JP4699640B2

JP4699640B2 - 真空紫外レーザ装置の波長測定装置

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Publication number: JP4699640B2
Application number: JP2001178030A
Authority: JP
Inventors: 孝昇中池; 徹鈴木; 理若林
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002365141A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空紫外レーザ装置から発振したレーザ光の波長特性を測定する波長測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、真空紫外領域のレーザ光の波長特性を測定する、波長測定装置が知られている。図６に、特開２０００−２０５９６６号公報に係る波長測定装置を備えた、Ｆ2レーザ装置の構成図を示す。
図６において、Ｆ2レーザ装置１はレーザガスを封入したレーザチャンバ２の内部で放電を起こし、約１５７nmの波長を有するフッ素分子レーザ光１１を発生させる。フッ素分子レーザ光１１は、レーザチャンバ２の外部後方（図中左方）に設けられた狭帯域化ユニット１０に入射する。
狭帯域化ユニット１０は、プリズム３２，３２によってそのビーム幅を拡げられ、グレーティング３３によって所定の中心波長のフッ素分子レーザ光１１のみが折り返される。
【０００３】
狭帯域化されたフッ素分子レーザ光１１は、レーザチャンバ２を通過し、一部がフロントミラー８を部分透過してＦ2レーザ装置１の外部に出射する。出射したフッ素分子レーザ光１１は、ビームスプリッタ１２によって一部を図６中下方に反射され、サンプル光１１Ａとして、波長測定装置３に入射する。波長測定装置３は、波長測定ボックス３１に囲繞されている。
波長測定装置３に入射したサンプル光１１Ａは、拡散板２４で拡散されて強度分布を均一化され、その波長特性に対応した干渉縞２９を生成するモニタエタロン２５に入射する。モニタエタロン２５で生成された干渉縞２９は、結像レンズ２７によって、結像レンズ２７の下流側（図６中下方）に配置された蛍光板１５の一側の面に結像される。
尚、以下の説明において、上流側、下流側という用語は、フッ素分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａに対し、レーザチャンバ２に近い側を上流側として用いられる。
【０００４】
蛍光板１５の表面には蛍光体１６がコーティングされ、入射した干渉縞２９の強度分布に応じた強度分布で、かつ干渉縞２９の波長よりも長い波長の蛍光パターン１４を、蛍光板１５の他側の面（図６中下側）に発生させる。発生した蛍光パターン１４は、第２結像レンズ３０によって、ラインセンサ等を備えたパターン検出器１７上に結像される。
フッ素分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａの光路と、波長測定装置３と、狭帯域化ユニット１０とは、カバー２２で覆われている。カバー２２内部の空間は、図示しない真空ポンプで真空引きされるか、又は図示しないパージ手段によって酸素を含まないガスでパージされている。これにより、フッ素分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａが酸素に吸収されて減衰するのを防いでいる。
またこのとき、真空紫外領域の光を透過せず、かつ蛍光パターン１４の波長に近い波長の光を透過するような紫外線フィルタ２０を、パターン検出器１７の上流側に配置している。これは、蛍光板１５の表面等で乱反射したサンプル光１１Ａがパターン検出器１７に到達しないようにするためである。
【０００５】
パターン検出器１７は、結像された蛍光パターン１４の強度分布、演算装置２８に出力する。これに基づいて演算装置２８は、サンプル光１１Ａの中心波長及びスペクトル線幅からなる波長特性を算出し、波長コントローラ４に出力する。
波長コントローラ４は検出した波長特性に基づき、グレーティング３３が搭載されている回転アクチュエータ３４に指令信号を出力して回転させ、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題点がある。
即ち、従来技術では、パターン検出器１７の上流側に紫外線フィルタ２０を配置している。しかしながらこれだけでは、モニタエタロン２５や結像レンズ２７の表面で反射したサンプル光１１Ａが、波長測定ボックス３１の内壁で乱反射してパターン検出器１７に入射するのを、完全に防止することは困難である。さらに、このような紫外線フィルタ２０は、紫外線をわずかに透過することがあるため、サンプル光１１Ａの一部がパターン検出器１７に入射してしまう。
その結果、パターン検出器１７は、サンプル光１１Ａと蛍光パターン１４とが混在した光の強度を検出し、パターン検出器１７の出力にノイズが混入することになる。さらには、パターン検出器１７が紫外線によって損傷してしまうこともある。
【０００７】
またＦ2レーザ装置１においては、フッ素分子レーザ光１１とともに、約７００nm程度の波長を有する赤色光が同一光軸上に発生していることが知られている。この赤色光が、サンプル光１１Ａに混じって、モニタエタロン２５に入射することがある。その結果、モニタエタロン２５が生成した干渉縞２９が、サンプル光１１Ａによるものと赤色光によるものとの合成となるため、サンプル光１１Ａの波長特性を独立して検出することが困難となり、波長特性の測定が不正確となる。
【０００８】
また、フッ素分子レーザ光１１の波長特性の測定が不正確となると、この測定値に基づいて波長コントローラ４により制御しているフッ素分子レーザ光１１の波長特性が変動する。これにより、被加工物に照射されるフッ素分子レーザ光１１の波長特性が変動し、図示しない加工機内部におけるフッ素分子レーザ光１１の焦点位置が変動して精密加工が不良となるという問題がある。
また、加工時には、このような波長特性を常に測定しながら加工を行なっており、波長特性が所定の範囲からはずれると、加工機に加工を停止するように信号を出力している。従って、波長特性の測定が不正確となることにより、波長特性が良好であるにも拘らず加工を停止したり、波長特性が不良であるにも拘らず加工を継続してしまったりするという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、正確にレーザ光の波長特性を測定することが可能な、真空紫外レーザ装置の波長測定装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、
真空紫外領域のレーザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手段と、
光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パターンを発生する蛍光板と、
蛍光板から発生した蛍光パターンの強度分布を測定するパターン検出器と、
測定された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波長特性を演算する演算装置とを備えた真空紫外レーザ装置の波長測定装置において、
前記パターン検出器の上流側に、真空紫外領域の光を吸収する気体の層を配している。
かかる構成によれば、例えば酸素等の気体が紫外線レーザ光を吸収するので、紫外線レーザ光がパターン検出器に入射することがない。従って、パターン検出器が損傷したり、計測が不正確になることがない。
【００１１】
また本発明によれば、
真空紫外領域のレーザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手段と、
光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パターンを発生する蛍光板と、
蛍光板から発生した蛍光パターンの強度分布を測定するパターン検出器と、
測定された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波長特性を演算する演算装置とを備えた真空紫外レーザ装置の波長測定装置において、
分光手段の上流側に、レーザ光に混入している可視光を除去する光学素子を配している。
かかる構成によれば、例えばレーザ光に混入している赤色光が除去されて分光手段に入射しないので、分光手段によって発生する蛍光パターンに、赤色光によって発生した成分が混じらない。従って、レーザ光の波長特性を正確に測定可能である。
【００１２】
また、本発明によれば、
レーザ光に近い波長の光を発生する紫外線ランプを備えている。
これにより、蛍光板の補正を行なうことができるので、波長特性の測定が、より正確になる。
【００１３】
また本発明によれば、真空紫外レーザ装置から発振するレーザ光の波長特性を正確に測定することができるので、この測定値に基づいて精密な波長特性の制御が可能となる。これにより、レーザリソグラフィ等の精密な加工用の光源として真空紫外レーザ装置を使用する場合にも、被加工物に所定の許容範囲の波長特性のレーザ光を照射できるので、良好な加工が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る波長測定装置を備えたＦ2レーザ装置の構成図を示している。
図１において、Ｆ2レーザ装置１は、レーザガスを封入したレーザチャンバ２と、フッ素分子レーザ光１１の波長を狭帯域化する狭帯域化ユニット１０と、
フッ素分子レーザ光１１の波長特性を測定する波長測定装置３と、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御する波長コントローラ４とを備えている。
【００１５】
レーザチャンバ２内には、レーザガスとして、例えばフッ素（Ｆ2）とヘリウム（Ｈｅ）とが所定の圧力比で封入されている。レーザチャンバ２内の所定位置には１組の放電電極（図示せず）が設置されており、この放電電極間に高電圧をパルス状に印加することにより、約１５７nmの波長を有するフッ素分子レーザ光１１が、パルス状に発生する。尚、レーザガスとしては、フッ素及びネオン（Ｎｅ）、又はフッ素、ネオン、及びヘリウム等でもよい。
【００１６】
発生したフッ素分子レーザ光１１は、レーザチャンバ２の後端部（図１中左端部）に設けられたリアウィンドウ９を透過して、レーザチャンバ２の外部後方（図中左方）に設けられた狭帯域化ユニット１０に入射する。
狭帯域化ユニット１０は、例えば２個のプリズム３２，３２と、フッ素分子レーザ光１１の発振波長を選択するグレーティング３３とを備えている。プリズム３２，３２によってビーム幅を拡げられたフッ素分子レーザ光１１は、波長選択素子であるグレーティング３３に入射する。グレーティング３３は、回折によって所定の中心波長のフッ素分子レーザ光１１のみを折り返す。これを、波長の狭帯域化と言う。
このときグレーティング３３は、波長コントローラ４からの出力信号に基づいて回転自在の、回転アクチュエータ３４上に搭載されている。波長コントローラ４は、回転アクチュエータ３４を回転させてフッ素分子レーザ光１１のグレーティング３３に対する入射角を変更し、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御することができる。
【００１７】
狭帯域化されたフッ素分子レーザ光１１は、狭帯域化ユニット１０から出射してレーザチャンバ２を通過し、レーザチャンバ２の前端部に設けられたフロントウィンドウ７を透過する。フロントウィンドウ７を透過したフッ素分子レーザ光１１は、一部がレーザチャンバ２の外部前方に設けられたフロントミラー８で部分反射されて、レーザチャンバ２内に戻る。フロントミラー８を部分透過した残りのフッ素分子レーザ光１１が、Ｆ2レーザ装置１の外部に出射する。
【００１８】
出射したフッ素分子レーザ光１１の光軸上には、フッ素分子レーザ光１１の一部をサンプリングするためのビームスプリッタ１２が設けられている。フッ素分子レーザ光１１は、このビームスプリッタ１２によって一部を図中下方に反射され、サンプル光１１Ａとなって波長測定装置３に入射する。このとき、ビームスプリッタ１２で反射されてもその波長特性は変化しないので、サンプル光１１Ａの波長特性を測定することにより、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を知ることができる。
波長測定装置３は、後述する所定の演算処理によってサンプル光１１Ａの波長特性を測定し、この波長特性に応じた電気信号を波長コントローラ４に出力する。上述したように、波長コントローラ４はこの波長特性の検出値に基づき、狭帯域化ユニット１０に指令信号を出力してグレーティング３３が搭載されている回転アクチュエータ３４を回転させ、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御する。
【００１９】
以下、波長測定装置３について詳細に説明する。
図１に示すように、波長測定装置３は、上下に２分割された波長測定ボックス３１の内部に収納されている。
上部波長測定ボックス３１Ａの入口には、入射したサンプル光１１Ａを拡散する拡散板２４が設置されている。拡散板２４の下流側には、拡散されたサンプル光１１Ａの波長特性に対応した干渉縞２９を生成するモニタエタロン２５が配置されている。モニタエタロン２５によって生成された干渉縞２９は、結像レンズ２７によって蛍光板１５上に結像する。蛍光板１５は、干渉縞２９の強度分布に対応する強度分布の蛍光パターン１４を発生する。
【００２０】
上部波長測定ボックス３１Ａと下部波長測定ボックス３１Ｂとの間は、蛍光パターン１４を透過するウィンドウ１８によって、互いに内部の気体が混合しないように仕切られている。下部波長測定ボックス３１Ｂの内部には、蛍光パターン１４をパターン検出器１７上に結像する第２結像レンズ３０と、結像された蛍光パターン１４の強度分布を測定するパターン検出器１７とが収納されている。
また、波長測定装置３は、パターン検出器１７で検出された蛍光パターン１４の強度分布に基づいて、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を演算する演算装置２８を備えている。
【００２１】
波長測定装置３に入射したサンプル光１１Ａは、拡散板２４で拡散されて強度分布を均一化された後、その波長特性に対応した干渉縞２９を生成するモニタエタロン２５に入射する。図２に、モニタエタロン２５によって生成された干渉縞２９の、１次元の強度分布の一例を示す。図２において、縦軸が干渉縞２９の強度であり、横軸が図１における左右方向の位置を示している。図２において、干渉縞２９の縞間隔２９Ａがサンプル光１１Ａの中心波長を示し、縞幅２９Ｂがサンプル光１１Ａのスペクトル線幅を示している。
【００２２】
図１において、モニタエタロン２５で生成された干渉縞２９は、結像レンズ２７によって、蛍光体１６をその表面にコーティングした蛍光板１５に結像される。或いは蛍光板１５は、蛍光体１６をその内部に含有していてもよい。
このような蛍光板１５は、一側（図１中上側）に入射した干渉縞２９の強度分布に応じた強度分布で、かつ干渉縞２９の波長よりも長い波長（一般的に可視光）の蛍光パターン１４を、他側の面に発生させる。発生した蛍光パターン１４は、第２結像レンズ３０によって、ラインセンサ等を備えたパターン検出器１７上に結像される。
【００２３】
パターン検出器１７は、結像された蛍光パターン１４の強度分布を測定して、干渉縞２９の縞間隔２９Ａ及び縞幅２９Ｂを検出し、これに応じた電気信号を演算装置２８に送信する。演算装置２８は、受信した電気信号に基づいて演算を行ない、サンプル光１１Ａの中心波長及びスペクトル線幅からなる波長特性を算出し、これを波長コントローラ４に送信する。
上述したように、波長コントローラ４は、これらの波長特性のデータに基づき、狭帯域化ユニット１０に指令信号を出力してフッ素分子レーザ光１１の波長特性が所定の値になるように制御している。
【００２４】
尚、蛍光板１５の材質としては、真空紫外領域の光をほとんど透過せず、かつ蛍光１４の波長に近い波長の光の大部分を透過するようなものが好ましく、例えば光学ガラスのＢＫ７等が好適である。これにより、サンプル光１１Ａが蛍光板１５を透過することが少なくなるので、パターン検出器１７の損傷が起こりにくくなる。
【００２５】
また、フッ素分子レーザ光１１はパルス発振するため、蛍光１４も、パルス状に発生したサンプル光１１Ａが蛍光板１５に達するたびに生成される。従って、パルス発振したサンプル光１１Ａによる蛍光１４が、次のパルス発振したサンプル光１１Ａが蛍光板１５に達した際に残っていると、両者が混合され、パルスごとの波長特性の測定が困難となる。
そのため、蛍光の残光時間が、パルス発振と次のパルス発振との間の間隔よりも短く、パルス発振によって生成された蛍光１４が、次のパルス発振までに消滅することが好ましい。即ち、残光時間が、１／（パルス発振繰り返し周波数）以下となるものを選定するようにする。例えば、フッ素分子レーザ光１１を、繰り返し周波数１kＨzで発振させる場合には、蛍光の残光時間が、１msec未満であることが必要となる。
このような蛍光体としては、例えば化成オプトロニクス社の、品名Ｐ−４７のようなものがある。Ｐ−４７は、蛍光の強度が１／１０となる１／１０残光時間が、１μsec以下であり、１〜数kＨzの周波数で発振されるフッ素分子レーザ光１１Ａに対し、充分短い残光時間を有している。
また、住田光学ガラス社のルミラスＢは、１／１０残光時間が２μsec以下であり、１〜数kＨzの周波数で発振されるフッ素分子レーザ光１１Ａに対し、やはり充分短い残光時間を有している。
【００２６】
さらに、蛍光板１５が発生させる蛍光パターン１４の強度は、蛍光板１５に入射する干渉縞２９の強度に正確に比例しているのが好適である。干渉縞２９の強度と蛍光パターン１４の強度が比例していれば、蛍光パターン１４の強度分布を測定することにより、サンプル光１１Ａの波長特性を容易に検出することができるからである。
そして、蛍光板１５の発生させる蛍光パターン１４の強度が干渉縞２９の強度に比例しない場合には、予め入射する干渉縞２９の強度と蛍光パターン１４の強度との関係を調べておき、演算装置２８でその関係を補正して波長特性を演算するようにすればよい。
【００２７】
このとき、サンプル光１１Ａの中には、従来技術の項で説明したように、赤色光が混在している。この赤色光がモニタエタロン２５に入射するのを防止するために、波長測定装置３は、拡散板２４とモニタエタロン２５との間に、赤色光を透過せず、かつ紫外線光であるサンプル光１１Ａを透過する、赤色フィルタ１９を備えている。
サンプル光１１Ａが赤色フィルタ１９に入射すると、赤色光は赤色フィルタ１９で反射するか吸収され、サンプル光１１Ａは赤色フィルタ１９を透過する。これにより、サンプル光１１Ａから赤色光が除かれ、紫外線成分のみがモニタエタロン２５に入射するようになる。
【００２８】
赤色フィルタ１９としては、例えばフッ素分子レーザ光１１を透過するフッ化カルシウム（ＣａＦ2）の基板の表面に、赤色光を高反射率で反射するように誘電体多層膜を全反射コーティングしたものが好適である。また、赤色光の波長に近い光を吸収する気体や液体を、密封容器に封入したものでもよい。
このとき、赤色フィルタ１９で反射した赤色光がビームスプリッタ１２に戻らないように、赤色フィルタ１９は、サンプル光１１Ａの光軸に対して傾けて設置する。さらには、反射した赤色光が、乱反射して蛍光板１５に入射することがないように、赤色フィルタ１９は上部波長測定ボックス３１Ａとの間の隙間が、なるべく小さくなるように設置するのがよい。
これにより、赤色光がモニタエタロン２５に入射することがなくなり、干渉縞２９がサンプル光１１Ａの紫外線成分みによって生じるため、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を正確に測定することが可能である。
【００２９】
また、真空紫外領域の光は空気中の酸素に非常に良く吸収されるため、フッ素分子レーザ光１１は空気中を通ると、そのパワーが大きく減衰する。この減衰を防ぐために、図１に示すようにフッ素分子レーザ光１１及びサンプル光１１Ａの光路は、カバー２２で覆われている。そして、このカバー２２で覆われた内部の空間を図示しない真空ポンプで真空引きするか、又は図示しないパージ手段によって、窒素などの酸素を含まない清浄ガスでパージする。
尚、以下の説明におけるパージとは、容器の内部に所定のガスを充満させる行為を言う。即ち、容器を密閉して内部にパージガスを充満させる場合や、或いは所定のガスを容器の内部に供給し続け、図示しない容器の隙間や図示しない排気ポートから漏れさせる場合をも含む。
【００３０】
また、上部波長測定ボックス３１Ａは密閉されており、その内部には、パージガスボンベ６により、窒素などの酸素を含まない清浄ガスでパージされている。これにより、上部波長測定ボックス３１Ａに入射したサンプル光１１Ａが、減衰することなく、モニタエタロン２５に入射する。従って、干渉縞２９と蛍光板１５上の蛍光パターン１４が、より鮮明に生成される。
或いは、上部波長測定ボックス３１Ａは、図示しない真空ポンプによって真空に保たれていてもよい。
【００３１】
また、下部波長測定ボックス３１Ｂは密閉され、その内部には空気ボンベ１３より、清浄な乾燥空気がパージされている。これにより、蛍光板１５を透過したり、乱反射によって下部波長測定ボックス３１Ｂに入射したサンプル光１１Ａが、空気中の酸素によって吸収され、パターン検出器１７に到達することが少なくなる。これにより、パターン検出器１７の損傷が起こりにくくなるとともに、パターン検出器１７の出力にノイズが混入することも少なく、測定が正確になる。
或いは、乾燥空気の代わりに、酸素の混じった清浄ガスであってもよい。
また、この実施例では酸素を用いたが、これに限られるものではなく、真空紫外領域の光を吸収させる気体であれば、酸素以外の気体を用いてもよい。
【００３２】
尚、干渉縞２９を蛍光板１５に長時間照射し続けると、干渉縞２９のフォトンのエネルギーによって干渉縞２９が当たる部分の蛍光体１６が劣化し、入射した干渉縞２９の強度分布に応じた強度分布の蛍光パターン１４が発せられなくなることがある。
このような蛍光体１６の劣化を防ぐためには、蛍光板１５を、サンプル光１１Ａの光軸に対して垂直方向に移動自在の移動アクチュエータ２１上に載置するのがよい。
パルス発振したフッ素分子レーザ光１１のパルス数は、演算装置２８によってカウントされる。そして、干渉縞２９が所定パルス数だけ蛍光板１５に照射される毎に、演算装置２８からの信号に基づいて移動アクチュエータ２１によって蛍光板１５を所定距離だけ移動させ、サンプル光１１Ａの照射位置を変更する。これにより、蛍光体１６の劣化が少なくなり、蛍光板１５の寿命が長くなる。
【００３３】
次に、第２実施形態について説明する。
図３に、第２実施形態に係る波長測定装置３の構成図を示す。図３において、結像レンズ２７によって結像された干渉縞２９は、蛍光体１６を一側の表面にコーティングした蛍光板１５に対して、所定の入射角で斜めに入射する。この蛍光板１５は、入射した干渉縞２９の強度分布に応じた強度分布の蛍光パターン１４を、前記一側の表面に発生させる。
発生した蛍光パターン１４は、第２結像レンズ３０により、ＣＣＤ等を備えたパターン検出器１７上に結像される。そして、この像に基づいて蛍光パターン１４の強度分布をパターン検出器１７で検出し、演算装置２８によってサンプル光１１Ａの波長特性を算出している。
【００３４】
拡散板２４の手前には、赤色フィルタ１９が配置され、赤色光がモニタエタロン２５に入射して、赤色光による干渉縞を生成するのを防止している。尚、赤色フィルタ１９は、モニタエタロン２５よりも上流であれば、拡散板２４より下流にあってもよい。
また、パターン検出器１７は、波長測定ボックス３１の外部の空気中に設置されており、蛍光パターン１４は、ウィンドウ１８を透過してパターン検出器１７に結像される。これにより、ウィンドウ１８を透過したサンプル光１１Ａは、パターン検出器１７の周囲の空気に吸収され、パターン検出器１７に届くことがない。従って、パターン検出器１７の損傷が起こりにくくなるとともに、パターン検出器１７の出力にノイズが混入することも少なく、測定が正確になる。さらに、ウィンドウ１８の代わりに、紫外線を透過しない紫外線フィルタを配置すれば、なおよい。
また、パターン検出器１７を空気中に置いているので、パターン検出器１７の劣化などでメンテナンスが必要な場合に、容易に修理・交換が可能である。
【００３５】
次に、第３実施形態について説明する。
図４に、第３実施形態に係る波長測定装置３の構成例を示す。
図４において、波長測定装置３は、分離された上部波長測定ボックス３１Ｃと、下部波長測定ボックス３１Ｄとを備えており、パターン検出器１７が、下部波長測定ボックス３１Ｄの内部に収納されている。上部波長測定ボックス３１Ｃ及び下部波長測定ボックス３１Ｄには、蛍光パターン１４が透過するウィンドウ１８Ａ，１８Ｂが付設されている。
蛍光パターン１４は、ウィンドウ１８Ａを透過して上部波長測定ボックス３１Ｃの外部に出射し、ウィンドウ１８Ｂを透過して下部波長測定ボックス３１Ｄの内部に入る。上部Ｂ波長測定ボックス３１Ｃと下部波長測定ボックス３１Ｄとの間には、空気が介在しているため、サンプル光１１Ａはこの空気によって吸収され、下部波長測定ボックス３１Ｄの内部には到達しない。
【００３６】
また、上部及び下部波長測定ボックス３１Ｃ，３１Ｄには、いずれも図示しない真空ポンプとパージガスボンベ６とが接続されており、内部は清浄な不活性ガスで満たされている。これにより、パターン検出器１７は常に清浄な状態で用いられるので、パターン検出器１７の表面に湿気や塵が付着して測定に誤差が生じるようなことがない。
さらに、図示しない温度コントローラを取り付けて、波長測定ボックス３１Ｃ，３１Ｄ内部の温度を制御するようにすれば、より正確な測定が可能となる。
【００３７】
また、波長測定装置３は、既知の光量の紫外線光を発することの可能な、紫外線ランプ４２を備えている。
紫外線ランプ４２から図４中左向きに出射した紫外線ランプ光は、図示しない手段により、略一様な強度分布を有している。結像レンズ２７と蛍光板１５との間に介挿されたビームスプリッタ４１に入射する。紫外線ランプ光は、ビームスプリッタ４１で図４中下向きに反射され、蛍光板１５に入射して、蛍光を発生させる。
【００３８】
例えば、蛍光板１５を最初に設置したときに、この紫外線ランプ光による蛍光の強度を、パターン検出器１７で計測し、計測値を記憶しておく。これが、蛍光板１５の初期状態を表す。そして、定期的に紫外線ランプ光による蛍光の強度をパターン検出器１７で計測することにより、蛍光板１５の特性の変化を検出して、蛍光パターン１４を補正することが可能である。さらには、蛍光板１５の劣化を検知し、交換時期を知ることもできる。或いは、蛍光板１５の劣化に対し、第１実施形態で説明したように、移動アクチュエータ２１で蛍光板１５を移動してもよい。
このように、補正用の紫外線ランプ４２を設けているので、蛍光板１５の劣化や品質のばらつきによる不具合を検知可能であり、それに応じた対策を取ることが可能である。
【００３９】
紫外線ランプ４２は、Ｆ2レーザ装置１が運転中には消灯しておき、Ｆ2レーザ装置１が停止したときに点灯して、上記計測を行なうようにしてもよい。或いは、破線で示したシャッタ４３Ａ，４３Ｂを設け、片方の光のみを蛍光板１５に入射させて、計測を行なうようにしてもよい。
尚、このような紫外線ランプ４２については、その波長が、波長特性を測定するレーザ光の波長に近いものを選択するのがよい。例えば、Ｆ2レーザ装置１から出射したフッ素分子レーザ光１１の場合には、その発振波長である１５７nm近辺の波長の光を発する、臭素、白金、或いは重水素（Ｄ2）等のランプが好適である。また、ＡｒＦエキシマレーザ装置（波長：約１９３nm）の場合には、白金やヒ素、或いは水銀ランプが好適である。
【００４０】
次に、第４実施形態を説明する。
図５に、第４実施形態に係る波長測定装置３の構成図を示す。図５において、波長測定装置３は、ツェルニー・ターナー型の分光器を形成しており、スリット３５と、２個の凹面鏡３６，３７と、回折格子３８と、ミラー４０とを備えている。
波長測定装置３に入射したサンプル光１１Ａは、スリット３５を照明する。スリット３５を透過したサンプル光１１Ａは、第１の凹面鏡３６によって略平行光に整形され、回折格子３８に入射する。回折格子３８は、サンプル光１１Ａをその波長特性に応じた角度で回折し、回折光３９を出射する。回折光３９は、第２の凹面鏡３７及びミラー４０を介して、蛍光板１５上に、波長特性に応じた位置及び強度分布で集光される。
蛍光板１５は、その他面側に、回折光３９の強度分布に応じた蛍光パターン１４を発生させる。パターン検出器１７は、第２実施形態（図３）と同様に、波長測定ボックス３１の外部の空気中に設置されている。蛍光パターン１４は、結像レンズ２７により、ウィンドウ１８を透過してパターン検出器１７に結像される。
蛍光パターン１４の強度分布は、波長特性を示しており、演算装置２８は、この強度分布に基づいてサンプル光１１Ａの波長特性を算出する。
【００４１】
このとき、スリット３５の上流側には、前記各実施形態と同様に赤色フィルタ１９が配設され、赤色光が波長測定装置３に入射するのを防止して、波長特性の測定精度を向上させている。
また、パターン検出器１７が、第２実施形態と同様に空気中に設置されているので、紫外線光が入射しないために波長特性の測定が正確で、かつパターン検出器１７が損傷しにくく、メンテナンスが容易である。
また、モニタエタロン２５によって波長特性を測定するのに比べ、回折格子３８を用いて測定することによって、より精度の高い計測が可能である。
【００４２】
尚、上記各実施形態では、ビームスプリッタ１２によってフッ素分子レーザ光１１の一部をサンプル光１１Ａとして取り出し、このサンプル光１１Ａの波長特性を常に測定するようにしている。しかしながら、本発明はこのような形態に限られるものではない。
例えば図１において、通常の発振時にはビームスプリッタ１２を配置せず、フッ素分子レーザ光１１の波長を測定する時にのみ、ビームスプリッタ１２又は全反射ミラーを配置する。そして、このビームスプリッタ１２又は全反射ミラーで反射されたフッ素分子レーザ光１１を波長測定装置３に入射させ、発生する蛍光パターン１４に基づいてフッ素分子レーザ光１１の波長特性を検出するようにしてもよい。またこのとき、フッ素分子レーザ光１１を、フィルタ等で減光した光を入射させてもよい。
【００４３】
或いは、ビームスプリッタ１２や全反射ミラーを設けずに、波長測定装置３をフッ素分子レーザ光１１の光軸上に配置してもよい。そして、フッ素分子レーザ光１１、又はこのフッ素分子レーザ光１１をフィルタ等で減光した光を波長測定装置３に入射し、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を直接測定するようにしてもよい。
さらには、所定の時間間隔をおいて定期的に（例えば１日に１度）、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を測定するような場合にも応用可能である。
【００４４】
また、上記各実施形態で説明したフッ素分子レーザ光１１は、波長選択素子としてグレーティング３３を備え、これをフッ素分子レーザ光１１に対して回転させることにより、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御している。
しかしながら、本発明はこのような形態に限られるものではなく、例えばプリズム３２を回転させてもよく、内部にフッ素分子レーザ光１１を反射するミラーを備えて、これを回転させてもよい。
さらには、狭帯域化ユニット１０の内部にエタロンを備えて、これによってフッ素分子レーザ光１１を狭帯域化してもよい。この場合は、フッ素分子レーザ光１１に対するエタロンの角度を変更することにより、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を制御すればよい。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、フッ素分子レーザ光１１又はサンプル光１１Ａの波長特性に応じた光パターン（上記各実施形態によれば、干渉縞２９及び回折光３９）を、分光手段（上記各実施形態によれば、モニタエタロン２５及び回折格子３８）によって生成する。そして、この光パターン２９，３９を蛍光板１５に照射し、この蛍光板１５から発せられる蛍光パターン１４の強度分布をパターン検出器１７で測定して、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を検出している。
【００４６】
即ち、フッ素分子レーザ光１１をパターン検出器１７に直接入射させることなく、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を測定することが可能である。蛍光パターン１４が発する蛍光は真空紫外領域のフッ素分子レーザ光１１よりも波長が長いので、フォトンのエネルギーが小さく、フッ素分子レーザ光１１を直接入射させた場合のようにパターン検出器１７が損傷することがない。これにより、波長測定装置３の故障が少なくなり、Ｆ2レーザ装置１の稼働率が向上する。
また、フッ素分子レーザ光１１の波長特性を長時間にわたって正確に測定することが可能であり、この測定値に基づいて長期間の精密な波長特性の制御が可能となる。これにより、レーザリソグラフィ等の精密な加工用の光源としてＦ2レーザ装置１を使用する場合にも、被加工物に正確に所定の波長特性のフッ素分子レーザ光１１を照射できるので、良好な加工が可能となる。
【００４７】
そして、このような波長測定装置３において、パターン検出器１７の上流側に、紫外線光であるサンプル光１１Ａを吸収する、酸素を含む気体の層を設けている。これにより、サンプル光１１Ａがこの気体の層に吸収され、パターン検出器１７に届くことがない。従って、紫外線光による測定誤差が減少し、かつパターン検出器１７が損傷しにくく、メンテナンスが容易となる。
また、前記分光手段２５，３８よりも上流側に、赤色光を透過しない赤色フィルタ１９を配置している。これにより、サンプル光１１Ａに混在している赤色光が、分光手段２５，３８に達することがなく、波長測定の誤差が減少する。
さらには、第４実施形態に説明したように、補正用の紫外線ランプ４２を設けているので、蛍光板１５の劣化や品質のばらつきによる不具合を検知可能であり、それに応じた対策を取ることが可能である。
【００４８】
尚、真空紫外レーザとしてＦ2レーザ装置を例にとって説明したが、これに限られるものではなく、真空紫外領域の波長（約２０nm〜２００nm）の光を発振するレーザであればよい。真空紫外レーザには、例えばＡｒＦレーザ、ＡｒＣｌレーザ、Ｘｅ2レーザ、Ｋｒ2レーザ、Ａｒ2レーザ、Ｈ2レーザ、Ｈ2ラマンレーザ、Ｘｅオージェレーザ等が含まれる。これらの真空紫外レーザの波長特性を測定する場合にも、本発明が適用可能である。
さらに、波長特性としては、中心波長及びスペクトル線幅のみに関して説明したが、スペクトル純度等、他の特性を含む場合についても同様である。スペクトル純度とは、フッ素分子レーザ光１１のエネルギーの、例えば９５％が収まる斜線領域の波長幅を示している。この値が小さいほど、フッ素分子レーザ光１１の波長中に、中心波長λcから離れた成分が混じらなくなるため、露光に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る波長測定装置を備えたＦ2レーザ装置の構成図。
【図２】干渉縞の強度分布の一例の説明図。
【図３】第２実施形態に係る波長測定装置の構成図。
【図４】第３実施形態に係る波長測定装置の構成図。
【図５】第４実施形態に係る波長測定装置の構成図
【図６】従来技術に係る波長測定装置を備えたＦ2レーザ装置の構成図。
【符号の説明】
１：Ｆ2レーザ装置、２：レーザチャンバ、３：波長測定装置、４：波長コントローラ、６：パージガスボンベ、７：フロントウィンドウ、８：フロントミラー、９：リアウィンドウ、１０：狭帯域化ユニット、１１：レーザ光、１１Ａ：サンプル光、１２：ビームスプリッタ、１３：空気ボンベ、１４：蛍光パターン、１５：蛍光板、１６：蛍光体、１７：パターン検出器、１８：ウィンドウ、１９：赤色光フィルタ、２０：紫外線フィルタ、２１：移動アクチュエータ、２２：カバー、２４：拡散板、２５：モニタエタロン、２７：結像レンズ、２８：演算装置、２９：干渉縞、３０：第２結像レンズ、３１：波長測定ボックス、３２：プリズム、３３：グレーティング、３４：回転アクチュエータ、３５：スリット、３６：凹面鏡、３７：凹面鏡、３８：回折格子、３９：回折光、４０：ミラー、４１：ビームスプリッタ、４２：紫外線ランプ、４３：シャッタ。

Claims

真空紫外領域のレーザ光の光路上の上流側に設けられ、内部に真空紫外領域のレーザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手段と、光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パターンを発生する蛍光板とを備え、真空紫外領域のレーザ光を入射し、蛍光パターンを出射する上部波長測定ボックスと、
上部波長測定ボックスから出射される蛍光パターンを受け入れる位置に、上部波長測定ボックスとは内部の気体が混合しないよう設けられ、蛍光板から発生し、上部波長測定ボックスから出射された蛍光パターンの強度分布を測定するパターン検出器を備え、蛍光パターンを入射する下部波長測定ボックスと、
上部波長測定ボックスに対し、真空紫外領域の光を吸収しない清浄ガスを充填する第１のパージ手段と、
下部波長測定ボックスに対し、真空紫外領域の光を吸収する気体を充填する第２のパージ手段と、
測定された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波長特性を演算する演算装置とを備えた真空紫外レーザの波長測定装置であって、
清浄ガス下で蛍光パターンが生成された後、蛍光パターンが、真空紫外領域の光を吸収する気体中を通ってパターン検出器に到達する上記の真空紫外レーザの波長測定装置。
第２のパージ手段によって充填される気体が、酸素を含む空気の層である請求項１記載の真空紫外レーザの波長測定装置。
真空紫外領域のレーザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手段と、光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パターンを発生する蛍光板とを備え、真空紫外領域のレーザ光の光路上の上流側に設けられて、レーザ光を入射し、外部の空気中に蛍光パターンを出射する上部波長測定ボックスと、
上部波長測定ボックスの外部の空気中の、上部波長測定ボックスの外部に出射された蛍光パターンを入射する位置に設けられ、上部波長測定ボックスから出射される蛍光パターンの強度分布を測定するパターン検出器と、
上部波長測定ボックスに対し、酸素を含まない清浄ガスを充填するパージ手段と、
測定された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波長特性を演算する演算装置とを備えた真空紫外レーザの波長測定装置であって、
清浄ガス下で生成された蛍光パターンが、上部波長測定ボックスから外部に射出され、外部の空気中を通過した後、パターン検出器で検出される上記の真空紫外レーザの波長測定装置。
真空紫外領域のレーザ光の波長特性に対応した光パターンを生成する分光手段と、光パターンの強度分布に対応する強度分布の蛍光パターンを発生する蛍光板とを備え、真空紫外領域のレーザ光の光路上の上流側に設けられて、レーザ光を入射し、外部の空気中に蛍光パターンを出射する上部波長測定ボックスと、
蛍光板から発生し、上部波長測定ボックスの外部の空気中に出射された蛍光パターンの強度分布を測定するパターン検出器を備え、上部波長測定ボックスから出射され、空気中を通った蛍光パターンを受け入れる位置に設けられ、蛍光パターンを入射する下部波長測定ボックスと、
上部波長測定ボックス及び下部波長測定ボックスに対し、それぞれ、真空紫外領域の光を吸収しない清浄ガスを充填するパージ手段と、
測定された蛍光パターンの強度分布に基づいてレーザ光の波長特性を演算する演算装置とを備えた真空紫外レーザの波長測定装置であって、
清浄ガス下で生成された蛍光パターンが、上部波長測定ボックスから外部に射出され、外部の空気中を通過した後、下部波長測定ボックスに入射する上記の真空紫外レーザの波長測定装置。
真空紫外領域の光を吸収しない清浄ガスが、酸素を含まないガスである請求項１〜４のいずれかに記載の真空紫外レーザの波長測定装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の真空紫外レーザの波長測定装置において、
分光手段の上流側に、レーザ光に混入している可視光を除去する光学素子を配したことを特徴とする真空紫外レーザの波長測定装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の真空紫外レーザの波長測定装置において、
レーザ光に近い波長の光を発生する紫外線ランプを備えたことを特徴とする真空紫外レーザの波長測定装置。