JPS63228693A - 波長安定化装置 - 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］ 本発明はレーザ光の波長安定化装置、特に、露光装置な
どの光源として使用されるエキシマレーザの波長安定化
に好適な波長安定化装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体装置、特に集積回路製造用の露光装置の光源とし
て、近年エキシマレーザが注目されている。このエキシ
マレーザ光は特に、１６Ｍビット、６４Ｍビットと高い
集積度を有する素子を製造するための超ＬＳＩ用露光装
置の光源として期待されている。

これは、露光波長の短波長化による解像力の向上と高出
力による利点（スループットなど）が期待できるからで
あり、エキシマレーザの出力は、現在多く用いられてい
るＨｇ（水銀）ランプのｉ線（波長３６５　ｎｍ）等の
紫外光とは比べものにならない程大きいものである。

しかし、光の波長が短くなると、ステッパー等において
は投影レンズの製造が非常に困難になるという問題が生
じる。

詳述すると、光の波長が３６５ｒ＋＋ｎ（Ｈｇランプの
ｉ線）より短い紫外領域において投影レンズに使用でき
る材料は、合成石英、ホタル石等に限定される。

エキシマレーザを光源として用いた場合、通常そのスペ
クトルの半値幅は、Ｈｇランプ等の光源に比べて小さい
ものの、０．３ｎｍ〜０．４ｎｍ程度ある。このため、
Ｚ　ｆｆｆｌ類以上の硝材を組合せた色消しレンズを使
用することとなる。

しかし、ホタル石等の結晶材料の形状（大きさ）、研磨
特性には問題があり、レンズ設計及び製造上かなりの制
限を受けることとなる。

これに対し、露光光としてスペクトルの半値幅の極めて
狭い光（例えば、０．０１ｎｍ　−０，００５ｎＩ１１
以下）を用いれば、上記のような色消しレンズを使用せ
ずに、例えば石英のみの単一硝材による投影レンズを製
作することが可能となり、投影レンズ系の設計及び製造
の困難性が大幅に改善される。

上記のような点から、露光用のエキシマレーザにおいて
は、共振器内部にエタロンあるいはプリズム等の波長選
択素子を挿入することにより、スペクトルの狭帯域化が
図られるようになっている。

［発明が解決しようとす、る問題点］ しかしながら以上のような狭帯域化されたエキシマレー
ザを使用する場合においては、光学系の色収差の関係か
ら、波長の安定性（波長幅と中心波長の安定性）が最も
重要である。すなわち、波長のわずかな不安定が、光学
系の色収差発生の原因となる。

以上のような波長の安定性を得るためには、結果的に狭
帯域化光学系の安定化を図る必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、狭帯
化エキシマレーザの波長を安定させることにより、露光
装置などの投影光学系の結像上の問題点を解決できる波
長安定化装置を得ることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明にかかる波長安定化装置は、レーザ光の波長スペ
クトルを狭帯域化する狭帯域化手段（エタロン等）の狭
帯域化特性を変動可能に構成するとともに、狭帯域化さ
れたレーザ光のスペクトルの主波長と副波長の両方の波
長成分を検出するための検出手段と、前記狭帯域化手段
の狭帯域化特性を変更するための駆動手段と、前記検出
された主波長及び副波長の両方の波長強度の比を一定に
保つように、前記検出手段によって検出された情報に基
き、前記駆動手段を介して前記狭帯域化手段を制御する
制御手段とを具備したことを技術的要点とするものであ
る。

［作用］ この発明においては、狭帯域化手段の狭帯域特性が可変
（例えばエア・ギャップ式のエタロン）となるように構
成される。

この狭帯域化手段において生じるスペクトルの主波長と
副波長の両方の波長成分が検出手段によって検出され、
該検出された情報に基いて主波長及び副波長の成分の分
布が結果において所定に保たれるように、制御手段によ
る制御が行われる。

このような狭帯域化手段によるスペクトル狭帯域化の安
定は、波長幅と中心波長の安定につながり、更には、レ
ーザの波長の安定化を図れることとなる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。図にお
いて、エキシマレーザ装置は、レーザキャビティ１０内
に設置されたレーザ共振部１２を有している。

レーザ共振部１２には、フロントミラー１４゜リアミラ
ー１６及びエタロン１８が各々設置されており、フロン
トミラー１４とりアミラー１６との間において、レーザ
光が反射往復し、両ミラーの間に配置されたエタロン１
８の作用によつて波長の狭帯域化が行われるように構成
されている。

上述したエタロン１８は、エアギャップタイプであり、
ピエゾ素子２０を介して駆動部２２と接続されるととも
に、該ピエゾ素子２０が駆動することによって、面間隔
（エアーギャップ）の微調整が可能な構成となっている
。

また、このエタロン１８は、フリースベクトルレンジ（
ＦＳＲ）を適切にとフで、発振線のスペクトルの主波長
及び副波長を取り出すことができるようになっている。

他方、駆動部２２は、制御部２４と接続されるとともに
、該制御部２４によフてピエゾ素子２０の駆動量の制御
が行われるようになっている。また、この制御部２４に
は、安定状態のレーザ光の波長データがあらかじめ基準
データとして入力されている。

上述したレーザ共振部１２から発振されたレーザ光は、
パーシャルミラー（レーザ光の一部分を全反射するミラ
ー）２６に入射し、ここでレーザ光の一部が取り出され
るようになっている。

このように取り出されたレーザ光は、モニタ用エタロン
２８により波長に対応する波数スペクトルが得られるよ
うに構成されている。

モニタ用エタロン２８は、エアギャップタイプのエタロ
ン１８と異なり、面間隔が固定されているものであり、
さらにエタロン１８よりもフリースベクトルレンジ（Ｆ
ＳＲ）が長くなるように定められている。

上記のようにして得られたスペクトルは、レンズ３０を
透過してＣＣＤ、ＰＣＤ　（プラズマ・カップルド・デ
バイス）等からなるリニアアレイ・ディテクタ３２に入
射して、スペクトルによって決まる干渉縞が検出される
ように構成されている。また、ここで検出される干渉縞
の分布は、エタロン１８において得られる主波長及び２
つの副波長の３つの波長に各々対応して、縞の位置、ピ
ーク間隔、ピーク値等が決まったものとなる。

次に、ディテクタ３２において検出されたスペクトル（
干渉縞分布）は、モニタ３４に入力され、該モニタ３４
上でエタロン１８のスペクトル特性が観測されるように
なっている。

また、ディテクタ３２から出力されるスペクトル（干渉
縞分布）情報は、モニタ３４の他に制御部２４にも入力
されるようになっている。制御部２４では、このスペク
トル情報と、あらかじめ入力されている前記基準データ
とに基いて、駆動部２２を介してピエゾ素子２０に駆動
指令が出力され、その制御が行われるようになっている
。

次に、上記実施例の動作を、第２図及び第３図を参照し
ながら説明する。

まず、レーザ共振部１２．フロントミラー１４、リアミ
ラー１６及びエタロン１８からなる共振器において、狭
帯域化されたレーザ光が発振出力される。

発振されたレーザ光は、パーシャルミラー２６において
その一部が検出用として取り出され、該取り出されたレ
ーザ光は、モニタ用エタロン２８及びレンズ３０を透過
して、ディテクタ３２に入射する。

次に、ディテクタ３２では、上述したようにエタロン１
８において得られる、主波長及び２つの副波長の３つの
波長に各々対応して発生するスペクトル（干渉縞分布）
の検出が行われる。このため、ディテクタ３２のアレイ
の並びは干渉縞の並び方向と一致するように定められる
。

このようにして得られたスペクトルは、モニタ３４上で
、例えば第２図に示すように観察される。すなわち、破
線で示されたレーザの利得によるスペクトル（レーザの
利得曲線）内において、中心波数に一＋、　ｋｏ、　ｋ
＋の３つのスペクトルが、実線で示すように観測される
。

ここで、レーザの利得曲線は一定であり、ｋ＋−ｋｏ−
ｋｏ−に−＋はエタロン１８のフリースベクトルレンジ
（ＦＳＲ）に対応しており、ｋｏ、　ｋ、　、に−。

の値はエタロン１８の間隔によって変動する。

このように、利得曲線とＦＳＲが一定であるため、主波
長の波数ｋ。の強度と副波長の波数に、又はＩＩ、の光
の強度の比を一定に保つようにエタロン１８の面間隔を
制御すれば、主波長すなわち全体の波長を安定化できる
。

かかるエタロン１８の間隔の制御は、以下のように行わ
れる。

まず、ディテクタ３２で得られたスペクトル（干渉縞分
布）の情報に基いて算出される主波長と副波長との強度
比が制御部２４に入力され、制御部２４で該スペクトル
の情報と、あらかじめ入力されている基準データ（強度
比）とから適切なピエゾ素子２′０の駆動量が求められ
て駆動部２２に出力される。

あらかじめ入力されている基準データは、第２図に示す
ように、主波長の波数に０がレーザ光の利得曲線のピー
ク位置にあり、副波長の波数に一、、　　ｋ、のスペク
トル強度が同一である場合の強度比であるものとする。

次に、前記駆動量が駆動部２２に入力されると、これに
基いてピエゾ素子２０に相当する電圧が印加され、エタ
ロン１８の面間隔（エアーギャップ）の微調整が行なわ
れる。

これらの一連の制御は、上述したようにクローズトルー
プで行われている。ただし、エキシマレーザ光はパルス
発光なので、連続発光している間はクローズトループで
制御され、発光停止中はエタロン１８の面間隔が変化し
ないようにロックされる。

例えば、レーザ発振中にレーザ光の中心波長等の変動が
あると、例えば第３図に示すようにスペクトルのシフト
が起こる。すなわち、主波長の波数ｋｏがｋｓｏにシフ
トし、副波長の波数に一、がｋｇ−１にシフトする。ま
た、主波長のスペクトル強度工、が１Ｍ２となり、副波
長のスペクトル強度工８が■８．となる。

このような場合には、Ｉ　ｓｚ／　Ｉ　ｓｒがほぼ１２
　／　Ｉ　ｔ　となり、ｋｓｏがほぼに０となるように
エタロン１８の面間隔をピエゾ素子２０に対する通電に
よって微調整し、レーザ光の波長を安定化させる。

以上のように、この実施例においては、エタロン１８に
おいて生じるスペクトルの主波長と副波長の両方の波長
を検出し、ピエゾ素子２０を駆動させてエタロン１８の
面間隔を調整することによって、検出された主波長及び
副波長の強度の比を一定に保っている。この主波長と副
波長との差はエキシマレーザの場合はかなり小さく（ｌ
ｎｍ以下）なるが、その強度比は主波長のわずかな波長
シフトによって敏感に変化する。

このため、エキシマレーザの波長の安定化が図れ、光学
系の色収差の発生を防止することができるという効果が
ある。

更に、エタロン１８の面間隔の制御をクローズトループ
制御によって行っているため、Ｆ！密な調整が可能とな
るという利点がある。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えば上記実施例においては、ピエゾ素子２０によ
りエタロン１８の面間隔の調整を行うことによって、ス
ペクトルの強度比を調整制御しているが、エタロン１８
を傾けることによってもスペクトルの強度比の調整は可
能である。

更に、ディテクタ３２で検出された主波長及び副波長の
スペクトルに基いた干渉縞分布を基準データと比較し、
その分布（ピーク値、ピーク位置等）が所定の分布と一
致するようにエタロン１８を調整するようにしてもよい
。この場合の基準データは第２図のような安定時に生じ
る干渉縞分布に対応している。

また、本発明は、集積回路製造用の露光装置の他、波長
安定化を必要とする種々の装置に利用可能である。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、狭帯域化されたレーザ光の
波長スペクトルの主波長と副波長の強度比等の分布を所
定に保つこととしたので、良好にレーザ光の波長の安定
化が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図及び第
３図は実施例の作用を示す説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ １２・・・レーザ共振部、１４・・・フロントミラー、
１６・・・リアミラー、１８・・・エタロン、２６・・
・パーシャルミラー、３２・・・ディテクタ、３４・・
・モニタ、２４・・・制御部、２２・・・駆動部、２０
・・・ピエゾ素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 狭帯域化手段によって狭帯域化されたレーザ光の波長ス
   ペクトルを安定化する波長安定化装置において、 前記狭帯域化手段の狭帯域化特性を変動可能に構成する
   とともに、 狭帯域化されたレーザ光のスペクトルの主波長と副波長
   の両方の波長成分の分布に関する情報を検出するための
   検出手段と、 前記狭帯域化手段の狭帯域化特性を変更するための駆動
   手段と、 前記検出された主波長及び副波長の両方の波長成分の分
   布を所定状態に保つように、前記検出手段によって検出
   された情報に基き、前記駆動手段を介して前記狭帯域化
   手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする
   波長安定化装置。