JP5371208B2 - ２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発振段でレーザガスを励起してシード光を出力し、レーザ光軸上に直列に配設された複数の増幅段の何れかでレーザガスを励起してシード光を増幅して出力する２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置に関する。

半導体露光装置は半導体ウェハの露光と半導体ウェハが載置されるステージの移動とを交互に繰り返す。図１５は複数のＩＣチップ９０が配列された半導体ウェハＷを示し、またＩＣチップ９０の露光順序を示す。ステッパ方式の露光において、半導体ウェハＷ上の１つのＩＣチップ９０に対して多数の連続パルス光を照射する露光処理を行い、１つのＩＣチップ９０に対する露光処理が終了すると、半導体ウェハＷを載置するステージまたは半導体ウェハＷに対してレーザ光を照射する光学系の何れかを移動し、次の未照射ＩＣチップ９０に対して連続パルス光を照射する露光処理を行う。半導体露光装置はこのような露光及びステージ又は光学系移動（以下、単にステージ移動という）を交互に行い、全てのＩＣチップ９０に対する露光処理が終了すると、露光済みのウェハＷをステージから搬出し、次のウェハＷをステージに搬入して同様の露光処理を繰り返す。

半導体の高集積化の要求に対応するために、半導体露光装置の露光用光源としてはエキシマレーザ装置が用いられている。エキシマレーザ装置はレーザガスが封入され且つ１対の対向する電極が設けられたチャンバを有する。チャンバの電極間で放電が生ずるとレーザガスが励起され、この励起状態から基底状態に遷移する際に光が発生する。この光のエネルギーがレーザ共振器を介してある程度増幅されるとレーザ光が出力される。出力されたレーザ光は半導体露光装置に案内され、半導体ウェハＷのＩＣチップ９０に照射される。

露光用光源のエキシマレーザ装置は、回路パターンの解像度を一定レベル以上に維持するために、長時間に渡ってパルスエネルギーまたは露光量（パルスエネルギー積算量）を一定に保つことが必要とされる。ところが、エキシマレーザ装置はパルス放電励起ガスレーザであるためパルスエネルギーにばらつきがあることから、パルスエネルギーまたは露光量（パルスエネルギー積算量）を一定に保つためにはエネルギー制御が必要となる。

上述したように、半導体露光装置は露光とステージ移動とを交互に繰り返すようになっているので、エキシマレーザ装置の運転状態は、図１６に示すように、必然的に、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続パルス発振運転と、時間Ｔの間パルス発振を休止させる発振休止と、を繰り返す所謂バーストモードとなる。図１６に示すバーストモード運転において、発振休止時間Ｔとは半導体露光装置におけるステージ移動に要する時間に対応するものであるが、この発振停止時間Ｔは様々な原因によって必ずしも一定とはならない。例えば、ステージ上のウェハ交換を行う際の発振停止時間ＴはＩＣチップ間でステージ移動を行う際の発振停止時間Ｔと比べて大幅に長いものとなる。また、同一列でＩＣチップ間を移動する際の発振停止時間Ｔと列を代えてＩＣチップ間を移動する際の発振停止時間Ｔとは全く異なるものとなる。さらに、ウェハ上のＩＣチップの個数、配列などが異なった場合も発振停止時間Ｔが変化する原因となる。その他にも発振停止時間Ｔを変化させる原因は様々ある。

図１６に示すバーストモード運転においては、励起強度（充電電圧）を一定値に固定した場合の各パルスのエネルギーを示している。このようにバーストモード運転において、パルスエネルギーは、最初の数パルスは比較的高く、その後徐々に低下して比較的安定する。パルスエネルギーが高い最初のパルス領域をスパイク領域という。発振停止時間Ｔの長さが変化した場合、個々のパルスエネルギー、特にスパイク領域のパルスエネルギーに大きな変化を与える。発振休止時間Ｔが短い場合は、発振休止前までのレーザ発振の影響が電極温度の局所的上昇、レーザチャンバ内のガスの乱れ、などとして残り、スパイク領域のエネルギーが比較的小さくなる。また、発振停止時間Ｔが長い場合は、発振休止前までのレーザ発振の影響がレーザ全体から消え、スパイク領域のエネルギーが比較的大きくなる。

また、エキシマレーザ装置はパルス放電励起ガスレーザであるため、常に一定のパルスエネルギーで発振を続けることが困難である。この原因としては、（１）放電電極の表面において局所的な温度上昇が発生し、次回の放電を劣化させ放電を不安定なものにする、（２）放電されることによって放電空間内にレーザガスの密度擾乱が発生し、次回の放電を不均一で不安定なものにする、などがある。このようなことからバーストモード運転のエキシマレーザ装置では１パルス毎にエネルギーがばらつき、露光量制御の精度を低下させることになる。さらにスパイク領域ではばらつきが大きくなり、露光量制御の精度を大きく低下させることが問題である。

エキシマレーザ装置のエネルギー制御に関しては、特許文献１や特許文献２が開示されている。例えば、特許文献１には、レーザ光を所定回数連続してパルス発振させる連続発振動作と、このパルス発振を所定の発振休止時間の間だけ休止する停止動作を交互に実行する運転を１バースト周期とするバーストモード運転を繰り返し行ない、パルス発振の各出力エネルギーが所定の目標値範囲内に入るようにレーザの電源電圧を制御するレーザ装置が開示されている。特許文献１に係る発明によれば、電源電圧データテーブルに記憶された電源電圧データを補正するに当たり、この補正の際に用いる制御ゲインをパルス番号及び発振休止時間に対応してグループ分けするとともに、これらのグループ単位に異なる値を設定する。そして、これらグループ分けした制御ゲインは、パルス番号に対応して分割したブロックに関してはパルス番号が小さなパルスを含むブロックほどその値が小さくなるようにブロック単位に異なる値を設定し、発振休止時間に対応して分割したブロックに関しては時間が大きな発振休止時間を含むブロックほどその値が小さくなるようにブロック単位に異なる値を設定する。

また、近年は半導体露光装置のスループット向上と回路パターンの超微細加工のためにレーザの高出力化が望まれている。高出力のレーザには、例えば特許文献３や特許文献４に示された２ステージレーザ（ダブルチャンバ式レーザとも称される）が採用されている。

２ステージレーザはシード光を出力する発振段とシード光を増幅する増幅段とを有し、発振段は発振段用レーザを備え、増幅段は増幅段用レーザを備える。発振段用レーザ及び増幅段用レーザは共にレーザガスが封入され且つ１対の対向する電極が設けられたチャンバを有する。発振段用チャンバの電極間で放電が生ずるとレーザガスが励起され、この励起状態から基底状態に遷移する際に光が発生する。この光のエネルギーがレーザ共振器を介してある程度増幅されると発振段用レーザからレーザ光（シード光という）が出力される。レーザ共振器には狭帯域化光学素子が設けられており、スペクトルの狭帯域化が実現される。出力されたシード光は増幅段用チャンバに注入される。この注入に同期して増幅段用チャンバの電極間で放電が生ずると、シード光の超狭帯域化スペクトルを維持しつつエネルギーが増幅される。

一般に２ステージレーザの方式としては、増幅段における増幅の手段が異なるＭＯＰＯ方式とＭＯＰＡ方式の２種類が知られている。ＭＯＰＯは、Master Oscillator, Power Oscillatorの略であり、インジェクションロック方式とも呼ばれる。この方式では増幅段用チャンバを間に挟んで共振器が設けられ、レーザ光が増幅段用チャンバを複数回通過して増幅される。ＭＯＰＡは、Master Oscillator, Power Amplifierの略である。この方式では増幅段用チャンバを間に挟んで共振器が設けられず、レーザ光が増幅段用チャンバを１回又は２回通過して増幅される。本実施形態のダブルチャンバ式レーザ装置はＭＯＰＯ方式である。

２ステージレーザのエネルギー制御に関しては、例えば特許文献５が開示されている。特許文献５には、発振段用レーザから出力されるシード光のパルスエネルギーが所定エネルギー以上であれば、そのシード光のパルスエネルギーが変動したとしても増幅段用レーザから出力されるレーザ光のパルスエネルギーは変動しないことが開示されている。発振段用レーザから出力されるシード光のパルスエネルギー領域のうち所定エネルギー以上の領域を増幅飽和領域と称する。特許文献５に係る発明は、発振段用レーザの発振段用高電圧パルス発生器に設けられた主コンデンサの充電電圧を一定制御し、発振段用レーザのパルスエネルギーを増幅飽和領域の下限エネルギー以上にする。一方、増幅段用レーザの増幅段用高電圧パルス発生器に設けられた主コンデンサの充電電圧をパルス毎に制御し、増幅段用レーザのパルスエネルギーを１台のチャンバのみを有するエキシマレーザ装置と同様に目標エネルギーにする。

最近はレーザの高出力化に加えて、例えば繰り返し周波数８kHz以上の高繰り返し化が望まれている。従来の２ステージレーザにおいては、発振段用レーザは低エネルギーを扱っているため高繰り返し化に比較的容易に対応できるが、増幅段用レーザは高エネルギーを扱っているため高繰り返し化に対応するのが困難である。そこでレーザの高出力化及び高繰り返し化を実現する新たな２ステージレーザが特許文献６で提案されている。

図１はレーザの高出力化及び高繰り返し化を実現する２ステージレーザを示し、特許文献６で示された２ステージレーザである。この２ステージレーザ２は、発振段用レーザ１００と増幅段用レーザ３００とを有する点では特許文献３、４で示される通常の２ステージレーザと同様であるが、増幅段用レーザ３００の光共振器３６、３７の間に第１の増幅段３１０と第２の増幅段３２０とを有する点が通常の２ステージレーザと異なる。この２ステージレーザにおいては、発振段用レーザ１００を高繰り返し運転し（例えば繰り返し周波数１０kHz）、増幅段用レーザ３００の第１増幅段３１０と第２増幅段３２０とを交互に運転し（例えば繰り返し周波数５kHz）、高繰り返し（例えば繰り返し周波数１０kHz）を実現している。
特許第３８３０５９１号公報 特許第３１８４１６０号公報 特開２００１−１５６３６７号公報 特開２００１−２４２６５号公報 特開２００５−６４１８４号公報 特開２００６−２５５６１９号公報

一般にパルスレーザ装置では、目標パルスエネルギーＰatgtと前回パルスまでに出力されたパルスエネルギーＰamp、例えば１パルス前に出力されたパルスエネルギーＰampとを比較し、その差に応じた補正値で１パルス前の充電電圧を補正して今回パルスの充電電圧を決定する処理が行われる。この処理を図１に示す２ステージレーザ２に適用すると、第１増幅段３１０で増幅し出力されたＮパルス目のレーザ光のパルスエネルギーＰamp(N)と目標パルスエネルギーＰatgtとを比較して、その差に応じた補正値でＮパルス目に第１増幅段３１０に供給した充電電圧を補正して第２増幅段３２０のＮ＋１パルス目の充電電圧とする処理が行われ、次回パルスでは、第２増幅段３２０で増幅し出力されたＮ＋１パルス目のレーザ光のパルスエネルギーＰamp(N+1)と目標パルスエネルギーＰatgtとを比較して、その差に応じた補正値でＮ＋１パルス目に第２増幅段３２０に供給した充電電圧を補正して第１増幅段３１０のＮ＋２パルス目の充電電圧とする処理が行われる。

ところで、図１に示す２ステージレーザ２では、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０とでエネルギー特性が異なる場合がある。２つの増幅段３１０、３２０のエネルギー特性が異なる場合は、例えば第１増幅段３１０に設けられた増幅段用高電圧パルス発生器３３の主コンデンサＣ0の充電電圧と、第２増幅段３２０に設けられた増幅段用高電圧パルス発生器３４の主コンデンサＣ0の充電電圧と、を同一にしたとしても、実際に出力されるレーザ光のパルスエネルギーは同一にならない。このため、出力されるパルスエネルギーが目標パルスエネルギーに近くなるように制御しているにもかかわらず、実際のパルスエネルギーは目標パルスエネルギーとかけ離れることが想定される。このようにパルスエネルギーが不安定になると、半導体ウェハの回路パターンの解像度を一定レベル以上に維持できなくなる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、レーザの高出力化及び高繰り返し化を実現する２ステージレーザのパルスエネルギー制御を高精度に行い、パルスエネルギーを安定化させることを解決課題とするものである。

そこで、第１発明は、
レーザガスを励起することによってシード光を出力する発振段と、シード光を入力すると共にレーザガスを励起することによって当該シード光を増幅して出力するレーザ光軸上に直列に配設された複数の増幅段と、パルス毎に前回パルス時に動作させた増幅段とは異なる増幅段を動作させるように前記各増幅段の動作順及び動作時の励起強度を制御する制御部と、を備えた２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置において、
前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、前回パルスまでに当該増幅段を動作させて出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに当該増幅段に供給された励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるように、前記各増幅段に各々関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を前記各増幅段の動作順に抽出し、個々の増幅段を当該増幅段に関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を用いて独立的に制御する
ことを特徴とする。

第２発明は、
レーザガスを励起することによってシード光を出力する発振段と、シード光を入力すると共にレーザガスを励起することによって当該シード光を増幅して出力するレーザ光軸上に直列に配設された複数の増幅段と、パルス毎に前回パルス時に動作させた増幅段とは異なる増幅段を動作させるように前記各増幅段の動作順及び動作時の励起強度を制御する制御部と、を備え、連続してレーザ光を発振する連続パルス発振とレーザ光の発振を休止する発振休止とを繰り返す２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置において、
出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに増幅段に供給された励起強度と、そのパルスエネルギーを出力した直前の発振休止時間と、を複数の増幅段毎に記憶する記憶部を備え、
連続パルス発振の初期の所定パルスの間は、前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段に応じた前記記憶部から直前の発振休止時間に対応するパルスエネルギー及び励起強度を取得し、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、前記記憶部から取得したパルスエネルギー及び励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるようにし、
連続パルス発振の初期の所定パルス以降は、前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、今回パルスで動作させる増幅段を前回動作させた際に出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに当該増幅段に供給された励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるようにし、
前記各増幅段に各々関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を前記各増幅段の動作順に抽出し、個々の増幅段を当該増幅段に関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を用いて独立的に制御する
ことを特徴とする。

第３発明は、第２発明において、
今回パルスで動作させた増幅段に応じた前記記憶部を、今回パルスで当該増幅段に供給された励起強度と今回パルスで出力したパルスエネルギーと直前の発振休止時間とを用いて、更新する
ことを特徴とする。

本発明は、シード光を出力する発振段とレーザ光軸上に直列に配設されパルス毎に何れかが動作される複数の増幅段とを備えた２ステージレーザに関し、交互に動作される増幅段を個々に独立して制御するものである。

本発明によれば、シード光を出力する発振段と、レーザ光軸上に直列に配設されパルス毎に何れかが動作される複数の増幅段と、を備えた２ステージレーザの制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度（充電電圧）を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、前回パルスまでにその増幅段を動作させて出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときにその増幅段に供給された励起強度と、を用いて求める。例えば、連続パルス発振の初期の所定パルスの間は、制御部は、今回パルスで動作させる増幅段に応じた記憶部から直前の発振休止時間に対応するパルスエネルギー及び励起強度を取得し、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、記憶部から取得したパルスエネルギー及び励起強度と、を用いて求める。また、連続パルス発振の初期の所定パルス以降は、制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、今回パルスで動作させる増幅段を前回動作させた際に出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに増幅段に供給された励起強度と、を用いて求める。制御部は、こうして求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるように制御する。

本発明によれば、レーザの高出力化及び高繰り返し化を実現する２ステージレーザの増幅段に供給する励起強度を、前回パルスまでにその増幅段の動作によって出力されたパルスエネルギーとそのときの励起強度とを用いて求めており、他の増幅段の動作によって出力されたパルスエネルギーとそのときの励起強度を用いて求めるのではない。このため、個々の増幅段で適切なエネルギー制御が行われることになり、複数の増幅段でエネルギー特性が異なっていたとしてもエネルギー制御に何ら影響はない。したがって、パルスエネルギー制御を高精度に行うことができ、パルスエネルギーを安定化させることが可能になる。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

［装置構成］
図１に本実施形態に係る２ステージレーザの構成を示す。図１で示す２ステージレーザはＭＯＰＯ方式であり、さらにレーザ光軸上に直列に配設された２つの増幅段を備える２ステージレーザである。

２ステージレーザ２において、発振段用レーザ１００で狭帯域化されたシード光（種レーザ光）が生成される。そして、増幅段用レーザ３００でそのシード光が増幅される。すなわち、発振段用レーザ１００から出力されるレーザ光のスペクトル特性によって２ステージレーザ２自体のスペクトル特性が決定され、増幅段用レーザ３００によって２ステージレーザ２自体のパルスエネルギーが決定される。増幅段用レーザ３００から出力されたレーザ光は露光装置３に入力され、露光対象（例えばウェハ）の露光に用いられる。

発振段用レーザ１００は、発振段用チャンバ１０と、発振段用高電圧パルス発生器１２と、スペクトルを狭帯域化する狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６と、フロントミラー１７と、を備える。増幅段用レーザ３００は、増幅段用チャンバ３０と、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４と、リアミラー３６と、フロントミラー３７と、を備える。

発振段用チャンバ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且つ放電面が対向する１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。また発振段用チャンバ１０の内部にはレーザガスが封入される。電極１０ａ、１０ｂには、発振段用高電圧パルス発生器１２と図示しない充電器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、この放電によって電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが励起される。

増幅段用レーザ３００はレーザ光軸上に直列に配設された第１増幅段３１０と第２増幅段３２０を有する。第１増幅段３１０は１対の電極３０ａ、３０ｂと増幅段用高電圧パルス発生器３３を備え、第２増幅段３２０は１対の電極３０ｃ、３０ｄと増幅段用高電圧パルス発生器３４を備える。次のように、本実施例では電極３０ａ、３０ｂと電極３０ｃ、３０ｄとが１つの増幅段用チャンバ３０内に設けられるが、別々のチャンバ内に設けられても良い。

増幅段用チャンバ３０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且つ放電面が対向する２対の電極（カソード電極及びアノード電極）３０ａ、３０ｂ及び電極（カソード電極及びアノード電極）３０ｃ、３０ｄが設けられる。電極３０ａと電極３０ｃは互いに長手方向の軸が一致するように配置され、電極３０ｂと電極３０ｄは互いに長手方向の軸が一致するように配置される。また増幅段用チャンバ３０の内部にはレーザガスが封入される。一対の電極３０ａ、３０ｂには、増幅段用高電圧パルス発生器３３と図示しない充電器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３０ａ、３０ｂ間で放電が生じ、この放電によって電極３０ａ、３０ｂ間のレーザガスが励起される。同様に、一対の電極３０ｃ、３０ｄには、増幅段用高電圧パルス発生器３４と図示しない充電器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３０ｃ、３０ｄ間で放電が生じ、この放電によって電極３０ｃ、３０ｄ間のレーザガスが励起される。

ここで電源の回路構成及びチャンバ内部の回路構成の一例を図２に示す。なお図２に示す回路構成は発振段用レーザ１００のものとするが、第１増幅段３１０及び第２増幅段３２０の回路構成も同一である。このため増幅段３１０、３２０の回路については説明を省略する。
図２に示す発振段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。

以下で図２を用いて回路の動作を説明する。
充電器１１の電圧は所定の値に調整され、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ＳＲ2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２に示すように、発振段用チャンバ１０内には、予備電離第１電極９１と、誘電体チューブ９２と、予備電離第２電極９３とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離第１電極９１は誘電体チューブ９２の内部に設けられ、予備電離第２電極９３は誘電体チューブ９２の外部に接触する。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が上昇すると共に、予備電離第１電極９１と予備電離第２電極９３との間の電圧が上昇する。電圧が所定値に達すると誘電体チューブ９２と予備電離第２電極９３の接触点を基点として誘電体チューブ９２の外周面にコロナ放電が発生し、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の充電がさらに進み、電圧がある値（ブレークダウン電圧）に達すると、電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが絶縁破壊し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、発振段用レーザ１００の場合はシード光が発生し、増幅段用レーザ３００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なわれることで、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチＳＷのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば、同期コントローラ８である。

ここで図１に戻り、他の構成の説明をする。
発振段用チャンバ１０には、内部のガス圧をモニタする図示しない圧力センサが設けられる。圧力センサは検出した圧力を信号化してユーティリティコントローラ５に送信する。ユーティリティコントローラ５は、発振段用チャンバ１０内のガス圧が所望圧になるように、図示しないガス供給・排気ユニットのバルブを開閉制御し、レーザガスの供給と排気を制御する。ガス供給・排気ユニットから発振段用チャンバ１０内には、アルゴン（Ａｒ）ガス及びフッ素（Ｆ_２）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスが供給される。

また、発振段用チャンバ１０の内部には、図示しないクロスフローファンや熱交換器や温度センサなどが設けられる。クロスフローファンはチャンバ内のレーザガスを循環させ、電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスを置換する。熱交換器は冷却水によって発振段用チャンバ１０内の排熱を行う。パルスエネルギーはレーザガスの温度変化に応じて変化するため、レーザガスの温度を制御する必要がある。そこで、温度センサは発振段用チャンバ１０内の温度をモニタし、検出した温度を信号化してユーティリティコントローラ５に送信する。ユーティリティコントローラ５は、発振段用チャンバ１０内のレーザガスが所望温度になるように、熱交換器に設けられた冷却水供給用のバルブを制御する。バルブの開度に応じて熱交換器には冷却水が供給される。また、発振段用チャンバ１０の２つのレーザ光入射・出射箇所にはそれぞれ図示しないウィンドウが取り付けられる。ウィンドウにはレーザ光に対して透過性がある材料、例えばＣａＦ_２等が使用される。

発振段用チャンバ１０の後方に延在するレーザ光の光軸上には狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６が設けられ、発振段用チャンバ１０の前方に延在する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（グレーティングやエタロン）等の光学素子を有する。このＬＮＭ１６内の光学素子とフロントミラー１７とで光共振器が構成される。

増幅段用チャンバ３０にも発振段用チャンバ１０と同様に、図示しない圧力センサやガス供給・排気ユニット、クロスフローファンや熱交換器や温度センサなどが設けられ、また２つのウィンドウが取り付けられる。これらの構成及び機能は、上述した発振段用レーザ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ため、これらの説明を省略する。

増幅段用チャンバ３０の後方に延在するレーザ光の光軸上にはリアミラー３６が設けられ、増幅段用チャンバ３０の前方に延在するレーザ光の光軸上にはフロントミラー３７が設けられる。このリアミラー３６とフロントミラー３７とで光共振器が構成される。

発振段用レーザ１００のフロントミラー１７と増幅段用レーザ３００のリアミラー３６との間のレーザ光軸上には、ビームエキスパンダ２０と、反射ミラー２１と、モニタモジュール１９と、反射ミラー２２と、高効率注入装置２３と、が順に配設される。ビームエキスパンダ２０は、例えばプリズムのようなビーム拡大系の光学素子であり、発振段用レーザ１００から出力されたシード光のビーム幅を少なくとも発振段用チャンバ１０の放電ギャップ方向に拡大する。モニタモジュール１９は、ビームエキスパンダ２０によってビーム幅が拡大されたシード光をサンプリングしてそのエネルギーをモニタし、検出したエネルギーを信号化してエネルギーコントローラ７に送信する。反射ミラー２１はビームエキスパンダ２０から出力されたシード光をモニタモジュール１９に案内し、反射ミラー２２はモニタモジュール１９から出力されたシード光を高効率注入装置２３に案内する。高効率注入装置２３から出力されたシード光はリアミラー３６の背面から増幅段用レーザ３００に注入される。

増幅段用レーザ３００の後方に延在するレーザ光軸上にはモニタモジュール３９が配設される。モニタモジュール３９は、増幅段用レーザ３００から出力されたレーザ光をサンプリングしてそのエネルギー及びビーム特性をモニタし、検出したエネルギーを信号化してエネルギーコントローラ７に送信すると共に検出したビーム特性を信号化して波長・スペクトルコントローラ６に送信する。

波長・スペクトルコントローラ６は、モニタモジュール３９から中心波長、スペクトル線幅等のビーム特性を取得し、モニタモジュール３９で検出される中心波長が所望値になるようにＬＮＭ１６内の波長選択素子（グレーティングやエタロン）を制御する。例えば、波長選択素子がグレーティングの場合はグレーティングの向きを制御し、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合はエアギャップ内の気圧を制御するか若しくはギャップ間隔を制御する。

エネルギーコントローラ７は、発振段用レーザ１００に供給する励起強度すなわち充電電圧Ｖoscと第１増幅段３１０と第２増幅段３２０に供給する励起強度すなわち充電電圧Ｖamp1、Ｖamp2を求める。エネルギーコントローラ７は、モニタモジュール１９から発振段用レーザ１００のパルスエネルギーを取得し、モニタモジュール３９から増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーを取得する。また、露光装置３のエネルギーモニタから２ステージレーザ２のパルスエネルギーを取得しても良い。なおエネルギーコントローラ７を露光装置３に設けても良い。エネルギーコントローラ７は後述する処理に基づいて、パルスエネルギーを所望の値にすべく発振段用レーザ１００の図示しない充電器の次回充電電圧Ｖoscと、増幅段用レーザ３００の図示しない充電器の次回充電電圧Ｖamp1、Ｖamp2を制御し、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０が交互に動作するように制御する。

同期コントローラ８は、発振段用高電圧パルス発生器１２と増幅段用高電圧パルス発生器３３または増幅段用高電圧パルス発生器３４の何れかにトリガ信号を出力し、さらに各トリガ信号の出力タイミングを調整することによって発振段用レーザ１００と増幅段用レーザ３００の放電タイミングを制御する。

ここで発振段用レーザ１００と増幅段用レーザ３００の放電タイミングについて説明する。発振段用レーザ１００から出力されるシード光を増幅段用レーザ３００で効率よく増幅するには、発振段用レーザ１００から出力されるシード光が、増幅段用チャンバ３０内の１対の電極間、すなわち第１増幅段３１０を動作させる場合は電極３０ａ、３０ｂ間でありまた第２増幅段３２０を動作させる場合は電極３０ｃ、３０ｄ間、の放電領域（励起領域）に注入されたタイミングで放電する必要がある。先に述べたように、発振段用チャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間には発振段用高電圧パルス発生器１２により、また増幅段用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間には発振段用高電圧パルス発生器３３により、また増幅段用チャンバ３０内の電極３０ｃ、３０ｄ間には発振段用高電圧パルス発生器３４によりパルス圧縮された高電圧が印加される。図２に示す回路において、主コンデンサＣ0からエネルギー（電圧パルス）が転送される場合、磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3にかかる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）の値は一定という関係がある。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は短くなる。

図３に、高電圧パルス発生器の固体スイッチＳＷがオン状態になってから、電極間に放電が発生するまでの時間と主コンデンサＣ0の充電電圧との関係を示す。
図３（ａ）は、発振段用レーザ１００及び増幅段用レーザ３００における充電電圧設定範囲が同一である例を示す。ここには、発振段用高電圧パルス発生器１２に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲がＶc1〜Ｖc2（Ｖc1＜Ｖc2）である場合の特性カーブＡと、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲がＶc1〜Ｖc2（Ｖc1＜Ｖc2）である場合の特性カーブＢと、が示されている。二つの特性カーブＡ、Ｂのずれは、各高電圧パルス発生器１２、３３、３４がそれぞれ有する磁気パルス圧縮回路の設計の違い（回路定数の違い）、あるいは同じ設計でも磁気パルス発生回路を構成する回路素子の個体差によって発生するものである。

図３（ａ）より、発振段用レーザ１００における充電電圧がＶc2であり、増幅段用レーザ３００における充電電圧がＶc1である場合は、各固体スイッチＳＷがオン状態になってから各電極間で放電発生するまでの時間のずれが最大値Ｔ1となる。また、発振段用レーザ１００における充電電圧、増幅段用レーザ３００における充電電圧が共に電圧Ｖc1である場合は、各固体スイッチＳＷがオン状態になってから各電極間で放電発生するまでの時間のずれがＴ2となり、共に電圧Ｖc2である場合は、ずれがＴ3となる（図３（ａ）の例では、Ｔ2＞Ｔ3）。

一方、図３（ｂ）は、発振段用レーザ１００及び増幅段用レーザ３００における充電電圧設定範囲が相違する例を示す。ここには、発振段用高電圧パルス発生器１２に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲がＶco1〜Ｖco2（Ｖco1＜Ｖco2）である場合の特性カーブＣと、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲がＶca1〜Ｖca2（Ｖca1＜Ｖca2）である場合の特性カーブＤと、が示されている。

図３（ｂ）より、発振段用レーザ１００における充電電圧がＶco2であり、増幅段用レーザ３００における充電電圧がＶca1である場合は、各固体スイッチＳＷがオン状態になってから各電極間で放電発生するまでの時間のずれが最大値Ｔ1となる。また、発振段用レーザ１００における充電電圧がＶco1、増幅段用レーザ３００における充電電圧がＶca1である場合は、各固体スイッチＳＷがオン状態になってから各電極間で放電発生するまでの時間のずれがＴ2となり、発振段用レーザ１００における充電電圧がＶco2、増幅段用レーザ３００における充電電圧がＶca2である場合は、ずれがＴ3となる（図３（ｂ）の例では、Ｔ2＞Ｔ3）。

このように、発振段用高電圧パルス発生器１２の固体スイッチＳＷがオン状態となるタイミングと増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４の固体スイッチＳＷがオン状態となるタイミングがそれぞれ一定であったとしても、発振段用レーザ１００における充電電圧Ｖosc、増幅段用レーザ３００における充電電圧Ｖamp1、Ｖamp2の値に応じて、各々のレーザで放電が発生するタイミングは変動する。このため、同期コントローラ８はエネルギーコントローラ７から出力された信号（充電電圧Ｖosc、Ｖamp1、Ｖamp2）と図示しない発振段用レーザ１００の放電検出器及び増幅段用レーザ３００の放電検出器から出力される信号に基づいて、発振段用高電圧パルス発生器１２の固体スイッチＳＷへのトリガ信号に対する増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４の固体スイッチＳＷへのトリガ信号の遅延時間を決定する。すなわち、同期コントローラ８は、エネルギーコントローラ７から受け取った次回放電の充電電圧信号（Ｖosc、Ｖamp1、Ｖamp2）から、上述した電圧と転送時間とのＶｔ積特性を考慮して遅延時間を決定する。また、同期コントローラ８は、図示しない発振段用レーザ１００の放電検出器及び増幅段用レーザ３００の放電検出器から出力される信号に基づいて、前記遅延時間をフィードバック補正する。

また、各々のレーザで放電が発生するタイミングは、各チャンバ内に充填されたレーザガスの圧力によっても変化する。一般にはレーザガスの圧力が高いとブレークダウン電圧は高くなるため、固体スイッチＳＷがオン状態になってから放電するまでの時間は長くなる。上述したフィードバック補正では、こういったＶｔ積特性以外の要因での放電タイミングのずれを補正する。なお、本実施形態では、同期コントローラ８は図示しない放電検出器の信号により、発振段用チャンバ１０の放電タイミングに対する増幅段用チャンバ３０の放電タイミングの遅延時間をフィードバック補正しているが、これに限るものではない。例えば、モニタモジュール１９で検出した発振段用レーザ１００のレーザ光が出力されるタイミングと、モニタモジュール３９で検出した増幅段用レーザ３００のレーザ光が出力されるタイミングとを用いてもよい。また、モニタモジュール１９で検出した発振段用レーザ１００のレーザ光が出力されるタイミングと増幅段用レーザ３００の放電検出器により検出した増幅段用チャンバ３０における放電の発生タイミングとを用いてもよい。

ユーティリティコントローラ５と波長・スペクトルコントローラ６とエネルギーコントローラ７はメインコントローラ４に接続される。更に露光装置３もメインコントローラ４に接続される。メインコントローラ４は露光装置３から出力された指令信号に基づき、各コントローラ５〜７に制御分担を振り分ける。メインコントローラ４から出力された指令に従い各コントローラ５〜７は処理を行う。

記憶部９は例えばデータベースを有し、データベースには増幅段用レーザ３００の休止時間に対応する第１増幅段用のＶtamp1−Ｐtamp1データテーブル及び第２増幅段用のＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルが記憶されている。Ｖtamp1−Ｐtamp1データテーブルとは、第１増幅段３１０で行われた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、増幅段用レーザ３００の充電電圧ＶampのデータＶtamp1と増幅後のレーザパルスエネルギーＰampのデータＰtamp1とで構成されている。同様にＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルとは、第２増幅段３２０で行われた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、増幅段用レーザ３００の充電電圧ＶampのデータＶtamp2と増幅後のレーザパルスエネルギーＰampのデータＰtamp2とで構成されている。記憶部９はメインコントローラ４又はエネルギーコントローラ７とデータの授受が可能である。

以上、ＭＯＰＯ方式のレーザ装置の構成について説明したが、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置の場合は、増幅段用チャンバ３０にリアミラー３６とフロントミラー３７を設けない構成になる。なお、ＭＯＰＡ方式では、光が増幅段用チャンバ３０内を通過する回数は１回であるが、これに限るものではない。例えば、折り返しミラーを設けて、増幅段用チャンバを複数回通過させてもよい。このように構成することにより、より高い出力のレーザ光を取り出すことが可能となる。

［本発明の基本動作］
図４は増幅段用レーザに注入されるシード光のパルスエネルギーと増幅段用レーザのパルスエネルギーの関係を示す。
曲線Ａ〜Ｃは増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧をＨＶ１、ＨＶ２、ＨＶ３（ＨＶ１＞ＨＶ２＞ＨＶ３）としたときに得られる特性である。

図４に示すように、増幅段用レーザ３００に注入されるシード光のパルスエネルギーがＥs0未満の領域（領域１という）である場合は、シード光のエネルギーが増加するに伴い、増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーは増加する。一方、増幅段用レーザ３００に注入されるシード光のエネルギーがＥs0以上の領域（領域２という）である場合は、シード光のエネルギーが増加しても、増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーはほぼ一定である。このように領域２では増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーがほとんど増加しない飽和状態にあることから、この領域２を増幅飽和領域という。すなわち、シード光のエネルギーが増幅飽和領域内で変動したとしても、増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーへの影響は小さい。

また、曲線Ａ〜Ｃから、領域１、２に関わらず、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧が高い程、増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーが大きいことが分かる。したがって、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧を制御することで増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーを制御できるといえる。

以上のことから、発振段用レーザ１００では出力するレーザ光のパルスエネルギーを増幅飽和領域の下限エネルギーＥs0以上にする制御を行い、増幅段用レーザ３００では出力するレーザ光のパルスエネルギーを目標パルスエネルギーにする制御を行うのが２ステージレーザの最も容易な制御方法である。

本発明の２ステージレーザ２には、第１増幅段３１０及び第２増幅段３２０といった２以上の光増幅段が設けられており、個々の光増幅段でエネルギー特性が異なることが考えられる。このため、各光増幅段が独立して充電電圧設定値とパルスエネルギー測定値を基にエネルギー制御するように設計されている。例えば、本実施形態のように第１増幅段３１０と第２増幅段３２０とが交互に発振する場合に、各光増幅段３１０、３２０は２パルス前の充電電圧設定値とパルスエネルギー測定値を基にエネルギー制御する。ただし、個々の光増幅段でエネルギー特性をほぼ同一にすることができる場合は、各光増幅段に関係無く充電電圧設定値とパルスエネルギー測定値を基にエネルギー制御するように設計してもよい。例えば、本実施形態のように第１増幅段３１０と第２増幅段３２０とが交互に発振する場合に、各光増幅段３１０、３２０は１パルス前の充電電圧設定値とパルスエネルギー測定値を基にエネルギー制御する。本発明はこのような考えに基づき、少なくとも２つの光増幅段を備えた２ステージレーザのパルスエネルギーまたは露光量（パルスエネルギー積算値）が目標範囲内となるように高精度なエネルギー制御を行うものである。

図５は、２つの光増幅段を備える２ステージレーザの各充電電圧と各パルスエネルギーを示す図である。発振段用レーザ１００のパルスエネルギーＰosc（すなわち、増幅段用レーザ３００に注入されるシード光のパルスエネルギー）が、増幅飽和領域の下限エネルギーＥs0以上になるように制御される（図５（ｂ）参照）。この際、原則として発振段用レーザ１００の充電電圧Ｖoscは一定制御される。すなわち、充電電圧Ｖoscはパルス毎に制御されない（図５（ａ）参照）。ただし、モニタモジュール１９でモニタしている発振段用レーザ１００のパルスエネルギーＰoscが増幅飽和領域の下限エネルギーＥs0を下回った場合にのみ、充電電圧Ｖoscは制御される。この場合は、発振段用レーザ１００の充電電圧Ｖoscを増加する。

増幅段用レーザ３００では、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０とが交互に運転される。第１増幅段３１０の運転では、電極対（３０ａ、３０ｂ）の放電によって出力されるレーザ光のパルスエネルギーＰamp1がモニタモジュール３９で測定され、パルスエネルギーＰamp1が目標パルスエネルギーＰatgt1となるように（図５（ｄ）参照）、第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp1がパルス毎に制御される（図５（ｃ）参照）。第２増幅段３２０の運転では、電極対（３０ｃ、３０ｄ）の放電によって出力されるレーザ光のパルスエネルギーＰamp2がモニタモジュール３９で測定され、パルスエネルギーＰamp2が目標パルスエネルギーＰatgt2となるように（図５（ｆ）参照）、第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp2がパルス毎に制御される（図５（ｅ）参照）。

パルスエネルギーＰamp1、Ｐamp2の検出は増幅用レーザ３００の出口に限らない。増幅用レーザ３００から露光装置３の露光対象（例えば、ウェハ）までの光路の任意の地点でレーザ光を検出してパルスエネルギーＰampを測定し、その測定結果に基づいて、増幅用レーザ３００を制御することもできる。望ましいのは、レーザ光の検出は増幅段用レーザ３００の出口近傍よりも、上述した光路中、特に露光対象（例えば、ウェハ）に出来るだけ近い地点である。増幅段用レーザ３００から出力されたレーザ光は、増幅段用レーザ３００の出口から露光対象に到達するまでに、多数の光学素子及びスリット等を透過する。例えば、レーザ光の出射軸が変化すると、増幅段用レーザ３００の出口近傍ではレーザ光のパルスエネルギーはほとんど変化しないのに対し、露光対象上でのパルスネルギーは顕著に変化する。したがって、露光対象にできるだけ近い所でレーザ光を検出して、そのパルスエネルギーＰamp1、Ｐamp2を測定し、それに基づいてエネルギーコントロールをした方が、露光量制御を高精度に行うことができる。

なお、ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザも、増幅器に注入されるシード光のエネルギーと増幅段のパルスエネルギーの関係は、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザと同様である。このため、同様な考え方で、ＭＯＰＡ方式の少なくとも２つの光増幅段を有する２ステージレーザから出力されるレーザ光のパルスエネルギー制御を行うことが可能である。ただし、ＭＯＰＯ方式の場合とＭＯＰＡ方式の場合とでは、増幅飽和領域の下限エネルギーＥs0がＭＯＰＯ方式の方がかなり小さくなるという点で異なる。

次に本発明による制御フローを実施例１〜４で説明する。

第１の実施例では、連続パルス発振の初期の所定パルスの間は、エネルギーコントローラ７は、ｋaパルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）に応じた記憶部９のデータテーブルから直前の発振休止時間Ｔに対応するパルスエネルギーＰtamp1(ka)（又はＰtamp2(ka)）及び励起強度Ｖtamp1(ka)（又はＶtamp2(ka)）とを取得し、ｋaパルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）の励起強度Ｖamp1(ka)（又はＶamp2(ka)）を、ｋaパルスで目標とするパルスエネルギーＴatgtと記憶部９のデータテーブルから取得したパルスエネルギーＰtamp1(ka)（又はＰtamp2(ka)）及び励起強度Ｖtamp1(ka)（又はＶtamp2(ka)）と、を用いて求め、求めた励起強度Ｖamp1(ka)（又はＶamp2(ka)）がｋaパルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）に供給されるようにする。

また、第１の実施例では、連続パルス発振の初期の所定パルス以降は、エネルギーコントローラ７は、ｋaパルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）の励起強度Ｖamp1(ka)（又はＶamp2(ka)）を、ｋaパルスで目標とするパルスエネルギーＰatgtと、ｋaパルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）を前回（ｋa−２パルス）動作させた際に出力したパルスエネルギーＰamp1(ka-2)（又はＰamp2(ka-2)）と、そのパルスエネルギーを出力したときに増幅段３１０（又は３２０）に供給された励起強度Ｖamp1(ka-2)（又はＶamp2(ka-2)）と、を用いて求め、求めた励起強度Ｖamp1(ka)（又はＶamp2(ka)）が今回パルスで動作させる増幅段３１０（又は３２０）に供給されるようにする。

以下、図面を参照し第１の実施例を具体的に説明する。

図６、図７、図８に第１の制御例を示す。図６（ａ）は発振段用レーザの処理フローであり、図６（ｂ）は増幅段用レーザの処理フローである。図７は増幅段用レーザの処理フローのうちのampスパイク制御処理の処理フローである。図８は増幅段用レーザの処理フローのうちのamp毎パルス制御処理の処理フローである。なお、各処理の説明では、具体的なパルス数としてＮ＝３、Ｍ＝１０００という数値を用いている。Ｎとは各増幅段３１０、３２０でスパイク制御の必要があるパルス数であり、Ｍとは１バーストのパルス数である。

まず、図６（ａ）を用いて発振段用レーザ１００の制御について説明する。
図６（ａ）で示すように、発振段用レーザ１００では、最初にレーザ発振パルスカウンタ（以下パルスカウンタという）ｋoにゼロが設定される（ステップS111）。エネルギーコントローラ７では発振段用レーザ１００の充電電圧Ｖoscに予め定められた初期値が設定され（ステップS112）、パルスカウンタｋoに１がインクリメントされる（ステップS513）。ここでパルスカウンタｋoがＭ＋１〔＝１００１〕未満であれば、設定された充電電圧Ｖoscにてレーザ発振が行われる（ステップS114の判断YES、ステップS115）。モニタモジュール１９ではパルスエネルギーＰosc(ko)が測定され（ステップS116）、このパルスエネルギーＰosc(ko)を示す信号がエネルギーコントローラ７に出力される。

パルスエネルギーＰosc(ko)が増幅飽和領域の下限エネルギーＥs0以上である場合は、上述したステップＳ１１３以降の処理が行われ、前パルスと同一の充電電圧Ｖoscにてレーザ発振は継続される（ステップS117の判断YES）。しかし、レーザ発振の継続に伴いレーザガスは劣化し、パルスエネルギーＰoscは低下していく。そこで、パルスエネルギーＰosc(ko)が下限エネルギーＥs0を下回った場合は、パルスエネルギーＰoscを下限エネルギーＥs0以上にすべく、充電電圧Ｖoscに予め定められた補正値ΔＶが加算される（ステップS117の判断NO、ステップS118）。補正値ΔＶだけ充電電圧Ｖoscが増加されるため、パルスエネルギーＰoscは上昇する。

補正値ΔＶの加算によって補正された充電電圧Ｖoscと上限充電電圧Ｖomaxとの比較判断がなされる（ステップS119）。上限充電電圧Ｖomaxとは、発振段用高電圧パルス発生器１２に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲内での最大充電電圧のことをいう。補正値ΔＶの加算によって補正された充電電圧Ｖoscが上限充電電圧Ｖomax未満の場合は、補正された充電電圧Ｖoscにて上述したステップＳ１１３以降の処理が行われる（ステップS119の判断YES）。一方、補正値ΔＶの加算によって補正された充電電圧Ｖoscが上限充電電圧Ｖomax以上となった場合は、ガス制御指令がエネルギーコントローラ７からメインコントローラ４またはユーティリティコントローラ５に送信される（ステップS119の判断NO、ステップS120）。

ステップＳ１１２〜ステップＳ１２０の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋoがＭ〔＝１０００〕を超えた場合、すなわちＭ＋１パルス目〔＝１００１パルス目〕になると、レーザ発振は停止され、１バーストのレーザ発振が終了する（ステップS114の判断NO）。

ガス制御指令に応じてユーティリティコントローラ５はガス制御を行う。ガス制御とは、例えば、レーザガスを所定量追加し、パルスエネルギーの低下を抑制する処理である。このガス制御はエネルギー制御と並行して実施される。ガス制御処理が実施されると、発振段用レーザ１００の充電電圧Ｖoscの値が、運転開始当初の初期値付近に戻る。その後、更にレーザ発振が継続されると、こ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ー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になる。このレーザガスを充填してから全交換するまでの期間をガスライフと言う。更にレーザ発振が継続されると、このようなレーザガスの交換を行ってもレーザ光のパルスエネルギーが所望値に回復しなくなる。この時点までをチャンバの寿命という。発振段用レーザ１００の充電電圧Ｖoscの制御に加えて、上述したようなレーザガスの制御を行うことにより、中期的（ガスライフ）、長期的（チャンバ寿命）にパルスエネルギーＰoscの低下を抑制し、安定したパルスエネルギー制御が可能となる。

次に、図６（ｂ）、図７、図８を用いて増幅段用レーザ３００の制御について説明する。

図６に示す制御において、増幅段用レーザ３００では、レーザ発振開始から２Ｎパルス目〔＝６パルス目〕までの間はampスパイク制御処理が行われ（ステップS131）、２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕からＭパルス目〔＝１０００パルス目〕までの間はamp毎パルス制御処理が行われる（ステップS132）。

図７を用いてampスパイク制御処理の説明をする。
レーザ発振開始前に以下の前処理が行われる。メインコントローラ４又はエネルギーコントローラ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Ｔで計時されている（ステップS201）。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る（ステップS202）。休止時間カウンタＴによって休止時間が特定され、この休止時間Ｔに対応するＶtamp1−Ｐtamp1データテーブル及びＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルが記憶部９から検索され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS203）。そして、休止時間カウンタＴはリセットされる（ステップS204）。

上記前処理が終了すると、パルスカウンタｋa、ｋ2aにそれぞれ初期値１が設定され（ステップS205）、パルスカウンタｋaが２Ｎ〔＝６〕を超えるまで、すなわち１〜６パルスの間は以下の処理が繰り返し行われる（ステップS206の判断YES）。なおパルスカウンタｋoが発振段用レーザ１００のパルス数をカウントするのに対して、パルスカウンタｋaは増幅段用レーザ３００のパルス数をカウントし、パルスカウンタｋ2aは第１増幅段３１０及び第２増幅段３２０のパルス数をカウントする。

先ず第１増幅段３１０のスパイク制御処理に進む。
第１増幅段３１０のスパイク制御処理を行うにあたり、第１増幅段３１０用のＶtamp1−Ｐtamp1データテーブルの中からｋ2aパルス目のデータ群であるＶtamp1(k2a)−Ｐtamp1(k2a)データが検索され、さらにその中から目標エネルギーＰtgtに近いＰtamp1(k2a)を有するＶtamp1(k2a)−Ｐtamp1(k2a)が特定され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS207）。取り入れられたｋ2aパルス目のパルスエネルギーＰtamp1(k2a)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰtamp1(k2a)〔＝Ｐtamp1(k2a)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰtamp1(k2a)を用いて、第１増幅段３１０のｋ2aパルス目の充電電圧の補正値ΔＶtamp1(k2a)〔＝ｃ×ΔＰtamp1(k2a)、但しｃは定数〕が算出される。次に、取り入れられたｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp1(k2a)と、補正値ΔＶtamp1(k2a)と、を用いて、第１増幅段３１０のｋ2aパルス目の充電電圧Ｖamp1(k2a)〔＝Ｖtamp1(k2a)−ΔＶtamp1(k2a)〕が算出される（ステップS208）。

そして、発振段用レーザ１００から出力されたｋoパルス目（＝ｋaパルス目）のシード光が増幅段用チャンバ３０に注入されると、充電電圧Ｖamp1(k2a)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ、そのパルスエネルギーＰamp1(k2a)が測定される（ステップS209、ステップS210）。レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、先の休止時間に対応する第１増幅段３１０のＶtamp1−Ｐtamp1データテーブルのデータのうち、ｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp1(k2a)とパルスエネルギーＰtamp1(k2a)が、算出された実際の充電電圧Ｖamp1(k2a)と測定されたパルスエネルギーＰamp1(k2a)で更新され（ステップS211）、パルスカウンタｋaに１がインクリメントされる（ステップS212）。

次に第２増幅段３２０のスパイク制御処理に進む。
第２増幅段３２０のスパイク制御処理を行うにあたり、第２増幅段３２０用のＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルの中からｋ2aパルス目のデータ群であるＶtamp2(k2a)−Ｐtamp2(k2a)データが検索され、さらにその中から目標エネルギーＰtgtに近いＰtamp2(k2a)を有するＶtamp2(k2a)−Ｐtamp2(k2a)が特定され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS213）。取り入れられたｋ2aパルス目のパルスエネルギーＰtamp2(k2a)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰtamp2(k2a)〔＝Ｐtamp2(k2a)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰtamp2(k2a)を用いて、第２増幅段３２０のｋ2aパルス目の充電電圧の補正値ΔＶtamp2(k2a)〔＝ｃ×ΔＰtamp2(k2a)、但しｃは定数〕が算出される。次に、取り入れられたｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp2(k2a)と、補正値ΔＶtamp2(k2a)と、を用いて、第２増幅段３２０のｋ2aパルス目の充電電圧Ｖamp2(k2a)〔＝Ｖtamp2(k2a)−ΔＶtamp2(k2a)〕が算出される（ステップS214）。

そして、発振段用レーザ１００から出力されたｋoパルス目（＝ｋaパルス目）のシード光が増幅段用チャンバ３０に注入されると、充電電圧Ｖamp2(k2a)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ、そのパルスエネルギーＰamp2(k2a)が測定される（ステップS215、ステップS216）。レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、先の休止時間に対応する第２増幅段３２０のＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルのデータのうち、ｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp2(k2a)とパルスエネルギーＰtamp2(k2a)が、算出された実際の充電電圧Ｖamp2(k2a)と測定されたパルスエネルギーＰamp2(k2a)で更新され（ステップS217）、パルスカウンタｋaとｋ2aに１がインクリメントされる（ステップS218）。

ステップＳ２０６〜ステップＳ２１８の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaが２Ｎ〔＝６〕を超えた場合、すなわち２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕になると、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S206の判断NO）。

図８を用いてamp毎パルス制御処理の説明をする。
amp毎パルス制御処理で使用されるパルスカウンタｋaには、ampスパイク制御処理で使用されたパルスカウンタｋaがそのまま引き継がれる。この時点でｋaパルス目〔＝７パルス目〕であり、２パルス前すなわちｋa−２パルス目〔＝５パルス目〕の増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーＰamp(ka-2)及び充電電圧Ｖamp(ka-2)と、１パルス前すなわちｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーＰamp(ka-1)及び充電電圧Ｖamp(ka-1)を取得する。パルスエネルギーＰamp(ka-2)とはｋa−２パルス目〔＝５パルス目〕の第１増幅段３１０のパルスエネルギーＰamp1(k2a-1)のことであり、充電電圧Ｖamp(ka-2)とはｋa−２パルス目〔＝５パルス目〕の第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp1(k2a-1)のことである。また、パルスエネルギーＰamp(ka-1)とはｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の第２増幅段３２０のパルスエネルギーＰamp2(k2a-1)のことであり、充電電圧Ｖamp(ka-1)とはｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp2(k2a-1)のことである（ステップS301）。

そして、パルスカウンタｋaが奇数であれば第１増幅段３１０の充電電圧設定が行われ（ステップS302の判断奇数）、パルスカウンタｋaが偶数であれば第２増幅段３２０の充電電圧設定が行われる（ステップS302の判断偶数）。

第１増幅段３１０の充電電圧設定では、２パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-2)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰamp(ka)〔＝Ｐamp(ka-2)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰamp(ka)が用いられ、充電電圧の補正値ΔＶamp(ka)〔＝ａ×ΔＰamp(ka)、但しａは定数〕が算出される。この補正値ΔＶamp(ka)及び２パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-2)が用いられ、ｋaパルス目の第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-2)−ΔＶamp(ka)〕が算出される（ステップS303）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ（ステップS304）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定される（ステップS307）。

同様に、第２増幅段３２０の充電電圧設定では、２パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-2)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰamp(ka)〔＝Ｐamp(ka-2)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰamp(ka)が用いられ、充電電圧の補正値ΔＶamp(ka)〔＝ａ×ΔＰamp(ka)、但しａは定数〕が算出される。この補正値ΔＶamp(ka)及び２パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-2)が用いられ、ｋaパルス目の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-2)−ΔＶamp(ka)〕が算出される（ステップS305）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ（ステップS306）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定される（ステップS307）。

レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、パルスカウンタｋaに１がインクリメントされる（ステップS308）。

この段階で、パルスカウンタｋaがＭ〔＝１０００〕を超えていない場合は（ステップS309の判断YES）、設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)と上限充電電圧Ｖamaxとの比較判断がなされる。上限充電電圧Ｖamaxとは、増幅段用高電圧パルス発生器３３、３４に設けられた主コンデンサＣ0の充電電圧設定範囲内での最大充電電圧のことをいう。設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)が上限充電電圧Ｖamax未満の場合は、上述したステップＳ３０２以降の処理が行われる（ステップS310の判断YES）。一方、設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)が上限充電電圧Ｖamax以上となった場合は、ガス制御指令がエネルギーコントローラ７からメインコントローラ４またはユーティリティコントローラ５に送信される（ステップS310の判断NO、ステップS311）。

ステップＳ３０２〜ステップＳ３１１の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaがＭ〔＝１０００〕を超えた場合、すなわちＭ＋１パルス目〔＝１００１パルス目〕になると、レーザ発振は停止され、１バーストのレーザ発振が終了する（ステップS309の判断NO）。

ガス制御指令に応じてユーティリティコントローラ５はガス制御を行う。発振段用レーザ１００と同様に、ガス制御とは、例えば、レーザガスを所定量追加し、パルスエネルギーの低下を抑制する処理である。増幅段用レーザ３００の充電電圧Ｖampの制御に加えて、レーザガスの制御を行うことにより、中期的（ガスライフ）、長期的（チャンバ寿命）にパルスエネルギーＰampの低下を抑制し、安定したパルスエネルギー制御が可能となる。

第２の制御例は第１の制御例の変形例であり、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０のエネルギー特性が同等である２ステージレーザ２に適用可能である。第２の制御例は第１の制御例と比較して、発振段用レーザの処理フローが同一である一方で、増幅段用レーザの個々の処理すなわちampスパイク制御処理の処理フローとamp毎パルス制御処理の処理フローが異なる。そこで、第２の制御例については発振段用レーザの処理フローの説明を省略し、ampスパイク制御処理の処理フローとamp毎パルス制御処理の処理フローを中心に説明をする。

図９、図１０に第２の制御例を示す。図９はampスパイク制御処理の処理フローである。図１０はamp毎パルス制御処理の処理フローである。第１の制御例と同様に、各処理の説明では、具体的なパルス数としてＮ＝３、Ｍ＝１０００という数値を用いている。Ｎとは各増幅段３１０、３２０でスパイク制御する必要があるパルス数であり、Ｍとは１バーストのパルス数である。なお、第１の制御例では、第１増幅段３１０に対応するＶtamp1−Ｐtamp1データテーブルと第２増幅段３２０に対応するＶtamp2−Ｐtamp2データテーブルが記憶部９に記憶されるが、第２の制御例では、第１増幅段３１０及び第２増幅段３２０の両者に対応する対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルが記憶部９に記憶される。

図９を用いてampスパイク制御処理の説明をする。
レーザ発振開始前に以下の前処理が行われる。メインコントローラ４又はエネルギーコントローラ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Ｔで計時されている（ステップS401）。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る（ステップS402）。休止時間カウンタＴによって休止時間が特定され、この休止時間Ｔ及び目標エネルギーＰatgtに対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルが記憶部９から検索され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS403）。そして、休止時間カウンタＴはリセットされる（ステップS404）。

上記前処理が終了すると、パルスカウンタｋa、ｋ2aにそれぞれ初期値１が設定され（ステップS405）、パルスカウンタｋaが２Ｎ〔＝６〕を超えるまで、すなわち１〜６パルスの間は以下の処理が繰り返し行われる（ステップS406の判断YES）。なおパルスカウンタｋoが発振段用レーザ１００のパルス数をカウントするのに対して、パルスカウンタｋaは増幅段用レーザ３００のパルス数をカウントし、パルスカウンタｋ2aは第１増幅段３１０及び第２増幅段３２０のパルス数をカウントする。

先ず第１増幅段３１０のスパイク制御処理に進む。
第１増幅段３１０のスパイク制御処理を行うにあたり、Ｖtamp−Ｐtampデータテーブルの中からｋ2aパルス目のデータ群であるＶtamp(k2a)−Ｐtamp(k2a)データが検索され、さらにその中から目標エネルギーＰtgtに近いＰtamp(k2a)を有するＶtamp(k2a)−Ｐtamp(k2a)が特定され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS407）。取り入れられたｋ2aパルス目のパルスエネルギーＰtamp(k2a)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰtamp(k2a)〔＝Ｐtamp(k2a)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰtamp(k2a)を用いて、第１増幅段３１０のｋ2aパルス目の充電電圧の補正値ΔＶtamp(k2a)〔＝ｃ×ΔＰtamp(k2a)、但しｃは定数〕が算出される。次に、取り入れられたｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp(k2a)と、補正値ΔＶtamp(k2a)と、を用いて、第１増幅段３１０のｋ2aパルス目の充電電圧Ｖamp(k2a)〔＝Ｖtamp(k2a)−ΔＶtamp(k2a)〕が算出される（ステップS408）。

そして、発振段用レーザ１００から出力されたｋoパルス目（＝ｋaパルス目）のシード光が増幅段用チャンバ３０に注入されると、充電電圧Ｖamp(k2a)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ、そのパルスエネルギーＰamp(k2a)が測定される（ステップS409、ステップS410）。レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、先の休止時間に対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルのデータのうち、ｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp(k2a)とパルスエネルギーＰtamp(k2a)が、算出された実際の充電電圧Ｖamp(k2a)と測定されたパルスエネルギーＰamp(k2a)で更新され（ステップS411）、パルスカウンタｋaに１がインクリメントされる（ステップS412）。

次に第２増幅段３２０のスパイク制御処理に進む。
第２増幅段３２０のスパイク制御処理を行うにあたり、Ｖtamp−Ｐtamデータテーブルの中からｋ2aパルス目のデータ群であるＶtamp(k2a)−Ｐtamp(k2a)データが検索され、さらにその中から目標エネルギーＰtgtに近いＰtamp(k2a)を有するＶtamp(k2a)−Ｐtamp(k2a)が特定され、エネルギーコントローラ７に取り入れられる（ステップS413）。取り入れられたｋ2aパルス目のパルスエネルギーＰtamp(k2a)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰtamp(k2a)〔＝Ｐtamp(k2a)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰtamp(k2a)を用いて、第２増幅段３２０のｋ2aパルス目の充電電圧の補正値ΔＶtamp(k2a)〔＝ｃ×ΔＰtamp(k2a)、但しｃは定数〕が算出される。次に、取り入れられたｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp(k2a)と、補正値ΔＶtamp(k2a)と、を用いて、第２増幅段３２０のｋ2aパルス目の充電電圧Ｖamp(k2a)〔＝Ｖtamp(k2a)−ΔＶtamp(k2a)〕が算出される（ステップS414）。

そして、発振段用レーザ１００から出力されたｋoパルス目（＝ｋaパルス目）のシード光が増幅段用チャンバ３０に注入されると、充電電圧Ｖamp(k2a)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ、そのパルスエネルギーＰamp(k2a)が測定される（ステップS415、ステップS416）。レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、先の休止時間に対応するＶtamp−Ｐtampデータテーブルのデータのうち、ｋ2aパルス目の充電電圧Ｖtamp(k2a)とパルスエネルギーＰtamp(k2a)が、算出された実際の充電電圧Ｖamp(k2a)と測定されたパルスエネルギーＰamp(k2a)で更新され（ステップS417）、パルスカウンタｋaとｋ2aに１がインクリメントされる（ステップS418）。

ステップＳ４０６〜ステップＳ４１８の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaが２Ｎ〔＝６〕を超えた場合、すなわち２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕になると、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S406の判断NO）。

図１０を用いてamp毎パルス制御処理の説明をする。
amp毎パルス制御処理で使用されるパルスカウンタｋaには、ampスパイク制御処理で使用されたパルスカウンタｋaがそのまま引き継がれる。この時点でｋaパルス目〔＝７パルス目〕であり、１パルス前すなわちｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーＰamp(ka-1)及び充電電圧Ｖamp(ka-1)を取得する。パルスエネルギーＰamp(ka-1)とはｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の増幅段用レーザ３００のパルスエネルギーすなわち第２増幅段３２０のパルスエネルギーＰamp2(k2a-1)のことであり、充電電圧Ｖamp(ka-1)とはｋa−１パルス目〔＝６パルス目〕の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp2(k2a-1)のことである（ステップS501）。

そして、パルスカウンタｋaが奇数であれば第１増幅段３１０の充電電圧設定が行われ（ステップS502の判断奇数）、パルスカウンタｋaが偶数であれば第２増幅段３２０の充電電圧設定が行われる（ステップS502の判断偶数）。

第１増幅段３１０の充電電圧設定では、１パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-1)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰamp(ka)〔＝Ｐamp(ka-1)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰamp(ka)が用いられ、充電電圧の補正値ΔＶamp(ka)〔＝ａ×ΔＰamp(ka)、但しａは定数〕が算出される。この補正値ΔＶamp(ka)及び１パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-1)が用いられ、ｋaパルス目の第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-1)−ΔＶamp(ka)〕が算出される（ステップS503）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ（ステップS504）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定される（ステップS507）。

同様に、第２増幅段３２０の充電電圧設定では、１パルス前すなわちステップＳ５０７で測定されたパルスエネルギーＰamp(ka-1)と目標エネルギーＰatgtとの差ΔＰamp(ka)〔＝Ｐamp(ka-1)−Ｐatgt〕が算出され、この算出結果ΔＰamp(ka)が用いられ、充電電圧の補正値ΔＶamp(ka)〔＝ａ×ΔＰamp(ka)、但しａは定数〕が算出される。この補正値ΔＶamp(ka)及び１パルス前すなわちステップＳ５０４にて使用された充電電圧Ｖamp(ka-1)が用いられ、ｋaパルス目の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-1)−ΔＶamp(ka)〕が算出される（ステップS505）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ（ステップS506）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定される（ステップS507）。

レーザ発振及びエネルギー測定に伴い、パルスカウンタｋaに１がインクリメントされる（ステップS508）。

この段階で、パルスカウンタｋaがＭ〔＝１０００〕を超えていない場合は（ステップS509の判断YES）、設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)と上限充電電圧Ｖamaxとの比較判断がなされる。設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)が上限充電電圧Ｖamax未満の場合は、上述したステップＳ５０２以降の処理が行われる（ステップS510の判断YES）。一方、設定された充電電圧Ｖamp(ka-1)が上限充電電圧Ｖamax以上となった場合は、ガス制御指令がエネルギーコントローラ７からメインコントローラ４またはユーティリティコントローラ５に送信される（ステップS510の判断NO、ステップS511）。

ステップＳ５０２〜ステップＳ５１１の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaがＭ〔＝１０００〕を超えた場合、すなわちＭ＋１パルス目〔＝１００１パルス目〕になると、レーザ発振は停止され、１バーストのレーザ発振が終了する（ステップS509の判断NO）。

ガス制御指令に応じてユーティリティコントローラ５はガス制御を行う。発振段用レーザ１００と同様に、ガス制御とは、例えば、レーザガスを所定量追加し、パルスエネルギーの低下を抑制する処理である。増幅段用レーザ３００の充電電圧Ｖampの制御に加えて、レーザガスの制御を行うことにより、中期的（ガスライフ）、長期的（チャンバ寿命）にパルスエネルギーＰampの低下を抑制し、安定したパルスエネルギー制御が可能となる。

第３の制御例は、所定パルス分（ここではＳパルス分）の露光量を一定にする露光量一定制御を行う２ステージレーザ２に適用可能である。第３の制御例は第１の制御例と比較して、発振段用レーザの処理フローと増幅段用レーザのampスパイク制御処理及びamp毎パルス制御処理の処理フローが同一である一方で、amp毎パルス制御処理の後にamp露光量一定制御処理が行われる点で異なる。そこで、第３の制御例については発振段用レーザの処理フローと増幅段用レーザのampスパイク制御処理及びamp毎パルス制御処理の処理フローの説明を省略し、amp露光量一定制御処理の処理フローを中心に説明をする。

図１１、図１２、図１３に第３の制御例を示す。図１１（ａ）は発振段用レーザの処理フローであり、図１１（ｂ）は増幅段用レーザの処理フローである。図１２はamp露光量一定制御処理の準備フローである。図１３は増幅段用レーザの処理フローのうちのamp露光量一定制御処理の処理フローである。なお、各処理の説明では、具体的なパルス数としてＮ＝３、Ｍ＝３９、Ｏ＝１０００、Ｓ＝４０という数値を用いている。Ｎとは各増幅段３１０、３２０でスパイク制御の必要があるパルス数であり、Ｍとは各増幅段３１０、３２０で毎パルス制御の必要があるパルス数であり、Ｏとは１バーストのパルス数であり、Ｓとは露光量を一定にすべきパルス数である。また、第１の制御例では最終パルスをＭとして説明しているが、第３の制御例では最終パルスをＯとして説明する。

図１１（ｂ）を用いて増幅段用レーザ３００の制御について説明する。
図１１（ｂ）で示すように、増幅段用レーザ３００では、レーザ発振開始から２Ｎパルス目〔＝６パルス目〕までの間はampスパイク制御処理が行われ（ステップS631）、２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕からＭパルス目〔＝３９パルス目〕までの間はamp毎パルス制御処理が行われ（ステップS632）、Ｍ＋１パルス目〔＝４０パルス目〕からＯパルス目〔＝１０００パルス目〕までの間はＳパルス分〔＝４０パルス分〕の露光量を一定にするamp露光量一定制御処理（ステップS633）が行われる。ampスパイク制御処理（ステップS631）及びamp毎パルス制御処理（ステップS632）については第１の制御例で既に説明したため、ここではamp露光量一定制御処理（ステップS633）を中心に説明する。

図８に示すamp毎パルス制御処理において、パルスカウンタｋaがＭ〔＝３９〕を超えた場合、すなわちＭ＋１パルス目〔＝４０パルス目〕になると、amp毎パルス制御処理からamp露光量一定制御処理に移行する（ステップS309の判断NO）。

図１２はamp露光量一定制御処理の準備フローを示し、図１３はamp露光量一定制御処理の処理フローを示す。第３の実施例では、図１３に示すamp露光量一定制御処理の第１回目の積算を行うために、図１１（ｂ）に示すステップＳ６３１のampスパイク制御処理及びステップＳ６３２のamp毎パルス制御処理と並行して図１２に示す準備処理が行われる。図１２に示す準備処理及び図１３に示すamp露光量一定制御処理では、Ｓパルス分〔＝４０パルス分〕のパルスエネルギーを積算する際の積算開始パルス数をｉで示し、積算終了パルス数をｊで示す。また、前処理のamp毎パルス制御処理で使用されたパルスカウンタｋaがそのまま引き継がれる。

図１２に示す準備処理では予め、積算開始パルス数ｉに１が設定され、積算終了パルス数ｊにｉ＋（Ｓ−１）〔＝４０〕が設定される（ステップS701）。そして、ｋaパルス目のレーザ発振が行われる（ステップS702）。なお、このステップＳ７０２の処理は、パルスカウンタｋaが１パルス目から２Ｎパルス目〔＝６パルス目〕までの間は、図７に示すampスパイク制御処理のステップＳ２０９またはステップＳ２１５の処理と同一である。また、パルスカウンタｋaが２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕からＭパルス目〔＝３９パルス目〕までの間は、図８に示すamp毎パルス制御処理のステップＳ３０４またはステップＳ３０６の処理と同一である。

次に、測定したパルスエネルギーＰamp(ka)が記憶される。すなわち、パルスカウンタｋaが１パルス目から２Ｎパルス目〔＝６パルス目〕までの間は、図７に示すampスパイク制御処理のステップＳ２１０またはステップＳ２１６で測定されたパルスエネルギーＰamp(ka)が記憶される。また、パルスカウンタｋaが２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕からＭパルス目〔＝３９パルス目〕までの間は、図８に示すamp毎パルス制御処理のステップＳ３０７で測定されたパルスエネルギーＰamp(ka)が記憶される（ステップS703）。

そして、パルスカウンタｋaに１がインクリメントされる（ステップS704）。なお、このステップＳ７０４の処理は、パルスカウンタｋaが１パルス目から２Ｎパルス目〔＝６パルス目〕までの間は、図７に示すampスパイク制御処理のステップＳ２１２またはステップＳ２１８の処理と同一である。また、パルスカウンタｋaが２Ｎ＋１パルス目〔＝７パルス目〕からＭパルス目〔＝３９パルス目〕までの間は、図８に示すamp毎パルス制御処理のステップＳ３０８の処理と同一である。以上のレーザ発振及びパルスエネルギーの測定はパルスカウンタｋaがｊ−１になるまで繰り返される（ステップS705の判断YES）。

パルスカウンタｋaが積算終了パルス数ｊとなった場合、すなわち積算終了パルスの発振段階となった場合に、amp露光量一定制御処理の本工程に移行する（ステップS705の判断NO）。

図１３を用いてamp露光量一定制御処理の説明をする。
図１３に示すamp露光量一定制御処理では、ｉパルス目からｊ−１パルス目までの積算エネルギー、すなわちＳ−１パルス分の積算エネルギーＤ(i)の算出が下記（１）式にて行われる（ステップS801）。

Ｓパルス分〔＝４０パルス分〕の目標積算エネルギーは予めＤ0と定められており、この目標積算エネルギーＤ0と上記（１）式にて算出したＳ−１パルス分〔＝３９パルス分〕の積算エネルギーＤ(i)との差Ｐ(ka)〔＝Ｄ0−Ｄ(i)〕が算出される（ステップS802）。算出したＰ(ka)は、Ｓパルス分の積算エネルギーをＤ0とするためのｋa〔＝ｊ〕パルス目における目標エネルギーである。

次に、パルスカウンタｋaが奇数であれば第１増幅段３１０の充電電圧設定が行われ（ステップS803の判断奇数）、パルスカウンタｋaが偶数であれば第２増幅段３２０の充電電圧設定が行われる（ステップS803の判断偶数）。

第１増幅段３１０の充電電圧設定では（ステップS803の判断奇数）、目標エネルギーＰ(ka)と２パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-2)との差ΔＰ(ka)〔＝Ｐamp(ka-2)−Ｐ(ka)〕が算出され、この算出結果ΔＰ(ka)を用いて、充電電圧の補正値ΔＶ(ka)〔＝ｅ×ΔＰ(ka)、但しｅは定数〕が算出される。この補正値ΔＶ(ka)及び２パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-2)を用いて、ｋaパルス目の第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-2)−ΔＶ(ka)〕が算出される（ステップS804）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ（ステップS805）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定、記憶される（ステップS808）。

同様に、第２増幅段３２０の充電電圧設定では（ステップS803の判断偶数）、目標エネルギーＰ(ka)と２パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-2)との差ΔＰ(ka)〔＝Ｐamp(ka-2)−Ｐ(ka)〕が算出され、この算出結果ΔＰ(ka)を用いて、充電電圧の補正値ΔＶ(ka)〔＝ｅ×ΔＰ(ka)、但しｅは定数〕が算出される。この補正値ΔＶ(ka)及び２パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-2)を用いて、ｋaパルス目の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-2)−ΔＶ(ka)〕が算出される（ステップS806）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ（ステップS807）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定、記憶される（ステップS808）。

露光装置３側で、露光量安定性の検定を行う場合には、ステップＳ８０１で算出したＳ−１パルス分〔＝３９パルス分〕の積算エネルギーＤ(i)及びパルスエネルギーＰamp(ka)を用いて、Ｓパルス分〔＝４０パルス分〕の積算エネルギーＤ(ka)〔＝Ｄ(i)＋Ｐamp(ka)〕が算出され、算出データが露光装置３に送信される（ステップS809）。露光装置３は、例えば、検定の結果、積算データＤ(ka)が露光量安定性の仕様範囲外であった場合、露光を中止する。なお、露光装置３側で露光量安定性の検定を行わない場合は、ステップＳ８０９を省略してもよい。

この段階で、パルスカウンタｋaがＯ〔＝１０００〕未満の場合は（ステップS810の判断YES）、設定された充電電圧Ｖamp(ka)と上限充電電圧Ｖamaxとの比較判断がなされる（ステップS811）。設定された充電電圧Ｖamp(ka)が上限充電電圧Ｖamax未満の場合は（ステップS811の判断YES）、パルスカウンタｋa、積算開始パルス数ｉ、積算終了パルス数ｊにそれぞれ１がインクリメントされる（ステップS813）。一方、設定された充電電圧Ｖamp(ka)が上限充電電圧Ｖamax以上の場合は（ステップS811の判断NO）、ガス制御指令がメインコントローラ４またはユーティリティコントローラ５に送信され（ステップS812）、パルスカウンタｋa、積算開始パルス数ｉ、積算終了パルス数ｊにそれぞれ１がインクリメントされる（ステップS813）。

ステップＳ８０１〜ステップＳ８１３の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaがＯ〔＝１０００〕になると、レーザ発振は停止され、１バーストのレーザ発振が終了する（ステップS810の判断NO）。

第４の制御例は第３の制御例の変形例であり、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０のエネルギー特性が同等である２ステージレーザ２に適用可能である。第４の制御例は第３の制御例と比較して、発振段用レーザの処理フローとamp露光量一定制御処理の準備処理の処理フローが同一である一方で、ampスパイク制御処理、amp毎パルス制御処理の処理フロー及びamp露光量一定制御処理が異なる。また、第４の制御例は第２の制御例と比較して、ampスパイク制御処理とamp毎パルス制御処理の処理フローが同一である。そこで、第４の制御例については発振段用レーザの処理フローと増幅段用レーザのampスパイク制御処理、amp毎パルス制御処理及び露光量一定制御の準備処理の処理フローの説明を省略し、amp露光量一定制御処理の処理フローを中心に説明をする。

図１４に第４の制御例を示す。図１４は増幅段用レーザの処理フローのうちのamp露光量一定制御処理の処理フローである。第３の制御例と同様に、本処理の説明では、具体的なパルス数としてＮ＝３、Ｍ＝３９、Ｏ＝１０００、Ｓ＝４０という数値を用いている。Ｎとは各増幅段３１０、３２０でスパイク制御の必要があるパルス数であり、Ｍとは各増幅段３１０、３２０で毎パルス制御の必要があるパルス数であり、Ｏとは１バーストのパルス数であり、Ｓとは露光量を一定にすべきパルス数である。また、最終パルスをＯとして説明する。

図１４を用いてamp露光量一定制御処理の説明をする。
図１４に示すamp露光量一定制御処理では、ｉパルス目からｊ−１パルス目までの積算エネルギー、すなわちＳ−１パルス分の積算エネルギーＤ(i)の算出が下記（１）式にて行われる（ステップS901）。

Ｓパルス分〔＝４０パルス分〕の目標積算エネルギーは予めＤ0と定められており、この目標積算エネルギーＤ0と上記（１）式にて算出したＳ−１パルス分〔＝３９パルス分〕の積算エネルギーＤ(i)との差Ｐ(ka)〔＝Ｄ0−Ｄ(i)〕が算出される（ステップS902）。算出したＰ(ka)は、Ｓパルス分の積算エネルギーをＤ0とするためのｋa〔＝ｊ〕パルス目における目標エネルギーである。

次に、パルスカウンタｋaが奇数であれば第１増幅段３１０の充電電圧設定が行われ（ステップS903の判断奇数）、パルスカウンタｋaが偶数であれば第２増幅段３２０の充電電圧設定が行われる（ステップS903の判断偶数）。

第１増幅段３１０の充電電圧設定では（ステップS903の判断奇数）、目標エネルギーＰ(ka)と１パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-1)との差ΔＰ(ka)〔＝Ｐamp(ka-1)−Ｐ(ka)〕が算出され、この算出結果ΔＰ(ka)を用いて、充電電圧の補正値ΔＶ(ka)〔＝ｅ×ΔＰ(ka)、但しｅは定数〕が算出される。この補正値ΔＶ(ka)及び１パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-1)を用いて、ｋaパルス目の第１増幅段３１０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-1)−ΔＶ(ka)〕が算出される（ステップS904）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第１増幅段３１０でレーザ発振が行われ（ステップS905）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定、記憶される（ステップS908）。

同様に、第２増幅段３２０の充電電圧設定では（ステップS903の判断偶数）、目標エネルギーＰ(ka)と１パルス前のパルスエネルギーＰamp(ka-1)との差ΔＰ(ka)〔＝Ｐamp(ka-1)−Ｐ(ka)〕が算出され、この算出結果ΔＰ(ka)を用いて、充電電圧の補正値ΔＶ(ka)〔＝ｅ×ΔＰ(ka)、但しｅは定数〕が算出される。この補正値ΔＶ(ka)及び１パルス前の充電電圧Ｖamp(ka-1)を用いて、ｋaパルス目の第２増幅段３２０の充電電圧Ｖamp(ka)〔＝Ｖamp(ka-1)−ΔＶ(ka)〕が算出される（ステップS906）。そして、充電電圧Ｖamp(ka)にて第２増幅段３２０でレーザ発振が行われ（ステップS907）、パルスエネルギーＰamp(ka)が測定、記憶される（ステップS908）。

露光装置３側で、露光量安定性の検定を行う場合には、ステップＳ９０１で算出したＳ−１パルス分〔＝３９パルス分〕の積算エネルギーＤ(i)及びパルスエネルギーＰamp(ka)を用いて、Ｓパルス分〔＝４０パルス分〕の積算エネルギーＤ(ka)〔＝Ｄ(i)＋Ｐamp(ka)〕が算出され、算出データが露光装置３に送信される（ステップS909）。露光装置３は、例えば、検定の結果、積算データＤ(ka)が露光量安定性の仕様範囲外であった場合、露光を中止する。なお、露光装置３側で露光量安定性の検定を行わない場合は、ステップＳ９０９を省略してもよい。

この段階で、パルスカウンタｋaがＯ〔＝１０００〕未満の場合は（ステップS910の判断YES）、設定された充電電圧Ｖamp(ka)と上限充電電圧Ｖamaxとの比較判断がなされる（ステップS911）。設定された充電電圧Ｖamp(ka)が上限充電電圧Ｖamax未満の場合は（ステップS911の判断YES）、パルスカウンタｋa、積算開始パルス数ｉ、積算終了パルス数ｊにそれぞれ１がインクリメントされる（ステップS913）。一方、設定された充電電圧Ｖamp(ka)が上限充電電圧Ｖamax以上の場合は（ステップS911の判断NO）、ガス制御指令がメインコントローラ４またはユーティリティコントローラ５に送信され（ステップS912）、パルスカウンタｋa、積算開始パルス数ｉ、積算終了パルス数ｊにそれぞれ１がインクリメントされる（ステップS913）。

ステップＳ９０１〜ステップＳ９１３の処理は繰り返し行われ、パルスカウンタｋaがＯ〔＝１０００〕になると、レーザ発振は停止され、１バーストのレーザ発振が終了する（ステップS910の判断NO）。

ここまでは増幅段用レーザ３００に２つの増幅段３１０、３２０を有する形態について説明したが、本発明は増幅段用レーザ３００に３以上の増幅段を有する形態にも適用可能である。また、増幅段３１０、３２０が１つの増幅段用チャンバ３０に設けられるのではなく、第１増幅段３１０と第２増幅段３２０が別々の増幅段用チャンバに設けられていてもよい。

本実施形態に係る２ステージレーザの構成を示す図。 電源の回路構成及びチャンバ内部の回路構成の一例を示す図。 高電圧パルス発生器の固体スイッチＳＷがオン状態になってから電極間に放電が発生するまでの時間と主コンデンサＣ0の充電電圧との関係を示す図。 増幅段用レーザに注入されるシード光のパルスエネルギーと増幅段用レーザのパルスエネルギーの関係を示す図。 ２つの光増幅段を備える２ステージレーザの各充電電圧と各パルスエネルギーを示す図。 第１の制御例の全体の処理フローを示す図。 第１の制御例のampスパイク制御処理の処理フローを示す図。 第１の制御例のamp毎パルス制御処理の処理フローを示す図。 第２の制御例のampスパイク制御処理の処理フローを示す図。 第２の制御例のamp毎パルス制御処理の処理フローを示す図。 第３の制御例の全体の処理フローを示す図。 第３の制御例のamp露光量一定制御処理の準備処理の処理フローを示す図。 第３の制御例のamp露光量一定制御処理の処理フローを示す図。 第４の制御例のamp露光量一定制御処理の処理フローを示す図。 複数のＩＣチップが配列された半導体ウェハを示す図。 発振休止と連続パルス発振とを繰り返すレーザの運転形態を示す図。

符号の説明

２…２ステージレーザ、３…露光装置、４…メインコントローラ、
７…エネルギーコントローラ、８…同期コントローラ、９…記憶部、
１００…発振段用レーザ、１０…発振段用チャンバ、
１２…発振段用高電圧パルス発生器、
１９…モニタモジュール、
３００…増幅段用レーザ、３２０…第１発振段、３２０…第２発振段、
３０…増幅段用チャンバ、３３、３４…増幅段用高電圧パルス発生器、
３９…モニタモジュール

Claims (3)

1. レーザガスを励起することによってシード光を出力する発振段と、シード光を入力すると共にレーザガスを励起することによって当該シード光を増幅して出力するレーザ光軸上に直列に配設された複数の増幅段と、パルス毎に前回パルス時に動作させた増幅段とは異なる増幅段を動作させるように前記各増幅段の動作順及び動作時の励起強度を制御する制御部と、を備えた２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置において、
   前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、前回パルスまでに当該増幅段を動作させて出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに当該増幅段に供給された励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるように、
   前記各増幅段に各々関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を前記各増幅段の動作順に抽出し、個々の増幅段を当該増幅段に関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を用いて独立的に制御する
   ことを特徴とする２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置。
2. レーザガスを励起することによってシード光を出力する発振段と、シード光を入力すると共にレーザガスを励起することによって当該シード光を増幅して出力するレーザ光軸上に直列に配設された複数の増幅段と、パルス毎に前回パルス時に動作させた増幅段とは異なる増幅段を動作させるように前記各増幅段の動作順及び動作時の励起強度を制御する制御部と、を備え、連続してレーザ光を発振する連続パルス発振とレーザ光の発振を休止する発振休止とを繰り返す２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置において、
   出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに増幅段に供給された励起強度と、そのパルスエネルギーを出力した直前の発振休止時間と、を複数の増幅段毎に記憶する記憶部を備え、
   連続パルス発振の初期の所定パルスの間は、前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段に応じた前記記憶部から直前の発振休止時間に対応するパルスエネルギー及び励起強度を取得し、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、前記記憶部から取得したパルスエネルギー及び励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるようにし、
   連続パルス発振の初期の所定パルス以降は、前記制御部は、今回パルスで動作させる増幅段の励起強度を、今回パルスで目標とするパルスエネルギーと、今回パルスで動作させる増幅段を前回動作させた際に出力したパルスエネルギーと、そのパルスエネルギーを出力したときに当該増幅段に供給された励起強度と、を用いて求め、求めた励起強度が今回パルスで動作させる増幅段に供給されるようにし、
   前記各増幅段に各々関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を前記各増幅段の動作順に抽出し、個々の増幅段を当該増幅段に関連する過去のパルスエネルギー及び励起強度を用いて独立的に制御する
   ことを特徴とする２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置。
3. 今回パルスで動作させた増幅段に応じた前記記憶部を、今回パルスで当該増幅段に供給された励起強度と今回パルスで出力したパルスエネルギーと直前の発振休止時間とを用いて、更新する
   ことを特徴とする請求項２記載の２ステージレーザのパルスエネルギー制御装置。

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