JPH02307281A - 波長検出装置 - Google Patents

波長検出装置

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JPH02307281A
JPH02307281A JP1129393A JP12939389A JPH02307281A JP H02307281 A JPH02307281 A JP H02307281A JP 1129393 A JP1129393 A JP 1129393A JP 12939389 A JP12939389 A JP 12939389A JP H02307281 A JPH02307281 A JP H02307281A
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理 若林
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小林　諭樹夫
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雅彦 小若
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    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
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    • G—PHYSICS
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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。
〔従来の技術〕
半導体装置製造用の縮小投影露光装置（以下ステッパと
いう）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
サの波長は約２４８゜４　ｎｍ）ことから光露光の限界
を０．５μｍ以下に延ばせる可能性かあること、同し解
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（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
ーか得られること等の多くの優れた利点か期待できるか
らである。
ところでエキシマレーザの波長は２４８．４ｎｍと短い
ため、この波長を透過する＋４料が石英、ＣａＦ２およ
びＭ　ａ　Ｆ　２等しか存在せず、しかも均一性および
加工精度等の点てレンズ素材として石英しか用いること
ができない。このため色収差補正をした縮小投影レンズ
の設計は非常に困難である。したがって、エキシマレー
ザをステッパの光源として用いる場合、この色収差が無
視しつる程度まで、エキシマレーザの出力レーザ光を狭
帯域化する必要かあり、この狭帯域化された出力レーザ
光の波長を高粘度に安定化制御する必要がある。
従来、狭帯域発振エ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
ロンか用いられている。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ップエタ
ロンを用いて１１カ成されるものでこのエアギャップエ
タロンの透過波長は次のように表わされる。
ｒｎλ−２ｎ　ｄ　　ｃｏｓθ 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、θはエタロンの
法線と入射光の光軸とのなす角度である。
この式より、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれは、波長か変化す
るとθが変化することか解る。モニタエタロンではこの
性質をｆｌＩ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、エアギャッ
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θか変化してしまう。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っていた。
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堤案されている。しかし、基準光源
と被検出光の光源とか性質が異なるような場合、例えば
基準光か面光源とみなせる水銀ランプであり、被検出光
の光源がエキシマレーザであるような場合は基準光と被
検出光をそれぞれ充分な強度でモニタエタロンに導くこ
とは困難であり、このためＳ／Ｎが悪く、高精度に絶対
波長を検出することができなかった。
〔発明か解決しようとする課題〕 このように既知の基準光を導入して基準光に対する被検
出光の相対波長を検出し、これにもとづき被検出光の絶
対波長を検出する１１■成をとる場合、基準光の光源と
被検出光の光源との性質か異なると、基準光と被検出光
とをそれぞれ充分な強度でモニタエタロンに導くことが
困難となり、このため高精度で被検出光の絶対波長を検
出することはできなかった。
そこで、この発明は基準光の光源と被検出光の光源の性
質か異なっても基準光と被検出光をそれぞれ充分な強度
で導入することかでき、これによって高精度に被検出光
の波長を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。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では上記目的を達成させるため、基準光源から
発生される基準光と被検出光とをエタロンに照射し、該
エタロンを透過した光を光検出手段で検出することによ
り基準光に対する被検出光の波長を検出する波長検出装
置において、エタロンの前段に設けられ、エタロンに照
射される光を平行光に変換するコリメータレンズ手段と
、基準光と被検出光によりコリメータレンズの前側焦点
面を照射する照明手段と、エタロンの後段に設けられ、
エタロンを透過した光を光検出手段の検出面に結像させ
る結像レンズ手段とを具えて構成される。
〔作用〕
基準光と被検出光によりコリータレンズの前側焦点面を
照明する。この光はコリメータレンズで平行光に変換さ
れエタロンに照射される。このエタロンを透過した基準
光と被検出光は結像レンズ手段によって光検出手段の検
出面に結像され、該検出面上に基準光および被検出光の
それぞれ対応する干渉縞を形成する。光検出手段はこの
干渉縞を検出することにより、基準光に対する被検出光
の相対波長、すなわち被検出光の絶対波長を検出する。
〔実施例〕
以下、この発明に係わる波長検出装置の実施例を添付図
面を参照して詳細に説明する。
第１図はこの発明に係わ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
発振エキシマレーザ１０の出力光１１が用いられ、基党
光源３０としては水銀ランプか用いられている。すなわ
ち、この実施例の場合、被検出光は波長２４８．４ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザ光であり、基準光は水銀ランプ
の２５３゜７ｎｍである。
狭帯域発振エキシマレーザ１０から出力されたレーザ光
１１の一部はビームスプリッタ２０によってサンプリン
グされ、このサンプリング光はインテグレータ４１を介
して、ビームスプリッタ４２に照射される。また基準光
源３０から出力された基準光３１はビームスプリッタ４
２の他の面に照射される。
ビームスプリッタ４２はインテグレータ４１から出力さ
れたサンプリング光の一部を透過させ、また基準光源３
０から出力された基準光３１の一部を反射させ、これに
より、サンプリング光と基準光とを合成する。このビー
ムスプリッタ４２によって合成されたサンプリング光と
基準光との合成光はコンデンサレンズ４３を介してコリ
メータレンズ６１の前側焦点面５０を照明する。コリメ
ータレンズ６１はその前側焦点面５１を照明する光を平
行光線に変換して、この平行光線をエタロン６２に照射
する。
エタロン６２は内側の面が部分反射ミラーとされた２枚
の透明に６２ａ、６２ｂから構成され、エタロン６２に
対する入射光の角度に対応してそれぞれ透過波長が異な
るものである。このエタロン６２を透過した光は結像レ
ンズ６３を介して光位置検出器６４に照射され、この光
検出器６４の検出面上に基準光の波長に対応した第１の
干渉縞および被検出光の波長に対応した第２の干渉縞を
形成する。光検出器６４ではこの第１および第２の干渉
縞を険出し、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。
なお、光検出器６４としては一次元または二次元のイメ
ージセンサ、ダイオードアレイまたはＰＳ　Ｄ　（ＰＯ
９ＩＴＩＯＮ　５ＥＮＳＩＴＩＶＥ　ＤＥＴＥＣＴＯ！
υ等ヲ用イテ構成することができる。
このように構成すると光強度の強い干渉縞が得られ、こ
れによって被検出光の絶対波長を高精度に検出すること
ができる。また基準光および被検出光はコリメータレン
ズの前側焦点面を照明ればよいのてのて、光軸を高精度
に合わせる必要はなく、調整が非常に容易になる。
第２図はこの発明の他の実施例を示したものである。以
下、この第２図を含む他の図面において互いに共通する
機能を果す部分については説明の便宜上同一の符号は付
する。
第２図に示す実施例はビームスプリッタ２ｏでサンプリ
ングした被検出光を集光レンズ４４で集光し、この集光
光をビームスプリッタ４２を透過させ、この透過光によ
ってコリメータレンズ６１の前側焦点面５０を照明し、
また基準光源３０から発生された基準光３１をビームス
プリッタ４２で反射させ、この反射光によってコリメー
タレンズ５０の前側焦点面を照明する構成をとっている
。
これによってコリメータレンズ５０の前側焦点面は被検
出光と基準光の両者によって照明されることになる。こ
の照明光はコリメータレンズ６１でコリメートされ、エ
タロン６１、結像レンズ６３を介して光検出器６４の検
出面上に基準光と被検出光のそれぞれの波長に対応した
２つの干渉縞を形成する。この２つの干渉縞にもとづき
被検出光の絶対波長を検出することができる。
第３図は、この発明の更に他の実施例を示したものであ
る。この実施例において、ビームスプリンタ２０でサン
プリングした被検出光はインチクレータ４１、集光レン
ズ４５を介してビームスプリッタ４２に入射され、この
ビームスプリッタ４２の透過光はコリメータレンズ６１
の前側焦点面５０を照明する。
また基準光源３０から発生した基準光３１は結像レンズ
４６を通り、ビームスプリッタ４２で反射され、コリメ
ータレンズ６１の前側焦点面５０の手前に基準光源の像
３０ａを結像する。
このような構成によると基準光源３ｏを基準光源の像３
０ａに配置したのと等価となり、コリメータレンズ６１
の前側焦点面は集光レンズ４５て集光された被検出光と
この基準光源３ｏの（象３゜ａからの基僧光によって照
射されることになる。
以下の動作は第１図、第２図に示したものと同様である
。
かかる構成によると基準光源３０の光ｍか小さくても有
効にコリメータレンズ６１の前側焦点面５０を照明する
ことかでき、特に基■光に関する干渉縞の光強度を大き
くすることかできる。
第４図はビームスプリッタ２０でサンプリングした７ｍ
　ｔａ出出光光ファイバを用いて導入するようにしたこ
の発明の他の実施例を′示したものである。
この実施例の場合、ビームスプリッタ２０てサンプリン
グされた被検出光はレンズ２１、スリーブ２２を介して
光フアイバ２３内に人力され、光ファイバ２３を伝達し
た被検出光はスリーブ２４を介して出力され、このスリ
ーブ２４の出力光はビームスプリッタ４２を照射し、こ
のビームスプリッタ４２の透過光によってコリメータレ
ンズ６１の前側焦点面５０を照明する。他の構成は第３
図に示したものと同一である。
かかる構成によると、被検出光を光ファイバ２３を用い
て伝達する構成をとっているため、被検出エキシマレー
ザ光１１の位置と波長検出装置との位置関係を任意に設
定でき、波長検出装置の配設位置に限定か生じないとい
う利点がある。
第５図は第４図に示した構成に加えて、コリメータレン
ズ６１の前側焦点面５０に拡散板４７を挿入して構成し
たこの発明の他の実施例を示したものである。
また第６図は第４図に示した構成において光ファイバ２
３の出力側のスリーブ２４を多芯の光ファイバからなる
光ファイバスリーブで置換した他の実施例を示したもの
である。
第５図、第６図のいずれの実施例においても高精度な検
出結果が得られている。
第７図は被検出光を光ファイバを用いて導入する他の実
施例を示したものである。第７図においてビームスプリ
ッタ２０によってサンプリングされた被検出光はレンズ
２１、スリーブ２２を介して光フアイバ２３内に入力さ
れ、この光ファイバ２３を伝達した被検出光はスリーブ
２４を介して出力され、コリメータレンズ２６を介して
インデクレータ４１に照射される。このインチクレータ
４１から出力された光はビームスプリッタ４２に照射さ
れる。
また基準光源３０から出力された基準光３１はビームス
プリッタ４２の他の面に照射される。
ビームスプリッタ４２はインチクレータ４１から出力さ
れる被検出光と基準光源３０から出力された基僧光３１
とを合成し、この合成光をコンデンサレンズ４３を介し
てコリメータレンズ５０の前側焦点面に照射する。以下
の動作は、例えば第１図に示したちのと同一である。
更に、第８図は第４図に示した構成において、基準光源
３０と結像レンズ４６との間にフィルタ３２を挿入し、
更にコリメータレンズ６１の前側焦点面５０にアパーチ
ャ４８を配置したこの発明の更に他の実施例を示したも
のである。
ここで、フィルタ３２は基準光ｌ！Ａ３０から発生され
る光のうち特定の波長の光のみを透過させるものであり
、例えば基準光源３０が水銀ランプの場合、フィルタ３
２は水銀ランプの出力光のうち被検出光であるＫ　ｒ　
Ｆエキシマレーザの発振光の波長、すなわち波長２４８
．４ｒ＋ｍに近い波長２５３．７ｎｍの発振線の光を選
択的に透過させるものである。すなわち、この実施例の
場合、波長２５３．７ｎｍの光のみが基準光としてアパ
ーチャ４８を照明することになる。これによって外乱が
少なくなり更に高精度に被検出光の絶対波長を検出する
ことができる。なお、フィルタは基準光′＃、３０と結
像レンズ４６との間以外の他の位置に挿入するように構
成してもよい。
なお、第３図、第４図、第５図、第６図、第８図に示す
実施例において、基準光源３０の像３０ａを結像レンズ
４６を用いて結像させたが、この結像レンズ４６の代わ
りに凹面鏡を用いて基準光源３０ａを形成するように構
成してもよい。また上記実施例において基準光源３０の
像３０ａをコリメータレンズ６１の前側焦点面の手前に
結像させるように構成したが、これをコリメータレンズ
６１の前側焦点面上に結像させるように構成してもよい
。
また、第１図、第２図、第３図、第６図、第７図に示す
構成において、コリメータレンズ６１の前側焦点面上に
拡散板またはアパーチャを挿入して構成してもよい。
また上記実施例ではエアギャップエタロンを用いて構成
したが、このエアギャップエタロンの代わりにソリッド
エタロンを用いても同様に構成することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば基■光および被検
出光の両者に対して充分強度の大きい干渉縞が得られ、
これによって被検出光の絶対波長を高精度に検出するこ
とができる。またこの発明によれば基準光および被検出
光はコリメータレンズの前側焦点面を照明するだけなの
で高精度な光軸合せは不要となる。
【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図は集光レンズを用いたこの発明の他の実施例
を示す図、第３図は基弗光源をコリメータレンズの前側
焦点面の手前で結像させたこの発明の他の実施例を示す
図、第４図は光ファイバを市いて被検出光を導入したこ
の発明の他の実施例を示す図、第５図はコリーメータレ
ンズの前側焦点面に拡散板を用いたこの発明の他の実施
例を示す図、第６図は光ファイバの先端に光ファイバス
リーブを用いたこの発明の他の実施例を示す図、第７図
は光ファイバで被検出光を導入し、更にインテグレータ
を用いたこの発明の他の実施例を示す図、第８図は基準
光源にフィルタを用い、コリメータレンズの前側焦点面
にアパーチャを配置したこの発明の他の実施例を示す図
である。 １０・・・狭帯域エキシマレーザ、１１・・・被検出光
、２０．４２・・・ビームスプリッタ、２３・・・光フ
ァイバ、２５・・・光ファイバスリーブ、３０・・・基
準光源、３１・・・基準光、３２・・・フィルタ、４１
・・・インテグレータ、４３・・・コンデンサレンズ、
４６．６３・・・結像レンズ、５０・・・コリメータレ
ンズの前側焦点面、６１・・・コリメータレンズ、６２
．・・エタロン、６４・・・光検出器。 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基準光源から発生される基準光と被検出光とをエ
    タロンに照射し、該エタロンを透過した光を光検出手段
    で検出することにより前記基準光に対する被検出光の波
    長を検出する波長検出装置において、 前記エタロンの前段に設けられ、前記エタロンに照射さ
    れる光を平行光に変換するコリメータレンズ手段と、 前記基準光と前記被検出光により前記コリメータレンズ
    の前側焦点面を照射する照明手段と、前記エタロンの後
    段に設けられ、前記エタロンを透過した光を前記光検出
    手段の検出面に結像させる結像レンズ手段と を具えた波長検出装置。
  2. （２）前記照明手段は、 前記被検出光が入射されるインテグレータと、該インテ
    グレータの後段に配置され、前記基準光源から発生され
    る基準光と該インテグレータの出力光とを合成するビー
    ムスプリッタと、 該ビームスプリッタにより合成された合成光が入射され
    、その後側焦点面が前記コリメータレンズの前側焦点面
    と一致するコンデンサレンズとを具えた請求項（１）記
    載の波長検出装置。
  3. （３）前記照明手段は、 前記被検出光を集光する集光レンズと、 前記基準光源から発生された基準光と前記集光レンズの
    出力光とを合成し、該合成光で前記コリメータレンズの
    前側焦点面を照明するビームスプリッタと を具えた請求項（１）記載の波長検出装置。
  4. （４）前記照明手段は、 前記被検出光が入射されるインテグレータと、該インテ
    グレータの後段に配置され、該インテグレータの出力光
    を集光し、該集光光で前記コリメータレンズの前側焦点
    面を照明する集光レンズと、 該集光レンズの出力光の光路内に配置されたビームスプ
    リッタと、 前記基準光源と前記ビームスプリッタとの間に配置され
    、前記基準光源を前記ビームスプリッタを介して前記コ
    リメータレンズの前側焦点面またはその手前に結像させ
    る結像レンズと を具えた請求項（１）記載の波長検出装置。
  5. （５）前記照明手段は、 前記被検出光を導入し、その出力光で前記コリメータレ
    ンズの前側焦点面を照明する光ファイバと、該光ファイ
    バの出力光の光路内に配置されたビームスプリッタと、 該ビームスプリッタと前記基準光源との間に配置され、
    前記基準光源を前記ビームスプリッタを介して前記コリ
    メータレンズの前側焦点面またはその手前に結像させる
    結像系と を具えた請求項（１）記載の波長検出装置。
  6. （６）前記照明手段は、 前記被検出光を導入する光ファイバと、 該光ファイバの先端に設けられた光ファイバスリーブと
    、 該光ファイバスリーブの出力光を集光し、該集光光で前
    記コリメータレンズの前側焦点面を照明する集光レンズ
    と 該集光レンズの出力光り光路内に配置されたビームスプ
    リッタと、 該ビームスプリッタと前記基準光源との間に位置され、
    前記基準光源を前記ビームスプリッタを介して前記コリ
    メータレンズの前側焦点面またはその手前に結像させる
    結像系と を具えた請求項（１）記載の波長検出装置。
  7. （７）前記照明手段は、 前記被検出光を導入する光りファイバと、 該光ファイバの出力光を平行光にするコリメータレンズ
    と、該コリメータレンズの出力光が入射されるインテグ
    レータと、 該インテグレータの後段に配置され、前記基準光源から
    発生される基準光と該インテグレータの出力光とを合成
    するビームスプリッタと、 該ビームスプリッタにより合成された合成光が入射され
    、その後側焦点面が前記コリメータレンズの前側焦点面
    と一致するコンデンサレンズとを具えた請求項（１）記
    載の波長検出装置。
  8. （８）前記照明手段は、 前記コリメータレンズの前側焦点面に配置された拡散板
    を具える請求項（１）記載の波長検出装置。
  9. （９）前記照明手段は、 前記コリメータレンズの前側焦点面に配置されたアパー
    チャを具える請求項（１）記載の波長検出装置。
  10. （１０）前記基準光源は、 ランプと、 前記ランプから発生される光のうち所定の波長の光のみ
    を選択出力するフィルタと を備えた請求項（１）記載の波長検出装置。
  11. （１１）前記基準光源は、面光源である請求項（１）記
    載の波長検出装置。
  12. （１２）前記ランプから発生される光のうち所定の波長
    の光のみを選択出力するフィルタを前記ランプから発生
    される光の光路のいずれかの位置に配設した請求項（１
    ）記載の波長検出装置。
JP1129393A 1989-05-23 1989-05-23 波長検出装置 Expired - Lifetime JP2781987B2 (ja)

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