(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザと、該パルスレーザの出力をパルス毎に検出するパルスエネルギー検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記パルスレーザの出力を制御する制御手段と、前記パルスレーザの平均出力を検出する平均出力検出手段と、前記パルスレーザのパルス周波数を検出する周波数検出手段とを有し、前記平均出力と前記パルス周波数とを用いて１パルス当りのエネルギーを算出し、これに基づき前記パルスエネルギー検出手段を校正することを特徴とするパルスレーザ装置。
【請求項２】
前記パルスレーザからのパルスレーザ光の外部への供給を開閉制御するシャッタを備え、該シャッタは閉時に前記パルスレーザ光を反射してその光路外へ導くミラーを有し、前記平均出力検出手段は、前記ミラーによって反射された前記パルスレーザ光に基づいて前記パルスレーザの平均出力を検出することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ装置。
【請求項３】
前記周波数検出手段は、前記パルスエネルギー検出手段による各パルスの検出結果に基づいて前記パルス周波数を検出することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ装置。
【請求項４】
前記ミラーによって反射された前記パルスレーザ光の強度プロファイルを検出する手段を備え、該強度プロファイルの変化に応じて前記パルスエネルギー検出手段を校正することを特徴とする請求項２記載のパルスレーザ装置。
【請求項５】
前記ミラーによって反射された前記パルスレーザ光を、前記平均出力検出手段と前記パルスレーザ光を吸収する光吸収部材のどちらか一方に入射させる光路選択手段を有することを特徴とする請求項２記載のパルスレーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のパルスレーザ装置を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のパルスレーザ装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載のパルスレーザ装置を備えたことを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパルス毎にエネルギーのコントロールが行われる、例えば半導体製造装置用のエキシマレーザのような高精度パルスレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パルス毎にエネルギー制御されるパルスレーザにおいては、図２に示すように、レーザチャンバ１、出力ミラー２、ウインド３および全反射ミラー４を有する基本部分から射出されるレーザ光の一部が、部分透過ミラー５によってエネルギー検出器７に導入され、エネルギー検出器７によりパルスエネルギーがパルス毎に検出される。そして通常、レーザに印加される放電電圧が、パルス毎に変化され、エネルギーが一定となるように制御される。レーザ光の大半は、部分透過ミラー５を透過し、機械的シャッタ８を介して半導体製造等のプロセスに供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に使用されるパルスエネルギー検出器は、通常、パルスエネルギーが検出できる固体素子であるフォトダイオードやパイロ素子が多く使用されており、短期間の検出値の安定性については余り問題がないが、数カ月以上経過した場合の安定性について問題がある。すなわち、長期間にわたって使用すると測定値が１方向にドリフトするという問題が生じる。また、エキシマレーザの場合、長期間レーザを使用していると、レーザの内部の電極が消耗し、出射されるレーザのビーム形状が変化する。そしてこのように、レーザ内部の放電電極の劣化やウインドウの汚れなどによりビームの形状が変化すると、エネルギー検出器は通常、光を検知する部分が余り大きくなく、ビームの一部を検知しているため、ビーム形状変化の影響を受けて測定値がドリフトしてしまう。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、パルスレーザ装置において、パルスエネルギー検出器の校正を行って出力パルスのエネルギーを正確に制御できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明のパルスレーザ装置は、パルスレーザと、該パルスレーザの出力をパルス毎に検出するパルスエネルギー検出手段と、該検出手段の検出結果に基いて前記パルスレーザの出力を制御する制御手段と、前記パルスレーザの平均出力を検出する平均出力検出手段とを有し、前記パルスレーザのパルス周波数と前記平均出力とを用いて１パルス当りのエネルギーを算出し、これに基き前記パルスエネルギー検出手段を校正することを特徴とする。
【０００６】
本発明のある形態は、前記パルスレーザからのパルスレーザ光の外部への供給を開閉制御するシャッタを備え、該シャッタは閉時に前記パルスレーザ光を反射してその光路外へ導くミラーを有し、前記平均出力検出手段は、前記ミラーによって反射された前記パルスレーザ光に基づいて前記パルスレーザの平均出力を検出するものである。
【０００７】
本発明の他の形態は、前記ミラーによって反射された前記パルスレーザ光の強度プロファイルを検出する手段を備え、該強度プロファイルの変化に応じて前記パルスエネルギー検出手段を校正する。また、所定のインタフェースを介して前記パルスエネルギー検出手段の校正値を外部の装置に出力したり、前記パルスエネルギー検出手段の校正値の履歴を記録する手段を有するようにしたりする。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、例えばレーザ光の出射を制御する機械的シャッタとして反射ミラーを設置して機械的シャッタが閉じている時（装置外部へビームを出射していない時）に、パルスレーザの平均出力およびパルス周波数を検出し、これらを用いて１パルス当りのエネルギーを算出し、そしてこれに基きパルスエネルギー検出手段を校正するようにしたため、あるいはさらにパルスレーザ光の強度プロファイルをチェックし、その変化に応じて前記校正を行うようにしたため、長期間にわたってパルスレーザの出力が正確に制御され、安定化する。したがって、本装置を用いた加工装置、露光装置、測定装置等においては、極めて出力の安定したレーザ光が供給される。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例に係るパルスレーザ装置の構成図である。同図において、１はレーザチャンバ、２は出力ミラー、３はウインド、４は全反射ミラーであり、これらはレーザの発振に必要な基本部分である。このレーザの基本部分から発振したレーザ光は一部が部分透過ミラー５で反射され、拡散板６を介してパルスエネルギー検出器７へ入射し、残りの大半のビームは部分透過ミラー５を透過し、機械的シャッタ８ａを介してプロセスに使用される。
【００１０】
機械的シャッタ８ａは、裏面にレーザ光を反射させるミラーが取り付けられており、レーザ光をプロセスに使用する時は開き、使用しない時は閉じて光路を遮断する。８ｂは機械的シャッタ８ａ裏面のミラーによって反射されたレーザ光の光路上に設けられ、表面にミラーを有する機械的シャッタ、１１はこれによって反射されるレーザ光を吸収するように表面がコーティングされたビームダンパ１１である。機械的シャッタ８ａからの反射レーザ光は通常、機械的シャッタ８ｂのミラーによって反射され、ビームダンパ１１に吸収される。
【００１１】
１２は機械的シャッタ８ｂの後方に設けられたビームスプリッタ、９は長時間の安定性のあるサーモパイル素子のような平均エネルギーを測定する平均出力検出器、１０はビーム形状の経時的変化が測定できるように配置されたビーム形状検出器である。ビームスプリッタ１２は、平均出力検出器９とビーム形状検出器１０にビームが入射するようにビームを分割する。
【００１２】
レーザのパルスエネルギーを一定に保つためのパルスエネルギー検出器７の校正は、制御装置２０の指令により定期的に機械的シャッタ８ｂを開いて、平均出力検出器９の測定値と、パルスエネルギー検出器７から得られるパルスエネルギーと、レーザの発振周波数（パルス周波数）とから計算される出力とを比較することにより行う。ここで、発振周波数は、パルスエネルギー検出器７の検出結果に基づいて検出される。また、ビーム形状検出器１０でビームのプロファイルの変化を検出する。図３はこの検出結果を示すグラフである。測定されたビーム形状は図中の曲線で示される。同図に示すように、あらかじめ強度の基準レベルを測定しておき、基準レベルより強度の大きい領域の巾Ｗがある範囲内±Ｗ０ をはずれた時、パルスエネルギー検出器７を校正するようにする。すなわち、ビーム形状に変化があった時、および一定の周期で、パルスエネルギー検出器７を平均出力検出器９で自動校正する。
【００１３】
なお、本実施例においては、パルスエネルギー検出器７を定期的に校正するため、機械的シャッタ８ｂを開閉するようにしているが、これは、平均出力検出器９に不必要なエネルギーが照射することにより非常に長い期間の経時劣化を防ぐためである。したがって、この代わりに、ビームダンパ１１の位置に平均出力検出器９を配置するとともに、これに入射するビームのエネルギー密度をビームエキスパンダなどの光学系で低くして入射させるようにしてもよい。また、機械的シャッタ８ｂが閉じている時のパルスレーザの発振を制御装置２０により可能なかぎり少なくすれば、同様にビームダンパ１１の位置に平均出力検出器９を配置してもよい。また、機械的シャッタの裏面に反射ミラーを配置する代わりに、シャッタとミラーを別の構造体とし、その位置が入れ替わるような構成としてもよいことはいうまでもない。
【００１４】
また、レーザを光源とするステッパのような露光装置や精密なエネルギー制御の必要なレーザ加工機の場合、露光装置や加工機側にもレーザ内蔵のエネルギー検出器とは別にエネルギーを検出する検出器が内蔵されている。したがって、パルスレーザと露光装置あるいはレーザ加工機にＩ／Ｆを設け、レーザ内蔵のエネルギー検出器を校正した時、露光装置内蔵の検出器もその時期に合わせて校正することにより、長期間エネルギーが安定した露光装置あるいはレーザ加工機を供給することができる。
【００１５】
また、エネルギー校正を行う毎に校正値の変化を制御装置内に記録する機能を設ければ長期変動の履歴がわかり、レーザの診断に有効であるとともに、本レーザを光源とする露光装置や加工機および測定装置に内蔵されているエネルギー検出器の校正履歴と比較すれば露光装置や加工機の光学系の劣化等を検出することができる。
また通常、プロセスにレーザ光を使用していない、レーザ光の出射を制御する機械的シャッタが閉じている時に、エネルギーの校正を自動的に行うことにより、プロセスに対してもまったくロスを生じさせないという効果が得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えばレーザ光の出射を制御する機械的シャッタが閉じている時に、パルスレーザの平均出力およびパルス周波数を検出し、これらを用いて１パルス当りのエネルギーを算出し、そしてこれに基きパルスエネルギー検出手段を所定のタイミングで校正するようにしたため、あるいはさらにパルスレーザ光の強度プロファイルを検出し、その変化に応じて前記校正を行うようにしたため、長期間にわたってパルスレーザの出力が正確に制御され、その絶対値が安定化する。したがって、本装置の光源としての信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るパルスレーザ発生装置を示す構成図である。
【図２】従来例に係るパルスレーザ発生装置を示す構成図である。
【図３】図１の装置において、ビーム形状検出器でビームのプロファイルの変化を検出した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：レーザチャンバ、２：出力ミラー、３：ウインド、４：全反射ミラー、５：部分透過ミラー、６：拡散板、７：パルスエネルギー検出器、８ａ，８ｂ：機械的シャッタ、１１：ビームダンパ、９：平均出力検出器、１０：ビーム形状検出器、１２：ビームスプリッタ、２０：制御装置。
【図１】
0003542359.tif 000002
【図２】
0003542359.tif 000003
【図３】
0003542359.tif 000004