JP2006066933A - レーザ装置及び波長検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エタロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長検出に影響を及ぼさず、正確な波長制御が行えるレーザ装置を提供する。
【解決手段】このレーザ装置は、レーザ発振器と、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ光の波長を検出する第１の波長検出手段と、第２の基準光源及びエタロン型分光器を含み、第２の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、レーザ発振器を発振させて、第１の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値との差を算出して記憶し、その後にレーザ発振器を発振させたときに第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値とレーザ光目標波長との差へ更に記憶した差を加算する制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、レーザ装置に関し、特に、出力されるレーザ光の波長を制御することができるレーザ装置に関する。さらに、そのようなレーザ装置を用いて波長を検出する、波長検出方法に関する。

半導体装置製造用の縮小投影露光装置（以下ステッパという）の光源として、エキシマレーザが使用されている。エキシマレーザ光を十分に透過し、かつ均一性及び加工精度の得られるレンズ材料としては、合成石英及び蛍石（フッ化カルシウム）しか使用できない。そのため、色収差補正をした縮小投影レンズの設計は難しい。したがって、ステッパの光源として波長の短いレーザ光を用いる場合には、色収差が無視できる程度まで、レーザ光を狭帯域化する必要があり、しかも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。

狭帯域化されたエキシマレーザの発振波長の安定化は、レーザ出力光の一部を分光器へ入射させ、エタロン又はグレーティングを用いて計測することにより行われてきた。下記の特許文献１には、エタロンとグレーティングを用いて発振波長の安定化を図ったエキシマレーザ装置が開示されている。図２０に、かかる装置の構成を示す。
図２０において、レーザチャンバ１００内には、封入されたレーザガス等を放電励起するための電極（図示せず）、レーザガスを還流させるためのファン（図示せず）等が設けられている。レーザチャンバ１００のフロント側にはウインド１０１とフロントミラー１０３が配置されており、リア側にはウインド１０２と狭帯域化部１３０とが配置されている。狭帯域化部１３０は、リアミラーとして機能すると共に出力レーザ光の狭帯域化を行うもので、例えばプリズム等が配置されている。狭帯域化されたレーザ光は、フロントミラー１０３を通って出力され、その一部が部分反射ミラー１０４によって取り出される。取り出されたレーザ光は、基準光源１０５から発生した基準光と共に、モニタエタロン４３０及びグレーティング型分光器４４０に導かれる。モニタエタロン４３０及びグレーティング型分光器４４０によって検出された波長を表すデータが波長コントローラ１０８に出力され、このデータに基づき、ドライバ１０９を介して、狭帯域化部１３０内に配置された波長選択素子の選択波長が制御される。

図２１に、モニタエタロン４３０の具体例を示す。図２１において、部分反射ミラー１０４（図２０）によって分割されたレーザ光の一部は、拡散板４３１で均一化され、部分反射ミラー４３２を通過し、また、基準光源１０５から発生した基準光は部分反射ミラー４３２によって反射して、これらはエタロン４３５の方へ出射される。エタロン４３５を透過したレーザ光及び基準光は、色消しレンズ４３４を通過し、干渉縞４３７、４３８をそれぞれ形成する。ここで、レーザ光による干渉縞４３７と、基準光による干渉縞４３８の位置をセンサ４３６によって検出することにより、基準光を基準としたレーザ光の相対波長を検出し、波長の安定した既知の基準光（例えば、水銀同位体ランプの出力光）の波長からレーザ光の絶対波長を求めることができる。このように、基準光の干渉縞の位置４３８とレーザ光の干渉縞の位置４３７との差分からレーザ波長を計算すれば、温度等によって変動する分光器の分光特性の変動分を相殺することができる。

図２２にグレーティング型分光器４４０の具体例を示す。図２２において、基準光及び分割されたレーザ光の一部は、同一光路で入射光学系４５１に入射し、ミラー４４３によって全反射され、凹面鏡４４２に導かれ、凹面鏡４４２によって入射スリット４４４の位置で集光させ、入射スリット４４４を通過する。入射スリット４４４を通過した光は、凹面鏡４４５によって平行光に変換され、グレーティング４４６に入射する。グレーティング４４６によって反射回折した光は、波長によって回折角が異なる。この回折光は、凹面鏡４４７によって反射され、回折光の入射スリット像として焦点面４５２に結像する。この焦点面にはそれぞれの波長に対するそれぞれの回折光の入射スリット像４４８、４４９が結像することになり、波長が変化すると入射スリット像４４８、４４９の位置が変化する。そこで、この基準光の回折光の入射スリット像４４８とレーザ光の入射スリット像４４９の位置を、光位置センサ４５０によってそれぞれ検出することにより、基準光を基準としたレーザ光の相対波長を検出し、レーザ光の絶対波長を検出することができる。

再び図２０を参照すると、このレーザ装置は、エタロンを用いた狭い波長範囲を高分解能で分光するモニタエタロン４３０とグレーティングを用いて広い波長範囲を低分解能で分光するグレーティング型分光器４４０とを搭載している。レーザの目標発振波長λ_Ｔとレーザの実際の発振波長λ_Ｌとの差Δλが大きい場合には、グレーティング型分光器４４０を用いてレーザ波長を計測し、レーザの波長選択素子を制御して目標発振波長へ近づけ、その差が十分に小さくなった時点でモニタエタロン４３０を用いてレーザ発振波長を高精度に検出して目標発振波長へ更に近付ける制御を行う。即ち、レーザの発振波長と目標発振波長との差が大きい場合と、差が小さい場合とでモニタエタロン及びグレーティング型分光器を使い分ける。

ここで、エタロンのギャップをｄ、エタロンギャップの空間の屈折率をｎ、波長λの光がエタロンに入射する角度（垂直入射光軸からの傾斜角度）をθとすると、（１）式が成り立つときに光は最大強度でエタロンを透過し、波長λに応じた位置に集光する。
ｍ・λ＝２・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ …（１）
（１）式中、ｍは次数と言われる整数である。ここで、θ＝０のときの波長をλ_０とすれば、（２）式が成り立つ。
ｍ・λ_０＝２・ｎ・ｄ …（２）
（１）式、（２）式から（３）式が得られる。
ｍ（λ_０−λ）＝２ｎｄ（１−ｃｏｓθ）＝４ｎｄ・ｓｉｎ^２（θ／２） …（３）
θ≒０ではｓｉｎθ≒θであるので、近似式として（４）式が得られる。
ｍ（λ_０−λ）＝ｎ・ｄ・θ^２ …（４）
集光レンズの焦点距離をｆ、干渉縞半径をｒ（ｍ）とすれば、ｒ（ｍ）＝ｆ・ｔａｎθ≒ｆθであるので、（５）式が得られる。
λ＝λ_０−（ｎ・ｄ／(ｆ^２・ｍ)）・（ｒ（ｍ））^２ …（５）
ここで、波長基準となる光源の出力光波長をλ_Ｓ、レーザ光の波長をλ_Ｌ、それぞれの干渉縞半径をｒ（ｍ_Ｓ）、ｒ（ｍ_Ｌ）、それぞれの次数をｍ_Ｓ、ｍ_Ｌとすると、（６）式及び（７）式が得られる。
λ_Ｓ＝λ_０−（ｎ・ｄ／(ｆ^２・ｍ_Ｓ)）・（ｒ（ｍ_Ｓ））^２ …（６）
λ_L＝λ_０−（ｎ・ｄ／(ｆ^２・ｍ_Ｌ)）・（ｒ（ｍ_Ｌ））^２ …（７）
（６）式と（７）式から（８）式が得られる。
λ_L＝λ_Ｓ−（ｎ・ｄ／ｆ^２）（（ｒ（ｍ_Ｌ））^２／ｍ_L−（ｒ（ｍ_Ｓ））^２／ｍ_Ｓ）
…（８）
（８）式においてλ_Ｓ、ｎ、ｄ、ｆは既知の値であり、干渉縞半径ｒ（ｍ_Ｓ）、ｒ（ｍ_Ｌ）は対応する次数ｍ_Ｓ、ｍ_Ｌにおける実測値であるから、レーザ光の波長λ_Ｌを計算することができる。

ところで、（８）式においては、屈折率ｎを一定としたが、エタロンギャップ内の気体の分子数が変化すると、その屈折率ｎの値が変動し、また、一般に物質の屈折率は波長ごとに異なるので、エタロンギャップの光学長ｎ・ｄは一定ではない。そこで、波長による屈折率の変化を考慮した計算式を以下に求める。なお、収差のためレンズの焦点距離ｆも波長により異なるので、レンズは色消し処理を施してあるものとする。

レーザ波長をλ_Ｌ、基準光波長をλ_Ｓ、これらの各波長における屈折率をそれぞれｎ_Ｌ、ｎ_Ｓとすれば、（６）式、（７）式はそれぞれ（６'）式、（７'）式となる。
λ_Ｓ＝λ_０−（ｎ_Ｓ・ｄ／(ｆ^２・ｍ_Ｓ)）・（ｒ（ｍ_Ｓ））^２ … （６'）
λ_L＝λ_０−（ｎ_Ｌ・ｄ／(ｆ^２・ｍ_Ｌ)）・（ｒ（ｍ_Ｌ））^２ … （７'）
（６'）式と（７'）式から（８'）式が得られる。
λ_Ｌ＝λ_Ｓ−（ｄ／ｆ^２）〔（ｎ_Ｌ・（ｒ（ｍ_Ｌ））^２／ｍ_Ｌ）
＋（ｎ_Ｓ・（ｒ（ｍ_Ｓ））^２／ｍ_Ｓ）〕…（８'）
（８'）式を用いれば、レーザ光の波長をより正確に計算することができる。

特許第２６３１５５３号公報

しかしながら、熱によるエタロン材の伸縮があるので、エタロンギャップｄは本来一定ではない。ゼロデュア（登録商標）を用いてエタロンギャップｄをほぼ一定に保つ技術が開発されているので、（８'）式においてはエタロンギャップｄを一定としていたが、実際にはエタロンギャップｄの変動を無視できないことが分かってきた。

即ち、エタロンには、各波長のレーザ光を高反射率で反射できるように多層の反射膜がコートされている。これらの反射膜の材質は吸湿性を有するので、エタロンが保管されたり設置される雰囲気中の湿度の影響を受ける。エタロンの反射膜が含む水分量が変動すると、反射膜の膜厚が変化したり、光学特性が変化し、（８'）式中のエタロンギャップｄが時間と共に変化する。

例えば、エタロンを用いた低分解能で広い波長範囲を分光する第１の波長検出器と、エタロンを用いた高分解能で狭い波長範囲を分光する第２の波長検出器とを用いて、レーザ発振波長を目標発振波長に近付けるような制御を行う場合には、（８'）に基づいてレーザ波長λ_Ｌを計算するとエタロンギャップｄの変動が加味されない数値しか求めることができない。したがって、この数値λ_Ｌを用いて、波長誤差Δλ＝λ_Ｔ−λ_Ｌが小さくなるような制御を行っても、実際に波長誤差Δλが小さくなる制御が行われているとは限らない。

図２０に示すレーザ装置のように、第１の波長検出器としてグレーティングを含む波長検出器を用いた場合には、エタロンのような問題は生じないが、第１の波長検出器による制御の後、第２の波長検出器による制御に移行した時点で、同様の問題が生じてくる。

一方、エタロンを採用せず、第１、第２の波長検出器にグレーティングを搭載した場合には、光量が少ないため、パルス発振するエキシマレーザやフッ素分子レーザでは複数のパルスを分光してラインセンサ検出結果を積分することが必要であるので、パルスごとに波長を正確に制御することはできない。したがって、パルスごとに波長を制御するためには、エタロンを採用する必要がある。

（８'）式中のエタロンギャップｄは、エタロン製造後、保管中、及びレーザに搭載された後、周囲の湿度等の影響を受けて変動するので、エタロンギャップｄの変動値を計算によって補正することは極めて困難である。また、エタロンの保管中や使用中の湿度等が一定となるように管理することは、理論上は可能であるが、保管や輸送が煩雑になり、レーザ光の波長モニタも複雑化し、コストアップにもつながる。
そのため、エタロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長計測に影響を及ぼさないような波長計測手段を含むレーザ装置の開発が求められていた。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、エタロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長計測に影響を及ぼさず、正確な波長制御が行えるレーザ装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのようなレーザ装置を用いて、波長を検出し、制御する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係るレーザ装置は、レーザ発振器と、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第１の波長検出手段と、第２の基準光源及びエタロン型分光器を含み、第２の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、レーザ発振器を発振させて、第１の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値との差を算出して記憶し、その後にレーザ発振器を発振させたときに第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値とレーザ光目標波長との差へ更に記憶した差を加算する制御手段とを具備する。

また、本発明の第２の観点に係るレーザ装置は、レーザ発振器と、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第１の波長検出手段と、エタロン型分光器を含み、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、第１の波長検出手段によって得られる基準光とレーザ光の検出結果に基づいてレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を算出し、そのレーザ光をエタロン型分光器に入力したときの干渉縞の位置を基準となる位置として記憶し、その後にレーザ発振器を発振させたときに第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と基準となる位置に相当する波長の値との差から得るレーザ光発振波長の値とレーザ光目標波長との差を計算する制御手段とを具備する。

本発明の第１の観点に係る波長検出方法は、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、第１の基準光源から出力される基準光の波長とレーザ発振器を発振させることでレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ（ａ）と、第２の基準光源及びエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて、第２の基準光源から出力される基準光の波長とレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ（ｂ）と、ステップ（ａ）において得られるレーザ光波長検出値とステップ（ｂ）において得られるレーザ光波長検出値との差を算出して記憶し、その後にレーザ発振器を発振させたときに第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値とレーザ光目標波長との差に対して記憶した差を加算した値を計算するステップ（ｃ）とを具備する。

また、本発明の第２の観点に係る波長検出方法は、第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出するステップ（ａ）と、そのレーザ光をエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段に入力したときの干渉縞の位置を基準となる位置として記憶するステップ（ｂ'）と、その後にレーザ発振器を発振させたときに第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と基準となる位置に相当する波長の値との差から得るレーザ光発振波長の値とレーザ光目標波長との差を計算するステップ（ｃ）とを具備する。

本発明によれば、エタロンの経時変化等による特性の変動が生じても波長検出に影響を及ぼさず、正確な波長制御が行えるレーザ装置を提供することができる。さらに、そのようなレーザ装置を用い波長を検出、制御する方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素については同一の参照番号を付して、これらの説明を省略する。

図１に、本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。図１において、レーザ装置は、レーザ光を発生するレーザ共振器を備えている。レーザ共振器のレーザチャンバ１内には、レーザ媒質として、Ａｒ、Ｆ_２、Ｈｅ等のガスを含む混合ガスが数気圧で充填されている。レーザチャンバ１には、放電用の一対の電極（図示せず）が紙面と直交する方向に対向して配置されており、電極間には、パルスパワーモジュール等の高圧電源（図示せず）によってパルス状の高電圧が印加される。レーザチャンバ１内にレーザ媒質を供給し、電極間に高電圧を印加して放電を起こすと、レーザ媒質から光が発生する。

レーザチャンバ１のリア側とフロント側の壁には、それぞれウインド２、３が、レーザチャンバ１を貫く光軸と所定のブリュースタ角を為すように配置されている。レーザチャンバ１のリア側には、リアミラーとして機能すると共に、出力レーザ光を狭帯域化する狭帯域化部３０が配置されている。

波長狭帯域化部３０によって狭帯域化されたレーザ光は、ウインド２からレーザチャンバ１内に進入し、増幅されたレーザ光がレーザチャンバ１からウインド３を通過し、レーザ共振器の外部に出力される。本実施形態に係るレーザ装置は、第１の波長検出手段６０の前段に、第２の波長検出手段５０を含んでいる。ウインド３から出射したレーザ光は、第２の波長検出手段５０の方に出射する。

第２の波長検出手段５０に入射したレーザ光は、第２の波長検出手段５０内に配置されたビームスプリッタ４によって第１の方向（図中右側）と第２の方向（図中下側）とに分割される。ビームスプリッタ４を第１の方向に通過したレーザ光は、ビームスプリッタ５によって第１の方向（図中右側）と第３の方向（図中下側）とに分割され、ビームスプリッタ５を第１の方向に通過したレーザ光は、第１の波長検出手段６０の方向に出射する。第１の波長検出手段６０に入射したレーザ光は、第２の波長検出手段内に配置されたビームスプリッタ６によって第１の方向（図中右側）と第４の方向（図中下側）とに分割され、ビームスプリッタ６を第１の方向に通過したレーザ光は、レーザ装置の出力光として露光器に入射する。

一方、ビームスプリッタ４によって第２の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４の下方に設置された部分反射ミラー７を透過してコースエタロン型分光器１２に入射する。ビームスプリッタ５によって第３の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ５の下方に配置された部分反射ミラー８を透過してファインエタロン型分光器１３に入射する。また、第２の基準光源１０から発生した第２の基準光は、その一部が部分反射ミラー７によって反射されてコースエタロン型分光器１２に入射し、残りの基準光は部分反射ミラー７を通過して部分反射ミラー８によって反射され、ファインエタロン型分光器１３に入射する。

ビームスプリッタ６によって第４の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ６の下方に配置された部分反射ミラー９を透過してグレーティング型分光器１４に入射する。また、第１の基準光源１１から発生した第１の基準光は、部分反射ミラー９によって反射されてグレーティング型分光器１４に入射する。

第１の波長検出手段６０内に配置されたグレーティング型分光器１４によって検出された結果と、第２の波長検出手段５０内に配置されたコースエタロン型分光器１２及びファインエタロン型分光器１３によって検出された結果は、波長コントローラ１５に出力され、ドライバ１６を介して狭帯域化部３０内に配置された波長選択素子の制御が行われる。

以下に、図１に示すレーザ装置を用いて波長を検出し、制御する方法の原理を説明する。
レーザ光の発振開始後、まず、第１の基準光源１１から発生した基準光と、レーザ発振器から発生したレーザ光とを第１の波長検出手段６０を用いて分光し、基準光とレーザ光がラインセンサ上に集光する位置の差からレーザ光の波長λ_Ｌを計算する。但し、グレーティング型分光器１４は光量損失が大きいので、複数のパルスレーザ光の積分値によって波長を検知する。

ここではグレーティングを用いるので、エタロンを用いた場合に生じる反射膜特性変動の影響は無く、レーザ光の波長λ_Ｌの正確な値（絶対波長）が得られる。なお、レーザ光の波長λ_Lが目標発振波長λ_Ｔから大きく外れていた場合には、狭帯域化部内に配置された波長選択素子を制御することにより、レーザ光の波長λ_Ｌを目標発振波長λ_Ｔに近付ける。レーザ光の波長λ_Ｌと目標発振波長λ_Ｔとの差が小さくなると、第２の波長検出手段内に配置されたエタロンへ波長λ_Ｔの光が入射したときにラインセンサ上に形成される干渉縞と、波長λ_Ｌの光を入射したときにラインセンサ上に形成される干渉縞とは、同一次数で隣り合う位置になる。したがって、波長選択素子を制御することによって２つの干渉縞を一致させれば、レーザ光の波長λ_Ｌを目標発振波長λ_Ｔに確実に近付けることができる。

つまり、レーザ光を第２の波長検出手段へ入射させたときにラインセンサ上に形成される干渉縞の位置Ｐｓを波長λ_Ｓとして記憶する。この干渉縞の位置Ｐｓを基準としてレーザ光の目標発振波長λ_Ｔに該当するラインセンサ上の位置を求め、波長選択素子を制御することにより、レーザ光の形成する干渉縞が位置Ｐｓに近付くようにすればよい。また、位置Ｐｓはエタロンの様々な特性変化を反映した値であるから、たとえエタロン特性が変化したとしても、レーザ光の波長λ_Ｌを目標発振波長λ_Ｔへ近付けるための制御において誤差は少なくなる。また、エタロンを用いるので、レーザのパルス発振ごとに波長を検知して波長制御を行うようにフィードバックすることができる。

なお、図１に示すレーザ装置を用いれば、露光装置へレーザ光を出力しつつ、レーザ光の波長の校正を行うことができる。

図２に、第１の波長検出手段の具体例の構成を示す。図２において、発生したレーザ光を分割するビームスプリッタ７１と、全反射ミラー７２とが配置され、全反射ミラー７２の上方に部分反射ミラー７３が配置されていて、全反射ミラー７２で反射されたレーザ光は部分反射ミラー７３を通過してグレーティング型分光器６９の方へ導かれる。また、第１の基準光源７４としてのＰｔランプから発生した第１の基準光は、干渉フィルタ７５及びレンズ７５'、シャッタ７６を通過して部分反射ミラー７３に入射し、反射して第１の波長検出手段の方へ出射する。レンズ７５'は基準光源７４の光を集光して効率良く分光器６９に入射させる。グレーティング型分光器６９は、内部全体の温度調節が可能なように全体が筐体で覆われており、グレーティング型分光器への入り口部には、スリット６７が配置されている。スリット６７を通過したレーザ光及び第１の基準光は、３個の全反射ミラー、すなわちミラー６６、ミラー６５、ミラー６４によって全反射した後、レンズ６３によって平行光となり、グレーティング６２に入射する。次いで、グレーティング６２によって分光されたレーザ光と第１の基準光はレンズ６３を通過し、ミラー６４、ミラー６５、ミラー６６によって反射した後、ＣＣＤ６８に入射する。なお、ビームスプリッタ７１は、移動ステージ（図示せず）上に配置されており、レーザ光の光路をクローズにするときには実線で示した位置に配置され、レーザ光の光路をオープンにするときには破線で示した位置に配置される。

ここで、ミラーに誘電体多層膜を設けたものを使用して、干渉フィルタ７５の代替とすることができることを以下に説明する。
Ｐｔランプは、紫外光のみだけでなく可視光も発生する。また、グレーティング分光器からの回折光に関し、異なる波長でも回折次数と波長の積が同一なら、回折角は同一となる。例えば、波長λ１で回折次数ｍ１と、波長λ２で回折次数ｍ２とが、式ｍ１×λ１＝ｍ２×λ２の関係を満たせば、λ１とλ２のスペクトルは同じ位置に回折されて識別することができない。したがって、Ｐｔランプの１９３ｎｍ近傍の発光線のみを取り出す必要がある。そのために、波長バンドパス特性を持つ干渉フィルタを用いてもよいが、透過率が非常に小さく、例えば、１９３ｎｍの領域で半値幅±２０ｎｍの領域のみを透過するフィルタの透過率は１５％である。このため検出されるスペクトル強度が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下し、波長検出精度を悪化させる。

これを改善するために、干渉フィルタを用いず、図２におけるミラー６４及びミラー６５として、波長１９３ｎｍ近傍で光反射率の高い誘電体多層膜ミラーを使用することができる。例えば、図３（ａ）に示すような分光反射率特性を持つミラーをミラー６４およびミラー６５に使用すると、光は、グレーティング分光器に入射した後、多層膜ミラーによって合計４回反射されることになる。このため、分光反射率特性は図３（ｂ）に示すようになり、波長１９３ｎｍにおける反射率が９０％以上で、それ以外の波長ではほぼ０％に近い。したがって、結果として、半値幅±７ｎｍで透過率が９０％以上のフィルタ機能が実現されることになり、干渉フィルタよりも性能の非常に優れたものとなる。

グレーティング型分光器６９は、密閉構造にすることが好ましい。このような構成にすれば、検出されるスペクトルの波形は、グレーティング型分光器内の気体の流れによる撹乱、屈折率変動および屈折率分布による影響を受けにくくすることができる。また、この密閉構造の筐体全体を一定温度に調節保持することにより、外気温度の変化による機械部品および筐体の熱膨張による分光器性能の変化を防止して、安定性の良い波長測定を行うことができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置を用いて波長を検出、制御する方法について説明する。図４〜図８は、波長を検出して制御するための方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態における波長検出について、ＡｒＦエキシマレーザ、及び第１の基準光源としてＮｅ封入Ｐｔ（白金）ランプを用いた場合を例にとり具体的に説明する。半導体露光用の狭帯域化されたＡｒＦエキシマレーザの目標発振中心波長は、約１９３．３６８ｎｍ±０．１ｎｍである。一方、Ｎｅ封入Ｐｔランプは、波長１９３ｎｍの近傍に複数の発振線を有し、ここではＰｔの波長Ｐｔ１＝１９３．４３６９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００３４５ｎｍを基準波長として用いる。

図４において、まず、ガス交換した後であるか、又はレーザ装置の運転を開始してから所定時間（Ｔ_１）が経過した後であるかを判断する。ガス交換した後、又は所定時間が経過した後のいずれかに該当する場合には、第１の波長検出手段（グレーティング型分光器＋第１の基準光源）による波長検出サブルーチン（図５及び図６）に移行する。すなわち、ガス交換するたびに、また、所定時間経過するたびに、グレーティング分光器を用いた第１の波長検出手段によって、目標発振波長との間に大きなずれが生じていないか判断する。所定時間（Ｔ_１）は、例えば１週間〜１ヶ月である。上記場合に該当しないときには、第２の波長検出手段（コース＆ファインエタロン＋第２の基準光源）による波長検出サブルーチン（図７）に移行する。

以下に、第１の波長検出手段による波長検出サブルーチンについて説明する。
グレーティング分光器を含む第１の波長検出手段による波長検出サブルーチンのフローチャートを図５及び図６に示す。図５に示すように、第１の波長検出手段による波長検出サブルーチンが開始されると、まず、ステップＳ２１において、ヒータに電流を供給して第１の波長検出手段を加熱し、温度コントロールを開始する。これにより、波長検出を開始する際に、第１の波長検出手段を加熱して所定の温度範囲内になるようにする。そのようにする理由は、第１の波長検出手段の近傍にはレーザチャンバを始めとする熱源が存在するので、第１の波長検出手段が加熱されて分光特性が変動するのを防ぐために、予め波長検出手段自体の温度を上げておく必要があるからである。

ステップＳ２２において、第１の波長検出手段が所定の温度範囲内であるか判断し、所定の温度範囲内にない場合には、第１の波長検出手段の温度が所定の温度範囲内となるように安定するまで待ってから、ステップＳ２３へ移行する。第１の波長検出手段が所定の温度範囲内に該当する場合には、ステップＳ２３において、第１の基準光源（Ｐｔランプ）のシャッタを閉じる。

次に、ステップＳ２４において、過去の発光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか否かを判断し、寿命に達している場合にはエラー信号を発して、第１の基準光源のランプを交換する。第１の基準光源がまだ寿命に達していない場合には、ステップＳ２５において、第１の基準光源の電源を入れる。ステップＳ２６において、第１の基準光源の電源を入れてから発光が安定するまでの所定時間が経過したか判断する。所定時間に達していない場合にはステップＳ２６を繰り返す。第１の基準光源の電源を入れてから所定時間が経過した場合には、ステップＳ２７において、シャッターを閉じたままで、ＣＣＤラインセンサの出力を検出する。これはバックグラウンドノイズを計測して、後のステップにおいて検出する光信号からノイズを除去するためである。次いで、ステップＳ２８において、第１の基準光源のシャッタを開き、ステップＳ２９において、第１の基準光源から出力される基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）のスペクトルを計測し、基準光の分光データを記憶する。

基準光はスリットを通過し、各ミラーで反射して焦点距離８２０ｍｍのレンズでコリメートされ、グレーティング（溝線数９４本／ｍｍ、ブレーズ角８０度）で回折される。回折した光は逆の光路をたどって、再び各ミラーで反射してＣＣＤラインセンサ（センサ画素サイズ２４ミクロン）に入射する。ＣＣＤラインセンサは、例えば１０２４チャンネルのＣＣＤ素子を羅列した受光素子であって、各チャンネルが分光された光の波長に対応するため、Ｐｔの波長Ｐｔ１＝１９３．４３６９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００３４５ｎｍのそれぞれに対応するＣＣＤ素子が強い光強度を検知する。Ｐｔランプの発光強度は小さいため、ラインセンサによる受光はある程度の時間行い、受光強度を積分し平均処理してスペクトルを計測する。

その後、図６に示すように、第１の基準光源のシャッタを閉じて（ステップＳ３０）、第１の基準光源の電源を切り（ステップＳ３１）、第１の基準光源を点灯していた時間を記憶し、過去の点灯時間に加算する（ステップＳ３２）。ステップＳ３３において、レーザ光をサンプリングするために移動ステージを用いてビームスプリッタを実線位置に移動してレーザ光の光路をクローズにする。次に、ステップＳ３４において、エキシマレーザの発振を開始し、レーザ光を波長検出手段内へ入射させ、グレーティング型分光器を用いてレーザ光のスペクトルを計測する（ステップＳ３５）。その後、移動ステージを用いてビームスプリッタ破線位置へ移動してレーザ光の光路をオープンにする（ステップＳ３６）。基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）の分光データを用いて、レーザ光の絶対波長λ_Ａを計算する（ステップＳ３７）。レーザ光の絶対波長の求め方を図８に示す。

図８に示すように、ステップＳ５１において、まず基準光及びレーザ光の分光データから、それぞれバックグラウンド計測データを差し引いてノイズ成分を除去する。すなわち、バックグラウンド計測データをＢＧ（ｘ）、Ｐｔランプのスペクトル計測データをＰｔ'（ｘ）、エキシマレーザのスペクトル計測データをＥｘ'（ｘ）で表すと、ＰｔランプのスペクトルはＰｔ（ｘ）＝Ｐｔ'（ｘ）−ＢＧ（ｘ）、レーザ光のスペクトルはＥｘ（ｘ）＝Ｅｘ'（ｘ）−ＢＧ（ｘ）で求められる。ここでｘはＣＣＤ素子のｃｈ番号１〜１０２４を表す。

次いでステップＳ５２において、Ｐｔ（波長Ｐｔ１）の検出範囲内でピーク位置（受光強度が最大の位置）を検出し、そのピーク位置が193.43690nm±Δλ_Ptの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ５３）。ここで、Δλ_Ｐｔは、ピーク位置の誤差の許容範囲を表し、例えば５ｐｍ程度に設定しておく。検出したＰｔのピーク位置が上記範囲外である場合には、分光器が正常に動作していないかランプに異常が生じているものとして、エラー信号を発生する。ピーク位置が所定の範囲内である場合には、ステップＳ５４において、２次関数補間演算によりピーク位置Ｘ１を計算する。次に、Ｎｅ（波長Ｐｔ２）の検出範囲内でピーク位置（受光強度が最大の位置）をサーチして、そのピーク位置が１９３．００３４５ｎｍ±Δλ_Ｎｅの範囲内にあるか否かを判定する。ここで、Δλ_Ｎｅは、ピーク位置の誤差の許容範囲を表し、例えば５ｐｍ程度に設定しておく。検出したＮｅのピーク位置が上記範囲外である場合には、分光器が正常に動作していないかランプに異常が生じているものとして、エラー信号を発生する。ピーク位置が上記範囲内にある場合には、ステップＳ５７において、２次関数補間演算によりピーク位置Ｘ２を計算する。なお、ステップＳ５４及びステップＳ５７においてピーク位置の計算をより精度よく行うためには、ピーク位置近傍のデータを使用して２次関数補間演算、３次関数補間演算等の補間演算を適宜選択して行うことが好ましい。

次に、レーザ波長Ｅｘについても同様の手順でピーク位置を計算する。ステップＳ５８において、レーザ光のピーク位置を検出し、ステップＳ５９において、ピーク位置が所定の範囲内にあるか判断する。検出したピーク位置が所定の範囲内である場合には、ステップＳ６０において、例えば２次関数補間演算を用いてピーク位置Ｘ_Ｅｘを計算する。

ステップＳ６１において、計算して得られた各ピーク位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ_Ｅｘ）から、下記に示す式（１）〜式（４）を用いて、レーザの実際の発振波長（絶対波長）λ_Ｅｘ（＝λ_Ａ）を求める。

ここで、β０はＣＣＤの中心位置（座標原点）に回折光が戻る場合のグレーティング分光器の出射角であり、β１、β２は基準光源から発生した基準光の波長がそれぞれλ１、λ２の場合のグレーティング分光器の出射角、β_Ｅｘはエキシマレーザの場合のグレーティング分光器の出射角である。また、Ｘ１、Ｘ２は、基準光の波長λ１、λ２のそれぞれのスペクトルがＣＣＤ上に結像する位置の、ＣＣＤ中心位置からの距離、Ｘ_ＥｘはエキシマレーザのスペクトルがＣＣＤ上に結像する位置の、ＣＣＤ中心位置からの距離、ｆはレンズの焦点距離を表す。

図９を用いて具体的に説明すると、基準光（波長λ１）はグレーティングによって出射角β１で出射され、ＣＣＤ中心位置からＸ１の距離の位置に結像する。同様に、基準光（波長λ２）はグレーティングによって出射角β２で出射され、ＣＣＤ中心位置からＸ２の距離の位置に結像し、エキシマレーザ光はグレーティングによって出射角β_Ｅｘで出射され、ＣＣＤ中心位置からＸ_Ｅｘの距離のところに結像する。図１０に、ＣＣＤ上に結像したＰｔランプの基準光及びエキシマレーザ光の位置とセンサ出力との関係を示す。

再び図６を参照すると、ステップＳ３８において、第２の基準光源を用いてコースエタロンとファインエタロンの干渉縞を検出する。一般に、粗い測定を行う場合にはコースエタロン型分光器が使用され、細かい測定を行う場合にはファインエタロン型分光器が使用される。ステップＳ３９において、エキシマレーザによる干渉縞を検出し、ステップＳ４０において、第２の基準光源及びエキシマレーザによる干渉縞からエキシマレーザの波長λ_Ｅを計算した後、ステップＳ４１において、式Δλ_Ａ＝λ_Ｅ−λ_Ａを用いてΔλ_Ａを計算する。

以下に、第２の波長検出手段による波長検出サブルーチンについて説明する。
図７に示すように、第２の波長検出手段による波長検出サブルーチンが開始されると、ステップＳ１１において、第２の基準光源を点灯し、ステップＳ１２において、基準光源の発光が安定したか判断し、安定していない場合にはステップＳ１１を安定するまで繰り返す。基準光源の発光が安定したら、第２の基準光によるコースエタロンの干渉縞又はファインエタロンの干渉縞の検出を行う（ステップＳ１３）。次にエキシマレーザの発振を行い（ステップＳ１４）、発振しない場合には発振するまでステップＳ１３〜Ｓ１４を繰り返す。発振した後は、ステップＳ１５においてエキシマレーザによる干渉縞を検出する。次に、ステップＳ１６において、第２の基準光及びレーザ光による干渉縞を用いて、レーザ光の波長λ_Ｅを計算する。ステップＳ１７において、Δλ＝λ_Ｔ−λ_Ｅの計算を行い、ステップＳ１８において波長コントローラの目標発振波長を（Δλ＋Δλ_Ａ）だけシフトさせる。その後、ステップＳ１４〜Ｓ１８の操作を繰り返す。

ここではＰｔランプの発振線１９３．００３４５ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み合わせを使用する場合を記載したが、これ以外に１９３．００３４５ｎｍと１９３．２２４３３ｎｍの組み合わせ、１９３．２２４３３ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み合わせ、１９３．７４２４５ｎｍと１９３．４３６９ｎｍの組み合わせを用いて波長を検出しても良い。また、Ｐｔランプ以外にＡｓランプの１９３．７５９ｎｍと１９３．００３４５ｎｍの輝線を使用しても良い。

以上の操作において、第１の波長検出手段によってレーザ光を分光する時間と同一時刻に第２の波長検出手段によってラインセンサ上に形成された干渉縞の位置を計測し、その位置を第１の波長検出手段によって求められた絶対波長の値で校正すれば、様々な要因によりエタロンの特性が変化したとしても正しい絶対波長に再校正することができる。なお、エタロンの特性変化は時間的に非常に緩やかに変化する現象であり、レーザ光の波長制御に悪影響を及ぼすようなレベルは数ヶ月間以上かかる。したがって、そのようなレベルに達する前に、例えば数週間から1ヶ月ごとに、第２の波長検出手段を用いて再校正する作業を実施すればよい。

本発明においては、レーザ光のスペクトルと、基準光源のスペクトルとを同時に計測することもできる。第１の実施形態に係る波長検出、制御方法においては、まず第１の基準光源であるＰｔランプのスペクトルを計測し、次にエキシマランプレーザ光のスペクトルを計測したが、これは同時にＰｔランプのスペクトルとレーザ光のスペクトルとを計測すると、レーザ光の波長がＰｔランプの発光線と一致する場合には計測できなくなるためである。ところが、計測可能なレーザ光の波長領域をＰｔランプの発光線以外の部分のみに限定すれば、Ｐｔランプのスペクトルとエキシマレーザ光のスペクトルとを同時に計測することができる。この方法によれば、Ｐｔランプのスペクトルとレーザ光のスペクトルとを計測する計測時間のずれによる分光器性能の変動の影響を避けることができる。

以下に、第１の波長検出手段において、グレーティングによる波長の検出と、第１の基準光の波長の計測とを同時に行う本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る波長検出方法を説明するためのフローチャートである。
第１の波長検出手段による波長検出を開始する際に、ステップＳ１２０において、ヒータに電流を供給して第１の波長検出手段を加熱し、温度コントロールを開始する。ステップＳ１２１において、第１の波長検出手段が所定の温度範囲内にあるか判断し、所定の温度範囲内にない場合には、所定の温度範囲内となるように安定するまで待ってから、ステップＳ１２２へ移行する。第１の波長検出手段が所定の温度範囲内である場合には、ステップ１２２において、第１の基準光源のシャッタを閉じる。

次に、ステップＳ１２３において、過去の発光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか判断し、寿命に達していない場合には、第２の基準光源の電源を入れる（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２５において、第１の基準光源の電源を入れてから発光が安定するまでの所定時間が経過したか判断する。所定時間に満たない場合には所定時間が超えるまでステップＳ１２５を繰り返して待つ。所定時間を超えた場合には、バックグラウンドを計測しておく（ステップＳ１２６）。ステップＳ１２７において、第１の基準光源のシャッタを開き、ビームスプリッタを移動して光路をクローズにする（ステップＳ１２８）。

ステップＳ１２９において、エキシマレーザ光の目標発振波長が波長測定範囲内にあるか判定し、測定範囲内にない場合、例えば図１３（ｂ）に示すような場合には、エキシマレーザの発振波長を測定範囲内に移動させる（ステップＳ１３０）。例えば図１３（ａ）に示すように測定範囲内にある場合には、ステップＳ１３１において、エキシマレーザを発振させ、ステップＳ１３２において、グレーティング型分光器を用いて、第１の基準光源とエキシマレーザ光のスペクトルとを同時に計測する。その後、第１の基準光源のシャッタを閉じて（ステップＳ１３３）、第１の基準光源の電源を切る（ステップＳ１３４）。ステップＳ１３５において、第１の基準光源の点灯時間を加算し、ビームスプリッタを移動して光路をオープンにする（ステップＳ１３６）。

ステップＳ１３７において、レーザ光の絶対波長λ_Ａを求め、ステップＳ１３８において、第２の基準光源によるコースエタロンとファインエタロンの干渉縞を検出する。次に、ステップＳ１３９において、エキシマレーザ光による干渉縞を検出する。ステップＳ１４０において、第２の基準光及びエキシマレーザ光による干渉縞を求めて、これからエキシマレーザの発振波長λ_Ｅを計算により求める。その後、式Δλ_Ａ＝λ_Ｅ−λ_ＡからΔλ_Ａを求める。

次に、本発明の第３の実施形態に係る波長検出方法について説明する。
図１４及び図１５は、第３の実施形態に係る波長検出、制御方法を示すフローチャートである。ここでは、基準光（波長Ｐｔ１）と同一波長にエキシマレーザ光の波長を移動させて、波長を校正する。

まず、ステップＳ６１において、ヒータへ電流を供給し、第１の波長検出手段を加熱して所定の温度範囲内となるようにする。ステップＳ６２において、第１の波長検出手段が所定の温度範囲内であるか判断し、所定の温度範囲内にない場合には、第１の波長検出手段が所定の温度範囲内となるように安定するまで待ってから、ステップＳ６３へ移行する。第１の波長検出手段が所定の温度範囲内に該当する場合には、ステップＳ６３において、第１の基準光源のシャッタを閉じる。

次に、ステップＳ６４において、過去の発光時間の合計から第１の基準光源が寿命に達したか判断し、寿命に達している場合には基準光源のランプを交換する。寿命に達していない場合には、ステップＳ６５において、第１の基準光源の電源を入れる。ステップＳ６６において、第１の基準光源の電源を入れてから所定時間経過したか判断し、経過していない場合には、ステップＳ６６の操作を繰り返して、所定時間が経過するまで待つ。第１の基準光源の電源を入れてから所定時間経過した場合には、ステップＳ６７において、第１の波長検出手段を用いて、レーザ光の波長を第１の基準光源のＰｔランプの輝線（波長Ｐｔ１）と同一の波長１９３．４３６９０ｎｍとなるように調節する。

次に、ステップＳ６８において、シャッターを閉じたままで、ＣＣＤラインセンサの出力を検出してバックグラウンドノイズを計測する（ステップＳ６８）。
ステップＳ６９において、第１の基準光源のシャッタを開き、ステップＳ７０において、第１の基準光源から出力される基準光のスペクトルを計測し、基準光の分光データを記憶する。Ｐｔ及びＮｅの光はスリットを通過し、各ミラーで反射してグレーティング分光器で回折される。回折した光は逆の光路をたどって、再び各ミラーで反射してＣＣＤラインセンサへ入射する。ＣＣＤラインセンサは、例えば１０２４チャンネルのＣＣＤ素子を羅列した受光素子であって、各チャンネルが分光された光の波長に対応するため、Ｐｔの波長Ｐｔ１＝１９３．４３６９０ｎｍとＮｅの波長Ｐｔ２＝１９３．００３４５ｎｍのそれぞれに対応するＣＣＤ素子が強い光強度を検知する。なお、Ｐｔランプの発光強度は小さいため、ラインセンサによる受光はある程度の時間行い、受光強度を積分し平均処理してスペクトルを計測する。計測が終ったら第１の基準光源のシャッタを閉じて（ステップＳ７１）、第１の基準光源の電源を切る。また、第１の基準光源の点灯時間を記憶する。

その後、ビームスプリッタ（ＢＳ）の移動ステージを実線位置へ移動して光路をクローズにして（ステップＳ７２）、レーザ光をグレーティング型分光器内へ入射させる。図１５のステップＳ７３において、グレーティング型分光器によってレーザ光のスペクトルを計測した後、光路をオープンにする（ステップＳ７４）。ステップＳ７５において、基準光（Ｐｔ、Ｎｅ）の分光データを用いて、図８に示すフローチャートに基づいてレーザ光の絶対波長λ_Ａを求める。得られたレーザ光の波長λ_Ａと、レーザ光の現在の設定波長１９３．４３６９０ｎｍ（Ｐｔ１）との誤差を計算し（ステップＳ７６）、その値が所定の範囲（たとえば０．０１ｐｍ以内）か否か判断し（ステップＳ７７）、誤差が所定の範囲を越えている場合には、再度その分だけレーザの発振波長を変化させる（ステップＳ７８）。その後、ステップＳ６９へ戻り、ステップＳ６９〜ステップＳ７７の操作を所定の誤差以下になるまで繰り返す。

所定の誤差以下になったら、第１の基準光源の電源を切り（ステップＳ７９）、第１の基準光源の点灯時間を加算し（ステップＳ８０）、モニタモジュールによって波長を補正する。すなわち、設定波長が１９３．４３６９０ｎｍとなるように、第１の波長検出手段を校正する。ここでは、レーザの発振波長をＰｔランプの発光線（波長Ｐｔ１）と同一の波長１９３．４３６９０ｎｍに設定したが、それ以外の波長に設定しても良い。

次に、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置について説明する。
図１６に、本発明に係る第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。図１６において、波長狭帯域化部３１によって狭帯域化されたレーザ光は、ウインド２からレーザチャンバ１内に進入し、増幅されたレーザ光がレーザチャンバ１からウインド３を通過し、レーザ共振器の外部に出力される。ウインド３から出射したレーザ光は、第２の波長検出手段５１の方へ出射される。

ウインド３から出射したレーザ光は、第２の波長検出手段５１内に配置されたビームスプリッタ７１によって第１の方向（図中右側）と第２の方向（図中下側）とに分割される。ビームスプリッタ７１を第１の方向に通過したレーザ光は、ビームスプリッタ６によって第１の方向（図中右側）と第３の方向（図中下側）とに分割され、ビームスプリッタ６を第１の方向に通過したレーザ光は、レーザ装置の出力光として露光器に入射する。ここで、第２の波長検出手段５１は、ファインエタロン型分光器のみを含み、コースエタロン型分光器は含まない。したがって、ビームスプリッタ７１によって第２の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ７１の下方に配置されたファインエタロン型分光器７２に入射する。また、ビームスプリッタ６によって第３の方向に反射されたレーザ光は、ビームスプリッタ６の下方に配置された部分反射ミラー９を透過して、部分反射ミラー９によって反射された第１の基準光と共にグレーティング型分光器１４に入射する。

以下に図１６に示すレーザ装置を用いて、波長検出、制御を行う方法について説明する。ただし、グレーティング型分光器１４としては、図１に示すものと同一の構成のものを使用し、ファインエタロン型分光器７２においては、ＦＳＲが通常の１０ｐｍよりも小さい２ｐｍのエタロンと、焦点距離が３００ｍｍのレンズを使用し、ＣＣＤセンサとしては、画素サイズが２５ミクロン、画素数が５１２ｃｈのものを使用した。本実施形態によれば、図１に示すレーザ装置において使用するエタロンのＦＳＲよりも小さい値のものを使用することが可能となるので、高分解能に優れた波長検出を行うことができるというメリットがある。

図１７〜図１９に、本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法のフローチャートを示す。ここでは、１パルスごとにファインエタロン型分光器を用いて波長検出を行い、数パルス（Ｎ個）ごとにグレーティング型分光器を用いて波長検出を行う。
図１７に示すように、まず、ステップＳ９１において、カウンタをリセットする。次にファインエタロン型分光器による波長計測サブルーチン（図１８）を開始する（ステップＳ９２）。図１８に示すように、ステップＳ１０１において、エキシマレーザによる干渉縞を検出し、現在の干渉縞の位置と前回の干渉縞の位置Ｘ_Ａとを比較して波長位置の移動量を求め、これから、現在の波長λ_Ｎを算出する（ステップＳ１０２）。次に、ステップＳ１０３において、ターゲットとする目標発振波長λ_Ｔを求め、目標発振波長との差Δλ＝λ_Ｔ−λ_Ｎを計算する。次に波長コントローラの制御波長をΔλだけ変更する。

再び図１７を参照すると、ステップＳ９３において、干渉縞の位置Ｘｉを保存する。ステップＳ９４において、グレーティング型分光器の露光を開始し、カウント数を１つ増加させる（ステップＳ９５）。次に、カウント数Ｃｎｔが所定のカウント数Ｎを超えたか否か判断し（ステップＳ９６）、所定のカウント数を超えていない場合にはステップＳ９２に戻り、ステップＳ９２からＳ９６の操作を繰り返す。カウント数が所定のカウント数を超えた場合には、グレーティング型分光器の露光を停止し（ステップＳ９７）、干渉縞の位置Ｘｉ（ｉ＝０、…、Ｎ−１）から平均的な位置Ｘ_Ａを計算により求める。

次に、ステップＳ９９において、グレーティング型分光器及び第１の基準光源による波長計測サブルーチンを開始する。図１９に示すように、ステップＳ１１１において、露光されたスペクトル波形から、エキシマレーザ光のスペクトル部分及び第１の基準光源から出力される基準光のスペクトル部分を切り出す。次に、ステップＳ１１２において、レーザ光の絶対波長λ_Ａを計算し、ステップＳ１１３において、目標発振波長λ_Ｔとの差Δλ＝λ_Ｔ−λ_Ａを計算する。ステップＳ１１４において、波長コントローラの制御波長をΔλだけ変更する。
再び図１７を参照すると、ステップＳ１００において、干渉縞の位置Ｘ_Ａに相当する波長を絶対波長λ_Ａとする。これにより、グレーティング型分光器によって測定した基準光の絶対波長を基準としながら、レーザ光の波長をパルスごとに制御することが可能となる。

ところで、図１又は図１６に示すレーザ装置を使用して、第１の波長検出手段が正常に機能しているか否かを判断することもできる。すなわち、第１の基準光源（Ｐｔランプ）の波長として、既知の３つの発光線を用い、この内の２つを基準波長とし、もう１つをエキシマレーザ光の波長とみなして計測を実施する。計測された波長がＰｔランプの波長と同一であれば、第１の波長検出手段が正常に機能していると判断することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 本発明のレーザ装置に用いられるグレーティングを含む波長検出手段の構成を示す図である。 （ａ）は誘電多層膜を形成したミラーの分光反射率と波長との関係を示す図であり、（ｂ）は誘電多層膜を形成したミラーによって４回反射された場合の分光反射率と波長との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法において、第１の波長検出手段による波長検出方法（前半）を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法において、第１の波長検出手段による波長検出方法（後半）を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法において、第２の波長検出手段による波長検出方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る波長検出方法において、絶対波長を求める方法を示すフローチャートである。 グレーティングとこれにより回折されＣＣＤセンサ上に結像したレーザ光と基準光の像を示す図である。 ＣＣＤセンサ上に結像した基準光とレーザ光の位置の関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る波長検出方法（前半）を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る波長検出方法（後半）を示すフローチャートである。 （ａ）は波長検出方法を実施する際に、エキシマレーザ光のスペクトルが測定範囲内に存在する場合を示す図であり、（ｂ）は測定範囲内に存在しない場合を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る波長検出方法（前半）を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る波長検出方法（後半）を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法において、第２の波長検出手段による波長検出方法を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る波長検出方法において、第１の波長検出手段による波長検出方法を示すフローチャートである。 従来のレーザ装置の構成を示す図である。 レーザ装置に使用されるモニタエタロンの具体例を示す図である。 レーザ装置に使用されるグレーティング型分光器の具体例を示す図である。

符号の説明

１、１００ レーザチャンバ
２、３、１０１、１０２ ウインド
４、５、６、７１ ビームスプリッタ
７、８、９、７３、１０４、４３２ 部分反射ミラー
１０ 第２の基準光源
１１ 第１の基準光源
１２ コースエタロン型分光器
１３ ファインエタロン型分光器
１４、６９、４４０ グレーティング型分光器
１５ 波長コントローラ
１６ ドライバ
３０、３１、１３０ 狭帯域化部
５０、５１ 第２の波長検出手段
６０、６１ 第１の波長検出手段
６２、４４６ グレーティング
６３ レンズ
６４〜６６、７２、７３
６７ スリット
６８ ＣＣＤセンサ
７１ 移動ステージ
７４ 第１の基準光源
７５ 干渉フィルタ（１９３ｎｍフィルタ）
７６ シャッタ
１０３ フロントミラー
１０５ 基準光源
１０８ 波長コントローラ
１０９ ドライバ
２４４、２４５ 凹面ミラー
２４６、４４３ ミラー
６２、４４６ グレーティング
４３０ モニタエタロン
４３１ 拡散板
４４２、４４５、４４７ 凹面鏡
４４４ 入射スリット
４４８、４４９ 入射スリット像
４５０ 光位置センサ
４５１ 入射光学系
４５２ 焦点面

Claims (18)

1. レーザ発振器と、
   第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、前記第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第１の波長検出手段と、
   第２の基準光源及びエタロン型分光器を含み、前記第２の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、
   前記レーザ発振器を発振させて、前記第１の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と前記第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値との差を算出して記憶し、その後に前記レーザ発振器を発振させたときに前記第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値とレーザ光目標波長との差へ更に記憶した前記差を加算する制御手段と、
   を具備するレーザ装置。
2. レーザ発振器と、
   第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含み、前記第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第１の波長検出手段と、
   エタロン型分光器を含み、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出する第２の波長検出手段と、
   前記第１の波長検出手段によって得られる前記基準光と前記レーザ光の検出結果に基づいて前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を算出し、そのレーザ光を前記エタロン型分光器に入力したときの干渉縞の位置を基準となる位置として記憶し、その後に前記レーザ発振器を発振させたときに前記第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と前記基準となる位置に相当する波長の値との差から得るレーザ光発振波長の値とレーザ光目標波長との差を計算する制御手段と、
   を具備するレーザ装置。
3. 前記レーザ発振器が、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光を狭帯域化する狭帯域化手段を含み、
   前記制御手段が、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を目標波長に近付けるように前記狭帯域化手段を制御する、請求項１又は２記載のレーザ装置。
4. 前記制御手段が、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を、前記第１の基準光源から出力される既知の発光線の中から選択された１つの発光線の波長に近付けるように前記狭帯域化手段を制御する、請求項３記載のレーザ装置。
5. 前記第１の波長検出手段が、前記第１の基準光源から出力される第１の基準光をフィルタリングするために、波長バンドパス特性を有する干渉フィルタ又は誘電体多層膜を使用したミラーを含む、請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ装置。
6. 前記第２の波長検出手段が、精度の異なる検出を行う複数のエタロン型分光器を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザ装置。
7. 前記グレーティング型分光器及び／又は前記エタロン型分光器が、温度制御手段を有する密閉した筐体内に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項記載のレーザ装置。
8. 前記第１又は第２の基準光源が、Ｐｔランプ、Ｎｅランプ、Ａｓランプ及びＨｇランプからなる群から選ばれた１つであり、前記第１又は第２の基準光源から出力される既知の２つの発光線が基準波長として用いられる、請求項１〜７のいずれか１項記載のレーザ装置。
9. 前記第１の基準光源から出力される既知の３つの発光線の内の２つを前記第１及び第２の基準光源から出力される基準光の替わりに用い、前記第１の基準光源から出力される既知の３つの発光線の内のもう１つを前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の替わりに用いて、その波長を計測することにより、前記第１の波長検出手段が正常に機能しているか否かを自己診断する、請求項１記載のレーザ装置。
10. 第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、前記第１の基準光源から出力される基準光の波長とレーザ発振器を発振させることで前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ（ａ）と、
    第２の基準光源及びエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて、前記第２の基準光源から出力される基準光の波長と前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出するステップ（ｂ）と、
    ステップ（ａ）において得られるレーザ光波長検出値とステップ（ｂ）において得られるレーザ光波長検出値との差を算出して記憶し、その後に前記レーザ発振器を発振させたときに前記第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値とレーザ光目標波長との差に対して記憶した前記差を加算した値を計算するステップ（ｃ）と、
    を具備する波長検出方法。
11. 第１の基準光源及びグレーティング型分光器を含む第１の波長検出手段を用いて、前記第１の基準光源から出力される基準光の波長に基づいて、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を検出するステップ（ａ）と、
    そのレーザ光をエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段に入力したときの干渉縞の位置を基準となる位置として記憶するステップ（ｂ'）と、
    その後に前記レーザ発振器を発振させたときに前記第２の波長検出手段によって得られるレーザ光波長検出値と前記基準となる位置に相当する波長の値との差から得るレーザ光発振波長の値とレーザ光目標波長との差を計算するステップ（ｃ）と、
    を具備する波長検出方法。
12. ステップ（ｃ）が、前記第１の波長検出手段を用いて、前記第１の基準光源から出力される既知の２つの発光線と前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを検出することによりレーザ光の絶対波長を求め、前記第２の波長検出手段を用いて得られた検出結果に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を目標波長に近付けるようにレーザ光の波長制御を行うことを含む、請求項１０記載の波長検出方法。
13. ステップ（ｃ）が、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を、前記第１の基準光源から出力される既知の発光線の中から選択された１つの発光線の波長に近付けるようにレーザ光の波長制御を行うことを含む、請求項１２記載の波長検出方法。
14. ステップ（ａ）における検出結果に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を目標波長に近付けるように粗調整を行うステップをさらに具備し、
    ステップ（ｃ）が、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を目標波長にさらに近付けるように微調整を行うことを含む、請求項１０〜１３のいずれか１項記載の波長検出方法。
15. ステップ（ｂ）又は（ｂ'）が、複数のエタロン型分光器を含む第２の波長検出手段を用いて精度の異なる検出を行うことを含む、請求項１０〜１４のいずれか１項記載の波長検出方法。
16. ステップ（ａ）の前に、グレーティング型分光器を所定温度に調整しておくステップをさらに具備する請求項１０〜１５のいずれか１項記載の波長検出方法。
17. ステップ（ａ）が、前記第１の基準光源から出力される基準光の波長と前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長とを同時に検出することを含む、請求項１０〜１６のいずれか１項記載のレーザ光の波長検出方法。
18. 前記第１の基準光源から出力される既知の３つの発光線の内の２つを前記第１及び第２の基準光源から出力される基準光の替わりに用い、前記第１の基準光源から出力される既知の３つの発光線の内のもう１つを前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の替わりに用いて、その波長を計測することにより、前記第１の波長検出手段が正常に機能しているか否かを自己診断するステップをさらに具備する、請求項１０記載の波長検出方法。
    

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