(57)【要約】【課題】  パルスレーザ光のパルスエネルギ及びプロファイルを短期間で安定化させることができるレーザ発振器のならし運転方法を提供する。【解決手段】  まず、複数の繰り返し周波数の各々について、レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光のパルスエネルギの、パルス間でのばらつきの度合いの目安となるばらつき度を計測する。次に、計測結果に基づいて、ばらつき度が最小になる最適繰り返し周波数を求め、求めた最適繰り返し周波数でレーザ発振器をならし運転する。最適繰り返し周波数は、ある期間が経過する毎に計測し直し、更新することが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を繰り返し出射するとともに、その繰り返し周波数を変化させることができるレーザ発振器のならし運転方法であって、
（ａ）複数の繰り返し周波数の各々について、前記パルスレーザ光のパルスエネルギの、パルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を計測する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で計測された複数の繰り返し周波数に対するばらつき度に基づいて、ならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数で前記レーザ発振器をならし運転する工程と
を有するレーザ発振器のならし運転方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）では、前記複数の繰り返し周波数のうち、前記ばらつき度が最も小さくなる繰り返し周波数を、前記ならし運転用繰り返し周波数とする請求項１に記載のならし運転方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）では、前記複数の繰り返し周波数と、該複数の繰り返し周波数の各々について計測されたばらつき度との関係から、補間法により前記ばらつき度を最小にする繰り返し周波数を推定し、推定された繰り返し周波数を前記ならし運転用繰り返し周波数とする請求項１に記載のならし運転方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）の後、再び前記工程（ａ）及び（ｂ）を少なくとも１回繰り返す請求項１〜３のいずれかに記載のならし運転方法。
【請求項５】
前記レーザ発振器が、レーザ媒質ガスが充填されるチャンバと、該チャンバ内に相対向して配置され、パルス電圧を印加されることにより前記レーザ媒質ガスを励起する放電を発生させる一対の放電電極とを有する請求項１〜４のいずれかに記載のならし運転方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）が、前記ばらつき度を計測する前に、前記放電電極を交換する工程を含む請求項５に記載のならし運転方法。
【請求項７】
前記工程（ａ）が、前記ばらつき度を計測する前に、前記チャンバ内のレーザ媒質ガスを交換する工程を含む請求項５に記載のならし運転方法。
【請求項８】
パルスレーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたパルスレーザ光が入射し、入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを計測する計測装置と、
前記レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光の繰り返し周波数を制御することができ、複数の繰り返し周波数の各々について、前記計測装置の計測結果に基づいて前記パルスレーザ光のパルスエネルギのパルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を算出し、その算出結果に基づいてならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数となるように前記繰り返し周波数を制御する制御装置と
を備えたレーザ出射装置。
【請求項９】
前記制御装置が、前記複数の繰り返し周波数のうち、前記ばらつき度が最も小さくなる繰り返し周波数を、前記ならし運転用繰り返し周波数とする請求項８に記載のレーザ出射装置。
【請求項１０】
前記レーザ発振器が、レーザ媒質ガスが充填されるチャンバと、該チャンバ内に相対向して配置された一対の放電電極と、該放電電極間にパルス電圧を繰り返し印加し、該放電電極間に前記レーザ媒質ガスを励起する放電を発生させる電圧印加装置とを有し、
前記制御装置が、前記放電電極間へのパルス電圧の印加の繰り返し周波数が変更されるよう前記電圧印加装置を制御することにより、前記パルスレーザ光の繰り返し周波数を制御する請求項８又は９に記載のレーザ出射装置。
【請求項１１】
（ａ）レーザ発振器から繰り返し出射されるパルスレーザ光の繰り返し周波数別に、該パルスレーザ光のパルスエネルギの時系列データを取得する手順と、
（ｂ）前記繰り返し周波数別に取得した時系列データに基づいて、前記繰り返し周波数別に、前記パルスレーザ光のパルスエネルギの、パルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を算出する手順と、
（ｃ）前記繰り返し周波数別に算出されたばらつき度に基づいて、ならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数となるように前記パルスレーザ光の繰り返し周波数を設定する制御信号を出力する手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
前記手順（ｃ）では、前記繰り返し周波数別に算出されたばらつき度のうち、前記パルスエネルギのばらつきの度合いが最も小さくなるばらつき度に対応する繰り返し周波数を、前記ならし運転用繰り返し周波数とする請求項１１に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器のならし運転方法、レーザ出射装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ媒質ガスを放電励起することに基づいてパルスレーザ光を発生させる放電励起型のレーザ発振器が知られている。具体的には、放電励起型のレーザ発振器は、レーザ媒質ガスが充填されるチャンバと、このチャンバ内に相対向して配置された一対の放電電極と、これらの放電電極間にパルス電圧を印加する電圧印加装置とを備える。電圧印加装置によって放電電極間にパルス電圧が繰り返し印加されることにより、放電電極間に放電が生じる。この放電によってレーザ媒質ガスが励起されることに基づいてパルスレーザ光が発生する。
【０００３】
放電励起型のレーザ発振器においては、放電時に放電電極がスパッタされ、放電電極の表面から金属粒子がはじき出される現象が起きる。このため、放電電極は次第に消耗されてゆく。そこで、レーザ発振器をある期間稼動させる毎に、放電電極を新しいものと交換するようにしている（特許文献１参照）。また、放電電極の表面からスパッタされた金属粒子等に起因して、チャンバ内のレーザ媒質ガスが次第に汚染されてゆく。そこで、レーザ発振器をある期間稼動させる毎に、チャンバ内のガスも新しいものと交換するようにしている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０６５２４３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放電電極の交換やチャンバ内のガス交換を行った直後は、レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光のビーム断面内における強度分布（以下、プロファイルという。）及びパルスエネルギが安定しない。放電電極の交換等を行った後、パルスレーザ光のプロファイル及びパルスエネルギを安定させるためには、多ショット（例えば、数億ショット）分のならし運転が必要である。ならし運転に要する期間が長期化してしまうことは、レーザ発振器の稼働率を低下させる要因の一つとなっている。
【０００６】
本発明の目的は、レーザ発振器のならし運転に要する期間の長期化を防止することができる技術を提供することにある。また、本発明の他の目的は、レーザ発振器のならし運転に要するパルスレーザ光のショット数の増大を防止することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、パルスレーザ光を繰り返し出射するとともに、その繰り返し周波数を変化させることができるレーザ発振器のならし運転方法であって、（ａ）複数の繰り返し周波数の各々について、前記パルスレーザ光のパルスエネルギの、パルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を計測する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で計測された複数の繰り返し周波数に対するばらつき度に基づいて、ならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数で前記レーザ発振器をならし運転する工程とを有するレーザ発振器のならし運転方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、パルスレーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたパルスレーザ光が入射し、入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを計測する計測装置と、前記レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光の繰り返し周波数を制御することができ、複数の繰り返し周波数の各々について、前記計測装置の計測結果に基づいて前記パルスレーザ光のパルスエネルギのパルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を算出し、その算出結果に基づいてならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数となるように前記繰り返し周波数を制御する制御装置とを備えたレーザ出射装置が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の観点によれば、（ａ）レーザ発振器から繰り返し出射されるパルスレーザ光の繰り返し周波数別に、該パルスレーザ光のパルスエネルギの時系列データを取得する手順と、（ｂ）前記繰り返し周波数別に取得した時系列データに基づいて、前記繰り返し周波数別に、前記パルスレーザ光のパルスエネルギの、パルス間でのばらつきの度合いを表すばらつき度を算出する手順と、（ｃ）前記繰り返し周波数別に算出されたばらつき度に基づいて、ならし運転用繰り返し周波数を求め、求めたならし運転用繰り返し周波数となるように前記パルスレーザ光の繰り返し周波数を設定する制御信号を出力する手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
パルスレーザ光のパルスエネルギのばらつき度は、パルスレーザ光の繰り返し周波数に依存して変化する。発明者の研究によれば、ばらつき度が最小になるときの繰り返し周波数でレーザ発振器をならし運転すると、ならし運転に要する期間の長期化、及びならし運転に要するパルスレーザ光のショット数の増大を防止できることが判った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、実施例によるレーザ出射装置の概略図である。エキシマレーザ発振器１が、パルスレーザ光Ｌを出射する。エキシマレーザ発振器１は、レーザヘッド２と電圧印加装置３とを含む。レーザヘッド２は、Ｘｅ及びＣｌを含むレーザ媒質ガスが充填されたチャンバ２１と、チャンバ２１内で放電空間Ｓを隔てて対向配置され、各々軸方向（図１の左右方向）に長く延在する一対の放電電極２２及び２３と、軸方向に関してチャンバ２１の一方の端部に設けられた全反射鏡２４と、全反射鏡２４と向かい合うように軸方向に関してチャンバ２１の他方の端部に設けられた部分反射鏡２５とを有する。
【００１２】
電圧印加装置３が、放電電極２２及び２３間にパルス電圧を繰り返し印加する。これにより、放電電極２２及び２３間にグロー放電が繰り返し発生し、そのグロー放電が放電空間Ｓのレーザ媒質ガスを励起する。励起されたガスに基づいて発光が生じる。全反射鏡２４及び部分反射鏡２５によって構成される光共振器により誘導放出が生じ、パルスレーザ光Ｌがチャンバ２１の外部に出射される。電圧印加装置３による放電電極２２及び２３間へのパルス電圧の印加の繰り返し周波数を変化させることによって、パルスレーザ光Ｌの出射の繰り返し周波数を変化させることができる。
【００１３】
エキシマレーザ発振器１から出射されたパルスレーザ光Ｌはビームスプリッタ４によって２分岐され、２分岐されたパルスレーザ光Ｌの一方が計測装置５に入射する。計測装置５は、自己に入射したパルスレーザ光Ｌの１パルスあたりのエネルギ（以下、パルスエネルギという。）を計測する。計測装置５の計測結果、即ちパルスエネルギの時系列データは、コンピュータ等によって構成される制御装置６に送出される。
【００１４】
制御装置６は、放電電極２２及び２３の交換作業や、チャンバ２１内のガス交換作業等のメンテナンス作業後に行われるエキシマレーザ発振器１のならし運転において、計測装置５の計測結果に基づいて電圧印加装置３による放電電極２２及び２３間へのパルス電圧の印加の繰り返し周波数を制御する。以下、制御装置６の具体的な制御手順を説明する前に、その制御手順を見出す基礎となった実験結果を図２を参照して説明する。
【００１５】
図２は、横軸にエキシマレーザ発振器１から出射されるパルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数（以下、単に「繰り返し周波数」という。）をとり、縦軸にパルスエネルギのパルス間でのばらつきの度合いの一目安となるばらつき度をとった実測グラフである。ここでは、ばらつき度として、規格化標準偏差及びピーク・ツー・ピーク値を計測した。左側の縦軸に規格化標準偏差をとり、右側の縦軸にピーク・ツー・ピーク値をとっている。
【００１６】
規格化標準偏差とは、複数ショット（例えば、３千ショット）分のパルスエネルギの標準偏差を、それらのパルスエネルギの平均値で割った値のことである。規格化標準偏差は三角印でプロットしている。また、ピーク・ツー・ピーク値とは、複数ショット（例えば、３千ショット）内におけるパルスエネルギの最大値から最小値を引いた値を、それらのパルスエネルギの平均値で割った値のことである。ピーク・ツー・ピーク値は、黒丸印でプロットしている。
【００１７】
規格化標準偏差及びピーク・ツー・ピーク値が、共に繰り返し周波数に依存して変化している。具体的には、規格化標準偏差及びピーク・ツー・ピーク値共に、１００Ｈｚから２５０Ｈｚに近づくに従って次第に減少し、２５０Ｈｚで最小値をとり、２５０Ｈｚから３００Ｈｚに近づくに従って次第に増大している。
【００１８】
発明者の研究によれば、ばらつき度（ここでは、規格化標準偏差又はピーク・ツー・ピーク値）が最小になるときの繰り返し周波数、即ち図２の実測例では２５０Ｈｚでエキシマレーザ発振器１をならし運転すると、他の繰り返し周波数でならし運転する場合よりも、放電電極２２及び２３間に生じるグロー放電の状態を短期間のうちに安定させることができ、ならし運転に要する期間の増大、及びならし運転に要するパルスレーザ光Ｌのショット数の増大を防止できることが判った。
【００１９】
なお、図２には、規格化標準偏差が最小となる繰り返し周波数と、ピーク・ツー・ピーク値が最小になる繰り返し周波数とが一致する実測例を示したが、両者の値が一致しない場合であってもいずれか一方の値を採用することにより、ならし運転に要する期間の増大、及びならし運転に要するパルスレーザ光Ｌのショット数の増大を防止できると考えられる。以上の知見に基づいて、制御装置６が行う制御手順を図３及び図４を参照して以下に具体的に説明する。
【００２０】
図３は、エキシマレーザ発振器１のならし運転方法のフローチャートである。放電電極２２及び２３の交換作業、又はチャンバ１内のガス交換作業が行われたことを前提とする（ステップＳ１）。まず、繰り返し周波数の初期値ｆ０が決定される（ステップＳ２）。なお、繰り返し周波数の初期値ｆ０は、例えばオペレータにより任意に選択される。また、以下の説明で使用する変数ｉを１に初期化する（ステップＳ３）。
【００２１】
次に、制御装置６は、繰り返し周波数ｆをｆ０−Ｒ／２に制御した状態で、エキシマレーザ発振器１を発動させ、ならし運転を開始する（ステップＳ４）。ここで、Ｒは繰り返し周波数の計測レンジのことである。計測レンジＲとして予め適当な値（例えば、２００Ｈｚ）を与えることができる。
【００２２】
次に、制御装置６は、現在の繰り返し周波数を保った状態で、計測装置５から複数ショット（例えば、３千ショット）分のパルスエネルギの時系列データを取得し、取得した時系列データに基づいてばらつき度、具体的には規格化標準偏差を算出し、算出したばらつき度を配列σ[ｉ]に格納する（ステップＳ５）。また、現在の繰り返し周波数の値を配列ｆ[ｉ]に格納する（ステップＳ６）。なお、次のステップＳ７に移行するまでの期間は、現在の発振条件が保たれる。
【００２３】
次に、制御装置６は、繰り返し周波数がΔｆだけ増加するように、電圧印加装置３を制御する（ステップＳ７）。ここで、Δｆは繰り返し周波数の変化量のことである。周波数のステップ幅Δｆとして予め適当な値（例えば、１Ｈｚ）を与えることができる。また、繰り返し周波数をΔｆ増加させることに伴なって、変数ｉを１だけ増加させる（ステップＳ８）。
【００２４】
次に、制御装置６は、現在の繰り返し周波数が、ｆ０＋Ｒ／２より大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。現在の繰り返し周波数がｆ０＋Ｒ／２より小さければ（ステップＳ９；ＮＯ）、再びステップＳ５に戻り、繰り返し周波数がｆ０＋Ｒ／２を超えるまでステップＳ５〜Ｓ８を繰り返す。このようにして、周波数軸上においてｆ０−Ｒ／２からｆ０＋Ｒ／２までの範囲にΔｆ間隔で分布する複数の繰り返し周波数の各々について、ばらつき度が計測される。
【００２５】
一方、制御装置６は、現在の繰り返し周波数がｆ０＋Ｒ／２より大きければ（ステップＳ９；ＹＥＳ）、σ[１]〜σ[ｎ]の値に基づいて最適繰り返し周波数（ならし運転用繰り返し周波数）ｆＢＥＳＴを求める（ステップＳ１０）。ここでｎは上記ステップＳ５〜Ｓ８の繰り返し回数である。具体的には、制御装置６は、σ[１]〜σ[ｎ]の最小値（これをσ[ｋ]とする。）に対応するｆ[ｋ]を、最適繰り返し周波数ｆＢＥＳＴとする。なお、σ[ｉ]とそれに対応するｆ[ｉ]との関係から、補間法を用いて規格化標準偏差を最小又は極小にする繰り返し周波数を推定し、推定された繰り返し周波数を最適繰り返し周波数ｆＢＥＳＴとしてもよい。
【００２６】
図４を参照して説明を続ける。次に、制御装置６は、繰り返し周波数が最適繰り返し周波数ｆＢＥＳＴとなるように、電圧印加装置３を制御する（ステップＳ１１）。そして、制御装置６は、繰り返し周波数が最適繰り返し周波数ｆＢＥＳＴに保たれた状態をある期間（例えば、２時間）維持する（ステップＳ１２；ＮＯ）。
【００２７】
次に、制御装置６は、上記ある期間が経過すると（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ならし運転の終了条件を満足したか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。ここで、終了条件とは、パルスレーザ光Ｌのパルスエネルギ又はプロファイルがパルス間で充分に安定化しているか否かを判断するための条件をいう。具体的には、例えばパルスエネルギのばらつき度が所定期間の間、所定値未満に保たれたことを終了条件とすることができる。
【００２８】
より具体的には、上記ステップＳ１で放電電極２２及び２３の交換を行った場合は、例えば、パルスエネルギの規格化標準偏差が４〜５時間の間、１％未満に保たれたことを終了条件とする。また、上記ステップＳ１でチャンバ１内のガス交換を行った場合には、例えば、パルスエネルギの規格化標準偏差が２〜３分の間、１％未満に保たれたことを終了条件とする。
【００２９】
制御装置６は、終了条件を満足していれば（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ならし運転を終了する。一方、制御装置６は、終了条件を満足していないならば（ステップ１３；ＮＯ）、ｉを１に初期化するとともに（ステップＳ１４）、ｆ０に現在のｆＢＥＳＴを代入し（ステップＳ１５）、再び図３のステップＳ４に戻る。このようにして、ステップＳ１３の終了条件を満足するまでの間、ある期間が経過する毎に最適繰り返し周波数ｆＢＥＳＴを求め直す。これは、時間の経過とともに、ばらつき度を最小にする繰り返し周波数が推移するからである。このように、最適繰り返し周波数を適時更新することにより、ならし運転の長期化を防止する効果を高めることができる。
【００３０】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図３及び図４では、パルスエネルギの規格化標準偏差に基づいて最適繰り返し周波数を求めることとしたが、ピーク・ツー・ピーク値等の他のばらつき度に基づいて最適繰り返し周波数を求めるようにしてもよい。また、実施例は、ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器のならし運転方法について説明したが、本発明は、ＫｒＦエキシマレーザ発振器や、ＡｒＦエキシマレーザ発振器等の他のレーザ発振器のならし運転にも適用することができる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例によるエキシマレーザ出射装置の概略図である。
【図２】パルスレーザ光の出射の繰り返し周波数と、パルスエネルギのばらつき度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例によるならし運転方法を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートの続きである。
【符号の説明】
【００３２】
１…エキシマレーザ発振器（レーザ発振器）、２…レーザヘッド、２１…チャンバ、２２,２３…放電電極、２４…全反射鏡、２５…部分反射鏡、３…電圧印加装置、４…ビームスプリッタ、５…計測装置、６…制御装置、Ｓ…放電空間、Ｌ…パルスレーザ光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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