JPH06188502A - 波長検出装置 - Google Patents
波長検出装置Info
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- JPH06188502A JPH06188502A JP35629092A JP35629092A JPH06188502A JP H06188502 A JPH06188502 A JP H06188502A JP 35629092 A JP35629092 A JP 35629092A JP 35629092 A JP35629092 A JP 35629092A JP H06188502 A JPH06188502 A JP H06188502A
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Abstract
導体露光装置の光源として使用される狭帯域エキシマレ
ーザ装置の波長の安定化の改良を目的とする。 【構成】 フリースペクトラルレンジの異なる複数個の
エタロン(コースエタロン23、ファインエタロン3
3)を備えた波長検出装置において、複数個のエタロン
に基準光と被検出光を入射透過させる手段と、複数個の
エタロンにより発生する基準光および被検出光の干渉縞
を検出する手段(ラインセンサ27,37)と、複数の
干渉縞に基づいて被検出光の絶対波長を計算する手段を
備えている。
Description
特には、半導体露光装置の光源として使用される狭帯域
エキシマレーザ装置の波長の安定化に関するものであ
る。
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ているもので、このエ
アギャップエタロンの透過波長λは次のように
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。この式によ
り、n、d、mが一定とすれば、波長λが変化するとθ
が変化することがわかる。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。
て、エアギャップ内の圧力および周囲温度等が変化して
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。このため、角θに基づいては波長λを正確に検出す
ることができない場合がある。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等
を一定に制御して波長検出を行っていた。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(出力レ
ーザ光)とともに予め波長がわかっている基準光(例え
ば、水銀ランプの発光線)を一個の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精度良く検出する装
置が提案されている。
透過光を直接CCDイメージセンサ等の光検出器の検出
面上に入射して、光検出器の検出面上に干渉縞を形成
し、干渉縞の位置に基づき絶対波長を検出するようにし
ている。このような技術としては、例えば、特開平1−
101683号公報に見られるごとく、干渉縞の光強度
分布を撮像素子を検出して、検出した光強度の最大値に
対応する検出位置、または光強度分布の山の半値幅の中
央に対応する検出位置を被検出光の中心波長を示す位置
であるとするものがある。また、本出願人は、特願平3
−157038号で、干渉縞の半値の内外径を計測して
被検出光の中心波長を計算する方法を提案している。
レーザの波長検出器として2個のモニタエタロンにより
発生する2個の干渉縞から波長を検出していた。図7に
おいては、ビームスプリッタ51で反射したサンプル光
(ニ)は拡散板53からコースエタロン55、集光レン
ズ57を経てラインセンサ59で干渉縞を形成させ、こ
の干渉縞をラインセンサ59により検出する。
反射ミラー61で反射したサンプル光(ニ)は、拡散板
63からコースエタロン65、集光レンズ67を経てラ
インセンサ69で干渉縞を形成させ、この干渉縞をライ
ンセンサ69により検出する。ここでは、一方のファイ
ンエタロン65は他方のコースエタロン55よりもミラ
ー間の間隔を広くして、フリースペクトラルレンジ〔F
SR=λ2 /(2nd)〕を小さくしている。この理由
は、エタロンのフィネス(F)はエタロンの面精度およ
び平行度によって決定されるため、所定以上のフィネス
のエタロンは製作できない。従って、波長検出精度を高
くするためにはエタロンの分解能(R=FSR/F)を
良くする必要があり、フリースペクトラルレンジを小さ
くしている。ところが、フリースペクトラルレンジの小
さなファインエタロンでは波長の詳細な動きを検出でき
るが、被検出光の波長がフリースペクトラルレンジの倍
数で変化すると全く同じ干渉縞となるために、大きな波
長の変化を検出することができなかった。そのため、も
う一方のフリースペクトラルレンジの大きなコースエタ
ロンによらり被検出光の波長の大きな動きを検出し、被
検出光の波長を計算していた。
ロンを基準光により補正している場合は高精度に絶対波
長を検出できるが、モニタエタロンが一個のみであるの
で、このモニタエタロンのフリースペクトラルレンジよ
りも被検出光の波長がシフトすると波長が特定できな
い。また、図7の場合は2個のモニタエタロンがエアギ
ャップ内の圧力および周囲温度等が変化すると被検出光
の測定波長が変化していたため高精度に被検出高の絶対
波長を検出できないという問題がある。
出装置に係わり、特には、半導体露光装置の光源として
使用される狭帯域エキシマレーザ装置の波長の安定化の
改良を目的としている。
1発明では、フリースペクトラルレンジの異なる複数個
のエタロンを備えた波長検出装置において、複数個のエ
タロンに基準光と被検出光を入射透過させる手段と、複
数個のエタロンにより発生する基準光および被検出光の
干渉縞を検出する手段と、複数の干渉縞に基づいて被検
出光の絶対波長を計算する手段を備えている。被検出光
を拡散板に入射透過させる手段と散乱光をエタロンに入
射透過させる手段と、エタロンを透過した光を角度分散
素子を透過または反射させる手段と、角度分散素子を透
過または反射した光を集光レンズに入射透過させる手段
と、集光レンズの焦点面に発生する干渉縞を検出する手
段と、干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長を計算する
手段を備えている。
検出光を拡散板に入射透過散乱させる手段と散乱光をビ
ームスプリッタに入射透過させ第1のエタロンに入射透
過させる手段と、基準光をビームスプリッタに入射反射
させて第1のエタロンに入射させる手段と、第1のエタ
ロンを透過した光を第1の集光素子により集光させる手
段と、第1の集光素子の焦点面に発生する基準光および
被検出光の第1および第2の干渉縞を検出する手段と、
散乱光をビームスプリッタに入射反射させて第2のエタ
ロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリッ
タに入射透過させて第2のエタロンに入射させる手段
と、第2のエタロンを透過した光を第2の集光素子によ
り集光させる手段と、第2の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および被検出光の第3および第4の干渉縞を検
出する手段と、第1、2、3および4の干渉縞に基づい
て被検出光の波長を計算する手段を備えている。
域レーザにおいて、出力レーザ光の一部をサンプルする
手段と、サンプル光を拡散板に入射透過散乱させる手段
と散乱光をビームスプリッタに入射透過させて第1のエ
タロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプリ
ッタに入射反射させて第1のエタロンに入射させる手段
と、第1のエタロンを透過した光を第1の集光素子によ
り集光させる手段と、第1の集光素子の焦点面に発生す
る基準光および出力レーザ光の第1および第2の干渉縞
を検出する手段と、散乱光をビームスプリッタに反射さ
せた光を第2のエタロンに入射透過させる手段と、基準
光をビームスプリッタに入射透過させた光を第2のエタ
ロンに入射させる手段と、第2のエタロンを透過した光
を第2の集光レンズに入射透過させる手段と、第2の集
光レンズの焦点面に発生する基準光および出力レーザ光
の第3および第4の干渉縞を検出する手段と、に第1、
2、3および4の干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長
を計算する手段と、出力レーザ光の波長と設定波長の偏
差を計算して、波長選択素子の選択波長を制御する手段
を備えている。
ロン)の原理を示すものであり、本発明を理解し易くす
るために説明する。なお、以下では、式において、Xの
N乗(XN )を表すとき、X^Nと表示する。
dのエタロン71に入射角度θを持って入射され、エタ
ロン71、集光レンズ72を透過すると集光レンズ72
から焦点距離fだけ離間した検出面上に光Lの干渉縞7
3が形成される。ここで、エタロンの基本式は、数1で
前述したように、2nd・cosθ=mλであり、数1
で、角度θ=0の時のmをmO 、波長をλ、とすると、
式〔cosθ=1−2sin2 (θ/2)〕を適用する
と、
n(θ/2)=θ/2と近似でき、これを数3に代入し
て整理すると、
3の中心からの距離をrとすれば、集光レンズ72の焦
点距離はfであるから、
ると、
えると、数6より、
ン71のフリースペクトラルレンジである。
求める波長λは数9から、
3の半径r2 に比例していることを示している。従っ
て、干渉縞の半径の2乗を正しく求めることが出来れ
ば、被検出光の波長を正確に求め得る。
おいて、msを基準光に対応する整数、meを被検出光
に対応する整数、λsを基準光の波長、λeを被検出光
の波長、nsを基準光のエアギャップ内の屈折率、ne
を被検出光のエアギャップ内の屈折率とすると、
縞の直径が一致する場合の波長λeは、上式、数11、
数12から、d・cosθを消去し整理して求めると、
準光の干渉縞の半径rmとすると、上記、数9式より出
力レーザ光の波長λは、数14では
出力レーザ光とは同一のエタロンを透過したものである
から、エタロン71の温度等が変化したとしても、この
変化による誤差が相殺されて絶対波長を精度用検出する
ことができる。
原理を説明する。図1において、被検出光(イ)および
基準光(ロ)は一個のビームスプリッタ21を介してコ
ースエタロン23とファインエタロン33に入射透過さ
せ、基準光と被検出光の波長に対して色収差補正した色
消しレンズ25、35により、このレンズ焦点面に発生
する基準光と被検出光の干渉縞をイメージセンサ27、
37により検出している。そして、コースエタロン23
により発生する基準光と被検出光によるそれぞれの干渉
縞の半径により被検出光の絶対波長を計算する。
の検出波長をλc、コースエタロン23の被検出光の検
出波長をλfとすると、数14から、
ジ Cc:コースエタロンの定数 Cf:ファインエタロンの定数 rcHg :コースエタロンにおける基準光の干渉縞の半径 rfHg :ファインエタロンにおける基準光の干渉縞の半
径 rcex :コースエタロンにおける被検出光の干渉縞の半
径 rfex :ファインエタロンにおける被検出光の干渉縞の
半径 λco :コースエタロンにおいて基準光と被検出光の干
渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 λfo :ファインエタロンにおいて基準光と被検出光の
干渉縞の半径が一致したときの被検出光の波長 である。そして、この検出波長をλcとλfを比較する
ことによって被検出光の絶対波長を求める。なお、ここ
では、エタロンのミラーの反射膜は基準光と被検出光の
2波長に対して反射するようにしている。
例につき、図面を参照して詳細に説明する。図2は本発
明に係わる波長検出装置の実施例を示す構成図である。
図2において、狭帯域エキシマレーザには、レーザ光を
発振するチャンバ1と、チャンバ1の一方に図示しない
エタロンまたはグレーディング等の波長選択素子を配置
した狭帯域ユニット3と、狭帯域化されたレーザ光の一
部をサンプルするビームスプリッタ5と、基準光となる
光を発光する低圧水銀ランプ等からなる水銀ランプ7
と、ビームスプリッタ5によりサンプルされたレーザ光
(被検出光(イ)である。)と基準光の波長を検出する
波長検出装置10と、波長検出装置10からの信号によ
り波長を計算するとともに、狭帯域ユニット3を調整す
る信号を出力する波長コントローラ40と、から構成さ
れている。また、波長コントローラ40は、水銀ランプ
7の図示しないシャッタの開閉信号を出力するか、ある
いは水銀ランプ7を点灯する信号を出力する。
ザ光を透過入射拡散する拡散板11と、水銀ランプ7か
ら発光した光を基準光の波長に選択するハンドパスフィ
ルタ13およびレンズ15と、被検出光と基準光からの
干渉縞に基づいて波長を検出する波長検出器20と、か
らなる。波長検出器20は、被検出光と基準光とを分割
するビームスプリッタ21と、波長の検出範囲幅の広い
第1の検出系に配設されているコースエタロン23、色
消しレンズ25、およびラインセンサ27と、波長の検
出範囲幅はせまいが検出精度の高い第2の検出系に配設
されているファインエタロン33、色消しレンズ35、
およびラインセンサ37と、からなっている。
する。狭帯域化された出力ビーム光(ハ)はビームスプ
リッタ5によりサンプルされ被検出光として拡散板11
に入射透過し、散乱される。その散乱光はビームスプリ
ッタ21を透過して、一部はファインエタロン33に入
射透過し、さらに、色消しレンズ35を入射透過して、
その色消しレンズ35の焦点面上に干渉縞が発生する。
この干渉縞をラインセンサ37により検出する。(例え
ば、ラインセンサ37に図示した点線a) 一方、ビームスプリッタ5により反射した被検出光の散
乱光はコースエタロン23に入射透過し、さらに、色消
しレンズ25を入射透過して、その色消しレンズ25の
焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセン
サ27により検出する。(例えば、ラインセンサ27に
図示した点線b)
ンドパスフィルタ13により基準光である253.7n
m線のみを透過させ、レンズ15により平行光にコリメ
ートされる。この光はビームスプリッタ21により反射
され、ファインエタロン33に入射透過し、さらに、色
消しレンズ35を入射透過して、その色消しレンズ35
の焦点面上に干渉縞が発生する。この干渉縞をラインセ
ンサ37により検出する。(例えば、ラインセンサ37
に図示した線c) 一方、ビームスプリッタ21を透過した基準光はコース
エタロン23に入射透過し、さらに、色消しレンズ25
を入射透過して、その色消しレンズ25の焦点面上に干
渉縞が発生する。この干渉縞をラインセンサ27により
検出する。(例えば、ラインセンサ37に図示した線
d) ラインセンサ27、37からの4つの干渉縞(a、b、
c、d)に基づいての信号により波長コントローラ40
はサンプル光の波長を計算し、狭帯域ユニット3中にあ
る波長選択素子に連結された図示しないドライバーを駆
動し、出力レーザ光が設定波長となるようになるように
波長選択素子を制御する。
ート例を示す。まず、水銀ランプ7の干渉縞を検出する
サブルーチンに入り、ファインエタロン33およびコー
スエタロン23による基準光の干渉縞のそれぞれの半径
rcHgおよびrfHg を計算する(ステップ101)。次
に、レーザが発振するか、否かを判断し(ステップ10
2)、発振しない場合にはスタートに戻る。発振する場
合はエキシマレーザ光の干渉縞を検出するサブルーチン
(ステップ300)に入り、ファインエタロン33およ
びコースエタロン23によるエキシマレーザ光の干渉縞
のそれぞれの半径rceg およびrfeg を計算する(ステ
ップ103)。
(15)および(16)式の計算を行い、コースエタロ
ン23から計算される波長λcとファインエタロン33
から計算される波長λfを求める(ステップ104)。
そして、波長λcとλfから発振波長をλを計算するサ
ブルーチンに入り、発振波長λを計算する(ステップ1
05)。次に、設定波長λtとの差Δλを計算する(ス
テップ106)。そして、狭帯域化ユニット3の中にあ
る波長選択素子の選択波長をΔλシフトさせる(ステッ
プ107)。そして、スタートに戻り、これらの作業を
繰り返す。なお、ここでは基準光の読み取りはレーザが
発振していない時に行っているが、レーザが発振中でも
ある一定のインターバルでシャッタ等でエキシマレーザ
光を遮って基準光を入射させて検出しても良い。
ブルーチン(ステップ101)の例を示す。 まず、水
銀ランプ点灯信号を水銀ランプ7に送り、水銀ランプ7
を点灯する(ステップ201)。次に、水銀ランプ7が
安定したか、否かを判断して(ステップ202)、安定
したら次のステップに移行する。そして、コースエタロ
ン23およびファインエタロン33による基準光の干渉
縞をそれぞれラインセンサ27および37により検出す
る(ステップ203)。次に、それぞれの半径rcHg お
よびrfHg を計算する(ステップ204)。 なお、こ
の例では、水銀ランプ7を点灯させて基準光を検出して
いるが、予め点灯させておいて、シャッタで基準光の入
射を制御しても良い。
るサブルーチン(ステップ103)の例を示す。コース
エタロン23およびファインエタロン33によるエキシ
マレーザ光の干渉縞をそれぞれラインセンサ27および
37により検出する(ステップ301)。次に、それぞ
れの半径rcex およびrfex を計算する(ステップ30
2)。
計算するサブルーチン(ステップ105)の例を示す。
まず、波長λcとλfの差の絶対値が使用したエタロン
のフリースペクトラルレンジ(FSR)の2分の1より
も小さいか、否かを判断する(ステップ401)。小さ
い場合(YES)はステップ402に行き、発振波長λ
=λfとして、リターンされる(ステップ(403)。
一方ステップ401で大きい場合(NO)は波長λcと
λfの大小が判断される(ステップ404)。ここで、
波長λcがλfよりも小さい場合はλf=λf+FSR
(ステップ405)としてスタートに戻る。一方、波長
λcがλfよりも大きい場合はλf=λf−FSR(ス
テップ406)としてスタートに戻る。このような計算
繰り返して発振波長λを計算する。なお、この実施例で
は、色消しレンズを使用したが、凹面ミラーや軸外方物
面ミラーを使用しても良い。勿論、基準光と被検出光の
波長が非常に近い場合は色消しレンズを使用しなくとも
良い。
つのビームスプリッタを介して被検出光と基準光を2個
のモニタエタロンを入射させて、これら2個のモニタエ
タロンにより発生する基準光と被検出光の干渉縞により
被検出光の絶対波長を検出するために次の効果が得られ
る。 コースエタロンおよびファインエタロンに基準光を
入射させて、補正しているために広い波長範囲にわたっ
て高精度に絶対波長を検出できる。 一個のビームスプリッタを介してコースエタロンお
よびファインエタロンに被検出光と基準光を入射させて
いるためコンパクトになる。 本発明の波長検出装置により波長をフィードバック
制御する狭帯域エキシマレーザは縮小投影露光装置用光
源として最適なものとなる。 より分解能の高いファインエタロンを使用するので
高精度な線幅測定ができる。
成図である。
ト図である。
フローチャート図である。
チンのフローチャート図である。
ブルーチンのフローチャート図である。
す図である。
を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 フリースペクトラルレンジの異なる複数
個のエタロンを備えた波長検出装置において、複数個の
エタロンに基準光と被検出光を入射透過させる手段と、
複数個のエタロンにより発生する基準光および被検出光
の干渉縞を検出する手段と、複数の干渉縞に基づいて被
検出光の絶対波長を計算する手段を備えたことを特徴と
する波長検出装置。 - 【請求項2】 被検出光を拡散板に入射透過散乱させる
手段と散乱光をビームスプリッタに入射透過させ第1の
エタロンに入射透過させる手段と、基準光をビームスプ
リッタに入射反射させて第1のエタロンに入射させる手
段と、第1のエタロンを透過した光を第1の集光素子に
より集光させる手段と、第1の集光素子の焦点面に発生
する基準光および被検出光の第1および第2の干渉縞を
検出する手段と、散乱光をビームスプリッタに入射反射
させて第2のエタロンに入射透過させる手段と、基準光
をビームスプリッタに入射透過させて第2のエタロンに
入射させる手段と、第2のエタロンを透過した光を第2
の集光素子により集光させる手段と、第2の集光素子の
焦点面に発生する基準光および被検出光の第3および第
4の干渉縞を検出する手段と、第1、2、3および4の
干渉縞に基づいて被検出光の波長を計算する手段を備え
た請求項1記載の波長検出装置。 - 【請求項3】 波長選択素子を備えた狭帯域レーザにお
いて、出力レーザ光の一部をサンプルする手段と、サン
プル光を拡散板に入射透過散乱させる手段と散乱光をビ
ームスプリッタに入射透過させて第1のエタロンに入射
透過させる手段と、基準光をビームスプリッタに入射反
射させて第1のエタロンに入射させる手段と、第1のエ
タロンを透過した光を第1の集光素子により集光させる
手段と、第1の集光素子の焦点面に発生する基準光およ
び出力レーザ光の第1および第2の干渉縞を検出する手
段と、散乱光をビームスプリッタに反射させた光を第2
のエタロンに入射透過させる手段と、基準光をビームス
プリッタに入射透過させた光を第2のエタロンに入射さ
せる手段と、第2のエタロンを透過した光を第2の集光
レンズに入射透過させる手段と、第2の集光レンズの焦
点面に発生する基準光および出力レーザ光の第3および
第4の干渉縞を検出する手段と、に第1、2、3および
4の干渉縞に基づいて出力レーザ光の波長を計算する手
段と、出力レーザ光の波長と設定波長の偏差を計算し
て、波長選択素子の選択波長を制御する手段を備えたこ
とを特徴とする波長検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35629092A JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35629092A JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188502A true JPH06188502A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3219879B2 JP3219879B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18448294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35629092A Expired - Lifetime JP3219879B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 波長検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219879B2 (ja) |
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