JP2008141175A - Injection-locked laser device, interferometer, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection-locked laser device with good wavelength stability, and to provide an interferometer that uses the same. <P>SOLUTION: The injection-locked laser device includes a seed laser 1; an oscillator O into which a certain component of the light outputted from the seed laser 1 is injected as seed laser light; an acousto-optical device 6 which shifts the frequency of the remaining component of the light outputted from the seed laser 1; a photodetector 9 which detects light combining the light outputted from the oscillator O with the light outputted from the acousto-optical device 6; and an analyzer 10 which controls an optical path length of the oscillator O, based on the beat signal component contained in the signal outputted from the photodetector 9. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、注入同期型レーザ装置、干渉計測装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to an injection-locked laser apparatus, an interference measurement apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.

干渉計測装置の光源として、従来から注入同期型レーザが使用されている（特許文献１参照）。図７は、従来の注入同期型レーザの概略構成を示す図である（非特許文献１参照）。図７に示す注入同期型レーザ装置では、注入同期の方法としてビルドアップタイムを最小化する方法が採用されている。   Conventionally, an injection-locked laser is used as a light source of the interference measuring apparatus (see Patent Document 1). FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional injection-locked laser (see Non-Patent Document 1). In the injection-locked laser apparatus shown in FIG. 7, a method for minimizing build-up time is employed as an injection-locking method.

パルス光を発生するためのパルス発振器Ｏは、スペクトラルホールバーニングの影響を避けるために、通常はリング型で構成される。また、パルス発振器Ｏの出力結合器は、ＰＺＴマウント４に配置されている。ＰＺＴマウント４は、ＰＺＴ制御器（ＰＺＴアンプ）５により高精度に駆動される。レーザの利得媒質３としては、例えば、Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶などを用いることができる。結晶の励起には、Ｎｄ：ＹＡＧなどの励起光源２を用いることができ、結晶に光束を入射し吸収させることで励起を行う。   The pulse oscillator O for generating pulsed light is usually configured in a ring shape in order to avoid the influence of spectral hole burning. Further, the output coupler of the pulse oscillator O is disposed on the PZT mount 4. The PZT mount 4 is driven with high accuracy by a PZT controller (PZT amplifier) 5. As the laser gain medium 3, for example, a Ti: sapphire crystal can be used. For excitation of the crystal, an excitation light source 2 such as Nd: YAG can be used, and excitation is performed by making a light beam incident on the crystal and absorbing it.

シードレーザ１は、注入同期のための注入光源であり、波長線幅が十分小さい単一縦モード光源が用いられる。シードレーザ１から出力されるシード光は、パルス発振器Ｏの横モードに一致するようにパルス発振器Ｏに注入される。シードレーザ１としては、例えば、外部発振器型半導体レーザが使用されうる。   The seed laser 1 is an injection light source for injection locking, and a single longitudinal mode light source having a sufficiently small wavelength line width is used. The seed light output from the seed laser 1 is injected into the pulse oscillator O so as to coincide with the transverse mode of the pulse oscillator O. As the seed laser 1, for example, an external oscillator type semiconductor laser can be used.

注入同期とは、発振器に注入された狭帯域レーザ光の波長と発振器の光路長とを同期させることであり、注入された狭帯域レーザ光の光子が初期のパルス発振の誘導放出を担うため、励起エネルギーを狭帯域に集中させたパルス発振が容易になる。   Injection locking is to synchronize the wavelength of the narrow-band laser light injected into the oscillator and the optical path length of the oscillator, and the photons of the injected narrow-band laser light are responsible for stimulated emission of the initial pulse oscillation. Pulse oscillation in which excitation energy is concentrated in a narrow band is facilitated.

最も高率的な注入同期は、発振器Ｏの光路長がシードレーザ１の発振波長の整数倍である時に実現し、ビルドアップタイムは最短となる。それ以外の条件では、シードレーザ１に対し発振器の損失が発生するためビルドアップタイムは遅くなる。   The most efficient injection locking is realized when the optical path length of the oscillator O is an integral multiple of the oscillation wavelength of the seed laser 1, and the build-up time is the shortest. Under other conditions, the loss of the oscillator occurs with respect to the seed laser 1, so that the build-up time is delayed.

ここでビルドアップタイムは、励起レーザ入射後、パルス光が発振するまでの時間を意味する。以上の原理を用いてビルドアップタイムを発振器の制御に利用する。   Here, the build-up time means the time until the pulsed light oscillates after the excitation laser is incident. Using the above principle, build-up time is used for controlling the oscillator.

ビルドアップタイムの検出のために、発振器の近傍には励起光源用フォトディテクタ３２と、パルス光用フォトディテクタ３３とが設けられる。両フォトディテクタ３２、３３の出力は制御回路３４に提供される。制御回路３４では、両フォトディテクタ３２、３３の出力信号に基づいてビルドアップタイムを算出すると共に、ビルドアップタイムの変化に基づいて誤差信号を生成し、誤差信号をフィードバックするためのＰＩＤフィルタリングを行う。   In order to detect the build-up time, an excitation light source photo detector 32 and a pulsed light photo detector 33 are provided in the vicinity of the oscillator. The outputs of both photodetectors 32 and 33 are provided to the control circuit 34. The control circuit 34 calculates the buildup time based on the output signals of both the photodetectors 32 and 33, generates an error signal based on the change in the buildup time, and performs PID filtering for feeding back the error signal.

フィルタリングされた信号は、ＰＺＴ制御器５に提供される。ＰＺＴ制御器５は、この信号に基づいてＰＺＴマウント４を駆動し、これにより注入同期制御が可能となる。
特開２００４−０６９３３３号公報 Ｊ． Ｒａｈｎ， ”Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｓｅｅｄｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ，” Ａｐｐ． Ｏｐｔ．， ２４， ９４０ （１９８５）． The filtered signal is provided to the PZT controller 5. The PZT controller 5 drives the PZT mount 4 based on this signal, thereby enabling injection locking control.
JP 2004-069333 A J. et al. Rahn, "Feedback stabilization of an injection-seed Nd: YAG laser," App. Opt. , 24, 940 (1985).

しかしながら、従来のビルドアップタイムによる制御方法では、例えば、共振器長以外の要素（例えば、励起レーザの強度ジッタ、ポインティングジッタなど）によるビルドアップタイムの変動により制御誤差が発生しうる。また、レーザの出力からビルドアップタイムを算出するための処理回路にノイズが混入し易く、ＳＮの高い誤差信号を生成することが困難である。これにより、同期制御誤差が発生し、強度や波長のジッタなどのレーザ特性劣化が引き起こされる。   However, in the conventional control method based on the build-up time, for example, a control error may occur due to fluctuations in the build-up time due to factors other than the resonator length (for example, excitation laser intensity jitter, pointing jitter, etc.). Further, noise is likely to be mixed into the processing circuit for calculating the build-up time from the laser output, and it is difficult to generate an error signal with a high SN. As a result, a synchronization control error occurs, and laser characteristics such as intensity and wavelength jitter are deteriorated.

本発明は、上記の課題を背景としてなされたものであり、例えば、波長の安定性が良い注入同期型レーザ装置及びそれを利用した注入同期型レーザ装置、干渉計測装置、露光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made against the background of the above problems, and provides, for example, an injection-locked laser device with good wavelength stability, an injection-locked laser device using the same, an interference measurement device, and an exposure device. With the goal.

本発明の第１の側面の注入同期型レーザ装置は、シードレーザと、前記シードレーザから出力される光の一部がシード光として注入される発振器と、前記シードレーザから出力される光の他の一部を周波数シフトさせる周波数変換器と、前記発振器から出力される光と前記周波数変換器から出力される光とが合成された光を検出するフォトディテクタと、前記フォトディテクタの出力信号に含まれるビート信号に基づいて前記発振器の光路長を制御する解析器とを備えることを特徴とする。   The injection-locked laser device according to the first aspect of the present invention includes a seed laser, an oscillator in which part of light output from the seed laser is injected as seed light, and light output from the seed laser. A frequency converter that shifts a part of the frequency, a photodetector that detects a combination of the light output from the oscillator and the light output from the frequency converter, and a beat included in the output signal of the photodetector And an analyzer for controlling an optical path length of the oscillator based on a signal.

本発明の第２の側面の同期型レーザ装置は、注入シードレーザと、前記シードレーザから出力される光の一部がシード光として注入される発振器と、前記発振器から出力される光を周波数シフトさせる周波数変換器と、前記シードレーザから出力される光の他の一部と前記周波数変換器から出力される光とが合成された光を検出するフォトディテクタと、前記フォトディテクタの出力信号に含まれるビート信号に基づいて前記発振器の光路長を制御する解析器とを備えることを特徴とする。   A synchronous laser device according to a second aspect of the present invention includes an injection seed laser, an oscillator in which a part of light output from the seed laser is injected as seed light, and a frequency shift of light output from the oscillator A frequency converter to be detected, a photodetector that detects a combination of the other part of the light output from the seed laser and the light output from the frequency converter, and a beat included in the output signal of the photodetector And an analyzer for controlling an optical path length of the oscillator based on a signal.

本発明によれば、波長の安定性が良い注入同期型レーザ装置及びそれを利用した注入同期型レーザ装置、干渉計測装置、露光装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an injection-locked laser device with good wavelength stability, an injection-locked laser device using the same, an interference measuring device, and an exposure device.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態としての注入同期型パルスレーザの概略構成を示す図である。シードレーザ（ｓｅｅｄ ｌａｓｅｒ）１から出力される光束Ｂ１は、ハーフミラーＭ１によって２つの光束Ｂ２、Ｂ３に分割される。ハーフミラーＭ１で反射された光束Ｂ２は、シード光としてミラーＭ２で反射されてパルス発振器Ｏに注入される。パルス発振器Ｏは、ホールバーニングの影響を避けるために、リング型であることが好ましい。パルス発振器Ｏ内には利得媒質３が配置され、その励起は、発振器Ｏの外部に配置されて励起光源（励起レーザ）２が発生するレーザ光を発振器Ｏ内に導入することによってなされうる。また、発振器Ｏの出力結合ミラーＭ３は、ＰＺＴマウント４に配置される。ＰＺＴマウント４は、アンプを含むＰＺＴ制御器５によって制御され、これによって発振器Ｏの光路長が高精度に制御されうる。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an injection-locked pulse laser as a first embodiment of the present invention. A light beam B1 output from a seed laser 1 is divided into two light beams B2 and B3 by a half mirror M1. The light beam B2 reflected by the half mirror M1 is reflected by the mirror M2 as seed light and injected into the pulse oscillator O. The pulse oscillator O is preferably a ring type in order to avoid the influence of hole burning. The gain medium 3 is disposed in the pulse oscillator O, and its excitation can be performed by introducing laser light, which is disposed outside the oscillator O and generated by the excitation light source (excitation laser) 2, into the oscillator O. The output coupling mirror M3 of the oscillator O is disposed on the PZT mount 4. The PZT mount 4 is controlled by a PZT controller 5 including an amplifier, whereby the optical path length of the oscillator O can be controlled with high accuracy.

一方、シードレーザ１から出力されハーフミラーＭ１を透過した光束Ｂ３は、ミラーＭ４、Ｍ５を介して周波数変換器としての音響光学素子（ＡＯＭ）６に入射する。音響光学素子６には、周波数ｆＡＯＭを有する電圧信号が印加され、音響光学効果により、音響光学素子６を透過する光束から複数次数の回折光が発生する。これらの複数次数の回折光において、それぞれｎ×ｆＡＯＭ（ｎは次数）の周波数シフトが発生する。 On the other hand, the light beam B3 output from the seed laser 1 and transmitted through the half mirror M1 is incident on an acoustooptic device (AOM) 6 as a frequency converter via the mirrors M4 and M5. A voltage signal having a frequency f AOM is applied to the acoustooptic device 6, and a plurality of orders of diffracted light are generated from the light beam passing through the acoustooptic device 6 due to the acoustooptic effect. In these multiple orders of diffracted light, a frequency shift of n × f AOM (where n is the order) occurs.

これらの複数次数の回折光から＋１次光だけが空間的に抽出されて、ファイバ結合器７ａにより分岐ファイバ８の第１入力端子に結合される。ここで、分岐ファイバ８は、例えば、偏波面保存シングルモード型であり、２つの入力端子（第１、第２入力端子）と、１つの出力端子を含む。   Only the + 1st order light is spatially extracted from these multiple orders of diffracted light and coupled to the first input terminal of the branch fiber 8 by the fiber coupler 7a. Here, the branch fiber 8 is, for example, a polarization-preserving single mode type, and includes two input terminals (first and second input terminals) and one output terminal.

一方、パルス発振器Ｏに関しても、ハーフミラーＭ６により出力の一部が分岐されてファイバ結合器７ｂにより分岐ファイバ８の第２入力端子に結合される。   On the other hand, regarding the pulse oscillator O, part of the output is branched by the half mirror M6 and coupled to the second input terminal of the branch fiber 8 by the fiber coupler 7b.

ここで、分岐ファイバ８は、シードレーザ１の出力とパルス発振器Ｏの出力との空間的な重なりを一致させるために好適である。また、偏波面保存型の分岐ファイバは、２つの光束の干渉性を最大化するため、及び、ファイバへの応力変化などによる偏光の変化を防ぐために好適である。もちろん、分岐ファイバを使用しないで、ハーフミラーなどを用いて光束を重ね合わせてもよい。   Here, the branch fiber 8 is suitable for matching the spatial overlap between the output of the seed laser 1 and the output of the pulse oscillator O. In addition, the polarization-maintaining branch fiber is suitable for maximizing the coherence of the two light beams and for preventing changes in polarization due to stress changes to the fiber. Of course, the light beams may be superimposed using a half mirror or the like without using a branch fiber.

分岐ファイバ８の出力端子は、フォトディテクタ９に接続されている。フォトディテクタ９は、分岐ファイバ８から出力される光の強度を電気信号に変換する。周波数シフト後のシードレーザ１の出力光とパルス発振器Ｏの出力光とが分岐ファイバ８によって合成されるので、フォトディテクタ９の出力信号は、式（１）で表される。   The output terminal of the branch fiber 8 is connected to the photodetector 9. The photodetector 9 converts the intensity of light output from the branch fiber 8 into an electrical signal. Since the output light of the seed laser 1 after the frequency shift and the output light of the pulse oscillator O are combined by the branch fiber 8, the output signal of the photodetector 9 is expressed by Expression (1).

Figure 2008141175
…（１）
Figure 2008141175
 ... (1)

となる。ここで、Ｉｓｅｅｄはシードレーザ強度、Ｉｐｕｌｓｅはパルス発振器出力、ｆｓｅｅｄはシードレーザ光周波数、ｆｐｕｌｓｅはパルスレーザ中心光周波数である。以下、式（１）で表される信号Ｉ（ｔ）をビート信号と呼ぶ。図２は、シミュレーションで得られたビート信号Ｉ（ｔ）を例示する図である。 It becomes. Here, I seed is the seed laser intensity, I pulse is the pulse oscillator output, f seed is the seed laser light frequency, and f pulse is the pulse laser center light frequency. Hereinafter, the signal I (t) represented by the equation (1) is referred to as a beat signal. FIG. 2 is a diagram illustrating the beat signal I (t) obtained by the simulation.

解析器１０は、ビート信号Ｉ（ｔ）から誤差信号を抽出する。以下、解析器１０における処理を説明する。   The analyzer 10 extracts an error signal from the beat signal I (t). Hereinafter, processing in the analyzer 10 will be described.

解析器１０は、まず、パルスビート信号Ｉ（ｔ）をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換のトリガには、例えば、励起光源（励起レーザ）２のＱスイッチタイミングなどが好適である。サンプリング数は、後のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を考慮すると、２ｎであることが好ましい。 The analyzer 10 first A / D converts the pulse beat signal I (t). For example, the Q switch timing of the excitation light source (excitation laser) 2 is suitable for the A / D conversion trigger. The sampling number is preferably 2 n in consideration of the later FFT (Fast Fourier Transform) processing.

次に、解析器１０は、ビート信号Ｉ（ｔ）に対して周波数解析を行う。まず、解析器１０は、ビート信号Ｉ（ｔ）に対してＦＦＴを行う。式（１）のフーリエ変換は式（２）で表される。   Next, the analyzer 10 performs frequency analysis on the beat signal I (t). First, the analyzer 10 performs FFT on the beat signal I (t). The Fourier transform of equation (1) is expressed by equation (2).

Figure 2008141175
…（２）
Figure 2008141175
 ... (2)

図３には、式（２）に示されるフーリエ変換が例示されている。式（２）から分かるように、ｆＡＯＭ周辺のスペクトルがパルス発振器Ｏからのパルス光とシードレーザ１からの光の周波数差を表す。したがって、パルス発振器Ｏからのパルス光の周波数情報を抽出するためには、ＡＯＭ６の変調周波数ｆＡＯＭ（周波数シフト量）は、該パルス光のスペクトル幅より十分に大きい必要がある。 FIG. 3 exemplifies the Fourier transform represented by Expression (2). As can be seen from Equation (2), the spectrum around f AOM represents the frequency difference between the pulsed light from the pulse oscillator O and the light from the seed laser 1. Therefore, in order to extract the frequency information of the pulsed light from the pulse oscillator O, the modulation frequency f AOM (frequency shift amount) of the AOM 6 needs to be sufficiently larger than the spectrum width of the pulsed light.

次に、解析器１０は、スペクトルの重心を算出する。ここで、スペクトルのピーク位置ではなく重心を用いるのは、ピーク位置の場合には誤差信号の分解能がＦＦＴの分解能で制約されてしまうことと、干渉計などのアプリケーションにおいて波長安定性はスペクトル重心の変動しか影響しないためである。   Next, the analyzer 10 calculates the center of gravity of the spectrum. Here, the center of gravity is used instead of the peak position of the spectrum. In the case of the peak position, the resolution of the error signal is limited by the resolution of the FFT, and in applications such as an interferometer, the wavelength stability is the spectral center of gravity. This is because only fluctuations are affected.

実際のシステム上では、フォトディテクタ９や解析器１０内のＡＤ変換器が発生するノイズによりスペクトルの存在し得ない領域にノイズデータが混入し、これによって重心の計算誤差が発生しうる。これに対しては、あらかじめシステムのノイズレベル相当の閾値を設けておき、これ以上のデータのみを計算に適用することで回避しうる。更に、ＤＣ付近にはパルスの周波数に依存しないスペクトル成分が存在するため、この影響を受けないように、予め重心計算領域を指定することが必要である。以上より、シードレーザ１の出力光の周波数ｆｓｅｅｄとパルス発振器Ｏの出力光の周波数ｆｐｕｌｓｅとの差（ｆｐｕｌｓｅ−ｆｓｅｅｄ）は、式（３）で算出される。 In an actual system, noise data may be mixed in a region where a spectrum cannot exist due to noise generated by the AD converter in the photodetector 9 or the analyzer 10, thereby causing a calculation error of the center of gravity. This can be avoided by providing a threshold corresponding to the noise level of the system in advance and applying only more data to the calculation. Furthermore, since there is a spectral component that does not depend on the frequency of the pulse in the vicinity of DC, it is necessary to designate a centroid calculation region in advance so as not to be affected by this. From the above, the difference (f pulse −f seed ) between the frequency f seed of the output light of the seed laser 1 and the frequency f pulse of the output light of the pulse oscillator O is calculated by Expression (3).

Figure 2008141175
…（３）
Figure 2008141175
 ... (3)

ここで得られた結果は、周波数差の情報のみであり符号情報は含まないが、ＰＺＴマウント４の移動方向と周波数差の変動方向から符号判断が可能であるため、フィードバックシステム上は問題とならない。また、音響光学素子６の変調周波数ジッタが計測誤差となるが、これは一般的な光周波数安定性に対して十分小さいため無視できる。   The result obtained here is only the information on the frequency difference and does not include the sign information. However, since the sign can be determined from the moving direction of the PZT mount 4 and the fluctuation direction of the frequency difference, there is no problem on the feedback system. . Further, the modulation frequency jitter of the acoustooptic device 6 becomes a measurement error, but this is sufficiently small for general optical frequency stability and can be ignored.

最後に、解析器１０は、周波数差（ｆｐｕｌｓｅ−ｆｓｅｅｄ）をＤＡ変換して、誤差信号としてアナログ出力する。この実施形態のレーザは、パルスレーザであるので、次のパルスが発振するまでは、該誤差信号はホールドされる。 Finally, the analyzer 10 DA-converts the frequency difference (f pulse −f seed ) and outputs it as an error signal in analog form. Since the laser of this embodiment is a pulse laser, the error signal is held until the next pulse oscillates.

解析器１０における処理は、パルス発振器Ｏの制御周波数を上げるためにも、パルス毎で行うことが望ましい。解析器１０をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを使って構成すれば、例えば、１０ｋＨｚ程度の繰り返し周波数で解析可能である。   The processing in the analyzer 10 is desirably performed for each pulse in order to increase the control frequency of the pulse oscillator O. If the analyzer 10 is configured using an FPGA (Field Programmable Gate Array) or the like, for example, it is possible to analyze at a repetition frequency of about 10 kHz.

解析器１０からの誤差信号出力は、ＰＺＴ制御器５に提供され、ＰＺＴ制御器５においてＰＩＤ補償がなされた後にＰＺＴマウント４に提供（フィードバック）される。   The error signal output from the analyzer 10 is provided to the PZT controller 5, and is provided (feedback) to the PZT mount 4 after PID compensation is performed in the PZT controller 5.

第１実施形態では、パルス発振器Ｏの制御は、パルス光の発振波長がシードレーザ１の発振波長と同一波長になるように行なわれる。したがって、パルス発振器Ｏの光路長は、シードレーザ１の光路長の整数倍に維持され、安定した注入同期が実現する。第１実施形態によれば、パルスビート信号により波長差を直接抽出可能であるため、励起光源の強度ジッタの影響を受けないため高精度な注入同期制御が可能である。   In the first embodiment, the pulse oscillator O is controlled so that the oscillation wavelength of the pulsed light is the same as the oscillation wavelength of the seed laser 1. Therefore, the optical path length of the pulse oscillator O is maintained at an integral multiple of the optical path length of the seed laser 1, and stable injection locking is realized. According to the first embodiment, since the wavelength difference can be directly extracted by the pulse beat signal, it is not affected by the intensity jitter of the excitation light source, so that highly accurate injection locking control is possible.

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態としての注入同期型パルスレーザの概略構成を示す図である。シードレーザ１から出力される光束Ｂ１は、ハーフミラーＭ１によって２つの光束Ｂ２、Ｂ３に分割される。ハーフミラーＭ１によって反射された光束Ｂ２は、ミラーＭ２を介して、シード光としてパルス発振器Ｏに注入される。パルス発振器Ｏは、ホールバーニングの影響を避けるために、リング型であることが好ましい。パルス発振器Ｏ内には利得媒質３としてＴｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ結晶が配置され、その励起は、発振器Ｏの外部からＴｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅの吸収帯に波長を有する励起光源（励起レーザ）２、例えばＮｄ：ＹＡＧの２倍波を集光することでなされうる。また、発振器Ｏの出力結合ミラーＭ３は、ＰＺＴマウント４に配置される。ＰＺＴマウント４は、アンプを含むＰＺＴ制御器５によって制御され、これによって発振器Ｏの光路長が高精度に制御されうる。 [Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an injection-locked pulse laser as a second embodiment of the present invention. The light beam B1 output from the seed laser 1 is divided into two light beams B2 and B3 by the half mirror M1. The light beam B2 reflected by the half mirror M1 is injected into the pulse oscillator O as seed light through the mirror M2. The pulse oscillator O is preferably a ring type in order to avoid the influence of hole burning. In the pulse oscillator O, a Ti: sapphire crystal is disposed as the gain medium 3, and the excitation is performed from the outside of the oscillator O by an excitation light source (excitation laser) 2 having a wavelength in the absorption band of Ti: sapphire, for example, Nd: YAG. This can be done by collecting the double wave. The output coupling mirror M3 of the oscillator O is disposed on the PZT mount 4. The PZT mount 4 is controlled by a PZT controller 5 including an amplifier, whereby the optical path length of the oscillator O can be controlled with high accuracy.

一方、シードレーザ１から射出されハーフミラーＭ１を透過した光束Ｂ３は、ミラーＭ４で反射された後に、ハーフミラーＭ６へ入射し、２つの光束Ｂ４、Ｂ５に分割される。   On the other hand, the light beam B3 emitted from the seed laser 1 and transmitted through the half mirror M1 is reflected by the mirror M4, then enters the half mirror M6, and is divided into two light beams B4 and B5.

ハーフミラーＭ６を透過した光束Ｂ５は、ミラーＭ７で反射されて電気光学変調素子１１に入射し、周波数ｆｍの位相変調がかけられ後に、偏光ビームスプリッタ１２を透過して、更にλ／４波長板１３を透過した後に基準共振器１４に入射する。偏光ビームスプリッタ１２の反射側にはフォトディテクタ１５が設置され、フォトディテクタ１５によって基準共振器１４から提供される光の量が検出される。   The light beam B5 that has passed through the half mirror M6 is reflected by the mirror M7, enters the electro-optic modulation element 11, undergoes phase modulation at the frequency fm, passes through the polarization beam splitter 12, and further passes through the λ / 4 wavelength plate. After passing through 13, the light enters the reference resonator 14. A photodetector 15 is installed on the reflection side of the polarization beam splitter 12, and the amount of light provided from the reference resonator 14 is detected by the photodetector 15.

第２実施形態では、以下に示す方法でシードレーザ１の発振波長が安定化される。第２実施形態では、Ｐｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法が用いられる。電気光学変調素子１１で周波数ｆｍの変調を受けた後、レーザ光束Ｂ６の複素振幅は、式（４）で表される。   In the second embodiment, the oscillation wavelength of the seed laser 1 is stabilized by the following method. In the second embodiment, the Pund-Drever method is used. After being subjected to modulation at the frequency fm by the electro-optic modulation element 11, the complex amplitude of the laser beam B6 is expressed by Expression (4).

Figure 2008141175
…（４）
Figure 2008141175
 (4)

ここで、ν０は、シードレーザ１が発生するレーザ光の中心光周波数、φ（ｔ）は中心光周波数からの位相のずれ、φｍは電気光学変調素子１１による変調深さを表す。 Here, ν 0 represents the center optical frequency of the laser light generated by the seed laser 1, φ (t) represents a phase shift from the center optical frequency, and φm represents the modulation depth by the electro-optic modulation element 11.

一方、基準共振器１４からの反射光の伝達関数Ｈｒ（ｖ）は、基準共振器１４のミラーの振幅反射率をｒ１、ｒ２、シードレーザ１が発生する光の周波数をν、基準共振器１４のＦＳＲをνＦとして、式（５）であらわされる。 On the other hand, the transfer function Hr (v) of the reflected light from the reference resonator 14 is such that the amplitude reflectivity of the mirror of the reference resonator 14 is r 1 , r 2 , the frequency of the light generated by the seed laser 1 is ν, and the reference resonance. Assuming that the FSR of the vessel 14 is ν F , it is expressed by equation (5).

Figure 2008141175
…（５）
Figure 2008141175
 ... (5)

フォトディテクタ１５で受光される光の強度信号は、式（４）と式（５）との乗算で表され、変調周波数ｆｍで振動する成分のみ抽出すると式（６）で表される。   The intensity signal of the light received by the photodetector 15 is expressed by multiplication of Expression (4) and Expression (5), and is expressed by Expression (6) when only the component that vibrates at the modulation frequency fm is extracted.

Figure 2008141175
…（６）
Figure 2008141175
 (6)

この強度信号を周波数ｆｍで復調することにより、式（７）で表される復調信号が得られる。   By demodulating this intensity signal at the frequency fm, a demodulated signal represented by Expression (7) is obtained.

Figure 2008141175
…（７）
Figure 2008141175
 ... (7)

Ｖ（ν）＝Ｎνｆ＋δνとすると、Ｖ（ν）は、δν〜０近傍で、周波数誤差δνに対して線形な特性を示し、周波数安定化用の誤差信号として用いることが可能である。光の強度信号からの誤差信号の復調と、制御用のＰＩＤ等のフィルタリング処理は復調器１６で行なわれ、シードレーザ１の波長変調端子へフィードバックされる。   When V (ν) = Nνf + δν, V (ν) exhibits a linear characteristic with respect to the frequency error δν in the vicinity of δν to 0, and can be used as an error signal for frequency stabilization. Demodulation of the error signal from the light intensity signal and filtering processing such as PID for control are performed by the demodulator 16 and fed back to the wavelength modulation terminal of the seed laser 1.

以上により、基準共振器１４を含む安定化ユニットにより、基準共振器１４の発振波長を基準としてシードレーザ１の発振波長が安定化される。ここで、基準共振器１４の周波数変動は誤差要因となるため振動や温度や騒音などの外乱による光路長変化に対し十分に配慮する必要がある。具体的には、高剛性なメカ構造、低振動な設置環境が提供されるとともに、注入同期型パルスレーザが遮音つき空調チャンバ内に配置されることが重要である。   As described above, the stabilization unit including the reference resonator 14 stabilizes the oscillation wavelength of the seed laser 1 with reference to the oscillation wavelength of the reference resonator 14. Here, since the frequency fluctuation of the reference resonator 14 becomes an error factor, it is necessary to sufficiently consider the change in the optical path length due to disturbances such as vibration, temperature and noise. Specifically, it is important that a highly rigid mechanical structure and a low-vibration installation environment are provided, and that the injection-locked pulse laser is disposed in a sound-insulated air-conditioning chamber.

また、Ｐｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法の特徴として誤差信号のＳＮは基準共振器１４のフィネスに依存するため、基準共振器１４を構成するミラーには十分に高反射率なものを選択するとともに発振器の調整を十分に行う必要がある。   In addition, since the SN of the error signal depends on the finesse of the reference resonator 14 as a feature of the Pound-Dever method, a mirror having a sufficiently high reflectivity is selected as the mirror constituting the reference resonator 14 and the oscillator is adjusted. It is necessary to do enough.

また、ハーフミラーＭ６で反射されたシードレーザ１の光束Ｂ４は、ＡＯＭ６に入射する。ＡＯＭ６には、周波数ｆＡＯＭを有する電圧信号が印加され、音響光学効果によりＡＯＭを透過する光束から複数次数の回折光が発生する。これらの複数次数の回折光において、それぞれｎ×ｆＡＯＭの周波数シフトが発生する。 The light beam B4 of the seed laser 1 reflected by the half mirror M6 is incident on the AOM 6. A voltage signal having a frequency f AOM is applied to the AOM 6, and a plurality of orders of diffracted light is generated from a light beam that passes through the AOM due to an acoustooptic effect. In these multiple orders of diffracted light, a frequency shift of n × f AOM occurs.

これらの複数次数の回折光から＋１次光だけを空間的に抽出して、ファイバ結合器７ａにより分岐ファイバ８の第１入力端子に結合される。ここで、分岐ファイバ８は、例えば、偏波面保存シングルモード型であり、２つの入力端子（第１、第２入力端子）と、１つの出力端子からなる。   Only the + 1st order light is spatially extracted from these multiple orders of diffracted light and coupled to the first input terminal of the branch fiber 8 by the fiber coupler 7a. Here, the branch fiber 8 is, for example, a polarization-preserving single mode type, and includes two input terminals (first and second input terminals) and one output terminal.

一方、パルス発振器Ｏに関しても、ハーフミラーＭ６により出力の一部が分岐されてファイバ結合器７ｂにより分岐ファイバ８の第２入力端子に結合される。フォトディテクタ９は、分岐ファイバ８から出力される光の強度を電気信号に変換して解析器１０に提供する。   On the other hand, regarding the pulse oscillator O, part of the output is branched by the half mirror M6 and coupled to the second input terminal of the branch fiber 8 by the fiber coupler 7b. The photodetector 9 converts the intensity of the light output from the branch fiber 8 into an electrical signal and provides it to the analyzer 10.

解析器１０は、第１実施形態と同様の処理によりパルス発振器Ｏに対する帰還信号を生成する。この帰還信号は、ＰＺＴ制御器（ＰＺＴアンプ）５を介してパルス発振器ＯのＰＺＴマウント４にフィードバックされる。   The analyzer 10 generates a feedback signal for the pulse oscillator O by the same processing as in the first embodiment. This feedback signal is fed back to the PZT mount 4 of the pulse oscillator O via the PZT controller (PZT amplifier) 5.

以上のようにして、パルス発振器Ｏの発振周波数がシードレーザ１の発振周波数と一致するようにパルス発振器Ｏが制御される。   As described above, the pulse oscillator O is controlled so that the oscillation frequency of the pulse oscillator O matches the oscillation frequency of the seed laser 1.

シードレーザ１は、先に述べたように基準共振器１４の発振波長を基準として波長安定化を行っているため、そのシードレーザ１の発振波長とパルス発振器Ｏの発振波長を一定に保つ制御により、結果としてパルスレーザ光の高精度な波長安定化が実現する。   Since the seed laser 1 is wavelength-stabilized with reference to the oscillation wavelength of the reference resonator 14 as described above, the seed laser 1 and the oscillation wavelength of the pulse oscillator O are controlled to be constant. As a result, highly accurate wavelength stabilization of the pulsed laser beam is realized.

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態としての干渉計測装置の概略構成を示す図である。本発明の第３実施形態の干渉計測装置には、第２実施形態の注入同期型パルスレーザが組み込まれている。 [Third Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an interference measuring apparatus as a third embodiment of the present invention. The interference measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention incorporates the injection-locked pulse laser according to the second embodiment.

本発明の第３実施形態の干渉計測装置は、例えば、半導体露光装置等の露光装置に組み込まれた投影光学系の結像性能を検査するために好適である。露光装置は、ＫｒＦ又はＡｒＦなどのエキシマレーザを照明光源として使用するため、投影光学系は照明光の波長で結像性能が最適となるように設計されている。したがって、投影光学系の結像性能を検査する検査装置も、照明光の波長と概略一致する波長使って検査を実施する。この実施形態では、波長１９３ｎｍに最適化された投影光学系用の検査装置を例示する。   The interference measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention is suitable for inspecting the imaging performance of a projection optical system incorporated in an exposure apparatus such as a semiconductor exposure apparatus, for example. Since the exposure apparatus uses an excimer laser such as KrF or ArF as an illumination light source, the projection optical system is designed so that the imaging performance is optimized at the wavelength of the illumination light. Therefore, the inspection apparatus for inspecting the imaging performance of the projection optical system also performs inspection using a wavelength that roughly matches the wavelength of the illumination light. In this embodiment, an inspection apparatus for a projection optical system optimized for a wavelength of 193 nm is exemplified.

まず、発振波長の調整方法について説明する。検査装置としての干渉計測装置は、第２実施形態として示した注入同期型パルスレーザの出力部に波長変換ユニット１７を備える。波長変換ユニット１７は、非線形光学効果を利用して入射光の波長の１／４の波長に変換して出力する。波長変換ユニット１７から出力される光の波長を１９３ｎｍとするために、波長変換ユニット１７に入射する光の波長、即ち、注入同期型パルスレーザから出力される光の波長は、７７２ｎｍで安定化される必要がある。   First, a method for adjusting the oscillation wavelength will be described. The interference measurement apparatus as an inspection apparatus includes a wavelength conversion unit 17 at the output portion of the injection-locked pulse laser shown as the second embodiment. The wavelength conversion unit 17 converts the wavelength to ¼ of the wavelength of the incident light using the nonlinear optical effect and outputs the wavelength. In order to set the wavelength of the light output from the wavelength conversion unit 17 to 193 nm, the wavelength of the light incident on the wavelength conversion unit 17, that is, the wavelength of the light output from the injection-locked pulse laser is stabilized at 772 nm. It is necessary to

第２実施形態のミラーＭ７は、ハーフミラーＭ８で置き換えられている。シードレーザ１からの出力の一部は、ハーフミラーＭ８を透過し、ミラーＭ９で反射されて波長計３０に導光される。シードレーザ１から出力される光束は、その他、第２実施形態と同様に、パルス発振器Ｏ（注入同期）、ＡＯＭ６（ビート検出）、外部の共振器１４（波長安定化）にも分岐される。   The mirror M7 of the second embodiment is replaced with a half mirror M8. Part of the output from the seed laser 1 passes through the half mirror M8, is reflected by the mirror M9, and is guided to the wavemeter 30. In addition, the light beam output from the seed laser 1 is also branched to a pulse oscillator O (injection locking), AOM 6 (beat detection), and an external resonator 14 (wavelength stabilization), as in the second embodiment.

波長計３０の内部には高精度に校正されたエタロンが組み込まれていて、サブｐｍ以下の精度で波長絶対値の計測が可能である。波長計３０は、コンピュータ２９に接続され、コンピュータ２９は、シードレーザ１の設定波長からの波長ずれ量を計算し結果を加算器３１に伝送する。   An etalon calibrated with high accuracy is incorporated in the wavelength meter 30, and an absolute wavelength value can be measured with an accuracy of sub pm or less. The wavelength meter 30 is connected to the computer 29, and the computer 29 calculates the amount of wavelength deviation from the set wavelength of the seed laser 1 and transmits the result to the adder 31.

加算器３１は、コンピュータ２９から提供される波長ずれ量に対してＰＩＤ演算を行って波長計３０を基準とする帰還信号を生成する。加算器３１はまた、このコンピュータ２９帰還信号と復調器１６からの基準共振器１４を基準とする帰還信号（波長帰還信号）とを加算して、加算結果をシードレーザ１の波長変調端子にフィードバックする。   The adder 31 performs a PID calculation on the wavelength shift amount provided from the computer 29 to generate a feedback signal based on the wavelength meter 30. The adder 31 also adds this computer 29 feedback signal and a feedback signal (wavelength feedback signal) based on the reference resonator 14 from the demodulator 16 and feeds back the addition result to the wavelength modulation terminal of the seed laser 1. To do.

波長帰還信号と周波数帰還信号とがシードレーザ１に提供されるが、波長帰還信号の制御周波数を周波数帰還信号の制御周波数の制御周波数に比べて十分に低くしておくことで、波長帰還信号と周波数帰還信号との干渉の影響を小さくすることができる。   The wavelength feedback signal and the frequency feedback signal are provided to the seed laser 1, and the wavelength feedback signal and the frequency feedback signal can be obtained by keeping the control frequency of the wavelength feedback signal sufficiently lower than the control frequency of the control frequency of the frequency feedback signal. The influence of interference with the frequency feedback signal can be reduced.

以上のようにして、第３実施形態によれば、基準共振器１４と波長計３０を含む波長安定化ユニットにより、シードレーザ１の中心波長の絶対値保証と周波数安定化とが実現される。したがって、第３実施形態によれば、第２実施形態と同様にパルス発振器Ｏの光路長（共振器長）を制御することで、パルス光源の中心波長の保証と周波数安定化とが実現される。   As described above, according to the third embodiment, an absolute value guarantee and frequency stabilization of the center wavelength of the seed laser 1 are realized by the wavelength stabilization unit including the reference resonator 14 and the wavelength meter 30. Therefore, according to the third embodiment, guaranteeing the center wavelength of the pulsed light source and stabilizing the frequency are realized by controlling the optical path length (resonator length) of the pulse oscillator O as in the second embodiment. .

ここで、パルス発振器Ｏからの出力される光は、波長変換ユニット１７で１／４の波長変換を行うことにより１９３ｎｍに変換される。波長変換時の係数１／４は物理的に固定であり、波長変換ユニット１７から出力される光の波長は、波長変換ユニット１７に入射する光の波長のみで決定されるため、１９３ｎｍパルスについても中心波長の保証と周波数安定化が行なわれる。   Here, the light output from the pulse oscillator O is converted to 193 nm by the wavelength conversion unit 17 performing quarter wavelength conversion. The coefficient 1/4 at the time of wavelength conversion is physically fixed, and the wavelength of the light output from the wavelength conversion unit 17 is determined only by the wavelength of the light incident on the wavelength conversion unit 17. The center wavelength is guaranteed and the frequency is stabilized.

次に、干渉計について説明する。波長変換ユニット１７から射出される光束は、集光レンズ１８を通過し、その後、回折限界以下のピンホール１９を透過することで波面形状が整えられる。ピンホール１９を透過した光束は、拡散しながらハーフミラー２０を透過し、コリメータレンズ２１で平行光束へと変換され、ＴＳレンズ２３に入射する。ここで、ＴＳレンズ２３は、最終面の曲率半径と最終面から焦点位置までの距離とが等しくなるように設計されたレンズであり、最終面以外には反射防止膜を施し、最終面のみコート無しとする。ＴＳレンズ２３の最終面では、空気とガラスの屈折率差により５％程度の反射光束が発生、入射光路と同一光路を戻る。以下、ＴＳレンズの最終面をＴＳ面、ＴＳ面で反射される光束を参照光束と呼ぶ。ＴＳレンズ２３は、位相シフトユニット２２上に固定されており、位相シフトユニット内のＰＺＴ素子により光軸方向への駆動が可能である。   Next, the interferometer will be described. The light beam emitted from the wavelength conversion unit 17 passes through the condenser lens 18 and then passes through the pinhole 19 having a diffraction limit or less, so that the wavefront shape is adjusted. The light beam that has passed through the pinhole 19 passes through the half mirror 20 while being diffused, is converted into a parallel light beam by the collimator lens 21, and enters the TS lens 23. Here, the TS lens 23 is a lens designed so that the radius of curvature of the final surface is equal to the distance from the final surface to the focal position, and an antireflection film is applied to the surface other than the final surface, and only the final surface is coated. None. On the final surface of the TS lens 23, a reflected light flux of about 5% is generated due to the difference in refractive index between air and glass, and returns on the same optical path as the incident optical path. Hereinafter, the final surface of the TS lens is referred to as a TS surface, and the light beam reflected by the TS surface is referred to as a reference light beam. The TS lens 23 is fixed on the phase shift unit 22 and can be driven in the optical axis direction by a PZT element in the phase shift unit.

一方、ＴＳ面を透過した光束は、露光装置の投影光学系２４の物体面上に一度集光した後、拡散しながら投影光学系２４に入射し、投影光学系２４から出射された後に投影光学系２４の像点に集光する。像側には、投影光学系２４の像点位置に曲率中心を有する球面のＲＳミラー２５が配置されている。ＲＳミラー２５の反射面は、コーティングなしのガラスであり、ＴＳ面と同様５％程度の反射率を有する。像点に集光した光束は、ＲＳ面で反射されて同一光路をもどる。以下、ＲＳミラーの反射面をＲＳ面、ＲＳ面で反射される光束を被検光束と呼ぶ。   On the other hand, the light beam transmitted through the TS surface is once condensed on the object surface of the projection optical system 24 of the exposure apparatus, then enters the projection optical system 24 while diffusing, and is emitted from the projection optical system 24 before being projected. Condensed to the image point of the system 24. On the image side, a spherical RS mirror 25 having a center of curvature at the image point position of the projection optical system 24 is disposed. The reflective surface of the RS mirror 25 is a glass without coating, and has a reflectance of about 5%, similar to the TS surface. The light beam condensed at the image point is reflected by the RS surface and returns the same optical path. Hereinafter, the reflection surface of the RS mirror is referred to as an RS surface, and the light beam reflected by the RS surface is referred to as a test light beam.

参照光束、被検光束ともに再びＴＳレンズ２３を透過し、平行光束となった後にコリメータレンズ２１に再度入射し集光しながらハーフミラー２０で反射される。ハーフミラー２０の反射側の焦点位置には空間フィルタ２６が配置されている。空間フィルタ２６で不要な高周波領域がカットされた被検光束及び参照光束は、結像レンズ２７に入射し平行光束になった後に撮像素子（例えば、ＣＣＤ）２８に入射する。撮像素子２８では、被検光束と参照光束の干渉縞が撮像され、撮像された画像情報は、コンピュータ２９へ伝送される。   Both the reference light beam and the test light beam pass through the TS lens 23 again to become a parallel light beam, and then enter the collimator lens 21 again and are reflected by the half mirror 20 while being condensed. A spatial filter 26 is disposed at the focal position on the reflection side of the half mirror 20. The test light beam and the reference light beam, in which unnecessary high-frequency regions are cut by the spatial filter 26, enter the imaging lens 27 and become a parallel light beam, and then enter the image sensor (for example, CCD) 28. In the image sensor 28, the interference fringes of the test light beam and the reference light beam are imaged, and the captured image information is transmitted to the computer 29.

干渉縞は、参照光束の強度をＩｒｅｆ、被検光束の強度をＩｔｅｓｔ、投影光学系２４の波面をＷ（ｒ）、ＴＳ面−ＲＳ面間の光路長をＬ、レーザ光の波長をλとすると、式（８）で表される。 The interference fringes have the reference beam intensity I ref , the test beam intensity I test , the wavefront of the projection optical system 24 W (r), the optical path length between the TS plane and the RS plane L, and the wavelength of the laser beam. If λ, it is expressed by equation (8).

Figure 2008141175
…（８）
Figure 2008141175
 (8)

干渉縞から高精度な波面計測を行うために位相シフト法が用いられうる。位相シフト法とは、既知の位相シフトを干渉縞に与えた複数の干渉縞の画像より波面を算出する方法である。   A phase shift method can be used to perform highly accurate wavefront measurement from the interference fringes. The phase shift method is a method for calculating a wavefront from images of a plurality of interference fringes obtained by applying a known phase shift to the interference fringes.

コンピュータ２９は、撮像素子２８における撮像タイミングに同期して位相シフトユニット２２に電圧を印加することで、ＴＳレンズ２３を光軸に沿って駆動し、所望の位相シフトを実現する。   The computer 29 drives the TS lens 23 along the optical axis by applying a voltage to the phase shift unit 22 in synchronization with the imaging timing of the imaging device 28, thereby realizing a desired phase shift.

位相シフト時の複数の干渉縞画像より、干渉縞変化のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とを抽出し、それぞれをＩｃ，Ｉｓとすれば、被検レンズの波面Ｗ（ｒ）は、φを初期位相項として式（９）で表される。   If a cos component and a sin component of the interference fringe change are extracted from a plurality of interference fringe images at the time of phase shift and are respectively set as Ic and Is, the wavefront W (r) of the lens to be measured has φ as an initial phase term. As represented by the formula (9).

Figure 2008141175
…（９）
Figure 2008141175
 ... (9)

波面計測において発生する誤差の主要因は、位相シフト時の干渉縞の変動である。式（８）から明らかなように、干渉縞の変動は、ステージ振動などによるＴＳ面−ＲＳ面間の光路長Ｌの変化、或いは、レーザ光の波長λの変動によっても引き起こされる。   The main cause of errors that occur in wavefront measurement is fluctuation of interference fringes during phase shift. As apparent from the equation (8), the fluctuation of the interference fringes is also caused by a change in the optical path length L between the TS plane and the RS plane due to stage vibration or the like, or a fluctuation in the wavelength λ of the laser beam.

半導体露光装置用の巨大な投影光学系では、光路長Ｌが数ｍと長くなることから、波長変動の影響を無視できなくなる。この実施形態では、高精度な波長安定化が実現されているため、従来に比べて高精度な波面計測が可能となる。   In a huge projection optical system for a semiconductor exposure apparatus, since the optical path length L is as long as several meters, the influence of wavelength fluctuation cannot be ignored. In this embodiment, since wavelength stabilization with high accuracy is realized, it is possible to perform wavefront measurement with higher accuracy than in the past.

また、コンピュータ２９に波長計３０、復調器１６、解析器１０を接続することで、位相シフト計測時のレーザ波長変化をモニタすることが可能になる。したがって、波長変動が大きい場合に警告を発すること、波長変化を測定値にフィードバックすることでより高精度に計測を行うことが可能になる。   Further, by connecting the wavelength meter 30, the demodulator 16, and the analyzer 10 to the computer 29, it becomes possible to monitor the laser wavelength change during the phase shift measurement. Therefore, it is possible to perform measurement with higher accuracy by issuing a warning when the wavelength fluctuation is large and feeding back the wavelength change to the measurement value.

［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。本発明の第４実施形態の露光装置には、第３実施形態の干渉計測装置が組み込まれている。 [Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The exposure apparatus of the fourth embodiment of the present invention incorporates the interference measurement apparatus of the third embodiment.

図６では、位相シフトユニット２２及びＴＳレンズ２３が露光光の光路内に配置されているが、位相シフトユニット２２及びＴＳレンズ２３は、実際の露光時には、当該光路の外へ退避される。露光時には、また、投影光学系２４の像側には、ＲＳミラー２５ではなく露光対象のウエハ（基板）が配置されるように、ウエハステージ４０が駆動される。   In FIG. 6, the phase shift unit 22 and the TS lens 23 are disposed in the optical path of the exposure light. However, the phase shift unit 22 and the TS lens 23 are retracted out of the optical path during actual exposure. At the time of exposure, the wafer stage 40 is driven so that the wafer (substrate) to be exposed is arranged on the image side of the projection optical system 24 instead of the RS mirror 25.

エキシマレーザ３６から射出された光束は伝送系を介してインコヒーレント化ユニット３７に入射する。インコヒーレント化ユニット３７では、入射光束の整形と空間コヒーレンスの低減とが行なわれる。インコヒーレント化ユニット３７から射出された光束は、照明光学系３８に入射して照度の均一化と所望の有効光源の生成がなされた後、レチクルステージ３９上に配置されたレチクルを照明する。レチクル上のパターンにより回折された入射光束は、投影光学系２４により、ウエハステージ４０上に配置されたウエハに縮小投影され、ウエハ面上にレチクルのパターンが転写される。パターン転写後は、ウエハステージ４０が露光が終了した露光領域から次の露光領域にステップ移動され、次の露光領域が露光される。   The light beam emitted from the excimer laser 36 enters the incoherent unit 37 through the transmission system. In the incoherent unit 37, the incident light beam is shaped and the spatial coherence is reduced. The light beam emitted from the incoherent unit 37 is incident on the illumination optical system 38 to make the illuminance uniform and generate a desired effective light source, and then illuminates the reticle placed on the reticle stage 39. The incident light beam diffracted by the pattern on the reticle is reduced and projected onto the wafer placed on the wafer stage 40 by the projection optical system 24, and the reticle pattern is transferred onto the wafer surface. After the pattern transfer, the wafer stage 40 is stepped from the exposed exposure area to the next exposure area, and the next exposure area is exposed.

次に、投影光学系２４の波面収差を計測する方法について説明する。波面収差の計測には、第２実施形態で説明した干渉計が使用される。干渉計用の光源は、波長安定化がなされており、波長はエキシマレーザ３６と同一波長に設定されている。位相シフトユニット２２及びＴＳレンズ２３は、半導体露光時の退避位置から駆動され、投影光学系２４の所望の物点位置に挿入される。また、レチクルステージ３９を駆動することにより、物点位置に配置されていたレチクルは退避させられる。一方、ＲＳミラー２５は、ウエハステージ４０のウエハ保持部周辺に配置されており、ウエハステージ４０が駆動されることにより投影光学系２４の物点位置と共役な位置にＲＳミラー２５の曲率中心が配置される。以上の手続きにより被検光と参照光の干渉縞が撮像素子（ＣＣＤカメラ）２８にて撮像可能となる。波面の計測は、第３実施形態と同様に位相シフトユニット２２を用いた位相シフト法によって行なう。   Next, a method for measuring the wavefront aberration of the projection optical system 24 will be described. The interferometer described in the second embodiment is used for wavefront aberration measurement. The light source for the interferometer is stabilized in wavelength, and the wavelength is set to the same wavelength as that of the excimer laser 36. The phase shift unit 22 and the TS lens 23 are driven from a retracted position at the time of semiconductor exposure, and are inserted at a desired object point position of the projection optical system 24. In addition, by driving the reticle stage 39, the reticle arranged at the object point position is retracted. On the other hand, the RS mirror 25 is arranged around the wafer holding portion of the wafer stage 40, and the curvature center of the RS mirror 25 is located at a position conjugate with the object point position of the projection optical system 24 by driving the wafer stage 40. Be placed. With the above procedure, the interference fringes between the test light and the reference light can be imaged by the image sensor (CCD camera) 28. The wavefront is measured by the phase shift method using the phase shift unit 22 as in the third embodiment.

この実施形態では、高精度に波長安定化がなされたレーザを光源として用いることができるため、半導体露光装置上での高精度な波面計測が可能となる。計測結果を用いて投影光学系の波面収差を最適化することで投影光学系の結像性能を最適化することができ、これにより高精細なパターンの転写が可能になる。   In this embodiment, a laser whose wavelength has been stabilized with high accuracy can be used as a light source, so that highly accurate wavefront measurement on a semiconductor exposure apparatus is possible. By optimizing the wavefront aberration of the projection optical system using the measurement result, it is possible to optimize the imaging performance of the projection optical system, thereby enabling high-definition pattern transfer.

なお、以上の実施形態では、音響光学素子６でシードレーザ１から射出された光の周波数をシフトさせて、その周波数シフトされた光と発振器Ｏから出力された光とを合成してビート信号を得ていた。しかし、本発明はその構成には限定されない。つまり、音響光学素子６で発振器Ｏから出力された光の周波数をシフトさせて、その周波数シフトされた光とシードレーザ１から射出された光とを合成しても同様のビート信号を得る構成としてもよい。   In the above embodiment, the frequency of the light emitted from the seed laser 1 is shifted by the acoustooptic device 6, and the beat signal is synthesized by combining the frequency-shifted light and the light output from the oscillator O. I was getting. However, the present invention is not limited to the configuration. In other words, the same beat signal is obtained even if the frequency of the light output from the oscillator O is shifted by the acoustooptic device 6 and the frequency-shifted light and the light emitted from the seed laser 1 are combined. Also good.

［その他］
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図８は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。 [Others]
Next, a device manufacturing method using the above exposure apparatus will be described. FIG. 8 is a diagram showing a flow of an entire manufacturing process of a semiconductor device. In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (reticle fabrication), a reticle (also referred to as an original or a mask) is fabricated based on the designed circuit pattern. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer (also referred to as a substrate) is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the reticle and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and is an assembly process (dicing, bonding), packaging process (chip encapsulation), etc. Process. In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図９は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。   FIG. 9 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (CMP), the insulating film is planarized by a CMP process. In step 16 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 17 (exposure), the above exposure apparatus is used to expose the wafer coated with the photosensitive agent through the mask on which the circuit pattern is formed, thereby forming a latent image pattern on the resist. In step 18 (development), the latent image pattern formed on the resist on the wafer is developed to form a resist pattern. In step 19 (etching), the layer or substrate under the resist pattern is etched through the portion where the resist pattern is opened. In step 20 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

本発明の第１実施形態としての注入同期型パルスレーザの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the injection-locking type pulse laser as 1st Embodiment of this invention. シミュレーションで得られたビート信号Ｉ（ｔ）を例示する図である。It is a figure which illustrates beat signal I (t) obtained by simulation. ビート信号のフーリエ変換を例示する図である。It is a figure which illustrates the Fourier transform of a beat signal. 本発明の第２実施形態の注入同期型パルスレーザの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the injection locking type | mold pulse laser of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態の注入同期型パルスレーザの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the injection locking type | mold pulse laser of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus as 4th Embodiment of this invention. 従来の注入同期型レーザの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional injection-locked laser. 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the whole manufacturing process of a semiconductor device. ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。It is a figure which shows the detailed flow of a wafer process.

符号の説明Explanation of symbols

１ シードレーザ
２ 励起光源（励起レーザ）
３ 利得媒質
４ ＰＺＴマウント
５ ＰＺＴ制御器
６ 音響光学素子（ＡＯＭ）
７ａ、７ｂ ファイバ結合器
８ 分岐ファイバ
９ フォトディテクタ
１０ 解析器
１１ 電気光学変調素子
１２ 偏光ビームスプリッタ
１３ λ／４波長板
１４ 基準共振器
１５ フォトディテクタ
１６ 復調器
１７ 波長変換ユニット
１８ 集光レンズ
１９ ピンホール
２０ ハーフミラー
２１ コリメータレンズ
２２ 位相シフトユニット
２３ ＴＳレンズ
２４ 投影光学系
２５ ＲＳミラー
２６ 空間フィルタ
２７ 結像レンズ
２８ 撮像素子
２９ コンピュータ
３０ 波長計
３１ 加算器
３２ 励起光源用フォトディテクタ
３３ パルス光用フォトディテクタ
３４ 制御回路
３６ エキシマレーザ
３７ インコヒーレント化ユニット
３８ 照明光学系
４０ ウエハステージ
Ｍｘ ミラー
Ｏ パルス 1 Seed laser 2 Excitation light source (excitation laser)
3 Gain medium 4 PZT mount 5 PZT controller 6 Acousto-optic device (AOM)
7a, 7b Fiber coupler 8 Branch fiber 9 Photo detector 10 Analyzer 11 Electro-optic modulation element 12 Polarizing beam splitter 13 λ / 4 wavelength plate 14 Reference resonator 15 Photo detector 16 Demodulator 17 Wavelength conversion unit 18 Condensing lens 19 Pinhole 20 Half mirror 21 Collimator lens 22 Phase shift unit 23 TS lens 24 Projection optical system 25 RS mirror 26 Spatial filter 27 Imaging lens 28 Imaging element 29 Computer 30 Wavemeter 31 Adder 32 Photo detector 33 for excitation light source 33 Photo detector 34 for pulsed light 36 excimer laser 37 incoherent unit 38 illumination optical system 40 wafer stage Mx mirror O pulse

Claims (10)

シードレーザと、
前記シードレーザから出力される光の一部がシード光として注入される発振器と、
前記シードレーザから出力される光の他の一部を周波数シフトさせる周波数変換器と、
前記発振器から出力される光と前記周波数変換器から出力される光とが合成された光を検出するフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの出力信号に含まれるビート信号に基づいて前記発振器の光路長を制御する解析器と、
を備えることを特徴とする注入同期型レーザ装置。 A seed laser;
An oscillator in which part of the light output from the seed laser is injected as seed light;
A frequency converter for frequency-shifting another part of the light output from the seed laser;
A photodetector for detecting light obtained by combining light output from the oscillator and light output from the frequency converter;
An analyzer for controlling an optical path length of the oscillator based on a beat signal included in an output signal of the photodetector;
An injection-locked laser device comprising: 前記周波数変換器における周波数シフトの量は、前記発振器から出力される光のスペクトル幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の注入同期型レーザ装置。   2. The injection-locked laser device according to claim 1, wherein an amount of frequency shift in the frequency converter is larger than a spectral width of light output from the oscillator. 前記周波数変換器が音響光学素子を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の注入同期型レーザ装置。   The injection-locked laser apparatus according to claim 1, wherein the frequency converter includes an acousto-optic element. 前記シードレーザから出力される光の波長を安定化させる安定化ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の注入同期型レーザ装置。   4. The injection-locked laser device according to claim 1, further comprising a stabilization unit that stabilizes a wavelength of light output from the seed laser. 5. 前記安定化ユニットは、基準共振器を含み、前記基準共振器から出力される光の波長を基準として前記シードレーザから出力される光の波長を安定化させることを特徴とする請求項４に記載の注入同期型レーザ装置。   5. The stabilization unit according to claim 4, wherein the stabilization unit includes a reference resonator, and stabilizes the wavelength of light output from the seed laser with reference to the wavelength of light output from the reference resonator. Injection-locked laser device. 前記安定化ユニットは、前記シードレーザから出力される光の波長を計測する波長計を含み、前記波長計の出力に基づいて前記シードレーザから出力される光の波長を安定化させることを特徴とする請求項４に記載の注入同期型レーザ装置。   The stabilization unit includes a wavelength meter that measures the wavelength of light output from the seed laser, and stabilizes the wavelength of light output from the seed laser based on the output of the wavelength meter. The injection-locked laser device according to claim 4. シードレーザと、
前記シードレーザから出力される光の一部がシード光として注入される発振器と、
前記発振器から出力される光を周波数シフトさせる周波数変換器と、
前記シードレーザから出力される光の他の一部と前記周波数変換器から出力される光とが合成された光を検出するフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの出力信号に含まれるビート信号に基づいて前記発振器の光路長を制御する解析器と、
を備えることを特徴とする注入同期型レーザ装置。 A seed laser;
An oscillator in which part of the light output from the seed laser is injected as seed light;
A frequency converter that shifts the frequency of light output from the oscillator;
A photodetector for detecting light obtained by combining the other part of the light output from the seed laser and the light output from the frequency converter;
An analyzer for controlling an optical path length of the oscillator based on a beat signal included in an output signal of the photodetector;
An injection-locked laser device comprising: 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の注入同期型レーザ装置と、
前記注入同期型レーザ装置から出力される光を利用して参照光束と被検光束とを生成し、該参照光束と該被検光束とを干渉させる干渉計と、
を備えることを特徴とする干渉計測装置。 An injection-locked laser device according to any one of claims 1 to 7,
An interferometer that generates a reference light beam and a test light beam using light output from the injection-locked laser device, and causes the reference light beam and the test light beam to interfere with each other;
An interference measurement apparatus comprising: 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の注入同期型レーザ装置と、
前記注入同期型レーザ装置から出力される光を利用して参照光束と被検光束とを生成し、該参照光束と該被検光束とを干渉させる干渉計と、
投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを備え、
前記干渉計が前記投影光学系の収差を計測するように配置されている、
ことを特徴とする露光装置。 An injection-locked laser device according to any one of claims 1 to 7,
An interferometer that generates a reference light beam and a test light beam using light output from the injection-locked laser device, and causes the reference light beam and the test light beam to interfere with each other;
A projection optical system that projects the pattern of the original onto the substrate via the projection optical system;
The interferometer is arranged to measure aberrations of the projection optical system;
An exposure apparatus characterized by that. デバイス製造方法であって、
請求項９に記載の露光装置を使って、基板に塗布された感光剤に潜像パターンを形成する工程と、
前記潜像パターンを現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。 A device manufacturing method comprising:
Using the exposure apparatus according to claim 9 to form a latent image pattern on a photosensitive agent applied to a substrate;
Developing the latent image pattern;
A device manufacturing method comprising:
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