JPH01160072A - エキシマレーザの波長制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この弁明は狭帯域発振エキシマレーザの波長制′ａ装置
に関し、特に縮小投影露光装置の光源として用いるエキ
シマレーザの波長制御装置に関する。

〔従来の技術］ 半導体装置製造用の縮小投影露光装置の光源としてエキ
シマレーザの利用が注目されている。

これはエキシマレーザの波長が短い（ＫｒＦレーザの波
長は約２４８．４０ＩＩｌ）ことから光露光の限界を０
．５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度
なら従来用いていた水銀ランプの９線やｉ線に比較して
し焦点深度が深いこと、レンズの間口数（ＮＡ）が小さ
くてすみ、露光領域を大きくできること、大きなパワー
が得られること等の多くの優れた利点が期待できるから
である。

しかしながら、エキシマレーザを縮小投影露光装置の光
源として用いるにあたって解決しなければならない２つ
の大きな問題がある。

その１つは、エキシマレーザの波長が２４８゜３５ｒ＋
ｎ＋と短いため、この波長を透過する材料が石英、Ｃａ
Ｆ２およびＭｏＦ３等しかなく、均一性および加工精度
等の点でレンズ累月として石英しか用いることができな
いことである。このため色収差補正をした縮小投影レン
ズの設計が不可能となる。したがって、この色収差が無
視しうる程度まで、エキシマレーザの狭帯域化が必要と
なる。

他の問題はエキシマレーザの狭帯域化に伴い発生するス
ペ□ックル・パターンをいかにして防ぎ、また狭帯域化
に伴うパワーの低減をいかにしておさえるかということ
である。

エキシマレーザの狭帯域化の技術としてはインジエンク
ションロック方式と呼ばれるものがある。

このインジエンクションロック方式は、オシレータ段の
キャビティ内に波長選択素子〈エタロン・回折格子・プ
リズム等）を配置し、ピンホールによって空間モードを
制限して単一モード発振させ、このレーザ光を増幅段に
よって注入同期する。このため、その出力光はコヒーレ
ンス性が高く、これを縮小露光装置の光源に用いた場合
はスペックル・パターンが発生する。一般にスペックル
・パターンの発生はレーザ光に含まれる空間横モードの
数に依存すると考えられている。すなわち、レ一ザ光に
含まれる空間横モードの数が少ないとスペックル・パタ
ーンが発生し易くなり、並に空間モードの数が多くなる
とスペックル・パターンは発生しにくくなることが知ら
れている。上述したインジェクションロック方式は本質
的には空間横モードの数を著しく減らずことによって狭
帯域化を行う技術であり、スペックル・パターンの発生
が大きな問題となるため縮小投影露光装置には採用でき
ない。

エキシマレーザの狭帯域化の技術として他に有望なもの
は波長選択素子であるエタロンを用いたものがある。こ
のエタロンを用いた従来技術としてはＡＴ＆Ｔベル研究
所によりエキシマレーザのフロントミラーとレーザヂャ
ンバとの間にエタロンを配置し、エキシマレーザの狭帯
域化を図ろうとする技術が提案されている。しかし、こ
の方式はスペクトル線幅をあまり狭くできず、かつ、エ
タロン挿入によるパワーロスが大きいという問題があり
、更に空間横モードの数もあまり多くすることができな
いという欠点がある。

−１Ｑ　　　− そこで、発明者等はエキシマレーザのレーザチャンバと
リアミラーの間に有効径の大きな（数１０ｍｍφ程度）
エタロンと大面積の回折格子を配置する構成を採用し、
特に回折格子については回折格子とリアミラーが斜入射
方式の位置関係になるように構成することによって狭帯
域化をおこなっている。すなわち、エキシマレーザのリ
アミラーとレーザチャンバとの間にエタロンおよび回折
格子を配置する構成を採用することにより、レーザの狭
帯域化、空間横モード数の確保、エタロンおよび回折格
子等波長選択素子の挿入によるパワーロスの減少という
縮小投影露光装置の光源として要求される必須の問題を
解決したのである。

しかし、エキシマレーザのリアミラーとレーザチャンバ
との間にエタロンおよび回折格子を配置する構成は、狭
帯域化、空間横モード数の確保、パワーロスの減少とい
う点で優れた利点を有するが、エタロンを透過するパワ
ーや回折格子に入射するパワーが非常に大きくなるため
エタロンや回折格子に温度変動等の物理的変化が生じ、
このため発振出力レーザ光の中心波長が変動したり、多
波長発振したり、エタロンの透過中心波長と回折格子の
選択中心波長が重ならずパワーが著しく低下するという
問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このようにリアミラーとレーザチャンバとの間に有効径
の大きいエタロンと大面積の回折格子を配置する構成を
とると、狭帯域化、空間横モードの数の確保、パワーロ
スの減少−という点で、縮小投影露光装置の光源として
採用するに際し、好ましい利点を生じるが、発振中心波
長の変動、パワーの変動等の新たな問題も生じた。

この発明はリアミラーとレーザチャンバとの間にエタロ
ンおよび回折格子を配置した構成をとるエキシマレーザ
において、出力レーザ光の中心波長を晶精度に固定しレ
ーザパワーの変動を小さくし、安定した出力が得られる
ようにしたエキシマレーザの波長制御装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明によれば、リアミラーとレーザチャンバとの間
に配置されたエタロンと回折格子の波長選択特性を、出
力レーザ光の中心波長および中心波長のパワーを検知す
ることによりフィードバック制御する。

この発明においては次の２つの制御を同時にまたは交互
に実行することにより中心波長およびパワーの安定化を
図っている。

１）中心波長制御・・・・・・エタロンの透過波長をシ
フトさせ、出力中心波長を所望の波長に制御する。

２）市ね合わせ制御・・・・・・回折格子の選択中心波
長をシフトすることによりエタロンの透過中心波長と回
折格子の選択中心波長が一致するように制御し、これに
よって最大パワーを得る。

ここて、エタロンの透過中心波長の制御は、エタロンの
温度、角度、■タロンギャップ内の気体の屈折率（すな
わら気体の圧力）■タロンギャップ間隔の制御によって
達成でさ、回折格子の選択中心波長の制御は斜入射方式
に従った位置関係に−２１＝ あるリアミラーをシフトさせる制御によって達成できる
。

すなわち、この発明によれば、エキシマレーザのレーザ
チャンバとリアミラーとの間に１つのエタロンと１つの
回折格子を配置し、これらエタロンＪ５よび回折格子の
波長選択特性をそれぞれ制御することにより出力レーザ
光の波長を制御するエキシマレーザの波長制御装置にお
いて、出力レーザ光の波長を検出する波長検出手段と、
出力レーザ光の中心波長のパワーを検出するパワー検出
手段と、前記波長検出手段による検出波長が所望の特定
波長に一致すべく前記エタロンの波長選択特性を制御す
る第１の制御手段と、前記中心波長パワー検出手段によ
る検出パワーが最大となるべく前記回折格子の選択波長
特性を制御する第２の制御手段とを具えて構成される。

また、この発明によれば、エキシマレーザのレーザチャ
ンバとリアミラーどの間に１つのエタロンと１つの回折
格子を配置し、これらエタロンＪ３よひ回折格子の波長
選択特性をそれぞれ制御りることにより出力レーザ光の
波長を制御するエキシマレーザの波長制御装置において
、レーザの出力パワーを検出する第１のパワー検出手段
と、出力レーザ光の所定の波長成分のパワーを検出する
第２のパワー検出手段と、この第２のパワー検出手段の
出ツノを前記第１のパワー検出手段の出力により規格化
する規格化手段と、この規格化手段により規格化された
パワーが最大となるべく前記エタロンの波長選択特性を
制御する第１の制御手段と、前記第２のパワーが最大と
なるべく前記回折格子の波長選択特性を制御する第２の
制御手段とを具えて構成される。

〔作用〕

この発明によれば、中心波長制御を行なう第１の制御手
段により出力レーザ光の中心波長が所望の波長に固定さ
れ、重ね合わせ制御を行なう第２の制御手段により中心
波長のパワーが最大となるように制御される。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例をブロック図で示したも
のである。制御対象である■ギシマレーザ１０はリアミ
ラー１、レーザチャンバ２、フロン１〜ミラー３を有し
ており、リアミラー１とレーザチャンバ２との間にレザ
ーチャンバ２側にエタロン４、リアミラー１側に回折格
子５を配置し、回折格子５とリアミラー１は互いに斜入
射方式に従った位置関係にあるように構成されている。

エキシマレーザ１０から出力されたレーザ光の一部はビ
ームスプリッタ１１を介してサンプル光として取出され
、レンズ１２、光ファイバ１３を介して発振中心波長及
び中心波長パワー検知器１４に入力される。

発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４はサンプル
光に含まれる■キシマレーザ１０の発振中心波長λと中
心波長のパワーＰλを検出する。

この発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４として
は第３図に示すものを用いることができる。

第３図に示す発振中心波長及び中心波長パワー検知器１
４は凹面鏡１４３．１４５および回折格子１４４からな
る回折格子型分光器１４０と先位　２４　装 置センサ１４６を備えて構成される。光ファイバ１３を
通って入力されるサンプル光はレンズ１４１で集光され
、分光器１４０の入射スリット１４２から入力される。

この入射スリット１４２から入力された光は凹面鏡１４
３で反射され、平行光となり回折格子１４４に照射され
る。回折格子１４４は所定の角度に固定されており、入
射した光の波長に対応した回折角度で反射する。この回
折光を凹面鏡１４５に導き、凹面鏡１４５の反射光は光
位置センサ１４６に導かれて結像される。

すなわち、入射光の波長に対応する入射スリット１４２
の回折像が光位置センサ１４６の受光面上に結像され、
この入射スリッ１〜１４２の回折像の位置からサンプル
光の中心波長λを検出することができる。この入射スリ
ット１４２の回折像の光強度から中心波長パワーＰλを
検出することができる。

なお、光位置センサ１４６としてはフォトダイオードア
レイまたはＰＳＤ（ポジション　ゼンシイティブ　デバ
イス）等を用いることができる。

ここで、光位置センサ１４６としてフォトダイオードア
レイを用いた場合、中心波長は最大光強度の受光チャン
ネルの位置により検出し、中心波長パワーは中心波長に
対応するチャンネルの光強度または中心波長付近のチャ
ンネルの光強度の和から検出する。また光位置センサ１
４６としてＰＳＤを用いた場合は、ＰＳＤの受光面の大
きさを第４図に示すようにサイドピークを受光しない大
きさに設定し、その出力から中心波長を検出し、受光強
度から中心波長パワーを検出する。

発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４で検出され
たサンプル光の中心波長λおよび中心波長パワーＰλは
波長コン１へローラ１５に入力される。

波長コントローラ１５はドライバ１６を介してエタロン
４および回折格子５の波長選択特性（透過中心波長およ
び選択中心波長）を制卸し、サンプル光、すなわちエキ
シマレーザ１０の出力光の中心波長が予め設定された所
望の波長に一致し、かつ中心波長パワーが最大となるよ
うにする。こ−つρ　− こてドライバ１６によるエタロン４および回折格子５の
波長選択特性の制御はエタロン４および回折格子５のそ
れぞれの温度の制御、エタロン４の角度の制御、リアミ
ラー１と回折格子５の位置関係の制御、例えばリアミラ
ー１を回折格子５表面の中心の円周上てシフトさぜるサ
インバー装置の制御、エタロン４のエアギャップ内の圧
力の制御、エタロン４のギャップ間隔の制御等によって
行なう。たとえば、エタロン４の角度の制御と、リアミ
ラー１の位置の制御を採用する場合、エタロン４には第
２９図に例示しているようなパレスモータによる角度調
整機構を設け、リアミラー１は第３０図に例示している
ようなサインバー装置等に設置し、ドライバ１６により
パルスモータ等およびサインバー装置等を駆動するよう
に構成される。

第２９図において、エタロン４はエタロンボルダ４１よ
りエタロン取付板４２に数句けられ、エタロン取付板４
２はヒンジ４３により基板４４の一端に取付けられる。

基板４４の他端にはタップ孔４５が穿設され、このタッ
プ孔４５には一端がエタロン取付板４２に当接し、他端
がパルスモーク４６に直結されたネジ５１が挿入され、
パルスモータ４６はリニアガイド４７によってネジ５１
の進行方向に移動可能なようにパルスモータ取イ」板４
８に取付けられている。またエタロン数句板４２と基板
４４との間にはネジ４７と■タロン取付板４２との当接
を保持するためのバネ４９が設けられている。かかる構
成において、ドライバ１６によりパルスモータ４８を制
御すれば光軸に対するエタロン４の角度を高精度で制御
することができる。なお、第２９図においてロッド５０
はこの角度調整機構をエキシマレーザ本体に固定するた
めのものである。

また、第３０図において、支点３０を中心にして回動す
るサインパー２５にはリアミラー１が固設され、サイン
パー２５の先端にはピン３１が植設される。ピン３１は
サインパー２５とテーブル２２との間に取（＝ｌけられ
た引張バネ３２によってトランスレーションステージ２
３に植設されたロッド２６に摺接させる。トランスレー
ションステ＝　２８　＝ 一ジ２３はポールネジ２４によってテーブル内２２を矢
印方向に移動可能に構成されており、ボールネジ２１は
パルスモータ２１によって回動駆動される。かかる構成
において、ドライバ１６の出力によりパルスモータ２１
を制御すれば、これによってｉ−ランスレージョンステ
ージ２３の位置が制御され、１〜ランスレージヨンステ
ージ２３の制御位置に対応してリアミラー１の角度が可
変制御される。

なおリアミラー１の駆ｖＪ機構は第３０図に例示したサ
インバー装置の他に、コセカントバ一方式等を採用した
装置等、リアミラー１が回折格子５によって回折された
レーザ光の回折光を受光できる範囲内を移動でさる機構
であるか、才だはリアミラー１を固定し、回折格子５の
角度を変化させる機構、あるいはリアミラー１、回折格
子５ともに角度調整機構を備えた機構であってもよい。

波長コン１ヘローラ１５による制御の詳細を説明する前
に、この制卸の原理を第２図を用いて説明する。

第２図に示すグラフは、この実施例で用いられるエンタ
ロン４と回折格子５の波長選択特性をグラフに示したも
ので、エタロン＃Ｅ１　（例えばエタロン４）の波長選
択特性を実線で示し、回折格子＃Ｇ（例えば回折格子５
）の波長選択特性を点線で示す。第１図示したエキシマ
レーザ１０の場合エタロン＃Ｅ１の波長選択特性と回折
格子＃Ｇの波長選択特性が重なった波長域において発信
が生じ、この重なった部分に対応する波長の出力レーザ
光が得られる。そして第２図から明らかなようにエタロ
ン＃Ｅ１の透過中心波長と、回折格子＃Ｇの選択中心波
長が一致した第２図（ａ）の場合に最大の出力レーザ光
パワーが得られ、エタロン＃Ｆ１の透過選択波長と回折
格子＃Ｇの選択中心波長が第２図（ｂ）、第２図（Ｃ）
に示すようにずれてくると出力レーザ光パワーは小さく
なり、代りにサイドピークが指数関数的に強くなり、多
波長発振になることが理解できる。また、エタロン＃Ｅ
１の透過中心波長を固定して、回折格子＃Ｇの選択中心
波長をシフ１−シた場合を考えると、この場合、エキシ
マレーザの発振中心波長はほとんど変化しないことプメ
実験により判明している。

そこで、この実施例の波長コントローラ１５においては
、まず発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４によ
って検出された発振中心波長λと予め設定した設定波長
λ０との差Δλ（−λ−λ０）を算出し、エタロン＃Ｅ
１の透過中心波長または、エタロン＃Ｅ１の透過中心波
長と回折格子＃Ｇの選択中心波長をシフトすることによ
り発振中心波長を所望の設定波長に固定し、その後回折
格子＃Ｇの選択中心波長を出力レーザ光パワーの増大す
る方向にシフトすることによりエタロン＃Ｅ１の透過中
心波長と回折格子＃Ｇの選択中心波長を重ね合わせるよ
うに制御する。

第５図は波長コン１ヘローラ１５の具体的制卸例を示し
たものである。まず、ステップ１５１において、発振中
心波長及び中心波長パワーを読み込む。ここでは発振さ
れたレーザパルスを所定数サンプリングし、平均化して
発振中心波長λおよび中心波長パワーＰλを算出してい
る。このような処理を実行する理由は、エキシマレーザ
がパルスガスレーザであるため、パルス毎に出力レーザ
光パワーのバラツキがあるためである。

次に、ステップ１５２において検出した中心波長λと予
め設定された所望の設定波長λ。どの差Δλを算出する
（Δλ−λ−２０）。

続いて、ステップ１５３において今回サンプリングした
く読み込んだ）中心波長パワーＰλと前回サンプリング
した中心波長パワーＰλ−１との差ΔＰλを算出する（
ΔＰλ−Ｐλ−Ｐ／ｌ〜１）。

その後中心波長制御サブルーチン２００に移行する。

中心波長制御サブルーチン２００の内容は第６図に示さ
れる。すなわち、中心波長制御サブルーチン２００にお
いてはエタロン＃Ｆ１の透過中心波長をステップ１５２
で口出した値Δλたけシフトする制御を行なう（ステッ
プ２０１）。なお、この中心波長制御サブルーチン２０
０において、■タロン＃Ｆ１だけでなく、回折格子＃Ｇ
に関しても選択中心波長をシフトするように構成しても
よい。このようにした場合の中心波長制御サブルーチン
２００の内容が第７図に示される。第７図においてはエ
タロン＃Ｅ１の透過中心波長と回折格子＃Ｇの選択中心
波長の両者を値Δλだけシフトする制御を行なう（ステ
ップ２０２）。

中心波長制御サブルーチン２００が終了すると波長選択
素子エタロン重ね合わゼ制御サブルーチン３００に移行
する。この波長選択素子重ね合わせ制御サブルーチン３
００の内容は第８図に示される。まず、ステップ３０１
において、ステップ１５３で算出した値△Ｐ／ｌが正（
△Ｐλ〉０）であるか否かの判断がなされる。ここで△
Ｐλ〉０であると、ステップ３０２に分岐し、前回の制
御時（サンプリング時）に回折格子＃Ｇの選択中心波長
を短波長側に所定量シフトしたか否かの判断がなされる
。この判断において短波長側にシフトしたと判断される
とステップ３０３に分岐し、回折格子＃Ｇ（７）選択中
心波長を更に短波長側に所定量シフトさせる。また、ス
テップ３０２において前回回折格子＃Ｇの選択中心波長
を長波長側にシフ］−シたと判断されるとステップ３０
４に移行し、回折格子＃Ｇの選択中心波長を長波長側に
所定量シフトさせる。

また、ステップ３０１において、△Ｐλ≦０と判断され
るとステップ３０５に移行する。ステップ３０５では前
回の制御時（サンプリング時）に回折格子＃Ｇの選択中
心波長を短波長側にシフトしたか否かの判断がなされる
。ここで短波長側にシフトしたと判断されるとステップ
３０６に分岐し、回折格子＃Ｇ選択中心波長を長波長側
に所定ωシフトさせる。また、ステップ３０５にＪ３い
て、前回回折格子＃Ｇ選択中心波長を長波長側にシフト
したと判断されると、スーアップ３０７に移行し、回折
格子＃Ｇの選択中心波長を短波長側に所定量シフトさせ
る。

このように、波長選択素子重ね合わゼ制御サブルーチン
３００においては、値△Ｐλの符丹と前回の選択中心波
長のシフト方向とにもとづき出力レーザ光パワーを増大
させる回折格子＃Ｇの選択中心波長シフト方向を判断し
、この判断した方向に回折格子＃Ｇの選択中心波長を所
定量シフトさせる。

第９図は回折格子＃Ｇの選択中心波長スペクトルと実際
のレーザ発振スペクｉ〜ルとの関係をエタロン＃Ｅ１と
回折格子＃Ｇの重ね合わせとの関係のもとに示したもの
である。第９図において点線の波形は回折格子＃Ｇの選
択波長のスペクトルを示し、実線の波形は実際のレーザ
発振スペクトルを示す。また、第９図において、λＥ１
はエタロン＃Ｅ１の透過中心波長、λＥ２は回折格子＃
Ｇの選択中心波長を示す。第９図から明らかなようにエ
タロン＃Ｆ１の透過中心波長λＥ１と回折格子＃Ｇの選
択中心波長λＥ２が完全に重ね合わされ１こ第９図の（
ｂ）の状態が最大の出力パワーＥａＸＰλが得られ、重
ね合わせが不充分な第９図（ａ）または第９図（Ｃ）の
状態に８３いては最大の出力レーザ光パワーは得られな
いことが分かる。

第１０図は、エタロン重ね合わせ制卸ザブルーヂン３０
０の変更例を示すもので、ここでは、エキシマレーザの
リアミラーとレーザチャンバとの間に゛２個以上のエタ
ロンと唯一個の回折格子が挿入される場合の制御すなわ
ち波長選択素子子ね合わせ制御の対象となる波長選択素
子が複数枚のエタロン＃Ｅ２　、＃Ｅ３・・・＃Ｅｎと
唯一個の回折格子＃Ｇである場合の制御を示している。

この第１０図の制御は基本的には第８図に示したものと
同一である。ただし、第１０図においては複数のエタロ
ン＃Ｅ２　、＃Ｆ３・・・＃Ｆｎおよび回折格子＃Ｇの
制御を行なうため、第８図に示したフローにステップ３
０８とステップ３０９が追加されている。すなわち、ス
テップ３０８では現在制御しているエタロン＃Ｅｋある
いは回折格子＃Ｇの重ね合わせが終了したか否かの判断
を行なう。ここで終了したと判断されるとステップ３０
９に分岐し、次回の波長選択素子の重ね合わせ制御では
エタロン＃Ｆｋある意は回折格子＃Ｇに代えてエタロン
＃Ｅｋ＋１あるいは回折格子＃Ｇａ′）重ね合わせ制御
を行なわせるように処理する。この制御はに＝ｎになる
まで続けられまた回折格子＃Ｇの重ね合わせが終了する
まで続ＣＪられる。なお、第＝　３６− １０図に示した実施例においては］エタロン＃Ｅ２〜＃
Ｅｎと回折格子＃Ｇを順次制御するように構成したが、
その制御の順番は任意である。エタロン＃Ｆ２〜＃Ｆｎ
の全てのエタロンと回折格子＃Ｇに対して重ね合わゼ制
御を実行すれば、最大の出力レーザ光パワーを得ること
かできる。

第１１図は発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４
をモニタエタロンを用いて構成した変更例を示すもので
ある。この変更例においては第３図に示した回折格子型
分光器１４０の代りにモニタエタロン１４７を用いて構
成される。

第１１図に示すようにモニタエタロン１４７によって作
られた干渉縞を検出可能な場所に位置センサ１４６を設
置する。中心波長が変化すると干渉縞が移動することを
利用して、中心波長を検知することができる。

光位置センサ１４６としては、フォトダイオードアレイ
またはＰＳＤなどを使用すればよい。

また、中心波長パワーの検出はフォトダイオードアレイ
の場合は中心波長のチャンネルの光強度あるいは、中心
波長付近のチャンネルの光強度の和から検出することが
できる。

また、ＰＳＤの場合はサイドピークの干渉縞がＰＳＤの
受光面に入らないように設置することによってＰＳＤの
出力から検出できる。

なお、フォトダイオードアレイを使用する場合は受光面
と複数の干渉縞が入れるように設置してもよい。またモ
ニタエタロン１４７の設計としてはサイドピークのピー
ク波長と中心波長との差を△λ５ｉｄｅとすると、モニ
タエタロンのフリースペクトラルレンジＦ　３　Ｒ＋ｎ
０ｎ１ｔｅｒとの間に△λ５ｉｄｅ≠ｎ　φＦ　Ｓ　Ｒ
ｍｏｎｉｔｅｒ（ｎ＝１．２．３・・・） となるようにすればよい。このようにすると中心波長を
含むスペクトルによる干渉縞とサイドピークによる干渉
縞が重ならないようにすることができる。

第１２図はこの発明の他の実施例を示したものである。

この実施例は発振波長を直接検出ゼずにエキシマレーザ
１０の発振波長を所望の波長に制御するもので、第１図
に示した実施例と比較して発振中心波長及び中心波長パ
ワー検知器１４がモニタパワーと所定の波長成分パワー
を検出するモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７に置き換えられ、これに伴って波長コン１〜ロー
ラ１８の構成が第１図に示ず波長」ン１〜ローラ１５と
若干界なっている。

モニタパワー及び所定の波長成分パワー検知器１７は光
ファイバ１３を介して入力されるサンプル光の光強度を
モニタパワーとして検出し、サンプル光の所定の波長成
分パワーを所定の波長成分パワーとして検出するもので
ある。このモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７としては第１３図に示すものを用いることができ
る。

第１３図に示すモニタパワー及び所定の波長成分パワー
検知器１７は凹面鏡１７３，１７５および回折格子１７
４からなる回折格子型分光器１７０とモニタ成分パワー
を検出する第１の光強度検出器１７９及び所定の波長成
分パワーを検出する第２の光強度検出器１７７を備えて
構成される。

光ファイバ１３を通って入力されるサンプル光はレンズ
１７１で集光され、ビームスプリッタ１７８を通って分
光器１７００Å射スリット１７２から入射される。この
人躬スリツｌ−１７２から入射された光は凹面鏡１７３
て反射され、回折格子１７４に照射される。回折格子１
７４は所定の角度に固定されており、入射された光は、
その波長に応じて回折する。この回折光を凹面鏡１７５
に導き、凹面鏡１７５０反則光は出射スリット１７６上
に、回折像として結像し、出射スリット１７６を透過し
た光の強度を検出する第２の光強度検出器１７７に導か
れる。

また、レンズ１７１で集光された光の一部はハーフミラ
−１７８で反射されて第１の光強度検出器１７９に導か
れる。

すなわち、このモニタパワー及び所定の波長成分パワー
検知器１７においては、回折格子１７４の角度によって
設定された所望の設定波長成分のみが第２の光強度検出
器１７７に導かれる。したがってこの第２の光強度検出
器１７７によって所望の設定波長成分の光強度が所定の
波長成分パワーｐλとして検出される。また、第１の光
強度検出器１７９には光ファイバ１３を通って入力され
たサンプル光がそのまま入力されるので、入力サンプル
光の光強度がモニタパワーＰＬとして検出される。なお
、第１の光強度検出器１７９、第２の光強度検出器１７
７としてはフ、ｔｌ〜マルチプライヤ−またはフォトダ
イオード等を用いることができる。

モニタパワー及び所定の波長成分パワー検知器１７で検
出されたサンプル光のモニタパワーＰＬおよび所定の波
長成分パワーＰλは波長コントローラ１８に入力される
。

波長コントローラ１８は入力されたモニタパワーＰＬお
よび所定の波長成分パワーＰλにもとづきエタロン４お
よび回折格子５の波長選択特性（透過中心波長および選
択中心波長）をドライバ１６を介して制御する。

第１４図は波長コン１へローラ１８の具体的制御例を示
したものである。まず、ステップ１８１において、モニ
タパワー及び所定の波長成分パワー検知器１７から入力
したモニタパワーＰ　Ｌおよび所定の波長成分パワーを
読み込む。ここでは、第５図のステップ１５１と同様に
発振されたレーザパルスを所定数サンプリングし、平均
化して所定波長成分パワーＰλを算出する。

次に、ステップ１８２において、ステップ１８１で読み
込み、算出した所定の波長成分パワーＰλをモニタパワ
ーＰＬで除算することにより、所定の波長成分パワーＰ
λの規格化を行なう（Ｐ＝Ｐλ／　Ｉ）　Ｌ　）。

続いて、ステップ１８３において、ステップ１８２で規
格化した所定の波長成分パワーＰおよび所定の波長成分
パワーＰスと前回サンプリングした所定の波長成分パワ
ーの規格化値Ｐ−１および所定の波長成分パワーＰ２−
１との差をぞれぞれΔＰおよび△Ｐλを算出する（△Ｐ
＝Ｐ−Ｐ、。

△Ｐλ−Ｐλ−Ｐλ−１）。

次に、ステップ１８４において、中心波長制御をするか
否かの判断を行なう。この判断は前回中心波長制御を行
なったか、エタロン重ね合わせ制御を行なったかにもと
づき行なわれる。すなわち、ここで前回波長選択素子重
ね合わせ制御を行なったのであれば中心波長制御をする
と判断され、前回中心波長制御を行なったのであれば中
心波長制御をしないと判断される。これは後述する説明
から明らかになるように、この実施例においては中心波
長制御と波長選択素子の重ね合わせ制御を交互に実行す
るように構成されているからである。

ステップ１８４で中心波長制御をすると判断されると中
心波長制御はサブルーチンに分岐する。

ステップ１８４で中心波長制御をしないと判断されると
ステップ１８５に移行し、ここでは波長選択素子の重ね
合わせ制御をするか否かの判断がなされる。ステップ１
８５にｄ３ける判断も前回中心波長制御をしたか波長選
択素子の重ね合わゼ制御をしたかにもとづいて行なわれ
、前回中心波長制御をした場合は波長選択素子の重ね合
わせ制御をすると判断し、前回波長選択素子の重ね合わ
せ制御をした場合は波長選択素子の重ね合わゼ制御＝　
４３− をしないと判断される。ステップ１８５て波長選択素子
の重ね合わせ制御をすると判断した場合は波長選択素子
の重ね合わせサブルーチン５００に分岐する。

中心波長制御ザブルーチン４００の内容は第１５図に示
される。まず、ステップ４０１に８３いて、ステップ１
８３で算出した値△Ｐが正（△Ｐ〉０）であるか否かの
判断がなされる。ここで△Ｐ＞０であるとステップ４０
２に分岐し前回の制御時（サンプリング時）に■タロン
＃Ｅ１の透過波長を短波長側にシフトしたか否かの判断
がなされる。

この判断において短波長側にシフトしたと判断されると
ステップ４０３に分岐し、エタ］コン＃Ｅ１の透過波長
を更に短波長側に所定量シフトさせる。

また、ステップ４０２において前回エタロン＃Ｆ１の透
過波長を長波長側にシフトシたと判断されるとステップ
４０４に移行し、■タロン＃Ｅ１の透過波長を長波長側
に所定量シフ！・ざゼる。

また、ステップ４０１において、△Ｐ≦Ｏと判断される
とステップ／１０５に移行する。ステップ４０５では前
回の制御ｆＯｆｆ５’（サンプリング時）にエタロン＃
Ｆ１の透過波長を短波長側にシフトしたか否かの判断が
なされる。ここで、短波長側にシフトシたと判断される
とステップ４０６に分岐し、エタロン＃Ｅ１の透過波長
を長波長側に所定量シフトさせる。また、ステップ４０
５において、前回エタロン＃Ｅ１の透過波長を長波長側
にシフトしたと判断されるとステップ４０４に移行し、
エタロン＃Ｆ１の透過波長を短波長側に所定量シフ］へ
させる。

このように△Ｐの符号と前回の透過波長のシフト方向に
もとづきレーザの出力パワーを増大させるエタロン＃Ｅ
１の透過波長シフｌ一方向を判断し、この判断した方向
にエタロン＃Ｆ１の透過波長を所定量シフｌ−させる。

なお、ここでは、＃Ｅ１の透過波長のみをシフトさせて
いるが＃Ｅ１および＃Ｇの透過あるいは選択中心波長を
同時に同量シフトさせてもよい。

上記制御が終了するとステップ４０８に移行し、中心波
長制御が終了したか否かの判断を行なう。

ここて中心波長制御が終了したと判断されるとステップ
４０９に分岐し、次回の制御は重ね合わせ制御を行なう
ようにセラ１〜する処理を実行する。

エタロン重ね合わせサブルーチン５００の内容は第１６
図に示される。まず、ステップ５０１において、ステッ
プ１８１て読み込み、算出した所定の波長成分パワーＰ
λと前回サンプリングした所定の波長成分パワーＰ／！
−１との差△Ｐλが正（′ΔＰλ＞Ｏ）であるか否かの
判断がなされる。

ここで△Ｐλ〉Ｏであるとステップ５０２に分岐し前回
の制御時（サンプリング時）に回折格子＃Ｇの選択中心
波長を短波長側にシフ［へしたか否かの判断がなされる
。この判断において短波長側にシフトしたと判断される
とステップ５０３に分岐し、回折格子＃Ｇの選択中心波
長を更に所定量短波長側にシフトさせる。また、ステッ
プ５０２において前回回折格子＃Ｇの選択中心波長を長
波長側にシフトシたと判断されるとステップ５０４に移
行し、回折格子＃Ｇの選択中心波長を長波長側に所定量
シフトさせる。

また、ステップ５０１において、△Ｐ≦０と判断される
とステップ５０５に移行する。ステップ５０５では前回
の制御時（サンプリング時）に回折格子＃Ｇの選択中心
波長を短波長側にシフトしたか否かの判断がなされる。

ここで、短波長側にシフトしたと判断されるとステップ
５０６に分岐し、回折格子＃Ｇの選択中心波長を長波長
側に所定量シフトさせる。また、ステップ５Ｑ５におい
て、前回回折格子＃Ｇの選択中心波長を長波長側にシフ
トしたと判断されるとステップ５０７に移行し、回折格
子＃Ｇの選択中心波長を短波長側に所定量シフトざゼる
。

このように△Ｐλの符号を前回の選択中心波長のシフト
方向にもとづきレーザの出力パワーを増大させる回折格
子＃Ｇの選択中心波長シフト方向を判断し、この判断し
た方向に回折格子選択中心波長を所定ｉシフトさせる。

上記制御が終了するとステップ５０８に移行し、重ね合
わせ制御が終了したか否かの判断を行なう。

ここで重ね合わせ制御が終了したと判断されると＝　４
７− ステップ５０９に分岐し、次回の制御は中心波長制御を
行なうようにセットする処理を実行する。

さらに、レーザ共振器中に２個以上のエタロンと唯一個
の回折格子が配置されている場合は、第１０図に示すよ
うに順次エタロンの重ね合ゼ制御を行えばよい。

第１７図はモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７をモニタエタロンを用いて構成した変更例を示す
ものである。

第１７図に示すようにモニタエタロン１８０によって作
られた干渉縞を検出可能な場所に、スリット１８１を置
き、スリット１８１の直後に第２の光強度検出器１７７
を設置する。

また、モニタエタロン１８０によって散乱される→ノー
ンプル光強度を第２の光強度検出器１７９で測定する。

このような構成をとると、第１３図に示したものと同様
にモニタパワーおよび所定の波長成分パワーを検出する
ことができる。

第１８図はモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７の他の構成例を示したものである。

この構成例では気体原子、分子による光の吸収を利用し
ている。ガス封入セル１８２には所望の設定中心波長に
おいて光吸収を示す気体が封入される。サンプル光はビ
ームスブリック１８３、ウィンドウ１８４を介してガス
封入セル１８２内に入射し、ウィンドウ１８５を介して
第２の光強度検出器１７７に導かれる。また、サンプル
光の一部はビームスプリッタ１８３により反射され、第
１の光強度検出器１７９に導かれる。

ここで、サンプル光の波長がガス封入セル１８２中に封
入されている気体の特性吸収波長と一致しないときはガ
ス封入セル１８２の透過光はあまり減衰しないが、一致
すると大きく減衰する。この減衰光量を第２の光強度検
出器１７７で測定することによって所定の波長成分パワ
ーを検知することができる。また、第１の光強度検出器
１７９によりモニタパワーが検出される。

第１９図はモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７の更に他の構成例を示したものである。この構成
例では気体原子、分子による光吸収によって発生される
螢光（レーザ誘導飽和螢光、以下ＬＩＦという）を利用
して所定の波長成分パワーが検出される。第１９図に示
すようにＬＩＦセル１８６には所望の設定中心波長の光
の吸収により螢光を発生する気体が封入される。ＬＩＦ
セル１８６で発生した螢光はウィンドウ１８７を介して
取出され、第２の光強度検出器１７７によって検出され
る。

ビームスプリッタ１８３、ウィンドウ１８４を介して入
力されるサンプル光の波長がＬＩＦセル１８６に封入さ
れている気体の特性吸収波長と一致すると気体の原子、
分子はレーザ光を吸収し、螢光を発生する（一致しなけ
れば螢光を発生しない）。

この螢光の強度を光強度検出素子八によって測定するこ
とにより所定の波長成分パワーを検知することができる
。また、モニタパワーは第１の光強度検出器１７９によ
り検出される。

ＬＩＦセル１８６に封入する気体は波長が約−５０＝ ２４８．３５±Ｑ、２ｎｍでチューニング（発振波長選
択）可能なＫｒＦ狭帯域発振エキシマレーザの場合には
、Ｓｏ、０２　、Ｎ２０．ＯＣ３，Ｃ６Ｈ６、Ｎ２　Ｃ
Ｏ，ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨ３１，ＣＦ３１、ＣＨ３−Ｃ（−
〇＞−ＣＨ３、ＮＣ−ＣＣｌ−１などを用いることがで
きる。なお、波長が３５１ｎｍ、　３３７ｎｍ、　３０
８ｎｍ、　２’２２ｎＩＩ、　１９３ｎｍ。

１５７ｎ１１などの他のエキシマレーザを利用する場合
はその波長に特性吸収波長を有する物質を選択すればよ
い。

第２０図はモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知
器１７の更に他の構成例を示したものである。この構成
例ではボローカソードランプを利用している。第２０図
に示すようにホローノコソードランプ１８８は内部にア
ノード１８９、）ｊソード１９０を有し、所望の設定中
心波長に特性吸収波長を有する気体が封入される。ビー
ムスプリッタ１８３、ウィンドウ１８４を介してホロー
カソードランプ内に入射されるサンプル光の波長がこの
封入された気体の特性吸収波長と一致していないときは
、ランプ１８８内の気体原子、分子は光イオン化しない
。このため血流電源１９１、抵抗Ｒ、アノード１８９、
カソード１９０を介して流れる放電電流は変化しない。

しかし、サンプル光の波長がホローカソードランプ１８
８内に封入されている気体原子、分子の特性吸収波長と
一致すると、ランプ１８８内の気体原子、分子が光イオ
ン化され上記放雷′電流量が変化する。この変化Φをコ
ンデンサＣを介して検知することによって中心波長パワ
ーを検出することができる。なお、モニタパワーは第１
の光強度検出器１７９によって検出される（ＬＯＧ法）
。

なお、ホローカソードランプ１８８としては、波長が約
２４８．３５±Ｑ、２ｎｎでチューニング（発振波長選
択）可能なＫｒＦ狭帯域発振エキシマレーザの場合、Ｈ
Ｑまたは「０系のホローノ」ソードランプを使用するこ
とができる。このように、原子または分子の特性吸収線
を利用して波長制御を行うと、発振波長を高精度かつ長
期間にわたって、所望の絶対波長に固定で・きるため、
縮小投影露光用光源として最適なエキシマレーザとなる
。

第２１図はこの発明の更に他の実施例を示したものであ
る。この実施例では中心波長の大きな変化おにび中心波
長パワーを検知する回折格子型分光器を用いた発振中心
波長及び中心波長パワー検知器１４ａと中心波長の微細
な変化を検知するモニタエタロンを用いた発振中心波長
検知器１４ｂを設けて構成される。一般にモニタエタロ
ンは分解能を、非常に高くすることができ、中心波長の
微小な変化を検知するには最適である。しかしモニタエ
タロンの分解能を上げるためにはそのフリースペクトラ
ルレンジを小さく必要がある。すなわち、モニタエタロ
ンの分解能Ｒは （ただし口はエタロンの鏡面間媒質の屈折率、ｄはエタ
ロンの鏡面間隔、ｔはエタロンのフィネス、λは波長を
表わす。） て表わされる。またフリースペクトラルレンジＦＳＲは て表わされる。したがってモニタエタロンの分解能Ｒを
フリースペクトラルレンジＦＳＲを用いて表わすと式（
１）、（２）から となる。ここでエタロンのフィネスはある程度以上上げ
ることができないので分解能を上げるためにはフリース
ペクトラルレンジＦＳＲを小ざくする必要がある。しか
し、被検知波長がこのフリースペクトラルレンジＦＳＲ
と同じ波長弁だ【ブシフトするとモニタエタロンは、シ
フト前の波長の場合とほとんど同じ干渉縞をつくる。し
たがって高分解能モニタエタロンでは中心波長の大きな
変化を検知することは不可能である。特にエキシマレー
ザのようなパルスレーザではパルス毎に波長が変化した
場合、波長がどの方向にシフトしたか検知できなくなる
可能性がある。そこでこの実施例では高精度に波長を制
御するために高分解能のモ二りエタロンを用いた発振中
心波長検知器１４ｂを設けるとともに中心波長の大きな
変化を検知するために回折格子型分光器を用いた発振中
心波長及び中心波長検知器１４ａを設ける。

回折格子型分光器を用いｌこ発振中心波長及び中心波長
パワー検知器１４ａとしては第３図に示したものと同様
のものを用いることができ、この発振中心波長及び中心
波長パワー検知器１４ａによって検出された中心波長；
’Ｉ（ＪＪ３よひ中心波長パワーＰλは波長コントロー
ラ１５ａに入力される。

またモニタエタロンを用いた発振中心波長検知器１４ｂ
としては第１１図に示したものと同様のものを用いるこ
とができ−１この発振中心波長検知器１４ｂで検出され
た高精度の中心波長λｅも波長コントローラ１５ａに入
力される。

波長コントローラ１５ａは入力され１．：値λｑ１λｅ
、Ｐλにもとつきエタロン４，５の波長選択特性を制御
する。

第２２図は波長コンミルローラ１５ａの具体的制御例を
示したものである。まず、ステップ１５４において、回
折格子型分光器を用いｌ〔発振中心波長及び中心波長パ
ワー検知器１４ａから入力した中心波長および中心波長
パワーを読み込むとともにモニタエタロンを用いた発振
中心波長検知器１４ｂから入力した高′ｌ＃ｉ度の中心
波長を読み込む。

ここでは、第５図のステップ１５１と同様な理由から、
発振されたレーザパルスを所定数サンプリングし、平均
化して中心波長λｑおよび中心波長パワーＰλおよび中
心波長λｅを算出している。

次にステップ１５５に移行し、ステップ１５４で口出し
たλｑ、λｅと設定波長λＯとの差Δλｑ、△λｅ、即
ち△λＱ−λｑ−λＯ１△λｅ−λｅ−λ０を算出する
処理を実行する。

続いて、ステップ１５６に移行し、回折格子型分光器を
用いた発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４ａで
検出された中心波長の設定波長に対する変化量の絶対値
１Δλｇ１が発振中心波長検知器１４ｂのモニタエタロ
ンのフリースペクトラルレンジＦＳＲの１／２より大き
いか（１△λｇｌ　＞ＦＳＲ／２）否かの判断がなされ
る。ここで、１ΔλＣ１ｌ　＞ＦＳＲ／２であると判断
されるとステップ１５７に分岐し、中心波長の設定波長
に対する変化量△λをΔλ−Δλｑと設定する処理を実
行する。沫た、１Δλｑ！≦ＦＳＲ／２であると判断さ
れるとステップ１５８に移行し、中心波長の設定波長に
対する変化量ΔλをΔλ−Δλｅと設定する処理を実行
する。

後のステップは第５図に示したものと同様である。

このように、この実施例においては回折格子型分光器を
用いた発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４ａと
モニタエタロンを用いた発振中心波長検知器１４ｂを設
Ｇノ、発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４ａで
検出された中心波長の設定波長に対する変化量の絶対値
１Δ：Ａｇｌが発振中心波長検知器１４ｂのモニタエタ
ロンのフリースベクトラルレンジＦＳＲの１／２より大
きいか（１△λＱ　ｌ　＞ＦＳＲ／２＞否かの判断にも
とづき発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４ａで
検出された中心波長の設定波長に対する変化量△λｑま
たは発振中心波長検知器１４ｂで検出された中心波長の
設定波長に対する変化量Δλｅは切換え選択するように
構成される。

なお、この実施例において、発振中心波長及び中心波長
パワー検知器１４ａとして回折格子型分光器を用いたも
のに代えて１４ｂで用いたモニタエタロンのフリースペ
クトラルレンジよりもフリースペクトラルレンジの大き
いモニタエタロンを用いたものを使用しても同様に構成
することができる。また中心波長パワーＰλは発振中心
波長及び中心波長パワー検知器’１４ａにより検出した
がこれをモニタエタロンを用いた発振中心波長検知器１
４ｂを用いて検出するようにしてもよい。

第２３図はこの発明の更に他の実施例を示したもので、
この実施例においては第３図に示したような回折格子型
分光器を用いた発振中心波長及び中心波長パワー検知器
１４ｃと第１７図に示すようなモニタエタロンを用いた
所定の波長成分パワー検知器１７ａを用いて構成される
。

第２４図は、この実施例における波長コン１−ロ−ラ１
５ｂの具体的制御例を示したものである。

まず、ステップ１５８において、回折格子型分光器を用
いた発振中心波長及び中心波長パワー検知器１４ｃから
入力した中心波長λｑおよび中心波長パワーを読み込む
とともにモニタエタロンを用いた所定の波長成分パワー
検知器１７ａにおいて、中心波長パワーを読み込む。こ
こでは、第５図のステップ１５１ど同様な理由から、発
振されたレーザパルスを所定数サンプリングし、平均化
して、中心波長パワーＰおよび所定波長成分パワーＰｍ
λを算出している。

次に、ステップ１５９に移行する。このステップではモ
ニタエタロンを用いた所定の波長成分パワー検知器１７
ａで、所定波長成分パワーＰｍλが検出されているか否
か、即ちＰｍλ−０か否かの判断がなされる。ここで、
Ｐｍλ−０であると一判断されるとステップ１６０に分
岐し、中心波長λをλ−λｑと設定する処理を実行し、
さらに設定波長λ０との差Δλを算出しく△λ−λＱ−
λｅ）その後中心波長制御ザブルーヂン２００に移行す
る。この中心波長制御サブルーチン２００は第５図に示
した中心波長制御サブルーチン２００と同じものである
。

また、ステップ１５９において、ｐｍλ≠Ｏであると判
断されるとステップ１６２に移行し、所定の波長成分パ
ワーＰｍλを中心波長パワーＰで除惇することにより、
所定の波長成分パワーＰ　ｍλを規格化した値Ｐλを算
出する（１〕λ−Ｐｍλ／Ｐ）。

続いて、ステップ１６３に移行し、ステップ１６２で規
格化した値Ｐλど前回のサンプリング時に規格化した値
Ｐλ−１との差△Ｐλを算出する（△Ｐλ−Ｐλ−Ｐλ
−１）。

その後、中心波長制御サブルーチン４ｏｏに移行する。

この中心波長制御サブルーチン４００は第１４図に示し
た中心波長制御サブルーチン４００と同一である。

中心波長制御サブルーチン２００または４００が終了す
ると次に波長選択素子重ね合ね七制卸ザブルーヂン３０
０に移行する。この波長選択素子重ね合わせ制御サブル
ーチン３００は第５図に示した重ね合わせ制御サブルー
チン３００と同一である。

なお、この実施例においても発振中心波長及び中心波長
パワー検知器１４ｃどじて回折格子型分光器を用いたも
のに代えて微細な波長の変化を検知する所定の波長成分
パワー検知器１７ａに使用されているモニタエタロンの
フリースペタ１−ラルレンジよりもフリースペクトラル
レンジが大きいモニタエタロンを用いたものを使用して
も同様に構成することができる。

微細な波長の変化を検知する所定の波長成分パワー検知
器１７ａとしてモニタエタロンに代えて第１８〜２０図
に示すような原子または分子の特性吸収線を利用した波
長検知器を使用してもよい。

この場合の制御方法は第２６図と同じでよい。このよう
な波長検出器を使用すると発振波長を高精度かつ長期間
にわたって所望の絶対波長に固定できる。

第２５図はこの発明の更に他の実施例を示したもので、
この実施例においては第１３図に示したような回折格子
型分光器を用いたモニタパワー及び所定の波長成分パワ
ー検知器１７ｂと第１７図に示すような高分解能なモニ
タコータロンを用いたモニタパワー及び所定の波長成分
パワー検知器１７ｃを用いて構成される。

第２６図は、この実施例にＪ３ける波長コントローラ１
８ａの具体的制御例を示したものである。

まず、ステップ１６４において、回折格子型分光器を用
いた検知器１７ｂから入力したモニタパワーおよび所定
の波長成分パワーを読み込むとともにモニタエタロンを
用いたモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知器１
７ｃから入力したモニタパワーおよび中心波長パワーを
読み込む。ここでは、第５図のステップ１５１と同様な
理由がら発振されたレーザパルスを所定数サンプリング
し、平均化してモニタパワーＰ　Ｌ、回折格子型分光器
による所定の波長成分検知器１７ｂによる所定の波長成
分パワーＰＧどモニタエタロンによる所定の波長成分検
知器１７ｃによる所定の中心波長パワーＰｅを算出して
いる。

次にステップ１６５に移行し、中心波長パワーＰｅおよ
びＰｑの規格化処”ＪＷ　（Ｐｅ　＝Ｐｅ／Ｐｃｈ。

Ｐｇ＝Ｐｑ／ＰＬ）を実行する。

続いて、ステップ１６６に移行し、規格値Ｐｅ。

Ｐｑと前回の読み込み時の規格値Ｐｅ−１，Ｐｇｌとの
差△戸ｅ、ΔＰｇを等高する処理（Δｐ続いて、ステッ
プ１６７に移行し、Ｐｅ＞Ｏであるか否かの判断を行な
う。ここで、Ｐｅ＞Ｏであるとステップ１６８に分岐し
△ｐλ−Δｐｅとする処理を実行する。その後中心波長
制御ザブルーチン４００ａ、波長選択素子重ね合わせサ
ブルーチン３００を実行する。ここで、中心波長制御サ
ブルーチン４００ａは第１４図に示した中心波長制御ザ
ブルーチン４００と同一であり、波長選択素子重ね合わ
せサブルーチン３００は第５図に示した波長選択素子重
ね合わせ勺ブルーヂン３００と同一である。

ステップ１６７において、ｐｅ＞ｏでないと判断される
と、ステップ１６９に移行し、ΔＰλ−△Ｐｇどする処
理を実行する。その後、ステップ１８４で中心波長制御
すると判断されると中心波長制御サブルーチン４００に
分岐し、またステップ１８５で波長選択素子重ね合わせ
制御をすると判断されると波長選択素子重ね合わせサブ
ルーチン５００に分岐する。なお、中心波長制御サブル
ーチン４００と波長選択素子重ね合わせサブルーチン５
００は第１４図に示したものと同一である。

第２７図はこの発明の更に他の実施例を示したもので、
この実施例においては第１３図に示したような回折格子
型分光器を用いたモニタパワー及び中心波長パワー検知
器１７ｄど第１１図に示すような高分解能のモニタエタ
ロンを用いた発振中心波長検知器１４ｄを用いて構成さ
れる。

第２８図は、この実施例における波長コン１〜ローラ１
８ｂの具体的制郊例を示したものである。

まず、ステップ１７０において、回折格子型分光器を用
いたモニタパワー及び所定の波長成分パワー検知器１７
ｄから入力したモニタパワーおよび所定の波長成分パワ
ーを読み込むとともにモニタエタロンを用いた発振中心
波長検知器１４ｄから入力した中心波長を読み込む。こ
こでは、第５図のステップ１５１と同様な理由から、発
振されたレーザパルスを所定数サンプリングし、平均化
して、モニタパワー及び所定の波長成分パワー検知器１
７ｄによるモニタパワーＰＬおよび所定の波長成分パワ
ーＰＣＩと、発振中心波長検知器１４ｄによる中心波長
λｅを算出している。

次に、ステップ１７１に移行し、回折格子型分光器によ
る所定の波長成分パワーＰｑの規格化処３！ｌ　（Ｐｑ
＝Ｐｃ＋／ＰＬ）およびモニタエタロンによる発振中心
波長検出器１４ｄて検出された中心波長λｅと設定波長
λ０の差△λｅ（△λｅ−／１ｅ−２０）および所定の
波長成分パワーＰＣ＋と前回サンプリングした所定の波
長成分パワーＰｑ−１との差△Ｐｇ（ΔＰｇ＝Ｐｑ−Ｐ
ｇ−１）を算出する。

続いて、中心波長λｅと設定波長λ０の差の絶対値１Δ
λｅ１が発振中心波長検知器１４ｄのモニタエタロンの
フリースペクトラルレンジＦＳＲの１／２より大ぎいか
（１△λｅ　ｌ　＞ＦＳＲ／２＞否かの判断がなされる
。ここで１Δ、；ｔｅｌ＞ＦＳＲ／２であると判断され
ると、中心波長制御サブルーチン２００１波長選択素子
重ね合わせサブルーチン３００を実行する。ここで、中
心波長制御力ブルーヂン２００、波長選択素子重ね合わ
せサブルーチン３００は第５図に示したものと同一であ
る。

ステップ１７２で１△λｅ　ｌ　＞ＦＳＲ／２でないと
判断されると、ステップ１７３に移行し、ステップ１７
１で規格化した値Ｐｑと前回の読み連続いて、ステップ
１７４においてΔＰλ−△Ｐｑとする処理を実行し、中
心波長制卸ザブルーチン４００に移行する。この中心波
長制御サブルーチン４００は第１４図に示したものと同
一である。

なお、第２１図から第２８図に示す実施例では中心波長
付近の微小な変化を検出する検知器としてモニタエタロ
ンを用いたものを使用し、大きな変化は回折格子型分光
器を用いたものあるいは前記モニタエタロンのフリース
ペクトラルレンジよりも大さ−いフリースペクトラルレ
ンジのモニタエタロンを用いたものを使用する構成につ
いて述べたが、中心波長付近の微小な変化を検出する検
知器として第１８図、第１９図、第２０図に示したＪ：
うな原子あるいは分子の吸収線を利用したものを用いて
も同様に構成することかできる。

（発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、リアミラーとレ
ーザヂャンバとの間に１つのエラ１］ン１つの回折格子
を配置したエキシマレーザにおいて、中心波長制御と重
ね合わゼ制御を組合わゼで出力波長制御を行なうように
したので、安定した中心波長が得られるとともにパワー
の変動も非富に小さなものにすることができる。したが
って、この弁明を適用したエキシマレーザを縮小投影露
光装置の光源として使用した場合は、安定した焦点位置
、倍率および高解像力が得られ、さらに露光時間の一定
性おＪ：び露光昂制御が安易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のエキシマレーザの波長制御装罫の一
実施例を示すブロック図、第２図はこの発明による波長
制御の原理を示づ一グラフ、第３図は第１図に示した実
施例の発振中心波長及び中心波長パワー検知器の詳細を
示す図、第４図は第３図に示した検知器の光位置検出器
としてＰＳＤを用いた場合の動作を説明するグラフ、第
５図乃至第９図は第１１図に示した実施例の動作を説明
するフローチャート、第１０図は第５図に示した波長選
択素子臣ね合わせサブルーチンの変更例を示すフローヂ
ャ−１〜、第１１図は第３図に示した発振中心波長及び
中心波長パワー検知器の変更例を示す図、第１２図はこ
の発明の他の実施例を示すブロック図、第１３図は第１
２図に示したモニタパワー及び所定の波長成分パワー検
知器の詳細を示す図、第１４図乃至第１６図は第１２図
に示した実施例の動作を説明するフローチャート、第１
７図乃至第２０図は第１２図に示したモニタパワー及び
所定の波長成分パワー検知器の変更例を示す図、第２１
図はこの発明の他の実施例を示Ｊブロック図、第２２図
は第２１図に示した実施例の動作を説明するフローチャ
ート、第２３図はこの発明の他の実施例を示すブロック
図、第２４図は第２３図に示した実施例の動作を示すフ
ローチャート、第２５図はこの発明の他の実施例を示す
ブロック図、第２６図は第２５図に示した実施例の動作
を説明するフローチャート、第２７図はこの発明の仙の
実施例を示すブロック図、第２８図は第２７図に示した
実施例の動作を示すフローチャートである。第２９図は
エタロンの角度調整機構の一例を示した図であり、第３
０図はリアミラーの駆動方法の一例を示した図である。 １・・・リアミラー、２・・・レーサチャンバ、３・・
・フロントミラー、４・・・エタロン、５・・・回折格
子、１０・・・エキシマレーザ、１１・・・ビームスプ
リッタ、１４・・・発振波長及び中心波長パワー検知器
、１５゜１８・・・波長コン１〜ローラ、１６・・・ド
ライバ、１７・・・モニタパワー及び所定波長成分パワ
ー検知器。 第１３図 第１８図 第１９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）エキシマレーザのレーザチャンバとリアミラーと
   の間に少なくとも１つのエタロンと回折格子とを配置し
   、これらエタロンおよび回折格子の波長選択特性をそれ
   ぞれ制御することにより出力レーザ光の波長を制御する
   エキシマレーザの波長制御装置において、 出力レーザ光の波長を検出する波長検出手段と、出力レ
   ーザ光の中心波長のパワーを検出するパワー検出手段と
   、 前記波長検出手段による検出波長が所望の特定波長に一
   致すべく前記エタロンの波長選択特性を制御する第１の
   制御手段と、 前記中心波長のパワー検出手段による検出パワーが最大
   となるべく少なくとも回折格子の波長選択特性を制御す
   る第２の制御手段と を具えたエキシマレーザの波長制御装置。 （２）エタロンの波長選択特性の制御は、エタロンの温
   度、角度、ギャップ部の圧力、ギャップ間隔から選択さ
   れた少なくとも１つを変化させることにより行なわれる
   特許請求の範囲第（１）項記載のエキシマレーザの波長
   制御装置。 （３）レーザチャンバとリアミラーとの間に配設される
   エタロンは単一のエタロンからなり、第１の制御手段は
   、前記単一のエタロンの波長選択特性を制御する特許請
   求の範囲第（１）項記載のエキシマレーザの波長制御装
   置。 （４）レーザチャンバとリアミラーとの間に配設される
   エタロンは、２個以上のエタロンからなり、 第１の制御手段は、前記２個以上のエタロンのうちフリ
   ースペクトラルレンジの最小のエタロンの波長選択特性
   を制御し、 第２の制御手段は、前記フリースペクトラルレンジの最
   小のエタロンを除く他のエタロンおよび回折格子の波長
   選択特性を順次制御する特許請求の範囲第（１）項記載
   のエキシマレーザの波長制御装置。 （５）第１の制御手段は、波長検出手段で検出された波
   長と特定波長との差を算出する手段と、この算出する手
   段で算出された値だけエタロンの透過中心波長をシフト
   させる手段と を具える特許請求の範囲第（１）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （６）第２の制御手段は、前回サンプリングしたパワー
   検出手段の出力と今回サンプリングしたパワー検出手段
   の出力との差を算出する手段と、この算出する手段によ
   る算出値の符号および前回のサンプリング時における波
   長シフト方向にもとづきパワーを増大させる波長シフト
   方向を判別する手段と、 この判別する手段により判別された波長シフト方向に回
   折格子の選択波長をシフトする手段とを具える特許請求
   の範囲第（１）項記載のエキシマレーザの波長制御装置
   。 （７）波長検出手段は、回折格子の回転角が所望の角度
   に固定された回折格子型分光器と、この回折格子型分光
   器の入射スリットの回折像の位置を検出する光位置セン
   サとを具える特許請求の範囲第（１）項記載のエキシマ
   レーザの波長制御装置。 （８）パワー検出手段は、回折格子の回転角が所望の角
   度に固定された回折格子型分光器と、この回折格子型分
   光器の入射スリットの回折像の光強度を検出する光検出
   手段とを具える特許請求の範囲第（１）項記載のエキシ
   マレーザの波長制御装置。 （９）波長検出手段は、モニタエタロンと、このモニタ
   エタロンにより形成される干渉縞の位置を検出する光位
   置センサとを具える特許請求の範囲第（１）項記載のエ
   キシマレーザの波長制御装置。 （１０）パワー検出手段は、モニタエタロンと、このモ
   ニタエタロンにより形成される干渉縞の光強度を検出す
   る光検出手段とを具える特許請求の範囲第（１）項記載
   のエキシマレーザの波長制御装置。 （１１）エキシマレーザのレーザチャンバとリアミラー
   との間にエタロンと回折格子とを配置し、これらエタロ
   ンおよび回折格子の波長選択特性をそれぞれ制御するこ
   とにより出力レーザ光の波長を制御するエキシマレーザ
   の波長制御装置において、 レーザの出力パワーを検出する第１のパワー検出手段と
   、 出力レーザ光の所定の波長成分のパワーを検出する第２
   のパワー検出手段と、 この第２のパワー検出手段の出力を前記第１のパワー検
   出手段の出力により規格化する規格化手段と、 この規格化手段により規格化されたパワーが最大となる
   べく前記エタロンの波長選択特性を制御する第１の制御
   手段と、 前記所定の波長成分パワーを検出する第２のパワーが最
   大となるべく前記回折格子の波長選択特性を制御する第
   ２の制御手段と、 を具えたエキシマレーザの波長制御装置。 （１２）第１の制御手段は、前回サンプリングした規格
   化手段の出力と今回サンプリングした規格化手段の出力
   との差を算出する手段と、 この算出する手段による算出値の符号および前回のサン
   プリング時における波長シフト方向にもとづきパワーを
   増大させる波長シフト方向を判別する手段と、 この判別する手段により判別された波長シフト方向にエ
   タロンの選択波長をシフトする手段とを具える特許請求
   の範囲第（１１）項記載のエキシマレーザの波長制御装
   置。 （１３）第２の制御手段は、前回サンプリングした第２
   のパワー検出手段によるパワーと今回サンプリングした
   第２のパワー検出手段によるパワーとの差を算出する手
   段と、 この算出する手段による算出値の符号および前回のサン
   プリング時における波長シフト方向にもとづきパワーを
   増大させる波長シフト方向を判別する手段と、 この判別する手段により判別された波長シフト方向にエ
   タロンおよび回折格子の選択波長をシフトする手段 とを具える特許請求の範囲第（１１）項記載のエキシマ
   レーザの波長制御装置。 （１４）第１のパワー検出手段は第２のパワー検出手段
   に入力されるレーザ光の光強度を検出する光検出素子を
   具える特許請求の範囲第（１１）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （１５）第２のパワー検出手段は、回折格子の回転角が
   所望の角度に固定された回折格子型分光器に出射スリッ
   トを設置し、このスリットを透過する光強度を検出する
   光検出素子を具える特許請求の範囲第（１１）項記載の
   エキシマレーザの波長制御装置。 （１６）第２のパワー検出手段は、モニタエタロンと、
   このモニタエタロンにより形成される干渉縞の光強度を
   検出するためにスリットを設置し、このスリットを透過
   する光の光強度を検出する光検出素子とを具える特許請
   求の範囲第（１１）項記載のエキシマレーザの波長制御
   装置。 （１７）第２のパワー検出手段は、特定の波長の光を吸
   収する気体が封入されたセルと、 このセルを透過した光の強度を検出する光検出素子とを
   具える特許請求の範囲第（１１）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （１８）第２のパワー検出手段は、特定の波長の光の吸
   収により螢光を発する気体が封入されたセルと、 このセルから発生される螢光を検出する検出素子とを具
   える特許請求の範囲第（１１）項記載のエキシマレーザ
   の波長制御装置。 （１９）第２のパワー検出手段は、所望の波長の光を吸
   収する気体および所定の電圧が印加された電極が封入さ
   れたセルと、 前記電極を流れる電流変化を検出する電流検出手段とを
   具える特許請求の範囲第（１１）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （２０）エキシマレーザのレーザチャンバとリアミラー
   との間にエタロンと回折格子を配置し、これらエタロン
   および回折格子の波長選択特性をそれぞれ制御すること
   により出力レーザ光の波長を制御するエキシマレーザの
   波長制御装置において、 出力レーザ光の中心波長の微小変化をを検出する高分解
   能なモニタエタロンを用いた第１の波長検出手段と、 出力レーザ光の中心波長の大きな変化を検出する前記モ
   ニタエタロンよりも低分解能な第２の波長検出手段と、 前記第２の波長検出手段による検出波長と設定波長の差
   の絶対値が、前記第１の波長検出手段のモニタエタロン
   のフリースペクトラルレンジの２分の１より大きい場合
   は前記第２の波長検出手段の検出波長を選択し、小さい
   場合は前記第１の波長検出手段の検出波長を選択する選
   択手段と、前記選択手段による選択波長が所望の特定波
   長に一致すべく前記エタロンの波長選択特性を制御する
   第１の制御手段と、 前記中心波長のパワー検出手段による検出パワーが最大
   となるべく前記回折格子の波長選択特性を制御する第２
   の制御手段と を具えたエキシマレーザの波長制御装置。 （２１）第２の波長検出手段は回折格子型分光器を用い
   たものからなる特許請求の範囲第（２０）項記載のエキ
   シマレーザの波長制御装置。 （２２）第２の波長検出手段は第１の波長検出手段のモ
   ニタエタロンのフリースペクトラルレンジより大きいフ
   リースペクトラルレンジを有するモニタエタロンを用い
   たものである特許請求の範囲第（２０）項記載のエキシ
   マレーザの波長制御装置。（２３）エキシマレーザのレ
   ーザチャンバとリアミラーとの間にエタロンと回折格子
   とを配置し、これらエタロンおよび回折格子の波長選択
   特性をそれぞれ制御することにより出力レーザ光の波長
   を制御するエキシマレーザの波長制御装置において、 出力レーザ光の中心波長のパワーを検出する第１のパワ
   ー検出手段と、出力レーザ光の所定の波長成分のパワー
   を検出する高分解能のモニタエタロンを用いた第２のパ
   ワー検出手段と、この第２のパワー検出手段の出力を前
   記第１のパワー検出手段の出力により規格化する手段と
   、 出力レーザ光の中心波長の大きな変化を検出する前記モ
   ニタエタロンよりも低分解能な波長検出手段と、 前記第１のパワーが検出されない場合は前記波長検出手
   段の検出波長が所望の特定波長に一致すべく前記エタロ
   ンの波長選択特性を制御する第１の制御手段と、 前記第１のパワーが検出される場合は前記規格化手段に
   より規格化されたパワーが最大となるべく前記エタロン
   の波長選択特性を制御する第２の制御手段と、 出力レーザ光の中心波長のパワーを検出する第１のパワ
   ー検出手段による検出パワーが最大となるべく前記回折
   格子の波長選択特性を制御する第３の制御手段と を具えたエキシマレーザの波長制御装置。 （２４）第２のパワー検出手段は、特定の波長の光を吸
   収する気体が封入されたセルと、 このセルを透過した光の強度を検出する光検出素子とを
   具える特許請求の範囲第（２３）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （２５）第２のパワー検出手段は、特定の波長の光の吸
   収により螢光を発する気体が封入されたセルと、 このセルから発生される螢光を検出する検出素子とを具
   える特許請求の範囲第（２３）項記載のエキシマレーザ
   の波長制御装置。 （２６）第２のパワー検出手段は、所望の波長の光を吸
   収する気体および所定の電圧が印加された電極が封入さ
   れたセルと、 前記電極を流れる電流変化を検出する電流検出手段とを
   具える特許請求の範囲第（２３）項記載のエキシマレー
   ザの波長制御装置。 （２７）エキシマレーザのレーザチャンバとリアミラー
   との間にエタロンと回折格子とを配置し、これらエタロ
   ンおよび回折格子の波長選択特性をそれぞれ制御するこ
   とにより出力レーザ光の波長を制御するエキシマレーザ
   の波長制御装置において、 レーザの出力パワーを検出する第１のパワー検出手段と
   、 出力レーザ光の所定の波長成分のパワーを検出する高分
   解能のモニタエタロンを用いた第２のパワー検出手段と
   、 出力レーザ光の所定の波長成分のパワーを検出する第３
   のパワー検出手段と、 前記第２のパワー検出手段の出力を前記第１のパワー検
   出手段の出力により規格化する第１の規格化手段と、 前記第３のパワー検出手段の出力を前記第１のパワー検
   出手段の出力により規格化する第２の規格化手段と、 前記第１の規格化手段の出力が検出される場合は、前記
   第１の規格化手段により規格化されたパワーが最大とな
   るべく前記エタロンの波長選択特性を制御するとともに
   前記第３のパワー検出手段の検出パワーが最大となるべ
   く前記回折格子の波長選択特性を制御する第１の制御手
   段と、 前記第１の規格化手段の出力が検出されない場合は、前
   記第２の規格化手段により規格化されたパワーが最大と
   なるべく前記エタロンの波長選択特性を制御する第２の
   制御手段とを具えたエキシマレーザの波長制御装置。 （２８）エキシマレーザのレーザチャンバとリアミラー
   との間にエタロンと回折格子とを配置し、これらエタロ
   ンおよび回折格子の波長選択特性をそれぞれ制御するこ
   とにより出力レーザ光の波長を制御するエキシマレーザ
   の波長制御装置において、 出力レーザ光の中心波長を検出する高分解能のモニタエ
   タロンを用いた波長検出手段と、 レーザの出力パワーを検出する第１のパワー検出手段と
   、 出力レーザ光の所定の波長成分のパワーを検出する第２
   のパワー検出手段と、 この第２のパワー検出手段の出力を前記第１のパワー検
   出手段の出力により規格化する規格化手段と、 前記波長検出手段による検出波長と設定波長の差の絶対
   値が、該波長検出手段のモニタエタロンのフリースペク
   トラルレンジの２分の１と比較して小さい場合は前記規
   格化手段の検出波長が所望の設定波長に一致すべく前記
   エタロンの波長選択特性を制御するとともに、前記第２
   のパワー検出手段により検出されたパワーが最大となる
   べく前記回折格子の波長選択特性を制御する第１の制御
   手段と、 前記波長検出手段による検出波長と設定波長の差の絶対
   値が、該波長検出手段のモニタエタロンのフリースペク
   トラルレンジの２分の１と比較して大きい場合は、前記
   規格化手段により規格化されたパワーが最大となるべく
   前記エタロンの波長選択特性を制御する第２の制御手段
   と を具えたエキシマレーザの波長制御装置。