JP4364757B2

JP4364757B2 - ２ステージレーザのエネルギ制御装置及び２ステージレーザシステム

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Publication number: JP4364757B2
Application number: JP2004262313A
Authority: JP
Inventors: 貴仁熊崎; 理若林; 弘司柿崎; 徹阿部
Original assignee: Komatsu Ltd; Ushio Denki KK
Current assignee: Komatsu Ltd; Ushio Denki KK
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP2006080279A

Description

本発明は、２ステージレーザのエネルギ制御装置及び２ステージレーザシステムに関し、特に、発振段レーザの出力エネルギを高精度に検出してレーザ特性をより安定化することが可能な２ステージレーザのエネルギ制御装置及びそれを用いた２ステージレーザシステムに関するものである。

近年、露光用エキシマレーザ、フッ素分子レーザにおいては、露光機のスループット向上及び均一な超微細加工実現のため、高出力化と超狭帯域化が同時に要求され続けている。

第１の要請である高出力化のためには、１パルス当たりのエネルギを増加させる方法、あるいは、低パルスエネルギだが繰り返し周波数を増加させる方法がある。

第２の要請である超狭帯域化は、通常プリズムとグレーティングで構成される狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）の高分解能化や、特許文献１に記載されたようなレーザパルスのロングパルス化等による方法がある。

しかしながら、ＬＮＭの高分解能化やロングパルス化による超狭帯域化は、一般的に光学的ロスを増加させる等、パルスエネルギ低下を招く。つまり、狭帯域化とパルスエネルギはトレードオフの関係にある。

繰り返し周波数増加に関しても、繰り返し周波数が高くなり、例えば４ｋＨｚを超える繰り返し周波数は、ＣｏＯ（コスト・オブ・オーナーシップ）の観点より技術的ハードルが高い。そのため、１台のレーザにおいて超狭帯域化を維持したまま、繰り返し周波数増加によって高出力化するには自ずと限界がある。

そこで、超狭帯域化とパルスエネルギとのトレードオフ関係をなくし、両要請を同時に満足させるため、２台のレーザを用いた同期レーザシステム（２ステージレーザシステム）が、例えば、特許文献２等で提案されている。この中の１台目の発振段レーザは、低パルスエネルギながら超狭帯域化スペクトルを持つ。２台目の増幅段レーザにおいて、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギのみ増幅する。この方式は、２台目の増幅段レーザにＬＮＭ等の光学的ロスを引き起こす部分を含まないため、非常にレーザ発振効率が高い。この同期レーザシステムにより所望の超狭帯域化スペクトル、出力を得ることが可能となる。所望の出力はパルスエネルギと繰り返し周波数の積で補償される。例えば次世代ＡｒＦエキシマレーザに要求されるスペクトル及び出力は、それぞれ＜０．２５ｐｍ（ＦＷＨＭ）、＞４０Ｗ（４ｋＨｚにおいて）である。露光光学系のダメージを低減するため、レーザパルスとしては、光学系に与えるダメージ低減のため低ピークパワーが望ましくロングパルス化が、高出力化の要請により高繰返し化が求められる。

ところで、露光用レーザ装置においては、高解像度を安定に実現するために、レーザ光源に対しては高精度のドーズ制御性及びエネルギ安定性を必要とする。単体レーザ装置（チャンバーを１台しか有さないレーザ装置）の場合、１〜数パルス前、及び、１〜数バースト前のパルスの電源電圧（印加電圧）ＨＶと出力エネルギの関係から、次のパルスのための印加電圧ＨＶを予測決定する（フィードバック）ことにより、一定エネルギを得るように制御していた。また、中期的な出力低下については、印加電圧ＨＶを上昇させ、そして、長期的な出力低下については、動作ガス圧を上昇させ、出力低下を補う制御を行っていた。

パルスエネルギ積算値を目標範囲内に制御するためには、前のパルスまでの平均エネルギと目標エネルギの差に応じて次のパルスのＨＶを決定することにより、一定の積算値が得られるよう制御を行っていた。

上述のように、高出力化と超狭帯域化との両立の要請から２ステージレーザシステムの適用が検討されている。２ステージレーザシステムにおいては、上記エネルギ制御の方法が従来の単体レーザ装置とは異なっており、それらは特願２００３−２９１４６３号等で提案されている。

後記する本発明は、一般的に、レーザ装置及びそれを用いた露光装置に関するもので、ＡｒＦ、Ｆ₂（フッ素分子）、ＫｒＦ等をレーザ媒質として用いたレーザ装置及びそれを用いた露光装置に関するが、レーザ装置は２台以上のレーザから構成されたレーザシステムに適用される。その内の１台は発振段レーザ、そして残りの１台以上のレーザは増幅段レーザとして機能する。この発振段レーザは、狭帯域化共振器を搭載する狭帯域化レーザである。増幅段レーザは、共振器を有する場合（この場合は、インジェクション・ロック・レーザ（injection Locked laser）と呼ばれる。あるいは、ＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式と呼ばれる。）に対して、後記する本発明を適用することが可能である。
特開２００１−１５６３６７号公報特開２００２−３５３５４５号公報特開２００１−１４４３５６号公報特開平９−２４８６８２号公報

さて、図１に、後記の本発明を適用する１実施形態に係るレーザシステムの構成図を示す。また、図２（ａ）は発振用チャンバ及びその近傍の構成図であり、図２（ｂ）は増幅用チャンバ及びその近傍の構成図である。図１ではＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を示している。

２ステージレーザ装置２においては、発振段レーザ（osc ）１００でシード光（種レーザ光）が生成され狭帯域化される。そして、増幅段レーザ（amp ）３００でそのシード光が増幅される（以後、“osc ”、“amp ”の付加された記号は、それぞれ発振段レーザ１００、増幅段レーザ３００に関するものであることを表す。）。すなわち、発振段レーザ１００から出力されるレーザ光のスペクトル特性によってレーザシステム全体のスペクトル特性が決定され、増幅段レーザ３００によってレーザシステム自体のレーザ出力（エネルギ又はパワー）が決定される。増幅段レーザ３００から出力されるレーザ光は露光装置３に入力され、このレーザ光は露光対象（例えばウエハ）の露光に用いられる。

発振段レーザ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とで構成される。

増幅段レーザ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とで構成される。

ここで、発振段レーザ１００と増幅段レーザ３００について説明するが、その構成は同一の部分があるため、その部分に関しては発振段レーザ１００を代表して説明する。

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（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。これらの電極１０ａ、１０ｂには、充電器１１と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。すると、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。この電源の１例を図３に示す。

図３は、電源及びチャンバ内部の回路構成の１例を示す図である。

図３（ａ）に示す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。例えば、この固体スイッチＳＷには、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が用いられる。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（ａ）は、磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ1 を含む回路であり、図３（ｂ）は昇圧トランスの代わりに主コンデンサＣ0 の充電用のリアクトルＬ1 を含む例である。

以下に、図３（ａ）に従って、回路の構成と動作を説明する。なお、図３（ｂ）の回路は昇圧トランスにより昇圧される動作がないだけで、他の動作は図３（ａ）の回路と同様なので、説明を省略する。また、発振段レーザ１００の電源と増幅段レーザ３００の電源の構成及び動作は同じであるため、増幅段レーザ３００の電源の説明を省略する。

充電器１１の電圧は所定の値ＨＶに調整され、主コンデンサＣ0 が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっている。主コンデンサＣ0 の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷ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。そして、発振段レーザ１００の場合はシード光が発生し、増幅段レーザ３００（若しくは増幅器）の場合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。

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。容量移行型回路では、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。結果として、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。

ここで図１に戻り、他の構成の説明をする。

発振用チャンバ１０の内部には、ガス供給・排気ユニット１４から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット１４には、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が設けられる。本レーザ装置がフッ素分子（Ｆ₂）レーザとして使用される場合は、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、本レーザ装置がＫｒＦエキシマレーザとして使用される場合は、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、本レーザ装置がＡｒＦエキシマレーザとして使用される場合は、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の各バルブの開閉で制御される。

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

また、発振用チャンバ１０の内部には、熱交換器１０ｄが設けられる。熱交換器１０ｄは冷却水によって発振用チャンバ１０内の排熱を行う。冷却水は冷却水供給ユニット１５から供給される。冷却水の供給は、冷却水供給ユニット１５のバルブの開閉で制御される。

発振用チャンバ１０において、レーザ光の光軸上であってレーザ光出力部分には、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆが設けられる。ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、レーザ光に対して透過性がある材料、例えばＣａＦ₂等で形成される。両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、さらにレーザ光の直線偏光方向がｐ偏光になるに設置される。

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しており、ガス圧力を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５は、後述する処理に基づいて、ガス供給・排気ユニット１４に各バルブの開閉及びその開度（又は、ガス流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、ガス供給・排気ユニット１４が各バルブの開閉を制御するため、発振用チャンバ１０内のガス組成やガス圧力が制御される。

レーザ出力はガス温度によって変化する。そこで、温度センサＴl は、発振用チャンバ１０内の温度をモニタしており、温度を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５は発振用チャンバ１０内の所望温度にすべく、冷却水供給ユニット１５にバルブの開閉及びその開度（又は、冷却水流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、冷却水供給ユニット１５がバルブの開閉を制御するため、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、すなわち排熱量が制御される。

発振用チャンバ１０の外部であり、ウィンドウ１０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＬＮＭ１６が設けられ、ウィンドウ１０ｆ側のレーザ光の光軸上にはフロントミラー１７が設けられる。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る。また、ＬＮＭ１６は波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このＬＮＭ１６内の光学素子とフロントミラー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や出力線幅や中心波長等のレーザビーム特性をモニタする。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を測定し、このエネルギを示す信号をエネルギコントローラ７に出力する。

なお、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の構成及び機能は、上述した発振用チャンバ１０の各部の構成及び機能と同じである。また、増幅段レーザ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 の構成及び機能は、上述した発振段レーザ１００側に設けられた同一要素の構成及び機能と同じである。

一方、増幅段レーザ３００には、発振段レーザ１００で設けられたＬＮＭ等からなる共振器に代わり、次に述べる不安定共振器が設けられる。

増幅用チャンバ３０の外部であり、ウィンドウ３０ｅ側のレーザ光の光軸上にはリアミラー３６が設けられ、ウィンドウ３０ｆ側のレーザ光の光軸上には出力ミラー３７が設けられる。リアミラー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。リアミラー３６の反射面はＨＲ（High Reflection ）コートが施される。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、リアミラー３６としては、中央に孔が開いたものを使用するのではなく、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。

発振段レーザ１００のフロントミラー１７と増幅段レーザ３００のリアミラー３６との間には、反射ミラーを含むビーム伝搬部４２が設けられる。

フロントミラー１７を透過したレーザ光は、ビーム伝搬部４２によってリアミラー３６まで案内される。さらに、このレーザ光はリアミラー３６の孔を通過し、増幅用チャンバ３０内を通過し、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、リアミラー３６の孔周囲で反射される。さらに、リアミラー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。レーザ光が増幅用チャンバ３０の放電部、すなわち電極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。

またここにおいて、図４に示すように、増幅段レーザ３００として、発振段レーザ１００で設けられたＬＮＭ等からなる共振器に代わり、次に述べる安定共振器を設けてもよい。

すなわち、増幅用チャンバ３０の外部であり、ウィンドウ３０ｅ側のレーザ光の光軸上にはリアミラー３６が設けられ、ウィンドウ３０ｆ側のレーザ光の光軸上には出力ミラー３７が設けられる。リアミラー３６と出力ミラー３７とは、共にその反射面が平面から構成された安定型共振器である。リアミラー３６の反射面には、反射率が５０％〜９５％程度の部分反射膜が蒸着されており、出力ミラー３７の反射面は反射率が１０％〜５０％の部分反射膜が蒸着されている。なお、ミラー内部での多重反射を防ぐために、それぞれのミラーの裏面にはＡＲコートが蒸着されており、さらには、多少（１０′〜１°) のエッジ角を持っていることが望ましい。

フロントミラー１７を透過したレーザ光は、ビーム伝搬部４２によってリアミラー３６まで案内される。さらに、このレーザ光はリアミラー３６の部分反射膜を一部が透過して増幅用チャンバ３０内を通過し、出力ミラー３７の部分反射膜にて一部が反射される。出力ミラー３７で反射された一部のレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、リアミラー３６の部分反射膜で一部が反射される。さらに、リアミラー３６で反射された一部のレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、出力ミラー３７の部分反射膜を一部が透過して出力される。レーザ光が増幅用チャンバ３０の放電部、すなわち電極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。

図１に戻って、波長コントローラ６には、モニタモジュール１９、３９にて検出された波長に関しての信号が入力される。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、受信した上記信号に基づき、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化するように、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これ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、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。

エネルギコントローラ７には、モニタモジュール１９、３９にて検出された出力に関しての出力信号が入力される。また、図１に示すように、露光装置３に出力モニタ５１を設け、その出力信号がエネルギコントローラ７に直接入力されるようにしてもよい。また、露光装置３の出力モニタ５１の出力信号を露光装置３のコントローラ５２に入力し、このコントローラ５２がレーザ内部に搭載されたエネルギコントローラ７に信号を送出するようにしてもよい。エネルギコントローラ７は、後述する処理に基づいて、パルスエネルギを所望の値にすべく、次回充電電圧Ｖosc 、Ｖamp 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。

同期コントローラ８には、エネルギコントローラ７からの信号と、放電検出器２０、４０から出力される各チャンバ１０、３０における放電開始を知らせる信号とが入力される。同期コントローラ８は、エネルギコントローラ７からの信号に基づいて、充電器１１の充電電圧を制御する。ところで、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は増幅用チャンバ３０で効率良く増幅されない。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）に満たされたタイミングで、増幅用チャンバ３０において放電する必要がある。

ここで、発振段レーザ１００と増幅段レーザ３００の放電タイミングについて説明する。

先に述べたように、発振用チャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間、及び、増幅用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間に、立上り時間の速い高電圧パルスを印加するために、それぞれ磁気パルス圧縮回路を有する発振用高電圧パルス発生器１２と、増幅用高電圧パルス発生器３２が用いられる。一般的に、各高電圧パルス発生器１２、３２の磁気パルス圧縮回路で用いられる磁気スイッチＳＲ2 、ＳＲ3 は可飽和リアクトルである。主コンデンサＣ0 からエネルギ（電圧パルス）が転送される場合、この磁気スイッチＳＲ2 、ＳＲ3 にかかる電圧（Ｖ：すなわち主コンデンサＣ0 の充電電圧）と磁気スイッチＳＲ2 、ＳＲ3 によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの転送時間（ｔ）との積（Ｖｔ積）の値は一定と言う関係がある。例えば、主コンデンサＣ0 の充電電圧が高くなると、電圧パルスの転送時間（すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間）が短くなる。

図５に、モニタモジュール１９及びモニタモジュール３９の内部を詳細に示す。なお、その中の波長検出器及びスペクトル線幅検出器は、必要に応じて発振側モニタモジュール１９若しくは増幅側モニタモジュール３９の何れか１つにすることが可能である。

以下、図５において、代表的に発振側モニタモジュール１９について説明する。フロントミラー１７を透過したレーザ光（シード光）がモニタモジュール１９に入射する。ビームスプリッタ６１によりそのレーザ光の一部を取り出してレーザ特性の計測に用いられる。残りの大部分のレーザビームはビームスプリッタ６１を透過して増幅段レーザ３００に入力される。

ビームスプリッタ６１で反射されたレーザ光において、さらにビームスプリッタ６２を反射した分岐ビームが拡散板６３を経由してエネルギ検出器６４において検知される。拡散板６３はすりガラス等でなり、これはエネルギ検出器６４へ向かうレーザ光を拡散してその空間分布を均一化する作用を持ち、エネルギ検出器６４の感度分布等の影響による検出精度低下を防止する役目を持つ。

またビームスプリッタ６２を透過したビームの一部はエタロン６５、レンズ６６、センサ６７によって絶対波長及びスペクトル線幅を検出する。

このような２ステージレーザシステムにおける高精度エネルギ制御に関しては、特願２００３−２９１４６３号にて提案されている。

そのような２ステージレーザシステムの高精度エネルギ制御の１例を図６、図７を参照にして説明する。

発振段レーザ１００の制御のフローを図６に、増幅段レーザ３００の制御のフローを図７に示す。

図７に示す制御では、増幅段レーザ３００において、１バーストの中の１パルス目からＮパルス目までは、増幅段レーザ３００によるスパイク制御処理（Ａｍｐスパイク制御サブルーチン）が行われ、Ｎ＋１パルス目からＭパルス目までは、増幅段レーザ３００による毎パルス制御処理（Ａｍｐ毎パルス制御サブルーチン）が行われる。

発振段レーザ１００と増幅段レーザ３００は同期運転されており、発振段レーザ１００と増幅段レーザ３００の発振タイミングは同期コントローラ８によって制御されている。シード光の増幅を効率的に行うために、同期コントローラ８は、発振用高電圧パルス発生器１２の固体スイッチＳＷに出力するトリガ信号と増幅用高電圧パルス発生器３２の固体スイッチＳＷに出力するトリガ信号との間に遅延時間を設ける。

まず、図６を用いて、発振段レーザ１００の制御について説明する。

ステップＳ１で、エネルギコントローラ７では、発振段レーザ１００の印加電圧Ｖosc に予め定められた初期値が設定される。

次に、ステップＳ２で、設定された印加電圧Ｖosc にてレーザ発振が行われる。

次に、ステップＳ３で、第１モニタモジュール１９でパルスエネルギＰosc が測定され、このパルスエネルギＰosc を示す信号がエネルギコントローラ７に出力される。

次に、ステップＳ４で、パルスエネルギＰosc が増幅飽和領域の下限エネルギＥs0以上であると判断された場合は、上述したステップＳ２以降の処理が行われ、前パルスと同一の印加電圧Ｖosc にてレーザ発振は継続される。しかし、レーザ発振の継続に伴いレーザガスは劣化していき、印加電圧Ｖosc が一定の値に維持され、かつ、後述するようなレーザガスの制御が行われない場合、パルスエネルギＰosc は低下していく。そこで、パルスエネルギＰosc が下限エネルギＥs0を下回ったと判断された場合は、ステップＳ５で、パルスエネルギＰosc を下限エネルギＥs0以上にすべく、印加電圧Ｖosc に予め定められた補正値ΔＶが加算される。補正値ΔＶだけ印加電圧Ｖosc が増加されるため、パルスエネルギＰosc は上昇し、下限エネルギＥs0以上の状態に復帰する。

レーザ発振の継続によってレーザガスの劣化が進行すると、上述したような印加電圧Ｖosc の制御だけでは、パルスエネルギＰosc を下限エネルギＥs0以上の状態に維持することができなくなる。そこで、ステップＳ６で、ステップＳ５で補正値ΔＶの加算によって補正された印加電圧Ｖosc と上限印加電圧Ｖmax との比較判断がなされる。上限印加電圧Ｖmax とは、発振用高電圧パルス発生器１２に設けられた主コンデンサＣ0 の印加電圧設定範囲（すなわち、充電器１１の電圧設定範囲）内での最大印加電圧のことを言う。

ステップＳ６での判断で、補正値ΔＶの加算によって補正された印加電圧Ｖosc が上限印加電圧Ｖmax 未満の場合は、補正された印加電圧Ｖosc にて上述したステップＳ２以降の処理が行われ、レーザ発振は継続される。一方、補正値ΔＶの加算によって補正された印加電圧Ｖosc が上限印加電圧Ｖmax 以上となった場合は、ガス制御サブルーチンＳ７に入り、ガス圧、ガス組成等を制御し、ガス制御処理が終了すると、さらに上述したステップＳ１以降の処理が行われ、レーザ印加電圧ＨＶの制御範囲で、下限エネルギＥs0以上、又は、より高いレーザ出力が得られるようにする。

その後、さらにレーザ発振が継続されると、このようなサブルーチンＳ７のようなガス制御を行っても、レーザ光のパルスエネルギＰosc を維持できなくなり、チャンバ内のレーザガス全てを交換することが必要となる。このようなレーザガスの全交換を繰り返すうちに、チャンバ内の電極の摩耗等により、レーザガスの全交換を行ってもレーザ光のパルスエネルギが所望値に回復しなくなり、結果としてレーザの制御を行うことが不可能となる。その後で、所要のモジュール交換等を行って、再度下限エネルギＥs0以上の状態でレーザ発振ができるようにする。

次に、図７を用いて、増幅段レーザ３００の制御について説明する。

図７に示すように、増幅段レーザ３００では、レーザ発振開始からＮパルス目までの間はＡｍｐスパイク制御処理が行われ、Ｎ＋１パルス目からＭパルス目までの間はＡｍｐ毎パルス制御処理が行われる。

レーザ発振開始前に以下の前処理が行われる。ステップＳ１１において、メインコントローラ４又はエネルギコントローラ７では、バースト間のレーザ休止時間が図示しない休止時間カウンタで計時され、休止時間Ｔがモニタされている。

ステップＳ１２において、露光装置３から発振指令が出力されると、休止時間の計時は停止され、休止時間Ｔのモニタは停止される。

本レーザシステムには、図示しないデータベースが設けられており、増幅段レーザ３００の目標出力Ｐtarget及び増幅段レーザ３００の休止時間と、Ｖtamp−Ｐtampデータテーブルとが対応付けられて記憶されている。Ｖtamp−Ｐtampデータテーブルとは、Ａｍｐスパイク制御処理における各パルス毎のデータ実績であり、増幅段レーザ３００の印加電圧Ｖamp のデータＶtampと増幅後のレーザパルスエネルギＰamp のデータＰtampとで構成されている。

ステップＳ１３において、休止時間カウンタによって休止時間Ｔが特定され、この休止時間Ｔ及び目標出力Ｐtargetに対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルが検索され、エネルギコントローラ７に取り入れられる。

そして、ステップＳ１４で、休止時間カウンタはリセット（Ｔ＝０）される。

上記前処理が終了すると、ステップＳ１５で、レーザ発振パルスカウンタＫに初期値１が設定され、ステップＳ１６で、パルスカウンタＫがＮを超えるまで、以下の処理が繰り返し行われる。

ステップＳ１７で、Ｖtamp−Ｐtampデータテーブルの中のｋパルス目の出力Ｐtamp（ｋ）と目標出力Ｐtargetとの差［ΔＰtamp（ｋ）＝Ｐtamp（ｋ）−Ｐtarget］が算出され、この算出結果ΔＰtamp（ｋ）を用いて、ｋパルス目の増幅段レーザ３００の印加電圧の補正値ΔＶamp （ｋ）［ΔＶamp （ｋ）＝Ｃ・ΔＰtamp（ｋ）、ただし、Ｃは定数］が算出される。次に、この補正印加電圧で実際の印加電圧Ｖamp （ｋ）を決定する［Ｖtamp（ｋ）＝ΔＶamp （ｋ）＋Ｖtamp（ｋ）］。

そして、ステップＳ１８で、印加電圧Ｖamp （ｋ）にてｋパルス目のレーザ発振が行われ、ステップＳ１９そのパルス出力Ｐamp （ｋ）が測定される。

次のステップＳ２０で、レーザ発振及びパルス出力測定に伴い、先の休止時間Ｔ及び目標出力Ｐtargetに対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルのデータの中、ｋパルス目の印加電圧Ｖtamp（ｋ）と出力Ｐtamp（ｋ）が、算出された実際の印加電圧データＶtamp（ｋ）と測定されたパルス出力データＰtamp（ｋ）で更新され、ステップＳ２１で、レーザ発振パルスカウンタＫに１がインクリメントされる。

ステップＳ１６〜ステップＳ２１の処理は繰り返し行われ、レーザ発振パルスカウンタＫがＮを超えた場合、Ａｍｐスパイク制御処理からＡｍｐ毎パルス制御処理に移行する（ステップＳ１６の判断Ｎｏ）。

Ａｍｐ毎パルス制御処理で使用されるレーザ発振パルスカウンタＫは、Ａｍｐスパイク制御処理で使用されたパルスカウンタＫと同一である。よって、Ａｍｐスパイク制御でカウントされたパルス数はＡｍｐ毎パルス制御処理に引き継がれる。

ステップＳ２２において、１パルス前の増幅後のパルスエネルギＰamp （ｋ−１）と目標出力Ｐtargetとの差ΔＰamp （ｋ）［＝Ｐamp （ｋ−１）−Ｐtarget］が算出され、この算出結果ΔＰamp （ｋ）を用いて、ｋパルス目の増幅段レーザ３００の印加電圧の補正値ΔＶamp （ｋ）［ａ^*ΔＰamp （ｋ）、ただし、ａ^*は定数］が算出される。

次のステップＳ２３で、この補正値ΔＶamp （ｋ）及び１パルス前の印加電圧Ｖamp （ｋ−１）を用いて、ｋパルス目の印加電圧Ｖamp （ｋ）［＝ΔＶamp （ｋ）＋Ｖamp （ｋ−１）］が算出される。

そして、ステップＳ２４で、増幅段レーザ３００のレーザ印加電圧ＨＶを算出された印加電圧Ｖamp （ｋ）に設定し、ステップＳ２５で、その印加電圧Ｖamp （ｋ）にてｋパルス目のレーザ発振が行われる。

そして、ステップＳ２６で、増幅後のパルスエネルギＰamp （ｋ）が測定される。

そして、ステップＳ２５でのレーサ発振及びステップＳ２６でのエネルギ測定に伴い、ステップＳ２７で、パルスカウンタＫに１がインクリメントされる。

そして、ステップＳ２８において、この段階で、パルスカウンタＫがＭを超えていないと判断した場合は、次のステップＳ２９で、増幅段レーザ３００の印加電圧のチェックが行われる。増幅段レーザ３００の印加電圧、すなわち増幅用高電圧パルス発生器３２に設けられた主コンデンサＣ0 の印加電圧の上限値Ｖmax は予め設定されており、最新の印加電圧Ｖamp （ｋ−１）が上限印加電圧Ｖmax 未満の場合は、再び上述したステップＳ２２以降の処理が行われる。なお、増幅段レーザ３００のレーザガスが劣化すると、レーザのパルスエネルギが低下する。パルスエネルギの低下を防ぐために、印加電圧Ｖamp は徐々に高くされる。ステップＳ２９で、最新の充電電圧Ｖamp （ｋ−１）が上限印加電圧Ｖmax 以上である場合は、ガス制御サブルーチンＳ３０に入り、ガス圧、ガス組成等を制御し、ガス制御処理が終了すると、さらに上述したステップＳ２２以降の処理が行われ、レーザ印加電圧ＨＶの制御範囲で、目標出力Ｐtarget以上、又は、より高いレーザ出力が得られるようにする。

ステップＳ２８において、パルスカウンタＫが目標パルス数Ｍを超えたと判断した場合は、レーザ発振は停止され、レーザ発振が終了する。

ここで、以上に例示したようなエネルギ制御をする場合の、パルスエネルギ検出に関しての問題点を、図８を用いて説明する。図８は、図１、図４のような２ステージレーザシステムの主要部と信号を示す図である。

図６の発振段レーザ１００の制御のフローのステップＳ３のパルスエネルギＰosc の検出においては、第１モニタモジュール１９の内部のエネルギ検出器６４での検出信号を適切な較正係数η1 をもってエネルギに換算する。同様に、図７の増幅段レーザ３００の制御のフローのステップＳ１９、ステップＳ２６のパルス出力Ｐamp （ｋ）の検出においては、第２モニタモジュール３９の内部のエネルギ検出器６４’での検出信号を適切な較正係数η2 をもってエネルギに換算する。

図９に、発振段レーザ注入エネルギと増幅段レーザ出力の関係を示す。２ステージレーザシステムにおいては、同期出力を変化させる方法が主に２つある。１つ目は、発振段レーザ１００のエネルギを変化させることである（横軸）。これは、発振段レーザ１００のガス圧、発振段レーザ１００の設定印加電圧を変えること等で実現できる。もう１つは、増幅段レーザ３００のゲインを変更することであり、これは増幅段レーザ３００のガス圧、増幅段レーザの設定印加電圧を変えること等で実現できる。

したがって、所定のエネルギを得るにも、発振段レーザ１００のエネルギと増幅段レーザ３００のゲインとの間には無数の組み合わせがある。

ところが、露光機用光源として適したレーザ品位を保つためにいくつか制約がある。以下にそれを説明する。

○ブロードバンド比率
発振段レーザのエネルギが低い領域においては、増幅段レーザのチャンバ内での自然放出光の増幅により、ブロードなスペクトルが発生してしまう（参考：特願２００３−１３０４４７号）。したがって、所定のブロードバンド比率を満たすために、発振段レーザのエネルギの下限値（Ｅ1 ）が存在する。

○エネルギばらつき
発振段レーザからの注入エネルギが低い領域での使用においては、図９からも分かるように、わずかな発振段レーザ注入エネルギの差が同期後のエネルギのばらつきとなってしまう。したがって、所定のエネルギばらつき以下に保つために、発振段レーザのエネルギの下限値（Ｅ2 ）が存在する。

さらに、余りにも発振段レーザ注入エネルギが大きいと、光学的な負荷が高くなってしまい、劣化速度が急速に速くなり、レーザ寿命が極端に短くなってしまう。したがって、発振段レーザのエネルギの上限値（Ｅ3 ）も存在する。

これらの条件を満たす領域の発振段レーザ出力にて、所定の同期出力が得られるように増幅段レーザ側のゲインを調整しながらレーザ運転を行っている。

ところが、実際に長期的に同期運転を行ってみたところ、発振段レーザのエネルギ検出器６４での検出信号換算値Ｐosc を見る限り、エネルギは下限閾値Ｅ1 を確実に上回っているにもかかわらず、増幅段レーザ３００からの出力レーザ光におけるブロードバンド比率が仕様を満たさない場合や、同様に閾値Ｅ2 を上回っているにもかかわらず、エネルギばらつきが仕様から外れる場合が多々発生してしまった。

懸命な調査によって、この原因として、
（ａ）発振段レーザ１００からの入射光が増幅段レーザ３００のリアミラー３６で一部反射し、それが再度発振段レーザ１００のフロントミラー１７で反射して検出器６４に入射してしまう（図１０）。
（ｂ）増幅段レーザ３００発振光の中、増幅段レーザ３００のリアミラー３６を透過する成分（後方への出力成分）が発振段レーザ１００のフロントミラー１７で反射して検出器６４に入射してしまう（図１１）。

以上の原因により、発振段レーザエネルギ検出器６４での検出値が実際の発振段レーザエネルギに対して過剰に測定されていることが判明した。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、何れも縦軸に第１モニタモジュール１９での検出信号量をプロットしたものであり、上記（ａ）、（ｂ）及び真の発振段レーザ出力をそれぞれ分離したものを示す。分離する方法は、後述されているように、発振段レーザ１００単体のみで発振を行ったり、途中にシャッタを配置することで可能となるが、その方法は何れの方法を用いてもよい。

図１２（ａ）は、第１モニタモジュール信号量が同じでも、同期出力が異なる場合で、上記（ａ）（図１０）で示した再反射が発振段レーザ出力に比例して入射してしまうことによる過剰検出（反射成分）と、上記（ｂ）（図１１）で示した増幅段レーザからのリアミラー透過エネルギが同期出力（ＭＯＰＯ出力）に略比例して入射してしまうことによる過剰検出（リア出力）とがある。

ここで、目標エネルギが変化した場合、検出値における過剰検出の割合も変化してしまう。

上述したような過剰検出がある場合、図１２（ｂ）に示すように、発振段レーザエネルギ検出値での検出をエネルギに換算した値Ｅでは、Ｅ1 ＜Ｅ，Ｅ2 ＜Ｅを満たしていても、真の発振段レーザ出力（ＭＯ出力）Ｅ0 は、Ｅ0 ＜Ｅ1 となることが有り得る。

また、図１２（ａ）を用いて説明したように、過剰に測定される信号量は同期出力に依存する。上記の過剰検出を考慮して、図１２（ｃ）に示すように、単に閾値をＥ1'＞Ｅ1 ，Ｅ2'＞Ｅ2 と高めに設定した場合においても、考慮したＭＯＰＯエネルギよりも出力が大きくなると、やはり閾値Ｅ1 ，Ｅ2 を下回る場合が出てくる。また、余りに過剰に閾値を高くすると、不必要に発振段レーザ出力を上げることにつながり、上述したように、寿命低下を招いてしまう。

可視域においては、このような増幅段レーザからの反射成分や、増幅段レーザの後方への出力成分による発振段レーザ出力の過剰検出の問題の解決のために、特許文献３に示されているように、発振段レーザと増幅段レーザの間に光アイソレータがよく用いられる。これはファラデーローテータ等からなり、一方からの入射に対しては高透過率であるのだが、他方からの入射に対しては極めて低い透過率を持つものである。これにより、増幅段レーザの後方への出力成分や増幅段レーザからの反射成分（以下、これらを含めて余剰光と呼ぶ。）の検出器への入射を防ぐことができ、正確に発振段レーザエネルギの検出が可能となる。ところが、エキシマレーザのような紫外域のレーザ光においては、このような効果を持つ素子はなく、また、あったとしても透過率が低く、寿命も短く、実用にならなかった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発振段レーザと増幅段レーザからなる２ステージレーザにおいて、余剰光による検出器のオフセットを補正することによりレーザ特性をより安定化するようにすることである。

上記目的を達成する本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザのレーザ光発振側に配置され前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光の一部を分岐して出力レーザ光のエネルギを検出する第２モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値から、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の少なくとも一方を補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行うことを特徴とするものである。

この場合に、前記補正手段には、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数βと、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数αの少なくとも一方を算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、前記補正係数βとαの少なくとも一方を用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の少なくとも一方を補正してシード光エネルギ値とすることが望ましい。

この際、前記増幅段レーザと前記第１モニタモジュールの光分岐手段の間に光路を閉鎖するシャッタ手段が配置され、前記補正係数算出手段では、前記シャッタ手段を閉じて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値との比から前記補正係数αを算出し、また、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記第２モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値とから、前記補正係数βを算出するようにすることができる。

あるいは、前記増幅段レーザと前記第１モニタモジュールの光分岐手段の間に光路を閉鎖するシャッタ手段が配置され、前記補正係数算出手段では、前記シャッタ手段を閉じて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値との比から前記補正係数αを算出し、また、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値と、前記２ステージレーザの発振条件によって一定に制御される出力レーザ光のエネルギ指令値とから、前記補正係数βを算出するようにすることもできる。

また、前記補正係数算出手段では、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記第２モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値とから、前記補正係数βを算出し、予め見込んだ補正係数α”を前記補正係数αとすることもできる。

本発明のもう１の２ステージレーザのエネルギ制御装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分の一部を分岐して前記増幅段レーザから後方へ出力される成分のエネルギを検出する第３モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値と、前記第３モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値とから、少なくとも前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行うことを特徴とするものである。

この場合に、前記補正手段には、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記３モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値との比から補正係数γを算出し、また、、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記第３モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値と、前記３モニタモジュールで検出されるエネルギ値又はエネルギ対応値とから、補正係数βを算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、算出された前記補正係数βとγを用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正してシード光エネルギ値とすることもできる。

本発明は、以上の２ステージレーザのエネルギ制御装置を備えた２ステージレーザと、前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光を用いて露光対象を露光する露光装置とを備えている２ステージレーザシステムも含まれるものである。

この場合に、前記２ステージレーザは、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、フッ素分子レーザの何れかであることが望ましい。

本発明によると、発振段レーザと増幅段レーザとからなり、増幅段レーザが共振器を有する２ステージレーザのエネルギ制御に欠かせない発振段レーザエネルギ検出において、増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、発振段レーザからのシード光が増幅段レーザの共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の少なくとも一方を補正して、発振段レーザエネルギの正確な検出を行うことができるため、２ステージレーザからの出力レーザ光が、露光用レーザ装置に必要とされるブロードバンド比率やエネルギばらつきに関しての仕様から外れることがなくなり、また、寿命低下を起こすことがなくなる。

以下、本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置を実施例に基づいて説明する。

図１３に、本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第１の実施形態の主要部の構成を示す。

この実施形態においては、第１モニタモジュール１９内のエネルギ検出器６４へビームを分岐するビームスプリッタ６１と増幅段レーザ３００のシード光が注入されるリアミラー３６との間に、シャッタ６８を設ける。このシャッタ６８を閉じたときにシャッタ６８での反射光の検出を防ぐために、図示のように、シャッタ面の法線が光軸に対して少し角度をなすようにシャッタ６８を配置することが望ましい。また、このシャッタ６８は指令により自動的に開閉可能なように構成されている。なお、第２モニタモジュール３９内には、増幅段レーザ３００からの出力レーザ光をエネルギ検出器６４’へ分岐するビームスプリッタ６１’が配置されている。

本発明の特徴である「高精度な発振段レーザ出力検出」に主眼を置いた制御のフローチャートを図１４に示す。以下に、このフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ1001で、露光用光源としてのエキシマレーザの初期調整が行われる。又は、「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールのメンテナンスが実施される。ここで、本発明ににおける「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールとしては、図１、図４における、発振用チャンバ１０、ＬＮＭ１６，フロントミラー１７、第１モニタモジュール１９、ビーム伝搬部４２、増幅用チャンバ３０、リアミラー３６、出力ミラー３７、第２モニタモジュール３９等である。

次に、ステップＳ1002で、後で詳細に説明する「補正係数α，β算出」サブルーチンを実行する。

次に、ステップＳ1003で、本発明による２ステージレーザの発振動作をさせて露光装置３での「露光動作」を行う。その詳細は特に説明しない。この工程において良好な露光を保つために、「エネルギ制御」を行う必要があるのである。

２ステージレーザシステムにおける高精度エネルギ制御に関しては、前記した特願２００３−２９１４６３号にて提案されているので、ここでは詳細は記述しないが、図６、図７で例示したようなものである。この「エネルギ制御」の工程においては、「パルスエネルギＰosc の検出」（図６のステップＳ３）がある。この検出ステップにおいて、本発明で提案するように、補正係数α，βを用いて高精度に発振段レーザ出力を検出することが可能となる。この「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンに関しては、後で詳細に説明する。

次いで、ステップＳ1004で、一連の「露光動作」が終了した後に、直前の「補正係数α，βの算出」から一定時間Ｔ0 が過ぎたかを確認する（Ｔcal ＞Ｔ0 ）。Ｔ0 を超えていた場合は、再度ステップＳ1002の「補正係数α，βの算出」を実施する。

ここで、一定時間Ｔ0 は、典型的には１週間程度である。なぜなら、余りにＴ0 を小さく設定すると、「露光動作」の妨げになってしまう。また、余りにＴ0 を大きく設定すると、各種ミラーの反射率変化等の経時変化のために、検出誤差が大きくなってしまう恐れがある。

その後、ステップＳ1005で、直前の「補正係数α，βの算出」からの発振パルス数が所定数Ｓ0 を過ぎたかを確認する（Ｓcal ＞Ｓ0 ）。この所定数Ｓ0 も、上記と同様の理由で、Ｓ0 は１００Ｍｐｌｓ程度に設定するのが望ましい。Ｓ0 を超えていた場合は、再度ステップＳ1002の「補正係数α，βの算出」を実施する。Ｓ0 を超えていない場合は、再度ステップＳ1003の「露光動作」を継続する。

上記図１４のフローチャートでは、ステップＳ1002の「補正係数α，βの算出」を実施するための条件として、時間Ｔcal と発振パルス数Ｓcal との両方を参照したが、時間のみを観察するようなの形態であっても構わないし、発振パルス数のみを観察する形態であっても構わない。

また、ステップＳ1003の「露光動作」は、装置スループット確保のためにむやみに止めることはできない。したがって、実際の「補正係数α，βの算出」のタイミングとしては、露光装置３がそれを許容したときのみに限定され、例えば定期的に行われる「ガス交換」の後等に実行される。

この「補正係数α，β算出」サブルーチンを図１５に示す。

まず、ステップＳ1101で、補正間隔確認のために設けられたタイマをリセットする（時間時間Ｔcal 及び発振パルス数Ｓcal ）。

次に、ステップＳ1102で、補正が新規である場合（図１４のステップＳ1001を経由した場合）は、次のステップＳ1103の工程をスキップする。そうでない場合（図１４のステップＳ1004、Ｓ1005を経由した場合）は、次のステップＳ1103の工程に進む。

ステップＳ1103では、これまでに用いていた補正係数α，βをそれぞれα’，β’として記憶する。これは以下に示すように、補正前後での係数の差を比較するためである。

次いで、ステップＳ1104において、第１モニタモジュール１９内のシャッタ６８（シャッタ１）を閉める。

次に、ステップＳ1105で、シャッタ６８を閉じた状態で、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

そして、ステップＳ1106で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖa を取得、記憶する。

次に、ステップＳ1107で、別途算出されるエネルギ補正係数η1 によってＶa から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅa が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥa ＝η1 ・Ｖa
ここで、η1 は、エネルギ検出器６４での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。このエネルギ補正係数η1 の算出の詳細は省く。

次に、ステップＳ1108で、シャッタ６８（シャッタ１）を開ける。

そして、ステップＳ1109で、ステップＳ1105と同じ条件（ただし、シャッタ６８を開けた状態）において、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

ここで、同じ条件とは、ガス条件、印加電圧等、レーザ出力に影響を与える可能性があるものに関して同一条件とすることを意味する。

その状態で、ステップＳ1110で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖb を取得、記憶する。

次いで、ステップＳ1111で、エネルギ補正係数η1 によってＶb から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅb が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥb ＝η1 ・Ｖb
次に、ステップＳ1112で、上記のＥa 及びＥb を用いて、補正係数αを算出する。すなわち、
α＝Ｅb ／Ｅa
次に、ステップＳ1113で、発振段レーザ１００（ＭＯ）に関しては、ステップＳ1105と同じ条件において２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）の発振を行う。

次いで、ステップＳ1114で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖc を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖd を読みこむ。

そして、ステップＳ1115で、エネルギ補正係数η1 によってＶc から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅc が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥc ＝η1 ・Ｖc
また、エネルギ補正係数η2 によって、Ｖd から２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）出力エネルギＥd が算出される。すなわち、
ＭＯＰＯ出力エネルギＥd ＝η2 ・Ｖd
ここで、η2 は、エネルギ検出器６４’での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。このエネルギ補正係数η2 の算出の詳細は省く。

そして、ステップＳ1116で、算出されたＥb 、Ｅc 、Ｅd により、補正係数βを算出する。すなわち、
β＝Ｅd ／（Ｅc −Ｅb ）
次に、ステップＳ1117で、補正が新規である場合（図１４のステップＳ1001を経由した場合）は、この「補正係数α，β算出」サブルーチンを終え（「リターン」）、そうでない場合（図１４のステップＳ1004、Ｓ1005を経由した場合）は、次のステップＳ1118の工程に進む。

ステップＳ1118では、補正前の係数α’，β’（ステップＳ1103）と補正後の係数α，βを比較する。差異が大きい場合は、各種ミラー透過率の経時変化の可能性があり、そのまま露光を続けた場合、エネルギ検出誤差が大きくなって良好にレーザ特性を維持できない恐れがある。したがって、診断員に状況を確認してもらうべく、エラー信号を出す。すなわち、
｜α’／α−１｜＜Ｅ
｜β’／β−１｜＜Ｅ
を判断する。許容エラーとしては、５％程度とするのが望ましい。

上記では、発振段レーザ１００（ＭＯ）の発振条件を固定して１点での係数決定を行ったが、当然電圧等を変えて複数のデータを取得し、最小二乗法等をもって係数決定を行ってもよい。

また、ここでは、シャッタ６８（シャッタ１）は第１モニタモジュール６４の内部に配置したが、第１モニタモジュール６４内のビームスプリッタ６１と増幅段レーザ３００のリアミラー３６との間であれば、どこに配置されようとも構わない。

以上のようにして得た補正係数α，βを用いて正確に発振段レーザエネルギの検出を行う「パルスエネルギＰosc の検出」（例えば、図６のステップＳ３）サブルーチンを、図１６に示す。前記したように、このサブルーチンは、ＭＯＰＯにおける「エネルギ制御」における１つの工程となっている。

図１６において、ステップＳ1301において、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖ1 を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖ2 を読みこむ。

次いで、ステップＳ1302で、エネルギ補正係数η1 ，η2 によって、発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 、２ステージレーザ出力（ＭＯＰＯエネルギ）Ｅ2 に変換する。すなわち、
Ｅ1 ＝η1 ・Ｖ1
Ｅ2 ＝η2 ・Ｖ2
次いで、ステップＳ1303で、補正係数α，β及び検出した信号Ｖ1 ，Ｖ2 から変換されたＭＯ出力Ｅ1 、ＭＯＰＯ出力Ｅ2 を用いて、余剰光の影響を除去した真のＭＯ出力Ｐosc を算出する。すなわち、
Ｐosc ＝（Ｅ1 −Ｅ2 ／β）／α
この式中、（Ｅ1 −Ｅ2 ／β）は、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で検出された発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 から、増幅段レーザの後方への出力成分による過剰検出成分Ｅ2 ／βを除いた部分に相当し、１／αは、さらにその補正された出力から増幅段レーザからの反射成分を取り除いて補正することに相当する。

なお、上記の真のＭＯ出力Ｐosc を求める計算式では、ステップＳ1101〜ステップＳ1118までの手順を逆に辿ってステップＳ1107のＥa を求めていることに相当することになる。

フロントミラー反射率の経時変化等があった場合、「補正係数α，β算出」したときと、「露光動作」の「パルスエネルギＰosc の検出」のときとでは、α，βの正しい数値がずれることが考えられる。そのため、図１４に示したように、定期的にα，βを確認／補正することが必要である。

次に、第１の実施形態の変形例を説明する。以下に説明するように、この実施形態では、αとβを計算する際のレーザ発振の出力光エネルギを略一定に維持する制御を行う。これにより、第１実施形態に比べてαとβの計算精度が向上する。

まず、図１５に代わる「補正係数α，β算出」サブルーチンを図１７に示す。図１５との相違点のみを説明する。

ステップＳ1101〜Ｓ1104までは、図１５の場合と同じである。

ステップＳ1104に続くステップＳ1105’で、シャッタ６８（シャッタ１）を閉じた状態で、発振段レーザ１００（ＭＯ）の出力光エネルギを一定値（Ｅosc ）（例えば１ｍＪ）に維持する制御を行って、ＭＯのみの発振を行う。このような制御については、例えば特許文献４参照。

次のステップＳ1106’で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖa 、及び、ステップＳ1105’の制御で用いた電源電圧値ＨＶosc の平均値を取得、記憶する。

次いでステップＳ1107’で、別途算出されるエネルギ補正係数η1 によってＶa から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅa が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥa ＝η1 ・Ｖa
ここで、η1 は、エネルギ検出器６４での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。このエネルギ補正係数η1 の算出の詳細は省く。

次に、ステップＳ1108’で、シャッタ６８（シャッタ１）を開ける。

次に、ステップＳ1109’で、前記記憶したＨＶosc を電源電圧指令値にして、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

その状態で、ステップＳ1110’で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖb を取得、記憶する。

次いで、ステップＳ1111’で、エネルギ補正係数η1 によってＶb から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅb が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥb ＝η1 ・Ｖb
次に、ステップＳ1112’で、上記のＥa 及びＥb を用いて、補正係数αを算出する。すなわち、
α＝Ｅb ／Ｅa
次に、ステップＳ1113’で、２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）の発振を行う。発振段レーザ１００（ＭＯ）では、前記記憶したＨＶosc を電源電圧指令値にする。ＭＯＰＯ出力は、所定の一定の光エネルギ値Ｅamp を出力するように電源電圧を制御する。

次いで、ステップＳ1114’で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖc を読みこむ。

そして、ステップＳ1115’で、エネルギ補正係数η1 によってＶc から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅc が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥc ＝η1 ・Ｖc
そして、ステップＳ1116’で、算出されたＥb 、Ｅc 、及び、所定の一定の光エネルギ値Ｅamp により、補正係数βを算出する。すなわち、
β＝Ｅamp ／（Ｅc −Ｅb ）
以下、ステップＳ1117〜Ｓ1118、図１５の場合と同じである。

ここで、ステップＳ1106’において、電源電圧値ＨＶosc の平均値を取得、記憶するように記載したが、レーザのスパイク特性（詳細は特願２００３−２９１４６３号）に配慮して、測定に関わる全パルスの電源設定値を記憶し、ステップＳ1109’、ステップＳ1113’においてその記憶値に基づいた指令を出すようにしてもよい。

さらには、ステップＳ1115’においては、ＭＯ出力として、検出エネルギでなく、指定エネルギＥamp を補正係数βの算出に用いたが、ステップＳ1116（図１５）にあるように、検出エネルギを用いても構わない。

さらには、ステップＳ1112’において、計測されたＥa の代わりに、ターゲット出力Ｅosc を用いても構わない。

その場合は、図１７のステップＳ1112’では、上記のＥb 及びＥosc を用いて、補正係数αを次のように算出する。

α＝Ｅb ／Ｅosc
さらには、ここまでの説明においては、エネルギ補正係数η1 ，η2 を用いて検出値をエネルギに変換するという手順を踏んでいたが、これから説明するように、そのいくつかは省略することができる。これにより、処理時間の短縮が可能になる場合もある。そのような変形例での「補正係数α，β算出」サブルーチンを図１８に示す。

図１５との比較では、ステップＳ1101〜Ｓ1106がステップＳ2101〜Ｓ2106に対応し、ステップＳ1107に対応するステップがなく、ステップＳ1108〜Ｓ1110がステップＳ2108〜Ｓ2110に対応し、ステップＳ1111に対応するステップがなく、ステップＳ1112〜Ｓ1114がステップＳ2112〜Ｓ2114に対応し、ステップＳ1115に対応するステップがなく、ステップＳ1116〜Ｓ1118がステップＳ2116〜Ｓ2118に対応する。

すなわち、ステップＳ2101で、補正間隔確認のために設けられたタイマをリセットする（時間時間Ｔcal 及び発振パルス数Ｓcal ）。

次に、ステップＳ2102で、補正が新規である場合（図１４のステップＳ1001を経由した場合）は、次のステップＳ2103の工程をスキップする。そうでない場合（図１４のステップＳ1004、Ｓ1005を経由した場合）は、次のステップＳ2103の工程に進む。

ステップＳ2103では、これまでに用いていた補正係数α，βをそれぞれα’，β’として記憶する。これは以下に示すように、補正前後での係数の差を比較するためである。

次いで、ステップＳ2104において、第１モニタモジュール１９内のシャッタ６８（シャッタ１）を閉める。

次に、ステップＳ2105で、シャッタ６８を閉じた状態で、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

そして、ステップＳ2106で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖa を取得、記憶する。

次に、ステップＳ2108で、シャッタ６８（シャッタ１）を開ける。

そして、ステップＳ2109で、ステップＳ2105と同じ条件（ただし、シャッタ６８を開けた状態）において、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

その状態で、ステップＳ2110で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖb を取得、記憶する。

次に、ステップＳ2112で、上記のＶa 及びＶb を用いて、補正係数αを算出する。すなわち、Ｅa=η1 ・Ｖa ，Ｅb=η1 ・Ｖb であるから、
α＝Ｖb ／Ｖa
次に、ステップＳ2113で、発振段レーザ１００（ＭＯ）に関しては、ステップＳ2105と同じ条件において２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）の発振を行う。

次いで、ステップＳ2114で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖc を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖd を読みこむ。

そして、ステップＳ2116で、求められたＶb 、Ｖc 、Ｖd により、補正係数βを算出する。すなわち、
β＝Ｖd ／（Ｖc −Ｖb ）
次に、ステップＳ2117で、補正が新規である場合（図１４のステップＳ1001を経由した場合）は、この「補正係数α，β算出」サブルーチンを終え（「リターン」）、そうでない場合（図１４のステップＳ1004、Ｓ1005を経由した場合）は、次のステップＳ2118の工程に進む。

ステップＳ2118では、補正前の係数α’，β’（ステップＳ2103）と補正後の係数α，βを比較する。差異が大きい場合は、各種ミラー透過率の経時変化の可能性があり、そのまま露光を続けた場合、エネルギ検出誤差が大きくなって良好にレーザ特性を維持できない恐れがある。したがって、診断員に状況を確認してもらうべく、エラー信号を出す。すなわち、
｜α’／α−１｜＜Ｅ
｜β’／β−１｜＜Ｅ
を判断する。許容エラーとしては、５％程度とするのが望ましい。

この図１８の変形例の「補正係数α，β算出」サブルーチンを用いる場合の「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンは図１９のようになる。

上述したように、このサブルーチンは、ＭＯＰＯにおける「エネルギ制御」における１つの工程となっている。

図１９において、ステップＳ2301で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖ1 を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖ2 を読みこむ。

次のステップＳ2303で、補正係数α，β 及び検出した信号Ｖ1 ，Ｖ2 を用いて、余剰光の影響を除去した真のＭＯ出力Ｐosc を算出する。すなわち、
Ｐosc ＝η1 ・（Ｖ1 −Ｖ2 ／β）／α
ここで、η1 は、エネルギ検出器６４での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。このエネルギ補正係数η1 の算出の詳細は省く。

この真のＭＯ出力Ｐosc の式中、（Ｖ1 −Ｖ2 ／β）は、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で検出された発振段レーザ出力信号Ｖ1 から、増幅段レーザの後方への出力成分による過剰検出成分信号Ｖ2 ／βを除いた部分に相当し、１／αは、さらにその補正された信号から増幅段レーザからの反射成分を取り除いて補正することに相当する。

ここで、図１８、図１９のフローが問題ないことを確認する。

ステップＳ2112、Ｓ2116の
α＝Ｖb ／Ｖa
β＝Ｖd ／（Ｖc −Ｖb ）
において、Ｖd ＝Ｖ2 、Ｖc ＝Ｖ1 とした場合に、ステップＳ2303で、
Ｐosc ＝η1 ・（Ｖ1 −Ｖ2 ／β）／α
＝η1 ・Ｖa
が得られ、真の真のＭＯ出力が導出されていることが確認される。

なお、容易に分かるように、以上の図１８、図１９の変形例のステップＳ2116における補正係数βと、図１５〜図１７の例のステップＳ1116における補正係数βとでは、意味が異なる。

次に、本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第２の実施形態の主要部の構成を図２０に示す。

この第２実施形態においては、αの導出を省いたことを主な特徴とする。これにより、シャッタ６８が不要になり、装置のスリム化と、較正をより簡易に実施にすることができるようになる。

補正係数αは、典型的な発振段レーザ１００のフロントミラー１７の反射率と、増幅段レーザ３００のリアミラー３６の反射率においては、１〜１．３である。したがって、予めこの影響度を見込んで、発振段レーザ１００の出力のターゲット領域を設定しておけば、ステップＳ1111（図１５）で説明したＭＯ出力エネルギＥb をもってＥa を代表すると考えても大きな問題にはならない。なぜなら、露光処理に使われるのは、ＭＯＰＯ出力であるから、光エネルギレベルを高精度に制御する必要があるのは増幅段レーザ出力（ＰＯ出力）である。よって、発振段レーザのＭＯ出力は、ＭＯＰＯ出力と異なり、極めて高精度では出力を制御する必要はないからである。

この第２の実施形態の「高精度な発振段レーザ出力検出」に主眼を置いた制御のフローチャートを図２１に示す。以下に、このフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ3001で、露光用光源としてのエキシマレーザの初期調整行われる。又は、「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールのメンテナンスが実施される。ここで、本発明ににおける「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールとしては、図１、図４における、発振用チャンバ１０、ＬＮＭ１６，フロントミラー１７、第１モニタモジュール１９、ビーム伝搬部４２、増幅用チャンバ３０、リアミラー３６、出力ミラー３７、第２モニタモジュール３９等である。

次に、ステップＳ3002で、後で詳細に説明する「補正係数β算出」サブルーチンを実行する。

次に、ステップＳ3003で、本発明による２ステージレーザの発振動作をさせて露光装置３での「露光動作」を行う。その詳細は特に説明しない。この工程において良好な露光を保つために、「エネルギ制御」を行う必要があるのである。

２ステージレーザシステムにおける高精度エネルギ制御に関しては、前記した特願２００３−２９１４６３号にて提案されているので、ここでは詳細は記述しないが、図６、図７で例示したようなものである。この「エネルギ制御」の工程においては、「パルスエネルギＰosc の検出」（図６のステップＳ３）がある。この検出ステップにおいて、この実施形態で提案するように、補正係数βを用いて高精度に発振段レーザ出力を検出することが可能となる。この「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンに関しては、後で詳細に説明する。

次いで、ステップＳ3004で、一連の「露光動作」が終了した後に、直前の「補正係数βの算出」から一定時間Ｔ0 が過ぎたかを確認する（Ｔcal ＞Ｔ0 ）。Ｔ0 を超えていた場合は、再度ステップＳ3002の「補正係数βの算出」を実施する。

その後、ステップＳ3005で、直前の「補正係数βの算出」からの発振パルス数が所定数Ｓ0 を過ぎたかを確認する（Ｓcal ＞Ｓ0 ）。この所定数Ｓ0 も、上記と同様の理由で、Ｓ0 は１００Ｍｐｌｓ程度に設定するのが望ましい。Ｓ0 を超えていた場合は、再度ステップＳ3002の「補正係数βの算出」を実施する。Ｓ0 を超えていない場合は、再度ステップＳ3003の「露光動作」を継続する。

上記図２１のフローチャートでは、ステップＳ3002の「補正係数βの算出」を実施するための条件として、時間Ｔcal と発振パルス数Ｓcal との両方を参照したが、時間のみを観察するようなの形態であっても構わないし、発振パルス数のみを観察する形態であっても構わない。

また、ステップＳ3003の「露光動作」は、装置スループット確保のためにむやみに止めることはできない。したがって、実際の「補正係数βの算出」のタイミングとしては、露光装置３がそれを許容したときのみに限定され、例えば定期的に行われる「ガス交換」の後等に実行される。

この「補正係数β算出」サブルーチンを図２２に示す。

まず、ステップＳ3101で、補正間隔確認のために設けられたタイマをリセットする（時間時間Ｔcal 及び発振パルス数Ｓcal ）。

次に、ステップＳ3102で、補正が新規である場合（図２１のステップＳ3001を経由した場合）は、次のステップＳ3103の工程をスキップする。そうでない場合（図２１のステップＳ3004、Ｓ3005を経由した場合）は、次のステップＳ3103の工程に進む。

ステップＳ3103では、これまでに用いていた補正係数βをβ’として記憶する。これは以下に示すように、補正前後での係数の差を比較するためである。

そして、ステップＳ3109で、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

その状態で、ステップＳ3110で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖb を取得、記憶する。

次いで、ステップＳ3111で、エネルギ補正係数η1 によってＶb から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅb が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥb ＝η1 ・Ｖb
次に、ステップＳ3113で、発振段レーザ１００（ＭＯ）に関しては、ステップＳ3109と同じ条件において２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）の発振を行う。

次いで、ステップＳ3114で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖc を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖd を読みこむ。

そして、ステップＳ3115で、エネルギ補正係数η1 によってＶc から発振段レーザ出力エネルギ（ＭＯ出力エネルギ）Ｅc が算出される。すなわち、
ＭＯ出力エネルギＥc ＝η1 ・Ｖc
また、エネルギ補正係数η2 によって、Ｖd から２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）出力エネルギＥd が算出される。すなわち、
ＭＯＰＯ出力エネルギＥd ＝η2 ・Ｖd
ここで、η2 は、エネルギ検出器６４’での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。

そして、ステップＳ3116で、算出されたＥb 、Ｅc 、Ｅd により、補正係数βを算出する。すなわち、
β＝Ｅd ／（Ｅc −Ｅb ）
次に、ステップＳ3117で、補正が新規である場合（図２１のステップＳ3001を経由した場合）は、この「補正係数β算出」サブルーチンを終え（「リターン」）、そうでない場合（図２１のステップＳ3004、Ｓ3005を経由した場合）は、次のステップＳ3118の工程に進む。

ステップＳ3118では、補正前の係数β’（ステップＳ3103）と補正後の係数βを比較する。差異が大きい場合は、各種ミラー透過率の経時変化の可能性があり、そのまま露光を続けた場合、エネルギ検出誤差が大きくなって良好にレーザ特性を維持できない恐れがある。したがって、診断員に状況を確認してもらうべく、エラー信号を出す。すなわち、
｜β’／β−１｜＜Ｅ
を判断する。許容エラーとしては、５％程度とするのが望ましい。

以上のようにして得た補正係数βを用いて正確に発振段レーザエネルギの検出を行う「パルスエネルギＰosc の検出」（例えば、図６のステップＳ３）サブルーチンを、図２３に示す。前記したように、このサブルーチンは、ＭＯＰＯにおける「エネルギ制御」における１つの工程となっている。

図２３において、ステップＳ3301において、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖ1 を読みこむ。また、第２モニタモジュール３９（モニタモジュール２）のエネルギ検出器６４’（エネルギ検出器２）で信号Ｖ2 を読みこむ。

次いで、ステップＳ3302で、エネルギ補正係数η1 ，η2 によって、発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 、２ステージレーザ出力（ＭＯＰＯエネルギ）Ｅ2 に変換する。すなわち、
Ｅ1 ＝η1 ・Ｖ1
Ｅ2 ＝η2 ・Ｖ2
次いで、ステップＳ3303で、補正係数β及び検出した信号Ｖ1 ，Ｖ2 から変換されたＭＯ出力Ｅ1 、ＭＯＰＯ出力Ｅ2 を用いて、余剰光の影響を除去した真のＭＯ出力Ｐosc を算出する。すなわち、
Ｐosc ＝（Ｅ1 −Ｅ2 ／β）／α”
この式中、（Ｅ1 −Ｅ2 ／β）は、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で検出された発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 から、増幅段レーザの後方への出力成分による過剰検出成分Ｅ2 ／βを除いた部分に相当し、１／α”は、さらにその補正された出力から増幅段レーザからの予め見込んだ補正係数α”の反射成分を取り除いて補正することに相当し、前記のように、α”は１〜１．３の間で予め設定される。

なお、上記の真のＭＯ出力Ｐosc を求める計算式では、ステップＳ3101〜ステップＳ3118までの手順を逆に辿ってステップＳ3111のＥb を求めていることに相当することになる。

なお、この実施形態においても、第１実施形態において示したように、エネルギの代わりに、検出値そのものを用いるようにしてもよい（図１８、図１９）。

次に、以上の第２の実施形態の変形例を説明する。

この変形例では、「パルスエネルギＰosc の検出」においては、実測されたＭＯＰＯエネルギＥ2 でなく、ターゲットとしているエネルギ指令値Ｐamp(target) そのものを用いる。

ＭＯＰＯエネルギ（２ステージレーザ出力）は高度にエネルギ制御されており、ターゲットからのずれは大きくても５％程度である。この程度のずれであれば、ＭＯエネルギ制御に影響は与えない。そして、実測値の代わりに指令値を用いることで、ＭＯＰＯエネルギ検出値をコントローラに通信する手間がなくなるため、計算時間が大幅に短縮される利点がある。

「補正係数β算出」サブルーチンは図２２と同じである。

「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンが図２３と異なるので、そのサブルーチンを図２４に示す。前記したように、このサブルーチンは、ＭＯＰＯにおける「エネルギ制御」における１つの工程となっている。

図２４において、ステップＳ4301において、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）で信号Ｖ1 を読みこむ。

次いで、ステップＳ4302で、エネルギ補正係数η1 によって、発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 に変換する。すなわち、
Ｅ1 ＝η1 ・Ｖ1
次いで、ステップＳ4303で、補正係数β及び検出した信号Ｖ1 から変換されたＭＯ出力Ｅ1 を用いて、余剰光の影響を除去した真のＭＯ出力Ｐosc を算出する。すなわち、
Ｐosc ＝｛Ｅ1 −Ｐamp(target) ／β｝／α”
この変形例においても第１実施形態の変形例に示したように、エネルギの代わりに、検出値そのものを用いるようにしてもよい（図１８、図１９）。

また、「補正係数β算出」においても、ＭＯＰＯ出力Ｅ2 の代わりに、ターゲット値Ｐamp(target) を用いるようにしてもよい。

次に、本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第３の実施形態の主要部の構成を図２５に示す。この実施形態においては、ＭＯエネルギ検出において、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内に配置されたエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）とエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）の信号を用いる。エネルギ検出器６４は、ビームスプリッタ６１により反射された発振段レーザ１００（ＭＯ）からの出力光が主に入射するように配置され、エネルギ検出器６４”はビームスプリッタ６１により反射された増幅段３００（ＰＯ）からの後方への出力成分が主に入射するように配置されている。

以下の説明では、途中にシャッタを配置しない場合で、αの導出を省き、予め見込んだ補正係数α”とする例について説明を行うが、これまでに説明してきたように、シャッタを配置して補正係数αを導いて補正する場合においても同様に適用できる。

本方式においては、ＭＯＰＯの増幅段レーザ３００の後方への出力をモニタしているので、後で導く補正係数β（以上で用いた補正係数βとは意味が異なる。）の変動が以上の実施例と比べて格段に小さいことがある。したがって、初期調整の段階で一旦係数を決めれば、その後は較正の必要がない。

本発明の特徴である「高精度な発振段レーザ出力検出」に主眼を置いた制御のフローチャートを図２６に示す。以下に、このフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ5001で、露光用光源としてのエキシマレーザの初期調整行われる。又は、「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールのメンテナンスが実施される。ここで、本発明ににおける「高精度な発振段レーザ出力検出」に影響を与え得るモジュールとしては、図１、図４における、発振用チャンバ１０、ＬＮＭ１６，フロントミラー１７、第１モニタモジュール１９、ビーム伝搬部４２、増幅用チャンバ３０、リアミラー３６、出力ミラー３７、第２モニタモジュール３９等である。

次に、ステップＳ5002で、後で詳細に説明する「補正係数β，γ算出」サブルーチンを実行する。

次に、ステップＳ5003で、本発明による２ステージレーザの発振動作をさせて露光装置３での「露光動作」を行う。その詳細は特に説明しない。この工程において良好な露光を保つために、「エネルギ制御」を行う必要があるのである。

２ステージレーザシステムにおける高精度エネルギ制御に関しては、前記した特願２００３−２９１４６３号にて提案されているので、ここでは詳細は記述しないが、図６、図７で例示したようなものである。この「エネルギ制御」の工程においては、「パルスエネルギＰosc の検出」（図６のステップＳ３）がある。この検出ステップにおいて、本実施例で提案するように、補正係数β，γを用いて高精度に発振段レーザ出力を検出することが可能となる。この「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンに関しては、後で詳細に説明する。

なお、この実施形態においては、図１４のステップＳ1004、ステップＳ1005に対応する補正係数β，γの再算出工程はない。その理由は、増幅段レーザの後方への出力成分を見積もるのに、ＭＯＰＯ出力を用いて間接的に行うのではなく、その後方への出力を直接モニタしているので、補正係数βの変動が格段に小さいためである。したがって、上記のように、初期調整の段階で一旦係数を決めれば、その後は較正の必要がない。

次に、この「補正係数β，γ算出」サブルーチンを図２７に示す。

まず、ステップＳ5101で、発振段レーザ１００（ＭＯ）のみ発振を行う。

次に、ステップＳ5102で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖa をを読みこむ。また、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）のエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）で信号Ｖb を読みこむ。

次に、ステップＳ5103において、η1 ，η3 によって、Ｖa ，Ｖb から対応する出力エネルギＥa ，Ｅb が算出される。すなわち、
Ｅa ＝η1 ・Ｖa
Ｅb ＝η3 ・Ｖb
ここで、η1 ，η3 は、それぞれエネルギ検出器６４、６４”での検出信号をエネルギに変換するための係数であり、カロリメータ等によって換算が行われる。このエネルギ補正係数η1 ，η3 の算出の詳細は省く。

次いで、上記のＥa 及びＥb を用いて補正係数γを以下のように算出する。

γ＝Ｅa ／Ｅb
次に、ステップＳ5105において、発振段レーザ１００（ＭＯ）に関しては、ステップＳ5101と同じ条件において２ステージレーザ（ＭＯＰＯ）の発振を行う。

その状態で、ステップＳ5106で、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖc を読みこむ。また、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）において信号Ｖd を読みこむ。

次に、ステップＳ5107において、η1 ，η3 によって、Ｖc ，Ｖd から対応する出力エネルギＥc ，Ｅd が算出される。すなわち、
Ｅc ＝η1 ・Ｖc
Ｅd ＝η3 ・Ｖd
次に、ステップＳ5108において、算出されたＥa 、Ｅb 、Ｅc 、Ｅd により、補正係数βを算出する。すなわち、
β＝（Ｅd −Ｅb ）／（Ｅc −Ｅa ）
なお、ここで算出される補正係数βは、以上の実施形態での補正係数βとでは、意味が異なる。

以上のようにして得た補正係数β，γを用いて正確に発振段レーザエネルギの検出を行う「パルスエネルギＰosc の検出」（例えば、図６のステップＳ３）サブルーチンを、図２８に示す。前記したように、このサブルーチンは、ＭＯＰＯにおける「エネルギ制御」における１つの工程となっている。

ステップＳ5301において、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）において信号Ｖ1 を読みこむ。また、第１モニタモジュール１９（モニタモジュール１）内のエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）において信号Ｖ3 を読みこむ。

次に、ステップＳ5302において、η1 ，η3 によって、発振段レーザ出力（ＭＯエネルギ）Ｅ1 、２ステージレーザ後方出力Ｅ3 に変換する。すなわち、
Ｅ1 ＝η1 ・Ｖ1
Ｅ3 ＝η3 ・Ｖ3
次に、ステップＳ5303において、補正係数β，γ及び信号Ｖ1 、Ｖ3 から変換されたＥ1 、Ｅ3 を用いて、余剰光の影響を除去した真のＭＯ出力Ｐosc を算出する。すなわち、
Ｐosc ＝｛（Ｅ1 −Ｅ3 ／β）／（１−γ／β）｝／α”
なお、上記の真のＭＯ出力Ｐosc を求める計算式では、ステップＳ5101〜ステップＳ5108までの手順を逆に辿っている。

ここで、補足的に図２７、図２８の真のＭＯ出力Ｐosc を求める工程の意味を説明しておく。

ここでは、増幅段レーザからの反射成分を取り除く補正係数αの導出を省き、予め見込んだ補正係数α”としている。

まず、ＭＯ（発振段レーザ）１００単体での発振があるときの、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）での検出エネルギＥa とエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）での検出エネルギＥb とは比例する。

そこで、係数γを、
γ＝Ｅb ／Ｅa
＝〈検出器３で検出されるＭＯ単体エネルギ〉
／〈検出器１で検出されるＭＯ単体エネルギ〉・・・（１）
と関係付ける。

次に、ＰＯ（増幅段レーザ）３００後方への出力を見積もると、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）での検出エネルギＥc とエネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）での検出エネルギＥd との中に上記ＭＯ（発振段レーザ）１００単体発振での影響があるので、これを分離する。すなわち、
Ｅc ＝Ｅa ＋〈検出器１で検出される後方出力エネルギ〉
Ｅd ＝Ｅb ＋〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉
であり、さらに、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）、エネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）で検出される後方出力エネルギは比例することより、
β＝〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉
／〈検出器１で検出される後方出力エネルギ〉
＝（Ｅd −Ｅb ）／（Ｅc −Ｅa ）・・・（２）
との関係が得らる。

実際の運転において、エネルギ検出器６４（エネルギ検出器１）でＥ1 、エネルギ検出器６４”（エネルギ検出器３）でＥ3 が検出された場合、以下の手順で真のエネルギＥ0 が算出される。

Ｅ0 ＝Ｅ1 −〈検出器１で検出される後方出力エネルギ〉
＝Ｅ1 −〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉／β ・・・（３）
また、
Ｅ3 ＝〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉
＋〈検出器３で検出されるＭＯ単体エネルギ〉
＝〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉
＋〈検出器１で検出されるＭＯ単体エネルギ〉・γ ・・・（４）
となる。

ここで、〈検出器１で検出されるＭＯ単体エネルギ〉とは、求めたい真のエネルギＥ0 そのものだから、（４）式より、
〈検出器３で検出される後方出力エネルギ〉＝Ｅ3 −Ｅ0 ・γ ・・・（５）
が得られる。

（５）式と（３）式から、
Ｅ0 ＝Ｅ1 −（Ｅ3 −Ｅ0 ・γ）／β
となり、これを整理して、
Ｅ0 ＝（Ｅ1 −Ｅ3 ／β）／（１−γ／β）
となる。

これに、増幅段レーザ３００からの反射成分を取り除く補正係数α”を組み入れて、図２８のステップＳ5303に示している計算式になる。

なお、上記全ての実施例（実施形態）においては、第２モニタモジュール３９と増幅段レーザ３００の出力ミラー３７とが隣接されている構造に関して説明を行ったが、図２９（図２０の変形例）に示すように、第２モニタモジュール３９と増幅段レーザ３００の出力ミラー３７との間に、例えば光整形モジュール７１が挿入されていても構わない。光整形モジュール７１としては、例えばビームの形状やパルス形状を整えるモジュール等がある。

また、増幅段レーザ３００の共振器の形態としては、ここでは図１及び図４に限定した説明を行ったが、特願２００３−２９８２８６号やＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５４９０に示されている任意の形態の共振器を持つものに本発明は適用可能である。その１例を図３０に示す。図３０の（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は増幅段レーザ３００のリアミラー３６をその増幅用チャンバ３０側から見た図である。図１と同一の構成部分は同じ符号を用いて示してある。この例では、増幅段レーザ３００のリアミラー３６を１枚の高反射率（全反射）で孔のない平面ミラーで構成する例であり、その１枚のリアミラー３６は発振段レーザ１００からのシード光に対して水平方向に偏心して配置されて、リアミラー３６のエッジが増幅段レーザ３００の放電電極３０ａ，３０ｂによって形成される放電領域７２内又は放電領域７２近傍に位置するように配置されている。そのエッジに接するようにその外側からシード光７３を導入する。なお、リアミラー３６と出力ミラー３７の光軸に対してシード光７３の光軸をわずかに傾けてシード光が放電領域７２を満たすようにしてもよい。

以上、本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置及びそれを用いた２ステージレーザシステムを実施例（実施形態）に基づいて説明したが、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。

本発明を適用する１実施形態に係る２ステージレーザシステムの構成図である。図１の発振用チャンバ及びその近傍の構成図（ａ）と増幅用チャンバ及びその近傍の構成図（ｂ）である。図１の２ステージレーザシステムにおける電源及びチャンバ内部の回路構成の１例を示す図である。図１の変形例の２ステージレーザシステムの構成図である。第１モニタモジュール、第２モニタモジュールの内部を詳細に示す図である。図１の２ステージレーザシステムの発振段レーザの制御のフローを示す図である。図１の２ステージレーザシステムの増幅段レーザの制御のフローを示す図である。図１、図４のような２ステージレーザシステムの主要部と信号を示す図である。発振段レーザ注入エネルギと増幅段レーザ出力の関係を示す図である。発振段レーザからの入射光が増幅段レーザのリアミラーで一部反射し、再度発振段レーザのフロントミラーで反射して検出器に入射してしまう様子を示す図である。増幅段レーザ発振光の中、増幅段レーザのリアミラーを透過する成分（後方への出力成分）が発振段レーザのフロントミラーで反射して検出器に入射してしまう様子を示す図である。発振段レーザエネルギ検出器での検出値が実際の発振段レーザエネルギに対して過剰に測定されることの問題を説明するための図である。本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第１の実施形態の主要部の構成を示す図である。第１の実施形態の制御のフローチャートを示す図である。第１の実施形態の「補正係数α，β算出」サブルーチンを示す図である。第１の実施形態の「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンを示す図である。第１の実施形態の変形例の「補正係数α，β算出」サブルーチンを示す図である。第１の実施形態の別の変形例の「補正係数α，β算出」サブルーチンを示す図である。第１の実施形態の別の変形例の「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンを示す図である。本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第２の実施形態の主要部の構成を示す図である。第２の実施形態の制御のフローチャートを示す図である。第２の実施形態の「補正係数β算出」サブルーチンを示す図である。第２の実施形態の「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンを示す図である。第２の実施形態の変形例「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンを示す図である。本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第３の実施形態の主要部の構成を示す図である。第３の実施形態の制御のフローチャートを示す図である。第３の実施形態の「補正係数β，γ算出」サブルーチンを示す図である。第３の実施形態の変形例「パルスエネルギＰosc の検出」サブルーチンを示す図である。本発明の２ステージレーザのエネルギ制御装置の第２モニタモジュールの配置位置の変形例を説明するための図である。本発明が適用可能な増幅段レーザの共振器の変形例を示す２ステージレーザの上面図（ａ）、側面図（ｂ）、増幅段レーザのリアミラーをその増幅用チャンバ側から見た図（ｃ）である。

符号の説明

２…２ステージレーザ装置
３…露光装置
５…ユーティリティコントローラ
６…波長コントローラ
７…エネルギコントローラ
８…同期コントローラ
１０…発振用チャンバ
１０ａ、１０ｂ…一対の電極（カソード電極及びアノード電極）
１０ｃ…クロスフローファン
１０ｄ…熱交換器
１０ｅ、１０ｆ…ウィンドウ
１１…充電器
１２…発振用高電圧パルス発生器
１４…ガス供給・排気ユニット
１５…冷却水供給ユニット
１６…狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
１７…フロントミラー
１９…第１モニタモジュール
２０…放電検出部
２１…ドライバ
３０…増幅用チャンバ
３０ａ、３０ｂ…一対の電極（カソード電極及びアノード電極）
３０ｃ…クロスフローファン
３０ｄ…熱交換器
３０ｅ、１０ｆ…ウィンドウ
３１…充電器
３２…発振用高電圧パルス発生器
３４…ガス供給・排気ユニット
３５…冷却水供給ユニット
３６…リアミラー
３７…出力ミラー
３９…第２モニタモジュール
４０…放電検出器
４２…ビーム伝搬部
５１…出力モニタ
５２…コントローラ
６１、６１’…ビームスプリッタ
６２…ビームスプリッタ
６３…拡散板
６４、６４’、６４”…エネルギ検出器
６５…エタロン
６６…レンズ
６７…センサ
６８…シャッタ
７１…光整形モジュール
７２…放電領域
７３…シード光
９１…第１電極
９２…誘電体チューブ
９３…第２電極
１００…発振段レーザ
３００…増幅段レーザ
ＳＲ1 、ＳＲ2 、ＳＲ3 …磁気スイッチ
ＳＷ…固体スイッチ
Ｔｒ１…昇圧トランス
Ｃ0 …主コンデンサ
Ｌ1 …リアクトル
Ｃ1 、Ｃ2 …コンデンサ
Ｃp …ピーキングコンデンサ
Ｐl …圧力センサ
Ｔl …温度センサ
Ｐ2 …圧力センサ
Ｔ2 …温度センサ

Claims

発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザのレーザ光発振側に配置され前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光の一部を分岐して出力レーザ光のエネルギを検出する第２モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値から、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみを補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行う２ステージレーザのエネルギ制御装置であり、
前記補正手段には、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数βと、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数αの少なくとも一方を算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、前記補正係数βを用いて、あるいは、補正係数β及びαを用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみ補正してシード光エネルギ値とし、
前記増幅段レーザと前記第１モニタモジュールの光分岐手段の間に光路を閉鎖するシャッタ手段が配置され、前記補正係数算出手段では、前記シャッタ手段を閉じて前記発振段
レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値との比から前記補正係数αを算出し、また、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値と、前記第２モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値とから、前記補正係数βを算出することを特徴とする２ステージレーザのエネルギ制御装置。
発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザのレーザ光発振側に配置され前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光の一部を分岐して出力レーザ光のエネルギを検出する第２モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値から、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみを補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行う２ステージレーザのエネルギ制御装置であり、
前記補正手段には、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数βと、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数αの少なくとも一方を算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、前記補正係数βを用いて、あるいは、補正係数β及びαを用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみ補正してシード光エネルギ値とし、
前記増幅段レーザと前記第１モニタモジュールの光分岐手段の間に光路を閉鎖するシャッタ手段が配置され、前記補正係数算出手段では、前記シャッタ手段を閉じて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値との比から前記補正係数αを算出し、また、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ値と、前記シャッタ手段を開いて前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出される電源電圧指令値と、前記２ステージレーザの発振条件によって一定に制御される出力レーザ光のエネルギ値とから、前記補正係数βを算出することを特徴とする２ステージレーザのエネルギ制御装置。
発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザのレーザ光発振側に配置され前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光の一部を分岐して出力レーザ
光のエネルギを検出する第２モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値から、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみを補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行う２ステージレーザのエネルギ制御装置であり、
前記補正手段には、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数βと、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分を補正する補正係数αの少なくとも一方を算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、前記補正係数βを用いて、あるいは、補正係数β及びαを用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分と、前記シード光が前記増幅段レーザの前記共振器で反射されて戻る成分に基づく過剰検出成分の両方又は前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分のみ補正してシード光エネルギ値とし、
前記補正係数算出手段では、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値と、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値と、前記第２モニタモジュールで検出されるエネルギ対応値とから前記補正係数βを算出し、予め見込んだ補正係数α”を前記補正係数αとすることを特徴とする２ステージレーザのエネルギ制御装置。
発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光をシード光として入力してそのシード光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えており、増幅段レーザが共振器を備えている２ステージレーザにおいて、
前記発振段レーザと前記増幅段レーザの間に前記シード光の一部を分岐して前記シード光のエネルギを検出する第１モニタモジュールと、前記増幅段レーザから後方へ出力される成分の一部を分岐して前記増幅段レーザから後方へ出力される成分のエネルギを検出する第３モニタモジュールとを備え、
前記第１モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値と、前記第３モニタモジュールで検出されたエネルギ検出値とから前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正してシード光エネルギ値とする補正手段を備えており、
前記補正手段で補正されたシード光エネルギ値に基づいてシード光のエネルギ制御を行うことを特徴とする２ステージレーザのエネルギ制御装置。
前記補正手段には、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出される値から換算されるエネルギ値Ｅa と、前記第３モニタモジュールで検出される値から換算されるエネルギ値Ｅb との比Ｅa ／Ｅb として補正係数γを算出し、また、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとを同期して前記２ステージレーザを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出される値から換算されるエネルギ値Ｅc と、前記第３モニタモジュールで検出され値から換算されるエネルギ値Ｅd と、前記発振段レーザのみを発振させた場合に前記第１モニタモジュールで検出される値から換算されるエネルギ値Ｅa と、前記第３モニタモジュールで検出される値から換算されるエネルギ値Ｅb とから、β＝（Ｅd −Ｅb ）／（Ｅc −Ｅa ）として補正係数βを算出する補正係数算出手段を備えており、前記補正手段では、算出された前記補正係数βとγを用いて前記増幅段レーザから後方へ出力される成分に基づく過剰検出成分を補正してシード光エネルギ値とすることを特徴とする請求項４記載の２ステージレーザのエネルギ制御装置。
請求項１から５の何れか１項記載の２ステージレーザのエネルギ制御装置を備えた２ステージレーザと、前記２ステージレーザから出力される出力レーザ光を用いて露光対象を露光する露光装置とを備えていることを特徴とする２ステージレーザシステム。
前記２ステージレーザは、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、フッ素分子レーザの何れかであることを特徴とする請求項６記載の２ステージレーザシステム。