(57)【要約】【課題】長い光路差を必要とする場合でも対応できる紫外線発生装置を提供する。【解決手段】狭帯域連続レーザ光源１から放出される狭帯域の連続レーザ光は、ＥＯ変調器２によって変調され、パルスレーザ光に変えられる。ＥＯ変調器２は、パルス発生器３からのパルス信号によって、連続レーザ光を変調する。この場合、図に示すように、干渉計の参照面と測定面との光路差に合わせたパルス間隔を有する２個のパルス光が発生する。このパルス光は、光ファイバ増幅器４と波長変換光学系５を通って紫外光となり、干渉計用の光として使用される。光ファイバ増幅器４としては、従来使用されているＥｒ添加光ファイバ増幅器が使用でき、波長変換光学系５も、従来使用されているものが使用できる。【選択図】  図１
2004348068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長コヒーレンス長のレーザ光を放出するレーザ光源と、当該レーザ光源から放出されたレーザ光を、所定のパルス信号を用いてパルス変調して複数個のパルス光を切り出す光変調装置と、切り出された前記パルス光を増幅する光増幅器と、増幅された光の高調波を発生する波長変換系とを有することを特徴とする紫外光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外光発生装置を光源とし、前記パルス光間で干渉を起こさせて測定を行う機能を有することを特徴とする干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外光発生装置、及びこの紫外線発生装置を使用した干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの集積度が高まるにつれて、その製造工程であるリソグラフィ工程に使用される露光装置の解像度に対する要求が高くなってきている。周知のように解像度は露光光学系の開口数に比例し、露光に使用される波長に逆比例する。よって、解像度を上げるためには、可視光域の波長では限界があり、従来より紫外線を用いた露光装置が使用されている。最近では、波長１９３ｎｍの紫外線が使用されるようになってきている。
【０００３】
このような露光装置の光学系を検査するためには干渉計を使用する必要がある。紫外線露光装置の光学系の検査には、その露光装置が使用している波長程度の短波長のコヒーレントな光を使用することが望ましい。
【０００４】
図４に、波長変換により１９３ｎｍの紫外線を発生させるために従来使用されている波長変換光学系の１例の概要を示す。波長１．５５μｍの基本波は、集光レンズ２１により波長変換結晶（ＬＢＯ）２２に集光され、そのうちの一部が２倍波に変換される。波長変換結晶２２からの出力光は、集光レンズ２３により波長変換結晶（ＬＢＯ）２４に集光され、基本波と２倍波の一部が３倍波に変換される。波長変換結晶２４からの出力光のうち、３倍波はダイクロイックミラー２５で反射され、基本波と２倍波はダイクロイックミラー２５を透過する。そして、透過した光のうち２倍波はダイクロイックミラー２６で反射され、基本波はダイクロイックミラー２６を透過する。
【０００５】
ダイクロイックミラー２６で反射された２倍波は、集光レンズ２７により波長変換結晶（ＬＢＯ）２８に集光され、２倍波の一部が４倍波に変換される。波長変換結晶２８の出力光は、シリンドリカルレンズ２９、３０を通って、ダイクロイックミラー３１で反射されて波長変換結晶（ＢＢＯ）３２に集光される。
【０００６】
一方、ダイクロイックミラー２５で反射された３倍波は、レンズ３３、３４を通ってミラー３５で反射され、ダイクロイックミラー３１を透過して波長変換結晶３２に集光される。波長変換結晶３２では、入射した３倍波と４倍波の一部が７倍波に変換される。波長変換結晶３２の出力光は、シリンドリカルレンズ３６、３７を通ってダイクロイックミラー３８で反射され、波長変換結晶３９（ＣＬＢＯ）に集光される。
【０００７】
ダイクロイックミラー２６を透過した基本波は、レンズ４０を透過した後、ミラー４１で反射され、集光レンズ４２を通り、ダイクロイックミラー３８を透過して、波長変換結晶３９に集光される。波長変換結晶３９では、７倍波と基本波の一部が８倍波に変換され、波長１９３ｎｍの紫外光として出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような波長変換光学系を通して紫外線を発生させ、しかも十分なパワーを有する出力光を得るためには、入射する基本波のピークパワーが十分高くなければならない（１０Ｋｗ程度）。そのため、図４に示すような波長変換光学系の前段に光ファイバー増幅器を設け、基本波の増幅を行っている。
【０００９】
しかしながら、光ファイバ増幅器によって、高ピークパワー（〜１０Ｋｗ）であって、かつ、時間幅の長い（〜１０ｎｓ）パルス光を発生させることは、原理的に困難である。
【００１０】
そこで、従来は、干渉計に必要な光路差に対して光源のコヒーレンス長が短い場合には、干渉計の光路差と等距離に当たるＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅを別に設け、１つのパルス光を２つに分割して、これらを干渉させる方法が用いられていた。この例を図５に示す。光源からのパルス光は、ハーフミラー５１によって２つに分割され、一方の光がミラー５２、５３からなる迂回光路を経過して、ハーフミラー５４で反射されてもとの光路に戻る。
【００１１】
ハーフミラー５１を透過した光は、そのままハーフミラー５４を透過して直進する。よって、ハーフミラー５４の後の光路では、光源からのパルス光が、光路差だけの間隔を持つ２つのパルスに別れ、ハーフミラー５５を透過して、参照面５６と測定面５７で反射され、さらにハーフミラー５５で反射されて検出面５８に達する。
【００１２】
よって、ハーフミラー５１と５２間の距離とハーフミラー５３と５４の距離の和が、参照面５６と測定面５７の距離の２倍にほぼ等しくなるようにしておけば、検出面５８上で、参照面５６で反射された迂回光路を経過したパルス光と、測定面５７で反射された迂回光路を経過せずに直進したパルス光が干渉を起こし、干渉計測が可能になる。
【００１３】
しかしながら、このような光学系においては、光学系の構成が複雑になるので光学調整が煩雑かつ困難になると共に、参照面５６と測定面５７の距離が変わる場合には、それに合わせて迂回光路の光路長を機械的に変化させる必要があり、不安定性の原因にもなっていた。
【００１４】
又、これとは全く別に、波長１９３ｎｍ程度の紫外線領域において、満足な分光用狭帯域光源が得られないという問題があった。すなわち、分光器の特性を調査するためには、少なくとも分光器の分解能と同等の狭帯域を有する光源が必要とされる。現在では、波長１９３ｎｍで分解能が０．１ｐｍの分光器が存在する。このような分光器の装置関数（分解能等）を検査するには、０．１ｐｍ以下の波長幅を有する光源が必要とされる。
【００１５】
しかし、このような狭帯域を有する光源を、ファイバ増幅器と波長変換光学系で作り出すことは困難である。すなわち、スペクトル幅はパルス時間幅によって規定される（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｌｉｍｉｔ）ので、狭帯域化したければ、パルス時間幅を広くする必要がある。しかし、波長変換結晶による変換効率は入射光のピークパワーにほぼ比例するため、多段階の波長変換を効率的に行うためには、基本波のピークパワーを１０Ｋｗ程度まで高くしなければならない。ところが、光ファイバ増幅器で１０Ｋｗ程度のピークパワーのパルス光を得ようとすると、パルス時間幅を２〜３ｎｓ程度より長くすることは困難であり、必要とされる狭帯域光を得ることができない。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、長い光路差を必要とする場合でも対応できる紫外線発生装置、十分狭帯域の光を発生することができる紫外線発生装置、及びこの紫外線発生装置を使用した干渉計を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、長コヒーレンス長のレーザ光を放出するレーザ光源と、当該レーザ光源から放出されたレーザ光を、所定のパルス信号を用いてパルス変調して複数個のパルス光を切り出す光変調装置と、切り出された前記パルス光を増幅する光増幅器と、増幅された光の高調波を発生する波長変換系とを有することを特徴とする紫外光発生装置（請求項１）である。
【００１８】
このようにすれば、光変調装置を制御することによりパルス幅とパルス間隔を容易に変更可能なので、例えば、干渉計の光源として用いる場合、従来技術のＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅを設けた場合と同じ効果を得ることができ、しかも、参照面と測定面の距離が変わるような場合でも、機械的な調整を行わず、容易にパルス間隔を変えることにより対応できる。又、後に説明するように、一定間隔で複数のパルスを発生させることにより、１個のパルスで得られるよりも狭帯域の構造を持ったスペクトルを得ることができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である紫外光発生装置を光源とし、前記パルス光間で干渉を起こさせて測定を行う機能を有することを特徴とする干渉計（請求項２）である。
【００２０】
本手段によれば、従来技術のＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅを設けた場合と同じ効果を得ることができ、しかも、参照面と測定面の距離が変わるような場合でも、機械的な調整を行わずに測定が可能な干渉計とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である紫外線干渉計用紫外線発生装置の構成の概要を示す図である。狭帯域連続レーザ光源１から放出される狭帯域の連続レーザ光は、ＥＯ変調器２によって変調され、パルスレーザ光に変えられる。ＥＯ変調器２は、パルス発生器３からのパルス信号によって、連続レーザ光を変調する。この場合、図に示すように、干渉計の参照面と測定面との光路差に合わせたパルス間隔を有する２個のパルス光が発生する。このパルス光は、光ファイバ増幅器４と波長変換光学系５を通って紫外光となり、干渉計用の光として使用される。光ファイバ増幅器４としては、従来使用されているＥｒ添加光ファイバ増幅器が使用でき、波長変換光学系５は、従来使用されているもので、例えば図４に示すようなものが使用できる。
【００２２】
狭帯域連続レーザ光源１としては、Ｅｒ添加ＤＦＢファイバレーザや光通信用のＤＦＢ−ＬＤ等が使用できる。ここで、連続波を切り出すことによって形成された２つの連続したパルスレーザ光が干渉するためには、連続レーザ光源のコヒーレンス長は、干渉計の光路差よりも長くなければならない。なお、本実施の形態では、連続レーザ光源を用いているが、コヒーレンス長の条件さえ満たしていれば、必ずしも連続波に限られるものではなく、パルス光源等でもよい。ＥＯ変調器２としては、Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ型のＥＯ変調素子が使用できる。
【００２３】
なお、光ファイバ増幅器４は、６０ｄＢ近い高利得を得るためには複数段で構成する必要がある。この場合、最終段の増幅器は、高ピークパワーによる非線形効果の発生を抑えるため、モード径１０μｍ以上、Ｅｒ添加濃度１０００ｐｐｍ以上のものを使用することが好ましい。
【００２４】
又、この紫外線干渉計用紫外線発生装置を光源として用いる干渉計は、従来のものと何ら変わるところがないが、従来のものが有していたＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅが不要となるので、構造が簡単になり、かつ、光路差に対応するパルス光の間隔の調整が容易なものとすることができる。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態の１例である狭帯域紫外線発生装置の構成の概要を示す図である。図２に示す紫外線発生装置の構成は図１に示す紫外線発生装置の構成と基本的に変わるところはないので、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。図２に示す紫外線発生装置においては、複数個（Ｎ個）のパルスが、パルス幅τ、パルス間隔Ｔで、ＥＯ変調器２から出力されている。
【００２６】
時間間隔Ｔで連続するＮ個のパルスの電場は、以下のように表される。
【００２７】
【数１】
2004348068.tif 000003
【００２８】
ここでε（ω）は、個々のパルスのスペクトルである。これより、時間間隔Ｔで連続するＮ個の連続するパルスのスペクトルは、
【００２９】
【数２】
2004348068.tif 000004
【００３０】
と表される。この式から、Ｎ個のパルスを用いることにより、スペクトル幅がほぼ１／ＮＴの超狭帯域の紫外光を得ることができることが分かる。すなわち、この場合のスペクトルの包絡線は１／τ程度以上の広がりを持つが、その中に幅１／ＮＴの微細構造を持つものとなる（Ｒａｍｓｅｙ  Ｆｒｉｎｇｅ）。ただし、もととなる狭帯域レーザ光源のコヒーレンス長は、Ｃ・Ｎ・Ｔよりも長くなければならない。ここで、Ｃは光速である。
【００３１】
図３に、パルス幅１ｎｓ、パルス間隔５ｎｓ、パルス連続数４の基本波を用いた場合の、波長１９３ｎｍの高調波のスペクトルの計算値を示す。横軸は１９３ｎｍを中心とした波長差（単位ｐｍ）、縦軸はスペクトル強度（相対値）である。１９３．３６８ｎｍの点を中心として、半値全幅０．００６ｐｍのピークを有するスペクトルが形成されている。このピークの包絡線が、パルス時間幅１ｎｓのパルスのスペクトルにほぼ対応している。このようにして、狭帯域のスペクトル構造を有する光を作り出すことができる。
【００３２】
半値全幅０．００６ｐｍのスペクトルを１つのパルスで得るには、基本波のパルス時間幅は、２０ｎｓ以上必要であるが、光ファイバー増幅器では、Ｋｗ級の高ピークパワーを維持しつつ、このような長いパルスを発生することは困難である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、長い光路差を必要とする場合でも対応できる紫外線発生装置、十分狭帯域の光を発生することができる紫外線発生装置、及びこの紫外線発生装置を使用した干渉計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である紫外線干渉計用紫外線発生装置の構成の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例である狭帯域紫外線発生装置の構成の概要を示す図である。
【図３】パルス幅１ｎｓ、パルス間隔５ｎｓ、パルス連続数４の基本波を用いた場合の、波長１９３ｎｍの高調波のスペクトルの計算値を示す図である。
【図４】波長変換により１９３ｎｍの紫外線を発生させるために従来使用されている光学系の１例の概要を示す図である。
【図５】従来のＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅを設けた干渉計の原理を示す図である。
【符号の説明】
１…狭帯域連続レーザ光源、２…ＥＯ変調器、３…パルス発生器、４…光ファイバ増幅器、５…波長変換光学系
【図１】
2004348068.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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