JP4877692B2

JP4877692B2 - 注入同期式又はｍｏｐａ方式のレーザ装置

Info

Publication number: JP4877692B2
Application number: JP2001267158A
Authority: JP
Inventors: 清春中尾; 能史植野
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: US7230966B2; US7095773B2; US20020141470A1; US20050281306A1; JP2002353545A; US7499482B2; US20060239307A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置、或いは、ガスレーザ装置に関し、より詳細には、注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置において、オシレータと増幅器とを同期させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、オシレータから発振したシードレーザ光を増幅器で増幅する注入同期式のレーザ装置において、シードレーザ光の発光と増幅器内部での出射レーザ光の発光とを同期させる技術が、例えば特開２０００−１５６５３５号公報に開示されている。同公報によれば、チタンサファイアレーザ装置から出射したシードレーザ光を、増幅チャンバ内部で増幅放電によって増幅し、出射レーザ光として出射する。
前記同公報に開示された技術は、オシレータとして、狭帯域化されたチタンサファイアレーザ装置の高調波成分を用いている。しかしながら、チタンサファイアレーザ装置の高調波成分は非常に出力が低く、増幅器で増幅可能なだけの出力を有するシードレーザ光を得るためには、チタンサファイアレーザ装置が大型化し、高価なものになってしまう。
【０００３】
又、エキシマレーザ装置をリソグラフィ用光源として用いる場合には、周囲の気圧などに応じて、出射レーザ光の中心波長を変えなければならない場合がある。これには、シードレーザ光の中心波長を変える必要があるが、オシレータがチタンサファイアレーザ装置である場合には、これが困難である。
さらには、フッ素分子レーザ装置を注入同期式で構成しようとする場合には、中心波長がＡｒＦエキシマレーザ装置よりもさらに短い（１５７nm）ため、オシレータとして適切なレーザ装置を見つけることが困難である。
そのため、リソグラフィ用の光源としては、増幅器と同じ放電励起式のエキシマレーザ装置又はフッ素分子レーザ装置をオシレータとした、注入同期式のレーザ装置が用いられている。
【０００４】
図１８に、従来技術に係る、放電励起式フッ素分子レーザ装置をオシレータとして用いた注入同期式フッ素分子レーザ装置の構成を示す。
図１８において、オシレータ１１Ａは、フッ素及びネオン（Ｎｅ）を含むレーザガスを封入するオシレータチャンバ１２Ａを備えている。オシレータチャンバ１２Ａの所定位置には、一対のオシレータ電極１４Ａ，１５Ａが対向して配置されている。オシレータ１１Ａは、オシレータ電圧ＶＡを出力するオシレータ充電器４２Ａを備えている。また、このオシレータ電圧ＶＡをパルス圧縮してオシレータ電極１４Ａ，１５Ａ間に転送し、パルス放電を起こすオシレータ放電回路４３Ａを備えている。
また、増幅器１１Ｂは、内部に一対の増幅電極１４Ｂ，１５Ｂを対向して配置し、レーザガスを封入した増幅チャンバ１２Ｂを備えている。さらに、増幅電圧ＶＢを出力する増幅充電器４２Ｂと、この増幅電圧ＶＢをパルス圧縮して増幅電極１４Ｂ，１５Ｂ間に転送し、パルス放電を起こす増幅放電回路４３Ｂとを備えている。オシレータ電圧ＶＡ及び増幅電圧ＶＢを総称して、充電電圧ＶＡ，ＶＢと言う。
【０００５】
ステッパ等の露光機２５から、レーザコントローラにトリガ信号Ｇが出力されると、オシレータ電極１４Ａ，１５Ａ間に放電が起きてレーザガスが励起され、パルス状のシードレーザ光２１Ａが発生する。シードレーザ光２１Ａは、狭帯域化ユニット３０により、波長を狭帯域化された状態で発振する。増幅器１１Ｂは遅延回路４４によってトリガ信号Ｇを所定遅延時間だけ遅延させてトリガ信号Ｇ３を出力し、増幅電極１４Ｂ，１５Ｂ間に増幅放電を起こす。これにより、シードレーザ光２１Ａは、不安定共振器３６，３７間を往復する間に、中心波長λｃ及びスペクトル幅Δλ（以下、これらを波長特性と呼ぶ）を保った状態で増幅され、出射レーザ光２１Ｂとなって出射する。
【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、オシレータ放電回路４３Ａ及び増幅放電回路４３Ｂは、パルス圧縮のためのＬＣ共振回路を有しているが、このＬＣ共振回路に含まれる磁気コアには、電圧・時間積が一定という特性がある。そのため、オシレータ１１Ａ、増幅器１１Ｂのそれぞれにおいて、高電圧ＶＡ，ＶＢの変動により、トリガ信号Ｇが入力されてから、電極１４，１５間で放電が起きるまでの時間がパルス発振ごとに変動する。このような、短期的な時間変動をジッタと言う。
【０００７】
即ち、トリガ信号Ｇからオシレータ１１Ａでシードレーザ光２１Ａが発光するまでの時間と、トリガ信号Ｇから増幅器１１Ｂが増幅放電を起こすまでの時間とが、それぞれ独立に変動する。その結果、トリガ信号Ｇから出射レーザ光２１Ｂが出射するまでの時間が短期的に変動し、加工に不具合が生じることがある。
また、シードレーザ光２１Ａが発光するタイミングと増幅放電のタイミングとが合わなくなって、シードレーザ光２１Ａが好適に増幅されず、出射レーザ光２１Ｂの出力、中心波長λｃ、或いはスペクトル幅Δλ等が変動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、常に安定な出力及び波長を得ることが可能な、注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【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、本発明の１つの観点に係るレーザ装置は、オシレータ放電によってレーザガスを励起し、波長を狭帯域化したシードレーザ光を発振により生成するオシレータと、増幅放電によってシードレーザ光を増幅して出射レーザ光を出射する増幅器と、シードレーザ光の発光から出射レーザ光の発光まで、或いは、オシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間を設定する遅延回路と、シードレーザ光の出力、中心波長又はスペクトル幅を検出する第１のレーザモニタと、出射レーザ光の出力、中心波長又はスペクトル幅を検出する第２のレーザモニタと、前記第１のレーザモニタによって検出された出力、中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否か、及び、前記第２のレーザモニタによって検出された出力、中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、シードレーザ光と出射レーザ光とが同期しているか否かを判定するレーザコントローラとを具備する注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置である。かかる構成によれば、シードレーザ光に対して適切なタイミングで増幅放電が行われるように遅れ時間を補正することにより、出射レーザ光の波長及び出力が改善される。
【００１８】
【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。
まず、第１実施形態について、説明する。図１は、第１実施形態に係る注入同期式フッ素分子レーザ装置（以下、フッ素分子レーザ装置１１と言う）の構成図を示している。図１において、フッ素分子レーザ装置１１は、波長を狭帯域化されたシードレーザ光２１Ａを発振するオシレータ１１Ａと、シードレーザ光２１Ａを増幅して出射レーザ光２１Ｂを出射する増幅器１１Ｂとを備えている。フッ素分子レーザ装置１１から出射した出射レーザ光２１Ｂは、ステッパなどの露光機２５に入射し、加工用光となる。
【００１９】
フッ素分子レーザ装置１１は、装置全体を制御するレーザコントローラ２９を備えている。レーザコントローラ２９は、露光機２５と電気的に接続されて、相互に通信が可能である。レーザコントローラ２９は、露光機２５からレーザ発振の合図となるトリガ信号Ｇを受信し、これに伴ってオシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂにトリガ信号Ｇを出力する。このとき、トリガ信号Ｇは、後述する補正回路３１によってタイミングを補正され、トリガ信号Ｇ１としてオシレータ１１Ａに出力される。またトリガ信号Ｇは、補正回路３１及び遅延回路４４によって、オシレータ１１Ａに対するよりも所定の時間だけ遅れて、トリガ信号Ｇ３として増幅器１１Ｂに出力される。
【００２０】
オシレータ１１Ａは、例えばフッ素（Ｆ2）及びネオン（Ｎｅ）を含むレーザガスを封入するオシレータチャンバ１２Ａと、オシレータチャンバ１２Ａの両端部に設けられたウィンドウ１７Ａ，１９Ａとを備えている。尚、レーザガスとしては、フッ素、ネオン、及びヘリウム（Ｈｅ）でもよく、フッ素及びヘリウムでもよい。
オシレータチャンバ１２Ａ内部の所定位置には、図１中紙面と垂直方向に、一対のオシレータ電極１４Ａ，１５Ａが対向して配置されている。オシレータ放電回路４３Ａがトリガ信号Ｇ１を受信すると、オシレータ充電器４２Ａから印加されているオシレータ電圧ＶＡがオシレータ放電回路４３Ａによってパルス圧縮され、オシレータ電極１４Ａ，１５Ａ間にパルス状に印加される。これにより、オシレータ電極１４Ａ，１５Ａ間にオシレータ放電が起きてレーザガスが励起され、パルス状のシードレーザ光２１Ａが発生する。
【００２１】
発生したシードレーザ光２１Ａは、オシレータチャンバ１２Ａの後部（図１中、紙面左側）に配置された狭帯域化ユニット３０に入射し、プリズム３２，３２によって拡大され、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シードレーザ光２１Ａのみが反射される。これを、狭帯域化と言う。
グレーティング３３は、レーザコントローラ２９に電気的に接続された図示しない駆動機構によって、シードレーザ光２１Ａに対する角度を可変となっている。レーザコントローラ２９は、駆動機構に信号を出力し、上記角度を変えることにより、シードレーザ光２１Ａの中心波長λｃを所望する波長に制御することが可能である。
【００２２】
狭帯域化ユニット３０内で狭帯域化されたシードレーザ光２１Ａは、中心波長λｃを有するシードレーザ光２１Ａとして、前方（図１中紙面の右方）へ出射する。シードレーザ光２１Ａの一部は、ビームスプリッタ２２Ａで取り出され、レーザモニタ３４Ａに入射する。レーザモニタ３４Ａは、シードレーザ光２１Ａの出力、中心波長λｃ、及びスペクトル幅Δλ（以下、これらをレーザパラメータと呼ぶ）をモニタリングして、レーザコントローラ２９に出力している。
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、前記駆動機構に指令信号を出力してグレーティング３３を回転させ、シードレーザ光２１Ａ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。
また、レーザコントローラ２９は、モニタリングしたパルス出力に基づき、オシレータ充電器４２Ａに指令信号を出力してオシレータ電圧ＶＡを変化させ、シードレーザ光２１Ａのパルス出力が所望の出力となるように制御している。これを、エネルギー一定制御と言う。エネルギー一定制御は、増幅器に対しても同様に、出射レーザ光２１Ｂのパルス出力が所望の出力となるように行なっている。
【００２３】
オシレータ１１Ａを出射したシードレーザ光２１Ａは、増幅器１１Ｂに入射する。増幅器１１Ｂは、前後部にフロントウィンドウ１７Ｂ及びリアウィンドウ１９Ｂをそれぞれ固定し、内部にフッ素及びネオンを封入した増幅チャンバ１２Ｂを備えている。増幅チャンバ１２Ｂの内部には、一対の増幅電極１４Ｂ，１５Ｂが、図１中紙面に垂直方向に対向して設置されている。リアウィンドウ１９Ｂの後方には、注入孔４５を有する有孔凹面鏡３６が、フロントウィンドウ１７Ｂの前方には、注入孔４５に対向して凸面鏡３７がそれぞれ設けられており、不安定共振器を構成している。
図１において、オシレータ１１Ａから発振したシードレーザ光２１Ａは、有孔凹面鏡３６の注入孔４５からリアウィンドウ１９を透過し、増幅器１１Ｂに入射する。
増幅充電器４２Ｂは、増幅放電回路４３Ｂに増幅電圧ＶＢを印加する。増幅電圧ＶＢは、補正回路３１及び遅延回路４４によって補正されたトリガ信号Ｇ３に基づき、増幅放電回路４３Ｂでパルス圧縮されて、増幅電極１４Ｂ，１５Ｂ間にパルス状に印加される。これにより、シードレーザ光２１Ａと同期して増幅放電が起き、シードレーザ光２１Ａは、有孔凹面鏡３６と凸面鏡３７との間で反射される間に増幅される。
その結果、シードレーザ光２１Ａは、波長特性を保ったままパルス出力を増幅され、出射レーザ光２１Ｂとして、凸面鏡３７の周囲から出射する。
【００２４】
オシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂは、オシレータ放電及び増幅放電が行なわれたことを検出する、オシレータ放電検出器３５Ａ及び増幅放電検出器３５Ｂを、それぞれ備えている。放電検出器３５Ａ，３５Ｂは、例えば図２に示すように、コイル４６と、その両極間を接続する発光ダイオード４９とを備えている。放電が起きると、放電から発生する電磁波によってコイル４６に電磁誘導が生じて電流が流れ、発光ダイオード４９が発光する。この発光ダイオード４９の発光４７を光ファイバ４８で光検出器５０に導き、光検出器５０から出力する電気信号によって放電を検出している。
このように、発光ダイオード４９を用いているので、放電の電磁波が電気的に遮断され、放電検出器３５が誤作動することが少なく、確実に放電を検出可能である。
【００２５】
また、前述したように、フッ素分子レーザ装置１１は、トリガ信号Ｇを基準として、オシレータ１１Ａから出射したシードレーザ光２１Ａと出射レーザ光２１Ｂとを同期させるための、補正回路３１を備えている。
補正回路３１は、オシレータ電圧ＶＡの変動によってトリガ信号Ｇから放電が起きるまでの所要時間が短期的に変動するのを抑制する、ジッタ補正回路３９Ａ，３９Ｂを備えている。また、長期的な温度変化等によって放電回路４３Ａ，４３Ｂの特性が変化するのに対し、ジッタ補正回路３９Ａ，３９Ｂの補正係数をこの特性変化に合致させるドリフト補正回路４０Ａ，４０Ｂを備えている。ジッタ補正回路３９Ａ，３９Ｂは、オシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂにそれぞれ備えられ、ドリフト補正回路４０Ａ，４０Ｂも同様である。
さらに、補正回路３１は、シードレーザ光２１Ａの発光から出射レーザ光２１Ｂの発光まで、或いはオシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間ΔＴを、所定の最適遅れ時間ΔＴ０に合わせる、遅延時間補正回路４１を備えている。
【００２６】
図３に、オシレータ放電回路４３Ａの回路構成の一例をブロック図で示す。増幅放電回路４３Ｂにおいても、回路構成はほぼ同様である。
図３において、オシレータ放電回路４３Ａは、充電コンデンサＣ０と、スイッチング素子ＳＷと、アシストコイルＬ０と、第１の可飽和リアクトルＬ１と、第１のコンデンサＣ１と、第２の可飽和リアクトルＬ２と、第２のコンデンサＣ２とを備えている。第１の可飽和リアクトルＬ１及び第１のコンデンサＣ１は第１のＬＣ共振回路５１を、第２の可飽和リアクトルＬ２及び第２のコンデンサＣ２は第２のＬＣ共振回路５２を、それぞれ構成している。
アシストコイルＬ０、及び第１、第２の可飽和リアクトルＬ１，Ｌ２は、いずれもそれらの両端に加えられた電圧と電圧の印加時間との積（これを、電圧・時間積と言う）が、所定の値になると飽和して、急激に低インピーダンスとなる。
【００２７】
オシレータ充電器４２Ａは、充電コンデンサＣ０の両極間に、レーザコントローラ２９からの指令信号に基づいたオシレータ電圧ＶＡを印加する。露光機２５からレーザコントローラ２９を介してスイッチング素子ＳＷにトリガ信号Ｇが入力されると、スイッチング素子ＳＷが短絡する。これに伴い、充電コンデンサＣ０から、スイッチング素子ＳＷを保護するためのアシストコイルＬ０及び第１のＬＣ共振回路５１を通って、第２のＬＣ共振回路５２へと電流が流れる。このとき、第２のＬＣ共振回路５２のインダクタンスは、第１のＬＣ共振回路５１のインダクタンスよりも小さくなるように設定されており、電流パルスの圧縮が行なわれる。
そして、第２のコンデンサＣ２の両極間の電圧が所定の値に達すると、オシレータ電極１４Ａ，１５Ａ間にオシレータ放電が生じ、レーザ媒質が励起されてパルス状のシードレーザ光２１Ａが発振する。
【００２８】
トリガ信号Ｇから放電開始までの総所要時間Ｔｔは、スイッチング素子ＳＷが短絡してから放電が起きるまでの放電回路所要時間Ｔｄと、トリガ信号Ｇが各種の図示しないゲート回路を通過する間にかかるゲート所要時間Ｔｅとを含んでいる。
ゲート所要時間Ｔｅは、電子回路の特性から常に略一定である。これに対し、発明が解決しようとする課題の項において説明したように、放電回路４３における放電回路所要時間Ｔｄには、ジッタと呼ばれる変動が生じる。
ジッタは、前記アシストコイルＬ０及び第１、第２のＬＣ共振回路５１，５２における各可飽和リアクトルＬ１，Ｌ２の電圧・時間積が、それぞれ一定であることから起きる。即ち、オシレータ電圧ＶＡが変動することにより、アシストコイルＬ０と各可飽和リアクトルＬ１，Ｌ２とが低インピーダンスになるための時間（前記電圧の印加時間）が、変化するものである。
このとき、オシレータ放電回路４３Ａのジッタは、アシストコイルＬ０、第１の可飽和リアクトルＬ１、及び第２の可飽和リアクトルＬ２で、それぞれ生じるジッタの総和である。
【００２９】
そのため、ジッタを抑えて、トリガ信号Ｇから放電開始までの総所要時間Ｔｔを一定にするためには、オシレータ電圧ＶＡの変動を打ち消すように、放電回路所要時間Ｔｄにジッタ補正時間Ｔｃを加えてやればよい。
尚、オシレータ電圧ＶＡの変化は、次の２つの原因によって生じる。それは、（１）前記エネルギー一定制御により、レーザ光２１Ａのパルス出力を一定にするために、オシレータ電圧ＶＡを変化させる必要がある。（２）充電器４２の特性により、指令信号通りのオシレータ電圧ＶＡを発生させることが難しい。というものである。
【００３０】
以下に、ジッタ補正回路３９Ａ，３９Ｂの詳細について説明する。尚、説明はオシレータ１１Ａ側のジッタ補正回路３９Ａについて行なうが、増幅器１１Ｂ側のジッタ補正回路３９Ｂに関してもほぼ同様である。
図４に、横軸に放電回路所要時間Ｔｄ、縦軸にオシレータ電圧ＶＡの逆数１／ＶＡをとり、両者の関係をグラフで示す。電圧・時間積が一定であるから、放電回路所要時間Ｔｄは、直線Ａに示すように、オシレータ電圧ＶＡの逆数１／ＶＡに比例する。従って、総所要時間Ｔｔを一定にするためには、放電回路所要時間Ｔｄに、逆数１／ＶＡに反比例するジッタ補正時間Ｔｃを加えればよい。
即ち図４に示すように、逆数１／ＶＡと放電回路所要時間Ｔｄとの関係を示す直線Ａに対し、直線Ｂで示す逆勾配の補正特性を求める。このとき、直線Ｂにおいて、オシレータ電圧ＶＡ＝ＶＡ１に当たる時間Ｔｃ１が、ジッタ補正時間Ｔｃとなる。このジッタ補正時間Ｔｃを放電回路所要時間Ｔｄに加えることにより、総所要時間Ｔｔは常に一定となる。
【００３１】
図５に、ジッタ補正回路３９Ａの回路構成の一例をブロック図で示す。図５において、ジッタ補正回路３９Ａは、割算器５３と、積分器５４（ランプ波ジェネレータ）と、加減算器６２と、コンパレータ５５とを備えている。
図６に、図５に示したジッタ補正回路３９Ａにおけるタイミングチャートを示す。図６に示された信号は、トリガ信号Ｇ、オシレータ電圧ＶＡ、トリガ信号Ｇに合わせて所定の電圧を積分器５４で積分して得られる補正信号Ｓ１、補正信号Ｓ１をオフセット１／Ｖｏから減算することによって求められる補正信号Ｓ１の逆勾配を示す補正信号Ｓ２、補正されたトリガ信号Ｇ１、及びオシレータ放電検出器３５Ａで検出されたオシレータ放電の放電検出信号Ｚ１である。補正信号Ｓ１は、図４における直線Ａの特性を、補正信号Ｓ２は、図４における直線Ｂの特性を、それぞれ示している。
【００３２】
図６において、時刻ｔ０から、充電コンデンサＣ０の両極間に印加されたオシレータ電圧ＶＡが、常に割算器５３に入力されており、割算器５３の出力として逆数１／ＶＡが求められる。時刻ｔ１にトリガ信号Ｇが積分器５４に入力されると、積分器５４から補正信号Ｓ１が出力され、これを加減算器６２でオフセット１／Ｖｏから減算した補正信号Ｓ２が、コンパレータ５５に入力される。
【００３３】
コンパレータ５５は、補正信号Ｓ２と１／ＶＡとを比較し、時刻ｔ２に両者が一致したところで、補正トリガ信号Ｇ１を出力する。この、時刻ｔ１からｔ２までの時間が、逆数１／ＶＡに反比例する補正時間Ｔｃとなる。時刻ｔ２から、略一定のゲート所要時間Ｔｅが経過した時刻ｔ３に、スイッチング素子ＳＷに補正トリガ信号Ｇ１が入力し、スイッチング素子ＳＷが短絡する。これにより、オシレータ電圧ＶＡが０となる。そして、時刻ｔ３から放電回路所要時間Ｔｄ後に放電が起き、レーザ発振が起こる。
即ち、時刻ｔ１においてトリガ信号Ｇが入力されてより後のオシレータ電圧ＶＡを測定し、その逆数１／ＶＡに反比例する補正時間Ｔｃを求め、これを放電回路所要時間Ｔｄに加えている。これにより、オシレータ電圧ＶＡの逆数１／ＶＡに正比例するジッタがキャンセルされ、トリガ信号Ｇが出力されてからオシレータ放電が起きるまでの総所要時間Ｔｔ（＝補正時間Ｔｃ＋放電回路所要時間Ｔｄ＋ゲート所要時間Ｔｅ）が、パルス発振ごとに略一定となる。
【００３４】
次に、ドリフト補正回路４０Ａ，４０Ｂについて説明する。
ここで言うドリフト補正とは、ジッタのドリフト補正である。ＬＣ共振回路に用いられている磁気コアの電圧・時間積は、雰囲気温度が所定の範囲内では一定とみなすことができるが、温度が所定の範囲外となった場合には、変動することが知られている。この変動により、ジッタ補正回路３９Ａの積分器５４の勾配が変化（ドリフト）する。この変化により、上述したジッタの補正がうまくゆかなくなるため、補正する必要がある。
尚、説明はオシレータ１１Ａ側のドリフト補正回路４０Ａについて行なうが、増幅器１１Ｂ側のドリフト補正回路４０Ｂに関してもほぼ同様である。
【００３５】
図７に、横軸に放電回路所要時間Ｔｄ、縦軸にオシレータ電圧ＶＡの逆数１／ＶＡをとり、両者の関係をグラフで示す。図７に”■”印でプロットされたデータに示すように、逆数１／ＶＡは常に変動している。
図７に示すように、オシレータ電圧ＶＡは、常にわずかに変動している。従って、実測した放電回路所要時間Ｔｄ２のみから直線Ａ２を求めるドリフト補正では、放電回路所要時間Ｔｄのドリフトに対応しきれず、補正がうまくゆかずに誤差が生じる場合がある。
【００３６】
図８に、厳密にドリフト補正を行なう場合の、ドリフト補正回路４０の回路構成の一例を、ブロック図で示す。図８において、ドリフト補正回路４０は、ＡＤ変換器６５と、勾配演算器６６と、平均値演算器６７と、ＤＡ変換器６８とを備えている。
ＡＤ変換器６５は、パルス発振が行なわれるごとに、逆数１／ＶＡと放電回路所要時間Ｔｄとを読み込み、これをＡＤ変換する。勾配演算器６６は、取り込んだ逆数１／ＶＡｂ及び放電回路所要時間Ｔｄｂと、これより１パルス前に取り込んだ逆数１／ＶＡａ及び放電回路所要時間Ｔｄａとから、次の数式１に基づいた演算を行ない、Ｔｄ−１／ＶＡグラフの勾配ｍを求める。
ｍ＝（１／ＶＡｂ−１／ＶＡａ）／（Ｔｄｂ−Ｔｄａ）…………（１）
【００３７】
そして、平均値演算器６７は、各パルスごとの勾配ｍに基づき、所定数のパルスにおける平均勾配ｍ３を算出する。これにより、直線Ａ２よりも正確に逆数１／ＶＡと放電回路所要時間Ｔｄとの関係を示す、直線Ａ３が導かれる。
この直線Ａ３に基づき、ドリフト補正回路４０Ａは、ジッタ補正回路３９Ａの補正特性を、直線Ｂ１から直線Ｂ３に補正することにより、ジッタ補正時間Ｔｃが、Ｔｃ０からＴｃ３となる。これを放電回路所要時間Ｔｄに加えることにより、長期的なドリフトを防止する。
即ち、平均値演算器６７で求めた平均勾配ｍ３を、直線Ａ１の勾配ｍ１で割った（ｍ３／ｍ１）をＤＡ変換器６８でＤＡ変換し、これを積分器５４のゲインに乗じてゲインを補正する。これにより、ドリフトをより正確に補正することが可能となっている。
【００３８】
このように、実際に測定したオシレータ電圧ＶＡ、及び放電回路所要時間Ｔｄに基づいて、ドリフトの補正を行なっている。従って、例えば温度変化等によって放電回路の特性が変化しても、ジッタをより正確に補正することが可能である。即ち、総所要時間の短期的な変動が小さいので、シードレーザ光２１Ａの発光と出射レーザ光２１Ｂの発光と、或いは、オシレータ放電の開始と増幅放電の開始とを同期させるのが容易となる。
尚、以上の、ジッタ補正回路３９Ａ及びドリフト補正回路４０Ａに関する説明は、オシレータ１１Ａばかりでなく、増幅器１１Ｂに設けられたジッタ補正回路３９Ｂ及びドリフト補正回路４０Ｂについても同様である。
【００３９】
次に、オシレータ１１Ａの発光と増幅器１１Ｂの発光とのタイミングを合わせ、両者を同期させるために、遅延回路４４を補正する遅延時間補正回路４１について説明する。
図９に、遅延時間補正回路４１の構成例をブロック図で示す。図９において、遅延時間補正回路４１は、時間差測定器５９と、平均値演算器６０と、加減算器６１とを備えている。
オシレータ放電検出器３５Ａ及び増幅放電検出器３５Ｂからの、放電検出信号Ｚ１，Ｚ２に基づき、時間差測定器５９は、オシレータ放電によってシードレーザ光２１Ａが発光してから、増幅放電が行なわれるまでの遅れ時間ΔＴを測定する。そして、この遅れ時間ΔＴを平均値演算器６０によって平均化し、平均遅れ時間ΔＴＮを求める。加減算器６１は、平均遅れ時間ΔＴＮと、目標とする最適遅れ時間ΔＴ０とのずれ量ΔＴｚを算出し、このずれ量ΔＴｚを遅延回路４４に出力する。
【００４０】
遅延回路４４は、ずれ量ΔＴｚに基づき、トリガ信号Ｇから最適なタイミングで増幅放電が行なわれるように、ジッタ補正回路３９Ｂによって補正された補正トリガ信号Ｇ２をさらに遅らせて、補正トリガ信号Ｇ３を出力する。
【００４１】
図１０に、遅延回路４４の構成例をブロック図で示す。図１０において、遅延回路４４は、積分器７４と、加減算器７５と、コンパレータ７６とを備えている。この遅延回路４４は、ジッタ補正回路３９Ａと同様の機能を有しており、オシレータ電圧の逆数１／ＶＡに相当するところが、ずれ量ΔＴｚとなっている。
図１１に、図１０に示した遅延回路４４におけるタイミングチャートを示す。図１１に示された信号は、補正トリガ信号Ｇ２、補正トリガ信号Ｇ２の開始に伴い、積分器７４で電圧を積分して得られる補正信号Ｓ１１、補正信号Ｓ１１の逆勾配を示す補正信号Ｓ１２、及び補正トリガ信号Ｇ３である。
図１１において、時刻ｔ１１にトリガ信号Ｇ２が積分器７４に入力されると、積分器７４が積分を開始し、補正信号Ｓ１１が出力される。加減算器７５は、補正信号Ｓ１１を所定のオフセットＶOFFから減算し、補正信号Ｓ１２を出力する。コンパレータ７６は、補正信号Ｓ１２とずれ量ΔＴｚとを比較し、時刻ｔ１２に両者が一致したところで、補正トリガ信号Ｇ３を出力する。
これにより、ずれ量ΔＴｚの大きさに基づいて、補正トリガ信号Ｇ３を遅らせるので、シードレーザ光２１Ａの発光から出射レーザ光２１Ｂの発光まで、或いはオシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間ΔＴが、最適遅れ時間ΔＴ０に一致し、好適に増幅が行なわれる。
【００４２】
図１２に、遅延回路４４の構成の他の例をブロック図で示す。図１２において、遅延回路４４は、プリセット回路６３と、プリセットカウンタ６４とを備えている。プリセット回路６３は、増幅放電の放電検出信号Ｚ２が所定回数入力されるたびに、ずれ量ΔＴｚに比例するプリセット値が入力される。プリセットカウンタ６４は、補正トリガ信号Ｇ２が入力されてから、クロックパルスＣｋの数をカウント開始し、これがプリセット値に一致すると、補正トリガ信号Ｇ３を出力する。
これにより、ずれ量ΔＴｚがなくなるまで補正トリガ信号Ｇ３を遅らせるので、シードレーザ光２１Ａの発光から出射レーザ光２１Ｂの発光まで、或いはオシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間ΔＴが、最適遅れ時間ΔＴ０に一致し、好適に増幅が行なわれる。
【００４３】
次に、シードレーザ光２１Ａの発光と出射レーザ光２１Ｂの発光と、或いは、オシレータ放電の開始と増幅放電の開始との同期が、好適に行なわれているか否かを確認する技術について説明する。
前述したように、レーザコントローラ２９は、レーザモニタ３４Ｂの出力信号に基づき、出射レーザ光２１Ｂの出力、中心波長λｃ、及びスペクトル幅Δλの少なくともいずれか一つを検出している。このとき、シードレーザ光２１Ａの発光と出射レーザ光２１Ｂの発光と、或いは、オシレータ放電の開始と増幅放電の開始との同期が不適切な場合には、出射レーザ光２１Ｂの出力又は波長パラメータが、所定の値から外れることが知られている。
従って、これらのレーザパラメータ（出力、中心波長λｃ、及びスペクトル幅Δλ）の少なくともいずれか一つの検出値が、予め定められた許容範囲からずれた場合には、レーザコントローラ２９は同期していないと判断し、露光機２５に同期していないことを知らせる異常信号を出力する。これにより、不適切な波長又は出力の出射レーザ光２１Ｂによって加工が行なわれることが防止される。
また、レーザコントローラ２９は、シードレーザ光２１Ａに対しても、レーザパラメータの少なくともいずれか一つを検出している。そして、これらのレーザパラメータの少なくともいずれか一つが所定の許容範囲外となった場合にも、レーザコントローラ２９は同期していないと判断し、露光機２５に同期していないことを知らせる異常信号を出力する。
【００４４】
そして、レーザコントローラ２９は、予め定められたオシレータ電圧ＶＡ及びパルス周波数で、オシレータ１１Ａをレーザ発振させる。そして、波長制御及びエネルギー一定制御を行ない、オシレータ１１Ａから出射したシードレーザ光２１Ａのレーザパラメータを、許容範囲内に戻す。
次にレーザコントローラ２９は、増幅器１１Ｂに増幅放電を行なわせ、出射レーザ光２１を出射させて、そのレーザパラメータをモニタリングする。そして、これらがすべて許容範囲にあるように、遅延回路４４に指令を出力して強制的に遅延時間を変え、補正トリガ信号Ｇ３の出力タイミングを制御する。これにより、同期させる。
尚、同期のずれが起きると、スペクトル幅Δλが最も大きく影響を受けるので、レーザコントローラ２９は、少なくともスペクトル幅Δλに基づいて、同期しているか否かを判定するのがよい。
【００４５】
また、露光機２５からの指令に基づいて、フッ素分子レーザ装置１１が所定時間にわたり、レーザ発振を停止しなければならないような場合がある。このような場合には、停止中に温度変化等によってオシレータ１１Ａの中心波長がずれたり、同期しなかったりする場合がある。また、放電回路の温度変化によって、前述したドリフトが生じる場合がある。
これを防ぐためにフッ素分子レーザ装置１１は、所定時間以上停止する場合には、図示しないシャッタを閉じて出射レーザ光２１Ｂを露光機２５に出射しないようにして、連続的に発振を行なう。これを調整発振と呼ぶが、この調整発振の間、レーザコントローラ２９は、オシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂのレーザパラメータをそれぞれモニタリングし、これが許容範囲内にあるようにエネルギー一定制御及び波長制御を継続する。また、調整発振中にも、ジッタ及びドリフトの補正を行なうようにする。これにより、フッ素分子レーザ装置１１の運転を再開する場合に、レーザパラメータが許容範囲内にある出射レーザ光２１Ｂが得られ、迅速に加工の再開が可能である。
【００４６】
以上説明したように、第１実施形態によれば、注入同期式のフッ素分子レーザ装置１１において、オシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂのそれぞれに、ジッタを補正するためのジッタ補正回路３９Ａ，３９Ｂを備えている。これにより、オシレータ１１Ａ及び増幅器１１Ｂが、それぞれトリガ信号Ｇに対して一定のタイミングで放電を行なうようになり、出射レーザ光２１Ｂが出射するタイミングが一定になる。従って出射レーザ光２１Ｂが、露光機２５に常に一定のタイミングで入射するので、加工が好適に行なわれる。また、シードレーザ光２１Ａの発光と出射レーザ光２１Ｂの発光と、或いは、オシレータ放電の開始と増幅放電の開始とが常に同期するので、所望するレーザパラメータの出射レーザ光２１Ｂを得ることができ、加工が好適に行なわれる。
また、このようなジッタ補正を、トリガ信号Ｇ後のオシレータ電圧ＶＡに基づいて行なっている。これにより、最新のオシレータ電圧ＶＡに基づいて、正確な補正が行なえる。
【００４７】
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態では、トリガ信号Ｇから出射レーザ光２１の出射までに要する時間を、一定にする技術について説明する。
上に述べたドリフト補正によれば、図７に示すように、放電回路所要時間Ｔｄが、Ｔｄ０からＴｄ３となり、ジッタ補正時間ＴｃがＴｃ０からＴｃ３となって、どちらも短くなっている。従って、このままでは、これらの和にゲート所要時間Ｔｅを加えた総所要時間Ｔｔ、即ち、トリガ信号Ｇが入力されてから、出射レーザ光２１Ｂが出射するまでの時間が、短くなってしまう。尚、放電回路４３Ａ，４３Ｂの特性により、放電回路所要時間Ｔｄが長くなる場合には、ジッタ補正時間Ｔｃも長くなり、トリガ信号Ｇが入力されてから、出射レーザ光２１Ｂが出射するまでの時間が長くなる。
【００４８】
ところが、トリガ信号Ｇを出力してから、出射レーザ光２１Ｂが露光機２５に入射してくるまでの出射レーザ光所要時間が略一定でないと、出射レーザ光２１Ｂがいつ入射してくるか不明となり、加工が良好に行なわれない。そのため本実施形態では、トリガ信号Ｇが出力されてからシードレーザ光２１Ａの発光までに要する、シードレーザ光所要時間が一定となるように補正を行なっている。
上述したように、遅延回路４４は、シードレーザ光２１Ａの発光から出射レーザ光２１Ｂの発光まで、或いはオシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間ΔＴが、最適遅れ時間ΔＴ０となるように制御を行なっている。従って、トリガ信号Ｇからシードレーザ光２１Ａの発光までのシードレーザ光所要時間を一定にすることにより、トリガ信号Ｇから出射レーザ光２１の出射までの出射レーザ光所要時間を一定とすることが可能である。
【００４９】
図１３に、トリガ信号Ｇから、シードレーザ光２１Ａの発光までのシードレーザ光所要時間を求めるための、シードレーザ光所要時間検出回路の構成の一例をブロック図で示す。図１３において、シードレーザ光所要時間検出回路は、フリップフロップ７０と、積分器７１と、ホールド演算器７２と、平均値演算器７３とを備えている。
また、図１４に、図１３に示したシードレーザ光所要時間検出回路のタイミングチャートを示す。図１４に示された信号は、トリガ信号Ｇ、フリップフロップ７０の出力信号Ｆ、積分器７１の出力信号Ｄ、及びオシレータ放電検出器３５Ａで検出されたオシレータ放電の放電検出信号Ｚ１である。
【００５０】
図１４に示すように、トリガ信号Ｇがフリップフロップ７０に入力すると、フリップフロップ７０は、積分器７１の動作信号をＯＮにする。これにより、積分器７１が作動を開始し、一定の電圧を積分し続ける。そして、放電検出信号Ｚ１によってフリップフロップ７０が積分器７１の動作信号をＯＦＦにすると、積分が停止する。ホールド演算器７２は、この積分器７１の出力信号Ｄをホールドし、平均値演算器７３がこれを平均化する。
積分器７１の出力信号Ｄは、トリガ信号Ｇから放電検出信号Ｚ１までの時間、即ちシードレーザ光所要時間に比例している。従って、平均値演算器７３の出力と目標値との差Ｅは、これまでに発振したシードレーザ光所要時間の平均値を示している。
【００５１】
次に、こうして求めたシードレーザ光所要時間を、一定となるように補正するための、ジッタ補正回路３９Ａについて説明する。図１５に、第２実施形態に係るジッタ補正回路３９Ａの回路構成の一例をブロック図で示す。図１５に示すように、ジッタ補正回路３９Ａは、割算器５３と、積分器５４と、加減算器６２と、コンパレータ５５とを備えており、その構成は図５に示したものと同様である。
第２実施形態によれば、このとき加減算器６２は、オフセット１／Ｖｏから補正信号Ｓ２を減算するのに加え、図１３に示した平均値演算器７３の出力と目標値との差Ｅをも減算している。
【００５２】
図１６に、図１５に示したジッタ補正回路３９Ａにおけるタイミングチャートを示す。信号の説明は図６と同様である。上述したように補正信号Ｓ２は、平均値演算器７３の出力と目標値との差Ｅ及び補正信号Ｓ１をオフセット１／Ｖｏから減算されている。その結果、図１６に示すように、補正信号Ｓ２は、シードレーザ光所要時間に比例した分だけ、上方にオフセットする。従って、補正トリガ信号Ｇ１の開始が、時刻ｔ２から時刻ｔ２１に変化する。
時刻ｔ２１から、略一定のゲート所要時間Ｔｅが経過した時刻ｔ３１に、スイッチング素子ＳＷに補正トリガ信号Ｇ１が入力し、スイッチング素子ＳＷが導通する。これにより、オシレータ電圧ＶＡが０となる。そして、時刻ｔ３１から放電回路所要時間Ｔｄ後に放電が起き、レーザ発振が起こる。
即ち、放電回路所要時間Ｔｄが短くなっていくに従って、ジッタ補正時間Ｔｃを長くし、総所要時間Ｔｔを一定にしている。
【００５３】
また、第２実施形態では、注入同期式フッ素分子レーザ装置について説明を行なったが、これに限られるものではない。即ち、本実施形態はオシレータ１１Ａ単体に関して、トリガ信号の入力からレーザ光の出射までに要する時間を一定にする技術である。従って、オシレータと増幅器とを有する注入同期式ではなく、レーザチャンバを１台しか持たないような単体のレーザ装置に対しても、応用が可能である。
このような単体のレーザ装置としては、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、或いはＦ2分子レーザ装置等のガスレーザ装置が考えられる。
即ち、ガスレーザ装置から、露光機２５のような加工装置にレーザ光を供給する場合、レーザ光の供給のタイミングがずれることにより、加工精度の低下を招くことがある。これに対し、本実施形態によれば、トリガ信号の入力からレーザ光の出射までに要する時間を一定にすることにより、加工装置に常に同じタイミングでレーザ光を供給することができ、加工精度の低下が起こらない。
【００５４】
尚、以上の各実施例では、ジッタ補正回路３９及びドリフト補正回路４０をハードウェアで構成するように説明したが、これに限られるものではなく、ＣＰＵを用いてソフトウェアで補正することも可能である。但し、説明のようにハードウェアで回路を構成することにより、迅速に補正を行なうことが可能となり、例えばパルス発振ごとにジッタの補正を行なうことも可能となっている。
【００５５】
尚、本発明の説明として、増幅チャンバ１２Ｂの前後に有孔凹面鏡３６及び凸面鏡３７を配置した増幅器１１Ｂについて説明したが、これに限られるものではない。例えば図１７に示すように、増幅チャンバ１２Ｂの前後に共振器のない、ＭＯＰＡ（Main Oscillator Power Amplifier）方式の増幅器１１Ｂについても有効である。
また、トリガ信号Ｇが、露光機２５から送られ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、レーザコントローラ２９から出力されるものでもよく、他の機器から出力されるものでもよい。
さらに、本発明はフッ素分子レーザ装置に限られるものではなく、エキシマレーザ装置等、注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置全般に対して、応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るフッ素分子レーザ装置の概略構成図。
【図２】放電検出器の回路図。
【図３】放電回路の回路図。
【図４】充電電圧の逆数と放電回路所要時間との関係を示すグラフ。
【図５】ジッタ補正回路のブロック図。
【図６】ジッタ補正回路におけるタイミングチャート。
【図７】充電電圧の逆数と放電回路所要時間との関係を示すグラフ。
【図８】ドリフト補正回路のブロック図。
【図９】遅延時間補正回路のブロック図。
【図１０】遅延回路のブロック図。
【図１１】遅延回路のタイミングチャート
【図１２】遅延回路の構成の他の例を示すブロック図。
【図１３】第２実施形態に係るシードレーザ光所要時間検出回路のブロック図。
【図１４】シードレーザ光所要時間検出回路のタイミングチャート
【図１５】ジッタ補正回路のブロック図。
【図１６】ジッタ補正回路におけるタイミングチャート。
【図１７】本発明に係るフッ素分子レーザ装置の構成の応用例を示す説明図。
【図１８】従来技術に係るフッ素分子レーザ装置の構成図。
【符号の説明】
１１：フッ素分子レーザ装置、１２：レーザチャンバ、１４：電極、１５：電極、１７：フロントウィンドウ、１９：リアウィンドウ、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：補正回路、３２：プリズム、３３：グレーティング、３４：レーザモニタ、３５：放電検出器、３６：有孔凹面鏡、３７：凸面鏡、３９：ジッタ補正回路、４０：ドリフト補正回路、４１：遅延時間補正回路、４２：充電器、４３：放電回路、４４：遅延回路、４５：注入孔、４６：コイル、４７：発光、４８：光ファイバ、４９：発光ダイオード、５０：光検出器、５１：第１ＬＣ共振回路、５２：第２ＬＣ共振回路、５３：割算器、５４：積分器、５５：コンパレータ、５６：時間差測定器、５７：平均値演算器、５８：割算器、５９：時間差測定器、６０：平均値演算器、６１：加減算器、６２：加減算器、６３：プリセット回路、６４：プリセットカウンタ、６５：ＡＤ変換器、６６：勾配演算器、６７：平均値演算器、６８：ＤＡ変換器、７０：フリップフロップ、７１：積分器：、７２：ホールド演算器、７３：平均値演算器、７４：積分器、７５：加減算器、７６：コンパレータ。

Claims

オシレータ放電によってレーザガスを励起し、波長を狭帯域化したシードレーザ光を発振により生成するオシレータと、
増幅放電によってシードレーザ光を増幅して出射レーザ光を出射する増幅器と、
シードレーザ光の発光から出射レーザ光の発光まで、或いは、オシレータ放電の開始から増幅放電の開始までの遅れ時間を設定する遅延回路と、
シードレーザ光の出力、中心波長又はスペクトル幅を検出する第１のレーザモニタと、
出射レーザ光の出力、中心波長又はスペクトル幅を検出する第２のレーザモニタと、
前記第１のレーザモニタによって検出された出力、中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否か、及び、前記第２のレーザモニタによって検出された出力、中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、シードレーザ光と出射レーザ光とが同期しているか否かを判定するレーザコントローラと、
を具備する注入同期式又はＭＯＰＡ方式のレーザ装置。
前記第１のレーザモニタが、シードレーザ光の中心波長又はスペクトル幅を検出し、
前記第２のレーザモニタが、出射レーザ光の中心波長又はスペクトル幅を検出し、
前記レーザコントローラが、前記第１のレーザモニタによって検出された中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否か、及び、前記第２のレーザモニタによって検出された中心波長又はスペクトル幅が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、シードレーザ光と出射レーザ光とが同期しているか否かを判定する、請求項１記載のレーザ装置。