JP2610151B2

JP2610151B2 - 狭帯域発振エキシマレーザの異常処理装置

Info

Publication number: JP2610151B2
Application number: JP62331786A
Authority: JP
Inventors: 理若林; 仙聡伊藤; 雅彦小若
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-12-26
Filing date: 1987-12-26
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH01173677A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、狭帯域発振エキシマレーザの異常処理装
置に関する。

〔従来の技術〕

集積回路等の回路パターンを半導体ウエハ上に露光す
る露光装置では、その露光用電源としてエキシマレーザ
光の使用が注目されているが、エキシマレーザ光を光源
として用いる場合、縮小投影光学系の色収差補正なしに
するためにエキシマレーザ光の狭帯域化が必要である。

そこでエキシマレーザ光を発生するレーザ管の共振器
内に、例えばフリースペクトルレンジ（以下FSRとい
う）の異なる２つの波長選択素子（例えばエタロン）を
配設することにより狭帯域化をはかる構成が提案されて
いる。その一例を第９図に示す。

第９図ではレーザ管107とリアミラー106の間にエタロ
ン101,102を配設することによって狭帯域化をおこなっ
ている。フロントミラー105を介して出力されるレーザ
光はビームスプリッタ103を介して発振中心波長および
中心波長パワー検出器301に導かれ、出力レーザ光の発
振中心波長および中心波長パワーが検出される。中央処
理装置（CPU）302はこの発振中心波長および中心波長パ
ワー検出器301の出力に基づきドライバ303,304を介して
エタロン101,102の角度等を変えることによって発振波
長を固定するように制御する。

一方、エキシマレーザに用いるレーザ媒質ガスは時間
経過と共にそのレーザ媒質としての性能が徐々に劣化
し、レーザパワーが低下する。そこでパワー制御系200
ではレーザ媒質の励起強度すなわち放電電圧を制御およ
びガス交換制御することによってレーザ出力を一定に保
つ出力制御がおこなわれている。すなわち、第９図に示
すように発振されたレーザ光の一部をビームスプリッタ
104で分岐させパワーモニタ202に入射し、レーザパワー
の変化をモニタし、CPU203がレーザ電源204を介して、
レーザ媒質の励起強度を変化させたり、あるいはガスコ
ントローラ205を介してレーザ媒質ガスの部分的交換を
実施するなどして、レーザ出力を一定に保つ出力制御を
おこなう。

ところで第９図のようにレーザ共振器内に２個のエタ
ロンを配設する場合、これら２個のエタロンの重ね合せ
状態が発振波長の単一化や、レーザの高出力化に大きな
影響をおよぼす。

即ち、２個のエタロンを透過したレーザ光は、これら
各エタロンのAND条件を満たしたものであるため、第10
図（ａ）に示すように、重ね合せに不具合が発生する
と、２個のエタロンのうちFSRの小なるエタロンによる
中心透過帯11と隣接透過帯13が、FSRの大なるエタロン
による中心透過帯14と重なり、中心波長成分15の他にサ
イドピークと呼ばれる隣接発振線12が現れたり、第10図
（ｂ）に示すように中心波長成分の強度低下、換言すれ
ば、狭帯域化されたレーザ光のパワーの低下をまねくこ
とがある。

この重ね合せの不具合を是正するために、第10図
（ｃ）に示すように中心波長成分の強度が最大になるよ
うにエタロンの角度調整をする重ね合せ制御が実施され
る。

この重ね合せ制御では、現在の重ね合せ状態が最良か
否かの判断をするために、一方のエタロンの角度を中心
波長が変化しない程度に故意に変化させ、それに伴う中
心波長成分の光強度の変化をモニタし、重ね合せ状態を
把握している。この重ね合せ制御と中心波長制御とを組
合せることにより波長制御を行っている。

また、この第９図に示す構成においては、発振された
レーザ光の一部をビームスプリッタ104で反射させパワ
ーモニタ202に入射し、レーザパワーの変化をモニタ
し、CPU203がレーザ電源204を介して、レーザ媒質の励
起強度を変化させたり、あるいはガスコントローラ205
を介してレーザ媒質ガスの部分的交換を実施するなどし
て、レーザ出力を一定に保つ出力制御をおこなってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このような構成によって狭帯域化を行な
い、発振を長時間続けると、波長選択素子101,102の波
長選択特性の劣化等によって所望の特性を得られなくな
ることがある。特に、波長選択素子にエタロンを使用し
た場合には、熱などの種々の要因が重ってその透過レー
ザ光の線幅や波形が乱れ、発振されるレーザ光の光特性
が著しく劣化することがある。第11図は各種レーザ光の
スペクトル波形を示すものであり、（ａ）は正常な波
形、（ｂ）は線幅が拡がった波形、（ｃ）は形状の異常
な波形であり、同図（ｂ），（ｃ）に示すような低品位
のレーザ光を用いて縮小投影露光を行なった際には、解
像度が低下するという不都合が発生する。

なお、第９図に示した構成において、発振中心波長及
び中心波長パワー検知器301,CPU302等から成る構成は、
透過レーザ光の中心波長の変化をモニタし、そのモニタ
結果に基づきエタロン101,102の角度調整を行なう機能
しか有しておらず、透過レーザ光のスペクトル形状や線
幅をも高精度にモニタする機能は有していなかった。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

そこでこの発明では、発振されたレーザ光の一部を取
り出す手段と、この取り出したレーザ光をモニタする分
光素子と、この分光素子の作る干渉縞に基づき発振レー
ザ光のスペクトル異常を検出する異常検出手段と、この
異常検出手段から発生される異常発生信号に基づいて前
記発振されたレーザ光による光加工を中止する中止手段
とを具えるようにする。

すなわちこの発明では、分光素子の作る干渉縞に基づ
いて発振レーザ光のスペクトル異常を検出し、異常が検
出された場合は前記発振されたレーザ光による光加工を
中止するようにしている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を添附図面にしたがって詳
細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すものであり、第１
図の構成に異常検出系400を付加することによって構成
される。なお、第９図と同じ構成要素については同一符
号を付して、重複する説明は省略する。

第１図において、発振レーザ光の一部はビームスプリ
ッタ103によって取り出され、ビームスプリッタ108、ミ
ラー109およびレンズ405をかいしてスペクトル異常検出
系400のモニタエタロン401に入射される。モニタエタロ
ン101はその背後に干渉縞402を形成する。

ダイオードアレイ403は複数のフォトダイオードを併
設したものであり、上記モニタエタロン401による干渉
縞402を検出し、その出力はCPU404に入力される。

CPU404はこれらダイオードアレイ403からの入力信号
に基づき第２図に示すような処理を行なう。

すなわち、CPU404は、ダイオードアレイ403の各受光
素子の出力を読み込み（ステップ410）、これら複数の
光強度レベルの中から、最大光強度Imaxと最小光強度Im
inとを選択する（ステップ411）。そしてCPU404は、こ
れら選択したImaxおよびIminを用いてコントラストＣを算出する（ステップ420）。

次に、CPU404は該算出したコントラストＣを予め設定
した所定値Thと比較し、Ｃ＞Thならば、正常Ｃ＜Thならば、異常と判定する（ステップ413）。なお、上記設定値Thは実
験などにより適当な値を予め求めておく。

すなわち、モニタエタロン401によって形成された干
渉縞は第３図に示すように、隣接する波形の重ね合わせ
となるため、同図（ａ）に示すような正常な波形の場合
には、ImaxとIminとの差が大きくなるが、同図（ｂ）に
示す幅広の波形や、同図（ｃ）に示す低レベルが拡った
異常な波形の場合には、ImaxとIminとの差が小さくな
る。よって、このImaxとIminから算出したコントラスト
値Ｃを適当な閾値Thと比較することにより、レーザ光の
幅や波形を監視することができる。

CPU404は、上記比較処理によって異常を検出した場合
には、CPU302、CPU203を介して異常発生信号を発生する
（ステップ414）。この異常発生信号は例えば図示しな
いレーザ光遮断装置に入力され、出力レーザ光が遮断さ
せたり、あるいはレーザ電源204がオフされる（レーザ
発振が停止される）（ステップ415）。続いて、図示し
ないステッパに対して異常信号が送出される。

このように、この実施例ではモニタエタロン401のつ
くる干渉縞のコントラスト値に基づき発振レーザ光を監
視し、異常時にはインタロックを動作させレーザ光を遮
断したり、レーザ発振を停止するようにしたので、光品
位の低下による不良品の製造を未然に防止できる。

なお上記実施例ではモニタエタロン401のつくる干渉
縞のコントラスト値に基づき発振レーザ光のスペクトル
異常を検出するように構成したが、モニタエタロン401
のつくる干渉縞の１つの波形の半値幅に基づき発振レー
ザ光のスペクトル異常を検出するように構成した他の実
施例を示す。この実施例は第１図に示した構成と同様の
構成をとっているが、上述した実施例と比較してCPU404
の処理内容が異なる。

第４図は、この実施例におけるCPU404の処理内容を示
したものである。CPU404はまずダイオードアレイ403の
出力を読み込み（ステップ501）、続いて、この読み込
んだ値に基づき特定の波形の半値巾、すなわち、第５図
に示すように最大光強度Imaxの２分の１（Imax/2）にお
ける波形の幅ΔＨを検出する（ステップ502）。次にこ
の半値幅ΔＨが所定の許容範囲内にあるか否かの判断を
行なう（ステップ503）。ここで、検出した半値幅ΔＨ
が所定の許容範囲内にないと判断されると、CPU404は出
力レーザ光のスペクトル異常として異常信号を発振する
（ステップ504）。ステップ504,505,506の処理は前述し
た第２図のフローチャートにおけるステップ414,415,41
6と同様である。

第６図は更に他の実施例におけるCPU404の処理内容を
示したものである。この実施例ではモニタエタロン401
によってつくられた干渉縞402の光強度分布を予め記憶
しておいた基準光強度分布と比較することによって出力
レーザ光のスペクトル異常を検出する。すなわち、ま
ず、ダイオードアレイ403の出力を読み込む（ステップ6
01）、続いて、この読み込んだ出力にもとづく干渉縞40
2の光強度分布（その１例を第７図に実線で示す）を予
め記憶しておいた基準光強度分布（その１例を第７図に
光線で示す）と比較し、この読み込んだ出力にもとづく
光強度分布が基準光強度分布に対して所定の許容範囲内
にあるか否かの判断を行なう（ステップ602）。ここで
読み込んだ光強度分布が基準強度に対して所定の許容範
囲内にないとCPU404は出力レーザ光のスペクトル異常と
して異常信号を発生する（ステップ504）。ステップ60
3,604,605の処理は前述した第２図のフローチャートに
おけるステップ414,415,416と同様である。

第８図は発振中心波長及び中心波長パワー検知器305
としてモニタエタロン305を用いたものを使用し、この
モニタエタロン305の出力にもとづき出力レーザ光のス
ペクトル異常を検出するようにした他の実施例を示すも
のである。

第８図において、発振レーザ光の一部はビームスプリ
ッタ103によって取り出され、ミラー312,ミラー313,レ
ンズ314を介してモニタエラロン305に入射される。モニ
タエタロン305はその背後に干渉縞306を形成する。発振
中心波長及び中心波長パワー検出用のスリット308の横
には、干渉波形を少なくとも２個分モニタできる間隔を
もつスリット307が設けられ、これらの干渉波形をダイ
オードアレイ309で検出する。

ダイオードアレイ309の出力はCPU311に入力される。

CPU311はこれらダイオードアレイ309からの入力信号
に基づき第２図，第４図，第６図に示すような処理を行
なう。

CPU311は、上記比較処理によって異常を検出した場合
には、CPU302,CPU203を介して異常発生信号を発生す
る。この異常発生信号は図示しないレーザ光遮断装置に
入力され、出力レーザ光が遮断されたり、あるいはレー
ザ電源204がオフにされる（レーザ発振が停止され
る）。また図示しないステッパに対して異常信号が送出
される。

なお、上記実施例ではモニタエタロン305を波長制御
用とスペクトル異常検出用とで共用したので低コスト化
に寄与することができる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば第１図のCPU404の機能を中心波長制御用のCP
U302に持たせるようにしてもよい。この場合は、例えば
中心波長制御用のルーチンと波形異常検出用のルーチン
を所定周期で切替えるようにすればよい。

同様に第８図のCPU311の機能をCPU302に持たせるよう
にして構成してもよい。また、第８図のスリット309お
よびダイオードアレイ309をスリット308およびダイオー
ドアレイ310と夫々共用するようにすれば更に低コスト
化を図れる。

またモニタエタロンのつくる干渉縞の最大光強度また
は最小光強度を検出し、この検出値がそれぞれ所定の許
容範囲に入るか否かによってスペクトル異常を検出する
ように構成してもよい。

さらに、第８図に示すスリット309、スリット308の間
隔も任意である。

また、２枚のエタロン101,102の代わりにエタロンと
回折格子を用いて狭帯域化を行なうようにした構成のも
のに適用してもよい。

さらに、モニタエラロン305による干渉じまをダイオ
ードアレイによって検出し、干渉じまのピーク位置の移
動およびピークの光強度を検知することにより、発振中
心波長および中心波長の光強度を検知し、波長制御を行
い、同時にこの干渉じまの最大光強度および最小強度を
検出し、この検出値が所定の許容範囲内に入るか否かに
よってスペクトル異常を検出するように構成してもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、分光素子の作
る干渉縞に基づき発振レーザ光のスペクトル異常を検出
し、異常が検出された場合発振されたレーザ光による光
加工を中止するようにしたので、簡便な構成で光加工装
置側での不良品の製造を未然に確実に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの実施例の動作を説明するフローチャート、第３図
は各種干渉縞波形を例示する図、第４図は他の実施例の
動作を説明するフローチャート、第５図は第４図のフロ
ーチャートを説明するためのグラフ、第６図は更に他の
実施例の動作を説明するフローチャート、第７図は第６
図のフローチャートを説明するためのグラフ、第８図は
他の実施例を示すブロック図、第９図は励起強度制御と
重ね合せ制御を実行するエキシマレーザのブロック図、
第10図はエタロンの重ね合せ状態とレーザパワーとの関
係を示すグラフ、第11図は各種レーザ波形を示す図であ
る。 200……パワー制御系、300……波長制御系、305,401…
…モニタエタロン、309,403……ダイオードアレイ、31
1,404……CPU、400……スペクトル異常検出系。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発振されたレーザ光の一部を取り出す手段
と、この取り出したレーザ光をモニタする分光素子と、この分光素子の作る干渉縞に基づき発振レーザ光のスペ
クトル異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段から発生される異常発生信号に基づい
て前記発振されたレーザ光による光加工を中止する中止
手段と、を具えた狭帯域発振エキシマレーザの異常処理装置。
【請求項２】前記異常検出手段は分光素子のつくる干渉
縞のコントラストに基づき発振レーザ光のスペクトル異
常を検出する特許請求の範囲第（１）項記載の狭帯域発
振エキシマレーザの異常処理装置。
【請求項３】前記異常検出手段は、分光素子のつくる干
渉縞の半値幅に基づき発振レーザ光のスペクトル異常を
検出する特許請求の範囲第（１）項記載の狭帯域発振エ
キシマレーザの異常処理装置。