JP3690632B2 - 狭帯域モジュールの検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は狭帯域化モジュールの狭帯域化効率、波長選択特性などの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置製造用のステッパの光源としてエキシマレーザの利用が注目されている。これは、エキシマレーザの波長が短いことから光露光の限界０．３５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が小さくてすみ、露光領域を大きくできること、大きなパワーが得られること等の多くの優れた利点が期待できるからである。
【０００３】
ところが、このエキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合、エキシマレーザの波長（ＫｒＦエキシマレーザの波長は２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでは１９３ｎｍ）で製作可能な光学系のレンズの材料としては合成石英素材しかないが（ＣａＦ2では加工が困難）、合成石英素材単一では色収差の機能を持たせることはできない。
【０００４】
例えば、ＫｒＦエキシマレーザの自然発振光の場合は、スペクトル線幅は３００ｐｍと広く、このままでは露光装置のレンズの色収差を無視することはできず、露光結果に充分な解像度を得る事はできない。
【０００５】
そこで、エキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合は、レーザ共振器内にエタロンあるいはグレーティングおよびプリズム等の波長選択素子を含む狭帯域化モジュールを配置することによりレーザ光を狭帯域化するようにしている。
【０００６】
このような狭帯域化モジュールの性能を検査するに当たり、従来は、狭帯域化モジュールを実機のレーザに搭載し、レーザチャンバから出射された実際のレーザ光を狭帯域化モジュールに入射しその出力光を検査するようにしていた。
【０００７】
このため従来技術では、
(1)狭帯域化モジュールの性能確認のために実機のレーザ装置が必要である、
(2)狭帯域化モジュールの検査及び調整に時間がかかる、
(3)レーザ出力光に所要の性能が出なくなった際、その原因が、狭帯域化モジ ュールの不具合か、或いは他の構成要素、すなわち、レーザチャンバ、モ ニタモジュールのなどの不具合か、さらには共振器の光軸調整の不具合か などを特定することができない
などの問題がある。
【０００８】
また、実開平２−１２９８４４号公報には、光ディスク装置などに適用される回折格子の光学特性を検査するための技術が示されている。すなわち、この従来技術では、回折格子に単一波長の平行光を入射し、回折格子からの１次光の受光位置との基準受光位置との位置ズレを測定し、この測定した受光位置ズレに基づいて回折格子のピッチ位置ズレを検査するようにしている。また、この従来技術においては、回折格子に単一波長の平行光を入射し、回折格子からの一次光の光量と０次光の光量とを測定し、これら光量の比に基づいて回折格子の溝深さを検査するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、確かに光ディスク装置における回折格子の物理的形状に関する検査を回折格子単体としてなし得るものの、この従来技術は単に光ディスク装置などに用いられる回折格子の物理的形状を検出するものでしかなく、回折格子の狭帯域化性能を直接的に検出するものではない。
【００１０】
すなわち、エキシマレーザなどのレーザの分野においては、狭帯域化モジュールから発生される狭帯域化光の強度分布、スペクトルの広がり、中心波長、狭帯域化効率、波面の形状などの各種の狭帯域化性能を、狭帯域化モジュール単体として直接的に検査および調整することができる検査装置が望まれている。
【００１１】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を狭帯域化モジュール単体として検査することができる狭帯域化モジュールの検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、前記光源手段からの光が入射されるスリットと、このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００１３】
係る発明では、狭帯域化レーザで発振させる波長域で発光する光をスリットを経由してコリメート光に変換した後、狭帯域化モジュールに入射し、狭帯域化モジュールからの出力光を集光して光検出器上に入射する。コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。この狭帯域化効率はレーザの出力を大きく左右させるものである。
【００１４】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要なレーザ出力に影響を与える狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の検査手段は、前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００１６】
したがって、この発明によれば狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００１７】
請求項３に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、広帯域の光を発生する広帯域光源と、この広帯域光源からの光が入射されるスリットと、このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光を分光する分光器と、この分光器によって分光された光が入射される光検出器と、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００１８】
この請求項３に対応する発明では、広帯域光を狭帯域化モジュールに入射し、分光器によって狭帯域レーザ光の波長域の光を分光して光検出器に入射する。この発明においても、コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。
【００１９】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要な狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項３の検査手段は、前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００２１】
したがって、この発明によれば狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２２】
請求項５に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、この光源手段からの単色光をコリメート光に変換するコリメート変換器と、この変換されたコリメート光を２光束に分けて一方の光束を前記狭帯域化モジュールに入射し、前記狭帯域化モジュールからの戻り光と前記２光束に分けられた他方の光束とを干渉させる干渉計と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、前記干渉計の出力光を集光する集光手段と、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００２３】
この請求項５に対応する発明では、干渉計によって入射された単色コリメート光を２光束に分けて一方の光束を前記狭帯域化モジュールに入射し、前記狭帯域化モジュールからの戻り光と前記２光束に分けられた他方の光束とを干渉させ、この干渉された光を集光した後光検出器上に入射する。この発明においても、コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。
【００２４】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要な狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２５】
請求項６の発明では、請求項５の発明の検査手段は、全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力から得られた干渉縞に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００２６】
このようにこの発明によれば、干渉縞に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２７】
請求項７に対応する発明では、請求項１、４または５の発明において、前記狭帯域化モジュールとコリメート変換器との間の光路上に、入射された狭帯域レーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を設けるようにしている。
【００２８】
この請求項７の発明では、波面調整を可能にするようにしたので、狭帯域化モジュールから出射される波面の形状によって左右されるスペクトル線幅、レーザ光出力、ビーム断面の空間的出力分布などを仕様範囲内に調整することが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００３０】
図１にこの発明をエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する検査装置に適用した場合の実施形態についての概念的構成を示す。
【００３１】
図１において、光源２は、当該狭帯域化モジュール１が搭載されるレーザ装置から発生される狭帯域レーザ光の波長域の単色光を発生する。光源２から発生された単色光は、コリメータ部３で平行光に変換された後、狭帯域化モジュール１に入射される。コリメータ部３は、ビームスプリッタ４およびコリメータレンズ５を有している。コリメータ部３と狭帯域化モジュール１の間の光路上には、全反射ミラー６が当該光路上から取り外し可能に配設されている。
【００３２】
狭帯域化モジュール１または全反射ミラー６からの戻り光は、ビームスプリッタ３によって偏向され、直線状に並ぶ複数の感光部を有するＣＣＤあるいはラインセンサ等で構成される光検出器７に入射される。検査装置８は、光検出器７の検出出力に基づき、狭帯域モジュール１の狭帯域化効率、波長選択性能などの各種狭帯域化性能を検査する。
【００３３】
すなわち、全反射ミラー６が光路上に配設されている状態のときには、光源２からの自然発振光が光検出器７に入射され、全反射ミラー６が光路上から取り外されているときは狭帯域化モジュール１によって狭帯域化された光が光検出器７に入射されることになり、これらの各受光光量の比を求めることで狭帯域化効率を求め、これを本狭帯域化モジュール１を搭載したレーザ装置のレーザ出力を判定する上での指標とする。また、光検出器７の受光位置などを判定することで狭帯域化モジュール１から出力される狭帯域化光のスペクトル構造を検査し、その波長選択特性を判定する。
【００３４】
上記光源２としては、例えば次のようなものを用いる。
【００３５】
ＫｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、
ａ．低圧水銀ランプの３本の発光線、248.1996nm、248.2716nm、248.3815nm（空気中）
ｂ．Ｆｅのホローカソードランプの248.3271nm線（空気中）
ｃ．アルゴンレーザ（496.5nm）の第２高調波である248.25nm線
ｄ．その他248.1〜248.6nmの間の発光線またはレーザ光
ＡｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、
ａ．Ａｓのホローカソードランプの193.7590nm線（真空中）
ｂ．低圧水銀ランプの194.2273nm線（真空中）
ｃ．その他193.0〜194.3nmの間の発光線またはレーザ光
以上の基本構成によって狭帯域化モジュール１単体の光学性能を検査する。
【００３６】
図２により具体的な実施形態を示す。
【００３７】
図２において、低圧水銀ランプなどのランプ１０の光は、コリメータレンズ１１でコリメート光に変換された後、干渉フィルタ１２で所要の波長の発光線が透過され、さらに集光レンズ１３によって集光される。集光レンズ１３の焦点位置にはスリット１４が配置され、このスリット１４を透過した光はビームスプリッタ１５を透過し、さらにコリメータレンズ１６によってコリメート光に変換された後、狭帯域化モジュール１に入射される。
【００３８】
この場合、狭帯域化モジュール１は２個のプリズムから成るプリズムビームエキスパンダ１７、回折格子１８および波面調整器２０を有しており、プリズムビームエキスパンダ１７、回折格子１８によって狭帯域化された光が狭帯域化モジュール１から出力される。
【００３９】
コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には、全反射ミラー６が光路上から取り外し可能に配設されている。
【００４０】
狭帯域化モジュール１または全反射ミラー６からの戻り光は、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ３を経由した後、ＣＣＤあるいはラインセンサ等で構成される光検出器７に入射される。検査装置８は、光検出器７の出力が、その受光位置と光強度との対応関係などで表示されるモニタを有しており、光検出器７の検出出力に基づいて狭帯域モジュール１の各種狭帯域化性能を検査する。
【００４１】
波面調整器２０は、プリズムビームエキスパンダ１７およびグレーティング１８へ入射する光の波面を平面波、凸面波、凹面波のいずれにも変換可能なものである。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７およびグレーティング１８の組み合わせから成る狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能をより発揮するためにはこれらへの入射光の波面を平面波、凸面波、凹面波のいずれかにし、かつ凸面波、凹面波の場合はその２次元的な曲率半径を調整する必要があるので、この調整を波面調整器２０で行うようにしている。なお、平面波、凸面波、凹面波のいずれを選ぶかは光学素子の特性のばらつきに応じて異なっている。
【００４２】
図３は波面調整器２０の各種の具体例を示すものである。
【００４３】
図３(a)においては、波面調整器２０は、凹レンズ２１および凸レンズ２２で構成され、凸レンズ２２を適宜の機構によって光軸方向に移動可能にしており、入射された波面を凹レンズ２１と凸レンズ２２の光軸方向の相対位置に応じて任意の曲率をもつ波面（凹波面、凸波面）または平面波に変換することができるようにしている。
【００４４】
図３(b)においては、反射型の光学素子基板２３に実際に物理的力を加えて反射面を歪ませるようにしている。すなわち、反射ミラー２３の両端を支持部材２４に形成した凹部２５に係合させて、これら凹部２５で反射ミラー２３の両端を支持するとともに、反射ミラー２３の背面中央付近に設けた適宜の機構によって反射ミラー２３の背面中央部を押圧または引張ることによって、ミラー反射面を凹面または凸面に曲げるようにしている。
【００４５】
図３(c)(d)においては、透過型の光学素子基板２６に対し、温度分布を故意に与えることで基板２６に屈折率分布を発生させて波面調整器２０を実現するようにしている。図３(d)は図３(c)の平面図である。すなわち、例えば、石英硝子基板２６の四方の各側面に、熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを設置し、これら各加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを温度制御することで石英硝子基板２６に所望の屈折率分布を与える。なお、図３(d)において、２７はレーザビームが通過するエリアである。
【００４６】
つぎに、図４のフローチャートを参照して図２の実施形態の検査手順を説明する。
【００４７】
まず、最初の段階では、コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には全反射ミラー６が配置されている状態にある。この段階で、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように図２の狭帯域化モジュール１以外の各光学機器の光軸調整を実行する（ステップ１００）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ b （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ１１０）。このようにして、干渉フィルタ１２で波長選択された光の自然発光光の光強度Ｉbを得ることができる。
【００４８】
次に、前記全反射ミラー６を光路上から取り外す（ステップ１２０）。そして、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように狭帯域化モジュール１内の光学機器１７、１８の光軸調整を実行する（ステップ１３０）。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７の２つのプリズムの位置、角度を調整すると共に、グレーティング１８の回転角度を調整してグレーティング１８に対する入射光の入射角度を調整し、その選択波長が光源の波長すなわち干渉フィルタ１２の選択波長と一致するようにする。
【００４９】
次に、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光出力の光の拡がり幅（図５参照）が最小になるように、狭帯域化モジュール１内の波面調整器２０によって波面調整を実行する（ステップ１４０）。
【００５０】
そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ n （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ１５０）。
【００５１】
そして、検査装置８は、先に取り込んだ受光光量Ｉbと、今回取り込んだ受光光量Ｉnとの比、すなわち狭帯域化効率Ｅf（＝Ｉn／Ｉb）を求める（ステップ１６０）。また、検査装置８では、このようにして求められた狭帯域化効率Ｅfを予め設定された許容範囲値と比較し、許容範囲内に入っていた場合は、合格品である旨をモニタに表示し、許容範囲外である場合は不合格品である旨をモニタ表示することで、当該狭帯域化モジュールの良否をオペレータに報知する。なお、このようにして求められた狭帯域化効率Ｅfは、当該狭帯域化モジュールが搭載されたレーザ装置の出力パワーを評価する上での１つの重要な指標となる。
【００５２】
すなわち、単色光発光手段から発生される光の強度は、波長に応じてばらつく強度−波長分布を通常もっており、単に狭帯域モジュールから出力された光の強度を検出しても、これだけでは狭帯域化モジュール１での狭帯域化された光の光強度に関する絶対的に評価を決めることはできない。
【００５３】
そこで、同じ光学系を介して受光した単色光源の自然発振光と狭帯域化光との比を求め、この比によって狭帯域化モジュールの狭帯域化出力効率を評価するようにしている。
【００５４】
また、この検査システムでは、前述したように、光検出器７の出力から狭帯域化モジュール１の波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を評価するようにしている。
【００５５】
なお、図４に示した検査手順において、最初に全反射ミラー６を取り外して狭帯域化モジュール１からの戻り光を光検出器７に入射してその光強度Ｉnを検出し、その後で全反射ミラー６を光路上に配設ししてその光強度Ｉbを検出するようにしてもよい。
【００５６】
このようにこの実施形態では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を確認する上での重要な指標となる狭帯域化効率、および波長選択特性を実機のレーザを用いることなく、簡単な構成および短い検査時間で検査することができるようになる。
【００５７】
図６にこの発明の他の実施形態を示す。
【００５８】
この図６の実施形態においては、単色光源３０としてアルゴンレーザの第２高調波である248.25nm線を用い、このレーザ光を光ファイバースリーブ３１、光ファイバー３２および光ファイバースリーブ３３を経由して集光レンズ１３に導光するようにしている。また、図２のコリメータレンズ１６の代わりに軸外放物面鏡３４を用いてコリメート変換を行うようにしている。
【００５９】
軸外放物面鏡３４の場合、コリメータレンズ１６とは違って色収差および球面収差が発生しないために、単色光源３０をその発光波長域が異なるものに交換するだけで、狭帯域化の波長域が異なる複数種の狭帯域化モジュールの検査を行う利点がある。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ用の狭帯域化モジュールを検査する場合は、前述したように248.1〜248.6nmの間の発光線またはレーザ光を発生する光源を用い、ＡｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、この光源を193.0〜193.9nmの間の発光線またはレーザ光を発生する光源に交換するだけで、両狭帯域化モジュールの検査を行うことができる。
【００６０】
この実施形態においても、先の図２の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めると共に、光検出器７の出力から得られた波長およびスペクトル線幅に基づいて狭帯域化モジュール１の波長選択特性を検査することができる。また、波面調整器２０によってプリズムエキスパンダ１７およびグレーティング１８への入射波面を調整することで、スペクトル線幅が最小になるように調整することができる。
【００６１】
ただし、この図６の実施形態において、波面制御を行った場合は、この波面調整に応じて軸外放物面鏡３４の焦点位置が変化するので、光検出器７は光軸方向に移動可能にしている。すなわち、前述したように、波面調整器２０によって波面を変えながら光検出器７によってスペクトル幅を観測すると波面の変化のみによってスペクトル幅が変化するので、その幅が最も細くなる波面で、波面補正器２０の調整状態を固定する。この結果、調整前のときと調整後では、軸外放物面鏡３４の焦点位置が変化するので、調整中或いは調整後に光検出器７を軸外放物面鏡３４の焦点位置に移動させるようにしている。例えば、平面波を反射したときの焦点位置に比べて凸面波を反射したときの焦点位置は遠くなり、凹面波を反射したときの焦点位置は近くになる。
【００６２】
図７にこの発明の更に別の実施形態を示す。
【００６３】
この実施形態においては、光源３５として重水素ランプを用いるとともに、波長選択素子として先の図２の干渉フィルタ１２の代わりに分光器４０を用いるようにしている。
【００６４】
重水素ランプ３５は、ＫｒＦエキシマレーザの波長域248.3nm近傍およびＡｒＦエキシマレーザの波長域193.nm近傍の双方で比較的広帯域のスペクトルを発生する。分光器４０は、この場合、回折格子４１および２つの凹面鏡４２、４３を用いたツェルニーターナー方式のものを用いており、この分光器４０を用いて狭帯域化モジュール１で狭帯域化する選択波長域の光を分光して取り出すようにしている。他の構成および動作は先の図６に示した実施形態と同様である。
【００６５】
この実施形態においては、ランプ３５を交換することなく、ＫｒＦエキシマレーザ用およびＡｒＦエキシマレーザ用の狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能を検査することができる。
【００６６】
図８にこの発明の更に別の実施形態を示す。
【００６７】
この実施形態においては、光源３５としては、先の図７の実施形態同様、重水素ランプのようなＫｒＦエキシマレーザの波長域248.3nm近傍およびＡｒＦエキシマレーザの波長域193.nm近傍の双方で広帯域のスペクトルを発生するものを用いる。また、この場合、分光器４０は、狭帯域化モジュール１に対する入射側に配するのではなく、狭帯域化モジュール１からの出射側に配するようにしている。この実施形態においても、先の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを測定するとともに、光検出器７の出力から得られた波長およびスペクトル線幅に基づいて狭帯域化モジュール１波長選択特性を検査することができる。また、波面調整器２０によってプリズムエキスパンダ１７およびグレーティング１８への入射波面を調整することで、スペクトル線幅が最小になるように調整する。
【００６８】
図９にこの発明の更に他の実施形態を示す。
【００６９】
この図９に示す実施形態では、フィゾー干渉計を用いて干渉縞を発生させ、この干渉縞によって波面を計測するようにしている。
【００７０】
この場合、光源３０からは、アルゴンイオンレーザの第２高調波である248.25nmのレーザ光が発生される。すなわち、アルゴンイオンレーザ３０は、496.5nmを基本波としているが、このアルゴンイオンレーザの共振器内にエタロンなどの波長選択素子を配置して縦モードを１本に選択することによりスペクトル線幅を狭くし、この基本波をＢＢＯなどの第２高調波への変換素子を通過させることで、248.25nmのレーザ光を出力する。
【００７１】
このレーザ光は、２枚のミラー５１、５２経由した後、拡散レンズ５２によって広げられた後、ビームスプリッタ１５を透過し、コリメータレンズ１６によって平行光に変換される。
【００７２】
そして、オプティカルフラットで構成された半透過鏡５５によって一部が透過され、残りが反射される。
【００７３】
半透過鏡５５で反射された光は、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第１光として入射される。
【００７４】
半透過鏡５５を透過した光は、狭帯域化モジュール１に入射され、波面調整器２０、プリズム１７を経由した後、グレーティング１８に入射され、その回折光が、再度プリズム１７、波面補正器２０を経由して狭帯域化モジュール１から出射される。狭帯域化モジュール１から出射された光は、半透過鏡５５を透過した後、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第２の光として入射される。
【００７５】
このようにして、第１の光と第２の光が干渉し、ＣＣＤで構成される光検出器７上には干渉縞が形成される。
【００７６】
したがって、検査装置８によってＣＣＤ７上干渉縞を観測することで、狭帯域化モジュール１で狭帯域化された光のスペクトル構造、狭帯域化モジュール１へ入射される波面の状態を検査することができ、狭帯域化モジュール１の波長選択特性を評価することができる。また、先の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めることができる。
【００７７】
なお、フィゾー干渉計の場合、光源３０として、可干渉距離が長い（スペクトル線幅が狭い）レーザ光源でないと、干渉縞を発生させることができない。
【００７８】
図１０は、マイケルソンの干渉計を使用して狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能を検査するようにした実施形態である。
【００７９】
すなわち、この場合は、コリメータレンズ１６からの平行光は、一部がビームスプリッタ１５で反射されてオプティカルフラットで構成された全反射鏡５７に入射され、その残りが透過されて狭帯域化モジュール１に入射される。
【００８０】
したがって、全反射鏡５７で反射された光がビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第１の光として入射され、狭帯域化モジュール１から出射された光がビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第２の光として入射される。このようにして、第１の光と第２の光が干渉し、光検出器７上には干渉縞が形成される。
【００８１】
したがって、この場合も、検査装置８によってＣＣＤ７上干渉縞を観測することで、狭帯域化モジュール１で狭帯域化された光の波長選択特性（スペクトル構造）、狭帯域化モジュール１へ入射される波面の状態を検査することがきる。また、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めることができる。
【００８２】
なお、マイケルソンの干渉計の場合は、全反射鏡５７の位置を調整することにより、可干渉距離が短くても干渉縞を発生させることができる利点をもっている。したがって、光源として、Ｈｇ，Ｆｅ、Ａｓなどのランプの発光線を使用しても、干渉縞を発生させることができる。
【００８３】
図１１は、図９又は図１０の実施形態の検査手順を示すものであり、以下、この図１１のフローチャートを参照して図９又は図１０の実施形態の検査手順を説明する。
【００８４】
まず、最初の段階では、コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には全反射ミラー６が配置されている状態にある。この段階で、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように狭帯域化モジュール１以外の各光学機器の光軸調整を実行する（ステップ２００）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ b （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ２１０）。
【００８５】
次に、前記全反射ミラー６を光路上から取り外す（ステップ２２０）。そして、検査装置８のモニタをモニタを見ながら干渉縞が発生するように狭帯域化モジュール１内の光学機器１７、１８の光軸調整を実行する（ステップ２３０）。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７の２つのプリズムの位置、角度を調整すると共に、グレーティング１８の回転角度を調整してグレーティング１８に対する入射光の入射角度を調整し、その選択波長が光源３０の波長と一致するようにする。
【００８６】
次に、検査装置８のモニタを見ながら干渉縞の形状が所定の範囲内の形状となるように、狭帯域化モジュール１内の波面調整器２０によって波面調整を実行する（ステップ２４０）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ n （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）（ステップ２５０）。
【００８７】
そして、 検査装置８は、先に取り込んだ受光光量Ｉbと、今回取り込んだ受光光量Ｉnとの比、すなわち狭帯域化効率Ｅf（＝Ｉn／Ｉb）を求める（ステップ２６０）。
【００８８】
なお、前述した本発明の検査装置をエキシマレーザ以外の任意のレーザ装置の検査に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の基本的な構成を示す概念的ブロック図。
【図２】この発明の実施形態を示す図。
【図３】波面調整器の具体例を示す図。
【図４】図２の実施形態の検査手順を示すフローチャート。
【図５】光検出器の出力を示す図。
【図６】この発明の他の実施形態を示す図。
【図７】この発明の更に別の実施形態を示す図。
【図８】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図９】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図１０】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図１１】図９及び図１０の実施形態の検査手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…狭帯域化モジュール ２、３０、３５…光源
３…コリメータ部 ４、１５…ビームスプリッタ
５、１１、１６…コリメータレンズ ６…全反射ミラー
７…光検出器 ８…検査装置 １０…ランプ
１２…干渉フィルタ １３…集光レンズ １４…スリット
１７…プリズムビームエキスパンダ １８…回折格子
２０…波面調整器 ３１、３３…スリーブ ３２…光ファイバー
４０…分光器 ５５…半透過鏡 ５７…全反射ミラー
【発明の属する技術分野】
この発明は狭帯域化モジュールの狭帯域化効率、波長選択特性などの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置製造用のステッパの光源としてエキシマレーザの利用が注目されている。これは、エキシマレーザの波長が短いことから光露光の限界０．３５μｍ以下に延ばせる可能性があること、同じ解像度なら従来用いていた水銀ランプのｇ線やｉ線に比較して焦点深度が深いこと、レンズの開口数（ＮＡ）が小さくてすみ、露光領域を大きくできること、大きなパワーが得られること等の多くの優れた利点が期待できるからである。
【０００３】
ところが、このエキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合、エキシマレーザの波長（ＫｒＦエキシマレーザの波長は２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでは１９３ｎｍ）で製作可能な光学系のレンズの材料としては合成石英素材しかないが（ＣａＦ2では加工が困難）、合成石英素材単一では色収差の機能を持たせることはできない。
【０００４】
例えば、ＫｒＦエキシマレーザの自然発振光の場合は、スペクトル線幅は３００ｐｍと広く、このままでは露光装置のレンズの色収差を無視することはできず、露光結果に充分な解像度を得る事はできない。
【０００５】
そこで、エキシマレーザを半導体露光装置の光源として用いる場合は、レーザ共振器内にエタロンあるいはグレーティングおよびプリズム等の波長選択素子を含む狭帯域化モジュールを配置することによりレーザ光を狭帯域化するようにしている。
【０００６】
このような狭帯域化モジュールの性能を検査するに当たり、従来は、狭帯域化モジュールを実機のレーザに搭載し、レーザチャンバから出射された実際のレーザ光を狭帯域化モジュールに入射しその出力光を検査するようにしていた。
【０００７】
このため従来技術では、
(1)狭帯域化モジュールの性能確認のために実機のレーザ装置が必要である、
(2)狭帯域化モジュールの検査及び調整に時間がかかる、
(3)レーザ出力光に所要の性能が出なくなった際、その原因が、狭帯域化モジ ュールの不具合か、或いは他の構成要素、すなわち、レーザチャンバ、モ ニタモジュールのなどの不具合か、さらには共振器の光軸調整の不具合か などを特定することができない
などの問題がある。
【０００８】
また、実開平２−１２９８４４号公報には、光ディスク装置などに適用される回折格子の光学特性を検査するための技術が示されている。すなわち、この従来技術では、回折格子に単一波長の平行光を入射し、回折格子からの１次光の受光位置との基準受光位置との位置ズレを測定し、この測定した受光位置ズレに基づいて回折格子のピッチ位置ズレを検査するようにしている。また、この従来技術においては、回折格子に単一波長の平行光を入射し、回折格子からの一次光の光量と０次光の光量とを測定し、これら光量の比に基づいて回折格子の溝深さを検査するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、確かに光ディスク装置における回折格子の物理的形状に関する検査を回折格子単体としてなし得るものの、この従来技術は単に光ディスク装置などに用いられる回折格子の物理的形状を検出するものでしかなく、回折格子の狭帯域化性能を直接的に検出するものではない。
【００１０】
すなわち、エキシマレーザなどのレーザの分野においては、狭帯域化モジュールから発生される狭帯域化光の強度分布、スペクトルの広がり、中心波長、狭帯域化効率、波面の形状などの各種の狭帯域化性能を、狭帯域化モジュール単体として直接的に検査および調整することができる検査装置が望まれている。
【００１１】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を狭帯域化モジュール単体として検査することができる狭帯域化モジュールの検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、前記光源手段からの光が入射されるスリットと、このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００１３】
係る発明では、狭帯域化レーザで発振させる波長域で発光する光をスリットを経由してコリメート光に変換した後、狭帯域化モジュールに入射し、狭帯域化モジュールからの出力光を集光して光検出器上に入射する。コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。この狭帯域化効率はレーザの出力を大きく左右させるものである。
【００１４】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要なレーザ出力に影響を与える狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の検査手段は、前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００１６】
したがって、この発明によれば狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００１７】
請求項３に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、広帯域の光を発生する広帯域光源と、この広帯域光源からの光が入射されるスリットと、このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光を分光する分光器と、この分光器によって分光された光が入射される光検出器と、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００１８】
この請求項３に対応する発明では、広帯域光を狭帯域化モジュールに入射し、分光器によって狭帯域レーザ光の波長域の光を分光して光検出器に入射する。この発明においても、コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。
【００１９】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要な狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項３の検査手段は、前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００２１】
したがって、この発明によれば狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２２】
請求項５に対応する発明では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、この光源手段からの単色光をコリメート光に変換するコリメート変換器と、この変換されたコリメート光を２光束に分けて一方の光束を前記狭帯域化モジュールに入射し、前記狭帯域化モジュールからの戻り光と前記２光束に分けられた他方の光束とを干渉させる干渉計と、前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、前記干渉計の出力光を集光する集光手段と、直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段とを備えるようにしている。
【００２３】
この請求項５に対応する発明では、干渉計によって入射された単色コリメート光を２光束に分けて一方の光束を前記狭帯域化モジュールに入射し、前記狭帯域化モジュールからの戻り光と前記２光束に分けられた他方の光束とを干渉させ、この干渉された光を集光した後光検出器上に入射する。この発明においても、コリメート変換器と狭帯域化モジュールとの間の光路上には全反射ミラーが取り外し可能に配設されており、光検出器の出力に基づいて全反射ミラーが配設された状態での光強度Ｉbと、全反射ミラーが取り外された状態での光強度すなわち狭帯域化モジュールで狭帯域化された光の光強度Ｉnとを求め、これらの比Ｉn／Ｉbを指標として狭帯域化モジュールの狭帯域化効率を検査する。
【００２４】
このようにしてこの発明によれば、光軸上に全反射ミラーを取り外し可能に配設するという極めて簡単か構成によって、狭帯域モジュールの性能上極めて重要な狭帯域化効率を検査できるようになる。また、実機のレーザを用いることなく、狭帯域化モジュール単体の狭帯域化効率を評価できるようになるため、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２５】
請求項６の発明では、請求項５の発明の検査手段は、全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力から得られた干渉縞に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしている。
【００２６】
このようにこの発明によれば、干渉縞に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を実機のレーザを用いることなく評価できるようになり、検査コスト、検査時間を著しく短縮することができ、狭帯域化モジュールの量産出荷することができるようになる。
【００２７】
請求項７に対応する発明では、請求項１、４または５の発明において、前記狭帯域化モジュールとコリメート変換器との間の光路上に、入射された狭帯域レーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を設けるようにしている。
【００２８】
この請求項７の発明では、波面調整を可能にするようにしたので、狭帯域化モジュールから出射される波面の形状によって左右されるスペクトル線幅、レーザ光出力、ビーム断面の空間的出力分布などを仕様範囲内に調整することが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００３０】
図１にこの発明をエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する検査装置に適用した場合の実施形態についての概念的構成を示す。
【００３１】
図１において、光源２は、当該狭帯域化モジュール１が搭載されるレーザ装置から発生される狭帯域レーザ光の波長域の単色光を発生する。光源２から発生された単色光は、コリメータ部３で平行光に変換された後、狭帯域化モジュール１に入射される。コリメータ部３は、ビームスプリッタ４およびコリメータレンズ５を有している。コリメータ部３と狭帯域化モジュール１の間の光路上には、全反射ミラー６が当該光路上から取り外し可能に配設されている。
【００３２】
狭帯域化モジュール１または全反射ミラー６からの戻り光は、ビームスプリッタ３によって偏向され、直線状に並ぶ複数の感光部を有するＣＣＤあるいはラインセンサ等で構成される光検出器７に入射される。検査装置８は、光検出器７の検出出力に基づき、狭帯域モジュール１の狭帯域化効率、波長選択性能などの各種狭帯域化性能を検査する。
【００３３】
すなわち、全反射ミラー６が光路上に配設されている状態のときには、光源２からの自然発振光が光検出器７に入射され、全反射ミラー６が光路上から取り外されているときは狭帯域化モジュール１によって狭帯域化された光が光検出器７に入射されることになり、これらの各受光光量の比を求めることで狭帯域化効率を求め、これを本狭帯域化モジュール１を搭載したレーザ装置のレーザ出力を判定する上での指標とする。また、光検出器７の受光位置などを判定することで狭帯域化モジュール１から出力される狭帯域化光のスペクトル構造を検査し、その波長選択特性を判定する。
【００３４】
上記光源２としては、例えば次のようなものを用いる。
【００３５】
ＫｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、
ａ．低圧水銀ランプの３本の発光線、248.1996nm、248.2716nm、248.3815nm（空気中）
ｂ．Ｆｅのホローカソードランプの248.3271nm線（空気中）
ｃ．アルゴンレーザ（496.5nm）の第２高調波である248.25nm線
ｄ．その他248.1〜248.6nmの間の発光線またはレーザ光
ＡｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、
ａ．Ａｓのホローカソードランプの193.7590nm線（真空中）
ｂ．低圧水銀ランプの194.2273nm線（真空中）
ｃ．その他193.0〜194.3nmの間の発光線またはレーザ光
以上の基本構成によって狭帯域化モジュール１単体の光学性能を検査する。
【００３６】
図２により具体的な実施形態を示す。
【００３７】
図２において、低圧水銀ランプなどのランプ１０の光は、コリメータレンズ１１でコリメート光に変換された後、干渉フィルタ１２で所要の波長の発光線が透過され、さらに集光レンズ１３によって集光される。集光レンズ１３の焦点位置にはスリット１４が配置され、このスリット１４を透過した光はビームスプリッタ１５を透過し、さらにコリメータレンズ１６によってコリメート光に変換された後、狭帯域化モジュール１に入射される。
【００３８】
この場合、狭帯域化モジュール１は２個のプリズムから成るプリズムビームエキスパンダ１７、回折格子１８および波面調整器２０を有しており、プリズムビームエキスパンダ１７、回折格子１８によって狭帯域化された光が狭帯域化モジュール１から出力される。
【００３９】
コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には、全反射ミラー６が光路上から取り外し可能に配設されている。
【００４０】
狭帯域化モジュール１または全反射ミラー６からの戻り光は、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ３を経由した後、ＣＣＤあるいはラインセンサ等で構成される光検出器７に入射される。検査装置８は、光検出器７の出力が、その受光位置と光強度との対応関係などで表示されるモニタを有しており、光検出器７の検出出力に基づいて狭帯域モジュール１の各種狭帯域化性能を検査する。
【００４１】
波面調整器２０は、プリズムビームエキスパンダ１７およびグレーティング１８へ入射する光の波面を平面波、凸面波、凹面波のいずれにも変換可能なものである。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７およびグレーティング１８の組み合わせから成る狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能をより発揮するためにはこれらへの入射光の波面を平面波、凸面波、凹面波のいずれかにし、かつ凸面波、凹面波の場合はその２次元的な曲率半径を調整する必要があるので、この調整を波面調整器２０で行うようにしている。なお、平面波、凸面波、凹面波のいずれを選ぶかは光学素子の特性のばらつきに応じて異なっている。
【００４２】
図３は波面調整器２０の各種の具体例を示すものである。
【００４３】
図３(a)においては、波面調整器２０は、凹レンズ２１および凸レンズ２２で構成され、凸レンズ２２を適宜の機構によって光軸方向に移動可能にしており、入射された波面を凹レンズ２１と凸レンズ２２の光軸方向の相対位置に応じて任意の曲率をもつ波面（凹波面、凸波面）または平面波に変換することができるようにしている。
【００４４】
図３(b)においては、反射型の光学素子基板２３に実際に物理的力を加えて反射面を歪ませるようにしている。すなわち、反射ミラー２３の両端を支持部材２４に形成した凹部２５に係合させて、これら凹部２５で反射ミラー２３の両端を支持するとともに、反射ミラー２３の背面中央付近に設けた適宜の機構によって反射ミラー２３の背面中央部を押圧または引張ることによって、ミラー反射面を凹面または凸面に曲げるようにしている。
【００４５】
図３(c)(d)においては、透過型の光学素子基板２６に対し、温度分布を故意に与えることで基板２６に屈折率分布を発生させて波面調整器２０を実現するようにしている。図３(d)は図３(c)の平面図である。すなわち、例えば、石英硝子基板２６の四方の各側面に、熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを設置し、これら各加熱冷却器２７ａ〜２７ｄを温度制御することで石英硝子基板２６に所望の屈折率分布を与える。なお、図３(d)において、２７はレーザビームが通過するエリアである。
【００４６】
つぎに、図４のフローチャートを参照して図２の実施形態の検査手順を説明する。
【００４７】
まず、最初の段階では、コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には全反射ミラー６が配置されている状態にある。この段階で、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように図２の狭帯域化モジュール１以外の各光学機器の光軸調整を実行する（ステップ１００）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ b （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ１１０）。このようにして、干渉フィルタ１２で波長選択された光の自然発光光の光強度Ｉbを得ることができる。
【００４８】
次に、前記全反射ミラー６を光路上から取り外す（ステップ１２０）。そして、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように狭帯域化モジュール１内の光学機器１７、１８の光軸調整を実行する（ステップ１３０）。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７の２つのプリズムの位置、角度を調整すると共に、グレーティング１８の回転角度を調整してグレーティング１８に対する入射光の入射角度を調整し、その選択波長が光源の波長すなわち干渉フィルタ１２の選択波長と一致するようにする。
【００４９】
次に、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光出力の光の拡がり幅（図５参照）が最小になるように、狭帯域化モジュール１内の波面調整器２０によって波面調整を実行する（ステップ１４０）。
【００５０】
そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ n （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ１５０）。
【００５１】
そして、検査装置８は、先に取り込んだ受光光量Ｉbと、今回取り込んだ受光光量Ｉnとの比、すなわち狭帯域化効率Ｅf（＝Ｉn／Ｉb）を求める（ステップ１６０）。また、検査装置８では、このようにして求められた狭帯域化効率Ｅfを予め設定された許容範囲値と比較し、許容範囲内に入っていた場合は、合格品である旨をモニタに表示し、許容範囲外である場合は不合格品である旨をモニタ表示することで、当該狭帯域化モジュールの良否をオペレータに報知する。なお、このようにして求められた狭帯域化効率Ｅfは、当該狭帯域化モジュールが搭載されたレーザ装置の出力パワーを評価する上での１つの重要な指標となる。
【００５２】
すなわち、単色光発光手段から発生される光の強度は、波長に応じてばらつく強度−波長分布を通常もっており、単に狭帯域モジュールから出力された光の強度を検出しても、これだけでは狭帯域化モジュール１での狭帯域化された光の光強度に関する絶対的に評価を決めることはできない。
【００５３】
そこで、同じ光学系を介して受光した単色光源の自然発振光と狭帯域化光との比を求め、この比によって狭帯域化モジュールの狭帯域化出力効率を評価するようにしている。
【００５４】
また、この検査システムでは、前述したように、光検出器７の出力から狭帯域化モジュール１の波長選択特性（選択中心波長、スペクトル線幅など）を評価するようにしている。
【００５５】
なお、図４に示した検査手順において、最初に全反射ミラー６を取り外して狭帯域化モジュール１からの戻り光を光検出器７に入射してその光強度Ｉnを検出し、その後で全反射ミラー６を光路上に配設ししてその光強度Ｉbを検出するようにしてもよい。
【００５６】
このようにこの実施形態では、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を確認する上での重要な指標となる狭帯域化効率、および波長選択特性を実機のレーザを用いることなく、簡単な構成および短い検査時間で検査することができるようになる。
【００５７】
図６にこの発明の他の実施形態を示す。
【００５８】
この図６の実施形態においては、単色光源３０としてアルゴンレーザの第２高調波である248.25nm線を用い、このレーザ光を光ファイバースリーブ３１、光ファイバー３２および光ファイバースリーブ３３を経由して集光レンズ１３に導光するようにしている。また、図２のコリメータレンズ１６の代わりに軸外放物面鏡３４を用いてコリメート変換を行うようにしている。
【００５９】
軸外放物面鏡３４の場合、コリメータレンズ１６とは違って色収差および球面収差が発生しないために、単色光源３０をその発光波長域が異なるものに交換するだけで、狭帯域化の波長域が異なる複数種の狭帯域化モジュールの検査を行う利点がある。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ用の狭帯域化モジュールを検査する場合は、前述したように248.1〜248.6nmの間の発光線またはレーザ光を発生する光源を用い、ＡｒＦエキシマレーザの狭帯域化モジュールを検査する場合は、この光源を193.0〜193.9nmの間の発光線またはレーザ光を発生する光源に交換するだけで、両狭帯域化モジュールの検査を行うことができる。
【００６０】
この実施形態においても、先の図２の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めると共に、光検出器７の出力から得られた波長およびスペクトル線幅に基づいて狭帯域化モジュール１の波長選択特性を検査することができる。また、波面調整器２０によってプリズムエキスパンダ１７およびグレーティング１８への入射波面を調整することで、スペクトル線幅が最小になるように調整することができる。
【００６１】
ただし、この図６の実施形態において、波面制御を行った場合は、この波面調整に応じて軸外放物面鏡３４の焦点位置が変化するので、光検出器７は光軸方向に移動可能にしている。すなわち、前述したように、波面調整器２０によって波面を変えながら光検出器７によってスペクトル幅を観測すると波面の変化のみによってスペクトル幅が変化するので、その幅が最も細くなる波面で、波面補正器２０の調整状態を固定する。この結果、調整前のときと調整後では、軸外放物面鏡３４の焦点位置が変化するので、調整中或いは調整後に光検出器７を軸外放物面鏡３４の焦点位置に移動させるようにしている。例えば、平面波を反射したときの焦点位置に比べて凸面波を反射したときの焦点位置は遠くなり、凹面波を反射したときの焦点位置は近くになる。
【００６２】
図７にこの発明の更に別の実施形態を示す。
【００６３】
この実施形態においては、光源３５として重水素ランプを用いるとともに、波長選択素子として先の図２の干渉フィルタ１２の代わりに分光器４０を用いるようにしている。
【００６４】
重水素ランプ３５は、ＫｒＦエキシマレーザの波長域248.3nm近傍およびＡｒＦエキシマレーザの波長域193.nm近傍の双方で比較的広帯域のスペクトルを発生する。分光器４０は、この場合、回折格子４１および２つの凹面鏡４２、４３を用いたツェルニーターナー方式のものを用いており、この分光器４０を用いて狭帯域化モジュール１で狭帯域化する選択波長域の光を分光して取り出すようにしている。他の構成および動作は先の図６に示した実施形態と同様である。
【００６５】
この実施形態においては、ランプ３５を交換することなく、ＫｒＦエキシマレーザ用およびＡｒＦエキシマレーザ用の狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能を検査することができる。
【００６６】
図８にこの発明の更に別の実施形態を示す。
【００６７】
この実施形態においては、光源３５としては、先の図７の実施形態同様、重水素ランプのようなＫｒＦエキシマレーザの波長域248.3nm近傍およびＡｒＦエキシマレーザの波長域193.nm近傍の双方で広帯域のスペクトルを発生するものを用いる。また、この場合、分光器４０は、狭帯域化モジュール１に対する入射側に配するのではなく、狭帯域化モジュール１からの出射側に配するようにしている。この実施形態においても、先の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを測定するとともに、光検出器７の出力から得られた波長およびスペクトル線幅に基づいて狭帯域化モジュール１波長選択特性を検査することができる。また、波面調整器２０によってプリズムエキスパンダ１７およびグレーティング１８への入射波面を調整することで、スペクトル線幅が最小になるように調整する。
【００６８】
図９にこの発明の更に他の実施形態を示す。
【００６９】
この図９に示す実施形態では、フィゾー干渉計を用いて干渉縞を発生させ、この干渉縞によって波面を計測するようにしている。
【００７０】
この場合、光源３０からは、アルゴンイオンレーザの第２高調波である248.25nmのレーザ光が発生される。すなわち、アルゴンイオンレーザ３０は、496.5nmを基本波としているが、このアルゴンイオンレーザの共振器内にエタロンなどの波長選択素子を配置して縦モードを１本に選択することによりスペクトル線幅を狭くし、この基本波をＢＢＯなどの第２高調波への変換素子を通過させることで、248.25nmのレーザ光を出力する。
【００７１】
このレーザ光は、２枚のミラー５１、５２経由した後、拡散レンズ５２によって広げられた後、ビームスプリッタ１５を透過し、コリメータレンズ１６によって平行光に変換される。
【００７２】
そして、オプティカルフラットで構成された半透過鏡５５によって一部が透過され、残りが反射される。
【００７３】
半透過鏡５５で反射された光は、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第１光として入射される。
【００７４】
半透過鏡５５を透過した光は、狭帯域化モジュール１に入射され、波面調整器２０、プリズム１７を経由した後、グレーティング１８に入射され、その回折光が、再度プリズム１７、波面補正器２０を経由して狭帯域化モジュール１から出射される。狭帯域化モジュール１から出射された光は、半透過鏡５５を透過した後、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第２の光として入射される。
【００７５】
このようにして、第１の光と第２の光が干渉し、ＣＣＤで構成される光検出器７上には干渉縞が形成される。
【００７６】
したがって、検査装置８によってＣＣＤ７上干渉縞を観測することで、狭帯域化モジュール１で狭帯域化された光のスペクトル構造、狭帯域化モジュール１へ入射される波面の状態を検査することができ、狭帯域化モジュール１の波長選択特性を評価することができる。また、先の実施形態と同様、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めることができる。
【００７７】
なお、フィゾー干渉計の場合、光源３０として、可干渉距離が長い（スペクトル線幅が狭い）レーザ光源でないと、干渉縞を発生させることができない。
【００７８】
図１０は、マイケルソンの干渉計を使用して狭帯域化モジュール１の狭帯域化性能を検査するようにした実施形態である。
【００７９】
すなわち、この場合は、コリメータレンズ１６からの平行光は、一部がビームスプリッタ１５で反射されてオプティカルフラットで構成された全反射鏡５７に入射され、その残りが透過されて狭帯域化モジュール１に入射される。
【００８０】
したがって、全反射鏡５７で反射された光がビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第１の光として入射され、狭帯域化モジュール１から出射された光がビームスプリッタ１５を経由して集光レンズ５４に入射され、集光された光が光検出器７に第２の光として入射される。このようにして、第１の光と第２の光が干渉し、光検出器７上には干渉縞が形成される。
【００８１】
したがって、この場合も、検査装置８によってＣＣＤ７上干渉縞を観測することで、狭帯域化モジュール１で狭帯域化された光の波長選択特性（スペクトル構造）、狭帯域化モジュール１へ入射される波面の状態を検査することがきる。また、全反射ミラー６を配置および取り外した状態で光検出器７の出力に基づいて狭帯域化モジュール１の狭帯域化効率Ｅfを求めることができる。
【００８２】
なお、マイケルソンの干渉計の場合は、全反射鏡５７の位置を調整することにより、可干渉距離が短くても干渉縞を発生させることができる利点をもっている。したがって、光源として、Ｈｇ，Ｆｅ、Ａｓなどのランプの発光線を使用しても、干渉縞を発生させることができる。
【００８３】
図１１は、図９又は図１０の実施形態の検査手順を示すものであり、以下、この図１１のフローチャートを参照して図９又は図１０の実施形態の検査手順を説明する。
【００８４】
まず、最初の段階では、コリメータレンズ１６と狭帯域化モジュール１との間の光路上には全反射ミラー６が配置されている状態にある。この段階で、検査装置８のモニタを見ながら光検出器７の受光光量が最大となるように狭帯域化モジュール１以外の各光学機器の光軸調整を実行する（ステップ２００）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ b （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）を測定する（ステップ２１０）。
【００８５】
次に、前記全反射ミラー６を光路上から取り外す（ステップ２２０）。そして、検査装置８のモニタをモニタを見ながら干渉縞が発生するように狭帯域化モジュール１内の光学機器１７、１８の光軸調整を実行する（ステップ２３０）。すなわち、プリズムビームエキスパンダ１７の２つのプリズムの位置、角度を調整すると共に、グレーティング１８の回転角度を調整してグレーティング１８に対する入射光の入射角度を調整し、その選択波長が光源３０の波長と一致するようにする。
【００８６】
次に、検査装置８のモニタを見ながら干渉縞の形状が所定の範囲内の形状となるように、狭帯域化モジュール１内の波面調整器２０によって波面調整を実行する（ステップ２４０）。そして、この状態で、検査装置８に指令を与えることで、光検出器７の出力を取り込ませ、その受光光量Ｉ n （図５で示されるように光検出器７の各感光部で検出される光量のうちの最大値）（ステップ２５０）。
【００８７】
そして、 検査装置８は、先に取り込んだ受光光量Ｉbと、今回取り込んだ受光光量Ｉnとの比、すなわち狭帯域化効率Ｅf（＝Ｉn／Ｉb）を求める（ステップ２６０）。
【００８８】
なお、前述した本発明の検査装置をエキシマレーザ以外の任意のレーザ装置の検査に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の基本的な構成を示す概念的ブロック図。
【図２】この発明の実施形態を示す図。
【図３】波面調整器の具体例を示す図。
【図４】図２の実施形態の検査手順を示すフローチャート。
【図５】光検出器の出力を示す図。
【図６】この発明の他の実施形態を示す図。
【図７】この発明の更に別の実施形態を示す図。
【図８】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図９】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図１０】この発明の更に他の実施形態を示す図。
【図１１】図９及び図１０の実施形態の検査手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…狭帯域化モジュール ２、３０、３５…光源
３…コリメータ部 ４、１５…ビームスプリッタ
５、１１、１６…コリメータレンズ ６…全反射ミラー
７…光検出器 ８…検査装置 １０…ランプ
１２…干渉フィルタ １３…集光レンズ １４…スリット
１７…プリズムビームエキスパンダ １８…回折格子
２０…波面調整器 ３１、３３…スリーブ ３２…光ファイバー
４０…分光器 ５５…半透過鏡 ５７…全反射ミラー
Claims (7)
- 狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、
狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、
前記光源手段からの光が入射されるスリットと、
このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、
前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、
直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、
前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、
前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化モジュールの検査装置。 - 前記検査手段は、
前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしたことを特徴とする請求項１記載の狭帯域化モジュールの検査装置。 - 狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、
広帯域の光を発生する広帯域光源と、
この広帯域光源からの光が入射されるスリットと、
このスリットを経由した光をコリメート光に変換し、変換された光を前記狭帯域化モジュールに入射するコリメート変換器と、
前記狭帯域化モジュールからの出力光を集光する集光手段と、
前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、
直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光を分光する分光器と、
この分光器によって分光された光が入射される光検出器と、
前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化モジュールの検査装置。 - 前記検査手段は、
前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしたことを特徴とする請求項３記載の狭帯域化モジュールの検査装置。 - 狭帯域化モジュールの狭帯域化性能を検査する狭帯域化モジュールの検査装置において、
狭帯域レーザ光の波長域で発光する光を発生する光源手段と、
この光源手段からの単色光をコリメート光に変換するコリメート変換器と、
この変換されたコリメート光を２光束に分けて一方の光束を前記狭帯域化モジュールに入射し、前記狭帯域化モジュールからの戻り光と前記２光束に分けられた他方の光束とを干渉させる干渉計と、
前記コリメート変換器と前記狭帯域化モジュールとの間の光路上に取り外し可能に配設される全反射ミラーと、
前記干渉計の出力光を集光する集光手段と、
直線状に並ぶ複数の感光部を有し、前記集光手段によって集光された光が入射される光検出器と、
前記全反射ミラーが前記光路上に配置された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値と前記全反射ミラーが前記光路上から外された状態で前記光検出器の感光部にて検出される受光光量のうちの最大値との比を求める検査手段と、
を備えるようにしたことを特徴とする狭帯域化モジュールの検査装置。 - 前記検査手段は、
前記全反射ミラーを前記光路上から外した状態での前記光検出器の出力から得られた干渉縞に基づいて狭帯域化モジュールの波長選択特性を検査するようにしたことを特徴とする請求項５記載の狭帯域化モジュールの検査装置。 - 前記狭帯域化モジュールとコリメート変換器との間の光路上に、入射された狭帯域レーザ光の波面を補正して出射する波面調整手段を設けるようにしたことを特徴とする請求項１または３または５記載の狭帯域化モジュールの検査装置。
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