JP3219879B2 - 波長検出装置 - Google Patents
波長検出装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長検出装置に係わり、
特には、半導体露光装置の光源として使用される狭帯域
レーザ装置の波長の安定化に関するものである。
特には、半導体露光装置の光源として使用される狭帯域
レーザ装置の波長の安定化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、狭帯域発振エキシマレーザ等
の波長線幅を計測したり、波長を検出したりするために
モニタエタロンが用いられている。モニタエタロンは部
分反射ミラーを所定の空隙をあけて対向配設したエアギ
ャップエタロンを用いて構成されているもので、このエ
アギャップエタロンの透過波長λは次のように
の波長線幅を計測したり、波長を検出したりするために
モニタエタロンが用いられている。モニタエタロンは部
分反射ミラーを所定の空隙をあけて対向配設したエアギ
ャップエタロンを用いて構成されているもので、このエ
アギャップエタロンの透過波長λは次のように
【数１】で表される。
【数１】ｍλ＝２ｎｄ・ｃｏｓθ ただし、ｍは整数、ｄはエタロンの部分反射ミラー間の
距離、ｎは部分反射ミラー間の屈折率、θはエタロンの
法線と入射光の光軸とのなす角度である。この式によ
り、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれば、波長λが変化するとθ
が変化することがわかる。モニタエタロンではこの性質
を利用して被検出光の波長を検出している。
距離、ｎは部分反射ミラー間の屈折率、θはエタロンの
法線と入射光の光軸とのなす角度である。この式によ
り、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれば、波長λが変化するとθ
が変化することがわかる。モニタエタロンではこの性質
を利用して被検出光の波長を検出している。
【０００３】ところで、上述したモニタエタロンにおい
て、エアギャップ内の圧力および周囲温度等が変化して
しまうと波長が一定でも上述した角θが変化してしま
う。このため、角θに基づいては波長λを正確に検出す
ることができない場合がある。そこで、モニタエタロン
を用いる場合、エアギャップ内の圧力および周囲温度等
を一定に制御して波長検出を行っていた。しかし、エア
ギャップ内の圧力および周囲温度を高精度に制御するこ
とは困難であり、このため充分な高精度で絶対波長を検
出することはできなかった。そこで、被検出光（出力レ
ーザ光）とともに予め波長がわかっている基準光（例え
ば、水銀ランプの発光線）を一個のモニタエタロンに入
力し、この基準光に対する被検出光の相対波長を検出す
ることにより被検出光の絶対波長を精度良く検出する装
置が提案されている。
て、エアギャップ内の圧力および周囲温度等が変化して
しまうと波長が一定でも上述した角θが変化してしま
う。このため、角θに基づいては波長λを正確に検出す
ることができない場合がある。そこで、モニタエタロン
を用いる場合、エアギャップ内の圧力および周囲温度等
を一定に制御して波長検出を行っていた。しかし、エア
ギャップ内の圧力および周囲温度を高精度に制御するこ
とは困難であり、このため充分な高精度で絶対波長を検
出することはできなかった。そこで、被検出光（出力レ
ーザ光）とともに予め波長がわかっている基準光（例え
ば、水銀ランプの発光線）を一個のモニタエタロンに入
力し、この基準光に対する被検出光の相対波長を検出す
ることにより被検出光の絶対波長を精度良く検出する装
置が提案されている。
【０００４】かかる装置においては、モニタエタロンの
透過光を直接ＣＣＤイメージセンサ等の光検出器の検出
面上に入射して、光検出器の検出面上に干渉縞を形成
し、干渉縞の位置に基づき絶対波長を検出するようにし
ている。このような技術としては、例えば、特開平１−
１０１６８３号公報に見られるごとく、干渉縞の光強度
分布を撮像素子を検出して、検出した光強度の最大値に
対応する検出位置、または光強度分布の山の半値幅の中
央に対応する検出位置を被検出光の中心波長を示す位置
であるとするものがある。また、本出願人は、特願平３
−１５７０３８号で、干渉縞の半値の内外径を計測して
被検出光の中心波長を計算する方法を提案している。
透過光を直接ＣＣＤイメージセンサ等の光検出器の検出
面上に入射して、光検出器の検出面上に干渉縞を形成
し、干渉縞の位置に基づき絶対波長を検出するようにし
ている。このような技術としては、例えば、特開平１−
１０１６８３号公報に見られるごとく、干渉縞の光強度
分布を撮像素子を検出して、検出した光強度の最大値に
対応する検出位置、または光強度分布の山の半値幅の中
央に対応する検出位置を被検出光の中心波長を示す位置
であるとするものがある。また、本出願人は、特願平３
−１５７０３８号で、干渉縞の半値の内外径を計測して
被検出光の中心波長を計算する方法を提案している。
【０００５】さらに、図７に示すように狭帯域エキシマ
レーザの波長検出器として２個のモニタエタロンにより
発生する２個の干渉縞から波長を検出していた。図７に
おいては、ビームスプリッタ５１で反射したサンプル光
（ニ）は拡散板５３からコースエタロン５５、集光レン
ズ５７を経てラインセンサ５９で干渉縞を形成させ、こ
の干渉縞をラインセンサ５９により検出する。
レーザの波長検出器として２個のモニタエタロンにより
発生する２個の干渉縞から波長を検出していた。図７に
おいては、ビームスプリッタ５１で反射したサンプル光
（ニ）は拡散板５３からコースエタロン５５、集光レン
ズ５７を経てラインセンサ５９で干渉縞を形成させ、こ
の干渉縞をラインセンサ５９により検出する。
【０００６】また、ビームスプリッタ５１を透過し、全
反射ミラー６１で反射したサンプル光（ニ）は、拡散板
６３からコースエタロン６５、集光レンズ６７を経てラ
インセンサ６９で干渉縞を形成させ、この干渉縞をライ
ンセンサ６９により検出する。ここでは、一方のファイ
ンエタロン６５は他方のコースエタロン５５よりもミラ
ー間の間隔を広くして、フリースペクトラルレンジ〔Ｆ
ＳＲ＝λ2 ／（２ｎｄ）〕を小さくしている。この理由
は、エタロンのフィネス（Ｆ）はエタロンの面精度およ
び平行度によって決定されるため、所定以上のフィネス
のエタロンは製作できない。従って、波長検出精度を高
くするためにはエタロンの分解能（Ｒ＝ＦＳＲ／Ｆ）を
良くする必要があり、フリースペクトラルレンジを小さ
くしている。ところが、フリースペクトラルレンジの小
さなファインエタロンでは波長の詳細な動きを検出でき
るが、被検出光の波長がフリースペクトラルレンジの倍
数で変化すると全く同じ干渉縞となるために、大きな波
長の変化を検出することができなかった。そのため、も
う一方のフリースペクトラルレンジの大きなコースエタ
ロンによらり被検出光の波長の大きな動きを検出し、被
検出光の波長を計算していた。
反射ミラー６１で反射したサンプル光（ニ）は、拡散板
６３からコースエタロン６５、集光レンズ６７を経てラ
インセンサ６９で干渉縞を形成させ、この干渉縞をライ
ンセンサ６９により検出する。ここでは、一方のファイ
ンエタロン６５は他方のコースエタロン５５よりもミラ
ー間の間隔を広くして、フリースペクトラルレンジ〔Ｆ
ＳＲ＝λ2 ／（２ｎｄ）〕を小さくしている。この理由
は、エタロンのフィネス（Ｆ）はエタロンの面精度およ
び平行度によって決定されるため、所定以上のフィネス
のエタロンは製作できない。従って、波長検出精度を高
くするためにはエタロンの分解能（Ｒ＝ＦＳＲ／Ｆ）を
良くする必要があり、フリースペクトラルレンジを小さ
くしている。ところが、フリースペクトラルレンジの小
さなファインエタロンでは波長の詳細な動きを検出でき
るが、被検出光の波長がフリースペクトラルレンジの倍
数で変化すると全く同じ干渉縞となるために、大きな波
長の変化を検出することができなかった。そのため、も
う一方のフリースペクトラルレンジの大きなコースエタ
ロンによらり被検出光の波長の大きな動きを検出し、被
検出光の波長を計算していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、モニタエタ
ロンを基準光により補正している場合は高精度に絶対波
長を検出できるが、モニタエタロンが一個のみであるの
で、このモニタエタロンのフリースペクトラルレンジよ
りも被検出光の波長がシフトすると波長が特定できな
い。また、図７の場合は２個のモニタエタロンがエアギ
ャップ内の圧力および周囲温度等が変化すると被検出光
の測定波長が変化していたため高精度に被検出高の絶対
波長を検出できないという問題がある。
ロンを基準光により補正している場合は高精度に絶対波
長を検出できるが、モニタエタロンが一個のみであるの
で、このモニタエタロンのフリースペクトラルレンジよ
りも被検出光の波長がシフトすると波長が特定できな
い。また、図７の場合は２個のモニタエタロンがエアギ
ャップ内の圧力および周囲温度等が変化すると被検出光
の測定波長が変化していたため高精度に被検出高の絶対
波長を検出できないという問題がある。
【０００８】本発明は上記問題に鑑みたもので、波長検
出装置に係わり、特には、半導体露光装置の光源として
使用される狭帯域エキシマレーザ装置の波長の安定化の
改良を目的としている。
出装置に係わり、特には、半導体露光装置の光源として
使用される狭帯域エキシマレーザ装置の波長の安定化の
改良を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の第
１発明では、フリースペクトラルレンジの異なる複数個
のエタロンを備えた波長検出装置において、複数個のエ
タロンに基準光と被検出光を入射透過させる手段と、複
数個のエタロンにより発生する基準光および被検出光の
干渉縞を検出する手段と、複数の干渉縞に基づいて被検
出光の絶対波長を計算する手段を備えている。被検出光
を拡散板に入射透過させる手段と散乱光をエタロンに入
射透過させる手段と、エタロンを透過した光を角度分散
素子を透過または反射させる手段と、角度分散素子を透
過または反射した光を集光レンズに入射透過させる手段
と、集光レンズの焦点面に発生する干渉縞を検出する手
段と、干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長を計算する
手段を備えている。
１発明では、フリースペクトラルレンジの異なる複数個
のエタロンを備えた波長検出装置において、複数個のエ
タロンに基準光と被検出光を入射透過させる手段と、複
数個のエタロンにより発生する基準光および被検出光の
干渉縞を検出する手段と、複数の干渉縞に基づいて被検
出光の絶対波長を計算する手段を備えている。被検出光
を拡散板に入射透過させる手段と散乱光をエタロンに入
射透過させる手段と、エタロンを透過した光を角度分散
素子を透過または反射させる手段と、角度分散素子を透
過または反射した光を集光レンズに入射透過させる手段
と、集光レンズの焦点面に発生する干渉縞を検出する手
段と、干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長を計算する
手段を備えている。
【００１０】第１発明を主体とする第２の発明では、被
検出光を拡散板に入射透過散乱させる手段と散乱光をビ
ームスプリッタに入射透過させ第１のエタロンに入射透
過させる手段と、基準光をビームスプリッタに入射反射
させて第１のエタロンに入射させる手段と、第１のエタ
ロンを透過した光を第１の集光素子により集光させる手
段と、第１の集光素子の焦点面に発生する基準光および
被検出光の第１および第２の干渉縞を検出する手段と、
散乱光をビームスプリッタに入射反射させて第２のエタ
ロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリッ
タに入射透過させて第２のエタロンに入射させる手段
と、第２のエタロンを透過した光を第２の集光素子によ
り集光させる手段と、第２の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および被検出光の第３および第４の干渉縞を検
出する手段と、第１、２、３および４の干渉縞に基づい
て被検出光の波長を計算する手段を備えている。
検出光を拡散板に入射透過散乱させる手段と散乱光をビ
ームスプリッタに入射透過させ第１のエタロンに入射透
過させる手段と、基準光をビームスプリッタに入射反射
させて第１のエタロンに入射させる手段と、第１のエタ
ロンを透過した光を第１の集光素子により集光させる手
段と、第１の集光素子の焦点面に発生する基準光および
被検出光の第１および第２の干渉縞を検出する手段と、
散乱光をビームスプリッタに入射反射させて第２のエタ
ロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリッ
タに入射透過させて第２のエタロンに入射させる手段
と、第２のエタロンを透過した光を第２の集光素子によ
り集光させる手段と、第２の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および被検出光の第３および第４の干渉縞を検
出する手段と、第１、２、３および４の干渉縞に基づい
て被検出光の波長を計算する手段を備えている。
【００１１】第３発明では、波長選択素子を備えた狭帯
域レーザにおいて、出力レーザ光の一部をサンプルする
手段と、サンプル光を拡散板に入射透過散乱させる手段
と散乱光をビームスプリッタに入射透過させて第１のエ
タロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリ
ッタに入射反射させて第１のエタロンに入射させる手段
と、第１のエタロンを透過した光を第１の集光素子によ
り集光させる手段と、第１の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および出力レーザ光の第１および第２の干渉縞
を検出する手段と、散乱光をビームスプリッタに反射さ
せた光を第２のエタロンに入射透過させる手段と、基準
光をビームスプリッタに入射透過させた光を第２のエタ
ロンに入射させる手段と、第２のエタロンを透過した光
を第２の集光レンズに入射透過させる手段と、第２の集
光レンズの焦点面に発生する基準光および出力レーザ光
の第３および第４の干渉縞を検出する手段と、に第１、
２、３および４の干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長
を計算する手段と、出力レーザ光の波長と設定波長の偏
差を計算して、波長選択素子の選択波長を制御する手段
を備えている。
域レーザにおいて、出力レーザ光の一部をサンプルする
手段と、サンプル光を拡散板に入射透過散乱させる手段
と散乱光をビームスプリッタに入射透過させて第１のエ
タロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリ
ッタに入射反射させて第１のエタロンに入射させる手段
と、第１のエタロンを透過した光を第１の集光素子によ
り集光させる手段と、第１の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および出力レーザ光の第１および第２の干渉縞
を検出する手段と、散乱光をビームスプリッタに反射さ
せた光を第２のエタロンに入射透過させる手段と、基準
光をビームスプリッタに入射透過させた光を第２のエタ
ロンに入射させる手段と、第２のエタロンを透過した光
を第２の集光レンズに入射透過させる手段と、第２の集
光レンズの焦点面に発生する基準光および出力レーザ光
の第３および第４の干渉縞を検出する手段と、に第１、
２、３および４の干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長
を計算する手段と、出力レーザ光の波長と設定波長の偏
差を計算して、波長選択素子の選択波長を制御する手段
を備えている。
【００１２】
【作用】次に、図８はファブリペロ干渉計（モニタエタ
ロン）の原理を示すものであり、本発明を理解し易くす
るために説明する。なお、以下では、式において、Ｘの
Ｎ乗（ＸN ）を表すとき、Ｘ＾Ｎと表示する。
ロン）の原理を示すものであり、本発明を理解し易くす
るために説明する。なお、以下では、式において、Ｘの
Ｎ乗（ＸN ）を表すとき、Ｘ＾Ｎと表示する。
【００１３】図８（ａ）に示すように光Ｌがミラー間隔
ｄのエタロン７１に入射角度θを持って入射され、エタ
ロン７１、集光レンズ７２を透過すると集光レンズ７２
から焦点距離ｆだけ離間した検出面上に光Ｌの干渉縞７
３が形成される。ここで、エタロンの基本式は、数１で
前述したように、２ｎｄ・ｃｏｓθ＝ｍλであり、数１
で、角度θ＝０の時のｍをｍO 、波長をλ、とすると、
ｄのエタロン７１に入射角度θを持って入射され、エタ
ロン７１、集光レンズ７２を透過すると集光レンズ７２
から焦点距離ｆだけ離間した検出面上に光Ｌの干渉縞７
３が形成される。ここで、エタロンの基本式は、数１で
前述したように、２ｎｄ・ｃｏｓθ＝ｍλであり、数１
で、角度θ＝０の時のｍをｍO 、波長をλ、とすると、
【数２】２ｎｄ＝ｍO ・λ となる。
【００１４】ここで、数２−数１を行い、これに半角公
式〔ｃｏｓθ＝１−２ｓｉｎ2 （θ／２）〕を適用する
と、
式〔ｃｏｓθ＝１−２ｓｉｎ2 （θ／２）〕を適用する
と、
【数３】 ２ｓｉｎ2 （θ／２）＝（λ／２ｎｄ）（ｍO −ｍ） ・・・（３） が得られる。角度θが比較的小さな角度の場合は、ｓｉ
ｎ（θ／２）＝θ／２と近似でき、これを数３に代入し
て整理すると、
ｎ（θ／２）＝θ／２と近似でき、これを数３に代入し
て整理すると、
【数４】θ2 ＝（λ／ｎｄ）（ｍO −ｍ） となる。
【００１５】ここで、図８（ｂ）に示すように干渉縞７
３の中心からの距離をｒとすれば、集光レンズ７２の焦
点距離はｆであるから、
３の中心からの距離をｒとすれば、集光レンズ７２の焦
点距離はｆであるから、
【数５】 ｒ＝ｆθ＝ｆ・（λ／ｎｄ）1/2×（ｍO −ｍ）1/2 となり、ｃ＝ｆ2 ・λ／ｎｄとして数５の両辺を２乗す
ると、
ると、
【数６】ｒ2 ＝ｃ（ｍO −ｍ） となる。（図８（ｂ）を参照）
【００１６】ここで、ｐ番目とｐ＋１番目のピークを考
えると、数６より、
えると、数６より、
【数７】ｃ＝ｃ（ｍp+1 −ｍp ）＝ｒP 2 −ｒP + 1 2 となる。また、
【数２】式において整数ｍを波長λで微分すると、
【数８】Δλ＝（λ2 ／２ｎｄ）・Δｍ＝ＦＳＲ・Δｍ となる。ただし、ＦＳＲ＝（λ2 ／２ｎｄ）は、エタロ
ン７１のフリースペクトラルレンジである。
ン７１のフリースペクトラルレンジである。
【００１７】ここで、数８に数６を代入すると、
【数９】Δλ＝ＦＳＲ・ｒ2 ／ｃ となる。ここで、ｍ＝ｍO の時の波長をλｏとすると、
求める波長λは数９から、
求める波長λは数９から、
【数１０】λ＝λｏ−ＦＳＲ・ｒ2 ／ｃ として得られる。ここで、数１０は、波長λが干渉縞７
３の半径ｒ2 に比例していることを示している。従っ
て、干渉縞の半径の２乗を正しく求めることが出来れ
ば、被検出光の波長を正確に求め得る。
３の半径ｒ2 に比例していることを示している。従っ
て、干渉縞の半径の２乗を正しく求めることが出来れ
ば、被検出光の波長を正確に求め得る。
【００１８】また、上述したエタロンの基本式、数１に
おいて、ｍｓを基準光に対応する整数、ｍｅを被検出光
に対応する整数、λｓを基準光の波長、λｅを被検出光
の波長、ｎｓを基準光のエアギャップ内の屈折率、ｎｅ
を被検出光のエアギャップ内の屈折率とすると、
おいて、ｍｓを基準光に対応する整数、ｍｅを被検出光
に対応する整数、λｓを基準光の波長、λｅを被検出光
の波長、ｎｓを基準光のエアギャップ内の屈折率、ｎｅ
を被検出光のエアギャップ内の屈折率とすると、
【数１１】ｍｓ・λｓ＝２ｎｓ・ｄ・ｃｏｓθ
【数１２】ｍｅ・λｅ＝２ｎｅ・ｄ・ｃｏｓθ となる。
【００１９】ここで、基準光の干渉縞と被検出光の干渉
縞の直径が一致する場合の波長λｅは、上式、数１１、
数１２から、ｄ・ｃｏｓθを消去し整理して求めると、
縞の直径が一致する場合の波長λｅは、上式、数１１、
数１２から、ｄ・ｃｏｓθを消去し整理して求めると、
【数１３】 λｅ＝（ｎｅ／ｎｓ）・（ｍｓ／ｍｅ）・λｓ となる。従って、被検出光の干渉縞の半径をｒｍａ、基
準光の干渉縞の半径ｒｍとすると、上記、数９式より出
力レーザ光の波長λは、数１４では
準光の干渉縞の半径ｒｍとすると、上記、数９式より出
力レーザ光の波長λは、数１４では
【数１４】 λ−λｅ＝ＦＳＲ・〔（ｒｍ2 ）−（ｒｍａ）2 〕／ｃ という関係から求めることができる。ここで、基準光と
出力レーザ光とは同一のエタロンを透過したものである
から、エタロン７１の温度等が変化したとしても、この
変化による誤差が相殺されて絶対波長を精度用検出する
ことができる。
出力レーザ光とは同一のエタロンを透過したものである
から、エタロン７１の温度等が変化したとしても、この
変化による誤差が相殺されて絶対波長を精度用検出する
ことができる。
【００２０】次に、本発明の原理を図１に示し、以下で
原理を説明する。図１において、被検出光（イ）および
基準光（ロ）は一個のビームスプリッタ２１を介してコ
ースエタロン２３とファインエタロン３３に入射透過さ
せ、基準光と被検出光の波長に対して色収差補正した色
消しレンズ２５、３５により、このレンズ焦点面に発生
する基準光と被検出光の干渉縞をイメージセンサ２７、
３７により検出している。そして、コースエタロン２３
により発生する基準光と被検出光によるそれぞれの干渉
縞の半径により被検出光の絶対波長を計算する。
原理を説明する。図１において、被検出光（イ）および
基準光（ロ）は一個のビームスプリッタ２１を介してコ
ースエタロン２３とファインエタロン３３に入射透過さ
せ、基準光と被検出光の波長に対して色収差補正した色
消しレンズ２５、３５により、このレンズ焦点面に発生
する基準光と被検出光の干渉縞をイメージセンサ２７、
３７により検出している。そして、コースエタロン２３
により発生する基準光と被検出光によるそれぞれの干渉
縞の半径により被検出光の絶対波長を計算する。
【００２１】ここで、ファインエタロン３３の被検出光
の検出波長をλｃ、コースエタロン２３の被検出光の検
出波長をλｆとすると、数１４から、
の検出波長をλｃ、コースエタロン２３の被検出光の検
出波長をλｆとすると、数１４から、
【数１５】 λｃ＝ＦＳＲ・ｃ／Ｃｃ・〔（ｒcHg ）2 −（ｒcex ）2 〕＋λco
【数１６】 λｆ＝ＦＳＲ・ｆ／Ｃｆ・〔（ｒfHg ）2 −（ｒfex ）2 〕＋λfo となる。ただし、ここで、 ＦＳＲｃ：コースエタロンのフリースペクトラルレンジ ＦＳＲｆ：ファインエタロンのフリースペクトラルレン
ジ Ｃｃ：コースエタロンの定数 Ｃｆ：ファインエタロンの定数 ｒcHg ：コースエタロンにおける基準光の干渉縞の半径 ｒfHg ：ファインエタロンにおける基準光の干渉縞の半
径 ｒcex ：コースエタロンにおける被検出光の干渉縞の半
径 ｒfex ：ファインエタロンにおける被検出光の干渉縞の
半径 λco ：コースエタロンにおいて基準光と被検出光の干
渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 λfo ：ファインエタロンにおいて基準光と被検出光の
干渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 である。そして、この検出波長をλｃとλｆを比較する
ことによって被検出光の絶対波長を求める。なお、ここ
では、エタロンのミラーの反射膜は基準光と被検出光の
２波長に対して反射するようにしている。
ジ Ｃｃ：コースエタロンの定数 Ｃｆ：ファインエタロンの定数 ｒcHg ：コースエタロンにおける基準光の干渉縞の半径 ｒfHg ：ファインエタロンにおける基準光の干渉縞の半
径 ｒcex ：コースエタロンにおける被検出光の干渉縞の半
径 ｒfex ：ファインエタロンにおける被検出光の干渉縞の
半径 λco ：コースエタロンにおいて基準光と被検出光の干
渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 λfo ：ファインエタロンにおいて基準光と被検出光の
干渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 である。そして、この検出波長をλｃとλｆを比較する
ことによって被検出光の絶対波長を求める。なお、ここ
では、エタロンのミラーの反射膜は基準光と被検出光の
２波長に対して反射するようにしている。
【００２２】
【実施例】以下に、本発明に係わる波長検出装置の実施
例につき、図面を参照して詳細に説明する。図２は本発
明に係わる波長検出装置の実施例を示す構成図である。
図２において、狭帯域エキシマレーザには、レーザ光を
発振するチャンバ１と、チャンバ１の一方に図示しない
エタロンまたはグレーディング等の波長選択素子を配置
した狭帯域ユニット３と、狭帯域化されたレーザ光の一
部をサンプルするビームスプリッタ５と、基準光となる
光を発光する低圧水銀ランプ等からなる水銀ランプ７
と、ビームスプリッタ５によりサンプルされたレーザ光
（被検出光（イ）である。）と基準光の波長を検出する
波長検出装置１０と、波長検出装置１０からの信号によ
り波長を計算するとともに、狭帯域ユニット３を調整す
る信号を出力する波長コントローラ４０と、から構成さ
れている。また、波長コントローラ４０は、水銀ランプ
７の図示しないシャッタの開閉信号を出力するか、ある
いは水銀ランプ７を点灯する信号を出力する。
例につき、図面を参照して詳細に説明する。図２は本発
明に係わる波長検出装置の実施例を示す構成図である。
図２において、狭帯域エキシマレーザには、レーザ光を
発振するチャンバ１と、チャンバ１の一方に図示しない
エタロンまたはグレーディング等の波長選択素子を配置
した狭帯域ユニット３と、狭帯域化されたレーザ光の一
部をサンプルするビームスプリッタ５と、基準光となる
光を発光する低圧水銀ランプ等からなる水銀ランプ７
と、ビームスプリッタ５によりサンプルされたレーザ光
（被検出光（イ）である。）と基準光の波長を検出する
波長検出装置１０と、波長検出装置１０からの信号によ
り波長を計算するとともに、狭帯域ユニット３を調整す
る信号を出力する波長コントローラ４０と、から構成さ
れている。また、波長コントローラ４０は、水銀ランプ
７の図示しないシャッタの開閉信号を出力するか、ある
いは水銀ランプ７を点灯する信号を出力する。
【００２３】波長検出装置１０は、サンプルされたレー
ザ光を透過入射拡散する拡散板１１と、水銀ランプ７か
ら発光した光を基準光の波長に選択するハンドパスフィ
ルタ１３およびレンズ１５と、被検出光と基準光からの
干渉縞に基づいて波長を検出する波長検出器２０と、か
らなる。波長検出器２０は、被検出光と基準光とを分割
するビームスプリッタ２１と、波長の検出範囲幅の広い
第１の検出系に配設されているコースエタロン２３、色
消しレンズ２５、およびラインセンサ２７と、波長の検
出範囲幅はせまいが検出精度の高い第２の検出系に配設
されているファインエタロン３３、色消しレンズ３５、
およびラインセンサ３７と、からなっている。
ザ光を透過入射拡散する拡散板１１と、水銀ランプ７か
ら発光した光を基準光の波長に選択するハンドパスフィ
ルタ１３およびレンズ１５と、被検出光と基準光からの
干渉縞に基づいて波長を検出する波長検出器２０と、か
らなる。波長検出器２０は、被検出光と基準光とを分割
するビームスプリッタ２１と、波長の検出範囲幅の広い
第１の検出系に配設されているコースエタロン２３、色
消しレンズ２５、およびラインセンサ２７と、波長の検
出範囲幅はせまいが検出精度の高い第２の検出系に配設
されているファインエタロン３３、色消しレンズ３５、
およびラインセンサ３７と、からなっている。
【００２４】上記構成において、次に作動について説明
する。狭帯域化された出力ビーム光（ハ）はビームスプ
リッタ５によりサンプルされ被検出光として拡散板１１
に入射透過し、散乱される。その散乱光はビームスプリ
ッタ２１を透過して、一部はファインエタロン３３に入
射透過し、さらに、色消しレンズ３５を入射透過して、
その色消しレンズ３５の焦点面上に干渉縞が発生する。
この干渉縞をラインセンサ３７により検出する。（例え
ば、ラインセンサ３７に図示した点線ａ） 一方、ビームスプリッタ５により反射した被検出光の散
乱光はコースエタロン２３に入射透過し、さらに、色消
しレンズ２５を入射透過して、その色消しレンズ２５の
焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセン
サ２７により検出する。（例えば、ラインセンサ２７に
図示した点線ｂ）
する。狭帯域化された出力ビーム光（ハ）はビームスプ
リッタ５によりサンプルされ被検出光として拡散板１１
に入射透過し、散乱される。その散乱光はビームスプリ
ッタ２１を透過して、一部はファインエタロン３３に入
射透過し、さらに、色消しレンズ３５を入射透過して、
その色消しレンズ３５の焦点面上に干渉縞が発生する。
この干渉縞をラインセンサ３７により検出する。（例え
ば、ラインセンサ３７に図示した点線ａ） 一方、ビームスプリッタ５により反射した被検出光の散
乱光はコースエタロン２３に入射透過し、さらに、色消
しレンズ２５を入射透過して、その色消しレンズ２５の
焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセン
サ２７により検出する。（例えば、ラインセンサ２７に
図示した点線ｂ）
【００２５】さらに、水銀ランプ７から発光した光はハ
ンドパスフィルタ１３により基準光である２５３．７ｎ
ｍ線のみを透過させ、レンズ１５により平行光にコリメ
ートされる。この光はビームスプリッタ２１により反射
され、ファインエタロン３３に入射透過し、さらに、色
消しレンズ３５を入射透過して、その色消しレンズ３５
の焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセ
ンサ３７により検出する。（例えば、ラインセンサ３７
に図示した線ｃ） 一方、ビームスプリッタ２１を透過した基準光はコース
エタロン２３に入射透過し、さらに、色消しレンズ２５
を入射透過して、その色消しレンズ２５の焦点面上に干
渉縞が発生する。この干渉縞をラインセンサ２７により
検出する。（例えば、ラインセンサ３７に図示した線
ｄ） ラインセンサ２７、３７からの４つの干渉縞（ａ、ｂ、
ｃ、ｄ）に基づいての信号により波長コントローラ４０
はサンプル光の波長を計算し、狭帯域ユニット３中にあ
る波長選択素子に連結された図示しないドライバーを駆
動し、出力レーザ光が設定波長となるようになるように
波長選択素子を制御する。
ンドパスフィルタ１３により基準光である２５３．７ｎ
ｍ線のみを透過させ、レンズ１５により平行光にコリメ
ートされる。この光はビームスプリッタ２１により反射
され、ファインエタロン３３に入射透過し、さらに、色
消しレンズ３５を入射透過して、その色消しレンズ３５
の焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセ
ンサ３７により検出する。（例えば、ラインセンサ３７
に図示した線ｃ） 一方、ビームスプリッタ２１を透過した基準光はコース
エタロン２３に入射透過し、さらに、色消しレンズ２５
を入射透過して、その色消しレンズ２５の焦点面上に干
渉縞が発生する。この干渉縞をラインセンサ２７により
検出する。（例えば、ラインセンサ３７に図示した線
ｄ） ラインセンサ２７、３７からの４つの干渉縞（ａ、ｂ、
ｃ、ｄ）に基づいての信号により波長コントローラ４０
はサンプル光の波長を計算し、狭帯域ユニット３中にあ
る波長選択素子に連結された図示しないドライバーを駆
動し、出力レーザ光が設定波長となるようになるように
波長選択素子を制御する。
【００２６】図３は波長コントローラが行うフローチャ
ート例を示す。まず、水銀ランプ７の干渉縞を検出する
サブルーチンに入り、ファインエタロン３３およびコー
スエタロン２３による基準光の干渉縞のそれぞれの半径
ｒcHgおよびｒfHg を計算する（ステップ１０１）。次
に、レーザが発振するか、否かを判断し（ステップ１０
２）、発振しない場合にはスタートに戻る。発振する場
合はエキシマレーザ光の干渉縞を検出するサブルーチン
（ステップ３００）に入り、ファインエタロン３３およ
びコースエタロン２３によるエキシマレーザ光の干渉縞
のそれぞれの半径ｒceg およびｒfeg を計算する（ステ
ップ１０３）。
ート例を示す。まず、水銀ランプ７の干渉縞を検出する
サブルーチンに入り、ファインエタロン３３およびコー
スエタロン２３による基準光の干渉縞のそれぞれの半径
ｒcHgおよびｒfHg を計算する（ステップ１０１）。次
に、レーザが発振するか、否かを判断し（ステップ１０
２）、発振しない場合にはスタートに戻る。発振する場
合はエキシマレーザ光の干渉縞を検出するサブルーチン
（ステップ３００）に入り、ファインエタロン３３およ
びコースエタロン２３によるエキシマレーザ光の干渉縞
のそれぞれの半径ｒceg およびｒfeg を計算する（ステ
ップ１０３）。
【００２７】つぎに、これらの４つの干渉縞の半径から
（１５）および（１６）式の計算を行い、コースエタロ
ン２３から計算される波長λｃとファインエタロン３３
から計算される波長λｆを求める（ステップ１０４）。
そして、波長λｃとλｆから発振波長をλを計算するサ
ブルーチンに入り、発振波長λを計算する（ステップ１
０５）。次に、設定波長λｔとの差Δλを計算する（ス
テップ１０６）。そして、狭帯域化ユニット３の中にあ
る波長選択素子の選択波長をΔλシフトさせる（ステッ
プ１０７）。そして、スタートに戻り、これらの作業を
繰り返す。なお、ここでは基準光の読み取りはレーザが
発振していない時に行っているが、レーザが発振中でも
ある一定のインターバルでシャッタ等でエキシマレーザ
光を遮って基準光を入射させて検出しても良い。
（１５）および（１６）式の計算を行い、コースエタロ
ン２３から計算される波長λｃとファインエタロン３３
から計算される波長λｆを求める（ステップ１０４）。
そして、波長λｃとλｆから発振波長をλを計算するサ
ブルーチンに入り、発振波長λを計算する（ステップ１
０５）。次に、設定波長λｔとの差Δλを計算する（ス
テップ１０６）。そして、狭帯域化ユニット３の中にあ
る波長選択素子の選択波長をΔλシフトさせる（ステッ
プ１０７）。そして、スタートに戻り、これらの作業を
繰り返す。なお、ここでは基準光の読み取りはレーザが
発振していない時に行っているが、レーザが発振中でも
ある一定のインターバルでシャッタ等でエキシマレーザ
光を遮って基準光を入射させて検出しても良い。
【００２８】図４に水銀ランプ７の干渉縞を検出するサ
ブルーチン（ステップ１０１）の例を示す。 まず、水
銀ランプ点灯信号を水銀ランプ７に送り、水銀ランプ７
を点灯する（ステップ２０１）。次に、水銀ランプ７が
安定したか、否かを判断して（ステップ２０２）、安定
したら次のステップに移行する。そして、コースエタロ
ン２３およびファインエタロン３３による基準光の干渉
縞をそれぞれラインセンサ２７および３７により検出す
る（ステップ２０３）。次に、それぞれの半径ｒcHg お
よびｒfHg を計算する（ステップ２０４）。 なお、こ
の例では、水銀ランプ７を点灯させて基準光を検出して
いるが、予め点灯させておいて、シャッタで基準光の入
射を制御しても良い。
ブルーチン（ステップ１０１）の例を示す。 まず、水
銀ランプ点灯信号を水銀ランプ７に送り、水銀ランプ７
を点灯する（ステップ２０１）。次に、水銀ランプ７が
安定したか、否かを判断して（ステップ２０２）、安定
したら次のステップに移行する。そして、コースエタロ
ン２３およびファインエタロン３３による基準光の干渉
縞をそれぞれラインセンサ２７および３７により検出す
る（ステップ２０３）。次に、それぞれの半径ｒcHg お
よびｒfHg を計算する（ステップ２０４）。 なお、こ
の例では、水銀ランプ７を点灯させて基準光を検出して
いるが、予め点灯させておいて、シャッタで基準光の入
射を制御しても良い。
【００２９】図５にエキシマレーザ光の干渉縞を検出す
るサブルーチン（ステップ１０３）の例を示す。コース
エタロン２３およびファインエタロン３３によるエキシ
マレーザ光の干渉縞をそれぞれラインセンサ２７および
３７により検出する（ステップ３０１）。次に、それぞ
れの半径ｒcex およびｒfex を計算する（ステップ３０
２）。
るサブルーチン（ステップ１０３）の例を示す。コース
エタロン２３およびファインエタロン３３によるエキシ
マレーザ光の干渉縞をそれぞれラインセンサ２７および
３７により検出する（ステップ３０１）。次に、それぞ
れの半径ｒcex およびｒfex を計算する（ステップ３０
２）。
【００３０】図６に波長λｃとλｆから発振波長をλを
計算するサブルーチン（ステップ１０５）の例を示す。
まず、波長λｃとλｆの差の絶対値が使用したエタロン
のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）の２分の１より
も小さいか、否かを判断する（ステップ４０１）。小さ
い場合（ＹＥＳ）はステップ４０２に行き、発振波長λ
＝λｆとして、リターンされる（ステップ（４０３）。
一方ステップ４０１で大きい場合（ＮＯ）は波長λｃと
λｆの大小が判断される（ステップ４０４）。ここで、
波長λｃがλｆよりも小さい場合はλｆ＝λｆ＋ＦＳＲ
（ステップ４０５）としてスタートに戻る。一方、波長
λｃがλｆよりも大きい場合はλｆ＝λｆ−ＦＳＲ（ス
テップ４０６）としてスタートに戻る。このような計算
繰り返して発振波長λを計算する。なお、この実施例で
は、色消しレンズを使用したが、凹面ミラーや軸外方物
面ミラーを使用しても良い。勿論、基準光と被検出光の
波長が非常に近い場合は色消しレンズを使用しなくとも
良い。
計算するサブルーチン（ステップ１０５）の例を示す。
まず、波長λｃとλｆの差の絶対値が使用したエタロン
のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）の２分の１より
も小さいか、否かを判断する（ステップ４０１）。小さ
い場合（ＹＥＳ）はステップ４０２に行き、発振波長λ
＝λｆとして、リターンされる（ステップ（４０３）。
一方ステップ４０１で大きい場合（ＮＯ）は波長λｃと
λｆの大小が判断される（ステップ４０４）。ここで、
波長λｃがλｆよりも小さい場合はλｆ＝λｆ＋ＦＳＲ
（ステップ４０５）としてスタートに戻る。一方、波長
λｃがλｆよりも大きい場合はλｆ＝λｆ−ＦＳＲ（ス
テップ４０６）としてスタートに戻る。このような計算
繰り返して発振波長λを計算する。なお、この実施例で
は、色消しレンズを使用したが、凹面ミラーや軸外方物
面ミラーを使用しても良い。勿論、基準光と被検出光の
波長が非常に近い場合は色消しレンズを使用しなくとも
良い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
つのビームスプリッタを介して被検出光と基準光を２個
のモニタエタロンを入射させて、これら２個のモニタエ
タロンにより発生する基準光と被検出光の干渉縞により
被検出光の絶対波長を検出するために次の効果が得られ
る。 コースエタロンおよびファインエタロンに基準光を
入射させて、補正しているために広い波長範囲にわたっ
て高精度に絶対波長を検出できる。 一個のビームスプリッタを介してコースエタロンお
よびファインエタロンに被検出光と基準光を入射させて
いるためコンパクトになる。 本発明の波長検出装置により波長をフィードバック
制御する狭帯域エキシマレーザは縮小投影露光装置用光
源として最適なものとなる。 より分解能の高いファインエタロンを使用するので
高精度な線幅測定ができる。
つのビームスプリッタを介して被検出光と基準光を２個
のモニタエタロンを入射させて、これら２個のモニタエ
タロンにより発生する基準光と被検出光の干渉縞により
被検出光の絶対波長を検出するために次の効果が得られ
る。 コースエタロンおよびファインエタロンに基準光を
入射させて、補正しているために広い波長範囲にわたっ
て高精度に絶対波長を検出できる。 一個のビームスプリッタを介してコースエタロンお
よびファインエタロンに被検出光と基準光を入射させて
いるためコンパクトになる。 本発明の波長検出装置により波長をフィードバック
制御する狭帯域エキシマレーザは縮小投影露光装置用光
源として最適なものとなる。 より分解能の高いファインエタロンを使用するので
高精度な線幅測定ができる。
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明に係わる波長検出装置の実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図３】本発明の波長コントローラが行うフローチャー
ト図である。
ト図である。
【図４】水銀ランプの干渉縞を検出するサブルーチンの
フローチャート図である。
フローチャート図である。
【図５】エキシマレーザ光の干渉縞を検出するサブルー
チンのフローチャート図である。
チンのフローチャート図である。
【図６】波長λｃとλｆから発振波長をλを計算するサ
ブルーチンのフローチャート図である。
ブルーチンのフローチャート図である。
【図７】従来の狭帯域エキシマレーザの波長検出器を示
す図である。
す図である。
【図８】ファブリペロ干渉計（モニタエタロン）の原理
を示す図である。
を示す図である。
１ チャンバ ３ 狭帯域ユニット ５ ビームスプリッタ ７ 水銀ランプ １０ 波長検出装置 １１ 拡散板 １３ ハンドパスフィルタ １５ レンズ ２０ 波長検出器 ２１ ビームスプリッタ ２３、３３ コースエタロン ２５、３５ 色消しレンズ、 ４０ 波長コントローラ、 ５０ ステッパ制御装置、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−245583（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306679（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−7031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−42824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10131（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−12975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−22086（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−46526（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−20363（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 G01J 3/00 - 4/40 G01J 7/00 - 9/04 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 第１のエタロンと、第１のエタロンとは
フリースペクトラルレンジの異なる第２のエタロンとを
備え、 第１のエタロン及び第２のエタロンに、被検出光及び既
知の基準波長を有する基準光を入射させ、 第１及び第２のエタロンに生じた干渉縞の半径を検出し
て被検出光の絶対波長を検出する波長検出装置におい
て、 被検出光を透過及び反射させて、それぞれ第１及び第２
のエタロンに入射させ、 基準光を反射及び透過させてそれぞれ第１及び第２のエ
タロンに入射させるビームスプリッタを備えたことを特
徴とする波長検出装置。 - 【請求項２】 第１のエタロンと、 第１のエタロンとはフリースペクトラルレンジの異なる
第２のエタロンとを備え、 第１のエタロン及び第２のエタロンに、被検出光及び既
知の基準波長を有する基準光を入射させ、 被検出光及び基準光によって第１及び第２のエタロンに
生じた干渉縞の半径を測定して、被検出光の絶対波長を
検出する波長検出装置において、 被検出光によって第１及び第２のエタロンに生じた干渉
縞の半径が、基準光によって第１及び第２のエタロンに
生じた干渉縞の半径とそれぞれ一致する場合の被検出光
の波長に基づいて第１及び第２のエタロンを較正し、 この較正に基づいて、被検出光の絶対波長を検出するこ
とを特徴とする波長検出装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の波長検出装置において、 被検出光によって第１及び第２のエタロンに生じた干渉
縞の半径が、基準光によって第１及び第２のエタロンに
生じた干渉縞の半径とそれぞれ一致するように被検出光
の波長を変更し、 干渉縞の半径が一致した場合の被検出光の波長に基づい
て、第１及び第２のエタロンを較正し、 この較正に基づいて、被検出光の絶対波長を検出するこ
とを特徴とする波長検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35629092A JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35629092A JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188502A JPH06188502A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3219879B2 true JP3219879B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18448294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35629092A Expired - Lifetime JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219879B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003214958A (ja) | 2002-01-21 | 2003-07-30 | Gigaphoton Inc | 波長検出装置、レーザ装置及び波長検出方法 |
| US6952267B2 (en) * | 2003-07-07 | 2005-10-04 | Cymer, Inc. | Method and apparatus for measuring bandwidth of a laser output |
| WO2016084263A1 (ja) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | ギガフォトン株式会社 | 狭帯域化レーザ装置 |
| WO2017199395A1 (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-23 | ギガフォトン株式会社 | 波長検出装置 |
| JP7402313B2 (ja) * | 2020-03-27 | 2023-12-20 | ギガフォトン株式会社 | センサ劣化判定方法 |
| CN111289124B (zh) * | 2020-03-31 | 2021-03-05 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 激光器波长测量装置及方法 |
| CN117098978A (zh) * | 2021-05-11 | 2023-11-21 | 极光先进雷射株式会社 | 线传感器的劣化评价方法、谱计测装置和计算机可读介质 |
| JPWO2022249444A1 (ja) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP35629092A patent/JP3219879B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06188502A (ja) | 1994-07-08 |
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Legal Events
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