JP2003185502A - レーザ装置及び波長検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エタロンの経時変化等による特性の変動が生
じても波長検出に影響を及ぼさず、正確な波長制御が行
えるレーザ装置を提供する。 【解決手段】 このレーザ装置は、レーザ発振器と、第
１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、第１
の基準光源から出力される基準光の波長とレーザ発振器
から出力されるレーザ光の波長とを検出する第１の波長
検出手段と、第２の基準光源及びエタロン型分光器を含
み、第２の基準光源から出力される基準光の波長とレー
ザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出する第
２の波長検出手段と、第１及び第２の波長検出手段によ
って得られる検出結果に基づいて、レーザ発振器から出
力されるレーザ光の波長と目標波長との関係を求める制
御手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、レーザ
装置に関し、特に、出力されるレーザ光の波長を制御す
ることができるレーザ装置に関する。さらに、そのよう
なレーザ装置を用いて波長を検出する、波長検出方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造用の縮小投影露光装置
（以下ステッパという）の光源として、エキシマレーザ
が使用されている。エキシマレーザ光を十分に透過し、
かつ均一性及び加工精度の得られるレンズ材料として
は、合成石英及び蛍石（フッ化カルシウム）しか使用で
きない。そのため、色収差補正をした縮小投影レンズの
設計は難しい。したがって、ステッパの光源として波長
の短いレーザ光を用いる場合には、色収差が無視できる
程度まで、レーザ光を狭帯域化する必要があり、しかも
この狭帯域化された出力レーザ光の波長を高精度に安定
化制御する必要がある。

【０００３】狭帯域化されたエキシマレーザの発振波長
の安定化は、レーザ出力光の一部を分光器へ入射させ、
エタロン又はグレーティングを用いて計測することによ
り行われてきた。日本国特許第２６３１５５３号公報に
は、エタロンとグレーティングを用いて発振波長の安定
化を図ったエキシマレーザ装置が開示されている。図２
０に、かかる装置の構成を示す。図２０において、レー
ザチャンバ１００内には、封入されたレーザガス等を放
電励起するための電極（図示せず）、レーザガスを還流
させるためのファン（図示せず）等が設けられている。
レーザチャンバ１００のフロント側にはウインド１０１
とフロントミラー１０３が配置されており、リア側には
ウインド１０２と狭帯域化部１３０とが配置されてい
る。狭帯域化部１３０は、リアミラーとして機能すると
共に出力レーザ光の狭帯域化を行うもので、例えばプリ
ズム等が配置されている。狭帯域化されたレーザ光は、
フロントミラー１０３を通って出力され、その一部が部
分反射ミラー１０４によって取り出される。取り出され
たレーザ光は、基準光源１０５から発生した基準光と共
に、モニタエタロン４３０及びグレーティング型分光器
４４０に導かれる。モニタエタロン４３０及びグレーテ
ィング型分光器４４０によって検出された波長を表すデ
ータが波長コントローラ１０８に出力され、このデータ
に基づき、ドライバ１０９を介して、狭帯域化部１３０
内に配置された波長選択素子の選択波長が制御される。

【０００４】図２１に、モニタエタロン４３０の具体例
を示す。図２１において、部分反射ミラー１０４（図２
０）によって分割されたレーザ光の一部は、拡散板４３
１で均一化され、部分反射ミラー４３２を通過し、ま
た、基準光源１０５から発生した基準光は部分反射ミラ
ー４３２によって反射して、これらはエタロン４３５の
方へ出射される。エタロン４３５を透過したレーザ光及
び基準光は、色消しレンズ４３４を通過し、干渉縞４３
７、４３８をそれぞれ形成する。ここで、レーザ光によ
る干渉縞４３７と、基準光による干渉縞４３８の位置を
センサ４３６によって検出することにより、基準光を基
準としたレーザ光の相対波長を検出し、波長の安定した
既知の基準光（例えば、水銀同位体ランプの出力光）の
波長からレーザ光の絶対波長を求めることができる。こ
のように、基準光の干渉縞の位置４３８とレーザ光の干
渉縞の位置４３７との差分からレーザ波長を計算すれ
ば、温度等によって変動する分光器の分光特性の変動分
を相殺することができる。

【０００５】図２２にグレーティング型分光器４４０の
具体例を示す。図２２において、基準光及び分割された
レーザ光の一部は、同一光路で入射光学系４５１に入射
し、ミラー４４３によって全反射され、凹面鏡４４２に
導かれ、凹面鏡４４２によって入射スリット４４４の位
置で集光させ、入射スリット４４４を通過する。入射ス
リット４４４を通過した光は、凹面鏡４４５によって平
行光に変換され、グレーティング４４６に入射する。グ
レーティング４４６によって反射回折した光は、波長に
よって回折角が異なる。この回折光は、凹面鏡４４７に
よって反射され、回折光の入射スリット像として焦点面
４５２に結像する。この焦点面にはそれぞれの波長に対
するそれぞれの回折光の入射スリット像４４８、４４９
が結像することになり、波長が変化すると入射スリット
像４４８、４４９の位置が変化する。そこで、この基準
光の回折光の入射スリット像４４８とレーザ光の入射ス
リット像４４９の位置を、光位置センサ４５０によって
それぞれ検出することにより、基準光を基準としたレー
ザ光の相対波長を検出し、レーザ光の絶対波長を検出す
ることができる。

【０００６】再び図２０を参照すると、このレーザ装置
は、エタロンを用いた狭い波長範囲を高分解能で分光す
るモニタエタロン４３０とグレーティングを用いて広い
波長範囲を低分解能で分光するグレーティング型分光器
４４０とを搭載している。レーザの目標発振波長λ_Tと
レーザの実際の発振波長λ_Lとの差Δλが大きい場合に
は、グレーティング型分光器４４０を用いてレーザ波長
を計測し、レーザの波長選択素子を制御して目標発振波
長へ近づけ、その差が十分に小さくなった時点でモニタ
エタロン４３０を用いてレーザ発振波長を高精度に検出
して目標発振波長へ更に近付ける制御を行う。即ち、レ
ーザの発振波長と目標発振波長との差が大きい場合と、
差が小さい場合とでモニタエタロン及びグレーティング
型分光器を使い分ける。

【０００７】ここで、エタロンのギャップをｄ、エタロ
ンギャップの空間の屈折率をｎ、波長λの光がエタロン
に入射する角度（垂直入射光軸からの傾斜角度）をθと
すると、（１）式が成り立つときに光は最大強度でエタ
ロンを透過し、波長λに応じた位置に集光する。 ｍ・λ＝２・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ …（１） （１）式中、ｍは次数と言われる整数である。ここで、
θ＝０のときの波長をλ ₀とすれば、（２）式が成り立
つ。 ｍ・λ₀＝２・ｎ・ｄ …（２） （１）式、（２）式から（３）式が得られる。 ｍ（λ₀−λ）＝２ｎｄ（１−ｃｏｓθ）＝４ｎｄ・ｓｉｎ²（θ／２） …（３） θ≒０ではｓｉｎθ≒θであるので、近似式として
（４）式が得られる。 ｍ（λ₀−λ）＝ｎ・ｄ・θ² …（４） 集光レンズの焦点距離をｆ、干渉縞半径をｒ（ｍ）とす
れば、ｒ（ｍ）＝ｆ・ｔａｎθ≒ｆθであるので、
（５）式が得られる。 λ＝λ₀−（ｎ・ｄ／(ｆ²・ｍ)）・（ｒ（ｍ））² …（５） ここで、波長基準となる光源の出力光波長をλ_S、レー
ザ光の波長をλ_L、それぞれの干渉縞半径をｒ（ｍ_S）、
ｒ（ｍ_L）、それぞれの次数をｍ_S、ｍ_Lとすると、
（６）式及び（７）式が得られる。 λ_S＝λ₀−（ｎ・ｄ／(ｆ²・ｍ_S)）・（ｒ（ｍ_S））² …（６） λ_L＝λ₀−（ｎ・ｄ／(ｆ²・ｍ_L)）・（ｒ（ｍ_L））² …（７） （６）式と（７）式から（８）式が得られる。 λ_L＝λ_S−（ｎ・ｄ／ｆ²）（（ｒ（ｍ_L））²／ｍ_L−（ｒ（ｍ_S））²／ｍ_S ） …（８） （８）式においてλ_S、ｎ、ｄ、ｆは既知の値であり、
干渉縞半径ｒ（ｍ_S）、ｒ（ｍ_L）は対応する次数ｍ_S、
ｍ_Lにおける実測値であるから、レーザ光の波長λ_Lを計
算することができる。

【０００８】ところで、（８）式においては、屈折率ｎ
を一定としたが、エタロンギャップ内の気体の分子数が
変化すると、その屈折率ｎの値が変動し、また、一般に
物質の屈折率は波長ごとに異なるので、エタロンギャッ
プの光学長ｎ・ｄは一定ではない。そこで、波長による
屈折率の変化を考慮した計算式を以下に求める。なお、
収差のためレンズの焦点距離ｆも波長により異なるの
で、レンズは色消し処理を施してあるものとする。

【０００９】レーザ波長をλ_L、基準光波長をλ_S、これ
らの各波長における屈折率をそれぞれｎ_L、ｎ_Sとすれ
ば、（６）式、（７）式はそれぞれ（６’）式、
（７’）式となる。 λ_S＝λ₀−（ｎ_S・ｄ／(ｆ²・ｍ_S)）・（ｒ（ｍ_S））² … （６’） λ_L＝λ₀−（ｎ_L・ｄ／(ｆ²・ｍ_L)）・（ｒ（ｍ_L））² … （７’） （６’）式と（７’）式から（８’）式が得られる。 λ_L＝λ_S−（ｄ／ｆ²）〔（ｎ_L・（ｒ（ｍ_L））²／ｍ_L） ＋（ｎ_S・（ｒ（ｍ_S））²／ｍ_S）〕…（８’ ） （８’）式を用いれば、レーザ光の波長をより正確に計
算することができる。

【００１０】しかしながら、熱によるエタロン材の伸縮
があるので、エタロンギャップｄは本来一定ではない。
ゼロデュア（登録商標）を用いてエタロンギャップｄを
ほぼ一定に保つ技術が開発されているので、（８’）式
においてはエタロンギャップｄを一定としていたが、実
際にはエタロンギャップｄの変動を無視できないことが
分かってきた。

【００１１】即ち、エタロンには、各波長のレーザ光を
高反射率で反射できるように多層の反射膜がコートされ
ている。これらの反射膜の材質は吸湿性を有するので、
エタロンが保管されたり設置される雰囲気中の湿度の影
響を受ける。エタロンの反射膜が含む水分量が変動する
と、反射膜の膜厚が変化したり、光学特性が変化し、
（８’）式中のエタロンギャップｄが時間と共に変化す
る。

【００１２】例えば、エタロンを用いた低分解能で広い
波長範囲を分光する第１の波長検出器と、エタロンを用
いた高分解能で狭い波長範囲を分光する第２の波長検出
器とを用いて、レーザ発振波長を目標発振波長に近付け
るような制御を行う場合には、（８’）に基づいてレー
ザ波長λ_Lを計算するとエタロンギャップｄの変動が加
味されない数値しか求めることができない。したがっ
て、この数値λ_Lを用いて、波長誤差Δλ＝λ_T−λ_Lが
小さくなるような制御を行っても、実際に波長誤差Δλ
が小さくなる制御が行われているとは限らない。図２０
に示すレーザ装置のように、第１の波長検出器としてグ
レーティングを含む波長検出器を用いた場合には、エタ
ロンのような問題は生じないが、第１の波長検出器によ
る制御の後、第２の波長検出器による制御に移行した時
点で、同様の問題が生じてくる。一方、エタロンを採用
せず、第１、第２の波長検出器にグレーティングを搭載
した場合には、光量が少ないため、パルス発振するエキ
シマレーザやフッ素分子レーザでは複数のパルスを分光
してラインセンサ検出結果を積分することが必要である
ので、パルスごとに波長を正確に制御することはできな
い。したがって、パルスごとに波長を制御するために
は、エタロンを採用する必要がある。

【００１３】（８’）式中のエタロンギャップｄは、エ
タロン製造後、保管中、及びレーザに搭載された後、周
囲の湿度等の影響を受けて変動するので、エタロンギャ
ップｄの変動値を計算によって補正することは極めて困
難である。また、エタロンの保管中や使用中の湿度等が
一定となるように管理することは、理論上は可能である
が、保管や輸送が煩雑になり、レーザ光の波長モニタも
複雑化し、コストアップにもつながる。そのため、エタ
ロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長計測
に影響を及ぼさないような波長計測手段を含むレーザ装
置の開発が求められていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決すべくなされたものであり、エタロンの経時変化
等による特性の変動が生じても波長計測に影響を及ぼさ
ず、正確な波長制御が行えるレーザ装置を提供すること
を目的とする。さらに、本発明は、そのようなレーザ装
置を用いて、波長を検出し、制御する方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の観点に係るレーザ装置は、レーザ発
振器と、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を
含み、第１の基準光源から出力される基準光の波長とレ
ーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出する
第１の波長検出手段と、第２の基準光源及びエタロン型
分光器を含み、第２の基準光源から出力される基準光の
波長とレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを
検出する第２の波長検出手段と、第１及び第２の波長検
出手段によって得られる検出結果に基づいて、レーザ発
振器から出力されるレーザ光の波長と目標波長との関係
を求める制御手段とを具備する。

【００１６】また、本発明の第２の観点に係るレーザ装
置は、レーザ発振器と、第１の基準光源及びグレーティ
ング型分光器を含み、第１の基準光源から出力される基
準光の波長とレーザ発振器から出力されるレーザ光の波
長とを検出する第１の波長検出手段と、エタロン型分光
器を含み、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長
を検出する第２の波長検出手段と、第１及び第２の波長
検出手段によって得られる検出結果に基づいて、レーザ
発振器から出力されるレーザ光の波長と目標波長との関
係を求める制御手段とを具備する。

【００１７】本発明の第１の観点に係る波長検出方法
は、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含む
第１の波長検出手段を用いて、第１の基準光源から出力
される基準光の波長とレーザ発振器から出力されるレー
ザ光の波長とを検出するステップ（ａ）と、第２の基準
光源及びエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を
用いて、第２の基準光源から出力される基準光の波長と
レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出す
るステップ（ｂ）と、ステップ（ａ）及びステップ
（ｂ）における検出結果に基づいて、レーザ発振器から
出力されるレーザ光の波長と目標波長との関係を求める
ステップ（ｃ）とを具備する。

【００１８】また、本発明の第２の観点に係る波長検出
方法は、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を
含む第１の波長検出手段を用いて、第１の基準光源から
出力される基準光の波長とレーザ発振器から出力される
レーザ光の波長とを検出するステップ（ａ）と、エタロ
ン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて、レーザ
発振器から出力されるレーザ光の波長を検出するステッ
プ（ｂ’）と、ステップ（ａ）及びステップ（ｂ’）に
おける検出結果に基づいて、レーザ発振器から出力され
るレーザ光の波長と目標波長との関係を求めるステップ
（ｃ）とを具備する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。なお、同一の構成要素につ
いては同一の参照番号を付して、これらの説明を省略す
る。

【００２０】図１に、本発明の第１の実施形態に係るレ
ーザ装置の構成を示す。図１において、レーザ装置は、
レーザ光を発生するレーザ共振器を備えている。レーザ
共振器のレーザチャンバ１内には、レーザ媒質として、
Ａｒ、Ｆ₂、Ｈｅ等のガスを含む混合ガスが数気圧で充
填されている。レーザチャンバ１には、放電用の一対の
電極（図示せず）が紙面と直交する方向に対向して配置
されており、電極間には、パルスパワーモジュール等の
高圧電源（図示せず）によってパルス状の高電圧が印加
される。レーザチャンバ１内にレーザ媒質を供給し、電
極間に高電圧を印加して放電を起こすと、レーザ媒質か
ら光が発生する。

【００２１】レーザチャンバ１のリア側とフロント側の
壁には、それぞれウインド２、３が、レーザチャンバ１
を貫く光軸と所定のブリュースタ角を為すように配置さ
れている。レーザチャンバ１のリア側には、リアミラー
として機能すると共に、出力レーザ光を狭帯域化する狭
帯域化部３０が配置されている。

【００２２】波長狭帯域化部３０によって狭帯域化され
たレーザ光は、ウインド２からレーザチャンバ１内に進
入し、増幅されたレーザ光がレーザチャンバ１からウイ
ンド３を通過し、レーザ共振器の外部に出力される。本
実施形態に係るレーザ装置は、第１の波長検出手段６０
の前段に、第２の波長検出手段５０を含んでいる。ウイ
ンド３から出射したレーザ光は、第２の波長検出手段５
０の方に出射する。

【００２３】第２の波長検出手段５０に入射したレーザ
光は、第２の波長検出手段５０内に配置されたビームス
プリッタ４によって第１の方向（図中右側）と第２の方
向（図中下側）とに分割される。ビームスプリッタ４を
第１の方向に通過したレーザ光は、ビームスプリッタ５
によって第１の方向（図中右側）と第３の方向（図中下
側）とに分割され、ビームスプリッタ５を第１の方向に
通過したレーザ光は、第１の波長検出手段６０の方向に
出射する。第１の波長検出手段６０に入射したレーザ光
は、第２の波長検出手段内に配置されたビームスプリッ
タ６によって第１の方向（図中右側）と第４の方向（図
中下側）とに分割され、ビームスプリッタ６を第１の方
向に通過したレーザ光は、レーザ装置の出力光として露
光器に入射する。

【００２４】一方、ビームスプリッタ４によって第２の
方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４の下
方に設置された部分反射ミラー７を透過してコースエタ
ロン型分光器１２に入射する。ビームスプリッタ５によ
って第３の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリ
ッタ５の下方に配置された部分反射ミラー８を透過して
ファインエタロン型分光器１３に入射する。また、第２
の基準光源１０から発生した第２の基準光は、その一部
が部分反射ミラー７によって反射されてコースエタロン
型分光器１２に入射し、残りの基準光は部分反射ミラー
７を通過して部分反射ミラー８によって反射され、ファ
インエタロン型分光器１３に入射する。

【００２５】ビームスプリッタ６によって第４の方向に
反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ６の下方に配
置された部分反射ミラー９を透過してグレーティング型
分光器１４に入射する。また、第１の基準光源１１から
発生した第１の基準光は、部分反射ミラー９によって反
射されてグレーティング型分光器１４に入射する。

【００２６】第１の波長検出手段６０内に配置されたグ
レーティング型分光器１４によって検出された結果と、
第２の波長検出手段５０内に配置されたコースエタロン
型分光器１２及びファインエタロン型分光器１３によっ
て検出された結果は、波長コントローラ１５に出力さ
れ、ドライバ１６を介して狭帯域化部３０内に配置され
た波長選択素子の制御が行われる。

【００２７】以下に、図１に示すレーザ装置を用いて波
長を検出し、制御する方法の原理を説明する。レーザ光
の発振開始後、まず、第１の基準光源１１から発生した
基準光と、レーザ発振器から発生したレーザ光とを第１
の波長検出手段６０を用いて分光し、基準光とレーザ光
がラインセンサ上に集光する位置の差からレーザ光の波
長λ_Lを計算する。但し、グレーティング型分光器１４
は光量損失が大きいので、複数のパルスレーザ光の積分
値によって波長を検知する。

【００２８】ここではグレーティングを用いるので、エ
タロンを用いた場合に生じる反射膜特性変動の影響は無
く、レーザ光の波長λ_Lの正確な値（絶対波長）が得ら
れる。なお、レーザ光の波長λ_Lが目標発振波長λ_Tから
大きく外れていた場合には、狭帯域化部内に配置された
波長選択素子を制御することにより、レーザ光の波長λ
_Lを目標発振波長λ_Tに近付ける。レーザ光の波長λ_Lと
目標発振波長λ_Tとの差が小さくなると、第２の波長検
出手段内に配置されたエタロンへ波長λ_Tの光が入射し
たときにラインセンサ上に形成される干渉縞と、波長λ
_Lの光を入射したときにラインセンサ上に形成される干
渉縞とは、同一次数で隣り合う位置になる。したがっ
て、波長選択素子を制御することによって２つの干渉縞
を一致させれば、レーザ光の波長λ_Lを目標発振波長λ_T
に確実に近付けることができる。

【００２９】つまり、レーザ光を第２の波長検出手段へ
入射させたときにラインセンサ上に形成される干渉縞の
位置Ｐｓを波長λ_Sとして記憶する。この干渉縞の位置
Ｐｓを基準としてレーザ光の目標発振波長λ_Tに該当す
るラインセンサ上の位置を求め、波長選択素子を制御す
ることにより、レーザ光の形成する干渉縞が位置Ｐｓに
近付くようにすればよい。また、位置Ｐｓはエタロンの
様々な特性変化を反映した値であるから、たとえエタロ
ン特性が変化したとしても、レーザ光の波長λ _Lを目標
発振波長λ_Tへ近付けるための制御において誤差は少な
くなる。また、エタロンを用いるので、レーザのパルス
発振ごとに波長を検知して波長制御を行うようにフィー
ドバックすることができる。

【００３０】なお、図１に示すレーザ装置を用いれば、
露光装置へレーザ光を出力しつつ、レーザ光の波長の校
正を行うことができる。

【００３１】図２に、第１の波長検出手段の具体例の構
成を示す。図２において、発生したレーザ光を分割する
ビームスプリッタ７１と、全反射ミラー７２とが配置さ
れ、全反射ミラー７２の上方に部分反射ミラー７３が配
置されていて、全反射ミラー７２で反射されたレーザ光
は部分反射ミラー７３を通過してグレーティング型分光
器６９の方へ導かれる。また、第１の基準光源７４とし
てのＰｔランプから発生した第１の基準光は、干渉フィ
ルタ７５及びレンズ７５’、シャッタ７６を通過して部
分反射ミラー７３に入射し、反射して第１の波長検出手
段の方へ出射する。レンズ７５’は基準光源７４の光を
集光して効率良く分光器６９に入射させる。グレーティ
ング型分光器６９は、内部全体の温度調節が可能なよう
に全体が筐体で覆われており、グレーティング型分光器
への入り口部には、スリット６７が配置されている。ス
リット６７を通過したレーザ光及び第１の基準光は、３
個の全反射ミラー、すなわちミラー６６、ミラー６５、
ミラー６４によって全反射した後、レンズ６３によって
平行光となり、グレーティング６２に入射する。次い
で、グレーティング６２によって分光されたレーザ光と
第１の基準光はレンズ６３を通過し、ミラー６４、ミラ
ー６５、ミラー６６によって反射した後、ＣＣＤ６８に
入射する。なお、ビームスプリッタ７１は、移動ステー
ジ（図示せず）上に配置されており、レーザ光の光路を
クローズにするときには実線で示した位置に配置され、
レーザ光の光路をオープンにするときには破線で示した
位置に配置される。

【００３２】ここで、ミラーに誘電体多層膜を設けたも
のを使用して、干渉フィルタ７５の代替とすることがで
きることを以下に説明する。Ｐｔランプは、紫外光のみ
だけでなく可視光も発生する。また、グレーティング分
光器からの回折光に関し、異なる波長でも回折次数と波
長の積が同一なら、回折角は同一となる。例えば、波長
λ１で回折次数ｍ１と、波長λ２で回折次数ｍ２とが、
式ｍ１×λ１＝ｍ２×λ２の関係を満たせば、λ１とλ
２のスペクトルは同じ位置に回折されて識別することが
できない。したがって、Ｐｔランプの１９３ｎｍ近傍の
発光線のみを取り出す必要がある。そのために、波長バ
ンドパス特性を持つ干渉フィルタを用いてもよいが、透
過率が非常に小さく、例えば、１９３ｎｍの領域で半値
幅±２０ｎｍの領域のみを透過するフィルタの透過率は
１５％である。このため検出されるスペクトル強度が小
さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下し、波長検出精度を悪化させ
る。

【００３３】これを改善するために、干渉フィルタを用
いず、図２におけるミラー６４及びミラー６５として、
波長１９３ｎｍ近傍で光反射率の高い誘電体多層膜ミラ
ーを使用することができる。例えば、図３（ａ）に示す
ような分光反射率特性を持つミラーをミラー６４および
ミラー６５に使用すると、光は、グレーティング分光器
に入射した後、多層膜ミラーによって合計４回反射され
ることになる。このため、分光反射率特性は図３（ｂ）
に示すようになり、波長１９３ｎｍにおける反射率が９
０％以上で、それ以外の波長ではほぼ０％に近い。した
がって、結果として、半値幅±７ｎｍで透過率が９０％
以上のフィルタ機能が実現されることになり、干渉フィ
ルタよりも性能の非常に優れたものとなる。

【００３４】グレーティング型分光器６９は、密閉構造
にすることが好ましい。このような構成にすれば、検出
されるスペクトルの波形は、グレーティング型分光器内
の気体の流れによる撹乱、屈折率変動および屈折率分布
による影響を受けにくくすることができる。また、この
密閉構造の筐体全体を一定温度に調節保持することによ
り、外気温度の変化による機械部品および筐体の熱膨張
による分光器性能の変化を防止して、安定性の良い波長
測定を行うことができる。

【００３５】次に、本発明の第１の実施形態に係るレー
ザ装置を用いて波長を検出、制御する方法について説明
する。図４〜図８は、波長を検出して制御するための方
法の一例を示すフローチャートである。本実施形態にお
ける波長検出について、ＡｒＦエキシマレーザ、及び第
１の基準光源としてＮｅ封入Ｐｔ（白金）ランプを用い
た場合を例にとり具体的に説明する。半導体露光用の狭
帯域化されたＡｒＦエキシマレーザの目標発振中心波長
は、約１９３．３６８ｎｍ±０．１ｎｍである。一方、
Ｎｅ封入Ｐｔランプは、波長１９３ｎｍの近傍に複数の
発振線を有し、ここではＰｔの波長Ｐｔ１＝１９３．４
３６９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００３４５
ｎｍを基準波長として用いる。

【００３６】図４において、まず、ガス交換した後であ
るか、又はレーザ装置の運転を開始してから所定時間
（Ｔ₁）が経過した後であるかを判断する。ガス交換し
た後、又は所定時間が経過した後のいずれかに該当する
場合には、第１の波長検出手段（グレーティング型分光
器＋第１の基準光源）による波長検出サブルーチン（図
５及び図６）に移行する。すなわち、ガス交換するたび
に、また、所定時間経過するたびに、グレーティング分
光器を用いた第１の波長検出手段によって、目標発振波
長との間に大きなずれが生じていないか判断する。所定
時間（Ｔ₁）は、例えば１週間〜１ヶ月である。上記場
合に該当しないときには、第２の波長検出手段（コース
＆ファインエタロン＋第２の基準光源）による波長検出
サブルーチン（図７）に移行する。

【００３７】以下に、第１の波長検出手段による波長検
出サブルーチンについて説明する。グレーティング分光
器を含む第１の波長検出手段による波長検出サブルーチ
ンのフローチャートを図５及び図６に示す。図５に示す
ように、第１の波長検出手段による波長検出サブルーチ
ンが開始されると、まず、ステップＳ２１において、ヒ
ータに電流を供給して第１の波長検出手段を加熱し、温
度コントロールを開始する。これにより、波長検出を開
始する際に、第１の波長検出手段を加熱して所定の温度
範囲内になるようにする。そのようにする理由は、第１
の波長検出手段の近傍にはレーザチャンバを始めとする
熱源が存在するので、第１の波長検出手段が加熱されて
分光特性が変動するのを防ぐために、予め波長検出手段
自体の温度を上げておく必要があるからである。

【００３８】ステップＳ２２において、第１の波長検出
手段が所定の温度範囲内であるか判断し、所定の温度範
囲内にない場合には、第１の波長検出手段の温度が所定
の温度範囲内となるように安定するまで待ってから、ス
テップＳ２３へ移行する。第１の波長検出手段が所定の
温度範囲内に該当する場合には、ステップＳ２３におい
て、第１の基準光源（Ｐｔランプ）のシャッタを閉じ
る。

【００３９】次に、ステップＳ２４において、過去の発
光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか否か
を判断し、寿命に達している場合にはエラー信号を発し
て、第１の基準光源のランプを交換する。第１の基準光
源がまだ寿命に達していない場合には、ステップＳ２５
において、第１の基準光源の電源を入れる。ステップＳ
２６において、第１の基準光源の電源を入れてから発光
が安定するまでの所定時間が経過したか判断する。所定
時間に達していない場合にはステップＳ２６を繰り返
す。第１の基準光源の電源を入れてから所定時間が経過
した場合には、ステップＳ２７において、シャッターを
閉じたままで、ＣＣＤラインセンサの出力を検出する。
これはバックグラウンドノイズを計測して、後のステッ
プにおいて検出する光信号からノイズを除去するためで
ある。次いで、ステップＳ２８において、第１の基準光
源のシャッタを開き、ステップＳ２９において、第１の
基準光源から出力される基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）のスペク
トルを計測し、基準光の分光データを記憶する。

【００４０】基準光はスリットを通過し、各ミラーで反
射して焦点距離８２０ｍｍのレンズでコリメートされ、
グレーティング（溝線数９４本／ｍｍ、ブレーズ角８０
度）で回折される。回折した光は逆の光路をたどって、
再び各ミラーで反射してＣＣＤラインセンサ（センサ画
素サイズ２４ミクロン）に入射する。ＣＣＤラインセン
サは、例えば１０２４チャンネルのＣＣＤ素子を羅列し
た受光素子であって、各チャンネルが分光された光の波
長に対応するため、Ｐｔの波長Ｐｔ１＝１９３．４３６
９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００３４５ｎｍ
のそれぞれに対応するＣＣＤ素子が強い光強度を検知す
る。Ｐｔランプの発光強度は小さいため、ラインセンサ
による受光はある程度の時間行い、受光強度を積分し平
均処理してスペクトルを計測する。

【００４１】その後、図６に示すように、第１の基準光
源のシャッタを閉じて（ステップＳ３０）、第１の基準
光源の電源を切り（ステップＳ３１）、第１の基準光源
を点灯していた時間を記憶し、過去の点灯時間に加算す
る（ステップＳ３２）。ステップＳ３３において、レー
ザ光をサンプリングするために移動ステージを用いてビ
ームスプリッタを実線位置に移動してレーザ光の光路を
クローズにする。次に、ステップＳ３４において、エキ
シマレーザの発振を開始し、レーザ光を波長検出手段内
へ入射させ、グレーティング型分光器を用いてレーザ光
のスペクトルを計測する（ステップＳ３５）。その後、
移動ステージを用いてビームスプリッタ破線位置へ移動
してレーザ光の光路をオープンにする（ステップＳ３
６）。基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）の分光データを用いて、レ
ーザ光の絶対波長λ_Aを計算する（ステップＳ３７）。
レーザ光の絶対波長の求め方を図８に示す。

【００４２】図８に示すように、ステップＳ５１におい
て、まず基準光及びレーザ光の分光データから、それぞ
れバックグラウンド計測データを差し引いてノイズ成分
を除去する。すなわち、バックグラウンド計測データを
ＢＧ（ｘ）、Ｐｔランプのスペクトル計測データをＰ
ｔ’（ｘ）、エキシマレーザのスペクトル計測データを
Ｅｘ’（ｘ）で表すと、ＰｔランプのスペクトルはＰｔ
（ｘ）＝Ｐｔ’（ｘ）−ＢＧ（ｘ）、レーザ光のスペク
トルはＥｘ（ｘ）＝Ｅｘ’（ｘ）−ＢＧ（ｘ）で求めら
れる。ここでｘはＣＣＤ素子のｃｈ番号１〜１０２４を
表す。

【００４３】次いでステップＳ５２において、Ｐｔ（波
長Ｐｔ１）の検出範囲内でピーク位置（受光強度が最大
の位置）を検出し、そのピーク位置が193.43690nm±Δ
λ_Ptの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ５
３）。ここで、Δλ_Ptは、ピーク位置の誤差の許容範囲
を表し、例えば５ｐｍ程度に設定しておく。検出したＰ
ｔのピーク位置が上記範囲外である場合には、分光器が
正常に動作していないかランプに異常が生じているもの
として、エラー信号を発生する。ピーク位置が所定の範
囲内である場合には、ステップＳ５４において、２次関
数補間演算によりピーク位置Ｘ１を計算する。次に、Ｎ
ｅ（波長Ｐｔ２）の検出範囲内でピーク位置（受光強度
が最大の位置）をサーチして、そのピーク位置が１９
３．００３４５ｎｍ±Δλ_Neの範囲内にあるか否かを判
定する。ここで、Δλ_Neは、ピーク位置の誤差の許容範
囲を表し、例えば５ｐｍ程度に設定しておく。検出した
Ｎｅのピーク位置が上記範囲外である場合には、分光器
が正常に動作していないかランプに異常が生じているも
のとして、エラー信号を発生する。ピーク位置が上記範
囲内にある場合には、ステップＳ５７において、２次関
数補間演算によりピーク位置Ｘ２を計算する。なお、ス
テップＳ５４及びステップＳ５７においてピーク位置の
計算をより精度よく行うためには、ピーク位置近傍のデ
ータを使用して２次関数補間演算、３次関数補間演算等
の補間演算を適宜選択して行うことが好ましい。

【００４４】次に、レーザ波長Ｅｘについても同様の手
順でピーク位置を計算する。ステップＳ５８において、
レーザ光のピーク位置を検出し、ステップＳ５９におい
て、ピーク位置が所定の範囲内にあるか判断する。検出
したピーク位置が所定の範囲内である場合には、ステッ
プＳ６０において、例えば２次関数補間演算を用いてピ
ーク位置Ｘ_Exを計算する。

【００４５】ステップＳ６１において、計算して得られ
た各ピーク位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ_Ex）から、下記に示す
式を用いて、レーザの実際の発振波長（絶対波長）λ_Ex
（＝λ_A）求める。

【数１】

【００４６】ここで、β０はＣＣＤの中心位置（座標原
点）に回折光が戻る場合のグレーティング分光器の出射
角であり、β１、β２は基準光源から発生した基準光の
波長がそれぞれλ１、λ２の場合のグレーティング分光
器の出射角、β_Exはエキシマレーザの場合のグレーティ
ング分光器の出射角である。また、Ｘ１、Ｘ２は、基準
光の波長λ１、λ２のそれぞれのスペクトルがＣＣＤ上
に結像する位置の、ＣＣＤ中心位置からの距離、Ｘ_Exは
エキシマレーザのスペクトルがＣＣＤ上に結像する位置
の、ＣＣＤ中心位置からの距離、ｆはレンズの焦点距離
を表す。

【００４７】図９を用いて具体的に説明すると、基準光
（波長λ１）はグレーティングによって出射角β１で出
射され、ＣＣＤ中心位置からＸ１の距離の位置に結像す
る。同様に、基準光（波長λ２）はグレーティングによ
って出射角β２で出射され、ＣＣＤ中心位置からＸ２の
距離の位置に結像し、エキシマレーザ光はグレーティン
グによって出射角β_Exで出射され、ＣＣＤ中心位置から
Ｘ_Exの距離のところに結像する。図１０に、ＣＣＤ上に
結像したＰｔランプの基準光及びエキシマレーザ光の位
置とセンサ出力との関係を示す。

【００４８】再び図６を参照すると、ステップＳ３８に
おいて、第２の基準光源を用いてコースエタロンとファ
インエタロンの干渉縞を検出する。一般に、粗い測定を
行う場合にはコースエタロン型分光器が使用され、細か
い測定を行う場合にはファインエタロン型分光器が使用
される。ステップＳ３９において、エキシマレーザによ
る干渉縞を検出し、ステップＳ４０において、第２の基
準光源及びエキシマレーザによる干渉縞からエキシマレ
ーザの波長λ_Eを計算した後、ステップＳ４１におい
て、式Δλ_A＝λ_E−λ_Aを用いてΔλ_Aを計算する。

【００４９】以下に、第２の波長検出手段による波長検
出サブルーチンについて説明する。図７に示すように、
第２の波長検出手段による波長検出サブルーチンが開始
されると、ステップＳ１１において、第２の基準光源を
点灯し、ステップＳ１２において、基準光源の発光が安
定したか判断し、安定していない場合にはステップＳ１
１を安定するまで繰り返す。基準光源の発光が安定した
ら、第２の基準光によるコースエタロンの干渉縞又はフ
ァインエタロンの干渉縞の検出を行う（ステップＳ１
３）。次にエキシマレーザの発振を行い（ステップＳ１
４）、発振しない場合には発振するまでステップＳ１３
〜Ｓ１４を繰り返す。発振した後は、ステップＳ１５に
おいてエキシマレーザによる干渉縞を検出する。次に、
ステップＳ１６において、第２の基準光及びレーザ光に
よる干渉縞を用いて、レーザ光の波長λ_Eを計算する。
ステップＳ１７において、Δλ＝λ_T−λ_Eの計算を行
い、ステップＳ１８において波長コントローラの目標発
振波長を（Δλ＋Δλ_A）だけシフトさせる。その後、
ステップＳ１４〜Ｓ１８の操作を繰り返す。

【００５０】ここではＰｔランプの発振線１９３．００
３４５ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み合わせを使用
する場合を記載したが、これ以外に１９３．００３４５
ｎｍと１９３．２２４３３ｎｍの組み合わせ、１９３．
２２４３３ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み合わせ、
１９３．７４２４５ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み
合わせを用いて波長を検出しても良い。また、Ｐｔラン
プ以外にＡｓランプの１９３．７５９ｎｍと１９３．０
０３４５ｎｍの輝線を使用しても良い。

【００５１】以上の操作において、第１の波長検出手段
によってレーザ光を分光する時間と同一時刻に第２の波
長検出手段によってラインセンサ上に形成された干渉縞
の位置を計測し、その位置を第１の波長検出手段によっ
て求められた絶対波長の値で校正すれば、様々な要因に
よりエタロンの特性が変化したとしても正しい絶対波長
に再校正することができる。なお、エタロンの特性変化
は時間的に非常に緩やかに変化する現象であり、レーザ
光の波長制御に悪影響を及ぼすようなレベルは数ヶ月間
以上かかる。したがって、そのようなレベルに達する前
に、例えば数週間から1ヶ月ごとに、第２の波長検出手
段を用いて再校正する作業を実施すればよい。

【００５２】本発明においては、レーザ光のスペクトル
と、基準光源のスペクトルとを同時に計測することもで
きる。第１の実施形態に係る波長検出、制御方法におい
ては、まず第１の基準光源であるＰｔランプのスペクト
ルを計測し、次にエキシマランプレーザ光のスペクトル
を計測したが、これは同時にＰｔランプのスペクトルと
レーザ光のスペクトルとを計測すると、レーザ光の波長
がＰｔランプの発光線と一致する場合には計測できなく
なるためである。ところが、計測可能なレーザ光の波長
領域をＰｔランプの発光線以外の部分のみに限定すれ
ば、Ｐｔランプのスペクトルとエキシマレーザ光のスペ
クトルとを同時に計測することができる。この方法によ
れば、Ｐｔランプのスペクトルとレーザ光のスペクトル
とを計測する計測時間のずれによる分光器性能の変動の
影響を避けることができる。

【００５３】以下に、第１の波長検出手段において、グ
レーティングによる波長の検出と、第１の基準光の波長
の計測とを同時に行う本発明の第２の実施形態について
説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る波
長検出方法を説明するためのフローチャートである。第
１の波長検出手段による波長検出を開始する際に、ステ
ップＳ１２０において、ヒータに電流を供給して第１の
波長検出手段を加熱し、温度コントロールを開始する。
ステップＳ１２１において、第１の波長検出手段が所定
の温度範囲内にあるか判断し、所定の温度範囲内にない
場合には、所定の温度範囲内となるように安定するまで
待ってから、ステップＳ１２２へ移行する。第１の波長
検出手段が所定の温度範囲内である場合には、ステップ
１２２において、第１の基準光源のシャッタを閉じる。

【００５４】次に、ステップＳ１２３において、過去の
発光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか判
断し、寿命に達していない場合には、第２の基準光源の
電源を入れる（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２５
において、第１の基準光源の電源を入れてから発光が安
定するまでの所定時間が経過したか判断する。所定時間
に満たない場合には所定時間が超えるまでステップＳ１
２５を繰り返して待つ。所定時間を超えた場合には、バ
ックグラウンドを計測しておく（ステップＳ１２６）。
ステップＳ１２７において、第１の基準光源のシャッタ
を開き、ビームスプリッタを移動して光路をクローズに
する（ステップＳ１２８）。

【００５５】ステップＳ１２９において、エキシマレー
ザ光の目標発振波長が波長測定範囲内にあるか判定し、
測定範囲内にない場合、例えば図１３（ｂ）に示すよう
な場合には、エキシマレーザの発振波長を測定範囲内に
移動させる（ステップＳ１３０）。例えば図１３（ａ）
に示すように測定範囲内にある場合には、ステップＳ１
３１において、エキシマレーザを発振させ、ステップＳ
１３２において、グレーティング型分光器を用いて、第
１の基準光源とエキシマレーザ光のスペクトルとを同時
に計測する。その後、第１の基準光源のシャッタを閉じ
て（ステップＳ１３３）、第１の基準光源の電源を切る
（ステップＳ１３４）。ステップＳ１３５において、第
１の基準光源の点灯時間を加算し、ビームスプリッタを
移動して光路をオープンにする（ステップＳ１３６）。

【００５６】ステップＳ１３７において、レーザ光の絶
対波長λ_Aを求め、ステップＳ１３８において、第２の
基準光源によるコースエタロンとファインエタロンの干
渉縞を検出する。次に、ステップＳ１３９において、エ
キシマレーザ光による干渉縞を検出する。ステップＳ１
４０において、第２の基準光及びエキシマレーザ光によ
る干渉縞を求めて、これからエキシマレーザの発振波長
λ_Eを計算により求める。その後、式Δλ_A＝λ_E−λ_Aか
らΔλ_Aを求める。

【００５７】次に、本発明の第３の実施形態に係る波長
検出方法について説明する。図１４及び図１５は、第３
の実施形態に係る波長検出、制御方法を示すフローチャ
ートである。ここでは、基準光（波長Ｐｔ１）と同一波
長にエキシマレーザ光の波長を移動させて、波長を校正
する。

【００５８】まず、ステップＳ６１において、ヒータへ
電流を供給し、第１の波長検出手段を加熱して所定の温
度範囲内となるようにする。ステップＳ６２において、
第１の波長検出手段が所定の温度範囲内であるか判断
し、所定の温度範囲内にない場合には、第１の波長検出
手段が所定の温度範囲内となるように安定するまで待っ
てから、ステップＳ６３へ移行する。第１の波長検出手
段が所定の温度範囲内に該当する場合には、ステップＳ
６３において、第１の基準光源のシャッタを閉じる。

【００５９】次に、ステップＳ６４において、過去の発
光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか判断
し、寿命に達している場合には基準光源のランプを交換
する。寿命に達していない場合には、ステップＳ６５に
おいて、第１の基準光源の電源を入れる。ステップＳ６
６において、第１の基準光源の電源を入れてから所定時
間経過したか判断し、経過していない場合には、ステッ
プＳ６６の操作を繰り返して、所定時間が経過するまで
待つ。第１の基準光源の電源を入れてから所定時間経過
した場合には、ステップＳ６７において、第１の波長検
出手段を用いて、レーザ光の波長を第１の基準光源のＰ
ｔランプの輝線（波長Ｐｔ１）と同一の波長１９３．４
３６９０ｎｍとなるように調節する。

【００６０】次に、ステップＳ６８において、シヤッタ
ーを閉じたままで、ＣＣＤラインセンサの出力を検出し
てバックグラウンドノイズを計測する（ステップＳ６
８）。ステップＳ６９において、第１の基準光源のシャ
ッタを開き、ステップＳ７０において、第１の基準光源
から出力される基準光のスペクトルを計測し、基準光の
分光データを記憶する。Ｐｔ及びＮｅの光はスリットを
通過し、各ミラーで反射してグレーティング分光器で回
折される。回折した光は逆の光路をたどって、再び各ミ
ラーで反射してＣＣＤラインセンサへ入射する。ＣＣＤ
ラインセンサは、例えば１０２４チャンネルのＣＣＤ素
子を羅列した受光素子であって、各チャンネルが分光さ
れた光の波長に対応するため、Ｐｔの波長Ｐｔ１＝１９
３．４３６９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００
３４５ｎｍのそれぞれに対応するＣＣＤ素子が強い光強
度を検知する。なお、Ｐｔランプの発光強度は小さいた
め、ラインセンサによる受光はある程度の時間行い、受
光強度を積分し平均処理してスペクトルを計測する。計
測が終ったら第１の基準光源のシャッタを閉じて（ステ
ップＳ７１）、第１の基準光源の電源を切る。また、第
１の基準光源の点灯時間を記憶する。

【００６１】その後、ビームスプリッタ（ＢＳ）の移動
ステージを実線位置へ移動して光路をクローズにして
（ステップＳ７２）、レーザ光をグレーティング型分光
器内へ入射させる。図１５のステップＳ７３において、
グレーティング型分光器によってレーザ光のスペクトル
を計測した後、光路をオープンにする（ステップＳ７
４）。ステップＳ７５において、基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）
の分光データを用いて、図８に示すフローチャートに基
づいてレーザ光の絶対波長λ_Aを求める。得られたレー
ザ光の波長λ_Aと、レーザ光の現在の設定波長１９３．
４３６９０ｎｍ（Ｐｔ１）との誤差を計算し（ステップ
Ｓ７６）、その値が所定の範囲（たとえば０．０１ｐｍ
以内）か否か判断し（ステップＳ７７）、誤差が所定の
範囲を越えている場合には、再度その分だけレーザの発
振波長を変化させる（ステップＳ７８）。その後、ステ
ップＳ６９へ戻り、ステップＳ６９〜ステップＳ７７の
操作を所定の誤差以下になるまで繰り返す。

【００６２】所定の誤差以下になったら、第１の基準光
源の電源を切り（ステップＳ７９）、第１の基準光源の
点灯時間を加算し（ステップＳ８０）、モニタモジュー
ルによって波長を補正する。すなわち、設定波長が１９
３．４３６９０ｎｍとなるように、第１の波長検出手段
を校正する。ここでは、レーザの発振波長をＰｔランプ
の発光線（波長Ｐｔ１）と同一の波長１９３．４３６９
０ｎｍに設定したが、それ以外の波長に設定しても良
い。

【００６３】次に、本発明の第２の実施形態に係るレー
ザ装置について説明する。図１６に、本発明に係る第２
の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。図１６にお
いて、波長狭帯域化部３１によって狭帯域化されたレー
ザ光は、ウインド２からレーザチャンバ１内に進入し、
増幅されたレーザ光がレーザチャンバ１からウインド３
を通過し、レーザ共振器の外部に出力される。ウインド
３から出射したレーザ光は、第２の波長検出手段５１の
方へ出射される。

【００６４】ウインド３から出射したレーザ光は、第２
の波長検出手段５１内に配置されたビームスプリッタ７
１によって第１の方向（図中右側）と第２の方向（図中
下側）とに分割される。ビームスプリッタ７１を第１の
方向に通過したレーザ光は、ビームスプリッタ６によっ
て第１の方向（図中右側）と第３の方向（図中下側）と
に分割され、ビームスプリッタ６を第１の方向に通過し
たレーザ光は、レーザ装置の出力光として露光器に入射
する。ここで、第２の波長検出手段５１は、ファインエ
タロン型分光器のみを含み、コースエタロン型分光器は
含まない。したがって、ビームスプリッタ７１によって
第２の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ
７１の下方に配置されたファインエタロン型分光器７２
に入射する。また、ビームスプリッタ６によって第３の
方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ６の下
方に配置された部分反射ミラー９を透過して、部分反射
ミラー９によって反射された第１の基準光と共にグレー
ティング型分光器１４に入射する。

【００６５】以下に図１６に示すレーザ装置を用いて、
波長検出、制御を行う方法について説明する。ただし、
グレーティング型分光器１４としては、図１に示すもの
と同一の構成のものを使用し、ファインエタロン型分光
器７２においては、ＦＳＲが通常の１０ｐｍよりも小さ
い２ｐｍのエタロンと、焦点距離が３００ｍｍのレンズ
を使用し、ＣＣＤセンサとしては、画素サイズが２５ミ
クロン、画素数が５１２ｃｈのものを使用した。本実施
形態によれば、図１に示すレーザ装置において使用する
エタロンのＦＳＲよりも小さい値のものを使用すること
が可能となるので、高分解能に優れた波長検出を行うこ
とができるというメリットがある。

【００６６】図１７〜図１９に、本発明の第４の実施形
態に係る波長検出方法のフローチャートを示す。ここで
は、１パルスごとにファインエタロン型分光器を用いて
波長検出を行い、数パルス（Ｎ個）ごとにグレーティン
グ型分光器を用いて波長検出を行う。図１７に示すよう
に、まず、ステップＳ９１において、カウンタをリセッ
トする。次にファインエタロン型分光器による波長計測
サブルーチン（図１８）を開始する（ステップＳ９
２）。図１８に示すように、ステップＳ１０１におい
て、エキシマレーザによる干渉縞を検出し、現在の干渉
縞の位置と前回の干渉縞の位置Ｘ_Aとを比較して波長位
置の移動量を求め、これから、現在の波長λ_Nを算出す
る（ステップＳ１０２）。次に、ステップＳ１０３にお
いて、ターゲットとする目標発振波長λ_Tを求め、目標
発振波長との差Δλ＝λ_T−λ_Nを計算する。次に波長コ
ントローラの制御波長をΔλだけ変更する。

【００６７】再び図１７を参照すると、ステップＳ９３
において、干渉縞の位置Ｘｉを保存する。ステップＳ９
４において、グレーティング型分光器の露光を開始し、
カウント数を１つ増加させる（ステップＳ９５）。次
に、カウント数Ｃｎｔが所定のカウント数Ｎを超えたか
否か判断し（ステップＳ９６）、所定のカウント数を超
えていない場合にはステップＳ９２に戻り、ステップＳ
９２からＳ９６の操作を繰り返す。カウント数が所定の
カウント数を超えた場合には、グレーティング型分光器
の露光を停止し（ステップＳ９７）、干渉縞の位置Ｘｉ
（ｉ＝０、…、Ｎ−１）から平均的な位置Ｘ_Aを計算に
より求める。

【００６８】次に、ステップＳ９９において、グレーテ
ィング型分光器及び第１の基準光源による波長計測サブ
ルーチンを開始する。図１９に示すように、ステップＳ
１１１において、露光されたスペクトル波形から、エキ
シマレーザ光のスペクトル部分及び第１の基準光源から
出力される基準光のスペクトル部分を切り出す。次に、
ステップＳ１１２において、レーザ光の絶対波長λ_Aを
計算し、ステップＳ１１３において、目標発振波長λ_T
との差Δλ＝λ_T−λ_Aを計算する。ステップＳ１１４に
おいて、波長コントローラの制御波長をΔλだけ変更す
る。再び図１７を参照すると、ステップＳ１００におい
て、干渉縞の位置Ｘ_Aに相当する波長を絶対波長λ_Aとす
る。これにより、グレーティング型分光器によって測定
した基準光の絶対波長を基準としながら、レーザ光の波
長をパルスごとに制御することが可能となる。

【００６９】ところで、図１又は図１６に示すレーザ装
置を使用して、第１の波長検出手段が正常に機能してい
るか否かを判断することもできる。すなわち、第１の基
準光源（Ｐｔランプ）の波長として、既知の３つの発光
線を用い、この内の２つを基準波長とし、もう１つをエ
キシマレーザ光の波長とみなして計測を実施する。計測
された波長がＰｔランプの波長と同一であれば、第１の
波長検出手段が正常に機能していると判断することがで
きる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エタロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長
検出に影響を及ぼさず、正確な波長制御が行えるレーザ
装置を提供することができる。さらに、そのようなレー
ザ装置を用い波長を検出、制御する方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明のレーザ装置に用いられるグレーティン
グを含む波長検出手段の構成を示す図である。

【図３】（ａ）は誘電多層膜を形成したミラーの分光反
射率と波長との関係を示す図であり、（ｂ）は誘電多層
膜を形成したミラーによって４回反射された場合の分光
反射率と波長との関係を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法を
示すフローチャートである。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法に
おいて、第１の波長検出手段による波長検出方法（前
半）を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法に
おいて、第１の波長検出手段による波長検出方法（後
半）を示すフローチャートである。

【図７】本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法に
おいて、第２の波長検出手段による波長検出方法を示す
フローチャートである。

【図８】本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法に
おいて、絶対波長を求める方法を示すフローチャートで
ある。

【図９】グレーティングとこれにより回折されＣＣＤセ
ンサ上に結像したレーザ光と基準光の像を示す図であ
る。

【図１０】ＣＣＤセンサ上に結像した基準光とレーザ光
の位置の関係を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る波長検出方法
（前半）を示すフローチャートである。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係る波長検出方法
（後半）を示すフローチャートである。

【図１３】（ａ）は波長検出方法を実施する際に、エキ
シマレーザ光のスペクトルが測定範囲内に存在する場合
を示す図であり、（ｂ）は測定範囲内に存在しない場合
を示す図である。

【図１４】本発明の第３の実施形態に係る波長検出方法
（前半）を示すフローチャートである。

【図１５】本発明の第３の実施形態に係る波長検出方法
（後半）を示すフローチャートである。

【図１６】本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の
構成を示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法
を示すフローチャートである。

【図１８】本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法
において、第２の波長検出手段による波長検出方法を示
すフローチャートである。

【図１９】本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法
において、第１の波長検出手段による波長検出方法を示
すフローチャートである。

【図２０】従来のレーザ装置の構成を示す図である。

【図２１】レーザ装置に使用されるモニタエタロンの具
体例を示す図である。

【図２２】レーザ装置に使用されるグレーティング型分
光器の具体例を示す図である。

【符号の説明】

１、１００ レーザチャンバ ２、３、１０１、１０２ ウインド ４、５、６、７１ ビームスプリッタ ７、８、９、７３、１０４、４３２ 部分反射ミラー １０ 第２の基準光源 １１ 第１の基準光源 １２ コースエタロン型分光器 １３ ファインエタロン型分光器 １４、６９、４４０ グレーティング型分光器 １５ 波長コントローラ １６ ドライバ ３０、３１、１３０ 狭帯域化部 ５０、５１ 第２の波長検出手段 ６０、６１ 第１の波長検出手段 ６２、４４６ グレーティング ６３ レンズ ６４〜６６、７２、７３ ６７ スリット ６８ ＣＣＤセンサ ７１ 移動ステージ ７４ 第１の基準光源 ７５ 干渉フィルタ（１９３ｎｍフィルタ） ７６ シャッタ １０３ フロントミラー １０５ 基準光源 １０８ 波長コントローラ １０９ ドライバ ２４４、２４５ 凹面ミラー ２４６、４４３ ミラー ４３０ モニタエタロン ４３１ 拡散板 ４４２、４４５、４４７ 凹面鏡 ４４４ 入射スリット ４４８、４４９ 入射スリット像 ４５０ 光位置センサ ４５１ 入射光学系 ４５２ 焦点面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仏帥田 了 栃木県小山市横倉新田400 ギガフォトン 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AA06 HH05 JJ05 JJ13 KK07 KK08 YY09

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器と、 第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、前
   記第１の基準光源から出力される基準光の波長と前記レ
   ーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出する
   第１の波長検出手段と、 第２の基準光源及びエタロン型分光器を含み、前記第２
   の基準光源から出力される基準光の波長と前記レーザ発
   振器から出力されるレーザ光の波長とを検出する第２の
   波長検出手段と、 前記第１及び第２の波長検出手段によって得られる検出
   結果に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレー
   ザ光の波長と目標波長との関係を求める制御手段と、を
   具備するレーザ装置。
2. 【請求項２】 レーザ発振器と、 第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、前
   記第１の基準光源から出力される基準光の波長と前記レ
   ーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出する
   第１の波長検出手段と、 エタロン型分光器を含み、前記レーザ発振器から出力さ
   れるレーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、 前記第１及び第２の波長検出手段によって得られる検出
   結果に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレー
   ザ光の波長と目標波長との関係を求める制御手段と、を
   具備するレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ発振器が、前記レーザ発振器
   から出力されるレーザ光を狭帯域化する狭帯域化手段を
   含み、 前記制御手段が、前記レーザ発振器から出力されるレー
   ザ光の波長を目標波長に近付けるように前記狭帯域化手
   段を制御する、請求項１又は２記載のレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段が、前記レーザ発振器から
   出力されるレーザ光の波長を、前記第１の基準光源から
   出力される既知の発光線の中から選択された１つの発光
   線の波長に近付けるように前記狭帯域化手段を制御す
   る、請求項３記載のレーザ装置。
5. 【請求項５】 前記第１の波長検出手段が、前記第１の
   基準光源から出力される第１の基準光をフィルタリング
   するために、波長バンドパス特性を有する干渉フィルタ
   又は誘電体多層膜を使用したミラーを含む、請求項１〜
   ４のいずれか１項記載のレーザ装置。
6. 【請求項６】 前記第２の波長検出手段が、精度の異な
   る検出を行う複数のエタロン型分光器を含む、請求項１
   〜５のいずれか１項記載のレーザ装置。
7. 【請求項７】 前記グレーティング型分光器及び／又は
   前記エタロン型分光器が、温度制御手段を有する密閉し
   た筐体内に配置されている、請求項１〜６のいずれか１
   項記載のレーザ装置。
8. 【請求項８】 前記第１又は第２の基準光源が、Ｐｔラ
   ンプ、Ｎｅランプ、Ａｓランプ及びＨｇランプからなる
   群から選ばれた１つであり、前記第１又は第２の基準光
   源から出力される既知の２つの発光線が基準波長として
   用いられる、請求項１〜７のいずれか１項記載のレーザ
   装置。
9. 【請求項９】 前記第１の波長検出手段が正常に機能し
   ているか否かを自己診断するために、前記第１の基準光
   源から出力される既知の３つの発光線の内の２つを基準
   波長として用い、もう１つをレーザ光の波長とみなして
   前記第１の波長検出手段に検出させる自己診断手段をさ
   らに具備する請求項１〜８のいずれか１項記載のレーザ
   装置。
10. 【請求項１０】 第１の基準光源及びグレーティング型
    分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、前記第１の
    基準光源から出力される基準光の波長と前記レーザ発振
    器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ
    （ａ）と、 第２の基準光源及びエタロン型分光器を含む第２の波長
    検出手段を用いて、前記第２の基準光源から出力される
    基準光の波長と前記レーザ発振器から出力されるレーザ
    光の波長とを検出するステップ（ｂ）と、 ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）における検出結果に
    基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の
    波長と目標波長との関係を求めるステップ（ｃ）と、を
    具備する波長検出方法。
11. 【請求項１１】 第１の基準光源及びグレーティング型
    分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、前記第１の
    基準光源から出力される基準光の波長と前記レーザ発振
    器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ
    （ａ）と、 エタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて、
    前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出
    するステップ（ｂ’）と、 ステップ（ａ）及びステップ（ｂ’）における検出結果
    に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光
    の波長と目標波長との関係を求めるステップ（ｃ）と、
    を具備する波長検出方法。
12. 【請求項１２】 ステップ（ｃ）が、前記第１の波長検
    出手段を用いて、前記第１の基準光源から出力される既
    知の２つの発光線と前記レーザ発振器から出力されるレ
    ーザ光の波長とを検出することによりレーザ光の絶対波
    長を求め、前記第２の波長検出手段を用いて得られた検
    出結果に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレ
    ーザ光の波長を目標波長に近付けるようにレーザ光の波
    長制御を行うことを含む、請求項１０記載の波長検出方
    法。
13. 【請求項１３】 ステップ（ｃ）が、前記レーザ発振器
    から出力されるレーザ光の波長を、前記第１の基準光源
    から出力される既知の発光線の中から選択された１つの
    発光線の波長に近付けるようにレーザ光の波長制御を行
    うことを含む、請求項１２記載の波長検出方法。
14. 【請求項１４】 ステップ（ａ）における検出結果に基
    づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波
    長を目標波長に近付けるように粗調整を行うステップを
    さらに具備し、 ステップ（ｃ）が、前記レーザ発振器から出力されるレ
    ーザ光の波長を目標波長にさらに近付けるように微調整
    を行うことを含む、請求項１０〜１３のいずれか１項記
    載の波長検出方法。
15. 【請求項１５】 ステップ（ｂ）又は（ｂ’）が、複数
    のエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて
    精度の異なる検出を行うことを含む、請求項１０〜１４
    のいずれか１項記載の波長検出方法。
16. 【請求項１６】 ステップ（ａ）の前に、グレーティン
    グ型分光器を所定温度に調整しておくステップをさらに
    具備する請求項１０〜１５のいずれか１項記載の波長検
    出方法。
17. 【請求項１７】 ステップ（ａ）が、前記第１の基準光
    源から出力される基準光の波長と前記レーザ発振器から
    出力されるレーザ光の波長とを同時に検出することを含
    む、請求項１０〜１６のいずれか１項記載のレーザ光の
    波長検出方法。
18. 【請求項１８】 前記第１の波長検出手段が正常に機能
    しているか否かを自己診断するために、前記第１の基準
    光源から出力される既知の３つの発光線の内の２つを基
    準波長として用い、もう１つをレーザ光の波長とみなし
    て前記第１の波長検出手段に検出させるステップをさら
    に具備する請求項１０〜１７のいずれか１項記載の波長
    検出方法。