(57)【要約】狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置は、レーザチャンバと、狭帯域化光学系と、アクチュエータと、出力結合ミラーと、波長検出器と、波長制御部と、を含む。アクチュエータは、狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成される。波長検出器は、水銀と、水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、低圧水銀ランプから出射された基準光と、出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、基準光の干渉縞の波形と、被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、を含む。波長制御部は、基準光の干渉縞の波形を積算して積算波形を計算し、積算波形と被検出光の干渉縞の波形とに基づいて被検出光の波長を計算し、被検出光の波長の計算結果に基づいてアクチュエータを制御する。
2018016066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のウィンドウ及び第２のウィンドウを含み、一対の放電電極が内部に配置され、クリプトンガス及びフッ素ガスを含むレーザガスが封入されるレーザチャンバと、
前記第１のウィンドウから出射される光の光路に配置された狭帯域化光学系と、
前記狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成されたアクチュエータと、
前記狭帯域化光学系とともに光共振器を構成する出力結合ミラーであって、前記第２のウィンドウから出射される光の光路に配置され、前記第２のウィンドウから出射される光の一部を出射する前記出力結合ミラーと、
波長検出器であって、
水銀と、前記水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、前記水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、
前記低圧水銀ランプから出射された基準光と、前記出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、
前記基準光の干渉縞の波形と、前記被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、
を含む前記波長検出器と、
波長制御部であって、
前記基準光の干渉縞の波形を積算して積算波形を計算し、前記積算波形と前記被検出光の干渉縞の波形とに基づいて前記被検出光の波長を計算し、
前記被検出光の波長の計算結果に基づいて前記アクチュエータを制御する
前記波長制御部と、
を備えた、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項２】
前記波長制御部は、前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始したときから所定時間内の少なくとも一部の期間にわたって前記基準光の干渉縞の波形を積算する、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項３】
前記波長検出器は、前記基準光の干渉縞の波形を複数回検出し、
前記波長制御部は、複数回分の前記基準光の干渉縞の波形を加算することにより、前記基準光の干渉縞の波形を積算する、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項４】
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから、前記低圧水銀ランプから出射される前記基準光の光量が低下を開始するまでの時間が５秒以上６０秒以下である、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項５】
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから前記光分布センサで検出される干渉縞の波形にディップが発生するまでの時間が１０秒以上３０秒以下である、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項６】
前記低圧水銀ランプは、温度変化に対する水銀蒸気圧の特性が０．８Ｐａ以上１．２Ｐａ以下の間に極大値を有し、０．６Ｐａ以上１．０Ｐａ以下の間に極小値を有する、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項７】
前記低圧水銀ランプの略中心から前記エタロンに向かう前記基準光の進行方向と反対側に、前記ゲッタ材が位置する、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項８】
前記ゲッタ材は、前記熱陰極との最短距離が２ｍｍ以上６ｍｍ以下の位置に配置された、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項９】
前記ゲッタ材は、インジウムと銀と水銀との合金を含む、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１０】
前記低圧水銀ランプに収容された前記水銀は、１種類の同位体を４９％以上含んでいる、
請求項１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１１】
第１のウィンドウ及び第２のウィンドウを含み、一対の放電電極が内部に配置され、クリプトンガス及びフッ素ガスを含むレーザガスが封入されるレーザチャンバと、
前記第１のウィンドウから出射される光の光路に配置された狭帯域化光学系と、
前記狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成されたアクチュエータと、
前記狭帯域化光学系とともに光共振器を構成する出力結合ミラーであって、前記第２のウィンドウから出射される光の光路に配置され、前記第２のウィンドウから出射される光の一部を出射する前記出力結合ミラーと、
波長検出器であって、
水銀と、前記水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、前記水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、
前記低圧水銀ランプから出射された基準光と、前記出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始したときから所定時間にわたって前記基準光の干渉縞を積分して得られる積分波形と、前記被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、
を含む前記波長検出器と、
波長制御部であって、
前記積分波形と前記被検出光の干渉縞の波形とに基づいて前記被検出光の波長を計算し、
前記被検出光の波長の計算結果に基づいて前記アクチュエータを制御する
前記波長制御部と、
を備えた、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１２】
前記光分布センサが露光を開始した後に、前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始する、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１３】
前記所定時間が５秒以上３０秒以下である、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１４】
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから、前記低圧水銀ランプから出射される前記基準光の光量が低下を開始するまでの時間が５秒以上６０秒以下である、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１５】
前記低圧水銀ランプが前記基準光の出射を開始してから前記光分布センサで検出される干渉縞の波形にディップが発生するまでの時間が１０秒以上３０秒以下である、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１６】
前記低圧水銀ランプは、温度変化に対する水銀蒸気圧の特性が０．８Ｐａ以上１．２Ｐａ以下の間に極大値を有し、０．６Ｐａ以上１．０Ｐａ以下の間に極小値を有する、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１７】
前記低圧水銀ランプの略中心から前記エタロンに向かう前記基準光の進行方向と反対側に、前記ゲッタ材が位置する、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１８】
前記ゲッタ材は、前記熱陰極との最短距離が２ｍｍ以上６ｍｍ以下の位置に配置された、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項１９】
前記ゲッタ材は、インジウムと銀と水銀との合金を含む、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【請求項２０】
前記低圧水銀ランプに収容された前記水銀は、１種類の同位体を４９％以上含んでいる、
請求項１１記載の狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化光学系（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化光学系によりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７４８３１６号明細書
【特許文献２】特開平０６−１１２５７１号公報
【特許文献３】特開昭６１−２３２５４８号公報
【概要】
【０００６】
本開示の１つの観点に係る狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置は、第１のウィンドウ及び第２のウィンドウを含み、一対の放電電極が内部に配置され、クリプトンガス及びフッ素ガスを含むレーザガスが封入されるレーザチャンバと、第１のウィンドウから出射される光の光路に配置された狭帯域化光学系と、狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成されたアクチュエータと、狭帯域化光学系とともに光共振器を構成する出力結合ミラーであって、第２のウィンドウから出射される光の光路に配置され、第２のウィンドウから出射される光の一部を出射する出力結合ミラーと、波長検出器であって、水銀と、水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、低圧水銀ランプから出射された基準光と、出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、基準光の干渉縞の波形と、被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、を含む波長検出器と、波長制御部であって、基準光の干渉縞の波形を積算して積算波形を計算し、積算波形と被検出光の干渉縞の波形とに基づいて被検出光の波長を計算し、被検出光の波長の計算結果に基づいてアクチュエータを制御する波長制御部と、を備える。
【０００７】
本開示の他の１つの観点に係る狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置は、第１のウィンドウ及び第２のウィンドウを含み、一対の放電電極が内部に配置され、クリプトンガス及びフッ素ガスを含むレーザガスが封入されるレーザチャンバと、第１のウィンドウから出射される光の光路に配置された狭帯域化光学系と、狭帯域化光学系で選択される光の波長を変更可能に構成されたアクチュエータと、狭帯域化光学系とともに光共振器を構成する出力結合ミラーであって、第２のウィンドウから出射される光の光路に配置され、第２のウィンドウから出射される光の一部を出射する出力結合ミラーと、波長検出器であって、水銀と、水銀の少なくとも一部を吸着するゲッタ材と、水銀の少なくとも一部を励起する熱陰極と、を内部に収容した低圧水銀ランプと、低圧水銀ランプから出射された基準光と、出力結合ミラーから出射された被検出光と、が入射する位置に配置されたエタロンと、低圧水銀ランプが基準光の出射を開始したときから所定時間にわたって基準光の干渉縞を積分して得られる積分波形と、被検出光の干渉縞の波形と、を検出する光分布センサと、を含む波長検出器と、波長制御部であって、積分波形と被検出光の干渉縞の波形とに基づいて被検出光の波長を計算し、被検出光の波長の計算結果に基づいてアクチュエータを制御する波長制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置の構成を模式的に示す。
【図２】図２は、比較例における波長制御処理のフローチャートである。
【図３】図３は、図２に示される基準光の干渉縞の検出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図３に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、図２に示される被検出光の干渉縞の検出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図６は、比較例１及び比較例２における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、比較例１における低圧水銀ランプから生成されエタロンに入射する基準光の干渉縞の波形を示す。
【図８】図８Ａ〜図８Ｄは、比較例２における低圧水銀ランプから生成されエタロンに入射する基準光の干渉縞の波形を示す。
【図９】図９は、比較例１及び比較例２における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と水銀蒸気圧との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の第１の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ８ｇの構成を概略的に示す。
【図１１】図１１は、純水銀の蒸気圧とアマルガムに含まれる水銀の蒸気圧とを示すグラフである。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｄは、第１の実施形態における低圧水銀ランプから生成される基準光の干渉縞の波形を示す。
【図１３】図１３は、第１の実施形態における低圧水銀ランプ８ｇの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、第１の実施形態における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と水銀蒸気圧との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、第１の実施形態の第１の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１５に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。
【図１７】図１７は、第１の実施形態の第２の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、図１７に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。
【図１９】図１９は、第１の実施形態の第２の例において用いられる配列バッファの例を示す。
【図２０】図２０は、本開示の第２の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ８ｇの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。
【図２１】図２１は、図２０に示されるゲッタ材配置例１〜３について、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄと、点灯開始からディップが発生するまでのディップ発生時間と、点灯開始からディップ発生時間までの積分光量と、を示す。
【図２２】図２２は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
【実施形態】
【０００９】
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザ装置
２．１  構成
２．１．１  レーザチャンバ
２．１．２  光共振器
２．１．３  モニタモジュール
２．２  動作
２．２．１  パルスレーザ光の出力
２．２．２  波長制御
２．３  課題
３．内部にゲッタ材が配置された低圧水銀ランプ
３．１  構成
３．２  動作
３．２．１  第１の例
３．２．２  第２の例
４．ゲッタ材とフィラメントとの最短距離ｄのバリエーション
５．制御部の構成
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
１．概要
本開示の実施形態は、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置に関係する。狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザ装置は、レーザチャンバと、狭帯域化光学系と、出力結合ミラーと、モニタモジュールと、を含んでいる。狭帯域化光学系と出力結合ミラーとで光共振器が構成される。レーザチャンバは、狭帯域化光学系と出力結合ミラーとの間に位置している。
狭帯域化光学系は、例えば、グレーティングとプリズムとを含んでいる。プリズムの姿勢が変更されることにより、グレーティングに対する光の入射角度が変更され、狭帯域化光学系による光の選択波長が変更される。狭帯域化光学系によって、例えば、約２４８．４ｎｍの波長が選択される。狭帯域化光学系によって選択された波長を有するパルスレーザ光が、出力結合ミラーから出射される。
【００１２】
レーザチャンバから出射されたパルスレーザ光の一部が、モニタモジュールに入射する。本明細書において、レーザチャンバから出射されてモニタモジュールに入射するパルスレーザ光を、被検出光と称する。モニタモジュールは、低圧水銀ランプとエタロン分光器とを含んでいる。被検出光は、エタロン分光器に入射する。本明細書において、低圧水銀ランプとは、点灯中の水銀蒸気圧が１００Ｐａ以下の水銀ランプをいうものとする。
低圧水銀ランプにおいては、水銀の少なくとも１種類の同位体が励起される。そして、低圧水銀ランプは、励起された同位体の種類に応じた既知の特定波長成分を多く含む光を出射する。低圧水銀ランプから出射された光は、フィルタを通過してエタロン分光器に入射する。本明細書において、低圧水銀ランプから出射されてエタロン分光器に入射する光を、基準光と称する。エタロン分光器は、未知の波長を有する被検出光の干渉縞と、既知の特定波長成分を多く含む基準光の干渉縞と、を検出する。
【００１３】
被検出光の干渉縞と、基準光の干渉縞と、に基づいて、波長制御部が被検出光の絶対波長を計算する。波長制御部は、計算された被検出光の絶対波長に基づいて、狭帯域化光学系を制御する。これにより、レーザチャンバから出射されるパルスレーザ光の波長がフィードバック制御される。
【００１４】
本開示の実施形態においては、低圧水銀ランプに、アマルガムを含むゲッタ材が配置される。ゲッタ材は、低圧水銀ランプに封入された水銀の少なくとも一部を吸着し、低圧水銀ランプにおける水銀の蒸気圧の上昇を抑制し得る。さらに、本開示の実施形態においては、波長制御部が、基準光の干渉縞の波形を一定時間にわたって積算する。これにより、基準光の干渉縞を、より正確に読み取ることができる。
【００１５】
２．比較例に係るレーザ装置
２．１  構成
図１は、比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置の構成を模式的に示す。図１には、後述の比較例１及び比較例２の両方に共通の構成が示されている。図１に示される狭帯域化エキシマレーザ装置は、レーザチャンバ１０と、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂと、電源１２と、狭帯域化光学系１４と、出力結合ミラー１５と、を含む。狭帯域化光学系１４と出力結合ミラー１５とが、光共振器を構成する。レーザチャンバ１０は、光共振器の光路に配置される。狭帯域化エキシマレーザ装置は、さらに、モニタモジュール１７と、レーザ制御部２０と、波長制御部２１と、を含む。狭帯域化エキシマレーザ装置は、図示しない増幅器に入射させるシード光を出力するマスターオシレータであってもよい。
【００１６】
図１においては、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向に略平行な方向からみた狭帯域化エキシマレーザ装置の内部構成が示されている。出力結合ミラー１５から出力されるパルスレーザ光の進行方向は、Ｚ方向である。一対の放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電方向は、Ｖ方向又は−Ｖ方向である。これらの両方に垂直な方向は、Ｈ方向である。−Ｖ方向は、重力の方向とほぼ一致している。
【００１７】
２．１．１  レーザチャンバ
レーザチャンバ１０は、レアガスとしてクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバである。レーザチャンバ１０の両端にはウィンドウ１０ａ及び１０ｂが設けられている。ウィンドウ１０ａは第１のウィンドウに相当し、ウィンドウ１０ｂは第２のウィンドウに相当する。
【００１８】
一対の放電電極１１ａ及び１１ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ１０内に配置される。放電電極１１ａ及び１１ｂの長手方向は、Ｚ方向と略一致している。電源１２は、図示しない充電器と、図示しないパルスパワーモジュールと、を含む。パルスパワーモジュールは、スイッチ１３ａを含む。
【００１９】
図１に示されるように、ウィンドウ１０ａ及び１０ｂは、これらのウィンドウに対する光の入射面とＨＺ平面とが略平行となり、かつ、この光の入射角度が略ブリュースター角となるように配置される。
【００２０】
２．１．２  光共振器
狭帯域化光学系１４は、２つのプリズム１４ａ及び１４ｂと、グレーティング１４ｃと、を含む。２つのプリズム１４ａ及び１４ｂと、グレーティング１４ｃとは、それぞれ図示しないホルダに支持される。プリズム１４ｂを支持する図示しないホルダは、Ｖ軸と平行な軸周りにプリズム１４ｂを回転させるためのアクチュエータを含む回転ステージ２４ｂを含んでいる。
【００２１】
２つのプリズム１４ａ及び１４ｂの各々の表面には、少なくともＰ偏光の反射を抑制する膜がコーティングされている。
グレーティング１４ｃの表面は高反射率の材料によって構成され、多数の溝が所定間隔で形成されている。各溝は例えば直角三角形の断面形状を有している。
【００２２】
出力結合ミラー１５の第１の面は、レーザチャンバ１０側に位置し、第１の面には部分反射膜がコーティングされている。出力結合ミラー１５の第２の面は、第１の面と反対側に位置し、第２の面には反射抑制膜がコーティングされている。
【００２３】
２．１．３  モニタモジュール
出力結合ミラー１５と露光装置４との間のパルスレーザ光の光路には、ビームスプリッタ１６ａが配置されている。ビームスプリッタ１６ａは、出力結合ミラー１５から出力されたパルスレーザ光の一部を露光装置４に向けて高い透過率で透過させると共に、他の一部をモニタモジュール１７に向けて被検出光として反射するように構成されている。
【００２４】
モニタモジュール１７は、ビームスプリッタ１６ｂと、エネルギーセンサ１６ｃと、シャッタ１７ａと、集光レンズ１７ｃと、波長検出器１８と、を含んでいる。
ビームスプリッタ１６ｂは、ビームスプリッタ１６ａによって反射された被検出光の光路に配置されている。ビームスプリッタ１６ｂは、被検出光の一部を透過させると共に、他の一部を反射するように構成されている。
【００２５】
エネルギーセンサ１６ｃは、ビームスプリッタ１６ｂによって反射された被検出光の光路に配置されている。エネルギーセンサ１６ｃは、フォトダイオード、光電管、あるいは焦電素子で構成されている。
【００２６】
ビームスプリッタ１６ｂを透過した被検出光の光路には、シャッタ１７ａが配置されている。シャッタ１７ａは、アクチュエータ１７ｂによって開状態と閉状態とに切り替え可能とされている。
【００２７】
開状態とされたシャッタ１７ａを通過した被検出光の光路には、集光レンズ１７ｃが配置されている。閉状態とされたシャッタ１７ａは、被検出光を通過させず、被検出光を集光レンズ１７ｃに到達させないようになっている。
集光レンズ１７ｃを通過した被検出光の光路に、波長検出器１８が配置されている。波長検出器１８は、拡散プレート１８ａと、エタロン１８ｂと、集光レンズ１８ｃと、ラインセンサ１８ｄと、ビームスプリッタ１８ｅと、フィルタ１８ｆと、低圧水銀ランプ１８ｇと、ランプ電源１８ｈと、を含んでいる。エタロン１８ｂ及びビームスプリッタ１８ｅは、筐体１８ｉの内部に収容されている。この筐体１８ｉに、拡散プレート１８ａと、集光レンズ１８ｃと、フィルタ１８ｆと、が取付けられている。エタロン１８ｂと、集光レンズ１８ｃと、ラインセンサ１８ｄとで、エタロン分光器が構成される。
【００２８】
拡散プレート１８ａは、集光レンズ１７ｃによって集光される被検出光の光路に配置されている。拡散プレート１８ａは、表面に多数の凹凸を有し、被検出光を筐体１８ｉの外部から筐体１８ｉの内部へ透過させるときに被検出光を拡散させるように構成されている。
拡散プレート１８ａを透過した被検出光の光路に、ビームスプリッタ１８ｅが配置されている。ビームスプリッタ１８ｅは、例えば約２４８．４ｎｍの波長を有する被検出光を透過させるように構成されている。
【００２９】
低圧水銀ランプ１８ｇは、筐体１８ｉの外部に配置されている。低圧水銀ランプ１８ｇは、ランプ電源１８ｈから電力を供給されて光を放射するように構成されている。低圧水銀ランプ１８ｇは、質量数２０２の同位体の割合が４９％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上である水銀が封入された熱陰極型の低圧水銀ランプである。低圧水銀ランプ１８ｇが放射した光は、２５３．７ｎｍの波長成分を多く含んでいる。
【００３０】
フィルタ１８ｆは、低圧水銀ランプ１８ｇが放射した光に含まれる２５３．７ｎｍの波長成分を透過させるバンドパスフィルタである。フィルタ１８ｆは、２５３．７ｎｍの波長成分を含む基準光を、筐体１８ｉの外部から筐体１８ｉの内部へ透過させるように構成されている。
フィルタ１８ｆを透過した基準光の光路に、ビームスプリッタ１８ｅが配置されている。ビームスプリッタ１８ｅは、２５３．７ｎｍの波長成分を含む基準光を反射するように構成されている。
【００３１】
ビームスプリッタ１８ｅを透過した被検出光と、ビームスプリッタ１８ｅによって反射された基準光とは、ほぼ同一の広がり角を有している。これらの光は、ほぼ同一の光路を通ってエタロン１８ｂに入射する。
エタロン１８ｂは、２枚の部分反射ミラーを含む。２枚の部分反射ミラーは、所定距離のエアギャップを有して対向し、スペーサを介して貼りあわせられている。２枚の部分反射ミラーの各々は、２４８．４ｎｍの波長を有する光及び２５３．７ｎｍの波長を有する光に対して所定の反射率を有している。
【００３２】
エタロン１８ｂを通過した被検出光及び基準光の光路に、集光レンズ１８ｃが配置されている。集光レンズ１８ｃを通過した被検出光及び基準光の光路に、ラインセンサ１８ｄが配置されている。ラインセンサ１８ｄは、集光レンズ１８ｃの焦点面に位置する。ラインセンサ１８ｄは、一次元に配列された多数の受光素子を含む光分布センサである。ラインセンサ１８ｄは、エタロン１８ｂ及び集光レンズ１８ｃによって形成される干渉縞の波形データを、波長制御部２１に送信するように構成されている。ラインセンサ１８ｄは、受光素子の各々における光量を時間で積分した積分光量を検出し、積分光量の分布を示す積分波形を、干渉縞の波形データとしてもよい。また、ラインセンサ１８ｄの代わりに、二次元に配列された多数の受光素子を含むイメージセンサが、光分布センサとして用いられてもよい。
【００３３】
２．２  動作
２．２．１  パルスレーザ光の出力
露光装置４は、露光装置制御部４０を含んでいる。露光装置制御部４０は、レーザ制御部２０に、発振トリガ信号と、目標パルスエネルギーの設定データと、目標波長λｔの設定データと、を送信する。レーザ制御部２０は、露光装置制御部４０から受信した発振トリガ信号に基づいて、電源１２に含まれるスイッチ１３ａに発振トリガ信号を送信する。
【００３４】
電源１２に含まれるスイッチ１３ａは、レーザ制御部２０から発振トリガ信号を受信するとオン状態となる。電源１２は、スイッチ１３ａがオン状態となると、図示しない充電器に充電された電気エネルギーからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の放電電極１１ａ及び１１ｂ間に印加する。
【００３５】
一対の放電電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧が印加されると、一対の放電電極１１ａ及び１１ｂ間に放電が起こる。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出する。
【００３６】
レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウィンドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射する。レーザチャンバ１０のウィンドウ１０ａから出射した光は、放電方向と略垂直なＨ方向のビーム幅をプリズム１４ａ及び１４ｂによって拡大させられて、グレーティング１４ｃに入射する。
【００３７】
プリズム１４ａ及び１４ｂからグレーティング１４ｃに入射した光は、グレーティング１４ｃの複数の溝によって反射されるとともに、光の波長に応じた方向に回折させられる。グレーティング１４ｃは、プリズム１４ａ及び１４ｂからグレーティング１４ｃに入射する光の入射角と、所望波長の回折光の回折角とが一致するようにリトロー配置されている。これにより、所望波長付近の光がプリズム１４ａ及び１４ｂを介してレーザチャンバ１０に戻される。
【００３８】
出力結合ミラー１５は、レーザチャンバ１０のウィンドウ１０ｂから出射される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射してレーザチャンバ１０内に戻す。
【００３９】
このようにして、レーザチャンバ１０から出射した光は、狭帯域化光学系１４と出力結合ミラー１５との間で往復する。この光は、放電電極１１ａ及び１１ｂの間の放電空間を通過する度に増幅される。また、この光は、狭帯域化光学系１４で折り返される度に約２４８．４ｎｍの波長が選択され、波長スペクトルが狭帯域化される。さらに、上述したウィンドウ１０ａ及び１０ｂの配置と、プリズム１４ａ及び１４ｂのコーティングと、によって、Ｈ方向の偏光成分が選択される。こうしてレーザ発振して生成されたパルスレーザ光が、出力結合ミラー１５から出力される。
【００４０】
エネルギーセンサ１６ｃは、ビームスプリッタ１６ｂによって反射された被検出光のパルスエネルギーを検出する。エネルギーセンサ１６ｃは、被検出光のパルスエネルギーに応じた電気信号を、レーザ制御部２０と波長制御部２１との両方に送信する。
レーザ制御部２０は、エネルギーセンサ１６ｃによって検出されたパルスエネルギーと、露光装置制御部４０から受信した目標パルスエネルギーの設定データとに基づいて、電源１２に充電電圧の設定信号を送信する。レーザ制御部２０が電源１２の充電電圧を設定することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギーがフィードバック制御される。
【００４１】
波長制御部２１は、アクチュエータ１７ｂによるシャッタ１７ａの開閉を制御する。また、波長制御部２１は、ランプ電源１８ｈによる低圧水銀ランプ１８ｇの点灯及び消灯を制御する。波長制御部２１は、基準光の干渉縞の波形を取得する場合に、シャッタ１７ａを閉状態とし、低圧水銀ランプ１８ｇを点灯させる。その後、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄにデータ出力トリガを出力する。そして、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄから出力される干渉縞の波形データを受信する。これにより、既知の特定波長を有する基準光の干渉縞の波形データが取得される。
【００４２】
波長制御部２１は、被検出光の波長を計測する場合に、低圧水銀ランプ１８ｇを消灯し、シャッタ１７ａを開状態とする。波長制御部２１は、エネルギーセンサ１６ｃからパルスエネルギーを受信したときに、ラインセンサ１８ｄにデータ出力トリガを出力する。そして、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄから出力される干渉縞の波形データを受信する。これにより、波長が未知である被検出光の干渉縞の波形データが取得される。波長制御部２１は、被検出光の干渉縞の半径と、基準光の干渉縞の半径とに基づいて、被検出光の絶対波長λａｂｓを算出する。
【００４３】
波長制御部２１は、レーザ制御部２０から目標波長λｔの設定データを受信する。波長制御部２１は、被検出光の絶対波長λａｂｓの算出結果と、レーザ制御部２０から受信した目標波長λｔの設定データと、に基づいて、ドライバ２１ｂに制御信号を送信し、プリズム１４ｂを支持するホルダの回転ステージ２４ｂを制御する。プリズム１４ｂがＶ方向に平行な軸周りに回転することにより、グレーティング１４ｃへの入射光の入射角度が変化し、選択波長が変化する。
【００４４】
２．２．２  波長制御
図２は、比較例における波長制御処理のフローチャートである。波長制御部２１は、以下に示される処理により、基準光の干渉縞と被検出光の干渉縞とを計測し、これらに基づいてパルスレーザ光の波長を制御する。
【００４５】
まず、Ｓ１００において、波長制御部２１は、レーザ制御部２０に、基準光計測許可の要求信号を送信する。
次に、Ｓ２００において、波長制御部２１は、レーザ制御部２０から基準光計測許可信号を受信したか否かを判定する。波長制御部２１は、基準光計測許可信号を受信していない場合、基準光計測許可信号を受信するまで待機する。波長制御部２１は、基準光計測許可信号を受信した場合、処理をＳ３００に進める。
【００４６】
Ｓ３００において、波長制御部２１は、タイマーＴ１をリセット及びスタートする。タイマーＴ１は、Ｓ１１００において後述するように、基準光の計測タイミングを判定するために用いられる。
次に、Ｓ４００において、波長制御部２１は、基準光の干渉縞を検出し、基準光の干渉縞の半径Ｒｈｇを計算する。Ｓ４００の処理の詳細については、図３及び図４を参照しながら後述する。
【００４７】
次に、Ｓ５００において、波長制御部２１は、レーザ制御部２０に、基準光計測終了信号を送信する。
次に、Ｓ６００において、波長制御部２１は、レーザ制御部２０から目標波長λｔの設定データを受信する。
次に、Ｓ７００において、波長制御部２１は、被検出光の干渉縞を検出し、被検出光の干渉縞の半径Ｒｅｘを計算する。Ｓ７００の処理の詳細については、図５を参照しながら後述する。
【００４８】
次に、Ｓ８００において、波長制御部２１は、被検出光の絶対波長λａｂｓを以下の式により計算する。
λａｂｓ＝Ａ（（Ｒｈｇ）２−（Ｒｅｘ）２）＋λｃ
ここで、λｃは定数であり、被検出光の干渉縞の半径Ｒｅｘと基準光の干渉縞の半径Ｒｈｇとが等しい場合の被検出光の絶対波長に相当する。Ａは、比例定数として与えられる正の数である。被検出光の干渉縞の半径Ｒｅｘが大きいほど、被検出光の絶対波長λａｂｓが短いことを示す。
【００４９】
次に、Ｓ９００において、波長制御部２１は、被検出光の絶対波長λａｂｓと目標波長λｔとの差Δλを以下の式により計算する。
Δλ＝λａｂｓ−λｔ
次に、Ｓ１０００において、波長制御部２１は、差Δλが０に近づくように、プリズム１４ｂを支持するホルダの回転ステージ２４ｂを制御する。
【００５０】
次に、Ｓ１１００において、波長制御部２１は、タイマーＴ１の値が閾値Ｋ１に達したか否かを判定する。
タイマーＴ１の値が閾値Ｋ１に達していない場合（Ｓ１１００；ＮＯ）、波長制御部２１は、処理をＳ１２００に進める。Ｓ１２００において、波長制御部２１は、波長制御を中止するか否かを判定する。波長制御を中止する場合（Ｓ１２００；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、本フローチャートの処理を終了する。波長制御を中止しない場合（Ｓ１２００；ＮＯ）、波長制御部２１は、処理を上述のＳ７００に戻して、その後の処理を繰り返すことにより、被検出光の絶対波長を再度計測する。
タイマーＴ１の値が閾値Ｋ１に達した場合（Ｓ１１００；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理を上述のＳ１００に戻して、その後の処理を行うことにより、基準光の干渉縞の半径Ｒｈｇを更新する。
【００５１】
以上のように、被検出光の干渉縞を検出する頻度に比べて、基準光の干渉縞を検出する頻度は低くてよい。基準光の干渉縞を検出する周期として設定される閾値Ｋ１は、５分以上でもよい。閾値Ｋ１は、エタロンの特性が安定していれば、１日以上でもよいし、１週間以下でもよい。
【００５２】
図３は、図２に示される基準光の干渉縞の検出処理の詳細を示すフローチャートである。図３に示される処理は、図２に示されるＳ４００のサブルーチンとして、波長制御部２１によって行われる。
図４は、図３に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図４は、低圧水銀ランプ１８ｇの制御と、ラインセンサ１８ｄの制御とを示す。
【００５３】
まず、Ｓ４０１において、波長制御部２１は、シャッタ１７ａを閉めるようにアクチュエータ１７ｂを制御する。
次に、Ｓ４０３において、波長制御部２１は、タイマーＴ２をリセット及びスタートする。タイマーＴ２は、低圧水銀ランプ１８ｇの点灯開始からラインセンサ１８ｄの露光開始までの時間を計測するために用いられる。
次に、Ｓ４０５において、波長制御部２１は、ランプ電源１８ｈを制御し、低圧水銀ランプ１８ｇを点灯させる。
【００５４】
次に、Ｓ４０６において、波長制御部２１は、タイマーＴ２の値が閾値Ｋ２に達したか否かを判定する。閾値Ｋ２は、例えば、０．５秒以上、２秒以下でもよい。タイマーＴ２の値が閾値Ｋ２に達していない場合（Ｓ４０６；ＮＯ）、波長制御部２１は、タイマーＴ２の値が閾値Ｋ２に達するまで待機する。タイマーＴ２の値が閾値Ｋ２に達した場合（Ｓ４０６；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理をＳ４０７に進める。
次に、Ｓ４０７において、波長制御部２１は、タイマーＴ５をリセット及びスタートする。さらに、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄの露光をスタートする。タイマーＴ５は、ラインセンサ１８ｄの露光時間を計測するために用いられる。
【００５５】
次に、Ｓ４０８において、波長制御部２１は、タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達したか否かを判定する。閾値Ｋ５は、例えば、２秒以上、３秒以下でもよい。タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達していない場合（Ｓ４０８；ＮＯ）、波長制御部２１は、タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達するまで待機し、ラインセンサ１８ｄの露光を継続させる。タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達した場合（Ｓ４０８；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理をＳ４０９に進める。
Ｓ４０９において、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄにデータ出力トリガを出力する。これにより、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄの露光を終了させる。また、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄから干渉縞のデータを受信する。
【００５６】
次に、Ｓ４１２において、波長制御部２１は、ランプ電源１８ｈを制御し、低圧水銀ランプ１８ｇを消灯させる。
次に、Ｓ４１３において、波長制御部２１は、干渉縞のデータに基づいて、基準光の干渉縞の半径Ｒｈｇを計算する。この基準光の干渉縞の半径Ｒｈｇが、上述のＳ８００において、被検出光の絶対波長の計算に用いられる。
次に、Ｓ４１４において、波長制御部２１は、シャッタ１７ａを開けるようにアクチュエータ１７ｂを制御する。
その後、波長制御部２１は、本フローチャートの処理を終了し、図２の処理に戻る。
【００５７】
図５は、図２に示される被検出光の干渉縞の検出処理の詳細を示すフローチャートである。図５に示される処理は、図２に示されるＳ７００のサブルーチンとして、波長制御部２１によって行われる。
【００５８】
まず、Ｓ７０１において、波長制御部２１は、レーザ発振が行われたか否かを判定する。レーザ発振が行われたか否かは、例えば、エネルギーセンサ１６ｃが被検出光のパルスエネルギーを検出したときに生成される電気信号を波長制御部２１が受信したか否かによって判定される。
次に、Ｓ７０２において、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄにデータ出力トリガを出力する。これにより、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄから被検出光の１パルス分の干渉縞のデータを受信する。
【００５９】
次に、Ｓ７０３において、波長制御部２１は、干渉縞のデータに基づいて、被検出光の干渉縞の半径Ｒｅｘを計算する。この被検出光の干渉縞の半径Ｒｅｘが、上述のＳ８００において、被検出光の絶対波長の計算に用いられる。
その後、波長制御部２１は、本フローチャートの処理を終了し、図２の処理に戻る。
【００６０】
２．３  課題
低圧水銀ランプの内部の水銀の蒸気圧は、例えば、０．８Ｐａから１．０Ｐａまでの範囲内であることが望ましい。しかし、低圧水銀ランプの内部の水銀の蒸気圧は変動することがある。水銀の蒸気圧が上記の範囲より低い場合には、励起される水銀原子が不足し、十分な光量が得られないことがある。水銀の蒸気圧が上記の範囲より高い場合には、余剰の水銀原子により自己吸収が大きくなることがある。本明細書において、自己吸収とは、励起された水銀原子から放出される光の特定波長成分を、当該水銀原子の周りに存在する別の水銀原子が吸収して、低圧水銀ランプの外部への出射を抑制する現象をいう。
【００６１】
図６は、比較例１及び比較例２における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。比較例１における低圧水銀ランプは、比較的良い状態の低圧水銀ランプである。比較例２における低圧水銀ランプは、不良状態の低圧水銀ランプである。
比較例１及び比較例２のいずれにおいても、点灯開始から約２秒経過した時点で光量が最高値に達し、その後、光量が一旦減少し、点灯開始から約６秒経過した後で、光量が徐々に上昇する。特に、比較例２においては、点灯開始から約２秒経過した後の光量の減少幅が大きいことがわかる。比較例２においては、点灯開始から約６秒経過した後、光量が徐々に上昇しても、比較例１における光量の半分以下の光量しか得られないことがある。
【００６２】
自己吸収による悪影響は、低圧水銀ランプの光量が低下することだけではない。自己吸収においては、水銀の同位体の種類に応じた特定波長成分が特に吸収される。そうすると、エタロンに入射する基準光のスペクトルにおいて、特定波長以外の波長成分の比率が高くなり得る。特定波長以外の波長成分の比率が高いと、基準光の干渉縞の読み取りが困難となり得る。
【００６３】
図７Ａ〜図７Ｄは、比較例１における低圧水銀ランプから生成されエタロンに入射する基準光の干渉縞の波形を示す。図７Ａは、点灯開始から１秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図７Ｂは、点灯開始から２秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図７Ｃは、点灯開始から６秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図７Ｄは、点灯開始から２０秒経過した時点の干渉縞の波形である。
図８Ａ〜図８Ｄは、比較例２における低圧水銀ランプから生成されエタロンに入射する基準光の干渉縞の波形を示す。図８Ａは、点灯開始から１秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図８Ｂは、点灯開始から２秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図８Ｃは、点灯開始から６秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図８Ｄは、点灯開始から２０秒経過した時点の干渉縞の波形である。
これらの図の横軸に示される「チャネルＮｏ．」は、ラインセンサ１８ｄに配列された複数の受光素子のそれぞれに対応する。縦軸は光量を示す。
【００６４】
比較例１及び比較例２のいずれにおいても、低圧水銀ランプの点灯開始から約１秒経過した時点では自己吸収が目立たない（図７Ａ、図８Ａ参照）。しかし、点灯開始から約２秒経過した時点では、光量が最高値であるにもかかわらず、干渉縞における複数のピーク部分に、それぞれ自己吸収によるディップが発生している（図７Ｂ、図８Ｂ参照）。比較例１においては、点灯開始から約６秒経過した時点でディップが最大となり、その後、光量の回復とともに、ディップが目立たなくなる（図７Ｃ、図７Ｄ参照）。比較例２においては、自己吸収が非常に多く、点灯開始から約６秒経過した以降では基準光の干渉縞の半径を計測することがきわめて困難になっている（図８Ｃ、図８Ｄ参照）。このような基準光の干渉縞の波形を一定期間にわたって積算したとしても、ノイズが積算されることになってしまい、干渉縞の読み取り精度を改善できないことがあり得る。
【００６５】
図９は、比較例１及び比較例２における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と水銀蒸気圧との関係を示すグラフである。低圧水銀ランプが点灯開始すると、熱陰極によって低圧水銀ランプ内が加熱され、低圧水銀ランプ内の水銀蒸気圧が急激に上昇する。比較例１及び比較例２のいずれにおいても、点灯開始から約２秒経過した時点で、水銀蒸気圧が適正蒸気圧である０．８Ｐａから１．０Ｐａまでの範囲内となり、図６に示されるように光量が最高値に達する。その後も水銀蒸気圧は上昇し、適正蒸気圧の範囲を超えて過飽和となる。このように短時間で水銀蒸気圧が適正範囲を超えてしまうと、安定した光量や安定した干渉縞を得ることが困難となる。水銀蒸気圧の急激な上昇の原因としては、低圧水銀ランプの消灯時に熱陰極の近傍又は熱陰極そのものに水銀が付着しており、点灯開始後に急激に加熱されることが考えられる。点灯開始から約６秒経過した後は、水銀蒸気圧は徐々に減少する。しかし、比較例２における水銀蒸気圧のように、点灯開始から約２０秒経過した時点でも適正蒸気圧との乖離が大きい場合がある。
【００６６】
水銀蒸気圧を制御するために、低圧水銀ランプに温調機器を付加したり、低圧水銀ランプ内の一部に低温の水銀が集まる場所を作ったりするという対策も考えられる。しかし、そのような対策は装置の複雑化及び高コスト化につながってしまうという問題がある。
【００６７】
３．内部にゲッタ材が配置された低圧水銀ランプ
３．１  構成
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の第１の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ８ｇの構成を概略的に示す。比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置における低圧水銀ランプ１８ｇの代わりに、第１の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置においては低圧水銀ランプ８ｇが用いられる。その他の構成について、第１の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置は、比較例に係る狭帯域化エキシマレーザ装置と同様でよい。低圧水銀ランプ８ｇは、石英管８０と、口金８１と、フレア８２と、２本のステム８３と、フィラメント８４と、アマルガム板８５と、支持棒８６と、を含んでいる。
【００６８】
石英管８０は、内部に水銀を封入している。石英管８０の開口は、口金８１によって密閉されている。フレア８２は、石英管８０の内部で、口金８１に固定されている。２本のステム８３は、フレア８２に固定されている。２本のステム８３は、フレア８２及び口金８１を貫通し、石英管８０の外部に２本の電極ピンとして露出している。熱陰極としてのフィラメント８４は、石英管８０の内部において、２本のステム８３に架け渡されて固定されている。２本のステム８３とフィラメント８４とで、石英管８０の内部の電流経路が形成される。
【００６９】
石英管８０の内部に、水銀を吸着するゲッタ材としてアマルガム板８５が配置される。例えば、フレア８２に支持棒８６が固定され、この支持棒８６に、アマルガム板８５がロウ付けで固定される。アマルガム板８５は、アマルガム板８５のフィラメント８４側の面とは反対側の面で支持棒８６にロウ付けされる。アマルガムとは、水銀を含む合金を意味する。アマルガム板８５は、例えば、インジウムと銀と水銀の合金で構成される。アマルガム板８５は、表面積が大きくなるように、表面に多数の凹凸を有している。アマルガム板８５は、フィラメント８４からの最短距離ｄが所定の値となるように配置される。本明細書において、最短距離とは、物体間の隙間の最小値をいう。例えば、２つの球体間の最短距離は、これらの球体の中心間の距離からこれらの球体の半径の和を減算した値である。最短距離ｄは、２ｍｍ以上６ｍｍ以下が好ましい。アマルガム板８５は、低圧水銀ランプ８ｇの略中心からエタロン１８ｂに向かう光の進行方向Ａと反対側に位置する。
【００７０】
図１１は、純水銀の蒸気圧とアマルガムに含まれる水銀の蒸気圧とを示すグラフである。横軸は温度を示し、縦軸は蒸気圧を対数目盛で示す。図１１に示されるように、同じ環境温度においては、アマルガムに含まれる水銀の蒸気圧は、純水銀の蒸気圧に比べて、２桁程度低い。このため、低圧水銀ランプ８ｇの内部に封入された水銀の多くは、低圧水銀ランプ８ｇの消灯時にはアマルガム板８５に吸収される。低圧水銀ランプ８ｇを点灯すると、アマルガム板８５から水銀が放出されるが、蒸気圧の過剰な上昇は抑制される。
【００７１】
図１１に示されるように、環境温度を上昇させると、アマルガムに含まれる水銀の蒸気圧は上昇するが、その途中に、少なくとも１つの極大値と、少なくとも１つの極小値とが存在する。少なくとも１つの極大値は、０．８Ｐａ以上、１．２Ｐａ以下であることが望ましい。少なくとも１つの極小値は、０．６Ｐａ以上、１．０Ｐａ以下であり、少なくとも１つの極大値より小さいことが望ましい。このような特性を有するアマルガムを使用することにより、水銀蒸気圧が０．８Ｐａ以上、１．０Ｐａ以下の適正範囲内となる時間をより長くすることができる。
【００７２】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、第１の実施形態における低圧水銀ランプから生成される基準光の干渉縞の波形を示す。図１２Ａは、点灯開始から１秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図１２Ｂは、点灯開始から２秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図１２Ｃは、点灯開始から６秒経過した時点の干渉縞の波形であり、図１２Ｄは、点灯開始から２０秒経過した時点の干渉縞の波形である。
【００７３】
第１の実施形態によれば、低圧水銀ランプの点灯開始から２０秒経過した時点では、自己吸収によるディップが発生しているが（図１２Ｄ参照）、点灯開始から少なくとも６秒間にわたって、自己吸収によるディップがほとんど目立たない波形が得られる（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）。また、点灯開始直後は光量が低めであるが、点灯開始から６秒経過した時点では十分な光量となっている（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）。
【００７４】
図１３は、第１の実施形態における低圧水銀ランプ８ｇの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。図１３には、図６に示される比較例１及び比較例２のグラフも併せて示している。内部にゲッタ材が配置された低圧水銀ランプ８ｇにおいては、点灯開始からの光量の立ち上がりが若干緩やかとなっているが、点灯開始から約５秒経過した時点から、約１２秒経過した時点までの間にわたって、安定して高い光量が得られる。
【００７５】
図１４は、第１の実施形態における低圧水銀ランプの点灯開始からの点灯時間と水銀蒸気圧との関係を示すグラフである。図１４には、図９に示される比較例１及び比較例２のグラフも併せて示している。内部にゲッタ材が配置された低圧水銀ランプ８ｇにおいては、点灯開始からの水銀蒸気圧の立ち上がりが緩やかとなっており、さらに、点灯開始から約５秒経過した時点から、水銀蒸気圧の上昇がさらに緩やかとなっている。その結果、点灯開始から約５秒経過した時点から、約１０秒経過した時点までの間にわたって、水銀蒸気圧が０．８Ｐａから１．０Ｐａまでの適正蒸気圧となっている。
【００７６】
３．２  動作
３．２．１  第１の例
図１５は、第１の実施形態の第１の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。図３を参照しながら説明した比較例の処理の代わりに、第１の実施形態の第１の例においては図１５に示される処理が行われる。
図１６は、図１５に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図１６は、低圧水銀ランプ８ｇの制御と、ラインセンサ１８ｄの制御とを示す。
【００７７】
図１５に示される処理においては、図３を参照しながら説明したＳ４０３、Ｓ４０６、Ｓ４０７の処理は行われない。図１５に示される処理においては、Ｓ４０４ａ〜Ｓ４０８ａの処理が行われる。
【００７８】
まず、Ｓ４０１において、波長制御部２１は、シャッタ１７ａを閉めるようにアクチュエータ１７ｂを制御する。
次に、Ｓ４０４ａにおいて、波長制御部２１は、タイマーＴ３をリセット及びスタートする。さらに、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄの露光をスタートする。タイマーＴ３は、ラインセンサ１８ｄの露光時間を計測するために用いられる。
次に、Ｓ４０５において、波長制御部２１は、ランプ電源１８ｈを制御し、低圧水銀ランプ１８ｇを点灯させる。
【００７９】
次に、Ｓ４０８ａにおいて、波長制御部２１は、タイマーＴ３の値が閾値Ｋ３に達したか否かを判定する。閾値Ｋ３は、例えば、５秒以上、３０秒以下でもよい。タイマーＴ３の値が閾値Ｋ３に達していない場合（Ｓ４０８ａ；ＮＯ）、波長制御部２１は、タイマーＴ３の値が閾値Ｋ３に達するまで待機し、ラインセンサ１８ｄの露光を継続させる。タイマーＴ３の値が閾値Ｋ３に達した場合（Ｓ４０８ａ；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理をＳ４０９に進める。
【００８０】
Ｓ４０９以降の処理は、図３と同様である。
他の点については、第１の実施形態の第１の例による処理は、図２及び図５を参照しながら説明した処理と同様である。
【００８１】
第１の例においては、ゲッタ材を収容した低圧水銀ランプ８ｇを用いているので、点灯開始からディップの発生までの時間が長く、発生するディップも小さくなっている。さらに、Ｓ４０４ａにおいてラインセンサ１８ｄの露光をスタートした後に、Ｓ４０５において低圧水銀ランプ８ｇを点灯させる。従って、ディップの小さい干渉縞の波形を、長時間にわたって計測することができる。そして、ラインセンサ１８ｄの露光飽和光量の近くまで光量を積分した積分波形を得ることができ、干渉縞の読み取り精度を改善できる。
【００８２】
３．２．２  第２の例
図１７は、第１の実施形態の第２の例における基準光の干渉縞の検出処理を示すフローチャートである。図３を参照しながら説明した比較例の処理の代わりに、第１の実施形態の第２の例においては図１７に示される処理が行われる。
図１８は、図１７に示されるフローチャートの一部を制御の対象ごとに示すタイミングチャートである。図１８は、低圧水銀ランプ８ｇの制御と、ラインセンサ１８ｄの制御とを示す。
【００８３】
図１７に示される処理においては、図３を参照しながら説明したＳ４０３、Ｓ４０６の処理は行われない。図１５に示される処理においては、Ｓ４０２ｂ〜Ｓ４１１ｂの処理が行われる。
【００８４】
まず、Ｓ４０１において、波長制御部２１は、シャッタ１７ａを閉めるようにアクチュエータ１７ｂを制御する。
次に、Ｓ４０２ｂにおいて、波長制御部２１は、干渉縞データの配列バッファを初期化する。
【００８５】
図１９は、第１の実施形態の第２の例において用いられる配列バッファの例を示す。配列バッファは、干渉縞の波形データを記憶するために、複数のチャネルＮｏ．のそれぞれに対応する光量の記憶領域を有している。例えば、ラインセンサ１８ｄが０番から５１１番までのチャネルを有する場合に、配列バッファに含まれる光量の記憶領域は５１２個設けられる。Ｓ４０２ｂにおいては、この配列バッファの値をすべて０にする。
【００８６】
次に、Ｓ４０３ｂにおいて、波長制御部２１は、タイマーＴ４をリセット及びスタートする。タイマーＴ４は、低圧水銀ランプ８ｇの点灯時間を計測するために用いられる。
次に、Ｓ４０５において、波長制御部２１は、ランプ電源１８ｈを制御し、低圧水銀ランプ１８ｇを点灯させる。
【００８７】
次に、Ｓ４０７において、波長制御部２１は、タイマーＴ５をリセット及びスタートする。さらに、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄの露光をスタートする。タイマーＴ５は、ラインセンサ１８ｄの露光時間を計測するために用いられる。
【００８８】
次に、Ｓ４０８において、波長制御部２１は、タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達したか否かを判定する。閾値Ｋ５は、例えば、２秒以上、３秒以下でもよい。タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達していない場合（Ｓ４０８；ＮＯ）、波長制御部２１は、タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達するまで待機し、ラインセンサ１８ｄの露光を継続させる。タイマーＴ５の値が閾値Ｋ５に達した場合（Ｓ４０８；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理をＳ４０９に進める。
【００８９】
Ｓ４０９において、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄにデータ出力トリガを出力する。これにより、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄの露光を終了させる。また、波長制御部２１は、ラインセンサ１８ｄから干渉縞のデータを受信する。
次に、Ｓ４１０ｂにおいて、波長制御部２１は、配列バッファに記憶されている干渉縞の波形データと、新しい干渉縞の波形データとを加算して、配列バッファを更新する。
【００９０】
次に、Ｓ４１１ｂにおいて、波長制御部２１は、タイマーＴ４の値が閾値Ｋ４に達したか否かを判定する。閾値Ｋ４は、例えば、５秒以上、３０秒以下でもよい。タイマーＴ４の値が閾値Ｋ４に達していない場合（Ｓ４１１ｂ；ＮＯ）、波長制御部２１は、低圧水銀ランプ８ｇを点灯したままの状態で、処理を上述のＳ４０７に戻して、ラインセンサ１８ｄの露光を再度行う。そして、Ｓ４１０ｂにおいて配列バッファを更新することにより、積算波形を計算する。タイマーＴ４の値が閾値Ｋ４に達した場合（Ｓ４１１ｂ；ＹＥＳ）、波長制御部２１は、処理をＳ４１２に進める。
【００９１】
Ｓ４１２以降の処理は、図３と同様である。
他の点については、第１の実施形態の第２の例による処理は、図２及び図５を参照しながら説明した処理と同様である。
【００９２】
第２の例においては、ゲッタ材を収容した低圧水銀ランプ８ｇを用いているので、点灯開始からディップの発生までの時間が長く、発生するディップも小さくなっている。従って、ディップの小さい干渉縞の波形を、長時間にわたって積算することができる。
さらに、第２の例においては、ラインセンサ１８ｄの露光を複数回行って、複数回分の干渉縞の波形を加算する。従って、ラインセンサ１８ｄの１回分の露光飽和光量を超える光量まで波形を積算することができ、干渉縞の読み取り精度を改善できる。
【００９３】
４．ゲッタ材とフィラメントとの最短距離ｄのバリエーション
図２０は、本開示の第２の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置において用いられる低圧水銀ランプ８ｇの点灯開始からの点灯時間と光量との関係を示すグラフである。第２の実施形態における低圧水銀ランプ８ｇは、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが２ｍｍであるゲッタ材配置例１と、最短距離ｄが４ｍｍであるゲッタ材配置例２と、最短距離ｄが６ｍｍであるゲッタ材配置例３と、のいずれかを含んでいる。その他の点について、第２の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置は、第１の実施形態に係る狭帯域化エキシマレーザ装置と同様でよい。図２０には、比較例１における低圧水銀ランプ１８ｇの点灯開始からの点灯時間と光量との関係も併せて示されている。
【００９４】
図２１は、図２０に示されるゲッタ材配置例１〜３について、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄと、点灯開始からディップが発生するまでのディップ発生時間と、点灯開始からディップ発生時間までの積分光量と、を示す。図２１には、比較例１のディップ発生時間も示されている。図２１において、点灯開始からディップ発生時間までの積分光量は、比較例１における積分光量を１とした場合の比率で示されている。図２１に示されるディップ発生時間が、図２０に下向き矢印で示されている。
【００９５】
図２０に示されるように、比較例１においては、点灯開始後の光量の立ち上がりが急激で、点灯開始から約２秒後には光量が低下し始めている。比較例１に比べて、ゲッタ材配置例１〜３の各々の方が、点灯開始後の光量の立ち上がりが緩やかであり、点灯開始から光量が低下し始めるまでの時間も長くなっている。ゲッタ材配置例１〜３の中では、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが短い場合よりも、長い場合の方が、点灯開始後の光量の立ち上がりが緩やかであり、点灯開始から光量が低下し始めるまでの時間も長くなっている。点灯開始から光量が低下し始めるまでの時間は、５秒以上、６０秒以下が好ましい。
【００９６】
図２０及び図２１に示されるように、比較例１よりも、ゲッタ材配置例１〜３の各々の方が、ディップ発生時間が遅くなっている。ゲッタ材配置例１〜３の中では、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが短い場合よりも、長い場合の方が、ディップ発生時間が遅くなっている。ディップ発生時間は、１０秒以上、３０秒以下が好ましい。
【００９７】
図２１に示されるように、比較例１よりも、ゲッタ材配置例１〜３の各々の方が、ディップ発生時間までの積分光量が大きくなっている。ゲッタ材配置例１〜３の中では、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが短い場合よりも、長い場合の方が、ディップ発生時間までの積分光量が大きくなっている。
【００９８】
以上の結果によれば、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが短い場合よりも、長い場合の方が、ディップ発生時間までの積分光量が大きいので、干渉縞の読み取り精度を改善できる。一方、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄが長い場合よりも、短い場合の方が、点灯開始後の光量の立ち上がりが早いので、基準光の干渉縞の計測を高速化できる。
【００９９】
また、フィラメント８４とアマルガム板８５との最短距離ｄに関して、低圧水銀ランプ８ｇの個体にばらつきがある場合には、個体ごとのディップ発生時間を計測し、計測されたディップ発生時間に応じて、低圧水銀ランプ８ｇの点灯時間あるいはラインセンサ１８ｄの露光時間を設定してもよい。
【０１００】
５．制御部の構成
図２２は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態における波長制御部２１等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
【０１０１】
（構成）
制御部は、処理部１０００と、処理部１０００に接続される、ストレージメモリ１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とによって構成されてもよい。また、処理部１０００は、ＣＰＵ１００１と、ＣＰＵ１００１に接続された、メモリ１００２と、タイマー１００３と、ＧＰＵ１００４とから構成されてもよい。
【０１０２】
（動作）
処理部１０００は、ストレージメモリ１００５に記憶されたプログラムを読出してもよい。また、処理部１０００は、読出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ１００５からデータを読出したり、ストレージメモリ１００５にデータを記憶させたりしてもよい。
【０１０３】
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１〜１０２ｘに接続されてもよい。パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うパラレルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
【０１０４】
シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１〜１０３ｘに接続されてもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うシリアルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
【０１０５】
Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１〜１０４ｘに接続されてもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うアナログポートを介した、アナログ信号による通信を制御してもよい。
【０１０６】
ユーザインターフェイス１０１０は、オペレータが処理部１０００によるプログラムの実行過程を表示したり、オペレータによるプログラム実行の中止や割り込み処理を処理部１０００に行わせたりするよう構成されてもよい。
【０１０７】
処理部１０００のＣＰＵ１００１はプログラムの演算処理を行ってもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１がプログラムを実行する過程で、プログラムの一時記憶や、演算過程でのデータの一時記憶を行ってもよい。タイマー１００３は、時刻や経過時間を計測し、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に時刻や経過時間を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、処理部１０００に画像データが入力された際、プログラムの実行に従って画像データを処理し、その結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
【０１０８】
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０に接続される、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１〜１０２ｘは、レーザ制御部２０や露光装置制御部４０であってもよいし、他の制御部等であってもよい。
シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０に接続される、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１〜１０３ｘは、シャッタ１７ａのアクチュエータ１７ｂ等であってもよい。
Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１〜１０４ｘは、ラインセンサ１８ｄ等の各種センサであってもよい。
以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
【０１０９】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０１１０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
2018016066.tif 000003
【図２】
2018016066.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018016066.tif 000016
【図１５】
2018016066.tif 000017
【図１６】
2018016066.tif 000018
【図１７】
2018016066.tif 000019
【図１８】
2018016066.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2018016066.tif 000023
【図２２】
2018016066.tif 000024
【国際調査報告】
2018016066.tif 000025
2018016066.tif 000026
2018016066.tif 000027
2018016066.tif 000028