JP4664540B2 - レーザ装置用波長制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置用波長制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エキシマレーザ装置等から発振したレーザ光を狭帯域化し、その中心波長を所望の値に制御する波長制御技術が知られており、例えば特開平５−２８３７８５号公報に示されている。図６は、同公報に開示されたレーザ装置の構成図を表しており、以下図６に基づいて従来技術を説明する。
【０００３】
図６において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入し、両端部にパルスレーザ光２１を透過するウィンドウ１７，１９を取着したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の内部では、図示しない放電電極間に高電圧が印加され、パルス放電によってレーザガスを励起し、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０に入射し、プリズム３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射されて、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって所定の中心波長λｃ近傍の波長を有するパルスレーザ光２１のみが反射される。これを、狭帯域化と言う。
【０００４】
このとき、波長選択ミラー３４は、ステッピングモータユニット４０によって回転自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。波長選択ミラー３４を紙面と平行な平面内で回転させると、グレーティング３３に対するパルスレーザ光２１の入射角度が変わり、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。即ち、波長選択ミラー３４を回転させることにより、発振するパルスレーザ光２１の中心波長λｃを、所望する目標波長λ０に制御することが可能である。
【０００５】
また、エキシマレーザ装置１１は、パルスレーザ光２１の一部をビームスプリッタ２２で取り出し、波長モニタ３７によってパルスレーザ光２１の中心波長λｃをモニタリングしている。レーザコントローラ２９は、モニタリングした中心波長λｃに基づき、ステッピングモータユニット４０に指令信号を出力して波長選択ミラー３４を回転させ、パルスレーザ光２１の中心波長λｃを所望の目標波長λ０に制御している。これを、波長制御と言う。
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、レーザチャンバ１２内で増幅される。そして、中心波長λｃを有するパルスレーザ光２１として、前方（図６中紙面の左方）へ出射し、図示しない露光機に入射する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、ステッピングモータユニット４０の駆動指令に対する応答時間は長く、指令信号受信後、所望するストローク長さに達するまで、およそ数〜数十msecを必要とする。
そのため、レーザコントローラ２９が指令を出してから、中心波長λｃが目標波長λ０に達するまでに、例えば数kＨzの高い繰り返し周波数で発振するようなパルスレーザ光２１であれば、数パルス〜数十パルスのパルスレーザ光２１が出射してしまう。
その結果、露光には不適切な、目標波長λ０から大きくずれた中心波長λｃのパルスレーザ光２１が露光機に入射し、露光の不良が生じる。これを避けるためには、例えばシャッタ等によってパルスレーザ光２１を遮光しなければならないが、シャッタの開閉のための時間により、加工を開始するまでの待ち時間がさらに長くなって、露光機の稼働率が低下するという問題がある。
【０００７】
また、ステッピングモータユニット４０の上記応答時間が長いため、あるパルスレーザ光２１の中心波長λｃに基づいてステッピングモータユニット４０に指令信号を出力しても、中心波長λｃが変化するのは、数〜数十パルス後になってしまう。
そのため、１パルス発振ごとの中心波長λｃに基づいて、ステッピングモータユニット４０に指令信号を出力して波長制御を行なっても、出力に対する結果をフィードバックできずに、波長制御が発散してしまうことがある。
これを防ぐためには、例えば数パルス〜数十パルス分のパルスレーザ光２１の中心波長λｃの平均や、或いは、パルスを間引きしてサンプリングした一部のパルスレーザ光２１の中心波長λｃ等に基づいて、波長制御を行なう必要がある。その結果、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせるまでに時間がかかったり、さらに中心波長λｃと目標波長λ０との波長偏差Δλが大きくなって制御の精度が低下したりするという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、パルスレーザ光の中心波長を、迅速にかつ正確に目標波長に制御可能な波長制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
パルスレーザ光の中心波長を検出する波長モニタと、
微小に駆動する第１駆動機構、及び第１駆動機構よりも大きい距離を駆動する第２駆動機構を有し、これらの駆動機構によって光学部品を回転させてパルスレーザ光が狭帯域化光学素子に入射する入射角度を変更する光学部品回転手段と、
波長モニタの検出値に基づき、前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度を変更し、パルスレーザ光の中心波長を所定の目標波長に制御するレーザコントローラとを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
前記レーザコントローラは、第１駆動機構に駆動指令を出力して光学部品を回転させ、
第１駆動機構の駆動距離が所定の閾値を越えた場合には、中心波長を目標波長に合わせたまま、第１駆動機構を初期位置に戻し、第１駆動機構を戻すことによる入射角度の角度変化を第２駆動機構によって相殺させている。
【００１０】
かかる構成によれば、微小距離を駆動する第１駆動機構によって、中心波長を精度良く制御することが可能である。そして、第１駆動機構の駆動距離が、そのフルストローク近くに及んだ場合には、第１駆動機構を初期位置に戻し、より長い距離を駆動できる第２駆動機構によって第１駆動機構の駆動距離を相殺する。これにより、精度を保ちながら、広帯域にわたっての波長制御が可能となる。
【００１１】
また、本発明は、
前記第１駆動機構が圧電素子ユニットであり、
前記第２駆動機構がステッピングモータユニットである。
圧電素子ユニットは駆動指令に対する反応が速く、光学部品を素早く駆動させることが可能であるため、中心波長が迅速に目標波長に到達する。そして、ストロークの長いステッピングモータユニットによって、圧電素子ユニットの駆動距離を相殺し、圧電素子ユニットを初期位置に戻している。これにより、さらにそこから圧電素子ユニットによって波長制御を行なうことができ、広帯域にわたって高精度な波長制御を行なうことが可能となっている。
【００１２】
また、本発明は、
前記第１駆動機構の初期位置が、フルストロークの約２分の１の中立位置である。
圧電素子ユニットを中立位置に戻すことにより、中心波長がどちらの方向に変化した場合にも第１駆動機構を駆動自在である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るエキシマレーザ装置１１の構成図を示している。図１において、エキシマレーザ装置１１は、レーザ媒質であるレーザガスを封入したレーザチャンバ１２を備えている。レーザチャンバ１２の両端部には、パルスレーザ光２１を透過するフロントウィンドウ１７及びリアウィンドウ１９が、図示しないホルダによってそれぞれ取着されている。
【００１４】
レーザチャンバ１２の内部には、一対の放電電極１４，１５が、図１中紙面と垂直方向に対向して設置されている。高圧電源２３より、放電電極１４，１５間に高電圧を印加し、パルス放電を起こしてレーザガスを励起し、例えば数〜十数kＨzの周波数で、パルスレーザ光２１を発生させる。
発生したパルスレーザ光２１は、例えば後方（図１中左方）へ進行し、パルスレーザ光２１を狭帯域化する狭帯域化ユニット３０に入射する。狭帯域化ユニット３０は、狭帯域化ボックス３１によって囲繞されており、内部に光学部品として、プリズム３２，３２、波長選択ミラー３４、及びグレーティング３３等を備えている。狭帯域化ボックス３１の壁には、パージガス給気口３５が付設され、清浄で乾燥した希ガスや高純度窒素などの反応性の小さなパージガス４５を、狭帯域化ボックス３１内部に導入している。
【００１５】
狭帯域化ユニット３０に入射したパルスレーザ光２１は、プリズム３２，３２によって拡大され、波長選択ミラー３４によって反射され、狭帯域化光学素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３では、回折によって、入射角度φによって定まる中心波長λｃのパルスレーザ光２１のみが反射される。
このとき、波長選択ミラー３４は、水平面内（図１中紙面と平行な平面内）で回動自在の、可動ホルダ３６に搭載されている。可動ホルダ３６を回転させて波長選択ミラー３４を回転させることにより、グレーティング３３に入射するパルスレーザ光２１の入射角度φが変わる。これにより、グレーティング３３で回折されるパルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。尚、図１において、２０はパルスレーザ光２１のレーザ光軸を表している。
【００１６】
狭帯域化されたパルスレーザ光２１は、狭帯域化ユニット３０内のグレーティング３３と、パルスレーザ光２１を部分反射するフロントミラー１６との間で数回往復するうちに、放電電極１４，１５間の放電によって増幅される。そして、フロントミラー１６を部分透過し、パルスレーザ光２１として前方（図１中、右方）へ出射し、露光機２５に入射する。出射したパルスレーザ光２１の一部は、ビームスプリッタ２２で図１中下方へ取り出され、波長モニタ３７によってその中心波長λｃをモニタリングされる。
【００１７】
以下、本実施形態に係る可動ホルダ３６の構造について、詳細に説明する。
図２に、可動ホルダ３６の平面断面図、図３に狭帯域化ボックス３１内部のグレーティング３３側からミラー側を見た、可動ホルダ３６の正面図を示す。
図２、図３に示すように、可動ホルダ３６は、波長選択ミラー３４を固定した四角形のミラーホルダ３８を備えている。ミラーホルダ３８は、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によって、狭帯域化ボックス３１に引きつけられている。
【００１８】
また、ミラーホルダ３８の第１〜第４隅部３８Ａ〜３８Ｄのうち、第２隅部３８Ｂ及び第１隅部３８Ａは、それぞれ支持部材３９及び図２には図示しない手動マイクロメータ５０によって、狭帯域化ボックス３１から押圧されている。支持部材３９は、例えばスクリュー４７を所定長さだけ狭帯域化ボックス３１から突き出させ、ナット４６で固定している。また、手動マイクロメータ５０は、手動で狭帯域化ボックス３１からの突き出し量を変更自在である。
ミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃには、後述するようにピエゾ素子ユニット４１が取着されている。ピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂは、図示しない引きバネ及び板バネ４９の付勢力によってボールネジユニット４３と接し、ステッピングモータユニット４０を押圧している。
【００１９】
図１に示すように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１は、いずれもレーザコントローラ２９に電気的に接続されている。ステッピングモータユニット４０は、レーザコントローラ２９から受信したパルス信号のパルス数に応じて、モータ軸４８（図２参照）を所定量だけ回転させる。モータ軸４８の先端部４８Ａには、カップリング４２を介して、ネジ山が精密加工されたボールネジユニット４３の後端部４３Ｂが取着されている。ボールネジユニット４３は、ガイド５１によって、回転しながら前後方向にスムーズに直進運動を行なう。
ボールネジユニット４３の先端部４３Ａは、その長手方向に垂直な平面に精密加工され、この平面に、球面に精密加工されたピエゾ素子ユニット４１の先端部４１Ｂが当接している。従って、ボールネジユニットが回転しながら前後動したとき、ピエゾ素子ユニット４１は回転せずに前後動する。ピエゾ素子ユニット４１の後端部４１Ａは、ミラーホルダ３８に固定された紫外線カバー４４に固定されている。
【００２０】
ピエゾ素子ユニット４１の配線５２は、紫外線カバー４４の内側を通って、図示しない導入孔を介して狭帯域化ボックス３１の外部に達しており、レーザコントローラ２９に接続されている。ピエゾ素子ユニット４１は、配線５２を介して印加された、電圧Ｖの大きさに応じた長さだけ、前後方向に伸縮する。
ピエゾ素子ユニット４１を、フルストロークの約１／２の位置（以下、中立位置と言う）まで伸長させる電圧Ｖを、中立電圧Ｖ０と言う。レーザコントローラ２９は、中立電圧Ｖ０を、ピエゾ素子ユニット４１に常時印加している。これにより、ピエゾ素子ユニット４１は、初期位置として、中立位置に保たれている。
【００２１】
レーザコントローラ２９は、可動ホルダ３６に信号を出力してステッピングモータユニット４０又はピエゾ素子ユニット４１を伸縮させることにより、紫外線カバー４４を介してミラーホルダ３８の第３隅部３８Ｃを押し引きする。これにより、波長選択ミラー３４が回動し、前記入射角度φが変更されて、パルスレーザ光２１の中心波長λｃが変化する。
このときレーザコントローラ２９は、波長モニタ３７によってモニタリングした中心波長λｃに基づき、中心波長λｃと目標波長λ０との差である波長偏差Δλが所定の許容範囲よりも小さくなるように、波長制御を行なっている。以下の説明では、波長偏差Δλを所定の許容範囲よりも小さくなるように波長制御することを、中心波長λｃを目標波長λ０に合わせると言う。
【００２２】
また、レーザコントローラ２９は、高圧電源２３に指令を出力することにより、パルスレーザ光２１のパルス出力の制御（これをパワーロック制御と言う）も行なっている。
さらにレーザコントローラ２９は、露光機２５と互いに通信を行なっており、露光機２５から発振指令信号に基づいてレーザ発振を行なう。また、レーザコントローラ２９は、自己の判断に基づいて発振指令信号を出力し、レーザ発振を行なう場合もある。
【００２３】
次に、レーザコントローラ２９が、パルスレーザ光２１の中心波長λｃを所望の目標波長λ０に合わせる際の、具体的な制御手順について説明する。
まず、第１の制御手順として、パルスレーザ光２１を、連続的に発振させる場合について説明する。
図４は、上方から、波長制御を行なわない場合の中心波長λｃの変動、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、波長制御を行なった場合の、中心波長λｃと目標波長λ０との差を示す波長偏差Δλ、波長制御を行なった場合の、ピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖ、及び波長制御を行なった場合の、ステッピングモータユニット４０の駆動距離Ｐをそれぞれ示すタイミングチャートである。
【００２４】
図４において、発振指令信号が、時刻ｔ１０からＯＮになると、パルスレーザ光２１が発振を開始する。このとき、もし仮に波長制御を行なわなかった場合には、図４に示すように、中心波長λｃは１方向にドリフトしていく。これは、レーザチャンバ１２や狭帯域化ユニット３０の温度上昇によるものである。ここでは、中心波長λｃが、長波長側へドリフトするものとして説明する。
レーザコントローラ２９は、このドリフトを補正して、波長偏差Δλを許容範囲内に収めるために必要な、波長選択ミラー３４の回転量を演算する。そして、この回転量に基づいて、ピエゾ素子ユニット４１に、波長選択ミラー３４を所望の角度まで回転させるのに必要な指令電圧Ｖを印加する。
ここでは、指令電圧Ｖを中立電圧Ｖ０から減少させてピエゾ素子ユニット４１を短縮させることにより、中心波長λｃのドリフトを抑えるものとして、説明する。但し、実際にはピエゾ素子ユニット４１を伸長させる必要がある場合もある。
【００２５】
図４に示すように、温度上昇によるドリフトによって中心波長λｃは長波長側へ動き続ける。従って、レーザコントローラ２９は、ドリフトを補正するための指令電圧Ｖを減少させ続け、ピエゾ素子ユニット４１は短縮し続ける。
また、このようなドリフト以外にも、中心波長λｃは様々な原因によって変動する。そのため、レーザコントローラ２９は、指令電圧Ｖを単純に減少させるのではなく、波長偏差Δλを許容範囲内に収めるための微妙な増減を行なっている。
時刻ｔ１１において、ピエゾ素子ユニット４１への指令電圧Ｖが所定の閾値Ｖ１に達すると、レーザコントローラ２９は、ステッピングモータユニット４０にパルス信号を出力して、ステッピングモータユニット４０を初期長さＰ０から長さＰ１まで短縮させる。このときの短縮量は、ピエゾ素子ユニット４１が、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まで（中立電圧Ｖ０から閾値Ｖ１まで）に短縮した短縮量と略同じであるようにする。
【００２６】
これと同時にレーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に印加した指令電圧Ｖを閾値Ｖ１から増加させ、時刻ｔ１２で中立電圧Ｖ０に戻るようにしている。これにより、ピエゾ素子ユニット４１は、時刻ｔ１２において中立位置まで伸長する。このとき、ピエゾ素子ユニット４１の伸長量は、ステッピングモータユニット４０の短縮量に相殺されるため、波長選択ミラー３４の位置は保持され、入射角度φは変化しない。
但しこの間も、中心波長λｃのドリフトは続いている。また、上述したような中心波長λｃの変動も、起こることがある。従ってレーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置まで戻す時刻ｔ１１〜ｔ１２の間にも、時刻ｔ１０〜ｔ１１の場合と同様に、ピエゾ素子ユニット４１に印加する指令電圧Ｖを微妙に増減させ、波長偏差Δλを許容範囲内に保っている。
【００２７】
時刻ｔ１２において、レーザコントローラ２９は、ステッピングモータ４０の短縮及びピエゾ素子ユニット４１の伸長を停止する。そして、時刻ｔ１２からは、時刻ｔ１０において波長制御を開始したと同様に、ピエゾ素子ユニット４１のみを用いて、波長偏差Δλが許容範囲内に保たれるように波長制御を行なう。
これにより、時刻ｔ１２〜ｔ１４において、時刻ｔ１０〜ｔ１２と同様の制御が繰り返される。以降も同様であり、このような制御は、レーザチャンバ１２や狭帯域化ユニット３０内部の温度が飽和して一定になり、温度変化によるドリフトが殆んどなくなるまで続けられる。
【００２８】
さらに、温度が一定になっても、レーザコントローラ２９は、波長モニタ３７の出力信号に基づき、ピエゾ素子ユニット４１に指令電圧Ｖを出力する。
その結果として指令電圧Ｖが閾値Ｖ１に達した場合には、時刻ｔ１１〜ｔ１２と同様に、ステッピングモータユニット４０で駆動距離を相殺しながら、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻すようにする。これは、指令電圧Ｖが中立電圧Ｖ０よりも増大して、所定の閾値に達した場合も同様である。
【００２９】
以上説明したように本実施形態によれば、波長選択ミラー３４を回動させる可動ホルダ３６が、微小距離を精度良く駆動が可能なピエゾ素子ユニット４１と、長い距離を駆動可能なステッピングモータユニット４０とを備えている。
ピエゾ素子ユニット４１は、短時間で微少距離を伸縮させることが可能であるが、伸縮可能なストロークは短い。これに対し、ステッピングモータユニット４０は伸縮に時間がかかるものの、ストロークが長い。従って、波長制御をピエゾ素子ユニット４１によって行なうことにより、波長選択ミラー３４を応答性良く、かつ、正確に回転させ、目標の入射角度φを得ることが可能である。従って、パルスレーザ光２１の中心波長λｃを、素早く正確に目標波長λ０とすることができ、精度の良い波長制御が可能である。
【００３０】
即ち、ピエゾ素子ユニット４１は、およそ数〜数十μsecで所望の長さまで伸縮する。パルスレーザ光２１が、例えば１０kＨzの繰り返し周波数でパルス発振するとすると、パルス発振から次のパルス発振までの間の所要時間は、１００μsecとなる。
従って、１パルスの発振が行なわれるごとに、波長モニタ３７からモニタリングしたパルスレーザ光２１の中心波長λｃに基づいて、次のパルス発振までにピエゾ素子ユニット４１を駆動して、入射角度φを所望の値にすることが可能である。
その結果、レーザコントローラ２９は、例えば１パルス発振ごとに中心波長λｃを所望の目標波長λ０により近づけるべく、ＰＩＤ制御することが可能となる。従って、結果が即座にフィードバックされるので、従来技術のように複数パルスの中心波長λｃの平均値や、サンプリングした中心波長λｃ等に基づいて中心波長λｃを制御するのに比較して、波長制御の精度が向上する。
【００３１】
また、本実施形態によれば、ピエゾ素子ユニット４１が所定距離以上伸縮した場合には、ステッピングモータユニット４０を逆方向に動かしてピエゾ素子ユニット４１の動きを相殺しながら、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置まで戻している。
ピエゾ素子ユニット４１は、短時間で伸縮させることが可能であるが、伸縮可能なストロークは短いため、波長選択ミラー３４の可動範囲が限定される。その結果、例えば温度上昇などによる中心波長λｃのドリフト量が大きな場合には、ピエゾ素子ユニット４１のフルストロークまで伸縮して、波長制御ができなくなってしまうことがある。
これを防止するため、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置から所定距離以上伸縮させた場合には、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻している。これにより、中立位置から波長制御を再開できるので、常にピエゾ素子ユニット４１を用いた制御が可能となり、制御の応答性が向上する。
また、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻す際に、ステッピングモータユニット４０でその動きを相殺している。これにより、波長選択ミラー３４の位置が保持されるので、波長選択ミラー３４が動かず、波長偏差Δλが許容範囲内に保たれる。
【００３２】
また、ピエゾ素子ユニット４１は、伸縮時のバックラッシュが殆んど生じない。そのため、波長選択ミラー３４を回転させた際に、波長選択ミラー３４が振動せず、中心波長λｃがぶれるようなことがない。
【００３３】
さらに、温度上昇による中心波長λｃのドリフトを補正する際に、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置から次第に短縮させて補正を行なうようにしている。ピエゾ素子ユニットは、印加される指令電圧Ｖを低くすることにより、そのストロークが短縮する。また、印加される指令電圧の累積が低いほど、その寿命が長くなる。
即ち、レーザ装置の発振開始時に必ず生じる温度上昇による中心波長のドリフトを、短縮方向に動かして補正することによって、ピエゾ素子ユニット４１は常に中立位置から、ストロークが短縮する方向へ動く。従って、ピエゾ素子ユニット４１に対する印加電圧の累積が低くなり、その寿命が長くなる。
【００３４】
次に第２の制御手順として、露光時について説明する。
露光時には、エキシマレーザ装置１１は、レーザ発振と停止とを所定のインターバルで交互に繰り返す、バーストモードと呼ばれる間欠的な発振を行なうことがある。
図５は、上方から、露光機２５からの発振指令（ＯＮ／ＯＦＦ）信号、波長制御を行なう場合の、ピエゾ素子ユニット４１に出力される指令電圧Ｖ、及び波長制御を行なう場合の、ステッピングモータユニット４０に出力されるパルス信号の駆動距離Ｐをそれぞれ示すタイミングチャートである。
【００３５】
図５に示すように、発振指令信号は、所定の間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。時刻ｔ２０において、発振指令信号がＯＮとなり、レーザ発振が開始される。レーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に指令電圧Ｖを出力して、波長偏差Δλが許容範囲内に収まるように、波長制御を行なう。
尚、図５では、一例として指令電圧Ｖを中立電圧Ｖ０から減少させてピエゾ素子ユニット４１を短縮させ続けるような場合を取り上げているが、これに限られるものではない。即ち、ピエゾ素子ユニット４１を伸長させる必要がある場合もある。
【００３６】
時刻ｔ２１において、発振指令信号がＯＦＦとなると、レーザ発振が停止する。これに伴い、レーザコントローラ２９は、ステッピングモータユニット４０にパルス信号を出力し、初期長さＰ０から長さＰ２までステッピングモータユニット４０を短縮させる。このときの短縮量は、ピエゾ素子ユニット４１が、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１まで（中立電圧Ｖ０から指令電圧Ｖ２まで）に短縮した短縮量と略同じであるようにする。
これと同時にレーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に印加した指令電圧Ｖを指令電圧Ｖ２から増加させ、時刻ｔ２２で中立電圧Ｖ０に戻るようにする。これにより、ピエゾ素子ユニット４１は時刻ｔ２２において、波長選択ミラー３４の位置を保持したまま、略中立位置に戻る。
【００３７】
そして、時刻ｔ２３に、発振指令信号がＯＮになると、レーザ発振が再開される。これに伴い、レーザコントローラ２９は、時刻ｔ２０における波長制御の開始と同様に、ピエゾ素子ユニット４１に印加する指令電圧Ｖを減少させ、波長偏差Δλが許容範囲内に保たれるように波長制御を行なう。
ｔ２３〜ｔ２６においても、ｔ２０〜ｔ２３と同様の制御が繰り返される。
【００３８】
また、レーザ発振の途中で中心波長λｃが大きく変動し、指令電圧Ｖが閾値Ｖ１を越えるような場合には、第１の制御手順と同様に、ステッピングモータユニット４０を駆動し、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻すようにする。
即ち、ｔ２７で指令電圧Ｖが閾値Ｖ１に達すると、レーザコントローラ２９はステッピングモータユニット４０にパルス信号を出力し、長さＰ３からＰ４までステッピングモータユニット４０を短縮させる。このときの短縮量は、ピエゾ素子ユニット４１が、時刻ｔ２６から時刻ｔ２７まで（中立電圧Ｖ０から閾値Ｖ１まで）に短縮した短縮量と略同じであるようにする。
これと同時にレーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に印加した指令電圧Ｖを、閾値Ｖ１から増加させ、時刻ｔ２８で中立電圧Ｖ０に戻るようにする。但し、この間レーザコントローラ２９は、第１の制御手順と同様に、波長偏差Δλが許容範囲内に保たれるように、ピエゾ素子ユニット４１に印加する指令電圧Ｖを制御している。これによりピエゾ素子ユニット４１は、時刻ｔ２８において、中立位置まで戻る。
【００３９】
そして時刻ｔ２８からは、レーザコントローラ２９はピエゾ素子ユニット４１のみを用いて、波長偏差Δλが許容範囲内に保たれるように波長制御を行なう。
時刻ｔ２９において、レーザ発振が停止すると、レーザコントローラ２９は、長さＰ４からＰ５までステッピングモータユニット４０を短縮させる。このときの短縮量は、ピエゾ素子ユニット４１が、時刻ｔ２８から時刻ｔ２９までに短縮した短縮量と略同じであるようにする。
これと同時にレーザコントローラ２９は、ピエゾ素子ユニット４１に印加した指令電圧Ｖを、中立電圧Ｖ０に戻す。これによりピエゾ素子ユニット４１は、ミラー３４の位置を保持したまま、時刻ｔ３０において略中立位置に戻る。そして、時刻ｔ３１において発振が再開されると、ピエゾ素子ユニット４１に指令電圧Ｖを出力して波長制御を再開する。
【００４０】
以上説明したように、第２の制御手順によれば、バーストモードでレーザ発振を行なう場合においても、ピエゾ素子ユニット４１に印加する指令電圧Ｖを制御して波長選択ミラー３４を回転させている。
従って、レーザコントローラ２９は、例えば１パルス発振ごとに中心波長λｃをＰＩＤ制御することが可能となる。これにより、すべてのパルスにおいて、中心波長λｃが所望の目標波長λ０に、より近づき、正確な制御が可能である。
【００４１】
また、バーストモードにおいては、間欠的に放電が停止するため、レーザガスの状態が変化し、発振再開直後の中心波長λｃが変動してしまうことがある。しかしながら、第２の制御手順によれば１パルス発振ごとに波長制御が可能であるので、変動した中心波長λｃを、迅速に目標波長λ０に近づけることができ、波長偏差Δλが許容範囲外となるパルスレーザ光２１が少ない。
【００４２】
さらに、第１の制御手順と同様に、ピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻す際に、ステッピングモータユニット４０を逆方向に駆動して相殺し、波長選択ミラー３４の位置を保っている。これにより、ピエゾ素子ユニット４１が常に中立位置から伸縮を開始するので、ストロークが短いというピエゾ素子ユニット４１の短所を補っている。さらに、波長選択ミラー３４の位置がずれないので、発振再開時に中心波長λｃがずれない。
特にバースト発振の場合には、発振停止中にピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻すことができる。従って、指令電圧Ｖが閾値Ｖ１を越えない限り、波長制御を行ないながらピエゾ素子ユニット４１を中立位置に戻すという煩雑な制御をする必要がない。
【００４３】
尚、以上の説明において、ピエゾ素子ユニット４１の初期位置を中立位置とし、所定の伸縮距離を越えたら、この中立位置に戻すように説明したが、これに限られるものではない。例えば、中心波長λｃが必ず１方向にのみ動くような場合、ピエゾ素子ユニット４１の初期位置を、最短ストローク位置近傍とし、所定の伸縮距離を越えたら、最短ストローク位置に戻すようにしてもよい。
このようにすれば、ピエゾ素子ユニット４１に印加される指令電圧Ｖが小さくなり、ピエゾ素子ユニット４１の寿命が長くなる。さらに、ピエゾ素子ユニット４１の駆動可能なストロークが長くなるので、初期位置まで戻すという操作を行なう回数が減少し、波長制御が単純化される。
【００４４】
また、ピエゾ素子ユニット４１及びステッピングモータユニット４０により、波長選択ミラー３４を回転させて中心波長λｃを制御するように説明したが、これに限られるものではない。例えば、グレーティング３３やプリズム３２を回転させるようにしてもよい。
また、ステッピングモータユニット４０で波長選択ミラー３４を、ピエゾ素子ユニット４１でプリズム３２を、それぞれ回転させるようにしてもよい。
【００４５】
しかしながら、上記実施形態で説明したように、ステッピングモータユニット４０及びピエゾ素子ユニット４１を直列に配し、グレーティング３３、プリズム３２、及び波長選択ミラー３４等の光学部品のうち、いずれか１つのみを回転させる方式が、最も制御が容易である。即ち、ステッピングモータユニット４０を駆動する際に、ピエゾ素子ユニット４１の伸縮量と略同一量を略同一速度で伸縮させることで、波長選択ミラー３４の位置を変えることなく、ピエゾ素子ユニット４１の伸縮量を相殺でき、制御が容易である。
これに対し、ステッピングモータユニット４０とピエゾ素子ユニット４１とを異なる場所に配置するならば、中心波長λｃを変えないようにする必要があり、ピエゾ素子ユニット４１とステッピングモータユニット４０との伸縮量が異なるため、制御が困難になる。
【００４６】
また、本発明は、エキシマレーザ装置のみならず、狭帯域化を行なうレーザ装置一般に応用が可能であり、特にフッ素レーザ装置に関しては、エキシマレーザ装置と同様に応用が可能である。
また、ピエゾ素子ユニットとして説明したが、圧電型の素子であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【図２】可動ホルダの平面断面図。
【図３】可動ホルダの正面図。
【図４】第１制御手順を説明するタイミングチャート。
【図５】第２制御手順を説明するタイミングチャート。
【図６】従来技術に係るエキシマレーザ装置の構成図。
【符号の説明】
１１：エキシマレーザ装置、１２：レーザチャンバ、１５：放電電極、１６：フロントミラー、１７：フロントウィンドウ、１９：リアウィンドウ、２０：レーザ光軸、２１：レーザ光、２２：ビームスプリッタ、２５：露光機、２９：レーザコントローラ、３０：狭帯域化ユニット、３１：狭帯域化ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３４：波長選択ミラー、３５：パージガス給気口、３６：可動ホルダ、３７：波長モニタ、３８：ミラーホルダ、３９：支持部材、４０：ステッピングモータユニット、４１：ピエゾ素子ユニット、４２：カップリング、４３：ボールネジユニット、４４：紫外線カバー、４５：パージガス、４６：ナット、４７：スクリュー、４８：モータ軸、４９：板バネ、５０：手動マイクロメータ、５１：ガイド、５２：配線。

Claims (5)

1. パルスレーザ光(21)の中心波長(λc)を検出する波長モニタ(37)と、
   微小角度を駆動する第１駆動機構(41)、及び第１駆動機構(41)よりも大きな角度を駆動する第２駆動機構(40)を有し、これらの駆動機構(40,41)によって光学部品を回転させてパルスレーザ光(21)が狭帯域化光学素子(33)に入射する入射角度を変更する光学部品回転手段と、
   波長モニタ(37)の検出値に基づき、前記光学部品回転手段を駆動して前記入射角度(φ)を変更し、パルスレーザ光(21)の中心波長(λc)を所定の目標波長(λ0)に制御するレーザコントローラ(29)とを備えたレーザ装置用波長制御装置において、
   前記レーザコントローラ(29)は、第１駆動機構(41)に駆動指令を出力して光学部品を回転させ、
   第１駆動機構(41)の駆動量が所定の閾値を越えた場合には、中心波長(λc)を目標波長(λ0)に合わせたまま、第１駆動機構(41)を初期位置に戻し、第１駆動機構(41)を戻すことによる入射角度(φ)の角度変化を第２駆動機構(40)によって相殺させることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。
2. 請求項１記載のレーザ装置用波長制御装置において、
   前記第１駆動機構(41)が圧電素子ユニットであり、
   前記第２駆動機構(40)がステッピングモータユニットであることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。
3. 請求項２記載のレーザ装置用波長制御装置において、
   前記第１駆動機構(41)の初期位置が、フルストロークの約２分の１の中立位置であることを特徴とするレーザ装置用波長制御装置。
4. パルスレーザ光(21)の中心波長(λc)を検出し、
   検出値に基づいて、微小角度を駆動する第１駆動機構(41)、及び第１駆動機構(41)よりも多きな角度を駆動する第２駆動機構(40)により、光学部品をレーザ光軸(20)に対して回転させてパルスレーザ光(21)の狭帯域化光学素子(33)への入射角度(φ)を変更し、
   パルスレーザ光(21)の中心波長(λc)を所定の目標波長(λ0)に制御するレーザ装置の波長制御方法において、
   前記レーザコントローラ(29)は、波長モニタ(37)の検出値に基づいて第１駆動機構(41)に駆動指令を出力して光学部品を回転させ、
   第１駆動機構(41)の駆動量が所定の閾値を越えた場合には、中心波長(λc)を目標波長に合わせたまま、第１駆動機構(41)を初期位置に戻し、第１駆動機構(41)を戻すことによる入射角度(φ)の角度変化を、第２駆動機構(40)によって相殺させることを特徴とするレーザ装置の波長制御方法。
5. 請求項４記載のレーザ装置の波長制御方法において、
   前記第１駆動機構(41)が圧電素子ユニットであり、
   前記第２駆動機構(40)がステッピングモータユニットであることを特徴とするレーザ装置の波長制御方法。

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