DE4037901A1

DE4037901A1 - Verfahren zum steuern der gesamtenergiemenge einer vielzahl von laserpulsen

Info

Publication number: DE4037901A1
Application number: DE4037901A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Rebhan
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-06-04
Also published as: JPH04267573A; US5140600A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Gesamtener giemenge einer Vielzahl von Laserpulsen, bei dem die Akkumula tion der Energiemengen der einzelnen Laserpulse mit einem Energiemeßgerät gemessen und die Laserpulse unterbrochen werden, wenn ein Dosissollwert der akkumulierten Energiemengen erreicht ist.

Bei einer Vielzahl von wissenschaftlichen, technischen und indu striellen Anwendungen von gepulsten Lasern ist es erforderlich, die Gesamtenergiemenge einer Vielzahl von Laserpulsen exakt ein zustellen (zu steuern). Hat die akkumulierte Gesamtenergiemenge der Vielzahl von Laserpulsen einen gewünschten Wert, der als Dosissollwert bezeichnet wird, erreicht, dann wird die Laserein wirkung unterbrochen. Bedeutsam ist eine solche Dosissteuerung z. B. bei der Mikrolithographie mittels schmalbandiger Excimer laser. Auch bei z. B. der Photoresistbelichtung ist die akkumu lierte Gesamtenergiemenge (Dosis) exakt einzustellen.

Eine solche exakte Einstellung der Dosis ist dann nicht mehr trivial, wenn die Energie der Laserpulse von Puls zu Puls nicht exakt konstant ist. Dies ist bei einer Vielzahl von gepulsten Lasertypen der Fall, z. B. bei Excimerlasern, Farbstofflasern, CO₂-Lasern, YAG-Lasern etc.

Liefert ein gepulster Laser pro Laserpuls eine typische Einzel pulsenergie E (welche, wie oben gesagt, von Puls zu Puls stati stischen Schwankungen unterliegen kann), dann ist die akkumu lierte Gesamtenergie (auch Dosis genannt) über alle Pulse ge geben durch

Dabei ist E_n die Energie des n-ten Pulses und es liegen insge samt N Laserpulse vor.

Nimmt man einen Mittelwert E für die mittlere Einzelpulsenergie, dann ergibt sich die Dosis aus

D = N × E (2)

Wegen der statistischen Fluktuationen der Einzelpulsenergiewerte wird in der Praxis die Laserpulszahl N zur Erreichung eines ge wünschten Dosissollwertes D_S nicht konstant sein.

Die absolute Genauigkeit, mit der der Dosissollwert D_S erreicht werden kann ist gegeben durch

Δ D = |D_s - D| ≈ E (3)

Daß heißt, der gewünschte Dosissollwert D_S kann etwa auf die Energie eines einzigen Laserpulses genau eingestellt werden.

Der relative Fehler der Energiedosissteuerung liegt bei

Die relative Genauigkeit, mit der also der Dosissollwert D_S er reicht werden kann, kann mittels der Gesamtzahl N der Laserpulse eingestellt werden. Dies gilt für den Stand der Technik.

Soll bei einer industriellen Anwendung der Durchsatz optimiert werden, dann ist es meist erwünscht, die Anzahl N der verwende ten Laserpulse möglichst gering zu halten. Dies führt jedoch bei der vorstehend beschriebenen Steuerung der Dosis zu einer Ein buße an Genauigkeit der Dosis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Gesamtenergiemenge einer Vielzahl von Laserpulsen zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln ein vorgegebener Dosis sollwert mit hoher Genauigkeit bei geringer Anzahl von Laser pulsen erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Steuern der Gesamtenergiemenge einer Vielzahl von Laserpulsen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mehrere Laserpul se vor Erreichen des gewünschten Dosissollwertes die Energiemen ge der einzelnen Laserpulse reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird also bis zum Erreichen eines relativ hohen Prozentsatzes des Dosissollwertes D_S mit der vollen Laserpuls energie E gearbeitet. Dann wird vor Erreichen des Dosissollwer tes mit reduzierter Pulsenergie α E (α<1) weitergearbeitet, bis der Dosissollwert erreicht ist.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einem her kömmlichen Verfahren der oben beschriebenen Art in der Tabelle verglichen:

Falls α = 0,1 gewählt wird und etwa 20 Laserpulse zum Erreichen des Dosissollwertes erforderlich sind, so steigt die relative Genauigkeit von ca. 5% für das herkömmliche Verfahren auf ca. 0,5% für das Verfahren mit variabler Laserpulsenergie. Die An zahl der benötigten Laserpulse erhöht sich aber nur um etwa α^-1 - 1, d. h. in diesem Beispiel von ca. 20 auf 29 Pulse. Mit dem herkömmlichen Verfahren kann die Genauigkeit von 0,5% nur mit etwa 200 Laserpulsen erreicht werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Laser mit gepulster Emis sion;

Fig. 2A und 2B ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abschwächers und dessen Transmissionskurve; und

Fig. 3, 4 und 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von Abschwä chern.

Fig. 1 zeigt einen Laser 10, der auf einer optischen Achse A gepulste Laserstrahlung emittiert. Zunächst hat der Laser Pulse 16, 16′, 16′′, 16′′′ mit jeweils einer Energiemenge E emittiert. Ein Teil der emittierten Strahlung wird an einem teildurchlässi gen Spiegel 18 zu einem Energiemeßgerät 22 abgelenkt. Die durch den teildurchlässigen Spiegel 18 in Richtung der Achse A durch tretende Strahlung (also der Hauptteil der Energie) wird auf ein Werkstück 20 gelenkt, beispielsweise zur Durchführung von Mikro lithographie. Der zum Energiemeßgerät 22 abgelenkte Teilstrahl 24 enthält z. B. 1% der Gesamtenergie.

Nachdem ein entsprechender Anteil des Laserpulses 16′′′ das Energiemeßgerät 22 erreicht hat, wird festgestellt, daß z. B. 90% des gewünschten Dosissollwertes D_S erreicht sind. Danach wird der Abschwächer 12 so um einen Winkel ϕ in bezug auf die Achse A gedreht, daß die Energie jedes einzelnen Laserpulses ge ringer ist als bei den Pulsen 16-16′′′. Dies ist durch die kürzer gezeichneten Laserpulse 14, 14′, 14′′ angedeutet. Sobald dann die weiteren, geschwächten Laserpulse 14, 14′, 14′′ etc. eine hinreichende Energiemenge akkumuliert haben, die dem Dosis sollwert D_S entspricht, wird die Laserstrahlung unterbrochen bzw. das Werkstück 20 bewegt, um an einer anderen Stelle bear beitet zu werden.

Anstelle mittels des Abschwächers 12 kann auch die Energie des Lasers 10 direkt geändert werden, bei einem Excimerlaser z. B. durch Einstellung der Hochspannung.

Die Fig. 2A und 2B illustrieren einen rotierenden Abschwächer 12, dessen Transmission T vom Drehwinkel ϕ abhängt.

Fig. 3 zeigt einen Abschwächer mit einer rotierenden Scheibe 26, an der ein Filtersegment 28 befestigt ist, dessen Transmission kleiner als 1 ist.

Die Fig. 4 illustriert ein Stufenfilter mit drei verschiedenen Segmenten 28, 30, 32 unterschiedlicher Transmission, welche im Laserstrahl angeordnet werden können.

Fig. 5 zeigt einen Abschwächer mit rotierender Scheibe und einem Filter 34 mit kontinuierlich abnehmender Transmission.

Die rotierenden Abschwächer werden bezüglich ihrer Drehzahl an die Pulsfolgefreguenz des Lasers angepaßt, wobei die Synchroni sation des rotierenden Abschwächers mit der Laserpulsfolge z. B. mittels einer Lichtschranke erfolgen kann.

Claims

Verfahren zum Steuern der Gesamtenergiemenge einer Vielzahl von Laserpulsen, bei dem die Akkumulation der Energiemengen (E) der einzelnen Laserpulse mit einem Energiemeßgerät (22) gemessen und die Laserpulse (14, 16) unterbrochen werden, wenn ein Dosissoll wert (D_s) durch Akkumulation der Energiemengen (E) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Laserpulse vor Erreichen des Dosissollwertes (D_S) die Energiemenge (E) der einzelnen Laserpulse reduziert wird.