JPH01173677A - 狭帯域発振エキシマレーザの異常処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、狭帯域発振エギシマレーザの異常検出装置
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ェハ上に露光する
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Ｉ＋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に内
に、例えばフリースベクトルレンジ（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１ヒをはかる構成が促案されて
いる。その−例を第９図に示す。

第９図ではレーザ管１０７とりアミラー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１０１．１
０２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、エキシマレーザ光いるレーザＩＢ＾１ガスは時間
経過と共にそのレーザ媒質ど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ｕＤ系２０
０ではレーザパワー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２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
一定に保つ出力側ｉ！すをおこなう。

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個のエタロンの小ね合ゼ
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１
０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ど隣接透過帯１３が、ＦＳＲの大なる
エタロンによる中心透過帯１４と小なり、中心波長成分
１５の他にサイドピークと呼ばれる隣接光振腺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。

この川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公人になるように
エタロンの角度調整をする瓜ね合せ制御が実施される。

この重ね合ゼ制御では、現在の重ね合ゼ状態が最良か否
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。この重ね合ゼ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で反則させパワ
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づる問題点〕

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、熱などの秤々の要因が重ってその透過レ
ーザ光の幅や波形が乱れ、発振されるレーザ光の光特性
が著し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）は幅が払った波形、（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ｆ
！ｌ１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
愁を行なうぼ能しか右しておらず、透過レーザ光のスペ
クトル形状や幅をも高精度にモニタする機能は有してい
なかった。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、発
振レーザ光のスペクトル徨幅や波形を監視し、それらの
異常を節伸かつ０精度に検出し得るようにした狭帯域発
振エギシマレーザの異常検知装置を提供しようとするも
のである。

（問題点を解決するための手段〕 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、咳取り出したレーザ光をモニタするモニタ
エタロンと、このモニタエタロンのつくる干渉縞に基づ
き発振レーザ光の異常を検出する異常検出手段とを具え
る。

〔作用〕

すなわち、モニタエタロンのつくる干渉縞は、当該モニ
タエタロンのＦＳＲ分だけずれた複数の波形の甫ね合わ
せに対応するため、レーザ光の幅が拡がったりその形状
に乱れが発生すると、干渉縞のコントラスト、幅、最大
光強度、最小光強度、光強度レベルが変化する。

この発明はこの点に着目したものであり、干渉縞のコン
トラスｉ〜を乱視することにより、レーザ光の波形や幅
を監視していることと同等の瓢能を実現する。

〔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−符
丹を付し、臣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Ｑ；ｌ
される。モニタエタロン４０１はその背後に干渉縞４０
２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ｒＳ４０２を検出し、その出力はＣＰＵ４０４に入力
される。

ＣＰＵ３０２はこれらダイオードアレイ４０３からの入
力信丹に基づき第２図に示すような訊迎を行なう。

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１　ｎ＋ａ
ｘと最小光強度１　ｍｉｎとを選択する（ステップ４１
１）、、そしてＣＰＵ４０４ｃま、これら選択したｌ　
ｎ＋ａｘおよび１ｍ１ｎを用いてコントラストＣ Ｉ　ｍａｘ　−１＋ｎ１ｎ Ｃ＝　−−−−−−−−−−− １ＩＩａｘ　＋　ｌ　ｍｉｎ をわ出する（ステップ４２０）。

次に、ＣＰＵ４０４は該Ｑ出したコントラス１〜Ｃを予
め設定した所定値Ｔｈど比較し、Ｃ＞Ｔｈならば、　　
　正常 Ｃ＜Ｔｈならば、　　　異常 と判定する（スフツブ４１３）。なお、上記設定ｆｉｌ
ｉ　Ｔ　ｈは実験などにより）ね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、ｌ　ｌａＸとＩ　ｎｉｎとの差が大きくなるが、
同図ｆｂ）に示す幅広の波形や、同図（Ｃ）に示す低レ
ベルが払った異常な波形の場合には、Ｉ　ｎａｘとｌ　
ｍｉｎとの差が小さくなる。よって、このｌ　ｎａｘと
１ｍ１ｎから算出したコントラスト値Ｃを適当な閾（ｉ
５Ｔｈ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、ＣＰ　Ｕ　３０２、ＣＰＵ２０３を介して異
常発生伝号を発生する（ステップ４１４）、この異常Ｒ
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れたり、あるいはレーザ電源２
０４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°）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４
０１のつくる干渉縞の１つの波形の生値幅に基づき発振
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ＣＰＵ　４０４の処理内
容を示したものである。ＣＰＵ４０４は才ずダイオード
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１１Ｉｌａｘ
の２分の１（１＋ａｘ／２）における波形の幅ΔＨを検
出する（ステップ５０２）。次にごの゛１′値幅ΔＨが
所定の許容範囲内にあるか否かの判断をや−１なう（ス
テップ５０３）。ここで、検出した″ＶＶ１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゜５０
６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４Ｉ４，４１５．４１６と同様である。

節６図は更に他の実施例におけるＣＰＵ４０４の９８理
内容を示したものぐある。この実施例ではモニタ１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移出する。す
なわち、まず、ダイオードアレイ４０３の出力を読み込
み（ステップ６０１）、続いて、この読み込んだ出力に
もとづく干渉縞４０２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。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６０３，６０４．６０５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１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、５？！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を介してモニタエタロン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３０
８の横には、干渉波形を２０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２個分の干渉波形を
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
力信弓に基づき第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を介して責常光
生信丹を発生ずる。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
常仁丹が送出される。

なお、上記実施例ではモニタエタロン４０１を波長制御
用とスペクトル異常検出用とて゛バ用したので低コスト
化に？：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のは能を中心波侵制御用
のＣＰＵ３０２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＄：］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【、ｆ
よい。

同様に第８図のＣＰＵ３’ｉｌのは能をＣ［）Ｌノ３０
２に持たせるようにして構成してもよい。また、第８図
のスリンｉ−３０９およびダイオードアレイ３０９をス
リット３０８ｄ３、上びダイオードアレイ３１０と夫々
共用するようにすれば力に低コスト化を図れる。

またモニタエタｕ）／のつくる干渉縞の愚人光強度また
は最小光強度を検Ｉｌｌ　’、、この検出値がそれぞれ
所定の許容範囲に入るか否か（二よ−）Ｃ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図に示すスリンｈ　３０９、スリン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、モニタエタロン３０５による干渉じまをダイオ
ードアレイによって検出し、千沙じよのピーク位置の移
！ｌＪおよびピークの光強度を検知することにより、発
振「１１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、同時にこの干渉し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１゜（発明の効果） 以上説明したようにこのＢＥ明によれば、モニタエタロ
ンのつくる干渉縞に基づき発振レーザ光の幅や形状の異
常を検知するようにしたので簡便な構成で高品位の信頼
性を向上させることがでさる。また、異常検知時に、レ
ーザ発振を停止さゼたりあるいはレーザ光を遮断ケる等
の緊急処理を行なうようにすれば、露光装置等におい′
Ｃ不良品の製造を未然に防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の−・実施例を示すブロック図、第２
図はこの実施例の切体を説明するフ［コーチヤード、第
３図は各種干渉縞波形を例示する図、第４図は仙の実施
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（よ史
に他の実施例の切体を説明するフローチｐ　−１−１第
７図は第６図のフローチャートを３２明するためのグラ
フ、第８図は他の実施例を示ザブＬ１ツク図、第９図は
励起強度制御２１１と重ね合ゼ制御２１１を実行する１
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・・・パワー制四系、３００・・・波長制御系、
３０５．４０１・・・モニタエタロン、３０９゜４０３
・・・ダイオードアレ１’、３１１．４０４・・・ＣＰ
Ｕ、４００・・・スペクトル異常検出系。 ｊ反叉 波晃

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振されたレーザ光の一部を取り出す手段と、 該取り出したレーザ光をモニタするモニタエタロンと、 このモニタエタロンのつく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 を具えた狭帯域発振エキシマレーザの異常検出装置。
2. （２）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   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検出装置。
3. （３）異常検出手段はモニタエタロンのつくる常を検出
   する特許請求の範囲第（１）項記載の狭帯域発振エキシ
   マレーザの異常検出装置。
4. （４）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   光強度分布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
   シマレーザの異常検出装置。
5. （５）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   最大光強度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
   シマレーザの異常検出装置。
6. （６）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   最小光強度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
   シマレーザの異常検出装置。
7. （７）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   一つ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
   ーザの異常検出装置。
8. （８）異常検出手段はモニタエタロンのつくる干渉縞の
   幅に基づき発振レーザ光のスペクトル異干渉縞の複数に
   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
   異常検出装置。