JP3722200B2 - 放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置 - Google Patents
放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の光源として用いられる露光用エキシマレーザ装置や露光用フッ素レーザ装置等の露光用放電励起ガスレーザ装置の出力を一定に制御するエネルギー制御方法及びそれを用いた放電励起ガスレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置では、露光とウエハ移動が交互に繰り返し行われるため、光源として用いられるエキシマレーザ装置は、いわゆるバーストモードで運転される。このバーストモードとは、図７に示すように、レーザ光を所定回数連続パルス発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返し行うことを言う。図７では、バーストｉｂ−１，ｉｂ，ｉｂ＋１が連続パルス発振期間で、それらの間休止期間が取られる。
【０００３】
ところが、放電励起ガスレーザ装置の特徴として、レーザ媒質励起のためのエネルギー（後で説明する電気エネルギー）入力が一定であっても、レーザ発振開始直後に急激に出力が減少し、その後出力が安定するという特徴がある（後で説明する従来技術の特開平１１−２１４７８３号では、スパイキング現象、同特開平１１−１９１６５３号では、Ｋ領域に相当する。）。
【０００４】
したがって、レーザ媒質励起のためのエネルギー入力が一定であるバーストモードにおいては、所定回数連続パルス発振する期間（以下、バーストと称する。）のレーザ開始直後には、図８に示すように、毎回このような急激な出力減少が発生する。このため、放電励起ガスレーザ装置を露光用光源として用いるためには、充電電圧等を制御して、この出力特性を一定にする必要がある。
【０００５】
エキシマレーザ装置のレーザ出力は、高電圧パルス発生装置に搭載されるコンデンサに蓄積される電気エネルギーをレーザガスが充填されたレーザ容器の放電空間に投入してレーザガスを励起することにより得られる。そのため、レーザ出力の値は、このコンデンサへの充電電圧の値に依存する（図１）。
【０００６】
一方、近年の半導体露光装置では、半導体の高集積化に伴い、チップ上を一括に露光するいわゆるステッパから、線状のビームによりチップ内をスキャンするスキャナーが主流になりつつある。これは、スキャン方式の方が、集光ビームの幅が狭いため、レンズ系の高ＮＡ化（高精度化）を図ることができるためである。
【０００７】
スキャナーにおいては、図９に示すように、１チップ上を所定のピッチずつレーザビームを移動させて露光する。上記移動ピッチΔｐは、１チップ上の任意の点が所定パルス数Ｎｓだけ露光されるよう設定される。図９は、例えばＮｓ＝３となる例であり、レーザ光は、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，・・・のようにピッチΔｐずつ１チップ上をスキャンしている。そして、１チップ上の各点Ａ，Ｂ，Ｃのドーズ量（露光量）は、レーザパルス３パルス分となる。
【０００８】
以上のように、近年、スキャナーが主流となりつつある傾向により、光源としての放電励起ガスレーザ装置には、レーザ出力の安定度（σ）よりも、レーザパルスの出力の移動平均出力値（例えば、図９の例では、１チップ上の各点Ａ，Ｂ，Ｃのドーズ量）の安定性が望まれている。
【０００９】
すなわち、次式で定義される移動平均出力値エラー（移動平均出力値偏差）ΔＤができるだけ小さい方が望ましい。
【００１０】
ここで、
Ｎｓ：１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数（例えば、５０）
Ｅ（ｋ）：ｋ番目のレーザパルスの出力（エネルギー）値
Ｅｓ：各レーザパルスの目標レーザ出力値（エネルギー目標値）
である。
【００１１】
なお、移動平均出力値偏差ΔＤは、次式で定義することもある。
【００１２】
すなわち、前者が移動平均出力値偏差ΔＤを「ドーズ量偏差（出力偏差の積算値）の目標ドーズ量（目標レーザ出力積算値）に対する割合」で定義しているのに対し、後者は移動平均出力値偏差ΔＤを「１チップ上の任意の一か所にＮｓ回照射されるレーザパルスの１パルス当たりの平均ドーズ量偏差」で定義している。
【００１３】
レーザ開始直後に急激に出力が減少し、その後出力が安定するという特性があるエキシマレーザ装置の出力特性を一定にするための従来の出力制御方法（特開平１１−２１４７８３号）では、以下のような制御方法が提案されている。
【００１４】
▲１▼バースト内の制御領域をバースト初期（学習制御）とそれ以降（各パルス制御）の２つの領域に分ける。
【００１５】
▲２▼バースト初期を、前のバーストからの学習制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib-1,is) + G1×(Es-E(ib-1,is))
ここで、
Ｅs:エネルギー目標値
ib：バーストの番号
is：レーザパルス数
Ｖ(ib,is) ：バーストib、パルス数isのときの高電圧パルス発生装置に搭載されるコンデンサの充電電圧（指令電圧値）
E(ib-1,is)：バーストib-1、パルス数isのときの出力エネルギー値
G1：比例係数
である。
【００１６】
▲３▼それ以降を、毎パルス制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) + G2×(Es-E(ib,is-1))
ここで、
G2：比例係数
である。
【００１７】
基本的に、この従来の制御方法では、バースト初期の充電電圧を、前のバーストの同じパルス数の充電電圧と出力結果より求める構成をとっている。基本的に、バースト初期の特性（連続パルス発振開始直後の特性）は、前述したように急激な出力減少領域であり、このような制御方法を繰り返すことにより、学習制御領域の全てのパルスを目標出力に近づけることが可能となる。
【００１８】
しかしながら、この従来の第１の制御方法の場合、学習制御領域の全てのパルスが、目標出力を下回る場合、及び、上回る場合等、移動平均出力値で考えた場合、大きくエラーが生じるバーストが生じてしまう。これは、移動平均出力値の安定性が重要である最近のスキャナー型露光装置の場合、大きなデメリットとなってしまう。
【００１９】
これに対し、他の従来の出力制御方法（特開平１１−１９１６５３号）では、以下のような制御方法が提案されている。
【００２０】
▲１▼バースト内の制御領域をバースト初期（ＫＰＩ制御）とそれ以降（ＰＩ制御）の２つの領域に分ける。
【００２１】
▲２▼バースト初期（ＫＰＩ制御領域）を、前のバーストからの学習制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖｂ(ib-1,is) −Ｖｃ(ib,is-1)
ここで、
Ｖｂ(ib-1,is) ：前のバーストのパルス数isまでの指令電圧値と出力結果より求めた電圧であり、出力偏差（エネルギーエラー）と積算出力値偏差の両方を考慮した値
Ｖｃ(ib,is-1) ：今回のバーストのパルス数is-1までの出力偏差（エネルギーエラー）と積算出力値偏差の両方を考慮して求めた電圧補正値
である。なお、上式の詳細は以下の通りである。
【００２２】
ここで、
D(ib,is-1)：バーストibにおける最初のパルス１から前のパルスis-1までのドーズ量の偏差
Ａ，Ｂ：０と１の間である重み係数
Ｃ ：０と１の間である重み係数
である。
【００２３】
▲３▼それ以降（ＰＩ制御）を、前のパルスの出力偏差と前のパルスまでの全ての積算出力値偏差により制御する。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1)-dV/dE ｛ A・dE(ib,is-1)+ B・D(ib,is-1)｝
基本的に、この制御方法では、バースト初期の電圧を、前のバーストの同じパルス数の電圧と出力結果、及び、今回のバーストの電圧と出力結果の両方から求めると共に、出力偏差と積算出力値偏差の両方を考慮する構成をとっている。この制御方法の場合、バーストの１パルスのみは、前述の第１の従来例と同じ制御になる。この制御の場合、バースト初期のＫＰＩ制御領域において、出力偏差と積算値偏差の両方を考慮しているために、移動平均出力値がバースト初期に悪化することなく、制御が可能である。
【００２４】
しかしながら、ＫＰＩ及びＰＩ領域において、バーストの１パルス目から前のパルスまでの全ての積算値の偏差を考慮しているために、本来、一か所の照射量である移動平均出力値で見た場合に、余分な出力結果を含んでしまうという欠点がある。さらに、連続発振開始直後には、急激な温度上昇が生じるため、前のバーストの同じパルスの電圧のみを参考にしている従来例のバースト初期の制御方法では、完全に追従できないという問題があった（第１の従来例も同様）。基本的に、バースト開始直後には、電極表面温度及び回路の急激な温度上昇が生じ、バースト間のレーザ出力の急激な変動が生じる。
【００２５】
さらに、従来例において、比例係数（第１の従来例の場合、Ｇ、もう１つの従来例の場合、ｄＥ／ＤＶ）を正確に求めること、及び、動作に応じて更新することの重要性が述べられている。
【００２６】
第１の従来例の場合、調整発振（連続パルス発振前の予備動作）において、入出力特性を計算し、比例係数を求めている。
【００２７】
この場合、連続パルス発振中に比例係数が更新されないために、フッ素（Ｆ2 ）濃度の変化による比例係数の変化に対応できないという欠点がある。
【００２８】
第２の従来例の場合は、連続パルス発振動作中に通常制御を中止し、微小に電圧を増加させた場合の入出力特性により、比例係数を求めている。
【００２９】
この場合は、連続パルス発振中に比例係数が更新されるが、比例係数を求める制御を行った段階で、移動積算出力値の安定性が悪化する可能性がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エキシマレーザ装置等の放電励起ガスレーザ装置において、バースト初期の移動平均出力値偏差の値を小さくすると共に、連続パルス発振開始初期の急激な温度上昇による入出力特性の変化に対応し、正確な比例係数を求めると共に、制御を乱すことなく比例係数を更新する放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及びその方法を用いた放電励起ガスレーザ装置を提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法は、所定時間の連続パルス発振と所定時間の休止を繰り返すバースト動作モードで動作する放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法において、
前記レーザ出力制御は、レーザ媒質へエネルギーを注入するための高電圧パルス発生装置への指令電圧値を制御することにより行われ、
この指令電圧値の制御は、バースト当初の予測制御モードと、それに続く移動平均出力制御モードとを少なくとも含み、
前記予測制御モードは、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御モードであり、
前記移動平均出力制御モードは、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で加算することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御モードである、
ことを特徴とする方法である。
【００３２】
この場合、前記移動平均出力制御モードに続いて、
今回の連続パルス発振のis-1番目のパルスの指令電圧値Ｖ(ib,is-1) を、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)を用いて補正して今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定するエネルギー制御モードを含む、
ように構成することが望ましい。
【００３３】
また、前記予測制御モード、及び、前記移動平均出力制御モードにおけるパルスの出力結果とエネルギー目標値との偏差ΔE を電圧値に変換するのに使用される比例係数Ｋを、所定時間の連続パルス発振が終了する毎に更新するようにすることが望ましい。
【００３４】
その場合、比例係数Ｋの更新は、今回の連続パルス発振時に使用した比例係数Ｋ(ib)と、今回の連続パルス発振時において設定した複数個の指令電圧値に対する出力結果のデータを用いて計算した比例係数 calＫ(ib)とを所定の比率で加算して次回の連続パルス発振時の比例係数Ｋ(ib ＋１) とすることにより行うことができる。
【００３５】
また、連続パルス発振終了後次回の連続パルス発振時に、前記予測制御モードにおいて使用される基準電圧Ｖstart(ib＋１) が、今回の連続パルス発振時において使用した基準電圧Ｖstart(ib) と、今回の連続パルス発振時の終盤における複数個の指令電圧値の平均値 calＶstart (ib)とを所定の比率で加算することにより定めるようにすることが望ましい。
【００３６】
本発明の放電励起ガスレーザ装置は、レーザガスが充填され放電空間を有するレーザ容器と、この放電空間に高電圧パルスを印加することにより放電エネルギーを投入して前記レーザガスを励起する高電圧パルス発生装置と、レーザ出力を測定するレーザ出力モニタと、出力モニタからの出力データを基に前記電圧パルス発生装置への指令電圧値を設定するコントローラとを有する放電励起ガスレーザ装置において、
このコントローラは、バースト当初の予測制御手段と、それに続く移動平均出力制御手段とを少なくとも含み、
前記予測制御手段は、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御手段であり、
前記移動平均出力制御手段は、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で用いて補正することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御手段である、
ことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明においては、バーストのスパイク領域初期（予測制御領域：Ｐ領域）において、前のバーストの同じパルス数の出力偏差ΔＥ(ib-1,is) を用いるばかりではなく、前のバーストの直前の制御電圧の結果Ｖstart （基準電圧）をも用いて、指令電圧値を定めているので、連続パルス発振（バースト）開始初期の急激な温度上昇に伴う特性の変化に追従できる。
【００３８】
また、スパイク領域初期に続く領域の制御（移動平均出力制御：Ｄ領域）において、露光装置の使用形態を前提にして、１か所に照射する移動積算パルス数Ｎs における移動平均出力値偏差ΔＤ(ib,is-1) を考慮した制御を行っているため、スキャナーによる露光量を安定化させることができる。
【００３９】
また、スパイク領域の後の通常の定常発振領域（Ｅ領域）制御中において比例係数Ｋを計算により求め、かつ、一定の割合で更新しているため、調整発振等を行う必要がなく、また、制御を乱すことなく、レーザ装置の特性の変化に対応することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置の実施形態を説明する。
【００４１】
図１に、本発明の出力制御方法を適用する露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置のブロック図を示す。
【００４２】
レーザ容器１より放出されたレーザ光の一部はビームスプリッタ２、３により出力モニタ４、波長モニタ５に導かれる。波長モニタ５に導光されたレーザ光は、波長並びにスペクトル線幅がモニタされ、測定データはコントローラ６に送出される。コントローラ６は、波長モニタ５より受け取ったデータの波長の値と所望の波長とを比較して狭帯域化モジュール７を駆動制御してレーザ光の波長の安定化を行う。
【００４３】
出力モニタ４に導光されたレーザ光は、出力がモニタされ、測定データはコントローラ６に送出される。
【００４４】
また、露光装置９は、所定の仕様に基き、バースト開始信号並びにバースト終了信号をコントローラ６に送出する。
【００４５】
コントローラ６は、露光装置９からのバースト開始信号並びにバースト終了信号に基き、高電圧パルス発生装置８からレーザ容器１内の放電電極に印加される高電圧パルスの繰返し周波数や回数を制御する。その際、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isをカウントし、出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値Ｅと、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【００４６】
そして、上記レーザ出力データや、予め記憶しておいた各種パラメータ（後述）に基き、以下に示すように、高電圧パルス発生装置８のコンデンサの充電電圧を制御して、バーストモードでの出力の一定化制御を行う。
【００４７】
ここで、上記コンデンサへの充電は、高電圧パルス発生装置８が具備する充電器（チャージャー）により行われる。この充電器によりコンデンサは任意の充電電圧に充電される、この充電電圧の制御がコントローラに６より行われる。
【００４８】
所望の充電電圧をＶとするとき、コントローラ６は、高電圧パルス発生装置８の充電器に指令電圧値Ｖ（＝充電電圧値）のデータを送出する。充電器は、この指令電圧値Ｖのデータに基き、コンデンサの充電電圧がＶとなるように供給する電力を制御する。
【００４９】
充電されたコンデンサの電荷は、高電圧パルス発生装置８が具備する放電用コンデンサ（いわゆるピーキング・コンデンサ）に移行し、放電用コンデンサよりレーザ容器１内の一対の主電極に高電圧が印加される。そして、その主電極間の電圧が絶縁破壊電圧に到達すると、主電極間で放電が開始し、放電用コンデンサに移行していた電荷が放電に供給され、レーザガスが励起され、レーザ発振が行われる。
【００５０】
すなわち、前記したように、レーザ出力は、高電圧パルス発生装置８に搭載されるコンデンサに蓄積される電気エネルギーを放電用コンデンサを介してレーザガスが充填されたレーザ容器１の放電空間に投入してレーザガスを励起することにより得られる。そのため、レーザ出力の値は、主電極間での放電電圧に依存する。放電電圧は充電電圧に比例することになる。すなわち、レーザ出力の値は指令電圧値Ｖに依存することになる。
【００５１】
そして、本発明の出力制御は、図２に示すように、充電電圧が一定の場合にはレーザ出力がレーザ発振開始直後急激に減少するバーストにおける制御領域をバースト初期から順に３つの制御領域（Ｐ，Ｄ，Ｅ）に分割して、各制御領域毎に別々の制御を行う。基本的に、Ｐ領域は数パルス程度、Ｄ領域は３０〜５０パルス程度の領域、Ｅ領域は残りのパルスの領域であり、定常発振領域である。これらの領域Ｐ，Ｄ，Ｅにおける基本的な制御内容は以下の通りである。
【００５２】
すなわち、制御対象パルスの属するバーストをib、バーストibにおけるパルス数をisとするとき、上記レーザパルス（ib，is）を発生させるための高電圧パルス発生装置８のコンデンサへの充電電圧値である指令電圧値Ｖ(ib,is) を設定する。
【００５３】
以下、各領域について説明する。
【００５４】
バースト開始直後の領域であるＰ領域は予測制御領域であり、このＰ領域では、Ｖ(ib,is) を以下に示す（１）、（２）式に基き設定する。
【００５５】
V(ib,is) = Vstart(ib-1) −dVp(ib,is) ・・・（１）
dVp(ib,is)＝dVp(ib-1,is)＋ K×ΔE(ib-1,is) ・・・（２）
ここで、各項は以下の通りである。
【００５６】
Vstart(ib-1)：基準電圧＝前回のバーストib-1終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
ΔE(ib-1,is)＝E(ib-1,is)−Es
：前回のバーストib-1における同じパルス数isのレーザ出力E(
ib-1,is)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
上記のVstartの具体的な算出方法は後述する。
【００５７】
（１）、（２）式の関係を図示すると、図３のようになる。ただし、この図では K×ΔＥ(ib-1,is) は負となっている。
【００５８】
すなわち、上記予測制御領域（Ｐ）においては、
前回のバーストib-1で用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、
前回のバーストib-1の出力結果Ｅ(ib-1,is) とエネルギー目標値Ｅｓの偏差ΔＥ(ib-1,is) とを用いて補正し［ｄVp(ib,is) ＝ｄVp(ib-1,is) ＋Ｋ・ΔＥ(ib-1,is) ］、
この補正値ｄVp(ib,is) と前回のバーストib-1の定常発振領域から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００５９】
なお、ｄVp(1b,is) は予め設定しておく。
【００６０】
次に、上記の予測制御領域Ｐに続く移動平均出力制御領域Ｄでは、Ｖ(ib,is) を以下に示す（３）、（４）、（５）式に基き設定する。
【００６１】
ただし、
E(ib,k) ：バーストib中のｋ番目のレーザパルスのレーザ出力（エネルギー）値
Es：各レーザパルスの目標レーザ出力値（エネルギー目標値）
Ns：１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数（移動積算パルス数）
ΔD(ib,is-1)：パルス数is-1までの１パルス当たりの平均ドーズ量偏差（移動平均出力値偏差）
ΔE(ib,is-1)＝E(ib,is-1)−Es
：直前のパルス数is-1のレーザ出力値E(ib,is-1)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
Ａ：重み係数（移動平均出力偏差を用いた制御とレーザ出力値偏差を用い制御の割合、典型的には０．５）
である。
【００６２】
なお、移動平均出力値偏差ΔD(ib,is)を以下のように定めてもよい。
【００６３】
ただし、
ΔD(ib,is-1)：パルス数is-1までのドーズ量偏差の目標ドーズ量に対する割合（移動平均出力値偏差）
である。
【００６４】
このＤ領域は、直前のレーザパルスのエネルギー目標値からの偏差のみならず、露光装置の使用形態における１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数での移動平均出力値のエラーに鑑みて充電電圧値を設定する。
【００６５】
例えば、（ａ）前回のバーストにおける指令電圧値をそのときの出力結果を基に補正する場合（例えば、従来の第１の制御方法の学習制御）と、（ｂ）今回のＤ領域の制御の場合の動作の相違例を図４に示す。
【００６６】
図の（ａ）の場合、前回のバーストの出力結果、すなわち、前回のバーストにおける各レーザ出力のエネルギー目標値からの出力偏差ΔＥに基いて指令電圧値Ｖ(ib,is) を制御しているので、そのとき移動平均出力値の目標値からの偏差ΔＤが許容範囲外にあったとしても対応できない。
【００６７】
一方、図の（ｂ）の場合、直前のレーザ出力値の目標値からの偏差ΔE(ib,is-1)とそのときの移動平均出力値の目標値からの偏差に対応する移動平均出力偏差ΔD(ib,is-1)の両方に基き、制御している。したがって、▲１▼、▲２▼、▲３▼のように直前のパルスエネルギーの目標値からの偏差が許容範囲内にあっても、指令電圧値Ｖ(ib,is) は変更され、移動平均出力値の目標値からの偏差ΔＤも許容範囲内に収められる。
【００６８】
すなわち、Ｄ領域においては、
今回のバーストibで用いられた直前のレーザパルス(is-1)の指令電圧値Vp(ib,is-1) を、
直前のレーザパルス数is-1までの移動平均出力値エラーΔD(ib,is-1)と、
同じく直前のレーザパルス（パルス数is-1）の出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率（Ａ：１−Ａ）で用いて補正して、
充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００６９】
次に、上記の移動平均出力制御領域Ｄに続くエネルギー制御領域Ｅでは、Ｖ(ib,is) を以下に示す（６）式に基き設定する。
【００７０】
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) −K ×ΔE(ib,is-1) ・・・（６）
ここで、
ΔE(ib,is-1)＝E(ib,is-1)−Es
：直前のレーザパルス（パルス数is-1）のレーザ出力値E(ib,is-1)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
である。
【００７１】
すなわち、Ｅ領域においては、
直前のレーザパルス（パルス数is-1）の指令電圧値Ｖ(ib,is-1) を、
出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正して、
充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００７２】
ところで、上記したＰ領域、Ｄ領域、Ｅ領域における制御では何れも、設定充電電圧を補正するデータの一つとして、出力結果と目標出力との偏差ΔＥに、出力データを電圧データに変換する比例係数Ｋ＝（ｄＶ／ｄＥ）を乗じたデータを使用している。この比例係数Ｋは、例えばエキシマレーザ装置の場合、フッ素濃度の減少等によって変化するもので、バースト内の複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅを用いて、直線近似により計算する。
【００７３】
この直線近似には、例えば最小自乗法が用いられる。
【００７４】
ここで、
ｎ：データの個数
である。
【００７５】
この比例係数Ｋは、下式に従って更新される。
【００７６】
Ｋ(ib+1)＝ (1-B)×Ｋ(ib)＋ B× calＫ(ib) ・・・（８）
ここで、
Ｋ(ib)：今回のバーストで使用された定数
calＫ(ib)：今回のバーストibにおける複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅデータを用いて、例えば、（７）式にて計算された比例係数
B：重み係数（今回のバーストで用いた比例係数と今回のバースト内の複数のデータから求めた比例係数との割合、典型的には０．１）
である。
【００７７】
Ｂ＝０．１とした場合、１０バースト分の比例係数を平均化したのに相当する。
【００７８】
すなわち、比例係数Ｋの更新（→Ｋ(ib+1)）は、
今回のバーストibで使用した比例係数Ｋ(ib)と、
今回のバーストibにおける複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅデータを用いて計算した比例係数 calＫ(ib)とを、
所定の比率（１−Ｂ：Ｂ）で加算することにより行われる。
【００７９】
また、前記したように、Ｐ領域における制御では、前のバーストib-1の終盤の定常発振領域における複数のパルスに対応する各充電電圧の設定値の平均値である基準電圧Ｖstart(ib-1) を設定充電電圧を補正するデータの一つとして使用している。この基準電圧Ｖstart(ib) は、以下のように計算される。
【００８０】
calＶstart(ib) ＝ΣＶ(ib,is) ／ｎ ・・・（９）
ここで、
ｎ：データの個数
である。
【００８１】
さらに、Ｖstart の更新には、２つの方法がある。第１の更新方法においては、Ｖstart は下式に従って更新される。
【００８２】
Ｖstart (ib+1)＝ calＶstart (ib) ・・・（１０）
ここで、
calＶstart (ib)：今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
である。
【００８３】
すなわち、第１の更新方法においては、今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値を計算して、次回のバーストib+1のＶstart(ib+1) として使用する。
【００８４】
Ｖstart の第２の更新方法においては、Ｖstart は下式に従って更新される。
【００８５】
ここで、
Ｖstart (ib)：今回のバーストで使用されたＶstart
calＶstart(ib) ：今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
Ｃ：重み係数（今回のバーストで用いたＶstart と今回のバースト内の複数のデータから求めたＶstart との割合、典型的には０．５）
である。
【００８６】
すなわち、第２の更新方法においては、
今回のバーストで使用した基準電圧Ｖstart(ib) と、
今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値 calＶstart (ib)を計算して、
両者を、所定の比率（１−Ｃ：Ｃ）で加算することにより行われる。
【００８７】
さて、以上のような本発明の制御方法の全体の制御の流れを表すフローチャートを図５に示す。以下、順に説明する。
ｓｔｅｐ１
図１に示すコントローラ６に、初期パラメータが設定される。初期パラメータは、
Np：Ｐ領域でのパルス数（例えば、数パルス）
Nd：Ｄ領域でのパルス数
Ns：移動平均パルス数
Es：エネルギー目標値
Ａ：重み係数（移動平均出力制御の割合）
Ｂ：重み係数（比例係数更新の割合）
Ｃ：重み係数（基準電圧更新の割合）（第２の更新方法でＶstart を更新する場合）
である。
【００８８】
なお、第１回目のバースト（ib＝１）に用いられる以下のデータが記憶されている。
【００８９】
指令電圧値データV(0,is)
比例係数Ｋ(0)
基準電圧Vstart(0,is)
上記ｓｔｅｐ１の後、露光装置９よりバースト開始信号がコントローラ６に入力される。
ｓｔｅｐ２
バーストの番号が１つ更新される。
【００９０】
ib＝ ib ＋１
バースト内レーザパルス数isが１にリセットされ、パルス数のカウントが開始される。
【００９１】
is＝ 1
ｓｔｅｐ３
カウントされたバースト内パルス数とＮｐ（Ｐ領域でのパルス数）とが比較され、レーザパルス数がＰ領域にあるかどうか判断する。
【００９２】
is≦ Np のとき、ｓｔｅｐ４に移行する。
【００９３】
is＞ Np のとき、ｓｔｅｐ６に移行する。
ｓｔｅｐ４
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【００９４】
V(ib,is) = Vstart(ib-1) −dVp(ib,is) ・・・（１）
dVp(ib,is)＝dVp(ib-1,is)＋ K×ΔE(ib-1,is) ・・・（２）
コントローラ６は、上記指令電圧値をバーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、指令電圧値データV(ib,is)として記憶する。
【００９５】
そして、上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ５
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【００９６】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【００９７】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
移動平均出力偏差：ΔD(ib,is)
とを計算し記憶する。
【００９８】
出力偏差ΔE(ib,is)は次回のバーストib+1のＰ領域で使用され、
移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は今回のバーストibのＤ領域で使用される（ｓｔｅｐ７）。
【００９９】
そして、レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１００】
is＝is＋１
その後、再びｓｔｅｐ３へ移行し、更新されたレーザパルス数がＰ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ６
Ｐ領域を通過したレーザパルス数と、Np（Ｐ領域でのパルス数）とNd（Ｄ領域でのパルス数）とを加算した値とが比較され、レーザパルス数がＤ領域にあるかどうか判断する。
【０１０１】
is≦ Np ＋ Nd のとき、ｓｔｅｐ７に移行する。
【０１０２】
is＞ Np ＋ Nd のとき、ｓｔｅｐ９に移行する。
ｓｔｅｐ７
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【０１０３】
コントローラ６は、上記指令電圧値をバーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、指令電圧値データV(ib,is)として記憶する。
【０１０４】
上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ８
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【０１０５】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【０１０６】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
移動平均出力偏差：ΔD(ib,is)
とを計算し記憶する。
【０１０７】
出力偏差ΔE(ib,is)、移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は次回のレーザ発振（パルス数is+1）において使用される。なお、移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は、今回のバーストibのＤ領域で使用される。
【０１０８】
レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１０９】
is＝ is ＋１
その後、再びｓｔｅｐ６へ移行し、更新されたレーザパルス数がＤ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ９
露光装置９からバースト終了信号ibset が入力されたかどうかを判断する。
【０１１０】
ibset 入力：Ｎｏのとき、ｓｔｅｐ１０に移行する。
【０１１１】
ibset 入力：Ｙｅｓのとき、ｓｔｅｐ１２に移行する。
ｓｔｅｐ１０
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【０１１２】
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) −K ×ΔE(ib,is-1) ・・・（６）
コントローラ６は、上記指令電圧値をバーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、指令電圧値データV(ib,is)として記憶する。
【０１１３】
上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ１１
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【０１１４】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【０１１５】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
を計算し記憶する。出力偏差ΔE(ib,is)は次回のレーザ発振（パルス数is+1）において使用される。
【０１１６】
レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１１７】
is＝ is ＋１
その後、再びｓｔｅｐ９へ移行し、更新されたレーザパルス数がＥ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ１２
コントローラ６は、下式に基き比例係数Ｋを更新する。
【０１１８】
Ｋ(ib+1)＝ (1-B)×Ｋ(ib)＋ B× calＫ(ib) ・・・（８）
また、コントローラ６は、以下の何れかの式に基き、基準電圧Ｖstart を更新する。
【０１１９】
第１の更新方法
Ｖstart (ib+1)＝ calＶstart (ib) ・・・（１０）
第２の更新方法
両者を更新後、ｓｔｅｐ２へ移行する。
【０１２０】
なお、上記ｓｔｅｐ９においては、露光装置からバースト終了信号ibset が入力されたかどうかを判断していたが、バーストにおけるパルス数であるＮtotal をｓｔｅｐ１で初期パラメータとして設定し、Ｎtotal とＰ領域、Ｄ領域を通過したレーザパルス数とを比較し、バーストの終了を判断してもよい。その場合は、ｓｔｅｐ９は図６に示すように変更し、
is≦Ｎtotal のとき、ｓｔｅｐ１０に移行する。
【０１２１】
is＞Ｎtotal のとき、ｓｔｅｐ１２に移行する。
【０１２２】
以上、本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置においては、バーストのスパイク領域初期（予測制御領域：Ｐ領域）において、前のバーストの同じパルス数の出力偏差ΔＥ(ib-1,is) を用いるばかりではなく、前のバーストの直前の制御電圧の結果Ｖstart （基準電圧）をも用いて、指令電圧値を定めているので、連続パルス発振（バースト）開始初期の急激な温度上昇に伴う特性の変化に追従できる。
【０１２４】
また、スパイク領域初期に続く領域の制御（移動平均出力制御：Ｄ領域）において、露光装置の使用形態を前提にして、１か所に照射する移動積算パルス数Ｎs における移動平均出力値偏差ΔＤ(ib,is-1) を考慮した制御を行っているため、スキャナーによる露光量を安定化させることができる。
【０１２５】
また、スパイク領域の後の通常の定常発振領域（Ｅ領域）制御中において比例係数Ｋを計算により求め、かつ、一定の割合で更新しているため、調整発振等を行う必要がなく、また、制御を乱すことなく、レーザ装置の特性の変化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の出力制御方法を適用する１例の露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置のブロック図である。
【図２】本発明において各バーストの出力制御領域を３つの領域に分割して別々に制御することを説明するための図である。
【図３】最初のＰ領域の予測制御を説明するための図である。
【図４】次のＤ領域の移動平均出力制御の動作と従来の学習制御の動作の相違例を示す図である。
【図５】本発明の出力制御方法の全体の制御の流れ表すフローチャートである。
【図６】変形例の制御の流れ表すフローチャートの変形部分を示す図である。
【図７】バーストモードを説明するための図である。
【図８】バーストモードにおいてレーザ発振開始直後の急激な出力減少の様子を示す図である。
【図９】スキャナーにおける露光の様子と１チップ上の各点のドーズ量を説明するための図である。
【符号の説明】
１…レーザ容器
２、３…ビームスプリッタ
４…出力モニタ
５…波長モニタ
６…コントローラ
７…狭帯域化モジュール
８…高電圧パルス発生装置
９…露光装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の光源として用いられる露光用エキシマレーザ装置や露光用フッ素レーザ装置等の露光用放電励起ガスレーザ装置の出力を一定に制御するエネルギー制御方法及びそれを用いた放電励起ガスレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置では、露光とウエハ移動が交互に繰り返し行われるため、光源として用いられるエキシマレーザ装置は、いわゆるバーストモードで運転される。このバーストモードとは、図７に示すように、レーザ光を所定回数連続パルス発振させた後、所定時間パルス発振を休止させる運転を繰り返し行うことを言う。図７では、バーストｉｂ−１，ｉｂ，ｉｂ＋１が連続パルス発振期間で、それらの間休止期間が取られる。
【０００３】
ところが、放電励起ガスレーザ装置の特徴として、レーザ媒質励起のためのエネルギー（後で説明する電気エネルギー）入力が一定であっても、レーザ発振開始直後に急激に出力が減少し、その後出力が安定するという特徴がある（後で説明する従来技術の特開平１１−２１４７８３号では、スパイキング現象、同特開平１１−１９１６５３号では、Ｋ領域に相当する。）。
【０００４】
したがって、レーザ媒質励起のためのエネルギー入力が一定であるバーストモードにおいては、所定回数連続パルス発振する期間（以下、バーストと称する。）のレーザ開始直後には、図８に示すように、毎回このような急激な出力減少が発生する。このため、放電励起ガスレーザ装置を露光用光源として用いるためには、充電電圧等を制御して、この出力特性を一定にする必要がある。
【０００５】
エキシマレーザ装置のレーザ出力は、高電圧パルス発生装置に搭載されるコンデンサに蓄積される電気エネルギーをレーザガスが充填されたレーザ容器の放電空間に投入してレーザガスを励起することにより得られる。そのため、レーザ出力の値は、このコンデンサへの充電電圧の値に依存する（図１）。
【０００６】
一方、近年の半導体露光装置では、半導体の高集積化に伴い、チップ上を一括に露光するいわゆるステッパから、線状のビームによりチップ内をスキャンするスキャナーが主流になりつつある。これは、スキャン方式の方が、集光ビームの幅が狭いため、レンズ系の高ＮＡ化（高精度化）を図ることができるためである。
【０００７】
スキャナーにおいては、図９に示すように、１チップ上を所定のピッチずつレーザビームを移動させて露光する。上記移動ピッチΔｐは、１チップ上の任意の点が所定パルス数Ｎｓだけ露光されるよう設定される。図９は、例えばＮｓ＝３となる例であり、レーザ光は、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，・・・のようにピッチΔｐずつ１チップ上をスキャンしている。そして、１チップ上の各点Ａ，Ｂ，Ｃのドーズ量（露光量）は、レーザパルス３パルス分となる。
【０００８】
以上のように、近年、スキャナーが主流となりつつある傾向により、光源としての放電励起ガスレーザ装置には、レーザ出力の安定度（σ）よりも、レーザパルスの出力の移動平均出力値（例えば、図９の例では、１チップ上の各点Ａ，Ｂ，Ｃのドーズ量）の安定性が望まれている。
【０００９】
すなわち、次式で定義される移動平均出力値エラー（移動平均出力値偏差）ΔＤができるだけ小さい方が望ましい。
【００１０】
Ｎｓ：１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数（例えば、５０）
Ｅ（ｋ）：ｋ番目のレーザパルスの出力（エネルギー）値
Ｅｓ：各レーザパルスの目標レーザ出力値（エネルギー目標値）
である。
【００１１】
なお、移動平均出力値偏差ΔＤは、次式で定義することもある。
【００１２】
【００１３】
レーザ開始直後に急激に出力が減少し、その後出力が安定するという特性があるエキシマレーザ装置の出力特性を一定にするための従来の出力制御方法（特開平１１−２１４７８３号）では、以下のような制御方法が提案されている。
【００１４】
▲１▼バースト内の制御領域をバースト初期（学習制御）とそれ以降（各パルス制御）の２つの領域に分ける。
【００１５】
▲２▼バースト初期を、前のバーストからの学習制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib-1,is) + G1×(Es-E(ib-1,is))
ここで、
Ｅs:エネルギー目標値
ib：バーストの番号
is：レーザパルス数
Ｖ(ib,is) ：バーストib、パルス数isのときの高電圧パルス発生装置に搭載されるコンデンサの充電電圧（指令電圧値）
E(ib-1,is)：バーストib-1、パルス数isのときの出力エネルギー値
G1：比例係数
である。
【００１６】
▲３▼それ以降を、毎パルス制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) + G2×(Es-E(ib,is-1))
ここで、
G2：比例係数
である。
【００１７】
基本的に、この従来の制御方法では、バースト初期の充電電圧を、前のバーストの同じパルス数の充電電圧と出力結果より求める構成をとっている。基本的に、バースト初期の特性（連続パルス発振開始直後の特性）は、前述したように急激な出力減少領域であり、このような制御方法を繰り返すことにより、学習制御領域の全てのパルスを目標出力に近づけることが可能となる。
【００１８】
しかしながら、この従来の第１の制御方法の場合、学習制御領域の全てのパルスが、目標出力を下回る場合、及び、上回る場合等、移動平均出力値で考えた場合、大きくエラーが生じるバーストが生じてしまう。これは、移動平均出力値の安定性が重要である最近のスキャナー型露光装置の場合、大きなデメリットとなってしまう。
【００１９】
これに対し、他の従来の出力制御方法（特開平１１−１９１６５３号）では、以下のような制御方法が提案されている。
【００２０】
▲１▼バースト内の制御領域をバースト初期（ＫＰＩ制御）とそれ以降（ＰＩ制御）の２つの領域に分ける。
【００２１】
▲２▼バースト初期（ＫＰＩ制御領域）を、前のバーストからの学習制御を行う。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖｂ(ib-1,is) −Ｖｃ(ib,is-1)
ここで、
Ｖｂ(ib-1,is) ：前のバーストのパルス数isまでの指令電圧値と出力結果より求めた電圧であり、出力偏差（エネルギーエラー）と積算出力値偏差の両方を考慮した値
Ｖｃ(ib,is-1) ：今回のバーストのパルス数is-1までの出力偏差（エネルギーエラー）と積算出力値偏差の両方を考慮して求めた電圧補正値
である。なお、上式の詳細は以下の通りである。
【００２２】
D(ib,is-1)：バーストibにおける最初のパルス１から前のパルスis-1までのドーズ量の偏差
Ａ，Ｂ：０と１の間である重み係数
Ｃ ：０と１の間である重み係数
である。
【００２３】
▲３▼それ以降（ＰＩ制御）を、前のパルスの出力偏差と前のパルスまでの全ての積算出力値偏差により制御する。すなわち、
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1)-dV/dE ｛ A・dE(ib,is-1)+ B・D(ib,is-1)｝
基本的に、この制御方法では、バースト初期の電圧を、前のバーストの同じパルス数の電圧と出力結果、及び、今回のバーストの電圧と出力結果の両方から求めると共に、出力偏差と積算出力値偏差の両方を考慮する構成をとっている。この制御方法の場合、バーストの１パルスのみは、前述の第１の従来例と同じ制御になる。この制御の場合、バースト初期のＫＰＩ制御領域において、出力偏差と積算値偏差の両方を考慮しているために、移動平均出力値がバースト初期に悪化することなく、制御が可能である。
【００２４】
しかしながら、ＫＰＩ及びＰＩ領域において、バーストの１パルス目から前のパルスまでの全ての積算値の偏差を考慮しているために、本来、一か所の照射量である移動平均出力値で見た場合に、余分な出力結果を含んでしまうという欠点がある。さらに、連続発振開始直後には、急激な温度上昇が生じるため、前のバーストの同じパルスの電圧のみを参考にしている従来例のバースト初期の制御方法では、完全に追従できないという問題があった（第１の従来例も同様）。基本的に、バースト開始直後には、電極表面温度及び回路の急激な温度上昇が生じ、バースト間のレーザ出力の急激な変動が生じる。
【００２５】
さらに、従来例において、比例係数（第１の従来例の場合、Ｇ、もう１つの従来例の場合、ｄＥ／ＤＶ）を正確に求めること、及び、動作に応じて更新することの重要性が述べられている。
【００２６】
第１の従来例の場合、調整発振（連続パルス発振前の予備動作）において、入出力特性を計算し、比例係数を求めている。
【００２７】
この場合、連続パルス発振中に比例係数が更新されないために、フッ素（Ｆ2 ）濃度の変化による比例係数の変化に対応できないという欠点がある。
【００２８】
第２の従来例の場合は、連続パルス発振動作中に通常制御を中止し、微小に電圧を増加させた場合の入出力特性により、比例係数を求めている。
【００２９】
この場合は、連続パルス発振中に比例係数が更新されるが、比例係数を求める制御を行った段階で、移動積算出力値の安定性が悪化する可能性がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エキシマレーザ装置等の放電励起ガスレーザ装置において、バースト初期の移動平均出力値偏差の値を小さくすると共に、連続パルス発振開始初期の急激な温度上昇による入出力特性の変化に対応し、正確な比例係数を求めると共に、制御を乱すことなく比例係数を更新する放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及びその方法を用いた放電励起ガスレーザ装置を提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法は、所定時間の連続パルス発振と所定時間の休止を繰り返すバースト動作モードで動作する放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法において、
前記レーザ出力制御は、レーザ媒質へエネルギーを注入するための高電圧パルス発生装置への指令電圧値を制御することにより行われ、
この指令電圧値の制御は、バースト当初の予測制御モードと、それに続く移動平均出力制御モードとを少なくとも含み、
前記予測制御モードは、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御モードであり、
前記移動平均出力制御モードは、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で加算することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御モードである、
ことを特徴とする方法である。
【００３２】
この場合、前記移動平均出力制御モードに続いて、
今回の連続パルス発振のis-1番目のパルスの指令電圧値Ｖ(ib,is-1) を、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)を用いて補正して今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定するエネルギー制御モードを含む、
ように構成することが望ましい。
【００３３】
また、前記予測制御モード、及び、前記移動平均出力制御モードにおけるパルスの出力結果とエネルギー目標値との偏差ΔE を電圧値に変換するのに使用される比例係数Ｋを、所定時間の連続パルス発振が終了する毎に更新するようにすることが望ましい。
【００３４】
その場合、比例係数Ｋの更新は、今回の連続パルス発振時に使用した比例係数Ｋ(ib)と、今回の連続パルス発振時において設定した複数個の指令電圧値に対する出力結果のデータを用いて計算した比例係数 calＫ(ib)とを所定の比率で加算して次回の連続パルス発振時の比例係数Ｋ(ib ＋１) とすることにより行うことができる。
【００３５】
また、連続パルス発振終了後次回の連続パルス発振時に、前記予測制御モードにおいて使用される基準電圧Ｖstart(ib＋１) が、今回の連続パルス発振時において使用した基準電圧Ｖstart(ib) と、今回の連続パルス発振時の終盤における複数個の指令電圧値の平均値 calＶstart (ib)とを所定の比率で加算することにより定めるようにすることが望ましい。
【００３６】
本発明の放電励起ガスレーザ装置は、レーザガスが充填され放電空間を有するレーザ容器と、この放電空間に高電圧パルスを印加することにより放電エネルギーを投入して前記レーザガスを励起する高電圧パルス発生装置と、レーザ出力を測定するレーザ出力モニタと、出力モニタからの出力データを基に前記電圧パルス発生装置への指令電圧値を設定するコントローラとを有する放電励起ガスレーザ装置において、
このコントローラは、バースト当初の予測制御手段と、それに続く移動平均出力制御手段とを少なくとも含み、
前記予測制御手段は、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御手段であり、
前記移動平均出力制御手段は、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で用いて補正することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御手段である、
ことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明においては、バーストのスパイク領域初期（予測制御領域：Ｐ領域）において、前のバーストの同じパルス数の出力偏差ΔＥ(ib-1,is) を用いるばかりではなく、前のバーストの直前の制御電圧の結果Ｖstart （基準電圧）をも用いて、指令電圧値を定めているので、連続パルス発振（バースト）開始初期の急激な温度上昇に伴う特性の変化に追従できる。
【００３８】
また、スパイク領域初期に続く領域の制御（移動平均出力制御：Ｄ領域）において、露光装置の使用形態を前提にして、１か所に照射する移動積算パルス数Ｎs における移動平均出力値偏差ΔＤ(ib,is-1) を考慮した制御を行っているため、スキャナーによる露光量を安定化させることができる。
【００３９】
また、スパイク領域の後の通常の定常発振領域（Ｅ領域）制御中において比例係数Ｋを計算により求め、かつ、一定の割合で更新しているため、調整発振等を行う必要がなく、また、制御を乱すことなく、レーザ装置の特性の変化に対応することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置の実施形態を説明する。
【００４１】
図１に、本発明の出力制御方法を適用する露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置のブロック図を示す。
【００４２】
レーザ容器１より放出されたレーザ光の一部はビームスプリッタ２、３により出力モニタ４、波長モニタ５に導かれる。波長モニタ５に導光されたレーザ光は、波長並びにスペクトル線幅がモニタされ、測定データはコントローラ６に送出される。コントローラ６は、波長モニタ５より受け取ったデータの波長の値と所望の波長とを比較して狭帯域化モジュール７を駆動制御してレーザ光の波長の安定化を行う。
【００４３】
出力モニタ４に導光されたレーザ光は、出力がモニタされ、測定データはコントローラ６に送出される。
【００４４】
また、露光装置９は、所定の仕様に基き、バースト開始信号並びにバースト終了信号をコントローラ６に送出する。
【００４５】
コントローラ６は、露光装置９からのバースト開始信号並びにバースト終了信号に基き、高電圧パルス発生装置８からレーザ容器１内の放電電極に印加される高電圧パルスの繰返し周波数や回数を制御する。その際、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isをカウントし、出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値Ｅと、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【００４６】
そして、上記レーザ出力データや、予め記憶しておいた各種パラメータ（後述）に基き、以下に示すように、高電圧パルス発生装置８のコンデンサの充電電圧を制御して、バーストモードでの出力の一定化制御を行う。
【００４７】
ここで、上記コンデンサへの充電は、高電圧パルス発生装置８が具備する充電器（チャージャー）により行われる。この充電器によりコンデンサは任意の充電電圧に充電される、この充電電圧の制御がコントローラに６より行われる。
【００４８】
所望の充電電圧をＶとするとき、コントローラ６は、高電圧パルス発生装置８の充電器に指令電圧値Ｖ（＝充電電圧値）のデータを送出する。充電器は、この指令電圧値Ｖのデータに基き、コンデンサの充電電圧がＶとなるように供給する電力を制御する。
【００４９】
充電されたコンデンサの電荷は、高電圧パルス発生装置８が具備する放電用コンデンサ（いわゆるピーキング・コンデンサ）に移行し、放電用コンデンサよりレーザ容器１内の一対の主電極に高電圧が印加される。そして、その主電極間の電圧が絶縁破壊電圧に到達すると、主電極間で放電が開始し、放電用コンデンサに移行していた電荷が放電に供給され、レーザガスが励起され、レーザ発振が行われる。
【００５０】
すなわち、前記したように、レーザ出力は、高電圧パルス発生装置８に搭載されるコンデンサに蓄積される電気エネルギーを放電用コンデンサを介してレーザガスが充填されたレーザ容器１の放電空間に投入してレーザガスを励起することにより得られる。そのため、レーザ出力の値は、主電極間での放電電圧に依存する。放電電圧は充電電圧に比例することになる。すなわち、レーザ出力の値は指令電圧値Ｖに依存することになる。
【００５１】
そして、本発明の出力制御は、図２に示すように、充電電圧が一定の場合にはレーザ出力がレーザ発振開始直後急激に減少するバーストにおける制御領域をバースト初期から順に３つの制御領域（Ｐ，Ｄ，Ｅ）に分割して、各制御領域毎に別々の制御を行う。基本的に、Ｐ領域は数パルス程度、Ｄ領域は３０〜５０パルス程度の領域、Ｅ領域は残りのパルスの領域であり、定常発振領域である。これらの領域Ｐ，Ｄ，Ｅにおける基本的な制御内容は以下の通りである。
【００５２】
すなわち、制御対象パルスの属するバーストをib、バーストibにおけるパルス数をisとするとき、上記レーザパルス（ib，is）を発生させるための高電圧パルス発生装置８のコンデンサへの充電電圧値である指令電圧値Ｖ(ib,is) を設定する。
【００５３】
以下、各領域について説明する。
【００５４】
バースト開始直後の領域であるＰ領域は予測制御領域であり、このＰ領域では、Ｖ(ib,is) を以下に示す（１）、（２）式に基き設定する。
【００５５】
V(ib,is) = Vstart(ib-1) −dVp(ib,is) ・・・（１）
dVp(ib,is)＝dVp(ib-1,is)＋ K×ΔE(ib-1,is) ・・・（２）
ここで、各項は以下の通りである。
【００５６】
Vstart(ib-1)：基準電圧＝前回のバーストib-1終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
ΔE(ib-1,is)＝E(ib-1,is)−Es
：前回のバーストib-1における同じパルス数isのレーザ出力E(
ib-1,is)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
上記のVstartの具体的な算出方法は後述する。
【００５７】
（１）、（２）式の関係を図示すると、図３のようになる。ただし、この図では K×ΔＥ(ib-1,is) は負となっている。
【００５８】
すなわち、上記予測制御領域（Ｐ）においては、
前回のバーストib-1で用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、
前回のバーストib-1の出力結果Ｅ(ib-1,is) とエネルギー目標値Ｅｓの偏差ΔＥ(ib-1,is) とを用いて補正し［ｄVp(ib,is) ＝ｄVp(ib-1,is) ＋Ｋ・ΔＥ(ib-1,is) ］、
この補正値ｄVp(ib,is) と前回のバーストib-1の定常発振領域から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００５９】
なお、ｄVp(1b,is) は予め設定しておく。
【００６０】
次に、上記の予測制御領域Ｐに続く移動平均出力制御領域Ｄでは、Ｖ(ib,is) を以下に示す（３）、（４）、（５）式に基き設定する。
【００６１】
E(ib,k) ：バーストib中のｋ番目のレーザパルスのレーザ出力（エネルギー）値
Es：各レーザパルスの目標レーザ出力値（エネルギー目標値）
Ns：１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数（移動積算パルス数）
ΔD(ib,is-1)：パルス数is-1までの１パルス当たりの平均ドーズ量偏差（移動平均出力値偏差）
ΔE(ib,is-1)＝E(ib,is-1)−Es
：直前のパルス数is-1のレーザ出力値E(ib,is-1)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
Ａ：重み係数（移動平均出力偏差を用いた制御とレーザ出力値偏差を用い制御の割合、典型的には０．５）
である。
【００６２】
なお、移動平均出力値偏差ΔD(ib,is)を以下のように定めてもよい。
【００６３】
ΔD(ib,is-1)：パルス数is-1までのドーズ量偏差の目標ドーズ量に対する割合（移動平均出力値偏差）
である。
【００６４】
このＤ領域は、直前のレーザパルスのエネルギー目標値からの偏差のみならず、露光装置の使用形態における１チップ上の任意の一か所に照射されるパルス数での移動平均出力値のエラーに鑑みて充電電圧値を設定する。
【００６５】
例えば、（ａ）前回のバーストにおける指令電圧値をそのときの出力結果を基に補正する場合（例えば、従来の第１の制御方法の学習制御）と、（ｂ）今回のＤ領域の制御の場合の動作の相違例を図４に示す。
【００６６】
図の（ａ）の場合、前回のバーストの出力結果、すなわち、前回のバーストにおける各レーザ出力のエネルギー目標値からの出力偏差ΔＥに基いて指令電圧値Ｖ(ib,is) を制御しているので、そのとき移動平均出力値の目標値からの偏差ΔＤが許容範囲外にあったとしても対応できない。
【００６７】
一方、図の（ｂ）の場合、直前のレーザ出力値の目標値からの偏差ΔE(ib,is-1)とそのときの移動平均出力値の目標値からの偏差に対応する移動平均出力偏差ΔD(ib,is-1)の両方に基き、制御している。したがって、▲１▼、▲２▼、▲３▼のように直前のパルスエネルギーの目標値からの偏差が許容範囲内にあっても、指令電圧値Ｖ(ib,is) は変更され、移動平均出力値の目標値からの偏差ΔＤも許容範囲内に収められる。
【００６８】
すなわち、Ｄ領域においては、
今回のバーストibで用いられた直前のレーザパルス(is-1)の指令電圧値Vp(ib,is-1) を、
直前のレーザパルス数is-1までの移動平均出力値エラーΔD(ib,is-1)と、
同じく直前のレーザパルス（パルス数is-1）の出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率（Ａ：１−Ａ）で用いて補正して、
充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００６９】
次に、上記の移動平均出力制御領域Ｄに続くエネルギー制御領域Ｅでは、Ｖ(ib,is) を以下に示す（６）式に基き設定する。
【００７０】
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) −K ×ΔE(ib,is-1) ・・・（６）
ここで、
ΔE(ib,is-1)＝E(ib,is-1)−Es
：直前のレーザパルス（パルス数is-1）のレーザ出力値E(ib,is-1)のエネルギー目標値Esに対する偏差
K ：比例係数
である。
【００７１】
すなわち、Ｅ領域においては、
直前のレーザパルス（パルス数is-1）の指令電圧値Ｖ(ib,is-1) を、
出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正して、
充電電圧Ｖ(ib,is) を設定する。
【００７２】
ところで、上記したＰ領域、Ｄ領域、Ｅ領域における制御では何れも、設定充電電圧を補正するデータの一つとして、出力結果と目標出力との偏差ΔＥに、出力データを電圧データに変換する比例係数Ｋ＝（ｄＶ／ｄＥ）を乗じたデータを使用している。この比例係数Ｋは、例えばエキシマレーザ装置の場合、フッ素濃度の減少等によって変化するもので、バースト内の複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅを用いて、直線近似により計算する。
【００７３】
この直線近似には、例えば最小自乗法が用いられる。
【００７４】
ｎ：データの個数
である。
【００７５】
この比例係数Ｋは、下式に従って更新される。
【００７６】
Ｋ(ib+1)＝ (1-B)×Ｋ(ib)＋ B× calＫ(ib) ・・・（８）
ここで、
Ｋ(ib)：今回のバーストで使用された定数
calＫ(ib)：今回のバーストibにおける複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅデータを用いて、例えば、（７）式にて計算された比例係数
B：重み係数（今回のバーストで用いた比例係数と今回のバースト内の複数のデータから求めた比例係数との割合、典型的には０．１）
である。
【００７７】
Ｂ＝０．１とした場合、１０バースト分の比例係数を平均化したのに相当する。
【００７８】
すなわち、比例係数Ｋの更新（→Ｋ(ib+1)）は、
今回のバーストibで使用した比例係数Ｋ(ib)と、
今回のバーストibにおける複数個の指令電圧値Ｖに対する出力結果Ｅデータを用いて計算した比例係数 calＫ(ib)とを、
所定の比率（１−Ｂ：Ｂ）で加算することにより行われる。
【００７９】
また、前記したように、Ｐ領域における制御では、前のバーストib-1の終盤の定常発振領域における複数のパルスに対応する各充電電圧の設定値の平均値である基準電圧Ｖstart(ib-1) を設定充電電圧を補正するデータの一つとして使用している。この基準電圧Ｖstart(ib) は、以下のように計算される。
【００８０】
calＶstart(ib) ＝ΣＶ(ib,is) ／ｎ ・・・（９）
ここで、
ｎ：データの個数
である。
【００８１】
さらに、Ｖstart の更新には、２つの方法がある。第１の更新方法においては、Ｖstart は下式に従って更新される。
【００８２】
Ｖstart (ib+1)＝ calＶstart (ib) ・・・（１０）
ここで、
calＶstart (ib)：今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
である。
【００８３】
すなわち、第１の更新方法においては、今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値を計算して、次回のバーストib+1のＶstart(ib+1) として使用する。
【００８４】
Ｖstart の第２の更新方法においては、Ｖstart は下式に従って更新される。
【００８５】
Ｖstart (ib)：今回のバーストで使用されたＶstart
calＶstart(ib) ：今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値
Ｃ：重み係数（今回のバーストで用いたＶstart と今回のバースト内の複数のデータから求めたＶstart との割合、典型的には０．５）
である。
【００８６】
すなわち、第２の更新方法においては、
今回のバーストで使用した基準電圧Ｖstart(ib) と、
今回のバーストib終盤の定常発振領域における複数個の指令電圧値Ｖの平均値 calＶstart (ib)を計算して、
両者を、所定の比率（１−Ｃ：Ｃ）で加算することにより行われる。
【００８７】
さて、以上のような本発明の制御方法の全体の制御の流れを表すフローチャートを図５に示す。以下、順に説明する。
ｓｔｅｐ１
図１に示すコントローラ６に、初期パラメータが設定される。初期パラメータは、
Np：Ｐ領域でのパルス数（例えば、数パルス）
Nd：Ｄ領域でのパルス数
Ns：移動平均パルス数
Es：エネルギー目標値
Ａ：重み係数（移動平均出力制御の割合）
Ｂ：重み係数（比例係数更新の割合）
Ｃ：重み係数（基準電圧更新の割合）（第２の更新方法でＶstart を更新する場合）
である。
【００８８】
なお、第１回目のバースト（ib＝１）に用いられる以下のデータが記憶されている。
【００８９】
指令電圧値データV(0,is)
比例係数Ｋ(0)
基準電圧Vstart(0,is)
上記ｓｔｅｐ１の後、露光装置９よりバースト開始信号がコントローラ６に入力される。
ｓｔｅｐ２
バーストの番号が１つ更新される。
【００９０】
ib＝ ib ＋１
バースト内レーザパルス数isが１にリセットされ、パルス数のカウントが開始される。
【００９１】
is＝ 1
ｓｔｅｐ３
カウントされたバースト内パルス数とＮｐ（Ｐ領域でのパルス数）とが比較され、レーザパルス数がＰ領域にあるかどうか判断する。
【００９２】
is≦ Np のとき、ｓｔｅｐ４に移行する。
【００９３】
is＞ Np のとき、ｓｔｅｐ６に移行する。
ｓｔｅｐ４
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【００９４】
V(ib,is) = Vstart(ib-1) −dVp(ib,is) ・・・（１）
dVp(ib,is)＝dVp(ib-1,is)＋ K×ΔE(ib-1,is) ・・・（２）
コントローラ６は、上記指令電圧値をバーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、指令電圧値データV(ib,is)として記憶する。
【００９５】
そして、上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ５
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【００９６】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【００９７】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
移動平均出力偏差：ΔD(ib,is)
とを計算し記憶する。
【００９８】
出力偏差ΔE(ib,is)は次回のバーストib+1のＰ領域で使用され、
移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は今回のバーストibのＤ領域で使用される（ｓｔｅｐ７）。
【００９９】
そして、レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１００】
is＝is＋１
その後、再びｓｔｅｐ３へ移行し、更新されたレーザパルス数がＰ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ６
Ｐ領域を通過したレーザパルス数と、Np（Ｐ領域でのパルス数）とNd（Ｄ領域でのパルス数）とを加算した値とが比較され、レーザパルス数がＤ領域にあるかどうか判断する。
【０１０１】
is≦ Np ＋ Nd のとき、ｓｔｅｐ７に移行する。
【０１０２】
is＞ Np ＋ Nd のとき、ｓｔｅｐ９に移行する。
ｓｔｅｐ７
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【０１０３】
【０１０４】
上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ８
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【０１０５】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【０１０６】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
移動平均出力偏差：ΔD(ib,is)
とを計算し記憶する。
【０１０７】
出力偏差ΔE(ib,is)、移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は次回のレーザ発振（パルス数is+1）において使用される。なお、移動平均出力偏差ΔD(ib,is)は、今回のバーストibのＤ領域で使用される。
【０１０８】
レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１０９】
is＝ is ＋１
その後、再びｓｔｅｐ６へ移行し、更新されたレーザパルス数がＤ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ９
露光装置９からバースト終了信号ibset が入力されたかどうかを判断する。
【０１１０】
ibset 入力：Ｎｏのとき、ｓｔｅｐ１０に移行する。
【０１１１】
ibset 入力：Ｙｅｓのとき、ｓｔｅｐ１２に移行する。
ｓｔｅｐ１０
コントローラ６において、高電圧パルス発生装置８へ指令される指令電圧値が、以下の式に基き設定される。
【０１１２】
Ｖ(ib,is) = Ｖ(ib,is-1) −K ×ΔE(ib,is-1) ・・・（６）
コントローラ６は、上記指令電圧値をバーストの順番ib、バースト内でのパルス数isとを関連づけ、指令電圧値データV(ib,is)として記憶する。
【０１１３】
上記指令電圧値を基にレーザ発振が行われる。
ｓｔｅｐ１１
出力モニタ４によりレーザ出力が測定される。
【０１１４】
測定値は出力モニタ４よりコントローラ６へ送出され、コントローラ６は出力モニタ４より送られてくるレーザ出力値を、バーストの順番ib、バースト内でのパルス数isと関連づけ、レーザ出力データをＥ(ib,is) として記憶する。
【０１１５】
コントローラ６は、上記レーザ出力データＥ(ib,is) 、予め記憶しておいたエネルギー目標値Esとを用いて、
出力偏差：ΔE(ib,is)＝E(ib,is)−Es
を計算し記憶する。出力偏差ΔE(ib,is)は次回のレーザ発振（パルス数is+1）において使用される。
【０１１６】
レーザパルス数がバーストの番号が１つ更新される。
【０１１７】
is＝ is ＋１
その後、再びｓｔｅｐ９へ移行し、更新されたレーザパルス数がＥ領域にあるかどうか判断する。
ｓｔｅｐ１２
コントローラ６は、下式に基き比例係数Ｋを更新する。
【０１１８】
Ｋ(ib+1)＝ (1-B)×Ｋ(ib)＋ B× calＫ(ib) ・・・（８）
また、コントローラ６は、以下の何れかの式に基き、基準電圧Ｖstart を更新する。
【０１１９】
第１の更新方法
Ｖstart (ib+1)＝ calＶstart (ib) ・・・（１０）
第２の更新方法
【０１２０】
なお、上記ｓｔｅｐ９においては、露光装置からバースト終了信号ibset が入力されたかどうかを判断していたが、バーストにおけるパルス数であるＮtotal をｓｔｅｐ１で初期パラメータとして設定し、Ｎtotal とＰ領域、Ｄ領域を通過したレーザパルス数とを比較し、バーストの終了を判断してもよい。その場合は、ｓｔｅｐ９は図６に示すように変更し、
is≦Ｎtotal のとき、ｓｔｅｐ１０に移行する。
【０１２１】
is＞Ｎtotal のとき、ｓｔｅｐ１２に移行する。
【０１２２】
以上、本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の放電励起ガスレーザ装置の出力制御方法及び放電励起ガスレーザ装置においては、バーストのスパイク領域初期（予測制御領域：Ｐ領域）において、前のバーストの同じパルス数の出力偏差ΔＥ(ib-1,is) を用いるばかりではなく、前のバーストの直前の制御電圧の結果Ｖstart （基準電圧）をも用いて、指令電圧値を定めているので、連続パルス発振（バースト）開始初期の急激な温度上昇に伴う特性の変化に追従できる。
【０１２４】
また、スパイク領域初期に続く領域の制御（移動平均出力制御：Ｄ領域）において、露光装置の使用形態を前提にして、１か所に照射する移動積算パルス数Ｎs における移動平均出力値偏差ΔＤ(ib,is-1) を考慮した制御を行っているため、スキャナーによる露光量を安定化させることができる。
【０１２５】
また、スパイク領域の後の通常の定常発振領域（Ｅ領域）制御中において比例係数Ｋを計算により求め、かつ、一定の割合で更新しているため、調整発振等を行う必要がなく、また、制御を乱すことなく、レーザ装置の特性の変化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の出力制御方法を適用する１例の露光用ＡｒＦエキシマレーザ装置のブロック図である。
【図２】本発明において各バーストの出力制御領域を３つの領域に分割して別々に制御することを説明するための図である。
【図３】最初のＰ領域の予測制御を説明するための図である。
【図４】次のＤ領域の移動平均出力制御の動作と従来の学習制御の動作の相違例を示す図である。
【図５】本発明の出力制御方法の全体の制御の流れ表すフローチャートである。
【図６】変形例の制御の流れ表すフローチャートの変形部分を示す図である。
【図７】バーストモードを説明するための図である。
【図８】バーストモードにおいてレーザ発振開始直後の急激な出力減少の様子を示す図である。
【図９】スキャナーにおける露光の様子と１チップ上の各点のドーズ量を説明するための図である。
【符号の説明】
１…レーザ容器
２、３…ビームスプリッタ
４…出力モニタ
５…波長モニタ
６…コントローラ
７…狭帯域化モジュール
８…高電圧パルス発生装置
９…露光装置
Claims (6)
- 所定時間の連続パルス発振と所定時間の休止を繰り返すバースト動作モードで動作する放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法において、
前記レーザ出力制御は、レーザ媒質へエネルギーを注入するための高電圧パルス発生装置への指令電圧値を制御することにより行われ、
この指令電圧値の制御は、バースト当初の予測制御モードと、それに続く移動平均出力制御モードとを少なくとも含み、
前記予測制御モードは、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御モードであり、
前記移動平均出力制御モードは、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で加算することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御モードである、
ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法。 - 前記移動平均出力制御モードに続いて、
今回の連続パルス発振のis-1番目のパルスの指令電圧値Ｖ(ib,is-1) を、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)を用いて補正して今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定するエネルギー制御モードを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法。 - 前記予測制御モード、及び、前記移動平均出力制御モードにおけるパルスの出力結果とエネルギー目標値との偏差ΔE を電圧値に変換するのに使用される比例係数Ｋを、所定時間の連続パルス発振が終了する毎に更新することを特徴とする請求項１又は２記載の放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法。
- 前記比例係数Ｋの更新は、今回の連続パルス発振時に使用した比例係数Ｋ(ib)と、今回の連続パルス発振時において設定した複数個の指令電圧値に対する出力結果のデータを用いて計算した比例係数 calＫ(ib)とを所定の比率で加算して次回の連続パルス発振時の比例係数Ｋ(ib ＋１) とすることにより行われることを特徴とする請求項３記載の放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法。
- 連続パルス発振終了後次回の連続パルス発振時に、前記予測制御モードにおいて使用される基準電圧Ｖstart(ib＋１) が、今回の連続パルス発振時において使用した基準電圧Ｖstart(ib) と、今回の連続パルス発振時の終盤における複数個の指令電圧値の平均値 calＶstart (ib)とを所定の比率で加算することにより定められることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の放電励起ガスレーザ装置のレーザ出力制御方法。
- レーザガスが充填され放電空間を有するレーザ容器と、この放電空間に高電圧パルスを印加することにより放電エネルギーを投入して前記レーザガスを励起する高電圧パルス発生装置と、レーザ出力を測定するレーザ出力モニタと、出力モニタからの出力データを基に前記電圧パルス発生装置への指令電圧値を設定するコントローラとを有する放電励起ガスレーザ装置において、
このコントローラは、バースト当初の予測制御手段と、それに続く移動平均出力制御手段とを少なくとも含み、
前記予測制御手段は、各連続パルス発振初期の所定数のパルスに対し、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスに用いられた電圧補正量ｄVp(ib-1,is) を、前回の連続パルス発振時のis番目のパルスの出力結果E(ib-1,is)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib-1,is)を用いて補正し、この補正値ｄVp(ib,is) と前回の連続パルス発振時終盤の複数個の指令電圧値から求めた基準電圧Vstart(ib-1)とを用いて今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する予測制御手段であり、
前記移動平均出力制御手段は、今回の連続パルス発振時のis-1番目のパルスに用いられた指令電圧値V(ib,is-1)を、放電励起ガスレーザ装置の使用形態で決まる移動積算パルス数をNsとするとき、is-Ns 番目（この整数が０以下になる場合は１番目）からis-1番目までの移動平均出力値偏差ΔD(ib,is-1)と、is-1番目のパルスの出力結果E(ib,is-1)とエネルギー目標値Esとの偏差ΔE(ib,is-1)とを所定の比率で用いて補正することにより、今回の連続パルス発振のis番目のパルスに用いる指令電圧値V(ib,is)を設定する移動平均出力制御手段である、
ことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
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