JP2000205966A - 真空紫外レ―ザの波長測定装置 - Google Patents
真空紫外レ―ザの波長測定装置Info
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Abstract
可能な、真空紫外レーザの波長測定装置を提供する。 【解決手段】 入射したレーザ光11,11Aの波長特
性に対応した光パターン29,39を生成する分光手段
25,38を備え、この光パターン29,39に基づい
て、真空紫外レーザ1から発振する真空紫外領域のレー
ザ光11の波長特性を測定する、真空紫外レーザ1の波
長測定装置3において、入射した光パターン29,39
の強度分布に対応する強度分布の蛍光パターン14を発
生する蛍光板15と、この蛍光板15から発生した蛍光
パターン14の強度分布を測定するパターン検出器17
と、測定された蛍光パターン14の強度分布に基づいて
レーザ光11の波長特性を演算する演算装置28とを備
えている。
Description
ら発振したレーザ光の波長特性を測定する波長測定装置
に関する。
0nm〜200nm程度の波長を有するレーザ光11を発振
させる真空紫外レーザが知られており、例えばArFレ
ーザ(193nm)やF2レーザ(157nm)等がある。
このような真空紫外レーザは、主としてレーザリソグラ
フィ等の精密加工に使用される。精密加工を良好に行な
うためには、真空紫外レーザに波長選択素子を搭載し
て、被加工物に照射されるレーザ光の中心波長を安定さ
せ、かつ波長のスペクトル幅を狭くする(これを、レー
ザ光を狭帯域化すると言う)必要がある。さらに、精密
加工を好適に行なうためには、上記のレーザ光の中心波
長及びスペクトル幅(以下、波長特性と総称する)を、
所定の許容範囲に収める必要がある。そのためには、狭
帯域化されたレーザ光11の波長特性を正確に測定し、
その測定値に基づいて波長特性を制御しなければならな
い。
えた、F2レーザ装置の構成図を示す。同図においてF2
レーザ装置1は、レーザガスを封入し、その内部で放電
を起こしてレーザ光11を発振させるレーザチャンバ2
と、レーザチャンバ2から発振したレーザ光11を狭帯
域化する狭帯域化ユニット10と、レーザ光11の波長
特性を測定する波長測定装置3と、波長測定装置3及び
狭帯域化ユニット10に電気的に接続されて、狭帯域化
されたレーザ光11の波長特性を所定の許容範囲内に収
めるように制御する波長コントローラ4とを備えてい
る。
て例えばフッ素(F2)とヘリウム(He)とが所定の
圧力比で封入されている。レーザチャンバ2内の所定位
置には1組の放電電極(図示せず)が設置されており、
この放電電極間に高電圧を印加することにより、レーザ
光11を発振させている。発振したレーザ光11は、レ
ーザチャンバ2の後端部(図中左方)に設けられたリア
ウィンドウ9を透過して、レーザチャンバ2の外部後方
(図中左方)に設けられた狭帯域化ユニット10に入射
する。狭帯域化ユニット10の内部には、エタロンやグ
レーティング等の波長選択素子(図示せず)が所定位置
に配置され、レーザ光11を狭帯域化している。狭帯域
化されたレーザ光11は、レーザチャンバ2を通過して
レーザチャンバ2の前端部に設けられたフロントウィン
ドウ7を透過し、その一部がレーザチャンバ2の外部前
方に設けられたフロントミラー8を部分透過して外部に
出射する。
性を測定するために、レーザ光11の光軸上にはビーム
スプリッタ12が設けられている。レーザ光11は、ビ
ームスプリッタ12でその一部を図中下方に反射されて
サンプル光11Aとなり、波長測定装置3に入射してそ
の波長特性を測定される。
ンプル光11Aを拡散する拡散板24と、拡散されたサ
ンプル光11Aの波長特性に応じた干渉縞29を生成す
るモニタエタロン25と、この干渉縞29を結像する結
像レンズ27と、この結像された干渉縞29の強度分布
を測定するパターン検出器17(例えばラインセンサ)
と、このパターン検出器17の出力からサンプル光11
Aの波長特性を演算する演算装置28とを備えている。
また、この演算装置28は、算出したサンプル光11A
の波長特性を波長コントローラ4に送信している。波長
コントローラ4は、この波長特性に基づいて狭帯域化ユ
ニット10に指令信号を出力し、レーザ光11の波長特
性が所定の範囲内に収まるように狭帯域化ユニット10
を制御している。このようなフィードバック制御を行な
うことにより、レーザ光11の波長特性を制御すること
ができる。
来技術には、次に述べるような問題点がある。
波長を有している。真空紫外領域の光はその波長が短
く、波長に反比例する光子(フォトン)のエネルギーが
非常に大きい。そのため、入射した干渉縞29のフォト
ンのエネルギーによってパターン検出器17が損傷し、
その波長特性を正確に測定できないという問題がある。
の測定値が不正確となるため、この測定値に基づいて波
長コントローラ4により制御しているレーザ光11の波
長特性が変動する。これにより、被加工物に照射される
レーザ光11の波長特性が変動し、図示しない加工機内
部におけるレーザ光11の焦点位置が変動して精密加工
が不良となるという問題がある。また、加工時には、こ
のような波長特性を常に測定しながら加工を行なってお
り、波長特性が所定の範囲からはずれると、加工機に加
工を停止するように信号を出力している。このとき、波
長特性の測定が不正確となることにより、波長特性が良
好であるにも拘らず加工を停止したり、波長特性が不良
であるにも拘らず加工を継続してしまったりするという
問題がある。
たものであり、正確にレーザ光の波長特性を測定するこ
とが可能な、真空紫外レーザの波長測定装置を提供する
ことを目的としている。
的を達成するために、請求項1の発明は、入射したレー
ザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手
段を備え、この光パターンに基づいて、真空紫外レーザ
から発振する真空紫外領域のレーザ光の波長特性を測定
する、真空紫外レーザの波長測定装置において、入射し
た光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パタ
ーンを発生する蛍光板と、この蛍光板から発生した蛍光
パターンの強度分布を測定するパターン検出器と、測定
された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波
長特性を演算する演算装置とを備えている。
によって生成される干渉縞等の光パターンを蛍光板に入
射させ、この蛍光板から発生する蛍光パターンの強度分
布をパターン検出器によって測定し、この測定値に基づ
いて演算装置によってレーザ光の波長特性を演算してい
る。このように、蛍光パターンの強度分布を測定するこ
とにより、レーザ光をパターン検出器に直接入射させる
ことなくレーザ光の波長特性を測定することができる。
蛍光は真空紫外領域のレーザ光よりも波長が長く、フォ
トンのエネルギーが小さいので、レーザ光を直接入射さ
せた場合のようにパターン検出器が損傷することがな
い。これにより、波長測定装置の故障が少なくなり、真
空紫外レーザの稼働率を向上できる。また、真空紫外レ
ーザのレーザ光の波長特性を常に正確に測定することが
できるので、この測定値に基づいて精密な波長特性の制
御が可能となる。これにより、レーザリソグラフィ等の
精密な加工用の光源として真空紫外レーザを使用する場
合にも、被加工物に所定の許容範囲の波長特性のレーザ
光を照射できるので、良好な加工が可能となる。
に係る実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態にお
いて、前記従来技術の説明に使用した図、及びその実施
形態よりも前出の実施形態の説明に使用した図と同一の
要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。
1実施形態を説明する。本実施形態では、真空紫外レー
ザとしてF2レーザ装置を例にとって説明する。図1
は、本実施形態に係る波長測定装置を備えたF2レーザ
装置の構成図を示している。同図において、F2レーザ
装置1は、レーザガスを封入し、その内部で放電を起こ
してレーザ光11を発振させるレーザチャンバ2と、こ
のレーザチャンバ2から発振されるレーザ光11を狭帯
域化する狭帯域化ユニット10と、狭帯域化されたレー
ザ光11の波長特性を測定する波長測定装置3と、狭帯
域化ユニット10及び波長測定装置3に電気的に接続さ
れ、測定されたレーザ光11の波長特性に基づいてレー
ザ光11の波長特性を制御する波長コントローラ4とを
備えている。
て、例えばフッ素(F2)とヘリウム(He)とが所定
の圧力比で封入されている。レーザチャンバ2内の所定
位置には1組の放電電極(図示せず)が設置されてお
り、この放電電極間に高電圧を印加することにより、約
157nmの波長を有するレーザ光11を発振させてい
る。尚、一般にこのようなF2レーザ装置1において、
高電圧はパルス状に印加され、レーザ光11はパルス発
振する。
2の後端部(図中左端部)に設けられたリアウィンドウ
9を透過して、レーザチャンバ2の外部後方(図中左
方)に設けられた狭帯域化ユニット10に入射する。狭
帯域化ユニット10は、例えば2個のプリズム32,3
2と、レーザ光11の発振波長を選択するグレーティン
グ33とを備えている。プリズム32,32によってそ
のビーム幅を拡げられたレーザ光11は、グレーティン
グ33に入射して回折され、所定の波長特性のレーザ光
11のみが入射光と同じ方向に折り返される。このグレ
ーティング33が波長選択素子であり、レーザ光11を
狭帯域化している。そして、グレーティング33は、波
長コントローラ4からの出力信号に基づいて回転する回
転アクチュエータ34上に搭載されている。波長コント
ローラ4は、回転アクチュエータ34を回転させてレー
ザ光11のグレーティング33に対する入射角を変更
し、レーザ光11の波長特性を制御している。
ユニット10から出射してレーザチャンバ2を通過し、
レーザチャンバ2の前端部に設けられたフロントウィン
ドウ7を透過する。フロントウィンドウ7を透過したレ
ーザ光11の一部は、レーザチャンバ2の外部前方に設
けられたフロントミラー8で部分反射されてレーザチャ
ンバ2内に戻るが、残りのレーザ光11はフロントミラ
ー8を部分透過してF2レーザ装置1の外部に出射す
る。
ザ光11の一部をサンプリングするためのビームスプリ
ッタ12が設けられている。レーザ光11は、このビー
ムスプリッタ12によって一部を図中下方に反射され、
サンプル光11Aとなって波長測定装置3に入射する。
このとき、ビームスプリッタ12で反射されてもその波
長特性は変化しないので、サンプル光11Aの波長特性
を測定することにより、レーザ光11の波長特性を知る
ことができる。波長測定装置3は、後述する所定の演算
処理によってサンプル光11Aの波長特性を測定し、こ
の波長特性に応じた電気信号を波長コントローラ4に出
力する。上述したように、波長コントローラ4はこの波
長特性の検出値に基づき、狭帯域化ユニット10に指令
信号を出力してグレーティング33が搭載されている回
転アクチュエータ34を回転させ、レーザ光11の波長
特性を制御する。
する。同図に示すように、波長測定装置3は、入射した
サンプル光11Aを拡散する拡散板24と、拡散された
サンプル光11Aの波長特性に対応した干渉縞29を生
成するモニタエタロン25と、この干渉縞29を結像す
る結像レンズ27とを備えている。また、波長測定装置
3は、結像された上記干渉縞29の強度分布に対応する
強度分布の蛍光パターン14を発生する蛍光板15と、
この蛍光板15から発生した蛍光パターン14を結像す
る第2結像レンズ30と、この結像された蛍光パターン
14の強度分布を測定するパターン検出器17と、測定
された蛍光パターン14の強度分布に基づいてレーザ光
11の波長特性を演算する演算装置28とを備えてい
る。
Aは、拡散板24で拡散されて強度分布を均一化された
後、その波長特性に対応した干渉縞29を生成するモニ
タエタロン25に入射する。図2に、モニタエタロン2
5によって生成された干渉縞29の、1次元の強度分布
の一例を示す。同図において、縦軸がX方向の所定の座
標に対する干渉縞29の強度であり、横軸が例えば図1
におけるX方向の座標である。同図において、干渉縞2
9の縞間隔29Aがサンプル光11Aの中心波長を示
し、干渉縞29の縞幅29Bがサンプル光11Aのスペ
クトル幅を示している。
された干渉縞29は、結像レンズ27によって、サンプ
ル光11Aの光軸上(図中下方)に配置された、蛍光体
16をその表面にコーティングした、或いはその内部に
含有した蛍光板15に結像される。このような蛍光板1
5は、入射した干渉縞29の強度分布に応じた強度分布
で、かつ干渉縞29の波長よりも長い波長(一般的に可
視光)の蛍光パターン14を、蛍光板15を透過する方
向(図中下向き)に発生させる。発生した蛍光パターン
14は、第2結像レンズ30によって、ラインセンサ等
を備えたパターン検出器17上に結像される。このパタ
ーン検出器17は、結像された蛍光パターン14の強度
分布を測定して干渉縞29の縞間隔29A及び縞幅29
Bを検出し、これに応じた電気信号を演算装置28に送
信する。演算装置28は、受信した電気信号に基づいて
演算を行なってサンプル光11Aの中心波長及びスペク
トル幅からなる波長特性を算出し、算出した波長特性の
データを波長コントローラ4に送信する。上述したよう
に、波長コントローラ4は、これらの波長特性のデータ
に基づき、狭帯域化ユニット10に指令信号を出力して
レーザ光11の波長特性が所定の値になるように制御し
ている。
領域の光をほとんど透過せず、かつ蛍光14の波長に近
い波長の光の大部分を透過するようなものが好ましく、
例えば光学ガラスのBK7等が好適である。これによ
り、サンプル光11Aがパターン検出器17に到達する
ことが少なくなり、波長測定装置3の損傷が起こりにく
くなる。或いは、内部に蛍光体16を含有した、例えば
蛍光ガラス((株)住田光学ガラス社製の商品名ルミラ
ス等)を使用してもよい。また、蛍光体16の材質とし
ては、りん酸塩蛍光体(通称フォスファー)や希土類イ
オン等が好適である。さらに、BK7等のガラス板上に
サリチル酸を塗布して蛍光板15としてもよい。さら
に、他の望ましい実施形態としては、蛍光板15の表面
等で乱反射したサンプル光11Aがパターン検出器17
に到達しないように、真空紫外領域の光を透過せず、か
つ蛍光パターン14の波長に近い波長の光を透過するよ
うな紫外線フィルタ20を、パターン検出器17の前面
に備えるのが好適である。
ーン14の強度は、蛍光板15に入射する干渉縞29の
強度に正確に比例しているのが好適である。干渉縞29
の強度と蛍光パターン14の強度が比例していれば、蛍
光パターン14の強度分布を測定することにより、サン
プル光11Aの波長特性を容易に検出することができる
からである。そして、蛍光板15の発生させる蛍光パタ
ーン14の強度が干渉縞29の強度に比例しない場合に
は、予め入射する干渉縞29の強度と蛍光パターン14
の強度との関係を調べておき、演算装置28でその関係
を補正して波長特性を演算するようにすればよい。
非常に良く吸収されるため、レーザ光11は空気中を通
ることによってそのパワーが大きく減衰する。この減衰
を防ぐために、図1に示すようにレーザ光11及びサン
プル光11Aの光路と、波長測定装置3と、狭帯域化ユ
ニット10とをカバー22で覆っている。そして、この
カバー22で覆われた内部の空間を図示しない真空ポン
プで真空引きするか、又は図示しないパージ手段によっ
て酸素を含まないガスでパージするように構成するのが
好適である。
射し続けると、干渉縞29のフォトンのエネルギーによ
って干渉縞29が当たる部分の蛍光体16が劣化し、入
射した干渉縞29の強度分布に応じた強度分布の蛍光パ
ターン14が発せられなくなることがある。このような
蛍光体16の劣化を防ぐためには、サンプル光11Aの
光軸に対して垂直方向(図中X,Y方向)に所定距離だ
け移動することが可能な移動アクチュエータ21を備
え、蛍光板15をその移動アクチュエータ21により移
動自在に設置するのがよい。パルス発振したレーザ光1
1のパルス数は、演算装置28によってカウントされ
る。そして、干渉縞29が所定パルス数だけ蛍光板15
に照射される毎に演算装置28からの信号に基づいて移
動アクチュエータ21によって蛍光板15を所定距離だ
け移動させ、サンプル光11Aの照射位置を変更する。
これにより、蛍光体16の劣化が少なくなり、蛍光板1
5の寿命が長くなる。
の他の構成例を示す。同図において、結像レンズ27に
よって結像された干渉縞29は、蛍光体16を所定の一
側の表面にコーティングした蛍光板15に対して、所定
の入射角で斜めに入射する。この蛍光板15は、入射し
た干渉縞29の強度分布に応じた強度分布の蛍光パター
ン14を、前記一側の表面に発生させる。この発生した
蛍光パターン14は、CCD等を備えたパターン検出器
17上に第2結像レンズ30で結像される。そして、こ
の像に基づいて蛍光パターン14の強度分布をパターン
検出器17で検出し、演算装置28によってサンプル光
11Aの波長特性を算出している。
いて説明する。同図は、本実施形態に係る波長測定装置
3の構成図である。同図において、波長測定装置3は、
2個の凹面鏡36,37と、入射したサンプル光11A
の波長特性に応じた角度でサンプル光11Aを回折する
回折格子38と、回折された回折光39の強度分布に応
じた蛍光パターン14を発生する蛍光板15と、蛍光パ
ターン14を結像する結像レンズ27と、結像した像の
強度分布を測定するパターン検出器17と、この強度分
布に基づいてサンプル光11Aの波長特性を演算する演
算装置28とを備えている。
から出射したレーザ光11は、光軸上に置かれたビーム
スプリッタ12でその一部を反射され、サンプル光11
Aとなって波長測定装置3に入射する。ピンホール35
で回折されて拡散したサンプル光11Aは、第1の凹面
鏡36によって略平行光に整形され、回折格子38に入
射する。回折格子38は、サンプル光11Aをその波長
特性に応じた角度で回折し、回折光39を出射する。回
折光39は、第2の凹面鏡37及びミラー40を介して
所定の集光位置に集光される。即ち、この集光された回
折光39の強度分布を検出することにより、サンプル光
11Aの波長特性を測定することができる。しかしなが
ら、この回折光39をパターン検出器17に直接入射さ
せて測定すると、従来技術と同様にパターン検出器17
が損傷するという問題がある。そのため、本実施形態で
は蛍光板15を前記集光位置に配置し、蛍光板15の一
面側に回折光39を集光させている。これにより、蛍光
板15の他面側に、回折光39の強度分布に応じた蛍光
パターン14が発生する。この蛍光パターン14の強度
分布を、結像レンズ27によってパターン検出器17に
結像させ、その強度分布を検出することにより、サンプ
ル光11Aの波長特性を測定することが可能である。
ーザ光11又はサンプル光11Aの波長特性に応じた光
パターン(上記第1、第2実施形態によれば、それぞれ
干渉縞29及び回折光39)を分光手段(上記第1、第
2実施形態によれば、それぞれモニタエタロン25及び
回折格子38)によって生成する。そして、この光パタ
ーン29,39を蛍光板15に照射し、この蛍光板15
から発せられる蛍光パターン14の強度分布をパターン
検出器17で測定して、レーザ光11の波長特性を検出
している。即ち、レーザ光11をパターン検出器17に
直接入射させることなく、レーザ光11の波長特性を測
定することが可能である。蛍光パターン14が発する蛍
光は真空紫外領域のレーザ光11よりも波長が長いの
で、フォトンのエネルギーが小さく、レーザ光11を直
接入射させた場合のようにパターン検出器17が損傷す
ることがない。これにより、波長測定装置3の故障が少
なくなり、F2レーザ装置1の稼働率が向上する。ま
た、レーザ光11の波長特性を長時間にわたって正確に
測定することが可能であり、この測定値に基づいて長期
間の精密な波長特性の制御が可能となる。これにより、
レーザリソグラフィ等の精密な加工用の光源としてF2
レーザ装置1を使用する場合にも、被加工物に正確に所
定の波長特性のレーザ光11を照射できるので、良好な
加工が可能となる。
ムスプリッタ12によってレーザ光11の一部をサンプ
ル光11Aとして取り出し、レーザ光11の波長特性を
常に測定するようにしている。しかしながら、本発明は
このような形態に限られるものではなく、所定の時間間
隔をおいて定期的に(例えば1日に1度)、レーザ光1
1の波長特性を測定するような場合にも応用可能であ
る。即ち、図1において、通常の発振時にはビームスプ
リッタ12を配置せず、レーザ光11の波長を測定する
時にのみ、ビームスプリッタ12と同じ位置に全反射ミ
ラーを配置する。そして、この全反射ミラーで全反射さ
れたレーザ光11、又はこのレーザ光11をフィルタ等
で減光した光を波長測定装置3に入射させ、発生する蛍
光パターン14に基づいてレーザ光11の波長特性を検
出するようにしてもよい。或いは、ビームスプリッタ1
2や全反射ミラーを設けずに波長測定装置3をレーザ光
11の光軸上に配置して、レーザ光11又はこのレーザ
光11をフィルタ等で減光した光を波長測定装置3に入
射し、レーザ光11の波長特性を直接測定するようにし
てもよい。
選択素子としてグレーティング33を備えてレーザ光1
1を狭帯域化し、このグレーティング33をレーザ光1
1に対して回転させることにより、レーザ光11の波長
特性を制御している。しかしながら、本発明はこのよう
な形態に限られるものではなく、例えば狭帯域化ユニッ
ト10の内部にエタロンを備えてレーザ光11を狭帯域
化し、このエタロンに対するレーザ光11の入射角を変
更することにより、レーザ光11の波長特性を制御して
もよい。
置を例にとって説明したが、これに限られるものではな
く、真空紫外領域の波長(約20nm〜200nm)の光を
発振するレーザであればよい。真空紫外レーザには、例
えばArFレーザ、ArClレーザ、Xe2レーザ、K
r2レーザ、Ar2レーザ、H2レーザ、H2ラマンレー
ザ、Xeオージェレーザ等が含まれる。これらの真空紫
外レーザの波長特性を測定する場合にも、本発明が適用
可能である。
えたF2レーザ装置の構成図。
示す構成図。
ザ装置の構成図。
定装置、4:波長コントローラ、7:フロントウィンド
ウ、8:フロントミラー、9:リアウィンドウ、10:
狭帯域化ユニット、11:レーザ光、11A:サンプル
光、12:ビームスプリッタ、14:蛍光パターン、1
5:蛍光板、16:蛍光体、17:パターン検出器、2
0:紫外線フィルタ、21:移動アクチュエータ、2
2:カバー、24:拡散板、25:モニタエタロン、2
7:結像レンズ、28:演算装置、29:干渉縞、3
0:第2結像レンズ、32:プリズム、33:グレーテ
ィング、34:回転アクチュエータ、35:ピンホー
ル、36:凹面鏡、37:凹面鏡、38:回折格子、3
9:回折光、40:ミラー。
Claims (1)
- 【請求項1】 入射したレーザ光(11,11A)の波長特性に
対応した光パターン(29,39)を生成する分光手段(25,38)
を備え、 この光パターン(29,39)に基づいて、真空紫外レーザ(1)
から発振する真空紫外領域のレーザ光(11)の波長特性を
測定する、真空紫外レーザ(1)の波長測定装置(3)におい
て、 入射した光パターン(29,39)の強度分布に対応する強度
分布の蛍光パターン(14)を発生する蛍光板(15)と、 この蛍光板(15)から発生した蛍光パターン(14)の強度分
布を測定するパターン検出器(17)と、 測定された蛍光パターン(14)の強度分布に基づいてレー
ザ光(11)の波長特性を演算する演算装置(28)とを備えた
ことを特徴とする波長測定装置(3)。
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