas laser device before chromatic aberration can be ignored. For this reason, in the laser device, a narrowband module having a narrowband element (etalon, grating, etc.) is provided in the laser resonator, and the spectral linewidth is narrowed.
(Spectral purity range)
The imaging performance of the exposure apparatus is greatly influenced not only by the full width at half maximum of the spectral waveform of the laser light but also by the bottom component of the spectral waveform. Therefore, a new index value of a spectrum called a so-called spectral purity range has been introduced. This spectral purity range is evaluated by, for example, a spectral width that includes 95% of the total energy.
In order to guarantee the quality of the integrated circuit, it is required to suppress the spectral purity range to 0.5 pm or less, for example.
(Reason to stabilize spectral purity range)
However, in recent years, it has begun to be said that even if the spectral purity range is a value that is significantly narrower than the value designed in the optical system, the quality of the integrated circuit may deteriorate. This is described in Patent Documents 1 (US6721340) and 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267673). For this reason, the spectral purity range needs to be controlled so as to be stable within a certain predetermined allowable range (hereinafter referred to as stabilization control as appropriate).
(Prior art of spectral purity range control)
Patent Documents 1 and 2 describe the stabilization control of the spectral purity range. In this Patent Document 2, a wavelength detector is provided, and a high-speed tuning mechanism is provided in the narrow-band unit. Based on the detected wavelength, a high-speed tuning mechanism is used to oscillate the wavelength minutely and at high speed for each pulse. Thus, an invention is described in which the apparent spectral purity range is controlled to fall within the allowable range. Here, “apparent spectral purity range control” refers to control for artificially obtaining a spectral purity range corresponding to the amplitude by oscillating the center wavelength at each moment and integrating the time.

US6721340US6721340 特開2001-267673号JP 2001-267673 A

しかしながら、上記特許文献2に記載された従来技術では、スペクトル純度幅を制御することに伴い、中心波長もそれに付随して変化してしまう。このため中心波長を所望の値に一致させる中心波長制御と、スペクトル純度幅を所定の許容幅内に収めるスペクトル線幅制御を独立に行うことが困難である。このため、つぎのような問題が発生する。
1)中心波長の制御は、1パルス毎にフィードバック制御を行うことが望ましいが、これが複雑な制御になるという問題がある。
2)また、中心波長が安定している状況では、中心波長制御の精度はあまり問題とならないが、露光装置から目標波長の変更の指示が出された場合など、波長をダイナミックに制御する必要がある場合には、中心波長制御の精度に影響を与えるおそれがある。
3)また、バースト発振の初期においては、中心波長が大きくずれるチャーピング現象が発生してしまう。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、中心波長の制御に影響を与えることなくスペクトル純度幅(スペクトル指標値)の安定化制御を行えるようにして、見かけ上のスペクトル純度幅の制御を行うことで発生する上記諸問題点を解消することを解決課題とするものである。
However, in the prior art described in Patent Document 2, the center wavelength also changes accompanying with the control of the spectral purity range. For this reason, it is difficult to independently perform the center wavelength control for matching the center wavelength to a desired value and the spectrum line width control for keeping the spectrum purity width within a predetermined allowable width. For this reason, the following problems occur.
1) Although it is desirable to control the center wavelength for each pulse, there is a problem that this is complicated control.
2) In addition, in the situation where the center wavelength is stable, the accuracy of the center wavelength control is not a problem, but it is necessary to dynamically control the wavelength when an instruction to change the target wavelength is issued from the exposure apparatus. In some cases, the accuracy of center wavelength control may be affected.
3) Further, in the initial stage of burst oscillation, a chirping phenomenon in which the center wavelength is greatly shifted occurs.
The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to control the stabilization of the spectral purity width (spectral index value) without affecting the control of the center wavelength, so that the apparent spectral purity width can be controlled. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems that occur due to control.

第1発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを間の空間に有する電極間で放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第2発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第3発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第4発明は、第1発明または第3発明において、
前記目標スペクトル指標値の許容幅のうち、前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅の範囲で、前記制御手段による制御が実行されること
を特徴とする。
第5発明は、第1発明または第3発明において、
前記シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、
前記パルスストレッチ手段によって前記シード光のパルス波形を延長させることで、前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させること
を特徴とする。
第6発明は、第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであること
を特徴とする。
第7発明は、第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内のフッ素分子F2のモル濃度または分圧(以下、単に「フッ素分子F2の濃度」という)を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第8発明は、第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第9発明は、第2発明または第3発明において、
前記発振用レーザ装置は、充電電圧に応じた電圧が一対の電極間に印加されることで主放電が行われるものであって、
前記制御手段は、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第10発明は、第2発明または第3発明において、
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサと当該ピーキングコンデンサの前段に電気的に並列に配置された第2のコンデンサとを備えた充電回路を備え、前記第2のコンデンサに蓄えられた電荷を前記ピーキングコンデンサに移行させ、前記ピーキングコンデンサの充電電圧に応じた電圧が前記一対の電極に印加されることで放電が行われるものであって、
前記ピーキングコンデンサまたは/および第2のコンデンサの容量、または/および前記ピーキングコンデンサに対する前記第2のコンデンサの容量比を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第11発明は、第2発明または第3発明において、
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置された予備電離コンデンサを備えた充電回路を備え、前記予備電離コンデンサの充電電圧に応じて前記一対の電極間で予備電離が行われるものであって、
前記予備電離コンデンサの容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第12発明は、第2発明または第3発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光を所定の反射率で前記発振用チャンバ内に戻すアウトプットカプラが備えられ、
前記アウトプットカプラの反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第13発明は、第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであって、
シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御が行われること
を特徴とする。
第14発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第15発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第16発明は、第14発明または第15発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、
前記波面変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第17発明は、第14発明または第15発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させる拡大率変化手段が備えられ、
前記拡大率変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第18発明は、第14発明または第15発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させるビーム幅変化手段が備えられ、
前記ビーム幅変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第19発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第20発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第21発明は、第19発明または第20発明において、
前記発振用レーザ装置で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、
前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、
シード光の発振周波数と前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度とスペクトル指標値との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、計測されたスペクトル指標値を、目標スペクトル指標値の許容幅に収める制御が行われること
を特徴とする。
The first invention is
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly performing a laser gas discharge operation in the oscillation chamber and a seed that is discharged between the electrodes having the laser gas in the space in the amplification chamber. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that amplifies light and outputs the amplified laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device to the start of the discharge by the amplification laser device is controlled so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value. And a control means.
The second invention is
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
And control means for controlling the spectrum index value of the seed light so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value.
The third invention is
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device to the start of the discharge by the amplification laser device is controlled so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value. And a control means for controlling the spectral index value of the seed light.
4th invention is 1st invention or 3rd invention,
Control by the control means is performed within a range of allowable synchronization width in which the energy of the laser beam output from the amplification laser device is equal to or higher than an allowable level among the allowable width of the target spectrum index value. To do.
The fifth invention is the first invention or the third invention,
Pulse stretching means for extending the laser pulse waveform of the seed light is further provided;
By extending the pulse waveform of the seed light by the pulse stretching means, the allowable synchronization width in which the energy of the laser light output from the amplification laser device is greater than or equal to an allowable level is increased.
The sixth invention is the second invention or the third invention,
The control means is characterized by changing the time from the start of discharge in the oscillation laser device to the rise of the laser pulse to control the spectral index value of the seed light.
The seventh invention is the second invention or the third invention,
The control means changes the pulse waveform of the seed light by changing the molar concentration or partial pressure of the fluorine molecule F2 in the oscillation chamber (hereinafter simply referred to as “the concentration of the fluorine molecule F2”). It is characterized by that.
The eighth invention is the second invention or the third invention,
The control means changes the pulse waveform of the seed light by changing the total gas pressure in the oscillation chamber.
The ninth invention is the second invention or the third invention,
The oscillation laser device performs a main discharge by applying a voltage according to a charging voltage between a pair of electrodes,
The control means is characterized in that the pulse waveform of the seed light is changed by changing the charging voltage.
The tenth invention is the second invention or the third invention,
The oscillation laser device is:
A charging circuit including a peaking capacitor electrically parallel to the pair of discharge electrodes and a second capacitor electrically parallel to the preceding stage of the peaking capacitor, and storing in the second capacitor; The generated charge is transferred to the peaking capacitor, and a voltage corresponding to the charging voltage of the peaking capacitor is applied to the pair of electrodes, and discharging is performed.
The pulse waveform of the seed light is changed by changing the capacitance of the peaking capacitor or / and the second capacitor or / and the capacitance ratio of the second capacitor to the peaking capacitor. .
The eleventh invention is the second invention or the third invention,
The oscillation laser device is:
A charging circuit including a preionization capacitor arranged in parallel with a pair of discharge electrodes is provided, and preionization is performed between the pair of electrodes according to a charging voltage of the preionization capacitor,
The pulse waveform of the seed light is changed by changing the capacitance of the preionization capacitor.
The twelfth invention is the second invention or the third invention,
The oscillation laser device includes:
An output coupler for returning the light generated in the oscillation chamber to the oscillation chamber with a predetermined reflectance;
The pulse waveform of the seed light is changed by changing the reflectance of the output coupler.
The thirteenth invention is the second invention or the third invention,
The control means changes the time from the start of discharge in the oscillation laser device to the rise of the laser pulse, and controls the spectral index value of the seed light,
When the rise time of the pulse waveform of the seed light changes, from the start of discharge in the oscillation laser device to the start of discharge in the amplification laser device according to the change in the rise time of the pulse waveform The discharge timing is changed to control the discharge timing to coincide with a desired synchronization timing.
The fourteenth invention is
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
Control means for controlling the narrowing performance of the oscillation laser device so that the measured spectrum index value falls within the allowable range of the target spectrum index value.
The fifteenth invention
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device to the start of the discharge by the amplification laser device is controlled so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value. And a control means for controlling the band narrowing performance of the oscillation laser device.
In a sixteenth aspect based on the fourteenth aspect or the fifteenth aspect,
The oscillation laser device includes:
Wavefront changing means for changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber;
By changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber by the wavefront changing means, the bandwidth narrowing performance of the oscillation laser device is changed.
In a seventeenth aspect based on the fourteenth aspect or the fifteenth aspect,
The oscillation laser device includes:
An enlargement ratio changing means for changing an enlargement ratio of the light generated in the oscillation chamber;
The expansion rate changing means changes the expansion rate of the light generated in the oscillation chamber, thereby changing the band narrowing performance of the oscillation laser device.
In an eighteenth aspect based on the fourteenth aspect or the fifteenth aspect,
The oscillation laser device includes:
Beam width changing means for changing the beam width of the light generated in the oscillation chamber is provided,
The beam narrowing performance of the oscillation laser device is changed by changing the beam width of the light generated in the oscillation chamber by the beam width changing means.
The nineteenth invention
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
Control means for controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber so that the measured spectrum index value falls within an allowable range of the target spectrum index value. .
The twentieth invention is
An oscillation laser device that pulse-oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber, and the seed light that is amplified by discharging the laser gas in the amplification chamber is amplified. In a narrow-band laser device including an amplification laser device that outputs laser light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device to the start of the discharge by the amplification laser device is controlled so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value. And control means for controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber.
The 21st invention is the 19th invention or the 20th invention,
Oscillation frequency detection means for detecting the oscillation frequency of the seed light oscillated by the oscillation laser device;
Laser gas temperature changing means for changing the temperature of the laser gas in the oscillation chamber,
Based on the relationship between the oscillation frequency of the seed light, the temperature of the laser gas in the oscillation chamber and the spectral index value, the laser gas temperature is changed according to the detected oscillation frequency of the seed light, and the measured spectral index value Is controlled to be within the allowable range of the target spectrum index value.

本発明者は、図1に示すレーザ装置(2ステージレーザ装置)2から外部へ出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95(スペクトル指標値として代表的なもの)は、発振用チャンバ10で放電を開始してから増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの放電タイミングと、発振用チャンバ10から出力されるレーザ光(シード光)のスペクトル純度幅E95によって決定されることを発見するに至り、これら放電タイミング、シード光のスペクトル純度幅というパラメータは、中心波長制御とは独立して制御できるパラメータであるという知見を得るに至った。
また、各種変動要因によるスペクトル純度幅の変動をなくし、ある許容幅の範囲内に安定させるには、スペクトル純度幅E95検出器(スペクトル純度幅計測手段)でスペクトル純度幅をモニタ(計測)し、目標スペクトル純度幅から変動していた場合には、スペクトル純度幅E95が目標スペクトル純度幅になるように制御すればよいという知見を得た。
すなわち、スペクトル純度幅の安定化制御は、主として、
1)放電タイミングを変化させる(第1発明)。
2)発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させる(第2発明)。
3)発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングも変化させる(第3発明)。
という三種類の手段によって実現される。中でも、3)は、安定化制御の効果が一番大きい。
従来技術で説明した「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」は、1パルス毎に波長を変化させるため、スペクトル純度幅を安定化制御することに依存して、1パルス毎に、ウェーハ上のベストフォーカスの位置が変化して露光されることになる。このように独立した中心波長制御を行うことができないため、ベストフォーカス位置ずれという問題が生じる。
これに対して、本発明の制御手段1)、2)、3)(第1発明、第2発明、第3発明)によれば、スペクトル純度幅を実質的に太くしたり細くすることができる一方で、独立して中心波長を制御することができる。このため、スペクトル純度幅を安定化制御しつつも、中心波長は変化せず、ベストフォーカスの位置変化も生じない。露光装置3の投影レンズに対する最適なスペクトル形状が得られ、ベストフォーカスの位置ずれもないため、投影レンズの結像性能を維持することができる。
第1発明では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100で放電を開始してから増幅用レーザ装置300で放電を開始するまでの放電タイミングを制御することで、スペクトル純度幅E95を安定化制御する。
すなわち、図1に示す2ステージレーザシステムでは、1ステージレーザシステムと異なり、発振用チャンバ10で放電を開始してから増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの放電タイミングに応じて、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
図4に、放電タイミングdtに応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示す。
図4のグラフの横軸のdtは、放電タイミング、つまり発振用チャンバ10で放電を開始してから、増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの時間である。 図4のグラフの左側縦軸は、スペクトル純度幅E95であり、スペクトル純度幅特性L1として示すように、放電タイミングdtが大きくなる(放電タイミングが遅れる)につれてスペクトル純度幅E95が減少しているのがわかる。この理由は、図5を用いて説明される。
図5は、シード光のパルス波形L3を示したものである。同図5に示すように、シード光となる発振レーザ光は、時間的なスペクトル純度幅E95分布をもっており、レーザパルス波形の後方に行くに従ってスペクトル純度幅E95が減少する。このため、図5に示す時間的なスペクトル純度幅E95分布を持つシード光パルス波形のどの部分に同期させるかによって、増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95が決定されることになる。例えば、放電タイミングdtを遅らせて、シード光のパルス波形後半部分に放電を同期させた場合は、狭いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は細くなる。逆に、放電タイミングdtを早くして、シード光のパルス波形前半部分に放電を同期させた場合は、広いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は太くなる。
このような特性を用いて、第1発明では、モニタ(計測)されたスペクトル純度幅E95が増加した場合は、放電タイミングdtを遅らせてスペクトル純度幅E95を減少させ、スペクトル純度幅E95が減少した場合は、放電タイミングdtを早めてスペクトル純度幅E95を増加させるように制御する。
増幅用レーザ装置300で放電を開始する時期を、発振用レーザ装置100から出力されるシード光パルス波形L3の前半に合わせれば、そのシード光パルス波形L3の前半部分の広いスペクトル幅の光が増幅されることになり、逆に、シード光パルス波形L3の後半に合わせれば、その後半部分の狭いスペクトル幅の光が増幅されることになる(図5参照)。
図4の左側縦軸において、スペクトル純度幅の目標値をE950に、許容幅をE950±dE95に設定する。
例えば、スペクトル純度幅を目標値E950に一致させるべく、放電タイミングdtをdt0に設定してレーザ装置100、300を、曲線L1上で動作させていたとする。
ここで、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が広くなった場合(E95増加時)、つまり、曲線L1から曲線L1(a)に変化した場合には、矢印LAにて示すごとく、放電タイミングdtを遅らせて、dt0からdt2に変化させる。このように放電タイミンdtをdt0からdt2に遅らせることによって、スペクトル純度幅は狭くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
逆に、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が狭くなった場合(E95低下時)、つまり、曲線L1から曲線L1(b)に変化した場合には、矢印LBにて示すごとく、放電タイミングdtを早めて、dt0からdt1に変化させる。このように放電タイミングdtをdt0からdt1に早めることによって、スペクトル純度幅は広くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
ただし、図4に示すように、スペクトル純度幅の制御幅(図4の縦軸)は、放電タイミングdtの制御幅(図4の横軸)との関係で、レーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅(図4の横軸)に対応する範囲内(図4の縦軸)であることが望ましい(第4発明)。
第2発明では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
第2発明に従属する第6発明では、発振用レーザ装置100で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させることで、シード光のスペクトル純度幅E95を制御し、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
すなわち、スペクトル純度幅E95を制御する別の方法に、シード光自体のスペクトル純度幅E95を制御する手段がある。このシード光のスペクトル純度幅E95の制御には、つぎのように3つの方法がある。
2)−1 シード光のパルス波形の立上りを制御する方法(第2発明およびこれに従属する第6発明)。
2)−2 狭帯域化性能を制御する方法(第14発明)。
2)−3 音響波の伝搬速度を制御する方法(第19発明)。
上記いずれの方法を使用しても、出力されるシード光のスペクトル純度幅E95自体が変化するため、増幅されるレーザ光もそれに対応して変化する。
まず、第2発明およびこれに従属する第6発明について説明する。
図15は、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のレーザパルスの波形を、横軸を時間、縦軸をレーザ出力とするグラフで示している。
発振用レーザ装置100で放電が開始されてからパルスが立ち上がるまでの時間を小信号利得を小さくすることにより遅延させると、レーザパルス波形は、図15に破線で示す波形から実線で示す波形に変化する。このように、放電が開始してからレーザパルス波形が立ち上がるまでの時間を長くすることによって、つまりレーザパルスを時間的に後半にシフトすることによって、スペクトル純度幅を狭くすることができる。この理由は、図11に示すように、波長選択素子(LNM16)を数回通過後の光子が増幅されてパルスが立ち上がったためであり、ラウンドトリップ回数が多くなるほどスペクトル純度幅が小さくなるためである。逆に、小信号利得を大きくして、レーザパルスを前半にシフトすることによって、同様の原理(ラウンドトリップ回数が少なくなるほどスペクトル純度幅が大きくなる)によりスペクトル純度幅が広くなる。
以上のような特性を利用して、第2発明および第6発明では、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のレーザパルス波形の立ち上がりを制御することによって(図15参照)、シード光のスペクトル波形の波長線幅を図12(a)〜(e)に示すごとく変化させる。このようにシード光のスペクトル純度幅E95が変化するため、増幅用レーザ装置300で増幅されて出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95もそれに合わせて変化する。
具体的には、図17に示すように、発振用チャンバ10内のフッ素分子F2濃度を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御する(第6発明)。
また、シード光のレーザパルス波形を変化させ、スペクトル純度幅E95も変化させることができるパラメータとしては、F2の濃度以外に、全ガス圧力、充電電圧、充電回路のコンデンサの容量、容量比、予備電離コンデンサの容量、アウトプットカブラ(OC)反射率などがある(第7発明、第8発明、第9発明、第10発明、第11発明、第12発明)。
また、第2発明を実施することで、シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化dtに応じて、発振用レーザ装置100で放電を開始してから増幅用レーザ装置300で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御を行うことが望ましい(第13発明)。
本第13発明によれば、レーザ光出力の減少を抑制することができ、スペクトル純度幅の制御を効果的に行なうことが出来る。
第14発明では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、発振用レーザ装置100に、発振用チャンバ10内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、波面変化手段によって、発振用チャンバ10内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を変化させ、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する(第16発明)。
発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御して、スペクトル純度幅E95を制御できるパラメータとしては、他に、光の拡大率、光のビーム幅がある(第17発明、第18発明)。
第19発明では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、発振用レーザ装置100で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、発振用チャンバ10内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、シード光の発振周波数と発振用チャンバ10内のレーザガスの温度とスペクトル純度幅E95との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する(第21発明)。
第19発明に適用される原理について説明する。
発振用チャンバ10内のガス温度が変化することによって、スペクトル純度幅E95が変化する。この理由は、放電により発生する音響波がレーザ光路上の粒子密度分布を変化させレーザ波面を変化させるためである。ガス温度T[K]は、音響波の伝播速度vとの間で、
v ∝(T)1/2
という関係が成立する。このため、ガス温度を変化させると、音響波の伝播速度が変化し、レーザ光路上の粒子密度分布が変化し、レーザ波面が変化して、最終的には、スペクトル純度幅E95が変化する。
また、発振周波数の変化は、音響波に影響を与えるため、発振周波数に応じて、上述したガス温度とスペクトル純度幅E95との関係も変化する(図43)。
このように発振周波数によって、ガス温度とスペクトル純度幅E95の関係が変化するため、第19発明(第21発明)では、例えばデータベースに、各周波数におけるガス温度とスペクトル純度幅E95の相関関係(図44;L16、L17、L18)を記憶しておき、現在の発振周波数に対応する相関関係を読み出し、この読み出した相関関係に基づいて、ガス温度を変化させて、スペクトル純度幅E95を制御する。したがって、実際のスペクトル純度幅の制御は、レーザガス温度の制御として行われる。
つぎに、第3発明について説明する。
スペクトル純度幅E95を制御する別の方法として、上記1)の放電タイミングの制御と、2)のシード光のスペクトル純度幅E95の制御とを組み合わせる手段3)がある。この制御手段3)(第3発明)では、スペクトル純度幅E95を許容幅内に制御する上での同期許容幅の拡大が期待できる。ここで、同期許容幅とは、レーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる放電タイミングの範囲のことである。具体的には、同期許容幅は、図4で説明される。図4では、右側縦軸をレーザ出力としており、L2(MOPO方式の場合)、L2′(MOPA方式の場合)がレーザ光の出力の特性である。同期許容幅とは、増幅されたレーザ光の出力がピーク出力の例えば80%の割合に入るための放電タイミングdtの範囲のことを言う。この同期許容幅から外れると、レーザ出力が大きく減少することになる。MOPO方式のレーザ出力特性L2に対して、L2′がMOPA方式の場合のレーザ出力特性であり、このレーザ出力特性を比較してもわかるように、MOPA方式は、MOPO方式に比べて同期許容幅が小さい。
例えば、スペクトル純度幅E95をかなり細くする場合は、まず、2)のシード光のスペクトル純度幅E95の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を細くした上で、1)の放電タイミングの制御によって同期タイミング(図5)をシード光パルス波形の後半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり細くすることが可能である。逆に、スペクトル純度幅E95をかなり太くする場合は、まず、2)の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を太くした上で、1)の制御によって同期タイミング(図5)をシード光パルス波形の前半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり太くすることができる。シード光のE95制御と、放電タイミング制御の順番は以上の説明とは逆でも制御可能である。
図56は、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる(パルス立ち上がり時期を変化させる)制御とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いるタイミングチャートであり、横軸を時間とし縦軸をシード光出力(強度)として、シード光のパルス波形を示している。
図56(a)は、放電タイミングを遅延させ、さらにシード光のパルス波形を遅延させることで、スペクトル純度幅E95を小さくする場合を説明する図であり、図56(b)は、放電タイミングを早め、さらにシード光のパルス波形を早めることで、スペクトル純度幅E95を大きくする場合を説明する図である。
図56(a)は、図5で説明した効果と、図15で説明した効果を組み合わせた効果を示している。すなわち、矢印3Aにて示すように、放電タイミングを遅延させることで、シード光のパルス波形L3のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が太くなる部分L31からスペクトル純度幅が細くなる部分L32に移行する(図5で説明した効果)。更に、矢印3Bにて示すように、シード光のパルス波形をL3からL3′に遅延させることで、パルス波形L3′のうち、更にスペクトル純度幅が細くなる部分L32′に移行する(図15で説明した効果)。
スペクトル純度幅E95を大きくする場合も同様であり、図56(b)の矢印13Aにて示すように、放電タイミングを早めることで、シード光のパルス波形L3のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が細くなる部分L32からスペクトル純度幅が太くなる部分L31に移行する(図5で説明した効果)。更に、矢印13Bにて示すように、シード光のパルス波形をL3からL3″に早めることで、パルス波形L3″のうち、更にスペクトル純度幅が太くなる部分L31″に移行する(図15で説明した効果)。
この結果、放電タイミングdtの制御幅、つまりレーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅は、3Cから3Dに一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
つぎに、第1発明と第14発明を組み合わせた第15発明、第1発明と第19発明を組み合わせた第20発明の効果について説明する。
図57は、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御(狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御)とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いた図であり、前述した図4と同様に、横軸を放電タイミングdtとし縦軸をスペクトル純度幅E95で示している。
図57における特性L1は、図4に示す特性L1に相当する。
目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を大きくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を大きくする制御を行う。これにより、特性L1から、よりスペクトル純度幅が大きくなる特性L1Aに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を大きくするために放電タイミングdtを減少させる制御を行う。これにより特性L1A上で、放電タイミングが減少する方向に変化する。
また、目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を小さくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を小さくする制御を行う。これにより、特性L1から、よりスペクトル純度幅が小さくなる特性L1Bに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を小さくするために放電タイミングdtを増加させる制御を行う。これにより特性L1B上で、放電タイミングが増加する方向に変化する。
そこで、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御のみを行った場合のスペクトル純度幅E95の制御幅1Aと、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御と放電タイミングdtを変化させる制御とを組み合わせた場合の制御幅1Bを比較すると、両制御を組み合わせた方が、同じ同期許容幅内(横軸)であればスペクトル純度幅E95の制御幅(縦軸)が拡大しているのが、読み取れる。
このように、両制御を組み合わせた制御を行うことで、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
更に上記第1発明、第2発明、第3発明(第15発明、第20発明)に、発振用チャンバ10の放電パルスをストレッチさせる制御を組み合わせれば(第5発明)、シード光のパルス波形が長くなることから、同期許容幅が拡大される(図14参照)。このため、さらにスペクトル純度幅E95の制御範囲を大きすることができる。また、同期許容幅が広がることによって、増幅されたレーザ光の出力についても、放電タイミングdtの変化に対して、そのレーザ出力変化量を小さく抑えることができるようになり、レーザ出力が安定しやすくなる。
以上のように、本発明によれば、中心波長の制御に影響を与えることなくスペクトル純度幅(スペクトル指標値)の安定化制御を行えることができるため、見かけ上のスペクトル純度幅の制御を行うことで発生する従来技術の諸問題点を解決できる。
The inventor has determined that the spectral purity range E95 (representative spectrum index value) of laser light output from the laser device (two-stage laser device) 2 shown in FIG. It has been found that it is determined by the discharge timing from the start to the start of discharge in the amplification chamber 30 and the spectral purity range E95 of the laser light (seed light) output from the oscillation chamber 10. It has been found that parameters such as the discharge timing and the spectral purity range of the seed light are parameters that can be controlled independently of the center wavelength control.
In addition, in order to eliminate the fluctuation of the spectral purity range due to various fluctuation factors and stabilize within a certain allowable range, the spectral purity range is monitored (measured) with the spectral purity range E95 detector (spectral purity range measuring means) It was found that if the spectral purity range fluctuates from the target spectral purity range, the spectral purity range E95 may be controlled to be the target spectral purity range.
That is, the stabilization control of the spectral purity range is mainly performed by
1) The discharge timing is changed (first invention).
2) The spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 is changed (second invention).
3) The spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 is changed, and the discharge timing is also changed (third invention).
It is realized by three types of means. Among these, 3) has the greatest effect of stabilization control.
The “control of the apparent spectral purity range” described in the prior art changes the wavelength for each pulse, and therefore, depending on the stabilization control of the spectral purity range, the best on the wafer for each pulse. The focus position changes and exposure is performed. Thus, since independent center wavelength control cannot be performed, the problem of the best focus position shift arises.
On the other hand, according to the control means 1), 2), 3) (first invention, second invention, third invention) of the present invention, the spectral purity range can be substantially increased or decreased. On the other hand, the center wavelength can be controlled independently. For this reason, the center wavelength does not change and the position of the best focus does not change while stabilizing the spectral purity range. Since an optimum spectral shape for the projection lens of the exposure apparatus 3 is obtained and there is no position shift of the best focus, the imaging performance of the projection lens can be maintained.
In the first invention, the spectral purity width E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity width measuring means, and the measured spectral purity width E95 is an allowable width E950 ± of the target spectral purity width E950. The spectral purity range E95 is stabilized and controlled by controlling the discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device 100 to the start of the discharge by the amplification laser device 300 so as to be within dE95.
That is, the two-stage laser system shown in FIG. 1 differs from the one-stage laser system in that the spectral purity width depends on the discharge timing from the start of discharge in the oscillation chamber 10 to the start of discharge in the amplification chamber 30. E95 can be controlled.
FIG. 4 shows how the spectral purity range E95 changes according to the discharge timing dt.
The dt on the horizontal axis of the graph of FIG. 4 is the discharge timing, that is, the time from the start of discharge in the oscillation chamber 10 to the start of discharge in the amplification chamber 30. The vertical axis on the left side of the graph of FIG. 4 is the spectral purity range E95. As shown in the spectral purity range characteristic L1, the spectral purity range E95 decreases as the discharge timing dt increases (the discharge timing is delayed). I understand. The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows a pulse waveform L3 of the seed light. As shown in FIG. 5, the oscillating laser beam serving as the seed light has a temporal spectral purity width E95 distribution, and the spectral purity width E95 decreases as it goes backward of the laser pulse waveform. Therefore, the spectral purity width E95 of the amplified laser light is determined depending on which part of the seed light pulse waveform having the temporal spectral purity width E95 distribution shown in FIG. For example, when the discharge timing dt is delayed and the discharge is synchronized with the latter half of the pulse waveform of the seed light, the seed light having a narrow spectral purity range E95 is amplified, and as a result, the spectral purity of the amplified laser light The width E95 becomes thinner. On the contrary, when the discharge timing dt is advanced and the discharge is synchronized with the first half of the pulse waveform of the seed light, the seed light having a wide spectral purity range E95 is amplified, and as a result, the amplified laser light The spectral purity range E95 becomes thicker.
By using such characteristics, in the first invention, when the monitored (measured) spectral purity range E95 increases, the discharge timing dt is delayed to decrease the spectral purity range E95, and the spectral purity range E95 decreases. In such a case, control is performed so as to increase the spectral purity range E95 by advancing the discharge timing dt.
If the timing of starting discharge in the amplification laser device 300 is matched with the first half of the seed light pulse waveform L3 output from the oscillation laser device 100, light having a wide spectral width in the first half of the seed light pulse waveform L3 is amplified. In contrast, if the second half of the seed light pulse waveform L3 is matched, light having a narrow spectral width in the second half is amplified (see FIG. 5).
On the left vertical axis in FIG. 4, the target value of the spectral purity range is set to E950, and the allowable range is set to E950 ± dE95.
For example, it is assumed that the laser devices 100 and 300 are operated on the curve L1 with the discharge timing dt set to dt0 so that the spectral purity range matches the target value E950.
Here, when the actually measured spectral purity range E95 is wide (when E95 increases), that is, when the curve L1 changes from the curve L1 to the curve L1 (a), as indicated by the arrow LA, the discharge timing dt Is delayed to change from dt0 to dt2. By delaying the discharge timing dt from dt0 to dt2 in this way, the spectral purity range becomes narrow and can be returned to the original target value E950.
Conversely, when the actually measured spectral purity range E95 is narrowed (when E95 is reduced), that is, when the spectrum purity range E1 is changed from the curve L1 to the curve L1 (b), as shown by the arrow LB, the discharge timing dt To change from dt0 to dt1. Thus, by advancing the discharge timing dt from dt0 to dt1, the spectral purity range becomes wide and can be returned to the original target value E950.
However, as shown in FIG. 4, the control width of the spectral purity range (vertical axis in FIG. 4) is related to the control width of the discharge timing dt (horizontal axis in FIG. 4), and the laser output becomes an allowable level or more. It is desirable that it is within a range (vertical axis in FIG. 4) corresponding to the allowable synchronization width (horizontal axis in FIG. 4) (fourth invention).
In the second invention, the spectral purity width E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity width measuring means, and the measured spectral purity width E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity width E950. By controlling the spectral purity width E95 of the seed light output from the oscillation laser device 100 so as to be within dE95, the spectral purity width E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized. .
In a sixth invention subordinate to the second invention, the spectral purity width E95 of the seed light is controlled by changing the time from the start of discharge in the oscillation laser device 100 to the rise of the laser pulse, and the amplification laser Stabilization control is performed on the spectral purity range E95 of the laser beam output from the apparatus 300.
That is, as another method for controlling the spectral purity range E95, there is a means for controlling the spectral purity range E95 of the seed light itself. There are three methods for controlling the spectral purity range E95 of the seed light as follows.
2) -1 Method for controlling the rising of the pulse waveform of the seed light (second invention and sixth invention subordinate thereto).
2) -2 Method for controlling narrowband performance (14th invention).
2) -3 Method for controlling propagation speed of acoustic wave (19th invention).
Regardless of which method is used, the spectral purity range E95 itself of the output seed light changes, so that the amplified laser light also changes correspondingly.
First, the second invention and the sixth invention subordinate thereto will be described.
FIG. 15 shows the waveform of the laser pulse of the seed light output from the oscillation laser device 100 as a graph with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing laser output.
When the time from the start of discharge in the oscillation laser device 100 to the rise of the pulse is delayed by reducing the small signal gain, the laser pulse waveform changes from the waveform shown by the broken line to the waveform shown by the solid line in FIG. To do. In this way, the spectral purity range can be narrowed by increasing the time from the start of discharge to the rise of the laser pulse waveform, that is, by shifting the laser pulse to the latter half of the time. This is because, as shown in FIG. 11, the photon after passing through the wavelength selection element (LNM16) several times is amplified and the pulse rises, and the spectrum purity width decreases as the number of round trips increases. . On the other hand, by increasing the small signal gain and shifting the laser pulse to the first half, the spectral purity width is widened by the same principle (the spectral purity width increases as the number of round trips decreases).
By utilizing the above characteristics, in the second and sixth inventions, by controlling the rise of the laser pulse waveform of the seed light output from the oscillation laser device 100 (see FIG. 15), The wavelength line width of the spectrum waveform is changed as shown in FIGS. Since the spectral purity width E95 of the seed light changes in this way, the spectral purity width E95 of the laser light amplified and output by the amplification laser device 300 also changes accordingly.
Specifically, as shown in FIG. 17, by changing the fluorine molecule F2 concentration in the oscillation chamber 10, the pulse waveform of the seed light is changed, thereby controlling the rise of the laser pulse, and the spectral purity range. E95 is controlled to be stabilized (sixth invention).
Parameters that can change the laser pulse waveform of the seed light and also change the spectral purity range E95 include the total gas pressure, charging voltage, capacitor capacity of the charging circuit, capacity ratio, reserve, in addition to the F2 concentration. There are the capacity of the ionizing capacitor, the output fogger (OC) reflectivity, etc. (the seventh invention, the eighth invention, the ninth invention, the tenth invention, the eleventh invention, the twelfth invention).
In addition, by implementing the second invention, when the rise time of the pulse waveform of the seed light changes, the oscillation laser device 100 starts discharging according to the change dt of the rise time of the pulse waveform. It is desirable to change the discharge timing from the start to the start of discharge in the amplification laser device 300 so that the discharge timing coincides with a desired synchronization timing (13th invention).
According to the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in laser light output and to effectively control the spectral purity range.
In the fourteenth invention, the spectral purity width E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity width measuring means, and the measured spectral purity width E95 is an allowable width E950 ± of the target spectral purity width E950. By controlling the narrowing performance of the oscillation laser device 100 so as to be within dE95, the spectral purity range E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized.
Specifically, the oscillation laser device 100 is provided with wavefront changing means for changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10, and the wavefront changing means changes the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10. By changing, the band narrowing performance of the oscillation laser device 100 is changed, and the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized (the sixteenth invention).
Other parameters that can control the spectral band width E95 by controlling the band narrowing performance of the oscillation laser device 100 include a light magnification factor and a light beam width (17th and 18th inventions).
In the nineteenth aspect of the invention, the spectral purity width E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity width measuring means, and the measured spectral purity width E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity width E950. By controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber so as to be within dE95, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized.
Specifically, an oscillation frequency detecting means for detecting the oscillation frequency of the seed light oscillated by the oscillation laser apparatus 100 and a laser gas temperature changing means for changing the temperature of the laser gas in the oscillation chamber 10 are provided. Based on the relationship between the oscillation frequency of light, the temperature of the laser gas in the oscillation chamber 10 and the spectral purity range E95, the laser gas temperature is changed according to the oscillation frequency of the detected seed light, and the amplification laser device 300 Stabilization control is performed on the spectral purity range E95 of the laser beam to be output (21st invention).
The principle applied to the nineteenth invention will be described.
As the gas temperature in the oscillation chamber 10 changes, the spectral purity range E95 changes. This is because the acoustic wave generated by the discharge changes the particle density distribution on the laser optical path and changes the laser wavefront. The gas temperature T [K] is between the acoustic wave propagation velocity v and
v ∝ (T) 1/2
The relationship is established. Therefore, when the gas temperature is changed, the propagation speed of the acoustic wave changes, the particle density distribution on the laser optical path changes, the laser wavefront changes, and finally the spectral purity range E95 changes.
In addition, since the change in the oscillation frequency affects the acoustic wave, the relationship between the gas temperature and the spectral purity range E95 described above also changes according to the oscillation frequency (FIG. 43).
As described above, since the relationship between the gas temperature and the spectral purity range E95 varies depending on the oscillation frequency, in the nineteenth aspect (the twenty-first aspect), for example, the database shows the correlation between the gas temperature and the spectral purity range E95 (see FIG. 44; L16, L17, and L18) are stored, the correlation corresponding to the current oscillation frequency is read, and the spectral temperature range E95 is controlled by changing the gas temperature based on the read correlation. Therefore, the actual spectral purity range is controlled as the laser gas temperature.
Next, the third invention will be described.
As another method for controlling the spectral purity range E95, there is means 3) that combines the control of the discharge timing in 1) and the control of the spectral purity range E95 of the seed light in 2). In this control means 3) (third invention), it is expected that the synchronization allowable range is expanded when the spectral purity range E95 is controlled within the allowable range. Here, the allowable synchronization width is a discharge timing range in which the energy of the laser beam is equal to or higher than an allowable level. Specifically, the allowable synchronization width will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the right vertical axis represents the laser output, and L2 (in the case of the MOPO system) and L2 ′ (in the case of the MOPA system) are laser light output characteristics. The allowable synchronization width refers to the range of the discharge timing dt for the amplified laser light output to fall within a ratio of, for example, 80% of the peak output. If the synchronization tolerance is deviated, the laser output is greatly reduced. Compared to the laser output characteristic L2 of the MOPO system, L2 ′ is a laser output characteristic when the MOPA system is used. As can be seen from a comparison of the laser output characteristics, the MOPA system has an allowable synchronization width compared to the MOPO system. Is small.
For example, when the spectral purity width E95 is considerably narrowed, first, the spectral purity width E95 of the seed light itself is narrowed by controlling the spectral purity width E95 of the seed light, and then the discharge timing of 1) is controlled. If the synchronization timing (FIG. 5) is adjusted to the latter half of the seed light pulse waveform, the spectral purity range E95 can be made considerably narrower. Conversely, when the spectral purity range E95 is considerably thickened, first, the spectral purity range E95 of the seed light itself is increased by the control of 2), and then the synchronization timing (FIG. 5) is set by the control of 1) as the seed light pulse. By matching the first half of the waveform, the spectral purity range E95 can be considerably increased. The order of the seed light E95 control and the discharge timing control can be controlled in reverse to the above description.
FIG. 56 is a timing chart used to explain the effect when the control for changing the discharge timing and the control for changing the pulse waveform (changing the pulse rising timing) are used, with the horizontal axis representing time and the vertical axis Is a seed light output (intensity), and shows a pulse waveform of the seed light.
FIG. 56 (a) is a diagram for explaining a case where the spectral purity range E95 is reduced by delaying the discharge timing and further delaying the pulse waveform of the seed light, and FIG. 56 (b) shows the discharge timing. It is a figure explaining the case where the spectral purity range E95 is enlarged by speeding up the pulse waveform of seed light earlier.
FIG. 56A shows an effect obtained by combining the effect described in FIG. 5 and the effect described in FIG. That is, as shown by an arrow 3A, by delaying the discharge timing, the seed light wavelength portion to be amplified in the seed light pulse waveform L3 has a spectral purity width from a portion L31 where the spectral purity width becomes thicker. The process shifts to the thinned portion L32 (the effect described in FIG. 5). Further, as indicated by an arrow 3B, the pulse waveform of the seed light is delayed from L3 to L3 ′, thereby shifting to a portion L32 ′ in which the spectral purity width is further narrowed in the pulse waveform L3 ′ (in FIG. 15). Explained effect).
The same applies to the case where the spectral purity range E95 is increased. As shown by the arrow 13A in FIG. 56 (b), by increasing the discharge timing, the seed light wavelength to be amplified in the pulse waveform L3 of the seed light. The portion shifts from the portion L32 where the spectral purity width is narrowed to the portion L31 where the spectral purity width is thick (the effect described in FIG. 5). Furthermore, as shown by an arrow 13B, the pulse waveform of the seed light is advanced from L3 to L3 ″, so that the pulse waveform L3 ″ shifts to a portion L31 ″ where the spectral purity width becomes thicker (described in FIG. 15). Effect).
As a result, the control width of the discharge timing dt, that is, the synchronization allowable width where the laser output is equal to or higher than the allowable level is further expanded from 3C to 3D, and the controllability is dramatically improved.
Next, the effects of the fifteenth invention combining the first invention and the fourteenth invention, and the twentieth invention combining the first invention and the nineteenth invention will be described.
FIG. 57 shows the effect of combining the control for changing the discharge timing and the control for changing the spectral purity range of the seed light (control for changing the band narrowing performance or control for changing the propagation speed of the acoustic wave). It is a figure used for explanation, and the horizontal axis indicates the discharge timing dt and the vertical axis indicates the spectral purity range E95 as in FIG. 4 described above.
A characteristic L1 in FIG. 57 corresponds to the characteristic L1 shown in FIG.
In order to increase the spectral purity range E95 so as to coincide with the target spectral purity range E950, first, control is performed to increase the spectral purity range of the seed light. As a result, the characteristic L1 changes to a characteristic L1A in which the spectral purity range becomes larger. Further, control is performed to decrease the discharge timing dt in order to increase the spectral purity range E95. As a result, the discharge timing changes in the direction of decreasing on the characteristic L1A.
In order to reduce the spectral purity range E95 so as to coincide with the target spectral purity range E950, first, control is performed to reduce the spectral purity range of the seed light. As a result, the characteristic L1 changes to a characteristic L1B having a smaller spectral purity range. Furthermore, control is performed to increase the discharge timing dt in order to reduce the spectral purity range E95. As a result, the discharge timing changes in the direction of increasing on the characteristic L1B.
Therefore, the control width 1A of the spectral purity width E95 when only the control for changing the spectral purity width of the seed light is combined with the control for changing the spectral purity width of the seed light and the control for changing the discharge timing dt. Comparing the control width 1B in this case, it can be read that the control width (vertical axis) of the spectral purity range E95 is expanded if the two controls are combined within the same synchronization allowable width (horizontal axis).
In this way, by performing control combining both controls, the range in which the spectral purity range E95 can be swung within the same allowable synchronization range is further expanded, and the controllability is greatly improved.
Further, if the control of stretching the discharge pulse of the oscillation chamber 10 is combined with the first invention, the second invention, and the third invention (15th invention and 20th invention) (the fifth invention), the pulse waveform of the seed light Becomes longer, the allowable synchronization width is expanded (see FIG. 14). For this reason, the control range of the spectral purity range E95 can be further increased. Further, since the allowable synchronization width is widened, the output of the amplified laser beam can be suppressed to a small amount with respect to the change of the discharge timing dt, and the laser output is easily stabilized. Become.
As described above, according to the present invention, it is possible to control the stabilization of the spectral purity range (spectral index value) without affecting the control of the center wavelength, and thus control the apparent spectral purity range. It is possible to solve various problems of the prior art.

図1は本実施形態に係るレーザシステムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a laser system according to the present embodiment. 図2(a)、(b)は各チャンバ及びその近傍の構成図である。2A and 2B are configuration diagrams of each chamber and its vicinity. 図3(a)、(b)は電源の構成を電気回路で示す図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the configuration of the power supply in an electric circuit. 図4は放電タイミングとスペクトル純度幅の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the discharge timing and the spectral purity range. 図5はシード光のパルス波形と同期タイミングによるスペクトル純度幅が決定されることを説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining that the spectral purity width is determined by the pulse waveform of the seed light and the synchronization timing. 図6はスペクトル純度幅の計測サブルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a spectral purity range measurement subroutine. 図7はスペクトル純度幅の安定化制御のメインルーチンを示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a main routine of the spectral purity range stabilization control. 図8はモニタモジュールの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of the monitor module. 図9は計測したスペクトル指標値と真値との相関関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the measured spectrum index value and the true value. 図10はスペクトル純度幅を計測するサブルーチンを示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine for measuring the spectral purity range. 図11(a)〜(j)はラウンドトリップ回数とレーザパルス波形及びスペクトル純度幅の関係を説明するために用いた図である。FIGS. 11A to 11J are diagrams used to explain the relationship between the number of round trips, the laser pulse waveform, and the spectral purity range. 図12はラウンドトリップ回数とスペクトル波形との関係を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the number of round trips and the spectrum waveform. 図13は放電タイミング制御のサブルーチン(実施例1)を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing a discharge timing control subroutine (Example 1). 図14はパルスストレッチの効果を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the effect of pulse stretching. 図15はパルス波形制御によるスペクトルの変化を説明する図である。FIG. 15 is a diagram for explaining the change of the spectrum by the pulse waveform control. 図16はフッ素濃度とスペクトル純度幅、レーザ出力の関係を示す図である。FIG. 16 is a graph showing the relationship between fluorine concentration, spectral purity range, and laser output. 図17はフッ素濃度とレーザパルス波形の関係を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the fluorine concentration and the laser pulse waveform. 図18はフッ素濃度の制御のサブルーチン(実施例4)のフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart of a fluorine concentration control subroutine (Example 4). 図19は全ガス圧力の制御のサブルーチン(実施例5)のフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart of a subroutine for controlling the total gas pressure (Example 5). 図20は充電電圧の制御のサブルーチン(実施例6)のフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart of the charging voltage control subroutine (Embodiment 6). 図21(a)、(b)はアウトプットカプラの反射率を変化させる方法を説明する図である。FIGS. 21A and 21B are diagrams illustrating a method of changing the reflectance of the output coupler. 図22(a)、(b)、(c)はコンデンサ容量による各パルス波形の変化を示す図である。22 (a), 22 (b), and 22 (c) are diagrams showing changes in pulse waveforms due to capacitor capacitance. 図23はピーキングコンデンサ容量とスペクトル純度幅の関係を示す図である。FIG. 23 is a graph showing the relationship between the peaking capacitor capacity and the spectral purity range. 図24はピーキングコンデンサの温度制御のサブルーチン(実施例9)のフローチャートである。FIG. 24 is a flowchart of a subroutine (Example 9) for controlling the temperature of the peaking capacitor. 図25(a)、(b)、(c)はシード光のパルス波形の変化に対して放電タイミングが固定の場合の効果を説明する図である。FIGS. 25A, 25B, and 25C are diagrams for explaining the effect when the discharge timing is fixed with respect to the change in the pulse waveform of the seed light. 図26(a)、(b)、(c)はシード光のパルス波形の変化に合わせて放電タイミングを変化させた場合の効果を説明する図である。FIGS. 26A, 26B, and 26C are diagrams for explaining the effect when the discharge timing is changed in accordance with the change in the pulse waveform of the seed light. 図27はシード光のパルス波形の変化に合わせて放電タイミングを変化させる制御のサブルーチン(実施例8)のフローチャートである。FIG. 27 is a flowchart of a control subroutine (Embodiment 8) for changing the discharge timing in accordance with the change in the pulse waveform of the seed light. 図28はグレーティングの曲率半径とスペクトル純度幅の関係を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the radius of curvature of the grating and the spectral purity range. 図29はグレーティングの曲げ機構を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a grating bending mechanism. 図30は波面修正によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例11)をフローチャートで示す図である。FIG. 30 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Embodiment 11) by wavefront correction. 図31はディフォーマブルミラーによるレーザ波面制御システムを例示した図である。FIG. 31 is a diagram illustrating a laser wavefront control system using a deformable mirror. 図32はライン型のディフォーマブルミラーを示す図である。FIG. 32 shows a line type deformable mirror. 図33はレーザ光波面の曲率半径とスペクトル純度幅の関係を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the radius of curvature of the laser light wavefront and the spectral purity range. 図34は波面修正によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例12)をフローチャートで示す図である。FIG. 34 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Embodiment 12) by wavefront correction. 図35(a)、(b)は拡大率(倍率)変更によるスペクトル純度幅制御を説明する図である。FIGS. 35A and 35B are diagrams for explaining spectral purity range control by changing the enlargement ratio (magnification). 図36は拡大率(倍率)変更によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例13)をフローチャートで示す図である。FIG. 36 is a flowchart showing a subroutine (embodiment 13) for spectral purity range control by changing the enlargement ratio (magnification). 図37は拡大率を大きくする制御のサブルーチンをフローチャートで示す図である。FIG. 37 is a flowchart showing a control subroutine for increasing the enlargement ratio. 図38は拡大率を小さくする制御のサブルーチンをフローチャートで示す図である。FIG. 38 is a flowchart showing a control subroutine for reducing the enlargement ratio. 図39(a)、(b)は拡大率とスペクトル幅、発振用レーザ装置の出力との関係を示す図である。FIGS. 39A and 39B are diagrams showing the relationship between the enlargement ratio, the spectrum width, and the output of the oscillation laser device. 図40はスリット幅によるスペクトル幅制御を説明する図である。FIG. 40 is a diagram for explaining the spectral width control by the slit width. 図41はスリット幅とスペクトル幅の関係を示す図である。FIG. 41 is a diagram showing the relationship between the slit width and the spectral width. 図42はスリット制御によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例14)をフローチャートで示す図である。FIG. 42 is a flowchart showing a subroutine (Example 14) of spectral purity range control by slit control. 図43は発振周波数とスペクトル純度幅がガス温度に依存して変化する様子を示す図である。FIG. 43 is a diagram showing how the oscillation frequency and the spectral purity range change depending on the gas temperature. 図44はガス温度とスペクトル純度幅の関係を示す図である。FIG. 44 is a graph showing the relationship between the gas temperature and the spectral purity range. 図45は温度センサの構成例を示す図である。FIG. 45 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature sensor. 図46は温度センサの構成例を示す図である。FIG. 46 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature sensor. 図47は温度センサの構成例を示す図である。FIG. 47 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature sensor. 図48は温度センサの構成例を示す図である。FIG. 48 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature sensor. 図49はガス温度を変化させる構成を例示した図である。FIG. 49 is a diagram illustrating a configuration for changing the gas temperature. 図50はガス温度を変化させる構成を例示した図である。FIG. 50 is a diagram illustrating a configuration for changing the gas temperature. 図51はガス温度を変化させる構成を例示した図である。FIG. 51 is a diagram illustrating a configuration for changing the gas temperature. 図52はガス温度を変化させる構成を例示した図である。FIG. 52 is a diagram illustrating a configuration for changing the gas temperature. 図53はガス温度制御によるスペクトル純度幅制御のサブルーチンをフローチャート(実施例15)で示す図である。FIG. 53 is a flowchart (embodiment 15) showing a subroutine of spectral purity range control by gas temperature control. 図54は波面補正器を使用した狭帯域化モジュールの構成例を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing a configuration example of a narrowband module using a wavefront corrector. 図55(a)、(b)は波面補正器の構成例を示す図である。FIGS. 55A and 55B are diagrams showing a configuration example of the wavefront corrector. 図56(a)、(b)は放電タイミングの制御とパルス波形制御の組合せの効果を説明する図である。56 (a) and 56 (b) are diagrams for explaining the effect of a combination of discharge timing control and pulse waveform control. 図57は放電タイミングの制御とシード光のスペクトル純度幅制御の組合せの効果を説明する図である。FIG. 57 is a diagram for explaining the effect of a combination of discharge timing control and seed light spectral purity range control. 図58はパルス波形制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例16)をフローチャートで示す図である。FIG. 58 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Embodiment 16) combining pulse waveform control and discharge timing control. 図59はシード光のスペクトル純度幅制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例18)をフローチャートで示す図である。FIG. 59 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Embodiment 18) combining the spectral purity range control of seed light and the discharge timing control. 図60はパルス波形制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例17)をフローチャートで示す図である。FIG. 60 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Example 17) combining pulse waveform control and discharge timing control. 図61はシード光のスペクトル純度幅制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン(実施例19)をフローチャートで示す図である。FIG. 61 is a flowchart showing a spectral purity range control subroutine (Example 19) in which the spectral purity range control of seed light and the discharge timing control are combined. 図62(a)、(b)、(c)はMOPA方式の場合の増幅を説明する図である。62A, 62B, and 62C are diagrams for explaining amplification in the case of the MOPA method. 図63(a)、(b)、(c)はMOPO方式の場合の増幅を説明する図である。63A, 63B, and 63C are diagrams illustrating amplification in the case of the MOPO method. 図64は充電電圧およびレーザガス全圧とレーザパルス波形との関係を示す図である。FIG. 64 is a diagram showing the relationship between the charging voltage, the laser gas total pressure, and the laser pulse waveform.

以下、図面を参照して本発明に係る狭帯域化レーザ装置の実施の形態について説明する。
(スペクトル指標値)
まず、本明細書に使用される用語の意味について説明する。本明細書において、スペクトル指標値というときは、スペクトル線幅、スペクトル純度幅、コントラストロス、スペクトル標準偏差、白色OTF(Optical Transfer Function)を含む意味で使用する。
スペクトル線幅とは、レーザ光のスペクトル波形の光量値における全幅であり、特にスペクトル波形をピーク値の半値で切った全幅の半値全幅FWHM(Full Width at Half Maximum)で評価することが多い。
スペクトル純度幅とは、全スペクトルエネルギーのうち中心波長λ0を中心としてある割合のエネルギーが占める部分の全幅であり、特に95%のエネルギーが入るスペクトル幅で評価される場合が多い。本明細書では、スペクトル純度幅を、特に「E95」と呼ぶ。スペクトル純度幅E95に関しては、波長をλ、中心波長をλ0として、下記(1)式が成り立つ。

Figure 2012104846
Embodiments of a narrow-band laser device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Spectrum index value)
First, the meaning of terms used in this specification will be described. In this specification, the term “spectral index value” is used to mean including spectral line width, spectral purity width, contrast loss, spectral standard deviation, and white OTF (Optical Transfer Function).
The spectral line width is the full width of the light intensity value of the spectral waveform of the laser beam, and in particular, the full width at half maximum FWHM (Full Width at Half Maximum) obtained by cutting the spectral waveform by half the peak value is often evaluated.
The spectral purity width is the total width of the portion occupied by a certain proportion of energy centered on the center wavelength λ 0 of the total spectral energy, and is often evaluated with a spectral width that contains 95% of energy in particular. In this specification, the spectral purity range is specifically referred to as “E95”. Regarding the spectral purity range E95, the following equation (1) is established, where the wavelength is λ and the center wavelength is λ0.
Figure 2012104846

コントラストロスとは、レーザ光のスペクトル波形が色収差に与える指標値であり、露光装置の光学系における波長ごとの色収差量を表す色収差量関数p(λ)とスペクトル波形g(λ)の積を波長に関して積分した値である。コントラストロスに関しては、下記(2)式が成り立つ。
CL=∫g(λ)・p(λ)dλ ...(2)
スペクトル標準偏差σは、下式(3)、(4)で定義される指標値である。
λ0=(∫λ・g(λ)dλ)/(∫g(λ)dλ) ...(3)
σ2=∫[g(λ+λ0)−g(λ0)]2dλ ...(4)
白色OTFは、単色光のOTFとスペクトル波形に基づいて、下式(5)から求めることができる指標値である。

Figure 2012104846
Contrast loss is an index value given to chromatic aberration by the spectral waveform of laser light. The product of chromatic aberration function p (λ) and spectral waveform g (λ) representing the amount of chromatic aberration for each wavelength in the optical system of the exposure apparatus is the wavelength. Is the integrated value of. Regarding contrast loss, the following equation (2) holds.
CL = ∫g (λ) · p (λ) dλ (2)
The spectrum standard deviation σ is an index value defined by the following expressions (3) and (4).
λ0 = (∫λ · g (λ) dλ) / (∫g (λ) dλ) (3)
σ2 = ∫ [g (λ + λ0) −g (λ0)] 2dλ (4)
The white OTF is an index value that can be obtained from the following equation (5) based on the OTF of monochromatic light and the spectrum waveform.
Figure 2012104846

(5)式において、Rλ(u,v)は各単色のOTFであり、Rw(u,v)は白色OTFである。またWλは各波長に対する重み(波長の強度分布)である。
以下では、スペクトル指標値を、スペクトル純度幅に代表させて説明するが、本発明は、その他のスペクトル指標値の制御に対しても適用することができる。
(2ステージレーザシステム)
つぎに、本発明の前提となる2ステージレーザシステムの概要について説明する。
近年になって、狭帯域化されたレーザの高出力化が要求されている。これを達成する良く知られた方式に、2ステージレーザシステムがある。2ステージレーザシステムとは、狭帯域化した線幅の狭い光(シード光;種レーザ光)を発生させる発振用レーザ装置と、そのシード光(種レーザ光)の強度を増幅させる増幅用レーザ装置から成るレーザシステムのことである。2ステージレーザシステムは、レーザチャンバを1つしかもたない1ステージレーザとは異なり、狭帯域化による出力の低下に対して、増幅用レーザ装置によって出力を増加させることができるという特長がある。
2ステージレーザシステムの方式には、増幅の手段の違いによりMOPO方式とMOPA方式の2種類がある。
MOPOは、Master Oscillator, Power Oscillatorの略であり、発振用レーザ装置を構成する発振用チャンバのみならず、増幅用チャンバにも共振器が備えられている方式のことであり、増幅用装置単体でもレーザ発振することができる。一方、MOPAは、Master Oscillator, Power Ampliferの略であり、増幅用チャンバには共振器が備えられていない方式のことであり、シード光がないと、レーザ光は取り出せない。
以下、特に記載のない場合、発振用レーザ装置から出力される光を「シード光」と呼び、増幅用レーザ装置から出力される光を「レーザ光」と呼ぶ。
図62(a)、(b)、(c)は、MOPA方式で行われる増幅の様子を示す図で、シード光の波形、増幅装置の利得曲線、レーザ光の波形それぞれを時間軸に対応させて示している。
MOPA方式では、同図62に示すように、シード光と増幅用レーザ装置の利得曲線が重なった部分(斜線で示す部分)のみが増幅され、シード光の持つスペクトル純度幅E95成分をそのまま増幅する。
一方、MOPO方式で行われる増幅の様子は、図62と同様な図63で示される。
MOPO方式では、図63に示すように、増幅用レーザ装置の利得曲線とシード光が最初に重なった部分(斜線で示す部分)のシード光のE95成分のみが増幅されてレーザ光が出力される。このようにMOPA方式では、重なった部分しかレーザ光にならないので、同期許容幅、つまり発振用レーザ装置で放電を開始してから増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの時間(放電タイミング)の許容幅がMOPO方式よりも短い。
(本実施形態に係るMOPO方式レーザシステムの説明)
つぎに、MOPO方式を代表させて、実施形態のレーザシステムの構成について説明する。
図1は、実施形態のレーザシステムの構成図である。図1は、MOPO方式の2ステージレーザ装置を示している。図2(a)は、図1に示す発振用チャンバとその近傍の構成を示す図であり、図2(b)は、図1に示す増幅用チャンバと、その近傍の構成を示す図である。
実施形態のレーザシステムは、大きくは、2ステージレーザ装置2とから成り、その後段に露光装置3がある。そして、2ステージレーザ装置2は、大きくは、発振用チャンバ10内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置(OSC)100と、増幅用チャンバ内30でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置(AMP)300とからなる。このように発振用レーザ装置100では、狭帯域化されたシード光が生成され、増幅用レーザ装置300では、発振用レーザ装置100から出力されたシード光が増幅される。
2ステージレーザ装置2全体のスペクトル特性は、発振用レーザ100から出力されるシード光のスペクトル特性によって決定される。そして、2ステージレーザ装置2自体のレーザ出力(エネルギーまたはパワー)は、増幅用レーザ装置300の増幅能力によって決定される。
増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光は、露光装置3に入力され、入力されたレーザ光は、例えば半導体ウェーハなどの露光対象の露光に用いられる。
発振用レーザ装置100は、発振用チャンバ10と、充電器11と、発振用高電圧パルス発生器12と、ガス供給排気ユニット14と、冷却水供給ユニット15と、LNM16と、フロントミラー17と、第1モニタモジュール19と、放電検出部20とで構成されている。
増幅用レーザ装置300は、増幅用チャンバ30と、充電器31と、増幅用高電圧パルス発生器32と、ガス供給・排気ユニット34と、冷却水供給ユニット35と、リア側ミラー36と、出力ミラー37と、第2モニタモジュール39とで構成されている。なお、ミラー36と37により構成される光共振器は不安定共振器であることは必須ではなく、安定共振器やいずれのミラーも平面のエタロン型共振器であってもよい。
発振用レーザ装置100と増幅用レーザ装置300とでは、それらの構成要素に同一部分があるため、その同一部分に関しては、以下、発振用レーザ装置100を代表して説明することにする。
図2(a)に示すように、発振用チャンバ10の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって、かつ放電面が対向する一対の電極10a、10b、つまりカソード電極10a、アノード電極10bが設けられている。
これら電極10a、10bに電圧を印加する電源の一例を図3(a)に示す。 図3(a)は、電源及びチャンバ内部を電気回路で示している。
図3(a)は、磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスTr1を含む回路である。なお、図3(a)の回路を用いる代わりに、図3(b)の回路を用いてもよい。図3(b)は、図3(a)の昇圧トランスの代わりに主コンデンサC0の充電用のリアクトルL1を含む回路である。なお、図3(b)の回路は、昇圧トランスにより昇圧される動作がないだけで、他の動作は図3(a)の回路と同様なので、重複した説明を省略する。また、発振用レーザ装置100の電源と増幅用レーザ装置300の電源の構成及び動作は同じであるため、増幅用レーザ300の電源の説明については省略する。図3(a)、(b)に示すカッコ()内の符号は、増幅用レーザ装置300の構成要素を示している。
以下、図3(a)にしたがって、回路の構成と動作を説明する。
電源は、充電器11と発振用高電圧パルス発生器12とで構成されている。
発振用高電圧パルス発生器12は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1、SR2、SR3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路である。磁気スイッチSR1は、固体スイッチSWでのスイッチングロスを低減するために設けられたものであり、磁気アシストとも呼ばれる。この固体スイッチSWには、例えばIGBT等の半導体スイッチング素子が用いられる。
一対の放電電極10a、10bと電気的に並列にピーキングコンデンサCpが配置され、このピーキングコンデンサCpの前段には、電気的に並列にコンデンサC2が配置され、さらにその前段には電気的に配列にコンデンサC1が配置されている。
本実施形態では、磁気スイッチSR2、SR3及びコンデンサC1、C2で2段の容量移行型回路が構成されている。
充電器11の電圧は所定の値Vに調整され、この電圧値Vに応じて主コンデンサC0が充電される。このとき、固体スイッチSWはオフになっているものとすると、主コンデンサC0の充電が完了し、固体スイッチSWがオンとなったとき、固体スイッチSWの両端にかかる電圧は、主に磁気スイッチSR1の両端にかかる。磁気スイッチSR1の両端にかかる主コンデンサC0の充電電圧V0の時間積分値が磁気スイッチSR1の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR1が飽和して導通状態となる。すると、主コンデンサC0、磁気スイッチSR1、昇圧トランスTr1の1次側、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスTr1の2次側、コンデンサC1のループに電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられた電荷がコンデンサC1に移行し、コンデンサC1が充電される。コンデンサC1における電圧V1の時間積分値が磁気スイッチSR2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサC1、コンデンサC2、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、コンデンサC1に蓄えられた電荷がコンデンサC2に移行し、コンデンサC2が充電される。コンデンサC2における電圧V2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサC2、ピーキングコンデンサCp、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、コンデンサC2に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサCpに移行し、ピーキングコンデンサCpが充電される。
図3(a)に示すように、発振用チャンバ10内には、第1電極91と、誘電体チューブ92と、第2電極93とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離コンデンサCp′は、一対の放電電極10a、10bと電気的に並列に配置されている。予備電離コンデンサCp′の充電電圧に応じて一対の電極10a、10b間で予備電離が行われる。
予備電離のためのコロナ放電は、第1電極91が挿入されている誘電体チューブ92と第2電極93とが接触している個所を基点として誘電体チューブ92の外周面に発生する。ピーキングコンデンサCpの充電が進むにつれてその電圧Vpが上昇し、電圧Vpが所定の電圧になると誘電体チューブ92の外周面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ92の外周に紫外線が発生し、一対の電極10a、10b間のレーザガスが予備電離される。ピーキングコンデンサCpの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサCpの電圧Vpが上昇する。この電圧Vpがある値(ブレークダウン電圧)Vbに達すると、一対の電極10a、10b間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によりレーザ媒質が励起される。これによって、発振用レーザ装置100の場合には、シード光が発生し、増幅用レーザ300(もしくは増幅器)の場合には、注入されたシード光が増幅される。主放電によりピーキングコンデンサCpの電圧は急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。固体スイッチSWのスイッチング動作によって、このような放電動作が繰り返し行なわれることで、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチSWのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば、後述する同期コントローラ8である。
図3(a)に示す容量移行型回路において、後段に行くにつれて各段のインダクタンスを小さくするように設定すれば、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が実現される。この結果、一対の電極10a、10b間(一対の電極30a、30b間)に短パルスの強い放電が実現される。
以上のようにして、一対の電極10a、10bには、充電器11と発振用高電圧パルス発生器12とで構成された電源によって高電圧パルスが印加される。電極10a、10bに高電圧パルスが印加されると、電極10a、10b間で放電が生じ、この放電によって発振用チャンバ10内に封入されたレーザガスが励起される。
以上が発振用レーザ装置100の充電器11および発振用高電圧パルス発生器12の構成、動作である。
さて、図1に示すガス供給・排気ユニット14は、発振用チャンバ10内にレーザガスを供給するガス供給系と、発振用チャンバ10内のレーザガスを排気するガス排気系とで構成されている。
ガス供給・排気ユニット14のガス供給系は、発振用チャンバ10内にレーザガスを供給する。これにより発振用チャンバ10にレーザガスが封入される。
図1に示すレーザシステムがフッ素分子(F2)レーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット14は、フッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを、発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザシステムがKrFエキシマレーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット14は、クリプトン(Kr)ガス及びフッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを、発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザシステムがArFエキシマレーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット14は、アルゴン(Ar)ガス及びフッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。各ガスの供給及び排気は、ガス供給・排気ユニット14に設けられた各バルブの開閉によって制御される。
発振用チャンバ10の内部には、図2(a)に示すように、クロスフローファン10cが設けられている。クロスフローファン10cによってレーザガスがチャンバ10内で循環され、電極10a、10b間に送り込まれる。
また、同図2(a)に示すように、発振用チャンバ10の内部には、熱交換器10dが設けられている。熱交換器10dには、冷却水供給ユニット15から冷却水が供給される。これにより熱交換器10dは、発振用チャンバ10内の排熱を行う。熱交換機10dへの冷却水の供給は、冷却水供給ユニット15(図1)のバルブの開閉によって制御される。
発振用チャンバ10におけるレーザ光の光軸上にあって、レーザ光出力部分には、ウィンドウ10e、10fが設けられている。ウィンドウ10e、10fは、レーザ光に対する透過性を有する材料、例えばCaF2等によって構成されている。両ウィンドウ10e、10fは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置されている。
圧力センサPlは、発振用チャンバ10内のガス圧力をモニタする。圧力センサP1で検出されたガス圧力を示す信号は、ユーティリティコントローラ5に入力される。また、温度センサTlは、発振用チャンバ10内の温度をモニタする。温度センサT1で検出された温度を示す信号は、ユーティリティコントローラ5に入力される。
ユーティリティコントローラ5は、上記圧力センサP1の検出信号をフィードバック信号として、ガス供給・排気ユニット14の各バルブの開閉及びその開度(又はガス流量)を指示するガス流量調整信号を生成し、ガス供給・排気ユニット14に対して出力する。ガス供給・排気ユニット14に、上記ガス流量調整信号が入力されると、ガス供給・排気ユニット14で各バルブの開閉が制御される。これにより発振用チャンバ10内のガス組成、ガス圧力が所望の値に調整される。
レーザ出力は、発振用チャンバ10内のレーザガスの温度によって変化する。そこで、ユーティリティコントローラ5は、上記温度センサT1の検出信号をフィードバック信号として、発振用チャンバ10内のレーザガスを所望温度に調整すべく、冷却水供給ユニット15のバルブの開閉及びその開度(又は冷却水流量)を指示する冷却水流量調整信号を生成し、冷却水供給ユニット15に対して出力する。冷却水供給ユニット15に冷却水流量調整信号が入力されると、冷却水供給ユニット15で各バルブの開閉を制御される。これにより発振用チャンバ10内の熱交換器10dに供給される冷却水の流量、つまり排熱量が調整される。
発振用チャンバ10の外部にあって、ウィンドウ10e側(図2(a)参照)のレーザ光の光軸上には、LNM(狭帯域化モジュール)16が設けられている。また、同じく発振用チャンバ10の外部にあって、ウィンドウ10f側(図2(a)参照)のレーザ光の光軸上には、フロントミラー17が設けられている。 LNM16は、例えば拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング(回折格子)等の光学素子で構成されている。LNM16は、波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このLNM16内の光学素子とフロントミラー17とでレーザ共振器が構成される。
第1モニタモジュール19は、フロントミラー17を透過したレーザ光のエネルギー、出力線幅、中心波長等のレーザビーム特性をモニタ(計測)する。第1モニタモジュール19は、レーザ光の中心波長を示す信号を生成し、この信号を波長コントローラ6に出力する。また、第1モニタモジュール19は、レーザ光のエネルギーを測定し、このエネルギーを示す信号をエネルギーコントローラ7に出力する。なお、図2(b)に示す増幅用チャンバ30の電極30a、30b、クロスフローファン30c、熱交換器30d、ウィンドウ30e、30fの機能は、上述した図2(a)に示す発振用チャンバ10の対応する構成要素、つまり電極10a、10b、クロスフローファン10c、熱交換器10d、ウィンドウ10e、10fと機能は同じである。
また、増幅用レーザ装置300に設けられた充電器31、増幅用高電圧パルス発生器32、ガス供給・排気ユニット34、冷却水供給ユニット35、第2モニタモジュール39、圧力センサP2、温度センサT2の機能は、上述した発振用レーザ装置100側に設けられた対応する構成要素、つまり充電器11、発振用高電圧パルス発生器12、ガス供給・排気ユニット14、冷却水供給ユニット15、第1モニタモジュール19、圧力センサP1、温度センサT1と機能は同じである。一方、増幅用レーザ装置300には、発振用レーザ100で設けられたLNM16等からなるレーザ共振器に代わり、次に述べる不安定共振器が設けられている。
すなわち、増幅用チャンバ30の外部にあって、ウィンドウ30e側(図2(b)参照)のレーザ光の光軸上にはリア側ミラー36が設けられ、同じく増幅用チャンバ30の外部にあって、ウィンドウ30f側(図2(b)参照)のレーザ光の光軸上には出力ミラー37が設けられている。リア側ミラー36と出力ミラー37とで不安定型共振器が構成される。リア側ミラー36の反射面は凹面であって、その中央部にはミラー後方側から反射面側へレーザ光を通過させる孔が設けられる。リア側ミラー36の反射面はHR(High Reflection)コートが施されている。出力ミラー37の反射面は凸面であって、その中央部にはHR(High Reflection)コートが施され、中央部周囲にはAR(Anti Reflection)コートが施される。なお、リア側ミラー36としては、中央に孔が開いたものを使用する代わりに、孔に相当する部分のみARコートが施されたミラー基板を使用してもよい。また、不安定共振器でなく安定共振器でもよい。
発振用レーザ装置100のフロントミラー17と増幅用レーザ300のリア側ミラー36との間には、反射ミラーを含むビーム伝搬部42が設けられている。フロントミラー17を透過したレーザ光(シード光)は、ビーム伝搬部42によってリア側ミラー36まで案内される。更に、このビーム伝搬部42に案内されたレーザ光は、ビーム伝搬部42を介してリア側ミラー36の孔を通過し、増幅用チャンバ30内に入射される。増幅用チャンバ30に入射されたレーザ光は、増幅用チャンバ30を通過し、出力ミラー37の中央部で反射される。出力ミラー37で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ30内を通過し、リア側ミラー36の孔周囲で反射される。更に、リア側ミラー36で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ30内を通過し、出力ミラー37の中央部周囲を透過し、出力される。増幅用チャンバ30では発振用チャンバ10と同様にして一対の電極30a、30b間で放電が行われる。レーザ光が増幅用チャンバ30の放電部、つまり電極30a、30b間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。
波長コントローラ6には、第1モニタモジュール19、第2モニタモジュール39でモニタされたレーザビーム特性を示す信号が入力される。波長コントローラ6は、レーザ光の中心波長を所望の波長にすべくLNM16内の波長選択素子(グレーティング、エタロン等)の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ21に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。ドライバ21は、波長コントローラ6より受信した信号に基づいて、波長選択素子へのレーザ光の入射角が変化するように、LNM16内の光学素子(例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等)の姿勢角等を制御する。なお、波長選択素子の波長選択制御は、上述した説明のものに限られるものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合には、LNM16内のエアギャップ内の気圧(窒素等)を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。
エネルギーコントローラ7には、第1モニタモジュール19、第2モニタモジュール39でモニタされたレーザビーム特性(レーザ光のエネルギー)を示す信号が入力される。なお、露光装置3に、レーザ光のエネルギーをモニタする出力モニタ51を設け、出力モニタ51でモニタされた信号が、エネルギーコントローラ7に直接入力されるように構成してもよい。また、露光装置3の出力モニタ51でモニタされた信号を露光装置3のコントローラ52に入力し、このコントローラ52から、レーザ装置2側のエネルギーコントローラ7に信号を送出するように構成してもよい。
エネルギーコントローラ7は、パルスエネルギーを所望の値にすべく次回の充電電圧を示す信号を生成し、この信号を同期コントローラ8に出力する。
放電検出器20、40ではそれぞれ、各チャンバ10、30における放電開始時期が検出される。
同期コントローラ8には、エネルギーコントローラ7から入力された次回充電電圧を示す信号と、放電検出器20、40で検出された各放電開始時期を示す信号とが入力される。同期コントローラ8は、エネルギーコントローラ7から入力された次回充電電圧値と、放電検出器20、40で検出された各放電開始時期とに基づいて、充電器11の充電電圧を制御する。
発振用チャンバ10の放電と増幅用チャンバ30の放電のタイミングがずれると、発振用チャンバ10から出力されたレーザ光(シード光)は、増幅用チャンバ30で効率よく増幅されない。そこで、発振用チャンバ10から出力されたレーザ光(シード光)が増幅用チャンバ30内の一対の電極30a、30b間の放電領域(励起領域)に満たされた放電タイミングで、増幅用チャンバ30で放電させる必要がある。これを実現させるために、同期コントローラ8では、効率よく増幅される放電タイミングが得られるように、発振用高電圧パルス発生器12の固体スイッチSWに対してトリガ信号を出力する時期に対する、増幅用高電圧パルス発生器32の固体スイッチSWに対してトリガ信号を出力する時期の遅延時間を決定している。この遅延時間を変化させることによって、同期タイミングが変化する。
以上がMOPO方式のレーザシステムの構成である。
(MOPA方式の説明)
以上、MOPO方式の場合について説明をしたが、MOPA方式の構成は、図1において、増幅用チャンバ30のレーザ共振器を構成するリアミラー36と出力ミラー37を取り除いたものである。MOPA方式の場合には、シード光が増幅用チャンバ30内に入射するタイミングで、増幅用チャンバ30で放電が開始される。シード光は、放電によって上準位に励起されたレーザ媒質中を通過することによって増幅される。シード光が増幅用チャンバ30内のレーザ媒質を通過する回数は、1回であってもよく、さらに増幅させるため、増幅用チャンバ30の両端にミラーを配置して、増幅用チャンバ30内のレーザ媒質中をシード光が数回通過するように構成してもよい。
以上が本発明の構成の前提となるレーザシステムである。本発明は、MOPO方式、MOPA方式という2種類のいずれのレーザシステムに対しても適用することは可能である。ただし、以下は、特に記載のない限りはMOPO方式について説明する。
以下、本発明の知見について解説した上で、具体的な各制御例(各実施例)を説明する。
(露光装置と露光光源のスペクトル指標値)
前述したように、露光装置3における結像性能は、露光用光源、つまり2ステージレーザ装置2からのレーザ光のスペクトル性能に影響を受ける。結像性能を保つためには、スペクトル指標値(スペクトル線幅、スペクトル純度幅E95、コントラストロス、スペクトル標準偏差、白色OTF(Optical Transfer Function))の少なくともいずれかひとつを安定化制御する必要がある。ここで、スペクトル指標値の安定化制御とは、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、スペクトル指標値を制御することである。
(スペクトル純度幅E95を安定化させる理由(必要性))
スペクトル純度幅が太くなると、露光装置3において、投影レンズの色収差により結像性能が悪化する。一方で、上述したように、スペクトル純度幅が、光学システムで設計された値から大幅に狭い値であったとしても、そのスペクトル純度幅が、ある許容幅内に収まっていないと、集積回路の品質が悪化することがあるといわれている(特許文献1参照)。このため、スペクトル純度幅は、ある許容幅を持った値の中で安定化制御される必要があるといわれている。
(スペクトル純度幅E95の変動要因)
一方で、LNM16内の光学素子またはチャンバ10、30の経時変化、発振による熱負荷等によって、スペクトル純度幅は、長期的に変動する。また、発振パターン、つまり周波数、Duty、パルス数、休止時間の変化に応じて熱負荷が変化するため、レーザ動作パターンに依存してスペクトル純度幅が変化する。
(スペクトル純度幅E95の制御手段)
そこで、本発明者は、レーザ装置2から外部へ出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95(スペクトル指標値として代表的なもの)は、発振用チャンバ10で放電を開始してから増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの放電タイミングと、発振用チャンバ10から出力されるレーザ光(シード光)のスペクトル純度幅E95によって決定されることを発見するに至り、これら放電タイミング、シード光のスペクトル純度幅というパラメータは、中心波長制御とは独立して制御できるパラメータであるという知見を得るに至った。
また、上述した変動要因によるスペクトル純度幅の変動をなくし、ある許容幅の範囲内に安定させるには、後述するスペクトル純度幅E95検出器(スペクトル純度幅計測手段)でスペクトル純度幅をモニタ(計測)し、ターゲットとなる目標スペクトル純度幅から変動していた場合には、後述する各アクチュエータを使用した各制御手段により、スペクトル純度幅E95がターゲットとなる目標値になるように制御すればよいという知見を得た。
スペクトル純度幅の安定化制御は、主として、
1)放電タイミングを変化させる。
2)発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させる。
3)発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングも変化させる。
という三種類の手段によって実現される。中でも、3)は、安定化制御の効果が一番大きい。
従来技術で説明した「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」は、1パルス毎に波長を変化させるため、スペクトル純度幅を安定化制御することに依存して、1パルス毎に、ウェーハ上のベストフォーカスの位置が変化して露光されることになる。このように独立した中心波長制御を行うことができないため、ベストフォーカス位置ずれという問題が生じる。
これに対して、本発明の制御手段1)、2)、3)によれば、スペクトル純度幅を実質的に太くしたり細くすることができる一方で、独立して中心波長を制御することができる。このため、スペクトル純度幅を安定化制御しつつも、中心波長は変化せず、ベストフォーカスの位置変化も生じない。露光装置3の投影レンズに対する最適なスペクトル形状が得られ、ベストフォーカスの位置ずれもないため、投影レンズの結像性能を維持することができる。
上記制御手段1)について説明する。
図1に示す2ステージレーザシステムでは、1ステージレーザシステムと異なり、発振用チャンバ10で放電を開始してから増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの放電タイミングに応じて、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
図4に、放電タイミングdtに応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示す。
図4のグラフの横軸のdtは、放電タイミング、つまり発振用チャンバ10で放電を開始してから、増幅用チャンバ30で放電を開始するまでの時間である。 図4のグラフの左側縦軸は、スペクトル純度幅E95であり、スペクトル純度幅特性L1として示すように、放電タイミングdtが大きくなる(放電タイミングが遅れる)につれてスペクトル純度幅E95が減少しているのがわかる。この理由は、図5を用いて説明される。
図5は、シード光のパルス波形L3を示したものである。同図5に示すように、シード光となる発振レーザ光は、時間的なスペクトル純度幅E95分布をもっており、レーザパルス波形の後方に行くに従ってスペクトル純度幅E95が減少する。このため、図5に示す時間的なスペクトル純度幅E95分布を持つシード光パルス波形のどの部分に同期させるかによって、増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95が決定されることになる。例えば、放電タイミングdtを遅らせて、シード光のパルス波形後半部分に放電を同期させた場合は、狭いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は細くなる。逆に、放電タイミングdtを早くして、シード光のパルス波形前半部分に放電を同期させた場合は、広いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は太くなる。このような特性を用いて、モニタ(計測)されたスペクトル純度幅E95が増加した場合は、放電タイミングdtを大きくしてスペクトル純度幅E95を減少させ、スペクトル純度幅E95が減少した場合は、放電タイミングdtを小さくしてスペクトル純度幅E95を増加させるように制御すればよい。
つぎに、上記制御手段2)について説明する。
スペクトル純度幅E95を制御する別の方法に、シード光自体のスペクトル純度幅E95を制御する手段がある。このシード光のスペクトル純度幅E95の制御には、つぎのように3つの方法がある。
2)−1 シード光のパルス波形の立上りを制御する方法。
2)−2 狭帯域化性能を制御する方法。
2)−3 音響波の伝搬速度を制御する方法。
上記いずれの方法を使用しても、出力されるシード光のスペクトル純度幅E95自体が変化するため、増幅されるレーザ光もそれに対応して変化する。
つぎに、上記制御手段3)について説明する。
さらにスペクトル純度幅E95を制御する別の方法として、上記1)の放電タイミングの制御と、2)のシード光のスペクトル純度幅E95の制御とを組み合わせる手段がある。この制御手段3)では、スペクトル純度幅E95を許容幅内に制御する上での同期許容幅の拡大が期待できる。ここで、同期許容幅とは、レーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる放電タイミングの範囲のことである。具体的には、同期許容幅は、図4で説明される。図4では、右側縦軸をレーザ出力としており、L2(MOPO方式の場合)、L2′(MOPA方式の場合)がレーザ光の出力の特性である。同期許容幅とは、増幅されたレーザ光の出力がピーク出力の例えば80%の割合に入るための放電タイミングdtの範囲のことを言う。この同期許容幅から外れると、レーザ出力が大きく減少することになる。MOPO方式のレーザ出力特性L2に対して、L2′がMOPA方式の場合のレーザ出力特性であり、このレーザ出力特性を比較してもわかるように、MOPA方式は、MOPO方式に比べて同期許容幅が小さい。
例えば、スペクトル純度幅E95をかなり細くする場合は、まず、2)のシード光のスペクトル純度幅E95の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を細くした上で、1)の放電タイミングの制御によって同期タイミング(図5)をシード光パルス波形の後半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり細くすることが可能である。逆に、スペクトル純度幅E95をかなり太くする場合は、まず、2)の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を太くした上で、1)の制御によって同期タイミング(図5)をシード光パルス波形の前半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり太くすることができる。シード光のE95制御と、放電タイミング制御の順番は以上の説明とは逆でも制御可能である。
上記の制御手段1)、2)、3)に、発振用チャンバ10の放電パルスをストレッチさせる後述する技術を組み合わせれば、シード光のパルス波形が長くなることから、同期許容幅が拡大される。このため、さらにスペクトル純度幅E95の制御範囲を大きすることができる。また、同期許容幅が広がることによって、増幅されたレーザ光の出力についても、放電タイミングdtの変化に対して、そのレーザ出力変化量を小さく抑えることができるようになり、レーザ出力が安定しやすくなる。
(スペクトル純度幅E95検出器(スペクトル純度幅計測手段))
上記制御手段1)、2)、3)で制御を実行するには、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光の実際のスペクトル純度幅E95の値が必要である。増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95は、スペクトル純度幅E95検出器(スペクトル純度幅計測手段)としての第2モニタモジュール39にて検出(計測)される。図8に、第2モニタモジュール39の構成図を示す。なお第1モニタモジュール19の構成についても同様であるのでそれについての説明は省略する。
第2モニタモジュール39は、ビームスプリッタ391と、エタロン分光器393と、フォトダイオード392とで構成されている。
エタロン分光器393では、スペクトル純度幅E95などのスペクトル指標値が計測され、フォトダイオード392でレーザ出力強度が計測される。エタロン分光器393は、拡散板やレンズアレイのようなビーム拡散手段394と、エタロン395と、レンズ396と、センサアレイ397とで構成されている。センサアレイ397としては、例えば複数のフォトダイオードアレイが1次元上に配列されたラインセンサ等を使用することができ、この場合、複数のラインセンサはチャンネル(ch:整数)順に並べられている。
第2モニタモジュール39では、ビームスプリッタ391によってレーザ光の一部がサンプリングされエタロン分光器393に入射される。エタロン分光器393に入射されたレーザ光は、ビーム拡散手段394によって拡散され、エタロン395に入射される。エタロン395を通過したレーザ光は、レンズ396に入射される。レンズ396の焦点面にセンサアレイ397が設置されている。このためレンズ396をレーザ光が透過すると、センサアレイ397上には、干渉縞(フリンジ)が生成される。センサアレイ397上のフリンジのデータからレーザ光の波長と光量の線形データがスペクトル波形として求められ、スペクトル純度幅E95が計算される。
なお、実施形態では、エタロン分光器393を使用しているが、分光器の形態としては、角度分散型の光学素子を用いてもよい。例えば、ツェルニー・ターナ(Czerny-Turner)型の分光器、複数のグレーティングを使用した分光器、マルチパス化した分光器を使用してもよい。
分光器は、固有の応答特性、つまり装置関数を有する。計測されたスペクトル波形は、真のスペクトル波形を装置関数でコンボリューション積分した結果である。このため、真のスペクトル波形を得るには、計測されたスペクトル波形を装置関数でデコンボリューション処理すればよい。しかし、この計算には時間がかかるため、予め、実際に分光器で計測されたスペクトル純度幅と、真のスペクトル純度幅との相関性を記憶しておき、真のスペクトル純度幅を計算によって求めることが望ましい。図9は、エタロン分光器393で計測した実際のスペクトル指標値(スペクトル純度幅E95)と、高分解能分光器で計測した真のスペクトル指標値(スペクトル純度幅E95)との相関関係L4を例示している。図9に示す相関関係L4ら実際にエタロン分光器393で計測されたスペクトル純度幅に対応する真のスペクトル純度幅を求めることができる。ただし、その相関性が微小に変化することがあるため、定期的に外部に置いた高分解能分光器により較正する必要がある。
つぎに、図7に示すフローチャートを参照して、スペクトル純度幅の安定化制御のメインルーチンについて説明する。
すなわち、同図7に示すように、レーザ発振と同時に、ステップ101に移行し、「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチンが実行され、第2モニタモジュール39によってスペクトル純度幅E95の計測が行なわれる。スペクトル純度幅E95は、1パルス毎に計測する。しかし、計算時間との兼ね合いで、nパルスに渡る平均値、または移動平均値でスペクトル純度幅E95を評価してもよい。この場合には、計測された値が実際の値からずれているか否かをチェックするために、ある間隔を持って較正処理をすることが望ましい。「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチンの具体的な内容に関しては、後述する(ステップ101)。
目標スペクトル純度幅E95の値をE950として、目標スペクトル純度幅E950に対する第1許容幅がE950±dE95(S)(第1制御閾値dE95(S))と設定される。この目標スペクトル純度幅E950に対する第1許容幅E950±dE95(S)は、露光装置3で要求されるスペックにしたがって、設定される。露光装置3から要求される第1許容幅の上限値E950+dE95(S)を超えたり下限値E950−dE95(S)を下回ったりして、第1許容幅の範囲外にならないように制御する必要がある。このため、ある所定のマージン(dE95(S)−dE95)を持たせた第2制御閾値dE95、つまり目標スペクトル純度幅E95に対する第2許容幅E950±dE95が設定される。第2制御閾値dE95の範囲は、0≦dE95<dE95(S)である。dE95=0の場合は、スペクトル純度幅E95の計測値が少しでも目標値E950から外れると、計測値E95を目標値E950に一致させるように、後述するE95アクチュエータが動作して安定化制御が実行されることになる。
実際のスペクトル純度幅E95が計測された後、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95以下であるか否かが、つまり計測されたスペクトル純度幅E95が、第2許容幅E950±dE95内に収まっているか否かが計算される(ステップ102)。
計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95以下である、つまり|E95−E950|≦dE95であれば、スペクトル純度幅E95の安定化制御は実行されない(ステップ102の判断Yes)。一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第2制御閾値dE95を超えている、つまり|E95−E950|>dE95の場合には(ステップ102の判断No)、つぎに、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(S)を下回っているか否かが判断(|E95−E950|<dE95(S))される(ステップ103)。この結果、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(S)以上となっているときは(ステップ103の判断No)、露光装置3へエラー信号を送って、スペクトル純度幅が第1許容幅から外れているレーザ光が露光装置3に入るのを防止するよう、レーザ発振を停止したり、露光装置3と2ステージレーザ装置2との間に存在するシャッターを閉じたりする。
一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第1制御閾値dE95(S)を下回っているときは(ステップ103の判断yes)、計測値E95を目標値E950に一致させるように、後述する「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンに移行され、E95アクチュエータが動作して安定化制御が実行される(ステップ104)。
なお、上記ステップ104の「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンの内容については、後述する各実施例で説明する。「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンによる処理の結果、スペクトル純度幅E95が許容幅内に入ったならば、図7のメインルーチンに戻される。
図6に、「スペクトル純度幅E95計測サブルーチン」を示す。
サブルーチンスタート後、図8で説明した第2モニタモジュール39によって、スペクトル波形が計測される(ステップ201)。計測されたスペクトル波形はデコンボリューション処理されて、真のスペクトル波形が計算される(ステップ202)。つぎに、スペクトル純度幅E95の平均値または移動平均値が計算によって求められる(ステップ203)。つぎに、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正するか否かが判断され(ステップ204)、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正すると判断した場合には、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)が校正されて、スペクトル純度幅E95が校正値にしたがって再計算される(ステップ205)。スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正しないと判断した場合には、そのまま図7のメインルーチンに戻される(ステップ206)。
図10は、図6とは別形態の「スペクトル純度幅E95計測サブルーチン」を示す。
サブルーチンスタート後、図8で説明した第2モニタモジュール39によって、スペクトル波形が計測される(ステップ301)。つぎに、スペクトル純度幅E95の平均値または移動平均値が計算によって求められる(ステップ302)。
つぎに、計算時間を短縮するため、図9で説明したスペクトル純度幅E95の計測値と真値の相関関係L4に基づいて、計測された値に対応する真の値を求める。なお、この処理にあたり、予め、実際に計測に使用されるエタロン分光器393と、これとは別の原器である高分解能分光器との相関性を測定しておき、測定結果を相関関係L4としてメモリに記憶しておけばよい(ステップ303)。つぎに、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正するか否かが判断され(ステップ304)、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正すると判断した場合には、スペクトル指標値(スペクトル純度幅)が校正されて、スペクトル純度幅E95が校正値にしたがって再計算される(ステップ305)。スペクトル指標値(スペクトル純度幅)を校正しないと判断した場合には、そのまま図7のメインルーチンに戻される(ステップ306)。なお、この場合の校正の方法としては、上述の高分解能分光器を用いて校正してもよく、また、露光装置3の解像の結果から計算によって校正してもよい。
(E95アクチュエータ)
図7のステップ104の「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンを実行する各E95アクチュエータは、以下の各実施例(各制御例)で説明する。
(実施例1;放電タイミングの制御(制御手段1))によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100で放電を開始してから増幅用レーザ装置300で放電を開始するまでの放電タイミングを制御することで、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図1に示す2ステージレーザ装置2の場合には、前述したように2つのレーザ装置100、200の放電タイミングを変化させることによって、スペクトル性能を変化させることが可能である。参考文献1(特願2002- 046328号)には、この特性を利用して、スペクトル線幅を0.2pm以下に抑える制御を行う技術が記載されている。しかし、この参考文献に記載された技術は、スペクトル線幅を0.2pm以下にする制御であって、スペクトル線幅をある所定の許容幅内に安定化させる制御の手法については記載されていない。
以下、放電タイミングを変化させることでスペクトル性能が変化するという特性を利用して、スペクトル純度幅を安定化制御する実施例について説明する。なお、一般に放電タイミングを変化させると、レーザ出力も変化してしまうのであるが、特にMOPO方式のシステムにおいては、この影響が相対的に小さく、レーザ出力の安定化という点で有利である。レーザ出力の出力変化を、より抑制するには、印加電圧やガス圧などを制御することが望ましい。
まず、放電タイミングによってスペクトル性能を制御する原理について明する。
狭帯域レーザでは、ブロードバンドで発振するレーザ共振器内に波長分散素子を挿入して、波長線幅Δλとスペクトル純度幅E95を狭くしている。波長分散素子は、プリズム、グレーティング、エタロンなどである。波長分散素子で、選択された波長のみがレーザ共振軸上に戻されるため、選択された波長のみが増幅されレーザ光として取り出される。この波長分散素子を通過することによって、選択波長から外れた波長域の光が除去されていくため、通過回数が多ければ多いほど、波長線幅Δλとスペクトル純度幅E95は狭くなっていく。この通過回数をラウンドトリップ回数と呼ぶ。
図11に、ラウンドトリップ回数と、レーザパルス波形及びスペクトル純度幅E95との関係を示す。
図11(a)〜(d)は、ラウンドトリップ回数が0回、1回、2回、3回のレーザ光軸をチャンバ10の側面からみた図であり、図11(e)は、図11(a)〜(d)を重ね合わせたレーザ光軸を示す側面図である。図11(k)は、図11(a)〜(e)に対応するチャンバ10の上面図である。
図11(f)、(g)、(h)、(i)、(j)は、図11(a)、(b)、(c)、(d)、(e)それぞれに対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95である。図11(f)〜(j)の横軸は時間(ns)であり、左縦軸はレーザ強度を示しており、右縦軸は波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。図11(f)〜(j)において、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を×印にて示す。
図11(a)は、チャンバ10内で発生した光子が波長分散素子(LNM16)を通過せずに、チャンバ10から出力された場合のレーザ光軸を示し(ラウンドトリップ回数は0回)、図11(f)は、図11(a)に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。
これら図11(a)、(f)に示すように、チャンバ10から出力される光は、ASE(Amplified spontaneous emission;増幅された自然放出光)成分となる。発振用レーザ装置100には、発振用チャンバ10で発生した光を所定の反射率で発振用チャンバ10内に戻すアウトプットカブラ60が設けられている。アウトプットカプラ60は、およそ30%の反射率を有している。このため、チャンバ10内で発生したASEの70%が外部に出力される。チャンバ10内で発生したASEの残りの30%の反射したASE光は、チャンバ10に戻りレーザの種火になる。ASE出力強度は、レーザ出力強度に比べて大幅に小さいものの、ASEは波長分散素子(LNM16)を通過していないので、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が広い(図11(f)参照)。
図11(b)は、波長分散素子(LNM16)を1回通過してきた光がチャンバ10から出力される場合のレーザ光軸を示し(ラウンドトリップ回数は1回)、図11(g)は、図11(b)に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。
これら図11(b)、(g)に示すように、図11(a)に示すASE光がアウトプットカプラ60で反射されてチャンバ10内に戻され、波長分散素子(LNM16)を通過して波長選択された光がチャンバ10内に戻されて、チャンバ10の外部に出力されている。このとき出力されるレーザ光は、光が共振器内を1往復する時間分だけ遅れている。波長分散素子(LNM16)を1回通過しているため、その分波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が狭くなっている(図11(g)参照)。
同様に、図11(c)、図11(h)は、ラウンドトリップ回数が2回の場合を示している。また、同様に、図11(d)、図11(i)は、ラウンドトリップ回数が3回の場合を示している。
このようにラウンドトリップ回数が増加するにつれて、さらなる出力開始時間の遅れとスペクトル純度幅E95の減少を呈する(図11(h)、図11(i)参照)。
図11(e)は、図11(a)から図11(d)に示すレーザ光軸を重ね合わせたものであり、図11(j)は、図11(a)に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。実際に観測されるレーザパルス波形は、図11(e)に示す形状となる。図11(e)に示すように、レーザパルス波形の後半に行くに従って、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が狭くなっていくのがわかる。なお、図11(a)〜(e)では、説明の便宜のために、チャンバ10内を往復するレーザ光軸をずらして描画したが、実際には同一光軸上に重なっている。
図11(a)〜(e)に示したラウンドトリップ回数と、これらに対応するレーザ光のスペクトル波形を図12にまとめて示す。図12中、(a)〜(e)は、それぞれ図11の(a)〜(e)に対応する。スペクトル純度幅E95は全エネルギーの95%が入る領域の幅であるため、図11(a), (b)に対応するレーザパルス波形前半の光成分が含まれる場合、その影響度が強くなりスペクトル純度幅E95が広くなる。
また、図11(f)〜(j)は、レーザ媒質の小信号利得が大きい場合である。小信号利得が小さい場合は、レーザパルスの前半部分は出力強度が弱く観測されないため、(f)や(g)の前半成分が現れず、レーザパルス波形の立ちあがりが遅くなる。
このように、狭帯域化レーザでは、レーザパルス波形の前半であるか後半であるかによって、スペクトル線幅Δλやスペクトル純度幅E95の値が異なる。レーザパルス波形の前半では、スペクトル線幅Δλやスペクトル純度幅E95が太くなり、レーザパルス波形の後半では、それらは狭くなる。2ステージレーザ装置2のような両レーザ装置の同期が必要なシステムでは、図5で説明したように、増幅用レーザ装置300で放電を開始する時期を、発振用レーザ装置100から出力されるシード光パルス波形L3の前半に合わせれば、そのシード光パルス波形L3の前半部分の広いスペクトル幅の光が増幅されることになり、逆に、シード光パルス波形L3の後半に合わせれば、その後半部分の狭いスペクトル幅の光が増幅されることになる。よって、図4で説明したように、放電タイミングdtを遅らせる程、スペクトル線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95は細くなっていく。
図4の左側縦軸において、スペクトル純度幅の目標値をE950に、前述した第2制御閾値をdE95に(第2許容幅をE950±dE95に)設定する。これによりスペクトル純度幅の許容上限はE950+dE95となり、許容下限値はE950−dE95となる。
例えば、スペクトル純度幅を目標値E950に一致させるべく、放電タイミングdtをdt0に設定してレーザ装置100、300を、曲線L1上で動作させていたとする。
ここで、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が広くなった場合(E95増加時)、つまり、曲線L1から曲線L1(a)に変化した場合には、矢印LAにて示すごとく、放電タイミングdtを遅らせて、dt0からdt2に変化させる。このように放電タイミンdtをdt0からdt2に遅らせることによって、スペクトル純度幅は狭くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
逆に、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が狭くなった場合(E95低下時)、つまり、曲線L1から曲線L1(b)に変化した場合には、矢印LBにて示すごとく、放電タイミングdtを早めて、dt0からdt1に変化させる。このように放電タイミングdtをdt0からdt1に早めることによって、スペクトル純度幅は広くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
図13に、本実施例1のフローチャートを示す。図13は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図13に示すサブルーチンに入る。
図13に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、同期コントローラ8で実行される。
図13に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ401)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くして目標値に一致させるための放電タイミングdtの値(dt=dt0+dt')が計算される(ステップ402)。逆に、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値よりも狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くして目標値に一致させるための放電タイミングdt(dt=dt0−dt')が計算される(ステップ403)。
上記制御間隔dt'の値は、スペクトル純度幅E95と放電タイミングdtの相関曲線L1の傾きk(図4参照)から、計算してもよく(dt'=(|E95−E950|)/k)、また、実際に制御を予めしておいて、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、この計算された放電タイミングdtが同期許容幅(図4参照)から外れたか(リミット検出)否かが判断される(ステップ404)。
計算された放電タイミングdtが同期許容幅から外れた場合(リミット検出)には、レーザ出力が大幅に減少することになり、2ステージレーザ装置2としての本来の意味をなさなくなる。一方、放電タイミングdtが同期許容幅内であれば、レーザ出力は、わずかに変化するのみであり、この場合には必要に応じて同時に、増幅用レーザ装置300の充電電圧やガス圧を制御することで、一定レベル以上のレーザ出力が保証される。
このため制御間隔dt'だけ放電タイミングをずらすことによって、同期許容幅から外れた場合(リミット検出)には、これ以上、安定化制御することができないため、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ405)。
放電タイミングが同期許容幅内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ406に移行され、同期コントローラ8に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けて同期コントローラ8は、制御間隔dt'だけ放電タイミングdtを変化させる(ステップ406)。
以上のように、本実施例では、目標スペクトル純度幅E950に対する許容幅E950±dE95のうち、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅が得られる制御範囲で、安定化制御が行われる。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、放電タイミングdtを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ407)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ408)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ409)。
一方、ステップ408の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ401に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ409)。
(実施例2;パルスストレッチ制御を加えた放電タイミングの制御(制御手段1))によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、このパルスストレッチ手段によってシード光のパルス波形を延長させることで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のエネルギー(出力)が許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させて上で、上記実施例1と同様な放電タイミングの制御を行い、
スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
レーザ放電特性を変えて、レーザパルス波形を延長させることを(放電)パルスストレッチ(制御)と呼ぶ。このパルスストレッチ制御を発振用レーザ装置100に適用することによって、シード光のパルス長を長くして、図4に示す同期許容幅を広げることが可能になる。
図14は、図4と同様なグラフであり、パルスストレッチ制御を行った場合(パルスストレッチ有)と、パルスストレッチ制御を行わない場合(パルスストレッチ無)の放電タイミングdtとレーザ出力との関係(レーザ出力特性)L6、L2を比較して示すとともに、パルスストレッチ制御を行った場合(パルスストレッチ有)と、パルスストレッチ制御を行わない場合(パルスストレッチ無)の放電タイミングdtとスペクトル純度幅E95との関係(スペクトル純度幅特性)L7、L1を比較して示す。
スペクトル純度幅特性に関して、パルスストレッチ制御を行った場合(パルスストレッチ有)の特性L7と、パルスストレッチ制御を行わない場合(パルスストレッチ無)の特性L1とで大きな変化はないものの、レーザ出力特性に関しては、パルスストレッチ制御を行った場合(パルスストレッチ有)の特性L6と、パルスストレッチ制御を行わない場合(パルスストレッチ無)の特性L2とで大きな変化が生じ、パルスストレッチ制御を行った場合(パルスストレッチ有)には、同期許容幅(レーザ出力が許容レベル(たとえばピーク出力の80%))以上となる幅)の範囲が大幅に広がっているのがわかる。これにより、放電タイミングdtの制御可能な幅も拡大する。このように、同期許容幅が広がることによって、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル(たとえばピーク出力の80%)以上となる範囲が広がり、放電タイミングdtを変化させた場合のレーザ出力の変動を、より小さくできる、というメリットが得られる。
このため、放電タイミングの制御(制御手段1))を実行するに際して、パルスストレッチを適用すれば、放電タイミングdtの制御幅が広がり、より実用的となる。パルスストレッチは、シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段によって実現される。
つぎに、パルスストレッチ手段の内容について説明する。
高繰り返しレーザにおいて、放電パルスストレッチを行う方式には、振動電流方式と、電流重畳方式と、簡易スパイカサステナー方式とがある。
振動電流方式は、たとえば参考文献2(特開2001-156367)に記載されている。振動電流方式では、放電電極10a、10b間を流れる振動電流の周期を短くし、かつ、電流のピーク値が大きくなるように回路定数を定め、振動電流の最初の1/2周期とそれに続く少なくとも1つの1/2周期においても、レーザガスの励起を行わせて、レーザ発振動作を持続させることによりパルスストレッチさせる。
電流重畳方式は、たとえば参考文献3(特許第3427889)に記載されている。電流重畳方式を図3を用いて説明すると、磁気パルス圧縮回路からピーキングコンデンサCpを介して放電電極10a、10bへエネルギーを注入する1次電流と、磁気パルス圧縮回路の最終段のピーキングコンデンサ充電用のコンデンサC2から放電電極10a、10bへエネルギーを注入する2次電流とを重畳させ、かつ、2次電流の振動周期を1次電流の振動周期より長く設定して、2次電流が重畳した1次電流の極性が反転する放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも2つの半周期とによって1パルスのレーザ発振動作を行うことによりパルスストレッチさせる。
簡易スパイカサステナー方式は、たとえば参考文献4(特開2000-353839)に記載されている。簡易スパイカサステナー方式では、放電をつけるスパイカ回路と放電を持続させるサステナー回路を構成して、パルスストレッチさせる。
本実施例2では、上述したいずれのパルスストレッチ手段を用いてもよく、いずれのパルスストレッチ手段を用いた場合にも、図4に示す同期許容幅が広がり、スペクトル純度幅E95を安定化制御する上で、放電タイミングdtの制御範囲の拡大に効果がある。
パルスストレッチを加えた制御の内容は、図13のフローチャートと同じであるため、説明は省略する。
(実施例3;シード光のパルス波形の立上りを制御(制御手段2)−1)することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
この実施例3以下では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例3では、発振用レーザ装置100で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させることで、シード光のスペクトル純度幅E95を制御し、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
図15は、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のレーザパルスの波形を、横軸を時間、縦軸をレーザ出力とするグラフで示している。
発振用レーザ装置100で放電が開始されてからパルスが立ち上がるまでの時間を小信号利得を小さくすることにより、遅延させると、レーザパルス波形は、図15に破線で示す波形から実線で示す波形に変化する。このように、放電が開始してからレーザパルス波形が立ち上がるまでの時間を長くすることによって、つまりレーザパルスを時間的に後半にシフトすることによって、スペクトル純度幅を狭くすることが出来る。この理由は、図11で説明した通りであり、波長選択素子(LNM16)を数回通過後の光子が増幅されてパルスが立ち上がったためであり、ラウンドトリップ回数が多くなるほどスペクトル純度幅が小さくなるためである。逆に、小信号利得を大きくして、レーザパルスを前半にシフトすることによって、同様の原理(ラウンドトリップ回数が少なくなるほどスペクトル純度幅が大きくなる)によりスペクトル純度幅が広くなる。
以上のような特性を利用して、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のレーザパルス波形の立ち上がりを制御することによって、シード光のスペクトル波形の波長線幅を図12(a)〜(e)に示すごとく変化させることができる。このようにシード光のスペクトル純度幅E95が変化するため、増幅用レーザ装置300で増幅されて出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95もそれに合わせて変化する。
なお、後述するように、レーザパルス波形を変化させ、スペクトル純度幅E95も変化させることができるパラメータとしては、F2の濃度、全ガス圧力、充電電圧、アウトプットカブラ(OC)反射率などがある。これらのパラメータが変化すると、スペクトル純度幅E95だけでなく、レーザ出力も変化してしまう。このため、1ステージレーザ装置では、各パラメータの可変範囲が限られており、スペクトル純度幅E95の制御範囲も狭かったり、充電電圧のように、レーザ出力への影響が大きいパラメータでは、スペクトル純度幅E95を制御することは困難であった。これに対して、2ステージレーザ装置2では、レーザ出力は増幅用レーザ装置300で制御することができるため、各パラメータ変化により発振用レーザ装置100から出力されるシード光の出力が多少変化したとしても、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光の出力変化は問題とならない。このため、レーザ出力に制限されることなく、各パラメータを制御することで、スペクトル純度幅E95の安定化制御が可能となる。
(実施例4;フッ素F2濃度を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御(制御手段2)−1)することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、発振用チャンバ10内のフッ素分子F2濃度を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図16は、発振用チャンバ10内のフッ素分子F2の濃度NF2(%)とスペクトル純度幅E95(a.u.)との関係L8、同フッ素分子F2の濃度NF2(%)とレーザ出力(シード光強度)E(a.u.)との関係L9を示している。同図16に示すように、発振用チャンバ10内のフッ素分子F2濃度を減少させることによって、スペクトル純度幅E95を狭くすることができる。このことは、参考文献5(特願4-312202号)にも記載されている。この現象を利用して、フッ素分子F2濃度を制御することにより、スペクトル純度幅E95を安定化制御することが可能となる。
図17に、フッ素分子F2濃度を変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図17の横軸は時間(ns)であり、縦軸はレーザ強度(a.u.)である。フッ素分子F2濃度が0.06%の場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、フッ素分子F2濃度が0.14%の場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。また、図12の(a)〜(d)に対応する部分を図17に示している。
同図17に示すように、フッ素分子F2濃度が濃くなると、放電を開始してから出力シード光が観測されるまでの時間が短くなっている、つまり短時間でシード光が出力されるようになる。よって、フッ素分子F2濃度が濃い場合には、パルス前半の成分(a)、(b)が強くなり、図12の(a)、(b)で示されるようにシード光のスペクトル純度幅E95が広くなる。
フッ素分子F2濃度が濃くなることによって、パルスの立上りが早くなるのは、フッ素分子F2の数密度の増大によってレーザ媒質中の小信号利得gが大きくなるためである。アウトプットカプラーの反射率をR1、共振器を構成する他方のミラーの反射率をR2、レーザ媒質中の吸収係数をα、レーザ媒質の長さをLとする場合、共振器内を1往復した場合の光強度の正味の利得(増加割合)Gは、G=R1・R2・EXP{2(g‐α)L}で表される。ここで、光強度が増幅される条件G>1を満たしているとする。初期蛍光強度をI0とした場合、n回ラウンドトリップして、外部に出力される強度IはI=(1-R1)・I0・G^n −Aとなる。Aは出力後に、モニタモジュール等の伝播系で受ける損失を表す。これが、レーザ出力として外部で例えば1 [mJ/cm2]を超えてレーザパルスの立上りが観測されるためには、I >1が必要となる。つまり、(1-R1)・I0・[R1・R2・EXP{2(g-α)L}]^n −A >1 がレーザパルスが立ち上がる条件となる。よって、小信号利得gが大きいとき、少ないラウンドトリップ回数で上記の条件を満たすため、短い時間でレーザ発振が開始されることになる。
以上の原理により、フッ素分子F2濃度を濃くすることによって、利得が増加し、短い時間でレーザ出力が得られ、スペクトル純度幅E95が広くなる。これにより、フッ素分子F2濃度の制御により、スペクトル純度幅E95を安定化制御することができる。
図18に、本実施例4のフローチャートを示す。図18は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図18に示すサブルーチンに入る。
図18に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、メインコントローラ4、ユーティリティコントローラ5で実行される。
図18に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ10内の現在のフッ素分子F2濃度の値NF2が検出される。フッ素分子F2ガスはもともと、放電によって電極10a、10bの材料と反応することによって減少してしまいレーザ出力もそれに合わせて減少してしまう。そこで、レーザ出力安定化のため、フッ素分子F2ガスを定期的に注入している。たとえば予め、単位ショット数あたりのフッ素分子F2ガスの消費量を計測しておき、その計測値に基づいて、ショット数に応じて、フッ素分子F2ガスが発振用チャンバ10内に注入される。よって、フッ素分子F2濃度を簡易に検出するには、レーザガス交換時から、フッ素F2ガスの注入量とガス排出量を記録しておき、それら注入量、排出量の値から算出する方法が望ましい。また、フッ素分子F2の濃度を測定する濃度計を発振用チャンバ10に取り付けておき、この濃度計の値を読み取ることで、フッ素分子F2濃度を検出してもよい(ステップ510)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ501)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なフッ素分子F2濃度の減少量dNF2の値が計算され、減少された濃度値が、
NF2=NF2−dNF2
と計算される(ステップ502)。
逆に、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なフッ素分子F2濃度の増加量dNF2の値が計算され、増加された濃度値が、
NF2=NF2+dNF2
と計算される(ステップ503)。上記増減量dNF2の値は、たとえば図16に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係L8から
計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、フッ素分子F2濃度以外にも全ガス圧力、充電電圧の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95=f(V, NF2,TP)
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での充電電圧Vと全ガス圧力TPを検出し、これらの検出値と上記ステップ510で検出されたフッ素F2濃度NF2とを、上記関係式(E95=f(V, NF2,TP))に代入し、上記スペクトル純度幅とフッ素濃度の関係式、
E95=h(NF2)
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
dNF2=h−1(|E95−E950|)
を求め、スペクトル純度幅の変位量|E95−E950|に対応するフッ素濃度の変化量dNF2を計算すればよい。ここで、x=h−1(y)は、y=h(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた濃度増減量dNF2だけ変化させた値が実際にフッ素分子F2濃度を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、極端にフッ素分子F2濃度が薄くなるか濃くなると、利得の低下が生じたり、グロー放電が不安定になったりして、レーザ発振できなくなるからである。そこで、レーザ発振が可能なフッ素分子F2濃度の制御範囲が設定され、濃度増減量dNF2だけ変化させた値がこの濃度制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ504)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやフッ素分子F2濃度の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ505)。
濃度増減量dNF2だけ変化させた値が上記濃度制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ506に移行され、メインコントローラ4に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ4は、ユーティリティコントローラ5に指令信号を出力し、これを受けてユーティリティコントローラ5は、ガス供給排気ユニット14を操作する。ガス供給排気ユニット14が操作されることによって、発振用チャンバ10へのガスの注入若しくは発振用チャンバ10からのガスの排気が行われ、濃度増減量dNF2だけフッ素分子F2濃度が変化する。具体的には、ガス供給排気ユニット14では、発振用チャンバ10に接続されるガス排気ラインのエアバルブと発振用チャンバ10に接続されるガス吸気ラインのうちF2/Neガスラインのエアバルブ若しくはマスフローコントローラが制御される。スペクトル純度幅を細くする場合には、dNF2だけフッ素濃度が小さくなるように、ガス排気ラインのバルブを開けて、dp1(=TP・(dNF2/NF2))だけ排気した後、dp1だけAr/Neガスを注入する。逆に、スペクトル純度幅を太くする場合には、dNF2だけフッ素濃度が増加するように、ガス排気ラインのバルブを開けて、dp2(=dp1/0.01x)だけ排気した後、dp2だけx%希釈されたF2/Neガスを注入する(dp2=dp1/0.01x)。このとき、一時的にガス圧が減少するが、これをなくすために、ガス排気とガス注入をマスフローコントローラを用いて同時に実施してもよい(ステップ506)。
ガス注入の望ましい実施形態についてArFエキシマレーザを例に説明する。補給するためのガスは2つのボンベ1とボンベ2に保管する。ボンベ1内部にはArガスとNeガスの混合ガスを封入し、ボンベ2内部にはF2ガスとArガスとNeガスの混合ガスを封入する。両ボンベにおいてArガスとNeガスの分圧比はほぼ同一であり、その分圧比はArFエキシマレーザの動作に適する比率に調整混合されている。また、ボンベ2のF2ガスはArFエキシマレーザの動作に適する範囲を超えた高い分圧である。従って、F2ガスを発振用チャンバ内へ注入したい場合はボンベ2から注入する。ボンベ2内のF2ガスは高い分圧を有するので、発振用チャンバ内のガスで薄められて適切な分圧のF2ガスを補給することができる。F2ガスを除くガスを注入したい場合はボンベ1から注入する。レーザガスの注入排気を繰り返しても、発振用チャンバ内部のArガスとNeガスの分圧比がほぼ一定値を維持し、レーザの長期安定動作を可能にすることができる。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、フッ素分子F2濃度を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ507)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ508)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ509)。
一方、ステップ508の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ510に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ509)。
上述したサブルーチンの処理が行われ、フッ素分子F2濃度が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが(図16のL9参照)、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置300の放電パラメータ(全ガス圧力や充電電圧など)を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
(実施例5;全ガス圧力を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御(制御手段2)−1)することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、発振用チャンバ10内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図64に、発振用チャンバ10内の全ガス圧力を変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図64の横軸は時間であり、縦軸はレーザ出力(シード光強度)である。全ガス圧力が小さい場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、全ガス圧力が大きい場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。
同図64に示すように、発振用チャンバ10内の全ガス圧力を低下させることによって、レーザパルスの立ち上がりが遅れ、パルス波形の後半部分が強くなる。逆に全ガス圧力を増加させると、レーザの立ち上がりが早まり、パルス波形の前半部分が強くなる。この理由は、全ガス圧力を増加すると、放電抵抗が増加するため、放電開始電圧が大きくなり、それゆえ、電源11、12からレーザ媒質への注入エネルギーが増加するからである。また、エキシマ分子自体の密度も増加するため、利得が大きくなるからである。実施例4で前述したように、利得の変化により、パルス波形も変化する。このため全ガス圧力TPとスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係は、図16に示すフッ素ガス分子F2濃度とスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係L8、L9と、同様な挙動を呈する。
図19に、本実施例5のフローチャートを示す。図19は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図19に示すサブルーチンに入る。
図19に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、メインコントローラ4、ユーティリティコントローラ5で実行される。
図19に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ10内の現在の全ガス圧力TPが検出される(ステップ610)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ601)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要な全ガス圧力TPの減少量dTPの値が計算され、減少された値が、
TP=TP−dTP
と計算される(ステップ602)。
逆に、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要な全ガス圧力TPの増加量dTPの値が計算され、増加された値が、
TP=TP+dTP
と計算される(ステップ603)。上記増減量dTPの値は、たとえば図16に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係と同じようなスペクトル純度幅E95と全ガス圧力との相関関係L8から計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、全ガス圧力以外にもフッ素分子F2濃度、充電電圧の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95=f(V, NF2,TP)
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での充電電圧Vとフッ素F2濃度NF2を検出し、これらの検出値と上記ステップ610で検出された全ガス圧力TPとを、上記関係式(E95=f(V, NF2,TP))に代入し、スペクトル純度幅と全ガス圧力の関係式、
E95=i(TP)
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
dTP=i−1(|E95−E950|)
を求め、スペクトル純度幅の変位量|E95−E950|に対応する全ガス圧力の変化量dTPを計算すればよい。ここで、x=i−1(y)は、y=i(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた全ガス圧力増減量dTPだけ変化させた値が実際に全ガス圧力を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、極端に全ガス圧力が低いと、利得の低下によりレーザ発振ができなくなり、また、極端に全ガス圧力が高いと、発振用チャンバ10の圧力限界値に達し、物理的にそれ以上ガス圧力を増加させることができなくなるからである。
そこで、全ガス圧力の制御範囲が設定され、全ガス圧力増減量dTPだけ変化させた値がこの全ガス圧力制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ604)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはや全ガス圧力の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ605)。
全ガス圧力増減量dTPだけ変化させた値が上記全ガス圧力制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ606に移行され、メインコントローラ4に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ4は、ユーティリティコントローラ5に指令信号を出力し、これを受けてユーティリティコントローラ5は、ガス供給排気ユニット14を操作する。ガス供給排気ユニット14が操作されることによって、発振用チャンバ10へのガスの注入若しくは発振用チャンバ10からのガスの排気が行われ、全ガス圧力増減量dTPだけ全ガス圧力TPが変化する。具体的には、ガス供給排気ユニット14では、発振用チャンバ10に接続されるガス排気ラインのエアバルブと発振用チャンバ10に接続されるガス吸気ラインのうちAr/Neガスラインのエアバルブが制御される。スペクトル純度幅を細くする場合には、dTPだけ全ガス圧力が減少するように、ガス排気ラインのバルブを開けて、ガスを排気する。
逆に、スペクトル純度幅を太くする場合には、dTPだけ全ガス圧力が増加するように、Ar/Neガスラインのバルブを開けて、ガスを注入する(ステップ606)。
ここでガス注入の望ましい実施形態についてArFエキシマレーザを例に説明する。補給するためのガスは2つのボンベ1とボンベ2に保管する。ボンベ1内部にはArガスとNeガスの混合ガスを封入し、ボンベ2内部にはF2ガスとArガスとNeガスの混合ガスを封入する。両ボンベにおいてArガスとNeガスの分圧比はほぼ同一であり、その分圧比はArFエキシマレーザの動作に適する比率に調整混合されている。また、ボンベ2のF2ガスはArFエキシマレーザの動作に適する範囲を超えた高い分圧である。従って、F2ガスを発振用チャンバ内へ注入したい場合はボンベ2から注入する。ボンベ2内のF2ガスは高い分圧を有するので、発振用チャンバ内のガスで薄められて適切な分圧のF2ガスを補給することができる。F2ガスを除くガスを注入したい場合はボンベ1から注入する。レーザガスの注入排気を繰り返しても、発振用チャンバ内部のArガスとNeガスの分圧比がほぼ一定値を維持し、レーザの長期安定動作を可能にすることができる。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、全ガス圧力を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ607)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ608)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ609)。
一方、ステップ608の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ610に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ609)。
上述したサブルーチンの処理が行われ、全ガス圧力が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが(図16のL9参照)、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置300の放電パラメータ(全ガス圧力や充電電圧など)を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
(実施例6;充電電圧を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御(制御手段2)−1)することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
図1、図2、図3で説明したように、発振用レーザ装置100では、電源11、12の充電電圧に応じた電圧が一対の電極10a、10b間に印加されることで主放電が行われる。本実施例では、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図64に、発振用チャンバ10内の電極10a、10bに印加される電圧に対応する充電器11の充電電圧Vを変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図64の横軸は時間であり、縦軸はレーザ出力(シード光強度)である。充電電圧Vが小さい場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、充電電圧Vが大きい場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。
同図64に示すように、充電電圧Vを低下させることによって、レーザパルスの立ち上がりが遅れ、パルス波形の後半部分が強くなる。逆に充電電圧Vを増加させると、レーザの立ち上がりが早まり、パルス波形の前半部分が強くなる。この理由は、電源11、12のコンデンサに充電する電圧を大きくすることによって、放電開始時にコンデンサから電極10a、10b間への充電速度が増加し、放電開始電圧も大きくなり、それゆえ、電源11、12からレーザ媒質への注入エネルギーが増加し、利得も大きくなるからである。実施例4で前述したように、利得の変化により、パルス波形も変化する。このため充電電圧Vとスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係は、図16に示すフッ素ガス分子F2濃度とスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係L8、L9と、同様な挙動を呈する。
図20に、本実施例6のフローチャートを示す。図20は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図20に示すサブルーチンに入る。
図20に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、メインコントローラ4、エネルギーコントローラ7、同期コントローラ8で実行される。
図20に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ10内の放電電極10a、10bに電圧を印加する電源11、12(充電器11)の現在の充電電圧Vが検出される(ステップ710)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ701)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要な充電電圧Vの減少量dVの値が計算され、減少された値が、
V=V−dV
と計算される(ステップ702)。
逆に、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要な充電電圧Vの増加量dVの値が計算され、増加された値が、
V=V+dV
と計算される(ステップ703)。上記増減量dVの値は、たとえば図16に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係と同じようなスペクトル純度幅E95と充電電圧との相関関係L8から計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、充電電圧以外にもフッ素分子F2濃度、全ガス圧力の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95=f(V, NF2,TP)
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での全ガス圧力TPとフッ素F2濃度NF2を検出し、これらの検出値と上記ステップ710で検出された充電電圧Vとを、上記関係式(E95=f(V, NF2,TP))に代入し、スペクトル純度幅と充電電圧の関係式、
E95=g(V)
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
dV=g−1(|E95−E950|)
を求め、スペクトル純度幅の変位量|E95−E950|に対応する充電電圧の変化量dVを、計算すればよい。ここで、x=g−1(y)は、y=g(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた充電電圧増減量dVだけ変化させた値が実際に充電電圧を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、実際の発振用レーザ装置100では電源11、12の性能により、充電可能な範囲が制限されるからである。
そこで、充電電圧の制御範囲が設定され、充電電圧増減量dVだけ変化させた値がこの充電電圧制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ704)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはや充電電圧の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ705)。
充電電圧増減量dVだけ変化させた値が上記充電電圧制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ706に移行され、メインコントローラ4に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ4は、エネルギーコントローラ7を介して、同期コントローラ8を指令信号を出力し、これを受けて、同期コントローラ8は、発振用レーザ装置100の充電器11を操作して、充電電圧増減量dVだけ充電電圧Vを変化させる(ステップ706)。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、充電電圧を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ707)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ708)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ709)。
一方、ステップ708の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ710に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ709)。
上述したサブルーチンの処理が行われ、充電電圧が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが(図16のL9参照)、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置300の放電パラメータ(全ガス圧力や充電電圧など)を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
(実施例7;アウトプットカブラの反射率を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御(制御手段2)−1)することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、図11、図21に示すように、発振用チャンバ10内で発生した光を所定の反射率で発振用チャンバ内10内に戻すアウトプットカブラ60が発振用レーザ装置100に設けられていることを前提としている。本実施例は、アウトプットカブラ60の反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図11に示す発振用レーザ装置100内のレーザ共振器のアウトプットカプラ60の反射率を変化させることによって、レーザパルス波形を変化させることが可能である。アウトプットカプラ60の反射率を増加させれば、パルスの後半部分が強くなり、逆に、反射率を減少させれば、パルスの前半部分が強くなる。このため、例えば、アウトプットカプラ60を基準値を反射率30%で設計しておき、スペクトル純度幅E95が太った場合には、反射率を基準値から40%に増加させればスペクトル純度幅E95を狭くして許容幅内に収まることができ、スペクトル純度幅E95から狭くなった場合には、反射率を基準値から20%に減少させればスペクトル純度幅E95を広くすることができる。ここで反射率の数値は例示であって、これに限定するものではない。
図21(a)、(b)に、アウトプットカプラ60の反射率を変化させる手段を例示する。図21は、発振用チャンバ10側からアウトプットカプラ60をみた図である。
図21(a)は、アウトプットカプラ60のビーム照射面を図中横長方向に形成し、このビーム照射面に、たとえば図中左方向61Aで反射率が大きくなり、図中右方向61Bで反射率が小さくなるよう、反射率の分布を形成しておき、スライド機構61によってアウトプットカプラ60のビーム照射面を、図中左右にスライドさせることによって、レーザビームの照射位置62の反射率を変化させるという構造を例示している。
図21(b)は、アウトプットカプラ60のビーム照射面を周方向に形成し、このビーム照射面に、たとえば図中左周方向で反射率が大きくなり、図中右周方向で反射率が小さくなるよう、反射率の分布を形成しておき、回転機構63によってアウトプットカプラ60のビーム照射面を、図中左右回転方向63A、63Bに回転させることによって、レーザビームの照射位置62の反射率を変化させるという構造を例示している。
なお、図21では、アウトプットカプラ60のビーム照射面に、連続的に反射率が変化するような分布を形成しているが、段階的に反射率が変更されるような膜を形成して、ステップ状に反射率を変更してもよい。
(実施例8; 発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、それに合わせて放電タイミングも変化させる制御(制御手段3))を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100で放電を開始してから増幅用レーザ装置300で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化dtに応じて、発振用レーザ装置100で放電を開始してから増幅用レーザ装置300で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御が行われる。
図25は、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、放電タイミングを固定した場合の効果を説明する図であり、図26は、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、その変化に合わせて放電タイミングを変化させた場合の効果を説明する図である。
図25(a)、(b)、(c)は、横軸の時間軸を共通のものとして、それぞれ、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95、発振用レーザ装置100から出力されるシード光のパルス波形(縦軸;シード光出力(強度))、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のパルス波形(縦軸;レーザ光出力(強度))を示している。図26(a)、(b)、(c)についても同様である。破線で示すパルス波形は、遅延前のもので、実線で示すパルス波形は、遅延後のものである。
図25に示すように、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させることによって、シード光のスペクトル純度幅E95は変化する(図25(b))。しかし、このとき増幅用レーザ装置300での放電開始時期をずらさず放電タイミングを固定とした場合には(図25(c))、レーザ光のスペクトル純度幅E95の値は、図25(a)にP1で示すように殆ど変化しない(図25(a))。また、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させることによって、同期許容幅から外れる場合もあり、レーザ出力が減少してしまう(図25(c)参照)。ただし、MOPA方式の場合には、図62で説明したように、シード光と増幅用レーザ装置300の利得曲線が重なった部分が増幅されるので、放電タイミングを固定としたままでもスペクトル純度幅E95が変化して、レーザ出力の減少が免れる。このため、この図25に示す、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、放電タイミングを固定したままとする制御は、MOPA方式に有効である。
一方、図26に示ように、シード光のパルス立ち上がり時間の変化分dt(図26(b))に合わせて、放電タイミングを同じdtだけ変化させてやると(図26(c))、同期タイミングがずれることがなくなるため、増幅されるレーザ光のスペクトル純度幅E95は、シード光のスペクトル純度幅E95の影響を受けて、P2からP3へと変化するとともに(図26(a))、レーザ光出力も変化することがない(図26(c))というメリットが得られる。このため、この図26に示す、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、その変化に合わせて放電タイミングを変化させるという制御は、MOPO、MOPAの両方式に有効である。
図27に、図18で説明した制御、つまりフッ素分子F2濃度を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化(シード光のパルス立ち上がり時間を変化)させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせた処理手順をフローチャートで示している。図27で、図18と共通するステップ510、501〜509についての説明は、省略する。
図27では、図18のステップ506とステップ507との間に、「シード光のパルス立ち上がり時間の変化分dtだけ放電タイミングを変化させる」という処理を実行するステップ511が挿入されている点が、図18と異なる。
すなわち、本実施例では、フッ素分子F2濃度を濃度増減量dNF2だけ変化させて、これによりシード光のレーザパルス波形を変化させ、シード光のパルス立ち上がり時間をdtだけ変化させた(ステップ506)後に、そのシード光のパルス立ち上がり時間の変化分dtだけ放電タイミングを変化させる処理が実行される(ステップ511)。
本実施例8によれば、図18で説明した実施例4と比較して、レーザ光出力の減少を抑制することができる。
なお、図27では、図18で説明した制御、つまりフッ素分子F2濃度を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化(シード光のパルス立ち上がり時間を変化)させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせた場合を例示したが、同様に、図19で説明した制御、つまり全ガス圧力を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化(シード光のパルス立ち上がり時間を変化)させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよく、また、同様に、同様に、図20で説明した制御、つまり充電電圧を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化(シード光のパルス立ち上がり時間を変化)させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよく、また、図21で説明したアウトプットカブラ60の反射率を変化させることでシード光のパルス波形を変化(シード光のパルス立上り時間を変化)させる制御)と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよい。
(実施例9;磁気圧縮回路のコンデンサの容量、容量比に応じてシード光のパルス波形を変化させることによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、図3に示すように、発振用レーザ装置100に、磁気圧縮回路が設けられていることを前提とする。すなわち、一対の放電電極10a、10bと電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサCpとこのピーキングコンデンサCpの前段に電気的に並列に配置された第2のコンデンサC2とを備えた充電回路(磁気圧縮回路)が発振用レーザ装置100に備えられ、第2のコンデンサC2に蓄えられた電荷をピーキングコンデンサCpに移行させ、ピーキングコンデンサCpの充電電圧に応じた電圧が一対の電極10a、10bに印加されることで放電が行われることを前提とする。本実施例では、ピーキングコンデンサCpまたは/および第2のコンデンサCpの容量、または/および第2のコンデンサに対するピーキングコンデンサCpの容量比C2/Cpを変化させることで、シード光のパルス波形が変化され、これによりスペクトル純度幅E95が安定化制御される。
たとえば、図22(c)に示すように、容量比C2/Cpを大きくすることで、パルスストレッチされ、シード光のパルス波形が長くなる。
まず、コンデンサの容量とシード光のパルス波形との関係について、その原理を説明する。
レーザパルス波形は、放電電流波形に依存し、その放電電流波形は、電極10a、10b間の電圧波形に依存する。特に振動電流の最初の1/2周期以降においても、レーザ発振を持続する場合は、電流のピーク値が大きいときである。主放電電極10a、10b間で放電が開始する電圧(これをブレークダウン電圧Vbと呼ぶ)は、主放電電極10a、10b間に加えられる電圧の立ち上がりに依存し、立ち上がり時間が高速である場合に放電開始電圧Vbが高くなる(過電圧の発生)。例えば、この印加電圧が急激に上昇するようにするには、ピーキングコンデンサCpの容量に対する第2のコンデンサC2の容量を大きくしてやれば(逆にCpを小さくしてやれば)、その電圧の立ち上がりは急峻になる。ただし、ピーキングコンデンサCpの容量に対する第2のコンデンサC2の容量が大きければ大きい程その電圧の立上りは急峻になり望ましいが、一方で、第2のコンデンサC2の容量を大きくすればする程、発振用レーザ装置100全体を駆動のために必要なエネルギーが大きくなり、発振用レーザ装置100の効率が低下してしまうので、容量比C2/Cpには限界があり、容量比を制御する場合は、ある範囲内で変化させる必要がある。
また、主放電電極10a、10b間を流れる振動電流の最初の1/2周期以降の周期を短くすると、2番目以降の1/2周期においてもレーザ発振が持続される。これは、この周期が長いと、1つの1/2周期の後半において放電の空間的な集中が発生して必要な均一な励起が効率良く行われなくなるからである。2番目以降の1/2周期の周期を決めるパラメータは、ピーキングコンデンサCpと主放電電極10a、10bが形成するループ(放電電流回路)中の容量と浮遊インダクタンスであり、両者の積のルートがその周期に比例する。したがって、その周期を短くするには、ピーキングコンデンサCpの容量を小さくすればよい。
図22に、コンデンサの容量を変化させたときの(a)電極10a、10b間電圧、(b)放電電流、(c)シード光のパルス波形(縦軸;レーザ強度)の変化の様子を示す。図22(a)、(b)、(c)の横軸は、共通の時間軸としている。図22において、破線は容量変化前の波形であり、実線は容量変化後の波形である。
上述した原理のとおり、ピーキングコンデンサCpの容量が小さくなって、容量比C2/Cpが大きくなる場合、放電電圧の立ち上がりが急になり(図22(a)で破線から実線に変化)、放電開始電圧Vbも大きくなるのがわかる(図22(a)参照)。これにより、放電電流のピーク値が大きくなり、放電電流が長時間振動する(図22(b)参照)。これに伴い、シード光のレーザパルス波形も長くなる(図22(c)参照)。レーザパルスが長くなるということは、パルスの後半部分が強くなり、スペクトル純度幅の狭い成分が多くなることを意味する。
よって、発振用レーザ装置100の充電回路(磁気圧縮回路)において、ピーキングコンデンサCpの容量を小さく、または/および第2のコンデンサC2の容量を大きく、または/および容量比C2/Cpを大きくすることによって、シード光のスペクトル純度幅E95が狭くなる。逆に、ピーキングコンデンサCpの容量を大きく、または/および第2のコンデンサC2の容量を小さく、または/および容量比C2/Cpを小さくすることによって、シード光のスペクトル純度幅E95が広くなる。
コンデンサの容量は、コンデンサの温度によって調整することができる。例えば、温度20℃の増加でコンデンサの容量は10%減少する。
そこで、例えば、ピーキングコンデンサCpの温調温度が、空冷で40℃、水冷で20℃、空冷なしで60℃に変化可能に設計しておく。
ピーキングコンデンサCpの温度(゜C)とスペクトル純度幅E95(a.u)との関係L10は、図23に例示したとおりとなる。
すなわち、同図23に示すように、スペクトル純度幅E95が太くなった場合には、空冷をオフにしてピーキングコンデンサCpの温度を上昇させれば(40゜C→60゜C)、容量が減少して、レーザパルス幅が伸びて、スペクトル純度幅E95を狭くすることができる。一方、スペクトル純度幅E95が狭くなった場合には、水冷にして、ピーキングコンデンサCpの温度を低下させれば(40゜C→20゜C)、容量が大きくなり、レーザパルス幅が短くなり、スペクトル純度幅E95を広くすることができる(図23参照)。例えば、容量比C2/Cp=5.6/8の場合、ピーキングコンデンサCpの容量は、;5nF〜6.2nFまで変更可能となり、これにより、容量比C2/Cpは、0.63〜0.78の範囲で制御が可能となる。
図24に、本実施例9のフローチャートを示す。図24は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図20に示すサブルーチンに入る。
図24に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、メインコントローラ4で実行される。
図24に示すサブルーチンがスタートすると、まず、ピーキングコンデンサCpの現在の温度Tcpが検出される(ステップ810)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ801)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なピーキングコンデンサ温度Tcpの増加量dTcpの値が計算され、増加された値が、
Tcp=Tcp+dTcp
と計算される(ステップ802)。
E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なピーキングコンデンサ温度Tcpの減少量dTcpの値が計算され、減少された値が、
Tcp=Tcp−dTcp
と計算される(ステップ803)。上記増減量dTcpの値は、たとえば図23に示すピーキングコンデンサの温度とスペクトル純度幅E95との相関関係L10から計算すればよい。
つぎに、このように求められたピーキングコンデンサCpの温度増減量dTcpだけ変化された値が実際に温度を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、温度増減によってピーキングコンデンサCpの容量が変化することで、発振用レーザ装置100を駆動する際のエネルギー効率が変化するため、容量変化可能(温度変化可能)な範囲には制限があるからである。
そこで、ピーキングコンデンサの温度の制御範囲が設定され、温度増減量dTcpだけ変化された値がこの温度制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ804)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやピーキングコンデンサの温度の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ805)。
温度増減量dTcpだけ変化された値が上記温度制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ806に移行され、メインコントローラ4に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ4は、ピーキングコンデンサCpの温度を、温度増減量dTcpだけ変化させる(ステップ806)。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、ピーキングコンデンサCpの温度Tcpを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ807)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ808)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ809)。
一方、ステップ808の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ810に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ809)。
なお、この図24に示すフローチャートでは、ピーキングコンデンサCpの温度を制御する場合を例示したが、同様に、第2コンデンサC2の温度を制御してもよく、また容量比C2/Cpが変化するように両コンデンサの温度を制御してもよい。また、これらピーキングコンデンサCpの温度の制御、第2コンデンサC2の温度の制御、容量比C2/Cp(両コンデンサの温度)の制御を適宜組み合わせた制御を行うようにしてもよい。
また、コンデンサの温度を制御する代わりに、ドアノブ型コンデンサであれば接続数を変更することで容量を制御してもよい。例えば、200pFコンデンサ×28個で、5.6nFのピーキングコンデンサCpFを構成した場合、25個から31個の範囲で接続数を変化させることによって、容量を変化させることができ、温度を変化させた場合と同様の効果が得られる。
(実施例10;予備電離コンデンサの容量に応じてシード光のパルス波形を変化させることによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例は、図3に示すように、一対の放電電極10a、10bと電気的に並列に配置された予備電離コンデンサCp′を備えた充電回路が発振用レーザ装置100に備えられ、予備電離コンデンサCp′の充電電圧に応じて一対の電極10a、10b間で予備電離が行われることを前提とする。本実施例では、予備電離コンデンサCp′の容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、スペクトル純度幅E95の安定化制御が行われる。
図22(c)に示すレーザパルス波形と同様に、予備電離コンデンサCp'の容量の値を変化させた場合にも、レーザパルス波形が変化する。例えば、予備電離コンデンサCp'の容量を小さくすると、その分、予備電離コンデンサCp側に流れる電流が大きくなるため、結果としてレーザパルス波形が長くなる。これに伴い、パルス後半の強度が強くなり、スペクトル純度幅E95が細くなる。逆に、予備電離コンデンサCp'の容量が大きくなると、その分、予備電離コンデンサCp側に流れる電流が小さくなるため、結果として、レーザパルス波形が短くなる。これに伴い、パルス前半の強度が強くなり、スペクトル純度幅E95が太くなる。予備電離コンデンサCp'の容量は、前述したピーキングコンデンサCpと同じように、温度によって制御することができる。また、予備電離コンデンサCp'を構成するコンデンサの個数の接続数を変化させることでも、容量を制御することが可能である。
具体的な実施例は、図24のフローチャートにおいて、「ピーキングコンデンサCp」を「予備電離コンデンサCp'」に置換した同様の処理で実現される。
上述した実施例9、10は、シード光のパルス波形をパルスストレッチするものであるが、この実施例9、10と、実施例4のフッ素濃度によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよく、この場合には、同期許容幅を一層拡げられるという効果が得られる。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例9、10と、実施例5の全ガス圧力によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例9、10と、実施例6の充電電圧によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例9、10と、実施例7のアウトプットカブラ反射率によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
また、実施例8で説明したのと同様に、シード光のレーザパルスをパルスストレッチさせてシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御を行う(図22(c))とともに、放電タイミングを変化させる制御を実施してもよい。
(実施例11;狭帯域化性能の制御(グレーティングの曲率半径による波面制御、波面補正器による波面制御)によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例11では、発振用レーザ装置100に、発振用チャンバ10内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、波面変化手段によって、発振用チャンバ10内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を変化させ、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
まず、本実施例に適用される原理について説明する。
レーザ光の波面を修正することで、スペクトル性能が変化する。これを利用すれば、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
すなわち、レーザ共振器内においては、様々な要因によって、レーザ光の波面はダイバージェンス(拡がり)および曲率を有することになる。例えば、レーザ共振器内にスリットが配置されている場合には、このスリットによる回折によってスリット通過後の光は球面波となる。また、レーザ共振器内に配置されている光学素子自身の収差によって波面が歪むこともある。例えば、狭帯域化素子として用いられるプリズムエキスパンダのような透過型の光学素子では、
(a)内部の屈折率分布が完全に一様ではない
(b)プリズムの研磨面が歪んでいる
などの原因によって、この光学素子を通過したレーザ光の波面は凸面または凹面の曲率を持つものとなる。そして、このような曲率を有する波面を持つレーザ光が平坦な形状のグレーティングに入射された場合は、グレーティングによる波長選択性能を低下させてしまうことになる。すなわち、グレーティングへのレーザ光の入射波面が曲率を持つ場合は、グレーティングのそれぞれの溝にレーザ光が異なる角度で入射されることになるので、グレーティングの波長選択特性が低下し、狭帯域化したレーザ光のスペクトル線幅が広くなる。
そこで、グレーティングに入射するレーザ光の波面に一致するようにグレーティング自体を曲げることにより、反射波面を修正し、スペクトル線幅が広がるのを防ぐことができる。
図29は、グレーティングに曲率を発生させる曲率発生装置、つまりグレーティング曲げ機構の構成例を断面図にて示している。
同図29のグレーティング曲げ機構は、狭帯域化モジュール(LNM)16に設けられる。
グレーティング161の側面は、グレーティング支持部162によって支持されている。グレーティング161のレーザ光(シード光)入射面とは、反対側の面の中央部には、バネ163が配置されている。バネ163の一方の端面がグレーティング161に押し当てられるよう配置されている。バネ163の他方の端面は、押し部材164に当接されている。バネ163は、押し部材164の移動方向に沿って伸縮自在に配置されている。押し部材164は、テーパ状の傾斜面164aを有しており、この傾斜面164aには、調整ボルト165の先端が当接されている。調整ボルト165は、この調整ボルト165の直動に応じて、押し部材164が移動するような位置関係で、押し部材164に当接されている。調整ボルト165は、ステッピングモータ166の回転軸に接続されており、ステッピングモータ166の回転駆動に応じて調整ボルト165が直動ずる。
このためステッピングモータ166が回転駆動し調整ボルト165が押し部材164の傾斜面164aに対して直動すると、その直動方向に応じて、押し部材164は、バネ164を縮ませる方向(図中左方向)またはバネ164を伸ばす方向(図中右方向)に移動する。これによりグレーティング161の中央部は、押し引きされて、グレーティング161の光入射面の曲率半径が変化する。バネ163は、制御間隔を細かくするために設けられている。
図28には、グレーティング161の曲率半径とスペクトル純度幅E95との関係L11を示している。同図28に示す曲線L11は、ある曲率半径でスペクトル純度幅の極小値を持つ曲線であるため、実際に制御する場合は、上記極小点よりも曲率半径が小さい側の制御範囲(SA)か、上記極小点よりも曲率半径が大きい側の制御範囲(SB)のどちらかに決めて制御を行うことが望ましい。曲線L11上で大きな傾きを持つ領域の方が制御しやすいため、この例では傾きの大きい側の制御範囲(SA)を使用すると、より効果的である。
図30は、グレーティング161の曲率半径を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例11の処理手順を示している。図30は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図30に示すサブルーチンに入る。
図30に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6で実行される。
図30に示すサブルーチンがスタートすると、まず、狭帯域化モジュール(LNM)16内のグレーティング161の現在の曲げ量xが検出される(ステップ910)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ901)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当するグレーティング161の曲げ量の制御量dxが計算され、制御量dxだけ変化された値が、
x=x+dx
と計算される(ステップ902)。
E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E950−E95に相当するグレーティング161の曲げ量の制御量dxが計算され、制御量dxだけ変化された値が、
x=x−dx
と計算される(ステップ903)。上記制御量dxの値は、たとえば図28に示すグレーティング161の曲率半径とスペクトル純度幅E95との相関関係L11から計算すればよい。
つぎに、このように求められたグレーティング161の曲げ量の制御量dxだけ変化された値が実際に制御可能な範囲にあるか否かが判断される。
そこで、制御量dxだけ変化された値が、制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ904)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやグレーティング161の曲率半径(曲げ量)の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ905)。
制御量dxだけ変化された値が、制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ906に移行され、ドライバ21に駆動指令信号を送り、たとえば図29に示すグレーティング曲げ機構のステッピングモータ166を駆動して、グレーティング161の曲げ量 を、制御量dxだけ変化させる(ステップ906)。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、グレーティング161の曲げ量xを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ907)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ808)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ909)。
一方、ステップ908の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ910に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ909)。
上述した図30のフローチャートでは、グレーティング161の曲率半径を変化させて光の波面を変化(修正)する場合を想定して説明したが、LNM16内にある別の素子、例えばチューニングミラーなどの曲率半径を変化させて、同様に波面修正をしてもよい。
また、参考文献6(特願9-119631号)に記載されているように、LNM16内に、レーザ光の波面を補正して出射する波面補正手段を設け、その波面補正手段の波面補正特性を変化させることでスペクトル純度幅E95を安定化制御してもよい。
図54に、波面補正器169を備えた狭帯域化モジュール16の構成例を示す。
同図54に示すように、狭帯域化モジュール(LNM)16は、ビームエキスパンダ168と、グレーティング161と、グレーティング161の姿勢を変化させる回転アクチュエータ167と、波面補正器169とを含む構成要素で構成されている。
波面補正器169は、入射されたレーザ光の波面を補正して出射する機能を備えている。狭帯域化モジュール16に入射されたレーザ光は、まず波面補正器169によって、その波面が修正された後、ビームエキスパンダ168に入射される。ビームエキスパンダ168によってレーザ光のビーム幅が拡大される。さらに、レーザ光はグレーティング161に入射されて回折されることにより、所定の波長成分のレーザ光のみが入射光と同じ方向に折り返される。グレーティング161で折り返されたレーザ光は、ビームエキスパンダ(たとえばプリズム)168でビーム幅が縮小された後、波面補正器169に入射される。波面補正器169では、レーザ光の波面が狭帯域化モジュール16に入射されたときと同じ平面波になるように、波面が補正される。波面が補正されたレーザ光は、狭帯域化モジュール16から出射され発振用チャンバ10に入射される。
以上のように構成された狭帯域化モジュール16内の波面補正器169の波面補正特性を変化させることで、スペクトル純度幅E95の安定化制御が行われる。
図55は、波面補正器169の構成例を示している。
図55(a)は、透過型の光学素子基板の温度分布を制御して、波面を変化させる波面補正器169の構成例である。
一般に、CaF2などの光学材料の屈折率は温度によって変化する。したがって、光学素子に温度分布を故意に与えることで屈折率分布を発生させることができる。
そこで、図55(a)に示すように、基板1692の四方の各側面に熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器1691を設置する。加熱冷却器1691が設置された付近の基板1692の温度は、温度センサ1691aで検出され、基板1692が所定の温度分布になるように温度センサ1691aの検出値に基づいて各加熱冷却器1691を温度制御して、基板1692に所望の屈折率分布を与え、レーザ光の波面を変化させる。
図55(b)は、凸レンズ1695と、凹レンズ1696と、凸レンズ1695を光軸方向に移動させる移動ステージ1693と、この移動ステージ1693を駆動するパルスモータ1694とによって構成した波面補正器169を例示している。
同図55(b)に示すように、入射された凸面波面または凹面波面は、凸レンズ1695と凹レンズ1696との光軸方向の相対位置に応じて平面波に変換される。凸レンズ1695と凹レンズ1696との距離を大きくとった場合には、凸面波面を平面波に変換することができる。また、凸レンズ1695と凹レンズ1696との距離を小さくとった場合には、凹面波面を平面波に変換することができる。このようにパルスモータ1694を駆動して移動ステージ1693を移動させ、凸レンズ1695と凹レンズ1696との距離を変化させることで、レーザ光の波面を変化させることができる。
(実施例12;狭帯域化性能の制御(ディフォーマブルミラーによる波面制御)によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
上述した実施例11では、グレーティングの曲率半径に応じて、あるいは波面補正器によって、波面を制御する場合について説明したが、つぎに、同じく発振用チャンバ10で発生した光の波面を制御するために、ディフォーマブルミラーを使用する実施例について説明する。
図31は、ディフォーマブルミラーを使用したレーザ波面制御システムの構成を示している。
同図31に示すように、発振用チャンバ10のフロント側には、エンドミラーであるディフォーマブルミラー70が配置されている。本実施例では、ディフォーマブルミラー70の全反射面の形状を整形して、レーザ波面を変化(修正)する。
発振用チャンバ10のリア側にリトロー配置されたグレーティング161とフロント側のディフォーマブルミラー70との間で、レーザ共振器が構成されている。発振用チャンバ10とフロント側のディフォーマブルミラー70との間の光路上には、45度入射のビームスプリッタ71が配置されている。ビームスプリッタ71は、出力結合ミラーとして機能する.
すなわち、発振用チャンバ10から出力された光の一部は、出力結合ミラー71により反射され、発振用レーザ装置100の出力光(シード光)として取り出され、増幅用レーザ装置100へ注入光として入力される。
一方、出力結合ミラー71を透過した光は、ディフォーマブルミラー70によって、反射波面が変化して再び、出力結合ミラー71に入射する.出力結合ミラー71の透過光は、発振用チャンバ10を透過して増幅される.出力結合ミラー71の反射光は、波面検出器72に入射される.そして、発振用チャンバ10を透過して増幅された光は、プリズムによって構成されたビームエキスパンダ168とグレーティング161とにより狭帯域化されて、回折光が再び発振用チャンバ10を透過して増幅される.そして、再び、発振用チャンバ10を透過して増幅された光は、出力結合ミラー71に入射され、レーザ発振される。
発振用チャンバ10内で発生するレーザ光の波面は、理想的には、シリンドリカル状の波面となる。波面検出器72では、発振用チャンバ10内で発生したレーザ光の波面の曲率半径Rが検出される。波面検出器72は、発振レーザ光をモニタしてもよく、また、別の可視光などのガイドレーザによる光の波面を検出してよい。また、レーザビームの波面の検出方法としては、シェアリング干渉計やハルトマン−シャック法などが一般に知られている。これら検出原理に基づき波面検出器72を構成することができる。
ディフォーマブルミラー70は、アクチュエータ73によって、反射面の複数の各部分が機械的に押し引きされる。図32は、図31のA−A断面を示しており、ライン型のディフォーマブルミラー70と、ディフォーマブルミラー70の反射面の3点に設けられたアクチュエータ73を示している.アクチュエータ73としては、例えばピエゾ素子が使用される。各アクチュエータ73(ピエゾ素子)を伸縮させることにより、ディフォーマブルミラー70の反射面の各部が押し引きされディフォーマブルミラー70の曲率半径の大きさが調整される。なお、図32は、アクチュエータ73の数が3つの場合を例示しているが、これに限定されることなく、アクチュエータ73の個数は任意であり、アクチュエータ73の個数を多くすることによって、より高精度な波面修正が可能となる.また、ディフォーマブルミラー70の反射面を押し引きするアクチュエータ73としては、ピエゾ素子に限定されるわけではなく、任意のものを使用することができ、例えば、ピエゾ素子以外に、温度変化による熱膨張を利用してディフォーマブルミラー70の反射面を押し引きするアクチュエータを使用してもよい。
コントローラ74は、波面検出器72で検出された光の波面の曲率半径Rと、スペクトル純度幅E95の検出値とに基づいて、アクチュエータ73を介して、ディフォーマブルミラー70の曲率半径rを制御する。
図33には、波面検出器72で検出されるレーザ光の波面の曲率半径とスペクトル純度幅E95との関係L12を示している。同図33に示す曲線L12は、図28と同様に、ある曲率半径でスペクトル純度幅の極小値を持つ曲線であるため、実際に制御する場合は、上記極小点よりも曲率半径が小さい側の制御範囲(SA)か、上記極小点よりも曲率半径が大きい側の制御範囲(SB)のどちらかに決めて制御を行うことが望ましい。曲線L12上で大きな傾きを持つ領域の方が制御しやすいため、この例では傾きの大きい側の制御範囲(SA)を使用すると、より効果的である。
図34は、レーザ光の波面の曲率半径を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例12の処理手順を示している。図34は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図34に示すサブルーチンに入る。
図34に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、図31に示すコントローラ74で実行される。
図34に示すサブルーチンがスタートすると、まず、波面検出器72によって発振用チャンバ10で発生したレーザ光の波面の現在の曲率半径Rが検出される(ステップ1010)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ1001)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当するレーザ光波面の曲率半径の制御量dRが計算され、制御量dRだけ変化された値が、
R=R+dR
と計算される(ステップ1002)。
E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E950−E95に相当するレーザ光波面の曲率半径の制御量dRが計算され、制御量dRだけ変化された値が、
R=R−dR
と計算される(ステップ1003)。上記制御量dRの値は、たとえば図33に示すレーザ光波面の曲率半径とスペクトル純度幅E95との相関関係L12から計算すればよい。
つぎに、レーザ光波面の曲率半径を、上記制御量dR分変化させるのに必要なディフォーマブルミラー70の曲率半径の変化量drが計算される。そして、このように求められた制御量drだけ変化されたディフォーマブルミラー70の曲率半径値が実際に制御可能な範囲にあるか否かが判断される。
そこで、制御量drだけ変化された値が、制御範囲から外れている(リミット検出)か否かが判断され(ステップ1004)、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやディーフォーマブルミラー70の曲率半径(レーザ光波面の曲率半径)の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ1005)。
制御量drだけ変化された値が、制御範囲内(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ1006に移行され、ディーフォーマブルミラー70のコントローラ74に駆動指令信号を送り、アクチュエータ73を介して、ディフォーマブルミラー70の曲率半径rを、制御量drだけ変化させ、発振用チャンバ10内で発生したレーザ光の波面の曲率半径Rを、制御量dRだけ変化させる(ステップ1006)。
つぎに、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、ディフォーマブルミラー70の曲率半径r(レーザ光波面の曲率半径R)を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ1007)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ1008)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ1009)。
一方、ステップ1008の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ1010に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ1009)。
この実施例では、レーザ光波面がシリンドリカル状の波面となる理想的な場合を想定した。しかし、実際には、レーザ共振器内の光学素子の温度分布や、放電による音響波の影響によって、レーザ光の波面が歪んでしまい、ライン型のディフォーマブルミラー70では、波面の高精度な制御を行うことが困難になるおそれがある。そこで、ライン型ではなく、2次元タイプのディフォーマブルミラーを搭載して、レーザ光波面を、より高精度に制御することによって、より高精度なスペクトル純度幅E95の安定化制御を行うようにしてもよい。
また、前述した実施例11では、グレーティング161の曲げ量(曲率半径)を検出して、その検出結果に基づきグレーティング161の曲げ量(曲率半径)を変化させているが、この実施例11においても、実施例12と同様に、グレーティング161の曲げ量(曲率半径)を検出する代わりに、波面検出器によってレーザ光の波面を検出して、その検出結果に基づきグレーティング161の曲げ量(曲率半径)を変化させるような実施も可能である。
(実施例13;狭帯域化性能の制御(拡大率(倍率)変更)によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
上述した実施例11、12では、発振用チャンバ10内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御する場合について説明したが、つぎに、同じく発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御するために、発振用チャンバ10内で発生した光の拡大率を変化させる実施例について説明する。
本実施例に適用される原理について説明する。
図35(a)は、発振用レーザ装置100の狭帯域化モジュール(LNM)16の構成要素と光軸との位置関係を示している。
発振用レーザ装置100の狭帯域化モジュール(LNM)16には、リア側ウインドウ10eに近い場所より、順に、プリズム168a(以下、プリズムaと適宜省略する)、プリズム168b(以下、プリズムbと適宜省略する)、グレーティング161が配置されている。プリズム168a、168bによってビームエキスパンダ168が構成される。
図35(a)に矢印で示すように、プリズム168a、168bの姿勢を変化させると、発振用レーザ装置(MO)100のビームエキスパンダ168による光の拡大率が変更され、これにより発振用チャンバ10内で発生した光のスペクトル幅が変化する。
図39(a)は、拡大率Mとスペクトル幅Δλとの関係L13を示している。
同図39(a)の関係L13からわかるように、ビームエキスパンダ168による光の拡大率Mが大きくなると、スペクトル幅Δλが細くなる。逆に、ビームエキスパンダ168による光の拡大率Mが小さくなると、スペクトル幅Δλが太くなる。
したがって、スペクトル純度幅若しくはこれに代わるスペクトル指標値を計測(検出)し、その計測値(検出値)として得られる現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも広くなっている場合には、ビームエキスパンダ168による光の拡大率Mを大きくし、現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも細くなっている場合には、拡大率を小さくすることで、スペクトル幅を目標スペクトル幅に対する許容幅内に安定させることができ、スペクトル性能が安定化する。
一方で、ビームエキスパンダ168としてプリズム群168a、168bを用いる場合には、中心波長も一定に保つ必要がある。複数のプリズム168a、168bの姿勢の調整次第で、中心波長を同一のままとし、拡大率のみ変化させることが可能である。本実施例によれば、プリズムaは、拡大率調整用に、プリズムbは、主として波長調整用に使用され、それぞれを姿勢を調整することで、中心波長と拡大率との双方の制御が行われる(図35(a))。ここで、従来にあっては、参考例として図35(b)に示すように、中心波長の制御のみを行うためにプリズムbのみの姿勢が調整されるだけであり、両者の構成上の相違は明らかである。
図39(b)は、拡大率Mと発振用レーザ装置100から出力されるシード光出力(強度)との関係L14を示している。
同図39(b)からわかるように、複数のプリズム168a、168bの姿勢の調整に伴って拡大率Mが変化するとシード光の出力が多少変化することがある。しかし、シード光の出力の変化に対しては、発振用チャンバ10内の電極10a、10b間に印加する電圧や、チャンバ10内のガス圧の調整で、十分補償される。
図36は、拡大率(倍率)Mを調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例13の処理手順を示している。図36は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。以下の処理ではプリズムaは、拡大率調整用に、プリズムbは、主として波長調整用に使用される。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図36に示すサブルーチンに入る。
図36に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6で実行される。
図36に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ1101)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりの拡大率変化量+ΔMが計算され、これに応じてプリズムa、bの姿勢が調整される(ステップ1102)。上記ステップ1102の処理は、図37に示すサブルーチンとして実行される。
まず、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりの拡大率変化量+ΔMが計算され、この拡大率変化量+ΔMだけ変化された値が、
M=M+ΔM
と計算され、この計算された拡大率Mが得られるよう、プリズムaを回転してプリズムaの姿勢を調整する。上記拡大率変化量+ΔMの値は、たとえば図39(a)に示す拡大率Mとスペクトル純度幅E95(Δλ)との相関関係L13から計算すればよい(ステップ1201)。
しかし、上記1201でプリズムaの姿勢を変化させたままでは、発振波長がずれてしまうので、同時にプリズムbの姿勢を調整して中心波長の制御を行う。すなわち、プリズムbを回転してプリズムbの姿勢を調整して中心波長を元の目標中心波長に戻す(ステップ1202)。
つぎに、発振用レーザ装置100から出力されるシード光の一部を切り出して、第1モニタモジュール19で、シード光の中心波長λが検出され、スペクトル純度幅E95が計測される。
つぎに、露光装置3で要求される目標中心波長λo と、検出中心波長λとが比較され、検出中心波長λが、目標中心波長λ0に対する許容幅Δを超えたか否か、つまり、
|λ− λo|> Δ
であるか否かが判断される(ステップ1204)。
この結果、検出中心波長λが、目標中心波長λ0の許容幅Δを超えた場合には、プリズムbのみの姿勢を調整して、波長を変化させて、中心波長がλo となるようにして(ステップ1205)、図36のステップ1104にリターンされる(ステップ1206)。一方、検出中心波長λ1が、目標中心波長λ0に対する許容幅Δを加えた値を超えていない場合には、そのまま、図36のステップ1104にリターンされる(ステップ1206)。
一方、図36のステップ1101の判断の結果、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりの拡大率減少量−ΔMが計算され、これに応じてプリズムa、bの姿勢が調整される(ステップ1103)。上記ステップ1103の処理は、図38に示すサブルーチンとして実行される。
まず、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりの拡大率減少量−ΔMが計算され、この拡大率変化量−ΔMだけ変化された値が、
M=M−ΔM
と計算され、この計算された拡大率Mが得られるよう、プリズムaを回転してプリズムaの姿勢を調整する(ステップ1301)。以下、ステップ1302〜1306の処理は、図37を用いて説明したステップ1202〜1206の処理と同様であるので説明は省略する。
つぎに、図36のステップ1104において、プリズムa、プリズムbの回転させた結果、それらの姿勢角度が許容角度幅(上限値〜下限値)から外れたか(例えば下限値であれば、下限値を下回ったか)否かが判断される。たとえばプリズムa、プリズムbの姿勢角度の限度角(上限値、下限値)を検出するリミットスイッチが設けられ、リミットスイッチによってリミット(限度角)が検出されたか否かが判断される(ステップ1104)。
プリズムa、bの姿勢角が、限度角を検出した場合(リミット検出)は、もはやプリズムa、b(拡大率M)の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ1105)。
プリズムa、bの姿勢角が、限度角を検出していない場合(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ1107に移行される。
ステップ1107では、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、プリズムa、bの姿勢を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ1107)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ1108)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ1109)。
一方、ステップ1108の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ1101に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ1109)。
以上の制御内容は、一対のプリズムa、bの姿勢を調整して中心波長と拡大率を制御する場合であるが、光学部品の組合せを任意としたとしても、同様な制御を行い得る。たとえばプリズムとグレーティングの姿勢を調整することによっても、また、プリズムと回転ミラーの姿勢を調整することによっても、また、回転ミラーとグレーティングの姿勢を調整することによっても、同様に、中心波長と拡大率を制御することができる。また、アフォーカルな光学系を配置し、その倍率を可変できるように構成して、同様な制御を行うようにしてもよい。
なお、プリズムの姿勢を調整する場合においては、図39(b)に示すように、その姿勢角が大きくなりすぎると、シード光の出力の急激な低下を招いてしまう。その理由として考えられるのは、プリズムへの入射角が膜の最適域とずれることで反射損失が大きくなること、光路がずれることによりケラレが大きくなることなどが挙げられる。また、倍率を変更することによって、ビーム品位が変化してしまうおそれがある。そこで、必要に応じて、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償を行うようにしてもよい。
特に、2ステージレーザ装置2では、1ステージレーザ装置と異なり、発振用レーザ装置100で低下したビーム品位を増幅用レーザ装置300で調整して、補償を行うことが可能である。
(実施例14;狭帯域化性能の制御(ビーム幅変化)によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
つぎに、同じく発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を制御するために、発振用チャンバ10内で発生した光のビーム幅を変化させる実施例について説明する。
本実施例に適用される原理について説明する。
図40は、発振用レーザ装置100の光軸とスリットとの位置関係を示している。同図40は、図2に示す発振用チャンバ10(縦方向)を上面からみた横方向の図であり、発振用レーザ装置100の狭帯域化モジュール(LNM)16には、リア側ウインドウ10eに近い場所より、順に、プリズム168a、プリズム168b、グレーティング161が配置されている。
リア側ウインドウ10eとプリズム168との間には、(リア側)スリット80が配置されている。また、フロント側ウインドウ10fとフロントミラー17との間には、(フロント側)スリット81が配置されている。すなわち、レーザ共振器内にスリット80、81が配置されている。スリット80、81は、矢印にて示すように、発振用チャンバ10の横方向(図中上下方向)のスリット幅Wが変化されるように構成されている。コントローラ82は、図示しないドライバを介してスリット80、81のスリット幅Wを駆動制御する。
レーザ共振器内のスリット80、81のスリット幅W(横方向のスリット幅)が変化すると、横方向の光のダイバージェンスが変化し、スペクトル幅が変化する。
図41は、スリット80、81のスリット幅Wとスペクトル幅Δλとの関係L15を示している。
同図41の関係L15からわかるように、W0〜W1の範囲内でスリット幅Wが大きくなると、スペクトル幅Δλが太くなる。逆に、スリット幅Wが小さくなると、スペクトル幅Δλが細くなる。
したがって、スペクトル純度幅若しくはこれに代わるスペクトル指標値を計測(検出)し、その計測値(検出値)として得られる現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも広くなっている場合には、スリット幅Wを小さくし、現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも細くなっている場合には、スリット幅Wを大きくすることで、スペクトル幅を目標スペクトル幅に対する
許容幅内に安定させることができ、スペクトル性能が安定化する。
スリット幅Wが変化するスリットは、発振用チャンバ10のリア側、フロント側の両方にスリット80、81として配置してもよく、また、リア側のみにスリット80として配置してもよく、また、フロント側のみにスリット81として配置してもよい。
一方で、スリット幅Wが変化すると、シード光の出力が変化することがある。
しかし、2ステージレーザ装置2においては、増幅用レーザ装置300の出力が安定していればよく、発振用レーザ装置100の出力の多少の変動は、問題にならない。また、シード光の出力の変化に対しては、発振用チャンバ10内の電極10a、10b間に印加する電圧や、チャンバ10内のガス圧の調整で、スペクトル性能を保持したままで十分補償される。さらに、スリット幅Wの変化によって、光のビームプロファイルやビームダイバージェンスも変化してしまうが、これらが問題になる場合には、伝播系に整形光学モジュールを配置すれば、これらビームプロファイルやビームダイバージェンスをほぼ一定に保持することが可能となる。
スリット80、81は、光軸に対して片側のみからスリット幅Wを変化させてもよく、光軸の両側からスリット幅Wを変化させてもよい。ただし、光軸の両側からスリット幅Wを変化させるようにした方が、制御性に優れている。
また、図40では、横方向にスリット幅Wが変化するスリット80、81を想定して説明したが、縦方向、つまり図2の図中上下方向にスリット幅Wが変化するスリットを用いても、同様に、スペクトル幅の制御が可能である。ただし、スリット幅Wの変化に対するスペクトル性能変化は、縦方向にスリット幅Wを変化させる場合に比べて横方向に変化させる方が小さいため、縦方向に変化するスリット80、81(図40)を使用した方が、制御性能上、望ましい。
図41の特性L15からわかるように、あるしきい値W0よりもスリット幅Wが狭くなると、スペクトル性能が悪化してしまう。この理由としては、グレーティング161に照射可能なビーム幅が狭くなってしまうためにグレーティング161の理論分解能が低下するためであると考えられる。また、上記しきい値W0よりもスリット幅Wが狭くなると、シード光の出力が大きく低減してしまう。したがって、しきい値W0よりもスリット幅が狭くなる領域で制御する利点は少ない。
また、あるしきい値W1(>W0)よりもスリット幅Wが大きい領域では、スリット幅の変化に対するスペクトル性能の変化は殆どない。この理由としては、この領域では、スリット幅がビーム幅よりも、太くなっているためであると考えられる。したがって、しきい値W1よりもスリット幅が広くなる領域で制御する利点は少ない。
そこで、上記各しきい値W0 〜 W1の間の領域で、スリット幅Wを変化させて、スペクトル幅を制御することが望ましい。そして、また、この領域W0 〜 W1では、スリット幅Wの変化(増加)に対して、スペクトル幅Δλは単調変化(増加)するため、制御特性上も望ましいものである。
図42は、スリット幅Wを調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例14の処理手順を示している。図42は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図42に示すサブルーチンに入る。
図42に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、図40に示すコントローラ82で実行される。
図42に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6(図1)で計算される(ステップ1401)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりのスリット幅減少量−ΔWが計算され、これに応じてスリット80、81のスリット幅Wが調整される。上記スリット幅減少量−ΔWの値は、たとえば図41に示すスリット幅Wとスペクトル純度幅E95(Δλ)との相関関係L15から計算すればよい(ステップ1402)。
一方、ステップ1401の判断の結果、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する1ステップ当たりのスリット幅増加量+ΔWが計算され、これに応じてスリット80、81のスリット幅Wが調整される(ステップ1403)。
つぎに、スリット80、81のスリット幅Wをスリット幅減少量−ΔW若しくはスリット幅増加量+ΔWだけ変化させた結果、そのスリット幅が許容スリット幅W0〜W1(上限値W1、下限値W0)から外れたか(例えば下限値W0であれば、下限値W0を下回ったか)否かが判断される。たとえばスリット80、81のスリット幅の限度角W0、W1を検出するリミットスイッチが設けられ、リミットスイッチによってリミット(限度角)が検出されたか否かが判断される(ステップ1404)。
スリット80、81のスリット幅Wが、限度角W1を超えるか限度角W0を下回る場合(リミット検出)は、もはやスリット幅Wの調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ1405)。
スリット80、81のスリット幅Wが、限度角W1を超えず限度角W0を下回っていない場合(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ1407に移行される。
ステップ1407では、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、スリット幅Wを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ1407)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ1408)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償が行われて(ステップ1411)、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ1409)。
一方、ステップ1408の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ1401に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償が行われて(ステップ1411)、図7のメインルーチンに戻される(ステップ1409)。
なお、上記ステップ1411の補償処理は、必要に応じて実行すればよく、これを省略する実施も可能である。
特に、2ステージレーザ装置2では、1ステージレーザ装置と異なり、発振用レーザ装置100で低下したビーム品位を増幅用レーザ装置300で調整して、補償することも可能である。
(実施例15;発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度の制御によるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
本実施例では、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±dE95内に収まるように、発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御することで、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例15では、発振用レーザ装置100で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、発振用チャンバ10内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、シード光の発振周波数と発振用チャンバ10内のレーザガスの温度とスペクトル純度幅E95との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、増幅用レーザ装置300から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
まず、本実施例に適用される原理について説明する。
発振用チャンバ10内のガス温度が変化することによって、スペクトル純度幅E95が変化する。この理由は、放電により発生する音響波がレーザ光路上の粒子密度分布を変化させレーザ波面を変化させるためである。ガス温度T[K]は、音響波の伝播速度vとの間で、
v ∝(T)1/2
という関係が成立する。このため、ガス温度を変化させると、音響波の伝播速度が変化し、レーザ光路上の粒子密度分布が変化し、レーザ波面が変化して、最終的には、スペクトル純度幅E95が変化する。
また、発振周波数の変化は、音響波に影響を与えるため、発振周波数に応じて、上述したガス温度とスペクトル純度幅E95との関係も変化する。
図43は、発振周波数の変化に応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示すグラフであり、ガス温度を20℃、40℃、60℃と変化させた場合の各特性を示している。同図43からわかるように、発振用レーザ装置100が、ある周波数で発振しているときに、発振用チャンバ10内のガス温度を変化させれば、それに応じてスペクトル純度幅E95が変化し、目標とする値にすることができる。
図44は、ガス温度(゜C)とスペクトル純度幅E95の関係を、各発振周波数毎に示している。特性L16は、発振周波数が3.6kHzの場合のガス温度(゜C)とスペクトル純度幅E95の関係を示し、特性L17は、発振周波数が3.7kHzの場合のガス温度(゜C)とスペクトル純度幅E95の関係を示し、特性L17は、発振周波数が4kHzの場合のガス温度(゜C)とスペクトル純度幅E95の関係を示している。
このように発振周波数によって、ガス温度とスペクトル純度幅E95の関係が変化するため、実際に制御する際には、データベースに、各周波数におけるガス温度とスペクトル純度幅E95の相関関係(L16、L17、L18)を記憶しておき、現在の発振周波数に対応する相関関係を読み出し、この読み出した相関関係に基づいて、ガス温度を変化させて、スペクトル純度幅E95を制御すればよい。したがって、実際のスペクトル純度幅の制御は、レーザガス温度の制御として行われる。
つぎに、本実施例に用いられる、レーザガス温度を検出する温度センサT1の構成例について説明する。
発振用チャンバ10内のガス温度を検出するための測定器としては、熱電対や測温抵抗体などを用いることができる。また、ファイバー温度計や赤外線温度計などを使用してもよい。
図45〜図48は、発振用チャンバ10への温度センサT1の装着態様を示す。
図45では、発振用チャンバ10の内側へ突出したシース91に、温度センサT1を取り付けている。温度センサT1の検出信号は、ユーティリティコントローラ5に入力される(図1)。シース91は、温度センサT1の温度に対する感度を良くするために、レーザガスと反応しない材質で、熱伝導率が高く、かつなるべく薄く作られていることが好ましい。シース91は、O-リングまたは溶接などによって、チャンバ10外部とシールされ、チャンバ10の内部のレーザガスと接するようにチャンバ隔壁90に取り付けられる。なお、温度センサT1自体がレーザガスと反応しない材質から作られているならば、シース91は不要ある。
図46は、温度センサT1の装着位置を例示している。
温度センサT1は、チャンバ隔壁90のうち、好ましくは電極10a、10bの近傍位置90A、90Bに配置される。また、クロスフローファン10cの近傍位置90C、90Dに、温度センサT1を配置してもよい。
図45では、シース91を介して温度センサT1がレーザガスに接するように構成しているが、図47に示すように、チャンバ隔壁90に温度センサT1が接するように装着して、チャンバ隔壁90の温度をレーザガスの温度として検出してもよい。ただし、温度センサT1の周囲を断熱材92で覆うことが、安定した温度測定を行う上で望ましい。
また、図48に示すように、温度センサT1が装着される場所のチャンバ隔壁90を薄くすることで、温度に対する応答性を一層向上させることができる。
以上は温度センサT1でレーザガスを検出する場合であるが、発振用チャンバ10の圧力を計測して圧力から温度を算出する実施も可能である。
つぎに、レーザガス温度を変化させる手段の構成例について説明する。
図2で説明したように、発振用チャンバ10には、一般的に、レーザガスを冷却するために熱交換器10dが内蔵されている。
図49は、熱交換器10dに流れる冷却水の流量を調節することによって、ガス温度を変化させる構成を示している。熱交換器10に冷却水を供給する冷却水供給路15a上には、バルブ15bが設けられている。
すなわち、ガス温度が温度センサT1で検出されると、温度検出信号はユーティリティコントローラ5に送られる。ユーティリティコントローラ5の内部では、レーザガス温度をフィードバック信号としPID制御などを用いて、目標とするレーザガス温度にするために必要な冷却水流量を算出し、冷却水流量に対応するバルブ開度を算出する演算処理が実行される。 そして、ユーティリティコンローラ5は、バルブ開度信号を、冷却水供給ユニット15のバルブ15bに対して送出する。これによりバルブ15bの弁開度が調整されて、必要な流量の冷却水が、熱交換器10dに供給される。
図50は、冷却水供給路15a上に、温調器93を設けた構成例を示している。図50の場合も図49の構成例と同様にして、ユーティリティコントローラ5で、目標とするレーザガス温度にするために必要な温調器93の操作量を算出する演算処理が実行されて、操作信号が冷却水供給ユニット15の温調器93に対して送出される。これにより温調器93が操作されて、冷却水供給路15aを流れる冷却水の温度が調整される。図50の構成例によれば、レーザガス温度を目標値へ近づける制御の応答性が向上する。
図51、52は、発振用チャンバ10に装着したヒータでレーザガス温度を変化させる構成例を示しており、この場合も、図49、図50と同様に、コントローラからヒータに対して操作信号を送出することでレーザガスの温度が制御される。
図51では、発振用チャンバ10の隔壁90の外側に、マントルヒータやセラミックヒータなどのヒータ94が装着され、ヒータ94に供給される電力を調整することで、チャンバ10内部のレーザガスの温度が制御される。
望ましくは、図52に示すように、発振用チャンバ10の内側にヒータ95を装着する。図52では、チャンバ隔壁90の内側であって電極10aの近傍に、
カートリッジヒータなどのヒータ95が装着される。なお、レーザガスと反応しないように、ヒータ95をシースによって覆うことが望ましい。
つぎに、発振周波数を検出する手段の構成例について説明する。
通常、レーザの発振周波数は、ステッパ・スキャナが決定する。その際、具体的に露光装置3から発振周波数の値を発振用レーザ装置100に指示する場合(例えば2100Hzなど)と、レーザ発振のトリガ信号(たとえば矩形波)が発振用レーザ装置100内部に送られ、そのタイミングで発振するようになっている場合とがある。
前者の場合では、実際の発振周波数が露光装置3から指示されるので発振用レーザ装置100内部のコントローラでは、現在発振している発振周波数を知ることができる。後者の場合では、露光装置3からトリガ信号が送られてくるだけなので、発振用レーザ装置100内部のコントローラで現在発振している発振周波数を知ることはできない。
そこで、後者の場合には、発振用レーザ装置100内部のコントローラに、トリガ信号の周期の間隔やある時間内のトリガ信号の数のカウント値などから現在の発振周波数を算出する機能が必要になる。ただし、発振周波数が変更した後に遅れて変更前の発振周波数に基づく制御を行うと、スペクトル純度幅E95が許容幅dE95から外れる可能性があるので、発振周波数が変わる前に、変更する発振周波数を取得できるようにすることが好ましい。
図53は、レーザガス温度を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例15の処理手順を示している。図53は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
すなわち、図7で説明したように、メインルーチンにおいて、第2モニタモジュール39で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第2許容幅E950±dE95よりも広くなった場合(第1許容幅E950±dE95(S)内において)(ステップ103の判断Yes)に、この図53に示すサブルーチンに入る。
図53に示すサブルーチンの処理は、図1に示すE95、波長コントローラ6、ユーティリティコントローラ5、メインコントローラ4で実行される。
図53に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用レーザ装置100で発振されるシード光の発振周波数fがメインコントローラ4で検出(認識)される。この発信周波数fは、E95、波長コントローラ6に送られる(ステップ1510)。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95>E950であるか否かが、E95、波長コントローラ6で計算される(ステップ1501)。
この判断の結果、E95>E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なガス温度Tが算出される。具体的には、図44に示す各発振周波数毎のガス温度Tとスペクトル純度幅E95との関係がデータベースに記憶されており、現在、検出された発振周波数fにおいて目標スペクトル純度幅E950にするために必要なガス温度Tが読み出される。なお、ガス温度Tとスペクトル純度幅E95との対応関係は、図44に特性L16〜L18で例示するように様々なカーブを描く。ガス温度の制御範囲内で単調増加か単調減少であれば、目標スペクトル純度幅E950に対応するガス温度Tは一つしか存在しないが、極小値か、極大値を持つ相関関係であれば、目標スペクトル純度幅E950に対応するガス温度Tは2つ以上存在する。このような場合には、いずれのガス温度Tを選択してもよいが、制御を短時間で実施するには、現在検出されているガス温度に一番近いガス温度Tを選択するのが望ましい(ステップ1502)。
一方、ステップ1501の判断の結果、E95>E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なガス温度Tが同様にして算出される(ステップ1503)。
つぎに、上記算出されたガス温度Tが制御可能な範囲を超えたか(リミット検出)否かが判断される(ステップ1504)。
算出されたガス温度Tが制御可能な範囲を超えた(リミット検出)場合は、もはやレーザガス温度の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ4に送るかして、レーザ発振を停止する(ステップ1505)。
算出されたガス温度Tが制御可能な範囲を超えていない場合(リミット検出されない)であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ1506に移行される。
つぎのステップ1506では、制御指令信号がメインコントローラ4を介してユーティリティコントローラ5に送られ、ユーティリティコントローラ5は、冷却水供給ユニット15等のガス温度変化手段を介して、レーザガス温度を制御する。すなわち、温度センサT1で検出された現在のレーザガス温度をフィードバック量として、目標とするガス温度Tに一致させる制御を実行する(ステップ1506)。
つぎのステップ1507では、図7のステップ101と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン(図6、図10参照)に入り、発振用チャンバ10内のガス温度を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され(ステップ1507)、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)に入ったか否かが判断される(ステップ1508)。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅内(E950±dE95)内に収まったならば、図7に示すメインルーチンに戻る(ステップ1509)。
一方、ステップ1508の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第2許容幅(E950±dE95)内に収まっていない場合には、再度、ステップ1510に移行され、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第2許容幅内に収まった時点で、図7のメインルーチンに戻される(ステップ1509)。
(実施例16、17;発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ(パルス波形を変化させ)、かつ放電タイミングも変化させる制御(制御手段3))を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
前述した実施例1(図13)は、放電タイミングを変化させることでレーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。また、前述した実施例3〜7、9、10は、シード光のパルス波形を変化させ、それによりシード光のパルス波形の立ち上がり時期を変化させ、それによりシード光のスペクトル純度幅を変化させることで、レーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。この実施例16、17では、これら両制御を組み合わせた制御を行うものである。本実施例によれば、上記両制御を組み合わせて実施することで、相乗効果により、放電タイミングdtの制御幅(同期許容幅)が拡大し、制御性が一層向上する。
図56は、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる(パルス立ち上がり時期を変化させる)制御とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いるタイミングチャートであり、横軸を時間とし縦軸をシード光出力(強度)として、シード光のパルス波形を示している。
図56(a)は、放電タイミングを遅延させ、さらにシード光のパルス波形を遅延させることで、スペクトル純度幅E95を小さくする場合を説明する図であり、図56(b)は、放電タイミングを早め、さらにシード光のパルス波形を早めることで、スペクトル純度幅E95を大きくする場合を説明する図である。
図56(a)は、図5で説明した効果と、図15で説明した効果を組み合わせた効果を示している。すなわち、矢印3Aにて示すように、放電タイミングを遅延させることで、シード光のパルス波形L3のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が太くなる部分L31からスペクトル純度幅が細くなる部分L32に移行する(図5で説明した効果)。更に、矢印3Bにて示すように、シード光のパルス波形をL3からL3′に遅延させることで、パルス波形L3′のうち、更にスペクトル純度幅が細くなる部分L32′に移行する(図15で説明した効果)。
スペクトル純度幅E95を大きくする場合も同様であり、図56(b)の矢印13Aにて示すように、放電タイミングを早めることで、シード光のパルス波形L3のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が細くなる部分L32からスペクトル純度幅が太くなる部分L31に移行する(図5で説明した効果)。更に、矢印13Bにて示すように、シード光のパルス波形をL3からL3″に早めることで、パルス波形L3″のうち、更にスペクトル純度幅が太くなる部分L31″に移行する(図15で説明した効果)。
この結果、放電タイミングdtの制御幅、つまりレーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅は、3Cから3Dに一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
図58は、本実施例16の処理手順を示している。図58は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
図58は、実施例1(放電タイミングの制御)と実施例3〜7、9、10(パルス波形の制御)とを組み合わせた処理内容を示している。既に説明したフローチャートの説明と重複する部分については説明を省略し、対応する箇所を指摘して説明に代える。パルス波形の制御については実施例4(図18)を代表させて説明する。
図58のステップ1601、1605、1607、1608、1609は、実施例1(図13)のステップ401、405、407、408、409と同様である。
図58のステップ1602では、実施例4(図18)のフローチャートと同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを遅くするステップ502、506の処理が実行される。あるいは、他の実施例5〜7、9、10のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図58のステップ1603では、実施例4(図18)のフローチャートと同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを早くするステップ503、506の処理が実行される。あるいは、他の実施例5〜7、9、10のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図58のステップ1612では、実施例1(図13)のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を大きくするステップ402、406の処理が実行される。
図58のステップ1613では、実施例1(図13)のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を小さくするステップ403、406の処理が実行される。
図58のステップ1604では、放電タイミングに関してリミットが検出されたか否かが判断されるとともに(図13;ステップ404)、パルス波形を変化させるパラメータであるF2濃度(あるいは他の実施例5〜7、9、10における対応するパラメータ)に関してリミットが検出されたか否かが判断される(図18;ステップ504(あるいは他の実施例5〜7、9、10のフローチャートの対応するステップ))。
図58の実施例16のフローチャートでは、リミット検出判断処理(ステップ1604)を、シード光のパルスを変化させ、かつ放電タイミングを変化させた後に行うようにして、リミットが検出された場合に、制御不能処理(ステップ1605)を行うようにしているが、図60に示すように、シード光のパルス波形を変化させた後で、リミット検出の判断を行い、その後に放電タイミングを変化させる処理を行うようにして、制御不能処理を省略する実施も可能である。
図60は、図58に示す実施例16のフローチャートを変形した実施例17のフローチャートを示している。
図60では、ステップ1701の処理と、ステップ1707、1708、1709の処理は、図58の対応するステップ1601と、ステップ1607、1608、1609の処理と同様な手順で実行されるが、ステップ1701と、ステップ1707〜1709との間に行われる処理手順は、図58とは異なっている。
すなわち、図60では、ステップ1701の処理を経て、ステップ1702では、図58のステップ1602と同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを遅くする処理が実行されるが、つぎに、パルス波形を変化させるパラメータであるF2濃度(あるいは他の実施例5〜7、9、10における対応するパラメータ)に関して、リミットが検出されたか否かが判断される(ステップ1704)。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図58のステップ1612と同様に、放電タイミングの間隔を大きくする処理が実行されて(ステップ1712)、つぎのステップ1707に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ1707に移行される。
同様にして、ステップ1701の処理を経て、ステップ1703では、図58のステップ1603と同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを早くする処理が実行されるが、つぎに、パルス波形を変化させるパラメータであるF2濃度(あるいは他の実施例5〜7、9、10における対応するパラメータ)に関して、リミットが検出されたか否かが判断される(ステップ1705)。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図58のステップ1613と同様に、放電タイミングの間隔を小さくする処理が実行されて(ステップ1713)、つぎのステップ1707に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ1707に移行される。
図60では、パルス波形を変化させた後で(ステップ1702、1703)、リミットが検出されたか否かを判断して(ステップ1704、1705)、その結果に応じて放電タイミングを変化させるようにしている(ステップ1712、1713)が、逆に、放電タイミングを変化させた後で、リミットが検出されたか否かを判断して、その結果に応じてパルス波形を変化させる手順で制御を行うようにしてもよい。
上述した実施例16、17によれば、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる(パルス立ち上がり時期を変化させる)制御とを組み合わせて実施することで、相乗効果により、放電タイミングdtの制御幅(同期許容幅)が拡大し、制御性が一層向上する。更に、実施例2の制御、つまりシード光をパルスストレッチする実施例と組み合わせてもよい。図14で説明したように、シード光をパルスストレッチさせ、シード光のパルス幅が長くすると、同期許容幅が一層長くなり、制御性を更に向上させることができる。
なお、前述したフッ素濃度等のパラメータを変化させてパルス波形を制御する実施例4等(実施例5〜7、10、11)のフローチャートでは、リミットが検出された場合に、レーザ発振を停止させる等、制御不能の処理を行うようにしているが(実施例4の場合は、図18のステップ505)、図60と同様に、リミットが検出された場合に、放電タイミングを変化させる制御(ステップ1712、1713)に切り替えるようにしてもよい。
(実施例18、19;発振用レーザ装置100から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ(狭帯域化性能を変化させ、あるいは音響波の伝搬速度を変化させ)、かつ放電タイミングも変化させる制御(制御手段3))を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御)
前述した実施例1(図13)は、放電タイミングを変化させることでレーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。また、前述した実施例11〜14、15は、発振用レーザ装置100の狭帯域化性能を変化させたり、あるいは発振用チャンバ10内の放電により発生する音響波の伝搬速度を変化させたりしてシード光のスペクトル純度幅を変化させることで、レーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。この実施例18、19では、これら両制御を組み合わせた制御を行うものである。本実施例によれば、上記両制御を組み合わせて実施することで、相乗効果により、スペクトル純度幅E95の制御幅が拡大し、制御性が一層向上する。
図57は、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御(狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御)とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いた図であり、前述した図4と同様に、横軸を放電タイミングdtとし縦軸をスペクトル純度幅E95で示している。
図57における特性L1は、図4に示す特性L1に相当する。
目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を大きくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を大きくする制御を行う。これにより、特性L1から、よりスペクトル純度幅が大きくなる特性L1Aに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を大きくするために放電タイミングdtを減少させる制御を行う。これにより特性L1A上で、放電タイミングが減少する方向に変化する。
また、目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を小さくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を小さくする制御を行う。これにより、特性L1から、よりスペクトル純度幅が小さくなる特性L1Bに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を小さくするために放電タイミングdtを増加させる制御を行う。これにより特性L1B上で、放電タイミングが増加する方向に変化する。
そこで、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御のみを行った場合のスペクトル純度幅E95の制御幅1Aと、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御と放電タイミングdtを変化させる制御とを組み合わせた場合の制御幅1Bを比較すると、両制御を組み合わせた方が、同じ同期許容幅内(横軸)であればスペクトル純度幅E95の制御幅(縦軸)が拡大しているのが、読み取れる。
このように、両制御を組み合わせた制御を行うことで、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
図59は、本実施例18の処理手順を示している。図58は、図7のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」(ステップ104)のサブルーチンに対応する。
図59は、実施例1(放電タイミングの制御)と実施例11〜14、15(パシード光のスペクトル純度幅の制御)とを組み合わせた処理内容を示している。既に説明したフローチャートの説明と重複する部分については説明を省略し、対応する箇所を指摘して説明に代える。シード光のスペクトル純度幅の制御については実施例11(図30)を代表させて説明する。
図59のステップ1801、1805、1807、1808、1809は、実施例1(図13)のステップ401、405、407、408、409と同様である。
図59のステップ1802では、実施例11(図30)のフローチャートと同様に、シード光のスペクトル純度幅を小さくするステップ902、906の処理が実行される。あるいは、他の実施例12〜14、15のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図59のステップ1803では、実施例11(図30)のフローチャートと同様に、シード光のスペクトル純度幅を大きくするステップ903、906の処理が実行される。あるいは、他の実施例12〜14、15のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図59のステップ1812では、実施例1(図13)のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を大きくするステップ402、406の処理が実行される。
図59のステップ1813では、実施例1(図13)のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を小さくするステップ403、406の処理が実行される。
図59のステップ1804では、放電タイミングに関してリミットが検出されたか否かが判断されるとともに(図13;ステップ404)、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径(あるいは他の実施例12〜14、15における対応するパラメータ)に関してリミットが検出されたか否かが判断される(図30;ステップ904(あるいは他の実施例12〜14、15のフローチャートの対応するステップ))。
図59の実施例18のフローチャートでは、リミット検出判断処理(ステップ1804)を、シード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングを変化させた後に行うようにして、リミットが検出された場合に、制御不能処理(ステップ1805)を行うようにしているが、図61に示すように、シード光のスペクトル純度幅を変化させた後で、リミット検出の判断を行い、その後に放電タイミングを変化させる処理を行うようにして、制御不能処理を省略する実施も可能である。
図61は、図59に示す実施例18のフローチャートを変形した実施例19のフローチャートを示している。
図61では、ステップ1901の処理と、ステップ1907、1908、1909の処理は、図59の対応するステップ1801と、ステップ1807、1808、1809の処理と同様な手順で実行されるが、ステップ1901と、ステップ1907〜1909との間に行われる処理手順は、図59とは異なっている。
すなわち、図61では、ステップ1901の処理を経て、ステップ1902では、図59のステップ1802と同様に、シード光のスペクトル純度幅を小さくする処理が実行されるが、つぎに、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径(あるいは他の実施例12〜14、15における対応するパラメータ)に関して、リミットが検出されたか否かが判断される(ステップ1904)。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図59のステップ1812と同様に、放電タイミングの間隔を大きくする処理が実行されて(ステップ1912)、つぎのステップ1907に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ1907に移行される。
同様にして、ステップ1901の処理を経て、ステップ1903では、図59のステップ1803と同様に、シード光のスペクトル純度幅を大きくする処理が実行されるが、つぎに、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径(あるいは他の実施例12〜14、15における対応するパラメータ)に関して、リミットが検出されたか否かが判断される(ステップ1905)。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図59のステップ1813と同様に、放電タイミングの間隔を小さくする処理が実行されて(ステップ1913)、つぎのステップ1907に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ1907に移行される。
図61では、シード光のスペクトル純度幅を変化させた後で(ステップ1902、1903)、リミットが検出されたか否かを判断して(ステップ1904、1905)、その結果に応じて放電タイミングを変化させるようにしている(ステップ1912、1913)が、逆に、放電タイミングを変化させた後で、リミットが検出されたか否かを判断して、その結果に応じてシード光のスペクトル純度幅を変化させる手順で制御を行うようにしてもよい。
上述した実施例18、19によれば、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御(狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御)とを組み合わせて実施することで、相乗効果により、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
なお、前述したグレーティングの曲率半径等のパラメータを変化させてシード光のスペクトル純度幅を制御する実施例11等(実施例12〜14、15)のフローチャートでは、リミットが検出された場合に、レーザ発振を停止させる等、制御不能の処理を行うようにしているが(実施例11の場合は、図30のステップ905)、図61と同様に、リミットが検出された場合に、放電タイミングを変化させる制御(ステップ1912、1913)に切り替えるようにしてもよい。
(産業上の利用可能性)
本発明は、2ステージレーザ装置2を前提としているが、本実施形態の各種制御は、1ステージレーザ装置に適用することができる。
In the equation (5), Rλ (u, v) is each monochromatic OTF, and Rw (u, v) is white OTF. Wλ is a weight for each wavelength (wavelength intensity distribution).
Hereinafter, the spectral index value will be described by using the spectral purity range as a representative, but the present invention can also be applied to control of other spectral index values.
(2 stage laser system)
Next, an outline of a two-stage laser system as a premise of the present invention will be described.
In recent years, there has been a demand for higher output of a narrow-band laser. A well-known way of accomplishing this is a two-stage laser system. The two-stage laser system is an oscillation laser device that generates narrow-band narrow-width light (seed light; seed laser light) and an amplification laser device that amplifies the intensity of the seed light (seed laser light). A laser system consisting of The two-stage laser system has a feature that, unlike a one-stage laser having only one laser chamber, the output can be increased by an amplification laser device against a decrease in output due to narrowing of the band.
There are two types of two-stage laser systems, the MOPO method and the MOPA method, depending on the means of amplification.
MOPO is an abbreviation for Master Oscillator and Power Oscillator. It is a system in which not only the oscillation chamber that constitutes the oscillation laser device but also the amplification chamber has a resonator. Laser oscillation is possible. On the other hand, MOPA is an abbreviation for Master Oscillator and Power Amplifer, and is a system in which an amplifying chamber is not equipped with a resonator. Without seed light, laser light cannot be extracted.
Hereinafter, unless otherwise specified, light output from the oscillation laser device is referred to as “seed light”, and light output from the amplification laser device is referred to as “laser light”.
62 (a), (b), and (c) are diagrams showing the state of amplification performed by the MOPA method. The waveform of the seed light, the gain curve of the amplification device, and the waveform of the laser light are respectively associated with the time axis. It shows.
In the MOPA method, as shown in FIG. 62, only the portion where the gain curve of the seed light and the amplification laser device overlaps (the portion indicated by the oblique lines) is amplified, and the spectral purity range E95 component of the seed light is amplified as it is. .
On the other hand, the state of amplification performed by the MOPO method is shown in FIG. 63 similar to FIG.
In the MOPO method, as shown in FIG. 63, only the E95 component of the seed light in the portion where the gain curve and the seed light of the amplification laser device first overlap (the portion indicated by hatching) is amplified and the laser light is output. . As described above, in the MOPA method, only the overlapped portion becomes laser light, so that the synchronization allowable width, that is, the time (discharge timing) from the start of discharge in the oscillation laser device to the start of discharge in the amplification laser device. Allowable width is shorter than MOPO method.
(Description of the MOPO laser system according to this embodiment)
Next, the configuration of the laser system of the embodiment will be described using the MOPO method as a representative.
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser system according to an embodiment. FIG. 1 shows a MOPO type two-stage laser apparatus. 2A is a diagram showing the configuration of the oscillation chamber shown in FIG. 1 and the vicinity thereof, and FIG. 2B is a diagram showing the configuration of the amplification chamber shown in FIG. 1 and the configuration in the vicinity thereof. .
The laser system according to the embodiment mainly includes a two-stage laser apparatus 2, and an exposure apparatus 3 is provided at the subsequent stage. The two-stage laser apparatus 2 mainly includes an oscillation laser apparatus (OSC) 100 that oscillates seed light that has been narrowed by repeatedly discharging laser gas in the oscillation chamber 10, and an amplification chamber. It comprises an amplification laser device (AMP) 300 that amplifies the seed light by discharging the laser gas within 30 and outputs the amplified laser light. As described above, the oscillation laser device 100 generates the narrow-band seed light, and the amplification laser device 300 amplifies the seed light output from the oscillation laser device 100.
The spectral characteristics of the entire two-stage laser apparatus 2 are determined by the spectral characteristics of the seed light output from the oscillation laser 100. The laser output (energy or power) of the two-stage laser device 2 itself is determined by the amplification capability of the amplification laser device 300.
Laser light output from the amplification laser device 300 is input to the exposure device 3, and the input laser light is used for exposure of an exposure target such as a semiconductor wafer.
The oscillation laser device 100 includes an oscillation chamber 10, a charger 11, an oscillation high voltage pulse generator 12, a gas supply / exhaust unit 14, a cooling water supply unit 15, an LNM 16, a front mirror 17, The first monitor module 19 and the discharge detector 20 are configured.
The amplification laser device 300 includes an amplification chamber 30, a charger 31, an amplification high voltage pulse generator 32, a gas supply / exhaust unit 34, a cooling water supply unit 35, a rear side mirror 36, and an output. A mirror 37 and a second monitor module 39 are included. Note that the optical resonator formed by the mirrors 36 and 37 is not necessarily an unstable resonator, and the stable resonator and any mirror may be a planar etalon type resonator.
Since the oscillation laser device 100 and the amplification laser device 300 have the same parts, the same parts will be described below as a representative of the oscillation laser apparatus 100.
As shown in FIG. 2A, inside the oscillation chamber 10, a pair of electrodes 10a and 10b, that is, cathodes, which are separated by a predetermined distance, are parallel to each other in the longitudinal direction, and are opposed to the discharge surface. An electrode 10a and an anode electrode 10b are provided.
An example of a power source for applying a voltage to these electrodes 10a and 10b is shown in FIG. FIG. 3A shows a power supply and the inside of the chamber by an electric circuit.
FIG. 3A shows a circuit including a step-up transformer Tr1 in addition to the magnetic pulse compression circuit. Instead of using the circuit of FIG. 3A, the circuit of FIG. 3B may be used. FIG. 3 (b) is a circuit including a reactor L1 for charging the main capacitor C0 instead of the step-up transformer of FIG. 3 (a). Note that the circuit of FIG. 3B is not operated to be boosted by the step-up transformer, and other operations are the same as those of the circuit of FIG. Further, since the configuration and operation of the power source of the oscillation laser device 100 and the power source of the amplification laser device 300 are the same, description of the power source of the amplification laser 300 is omitted. Reference numerals in parentheses () shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) indicate components of the amplification laser device 300.
The circuit configuration and operation will be described below with reference to FIG.
The power source includes a charger 11 and an oscillation high voltage pulse generator 12.
The oscillation high-voltage pulse generator 12 is a two-stage magnetic pulse compression circuit using three magnetic switches SR1, SR2 and SR3 composed of saturable reactors. The magnetic switch SR1 is provided to reduce the switching loss in the solid switch SW, and is also called magnetic assist. For example, a semiconductor switching element such as an IGBT is used for the solid switch SW.
A peaking capacitor Cp is arranged electrically in parallel with the pair of discharge electrodes 10a and 10b, and a capacitor C2 is arranged electrically in parallel before the peaking capacitor Cp. A capacitor C1 is arranged.
In the present embodiment, the magnetic switches SR2, SR3 and the capacitors C1, C2 constitute a two-stage capacitance transfer type circuit.
The voltage of the charger 11 is adjusted to a predetermined value V, and the main capacitor C0 is charged according to the voltage value V. At this time, assuming that the solid switch SW is off, when the main capacitor C0 is fully charged and the solid switch SW is turned on, the voltage applied to both ends of the solid switch SW is mainly the magnetic switch SR1. Take on both ends. When the time integration value of the charging voltage V0 of the main capacitor C0 applied to both ends of the magnetic switch SR1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR1, the magnetic switch SR1 is saturated and becomes conductive. Then, a current flows through the loop of the main capacitor C0, the magnetic switch SR1, the primary side of the step-up transformer Tr1, and the solid switch SW. At the same time, current flows through the secondary side of the step-up transformer Tr1 and the loop of the capacitor C1, the charge stored in the main capacitor C0 is transferred to the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged. When the time integral value of the voltage V1 in the capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and becomes conductive. Then, a current flows through the loop of the capacitor C1, the capacitor C2, and the magnetic switch SR3, the electric charge stored in the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2, and the capacitor C2 is charged. When the time integral value of the voltage V2 in the capacitor C2 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR3, the magnetic switch SR3 is saturated and becomes conductive. Then, current flows through the loop of the capacitor C2, the peaking capacitor Cp, and the magnetic switch SR3, and the charge stored in the capacitor C2 is transferred to the peaking capacitor Cp, and the peaking capacitor Cp is charged.
As shown in FIG. 3A, a preionization means including a first electrode 91, a dielectric tube 92, and a second electrode 93 is provided in the oscillation chamber 10. The preionization capacitor Cp ′ is disposed electrically in parallel with the pair of discharge electrodes 10a and 10b. Preionization is performed between the pair of electrodes 10a and 10b according to the charging voltage of the preionization capacitor Cp ′.
Corona discharge for preionization occurs on the outer peripheral surface of the dielectric tube 92 starting from a point where the dielectric tube 92 in which the first electrode 91 is inserted and the second electrode 93 are in contact with each other. As the peaking capacitor Cp is charged, the voltage Vp increases. When the voltage Vp reaches a predetermined voltage, corona discharge is generated on the outer peripheral surface of the dielectric tube 92. This corona discharge generates ultraviolet rays on the outer periphery of the dielectric tube 92, and the laser gas between the pair of electrodes 10a and 10b is preionized. As the charging of the peaking capacitor Cp further proceeds, the voltage Vp of the peaking capacitor Cp increases. When this voltage Vp reaches a certain value (breakdown voltage) Vb, the laser gas between the pair of electrodes 10a, 10b is broken down and main discharge is started. This main discharge excites the laser medium. Thereby, in the case of the oscillation laser device 100, seed light is generated, and in the case of the amplification laser 300 (or amplifier), the injected seed light is amplified. Due to the main discharge, the voltage of the peaking capacitor Cp decreases rapidly and eventually returns to the state before the start of charging. Such a discharge operation is repeatedly performed by the switching operation of the solid-state switch SW, whereby pulse laser oscillation is performed. The switching operation of the solid switch SW is performed based on an external trigger signal. The external controller that sends out this trigger signal is, for example, a synchronous controller 8 to be described later.
In the capacity transfer type circuit shown in FIG. 3 (a), if the inductance of each stage is set to be smaller as it goes to the subsequent stage, a pulse compression operation is realized in which the pulse width of the current pulse flowing through each stage is sequentially narrowed. Is done. As a result, a strong discharge with a short pulse is realized between the pair of electrodes 10a and 10b (between the pair of electrodes 30a and 30b).
As described above, a high voltage pulse is applied to the pair of electrodes 10a and 10b by the power source constituted by the charger 11 and the oscillation high voltage pulse generator 12. When a high voltage pulse is applied to the electrodes 10a and 10b, a discharge is generated between the electrodes 10a and 10b, and the laser gas sealed in the oscillation chamber 10 is excited by this discharge.
The above is the configuration and operation of the charger 11 and the oscillation high-voltage pulse generator 12 of the oscillation laser device 100.
The gas supply / exhaust unit 14 shown in FIG. 1 includes a gas supply system that supplies laser gas into the oscillation chamber 10 and a gas exhaust system that exhausts the laser gas in the oscillation chamber 10.
The gas supply system of the gas supply / exhaust unit 14 supplies laser gas into the oscillation chamber 10. As a result, the laser gas is sealed in the oscillation chamber 10.
When the laser system shown in FIG. 1 is a fluorine molecular (F2) laser system, the gas supply / exhaust unit 14 includes a fluorine (F2) gas and a buffer gas made of helium (He), neon (Ne), or the like. Are supplied to the oscillation chamber 10. When this laser system is a KrF excimer laser system, the gas supply / exhaust unit 14 is composed of krypton (Kr) gas and fluorine (F2) gas, helium (He), neon (Ne), and the like. Buffer gas is supplied to the oscillation chamber 10. When this laser system is an ArF excimer laser system, the gas supply / exhaust unit 14 is made of argon (Ar) gas and fluorine (F2) gas, helium (He), neon (Ne), and the like. Buffer gas is supplied to the oscillation chamber 10. The supply and exhaust of each gas is controlled by opening and closing each valve provided in the gas supply / exhaust unit 14.
Inside the oscillation chamber 10, as shown in FIG. 2A, a cross flow fan 10c is provided. Laser gas is circulated in the chamber 10 by the cross flow fan 10c and sent between the electrodes 10a and 10b.
As shown in FIG. 2A, a heat exchanger 10d is provided inside the oscillation chamber 10. Cooling water is supplied from the cooling water supply unit 15 to the heat exchanger 10d. Accordingly, the heat exchanger 10d performs exhaust heat in the oscillation chamber 10. The supply of the cooling water to the heat exchanger 10d is controlled by opening and closing the valve of the cooling water supply unit 15 (FIG. 1).
Windows 10e and 10f are provided on the laser beam output portion on the optical axis of the laser beam in the oscillation chamber 10. The windows 10e and 10f are made of a material having transparency to laser light, such as CaF2. The two windows 10e and 10f are arranged with their outer surfaces parallel to each other and installed at a Brewster angle to reduce reflection loss with respect to the laser beam, and the linear polarization direction of the laser beam is relative to the window surface. It is installed to be vertical.
The pressure sensor Pl monitors the gas pressure in the oscillation chamber 10. A signal indicating the gas pressure detected by the pressure sensor P 1 is input to the utility controller 5. The temperature sensor Tl monitors the temperature in the oscillation chamber 10. A signal indicating the temperature detected by the temperature sensor T 1 is input to the utility controller 5.
The utility controller 5 uses the detection signal of the pressure sensor P1 as a feedback signal to generate a gas flow rate adjustment signal that indicates opening and closing of each valve of the gas supply / exhaust unit 14 and its opening (or gas flow rate). -Outputs to the exhaust unit 14. When the gas flow rate adjustment signal is input to the gas supply / exhaust unit 14, the gas supply / exhaust unit 14 controls the opening and closing of the valves. Thereby, the gas composition and gas pressure in the oscillation chamber 10 are adjusted to desired values.
The laser output varies depending on the temperature of the laser gas in the oscillation chamber 10. Therefore, the utility controller 5 opens and closes the valve of the cooling water supply unit 15 and its opening (or cooling) in order to adjust the laser gas in the oscillation chamber 10 to a desired temperature using the detection signal of the temperature sensor T1 as a feedback signal. A coolant flow rate adjustment signal for instructing (water flow rate) is generated and output to the coolant supply unit 15. When a cooling water flow rate adjustment signal is input to the cooling water supply unit 15, the opening / closing of each valve is controlled by the cooling water supply unit 15. Thereby, the flow rate of the cooling water supplied to the heat exchanger 10d in the oscillation chamber 10, that is, the amount of exhaust heat is adjusted.
An LNM (narrow band module) 16 is provided outside the oscillation chamber 10 and on the optical axis of the laser beam on the window 10e side (see FIG. 2A). A front mirror 17 is also provided outside the oscillation chamber 10 and on the optical axis of the laser beam on the window 10f side (see FIG. 2A). The LNM 16 includes, for example, an optical element such as a magnifying prism and a grating (diffraction grating) that is a wavelength selection element. The LNM 16 may be configured by an optical element such as an etalon that is a wavelength selection element and a total reflection mirror. The optical element in the LNM 16 and the front mirror 17 constitute a laser resonator.
The first monitor module 19 monitors (measures) laser beam characteristics such as the energy of the laser light that has passed through the front mirror 17, the output line width, and the center wavelength. The first monitor module 19 generates a signal indicating the center wavelength of the laser light and outputs this signal to the wavelength controller 6. The first monitor module 19 measures the energy of the laser beam and outputs a signal indicating this energy to the energy controller 7. The functions of the electrodes 30a and 30b, the cross flow fan 30c, the heat exchanger 30d, and the windows 30e and 30f of the amplification chamber 30 shown in FIG. 2B are the same as those of the oscillation chamber 10 shown in FIG. The functions are the same as those of the corresponding components, that is, the electrodes 10a and 10b, the cross flow fan 10c, the heat exchanger 10d, and the windows 10e and 10f.
Further, a charger 31 provided in the amplification laser device 300, an amplification high voltage pulse generator 32, a gas supply / exhaust unit 34, a cooling water supply unit 35, a second monitor module 39, a pressure sensor P2, and a temperature sensor T2. Are the corresponding components provided on the above-described oscillation laser device 100 side, that is, the charger 11, the oscillation high voltage pulse generator 12, the gas supply / exhaust unit 14, the cooling water supply unit 15, and the first. The functions of the monitor module 19, the pressure sensor P1, and the temperature sensor T1 are the same. On the other hand, the amplification laser device 300 is provided with an unstable resonator described below in place of the laser resonator made of the LNM 16 or the like provided in the oscillation laser 100.
That is, a rear side mirror 36 is provided on the optical axis of the laser beam on the window 30e side (see FIG. 2B) outside the amplification chamber 30, and is also outside the amplification chamber 30. An output mirror 37 is provided on the optical axis of the laser beam on the window 30f side (see FIG. 2B). The rear mirror 36 and the output mirror 37 constitute an unstable resonator. The reflection surface of the rear side mirror 36 is a concave surface, and a hole through which laser light passes from the rear side of the mirror to the reflection surface side is provided at the center. The reflective surface of the rear side mirror 36 is provided with an HR (High Reflection) coat. The reflecting surface of the output mirror 37 is a convex surface, and an HR (High Reflection) coat is applied to the center thereof, and an AR (Anti Reflection) coat is applied to the periphery of the center. As the rear-side mirror 36, a mirror substrate on which an AR coating is applied only to a portion corresponding to the hole may be used instead of using a mirror having a hole in the center. Further, a stable resonator may be used instead of an unstable resonator.
A beam propagation unit 42 including a reflection mirror is provided between the front mirror 17 of the oscillation laser device 100 and the rear side mirror 36 of the amplification laser 300. The laser light (seed light) transmitted through the front mirror 17 is guided to the rear side mirror 36 by the beam propagating unit 42. Further, the laser light guided to the beam propagation part 42 passes through the hole of the rear side mirror 36 via the beam propagation part 42, and enters the amplification chamber 30. The laser light incident on the amplification chamber 30 passes through the amplification chamber 30 and is reflected by the central portion of the output mirror 37. The laser light reflected by the output mirror 37 passes through the amplification chamber 30 and is reflected around the hole of the rear side mirror 36. Further, the laser light reflected by the rear-side mirror 36 passes through the amplification chamber 30, passes around the center of the output mirror 37, and is output. In the amplification chamber 30, discharge is performed between the pair of electrodes 30 a and 30 b in the same manner as the oscillation chamber 10. When discharge occurs when the laser light passes through the discharge part of the amplification chamber 30, that is, between the electrodes 30a and 30b, the power of the laser light is amplified.
A signal indicating the laser beam characteristics monitored by the first monitor module 19 and the second monitor module 39 is input to the wavelength controller 6. The wavelength controller 6 generates a signal for changing the wavelength selected by the wavelength selection element (grating, etalon, etc.) in the LNM 16 so that the center wavelength of the laser beam is a desired wavelength, and outputs this signal to the driver 21. The selection wavelength of the wavelength selection element changes, for example, by changing the incident angle of the laser light incident on the wavelength selection element. The driver 21 adjusts the optical elements in the LNM 16 (for example, an enlargement prism, a total reflection mirror, a grating, etc.) so that the incident angle of the laser beam to the wavelength selection element changes based on the signal received from the wavelength controller 6. Control the posture angle. Note that the wavelength selection control of the wavelength selection element is not limited to that described above. For example, when the wavelength selection element is an air gap etalon, the air pressure (such as nitrogen) in the air gap in the LNM 16 may be controlled, or the gap interval may be controlled.
The energy controller 7 receives a signal indicating the laser beam characteristics (laser light energy) monitored by the first monitor module 19 and the second monitor module 39. Note that the exposure apparatus 3 may be provided with an output monitor 51 that monitors the energy of the laser beam, and a signal monitored by the output monitor 51 may be directly input to the energy controller 7. Further, the signal monitored by the output monitor 51 of the exposure apparatus 3 may be input to the controller 52 of the exposure apparatus 3, and the signal may be sent from the controller 52 to the energy controller 7 on the laser apparatus 2 side. .
The energy controller 7 generates a signal indicating the next charging voltage so as to set the pulse energy to a desired value, and outputs this signal to the synchronous controller 8.
The discharge detectors 20 and 40 detect the discharge start time in the chambers 10 and 30, respectively.
A signal indicating the next charging voltage input from the energy controller 7 and a signal indicating each discharge start time detected by the discharge detectors 20 and 40 are input to the synchronous controller 8. The synchronous controller 8 controls the charging voltage of the charger 11 based on the next charging voltage value input from the energy controller 7 and each discharge start time detected by the discharge detectors 20 and 40.
If the discharge timing of the oscillation chamber 10 and the discharge timing of the amplification chamber 30 are shifted, the laser light (seed light) output from the oscillation chamber 10 is not efficiently amplified in the amplification chamber 30. Therefore, the laser beam (seed light) output from the oscillation chamber 10 is discharged in the amplification chamber 30 at a discharge timing when the discharge region (excitation region) between the pair of electrodes 30a and 30b in the amplification chamber 30 is filled. It needs to be discharged. In order to realize this, the synchronous controller 8 amplifies the timing for outputting the trigger signal to the solid-state switch SW of the oscillation high voltage pulse generator 12 so that the discharge timing amplified efficiently can be obtained. A delay time for outputting a trigger signal to the solid state switch SW of the high voltage pulse generator 32 is determined. By changing the delay time, the synchronization timing changes.
The above is the configuration of the MOPO laser system.
(Description of MOPA method)
Although the MOPO method has been described above, the MOPA method configuration is obtained by removing the rear mirror 36 and the output mirror 37 constituting the laser resonator of the amplification chamber 30 in FIG. In the case of the MOPA method, discharge is started in the amplification chamber 30 at the timing when the seed light enters the amplification chamber 30. The seed light is amplified by passing through a laser medium excited to an upper level by discharge. The number of times the seed light passes through the laser medium in the amplification chamber 30 may be one. For further amplification, mirrors are arranged at both ends of the amplification chamber 30, and the laser in the amplification chamber 30 is provided. The seed light may be configured to pass through the medium several times.
The above is the laser system that is the premise of the configuration of the present invention. The present invention can be applied to any of two types of laser systems, the MOPO method and the MOPA method. However, the MOPO method will be explained below unless otherwise specified.
Hereinafter, after explaining the knowledge of the present invention, specific control examples (each example) will be described.
(Spectrum index values of exposure equipment and exposure light source)
As described above, the imaging performance of the exposure apparatus 3 is affected by the spectral performance of the laser light from the exposure light source, that is, the two-stage laser apparatus 2. In order to maintain imaging performance, it is necessary to stabilize and control at least one of the spectral index values (spectral line width, spectral purity width E95, contrast loss, spectral standard deviation, white OTF (Optical Transfer Function)). . Here, the stabilization control of the spectrum index value is to control the spectrum index value so as to be within the allowable range of the target spectrum index value.
(Reason for necessity to stabilize spectral purity range E95 (necessity))
When the spectral purity width is increased, the imaging performance deteriorates in the exposure apparatus 3 due to the chromatic aberration of the projection lens. On the other hand, as described above, even if the spectral purity range is much narrower than the value designed by the optical system, if the spectral purity range is not within a certain allowable range, It is said that the quality may deteriorate (see Patent Document 1). For this reason, it is said that the spectral purity range needs to be stabilized and controlled within a value having a certain allowable range.
(Fluctuation factor of spectral purity range E95)
On the other hand, the spectral purity range fluctuates over a long period of time due to changes in the optical elements in the LNM 16 or the chambers 10 and 30 with time, thermal load due to oscillation, and the like. Further, since the thermal load changes according to changes in the oscillation pattern, that is, the frequency, duty, number of pulses, and pause time, the spectral purity range changes depending on the laser operation pattern.
(Control means for spectral purity range E95)
Therefore, the present inventor has determined that the spectral purity range E95 (representative spectrum index value) of the laser light output from the laser device 2 to the outside is started after the oscillation chamber 10 starts discharging and then the amplification chamber 30. To be determined by the discharge timing until the discharge is started and the spectral purity range E95 of the laser beam (seed beam) output from the oscillation chamber 10, and the discharge timing and the spectral purity of the seed beam are determined. It has been found that the parameter of width is a parameter that can be controlled independently of the central wavelength control.
In addition, in order to eliminate the fluctuation of the spectral purity range due to the above-mentioned fluctuation factors and stabilize within a certain allowable range, the spectral purity range is monitored (measured) by a spectral purity range E95 detector (spectral purity range measuring means) described later. If the target spectral purity range fluctuates, the control means using each actuator described later may be controlled so that the spectral purity range E95 becomes the target target value. Obtained knowledge.
The stabilization control of the spectral purity range is mainly
1) Change the discharge timing.
2) The spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 is changed.
3) The spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 is changed, and the discharge timing is also changed.
It is realized by three types of means. Among these, 3) has the greatest effect of stabilization control.
The “control of the apparent spectral purity range” described in the prior art changes the wavelength for each pulse, and therefore, depending on the stabilization control of the spectral purity range, the best on the wafer for each pulse. The focus position changes and exposure is performed. Thus, since independent center wavelength control cannot be performed, the problem of the best focus position shift arises.
On the other hand, according to the control means 1), 2) and 3) of the present invention, the spectral purity range can be substantially increased or decreased, while the center wavelength can be controlled independently. it can. For this reason, the center wavelength does not change and the position of the best focus does not change while stabilizing the spectral purity range. Since an optimum spectral shape for the projection lens of the exposure apparatus 3 is obtained and there is no position shift of the best focus, the imaging performance of the projection lens can be maintained.
The control means 1) will be described.
In the two-stage laser system shown in FIG. 1, unlike the one-stage laser system, the spectral purity range E95 is set in accordance with the discharge timing from the start of discharge in the oscillation chamber 10 to the start of discharge in the amplification chamber 30. Can be controlled.
FIG. 4 shows how the spectral purity range E95 changes according to the discharge timing dt.
The dt on the horizontal axis of the graph of FIG. 4 is the discharge timing, that is, the time from the start of discharge in the oscillation chamber 10 to the start of discharge in the amplification chamber 30. The vertical axis on the left side of the graph of FIG. 4 is the spectral purity range E95. As shown in the spectral purity range characteristic L1, the spectral purity range E95 decreases as the discharge timing dt increases (the discharge timing is delayed). I understand. The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows a pulse waveform L3 of the seed light. As shown in FIG. 5, the oscillating laser beam serving as the seed light has a temporal spectral purity width E95 distribution, and the spectral purity width E95 decreases as it goes backward of the laser pulse waveform. Therefore, the spectral purity width E95 of the amplified laser light is determined depending on which part of the seed light pulse waveform having the temporal spectral purity width E95 distribution shown in FIG. For example, when the discharge timing dt is delayed and the discharge is synchronized with the latter half of the pulse waveform of the seed light, the seed light having a narrow spectral purity range E95 is amplified, and as a result, the spectral purity of the amplified laser light The width E95 becomes thinner. On the contrary, when the discharge timing dt is advanced and the discharge is synchronized with the first half of the pulse waveform of the seed light, the seed light having a wide spectral purity range E95 is amplified, and as a result, the amplified laser light The spectral purity range E95 becomes thicker. Using such characteristics, when the monitored (measured) spectral purity range E95 is increased, the discharge timing dt is increased to decrease the spectral purity range E95, and when the spectral purity range E95 is decreased, discharging is performed. Control may be performed so as to increase the spectral purity range E95 by decreasing the timing dt.
Next, the control means 2) will be described.
As another method for controlling the spectral purity range E95, there is means for controlling the spectral purity range E95 of the seed light itself. There are three methods for controlling the spectral purity range E95 of the seed light as follows.
2) -1 A method for controlling the rise of the pulse waveform of the seed light.
2) -2 A method of controlling the narrowing performance.
2) -3 A method for controlling the propagation speed of acoustic waves.
Regardless of which method is used, the spectral purity range E95 itself of the output seed light changes, so that the amplified laser light also changes correspondingly.
Next, the control means 3) will be described.
Furthermore, as another method for controlling the spectral purity range E95, there is a means for combining the control of the discharge timing in 1) and the control of the spectral purity range E95 of the seed light in 2). In this control means 3), it is possible to expect an increase in the allowable synchronization width in controlling the spectral purity range E95 within the allowable range. Here, the allowable synchronization width is a discharge timing range in which the energy of the laser beam is equal to or higher than an allowable level. Specifically, the allowable synchronization width will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the right vertical axis represents the laser output, and L2 (in the case of the MOPO method) and L2 ′ (in the case of the MOPA method) are laser light output characteristics. The allowable synchronization width refers to the range of the discharge timing dt for the amplified laser light output to fall within a ratio of, for example, 80% of the peak output. If the synchronization tolerance is deviated, the laser output is greatly reduced. Compared to the laser output characteristic L2 of the MOPO system, L2 ′ is a laser output characteristic when the MOPA system is used. As can be seen from a comparison of the laser output characteristics, the MOPA system has an allowable synchronization width compared to the MOPO system. Is small.
For example, when the spectral purity width E95 is considerably narrowed, first, the spectral purity width E95 of the seed light itself is narrowed by controlling the spectral purity width E95 of the seed light, and then the discharge timing of 1) is controlled. If the synchronization timing (FIG. 5) is adjusted to the latter half of the seed light pulse waveform, the spectral purity range E95 can be made considerably narrower. Conversely, when the spectral purity range E95 is considerably thickened, first, the spectral purity range E95 of the seed light itself is increased by the control of 2), and then the synchronization timing (FIG. 5) is set by the control of 1) as the seed light pulse. By matching the first half of the waveform, the spectral purity range E95 can be considerably increased. The order of the seed light E95 control and the discharge timing control can be controlled in reverse to the above description.
If the above-described control means 1), 2), and 3) are combined with a technique to be described later that stretches the discharge pulse of the oscillation chamber 10, the pulse waveform of the seed light becomes longer, so that the allowable synchronization width is expanded. . For this reason, the control range of the spectral purity range E95 can be further increased. Further, since the allowable synchronization width is widened, the output of the amplified laser beam can be suppressed to a small amount with respect to the change of the discharge timing dt, and the laser output is easily stabilized. Become.
(Spectral purity range E95 detector (spectral purity range measurement means))
In order to execute the control in the control means 1), 2), and 3), the value of the actual spectral purity width E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is required. The spectral purity range E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is detected (measured) by the second monitor module 39 as a spectral purity range E95 detector (spectral purity range measuring means). FIG. 8 shows a configuration diagram of the second monitor module 39. Since the configuration of the first monitor module 19 is the same, the description thereof is omitted.
The second monitor module 39 includes a beam splitter 391, an etalon spectroscope 393, and a photodiode 392.
The etalon spectroscope 393 measures spectral index values such as the spectral purity range E95, and the photodiode 392 measures the laser output intensity. The etalon spectroscope 393 includes a beam diffusing unit 394 such as a diffusing plate or a lens array, an etalon 395, a lens 396, and a sensor array 397. As the sensor array 397, for example, a line sensor in which a plurality of photodiode arrays are arranged one-dimensionally can be used. In this case, the plurality of line sensors are arranged in the order of channels (ch: integer).
In the second monitor module 39, a part of the laser light is sampled by the beam splitter 391 and incident on the etalon spectroscope 393. The laser light incident on the etalon spectroscope 393 is diffused by the beam diffusion means 394 and incident on the etalon 395. The laser light that has passed through the etalon 395 enters the lens 396. A sensor array 397 is installed on the focal plane of the lens 396. Therefore, when the laser light is transmitted through the lens 396, interference fringes are generated on the sensor array 397. From the fringe data on the sensor array 397, linear data of the wavelength and light amount of the laser beam is obtained as a spectrum waveform, and the spectrum purity range E95 is calculated.
In the embodiment, the etalon spectroscope 393 is used. However, as a form of the spectroscope, an angle dispersive optical element may be used. For example, a Czerny-Turner type spectroscope, a spectroscope using a plurality of gratings, or a multipass spectroscope may be used.
The spectroscope has an inherent response characteristic, that is, an instrument function. The measured spectrum waveform is the result of convolution integration of the true spectrum waveform with the device function. Therefore, in order to obtain a true spectrum waveform, the measured spectrum waveform may be deconvolved with an apparatus function. However, since this calculation takes time, the correlation between the spectral purity range actually measured by the spectroscope and the true spectral purity range is stored in advance, and the true spectral purity range is obtained by calculation. It is desirable. FIG. 9 illustrates the correlation L4 between the actual spectral index value (spectral purity range E95) measured by the etalon spectroscope 393 and the true spectral index value (spectral purity range E95) measured by the high resolution spectrometer. ing. The true spectral purity range corresponding to the spectral purity range actually measured by the etalon spectroscope 393 can be obtained from the correlation L4 shown in FIG. However, since the correlation may change minutely, it is necessary to calibrate with a high-resolution spectrometer placed outside regularly.
Next, the main routine of the spectral purity range stabilization control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 7, simultaneously with laser oscillation, the process proceeds to step 101, where a “spectral purity range E95 measurement” subroutine is executed, and the second monitor module 39 measures the spectral purity range E95. The spectral purity range E95 is measured for each pulse. However, the spectral purity range E95 may be evaluated by an average value over n pulses or a moving average value in consideration of the calculation time. In this case, it is desirable to perform a calibration process with a certain interval in order to check whether the measured value is deviated from the actual value. The specific contents of the “spectral purity range E95 measurement” subroutine will be described later (step 101).
The value of the target spectral purity range E95 is set to E950, and the first allowable range for the target spectral purity range E950 is set to E950 ± dE95 (S) (first control threshold dE95 (S)). The first allowable range E950 ± dE95 (S) for the target spectral purity range E950 is set according to the specifications required by the exposure apparatus 3. It is necessary to perform control so that the upper limit value E950 + dE95 (S) required by the exposure apparatus 3 exceeds the lower limit value E950−dE95 (S) and does not fall outside the first allowable width range. is there. Therefore, a second control threshold value dE95 having a predetermined margin (dE95 (S) −dE95), that is, a second allowable width E950 ± dE95 with respect to the target spectral purity range E95 is set. The range of the second control threshold dE95 is 0 ≦ dE95 <dE95 (S). When dE95 = 0, if the measured value of the spectral purity range E95 slightly deviates from the target value E950, the E95 actuator described later operates and stabilization control is executed so that the measured value E95 matches the target value E950. Will be.
After the actual spectral purity range E95 is measured, whether or not the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is less than or equal to the second control threshold dE95, that is, the measured spectral purity range E95 is 2. It is calculated whether or not it is within the allowable width E950 ± dE95 (step 102).
If the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is equal to or smaller than the second control threshold dE95, that is, | E95−E950 | ≦ dE95, the stabilization control of the spectral purity range E95 is not executed (in step 102). Decision Yes). On the other hand, if the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 exceeds the second control threshold value dE95, that is, | E95−E950 |> dE95 (determination No in step 102), then measurement is performed. It is determined whether or not the absolute value of the difference between the value E95 and the target value E950 is below the first control threshold dE95 (S) (| E95−E950 | <dE95 (S)) (step 103). As a result, when the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is equal to or greater than the first control threshold value dE95 (S) (No in Step 103), an error signal is sent to the exposure apparatus 3. The laser oscillation is stopped or the shutter existing between the exposure apparatus 3 and the two-stage laser apparatus 2 so as to prevent the laser beam whose spectral purity width deviates from the first allowable width from entering the exposure apparatus 3. Or close.
On the other hand, when the absolute value of the difference between the measured value E95 and the target value E950 is less than the first control threshold dE95 (S) (Yes in step 103), the measured value E95 is made to match the target value E950. Then, the process proceeds to a subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” described later, and the E95 actuator operates to execute the stabilization control (step 104).
The contents of the “stabilization control by the E95 actuator” subroutine in step 104 will be described in each embodiment described later. If the spectral purity range E95 falls within the allowable range as a result of the processing of the “stabilization control by the E95 actuator” subroutine, the process returns to the main routine of FIG.
FIG. 6 shows a “spectral purity range E95 measurement subroutine”.
After the subroutine is started, the spectrum waveform is measured by the second monitor module 39 described with reference to FIG. 8 (step 201). The measured spectrum waveform is deconvolved to calculate a true spectrum waveform (step 202). Next, an average value or a moving average value of the spectral purity range E95 is obtained by calculation (step 203). Next, it is determined whether or not to calibrate the spectrum index value (spectral purity range) (step 204). When it is determined to calibrate the spectrum index value (spectral purity range), the spectrum index value (spectral purity range) is determined. Is calibrated and the spectral purity range E95 is recalculated according to the calibration value (step 205). If it is determined not to calibrate the spectrum index value (spectral purity range), the process returns to the main routine of FIG. 7 as it is (step 206).
FIG. 10 shows a “spectral purity range E95 measurement subroutine” in a form different from FIG.
After the subroutine is started, the spectrum waveform is measured by the second monitor module 39 described with reference to FIG. 8 (step 301). Next, an average value or a moving average value of the spectral purity range E95 is obtained by calculation (step 302).
Next, in order to shorten the calculation time, a true value corresponding to the measured value is obtained based on the correlation L4 between the measured value and the true value of the spectral purity range E95 described in FIG. In this process, the correlation between the etalon spectroscope 393 actually used for measurement and a high resolution spectroscope, which is a different standard, is measured in advance, and the measurement result is correlated with the correlation L4. Is stored in the memory (step 303). Next, it is determined whether or not to calibrate the spectrum index value (spectral purity range) (step 304). When it is determined to calibrate the spectrum index value (spectral purity range), the spectrum index value (spectral purity range) is determined. Is calibrated and the spectral purity range E95 is recalculated according to the calibration value (step 305). If it is determined not to calibrate the spectrum index value (spectral purity range), the process returns to the main routine of FIG. 7 as it is (step 306). As a calibration method in this case, calibration may be performed using the above-described high-resolution spectrometer, or calibration may be performed by calculation from the resolution result of the exposure apparatus 3.
(E95 actuator)
Each E95 actuator that executes the subroutine of “stabilization control by E95 actuator” in step 104 in FIG. 7 will be described in the following embodiments (each control example).
(Stabilization control of spectral purity range E95 by (Example 1: control of discharge timing (control means 1)))
In this embodiment, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity range measuring means, and the measured spectral purity range E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity range E950. By controlling the discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device 100 to the start of the discharge by the amplification laser device 300 so as to be within dE95, the spectral purity range E95 is stabilized and controlled. is there.
In the case of the two-stage laser apparatus 2 shown in FIG. 1, the spectral performance can be changed by changing the discharge timing of the two laser apparatuses 100 and 200 as described above. Reference 1 (Japanese Patent Application No. 2002-046328) describes a technique for controlling the spectral line width to 0.2 pm or less using this characteristic. However, the technique described in this reference is a control for setting the spectral line width to 0.2 pm or less, and does not describe a control method for stabilizing the spectral line width within a predetermined allowable width.
Hereinafter, an embodiment in which the spectral purity range is stabilized and controlled using the characteristic that the spectral performance is changed by changing the discharge timing will be described. In general, when the discharge timing is changed, the laser output also changes. However, particularly in the MOPO system, this influence is relatively small, which is advantageous in terms of stabilizing the laser output. In order to further suppress the change in output of the laser output, it is desirable to control the applied voltage, gas pressure, and the like.
First, the principle of controlling the spectral performance by the discharge timing will be described.
In a narrow-band laser, a wavelength dispersion element is inserted in a laser resonator that oscillates in a broadband to narrow the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95. The wavelength dispersion element is a prism, a grating, an etalon, or the like. Since only the selected wavelength is returned to the laser resonance axis by the wavelength dispersion element, only the selected wavelength is amplified and extracted as laser light. By passing through this wavelength dispersion element, light in a wavelength region outside the selected wavelength is removed, so that the greater the number of passes, the narrower the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95. This number of passes is called the number of round trips.
FIG. 11 shows the relationship between the number of round trips, the laser pulse waveform, and the spectral purity range E95.
FIGS. 11A to 11D are views of the laser optical axis when the number of round trips is 0, 1, 2, and 3 as viewed from the side of the chamber 10, and FIG. It is a side view which shows the laser optical axis which overlap | superposed (a)-(d). FIG.11 (k) is a top view of the chamber 10 corresponding to Fig.11 (a)-(e).
11 (f), (g), (h), (i), and (j) are laser pulses corresponding to FIGS. 11 (a), (b), (c), (d), and (e), respectively. The waveform, the wavelength line width Δλ, and the spectral purity width E95. In FIGS. 11F to 11J, the horizontal axis represents time (ns), the left vertical axis represents the laser intensity, and the right vertical axis represents the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95. In FIGS. 11 (f) to 11 (j), the wavelength line width Δλ and the spectral purity range E95 are indicated by x.
FIG. 11A shows the laser optical axis when the photons generated in the chamber 10 are output from the chamber 10 without passing through the wavelength dispersion element (LNM16) (the number of round trips is 0). 11 (f) shows the laser pulse waveform corresponding to FIG. 11 (a), the wavelength line width Δλ, and the spectral purity width E95.
As shown in FIGS. 11A and 11F, the light output from the chamber 10 becomes an ASE (Amplified spontaneous emission) component. The oscillation laser device 100 is provided with an output cover 60 that returns the light generated in the oscillation chamber 10 into the oscillation chamber 10 with a predetermined reflectance. The output coupler 60 has a reflectance of approximately 30%. For this reason, 70% of the ASE generated in the chamber 10 is output to the outside. The remaining 30% of the reflected ASE light generated in the chamber 10 returns to the chamber 10 to become a laser light. Although the ASE output intensity is significantly smaller than the laser output intensity, since the ASE does not pass through the wavelength dispersion element (LNM16), the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95 are wide (see FIG. 11 (f)). .
FIG. 11 (b) shows the laser optical axis when light that has passed through the wavelength dispersion element (LNM 16) once is output from the chamber 10 (the number of round trips is one), and FIG. The laser pulse waveform corresponding to FIG. 11B, the wavelength line width Δλ, and the spectral purity width E95 are shown.
As shown in FIGS. 11 (b) and 11 (g), the ASE light shown in FIG. 11 (a) is reflected by the output coupler 60 and returned into the chamber 10, and passes through the wavelength dispersion element (LNM 16). The wavelength-selected light is returned into the chamber 10 and output to the outside of the chamber 10. The laser beam output at this time is delayed by the time for which the light travels once in the resonator. Since it passes through the wavelength dispersion element (LNM16) once, the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95 are reduced accordingly (see FIG. 11G).
Similarly, FIG. 11C and FIG. 11H show the case where the number of round trips is two. Similarly, FIG. 11D and FIG. 11I show a case where the number of round trips is three.
Thus, as the number of round trips increases, the output start time is further delayed and the spectral purity range E95 is decreased (see FIGS. 11 (h) and 11 (i)).
FIG. 11 (e) is obtained by superimposing the laser optical axes shown in FIGS. 11 (a) to 11 (d). FIG. 11 (j) shows the laser pulse waveform corresponding to FIG. 11 (a). The wavelength line width Δλ and the spectral purity range E95 are shown. The actually observed laser pulse waveform has the shape shown in FIG. As shown in FIG. 11 (e), it can be seen that the wavelength line width Δλ and the spectral purity width E95 become narrower toward the latter half of the laser pulse waveform. In FIGS. 11A to 11E, for convenience of explanation, the laser optical axis reciprocating in the chamber 10 is drawn while being shifted, but actually, they are overlapped on the same optical axis.
The number of round trips shown in FIGS. 11A to 11E and the spectrum waveform of the laser beam corresponding to them are collectively shown in FIG. In FIG. 12, (a) to (e) correspond to (a) to (e) in FIG. 11, respectively. Since the spectral purity range E95 is the width of the region where 95% of the total energy is included, if the optical component of the first half of the laser pulse waveform corresponding to FIGS. The purity range E95 becomes wider.
FIGS. 11F to 11J show the case where the small signal gain of the laser medium is large. When the small signal gain is small, the first half of the laser pulse is not observed because the output intensity is weak, so the first half components of (f) and (g) do not appear, and the rise of the laser pulse waveform is delayed.
Thus, in the narrow-band laser, the values of the spectral line width Δλ and the spectral purity width E95 differ depending on whether the laser pulse waveform is in the first half or the second half. In the first half of the laser pulse waveform, the spectral line width Δλ and the spectral purity width E95 are large, and in the second half of the laser pulse waveform, they are narrowed. In a system that requires synchronization of both laser devices, such as the two-stage laser device 2, as described with reference to FIG. 5, the timing for starting discharge in the amplification laser device 300 is the seed output from the oscillation laser device 100. When matched with the first half of the optical pulse waveform L3, light having a wide spectral width in the first half of the seed optical pulse waveform L3 is amplified, and conversely, when aligned with the latter half of the seed optical pulse waveform L3, the latter half thereof. Thus, light having a narrow spectral width is amplified. Therefore, as described with reference to FIG. 4, the spectral line width Δλ and the spectral purity range E95 become narrower as the discharge timing dt is delayed.
On the left vertical axis of FIG. 4, the target value of the spectral purity range is set to E950, and the second control threshold described above is set to dE95 (the second allowable width is set to E950 ± dE95). Thus, the allowable upper limit of the spectral purity range is E950 + dE95, and the allowable lower limit value is E950−dE95.
For example, it is assumed that the laser devices 100 and 300 are operated on the curve L1 with the discharge timing dt set to dt0 so that the spectral purity range matches the target value E950.
Here, when the actually measured spectral purity range E95 is wide (when E95 increases), that is, when the curve L1 changes from the curve L1 to the curve L1 (a), as indicated by the arrow LA, the discharge timing dt Is delayed to change from dt0 to dt2. By delaying the discharge timing dt from dt0 to dt2 in this way, the spectral purity range becomes narrow and can be returned to the original target value E950.
Conversely, when the actually measured spectral purity range E95 is narrowed (when E95 is reduced), that is, when the spectrum purity range E1 is changed from the curve L1 to the curve L1 (b), as shown by the arrow LB, the discharge timing dt To change from dt0 to dt1. Thus, by advancing the discharge timing dt from dt0 to dt1, the spectral purity range becomes wide and can be returned to the original target value E950.
FIG. 13 shows a flowchart of the first embodiment. FIG. 13 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). (Within ± dE95 (S)) (determination Yes in step 103), the subroutine shown in FIG. 13 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 13 is executed by E95, wavelength controller 6 and synchronous controller 8 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 13 starts, first, it is determined whether the spectral purity range E95 has become wider or narrower than the target value, that is, whether E95> E950 or not, E95, wavelength controller 6 (FIG. 1). ) (Step 401).
As a result of this determination, if E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, so the value of the discharge timing dt for narrowing the spectral purity range E95 to match the target value ( dt = dt0 + dt ′) is calculated (step 402). On the other hand, when E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the discharge timing dt (dt = dt0− for widening the spectral purity range E95 to match the target value). dt ') is calculated (step 403).
The value of the control interval dt ′ may be calculated from the slope k (see FIG. 4) of the correlation curve L1 between the spectral purity range E95 and the discharge timing dt (dt ′ = (| E95−E950 |) / k). In addition, the control may actually be performed in advance, an optimum value that allows smooth control to be obtained, and fixed to that value.
Next, it is determined whether or not the calculated discharge timing dt deviates from the allowable synchronization width (see FIG. 4) (limit detection) (step 404).
When the calculated discharge timing dt deviates from the allowable synchronization width (limit detection), the laser output is greatly reduced, and the original meaning as the two-stage laser device 2 is not made. On the other hand, if the discharge timing dt is within the allowable synchronization range, the laser output only changes slightly. In this case, the charging voltage and gas pressure of the amplification laser device 300 are simultaneously controlled as necessary. This guarantees a laser output above a certain level.
For this reason, by shifting the discharge timing by the control interval dt ', if it falls outside the allowable synchronization range (limit detection), the stabilization control cannot be performed any further, so switch to another E95 control method or control Laser signal oscillation is stopped by sending a disable signal to the main controller 4 (step 405).
If the discharge timing is within the allowable synchronization range (the limit is not detected), the stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 406 to send a command signal for causing the synchronous controller 8 to perform the stabilization control. In response, the synchronous controller 8 changes the discharge timing dt by the control interval dt ′ (step 406).
As described above, in the present embodiment, the control for obtaining the synchronization allowable width in which the energy of the laser beam output from the amplification laser device 300 is equal to or higher than the allowable level among the allowable width E950 ± dE95 with respect to the target spectral purity width E950. Stabilization control is performed within the range.
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as step 101 in FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the discharge timing dt is measured (step 407), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 408). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 409).
On the other hand, if the measured spectral purity range E95 does not fall within the second allowable range (E950 ± dE95) as a result of the determination in step 408, the process proceeds to step 401 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 409).
(Example 2: Stabilization control of spectral purity range E95 by discharge timing control with pulse stretch control (control means 1))
In the present embodiment, pulse stretching means for extending the laser pulse waveform of the seed light output from the oscillation laser device 100 is further provided. By extending the pulse waveform of the seed light by this pulse stretching means, an amplification laser is provided. After enlarging the synchronization allowable range in which the energy (output) of the laser beam output from the apparatus 300 is equal to or higher than the allowable level, the discharge timing is controlled in the same manner as in the first embodiment,
The spectral purity range E95 is stabilized and controlled.
Extending the laser pulse waveform by changing the laser discharge characteristics is called (discharge) pulse stretching (control). By applying this pulse stretch control to the oscillation laser device 100, the pulse length of the seed light can be increased and the allowable synchronization width shown in FIG. 4 can be increased.
FIG. 14 is a graph similar to FIG. 4, and shows the relationship between the discharge timing dt and the laser output when pulse stretch control is performed (with pulse stretch) and when pulse stretch control is not performed (without pulse stretch) ( (Laser output characteristics) L6 and L2 are shown in comparison, and discharge timing dt and spectral purity range E95 when pulse stretch control is performed (with pulse stretch) and when pulse stretch control is not performed (without pulse stretch) (Spectral purity range characteristics) L7 and L1 are shown in comparison.
Regarding the spectral purity range characteristics, there is no significant change between the characteristic L7 when the pulse stretch control is performed (with pulse stretch) and the characteristic L1 when the pulse stretch control is not performed (without the pulse stretch), but with respect to the laser output characteristics. When pulse stretch control is performed (with pulse stretch) and the characteristic L2 when pulse stretch control is not performed (without pulse stretch), a large change occurs, and when pulse stretch control is performed (pulse It can be seen that the range of the allowable synchronization width (the width in which the laser output is equal to or greater than the allowable level (for example, 80% of the peak output)) is greatly expanded in the case of stretching. As a result, the controllable width of the discharge timing dt is also increased. As described above, by expanding the allowable synchronization width, the range in which the energy of the laser beam output from the amplification laser device 300 becomes equal to or higher than the allowable level (for example, 80% of the peak output) is expanded, and the discharge timing dt is changed. In this case, there is an advantage that the fluctuation of the laser output can be further reduced.
For this reason, when the pulse timing is applied when the discharge timing control (control means 1) is executed, the control range of the discharge timing dt is widened and becomes more practical. The pulse stretching is realized by pulse stretching means for extending the laser pulse waveform of the seed light.
Next, the contents of the pulse stretch means will be described.
In a high repetition laser, methods for performing discharge pulse stretching include an oscillating current method, a current superposition method, and a simple spiker sustainer method.
The oscillating current method is described in, for example, Reference 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-156367). In the oscillating current method, the circuit constant is determined so that the period of the oscillating current flowing between the discharge electrodes 10a and 10b is shortened and the peak value of the current is increased, and the first ½ period of the oscillating current and at least the subsequent period In one half cycle, the laser gas is excited and the laser oscillation operation is continued for pulse stretching.
The current superposition method is described in, for example, Reference 3 (Japanese Patent No. 3427889). The current superposition method will be described with reference to FIG. 3. A primary current for injecting energy from the magnetic pulse compression circuit to the discharge electrodes 10a and 10b via the peaking capacitor Cp, and charging of the peaking capacitor at the final stage of the magnetic pulse compression circuit. And a secondary current for injecting energy from the capacitor C2 to the discharge electrodes 10a and 10b, and the oscillation period of the secondary current is set to be longer than the oscillation period of the primary current. Pulse stretching is performed by performing a laser oscillation operation of one pulse in the first half cycle of the discharge oscillation current waveform in which the polarity of the next current is reversed and at least two half cycles following the discharge half-cycle.
The simple spica sustainer method is described in, for example, Reference 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-353839). In the simple spiker sustainer method, a spiker circuit for applying discharge and a sustainer circuit for sustaining discharge are configured and pulse stretched.
In the second embodiment, any of the above-described pulse stretching means may be used. When any of the pulse stretching means is used, the synchronization allowable range shown in FIG. 4 is widened, and the spectral purity range E95 is controlled to be stabilized. The above is effective in expanding the control range of the discharge timing dt.
The details of the control with pulse stretching added are the same as those in the flowchart of FIG.
Example 3 Stabilization Control of Spectral Purity Width E95 by Controlling Rise of Pulse Waveform of Seed Light (Control Unit 2) -1)
In the third and subsequent embodiments, the spectral purity width E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity width measuring means, and the measured spectral purity width E95 is an allowable width of the target spectral purity width E950. The spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is stabilized by controlling the spectral purity range E95 of the seed beam output from the oscillation laser device 100 so as to be within E950 ± dE95. It is something to control.
In the third embodiment, the spectral purity range E95 of the seed light is controlled by changing the time from the start of the discharge in the oscillation laser device 100 to the rise of the laser pulse, and is output from the amplification laser device 300. The spectral purity range E95 of the laser beam is controlled to be stabilized.
FIG. 15 shows the waveform of the laser pulse of the seed light output from the oscillation laser device 100 as a graph with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing laser output.
When the time from the start of discharge in the oscillation laser device 100 to the rise of the pulse is delayed by reducing the small signal gain, the laser pulse waveform changes from the waveform shown by the broken line to the waveform shown by the solid line in FIG. Change. Thus, the spectral purity range can be narrowed by lengthening the time from the start of discharge to the rise of the laser pulse waveform, that is, by shifting the laser pulse to the latter half of the time. The reason for this is as described with reference to FIG. 11. This is because the photon after passing through the wavelength selection element (LNM16) several times is amplified and the pulse rises. As the number of round trips increases, the spectral purity width decreases. It is. On the other hand, by increasing the small signal gain and shifting the laser pulse to the first half, the spectral purity width is widened by the same principle (the spectral purity width increases as the number of round trips decreases).
By using the characteristics as described above to control the rise of the laser pulse waveform of the seed light output from the oscillation laser device 100, the wavelength line width of the spectrum waveform of the seed light is changed to that shown in FIGS. It can be changed as shown in e). Since the spectral purity width E95 of the seed light changes in this way, the spectral purity width E95 of the laser light amplified and output by the amplification laser device 300 also changes accordingly.
As will be described later, parameters that can change the laser pulse waveform and also change the spectral purity range E95 include the concentration of F2, total gas pressure, charging voltage, and output fogger (OC) reflectance. . When these parameters change, not only the spectral purity range E95 but also the laser output changes. For this reason, in the one-stage laser apparatus, the variable range of each parameter is limited, the control range of the spectral purity range E95 is narrow, and the parameter having a large influence on the laser output such as the charging voltage has a spectral purity range. It was difficult to control E95. On the other hand, in the two-stage laser apparatus 2, since the laser output can be controlled by the amplification laser apparatus 300, it is assumed that the output of the seed light output from the oscillation laser apparatus 100 is slightly changed by each parameter change. However, a change in the output of the laser beam output from the amplification laser device 300 does not cause a problem. Therefore, it is possible to control the stabilization of the spectral purity range E95 by controlling each parameter without being limited to the laser output.
(Example 4: Stabilization control of spectral purity range E95 by changing pulse waveform of seed light by changing fluorine F2 concentration to control pulse rising (control means 2) -1))
In this embodiment, the seed light pulse waveform is changed by changing the fluorine molecule F2 concentration in the oscillation chamber 10, thereby controlling the rise of the laser pulse and stabilizing the spectral purity range E95. It is.
FIG. 16 shows the relationship L8 between the concentration NF2 (%) of the fluorine molecule F2 in the oscillation chamber 10 and the spectral purity range E95 (au), the concentration NF2 (%) of the fluorine molecule F2 and the laser output (seed). The relationship L9 with the light intensity) E (au) is shown. As shown in FIG. 16, by reducing the fluorine molecule F2 concentration in the oscillation chamber 10, the spectral purity range E95 can be narrowed. This is also described in Reference 5 (Japanese Patent Application No. 4-312202). By utilizing this phenomenon and controlling the fluorine molecule F2 concentration, it becomes possible to stabilize and control the spectral purity range E95.
FIG. 17 shows the laser pulse waveform of the seed light when the fluorine molecule F2 concentration is changed. The horizontal axis in FIG. 17 is time (ns), and the vertical axis is laser intensity (au). The laser pulse waveform of the seed light when the fluorine molecule F2 concentration is 0.06% is indicated by a broken line, and the laser pulse waveform of the seed light when the fluorine molecule F2 concentration is 0.14% is indicated by a solid line. Moreover, the part corresponding to (a)-(d) of FIG. 12 is shown in FIG.
As shown in FIG. 17, when the fluorine molecule F2 concentration is high, the time from the start of discharge until the output seed light is observed is shortened, that is, the seed light is output in a short time. Become. Therefore, when the fluorine molecule F2 concentration is high, the components (a) and (b) in the first half of the pulse become strong, and the spectral purity width E95 of the seed light is as shown in (a) and (b) of FIG. Become wider.
The reason why the rise of the pulse is accelerated by increasing the concentration of the fluorine molecule F2 is that the small signal gain g in the laser medium is increased by increasing the number density of the fluorine molecule F2. When the reflectivity of the output coupler is R1, the reflectivity of the other mirror constituting the resonator is R2, the absorption coefficient in the laser medium is α, and the length of the laser medium is L, the inside of the resonator is reciprocated once. In this case, the net gain (increase rate) G of the light intensity is expressed by G = R1 · R2 · EXP {2 (g−α) L}. Here, it is assumed that the condition G> 1 where the light intensity is amplified is satisfied. When the initial fluorescence intensity is I0, the intensity I output to the outside after n round trips is I = (1-R1) · I0 · G ^ n−A. A represents the loss received by the propagation system such as the monitor module after output. In order to observe the rising of the laser pulse exceeding 1 [mJ / cm2], for example, as the laser output outside, I> 1 is required. In other words, (1-R1) · I0 · [R1 · R2 · EXP {2 (g−α) L}] ^ n −A> 1 is a condition for starting the laser pulse. Therefore, when the small signal gain g is large, the above conditions are satisfied with a small number of round trips, so that laser oscillation is started in a short time.
Based on the above principle, by increasing the fluorine molecule F2 concentration, the gain increases, the laser output can be obtained in a short time, and the spectral purity range E95 becomes wide. Thereby, the spectral purity range E95 can be controlled to be stabilized by controlling the fluorine molecule F2 concentration.
FIG. 18 shows a flowchart of the fourth embodiment. FIG. 18 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). (Within ± dE95 (S)) (determination Yes in step 103), the subroutine shown in FIG. 18 is entered.
18 is executed by E95, the wavelength controller 6, the main controller 4, and the utility controller 5 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 18 starts, first, the current fluorine molecule F2 concentration value NF2 in the oscillation chamber 10 is detected. The fluorine molecule F2 gas is originally reduced by reacting with the material of the electrodes 10a and 10b by discharge, and the laser output is also reduced accordingly. Therefore, fluorine molecular F2 gas is periodically injected to stabilize the laser output. For example, the amount of fluorine molecule F2 gas consumed per unit shot is measured in advance, and fluorine molecule F2 gas is injected into the oscillation chamber 10 according to the number of shots based on the measured value. Therefore, in order to easily detect the fluorine molecule F2 concentration, it is desirable to record the injection amount and the gas discharge amount of the fluorine F2 gas from the time of laser gas exchange, and calculate from the values of the injection amount and the discharge amount. Alternatively, a concentration meter for measuring the concentration of the fluorine molecule F2 may be attached to the oscillation chamber 10, and the concentration of the fluorine molecule F2 may be detected by reading the value of this concentration meter (step 510).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether or not E95> E950 is calculated by E95 and the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 501). ).
As a result of this determination, if E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, so the value of the decrease amount dNF2 of the fluorine molecule F2 concentration necessary to narrow the spectral purity range E95. Is calculated and the reduced concentration value is
NF2 = NF2-dNF2
Is calculated (step 502).
On the other hand, when E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value, and therefore the value of the increase amount dNF2 of the fluorine molecule F2 concentration necessary to widen the spectral purity range E95 is calculated. The increased concentration value is
NF2 = NF2 + dNF2
Is calculated (step 503). The value of the increase / decrease amount dNF2 is obtained from, for example, the correlation L8 between the spectral purity range E95 and the fluorine molecule F2 concentration shown in FIG.
Calculate it.
The spectral purity range E95 varies depending on the values of the total gas pressure and the charging voltage in addition to the fluorine molecule F2 concentration. For this reason, in advance, the relational expression between the spectral purity range E95, the charging voltage V, the fluorine concentration NF2, the total gas pressure TP,
E95 = f (V, NF2, TP)
, And the charging voltage V and the total gas pressure TP at the time of spectral purity range measurement are detected, and these detected values and the fluorine F2 concentration NF2 detected in the above step 510 are expressed by the above relational expression (E95 = f (V, NF2, TP)), and the relationship between the spectral purity range and the fluorine concentration,
E95 = h (NF2)
It is desirable to calculate And from this relational expression,
dNF2 = h-1 (| E95-E950 |)
And the change amount dNF2 of the fluorine concentration corresponding to the displacement | E95−E950 | of the spectral purity range may be calculated. Here, x = h−1 (y) is an inverse function of y = h (x). In addition, an optimal value that allows the control to be performed smoothly by actually performing a control operation in advance may be obtained and fixed to that value.
Next, it is determined whether or not the value obtained by changing the concentration increase / decrease amount dNF2 thus obtained is within the range where the fluorine molecule F2 concentration can actually be varied. This is because if the fluorine molecule F2 concentration is extremely reduced or increased, the gain decreases or the glow discharge becomes unstable and laser oscillation cannot be performed. Therefore, a control range of the fluorine molecule F2 concentration capable of laser oscillation is set, and it is determined whether or not the value changed by the concentration increase / decrease amount dNF2 is out of this concentration control range (limit detection) (step 504). If the limit is detected as a result of this determination, it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by controlling the fluorine molecule F2 concentration, and the control is switched to another E95 control method or the uncontrollable signal is The laser oscillation is stopped by sending to the controller 4 (step 505).
If the value changed by the density increase / decrease amount dNF2 is within the above-mentioned density control range (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 506 to cause the main controller 4 to perform the stabilization control. In response, the main controller 4 outputs a command signal to the utility controller 5, and the utility controller 5 operates the gas supply / exhaust unit 14 in response to the command signal. By operating the gas supply / exhaust unit 14, gas is injected into the oscillation chamber 10 or exhausted from the oscillation chamber 10, and the fluorine molecule F2 concentration changes by the concentration increase / decrease amount dNF2. Specifically, in the gas supply / exhaust unit 14, an air valve or a mass flow controller of an F2 / Ne gas line out of an air valve of a gas exhaust line connected to the oscillation chamber 10 and a gas intake line connected to the oscillation chamber 10 is provided. Be controlled. When narrowing the spectral purity range, open the valve of the gas exhaust line so that the fluorine concentration is reduced by dNF2 and exhaust by dp1 (= TP · (dNF2 / NF2)), then only dp1 is Ar / Ne. Inject gas. Conversely, when increasing the spectral purity range, open the valve of the gas exhaust line so that the fluorine concentration increases by dNF2, exhaust by dp2 (= dp1 / 0.01x), and then dilute by x% by dp2. Injected F2 / Ne gas (dp2 = dp1 / 0.01x). At this time, although the gas pressure temporarily decreases, in order to eliminate this, gas exhaust and gas injection may be performed simultaneously using a mass flow controller (step 506).
A preferred embodiment of gas injection will be described using an ArF excimer laser as an example. Gas for replenishment is stored in two cylinders 1 and 2. A gas mixture of Ar gas and Ne gas is sealed inside the cylinder 1, and a gas mixture of F 2 gas, Ar gas and Ne gas is sealed inside the cylinder 2. In both cylinders, the partial pressure ratio of Ar gas and Ne gas is substantially the same, and the partial pressure ratio is adjusted and mixed to a ratio suitable for the operation of the ArF excimer laser. The F2 gas in the cylinder 2 has a high partial pressure exceeding the range suitable for the operation of the ArF excimer laser. Therefore, when F2 gas is to be injected into the oscillation chamber, it is injected from the cylinder 2. Since the F2 gas in the cylinder 2 has a high partial pressure, the F2 gas having an appropriate partial pressure can be supplied by being diluted with the gas in the oscillation chamber. When gas other than F2 gas is to be injected, it is injected from the cylinder 1. Even if the injection and exhaust of the laser gas are repeated, the partial pressure ratio between the Ar gas and the Ne gas inside the oscillation chamber can be maintained at a substantially constant value, and the long-term stable operation of the laser can be enabled.
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the fluorine molecule F2 concentration is measured ( Step 507), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (Step 508). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 509).
On the other hand, if it is determined in step 508 that the measured spectral purity range E95 is not within the second allowable range (E950 ± dE95), the process proceeds to step 510 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 509).
The processing of the subroutine described above is performed, and the output intensity of the seed light changes as the fluorine molecule F2 concentration changes (see L9 in FIG. 16). As described above, this is the amplification laser apparatus 300. It is possible to stabilize the laser output by controlling the discharge parameters (total gas pressure, charging voltage, etc.).
(Example 5: Stabilization control of spectral purity range E95 by changing pulse waveform of seed light by changing total gas pressure to control pulse rise (control means 2) -1))
In the present embodiment, the pulse waveform of the seed light is changed by changing the total gas pressure in the oscillation chamber 10, thereby controlling the rise of the laser pulse and stabilizing the spectral purity range E95. is there.
FIG. 64 shows a laser pulse waveform of the seed light when the total gas pressure in the oscillation chamber 10 is changed. In FIG. 64, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents laser output (seed light intensity). The laser pulse waveform of the seed light when the total gas pressure is low is indicated by a broken line, and the laser pulse waveform of the seed light when the total gas pressure is high is indicated by a solid line.
As shown in FIG. 64, by lowering the total gas pressure in the oscillation chamber 10, the rise of the laser pulse is delayed and the latter half of the pulse waveform is strengthened. Conversely, when the total gas pressure is increased, the laser rises faster and the first half of the pulse waveform becomes stronger. This is because when the total gas pressure is increased, the discharge resistance is increased, so that the discharge start voltage is increased, and hence the injection energy from the power supplies 11 and 12 to the laser medium is increased. This is also because the density of the excimer molecule itself increases and the gain increases. As described in the fourth embodiment, the pulse waveform also changes due to the change in gain. Therefore, the relationship between the total gas pressure TP, the spectral purity range E95, and the laser output E is similar to the relationship L8, L9 between the fluorine gas molecule F2 concentration, the spectral purity range E95, and the laser output E shown in FIG. Present.
FIG. 19 shows a flowchart of the fifth embodiment. FIG. 19 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 19 is entered.
The subroutine processing shown in FIG. 19 is executed by E95, wavelength controller 6, main controller 4 and utility controller 5 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 19 is started, first, the current total gas pressure TP in the oscillation chamber 10 is detected (step 610).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether or not E95> E950 is calculated by E95 and the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 601). ).
As a result of this determination, when E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, so the value of the decrease dTP of the total gas pressure TP necessary to narrow the spectral purity range E95. Is calculated and the reduced value is
TP = TP−dTP
Is calculated (step 602).
Conversely, when E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value, and therefore the value of the increase dTP of the total gas pressure TP necessary for widening the spectral purity range E95 is calculated. , The increased value is
TP = TP + dTP
Is calculated (step 603). The value of the increase / decrease amount dTP may be calculated from, for example, the correlation L8 between the spectral purity range E95 and the total gas pressure similar to the correlation between the spectral purity range E95 and the fluorine molecule F2 concentration shown in FIG.
The spectral purity range E95 varies depending on the value of the fluorine molecule F2 concentration and the charging voltage in addition to the total gas pressure. For this reason, in advance, the relational expression between the spectral purity range E95, the charging voltage V, the fluorine concentration NF2, the total gas pressure TP,
E95 = f (V, NF2, TP)
, And the charging voltage V and the fluorine F2 concentration NF2 at the time of measuring the spectral purity range are detected, and these detected values and the total gas pressure TP detected in the above step 610 are expressed by the above relational expression (E95 = f (V, NF2, TP)), and the relationship between the spectral purity range and the total gas pressure,
E95 = i (TP)
It is desirable to calculate And from this relational expression,
dTP = i-1 (| E95-E950 |)
And the change amount dTP of the total gas pressure corresponding to the displacement amount | E95−E950 | of the spectral purity range may be calculated. Here, x = i−1 (y) is an inverse function of y = i (x). In addition, an optimal value that allows the control to be performed smoothly by actually performing a control operation in advance may be obtained and fixed to that value.
Next, it is determined whether or not the value obtained by changing the total gas pressure increase / decrease amount dTP obtained in this way is within the range in which the total gas pressure can actually be swung. This is because when the total gas pressure is extremely low, laser oscillation cannot be performed due to a decrease in gain, and when the total gas pressure is extremely high, the pressure limit value of the oscillation chamber 10 is reached and the gas is physically increased. This is because the pressure cannot be increased.
Therefore, the control range of the total gas pressure is set, and it is determined whether or not the value changed by the total gas pressure increase / decrease amount dTP is out of the total gas pressure control range (limit detection) (step 604). If the limit is detected as a result of the determination, it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by controlling the total gas pressure, and the control is switched to another E95 control method, or an uncontrollable signal is sent to the main controller 4. The laser oscillation is stopped either (step 605).
If the value changed by the total gas pressure increase / decrease amount dTP is within the above-mentioned total gas pressure control range (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 606 where the main controller 4 controls the stabilization control. In response to this, the main controller 4 outputs a command signal to the utility controller 5, and the utility controller 5 operates the gas supply / exhaust unit 14 in response to the command signal. By operating the gas supply / exhaust unit 14, gas is injected into the oscillation chamber 10 or exhausted from the oscillation chamber 10, and the total gas pressure TP changes by the total gas pressure increase / decrease amount dTP. Specifically, in the gas supply / exhaust unit 14, the air valve of the gas exhaust line connected to the oscillation chamber 10 and the air valve of the Ar / Ne gas line among the gas intake lines connected to the oscillation chamber 10 are controlled. . When the spectral purity range is narrowed, the gas is exhausted by opening the valve of the gas exhaust line so that the total gas pressure is reduced by dTP.
Conversely, when increasing the spectral purity range, the gas is injected by opening the valve of the Ar / Ne gas line so that the total gas pressure increases by dTP (step 606).
Here, a desirable embodiment of gas injection will be described using an ArF excimer laser as an example. Gas for replenishment is stored in two cylinders 1 and 2. A gas mixture of Ar gas and Ne gas is sealed inside the cylinder 1, and a gas mixture of F 2 gas, Ar gas and Ne gas is sealed inside the cylinder 2. In both cylinders, the partial pressure ratio of Ar gas and Ne gas is substantially the same, and the partial pressure ratio is adjusted and mixed to a ratio suitable for the operation of the ArF excimer laser. The F2 gas in the cylinder 2 has a high partial pressure exceeding the range suitable for the operation of the ArF excimer laser. Therefore, when F2 gas is to be injected into the oscillation chamber, it is injected from the cylinder 2. Since the F2 gas in the cylinder 2 has a high partial pressure, the F2 gas having an appropriate partial pressure can be supplied by being diluted with the gas in the oscillation chamber. When gas other than F2 gas is to be injected, it is injected from the cylinder 1. Even if the injection and exhaust of the laser gas are repeated, the partial pressure ratio between the Ar gas and the Ne gas inside the oscillation chamber can be maintained at a substantially constant value, and the long-term stable operation of the laser can be enabled.
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 in FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the total gas pressure is measured (step 607), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 608). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 609).
On the other hand, as a result of the determination in step 608, when the measured spectral purity range E95 does not fall within the second allowable range (E950 ± dE95), the process proceeds to step 610 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 609).
As the above-described subroutine processing is performed and the total gas pressure changes, the output intensity of the seed light changes (see L9 in FIG. 16). By controlling the discharge parameters (total gas pressure, charging voltage, etc.), it is possible to stabilize the laser output.
(Embodiment 6: Stabilization control of spectral purity range E95 by changing pulse voltage of seed light by changing charging voltage to control pulse rising (control means 2) -1))
1, 2, and 3, in the oscillation laser device 100, the main discharge is performed by applying a voltage according to the charging voltage of the power supplies 11 and 12 between the pair of electrodes 10 a and 10 b. Is called. In the present embodiment, the pulse voltage of the seed light is changed by changing the charging voltage, thereby controlling the rise of the laser pulse and stabilizing the spectral purity range E95.
FIG. 64 shows a laser pulse waveform of the seed light when the charging voltage V of the charger 11 corresponding to the voltage applied to the electrodes 10a and 10b in the oscillation chamber 10 is changed. In FIG. 64, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents laser output (seed light intensity). The laser pulse waveform of the seed light when the charging voltage V is low is indicated by a broken line, and the laser pulse waveform of the seed light when the charging voltage V is high is indicated by a solid line.
As shown in FIG. 64, by lowering the charging voltage V, the rise of the laser pulse is delayed and the latter half of the pulse waveform becomes stronger. Conversely, when the charging voltage V is increased, the laser rises earlier and the first half of the pulse waveform becomes stronger. The reason for this is that by increasing the voltage charged to the capacitors of the power supplies 11 and 12, the charging speed from the capacitor to the electrodes 10a and 10b is increased at the start of discharge, and the discharge start voltage is also increased. This is because the injection energy from 12 to the laser medium increases and the gain also increases. As described in the fourth embodiment, the pulse waveform also changes due to the change in gain. Therefore, the relationship between the charging voltage V and the spectral purity range E95 and the laser output E exhibits the same behavior as the relationships L8 and L9 between the fluorine gas molecule F2 concentration, the spectral purity range E95 and the laser output E shown in FIG. .
FIG. 20 shows a flowchart of the sixth embodiment. FIG. 20 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 20 is entered.
20 is executed by the E95, the wavelength controller 6, the main controller 4, the energy controller 7, and the synchronous controller 8 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 20 starts, first, the current charging voltage V of the power supplies 11 and 12 (charger 11) for applying a voltage to the discharge electrodes 10a and 10b in the oscillation chamber 10 is detected (step 710). .
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether or not E95> E950 is calculated by E95, the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 701). ).
As a result of this determination, if E95> E950, the spectral purity range has become wider than the target value, so the value of the reduction amount dV of the charging voltage V required to narrow the spectral purity range E95 is The calculated and reduced value is
V = V−dV
Is calculated (step 702).
Conversely, when E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value, so the value of the increase amount dV of the charging voltage V required to widen the spectral purity range E95 is calculated. The increased value is
V = V + dV
Is calculated (step 703). The value of the increase / decrease amount dV may be calculated from, for example, the correlation L8 between the spectral purity range E95 and the charging voltage similar to the correlation between the spectral purity range E95 and the fluorine molecule F2 concentration shown in FIG.
The spectral purity range E95 varies depending on the fluorine molecule F2 concentration and the total gas pressure in addition to the charging voltage. For this reason, in advance, the spectral purity range E95, the relationship between the charging voltage V, the fluorine concentration NF2, the total gas pressure TP
E95 = f (V, NF2, TP)
And the total gas pressure TP and the fluorine F2 concentration NF2 at the time of measuring the spectral purity range are detected, and these detected values and the charging voltage V detected in the step 710 are represented by the above relational expression (E95 = f (V, NF2, TP)) and the relational expression between spectral purity range and charging voltage,
E95 = g (V)
It is desirable to calculate And from this relational expression,
dV = g-1 (| E95-E950 |)
And the change amount dV of the charging voltage corresponding to the displacement amount | E95−E950 | of the spectral purity range may be calculated. Here, x = g−1 (y) is an inverse function of y = g (x). In addition, an optimal value that allows the control to be performed smoothly by actually performing a control operation in advance may be obtained and fixed to that value.
Next, it is determined whether or not the value changed by the charging voltage increase / decrease amount dV thus obtained is within a range where the charging voltage can actually be varied. This is because in the actual oscillation laser device 100, the chargeable range is limited by the performance of the power supplies 11 and 12.
Therefore, the control range of the charging voltage is set, and it is determined whether or not the value changed by the charging voltage increase / decrease amount dV is out of the charging voltage control range (limit detection) (step 704). When the limit is detected, it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by the control of the charging voltage, and the control is switched to another E95 control method or an uncontrollable signal is sent to the main controller 4. Then, laser oscillation is stopped (step 705).
If the value changed by the charging voltage increase / decrease amount dV is within the above-mentioned charging voltage control range (no limit is detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 706 to perform stabilization control on the main controller 4. In response to this, the main controller 4 outputs a command signal to the synchronous controller 8 via the energy controller 7, and the synchronous controller 8 receives the command signal. The charger 11 is operated to change the charging voltage V by the charging voltage increase / decrease amount dV (step 706).
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the charging voltage is measured (step 707). ), It is determined whether or not the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 708). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 709).
On the other hand, if it is determined in step 708 that the measured spectral purity range E95 is not within the second allowable range (E950 ± dE95), the process proceeds to step 710 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 709).
The processing of the subroutine described above is performed, and the output intensity of the seed light changes as the charging voltage changes (see L9 in FIG. 16). As described above, the discharge of the amplification laser apparatus 300 is performed as described above. The laser output can be stabilized by controlling parameters (total gas pressure, charging voltage, etc.).
(Example 7: Stabilization control of the spectral purity range E95 by changing the pulse waveform of the seed light by changing the reflectance of the output turnbuckle to control the pulse rise (control means 2) -1))
In this embodiment, as shown in FIGS. 11 and 21, the output laser 60 is provided in the oscillation laser device 100 for returning the light generated in the oscillation chamber 10 into the oscillation chamber 10 with a predetermined reflectance. It is assumed that In the present embodiment, the pulse waveform of the seed light is changed by changing the reflectance of the output cover 60, thereby controlling the rise of the laser pulse and stabilizing the spectral purity range E95.
The laser pulse waveform can be changed by changing the reflectance of the output coupler 60 of the laser resonator in the oscillation laser device 100 shown in FIG. If the reflectivity of the output coupler 60 is increased, the latter half of the pulse becomes stronger. Conversely, if the reflectivity is decreased, the first half of the pulse becomes stronger. Therefore, for example, if the output coupler 60 is designed with a reference value of 30% reflectivity and the spectral purity range E95 is thick, the spectral purity range E95 can be increased by increasing the reflectivity from the reference value to 40%. Can be kept within the allowable range. When the spectral purity width E95 is narrowed, the spectral purity width E95 can be widened by reducing the reflectance from the reference value to 20%. Here, the numerical value of the reflectance is merely an example, and is not limited thereto.
FIGS. 21A and 21B illustrate means for changing the reflectance of the output coupler 60. FIG. FIG. 21 is a view of the output coupler 60 as viewed from the oscillation chamber 10 side.
In FIG. 21A, the beam irradiation surface of the output coupler 60 is formed in a horizontally long direction in the figure, and the reflectance increases, for example, in the left direction 61A in the figure and reflected in the right direction 61B in the figure. The reflectance distribution is formed so that the rate is reduced, and the reflectance of the laser beam irradiation position 62 is changed by sliding the beam irradiation surface of the output coupler 60 left and right in the drawing by the slide mechanism 61. The structure of letting it be illustrated.
In FIG. 21 (b), the beam irradiation surface of the output coupler 60 is formed in the circumferential direction, and the reflectance is increased, for example, in the left circumferential direction in the drawing, and the reflectance is increased in the right circumferential direction in the drawing. The reflectance distribution is formed so as to decrease, and the rotation mechanism 63 rotates the beam irradiation surface of the output coupler 60 in the left and right rotation directions 63A and 63B in the drawing, thereby reflecting the irradiation position 62 of the laser beam. The structure of changing the rate is illustrated.
In FIG. 21, a distribution in which the reflectance continuously changes is formed on the beam irradiation surface of the output coupler 60. However, a film in which the reflectance is changed in stages is formed. The reflectivity may be changed stepwise.
(Embodiment 8: Stabilization of spectral purity range E95 by performing control (control means 3) to change the spectral purity range of seed light output from oscillation laser apparatus 100 and to change the discharge timing accordingly) control)
In this embodiment, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity range measuring means, and the measured spectral purity range E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity range E950. The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device 100 to the start of the discharge by the amplification laser device 300 is controlled so that it falls within dE95, and the seed light output from the oscillation laser device 100 is controlled. By controlling the spectral purity range E95, the spectral purity range E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized.
Specifically, when the rise time of the pulse waveform of the seed light changes, the laser device for amplification 300 starts after the oscillation laser device 100 starts discharging according to the change dt of the rise time of the pulse waveform. The control is performed by changing the discharge timing until the discharge is started and matching the discharge timing with a desired synchronization timing.
FIG. 25 is a diagram for explaining the effect when the discharge timing is fixed when the rise of the seed light pulse waveform is changed, and FIG. 26 is the case where the rise of the seed light pulse waveform is changed. It is a figure explaining the effect at the time of changing discharge timing according to the change.
25 (a), (b), and (c), the time axis on the horizontal axis is the same, and the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 and the oscillation laser device 100, respectively. 2 shows a pulse waveform (vertical axis; seed light output (intensity)) of the seed light output from, and a pulse waveform (vertical axis; laser light output (intensity)) of the laser light output from the laser apparatus 300 for amplification. . The same applies to FIGS. 26 (a), (b), and (c). The pulse waveform indicated by the broken line is the one before the delay, and the pulse waveform indicated by the solid line is the one after the delay.
As shown in FIG. 25, the spectral purity width E95 of the seed light changes by changing the rising edge of the pulse waveform of the seed light (FIG. 25B). However, in this case, when the discharge timing is fixed without shifting the discharge start timing in the amplification laser device 300 (FIG. 25C), the value of the spectral purity width E95 of the laser beam is as shown in FIG. Hardly changes as indicated by P1 (FIG. 25A). In addition, changing the rising edge of the pulse waveform of the seed light may deviate from the allowable synchronization width, and the laser output decreases (see FIG. 25C). However, in the case of the MOPA method, as described with reference to FIG. 62, the portion where the seed light and the gain curve of the amplification laser device 300 overlap is amplified, so that the spectral purity range E95 is maintained even when the discharge timing is fixed. Changes to avoid a decrease in laser output. Therefore, the control shown in FIG. 25 for keeping the discharge timing fixed when the rising edge of the pulse waveform of the seed light is changed is effective for the MOPA method.
On the other hand, as shown in FIG. 26, if the discharge timing is changed by the same dt in accordance with the change dt of the pulse rise time of the seed light (FIG. 26B) (FIG. 26C), the synchronization is performed. Since the timing does not shift, the spectral purity width E95 of the amplified laser light changes from P2 to P3 under the influence of the spectral purity width E95 of the seed light (FIG. 26A), and the laser There is an advantage that the optical output does not change (FIG. 26 (c)). For this reason, when the rising of the pulse waveform of the seed light shown in FIG. 26 is changed, the control of changing the discharge timing in accordance with the change is effective for both the MOPO and MOPA systems.
FIG. 27 shows the control described in FIG. 18, that is, the control of changing the fluorine molecule F2 concentration to change the laser pulse waveform of the seed light (changing the pulse rise time of the seed light), and the discharge according to the change. A processing procedure combined with control for changing timing is shown in a flowchart. In FIG. 27, description of steps 510 and 501 to 509 that are common to FIG. 18 is omitted.
In FIG. 27, step 511 for executing the process of “changing the discharge timing by the change amount dt of the pulse rise time of the seed light” is inserted between step 506 and step 507 in FIG. Different from FIG.
That is, in this embodiment, the fluorine molecule F2 concentration is changed by the concentration increase / decrease amount dNF2, thereby changing the laser pulse waveform of the seed light and changing the pulse rise time of the seed light by dt (step 506). Then, the process of changing the discharge timing by the change amount dt of the pulse rise time of the seed light is executed (step 511).
According to the eighth embodiment, a decrease in laser light output can be suppressed as compared with the fourth embodiment described with reference to FIG.
In FIG. 27, the control described in FIG. 18, that is, the control of changing the fluorine molecule F2 concentration to change the laser pulse waveform of the seed light (changing the pulse rise time of the seed light), and the change However, similarly, the control described in FIG. 19, that is, the total gas pressure is changed to change the laser pulse waveform of the seed light (seed light pulse). The control for changing the rise time) and the control for changing the discharge timing according to the change may be combined. Similarly, similarly, the control described in FIG. 20, that is, the charge voltage is changed. Control to change the laser pulse waveform of the seed light (change the pulse rise time of the seed light) and discharge according to the change It may be combined with the control of changing the imming, and the pulse waveform of the seed light is changed (the pulse rise time of the seed light is changed) by changing the reflectance of the output cover 60 described in FIG. Control) and control of changing the discharge timing in accordance with the change may be combined.
(Example 9: Stabilization control of spectral purity range E95 by changing the pulse waveform of seed light in accordance with the capacitance and capacitance ratio of the magnetic compression circuit capacitor)
In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is assumed that the oscillation laser device 100 is provided with a magnetic compression circuit. That is, a charging circuit (magnetic) including a peaking capacitor Cp disposed in parallel with the pair of discharge electrodes 10a and 10b and a second capacitor C2 disposed in parallel in front of the peaking capacitor Cp. A compression circuit) is provided in the oscillation laser device 100, the charge stored in the second capacitor C2 is transferred to the peaking capacitor Cp, and a voltage corresponding to the charging voltage of the peaking capacitor Cp is applied to the pair of electrodes 10a and 10b. It is assumed that a discharge is performed by this. In this embodiment, the pulse waveform of the seed light is changed by changing the capacitance of the peaking capacitor Cp or / and the second capacitor Cp or / and the capacitance ratio C2 / Cp of the peaking capacitor Cp to the second capacitor. This stabilizes the spectral purity range E95.
For example, as shown in FIG. 22C, by increasing the capacitance ratio C2 / Cp, pulse stretching is performed and the pulse waveform of the seed light becomes longer.
First, the principle of the relationship between the capacitance of the capacitor and the pulse waveform of the seed light will be described.
The laser pulse waveform depends on the discharge current waveform, and the discharge current waveform depends on the voltage waveform between the electrodes 10a and 10b. In particular, the laser oscillation is continued even after the first half cycle of the oscillating current when the peak value of the current is large. The voltage at which discharge starts between the main discharge electrodes 10a and 10b (referred to as the breakdown voltage Vb) depends on the rise of the voltage applied between the main discharge electrodes 10a and 10b, and the rise time is fast. Discharge start voltage Vb increases (overvoltage occurs). For example, in order to increase the applied voltage rapidly, if the capacitance of the second capacitor C2 is increased with respect to the capacitance of the peaking capacitor Cp (conversely, if Cp is decreased), the voltage rises sharply. Become. However, the larger the capacitance of the second capacitor C2 relative to the capacitance of the peaking capacitor Cp, the sharper the rise of the voltage is desirable. On the other hand, the larger the capacitance of the second capacitor C2, the more for oscillation. Since the energy required for driving the entire laser device 100 increases and the efficiency of the oscillation laser device 100 decreases, the capacity ratio C2 / Cp has a limit, and there is a case where the capacity ratio is controlled. It is necessary to change within the range.
Further, if the period after the first 1/2 period of the oscillating current flowing between the main discharge electrodes 10a, 10b is shortened, the laser oscillation is continued in the second and subsequent 1/2 periods. This is because if this period is long, spatial concentration of discharge occurs in the latter half of one half period, and the necessary uniform excitation cannot be performed efficiently. The parameters that determine the period of the 1/2 cycle after the second are the capacitance and stray inductance in the loop (discharge current circuit) formed by the peaking capacitor Cp and the main discharge electrodes 10a and 10b. It is proportional to the period. Therefore, in order to shorten the period, the capacitance of the peaking capacitor Cp may be reduced.
FIG. 22 shows changes in (a) voltage between electrodes 10a and 10b, (b) discharge current, and (c) seed light pulse waveform (vertical axis; laser intensity) when the capacitance of the capacitor is changed. . The horizontal axes in FIGS. 22A, 22B, and 22C are a common time axis. In FIG. 22, the broken line is the waveform before the capacitance change, and the solid line is the waveform after the capacitance change.
As described above, when the capacitance of the peaking capacitor Cp decreases and the capacitance ratio C2 / Cp increases, the discharge voltage rises suddenly (changes from a broken line to a solid line in FIG. 22A), and discharge starts. It can be seen that the voltage Vb also increases (see FIG. 22A). As a result, the peak value of the discharge current increases, and the discharge current vibrates for a long time (see FIG. 22B). Along with this, the laser pulse waveform of the seed light also becomes longer (see FIG. 22C). The longer laser pulse means that the latter half of the pulse becomes stronger and the components with narrow spectral purity range increase.
Therefore, in the charging circuit (magnetic compression circuit) of the oscillation laser device 100, the capacitance of the peaking capacitor Cp is reduced, or / and the capacitance of the second capacitor C2 is increased, or / and the capacitance ratio C2 / Cp is increased. As a result, the spectral purity range E95 of the seed light is narrowed. Conversely, by increasing the capacitance of the peaking capacitor Cp or / and decreasing the capacitance of the second capacitor C2 or / and decreasing the capacitance ratio C2 / Cp, the spectral purity width E95 of the seed light is widened.
The capacity of the capacitor can be adjusted by the temperature of the capacitor. For example, as the temperature increases by 20 ° C., the capacitance of the capacitor decreases by 10%.
Therefore, for example, the temperature control temperature of the peaking capacitor Cp is designed to be changeable to 40 ° C. with air cooling, 20 ° C. with water cooling, and 60 ° C. without air cooling.
The relationship L10 between the temperature (° C.) of the peaking capacitor Cp and the spectral purity range E95 (au) is as illustrated in FIG.
That is, as shown in FIG. 23, when the spectral purity range E95 becomes thick, the capacity decreases if the temperature of the peaking capacitor Cp is increased by turning off the air cooling (40 ° C. → 60 ° C.). As a result, the laser pulse width is increased, and the spectral purity width E95 can be narrowed. On the other hand, when the spectral purity range E95 is narrowed, if the temperature of the peaking capacitor Cp is lowered by water cooling (40 ° C. → 20 ° C.), the capacity increases and the laser pulse width decreases. The spectral purity range E95 can be widened (see FIG. 23). For example, when the capacitance ratio C2 / Cp = 5.6 / 8, the capacitance of the peaking capacitor Cp can be changed from 5nF to 6.2nF, so that the capacitance ratio C2 / Cp can be controlled in the range of 0.63 to 0.78. It becomes.
FIG. 24 shows a flowchart of the ninth embodiment. FIG. 24 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 20 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 24 is executed by E95, wavelength controller 6 and main controller 4 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 24 starts, first, the current temperature Tcp of the peaking capacitor Cp is detected (step 810).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether or not E95> E950 is calculated by E95 and the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 801). ).
As a result of this determination, if E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, and therefore the value of the increase dTcp in the peaking capacitor temperature Tcp necessary to narrow the spectral purity range E95. Is calculated and the increased value is
Tcp = Tcp + dTcp
Is calculated (step 802).
When E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the reduction value dTcp of the peaking capacitor temperature Tcp necessary to widen the spectral purity range E95 is calculated and reduced. Value is
Tcp = Tcp−dTcp
Is calculated (step 803). The value of the increase / decrease amount dTcp may be calculated from the correlation L10 between the temperature of the peaking capacitor and the spectral purity range E95 shown in FIG.
Next, it is determined whether or not the value changed by the temperature increase / decrease amount dTcp of the peaking capacitor Cp thus obtained is within the range where the temperature can actually be varied. This is because the energy efficiency at the time of driving the oscillation laser device 100 changes due to the change in the capacitance of the peaking capacitor Cp due to the temperature increase / decrease. It is.
Therefore, the control range of the peaking capacitor temperature is set, and it is determined whether or not the value changed by the temperature increase / decrease amount dTcp is out of this temperature control range (limit detection) (step 804). If the limit is detected, it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by controlling the temperature of the peaking capacitor, and the control is switched to another E95 control method, or the uncontrollable signal is sent to the main controller 4 Then, laser oscillation is stopped (step 805).
If the value changed by the temperature increase / decrease amount dTcp is within the temperature control range (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 806 to cause the main controller 4 to perform the stabilization control. In response to this, the main controller 4 changes the temperature of the peaking capacitor Cp by the temperature increase / decrease amount dTcp (step 806).
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the temperature Tcp of the peaking capacitor Cp is measured. (Step 807), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (Step 808). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 809).
On the other hand, if it is determined in step 808 that the measured spectral purity range E95 is not within the second allowable range (E950 ± dE95), the process proceeds to step 810 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 809).
In the flowchart shown in FIG. 24, the case where the temperature of the peaking capacitor Cp is controlled is exemplified. Similarly, the temperature of the second capacitor C2 may be controlled, and the capacitance ratio C2 / Cp changes. Alternatively, the temperature of both capacitors may be controlled. Alternatively, control of the temperature of the peaking capacitor Cp, control of the temperature of the second capacitor C2, and control of the capacitance ratio C2 / Cp (temperature of both capacitors) may be appropriately performed.
Further, instead of controlling the temperature of the capacitor, the capacitance may be controlled by changing the number of connections in the case of a door knob type capacitor. For example, when a 5.6nF peaking capacitor CpF is composed of 28 x 200pF capacitors, the capacitance can be changed by changing the number of connections in the range of 25 to 31, and the temperature can be changed. The same effect can be obtained.
(Example 10: Stabilization control of spectral purity range E95 by changing the pulse waveform of the seed light according to the capacity of the preionization capacitor)
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the oscillation laser apparatus 100 includes a charging circuit including a preionization capacitor Cp ′ arranged in parallel with a pair of discharge electrodes 10a and 10b. It is assumed that preliminary ionization is performed between the pair of electrodes 10a and 10b according to the charging voltage of the capacitor Cp ′. In this embodiment, by changing the capacitance of the preionization capacitor Cp ′, the pulse waveform of the seed light is changed, and the stabilization control of the spectral purity range E95 is performed.
Similar to the laser pulse waveform shown in FIG. 22C, the laser pulse waveform also changes when the value of the capacity of the preionization capacitor Cp ′ is changed. For example, if the capacity of the preionization capacitor Cp ′ is reduced, the current flowing to the preionization capacitor Cp side is increased accordingly, and as a result, the laser pulse waveform becomes longer. Along with this, the intensity of the latter half of the pulse is increased, and the spectral purity range E95 is reduced. Conversely, when the capacity of the preionization capacitor Cp ′ increases, the current flowing to the preionization capacitor Cp side decreases accordingly, and as a result, the laser pulse waveform becomes shorter. Along with this, the intensity of the first half of the pulse is increased, and the spectral purity range E95 is increased. The capacity of the preionization capacitor Cp ′ can be controlled by temperature in the same manner as the peaking capacitor Cp described above. Also, the capacitance can be controlled by changing the number of connected capacitors constituting the preionization capacitor Cp ′.
A specific embodiment is realized by a similar process in which “peaking capacitor Cp” is replaced with “preliminary ionization capacitor Cp ′” in the flowchart of FIG.
In the ninth and tenth embodiments described above, the pulse waveform of the seed light is subjected to pulse stretching. However, the ninth and tenth embodiments may be combined with the pulse waveform control based on the fluorine concentration in the fourth embodiment. In this case, the effect that the allowable synchronization width can be further increased is obtained.
Similarly, the ninth and tenth embodiments in which the pulse waveform of the seed light is subjected to pulse stretching may be combined with the pulse waveform control based on the total gas pressure in the fifth embodiment.
Similarly, the ninth and tenth embodiments in which the pulse waveform of the seed light is pulse stretched may be combined with the pulse waveform control by the charging voltage in the sixth embodiment.
Similarly, the ninth and tenth embodiments, in which the pulse waveform of the seed light is subjected to pulse stretching, may be combined with the pulse waveform control based on the output turnover reflectivity of the seventh embodiment.
Further, as described in the eighth embodiment, control is performed to change the spectral purity width of the seed light by pulse stretching the laser pulse of the seed light (FIG. 22C) and control to change the discharge timing. May be implemented.
(Example 11: Stabilization control of spectral purity range E95 by narrowband performance control (wavefront control by the curvature radius of the grating, wavefront control by the wavefront corrector))
In this embodiment, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity range measuring means, and the measured spectral purity range E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity range E950. By controlling the band narrowing performance of the oscillation laser device 100 so as to be within dE95, the spectral purity range E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized.
In the eleventh embodiment, the oscillation laser device 100 is provided with wavefront changing means for changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10, and the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10 by the wavefront changing means. Is changed to change the band narrowing performance of the oscillation laser device 100, and the spectral purity range E95 of the laser light output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized.
First, the principle applied to the present embodiment will be described.
By modifying the wavefront of the laser light, the spectral performance changes. By utilizing this, the spectral purity range E95 can be controlled.
That is, in the laser resonator, the wavefront of the laser beam has divergence (expansion) and curvature due to various factors. For example, when a slit is disposed in the laser resonator, the light after passing through the slit becomes a spherical wave due to diffraction by the slit. In addition, the wavefront may be distorted by the aberration of the optical element itself disposed in the laser resonator. For example, in a transmission type optical element such as a prism expander used as a band narrowing element,
(a) Internal refractive index distribution is not completely uniform
(b) The polished surface of the prism is distorted
For this reason, the wavefront of the laser light that has passed through the optical element has a convex or concave curvature. When laser light having a wavefront having such a curvature is incident on a flat-shaped grating, the wavelength selection performance by the grating is degraded. In other words, when the incident wavefront of the laser beam on the grating has a curvature, the laser beam is incident on each groove of the grating at a different angle, so the wavelength selection characteristic of the grating is lowered and the band is narrowed. The spectral line width of the laser beam is increased.
Therefore, by bending the grating itself so as to coincide with the wavefront of the laser light incident on the grating, the reflected wavefront can be corrected to prevent the spectral line width from widening.
FIG. 29 is a sectional view showing a configuration example of a curvature generator that generates a curvature in a grating, that is, a grating bending mechanism.
The grating bending mechanism of FIG. 29 is provided in the narrowband module (LNM) 16.
A side surface of the grating 161 is supported by a grating support portion 162. A spring 163 is disposed at the center of the surface of the grating 161 opposite to the laser light (seed light) incident surface. One end face of the spring 163 is arranged to be pressed against the grating 161. The other end surface of the spring 163 is in contact with the pressing member 164. The spring 163 is arranged to be stretchable along the moving direction of the push member 164. The push member 164 has a tapered inclined surface 164a, and the tip of the adjustment bolt 165 is in contact with the inclined surface 164a. The adjustment bolt 165 is in contact with the push member 164 in such a positional relationship that the push member 164 moves in accordance with the direct movement of the adjustment bolt 165. The adjustment bolt 165 is connected to the rotation shaft of the stepping motor 166, and the adjustment bolt 165 moves linearly according to the rotational drive of the stepping motor 166.
Therefore, when the stepping motor 166 is rotationally driven and the adjustment bolt 165 moves linearly with respect to the inclined surface 164a of the pressing member 164, the pressing member 164 contracts the spring 164 in accordance with the linear movement direction (left in the figure). Direction) or the direction of extending the spring 164 (right direction in the figure). As a result, the central portion of the grating 161 is pushed and pulled, and the radius of curvature of the light incident surface of the grating 161 changes. The spring 163 is provided to make the control interval fine.
FIG. 28 shows a relationship L11 between the radius of curvature of the grating 161 and the spectral purity range E95. A curve L11 shown in FIG. 28 is a curve having a minimum value of the spectral purity width at a certain radius of curvature. Therefore, in the case of actual control, is the control range (SA) on the side where the radius of curvature is smaller than the minimum point? It is desirable to perform control by determining one of the control ranges (SB) on the side where the radius of curvature is larger than the minimum point. Since a region having a large inclination on the curve L11 is easier to control, it is more effective in this example to use the control range (SA) on the side having a larger inclination.
FIG. 30 shows a processing procedure of the eleventh embodiment in which the spectral purity range E95 is stabilized and controlled by adjusting the radius of curvature of the grating 161. FIG. 30 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 30 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 30 is executed by E95 and the wavelength controller 6 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 30 starts, first, the current bending amount x of the grating 161 in the narrowband module (LNM) 16 is detected (step 910).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether or not E95> E950 is calculated by E95, the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 901). ).
As a result of this determination, when E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, and therefore corresponds to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for narrowing the spectral purity range E95. The control amount dx of the bending amount of the grating 161 is calculated, and the value changed by the control amount dx is
x = x + dx
Is calculated (step 902).
When E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the bending amount of the grating 161 corresponding to the difference E950-E95 in the spectral purity range necessary to widen the spectral purity range E95. The control amount dx is calculated and the value changed by the control amount dx is
x = x-dx
Is calculated (step 903). The value of the control amount dx may be calculated from, for example, the correlation L11 between the radius of curvature of the grating 161 and the spectral purity range E95 shown in FIG.
Next, it is determined whether or not the value changed by the control amount dx of the bending amount of the grating 161 obtained in this way is within a controllable range.
Therefore, it is determined whether or not the value changed by the control amount dx is out of the control range (limit detection) (step 904). If the limit is detected as a result of this determination, the value of the grating 161 is no longer present. It is determined that the spectral purity range E95 cannot be stabilized by adjusting the curvature radius (bending amount), and the laser oscillation is stopped by switching to another E95 control method or sending an uncontrollable signal to the main controller 4. (Step 905).
If the value changed by the control amount dx is within the control range (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 906, where a drive command signal is sent to the driver 21, for example in FIG. The stepping motor 166 of the grating bending mechanism shown is driven to change the bending amount of the grating 161 by the control amount dx (step 906).
Next, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the bending amount x of the grating 161 is measured. (Step 907), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 808). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 909).
On the other hand, if the measured spectral purity range E95 is not within the second allowable range (E950 ± dE95) as a result of the determination in step 908, the process proceeds to step 910 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 909).
In the flowchart of FIG. 30 described above, it is assumed that the wavefront of light is changed (corrected) by changing the radius of curvature of the grating 161. However, the radius of curvature of another element in the LNM 16, such as a tuning mirror, is described. The wavefront may be corrected in the same manner by changing.
Further, as described in Reference 6 (Japanese Patent Application No. 9-119631), the LNM 16 is provided with wavefront correction means for correcting and emitting the wavefront of the laser light, and the wavefront correction characteristic of the wavefront correction means is set. The spectral purity range E95 may be controlled so as to be changed.
FIG. 54 shows a configuration example of the narrowband module 16 including the wavefront corrector 169.
As shown in FIG. 54, the narrowband module (LNM) 16 is a component including a beam expander 168, a grating 161, a rotary actuator 167 that changes the attitude of the grating 161, and a wavefront corrector 169. It is configured.
The wavefront corrector 169 has a function of correcting and emitting the wavefront of the incident laser light. The laser light incident on the narrowband module 16 is first incident on the beam expander 168 after its wavefront is corrected by the wavefront corrector 169. The beam expander 168 expands the beam width of the laser light. Further, the laser light is incident on the grating 161 and diffracted, whereby only the laser light having a predetermined wavelength component is folded back in the same direction as the incident light. The laser light reflected by the grating 161 is incident on the wavefront corrector 169 after the beam width is reduced by a beam expander (for example, prism) 168. In the wavefront corrector 169, the wavefront is corrected so that the wavefront of the laser light becomes the same plane wave as when the laser beam enters the narrowband module 16. The laser beam whose wavefront is corrected is emitted from the band narrowing module 16 and is incident on the oscillation chamber 10.
The stabilization control of the spectral purity range E95 is performed by changing the wavefront correction characteristic of the wavefront corrector 169 in the narrowband module 16 configured as described above.
FIG. 55 shows a configuration example of the wavefront corrector 169.
FIG. 55A is a configuration example of a wavefront corrector 169 that changes the wavefront by controlling the temperature distribution of the transmissive optical element substrate.
In general, the refractive index of optical materials such as CaF2 varies with temperature. Therefore, a refractive index distribution can be generated by intentionally giving a temperature distribution to the optical element.
Therefore, as shown in FIG. 55A, a heating / cooling device 1691 capable of heating and cooling, such as a thermoelectric element, is installed on each of the four side surfaces of the substrate 1692. The temperature of the substrate 1692 in the vicinity where the heating / cooling device 1691 is installed is detected by the temperature sensor 1691a, and the temperature of each heating / cooling device 1691 is controlled based on the detection value of the temperature sensor 1691a so that the substrate 1692 has a predetermined temperature distribution. By controlling, a desired refractive index profile is given to the substrate 1692 and the wavefront of the laser beam is changed.
FIG. 55B illustrates a wavefront corrector 169 configured by a convex lens 1695, a concave lens 1696, a moving stage 1693 that moves the convex lens 1695 in the optical axis direction, and a pulse motor 1694 that drives the moving stage 1693. ing.
As shown in FIG. 55B, the incident convex wavefront or concave wavefront is converted into a plane wave according to the relative position of the convex lens 1695 and the concave lens 1696 in the optical axis direction. When the distance between the convex lens 1695 and the concave lens 1696 is large, the convex wavefront can be converted into a plane wave. When the distance between the convex lens 1695 and the concave lens 1696 is small, the concave wavefront can be converted into a plane wave. In this way, by driving the pulse motor 1694 to move the moving stage 1693 and changing the distance between the convex lens 1695 and the concave lens 1696, the wavefront of the laser light can be changed.
(Example 12: Stabilization control of spectral purity width E95 by narrowband performance control (wavefront control by deformable mirror))
In the eleventh embodiment described above, the case where the wavefront is controlled according to the curvature radius of the grating or by the wavefront corrector has been described. Next, in order to control the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10 as well. An embodiment using a deformable mirror will be described.
FIG. 31 shows a configuration of a laser wavefront control system using a deformable mirror.
As shown in FIG. 31, a deformable mirror 70 as an end mirror is disposed on the front side of the oscillation chamber 10. In the present embodiment, the shape of the total reflection surface of the deformable mirror 70 is shaped to change (correct) the laser wavefront.
A laser resonator is formed between the grating 161 disposed on the rear side of the oscillation chamber 10 and the deformable mirror 70 on the front side. On the optical path between the oscillation chamber 10 and the deformable mirror 70 on the front side, a beam splitter 71 having an incident angle of 45 degrees is disposed. The beam splitter 71 functions as an output coupling mirror.
That is, part of the light output from the oscillation chamber 10 is reflected by the output coupling mirror 71, extracted as output light (seed light) of the oscillation laser device 100, and input as injection light to the amplification laser device 100. Is done.
On the other hand, the light that has passed through the output coupling mirror 71 is incident on the output coupling mirror 71 again with the reflected wavefront changed by the deformable mirror 70. The light transmitted through the output coupling mirror 71 passes through the oscillation chamber 10 and is amplified. The reflected light from the output coupling mirror 71 enters the wavefront detector 72. The light transmitted through the oscillation chamber 10 and amplified is narrowed by the beam expander 168 and the grating 161 formed by a prism, and the diffracted light is transmitted through the oscillation chamber 10 again and amplified. R Then, again, the light that has been transmitted through the oscillation chamber 10 and amplified is incident on the output coupling mirror 71 and laser-oscillated.
The wavefront of laser light generated in the oscillation chamber 10 is ideally a cylindrical wavefront. The wavefront detector 72 detects the radius of curvature R of the wavefront of the laser light generated in the oscillation chamber 10. The wavefront detector 72 may monitor the oscillation laser light, and may detect the wavefront of light by a guide laser such as another visible light. As a method for detecting the wavefront of a laser beam, a sharing interferometer, a Hartmann-Shack method, or the like is generally known. The wavefront detector 72 can be configured based on these detection principles.
The deformable mirror 70 is mechanically pushed and pulled by a plurality of portions of the reflecting surface by an actuator 73. FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 31, showing a line-type deformable mirror 70 and actuators 73 provided at three points of the reflective surface of the deformable mirror 70. For example, a piezo element is used as the actuator 73. By expanding and contracting each actuator 73 (piezo element), each part of the reflecting surface of the deformable mirror 70 is pushed and pulled, and the radius of curvature of the deformable mirror 70 is adjusted. FIG. 32 illustrates the case where the number of actuators 73 is three. However, the number of actuators 73 is not limited to this, and the number of actuators 73 is arbitrary. Accurate wavefront correction is possible. The actuator 73 that pushes and pulls the reflecting surface of the deformable mirror 70 is not limited to a piezo element, and any actuator can be used. For example, in addition to the piezo element, heat due to temperature change can be used. An actuator that pushes and pulls the reflecting surface of the deformable mirror 70 using expansion may be used.
The controller 74 controls the curvature radius r of the deformable mirror 70 via the actuator 73 based on the curvature radius R of the wavefront of the light detected by the wavefront detector 72 and the detected value of the spectral purity range E95. To do.
FIG. 33 shows a relationship L12 between the radius of curvature of the wavefront of the laser beam detected by the wavefront detector 72 and the spectral purity range E95. Similarly to FIG. 28, the curve L12 shown in FIG. 33 is a curve having a minimum value of spectral purity width at a certain radius of curvature. It is desirable to perform control by determining either the control range (SA) or the control range (SB) on the side having a larger radius of curvature than the minimum point. Since a region having a large inclination on the curve L12 is easier to control, it is more effective in this example to use the control range (SA) on the side with a larger inclination.
FIG. 34 shows the processing procedure of the twelfth embodiment for stabilizing the spectral purity range E95 by adjusting the radius of curvature of the laser beam wavefront. FIG. 34 corresponds to the subroutine of “stabilization control by E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes in step 103), the subroutine shown in FIG. 34 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 34 is executed by E95, the wavelength controller 6 and the controller 74 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 34 is started, first, the current curvature radius R of the wavefront of the laser beam generated in the oscillation chamber 10 is detected by the wavefront detector 72 (step 1010).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether E95> E950 or not is calculated by E95 and the wavelength controller 6 (FIG. 1) (step 1001). ).
As a result of this determination, when E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, and therefore corresponds to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for narrowing the spectral purity range E95. The control amount dR of the radius of curvature of the laser light wavefront is calculated, and the value changed by the control amount dR is
R = R + dR
Is calculated (step 1002).
When E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the curvature of the laser light wavefront corresponding to the difference E950-E95 in the spectral purity range necessary to widen the spectral purity range E95. The radius control amount dR is calculated, and the value changed by the control amount dR is
R = R−dR
Is calculated (step 1003). The value of the control amount dR may be calculated, for example, from the correlation L12 between the radius of curvature of the laser light wavefront and the spectral purity range E95 shown in FIG.
Next, the amount of change dr of the radius of curvature of the deformable mirror 70 necessary for changing the radius of curvature of the laser light wavefront by the amount of control dR is calculated. Then, it is determined whether or not the radius of curvature of the deformable mirror 70 that has been changed by the control amount dr thus obtained is within a controllable range.
Therefore, it is determined whether or not the value changed by the control amount dr is out of the control range (limit detection) (step 1004), and if the limit is detected as a result of this determination, it is no longer deformable. Adjustment of the radius of curvature of the mirror 70 (the radius of curvature of the laser light wavefront) determines that the spectral purity range E95 cannot be stabilized and switches to another E95 control method or sends an uncontrollable signal to the main controller 4 Then, laser oscillation is stopped (step 1005).
If the value changed by the control amount dr is within the control range (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 1006 to send a drive command signal to the controller 74 of the deformable mirror 70. Through the actuator 73, the curvature radius r of the deformable mirror 70 is changed by the control amount dr, and the curvature radius R of the wavefront of the laser light generated in the oscillation chamber 10 is changed by the control amount dR. (Step 1006).
Next, as in step 101 of FIG. 7, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered, and the radius of curvature r of the deformable mirror 70 (the radius of curvature R of the laser light wavefront) is changed. The actual spectral purity range E95 after the measurement is measured (step 1007), and it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 1008). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 1009).
On the other hand, if the measured spectral purity range E95 does not fall within the second allowable range (E950 ± dE95) as a result of the determination in step 1008, the process proceeds to step 1010 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 1009).
In this embodiment, an ideal case is assumed where the laser light wavefront is a cylindrical wavefront. However, in reality, the wavefront of the laser light is distorted due to the temperature distribution of the optical element in the laser resonator and the influence of the acoustic wave due to the discharge, and the line-type deformable mirror 70 has a highly accurate wavefront. It may be difficult to perform control. Therefore, a more accurate control of the spectral purity range E95 is performed by mounting a two-dimensional type deformable mirror instead of a line type, and controlling the laser light wavefront with higher accuracy. May be.
In the eleventh embodiment, the bending amount (curvature radius) of the grating 161 is detected, and the bending amount (curvature radius) of the grating 161 is changed based on the detection result. As in the twelfth embodiment, instead of detecting the bending amount (curvature radius) of the grating 161, the wavefront detector detects the wavefront of the laser beam, and based on the detection result, the bending amount (curvature radius) of the grating 161 is detected. It is also possible to implement such as changing.
Example 13 Stabilization Control of Spectral Purity Width E95 by Control of Narrow Bandwidth Performance (Expansion Ratio (Magnification) Change)
In the above-described Embodiments 11 and 12, the case where the band narrowing performance of the oscillation laser device 100 is controlled by changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber 10 has been described. In order to control the band narrowing performance of the laser device 100 for laser, an embodiment in which the magnification ratio of the light generated in the oscillation chamber 10 is changed will be described.
The principle applied to this embodiment will be described.
FIG. 35A shows the positional relationship between the components of the narrowband module (LNM) 16 of the oscillation laser apparatus 100 and the optical axis.
The band narrowing module (LNM) 16 of the oscillation laser device 100 includes a prism 168a (hereinafter abbreviated as “prism a” as appropriate) and a prism 168b (hereinafter referred to as “prism b” as appropriate) in order from a location close to the rear window 10e. The grating 161 is disposed. The beam expander 168 is configured by the prisms 168a and 168b.
As shown by arrows in FIG. 35A, when the postures of the prisms 168a and 168b are changed, the light expansion rate by the beam expander 168 of the oscillation laser device (MO) 100 is changed, and thereby the oscillation chamber The spectral width of the light generated within 10 changes.
FIG. 39A shows a relationship L13 between the magnification M and the spectral width Δλ.
As can be seen from the relationship L13 in FIG. 39A, the spectral width Δλ decreases as the light expansion rate M by the beam expander 168 increases. On the contrary, when the light enlargement ratio M by the beam expander 168 decreases, the spectral width Δλ increases.
Therefore, when the spectral purity width or a spectrum index value instead of this is measured (detected), and the current spectral width Δλ obtained as the measured value (detected value) is wider than the target spectral width Δλ0, the beam When the magnification M of the light by the expander 168 is increased and the current spectral width Δλ is narrower than the target spectral width Δλ0, the spectral width is allowed to the target spectral width by decreasing the expansion ratio. Can be stabilized, and the spectral performance is stabilized.
On the other hand, when the prism groups 168a and 168b are used as the beam expander 168, it is necessary to keep the center wavelength constant. Depending on the adjustment of the attitude of the plurality of prisms 168a, 168b, it is possible to keep the center wavelength the same and change only the magnification. According to the present embodiment, the prism a is used for adjusting the magnification ratio, and the prism b is used mainly for adjusting the wavelength. By adjusting the posture of each, the central wavelength and the magnification ratio can be controlled. (FIG. 35A). Here, in the prior art, as shown in FIG. 35 (b) as a reference example, only the orientation of the prism b is adjusted in order to control only the center wavelength. Is clear.
FIG. 39B shows a relationship L14 between the enlargement factor M and the seed light output (intensity) output from the oscillation laser device 100. FIG.
As can be seen from FIG. 39 (b), the output of the seed light may slightly change when the enlargement ratio M changes with the adjustment of the postures of the plurality of prisms 168a, 168b. However, the change in the output of the seed light is sufficiently compensated by adjusting the voltage applied between the electrodes 10 a and 10 b in the oscillation chamber 10 and the gas pressure in the chamber 10.
FIG. 36 shows the processing procedure of the thirteenth embodiment for stabilizing the spectral purity range E95 by adjusting the magnification (magnification) M. FIG. 36 corresponds to a subroutine of “stabilization control by E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG. In the following processing, the prism a is used for magnification adjustment, and the prism b is used mainly for wavelength adjustment.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). (Within ± dE95 (S)) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 36 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 36 is executed by the E95 and wavelength controller 6 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 36 is started, first, it is determined whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether E95> E950 or not, E95, wavelength controller 6 (FIG. 1). ) (Step 1101).
As a result of this determination, when E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, and therefore corresponds to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for narrowing the spectral purity range E95. Then, the enlargement rate change amount + ΔM per step is calculated, and the postures of the prisms a and b are adjusted accordingly (step 1102). The processing of step 1102 is executed as a subroutine shown in FIG.
First, the enlargement rate change amount + ΔM per step corresponding to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for narrowing the spectral purity range E95 is calculated, and the value changed by this enlargement rate change amount + ΔM is calculated as follows:
M = M + ΔM
The prism a is rotated to adjust the posture of the prism a so that the calculated enlargement factor M is obtained. The value of the magnification rate change amount + ΔM may be calculated from the correlation L13 between the magnification rate M and the spectral purity range E95 (Δλ) shown in FIG. 39A, for example (step 1201).
However, if the posture of the prism a is changed in the above 1201, the oscillation wavelength is shifted, and at the same time, the posture of the prism b is adjusted to control the center wavelength. That is, the prism b is rotated to adjust the posture of the prism b to return the center wavelength to the original target center wavelength (step 1202).
Next, a part of the seed light output from the oscillation laser device 100 is cut out, and the first monitor module 19 detects the center wavelength λ of the seed light and measures the spectral purity range E95.
Next, the target center wavelength λo required by the exposure apparatus 3 is compared with the detection center wavelength λ, and whether or not the detection center wavelength λ exceeds the allowable width Δ with respect to the target center wavelength λ0, that is,
| Λ− λo |> Δ
Is determined (step 1204).
As a result, when the detection center wavelength λ exceeds the allowable width Δ of the target center wavelength λ0, the orientation of only the prism b is adjusted to change the wavelength so that the center wavelength becomes λo ( Step 1205) is returned to Step 1104 of FIG. 36 (Step 1206). On the other hand, if the detection center wavelength λ1 does not exceed the value obtained by adding the allowable width Δ to the target center wavelength λ0, the process returns to step 1104 in FIG. 36 as it is (step 1206).
On the other hand, as a result of the determination in step 1101 of FIG. 36, when E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value, so that the spectral purity range necessary for widening the spectral purity range E95 is obtained. An enlargement rate decrease amount −ΔM per step corresponding to the difference E95−E950 is calculated, and the postures of the prisms a and b are adjusted accordingly (step 1103). The processing in step 1103 is executed as a subroutine shown in FIG.
First, the enlargement rate decrease amount -ΔM per step corresponding to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for widening the spectral purity range E95 is calculated, and the value changed by this enlargement rate change amount -ΔM. But,
M = M−ΔM
The prism a is rotated to adjust the posture of the prism a so that the calculated magnification M is obtained (step 1301). Hereinafter, the processing of steps 1302 to 1306 is the same as the processing of steps 1202 to 1206 described with reference to FIG.
Next, in Step 1104 of FIG. 36, as a result of rotating the prism a and the prism b, whether their attitude angles deviate from the allowable angle width (upper limit value to lower limit value) (for example, if it is the lower limit value, the lower limit value is set). It is judged whether or not). For example, a limit switch for detecting limit angles (upper limit value and lower limit value) of the posture angle of the prism a and the prism b is provided, and it is determined whether or not the limit (limit angle) is detected by the limit switch (step 1104). .
When the attitude angles of the prisms a and b are detected as limit angles (limit detection), it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stably controlled by adjusting the prisms a and b (magnification factor M). The laser oscillation is stopped by switching to the E95 control method or sending an uncontrollable signal to the main controller 4 (step 1105).
If the attitude angles of the prisms a and b do not detect the limit angle (the limit is not detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 1107 as it is.
In step 1107, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the postures of the prisms a and b is determined. It is measured (step 1107), and it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 1108). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 1109).
On the other hand, if the measured spectral purity range E95 does not fall within the second allowable range (E950 ± dE95) as a result of the determination in step 1108, the process proceeds again to step 1101, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 1109).
The above control content is a case where the center wavelength and the magnification ratio are controlled by adjusting the postures of the pair of prisms a and b, but the same control can be performed even if the combination of optical components is arbitrary. For example, by adjusting the posture of the prism and the grating, by adjusting the posture of the prism and the rotating mirror, and by adjusting the posture of the rotating mirror and the grating, similarly, the center wavelength and the magnification are increased. The rate can be controlled. Further, an afocal optical system may be arranged so that the magnification can be varied, and the same control may be performed.
When adjusting the attitude of the prism, as shown in FIG. 39 (b), if the attitude angle becomes too large, the output of the seed light is drastically reduced. Possible reasons are that the reflection loss increases when the angle of incidence on the prism deviates from the optimum region of the film, and the vignetting increases when the optical path shifts. In addition, changing the magnification may change the beam quality. Therefore, if necessary, the shaping optical module may compensate for the optical quality of the seed light and the seed light output.
In particular, in the two-stage laser apparatus 2, unlike the one-stage laser apparatus, the beam quality lowered by the oscillation laser apparatus 100 can be adjusted by the amplification laser apparatus 300 to perform compensation.
Example 14 Stabilization Control of Spectral Purity Width E95 by Control of Narrow Bandwidth Performance (Beam Width Change)
Next, an embodiment in which the beam width of the light generated in the oscillation chamber 10 is changed in order to control the narrowing performance of the oscillation laser device 100 will be described.
The principle applied to this embodiment will be described.
FIG. 40 shows the positional relationship between the optical axis of the oscillation laser device 100 and the slit. FIG. 40 is a lateral view of the oscillation chamber 10 (vertical direction) shown in FIG. 2 as viewed from above, and the narrow band module (LNM) 16 of the oscillation laser device 100 includes a rear window 10e. A prism 168a, a prism 168b, and a grating 161 are arranged in this order from a closer location.
A (rear side) slit 80 is disposed between the rear side window 10 e and the prism 168. A (front side) slit 81 is disposed between the front side window 10 f and the front mirror 17. That is, slits 80 and 81 are disposed in the laser resonator. The slits 80 and 81 are configured such that the slit width W in the horizontal direction (vertical direction in the figure) of the oscillation chamber 10 is changed as indicated by arrows. The controller 82 drives and controls the slit width W of the slits 80 and 81 via a driver (not shown).
When the slit width W (lateral slit width) of the slits 80 and 81 in the laser resonator changes, the divergence of the light in the lateral direction changes, and the spectral width changes.
FIG. 41 shows a relationship L15 between the slit width W of the slits 80 and 81 and the spectral width Δλ.
As can be seen from the relationship L15 in FIG. 41, when the slit width W increases within the range of W0 to W1, the spectral width Δλ increases. Conversely, when the slit width W is reduced, the spectral width Δλ is reduced.
Therefore, when the spectral width of spectrum or a spectrum index value instead thereof is measured (detected), and the current spectral width Δλ obtained as the measured value (detected value) is wider than the target spectral width Δλ0, the slit When the width W is reduced and the current spectral width Δλ is narrower than the target spectral width Δλ0, the spectral width is increased with respect to the target spectral width by increasing the slit width W.
It can be stabilized within the allowable range, and the spectral performance is stabilized.
The slit whose slit width W changes may be arranged as the slits 80 and 81 on both the rear side and the front side of the oscillation chamber 10, or may be arranged as the slit 80 only on the rear side. The slit 81 may be disposed only on the front side.
On the other hand, when the slit width W changes, the output of the seed light may change.
However, in the two-stage laser device 2, it is only necessary that the output of the amplification laser device 300 is stable, and slight fluctuations in the output of the oscillation laser device 100 do not cause a problem. Further, the change in the output of the seed light is sufficiently compensated while maintaining the spectral performance by adjusting the voltage applied between the electrodes 10a and 10b in the oscillation chamber 10 and the gas pressure in the chamber 10. The Furthermore, the light beam profile and beam divergence also change due to the change in the slit width W. If these are problematic, the beam profile and beam divergence can be reduced by placing a shaping optical module in the propagation system. It becomes possible to keep it almost constant.
The slits 80 and 81 may change the slit width W from only one side with respect to the optical axis, or may change the slit width W from both sides of the optical axis. However, the controllability is superior when the slit width W is changed from both sides of the optical axis.
In FIG. 40, the slits 80 and 81 whose slit width W changes in the horizontal direction have been described. However, a slit whose width W changes in the vertical direction, that is, the vertical direction in FIG. Similarly, the spectral width can be controlled. However, since the spectral performance change with respect to the change in the slit width W is smaller in the horizontal direction than in the case where the slit width W is changed in the vertical direction, the slits 80 and 81 (FIG. 40) that change in the vertical direction are used. It is desirable to use it in terms of control performance.
As can be seen from the characteristic L15 in FIG. 41, when the slit width W becomes narrower than a certain threshold value W0, the spectral performance deteriorates. The reason for this is considered to be that the theoretical resolution of the grating 161 is lowered because the beam width that can be irradiated to the grating 161 is narrowed. If the slit width W is narrower than the threshold value W0, the output of the seed light is greatly reduced. Therefore, there is little advantage of controlling in the region where the slit width is narrower than the threshold value W0.
Further, in a region where the slit width W is larger than a certain threshold value W1 (> W0), there is almost no change in the spectral performance with respect to the change in the slit width. The reason for this is considered to be that in this region, the slit width is larger than the beam width. Therefore, there is little advantage of controlling in the region where the slit width is wider than the threshold value W1.
Therefore, it is desirable to control the spectral width by changing the slit width W in the region between the threshold values W0 to W1. Further, in this region W0 to W1, the spectral width Δλ monotonously changes (increases) with respect to the change (increase) in the slit width W, which is desirable in terms of control characteristics.
FIG. 42 shows a processing procedure of the fourteenth embodiment in which the spectral purity range E95 is controlled to be stabilized by adjusting the slit width W. FIG. 42 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). (Within ± dE95 (S)) (determination Yes in step 103), the subroutine shown in FIG. 42 is entered.
The processing of the subroutine shown in FIG. 42 is executed by E95, the wavelength controller 6 shown in FIG. 1, and the controller 82 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 42 is started, first, it is determined whether the spectral purity range E95 has become wider or narrower than the target value, that is, whether E95> E950 or not, E95, wavelength controller 6 (FIG. 1). ) (Step 1401).
As a result of this determination, when E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, and therefore corresponds to the difference E95-E950 in the spectral purity range necessary for narrowing the spectral purity range E95. The slit width reduction amount -ΔW per step is calculated, and the slit widths W of the slits 80 and 81 are adjusted accordingly. The value of the slit width reduction amount −ΔW may be calculated from, for example, the correlation L15 between the slit width W and the spectral purity width E95 (Δλ) shown in FIG. 41 (step 1402).
On the other hand, if it is determined in step 1401 that E95> E950 is not satisfied, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the difference E95− between the spectral purity ranges necessary to widen the spectral purity range E95. A slit width increase amount + ΔW per step corresponding to E950 is calculated, and the slit width W of the slits 80 and 81 is adjusted accordingly (step 1403).
Next, as a result of changing the slit width W of the slits 80 and 81 by the slit width decrease amount -ΔW or the slit width increase amount + ΔW, the slit width is determined from the allowable slit widths W0 to W1 (upper limit value W1, lower limit value W0). It is determined whether it has deviated (for example, if it is the lower limit value W0, it is below the lower limit value W0). For example, limit switches for detecting the limit angles W0 and W1 of the slit widths of the slits 80 and 81 are provided, and it is determined whether or not the limit (limit angle) is detected by the limit switch (step 1404).
If the slit width W of the slits 80 and 81 exceeds the limit angle W1 or falls below the limit angle W0 (limit detection), it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by adjusting the slit width W. The laser oscillation is stopped by switching to the E95 control method or sending an uncontrollable signal to the main controller 4 (step 1405).
If the slit width W of the slits 80 and 81 does not exceed the limit angle W1 and does not fall below the limit angle W0 (no limit is detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 1407 as it is. .
In step 1407, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectral purity range E95 after changing the slit width W is measured ( Step 1407), it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (Step 1408). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the shaping optical module compensates for the optical quality of the seed light and the seed light output. (Step 1411), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (Step 1409).
On the other hand, if the measured spectral purity range E95 does not fall within the second allowable range (E950 ± dE95) as a result of the determination in step 1408, the process proceeds to step 1401 again, where the spectral purity range E95 is the second. This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the shaping optical module compensates for the optical quality of the seed light and the seed light output (step 1411). Returning to the routine (step 1409).
Note that the compensation processing in step 1411 may be executed as necessary, and may be omitted.
In particular, in the two-stage laser apparatus 2, unlike the one-stage laser apparatus, it is possible to adjust and compensate for the beam quality deteriorated in the oscillation laser apparatus 100 by the amplification laser apparatus 300.
Example 15 Stabilization Control of Spectral Purity Width E95 by Controlling Propagation Speed of Acoustic Wave Generated by Discharge in Oscillation Chamber
In this embodiment, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is measured by the spectral purity range measuring means, and the measured spectral purity range E95 is the allowable width E950 ± of the target spectral purity range E950. By controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber so as to be within dE95, the spectral purity range E95 of the laser beam output from the amplification laser device 300 is controlled to be stabilized. is there.
In the fifteenth embodiment, an oscillation frequency detecting means for detecting the oscillation frequency of the seed light oscillated by the oscillation laser apparatus 100 and a laser gas temperature changing means for changing the temperature of the laser gas in the oscillation chamber 10 are provided. Based on the relationship between the oscillation frequency of the seed light, the temperature of the laser gas in the oscillation chamber 10 and the spectral purity range E95, the laser gas temperature is changed according to the detected oscillation frequency of the seed light, and the amplification laser device 300 Is to stabilize and control the spectral purity range E95 of the laser beam output from the laser beam.
First, the principle applied to the present embodiment will be described.
As the gas temperature in the oscillation chamber 10 changes, the spectral purity range E95 changes. This is because the acoustic wave generated by the discharge changes the particle density distribution on the laser optical path and changes the laser wavefront. The gas temperature T [K] is between the acoustic wave propagation velocity v and
v ∝ (T) 1/2
The relationship is established. Therefore, when the gas temperature is changed, the propagation speed of the acoustic wave changes, the particle density distribution on the laser optical path changes, the laser wavefront changes, and finally the spectral purity range E95 changes.
In addition, since the change in the oscillation frequency affects the acoustic wave, the relationship between the gas temperature and the spectral purity range E95 described above also changes according to the oscillation frequency.
FIG. 43 is a graph showing how the spectral purity range E95 changes according to the change of the oscillation frequency, and shows each characteristic when the gas temperature is changed to 20 ° C., 40 ° C., and 60 ° C. As can be seen from FIG. 43, when the oscillation laser device 100 oscillates at a certain frequency, if the gas temperature in the oscillation chamber 10 is changed, the spectral purity range E95 changes accordingly, The target value can be set.
FIG. 44 shows the relationship between the gas temperature (° C.) and the spectral purity range E95 for each oscillation frequency. The characteristic L16 shows the relationship between the gas temperature (° C) when the oscillation frequency is 3.6 kHz and the spectral purity range E95, and the characteristic L17 shows the gas temperature (° C) and spectrum when the oscillation frequency is 3.7 kHz. The relationship between the purity range E95 and the characteristic L17 indicate the relationship between the gas temperature (° C.) and the spectral purity range E95 when the oscillation frequency is 4 kHz.
Thus, since the relationship between the gas temperature and the spectral purity range E95 changes depending on the oscillation frequency, when actually controlling, the correlation between the gas temperature and the spectral purity range E95 at each frequency (L16, L17, L18) is stored, the correlation corresponding to the current oscillation frequency is read, and the spectral temperature range E95 is controlled by changing the gas temperature based on the read correlation. Therefore, the actual spectral purity range is controlled as the laser gas temperature.
Next, a configuration example of the temperature sensor T1 that detects the laser gas temperature used in this embodiment will be described.
As a measuring instrument for detecting the gas temperature in the oscillation chamber 10, a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like can be used. Further, a fiber thermometer or an infrared thermometer may be used.
45 to 48 show how the temperature sensor T1 is attached to the oscillation chamber 10. FIG.
In FIG. 45, the temperature sensor T 1 is attached to the sheath 91 protruding inward of the oscillation chamber 10. The detection signal of the temperature sensor T1 is input to the utility controller 5 (FIG. 1). The sheath 91 is preferably made of a material that does not react with the laser gas, has a high thermal conductivity, and is made as thin as possible in order to improve the sensitivity of the temperature sensor T1 to the temperature. The sheath 91 is sealed from the outside of the chamber 10 by O-ring or welding, and attached to the chamber partition wall 90 so as to be in contact with the laser gas inside the chamber 10. If the temperature sensor T1 itself is made of a material that does not react with the laser gas, the sheath 91 is unnecessary.
FIG. 46 illustrates the mounting position of the temperature sensor T1.
The temperature sensor T1 is preferably disposed in the chamber partition wall 90 at positions 90A and 90B in the vicinity of the electrodes 10a and 10b. Further, the temperature sensor T1 may be arranged at the positions 90C and 90D in the vicinity of the cross flow fan 10c.
In FIG. 45, the temperature sensor T1 is in contact with the laser gas via the sheath 91. However, as shown in FIG. 47, the temperature sensor T1 is attached to the chamber partition wall 90 so as to contact the laser gas. The temperature may be detected as the temperature of the laser gas. However, it is desirable to cover the periphery of the temperature sensor T1 with a heat insulating material 92 for stable temperature measurement.
Further, as shown in FIG. 48, the response to temperature can be further improved by thinning the chamber partition wall 90 where the temperature sensor T1 is mounted.
The above is the case where the laser gas is detected by the temperature sensor T1, but it is also possible to measure the pressure in the oscillation chamber 10 and calculate the temperature from the pressure.
Next, a configuration example of means for changing the laser gas temperature will be described.
As described with reference to FIG. 2, the oscillation chamber 10 generally includes a heat exchanger 10d for cooling the laser gas.
FIG. 49 shows a configuration in which the gas temperature is changed by adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the heat exchanger 10d. A valve 15b is provided on the cooling water supply path 15a for supplying cooling water to the heat exchanger 10.
That is, when the gas temperature is detected by the temperature sensor T1, the temperature detection signal is sent to the utility controller 5. Inside the utility controller 5, the cooling water flow rate required to achieve the target laser gas temperature is calculated using the laser gas temperature as a feedback signal and PID control or the like, and the valve opening corresponding to the cooling water flow rate is calculated. Arithmetic processing is executed. Then, the utility controller 5 sends a valve opening signal to the valve 15 b of the cooling water supply unit 15. Thereby, the valve opening degree of the valve 15b is adjusted, and the cooling water with a necessary flow rate is supplied to the heat exchanger 10d.
FIG. 50 shows a configuration example in which a temperature controller 93 is provided on the cooling water supply path 15a. In the case of FIG. 50 as well, in the same way as in the configuration example of FIG. 49, the utility controller 5 performs an arithmetic process for calculating the operation amount of the temperature controller 93 necessary to achieve the target laser gas temperature, and the operation signal Is sent to the temperature controller 93 of the cooling water supply unit 15. Thereby, the temperature controller 93 is operated and the temperature of the cooling water flowing through the cooling water supply path 15a is adjusted. According to the configuration example of FIG. 50, the response of control for bringing the laser gas temperature close to the target value is improved.
51 and 52 show a configuration example in which the laser gas temperature is changed by the heater attached to the oscillation chamber 10. In this case as well, as in FIGS. 49 and 50, an operation signal is sent from the controller to the heater. By doing so, the temperature of the laser gas is controlled.
In FIG. 51, a heater 94 such as a mantle heater or a ceramic heater is mounted outside the partition wall 90 of the oscillation chamber 10, and the temperature of the laser gas inside the chamber 10 is controlled by adjusting the power supplied to the heater 94. Is done.
Desirably, a heater 95 is mounted inside the oscillation chamber 10 as shown in FIG. In FIG. 52, inside the chamber partition wall 90 and in the vicinity of the electrode 10a,
A heater 95 such as a cartridge heater is mounted. It is desirable to cover the heater 95 with a sheath so as not to react with the laser gas.
Next, a configuration example of means for detecting the oscillation frequency will be described.
Usually, the stepper scanner determines the oscillation frequency of the laser. At that time, specifically, when the exposure apparatus 3 instructs the oscillation laser apparatus 100 to specify the value of the oscillation frequency (for example, 2100 Hz), a laser oscillation trigger signal (for example, a rectangular wave) is sent into the oscillation laser apparatus 100. May oscillate at that timing.
In the former case, since the actual oscillation frequency is instructed from the exposure apparatus 3, the controller inside the oscillation laser apparatus 100 can know the oscillation frequency currently oscillated. In the latter case, since only a trigger signal is sent from the exposure apparatus 3, it is impossible to know the oscillation frequency currently oscillated by the controller inside the oscillation laser apparatus 100.
Therefore, in the latter case, the controller in the oscillation laser device 100 needs to have a function of calculating the current oscillation frequency from the interval of the trigger signal and the count value of the number of trigger signals within a certain time. . However, if the control based on the oscillation frequency before the change is delayed after the oscillation frequency is changed, the spectral purity range E95 may deviate from the allowable range dE95.Therefore, the oscillation frequency to be changed must be changed before the oscillation frequency is changed. It is preferable to be able to obtain.
FIG. 53 shows the processing procedure of the fifteenth embodiment for stabilizing the spectral purity range E95 by adjusting the laser gas temperature. FIG. 53 corresponds to a subroutine of “stabilization control by E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
That is, as described with reference to FIG. 7, in the main routine, when the value of the spectral purity range E95 measured by the second monitor module 39 becomes wider than the second allowable range E950 ± dE95 (first allowable range E950). Within ± dE95 (S) (Yes at step 103), the subroutine shown in FIG. 53 is entered.
53 is executed by the E95, wavelength controller 6, utility controller 5, and main controller 4 shown in FIG.
When the subroutine shown in FIG. 53 starts, first, the main controller 4 detects (recognizes) the oscillation frequency f of the seed light oscillated by the oscillation laser device 100. This transmission frequency f is sent to E95 and the wavelength controller 6 (step 1510).
Next, whether the spectral purity range E95 is wider or narrower than the target value, that is, whether E95> E950 or not is calculated by E95 and the wavelength controller 6 (step 1501).
As a result of this determination, if E95> E950, the spectral purity range is wider than the target value, so the gas temperature T required to narrow the spectral purity range E95 is calculated. Specifically, the relationship between the gas temperature T and the spectral purity range E95 for each oscillation frequency shown in FIG. 44 is stored in the database, and in order to obtain the target spectral purity range E950 at the currently detected oscillation frequency f. Is read out. The correspondence between the gas temperature T and the spectral purity range E95 draws various curves as exemplified by the characteristics L16 to L18 in FIG. If it is monotonically increasing or monotonically decreasing within the control range of the gas temperature, there is only one gas temperature T corresponding to the target spectral purity range E950, but if the correlation has a minimum value or a maximum value, There are two or more gas temperatures T corresponding to the spectral purity range E950. In such a case, any gas temperature T may be selected. However, in order to perform the control in a short time, it is desirable to select the gas temperature T closest to the currently detected gas temperature. (Step 1502).
On the other hand, if E95> E950 is not satisfied as a result of the determination in step 1501, the spectral purity range is narrower than the target value. Therefore, the gas temperature T required to widen the spectral purity range E95 is set in the same manner. It is calculated (step 1503).
Next, it is determined whether or not the calculated gas temperature T exceeds a controllable range (limit detection) (step 1504).
If the calculated gas temperature T exceeds the controllable range (limit detection), it is determined that the spectral purity range E95 can no longer be stabilized by adjusting the laser gas temperature, and switching to another E95 control method, The laser oscillation is stopped by sending an uncontrollable signal to the main controller 4 (step 1505).
If the calculated gas temperature T does not exceed the controllable range (no limit is detected), stabilization control is possible, and the process proceeds to the next step 1506 as it is.
In the next step 1506, a control command signal is sent to the utility controller 5 via the main controller 4, and the utility controller 5 controls the laser gas temperature via gas temperature changing means such as the cooling water supply unit 15. That is, control is performed to match the target gas temperature T with the current laser gas temperature detected by the temperature sensor T1 as a feedback amount (step 1506).
In the next step 1507, the “spectral purity range E95 measurement” subroutine (see FIGS. 6 and 10) is entered in the same manner as in step 101 of FIG. 7, and the actual spectrum after changing the gas temperature in the oscillation chamber 10 is obtained. The purity range E95 is measured (step 1507), and it is determined whether or not the measured spectral purity range E95 is within the second allowable range (E950 ± dE95) (step 1508). As a result, if the measured spectral purity range E95 falls within the second allowable range (E950 ± dE95), the process returns to the main routine shown in FIG. 7 (step 1509).
On the other hand, as a result of the determination in step 1508, if the measured spectral purity range E95 is not within the second allowable range (E950 ± dE95), the process proceeds to step 1510 again, where the spectral purity range E95 is the second This subroutine is repeated so as to be within the allowable range. Then, when the spectral purity range E95 falls within the second allowable range, the process returns to the main routine of FIG. 7 (step 1509).
(Examples 16 and 17; control (control means 3)) that changes the spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 (changes the pulse waveform) and also changes the discharge timing. Stabilization control of spectral purity range E95)
In the first embodiment (FIG. 13) described above, stabilization of the spectral purity range E95 of the laser beam is controlled by changing the discharge timing. In the above-described Examples 3 to 7, 9, and 10, the pulse waveform of the seed light is changed, thereby changing the rising timing of the pulse waveform of the seed light, thereby changing the spectral purity width of the seed light. Thus, the stabilization of the spectral purity range E95 of the laser beam was controlled. In the sixteenth and seventeenth embodiments, control combining both of these controls is performed. According to the present embodiment, by performing the above-described control in combination, the control width (synchronization allowable width) of the discharge timing dt is expanded and the controllability is further improved by a synergistic effect.
FIG. 56 is a timing chart used to explain the effect when the control for changing the discharge timing and the control for changing the pulse waveform (changing the pulse rising timing) are used, with the horizontal axis representing time and the vertical axis Is a seed light output (intensity), and shows a pulse waveform of the seed light.
FIG. 56 (a) is a diagram for explaining a case where the spectral purity range E95 is reduced by delaying the discharge timing and further delaying the pulse waveform of the seed light, and FIG. 56 (b) shows the discharge timing. It is a figure explaining the case where the spectral purity range E95 is enlarged by speeding up the pulse waveform of seed light earlier.
FIG. 56A shows an effect obtained by combining the effect described in FIG. 5 and the effect described in FIG. That is, as shown by an arrow 3A, by delaying the discharge timing, the seed light wavelength portion to be amplified in the seed light pulse waveform L3 has a spectral purity width from a portion L31 where the spectral purity width becomes thicker. The process shifts to the thinned portion L32 (the effect described in FIG. 5). Further, as indicated by an arrow 3B, the pulse waveform of the seed light is delayed from L3 to L3 ′, thereby shifting to a portion L32 ′ in which the spectral purity width is further narrowed in the pulse waveform L3 ′ (in FIG. 15). Explained effect).
The same applies to the case where the spectral purity range E95 is increased. As shown by the arrow 13A in FIG. 56 (b), by increasing the discharge timing, the seed light wavelength to be amplified in the pulse waveform L3 of the seed light. The portion shifts from the portion L32 where the spectral purity width is narrowed to the portion L31 where the spectral purity width is thick (the effect described in FIG. 5). Furthermore, as shown by an arrow 13B, the pulse waveform of the seed light is advanced from L3 to L3 ″, so that the pulse waveform L3 ″ shifts to a portion L31 ″ where the spectral purity width becomes thicker (described in FIG. 15). Effect).
As a result, the control width of the discharge timing dt, that is, the synchronization allowable width where the laser output is equal to or higher than the allowable level is further expanded from 3C to 3D, and the controllability is dramatically improved.
FIG. 58 shows the processing procedure of the sixteenth embodiment. FIG. 58 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
FIG. 58 shows processing contents obtained by combining Example 1 (discharge timing control) and Examples 3 to 7, 9, and 10 (pulse waveform control). The description overlapping with the description of the flowchart already described is omitted, and the corresponding part is pointed out and replaced with the description. The pulse waveform control will be described with reference to the fourth embodiment (FIG. 18).
Steps 1601, 1605, 1607, 1608, and 1609 in FIG. 58 are the same as steps 401, 405, 407, 408, and 409 in the first embodiment (FIG. 13).
In step 1602 of FIG. 58, the processing of steps 502 and 506 for delaying the rise of the pulse waveform of the seed light is executed as in the flowchart of the fourth embodiment (FIG. 18). Or the process similar to the step corresponding to the flowchart of other Examples 5-7, 9, 10 is performed.
In Step 1603 of FIG. 58, the processing of Steps 503 and 506 for increasing the rise of the pulse waveform of the seed light is executed as in the flowchart of the fourth embodiment (FIG. 18). Or the process similar to the step corresponding to the flowchart of other Examples 5-7, 9, 10 is performed.
In step 1612 of FIG. 58, the processing of steps 402 and 406 for increasing the interval of the discharge timing is executed as in the flowchart of the first embodiment (FIG. 13).
In step 1613 of FIG. 58, similarly to the flowchart of the first embodiment (FIG. 13), the processing of steps 403 and 406 for decreasing the discharge timing interval is executed.
In step 1604 of FIG. 58, it is determined whether or not a limit is detected with respect to the discharge timing (FIG. 13; step 404), and F2 concentration which is a parameter for changing the pulse waveform (or other examples 5 to 7, It is determined whether or not a limit has been detected for the corresponding parameters in FIGS. 9 and 10 (FIG. 18; step 504 (or the corresponding steps in the flowcharts of other embodiments 5-7, 9, 10)).
In the flowchart of the sixteenth embodiment of FIG. 58, the limit detection determination process (step 1604) is performed after the seed light pulse is changed and the discharge timing is changed, and the control is performed when the limit is detected. Although the impossible process (step 1605) is performed, as shown in FIG. 60, after changing the pulse waveform of the seed light, the limit detection is determined, and then the process of changing the discharge timing is performed. In this way, it is possible to omit the uncontrollable process.
FIG. 60 shows a flowchart of the seventeenth embodiment which is a modification of the flowchart of the sixteenth embodiment shown in FIG.
In FIG. 60, the processing of step 1701 and the processing of steps 1707, 1708, and 1709 are executed in the same procedure as the corresponding step 1601 of FIG. 58 and the processing of steps 1607, 1608, and 1609. , Steps 1707 to 1709 are different from those in FIG.
That is, in FIG. 60, the process of step 1701 is performed, and in step 1702, the process of delaying the rise of the pulse waveform of the seed light is executed as in step 1602 of FIG. 58. Next, the pulse waveform is changed. It is determined whether or not a limit has been detected for the F2 concentration (or the corresponding parameter in the other embodiments 5 to 7, 9, and 10), which is a parameter to be executed (step 1704). As a result, if the limit is detected, control is not disabled, but a process for increasing the discharge timing interval is executed (step 1712) as in step 1612 of FIG. To be migrated. If no limit is detected, the process proceeds to step 1707 as it is without controlling the discharge timing.
Similarly, after the processing in step 1701, in step 1703, processing for increasing the rise of the pulse waveform of the seed light is executed in the same manner as in step 1603 in FIG. 58. Next, parameters for changing the pulse waveform are executed. It is determined whether or not a limit has been detected with respect to the F2 concentration (or the corresponding parameters in the other examples 5 to 7, 9, and 10) (step 1705). As a result, if the limit is detected, control is not disabled, but a process of reducing the discharge timing interval is executed (step 1713) as in step 1613 of FIG. To be migrated. If no limit is detected, the process proceeds to step 1707 as it is without controlling the discharge timing.
In FIG. 60, after changing the pulse waveform (steps 1702 and 1703), it is determined whether or not a limit is detected (steps 1704 and 1705), and the discharge timing is changed according to the result. (Steps 1712 and 1713), on the contrary, after changing the discharge timing, it is determined whether or not a limit has been detected, and control is performed according to the procedure of changing the pulse waveform according to the result. May be.
According to the embodiments 16 and 17 described above, by controlling the control for changing the discharge timing and the control for changing the pulse waveform (changing the pulse rising timing), the control of the discharge timing dt is achieved by a synergistic effect. The width (synchronization allowable width) is expanded, and the controllability is further improved. Furthermore, the control according to the second embodiment, that is, the embodiment in which the seed light is pulse stretched may be combined. As described with reference to FIG. 14, when the seed light is pulse stretched and the pulse width of the seed light is increased, the allowable synchronization width is further increased, and the controllability can be further improved.
In the flowcharts of the fourth embodiment (examples 5 to 7, 10, and 11) in which the pulse waveform is controlled by changing the parameters such as the fluorine concentration described above, the laser oscillation is stopped when the limit is detected. In the fourth embodiment, the control is performed (step 505 in FIG. 18 in the case of the fourth embodiment). As in FIG. 60, when the limit is detected, the control (step for changing the discharge timing) is performed. 1712, 1713).
(Examples 18 and 19; changing the spectral purity range of the seed light output from the oscillation laser device 100 (changing the band narrowing performance or changing the acoustic wave propagation speed), and changing the discharge timing) (Stabilization control of spectral purity range E95 by performing control (control means 3)))
In the first embodiment (FIG. 13) described above, stabilization of the spectral purity range E95 of the laser beam is controlled by changing the discharge timing. In the above-described Examples 11 to 14 and 15, the narrowing performance of the oscillation laser device 100 is changed, or the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber 10 is changed. The stabilization of the spectral purity range E95 of the laser beam was controlled by changing the spectral purity range of the seed beam. In the eighteenth and nineteenth embodiments, control in which both these controls are combined is performed. According to the present embodiment, by performing the above-described control in combination, the control range of the spectral purity range E95 is expanded by the synergistic effect, and the controllability is further improved.
FIG. 57 shows the effect of combining the control for changing the discharge timing and the control for changing the spectral purity range of the seed light (control for changing the band narrowing performance or control for changing the propagation speed of the acoustic wave). It is a figure used for explanation, and the horizontal axis indicates the discharge timing dt and the vertical axis indicates the spectral purity range E95 as in FIG. 4 described above.
A characteristic L1 in FIG. 57 corresponds to the characteristic L1 shown in FIG.
In order to increase the spectral purity range E95 so as to coincide with the target spectral purity range E950, first, control is performed to increase the spectral purity range of the seed light. As a result, the characteristic L1 changes to a characteristic L1A in which the spectral purity range becomes larger. Further, control is performed to decrease the discharge timing dt in order to increase the spectral purity range E95. As a result, the discharge timing changes in the direction of decreasing on the characteristic L1A.
In order to reduce the spectral purity range E95 so as to coincide with the target spectral purity range E950, first, control is performed to reduce the spectral purity range of the seed light. As a result, the characteristic L1 changes to a characteristic L1B having a smaller spectral purity range. Furthermore, control is performed to increase the discharge timing dt in order to reduce the spectral purity range E95. As a result, the discharge timing changes in the direction of increasing on the characteristic L1B.
Therefore, the control width 1A of the spectral purity width E95 when only the control for changing the spectral purity width of the seed light is combined with the control for changing the spectral purity width of the seed light and the control for changing the discharge timing dt. Comparing the control width 1B in this case, it can be read that the control width (vertical axis) of the spectral purity range E95 is expanded if the two controls are combined within the same synchronization allowable width (horizontal axis).
In this way, by performing control combining both controls, the range in which the spectral purity range E95 can be swung within the same allowable synchronization range is further expanded, and the controllability is greatly improved.
FIG. 59 shows the processing procedure of the eighteenth embodiment. FIG. 58 corresponds to the subroutine of “stabilization control by the E95 actuator” (step 104) in the main routine of FIG.
FIG. 59 shows the processing contents obtained by combining Example 1 (control of discharge timing) and Examples 11 to 14 and 15 (control of the spectral purity range of passceed light). The description overlapping with the description of the flowchart already described is omitted, and the corresponding part is pointed out and replaced with the description. The control of the spectral purity range of the seed light will be described with reference to Example 11 (FIG. 30).
Steps 1801, 1805, 1807, 1808, and 1809 in FIG. 59 are the same as steps 401, 405, 407, 408, and 409 in the first embodiment (FIG. 13).
In Step 1802 of FIG. 59, the processing of Steps 902 and 906 for reducing the spectral purity width of the seed light is executed, as in the flowchart of Example 11 (FIG. 30). Or the process similar to the step corresponding to the flowchart of other Examples 12-14, 15 is performed.
In Step 1803 of FIG. 59, the processing of Steps 903 and 906 for increasing the spectral purity range of the seed light is executed, as in the flowchart of Example 11 (FIG. 30). Or the process similar to the step corresponding to the flowchart of other Examples 12-14, 15 is performed.
In step 1812 of FIG. 59, the processes of steps 402 and 406 for increasing the interval of the discharge timing are executed as in the flowchart of the first embodiment (FIG. 13).
In step 1813 of FIG. 59, the processing of steps 403 and 406 for reducing the interval of the discharge timing is executed as in the flowchart of the first embodiment (FIG. 13).
In step 1804 of FIG. 59, it is determined whether or not a limit is detected with respect to the discharge timing (FIG. 13; step 404), and the curvature radius of the grating (or other parameters that change the spectral purity range of the seed light) It is determined whether or not a limit has been detected with respect to the corresponding parameters in Examples 12-14, 15 (FIG. 30; step 904 (or corresponding steps in the flowcharts of other Examples 12-14, 15)).
In the flowchart of Example 18 in FIG. 59, when the limit is detected by performing the limit detection determination process (step 1804) after changing the spectral purity range of the seed light and changing the discharge timing. Although the uncontrollable process (step 1805) is performed, as shown in FIG. 61, after changing the spectral purity range of the seed light, the limit detection is determined, and then the discharge timing is changed. It is also possible to omit the uncontrollable process by performing the process.
FIG. 61 shows a flowchart of the nineteenth embodiment, which is a modification of the flowchart of the eighteenth embodiment shown in FIG.
In FIG. 61, the processing of step 1901 and the processing of steps 1907, 1908, and 1909 are executed in the same procedure as the corresponding processing of step 1801 and steps 1807, 1808, and 1809 of FIG. The processing procedure performed between steps 1907 to 1909 is different from that in FIG.
That is, in FIG. 61, the process of step 1901 is performed, and the process of reducing the spectral purity range of the seed light is executed in step 1902 as in step 1802 of FIG. 59. Next, the spectral purity of the seed light is performed. It is determined whether or not a limit has been detected with respect to the curvature radius of the grating (or the corresponding parameter in the other examples 12 to 14 and 15), which is a parameter for changing the width (step 1904). As a result, if a limit is detected, control is not disabled, but a process for increasing the discharge timing interval is executed (step 1912), as in step 1812 in FIG. To be migrated. If no limit is detected, the process proceeds to step 1907 as it is without controlling the discharge timing.
Similarly, after the processing of step 1901, in step 1903, processing for increasing the spectral purity width of the seed light is executed in the same manner as in step 1803 of FIG. 59. Next, the spectral purity width of the seed light is increased. It is determined whether or not a limit has been detected for the curvature radius of the grating, which is a parameter to be changed (or a corresponding parameter in the other examples 12 to 14, 15) (step 1905). As a result, if a limit is detected, control is not disabled, but a process for reducing the discharge timing interval is executed (step 1913), as in step 1813 in FIG. To be migrated. If no limit is detected, the process proceeds to step 1907 as it is without controlling the discharge timing.
In FIG. 61, after changing the spectral purity range of the seed light (steps 1902 and 1903), it is determined whether or not a limit is detected (steps 1904 and 1905), and the discharge timing is changed according to the result. (Steps 1912 and 1913), on the contrary, after changing the discharge timing, it is determined whether or not the limit is detected, and the spectral purity range of the seed light is changed according to the result. You may make it control by the procedure to make.
According to the above-described Examples 18 and 19, the control for changing the discharge timing and the control for changing the spectral purity range of the seed light (the control for changing the band narrowing performance or the control for changing the propagation speed of the acoustic wave) As a result of the combination, the range in which the spectral purity range E95 can be swung within the same synchronization permissible range is further expanded by the synergistic effect, and the controllability is dramatically improved.
In the flowcharts of Embodiment 11 and the like (Examples 12 to 14 and 15) in which the spectral purity range of the seed light is controlled by changing parameters such as the radius of curvature of the grating described above, the laser beam is detected when a limit is detected. Although processing that cannot be controlled is performed such as stopping oscillation (step 905 in FIG. 30 in the case of Example 11), the discharge timing is changed when a limit is detected as in FIG. You may make it switch to the control (step 1912, 1913) to perform.
(Industrial applicability)
Although the present invention is premised on the two-stage laser apparatus 2, various controls of the present embodiment can be applied to a one-stage laser apparatus.

4...メインコントローラ
10...発振用チャンバ
30...増幅用チャンバ
100...発振用レーザ装置
300...増幅用レーザ装置
4 ... Main controller 10 ... Oscillation chamber 30 ... Amplification chamber 100 ... Oscillation laser device 300 ... Amplification laser device

Claims (21)

レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
Discharge timing from the start of discharge by the oscillation laser device to the start of discharge by the amplification laser device or the amplification device so that the measured spectrum index value falls within the allowable range of the target spectrum index value A narrow-band laser device comprising: control means for controlling
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of laser light output from the amplification laser device or the amplification device;
A narrow-band laser apparatus comprising: a control unit that controls a spectrum index value of the seed light so that a measured spectrum index value falls within an allowable range of a target spectrum index value.
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of laser light output from the amplification laser device or the amplification device;
Discharge timing from the start of discharge by the oscillation laser device to the start of discharge by the amplification laser device or the amplification device so that the measured spectrum index value falls within the allowable range of the target spectrum index value And a control means for controlling the spectral index value of the seed light.
前記目標スペクトル指標値の許容幅のうち、前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅の範囲で、前記制御手段による制御が実行されること
を特徴とする請求項1または3記載の狭帯域化レーザ装置。
Control by the control means is performed within a range of allowable synchronization width in which the energy of the laser beam output from the amplification laser device is equal to or higher than an allowable level among the allowable width of the target spectrum index value. The narrow-band laser device according to claim 1 or 3.
前記シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、
前記パルスストレッチ手段によって前記シード光のパルス波形を延長させることで、前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させること
を特徴とする請求項1、2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
Pulse stretching means for extending the laser pulse waveform of the seed light is further provided;
By extending the pulse waveform of the seed light by the pulse stretching means, an allowable synchronization width in which the energy of the laser light output from the amplification laser device or the amplification device is equal to or higher than an allowable level is expanded. The narrow-band laser device according to claim 1, 2 or 3.
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
3. The control means for controlling the spectral index value of the seed light by changing the time from the start of discharge by the oscillation laser device to the rise of the laser pulse. 3. The narrow-band laser device according to 3.
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内のフッ素分子F2のモル濃度または分圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
4. The narrowed structure according to claim 2, wherein the control means changes the pulse waveform of the seed light by changing the molar concentration or partial pressure of fluorine molecules F2 in the oscillation chamber. Banded laser device.
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
4. The narrow-band laser device according to claim 2, wherein the control means changes a pulse waveform of the seed light by changing a total gas pressure in the oscillation chamber.
前記発振用レーザ装置は、充電電圧に応じた電圧が一対の電極間に印加されることで主放電が行われるものであって、
前記制御手段は、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device performs a main discharge by applying a voltage according to a charging voltage between a pair of electrodes,
4. The narrow-band laser device according to claim 2, wherein the control means changes a pulse waveform of the seed light by changing a charging voltage.
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサと当該ピーキングコンデンサの前段に電気的に並列に配置された第2のコンデンサとを備えた充電回路を備え、前記第2のコンデンサに蓄えられた電荷を前記ピーキングコンデンサに移行させ、前記ピーキングコンデンサの充電電圧に応じた電圧が前記一対の電極に印加されることで放電が行われるものであって、
前記ピーキングコンデンサまたは/および第2のコンデンサの容量、または/および前記ピーキングコンデンサに対する前記第2のコンデンサの容量比を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device is:
A charging circuit including a peaking capacitor electrically parallel to the pair of discharge electrodes and a second capacitor electrically parallel to the preceding stage of the peaking capacitor, and storing in the second capacitor; The generated charge is transferred to the peaking capacitor, and a voltage corresponding to the charging voltage of the peaking capacitor is applied to the pair of electrodes, and discharging is performed.
The pulse waveform of the seed light is changed by changing the capacitance of the peaking capacitor or / and the second capacitor or / and the capacitance ratio of the second capacitor to the peaking capacitor. The narrow-band laser device according to claim 2 or 3.
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置された予備電離コンデンサを備えた充電回路を備え、前記予備電離コンデンサの充電電圧に応じて前記一対の電極間で予備電離が行われるものであって、
前記予備電離コンデンサの容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device is:
A charging circuit including a preionization capacitor arranged in parallel with a pair of discharge electrodes is provided, and preionization is performed between the pair of electrodes according to a charging voltage of the preionization capacitor,
4. The narrow-band laser device according to claim 2, wherein a pulse waveform of the seed light is changed by changing a capacity of the preionization capacitor.
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光を所定の反射率で前記発振用チャンバ内に戻すアウトプットカプラが備えられ、
前記アウトプットカプラの反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする請求項2または3記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device includes:
An output coupler for returning the light generated in the oscillation chamber to the oscillation chamber with a predetermined reflectance;
4. The narrow-band laser device according to claim 2, wherein a pulse waveform of the seed light is changed by changing a reflectance of the output coupler.
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであって、
シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御が行われること
を特徴とする請求項2または請求項3記載の狭帯域化レーザ装置。
The control means changes the time from the start of discharge in the oscillation laser device to the rise of the laser pulse, and controls the spectral index value of the seed light,
When the rise time of the pulse waveform of the seed light changes, from the start of discharge in the oscillation laser device to the start of discharge in the amplification laser device according to the change in the rise time of the pulse waveform 4. The narrow-band laser apparatus according to claim 2, wherein control is performed to change the discharge timing to match the discharge timing with a desired synchronization timing.
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置または増幅装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of laser light output from the amplification laser device or the amplification device;
Narrowband characterized by comprising control means for controlling the narrowband performance of the oscillation laser device or amplification device so that the measured spectral index value falls within the allowable range of the target spectral index value Laser equipment.
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of laser light output from the amplification laser device or the amplification device;
Discharge timing from the start of discharge by the oscillation laser device to the start of discharge by the amplification laser device or the amplification device so that the measured spectrum index value falls within the allowable range of the target spectrum index value And a control means for controlling the narrowing performance of the oscillation laser device.
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、
前記波面変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする請求項14または15記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device includes:
Wavefront changing means for changing the wavefront of the light generated in the oscillation chamber;
16. The narrow-band performance of the oscillation laser device is changed by changing a wavefront of light generated in the oscillation chamber by the wavefront changing means. Narrow band laser device.
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させる拡大率変化手段が備えられ、
前記拡大率変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする請求項14または15記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device includes:
An enlargement ratio changing means for changing an enlargement ratio of the light generated in the oscillation chamber;
16. The narrowing performance of the oscillation laser device is changed by changing an enlargement ratio of light generated in the oscillation chamber by the enlargement ratio changing means. The narrow-band laser device described.
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させるビーム幅変化手段が備えられ、
前記ビーム幅変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする請求項14または15記載の狭帯域化レーザ装置。
The oscillation laser device includes:
Beam width changing means for changing the beam width of the light generated in the oscillation chamber is provided,
16. The narrowing performance of the oscillation laser device is changed by changing a beam width of light generated in the oscillation chamber by the beam width changing means. The narrow-band laser device described.
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
Control means for controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber so that the measured spectrum index value falls within the allowable range of the target spectrum index value. Narrow band laser device.
レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
An oscillation laser device that outputs seed light that has been narrowed by passing the laser light through the wavelength dispersion element several times, and an amplified laser that amplifies the seed light by discharging laser gas in the amplification chamber. In a narrow-band laser device provided with an amplification laser device or an amplification device that outputs light,
Spectrum index value measuring means for measuring a spectrum index value of the laser beam output from the amplification laser device;
The discharge timing from the start of the discharge by the oscillation laser device to the start of the discharge by the amplification laser device is controlled so that the measured spectrum index value is within an allowable range of the target spectrum index value. And a control means for controlling the propagation speed of the acoustic wave generated by the discharge in the oscillation chamber.
前記発振用レーザ装置で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、
前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、
シード光の発振周波数と前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度とスペクトル指標値との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、計測されたスペクトル指標値を、目標スペクトル指標値の許容幅に収める制御が行われること
を特徴とする請求項19または20記載の狭帯域化レーザ装置。
Oscillation frequency detection means for detecting the oscillation frequency of the seed light oscillated by the oscillation laser device;
Laser gas temperature changing means for changing the temperature of the laser gas in the oscillation chamber,
Based on the relationship between the oscillation frequency of the seed light, the temperature of the laser gas in the oscillation chamber and the spectral index value, the laser gas temperature is changed according to the detected oscillation frequency of the seed light, and the measured spectral index value 21. The narrow-band laser device according to claim 19 or 20, wherein control is performed so as to fall within an allowable range of the target spectrum index value.
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