DE4139032A1

DE4139032A1 - Wellenlaengenstabilisator fuer schmalbandlaser

Info

Publication number: DE4139032A1
Application number: DE4139032A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Wakata; Atsushi Sugitatsu; Hajime Nakatani; Yasushi Minamitani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1992-06-17
Also published as: US5243614A

Description

Die Erfindung betrifft die Überwachung und/oder Stabilisie rung einer Wellenlänge eines Schmalbandlasers, insbesondere einen Wellenlängenstabilisator für einen Excimer-Laser, der einen starken Laserstrahl im UV-Bereich emittiert und dessen Wellenlänge hochpräzise und stabil sein muß, wenn er haupt sächlich für eine Kopier- und Repetiermaschine eingesetzt wird.

Fig. 22 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels des konventionellen Wellenlängenstabilisators für einen Schmal bandlaser, wie er beispielsweise in der Zeitschrift OPTICS AND LASER TECHNOLOGY, August 1986, S. 187, gezeigt ist. Dabei bezeichnen 1 einen Laserstrahl, dessen Wellenlänge zu stabi lisieren ist, 2 einen Ar-Laser, der als Bezugslichtquelle zur Kalibrierung der Laserwellenlänge dient, 3 ein Etalon, 4, 5 und 6 jeweils eine Linse zur Projektion von Interferenzrin gen, 7 die projizierten Interferenzringe, 8a und 8b jeweils einen Lichtdetektor, 9a und 9b jeweils einen Differenzver stärker, 10a und 10b jeweils eine Etalon-Steuereinheit, 11a und 11b jeweils ein piezoelektrisches Element und 12 ein Etalon zum Einengen der Bandbreite des Laserstrahls 1.

Nachstehend wird der Betrieb des oben angegebenen Wellen längenstabilisators für Schmalbandlaser beschrieben.

Der Laserstrahl 1 des Schmalbandlasers und der Laserstrahl des Ar-Lasers 2 treffen auf das Etalon 3. Beim Austritt der Strahlen aus dem Etalon 3 werden nur Strahlen mit bestimmten Winkelkomponenten ausgewählt. Wenn diese Strahlen durch die Linse 5 gehen, projizieren sie die Interferenzringe 7, die Durchmesser 2fR haben, in einer Brennebene der Linse 5 (f ist die Brennweite der Linse; R ist der Austrittswinkel des Strahls). Da jeder Laserstrahl nur eine bestimmte Winkelkom ponente hat, ist die Linse 4 vorgesehen, um den Strahl der Laserstrahlung so zu fokussieren, daß aus dem parallelen Strahl verschiedene Winkelkomponenten erzeugt werden. Diese Linse 4 kann durch eine bekannte Diffuserlinse ersetzt wer den. Die Linse 6 ist eine Vergrößerungslinse, die die Durch messer der projizierten Interferenzringe durch Verlängern der äquivalenten Brennweite vergrößert, von der angenommen wird, daß sie durch eine Kombination der Linsen 6 und 5 entsteht.

Zuerst soll das System in der oberen Hälfte der Figur be trachtet werden. Die von dem Ar-Laser 2 projizierten Inter ferenzringe werden von dem Lichtdetektor 8a aufgenommen. Dieser hat eine Lichtempfangsfläche, die in zwei Elemente unterteilt ist, und die beiden geteilten Lichtempfangsele mente sind jeweils mit dem Differenzverstärker 9a elektrisch gekoppelt. Wenn die Lage der Interferenzringe in bezug auf die Lichtempfangsfläche einseitig ist, wird am Ausgang des Differenzverstärkers 9a ein elektrisches Signal erzeugt. Auf grund des Ausgangssignals verstellt die Etalon-Steuereinheit 10a die an das piezoelektrische Element 11a anzulegende Span nung, um dadurch den Abstand zwischen den beiden das Etalon bildenden Platten zu ändern, bis die Einseitigkeit in der Po sition der Interferenzringe in bezug auf die Lichtempfangs fläche verschwindet. Infolgedessen wird der Abstand immer konstant gehalten.

Andererseits wird in dem System der unteren Hälfte der Figur der Neigungswinkel in bezug auf die optische Achse des in einem Laserresonator durch das Etalon 12 gehenden Laser strahls auf der Basis der auf den Laserstrahl zurückgehenden Interferenzringe geändert, um die Wellenlänge des Schmalband lasers auszuwählen. Dieser Vorgang wird automatisch so oft wiederholt, bis der Laserstrahl so eingestellt ist, daß er ohne Einseitigkeit auf den aus zwei Segmenten bestehenden Lichtdetektor 8b trifft.

Somit kann die Einstellung der Wellenlänge des Schmalbandla sers auf einen Sollwert dadurch erfolgen, daß (1) die Wellen länge in einem gesonderten Spektrometer überwacht wird, (2) der Lichtdetektor 8b in eine Lage bewegt wird, in der der Wert der Soll-Wellenlänge erreicht ist, und (3) dadurch die Einseitigkeit der auf den Lichtdetektor 8b projizierten Interferenzringe beseitigt wird.

Die konventionellen Wellenlängenstabilisatoren für Schmal bandlaser sind wie oben beschrieben aufgebaut und verwenden den Ar-Laser, der einen hohen Helligkeitspegel und eine Wel lenlänge mit steilem Maximum als Bezugswellenlänge hat. Sie müssen aber zur Überwachung den Spiegelabstand im Etalon exakt steuern und die Lage der Lichtempfangselemente stabil halten. Zusätzlich zu diesen Anforderungen müssen bei An wendung eines Excimer-Lasers als Schmalbandlaser, dessen Wellenlänge sich erheblich von der eines Ar-Lasers unter scheidet, die auf die Wellenlängenunterschiede zurückgehenden Änderungen der Brechzahlen exakt unter Kontrolle gehalten werden, und das gleiche gilt für Änderungen der Umgebung wie der Temperatur, des Drucks und dergleichen. Diese Wellenlän genstabilisatoren sind also manchmal insofern nachteilig, als sie nicht in der Lage sind, die Wellenlänge des Excimer- Lasers auf eine Wellenlänge des gewünschten Werts einzustel len, und zwar auch dann nicht, wenn die Interferenzringe in die vorbestimmte Lage gebracht werden. Ferner kann die Wellenlänge des Excimer-Lasers nach der Verstellung manchmal von der Soll-Wellenlänge abweichen, was von der Änderung der Umgebungsbedingungen abhängt.

Um also die Soll-Wellenlänge des Excimer-Lasers zu verschie ben, muß ein gesondertes hochpräzises Spektrometer verwendet werden. Um ferner den auf die Änderung der Umgebung zurückge henden Einfluß zu verringern, muß das der Überwachung dienen de Etalon in einem thermostatischen Behälter untergebracht sein.

Bei der Wellenlängen-Steuereinrichtung gemäß der ungeprüften JP-Patentveröffentlichung 64-22 086 (Tokkai-Sho) werden die durch die Bezugslichtquelle erzeugten Interferenzringe zur Koinzidenz mit den vom Excimer-Laser erzeugten Interferenz ringen gebracht, bzw. beide werden so gesteuert, daß sie vorbestimmte Abstände voneinander haben. Aber auch bei dieser Vorrichtung muß die Umgebung des Etalons konstantgehalten werden, denn selbst wenn die Lage der Interferenzringe stabil gehalten wird (gleiche Größe und Position), kann die Wellen länge abweichen, wenn das der Überwachung dienende Etalon einer Änderung unterliegt.

Nachstehend wird der Stand der Technik hinsichtlich weiterer Wellenlängen-Überwachungseinrichtungen erörtert.

Fig. 23 zeigt schematisch ein Beispiel des konventionellen Wellenlängen-Überwachungsmechanismus für Schmalbandlaser gemäß dem Abstract for CLEO Proceedings (CLEO 1989, THU 4). In Fig. 23 bezeichnet 101 einen Laserstrahl des Schmalband- Impulslasers, 102 ein Etalon zur Überwachung der Wellenlänge, 103 eine Linse, 104 einen Bildwandler, 105 einen Wellenlän genmonitor, 106 eine Steuereinheit und 107 ein Etalon zum Einengen der Bandbreite des Lasers.

Nachstehend wird der Betrieb des so ausgelegten konventionel len Wellenlängen-Überwachungsmechanismus erläutert. Zur Ver ringerung der Schwankungen der Wellenlänge des Schmalband-Im pulslasers wird ein Teil des Laserstrahls 101 in den Wellen längenmonitor 105 eingeführt. Dieser umfaßt das Etalon 102 als sein spektrometrisches Element und hat die Funktion, die Komponenten mit den bestimmten Einfallswinkeln auszuwählen. Der Laserstrahl, der das Etalon 102 durchsetzt hat, wird in der Linse 103 kollimiert und erzeugt Interferenzringe, die aus konzentrischen Kreisen bestehen, in der Brennebene der Linse 103. Wenn die Wellenlänge des Lasers schwankt, ändern sich die konzentrischen Kreise, die die Interferenzringe bil den, dementsprechend. Somit kann die Laserwellenlänge durch Überwachung der Durchmesseränderung kontrolliert und so ein gestellt werden, daß der Ist-Durchmesser einen bestimmten vorgegebenen Wert erhält.

In den meisten Fällen wird zur Messung des Durchmessers der eindimensionale Bildwandler 104 verwendet. Ein solcher Bild wandler besteht aus einigen hundert bis zu einigen tausend Lichtempfangselementen wie etwa Fotodioden, die auf einer Geraden ausgerichtet sind, und kann ein räumlich verteiltes Lichtstärkeprofil in ein elektrisches Signal der Lichtstärke verteilung umwandeln, indem sequentiell jedes der von jeder Fotodiode aufgenommenen Lichtstärkesignale gelesen wird.

Fig. 24 ist ein Beispiel für ein Diagramm des Lichtstärkever teilungsprofils, das aus den Interferenzringen abgeleitet ist, die von einem Bildwandler mit 1024 Kanälen aufgenommen und in einem Oszilloskop beobachtet wurden. Die Größe bzw. der Abstand zwischen jeder Fotodiode bzw. jedem Bildwandler element beträgt 25 µm, und die Gesamtlänge des Bildwandlers beträgt 25,6 mm. Da für jedes Bildwandlerelement eine Gruppe von Impulssignalen erzeugt wird, wird jede Einheit des Si gnalauslesesystems für jedes Bildwandlerelement, das norma lerweise ein Lichtempfangselement wie eine Fotodiode ist, als Kanal bezeichnet. Durch jeweils im Abstand von 4 µs erfolgen des sequentielles Auslesen eines Kanals kann der Bildwandler mit der Länge von 25,6 mm das Lichtstärkeverteilungssignal, das aus den auf ihn projizierten Interferenzringen abgeleitet ist, in einem Zeitraum von 4,0996 ms ausgeben. Fig. 24 ist das Lichtstärkeverteilungsprofil, das durch die beschriebene Verarbeitung erhalten wurde, wobei die räumliche Lage auf dem Bildwandler auf der Abszisse, d. h. der Zeitachse des Oszil loskops, aufgetragen ist.

Die Signalverläufe von Fig. 25 zeigen eine zeitliche Bezie hung zwischen dem Laserimpuls, dem von dem Schmalband-Impuls laser erzeugten Signal und dem vom Bildwandler ausgelesenen Lichtstärkesignal. Dabei bezeichnet die obere Wellenform den Zeitpunkt des Auftretens des Laserimpulses, die mittlere Wel lenform bezeichnet den Zeitpunkt des Auftretens eines Triggersignals, das den Beginn des Lesevorgangs durch den Bildwandler anzeigt, und die untere Wellenform enthält die Lichtstärkeverteilungsprofile, die aus den auf dem Oszillo skop erscheinenden Interferenzringen abgeleitet sind.

Der Lesevorgang durch den Bildwandler beginnt mit dem Triggersignal und ist nach Ablauf von 4,096 ms beendet. Da nach werden die Interferenzringe auf dem Bildwandler 104 gebildet. Das Auslesen des aus den Interferenzringen abgelei teten Lichtstärkeverteilungsprofils beginnt mit der Ankunft des nachfolgenden Triggersignals. In dem in Fig. 25 gezeigten Fall kann das aus den Interferenzringen abgeleitete Licht stärkesignal bei jedem Triggersignal ausgelesen werden. Dabei ist ein erstes Triggersignal ein Rücksetzimpuls, der die Aus gabe der elektrischen Ladung, die im Bildwandler durch Be lichtung mit dem Streulicht akkumuliert wurde, während einer Pause des Laserimpulses erzwingt. Die eigentliche Messung beginnt mit dem anschließenden Triggersignalimpuls. In der Figur als Belichtungsperioden A und B bezeichnete Perioden entsprechen den Belichtungsperioden A und B an beiden Enden des Bildwandlers 104 (Fig. 23). Kanal A liefert das Signal unmittelbar nach der Eingabe des Rücksetzimpulses und wird weiter belichtet, bis der nächste Triggerimpuls ankommt. Kanal B liefert das Signal nach Ablauf von 4,096 ms seit der Eingabe des Rücksetzimpulses und wird nach der Ankunft des anschließenden Triggerimpulses weiter für 4,096 ms belichtet. In dieser Figur ist in jeder Belichtungsperiode A und B je weils nur ein Laserimpuls gezeigt.

Die so erhaltenen Interferenzringe werden in einer CPU in der Steuereinheit 106 arithmetisch verarbeitet und ausgelesen zum Erhalt von Durchmessern. Auf der Basis dieser Verarbeitung wird das in einem Laserresonator vorgesehene weitere Etalon 107 so gesteuert, daß die Wellenlänge des Impulslasers stabi lisiert wird.

Wenn bei der beschriebenen Auslegung des konventionellen Wel lenlängenüberwachungssystems die Frequenz des Impulslasers 250 Hz überschreitet, wird die Periode des Laserimpulses so mit kürzer als 4 ms und daher kürzer als die Periode zum Aus lesen. Infolgedessen ist das konventionelle Wellenlängenüber wachungssystem insofern nachteilig, als es nicht in der Lage ist, die Schwankung der Wellenlänge der Laserstrahlung für jeden Laserimpuls zu messen.

Wenn nämlich der Laser und der Bildwandler mit der zeitlichen Einstellung gemäß den Signalverläufen der Fig. 26 arbeiten, tritt der Nachteil auf, daß ein fehlerhaftes Lichtstärkever teilungsprofil erzeugt werden könnte, da die Frequenz der Laserschwingung während einer bestimmten Belichtungsperiode für einen gegebenen Kanal des Bildwandlers von derjenigen während der anderen Belichtungsperiode verschieden ist.

Beispielsweise bezeichnet eine Periode A in Fig. 26 die Be lichtungsperiode des ersten Kanals, während eine Periode B die Belichtungsperiode des 1024-ten Kanals des Bildwandlers bezeichnet. Im gezeigten Fall umfaßt die Periode A nur einen Laserimpuls, wogegen die Periode B zwei Laserimpulse umfaßt. Somit erscheint die erste Hälfte eines aus den Interferenz ringen abgeleiteten Signals, das das Lichtstärkeverteilungs profil anzeigt, auf einer niedrigeren Grundlinie, während die zweite Hälfte auf einer höheren Grundlinie erscheint bzw. umgekehrt. Daher treten diskrete Punkte bzw. Stufenpunkte F und F′ zwischen beiden Hälften des Lichtstärkesignals auf. Somit kann das konventionelle Wellenlängenüberwachungssystem hin und wieder zu einem Fehler bei der Bestimmung der Wellen länge führen.

Nachstehend wird eine andere bekannte Wellenlängenüberwa chungseinrichtung im einzelnen beschrieben. Fig. 27 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel der konventionellen Überwa chungsoptik zur Stabilisierung der Wellenlänge, beispiels weise gemäß "Wavelength Stabilization and Control of Pulsed or CW Tunable Dye Lasers: A Simple Scheme", Appl. Opt. 26, 3659 (1987). In der Figur bezeichnet 201 ein Fabry-Perot- Etalon vom Luftspalttyp (nachstehend kurz als FP bezeichnet), das allgemein aus zwei parallel angeordneten Glasplatten mit Vielfachreflexionsschichten besteht, deren Spaltabstand durch eine Vielzahl von Abstandselementen konstantgehalten wird und mit einem Inertgas ausgefüllt ist. 207 ist ein einfallender Strahl eines frequenzstabilisierten Einmoden-HeNe-Lasers (633 nm), und 223 ist ein einfallender Strahl eines Farb stofflasers mit einer Wellenlänge um 500 nm, dessen Wellen länge zu stabilisieren ist. 209 bezeichnet Interferenzringe, die auf eine Brennebene projiziert sind, die sich in einer Brennweite f von einer Linse 222 befindet. 210 ist ein Linearbildwandler, 211 ist eine Diffuserlinse, und 222 ist eine achromatische Fourier-Transformation-Konvexlinse (nach stehend kurz als achromatische FT-Linse bezeichnet) mit der Brennweite f, die für beide Strahlungen der Wellenlängen von 500 nm und 633 nm achromatische Funktion hat.

Nachfolgend wird der Betrieb dieser konventionellen Wellen längenüberwachungseinrichtung beschrieben. Wenn der einfal lende Strahl 207 auf die Diffuserlinse 211 trifft, erhält jede in dem einfallenden Strahl 207 vorhandene Wellenlängen komponente eine Vielzahl von Winkelkomponenten durch die Diffuserlinse 211, und nur eine spezielle Winkelkomponente der jeweiligen Wellenlängenkomponenten geht durch das FP 201. Jede Wellenlängenkomponente wird von der achromatischen Linse 222 gesammelt und erzeugt an einer Position der Brennweite f der achromatischen FT-Linse Interferenzringe 209. Wenn jedoch diese achromatische Linse 222 verwendet wird, ist ihre Brenn weite für den einfallenden Strahl des Farbstofflasers 223 mit der Wellenlänge um 500 nm und denjenigen des HeNe-Lasers 207 mit der Wellenlänge von 633 nm verschieden. Die Differenz liegt im Bereich des Beobachtungsfehlers, und die Brennweiten können ohne weiteres als "f" für diese beiden einfallenden Strahlen gemeinsam angesehen werden. Nach dem vorgenannten Prinzip werden die relativen Lagen der beiden Interferenz ringabbildungen des Farbstofflasers und des HeNe-Lasers in einer stabilen Beziehung gehalten. Durch Stabilhalten der räumlichen Beziehung zwischen den Durchmessern dieser beiden Arten von Interferenzringen wird die Stabilisierung der Wellenlänge des Farbstofflaserstrahls 223 realisiert, und zwar auf der Basis eines Standards, der aus der Wellenlänge des HeNe-Lasers abgeleitet ist.

Heute muß der Laserstrahl eines Excimer-Lasers ein Linien spektrum innerhalb des zulässigen Bereichs von einigen pm (10^-12 m) haben, wenn er in der Mikrolithographie zur Her stellung eines Wafers einer LSI-Schaltung eingesetzt wird. Hierzu sei beispielsweise auf Kanti Jain "Excimer Laser Lithograph", veröffentlicht von SPIE Optical Engineering Press, 1990, Bezug genommen. Da die spektrale Bandbreite der selbsterregten Schwingung des Lasers ursprünglich im Bereich von 2-3 pm (10^-12 m) liegt, ist ein um eine Stelle kleinerer Wert für die stabilisierte Mittenwellenlänge nach Subtraktion dieser spektralen Bandbreite erforderlich. Daher müssen die Beobachtungsgenauigkeit und die Stabilität des Wellenlängen überwachungssystems ebenfalls in der Größenordnung von pm (10^-12 m) oder besser sein.

Bei dem in der vorgenannten Schrift angegebenen Beispiel liegt die vom Verfasser gewünschte Genauigkeit nur in der Größenordnung von 10 pm, was weit unter derjenigen nach der vorliegenden Erfindung liegt. Daher sind die Anforderungen an die Genauigkeit in bezug auf die jeweiligen Komponenten bei diesem Stand der Technik weniger streng und vollständig ver schieden sowie erheblich geringer als bei der vorliegenden Erfindung. Aber auch im Fall dieses bekannten Systems, bei dem eine Genauigkeit in der Größenordnung von 10 pm beabsich tigt ist, ist eine Temperaturüberwachung der Komponenten in der Größenordnung von ± 1°C erforderlich. Daraus ist ohne weiteres zu schließen, daß eine Temperaturüberwachung in der Größenordnung von mehreren 1/100 Grad notwendig ist, um eine Genauigkeit in der Größenordnung von unter 10^-12 zu gewähr leisten, indem der auf die thermisch bedingte Verzerrung des Etalons zurückgehende Fehler berücksichtigt wird.

Wie in der Druckschrift beschrieben ist, ist es daher allge mein üblich, eine Bezugslichtquelle zum Zweck der Kalibrie rung zu verwenden und die Wellenlänge des Bezugslichtstrahls direkt mit der Wellenlänge des Schmalbandlaserstrahls durch ein Etalon zu vergleichen. Wenn jedoch eine Kalibrierung der Wellenlänge eines KrF-Lasers unter Verwendung des HeNe-Lasers beabsichtigt ist, wie in der Veröffentlichung angegeben, kann die Brennweite f der Linse bei verschiedenen Wellenlängen der beiden Strahlen verschieden sein, weil die achromatische Funktion der FT-Linse nicht ausreicht (in diesem Zusammenhang ist zu sagen, daß eine perfekte achromatische Linse nicht erhalten werden kann, weil bevorzugte Materialien für die Linse im UV-Bereich praktisch nicht verfügbar sind). Somit weist die bekannte Wellenlängenüberwachungseinrichtung den Nachteil auf, daß sie die Messung und/oder Einstellung der Wellenlänge nicht genügend mit einer Genauigkeit in der Grö ßenordnung von pm (10^-12 m) oder besser durchführen kann, weil entweder das eine oder die beiden projizierten Bilder unscharf werden, so daß es nicht möglich ist, korrekte Inter ferenzringe 209 zu projizieren.

Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, eine Niederdruck-Queck silberlampe mit einer Wellenlänge von 254 nm oder eine Hohl kathodenlampe mit Eisendampf einer Wellenlänge von 248 nm in einer Wellenlängenstabilisierungseinrichtung zur Stabilisie rung der Wellenlänge von 248 nm des Schmalband-KrF-Excimer- Lasers zu verwenden, aber dabei ergibt sich das folgende Pro blem: Dieser Vorschlag ist für die oben beschriebene Messung und/oder Überwachung mit einer Genauigkeit in der Größenord nung von Sub-pm (10^-13 m oder noch strenger) immer noch unzu reichend, weil solche Bezugslichtquellen selbst eine spek trale Bandbreite von etwa einigen 10^-12 m haben.

Die Erfindung dient der Beseitigung der oben aufgeführten Nachteile der konventionellen Einrichtungen. Aufgabe der Er findung ist die Bereitstellung eines Wellenlängenstabilisa tors für einen Schmalbandlaser, wobei die Ist-Wellenlänge ungeachtet von umgebungsmäßigen Änderungen jederzeit stabil auf der Soll-Wellenlänge gehalten werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sollen die Nach teile beseitigt werden, die dem konventionellen Wellenlängen- Überwachungsmechanismus für Schmalbandlaser innewohnen; ein Vorteil der Erfindung besteht dabei in der Bereitstellung eines Wellenlängenüberwachungsmechanismus, der beim Lesen der Wellenlänge bei einem Impulslaser hoher Frequenz ein hohes Genaugkeitsniveau hat.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sollen die Nachteile der konventionellen Wellenlängenüberwachungseinrichtung über wunden und die ihr eigenen Unzulänglichkeiten beseitigt wer den; dabei besteht ein Vorteil der Erfindung in der Bereit stellung eines Wellenlängenstabilisators für Schmalbandlaser mit einer Stabilität der Mittenwellenlänge in der Größenord nung von pm (10^-12 m) oder besser.

Gemäß der Erfindung wird ein Wellenlängenstabilisator für Schmalbandlaser angegeben, wobei eine Schwingungswellenlänge eines Excimer-Lasers gemessen wird unter Nutzung von Inter ferenzringen, die durch Leiten des Excimer-Laserstrahls durch ein Etalon erhalten sind, und wobei die Schwingungswellen länge des Schmalbandlasers auf der Basis der Meßergebnisse überwacht wird, wobei der Wellenlängenstabilisator aufweist: eine Bezugslichtquelle zur Kalibrierung der Schwingungswel lenlänge, eine Einrichtung zum Messen der Durchmesser der Interferenzringe, die durch den Laserstrahl der Bezugslicht quelle zur Kalibrierung erhalten sind, und eine Einrichtung zum Messen der Durchmesser der Interferenzringe, die durch den Laserstrahl des Excimer-Lasers erhalten sind; dabei ist der Wellenlängenstabilisator dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist: eine Recheneinheit zum Verarbeiten von aus der Messung der Durchmesser abgeleiteten Parametern und von aus der Soll-Wellenlänge des Lasers abgeleiteten Parametern, und eine Steuereinheit zur Steuerung der Schwingungswellenlänge des Excimer-Lasers in solcher Weise, daß diese Parameter übereinstimmen.

Bei dem obigen Wellenlängenstabilisator für Schmalbandlaser kann die Bezugslichtquelle bevorzugt eine Wellenlänge in einem solchen Bereich haben, daß der Zahl der signifikanten Stellen der Brechzahl genügt ist, die der gewünschten Genau igkeit der Wellenlänge des Schmalbandlasers entspricht.

Bei diesem Wellenlängenstabilisator für Schmalbandlaser kann das Etalon bevorzugt hermetisch in einem Behälter angeordnet sein, der seinerseits in einem thermostatischen Behälter mit einem Filter zur Absorption von sichtbarem Licht angeordnet ist.

Bei dem Wellenlängenstabilisator gemäß der Erfindung für Schmalbandlaser (15/5) werden die Durchmesser der von der Bezugslichtquelle zur Kalibrierung erzeugten Interferenzringe und die Durchmesser der von dem Excimer-Laser erzeugten In terferenzringe gemessen. Dann werden Parameter, die aus den Ergebnissen der Messungen der vorgenannten beiden Gruppen von Durchmessern gewonnen sind, sowie Parameter, die aus der Soll-Wellenlänge abgeleitet sind, arithmetisch verarbeitet und verglichen. Dann wird die Schwingungswellenlänge des Excimer-Lasers in solcher Weise gesteuert, daß diese Para meter miteinander koinzident sind.

Der Wellenlängenstabilisator nach der Erfindung für Schmal bandlaser ist also insofern vorteilhaft, als auch sehr ge ringfügige Änderungen der Anordnung des optischen Systems für den Wellenlängenstabilisiermechanismus sowie Änderungen in der Umgebung die Bestimmung der Wellenlänge des Excimer- Lasers nicht nachteilig beeinflussen.

Eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge, die der Wellenlänge des Excimer-Lasers angenähert ist, wird als Bezugslichtquelle zur Kalibrierung verwendet, um eine hohe Meßgenauigkeit zu erzielen. @15/15 Selbst wenn also in der Umgebung (Temperatur und Druck) des zur Wellenlängenüberwachung verwendeten Eta lons eine Änderung eintritt, ist ein Fehler bei der Bestim mung der Wellenlänge, der auf die Änderung der Brechzahl zu rückzuführen ist, auf einen sehr kleinen Wert begrenzt. In folgedessen kann die Wellenlänge des Excimer-Lasers mit akzeptabler Genauigkeit auf der Soll-Wellenlänge gehalten werden.

Gemäß dem obenerwähnten weiteren Aspekt der Erfindung ist bei dem Wellenlängenmonitor für einen Schmalbandlaser die Bildwandlereinheit in eine Vielzahl von Bildwandlern unter teilt und weist eine Einrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen diesen auf. @B[12] Bei der obengenannten Wellenlän genüberwachungseinrichtung für Schmalbandlaser ist die Bild wandlereinheit in eine Vielzahl von Bildwandlern unterteilt, und der Abstand zwischen diesen ist verstellbar. Die Wel lenlängenüberwachungseinrichtung bietet also den Vorteil, daß sie nur diejenigen Teile der Interferenzringe lesen kann, die zur Messung der Durchmesser der Interferenzringe gerade not wendig sind, wodurch die zum Lesen erforderliche Zeitdauer verkürzt wird. Das geschieht, indem jeder Bildwandler an einer Position vorgesehen ist, die zur Beobachtung der not wendigen Interferenzringe am besten geeignet ist. Außerdem bietet die Wellenlängenüberwachungseinrichtung den weiteren Vorteil, daß sie die Wellenlänge auch dann lesen kann, wenn die Frequenz des Lasers einen hohen Pegel annimmt.

Gemäß einer modifizierten Version des obengenannten weiteren Aspekts der Erfindung umfaßt die Wellenlängenüberwachungs einrichtung für Schmalbandlaser folgendes: eine Einrichtung zur Auswahl eines bestimmten Kanals aus der Vielzahl von aus Lichtaufnahmeelementen bestehenden Kanälen, die in der Bild wandlereinheit vorgesehen sind, und Lesen des auf dem ausge wählten Kanal befindlichen Lichtstärkesignals.

Bei der oben angegebenen Wellenlängenüberwachungseinrichtung für ([25]) Schmalbandlaser ist die Bildwandlereinheit mit einer Einrichtung zur Auswahl eines speziellen in der Bild wandlereinheit vorhandenen Kanals und zum Auslesen der auf dem ausgewählten Kanal befindlichen Information versehen. Daher ist die Wellenlängenüberwachungseinrichtung auch inso fern vorteilhaft, als sie nur diejenigen Teile der Interfe renzringe auslesen kann, die zur Messung ihrer Durchmesser gerade erforderlich sind, und dadurch die zum Auslesen be nötigte Zeit verkürzt werden kann.

Gemäß einer weiteren modifizierten Version des vorgenannten Aspekts der Erfindung ist bei der Wellenlängenüberwachungs einrichtung für Schmalbandlaser das Intervall zum Lesen des Bildwandlers so lang wie ein ganzzahliges Vielfaches des Periodenintervalls der Impulslaserschwingung gewählt.

Bei der obengenannten Wellenlängenüberwachungseinrichtung für ([26]) Schmalbandlaser ist das Intervall zwischen den Lesebefehlen für ihre Bildwandlereinheit so lang wie ein ganzzahliges Vielfaches des Intervalls zwischen den Schwin gungsimpulsen des Impulslasers. Aufgrund der vorgenannten Konfiguration wird die Anzahl der in einer Belichtungsperiode des ersten Kanals des Bildwandlers auftretenden Laserimpulse immer gleich der Anzahl von Impulsen gemacht, die in einer Belichtungsperiode des letzten Kanals des Bildwandlers auf treten. Daher bietet die Wellenlängenüberwachungseinrichtung den Vorteil, daß jeder diskrete Punkt des durch die Meßwerte gegebenen Lichtstärkeverteilungsprofils effektiv eliminiert und somit die Meßgenauigkeit verbessert werden kann.

Gemäß dem vorgenannten anderen Aspekt der Erfindung wird bei der Wellenlängenüberwachungseinrichtung zur Stabilisierung der Mittenwellenlänge des Schmalbandlasers für die Abstands halter in dem Fabry-Perot-Etalon ein Material mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 5·10^-5 oder kleiner wie etwa ZERODUR (Wz eines von Schott herge stellten Glaskeramikmaterials) verwendet, wobei das FP-Etalon in einem hochgasdichten Behälter angeordnet und eine Ein richtung vorgesehen ist, die die Temperatur des Etalons in nerhalb eines Schwankungsbereichs von ±5° hält.

Bei dieser Wellenlängenüberwachungseinrichtung kann eine gesonderte Bezugslichtquelle bevorzugt als Mittel zur Prüfung der Stabilität der eingestellten Wellenlänge verwendet wer den. Bevorzugt ist die Bezugslichtquelle eine hochstabile Lichtquelle mit schmalem Spektrum, beispielsweise ein wellen längenstabilisierter HeNe-Laser. Um ferner die Bezugslicht quelle optimal zu nutzen, kann der zur Bildung der Inter ferenzringe dienende Spalt des FP mit Schichten versehen sein, die ein ausreichend hohes Reflexionsvermögen für die Wellenlänge sowohl des Schmalband-Excimer-Lasers als auch des HeNe-Lasers haben. Das optische System zur Projektion der Interferenzringabbildungen kann bevorzugt aus achromatischen Linsen hoher Genauigkeit oder reflektierenden optischen Bau elementen ohne chromatische Aberration sowie einer Einrich tung zum Treiben des Bildwandlers bestehen. Das optische System und das FP werden bevorzugt einer Anfangsjustierung unterzogen, wobei wenigstens eines der Maxima der fokussier ten Interferenzringe und ihr auf die Strahlen des Excimer- und des HeNe-Lasers zurückgehendes Gesamtbild in einem Be reich erscheinen können, in dem die gleichzeitige Beobachtung durch das optische System möglich ist.

Bei diesem Wellenlängenstabilisator für Schmalbandlaser ist der zulässige Bereich für die Temperaturabweichung dadurch erweitert, daß ein FP vom Luftspalttyp und ein Material mit kleinem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material für die Abstandselemente in dem FP verwendet werden. Zusätzlich werden die Abweichungen der Brechzahl des FP da durch eliminiert, daß das FP in einem gasdichten Behälter hermetisch angeordnet ist. Als Ergebnis dieser Maßnahmen bie tet der gemäß diesem Aspekt der Erfindung aufgebaute Wellen längenstabilisator die Vorteile, daß die Ergebnisse der Mes sungen durch das Überwachungs-FP unabhängig von den Umge bungsbedingungen gemacht werden und daß das FP als Wellenlän genkriterium verwendet werden kann.

Durch Auslegen des Wellenlängenstabilisators mit einer Be zugslichtquelle mit einem stabilen und scharfen Linien spektrum, mit einem FP mit Reflexionsschichten, deren Re flexionsvermögen für die Laserstrahlen beider Wellenlängen ausreicht, und mit einem zweckmäßigen optischen System sowie aufgrund der Durchführung einer geeigneten Anfangsjustierung ist es nunmehr möglich, die Mittenwellenlänge eines Schmal bandlasers mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von pm (10^-12 m) oder besser zu messen, was bisher nicht erreicht werden konnte.

Bei einer modifizierten Version des vorgenannten Aspekts der Erfindung wird als Bezugslichtquelle ein wellenlängenstabili sierter Einmoden-HeNe-Laser mit einer wirksamen spektralen Bandbreite mit einer Wellenlängenstabilität in der Größenord nung von 0,004 pm verwendet. Außerdem ist dabei ein optisches System so angeordnet, daß sowohl die auf den HeNe-Laser als auch die auf den Schmalbandlaser zurückgehenden Interferenz ringe gleichermaßen auf einen Bereich des Bildwandlers mit einer geeigneten Vergrößerung projizierbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels eines Wellenlängenstabilisators für Schmal bandlaser;

Fig. 2a und 2b Diagramme einer Lichtstärkekurve, die aus den mit dem Ausführungsbeispiel erhaltenen Interferenzrin gen abgeleitet ist;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Betrieb und die Funk tionsweise des Wellenlängenstabilisators für Schmalbandlaser gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3A bis 3C Flußdiagramme, die den Betrieb und die Funktions weise bei Anwendung eines aus den Interferenzringen abgeleiteten Parameters bei dem Wellenlängenstabi lisator gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigen;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strah lungswellenlänge und der Brechzahl zeigt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Referenzlampe zur Kalibrierung, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 6 ein Diagramm, das ein Lichtstärkeprofil einer Niederdruck-Quecksilberlampe und eine Bandbreite ihrer Wellenlänge zeigt;

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Wellenlängensta bilisators für Schmalbandlaser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Wellenlängenüber wachungseinrichtung für Schmalbandlaser entspre chend einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Bildwandlereinheit der Wellenlängenüberwachungseinrichtung des Aus führungsbeispiels von Fig. 8;

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer Bildwandlereinheit der Wellenlängenüberwachungseinrichtung eines Aus führungsbeispiels gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung;

Fig. 11 Signalverläufe, die die zeitliche Beziehung zwi schen den Laserimpulsen, Triggerimpulsen und dem Lichtstärkesignal zeigen, wobei der gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung durchgeführte Betrieb verdeutlicht wird;

Fig. 12 ein Flußdiagramm, das den Betrieb und die Funk tionsweise unter Anwendung eines aus den Inter ferenzringen abgeleiteten Parameters bei dem Wel lenlängenstabilisator für Schmalbandlaser gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 zeigt;

Fig. 13 und 14 jeweils eine schematische Ansicht eines optischen Systems in einer Wellenlängenüberwachungsein richtung für Schmalbandlaser gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel nach dem fünften Aspekt der Er findung;

Fig. 15 ein Diagramm von Lichtstärkeverteilungsprofilen, die aus den auf KrF- und HeNe-Laser zurückgehenden Interferenzringen abgeleitet sind;

Fig. 16 bis 21 jeweils eine schematische Ansicht eines optischen Systems als Alternativen zu den optischen Systemen der Fig. 13 und 14;

Fig. 22 eine schematische Ansicht eines Beispiels des konventionellen Wellenlängenstabilisators für Schmalbandlaser;

Fig. 23 eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels des konventionellen Wellenlängenstabilisators für Schmalbandlaser;

Fig. 24 ein Diagramm eines Lichtstärkeverteilungsprofils aus Interferenzringen, die von einem Bildwandler in der konventionellen Einrichtung von Fig. 23 erhalten wurden;

Fig. 25 und 26 jeweils Signalverläufe, die die zeitliche Beziehung zwischen den Laserimpulsen, den Triggerimpulsen und dem Lichtstärkesignal zeigen; und

Fig. 27 eine schematische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel der konventionellen Wellenlängenüberwa chungseinrichtung für Schmalbandlaser zeigt.

Beispiel 1

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Aus führungsbeispiels des Wellenlängenstabilisators für Schmal bandlaser. Danach durchläuft ein Objektlaserstrahl 1, dessen Wellenlänge zu stabilisieren ist, einen Lichtleiter 14 und einen lichtdurchlässigen Teil einer Niederdruck-Quecksilber lampe 2 zu einem Etalon 3. Die Quecksilberlampe 2 dient als Bezugslichtquelle zur Kalibrierung der Laserwellenlänge. Das Etalon 3 besteht aus einem Paar von Glasplatten, die jeweils eine Reflexionsschicht tragen und im wesentlichen parallel angeordnet sind, wobei zwischen ihnen ein sehr kleiner Spalt mittels einer Mehrzahl (üblicherweise drei) von Abstandshal tern, die entlang dem Umfang der Platten vorgesehen sind, vorhanden ist. Die effektive Dicke der Abstandshalter kann beispielsweise durch piezoelektrische Elemente oder durch mit Schrittmotoren gekoppelte Gewindestäbe feineingestellt wer den. Alternativ kann der Spalt konstantgehalten und die Dich te des hermetisch in dem Spalt eingeschlossenen Gases geän dert werden, um die Charakteristiken des Etalons feineinzu stellen. Das aus dem Etalon 3 austretende Licht durchläuft eine Sammellinse 5 und eine Vergrößerungslinse 6, wodurch Interferenzringe projiziert und der Interferenzring auf dem Bildwandler 13 gebildet wird. Das elektrische Ausgangssignal des Bildwandlers 13 wird einer Interferenzring-Analysator einheit 15 zugeführt. 16 ist eine zentrale Steuereinheit, und 17 ist eine Etalon-Steuereinheit, d. h. eine Einheit, die ein Signal erzeugt, um die zur Feineinstellung des Etalons 3 vor gesehene Einrichtung anzutreiben.

Nachstehend wird der Betrieb dieses Wellenlängenstabilisators erläutert.

Wenn der durch den Lichtwellenleiter 14 geleitete Laserstrahl 1 des Excimer-Lasers und das Licht von der Niederdruck-Queck silberlampe 2 durch das Etalon 3 gehen, werden sie zu Strah len mit einem bestimmten Einfallswinkel. Die Strahlen werden von der Sammellinse 5 gesammelt und von der Vergrößerungslin se 6 vergrößert, und dann werden sie auf den Bildwandler 13 projiziert, um die Interferenzringe zu erzeugen. Das Diagramm von Fig. 2 zeigt Lichtstärkeverteilungsprofile, die aus den Interferenzringen gewonnen sind, die als Ausgangssignale am Bildwandler 13 auftreten, wobei (A) die auf den Excimer-Laser zurückgehenden Interferenzringe und (B) die auf die Quecksil berlampe zurückgehenden Interferenzringe bezeichnet. Diese Interferenzringe werden durch Zünden und Löschen entweder des Excimer-Lasers oder der Quecksilberlampe erhalten.

In Fig. 2 bezeichnen D_L bzw. D_H die Durchmesser der auf den Excimer-Laser bzw. auf die Quecksilberlampe zurückgehenden Interferenzringe. Nach jedem Lehrbuch der Optik (z. B. von Born + Wolf: Principle of Optics) soll die folgende Gleichung an einem Durchmesser D eines Interferenzrings aufgestellt werden:

D² = 4λf²(p-1+e)/n×d (1)

wobei λ eine Wellenlänge und n·d eine optische Weglänge des Zwischenraums des Etalons bezeichnen, p bedeutet, daß die Gleichung an dem p-ten Interferenzring vom Mittelpunkt der optischen Achse aufgestellt werden kann, und e eine als ge brochene Ordnung bezeichnete Zahl ist. Der Wert e wird von den Erfindern zur Überwachung der Wellenlänge hier erstmals vorgeschlagen und eingeführt.

Wenn der Bildwandler 13 so angeordnet ist, daß er die Durch messer einer Vielzahl von Interferenzringen messen kann, kann die Interferenzring-Analysatoreinheit 15 den Wert der gebro chenen Ordnung e durch arithmetisches Verarbeiten der Meßer gebnisse wie folgt bestimmen:

e = [{D(P=2)/D(P=1)}²-1]^-1 (2).

Andererseits kann e_L (der Wert e für den Excimer-Laser) für die gewünschte Wellenlänge λ des Excimer-Lasers auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet werden:

wobei m die Ordnungszahl des Interferenzrings für die spe zielle Wellenlänge und n die Brechzahl bezeichnet, deren Suffix H bzw. L der Unterscheidung dient, ob die Brechzahl der Quecksilberlampe oder die des Excimer-Lasers gemeint ist. Ferner bezeichnet e_H einen Wert, der aus der Gleichung (2) durch Verarbeitung des Meßergebnisses der von der Quecksil berlampe erzeugten Interferenzringe gebildet wurde.

Wenn daher als Einrichtung zum Messen der Interferenzringe und zum Ermöglichen der Messung einer Vielzahl von Interfe renzringen ein handelsüblicher Bildwandler 13 verwendet wird, wird die Steuerung der Ist-Wellenlänge des Schmalbandlasers auf einen Soll-Schmalbandwert ohne die Verwendung eines ge sonderten Spektrometers möglich. Diese Steuerung kann erfol gen, indem der auf der Basis der Gleichung (3) berechnete Wert e_L mit dem aus der Gleichung (2) abgeleiteten, auf einer Direktmessung basierenden Wert e_L an der Interferenzring- Analysatoreinheit 15 verglichen und dann die Wellenlänge in solcher Weise geändert wird, daß die obengenannten jewei ligen Werte von e_L einander gleich werden, und zwar auch dann, wenn sich der Soll-Wellenlängenwert geringfügig ändert (innerhalb eines Bereichs, in dem sich die Ordnungszahl nicht ändert).

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das den Betriebsablauf des Wel lenlängenstabilisators für Schmalbandlaser gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel verdeutlicht. Dabei werden in Schritt S1 die Durchmesser der Interferenzringe, die auf das Licht von der Bezugslichtquelle (Quecksilberlampe) 2 zur Kalibrierung zurückgehen, gemessen, und in Schritt S2 wird der Wert e_H der Bezugslichtquelle auf der Basis der Gleichung (2) berechnet.

In Schritt S3 wird aus der Gleichung (3) der Wert e_L unter Verwendung des Werts e_H berechnet.

In Schritt S4 werden die auf den Laser zurückgehenden Inter ferenzringe gemessen, und in Schritt S5 wird der Wert e_L unter Anwendung der Gleichung (2) berechnet. In Schritt S6 wird eine Differenz gebildet durch Subtraktion von e_L aus dem obigen Schritt S3 (bezeichnet als "e_L(calc.) - berechneter Wert von e_L") von e_L aus dem obigen Schritt S5 (bezeichnet als "e_L(meas.) - Meßwert von e_L"), und die Differenz wird daraufhin geprüft, ob sie ausreichend klein ist. Wenn das Prüfungsergebnis negativ ist (wenn also die Differenz groß ist), wird in Schritt S7 die Wellenlänge des Lasers geändert, und der Ablauf springt zu Schritt S4 zurück, in dem die Durchmesser der Interferenzringe erneut gemessen werden. Wenn das Ergebnis der Prüfung positiv ist, wird in Schritt S8 das Vorliegen eines Stoppbefehls geprüft; bei negativem Ergebnis dagegen wird abgefragt, ob die Operationsperiode kleiner als t₀ ist (dieser Wert ist aus der Zeitkonstanten der Umgebungs änderung während der Laserschwingung gebildet). Wenn also eine ausreichende Periode zur Veranlassung der Umgebungsände rung abgelaufen ist, werden die Durchmesser der Interferenz ringe, die auf die Bezugslichtquelle zur Kalibrierung zurück gehen, erneut gemessen, indem von Schritt S9 zu Schritt S1 zurückgesprungen wird. Wenn dagegen die Periode kleiner als t₀ ist, werden durch Rücksprung von Schritt S9 zu Schritt S4 die auf den Laser zurückgehenden Interferenzringe erneut ge messen.

Der Absolutwert δ der Differenz zwischen e_L(_calc.) und e_L(meas.) definiert einen zulassigen Fehler. Zur Verwendung als die Bezugslichtquelle der Wellenlängenüberwachungsein richtung sollte die Mittenwellenlänge des Bezugslichts auf einen Wert innerhalb ±0,5 pm stabilisiert sein. Der zulässige Fehler wird erhalten durch Umrechnen dieses Bereichs der Mit tenwellenlänge in die gebrochene Ordnung e, und die gewünschte Steuerung kann dann so durchgeführt werden, daß der Absolut wert der Differenz zwischen dem Wert e_L(calc), der aus der Soll-Wellenlänge mittels der Gleichung (3) gebildet ist, und dem Wert e_L(meas.), der aus der Ist-Messung durch Neuordnung der Gleichung (2) unter Substitution der Meßwerte gebildet ist, kleiner als δ ist.

Nachstehend soll der Fall betrachtet werden, der in Verbin dung mit dem konventionellen Beispiel angegeben wurde, wobei als die Bezugslichtquelle zur Kalibrierung ein Ar-Laser ver wendet wird. Wie das Diagramm von Fig. 4 zeigt, ist die Brechzahl eines optischen Systems veränderlich in Abhängig keit von der Wellenlänge der zur Messung verwendeten Strah lung. Insbesondere bei einem Laser im UV-Bereich wie etwa einem Excimer-Laser erfährt die Brechzahl n eine erhebliche Änderung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, und es besteht eine Differenz von 2·10⁵ zwischen der Brechzahl n des Ar- Lasers und derjenigen des Lasers. Wenn daher die Änderung der Brechzahl aufgrund der Wellenlängenänderung nicht mit höch ster Genauigkeit gebildet wird, liegt die Genauigkeit der Wellenlänge, die aus den Meßergebnissen abgeleitet ist, bestenfalls nur in der Größenordnung von fünf Stellen.

Bei Verwendung eines Lichts mit Linienspektrum mit der Wel lenlänge von 253 nm der Niederdruck-Quecksilberlampe als Be zugslichtquelle zur Steuerung eines KrF-Excimer-Lasers (Mit tenwellenlänge: 248 nm) dagegen ist die Brechzahldifferenz um eine weitere Stelle kleiner, und die Meßgenauigkeit der Wel lenlänge kann sechsstellig oder besser gemacht werden. Ebenso kann bei einem ArF-Excimer-Laser (Mittenwellenlänge: 193 nm) ein weiteres Licht mit Linienspektrum der Wellenlänge von 185 nm der Niederdruck-Quecksilberlampe für diesen Zweck in befriedigender Weise verwendet werden.

Um also eine sechsstellige Genauigkeit zu gewährleisten, kann, wie oben gesagt, eine Lichtquelle mit einer Strahlwel lenlänge, die eine Brechzahl mit der gleichen fünften Stelle (z. B. um 300 nm in diesem Fall) erbringt, zufriedenstellend verwendet werden.

Die obige Beschreibung ist zwar auf die Niederdruck-Quecksil berlampe begrenzt, aber für diesen Zweck ist irgendeine ande re Lichtquelle wie etwa eine Hohlkathodenlampe mit Eisendampf (Mittenwellenlänge: 248 nm) ebenfalls verwendbar, wenn ihre Wellenlänge derjenigen des Lasers angenähert ist, dessen Wellenlänge zu stabilisieren ist. Außerdem kann mit einem ähnlichen Vorgehen die Wellenlänge eines anderen Schmalband lasers kalibriert werden, wenn eine Bezugslichtquelle mit einer Wellenlänge nahe derjenigen des Lasers, die zu stabi lisieren ist, vorgesehen ist.

Wie oben gesagt, kann eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erwartet werden, wenn die Wellenlänge des Lasers nahe der Wellenlänge der Bezugslichtquelle zur Kalibrierung liegt. Außerdem kann in einem solchen Fall der folgende Parameter Q zusätzlich zu den durch die Gleichungen (2) und (3) defi nierten Parametern eingeführt werden:

Q = (D_L1² - D_H1²)/(D_H2² - D_H1²) (4),

wobei D_L1 einen Durchmesser des ersten Interferenzrings (mit 1 bezeichnet), der auf den Laser (mit L bezeichnet) zurück geht, darstellt, und D_H1 und D_H2 Durchmesser des ersten und des zweiten Interferenzrings, die auf die Quecksilberlampe zurückgehen, darstellen. Dieser Parameter Q wird ebenfalls von den Erfindern erstmals vorgeschlagen und eingeführt. Ge trennt von der oben angeführten Gleichung kann der Parameter Q alternativ gemäß der folgenden Gleichung geschrieben werden:

Q = m_H + m_Lλ/λ (5).

Wenn die Wellenlänge λ des Lasers gleich dem Sollwert ist, ist der durch die Gleichung (5) gebildete spezielle Wert von Q mit Q_o(calc. ) definiert. Dieser Vorgang wird in Schritt S0 des Flußdiagramms von Fig. 3A durchgeführt.

Wenn daher die Wellenlänge des Schmalbandlasers in solcher Weise geändert wird, daß der durch die Gleichung (4) und durch die Meßergebnisse der Interferenzring-Durchmesser ge bildete Wert von Q(_meas.) gleich dem Wert von Q_o(calc.) ist, wie aus der Gleichung (5) zu erwarten ist, kann entsprechend einem Ablauf nach dem Flußdiagramm von Fig. 3A die Wellen länge des Schmalbandlasers auf den Sollwert gebracht werden. In diesem Fall hat sich die Messung nur eines der Interfe renzringe des Schmalbandlasers als für diese Zwecke ausrei chend erwiesen, so daß die für die Messung benötigte Zeit verkürzt wird.

Wenn die Soll-Wellenlänge vorher festgelegt und die Verwen dung eines Spektrometers nur in der Anfangsphase zulässig ist, kann außerdem die Wellenlänge ungeachtet von geringfügi gen Änderungen des Spaltabstands und der Brechzahl auf dem Sollwert gehalten werden. Dies kann erfolgen, indem die je weiligen Werte der Durchmesser D′_L und D′_H der Interferenz ringe zum Zeitpunkt der Kalibrierung der Wellenlänge durch das Spektroskop in solcher Weise gewählt werden, daß diese Werte den durch die folgende Gleichung gegebenen Bedingungen genügen:

wobei F noch ein von den Erfindern vorgeschlagener und einge führter neuer Parameter ist und die rechte Seite der Glei chung aus der linken Seite der Gleichung (6) abgeleitet und im wesentlichen eine Konstante ist.

Das Flußdiagramm von Fig. 3B zeigt einen Operationsablauf, in dem der Parameter F verwendet wird. In den vorbereitenden Schritten des Flußdiagramms wird die Wellenlänge des Lasers mit einem gesonderten Spektrometer in Schritt So1B auf den Sollwert eingestellt. Dabei wird der aus der rechten Seite der Gleichung (6) abgeleitete Wert von F, d. h. m_L/m_H, durch Substitution des Wellenlängenwerts in den eingestellten Wert in Schritt SO2B als F_o betrachtet, und der in diesem Fall zu verwendende zulässige Fehler ist als definiert. Dann werden in Schritt SO3B die Durchmesser der Interfe renzringe des Lasers bzw. der Quecksilberlampe (D′_L bzw. D′_H) gemessen und aufgezeichnet. Diese Vorbereitungen können nur einmal beim Aufbau des Lasers durchgeführt werden, und der Normalbetrieb beginnt ab Schritt S1B. Die durchzuführenden Vorgänge gleichen den bereits beschriebenen, und der bei der Steuerung verwendete zulässige Fehler ist als δ definiert.

In einem weiteren Fall, bei dem die Wellenlänge der Bezugs lichtquelle besonders nahe an derjenigen des Lasers liegt, d. h. m_Lλ/m_Hλ = 1, wird die Gleichung (6) einfacher:

G = D_H² - D′_H² = D_L² - D′_L² (7),

wobei G wiederum ein für diesen Fall neu eingeführter Parameter ist.

Der Operationsablauf ist in dem Flußdiagramm von Fig. 3C gezeigt, das analog zu dem von Fig. 3B ist. Dabei wird der aus der linken Seite der Gleichung (7) gebildete Wert G, d. h. D_H²-D′_H², als G_o in Schritt S2C angesehen, und der in diesem Fall anzuwendende zulässige Fehler ist als δ defi niert, der kleiner als die Differenz zwischen G_o und einem aus der rechten Seite der Gleichung (7) abgeleiteten Wert G sein sollte.

In diesem Fall kann der Term D_H² aus der linken Seite ent fernt werden, und nur einer der auf die Quecksilberlampe zu rückgehenden Interferenzringe kann für diese Zwecke ausrei chen. Wenn daher die Interferenzringe von den Linsen 5 und 6 vergrößert werden und nur jeweils ein Interferenzring zur Projektion auf den Meßbereich des Bildwandlers ausgewählt wird, wird die zur Messung benötigte Zeit erheblich verkürzt, da eine Abtastung mit nur einer begrenzten Zahl von Sensor elementen ausreicht, und die Meßgenauigkeit wird wesentlich verbessert, da der Interferenzring vergrößert ist.

Bei den obigen Beispielen werden Paare von zwei Maxima der von den um die Ringmitte zentrierten Interferenzringen er zeugten Lichtstärkekurve detektiert, um die Durchmesser zu berechnen. Wenn jedoch die Mittelposition der Interferenz ringe vorher bekannt ist, kann ein ähnlicher Vorgang durch Erfassen von nur einem der Maxima, Berechnen der Durchmesser der Interferenzringe auf der Grundlage des Erfassungsergeb nisses und Ableiten der gleichartigen Parameter aus den Durchmessern durchgeführt werden.

Fig. 5 zeigt eine Quecksilberlampe 2 und ihren Treiberkreis. Nach Fig. 6 hat jedes Linienspektrum der Niederdruck-Queck silberlampe 2 eine Wellenlängenbreite von etwa 5 pm aufgrund der Anwesenheit von einigen Isotopen des Quecksilbers. Einige Zeit nach dem Einschalten der Quecksilberlampe wird aber eine Verbreiterung der Wellenlängenbreite beobachtet, und zwar wegen der Erhöhung des Sättigungsdampfdrucks von Wasserstoff, und gleichzeitig wird in der Wellenlängenmitte des Spektrums eine Mulde in der Lichtstärke aufgrund von Eigenabsorption beobachtet (Fig. 6). Infolgedessen wird die Genauigkeit der Messung der auf die Quecksilberlampe zurückgehenden Interfe renzringe nachteilig beeinflußt. Um diesen Nachteil auszu schließen, ist in die die Quecksilberlampe 2 mit der Strom versorgung PS verbindende Leitung ein Regelwiderstand VR ein geschaltet, um den der Quecksilberlampe 2 zugeführten Strom zu regeln. Der zuzuführende Strom liegt bei ca. 1 W/cm³. Alternativ kann die Erhöhung des Sättigungsdampfdrucks in der Quecksilberlampe in gewissem Maß dadurch unterdrückt werden, daß an der Quecksilberlampe Rippen 18 (Fig. 5) zur Kühlung durch die Luft vorgesehen sind, oder indem ein Teil der Quecksilberlampe direkt wassergekühlt wird.

Zusätzlich zu den oben angegebenen Maßnahmen wird durch die Verwendung einer Quecksilberlampe, in der unerwünschte Wir kungen von Isotopen beseitigt sind, die Erzielung einer noch schmaleren Spektrallinie ermöglicht.

Beispiel 2

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine Wellenlängenüberwa chungseinrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Wellenlängenstabilisators, wobei ein Behälter 19 zur herme tischen Aufnahme des Überwachungs-Etalons 3 in einem thermo statischen Behälter 20 angeordnet und im Strahlungseinfall fenster des Behälters 19 bevorzugt ein Filter 21 angeordnet ist, der unerwünschtes sichtbares und IR-Licht absorbiert. Ein Rohr 191 dient der Zuführung von Gas (z. B. N₂) mit voreingestelltem Druck in den Behälter 19.

Im Betrieb braucht man hinsichtlich der Stabilität des Überwachungs-Etalons nicht übermäßig besorgt zu sein, da der Schmalbandlaser immer mit der Bezugslichtquelle für die Kalibrierung verglichen wird. Um jedoch die Wellenlängen steuerung rasch durchzuführen, muß die Anzahl Wiederholungen des Zündens der Bezugslampe für die Kalibrierung verringert werden.

Durch Unterbringung des Etalons in einem gasdichten Behälter und einem thermostatischen Gehäuse wird daher die Dichte des Umgebungsgases bevorzugt konstantgehalten. Zusätzlich wird durch die Absorption von unerwünschtem sichtbaren Licht und IR-Strahlung von der Quecksilberlampe 2 durch den Filter 21 eine Temperaturerhöhung des Etalons vermieden. Infolgedessen kann die Laserwellenlänge so stabilisiert werden, daß sie konstant ist, und die Wiederholungszeiten zum Zünden der Bezugslampe für die Kalibrierung können verringert werden, so daß eine rasche Wellenlängensteuerung möglich ist.

Beispiel 3

Dieses Ausführungsbeispiel der Wellenlängenüberwachungsein richtung für Schmalbandlaser ist gemäß dem zweiten Aspekt ausgebildet. In Fig. 8 wird ein Laserstrahl 101 des Schmal band-Impulslasers, dessen Bandbreite sehr eng und exakt zu steuern ist, durch ein Etalon 107 zur Bandbreiteneinengung durch einen halbdurchlässigen Spiegel 121 zu einem zweiten Etalon 102 zur Wellenlängenüberwachung geleitet. Aus dem zweiten Etalon 102 austretendes Licht wird von einer Linse 103 fokussiert und projiziert einen Interferenzring auf Bildwandler 104a und 104b einer Bildwandlereinheit 108, die mit einer Entfernungseinstelleinrichtung 104 zum Einstellen der Entfernung zwischen den geteilten Bildwandlern 104a und 104b versehen ist. 105 bezeichnet eine Wellenlängenüber wachungseinrichtung insgesamt. Das elektrische Ausgangssignal von der Bildwandlereinheit 108 wird einer Steuereinheit 106 zugeführt, deren elektrisches Ausgangssignal an einen Motor 198 geleitet wird, der einen Druckregler (Balg) 199 antreibt, der den Gasdruck im Etalon 107 einstellt.

Nachstehend wird der Betrieb der Wellenlängenüberwachungsein richtung nach Fig. 8 beschrieben.

Um Schwankungen der Wellenlänge des Schmalband-Impulslasers zu vermindern, wird ein Teil des durch das erste Etalon 107 und den halbdurchlässigen Spiegel 121 geleiteten Strahls 101 in die Wellenlängenüberwachungseinrichtung 105 eingeführt. Diese umfaßt das Etalon 102 als ihr spektrometrisches Element und hat die Funktion, die die speziellen Einfallswinkel auf weisenden Komponenten auszuwählen. Der aus dem Etalon 102 austretende Lichtstrahl wird von der Linse 103 kollimiert und erzeugt aus konzentrischen Kreisen bestehende Interferenz ringe in der Brennebene der Linse 103. Wenn die Wellenlänge des Schmalband-Impulslasers schwankt, werden Durchmesser der die Interferenzringe bildenden konzentrischen Kreise ent sprechend geändert. Damit kann die Wellenlänge des Objekt lasers durch Überwachen der Durchmesseränderung und entspre chendes Einstellen derart, daß der gemessene Durchmesser einen vorgegebenen speziellen Wert erhält, gesteuert werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Paar von Bildwandlern 104a und 104b an der Entfernungseinstelleinrichtung 104 der Bildwandlereinheit 108 vorgesehen. Auf jeden der beiden Bild wandler 104a und 104b wird der Interferenzring projiziert, so daß ein Meßsignal an eine Steuereinheit 106 ausgegeben wird. In der Steuereinheit 106 erfolgt die arithmetische Verar beitung der Meßergebnisse der Bildwandler 104a und 104b, die als Lichtstärkesignale eingeführt wurden, auf der Basis der vorher eingegebenen Entfernung zwischen den Bildwandlern 104a und 104b. Die Steuereinheit 106 gibt ein die Durchmesser der Interferenzringe bezeichnendes Signal aus. Wie die Figur deutlich zeigt, hat die Bildwandlereinheit 108 eine verrin gerte Anzahl von Kanälen in beiden Bildwandlern 104a und 104b gegenüber der Anzahl von Kanälen bei dem konventionellen Beispiel. Wenn beispielsweise ein Bildwandler mit 64 Kanälen verwendet wird und die Lichtstärkesignale gleichzeitig aus gelesen werden, sind die Messungen in nur 0,256 s beendet. Wenn daher der Laser mit einer Frequenz von 3 kHz oder höher betrieben wird, kann sogar die Schwankung jedes einzelnen Schusses detektiert werden.

Fig. 9 zeigt schematisch die Einzelheiten der Bildwandlerein heit 108, wobei ein Paar Bildwandler 104a und 104b an der Entfernungseinstelleinrichtung 104 der Bildwandlereinheit 108 vorgesehen ist. Eine Spindel 109 zum Ändern der Lagen der Bildwandler 104a und 104b an der Einstelleinrichtung ist vorgesehen, um die Entfernung zwischen den Bildwandlern einzustellen. Die Bildwandlereinheit 108 kann die beiden Bildwandler 104a und 104b an Positionen plazieren, die zur Erfassung der Lichtstärkesignale von den Interferenzringen am zweckmäßigsten sind. Wenn die Bildwandlereinheit 104 so aus gelegt ist, daß die Ablesung eines Vorschubs der Spindel 109 möglich ist, und wenn der Vorschubwert ebenfalls in die Steuereinheit 106 eingegeben wird, ist dies zur Berechnung der Durchmesser zweckmäßig.

Beispiel 4

Fig. 10 zeigt schematisch eine Bildwandlereinheit 108, die gemäß dem dritten Aspekt ausgebildet ist. Dabei ist eine Anzahl von optischen Detektorelementen 110 in der Bildwand lereinheit 108 enthalten, die selbst dem Bildwandler des konventionellen Beispiels gleicht. Die Ausgänge der Bildwand ler 110 sind jeweils mit einem Multiplexer 111 gekoppelt. Durch Aktivierung mit einem externen Signal können aus diesem Bildwandler die Lichtstärkesignale ausgelesen werden, die in einem Kanal oder einem Teil der Kanäle in der Bildwandler einheit 108 enthalten sind. Die Schalter 113 im Multiplexer 111 sind so ausgelegt, daß sie nacheinander von dem der Steuereinheit 106 zugeführten Signal geschlossen werden und das aufeinanderfolgende Auslesen der in den jeweiligen opti schen Detektoren 110 gespeicherten Lichtstärkesignale erlau ben. Dieses Vorgehen ist im Prinzip bei jedem Halbleiterspei cher üblich. In diesem Fall kann jedoch durch Verminderung der Anzahl der auszulesenden Kanäle gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel die zum Auslesen erforderliche Zeit verkürzt werden.

Zusätzlich kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine mechani sche Einstelleinrichtung wie etwa die Spindel 109 des Bei spiels von Fig. 9 entfallen. Wenn aber eine große Änderung der Wellenlänge auftritt, kann durch einfaches Ändern der auszulesenden Kanäle die gleiche Funktion der Überwachungs einrichtung wie im konventionellen Fall erhalten werden.

Beispiel 5

Die Signalverläufe von Fig. 11 zeigen den Betrieb der gemäß dem vierten Aspekt ausgebildeten Wellenlängenüberwachungs einrichtung. Dabei wird für die Aufnahme der Lichtstärke der konventionelle Bildwandler verwendet. Dabei kann zwar die Schwankung der Wellenlänge bei jedem einzelnen Schuß des Laserimpulses nicht beobachtet werden, aber der Meßfehler der Wellenlänge aufgrund einer etwaigen Differenz der Belich tungszeit kann eliminiert werden.

Unter der Annahme, daß das im Resonator des Lasers vorge sehene Etalon 107 stabil ist und von Schwingungen praktisch nicht beeinflußt wird, kann die Schwankung der Wellenlänge bei jedem Einzelschuß des Laserimpulses vernachlässigt wer den. In einem solchen Fall ist die zu detektierende Er scheinung nur eine Wellenlängendrift, die durch eine thermi sche Verzerrung und dergleichen bewirkt sein kann; es genügt, eine relativ langsame Varianz zu beobachten. Die bisher im Lichtstärkeverteilungsprofil enthaltenen unerwünschten dis kontinuierlichen Punkte können beseitigt werden durch: Gleichmachen (1) der Zahl der in der Belichtungsperiode A des ersten Kanals des Bildwandlers enthaltenen Laserimpulse mit (2) der Zahl der in der Belichtungsperiode B des letzten Kanals des Bildwandlers enthaltenen Laserimpulse.

Fig. 11 zeigt den Zustand, in dem die obige Bedingung reali siert ist. Der Bildwandler wird also vor dem Beginn des Aus lesens einmal rückgesetzt, um dadurch den Austritt der in den optischen Detektoren des Bildwandlers akkumulierten Ladung zu erzwingen, und die Belichtungsperiode wird so lang gemacht, daß sie einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Laser impulse entspricht. Wenn die Auslesevorgänge nacheinander mit den gleichen Zeitintervallen dazwischen fortgesetzt werden, braucht das Rücksetzen nur für den ersten Fall durchgeführt zu werden, und dann kann das Auslesen fortgesetzt werden.

Der Ablauf des obigen Betriebs ist in dem Flußdiagramm von Fig. 12 beschrieben. Nach dem Start der Laserschwingung (Schritt S1) wird der Bildwandler rückgesetzt, und der Zähl vorgang der wiederkehrenden Anzahl N der Laserschwingung wird gestartet (Schritt S2). Wenn die wiederkehrende Anzahl N der Laserschwingung den vorbestimmten Wert erreicht (Schritte S3 und S4), wird ein Triggersignal zur Aktivierung des Bildwandlers für den Auslesebeginn erzeugt; durch Rücksetzen der bereits gezählten Anzahl N wird ein neuer Zählvorgang der wiederkehrenden Anzahl N gestartet (Schritt S5). In Schritt S6 hat zwar der Auslesevorgang begonnen, aber der Zählvorgang wird noch fortgesetzt, weil durch eine plötzliche Beendigung der Laserschwingung während des Lesevorgangs die diskonti nuierlichen Punkte im Lichtstärkeverteilungsprofil auftreten könnten (Schritt S7); wenn die Schwingung tatsächlich auf hört, wird das Lesesignal aufgehoben (Schritt S8). Bei fort gesetzter Schwingung springt der Ablauf zum Punkt D des Flußdiagramms zurück und wartet dort, bis der Zählstand N wiederum den vorbestimmten Wert erreicht.

Wenn der oben angegebene vorbestimmte Wert (der durch den tatsächlichen Zählstand zu erreichen ist) groß ist, bei spielsweise ca. 100, wobei einige wenige Schüsse der Laser schwingung den Zählstand nicht beeinflussen, ist eine Auf hebung natürlich nicht erforderlich. Wenn ferner die Varianz der Wellenlänge langsam ist und die Belichtungsperiode lang gemacht werden kann, so ist es selbstverständlich nicht notwendig, die Belichtungsperiode zu einem ganzzahligen Vielfachen des Intervalls der Laserschwingung zu machen, und natürlich haben die Ablesungen zu jedem bestimmten Zeitpunkt keinen nachteiligen Einfluß auf die Ablesegenauigkeit.

In der vorstehenden Beschreibung wurde zwar nur der Fall eines Impulslasers betrachtet, aber eine Hochgeschwindig keits-Ablesung der Wellenlänge im Fall einer Dauerschwingung kann ebenfalls durchgeführt werden, indem die unter Bezug nahme auf die Beispiele 3 und 4 erläuterten Maßnahmen ange wandt werden. Selbstverständlich kann auch durch Anwendung des unter Bezugnahme auf Beispiel 5 angegebenen Konzepts die Wellenlängenstabilisierung durchgeführt werden, wenn die Wiederholungszeiten der Ablesung gegenüber der Zeitkonstanten der Wellenlängenschwankung des kontinuierlichen Lasers erhöht werden.

Beispiel 6

Fig. 13 zeigt schematisch eine Wellenlängenüberwachungsein richtung für Schmalbandlaser gemäß einem fünften Aspekt. Da bei enthält ein Fabry-Perot-Etalon (FP-Etalon) 201 vom Luft spalttyp Abstandselemente 202 aus einem Material mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der 1/10 oder weniger desjenigen eines synthetischen Kristalls, z. B. ca. 0,05 × 10^-6, ist. Das Grundmaterial der Platten im FP-Etalon 201 ist ein synthetischer Kristall, der große Homogenität hat und für UV-Strahlen hochdurchlässig ist. Das Paar von Plat ten, die das FP-Etalon bilden, befindet sich in optischem Kontakt mit den Abstandshaltern 202. Der optische Kontakt ist eine Haftverbindung aufgrund von Wasserstoffbindungen zwi schen zwei Oberflächen von Komponenten, die zu Ebenen hoher Güte bearbeitet sind. Das Material mit einem kleinen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann beispielsweise ZERODUR(Wz) sein. Es ist ein Glaskeramikmaterial, d. h. ein Mehrkristall-Keramikmaterial mit Glaskomponenten, das einen sehr kleinen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, weil die Ausdehnungen der jeweiligen Bestandteile des Materials sich gegenseitig aufheben. ZERODUR wird bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet, weil sein thermischer Ausdeh nungskoeffizient gegenüber der Temperaturänderung zum Zeit punkt des optischen Kontakts keine Hysteresecharakteristik zeigt.

Reflexionsschichten 203 mit hohem Reflexionsvermögen (Refle xionsfaktor) sind auf den einander gegenüberstehenden Oberflächen der Grundplatten des FP-Etalons 201 vorgesehen. Der Raum im Inneren eines gasdichten Behälters 205 ist mit einem Inertgas gefüllt; bei diesem Ausführungsbeispiel wird N₂ als Inertgas eingesetzt. Ein ankommender Strahl 206 von einem Excimer-Laser mit der zu stabilisierenden Wellenlänge von 248 nm und ein ankommender Strahl 207 eines frequenzsta bilisierten Einmoden-HeNe-Lasers, der als Bezugslichtquelle dient, treffen durch eine Diffuserlinse 211 auf, wodurch die jeweiligen Laserstrahlen ihre Winkelkomponenten erhalten.

Eine Fourier-Transformation-Linse (FT-Linse) mit einer Brennweite f ist an der Ausgangsseite des FP-Etalons 201 angeordnet, so daß Interferenzringe auf eine Brennebene im Brennpunktsabstand f von der FT-Linse projiziert werden. Ein linearer Bildwandler zur Aufnahme der Interferenzringe ist in der Brennebene vorgesehen.

Nachstehend wird der Betrieb dieser Wellenlängenüberwachungs einrichtung beschrieben. In Fig. 13 erhält der ankommende Strahl 206 des Schmalband-Excimer-Lasers durch die Diffuser linse 211 verschiedene Winkelkomponenten und tritt in das FP- Etalon 201 ein. Nach Abschirmung zum Erhalt bestimmter Win kelkomponenten durch das FP-Etalon 201 passieren die abge schirmten Komponenten die FT-Linse 222 zur Bildung von In terferenzringen 209 in einer Brennebene der FT-Linse 222. Die Positionen der Interferenzringe werden von dem Bildwandler 210 aufgenommen, und die Wellenlänge des Schmalbandlasers wird auf der Grundlage der Meßergebnisse in der Weise ge steuert, daß die Positionen der Interferenzringe in die be zeichneten Positionen gebracht werden.

Wenn sich die Umgebungsbedingungen des FP-Etalons nicht än dern, genügt es, die Wellenlänge des Schmalbandlasers derart zu steuern, daß die Interferenzringe immer in den gleichen Positionen erscheinen. Tatsächlich ändern sich jedoch die Um gebungsbedingungen ständig, so daß zwischen der Soll-Wellen länge und der Ist-Wellenlänge des Lasers auch dann der fol gende Fehler Δλ entsteht, wenn die Ist-Wellenlänge so ge steuert wird, daß die Interferenzringe immer in den gleichen Positionen auftreten:

Δλ/λ = (Δn/n) + (Δd/d) (8),

wobei λ die Wellenlänge, n die Brechzahl bei der Wellenlänge des in den Luftspalt des FP-Etalons gefüllten Gases und d einen Spaltabstand des FP-Etalons bezeichnen; der Einfachheit halber ist vorgesehen, daß in dem optischen System ein schließlich des FP-Etalons keine Winkeländerungen auftreten.

Im allgemeinen ist die Brechzahl der Dichte der in den Spalt zwischen den beiden Reflexionsebenen gefüllten Substanz direkt proportional. Wenn das FP-Etalon hermetisch in einem gasdichten Behälter angeordnet ist, ändert sich die Gasdichte nicht, so daß Δn = 0. Andererseits wird die Änderung Δd des Spaltabstands d zu Δd = αdΔT, wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient der in dem Spalt enthaltenen Substanz α und eine Temperaturänderung der Umgebung ΔT ist. Somit er gibt sich der Wellenlängenfehler Δλ, der auf die Temperatur änderung zurückgeht, durch die folgende Gleichung:

Δλ = αλΔT (9).

Wenn 0,5 pm für Δλ zulässig ist, beträgt der zulässige Bereich der Temperaturänderung für den Schmalband-KrF-Laser (λ=248 nm) 4 Grad bei Verwendung des synthetischen Kristalls (α = 5×10^-7), wogegen der Bereich bis zu 40 Grad betragen kann, wenn als Abstandshaltermaterial ZERODUR (α = 5×10^-8) verwendet wird. Zwar liegen beide in einem steuerbaren Bereich, es ist aber ersichtlich, daß in einem Fall, in dem der zulässige Bereich des Wellenlängenfehlers schmal ist, die Verwendung des Materials mit einem kleinen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für die Ab standshalter im FP-Etalon aus praktischen Gründen vorzuziehen ist.

Die obigen Gleichungen (8) und (9) gelten, und der Wert von Δλ kann berechnet werden unter der hypothetischen Bedingung, daß der Behälter vollständig hermetisch ist, so daß die Dich te der Substanz zwischen den beiden reflektierenden Oberflä chen konstant ist. Tatsächlich kann sich jedoch die Dichte aufgrund einer eventuellen Undichtheit sowie einer eventuel len Entgasung durch die Behälterwand geringfügig ändern. Dabei wird ein auf diese Einflüsse zurückgehender Wellen längenfehler geschätzt. Unter der Annahme, daß das Gas im Behälter ein ideales Gas ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt:

Δn/n=(n-1)(ΔP/P-ΔT/T) (10),

wobei P den Gasdruck und n die Brechzahl des Gases in dem Spalt mit dem Druck P bezeichnen.

Der Wert (n-1) ist dem Druck P direkt proportional. Wenn das Gas Stickstoff ist, beträgt der Wert 3 × 10^-4 × P (at). Unter der Annahme, daß die Temperaturänderung auf einen ver nachlässigbaren Wert unterdrückt ist, ergibt sich der Wellen längenfehler durch die folgende Gleichung:

Δλ=3×10^-4λΔP (11).

Wenn ein Wellenlängenfehler von 0,5 pm wie im bereits be schriebenen Fall zulässig ist, beträgt die zulässige Druck änderung 6,5 × 10^-3 at.

Wie aus den obigen Gleichungen und Berechnungen klar her vorgeht, kann in dem Fall, in dem ein FP-Etalon mit Ab standselementen, die aus einem Material mit kleinem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen, in einem hermetischen Behälter verwendet und die Umgebungstemperatur im Behälter innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten wird, das FP-Etalon als Kriterium dienen, und zwar auch dann, wenn eine Wellenlängengenauigkeit sehr hoher Güte von bei spielsweise 2 pm verlangt wird. Der genannte Temperaturbe reich kann in einer Umgebung wie etwa einem ausreichend luftgeregelten Reinraum realisiert werden. Auch in einem Raum mit weniger günstigen Bedingungen kann eine ähnliche Genau igkeit ohne weiteres realisiert werden, wenn die Wellenlän genüberwachungseinrichtung adäquat überwacht wird, indem sie beispielsweise durch Einbringen in ein thermostatisches Ge häuse oder durch Abdecken mit einem thermischen Isolierma terial oder durch Messen ihrer Temperatur und Regeln dieser Temperatur unter Nutzung des Meßwerts auf einer Konstanttemperatur gehalten wird.

Beispiel 7

Wenn mit dem Ausbau einiger Bauelemente wie etwa der FT-Linse oder des Bildwandlers im optischen System der Wellenlängen überwachungseinrichtung gerechnet werden muß, sollte für die Wellenlängenstabilisierung eine Bezugslichtquelle verwendet werden. Dafür wird im Fall einer Refraktionsoptik ein HeNe- Laser 207 (Fig. 13) verwendet. Eine Reflexionsoptik wird als Alternative nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 14 be schrieben.

Dabei wird zum Erhalt einer Bezugswellenlänge der HeNe- Laserstrahl 207 mit einer effektiven Bandbreite von ca. 0,004 pm verwendet. Diese Bandbreite wurde unter Berück sichtigung der Stabilität angenommen. Der HeNe-Laserstrahl 207 wird ähnlich wie der Excimer-Laserstrahl 206 einer Dif fuserlinse 211 zugeführt, so daß verschiedene Winkelkomponen ten gebildet werden. Die Streustrahlen werden dann in das FP- Etalon 201 geleitet und anschließend an der Oberfläche eines nichtsphärischen Reflektors 208 einer Brennweite f reflek tiert unter Bildung von Interferenzringen 209 in einer Brenn ebene des Reflektors. Die Interferenzringe 209 werden von einem linearen Bildwandler 210 aufgenommen. Zum Erhalt einer ausreichenden Wellenlängenstabilität eines Excimer-Lasers von ±0,2-0,3 pm oder besser sollte die tatsächlich beobachtete Wellenlängenbreite des Bezugslichtstrahls 207 auf 0,1 pm oder weniger begrenzt sein. Die inhärente spektrale Bandbreite des HeNe-Laserstrahls 207, der als Bezugsstrahl verwendet wird, beträgt zwar nur 0,004 pm, aber die tatsächlich als Inter ferenzringe 209 projizierte beobachtete spektrale Bandbreite ist 0,1 pm oder größer, und zwar, weil der durch die Spezi fikationen des zur Beobachtung verwendeten FP-Etalons 201 bestimmte Instrumentenfehler groß ist.

Zur Realisierung einer Wellenlängenstabilisierung mit hohem Zuverlässigkeitsgrad, wie in der Beschreibung des Ausfüh rungsbeispiels gemäß dem ersten Aspekt angegeben ist, sollte andererseits der Bildwandler 210 in der Lage sein, wenigstens jeweils einen der Durchmesser der Interferenzringe, die auf den schmalbandgesteuerten KrF-Laser 206 und auf den Bezugs- HeNe-Laser 207 zurückgehen, zu messen. Trotz aller Bemühungen zum Einengen der einem Bildwandlerkanal entsprechenden Band breite durch Vergrößerung der Abbildungen der Interferenzrin ge mittels der Linse ergibt sich hier eine gewisse Be schränkung.

Bei der Auslegung der Wellenlängenüberwachungseinrichtung sollten daher sowohl die durch den Instrumentenfehler als auch die durch das Vergrößerungsverhältnis gegebenen Ein schränkungen berücksichtigt werden.

Unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse wird bei dem vor liegenden Ausführungsbeispiel ein Bildwandler 210 einer Länge von 25,6 mm (optische Detektoren mit 25 µm Breite × 1024 Elemente) verwendet, und die Wellenlänge der Interferenzringe für einen optischen Detektor ist auf ca. 0,1 pm eingestellt, indem der Spaltabstand des FP-Etalons 201 in entsprechender Weise mit der Brennweite des Reflektors 208 kombiniert wird. Bei Kombination der vorgenannten Maßnahme mit der spektralen Bandbreite von 0,1 pm der auf den HeNe-Laser zurückgehenden Interferenzringe kann der Bildwandler die Änderung der Wel lenlänge des eng bandbreitengesteuerten Laserstrahls 206 mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von pm oder kleiner (also bis zur Größenordnung von Sub-pm) messen.

Wenn im übrigen die Wellenlänge eines Objektstrahls durch Verwendung einer Bezugslichtquelle kalibriert wird, unter liegt ein freier Spektralbereich (kurz als FSR bezeichnet) des FP-Etalons für die Überwachung der Wellenlänge einer Beschränkung, und zwar, weil der Wellenlängen-Varianzbereich des Schmalbandlasers 206 der Wellenlänge von 248 nm aufgrund verschiedener Faktoren mittels der Abbildung von Interferenz ringen zu messen ist, und unter der Annahme, daß der Varianz bereich ±αpm ist, muß der FSR des FP-Etalons 201 für den Strahl mit der Wellenlänge von 248 nm wenigstens 2αpm sein. Der Grund hierfür ist, daß es beim Auftreten einer den FSR überschreitenden Varianz schwierig wird festzustellen, ob die Varianz auf α oder auf α-FSR zurückzuführen ist.

Wenn andererseits der FSR wie oben gesagt eingestellt ist, wird ein FSR für eine langwellige Bezugslichtquelle (z. B. den HeNe-Laser, der im vorliegenden Fall eine Wellenlänge von 633 nm hat) mit (633/248)² × 2αpm = 13αpm berechnet. Dies ist durch das Diagramm von Fig. 15 verdeutlicht. Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 beschrieben wurde, muß wenigstens jeweils einer der Durchmesser der Interferenz ringe, die auf den Schmalbandlaser 206 und auf den HeNe-Laser 207 zurückgehen, projiziert werden. Es besteht also eine gewisse Einschränkung hinsichtlich der Vergrößerung des FSR durch die bei der Messung der Interferenzringe des HeNe- Lasers angewandten Bedingungen. Wie ferner deutlich aus Fig. 15 hervorgeht, ist es im Fall der Verwendung einer Bezugs lichtquelle mit einer Wellenlänge, die länger als die des Schmalbandlasers ist, erforderlich, eine Bezugslichtquelle zu verwenden, deren Wellenlängenbreite gleich oder schmaler als die des Schmalbandlasers ist, und ferner ein FP-Etalon zu verwenden, das mit Schichten mit hohem Reflexionsfaktor beschichtet ist, um die Dicke der auf den Bildwandler pro jizierten Interferenzringe zu verringern und eine größere Feinheit zu erzielen.

Um ferner die Vergrößerung der Spektralbreite der Inter ferenzring-Abbildungen in der Größenordnung von ca. 0,1 pm für einen optischen Detektor des Bildwandlers zu machen, muß eine Anfangseinstellung eines Neigungswinkels des FP-Etalons 201 in bezug auf die optische Achse sowie einer Brechzahl einer in dem Spalt befindlichen Substanz (Gasdichte) vor genommen werden. Nach Fig. 15 erfolgt die Einstellung mit bekannten optischen Mitteln in solcher Weise, daß die auf die Bezugslichtquelle zurückgehenden Interferenzringe auf den Bildwandler 210 über dessen volle Ausdehnung projizierbar sind.

Wenn die Wellenlänge der Bezugslichtquelle von derjenigen des Schmalbandlasers verschieden ist, wird ein Auslesefehler der Wellenlänge erzeugt, der auf die chromatische Aberration zu rückgeht. Um diesen Fehler zu beseitigen oder zu verringern, verwendet das Ausführungsbeispiel ein optisches Reflexionssy stem, wie Fig. 14 zeigt. Das wesentlichste Merkmal des opti schen Reflexionssystems ist, daß es in der Brennweite eines Reflektors und dergleichen frei von Wellenlängenabhängigkeit ist. Daher wird die Brennweite f zur Brennweite für den Schmalbandlaser, und zwar ohne jedes zusätzliche Element wie etwa eine achromatische Linse 222, die in Fig. 13 gezeigt ist.

In der obigen Beschreibung der Fig. 13 ist zwar nur die Wellenlängenüberwachungseinrichtung gezeigt, die einen nichtsphärischen Reflektor 208 verwendet, aber die Verwendung des HeNe-Laserstrahls 207 als Bezugslichtquelle ist ebenfalls möglich. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein ähnli cher Vorteil zu erreichen wie im Fall der Fokussierung von Interferenzring-Abbildungen 209 auf dem Bildwandler 210 unter Verwendung einer achromatischen FT-Linse 212 (optisches Re fraktionssystem nach Fig. 13) , die so ausgelegt ist, daß sie hinreichend kleine chromatische Aberrationen für die Wellen längen des HeNe-Lasers und des Schmalbandlasers, die zu sta bilisieren ist, aufweist.

Beispiel 8

Ferner können die gleichen Vorteile wie bei der achromati schen FT-Linse 212 auch dann erzielt werden, wenn ein opti sches Medium mit relativ hoher Abhängigkeit von der Wellen länge oder der Brechzahl in das optische System eingeführt ist und mehrere Einzellinsen 232 und 242, die an das optische Medium 230 angepaßt sind, kombiniert werden, wie die schema tische Ansicht von Fig. 16 zeigt.

Beispiel 9

Abgesehen von den vorgenannten Einsatzmöglichkeiten der achromatischen FT-Linse 212 als Mittel zur Vergrößerung und Fokussierung beider Strahlen zur Projizierung der Interfe renzringabbildungen kann eine modifizierte Ausführungsform wie folgt ausgelegt sein. Nach Fig. 17 wird eine einzige FT- Linse 213 verwendet, und Bildwandler 210 und 215 sind in jeder Brennebene für den Schmalband-Excimer-Laserstrahl 206 sowie für den HeNe-Laserstrahl 207 vorgesehen. Dabei ist zwischen der Linse 213 und den Brennebenen ein Strahlteiler 216 angeordnet, weil die Brennpunkte des Strahls 206 des Schmalband-Excimer-Lasers und des Bezugsstrahls 207 des HeNe- Lasers voneinander verschieden sind. In Fig. 17 ist der Strahlteiler 216 ein Antireflexelement, das mit einer di chroitischen Beschichtung versehen ist. Der Strahlteiler 216 läßt nur den Fokussierstrahl 206 des Schmalband-Excimer- Lasers durch, so daß die Interferenzring-Abbildungen 209 auf den Bildwandler 210 projiziert werden, und reflektiert nur den Fokussierstrahl 207 des HeNe-Lasers, so daß die Interfe renzring-Abbildungen 214 auf einen gesonderten Bildwandler 215 projiziert werden.

Beispiel 10

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 wird der Strahl 207 des HeNe-Lasers von dem ebenen Strahlenteiler 216 in Richtung eines im wesentlichen rechten Winkels in bezug auf die optische Achse des Systems geteilt. Der gleiche Vor teil ist aber erzielbar unter Verwendung eines Prismas 217 als weiterer Strahlenteiler, um den Strahl in einer von einem rechten Winkel verschiedenen Richtung zu teilen. Bei dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 18 wird ein integraler Strahltei ler wie etwa ein Rhomboidprisma 217 verwendet, und die optische Achse des Fokussierstrahls 207 des HeNe-Lasers verläuft im wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Strahls 206 des Schmalbandlasers. Indem die beiden Bildwand ler integral gemacht werden, wird ferner die Stabilität der optischen Vergrößerungs- und Fokussiersysteme für die beiden Interferenzring-Abbildungen verbessert.

Abgesehen von den obenerwähnten Ausführungsbeispielen, bei denen ausschließlich der Strahl 206 des Schmalbandlasers durchgelassen und der Strahl 207 des HeNe-Lasers geteilt wird, kann der durchgelassene Strahl durch die geteilten Strahlen ersetzt werden, indem die Beschichtung auf dem Strahlenteiler 216 geändert wird.

Beispiel 11

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 19 wird wie im Fall des vorhergehenden Ausführungsbeispiels eine einzige FT- Linse verwendet. Anstelle des Strahlenteilers 216 und des zu sätzlichen Bildwandlers 215 ist eine Einrichtung 217 zum Treiben des Bildwandlers 210 vorgesehen. Durch Betätigung der Treibereinrichtung 217 und entsprechende Einstellung der Lage des Bildwandlers 209 entlang der Richtung des weißen Doppel pfeils in solcher Weise, daß eine Übereinstimmung mit der Po sition der jeweiligen Brennpunkte der Strahlen des Schmal bandlasers und des HeNe-Lasers erfolgt, kann die Messung mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Beispiel 12

Das optische System zur Einführung des Strahlen in das FP- Etalon 201 der Wellenlängenüberwachungseinrichtung kann auch anders ausgelegt sein. Nach Fig. 20 wird ein Bündelleiter 218, der aus einer Vielzahl von Lichtwellenleitern 228 und 238 besteht, mit ähnlichem Vorteil anstelle der Diffuserlinse 211 von Fig. 14 verwendet, um jedem Laserstrahl verschiedene Winkelkomponenten zu geben. Ein weiterer Vorteil dieses Aus führungsbeispiels liegt darin, daß die Diffuserlinse entfal len kann. Ferner ist es vorteilhaft, daß durch Verwendung eines Bündelleiters 218, der sich an der Strahleinfallseite in die beiden Lichtwellenleiter 228 und 238 gabelt, die optischen Achsen der beiden Laserstrahlen 206 und 207 nicht mehr ausgerichtet zu werden brauchen.

Bei den Ausbildungen der oben beschriebenen Ausführungsbei spiele ist ein erwarteter Bereich der Wellenlängenvarianz des Schmalbandlaserstrahls 206 mit ±αpm vorgegeben, um die Defi nitionsgrenze der Abbildungen zu berücksichtigen. Selbst ein beträchtlich stabilisierter Schmalbandlaser kann eine Wellen längenvarianz aufweisen, die so groß wie seine spektrale Bandbreite ist (2 pm bei dem vorhergehenden Ausführungsbei spiel), so daß der erwartete Bereich ±2 pm oder kleiner sein sollte. Die Wellenlänge der Interferenzring-Abbildungen entsprechend einem Element des Bildwandlers kann mit 0,02 pm oder kleiner vorgegeben sein, indem in geeigneter Weise die Kombination aus Spaltabstand des FP-Etalons 201 und Brenn weite des optischen Vergrößerungs- und Fokussiersystems gewählt wird. Daher ist es in Verbindung mit der spektralen Bandbreite von 0,004 pm des HeNe-Lasers möglich, die Wellen länge mit einer Genauigkeit zu messen, die ±0,02 pm ange nähert ist.

Beispiel 13

Fig. 21 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ankommende Laserstrahlen von einer Konvexlinse 219 zu Strahlen mit verschiedenen Winkelkomponenten umgewandelt und zum Einfallen auf das FP-Etalon 201 gebracht werden, wobei die Diffuserlinse 211 und die FT-Linse 222 weggelassen sind. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, daß die Ein fallsoptik sowie die Vergrößerungs- und Fokussieroptik ver einfacht sind. Die Konvexlinse kann durch eine Konkavlinse, einen sphärischen Reflektor oder ein ähnliches Element er setzt werden, wobei dann der gleiche Vorteil zu erwarten ist.

Bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zwar der gasdichte Behälter mit N₂-Gas gefüllt, aber eine ent sprechende Stabilisierung wie bei den vorhergehenden Ausfüh rungsbeispielen kann auch erreicht werden, wenn der gasdichte Behälter nicht in einfacher Weise gasdicht gemacht ist, son dern evakuiert wird, wobei ein Drucksensor am Behälter vorge sehen, eine Absaugleitung an den Behälter angeschlossen und der gasdichte Zustand mit hoher Genauigkeit kontrolliert wird, denn der Drucksensor hat eine Genauigkeit, die um etwa zwei Stellen höher als bei dem üblichen Drucksensor liegt, wenn er im Bereich eines Vakuums verwendet wird.

Es wird zwar N₂-Gas als optisches Medium eingesetzt, das in dem Spalt des FP-Etalons bei jedem der vorhergehenden Aus führungsbeispiele dicht eingeschlossen ist, aber es kann auch irgendein anderes Gas eingesetzt werden, und für diese Zwecke ist He-Gas bevorzugt, das nur eine geringe Änderung der Brechzahl bei einer Druckänderung zeigt.

Bei dem obigen Ausführungsbeispielen werden ferner aus schließlich ein KrF-Excimer-Laser bzw. ein wellenlängen stabilisierter HeNe-Laser als der Schmalbandlaser bzw. die Bezugslichtquelle verwendet. Selbstverständlich können als Schmalbandlaser alle sonstigen Laser eingesetzt werden, deren Wellenlänge durch den Einbau einer Wellenlängenauswahlein richtung in den Resonator änderbar ist. Als die Bezugslicht quelle kann natürlich ein Einmoden-Ar-, -Kr- oder -HeCd-Laser verwendet werden, und bevorzugt kann eine Entladungsröhre verwendet werden, die eine Einzelisotop-Quecksilberlampe mit einer ausreichend kleinen spektralen Bandbreite enthält.

Claims

1. Wellenlängenstabilisator für Schmalbandlaser, wobei eine Schwingungswellenlänge eines Objektlaserstrahls (1), dessen Wellenlänge zu stabilisieren ist, unter Nutzung von Interfe renzringen gemessen wird, die durch Hindurchleiten des La serstrahls (1) durch ein Etalon (3) erhalten werden, und wo bei die Objekt-Schwingungswellenlänge des Schmalbandlasers auf der Basis der Ergebnisse der Wellenlängenmessung steuer bar ist, wobei die Schwingungswellenlänge kalibriert wird durch Anwendung einer Bezugslichtquelle (2), Messen der Be zugsdurchmesser der durch den Strahl der Bezugslichtquelle (2) erzeugten Interferenzringe und Messen der Objektdurchmes ser der von dem Objektlaserstrahl erzeugten Interferenzringe, gekennzeichnet durch

- eine Recheneinheit (15) zur Verarbeitung von Istwert-Para metern, die aus den Messungen der Bezugs- und der Objekt durchmesser abgeleitet sind, und zur Verarbeitung von Soll wert-Parametern, die der gewünschten Objekt-Schwingungs wellenlänge des Objektlasers entsprechen, und
- eine Steuereinheit (16, 17), die die Objekt-Schwingungs wellenlänge derart steuert, daß die Istwert- und die Soll wert-Parameter übereinstimmen.

2. Wellenlängenstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugslichtquelle (2) eine Wellenlänge in einem Be reich hat, der einer Anzahl von signifikanten Stellen in der Brechzahl genügt, die der gewünschten Wellenlängengenauigkeit des Objektlasers, dessen Wellenlänge zu stabilisieren ist, entsprechen.

3. Wellenlängenstabilisator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (19) zur gasdichten Aufnahme des Etalons (3), einen thermostatischen Behälter (20) zur thermostatischen Aufnahme des Gehäuses (19) und einen optischen Filter (21), der aus dem auf das Gehäuse (19) auftreffenden Licht die sichtbare Komponente absorbiert.

4. Wellenlängenüberwachungseinrichtung für Schmalbandlaser, die die Wellenlänge eines Objekt-Schmalbandlasers mit einer Spektroskopeinrichtung (102) und einer Bildwandlereinheit (108) detektiert und ein Signal zur Steuerung der Wellenlänge des Objekt-Schmalbandlasers auf der Grundlage der Detek tierergebnisse liefert, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Bildwandlereinheit (108) eine Vielzahl von Bild wandlern (104a, 104b) aufweist und
- daß eine Einrichtung (104) zum Einstellen der Entfernung zwischen der Vielzahl von Bildwandlern vorgesehen ist.

5. Wellenlängenüberwachungseinrichtung für Schmalbandlaser, die die Wellenlänge eines Objekt-Schmalbandlasers mit einer Spektroskopeinrichtung (102) und einer Bildwandlereinheit (108) detektiert und ein Signal zur Steuerung der Wellenlänge des Objekt-Schmalbandlasers auf der Grundlage der Detek tierergebnisse liefert, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (106, 111, 113) zur Wahl eines bestimmten Kanals aus einer Vielzahl von in der Bildwandlereinheit (108) vorhandenen optischen Detektoren (110) und zum Auslesen des auf dem ausgewählten Kanal vorhandenen Lichtstärkesignals.

6. Wellenlängenüberwachungseinrichtung für Schmalbandlaser, die die Wellenlänge eines Objekt-Schmalbandlasers mit einer Spektroskopeinrichtung (102) und einer Bildwandlereinheit (108) detektiert und ein Signal zur Steuerung der Wellenlänge des Objekt-Schmalbandlasers auf der Grundlage der Detek tierergebnisse liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Intervall zum Auslesen des auf den optischen Detektoren (110) der Bildwandlereinheit (108) vorhandenen Lichtstärkesignals ein ganzzahliges Vielfaches des periodi schen Schwingungsintervalls des Objekt-Impulslasers ist.

7. Wellenlängenüberwachungseinrichtung zur Stabilisierung der Mittelwellenlänge eines Objekt-Schmalbandlasers, wobei die Einrichtung ein Element zur Beobachtung der Wellenlänge auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Beobachtung der Wellenlänge ein Fabry- Perot-Etalon (201) ist, das Abstandselemente (202) aufweist, die einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 5 × 10^-5 oder kleiner haben, und daß das Fabry-Perot-Etalon in einem gasdichten Behälter (205) angeordnet ist.

8. Wellenlängenüberwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Lichtquelle für Strahlung einer Bezugswellenlänge ein gesonderter Bezugslaser (207) vorgesehen ist,
- daß das Etalon (201) Beschichtungen (203) aufweist, deren Reflexionsvermögen ausreichend groß für die Wellenlängen so wohl des Objekt-Schmalbandlasers (206) als auch des Bezugs lasers (207) ist, und
- daß Mittel zum Führen der beiden Laserstrahlen sowie Mit tel (208, 216, 218) zur Fokussierung der beiden geführten La serstrahlen vorgesehen sind.