JPH02153583A

JPH02153583A - 波長安定化制御装置

Info

Publication number: JPH02153583A
Application number: JP30684988A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kita; 喜多　秀樹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1990-06-13

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］この発明は、半導体製造プロセスにおけるリソグラフィ
ー（ＬＳＩのパターン露光）などの光源として使用され
る、狭帯化（波長選択）されたエキシマレーザのレーザ
発振装置の波長安定化制御装置に関するものである。

特に、２次元に配置された複数のりニアイメージセンサ
によって、光の干渉縞（フリンジ）の直径を正確に求め
ることができるので、光軸のズレを容易に補正すること
ができる等の長所を有するレーザ発振装置の波長安定化
制御装置に関するものである。

［従来の技術］従来例の構成を第４図及び第５図を参照しながら説明す
る。第４図は、例えばｒ　　ＩＥＥＥＪ　ｏｕｒｎａｌ
　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅ　１ｅｃｔｒｉｃｓＪＱＥ−１４
（１９７８）１７頁に示された従来の波長安定化制御装
置を示すブロック図であり、第５図は、従来の波長安定
化制御装置の撮像素子（７）を示す平面図である。

第４図において、従来の波長安定化制御装置は、レーザ
発振装置（１）から出力されたレーザ光の光軸上に設け
られたビームスプリッタ−（３）と、このビームスプリ
ッタ−（３）の直角方向の光軸上に設けられた散乱板（
４）と、この散乱板（４）の出口側に設けられたファブ
リペローエタロン（５）と、このファブリペローエタロ
ン（５）の出口側に設けられた凸レンズ（６）と、この
凸レンズ（６）の透過側に設けられた撮像素子（７）と
、この撮像素子（７）に接続された画像処理部（８）と
、この画像処理部（８）に入力側が接続されかつファブ
リペローエタロン（２）に出力側が接続されたサーボ機
構（９）とから構成されている。

なお、レーザ発振装置（１）は、レーザ発振器（１ａ）
と、このレーザ発振器（１ａ）の両側に配置された全反
射ミラー（１ｂ）及び部分反射ミラー（出力ミラー）（
ｌｃ）と、レーザ発振器（１ａ）と部分反射ミラー（ｌ
ｃ）の間に配置された波長選択素子例えばファブリペロ
ーエタロン（２）とから構成されている。

第５図において、撮像素子（７）は、１次元のイメージ
センサであるリニアイメージセンサ（７□）から構成さ
れている。このリニアイメージセンサ（７１）は長辺方
向がＸ軸方向に沿うように配置されている。

つぎに、上述した従来例の動作を第５図及び第６図を参
照しながら説明する。第６図は、従来の波長安定化制御
装置により得られた干渉縞の強度分布を示す波形図であ
る。

レーザ発振装置（１）から出力されたレーザ光の波長は
、光共振器の長さを変えることによって、すなわち、波
長選択素子であるファブリペローエタロン（２）のギャ
ップを変えることによって選択することができる。

まず、レーザ発振装置（１）から出力されたレーザ光の
一部が、ビームスプリッタ−〈３）によって取り出され
、散乱板（４）によって散乱されて、ファブリペローエ
タロン（５）によって分光される。

このファブリペローエタロン（５）を透過することがで
きる光の中心波長λｍの条件は、λｍ＝　（２ｎ　ｄ　
ｃｏｓθｍ＞／ｍ　　　−・・　　■（たタシ、ｎ：フ
ァブリペローエタロン（２）のギャップ内の屈折率、ｄ
：ファブリペローエタロン（２）のギャップ、θＩｌｌ
：ファブリペローエタロン（２）に対する入射角、ＩＩ
：任意の整数）である。

上記条件式■を満たす波長の光だけが、光軸に垂直な面
上に、同心状の干渉縞を発生することになる。この干渉
縞は、凸レンズ（６）によって集光されて、撮像素子（
７）上に導かれる。

第６図の実線で示すように、干渉縞の強度分布が、画像
処理部（８）の演算処理によって得られる。

干渉縞の１つの直径Ｄｍは、Ｄｍ＝２ｆθ…　　　　　・・・　■ （ただし、ｆ：凸レンズ（６）と撮像素子（７）との間
の距離、θｍ＝　ａｒｅａｏｓ（ｍλｍ／２　ｎ　ｄ）
）から求めることができる。

したがって、第５図及び第６図の点線で示すように、干
渉縞の光軸すなわち中心波長λ輪がズレると、第５図で
示すように、求める直径がＤｍからＤａ’　（Ｄｍ’　
＜Ｄａ）に変化し、正確な直径Ｄｍが求められなくなる
。

この直径ＤＩ１１を表わす信号が、サーボ機１（９）に
フィードバックされ、光共振器の長さすなわちファブリ
ペローエタロン（２）のギャップがサーボｉ構く９）に
よって制御調節される。すなわち、０式より、レーザ光
の波長λ翔が長いと、干渉縞の直径ＤＩＩｌが小さくな
り、波長λ輪が短いと、直径Ｄ−が大きくなる従来の波長安定化制御装置は、上述したように１次元の
リニアイメージセンサを使用し、位相検波を利用した制
御を行っている。

［発明が解決しようとする課題］上述したような従来の波長安定化制御装置では、撮像素
子として１次元のイメージセンサを使用しているので、
撮像素子を干渉縞の光軸上に正確に配置するように調節
しなければならないという問題点があった。

また、熱や振動などにより撮像素子と干渉縞の光軸がズ
しても、補正をすることができないという問題点があっ
た。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、撮像素子を干渉縞の光軸上に配置するように調
節することが容易になり、撮像素子と干渉縞の光軸のズ
レを補正することができる波長安定化制御装置を得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る波長安定化制御装置は、以下に述べるよ
うな手段を備えたものである。

（ｉ）、レーザ光の一部を散乱し分光して集光する光学
手段。

（ｉｉ）、上記集光された光の干渉縞を２次元的に撮像
する撮像素子。

（ｉｉ）、上記２次元的に撮像された干渉縞の像を演算
処理してその干渉縞の位置を求める画像処理部。

（ｉｖ）、上記求めた干渉縞の位置に基づいて上記レー
ザ光の波長を選択する波長選択素子を制御するサーボ機
構。

［作用］この発明においては、撮像素子によって、集光された光
の干渉縞が２次元的に撮像される。

つづいて、画像処理部によって、上記２次元的に撮像さ
れた干渉縞の像が演算処理されて、その干渉縞の位置が
求められる。

そして、サーボ機構によって、上記求めた干渉縞の位置
に基づいて、レーザ光の波長を選択する波長選択素子が
制御される。

［実施例］２つの実施例、すなわち第１実施例及び第２実施例につ
いて説明する。

最初に、第１実施例の構成を第１図及び第２図を参照し
ながら説明する。第１図は、この発明の第１実施例を示
すブロック図であり、撮像素子（７＾）以外は上記従来
装置のものと全く同一である。

また、第２図は、この発明の第１実施例の撮像素子（７
＾）を示す平面図である。

第１図において、この発明の第１実施例は、上述した従
来装置のものと全く同一のものと、凸レンズ（６）の透
過側に設けられた撮像素子（７＾）とから構成されてい
る。

ここで、この発明の光学手段は、ビームスプリッタ−（
３）と、散乱板く４）と、ファブリペローエタロン（５
）と、凸レンズ（６）とから構成されている。

第２図において、撮像素子（７＾）は、３つのリニアイ
メージセンサ（７ａ）、（７ｂ）及び（７ｃ）から構成
されている。これらのリニアイメージセンサ（７ａ）、
（７ｂ）及び（７ｃ）は、凸レンズ（６）から距離（ｆ
）だけ離れ光軸に垂直な面内に配置され、リニアイメー
ジセンサ（７ａ）は長辺方向がｙ軸方向に沿うように配
置され、リニアイメージセンサ（７ｂ）及び（７Ｃ）は
同様に長辺方向がそれぞれ＝×軸及び＋Ｘ軸方向に沿う
ように配置されている。

つぎに、上述した第１実施例の動作を第２図を参照しな
がら説明する。

第２図で示すように、１つの干渉縞が３つのリニアイメ
ージセンサ（７ａ）、（７ｂ）及び（７Ｃ）上につくる
光の強度のピーク位置をＡ（０，ｙ＋＞、Ｂ　（Ｘ２，
０＞、Ｃ（Ｘ３，０）とすると、この干渉縞の中心（ａ
、ｂ）は、（ａ、ｂ）＝（（ｘ２＋ｘｓ）／２．　（ｙ
＋’＋ｘｚｘ＋）／２ｙ＋１と表され、また直径りは、ｏ　＝Ｉ　（（ｘｚ’＋ｙ１２）（ｘｉ”＋ｙ＋”））
／ｙと表される。

したがって、干渉縞の円の中心がｘ軸上にない場合でも
、その直径を正確に知ることができる。

サーボ機ｆ１１（９）は、上述した直径りと、初期に設
定した値とを比較してファブリペローエタロン（２）を
制御する。

上述したこの発明の第１実施例は、２次元的に配置され
た３つのリニアイメージセンサ（７ａ）、（７ｂ）及び
（７ｃ）を使用したので、光軸がズしても、干渉縞の中
心及び直径を求めることができるので、波長を長時間安
定に制御することができる。

また、光軸ズレや面ぶれを補正できるので、撮像素子で
あるリニアイメージセンサ（）ａ）、（７ｂ）及び（７
ｃ）の取り付は精度の許容範囲が大きくなり、工作が容
易になる他、部品加工が安価で済む。

第２番目に、この発明の第２実施例の構成及び動作を第
３図を参照しながら説明する。第３図は、この発明の第
２実施例の撮像素子（７Ｂ）を示す平面図である。

この発明の第２実施例は、上述した第１実施例のうち撮
像素子（７＾）の代わりに、撮像素子（７Ｂ）から構成
されている。

第３図において、撮像素子（７Ｂ）は、６つのリニアイ
メージセンサ（７ｄ）、（７ｅ）、（７ｆ）、（７ｇ）
、（７ｈ）及び（７１）から構成されている。これらの
リニアイメージセンサ（７ｄ）、（７ｅ）、（７ｒ）、
（７ｇ）、（７ｈ）及び（７１）は、凸レンズ（６）か
ら距離（ｆ）だけ離れた面内に配置され、リニアイメー
ジセンサ（７ｄ）は長辺方向が＋ｘ軸方向に沿うように
配置され、他のリニアイメージセンサ（７ｅ）、（７ｆ
）、（７ｇ）、（７ｈ）及び（７１）は、リニアイメー
ジセンサ（７ｄ）を基点にして同一面内に６０度毎に配
置されている。

したがって、干渉縞の位置に間するデータが６点得られ
るならば、センサ面が光軸に対して垂直でない場合でも
光軸ズレや面ぶれを補正できる。

なお、上記第１及び第２実施例では、干渉縞の位置が所
定の半径（ｒ）以内にあることを条件にして、光軸位置
に関する警報を出すこともできる。

また、上記実施例では１次元のリニアイメージセンサを
複数配置して２次元の撮像素子を構成したが、例えばＣ
ＣＤ等の２次元の撮像素子を使用しても所期の目的を達
成し得ることはいうまでもない。

［発明の効果］この発明は、以上説明したとおり、レーザ光の一部を散
乱し分光して集光する光学手段と、上記集光された光の
干渉縞を２次元的に撮像する撮像素子と、上記２次元的
に撮像された干渉縞の像を演算処理してその干渉縞の位
置を求める画像処理部と、上記求めた干渉縞の位置に基
づいて上記レーザ光の波長を選択する波長選択素子を制
御するサーボ機構とを備えたので、撮像素子を干渉縞の
光軸上に配置するように調節することが容易になり、撮
像素子と干渉縞の光軸のズレを補正することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、第２
図はこの発明の第１実施例の撮像素子を示す平面図、第
３図はこの発明の第２実施例の撮像素子を示す平面図、
第４図は従来の波長安定化制御装置を示すブロック図、
第５図は従来の波長安定化制御装置の撮像素子を示す平
面図、第６図は従来の波長安定（ヒ制御装置により得ら
れた干渉縞の強度分布を示す波形図である。図において、（１）・・・　レーザ発振装置、（２）・・・　ファブリペローエタロン（波長選択素子
）、（３・・・（４・・・５　　　・・・６　　　・・・７Δ　　　・・・８　　　・・・９　　　・・・なお、を示す。ビームスプリッタ− 散乱板、ファブリペローエタロン、凸レンズ、撮像素子、画像処理部、サーボ機構である。各図中、同一符号は同一、又は相当部分：−ミ、二ご−
ユ一二）す元３図不５図Ｄｍ　　＜　Ｄｍ釈Ｇ″函・璽

Claims

【特許請求の範囲】

レーザ光の一部を散乱し分光して集光する光学手段、上
記集光された光の干渉縞を２次元的に撮像する撮像素子
、上記２次元的に撮像された干渉縞の像を演算処理して
その干渉縞の位置を求める画像処理部、及び上記求めた
干渉縞の位置に基づいて上記レーザ光の波長を選択する
波長選択素子を制御するサーボ機構を備えたことを特徴
とする波長安定化制御装置。