JP2580678B2 - 光量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ビームの光量検出装置に関し、特にエキシ
マレーザ等、紫外域レーザの光量検出を行う装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

紫外域レーザ、例えばエキシマレーザは高輝度、高出
力のパルスレーザであり、次世代の露光装置用或いは半
導体プロセス（光CVD等）用の光源として注目されてい
る。このエキシマレーザ等の光ビームの光量検出を行う
装置においては、拡散板を用いて光ビームを拡散（減
衰）させ、この拡散された光ビームの一部を、拡散板と
所定の位置間隔をあけて設けられたフォトダイオード等
の光電検出器（ディテクター）が光電検出するように構
成されている。この種の検出装置のディテクターの受光
光量に対するダイナミックレンジ（以下、検出系ダイナ
ミックレンジと呼ぶ）は、ディテクターとディテクター
からの光電信号の処理を行う増幅器等の信号処理系との
各ダイナミックレンジにより制限される。特に、紫外域
パルスレーザ用のディテクターのダイナミックレンジ
は、連続光（CW）レーザ等のダイナミックレンジと比べ
て小さいという問題がある。従って、この検出系ダイナ
ミックレンジを越える光ビームの光量を検出する場合に
は、例えばフィルターやピンホール等を拡散板の前方の
入射光の光路中に設けるか、拡散板を拡散率の高いもの
と交換するか、或いはディテクターに適当な開口絞りを
取り付けて、ディテクターの受光光量を検出系ダイナミ
ックレンジ内で検出できるように光ビームをある程度減
光させることにより、光ビームの光量検出を行ってい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の装置においては上述したよう
にディテクターに入射する光ビームの光量に応じて適宜
拡散板等を交換しなければならず、さらに交換した拡散
板等の較正係数を予め求めておき、この較正係数からデ
ィテクターの光電信号の補正計算を行わなければならな
いという問題点があった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、常に
受光光量を検出系ダイナミックレンジ内で検出でき、高
精度、短時間で光ビームの光量を検出することができる
光量検出装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、レー
ザ光LBの少なくとも一部を受けてレーザ光LBを拡散する
拡散面1aが形成され、篋体６上面の開口部に設けられた
拡散手段としての拡散板１と；拡散板１により拡散され
たレーザ光LB′の一部を受光してレーザ光LB′の光量L
v′に応じた光電信号を出力する可動体５上に設けられ
た光電検出手段としてのディテクター４と；駆動部7aと
この駆動部7aを制御する制御回路7bとを有し、可動体５
の位置移動を行なうことにより拡散板１とディテクター
４との相対的な位置関係を調整する調整手段としての駆
動装置７と；駆動装置７により拡散板１に対して相対的
に位置移動する可動体５の位置移動に伴い変化する拡散
板１とディテクター４との相対的な位置関係、即ちディ
テクター４の拡散板１に対する位置を検出する位置検出
器8aと位置検出器8aからの位置信号を検出する読み取り
装置8bとを有する位置検出手段としての位置検出系８
と；位置検出系８により検出された位置信号と、メモリ
ー12に予め入力されている可動体５の各位置毎のレーザ
光LBの減衰率とからレーザ光LBの減衰率を求め、この減
衰率とディテクター４により検出された光電信号とに基
づいて、レーザ光LBの光量Lvを検出する演算手段として
の中央演算処理装置13とを設ける。

〔作用〕

本発明では、拡散板とディテクターとの相対的な位置
関係の変化に応じて、ディテクターに入射する光ビーム
の光量が変化することを用い、入射光の光量に応じてデ
ィテクターの位置を拡散板に対して相対的に位置移動さ
せることにより、ディテクターの受光光量を常に検出系
ダイナミックレンジ内で検出する。そして、位置検出系
により検出されたディテクターの検出位置における光ビ
ームの減衰率と、ディテクターからの光電信号とに基づ
いて、中央演算処理装置が光ビームの光量を検出するよ
うに構成されている。従って、拡散板等の交換を行うこ
となく、光ビームの光量検出を行うことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。第
１図は本発明の第１の実施例による光量検出装置の概略
的な構成を示す図である。

第１図において、例えばエキシマレーザ等の紫外域の
レーザ光LBは篋体６の開口部に設けられた透過型の拡散
板１により拡散され、この拡散されたレーザ光LB′は拡
散板１の下面に接して設けられた視野絞り２を通った
後、絞り３を介してフォトダイオード、焦電素子等のデ
ィテクター４に入射する。絞り３とディテクター４とは
共に可動体５上に設けられ、可動体５と一体となって篋
体６内で位置移動することができる。ここで、本実施例
で用いる拡散板１は光学ガラスの裏面をすりガラス状に
研磨して拡散面1aを形成したものである。視野絞り２と
絞り３の各開口部の中心は、可動体５、即ち絞り３が位
置移動してもずれることなく、常に同軸上に位置するよ
うに各々篋体６と可動体５に設けられている。この可動
体５は例えばリック・アンド・ピニオン機構とモータと
を組み合わせた駆動部7aと、この駆動部7aの駆動制御を
行う制御回路7bとから成る駆動装置７によって、上下
（レーザ光LBの光軸）方向に移動するように構成され、
拡散板１に対するディテクター４の位置を任意に設定す
ることができる。可動体５の位置、即ち拡散板１に対す
るディテクター４の位置は、ポテンショメータ、リニア
スケール等の位置検出器8aと、位置検出器8aからの位置
信号を検出する読み取り装置8bとから成る位置検出系８
によって計測される。ディテクター４に入射したレーザ
光LB′は光電変換され、ディテクター４はレーザ光LB′
の光量Lv′に応じた光電信号を出力する。この出力は増
幅器９で増幅された後、信号処理装置10に入力する。信
号処理装置10はレーザ光LBの性質に応じて周波数フィル
ター回路、サンプルホールド回路等、任意の処理回路を
含んでおり、ここで前処理されたアナログの光電信号レ
ベルはアナログ−デジタル（A/D）変換器11でデジタル
化され、中央演算処理装置（以下、CPUと呼ぶ）20へ送
られる。メモリー12は検出系ダイナミックレンジの上限
近傍の値を上限値Thとして記憶し、同様に下限近傍の値
を下限値Tlとして記憶する。尚、検出系ダイナミックレ
ンジはノイズ等により制限されるディテクター４と増幅
器９等の信号処理系との各ダイナミックレンジと、ディ
テクター４の受光光量と光電信号とのリニアリティーと
によって決定されるものとする。また、光量検出を開始
する前に視野絞り２の開口より大きく一様で絶対光量が
わかっているレーザ光を用い、可動体５（ディテクター
４）の各位置毎のレーザ光の減衰率、即ちディテクター
４からの光電信号とレーザ光の絶対光量との比を予め求
めておき、このディテクター４の各位置毎の減衰率も離
散的または連続した関数式として記憶する。CPU20は、
上述した減衰率と光電信号とに基づいてレーザ光LBの光
量Lvを算出すると共に、ディテクター４等により検出さ
れたレーザ光LB′の光量Lv′に応じて、制御回路7bを介
して駆動部7aに所定の駆動指令を出力する。

次に本実施例のように構成された装置の動作について
説明する。第１図において、ディテクター４は絞り３を
介して受光したエキシマレーザ等のパルス状のレーザ光
LB′を光電変換し、レーザ光LB′の光量Lv′に応じたピ
ークレベルの光電信号を出力する。次に、増幅器９によ
り増幅されたパルス状の各光電信号は、信号処理装置
（以下、ピークホールド回路と呼ぶ）10において各光電
信号毎にピークホールドされて、Ａ−Ｄ変換器11へ送ら
れる。Ａ−Ｄ変換器11は不図示の外部のトリガ入力から
入るクロック信号を用い、ピークホールド回路10からの
信号をパルスレーザのトリガに同期してＡ−Ｄ変換し、
このデジタル信号（光量情報）をCPU20に送る。尚、ピ
ークホールド回路は次のパルスが増幅器９から送られて
来る前にリセットされる。また、レーザ光LB′を光電検
出した時のディテクター４の位置は位置検出系８により
検出され、この位置信号も同時にCPU20へ送られる。そ
こで、CPU20はまずデジタル信号（光量情報）からレー
ザ光LB′の光量Lv′を検出し、この光量Lv′が検出系ダ
イナミックレンジ（Tl〜Th）に入っているかどうかを検
出する。そして、光量Lv′がこの検出系ダイナミックレ
ンジに入っている場合には、CPU20は位置検出系８から
の位置信号に基づいて、メモリー12が記憶している可動
体５の各位置毎の減衰率からレーザ光LBの減衰率を求め
る。次に、CPU20は光量Lv′にこの減衰率の逆数を掛け
ることにより、レーザ光LBの光量Lv（或いは光強度）を
算出する。尚、レーザ光LBの減衰率は、位置検出系８に
より検出されたディテクター４の現在位置に最も近い２
点の位置の減衰率（予めメモリー12に記憶されたもの）
に基づいて補完演算することで求められる。

次に、光量Lv′が検出系ダイナミックレンジ（Tl〜T
h）から外れる場合の検出動作について説明する。そこ
で、CPU20はＡ−Ｄ変換器11から出力されたデジタル信
号（光量情報）から光量Lv′を検出し、この光量Lv′が
検出系ダイナミックレンジに入っているかどうかを検出
する。この結果、例えば光量Lv′が検出系ダイナミック
レンジを越えている、即ちTh＜Lv′なる関係の時には、
CPU20は可動体５が拡散板１に対して相対的に遠ざかる
方向（図中の下方向）に駆動するような駆動指令を制御
回路7bに出力する。制御回路7bの駆動制御により、光量
Lv′が検出系ダイナミックレンジに入るように可動体５
を位置移動させる。そして、CPU20は光量Lv′の検出系
ダイナミックレンジ外への変動がある一定時間内で発生
しなくなるまで、上述と同様の動作、つまり光量Lv′の
検出から可動体５の位置の駆動制御までの動作を繰り返
し実行する。次に、この光量Lv′の変動がある一定時間
内で発生しなくなってから、PCU20はデジタル信号（光
量情報）と位置信号（減衰率）とに基づいてレーザ光LB
の光量Lv（或いは光強度）を算出する。また、光量Lv′
が検出系ダイナミックレンジに対してLv′＜Tlなる関係
の場合には、可動体５を拡散板１に対して相対的に近づ
く方向（図中の上方向）に駆動することにより、同様に
光量Lv（或いは光強度）を算出することができる。

尚、予めレーザ光LBの光量Lvが予想できる場合には、
ディテクター４に入射するレーザ光LB′の光量Lv′が検
出系ダイナミックレンジの略中央の値をとるような可動
体５の位置を、外部からインターフェース13を介して指
定する。CPU20はその位置を制御回路7bを介して駆動部7
aに指令し、次に制御回路7bが読み取り装置8bからの位
置信号をサーボ信号として可動体５を位置決めするた
め、簡単に光量Lv′を検出系ダイナミックレンジ内で検
出することができる。

かくして本実施例によれば、レーザ光LB′の光量Lv′
が検出系ダイナミックレンジを外れても、可動体５（デ
ィテクター４）の位置を駆動制御してディテクター４の
受光光量Lv′を調整することができるため、拡散板１等
を交換しなくとも常に光量Lv′を検出系ダイナミックレ
ンジ内で検出することができる。

以上の通り本発明の一実施例においては、拡散板１に
対してディテクター４が相対的に位置移動できるように
構成されていたが、本実施例では拡散板１を可動体上に
設け、ディテクター４に対して拡散板１が相対的に位置
移動できるように構成し、位置信号（減衰率）と光電信
号とから光量を算出しても、上述と同様の効果を得られ
ることは明らかである。また、上述したように拡散板１
とディテクター４との相対的な位置間隔を変化させるこ
とによってディテクター４の受光光量の調節を行ってい
たが、ディテクター４の受光面を拡散板１に対して相対
的に傾け、ディテクター４の受光光量の調節を行い、デ
ィテクター４の拡散板１に対する相対的な傾きに応じて
生じる光ビームの減衰率に関する情報を予めメモリー12
に入力しておけば、上述と同様の効果を得ることができ
る。さらに、本実施例では透過型の拡散板を用いた場合
について述べたが、透過型の代わりに反射型の拡散板を
用い、例えば光量検出部を第２図に示すような構成とし
ても同様の効果を得ることができる。但し、第２図にお
いて透過型の拡散板を用いた光量検出装置と同じ機能、
作用の部材には同じ符号を付けてある。また、本実施例
ではディテクター４の受光光量Lv′に応じ、駆動装置７
により可動体５（ディテクター４）の位置決めを行って
いたが、本実施例では特に可動体５の位置決めを自動化
せずとも、例えば受光光量Lv′と検出系ダイナミックレ
ンジとの関係を逐次表示するモニター14を第１図に示す
ように設け、このモニター14上に表示されたLv′＜Tl等
の情報に基づいて、オペレーター等が手動により可動体
５の位置を移動するように構成しても同様の効果を得る
ことができる。また、例えば露光装置等においてアライ
メント光として細長いスポット光を用いてレチクルとウ
エハとの位置合わせや各種計測等を行うアライメント系
では、ウエハ上のアライメントマーク等からの散乱光の
光量に基づいて位置合わせ等を行うため、スポット光強
度が変動するとマーク位置検出に誤差が生じることもあ
る。そこで、本実施例による光量検出装置をウエハステ
ージ上に設けてアライメント系からのスポット光等の光
量を適宜検出し、ディテクター４の受光光量が常に所定
の値（設計基準値）になるように、駆動装置７を介して
可動体５の位置移動を行うように構成する。そして、可
動体５の所定の位置（設計基準位置）からの移動量を位
置検出系8a、8bにより検出し、この移動量、即ちスポッ
ト光強度が変動した量に応じて、アライメント系の受光
系の増幅器の増幅度等を調整すれば、スポット光強度の
変動による誤差の発生を簡単に防止することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、拡散板等を交換するこ
となくディテクターに入射する光ビームの光量を常に検
出系ダイナミックレンジ内で検出することができ、高精
度、短時間で光ビームの光量の検出を行うことができる
光量検出装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による光量検出装置の概
略的な構成を示す図、第２図は反射型拡散板を用いた時
の光量検出装置の光ビーム検出部の概略的な構成を示す
図である。 １……拡散板、２……視野絞り、３……絞り、４……デ
ィテクター、５……可動体、７……駆動装置、８……位
置検出系、12……メモリー、20……中央演算処理装置、
LB……レーザ光。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームの少なくとも一部を受けて、該光
   ビームを拡散させる拡散手段と；該拡散手段により拡散
   された前記光ビームを受光し、前記光ビームの光量に応
   じた光電信号を出力する光電検出手段と；前記拡散手段
   と前記光電検出手段との相対的な位置関係を調整する調
   整手段と；該位置関係を検出する位置検出手段と；該位
   置検出手段からの出力信号と前記光電信号とに基づい
   て、前記光ビームの光量を算出する演算手段とを備えた
   ことを特徴とする光量検出装置。
2. 【請求項２】前記演算手段は、前記拡散手段と前記光電
   検出手段との相対的な位置変化に応じて生じる前記光ビ
   ームの減衰率に関する情報を予め記憶する記憶部と；該
   減衰率に関する情報と前記位置検出手段からの出力信号
   と前記光電信号とに基づいて、前記光ビームの光量を算
   出する演算部とを含むことを特徴とする請求項（１）記
   載の光量検出装置。
3. 【請求項３】前記調整手段は、光量検出の動作に先立っ
   て前記光電信号の大きさを判定し、該大きさが所定のダ
   イナミックレンジ外の時に前記相対的な位置関係を調整
   することを特徴とする請求項（１）若しくは請求項
   （２）記載の光量検出装置。