(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにパワーロック制御するパワーロック制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、レーザ光のスペクトル線幅を検出する線幅検出手段と、レーザ光のビームサイズを検出するビームサイズ検出手段と、前記励起強度を検出する励起強度検出手段と、前記検出されたスペクトル線幅、ビームサイズおよび励起強度が各所定の仕様範囲内に入るように前記波面調整手段を制御する制御手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化レーザの波面制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記スペクトル線幅およびビームサイズが各所定の仕様範囲内に入る波面調整領域内で前記検出された励起強度が最小になるように前記波面調整手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の狭帯域化レーザの波面制御装置。
【請求項３】
レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記レーザ媒質の励起強度を一定に制御する制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、
レーザ光の出力エネルギーを検出する出力エネルギー検出手段と、
レーザ光のスペクトル線幅を検出する線幅検出手段と、
前記検出された出力エネルギーを前記スペクトル線幅で割った値が最大になるように前記波面調整手段を制御する制御手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化レーザの波面制御装置。
【請求項４】
レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子と、入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段とを有する狭帯域化モジュールを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、
レーザ光のビームサイズを検出するビームサイズ検出手段と、
前記検出されたビームサイズが所定の仕様範囲内で最大になるように前記波面調整手段を制御する制御手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化レーザの波面制御装置。
【請求項５】
レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記レーザ媒質の励起強度を一定に制御する制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、
レーザ光の出力エネルギーを検出する出力エネルギー検出手段と、
前記検出された出力エネルギーが最大になるように前記波面調整手段を制御する波面制御手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化レーザの波面制御装置。
【請求項６】
レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにパワーロック制御するパワーロック制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、
前記励起強度を検出する励起強度検出手段と、
この励起強度が最小になるように前記波面調整手段を制御する制御手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化レーザの波面制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、狭帯域化レーザ出力の波面を調整してレーザ出力の光品位の最適化を図る狭帯域化レーザの波面制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置製造用のステッパの光源としてエキシマレーザの利用が注目されている。これは、エキシマレーザの波長が短いことから光露光の限界０．３５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が小さくてすみ、露光領域を大きくできること、大きなパワーが得られること等の多くの優れた利点が期待できるからである。
【０００３】
ところが、このエキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合、エキシマレーザの波長（ＫｒＦエキシマレーザの波長は２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでは１９３ｎｍ）で製作可能な光学系のレンズの材料としては合成石英素材しかないが（ＣａＦ２では加工が困難）、合成石英素材単一では色収差の機能を持たせることはできない。
【０００４】
例えば、ＫｒＦエキシマレーザの自然発振光の場合は、スペクトル線幅は３００ｐｍと広く、このままでは露光装置のレンズの色収差を無視することはできず、露光結果に充分な解像度を得る事はできない。
【０００５】
そこで、エキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合は、レーザ共振器内にエタロンあるいはグレーティングおよびプリズム等の波長選択素子を配置することによりレーザ光を狭帯域化するようにしている。
【０００６】
ところで、光共振器内においては、様々な原因によって、レーザ光の波面はダイバージェンス（拡がり）および曲率を有することになる。
【０００７】
例えば、共振器内にスリットが配置されている場合には、このスリットによる回折によりスリット通過後の光は球面波となる。
【０００８】
また、共振器内に配置されている光学素子自身の収差によって波面が歪むこともある。例えば、狭帯域化素子として用いられるプリズムエキスパンダのような透過型の光学素子では
（ａ）内部の屈折率分布が完全に一様ではない
（ｂ）プリスムの研磨面が歪んでいる
（ｃ）レーザ運転に伴って熱的影響を受けて光学材料の屈折率に分布が発生する
などにより、この光学素子を通過したレーザ光の波面は凸面または凹面の曲率を持つものとなる。
【０００９】
そして、このような曲率を有する波面を持つレーザ光が平坦な形状のグレーティングに入射された場合は、グレーティングによる波長選択性能を低下させてしまうことになる。すなわち、グレーティングへのレーザ光の入射波面が曲率を持つ場合は、グレーティングのそれぞれの溝にレーザ光が異なる角度で入射されることになるので、グレーティングの波長選択特性が低下し、狭帯域化したレーザ光のスペクトル線幅が広くなる。
【００１０】
そこで、ＵＳＰ−５０９５４９２においては、グレーティングに入射するレーザ光の波面に一致するようにグレーティング自体を曲げることにより、上記不具合に対処するようにしていた。
【００１１】
すなわち、この従来技術における狭帯域化エキシマレーザでは、グレーティングの両端部を固定して中央部を引っ張ることで、グレーティングへの入射波面の曲率に応じてグレーティングを曲げるようにしている。そして、レーザ光のスペクトル線幅に応じて適正なグレーティングのテンションを予め設定し、この設定関係に基づきグレーティングのテンションがスペクトル線幅検出センサの検出値に対応する設定テンション値になるようにグレーティングを曲げる。
【００１２】
このように、上記従来技術によれば、グレーティングを機械的に曲げながら波面を制御してレーザのスペクトル線幅を要求される仕様範囲内にスペックインさせるようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体露光装置側から要求されるレーザ光の仕様としては、スペクトル線幅の他に、レーザ光出力エネルギー、励起強度（放電電圧）、ビームプロファイル（レーザビーム断面の出力分布、ビームサイズ、放電方向に垂直および平行な方向のビーム幅）などの他のパラメータがあり、これらも仕様範囲内に収めることが要求される。
なお、ビームプロファイル（ビームサイズ）δは、レーザ光のエネルギー密度に影響を与え、半導体露光装置側での露光品質またはレーザ加工装置での加工品質を大きく変化させる。また、ビームサイズは、レーザ出力ともに密接な関係を持ち、仕様範囲内ではビームサイズができるだけ大きい方が、放電空間のゲイン領域を有効に使うことができるのでレーザ出力Ｅを大きくすることができる。
【００１４】
また、放電電圧は、パワーロック制御（レーザ出力を一定にするよう放電電圧Ｖを制御する）の場合は、レーザ出力効率（＝出力エネルギー／投入エネルギー）を判断するための重要なパラメータである。すなわち、パワーロック制御の場合は、放電電圧を制御することによってレーザ出力が一定になるように制御されているために、放電電圧が下がるということは、レーザ出力効率が上がったことになり、したがってパワーロック制御の場合は印加電圧はその値をできるだけ小さいほうが望ましい。
【００１５】
このように、半導体露光装置側から要求されるレーザ光の仕様としては、スペクトル線幅の他に、レーザ光出力エネルギー、放電電圧、ビームプロファイルなどの他の重要なパラメータがあるにもかかわらず、従来技術では、スペクトル線幅のみを制御対象にして波面制御を行うようにしているので、波面制御によって上記した他の重要なパラメータも変化し、これらのパラメータが仕様範囲外へスペックアウトすることがある。
【００１６】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、波面制御を行った場合でも半導体露光装置側から要求されるスペックを全て常に満足することができるようにして、半導体露光や他のレーザ加工の際の露光品質、加工品質を向上させるようにした狭帯域化レーザの波面制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、この発明では、スペクトル線幅以外のレーザ出力、レーザ出力効率、ビームサイズなどが最適になるような波面制御を行うようにした狭帯域化レーザの波面制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に対応する発明では、レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにパワーロック制御するパワーロック制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、レーザ光のスペクトル線幅を検出する線幅検出手段と、レーザ光のビームサイズを検出するビームサイズ検出手段と、前記励起強度を検出する励起強度検出手段と、前記検出されたスペクトル線幅、ビームサイズおよび励起強度が各所定の仕様範囲内に入るように前記波面調整手段を制御する制御手段とを備えるようにしている。
【００１９】
この請求項１に対応する発明では、励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにするパワーロック制御の際に、スペクトル線幅、ビームサイズおよび励起強度の全てが各所定の仕様範囲内に入るように波面調整制御を行うようにしているので、波面制御を行った場合でも半導体露光装置側から要求されるスペックを全て常に満足することができるようになり、半導体露光処理の露光品質またはレーザ加工の加工品質を向上させることができるようになる。
【００２０】
請求項２に対応する発明では、前記請求項１の制御手段は、前記スペクトル線幅およびビームサイズが各所定の仕様範囲内に入る波面調整領域内で前記検出された励起強度が最小になるように前記波面調整手段を制御するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項２の発明では、励起強度（放電電圧）が最小になるように波面制御するようにしたので、レーザ出力効率（＝出力エネルギー／投入エネルギー）を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に対応する発明では、レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記レーザ媒質の励起強度を一定に制御する制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、レーザ光の出力エネルギーを検出する出力エネルギー検出手段と、レーザ光のスペクトル線幅を検出する線幅検出手段と、前記検出された出力エネルギーを前記スペクトル線幅で割った値が最大になるように前記波面調整手段を制御する制御手段とを備える。
【００２３】
この請求項３に対応する発明では、レーザ光の出力エネルギーをスペクトル線幅で割った値が最大になるように前記波面調整手段を制御するようにしているので、波面制御によってスペクトル線幅を最小にすることができかつレーザ出力を最大にすることができるようになる。
【００２４】
請求項４に対応する発明では、レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子と、入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段とを有する狭帯域化モジュールを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、レーザ光のビームサイズを検出するビームサイズ検出手段と、前記検出されたビームサイズが所定の仕様範囲内で最大になるように前記波面調整手段を制御する制御手段とを備えるようにしている。
【００２５】
この請求項４に対応する発明では、レーザ光のビームサイズが所定の仕様範囲内で最大になるように波面制御を行うようにしているので、放電空間のゲイン領域を有効に使うことができるようになり、波面制御によってより高パワーのレーザ出力を取り出すことができるようになる。
【００２６】
請求項５に対応する発明では、レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記レーザ媒質の励起強度を一定に制御する制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、レーザ光の出力エネルギーを検出する出力エネルギー検出手段と、前記検出された出力エネルギーが最大になるように前記波面調整手段を制御する波面制御手段とを備えるようにした。
【００２７】
この請求項５に対応する発明では、放電電圧を一定にするなどレーザ光の励起強度を一定に制御してレーザ発振を行っている際、出力エネルギーが最大になるように波面調整制御を行うようにしており、これにより波面制御によってより高パワーのレーザ出力を取り出すことができるようになる。
【００２８】
請求項６に対応する発明では、レーザ媒質を放電励起することによってレーザ光を発生させるレーザと、前記レーザからのレーザ光を狭帯域化する狭帯域化素子および入射されたレーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を有する狭帯域化モジュールと、前記励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにパワーロック制御するパワーロック制御手段とを具えるようにした狭帯域化レーザ装置において、前記励起強度を検出する励起強度検出手段と、この励起強度が最小になるように前記波面調整手段を制御する制御手段とを備えるようにしている。
【００２９】
この請求項６に対応する発明では、励起強度を制御することでレーザ出力が一定になるようにするパワーロック制御の際に、励起強度が最小になるように波面調整制御を行うようにしたので、より少ない投入エネルギーでより大きなレーザ出力を取り出すことができるようになり、波面制御によってレーザ出力効率を向上させることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００３１】
図１は、エキシマレーザの全体的構成を示している。
【００３２】
図１において、エキシマレーザ１のレーザチャンバ２は紙面に垂直な方向に陽極および陰極が対向して配設された放電電極３を有し、レーザチャンバ２内に充填されたハロゲンガス、希ガス、バッファガスなどからなるレーザガスを放電電極３間の放電によって励起させてレーザ発振を行う。
【００３３】
レーザチャンバ２の両レーザ出射口にはウィンドウ４が設けられている。レーザチャンバ２のレーザ光出力側にはフロントミラー５が設けられている。
【００３４】
狭帯域化モジュール６は、この場合、ビーム拡大光学系７と、ミラー９と、角度分散型波長選択素子であるグレーティング９と、波面調整器１０とで構成されている。グレーティング９は、図示しない回転ステージによって回転自在に構成されており、グレーティングに対するレーザ光の入射角度が調整可能になっている。
【００３５】
すなわち、図１の実施形態の場合は、フロントミラー５とグレーティング９との間で光共振器が構成されている、
この場合、波面補正器１０は、図２に示すように、グレーティング９をグレーティング９に張り付けられた温調素子によって実際に曲げることによって、結果的にグレーティング９に入射される波面を平面波、凸面波または凹面波に調整するようにしている。
【００３６】
すなわち、図２においては、グレーティング９のブランク材（基板材）にＢＫ−７などの熱膨張、熱収縮のあるものを使用し、グレーティング９の背面に１箇所（図２（ａ））または複数箇所（図２（ｂ））に、温調素子３０を張り付けるようにしており、温調素子３０の温度制御によってブランク材に温度分布を与えることで、グレーティング９の回折面を図示の破線で示すように実際に曲げ、これにより、グレーティング９に入射される波面の調整を行うようにしている。
【００３７】
図３は、他の波面補正器１０の例を示すもので、この場合はビーム拡大系７として、プリズムが使用されている場合を想定している。すなわち、この場合、図２と同様にして、光学部材として合成石英、ＣａＦ２、ＭｇＦ２等を使用し、プリズムの光入出射面に直角な両面に温調素子３０を張り付けるようにしており、温調素子３０の温度制御によってプリズムに温度分布を与えることで、熱膨張、熱収縮そして熱による屈折率の変化を用いてプリズムの入出射面を図示の破線で示すように実際に曲げ、これにより、プリズムから出射される波面の調整を行うようにしている。
【００３８】
図４は、更に他の波面補正器１０の例を示すものであり、この場合は、狭帯域化モジュール６内に、グレーティング９、ビーム拡大光学系７とは別の波面調整用の光学系を設けるようにしている。
【００３９】
図５に、この波面調整用の光学系の各種の例を示す。
【００４０】
図５（ａ）においては、波面調整器１０は、凹レンズ２１および凸レンズ２２で構成され、凸レンズ２２を適宜の機構によって光軸方向に移動可能にしており、入射された波面を凹レンズ２１と凸レンズ２２の光軸方向の相対位置に応じて任意の曲率をもつ波面（凹波面、凸波面）または平面波に変換することができるようにしている。
【００４１】
図５（ｂ）においては、反射型の光学素子基板２３に実際に物理的力を加えて反射面を歪ませるようにしている。すなわち、反射ミラー２３の両端を支持部材２４に形成した凹部２５に係合させて、これら凹部２５で反射ミラー２３の両端を支持するとともに、反射ミラー２３の背面中央付近に設けた適宜の機構によって反射ミラー２３の背面中央部を押圧または引張ることによって、ミラー反射面を凹面または凸面に曲げるようにしている。
【００４２】
図５（ｃ）（ｄ）においては、透過型の光学素子基板２６に対し、温度分布を故意に与えることで基板２６に屈折率分布を発生させて波面調整器１０を実現するようにしている。図５（ｄ）は図３（ｃ）の平面図である。すなわち、例えば、石英硝子基板２６の四方の各側面に、熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを設置し、これら各加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを温度制御することで石英硝子基板２６に所望の屈折率分布を与える。なお、図５（ｄ）において、２７はレーザビームが通過するエリアである。
【００４３】
なお、波面調整器２０で、波面を平面波、凸面波、凹面波のいずれにするか、あるいは凸面波、凹面波の曲率をどの程度に選ぶかは光学素子の特性のばらつきに応じて異なっており、都度最適の波面に調整するようにする。
【００４４】
図１において、レーザチャンバ２で発振されたレーザ光は、狭帯域化モジュール６に入射され、ビーム拡大光学系８に入射されてその放電方向に垂直な方向のビーム幅が拡大される。さらに、レーザ光はグレーティング９に入射されて回折されることにより、所定の波長成分のレーザ光のみが入射光と同じ方向に折り返される。グレーティング９で折り返されたレーザ光は、ビーム拡大光学系７でビーム幅が縮小された後、レーザチャンバ２に入射される。レーザチャンバ２を通過して増幅されたレーザ光は、フロントミラー５を介してその一部が出力光として取り出されると共に、残りが再度レーザチャンバ２に戻って増幅される。
【００４５】
図１において、レーザ光の出力側には、３個のビームスプリッタ１１〜１３、ビームプロファイルセンサ１４、スペクトル線幅センサ１５、および光出力センサ１６などから成るモニタモジュール２０が設けられている。
【００４６】
すなわち、フロントミラー５から出力されたレーザ光の一部はビームスプリッタ１１、ビームスプリッタ１２を経由してＣＣＤなどでの２次元センサで構成されたビームプロファイルセンサ１４に入力され、そのビームプロファイル（レーザビーム断面の空間的強度分布とビームサイズ）が検出される。
【００４７】
また、ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光は、図示しない、モニタエタロン（又は分光器）、集光レンズなどを経由してラインフォトセンサから成る線幅センサ１５に入射されてサンプリングされる。
【００４８】
また、ビームスプリッタ１３を透過したレーザ光は、光出力センサ１６に入射されてサンプリングされる。
【００４９】
電源回路４１は、充電回路により電荷を一旦充電した後、ＧＴＯやサイラトロン等のスイッチ素子のスイッチ動作によって、レーザチャンバ２の放電電極３間にパルス放電の繰り返し周波数に同期した高周波電圧を印加する。この際、電源回路４１は、コントローラ４０から入力される印加電圧指令（充電電圧指令）Ｖに従って放電電極３間に印加する電圧を制御調整する。
【００５０】
コントローラ４０では、
（１）ビームプロファイルセンサ１４の出力に基づきレーザ光のビームプロファイル（レーザビーム断面の空間的強度分布、ビームサイズ、放電方向に平行および垂直な方向のビーム幅）を計測する
（２）線幅センサ１５の出力に基づいて出力レーザ光の波長λ、スペクトル線幅Δλを計測する、また、線幅センサ１５に形成された干渉縞からレーザ光の波面を計測する
（３）光出力センサ１６の出力に基づきレーザ出力エネルギーＥを計測する
（４）電源回路４１の電源電圧Ｖの制御
（５）グレーティング９の回転またはミラー８の回転による波長制御
（６）波面調整器１０による波面調整制御
等を実行する。
【００５１】
図６に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第１の実施形態を示す。
【００５２】
この第１実施形態では、レーザ発振が開始されると（ステップ９０）、コントローラ４０は、線幅センサ１５および光出力センサ１６の出力からスペクトル線幅Δλおよび出力エネルギーＥを計測し、出力エネルギーＥをスペクトル線幅Δλで割った値Ｅ／Δλを計算する（ステップ９１、９２）。そして、この値Ｅ／Δλが最大になるように波面調整器１０で波面調整を実行する（ステップ９３）。そして、レーザ発振期間の間、スペクトル線幅Δλおよび出力エネルギーＥを計測しながら波面制御を行うことで、Ｅ／Δλが最大値を維持できるように波面調整器１０で波面調整を実行する（ステップ９４）。
【００５３】
このようにこの実施形態では、レーザ発振期間、波面制御を行う事によってスペクトル線幅を最小にすることができかつレーザ出力を最大にすることができるようになる。
【００５４】
図７に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第２の実施形態を示す。
【００５５】
この場合は、図１のエキシマレーザ１は、パワーロック制御によってその出力Ｅが一定に制御されているものとする。
【００５６】
すなわち、パワーロック制御は、ハロゲンガスの消耗などの各種の原因によるレーザ出力の低下を補うためのもので、レーザガスの励起強度すなわち放電電極３への印加電圧Ｖを大きくするとレーザ出力が増加する特性を利用し、レーザ出力Ｅを検出し、この検出値Ｅが設定エネルギーに対し大きくなると印加電圧Ｖを小さくし、検出値Ｅが設定エネルギーに対し小さくなると印加電圧Ｖを大きくすることで、レーザ出力が一定になるように制御するものである。
【００５７】
図８は、波面形状とビームサイズδ（この場合は放電方向に平行な方向のビーム幅）との関係と（図８（ａ））、波面形状と印加電圧Ｖとの関係と（図８（ｂ））、波面形状とレーザスペクトル線幅Δλ（図８（ｃ））とを示すものである。波面形状の評価パラメータとして波面を近似した曲線の（１／曲率半径）を採用し、各グラフの横軸としている。
【００５８】
ビームサイズδは、図８（ａ）に示すように、（１／曲率半径）の増加に伴って単調増加し、印加電圧Ｖは、図８（ｂ）に示すように、（１／曲率半径）の変動に伴って極小点をもつ曲線となり、スペクトル線幅Δλは、図８（ｃ）に示すように、（１／曲率半径）の変動に伴って極小点をもつ曲線となっている。
【００５９】
これらのグラフからも判るように、ビームサイズδ、印加電圧Ｖ、スペクトル線幅Δλを仕様範囲内へスペックインさせることができる波面調整領域は、各パラーメータ毎にそれぞれ異なっており、また、ビームサイズδ、印加電圧Ｖ、スペクトル線幅Δλをそれぞれ最適値にする波面の曲率半径もそれぞれ異なる値となっている。
【００６０】
したがって、例えば、従来技術のように、線幅のみを最小値になるように波面調整を行った場合は、それ以外のパラメータである印加電圧、ビームサイズが仕様範囲外へスペックアウトすることがある。
【００６１】
そこで、図７の波面制御では、これらビームサイズδ、印加電圧Ｖ、スペクトル線幅Δλの各パラメータが仕様範囲内へスペックインするように波面制御を行うようにしている。
【００６２】
ここで、前述したように、印加電圧Ｖは、パワーロック制御の場合は、レーザ出力効率＝出力エネルギー／投入エネルギーを観察するための重要なパラメータであり、パワーロック制御の際に波面制御を行うことでその印加電圧Ｖが平均的に下がるということは、波面制御によってレーザ出力効率が上がったことになる。そこで、この実施形態では、ビームサイズδおよびスペクトル線幅Δλは、波面制御によって仕様範囲内へスペックインさせるだけであるが、印加電圧Ｖに関しては、ビームサイズδ、スペクトル線幅Δλおよび印加電圧Ｖのスペックイン波面領域内でその平均的な値が最小になるように制御するようにしている。
【００６３】
以下、図７のフローチャートに従って、その詳細手順について説明する。
【００６４】
まず、パワーロック制御をもってレーザ発振が開始されると、コントローラ４０は、線幅センサ１５の検出出力を取り込み、その出力からスペクトル線幅Δλを計測する（ステップ１０１）。そして、この計測したスペクトル線幅Δλが予め設定されている仕様範囲内に入っているか否かを判定し（ステップ１０３）、仕様範囲外へスペックアウトしているときは、波面調整器１０に指令を与えて波面調整を行わせることで、図８（ｃ）に示した仕様範囲内へ線幅Δλを入れるようにする（ステップ１０４）。
【００６５】
このような線幅を目標対象とした波面制御を線幅が仕様範囲内に入るまで実行する。
【００６６】
つぎに、コントローラ４０は、ビームプロファイルセンサ１４の検出出力を取り込み、その出力からビームサイズδ（またはビーム幅）を計測する（ステップ１０５）。そして、この計測したビームサイズδが予め設定されている仕様範囲内に入っているか否かを判定し（ステップ１０６）、仕様範囲外へスペックアウトしているときは、波面調整器１０に指令を与えて波面調整を行わせることで、図７（ａ）に示した仕様範囲内へビームサイズδを入れるようにする（ステップ１０７）。この波面調整の際、コントローラ４０は、図８（ｃ）に示した線幅スペックイン領域内で波面調整を行い、ビームサイズを目標対象とした波面制御の際に線幅が仕様範囲外にスペックアウトしないようにしている。
【００６７】
線幅のスペックイン波面領域は、予め試し運転などを行ったり、あるいは先のステップ１０４の波面制御の際に、その領域をコントローラ４０内に設定記憶するようにしておけば、ステップ１０７の波面制御の際に線幅センサ１５およびプロファイルセンサ１４の双方の検出出力を見ながら波面制御をする必要がなくなる。勿論、ステップ１０７の波面制御の際に、線幅センサ１５およびプロファイルセンサ１４の双方の検出値を観察しながら線幅およびプロファイルの双方がスペックインするように波面制御を行うようにしてもよい。
【００６８】
このようにして、線幅およびビームサイズが仕様範囲内に入るまで波面制御を実行する。
【００６９】
つぎに、コントローラ４０は、現在の電源回路４１に出力されている放電電圧指令Ｖを取り込み、この放電電圧指令Ｖが予め設定されている仕様範囲内に入っているか否かを判定し（ステップ１０９）、仕様範囲外へスペックアウトしているときは、波面調整器１０に指令を与えて波面調整を行わせることで、図８（ｂ）に示した仕様範囲内へ印加電圧Ｖを入れるようにする（ステップ１１０）。この波面調整の際、コントローラ４０は、図８（ｃ）（ａ）に示した線幅およびビームサイズのスペックイン領域内で波面調整を行い、印加電圧Ｖを目標対象とした波面制御の際に線幅およびビームサイズが仕様範囲外にスペックアウトしないようにしている。
【００７０】
ビームサイズのスペックイン波面領域も、予め試し運転などを行ったり、あるいは先のステップ１０７の波面制御の際に、その領域をコントローラ４０内に設定記憶するようにしておけば、ステップ１１０の波面制御の際に線幅センサ１５、プロファイルセンサ１４および印加電圧Ｖの全ての検出出力を見ながら波面制御をする必要がなくなる。勿論、ステップ１１０の波面制御の際に、線幅センサ１５、プロファイルセンサ１４および印加電圧Ｖの全ての検出出力を観察しながら線幅、プロファイルおよび印加電圧の全てがスペックインするように波面制御を行うようにしてもよい。
【００７１】
印加電圧Ｖをスペックイン領域にいれることができると、コントローラ４０は、次に、この印加電圧Ｖが線幅、プロファイルおよび印加電圧の全てがスペックインする波面領域内で最小になるように波面制御することで、レーザの出力効率を最良な状態にする（ステップ１１１）。
【００７２】
そして、波面制御によって印加電圧Ｖの平均的な値を最小にすることができると、コントローラ４０はこの状態で波面を固定する（ステップ１１２）。
【００７３】
このような波面制御をレーザ発振中定期的に実行する（ステップ１１３）。
【００７４】
図９に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第３の実施形態を示す。
【００７５】
この第３実施形態では、パワーロック方式でレーザ発振が開始されると（ステップ１２０）、コントローラ４０は、ビームプロファイルセンサ１４の出力からビームサイズδを計測し（ステップ１２１）、この計測したビームサイズδが仕様範囲内で最大になるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１２２）。そして、コントローラ４０は、このビームサイズの最大状態で波面を固定する（ステップ１２３）。
【００７６】
そして、レーザ発振期間の間、定期的に、ビームサイズδを計測しながら波面制御を行うことで、ビームサイズδが最大値を維持できるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１２４）。
【００７７】
このようにこの実施形態では、パワーロックでのレーザ発振中、波面制御を行う事によってビームサイズを仕様範囲内で最大にするようにしたので、放電空間のゲイン領域を有効に使うことができるようになり、レーザ出力Ｅを大きくすることができる。
【００７８】
図１０に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第４の実施形態を示す。
【００７９】
この第４実施形態では、パワーロック方式でレーザ発振が開始されると（ステップ１２０）、コントローラ４０は、印加電圧Ｖを計測し（ステップ１３１）、この計測した印加電圧Ｖが仕様範囲内で最小になるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１３２）。そして、コントローラ４０は、この印加電圧最小状態で波面を固定する（ステップ１３３）。
【００８０】
そして、レーザ発振期間の間、定期的に、印加電圧Ｖを計測しながら波面制御を行うことで、印加電圧Ｖが最小値を維持できるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１３４）。
【００８１】
このようにこの実施形態では、パワーロックでのレーザ発振中、波面制御を行う事によって印加電圧Ｖを仕様範囲内で最小にするようにしたので、レーザ出力効率を向上させることができる。なお、図８（ｂ）（ｃ）を比較すれば判るように、印加電圧Ｖが最小になる波面と、スペクトル線幅Δλが最小になる波面は、ほぼ同じ値である。したがって、印加電圧Ｖを最小に制御することでスペクトル線幅をほぼ最小値にすることができる。すなわち、印加電圧を検出しながら波面制御を行うことで結果的にスペクトル線幅を所望の値に制御することができる。
【００８２】
したがって、スペクトル線幅に関して厳しい仕様規定のないレーザ加工装置などにおいては、印加電圧を検出しながら波面制御を行うようにすれば、高価で、スペースをとるスペクトル線幅を検出するための分光器を省略することができるようになる。
【００８３】
図１１に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第５の実施形態を示す。
【００８４】
この第５実施形態では、励起強度（放電電圧Ｖ）を一定にしてレーザを運転させる場合を想定しており、この放電電圧一定でのレーザ運転は、定期的に行われる調整発振の際に実行される。
【００８５】
すなわち、この放電電圧一定でのレーザ運転の際は、放電電圧Ｖは一定であるので、波面制御の際の調整パラメータとはならず、レーザ出力Ｅ、ビームサイズδ、レーザ出力Ｅをスペクトル線幅Δで割った値λＥ／Δλが波面制御の際の調整パラメータとなる。
【００８６】
まず、図１１に従ってレーザ出力Ｅを調整パラメータとした場合の動作を説明する。
【００８７】
電圧Ｖ一定でレーザ発振が開始されると（ステップ１４０）、コントローラ４０は、光出力センサ１６の出力に基づきレーザ出力Ｅを計測し（ステップ１４１）、この計測したレーザ出力Ｅが最大になるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１４２）。そして、コントローラ４０は、このレーザ出力Ｅが最大となった状態で波面を固定する（ステップ１４３）。
【００８８】
このようにこの実施形態では、放電電圧一定でのレーザ運転中、レーザ出力Ｅが最大になるように波面制御を行うようにしたので、波面制御によってレーザ出力Ｅをより増大させることができる。
【００８９】
図１２に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第６の実施形態を示す。
【００９０】
この第６実施形態も、励起強度（放電電圧Ｖ）を一定にしてレーザを運転させる場合を想定しており、この場合は、線幅Δλおよびレーザ出力Ｅを調整パラメータとしている。
【００９１】
電圧Ｖ一定でレーザ発振が開始されると（ステップ１５０）、コントローラ４０は、線幅センサ１５および光出力センサ１６の出力からスペクトル線幅Δλおよび出力エネルギーＥを計測し、出力エネルギーＥをスペクトル線幅Δλで割った値Ｅ／Δλを計算する（ステップ１５１、１５２）。そして、この値Ｅ／Δλが最大になるように波面調整器１０で波面調整を実行する（ステップ１５３）。そして、コントローラ４０は、このＥ／Δλが最大となった状態で波面を固定する（ステップ１５４）。
【００９２】
このようにこの実施形態では、放電電圧一定でのレーザ発振期間中、波面制御を行う事によってスペクトル線幅を最小にすることができかつレーザ出力を最大にすることができるようになる。
【００９３】
図１３に、コントローラ４０で行われる波面制御についての第７の実施形態を示す。
【００９４】
この第７実施形態も、励起強度（放電電圧Ｖ）を一定にしてレーザを運転させる場合を想定しており、この場合は、ビームサイズδを調整パラメータとしている。
【００９５】
電圧Ｖ一定でレーザ発振が開始されると（ステップ１６０）、コントローラ４０は、ビームプロファイルセンサ１４の出力からビームサイズδを計測し（ステップ１６１）、この計測したビームサイズδが仕様範囲内で最大になるように波面調整器１０による波面調整を実行する（ステップ１６２）。
【００９６】
そして、コントローラ４０は、このビームサイズの最大状態で波面を固定する（ステップ１６３）。
【００９７】
このようにこの実施形態では、放電電圧一定でのレーザ発振期間中、波面制御を行う事によってビームサイズを仕様範囲内で最大にするようにしたので、放電空間のゲイン領域を有効に使うことができるようになり、レーザ出力Ｅを大きくすることができる。
【００９８】
なお、波面制御を行うに当たって、初回運転時や試し運転の際に、各調整パラメータ（印加電圧、ビームサイズ、Ｅ／Δλ、スペクトル線幅Δλ、レーザ出力Ｅなど）と波面形状との対応関係を求めておき、これをコントローラ４０内に記憶するようにしておけば、２回目以降のレーザ運転時や実際のレーザ加工の際のレーザ運転時にこの記憶データを用いて波面制御を行うようにすれば、波面形状の調整方向やその調整量が予め判っているために、より応答性のよい波面制御を行うことができる。
【００９９】
また、レーザ運転するに当たって、最初に放電電圧一定でレーザ運転を行い、その後にパワーロックに切り替えてレーザ運転を行うようにしてもよく、そのような際には、前述した放電電圧一定の際の各種波面制御と、パワーロックの際の各種波面制御を適宜組み合わせて波面制御を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、上記実施例では、波面形状の評価パラメータとして１／曲率半径を用いるようにしたが、この評価パラメータとして曲率半径あるいは曲率を用いるようにしてもよい。また、干渉計などの波面計測器の分野で用いられる、「Ｐｏｗｅｒ」、「ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）」、「ＰＶ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｙ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）」を波面形状の評価パラメータとして用いるようにしてもよい。
【０１０１】
また、この発明をエキシマレーザ以外の他の狭帯域化が必要なレーザに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例についてエキシマレーザの全体的構成を示す図。
【図２】波面調整器の一具体例を示す図。
【図３】波面調整器の他の具体例を示す図。
【図４】波面調整器の他の配置例を示す図
【図５】波面調整器の他の具体例を示す図。
【図６】波面制御についての第１の実施形態を示すフローチャート図。
【図７】波面制御についての第２の実施形態を示すフローチャート図。
【図８】各種調整パラメータと波面形状との関係を示す図。
【図９】波面制御についての第３の実施形態を示すフローチャート図。
【図１０】波面制御についての第４の実施形態を示すフローチャート図。
【図１１】波面制御についての第５の実施形態を示すフローチャート図。
【図１２】波面制御についての第６の実施形態を示すフローチャート図。
【図１３】波面制御についての第７の実施形態を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１…エキシマレーザ    ２…レーザチャンバ    ３…放電電極
４…ウィンドウ    ５…フロントミラー    ６…狭帯域化モジュール
７…ビーム拡大光学系    ８…ミラー    ９…グレーティング
１０…波面調整器    １１，１２，１３…ビームスプリッタ
１４…ビームプロファイルセンサ    １５…スペクトル線幅センサ
１６…光出力センサ    ３０…温調素子    ４０…コントローラ
４１…電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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