WO1991012499A1 - Detecteur de longueur d'onde - Google Patents

Description

明 細 書

波長検出装置 技 術 分 野

こ の発明 は レ ー ザ等の波長を検出す る 波長検出装置 に関 し 、 特に半導体装置製造用 の縮小投影露光装置の 光源 と し て狭帯域発振エキ シ マ レ ー ザを用 い る 場合の 波長検出 に採用 し て好適な波長検出装置 に関す る 。 技 術

半導体装置製造用 の縮小投影露光装置 (以下 ス テ ツ パ と い う ） の光源 と し て工キ シ マ レ ー ザの利用が注 目 さ れて い る 。 こ れはェキ シ マ レ ー ザ の波長が短い （ K r F レ — ザの波長は約 2 4 8 . 4 n m ) こ と 力、 り 光露 光の 限界 0 . 5 m 以下 に延ばせ る 可能性力 あ る こ と 同 じ解像度な ら 従来用 い て い た水銀ラ ン プの g 線や i 線に比較 し て焦点深度が深い こ と 、 レ ン ズの開 口数

( N A ) が小 さ く てすみ 露光領域を大 き く で き る こ と 、 大 き な パ ヮ 一 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 め る 0

と こ ろ で 、 エキ シ マ レ ー ザ ¾r ス テ ツ パの光源 と し て 用 い る ¾7 に は、 ェキ シ マ レ 一 ザの 出力 レ ー ザ光を狭 帯域化す る 必要があ り 、 こ の狭帯域化 さ れた 出カ レ 一 ザ光の波長を r¾ ¾良 に安定化制御す る 必要力 あ る 。

従来、 狭帯域発振ェキ シ マ レ ー ザ等の 出力光の波長 線幅を計測 し た り 、 波長を検出 し た り す る た め に モニ タ エ タ ロ ン 力《用 い ら れて い る 。 モ ニ タ エ タ ロ ン は部分 反射 ミ ラ ー を所定の空隙を あ けて対向配設 し た エア ギ ャ プエ タ 口 ン を用 い て構成 さ れ る も の で こ の エ ア ギ ヤ ッ プエ タ 口 ン の透過波長は次の よ う に表わ さ れ る 。

m λ = 2 n d · c o s Θ

た だ し 、 m は整数、 d はエ タ ロ ン の部分反射 ミ ラ ー 間の距離、 n は部分反射 ミ ラ ー 間の屈折率、 0 はエ タ 口 ン の法線 と 入射光の光軸 と の なす角度で あ る 。

こ の式に よ り 、 n , d , mが一定 と すれば、 波長が 変化す る と 0 が変化す る こ と が解 る 。 モ ニ タ エ タ ロ ン では こ の性質を利用 し て被検出光の波長を検出 し てい る 。 と こ ろ で、 上述 し た モニ タ エ タ ロ ン に お い て、 ェ ァ ギ ヤ ッ プ内の圧力お よ び周 囲温度が変化 し て し ま う と 波長が一定で も 上述 し た角 0 が変化 し て し ま う 。 そ こ でモニ タ エ タ ロ ン を用 い る 場合、 エ ア ギ ャ ッ プ内 の 圧力お よ び周囲温度を一定に制御 し て波長検出を行な つ て い た。

し か し 、 エア ギャ ッ プ内の圧力 お よ び周 囲温度を高 精度に制御す る こ と は困難であ り 、 こ の た め充分な高 精度で絶対波長を検出す る こ と はで き な か っ た。

そ こ で、 被検出光 と と も に予め波長がわか っ てい る 基準光 （た と え ばア ル ゴ ン レ ー ザ光、 鉄ま た は水銀 ラ ン プの発振線） をモニ タ エ タ ロ ン に入力 し 、 こ の基準 光に対す る 被検出光の相対波長を検出す る こ と に よ り 被検出光の絶対波長を検出す る 装置が提案 さ れてい る かか る 装置に お い て は、 モニ タ エ タ ロ ン の透過光を 直接 C C D ィ メ ジ セ ン サ等の光検出器の検出面上に 入射 し て、 該光検出器の検出面上に干渉縞を形成 し 、 干渉縞の検出位置 に基づ き 上記絶対波長を検出す る よ う に し て い る 。

な お、 モニ タ エ タ ロ ン の替 り に 回折格子を用 い た分 光器を用 い る技術 も あ る 。

し か し 、 基準光源 と 被検出光の光源 と が異な る よ う な場合 に は高精度に絶対波長を検出す る こ と がで き な か っ た。 すな わ ち 、 光源が異な る と 、 た と え ばモ ニ タ エ タ 口 ン に 入力す る 基準光の波長が被検出光で あ る ェ キ シ マ レ ー ザ光の波長 と 大 き く 異な っ て し ま う こ と が あ り 、 高精度に絶対波長を検出す る こ と がで き な い。 ま た 、 基準光 と エキ シ マ レ ー ザ光の波長が近い場合で あ っ て も 、 基準光の光強度が小 さ か っ た り 、 波長線幅 が広が っ た り し て高精度に絶対波長を検出す る こ と は 困難 と な る 。

そ こ で、 波長 2 4 8 . 4 n m の K r F エ キ シ マ レ 一 ザ光に 2 5 3 . 7 n m と 波長力 近 く 、 し か も 光強度が 大 き い低圧水銀ラ ン プ （ こ の 中 に天然の水銀蒸気が封 入 さ れて い る ） の 2 5 3 . 7 n m発振線を基準光 と し て使用す る こ と が考え ら れ る が、 こ れ と て も波長線幅 が広 く 、 干渉縞の検出精度が劣化 し て高精度に絶対波 長を検出す る こ と 力 で き な い こ と と な つ て い た 。 こ の発明 は、 か力、 る 実情 に鑑み な さ れた も の で あ り 水銀等複数の 同位体を含む特定の元素の蒸気か ら の発 振線を基準光 と し て使用 し た場合に、 基準光の干渉縞 を高精度に検出 し、 以て絶対波長を高精度に検出す る こ と がで き る 波長検出装置を提供す る こ と を 目 的 と す る も のであ る 。 発 明 の 開 示

上記 目 的を達成す る た め、 こ の発明では、 複数の 同 位体を含む特定の元素の蒸気か ら の発振線を基準光 と し て被検出光の波長を検出す る波長検出装置 に お い て 前記蒸気を所定の温度以上に上昇 さ せ、 こ の結果分離 し た特定の 同位体の発振線を前記基準光 と し てい る 。

すな わ ち 、 た と え ば水銀を上記特定の元素 と し た場 合、 水銀蒸気を所定の温度 （水銀ラ ン プの雰囲気温度 と し て 4 0 程度） 以上ま で上昇 さ せ る と 、 波長 2 5 3 . 7 n m 発振線が特定 の 質量数 （質量数 1 9 6 、 1 9 8、 1 9 9、 2 0 0、 2 0 1 、 2 0 2、 2 0 4 の いずれか） の第 1 の水銀同位体に対応す る 発振線 と 特 定の質量数 （第 1 の水銀同位体 と 異な る 質量数） の第 2 の水銀同位体に対応す る 発振線 と に分離す る こ と が 実験の結果明 ら か に な っ た。 こ れ ら 分離 し た発振線は そ れぞれ波長 2 5 3 . 7 n m発振線に比較 し て波長線 幅が非常に狭い。 こ の た め、 こ れ ら 分離 し た発振線の 干渉縞が高精度に検出 さ れる 。 し たが っ て、 絶対波長 を高精度に検出す る こ と がで き る。

ま た、 こ の発明で は、 特定の元素の蒸気か ら の発振 線を基準光 と し て被検出光の波長を検出す る 波長検出 装置 に お い て、 前記元素の う ち 特定の 同位休を選択 し 該同位体の蒸気か ら の光を前記基準光 と し て い る 。

すな わ ち 、 かか る 構成によ れば、 た と え ば水銀を上 記特定の元素 と し た場合、 上記第 1 の水銀同位体ま た は上記第 2 の水銀同位体の いずれかの蒸気か ら の発振 線を基準光 と す る と 、 こ れ ら 各発振線は波長線幅が非 常に狭い。 こ の た め 、 干渉縞が高精度 に検出 さ れ る 。 し た が っ て、 絶対波長を高精度に検出す る こ と がで き

O o 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は、 こ の発明の波長検出装置を狭帯域エ キ シ マ レ ー ザの 出力 レ ー ザ光の波長検出 に適用 し た一実施 例を示す図、

第 2 図か ら第 4 図は、 第 1 図 に示す水銀 ラ ン プ部の 構成を概念的 に示す図、

第 5 図 （ a ) は、 従来技術に お い て水銀ラ ン プか ら 発生 さ れ る 基準光に よ つ て第 1 図 に示す光検出器上に 形成 さ れ る 干渉縞を示す図で、 光検出器上の位置 と 光 強度の関係を示す図、 同図 （ b ) は、 実施例 に おい て 水銀 ラ ン プか ら 発生 さ れ る 基準光 に よ つ て第 1 図に示 す光検出器上に形成 さ れ る 千渉縞を示す図で、 光検出 器上の位置 と 光強度の関係を示す図、

第 6 図 （ a ) , ( b ) お よ び （ c ) は、 そ れぞれ基 準光の干渉縞の検出処理手順の一例を示す フ ロ ー チ ヤ 一 卜 で、 同図 （ d ) は、 被検出光であ る エキ シ マ レ ー ザ光の干渉縞の検出処理お よ びエキ シ マ レ ー ザ光の発 振 · 波長制御処理の手順の一例を示すフ ロ ー チ ヤ 一 ト であ る 。 発明を実施す る た めの最良の形態

以下、 こ の発明の実施例を添付図面を参照 し て詳細 に説明す る 。

第 1 図 は こ の発明 に係 る 波長検出装置の一実施例を 示 し た も の で あ る 。 こ の実施例で は被検出光 と し て狭 帯域発振エ キ シ マ レ 一 ザ 1 の 出力光 L a が用 い ら れ る な お、 実施例で は、 狭帯域発振ェキ シ マ レ 一 ザ 1 と し て r F エキ シマ レ ー ザを想定 し てい る 。

基準光源 と し ては、 面光源であ る 低圧水銀ラ ン プ 2 2 (第 2 図か ら第 4 図参照） が用 い ら れ、 低圧水銀 ラ ン プ 2 2 で発生す る 光が、 こ の低圧水銀ラ ン プ 2 2 を 中心に構成 さ れ る 後述す る 水銀 ラ ン プ部 2 0 の射出 口 か ら射出 さ れ る 。 こ の.射出光が干渉 フ ィ ノレ 夕 F T を通 過す る こ と に よ り 、 該フ ィ ル 夕 F T に よ り 波長 2 5 3 7 n m の光の みが透過 さ れる o こ の波長 2 5 3 . 7 n m の光は低圧水銀ラ ン プ 2 2 に 封入 さ れた天然水銀蒸 気 （ こ れ は水銀 の 各 同 位体.、 . つ ま り 質量数 1 9 6 、 ] 9 8、 1 9 9 、 2 0 0 、 2 0 1 、 2 0 2 、 2 (〕 4 の 同位体 を 含 む） の う ち 、 特定 の 質量数 の 第 ：！ の 水銀同 位体 と こ の第 1 の 水銀同位体の 質量数 と は異 な る 質量 数 の 第 2 の 水銀 同位体 に 対応す る 光で あ る 。 な お、 こ れ ら 第 1 お よ び第 2 の 水銀 同位体 の 質量数 の 特定 は実 験 の 段階で ま だ明 ら か に さ れて い な い 。 そ こ で 、 第 1 お よ び第 2 の水銀 同位体の 特定が実験の結果 な さ れれ ば、 低圧水銀 ラ ン プ 2 2 に は 、 予 め こ れ ら 第 1 お よ び 第 2 の 水銀同位体 の み を封 入 し て お く よ う な 実施 も ま た 可能で あ る 。 ま た 、 水銀 ラ ン プ と し て 低圧 の も の を 使用 す る の は 、 波長 2 5 3 . 7 n m 線の 強度が大 き い と い う 理 由 に よ る が、 本発明 と し て は水銀 ラ ン プ と し て低圧 の も の に 限定 さ れ る こ と は な い o

さ て、 狭帯域発振エ キ シ マ レ 一 ザ 1 力、 ら 出 力 さ れ た レ ー ザ光 L a の一部 は ビ ー ム ス プ リ ッ タ 3 に よ っ て サ ン プ リ ン グ さ れ、 こ の サ ン プ リ ン グ光 は ス リ ガ ラ ス 5 に 照射、 散乱 さ れて 、 ビ 一 ム ス プ リ ッ 夕 4 に 照射 さ れ る 。 ま た 、 水銀 ラ ン プ部 2 0 の射 出 ロ カ、 ら 出 力 さ れ た 2 5 3 . 7 n m 線 は基準光 L b と し て ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 4 の 他の 面 に照射 さ れ る 。

ス リ ガ ラ ス 5 に よ り 散乱 さ れ た サ ン プ リ ン グ光 L a の 一部 は ビ ー ム ス プ リ ッ タ 4 を 透過 し て ェ 夕 π ン 6 に 照射 さ れ る 。 ま た 、 水銀 ラ ン プ部 2 0 の 射 出 ロ カ、 ら 出 力 さ れ、 フ ィ ル タ F T を透過 し た 基準光 L b の 一部 も ビー ム ス プ リ ッ 夕 4 で反射 し て エ タ ロ ン 6 に 照射 さ れ る

に エ タ 口 ン 6 は 内側の面が部分反射 ミ ラ 一 と さ れた 2 枚の透明板 6 a , 6 b 力、 ら構成 さ れ、 ェ タ ロ ン 6 に対す る 入射光の角度に対応 し てそ れぞれ透過波長 が な る も の であ る 。 すな わ ち 、 エ タ ロ ン 6 は、 波長 の な る 基準光 L b お よ びェキ シ マ レ一ザ光 L a を双 方 過 さ せ る た め に反射膜を 2 波長 コ — ト と し て い る な お 電体膜に よ る 反射膜であ れば、 基準光 し の 波長 2 5 3 . 7 n m と エキ シマ レ 一 ザ光の波長 2 4 8 9 n m に対す る 反射率 は ほ と ん ど変わ ら な い た め、 必ず し も 2 波長 n ― ト を し な く て も よ い o

の ェ 夕 π ン 6 を透過 し た光は 允 レ ン ズ 7 に 入射 さ れ る o こ の集光 レ ン ズ 7 は た と え ば、 色収差補正が 施 さ れた色消 し レ ン ズであ り 、 かか る 色消 し 集光 レ ン ズ 7 を経 る こ と に よ り 色収差が補正 さ れ る 。

光検出器 8 は集光 レ ン ズ 7 の焦点上に配設 さ れてお り こ れに よ り 集光 レ ン ズ 7 を経た光は、 光位置検出 器 8 に結像 さ れ の光検出器 8 の検出面上に基準光 の波長に対応 し た第 1 干渉縞 8 a お よ び被検出光の波 長に対応 し た第 2 の干渉縞 8 b を形成す る 。 光検出器 8 で は こ の第 1 お よ び第 2 の干渉縞 8 a 8 b を検出 し こ の検出 に も と づ き 基準光の波長 に対す る 被検出 光の波長の相対波長を検出 し 、 既知の基準光の波長 と 検出 し た相対波長に も と づ き 被検出光の絶対波長を検 出す る o な お、 光検出器 8 と し て一次元ま た は二次元の ィ メ ー ジ セ ン サ、 ダ イ ォ 一 ドア レ イ ま た は P S D ( P0S 1 T 10 N SENSITIVE DETECTOR) 等を用 い て構成す る こ と 力；'で さ る 。

こ う し て被検出光であ る エキ シ マ レ ー ザ光の絶対波 長が光検出器 8 で検出 さ れた な ら ば、 検出結果は C P U 1 ◦ に 出力 さ れ、 該 C P U 1 0 は狭帯域化素子 ド ラ ィ バ 】 1 を介 し て図示 し な い レ ー ザ管の共振器内 に配 設 さ れた狭帯域化素子 （ た と え ば 2 つ の エ タ ロ ン ） の 角度等を変化 さ せ る こ と に よ っ てエキ シ マ レ ー ザ光の 発振波長を設定波長 （ 目 標値） に 固定す る よ う に制御 し 、 波長安定化を行 う 。

と こ ろ で、 水銀 ラ ン プ 2 2 、 つ ま り は そ の 中 に封入 さ れた水銀蒸気の温度を所定の温度 （水銀 ラ ン プ 2 2 の外周 の雰囲気温度 と し て 4 0 °C程度） 以上に上昇 さ せ る と 、 上記 2 5 3 . 7 n m 発振線に対応す る 第 1 の 干渉縞が上記第 1 の水銀同位体の発振線に 対応す る 干 渉縞 と 上記第 2 の水銀同位体の発振線に対応す る 干渉 縞 と に分離す る こ と が実験の結果明 ら か に な っ た。

すな わ ち 、 第 5 図 は、 光検出器 8 上の位置 と 光強度 と の関係を示す も の で あ り 、 同図 （ a ) に示すよ う に 水銀蒸気の温度が上記所定の温度よ り も 小 さ い場 台 に は、 干渉縞 8 a の光強度分布の 山 3 0 は幅が広 く 頂点 部 B は な だ ら か な カ ー ブを描 く 。 こ の た め 、 頂点部 B の ピー ク 位置を光検出器 8 で検出 しょ う と す る と 、 ビ ー ク 位置を正確に捕え難 く 、 検出精度が良 く な い。 が 水銀蒸気の温度を上記所定の温度以上ま で上昇 さ せ る と 、 同図 （ b ) に示す よ う に干渉縞 8 a は、 第 ] の水 銀同位体の波長 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m の発振線に対 応す る 干渉縞 と 第 2 の水銀同位体の波長 2 5 3 . 6 5 2 7 7 n m の発振線に対応す る 干渉縞 と に分離 さ れ、 こ れ ら 分離 し た各干渉縞の 山 3 2 ， 3 3 は、 2 5 3 . 7 n m発振線の干渉縞 8 a の 山 3 1 よ り も 幅が非常 に 狭 く 、 かつ そ の頂点部 C , D は き わ めて急峻な カ ー ブ を描 く 。 こ の た め、 頂点部 C ま た は D の ビ— ク 位置を 光検出器 8 で検出すれば、 ピー ク 位置を正確に捕え る こ と がで き 、 位置検出精度が大幅に 向上す る 。 そ し て 各検出 ピー ク 位置は、 そ の波長力《 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m , 2 5 3 . 6 5 2 7 7 n m と 予めわか つ て い る の で、 こ れ ら検出結果に基づ き エキ シ マ レ 一 ザ光の絶対 波長を高精度に検出す る こ と がで き る 。 な お、 波長 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m の発振線ま た は波長 2 5 3 . 6 5 2 7 7 n m の発振線の いずれか一方に対応す る 干渉 縞の検出位置 に基づ き 絶対波長を検出す る 実施 も 可能 であ り 、 ま た両方の発振線に対応す る 2 つ の干渉縞の 検出位置 に基づ き 絶対波長を検出す る 実施 も 可能で あ る 。 2 つ の絶対波長を検出す る 場台は 、 い ずれか 1 つ の干渉縞を基準に絶対波長を検出す る 場合 よ り も 検出 精度が よ り 向上す る の は測定工学上明 ら かであ る 。

第 2 図力、 ら 第 4 図 は、 上述す る よ う に水銀蒸気の温 度を上昇 さ せて干渉縞を分離す る た め の水銀 ラ ン プ部 2 0 の構成を概念的 に示す も の で あ る o ⁷よ お 、 こ れ ら 図面 に お い て互い に共通す る 機能を果た す部分 に つ い て は説明の便宜上同一の 符号を付す る

第 2 図 に示す水銀 ラ ン プ部 2 0 で は 、 水銀 ラ ン ブ 2 2 の雰囲気温度を所定の温度以上にす る た め に ラ ン プ 2 2 に 直接温風を吹 き 付 け る よ う に し て い る 。 すな わ ち 、 水銀 ラ ン プ 2 2 は 、 コ ー ド ？ 2 a を 介 し て そ の電 源に接続 さ れ る と と も に 、 水銀 ラ ン プ 2 2 の 周 囲 に は ラ ン プ 2 2 で発生す る 光を外部 に射出す る 射出 a 2 1 a を残 し て ラ ン プ 2 2 を覆 う ハ ゥ ジ ン グ 2 1 が覆設 さ れてい る 。 ハ ウ ジ ン グ 2 1 の 各壁面の う ち 射出 Π 2 1 a が形成 さ れた壁面に対向す る 壁面 に は温風送風用 の フ ァ ン 2 3 が配設 さ れ る と と も に 、 フ ア ン 2 3 の背後 に は ヒ ー タ 2 4 が配設 さ れて い る 。 し た力《 つ て 、 ヒ 一 夕 2 4 が起動 さ れ る と と も に 、 フ ァ ン 2 3 力 回転作動 さ れ る と 、 ヒ 一 夕 2 4 で発生 し た熱が フ ァ ン 2 3 に よ り 矢印 に示す よ う に温風 と し て ラ ン プ 2 2 に吹 き 付 け ら れ る こ と に な る

ま た 、 第 3 図 に示す水銀 ラ ン プ部 2 n で は 、 水銀 ラ ン プ 2 2 の雰囲気温度を所,定の温 ]^以上にす る た め、 ラ ン プ 2 2 で発生す る 熱が大気中 に放散 し な い よ う に 該 ラ ン プ 2 2 で発生す る 光の射 出 Π 2 a を 除 い て ラ ン ブ 2 2 を囲むハ ゥ ジ ン グ 2 5 (材質 と し て は た と え ば ア ル ミ ニ ウ ム が使用 さ れ る ） 設け る よ う に し て い る 。 お、 同図 （ b ) は同図 （ a ) の矢印 A 方向を示 し て い る o

さ ら に、 ま た第 4 図 に示す水銀ラ ン プ部 2 0 で は 、 第 2 図 と 同様に射出 口 2 6 a と 送風フ ァ ン 2 3 と を有 し た ハ ゥ ジ ン グ 2 6 に よ つ て水銀 ラ ン プ 2 2 を覆 う と と も に 、 水銀ラ ン ブ 2 2 の雰囲気温度を検出す る 温度 セ ン サ 2 7 と 、 該温度セ ン サ 2 7 の 出カ を フ ィ 一 ド パ、 ッ ク 信号 と し 、 上記雰囲気温度が設定温度 （ た と え ば 4 0 °C ) に な る よ ラ に ヒ 一 夕 回路 2 9 に供給す る 電流 を制御す る コ ン 卜 ロ ー ラ 2 8 と を具え る よ う に し て い 。 し たが つ て コ ン 卜 α — ラ 2 8 が起動 さ れ る と 、 該

3 ン 卜 ロ ー ラ 2 8 は上記設定温度 と 温度セ ン サ 2 7 の 出力 と の偏差が零 に な る よ う に ヒ ー タ 回路 2 の ift給 流を制御 し 、 水銀 ラ ン プ 2 2 の雰囲気温度を上記設 定温度にす る 。 な お、 温度セ ン サ の配設場所 と し て は 水銀蒸気の温度を直接的 に ま た は間接的 に検出で き る の で あれば、 任意の場所で よ く 、 た と え ば水銀 ラ ン プ 2 2 の表面 ま た は水銀ラ ン プ 2 2 の 内部 に配設す る よ う な 実施 も 可能でめ る ο

以下、 第 1 図お よ び第 2 図か ら 第 4 図 に示 し た実施 例 に お け る 基準光お よ び被検出光の検出動作並びに ェ キ シ マ レ ー ザ光の波長制御の態様を第 6 図 に 示すフ ロ 一 チ ヤ ー ト を参照 し し 明す る 。

い ま 、 水銀 フ ン ブ部 2 0 と し て第 2 図 に 示す構成の も の を想定す る に 、 笫 6 図 （ a ) に示す よ う に、 ま ず 低圧水銀 ン プ 2 2 の 電源がオ ン さ れ て 、 水銀 ラ ン プ

2 n が発 す る （ ス テ ツ プ 1 Π ] ) 。 つ ぎ に ヒ ー 夕 2 4 ( 同時光ラにの値たび、千。、記準ス吊 4よを 2 Υプフ ァ ン 2 3 ち ) の 電源がオ ン さ れて 、 温風 力;' ラ ン プ 2 に 吹 き 付 け ら れ る （ ス チ ッ プ "！ 0 2 ) 。

つ ぎの テ ツ フ 1 〇 3 で は基準光 L b の 干渉縞 8 a が分離 し (第 5 図 （ b ) 参照） か否 か （第 5 図 （ a ) 参照） を 時判定 し て い る 。 こ の 干渉縞 8 a が分離 し た か否か 判定 は 、 た と え ば第 5 図 に お い て 山 3 2 ，

3 3 お よ 谷 3 4 の光強度 の 値 を光検 出 器 8 で そ れ ぞ れ検 出 し 山 3 2 の 検 出 値 と 谷 3 4 の 検 出 値 と の 差力;' 所定の 閾 以上 に な つ た 否 か、 あ る い は il l 3 3 の 検 出 値 と 谷 3 の 検 出値 と の 差が所定 の 閾値以上 に な つ た か否力、 に り 行 う

やがて ラ ン プ 2 2 の封入蒸気 の 温度が所定の 温度 に 達 し 、 渉縞 8 a が分離す る と （ ス テ ッ プ ：！ Π 3 の 判断結果 E S ) 、 手順はつ ぎ の ス テ ツ プ ： I ϋ 4 に 移 行 さ れ る ス テ ツ プ 1 0 4 で は 、 光検 出器 8 上 に 形成 さ れた上 分離干渉縞 の そ れぞれの 位置 を検出 し 、 該 検 出 位置 δ 憶 さ せ て お く と と も に 、 エ キ シ マ レ ー ザ の 発振 の 備が終了 し た こ と を 示す信号 を 出 力 す る

( ス テ ツ 1 0 4 ) o

す る と 手順は第 6 図 （ d ) の ス テ ツ ブ 4 0 1 に 移 行 さ れて ス テ ツ プ 1 0 4 の 出 力 信号 に 応 じ て エ キ シ マ レ 一 ザ 1 の 電源が起動す る な ど し て 、 レ ー ザ光 L a が発振、 出 力 さ れ る （ ス テ ッ プ 4 0 ) 。 そ し て 、 光 検出器 8 上 に形成 さ れた被検出光の干渉縞 8 b の 位置 を検出す る （ ス テ ッ プ 4 ϋ 2 ) 。 つ ぎに こ の ス テ ッ プ

4 n 2 で求めた干渉縞 8 b の 位置 と 先の ス テ ッ プ 1 Π

4 で求めて記憶 し ておい た分離干渉縞の位置 と を比較 す る こ と に よ り 被検出光の絶対波長を検出す る （ ス テ ッ プ 4 0 3 )

こ ラ し て被検出光 （エ キ シ マ レ ー ザ光） の絶対波長 が検出 さ れ る と 、 設定波長 （ 目 標値） と 検出絶対波長 と の差 Δ λ が計算 さ れ ( ス テ ッ プ 4 0 3 ) C P U 1 0 は計算値 Δ ス に応 じ て狭帯域化素子 ド ラ イ バ 1 介 し て図示 し な い共振器内の ェ 夕 ロ ン の 角 度等を変化 さ せ る o こ の結果、 上記エ タ 口 ン を透過す る ェキ シ マ レ

— ザ光の波長が Δ ス だけ シ フ ト さ れて、 設定波長 （ 目 標値） に 固定 さ れ る （ ス テ ツ プ 4 0 5 ) o

こ の第 6 図 ( a ) の フ ロ ー チ ャ ー ト で は 、 基準光を の 干渉縞が分離 し た こ と を光検出器 8 の 出力 に基づ き 検 Γ 出 し 、 そ の後、 エ キ シ マ レ 一 ザ光を発振 さ せ る よ う に し て い る が、 水銀ラ ン プ 2 2 の雰囲気温度が所定の温 度以上に な つ たかを検出す る こ と に よ り 、 基準光の干 渉縞が分離 し た こ と を検出す る 実施 も ま た可能で あ る すな わ ち 同図 ( b ) に示すフ 口 一 チ ヤ 一 ト で は、 ス テ ッ プ ] 0 1 1 0 2 と 同様な水銀ラ ン プ 2 2 ヒ ー 夕

2 3 の起動処理が ス テ ッ プ 2 0 1 , 2 Π 2 で実行 さ れ 水銀 ラ ン プ 2 2 の雰囲 ¾ が所定の温度 （ た と え ば 4 0 °C程度） 以上に な つ た こ と か否かが判定 さ れ る ( ス テ ッ プ 2 n 3 ) 。 判断結 粜が Y E S で あ る と 、 基 準光の 千渉縞が分離 し た も の と し 、 ス テ ッ プ 1 il 4 と 同様 に 発振準備 0 Κ を 示す信号が 出 力 さ れて （ ス テ ッ ブ 2 〔） 4 ) 、 以後上記 ス テ ッ プ 4 0 1 〜 4 Π 5 の ェ キ シ マ レ ー ザ光 の 発振 · 波長制御 の 処理が実行 さ れ る 。 な お 、 所要 の 温度セ ン サ を ハ ウ ジ ン グ 2 ] の 内 部 の 所 定筒所 に 配設 し て お き 、 上記水銀 ラ ン プ 2 2 の 雰囲気 温度 の 検出 を行 う よ う に すれば よ い 。

ま た 、 時 間管理 に よ っ て基準光の Τ-渉縞が分離 し た こ と を 検 出 す る 実施 も ま た 可能で あ る 。 す な わ ち 同 図

( c ) に 示 す よ う に ス テ ッ プ " 1 Π 1 , 1 Π 2 と 冋 様 な 水銀 ラ ン プ 2 2 、 ヒ ー 夕 2 3 の 起動処 51力; ' ス テ ッ プ 3 Π 1 実行 さ れ、 上記起動 と 同時 に 図示 し て い な い タ イ マ 力（ ス タ ー 卜 さ れ る 。 そ し て 、 タ イ マ の 計時値 Τ が所 定 の 設定時間 Κ ( た と え ば 5 分程度） よ り 大 き い か δ か を調べ る （ ス テ ッ プ 3 0 2 ) 。 Τ > Κ と な る と （ ス テ ツ プ 3 0 2 の 判断結果 Y E S ) 、 基寧光 の 干渉縞が 分離 し た も の と し 、 ス テ ッ プ 1 ◦ 4 と 同様 に 発振準備 0 Κ を 示す信号が 出 力 さ れて （ ス テ ッ プ 3 0 3 ) 、 以 後上記 ス テ ッ プ 4 Π 1 ~ 4 0 5 の エ キ シ マ レ 一 ザ光 の 発振 ♦ 波長制御 の 処理が実行 さ れ る 。

水銀 ラ ン ブ部 2 ί) を第 3 図 に 示す構成 に し た 場 に も 、 こ れ ら 第 6 図 の 各 フ ロ ー チ ャ ー ト を適川 す る 二 と 力-;可能で あ る 。 た だ し 、 こ の 場 ^ に は 'ス テ ツ ブ 1 Π 2 ， 2 0 2 お よ び ス テ ッ プ 3 0 1 に お け る ヒ ー ク 2 4 の 起 動処理力 省略 さ れ る こ と に な る 。 さ ら に 水銀 ラ ン ブ部 2 Π を第 4 図 に 示す構成 に し た 場 合 に も 、 こ れ ら 第 6 図 の 各 フ ロ ー チ ャ ー ト を適用 す る こ と がで き る 。 た だ し 、 こ の 場 合 に は ス テ ツ プ 1 Π 2 , 2 Π 2 お よ び ス テ ッ プ 3 0 1 に お い て ヒ ー 夕 2 4 の 起動処理 の 替 り に コ ン ト ロ 一 ラ 2 8 、 ヒ ー タ 回路 2 9 を起動す る 処理 を実 行すれば よ い。

こ の よ う に第 6 図 に 示す フ ロ ー チ ャ ー ト で は、 基準 光 （水銀 ラ ン プ 2 2 の 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m 発振線 ま た は 2 5 3 . 6 5 2 7 7 n m 発振線） と 被検 出光 ( K r F 狭帯域エ キ シ マ レ 一 ザの 波長 2 4 8 . 4 n m ) と の 波長が近 く 、 両者の 干渉縞を 同時 に 検 出す る こ と は困難 と な る の で、 基準光の 干渉縞 （分離 さ れ た - T-渉 縞） を検 出 し て か ら 、 エ キ シ マ レ ー ザ光 を発振 さ せ 、 そ の 干渉縞を検 出す る よ う に し て い る が、 両者 を 別 々 に検 出す る も の で は な く 、 場 合 に よ っ て は 同時 に 検 出 す る 実施 も 可能で あ る 。

上述 し た 実施例で は水銀 ラ ン プ 2 2 の 温度を上昇 さ せて、 干渉縞 8 a を第 1 の 水銀同位体 に 対応す る 干渉 縞 と 第 2 の 水銀 同位休 に 対応す る 千渉縞 と に 分離す る よ う に し て い る が、 要 は波長線幅の 狭い 第 5 図 （ b ) に 示す山 3 2 ま た は 3 3 を得 る こ と がで き れば よ い の で、 水銀 ラ ン プ 2 2 の 水銀蒸気 と し て第 "！ の 水銀 inj 位体 ま た は第 2 の 水銀同位休の い ずれか一方 の み を封 入 し て お く よ う な 実施 も 可能で あ る 。 な お、 第 Ί の 水 銀 同 位 体 お よ び 第 2 の 水 銀 同 位 体 の 特 定 は 、 質 量数 1 9 6 . 1 9 8 . 1 9 s 2 0 0 、 2 Π 1 、 2 Π 2 、 2 ί) 4 の 各水銀 同位体 ご と に そ の 発振線 の 波長線幅を 調べ、 波長線幅の 狭 い 上位 2 つ の 同 位休 と し て選択 し て行え ば よ い 。 こ の 場 合 は 、 水銀 ラ ン プ 2 2 の 温度 を 上昇 さ せ る た め の 構成 （第 2 図 か ら 第 4 図） を 要す る こ と な く 、 第 5 図 （ b ) に 示す 山 3 2 ま た は 山 3 3 に 対 応す る 山 が形成 さ れ る 。 し た 力《 つ て 、 こ れ ら い ずれ かの il l の ビ ー ク 位置 を精度良 く 検 出す る こ と がで き 、 上述 し た 実施例 と 同様 に エキ シ マ レ ー ザ光 の 絶 対波 ¾ を 高精度 に 検 出 す る こ と がで き る 。

な お 、 こ の 実施例で は、 干渉縞 の 位置 を検 出 す る よ う に し て い る が、 干渉縞 の 直径 ま た は 径を 検 出 し て 被検 出光 の 絶対波長 を求 め る よ う に し て も よ い 。

と こ ろ で 、 上記実施例で は集光 レ ン ズ 7 と し て色収 差補正が施 さ れ た 色消 し レ ン ズ を 用 い 、 基準光 と 被検 出光の 結像位置 を一致 さ せ る よ う に し た が 、 集光 レ ン ズ 7 ま た は光検 出器 8 を光軸方向 に移動可能 な 構成 と し 、 こ れ に よ つ て結像位置 の 違 い を吸収す る よ う に し て も よ い 。

ま た 、 実施例で は基準光 と 被検 出光の 波長が近 い の で、 集光 レ ン ズ 7 と し て 色収差補 ΪΚ な し の レ ン ズを使 用 す る 実施 も ま た 可能で あ り 、 所定 の レ ベ ル以上 の 検 出 精度が確保 さ れ る こ と に な る 。

ま た 、 実施例で は被検出光 と し て K r F エ キ シ マ レ — ザ光を想定 し てい る が、 A r F エキ シ マ レ ー ザ光を 被検出光 と す る 実施 も も ち ろ ん可能で あ る 。 こ の 場 は集光 レ ン ズ 7 と し て波長 9 3 n m ( A r F エキ シ マ レ ー ザ光） と 波長 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m C ま た は

2 5 3 . 6 5 2 7 7 η m ) に対 し て色収差補 Π し た集 光 レ ン ズを用 い る と と も に 、 モ 二 夕 エ タ n ン 6 に 関 し て波長 1 9 3 n m線並びに波長 2 5 3 . 6 5 0 6 3 η m ( ま た は 2 5 3 . 6 5 2 7 7 η m線） の両方を反射 す る コ一テ ィ ン グ処理を施す よ う にすれは 问精度 に 絶対波長を検出す る こ と がで き る よ う に な る 。

な お、 実施例で は、 水銀 7f lを所定の温度以上 に上 昇 さ せ る と 、 2 5 3 . 7 n m 発 線が波 線 lmの狭い 第 1 の水銀同位体の 2 5 3 . 6 5 0 6 3 n m発振線 と 第 2 の水銀同位体の 2 5 3 . 6 5 2 7 7 n m発振線 と に分離す ¾合につ い 明 し たが、 木発明 と し て は こ れ に 限定 さ れ る こ と な く 波長線幅の狭い発振線 に分 離す る こ と がで き る のであれば、 同位休の種類 は任意 であ る o

さ ら に実施例で は、 波長線幅の狭い特定の 同位体の 発振線が得 ら れ る 元素 と し て水銀を想定 し て い る が、 木発明 と し て は水銀 に 限定 さ れ る こ と な く 同等の性質 を有 し た元素であ れば よ い。 産 業 上 の 利 用 分 野

以上説明 し た よ う に こ の発明 に よ れば、 水銀等複数 の 同位体 を 含む特定 の 元素の 蒸気 か ら の 発振線 を 基準 光 と し て使用 し た 場 台 に お い て 、 波長線幅 の 狭 い 発振 線 を得 て、 こ れを基準光 と し て用 い る よ う に し た の で 、 基準光の 干 渉縞 を 高精度 に検出す る こ と がで き 、 以て 絶対波長 を高精度 に 検 出 す る こ と がで き る 。

こ の た め本発明 の 波長検 出装置 を狭帯域発振 エ キ シ マ レ ー ザ に搭載す る こ と に よ っ て エ キ シ マ レ ー ザ光の 波長が精度 よ く 検 出 さ れ、 発振波長 を 高精度 に 安定化 す る こ と がで き る よ う に な る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の 同位体を 含む特定の元素の蒸気か ら の発振 線を基準光 と し て被検出光の波長を検出す る 波長検出 装置に お い て、

前記蒸気を所定の温度以上に上昇 さ せ、 こ の結果分 離 し た特定の 同位体の発振線を前記基準光 と し た こ と を特徴 と す る 波長検出装置。

2 . 前記特定の元素は、 水銀であ り 、 前記分離す る 特 定の 同位体の発振線は、 特定の質量数の第 1 の水銀同 位体に対応す る 発振線お よ び前記第 1 の水銀同位体の 質量数 と 異な る 質量数の第 2 の水銀同位休 に対応す る 発振線で あ る 請求の範囲第 1 項記載の波： S検出装置。

3 . 前記波長検出装置 は、 前記基準光お よ び被検出光 を透過す る エ タ ロ ン と 、 該ェ 夕 ロ ン を透過 し た前記基 準光お よ び被検出光が入射 さ れ る 集光 レ ン ズ と 、 該集 光 レ ン ズの焦点面がそ の検出面 と 一致す る よ う に配設 さ れ、 前記集光 レ ン ズか ら 出射 さ れた前記基準光お よ び被検出光が前記検出面に結像す る こ と に よ り こ れ ら 光に それぞれ対応す る 第 1 お よ び第 2 の干渉縞が前記 検出面に形成 さ れ る 光検出器 と を 含み 、 前記基準光お よ び前記被検出光を前記エ タ 口 ン に入射す る こ と に よ り 前記光検出器で前記第 ] お よ び第 2 の干渉縞を それ ぞれ検出 し て、 該検出結果か ら 得 ら れ る 前記基準光に 対す る前記被検出光の相対波長 と前記基準光の既知の 波長 と に基づ き 前記被検出光の波長を検出す る も の で あ る 請求の範囲第 1 項記載の波長検 出装置。

4 . 前記基準光お よ び前記被検出光が前記エ タ ロ ン に 入射 さ れ る 時刻を そ れぞれ異な ら せ、 前記光検出器で 検出 さ れ る 前記第 1 の 干渉縞 と 前記第 2 の干渉縞 と を そ れぞれ別の時刻に検出す る よ う に し た請求の範囲第 1 項記載の波長検出装置。

5 . 前記蒸気の温度の上昇を開始す る と と も に該蒸気 か ら 発振 さ れ る 光の前記エ タ 口 ンへの 入射を開始 し て、 そ の後前記蒸気の温度が前記所定の温度に達 し た時点 で、 前記第 1 の干渉縞を前記光検出器で検出す る と と も に前記被検出光の前記エ タ 口 ン への 入射を開始す る も のであ る 請求の範囲第 4 項記載の波長検出装置。

6 . 前記蒸気の温度の上昇を開始す る と と も に該蒸気 か ら 発振 さ れ る 光の前記エ タ 口 ンへの入射を開始 し て、 そ の後前記蒸気の温度の上昇開始か ら 所定時間経過 し た時点で、 前記第 1 の干渉縞を前記光検出器で検出す る と と も に前記被検出光 前記ェ 夕 口 ンへの入射を開 始す る も のであ る 請求の範囲第 4 項記載の波長検出装 置 o

7 . 前記蒸気の温度の上昇を開始す る と と も に該蒸気 か ら 発振 さ れ る 光の前記エ タ 口 ン への入射を開始 し て、 そ の後前記光検出器 に よ っ て干涉縞の分離が検出 さ れ た時点で、 こ の分離 し た干渉縞を前記第 1 の千渉縞 と し て検出す る と と も に前記被検出光の前記エ タ 口 ン へ の入射を開始す る も のであ る 請求の範囲第 4 項記載の 波長検出装置。

8 . 水銀蒸気が封入 さ れた水銀ラ ン プを該水銀 ラ ン プ か ら の光が射出 さ れ る 射出 口 を残 し て囲繞 し 、 該水銀 ラ ン プをオ ンす る こ と に よ り 前記水銀蒸気の温度を前 記所定温度以上に上昇 さ せ る も のであ る 請求の範囲第 2 項記載の波長検出装置。

9 . 水銀蒸気が封入 さ れた水銀ラ ン プを加熱す る 加熱 手段を配設 し 、 前記水銀 ラ ン プ お よ び前記加熱手段を ォ ン す る こ と に よ り 前記水銀蒸気の温度を前記所定温 度以上に上昇 さ せ る も の で あ る 請求の範囲第 2 項記載 の波長検出装置。

1 0 . 前記被検出光は、 抉帯域発振エキ シ マ レ ー ザ光 であ り 、 前記波長検出装置で検出 し た波長を、 前記狭 帯域発振エキ シマ レ ー ザ先の発振波長を設定波長 に 固 定す る 制御 に用 い た請求の範囲第 1 項記載の波長検出

1 1 . 特定の元素の蒸気か ら の発振線を基準光 と し て 被検出光の波長を検出す る 波長検出装置 に お い て、 前記元素の う ち特定の 同位体を選択 し 、 該同位体の 蒸気か ら の光を前記基準光 と し た こ と を特徴 と す る 波 長検出装置。

1 2 . 前記特定の元素は、 水銀であ り 、 前記特定の 同 位体は、 特定の質量数の水銀同位体であ る 請求の範囲 第 1 1 項記載の波長検出装置。

1 3 . 前記波長検出装置 は、 前記基準光お よ び被検出 光を透過す る エ タ ロ ン と 、 該エ タ ロ ン を透過 し た前記 基準光お よ び被検出光が入射 さ れ る 集光 レ ン ズ と 、 該 集光 レ ン ズの焦点面がそ の検出面 と 一致す る よ う に配 設 さ れ、 前記集光 レ ン ズか ら 出射 さ れた前記基準光お よ び被検出光が前記検出面に結像す る こ と に よ り こ れ ら光に そ れぞれ対応す る 第 1 お よ び第 2 の干渉縞が前 記検出面に形成 さ れ る 光検出器 と を 含み、 前記基準光 お よ び前記被検出光を前記エ タ 口 ン に入射す る こ と に よ り 前記光検出器で前記第 ] お よ び第 2 の干渉縞を そ れぞれ検出 し て、 該検出結果か ら 得 ら れ る 前記基準光 に対す る 前記被検出光の相対波長 と 前記基準光の既知 の波長 と に基づ き 前記被検出光の波長を検出す る も の であ る 請求の範囲第 1 1 項記載の波長検出装置。

1 4 . 前記基準光お よ び前記被検出光が前記エ タ ロ ン に入射 さ れ る 時刻を そ れぞれ異な らせ、 前記光検出器 で検出 さ れ る 前記第 1 の干渉縞 と 前記第 2 の干渉縞 と を そ れぞれ別の時刻 に検出す る よ う に し た請求の範囲 第 1 3 項記載の波長検出装置。

1 5 . 前記被検出光は、 狭帯域発振エキ シ マ レ ー ザ光 で あ り 、 前記波長検出装置で検出 し た波長を、 前記狭 蒂域発振エキ シマ レ ー ザ光の発振波長を設定波長に 固 定す る 制御 に用 い た請求の範囲第 1 1 項記載の波長検 出装置。