JP2003512730A - ライン幅を狭められたシードビームを有する単一チャンバ式のガス放電レーザ - Google Patents
ライン幅を狭められたシードビームを有する単一チャンバ式のガス放電レーザInfo
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Abstract
Description
ドビームを有するガス放電レーザシステムに関する。
途では、非常に狭い帯域幅を必要とする。例えば、高度技術水準の集積回路リソ
グラフィーシステムでは、帯域幅がその固有帯域幅である約300ピコメートル
(pm)から1.0pmより小さくなるまで小さくされたKrFエキシマレーザ
を利用する。
マレーザのレーザ室の断面を示している。図2A及び図2Bは、レーザシステム
の一部の組合せブロック線図及び概略図である。3気圧のレーザガス(本ケース
では、約1.0%のクリプトン、0.1%のフッ素、及び残りがネオンの混合物
)が、チャンバ10に入れられ、ファン50によって、ミリ秒当たり約2センチ
メートル(cm)の速度で、熱交換器11を越えて細長い電極18及び20の間
を循環される。ゲイン手段は、高電圧放電(約16,000から20,000ボ
ルト)によって電極間に形成され、該高電圧放電は、28個の0.59ナノファ
ラド(nf)のコンデンサ19からなるピーキング・コンデンサバンクによって
、例えば1000ヘルツ(Hz)のパルス繰返数で加えられる。電極及びピーキ
ング・コンデンサバンクは、高電圧パルス電力システムの最終段階であり、該高
電圧パルス電力システムは、標準230ボルトの交流電源のような標準的なプラ
ント電力システムから高電圧パルス放電エネルギーを供給する。このタイプのレ
ーザは、本明細書に参考文献として組み込まれている、米国特許第4,959,
840号を含む幾つかの特許に詳細に記載されている。これらのレーザの高電圧
電源は、約50ナノ秒(ns)の持続時間をもつ高電圧パルスを生成する磁気圧
縮回路を利用する。その様な回路の1つは、本明細書に参考文献として組み込ま
れている、米国特許第5,936,988号に記載されている。高電圧は、高電
圧バス23から陰極支持棒53に至る15本の真鍮高電圧フィード棒21を通し
て陰極18へと伝えられる。陽極20は、陽極支持棒44に取り付けられ、該陽
極支持棒44は、ガス流に殆ど影響を与えないロッドからなる接地ケージ52を
使用して接地されている。この実施形態においては、レーザガス流は、Al2O3 絶縁材料によって構成される流れ制御ベーン46、47、及び流れリストリクタ
49によって導かれる。
てプレイオン化が行われる。これら多くの高度技術KrFエキシマレーザのライ
ン幅を狭めることは、ライン幅狭めパッケージ(LNP)15を使用して行われ
、該ライン幅狭めパッケージ(LNP)は、図2Aに示されているような、リト
ロー構成に配置された3つのプリズム式ビーム拡大器7、反射鏡14、及び格子
16からなっている。
めてきたので、これらのレーザが、殆どの新しい高生産速度の集積回路用リソグ
ラフィー機械の光源となっている。現在、数百台が稼動中であり、年間数百万の
ICチップを生産している。レーザシステムは非常に信頼性が高く、通常1%に
も満たない強制的休止時間で24時間を通して稼動している。
pmの帯域幅により、リソグラフィー装置は約1/4ミクロン程度の形状をもつ
集積回路を生産することができる。しかしながら、集積回路産業には、形状サイ
ズを一層小さくしたいという強い要望がある。ムーア(インテル社の以前の社長
であるゴードン・ムーア)の法則として知られている、通常言われている工業上
の経験則によると、形状サイズは3年毎に2倍小さくなるというものである。形
状サイズの一層の減少を可能にする幾つかのパラメータの1つが、より小さな帯
域幅である。
せる幾つかの周知の技法では、2つの独立したレーザを利用している。その様な
システムの1つにおいては、「主発振器」と呼ばれる第1のレーザが、非常に狭
い帯域ビームを供給し、そのビームが第2のレーザにおいてシードビームとして
使用されるように設計される。第2のレーザが出力増幅器として機能する場合は
、このシステムは、主発振器出力増幅器(MOPA)システム、又はマスタスレ
ーブ・レーザシステムと呼ばれる。図2Aに示されているシステムと比較したM
OPA設計の第一の利点は、LNP光学機器に対する熱負荷の著しい低減である
。第2のレーザそれ自体が共鳴空洞を有している場合は、システムは注入シード
式発振器と呼ばれ、シードレーザは主発振器、また下流側レーザは電力発振器と
呼ばれる。
テムよりかなり高価で、大きく、一層複雑になりがちである。したがって、2つ
レーザのシステムの商業的用途は限られていた。
。例えば、図3Aは、Letardiによって米国特許第5,070,513号
において記載されている並列配置を示している。図3Bは、Longによって米
国特許第4,534,035号において記載されている別の配置を示しており、
ここでは、細長い電極の組がチャンバの両側に配置されている。ガスは、共通の
「入」プレナムから2組の電極間を別々に共通の「出」プレナムへと流れる。M
cKeeによって米国特許第4,417,342号において提案されている配置
が図3Cに示されている。このシステムは、チャンバの半分に互いに平行に取り
付けられた2組の細長い電極を含んでいる。横流ファン及び交換機が、残りの半
分に配置されている。ガスは2組の電極の間を平行に流れる。図3Aに示されて
いるシステムは、上流側の放電から生じるデブリが下流側の放電に干渉するので
、高パルス繰返数レーザには適切ではないと考えられてきた。「応用物理学Bレ
ーザ及び光学、1998」において発表された論文によると、このレーザは、毎
秒約100パルスのパルス繰返数で作動されている。著者は、1000Hzで作
動させようとすると、高品質のビームを発生させるのには望ましくない乱流が生
じるようなることを指摘している。図3Cに示されているシステムは、ガス流の
分割により電極間のガス速度が図3Aに示されているシステムの単一の組の電極
に比較して約50%低下するので、高パルス繰返数レーザには不適切であると考
えられてきた。図3Bに示されているシステムは、ブロワによる循環が、図1に
示されているにいるように接線方向ではなくて軸方向であるので、高パルス繰返
数レーザに対しては満足できないものと考えられてきた。
ガス放電レーザの概念を、ISOにおけるPOMAの利点と組合せた、高パルス
繰返数レーザシステムに対する需要が存在する。
ルス電力源を有する、単一チャンバ式のガス放電レーザシステムを提供する。放
電は、レーザ光学機器と共に、2つの寿命の短いゲイン手段、すなわち1つはシ
ードビームを発生するためのものであり、もう一方は該シードビームを増幅する
ためのものである手段を構成する。チャンバの循環パスに沿うレーザガス循環が
与えられ、電極及び放電は、放電時に、ゲイン手段の一方から生じるデブリが循
環パスの少なくとも90%の周りを廻るまでは、該デブリが他方のゲイン手段に
循環しないように配置されている。
、図4A及び図4Bに示す。このケースにおいては、図2A及び図2Bに示され
ている先行技術によるレーザの陰極18は、図4Bに示すように、短い陰極18
Aと長い陰極18Bに分割される。短い陰極18Aは、陽極20の約17mm上
方に配置され、図1に示されると同様に、高電圧バス23から5本の真鍮高電圧
フィード棒21によって電力を供給され、他方、長い陰極18Bは、陽極20の
上方約20mmの先行技術の位置に配置され、同じ高電圧バス23から10個の
真鍮高電圧フィード棒21によって電力を供給される。その結果、短い陰極18
Aと陽極20との間の放電は、長い陰極18Bと陽極20との間の放電より約1
0ns先行して開始する。従って、放電の初期において、短い陰極18A及び陽
極20によって生成されたレーザ光は、長い陰極18Bと陽極20との間で放電
が開始する前に、ライン幅狭めパッケージ15を2回トリップするまでの時間が
ある。結果として、パルス持続時間が増加し、ビームのライン幅が減少する。
間隔を同一にするが、電極18Bを含む回路に追加のインダクタンスを加えるな
どによって、電子的に放電を早めるものである。これらの代替的実施形態におい
ては、陽極20は、陰極18A及び18Bに対応する陽極20A及び20Bに分
割することができる。さらに複雑な手法では、高電圧バス23を分割して、各陰
極に別々のピーキング・コンデンサバンクを設けることができる。
るが、ゲイン手段が互いにオフセットしている本発明の実施形態を示している。
陰極50A及び陽極20は、レーザシステムのシード部のゲイン手段を形成する
。シード部の共鳴空洞は、LNP15と、反射率が約20%の部分反射鏡とする
ことができる出力カプラ52とによって形成される。この実施形態においては、
シードビームは全反射鏡54及び56で反射し、陰極50B及び陽極20によっ
て形成されるゲイン手段におけるレーザシステムの増幅部において増幅される。
動させることによって、増幅ゲイン手段を通る2つの通路が可能になる。両方の
実施形態において、電極又は電気回路は、シード部に数ナノ秒のヘッドスタート
を与えるように配置される。(例えば、KrFレーザの場合、シード部のヘッド
スタートは、約20nsにする場合がある。ArFの場合、熱リードタイムは、
ArFレーザの高い状態での寿命がより短いので、比較的短くなるはずである。
これらの時間は、空洞の形状が変わるにつれ変化させてもよい。)図5Cは、こ
れらの2つの実施形態の場合に合わせて、図1のレーザの陰極及び陽極をどのよ
うに変更することができるかを示す。図5Dは、図5Aの配置に対する代替的実
施形態を示している。
いる実施形態を示している。図7A及び図7Bの実施形態は、増幅ゲイン手段の
部分を通る2つの通路に備えている。本明細書の背景技術の項において述べたよ
うに、上流側の放電から生じたデブリが、下流側の放電を妨げることがある。こ
の問題は、この実施形態において、電極間を通る非常に安定したレーザガス流を
供給し、かつ、上流側の放電から生じるデブリが次のパルスの前に下流側ゲイン
領域を通過するのに十分な速さの流速を与えることによって、処理される。別の
代替的実施形態は、上流側の放電から生じたデブリが、後続のパルスの時には、
電極間の距離の約2/3の位置にくるように、ガス流の速度を調節することであ
る。例えば、レーザが2000Hzのパルス繰返数で作動しており、上流側電極
と下流側電極の間の距離が6cmであるとすると、上流側の放電から生じたデブ
リの中心が、第1回目の後続パルスの間には下流側電極の約2cm上流にあり、
第2回目の後続パルスの間には下流側電極の2cm下流にくるように、電極間の
ガス速度を約8000cm/secとすることができる。
、図1と図2A及び図2Bとに示されている先行技術のレーザにおける先行技術
のパルス電力システムに小さな修正を施したものとすることが好ましい。好まし
い実施形態においては、レーザチャンバの一側のピーキング・コンデンサバンク
の部分が陰極70Aに電力を供給し、他側のコンデンサが陰極70Bに電力を供
給する。この実施形態においては、コンデンサの総数は、28個から40個(各
側に20個)へと増加させることが好ましい。陰極70Aは、シードにヘッドス
タートを与えるために、陰極70Bよりも陽極20に僅かに近い。
ムのシード部の共鳴空洞は、先行技術のLNP15と、このケースでは反射率5
0%の鏡である先行技術の出力カプラ52Aとによって形成される。図9に示す
ように、シード空洞は、電極間に形成されたゲイン手段を完全に横切って傾斜し
ている。KrFエキシマレーザの通常のパルスの間に、ビームはシードゲイン手
段を通って約5回トリップする。各トリップで、光はシード空洞内で増幅される
こととラインを幅狭められることの両方を受ける。各トリップで、光の約50%
が出力カプラ52Aを通り抜け、鏡80A及び80Bによって反射され、鏡80
Bと80Cの間のゲイン手段において、さらに増幅される。この実施形態に対し
て、レーザ用のパルス電力システムは、図10Cに示されているパルス形状と類
似のパルス形状を生成するように配置することが好ましい。このことにより、主
としてシードビームのための第1のパルスと、該ビームを増幅するための第2の
重なり合ったより大きなパルスとを供給することになる。
Bで説明したような先行技術のシステムに伴う重大な問題が除去される。この問
題は、ゲイン手段の縁部近くの屈折率n(これはビームの位相速度の尺度である
)は、ゲイン手段の中心部よりかなり高いという事実から生じる。これは、ビー
ムの両側の光の位相は、それがゲイン手段を越えていくとき、ビームの中心の光
の位相よりも緩やかに進むことを意味している。これが、LNPに入る波頭のゆ
がみを生じる。このゆがみは、次に、非常に狭い帯域のライン幅を生成するLN
P15の能力を制限する。このゆがみは、格子を僅かに傾けることによって幾分
かは補償することができるが、出願人は、ゲイン手段におけるゆがみの多くはナ
ノ秒間隔の時間に依存しているものと判断した。格子はこの速い変化に対応する
ことができない。ビームを傾けてゲイン手段を横切るように方向付けることによ
って、ビームの全部分は同一の屈折率の変動を示す。図10Bは、屈折率nが水
平方向にゲイン手段を横切ってどのように変化するかを定性的に示す。(ゲイン
手段は、通常のリソグラフィーエキシマレーザにおいては、水平方向に幅5mm
、垂直方向に高さ約18mmである。屈折率は、垂直方向には、ゲイン手段ほぼ
全体にわたり比較的平坦である。
を通過しているのを示しており、1本はゲイン手段の中央部、他の2本は水平方
向の縁部にある。82で示すように、縁部のビームは、中央部のビームより緩や
かに進むので、波頭がゆがんでいる。しかしながら、84で示すように、3本の
同様なビームがゲイン手段を横切って斜めに通過する時には、3本のビームはそ
れぞれ屈折率の同一の変動を受けるので、それらは86で示すように「頭を並べ
て」反対側に現れる。より平坦な波頭によって、LNPはより効果的にビームの
ライン幅を狭めることができる。
わけ適用性がある。本発明は、KrF及びArFエキシマレーザ、並びにF2レ
ーザを含む。本発明によって、非常に狭い帯域幅が可能になり、それによってス
テッパ及びスキャナ機械が、先行技術によるシステムに比較し解像度が改善され
た集積回路を生産することが可能になる。
にも本発明の多くの実施形態が可能であることが理解できるであろう。したがっ
て、本明細書を読むものは、本発明の範囲を添付の特許請求の範囲及びその法的
同等物によって判断すべきである。
。
。
。
みを防ぐ手法を説明する図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ライン幅を狭められたシードビームを有する単一チャンバ式
のガス放電レーザシステムであって、 A)レーザガス及び熱交換機を含む単一放電チャンバと、 B)該単一放電チャンバ内部に配置され、少なくとも1つの放電領域を備える
ように構成された、少なくとも2つの細長い電極と、 C)前記少なくとも1つの放電領域の各々において、少なくとも毎秒1000
パルスの繰返数で放電を発生するように高電圧電気パルスを供給するパルス電力
源と、 D)少なくとも1つの共鳴空洞を形成し、前記少なくとも1つの放電領域及び
前記パルス電力源と共に、前記放電の間のみ存在する第1のゲイン手段及び第2
のゲイン手段を形成し、また前記シードビームのライン幅を狭めるためのライン
幅狭め手段を含む光学手段と、 E)ほぼ全ての前記レーザガスを、循環パスを形成する連続したパスにおいて
、前記少なくとも1つの共鳴空洞の各々を通り、前記熱交換機を過ぎ、前記少な
くとも1つの共鳴空洞の各々を通って戻るように循環させるように構成された横
流ブロワを含む循環手段と、を含み、 前記電極は、放電時に、前記第1又は第2のゲイン手段の一方から生じるデブ
リが前記循環パスの少なくとも90%の周りを廻るまでは、該デブリが他方のゲ
イン手段に循環しないように配置されている、 ことを特徴とするシステム。 - 【請求項2】 前記少なくとも2つの電極は、第1の陰極、第2の陰極、及
び単一の陽極からなる3つの電極であり、前記第1の陰極は、前記第2の陰極よ
りも前記陽極に近く、前記第1の陰極及び陽極は、前記第1のゲイン手段を形成
することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 前記光学手段は、唯一の共鳴空洞を形成し、前記第1及び第
2のゲイン手段は、互いに整列していることを特徴とする請求項2に記載のシス
テム。 - 【請求項4】 前記光学手段は、2つの共鳴空洞を形成し、前記第1及び第
2のゲイン手段は、互いに整列していないことを特徴とする、請求項2に記載の
システム。 - 【請求項5】 前記少なくとも2つの電極は、第1の陰極、第2の陰極、及
び単一の陽極からなる3つの電極であり、前記第1の陰極及び陽極は、前記第1
のゲイン手段を形成し、前記パルス電力手段は、前記第2の陰極に電気パルスを
供給するより数ナノ秒先行して、前記第1の陰極に電気パルスを供給するように
構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項6】 ビーム拡大手段及び格子を含むライン幅狭めモジュールをさ
らに含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項7】 前記第2のゲイン手段は、前記第1のゲイン手段の下流側に
10センチメートルより近い距離に配置され、前記循環手段は、前記第1のゲイ
ン手段における特定の放電から生じるデブリが、該特定の放電に続く第1回目の
放電の時に、前記第1のゲイン手段と第2のゲイン手段との間の距離の約2/3
のところに中心をもち、また該デブリが、前記特定の放電に続く第2回目の放電
の時に、前記第1のゲイン手段と第2のゲイン手段との間の距離の約11/3の
ところに中心をもつような速度で、前記第1及び第2のゲイン手段を連続して通
る流れを発生するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のシ
ステム。 - 【請求項8】 前記少なくとも2つの電極は2つの平行な電極であり、前記
少なくとも1つの放電領域は1つの放電領域であり、前記光学手段は、前記1つ
の放電領域を横切る斜めの線で通る第1のゲイン手段を形成するように配置され
、また2つの平行な電極の間をそれらと平行に通る第2のゲイン手段を形成する
ように配置されることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項9】 ビーム拡大手段及び格子を含むライン幅狭めモジュールをさ
らに含み、該モジュールは、前記光学手段の一部を構成し、前記シードビームの
ライン幅を狭めるように構成されていることを特徴とする、請求項8に記載のシ
ステム。
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