JP3888673B2 - 露光用フッ素分子レーザシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光用フッ素分子レーザシステムに関し、特に、２ステージレーザ方式の露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
７０ｎｍ以下の刻印幅の半導体集積回路を半導体上に実現するための露光技術において、波長１６０ｎｍ以下の露光用光源が要求されている。そして現在、波長１５７ｎｍ付近の紫外線を放出するＦ2 （フッ素分子）レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【０００３】
Ｆ2 レーザ装置には、図１６に示すように、主な発振波長が２つあり（λ1 ＝157.6299nm，λ2 ＝157.5233nm：Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 1986 ）、そのスペクトル線幅（ＦＷＨＭ：半値全幅）は約１ｐｍ程度である。上記２つの発振線の強度比Ｉ（λ1 ）／Ｉ（λ2 ）は約７である。通常、露光には強度の強い波長λ1 （＝157.6299nm）の発振ラインが用いられる。
【０００４】
ところで、半導体露光技術には大きく分けて以下の２種類ある。
【０００５】
１）屈折系(dioptric system) を用いるもの
２）反射屈折系(catadioptric system) を用いるもの
反射屈折光学系を露光技術に用いると、色収差の発生が抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置が現状１５７ｎｍ付近の波長域では有望視されている。ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の光軸調整が困難である。
【０００６】
これに対して、屈折系は従来の半導体露光装置に一般的に用いられていた投影光学系である。半導体露光技術では、光学系内での色収差補正方法が１つの大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって色収差補正を実現してきた。ただし、１５７ｎｍ付近の波長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類には制限があり、現状ではＣａＦ2 以外は使用できない状況にある。
【０００７】
したがって、屈折系の露光装置の光源としてのＦ2 レーザ装置には狭帯域化が要請される。具体的には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を０．３ｐｍ以下に狭帯域化することが要求される。
【０００８】
一方、露光用光源として、Ｆ2 レーザ装置に要求される平均出力は、例えば、２０Ｗである。すなわち、Ｆ2 レーザ装置の繰り返し周波数が２ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは１０ｍＪであり、繰り返し周波数が４ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは５ｍＪとなる。
【０００９】
しかしながら、例えば狭帯域化手段としてレーザ共振器内にエタロンを配置するとき、出力５〜１０ｍJ のレーザ出力を得ようとすると、エタロンのコーティングにダメージが発生するので、エタロンとしては、コーティングなしのものを使用せざるを得なかった。そのため、スペクトル線幅も狭くすることができなかった。また、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）成分が多いため、線幅も０．４〜０．６ｐｍと余り狭くならない。すなわち、パルスエネルギー５〜１０ｍＪで狭帯域化を行うことは困難である。
【００１０】
以上のような状況により、スペクトル線幅が０．３ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得るには、例えば、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージレーザシステムを採用すればよい。すなわち、発振段レーザで低出力ではあるがスペクトル線幅が０．３ｐｍ以下であるレーザビームを発生させ、このレーザビームを増幅段レーザで増幅して、スペクトル線幅が０．３ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得ることができる。
【００１１】
２ステージレーザシステムの構成例には、インジェクション・ロック（Injection Locking ）方式及びＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式がある。インジェクション・ロック方式は、増幅段レーザにレーザ共振器を備える構成であり、増幅段レーザには不安定共振器を用いる。ＭＯＰＡ方式は、増幅段レーザにレーザ共振器を持たない構成である。ＭＯＰＡ方式ではこのように増幅段レーザにレーザ共振器を持たないため、発振段レーザからのレーザビームの１パス増幅器として機能する。
【００１２】
発振段レーザの狭帯域化素子としては、１個又はそれ以上のビーム拡大兼分散プリズム群とグレーティングの組み合わせ、又は、エタロンと全反射鏡の組み合わせ等を用いる。以下に、インジェクション・ロック方式及びＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す。
【００１３】
図１７（ａ）は、インジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子としてプリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合、図１７（ｂ）は、インジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合、図１８（ａ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であって、狭帯域化素子としてプリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合、図１８（ｂ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であって、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合をそれぞれ示す。図中、符号１０は発振段レーザ、２０は増幅段レーザ、１は発振段レーザ１０のレーザチェンバ、１’は増幅段レーザ２０のレーザチェンバ、２は狭帯域化モジュール（狭帯域化素子）、３は発振段レーザ１０の出力鏡、４は発振段レーザ１０のレーザビームを制限するアパーチャ、５は狭帯域化モジュール２を構成する回折格子、６は狭帯域化モジュール２を構成するビーム拡大兼分散プリズム、７は増幅段レーザ２０の不安定共振器を構成する凹面ミラー、８は増幅段レーザ２０の不安定共振器を構成する凸面ミラー、９は発振段レーザ１０と増幅段レーザ間に介在する反射ミラー、１１は狭帯域化モジュール２を構成するエタロン、１２は狭帯域化モジュール２を構成する全反射鏡である。
【００１４】
ここでは、図１７（ａ）のインジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子２としてプリズム６と回折格子５を使用する場合の構成を例とって説明する。発振段レーザ１０は、レーザシステムのシードレーザ（種レーザ光）発生部としての機能を有する。増幅段レーザ２０は、そのシードレーザを増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１０のスペクトル特性により、レーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。そして、増幅段レーザ２０によってレーザシステムからのレーザ出力（エネルギー又はパワー）が決定される。発振段レーザ１０には、拡大プリズム６、回折格子５を含む狭帯域化モジュール２が搭載されており、スペクトルが狭帯域化されたレーザが発振段レーザ１０より出力される。
【００１５】
なお、狭帯域化モジュール２を、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）に示すように、エタロン１１と全反射鏡１２とから構成してもよい。
【００１６】
発振段レーザ１０からのレーザビーム（シードレーザビーム）は、反射ミラー９等を含むビーム伝播系により増幅段レーザ２０へ導かれ、注入される。インジェクション・ロック方式（図１７）では、小入力でも増幅できるように、増幅段には、凹面ミラー７と凸面ミラー８からなり、例えば倍率が３倍以上の不安定型共振器が採用される。
【００１７】
増幅段レーザ１０の不安定共振器の凹面ミラー７には穴が開いており、この穴を通して導入されたシードレーザビームは凸面ミラー８で矢印のように反射して拡大され、レーザチェンバ１’の放電部を有効に通過しレーザビームのパワーが増大する。そして、凸面ミラー８からレーザが出射される。凹面ミラー７の中心部には空間的穴が施してあり、周囲には高反射率ミラーコートが施されている。凸面ミラー８の中心部には高反射率ミラーコートが施され、周囲のレーザ出射部には反射防止コートが施されている。凹面ミラー７の穴は空間的に開いているのではなく、穴部のみ反射防止コートが施されたミラー基板を用いてもよい。また、ミラーに透過部を持たせない不安定共振器を用いてもよい。
【００１８】
フッ素分子レーザの場合、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０共、バッファガスとして、Ｈｅ又はＮｅ又はそれらの混合ガスを用いる。また、必要に応じてＸｅも添加する。
【００１９】
図１９に、２ステージレーザ方式のＦ2 レーザ装置のレーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変化の関係の模式図を示す。図中、横軸のｔは時間、縦軸のＩは強度、Δλはスペクトル線幅を示す。この図１９のパルス波形において、スペクトル線幅Δλは時間ｔの経過に伴なって（すなわち、共振器内のラウンドトリップの回数が多くなるにつれて）細くなる。従来の狭帯域化レーザでは、スペクトル線幅は積分値となるが、２ステージレーザ方式では、瞬時の線幅が狭くなったパルス後半部のものを取り出し、この線幅を維持したまま、出力のみ増幅することができ、ＡＳＥ成分を低減させることができる。
【００２０】
したがって、このような２ステージレーザ方式を用いることにより、高出力と超狭帯域を同時に達成することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
Ｆ2 レーザ装置を露光用光源として用いる場合、スペクトル純度が重要となる。この「スペクトル純度」とは、スペクトルエネルギーの集中度に関する１つの指標であり、スペクトル波形の「ある面積比率」を含む線幅を言う。例えば、一般によく使われる「９５％純度」とは、図２０に示すように、そのスペクトル波形の全面積の中、中心側から９５％の面積を含む線幅を意味する。
【００２２】
ところで、Ｆ2 レーザ装置は、Ｈｅバッファー時とＮｅバッファー時では中心波長が異なるため、例えば発振段レーザをＮｅバッファー、増幅段レーザをＨｅバッファーとしてそのまま発振させると、図２１（ａ）に示すように、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とがずれた状態で同期されてしまう。Ｆ2 レーザは元々、ＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマレーザと比べて線幅が狭いため、図２１（ｂ）に示すように、この中心波長のずれは増幅後のレーザビームのスペクトル純度の悪化に繋がってしまう。
【００２３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、２ステージレーザ方式の露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせてスペクトル純度が小さく線幅の狭いレーザビームを発振させるようにすることである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の露光用フッ素分子レーザシステムは、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明においては、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように構成したので、露光用フッ素分子レーザシステムの超狭帯域化が達成され、スペクトル純度も良好となる。
【００２６】
なお、本発明において、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とは、インジェクション・ロックの場合は、文字通り増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を意味し、ＭＯＰＡ方式の場合は、増幅段レーザの何れかの主な発振波長（図１６）近傍の最も利得の高い波長を意味する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の露光用フッ素分子レーザシステムをいくつかの実施例に基づいて説明する。
【００２８】
図１に、インジェクション・ロック方式を採用した場合の１つの実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図を示す。
【００２９】
図１の構成と作用を説明する前に、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の波長ずれの原因について説明しておく。
【００３０】
中心波長がずれる原因は、以下の通りである。
【００３１】
第１の原因は、バッファーガスの相違である。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のバッファーガスが異なること（例、発振段レーザ：Ｎｅバッファー、増幅段レーザ：Ｈｅバッファー）により、図２１に示すような中心波長のずれが起こる。発振段レーザ１０である狭帯域化レーザは、スペクトルの狭帯域化のためにはロングパルス化が可能で、狭帯域化素子をより多く利用できるＮｅバッファーの使用が有利である。また、増幅段レーザ２０は高出力を得るためにＨｅバッファーの使用が有利である。バッファーガスがＨｅの場合とＮｅの場合では、封入圧力が等しいとき、中心波長は、図２に示すように約０．３２〜０．３６ｐｍずれる。
【００３２】
中心波長がずれる第２の原因は、封入ガス圧力の相違である。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のバッファーガスが同じでも、ガス圧が異なることによって中心波長のずれが起こる。図３に示すように、圧力が高いと、中心波長は長くなる。
【００３３】
中心波長がずれる第３の原因に、狭帯域化ユニットにおける波長選択のずれがある。例えば、インジェクションロック方式で、発振段レーザ１０側を単独で発振させたときの中心波長に対して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が狭帯域化素子の選択波長のずれに起因して中心波長がずれることになる。
【００３４】
また、以上の第１から第３の原因が２つ以上複合して中心波長のずれが起こる。
【００３５】
その他、（１）レーザガス中のフッ素分圧、（２）放電電圧（電極への印加電圧）、（３）ガス温度等が原因になり得るが、（１）、（２）による中心波長のずれはほとんど無視できるくらい小さかった。また、（３）の温度は、レーザチェンバの容積が一定なので、結局、圧力による中心波長のずれと同等となる。
【００３６】
さて、図１に戻って、このインジェクション・ロック方式を採用した露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザ１０は、レーザチェンバ１と、その両端に配置されて共振器を構成する狭帯域化ユニット（モジュール）２及び出力鏡３と、レーザビームを制限するアパーチャ４、４とからなり、増幅段レーザ２０は、レーザチェンバ１’と、その両端に配置されて共振器を構成する反射鏡１３と、出力鏡１４とからなる。ここで、増幅段レーザ２０に不安定共振器を用いる場合には、反射鏡１３には凹面ミラー、出力鏡１４には凸面ミラーが採用される。また、発振段レーザ１０の狭帯域化ユニット２としては、図１７、図１８に示したような、プリズム６と回折格子５を使用するもの、エタロン１１と全反射鏡１２を使用するもの何れであってもよい。
【００３７】
そして、図１の場合、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間にビームスプリッタ１５が配置され、また、そのビームスプリッタ１５と反射鏡１３の間にシャッター１６が配置され、さらに、増幅段レーザ２０の出力側に別のビームスプリッタ１７が配置されている。
【００３８】
ビームスプリッタ１５で取り出された発振段レーザ１０からのレーザビームはモニタ２１に入射し、ビームスプリッタ１７で取り出された増幅段レーザ２０からのレーザビームはモニタ２２に入射し、モニタ２１、２２からの出力信号は、コントローラ２３に入力し、コントローラ２３からの制御信号は狭帯域化ユニット２とガスユニット２４に送られ、ガスユニット２４はレーザチェンバ１とレーザチェンバ１’のガス圧を制御するようになっている。
【００３９】
このような構成において、中心波長同調の制御方法について説明する。
【００４０】
波長の調整には、以下の３つの方法がある。発振段レーザ１０の中心波長をλ１、増幅段レーザ２０の中心波長をλ２とするとき、
▲１▼λ１固定、λ２制御
▲２▼λ１制御、λ２固定
▲３▼λ１制御、λ２制御
まず、発振段レーザ１０側の波長λ１を固定し、増幅段レーザ２０側の波長を制御して同調する場合について説明する。そのためには、増幅段レーザ２０のガス圧等を制御して波長を合わせる。
【００４１】
まず、図１の構成において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００４２】
そして、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではない増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００４３】
ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ１、λ２を検出可能なモニタである。
【００４４】
コントローラ２３は受信したデータを基に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００４５】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００４６】
続いて、λ２＝λ１となるように、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を調整する。波長λ２の調整は、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内ガスの圧力を制御することにより以下のように行う。
・λ２＞λ１の場合
先に述べた通り、レーザチェンバ１’内のガス圧力が高いと、中心波長は長波長側にシフトするので、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図４に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、波長λ１に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＜λ１の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図４に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、波長λ１に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００４７】
ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０において、バッファーガス種が同一である場合は、本制御の結果、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一方、バッファーガス種が異なる場合は、本制御の結果、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は相違することになる。
【００４８】
上記制御方法は、シャッター１６を用いて増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、増幅段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２を検出することができない。すなわち、本制御方法は、インジェクション・ロック方式の２ステージレーザにのみ適用できる。
【００４９】
別の実施例を図５の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図を参照にして説明する。この実施例は、インジェクション・ロック方式を採用した露光用フッ素分子レーザシステムであるが、増幅段レーザ２０の共振器を構成する反射鏡１３と出力鏡１４を省いてＭＯＰＡ方式としてもよい。
【００５０】
この図５の実施例においては、図１の構成と異なるのは、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間のシャッター１６が省かれている点だけで、制御方法が異なる。すなわち、この実施例では、発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行うものである。
【００５１】
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００５２】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラに送信する。
【００５３】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１も検出可能なモニタである。
【００５４】
コントローラ２３は受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1と増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を算出し、両者を比較する。
【００５５】
その結果に基づくガス圧の調整は、以下の２つの方法がある。
（１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０側圧力制御
（２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０側圧力固定
ここでは、増幅段レーザ２０側圧力制御する場合について説明する。コントローラ２３はガスユニット２４を制御して発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００５６】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ×Δλp1（Ａ＝１〜３程度）となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。通常、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームには、増幅段レーザ２０で発生するＡＳＥ成分が含まれる。したがって、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3は、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1より大きくなることが多い。本発明者の実験により、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームが露光に十分使用可能なスペクトル線幅に狭帯域化されているとき、その純度Δλp3は、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の１〜３倍程度の何れかの値であることが分った。
【００５７】
この場合のガス圧制御の方法について説明する。図６に示すように、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００５８】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００５９】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６０】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６１】
上記したように、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3をモニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図５に示すように、シャッターを設ける必要はない。
【００６２】
すなわち、本制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式（反射鏡１３と出力鏡１４を省いた構成）に対しても適用できる。
【００６３】
なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、上記したような９５％純度であるが、これに限るものではない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ310%であってもよい。ここで言う「スペクトル１０％線幅」とは、図７に示すように、スペクトル波形のピーク強度の１０％となる位置でのスペクトル線幅を言う。なお、スペクトル１０％線幅の代わりに、スペクトルのピーク強度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わない。これらの場合には、上記係数Ａは、前記のＡ＝１〜３程度とは必ずしもならない。
【００６４】
図５で説明した例では、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1（あるいは、Δλ110%等）と増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3（あるいは、Δλ310%等）を算出し、両者を比較していたが、増幅後の増幅段レーザ２０からから放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3（あるいは、Δλ310%等）のみを算出し、図８に示すように、これが最小となるように増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を制御するようにしてもよい。
【００６５】
次に、上記の発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行う実施例の変形例を説明する。この実施例は、理想スペクトル純度Δλo と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較するものである。
【００６６】
そのためには、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの理想純度を予め計算しておき、コントローラ２３に記憶しておく。
【００６７】
理想純度Δλo の導出の際には、スペクトル波形としてガウシアン関数、
Ｉ＝ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｋg ）
又は、ローレンツ関数、
Ｉ＝１／（１＋ｘ2 ／ｋl ）
を用いる。ここで、Ｉはスペクトル強度、ｘは波長、ｋg 、ｋl は定数である。例えばＦＷＨＭが０．２ｐｍのスペクトル波形を考えると、ｋg ＝-1.443×10-26 、ｋl ＝ 1×10-26 となる。
【００６８】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００６９】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００７０】
ここでのモニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである。また、モニタ２２はスペクトル純度Δλp3を検出可能なモニタである。
【００７１】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００７２】
コントローラ２３は、記憶しておいたデータと受信したデータを基に、理想純度Δλo と増幅後スペクトル純度Δλp3を比較する。
【００７３】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Δλo となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ内のガス圧を制御する。
【００７４】
この場合のガス圧制御の方法について説明する。図９に示すように、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２増やす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。
【００７５】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。
【００７６】
以上のように、この実施例では、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3モニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッター１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１も必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルになる。
【００７７】
次に、発振段スペクトル純度左右比率Δλp1short ／Δλp1longと増幅後スペクトル純度左右比率Δλp3short ／Δλp3longの比較を行う実施例について説明する。
【００７８】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００７９】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００８０】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである
コントローラ２３は、受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp1short と長波長側（右側）の純度Δλp1longを算出する。また、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度Δλp3longを算出する。
【００８１】
ここで言う「中心波長」とは、スペクトル波形の強度がピークとなる波長、又は、半値強度における波長の中心値を言う。そして、短波長側（左側）の純度Δλp short と長波長側（右側）の純度Δλp longとは、図１０に示すように、それぞれ中心波長より短波長側（左側）、長波長側（右側）のスペクトル波形の全面積の中、中心側から９５％の面積を含む線幅を意味する。
【００８２】
コントローラ２３は、Δλp1short ／Δλp1long、Δλp3short ／Δλp3longの値を算出する。
【００８３】
そして、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２を制御して発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００８４】
この圧力一定化により、発振段レーザ１０におけるΔλp1short ／Δλp1longの値も固定される。
【００８５】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3short ／Δλp3long＝Δλp1short ／Δλp1longとなるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。
【００８６】
この場合のガス圧制御の方法を説明する。
・Δλp3short ／Δλp3long＞Δλp1short ／Δλp1longの場合
この状態は、図１１（ａ）に示すように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が短波長側に存在する状態である。したがって、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・Δλp3short ／Δλp3long＜Δλp1short ／Δλp1longの場合
この状態は、図１１（ｂ）に示すように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が長波長側に存在する状態である。したがって、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００８７】
この実施例においては、上記したように、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度Δλp3longをモニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッター１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１も必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルになる。
【００８８】
次に、図１の発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間にシャッター１６を設けた配置で、発振段レーザ１０の中心波長λ１を制御する例と、発振段レーザ１０の中心波長λ１、増幅段レーザ２０の中心波長λ２を共に制御する例とを説明する。
【００８９】
図１において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００９０】
発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではない増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００９１】
ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ１、λ２を検出可能なモニタである。
【００９２】
コントローラ２３は受信したデータを基に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００９３】
コントローラ２３は、λ２＝λ１となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの波長中心λ２、又は、その両方を調整する。波長の調整は、それぞれのガス圧を制御することにより行う。
【００９４】
波長の調整には、前記のように、
▲１▼λ１固定、λ２制御
▲２▼λ１制御、λ２固定
▲３▼λ１制御、λ２制御
の３つの方法があるが、▲１▼については、前記したので、▲２▼λ１制御、λ２固定と▲３▼λ１制御、λ２制御の場合のガス圧制御の方法を説明する。
【００９５】
まず、▲２▼λ１制御、λ２固定の場合について、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にし、シャッター１６を閉状態で増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長がλ２となるように固定する。
【００９６】
続いて、λ１＝λ２となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を調整する。波長λ１の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより行う。そのガス圧制御の方法は、
・λ１＞λ２の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１３に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らして、波長λ２に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ１＜λ２の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やして、波長λ２に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００９７】
また、▲３▼λ１制御、λ２制御の場合は、コントローラ２３は目標波長λ０を予め記憶しておく。
【００９８】
続いて、λ１＝λ２＝λ０となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を調整する。波長λ１、λ２の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内ガスの圧力を制御することにより行う。なお、中心波長λ２を制御する際は、シャッター１６を閉状態にする。そのガス圧制御の方法は、
・λ１＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１４に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らして、目標波長λ０に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。・λ１＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やして、目標波長λ０に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１５に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、目標波長λ０に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＜λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、目標波長λ０に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００９９】
上記制御方法は、シャッター１６を用いて、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、増幅段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２を検出することができない。したがって、この実施例の制御方法は、インジェクション・ロック方式の２ステージレーザにのみ適用できる。
【０１００】
ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０において、バッファーガス種が同一である場合は、上記の制御の結果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一方、バッファーガス種が異なる場合は、上記制御の結果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０のそれぞれレーザチェンバ１、１’内圧力は相違するのが一般的である。
【０１０１】
次に、発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較する別の実施例を説明する。
【０１０２】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１０３】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１０４】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである
コントローラ２３は受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1と増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を算出し、両者を比較する。
【０１０５】
なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、前記したような９５％純度であるが、これに限るものではない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ310%であってもよい。あるいは、スペクトルのピーク強度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わない。
【０１０６】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【０１０７】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ×Δλp1（あるいは、Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ＝1 〜５程度）となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。ここで、Ａ＝１〜３程度とした理由は、前記で説明したのと同様である。
【０１０８】
ガス圧の調整は、前記のように、
（１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０側圧力制御
（２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０側圧力固定
の２つの方法があるが、（１）はすでに説明したので、（２）について説明する。
【０１０９】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にする。
【０１１０】
続いて、Δλp3＝Ａ×Δλp1（あるいは、Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ＝1 〜５程度）となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1（あるいは、Δλ110%等）を調整する。スペクトル純度の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより行う。
【０１１１】
そのガス圧制御の方法としては、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やす。
【０１１２】
圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１３】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１４】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らす。
【０１１５】
圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１６】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１７】
最後に、狭帯域化ユニット２における波長選択のずれがある場合に、発振段レーザ１０側の波長、増幅段レーザ２０側の波長を制御して同調する実施例を説明する。
【０１１８】
図５において、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１１９】
ここでのモニタ２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。
【０１２０】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にする。
【０１２１】
発振段レーザ１０の狭帯域化ユニット２中のレーザ狭帯域化素子（グレーティング等）の波長同調により、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλ3 が最小になるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの波長を調整する。これは、発振段レーザ１０側の波長を増幅段レーザ２０側の波長に合わせることを意味する。
【０１２２】
狭帯域化ユニット２での波長同調の方式として、プリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合（図１７（ａ）、図１８（ａ））は、グレーティングの回転にて行う。プリズムとグレーティングの狭帯域化モジュール内に反射ミラーが折り返しミラーとして設置されている場合は、そのミラーの回転で制御する。また、折り返しミラーとグレーティング両方を用いて中心波長制御を行ってもよい。
【０１２３】
狭帯域化ユニット２での波長同調の方式として、エタロンを用いる場合（図１７（ｂ）、図１８（ｂ））は、エタロンの回転、使用されるエタロンがエアギャップエタロンの場合はエタロンの回転又はエタロンの置かれている雰囲気圧力の変化（雰囲気屈折率変化）によって波長同調を行う。
【０１２４】
以上、本発明の露光用フッ素分子レーザシステムをいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によると、露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージ方式を採用するに際し、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とが一致するよう制御するので、露光用フッ素分子レーザシステムの超狭帯域化が達成され、スペクトル純度も良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図である。
【図２】フッ素分子レーザにおいてバッファーガスがＨｅの場合とＮｅの場合に中心波長がずれることを示すスペクトル図である。
【図３】フッ素分子レーザにおいて封入ガス圧力による中心波長のずれを示す図である。
【図４】発振段レーザの中心波長を固定し増幅段レーザの中心波長を制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図５】別の実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図である。
【図６】発振段スペクトル純度に対して増幅後スペクトル純度の比較を行う場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図７】スペクトル１０％線幅を説明するための図である。
【図８】増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル純度が最小となるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図９】理想スペクトル純度と増幅後スペクトル純度を比較して増幅後スペクトル純度が最小となるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１０】短波長側の純度と長波長側の純度を説明するための図である。
【図１１】発振段レーザから放出されるレーザビームに対して増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長がずれている場合に増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル波形を示す図である。
【図１２】発振段スペクトル純度左右比率と増幅後スペクトル純度左右比率を比較して両者を一致させるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１３】増幅段レーザの中心波長を固定し発振段レーザの中心波長を制御する場合の発振段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１４】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共に制御する場合の発振段レーザのガス圧力を制御して目標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１５】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共に制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して目標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１６】フッ素分子レーザの主な発振波長を示す図である。
【図１７】インジェクション・ロック方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す図である。
【図１８】ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す図である。
【図１９】２ステージレーザ方式のフッ素分子レーザのレーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変化の関係の模式図である。
【図２０】９５％純度を説明するための図である。
【図２１】発振段レーザと増幅段レーザの中心波長がずれた状態での増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル波形を示す図である。
【符号の説明】
１…発振段レーザのレーザチェンバ
１’…増幅段レーザのレーザチェンバ
２…狭帯域化モジュール、狭帯域化素子、狭帯域化ユニット
３…発振段レーザの出力鏡
４…発振段レーザのアパーチャ
５…回折格子
６…ビーム拡大兼分散プリズム
７…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凹面ミラー
８…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凸面ミラー
９…反射ミラー
１０…発振段レーザ
１１…エタロン
１２…全反射鏡
１３…増幅段レーザの共振器を構成する反射鏡
１４…増幅段レーザの共振器を構成する出力鏡
１５…ビームスプリッタ
１６…シャッター
１７…ビームスプリッタ
２０…増幅段レーザ
２１…モニタ
２２…モニタ
２３…コントローラ
２４…ガスユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光用フッ素分子レーザシステムに関し、特に、２ステージレーザ方式の露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
７０ｎｍ以下の刻印幅の半導体集積回路を半導体上に実現するための露光技術において、波長１６０ｎｍ以下の露光用光源が要求されている。そして現在、波長１５７ｎｍ付近の紫外線を放出するＦ2 （フッ素分子）レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【０００３】
Ｆ2 レーザ装置には、図１６に示すように、主な発振波長が２つあり（λ1 ＝157.6299nm，λ2 ＝157.5233nm：Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 1986 ）、そのスペクトル線幅（ＦＷＨＭ：半値全幅）は約１ｐｍ程度である。上記２つの発振線の強度比Ｉ（λ1 ）／Ｉ（λ2 ）は約７である。通常、露光には強度の強い波長λ1 （＝157.6299nm）の発振ラインが用いられる。
【０００４】
ところで、半導体露光技術には大きく分けて以下の２種類ある。
【０００５】
１）屈折系(dioptric system) を用いるもの
２）反射屈折系(catadioptric system) を用いるもの
反射屈折光学系を露光技術に用いると、色収差の発生が抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置が現状１５７ｎｍ付近の波長域では有望視されている。ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の光軸調整が困難である。
【０００６】
これに対して、屈折系は従来の半導体露光装置に一般的に用いられていた投影光学系である。半導体露光技術では、光学系内での色収差補正方法が１つの大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって色収差補正を実現してきた。ただし、１５７ｎｍ付近の波長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類には制限があり、現状ではＣａＦ2 以外は使用できない状況にある。
【０００７】
したがって、屈折系の露光装置の光源としてのＦ2 レーザ装置には狭帯域化が要請される。具体的には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を０．３ｐｍ以下に狭帯域化することが要求される。
【０００８】
一方、露光用光源として、Ｆ2 レーザ装置に要求される平均出力は、例えば、２０Ｗである。すなわち、Ｆ2 レーザ装置の繰り返し周波数が２ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは１０ｍＪであり、繰り返し周波数が４ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは５ｍＪとなる。
【０００９】
しかしながら、例えば狭帯域化手段としてレーザ共振器内にエタロンを配置するとき、出力５〜１０ｍJ のレーザ出力を得ようとすると、エタロンのコーティングにダメージが発生するので、エタロンとしては、コーティングなしのものを使用せざるを得なかった。そのため、スペクトル線幅も狭くすることができなかった。また、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）成分が多いため、線幅も０．４〜０．６ｐｍと余り狭くならない。すなわち、パルスエネルギー５〜１０ｍＪで狭帯域化を行うことは困難である。
【００１０】
以上のような状況により、スペクトル線幅が０．３ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得るには、例えば、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージレーザシステムを採用すればよい。すなわち、発振段レーザで低出力ではあるがスペクトル線幅が０．３ｐｍ以下であるレーザビームを発生させ、このレーザビームを増幅段レーザで増幅して、スペクトル線幅が０．３ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得ることができる。
【００１１】
２ステージレーザシステムの構成例には、インジェクション・ロック（Injection Locking ）方式及びＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式がある。インジェクション・ロック方式は、増幅段レーザにレーザ共振器を備える構成であり、増幅段レーザには不安定共振器を用いる。ＭＯＰＡ方式は、増幅段レーザにレーザ共振器を持たない構成である。ＭＯＰＡ方式ではこのように増幅段レーザにレーザ共振器を持たないため、発振段レーザからのレーザビームの１パス増幅器として機能する。
【００１２】
発振段レーザの狭帯域化素子としては、１個又はそれ以上のビーム拡大兼分散プリズム群とグレーティングの組み合わせ、又は、エタロンと全反射鏡の組み合わせ等を用いる。以下に、インジェクション・ロック方式及びＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す。
【００１３】
図１７（ａ）は、インジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子としてプリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合、図１７（ｂ）は、インジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合、図１８（ａ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であって、狭帯域化素子としてプリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合、図１８（ｂ）は、ＭＯＰＡ方式の場合であって、狭帯域化素子としてエタロンを使用する場合をそれぞれ示す。図中、符号１０は発振段レーザ、２０は増幅段レーザ、１は発振段レーザ１０のレーザチェンバ、１’は増幅段レーザ２０のレーザチェンバ、２は狭帯域化モジュール（狭帯域化素子）、３は発振段レーザ１０の出力鏡、４は発振段レーザ１０のレーザビームを制限するアパーチャ、５は狭帯域化モジュール２を構成する回折格子、６は狭帯域化モジュール２を構成するビーム拡大兼分散プリズム、７は増幅段レーザ２０の不安定共振器を構成する凹面ミラー、８は増幅段レーザ２０の不安定共振器を構成する凸面ミラー、９は発振段レーザ１０と増幅段レーザ間に介在する反射ミラー、１１は狭帯域化モジュール２を構成するエタロン、１２は狭帯域化モジュール２を構成する全反射鏡である。
【００１４】
ここでは、図１７（ａ）のインジェクション・ロック方式の場合であって、狭帯域化素子２としてプリズム６と回折格子５を使用する場合の構成を例とって説明する。発振段レーザ１０は、レーザシステムのシードレーザ（種レーザ光）発生部としての機能を有する。増幅段レーザ２０は、そのシードレーザを増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１０のスペクトル特性により、レーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。そして、増幅段レーザ２０によってレーザシステムからのレーザ出力（エネルギー又はパワー）が決定される。発振段レーザ１０には、拡大プリズム６、回折格子５を含む狭帯域化モジュール２が搭載されており、スペクトルが狭帯域化されたレーザが発振段レーザ１０より出力される。
【００１５】
なお、狭帯域化モジュール２を、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）に示すように、エタロン１１と全反射鏡１２とから構成してもよい。
【００１６】
発振段レーザ１０からのレーザビーム（シードレーザビーム）は、反射ミラー９等を含むビーム伝播系により増幅段レーザ２０へ導かれ、注入される。インジェクション・ロック方式（図１７）では、小入力でも増幅できるように、増幅段には、凹面ミラー７と凸面ミラー８からなり、例えば倍率が３倍以上の不安定型共振器が採用される。
【００１７】
増幅段レーザ１０の不安定共振器の凹面ミラー７には穴が開いており、この穴を通して導入されたシードレーザビームは凸面ミラー８で矢印のように反射して拡大され、レーザチェンバ１’の放電部を有効に通過しレーザビームのパワーが増大する。そして、凸面ミラー８からレーザが出射される。凹面ミラー７の中心部には空間的穴が施してあり、周囲には高反射率ミラーコートが施されている。凸面ミラー８の中心部には高反射率ミラーコートが施され、周囲のレーザ出射部には反射防止コートが施されている。凹面ミラー７の穴は空間的に開いているのではなく、穴部のみ反射防止コートが施されたミラー基板を用いてもよい。また、ミラーに透過部を持たせない不安定共振器を用いてもよい。
【００１８】
フッ素分子レーザの場合、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０共、バッファガスとして、Ｈｅ又はＮｅ又はそれらの混合ガスを用いる。また、必要に応じてＸｅも添加する。
【００１９】
図１９に、２ステージレーザ方式のＦ2 レーザ装置のレーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変化の関係の模式図を示す。図中、横軸のｔは時間、縦軸のＩは強度、Δλはスペクトル線幅を示す。この図１９のパルス波形において、スペクトル線幅Δλは時間ｔの経過に伴なって（すなわち、共振器内のラウンドトリップの回数が多くなるにつれて）細くなる。従来の狭帯域化レーザでは、スペクトル線幅は積分値となるが、２ステージレーザ方式では、瞬時の線幅が狭くなったパルス後半部のものを取り出し、この線幅を維持したまま、出力のみ増幅することができ、ＡＳＥ成分を低減させることができる。
【００２０】
したがって、このような２ステージレーザ方式を用いることにより、高出力と超狭帯域を同時に達成することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
Ｆ2 レーザ装置を露光用光源として用いる場合、スペクトル純度が重要となる。この「スペクトル純度」とは、スペクトルエネルギーの集中度に関する１つの指標であり、スペクトル波形の「ある面積比率」を含む線幅を言う。例えば、一般によく使われる「９５％純度」とは、図２０に示すように、そのスペクトル波形の全面積の中、中心側から９５％の面積を含む線幅を意味する。
【００２２】
ところで、Ｆ2 レーザ装置は、Ｈｅバッファー時とＮｅバッファー時では中心波長が異なるため、例えば発振段レーザをＮｅバッファー、増幅段レーザをＨｅバッファーとしてそのまま発振させると、図２１（ａ）に示すように、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とがずれた状態で同期されてしまう。Ｆ2 レーザは元々、ＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマレーザと比べて線幅が狭いため、図２１（ｂ）に示すように、この中心波長のずれは増幅後のレーザビームのスペクトル純度の悪化に繋がってしまう。
【００２３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、２ステージレーザ方式の露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とを合わせてスペクトル純度が小さく線幅の狭いレーザビームを発振させるようにすることである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の露光用フッ素分子レーザシステムは、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明においては、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように構成したので、露光用フッ素分子レーザシステムの超狭帯域化が達成され、スペクトル純度も良好となる。
【００２６】
なお、本発明において、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とは、インジェクション・ロックの場合は、文字通り増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を意味し、ＭＯＰＡ方式の場合は、増幅段レーザの何れかの主な発振波長（図１６）近傍の最も利得の高い波長を意味する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の露光用フッ素分子レーザシステムをいくつかの実施例に基づいて説明する。
【００２８】
図１に、インジェクション・ロック方式を採用した場合の１つの実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図を示す。
【００２９】
図１の構成と作用を説明する前に、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の波長ずれの原因について説明しておく。
【００３０】
中心波長がずれる原因は、以下の通りである。
【００３１】
第１の原因は、バッファーガスの相違である。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のバッファーガスが異なること（例、発振段レーザ：Ｎｅバッファー、増幅段レーザ：Ｈｅバッファー）により、図２１に示すような中心波長のずれが起こる。発振段レーザ１０である狭帯域化レーザは、スペクトルの狭帯域化のためにはロングパルス化が可能で、狭帯域化素子をより多く利用できるＮｅバッファーの使用が有利である。また、増幅段レーザ２０は高出力を得るためにＨｅバッファーの使用が有利である。バッファーガスがＨｅの場合とＮｅの場合では、封入圧力が等しいとき、中心波長は、図２に示すように約０．３２〜０．３６ｐｍずれる。
【００３２】
中心波長がずれる第２の原因は、封入ガス圧力の相違である。発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のバッファーガスが同じでも、ガス圧が異なることによって中心波長のずれが起こる。図３に示すように、圧力が高いと、中心波長は長くなる。
【００３３】
中心波長がずれる第３の原因に、狭帯域化ユニットにおける波長選択のずれがある。例えば、インジェクションロック方式で、発振段レーザ１０側を単独で発振させたときの中心波長に対して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が狭帯域化素子の選択波長のずれに起因して中心波長がずれることになる。
【００３４】
また、以上の第１から第３の原因が２つ以上複合して中心波長のずれが起こる。
【００３５】
その他、（１）レーザガス中のフッ素分圧、（２）放電電圧（電極への印加電圧）、（３）ガス温度等が原因になり得るが、（１）、（２）による中心波長のずれはほとんど無視できるくらい小さかった。また、（３）の温度は、レーザチェンバの容積が一定なので、結局、圧力による中心波長のずれと同等となる。
【００３６】
さて、図１に戻って、このインジェクション・ロック方式を採用した露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザ１０は、レーザチェンバ１と、その両端に配置されて共振器を構成する狭帯域化ユニット（モジュール）２及び出力鏡３と、レーザビームを制限するアパーチャ４、４とからなり、増幅段レーザ２０は、レーザチェンバ１’と、その両端に配置されて共振器を構成する反射鏡１３と、出力鏡１４とからなる。ここで、増幅段レーザ２０に不安定共振器を用いる場合には、反射鏡１３には凹面ミラー、出力鏡１４には凸面ミラーが採用される。また、発振段レーザ１０の狭帯域化ユニット２としては、図１７、図１８に示したような、プリズム６と回折格子５を使用するもの、エタロン１１と全反射鏡１２を使用するもの何れであってもよい。
【００３７】
そして、図１の場合、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間にビームスプリッタ１５が配置され、また、そのビームスプリッタ１５と反射鏡１３の間にシャッター１６が配置され、さらに、増幅段レーザ２０の出力側に別のビームスプリッタ１７が配置されている。
【００３８】
ビームスプリッタ１５で取り出された発振段レーザ１０からのレーザビームはモニタ２１に入射し、ビームスプリッタ１７で取り出された増幅段レーザ２０からのレーザビームはモニタ２２に入射し、モニタ２１、２２からの出力信号は、コントローラ２３に入力し、コントローラ２３からの制御信号は狭帯域化ユニット２とガスユニット２４に送られ、ガスユニット２４はレーザチェンバ１とレーザチェンバ１’のガス圧を制御するようになっている。
【００３９】
このような構成において、中心波長同調の制御方法について説明する。
【００４０】
波長の調整には、以下の３つの方法がある。発振段レーザ１０の中心波長をλ１、増幅段レーザ２０の中心波長をλ２とするとき、
▲１▼λ１固定、λ２制御
▲２▼λ１制御、λ２固定
▲３▼λ１制御、λ２制御
まず、発振段レーザ１０側の波長λ１を固定し、増幅段レーザ２０側の波長を制御して同調する場合について説明する。そのためには、増幅段レーザ２０のガス圧等を制御して波長を合わせる。
【００４１】
まず、図１の構成において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００４２】
そして、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではない増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００４３】
ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ１、λ２を検出可能なモニタである。
【００４４】
コントローラ２３は受信したデータを基に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００４５】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００４６】
続いて、λ２＝λ１となるように、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を調整する。波長λ２の調整は、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内ガスの圧力を制御することにより以下のように行う。
・λ２＞λ１の場合
先に述べた通り、レーザチェンバ１’内のガス圧力が高いと、中心波長は長波長側にシフトするので、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図４に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、波長λ１に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＜λ１の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図４に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、波長λ１に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００４７】
ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０において、バッファーガス種が同一である場合は、本制御の結果、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一方、バッファーガス種が異なる場合は、本制御の結果、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は相違することになる。
【００４８】
上記制御方法は、シャッター１６を用いて増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、増幅段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２を検出することができない。すなわち、本制御方法は、インジェクション・ロック方式の２ステージレーザにのみ適用できる。
【００４９】
別の実施例を図５の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図を参照にして説明する。この実施例は、インジェクション・ロック方式を採用した露光用フッ素分子レーザシステムであるが、増幅段レーザ２０の共振器を構成する反射鏡１３と出力鏡１４を省いてＭＯＰＡ方式としてもよい。
【００５０】
この図５の実施例においては、図１の構成と異なるのは、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０の間のシャッター１６が省かれている点だけで、制御方法が異なる。すなわち、この実施例では、発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行うものである。
【００５１】
発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００５２】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラに送信する。
【００５３】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１も検出可能なモニタである。
【００５４】
コントローラ２３は受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1と増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を算出し、両者を比較する。
【００５５】
その結果に基づくガス圧の調整は、以下の２つの方法がある。
（１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０側圧力制御
（２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０側圧力固定
ここでは、増幅段レーザ２０側圧力制御する場合について説明する。コントローラ２３はガスユニット２４を制御して発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００５６】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ×Δλp1（Ａ＝１〜３程度）となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。通常、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームには、増幅段レーザ２０で発生するＡＳＥ成分が含まれる。したがって、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3は、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1より大きくなることが多い。本発明者の実験により、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームが露光に十分使用可能なスペクトル線幅に狭帯域化されているとき、その純度Δλp3は、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の１〜３倍程度の何れかの値であることが分った。
【００５７】
この場合のガス圧制御の方法について説明する。図６に示すように、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００５８】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００５９】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６０】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【００６１】
上記したように、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3をモニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図５に示すように、シャッターを設ける必要はない。
【００６２】
すなわち、本制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式（反射鏡１３と出力鏡１４を省いた構成）に対しても適用できる。
【００６３】
なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、上記したような９５％純度であるが、これに限るものではない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ310%であってもよい。ここで言う「スペクトル１０％線幅」とは、図７に示すように、スペクトル波形のピーク強度の１０％となる位置でのスペクトル線幅を言う。なお、スペクトル１０％線幅の代わりに、スペクトルのピーク強度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わない。これらの場合には、上記係数Ａは、前記のＡ＝１〜３程度とは必ずしもならない。
【００６４】
図５で説明した例では、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1（あるいは、Δλ110%等）と増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3（あるいは、Δλ310%等）を算出し、両者を比較していたが、増幅後の増幅段レーザ２０からから放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3（あるいは、Δλ310%等）のみを算出し、図８に示すように、これが最小となるように増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を制御するようにしてもよい。
【００６５】
次に、上記の発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較を行う実施例の変形例を説明する。この実施例は、理想スペクトル純度Δλo と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較するものである。
【００６６】
そのためには、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの理想純度を予め計算しておき、コントローラ２３に記憶しておく。
【００６７】
理想純度Δλo の導出の際には、スペクトル波形としてガウシアン関数、
Ｉ＝ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｋg ）
又は、ローレンツ関数、
Ｉ＝１／（１＋ｘ2 ／ｋl ）
を用いる。ここで、Ｉはスペクトル強度、ｘは波長、ｋg 、ｋl は定数である。例えばＦＷＨＭが０．２ｐｍのスペクトル波形を考えると、ｋg ＝-1.443×10-26 、ｋl ＝ 1×10-26 となる。
【００６８】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００６９】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００７０】
ここでのモニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである。また、モニタ２２はスペクトル純度Δλp3を検出可能なモニタである。
【００７１】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００７２】
コントローラ２３は、記憶しておいたデータと受信したデータを基に、理想純度Δλo と増幅後スペクトル純度Δλp3を比較する。
【００７３】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Δλo となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ内のガス圧を制御する。
【００７４】
この場合のガス圧制御の方法について説明する。図９に示すように、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２増やす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。
【００７５】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らす。圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ２を減らす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ２を増やす方向に制御して、Δλp3＝Δλo となるようにする。
【００７６】
以上のように、この実施例では、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3モニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッター１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１も必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルになる。
【００７７】
次に、発振段スペクトル純度左右比率Δλp1short ／Δλp1longと増幅後スペクトル純度左右比率Δλp3short ／Δλp3longの比較を行う実施例について説明する。
【００７８】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００７９】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００８０】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである
コントローラ２３は、受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp1short と長波長側（右側）の純度Δλp1longを算出する。また、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度Δλp3longを算出する。
【００８１】
ここで言う「中心波長」とは、スペクトル波形の強度がピークとなる波長、又は、半値強度における波長の中心値を言う。そして、短波長側（左側）の純度Δλp short と長波長側（右側）の純度Δλp longとは、図１０に示すように、それぞれ中心波長より短波長側（左側）、長波長側（右側）のスペクトル波形の全面積の中、中心側から９５％の面積を含む線幅を意味する。
【００８２】
コントローラ２３は、Δλp1short ／Δλp1long、Δλp3short ／Δλp3longの値を算出する。
【００８３】
そして、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき、狭帯域化ユニット２を制御して発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【００８４】
この圧力一定化により、発振段レーザ１０におけるΔλp1short ／Δλp1longの値も固定される。
【００８５】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3short ／Δλp3long＝Δλp1short ／Δλp1longとなるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。
【００８６】
この場合のガス圧制御の方法を説明する。
・Δλp3short ／Δλp3long＞Δλp1short ／Δλp1longの場合
この状態は、図１１（ａ）に示すように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が短波長側に存在する状態である。したがって、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・Δλp3short ／Δλp3long＜Δλp1short ／Δλp1longの場合
この状態は、図１１（ｂ）に示すように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長より、仮に増幅段レーザ２０単体を発振させたときに増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長が長波長側に存在する状態である。したがって、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１２に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、Δλp1short ／Δλp1longに相当するレーザチェンバ１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００８７】
この実施例においては、上記したように、増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3の中の中心波長より短波長側（左側）の純度Δλp3short と長波長側（右側）の純度Δλp3longをモニタするので、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間に、図１の場合のようなシャッター１６は設ける必要がない。したがって、この場合の制御方法は、インジェクション・ロック方式のみならず、ＭＯＰＡ方式に対しても適用できる。また、モニタ２１も必ずしも設ける必要がないので、構成がシンプルになる。
【００８８】
次に、図１の発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間にシャッター１６を設けた配置で、発振段レーザ１０の中心波長λ１を制御する例と、発振段レーザ１０の中心波長λ１、増幅段レーザ２０の中心波長λ２を共に制御する例とを説明する。
【００８９】
図１において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【００９０】
発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０との間のシャッター１６を閉状態にし、増幅後ではない増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【００９１】
ここでのモニタ２１、２２は中心波長λ１、λ２を検出可能なモニタである。
【００９２】
コントローラ２３は受信したデータを基に、中心波長λ１、λ２を算出し、両者を比較する。
【００９３】
コントローラ２３は、λ２＝λ１となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの波長中心λ２、又は、その両方を調整する。波長の調整は、それぞれのガス圧を制御することにより行う。
【００９４】
波長の調整には、前記のように、
▲１▼λ１固定、λ２制御
▲２▼λ１制御、λ２固定
▲３▼λ１制御、λ２制御
の３つの方法があるが、▲１▼については、前記したので、▲２▼λ１制御、λ２固定と▲３▼λ１制御、λ２制御の場合のガス圧制御の方法を説明する。
【００９５】
まず、▲２▼λ１制御、λ２固定の場合について、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にし、シャッター１６を閉状態で増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長がλ２となるように固定する。
【００９６】
続いて、λ１＝λ２となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１を調整する。波長λ１の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより行う。そのガス圧制御の方法は、
・λ１＞λ２の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１３に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らして、波長λ２に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ１＜λ２の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やして、波長λ２に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００９７】
また、▲３▼λ１制御、λ２制御の場合は、コントローラ２３は目標波長λ０を予め記憶しておく。
【００９８】
続いて、λ１＝λ２＝λ０となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を調整する。波長λ１、λ２の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内ガスの圧力を制御することにより行う。なお、中心波長λ２を制御する際は、シャッター１６を閉状態にする。そのガス圧制御の方法は、
・λ１＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１４に示すように、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らして、目標波長λ０に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。・λ１＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やして、目標波長λ０に相当する発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＞λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、図１５に示すように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐ２を減らして、目標波長λ０に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
・λ２＜λ０の場合
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐ２を増やして、目標波長λ０に相当する増幅段レーザ２０のレーザチェンバー１’内のガス圧力Ｐａに一致させる。
【００９９】
上記制御方法は、シャッター１６を用いて、増幅段レーザ２０単体から放出されるレーザビームの中心波長λ２を検出しているが、ＭＯＰＡ方式では、増幅段レーザ２０にレーザ共振器がないので、波長λ２を検出することができない。したがって、この実施例の制御方法は、インジェクション・ロック方式の２ステージレーザにのみ適用できる。
【０１００】
ここで、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０において、バッファーガス種が同一である場合は、上記の制御の結果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１、１’内圧力は略同じとなる。一方、バッファーガス種が異なる場合は、上記制御の結果、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０のそれぞれレーザチェンバ１、１’内圧力は相違するのが一般的である。
【０１０１】
次に、発振段スペクトル純度Δλp1と増幅後スペクトル純度Δλp3の比較する別の実施例を説明する。
【０１０２】
図５において、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１５により取り出し、モニタ２１に導光する。モニタ２１により発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２１はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１０３】
一方、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１０４】
ここでのモニタ２１、２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。また、モニタ２１は発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長λ１が検出可能なモニタである
コントローラ２３は受信したスペクトルデータを基に、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1と増幅後の増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp3を算出し、両者を比較する。
【０１０５】
なお、スペクトル純度Δλp1、Δλp3は、前記したような９５％純度であるが、これに限るものではない。例えば、スペクトル１０％線幅Δλ110%、Δλ310%であってもよい。あるいは、スペクトルのピーク強度の５％、２０％等の線幅を使用しても構わない。
【０１０６】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内圧力を一定にし、また、コントローラ２３はモニタ２１からの中心波長データに基づき狭帯域化ユニット２を制御して、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの中心波長がλ１となるように固定する。
【０１０７】
続いて、コントローラ２３は、Δλp3＝Ａ×Δλp1（あるいは、Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ＝1 〜５程度）となるように、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内のガス圧を制御する。ここで、Ａ＝１〜３程度とした理由は、前記で説明したのと同様である。
【０１０８】
ガス圧の調整は、前記のように、
（１）発振段レーザ１０側圧力固定、増幅段レーザ２０側圧力制御
（２）発振段レーザ１０側圧力制御、増幅段レーザ２０側圧力固定
の２つの方法があるが、（１）はすでに説明したので、（２）について説明する。
【０１０９】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にする。
【０１１０】
続いて、Δλp3＝Ａ×Δλp1（あるいは、Δλ310%＝Ａ×Δλ110%等）（Ａ＝1 〜５程度）となるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλp1（あるいは、Δλ110%等）を調整する。スペクトル純度の調整は、発振段レーザ１０のレーザチェンバー１内ガスの圧力を制御することにより行う。
【０１１１】
そのガス圧制御の方法としては、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を増やす。
【０１１２】
圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１３】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１４】
なお、以下のような手順でもよい。すなわち、まず、コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、発振段レーザ１０のレーザチェンバ１内のガス圧力Ｐ１を減らす。
【０１１５】
圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より小さくなった場合、以後、圧力Ｐ１を減らす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１６】
一方、圧力変化後のスペクトル純度Δλp3’が、圧力変化前のスペクトル純度Δλp3より大きくなった場合、以後、圧力Ｐ１を増やす方向に制御して、Δλp3＝Ａ×Δλp1となるようにする。
【０１１７】
最後に、狭帯域化ユニット２における波長選択のずれがある場合に、発振段レーザ１０側の波長、増幅段レーザ２０側の波長を制御して同調する実施例を説明する。
【０１１８】
図５において、発振段レーザ１０からのシードレーザビームを増幅して、増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームの一部をビームスプリッタ１７により取り出し、モニタ２２に導光する。モニタ２２により増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル波形を検出し、モニタ２２はデータをコントローラ２３に送信する。
【０１１９】
ここでのモニタ２２はスペクトル波形を検出可能なモニタである。
【０１２０】
コントローラ２３はガスユニット２４を制御して、増幅段レーザ２０のレーザチェンバ１’内圧力を一定にする。
【０１２１】
発振段レーザ１０の狭帯域化ユニット２中のレーザ狭帯域化素子（グレーティング等）の波長同調により、増幅後に増幅段レーザ２０から放出されるレーザビームのスペクトル純度Δλ3 が最小になるように、発振段レーザ１０から放出されるレーザビームの波長を調整する。これは、発振段レーザ１０側の波長を増幅段レーザ２０側の波長に合わせることを意味する。
【０１２２】
狭帯域化ユニット２での波長同調の方式として、プリズムと回折格子（グレーティング）を使用する場合（図１７（ａ）、図１８（ａ））は、グレーティングの回転にて行う。プリズムとグレーティングの狭帯域化モジュール内に反射ミラーが折り返しミラーとして設置されている場合は、そのミラーの回転で制御する。また、折り返しミラーとグレーティング両方を用いて中心波長制御を行ってもよい。
【０１２３】
狭帯域化ユニット２での波長同調の方式として、エタロンを用いる場合（図１７（ｂ）、図１８（ｂ））は、エタロンの回転、使用されるエタロンがエアギャップエタロンの場合はエタロンの回転又はエタロンの置かれている雰囲気圧力の変化（雰囲気屈折率変化）によって波長同調を行う。
【０１２４】
以上、本発明の露光用フッ素分子レーザシステムをいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によると、露光用フッ素分子レーザシステムにおいて、発振段レーザと増幅段レーザとからなる２ステージ方式を採用するに際し、発振段レーザの中心波長と増幅段レーザの中心波長とが一致するよう制御するので、露光用フッ素分子レーザシステムの超狭帯域化が達成され、スペクトル純度も良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図である。
【図２】フッ素分子レーザにおいてバッファーガスがＨｅの場合とＮｅの場合に中心波長がずれることを示すスペクトル図である。
【図３】フッ素分子レーザにおいて封入ガス圧力による中心波長のずれを示す図である。
【図４】発振段レーザの中心波長を固定し増幅段レーザの中心波長を制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図５】別の実施例の露光用フッ素分子レーザシステムのシステム構成図である。
【図６】発振段スペクトル純度に対して増幅後スペクトル純度の比較を行う場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図７】スペクトル１０％線幅を説明するための図である。
【図８】増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル純度が最小となるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図９】理想スペクトル純度と増幅後スペクトル純度を比較して増幅後スペクトル純度が最小となるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１０】短波長側の純度と長波長側の純度を説明するための図である。
【図１１】発振段レーザから放出されるレーザビームに対して増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長がずれている場合に増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル波形を示す図である。
【図１２】発振段スペクトル純度左右比率と増幅後スペクトル純度左右比率を比較して両者を一致させるように増幅段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１３】増幅段レーザの中心波長を固定し発振段レーザの中心波長を制御する場合の発振段レーザのガス圧力を制御して同調する方法を説明するための図である。
【図１４】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共に制御する場合の発振段レーザのガス圧力を制御して目標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１５】発振段レーザ、増幅段レーザの中心波長を共に制御する場合の増幅段レーザのガス圧力を制御して目標波長に同調する方法を説明するための図である。
【図１６】フッ素分子レーザの主な発振波長を示す図である。
【図１７】インジェクション・ロック方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す図である。
【図１８】ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成例を示す図である。
【図１９】２ステージレーザ方式のフッ素分子レーザのレーザパルス波形とスペクトル線幅の時間変化の関係の模式図である。
【図２０】９５％純度を説明するための図である。
【図２１】発振段レーザと増幅段レーザの中心波長がずれた状態での増幅後の増幅段レーザからから放出されるレーザビームのスペクトル波形を示す図である。
【符号の説明】
１…発振段レーザのレーザチェンバ
１’…増幅段レーザのレーザチェンバ
２…狭帯域化モジュール、狭帯域化素子、狭帯域化ユニット
３…発振段レーザの出力鏡
４…発振段レーザのアパーチャ
５…回折格子
６…ビーム拡大兼分散プリズム
７…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凹面ミラー
８…増幅段レーザの不安定共振器を構成する凸面ミラー
９…反射ミラー
１０…発振段レーザ
１１…エタロン
１２…全反射鏡
１３…増幅段レーザの共振器を構成する反射鏡
１４…増幅段レーザの共振器を構成する出力鏡
１５…ビームスプリッタ
１６…シャッター
１７…ビームスプリッタ
２０…増幅段レーザ
２１…モニタ
２２…モニタ
２３…コントローラ
２４…ガスユニット
Claims (11)
- フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することにより制御して、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長に同調させることを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を制御して、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長に同調させることを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - 請求項２において、
発振段レーザの波長制御を発振段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することにより行うことを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、目標波長を予め定めておき、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長、及び、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を、それぞれのレーザチェンバ内圧力を制御することにより制御して、両者を目標波長に同調させることを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
このスペクトル純度が最小となるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、
発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度が、発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度のＡ倍（Ａ＝１〜５）となるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を固定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度が、発振段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度のＡ倍（Ａ＝１〜３）となるように、発振段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームの理想スペクトル純度を設定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度を測定し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームのスペクトル純度が、理想スペクトル純度と略同一となるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - フッ素分子レーザである発振段レーザとフッ素分子レーザである増幅段レーザとからなる２ステージ方式の露光用フッ素分子レーザシステムであって、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長と、増幅段レーザを単独でレーザ発振させた場合に増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長とを比較して、両波長を略一致させるように、発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長を固定し、
発振段レーザから放出されるレーザビームの中心波長より短波長側のスペクトル純度と長波長側のスペクトル純度とを測定し、両者の比を算出し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームの中心波長より短波長側のスペクトル純度と長波長側のスペクトル純度とを測定し、両者の比を算出し、
増幅段レーザから放出されるレーザビームの前記比が、発振段レーザから放出されるレーザビームの前記比と略同一となるように、増幅段レーザのレーザチェンバ内圧力を制御することを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。 - 請求項５〜８の何れか１項において、スペクトル純度が９５％純度であることを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。
- 請求項６又は７において、スペクトル純度がスペクトル１０％線幅であることを特徴とする露光用フッ素分子レーザシステム。
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