JP2001308419A - 音響チャープ補正を備えた放電レーザ - Google Patents
音響チャープ補正を備えた放電レーザInfo
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Abstract
することを目的とする。 【解決手段】 高パルス周波数ガス放電レーザにおいて
波長チャープを最小にするための構造的変化と方法。本
出願人は、高パルス繰返数ガス放電リソグラフィ用レー
ザにおける波長チャープの主要原因が、後に続く放電と
同時に放電領域に反射して戻る、放電からの圧力波であ
ることを突き止めた。この圧力波の到着のタイミング
は、そこを通ってその波が伝搬するレーザガスの温度に
より決められる。チャープ問題に対する解決策は、放電
が作りだした圧力波を緩和する、又は、分散することに
より、又は、ガスの温度を実現できる限り一定値近くに
維持することである。
Description
に関し、特に音響外乱を補正する装置を持つレーザに関
する。
いて起こるパルスと干渉する圧力波擾乱を生じさせるこ
とは知られている。これらの擾乱を最小にするための種
々の手当を備えたレーザチャンバが、米国特許第5,978,
405号に記載されており、ここに組み入れる。'405特許
は、本発明の譲受人に譲受されている。図1は、一般的
なKrFエキシマ・レーザ・チャンバの断面図である。
レーザの利得領域は、図1で34として示される約20
ミリメートル(mm)×4ミリメートルの断面を持ち、
細長い電極36Aと36Bとの間で約70センチメート
ル(cm)の長さを持つ放電領域である。チャンバ内
で、レーザガスは、扇風機38で循環させられ、そし
て、熱交換器40で冷却される。同様に図1に示される
のは、主絶縁体42、陽極支持バー44及び予備電離器
ロッド46である。
レーザの重要な用途は、集積回路リソグラフィ用の光源
である。これらの応用例においては、レーザは、目標と
する「中心線」波長の周り約0.5ピコメートル(p
m)に狭められた線である。このレーザビームはステッ
パ、又は、走査機により、その上に集積回路が生成され
ているシリコン・ウェーハ上に焦点合わせされる。その
表面は、約1000ヘルツ(Hz)以上のパルス繰返数
の下で、レーザ・パルスの短バーストを用いて照射され
る。極めて精密な集積回路形態の製造ができるようにす
るには、波長と帯域幅との超精密制御が必要とされる。
今日使用されているほとんどのステッパ及び走査機のオ
ペレータは、このレーザ光源を約1000Hzで作動さ
せるが、しかし、2000Hzの供給装置が出荷されて
おり、また、更に高い繰返数を持つレーザも開発されて
いる。KrFレーザ用の一般的なレーザガスは、3気圧
及び約45℃において約99%のネオンである。この温
度の下では、音波は、1000Hzにおける各パルスの
間に約47cm、2000Hzにおける各パルスの間に
約23.5cm、4000Hzにおける各パルスの間に
約11.7cm伝搬する。集積回路の製造業者は、目標
波長及び帯域幅を含むビーム・パラメータを目標とする
仕様内に維持しながら、そのレーザの作動範囲内の任意
のパルス繰返数でレーザを作動できることを望んでい
る。
の放電領域とレーザ・チャンバ内の主要反射面との間の
距離は、約5から20cmの範囲である。放電領域の長
さ方向に直交する平面における各反射面間の距離は、約
5cmから約10cmである。従って、図1における音
が伝搬した各距離を示す図2Aの比較により実証される
ように、1000Hzで作動する図1のレーザにおい
て、音速で伝搬する一般的な放電が生成した圧力波は、
次の放電と同時になるように放電領域に到着して戻るた
めには何回かの反射をしなければならないであろう。2
000Hz以上の範囲にあるパルス繰返数において、音速
で伝搬する圧力波は、ただ1回の反射を行った後、次の
パルスと同時になるように戻り得る。
様)集積回路リソグラフィ用に現在使用されているKr
Fエキシマ・レーザは、波長及び帯域幅を精密に制御す
るように設計されている。集積回路製造者からの現行の
仕様では、中心線波長を248,321.3pmなどの
目標波長に安定範囲が±0.1pm内で制御することを
必要とする。一般的な帯域幅仕様は、半値全幅で0.6
pm、及び、95%積分で3pmであってもよい。ステ
ッパ及び走査機の製造者は、これらの仕様を強化し、同
じくパルス繰返数を2000Hz及びそれ以上に増加さ
せようと望んでいる。
ングの一般的な方法が、図3に示されている。この図に
おいては、ライン・ナローイング・モジュール(「ライ
ン・ナローイング・パッケージ」すなわち「LNP」と
称する)7は、レーザ・システム2の他の部分に比較し
て非常に拡大してある。レーザ・チャンバ3の背部端か
ら出るレーザビームは、3プリズム・ビーム・エキスパ
ンダ18を使用して広げられ、そして、リトロー配列に
置かれた回折格子16上に同調ミラー14により反射さ
れる。光が照射し、また、回折格子の表面から反射され
る角度により、選択された波長が計測される。例えば、
この従来技術レーザにおいては、ステッパ・モータ15
により作りだされた40マイクロラジアンの枢転は、選
択された光の波長を1pmだけ変化させることになる。
図3に示されるこの3プリズム・ビーム・エキスパンダ
は、一般に約25であるその拡大係数だけ回折格子の選
択性を増加させる。LNPの方向にレーザを出て行くビ
ームの方向の変化もまた、回折格子により選択された波
長内に変化を引き起こすことができが、この方向変化
は、選択された波長内に1pmの変化を生じさせようと
したら、約1ミリラジアンを必要とするであろう。
一般にフィードバック機構を用いて制御され、その場
合、出力ビームの波長が、波長を計測する波長計と称さ
れる機器により抽出され、計測された値は、ミラー14
の位置を調節するために使用される波長誤差値を計算す
るために、必要とする、すなわち目標波長と比較され
る。リソグラフィ・レーザ用の一般的な従来技術波長計
は、波長を計測し、波長誤差を計算するために約3ミリ
秒を必要とする。ミラー14の位置を調節するために、
ステッパ・モータ15により、別に約4ミリ秒が必要と
される。これら従来技術波長制御技法は、約10から1
5ミリ秒よりも長い周期に亘る波長ドリフトを補正する
上で巧く働いている。
ば連続的に2000Hzなどの定常状態で作動する場
合、たとえ極めて高い繰返数であっても非常に厳しい仕
様内で作動可能である。しかしながら、リソグラフィ用
レーザ光源用の一般的な作動モードは、定常状態の連続
からは程遠い。一般的なモードにおいては、ウェーハ上
の170のダイは、それぞれがパルス繰返数2000H
zの下、各バースト間に0.15秒の停止時間を持つレ
ーザ・パルスのバースト0.15秒で照射され(すなわ
ち300の10ミリジュール(mJ)パルス)、またそ
の後の9秒の停止時間の間に新規ウェーハが機械上に載
せられる。この全体サイクルは、約1分を必要とする筈
で、約42.5%の使用率を表すであろう。
囲にあるパルス繰返数の下、バーストモードにおいて作
動するレーザは、波長変動パターンを示した。これらの
変動は波長「チャープ」と称され、今日に至るまでそれ
らの原因は知られていなかった。このチャープは、繰返
数が増加するにつれて増加する傾向にある。従って、必
要とされているのは、ビームパラメータを所望の仕様内
に維持することができるように、1000Hzを十分に
超えるパルス周波数で音響擾乱を最小にするための装置
を持つ電気放電レーザである。
数ガス放電レーザにおいて波長チャープを最小にするた
めの構造的変化と方法とを提供する。本出願人は、高パ
ルス繰返数ガス放電リソグラフィ用レーザにおける波長
チャープの主要原因が、後に続く放電と同時に放電領域
に反射して戻る、放電からの圧力波であることを突き止
めた。この圧力波の到着のタイミングは、そこを通って
その波が伝搬するレーザガスの温度により決められる。
バーストモード作動の間、従来技術レーザにおけるレー
ザガス温度は、数ミリ秒の時間に亘って数度ほど変化す
る。これら変化する温度は、同時に発生する圧力波の所
在を放電領域内でパルスからパルスへと変え、レーザガ
スの圧力における変動を引き起こし、それは結果として
放電領域の屈折率に影響を与え、レーザの後尾を出て行
くレーザビームに若干の方向変化を引き起こす。このビ
ーム方向の変化により、LNP内の回折格子が放電領域
に光を若干異なる波長で反射して戻し、波長チャープを
引き起こす。
る2つの解決策は、放電が作りだした圧力波を緩和す
る、又は、分散することにより、又は、ガスの温度を実
現できる限り一定値近くに維持する(パルス対パルス)
ことである。
せ、レーザチャンバ壁をライニングする鋸波形状表面を
作り出すように形成された好ましくはアルミメッキされ
たニッケルであるシート金属からなる音響バッフルが圧
力波を消滅させる。この実施形態では、圧力波が、放電
方向に対して垂直な方向よりも非常に多くの方向に消散
するように、バッフルのリッジを、ガスフローパスと全
体的に整列させる。他の好ましい実施形態では、圧力波
を吸収し、消散させるように、鋸波形状バッフルは、多
孔状シート金属からなる。他の好ましい実施形態では、
圧力波を吸収、消散させるために、酸化アルミニウムフ
ァイバを、チャンバに配置する。
波長チャープが、まずレーザガスの温度変化が圧力波の
レーザ・チャンバを通る伝搬速度に影響し、その結果、
反射された圧力波が放電領域に戻るタイミングに影響し
て引き起こされたのではないかと疑った。この理論を試
験するため、本出願人は、チャンバの水配管を切り離
し、またチャンバの加熱器が働かないようにして、極め
て低い使用率モード(2000Hzで100パルス、引
き続いて5秒の休止)でレーザを作動させた。冷却水及
び加熱器の両方が働かないようにされているので、チャ
ンバ温度の緩慢及び一様な変化が可能であった。このチ
ャンバ温度は、室温を変化させることにより、また、フ
レームから数フィートに床扇風機を置くことにより制御
された。送風機によりガスに対して与えられたパワー
は、チャンバを最大60℃まで暖めるのに充分な熱を供
給し、また、床扇風機は、室温を39℃に降下させるの
に充分な冷却を供給した。チャンバの加熱及び冷却は、
温度の時間微分(dT/dt)に起因するいかなる影響
をも最小にするため数時間に亘って行った。
均エネルギ、バーストに対するエネルギ変動、波長バー
ストトランジエント、及び、線中心変動の標準偏差
(「波長シグマ」と称される)が算定された。線中心バ
ーストトランジエントの定量化を可能にする単一データ
点を準備するために「波長バーストトランジエント」
は、各バーストにおける最初の30パルスの平均線中心
波長と、最後の30パルスの平均線中心波長との間の差
として定められた。使用されたレーザの波長計が100
0Hzでのデータをもたらしたので、これらの平均は、
わずか15の独自の波長トランジエント値から成る。最
後の30パルスの平均は、定常状態線中心波長の尺度と
して使用された。
℃と約55℃との間で緩慢に変化することができるよう
にされた一方で、上述のパラメータが連続的に監視され
た。計測されたパラメータ4つの全ては、チャンバ温度
が減少するにつれてかなり変化した。パルスエネルギ
は、温度の減少に伴って概して減少した(僅かな上下変
動を持つものの)が、他の3つのパラメータは、該温度
範囲に亘ってかなり増加したり減少したりした。波長バ
ーストトランジエント及び波長シグマをチャンバ温度に
対してプロットすることにより、これらの特性が安定し
て再現性のある仕方でチャンバ温度に伴って変化するこ
とが見出される。図4Aは、冷却運転の間に取得された
データを示し、また、図4Bは、暖気運転中に取得され
たデータを示す。
測結果で確立されたならば、次の答えるべき疑問は、ど
のようにしてチャンバ温度が波長トランジエントに影響
するかであった。この状態の温度に伴う変動は、他のレ
ーザ・パラメータに、最も顕著にはレーザエネルギに伴
って過去に判明している。レーザエネルギと類似の方法
で波長トランジエントが影響されるとしたら、音響的な
影響が重要な要因であるのかも知れない。ガス内の音速
は温度の平方根に依存するので、この形の関係で表現す
れば音響的な原因を示すことになるであろう。
ャンバ温度の下で、レーザ繰返数のある範囲に亘ってレ
ーザを作動させ、得られた曲線の比較を行った。前と同
じ4つのパラメータは、繰返数に対して計測され、約5
7℃の高温に対して、図5A、図6A、図7A、及び、
図8Aに示されている。約39℃の温度に対するものと
して、低温データが図5B、図6B、図7B、及び、図
8Bに示されている。各図は、繰返数に関連する豊富な
構造と変動とを示しており、数ヘルツがプロットされた
パラメータに大幅な変化をもたらすことが可能である。
繰返数に伴うこれらの変動に音響との関連があるかどう
かを見るため、データは、低温データを適当にシフトさ
せてプロットすることもできる。しかし、最初に本出願
人は、2つのデータセットを互いにシフトさせないまま
プロットした。図9Aは、図7A及び図7Bを共にプロ
ットしたものを示す(濃いプロットは57℃のデータを
表す)。結果には明白な相関がない。
較が図9Bに示されている。これは、以下の比で増加し
た繰返数における39℃のデータをプロットすることに
より行われた。
小さく、単に2.8%に過ぎないが、低温データに対し
て適用された場合、実質的に全ての構造がこの2つのデ
ータセット間で一致する。この2つのセット間で異なる
のは、単に3つの顕著なピークがあるに過ぎない。これ
らの特徴は、可能性としては別の現象に起因し得るが、
それらはやはり音響的なものであり、しかし、ある温度
では発生するものの他の温度では発生することのない、
異なる距離からのいくつかの反射の偶然の組合せに起因
するのかもしれない。
ーストの始めに発生する波長トランジエントがチャンバ
との音響的な干渉により劇的に影響され得ることを示
す。このデータはまた、低トランジエントに対する「最
適位置」を見出そうと試みることが困難であるかもしれ
ないということを示すが、それは、単に数度の温度変化
又は数ヘルツの繰返数の変化がトランジエントの大きな
シフトを引き起こすからである。熱交換器とチャンバ加
熱器とが稼働中の場合、空間温度勾配や急速なdT/d
tの事象を作り出し、状況は一層複雑なものになる。
00パルスのバーストの後半の間、レーザは定常状態条
件に近いが、しかし、各バーストにおける最初の約60
パルスの間は、レーザの条件は定常状態からは程遠い。
電極10及び12の間の放電領域は、高さ約20mm、
高さ4mm、及び、長さ80cmの容積である。放電の
間、約2ジュール(J)の電気エネルギは、3気圧の下
で初期温度が例えば50℃の約99%のネオンであるガ
スのこの容積内に入れられる。放電は、約40ナノ秒と
いう極めて短時間に起きて激しい圧力波を起こし、それ
は循環ガスを通って放電領域からほぼ音速(約470メ
ートル/秒(m/s))で伝搬して出て行く。
くにあるガスのスラッグの温度を増加させ、それは循環
ガスの速度の約40m/sでゆっくりと移動して放電領
域を出る。この加熱されたスラッグは、当初ほぼ放電容
積の大きさであり、比較的ゆっくり膨張する。この比較
的ゆっくり膨張する加熱ガスのスラッグは、循環ガスに
より電極間から押し出され、その結果、2キロヘルツ
(kHz)で作動するレーザの場合、あるパルスからの
この加熱スラッグは、次のパルスの時点で図1Aの20
に示すように電極の約2cm下流に中心がある。
ィ・レーザ用の一般的な送風機の速度においては、レー
ザガスは、約30ミリ秒でチャンバ周囲に完全なループ
を作る。1分の上述のタイプの42.5%使用率(すな
わち、2000Hzにおける300パルスの170短バ
ーストでその後に9秒の停止時間が続く)に対して、放
電は、ガスに対して平均割合約1.7キロワット(k
w)(パルス当たり約2J)で熱を加えているであろ
う。扇風機は、実質的に一定の割合約500Wで熱を加
え、熱交換器は、放電及び扇風機により加えられた熱の
大部分を1分の使用時間に亘り約一定の割合で除去す
る。
ガス温度は、実現できる限り約44℃などの一定温度近
くに維持するように設定される。しかしながら、熱は、
電極間に周期的(極めて短時間の間)に加えられ、ま
た、熱交換器において除去されるので、ガス温度は、か
なりチャンバ内で変化する。例えば、9秒の停止時間の
後における300パルスのバーストの最初のパルスの前
のチャンバ内のガス温度は、チャンバ全体を通じて(例
えば)約40℃(熱交換器全体を通じて小さなステップ
の温度勾配を伴う)で比較的一定であろう。この時点
で、熱は、熱交換器40によりガスから抽出されてお
り、また、ガスに対して(この時点では)チャンバの幾
分温かな壁や他のチャンバの構造物により加えられてい
る。温度分布の大雑把な推定が図1Aに示されている。
第2パルスの直前では、図1Bに示すように、電極の約
4cm下流の距離に対するガス温度は、約42℃であろ
うが、電極上流のガス温度は、約40℃であり続けるで
あろう。次の約40パルスの直前、電極間及び電極上流
のガス温度は、約40℃であり続け、下流のガス温度
は、約42.6℃であり続けるであろうが、42.6℃
のガスの容積は、レーザガスの加熱スラッグがレーザの
周囲に循環するので成長するであろう。図1Cは、第5
パルス直前のガス温度の大雑把な推定を示す。およそ第
35から第40パルスにおいて、ガスの上流温度は、バ
ーストの最初のパルスにより影響され始め、上流温度
は、図1Dに示すように約42℃に増加することになろ
う。最初のパルスからのガスが2度目に電極を通過する
場合、それは約42℃で、約2℃高くなり、最初のバー
ストとほぼ同じ量の熱を受領し、その温度が約44.6
℃に上昇させられ、約35から40パルスに対しては、
図2Eに示すように、上流及び下流温度は、約42℃及
び44.6℃の比較的一定に留まるであろうし、その後
に上流及び下流の両方は、別の小さな段階的な温度増加
を見ることになろう。この過程は、各約40パルスの段
階的増加がわずかに小さくなりながら続き、そのため、
最初の300パルスバーストの最後のパルスの直前に、
上流温度は、約42℃で、下流温度は、約44.6℃で
ある。最初のバーストにすぐ続いて、停止時間0.15
秒があり、その間、電極下流のガス温度は、上流温度約
42℃にまでおおよそ減少し、その後、次の0.15秒
全体に亘って、ガスの平均温度は、熱交換器により約2
℃だけ減少する(図1Aから図1Fを通じて定性的に示
される温度変化は、1つの300パルスバーストが継続
するわずか0.15秒の間に極めて急速に起こるという
ことに留意されたい)。
下流の小容積内に約2.6℃の上昇を引き起こし、その
加熱された容積は、第2バーストの最初の数パルスの各
々に伴って成長する。上流温度は、上記の通り、約35
から40パルスの後でバーストの最初のパルスにより影
響された追加の増加で再び増加し始め、上流温度は、約
42℃に上昇するであろう。最初のパルスからのガスが
最初のバーストとほぼ同じ量の熱を受け取って2回目に
電極を通過する場合、それは、約44.6℃に上昇する
ことになり、約35から40パルスの間、上流及び下流
温度は、比較的一定の温度約42℃及び44.6℃に留
まり、その後、上流及び下流の両方は、別の小さな段階
的温度増加を見るであろう。この過程は、最初のバース
トにおいて説明した仕方で継続する。
要とされる170バーストの各々の間、同じような温度
変化が発生する。この間、平均ガス温度は、約3℃だけ
上方にドリフトし、第170番目のバーストの最終パル
スの後で、ウェーハを交換するための停止時間9秒があ
り、その時、平均ガス温度は、約5℃降下して約41℃
になる(上記説明は、そこから出発した)。図2Cは、
各バースト間が0.3秒で、85バーストの後に9秒の
停止時間を持つ1000Hzで作動されるレーザの熱交
換器のすぐ上流に位置する超高速熱電対の温度記録を示
す。
様に、リソグラフィ用レーザの1分サイクル作動の間、
レーザガス温度の超高速の段階的小変化がある。過去、
これら小さな温度変化は、その変化が小さすぎて、放
電、レーザガスの化学的性質、又は、レーザ放電領域に
おける光学的特性に関していかなる直接の影響も持たな
いと考えられたので、特に重要とは考えられていなかっ
た。本出願人は、しかしながら、レーザが1000Hz
を超える繰返数などの極めて高い繰返数の下で作動する
場合、これら小さな温度変化が、レーザ内で放電が引き
起こした圧力波(音波及び衝撃波)の速度に対する温度
の影響に起因して、レーザビーム品質上に極めて大きな
間接の影響を持つことができることを発見した。温度と
KrF(主としてネオン)レーザガスにおける音速との
関係が図2Bに示されている。この関係は、平方根の関
係だが、レーザの運転範囲においては、ほとんど線形で
ある。図2Bから、ネオン温度における1℃の増加は、
音速を約0.8m/sだけ増加させる。従って、バース
ト開始に続く最初の約5ミリ秒の間に発生する下流ガス
温度の約3℃の増加は、速度を約2.4m/sだけ増加
させることになり、その速度により、特定パルスの圧力
波からの反響は放電領域に戻る。
mの(圧力前面の)厚み、すなわち、約4mmの放電領
域の厚みを持つことが分かったので、圧力波反響の戻る
時間は極めて重要であることが可能である。波の低圧部
分と高圧部分との間の差は、約0.03から0.07気
圧、すなわち、チャンバ圧力の約1から2%である。次
のパルスの約40ナノ秒の時間以外であれば、圧力波が
放電領域を通っていつ反響して戻っても、何の問題も引
き起さない。問題が引き起こされるのは、特定の放電か
らの高パルス繰返数レーザにおける戻り圧力波が、次の
パルスの時刻にちょうど放電領域を通過する場合であ
る。反響パルスが、放電領域に亘って正確に中心にある
場合、その低圧部分は領域の片側にあり、高圧部分はそ
の反対側になるであろう。結果は、放電領域の片側で
3.015気圧などのガス圧力であり、反対側では、
2.985気圧である。
スの屈折率は、約1.000201である。放電領域全
体に亘って圧力に1%の勾配があると、結果として屈折
率は、領域の片側で約1.000202となり、反対側
では1.000200となるであろう。このことは、レ
ーザを出て行くレーザビームの方向を顕著に変化させる
影響を及ぼすことになるであろう。従って、本出願人
は、これら圧力波がほぼ間違いなくバーストモード運転
中に実際に見られる±0.1pmの波長チャープの大部
分に対する原因であると判断した。
・チャープと波長チャープ)数年来、リソグラフィ用エ
キシマレーザの使用者は、バーストモード運転中、レー
ザビーム・パラメータ、特にパルスエネルギ及び波長の
小さな変動を経験してきた。変動の最大のものは、常に
ではないが普通は、バーストの始め、及び/又は、バー
スト開始のほぼ1循環後(1000Hzレーザでは約3
0ミリ秒)に発生する。これら「チャープ」変動は、パ
ターンに従うように見えたが、しかし、そのパターンは
予測困難であり、レーザ・チャンバや作動条件が違うと
異なっている。これらの変動の原因又は複数の原因に関
して多くの推測が存在してきたが、原因に関する確定し
た意見の一致はなかった。
ザエネルギ制御システムを使用する2つの仕方で取扱わ
れてきた。第1に、レーザに対するこのエネルギ制御シ
ステムが十分に高速で、所定のパルスのエネルギは、直
前のパルスを含む先行パルスについて計測を行ったエネ
ルギに基づきフィードバック技法を使用して調節するこ
とができる。第2に、コンピュータ制御装置は、エネル
ギ・チャープのパターンを知り、目標とする個々のパル
スエネルギとバーストにおける全体「線量」エネルギを
作り出すため、これらのパターンを考慮に入れて放電電
圧を調節するように教えられる。エネルギ・チャープの
能動的制御を処理する過程は、米国特許第6,005,
879号で説明されており、本明細書において参照され
る。
くかかり、使用される現行の波長選択機構は、放電電圧
制御よりも低速であるので、波長チャープの能動的制御
は更に難しい。過去において、波長チャープは、エネル
ギ・チャープよりも一層不規則で、予期しがたいもので
あった。しかしながら、チャープの最も不規則な部分に
関する主要原因の本出願人による発見に基づき、本出願
人は、放電領域を横切る圧力波の衝撃を減少させるため
に、レーザ・チャンバ内部を変更することにより、チャ
ープを最小にする方法を工夫することができた。このこ
とにより残ったのは、能動的制御をより一層可能にす
る、より明らかで予期可能なチャープである。構造的変
更及び能動的制御技法の両方は、以下に説明される。
図1Fに示すように、約2から3℃の温度の振れは、約
5ミリ秒のような数ミリ秒の時間スケールでレーザガス
内に発生する。チャープ変動もまた数ミリ秒の範囲にあ
る。ここで、レーザが2000Hzのパルス周波数で作
動していると仮定する。各パルス間に45℃でレーザガ
ス内を音(466m/s)が伝播する距離は、約23.
30cmであり、47℃でレーザガス内を音(467.
6m/s)が伝播する距離は、約23.38cmであ
る。従って、電極下流のレーザガスが温度45℃であ
り、直前のパルスから戻っている圧力波が放電領域のす
ぐ下流に位置する(そしてビームのいかなる乱れも引き
起こしていない)場合、ガス温度が47℃に増加するこ
とにより、圧力波の縁部を約0.8mmだけ放電領域の
中に位置するであろうし、更に2℃の上昇があると、波
の縁部を放電領域のほぼ中央に移動することになる。従
って、2000Hzにおいて直前パルスからの戻り圧力
波の位置は、温度変化が2℃あるたびに約0.8mm移
動する。1000Hzにおいて圧力波の位置は、温度変
化が1℃あるたびに約0.8mm移動する。直前のパル
スより前のパルスから戻る圧力波については、位置変化
は比例して大きくなる。
ため、多くの技法を使用することができる。幾つかのそ
のような技法は、米国特許第5,978,405号に説
明されており、本明細書において参照されている。これ
らは、前記特許の図5Aから図5Dに示されるような、
圧力波を下向きにチャンバ底部内に反射するために置か
れた角度のついた反射装置を含む。
の好ましい実施形態が図11A及び図11Bに示されて
いる。図11Aは、位置60、62、及び、64におい
てチャンバの壁に、また、66及び68において上隅に
ねじで取り付けられたバッフルを持つレーザ・チャンバ
の断面を示す。このバッフルは、バッフル60のエンド
・ビューである図11Bに示すように様々な形状の歯を
持つ鋸歯状の断面を持つ。バッフル60の部分の詳細図
(図11B1及び図11B2)に示すように、歯のピッ
チは、0.390インチから0.590インチに変化
し、歯の高さは、0.120インチから0.280イン
チに変化する。歯は、ほぼガス流の方向に向けて、レー
ザビームの方向と放電領域の長手寸法とに対して直角に
並べられる。この好ましい実施形態において、バッフル
材料は、20ゲージのニッケルメッキされたアルミニウ
ムシートである。このバッフル設計は、放電が作りだし
た圧力波を分散させるのに極めて効果的である。この設
計は、放電領域の長手方向に対して直角方向への反射を
最小にしつつ、多くの方向に波を反射する。その結果
は、もし任意の特定パルスからの音響エネルギが放電領
域に戻ったら、又は、戻った時、その波のエネルギ(又
は、圧力の乱れ)は、極めて多数の小片へと小分けされ
ることである。
より行われた試験の結果を示し、本出願人は、図11B
に示す精密さはないものの、ほぼ図11Bに示すように
形成されたアルミニウム・プレートを用い、ほぼ図11
Aに示すように壁を1列に並べた。図11C2に示すこ
の試験からの結果は、熱交換器及び扇風機バッフル上の
隅に位置する角度のついた金属拡散プレートを含む、図
1に示す設計のチャンバを使用して得られた図11C1
に示されるデータに比較して、波長の乱れに関して約2
倍の改善である。唯一の主要な乱れは、約1940Hz
で発生する。約1940Hzでのこの大きな乱れは、7
0で示すように、下流側壁の上半分にほぼ図11B、1
1B1、及び、11B2に示す形状のバッフルを置くこ
とにより図11C3に示すように大きく減少した。同じ
ようなバッフル72を上流側壁上に装着することで、図
11C4に示す通り、更なる改善結果がもたらされた。
ントデータがプロットされていることに注意されたい。
これらプロットされた値は、100パルスバーストの最
初の30パルスの線中心波長平均と最後の30パルスの
線中心波長平均との間の差を示す。上記及び図11C4
において説明されたバッフル配列を使用するこのレーザ
に対して、ほとんど全てのデータ点は、約±0.02p
mの範囲に入り、図11C1に示されるデータに比較す
ると驚嘆すべき改善である。また、最初の30パルス
(2000Hzのバーストの最初の15ミリ秒、及び、
1500Hzのバーストの最初の20ミリ秒を示す)
が、平均においてバーストの平衡状態波長よりも約0.
026pm短い波長であることに注意されたい。一般
に、波長に対する通常のバーストパターンは、バースト
開始の後約7から10ミリ秒で低い点に低下し、その後
徐々に上昇する。約20ミリ秒の後、中心線波長(平均
の)は、実質的に平衡状態(すなわち、0.0pmに中
心がある)である。この平均は、バーストの最初の約7
から10ミリ秒の間にミラー14を予同調することによ
り、上方にずらして約ゼロにすることもできる。レーザ
の波長制御装置は、基本的に稼働中に、予同調の最善の
程度を知るようにプログラムできることが好ましい。
て得ることのできる最も小さい段階的移動は、約0.0
5pmの中心線波長変化を作り出す。この特定のレーザ
にとって、最初の7ミリ秒に対する0.05pmの段階
的変化は、波長トランジエント値を平均で約ゼロに増加
するであろう。一般的な従来技術同調ミラーは、約5か
ら7ミリ秒の待ち時間で作動するので、その定常状態位
置(パルスを開始して約30ミリ秒の後、目標とする中
心線波長を作り出すための位置)に約5から7ミリ秒前
もって戻るようミラーに対して指令するように、レーザ
制御装置はプログラムすることができる。最善の結果を
得るために、機械的及び電気的改善が従来技術の波長制
御に対して成されるべきである。より一層高速で精密な
制御のために、ミラー駆動装置に対して圧電性の駆動シ
ステムを加えることができ、それは速度と精度の必要な
増加をもたらすであろう。高速で精密な同調を行う圧電
の助けを持つ従来技術のステッパ・モータ配列を組み込
んだ同調ミラー駆動システムの好ましい設計は、図1
2、図12A、及び、図12Bに示されている。この配
列により、波長の大きく緩な変化は、ステッパ・モータ
を使用してもたらされ、小さく高速の変化は、圧電スタ
ックを使用してもたらされる。
形態は、図10Aの50及び52で示す断面形状を持
つ、容器を形成する金網保持装置に収容された不織で緩
やかに詰められた酸化アルミニウム(Al2O3)繊維か
ら成る圧力波吸収装置を利用する。これらの保持装置
は、チャンバの長さに及ぶ。この繊維は、ペンシルバニ
ア州バーウィン所在のグッドフェロー・コーポレーショ
ンにより供給される部品番号Al 633790であ
る。約60グラムの材料が、図10Aに示すように置か
れた。金網は、1mm直径の線で形成されたアルミニウ
ムの金網で、1cmの格子を持つ。材料は、パルス周波
数範囲1500Hzから2000Hzに亘ってKrFレ
ーザを作動させることにより、また、結果を、図1に示
されるタイプの隅反射装置を持つ同じチャンバを使用す
る類似データと比較することにより、試験された。主と
してガス流を改善するため、陽極支持バーは、図1の陽
極支持バーと比べると変更された。結果は図10Bに比
較される。このトランジエントデータは、薄い線で示さ
れる従来技術のデータに比較して濃い線で示されてい
る。このAl2O3繊維は、波長トランジエント効果を大
いに減少させる。
は、ジルコニア及び8パーセントのイットリウムから成
る。これらの材料は、極めて大きな表面積をもたらすの
で、フッ素による侵蝕は特有な問題であり、繊維がフッ
素侵蝕に対して抵抗性を持つことが重要である。他の可
能性としては、圧力波は伝達するが、フッ素を繊維から
遠ざけておくであろう極めて薄いバッグ内に繊維を集め
ることである。
発見は、チャンバ周囲に跳ね返る圧力波の位置変化によ
る温度変化の影響である。例えば、もしガス温度条件が
一定に保持され得るならば、圧力波は深刻な問題にはな
らない。たとえ各パルスの戻り波が放電領域の真上か、
又は、部分的上方に集中されたとしても、それが行う全
ては、放電領域のガスの屈折率への影響である。このこ
とは、LNPに向かっているビームに若干の角度をつ
け、このビームの角度付けを補正しない限り、出力波長
に影響するであろう。しかしながら、ビームへの一定の
角度付けは、レーザの通常のフィードバック制御装置に
より自動的に補正される筈であり、それは、単に同調ミ
ラー14の位置を調節して目標とする波長を作り出すよ
うにする。すなわち、圧力波の位置を急速に変えるの
は、急速に変化するレーザガス温度であり、それが問題
を引き起こす。
題は、ガス温度を一定に保つことで補正できる。このこ
とは、レーザを連続的に作動させることで、容易に行う
ことができる。連続運転の下では、チャープは消滅す
る。この対処法に伴う問題は、集積回路製造業者がレー
ザの連続運転を欲しないことである。連続運転を行うと
運転コストをかなり増加させるであろう。連続運転は、
波長チャープに対する目標とする解決方法ではないが、
一般にビーム品質を顕著に改善する1つの解決方法であ
る。
ーストの長さにほぼ等しいことから、連続的に作動する
1つのレーザを、2つのステッパ又は走査機用の光源と
して使用するのは経済的である可能性がある。このこと
は、レーザ出力ビームを2つのリソグラフィ用機械の間
で切換えるために高速の光学的スイッチを必要とする
し、また、運転を大いに複雑化する筈だが、ある極めて
自動化された状況において、そのような装置は、コスト
的に有効であり得る。レーザビームを迅速に切換える1
つの技法は、米国特許第5,852,621号で説明さ
れている。この装置の利点(多くの重大な欠点に対して
比較されるべきである)は、レーザの連続的運転に基づ
いてビーム品質を最適化する可能性があることである。
ていない時にガスに熱を加えるため、電極の近くに熱源
を準備することである。このことは、温度サイクルがミ
リ秒の範囲なので、超高速の熱源を必要とする筈であ
る。1つの対処法は、図12に示すように、単に熱をも
たらすのみで何らレーザとして働くことのない電極90
を現存する電極のすぐ下流に設置することであろう。市
販されている他の超高速作動加熱器も温度トランジエン
トを最小にするために使用できるであろう。
受動的なヒート・シンクを、好ましくは電極のすぐ下流
に準備することである。このヒート・シンクは、レーザ
が照射している場合、ガスから熱を吸収し、停止時間の
間はガスに対して熱を加えることであろう。これは、バ
ーストモード作動の間の温度の振れをかなり減少させる
効果を持ち、従って、反射圧力波が伝搬する距離の変化
を減少させることであろう。主として圧力波を吸収する
ためにチャンバ内に置かれた上記の不織繊維は、温度の
振れを穏やかにする追加の利点をもたらす。繊維の質量
は、レーザガスの約50グラムに比較して約60グラム
であり、Al2O3の比熱は、レーザガスの比熱よりも大
である。温度差がある場合、繊維とガスとの間で熱は極
めて急速に転移され、従って繊維は、レーザ・チャンバ
内の温度の振れ(図2Gに示すものなど)を緩和する傾
向にある。
方向のガス温度変動を改善する圧力波分散の別法であ
る。これを行う1つの容易な方法は、チャンバの長さ全
体に亘ってかなりの勾配を作り出すのに十分な低い流量
で1つの流水水冷式熱交換器を使用することである。例
えば、約6リットル/メートル(l/m)の水の流量
は、約40℃のΔTを作り出すであろう。この40℃の
勾配は、レーザガスによりかなり拾われることになり、
その結果、チャンバの一端部における最も早期の反射
は、放電領域に到着して戻り、それは、他端部における
最も早期の反射の約1.5cm前方である。別の対処法
は、放電領域に戻る圧力波の断片化を支援する目的で、
温度が異なる幾つかの領域をチャンバの長さに沿って作
り出すために、熱交換フィンの寸法をその熱交換の長さ
に沿って変更することである。好ましい設計が図13に
示されている。この熱交換器は、領域から領域へ、少な
くとも10℃の温度変動を作り出すように設計されるべ
きである。上で示したように、2000Hzにおいて反
射波は、温度が2℃減少するごとに少なくとも約0.8
mm遅延することになり、それで高温領域からの反射
は、10℃低い領域からの兄弟波が放電領域に到着する
前に、ほとんど(少なくとも)が放電領域を通過するこ
とになる。別の対処法は、冷却水チューブからのフィン
の絶縁部分は別として、熱交換の長さに沿って、同じ寸
法のフィンを準備することであり、その結果、これらの
フィンは、受動的なヒート・シンクとしての働きをし、
時間平均された温度で流れ領域を保持する傾向にある。
なく本発明に行うことができる。上記の全ては、本発明
の実施例に過ぎない。当業者は、本発明の精神及び範囲
から逸脱することなく、数多くの他の修正や変形が可能
であることを容易に理解するであろう。従って、上記の
開示は、限定することを意図しておらず、本発明の範囲
は、添付の請求範囲により判断されるべきである。
断面を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
スの間に音により伝搬される距離を示す図である。
チャートである。
を示す図である。
ジエントの変動を示す図である。
ジエントの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
よるビーム・パラメータの変動を示す図である。
ト曲線対パルス繰返数曲線の比較図である。
ト曲線対パルス繰返数曲線の比較図である。
を実証する図である。
を実証する図である。
す図である。
す図である。
示す図である。
示す図である。
示す図である。
示す図である。
技法を示す図である。
案技法を示す図である。
案技法を示す図である。
域を作り出す熱交換器設計を示す図である。
を供給する技法を示す図である。
Claims (18)
- 【請求項1】A)レーザ・チャンバと, B)ビームの方向に長手寸法を備える放電領域を形成す
る距離により分離された細長い陽極及び細長い陰極を含
む、前記チャンバ内に封入された細長い電極構造と、 C)前記チャンバ内に収容されたレーザガスと、 D)前記レーザガスを前記チャンバ内及び前記放電領域
を通って循環させる扇風機と、 E)圧力波を生じる反射された放電の放電領域内の到着
時間において温度の変化を生じさせないような圧力波緩
和手段と、を含むことを特徴とする、波長チャープ緩和
を用いる電気放電レーザ。 - 【請求項2】前記圧力波緩和手段は、鋸歯状の断面を持
つ少なくとも1つのバッフルを含むことを特徴とする請
求項1に記載のレーザ。 - 【請求項3】 前記鋸歯状の断面は、様々な形状の鋸歯
を持つことを特徴とする請求項2に記載のレーザ。 - 【請求項4】 前記鋸歯は、歯の高さが約0.120イ
ンチから約0.280インチの範囲であって、約0.3
90インチから約0.590インチの範囲のピッチを形
成することを特徴とする請求項3に記載のレーザ。 - 【請求項5】 前記鋸歯は、前記ビーム方向に対してほ
ぼ直角方向に並べられることを特徴とする請求項2に記
載のレーザ。 - 【請求項6】 前記鋸歯状の断面は、前記チャンバの壁
に合うように機械加工されることを特徴とする請求項2
に記載のレーザ。 - 【請求項7】 前記バッフルは、ニッケルメッキされた
アルミニウムから成ることを特長とする請求項2に記載
のレーザ。 - 【請求項8】 前記バッフルは、金属製音響拡散プレー
トから成ることを特徴とする請求項2に記載のレーザ。 - 【請求項9】 前記緩和手段は、溝状の断面を持つバッ
フルを含むことを特徴とする請求項1に記載のレーザ。 - 【請求項10】 前記溝は、圧力波を前記ビーム方向と
直角方向よりはむしろ多くの方向に分散させるために、
圧力波の圧力波自身との干渉を生み出すように形作られ
ることを特徴とする請求項9に記載のレーザ。 - 【請求項11】 前記緩和手段は、緩やかに詰められた
不織繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載のレー
ザ。 - 【請求項12】 前記繊維は、酸化アルミニウム繊維で
あることを特徴とする請求項11に記載のレーザ。 - 【請求項13】 前記繊維は、ジルコニウム及びイット
リウムから成ることを特長とする請求項11に記載のレ
ーザ。 - 【請求項14】 前記ビーム方向に、少なくとも40℃
の前記レーザガスの温度勾配を生み出すように形成され
た熱交換器を更に含むことを特徴とする請求項1に記載
のレーザ。 - 【請求項15】 前記緩和手段は、前記ビーム方向に沿
って少なくとも10℃刻みで増加及び減少するように変
化する、前記チャンバ内のレーザガス温度を生み出すよ
うに形成された熱交換器を含むことを特徴とする請求項
1に記載のレーザ。 - 【請求項16】 前記緩和手段は、前記レーザが作動中
に前記電極間の放電により前記ガスに加えられたのとほ
ぼ等しい熱を、前記レーザが停止中に前記レーザガスに
加えるために置かれた高速作動のガス加熱システムを含
むことを特徴とする請求項1に記載のレーザ。 - 【請求項17】 1000Hzを超える繰返数で連続的
に作動するようにプログラムされ、少なくとも2つの別
々のステッパ又はスキャナ・システム用の光源として機
能するように形成されて前記2つのシステムに対して交
互にパルスのバーストを供給することを特徴とする請求
項1に記載のレーザ。 - 【請求項18】 前記少なくとも2つの別々のステッパ
又はスキャナ・システムは、1つのステッパ又はスキャ
ナ機の一部であることを特徴とする請求項1に記載のレ
ーザ。
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