JP4325846B2 - 分光器およびこの分光器を備えたレーザ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エタロンを用いた分光器およびこの分光器を備えたレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路パターンを半導体ウェーハ上に光転写する光リソグラフィ技術は、ＬＳＩの集積化を図る上で重要である。光リソグラフィに用いられる露光装置は、主に、ステッパと呼ばれる縮小投影露光方式によるものが使用されている。すなわち照明光源により照らされた原画（レチクル）パターンの透過光を縮小投影光学系により半導体基板上の光感光性物質に投影して回路パターンを形成するというものである。
【０００３】
半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、露光装置においては解像力の向上が要請されている。露光装置における投影像の分解能は、用いられる光源の波長で制限される。このため近年、光源の波長は紫外領域へと次第に短波長化してきており、露光用光源から放出される露光用光の短波長化がすすめられ、パターン線幅がより微細化されている。
【０００４】
近年は深紫外領域の光（ＤＵＶ光）を発振するＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡrＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が光源として使用され、あるいは真空紫外領域の光（ＶＵＶ光）を発振するＦ2レーザ（波長１５７ｎｍ）が光源として開発されている。
【０００５】
露光装置の光学系は、上述したように一般的に投影光学系を採用したものが多い。投影光学系では、異なる屈折率のレンズ等の光学素子を組み合わせて色収差補正が行われる。しかしレーザ装置が放出するレーザ光の波長域では、ＣaＦ2以外に透過率等の値が適切な値をもつ光学材料がなく、色収差補正が困難な状況にある。よってレーザ装置においては、放出するレーザ光のスペクトルの狭帯域化が必要とされる。スペクトルの指標値には、スペクトル線幅、スペクトル純度、スペクトル標準偏差、コントラストロスといったものがある。レーザ光の狭帯域化により、これらスペクトルの指標値を常に小さく維持する必要がある。またレーザ光の発振中心波長も厳密に所望の波長に維持する必要がある。
【０００６】
図１０は、狭帯域化レーザ装置の構成を示している。
【０００７】
図１０のレーザ装置はＦ2レーザ装置を想定している。Ｆ2レーザ装置では、レーザチャンバ４０内に、Ｆ2レーザを励起する媒質としてのフッ素ガスＦ2と、ヘリウムＨe、ネオンＮe等のバッファガスとからなるレーザガスが充填されている。
【０００８】
すなわち図示しないフッ素ガス用ボンベがガス供給ライン４６を介してレーザチャンバ４０に連通している。同様に図示しないバッファガス用ボンベがガス供給ライン４５を介してレーザチャンバ４０に連通している。またレーザチャンバ４０は排気ライン４７を介しフッ素トラップを経て外気に連通している。
【０００９】
ガス供給ライン４５、ガス供給ライン４６、排気ライン４７上にはそれぞれバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3が設けられている。コントローラ３０は、バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の開口量を調整して、レーザチャンバ４０内へのバッファガス、フッ素ガスＦ2の供給量を制御するとともに、レーザチャンバ４０から外気へのレーザガスの排出量を制御する。
【００１０】
レーザチャンバ４０内には所定の距離だけ離間されて一対の電極４１ａ、４１ｂが対向して配置されている。一対の電極４１ａ、４１ｂは、図１０の図中、上下に設けられており、左右方向が長手方向となるカソード電極とアノード電極である。
【００１１】
高電圧パルス発生装置としての電源５０にコントローラ３０からパルス発生指令が加えられると、この電源５０は、電極４１ａ、４１ｂ間に高電圧を印加する。これにより電極４１ａ、４１ｂ間の放電部４９で放電が発生しレーザガスが励起しレーザ光Ｓが生成される。
【００１２】
レーザチャンバ４０内には図示しないファンとラジエータが設けられている。レーザガスは上記ファンによってレーザチャンバ４０内で循環し、放電により高温となったガスは上記ラジエータによって冷却される。
【００１３】
レーザチャンバ４０の図中左端、右端には、両者がハの字となるブリュースタ角度をもって、あるいは両者が平行となるブリュースタ角度をもって、チャンバウインドウ４８ａ、４８ｂがそれぞれ設けられている。
【００１４】
狭帯域化モジュール６０は、一方のウインドウ４８ａ側にあってレーザチャンバ４０外に設けられている。
【００１５】
狭帯域化モジュール６０は、回折格子（グレーティング）６２と、１個若しくは複数個のプリズムからなるビーム拡大器６１とから構成されている。回折格子６２は、波長選択機能を備え、レーザ光Ｓのスペクトルを狭帯域化する。回折格子６２は、コントローラ３０によりその回転角度が駆動制御され、回折格子６２へのレーザ光Ｓの入射角度が変化する。回折格子６２へのレーザ光Ｓの入射角度が変化することによって、レーザ光Ｓの発振中心波長が変化する。なお回折格子（グレーティング）ではなく、狭帯域化モジュール６０内のいずれかのプリズムを回転させることによってもレーザ光Ｓの発振中心波長を変化させることができる。
【００１６】
なお狭帯域化モジュール６０を、回折格子６２とビーム拡大器（プリズム）６１の代わりに、リアミラーとエタロンとにより構成してもよい。この場合、エタロンの回転角またはエタロンギャップ間のガス圧力（気体の屈折率）を変化させることにより、レーザ光Ｓの発振中心波長が変化する。
【００１７】
レーザチャンバ４０外にあって他方のウインドウ４８ｂ側には、フロントミラーとしての出力ミラー４２が設けられている。また出力ミラー４２のレーザ光出射側には、ビームスプリッタ４３が設けられている。
【００１８】
回折格子６２はリアミラーとして機能し、回折格子（リアミラー）６２とレーザチャンバ４０内の放電部４９と出力ミラー（フロントミラー）４２とによってレーザ共振器が構成される。レーザチャンバ４０内で生成されたレーザ光Ｓは、回折格子６２と、放電部４９と、出力ミラー４２との間を往復移動する。これによりレーザ光Ｓは狭帯域化され、出力ミラー４２、ビームスプリッタ４３を透過して、狭帯域化されたレーザ光Ｓとして露光装置側に出射される。
【００１９】
出力ミラー４２から出射されたレーザ光Ｓの一部は、ビームスプリッタ４３により反射され、分岐されて、モニタモジュール２０に入射される。
【００２０】
モニタモジュール２０は、後述するエタロン分光器２１とデータ処理器２２とからなる。
【００２１】
モニタモジュール２０では、レーザ光Ｓの出力（パワー）、発振中心波長、スペクトル線幅等が計測され、計測されたデータがコントローラ３０に送出される。
【００２２】
コントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓの発振中心波長のデータに基づいて、所望の発振中心波長が得られるように、狭帯域化モジュール６０内の回折格子６２の回転角度を駆動制御する。
【００２３】
またコントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓの出力（パワー）のデータに基づいて、所望のレーザ出力が得られるように、電源５０にパルス発生指令を与えるとともに必要に応じてバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の開口量を変化させて、電極４１ａ、４１ｂ間の印加電圧値、レーザチャンバ４０内のレーザガスの圧力を制御する。
【００２４】
またコントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓのスペクトル線幅のデータに基づいて、所望のスペクトル線幅が得られるように、バルブＶ2の開口量を変化させて、レーザチャンバ４０内のフッ素ガスＦ2の濃度を制御する。
【００２５】
このレーザ装置では、波長選択素子として回折格子６２を用いている。この構成によれば、レーザ共振器内に波長選択素子として回折格子６２が配置されるため、レーザ出力が著しく低下するおそれがある。このため大きな電源５０を介して大きな電気入力を注入しなければならず、電極４１ａ、４１ｂなどに大きな負担がかかりレーザ装置の寿命が短くなるおそれがある。また波長選択素子としての回折格子６２には寿命があり、メンテナンス費用が高額となる。
【００２６】
このため、このような一段のレーザチャンバからなるレーザ装置ではなく、二段のレーザチャンバからなる注入同期（インジェクションロック）方式やＭＯＰＡ方式のレーザ装置が、上述した欠点もなく比較的大きなレーザ出力が得られることから、近年、注目されている。
【００２７】
さて上述したレーザ装置で、レーザ光Ｓの発振中心波長、レーザ出力、スペクトル線幅等をリアルタイムに正確に制御するためには、モニタモジュール２０のエタロン分光器２１で、レーザ光Ｓの発振パルス毎に、発振中心波長、レーザ出力、スペクトル線幅等を精度よく高速に計測することが必要となる。
【００２８】
【従来技術１】
エタロンを用いてレーザ光の発振波長を計測する技術は、後掲する特許文献１、２に記載されている。
【００２９】
エタロンを用いてレーザ光の発振波長を計測する技術は、ファブリ・ペロ干渉計の理論に基づく。ファブリ・ペロ干渉計の理論について、図１を併せ参照して説明する。
【００３０】
同図１はエタロン９の構造を示している。エタロン９は、一対の対向する光学基板２、２を備えている。光学基板２、２の対向面には、部分反射コーティング１が施されている。光学基板２、２は、精密に厚さが管理されたスペーサ３を介して所定の間隙（エアギャップ）をあけて対向している。各光学基板２、２は、エタロン保護筐体５内で固定されている。各光学基板２、２は、たとえばシリコン製接着剤４を用いて、エタロン保護筐体５の内壁に接着されている。適度な弾力性、保持力、安定性を持ち、かつ有害なアウトガスの少ないものであればシリコン製接着剤以外の接着剤を用いて接着してもよい。
【００３１】
エタロン９による波長の計測は、つぎのファブリ・ペロ干渉計の基本式に基づいて行われる。
【００３２】
ｍλ＝２ｎｄ・ｃｏｓθ …（１）
ここで、ｍは次数（整数）であり、ｄは光学基板２、２間のエアギャップの距離であり、ｎはエアギャップ間の気体の屈折率であり、θはエタロン９の部分反射コーティング面の法線と入射光の光軸とがなす角つまりフリンジ角である。
【００３３】
図２（ａ）はエタロン９を透過した光を結像させるによって得られるフリンジ像のフリンジ波形７を示している。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、レーザ光Ｓがエタロン９に入射されるとエタロン９の各光学基板２を透過して分光される。分光された光は結像レンズ６により集光される。結像レンズ６は、結像面でフリンジ像を結像する。
【００３５】
波長λの入射光Ｓは、ｍ、ｄ、ｎで定まるフリンジ角θでエタロン９から出射され、結像面でフリンジ角θに応じたフリンジ波形７の山８として観測される。
【００３６】
ここでフリンジ波形７とは、エタロン９で分光された光が結像レンズ６により集光したときに形成される光強度の同心円状の強弱パターン（干渉縞）のことである。
【００３７】
ここで、フリンジ波形７の光強度分布は、結像面にラインセンサを配置して検出することができる。本明細書において「ラインセンサ」とは、たとえばＣＣＤなどの半導体イメージセンサのことであり、複数の画素が横方向（長手方向）に配列されており、横方向に沿った光強度の分布を検出する。
【００３８】
図２（ｂ）はラインセンサの横方向に沿って観測されるフリンジ波形７の光強度分布を示している。
【００３９】
ラインセンサ上の光強度分布からフリンジ波形７の山８の位置が、中心からの距離ｒとして検出される。結像レンズ６の焦点距離ｆと、距離ｒと、フリンジ角θとの間には、次式の関係が成立している。
【００４０】
θ＝ｓｉｎ-1（ｒ/ｆ） …（２）
よって上記（２）式から距離ｒ、焦点距離ｆに応じたｍ、ｄ、ｎで定まるフリンジ角θが求められ、上記（１）式から入射レーザ光Ｓの波長λが計測される。同様にしてフリンジ波形７の光強度分布をラインセンサで検出することにより、レーザ光Ｓのスペクトルの狭帯域化の指標値としてのスペクトル線幅、スペクトル純度、スペクトル標準偏差、コントラストロスなどが計測ないしは計測結果に基づき計算される。
【００４１】
図３（ａ）、（ｂ）はエタロン分光器２１の構成例を示している。図３（ａ）はラインセンサ１１の横方向が図中上下方向となる矢視方向で示した図であり、図３（ｂ）はラインセンサ１１の縦方向が図中上下方向となる矢視方向で示した図である。
【００４２】
これら図３に示すように、レーザ光Ｓの光軸に沿って、入射側より順に、拡散板１０、エタロン９、結像レンズ６、ラインセンサ１１が配置されている。
【００４３】
拡散板１０は、たとえば石英やＣaＦ2結晶基板の表面を粗く研磨して表面を梨地状にした、すりガラス基板が用いられる。
【００４４】
レーザ光Ｓのビームは拡散板１０に入射され拡散板１０により拡散されて出射される。
【００４５】
ここで拡散板１０による効果は以下のとおりである。
【００４６】
１）入射ビームの空間的な光量分布を均一化する。
【００４７】
２）入射ビームの角度をランダムに分布させる。
【００４８】
すなわち、拡散板１０の後段（レーザ光出射側）に配置されるエタロン９に、入射ビームの空間的な光量分布、入射ビームの角度に依存しない光を提供し、レーザ光のスペクトルを正確に計測できるようにする。
【００４９】
また拡散板１０はつぎのような副次的な作用が生じる。
【００５０】
３）入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる。
【００５１】
拡散板１０で拡散されたレーザ光Ｓはエタロン９に入射され、エタロン９を透過することによりレーザ光Ｓが、上述したファブリ・ペロ干渉により分光される。エタロン９で分光されたレーザ光Ｓは結像レンズ６に入射されフリンジ像を結像レンズ６の焦点距離ｆの位置に結像させる。結像レンズ６からその焦点距離ｆだけ離間された位置にはラインセンサ１１が配置されている。ラインセンサ１１は、たとえば横方向に５１２個の画素が直線状に配列され、縦方向の画素サイズが０．４ｍｍで横方向の画素サイズが０．０２５ｍｍのものが用いられる。
【００５２】
ラインセンサ１１上にはフリンジ像が結像され、フリンジ波形７の光強度分布が横方向に配列された各画素によって検出される。
【００５３】
【従来技術２】
エタロン分光器は、後掲する特許文献３に記載されている。
【００５４】
従来のエタロン分光器２１で、コヒーレントなレーザ光Ｓの発振中心波長等を計測しようとする場合、スペックルノイズが発生し計測精度が低下するという問題がある。
【００５５】
すなわち上述したように拡散板１０で、「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という副次的な作用３）が生じる。これによりフリンジ像の結像面であるラインセンサ１１上でランダムなスペックルノイズが発生する。図２（ｂ）に示すように、スペックルノイズ１７は、フリンジ波形７上に重畳したノイズとして観測され、フリンジ波形７を局所的に変形させる。このためフリンジ波形７をラインセンサ１１で精度よく検出することができず、レーザ光Ｓの発振中心波長、スペクトル線幅等の計測が精度よく行われなくなる。
【００５６】
スペックルノイズがラインセンサの検出精度に及ぼす影響を低減させる技術に、以下に掲げるものがある。
【００５７】
【従来技術３】
拡散板１０を振動させたり回転させることによって、ラインセンサ１１上で観測されるレーザ光Ｓを時間で積分することにより、上述した「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という副次的な作用３）を抑制してスペックルノイズを低減させる技術がある。下記非特許文献１には、拡散板を振動させることによりスペックルノイズの影響を低減せんとする技術が記載されている。
【００５８】
ここで、振動あるいは回転による拡散板１０の定量的変化量をＮとすれば、
１/√（Ｎ）
に比例してスペックルノイズの振幅を小さくすることができる。
【００５９】
【従来技術４】
また後掲する特許文献４には、拡散板とエタロンとの間に、通常のレンズを配置してラインセンサ上で拡散されるレーザ光をラインセンサの検出面方向に圧縮する技術が記載されている。
【００６０】
【特許文献１】
特開平１１−２９８０８４号公報
【特許文献２】
特開平６−１８８５０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−３６５１４１号公報
【特許文献４】
特開２００２−３６５１４１号公報
【非特許文献１】
WWW.mellesgriot.com
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すレーザ装置は、パルス発振レーザである。このためエタロン分光器２１ではレーザ光Ｓの１パルス毎に計測を行う必要がある。１パルス毎の計測を正確に行うためには１パルスの時間内でラインセンサ１１上でレーザ光Ｓを積分する必要がある。
【００６１】
しかしパルス発振レーザにおいて、１パルスの時間は２０ｎｓｅｃ〜８０ｎｓｅｃ程度であり非常に短い。この短い時間内に、ラインセンサ１１上で十分な積分効果を得てスペックルノイズの影響を十分に低減することは難しい。
【００６２】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エタロン分光器で非常に短い１パルス毎にレーザ光の発振中心波長等を計測するに際して、その短時間内にラインセンサ上で充分な積分効果を得てスペックルノイズを十分に低減させて短時間での計測を精度よく行えるようにすることを解決課題とするものである。
【００６３】
また図１０において、エタロン分光器２１には、出力ミラー４２から出射されるレーザ光Ｓの一部が入射されて計測が行われる。ここで露光装置側に入射されるレーザ光Ｓの光量を十分確保するために、エタロン分光器２１に入射されるレーザ光Ｓの光量は極力小さくしたいとの要請がある。
【００６４】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エタロン分光器２１で、従来よりも少ない入射光量をもって計測を行えるようにして露光装置側に優先的に、より多くの光量を供給することを解決課題とするものである。
【００６５】
【課題を解決するための手段および効果】
第１発明は、
レーザ光が入射されレーザ光を拡散して出射する拡散板と、前記拡散板で拡散されたレーザ光を分光するエタロンと、前記エタロンで分光されたレーザ光をフリンジ像として結像させる結像レンズと、複数の画素が横方向に配列されたラインセンサであって、前記結像レンズによってフリンジ像が結像され、フリンジ波形の光強度分布を検出するラインセンサとが設けられ、前記ラインセンサで検出されたフリンジ波形の光強度分布に基づきレーザ光のスペクトルまたは発振中心波長を計測するようにした分光器において、
前記拡散板で拡散されたレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるシリンドリカルレンズが、
前記拡散板と前記エタロンとの間に配置されていること
を特徴とする。
【００６６】
第１発明によれば、図４に示すように、拡散板１０とエタロン９の間には、拡散板１０で拡散されるレーザ光Ｓを一方向のみに倍率縮小するシリンドリカルレンズ１２が配置されている。シリンドリカルレンズ１２は、拡散板１０で拡散されるレーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小してエタロン９に入射させる。
【００６７】
レーザ光Ｓがラインセンサ１１の縦方向のみに縮小されると、図４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１１上でフリンジ波形７に重畳されたスペックルノイズ１７（図２（ｂ））が縦方向に圧縮され、空間的にラインセンサ１１上で積分される。このためスペックルノイズ１７の振幅を小さくすることができる。
【００６８】
本発明によれば、スペックルノイズ１７をラインセンサ１１の縦方向に空間的に積分してスペックルノイズ１７を低減するようにしたので、拡散板１０を振動あるいは回転させて時間的に積分する従来技術と比較して、レーザの１パルスという短時間内にスペックルノイズ１７を十分に抑制することができる。このため１パルス毎という短時間ごとの計測を精度よく行うことができる。また振動や回転させるための可動部がないため安定してスペックルノイズ１７を抑制することができる。
【００６９】
またレーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小させるようにしているため、レーザ光Ｓはラインセンサ１１の縦方向に圧縮されてラインセンサ１１上に集光される。このためエタロン分光器２１（拡散板１０）に対して、より少ない入射光量で計測を行うことができる。このため露光装置側により多くの光量を優先して供給することができる。
【００７０】
ここで上述した従来技術４と対比する。従来技術４では、シリンドリカルレンズではなく通常のレンズが用いられる。通常のレンズではラインセンサの縦方向のみならず横方向にも光が縮小される。このためラインセンサで横方向に沿った光強度分布を精度よく検出できなくなるおそれがある。
【００７１】
第２発明は、
レーザ光が入射されレーザ光を拡散して出射する拡散板と、前記拡散板で拡散されたレーザ光を分光するエタロンと、前記エタロンで分光されたレーザ光をフリンジ像として結像させる結像レンズと、複数の画素が横方向に配列されたラインセンサであって、前記結像レンズによってフリンジ像が結像され、フリンジ波形の光強度分布を検出するラインセンサとが設けられ、前記ラインセンサで検出されたフリンジ波形の光強度分布に基づきレーザ光のスペクトルまたは発振中心波長を計測するようにした分光器において、
前記拡散板により拡散したレーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズで集光したレーザ光が導かれる光ファイバと、
前記光ファイバから出射されるレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるシリンドリカルレンズとが、
前記拡散板と前記エタロンとの間に配置されていること
を特徴とする。
【００７２】
第２発明では、図８に示すように、レーザ光Ｓのビームは拡散板１０に入射され拡散板１０により拡散されて出射される。拡散板１０が拡散されたレーザ光Ｓは集光レンズ１３により集光され、光ファイバ１６の入射口１６ａに導かれる。レーザ光Ｓは光ファイバ１６を通過し光ファイバ１６の出射口１６ｂから出射される。光ファイバ１６の出射口１６ｂから出射されたレーザ光Ｓは、シリンドリカルレンズ１２に入射される。シリンドリカルレンズ１２は、レーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小してエタロン９に入射させる。レーザ光Ｓがエタロン９を透過すると、ファブリ・ペロ干渉により分光される。エタロン９で分光されたレーザ光Ｓは結像レンズ６に入射されフリンジ像を結像レンズ６の焦点距離ｆの位置に結像させる。結像レンズ６からその焦点距離ｆだけ離間された位置にはラインセンサ１１が配置されている。ラインセンサ１１上にはフリンジ像が結像され、フリンジ波形７の光強度分布が横方向に配列された各画素によって検出される。
【００７３】
第２発明によれば、第１発明と同様に、シリンドリカルレンズ１２によって、レーザ光Ｓがラインセンサ１１の縦方向のみに縮小されるため、図４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１１上でフリンジ波形７に重畳されたスペックルノイズ１７（図２（ｂ））が縦方向に圧縮され、空間的にラインセンサ１１上で積分される。このためスペックルノイズ１７の振幅を小さくすることができる。この結果、第１発明と同様な効果を奏効する。
【００７４】
第３発明は、第１発明または第２発明において、
前記シリンドリカルレンズは、
前記ラインセンサ上に結像するフリンジ像の縦方向のサイズが、当該ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、前記拡散板で拡散されたレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるものであること
を特徴とする。
【００７５】
第３発明では、図４（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１２を、ラインセンサ１１上に結像するフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、配置、構成する。
【００７６】
これによりラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を圧縮して、空間的に積分する効果が最大となる。この結果スペックルノイズ１７を、より低減させることができスペクトル、発振中心波長の計測精度をより高めることができる。
【００７７】
第４発明は、第１発明において、
前記シリンドリカルレンズは、前記拡散板から当該シリンドリカルレンズの焦点距離だけ離間された位置に配置されていること
を特徴とする。
【００７８】
第４発明によれば、図４（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１２は、拡散板１０から、シリンドリカルレンズ１２のほぼ焦点距離ｆsだけ離間された位置に配置される。これにより拡散板１０により拡散されるレーザ光Ｓを、一方向にほぼコリメートすることができ、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を圧縮する効果を最大に発揮させることができる。
【００７９】
第５発明は、第２発明において、
前記シリンドリカルレンズは、前記光ファイバのレーザ光出射口から当該シリンドリカルレンズの焦点距離だけ離間された位置に配置されていること
を特徴とする。
【００８０】
第５発明によれば、図８に示すように、シリンドリカルレンズ１２は、光ファイバ１６の出射口１６ｂから、シリンドリカルレンズ１２の焦点距離ｆsだけ離間された位置に配置される。これにより光ファイバ１６の出射口１６ｂより拡散されるレーザ光Ｓを、一方向にコリメートすることができ、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を圧縮する効果を最大に発揮させることができる
第６発明は、第１発明において、
レーザ光を集光して前記拡散板に所定のスポット径で入射させる集光レンズが、前記拡散板の前段に配置されていること
を特徴とする。
【００８１】
すなわち図５において、拡散板１０に入射されるレーザ光Ｓのスポット径をＤ、シリンドリカルレンズ１２と結像レンズ６の合成倍率をβとすると、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬは、次式で表される。
【００８２】
Ｌ＝βＤ …（３）
集光レンズ１３は、拡散板１０にレーザ光Ｓを所定のスポット径Ｄで入射させる。集光レンズ１３によって、レーザ光スポット径Ｄを調整して、上記（３）式における、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬを、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下にすれば、積分効果を最大にすることができる。
【００８３】
第７発明は、第１発明または第６発明において、
前記拡散板に入射されるレーザ光のスポット径をＤ、前記シリンドリカルレンズと前記結像レンズの合成倍率をβとしたとき、
Ｌ＝βＤ
で表される前記ラインセンサ上に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、前記ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、レーザ光スポット径Ｄが調節されていること
を特徴とする。
【００８４】
すなわち図４または図５において、拡散板１０に入射されるレーザ光Ｓのスポット径をＤ、シリンドリカルレンズ１２と結像レンズ６の合成倍率をβとすると、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬは、次式で表される。
【００８５】
Ｌ＝βＤ …（３）
上記（３）式において、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、レーザ光スポット径Ｄを所望の径に調整すれば、積分効果は最大となる。
【００８６】
第８発明は、第２発明において、
前記光ファイバの径をＤf、前記シリンドリカルレンズと前記結像レンズの合成倍率をβとしたとき、
Ｌ＝βＤf
で表される前記ラインセンサ上に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、前記ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、光ファイバの径Ｄfが調節されていること
を特徴とする。
【００８７】
すなわち図８において、光ファイバ１６のファイバ径をＤf、シリンドリカルレンズ１２と結像レンズ６の合成倍率をβとすると、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬは、次式で表される。
【００８８】
Ｌ＝βＤf …（４）
上記（４）式において、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、ファイバ径Ｄfを所望の径に調整すれば、積分効果は最大となる。
【００８９】
第９発明は、第１発明または第２発明において、
前記ラインセンサは、縦方向の画素サイズが、横方向の画素サイズよりも大きいこと
を特徴とする。
【００９０】
すなわち、ラインセンサ１１として、縦方向の画素サイズ（たとえば０．４ｍｍ）が横方向の画素サイズ（たとえば０．０２５ｍｍ）よりも大きなものを用いてことで、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を積分する効果を高めることができる。
【００９１】
第１０発明は、第１発明において、
前記拡散板は、回転または振動すること
を特徴とする。
【００９２】
第１０発明によれば、図７に示すように、拡散板１０が回転する。これによりラインセンサ１１上で観測されるレーザ光Ｓが時間で積分され、「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という拡散板１０の副次的な作用が抑制されスペックルノイズ１７が低減される。すなわちシリンドリカルレンズ１２によるスペックルノイズ１７の空間的な積分効果に、時間積分効果が加わることにより、スペックルノイズ１７を更に低減させることができる。
【００９３】
また拡散板１０が、ブザー、音叉、圧電素子などの各種振動子、振動手段を用いて３次元的に振動する。この場合も同様な効果が得られる。
【００９４】
第１１発明は、第２発明において、
前記光ファイバは、振動すること
を特徴とする。
【００９５】
第１１発明によれば、図８に示す光ファイバ１６が振動する。光ファイバ１６が振動すると、ラインセンサ１１上で観測されるレーザ光Ｓが時間で積分され、「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という拡散板１０と光ファイバ１６とによる副次的な作用が抑制されスペックルノイズ１７が低減される。すなわちシリンドリカルレンズ１２によるスペックルノイズ１７の空間的な積分効果に、時間積分効果が加わることにより、スペックルノイズ１７を更に低減させることができる。
【００９６】
第１２発明は、第１発明または第２発明の分光器を備えたレーザ装置であることを特徴とする。
【００９７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る分光器およびこの分光器を備えたレーザ装置の実施の形態について説明する。
【００９８】
図１０は、実施形態のエタロン分光器２１を備えた狭帯域化レーザ装置の構成を示している。
【００９９】
図１０のレーザ装置はＦ2レーザ装置を想定している。Ｆ2レーザ装置では、レーザチャンバ４０内に、Ｆ2レーザを励起する媒質としてのフッ素ガスＦ2と、ヘリウムＨe、ネオンＮe等のバッファガスとからなるレーザガスが充填されている。
【０１００】
すなわち図示しないフッ素ガス用ボンベがガス供給ライン４６を介してレーザチャンバ４０に連通している。同様に図示しないバッファガス用ボンベがガス供給ライン４５を介してレーザチャンバ４０に連通している。またレーザチャンバ４０は排気ライン４７を介しフッ素トラップを経て外気に連通している。
【０１０１】
ガス供給ライン４５、ガス供給ライン４６、排気ライン４７上にはそれぞれバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3が設けられている。コントローラ３０は、バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の開口量を調整して、レーザチャンバ４０内へのバッファガス、フッ素ガスＦ2の供給量を制御するとともに、レーザチャンバ４０から外気へのレーザガスの排出量を制御する。
【０１０２】
レーザチャンバ４０内には所定の距離だけ離間されて一対の電極４１ａ、４１ｂが対向して配置されている。一対の電極４１ａ、４１ｂは、図１０の図中、上下に設けられており、左右方向が長手方向となるカソード電極とアノード電極である。
【０１０３】
高電圧パルス発生装置としての電源５０にコントローラ３０からパルス発生指令が加えられると、この電源５０は、電極４１ａ、４１ｂ間に高電圧を印加する。これにより電極４１ａ、４１ｂ間の放電部４９で放電が発生しレーザガスが励起しレーザ光Ｓが生成される。
【０１０４】
レーザチャンバ４０内には図示しないファンとラジエータが設けられている。レーザガスは上記ファンによってレーザチャンバ４０内で循環し、放電により高温となったガスは上記ラジエータによって冷却される。
【０１０５】
レーザチャンバ４０の図中左端、右端には、両者がハの字となるブリュースタ角度をもって、あるいは両者が平行となるブリュースタ角度をもって、チャンバウインドウ４８ａ、４８ｂがそれぞれ設けられている。
【０１０６】
狭帯域化モジュール６０は、一方のウインドウ４８ａ側にあってレーザチャンバ４０外に設けられている。
【０１０７】
狭帯域化モジュール６０は、回折格子（グレーティング）６２と、１個若しくは複数個のプリズムからなるビーム拡大器６１とから構成されている。回折格子６２は、波長選択機能を備え、レーザ光Ｓのスペクトルを狭帯域化する。回折格子６２は、コントローラ３０によりその回転角度が駆動制御され、回折格子６２へのレーザ光Ｓの入射角度が変化する。回折格子６２へのレーザ光Ｓの入射角度が変化することによって、レーザ光Ｓの発振中心波長が変化する。なお回折格子（グレーティング）ではなく、狭帯域化モジュール６０内のいずれかのプリズムを変化させることによってもレーザ光Ｓの発振中心波長を変化させることができる。
【０１０８】
なお狭帯域化モジュール６０を、回折格子６２とビーム拡大器（プリズム）６１の代わりに、リアミラーとエタロンとにより構成してもよい。この場合、エタロンの回転角またはエタロンギャップ間のガス圧力（気体の屈折率）を変化させることにより、レーザ光Ｓの発振中心波長が変化する。
【０１０９】
レーザチャンバ４０外にあって他方のウインドウ４８ｂ側には、フロントミラーとしての出力ミラー４２が設けられている。また出力ミラー４２のレーザ光出射側には、ビームスプリッタ４３が設けられている。
【０１１０】
回折格子６２はリアミラーとして機能し、回折格子（リアミラー）６２とレーザチャンバ４０内の放電部４９と出力ミラー（フロントミラー）４２とによってレーザ共振器が構成される。レーザチャンバ４０内で生成されたレーザ光Ｓは、回折格子６２と、放電部４９と、出力ミラー４２との間を往復移動する。これによりレーザ光Ｓは狭帯域化され、出力ミラー４２、ビームスプリッタ４３を透過して、狭帯域化されたレーザ光Ｓとして露光装置側に出射される。
【０１１１】
出力ミラー４２から出射されたレーザ光Ｓの一部は、ビームスプリッタ４３により反射され、分岐されて、モニタモジュール２０に入射される。
【０１１２】
モニタモジュール２０は、後述するエタロン分光器２１とデータ処理器２２とからなる。
【０１１３】
モニタモジュール２０では、レーザ光Ｓの出力（パワー）、発振中心波長、スペクトル線幅等が計測され、計測されたデータがコントローラ３０に送出される。
【０１１４】
コントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓの発振中心波長のデータに基づいて、所望の発振中心波長、所望のスペクトル線幅等が得られるように、狭帯域化モジュール６０内の回折格子６２の回転角度を駆動制御する。
【０１１５】
またコントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓの出力（パワー）のデータに基づいて、所望のレーザ出力が得られるように、電源５０にパルス発生指令を与えるとともに必要に応じてバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の開口量を変化させて、電極４１ａ、４１ｂ間の印加電圧値、レーザチャンバ４０内のレーザガスの圧力を制御する。
【０１１６】
またコントローラ３０は、モニタモジュール２０で計測されたレーザ光Ｓのスペクトル線幅のデータに基づいて、所望のスペクトル線幅が得られるように、バルブＶ2の開口量を変化させて、レーザチャンバ４０内のフッ素ガスＦ2の濃度を制御する。
【０１１７】
実施形態では、一段のレーザチャンバからなるレーザ装置を想定している。しかし、二段のレーザチャンバからなる注入同期（インジェクションロック）方式やＭＯＰＡ方式のレーザ装置に、エタロン分光器２１を組み込む実施も可能である。
【０１１８】
さて上述したレーザ装置で、レーザ光Ｓの発振中心波長、レーザ出力、スペクトル線幅等をリアルタイムに正確に制御するためには、モニタモジュール２０のエタロン分光器２１で、レーザ光Ｓの発振パルス毎に、発振中心波長、レーザ出力、スペクトル線幅等を精度よく高速に計測することが必要となる。
【０１１９】
つぎにエタロン分光器２１について説明する。
【０１２０】
（実施例１）
図４（ａ）、（ｂ）は実施例１のエタロン分光器２１を示している。図４（ａ）はラインセンサ１１の横方向が図中上下方向となる矢視方向で示した図であり、図４（ｂ）はラインセンサ１１の縦方向が図中上下方向となる矢視方向で示した図である。
【０１２１】
これら図４に示すように、レーザ光Ｓの光軸に沿って、入射側より順に、拡散板１０、シリンドリカルレンズ１２、エタロン９、結像レンズ６、ラインセンサ１１が配置されている。
【０１２２】
拡散板１０は、たとえば石英やＣaＦ2結晶基板の表面を粗く研磨して表面を梨地状にした、すりガラス基板が用いられる。
【０１２３】
レーザ光Ｓのビームは拡散板１０に入射され拡散板１０により拡散されて出射される。拡散板１０は、その後段（レーザ光出射側）に配置されるエタロン９に、入射ビームの空間的な光量分布、入射ビームの角度に依存しない光を提供し、レーザ光のスペクトルを正確に計測できるようにする。
【０１２４】
拡散板１０で拡散されたレーザ光Ｓはシリンドリカルレンズ１２を介してエタロン９に入射され、エタロン９を透過することによりレーザ光Ｓが、前述したファブリ・ペロ干渉により分光される。エタロン９で分光されたレーザ光Ｓは結像レンズ６に入射されフリンジ像を結像レンズ６の焦点距離ｆの位置に結像させる。結像レンズ６からその焦点距離ｆだけ離間された位置にはラインセンサ１１が配置されている。ラインセンサ１１は、たとえば横方向に５１２個の画素が直線状に配列され、縦方向の画素サイズが０．４ｍｍで横方向の画素サイズが０．０２５ｍｍのものが用いられる。
【０１２５】
ラインセンサ１１上にはフリンジ像が結像され、フリンジ波形７の光強度分布が横方向に配列された各画素によって検出される。
【０１２６】
ここで拡散板１０とエタロン９の間には、拡散板１０で拡散されるレーザ光Ｓを一方向のみに倍率縮小するシリンドリカルレンズ１２が配置されている。
【０１２７】
シリンドリカルレンズ１２は、拡散板１０で拡散されるレーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小してエタロン９に入射させる。
【０１２８】
レーザ光Ｓがラインセンサ１１の縦方向のみに縮小されると、図４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１１上でフリンジ波形７に重畳されたスペックルノイズ１７（図２（ｂ））が縦方向に圧縮され、空間的にラインセンサ１１上で積分される。このためスペックルノイズ１７の振幅を小さくすることができる。
【０１２９】
ここで、ラインセンサ１１上での圧縮率をＭとすれば、
１/√（Ｍ）
に比例してスペックルノイズ１７の振幅を小さくすることができる。
【０１３０】
図９（ａ）、（ｂ）は、シリンドリカルレンズ１２を配置しないでエタロン分光器２１を構成した従来の場合のラインセンサ１１の縦方向のスペックルノイズ１７のパターン９０（図９（ａ））と、シリンドリカルレンズ１２を配置してエタロン分光器２１を構成した本発明の場合のラインセンサ１１の縦方向のスペックルノイズ１７のパターン９１（図９（ｂ））とを比較して示している。シリンドリカルレンズ１２を配置することによりスペックルノイズ１７がより多く積分されていることがわかる。
【０１３１】
本実施例によれば、スペックルノイズ１７をラインセンサ１１の縦方向に空間的に積分してスペックルノイズ１７を低減するようにしたので、拡散板１０を振動あるいは回転させて時間的に積分する従来技術と比較して、レーザの１パルスという短時間内にスペックルノイズ１７を十分に抑制することができる。このため１パルス毎という短時間ごとの計測を精度よく行うことができる。また振動や回転させるための可動部がないため安定してスペックルノイズ１７を抑制することができる。
【０１３２】
またレーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小させるようにしているため、レーザ光Ｓはラインセンサ１１の縦方向に圧縮されてラインセンサ１１上に集光される。このためエタロン分光器２１（拡散板１０）に対して、より少ない入射光量で計測を行うことができる。このため露光装置側により多くの光量を優先して供給することができる。
【０１３３】
ここで上述した従来技術４と対比する。従来技術４では、シリンドリカルレンズではなく通常のレンズが用いられる。通常のレンズではラインセンサの縦方向のみならず横方向にも光が縮小される。このためラインセンサで横方向に沿った光強度分布を精度よく検出できなくなるおそれがある。
【０１３４】
図４（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１２は、拡散板１０から、シリンドリカルレンズ１２のほぼ焦点距離ｆsだけ離間された位置に配置されている。これにより拡散板１０により拡散されるレーザ光Ｓを、一方向にほぼコリメートすることができ、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を圧縮する効果を最大に発揮させることができる。
【０１３５】
また拡散板１０に入射されるレーザ光Ｓのスポット径Ｄを調節することにより、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を積分する効果を、より高めることができる。
【０１３６】
すなわち図４において、シリンドリカルレンズ１２と結像レンズ６の合成倍率をβとすると、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬは、次式で表される。
【０１３７】
Ｌ＝βＤ …（３）
上記（３）式において、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、レーザ光スポット径Ｄを所望の径に調整すれば、積分効果は最大となる。
【０１３８】
具体的な構成例は、図５に示される。図５は、図４（ｂ）に対応する図中上下方向がラインセンサ縦方向となる図であり実施例１の変形例を示している。
【０１３９】
図５に示すエタロン分光器２１では、拡散板１０の前段（レーザ光入射側）に、集光レンズ１３が配置される。集光レンズ１３に入射されたレーザ光Ｓは集光され拡散板１０にレーザ光スポット径Ｄをもって照射される。
【０１４０】
以上のように、シリンドリカルレンズ１２は、ラインセンサ１１上に結像するフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、配置、構成することが望ましい。
【０１４１】
本実施例では、ラインセンサ１１として、縦方向の画素サイズ（０．４ｍｍ）が横方向の画素サイズ（０．０２５ｍｍ）よりも大きなものを用いている。このように縦方向の画素サイズが横方向の画素サイズよりも大きなラインセンサ１１を用いることで、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を積分する効果が高められている。ただし縦方向の画素サイズが横方向の画素サイズに対して大きすぎると、同心円状のフリンジ波形７とラインセンサ１１の幾何学的な関係から、ラインセンサ１１で観測されるフリンジ波形７に歪みが生じるおそれがある。
【０１４２】
上述した説明では、拡散板１０と、シリンドリカルレンズ１２とが別体の光学部材である場合を想定したが、これら拡散板１０の機能とシリンドリカルレンズ１２の機能とを一体の光学部材に併せ持たせる実施も可能である。
【０１４３】
具体的な構成例は、図６に示される。図６は、図４（ｂ）に対応する図中上下方向がラインセンサ縦方向となる図であり実施例１の変形例を示している。
【０１４４】
図６に示すエタロン分光器２１では、エタロン９の前段（レーザ光入射側）に、平凸シリンドリカルレンズ１４が配置される。この平凸シリンドリカルレンズ１４の前段に、集光レンズ１３が配置される。平凸シリンドリカルレンズ１４の平らな入射面１４ａは、図４、図５の拡散板１０と同様な梨地面に形成されている。
【０１４５】
集光レンズ１３に入射されたレーザ光Ｓは集光され平凸シリンドリカルレンズ１４の入射面１４ａにレーザ光スポット径Ｄをもって照射される。平凸シリンドリカルレンズ１４では、レーザ光Ｓが拡散されるとともに、拡散されたレーザ光Ｓはラインセンサ１１の縦方向のみに縮小される。そして、ラインセンサ１１上で、フリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ以下にされる。
【０１４６】
（実施例２）
上述した説明では、拡散板１０が固定配置される場合を想定して説明したが、拡散板１０を回転させたり振動させたりして、よりスペックルノイズ１７の積分効果を高めてもよい。
【０１４７】
図７は、図５に対応する図中上下方向がラインセンサ縦方向となる図であり実施例２のエタロン分光器２１を示している。
【０１４８】
図７に示すエタロン分光器２１では、図５の構成と同様に、シリンドリカルレンズ１２の前段（レーザ光入射側）に、拡散板１０が配置され、更に拡散板１０の前段に、集光レンズ１３が配置されている。
【０１４９】
拡散板１０は、レーザ光入射面および出射面がたとえば円形状に形成されており、その面中心に、回転モータ１５の回転軸１５ａが固定されている。
【０１５０】
回転モータ１５が駆動されると、回転軸１５ａが回転しこれに伴い拡散板１０が回転する。これによりラインセンサ１１上で観測されるレーザ光Ｓが時間で積分され、前述した「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という副次的な作用３）が抑制されスペックルノイズ１７が低減される。すなわちシリンドリカルレンズ１２によるスペックルノイズ１７の空間的な積分効果に、時間積分効果が加わることにより、スペックルノイズ１７を更に低減させることができる。
【０１５１】
なお拡散板１０を回転させる代わりに、ブザー、音叉、圧電素子などの各種振動子、振動手段を用いて３次元的に拡散板１０を振動させても、同様な効果が得られる。
【０１５２】
（実施例３）
図４に示すエタロン分光器２１では、拡散板１０で拡散されたレーザ光Ｓを直接シリンドリカルレンズ１２に導くようにしているが、図８に示すように、拡散板１０とシリンドリカルレンズ１２との間に、集光レンズ１３と、光ファイバ１６を配置して、これら集光レンズ１３、光ファイバ１６を介してレーザ光Ｓをシリンドリカルレンズ１２に導くように構成してもよい。
【０１５３】
図８は、図４（ｂ）に対応する図中上下方向がラインセンサ縦方向となる図であり実施例３のエタロン分光器２１を示している。
【０１５４】
図８に示すように、レーザ光Ｓの光軸に沿って、入射側より順に、拡散板１０、集光レンズ１３、光ファイバ１６、シリンドリカルレンズ１２、エタロン９、結像レンズ６、ラインセンサ１１が配置されている。
【０１５５】
レーザ光Ｓのビームは拡散板１０に入射され拡散板１０により拡散されて出射される。拡散板１０が拡散されたレーザ光Ｓは集光レンズ１３により集光され、光ファイバ１６の入射口１６ａに導かれる。レーザ光Ｓは光ファイバ１６を通過し光ファイバ１６の出射口１６ｂから出射される。
【０１５６】
光ファイバ１６の出射口１６ｂから出射されたレーザ光Ｓは、シリンドリカルレンズ１２に入射される。シリンドリカルレンズ１２は、レーザ光Ｓをラインセンサ１１の縦方向のみに縮小してエタロン９に入射させる。
【０１５７】
レーザ光Ｓがエタロン９を透過すると、前述したファブリ・ペロ干渉により分光される。エタロン９で分光されたレーザ光Ｓは結像レンズ６に入射されフリンジ像を結像レンズ６の焦点距離ｆの位置に結像させる。結像レンズ６からその焦点距離ｆだけ離間された位置にはラインセンサ１１が配置されている。ラインセンサ１１上にはフリンジ像が結像され、フリンジ波形７の光強度分布が横方向に配列された各画素によって検出される。
【０１５８】
図４のエタロン分光器２１と同様に、シリンドリカルレンズ１２によって、レーザ光Ｓがラインセンサ１１の縦方向のみに縮小されるため、図４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１１上でフリンジ波形７に重畳されたスペックルノイズ１７（図２（ｂ））が縦方向に圧縮され、空間的にラインセンサ１１上で積分される。このためスペックルノイズ１７の振幅を小さくすることができる。
【０１５９】
この実施例３の拡散板１０と光ファイバ１６は、図４のエタロン分光器２１の拡散板１０として機能する。
【０１６０】
すなわち図８の拡散板１０と光ファイバ１６は、
１）入射ビームの空間的な光量分布を均一化する。
【０１６１】
２）入射ビームの角度をランダムに分布させる。
【０１６２】
という作用をもたらし、光ファイバ１６の後段（レーザ光出射側）に配置されるエタロン９に、入射ビームの空間的な光量分布、入射ビームの角度に依存しない光を提供し、レーザ光のスペクトルを正確に計測できるようにする。
【０１６３】
また図８の拡散板１０と光ファイバ１６はつぎのような副次的な作用を生じさせる。
【０１６４】
３）入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる。
【０１６５】
拡散板１０と光ファイバ１６を用いた場合（図８）には、光ファイバ１６で導かれる光量が少ないという点を考慮する必要があるものの、上記１）、２）、３）に示す作用は、図４の拡散板１０のみを用いた場合（図４）と比較して、より理想的に強くなる。
【０１６６】
図８に示すように、シリンドリカルレンズ１２は、光ファイバ１６の出射口１６ｂから、シリンドリカルレンズ１２のほぼ焦点距離ｆsだけ離間された位置に配置されている。これにより光ファイバ１６の出射口１６ｂより拡散されるレーザ光Ｓを、一方向にほぼコリメートすることができ、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を圧縮する効果を最大に発揮させることができる。
【０１６７】
また光ファイバ１６のファイバ径Ｄfを調節することにより、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を積分する効果を、より高めることができる。
【０１６８】
すなわち図８において、シリンドリカルレンズ１２と結像レンズ６の合成倍率をβとすると、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬは、次式で表される。
【０１６９】
Ｌ＝βＤf …（４）
上記（４）式において、ラインセンサ１１に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、ファイバ径Ｄfを所望の径に調整すれば、積分効果は最大となる。
【０１７０】
以上のように、シリンドリカルレンズ１２は、ラインセンサ１１上に結像するフリンジ像の縦方向のサイズＬが、ラインセンサ１１の縦方向の画素サイズ（例えば０．４ｍｍ）以下となるように、配置、構成することが望ましい。
【０１７１】
また本実施例３でも上述した実施例１、２と同様に、ラインセンサ１１として、縦方向の画素サイズ（０．４ｍｍ）が横方向の画素サイズ（０．０２５ｍｍ）よりも大きなものを用いるようにすれば、ラインセンサ１１の縦方向にスペックルノイズ１７を積分する効果をより高めることができる。ただし縦方向の画素サイズが横方向の画素サイズに対して大きすぎると、同心円状のフリンジ波形７とラインセンサ１１の幾何学的な関係から、ラインセンサ１１で観測されるフリンジ波形７に歪みが生じるおそれがある。
【０１７２】
また光ファイバ１６を振動させて、よりスペックルノイズ１７の積分効果を高めてもよい。光ファイバ１６が振動すると、ラインセンサ１１上で観測されるレーザ光Ｓが時間で積分され、上述した「入射ビームの空間的なコヒーレンスが低下するとともに偏光がランダムになる」という副次的な作用３）が抑制されスペックルノイズ１７が低減される。すなわちシリンドリカルレンズ１２によるスペックルノイズ１７の空間的な積分効果に、時間積分効果が加わることにより、スペックルノイズ１７を更に低減させることができる。
【０１７３】
つぎに上述したエタロン分光器２１で計測されたレーザ光Ｓの発振中心波長、スペクトル（スペクトル線幅、スペクトル純度等）に基づく制御例について説明する。
【０１７４】
（スペクトル純度の制御例）
図１０のモニタモジュール２１のエタロン分光器２１では、レーザ光Ｓの１パルス毎にラインセンサ１１上のフリンジ波形７の光強度分布が検出され、その検出値がデータ処理機２２に送出される。データ処理機２２では、光強度分布検出値に基づき、レーザ光Ｓのスペクトル純度が計測される。計測されたスペクトル純度のデータは、コントローラ３０に送出される。コントローラ３０では、計測されたスペクトル純度とスペクトル純度所望値とが比較され、計測値が所望値から外れている場合には、バルブＶ2の開口量を所定量だけ調整してレーザチャンバ４０内のフッ素ガスＦ2の濃度を変化させる。たとえば計測されたスペクトル純度がしきい値以下の場合には、フッ素ガスＦ2の濃度を薄くする。コントローラ３０は、計測されたスペクトル純度が所望値に達するまでバルブＶ2の開口量を調整する処理を繰り返し実行する。これによりレーザ光Ｓのスペクトル純度は所望のスペクトル純度に維持される。
【０１７５】
（発振中心波長の制御例）
図１０のモニタモジュール２１のエタロン分光器２１では、レーザ光Ｓの１パルス毎にラインセンサ１１上のフリンジ波形７の光強度分布が検出され、その検出値がデータ処理機２２に送出される。データ処理機２２では、光強度分布検出値に基づき、レーザ光Ｓの発振中心波長が計測される。計測された発振中心波長のデータは、コントローラ３０に送出される。コントローラ３０では、計測された発振中心波長と中心波長所望値とが比較され、計測値が所望値から外れている場合には、狭帯域化モジュール６０の回折格子６２の回転角度を所定角度だけ調整して回折格子６２へのレーザ光入射角度を変化させる。コントローラ３０は、計測された発振中心波長が所望値に達するまで回折格子６２の回転角度を調整する処理を繰り返し実行する。これによりレーザ光Ｓの発振中心波長は所望の中心波長に維持される。
【０１７６】
なお各実施例のエタロン分光器２１で使用されるレンズの表面は、使用するレーザ光Ｓの波長に合わせてＡＲコーティングが施されていることが望ましい。
【０１７７】
また本実施形態は、レーザ装置としてフッ素分子レーザを想定して説明したが、半導体露光光源として用いられる狭帯域レーザであれば本発明の適用が可能であり、ＫrＦエキシマレーザ、ＡrＦエキシマレーザに本実施形態のエタロン分光器を組み込むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はエタロンの構造を示す図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）はファブリ・ペロ干渉およびフリンジ波形を説明する図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は従来のエタロン分光器の構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は実施例１のエタロン分光器の構成を示す図である。
【図５】図５は図４（ｂ）に対応する実施例１の変形例を示す図である。
【図６】図６は図４（ｂ）に対応する実施例１の変形例を示す図である。
【図７】図７は図５に対応する実施例２の構成を示す図である。
【図８】図８は図４（ｂ）に対応する実施例３の構成を示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）はシリンドリカルレンズによる積分効果を説明するために用いた図である。
【図１０】図１０はエタロン分光器を備えたレーザ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
６ 結像レンズ
７ フリンジ波形
９ エタロン
１１ ラインセンサ
１２ シリンドリカルレンズ
１３ 集光レンズ
１５ 回転モータ
１６ 光ファイバ
２１ エタロン分光器

Claims (12)

1. レーザ光が入射されレーザ光を拡散して出射する拡散板と、前記拡散板で拡散されたレーザ光を分光するエタロンと、前記エタロンで分光されたレーザ光をフリンジ像として結像させる結像レンズと、複数の画素が横方向に配列されたラインセンサであって、前記結像レンズによってフリンジ像が結像され、フリンジ波形の光強度分布を検出するラインセンサとが設けられ、前記ラインセンサで検出されたフリンジ波形の光強度分布に基づきレーザ光のスペクトルまたは発振中心波長を計測するようにした分光器において、
   前記拡散板で拡散されたレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるシリンドリカルレンズが、
   前記拡散板と前記エタロンとの間に配置されていること
   を特徴とする分光器。
2. レーザ光が入射されレーザ光を拡散して出射する拡散板と、前記拡散板で拡散されたレーザ光を分光するエタロンと、前記エタロンで分光されたレーザ光をフリンジ像として結像させる結像レンズと、複数の画素が横方向に配列されたラインセンサであって、前記結像レンズによってフリンジ像が結像され、フリンジ波形の光強度分布を検出するラインセンサとが設けられ、前記ラインセンサで検出されたフリンジ波形の光強度分布に基づきレーザ光のスペクトルまたは発振中心波長を計測するようにした分光器において、
   前記拡散板により拡散したレーザ光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズで集光したレーザ光が導かれる光ファイバと、
   前記光ファイバから出射されるレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるシリンドリカルレンズとが、
   前記拡散板と前記エタロンとの間に配置されていること
   を特徴とする分光器。
3. 前記シリンドリカルレンズは、
   前記ラインセンサ上に結像するフリンジ像の縦方向のサイズが、当該ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、前記拡散板で拡散されたレーザ光を前記ラインセンサの縦方向のみに縮小させて前記エタロンに入射させるものであること
   を特徴とする請求項１または２記載の分光器。
4. 前記シリンドリカルレンズは、前記拡散板から当該シリンドリカルレンズの焦点距離だけ離間された位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の分光器。
5. 前記シリンドリカルレンズは、前記光ファイバのレーザ光出射口から当該シリンドリカルレンズの焦点距離だけ離間された位置に配置されていること
   を特徴とする請求項２記載の分光器。
6. レーザ光を集光して前記拡散板に所定のスポット径で入射させる集光レンズが、前記拡散板の前段に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の分光器。
7. 前記拡散板に入射されるレーザ光のスポット径をＤ、前記シリンドリカルレンズと前記結像レンズの合成倍率をβとしたとき、
   Ｌ＝βＤ
   で表される前記ラインセンサ上に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、前記ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、レーザ光スポット径Ｄが調節されていること
   を特徴とする請求項１または６記載の分光器。
8. 前記光ファイバの径をＤf、前記シリンドリカルレンズと前記結像レンズの合成倍率をβとしたとき、
   Ｌ＝βＤf
   で表される前記ラインセンサ上に結像されるフリンジ像の縦方向のサイズＬが、前記ラインセンサの縦方向の画素サイズ以下となるように、光ファイバの径Ｄfが調節されていること
   を特徴とする請求項２記載の分光器。
9. 前記ラインセンサは、縦方向の画素サイズが、横方向の画素サイズよりも大きいこと
   を特徴とする請求項１または２記載の分光器。
10. 前記拡散板は、回転または振動すること
    を特徴とする請求項１記載の分光器。
11. 前記光ファイバは、振動すること
    を特徴とする請求項２記載の分光器。
12. 請求項１または２記載の分光器を備えたレーザ装置。

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