JP2657487B2 - レーザの波長制御装置および方法 - Google Patents

レーザの波長制御装置および方法

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JP2657487B2 JP62064923A JP6492387A JP2657487B2 JP 2657487 B2 JP2657487 B2 JP 2657487B2 JP 62064923 A JP62064923 A JP 62064923A JP 6492387 A JP6492387 A JP 6492387A JP 2657487 B2 JP2657487 B2 JP 2657487B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエキシマレーザ等のレーザ光の波長を制御す
るレーザの波長制御装置および方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
集積回路等の回路パターンを半導体ウエハ上に露光す
る露光装置では、その露光用光源としてエキシマレーザ
光が多用されるが、露光光学系の色収差の補正を簡単に
行うために、エキシマレーザ光はその波長域を狭く変更
して露光用光源として使用される。
そこで、エキシマレーザ光を発生するレーザ管の発振
回路中に少くとも２つの波長選択素子（エタロン）を設
け、このエタロンの角度を変えることによって波長を調
整できるように構成したうえ、発振波長の検出手段とし
てモニタ用のエタロンを２個設け、これら２個のモニタ
用エタロンによって中心波成分とその側帯波成分とを分
離し、その分離された成分をダイオードアレイ等に入射
してそれぞれの成分の波長を検出し、その検出結果に基
づいてレーザ管内のエタロンの角度をフィードバック制
御し、所定の波長域に狭められたレーザ光を得るように
した波長制御装置が用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、モニタ用のエタロンはそれ自体の波長選択
特性が安定していないため、レーザ光の発振波長を高分
解能で検出できないという問題があった。特に、発振波
長の中の側帯波成分は中心波成分に比べて強度が低いた
め、この側帯波成分を高分解能で検出することができ
ず、結果的に発振波長を高精度で制御できないという問
題があった。
本発明の目的は、レーザ光の発振波長を高精度で制御
することができるレーザの波長制御装置および方法を提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、レーザ光の共振回路中に波長選択素子を配
置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波長制御
装置において、前記出力レーザ光の波長またはスペクト
ル形状の内の少なくとも１つのパラメータを検出する検
出器と、前記出力レーザ光と共に前記検出器へ入射する
基準光を発生する基準光源と、前記検出器による前記出
力レーザ光および前記基準光の検出データに基づいて前
記波長選択素子を制御するコントローラとを具備するこ
とを特徴とする。
また、本発明は、レーザ光の共振回路中に波長選択素
子を配置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波
長制御方法において、前記出力レーザ光と所定の基準光
とを分光器で分光し、前記分光器による前記出力レーザ
光と前記基準光との分光結果に基づいて前記波長選択素
子を制御して前記出力レーザ光の波長を所望の波長に制
御することを特徴とする。
また、本発明は、レーザ光の共振回路中に波長選択素
子を配置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波
長制御装置において、前記出力レーザ光の波長またはス
ペクトル形状の内の少なくとも１つのパラメータを検出
する検出器と、前記出力レーザ光を導いて前記検出器へ
入射させる光導波路と、前記検出器の検出データに基づ
いて前記波長選択素子を制御するコントローラとを具備
することを特徴とする。
ここで、前記光導波路は、光ファイバから構成するこ
とができる。
また、本発明は、レーザ光の共振回路中に波長選択素
子を配置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波
長制御装置において、前記出力レーザ光の波長またはス
ペクトル形状の内の少なくとも１つのパラメータを検出
する検出器と、前記出力レーザ光と共に前記検出器へ入
射する基準光を発生する基準光源と、前記出力レーザ光
レーザを導いて前記検出器へ入射させる光導波路と前記
検出器による前記レーザ光および前記基準光の検出デー
タに基づいて前記波長選択素子を制御するコントローラ
とを具備することを特徴とする。
ここで、前記光導波路は、光ファイバから構成するこ
とができる。
また、本発明は、レーザ光の共振回路中に少なくとも
２個の波長選択素子を配置して出力レーザ光の波長を制
御するレーザの波長制御装置において、前記出力レーザ
光を中心波成分と側帯波成分とに分離する分光器と、前
記分光器により分離された中心波成分と側帯波成分とを
受光し、その受光位置によって該中心波成分と該側帯波
成分の波長を検出する一次元受光素子と、前記一次元受
光素子の検出出力によって前記少なくとも２個の波長選
択素子の波長選択性をそれぞれ可変制御するコントロー
ラとを具備することを特徴とする。
〔作用〕
本発明においては、所定の基準光を発生する基準光源
を設け、この基準光源から発生される基準光を出力レー
ザ光と共に検出器に入射させ、コントローラは、この検
出器による出力レーザ光および基準光の検出データに基
づいて波長選択素子を制御することにより出力レーザ光
の波長の制御を行う。
このように、この発明においては、基準光源から発生
される基準光を常に検出しながら出力レーザ光の波長制
御を行っているため、出力レーザ光を所望の絶対波長に
高精度で制御することが可能になる。
また、本発明においては、出力レーザ光と所定の基準
光とを分光器で分光し、この分光器による出力レーザ光
と基準光との分光結果に基づいて波長選択素子を制御し
て出力レーザ光の波長を所望の波長に制御する。
このような構成によると、分光器による分光結果に基
づいて波長選択素子を制御することになるので、出力レ
ーザ光の波長検出等の分解能が向上し、安定した波長制
御が可能になり、更に基準光を常に検出しながら出力レ
ーザ光の波長制御を行っているため、出力レーザ光を所
望の絶対波長に高精度で制御することが可能になる。
また、本発明においては、出力レーザ光を光導波路、
例えば、光ファイバを用いて検出器へ導いて入射させる
ように構成する。
一般に、出力レーザ光を検出器へ導いて入射させる場
合、その光軸の狂いは検出器における検出結果の誤差を
もたらすが、光ファイバ等の光導波路を用いて出力レー
ザ光を検出器へ導いて入射させる構成をとると、その光
軸の狂いは問題とならず、光ファイバが揺れた程度の外
乱は検出に影響しない。
また、本発明においては、出力レーザ光を光ファイバ
等の光導波路を用いて検出器へ導いて入射させるように
構成すると共に、この検出器に基準光源から発生される
基準光を入射させ、出力レーザ光および基準光の検出デ
ータに基づいて波長選択素子を制御する。
このような構成によると、出力レーザ光を検出器へ導
く光軸の狂いが問題とならなくなると共に、基準光源か
ら発生される基準光を常に検出しながら出力レーザ光の
波長制御を行っているため、出力レーザ光を所望の絶対
波長に高精度で制御することが可能になる。
また、本願発明によれば、分光器により出力レーザ光
を中心波成分と側帯波成分とに分離し、この分離された
中心波成分と側帯波成分とを一次元受光素子で受光する
ことにより、この受光位置によって該中心波成分と該側
帯波成分の波長を検出し、コントローラは、この一次元
受光素子の検出出力によって少なくとも２個の波長選択
素子の波長選択特性をそれぞれ可変制御する。
ここで、一次元受光素子として0.6μｍの位置分解能
のものを使用すると、中心波成分および側帯波成分の波
長に換算して5.5×10-5nmの高分解能で検出することが
可能になり、その結果出力レーザ光の波長を高精度に制
御することが可能になる。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、
レーザ装置１の発振回路中にはリアミラー２とフロント
ミラー３が配置されると共に、これらのミラーの間には
波長選択素子としての２個の第１のエタロン４（＃１）
と第２のエタロン５（＃２）が配置され、発振されたレ
ーザ光はビームスプリッタ６を介して外部に出力される
ようになっている。また、ビームスプリッタ６で反射さ
れたレーザ光はレンズ７を介して光ファイバ８に入力さ
れ、その他端のレンズ９を介して分光器10に入力されて
いる。
分光器10は公知のツェルニターナ型の構成となってお
り、ミラー100,球面鏡101,回折格子102,球面鏡103の順
で入射鏡を伝達することにより、中心波成分と側帯波成
分を分離して取出し、波長検出部105に入射するように
構成されている。
この波長検出部105の出力信号はコントローラ11に入
力される。コントローラ11は波長検出部105で検出した
中心波成分と側帯波成分の波長に基づいて２個のエタロ
ン4,5の角度を制御する。
ここで、波長検出部105は第２図（ａ）に示すよう
に、１つの１次元受光素子12に対する中心波成分（図
中、一点鎖線で示す）と側帯波成分（図中、破線で示
す）の入射位置によってその波長を検出するように構成
されている。この場合の１次元受光素子12として、前述
のように0.6μｍの位置分解能を有するものを使用した
場合には、波長に換算して5.5×10-5nmの分解能で検出
することができる。これは、実用上の制御目標である±
0.001nmに対して充分な分解能である。
一方、波長検出部105は第２図（ｂ）に示すように、
中心波成分のみを一次元受光素子12で検出し、側帯波成
分はダイオードアレイ13,14によって検出するように構
成することもできる。この場合、受光素子12とダイオー
ドアレイ13,14との位置が近接している場合には、第２
図（Ｃ）に示すように側帯波成分をビームスプリッタ
（またはミラー）15,16によって分岐してダイオードア
レイ13,14によって検出するように構成してもよい。同
様に、第２図（ｄ）に示すように１つのビームスプリッ
タ17によって中心波成分と側帯波成分を分岐させ、中心
波成分は第１の一次元受光素子12で検出し、側帯波成分
は第２の一次元受光素子12′で検出するようにしてもよ
い。
以上の構成において、第１のエタロン４は広帯域の波
長選択特性を有し、第２のエタロン５は狭帯域の波長選
択特性を有し、第１のエタロン４の角度を変えることに
よって中心波成分の波長は第７図（ａ）〜（ｃ）に破線
で示すように変化する。これに対して第２のエタロンに
ついてはその角度を変化させると、第７図（ａ）〜
（ｃ）に斜線で示すように側帯波成分のピーク値が変化
する。
ここで、エタロン４の角度と中心波長の関係を説明す
ると、第３図および第４図に示すような関係がある。す
なわち、エタロン４を第３図の破線Ａのように大きく傾
斜させると、中心波成分は第４図（ａ）のように低波長
側に移動し、Ｂで示すように傾斜させると第４図（ｂ）
のようにエタロン５の角度調整によって得られる中心波
成分とほぼ一致した波長となる。さらに、Ｃで示すよう
に傾斜させると第４図（ｃ）のように長波長側に移動す
る。
そこで、コントローラ11は、第５図（ａ）のフローチ
ャートで示すように波長検出部105で検出した中心波成
分の波長が許容範囲か否かを判定し、許容範囲からずれ
ている場合はエタロン５の角度を調整して許容範囲内に
入る用に制御する。この後、第５図（ｂ）のフローチャ
ートで示すように側帯波成分のピーク値を検出し、その
ピーク値が許容範囲からずれている場合はエタロン４の
角度を調整して許容範囲内に入るように制御する。
このように本実施例においては、分光器と一次元受光
素子とによって中心波成分と側帯波成分の波長を検出
し、その検出結果によってレーザ装置内のエタロンの角
度を統制し、レーザ光の波長を制御しているため、高精
度の波長制御が可能になる。また、レーザ光の波長を狭
帯域化する場合に限らず、逆に波長を変化させて所望の
波長のレーザ光を発生させることもできる。
なお、レーザ光の波長を制御する場合、第６図の他の
実施例に示すように、アルゴンイオンレーザ光やその倍
波光、あるいは水銀ランプ光等の基準波長となる光を発
生する基準光発生器23を設け、レーザ装置１から発生さ
れたレーザ光をビームスプリッタ21および22を通じて分
光器24に入力すると共に、基準光発生器23からの基準光
をビームスプリッタ22を介して分光器24に同時に入力
し、分光器24で分光した基準光の波長を基準としてコン
トローラ25によってエタロン20の角度を調整することに
より、レーザ光の波長を安定的に所望の絶対波長に制御
することができる。
この場合、基準光は定期的に分光器24に入力するよう
にしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、素の基準光を発
生する基準光源を設け、この基準光源から発生される基
準光を出力レーザ光と共に検出器に入射させ、コントロ
ーラは、この検出器による出力レーザ光および基準光の
検出データに基づいて波長選択素子を制御することによ
り出力レーザ光の波長の制御を行うように構成したの
で、出力レーザ光を所望の絶対波長に高精度で制御する
ことが可能になる。
また、本発明においては、出力レーザ光と所定の基準
光とを分光器で分光し、この分光器による出力レーザ光
と基準光との分光結果に基づいて波長選択素子を制御し
て出力レーザ光の波長を所望の波長に制御するように構
成したので、出力レーザ光の波長検出等の分解能が向上
し、安定した波長制御が可能になり、更に基準光を常に
検出しながら出力レーザ光の波長制御を行っているた
め、出力レーザ光を所望の絶対波長に高精度で制御する
ことが可能になる。
また、本発明においては、出力レーザ光を光導波路、
例えば、光ファイバを用いて検出器へ導いて入射させる
ように構成したので、検出器に対する出力レーザ光の導
入光学系の光軸の狂い等を考慮せずに高精度な波長制御
が可能になる。
また、本願発明によれば、分光器により出力レーザ光
を中心波成分と側帯波成分とに分離し、この分離された
中心波成分と側帯波成分とを一次元受光素子で受光する
ことにより、その受光位置によって該中心波成分と該側
帯波成分の波長を検出し、コントローラは、この一次元
受光素子の検出出力によって少なくとも２個の波長選択
素子の波長選択特性をそれぞれ可変制御するように構成
したので、中心波成分および側帯波成分の波長を高分解
能で検出することが可能になり、その結果出力レーザ高
の波長を高精度に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
波長検出器の実施例を示す構成図、第３図および第４図
はレーザ管内の波長選択素子の角度と発振波長の関係を
説明するための説明図、第５図は発振波長制御手順を示
すフローチャート、第６図は本発明の他の実施例を示す
ブロック図、第７図はレーザ管内の波長選択素子の角度
変化に対応する発振波長の変化を示すスペクトル図であ
る。 １……レーザ装置、２……リアミラー、３……フロント
ミラー、4,5……エタロン、10……分光器、11……コン
トローラ、12……一次元受光素子、23……基準光発生
器。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光の共振回路中に波長選択素子を配
    置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波長制御
    装置において、 前記出力レーザ光の波長またはスペクトル形状の内の少
    なくとも１つのパラメータを検出する検出器と、 前記出力レーザ光と共に前記検出器へ入射する基準光を
    発生する基準光源と、 前記検出器による前記出力レーザ光および前記基準光の
    検出データに基づいて前記波長選択素子を制御するコン
    トローラと を具備することを特徴とするレーザの波長制御装置。
  2. 【請求項２】レーザ光の共振回路中に波長選択素子を配
    置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波長制御
    方法において、 前記出力レーザ光と所定の基準光とを分光器で分光し、 前記分光器による前記出力レーザ光と前記基準光との分
    光結果に基づいて前記波長選択素子を制御して前記出力
    レーザ光の波長を所望の波長に制御する ことを特徴とするレーザの波長制御方法。
  3. 【請求項３】レーザ光の共振回路中に波長選択素子を配
    置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波長制御
    装置において、 前記出力レーザ光の波長またはスペクトル形状の内の少
    なくとも１つのパラメータを検出する検出器と、 前記出力レーザ光を導いて前記検出器へ入射させる光導
    波路と、 前記検出器の検出データに基づいて前記波長選択素子を
    制御するコントローラと を具備することを特徴とするレーザの波長制御装置。
  4. 【請求項４】前記光導波路は、 光ファイバであることを特徴とする特許請求の範囲第３
    項記載のレーザ波長制御装置。
  5. 【請求項５】レーザ光の共振回路中に波長選択素子を配
    置して出力レーザ光の波長を制御するレーザの波長制御
    装置において、 前記出力レーザ光の波長またはスペクトル形状の内の少
    なくとも１つのパラメータを検出する検出器と、 前記出力レーザ光と共に前記検出器へ入射する基準光を
    発生する基準光源と、 前記出力レーザ光レーザを導いて前記検出器へ入射させ
    る光導波路と、 前記検出器による前記レーザ光および前記基準光の検出
    データに基づいて前記波長選択素子を制御するコントロ
    ーラと を具備することを特徴とするレーザの波長制御装置。
  6. 【請求項６】前記光導波路は、 光ファイバであることを特徴とする特許請求の範囲第５
    項記載のレーザ波長制御装置。
  7. 【請求項７】レーザ光の共振回路中に少なくとも２個の
    波長選択素子を配置して出力レーザ光の波長を制御する
    レーザの波長制御装置において、 前記出力レーザ光を中心波成分と側帯波成分とに分離す
    る分光器と、 前記分光器により分離された中心波成分と側帯波成分と
    を受光し、その受光位置によって該中心波成分と該側帯
    波成分の波長を検出する一次元受光素子と、 前記一次元受光素子の検出出力によって前記少なくとも
    ２個の波長選択素子の波長選択特性をそれぞれ可変制御
    するコントローラと を具備することを特徴とするレーザの波長制御装置。
JP62064923A 1987-03-19 1987-03-19 レーザの波長制御装置および方法 Expired - Lifetime JP2657487B2 (ja)

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