JP2000151001A - 周波数変換被覆層を有する光検出器とそれを用いたレ―ザシステム - Google Patents

周波数変換被覆層を有する光検出器とそれを用いたレ―ザシステム

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JP2000151001A
JP2000151001A JP11291759A JP29175999A JP2000151001A JP 2000151001 A JP2000151001 A JP 2000151001A JP 11291759 A JP11291759 A JP 11291759A JP 29175999 A JP29175999 A JP 29175999A JP 2000151001 A JP2000151001 A JP 2000151001A
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Albrecht Hans-Stefan
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Uwe Leinhos
ウーヴェ・ライノース
Uwe Zschocke
ウーヴェ・チョッケ
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ紫外光線に付随する暗電流増加問題を
回避することができ、スペースやコストがかからない光
検出器を提供する。 【解決手段】 本発明による紫外光線検出システム10
0では、全累積照射線量に対する暗電流バックグラウン
ド増加率が抑制され、ArF−エキシマレーザのような
紫外放射線源のパラメータは、信号上に暗電流バックグ
ラウンドが重ね合わされることによって信号が急速に劣
化することなくモニタされる。システム100の検出器
102は、表面上に波長変換被覆層104を持つ感光素
子を含む。被覆層104は、直接に感光素子上に堆積
(積層)し、入射紫外光を吸収して、感光素子に向かう
方向に可視光を再放出する。被覆層104は、それがな
ければ入射紫外光線106が感光素子に直接入射すると
きに現れる暗電流バックグラウンドを最小化し、それに
よって感光素子の寿命を延ばす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外放射線のため
の光検出器、特に、光検出器の感光素子に光が衝突する
前に、紫外放射線を可視光に変換するための周波数変換
被覆層を備えた光検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】フォトリソグラフィ・ツールとして光を
使用するシリコン上の構造の最も高い達成可能な解像力
は、一般に光源(エキシマレーザ)の放出波長のオーダ
にある。従って、100nmの範囲にあるシリコン基板
上の構造の形成では、露光ツールとして深紫外線(DU
V、或いは350〜190nm)又は真空紫外線(VU
V、或いは190〜100nm)光源を使用するフォト
マイクロリソグラフィ技術が使用される。
【0003】使用されるフォトリソグラフィ光源の放出
波長のほぼ半分程度の小ささの構造の形成を可能にする
特別な技術が開発されてきた。このような技術は、狭め
たエキシマレーザ出力光線を利用する。例えば、屈折光
学機器が使用されるとき、出力光線は0.6pm未満の
放出帯域幅を持つように狭めることができる。波長安定
度は、一般に、±0.15pm未満である。反射又は反
射屈折光学機器が使用されるとき、出力光線は、15p
mから100pmまでの範囲で放出帯域幅を持つように
狭められる。この場合の出力光線の波長安定度は、±5
pm未満である。
【0004】100nmの構造を作り出すための最も効
率的な光源は、多分、アルゴン−フッ化物(ArF(Ar
gon-Fluoride))−エキシマレーザであり、これはおよ
そ193.3nmに集中する帯域内の光を放出し、50
0pm周辺の自然放出帯域を有する。100nm未満の
幅を有するシリコン基板上に構造を形成するために、さ
らにより小さい波長の放射線源が必要とされる。157
nm周辺のレーザ光線を放出するF2 −エキシマレーザ
は、この目的のために使用することができる光源であ
る。最近の進歩によって、既に80nmの構造の形成が
可能である。
【0005】レーザ出力光線に関連するいくつかのパラ
メータがモニタされるので、放射線波長の半分のサイズ
の構造のフォトリソグラフィ的形成を可能にするのを助
ける既に述べた高い波長安定度は可能である。これらの
パラメータのいくつかは、放出波長、帯域幅、パルスエ
ネルギと光線分布を含む。波長モニタリングは、波長選
択ユニット及び光検出器を含むようなスペクトロメータ
を使用して実行してよい。
【0006】従来の光検出器は、ArF−エキシマレー
ザ、F2 −レーザ、或いは五重周波数(frequency-quin
tupled)のNd−レーザ(Nd−YAG,Nd−YL
F,Nd−YAP,Nd−YLJなど)からそれぞれ放
出されるような、およそ193nm、157nm、或い
は209〜219nmの波長を例えば有する短波長放射
線に曝されるので、それらの光検出器には問題が存在す
る。ナノジュール/cm 2 の範囲のエネルギ密度がこれ
らの短い波長において従来の光検出器に直接的に入射す
るとき、全累積照射線量に比例して急速に増加する暗電
流バックグラウンドが生成される。
【0007】暗電流信号は、望まれる検出信号にそれ自
身を重ね、光検出器によって測定されるデータから生成
されるスペクトルの望ましくないバックグラウンド人工
物として作用するバックグラウンドノイズである。暗電
流は、光検出器がより長い波長に曝されるときにも生成
される。しかしながら、同じ光検出器がKrF−エキシ
マレーザ光源の248nm周辺の放射線に曝されるとき
に生成される暗電流は、193nmの放射線に曝される
ときよりも少なくとも低いオーダの強度で全累積照射線
量と共に増加する。より短い波長において観察される全
累積照射線量に対する暗電流バックバックグラウンドの
急速な増加は、光検出器を製造するのに使用される半導
体チップ内の高エネルギ光子によって引き起こされると
考えられている。
【0008】最終結果は、例えばArF−エキシマレー
ザ、F2 −レーザに曝された従来の光検出器は、光検出
器が役に立たなくなるまで、露光時間と共により大きな
暗電流バックグラウンド信号を生成するであろうという
ことである。すなわち、ある一期間の後、或いは従来の
光検出器の「寿命」の後、暗電流バックグラウンドは非
常に強くなり、信号対ノイズの比率が受容可能な限界を
下回るために、その光検出器を使用して既に記述したレ
ーザパラメータのどれかをモニタすることは望ましくな
くなる。一例として、露光前の信号:ノイズの比率が4
0:1の場合、高エネルギ放射線の108 個のパルスの
後、信号対ノイズ比率が2:1又は3:1に減少するこ
とが観測される場合がある。
【0009】信号対ノイズの比率がこれら低い水準に落
ちるとき、暗電流バックグラウンドからスペクトル特性
を分離することも困難であり、レーザパラメータを特徴
付ける試みは当てにならなくなる。その時点で、新しい
光検出器が古い「使い古して駄目になった」光検出器に
取って代わるよう配置、整列、較正される。この処置に
よって、置換コストは言うに及ばず、システムにとって
望ましくない中断時間がもたらされる。
【0010】以下に詳細に述べるが、本発明は、その表
面上に周波数変換被覆層を持つ光検出器と、その光検出
器を含むレーザシステムを提供する。周波数変換被覆層
は、入射紫外光をより長い波長の光に変換する。より長
い波長の光は、全累積照射量に比例して急速に増加する
タイプの暗電流バックグラウンドを生み出すことなく、
検出器素子に入射する。その表面上に周波数変換被覆層
を有する検出器素子の寿命はこうして劇的に長くなり、
従ってシステムの中断時間とコストを減少させる。
【0011】量子周波数変換は過去において、一般によ
り低いエネルギである入射キャリア(搬送波)のエネル
ギを変化させるために使用されてきた。例えば、蛍光体
で覆われた光学的表面の電子ボンバードは、蛍光体被覆
層からの光の放出という結果をもたらす。主な例として
は、ブラウン管が組み込まれた蛍光体テレビやコンピュ
ータスクリーンが挙げられる。
【0012】量子変換器は、CCDカメラを使用する検
出システム内にも導入される。カナダ・ケベック州で1
996年6月に開催されたレーザ光線と光学機器特性評
価(LBOC(Laser Beam and Optics Characterizati
on))に関する第三回国際ワークショップのプロシーデ
ィングスSPIE Vol.2870,367(199
6)におけるH.S.アルブレヒト,U.レップハン,
K.マン、及びJ.オーレンブッシュ氏らによる「商用
エキシマレーザの光線特性評価に対する測定及び評価
法」と題された論文と、ドイツ・ベルリン市で1994
年5月に開催されたレーザ光線特性評価に関する第二回
ワークショップのプロシーディングスS.347におけ
るK.マン及びA.ホップメラー氏らによる「エキシマ
レーザ放射線の特性評価と具体化」と題された論文を参
照されたい。これらの量子変換器は、紫外光を可視光に
変換するためのドープされたプレートとして組み込ま
れ、この目的は、標準的可視光屈折結像システムが使用
できることにあった。使用された量子変換器は、光検出
器の正面に挿入されたCe又はTbによってドープされ
たガラスプレートである。
【0013】変換器プレートは、光検出器表面と置き換
わり、光検出器の窓としての役割をする。プレートによ
る可視光への変換の後に、光は、光検出器に入射してC
CDカメラによって検出される前に、結像レンズによっ
て結像させられる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記量
子変換器の技術においては、量子変換後に光を結像させ
るために必要な距離によって、光検出器ユニットの全体
的なサイズが増大する。さらに、適切に結像光学機器を
整然と並べるための処置が必要であって、余分な時間と
努力が必要とされる。
【0015】また、これまで、KrF−レーザからの2
48nmの放射線だけがフォトリソグラフィにおいて十
分に使用されてきた。248nmの光がなにか十分に増
加する暗電流バックグラウンドを生み出すことは観測さ
れていない。193nmの光の使用は、暗電流増加問題
をもたらすので、その問題を軽減する別の検出システム
や技術が必要となっている。
【0016】従って、本発明の課題は、既に説明した全
累積照射線量と共に暗電流が増大することが回避され、
例えばArF−エキシマレーザ、F2 −レーザ、及び/
又は五重周波数のNd−レーザのような紫外放射線源の
パラメータが、信号上に増大する暗電流バックグラウン
ドが重ね合わさることによる信号の素早い劣化を生じる
ことなくモニタされるようにした光検出器を提供するこ
とにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、その表面に周波数変換被覆層を備えた感
光素子を有する光検出器を提供する。周波数変換被覆層
は、好ましくは、直接的に感光素子の表面上に堆積(積
層)させられ、入射紫外光を吸収して、感光素子によっ
て検出された可視光を再放出する。
【0018】有利なことに、周波数変換被覆層は、DU
V又はVUV紫外放射線に対する感光素子の全累積照射
線量に対する暗電流バックグラウンドの増加率を大きく
減少させる。こうして、本発明による光検出器は、大い
に長くなった寿命を有する。本発明による光検出器は、
広い範囲の紫外光を検出するには有用であって、240
nm未満の入射放射線を検出することに関連する暗電流
問題を解決するのに特に有用である。
【0019】本発明は、利得媒体、出力カプラを含む共
振器、そして少なくも一つの光検出器を備えるレーザシ
ステムも提供する。この光検出器は、感光素子に光が衝
突する前に、入射紫外光を変換して、好ましくは240
nmより長い波長を有するより長い波長の光に変換する
ための被覆層をその上に備えた感光素子を有する。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好ましい実施態様を詳細に説明する。
【0021】図1は、本発明の好ましい実施態様に係る
検出システム100を示すものであって、この検出シス
テム100は、検出器102と周波数変換被覆層104
とをそれぞれ備えている。いくつかの特定用途に対し、
検出器102は(ビームの)位置を感知する。こうした
検出器102は、好ましくは、アレイ検出器、例えばC
CDカメラ、位置感知検出器(PSD(position sensi
tive detector))、又はダイオードアレイである。検
出器102は、必要とされるときには例えばフォトダイ
オード或いは光電子増倍管などの、全エネルギ検出器或
いは強度検出器であってよい。検出器102は、特に特
定の帯域から成る光の検出のために構成されてよく、か
つ検出器102は広帯域検出器でよい。その点で、検出
器102は、フォトダイオードアレイ、CCDカメラ、
フォトダイオード、位置感知検出器(PSD)、光電子
増倍管、或いは検出器102が適用される特定の目的に
応じた別のタイプの検出器でよい。このような目的は、
光線エネルギの測定、光線分布、光線直径、光線幅、光
線位置、波長、線幅、光線の横方向の、及び/又は角度
的な安定度などを含む。
【0022】図1に示されているように、紫外光線10
6が検出システム100に入射されるようになってい
る。フォトリソグフィ的な用途に対し、例えば、入射紫
外光線106は、電磁スペクトルの深紫外(DUV)又
は真空紫外(VUV)領域における波長帯域を含むもの
とされてよい、ということが期待される。既に論じられ
たように、好ましいDUV光源は、およそ193nmを
放出するArF−エキシマレーザである。また、好まし
いVUV光源は、およそ157nmのレーザ光線を放出
するF2 レーザである。209〜219nm周辺の光線
を出力する五重周波数のNd−レーザ(例えば、Nd−
YAG,Nd−YLF,Nd−YAP,Nd−YLJ)
からの入射光を含むシステムも本発明を組み込むことに
よって質が高められる場合がある。
【0023】入射光線106は、最初に、検出システム
100の周波数変換被覆層104に衝突する。この被覆
層104は、DUV及び/又はVUV光を、240nm
より長い波長を持つ光に変換する。被覆層104は、好
ましくは、微量のTbがホスト基質におけるドーパント
して使用された、Y2SiO5:Tb,LaOBr:T
b、又はlnBO3:Tbを含む。或いは代わりに、L
22S:Eu,Y23:Eu,ZnS:Ag,LaO
Cl:Tm,Y3Al512:Tb,Y3(Al,Ga)5
12,LaOBr:Tb、又はTb、Tm、もしくはC
eの何れかでドープされたこれらのホストの何れかが使
用されてよい。上でリストされた特定の周波数変換素材
は経験的なものであり、240nm未満の光、又はDU
V及び/又はVUV光を、240nmより長い波長を持
つ光に変換する別の素材が本発明による光検出器におい
て使用されてよい。
【0024】被覆層104は、検出器102の光検出素
子(感光素子)の表面上に直接的に堆積(積層)させら
れる。被覆層104は、光検出素子102から若干の距
離だけ離れた表面の上ではなく、検出器102の光検出
素子の表面上に直接的に配置され、好ましくは堆積させ
られる。有利なことには、本発明によって、像が変換過
程を経験した後でもそこなわれないままでいることが可
能となる。既に説明したように、従来技術では、周波数
変換プレートは光検出器の正面に若干の距離をおいて挿
入されてきた。しかしながら、プレートを通過すると、
結像エラーと劣化がもたらされる。すなわち、周波数変
換プレートが検出器素子から十分に遠く離れて配置され
ると、映像データは、結像レンズを使用しなければ検出
器素子において劣化する。結像レンズをプレートと検出
器の間に挿入してもよいが、これは貴重なスペースを奪
い、そしてシステムを整然と並べるための時間と労力を
伴う。
【0025】被覆層104は、入射紫外光線106の光
子を吸収して、より長い波長の光108の光子を再放出
するように機能する。より長い波長の光108は、その
後、先ほど吸収された入射光子106と同一又は類似の
方向に伝搬する。周波数が変換された光108は、好ま
しくは240nmより長い波長を有し、特に可視光であ
ってよい。変換された光子108は、次いで、検出器1
02の感光素子そのものに入射する。有利なことには、
240nmより長い波長を持っている変換された光子1
08だけが検出器102の感光素子に入射する。
【0026】図2は、図1の周波数変換被覆層104の
機能を説明するためのエネルギ準位を示した図である。
図1の周波数変換被覆層104による周波数変換過程
は、周波数変換過程の理解を与えるための図2に示され
ている。図2は、基本的な周波数変換過程を説明するこ
とだけを意図しており、この過程が、入射光子106が
被覆層104に衝突する際に生じる正確な物理的過程で
ある、ということを主張するものではない。実際の過程
は周波数変換のために使用される素材と入射波長に依存
する。例えば、4準位系の方がよりいっそう正確に周波
数変換過程を表現するかもしれない。ただし、そのとき
には、追加的な無放射遷移が起きる。
【0027】少なくも、図2によれば、入射光子106
は図1の周波数変換被覆層104の結晶格子の基底状態
(110)にある構成原子及び/又は分子、或いは格子
それ自身、によって吸収される。この吸収によって、基
底状態110からより高いエネルギの初期励起状態11
2へのエネルギ準位遷移111が引き起こされる。準位
110と112との間のエネルギ差は、入射光線106
の個々の光子のエネルギに実質的に等しい。
【0028】次いで、初期励起状態112から弛緩した
励起状態116への、結晶格子又はその構成原子もしく
は分子の弛緩(リラクゼーション)を含む無放射遷移1
14が起こる。初期励起状態112と励起状態116の
間のエネルギ差は、無放射過程114で持ち去れるエネ
ルギに実質的に等しい。そのとき、弛緩した励起状態エ
ネルギ準位116と基底状態エネルギ準位110の間の
エネルギ差は、初期の励起状態準位112と基底状態準
位110との間のエネルギ差よりも実質的に無放射遷移
114のエネルギだけ小さい。
【0029】励起した結晶格子或いはその成分は、次い
で、放射弛緩遷移117を受ける。この遷移117でエ
ネルギを運び去る光108の個々の光子は、個々の入射
光子106よりもより低いエネルギとより長い波長を有
する。検出器102そのものに衝突するのはこれらの光
子108であり、被覆層104に入射する高エネルギ光
子106ではない。
【0030】上記の通り、周波数変換被覆層104内で
起こる周波数変換は有利に作用する。例えば、およそ1
93nmの波長、或いはArF−エキシマレーザの放出
波長周辺の波長を持つような高エネルギ光子が本発明の
周波数変換被覆層104をその表面に持たない光検出器
に直接的に、従って被覆層104によってより低いエネ
ルギに変換されることなく、入射すると、暗電流バック
グラウンドが全累積照射線量と共に急速に増加すること
が観測されている。光検出器が本発明による周波数変換
被覆層104を含む場合には、この増加率は劇的に減少
する。
【0031】従って、例えばArF−エキシマレーザに
よって193nm周辺で放出されるような高エネルギ光
子による長期の露光によって、光検出器は役立たたない
ものとされる。なぜなら、意味のあるデータが暗電流バ
ックグラウンドから全く分離されないからである。長い
時間にわたる高エネルギ光子による露光によって生み出
された暗電流の影響を受けている光検出器の寿命は、暗
電流バックグラウンドから分離されたデータが役に立つ
ときの光検出器の全露光時間として定義される。被覆層
を持たない光検出器の寿命は、ほぼ数億個のレーザパル
スの場合があるが、これは短くて好ましくない。本発明
によるその表面上に被覆層104を有する検出器102
の感光素子の寿命は、少なくとも数十億個のレーザパル
ス以上で、これは十分な改善である。
【0032】本発明の周波数変換被覆層104は、大き
さで一桁以上、検出器102の素子の寿命を増加させ
る。KrF−エキシマレーザからのおよそ248nmの
放射線が使用される場合には、暗電流問題が現れること
は観測されず、そして周波数変換被覆層104は、入射
光子106をそれぞれが少なくとも240nm程度の波
長を持つ光子108に変換するので、ArF−エキシマ
レーザ、F2 −レーザ、或いは五重周波数のNd−レー
ザの放射線が使用されているときでさえ、本発明は従来
技術の光検出器の暗電流問題を十分に最小化する。
【0033】図3は、本発明の好ましい光学的構成を示
した図であって、レーザ出力光線の一部が図1の検出シ
ステム100に与えられ、これによって、一つ以上の出
力光線パラメータをモニタすることが可能になる。レー
ザ出力光線218は、光線分割器220に入射される。
光線分割器220は、出力光線218の一部222を反
射し、出力光線の残りの部分224は直進し続け、例え
ばフォトリソグラフィ処理を実行することが可能であ
る。反射された部分222は、次いで、検出システム1
00に向けられる。一般には必要でないが、ミラー22
6が検出システム100に光線を向けている様子が示さ
れている。
【0034】図4及び図5は、フィードバックループで
レーザ出力光線の波長とスペクトル帯域幅をモニターす
るための本発明による検出システムをその中に含む好ま
しいレーザシステム構成を概略的に示している。この構
成は、帯域幅及び/又は波長検出システム300を備え
ている。また、図5を参照すると、システム300は、
好ましくはフォトダイオードアレイ、CCDチップ、フ
ォトダイオード(エネルギ検出器)或いはPSDである
感光素子302を含んでいる。検出器の感光素子302
は、周波数変換被覆層304をその上に有している。
【0035】図4の検出システムの構成は、利得媒体
( gain medium )328、波長選択ユニット(波長選
択ユニット)330,そして出力カプラ332を有する
共振器をさらに含んでいる。図4において、この共振器
は、出力カプラ332と、回折格子、プリズム、エタロ
ン、或いは高率反射ミラーのような波長選択ユニット3
30の少なくとも一つの部品とをそれぞれ含んでいる。
コンピュータ(プロセッサを含む)334は、検出シス
テム300から受信した情報を処理し、波長選択ユニッ
ト330と通信して出力光線218の波長及び/又は帯
域幅を調整する。従って、この構成は、フィードバック
・ループを含んでいる。帯域幅及び/又は波長検出シス
テム300は、出力光線218の一部222だけを受信
して、オンライン検出を可能にする。出力光線218の
主要部分224は、光線分割器220によって反射され
ることなく意図された産業用途に向かって直進し続け
る。
【0036】図5は、図4の検出システムにおける波長
選択ユニット330の構成を示している。表面上に周波
数変換被覆層304を持つ感光素子302の正面に置か
れた波長選択デバイス336は、検出されるべき特定の
波長を選択する。従って、スペクトル分析は検出システ
ム300及びコンピュータ334によって実行されてよ
く、これはレーザ出力光線218の波長とスペクトル帯
域幅の十分なモニタリングにとって望ましい。
【0037】図6は、フィードバックループでレーザ出
力光線のパルスエネルギを測定するための本発明による
検出システムを含む好ましいレーザ構成を概略的に示し
ている。図6の検出システムの構成は、波長及び/又は
帯域幅のモニタリングの代わりに、パルスエネルギの測
定及び/又はモニタリングのために構成されていること
を除けば、図4の配置と類似している。終わりに、波長
選択ユニットは共振器内に組み込まれても、組み込まれ
なくてもよく、従ってレーザ活性ガスの全広帯域スペク
トル放出又は狭めたスペクトル放出が出力される。図6
に示される共振器は、図4の構成のように波長選択ユニ
ット330の回折格子又はプリズムを使用する代わり
に、高率反射ミラー438を含む。
【0038】さらに、図7に示されているように、検出
システム400は、パルスエネルギを測定するように構
成され、従ってエネルギ検出器であり、そして好ましく
はフォトダイオード又は焦電検出器或いはその代わりに
光電子増倍管から成る感光素子402を含んでいる。コ
ンピュータは、パルスエネルギ情報を受信して、例えば
エキシマレーザの場合には、そのパルスエネルギ情報を
使用して高圧電源440を制御する。或いは高電圧制御
の代わりに、一つ以上の減衰器が制御されてよい。同じ
く、YAGレーザに対しては、駆動電流がモニターさ
れ、制御されてよい。この構成は、フィードバック・ル
ープを含んでよく、手作業で操作してよい。図6に示さ
れた高圧電源440は、放電ユニット442にエネルギ
を供給し、次いで放電ユニット442は、レーザ動作が
可能になるようにエネルギを利得媒体328に供給す
る。このようにして、パルスエネルギはモニターされ、
制御され、そして安定化させられる。もう1度、システ
ムのオンライン期間中にこれは全て行われる。
【0039】図7に示すように、検出システム400
は、本発明による周波数変換被覆層404を有する感光
素子402を含んでいる。表面上に被覆層404を有す
る感光素子402の寿命は、その表面上にこうした被覆
層404を持たない感光素子と比べて、大きさで少なく
とも一桁だけ増大する。結果として、システムはより長
い継続期間の間、オンラインで工業処理を実行し続ける
ことができる。
【0040】図8は、フィードバックループでレーザ出
力光線分布を測定するための本発明による検出システム
500を含む好ましいレーザ構成を概略的に示してい
る。図8の検出システム500は、図9に具体的に示さ
れているように、光線プロファイリングを実行するよう
構成され、好ましくはCCDカメラ、或いはその代わり
にPSDもしくはダイオードアレイから成る感光素子5
02を含んでいる。感光素子502は、その表面上に周
波数変換被覆層504を有している。図8の構成は、好
ましくは、レーザの出力光線の位置をモニタしかつ調整
するための手段を含み、特に光線プロファイリングのた
めに構成された共振器を備えている。コンピュータ53
4は、位置モニタ・調整手段を制御する。必要でないけ
れども、この構成は、フィードバックループで動作する
よう構成することができる。
【0041】図10は、フィードバックループでレーザ
出力光線の位置及び方向を測定するための本発明による
検出システム500を含む好ましいレーザ構成を概略的
に示している。検出システム500は、図9に示されて
いるように、図8のそれと同一である。図10の構成
は、好ましくは、レーザの出力光線の位置及び/又は方
向をモニタしかつ調整するための手段も備えている。出
力光線518は、それを検出システム500により検出
される一部522と産業使用に適用される主要部524
とに分割する光線分割器220に入射する前に、一組の
ミラー544a及び544bによって反射される。コン
ピュータ634は、好ましくは、フィードバックループ
で出力光線モニタ・調整手段を制御する。
【0042】一般に、図4,図6,図8及び図10に示
されたようなシステムで使用される光検出器の感光素子
は、CCDカメラ、線形ダイオードアレイ、及び位置感
知検出器(PSD)である。線形ダイオードアレイは、
一方向で光線位置をモニタするよう動作する。PSD
は、2次元で光線位置をモニタするために使用されてよ
く、また光線方向をモニタするためのレンズで構成され
てよい。CCDカメラは、光線分布は言うに及ばず、2
次元で光線位置をモニタするために使用されてよく、ま
た光線方向をモニタするためのレンズで構成されてもよ
い。
【0043】これらの感光素子は、それぞれ、チップに
含まれる半導体素材を含んでいる。CCDカメラは、一
般に、25〜50Hzのパルス周波数範囲で動作する
が、他方、PSDは、最大1kHz以上のパルス周波数
範囲で動作する。従って、PSDは良い時間分解能を示
す。CCDカメラ、PSD、又は線形ダイオードアレイ
の何れかにより構成されたシステムは、フィードバック
ループで光検出器とレーザシステムの他の素子と通信し
てレーザシステムの様々なパラメータをモニタしかつ調
整するためのプロセッサを含んでよい。なるべくなら、
システムは「オンライン」であり、そして出力光線が産
業用途のために使われている間に、このモニタリングと
調整が実行されるのが望ましい。本発明による光検出器
の長くなった寿命は、こうして有利に継続的なオンライ
ン産業処理時間を増加させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による周波数変換被覆層を備えた光検出
器を示した図である。
【図2】図1の周波数変換被覆層の機能を説明するため
のエネルギ準位を示した図である。
【図3】レーザ出力ビームの一部が本発明による光検出
器に入射されて一つ以上の出力ビームパラメータをモニ
タすることが可能となるようにした好ましい光学的構成
を示した概念図である。
【図4】レーザ出力ビームの波長及びスペクトル帯域幅
をモニタするための本発明による検出システムを含む好
ましいレーザシステムの構成図である。
【図5】図4の検出システムを示した図である。
【図6】レーザ出力ビームのパルスエネルギをモニタす
るための本発明による検出システムを含む好ましいレー
ザシステムの構成図である。
【図7】図6の検出システムを示す図である。
【図8】レーザ出力ビーム分布を測定するための本発明
による検出システムを含む好ましいレーザシステムの構
成図である。
【図9】図8の検出システムを示す図である。
【図10】レーザ出力ビームの位置及び方向を制御する
ための本発明による検出システムを含む好ましいレーザ
システムの構成図である。
【符号の説明】
100,400,500 検出システム 102 検出器 106 紫外光線 108 より長い波長の光 218 レーザ出力光線 220 光線分割器 222 反射光線 224 反射されなかった光線 226 ミラー 300 帯域幅及び/又は波長検出システム 302,502 感光素子 304,404,504 周波数変換被覆層 328 利得媒体 330 波長選択ユニット 332,532,632 出力カプラ 334,434,534,634 コンピュータ(プロ
セッサ) 336 波長選択デバイス 438,538,638 高率反射ミラー 440 高圧電源 442 放電ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591283936 ラムダ・フィジーク・ゲゼルシャフト・ツ ァ・ヘルシュテルンク・フォン・ラーゼル ン・ミット・ベシュレンクテル・ハフツン グ LAMBDA PHYSIK GESEL LSCHAFT ZUR HERSTEL LUNG VON LASERN MIT BESCHRANKTER HAFTU NG ドイツ連邦共和国、37079 ゲッティンゲ ン、ハンス−ベックラー−シュトラーセ 12 (72)発明者 ウーヴェ・シュタム ドイツ連邦共和国、37085 ゲッティンゲ ン、ハインホルツヴェーク 29 (72)発明者 ハンス‐シュテファン・アルブレヒト ドイツ連邦共和国、37085 ゲッティンゲ ン、アウフ・デム・ローベルゲ 18 (72)発明者 ウーヴェ・ライノース ドイツ連邦共和国、37073 ゲッティンゲ ン、ニコライキルヒホーフ 12 (72)発明者 ウーヴェ・チョッケ ドイツ連邦共和国、37079 ゲッティンゲ ン、ゼーポーレ 1

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光素子と、 前記感光素子上に形成され、入射紫外光線を吸収して前
    記感光素子に向かう方向により長い波長の光を再放出す
    るための周波数変換被覆層と、をそれぞれ備えたことを
    特徴とする光検出器。
  2. 【請求項2】 全累積照射線量に対応する暗電流バック
    グラウンドの増加率が10以上の因子によって減少され
    るのに基づいて、前記感光素子の寿命が増大することを
    特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  3. 【請求項3】 前記周波数変換被覆層は、240nm未
    満の波長の入射光を、240nmより長い波長の光に変
    換することを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  4. 【請求項4】 前記周波数変換被覆層は、157nm、
    193nm、そして209nm〜219nmの中の一つ
    の波長の周辺の波長の入射光を、240nmより長い波
    長の光に変換することを特徴とする請求項1に記載の光
    検出器。
  5. 【請求項5】 前記周波数変換被覆層は、193nm周
    辺の波長を持つArF−エキシマレーザ光源からの入射
    光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴と
    する請求項1に記載の光検出器。
  6. 【請求項6】 前記周波数変換被覆層は、157nm周
    辺の波長を持つF2−エキシマレーザ光源からの入射光
    を、十分により長い波長の光に変換することを特徴とす
    る請求項1に記載の光検出器。
  7. 【請求項7】 およそ209nmから219nmまでの
    波長を持つ五重周波数のYAG−レーザ光源からの入射
    光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴と
    する請求項1に記載の光検出器。
  8. 【請求項8】 前記感光素子は、線形ダイオードアレイ
    であることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  9. 【請求項9】 前記感光素子は、位置感知検出器である
    ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  10. 【請求項10】 前記感光素子は、CCDカメラである
    ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  11. 【請求項11】 前記感光素子は、フォトダイオードで
    あることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  12. 【請求項12】 前記感光素子は、エネルギ検出器であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
  13. 【請求項13】 位置感知検出器、CCDカメラ、フォ
    トダイオード、及び線形ダイオードアレイから成る感光
    素子のグループの中から選択された感光素子と、 入射紫外光線を吸収して前記感光素子に向かう方向に可
    視光を再放出するための周波数変換被覆層と、をそれぞ
    れ備えたことを特徴とする光検出器。
  14. 【請求項14】 前記周波数変換被覆層は、前記感光素
    子上に配置されていることを特徴とする請求項13に記
    載の光検出器。
  15. 【請求項15】 全累積照射線量に対応する暗電流バッ
    クグラウンドの増加率が10以上の因子によって減少さ
    れるのに基づいて、前記感光素子の寿命が増大すること
    を特徴とする請求項14に記載の光検出器。
  16. 【請求項16】 前記周波数変換被覆層は、240nm
    未満の波長の入射光を、240nmより長い波長の光に
    変換することを特徴とする請求項15に記載の光検出
    器。
  17. 【請求項17】 前記周波数変換被覆層は、240nm
    未満の波長の入射光を、240nmより長い波長の光に
    変換することを特徴とする請求項13に記載の光検出
    器。
  18. 【請求項18】 前記周波数変換被覆層は、193nm
    周辺の波長を持つArF−エキシマレーザ光源からの入
    射光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴
    とする請求項13に記載の光検出器。
  19. 【請求項19】 前記周波数変換被覆層は、157nm
    周辺の波長を持つF 2 −エキシマレーザ光源からの入射
    光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴と
    する請求項13に記載の光検出器。
  20. 【請求項20】 およそ209nmから219nmまで
    の波長を持つ五重周波数のYAG−レーザ光源からの入
    射光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴
    とする請求項13に記載の光検出器。
  21. 【請求項21】 前記感光素子は、線形ダイオードアレ
    イであることを特徴とする請求項13に記載の光検出
    器。
  22. 【請求項22】 前記感光素子は、位置感知検出器であ
    ることを特徴とする請求項13に記載の光検出器。
  23. 【請求項23】 前記感光素子は、CCDカメラである
    ことを特徴とする請求項13に記載の光検出器。
  24. 【請求項24】 前記感光素子は、フォトダイオードで
    あることを特徴とする請求項13に記載の光検出器。
  25. 【請求項25】 紫外放射線ビームを生成するための利
    得媒体と、 出力カプラを有する共振器と、 感光素子、及び、前記感光素子上に形成され、入射紫外
    光を吸収して前記感光素子に向かう方向により長い波長
    の光を再放出するための周波数変換被覆層を含む、前記
    ビームのパラメータを測定するための検出器と、をそれ
    ぞれ備えたことを特徴とするレーザシステム。
  26. 【請求項26】 全累積照射線量に対応する暗電流バッ
    クグラウンドの増加率が10以上の因子により減少する
    のに基づいて、前記感光素子の寿命が増大することを特
    徴とする請求項25に記載のレーザシステム。
  27. 【請求項27】 前記周波数変換被覆層は、240nm
    未満の波長の入射光を、240nmより長い波長の光に
    変換することを特徴とする請求項25に記載のレーザシ
    ステム。
  28. 【請求項28】 前記周波数変換被覆層は、157n
    m、193nm、及び209nm〜219nmのグルー
    プの中の一つの波長の周辺の波長の入射光を、240n
    mより長い波長の光に変換することを特徴とする請求項
    25に記載のレーザシステム。
  29. 【請求項29】 前記周波数変換被覆層は、193nm
    周辺の波長を持つArF−エキシマレーザ光源からの入
    射光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴
    とする請求項25に記載のレーザシステム。
  30. 【請求項30】 前記周波数変換被覆層は、157nm
    周辺の波長を持つF 2 −エキシマレーザ光源からの入射
    光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴と
    する請求項25に記載のレーザシステム。
  31. 【請求項31】 およそ209nmから219nmまで
    の波長を持つ五重周波数のNd−レーザ光源からの入射
    光を、十分により長い波長の光に変換することを特徴と
    する請求項25に記載のレーザシステム。
  32. 【請求項32】 前記感光素子は、線形ダイオードアレ
    イであることを特徴とする請求項25に記載のレーザシ
    ステム。
  33. 【請求項33】 前記感光素子は、位置感知検出器であ
    ることを特徴とする請求項25に記載のレーザシステ
    ム。
  34. 【請求項34】 前記感光素子は、CCDカメラである
    ことを特徴とする請求項25に記載のレーザシステム。
  35. 【請求項35】 前記感光素子は、エネルギ検出器であ
    ることを特徴とする請求項25に記載のレーザシステ
    ム。
  36. 【請求項36】 前記感光素子は、フォトダイオードで
    あることを特徴とする請求項25に記載のレーザシステ
    ム。
  37. 【請求項37】 前記検出器からデータを受信して、フ
    ィードバックループにおいて前記システムの一つ以上の
    構成部品を調整するためのプロセッサをさらに備えたこ
    とを特徴とする請求項25に記載のレーザシステム。
  38. 【請求項38】 前記レーザシステムの出力放出ビーム
    の波長を選択かつ安定化するための波長選択ユニットを
    さらに備え、 前記プロセッサは、前記検出器からデータを受信して、
    フィードバックループにおいて前記波長選択ユニットと
    通信することによって、前記波長を調整することを特徴
    とする請求項37に記載のレーザシステム。
  39. 【請求項39】 前記検出器は、前記出力放出ビームの
    スペクトル帯域幅を測定かつ安定化するための波長選択
    デバイスを備えたことを特徴とする請求項38に記載の
    レーザシステム。
  40. 【請求項40】 前記検出器は、前記出力放出ビームの
    波長を測定かつ安定化するための波長選択デバイスを備
    えたことを特徴とする請求項38に記載のレーザシステ
    ム。
  41. 【請求項41】 前記利得媒体にエネルギを供給するた
    めの電源を含む放電回路をさらに備え、 前記プロセッサは、前記検出器からデータを受信して、
    フィードバックループにおいて可変電源及び減衰器の中
    の少なくとも一つと通信することによって、前記レーザ
    の出力放出ビームのパルスエネルギを調整することを特
    徴とする請求項37に記載のレーザシステム。
  42. 【請求項42】 前記ビームの位置及び方向の中の少な
    くとも一つをモニタしかつ調整するための手段をさらに
    備えたことを特徴とする請求項37に記載のレーザシス
    テム。
  43. 【請求項43】 前記ビームの位置及び方向の中の少な
    くとも一つをモニタしかつ調整するための手段をさらに
    備えたことを特徴とする請求項25に記載のレーザシス
    テム。
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