JP4021596B2 - Ｕｖイメージングに関するフロント照射蛍光スクリーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザによって生成されたような紫外線（ＵＶ）の特性をカメラを使用して検知することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の目に見えない波長を有するエネルギビームを、可視の範囲内の異なる波長に変換することは良く知られている。この波長変換は、不可視エネルギビームを蛍光スクリーンに入射させ、可視光としてこのエネルギビームを再放射させる蛍光スクリーンの使用によってしばしば達成される。かかるスクリーンは、Ｘ線系で最も一般的に使用される。
【０００３】
ＵＶレーザの所定の用途では、レーザビームの断面形状、及び、ビームにわたる光強度の変化は、非常に重要である。かかる用途の一つは、半導体ウェハ上に集積回路を形成するときのフォトリソグラフィの分野である。レーザの診断目的のためにＵＶレーザビーム特性を検出するのが望ましい。これらのビーム特性を検出するために要求される解像度は、数十ミクロンのオーダーである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のある実施形態では、珪酸ナトリウム溶液のようなバインダ中の蛍光パウダは、石英ガラス基板の第１の平らな面に堆積される。石英ガラスはＵＶ放射に対して透明である。レーザビームのＵＶ出力は、第１の面に対峙する石英ガラス基板の第２の平面に入射するように角度がつけられたミラーで反射される。蛍光体は、石英ガラスによって透過されたＵＶ光によって活性化され、第２の面を介して可視波長を再放射する。バインダは、ＵＶ波長に対して不透明であるものが選択され、その結果、第１の面に対する蛍光体の本当に薄い層（１０乃至２０ミクロン）が、入射ＵＶビームによって活性化される。基板の第１の面に対する活性化された蛍光層が、（バインダが不透明であるため）非常に薄く、（石英基板の光学的表面品質のため）平らであるので、活性化された蛍光体は、入射ＵＶ光に精密に対応する可視光を作り出す。好ましい実施形態では、蛍光パウダのグレインサイズに依存して、１０ミクロンの解像度が得られる。
【０００５】
可視光に対して敏感であるカメラが、石英ガラス基板の第２面及び第１面を介して、ＵＶミラーを直接介して、検知するために位置決めされ焦点合わせされる。カメラからのイメージは、レーザビームの望ましくない特性を補正するためにレーザを制御し、他の診断目的のために解析される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、レーザ診断、及び、レーザビームの特徴を検出し、レーザ光出力を調整するためにこれらの特徴を使用する制御システム１０の概略図である。
【０００７】
レーザ１２はレーザビーム１４を出力する。ある実施形態では、レーザビーム１４は、４ｍｍ×１５ｍｍの長方形の断面積を有する。レーザ１２は、約２４８ｎｍ又は１９３ｎｍの波長を有するＵＶを出力するエキシマレーザである。
【０００８】
角度がついたＵＶスプリッタ１６は、入射ビーム１４を受け、ビーム１４の小さな部分をスクリーン２４に反射する。スプリッタ１６は、可視光の波長に変換し、かかるミラーは２色性ミラーとして当業者に周知である。
【０００９】
ある特定の用途では、レーザビーム１４の大部分がスプリッタ１６を介して光学素子のセット、及び、ステッパ１８のレチクル、又は、半導体ウェハをレーザ光に選択的に曝すためのスキャナに貫通する。ウェハ表面を照射するレーザ光は、結果としての集積回路の予定の特徴を保証するためにウェハにわたって非常に均一でなければならない。
【００１０】
ある実施形態では、スプリッタ１６によって反射された光２０の強度は、合計のビーム１４の強度の約１％である。従って、入射ビーム１４の約９９％は、スプリッタ１６を介して透過され、ビーム２２として称される。
【００１１】
ある実施形態では、スクリーン２４は、石英基板２６と、蛍光材料の堆積された層２８とからなる。ある実施形態では、基板２６は、約１／４インチ厚であり、その表面は、ひずみを実際に最小にするために平らにするように形成される。かかる光学的に高品質な基板は、知られており、市販されている。基板２６は円形であっても良く、長方形であってもよい。
【００１２】
基板２６の一つの表面３０は、重要なＵＶ波長に対して感度が高い蛍光材料が堆積される。ある市販されている蛍光材料は、ＵＶ波長を緑色の波長に変換するが、蛍光材料は、ＵＶ波長を他の波長に変換するために市販されている。
【００１３】
ある実施形態では、この蛍光材料は、バインダに蛍光パウダとして包含されており、ここでパウダは、１０ミクロンの所望の解像度を達成するために１０ミクロンのグレインサイズを有する。５乃至５０ミクロンのグレインが満足に使用される。かかる蛍光材料は、United Mineral Supply Companyから市販されている。蛍光材料及びバインダは水中で浮遊するので、容易に塗装することができ、又は、基板２６の表面に散布することができる。次いで、混合物は水を蒸発させ、バインダを凝固させるために加熱される。ある実施形態では、結果としてできた層２８は、０．５ｍｍ厚であるが、この厚さは、ＵＶ光が層２８の非常に小さな距離しか貫通しないので、重要ではない。ある実施形態では、ＵＶ光は、１０乃至２０ミクロンの距離だけ層２８に入る。この短い貫通が、ビームの視覚的なイメージのにじみを取り除くために、層２８における光散乱を最小にさせる。
【００１４】
層２８内へのかかる短い貫通を得るために、蛍光材料を保持するのに使用されるバインダは、ＵＶ放射に対して不透明であるように選択され、そのためＵＶ放射は散乱しない。このバインダは、珪酸ナトリウム（NaSiO₃）であってよく、可視光に対して透明である。好ましくは、バインダは全て無機であり、その結果，ＵＶ照射はバインダを劣化させない。ある実施形態では、層２８は５％のバインダと９５％の蛍光材料からなる。ある適当な混合物は、セメンティングガラスに関して使用される水ガラスと一般に呼ばれる。
【００１５】
別の実施形態では、蛍光パウダは、石英表面に対して単に機械的に圧力がかけられただけであり、この場合、バインダの効果は望めない。
【００１６】
スクリーン２４は、比較的容易であり、材料が市販されているので製造するのに高価でない。
【００１７】
ビーム２０は、基板２６の裏面３２に入射させられる。基板２６の裏面３２から層２８まで入射ビームを適用することによって、光を再放射する蛍光材料の部分が、ひずみを最小にするために非常に平坦となりうる。利用される層の部分が、平坦な表面に対して１０乃至２０ミクロンの層だけであるので、利用される部分はまた、非常に均一であり、その結果、強度と、イメージの形状のひずみが非常に小さくなる。
【００１８】
ＣＣＤカメラのような従来のカメラが、スプリッタ１６、及び、基板２６の透明な表面３２を介して可視イメージ４１を見ることができ、このイメージを電気信号に変換する。スプリッタ１６は、スクリーン２４によって再放射された光の波長に対して透明である。レンズ４２は、イメージを拡大することによって、アプリケーションに関するイメージをカメラ４０に適当に変換するのに使用され、ビーム２０の特徴はよりよく検出される。
【００１９】
いくつかのカメラがＵＶ放射を直接検出するので、これらのカメラは種々の障害を有し、ＵＶ放射は典型的にはカメラのイメージセンサを劣化させる。スクリーン２４によって再放射された波長は、容易に検出され、カメラ４０のイメージセンサを劣化させない。
【００２０】
カメラ４０の出力は、ビーム２０にわたって光強度を解析し、ビーム形状を検出し、ビーム特性を最適化かどうか判断するコントローラ４４に印加される。あるケースでは、コントローラ４４は、次いで、ビームを適当に補正するためにレーザ１２に対するアプリケーションに関する補正信号を生成する。レーザ出力を調整するための技術は、周知であり、ここで議論する必要はない。カメラ４０の処理された出力はまた、ビーム特性の読み出しを提供するＣＲＴ又はプリンタ４６によって表示されうる。
【００２１】
レーザの作動特性を制御するために、図１の全てのコンポーネントは、サブモジュール、又は、一部のより複雑なビームを測定するサブモジュールとしてレーザ内に構築される。かかる構成によりその場測定が可能になる。コンポーネントはまた、容易に搬送され、レーザに一時的に取り付けられるセパレートモジュール内に組み立てられ得る。この場合、構成は、フィールドツールと呼ばれ、レーザ特性は時折標準的に測定されうる。かくして、その場合、コントローラ４４によるレーザの制御は実施されない。
【００２２】
入射ビームの正確なイメージを得るためにスクリーン２４の裏面３２を介して再放射されるイメージを検知することは、不可視の入射光ビームの特性を正確に検出するために他のアプリケーションに適用される。
【００２３】
他の実施形態では、ＵＶスプリッタ１６は使用されず、ビーム１４がスクリーン２４に直接入射される。かかる実施形態では、カメラ４０は、表面３２を介して発する活性化した蛍光材料の発光を正確に検出するように、ビーム１４から僅かにオフセットされる。
【００２４】
本発明の特定の実施形態を示し、記載してきたけれども、本発明の広い観点から逸脱することなく変更及び修正をすることができるということは当業者に明らかであり、それゆえ、本発明の精神及び範囲内にあるかかる全ての変更及び修正は特許請求の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施形態に関するレーザ診断システムの概略図である。
【符号の説明】
１０ 制御システム
１２ レーザ
１４ レーザビーム
１６ スプリッタ
２０ 光
２２ ビーム
２４ スクリーン
２６ 石英基板
２８ 蛍光材料の堆積された層
４０ カメラ
４２ レンズ
４４ コントローラ

Claims (16)

1. 人間の目に対して不可視である第１の波長の光を生成する光源と、
   前記第１の波長の前記光を第２の波長の光に変換するためのスクリーンと、
   を有し、
   前記第１の波長の前記光が、レーザから発する紫外光であり、
   前記スクリーンは、対峙する滑らかな表面を備える基板を有し、
   前記基板は、前記第１の波長と前記第２の波長の前記光に対して透明であり、
   前記基板は、前記第１の波長の前記光によって活性化されたとき、前記第２の波長の光を生成する材料を第１の表面に堆積させ、
   前記第１の表面に堆積される前記材料が、バインダ中の蛍光材料であり、
   前記堆積された材料の前記第１の表面に対する厚さ１０乃至２０ミクロンの薄い層内だけの前記蛍光材料が、前記第１の波長の前記光によって光学的に活性化される程度に、前記バインダが前記第１の波長の前記光に対して不透明であり、
   前記第１の波長の前記光は、前記第１の表面と対峙する前記基板の第２の表面に当てられ、
   前記第２の表面を介して発する前記第２の波長の光を検出する光学検出器と、
   を有する、システム。
2. 前記基板が石英ガラスである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記レーザからのビーム出力が、ビームスプリッタから反射され、前記スクリーンの前記第２の表面を介して前記材料に反射される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記検出器が、前記スプリッタを介して前記基板の前記第２の表面を検知し、前記スプリッタは前記第２の波長に対して透明である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記検出器が、前記スクリーンによって生成された前記第２の波長の検出された光に応じて信号を出力し、
   前記システムが、
   前記光源を調節するために前記信号を制御信号に変換するためのコントローラを更に有する、
   請求項１に記載のシステム。
6. 人間の目に対して不可視である第１の波長の光を生成する光源と、
   前記第１の波長の前記光を第２の波長の光に変換するためのスクリーンと、
   を有し、
   前記第１の波長の前記光が、レーザから発する紫外光であり、
   前記スクリーンは、対峙する滑らかな表面を備える基板を有し、
   前記基板は、前記第１の波長と前記第２の波長の前記光に対して透明であり、
   前記基板は、前記第１の波長の前記光によって活性化されたとき、前記第２の波長の光を生成する材料を第１の表面に堆積させ、
   前記材料が、バインダに包含された、おおよそ５ミクロン乃至５０ミクロンの範囲内のグレインサイズを有する蛍光パウダからなり、
   前記堆積された材料の前記第１の表面に対する厚さ１０乃至２０ミクロンの薄い層内だけの前記蛍光パウダが、前記第１の波長の前記光によって光学的に活性化される程度に、前記バインダが紫外光に対して不透明であり、可視光に対しては透明であり、
   前記第１の波長の前記光は、前記第１の表面と対峙する前記基板の第２の表面に当てられ、
   前記第２の表面を介して発する前記第２の波長の光を検出する光学検出器と、
   を有する、システム。
7. 前記第２の表面に入射する前記第１の波長の前記光が、おおよそ２０ミクロンの最大深度で前記材料に入る、請求項１に記載のシステム。
8. 前記材料が、バインダに包含された蛍光パウダを有し、前記堆積された材料の表面の薄い層においてのみ、前記第１の波長の前記光によって前記蛍光パウダが光学的に活性化される程度に、前記バインダが、紫外光に対して不透明であり、可視光に対しては透明である珪酸ナトリウムからなることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
9. 人間の目に対して不可視の第１の波長の光を生成させ、
   前記第１の波長の前記光を第２の波長の光に変換するためのスクリーンを提供し、
   前記第１の波長の光がレーザから出る紫外光であり、
   前記スクリーンが対峙する滑らかな表面を有する基板を備え、
   前記基板が前記第１の波長及び前記第２の波長の前記光に対して透明であり、
   前記基板は、前記第１の波長の前記光によって活性化されたとき、前記第２の波長の光を生成する材料を第１の表面に堆積させ、
   前記第１の表面に堆積される前記材料が、バインダ中の蛍光材料であり、
   前記堆積された材料の前記第１の表面に対する厚さ１０乃至２０ミクロンの薄い層内だけの前記蛍光材料が、前記第１の波長の前記光によって光学的に活性化される程度に、前記バインダが前記第１の波長の前記光に対して不透明であり、
   前記第１の波長の前記光を、前記第１の表面と対峙する前記基板の第２の表面に当て、
   前記第２の表面を介して発する前記第２の波長の光を検出する、
   方法。
10. 前記基板が石英ガラスである、請求項９に記載の方法。
11. 前記レーザからのビーム出力をビームスプリッタで反射し、前記スクリーンの前記第２の表面を介して前記材料に反射させることを更に含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記検出器が前記スプリッタを介して前記基板の前記第２の表面を検知することができ、前記スプリッタが前記第２の波長に対して透明である、請求項１１に記載の方法。
13. 検出器が、前記第２の表面を介して発する前記光を検出し、前記方法が、
    前記スクリーンによって生成された前記第２の波長の検出された光に対応して前記検出器によって信号を生成し、
    前記信号を前記光源を調節するための制御信号に変換すること
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
14. 人間の目に対して不可視の第１の波長の光を生成させ、
    前記第１の波長の前記光を第２の波長の光に変換するためのスクリーンを提供し、
    前記第１の波長の光がレーザから出る紫外光であり、
    前記スクリーンが対峙する滑らかな表面を有する基板を備え、
    前記基板が前記第１の波長及び前記第２の波長の前記光に対して透明であり、
    前記基板は、前記第１の波長の前記光によって活性化されたとき、前記第２の波長の光を生成する材料を第１の表面に堆積させ、
    前記材料が、バインダに包含された、おおよそ５ミクロン乃至５０ミクロンの範囲内のグレインサイズを有する蛍光パウダからなり、
    前記堆積された材料の前記第１の表面に対する厚さ１０乃至２０ミクロンの薄い層内だけの前記蛍光パウダが、前記第１の波長の前記光によって光学的に活性化される程度に、前記バインダが紫外光に対して不透明であり、可視光に対しては透明であり、
    前記第１の波長の前記光を、前記第１の表面と対峙する前記基板の第２の表面に当て、 前記第２の表面を介して発する前記第２の波長の光を検出する、
    方法。
15. 前記第２の表面に入射する前記第１の波長の前記光が、おおよそ２０ミクロンの最大深度で前記材料に入る、請求項９に記載の方法。
16. 前記材料が、バインダに包含された蛍光パウダを有し、前記堆積された材料の表面の薄い層においてのみ、前記第１の波長の前記光によって前記蛍光パウダが光学的に活性化される程度に、前記バインダが、紫外光に対して不透明であり、可視光に対しては透明である珪酸ナトリウムからなることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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