JP5114767B2 - 狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置 - Google Patents
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Description
(1)放電空間における光波面の変化
(2)光学素子における光波面の変化
(3)共振器中のパージガスの温度分布発生による光波面の変化
上記(1)〜(3)の原因について説明する。
図34(c)に示すように、放電電極21、22間の空間のことを放電空間という。放電空間における光波面の変化の原因としては、(1.1)音響波による放電空間内のガス密度の変化、(1.2)放電空間内の放電位置の変化、が考えられる。
放電空間で放電を発生させると音響波が生ずる。音響波は放電空間の周囲に伝搬するが、一部成分はレーザチャンバ内の構造物やレーザチャンバの内壁等で反射して放電空間に戻る。音響波の反射波が放電空間に達するタイミングで放電を発生させると、放電空間内のレーザガス密度に粗の部分と密の部分とが発生しているため、放電空間内のレーザガス密度の粗密にともない放電空間における光軸方向の光波面が歪み、レーザ光のスペクトル幅が変化する。
一般に、放電による光の波面は電子密度分布にも依存している。放電エネルギーが高い放電空間では電子密度が高くなり放電の光の進む速度が早くなる。一方、放電エネルギーが低い放電空間では放電エネルギーが高い空間に比べて電子密度が低くなり放電の光の進む速度が遅くなる。したがって、中央部の放電エネルギーが高く、中央部から離れるにつれて放電エネルギーが低くなるようなエネルギー分布をもつ放電空間に光を透過させると、光の波面は凸面状となる。仮に放電空間を光学素子に例えると、近似的にシリンドリカル状の凹レンズの機能を果たすことになる。
図37はプリズムを透過する光の波面が変化する様子を示す図である。プリズム32、33の斜面32a、33aまたは垂直面32b、33bには反射防止(AR)膜がコーティングされており、この膜に光の吸収が発生すると、プリズム32、33の表面に不均一な温度分布が発生する。こうした現象によって、例えば平面波の光がプリズムを透過すると、波面が歪められた透過光が出力される。また、プリズム32、33の母材に光の吸収が発生しても、同様にプリズム32、33の表面に不均一な温度分布が発生するため、波面が歪められた透過光が出力される。さらに、光の吸収によってグレーティング31に不均一な温度分布が発生すると、波面が歪められた回折光が出力される。
図38はレーザ光がスリットを通過する様子を示す図である。図38に示すように、レーザ光がスリット90rを通過する際にスリット90rのエッジ部が熱せられ、エッジ部周辺のパージガスの温度が高くなる。するとスリット90rの開口内のパージガスに、開口中央よりも開口周縁の方が高温となるような不均一な温度分布が発生する。またレーザ発振とともに開口内のパージガスの密度分布が変化する。こうした現象によって、例えば平面波の光がスリット90rを透過すると、凹形状に波面が歪められた透過光が出力される。
狭帯域化したレーザ光を連続してパルス発振するバースト期間と発振休止する発振休止期間とを交互に繰り返して動作する狭帯域化レーザに、
レーザ光のスペクトル幅を変化させるスペクトル幅調整機構と、
前記スペクトル幅調整機構の動作を制御するレーザコントローラと、
を備えた狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置において、
発振休止期間の長さを計測する休止期間計測部と、
スペクトル幅と当該スペクトル幅が得られるような前記スペクトル幅調整機構の動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とを発振休止期間の長さと対応付けて記憶する指令値記憶部と、を備え、
前記レーザコントローラは、発振休止期間中に、
前記指令値記憶部から、前記休止期間計測部で計測した発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御する
ことを特徴とする。
前記指令値記憶部は、スペクトル幅と動作指令値とをさらに狭帯域化レーザの繰り返し周波数と対応付けて記憶し、
前記レーザコントローラは、発振休止期間中に、
前記指令値記憶部から、狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御する
ことを特徴とする。
狭帯域化したレーザ光を連続してパルス発振するバースト期間と発振休止する発振休止期間とを交互に繰り返して動作する狭帯域化レーザに、
レーザ光のスペクトル幅を変化させるスペクトル幅調整機構と、
前記スペクトル幅調整機構の動作を制御するレーザコントローラと、
を備えた狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置において、
スペクトル幅と当該スペクトル幅が得られるような前記スペクトル幅調整機構の動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とを、パルス番号と対応付けて記憶する指令値記憶部と、
レーザ光のスペクトル幅を検出するスペクトル幅検出部と、を備え、
前記レーザコントローラは、1バースト期間の最初のパルスから所定のパルスまでの各パルス毎又は複数パルス毎に、
前記指令値記憶部から、その時点のパルス番号に一致し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御すると共に、
前記スペクトル幅検出部で検出されたスペクトル幅と前記レーザコントローラで求められた動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とをその時点のパルス番号と対応付けて前記指令値記憶部に記憶させる
ことを特徴とする。
発振休止期間の長さを計測する休止期間計測部を備え、
前記指令値記憶部は、スペクトル幅と動作指令値とをさらに狭帯域化レーザの繰り返し周波数と発振休止期間の長さと対応付けて記憶し、
前記レーザコントローラは、1バースト期間の最初のパルスから所定のパルスまでの各パルス毎又は複数パルス毎に、
前記指令値記憶部から、その時点のパルス番号と狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御すると共に、
前記スペクトル幅検出部で検出されたスペクトル幅と前記レーザコントローラで求められた動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とをその時点のパルス番号と狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと対応付けて前記指令値記憶部に記憶させる
ことを特徴とする。
図1は狭帯域化レーザ装置のスペクトル幅を調整するための装置構成の一構成例を示す。
MO200とPO300の間の光路には平凸シリンドリカルレンズ411と平凹シリンドリカルレンズ412とが互いに対向して配置されている。平凸シリンドリカルレンズ411と平凹シリンドリカルレンズ412の何れかは光軸に沿って移動自在にされている。移動機構としては例えば図2に示す機構と同一のものを用いればよい。また、平凸シリンドリカルレンズ411と平凹シリンドリカルレンズ412の代わりに、シリンドリカル凸レンズとシリンドリカル凹レンズを用いてもよい。
MO200とPO300の間の光路には二つのプリズム421、422が配置されている。二つのプリズム421、422は回転自在にされている。回転機構としては例えば図12に示す機構と同一のものを用いればよい。
MO200とPO300の間の光路にはスリット431が配置されている。スリット431としては例えば図15と同一のものを用いればよい。
図20は第1のケースにおける時間経過に応じたE95幅の変化とバーストON・OFFの変化とスペクトル幅調整機構の動作指令値の変化とを示す図である。
図21は第2のケースにおける時間経過に応じたE95幅の変化とバーストON・OFFの変化とスペクトル幅調整機構の動作量の変化とを示す図である。
図22は第3のケースにおける時間経過に応じたE95幅の変化とバーストON・OFFの変化とスペクトル幅調整機構の動作量の変化とを示す図である。
「メインルーチン」は、実露光前に行われる「調整発振によるE95幅制御データ取得サブルーチン」(ステップ101)と、実露光中に行われる「E95幅制御サブルーチン」(ステップ102)とからなる。1バースト期間が終了する毎にE95幅が許容範囲を超えたか否かの判断が行われ(ステップ103)、E95幅が許容範囲を超えていれば、改めて「調整発振によるE95幅制御データ取得サブルーチン」(ステップ101)が行われる(ステップ103判断Y)。E95幅が許容範囲を超えていなければ、引き続き「E95幅制御サブルーチン」(ステップ102)が行われる(ステップ103判断N)。
このサブルーチンに入ると、レーザコントローラ80からシャッタ3にシャッタ閉を指令する露光禁止信号が送られ、シャッタ3が閉められる(ステップ201)。
露光装置2で半導体の露光が行われる前に、露光装置2は狭帯域化レーザ装置1のレーザコントローラ80に、次回露光の繰り返し周波数fとE95幅の目標値E95tを示す信号を送信する(ステップ401)。休止期間計測部12は発振休止期間の長さTを継続的に計測し、計測した長さTを信号化してレーザコントローラ80に送信する(ステップ402)。
モニタモジュール60は1パルスのレーザ発振毎にレーザ光のE95幅を検出し、レーザコントローラ80に送信する(ステップ501)。検出されたE95幅E95およびそのときのスペクトル幅調整機構40の動作指令値Vは、そのときのパルス番号k、繰り返し周波数f、直前の発振休止期間の長さTと対応づけられてE95k、f、T、Vk、f、Tとされる。このE95k、f、T、Vk、f、Tは互いに対応付けられて、指令値記憶部11に記憶される(ステップ502)。
レーザコントローラ80は、その時点の繰り返し周波数fと直前の発振休止期間の長さTとを読み込む(ステップ601)。
指令値記憶部11に記憶されたE95幅E95と動作指令値Vとの間にはE95−V曲線がある。そこで、レーザコントローラ80はこの曲線のうち、図28に示される「記憶されたE95幅E95k、f、Tと動作指令値Vk、f、Tを読み出すサブルーチン」の処理で求めた動作指令値Vk、f、Tにおける勾配(dV/dE95)=αを計算する(ステップ701)。なお、勾配αの求め方は、指令値記憶部11に記憶されたE95−V曲線から求めるのではなく、予め動作指令値VとE95幅E95の関係の微分曲線を記憶しておき、その微分曲線から直接勾配αを求めるようにしてもよい。
モニタモジュール60は1パルスのレーザ発振毎にレーザ光のE95幅を検出し、レーザコントローラ80に送信するとともに、レーザコントローラ80はそのときに使用した動作指令値Vを読み出す(ステップ801)。
Eav95k、f、T=(E95k-(p-1)、f、T+E95k-(p-2)、f、T+…+E95k-(p-p)、f、T)/p
という式で表される。
40…スペクトル幅調整機構 60…モニタモジュール 80…レーザコントローラ
Claims (5)
- 狭帯域化したレーザ光を連続してパルス発振するバースト期間と発振休止する発振休止期間とを交互に繰り返して動作する狭帯域化レーザに、
レーザ光のスペクトル幅を変化させるスペクトル幅調整機構と、
前記スペクトル幅調整機構の動作を制御するレーザコントローラと、
を備えた狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置において、
発振休止期間の長さを計測する休止期間計測部と、
スペクトル幅と当該スペクトル幅が得られるような前記スペクトル幅調整機構の動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とを、発振休止期間の長さおよびパルス番号と対応付けて記憶する指令値記憶部と、
レーザ光のスペクトル幅を検出するスペクトル幅検出部と、を備え、
前記レーザコントローラは、発振休止期間中に、
前記指令値記憶部から、前記休止期間計測部で計測した発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御するとともに、
前記レーザコントローラは、1バースト期間の最初のパルスから所定のパルスまでの各パルス毎又は複数パルス毎に、
前記指令値記憶部から、その時点のパルス番号に一致し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御すると共に、
前記スペクトル幅検出部で検出されたスペクトル幅と前記レーザコントローラで求められた動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とをその時点のパルス番号と対応付けて前記指令値記憶部に記憶させる
ことを特徴とする狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置。 - 前記指令値記憶部は、スペクトル幅と動作指令値とをさらに狭帯域化レーザの繰り返し周波数と対応付けて記憶し、
前記レーザコントローラは、発振休止期間中に、
前記指令値記憶部から、狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置。 - 前記指令値記憶部は、スペクトル幅と動作指令値とをさらに狭帯域化レーザの繰り返し周波数と発振休止期間の長さと対応付けて記憶し、
前記レーザコントローラは、1バースト期間の最初のパルスから所定のパルスまでの各パルス毎又は複数パルス毎に、
前記指令値記憶部から、その時点のパルス番号と狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと一致又は近似し、スペクトル幅の目標値と一致又は近似するスペクトル幅およびそのスペクトル幅に対応する動作指令値を読み出し、
読み出した動作指令値に基づいて実際に使用する動作指令値を求め、
求めた動作指令値に応じた動作信号を前記スペクトル幅調整機構に出力して当該スペクトル幅調整機構の動作を制御すると共に、
前記スペクトル幅検出部で検出されたスペクトル幅と前記レーザコントローラで求められた動作指令値とを互いに対応付け、さらにそのスペクトル幅と動作指令値とをその時点のパルス番号と狭帯域化レーザの繰り返し周波数と前記休止期間計測部で計測した直前の発振休止期間の長さと対応付けて前記指令値記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項1または2記載の狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置。 - レーザコントローラは、発振休止期間中に、
前記指令値記憶部から読み出したスペクトル幅と、スペクトル幅の目標値との差を計算して、当該計算された差と、前記指令値記憶部から読み出した動作指令値とに基づいて実際に使用する動作指令値を求める
ことを特徴とする請求項1から3に記載の狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置。 - レーザコントローラは、1バースト期間の最初のパルスから所定のパルスまでの各パルス毎又は複数パルス毎に、
前記指令値記憶部から読み出したスペクトル幅と、スペクトル幅の目標値との差を計算して、当該計算された差と、前記指令値記憶部から読み出した動作指令値とに基づいて実際に使用する動作指令値を求める
ことを特徴とする請求項1から4に記載の狭帯域化レーザのスペクトル幅調整装置。
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