JP2000091682A - パルスマルチプライヤ―を備えるエキシマレ―ザ - Google Patents
パルスマルチプライヤ―を備えるエキシマレ―ザInfo
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Abstract
ザを提供する。 【解決手段】 本発明は、光学的パルスマルチプリケー
ションを備えるエキシマレーザを提供する。パルスマル
チプライヤ光学系は、レーザ出力ビームを受け入れ、多
数のパルスを有するマルチプライヤ出力ビームを生成
し、レーザ出力ビームと比較して実質的に低減された強
度値を各々備える。
Description
にエキシマレーザに関する。
積回路リソグラフィ産業の役馬的な光源となっている。
KrFレーザは、約248nmの狭バンド波長を有する
レーザビームを生成し、約180nmと同じくらい小さ
い寸法の集積回路を作り出すのに用いられ得る。かかる
KrFレーザは、米国特許第5,023,844号に記載されて
おり、ここにリファレンスとして組み入れられる。技術
水準のプロダクション高品位KrFレーザの完全な記載
は、米国特許出願シリアル番号09/041,474号に記載され
ており、これもリファレンスとして組み入れられる。フ
ッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザは、KrFレー
ザと非常によく似ている。主な違いは、レーザガス混合
と、出力ビームのより短い波長である。基本的に、アル
ゴンはクリプトンを置換し、出力ビームの結果の波長は
約193nmである。このことにより、集積回路の寸法
を約140nmまでさらに減少させることができる。集
積回路の製造に用いられる典型的な従来技術のエキシマ
レーザを図1に示す。この従来技術のレーザのレーザチ
ャンバの断面を図2に示す。整流子モジュール及び圧縮
モジュールからなり、高電圧電源モジュールによって電
源供給されるパルス電源装置が、電気的パルスを、放電
チャンバ8に配置された電極6に提供する。典型的な技
術水準のリソグラフィレーザは、約10mJ/パルスの
パルスエネルギで約1000Hzのパルス周波数で作動
する。約3乃至3.5気圧でレーザガス(KrFレーザ
に関して、約0.1%フッ素、1.3%クリプトン、残
りはバッファガスとして作用するネオン;ArFレーザ
に関しては、約0.1%フッ素、3%アルゴン、残りは
ネオン)は、約25メートルの速度で電極の間の空間を
循環する。これは、レーザ放電チャンバに配置された正
接ブロワー10でなされる。レーザガスは、レーザチャ
ンバ内にまた配置された熱交換器11と、チャンバの外
側に配置された冷却プレート(図示せず)で冷却され
る。エキシマレーザの通常のバンド幅は、図1に示した
ような線狭帯域化モジュールによって狭帯域化される。
市販のエキシマレーザ装置は典型的には、システムの停
止を妨げることなく迅速に交換できうる種々のモジュー
ルからなる。主なモジュールは以下のものを含む: レーザチャンバモジュール 高電圧電源モジュール、通信モジュール、及び高電圧圧
縮ヘッドモジュールを備えるパルス電源システム 出力カプラモジュール 線狭帯域化モジュール 波長安定化モジュール 制御モジュール ガス制御モジュール
ルは、メンテナンスを実行するときに、レーザのダウン
時間を最小にするために個々のユニットとして迅速に交
換するように設計される。
なる。アノードは、この従来技術の実施形態では、チャ
ンバの中心付近で支持される。フローは、この方向から
見て時計回りである。電圧がピーキングキャパシタ54
にたまる間、高電界が2つのプレイオン化装置56によ
って生成され、該プレイオン化装置は、電極の間にイオ
ン電界を生成し、ピーキングキャパシタのチャージが約
16,000ボルトに達するとき、電極にわたる放電
が、エキシマレーザパルスを生成し、ピーキングキャパ
シタ54を放電して生成される。以下の各パルス、ブロ
ワー10によって生成された、約2.5cm/ミリ秒の
電極間のガスフローは、次のパルスが生じる1.0ミリ
秒後に丁度、電極の間で新鮮なレーザガスを提供するの
に十分である。
いて、フィードバック制御システムは、各パルスの出力
レーザエネルギを測定し、所望のパルスエネルギからの
偏差の度合いを判断し、次いで、電源供給電圧を調整す
るために制御モジュールに信号を送信し、一連のパルス
のエネルギは所望のエネルギに近づく。
定されたメンテナンスのためのほんの短い停止だけで、
1日24時間、1週間7日間、数ヶ月、連続して作動す
ることが要求される。
するためのパルスマルチプリケーション リソグラフィ光源として使用するのに他の多くのレーザ
よりエキシマレーザが大きく優れている点は、エキシマ
レーザビームが他の殆どのレーザソースと比べて非常に
空間的に非干渉性であることである。5倍のNd−YA
Gのような他の可能なリソグラフィレーザソースからの
レーザビームが高干渉性であり、その結果、リソグラフ
ィソースのために使用するならば、スペックルを生成し
うる。技術は、これらの固体物理レーザからのパルスビ
ームによって生成されたスペックルを最小にするために
提案される。例えば、リファレンスとしてここに組み入
れられる米国特許第5,233,460号を参照のこと。図3
は、米国特許第5,233,460号からのパルス遅延技術を示
す。この場合、干渉性レーザビームの出力パルスは、異
なる遅延に各々服従される複数のビームに分割され、ビ
ームの干渉性を大きく減少させるために再結合される。
は、エキシマレーザが複数の空間モード特性と、マイク
ロリソグラフィに使用するのに適当なエキシマレーザウ
ェルを作る高平均パワーとを有することが認識されてい
る。複数の空間モード特性は、エキシマレーザの通常の
非干渉性出力ビームに関する原因であるエキシマレーザ
の特徴である。
ム設計が、Scullyによる特許("Laser Target Speckle
Eliminator"米国特許第4,51,220号、1985年4月)
に記載されている。Scullyの技術を図4に要約する。
して提案されてきた。図4に示した同様なシステムは、
データ転送レートを増加するために1969年のRubens
tein(C.B. Rubenstein, "Optical Pulse Generator"米
国特許第3,430,048号)によって提案された。通信に使
用するために設計された別のパルスマルチプライングシ
ステムは、De Lange(E.O. DeLange et.al.,"Optical P
ulse Multiplexer",(米国特許第3,447,856号)196
9年6月)によって提案され、32によってパルスの数
を乗算する彼の技術の一例を図5に示す。
マルチプレクサシステムの別の例が、Herriott及びSchu
lteによる特許(米国特許第3,501,222号)に記載されて
いる。
ソグラフィステッパで使用されるこれらのイメージング
システムに対する損傷を低減するために低い強度のパル
スを備える高エネルギを生成することができる高信頼性
プロダクション高品質エキシマレーザが必要とされてい
る。
マルチプリケーションを備えるエキシマレーザを提供す
る。パルスマルチプライヤ光学系は、レーザ出力ビーム
を受け入れ、多数のパルスを有するマルチプライヤ出力
ビームを生成し、レーザ出力ビームと比較して実質的に
低減された強度値を各々備える。
的装置に対する2つのフォトン吸収損傷を減少させるた
めのArFエキシマレーザに対する改良が特に重要であ
る。圧密及びDUVスペクトル領域における石英ガラス
の感光のような、2つのフォトンプロセスを含む損傷メ
カニズムに関して、ピークパワーにおける4倍の減少
が、レーザによって放射された単一パルスにおける全て
のエネルギを配送することと比較される約16倍まで合
成された4つのパルスバーストによってなされる2つの
フォトン吸収損傷の量を減少させる。これは、ウェハで
利用できる総ドーズ量を減少させることなく、フォトリ
ソグラフィステッパシステムで使用されるような非常に
高価なビーム配送システムの寿命を長くさせる有用な方
法である。好ましい実施形態では、パルスマルチプライ
ヤシステムは、予め配置され、エキシマレーザに迅速に
取り付けられ得るモジュールに包含される。
参照することによって記載する。ArFレーザの193
nm波長は、集積回路リソグラフィのプロセスにおいて
紫外光で使用される普通の光学材料における透過ウィン
ドウの短い波長制限の実用的な範囲の付近である。Ar
Fレーザフォトンの高エネルギ(6.4eV)はまた、
おそらく非線形の、2−フォトン吸収プロセスを増加さ
せる。CaF2及びMgF2のようなアルカリ土類フッ化
物、並びに石英ガラスは全て、6.4eVよりも大きな
バンドギャップを有し、それ故、適度な強度でArF光
学素子にとって良好な候補であるが、より強い強度で2
−フォトン吸収ダメージに曝される。193nmでの線
形及び非線形吸収プロセスは、エキシマレーザとリソグ
ラフィー露出ツールの両方においてUV光学素子の寿命
を制限する。10mJのArFエキシマレーザの従来技
術では、主要なエキシマレーザビーム石英ガラス吸収
は、線形吸収係数a0を介さないが、2−フォトン吸収
を介する。2−フォトン吸収は、色中心(ソラリゼーシ
ョン)及び(SiO2に)圧縮の形態に関する最初のス
テップであるが、これらの2つの影響につながるプロセ
スは異なる。プロセスが、吸収原子の近くの2−フォト
ンの存在を要求するので、2−フォトン吸収プロセス
は、レーザパワー強度(W/cm2)の増加に対して非
線形である。2−フォトンの各々が反応スペースにある
確率が強度に対して線形に増加するので、同時に同じ場
所(即ち、特定の原子と関係する反応スペース)に2−
フォトンがある確率は、(ワット/cm2又はフォトン
/秒cm2で測定された)レーザビーム強度面積に比例
する。
図を示す。これは、総エネルギ出力を著しく減少させる
ことなく、ArFレーザソース50の有効なパルス繰り
返し数を4倍にする低損失光学パルスマルチプライヤ5
2である。マルチプレクサを発つ全てのパルスは、ほと
んど完全なオーバーラップで同じビームラインに沿って
伝搬する。
0Hzのパルス繰り返し数で平面偏光を発する。典型的
なビーム断面積は、約0.3cm×1.3cm即ち約
0.39cm2である。パルスエネルギは約10mJで
ある。それゆえ、各パルスにおける193nmフォトン
の数は、約1×1016フォトンであり、0.39cm2
のビーム断面積にわたって広がる。図7に示したような
典型的なArFパルスは、約12mの空間長にそれを与
える約40nsの期間である。そこで、パルスは、これ
らの1016フォトンが移動する約468cm3の特定の
体積を定義する。水平及び垂直方向においてビームの断
面積にわたってフォトンの空間分布が約30乃至40パ
ーセントだけ変化し、一般的に強度の時間的変化が図7
Aに示したようなので、ピーク強度は平均強度のおおよ
そ2乃至4倍である。
6.4eVフォトン密度では、UV光学系における2つ
のフォトン吸収は非常に著しい。2つのフォトン吸収
は、パルスの空間的または時間的広がりのいずれかによ
って減少する。ビームの空間的広がりは大きな光学系を
意味し、本発明はこの変形実施形態を取り扱わない。パ
ルスは、放電の持続時間を拡大するためにレーザの設計
における変化によって時間的に広がる。本発明は、パル
スの受動的な時間的光学的広がりを許容する。
であり、それ故、第1の偏光ビームスプリッタに関する
「P」とそれが遭遇する。レーザと第1のビームスプリ
ッタ58との間に挿入された第1の1/4波プレート5
6が偏光状態をサーキュラーに変換する。光の半分、即
ち「P」コンポーネントが、この光学的要素に関係する
散乱及び吸収以外の損失無く50/50偏光ビームスプ
リッタ58を通る。他の光の半分、即ち「S」コンポー
ネントが最初に反射され、又は「A」遅延パスである。
ームスプリッタ58を介して遅延無く通り、次に遭遇す
る光学素子は、光の偏光をサーキュラーに変換する第2
の1/4波プレート60であり、次いで、最初のものと
同じ仕方で方位決めされた第2の50/50偏光ビーム
スプリッタ62であり、光の半分を遅延パスBに反射す
る。「P」偏光された光の半分がこの第2のビームスプ
リッタを介して真っ直ぐ通る。これは、パルスマルチプ
ライヤに出るための4つのサブ・プレートのバーストに
おける最初のサブ・プレートである。
ネントは遅延パス「A」に反射される。ミラーM1によ
って反射された、第3の1/4波プレート64を介する
2つのパスを作った後、それは「P」に変換され、第1
のビームスプリッタ58を介して通る。遅延パス「A」
の残りは、別のミラーM2と、第4の1/4波プレート
66とを包含し、該プレートは、光をオリジナルパスに
戻すが、いま「S」偏光となる。遅延パス「A」は、サ
ンプル位置でパルス#1及び#2の到着時間を部分的又
は完全に分離するために十分なパス長を加える。#2パ
ルスは、もともと定義されたような「S」偏光を有し、
偏光状態をサーキュラーに変換する1/4波プレート6
0に向かって反射される。再び、この光の半分が、更な
る遅延なくマルチプレクサに出る。
タの前に配置されるので、パルス#1及び#2の両方が
それらの光の半分を遅延パスBに送る。遅延パス「B」
は、遅延パス「A」の約2倍のパス長を有する。これら
の更なる遅延パルスは、サブ・パルス3及び4となる。
ミラーM3及びM4と、遅延パス「B」の2つの1/4
波パルスは、遅延パス「A」におけるそれらの対応とし
て同じ機能を実行する。このシーケンスは、ソースレー
ザの全てのパルスに関して繰り返され、4パルスバース
トは、各シングルソースレーザパルスに関するマルチプ
レクサを発つ。配送された総エネルギにおいて著しい変
化は無いが、以下の光学コンポーネントによって経験さ
れたピークパワーは大きく減少する。レーザから出た5
4でのレーザパルスを図6Aに質的に示し、ビームスプ
リッタ62からでた68での4つのパルスを図6Bに質
的に示す。
の定義に従って「P」及び「S」偏光が交互に届く。こ
れは、入射角が垂直から例えば±20度以上離れている
ことはないほとんどの工学レンズ系を意味することにな
る。通常は円偏光で作動するこれらの系に関して、別の
1/4波プレートが、すべての「S」及び「P」パルス
を円偏光に変換するように記載された発明の出力に配置
されうる。
に関しては、ポッケルスセルが、出力で加えられ、パル
スのコンバート2に一時的にスイッチされ、すべての4
は同じ偏光状態を有する。
ライヤモジュールが、集積回路リソグラフィに用いられ
るArFモジュラーエキシマレーザの技術水準に追加さ
れる。該モジュールは、図6に記載したような遅延パス
A及び遅延パスBを定義するために、光学コンポーネン
トを包含する。遅延パスAを図9Aに示し、遅延パスB
を図9Bに示す。遅延パスAは約6mであり、遅延パス
Bは約12mである。6メートル遅延パスは、約20n
sの一時的な遅延を生成し、12メートル遅延は約40
nsの遅延を生成する。
較によって示す。図7は、10mJパルス、1000H
zで作動するArFレーザの技術水準の典型的なパルス
レーザビームを示す。パルス持続時間は、約40nsで
あり、典型的なシングルパルスの一般的な一時的な形状
を図7Aに示す。平均パルスパワーは約250kWであ
り、ピークパルスパワーは約300kWである。読者
は、40ns持続時間パルス(2〜1/2ミリ秒時間スケ
ール)は、図7の3つの垂直ラインとして現れる。
チプライングモジュールによって枠に入れられた4つの
パルスを示す。時間ゼロの後の1,000,000nsで現れる
サブパルス1は、オリジナルパルスと比較しても全く現
れない。サブパルス2,3及び4は、それぞれ20n
s、40ns及び60ns遅延し、各パルスは約2.5
mJを運ぶ。4つのサブパルスは、マルチプレクサを出
る同じビームパスに従い、10mJのオリジナルパルス
のエネルギの実質的に全てを有する合成パルスを形成す
るが、パルスはいま約100nsにわたって広がり、平
均合成パルスパワーは約250kwから100kwに減
少し、ピークパルスパワーは約300kwから約150
kwに減少する。
ング技術は、ArFエキシマレーザパルスの強度を低下
させるためのパルスマルチプライヤモジュール79にお
いて使用される干渉低減のためのPartlo及びOldhamの米
国特許第5,233,460号に記載されているものと同様であ
る。この実施形態では、ビームスプリッタ80は、一方
の面が非反射コートされ、他の面が部分反射及び部分透
過コートされている。我々は、ビームスプリッタの反射
率を、S偏光に関してはRsと、P偏光に関してはRpと
定義する。同様に透過については、S偏光に関しては
(1−Rs)と、P偏光に関しては(1−Rp)とする。
におけるそのエネルギを備える入射であるように配置さ
れる。入射エネルギのRpに等しいフラクションが、ビ
ームスプリッタによって反射され、(1−Rp)がビー
ムスプリッタを通り、次いで、45度ミラーに向かう。
2つの45度ミラー82A及び82Bは、その進行方向
及び、その進行方向に関するその偏光の両方を変更する
までビームを透過するように配置する。ビームは次い
で、30nsパルス遅延を提供するための約30フィー
トの総遅延パスの後で、ビームをビームスプリッタ80
に戻るように差し向けた3つの垂直なミラー84A、8
4B及び84Cに入射する。
再びビームスプリッタと遭遇するが、今度はS変更の状
態であり、従ってSsは、(1−Rs)が透過するように
反射し、オリジナルの反射フラクションと同じパスに沿
って進む。この点で、遅延アーム内のオリジナルレーザ
パルスエネルギの(1−Rp)Rsが残る。このエネルギ
は再び、2つの45度ミラーによって回転され、垂直な
ミラーを会していったん戻るように移動し、再びビーム
スプリッタに向かう。偏光はいま、P状態に戻り、従っ
て、ビームスプリッタはこのエネルギの(1−Rp)を
透過させる。
て生成され、P偏光を備える2つとS偏光を備える1つ
である。遅延アーム内で損失がゼロであると仮定する
と、これらの3つのパルスは、オリジナルパルスエネル
ギの以下のフラクションを有する: サブパルス#1(P偏光):Rp サブパルス#2(S偏光):(1−Rp)(1−Rs) サブパルス#3(P偏光):(1−Rp)Rs(1−
Rp)
ルスを等しくしたい。3つの別々の式があり、2つだけ
の独立変数Rp及びRsがあるので、我々は、3つのサブ
パルスの間の相違を最小にすることのみを望む。最小の
相違は、Rp=0.29及びRs=0.59の値で得られ
る。図10は、図7Aに示した典型的なArF10mJ
レーザパルスと同様な入力パルスを備え、Rp=0.2
9及びRs=0.59を使用する単一のマルチプライヤ
ーステージの出力での時間に対するレーザパルス強度の
概略を示す。サブパルス1がP偏光であり、サブパルス
2がS偏光であり、サブパルス3がP偏光であることに
注意すべきである。パルスは、総パルスエネルギの約1
2%を示す長い尾(裾)を有する。
実施形態は、ビームの偏光が回転されないことを除いて
上記のものと実質的に同じである。マルチプライヤーモ
ジュール89は、ビームスプリッタ90と、5つの全反
射ミラーとを有する。ビームスプリッタ90は、反射可
能−透過可能ビームスプリッタであり、サブパルス1の
ようなArFレーザを出す水平偏光の光に対しては38
パーセント反射し、上述のようなビームの62パーセン
トを透過するように選択され、それがビームスプリッタ
90に戻る前に30ns遅延する。再び、はじめに透過
された62パーセントの部分の62パーセント(即ち、
オリジナルビームの38パーセント)がサブパルス2と
して透過され、オリジナルビームの約24パーセントが
再び反射され、ビームスプリッタ90を介して透過した
第3のサブパルスが60ns遅延し、オリジナルビーム
の約15パーセントを示す。同様に、第4のサブパルス
は第1のパルスに対して90nsだけ遅延し、オリジナ
ルパルスの約5パーセントを示す。サブパルスの概略
と、合成ビームを図11Aに示す。この実施形態もま
た、パルスの長い尾(裾)を有する。この長くて、徐々
に縮んでいる尾(裾)は、米国特許出願シリアル番号08
/897,665号に記載されたタイプの高速パルストリマーで
削除されうることに注意すべきであり、当該出願はリフ
ァレンスとしてここに組み入れられる。このことにより
非常に正確なパルスエネルギ制御をすることができう
る。
うにレーザの出力側に取り付けられるのが好ましい。好
ましい取り付けは、三角形パターンに配置された3つの
ピンと、レーザ光学素子に関してビームマルチプライヤ
ー光学素子の角度調整を提供するために、ピンで散りば
められた三角形のパターンに配置された3つの配置ボル
トとを利用する。
上記の教示に基づいて可能であることを認識しうる。そ
れ故、読者は、本発明の範囲を特許請求の範囲及びその
法的均等の範囲のみによって決定すべきである。
ある。
面図である。
図である。
図である。
図である。
イング原理を示す概略図である。
ラフである。
ラフである。
水準のArFエキシマレーザの通常のパルスを示す。
ArFエキシマレーザの通常のパルスを示す。
果を示す。
結果を示す。
ションモジュールを備える技術水準のArFレーザの図
である。
ある。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】パルスマルチプリケーションを備えるエキ
シマレーザにおいて、 A)少なくとも500レーザ出力パルス/秒のパルス繰
り返し数で出力パルスレーザビームを作り出すように構
成されたエキシマレーザを包含し、各パルスが強度の値
を定義し、 B)前記出力パルスレーザビームを受け入れ、レーザ出
力パルスと比べて著しく減少した強度値を備える多数の
パルスからなるマルチプライヤ出力パルスビームを生成
するために1秒あたりのパルスの数を少なくとも2倍で
乗算するように配置されたパルスマルチプライヤ光学系
を包含する、パルスマルチプリケーションを備えるエキ
シマレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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TW (1) | TW434957B (ja) |
WO (1) | WO2000014834A1 (ja) |
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