JP2000114621A - 波長モニタ及びそのガス交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部の光学部品の劣化が少なく、かつ中心波
長の計測誤差が少ない波長モニタ及びその不純物除去方
法。 【解決手段】 所定の不活性ガスを封入した密閉容器
(9) の内部に、光の波長を検出する波長検出器(4) を収
納した波長モニタにおいて、密閉容器(9) 内の不活性ガ
スを交換するガス交換手段と、密閉容器(9) 内の圧力Ｐ
を検出する圧力センサ(19)と、密閉容器(9) 内の温度Ｔ
を検出する温度センサ(20)とを備え、密閉容器(9) 内の
不活性ガスの圧力Ｐと温度Ｔとを検出して、圧力Ｐと温
度Ｔとの比Ｐ／Ｔが予め定められた所定の値以上になっ
たときに、不活性ガスを交換するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の波長を計測す
る波長モニタ及びそのガス交換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、縮小投影露光装置の光源とし
ての、狭帯域化されたエキシマレーザの発振波長の中心
値（以下、これを中心波長と呼ぶ）を計測する中心波長
計測技術が知られており、例えば、実開平１−１３５７
５６号公報に示されている。図７は、同公報に開示され
た中心波長を計測するための波長モニタの構成図を表し
ており、以下同図に基づいて従来技術を説明する。

【０００３】同図において、狭帯域化エキシマレーザ１
から発振したレーザ光２は、その一部がミラー３で図中
下向きに反射され、光遮蔽箱４に入射する。光遮蔽箱４
は、ファブリーペローエタロン６を備えており、これに
入射したレーザ光２はその中心波長に対応した間隔を有
する干渉縞を生じる。この干渉縞を、レンズ７で撮像素
子８に投影し、その間隔を撮像素子８で計測することに
よって、レーザ光２の中心波長を検出する。

【０００４】このとき、ファブリーペローエタロン６の
周囲の気体の圧力や温度が変化すると、ファブリーペロ
ーエタロン６のギャップ間の気体の屈折率が変化するた
め、このファブリーペローエタロン６を透過した光が形
成する干渉縞の間隔が変動し、中心波長の計測に誤差が
生じる。このため、ファブリーペローエタロン６を密閉
型の封入容器９内に収納し、その内部に不活性ガスを封
入することによって、気体の圧力や温度を常に一定に
し、中心波長計測の精度を向上させている。

【０００５】ところが、紫外線光であるレーザ光２を長
期間照射することにより、封入容器９内に密封した構成
部品から不純ガスが発生することがある。そして、この
不純ガスが固体化した不純物がファブリーペローエタロ
ン６等の光学部品に付着して光学部品を劣化させ、その
寿命を短くするという問題が生じている。このため、前
記同公報では、ファブリーペローエタロン６を収納した
封入容器９を、清浄な不活性ガスが流通する雰囲気中に
配設することによって、不純ガスを封入容器９内から外
部に追い出し、不純物の光学部品への付着を防いでい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記実
開平１−１３５７５６号公報に開示された従来技術に
は、次に述べるような問題点がある。

【０００７】即ち、同公報ではファブリーペローエタロ
ン６を流通する清浄ガス中に設けているため、ファブリ
ーペローエタロン６の周囲を清浄ガスが流れ、周囲の気
体に揺らぎが生じる。これにより、ファブリーペローエ
タロン６のギャップ間の気体の屈折率が不均一となり、
形成された干渉縞の間隔が揺らぐため、中心波長の計測
が不安定となって、計測誤差が生じる。

【０００８】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、光学部品の劣化が少なく、かつ中心波長
の計測誤差が少ない波長モニタ及びその不純物除去方法
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１構成の発明は、光の波長を検
出する波長検出器と、この波長検出器を内部に収納し
て、所定の不活性ガスを封入した密閉容器とを備えた波
長モニタにおいて、所定のタイミングで密閉容器内の不
活性ガスを交換するガス交換手段を備えている。

【００１０】第１構成に記載の発明によれば、波長検出
器を収納した密閉容器内の不活性ガスを、必要な時にの
み所定のタイミングで交換している。これにより、密閉
容器内部の部品から発生する不純ガスにより光学部品が
汚損される前に、不活性ガスを交換して不純ガスを密閉
容器内から追い出すことができる。これにより、波長モ
ニタの光学部品の寿命を長くすることができる。

【００１１】また、第２構成の発明は、第１構成の発明
に記載の波長モニタにおいて、密閉容器内の圧力を検出
する圧力センサと、密閉容器内の温度を検出する温度セ
ンサとを備え、前記所定のタイミングが、密閉容器内の
圧力と温度との比が予め定められた所定の値以上になっ
た時点である。

【００１２】第２構成記載の発明によれば、密閉容器内
の圧力と温度との比が、所定の値以上になった時点でガ
ス交換を行なっている。圧力と温度との比は、密閉容器
内の気体の分子量に比例するので、これが増加した場合
には、密閉容器内部に不純ガスが発生したものと考えら
れる。これにより、不純ガスの発生を適切なタイミング
で検知し、不活性ガスの交換によってこの不純ガスを除
去できるので、常に光学部品を清浄な雰囲気中に保ち、
その寿命を長くすることが可能である。

【００１３】また、第３方法の発明は、光の波長を測定
する波長検出器を収納した密閉容器内に封入した、所定
の不活性ガスを交換する波長モニタのガス交換方法にお
いて、前記密閉容器内の圧力Ｐと温度Ｔとを検出し、圧
力Ｐと温度Ｔとの比Ｐ／Ｔが予め定められた所定の値以
上になったときに、密閉容器内の不活性ガスを交換する
ようにしている。

【００１４】第３方法記載の発明によれば、密閉容器内
の圧力と温度との比が所定の値を越えた時点で、密閉容
器内のガス交換を行なっている。これにより、不純ガス
の発生を適切なタイミングで検知し、この不純ガスを除
去できるので、常に光学部品を清浄な雰囲気中に保つこ
とができ、その寿命を長くすることが可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係わる実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態に
おいて、その実施形態よりも前出の実施形態の説明に使
用した図、及び前記図７と同一の要素には同一符号を付
し、重複説明は省略する。

【００１６】まず、図１〜図５に基づいて、第１の実施
形態を説明する。図１は、本実施形態に係わる波長モニ
タの構成図を示している。同図において、狭帯域化エキ
シマレーザ１は、レーザガスを封止したチャンバ１Ａ
と、レーザ光２を狭帯域化する狭帯域化ユニット１Ｂと
を備えている。狭帯域化エキシマレーザ１から発振した
レーザ光２は、その一部をビームスプリッタ３（従来技
術のミラー３に相当）で図中下向きに反射され、波長検
出器４に入射する。

【００１７】この波長検出器４は、レーザ光を散乱させ
るすりガラス１１、入射した光の波長に応じた間隔の干
渉縞１２を形成するモニタエタロン６（従来技術のファ
ブリーペローエタロン６に相当）、モニタエタロン６か
ら出射した干渉縞１２を集光して光位置検出器８（従来
技術の撮像素子８に相当）上に結像する集光レンズ７
（従来技術のレンズ７に相当）、及び結像された干渉縞
１２の間隔を計測し、その値を波長コントローラ１５に
出力する光位置検出器８を備えている。この波長検出器
４は、密閉容器９（従来技術の封入容器９に相当）に収
納されており、この密閉容器９はＯリング等の封止手段
によって封止され、その内部には所定圧力の不活性ガス
（本実施形態では窒素）が封入されている。また、波長
モニタは、密閉容器９内部の圧力Ｐと温度Ｔとをそれぞ
れ測定する圧力センサ１９と温度センサ２０とを密閉容
器９内部に備えている。さらに、光位置検出器８は、中
心波長の測定をコントロールする波長コントローラ１５
に接続されている。

【００１８】また、この密閉容器９には、密閉容器９内
に窒素を導入する配管１６Ａ、及び密閉容器９内部の窒
素を排出する配管１６Ｂのそれぞれ一端が接続されてい
る。そして、これらの配管１６Ａ，１６Ｂの他端は、そ
れぞれ給気バルブ１７Ａ及び排気バルブ１７Ｂに接続さ
れ、さらに給気バルブ１７Ａは配管を介して窒素ボンベ
１８に接続されている。また、給気バルブ１７Ａ及び排
気バルブ１７Ｂは、ガス系統をコントロールするガスコ
ントローラ２２と接続され、ガスコントローラ２２から
の出力によって開閉可能となっている。尚、これらの給
排気用の配管１６Ａ，１６Ｂ、給気バルブ１７Ａ、排気
バルブ１７Ｂ、及びガスコントローラ２２を、ガス交換
手段と呼ぶ。さらに、前記圧力センサ１９及び温度セン
サ２０の検出信号は、共にガスコントローラ２２及び波
長コントローラ１５に入力されている。また、波長コン
トローラ１５とガスコントローラ２２は接続され、互い
に通信可能となっている。

【００１９】さらに、波長モニタは、中心波長測定のた
めのの基準光を発生する基準光源２３、基準光のうち所
定の基準波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタ
２４、基準光を反射するビームスプリッタ２６、レーザ
光２を遮るレーザシャッタ２５Ａ、及び基準光を遮る基
準シャッタ２５Ｂを有している。そして、基準光源２
３、レーザシャッタ２５Ａ及び基準シャッタ２５Ｂは、
前記波長コントローラ１５に接続され、波長コントロー
ラ１５からの出力信号によって動作するようになってい
る。

【００２０】以下、本実施形態に係わる波長モニタが、
中心波長を検出する際の作用について詳細に説明する。
図２に、中心波長検出のメインフローの一例をフローチ
ャートで示す。

【００２１】まず、狭帯域化エキシマレーザ１が立ち上
げられると、レーザチャンバ１Ａ内のレーザガスが交換
される（Ｓ１）。レーザガス交換終了後、波長コントロ
ーラ１５はガスコントローラ２２に指令を出力し、後述
する密閉容器ガス交換手順に従って、密閉容器９内の窒
素を交換する（Ｓ２）。そして、圧力センサ１９及び温
度センサ２０の各検出信号から、窒素交換後の密閉容器
内の圧力Ｐ1 及び温度Ｔ1 を検出し、その比Ｐ1 ／Ｔ1
を記憶する（Ｓ３）。狭帯域化エキシマレーザ１が発振
を開始すると（Ｓ４）、波長コントローラ１５は、後述
する波長検出器較正手順に従って波長検出器２の較正を
行なう（Ｓ６）。次に、波長コントローラ１５は、後述
する中心波長検出手順に従って、中心波長を測定する
（Ｓ７）。そして、このとき計測した圧力Ｐ及び温度Ｔ
からその比Ｐ／Ｔを算出し（Ｓ８）、この比Ｐ／Ｔと前
記比Ｐ1 ／Ｔ1 との差値（Ｐ／Ｔ−Ｐ1 ／Ｔ1 ）を、所
定の値Ｃと比較する（Ｓ９）。このとき、差値（Ｐ／Ｔ
−Ｐ1 ／Ｔ1 ）が所定の値Ｃよりも大きければ密閉容器
９内に不純ガスが発生していると判断し、発振を停止し
（Ｓ１１）、Ｓ２に戻って密閉容器内のガスを交換す
る。また、Ｓ９で差値（Ｐ／Ｔ−Ｐ1 ／Ｔ1 ）が所定の
値Ｃ以下であれば、所定の判断基準、例えば前記縮小投
影露光装置からの指令の有無に従って、波長検出器４を
較正すべきか否かを判断する（Ｓ１２）。そして、較正
する場合はＳ６に戻って波長検出器４を較正し、較正し
ない場合はＳ７に戻って中心波長の計測を行なう。

【００２２】このように、比Ｐ／Ｔを所期の値と比較
し、この比Ｐ／Ｔが所定値以上に増加したときに、密閉
容器９内の窒素の交換を行なっている。密閉容器９内部
では体積Ｖ一定であるから、気体方程式「ＰＶ＝ｎＲ
Ｔ」（Ｖ：体積、ｎ：分子数、Ｒ：気体定数）によれ
ば、比Ｐ／Ｔは、密閉容器９内の分子数ｎに比例する。
即ち、比Ｐ／Ｔが増加したということは、分子数ｎが増
加したということであり、密閉容器９内に不純ガスが発
生したと判断できる。これにより、密閉容器９内の不純
ガスの発生を確実に検知することができる。

【００２３】以下、メインフローに記した各手順につい
て、詳細に説明する。まず、前記密閉容器ガス交換手順
の一例を、図３にフローチャートで示す。

【００２４】まず、タイマーｔを０にリセットし（Ｓ２
１）、ガスコントローラ２２から給気バルブ１７Ａに開
指令を出力し（Ｓ２２）、排気バルブ１７Ｂに開指令を
出力する（Ｓ２３）。これにより、窒素ボンベ１８の窒
素ガスが密閉容器９内に導入され、密閉容器９内で発生
した不純ガスが排気用の配管１６Ｂから追い出される。
そして、タイマーｔが所定の値ｔ１になるまで待機し
（Ｓ２４）、タイマーｔが所定の値ｔ１を越えたら給気
バルブ１７Ａに閉指令を出力し（Ｓ２６）、排気バルブ
１７Ｂに閉指令を出力する（Ｓ２７）。さらに、所定時
間経過後に圧力センサ１９の出力に基づいて圧力Ｐを検
出し、この圧力Ｐを予め定めた所定の圧力下限値Ｐ１及
び圧力上限値Ｐ２と比較する（Ｓ２８）。

【００２５】このとき、圧力Ｐが圧力下限値Ｐ１未満で
あれば、ガスコントローラ２２は給気バルブ１７Ａに開
指令を出力し（Ｓ３１）、所定の時間後、閉指令を出力
し（Ｓ３２）、Ｓ２８に戻ってこのときの圧力Ｐを前記
所定の圧力下限値Ｐ１及び圧力上限値Ｐ２と比較する。
また、Ｓ２８で圧力Ｐが圧力上限値Ｐ２より大であれ
ば、ガスコントローラ２２は排気バルブ１７Ｂに開指令
を出力し（Ｓ３３）、所定の時間後、閉指令を出力し
（Ｓ３４）、Ｓ２８に戻ってこのときの圧力Ｐを所定の
圧力下限値Ｐ１及び圧力上限値Ｐ２と比較する。そして
Ｓ２８で、圧力Ｐが、圧力下限値Ｐ１以上圧力上限値Ｐ
２以下であれば、密閉容器ガス交換手順を終了する。こ
れにより、密閉容器９内の不純ガスは容器外に追い出さ
れ、所定の圧力範囲内のクリーンな窒素が密閉容器９内
に封入される。

【００２６】次に図４に、前記波長検出器較正手順の一
例をフローチャートで示す。

【００２７】まず、波長コントローラ１５は、レーザシ
ャッタ２５Ａに閉指令を、基準シャッタ２５Ｂに開指令
を、そして基準光源２３に点灯指令を、それぞれ出力す
る（Ｓ４１）。これにより、基準光のみが波長検出器４
に導かれ、モニタエタロン６は、入射した基準光の基準
波長に対応した基準間隔を有する干渉縞１２Ｂを形成す
る。光位置検出器８は、集光レンズ７によって集光され
た干渉縞１２Ｂの基準間隔を計測し、その計測結果を波
長コントローラ１５に出力する（Ｓ４２）。波長コント
ローラ１５は、この基準間隔を記憶し（Ｓ４３）、波長
検出器較正手順を終了する。

【００２８】さらに図５に、前記中心波長検出手順の一
例をフローチャートで示す。

【００２９】まず、波長コントローラ１５は、レーザシ
ャッタ２５Ａに開指令を、基準シャッタ２５Ｂに閉指令
を、そして基準光源２３に消灯指令を、それぞれ出力す
る（Ｓ５１）。これにより、狭帯域化エキシマレーザ１
からのレーザ光２のみが、波長検出器４に導かれ、モニ
タエタロン６は入射したレーザ光２の中心波長に対応し
た間隔を有する干渉縞１２Ａを形成する。光位置検出器
８は、集光レンズ７によって結像された干渉縞１２Ａの
間隔を計測し、その計測結果を波長コントローラ１５に
出力する（Ｓ５２）。また、このとき波長コントローラ
１５は、圧力センサ１９及び温度センサ２０からの検出
信号に基づき、波長検出器４内部の圧力Ｐ及び温度Ｔを
検出する（Ｓ５３）。そして、これら圧力Ｐ、温度Ｔ、
及び干渉縞１２Ａの間隔に基づき、レーザ光２の中心波
長を算出し（Ｓ５４）、この中心波長を前記基準間隔に
基づいて補正し（Ｓ５５）、中心波長検出手順を終了す
る。

【００３０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、密閉容器９内の圧力Ｐと温度Ｔとの比Ｐ／Ｔを算出
し、この比Ｐ／Ｔと密閉容器ガス交換後の比Ｐ1 ／Ｔ1
との差が所定の値を越えた場合に、密閉容器９内の窒素
を交換するようにしている。これにより、密閉容器９内
の不純ガスの発生を確実に検知してガス交換を行なって
いるので、密閉容器９内の不純ガスを確実に除去するこ
とができ、光学部品に不純物が付着して劣化するのを防
いで、光学部品の寿命を長くすることができる。しか
も、密閉容器９内に窒素を密封し、その内部に波長検出
器４を収納しているので、波長検出器４の周囲の雰囲気
が安定し、中心波長計測を精度良く行なうことが可能と
なっている。さらに、狭帯域化エキシマレーザ１立ち上
げ時に常に密閉容器９内の窒素を交換しているので、レ
ーザ発振が行なわれていない時に不純ガスが発生して
も、この不純物を常に除去することが可能である。

【００３１】次に、第２の実施形態に係わる波長モニタ
の構成図を図６に示す。この波長モニタは、図１に示し
たモニタエタロン６を用いた波長検出器４を、グレーテ
ィングを用いた波長検出器４に代えたものである。

【００３２】同図において、波長検出器４は、入射した
光を集光するレンズ２８Ａ，２８Ｂ、ビームスプリッタ
２６、スリット２９、凹面鏡３１Ａ，３１Ｂ、入射した
光の波長に対応した角度に光を回折するグレーティング
３２、及び集光された光の集光位置３３を計測し、その
値を波長コントローラ１５に出力する光位置検出器８を
備えている。

【００３３】以下に、この波長検出器４の作用について
説明する。波長検出器４に入射した光は、レンズ２８Ａ
又はレンズ２８Ｂを通過し、ビームスプリッタ２６を透
過又は反射してスリット２９上に集光される。スリット
２９を通過した光は、凹面鏡３１Ａで略平行光に整形さ
れ、グレーティング３２に入射する。グレーティング３
２に入射した光は、その波長に対応した角度に回折さ
れ、凹面鏡３１Ｂで反射されて、光位置検出器８上の集
光位置３３に集光される。即ち、狭帯域化エキシマレー
ザ（図示せず）から出射したレーザ光２をこの波長検出
器４に入射させれば、中心波長に対応した集光位置３３
Ａが得られ、光位置検出器８でこの集光位置３３Ａを計
測することにより、前記第１の実施形態と同様にレーザ
光２の中心波長を検出することが可能となる。また、基
準光を波長検出器４に入射させると、その基準波長に対
応した基準集光位置３３Ｂが得られ、この基準集光位置
３３Ｂに基づいて、中心波長を補正している。

【００３４】このようなグレーティング３２を利用した
波長モニタにおいても、モニタエタロン６を利用した波
長モニタと同様に、グレーティング３２の周囲の気体の
圧力や温度が変化すると、気体の屈折率が変化する。そ
の結果、グレーティング３２で回折した光の集光位置３
３Ａが変動し、モニタエタロン６の場合と同様に、中心
波長の計測に誤差が生じる。このため、波長検出器４を
密閉容器９内に収納し、その内部に不活性ガスを封入す
ることによって、周囲の気体の圧力や温度を常に一定に
し、中心波長計測の精度を向上させている。

【００３５】しかしながら、このとき、前記第１の実施
形態と同様に、紫外線光であるレーザ光２を長期間照射
することにより、密閉容器９内に密封した構成部品から
不純ガスが発生する。そして、この不純ガスから生じた
不純物が、光学部品に付着して光学部品を劣化させ、そ
の寿命を短くするという問題が生じている。

【００３６】この問題に鑑み、本実施形態においても、
波長モニタは第１の実施形態と同様に、圧力センサ１
９、温度センサ２０及びガス交換手段を備えている。そ
して、前記図２に示したメインフローに従って、所定の
タイミングで密閉容器９内の窒素ガスを交換することに
より、光学部品に不純物が付着して劣化するのを防ぎ、
光学部品の寿命を長くすることが可能である。

【００３７】このように、本発明はモニタエタロン６を
利用した波長検出器４ばかりでなく、グレーティング３
２など、他の光学素子を利用した波長検出器４を備えた
波長モニタにも応用可能である。

【００３８】なお、本発明においては、狭帯域化された
エキシマレーザの波長を計測する波長モニタについて実
施形態を説明したが、これは他の光の波長を計測する波
長モニタ、例えば分光器等についても実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる波長モニタの構
成図。

【図２】メインフローの一例を示すフローチャート。

【図３】密閉容器ガス交換手順の一例を示すフローチャ
ート。

【図４】波長検出器較正手順の一例を示すフローチャー
ト。

【図５】中心波長検出手順の一例を示すフローチャー
ト。

【図６】第２の実施形態に係わる波長モニタの構成図。

【図７】従来技術による波長モニタの構成図。

【符号の説明】

１ 狭帯域化エキシマレーザ ２ レーザ光 ３ ビームスプリッタ ４ 波長検出器 ６ モニタエタロン ７ 集光レンズ ８ 光位置検出器 ９ 密閉容器 １１ すりガラス １２ 干渉縞 １５ 波長コントローラ １６Ａ，１６Ｂ 配管 １７Ａ 給気バルブ １７Ｂ 排気バルブ １８ 窒素ボンベ １９ 圧力センサ ２０ 温度センサ ２２ ガスコントローラ ２３ 基準光源 ２４ バンドパスフィルタ ２５Ａ レーザシャッタ ２５Ｂ 基準シャッタ ２６ ビームスプリッタ ２８Ａ，２８Ｂ レンズ ２９ スリット ３１ 凹面鏡 ３２ グレーティング ３３ 集光位置

フロントページの続き (72)発明者 塩 耕史 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 (72)発明者 藤田 法正 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 Ｆターム(参考） 2G020 CB23 CC02 CC23 CC26 CC42 CC47 CC48 CD57 5F072 AA06 JJ03 JJ13 KK07 KK08 KK15 KK21 KK30 YY09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の波長を検出する波長検出器(4) と、 この波長検出器(4) を内部に収納して、所定の不活性ガ
   スを封入した密閉容器(9) とを備えた波長モニタにおい
   て、 所定のタイミングで密閉容器(9) 内の不活性ガスを交換
   するガス交換手段を備えたことを特徴とする波長モニ
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の波長モニタにおいて、 密閉容器(9) 内の圧力Ｐを検出する圧力センサ(19)と、 密閉容器(9) 内の温度Ｔを検出する温度センサ(20)とを
   備え、 前記所定のタイミングが、密閉容器(9) 内の圧力Ｐと温
   度Ｔとの比Ｐ／Ｔが予め定められた所定の値以上になっ
   た時点であることを特徴とする波長モニタ。
3. 【請求項３】 光の波長を測定する波長検出器(4) を収
   納した密閉容器(9)内に封入した、所定の不活性ガスを
   交換する波長モニタのガス交換方法において、 前記密閉容器(9) 内の圧力Ｐと温度Ｔとを検出し、 圧力Ｐと温度Ｔとの比Ｐ／Ｔが予め定められた所定の値
   以上になったときに、密閉容器(9) 内の不活性ガスを交
   換するようにしたことを特徴とする不純物除去方法。