JP2002365141A - 真空紫外レーザ装置の波長測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確にレーザ光の波長特性を測定することが
可能な、真空紫外レーザ装置の波長測定装置を提供す
る。 【解決手段】 真空紫外領域のレーザ光(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)と、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、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)とを備え、パターン検出器(1
7)の上流側に真空紫外領域の光を吸収する気体の層を、
酸素を含む気体の層を、分光手段(25,38)の上流側にレ
ーザ光(11,11A)に混入している可視光を除去する光学素
子(19)をそれぞれ配した波長測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空紫外レーザ装
置か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。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空紫外領域のレーザ光の波
長特性を測定する、波長測定装置が知られている。図６
に、特開２０００−２０５９６６号公報に係る波長測定
装置を備えた、Ｆ2レーザ装置の構成図を示す。図６に
おいて、Ｆ2レーザ装置１はレーザガスを封入したレー
ザチャンバ２の内部で放電を起こし、約１５７nmの波長
を有するフッ素分子レーザ光１１を発生させる。フッ素
分子レーザ光１１は、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、プリズム３２，３２によ
ってそのビーム幅を拡げられ、グレーティング３３によ
って所定の中心波長のフッ素分子レーザ光１１のみが折
り返される。

【０００３】狭帯域化されたフッ素分子レーザ光１１
は、レーザチャンバ２を通過し、一部がフロントミラー
８を部分透過してＦ2レーザ装置１の外部に出射する。
出射したフッ素分子レーザ光１１は、ビームスプリッタ
１２によって一部を図６中下方に反射され、サンプル光
１１Ａとして、波長測定装置３に入射する。波長測定装
置３は、波長測定ボックス３１に囲繞されている。波長
測定装置３に入射したサンプル光１１Ａは、拡散板２４
で拡散されて強度分布を均一化され、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。モニタエタロン２５で生成された干渉縞２９は、
結像レンズ２７によって、結像レンズ２７の下流側（図
６中下方）に配置された蛍光板１５の一側の面に結像さ
れる。尚、以下の説明において、上流側、下流側という
用語は、フッ素分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａ
に対し、レーザチャンバ２に近い側を上流側として用い
られる。

【０００４】蛍光板１５の表面には蛍光体１６がコーテ
ィングされ、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の蛍光
パターン１４を、蛍光板１５の他側の面（図６中下側）
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。フッ素分子レーザ光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とは、カバー２２で覆われている。カ
バー２２内部の空間は、図示しない真空ポンプで真空引
きされるか、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されている。これにより、フッ素
分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａが酸素に吸収さ
れて減衰するのを防いでいる。またこのとき、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の上流側に配置している。これは、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するためである。

【０００５】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、演算装置２８に出力する。これ
に基づいて演算装置２８は、サンプル光１１Ａの中心波
長及びスペクトル線幅からなる波長特性を算出し、波長
コントローラ４に出力する。波長コントローラ４は検出
した波長特性に基づき、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に指令信号を出力して回
転させ、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御す
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点がある。即ち、従
来技術では、パターン検出器１７の上流側に紫外線フィ
ルタ２０を配置している。しかしながらこれだけでは、
モニタエタロン２５や結像レンズ２７の表面で反射した
サンプル光１１Ａが、波長測定ボックス３１の内壁で乱
反射してパターン検出器１７に入射するのを、完全に防
止することは困難である。さらに、このような紫外線フ
ィルタ２０は、紫外線をわずかに透過することがあるた
め、サンプル光１１Ａの一部がパターン検出器１７に入
射してしまう。その結果、パターン検出器１７は、サン
プル光１１Ａと蛍光パターン１４とが混在した光の強度
を検出し、パターン検出器１７の出力にノイズが混入す
ることになる。さらには、パターン検出器１７が紫外線
によって損傷してしまうこともある。

【０００７】またＦ2レーザ装置１においては、フッ素
分子レーザ光１１とともに、約７００nm程度の波長を有
する赤色光が同一光軸上に発生していることが知られて
いる。この赤色光が、サンプル光１１Ａに混じって、モ
ニタエタロン２５に入射することがある。その結果、モ
ニタエタロン２５が生成した干渉縞２９が、サンプル光
１１Ａによるものと赤色光によるものとの合成となるた
め、サンプル光１１Ａの波長特性を独立して検出するこ
とが困難となり、波長特性の測定が不正確となる。

【０００８】また、フッ素分子レーザ光１１の波長特性
の測定が不正確となると、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フッ素分子レーザ光１
１の波長特性が変動する。これにより、被加工物に照射
されるフッ素分子レーザ光１１の波長特性が変動し、図
示しない加工機内部におけるフッ素分子レーザ光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。従って、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。

【０００９】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
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、真空紫外レーザ装置の波長測定装置を提供
することを目的としている。

【００１０】

【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、本発明によれば、真空紫外領域の
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
光手段と、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、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た真空紫外レー
ザ装置の波長測定装置において、前記パターン検出器の
上流側に、真空紫外領域の光を吸収する気体の層を配し
ている。かかる構成によれば、例えば酸素等の気体が紫
外線レーザ光を吸収するので、紫外線レーザ光がパター
ン検出器に入射することがない。従って、パターン検出
器が損傷したり、計測が不正確になることがない。

【００１１】また本発明によれば、真空紫外領域のレー
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
段と、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、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た真空紫外レーザ装
置の波長測定装置において、分光手段の上流側に、レー
ザ光に混入している可視光を除去する光学素子を配して
いる。かかる構成によれば、例えばレーザ光に混入して
いる赤色光が除去されて分光手段に入射しないので、分
光手段によって発生する蛍光パターンに、赤色光によっ
て発生した成分が混じらない。従って、レーザ光の波長
特性を正確に測定可能である。

【００１２】また、本発明によれば、レーザ光に近い波
長の光を発生する紫外線ランプを備えている。これによ
り、蛍光板の補正を行なうことができるので、波長特性
の測定が、より正確になる。

【００１３】また本発明によれば、真空紫外レーザ装置
から発振するレーザ光の波長特性を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装置を使用
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。

【００１４】

【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。まず、第１実施形態
を説明する。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。図１にお
いて、Ｆ2レーザ装置１は、レーザガスを封入したレー
ザチャンバ２と、フッ素分子レーザ光１１の波長を狭帯
域化する狭帯域化ユニット１０と、フッ素分子レーザ光
１１の波長特性を測定する波長測定装置３と、フッ素分
子レーザ光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。

【００１５】レーザチャンバ２内には、レーザガスとし
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パルス状に印加すること
により、約１５７nmの波長を有するフッ素分子レーザ光
１１が、パルス状に発生する。尚、レーザガスとして
は、フッ素及びネオン（Ｎｅ）、又はフッ素、ネオン、
及びヘリウム等でもよい。

【００１６】発生したフッ素分子レーザ光１１は、レー
ザチャンバ２の後端部（図１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３２，３２と、フッ素分子レーザ光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によってビーム幅を拡げられたフッ素分子レ
ーザ光１１は、波長選択素子であるグレーティング３３
に入射する。グレーティング３３は、回折によって所定
の中心波長のフッ素分子レーザ光１１のみを折り返す。
これを、波長の狭帯域化と言う。このときグレーティン
グ３３は、波長コントローラ４からの出力信号に基づい
て回転自在の、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
を回転させてフッ素分子レーザ光１１のグレーティング
３３に対する入射角を変更し、フッ素分子レーザ光１１
の波長特性を制御することができる。

【００１７】狭帯域化されたフッ素分子レーザ光１１
は、狭帯域化ユニット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
を透過したフッ素分子レーザ光１１は、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で部
分反射されて、レーザチャンバ２内に戻る。フロントミ
ラー８を部分透過した残りのフッ素分子レーザ光１１
が、Ｆ2レーザ装置１の外部に出射する。

【００１８】出射したフッ素分子レーザ光１１の光軸上
には、フッ素分子レーザ光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。フッ
素分子レーザ光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、フッ素分子レーザ光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、フッ素分子レーザ光１１の波
長特性を制御する。

【００１９】以下、波長測定装置３について詳細に説明
する。図１に示すように、波長測定装置３は、上下に２
分割された波長測定ボックス３１の内部に収納されてい
る。上部波長測定ボックス３１Ａの入口には、入射した
サンプル光１１Ａを拡散する拡散板２４が設置されてい
る。拡散板２４の下流側には、拡散されたサンプル光１
１Ａ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が配置されている。モニタエタロン２５に
よって生成された干渉縞２９は、結像レンズ２７によっ
て蛍光板１５上に結像する。蛍光板１５は、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。

【００２０】上部波長測定ボックス３１Ａと下部波長測
定ボックス３１Ｂとの間は、蛍光パターン１４を透過す
るウィンドウ１８によって、互いに内部の気体が混合し
ないように仕切られている。下部波長測定ボックス３１
Ｂの内部には、蛍光パターン１４をパターン検出器１７
上に結像する第２結像レンズ３０と、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
が収納されている。また、波長測定装置３は、パターン
検出器１７で検出された蛍光パターン１４の強度分布に
基づいて、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を演算す
る演算装置２８を備えている。

【００２１】波長測定装置３に入射したサンプル光１１
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。図２において、縦軸が干渉縞２９の強度
であり、横軸が図１における左右方向の位置を示してい
る。図２において、干渉縞２９の縞間隔２９Ａがサンプ
ル光１１Ａの中心波長を示し、縞幅２９Ｂがサンプル光
１１Ａのスペクトル線幅を示している。

【００２２】図１において、モニタエタロン２５で生成
された干渉縞２９は、結像レンズ２７によって、蛍光体
１６をその表面にコーティングした蛍光板１５に結像さ
れる。或いは蛍光板１５は、蛍光体１６をその内部に含
有していてもよい。このような蛍光板１５は、一側（図
１中上側）に入射した干渉縞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、他側の面に発生さ
せる。発生した蛍光パターン１４は、第２結像レンズ３
０によって、ラインセンサ等を備えたパターン検出器１
７上に結像される。

【００２３】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２９Ｂ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い、サンプル光１１Ａの
中心波長及びスペクトル線幅からなる波長特性を算出
し、これ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
てフッ素分子レーザ光１１の波長特性が所定の値になる
ように制御している。

【００２４】尚、蛍光板１５の材質としては、真空紫外
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が蛍光板１５を透過することが少
なくなるので、パターン検出器１７の損傷が起こりにく
くなる。

【００２５】また、フッ素分子レーザ光１１はパルス発
振するため、蛍光１４も、パルス状に発生したサンプル
光１１Ａが蛍光板１５に達するたびに生成される。従っ
て、パルス発振したサンプル光１１Ａによる蛍光１４
が、次のパルス発振したサンプル光１１Ａが蛍光板１５
に達した際に残っていると、両者が混合され、パルスご
との波長特性の測定が困難となる。そのため、蛍光の残
光時間が、パルス発振と次のパルス発振との間の間隔よ
りも短く、パルス発振によって生成された蛍光１４が、
次のパルス発振までに消滅することが好ましい。即ち、
残光時間が、１／（パルス発振繰り返し周波数）以下と
なるものを選定するようにする。例えば、フッ素分子レ
ーザ光１１を、繰り返し周波数１kＨzで発振させる場合
には、蛍光の残光時間が、１msec未満であることが必要
となる。このような蛍光体としては、例えば化成オプト
ロニクス社の、品名Ｐ−４７のようなものがある。Ｐ−
４７は、蛍光の強度が１／１０となる１／１０残光時間
が、１μsec以下であり、１〜数kＨzの周波数で発振さ
れるフッ素分子レーザ光１１Ａに対し、充分短い残光時
間を有している。また、住田光学ガラス社のルミラスＢ
は、１／１０残光時間が２μsec以下であり、１〜数kＨ
zの周波数で発振されるフッ素分子レーザ光１１Ａに対
し、やはり充分短い残光時間を有している。

【００２６】さらに、蛍光板１５が発生させる蛍光パタ
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。

【００２７】このとき、サンプル光１１Ａの中には、従
来技術の項で説明したように、赤色光が混在している。
この赤色光がモニタエタロン２５に入射するのを防止す
るために、波長測定装置３は、拡散板２４とモニタエタ
ロン２５との間に、赤色光を透過せず、かつ紫外線光で
あるサンプル光１１Ａを透過する、赤色フィルタ１９を
備えている。サンプル光１１Ａが赤色フィルタ１９に入
射すると、赤色光は赤色フィルタ１９で反射するか吸収
され、サンプル光１１Ａは赤色フィルタ１９を透過す
る。これにより、サンプル光１１Ａから赤色光が除か
れ、紫外線成分のみがモニタエタロン２５に入射するよ
うになる。

【００２８】赤色フィルタ１９としては、例えばフッ素
分子レーザ光１１を透過するフッ化カルシウム（ＣａＦ
2）の基板の表面に、赤色光を高反射率で反射するよう
に誘電体多層膜を全反射コーティングしたものが好適で
ある。また、赤色光の波長に近い光を吸収する気体や液
体を、密封容器に封入したものでもよい。このとき、赤
色フィルタ１９で反射した赤色光がビームスプリッタ１
２に戻らないように、赤色フィルタ１９は、サンプル光
１１Ａの光軸に対して傾けて設置する。さらには、反射
した赤色光が、乱反射して蛍光板１５に入射することが
ないように、赤色フィルタ１９は上部波長測定ボックス
３１Ａとの間の隙間が、なるべく小さくなるように設置
するのがよい。これにより、赤色光がモニタエタロン２
５に入射することがなくなり、干渉縞２９がサンプル光
１１Ａの紫外線成分みによって生じるため、フッ素分子
レーザ光１１の波長特性を正確に測定することが可能で
ある。

【００２９】また、真空紫外領域の光は空気中の酸素に
非常に良く吸収されるため、フッ素分子レーザ光１１は
空気中を通ると、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に示すようにフッ素分子レーザ光
１１及びサンプル光１１Ａの光路は、カバー２２で覆わ
れている。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、窒素などの酸素を含まない
清浄ガスでパージする。尚、以下の説明におけるパージ
とは、容器の内部に所定のガスを充満させる行為を言
う。即ち、容器を密閉して内部にパージガスを充満させ
る場合や、或いは所定のガスを容器の内部に供給し続
け、図示しない容器の隙間や図示しない排気ポートから
漏れさせる場合をも含む。

【００３０】また、上部波長測定ボックス３１Ａは密閉
されており、その内部には、パージガスボンベ６によ
り、窒素などの酸素を含まない清浄ガスでパージされて
いる。これにより、上部波長測定ボックス３１Ａに入射
したサンプル光１１Ａが、減衰することなく、モニタエ
タロン２５に入射する。従って、干渉縞２９と蛍光板１
５上の蛍光パターン１４が、より鮮明に生成される。或
いは、上部波長測定ボックス３１Ａは、図示しない真空
ポンプによって真空に保たれていてもよい。

【００３１】また、下部波長測定ボックス３１Ｂは密閉
され、その内部には空気ボンベ１３より、清浄な乾燥空
気がパージされている。これにより、蛍光板１５を透過
したり、乱反射によって下部波長測定ボックス３１Ｂに
入射したサンプル光１１Ａが、空気中の酸素によって吸
収され、パターン検出器１７に到達することが少なくな
る。これにより、パターン検出器１７の損傷が起こりに
くくなるとともに、パターン検出器１７の出力にノイズ
が混入することも少なく、測定が正確になる。或いは、
乾燥空気の代わりに、酸素の混じった清浄ガスであって
もよい。また、この実施例では酸素を用いたが、これに
限られるものではなく、真空紫外領域の光を吸収させる
気体であれば、酸素以外の気体を用いてもよい。

【００３２】尚、干渉縞２９を蛍光板１５に長時間照射
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、蛍光板１５を、サンプ
ル光１１Ａの光軸に対して垂直方向に移動自在の移動ア
クチュエータ２１上に載置するのがよい。パルス発振し
たフッ素分子レーザ光１１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１５の寿命が長くなる。

【００３３】次に、第２実施形態について説明する。図
３に、第２実施形態に係る波長測定装置３の構成図を示
す。図３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。発生した蛍光パターン１４は、第２結
像レンズ３０により、ＣＣＤ等を備えたパターン検出器
１７上に結像される。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。

【００３４】拡散板２４の手前には、赤色フィルタ１９
が配置され、赤色光がモニタエタロン２５に入射して、
赤色光による干渉縞を生成するのを防止している。尚、
赤色フィルタ１９は、モニタエタロン２５よりも上流で
あれば、拡散板２４より下流にあってもよい。また、パ
ターン検出器１７は、波長測定ボックス３１の外部の空
気中に設置されており、蛍光パターン１４は、ウィンド
ウ１８を透過してパターン検出器１７に結像される。こ
れにより、ウィンドウ１８を透過したサンプル光１１Ａ
は、パターン検出器１７の周囲の空気に吸収され、パタ
ーン検出器１７に届くことがない。従って、パターン検
出器１７の損傷が起こりにくくなるとともに、パターン
検出器１７の出力にノイズが混入することも少なく、測
定が正確になる。さらに、ウィンドウ１８の代わりに、
紫外線を透過しない紫外線フィルタを配置すれば、なお
よい。また、パターン検出器１７を空気中に置いている
ので、パターン検出器１７の劣化などでメンテナンスが
必要な場合に、容易に修理・交換が可能である。

【００３５】次に、第３実施形態について説明する。図
４に、第３実施形態に係る波長測定装置３の構成例を示
す。図４において、波長測定装置３は、分離された上部
波長測定ボックス３１Ｃと、下部波長測定ボックス３１
Ｄとを備えており、パターン検出器１７が、下部波長測
定ボックス３１Ｄの内部に収納されている。上部波長測
定ボックス３１Ｃ及び下部波長測定ボックス３１Ｄに
は、蛍光パターン１４が透過するウィンドウ１８Ａ，１
８Ｂが付設されている。蛍光パターン１４は、ウィンド
ウ１８Ａを透過して上部波長測定ボックス３１Ｃの外部
に出射し、ウィンドウ１８Ｂを透過して下部波長測定ボ
ックス３１Ｄの内部に入る。上部Ｂ波長測定ボックス３
１Ｃと下部波長測定ボックス３１Ｄとの間には、空気が
介在しているため、サンプル光１１Ａはこの空気によっ
て吸収され、下部波長測定ボックス３１Ｄの内部には到
達しない。

【００３６】また、上部及び下部波長測定ボックス３１
Ｃ，３１Ｄには、いずれも図示しない真空ポンプとパー
ジガスボンベ６とが接続されており、内部は清浄な不活
性ガスで満たされている。これにより、パターン検出器
１７は常に清浄な状態で用いられるので、パターン検出
器１７の表面に湿気や塵が付着して測定に誤差が生じる
ようなことがない。さらに、図示しない温度コントロー
ラを取り付けて、波長測定ボックス３１Ｃ，３１Ｄ内部
の温度を制御するようにすれば、より正確な測定が可能
となる。

【００３７】また、波長測定装置３は、既知の光量の紫
外線光を発することの可能な、紫外線ランプ４２を備え
ている。紫外線ランプ４２から図４中左向きに出射した
紫外線ランプ光は、図示しない手段により、略一様な強
度分布を有している。結像レンズ２７と蛍光板１５との
間に介挿されたビームスプリッタ４１に入射する。紫外
線ランプ光は、ビームスプリッタ４１で図４中下向きに
反射され、蛍光板１５に入射して、蛍光を発生させる。

【００３８】例えば、蛍光板１５を最初に設置したとき
に、この紫外線ランプ光による蛍光の強度を、パターン
検出器１７で計測し、計測値を記憶しておく。これが、
蛍光板１５の初期状態を表す。そして、定期的に紫外線
ランプ光による蛍光の強度をパターン検出器１７で計測
することにより、蛍光板１５の特性の変化を検出して、
蛍光パターン１４を補正することが可能である。さらに
は、蛍光板１５の劣化を検知し、交換時期を知ることも
できる。或いは、蛍光板１５の劣化に対し、第１実施形
態で説明したように、移動アクチュエータ２１で蛍光板
１５を移動してもよい。このように、補正用の紫外線ラ
ンプ４２を設けているので、蛍光板１５の劣化や品質の
ばらつきによる不具合を検知可能であり、それに応じた
対策を取ることが可能である。

【００３９】紫外線ランプ４２は、Ｆ2レーザ装置１が
運転中には消灯しておき、Ｆ2レーザ装置１が停止した
ときに点灯して、上記計測を行なうようにしてもよい。
或いは、破線で示したシャッタ４３Ａ，４３Ｂを設け、
片方の光のみを蛍光板１５に入射させて、計測を行なう
ようにしてもよい。尚、このような紫外線ランプ４２に
ついては、その波長が、波長特性を測定するレーザ光の
波長に近いものを選択するのがよい。例えば、Ｆ2レー
ザ装置１から出射したフッ素分子レーザ光１１の場合に
は、その発振波長である１５７nm近辺の波長の光を発す
る、臭素、白金、或いは重水素（Ｄ2）等のランプが好
適である。また、ＡｒＦエキシマレーザ装置（波長：約
１９３nm）の場合には、白金やヒ素、或いは水銀ランプ
が好適である。

【００４０】次に、第４実施形態を説明する。図５に、
第４実施形態に係る波長測定装置３の構成図を示す。図
５において、波長測定装置３は、ツェルニー・ターナー
型の分光器を形成しており、スリット３５と、２個の凹
面鏡３６，３７と、回折格子３８と、ミラー４０とを備
えている。波長測定装置３に入射したサンプル光１１Ａ
は、スリット３５を照明する。スリット３５を透過した
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、蛍光板１５上に、波
長特性に応じた位置及び強度分布で集光される。蛍光板
１５は、その他面側に、回折光３９の強度分布に応じた
蛍光パターン１４を発生させる。パターン検出器１７
は、第２実施形態（図３）と同様に、波長測定ボックス
３１の外部の空気中に設置されている。蛍光パターン１
４は、結像レンズ２７により、ウィンドウ１８を透過し
てパターン検出器１７に結像される。蛍光パターン１４
の強度分布は、波長特性を示しており、演算装置２８
は、この強度分布に基づいてサンプル光１１Ａの波長特
性を算出する。

【００４１】このとき、スリット３５の上流側には、前
記各実施形態と同様に赤色フィルタ１９が配設され、赤
色光が波長測定装置３に入射するのを防止して、波長特
性の測定精度を向上させている。また、パターン検出器
１７が、第２実施形態と同様に空気中に設置されている
ので、紫外線光が入射しないために波長特性の測定が正
確で、かつパターン検出器１７が損傷しにくく、メンテ
ナンスが容易である。また、モニタエタロン２５によっ
て波長特性を測定するのに比べ、回折格子３８を用いて
測定することによって、より精度の高い計測が可能であ
る。

【００４２】尚、上記各実施形態では、ビームスプリッ
タ１２によってフッ素分子レーザ光１１の一部をサンプ
ル光１１Ａとして取り出し、このサンプル光１１Ａ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い。例え
ば図１において、通常の発振時にはビームスプリッタ１
２を配置せず、フッ素分子レーザ光１１の波長を測定す
る時にのみ、ビームスプリッタ１２又は全反射ミラーを
配置する。そして、このビームスプリッタ１２又は全反
射ミラーで反射されたフッ素分子レーザ光１１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
いてフッ素分子レーザ光１１の波長特性を検出するよう
にしてもよい。またこのとき、フッ素分子レーザ光１１
を、フィルタ等で減光した光を入射させてもよい。

【００４３】或いは、ビームスプリッタ１２や全反射ミ
ラーを設けずに、波長測定装置３をフッ素分子レーザ光
１１の光軸上に配置してもよい。そして、フッ素分子レ
ーザ光１１、又はこのフッ素分子レーザ光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、フッ素分
子レーザ光１１の波長特性を直接測定するようにしても
よい。さらには、所定の時間間隔をおいて定期的に（例
えば１日に１度）、フッ素分子レーザ光１１の波長特性
を測定するような場合にも応用可能である。

【００４４】また、上記各実施形態で説明したフッ素分
子レーザ光１１は、波長選択素子としてグレーティング
３３を備え、これをフッ素分子レーザ光１１に対して回
転させることにより、フッ素分子レーザ光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、例えばプリズム３２を回
転させてもよく、内部にフッ素分子レーザ光１１を反射
するミラーを備えて、これを回転させてもよい。さらに
は、狭帯域化ユニット１０の内部にエタロンを備えて、
これによってフッ素分子レーザ光１１を狭帯域化しても
よい。この場合は、フッ素分子レーザ光１１に対するエ
タロンの角度を変更することにより、フッ素分子レーザ
光１１の波長特性を制御すればよい。

【００４５】以上説明したように、本発明によれば、フ
ッ素分子レーザ光１１又はサンプル光１１Ａの波長特性
に応じた光パターン（上記各実施形態によれば、干渉縞
２９及び回折光３９）を、分光手段（上記各実施形態に
よれば、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、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を検出してい
る。

【００４６】即ち、フッ素分子レーザ光１１をパターン
検出器１７に直接入射させることなく、フッ素分子レー
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フッ素分子
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、フッ素分子レーザ光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、フッ素分
子レーザ光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
の波長特性のフッ素分子レーザ光１１を照射できるの
で、良好な加工が可能となる。

【００４７】そして、このような波長測定装置３におい
て、パターン検出器１７の上流側に、紫外線光であるサ
ンプル光１１Ａを吸収する、酸素を含む気体の層を設け
ている。これにより、サンプル光１１Ａがこの気体の層
に吸収され、パターン検出器１７に届くことがない。従
って、紫外線光による測定誤差が減少し、かつパターン
検出器１７が損傷しにくく、メンテナンスが容易とな
る。また、前記分光手段２５，３８よりも上流側に、赤
色光を透過しない赤色フィルタ１９を配置している。こ
れにより、サンプル光１１Ａに混在している赤色光が、
分光手段２５，３８に達することがなく、波長測定の誤
差が減少する。さらには、第４実施形態に説明したよう
に、補正用の紫外線ランプ４２を設けているので、蛍光
板１５の劣化や品質のばらつきによる不具合を検知可能
であり、それに応じた対策を取ることが可能である。

【００４８】尚、真空紫外レーザとしてＦ2レーザ装置
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。さらに、波長特性としては、中心波長及び
スペクトル線幅のみに関して説明したが、スペクトル純
度等、他の特性を含む場合についても同様である。スペ
クトル純度とは、フッ素分子レーザ光１１のエネルギー
の、例えば９５％が収まる斜線領域の波長幅を示してい
る。この値が小さいほど、フッ素分子レーザ光１１の波
長中に、中心波長λcから離れた成分が混じらなくなる
ため、露光に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る波長測定装置を備
えたＦ2レーザ装置の構成図。

【図２】干渉縞の強度分布の一例の説明図。

【図３】第２実施形態に係る波長測定装置の構成図。

【図４】第３実施形態に係る波長測定装置の構成図。

【図５】第４実施形態に係る波長測定装置の構成図

【図６】従来技術に係る波長測定装置を備えたＦ2レー
ザ装置の構成図。

【符号の説明】

１：Ｆ2レーザ装置、２：レーザチャンバ、３：波長測
定装置、４：波長コントローラ、６：パージガスボン
ベ、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、１３：空気ボンベ、１４：蛍光パターン、１５：蛍
光板、１６：蛍光体、１７：パターン検出器、１８：ウ
ィンドウ、１９：赤色光フィルタ、２０：紫外線フィル
タ、２１：移動アクチュエータ、２２：カバー、２４：
拡散板、２５：モニタエタロン、２７：結像レンズ、２
８：演算装置、２９：干渉縞、３０：第２結像レンズ、
３１：波長測定ボックス、３２：プリズム、３３：グレ
ーティング、３４：回転アクチュエータ、３５：スリッ
ト、３６：凹面鏡、３７：凹面鏡、３８：回折格子、３
９：回折光、４０：ミラー、４１：ビームスプリッタ、
４２：紫外線ランプ、４３：シャッタ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｊ 3/26 Ｇ０１Ｊ 3/26 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ (72)発明者 若林 理 神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株 式会社内 Ｆターム(参考） 2G020 AA05 CB23 CB44 CC04 CC23 CC31 CC63 CD04 CD24 CD28 CD31 2G065 AB05 AB09 AB11 BA04 BA29 BB28 BB30 BC13 CA23 DA05 5F072 AA06 JJ20 KK07 KK08 KK15 KK16 KK26 RR05 YY09 YY11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空紫外領域のレーザ光(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)と、 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、 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
   真空紫外レーザ装置の波長測定装置において、 前記パターン検出器(17)の上流側に、真空紫外領域の光
   を吸収する気体の層を配したことを特徴とする真空紫外
   レーザの波長測定装置。
2. 【請求項２】 真空紫外領域のレーザ光(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)と、 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、 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
   真空紫外レーザ装置の波長測定装置において、 分光手段(25,38)の上流側に、レーザ光(11,11A)に混入
   している可視光を除去する光学素子(19)を配したことを
   特徴とする真空紫外レーザの波長測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の真空紫外レーザの波長測
   定装置において、 分光手段(25,38)の上流側に、レーザ光(11,11A)に混入
   している可視光を除去する光学素子(19)を配したことを
   特徴とする真空紫外レーザの波長測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の真空紫
   外レーザの波長測定装置において、 レーザ光(11)に近い波長の光を発生する紫外線ランプ(4
   2)を備えたことを特徴とする真空紫外レーザの波長測定
   装置。