JPH0316287A - パルス光源 - 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 本発明は微細加工用バルスレーザの出力安定化に関する
ものである。

従来の技術 近年、微細加工用のバ〜ス光源として、紫外域で発振す
るレーザ装置が注目されている。中でもエキシマレーザ
は，レーザ媒質であるクリプトン，キセノンなどの希ガ
スとふっ素，塩素などのノ１ロゲンガスの組み合わせに
よシ、３　５　３　１ｉｍから１９３ｎｌｍの間のいく
つかの波長で強力な発振線を得ることができる。

これらエキシマレーザは，コンデンサなどに蓄積した電
荷を短時間に放出することによりレーザ媒質であるガス
を放電励起してレーザ光を得る、バルスレーザの一種で
ある。レーザ光の持続時間｛ｄ一般に数１０ナノ秒であ
り、数ミリ秒から数１０ミリ秒の周期で操り返し発振さ
せるのが普通である。

このようなパルス光！原であるエキシマレーザを微細加
工に用いる場合、１パルス当たりのエネルギーぱあ唸り
大きな値にせず、数１０から数１００パルスを連続的に
照射して加工の目的を達することが多い。これは、照射
するパルス数を制御して全照肘エネルギーを嶽細に制御
するためである。

たとえば、１００バルス前後のレーザ光の照射によって
加工する場合、パノレス数を変えることによって全照射
エネルギーを±１％の精度で変化させることができる。

特に超ＬＳＩ素子のバタ・−ンなど光源の波長に匹敵す
るＯ，Ｓμｍ以下の線幅をリソグヲフィの手法で加工す
るような場合、上述のような全照討エネＮギーの精密な
制（資）が不可欠となる。

このように照射エネＮギーを精密に制御しようとする場
合、レーザの出力エネルギーを長期にわたって安定に保
つ必要がある。ところが、エキシマレーザはレーザ媒質
であるガスの劣化やそのほかの原因によって効率が比較
的短期間に低下するという特性があるので、設定したパ
ルス強度を一定に維持する機構が必要になる。

第４図は従来のパルス光源の出力一定化機構の構成を説
明する図である。第４図にかいて、１は電源部２から電
気エネＮギーの供給を受け間欠的に発光する発光部であ
る。発光部１の出力光の一部は半透過鏡４によって取り
出され、受光素子６に導入される。受光素子６は入射し
た光のエネ〜ギーに比例した電気信号を比較回路６へ送
る。比較回路ｅは受光素子５から送られた信号強度を基
準値Ｖｒと比較し、その差に比例した偏差信号ΔＶを加
算回路７へ送る。加算回路７は電圧制御信号Ｖを電源部
２へ供給し、電源部２は電圧制御信夛Ｖに比例した出力
電圧を発生する。

次に第５図に従って従来のパＮス光源の動作を説明する
。最初、発光部１は第６図ａに示すように一定の周期で
発光している。時刻ｔ１から発光部１の効率低下が顕著
になり、発光のバ〜スエネルギーＰが低下し始めたとす
る。このとき、受光素子６の出力が低下するので、比較
回路６は第６図ｂに示すように偏差信号ΔＶを出力する
。比較回路６につながれた加算回路７は電圧制御信号Ｖ
に偏差信号ΔＶを加算して次回の発光のための新しい電
圧制御信号Ｖ＋△Ｖを電源部２に供給するので、第４図
Ｃに示す電源電圧ＩＣは上昇し、バＮスエネ〜ギーＰは
平均的に一定に保たれる。

発明が解決しようとする課題 しかしこのような従来のバＮス光源では、アナログ信号
である電圧制御信ｔ４ｖを加算、記憶するため、加算回
路７にたとえばコンデンサに代表される蓄電器が用いら
れている。このため、第６図の時刻ｔ２からのように発
光が一旦停止すると、コンデンサの自然放電によって電
圧制御信号Ｖが低下してし渣い、時刻ｔ５の再発光開始
時にはパルスエネルギーが所定の値に達しないという課
題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためなされたもの
で、発光が一旦停止した後の再発光時にも、所定のパル
スエネ〜ギーを再現することのできるパルス光源を提供
するものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明は、パルス的に発光する
光源部と、ディジタル信号によって出力電圧を制御でき
る電源部と、前記ディジタル信号を記瞳する手段と、発
光のエネルギー値と基準値との差をＡ／Ｄ変換して前記
ディジタル信号に加算する手段とを具備したものである
。

作用 との構或により、発光が停止しても電源部の出力電圧は
一定に保たれ、次回の発光開始時には，最初のパルスか
ら所定の値のエネルギーが得られることとなる。

実施例 第１図は本発明の一実施例であるパルス光源の構成図で
ある。第１図にかいて、発光部１は電源！Ｂ２からエネ
ルギーを供給され、トリガ回路３からの指令によυ間欠
的に発光する。出力光の一部は半透過鏡４によってサン
プ〜され、受光素子６に導入される。受光素子６は入射
した光のエネルギーに比例した電気信号を比較回路６へ
送る。比較回路６は受光素子６から送られた信号強度を
基準値ｖｒと比較し、その差に比例した偏差信号△Ｖを
Ａ／Ｄ変換回路８へ送る。▲／Ｄ変換された偏差信号△
Ｖは加算回路９によって、前回の電圧制御信号Ｖと足し
合わされ、ラッチ１０に入力される。ラッチ１０は発光
毎にその内容をＶからＶ＋ΔＶに書き換えるので、続く
発光時には前回の発光エネルギーの鳴差に応じて出力電
圧Ｅが調節されていることになる。この目的のため、ト
リガ回路３は発光の終了に同期した遅延信号＄１を▲／
Ｄ変換回路８へ、１た、▲／Ｄ変換回路８ぱ変換の終了
に同期した遅延信号Ｓ２をラッチ１０へそれぞれ送出し
、ある回の潤差信号が次回の電圧制御信号に反映される
よう、タイミングをとっている。

本回路に釦いて、発光が一定の周期で続いていル場合の
バＮスエネルギーの制御動作は、従来例と同じである。

すなわち第２図に示すように、発光ｇ１の効率低下が時
刻ｔ１から起こり始めると、パルスエネルギーＰの変化
に応じて、電源電圧Ｋが上昇しバルスエネＮギーＰは一
定の範囲内に維持されることになる。

一方、時刻ｔ２からｔ５の間、発光が一時停止したとす
る。本回路では、前回の最終発光時の電圧制御信号がデ
ィジタル値でラッチ１０に記憶されているので、停止後
には前回最終発光時と同じ電源電圧で発光が再開するこ
とになる。本発明者らがエキシマレーザにかいて実験し
た結果によると、前回の最終発光時の電源電圧で発光を
再開すると、休止後最初の発光からほぼ所定のパルスエ
ネ〜ギーが得られた。これは、エキシマレーザの経時的
な効率低下の原因が、放電発光による媒質ガスの劣化に
よるものであり、発光休止中にはほとんど効率の低下が
起こらないためと考えられる。したがって、本発明によ
るパルス光源の制御方法は、特にエキシマレーザに適用
した場合、その効果を発揮するものといえる。

第３図に本発明の第２の実施例を示す。第３図の構成に
釦いてはトリガ回路が省略され、電源部２は内部に発振
器を持つ。１・リガ回路がないので、▲／Ｄ変換回路８
の変換開始のタイミングをとるために、第２の半透過鏡
４′で発光バＡ／スをサンプルし、フォトダイオード１
１で電気信号に変換して遅延回路１２で遅延させた後、
Ａ／Ｄ変換回路８に入力している。第３図の購成にかい
て、パルスエネルギーを一定にするための基本動作は第
１図の例と変わるところはない。

なか、▲／Ｄ変換回路釦よびラッチのタイミングのとυ
方は、以上の２例以外の方法であっても、ある回の発光
エネルギーの基準直からのずれを次回の発光時の電源電
圧に反映できるものであればよい。

以上のような構戎を有するので、本発明実施例のバ〃ス
光源は、発光の休止期間があっても発光再開後直ちに所
定のパルスエネルギーを得ることができ、安定したエネ
ルギーを供給できるバＮス光源となる。

発明の効果 以上説明したように、本発明は電源部の制御電圧信号を
ディジタ／Ｉ／値で記憶することにより、バルスエネ〜
ギーの安定性を飛躍的に高め、露光用光源として用いた
場合、露光量を精密に制御できるという優れた効果を有
するパルス光源を提供するここができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパ〃ス光源の１１成図
、第２図は本発明のパルス光源の動作を説明する図、第
３図は本発明の第２の実施例の構或を示す図、第４図は
従来のバ〜ス光源の構成図、第６図はその動作を説明す
る図である。 １・・・・・・発光部、２・・・・・・電源部，３・・
・・・・トリガ回路、４，４′・・・・・・半透過鏡、
５・・・・・・受光素子、ｅ・・・・・・比較回路、ア
・・・・・加算回路、８・・・・・・▲／Ｄ変換回路、
９・・・・・・加算回路、１０・・・・・・ラッチ、１
１・・・・・・フォトダイオード、１２・・・・・・遅
延回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　パルス的に発光する光源部と、ディジタル信号によっ
   て出力電圧を制御できる電源部と、前記ディジタル信号
   を記憶する手段と、発光のエネルギー値と基準値との差
   をＡ／Ｄ変換して前記ディジタル信号に加算する手段と
   を具備したことを特徴とするパルス光源。