JP2006269631A - 多波長計測手段を有するレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つのピーク発振、２ピーク発振が可能なレーザ装置において、簡便な構成にてレーザ光の中心波長を正確に計測し制御すること。
【解決手段】 波長モニター２２のラインセンサによりフリンジのピーク数、ピーク強度を検出する。コントローラ１５はフリンジのピーク強度を調整しピーク数を判定する。ピーク数がｎの場合（１ピーク発振の場合）は、ラインセンサ上のフリンジの内径（Ｄｉ）と外径（Ｄｏ）より中心波長を決定し、中心波長制御機構１３ｂにより中央波長を制御する。ピーク数が２ｎの場合（２ピーク発振の場合）は、２つピークの内の内側のピークの内側部分の内径（Ｄｉ１）、外側のピークの外側部分の外径（Ｄｏ２）より２つのピーク間の中心の波長（ピーク間中心波長）を求め、中心波長制御機構１３ｂにより上記ピーク間中心波形を制御する。またピーク間隔制御機構１３ｃによりピーク間隔を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多波長計測手段を有するレーザ装置に関し、特に露光用狭帯域エキシマレーザ装置に適用するのに好適な多波長計測手段を有するレーザ装置に関するものである。

ＬＳＩの高集積化に伴い回路パターンが微細化する一方で、投影レンズの焦点深度が減少し、プロセスマージンの確保が課題となってきている。この改善策の一つとして、２つの波長を用いたプロセスが提案されている（例えば特許文献１、特許文献４等参照）。
図８に、特許文献１の図４に記載される従来技術を示す。図８に示す従来例は、反射鏡１０１、エキシマレーザ共振器１０２、出力鏡１０３、ハーフミラー１０４、１０９、ミラー１０５、１０８、エタロン１０６、１０７の各要素より構成されている。
エキシマレーザ共振器１０２を発したレーザ光束は、ハーフミラー１０４により２光路に分離され、分離された２つの光束はエタロン１０６、１０７により互いに異なる波長λ１、λ２を中心に狭帯域化される。狭帯域化された２つの光束はハーフミラー１０９により合成された後、露光機に伝送される。
上記従来の装置を用いることにより、多重結像露光が可能となり、光軸上の焦点深度を拡大することが可能となる。上記従来例では、エタロンの角度を調整することにより、波長を変更することが記載されており、これにより２波長発振（２ピーク発振）が実現可能となる。
周知の通り、狭帯域レーザの発振中心波長はドリフトするため各波長λ１、λ２を検出してそれが目標波長に近づくように制御する必要もあるが、特許文献１にはその点の説明が見当たらない。

次に、単一の中心波長で狭帯域発振するエキシマレーザの波長計測技術の概要について特許文献２を用いて説明する。
特許文献２に説明されているように、通常、露光用エキシマレーザ装置では、エタロン等を用いたモニターモジュールにより、中心波長を計測している。このモニターモジュールでは、ビームスプリッターによりレーザ光の一部を分岐し、その分岐光をエタロンに通したフリンジ（干渉縞）波形より、中心波長を計測している。
図９は特許文献２から抜粋した図であり、図９（ａ）は、エタロン分光器を説明する図である。
同図に示すように、光拡散板を通過し、更にエタロン７１を透過した狭帯域レーザ光をレンズ７２で集光すると、焦点距離ｆの位置においてそのレーザ光の波長に応じた半径を有する同心円（フリンジパターン７３）が現れる。そのフリンジパターンの位置にラインセンサを置くと図９（ｂ）に示す光強度分布７３の左半分を得ることができる。この光強度のピークを示す半径等からレーザ光の発振中心波長を計算することができる。
また、特許文献３には、プリズムを回転させて波長制御をする技術が開示されている。
特許第２６１９４７３号公報 特開平６−１８８５０２号公報 特許第２６３１５５４号公報 特許第３３２５３５０号公報

特許文献２記載の波長計測において中心波長を正確に計測するためには、センサに入射する光強度をある一定の範囲内に維持する必要がある。センサに入射する光の上限値としては、スペクトル形状の変化等によるセンサ上の光強度の変動量＋／−２０％、及びレーザ出力の可変範囲＋／−２０％であるため、定格出力時のセンサ強度は、センサのフルレンジの７０％以下である必要がある。
更に、センサに入射する光の下限値としては、センサ上のバックグランドが通常、フルレンジの１０％程度であるため、少なくともバックグランドレベルの２倍以上の光強度を得る必要があり、約３０％が下限値となる。このため、定格出力時のセンサ強度が４０％以上である必要がある。
すなわち、図１０に示すように、センサに入射する光は、センサのフルレンジの４０〜７０％であることが必要である。なお、図１０において、横軸はセンサチャンネルを示し、縦軸は、センサ上の光の強度を示す。

ここで、例えば前記図８に示される１波長発振から２波長発振への変更が可能なエキシマレーザ装置の場合、波長を計測するためのモニターモジュール内のセンサ上には、スペクトル形状による光強度変化、出力可変範囲以外に、２倍以上の強度差が発生する。すなわち、図１１に示すように１ピーク発振の場合の光の強度（同図の太線）と２ピーク発振の場合の光の強度（同図の細線）では、２倍以上の強度差がある。
以上のように１波長発振から２波長発振への変更が可能なエキシマレーザ装置においては、１ピーク発振と２ピーク発振とでは光強度差が大きく、この両方のピークを検出しようとすると、センサのフルレンジの４０〜７０％内に入らない場合も生じる。このため、中心波長の正確な計測に問題が生じる。

また、エタロン等を用いたモニターモジュールでは、前記特許文献２に記載されているように、コース波長（λｃ）とファイン波長（λｆ）を、次の式により求め、λｃとλｆを比較することによって、絶対波長を求めている。
λｃ＝ＦＳＲｃ／Ｃｃ・（（ｒｃＳｔ）² −（ｒｃｅｘ）² ）＋λｃ０…（１）
λｆ＝ＦＳＲｆ／Ｃｆ・（（ｒｆＳｔ）² −（ｒｆｅｘ）² ）＋λｆ０…（２）
ここで、
ＦＳＲｃ ：コースエタロンのフリースペクトルレンジ
ＦＳＲｆ ：ファインエタロンのフリースペクトルレンジ
Ｃｃ ：コースエタロンの定数
Ｃｆ ：ファインエタロンの定数
ｒｃＳｔ ：コースエタロンにおける基準光の干渉縞の半径
ｒｆＳｔ ：ファインエタロンにおける基準光の干渉縞の半径
ｒｃｅｘ ：コースエタロンにおける被検出光の干渉縞の半径
ｒｆｅｘ ：ファインエタロンにおける被検出光の干渉縞の半径
λｃ０ ：コースエタロンにおいて、基準光と被検出光の干渉縞が一致したときの被検出光の波長
λｆ０ ：ファインエタロンにおいて、基準光と被検出光の干渉縞が一致したときの被検出光の波長

上記干渉縞の半径ｒｃＳｔ，ｒｆＳｔ，ｒｃｅｘ，ｒｆｅｘは、例えば、ラインセンサ上のフリンジの内径（Ｄｉ）と外径（Ｄｏ）より、次式のように求められる。
ｒ＝（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４
上記特許文献２の記載されるモニターモジュールでは、上記のようにして干渉縞の半径を求めコース波長（λｃ）とファイン波長（λｆ）波長から絶対波長を求めている。
ここで、１波長発振から２波長発振への変更が可能なエキシマレーザ装置においては、１ピーク発振の場合には図１２（ａ）に示すようにピークが現れるが、２ピーク発振の場合は図１２（ｂ）に示すように１ピーク発振の場合に比べ、２倍のピーク数が検出される。このため、１波長発振から２波長発振に切り替わった場合に、上記従来の方法では中心波長を正確に計測できないという問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、１つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２つのピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するエキシマレーザ装置において、簡便な構成にてレーザ光の中心波長を正確に計測し、制御する手段を提供することにある。

上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）１つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置に、上記各ピークの両端にあるピーク中心波長間の中心位置の波長、ピーク数、及びピーク間隔を計測する計測手段と、上記計測された中心位置の波長に基づき、中心位置の波長が所望の値になるように制御するとともに、上記２以上のピークのピーク間隔を制御する手段を設ける。
（２）１つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置に、少なくとも上記各ピークの中心波長、及びピーク数を計測する計測手段と、上記計測された各中心波長に基づき、各中心波長が所望の値になるように制御する手段を設ける。
（３）上記（１）（２）の計測手段を、少なくともコース波長とファイン波長を計測する光学系から構成する。
（４）上記（３）において、上記ファイン波長を計測する光学系に、該光学系に入射する光量を調整する光量調整手段を設ける。
（５）上記（３）において、ファイン波長を計測する光学系の出力側に設けられたセンサ回路に、該センサ回路の出力を調整する手段を設ける。
（６）上記（３）（４）（５）において、ファイン波長を計測する光学系をエタロンから構成する。
（７）上記（６）において、ファイン波長を計測する光学系のエタロンのフリースペクトルレンジを、２つのピーク間隔の２倍以上とする。
（８）１つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置に、上記各ピークの両端にあるピーク中心波長間の中心位置の波長、ピーク数、及びピーク間隔を計測する計測手段と、上記計測された中心位置の波長に基づき、中心位置の波長が所望の値になるように制御するとともに、上記２以上のピークのピーク間隔を制御する手段を設ける。
上記計測手段は、少なくともコース波長を計測する手段と、エタロン及びラインセンサを使用したファイン波長を計測する手段を有し、上記ファイン波長を計測する手段は、ラインセンサ上のフリンジのピーク数を計測し、所定範囲内のフリンジのピーク数がｎのとき、（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４（Ｄｏ：ラインセンサ上に現れるフリンジ外径、Ｄｉ：ラインセンサ上に現れるフリンジ内径）を算出して中心波長λを決定し、所定範囲内のフリンジのピーク数が２ｎ以上のとき、（Ｄｏ２＋Ｄｉ１）／４（Ｄｏ２：上記２以上のピークの内、ラインセンサ上に現れる一方のピークに対応した外側のフリンジの外径、Ｄｉ１：上記２以上のピークの内、ラインセンサ上に現れる他方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して中心波長λを決定する。
（９）１つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置に、少なくとも上記各ピークの中心波長、及びピーク数を計測する計測手段と、上記計測された各中心波長に基づき、各中心波長が所望の値になるように制御する手段を設ける。
上記計測手段は、少なくともコース波長を計測する手段と、エタロン及びラインセンサを使用したファイン波長を計測する手段を有し、上記ファイン波長を計測する手段は、ラインセンサ上のフリンジのピーク数を計測し、 所定範囲内のフリンジのピーク数がｎのとき、（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４（Ｄｏ：ラインセンサ上に現れるフリンジ外径、Ｄｉ：ラインセンサ上現れるフリンジ内径）を算出して中心波長λを決定し、所定範囲内のフリンジのピーク数が２ｎ以上のとき、（Ｄｏ１＋Ｄｉ１）／４（Ｄｏ１：ラインセンサ上に現れる上記２つのピークの内、一方のピークに対応したフリンジ外径、Ｄｉ１：ラインセンサ上現れる２つのピークの内、一方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して、一方のピークの中心波長を決定するとともに、（Ｄｏ２＋Ｄｉ２）／４（Ｄｏ２：ラインセンサ上に現れる上記２つのピークの内、他方のピークに対応したフリンジ外径、Ｄｉ２：ラインセンサ上現れる上記２つのピークの内、他方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して、他方のピークの中心波長を決定する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）各ピークの両端にあるピーク中心波長間の中心位置の波長、ピーク数、及びピーク間隔を計測し、計測された中心位置の波長に基づき、中心位置の波長が所望の値になるように制御するとともに、上記２以上のピークのピーク間隔を制御するようにしたので、２ピーク発振においてレーザ光の各中心波長を正確に計測し、制御することができる。
また、各ピークの中心波長、及びピーク数を計測し、計測された各中心波長に基づき、各中心波長が所望の値になるように制御するようにすることで、上記と同様、２ピーク発振においてレーザ光の各中心波長を正確に計測し制御することができる。
このため、複数の異なる波長からなる光を、安定に発生させることが可能となり、本発明によるレーザ装置を投影露光装置の光源に用いることにより、多重露光法によるＬＳＩ等の製造に際し、必要な焦点深度を確保することができる。
（２）上記計測手段を、少なくともコース波長とファイン波長を計測する光学系から構成することで、波長を精度よく検出することが可能となる。
（３）上記ファイン波長を計測する光学系に、該光学系に入射する光量を調整する光量調整手段を設けたり、ファイン波長を計測する光学系の出力側に設けられたセンサ回路に出力を調整する手段を設けることにより、１ピーク発振の場合の光の強度と２ピーク発振の場合の光の強度に強度差があっても、中心波長の正確な計測が可能となる。
（４）ファイン波長を計測する光学系をエタロンから構成し、エタロンのフリースペクトルレンジを、２つのピーク間隔の２倍以上とすることにより、２ピーク発振の場合においても、中心波長の正確な計測が可能となる。

図１に本発明の一実施例の構成を示す。
図１に示す装置は、レーザ光を発振するためのレーザチャンバ１１、出力ミラー１１ａ、レーザチャンバ１１で放電を発生させるための高電圧電源１２、レーザ光を狭帯域化するための狭帯域モジュール１３、レーザ光のエネルギーおよび中心波長を計測するためのモニターモジュール１４、及び、モニターモジュール１４により、計測されたレーザ出力、中心波長を基に、レーザ出力及び中心波長を制御するためのコントローラ１５より構成される。
更に、狭帯域化モジュール１３は、狭帯域化光学素子１３ａと、中心波長の中心の値を制御するための中心波長制御機構１３ｂ及び、スペクトル形状を１ピークから少なくとも２ピークを持つ波形にコントロールするための２波長間隔制御機構１３ｃを有している。狭帯域化光学素子１３ａは、同図に示すように例えばプリズム１３１とグレーティング１３２等から構成される。
また、モニターモジュール１４は、レーザ光を分岐するためのビームスプリッタ１４ａおよび１４ｂ、ビームスプリッタ１４ｂにより分岐されたレーザ光によりレーザ出力光のエネルギーを測定する出力モニター２１、波長を検出するための波長モニター２２、及び、スペクトル形状が１ピークから少なくとも２ピークを持つ形状に変化したときのフリンジ強度を調整するためのフリンジ強度調整機構２３を有する。

上記中心波長制御機構１３ｂとしては、特許文献３に記載されるように、狭帯域化光学素子１３ａ内のプリズム１３１を回転制御して中心波長を制御する等、周知の波長制御手段を用いることができる。
また、２波長間隔制御機構１３ｃとしては、例えば前記特許文献１、４に示されるように、複数の狭帯域化手段を設け、各狭帯域化手段に設けられたエタロン等の角度を調整可能とすることで実現することができる。
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ビームを拡大するために用いられる複数のプリズム１３１の間に、二つに分割された平面ミラー１３２ａ，１３２ｂを挿入し、ミラー１３２ａ，１３２ｂの回転角度を制御することにより２波長間隔を制御するようにしてもよい。
すなわち、平面ミラー１３２を平面ミラー１３２ａ、平面ミラー１３2 ｂの２枚のミラーで構成し、ミラー１３２ａにより反射されたビーム１４１を、プリズム１３１を通り、グレーティング１３３に角度θ1 で入射させ、また、平面ミラー１３２ｂにより反射されたビーム１４２を、同様にプリズム１３１を通り、グレーティング１３３に角度θ2 で入射させる。

グレーティング１３３に入射したビーム１４１はグレーティング１３３の回折効果により、波長λ1 を中心に狭帯域化された光として狭帯域化モジュール１３を通り、チャンバ１１へ戻され、出力ミラー１１ａよりレーザ光として取り出される。
ミラー１３２ｂにより反射されたビーム１４２は、同様にプリズム１３３を通り、グレーティング１３１に角度θ2 で入射する。
入射したビーム１４２はグレーティング１３３の回折効果により、波長λ2 を中心に狭帯域化された光として狭帯域化モジュール１３を通り、チャンバ１１へ戻され、出力ミラー１１ａよりレーザ光として取り出される。
１波長発振の場合は、上記ミラー１３２ａ，１３２ｂの設置角度を調整し、ミラー１３２ａ，１３２ｂの反射面が同一平面上にあるようにする。これにより、ミラー１３２ａ及びミラー１３２ｂの反射光は、同一角度でグレーティング１３３に入射し、レーザ光源は一波長発振をする。
また、２波長発振をさせる場合には、ミラー１３２ａ又はミラー１３２ｂの両方、若しくはいずれか一方の設置角度を変更することにより、グレーティング１３３に入射する角度θ1 、θ2 の両方、若しくはいずれか一方を変化させることができ、それに伴い、出力される波長λ1 、λ2 を変化させることができる。

また、図２（ａ）において、反射ミラー１３２ａ，１３２ｂの挿入位置を同図のＢ方向に調整し、反射ミラー１３２ａ，１３２ｂの境界である線１３２ｃの位置が、レーザビームを２分割する位置にあるように調整することにより、同時に発振する各ビーム１４１，１４２の光エネルギーを略同等とすることができる。
また、ミラー１３２ａ，１３２ｂの反射等による光損失分や、ビーム幅方向において光エネルギー分布がある場合も考慮して、反射ミラー１３２ａ，１３２ｂの線１３２ｃに直交する方向の長さをビーム縦方向の長さより十分長くし、反射ミラー１３２ａ，１３２ｂを同図の矢印Ｂ方向に移動させるように構成すれば、上記エネルギー分布がある場合でも、同時に発振する各ビーム１４１，１４２の光エネルギーを略同等とすることができる。さらに、必要があれば上記境界線１３２ｃの位置を調整し、各ビーム１４２と１４３の光エネルギーの値に所定の差を持たせることも可能である。

また、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、上記ミラーに換えて、プリズム間にクサビ状の光学素子（ウェッジ基板１５１）を光路の半分まで挿入し、この光学素子を回転させたり、グレーティングを２つに分割して、その設置角度を変えても、同様に出力される波長λ1 、λ2 を変化させることができる。
ウェッジ基板１５１は、例えば狭帯域化モジュール内の光路中に、図２（ｄ）に示すようにレーザのビームを縦に二分割するように挿入される。これにより２波長発振をさせることができる。また、一波長発振させる場合、ウェッジ基板１５１を光路中から離脱させる。
図２（ｄ）は縦方向へビームを分割している様子を示す斜視図である。
２分割された各ビームをそれぞれ図２ (ｃ) に示すように１５２，１５３とする。ウェッジ基板１５１を通らない、分割された一方のビーム１５２は、プリズム１３１を通り、グレーティング１３３に角度θ１で入射する。入射したビーム１５２はグレーティング１３３の回折効果により、波長λ１を中心に狭帯域化された光として狭帯域化モジュールを通り、チャンバ１１へ戻され、出力鏡１１ａよりレーザ光として取り出される。
ウェッジ基板１５１を通り、分割されたもう一方のビーム１５３は、同様にプリズム１３１を通り、グレーティング１３３に角度θ２で入射する。入射したビーム１５３はグレーティング１３３の回折効果により、波長λ２を中心に狭帯域化された光として、チャンバ１１へ戻され、出力鏡１１ａよりレーザ光として取り出される。

ウェッジ基板１５１は、その頂角（ビーム１５２と１５３を分ける部分における頂角）がレーザ光路中にあり、その頂角を中心として図２ (ｃ) に記載した矢印Ａのように回転してウェッジ基板１５１の設置角度を変更することにより、グレーティング１３３に入射する角度θ2 を変化させることができ、それに伴い出力される波長λ2 を変化させることができる。
出力されたレーザ光の波長を後述する波長モニターで検出し、目標波長との誤差を計算し、ウェッジ基板１５１の設置角度を制御することにより、出力される波長のうちλ２をほぼ目標波長に保持することができる。また、紫外線透過率の高い材料（フッ化カルシウム等）を使って薄く作るウェッジ基板１５１による損失は非常に少ない。

さらに、ウェッジ基板１５１のレーザビーム内へ挿入する距離を図２ (ｄ) のＢＤｄ、レーザビーム幅をＢＷとし、ＢＷ＝２×ＢＤｄとすることにより同時に発振する各ビーム１５２，１５３の光エネルギーを略同等とすることができる。
ＢＤｄの値は、ウェッジ基板１５１を図２ (ｃ) の矢印Ｃ方向（レーザビーム幅方向）へ移動することで調整する。
ウェッジ基板１５１の反射及び吸収による光損失分も考慮して各ビーム１５２と１５３の光エネルギーを略同等とするためにＢＤｄをＢＷ／２よりも若干だけ大きくしてもよい。また、図２ (ｄ) に示すビーム幅ＢＷ方向において光エネルギー分布がある場合にも前記ＢＤｄの値を調整して各ビーム１５２，１５３の光エネルギーを略同等とすることもできる。必要があればＢＤｄの値を調整することにより各ビーム１５２，１５３の光エネルギーの値に所定の差を持たせることも可能である。

図３はモニターモジュールの第１の実施例を示す図である。
モニターモジュール１４は、出力モニター２１と波長モニター２２から構成され、本実施例では、波長モニター２２内に前記フリンジ強度調整機構２３として機能するビームスプリッタ２３ａと回転機構２３ｂが設けられている。
出力モニター２１は、ビームスプリッタ１４ａによりサンプルされたレーザ光を、さらにサンプルするビームスプリッタ１４ｂと、ビームスプリッタ１４ｂによりサンプルされたレーザ光のエネルギーを測定する出力エネルギー測定手段２１ａから構成され、出力エネルギー測定手段２１ａにより測定されたレーザ光のエネルギーはコントローラ１５に送られる。コントローラ１５は、出力モニター２１の出力により、レーザ出力が所定の値になるように制御する。
また、上記ビームスプリッタ１４ｂの出力は、波長モニター２２に導入される。
波長モニター２２は、コースエタロン２２ｂ、レンズ２２ｃ、第１のラインセンサ２２ｄから構成される波長検出範囲幅の広い第１の検出系と、ファインエタロン２２ｅ、レンズ２２ｆ、第２のラインセンサ２２ｇから構成される波長検出範囲幅は狭いが検出精度の高い第２の検出系と、基準となる所定の波長の光を放射する基準光源２２ｈと、前記フリンジ強度調整機構２３として機能するビームスプリッタ２３ａと回転機構２３ｂを有する。また、コースエタロン２２ｂ、ファインエタロン２２ｅの光入射側には、拡散板２２ａが設けられている。

図３において、波長モニター２２に入射した光は、ビームスプリッタ２２ｉで上記基準光源２２ｈの出力光と合成され、一部が上記コースエタロン２２ｂに入射し、他の一部が上記フリンジ強度調整機構２３を介してファインエタロン２２ｅに入射する。
フリンジ強度調整機構２３は、回転機構２３ｂにより回転するビームスプリッタ２３ａを有し、ビームスプリッター２３ｂの角度を調整し、光の透過率を変えることにより光の透過率を変化させ、ファインエタロン２２ｅに入射する光の強度を変える。
コースエタロン２２ｂに入射した光により、レンズ２２ｃの焦点面上にフリンジパターンが発生し、このフリンジパターンは第１のラインセンサ２２ｄにより検出される。
また、ファインエタロン２２ｅに入射した光によりレンズ２２ｆの焦点面上にフリンジパターンが発生し、このフリンジパターンは第２のラインセンサ２２ｇにより検出される。
上記第１、第２のラインセンサ２２ｄ、２２ｇにより検出されたフリンジパターンは、コントローラ１５に送られる。
コントローラ１５においては、前記した特許文献２に記載される通り、コース波長（λｃ）とファイン波長（λｆ）を、前記した次の（１）（２）式により求め、λｃとλｆを比較することによって、絶対波長を求めている。
λｃ＝ＦＳＲｃ／Ｃｃ・（（ｒｃＳｔ）² −（ｒｃｅｘ）² ）＋λｃ０…（１）
λｆ＝ＦＳＲｆ／Ｃｆ・（（ｒｆＳｔ）² −（ｒｆｅｘ）² ）＋λｆ０…（２）
なお、上記ＦＳＲｃ、ＦＳＲｆ、Ｃｃ等は前記定義の通りである。

図４は、本発明のモニターモジュールの第２の実施例を示す図である。前記図３に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、本実施例の波長モニターは、前記フリンジ強度調整機構２３として、第１の実施例におけるビームスプリッタ２３ａと回転機構２３ｂに換え、ゲインが可変のＡＭＰを用いたものである。
すなわち、図４に示すように、第２の検出系の第２のラインセンサ２２ｇからの出力を増幅する回路に、ゲインが可変のＡＭＰ２３ｃを用い、可変アンプＡＭＰ２３ｃの出力をＡ／Ｄ変換器２３ｄを介してコントローラ１５に入力するようにしたものである。その他の構成および動作は上記第１の実施例と同様である。
本実施例においては、コントローラ１５により上記ＡＭＰ２３ｃのゲインを調整することにより、波長モニター２２からコントローラ１５へ出力される信号の強度を調整することができ、前記第１の実施例と同様、１波長及び２波長発振時においても、フリンジ強度を一定の値に保つことが可能となる。

次に、本実施例の波長モニターによる中心波長計測について説明する。
図５に本実施例の中心波長計測処理のフローチャートを示す。
同図に示すように、前記コントローラ１５は、まず、ラインセンサ２２ｇ上のフリンジのピーク数、ピーク強度を検出する。そして、フリンジ強度調整機構２３によりピーク強度が前記したラインセンサのフルレンジの３０％〜７０％以内に入るように調整する。
次にラインセンサ上のピーク数を判定し、ピーク数がｎの場合（１ピーク発振の場合）は、上記特許文献２記載の技術を利用して、ラインセンサ上のフリンジの内径（Ｄｉ）と外径（Ｄｏ）より、次式により干渉縞の半径を求め、前記した（１）（２）式により中心波長を決定する。
ｒ＝（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４…（３）
ここで、図６（ａ）に示すように、フリンジパターンの中心から同じ距離だけ離れた一対のピークの各内側部分間の距離がＤｉ、各外側部分間の距離がＤｏである。なお、図６（ａ）では、ピークの異なる高さでＤｉとＤｏを求めているが、これは作図上の便宜のためであって、実際は同じ高さ（例えば頂点の半分の高さ）においてＤｉとＤｏとを求める。次に説明する図６（ｂ）のＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｏ１、Ｄｏ２も同様にして求める。

また、ピーク数が２ｎの場合（２ピーク発振の場合）は、まず、以下の式を用いて干渉縞の半径を求め、前記した（１）（２）式により中心波長λｃを決定する。
ｒ＝（Ｄｏ２＋Ｄｉ１）／４…（４）
ここで、図６（ｂ）に示すように、フリンジパターンの中心から同じ距離だけ離れた一対の２つピークの内の各内側のピークの内側部分間の距離がＤｉ１、各外側のピークの各外側部分間の距離がＤｏ２であり、上記中心波長λｃとは２つのピークそれぞれの中心波長ではなく、それらの間の波長（図６（ｂ）の２つのピーク間のディップ近傍の波長）である。以下では１ピーク発振における中心波長と区別するためピーク間中心波長と呼ぶ。 次に、以下の式を用いて干渉縞の半径を求めて短波長側の波長λｃｓを計算し、上記ピーク間中心波長λｃとの比較により、２つのピークのピークの間隔を計算する。
ｒ＝（Ｄｏ１＋Ｄｉ１）／４…（５）
ここで、図６（ｂ）に示すように、フリンジパターンの中心から同じ距離だけ離れた一対の２つピークの内の各内側のピークの内側部分間の距離がＤｉ１、各内側のピークの各外側部分間の距離がＤｏ１である。
上記のようにして、ピーク数がｎの場合の中心波長、ピーク数が２ｎの場合の中心波長およびピーク間隔が計算されたら、コントローラ１５は、図１に示した中心波長制御機構１３ｂ及び２波長間隔制御機構１３ｃによりピーク間中心波長、ピーク間隔を制御する。

以上のように、本実施例では、２ピーク発振の場合、ピーク間中心波長を決定し、ピーク間中心波長を制御する方式をとっている。これについて、さらに具体的に説明する。
ピーク数が１の場合はモニターモジュール内の分光素子（エタロン）のＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）で決まる間隔毎にピークが観測される。前記図６（ａ）ではそれらのピークが現れている。
ピーク数が２×ｎになり、各ピークの中心波長の差が小さいときは図６（ｂ）に示すように２つのピークを持つフリンジが、エタロンのＦＳＲで決まる間隔毎に現れる。２つのピークのうち、フリンジ中心に近い方が長波長の光、遠い方が短波長の光である。なお、第２の検出系のファインエタロン２２ｅのＦＲＳは、少なくとも２つのピーク間隔の２倍以上とする必要がある。
ピーク数がｎか２×ｎかの識別は、ラインセンサ上のピーク数のカウントによる。ピーク数がｎの場合は、前記した特許文献２に記載の通り、前記（３）式により干渉縞の半径を求め、中心波長を求める。

また、ピーク数が２×ｎの場合、前記（４）式により干渉縞の半径を求め、ピーク間中心波長を決定する。
これはフリンジパターンの中心から同じ距離だけ離れた位置にあり、２つのピークを持つ一対のフリンジに注目し、外側ピークの外側部分間の距離Ｄｏ２と、内側ピークの内側部分間の距離Ｄｉ１とを利用している。
つまり、ピーク間中心波長とは、前記したように、２つのピークそれぞれの中心波長ではなく、それらの間の波長である。
２ピークの場合のピーク間中心波長をこのように定義する意味は、２波長λ１とλ２（例えばλ１＞λ２）で発振する必要がある場合、露光機からレーザ発振器へ送信されてくる波長の指令信号は典型的には、次の式で示されるλｃとｄλの値であるためである。
λｃ＝（λ１＋λ２）／２
ｄλ＝λｃ−λ２＝λ１−λｃ
レーザ装置は、λｃとｄλを受信すると、上記式を用いてλ１＝λｃ＋ｄλとλ２＝λｃ−ｄλを計算し、２波長発振を開始し波長の制御を行う。

次に、上記実施例に示したレーザ装置において、２ピーク発振における波長制御とパルス光エネルギーの制御について説明する。
前記図１において、出力鏡３を透過して出力されるレーザ光の一部がモニターモジュール１４内へ導かれ、前記したようにフリンジ半径と、それぞれのパルス光のエネルギーＥ１ｄ，Ｅ２ｄが計測される。
コントローラ１５は、露光機から送られてくる各発振中心波長目標値λ１ｔとλ２ｔ、各パルス光エネルギー目標値Ｅ１ｔ, Ｅ２ｔを記憶している。コントローラ１５は前記モニターモジュール１４から与えられる計測値に基づき、前記特許文献２に記載される方法により、各発振中心波長計測値λ１ｄとλ２ｄを求め、また、各パルス光エネルギー計測値Ｅ１ｄ, Ｅ２ｄの各値を求める。なお、計測値を例えば上記λ１ｄのように”ｄ”を付して表記し、目標値を例えば上記λ１ｔのように”ｔ”を付して表記する。
コントローラ１５は波長間隔λ１ｄ−λ２ｄを計算し、この計算値が所定の許容範囲内に収まるように２波長間隔制御機構１３ｂへ制御信号を送信する。
また、各発振中心波長のピーク間中心波長λｃｄ（＝（λ１ｄ＋λ２ｄ）／２）を求め、中心波長制御機構１３ａにより、上記前記特許文献４に記載された周知の波長制御によって発振中心波長を制御する。例えばプリズム１３１のいずれかを回転制御することによってλｃｄと（λ１ｔ＋λ２ｔ）／２の差がゼロに近づくようにする。

また、前記したパルスエネルギー目標値と計測値を使ってコントローラ１５はＥ１ｔ＋Ｅ２ｔ、Ｅ１ｄ＋Ｅ２ｄ、 (Ｅ１ｔ＋Ｅ２ｔ) − (Ｅ１ｄ＋Ｅ２ｄ) の各値を計算し、その (Ｅ１ｔ＋Ｅ２ｔ) − (Ｅ１ｄ＋Ｅ２ｄ) が所定の許容範囲内に収まるように図示していない電源制御装置へ制御信号を送信する。
その電源制御装置は電極２へ与えるパルス電圧レベルを調整して、出力されるパルスレーザ光エネルギーが目標値に近づくように制御する。
また、必要に応じて、この制御が済んだ後のＥ１ｄ、Ｅ２ｄの値を検出して、その差Ｅ１ｄ−Ｅ２ｄが所定目標値となるように制御する。
具体的には、例えば、前記図２（ａ）においては、ミラー１３２ａ，１３２ｂのＢ方向の位置を制御して、上記差Ｅ１ｄ−Ｅ２ｄが所定目標値となるように制御したり、図２（ｃ）において、ウェッジ基板をＣ方向に移動させ、上記差Ｅ１ｄ−Ｅ２ｄが所定目標値となるように制御する。

露光機から送信されてくるデータが、各発振中心波長目標値λ１ｔとλ２ｔの代わりにピーク間中心波長λｔｃ＝ (λ１ｔ＋λ２ｔ) ／２と、中心波長間隔Δλ (＝λ２ｔ−λｔｃ＝λｔｃ−λ１ｔ )の場合には、以下のように制御してもよい。ここで、λｔｃは２つの目標中心波長の中央値（ピーク間中心波長）である。この場合の波長制御についてλ２ｔ＞λ１ｔの場合を例にして説明する。
コントローラ１５は、モニターモジュール１４から送られる計測値に基づき、前記したように各発振中心波長計測値λ１ｄとλ２ｄ、及びピーク間中心波長計測値λｃｄ、各パルス光エネルギー計測値Ｅ１ｄ, Ｅ２ｄの各値を計算する。
コントローラ１５は、波長間隔λ１ｄ−λ２ｄを計算し、この計算値と２Δλの差が所定の許容範囲内に収まるように２波長間隔制御機構１３ｂへ制御信号を送信する。
また、中心波長制御機構１３ａにより、例えば上記前記特許文献４等に記載された周知の波長制御によって、ピーク間中心波長λｄｃがλｔｃに一致するように制御する。

ところで、前記図３に示した出力モニター２１により、レーザ出力を測定することができるが、２波長発振においては、上記出力モニターにより測定される値は、２波長λ１とλ２の合成エネルギーＥである。
一方、２波長発振においては２つのピークの各光エネルギー又はピーク値を互いに等しくしたり、所定の差を持たせたりする場合がある。そのため、各ピークの光エネルギー又はピーク値を計測する必要がある。光エネルギーはフリンジの面積、ピーク値はフリンジの頂点の高さである。
以下、光エネルギーやピーク値を求める方法を説明する。
図７は、前記波長モニター２２に設けられたラインセンサにより観測されるフリンジパターンを示す図である。
ラインセンサは例えば微少な多数のＣＣＤ受光素子が直線状に整列した構成を持っている。ラインセンサへ入射した光は各ＣＣＤ受光素子によって検出されるため、受光信号は図７の多数の縦線に示すように、ＣＣＤ受光素子毎の離散的な受光光量信号となって出力される。各ＣＣＤ受光素子の出力を所定範囲内で加算した値がその範囲内の光エネルギーである。また、ＣＣＤ受光素子の出力信号を比較して最も高レベルの信号がピーク値である。

２波長発振において、２つのピークの各光エネルギーを求めるときは、前記（３）式と同様の以下の式により干渉縞の半径ｒ１，ｒ２を求め、前記したように各ピークの中心波長λ１，λ２を計算する。
ｒ１＝（Ｄｏ１² ＋Ｄｉ１² ）／４
ｒ２＝（Ｄｏ２² ＋Ｄｉ２² ）／４
コントローラ１５は、上記のようにλ１，λ２を計算し、中心波長λ１を中心とする所定範囲内のＣＣＤ受光素子の受光信号を加算した値をＥ１ｄ、λ２を中心とする所定範囲内のＣＣＤ受光素子の受光信号を加算した値をＥ２ｄとし、Ｅ１ｄとＥ２ｄを比較してそれらの大きさが所望の関係になるように制御する。

本発明の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。 ２波長間隔制御機構の構成例を示す図である。 モニターモジュールの第１の実施例を示す図である。 モニターモジュールの第２の実施例を示す図である。 中心波長計測処理のフローチャートである。 １ピーク発振と２ピーク発振におけるフリンジ内径と外径を説明する図である。 ラインセンサにより観測されるフリンジパターンを示す図である。 従来の２ピーク発振のレーザ光源の従来例を示す図である。 エタロン分光器を説明する図である。 センサに入射する光の上限値、下限値を説明する図である。 １ピーク発振の場合の光の強度と２ピーク発振の場合の光の強度の一例を示す図である。 １ピーク発振と２ピーク発振におけるスペクトル分布例を示す図である。

符号の説明

１１ レーザチャンバ
１１ａ 出力鏡（出力ミラー）
１２ 高電圧電源
１３ 狭帯域モジュール
１３ａ 狭帯域化光学素子
１３ｂ 中心波長制御機構
１３ｃ ２波長間隔制御機構
１４ モニターモジュール
１５ コントローラ
２１ 出力モニター
２２ 波長モニター
２３ フリンジ強度調整手段

Claims (9)

1. １つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置であって、
   上記各ピークの両端にあるピーク中心波長間の中心位置の波長、ピーク数、及びピーク間隔を計測する計測手段と、
   上記計測された中心位置の波長に基づき、中心位置の波長が所望の値になるように制御するとともに、上記２以上のピークのピーク間隔を制御する手段を有する
   ことを特徴とする多波長計測手段を有するレーザ装置。
2. １つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置であって、
   少なくとも上記各ピークの中心波長、及びピーク数を計測する計測手段と、
   上記計測された各中心波長に基づき、各中心波長が所望の値になるように制御する手段を有する
   ことを特徴とする多波長計測手段を有するレーザ装置。
3. 前記計測手段が、少なくともコース波長とファイン波長を計測する光学系を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の多波長計測手段を有するレーザ装置。
4. 前記計測手段のファイン波長を計測する光学系に、該光学系に入射する光量を調整する光量調整手段を設けた
   ことを特徴とする請求項３記載の多波長計測手段を有するレーザ装置。
5. 前記計測手段のファイン波長を計測する光学系の出力側に設けられたセンサ回路に、該センサ回路の出力を調整する手段を設けた
   ことを特徴とする請求項３記載の多波長計測手段を有するレーザ装置。
6. 前記ファイン波長を計測する光学系がエタロンから構成される
   ことを特徴とする請求項３，４または請求項５記載の多波長計測手段を有するレーザ装置。
7. 前記ファイン波長を計測する光学系のエタロンのフリースペクトルレンジが、２つのピーク間隔の２倍以上である
   ことを特徴とする請求項６記載の多波長計測手段を有するレーザ装置。
8. １つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置であって、
   上記各ピークの両端にあるピーク中心波長間の中心位置の波長、ピーク数、及びピーク間隔を計測する計測手段と、
   上記計測された中心位置の波長に基づき、中心位置の波長が所望の値になるように制御するとともに、上記２以上のピークのピーク間隔を制御する手段を有し、
   上記計測手段は、少なくともコース波長を計測する手段と、エタロン及びラインセンサを使用したファイン波長を計測する手段を有し、
   上記ファイン波長を計測する手段は、ラインセンサ上のフリンジのピーク数を計測し、 所定範囲内のフリンジのピーク数がｎのとき、（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４（Ｄｏ：ラインセンサ上に現れるフリンジ外径、Ｄｉ：ラインセンサ上に現れるフリンジ内径）を算出して中心波長λを決定し、
   所定範囲内のフリンジのピーク数が２ｎ以上のとき、（Ｄｏ２＋Ｄｉ１）／４（Ｄｏ２：上記２以上のピークの内、ラインセンサ上に現れる一方のピークに対応した外側のフリンジの外径、Ｄｉ１：上記２以上のピークの内、ラインセンサ上に現れる他方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して中心波長λを決定する
   ことを特徴とする多波長計測手段を有するレーザ装置。
9. １つのピークを持つスペクトル形状を少なくとも２以上のピークを持つスペクトル形状に変更する手段を有するレーザ装置であって、
   少なくとも上記各ピークの中心波長、及びピーク数を計測する計測手段と、
   上記計測された各中心波長に基づき、各中心波長が所望の値になるように制御する手段を有し、
   上記計測手段は、少なくともコース波長を計測する手段と、エタロン及びラインセンサを使用したファイン波長を計測する手段を有し、
   上記ファイン波長を計測する手段は、ラインセンサ上のフリンジのピーク数を計測し、 所定範囲内のフリンジのピーク数がｎのとき、（Ｄｏ＋Ｄｉ）／４（Ｄｏ：ラインセンサ上に現れるフリンジ外径、Ｄｉ：ラインセンサ上現れるフリンジ内径）を算出して中心波長λを決定し、
   所定範囲内のフリンジのピーク数が２ｎ以上のとき、（Ｄｏ１＋Ｄｉ１）／４（Ｄｏ１：ラインセンサ上に現れる上記２つのピークの内、一方のピークに対応したフリンジ外径、Ｄｉ１：ラインセンサ上現れる２つのピークの内、一方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して、一方のピークの中心波長を決定するとともに、（Ｄｏ２＋Ｄｉ２）／４（Ｄｏ２：ラインセンサ上に現れる上記２つのピークの内、他方のピークに対応したフリンジ外径、Ｄｉ２：ラインセンサ上現れる上記２つのピークの内、他方のピークに対応した内側のフリンジの内径）を算出して、他方のピークの中心波長を決定する
   ことを特徴とする多波長計測手段を有するレーザ装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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