JPH0346526A

JPH0346526A - 波長検出装置

Info

Publication number: JPH0346526A
Application number: JP18167889A
Authority: JP
Inventors: Osamu Wakabayashi; 理若林; Masahiko Kowaka; 雅彦小若; Yukio Kobayashi; 小林　諭樹夫
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1991-02-27

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（Ｋ　ｒ　Ｆ
レーザの波長は約２４８．４ｎｍ）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ｇ線やｉ線に比
較して黒点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が
小さくてすみ、露光領域を大きくてきること、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。

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月料が石英、ＣａＦ２および
ＭａＦ２’：’；Ｌか４′７１Ｅ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
が無視しうる程度まで、エキシマレーザの出力レーザ光
を狭帯域化する必要があり、この狭帯域化された出力レ
ーザ光の波長を高精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３１測したり、波長を検出したりするためにモニタエ
タロンが用いられている。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
タロンを用いて構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。

ｍλ−２ｎｄｃｏｓθ 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が一定とすれば、波長が変化す
るとθ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、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っていた。

しかし、エアギャップ１ノコ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人力し、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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、モニタエタロンのエアギャップ内の圧力また
は周囲温度が変化すると、これに応じて基準光の干渉縞
の位置（干渉縞の径）が変化する。ここで干渉縞の径が
小さくなると隣接する縞とうしの重なりが大きくなり、
ピーク位置の検出精度は低下する。したがって、基準光
の干渉縞は検出精度の高い、所定の大きな径の状態に保
つのが好ましい。しかしながら、従来の装置においては
モニタエタロンのエアギャップ内の圧力または周囲温度
の変化によって基準光の干渉縞の位置が変化しくこれに
ともなって被検出光の干渉縞の位置も変化する）、その
結果常に高い検出精度を保つことができなかった。

そこで、この発明においては基明光を用いつつ、かつ常
に安定した高精度で波長の検出を行うことができる波長
検出装置を提供するととを目的とする。

〔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するため、基準光による干
渉縞の位置（干渉縞の径）を常に充分な検出精度が得ら
れる所定の状態に保持し、これによって常に安定した高
精度の波長検出精度が得られるようにしている。

すなわちこの発明によれば、ｈ（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
透過した光によってそれぞれ形成される前記基準光に対
応する第１の干渉縞と被検出光に対応する第２の干渉縞
を光検出手段で検出することにより前記被検出光の波長
を検出する波長検出装置において、前記基準光に対応す
る第］の干渉縞を検出し、この第１の干渉縞が所定の形
状になるように前記エタロンの特性を制御する制御手段
を具えて構成される。

〔作　用〕

基準光の干渉縞の位置（干渉縞の径）は常に−定の状態
になるように制御され、これによって波長検出精度を常
に高精度に保つことができる。

〔実施例〕

以下、この発明に係わる波長検出装置の実施例をｉｔ　
（−１図面を参１１（（して計則に説明する。

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が用いられる。

また、基準光源２０としては例えば、波長６３２．８ｎ
ｍのＨｅ−Ｎｅレーザまたは波長４９６゜５ｎｍのＡｒ
レーザ等を用いることができる。

狭・：（シ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１２によってサン
プリングされ、このサンプリング光はビームスプリッタ
１３に照射される。

また基準光源２０から出力された基準光２１はビームス
プリッタ１３の他の面に照射される。

ビームスプリッタ１３は、ビームスプリッタ１２でサン
プリングされたサンプリング光の一部を透過させ、また
基準光源２０から出力された基準光２１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台底する
。このビームスプリッタ１３によって合成されたサンプ
リング光と址べＣＩ光との含酸光はモニタエタロン波長
検ＩＩＩ　謂３０に入力され、集光レンズ３１１を介し
てモニタエタロン３２に照射する。

モニタエタロン３２は内側の面が部分反射ミラーとされ
た２枚の透明板３２ａ、３２ｂから構成され、モニタエ
タロン３２に対する入１１光の角度に対応してそれぞれ
透過波長か異なるものである。

このモニタエタロン３２を透過した光は光位置検出器３
３に照射され、この光検出器３３の検出面上に基準光の
波長に対応した第］の干渉縞３３ａおよび被検出光の波
長に対応した第２の干渉縞３３ｂを形成する。

光検出器３３てはこの第１および第２の干渉縞３３ａ、
３３ｂ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　（１）
Ｏ３ＩＴＩＯＮ　５ＥＮＳＩＴ！ＶＥＤＥＴＰＪＣＴＯ
Ｒ）等を用イテ構成することができる。

光検出器３３で検出された第１の−１；渉縞３３ａおよ
び第２の１゛渉縞３３ｂを示ずｆ≦号は中央処即装置（
ＣＰＵ）４０に人力される。

ＣＰＵ４０は入力された信号から基準光に対応する第１
の干渉縞３３ａに関する情報を抽出し、この情報にもと
づき第１の干渉縞３３ａが所定の位置（所定の径）とな
るようにレギュレータ５０を駆動してモニタエタロンの
エアギャップ内の圧力を制御し、また加熱または冷却器
６０を駆動してモニタエタロン３２の周囲温度を制御す
る。

このような制御によって、光検出器３３て検出された被
検出光に対応する第２の干渉縞３３ｂは被検出光の絶対
波長を表わすことになる。

そこで、ＣＰＵ４０ては入力された信号から被検出光に
対応する第２の干渉縞３３ｂに関する情報を抽出し、こ
の抽出した情報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２図は、ビームスプリッタ１２てサンプリングした被
検出光を光ファイバ］６を用いて導入するとともに、基
準光源として水銀ランプ（波長２５３、　７　ｎ　ｍ）
を用いた、この発明の他の実施例を示したものである。

この実施例の現金、ビームスプリッタ１２てサンプリン
グされた被検出光はレンズ］４、スリーブ１５を介して
光フアイバ１６内に人力され、光ファイバ１６を伝達し
た被検出光はスリーブ１７を介して出力され、このスリ
ーブ１７の出力光はビームスプリッタ１３を照射し、こ
のビームスプリッタ１３の透過光によってモニタエタロ
ン波長検出器３０のコリメータレンズ３１の前側焦点面
１９を照明する。

また基準光源２２から発生した基準光２３は結像レンズ
２５を通り、ビームスプリッタ１３で反射され、コリメ
ータレンズ３１の前側黒点山ｊ１９の手前に基準光源の
像２６を結像する。

このような構成によると基準光源２２を基準光源の像２
６に配置したのと等価となり、コリメータレンズ３１の
前側焦点面はスリーブ１７から出力された被検出光とこ
の基準光源２２の像２６か］０らの、！Ｉ！、壁光によって照射されることになる。

この照明光はアパーチャ１８を介してコリメータレンズ
３１に加えられ、このコリメータレンズ３１でコリメー
トされ、モニタエタロン３２、結像レンズ３４を介して
光検出器３３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。

ＣＰＵ４０は、この２つの干渉縞のうち基準光に対応す
る第１の干渉縞にもとづきレギュレータ５０を駆動して
、モニタエタロン波長検出器３０内の窒素Ｎ２の圧力を
制御し、第１の干渉縞の位置（干渉縞の径）が一定に保
持されるようにする。

また、ＣＰＵ４０はこの２つの干渉縞のうち被検出光に
対応する第２の干渉縞に基づき被検出光の絶対波長を検
出する。

なお、第２図において３６はモニタエタロン波長検出器
３０内の機密を保つためのＯリング、３５はコリメータ
レンズ３１および結像レンズ３４を固定するためのボル
トである。

なお、この実施例ではコリメータレンズ３１と１結像レンズ３６で圧力容器を形成しているが、コリメー
タレンズ３１と結像レンズ３４の代りにウィンドウを使
用して圧力容器を構成するようにし−てもよい。たたし
、この場合コリメータレンズ３１および結像レンズ３４
はモニタエタロン３２の前後に配置しなけらばならない
。

第３図は、基準光源２０からの基準光２１も光ファイバ
２８を用いて導入するようにした、合流型ファイバを用
いた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、基準光源２０からの基準光２１はスリーブ２７
を介して光フアイバ２８内に導入され、この光ファイバ
２８を伝達する基準光は光合波器７１で、光ファイバ１
６を伝達する被検出光と合波され、この合波された光は
光ファイバ７２を通り、スリーブ７３を介して出力され
、モニタエタロン波長検出機３０のウィンドウ３７を介
してモニタエタロン３２を照射する。

そして、このモニタエタロン３２を透過した光はウィン
ドウ３８を介して光検出器３３上にＭ　Ｎｉｌ光と被検
出光のそれぞれの波長に対応した２つの干２渉縞を形成する。以下の動作は第２図に示したものと同
様である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、以下に示すよう
な効果が得られる。

（１）基準光源光に対応する第１の干渉縞を検出し、こ
の第１の干渉縞が所定の形状（所定の径）となるように
モニタエタロンの温度またはエアーギャップ内の圧力を
制御するようにしたので、被検出光に対応する第２の干
渉縞のみ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。

（２）また、第１の干渉縞は所定の形状（所定の径）に
、一定に、保持されるので常に高精度で波長選出を行う
かとができる。

（３）この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、高精度に波長を安定化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はこの発
明の他の実施例を示す図、第３図はこの３発明の更に他の実施例を示す図である。１０・・・狭帯域発振エキシマレーザ、１１・・・被検
出光、１２．１３・・・ビームスプリッタ、１４・・・
レンズ、１５．１７，２７．７３・・・スリーブ、１６
゜２８．７２・・・光ファイバ、１８・・・アパーチャ
、１つ・・・コリメータレンズの前焦点、２０．２２・
・・県準光源、２１．２３・・・基準光、２４・・・フ
ィルタ、２５・・・レンズ、２６・・・基準光源の像、
３０・・・モニタエタロン波長検出器、３１・・・コリ
メータレンズ、３２・・・モニタエタロン、３４・・・
結像レンズ、３３・・・光検出器、３７．３８・・・ウ
ィンドウ、４０・・・ＣＰＵ、５０・・・レギュレータ
、６０・・・加熱または冷却器。　４０１１

Claims

【特許請求の範囲】

（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によってそれ
ぞれ形成される前記基準光に対応する第１の干渉縞と被
検出光に対応する第２の干渉縞を光検出手段で検出する
ことにより前記被検出光の波長を検出する波長検出装置
において、前記基準光に対応する第１の干渉縞を検出し
、この第１の干渉縞が所定の形状になるように前記エタ
ロンの特性を制御する制御手段を具えたことを特徴とす
る波長検出装置。
（２）前記制御手段は、前記エタロンの周囲温度を制御
することを特徴とする請求項（１）記載の波長検出装置
。
（３）前記制御手段は、前記エタロンのエアギャップ内
の圧力を制御することを特徴とする請求項（１）記載の
波長検出装置。