JP2001298234A - 紫外線レーザ装置及びその波長安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境の変化にかかわらず安定で正確な中心波
長を発振させることの可能なエキシマレーザ装置を提供
する。 【解決手段】 波長が既知で安定な基準光(39)及びレー
ザ光(11)をエタロン(33C)に照射して、生成される干渉
縞の明縞(34C,35C)の位置に基づいてレーザ光(11)の中
心波長(λex)を測定し、中心波長(λex)を制御する波長
制御方法において、レーザ光(11)の上限中心波長(λex
2)及び下限中心波長(λex1)が生成する明縞の結像位置
(34C)の間に、基準光(39)の１次又は高次の明縞(35C)が
１本だけ結像するようにエタロン(33C)を選定し、この
基準光(39)の１次又は高次の明縞(35C)の結像位置にレ
ーザ光(11)の明縞(34C)の結像位置が一致するようにレ
ーザ光(11)の中心波長(λex)を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正確で安定な中心
波長のレーザ光を発振可能な、紫外線レーザ装置及びそ
の波長の安定化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザから発振するレーザ光
の中心波長を、レーザ光をエタロンに通した際に生じる
明縞の位置に基づいて測定する技術が知られており、例
えば特開平６−１８８５０２号公報に示されている。図
１に、このようなエキシマレーザ装置の一例を示す。図
１においてエキシマレーザ装置１は、レーザ光１１の中
心波長を制御する狭帯域化ユニット２０と、発振したレ
ーザ光１１の中心波長λexを測定する波長測定装置３０
とを備えている。

【０００３】レーザチャンバ２内で発振したレーザ光１
１は、狭帯域化ユニット２０に入射し、内部のグレーテ
ィング２３によって波長のスペクトル幅を狭帯域化さ
れ、中心波長λexを制御される。このとき、狭帯域化ユ
ニット２０内部の回折ミラー２４を回転させることによ
り、中心波長λexを変更可能である。狭帯域化されたレ
ーザ光１１は、波長測定装置３０に入射する。波長測定
装置３０の内部には、コースエタロン３３Ｃ及びファイ
ンエタロン３３Ｆが設置され、入射したレーザ光１１の
中心波長λexに応じたレーザ干渉縞を生成する。これら
のレーザ干渉縞は、それぞれ集光レンズ３６Ｃ，３６Ｆ
によって、コースレーザ明縞３４Ｃ及びファインレーザ
明縞３４Ｆとして中心波長λexに応じた位置に結像され
る。

【０００４】また、波長測定装置３０は、既知の基準波
長λhgの基準光３９を発生する基準光源３８を備えてい
る。コースエタロン３３Ｃ及びファインエタロン３３Ｆ
は、これらの基準光３９から基準干渉縞を生成する。こ
れらの干渉縞は、それぞれ集光レンズ３６Ｃ，３６Ｆに
よって、コース基準明縞３５Ｃ及びファイン基準明縞３
５Ｆとして基準波長λhgに応じた位置に結像される。波
長検出器３２Ｃ，３２Ｆは、例えば１次元のラインセン
サであり、波長コントローラ２５に電気的に接続され
て、レーザ明縞３４Ｃ，３４Ｆ及び基準明縞３５Ｃ，３
５Ｆの位置を測定する。

【０００５】レーザ光１１の中心波長λexを測定する際
には、まずエタロン３３Ｃ，３３Ｆに基準光３９のみを
入射させて基準明縞３５Ｃ，３５Ｆの位置を測定し、こ
れに基づいてエタロン３３Ｃ，３３Ｆにおける基準明縞
３５Ｃ，３５Ｆの位置と基準波長λhgとの関係を較正す
る。そして、レーザ光１１を入射させ、このときのレー
ザ明縞３４Ｃ，３４Ｆの位置からレーザ光１１の中心波
長λexを求め、上記較正に基づいて中心波長λexを正確
に検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には、次に述べるような問題がある。即ち、エタ
ロン３３Ｃ，３３Ｆのギャップの間隔やその屈折率は、
エタロン３３Ｃ，３３Ｆの周囲の温度や圧力等の環境変
動によって変化する。そのため、これらの変動によっ
て、光の波長は変化していないにも拘らず明縞の位置が
移動する。しかも、このような明縞の移動の影響の度合
いが、レーザ光１１によって生じたレーザ明縞３４Ｃ，
３４Ｆと基準光３９によって生じた基準明縞３５Ｃ，３
５Ｆとでは異なるため、波長測定に誤差が生じることが
ある。エキシマレーザ装置１は、このような波長測定に
基づいてレーザ光１１の中心波長λexを制御しているた
め、測定誤差によって中心波長λexを所定の値に安定さ
せることが困難となる。そして、レーザ光１１を加工用
の光源として使用するような場合には、加工の精度が低
下するという問題がある。

【０００７】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、環境の変化にかかわらず安定で正確な中心
波長を発振させることの可能なエキシマレーザ装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【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、本発明は、レーザ光の上限中心波
長及び下限中心波長が生成する明縞の結像位置の間に、
基準光の１次又は高次の明縞が１本だけ結像するように
エタロンを選定し、このエタロンの明縞にレーザ光の明
縞が一致するようにレーザ光の中心波長を制御してい
る。また、このような制御方法が可能な波長制御装置を
備えている。

【０００９】即ち本発明によれば、基準明縞とレーザ明
縞との結像位置が同じになるので、エタロンのギャップ
間隔やギャップの屈折率がエタロンの周囲の温度や圧力
等の環境変動によって変化しても、明縞の位置に対する
環境変動の影響を等しくすることができる。従って、環
境変動による波長測定の誤差が小さくなり、波長測定が
正確に行なえる。また、このように正確な波長測定に基
づいて中心波長を安定化するならば、安定で正確な中心
波長のレーザ光を発振させることが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。尚、実施形態におい
て、前記従来技術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。また、以下の説
明では、例えば波長λの２乗を表す際にλ^2と表記する
ものとする。

【００１１】まず、第１実施形態を説明する。図１は、
本実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図である。
図１においてエキシマレーザ装置１は、内部で放電によ
って励起されるレーザガスを封入したレーザチャンバ２
と、このレーザチャンバ２から発振されるレーザ光１１
の中心波長λexを制御する狭帯域化ユニット２０と、発
振したレーザ光１１の中心波長λexを検出する波長測定
装置３０と、波長測定装置３０の検出に基づいて狭帯域
化ユニット２０に指令を出力し、レーザ光１１の中心波
長λexを制御する波長コントローラ２５とを備えてい
る。

【００１２】レーザチャンバ２内で発振したレーザ光１
１は、リアウィンドウ９から後方（図中左方）に出射
し、レーザチャンバ２の外部後方に設けられた狭帯域化
ユニット２０に入射する。レーザ光１１は、その内部で
プリズム２２，２２によってビーム幅を広げられ、回折
ミラー２４に反射されてグレーティング２３によって波
長のスペクトル幅を狭帯域化され、中心波長λexが制御
される。このとき、回折ミラー２４は、波長を制御する
波長コントローラ２５と電気的に接続され、その指示に
基づいて回転自在の回転ステージ４４上に搭載されてい
る。この回転ステージ４４を回転させることにより、グ
レーティング２３へのレーザ光１１の入射角度を変え
て、中心波長λexを変更することが可能である。狭帯域
化されたレーザ光１１は、レーザチャンバ２に再入射し
てフロントウィンドウ７及びフロントミラー８を通過し
て出射し、波長測定装置３０に入射する。波長測定装置
３０の内部には、レーザ光１１の光軸上にビームスプリ
ッタ１２Ａが配置され、レーザ光１１の一部は図中下方
に反射して波長測定のために取り出される。

【００１３】レーザ光１１は、ビームスプリッタ１２Ｂ
及びミラー１６により第１レーザ光１１Ｃ及び第２レー
ザ光１１Ｆに分割され、それぞれビームスプリッタ１２
Ｃ，１２Ｄを通過する。コースエタロン３３Ｃ及びファ
インエタロン３３Ｆは、拡散板３７Ｃ，３７Ｆを通って
入射してきた第１レーザ光１１Ｃ及び第２レーザ光１１
Ｆから干渉縞を生成する。これらのレーザ干渉縞は、そ
れぞれ集光レンズ３６Ｃ，３６Ｆによって、コースレー
ザ明縞３４Ｃ及びファインレーザ明縞３４Ｆとして中心
波長λexに応じた位置に結像される。

【００１４】また、波長測定装置３０は、既知でかつ安
定した基準波長λhgの基準光３９を発する例えば水銀の
同位体ランプ等の基準光源３８を備えている。図１に示
すように、基準光３９はビームスプリッタ１２Ｃ，１２
Ｄによって第１基準光３９Ｃ及び第２基準光３９Ｆに分
割され、それぞれ拡散板３７Ｃ，３７Ｆを通って、コー
スエタロン３３Ｃ及びファインエタロン３３Ｆに入射す
る。コースエタロン３３Ｃ及びファインエタロン３３Ｆ
は、これらの第１、第２基準光３９から基準干渉縞を生
成する。これらの基準干渉縞は、それぞれ集光レンズ３
６Ｃ，３６Ｆによって、コース基準明縞３５Ｃ及びファ
イン基準明縞３５Ｆとして基準波長λhgに応じた位置に
結像される。

【００１５】波長検出器３２Ｃ，３２Ｆは、例えば１次
元のラインセンサであり、波長コントローラ２５に電気
的に接続されて、レーザ明縞３４Ｃ，３４Ｆ及び基準明
縞３５Ｃ，３５Ｆの位置を測定する。また、波長測定装
置３０は波長コントローラ２５に電気的に接続された
（接続は図示せず）シャッタ１７を備えており、このシ
ャッタ１７の開閉を制御して、エタロン３３Ｃ，３３Ｆ
にレーザ光１１又は基準光３９のいずれか一方のみが入
射するようにしている。

【００１６】レーザ光１１の中心波長λexを測定する際
には、まずエタロン３３Ｃ，３３Ｆに基準光３９のみを
入射させ、既知の基準波長λhgによって生成される基準
明縞の位置を測定し、これに基づいてエタロン３３Ｃ，
３３Ｆにおける明縞の位置と波長との関係を較正する。
そして、エタロン３３Ｃ，３３Ｆにレーザ光１１を入射
させ、このときのレーザ明縞の位置からレーザ光１１の
中心波長λexを求め、上記較正に基づいて中心波長λex
を正確に検出する。このとき、例えばエキシマレーザの
発振波長である紫外線領域において、レーザ光１１の中
心波長λexと一致し、充分な光量を有し、かつ安定で既
知の基準波長λhgを有する基準光３９を見つけることは
困難である。しかも、レーザ光１１の中心波長λexが短
くなればなるほど、これに近い基準波長λhgを有する基
準光３９を見つけることが困難となり、中心波長λexよ
りも基準波長λhgの長い基準光３９を使用しなければな
らなくなる。そのため、基準明縞３５Ｃ，３５Ｆのう
ち、より高次の基準明縞３５Ｃ，３５Ｆがレーザ明縞３
４Ｃ，３４Ｆに近い位置に表れるのを利用し、紫外線レ
ーザにおいては、この高次の基準明縞３５Ｃ，３５Ｆの
位置に基づいてエタロン３３Ｃ，３３Ｆを較正してい
る。

【００１７】このとき、コースエタロン３３Ｃは、その
ギャップ間隔が狭く、（λ^2）／（２ｎ・ｄ）で表され
るフリースペクトラルレンジ（以下、ＦＳＲと呼ぶ）が
広い。ＦＳＲは、明縞３４の間隔に正の相関を有するパ
ラメータであるので、コースエタロン３３Ｃによって生
成される明縞３４Ｃ，３５Ｃは間隔が広く、その数は少
なくなる。エタロン４６による波長測定は、その明縞３
４Ｃ，３５Ｃの位置を波長検出器３２Ｃで検出すること
によって行なわれるので、コースエタロン３３Ｃは広い
範囲にわたって波長を測定可能であるが、測定精度は約
±約０．１pmと比較的粗い。これに対し、ファインエタ
ロン３３Ｆは、ギャップ間隔が広く、ＦＳＲが狭い。即
ち、ある程度波長範囲がわかっている波長を、精度よく
測定することが可能である。従って、まずコースエタロ
ン３３Ｃによって生じるコース明縞３４Ｃ，３５Ｃの位
置を測定し、波長の範囲についてある程度の見当をつけ
てから、ファイン明縞３４の位置を測定し、精密測定を
行なうようにする。

【００１８】従来技術の項で説明したように、このよう
な波長測定装置３０を使用してレーザ光１１の中心波長
λexの波長測定を精密に行なう際には、エタロン４６の
周囲の環境の変動が誤差の原因となる。特に、環境の変
動がレーザ光１１によって生成されるレーザ明縞の位置
に与える影響と、基準光３９によって生成される高次の
基準明縞の位置に与える影響とが異なるため、精密な波
長測定が困難となる。特に、このような誤差はコースエ
タロン３３Ｃにおける測定において顕著である。従っ
て、波長測定の誤差を最小限に抑えるためには、コース
基準明縞３５Ｃの位置とコースレーザ明縞３４Ｃの位置
とを一致させればよい。これにより、コース基準明縞３
５Ｃの位置とコースレーザ明縞３４Ｃの位置とが、環境
の変動に対してほぼ同様の影響を受けることになるの
で、測定誤差を小さくすることが可能となり、波長測定
が正確になる。

【００１９】以下、数式を使って詳細に説明する。図２
に、エタロン４６に入射光１８が入射した場合の、明縞
４５の生成を表す説明図を示す。エタロン４６は、石英
ガラス等の２枚の光学ガラス２６を、図示しないスペー
サを介して、互いに平行に配置している。この２枚の光
学ガラス２６の間の空間をギャップ２７とよび、光学ガ
ラス２６の間隔をギャップ間隔ｄと呼ぶ。光学ガラス２
６の対向する面には、それぞれ部分反射コーティングが
施されており、入射光１８はギャップ２７の内部で部分
反射を繰り返しながら、平行な出射光Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３
……となってエタロン４６から出射する。このとき、出
射光Ｔ１及び出射光Ｔ２がエタロン４６から出射するま
での光路差ΔＬが、ギャップ２７間の入射光１８の波長
λの整数倍になるとき、出射光Ｔ１及びＴ２は互いに強
め合う。光路差ΔＬは、次の数式１で表される。 ΔＬ＝（ｄ／cosθ）＋（ｄcos２θ／cosθ）＝２ｄcosθ …………（１） このときθは入射角である。

【００２０】エタロン４６のギャップ２７内部には、例
えば１気圧、15゜ＣでＣＯ2ガス0.03%を含む標準空気
や、窒素（Ｎ2）等の不活性ガスが媒体として介在して
いる。或いは、エタロン４６を真空雰囲気中に設置する
場合もあり、この場合にはギャップ２７内部の真空とな
るが、このような場合も含めて媒体と総称する。この媒
体の屈折率を屈折率ｎとすると、このギャップ２７内部
で反射している入射光１８の波長λは、波長（λ／ｎ）
となる。従って、数式１で求められた光路差ΔＬが、波
長（λ／ｎ）の整数倍である場合に、出射光Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３……が互いに強め合う。即ち、次の数式２を満
たす入射角θの入射光１８のみが強められて、エタロン
４６から出射する。 ｍ・λ＝２ｎ・ｄcosθ …………（２） ここで、ｍは次数（正の整数）、λは平行光１８の波
長、ｎはギャップ２７内部の屈折率、ｄはエタロン４６
のギャップ間隔ｄである。

【００２１】数式２より、次数がｍの場合及びｍ−１の
場合には、それぞれ次の数式３，４が成り立つ。 ｍ・λ＝２ｎ・ｄ・cosθ1 …………（３） （ｍ−１）・λ＝２ｎ・ｄ・cosθ2 …………（４） ここで、cosθ1はｍ次の明縞４５、cosθ2はｍ−１次の
明縞４５の、それぞれ結像位置を示す角度である。

【００２２】数式３，４より、以下の数式５，６が導か
れ、次数ｍ、及び屈折率とギャップ２７との積（ｎ・
ｄ）が算出される。 ｍ＝cosθ1／（cosθ1−cosθ2） …………（５） ｎ・ｄ＝λ／２（cosθ1−cosθ2） …………（６） また、数式３より、波長λは次の数式７で算出される。 λ＝２ｎ・ｄ・cosθ1／ｍ …………（７）

【００２３】ここで、あるエタロン４６において基準波
長λhgの基準光３９と、中心波長λexの入射光１８とを
測定すると、それぞれ数式７より以下の数式８，９が成
立する。尚、hgは基準光３９の、exはレーザ光１１をそ
れぞれ表す添字である。 λhg＝２ｎhg・ｄ・cosθhg／ｍhg …………（８） λex＝２ｎex・ｄ・cosθex／ｍex …………（９） 即ち、入射光１８の中心波長λexは、数式８，９より導
かれた数式１０を用いて算出できる。 λex＝｛（ｎex・ｄ）／（ｎhg・ｄ）｝・（cosθex／cosθhg）・（ｍhg／ｍex ）・λhg……（１０）

【００２４】上式において、レーザ光１１に対するギャ
ップ２７の屈折率ｎexと、基準光３９に対するギャップ
２７の屈折率ｎhgとの比はほぼ一定であるから、次の数
式１１が成り立つ。 （ｎex・ｄ）／（ｎhg・ｄ）≒const …………（１１） ここでconstは、一定値である。

【００２５】このとき、屈折率ｎexはレーザ光１１の中
心波長λexに対する屈折率であり、中心波長λexが、例
えば248.150〜248.500nm程度まで幅があるために、波長
によって異なる値を示す。しかしながら、中心波長λex
が、248.150nmである場合と248.500nmである場合とで
は、屈折率ｎexの差は非常に小さいので、ｎ248.150≒
ｎ248.500として扱うものとする。また、屈折率は媒体
の温度、圧力、或いは不純物ガスの発生等の種々の要因
によって変動するため、屈折率ｎhgは正確には不明であ
る。しかしながら、たとえ媒体が変わっても、波長毎の
屈折率ｎ同士の比はほぼ一定である。従って、前記標準
空気における基準波長λhgに対する屈折率ｎhgと、標準
空気における中心波長λexの代表値（例えば、上記248.
150nmと248.500nmとの中間値）の屈折率ｎexとを物性表
から選定し、その比ｎex/ｎhgを数式１１のconstとして
採用すればよい。

【００２６】従って、数式１０は、次の数式１２に変形
される。 λex＝（const）・（cosθex／cosθhg）・（ｍhg／ｍex）・λhg……（１２） 上記数式１２中の項（ｍhg／ｍex）は数式５より求めら
れ、λhgは既知である。これに対し、項（cosθex／cos
θhg）は、エタロン４６の周辺の温度や気圧などの環境
の変動によって変動する。

【００２７】即ち、中心波長λexの測定精度を向上させ
るためには、前述したように基準光３９によって生じる
基準明縞３５と入射光１８によって生じるレーザ明縞３
４とを一致させ、項（cosθex／cosθhg）＝１とすれば
よい。これにより、次の数式１３が成り立ち、エタロン
４６の周囲の環境に影響されず、入射光１８の波長を精
密に測定可能である。 λex＝（const）・（ｍhg／ｍex）・λhg ……（１３）

【００２８】このようにコースエタロン３３Ｃにおい
て、レーザ光１１によって生じたコースレーザ明縞３４
Ｃと基準光３９によって生じたコース基準明縞３５Ｃと
で一致させることにより、明縞４５の変動の影響を打ち
消し、中心波長λexを正確に測定することが可能とな
る。そのためには、狭帯域化ユニット２０内の回転ステ
ージ４４を制御して、中心波長λexを変更すればよい。

【００２９】ところが、レーザ光１１の中心波長λexを
変更してレーザ明縞３４Ｃと基準明縞３５Ｃとを一致さ
せても、基準明縞３５Ｃの次数ｍhgが不明では、中心波
長λexを知ることが困難である。即ち、複数本のコース
基準明縞３５Ｃが現れると、次数と明縞との関連づけが
できず、コース基準明縞３５Ｃの次数ｍhgを知ることが
難しい。従って、次数ｍhgを知るためには、ただ１つの
みの次数のコース基準明縞３５Ｃが、結像されるように
する必要がある。

【００３０】そのためには、コースエタロン３３Ｃのギ
ャップ間隔ｄの範囲を、次に示す手段によって定める必
要がある。これにより、ただ１つの次数ｍhgのコース基
準明縞３５Ｃのみが結像されるので、次数ｍhgを特定で
きる。そして、このコース基準明縞３５Ｃに、レーザ光
１１によって生じたコースレーザ明縞３４Ｃを一致させ
ることにより、レーザ光１１の中心波長λexを正確に測
定することが可能となる。以下に、ＫｒＦエキシマレー
ザについて、コースエタロン３３Ｃのギャップ間隔ｄを
定めるための手段について説明する。図３に、基準波長
λhgと、狭帯域化されたＫｒＦエキシマレーザ１におい
て充分なパワーで発振する上限中心波長λex2（≒248.5
nm）及び下限中心波長λex1（≒248.15nm）とを示す。
基準波長λhgは一例として、水銀同位体ランプの253.65
277nmとしている。

【００３１】このとき、ｍ次のコース基準明縞３５Ｃに
対し、（ｍ＋１）次、（ｍ＋２）次……という高次のコ
ース基準明縞３５Ｃがそれぞれ生成される。このとき、
これらのコース基準明縞３５Ｃは、基準光３９よりもそ
れぞれＦＳＲずつ波長の短い光の、ｍ次の明縞の位置に
結像される。即ち、（ｍ＋１）次の基準明縞３５は、波
長λ＝（λhg−ＦＳＲ）なる光のｍ次の明縞と一致し、
（ｍ＋ｉ）次の基準明縞３５は、波長λ＝（λhg−ｉ・
ＦＳＲ）なる光のｍ次の明縞と一致する。このとき、ｉ
は正の整数である。このとき、ＦＳＲ＝（λ^2）／（２
ｎ・ｄ）であるから、コースエタロン３３Ｃのギャップ
間隔ｄに依存する。即ち、波長（λhg−ｉ・ＦＳＲ）
が、上記上限中心波長λex2と下限中心波長λex1との間
に１つだけ存在するようにギャップ間隔ｄを定めれば、
波長検出器３２上には（ｍ＋ｉ）次のコース基準明縞３
５Ｃのみが現れるので、その次数（ｍ＋ｉ）を正確に知
ることができる。そして、この波長（λhg−ｉ・ＦＳ
Ｒ）にレーザ光１１の中心波長λexを一致させることに
より、中心波長λexを正確に検出することが可能とな
る。

【００３２】次に、波長（λhg−ｉ・ＦＳＲ）が、上記
上限中心波長λex2と下限中心波長λex1との間（以下、
この範囲をエキシマ波長域と言う）に１つだけ存在する
ように、コースエタロン３３Ｃのギャップ間隔ｄを定め
る手順について、数値をあげて具体的に説明する。

【００３３】上述したように、基準光３９のＦＳＲは、
次の数式１４により算出される。 ＦＳＲ＝（λhg^2）／２ｎhg・ｄ …………（１４） そして、上記のエキシマ波長域λex1〜λex2の範囲に、
コース基準明縞３５Ｃが少なくとも１本以上存在すると
いう条件は、次の数式１５によって導かれる。 λex1≦λhg−ＦＳＲ・ｉ≦λex2 …………（１５） 数式１５に数式１４を代入して変形すると、数式１６と
なる。 ２ｎhg・（λhg-λex2）／（λhg^2）≦ｉ／ｄ≦２ｎhg・（λhg-λex1）／（λ hg^2） ………（１６）

【００３４】ＫｒＦエキシマレーザにおいて、コースエ
タロン３３Ｃが標準空気中にあるものとすると、基準波
長λhgに対する屈折率ｎhgは、1.0003004530である。こ
の値を数式１６に代入すると、次の数式１７が導かれ
る。 160.2≦ｉ／ｄ≦171.1 …………（１７）

【００３５】また、コースエタロン３３Ｃの明縞が、エ
キシマ波長域λex1〜λex2内に２本以上存在しないよう
にするためには、ＦＳＲの大きさが次の数式１８を満た
す必要がある。 ＦＳＲ＞（λex2−λex1）×1000 …………（１８） 数式１４より、数式１８を変形すると、数式１９より数
式２０が導かれる。 λhg^2／２ｎhg・ｄ＞（λex2−λex1）×1000 …………（１９） ｄ＜λhg^2／｛２ｎhg（λex2−λex1）×1000｝ …………（２０） この数式２０に、上記屈折率ｎhgと、上限中心波長λex
2に対する標準空気の屈折率ｎex1（＝1.0003019700）及
び下限中心波長λex1に対する標準空気の屈折率ｎex2
（＝1.0003018709）とを代入すると、次の数式２１が導
かれる。 ｄ＜0.091886289 …………（２１）

【００３６】従って、数式２１による条件と、ｉが正の
整数であるという条件とから、下の表１中で、数式１７
を満たすｉ／ｄを見出せばよい。尚、表１において、ギ
ャップ間隔ｄの単位はmmである。

【表１】

【００３７】表１より、（ｉ，ｄ）＝(15，0.09)，(13,
0.08)，(11,0.06)、及び(9,0.055)がこの条件を満たす
ことになるので、コースエタロンのギャップ間隔ｄの範
囲は、例えば約５５μmから９０μm程度が適切というこ
とになる。

【００３８】次に、このようなコースエタロン３３Ｃを
使用して、波長測定をする場合の手順について説明す
る。図４に、波長測定を行なうための手順の一例を、各
ステップ番号にＳを付したフローチャートで示す。波長
コントローラ２５は、まず上記条件を満足するようなギ
ャップ間隔ｄを有するコースエタロン３３Ｃに、シャッ
タ１７を開閉操作して基準光３９のみを照射し、その基
準明縞の位置を記憶する（Ｓ１）。そして、基準明縞の
位置に基づき、数式５より基準明縞の次数ｍhgを求める
（Ｓ２）。次に、シャッタ１７を開閉操作してレーザ光
１１のみをコースエタロン３３Ｃに照射し、そのコース
レーザ明縞３４Ｃの位置がコース基準明縞３５Ｃの位置
と一致するように、狭帯域化ユニット２０を制御して中
心波長λexを変更する（Ｓ３）。

【００３９】そして、コースレーザ明縞３４Ｃの位置を
精密に計測し（Ｓ４）、数式５よりコースレーザ明縞３
４Ｃの次数ｍexを求める（Ｓ５）。次に波長コントロー
ラ２５は、数式１１から求めた（const）及び数式１３
に基づき、中心波長λexを算出する（Ｓ６）。

【００４０】実際に計測を行なった実施例によれば、コ
ースエタロン３３Ｃによるコース基準明縞の次数ｍhg
(C)＝483、コースレーザ明縞の次数ｍex(C)＝493であっ
た。これに基づいて計算を行なったところ、レーザ光１
１の中心波長λex＝248.50434nmであった。そして、分
光器を用いてこの中心波長λexを測定したところ、λex
＝248.50438nmであった。即ち、通常、コースエタロン
３３Ｃの誤差範囲は±0.1pmであるが、誤差0.04pmとい
う精密測定が可能であった。

【００４１】次に、コースエタロン３３Ｃだけでなく、
ファインエタロン３３Ｆを使ってさらに厳密な波長測定
を行なう場合について説明する。コースエタロン３３Ｃ
によって検出された中心波長λex＝248.50434nmに対
し、誤差範囲は約±0.1pmと推定される。従って、ファ
インエタロン３３Ｆによってレーザ光１１の中心波長λ
exを測定した際に、次の数式２２を満足するような、基
準明縞の次数ｍhgとレーザ明縞の次数ｍex(F)との組み
合わせを求めればよい。 λex(C)-0.1pm≦λex(ｍhg,ｍex)≦λex(C)+0.1pm…………（２２） 但し、λex(C)＝248.50434nmである。

【表２】

【００４２】表２より、ファインエタロン３３Ｆにおけ
るファイン基準明縞３５Ｆの次数ｍhg(F)＝24267、ファ
インレーザ明縞３４Ｆの次数ｍex(F)＝24770となり、中
心波長λex＝248.504397nmとなった。このように、分光
器で測定した中心波長λex＝248.50438nmに対し、誤差
0.17nmという非常に誤差の少ない測定が可能となった。

【００４３】次に、ＡｒＦエキシマレーザにおいて、コ
ースエタロン３３Ｃのギャップ間隔ｄを定める手順につ
いて説明する。狭帯域化されたＡｒＦエキシマレーザ１
において、充分なパワーで発振する上限中心波長λex2
は約193．5nm）、下限中心波長λex1は193.2nmである。
基準波長λhgは一例として、水銀同位体ランプの253.72
84nm（真空中）を使用する。ＡｒＦエキシマレーザにお
いては発振波長が短いことから、レーザ光１１が空気に
吸収されるのを防止するために、光路を真空にするか、
又は不活性ガスで満たすようにしている。ここでは、コ
ースエタロン３３Ｃを真空中に配設した場合について説
明する。このとき、基準波長λhgに対する真空の屈折率
ｎhgは、1.0003004534である。この値を数式１６に代入
すると、次の数式２３が導かれる。 1871.7≦ｉ／ｄ≦1881.0 …………（２３）

【００４４】また、上記の数式１８に、上限中心波長λ
ex2及び下限中心波長λex1に対する真空の屈折率ｎex1
（＝1.0003297505）及びｎex2（＝1.0003294739）の値
を代入すると、次の数式２４が導かれる。 ｄ＜0.107264607 …………（２４） 従って、数式２４による条件と、ｉが正の整数であると
いう条件とから、下の表３中で、数式２３を満たすｉ／
ｄを見出せばよい。

【表３】

【００４５】即ち、（ｉ，ｄ）＝(201，0.107)，(188,
0.1)，(169,0.09)、及び(150,0.08)となり、ギャップ間
隔ｄの範囲は、一例として約８０μmから１０７μm程度
が適切ということになる。

【００４６】以上説明したように本実施形態によれば、
狭帯域化されたエキシマレーザ１のレーザ光１１の発振
波長の範囲内に、コース基準明縞３５Ｃが１本だけ存在
するようにコースエタロン３３Ｃのギャップ間隔ｄを定
めている。これにより、基準光３９の次数ｍhgを正確に
求めることが可能となるので、基準波長λhgによってコ
ースエタロン３３Ｃの較正を正確に行なうことができ、
このコースエタロン３３Ｃを使用したレーザ光１１の波
長測定が正確になる。

【００４７】そして、このコース基準明縞３５Ｃの位置
に、レーザ光１１のコースレーザ明縞３４Ｃの位置が一
致するように、レーザ光１１の中心波長λexを制御して
いる。これにより、コースエタロン３３Ｃによる波長測
定において、コースエタロン３３Ｃの周囲の温度や湿度
等の環境変動が起きても、レーザ光１１と基準光３９と
が同じ影響を受けるので、環境変動による測定誤差を最
小限に抑えることができる。そして、このコースエタロ
ン３３Ｃによる波長測定に基づき、さらに精密にファイ
ンエタロン３３Ｆによって波長測定を行なっているの
で、非常に正確な波長測定が可能である。そして、これ
らの測定値に基づき、レーザ光１１の中心波長λexを制
御しているので、常に正確でしかも安定した中心波長λ
exのレーザ光１１を得ることが可能である。

【００４８】尚、本実施形態ではコースエタロン３３Ｃ
及びファインエタロン３３Ｆの双方を使用して波長測定
を行なうように説明したが、これに限られるものではな
い。即ち、上記実施形態で示したように、コースエタロ
ンを１個だけ使用して波長測定を行なう場合でも波長測
定の精度が向上している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るエキシマレーザ装置の構成図。

【図２】エタロンに入射光が入射した場合の、明縞の生
成を表す説明図。

【図３】基準波長、上限中心波長及び下限中心波長の説
明図。

【図４】波長測定を行なうための手順を示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

１：エキシマレーザ、２：レーザチャンバ、５：放電電
極、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、１１：レーザ光、１２：ビームス
プリッタ、１６：ミラー、１７：シャッタ、１８：入射
光、２０：狭帯域化ユニット、２２：プリズム、２３：
グレーティング、２４：回折ミラー、２５：波長コント
ローラ、２６：光学ガラス、２７：ギャップ、３０：波
長測定装置、３２：波長検出器、３３Ｃ：コースエタロ
ン、３３Ｆ：ファインエタロン、３４Ｃ：コースレーザ
明縞、３４Ｆ：ファインレーザ明縞、３５Ｃ：コース基
準明縞、３５Ｆ：ファイン基準明縞、３６：集光レン
ズ、３７：拡散板、３８：基準光源、３９：基準光、４
４：回転ステージ、４５：明縞、４６：エタロン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 GA13 GA48 GA61 5F072 AA06 HH02 HH05 JJ05 KK06 KK07 KK08 KK15 KK18 PP05 RR05 YY06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が既知で安定な基準光(39)と、中心
   波長(λex)が紫外線領域にあるレーザ光(11)とを入射し
   てそれぞれの波長に応じた干渉縞を生成するエタロン(3
   3C)と、これらの干渉縞の明縞(34C,35C)の位置を検出す
   る波長検出器(32C)とを有し、レーザ光(11)の中心波長
   (λex)を検出する波長測定装置(30)と、 中心波長(λex)を所望の値に制御する波長選択素子(23)
   を有する狭帯域化ユニット(20)と、 波長測定装置(30)によって検出された中心波長(λex)の
   検出値に基づいて、狭帯域化ユニット(20)に指令を出力
   して中心波長(λex)を制御する波長コントローラ(25)と
   を備えた紫外線レーザ装置において、 エタロン(33C)は、レーザ光(11)の上限中心波長(λex2)
   及び下限中心波長(λex1)が生成する明縞の結像位置の
   間に、基準光(39)の１次又は高次の明縞(35C)が１本だ
   け結像するようにギャップ間隔(d)を定められ、 波長コントローラ(25)は、この基準光(39)の１次又は高
   次の明縞(35C)の結像位置にレーザ光(11)の明縞(34C)の
   結像位置が一致するように中心波長(λex)を制御するこ
   とを特徴とする紫外線レーザ装置。
2. 【請求項２】 波長が既知で安定な基準光(39)及びレー
   ザ光(11)をエタロン(33C)に照射して、生成される干渉
   縞の明縞(34C,35C)の位置に基づいてレーザ光(11)の中
   心波長(λex)を測定し、 その測定した中心波長(λex)に基づいて紫外線レーザ装
   置(1)の中心波長(λex)を安定化させる波長安定化方法
   において、 レーザ光(11)の上限中心波長(λex2)及び下限中心波長
   (λex1)が生成する明縞の結像位置(34C)の間に、基準光
   (39)の１次又は高次の明縞(35C)が１本だけ結像するよ
   うにエタロン(33C)を選定し、 この基準光(39)の１次又は高次の明縞(35C)の結像位置
   にレーザ光(11)の明縞(34C)の結像位置が一致するよう
   にレーザ光(11)の中心波長(λex)を制御することを特徴
   とする波長安定化方法。