JP5844535B2 - レーザシステムおよびレーザ生成方法 - Google Patents
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Description
1.概要
2.用語の説明
3.マスタオシレータと増幅装置とを備えたレーザシステム(実施の形態1)
3.1 構成
3.2 動作
4.光シャッタを光路中に配置したマスタオシレータ(実施の形態2)
4.1 構成
4.1.1 光シャッタ
4.2 動作
4.3 作用
5.光シャッタを含むマスタオシレータと増幅装置とを備えたレーザシステム(実施の形態3)
5.1 構成
5.2 動作
5.3 タイミングチャート
5.4 フローチャート
5.5 作用
6.補足説明
6.1 Ti:サファイアレーザ
6.2 増幅器(PA)
6.3 光共振器を含む増幅器(PO)
マスタオシレータ内に配置された光シャッタの動作タイミングと、レーザガスを含む放電励起式の増幅装置を動作(放電)させるタイミングと、を同期させてもよい。
KBBF結晶とは、化学式KBe2BO3F2で表される非線形光学結晶であり、波長変換素子である。「バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。
3.1 構成
図1に本開示の実施の形態1による2ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。
2ステージレーザ装置(以下、レーザシステムという)1は、大別すると、マスタオシレータ2と、増幅装置3とを含む。マスタオシレータ2は、たとえば波長変換素子を有してもよい。増幅装置3は、たとえば放電励起式ArFエキシマ増幅器であってよい。前記マスタオシレータ2と前記増幅装置3との間には、低コヒーレンス化光学システム4が設置されてもよい。低コヒーレンス化光学システム4としては、光学パルスストレッチャーやランダム位相板等のシステムを使用してよい。
マスタオシレータ2は、波長がおよそ193nmのパルスレーザ光31を出力してもよい。低コヒーレンス化光学システム4は、前記パルスレーザ光31のコヒーレンシーを低下させてもよい。増幅装置3は、コヒーレンシーの低下したパルスレーザ光32を増幅してパルスレーザ光33として出力してもよい。パルスレーザ光33は、例えば図示していない半導体露光機へ送られて、露光処理に使用されてもよい。
つぎに、図1に示すマスタオシレータ2の他の形態を、本開示の実施の形態2として、図面を用いて詳細に説明する。
図2は、実施の形態2によるマスタオシレータ2Aの概略構成を示す。図2に示すように、マスタオシレータ2Aは、固体レーザ装置200と、コントローラ210とを含んでもよい。また、マスタオシレータ2Aは、コントローラ210から固体レーザ装置200へ入力する各種信号を、タイミング調整のために遅延させる1つ以上の遅延回路を含んでもよい。
ここで、図3に、実施の形態2による光シャッタの一例を示す。なお、図3に示す光シャッタ40は、光シャッタ41〜44のいずれに対しても適用可能である。図3では、光シャッタ41を例に挙げている。
つづいて、実施の形態2によるマスタオシレータ2Aの概略動作を、図7に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本説明では、コントローラ210の動作に着目する。
以上のような構成および動作とすることで、光シャッタ41〜44から出力されるパルスレーザ光L1が、それぞれの光シャッタ41〜44に与えた光シャッタ動作信号S41〜S44によってパルスレーザ光L0またはL1から切り出されたパルス形状を持ってもよい。そのように、パルスレーザ光L1は、光シャッタ41〜44に与える光シャッタ動作信号S41〜S44で制御されてもよい。そのため、パルスレーザ光L1のジッタは、ポッケルスセル142に電圧S61を印加する高圧電源144の回路ジッタとなり得る。そのような回路ジッタは、ロングパルスマスタオシレータ60から出力されるパルスレーザ光L0のジッタに対して十分短いと考えられる。そのため、光シャッタ41〜44を通過したパルスレーザ光L1のジッタは無視できる程度に小さいと考えられる。
つぎに、実施の形態2によるマスタオシレータ2Aと増幅装置3とを組み合わせたレーザシステム1Aを、実施の形態3として詳細に説明する。
図8に、実施の形態3によるレーザシステム1Aの概略構成を示す。図8に示すように、レーザシステム1Aは、実施の形態2によるマスタオシレータ2Aと、高反射ミラー11と、低コヒーレンス化光学システム4と、レーザシステム1Aの全体動作を制御するレーザコントローラ220Aと、増幅装置3とを備えてもよい。また、レーザシステム1Aの増幅装置3は、チャンバ20内のアノード21とカソード22とに電気的に接続されたレーザ電源24を含んでもよい。さらに、増幅装置3は、レーザコントローラ220Aから出力されたスイッチ信号S5を、所定遅延時間(スイッチ遅延時間Dpp)分遅延させる、スイッチ遅延回路350を含んでもよい。
つづいて、レーザシステム1Aの概略動作を説明する。レーザコントローラ220Aは、上述した外部装置220の一例である。レーザコントローラ220Aは、露光装置600における露光コントローラ601からパルスレーザ光33のバースト出力が要求されると、マスタオシレータ2Aのコントローラ210にトリガ信号S1およびバースト要求信号S2を入力する。コントローラ210は、これに応じて上述の動作を実行することで、パルスレーザ光31のバースト出力を生成する。
つぎに、レーザシステム1Aの動作を、図9に示すタイミングチャートを用いて説明する。ただし、ここでは、説明の簡略化のため、光シャッタ42〜44については省略する。
つづいて、レーザシステム1Aの動作を、フローチャートを用いて説明する。図10は、レーザシステム1Aの概略動作を示すフローチャートである。図11は、図10のステップS201に示すパラメータ初期設定ルーチンの概略動作を示すフローチャートである。図12は、図10のステップS203によってコントローラが開始する動作を示すフローチャートである。図13は、図10のステップS204によってレーザコントローラが開始する動作を示すフローチャートである。なお、図10、図11および図13では、レーザコントローラ220Aの動作を示す。図12では、コントローラ210の動作を示す。
実施の形態3では、マスタオシレータ2A内に配置された光シャッタ41〜44の動作タイミングと、レーザガスを含む増幅装置3を動作(放電)させるタイミングとをポンピングレーザ5やTi:サファイアレーザ6の時間ジッタに影響されることなく、同期させ得る。これにより、安定したパルスレーザ光33を生成できる。
つづいて、上述した各実施の形態における各部の補足説明を、以下に記す。
図14は、上述のTi:サファイアレーザ6の一例を示す。図14に示すように、Ti:サファイアレーザ6は、いわゆるリットマン型のレーザであってよい。このTi:サファイアレーザ6は、高反射ミラー61と、出力結合ミラー65と、Ti:サファイア結晶62と、グレーティング63と、高反射ミラー64と、を備える。高反射ミラー61および出力結合ミラー65は、光共振器を形成する。Ti:サファイア結晶62およびグレーティング63は、この光共振器内の光路上に配置される。高反射ミラー64は、グレーティング63で回折されたレーザ光を反射してグレーティング63に戻す。高反射ミラー61および64は、高反射ミラー61および出力結合ミラー65とは別の共振器を形成する。また、出力結合ミラー65は、パルスレーザ光L0を出力する光出力端としても機能する。
図15は、上述の増幅器7の一例を示す。なお、本例では、光共振器を含まないマルチパス増幅方式のパワー増幅器を例に挙げる。図15に示すように、増幅器7は、複数の高反射ミラー72〜78と、Ti:サファイア結晶71と、を備える。この複数の高反射ミラー72〜78は、Ti:サファイアレーザ6から光シャッタ41を介して入力したパルスレーザ光L1がTi:サファイア結晶71を複数回(本例では4回)通過するマルチパスを形成する。Ti:サファイア結晶71には、高反射ミラー72を介して、ポンピングレーザ5からの励起光51も入射する。Ti:サファイア結晶71の光入出力端面は、ブリュースタカットされている。Ti:サファイア結晶71は、マルチパスを進行するパルスレーザ光L1に基づいて、励起光51からエネルギーを得つつ発振する。これにより、複数回通過する際に、パルスレーザ光L1がマルチパス増幅される。この結果、増幅器7から増幅されたパルスレーザ光L1aが出射する。なお、高反射ミラー72は、励起光51を透過し、Ti:サファイア結晶71からのレーザ光を反射する。
また、増幅器7は、内部に光共振器を備えたパワー発振器に置き換えることも可能である。図16は、ファブリーペロー型の増幅器7Aの概略構成を示す。図16に示すように、増幅器7Aは、高反射ミラー172と、出力結合ミラー173と、Ti:サファイア結晶174と、高反射ミラー171と、を備える。高反射ミラー172および出力結合ミラー173は、光共振器を形成する。Ti:サファイア結晶174は、この光共振器内の光路上に配置される。高反射ミラー171は、Ti:サファイアレーザ6から光シャッタ41を介して入射したパルスレーザ光L1およびポンピングレーザ5から入射した励起光51を光共振器内に導く。
2、2A マスタオシレータ
3 増幅装置
4 低コヒーレンス化光学システム
5 ポンピングレーザ
6 Ti:サファイアレーザ
60 ロングパルスマスタオシレータ
7 増幅器
8 波長変換装置
81 ビームスプリッタ
11、82 高反射ミラー
9 LBO結晶
10 KBBF結晶
14 出力結合ミラー
15〜17 高反射ミラー
18、19 ウィンドウ
20 チャンバ
21 アノード
22 カソード
23 放電空間
24 レーザ電源
25 スイッチ
31 パルスレーザ光(出力パルスレーザ光)
32〜33 パルスレーザ光
40、41〜44 光シャッタ
141、143 偏光子
142 ポッケルスセル
144 高圧電源
200 固体レーザ装置
210 コントローラ(同期制御装置)
211 内部トリガ発振器
220 外部装置
220A レーザコントローラ
311 発振遅延回路
341〜344 第1〜第4シャッタ遅延回路
350 スイッチ遅延回路
600 露光装置
601 露光コントローラ
L0 シードパルスレーザ光
L1 通過パルスレーザ光
L1a 増幅パルスレーザ光
S1 トリガ信号
S11 ポンピングレーザ発振信号
S41〜S44 光シャッタ動作信号
S5 スイッチ信号
S61 電圧
Claims (9)
- パルスレーザ光を出力するマスタオシレータと、該マスタオシレータから出力された前記パルスレーザ光を増幅する増幅装置と、前記マスタオシレータと前記増幅装置とを制御するコントローラとを備えるレーザシステムであって、
前記マスタオシレータは、
レーザ発振するシードレーザと、
前記シードレーザから出力されたパルスレーザ光の光路上に設置された少なくとも1つの光シャッタと、
内部トリガ発振器を含み、前記シードレーザからの前記パルスレーザ光の出力と、前記少なくとも1つの光シャッタの開閉とを制御する同期制御装置と、
を備え、
前記コントローラは、前記光シャッタを通過したパルスレーザ光が前記増幅装置を通過する際に該増幅装置が放電するように、前記増幅装置の放電を制御するとともに、所定繰返し周波数のトリガ信号を前記同期制御装置へ送信し、
前記同期制御装置は、前記コントローラが前記トリガ信号を送信している期間では、前記トリガ信号に基づくレーザ発振信号によって前記シードレーザをレーザ発振させ、前記コントローラが前記トリガ信号を送信していない期間では、前記内部トリガ発振器による内部トリガ信号によって前記シードレーザをレーザ発振させ、前記光シャッタを開状態とする期間よりも長いパルス幅の前記パルスレーザ光が前記シードレーザから出力されるように前記シードレーザを制御するとともに、前記シードレーザから出力された前記パルスレーザ光の一部が前記少なくとも1つの光シャッタによって切り出されるように、前記シードレーザが前記パルスレーザ光を出力するタイミングと前記少なくとも1つの光シャッタを開閉するタイミングとを前記トリガ信号に基づいて制御する
レーザシステム。 - 前記コントローラは、前記光シャッタを通過したパルスレーザ光が前記増幅装置を通過する期間よりも長い期間、該増幅装置が放電するように、前記光シャッタの開閉と前記増幅装置の放電とを制御する、請求項1記載のレーザシステム。
- 前記光シャッタは、
電気光学素子と、
前記電気光学素子の光入力端側に配置される第1の光フィルタと、
前記電気光学素子の光出力端側に配置される第2の光フィルタと、
前記電気光学素子に接続され、前記電気光学素子に電圧を印加する電源と、
を備える、請求項1記載のレーザシステム。 - 前記電気光学素子は、ポッケルスセルである、請求項3記載のレーザシステム。
- 前記第1および第2の光フィルタは、それぞれ少なくとも1つの偏光子を含む、請求項3記載のレーザシステム。
- 前記マスタオシレータは、
前記シードレーザに入力される励起光を出力するポンピングレーザと、
前記シードレーザから出力された前記パルスレーザ光を増幅する増幅器と、
をさらに含む、請求項1に記載のレーザシステム。 - 前記増幅器は、前記シードレーザから出力された前記パルスレーザ光の進行経路において前記少なくとも1つの光シャッタのうちの少なくとも1つの光シャッタより下流に配置されている、請求項6に記載のレーザシステム。
- 前記パルスレーザ光の進行経路において前記少なくとも1つの光シャッタのうちの少なくとも1つの光シャッタより下流に配置され、前記パルスレーザ光の波長を変換する波長変換装置をさらに備える、請求項1に記載のレーザシステム。
- レーザ発振するシードレーザ、前記シードレーザから出力されたパルスレーザ光の光路上に設置された少なくとも1つの光シャッタ、および前記シードレーザが前記パルスレーザ光を出力するタイミングと、内部トリガ発振器を含み、前記少なくとも1つの光シャッタの開閉タイミングとを制御する同期制御装置を備えるマスタオシレータと、該マスタオシレータから出力された前記パルスレーザ光を増幅する増幅装置と、前記マスタオシレータと前記増幅装置とを制御するコントローラとを備える装置のレーザ生成方法であって、
前記コントローラが、所定繰返し周波数のトリガ信号を前記同期制御装置へ送信し、
前記同期制御装置が、前記コントローラが前記トリガ信号を送信している期間では前記トリガ信号に基づくレーザ発振信号によって前記シードレーザをレーザ発振させ、前記コントローラが前記トリガ信号を送信していない期間では、前記内部トリガ発振器による内部トリガ信号によって前記シードレーザをレーザ発振させ、
前記同期制御装置が、前記光シャッタを開状態とする期間よりも長いパルス幅の前記パルスレーザ光が前記シードレーザから出力されるように前記シードレーザを制御し、
前記同期制御装置が、前記シードレーザから出力された前記パルスレーザ光の一部が前記少なくとも1つの光シャッタによって切り出されるように、前記シードレーザが前記パルスレーザ光を出力するタイミングと前記少なくとも1つの光シャッタを開閉するタイミングとを前記トリガ信号に基づいて制御し、
前記コントローラが、前記光シャッタを通過したパルスレーザ光が前記増幅装置を通過する際に該増幅装置が放電するように、前記増幅装置の放電を制御する、
レーザ生成方法。
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