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JP2649378B2 - Wavelength anomaly detector for narrow band oscillation excimer laser - Google Patents

Wavelength anomaly detector for narrow band oscillation excimer laser

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Publication number
JP2649378B2
JP2649378B2 JP10474688A JP10474688A JP2649378B2 JP 2649378 B2 JP2649378 B2 JP 2649378B2 JP 10474688 A JP10474688 A JP 10474688A JP 10474688 A JP10474688 A JP 10474688A JP 2649378 B2 JP2649378 B2 JP 2649378B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014Monitoring arrangements not otherwise provided for

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は縮小投影露光装置の光源として用いる狭帯域
発振エキシマレーザの波長異常検出装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength anomaly detection device for a narrow band oscillation excimer laser used as a light source of a reduction projection exposure apparatus.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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(例えばKrFレーザの波長は約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線に比較してし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。
Attention has been paid to the use of excimer lasers as light sources for reduction projection exposure apparatuses for manufacturing semiconductor devices. This is because the wavelength of an excimer laser is short (for example, the wavelength of a KrF laser is about 248.4
nm), the limit of light exposure can be extended to 0.5 μm or less, the depth of focus is deeper than conventional mercury lamp g-line and i-line at the same resolution, lens numerical aperture This is because many excellent advantages such as a small (NA), a large exposure area, and a large power can be expected.

しかしながら、エキシマレーザを縮小投影露光装置の
光源として用いるにあたって解決しなければならない2
つの大きな問題がある。
However, there is a problem to be solved when using an excimer laser as a light source of a reduction projection exposure apparatus.
There are two major problems.

その1つは、エキシマレーザの波長が上述のように24
8.4nmと短いため、この波長を透過する材料が石英、CaF
2およびMgF2等しかなく、更に均一性および加工精度等
の点でこれらの材料の中で実用上レンズ素材として石英
しか用いることができないことである。このため色収差
補正をした縮小投影レンズの設計は極めて困難であり、
したがって、この色収差が無視しうる程度まで、エキシ
マレーザの出力波長の狭帯域化が必要となる。
One is that the wavelength of the excimer laser is
The material that transmits this wavelength is quartz, CaF
Among these materials, only quartz can be used practically as a lens material in terms of uniformity and processing accuracy. For this reason, it is extremely difficult to design a reduction projection lens with chromatic aberration correction.
Therefore, it is necessary to narrow the output wavelength of the excimer laser so that the chromatic aberration can be ignored.

もう1つの問題はエキシマレーザの狭帯域化に伴い発
生するスペックル・パターンをいかにして防ぎ、また狭
帯域化に伴うパワーの低減をいかにしておさえるかとい
うことである。
Another problem is how to prevent the speckle pattern generated with the narrow band of the excimer laser and how to reduce the power accompanying the narrow band.

エキシマレーザの狭帯域化の技術としてはインジェク
ションロック方式と呼ばれるものがある。このインジェ
クションロック方式は、オシレータ段のキャビティ内に
波長選択素子(エタロン・回折格子・プリズム等)を配
置し、ピンホールによって空間モードを制限して単一モ
ードを発振させ、このレーザ光を増幅段によって注入同
期する。このため、その出力光はコヒーレンス性が高
く、これをそのまま縮小露光装置の光源に用いた場合は
スペックル・パターンが発生する。一般にスペックル・
パターンの発生はレーザ光に含まれる空間横モードの数
に依存すると考えらえている。すなわち、レーザ光に含
まれる空間横モードの数が少ないとスペックル・パター
ンが発生し易くなり、逆に空間モードの数が多くなると
スペックル・パターンは発生しにくくなることが知られ
ている。上述したインジェクションロック方式は本質的
には空間横モードの数を著しく減らすことによって狭帯
域化を行う技術であり、スペックル・パターンの発生が
大きな問題となるため縮小投影露光装置には適していな
い。。
As a technique for narrowing the band of an excimer laser, there is a technique called an injection lock method. In this injection lock system, a wavelength selecting element (etalon, diffraction grating, prism, etc.) is arranged in a cavity of an oscillator stage, a spatial mode is restricted by a pinhole, and a single mode is oscillated. Inject synchronization. For this reason, the output light has high coherence. If this light is used as it is as the light source of the reduction exposure apparatus, a speckle pattern is generated. Generally speckle
It is considered that the generation of the pattern depends on the number of spatial transverse modes included in the laser light. That is, it is known that a speckle pattern is easily generated when the number of spatial transverse modes included in the laser beam is small, and a speckle pattern is hardly generated when the number of spatial modes is large. The above-described injection lock method is essentially a technique for narrowing the bandwidth by significantly reducing the number of spatial transverse modes, and is not suitable for a reduced projection exposure apparatus because the occurrence of a speckle pattern is a major problem. . .

エキシマレーザの狭帯域化の技術として他に有望なも
のは波長選択素子であるエタロンを用いたものがある。
このエタロンを用いた従来技術としてはAT&Tベル研究
所によりエキシマレーザのフロントミラーとレーザチャ
ンバとの間にエタロンを配置し、エキシマレーザの狭帯
域化を図ろうとする技術が提案されている。しかし、こ
の方式ではスペクトル線幅を十分にあまり狭くできず、
かつ、エタロン挿入によるパワーロスが大きいという問
題があり、更に空間横モードの数もあまり多くすること
ができないという欠点がある。
Another promising technique for narrowing the band of an excimer laser is an etalon that is a wavelength selection element.
As a conventional technique using this etalon, AT & T Bell Labs has proposed a technique in which an etalon is arranged between a front mirror of an excimer laser and a laser chamber to narrow the band of the excimer laser. However, with this method, the spectral line width cannot be made sufficiently narrow.
In addition, there is a problem that the power loss due to the etalon insertion is large, and further, there is a disadvantage that the number of spatial transverse modes cannot be increased too much.

そこで、発明者等はエキシマレーザのリアミラーとレ
ーザチャンバの間に有効径の大きな(数10mmφ程度)エ
タロンを配置する構成を採用し、この構成により、20×
10mm2の範囲でスペクトル幅が半値全幅で約0.003nm以下
の一様な狭帯域化を施しパルス当たり約50mJの出力のレ
ーザ光を得ている。すななち、エキシマレーザのリアミ
ラーとレーザチャンバとの間にエタロンを配置する構成
を採用することにより、レーザの狭帯域化、空間横モー
ド数の確保、エタロンの挿入によるパワーロスの減少と
いう縮小投影露光装置の光源として要求される必須の問
題を解決することができる。
Therefore, the inventors have adopted a configuration in which an etalon having a large effective diameter (about several tens of mm) is disposed between the rear mirror of the excimer laser and the laser chamber.
The laser beam with an output of about 50 mJ per pulse is obtained by applying a uniform narrowing of the spectrum width to about 0.003 nm or less at the full width at half maximum in the range of 10 mm 2 . In other words, by adopting a configuration in which an etalon is arranged between the rear mirror of the excimer laser and the laser chamber, the narrow projection of the laser, securing of the number of spatial transverse modes, and reduction of power loss due to insertion of the etalon are reduced. An essential problem required as a light source of an exposure apparatus can be solved.

しかし、エキシマレーザのリアミラーとレーザチャン
バとの間にエタロンを配置する構成は、狭帯域化、空間
横モードの確保、パワーロスの減少という点で優れた利
点を有するが、エタロンを透過するパワーが非常に大き
くなるためエタロンに温度変動等の物理的変化が生じ、
このため発振出力レーザ光の中心波長が変動したり、パ
ワーが著しく低下するという問題があった。この傾向
は、特に、狭帯域化のためにフリースペクトルラルレン
ジの異なるエタロンを2枚以上用いた場合に顕著となっ
た。
However, the configuration in which the etalon is disposed between the rear mirror of the excimer laser and the laser chamber has excellent advantages in narrowing the band, securing the spatial transverse mode, and reducing the power loss, but the power transmitted through the etalon is extremely low. Physical changes such as temperature fluctuations occur in the etalon,
For this reason, there have been problems that the center wavelength of the oscillation output laser light fluctuates and the power is significantly reduced. This tendency is particularly noticeable when two or more etalons having different free spectral ranges are used for narrowing the band.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、この光共振中にエタロンを配設する構成を
とると、このエタロンは、非常にエネルギー密度が高い
光が透過するため、長時間のうちに、エタロンの面精
度、平行度が悪化したり、反射膜の損傷等によって、フ
ィネスが低下することがあった。
By the way, if the etalon is arranged during the optical resonance, the etalon transmits light with a very high energy density, so that the surface accuracy and parallelism of the etalon deteriorate over a long period of time. In some cases, finesse was reduced due to damage to the reflection film.

エタロンのフィネスが低下すると側帯波が大きく発生
し、マルチ波長発振となりこのレーザ光を縮小投影露光
用光源として用いると大きく解像力が低下するという問
題が生じる。
When the finesse of the etalon is reduced, a large sideband is generated, and multi-wavelength oscillation is caused. When this laser light is used as a light source for reduction projection exposure, there is a problem that the resolving power is greatly reduced.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、発振レ
ーザ光のスペクトルの波長異常を容易に信頼性よく検出
することのできる波長異常検出装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a wavelength abnormality detection device that can easily and reliably detect the wavelength abnormality of the oscillation laser light spectrum.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

そこで、本発明では、狭帯域発振エキシマレーザ装置
において、レーザ光の出力パワーと、中心波長パワーと
を検出し、これらの比が許容範囲内にあるか否かを判断
することにより、スペクトル波長の異常検出をおこなう
ようにしている。
Therefore, in the present invention, in a narrow-band oscillation excimer laser device, the output power of a laser beam and the center wavelength power are detected, and it is determined whether or not the ratio of these is within an allowable range. Abnormality detection is performed.

〔作用〕[Action]

上記構成により、回折格子型分光器またはモニタエタ
ロンにより、中心波長と側帯波を分離し、中心波長のパ
ワーとレーザの出力パワーを検出し、その比が許容範囲
内にあるか否かを監視しているため、容易に信頼性よく
スペクトル波長の異常検出を行うことが可能となる。
With the above configuration, the center wavelength and the sideband wave are separated by the diffraction grating spectroscope or the monitor etalon, the power of the center wavelength and the output power of the laser are detected, and whether or not the ratio is within an allowable range is monitored. This makes it possible to easily and reliably detect anomalies in the spectral wavelength.

ここでその比が許容範囲を外れている場合は波長異常
として異常信号が発生される。
Here, if the ratio is out of the allowable range, an abnormal signal is generated as a wavelength abnormality.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この発明の一実施例をブロック図で示した
ものである。この実施例ではレーザチャンバ107とリア
ミラー106との間に2枚のエタロン101,102を配設するこ
とによって構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. In this embodiment, two etalons 101 and 102 are provided between the laser chamber 107 and the rear mirror 106.

この実施例の装置はレーザ出力パワーをレーザチャン
バ107内のレーザ媒質ガスの成分制御およびレーザ媒質
の励起強度制御(放電電圧制御)によってコントロール
するパワー制御系200と、レーザ出力中心波長を制御す
る中心波長制御およびエタロン101と102との透過中心波
長の重ね合せを行なう重ね合せ制御を同時にもしくは交
互に実行する波長制御系300とを有している。
The apparatus of this embodiment controls the laser output power by controlling the component of the laser medium gas in the laser chamber 107 and the excitation intensity control (discharge voltage control) of the laser medium, and the center for controlling the laser output center wavelength. It has a wavelength control system 300 that simultaneously or alternately performs wavelength control and superposition control for superimposing transmission center wavelengths of the etalons 101 and 102.

まず、定常状態におけるパワー制御系200と波長制御
系300の動作について説明する。エキシマレーザに用い
るレーザ媒質ガスは時間経過と共にそのレーザ媒質とし
ての性質が徐々に劣化し、レーザーパワーが低下する。
そこでレーザ媒質の励起強度すなわち放電電圧を制御す
るとともにパワー制御系200ではレーザ媒質の成分制
御、すなわちガス交換を行うことによってレーザ出力を
一定に保つ出力制御がおこなわれている。すなわち第1
図に示すように発振されたレーザ光の一部をビームスプ
リッタ104で分岐させパワーモニタ202に入射し、レーザ
パワーの変化をモニタし、CPU203がレーザ電源204を介
して、レーザ媒質の励起強度を変化させたり、あるいは
ガスコントローラ205を介してレーザ媒質ガスの部分的
交換を実施するなどして、レーザ出力を一定に保つよう
に出力制御をおこなう。
First, the operation of the power control system 200 and the wavelength control system 300 in the steady state will be described. The properties of the laser medium gas used for the excimer laser as the laser medium gradually deteriorates over time, and the laser power decreases.
Therefore, the excitation control of the laser medium, that is, the discharge voltage is controlled, and the power control system 200 performs component control of the laser medium, that is, output control for keeping the laser output constant by performing gas exchange. That is, the first
As shown in the figure, a part of the oscillated laser light is branched by the beam splitter 104 and incident on the power monitor 202, and the change in laser power is monitored.The CPU 203 controls the excitation intensity of the laser medium via the laser power supply 204. The output is controlled so as to keep the laser output constant by changing the laser medium gas or partially exchanging the laser medium gas via the gas controller 205.

また、発振されたレーザ光の一部はビームスプリッタ
103でサンプル光として分岐され、発振中心波長及び中
心波長パワー検知器301に加えられる。発振中心波長及
び中心波長パワー検知器301はサンプル光に含まれるエ
キシマレーザ10の発振中心波長λと中心波長のパワーP
λを検出する。この発振中心波長及び中心波長パワー検
知器301は回折格子型分光器と光位置センサとから構成
されており、その詳細は第2図に示される。
Also, part of the oscillated laser light is beam splitter
At 103, the light is branched as sample light, and is added to an oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301. The oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301 has an oscillation center wavelength λ of the excimer laser 10 included in the sample light and a power P of the center wavelength.
λ is detected. The oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301 is composed of a diffraction grating type spectroscope and an optical position sensor, the details of which are shown in FIG.

第2図において発振中心波長及び中心波長パワー検知
器301は凹面鏡31,32および回折格子33からなる回折格子
型分光器34と光位置センサ35を備えて構成される。ビー
ムスプリッタ103でサンプリングされたサンプル光はレ
ンズ36で集光され、分光器34の入射スリット37から入力
される。この入射スリット37から入力された光は凹面鏡
31で反射され、平行光となり回折格子33に照射される。
回折格子33はここでは所定の角度に固定されており、入
射した光の波長に対応した回折角度で反射する。この回
折光を凹面鏡32に導き、凹面鏡32の反射光は光位置セン
サ35に導かれて結像される。すなわち、入射光の波長に
対応する入射スリット37の回折像が光位置センサ35の受
光面上に結像され、この入射スリット37の回折像の位置
からサンプル光の中心波長λを検出することができる。
またこの入射スリット37の回折像の光強度から中心波長
パワーPλを検出することができる。
In FIG. 2, the oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301 includes a diffraction grating type spectroscope 34 including concave mirrors 31 and 32 and a diffraction grating 33, and an optical position sensor 35. The sample light sampled by the beam splitter 103 is condensed by the lens 36 and is input from the entrance slit 37 of the spectroscope 34. The light input from this entrance slit 37 is a concave mirror
The light is reflected by 31, becomes parallel light, and is irradiated on the diffraction grating 33.
Here, the diffraction grating 33 is fixed at a predetermined angle, and reflects at a diffraction angle corresponding to the wavelength of the incident light. The diffracted light is guided to the concave mirror 32, and the reflected light from the concave mirror 32 is guided to the optical position sensor 35 to form an image. That is, a diffraction image of the incident slit 37 corresponding to the wavelength of the incident light is formed on the light receiving surface of the optical position sensor 35, and the center wavelength λ of the sample light can be detected from the position of the diffraction image of the incident slit 37. it can.
The center wavelength power Pλ can be detected from the light intensity of the diffraction image of the entrance slit 37.

なお、光位置センサ35としてはフォトダイオードアレ
イまたは光点位置検出器PSD(ポジション センシィテ
ィブ ディテクタ)等を用いることができる。ここで、
光位置センサ35としてフォトダイオードアレイを用いた
場合、中心波長は最大光強度の受光チャンネルの位置に
より検出し、中心波長パワーは中心波長に対応するチャ
ンネルの光強度または中心波長付近のチャンネルの光強
度の和から検出する。また光位置センサ35としてPSDを
用いた場合は、PSDの出力比から中心波長を検出し、出
力から中心波長パワーを検出する。
Note that a photodiode array, a light spot position detector PSD (Positive Sensitive Detector), or the like can be used as the light position sensor 35. here,
When a photodiode array is used as the optical position sensor 35, the center wavelength is detected by the position of the light receiving channel having the maximum light intensity, and the center wavelength power is the light intensity of the channel corresponding to the center wavelength or the light intensity of the channel near the center wavelength. From the sum of When a PSD is used as the optical position sensor 35, the center wavelength is detected from the output ratio of the PSD, and the center wavelength power is detected from the output.

発振中心波長及び中心波長パワー検知器301で検出さ
れたサンプル光の中心波長λおよび中心波長パワーPλ
は波長コントローラを構成する中央処理装置(CPU)302
に入力される。
Center wavelength λ and center wavelength power Pλ of the sample light detected by the oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301
Is a central processing unit (CPU) 302 constituting a wavelength controller.
Is input to

CPU302はドライバ303,304を介してエタロン101,102の
波長選択特性(透過中心波長および選択中心波長)を制
御し、サンプル光、すなわちエキシマレーザの出力光の
中心波長が予め設定された所望の波長に一致し(中心波
長制御)、かつ中心波長パワーが最大となるようにする
(重ね合せ制御)。ここでドライバ303,304によるエタ
ロン101,102の波長選択特性の制御はエタロン4の温度
の制御、角度の制御、エアギャップ内の圧力の制御、ギ
ャップ間隔の制御等によって行なう。
The CPU 302 controls the wavelength selection characteristics (the transmission center wavelength and the selection center wavelength) of the etalons 101 and 102 via the drivers 303 and 304, and the center wavelength of the sample light, that is, the output light of the excimer laser matches the desired wavelength set in advance ( (Center wavelength control) and the center wavelength power is maximized (superposition control). Here, the control of the wavelength selection characteristics of the etalons 101 and 102 by the drivers 303 and 304 is performed by controlling the temperature of the etalon 4, controlling the angle, controlling the pressure in the air gap, controlling the gap interval, and the like.

中心波長制御は、具体的にはエタロン101,102のうち
少なくともフリースペクトラルレンジの小さい方のエタ
ロン例えばエタロン101の角度等を制御して該エタロン
の透過波長をシフトさせ、これにより出力中心波長すな
わち発振中心波長及び中心波長パワー検知器301で所望
の波長となるように制御する。また重ね合せ制御は、上
述したフリースペクトラルレンジの小さい方のエタロン
101以外のエタロン、すなわち、フリースペクトラルレ
ンジの大きい方のエタロン102の透過中心波長を所定単
位波長づつシフトし、エタロン101,102の透過中心波長
が重なり、発振中心波長及び中心波長パワー検知器301
で検出された中心波長パワーが最大となるように制御す
る。
The center wavelength control specifically shifts the transmission wavelength of the etalon 101 or 102 by controlling the angle or the like of the etalon of at least the smaller free spectral range, such as the etalon 101, thereby shifting the transmission center wavelength of the etalon. And the center wavelength power detector 301 controls the wavelength to be a desired wavelength. The superposition control is based on the etalon with the smaller free spectral range described above.
Etalons other than 101, that is, the transmission center wavelength of the etalon 102 having the larger free spectral range is shifted by a predetermined unit wavelength, the transmission center wavelengths of the etalons 101 and 102 overlap, and the oscillation center wavelength and the center wavelength power detector 301
Is controlled so that the center wavelength power detected by the above becomes maximum.

ところで、光位置センサとしてPSDを使用した場合、
発振中心波長及び中心波長パワー検知器301の光位置セ
ンサ35の受光面の大きさは第3図に示すように中心波長
のみを検出するように(側帯波が生じた場合でもこれを
検出しない大きさに)設定されている。これは側帯波を
検出しないようにするためである。すなわち、エタロン
101と102の重ね合せが不良の状態においては側帯波が生
じ、光位置センサ35がこの側帯波を検出してしまうと重
ね合せ制御ができなくなるとともに正確な中心波長制御
も不可能になる。そこで、側帯波が生じてもこの側帯波
を検出しないように光位置センサ35の受光面の大きさが
制限されているのである。一般にエタロン101と102の重
ね合せが不良の場合には側帯波が生じるが、エタロン10
1と102の重ね合せが完全になるとほとんど側帯波は生じ
ないようにエタロン101と102は設計されている。
By the way, when PSD is used as the optical position sensor,
The size of the light receiving surface of the optical position sensor 35 of the oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301 is set so that only the center wavelength is detected as shown in FIG. Is) set. This is to prevent sideband waves from being detected. That is, the etalon
When the superposition of 101 and 102 is defective, a sideband is generated. If the optical position sensor 35 detects this sideband, superposition control cannot be performed and accurate center wavelength control cannot be performed. Therefore, the size of the light receiving surface of the optical position sensor 35 is limited so as not to detect the sideband even if the sideband occurs. Generally, when the etalons 101 and 102 are not properly superimposed, a sideband is generated.
The etalons 101 and 102 are designed such that almost no sideband occurs when the superposition of 1 and 102 is completed.

しかし、エタロン101.102の面精度、平行度が悪化し
たり、反射膜の損傷等が生じてエタロン101,102のフィ
ネスが低下すると、重ね合せが完全になっても側帯波が
生じることがある。次にこの現象について説明する。
However, if the surface accuracy and parallelism of the etalons 101 and 102 are deteriorated, or the reflection film is damaged, and the finesse of the etalons 101 and 102 is reduced, sideband waves may be generated even when the superposition is completed. Next, this phenomenon will be described.

まず、フリースペクトラルレンジの小さいエタロン10
1とフリースペクトラルレンジの大きいエタロン102とが
正常であるとする。この場合、エタロン101と102の重ね
合せが完全となると、第4図(a)に示すようにほとん
ど側帯波が生じない。しかし、面精度の劣化等によりフ
リースペクトラルレンジの大きいエタロン102のフィネ
スが低下すると、エタロン102による透過波長は幅広と
なり、このため第4図(b)に示すように複数の側帯波
が生じ、マルチ波長発振となる。また、エタロン101の
フィネスが低下した場合も同様である。
First, etalon 10 with a small free spectral range
It is assumed that 1 and etalon 102 having a large free spectral range are normal. In this case, when the etalons 101 and 102 are completely overlapped, almost no sideband is generated as shown in FIG. However, when the finesse of the etalon 102 having a large free spectral range is reduced due to deterioration of the surface accuracy or the like, the transmission wavelength of the etalon 102 becomes wider, and as a result, a plurality of sidebands are generated as shown in FIG. Wavelength oscillation occurs. The same applies when the finesse of the etalon 101 is reduced.

このようにしてレーザがマルチ波長発振となると、こ
のレーザ光を縮小投影露光用光源に用いても解像力が大
幅に低下することになる。
When the laser has multi-wavelength oscillation in this way, the resolving power is greatly reduced even if this laser beam is used as a light source for reduction projection exposure.

そこで、パワーモニタ202の出力から得られるレーザ
出力パワーと、光位置センサ35の出力から得られる中心
波長パワーとの比をCPU203によって算出し、この値が予
め決められた許容範囲内にあるか否かを常に監視するよ
うにし、許容範囲を外れた場合に波長異常信号を出力す
るように構成されている。このようにして側帯波を間接
的に検出することにより、容易に、このマルチ波長発振
の側帯波を検知することができ、この解像力の低下を検
知することが可能となる。
Therefore, the CPU 203 calculates the ratio between the laser output power obtained from the output of the power monitor 202 and the center wavelength power obtained from the output of the optical position sensor 35, and determines whether or not this value is within a predetermined allowable range. Is monitored constantly, and a wavelength abnormal signal is output when the wavelength is out of the allowable range. By indirectly detecting the sideband in this manner, the sideband of the multi-wavelength oscillation can be easily detected, and the decrease in the resolving power can be detected.

このように、この実施例では、発振中心波長および中
心波長パワー検知器301の出力と、パワーモニタ202の出
力とから、レーザ出力パワーと中心波長パワーとの比を
算出し、この比を監視することにより、側帯波が生じて
いるか否かを検出するようにしている。
As described above, in this embodiment, the ratio between the laser output power and the center wavelength power is calculated from the output of the oscillation center wavelength and center wavelength power detector 301 and the output of the power monitor 202, and this ratio is monitored. Thereby, it is detected whether or not a sideband wave is generated.

そして、ここで側帯波が検出されると、CPU203は波長
異常信号を発生する。この波長異常信号は図示しない露
光装置に送出される。
When the sideband is detected, the CPU 203 generates an abnormal wavelength signal. This wavelength abnormality signal is sent to an exposure device (not shown).

次にこの波長異常検出の動作をフローチャートを用い
て説明する。
Next, the operation of the wavelength abnormality detection will be described with reference to a flowchart.

第5図はこの実施例の装置のメインフローを示したも
のである。この動作は、まず、経過時間Tが予め設定し
た所定の時間αを経過しているか否かを判断し(ステッ
プ401)、経過していない場合は、ステップ402に移行
し、通常の制御、すなわち、パワー制御、重ね合せ制
御、中心波長制御を実行する。この通常の制御は経過時
間Tが所定の時間αに達するまで繰返される。経過時間
Tが所定の時間αに達すると、これがステップ401で判
断され、側帯波検出サブルーチン403に移行する。この
側帯波検出サブルーチン403は第6図に示される。
FIG. 5 shows a main flow of the apparatus of this embodiment. In this operation, first, it is determined whether or not the elapsed time T has passed a predetermined time α set in advance (step 401), and if not, the process proceeds to step 402, and normal control, that is, , Power control, superposition control, and center wavelength control. This normal control is repeated until the elapsed time T reaches a predetermined time α. When the elapsed time T reaches a predetermined time α, this is determined in step 401, and the process proceeds to the sideband detection subroutine 403. This sideband detection subroutine 403 is shown in FIG.

側帯波検出サブルーチン403においては、まず中心波
長パワー検知器301の出力と、パワーモニタ202の出力と
から、それぞれレーザ出力パワーPtと中心波長パワーP
λとをCPU203に読み込む(ステップ501)。
In the sideband detection subroutine 403, first, the output of the center wavelength power detector 301 and the output of the power monitor 202 are used to determine the laser output power Pt and the center wavelength power P, respectively.
is read into the CPU 203 (step 501).

次いで、CPU203においてレーザ出力パワーPtと中心波
長パワーPλの比P=Pλ/Ptを算出する(ステップ50
2)。
Next, the CPU 203 calculates a ratio P = Pλ / Pt between the laser output power Pt and the center wavelength power Pλ (step 50).
2).

そして、この比Pが予め決められた値kよりも大きい
か否かを判断し(ステップ503)、大きい場合は、異常
なしとしてこのサブルーチンを終了する。このようにし
て側帯波検出サブルーチン403が終了すると、時間Tを
0にリセットして、再びステップ401に戻る。
Then, it is determined whether or not the ratio P is larger than a predetermined value k (step 503). If it is larger, the subroutine is terminated without any abnormality. When the sideband detection subroutine 403 ends, the time T is reset to 0, and the process returns to step 401 again.

一方、前記判断ステップ503において、この比Pが予
め決められた値kよりも小さい場合は、シャッタを閉じ
(ステップ504)、波長異常信号を出力する(ステップ5
05)。
On the other hand, if the ratio P is smaller than the predetermined value k in the judgment step 503, the shutter is closed (step 504) and a wavelength abnormal signal is output (step 5).
05).

このあと、また同様にして判断ステップ401(第5
図)に戻る。
Thereafter, the determination step 401 (fifth step)
Return to figure).

このように定期的に側帯波検出サブルーチン403に移
行して側帯波の監視を行なうもので、エタロンのフィネ
スの低下によるマルチ波長発振を確実に検出することが
でき、これによりマルチ波長発振にもとづく不都合を事
前に防止することができる。なお、通常制御を行った
後、常に側帯波検出サブルーチンに移行して常に側帯波
の監視を行ってもよい。
As described above, the process periodically shifts to the sideband detection subroutine 403 to monitor the sideband, so that the multi-wavelength oscillation due to the decrease in the finesse of the etalon can be reliably detected, thereby causing an inconvenience based on the multi-wavelength oscillation. Can be prevented in advance. After performing the normal control, the process may always proceed to the sideband detection subroutine to constantly monitor the sideband.

なお、上記実施例では2枚のエタロンを用いた場合に
ついて説明したが3枚以上のエタロンを用いても同様に
構成することができる。
In the above embodiment, the case where two etalons are used has been described. However, the same configuration can be obtained by using three or more etalons.

また、上記実施例では中心波長パワーの検出に回折格
子型分光器を用いた場合について説明したが、第6図に
示すように、光ファイバ41を介して導出されるサンプル
レーザ光をモニタエタロン42の通して中心波長による干
渉光と側帯波による干渉光に分けて、光センサ43に導
き、検出するようにしてもよい。ここで、モニタエタロ
ンについては、側帯波と中心波長との差Δλsideとモニ
タエタロンのフリースペリトラルレンジFSRmonitorとが Δλside≠FSRmonitor(n=1,2,……) となるようにすることによって、中心波長による干渉光
と側帯波による干渉光とを分離することが可能である。
Further, in the above embodiment, the case where the diffraction grating type spectroscope is used for the detection of the center wavelength power has been described. However, as shown in FIG. Alternatively, the light may be divided into interference light based on the center wavelength and interference light based on the sideband, and guided to the optical sensor 43 for detection. Here, for the monitor etalon, the difference Δλside between the sideband and the center wavelength and the free peripheral range FSRmonitor of the monitor etalon are set so that Δλside ≠ FSRmonitor (n = 1, 2,...) It is possible to separate the interference light due to the wavelength and the interference light due to the sideband.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、この発明によれば、レーザの出
力パワーと、中心波長パワーとを検出し、これらの比が
許容範囲内にあるか否かを判断することにより、スペク
トル波形の異常検出をおこなうようにしているため、極
めて簡単な構成によってマルチ波長発振を確実に検出す
ることができ、これによって縮小投影露光用光源として
用いた場合の予期しない解像力の低下を防止することが
できる。
As described above, according to the present invention, the output power of the laser and the center wavelength power are detected, and it is determined whether or not the ratio is within an allowable range. Since it is performed, multi-wavelength oscillation can be reliably detected with an extremely simple configuration, and thereby an unexpected decrease in resolution when used as a light source for reduction projection exposure can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は発振中心波長および中心波長パワー検知器の詳細を示
す図、第3図は第2図に示した発振中心波長及び中心波
長パワー検知器の検知状態を示す図、第4図はこの実施
例におけるサイドピークの発生の状態を示す図、第5
図,第6図はこの実施例の動作を説明するフローチャー
ト、第7図は中心波長パワー検知器の他の例を示す図で
ある。 101,102……エタロン、103……ビームスプリッタ、200
……パワー制御系、203……CPU、204……レーザ電源、2
05……ガスコントローラ、300……波長制御系、302……
CPU、303,304……ドライバ、31,32……凹面鏡、33……
回折格子、34……回折格子型分光器、35……光位置セン
サ、36……レンズ、37……入射スリット、41……光ファ
イバ、42……モニタエタロン、43……光センサ。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing details of an oscillation center wavelength and a center wavelength power detector, and FIG. 3 is an oscillation center wavelength and a center wavelength shown in FIG. FIG. 4 is a view showing a detection state of the power detector, FIG. 4 is a view showing a state of occurrence of a side peak in this embodiment, and FIG.
FIG. 6 and FIG. 6 are flowcharts for explaining the operation of this embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing another example of the center wavelength power detector. 101,102 ... Etalon, 103 ... Beam splitter, 200
... Power control system, 203 CPU, 204 Laser power supply, 2
05 ... gas controller, 300 ... wavelength control system, 302 ...
CPU, 303, 304 …… Driver, 31, 32 …… Concave mirror, 33 ……
Diffraction grating, 34: Diffraction grating type spectroscope, 35: Optical position sensor, 36: Lens, 37: Incident slit, 41: Optical fiber, 42: Monitor etalon, 43: Optical sensor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】狭帯域発振エキシマレーザ装置において、 出力レーザ光の出力パワーを検出する出力パワー検出手
段と、 中心波長パワーを検出する中心波長パワー検出手段と、 前記出力パワー検出手段によって検出された出力パワー
と前記中心波長パワー検出手段によって検出された中心
波長パワーとの比が予め設定された許容範囲内にあるか
否かを監視することにより、レーザ光のスペクトル異常
を検出する異常検出手段と、 を具えた狭帯域発振エキシマレーザの波長異常検出装
置。
1. A narrow-band oscillation excimer laser device, comprising: an output power detector for detecting an output power of an output laser beam; a center wavelength power detector for detecting a center wavelength power; Abnormality detecting means for detecting an abnormality in the spectrum of the laser light by monitoring whether or not the ratio between the output power and the central wavelength power detected by the central wavelength power detecting means is within a predetermined allowable range; A wavelength anomaly detection device for a narrow-band oscillation excimer laser, comprising:
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