JP2000031574A - エキシマレーザの波長制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気圧や温度変化に関係なく高精度の波長制御を
なし得るとともに基準光源を用いることなく波長制御を
なし得るようにする。 【解決手段】波長検出器の出力に基づき炭素および酸素
の吸収スペクトル線を検出し、該検出した炭素及び酸素
の吸収スペクトル線に対応する波長検出器の波長軸上の
各位置を特定する波長軸校正手段と、前記特定された炭
素及び酸素の吸収スペクトル線の波長軸上の各位置から
目標波長に対応する波長軸上の位置を特定する補正演算
を行い、この特定した位置に発振レーザ光の波長が一致
するように発振波長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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエキシマレーザの
波長制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造用の縮小投影露光装置
（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０．３μｍ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などの多くの優れた利点が
期待できるからである。

【０００３】ところで、エキシマレーザをステッパの光
源として用いる場合には、エキシマレーザの出力レーザ
光を狭帯域化する必要があり、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。

【０００４】従来、狭帯域発振エキシマレーザの出力光
のスペクトル線幅を計測したり、波長を検出したりする
為にモニタエタロンや回折光子を用いた分光器が用いら
れている。モニタエタロンは部分反射ミラーを所定の空
隙をあけて対向配置したエアギャップエタロンを用いて
構成されるもので、このエアギャップエタロンの透過波
長は次のように表される。

【０００５】ｍλ＝２ｎｄ・ｃｏｓθ ただし、ｍは整数、ｎはエタロンの部分反射ミラー間の
屈折率、ｄはエタロンの部分反射ミラー間の間隔、θは
エタロンの法線と入射光の光軸のなす角度である。

【０００６】この式より、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれば、
波長が変化すると、θが変化することが判る。モニタエ
タロンではこの性質を利用して被検出光の波長を検出し
ている。

【０００７】ところで、上述したモニタエタロンにおい
て、エアギャップ内の圧力及び周囲温度が変化すると、
波長が一定でも上述した角度θが変化してしまう。そこ
で、モニタエタロンを用いる場合、エアギャップ内の圧
力及び周囲温度を一定に制御して波長検出を行ってい
た。

【０００８】しかし、エアギャップ内の圧力及び周囲温
度を高精度に制御することは困難であり、このため充分
な精度で絶対波長を検出することはできなかった。

【０００９】そこで、従来は、被検出光とともに予め波
長がわかっている基準光（たとえばアルゴンレーザ光、
鉄または水銀ランプの発振線）をモニタエタロンに入射
し、この基準光に対する被検出光の相対波長を検出する
ことにより被検出光の絶対波長を検出するようにしてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記基準光源として、
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の場合は、 ａ．Ａｓのホローカソードランプの193.7590nm線（真空
中） ｂ．低圧水銀ランプの194.2273nm線（真空中）などを用
いるようにしている。

【００１１】しかしながら、上記基準光源を用いた従来
技術では、 (1)基準光源の光量が弱い (2)ランプ内の気圧変化や温度変化により基準光源自体
の波長が変化するなどの問題があり、高精度に波長制御
をなし得ないという問題があった。

【００１２】また、ステッパ装置側からは、エキシマレ
ーザから発生される発振光の波長に関して、これを所定
の目標波長に一致させるという厳密な要求があり、また
要求される波長も一種類だけでなく、様々な値が要求さ
れる。これらの要求を達成するためには、各目標波長に
近い波長を有する様々な波長の基準光源を必要とする。
しかし、ＡｒＦエキシマレーザにおいて、従来は、光量
や波長シフトの問題を解決しかつ目標波長に近い波長を
持つ基準光源として適当なものが存在しなかった。

【００１３】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、発振光の波長を目標波長に一致するように制
御するエキシマレーザにおいて、気圧や温度変化に関係
なく高精度の波長制御をなし得るとともに基準光源を用
いることなく波長制御をなし得るようにしたエキシマレ
ーザの波長制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明で
は、レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯域化素子
によって狭帯域化して出力するとともに、発生されたレ
ーザ光を波長検出器に入射し波長検出器の出力に基ずき
発振光の波長を目標波長に一致するように制御するエキ
シマレーザの波長制御装置において、前記波長検出器の
出力に基づき炭素および酸素の吸収スペクトル線を検出
し、該検出した炭素及び酸素の吸収スペクトル線に対応
する波長検出器の波長軸上の各位置を特定する波長軸校
正手段と、前記特定された炭素及び酸素の吸収スペクト
ル線の波長軸上の各位置から目標波長に対応する波長軸
上の位置を特定する補正演算を行い、この特定した位置
に発振レーザ光の波長が一致するように発振波長を制御
する制御手段とを備えるようにしたことを特徴とする。

【００１５】かかる発明では、その波長が既知である炭
素の吸収線と酸素の吸収線を基準光源の代わりに用いて
波長制御を実行する。炭素は、炭素を混入した炭素吸収
セルを用いても良いし、レーザチャンバ内に混入してい
る炭素を用いてもよい。酸素は、酸素を混入した酸素吸
収セルを用いても良いし、レーザ光路中に存在する大気
中の酸素を用いても良い。

【００１６】すなわち、波長検出器の出力に基づき炭素
および酸素の吸収スペクトル線を検出し、該検出した炭
素及び酸素の吸収スペクトル線に対応する波長検出器の
波長軸上の各位置を特定し、特定された炭素及び酸素の
吸収スペクトル線の波長軸上の各位置から目標波長に対
応する波長軸上の位置を特定する補正演算を行い、この
特定した位置に発振レーザ光の波長が一致するように発
振波長を制御するようにしている。

【００１７】このようにこの発明によれば、炭素および
酸素の吸収線の波長を用いて目標波長に対応する波長検
出器の波長軸上の位置を特定し、これに基づいてレーザ
発振波長を制御するようにしたので、 (a)基準光を用いることなく波長制御をなし得る (b)炭素及び酸素の吸収線波長は温度や圧力に関係なく
絶対的な値であるので、基準光を用いた場合に比べより
高精度の波長制御をなし得る (c)炭素及び酸素の吸収線の吸収線を検出することによ
り２本以上の波長に対応する波長軸上の点を特定するこ
とができ、これにより波長分散を計算でき、より高精度
に絶対波長を検出することができるなどの効果を奏す
る。

【００１８】またこの発明では、レーザ媒質から発生さ
れたレーザ光を狭帯域化素子によって狭帯域化して出力
するとともに、発生されたレーザ光を波長検出器に入射
し波長検出器の出力に基ずき発振光の波長を目標波長に
一致するように制御するエキシマレーザの波長制御装置
において、前記波長検出器の出力に基づき炭素の吸収ス
ペクトル線を検出し、該検出した炭素の吸収スペクトル
線に対応する波長検出器の波長軸上の位置を特定する波
長軸校正手段と、前記特定された炭素の吸収スペクトル
線の波長軸上の位置からのずれ量に基づいて目標波長に
対応する波長軸上の位置を特定し、この特定した位置に
発振レーザ光の波長が一致するように発振波長を制御す
る制御手段とを備えるようにしている。

【００１９】かかる発明では、その波長が既知である炭
素の吸収線を基準光源の代わりに用いて波長制御を実行
する。炭素は、炭素を混入した炭素吸収セルを用いても
良いし、レーザチャンバ内に混入している炭素を用いて
もよい。波長検出器としては、スペクトル波形を計測す
る分光器あるいは干渉縞を計測する干渉縞計測器などを
用いる。

【００２０】この発明では、炭素の吸収スペクトル線に
対応する波長検出器の波長軸上の位置を特定し、この特
定された炭素の吸収スペクトル線の波長軸上の位置から
のずれ量に基づいて目標波長に対応する波長軸上の位置
を特定し、この特定した位置に発振レーザ光の波長が一
致するように発振波長を制御する。

【００２１】このようにこの発明では、炭素の吸収線を
用いて波長制御を行うようにしているので、 (a)基準光を用いることなく波長制御をなし得る (b)炭素の吸収線波長は温度や圧力に関係なく絶対的な
値であるので、基準光を用いた場合に比べより高精度の
波長制御をなし得るなどの効果を奏する。

【００２２】

【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。

【００２３】以下の実施形態では、エキシマレーザとし
て、目標波長を１９３ｎｍ近傍の値（例えば193.368n
m）としたＡｒＦエキシマレーザを例にとって説明す
る。

【００２４】〔第１実施形態〕図１〜図３にしたがって
この発明の第１実施形態を説明する。

【００２５】図１に示すＡｒＦ狭帯域エキシマレーザ
は、レーザチャンバ１及び狭帯域化ユニット２を有して
構成されている。狭帯域化ユニット２内にはエタロンま
たはグレーティングなどの波長選択素子を有しており、
波長制御部７の制御によってこれら波長選択素子の選択
波長が制御される。レーザチャンバ２と狭帯域化モジュ
ール２との間には、全反射ミラー３がレーザ光路中から
取り外し可能に設けられている。

【００２６】全反射ミラー３が光路中に挿入されていな
い場合、レーザチャンバ１から出力されたＡｒＦエキシ
マレーザ光は、狭帯域化ユニット２によって狭帯域化さ
れた後、レーザチャンバ１、フロントミラー４、ビーム
スプリッタ５を介して出射される。この出力レーザ光の
一部はビームスプリッタ５でモニタリングされ、ビーム
スプリッタ５を介して分光器６に入力される。分光器６
は、この場合、ツェルニーターナー型を用いている。波
長制御部７は、分光器６の出力に基づいて狭帯域化モジ
ュール２内の波長選択素子を駆動制御して発振レーザ光
の波長を制御する。

【００２７】全反射ミラー３が光路中に挿入された場合
は、レーザチャンバ１から出力されたＡｒＦエキシマレ
ーザ光が全反射ミラー３で反射されることで狭帯域化さ
れず、自然発振光がフロントミラー４、ビームスプリッ
タ５を介して出力されることになる。なお、全反射ミラ
ー３は部分反射ミラーでもよく、自然発振光が出力され
ればよい。

【００２８】本発明においては、その波長が既知の酸素
または炭素の吸収スペクトル線を用いてレーザ光の波長
制御を行うのであるが、この実施形態においては、レー
ザチャンバ１内に存在する炭素を炭素吸収セルの代用と
して用い、炭素吸収セルを省略するようにしている。

【００２９】すなわち、これは、レーザチャンバ１をシ
ールするＯリングとレーザガス中のハロゲンガス（フッ
素ガス）とが反応して、Ｏ−リング中の炭素がレーザチ
ャンバ内１に発生しているものと考えられる。炭素は、
発生時点ではＣＦ4などの化合物であるが、放電により
分解して炭素単体になっているものと推測される。

【００３０】また、分光器６に至るまでのレーザ光路中
には、レーザ光が大気中を通過する箇所もあり、これを
利用してレーザ光路上で酸素によるスペクトル吸収を行
うようにする。すなわち、酸素の吸収スペクトル線は、
大気中での酸素濃度によってその発生波長が異なってい
るが、通常の大気中での酸素濃度では、図２に示すよう
に、193.292nmと193.493nmとに吸収スペクトル線が顕著
に現れる。また、炭素の吸収スペクトル線は、図２に示
すように、193.090nmである。

【００３１】以下、図３のフローチャートを参照して図
１の実施形態で行う波長制御について説明する。

【００３２】まず、レーザ発振を開始させた後、全反射
ミラー３をレーザ光路中に挿入することで、狭帯域化さ
れない自然発振光が出射されるようにする（ステップ１
００）。

【００３３】この状態で、波長制御部７は、分光器６の
出力から得られたスペクトル波形から炭素の吸収線（19
3.090nm）および酸素の吸収線（193.292nm、193.493n
m）を検出する（ステップ１２０）。すなわち、スペク
トル波形において、図２に示すように、吸収線が存在す
る波長の箇所は凹んでいるので、これを適宜の手法を用
いて検出する。

【００３４】つぎに、波長制御部７は、このようにして
検出した炭素および酸素の吸収線を用いて分光器の波長
軸を校正する（ステップ１３０）。すなわち、炭素、酸
素の吸収線は既知の絶対的な値であるので、吸収線が存
在する波長軸上の位置が検出されれば、これらの吸収線
が存在する波長軸上の２〜３点の波長値が決定されるこ
とになり、これに基づき分光器の目標波長に対応する波
長軸上の１点を演算によって特定することができる。ま
た、同様にして、現在のレーザ光の中心波長を検出する
こともできる。これら分光器の校正処理の具体的として
は、次のようなものがある。

【００３５】(a)酸素の２つの吸収線を用いる場合、酸
素の吸収線（193.292nm、193.493nm）が存在する波長軸
上の２点を直線補間することで、目標波長に対応する波
長軸上の１点を特定する。

【００３６】(b)酸素の吸収線２点および炭素の吸収線
１点の合計３点を用いる場合、これら３点を曲線補間
（例えば二次曲線近似）することで目標波長に対応する
波長軸上の１点を特定する。

【００３７】(c)酸素の吸収線複数点および炭素の吸収
線１点の複数点を用いる場合、酸素の吸収線は、１９３
ｎｍ近傍には、上記２点（193.292nm、193.493nm）以外
にも、波長の異なる193.714nm、193.114nm、193.954nm
などの吸収線が存在し、これらの吸収線も検出し、該検
出した複数の点（この場合６点）を曲線補間することで
目標波長に対応する波長軸上の１点を特定する。

【００３８】なお、上記各手法において、(a)→(b)→
(c)の順にその測定精度が良くなる。

【００３９】このようにして分光器の校正処理が終了す
ると、つぎに、全反射ミラー３をレーザ光路中から取り
外すことで、狭帯域化モジュール２によって狭帯域化さ
れた狭帯域化レーザ光が出射されるようにする（ステッ
プ１４０）。

【００４０】波長制御部７では、前記校正を行った分光
器に入射される狭帯域化レーザ光の中心波長が目標波長
に対応する波長軸上の所定位置に一致するように狭帯域
化モジュール２の波長選択素子を駆動制御して、ＡｒＦ
狭帯域化レーザの中心波長を目標波長に一致させる（ス
テップ１５０）。

【００４１】このようにこの実施形態では、その絶対波
長が既知である大気中に存在する酸素又はレーザチャン
バ内に混入している炭素の吸収スペクトルを用いて波長
制御を行うようにしているので、吸収セルおよび基準光
源を用いることなく波長制御をなし得る。また、検出し
た炭素又は酸素の吸収スペクトル線に基づいて分光器の
校正を行うようにしているので、目標波長が吸収スペク
トル線の波長に完全に一致しなくとも要求される目標波
長に対応する波長制御を実行することができるようにな
る。

【００４２】〔第２実施形態〕図４〜図６にしたがって
この発明の第２実施形態を説明する。

【００４３】図４に示すＡｒＦ狭帯域エキシマレーザに
おいては、狭帯域化モジュール２を部分ナロウワーモジ
ュール８としている。部分ナロウワーは、ミラースキャ
ン型（反射ミラーとレンズのハイブリッド型の光学系を
有するもの）の露光装置に使用する際に用いられるもの
で、図１に示した通常の狭帯域化モジュール２に比べ出
力されるレーザ光のスペクトル線幅が数１０倍のオーダ
ーで広いため、狭帯域化を行っても分光器６において、
図５に示すように、炭素又は酸素の吸収スペクトル線に
よる凹みを検出することができる。したがって、この場
合は、分光器６での吸収スペクトル線の検出に当たって
先の図１の実施形態の全反射ミラー３を設ける必要はな
い。

【００４４】この実施形態においても、先の実施形態と
同様、レーザチャンバ内に混入する炭素および大気中の
酸素の吸収線を用いて分光器６を波長目盛りを校正す
る。

【００４５】以下、図６のフローチャートを参照して図
４の実施形態で行う波長制御について説明する。

【００４６】まず、レーザ発振を開始されると、波長制
御部７は、部分ナロウワーモジュール８内の波長選択素
子を駆動することで、出力レーザ光の中心波長を、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ光の自然発振光のスペクトル全幅を含
む範囲（例えば193nm〜194nm）で順次シフトさせていく
（ステップ２００）。

【００４７】波長制御部７では、上記波長シフトに伴
い、分光器６の出力を用いて各選択波長のスペクトル波
形を計測する（ステップ２１０）。

【００４８】そして、波長制御部７は、各選択波長のス
ペクトル波形において、図５に示すような、スペクトル
波形の凹みを検出すると、これを炭素または酸素の吸収
線として検出する（ステップ２２０）。波長制御部７で
は、１つの吸収線を検出すると、この検出吸収線に対応
する波長軸上の位置を記憶しておく。

【００４９】このようにして、自然発振光のスペクトル
全幅を含む範囲での波長シフトが終了すると（ステップ
２３０）、先の実施形態と同様、１つの炭素の吸収線お
よび複数の酸素の吸収線が検出されることになるので、
波長制御部７では、前述した３つのいずれかの手法を用
いて分光器６の校正処理を実行する（ステップ２４
０）。

【００５０】そして、波長制御部７では、前記校正を行
った分光器に入射される狭帯域化レーザ光の中心波長が
目標波長に対応する波長軸上の所定位置に一致するよう
に狭帯域化モジュール２の波長選択素子を駆動制御し
て、ＡｒＦ狭帯域化レーザの中心波長を目標波長に一致
させる（ステップ２５０）。

【００５１】このようにこの実施形態では、部分ナロウ
ワーを用いて狭帯域化を行なうＡｒＦエキシマレーザに
おいて、その絶対波長が既知である大気中に存在する酸
素又はレーザチャンバ内に混入している炭素の吸収スペ
クトルを用いて波長制御を行うようにしているので、吸
収セルおよび基準光源を用いることなく波長制御をなし
得る。また、検出した炭素又は酸素の吸収スペクトル線
に基づいて分光器の校正を行うようにしているので、目
標波長が吸収スペクトル線の波長に完全に一致しなくと
も要求される目標波長に対応する波長制御を実行するこ
とができるようになる。

【００５２】〔第３実施形態〕図７〜図９にしたがって
この発明の第３実施形態を説明する。

【００５３】図７に示すＡｒＦ狭帯域エキシマレーザに
おいては、出力されるレーザ光をモニタモジュール１０
でモニタするようにしている。モニタモジュール１０
は、ビームスプリッタ１１、受光ダイオード１２と、拡
散板１３、モニタエタロン１４、集光レンズ１５、光位
置検出器１６を有している。

【００５４】ビームスプリッタ５でサンプリングされた
出力レーザ光は、ビームスプリッタ１１を通過した後、
拡散板１３で散乱され、モニタエタロン１４、集光レン
ズ１５を介して光位置検出器１６に入力される。モニタ
エタロン１４は内側の面が部分反射ミラーとされた２枚
の透明板から構成され、その入射光の角度に対応してそ
れぞれ透過波長が異なるものである。

【００５５】光位置検出器１６は、集光レンズ１５の焦
点上に配設された例えば１次元または２次元のイメージ
センサであり、集光レンズ１５を経た光は光位置検出器
１６に結像され、この光位置検出器１６の検出面上にレ
ーザ光の波長に対応した干渉縞（フリンジ波形）を形成
する。光位置検出器１６からは、干渉縞の位置に対応す
る信号が波長制御部７に入力される。

【００５６】一方、受光ダイオード１２は、レーザ光の
光強度を検出し、その検出出力を波長制御部７に出力す
る。

【００５７】この実施形態では、レーザチャンバ１内の
炭素の吸収線を用いて波長校正を実行する。

【００５８】また、この場合、狭帯域化モジュール２、
モニタモジュール１０などのレーザ光軸上の光学機器
は、光学素子に対するゴミなどの付着を防止する、光学
素子を冷却する、光学素子の劣化を防ぐなどのために、
窒素などの不活性ガス（パージガス）が充填された気密
容器に収容するようにしており、このためレーザガスが
大気に触れることはない。したがって、この場合、酸素
による吸収はほとんど発生しない。

【００５９】以下、図９のフローチャートを参照して図
７の実施形態で行う波長制御について説明する。

【００６０】まず、レーザ発振が所定の（一定の）励起
強度で開始されると、波長制御部７は、狭帯域化モジュ
ール２内の波長選択素子を駆動することで、出力レーザ
光の中心波長を、ＡｒＦエキシマレーザ光の自然発振光
のスペクトル全幅を含む範囲（例えば193nm〜194nm）で
順次シフトさせていく（ステップ３００）。

【００６１】波長制御部７では、上記波長シフトが開始
されると、受光ダイオード１２の検出出力を判定してお
り、波長をシフトさせている範囲内でその出力が最小に
なる波長シフト位置を検出する（ステップ３１０）。す
なわち、波長選択素子によって選択された選択波長が炭
素の吸収スペクトル線に一致すると、図８に示すよう
に、炭素による吸収によってレーザ出力は極端に低下す
るので、波長制御部７ではこれを検出するようにしてい
る。

【００６２】そして、波長制御部７は、受光ダイオード
１２の検出出力が最小になったときの光位置検出器１６
のフリンジ波形すなわち、干渉縞の受光位置を検出し、
これを炭素の吸収波長すなわち波長193.090nmに対応す
る干渉縞の受光位置信号として記憶しておく（ステップ
３２０，３３０）。

【００６３】この記憶処理が終了すると、波長制御部７
は波長シフト動作を終了する（ステップ３４０）。そし
て、波長制御部７では、前記記憶した波長193.090nmの
フリンジ波形に用いて発振波長を目標波長に一致させる
波長校正制御を実行する（ステップ３５０）。すなわ
ち、光位置検出器１６においては、干渉縞の検出位置が
単位長さずれると波長がどのくらいずれるかの関係が予
め予測できるので、光位置検出器１０の一点の位置およ
びその波長を特定することができれば、その位置からの
ズレ量を検出することで現在の発振レーザ光の波長を特
定することができる。したがって、波長制御部７では、
発振レーザ光によって形成される干渉縞の光位置検出器
１６における受光位置と先に記憶しておいた炭素吸収線
に一致した際の干渉縞の受光位置とのずれ量から現在の
発振波長の絶対波長を求め、これが目標波長に一致する
ように狭帯域化モジュール２の波長選択素子を駆動制御
する。

【００６４】このようにこの実施形態では、狭帯域化Ａ
ｒＦエキシマレーザにおいて、その絶対波長が既知であ
るレーザチャンバ内に混入している炭素の吸収スペクト
ルを用いて波長制御を行うようにしているので、吸収セ
ルおよび基準光源を用いることなく波長制御をなし得
る。また、検出した炭素の吸収スペクトル線に基づいて
干渉縞検出器の校正を行うようにしているので、目標波
長が吸収スペクトル線の波長に完全に一致しなくとも要
求される目標波長に対応する波長制御を実行することが
できるようになる。

【００６５】〔第４実施形態〕図１０〜図１２にしたが
ってこの発明の第４実施形態を説明する。

【００６６】図１０に示すＡｒＦ狭帯域エキシマレーザ
においては、酸素ガスと炭素ガスとの混合ガスが封入さ
れた吸収セル２０を用いて、酸素によるスペクトル吸収
および炭素によるスペクトル吸収を積極的に発生させる
ようにしている。

【００６７】図１０において、ビームスプリッタ５でサ
ンプリングされた出力レーザ光は、ビームスプリッタ１
１を通過した後、拡散板１３で散乱され、モニタエタロ
ン１４、集光レンズ１５を介して光位置検出器１６に入
力される。光位置検出器１６は、集光レンズ１５の焦点
上に配設された例えば１次元または２次元のイメージセ
ンサであり、集光レンズ１５を経た光は光位置検出器１
６に結像され、この光位置検出器１６の検出面上にレー
ザ光の波長に対応した干渉縞（フリンジ波形）を形成す
る。光位置検出器１６からは、干渉縞の位置に対応する
信号が波長制御部７に入力される。

【００６８】一方、ビームスプリッタ１１で偏向された
レーザ光は、ビームスプリッタ１７を通過し、吸収セル
２０で酸素および炭素によるスペクトル吸収が行われた
後、受光ダイオード１８に入射される。さらに、ビーム
スプリッタ１７で偏向されたレーザ光は、受光ダイオー
ド１２に入射される。

【００６９】すなわち、受光ダイオード１２は、吸収セ
ル２０を通過前のレーザ光の光強度を検出し、その検出
出力ｅ1を波長制御部７に出力する。受光ダイオード１
８は、吸収セル２０を通過した後のレーザ光の光強度を
検出し、その検出出力ｅ2を波長制御部７に出力する。

【００７０】図１１は、自然発振光のスペクトルにおけ
る酸素及び炭素の吸収線を示すものである。

【００７１】また、図１２は、干渉縞位置（この場合は
干渉縞半径、光位置検出器１６のチャンネル位置）と、
酸素の193.493nmの吸収線のフリンジ波形、発振レーザ
光の目標波長(193.368nm）でのフリンジ波形、酸素の19
3.292nmの吸収線のフリンジ波形、炭素の吸収線（193.0
90nm）のフリンジ波形との関係を示すものである。

【００７２】以下、図１３のフローチャートを参照して
図１０の実施形態で行う波長制御について説明する。

【００７３】まず、レーザ発振が開始されると、波長制
御部７は、狭帯域化モジュール２内の波長選択素子を駆
動することで、出力レーザ光の中心波長を、ＡｒＦエキ
シマレーザ光の自然発振光のスペクトル全幅を含む範囲
（例えば193nm〜194nm）で順次シフトさせていく（ステ
ップ４１０）。

【００７４】波長制御部７では、上記波長シフトが開始
されると、受光ダイオード１２および１８の検出出力に
基づきこれら出力の比ｅ2／ｅ1を判定しており、この比
ｅ2／ｅ1極小値をとるシフト位置を検出することで、図
１１に示す炭素の１つの吸収線および酸素の２つの吸収
線に対応するシフト位置を検出する（ステップ４２
０）。

【００７５】そして、波長制御部７は、前記比ｅ2／ｅ1
が極小をとったときの光位置検出器１６のフリンジ波形
すなわち、干渉縞の受光位置を検出し、これを炭素の吸
収波長すなわち波長193.090nmに対応する干渉縞の受光
位置信号、酸素の吸収波長193.292nmに対応する干渉縞
の受光位置信号、酸素の吸収波長193.493nmに対応する
干渉縞の受光位置信号として記憶しておく（ステップ４
３０，４４０）。

【００７６】この記憶処理が終了すると、波長制御部７
は波長シフト動作を終了する（ステップ４５０）。

【００７７】波長制御部７では、これら記憶した波長19
3.090nm、193.292nm、193.493nmのフリンジ波形に基づ
いて発振波長を目標波長に一致させる波長校正制御を実
行する（ステップ４６０）。

【００７８】波長制御部３で行なう上記波長校正制御の
具体的としては、次のようなものがある。

【００７９】(a)酸素の２つの吸収線を用いる場合、酸
素の吸収線（193.292nm、193.493nm）の２つのフリンジ
半径を用いて二次関数的補間を行なうことで目標波長に
対応するフリンジ半径を求める。また、同様にして、現
在の発振波長を求めることもできる。

【００８０】(b)酸素の吸収線２点および炭素の吸収線
１点の合計３点を用いる場合、これら３点のフリンジ半
径を用いて曲線補間（例えば二次関数近似）を行なうこ
とで、目標波長に対応するフリンジ半径を求める。ま
た、同様にして、現在の発振波長を求めることもでき
る。

【００８１】(c)酸素の吸収線複数点および炭素の吸収
線１点の複数点を用いる場合、前述したように、酸素の
吸収線は、１９３ｎｍ近傍には、上記２点（193.292n
m、193.493nm）以外にも、波長の異なる193.714nm、19
3.114nm、193.954nmなどの吸収線が存在するので、これ
らの吸収線に対応するフリンジ半径をそれぞれ検出し、
該検出した複数のフリンジ半径（この場合６点）を曲線
補間することで目標波長に対応するフリンジ半径を特定
する。また、同様にして、現在の発振波長を求めること
もできる。

【００８２】なお、上記各手法において、(a)→(b)→
(c)の順にその測定精度が良くなる。

【００８３】このようにこの実施形態では、狭帯域化Ａ
ｒＦエキシマレーザにおいて、炭素及び酸素の吸収セル
を配設し、炭素および酸素の吸収スペクトルを用いて波
長制御を行うようにしているので、基準光源を用いるこ
となく波長制御をなし得る。また、検出した炭素および
酸素の吸収スペクトル線に基づいて干渉縞検出器の校正
を行うようにしているので、目標波長が吸収スペクトル
線の波長に完全に一致しなくとも要求される目標波長に
対応する波長制御を実行することができるようになる。

【００８４】なお、実施例では、本発明を目標波長を１
９３ｎｍ近傍の値にするＡｒＦエキシマレーザに適用す
るようにしたが、目標波長が約２４８．４ｎｍであるＫ
ｒＦエキシマレーザに本発明を適用するようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック
図。

【図２】炭素及び酸素吸収線を含む自然発振光のスペク
トル波形を示す図。

【図３】第１実施形態の波長制御手順を示すフローチャ
ート。

【図４】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック
図。

【図５】部分ナロウワーで狭帯域化を行った場合の吸収
線を含むスペクトル波形を示す図。

【図６】第２実施形態の波長制御手順を示すフローチャ
ート。

【図７】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック
図。

【図８】炭素吸収線を含む自然発振光のスペクトル波形
を示す図。

【図９】第３実施形態の波長制御手順を示すフローチャ
ート。

【図１０】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック
図。

【図１１】炭素および酸素の吸収線を含む自然発振光の
スペクトル波形を示す図。

【図１２】炭素の吸収線、酸素の吸収線、目標波長に対
応する選択波長のフリンジ波形を示す図。

【図１３】第４実施形態の波長制御手順を示すフローチ
ャート。

【符号の説明】

１…レーザチャンバ ２…狭帯域化モジュール ３
…全反射ミラー ４…フロントミラー ５…ビームスプリッタ ６
…分光器 ７…波長制御部 ８…部分ナロウワー １２…受光
ダイオード １３…拡散板 １４…モニタエタロン １５…集光
レンズ １６…光位置検出器 ２０…吸収セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F071 AA06 DD04 DD05 DD07 HH02 HH05 5F072 AA06 HH02 HH05 JJ05 JJ13 KK08 KK15 KK21 KK30 YY09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯
   域化素子によって狭帯域化して出力するとともに、発生
   されたレーザ光を波長検出器に入射し波長検出器の出力
   に基ずき発振光の波長を目標波長に一致するように制御
   するエキシマレーザの波長制御装置において、 前記波長検出器の出力に基づき炭素および酸素の吸収ス
   ペクトル線を検出し、該検出した炭素及び酸素の吸収ス
   ペクトル線に対応する波長検出器の波長軸上の各位置を
   特定する波長軸校正手段と、 前記特定された炭素及び酸素の吸収スペクトル線の波長
   軸上の各位置から目標波長に対応する波長軸上の位置を
   特定する補正演算を行い、この特定した位置に発振レー
   ザ光の波長が一致するように発振波長を制御する制御手
   段と、 を備えるようにしたことを特徴とするエキシマレーザの
   波長制御装置。
2. 【請求項２】レーザ媒質から発生されたレーザ光を狭帯
   域化素子によって狭帯域化して出力するとともに、発生
   されたレーザ光を波長検出器に入射し波長検出器の出力
   に基ずき発振光の波長を目標波長に一致するように制御
   するエキシマレーザの波長制御装置において、 前記波長検出器の出力に基づき炭素の吸収スペクトル線
   を検出し、該検出した炭素の吸収スペクトル線に対応す
   る波長検出器の波長軸上の位置を特定する波長軸校正手
   段と、 前記特定された炭素の吸収スペクトル線の波長軸上の位
   置からのずれ量に基づいて目標波長に対応する波長軸上
   の位置を特定し、この特定した位置に発振レーザ光の波
   長が一致するように発振波長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エキシマレーザの
   波長制御装置。