JP2004523122A - 高繰返しレートuvエキシマーレーザ - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本出願は2001年3月2日に出願された米国仮特許出願第60/272814号の優先権を主張する。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【0002】
本発明は全般的には高繰返しレートUVエキシマーレーザに関する。
【背景技術】
【0003】
本明細書全体にわたって様々な文献が参照される。これらの文献のそれぞれの開示はその全体が本特許出願明細書に参照として含まれる。
【0004】
エキシマーレーザは、超精密加工を可能にすることから、半導体製造装置用の縮小投影及び露光装置の光源として商業利用するためにこれまで開発されてきた。
【0005】
エキシマーレーザからの発振光は、様々な波長成分を有し、中心波長が変化する。この結果、発振光のままの状態にあると、レンズなどの外部光学素子を光が通過するときに収差が生じ、よって加工精度が悪くなる。この理由により、レーザ発振波長のスペクトル幅を狭めるため及び中心波長を発振波長の中心値として安定化させるために、回折格子のような波長選択素子をエキシマーレーザに装備する挟帯域化技術が広く用いられている。
【0006】
特許文献1はエキシマーレーザを開示している。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電の結果としてエネルギーが供給されて、レーザビームを発振させる。発振レーザビームは後部窓から出射し、第1のプリズム及び第2のプリズムを通過しながらビーム寸法が拡大され、次いでレーザビームは回折格子に入射する。回折格子において、アクチュエータによりレーザビームの光路に対する角度を制御して、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域が達成される。第1のプリズム、第2のプリズム及び回折格子である光学部品群は、まとめて挟帯域光学系と呼ばれる。波長が挟帯域光学系で制御されているレーザビームは、前部窓及び、半透ミラーである、前部ミラーを通過して、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
【0007】
一般に、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムがエキシマーレーザ用光学部品の材料として用いられるが、これらの材料の使用には重大な欠点がある。半導体デバイスを高効率で大量に製造するため、単位時間当りのレーザ発振パルス数(繰返し周波数または繰返しレートとも呼ばれる)を大きくすることでレーザパワーを高めることが要求されてきた。しかし、レーザ共振器内のエネルギー密度は高く、さらに、レーザビームは共振器内を往復し、光学部品を何度も通過する。このため、レーザパワーが高くなると、材料内部の小さな歪または不均一性でさえも光学部品を劣化させる。光学部品の小さな劣化であっても、発振レーザビームの品質に大きな影響を及ぼす。
【特許文献1】米国特許第6181724号明細書
【特許文献2】米国特許第6282221号明細書
【特許文献3】米国特許第6067311号明細書
【特許文献4】米国特許第6014398号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムの光学部品は、エキシマーレーザのパワー増加時における耐久性が不十分であり、これらの光学部品が用いられるときには高繰返しレートUVエキシマーレーザの高精度の波長制御が困難である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む1つまたはそれより多くの窓を備える、高繰返しレート(4kHz以上)UVエキシマーレーザに関する。
【0010】
本発明の別の態様は、レーザビーム源、フッ化マグネシウムを含む1つまたはそれより多くの窓、及び前記1つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備える高繰返しレートUVエキシマーレーザを含む。
【0011】
本発明のまた別の態様は、フッ化マグネシウムを含む高繰返しレートUVエキシマーレーザ窓を含む。
【0012】
本発明のまた別の態様は、既定の挟い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第1の窓から出射させる工程、1つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第2の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第1及び第2の窓はフッ化マグネシウムを含む。
【0013】
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付図面と合せて読めば明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む1つまたはそれより多くの窓を備えるエキシマーレーザに関する。
【0015】
エキシマーレーザ装置は、特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4に説明され、これらの明細書は本明細書に参照として含まれる。
【0016】
一般に、エキシマーレーザは以下のように動作する。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電によりエネルギーがガスに供給される。これによりレーザビームの発振がおこる。発振レーザビームは後部窓を通ってレーザチャンバから出射し、プリズムを通過しながらレーザビームの寸法が拡大されて、レーザビームは回折格子に入射する。回折格子では、アクチュエータがレーザビームの光路に対する角度を制御し、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域幅が達成される。波長が制御されたレーザビームは前部窓及び前部ミラーを通過し、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
【0017】
エキシマーレーザの動作に関する上記概要をふまえて、図1は本発明の高繰返しレートUVエキシマーレーザの一実施形態を示す。図1に示されるように、高繰返しレートUVエキシマーレーザ装置10は、第1及び第2の(及び、必要に応じて第3の)プリズム12などの複数のプリズム,第1のミラー13,第2のミラー15,回折格子14,第1の窓16及び第2の窓18を備える。レーザチャンバ17にある第1の窓16及び第2の窓18は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム11に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム12,第1のミラー13及び第2のミラー15並びに第1の窓16及び第2の窓18などの構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第1の窓16及び第2の窓18がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム12,第1のミラー13及び第2のミラー15のようなその他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
【0018】
本発明の別の態様は、既定の狭い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第1の窓から出射させる工程、1つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第2の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第1及び第2の窓はフッ化マグネシウムを含む。
【0019】
図1を参照すれば、使用時、(Ar,Kr,Ne及び/またはFのような)レーザガスがレーザチャンバ17に封入され、放電電極(図示せず)における放電によりエネルギーがレーザガスに供給される。これにより、レーザビーム11が発振する。発振レーザビーム11は、後部窓16を通ってレーザチャンバ17から出射する。レーザビーム11は、プリズム12を通過して、第2のミラー15及び回折格子14で反射される。第2のミラー15において、レーザビーム11の光路に対する角度がアクチュエータ19により制御される。レーザビーム11を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム11に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム11は回折格子14及び第2のミラー15により全反射されて、レーザビーム11は元の光路を逆行し、前部窓18からチャンバ17を出て、第1のミラー13から出射する。
【0020】
図2は本発明の第2の実施形態を示す。高繰返しレートUVエキシマーレーザ装置20は、第1及び第2のプリズム22などの複数のプリズム、ミラー25,回折格子24並びに第1の窓26及び第2の窓28を備える。レーザチャンバ27にある第1の窓26及び第2の窓28は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム21に対して常ブルースター角をなす。本実施形態においては、レーザビーム21の一部が、半透ミラーであるミラー25で反射され、レーザビーム21の一部がレーザチャンバ27から出射する。複数のプリズム22,第2のミラー25並びに第1の窓26及び第2の窓28のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第1の窓26及び第2の窓28がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム22及びミラー25のような他の構成部品はフッ化カルシウムなどの別の材料でつくられる。
【0021】
本発明の別の態様はフッ化マグネシウムでつくられた高繰返しレートUVエキシマーレーザ窓を含む。
【0022】
フッ化マグネシウムでつくられた本発明のレーザ窓は高繰返しレートUVエキシマーレーザの長い稼働寿命にわたり耐久性を維持する。本明細書で用いられる“耐久性を維持する”とは、フッ化マグネシウム窓には認め得る誘起吸収がないことを意味する。フッ化マグネシウム窓は、出力が10mJ以上であり、繰返しレートが約4kHz以上のレーザに対して耐久性を維持する。さらに、本発明のフッ化マグネシウム窓は、出力が10mJ以上で繰返しレートが約4kHz以上のレーザに対して、5億パルス以上、必要によっては9億パルス以上にわたり、耐久性を維持する。
【0023】
本発明の別の態様は、レーザービーム源、フッ化マグネシウムを含む1つまたはそれより多くの窓、及びこれらの1つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備えるエキシマーレーザを含む。
【0024】
図3は、レーザチャンバの窓のためのアニール源を備える、本発明の実施形態を示す。図3に示されるように、エキシマーレーザ装置30は、第1及び第2の(及び、必要に応じて第3の)プリズム32のような複数のプリズム、第1のミラー33,第2のミラー35,回折格子34並びに第1の窓36及び第2の窓38を備える。レーザチャンバ37にある第1の窓36及び第2の窓38は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム31に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム32,第1のミラー33及び第2のミラー35並びに第1の窓36及び第2の窓38のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのような、フッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第1の窓36及び第2の窓38がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム32,第1のミラー33及び第2のミラー35のような他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
【0025】
一般に、(上述したような)第1のレーザビーム及び第2のレーザビームは、レーザチャンバ37内の放電電極により生成される。図3を参照すれば、使用時、(Ar,Kr,Ne及び/またはFなどの)第2のレーザガスがレーザチャンバ37に封入され、第2の放電電極(図示せず)における第2の放電によりエネルギーが第2のレーザガスに供給される。これにより、第2のレーザビーム31が発振する。発振レーザビーム31は、後部窓36を通ってレーザチャンバ37から出射する。レーザビーム31はプリズム32を通過して、第2のミラー35及び回折格子34で反射される。第2のミラー35において、レーザビーム31の光路に対する角度がアクチュエータ39により制御される。レーザビーム31を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム31に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム31は回折格子34及び第2のミラー35で全反射されて、レーザビーム31は元の光路を逆行し、前部窓38からチャンバ37を出て、第1のミラー33から出射する。
【0026】
第2のレーザビーム31は、エキシマーレーザの動作と同時に、第1の窓36及び第2の窓38をアニールするために用いられる。窓は、波長が約250nmの光からなる第2のレーザビーム31で照射される。この波長は誘起吸収帯の波長に相当する。あるいは、第2のレーザビーム31は、エキシマーレーザの動作の後または前に第1の窓36及び第2の窓38をアニールするために用いられ、この間は、エキシマーレーザは使用されない。
【0027】
あるいは、窓36及び窓38は熱アニールされる。熱アニールは、不活性ガスのような雰囲気内または真空下で、第1及び/または第2の窓を加熱することにより達成される。窓の加熱温度は誘起吸収のレベルに依存するが、約200℃から約800℃の温度が一般的である。
【0028】
好ましい実施形態を本明細書で図示し、詳細に説明したが、当業者には、本発明の精神を逸脱することなく様々な改変、付加、置換等がなされ得ること、したがってそのような改変、付加、置換等が特許請求の範囲で定められるような本発明の範囲内にあると見なされることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一実施形態にしたがう高繰返しレートUVエキシマーレーザを示す
【図2】本発明の別の実施形態にしたがう高繰返しレートUVエキシマーレーザを示す
【図3】本発明のさらに別の実施形態にしたがう高繰返しレートUVエキシマーレーザを示す
【符号の説明】
【0030】
10 高繰返しレートUVエキシマーレーザ装置
11 レーザビーム
12 プリズム
13,15 ミラー
14 回折格子
16,18 窓
17 レーザチャンバ
19 アクチュエータ
Claims (25)
- 繰返しレートが4kHz以上の挟帯域幅エキシマーレーザビームの生成方法において、
レーザビームを発振させることによって前記レーザビームがチャンバの第1のフッ化マグネシウム結晶の窓から出射する工程、及び
繰返しレートが4kHz以上のエキシマーレーザビームを提供するため、前記レーザビームに前記チャンバの第2のフッ化マグネシウム結晶の窓を通過させる工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記繰返しレート4kHz以上のエキシマーレーザビームが10mJ以上のパワーを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム結晶窓が前記レーザビームの5億パルス以上にわたり耐久性を維持することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 繰返しレート4kHz以上のエキシマーレーザにおいて、
繰返しレート4kHz以上のレーザビームを生成するための繰返しレート4kHz以上のレーザビーム源、及び
前記繰返しレート4kHz以上のエキシマーレーザビームを透過させるための1つまたはそれより多くのフッ化マグネシウム結晶の窓、
を備えることを特徴とするエキシマーレーザ。 - 前記レーザビームが10mJ以上のパワーを有することを特徴とする請求項4に記載のエキシマーレーザ。
- 前記繰返しレート4kHz以上のレーザビーム源がフッ化アルゴンエキシマーレーザビーム源であることを特徴とする請求項4に記載のエキシマーレーザ。
- 前記繰返しレートが4kHz以上のレーザビーム源がフッ化クリプトンエキシマーレーザビーム源であることを特徴とする請求項4に記載のエキシマーレーザ。
- 前記1つまたはそれより多くの窓のためのアニール源をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のエキシマーレーザ。
- 前記窓が前記レーザビームの5億パルス以上にわたり耐久性を維持することを特徴とする請求項4に記載のエキシマーレーザ。
- レーザビーム源、
フッ化マグネシウム結晶を含む1つまたはそれより多くの窓、及び
前記フッ化マグネシウム結晶を含む1つまたはそれより多くの窓のためのアニール源、
を備えることを特徴とするエキシマーレーザ。 - 前記レーザビームが10mJ以上のパワーを有することを特徴とする請求項10に記載のエキシマーレーザ。
- 前記レーザビームが4kHz以上の繰返しレートを有することを特徴とする請求項10に記載のエキシマーレーザ。
- 前記レーザビーム源がフッ化アルゴンであることを特徴とする請求項10に記載のエキシマーレーザ。
- 前記レーザビーム源がフッ化クリプトンであることを特徴とする請求項10に記載のエキシマーレーザ。
- フッ化マグネシウム結晶を含むことを特徴とする繰返しレート4kHz以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ窓。
- 既定の狭い帯域幅をもつレーザビームの生成方法において、
レーザビームを発振させることによって前記レーザビームがチャンバの第1の窓から出射する工程、
1つまたはそれより多くのプリズムを通して前記レーザビームを拡大する工程、
前記拡大されたレーザビームを既定の挟い帯域幅に制御する工程、及び
前記既定の狭い帯域幅をもつレーザビームに前記チャンバの第2の窓を通過させる工程、
を含み、前記チャンバの前記第1及び第2の窓はフッ化マグネシウムからなることを特徴とする方法。 - 前記レーザビームが10mJ以上のパワーを有することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記レーザビームが4kHz以上の繰返しレートを有することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記レーザビームに5億パルスをこえるパルス動作を行わせる工程をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記第1及び第2の窓が耐久性を維持することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザビームに9億パルスをこえるパルス動作を行わせ、前記第1及び第2の窓が耐久性を維持することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記第1の窓をアニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記第2の窓をアニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記レーザビーム源がフッ化アルゴンであることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記レーザビーム源がフッ化クリプトンであることを特徴とする請求項16に記載の方法。
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