JP4629910B2 - 光スペクトル検出方法、及び、それを用いた光スペクトル検出プログラム、光スペクトル検出装置、分光装置、レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光スペクトル検出方法に関し、特に、エキシマレーザやＦ2（フッ素分子）レーザの出力光のスペクトル（波長やスペクトル幅を含む）を検出するために用いられる光スペクトル検出方法に関する。さらに、本発明は、そのような光スペクトル検出方法を用いた光スペクトル検出プログラム、光スペクトル検出装置、分光装置、レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度の向上に伴い、露光装置の光源として、短波長のレーザ光を出力するエキシマレーザやＦ2（フッ素分子：molecular fluorine）レーザが注目されている。これらのレーザ装置は、露光装置の光学系における色収差を小さくするため、狭帯域なスペクトル幅を有するレーザ光を出力することが可能である。これらのレーザ装置から出力されるレーザ光の波長やスペクトル幅を所定の値に維持するために、紫外光のスペクトルを検出できる光スペクトル検出装置が使用されている。
【０００３】
このような光スペクトル検出装置として、日本国特許第２９９７９５６号公報には、エタロンのような分光素子を通過した被測定光が干渉縞（フリンジ）を形成する面の近傍に配置され、入射光をその強度に応じた電気信号に変換するための複数のチャンネルを有する波長検出装置が開示されている。この波長検出装置には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子：charge coupled device）のような撮像素子が光検出器として含まれており、この光検出器の各チャンネルの出力値に基づいてレーザ光のスペクトルの検出を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置の集積度がさらに上昇する傾向にあり、露光装置用のエキシマレーザやＦ2レーザの出力光の波長やスペクトル幅をより高精度に調整する必要が生じている。このため、これらのレーザの出力光のスペクトルを検出する光スペクトル検出装置において、検出精度をさらに向上させることが求められている。
【０００５】
ところで、光スペクトル検出装置に含まれている光検出器の複数のチャンネル間には検出感度やリニアリティ（直線性）のバラツキが存在するので、同じ光強度に対する各チャンネルの出力値は一致しないことが多い。しかしながら、先に述べた様な従来の光スペクトル検出装置においては、各チャンネルの出力値をそのまま用いて被測定光のスペクトル検出を行っていたので、複数のチャンネル間の検出感度やリニアリティのバラツキによる検出誤差が、レーザ光の波長やスペクトル幅の測定誤差となっていた。
【０００６】
また、露光装置によっては、レーザの発振波長を一定の値に維持するように制御する場合があり、このような場合には、分光装置において干渉縞が形成される位置がほぼ一定となる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザでは約２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでは約１９３ｎｍ、フッ素分子レーザでは約１５７ｎｍの波長の光が、光検出器の同一の位置に照射され続けることになる。その結果、当該位置の光検出素子（光検出器の特定のチャンネル）が劣化して、その検出感度が劣化するという現象が生じる。光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化すると、そのチャンネルへの入射光の強度が実際の強度よりも低く検知されるため、被検出光のスペクトル幅が実際の値Δλｒよりも大きい値（Δλｒ＋Δλｗ）として検知されてしまう。このため、レーザ装置がスペックを満たすスペクトル幅の光を出力していても、分光装置における検出結果がスペックアウトしてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化しても、被測定光のスペクトルを高い精度で検出できる光スペクトル検出方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような光スペクトル検出方法を用いた光スペクトル検出プログラム、光スペクトル検出装置、分光装置、レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出方法は、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出する方法であって、被測定光を分光素子に入射させ、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求めるステップと、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求めるステップとを具備する。
【００１０】
また、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出プログラムは、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出するためのプログラムであって、被測定光を分光素子に入射させ、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求める手順と、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求める手順とをＣＰＵに実行させる。
【００１２】
さらに、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出装置は、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置される光検出器であって入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器と、光検出器から出力される検出信号に基づいて検出データを出力するＡ／Ｄ変換手段と、被測定光が分光素子に入射される際にＡ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光の波長を求めると共に、被測定光の波長が所定量変化されて分光素子に入射される際にＡ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光のスペクトル幅を求める信号処理手段とを具備する。
【００１４】
また、本発明の１つの観点に係る分光装置は、入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、分光素子の出射光を結像させる結像手段と、分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、分光素子に入射される光の波長又はスペクトル幅を検出するための本発明に係る光スペクトル検出装置とを具備する。
【００１５】
さらに、本発明の１つの観点に係るレーザ装置は、所定の波長とスペクトル幅とを有するレーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ発振器から入射される入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、分光素子の出射光を結像させる結像手段と、分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、レーザ発振器が発生するレーザ光の波長又はスペクトル幅を検出するための本発明に係る光スペクトル検出装置とを具備する。
【００１６】
本発明の１つの観点によれば、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求めると共に、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求めるので、光検出器の第１群のチャンネルの検出感度が劣化しても被測定光のスペクトル幅を高い精度で求めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基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。また、以下の諸数値は、本発明の実施形態の説明を簡単にするために用いられており、別の数値に変更されても良い。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の構成を示す。この光スペクトル検出装置は、エキシマレーザ光やＦ2（フッ素分子：molecular fluorine）レーザ光のような紫外光のスペクトルを検出するのに適している。
光スペクトル検出装置１００は、エタロンのような分光素子を通過した被測定光が干渉縞（フリンジ）を形成する面の近傍に配置されるイメージセンサ（光検出器）１を含んでいる。イメージセンサ１としては、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子：charge coupled device）のような撮像素子が用いられる。
【００２０】
イメージセンサ１は、入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数（本実施形態においては２５６個）のチャンネルＣＨ０〜ＣＨ２５５を有している。これらのチャンネルは、被測定光の干渉縞の形成面に平行な１つの方向に沿って１列に配列するように設けられている。イメージセンサ１は、電源回路２から電源が供給され、駆動回路３によって駆動されると、複数のチャンネルＣＨ０〜ＣＨ２５５においてそれぞれ生成された複数の検出信号を順次出力する。
【００２１】
イメージセンサ１から出力された検出信号は、増幅回路４によって所定の増幅率で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５に入力される。Ａ／Ｄ変換器５は、増幅回路４から入力された検出信号を、例えば１２ビットの分解能（０〜４０９５）を有するデジタル信号に変換し、検出データとして信号処理部６に順次出力する。
【００２２】
信号処理部６は、被測定光を測定した際にＡ／Ｄ変換器５から出力される検出データを、イメージセンサ１の各チャンネルにおける検出感度の劣化を補正した補正データに変換して出力回路１０に供給する。出力回路１０は、補正データを外部に出力する。
【００２３】
次に、信号処理部６において用いられる補正方法について説明する。
測定対象となるレーザ装置の目標となる発振波長が一定値λｔである場合に、実際の発振波長は（λｔ±Δλ）となるので（±Δλは不感帯）、イメージセンサ１におけるフリンジパターンの形成位置も、波長（λｔ±Δλ）に相当する位置となる。従って、図２に示すように、フリンジが形成されるチャンネルにおけるイメージセンサの検出感度が、紫外線連続照射の影響により劣化してしまう。その結果、スペクトル幅の計測誤差Δλｗが発生し、実際のスペクトル幅がΔλｒであっても、計測されたスペクトル幅は（Δλｒ＋Δλｗ）となって値が増加してしまう。図３に、劣化したイメージセンサを用いた場合における線幅（スペクトル幅）計測値の波長による変化を示す。
【００２４】
第１の補正方法においては、この計測誤差を補正するために、目標波長λｔに近い波長λｄでレーザ装置を発振させてその出力光を光スペクトル検出装置に入射し、そのとき計測されるスペクトル幅を目標波長λｔにおけるスペクトル幅として用いる。ここで、波長λｄのレーザ光のフリンジパターンが、イメージセンサにおいて検出感度の劣化が小さいチャンネルに形成されるように、レーザ光の波長λｄが選択される。
【００２５】
第２の補正方法においては、所定の時期に、光スペクトル検出装置の校正のために用いるテストデータを測定する。このテストデータに基づいて、検出データを補正データに変換するための変換パラメータ、又は、補正データそのものを作成して記憶しておく。被測定光を測定する際には、変換パラメータ又は補正データを用いて、イメージセンサの複数のチャンネルについて検出感度を補正する。
【００２６】
以下、第２の補正方法について詳細に説明する。イメージセンサの複数のチャンネルについて検出感度の補正に用いるテストデータを得るためには、レーザ装置の発振波長をスキャンさせてイメージセンサの各チャンネルの出力のピーク値を測定するか、参照光として広帯域光をイメージセンサに入射してイメージセンサの各チャンネルの出力値を測定する。
【００２７】
レーザ装置の発振波長をスキャンさせる場合には、レーザ装置に追加部品を設けなくても、ソフトウエアで対応できる。また、イメージセンサの各チャンネルに入射する光の強度が高いので、検出信号のＳＮ比が良好となる。ただし、発振波長をスキャンさせる際のパルスごとの出力光のエネルギレベルにバラツキがあるので、イメージセンサのチャンネルごとに複数のパルスを測定し、それらの検出レベルの平均値を求める必要がある。
【００２８】
一方、広帯域光を用いる場合には、広帯域光を得るための追加部品が必要となる。広帯域光としては、多くの波長成分を含む白色光や、紫外領域（例えば波長３００ｎｍ以下）のブロードバンド光のように、レーザ装置のＦＳＲ（フリースペクトラルレンジ）よりも広いスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を有する光を用いることができる。あるいは、広帯域光として、フリーランの発振光や、ＡＳＥＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：増幅された自然放出）光を用いることもできる。ただし、白色光やブロードバンド光を用いる場合には、イメージセンサの各チャンネルに入射する光の強度が低いので、検出信号のＳＮ比も低くなる。
【００２９】
このように、いずれの場合にも一長一短があるが、以下においては、レーザ装置の発振波長をスキャンさせることによる補正方法の例について説明する。
まず、図１及び図４を参照しながら、この補正方法の概要について説明する。図４は、この補正方法を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ１において、光スペクトル検出器の校正命令を受け付けたか否か、又は、前回の校正以降に所定のショット数を越えたか否かについて判断される。校正命令を受け付けたか、又は、所定のショット数を越えた場合には、ステップＳ２に移行して光スペクトル検出器の校正を開始する。いずれにも該当しない場合には、ステップＳ５に移行して被測定光の測定を開始する。
【００３１】
光スペクトル検出器を校正するために、ステップＳ２において、レーザ装置による露光を停止する。さらに、ステップＳ３において、レーザ装置を調整発振モードに移行し、発振波長をスキャンさせる。光スペクトル検出器は、レーザ装置のスキャン出力光を測定する。
【００３２】
そして、ステップＳ４において、補正データの更新処理を行う。光スペクトル検出器において、信号処理部６が、レーザ装置のスキャン出力光を測定して得られた検出データを、テストデータとして出力回路１０に出力する。出力回路１０には、ＣＰＵ（中央演算処理装置：central processing unit）２０が接続される。ＣＰＵ２０は、テストデータに基づいて、イメージセンサのチャンネルごとに補正データを作成し、信号処理部６に記憶されている補正データを更新する。補正データの更新処理が完了したら、ステップＳ５に移行して、被測定光の測定を開始する。
【００３３】
ステップＳ５においては、被測定光を測定するために、被測定光による露光を開始する。さらに、ステップＳ６において、被測定光のフリンジを測定する。次に、ステップＳ７において、フリンジ強度を補正する。ここで、信号処理部６が、被測定光を測定して得られる検出データを補正データに変換することにより、イメージセンサ１の各チャンネルにおける検出感度の劣化を補正する。ステップＳ８において、このようにして得られた補正データに基づいて、被測定光の波長や線幅（スペクトル幅）を算出する。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法について説明する。
ここで、レーザ装置の発振エネルギは、１つのスキャン期間において一定とする。イメージセンサの出力値としては、出力バラツキを考慮して、数パルスの測定によって得られた出力値の平均値を用いる。また、この例においては、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを変えて複数回のスキャンを行う。
【００３５】
図５に示すステップＳ１１において、エネルギレベル係数ｊを０にリセットする。さらに、ステップＳ１２において、エネルギレベルＥを、Ｅ＝Ｅ１＋ｊΔＥとして、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを初期値Ｅ１に設定する。
【００３６】
ステップＳ１３において、レーザ装置を目標波長λｔで発振させ、フリンジのピークを検出して出力値がピークとなるチャンネルＣＨ（ｔ）を求め、そのチャンネルの検出データＦ（ｔ）を測定して記憶する。
【００３７】
ステップＳ１４において、チャンネル係数ｋを１にセットする。さらに、ステップＳ１５において、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の出力値がピークとなるように、レーザ装置の発振波長をλ（ｔ＋ｋ）に変化させる。その状態で、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の検出データＦ（ｔ＋ｋ）を測定して記憶する。
【００３８】
ステップＳ１６において、レーザ装置の発振波長の変化の絶対値|λ（ｔ＋ｋ）−λｔ|がエタロンのＦＳＲに相当する値を超えたか否かを判断する。発振波長の変化の絶対値がＦＳＲを越えていない場合には、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７においては、チャンネル係数ｋを１つインクリメントして、その後ステップＳ１５に戻り、次のチャンネルの測定を行う。一方、発振波長の変化の絶対値がＦＳＲを越えた場合には、ステップＳ１８に移行する。
【００３９】
ステップＳ１８において、エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えたか否かを判断する。エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えていない場合には、ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９においては、エネルギレベル係数ｊを１つインクリメントして、その後ステップＳ１２に戻り、次のエネルギレベルによる測定を行う。エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えた場合には、テストデータの取得を完了する。
【００４０】
次に、図６に示すステップＳ２１において、測定した各チャンネルについて、テストデータに基づき、レーザ光のエネルギレベルとこれに対する検出レベルとの間の関係を一本の曲線で近似する。ここでは、例として、直線で近似する場合について説明する。この近似直線を、次式（１）で表す。
Ｙｉ＝Ａｉ・Ｅｊ＋Ｂｉ ・・・（１）
ここで、各記号は以下の値を表す。
Ｅｊ：それぞれのエネルギレベル
Ｙｉ：番号ｉのチャンネルの検出レベルの近似値
Ａｉ：番号ｉのチャンネルの近似直線の傾き
Ｂｉ：番号ｉのチャンネルの近似直線の切片
式（１）における定数Ａｉ及びＢｉの値を求めるには、例えば、最小自乗法を用いれば良い。
【００４１】
ステップＳ２２において、１つのチャンネルの近似直線を基準として選ぶ。ここでは、例として、チャンネルＣＨ１２８の検出レベルを基準とする。次に、ステップＳ２３において、チャンネルＣＨ１２８を基準として、他のチャンネルにおいて、それぞれの検出レベルに対応する補正レベルを求める。チャンネルＣＨ１２８は、照射される光強度がフリンジのピークとなるチャンネルと比較して非常に弱いため、検出感度が劣化していないチャンネルとして扱う。また、検出レベルは、１２ビットで表示されるものとする。
【００４２】
式（１）により、チャンネルＣＨ１２８については、次式（２）が成立している。
Ｙ１２８＝Ａ１２８・Ｅｊ＋Ｂ１２８ ・・・（２）
一方、式（１）を変形すると、各チャンネルについて、次式（３）が成立している。
Ｅｊ＝（Ｙｉ−Ｂｉ）／Ａｉ ・・・（３）
従って、各チャンネルの検出レベルをチャンネルＣＨ１２８の検出レベルと同一となるように補正するためには、式（３）を式（２）に代入してＥｊを消去すれば良い。即ち、各チャンネルにおける補正後の検出レベルをＹｃｉとすると、次式が成立する。
Ｙｃｉ＝Ａ１２８・（Ｙｉ−Ｂｉ）／Ａｉ＋Ｂ１２８ ・・・（４）
【００４３】
検出データとして０、１、２、・・・、４０９５を式（４）のＹｉに代入して、これらの検出データＹｉに対応する補正データＹｃｉを求め、ステップＳ２４において、これを補正テーブルとしてメモリに記憶する。これにより、補正データの更新が完了する。
【００４４】
このようにして得られた補正データは、チャンネルごとに異なる検出感度の劣化を、基準となるチャンネルＣＨ１２８と等しくなるように統一したのと等価である。なお、特定のチャンネルを基準とするかわりに、理想的な入出力特性を表す曲線（例えば、原点を通る直線）を基準として用いても良い。
【００４５】
以上述べたような各種の補正方法は、コンピュータとソフトウエア（光スペクトル検出プログラム）によって実現することができる。コンピュータとしては、本実施形態においては図１に示すＣＰＵ２０を用いているが、信号処理部６に内蔵するようにしても良い。ソフトウエアは、ハードディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して保存される。
【００４６】
図７に、補正テーブルを用いる場合における、図１の信号処理部６の具体的な構成例を示す。信号処理部６は、補正テーブルに補正データを記憶するためのフラッシュメモリ７と、フラッシュメモリ７に補正データを書込む補正データ書込み回路８と、Ａ／Ｄ変換器５から出力される検出データをアドレスとして用いて、補正データを読み出すためにフラッシュメモリ７にアクセスするアドレス回路９とを含んでいる。
【００４７】
フラッシュメモリ７に補正データを書き込む際には、補正データ書込み回路８にＣＰＵ２０が接続され、イメージセンサのチャンネルごとの補正データが供給される。補正データ書込み回路８は、これらの補正データを、イメージセンサのチャンネルごとに定められたフラッシュメモリ７の所定のアドレスに書き込む。
【００４８】
本実施形態においては、フラッシュメモリのアドレスの一部が、イメージセンサのチャンネル番号に相当し、フラッシュメモリのアドレスの他の一部が、記憶すべき補正データに対応する検出データに相当している。従って、イメージセンサのチャンネル番号とそのチャンネルから得られた検出データとによってフラッシュメモリのアドレスが定まると、そのアドレスに記憶されている補正データを読み出すことにより、即座に補正データが求められる。
【００４９】
ここで、フラッシュメモリに対する補正データの書込み及び読出し動作の一例について、詳細に説明する。
図８に、フラッシュメモリにおけるアドレスの設定例を示す。例えば、イメージセンサのチャンネルＣＨ０については、検出データ（００００〜４０９５）にそれぞれ対応するアドレス（０００００００〜０００４０９５）が設定されている。同様に、イメージセンサのチャンネルＣＨ２５５については、検出データ（００００〜４０９５）にそれぞれ対応するアドレス（２５５００００〜２５５４０９５）が設定されている。ここで、アドレスの７桁の数値において、上位３桁の数値は、その検出データが得られたチャンネルの番号を表し、下位４桁の数値は、検出データそのものを表している。
【００５０】
光スペクトル検出装置の校正を行う際には、レーザ装置のスキャン出力光又は白色光等の測定に基づいて求められた補正データが、フラッシュメモリのそれぞれのアドレスに書き込まれる。図９に、フラッシュメモリに記憶される補正テーブルの構成例を示す。図９に示すように、チャンネルごとの複数の検出データ（０〜４０９５）にそれぞれ対応する複数の補正データが、フラッシュメモリにおいてチャンネル番号と検出データとの組合せで決定されるアドレスに対応して記憶され、補正テーブルを構成する。
【００５１】
被測定光を測定する際には、測定により求められた検出データに基づいて、フラッシュメモリのそれぞれのアドレスに記憶されている補正データが読み出される。
再び図７を参照すると、アドレス回路９は、イメージセンサのチャンネル番号とＡ／Ｄ変換器５から出力される検出データそのものとの組合せをアドレス情報として用いて、フラッシュメモリ７にアクセスする。これにより、フラッシュメモリ７の当該アドレスに記憶されている補正データが、出力回路１０に供給される。なお、アドレス回路９において、Ａ／Ｄ変換器５から出力される検出データをデコードすることによりアドレス情報を得るようにしても良い。
【００５２】
以上述べた補正方法の例においては、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを変えて複数回のスキャンを行ったが、１つのエネルギレベルについてスキャンを行い、その結果得られたテストデータに基づいて各チャンネルの検出レベルを補正することも可能である。この補正方法について、以下に説明する。
【００５３】
イメージセンサのあるチャンネルにおける検出感度の低下率（基準となるチャンネルにおける検出感度に対する低下率、又は、理想検出感度に対する低下率）をＤ％とし、そのチャンネルの測定上の出力値をＦｍとすると、そのチャンネルの真の出力値Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｆｍ／（１−０．０１×Ｄ）で表される。従って、テストデータに基づいて検出感度の低下率Ｄを求め、これを用いて測定上の出力値Ｆｍを真の出力値Ｆｒに補正して、被測定光の波長やスペクトル幅を求めれば良い。
【００５４】
具体的には、レーザ装置を目標波長λｔで発振させ、フリンジのピークを検出して出力値がピークとなるチャンネルＣＨ（ｔ）を求め、そのチャンネルの検出レベルＦ（ｔ）を測定して記憶する。次に、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の出力値が最大となるように、レーザ装置の発振波長をλ（ｔ＋ｋ）に順次変化させ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）を測定して記憶する。ここで、検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）が検出レベルＦ（ｔ＋ｋ−１）と同等の値になるまで、チャンネル係数ｋをインクリメントする。
【００５５】
検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）が検出レベルＦ（ｔ＋ｋ−１）と同等の値になったチャンネルをＣＨ（ｔ＋ｎ）、また、その検出レベルをＦ（ｔ＋ｎ）とする。このチャンネルＣＨ（ｔ＋ｎ）は、照射される光強度がフリンジのピークとなるチャンネルと比較して非常に弱いため、検出感度が劣化していないチャンネルとして扱う。この検出感度が劣化していないチャンネルＣＨ（ｔ＋ｎ）の検出レベルＦ（ｔ＋ｎ）が、チャンネルＣＨ（ｔ）〜ＣＨ（ｔ＋ｎ−１）においても本来検出されるべきだった値である。
【００５６】
このことから、各チャンネルにおける感度低下率Ｄｉ（％）は、次式で与えられる。
Ｄｉ＝１００×（１−Ｆ（ｉ）／Ｆ（ｔ＋ｎ）） ・・・（５）
（ｉ＝ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２、・・・、ｔ＋ｎ）
この感度低下率Ｄｉを用いて、検出感度が劣化したチャンネルの検出レベルＹｉを補正して、補正された検出レベルＹｃｉを求めることができる。
Ｙｃｉ＝Ｙｉ／（１−０．０１×Ｄｉ） ・・・（６）
そのためには、各チャンネルにおける感度低下率Ｄｉを変換パラメータとして記憶しておき、被測定光の測定時に、式（６）により検出データを補正データに変換すれば良い。
【００５７】
あるいは、測定された検出レベルＦ（ｉ）とＦ（ｔ＋ｎ）をそのまま記憶しておき、被測定光の測定時に、次式（７）により検出データを補正データに変換することもできる。
Ｙｃｉ＝Ｙｉ・Ｆ（ｔ＋ｎ）／Ｆ（ｉ） ・・・（７）
このようにして求められた補正データに基づいて、被測定光の波長やスペクトル幅が算出される。
【００５８】
以上述べた光スペクトル検出装置によれば、イメージセンサの複数のチャンネルにおける検出感度の劣化を補正した補正データを使用して、フリンジの解析計算を実施することができる。これにより、被測定光の波長やスペクトル幅を高い精度で検出することが可能である。
【００５９】
次に、図１０を参照しながら、本発明の一実施形態に係る分光装置について説明する。なお、この分光装置が真空紫外光（例えば、ＡｒＦ（アルゴン・フッ素：argon fluoride）エキシマレーザ光、Ｆ2レーザ光）用である場合には、動作前にその内部を真空引きするか、又は、乾いた窒素ガスを用いてパージすることが望ましい。
【００６０】
図１０に示す分光装置は、入射光を散乱させるための磨り硝子４０を有する。磨り硝子４０を通過した光は、入射光の中から目標の波長を有する光を取り出すのに用いられるエタロン４１に入射する。
【００６１】
エタロン４１は、互いに対面するように配置されたエタロン板４２、４３を有する。エタロン板４２、４３の間には、これらの間に空隙を形成するためのスペーサ４４、４５が設けられている。なお、この分光装置が真空紫外光用である場合には、エタロン板の材料として、螢石（ＣａＦ2）や、フッ素がドープされた合成石英等が用いられ、スペーサの材料として、フッ素がドープされた合成石英や、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等が用いられる。
【００６２】
エタロン４１及び集光レンズ４６を順に通過した光が干渉縞（フリンジ）ＩＦを形成する面の近傍には、先に述べた様な構成を有する光スペクトル検出装置４７が配置されている。光スペクトル検出装置４７は、検出した光のスペクトルに関するデータを、ＣＰＵ等で構成されるデータ処理装置５０に出力する。データ処理装置５０は、入力されたデータに基づいて、入射光の波長やスペクトル幅を求めて表示する。
【００６３】
次に、図１１を参照しながら、本発明の一実施形態に係るレーザ装置について説明する。なお、このレーザ装置がＡｒＦエキシマレーザ装置又はＦ2レーザ装置である場合には、動作前にその内部を真空引きするか、又は、乾いた窒素ガスを用いてパージするのが望ましい。
【００６４】
図１１に示すレーザ装置は、放電により励起して真空紫外光を発生させるレーザ媒質を収容するレーザチャンバ６０を有する。このレーザ装置がＡｒＦエキシマレーザ装置又はＦ2レーザ装置である場合には、フッ素分子を含む混合ガスがレーザ媒質として用いられる。レーザチャンバ６０内で発生した光は、窓６１又は６２を通してレーザチャンバ６０の外に出る。窓６１及び６２は、レーザチャンバ６０を貫く光軸と所定のブリュスタ角を為すように、レーザチャンバ６０に設けられている。このようにして、レーザチャンバ６０内で発生した光が窓６１又は６２から反射されることによる損失を防いでいる。
【００６５】
レーザチャンバ６０から窓６１を通して出射された光は、コントローラ７０からドライバ７１を介して設定される波長を有する入射光のスペクトル幅を目標値まで狭めるための狭帯域モジュール６３に入射する。窓６１及び狭帯域モジュール６３を順に通過した光は、全反射鏡６４により狭帯域モジュール６３に向けて反射される。一方、レーザチャンバ６０から窓６２を介して出射された光の一部は、部分反射鏡６５によりレーザチャンバ６０に向けて反射され、残りは部分反射鏡６５を通過する。
【００６６】
全反射鏡６４及び部分反射鏡６５は、目標の波長を有する光を共振させるための構造がそれらの間に形成されるように配置されている。レーザチャンバ６０内で発生した光の一部は、全反射鏡６４と部分反射鏡６５との間を往復しながら、レーザチャンバ６０を通過するごとに増幅され、狭帯域モジュール６３においてそのスペクトル幅を目標値にまで狭められる。
【００６７】
部分反射鏡６５を通過した光は、波長及び位相の揃ったレーザ光Ｌ1としてビームスプリッタ６６に入射する。ビームスプリッタ６６に入射したレーザ光Ｌ1の一部は、ビームスプリッタ６６を通過して出力され、残りは、ビームスプリッタ６６によって反射され、さらに、ビームスプリッタ６７に入射する。ビームスプリッタ６７は、コントローラ７０によって制御される参照光源６８から入射する参照光Ｌ2を、ビームスプリッタ６６によって反射されたレーザ光Ｌ1の進行方向と平行な方向に向けて反射する。参照光源６８から出力される参照光Ｌ2は、既に知られたスペクトル分布を有しており、レーザ光Ｌ1の波長を求める際の基準となる。
【００６８】
ビームスプリッタ６７を通過したレーザ光Ｌ1と、ビームスプリッタ６７から反射された参照光Ｌ2とは、先に述べた様な構成を有する分光装置６９に入力される。分光装置６９に含まれる光スペクトル検出装置の出力データは、コントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、レーザ光Ｌ1を測定した際の出力データと参照光Ｌ2を測定した際の出力データとを比較することにより、レーザ光Ｌ1の波長やスペクトル幅を求め、これに基づいてドライバ７１を介して狭帯域モジュール６３を制御する。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光スペクトルの測定において、光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化しても、被測定光のスペクトルを高い精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】紫外線連続照射の影響によるイメージセンサの検出感度の劣化を示す図である。
【図３】劣化したイメージセンサを用いた場合における線幅計測値の波長による変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置における補正方法の例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法の例を示すフローチャート（前半）である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法の例を示すフローチャート（後半）である。
【図７】図１の信号処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図８】図７のフラッシュメモリにおけるアドレスの設定例を示す図である。
【図９】図７のフラッシュメモリに記憶される補正テーブルの構成例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る分光装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ イメージセンサ
２ 電源回路
３ 駆動回路
４ 増幅回路
５ Ａ／Ｄ変換器
６ 信号処理部
７ フラッシュメモリ
８ 補正データ書込み回路
９ アドレス回路
１０ 出力回路
２０ ＣＰＵ
４０ 磨り硝子
４１ エタロン
４２、４３ エタロン板
４４、４５ スペーサ
４６ 集光レンズ
４７ 光スペクトル検出装置
５０ データ処理装置
６０ レーザチャンバ
６１、６２ 窓
６３ 狭帯域モジュール
６４ 全反射鏡
６５ 部分反射鏡
６６、６７ ビームスプリッタ
６８ 参照光源
６９ 分光装置
７０ コントローラ
７１ ドライバ
１００ 光スペクトル検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光スペクトル検出方法に関し、特に、エキシマレーザやＦ2（フッ素分子）レーザの出力光のスペクトル（波長やスペクトル幅を含む）を検出するために用いられる光スペクトル検出方法に関する。さらに、本発明は、そのような光スペクトル検出方法を用いた光スペクトル検出プログラム、光スペクトル検出装置、分光装置、レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度の向上に伴い、露光装置の光源として、短波長のレーザ光を出力するエキシマレーザやＦ2（フッ素分子：molecular fluorine）レーザが注目されている。これらのレーザ装置は、露光装置の光学系における色収差を小さくするため、狭帯域なスペクトル幅を有するレーザ光を出力することが可能である。これらのレーザ装置から出力されるレーザ光の波長やスペクトル幅を所定の値に維持するために、紫外光のスペクトルを検出できる光スペクトル検出装置が使用されている。
【０００３】
このような光スペクトル検出装置として、日本国特許第２９９７９５６号公報には、エタロンのような分光素子を通過した被測定光が干渉縞（フリンジ）を形成する面の近傍に配置され、入射光をその強度に応じた電気信号に変換するための複数のチャンネルを有する波長検出装置が開示されている。この波長検出装置には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子：charge coupled device）のような撮像素子が光検出器として含まれており、この光検出器の各チャンネルの出力値に基づいてレーザ光のスペクトルの検出を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置の集積度がさらに上昇する傾向にあり、露光装置用のエキシマレーザやＦ2レーザの出力光の波長やスペクトル幅をより高精度に調整する必要が生じている。このため、これらのレーザの出力光のスペクトルを検出する光スペクトル検出装置において、検出精度をさらに向上させることが求められている。
【０００５】
ところで、光スペクトル検出装置に含まれている光検出器の複数のチャンネル間には検出感度やリニアリティ（直線性）のバラツキが存在するので、同じ光強度に対する各チャンネルの出力値は一致しないことが多い。しかしながら、先に述べた様な従来の光スペクトル検出装置においては、各チャンネルの出力値をそのまま用いて被測定光のスペクトル検出を行っていたので、複数のチャンネル間の検出感度やリニアリティのバラツキによる検出誤差が、レーザ光の波長やスペクトル幅の測定誤差となっていた。
【０００６】
また、露光装置によっては、レーザの発振波長を一定の値に維持するように制御する場合があり、このような場合には、分光装置において干渉縞が形成される位置がほぼ一定となる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザでは約２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでは約１９３ｎｍ、フッ素分子レーザでは約１５７ｎｍの波長の光が、光検出器の同一の位置に照射され続けることになる。その結果、当該位置の光検出素子（光検出器の特定のチャンネル）が劣化して、その検出感度が劣化するという現象が生じる。光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化すると、そのチャンネルへの入射光の強度が実際の強度よりも低く検知されるため、被検出光のスペクトル幅が実際の値Δλｒよりも大きい値（Δλｒ＋Δλｗ）として検知されてしまう。このため、レーザ装置がスペックを満たすスペクトル幅の光を出力していても、分光装置における検出結果がスペックアウトしてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化しても、被測定光のスペクトルを高い精度で検出できる光スペクトル検出方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような光スペクトル検出方法を用いた光スペクトル検出プログラム、光スペクトル検出装置、分光装置、レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出方法は、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出する方法であって、被測定光を分光素子に入射させ、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求めるステップと、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求めるステップとを具備する。
【００１０】
また、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出プログラムは、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出するためのプログラムであって、被測定光を分光素子に入射させ、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求める手順と、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求める手順とをＣＰＵに実行させる。
【００１２】
さらに、本発明の１つの観点に係る光スペクトル検出装置は、分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置される光検出器であって入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器と、光検出器から出力される検出信号に基づいて検出データを出力するＡ／Ｄ変換手段と、被測定光が分光素子に入射される際にＡ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光の波長を求めると共に、被測定光の波長が所定量変化されて分光素子に入射される際にＡ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光のスペクトル幅を求める信号処理手段とを具備する。
【００１４】
また、本発明の１つの観点に係る分光装置は、入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、分光素子の出射光を結像させる結像手段と、分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、分光素子に入射される光の波長又はスペクトル幅を検出するための本発明に係る光スペクトル検出装置とを具備する。
【００１５】
さらに、本発明の１つの観点に係るレーザ装置は、所定の波長とスペクトル幅とを有するレーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ発振器から入射される入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、分光素子の出射光を結像させる結像手段と、分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、レーザ発振器が発生するレーザ光の波長又はスペクトル幅を検出するための本発明に係る光スペクトル検出装置とを具備する。
【００１６】
本発明の１つの観点によれば、光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求めると共に、被測定光の波長を所定量変化させて分光素子に入射させ、光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求めるので、光検出器の第１群のチャンネルの検出感度が劣化しても被測定光のスペクトル幅を高い精度で求めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基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。また、以下の諸数値は、本発明の実施形態の説明を簡単にするために用いられており、別の数値に変更されても良い。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の構成を示す。この光スペクトル検出装置は、エキシマレーザ光やＦ2（フッ素分子：molecular fluorine）レーザ光のような紫外光のスペクトルを検出するのに適している。
光スペクトル検出装置１００は、エタロンのような分光素子を通過した被測定光が干渉縞（フリンジ）を形成する面の近傍に配置されるイメージセンサ（光検出器）１を含んでいる。イメージセンサ１としては、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子：charge coupled device）のような撮像素子が用いられる。
【００２０】
イメージセンサ１は、入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数（本実施形態においては２５６個）のチャンネルＣＨ０〜ＣＨ２５５を有している。これらのチャンネルは、被測定光の干渉縞の形成面に平行な１つの方向に沿って１列に配列するように設けられている。イメージセンサ１は、電源回路２から電源が供給され、駆動回路３によって駆動されると、複数のチャンネルＣＨ０〜ＣＨ２５５においてそれぞれ生成された複数の検出信号を順次出力する。
【００２１】
イメージセンサ１から出力された検出信号は、増幅回路４によって所定の増幅率で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５に入力される。Ａ／Ｄ変換器５は、増幅回路４から入力された検出信号を、例えば１２ビットの分解能（０〜４０９５）を有するデジタル信号に変換し、検出データとして信号処理部６に順次出力する。
【００２２】
信号処理部６は、被測定光を測定した際にＡ／Ｄ変換器５から出力される検出データを、イメージセンサ１の各チャンネルにおける検出感度の劣化を補正した補正データに変換して出力回路１０に供給する。出力回路１０は、補正データを外部に出力する。
【００２３】
次に、信号処理部６において用いられる補正方法について説明する。
測定対象となるレーザ装置の目標となる発振波長が一定値λｔである場合に、実際の発振波長は（λｔ±Δλ）となるので（±Δλは不感帯）、イメージセンサ１におけるフリンジパターンの形成位置も、波長（λｔ±Δλ）に相当する位置となる。従って、図２に示すように、フリンジが形成されるチャンネルにおけるイメージセンサの検出感度が、紫外線連続照射の影響により劣化してしまう。その結果、スペクトル幅の計測誤差Δλｗが発生し、実際のスペクトル幅がΔλｒであっても、計測されたスペクトル幅は（Δλｒ＋Δλｗ）となって値が増加してしまう。図３に、劣化したイメージセンサを用いた場合における線幅（スペクトル幅）計測値の波長による変化を示す。
【００２４】
第１の補正方法においては、この計測誤差を補正するために、目標波長λｔに近い波長λｄでレーザ装置を発振させてその出力光を光スペクトル検出装置に入射し、そのとき計測されるスペクトル幅を目標波長λｔにおけるスペクトル幅として用いる。ここで、波長λｄのレーザ光のフリンジパターンが、イメージセンサにおいて検出感度の劣化が小さいチャンネルに形成されるように、レーザ光の波長λｄが選択される。
【００２５】
第２の補正方法においては、所定の時期に、光スペクトル検出装置の校正のために用いるテストデータを測定する。このテストデータに基づいて、検出データを補正データに変換するための変換パラメータ、又は、補正データそのものを作成して記憶しておく。被測定光を測定する際には、変換パラメータ又は補正データを用いて、イメージセンサの複数のチャンネルについて検出感度を補正する。
【００２６】
以下、第２の補正方法について詳細に説明する。イメージセンサの複数のチャンネルについて検出感度の補正に用いるテストデータを得るためには、レーザ装置の発振波長をスキャンさせてイメージセンサの各チャンネルの出力のピーク値を測定するか、参照光として広帯域光をイメージセンサに入射してイメージセンサの各チャンネルの出力値を測定する。
【００２７】
レーザ装置の発振波長をスキャンさせる場合には、レーザ装置に追加部品を設けなくても、ソフトウエアで対応できる。また、イメージセンサの各チャンネルに入射する光の強度が高いので、検出信号のＳＮ比が良好となる。ただし、発振波長をスキャンさせる際のパルスごとの出力光のエネルギレベルにバラツキがあるので、イメージセンサのチャンネルごとに複数のパルスを測定し、それらの検出レベルの平均値を求める必要がある。
【００２８】
一方、広帯域光を用いる場合には、広帯域光を得るための追加部品が必要となる。広帯域光としては、多くの波長成分を含む白色光や、紫外領域（例えば波長３００ｎｍ以下）のブロードバンド光のように、レーザ装置のＦＳＲ（フリースペクトラルレンジ）よりも広いスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を有する光を用いることができる。あるいは、広帯域光として、フリーランの発振光や、ＡＳＥＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：増幅された自然放出）光を用いることもできる。ただし、白色光やブロードバンド光を用いる場合には、イメージセンサの各チャンネルに入射する光の強度が低いので、検出信号のＳＮ比も低くなる。
【００２９】
このように、いずれの場合にも一長一短があるが、以下においては、レーザ装置の発振波長をスキャンさせることによる補正方法の例について説明する。
まず、図１及び図４を参照しながら、この補正方法の概要について説明する。図４は、この補正方法を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ１において、光スペクトル検出器の校正命令を受け付けたか否か、又は、前回の校正以降に所定のショット数を越えたか否かについて判断される。校正命令を受け付けたか、又は、所定のショット数を越えた場合には、ステップＳ２に移行して光スペクトル検出器の校正を開始する。いずれにも該当しない場合には、ステップＳ５に移行して被測定光の測定を開始する。
【００３１】
光スペクトル検出器を校正するために、ステップＳ２において、レーザ装置による露光を停止する。さらに、ステップＳ３において、レーザ装置を調整発振モードに移行し、発振波長をスキャンさせる。光スペクトル検出器は、レーザ装置のスキャン出力光を測定する。
【００３２】
そして、ステップＳ４において、補正データの更新処理を行う。光スペクトル検出器において、信号処理部６が、レーザ装置のスキャン出力光を測定して得られた検出データを、テストデータとして出力回路１０に出力する。出力回路１０には、ＣＰＵ（中央演算処理装置：central processing unit）２０が接続される。ＣＰＵ２０は、テストデータに基づいて、イメージセンサのチャンネルごとに補正データを作成し、信号処理部６に記憶されている補正データを更新する。補正データの更新処理が完了したら、ステップＳ５に移行して、被測定光の測定を開始する。
【００３３】
ステップＳ５においては、被測定光を測定するために、被測定光による露光を開始する。さらに、ステップＳ６において、被測定光のフリンジを測定する。次に、ステップＳ７において、フリンジ強度を補正する。ここで、信号処理部６が、被測定光を測定して得られる検出データを補正データに変換することにより、イメージセンサ１の各チャンネルにおける検出感度の劣化を補正する。ステップＳ８において、このようにして得られた補正データに基づいて、被測定光の波長や線幅（スペクトル幅）を算出する。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法について説明する。
ここで、レーザ装置の発振エネルギは、１つのスキャン期間において一定とする。イメージセンサの出力値としては、出力バラツキを考慮して、数パルスの測定によって得られた出力値の平均値を用いる。また、この例においては、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを変えて複数回のスキャンを行う。
【００３５】
図５に示すステップＳ１１において、エネルギレベル係数ｊを０にリセットする。さらに、ステップＳ１２において、エネルギレベルＥを、Ｅ＝Ｅ１＋ｊΔＥとして、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを初期値Ｅ１に設定する。
【００３６】
ステップＳ１３において、レーザ装置を目標波長λｔで発振させ、フリンジのピークを検出して出力値がピークとなるチャンネルＣＨ（ｔ）を求め、そのチャンネルの検出データＦ（ｔ）を測定して記憶する。
【００３７】
ステップＳ１４において、チャンネル係数ｋを１にセットする。さらに、ステップＳ１５において、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の出力値がピークとなるように、レーザ装置の発振波長をλ（ｔ＋ｋ）に変化させる。その状態で、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の検出データＦ（ｔ＋ｋ）を測定して記憶する。
【００３８】
ステップＳ１６において、レーザ装置の発振波長の変化の絶対値|λ（ｔ＋ｋ）−λｔ|がエタロンのＦＳＲに相当する値を超えたか否かを判断する。発振波長の変化の絶対値がＦＳＲを越えていない場合には、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７においては、チャンネル係数ｋを１つインクリメントして、その後ステップＳ１５に戻り、次のチャンネルの測定を行う。一方、発振波長の変化の絶対値がＦＳＲを越えた場合には、ステップＳ１８に移行する。
【００３９】
ステップＳ１８において、エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えたか否かを判断する。エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えていない場合には、ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９においては、エネルギレベル係数ｊを１つインクリメントして、その後ステップＳ１２に戻り、次のエネルギレベルによる測定を行う。エネルギレベル係数ｊが所定の値ＬｉｍＮを超えた場合には、テストデータの取得を完了する。
【００４０】
次に、図６に示すステップＳ２１において、測定した各チャンネルについて、テストデータに基づき、レーザ光のエネルギレベルとこれに対する検出レベルとの間の関係を一本の曲線で近似する。ここでは、例として、直線で近似する場合について説明する。この近似直線を、次式（１）で表す。
Ｙｉ＝Ａｉ・Ｅｊ＋Ｂｉ ・・・（１）
ここで、各記号は以下の値を表す。
Ｅｊ：それぞれのエネルギレベル
Ｙｉ：番号ｉのチャンネルの検出レベルの近似値
Ａｉ：番号ｉのチャンネルの近似直線の傾き
Ｂｉ：番号ｉのチャンネルの近似直線の切片
式（１）における定数Ａｉ及びＢｉの値を求めるには、例えば、最小自乗法を用いれば良い。
【００４１】
ステップＳ２２において、１つのチャンネルの近似直線を基準として選ぶ。ここでは、例として、チャンネルＣＨ１２８の検出レベルを基準とする。次に、ステップＳ２３において、チャンネルＣＨ１２８を基準として、他のチャンネルにおいて、それぞれの検出レベルに対応する補正レベルを求める。チャンネルＣＨ１２８は、照射される光強度がフリンジのピークとなるチャンネルと比較して非常に弱いため、検出感度が劣化していないチャンネルとして扱う。また、検出レベルは、１２ビットで表示されるものとする。
【００４２】
式（１）により、チャンネルＣＨ１２８については、次式（２）が成立している。
Ｙ１２８＝Ａ１２８・Ｅｊ＋Ｂ１２８ ・・・（２）
一方、式（１）を変形すると、各チャンネルについて、次式（３）が成立している。
Ｅｊ＝（Ｙｉ−Ｂｉ）／Ａｉ ・・・（３）
従って、各チャンネルの検出レベルをチャンネルＣＨ１２８の検出レベルと同一となるように補正するためには、式（３）を式（２）に代入してＥｊを消去すれば良い。即ち、各チャンネルにおける補正後の検出レベルをＹｃｉとすると、次式が成立する。
Ｙｃｉ＝Ａ１２８・（Ｙｉ−Ｂｉ）／Ａｉ＋Ｂ１２８ ・・・（４）
【００４３】
検出データとして０、１、２、・・・、４０９５を式（４）のＹｉに代入して、これらの検出データＹｉに対応する補正データＹｃｉを求め、ステップＳ２４において、これを補正テーブルとしてメモリに記憶する。これにより、補正データの更新が完了する。
【００４４】
このようにして得られた補正データは、チャンネルごとに異なる検出感度の劣化を、基準となるチャンネルＣＨ１２８と等しくなるように統一したのと等価である。なお、特定のチャンネルを基準とするかわりに、理想的な入出力特性を表す曲線（例えば、原点を通る直線）を基準として用いても良い。
【００４５】
以上述べたような各種の補正方法は、コンピュータとソフトウエア（光スペクトル検出プログラム）によって実現することができる。コンピュータとしては、本実施形態においては図１に示すＣＰＵ２０を用いているが、信号処理部６に内蔵するようにしても良い。ソフトウエアは、ハードディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して保存される。
【００４６】
図７に、補正テーブルを用いる場合における、図１の信号処理部６の具体的な構成例を示す。信号処理部６は、補正テーブルに補正データを記憶するためのフラッシュメモリ７と、フラッシュメモリ７に補正データを書込む補正データ書込み回路８と、Ａ／Ｄ変換器５から出力される検出データをアドレスとして用いて、補正データを読み出すためにフラッシュメモリ７にアクセスするアドレス回路９とを含んでいる。
【００４７】
フラッシュメモリ７に補正データを書き込む際には、補正データ書込み回路８にＣＰＵ２０が接続され、イメージセンサのチャンネルごとの補正データが供給される。補正データ書込み回路８は、これらの補正データを、イメージセンサのチャンネルごとに定められたフラッシュメモリ７の所定のアドレスに書き込む。
【００４８】
本実施形態においては、フラッシュメモリのアドレスの一部が、イメージセンサのチャンネル番号に相当し、フラッシュメモリのアドレスの他の一部が、記憶すべき補正データに対応する検出データに相当している。従って、イメージセンサのチャンネル番号とそのチャンネルから得られた検出データとによってフラッシュメモリのアドレスが定まると、そのアドレスに記憶されている補正データを読み出すことにより、即座に補正データが求められる。
【００４９】
ここで、フラッシュメモリに対する補正データの書込み及び読出し動作の一例について、詳細に説明する。
図８に、フラッシュメモリにおけるアドレスの設定例を示す。例えば、イメージセンサのチャンネルＣＨ０については、検出データ（００００〜４０９５）にそれぞれ対応するアドレス（０００００００〜０００４０９５）が設定されている。同様に、イメージセンサのチャンネルＣＨ２５５については、検出データ（００００〜４０９５）にそれぞれ対応するアドレス（２５５００００〜２５５４０９５）が設定されている。ここで、アドレスの７桁の数値において、上位３桁の数値は、その検出データが得られたチャンネルの番号を表し、下位４桁の数値は、検出データそのものを表している。
【００５０】
光スペクトル検出装置の校正を行う際には、レーザ装置のスキャン出力光又は白色光等の測定に基づいて求められた補正データが、フラッシュメモリのそれぞれのアドレスに書き込まれる。図９に、フラッシュメモリに記憶される補正テーブルの構成例を示す。図９に示すように、チャンネルごとの複数の検出データ（０〜４０９５）にそれぞれ対応する複数の補正データが、フラッシュメモリにおいてチャンネル番号と検出データとの組合せで決定されるアドレスに対応して記憶され、補正テーブルを構成する。
【００５１】
被測定光を測定する際には、測定により求められた検出データに基づいて、フラッシュメモリのそれぞれのアドレスに記憶されている補正データが読み出される。
再び図７を参照すると、アドレス回路９は、イメージセンサのチャンネル番号とＡ／Ｄ変換器５から出力される検出データそのものとの組合せをアドレス情報として用いて、フラッシュメモリ７にアクセスする。これにより、フラッシュメモリ７の当該アドレスに記憶されている補正データが、出力回路１０に供給される。なお、アドレス回路９において、Ａ／Ｄ変換器５から出力される検出データをデコードすることによりアドレス情報を得るようにしても良い。
【００５２】
以上述べた補正方法の例においては、レーザ装置から出力されるエネルギレベルを変えて複数回のスキャンを行ったが、１つのエネルギレベルについてスキャンを行い、その結果得られたテストデータに基づいて各チャンネルの検出レベルを補正することも可能である。この補正方法について、以下に説明する。
【００５３】
イメージセンサのあるチャンネルにおける検出感度の低下率（基準となるチャンネルにおける検出感度に対する低下率、又は、理想検出感度に対する低下率）をＤ％とし、そのチャンネルの測定上の出力値をＦｍとすると、そのチャンネルの真の出力値Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｆｍ／（１−０．０１×Ｄ）で表される。従って、テストデータに基づいて検出感度の低下率Ｄを求め、これを用いて測定上の出力値Ｆｍを真の出力値Ｆｒに補正して、被測定光の波長やスペクトル幅を求めれば良い。
【００５４】
具体的には、レーザ装置を目標波長λｔで発振させ、フリンジのピークを検出して出力値がピークとなるチャンネルＣＨ（ｔ）を求め、そのチャンネルの検出レベルＦ（ｔ）を測定して記憶する。次に、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の出力値が最大となるように、レーザ装置の発振波長をλ（ｔ＋ｋ）に順次変化させ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）、チャンネルＣＨ（ｔ＋ｋ）の検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）を測定して記憶する。ここで、検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）が検出レベルＦ（ｔ＋ｋ−１）と同等の値になるまで、チャンネル係数ｋをインクリメントする。
【００５５】
検出レベルＦ（ｔ＋ｋ）が検出レベルＦ（ｔ＋ｋ−１）と同等の値になったチャンネルをＣＨ（ｔ＋ｎ）、また、その検出レベルをＦ（ｔ＋ｎ）とする。このチャンネルＣＨ（ｔ＋ｎ）は、照射される光強度がフリンジのピークとなるチャンネルと比較して非常に弱いため、検出感度が劣化していないチャンネルとして扱う。この検出感度が劣化していないチャンネルＣＨ（ｔ＋ｎ）の検出レベルＦ（ｔ＋ｎ）が、チャンネルＣＨ（ｔ）〜ＣＨ（ｔ＋ｎ−１）においても本来検出されるべきだった値である。
【００５６】
このことから、各チャンネルにおける感度低下率Ｄｉ（％）は、次式で与えられる。
Ｄｉ＝１００×（１−Ｆ（ｉ）／Ｆ（ｔ＋ｎ）） ・・・（５）
（ｉ＝ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２、・・・、ｔ＋ｎ）
この感度低下率Ｄｉを用いて、検出感度が劣化したチャンネルの検出レベルＹｉを補正して、補正された検出レベルＹｃｉを求めることができる。
Ｙｃｉ＝Ｙｉ／（１−０．０１×Ｄｉ） ・・・（６）
そのためには、各チャンネルにおける感度低下率Ｄｉを変換パラメータとして記憶しておき、被測定光の測定時に、式（６）により検出データを補正データに変換すれば良い。
【００５７】
あるいは、測定された検出レベルＦ（ｉ）とＦ（ｔ＋ｎ）をそのまま記憶しておき、被測定光の測定時に、次式（７）により検出データを補正データに変換することもできる。
Ｙｃｉ＝Ｙｉ・Ｆ（ｔ＋ｎ）／Ｆ（ｉ） ・・・（７）
このようにして求められた補正データに基づいて、被測定光の波長やスペクトル幅が算出される。
【００５８】
以上述べた光スペクトル検出装置によれば、イメージセンサの複数のチャンネルにおける検出感度の劣化を補正した補正データを使用して、フリンジの解析計算を実施することができる。これにより、被測定光の波長やスペクトル幅を高い精度で検出することが可能である。
【００５９】
次に、図１０を参照しながら、本発明の一実施形態に係る分光装置について説明する。なお、この分光装置が真空紫外光（例えば、ＡｒＦ（アルゴン・フッ素：argon fluoride）エキシマレーザ光、Ｆ2レーザ光）用である場合には、動作前にその内部を真空引きするか、又は、乾いた窒素ガスを用いてパージすることが望ましい。
【００６０】
図１０に示す分光装置は、入射光を散乱させるための磨り硝子４０を有する。磨り硝子４０を通過した光は、入射光の中から目標の波長を有する光を取り出すのに用いられるエタロン４１に入射する。
【００６１】
エタロン４１は、互いに対面するように配置されたエタロン板４２、４３を有する。エタロン板４２、４３の間には、これらの間に空隙を形成するためのスペーサ４４、４５が設けられている。なお、この分光装置が真空紫外光用である場合には、エタロン板の材料として、螢石（ＣａＦ2）や、フッ素がドープされた合成石英等が用いられ、スペーサの材料として、フッ素がドープされた合成石英や、熱膨張係数の小さいセラミックガラス等が用いられる。
【００６２】
エタロン４１及び集光レンズ４６を順に通過した光が干渉縞（フリンジ）ＩＦを形成する面の近傍には、先に述べた様な構成を有する光スペクトル検出装置４７が配置されている。光スペクトル検出装置４７は、検出した光のスペクトルに関するデータを、ＣＰＵ等で構成されるデータ処理装置５０に出力する。データ処理装置５０は、入力されたデータに基づいて、入射光の波長やスペクトル幅を求めて表示する。
【００６３】
次に、図１１を参照しながら、本発明の一実施形態に係るレーザ装置について説明する。なお、このレーザ装置がＡｒＦエキシマレーザ装置又はＦ2レーザ装置である場合には、動作前にその内部を真空引きするか、又は、乾いた窒素ガスを用いてパージするのが望ましい。
【００６４】
図１１に示すレーザ装置は、放電により励起して真空紫外光を発生させるレーザ媒質を収容するレーザチャンバ６０を有する。このレーザ装置がＡｒＦエキシマレーザ装置又はＦ2レーザ装置である場合には、フッ素分子を含む混合ガスがレーザ媒質として用いられる。レーザチャンバ６０内で発生した光は、窓６１又は６２を通してレーザチャンバ６０の外に出る。窓６１及び６２は、レーザチャンバ６０を貫く光軸と所定のブリュスタ角を為すように、レーザチャンバ６０に設けられている。このようにして、レーザチャンバ６０内で発生した光が窓６１又は６２から反射されることによる損失を防いでいる。
【００６５】
レーザチャンバ６０から窓６１を通して出射された光は、コントローラ７０からドライバ７１を介して設定される波長を有する入射光のスペクトル幅を目標値まで狭めるための狭帯域モジュール６３に入射する。窓６１及び狭帯域モジュール６３を順に通過した光は、全反射鏡６４により狭帯域モジュール６３に向けて反射される。一方、レーザチャンバ６０から窓６２を介して出射された光の一部は、部分反射鏡６５によりレーザチャンバ６０に向けて反射され、残りは部分反射鏡６５を通過する。
【００６６】
全反射鏡６４及び部分反射鏡６５は、目標の波長を有する光を共振させるための構造がそれらの間に形成されるように配置されている。レーザチャンバ６０内で発生した光の一部は、全反射鏡６４と部分反射鏡６５との間を往復しながら、レーザチャンバ６０を通過するごとに増幅され、狭帯域モジュール６３においてそのスペクトル幅を目標値にまで狭められる。
【００６７】
部分反射鏡６５を通過した光は、波長及び位相の揃ったレーザ光Ｌ1としてビームスプリッタ６６に入射する。ビームスプリッタ６６に入射したレーザ光Ｌ1の一部は、ビームスプリッタ６６を通過して出力され、残りは、ビームスプリッタ６６によって反射され、さらに、ビームスプリッタ６７に入射する。ビームスプリッタ６７は、コントローラ７０によって制御される参照光源６８から入射する参照光Ｌ2を、ビームスプリッタ６６によって反射されたレーザ光Ｌ1の進行方向と平行な方向に向けて反射する。参照光源６８から出力される参照光Ｌ2は、既に知られたスペクトル分布を有しており、レーザ光Ｌ1の波長を求める際の基準となる。
【００６８】
ビームスプリッタ６７を通過したレーザ光Ｌ1と、ビームスプリッタ６７から反射された参照光Ｌ2とは、先に述べた様な構成を有する分光装置６９に入力される。分光装置６９に含まれる光スペクトル検出装置の出力データは、コントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、レーザ光Ｌ1を測定した際の出力データと参照光Ｌ2を測定した際の出力データとを比較することにより、レーザ光Ｌ1の波長やスペクトル幅を求め、これに基づいてドライバ７１を介して狭帯域モジュール６３を制御する。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光スペクトルの測定において、光検出器の特定のチャンネルの検出感度が劣化しても、被測定光のスペクトルを高い精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】紫外線連続照射の影響によるイメージセンサの検出感度の劣化を示す図である。
【図３】劣化したイメージセンサを用いた場合における線幅計測値の波長による変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置における補正方法の例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法の例を示すフローチャート（前半）である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光スペクトル検出装置の校正の際における補正データの具体的な取得方法の例を示すフローチャート（後半）である。
【図７】図１の信号処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図８】図７のフラッシュメモリにおけるアドレスの設定例を示す図である。
【図９】図７のフラッシュメモリに記憶される補正テーブルの構成例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る分光装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ イメージセンサ
２ 電源回路
３ 駆動回路
４ 増幅回路
５ Ａ／Ｄ変換器
６ 信号処理部
７ フラッシュメモリ
８ 補正データ書込み回路
９ アドレス回路
１０ 出力回路
２０ ＣＰＵ
４０ 磨り硝子
４１ エタロン
４２、４３ エタロン板
４４、４５ スペーサ
４６ 集光レンズ
４７ 光スペクトル検出装置
５０ データ処理装置
６０ レーザチャンバ
６１、６２ 窓
６３ 狭帯域モジュール
６４ 全反射鏡
６５ 部分反射鏡
６６、６７ ビームスプリッタ
６８ 参照光源
６９ 分光装置
７０ コントローラ
７１ ドライバ
１００ 光スペクトル検出装置
Claims (9)
- 分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出する方法であって、
被測定光を前記分光素子に入射させ、前記光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求めるステップと、
被測定光の波長を所定量変化させて前記分光素子に入射させ、前記光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求めるステップと、
を具備する光スペクトル検出方法。 - 分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置され入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する光検出器を用いて被測定光のスペクトルを検出するためのプログラムであって、
被測定光を前記分光素子に入射させ、前記光検出器の第１群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光の波長を求める手順と、
被測定光の波長を所定量変化させて前記分光素子に入射させ、前記光検出器の第２群のチャンネルから出力される検出信号に基づいて被測定光のスペクトル幅を求める手順と、
をＣＰＵに実行させるためのプログラム。 - 分光素子を通過した被測定光の結像位置の近傍に配置される光検出器であって、入射光をその強度に応じた電気信号に変換することにより検出信号を出力する複数のチャンネルを有する前記光検出器と、
前記光検出器から出力される検出信号に基づいて検出データを出力するＡ／Ｄ変換手段と、
被測定光が前記分光素子に入射される際に前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光の波長を求めると共に、被測定光の波長が所定量変化されて前記分光素子に入射される際に前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される検出データに基づいて被測定光のスペクトル幅を求める信号処理手段と、
を具備する光スペクトル検出装置。 - 入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、
前記分光素子の出射光を結像させる結像手段と、
前記分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、前記分光素子に入射される光の波長又はスペクトル幅を検出するための請求項３記載の光スペクトル検出装置と、
を具備する分光装置。 - 前記分光素子がエタロンを含む、請求項４記載の分光装置。
- 所定の波長とスペクトル幅とを有するレーザ光を発生するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から入射される入射光をその波長に応じた角度で出射する分光素子と、
前記分光素子の出射光を結像させる結像手段と、
前記分光素子の出射光の結像位置の近傍に配置され、前記レーザ発振器が発生するレーザ光の波長又はスペクトル幅を検出するための請求項３記載の光スペクトル検出装置と、
を具備するレーザ装置。 - 前記光検出器の検出感度を校正するために、レーザ光の目標波長を含む所定の波長領域においてレーザ光の波長をスキャンさせるように前記レーザ発振器を制御する制御手段をさらに具備する請求項６記載のレーザ装置。
- 前記光検出器の検出感度を校正するために、前記レーザ発振器が発生するレーザ光の波長を含む所定の波長領域に渡る波長成分を有する参照光を発生するための参照光源をさらに具備する請求項６記載のレーザ装置。
- 前記レーザ発振器が、エキシマレーザ発振器又はＦ２（フッ素分子）レーザ発振器を含む、請求項６〜８のいずれか１項記載のレーザ装置。
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