JP2005524998A - 長寿命光学部品を有する高出力遠紫外線レーザ - Google Patents
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Abstract
Description
放電ガスレーザは周知であり、1960年代にレーザが発明された直後から利用可能になっている。2つの細長い電極間の高電圧放電は、レーザガスを励起してガス状利得媒質を生成する。レーザガスによってレーザの種類が決まる。クリプトン及びフッ素は、KrFレーザにおける活性ガスであり、アルゴン及びフッ素は、ArFレーザにおける活性ガスであり、フッ素は、F2レーザにおける活性ガスである。また、これらのレーザは、一般的にヘリウム及び/又はネオンなどのバッファガスを含む。利得媒質を含む空洞共振器は、光の誘導増幅を可能にし、その後、光は、レーザ光の形態で空洞から抽出される。これらの放電ガスレーザの多くは、パルスモードで作動される。
エキシマレーザは、特定の形式の放電ガスレーザであり、1970年代半ばから知られている。集積回路リソグラフィ用紫外線光源として有用なエキシマレーザは、1991年6月11日発行の米国特許第5,023,884号「小型エキシマレーザ」に説明されている。この特許は、本出願人の雇用主に譲渡されており、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。米国特許第5,023,884号で説明されているエキシマレーザは、高繰返し率パルスレーザである。
米国特許第5,023,884号に説明されているようなエキシマレーザは、1989年から現在までの間に集積回路リソグラフィ用の主要な光源になった。現在、1000台以上のこれらのレーザが最新の集積回路製造工場で使用されている。これらのレーザのほとんど全ては、米国特許第5,023,884号に説明されている基本設計の特徴を有する。これは以下の通りである。
(1)各電極の両端に約100パルスから4000パルス/秒のパルス繰返し率で電気パルスを供給するための単一のパルス出力システム、
(2)部分反射ミラー形式の出力カプラと、プリズムビーム拡大器、調整ミラー及び格子から成る線幅狭小化ユニットで構成された単一の空洞共振器、
(3)レーザガス(KrFレーザの場合はクリプトン、フッ素、及びネオン、ArFの場合はアルゴン、フッ素、及びネオン)、放電領域によって隔てられた2つの細長い電極、及び各パルス間の放電領域をきれいにするのに十分な速度で2つの電極間でレーザガスを循環させるための横流ファンを含む単一の放電室、
(4)パルス間基準でパルスエネルギー、エネルギー線量、及び波長を制御するためのフィードバック制御システムを用いて、出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域幅をモニタするためのビームモニタ。
放電ガスレーザ(エキシマレーザシステムを含む)の帯域幅を狭くするための公知の技術では、比較的にエネルギーが少ない狭帯域「シード」光が増幅のために利得媒質に注入される。これらのシステムの一例として、「主発振器」と呼ばれるシード光を生成するレーザは、比較的に低いパルスエネルギーでもって第1の利得媒質内に超狭帯域光を生成するように設計され、この超狭帯域光は、第2の利得媒質内でシード光として使用される。第2の利得媒質が電力増幅器として機能する場合、システムは、主発振器電力増幅器(MOPA)システムと呼ばれる。第2の利得媒質自体が空洞共振器(この中でレーザ発振が生じる)を有する場合、このシステムは、注入シード発振器(ISO)システム又は主発振器電力発振器(MOPO)システムと呼ばれ、この場合、シードレーザを主発振器と呼び、下流側システムを電力発振器と呼ぶ。2つの別個のシステムで構成されたレーザシステムは、製作して運転する上で、同程度の単一室レーザシステムよりもかなり高価で、大型かつ複雑になる傾向がある。従って、製造ライン用途においてこれらの2室レーザシステムの商業的用途は限られている。
集積回路製造の場合、リソグラフィマシンは、一般にリソグラフィレーザ光源から間隔をあけて設置される。その間隔は、一般に2メートルから20メートルである。レーザとリソグラフィマシンとは、別個の部屋に設置される場合もある。一般的にはレーザはリソグラフィマシンよりも1つ下のフロアの部屋に設置される。レーザ光は、KrFレーザの場合は約248nm、ArFレーザの場合は193nm、F2レーザの場合は157nmの波長の紫外線である。特に、ArFレーザ及びF2レーザの波長が短い紫外線は酸素に吸収されるので、レーザとリソグラフィマシンとの間のレーザ光経路をエンクロージャで取り囲み、エンクロージャを空気よりもビーム減衰がはるかに少ない窒素等のガスでパージする技術が知られている。また、エンクロージャ内には、レーザ光をリソグラフィマシンの所望のビーム入口ポートに導き、断面プロファイルの変更といったビームに必要とされる任意の変更行うためのミラー及びレンズを含む、種々の光学部品が収容される。レーザ光をレーザシステムからリソグラフィマシンへ伝達する装置は、ビーム伝達ユニット、略して「BDU」と呼ぶ。これまで、一般にBDUはレーザ光源とは別個に設計され供給されている。
KrFレーザ、ArFレーザ、及びF2レーザによって生成される紫外線を伝達可能な光学素子として利用可能な材料はわずかである。レーザ光の出力パルスエネルギーが増加して紫外線の周波数が高くなるにつれて、何十億ものパルスに対して高い性能をもつ光学部品(窓プリズム及びビーム分割器等の)を設けることが難しくなる。248nmで作動するKrFレーザの場合、光学部品として溶融石英が広く使用されている。1990年代の半ばから後半にかけて、193nmで作動するArFレーザが248nmKrFレーザに取って代わり始め、CaF2光学部品が溶融石英光学部品に取って代わり、現在では、新しいレーザリソグラフィ光源に使用されている屈折性光学部品の大半はCaF2光学部品である。ArFレーザの典型的な最大出力パルスは約5mJのパルスエネルギーを有し、断面は約3mm×9mm(即ち、0.27cm2)である。光の速度において約25nsの典型的なビームの有効パルス持続時間(後述するように積分2乗パルス持続時間tLSと呼ぶ)は約7500mm長のパルスに対応する。この例に関連して、潜在的な光学部品への損傷に関して重要な(本明細書及び本出願の特許請求項の範囲のための)幾つかの技術的な語句を例示的に定義する。
被覆されていない高品質のCaF2石英光学素子は、実質的に劣化することなく何十億ものパルスに対してこれらの出力パルスで作動できる。レーザ光を操作するためにCaF2光学素子の表面に被覆を施すことができる。例えば、表面反射を低減するため又は表面反射を増やすために、又はビーム内の偏光に基づいてビームを分割するために、1つ又はそれ以上の薄層を施すことができる。従来これらの被覆層に使用されている利用可能な材料(Al2O3、MgF2、AlF3、GdF3及びLaF3など)の大半は、前述の何十億もの非常に高い出力パルスには耐えられないであろう。
本出願人は、最大約300mJ/cm2のフルエンスにて20nsArFレーザパルスでもってCaF2光学部品を試験し、約44mJ/cm2から260mJ/cm2までの範囲の平均フルエンスでは、CaF2光学部品(光学環境の非常に高品質な制御を行っても)の前面、後面の両方は、わずか数分又は数時間のレーザ運転で破壊されることを発見した。このことは、CaF2光学部品は、約16mJ/cm2未満のフルエンスでは何十億ものパルスに対してうまく機能することから大きな驚きであった。本出願人は、この破壊の原因が高強度紫外線パルスによって引き起こされるCaF2結晶面からのフッ素除去に起因すると考えている。本出願人は、2つの光子の結合エネルギーがフッ素原子をCaF2結晶構造の表面から取り除くのには十分である、多重光子プロセスとして知られているプロセスに起因すると推測している。本出願人は、個別に又は組み合わせて利用できるこの問題点に対する幾つかの解決策を考えた。これらの解決策は、表面損傷が紫外線パルスによるフッ素除去の結果として生じるという本出願人の重要な発見に起因している。
好適なレーザシステムにおいて、2つの別個の放電室が設けられ、一方は、第2の放電室で増幅される超狭帯域幅シード光を生成する主発振器の一部、つまり電力増幅器である。このMOPAシステムは、ビーム品質を大幅に向上させることができ、出力パルスエネルギーは、一般的な従来技術の1室レーザシステムの2倍以上である。パルス伸張器は、出力パルス長を2倍以上にするので、パルス中のピークパルス出力(mJ/ns)を低減する。また、ビームは、断面が拡張されピークフルエンス(mJ/cm2)を低減するようになっている。この好適な実施形態は、リソグラフィシステムウェーハ面に照射を行うことができ、これは光学部品の実質的な劣化に拘わらずリソグラフィシステムの作動期間にわたってほぼ一定である。レーザシステムの出力容量が大きくなると、オペレータは、システムの作動期間の初期では部分的な出力で運転を行い、作動期間お後期には出力を高めて光学部品劣化を補償することができる。
好適なビーム伝達ユニットは、高パルスパルスエネルギービームを前述のMOPAシステムからリソグラフィマシンに集束する。
CaF2光学部品からMgF2光学部品への切り換えは、MgF2光学部品は、公知のMgF2複屈折が適切に扱われるように設計及び使用する必要があることを意味する。また、本出願人は、前述のMOPAシステムの高パルスエネルギー出力においてCaF2光学部品が複屈折特性を改善することを発見している。光学部品の製造のための、及び複屈折の影響を最小限に抑えるための光学部品の位置決めのための種々の技術が開示されている。
新規な水冷式高速組み合わせシャッタ・エネルギーモニタについて説明する。
また、本明細書では、(1)リソグラフィシステムの耐用期間にわたる一定の出力及びビーム品質をもたらす技術、(2)改良ビーム経路パージ技術、(3)ビーム経路品質モニタリング、(4)コヒーレンス・スクランブリング、(5)ウェーハ面でのパルスエネルギー検出、及び(6)光学部品モニタリング技術を含むモジュール式MOPA紫外線レーザシステムの他の光学的特徴を説明する。
表面損傷問題の発見
本明細書で説明するArFレーザMOPAシステムに関する本出願人による試験の結果、従来技術によるCaF2光学部品は、約44mJ/cm2から約130mJ/cm2の範囲の平均パルスフルエンスレベルで193nm紫外線の20nsパルスを受けると、激しい表面劣化が発生する場合があることが分かっている。損傷は、光学部品が窒素及びヘリウム等の高品質パージガスでパージされた場合であってもビーム入口面及び出口面の両方で発生する。20nsパルス、20mJ/cm2未満の平均フルエンス、及び良好なパージでもって、CaF2光学部品は、何十億のパルスに対して優れた性能を発揮する。20mJ/cm2から100mJ/cm2の範囲では、寿命は不確実で予測し難い。100mJを上回るフルエンスでは、ほとんど直ちに光学部品の表面に激しい損傷が発生する。本出願人は、驚いたことに前述の範囲の高パルスフルエンスではレーザ室出力窓の内面には全く損傷が生じないことを発見した。この内面は、約3気圧の0.1%F2レーザガス環境に晒され、外面は、窒素パージガスに晒されている。外面は、前述の範囲のフルエンスで損傷を受ける。
図1に示すMOPAシステムでは、損傷を引き起こすのに十分な大きさになる場合があるフルエンスの影響を受ける幾つかの光学素子がある。3mm×9mmのビーム断面積の15mJ/パルスにおいて、平均フルエンス(即ち、パルスエネルギー/ビーム断面積)は55mJ/cm2である。時間平均パルス強度(即ち、パルスフルエンス/パルス持続時間)は、約2.75×106ワット/cm2である。(この平均パルス強度は、従来技術による5mJArFレーザの出力パルスの平均パルス強度よりも約3倍大きい)。(しかしながら、これらの形式のレーザによって生成されるレーザパルスは、完全に一様ではないことを理解されたい。ビーム断面には空間的変動が存在し、20nsのパルス持続時間にわたって一時的変動が存在する)。これらの空間的変動及び一時的変動のために、フルエンス及びパルス強度のピーク値は、上記の値の2倍又は4倍であることが予想される。これらの潜在的に危険な状態にある光学素子としては、電力増幅器室の出力にあるチャンバ窓、出力ビームが通過する空間解析モジュール9内に配置されたビーム分割器、及び電力増幅器WEBモジュール26内に配置された2プリズムビーム拡張器を挙げることができる。ビーム分割器下流の他の光学部品は、潜在的に危険な状態にあるが、フルエンス及び強度は、ビーム拡張に反比例して小さくなる。パルス伸張器下流の光学部品は、非常に長いパルス(並びに大きな断面)に晒されることになり、その相乗効果で従来技術によるシステムよりも損傷の危険が小さくなる。前述のように、これらの従来技術によるシステムは、何十億のパルスに対して実質的な光学部品損傷を受けることなく作動している。
本出願人は、光学部品材料の損傷閾値に影響を与える幾つかの要因を特定している。これらの要因としては、(1)光学部品が影響を受ける変動(空間的及び一時的)を含むフルエンス(mJ/cm2)、(2)ビーム伝搬方向に対する光学面の配向、(3)パルス数、(4)光学部品表面の清浄度、(5)パルス持続時間、(6)光学部品が浸される環境、(7)光学部品表面がF2ガスに晒されるか否か、(8)研磨プロセス、及び(9)繰返し率を挙げることができる。
最近(2001年から2002年)集積回路製造ラインに組み入れられた従来技術のArFリソグラフィレーザは、パルス持続時間約20ns、3mm(幅)及び9mm(高さ)のビーム断面で約5mJの出力ビームを有する。これらのユニットでは、出力パルスの平均フルエンスは約18mJ/cm2であり、時間平均パルス強度は1×106ワット/cm2である。被覆されていないCaF2で構成される光学素子は、窓、ビーム分割器、及びプリズムとして何ヵ月にもわたって何十億のパルスに対して著しく劣化することなく作動している。15mJへの出力パルスエネルギーの増加の結果として即座(数分又は数時間以内)に発生した本出願人が発見した(前述の)重大な表面不良は全く驚きであった。本出願人は、損傷可能性の驚くべき「ステップ変化」は、出力ビームの光子の重合の結果としての「多光子」プロセスとして知られているプロセスに起因すると推測している。出力ビームが5mJから15mJへ増加すると、光子数/パルスが3倍に増加する。空間的及び一時的にかなりの不均一が存在するので、本出願人は、15mJ出力パルスでは主発振器室を出る際にかなりの光子が重合していると予想している。本出願人が発見したCaF2光学面損傷の原因はこの光子の重合いであると推測している。前述のように、本出願人による試験結果では、平均フルエンスを20nsパルスで60mJ/cm2に増加させた場合、数時間以内に表面不良が発生することが分かっている。前述の3mm×9mm断面をもつ20ns、15mJパルスは、55mJ/cm2の平均フルエンス、約2.7×106ワット/cm2の時間平均パルス強度を示し、ピーク値は非常に高い。本出願人はこの問題に対して(1)光学素子をこの表面損傷から保護するか又は損傷の危険を小さくするために光学素子を改良する幾つかの技術を見出す、(2)ビーム断面積を大きくする、及び(3)パルス長を長くするという3つの基本的な解決策を特定している。
前述の数値は、光子の重合が約20mJ/cm2から60mJ/cm2での損傷閾値の原因であることを示唆しているが、本出願人は表面損傷の正確な原因を確信していない。本出願人は、窪みや2つの表面上のビーム足跡上に成長する白色毛羽が数分又は数時間以内に光学部品を役に立たなくすると確信した。本出願人は、これらの重合光子によって、フッ素原子がCaF2分子から放出される原因であるフッ素原子の二重励起が発生すると考えている。これによって光学部品の表面にフッ素不足が生じ、CaF2結合が破壊され、小さな劣化領域ができる。その後の照射によって、劣化領域が拡大し、結果的に短時間で光学部品が機能しなくなる。
前述のように、本出願人は、調査の過程で、約60mJ/cm2を超えるフルエンスにて外面に比較的に短時間で広範な損傷が発生するが、電力増幅器室の出力側の窓の内面には表面損傷は発生しないことに気づいた。本出願人は、この観察結果に基づいてCaF2光学部品を希ガス又は窒素に少量のフッ素を含有するガス内に浸す実験を行った。ガスに晒された表面は、最大300mJ/cm2又はそれ以上のパルスフルエンスでは損傷を受けない。本出願人は、フッ素ガスは放出を遅らせるか、及び/又は、CaF2結晶構造体から放出されたフッ素に素早く置き換わるであろうと推測している。具体的には、本出願人による試験の結果、100万分の1から10万分の1の範囲の僅かな濃度のF2は、最大300mJ/cm2パルスの損傷を防止することが分かっている。望ましい濃度は、約1ppmである。しかしながら、本出願人は、表面が晒される環境内の任意の量のF2(1ppm未満でも)は損傷を最小限に抑えて光学部品の寿命を延ばす傾向があると考えている。
1000万パルスに対して、露光中心のピークフルエンスが最大296mJ/cm2までの種々のフルエンスレベルで種々のF2濃度での新しいチャンバ窓(S1−02−863)を試験した。試験位置は、フルエンスを変更するために集束ビームの各々の走程にて毎回4mm移動させた。試験結果は、試験を行った順番の記載されており、チャンバは全8回の試験中には開放しなかった。
本出願人は、前述のCaF2光学面損傷に対する幾つかの解決策を特定している。これらの解決策を以下に全体的に説明する。
前述のように、F2含有ガスに浸された光学部品は、少なくとも300mJ/cm2のフルエンスまでは損傷を受けない。希ガス又は窒素中の約0.4%のF2パーセンテージにて確認試験を行った。本出願人の試験によれば、F2パーセンテージを比較的高い濃度の初期処理後に非常に低い濃度に低減できることが示唆されている。例えば、0.4%F2による初期露光の後で、チャンバを排気して希ガスを5回充填し、次に窒素をパージし、次に67mJ/cm2から173mJ/cm2の範囲の高フルエンス193nm放射に晒したが損傷は発生しなかった。この試験(5回のパージ後)では、F2濃度は明らかに非常に低かった。しかしながら、レーザを一晩アイドル状態にしておくとガス内のF2がなくなり、光学部品は高パルスフルエンスで直ぐに機能しなくなった。
好適な実施形態において、電力増幅器出力窓下流のビーム経路内の全ての光学部品はF2環境内に収容される。これによって、明らかに損傷を与えるパルス強度を受けないとしても全てのCaF2光学部品に対する保護が行われることになる。光学部品としては、焦点鏡までのステッパ光学部品を挙げることができる。これを実施する1つの技術は、ビーム列のこれらの区域をパージするパージガス内にF2を入れることである。この場合、現在一般的な技術である1つのパスの後にパージガスを排出するのではなく、再循環式パージシステムを利用することが望ましいであろう。
以上の試験に基づいて、本出願人は、図1のレイアウトに対して以下の変更点を組み入れた好適な実施形態を構築した。これらの変更点は図12に示されている。
1.電力増幅器WEBの密封、試験後に、最初に、N2ラインバルブ400を開くと共にターボN2バルブ(排気)402を開いてN2を充填する。
2.N2ラインバルブ400、ターボN2バルブ402の両方を閉じて、既知量のフッ素をライン404から2、3回注入する。排気弁406(100kPaに設定)は自動的に余分なガスを排出して、大気圧をわずかに上回る圧力にモジュールを保持する。
3.十億パルス毎、3ヵ月毎、又はフッ素濃度を1ppm以上に保持する必要性に応じてフッ素を定期的に注入する。
4.チャンバ窓を交換する場合、ベローズの隣のチャンバ窓を遮断する前にN2ターボバルブ及びN2ラインバルブを10分間開ける。フッ素濃度はこの時点で0.01ppmをはるかに下回る。
5.新しい電力増幅器チャンバ窓に交換した後、N2ターボパージを10分間行い、その後、両方のN2バルブを閉じる。
6.F2を2、3回だけ電力増幅器WEBに注入してチャンバ窓サービスを終了する。
F2ガスは有害ガスであり注意深く管理する必要がある。しかしながら、フッ素を含有する多くのガスは無害であり、高エネルギー紫外線の照射を受けるとF2源となる。従って、本出願人は、(CaF2光学部品の表面を保護する別の技術として)潜在的に危険な状態にあるCaF2光学部品をこれらのF2含有ガスの1つに浸すことを提案する。可能性のあるF2含有ガスとしては、193nm紫外線の照射を受けるとフッ素を放出し、使用される濃度では認めうるほどに紫外線を吸収しない全てのガスを挙げることができる。また、選択されたガスは、紫外線の下では、光学部品に沈殿して性能を劣化させるような生成物を生成してはならない。可能性のあるガスは、
NH4F.HF、
SF6、
CCl3F、
C2C12F4、
SiF4、
SF4、
NF3、
COF2、
である。
本出願人は、CaF2光学部品の2面をF2よりも潜在的に危険が非常に小さいSiF4含有ガス混合物に晒す試験を行った。本出願人は、紫外線はフッ素イオン又は原子をSiF4分子から放出し、その後、遊離フッ素はF2ガスが行うのと同じ技術で光学面を保護できると考えている。また、四フッ化珪素分子は光学部品表面上に保護単層を形成できる。以下の表は、1000万パルスに関して、CaF2光学部品を297mJ/cm2のフルエンスレベルでの20nsArF193nmパルスに晒した結果を示す。
潜在的に危険な状態にあるCaF2光学部品の表面損傷を回避する(又は可能性を低減する)ための別の技術は、CaF2光学面に保護被覆を施すことである。被覆は、CaF2結晶面での電場を最小限に抑えるように設計されることが好ましい。一般に伝達用光学部品の場合、このことは光の波長の1/4と等価な被覆厚さを施すことによって達成される。また、複数の層は、CaF2面での電場をさらに低減できる。これらの被覆は、強力な紫外線レーザ光の中でも長寿命が得られるとして知られている被覆から選択する必要がある。
また、光学素子は、前述のコーニング特許(米国特許第6,466,365号)に説明されている技術の1つを用いて酸化フッ素珪素を被覆することができるが、この技術は高フルエンス紫外線を処理するための被覆として開発されたものである。
CaF2表面損傷の問題の別の解決策は、潜在的に危険な状態にあるCaF2光学部品の代わりにフッ化マグネシウム結晶光学部品を使用することである。フッ化マグネシウムの損傷閾値(mJ/cm2単位)は、CaF2よりも数倍大きいことが知られている。高フルエンス(60mJ/cm2を上回る)でのMgF2光学部品に関する本出願人の予備試験では、表面蛍光発光が生じ、表面蛍光発光は、パルスカウントと共に悪化し、結果的に伝達損失が生じた。最近、MgF2の品質は改良されている。伝達損失は、MgF2上のフルエンスを制御することによって許容レベルに管理できる。
潜在的に危険な状態にある光学部品の表面損傷の可能性を低減するための別の技術は、出力ビームの断面積を増やし、これに比例してフルエンスを低減させることである。ビーム断面を拡張するための幾つかの技術を利用できる。
ビーム断面は、反射望遠鏡及び屈折望遠鏡を含む種々の公知の光学部品で拡張できる。また、プリズムビーム拡張器は、格子スペクトル散乱を大きくするために線幅狭小化モジュールにおいて数年前から使用されている。図1に示すMOPAレーザシステムは、電力増幅器WEB26内に配置された電力増幅器の出力ビームを拡張するためのプリズムビーム拡張器を備える。このビーム拡張器は、図3F及び図3Gに示されている。このビーム拡張器は、ビーム断面を2倍にすることによってビーム拡張器下流での損傷の可能性を大幅に低減する。しかしながら、SAMモジュール及びビーム拡張器プリズム内の上流側の光学部品は、依然として潜在的に危険な状態にあるので、他の適切な保護を行う必要がある。1つの解決策は、以下に説明するように、ビーム拡張プリズムをレーザ室F2環境内に配置することである。
図11は、レーザ室出力窓ユニット内に組み込まれた2プリズムビーム拡張器を示す。2つのプリズムは、出力ビームを2倍に拡張して、出力ビーム14B1のピークフルエンスレベルを60mJ/cm2未満に低減することが好ましい。50%から4倍までの他の拡張値の大きさは、2プリズムビーム拡張器配置を用いて容易に調整できる。更なる拡張が必要な場合、3又は4プリズム拡張器構成を用いることができる。図11に示す好適な実施形態において、ビームは、水平方向に拡張され、ビーム断面を2倍にするために出力ビーム断面は約5mm×9mmから約10mm×9mmに拡大される。また、ビームは、所要であれば垂直方向に拡張することもできる。本構成において、MOからシード光は、ビーム拡張器を通過し、結果的に2倍だけ縮小される。別個の2倍を補償するために、ビーム拡張器15はビーム14A1を予拡張し、シード光が図1の実施形態に示すものと同じ大きさになるように拡張されたシード光14A2を生成するようになっている。出力ビーム拡張器を含む窓ユニット10Aは、室10の一部として作ることができ、又は別個の交換可能モジュールとして扱うことができる。窓ユニット内の下流側プリズムは、チャンバ窓構造体に密封される場合には出力チャンバ窓として使用でき、図1に示す出力窓をなくすことができる点に留意されたい。ビームが下流側プリズム出口面を出るまでにビーム断面は2倍になるので、出口面を保護する上でのフッ素は不要である。
図1Aは、PA出力ビームがいずれかの光学部品と衝突する前に約2倍に拡張することを可能にする技術を示す。これによって、フルエンスは、実質的に従来技術によるArFレーザリソグラフィ光源の出力フルエンスを下回るように低減され、下流側光学部品がフルエンスに対処できるようになる。図1Aに示すように(図1と比較すると)、SAM9、PA WEB26の出力構成部品、及びパルス伸張器12は、PA室10からの出力の下流側でさらに約4メートルだけ移動されている。PA10の出力ビームの自然拡散は、垂直方向において約1ミリラジアンであり、水平方向において約0.6ミリラジアンである。その結果、4メートル後では、11mm×5mmの出力ビームは、約15mm×7.4mm、つまり断面が約0.55cm2から約1.11cm2へ拡張することになる。従って、15mJパルスの平均フルエンスは、約27mJ/cm2から13.5mJ/cm2に低減され、これは良好なパージ環境における被覆されていないCaF2光学部品の損傷閾値未満である。図1Aに示すレーザシステムは、ビーム拡張管25で接続されている2つのエンクロージャ4A及び4Bに分割されることが好ましい。ビーム拡張管25は清浄なPA室ガスでパージされることが好ましく、このガスは、AP静電フィルタを出るとビーム拡張管25の遠位端から入り、レーザ光の管カウンタを通って流れる。ここではチャンバ窓は、ビーム拡張管25の遠位端25Aに位置し、ガス流で清浄な状態が維持される。
図1B(1)、図1B(2)及び図1B(3)に示す別の好適な実施形態において、PA室出力窓ユニット420は細長いので、室出力窓422は放電領域424の出力縁部を55cmだけ超えて配置されている。SAM9は、細長い窓ユニットに場所をあけるためにPA WEB26の下流側に移動される。ビーム反転モジュール28の光学部品は、シード光が放電領域を通る最終パスに関して放電領域424に入る位置の直上流の焦点426で、シード光を(電力増幅器10の放電領域を通る第1のパスの後で)水平方向で集束させるように変更されている。従って、ビームは、放電領域を通る最終パスを行う際に拡張することになり、約5ミリラジアンの拡散角度で拡張し続ける。図1B(1)、図1B(2)、及び図1B(3)に示す拡張角度は誇張されていることに留意されたい。拡張方向は、図1(B)に示す方向から回転させられる(即ち、拡張は、図1Bに示すように垂直方向ではなく水平方向である)。図1B(1)、図1B(2)、及び図1B(3)は平面図である。出力ビームは窓422に到達するまでに水平方向において5.4mmだけ拡張されている。11.8の垂直方向断面寸法で、ビーム断面積は、図1のレイアウトに関連して本明細書で説明した基本構成の断面積が0.33cm2あるのに対して、約0.64cm2である。この結果は以下の表で基本構成と比較した(10mJ出力パルスエネルギーの場合)。
表面損傷を最小限に抑えるための別の技術は、ビームが分配される表面積が大きくなるように潜在的に危険な状態にある光学部品に角度を付けることである。例えば、出力窓は、この種の従来技術によるレーザでは47°に設定されている。本出願人は、この角度を70°に変更することを提案する。これによって表面フルエンスが1/2になる。
本出願人は、これらのCaF2光学部品に発生する表面損傷の少なくとも一部は、結晶面の研磨技術に帰するものと考えている。光学部品研磨の当業者は、研磨プロセスで生じる可能性がある表面損傷を最小限に抑える種々の技術に精通している。例えば、使用される研磨化合物、使用される研磨力、研磨工具、及び表面の最終粗度の全ては、潜在的に危険な状態にある光学部品の可能性のある表面損傷を低減するように選択する必要がある。また、表面の結晶配向は、損傷の最小化を引き起こす可能性のある源として慎重に検討する必要がある。例えば、[100]表面配向は、[111]表面配向よりも好ましいであろう。
図1は、前述の技術、装置、及び概念を利用するArFレーザMOPAシステムを示す。実際には、ArF MOPAシステムの初期の試作バージョンは約15mJのパルスエネルギーで作動し表面損傷が発生したが、これは、本出願人が本明細書で説明する改良点を生み出すきっかけとなった。ArF MOPAレーザシステムは、約10mJから40mJの範囲の電力増幅器の出力でのパルスエネルギー、約20nsの持続時間、及び約3mm×9mmのビーム断面を有する193nmパルスレーザ光を生成する。従って、電力増幅器出力でのこれらのパルスは、最大40mJのパルスエネルギー、約150mJ/cm2の平均パルスフルエンス、最大7.5×106ワット/cm2の平均パルス強度、及び最大約0.25×J/cm3の平均パルスエネルギー密度を有する。本発明の実施形態において、パルスは、時間と共に断面が拡張されて伸張され、日本のキャノン社やニコン社、及びオランダのASML社から供給される中の1つのステッパリソグラフィマシンの入力ポートに供給される。従来技術によるレーザ光学部品は、パルスエネルギーが約10mJを超えて大きくなるとこのレーザの出力ビームで直ぐに故障した。ビームの高パルス強度区域に配置さる光学部品の保護のための種々の技術を説明する。この場合、レーザシステム4の主要構成部品は、スキャナが組み込まれているデッキの下方に組み込まれる。このレーザシステムは、スキャナの入力ポートにレーザ光を供給するための密封ビーム経路を提供するビーム伝達ユニット6を備える。出力ビームの断面は大きくパルス長が長いので、従来技術による光学材料にてビームを処理できるようにスキャナにおける平均パルスエネルギー密度は十分に低い。
この特定のレーザシステムは、主発振器8及び電力増幅器10を含む。このMOPAの配置は、単一のレーザ発振器を使用してレーザ光を供給する従来技術に優る、集積回路光源の重要な進歩をもたらす。主発振器及び電力増幅器の各々は、従来技術による単室リソグラフィレーザシステムの放電室と類似の放電室を備える。これらの放電室は、2つの細長い電極、レーザガス、電極間にガスを循環させる横流ファン、及び水冷フィン付き熱交換器を備える。両室は、少量のレーザガスが通過する静電フィルタを備える。フィルタ内で残がいが除去されたこの部分は、前部窓及び後部窓に導かれて各窓を清浄に保つと共に、電極の残がいが窓室に入るのを防ぐようになっている。室の構造の詳細は、前述の特許に説明されている類似の従来技術によるレーザであり、最新のデザインは本明細書の冒頭に言及した親出願に説明されている。(しかしながら、図1A及び図1Bに示す出力窓室は従来技術による窓室よりも実質的に長い。また、図1Bの後部窓室の長さを長くすることもできる)。主発振器は第1のレーザ光14Aを生成し、これは電力増幅器を通る2パスによって増幅されてレーザ光14Bが生成される。主発振器は、背景技術の部分で説明した従来技術による単室レーザと類似しているが、出力エネルギー要求が実質的に低い点で異なっており、これにより本出願人はレーザガス圧力及びフッ素濃度を低減することができ、結果的に帯域幅及び他のビーム品質の改善が非常に少なくなった。主発振器8は、出力カプラ8A及び線幅狭小化パッケージによって形成される空洞共振器を備え、その両方は、背景技術の部分で全体的に説明されており、参照した従来技術の特許で詳細に説明されている。主発振器8の利得媒質は、主発振器放電室8Cに収容された2つの長さ50cmの電極間で生成される。電力増幅器10は、基本的には放電室であり、好適な実施形態において、放電室は、2つの細長い電極間に利得媒質を供給する主発振器放電室8Cとほとんど同一であるが、空洞共振器がない。このMOPA構成により、主発振器は、波長安定性及び超狭帯域幅等のビーム品質パラメータを最大にするように設計して作動されることができるが、電力増幅器は、パルスエネルギーを最大にしながら安定に保つように設計されて作動される。例えば、本出願人サイマー社から販売されている最新の光源は、5mJ/パルス、4kHz、ArFレーザシステムである。図1に示すシステムは、10mJから30mJ/パルス(又はそれ以上、所望であれば最大約40mJ/パルス)、4kHz、ArFレーザシステムであり、ビーム品質を実質的に改善しながら少なくとも2倍の平均紫外線電力を生成する。この理由から、MOPAシステムは、従来技術によるレーザ光源と比較すると、非常に高品質で高出力のリソグラフィレーザレーザ光源をもたらす。
集積回路スキャナマシンは、製造するのが難しく何百万ドルもかかる大型レンズを有する。これらの高価な光学部品は、何十億もの高強度紫外線パルスによって劣化する。これらのレーザからのレーザ光の典型的なパルス長は約25nmであり、5mJビームであれば約0.2mJ/ns又は0.2×106ワットのパルス出力をもつことになる。パルス持続時間を変更することなくパルスエネルギーを10mJまで増加させると、パルス出力は倍増して約0.4×106ワットになるが、従来技術によるArFレーザシステムと比較すると、これらの高価な光学部品の有効寿命は非常に短くなるであろう。本出願人は、実質的にパルス長を約20nsから50ns以上に長くして、スキャナ光学部品の劣化速度を低下させることによってこの問題を最小限にしている。また、パルス伸張によって、ビーム伝達ユニット6及びBAMユニット38の光学部品の損傷の可能性が低減される。このパルス伸張は、図1に示すパルス伸張器12で達成される。図2は、パルス伸張器12を通るビーム経路の拡大図を示す。ビーム分割器16は、電力増幅器出力ビーム14Bの約60パーセントを4つの集束ミラー20A、20B、20C、及び20Dによって形成される遅延経路に反射する。ビーム14Bの各々のパルスの40パーセントにあたる伝達部分は、ビーム14Cの図2Bに示す対応する伸張パルス13の第1のコブ部13Aになる。ビーム14Cの第1の反射部分は、ビーム分割器16によって、ミラー20Aに導かれ、ミラー20Aは、反射部分を点22に集束させる。その後、ビームは拡張してミラー20Bから反射し、ミラー20Bは、拡張ビームを平行ビームに変換してミラー20Cに導き、ミラー20Cは再度ビームを点22に集束させる。このビームは、その後、ミラー20Dによって反射され、ミラー20Dは、ミラー20Bと同様に拡張ビームを平行ビームに変換してビーム分割器16に戻すが、この場合、第1の反射光の60パーセントは、出力ビーム14C内のこのパルスの第1の伝達部分と完全に整列して反射され、図2Bに示すようにパルス13のコブ部分13Bの大部分になる。反射ビームの40パーセントは、ビーム分割器14を伝わり第1の反射ビームの経路を正確にたどって伸張パルス13の小さなコブ部分を生成する。この結果が伸張パルス14Cであり、伸張パルスは、パルス長において約20nsから約50nsに伸張されている。図2Bにおいて、伸張パルス14Cは強度−時間としてプロットされおり、図2Aに同様にプロットされている電力増幅器出力パルス14Bの形状と比較することができる。つまり、パルス伸張器は、10mJから15mJパルスのパルス強度をほぼ従来技術による5mJパルスの強度に低減する。
ただし、I(t)は、時間の関数としての強度である。
好適な実施形態において、主発振器8の出力ビーム14Aは、電力増幅器1を通る2パスによって増幅され、出力ビーム14Bを生成するようになっている。これを実現する光学部品は、本出願人が命名した3つのモジュールである、主発振器波面エンジニアリングボックス「MO WEB」24、電力増幅器波面エンジニアリングボックス「PA WEB」26、及びビーム反転器「BR」28に収容されている。これらの3つのモジュールと、線幅狭小化モジュール8B及び出力カプラ8Aとは全て、放電室8C及び電力増幅器10の放電室からは独立して、単一の垂直光学テーブルに取り付けられている。放電及びファン回転による音響衝撃によって引き起こされるチャンバ振動は、光学部品から隔離する必要がある。
MO WEB及びPA WEB内のTIRプリズムは、高フルエンス紫外線への長期暴露によって劣化する傾向がある光学的被覆をもたないので、誘電体被覆された第1の表面ミラーよりも好適である。TIRプリズムの1つの欠点は、入口及び出口面で発生する不要なフレネル反射である。193nmでのフッ化カルシウム材については、各々の面は入射ビームの約4%を反射する。入射ビームが表面に対して垂直である場合、不要な反射が入射ビームの経路に沿って逆に伝搬し、MOに再度入る。これは、MOの安定的作動を妨げるであろう。この問題は、TIRプリズムの入口面及び出口面を入射ビームに対して約1°傾斜させることで回避できる。これは、45°−45°−90°TIRプリズムを1°だけ回転させることによって実現でき、この場合、主要ビームの偏差角は、90°から88°又は92°に変化することになる(1°の回転の方向に応じて)。もしくは、90°の偏差角及び1°の傾斜面は、44°−44°−92°、又は46°−46°−88°、又は44.33°−45.67°−90°の角度を有するTIRプリズムを使用することで実現できる。
前記の傾斜させた二重パス幾何学的形状に関して、MO WEB及びビーム反転器から反射するビームは、PA WEB内で正確に位置合わせされる。位置合わせ機構は、MO WEBミラー及びビーム反転器が適切に位置合わされるようにPA WEB内に設けられている。この機構は、TIRプリズムの縁部を参照する必要があるであろう。位置合わせ機構は、開口であり、1つはPA WEBの入口にあり(MO WEBプリズム位置合わせ用)、1つは出口にある(ビーム反転器位置合わせ用)ことが好ましい。開口は、永久的なものであってもよく、又は取り外し可能なものであってもよい。システムは、密封ビーム経路をビームエンクロージャの外側からその場で調整できる必要がある。開口に対するビーム位置は、任意の形式の2−D検出器アレイ(デジタルカメラ)で可視できるようになっている。BATと呼ばれるビーム解析ツール(開口を備えるであろう)は、図3Fの36で示すように、モジュール内に挿入可能であり位置合わせを検査するようになっている。
ビームのフルエンスは、PAから出るとシステム内のどこよりも大きい(ビーム寸法が小さくパルスエネルギーが高いために)。このような高いフルエンスが、被覆損傷が起こる可能性のあるパルス伸張モジュール12の光学的被覆上へ入射するのを防ぐために、ビーム拡張プリズムは、PA WEB内に設計されている。水平方向のビーム幅を4倍に拡張することによって、フルエンスは以前の1/4のレベルに低減される。ビーム拡張は、図3Gに示すような20°の頂角をもつ一対の同一プリズムを使用して達成される。図3Gにはプリズム及びビーム経路の配向も示されている。
以上の説明は、一般にArFレーザシステムに直接当てはまるが、殆ど全ての機構は、本業界では公知の小さな変更を行ってKrFレーザにも同様に適用できる。しかしながら、本発明のF2バージョンに対しては幾つかの大きな変更が必要となる。これらの変更点としては、LNPの代わりのライン選択器、及び/又は2つの室の間、又は電力増幅器下流のライン選択器を挙げることができる。ライン選択器はプリズムの一種であることが好ましい。ビームに対して適切に配向された透明板を各室の間に使用して、出力ビームの偏光を改善してもよい。拡散器を各室の間に追加して、出力ビームのコヒーレンスを低減してもよい。技術、材料、及び構成部品に関連し、193nmArFビームとの関連で説明され、光学部品の損傷を防ぐための本明細書の開示内容は、F2光子エネルギーがArF光子のエネルギーよりも高い多いことを認識した上で、157nmF2レーザ光に適用される。
本発明の好適な実施形態において、スキャナマシン2の要求仕様を満足するパルス式レーザ光は、ビームがレーザシステムの一部として装備される伝達ユニット(BDU)を用いて、スキャナの光入力ポートに供給される。BAMと呼ぶ図1に38で示すビーム解析モジュールはスキャナの入力ポートに設けられ、入射ビームをモニタしてフィードバック信号をレーザ制御システムに供給し、スキャナに供給される光を所望の強度、波長、波長、帯域幅に確実にして、線量及び波長安定性等の全ての品質要件に適合させるようになっている。波長、帯域幅、及びパルスエネルギーは、その開示内容全体が引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願番号10/012,002に説明されている種々の技術を用いて、最大4,000Hzのパルス繰返し率で、パルス間基準でビーム解析モジュールの測定機器によってモニタされる。
この特定のBDUは、2つのビーム照準ミラー40A及び40B(図10Aに示す)を備え、その一方又は両方は、ビーム照準変動に対してチップチルト補正を行うように制御できる。ビーム照準は、照準ミラーの一方又は両方の照準フィードバック制御を行うBAMにおいてモニタできる。好適な実施形態において、7ミリ秒未満の照準応答性を可能にするために圧電駆動ドライバが設けられる。
1.垂直方向照準エラー
2.水平方向照準エラー
3.垂直方向位置エラー
4.水平方向位置エラー
・ビーム照準及び位置エラーのパルス間基準評価
・垂直方向及び水平方向の照準は、米国ニューヨーク州ブリッジウォータ所在のHamamatsu社のS903NMOSリニア画像センサ等のリニアフォトダイオードアレイ(PDA)素子上に遠視野画像を形成することによって測定される。
・垂直方向及び水平方向の位置は、リニアPDA素子上にBDU出口近傍のビームの縮小画像を形成することによって測定される。
・ビームエネルギー測定
・BDUからスキャナに伝達されるビームのエネルギーは、較正されたフォトセル回路で測定される。
SMM内のセンサからの信号は、電気コネクタを介して安定化制御装置に送信される。
BDUは、図1、図1A、及び図1Bに示すようなビーム成形望遠鏡7を含むことができる。この望遠鏡は、レーザユーザが所望する拡散及び断面積に適合するようにレーザ出力の拡散及びビームの断面積を変更する。
本出願人は第1の試作BDUを製作して試験したが、2KHz及び1.9KHzにおける試験結果を照準制御オン及び照準制御オフにて図10E、図10F、図10G及び図10Hに示す。開ループにおいて、ビーム安定化システムはオフであり、ステアリングミラーは固定される。レーザからのビームは、補正されることなく直接スキャナに伝搬する。開ループエラーは、まさしくレーザがもたらす照準エラー及び位置エラーである。閉ループの挙動は、ビーム安定化システムの作動中に得られる動作を示す。一定の繰返し率で何百又は何千もの照射にわたって発生する角変動と同様に、繰返し率の変化を伴うビーム角オフセットの変化が取り除かれることに留意されたい。
BDUの容積は、200リットル程度の大きなものとすることができ、高純度N2でパージされる必要がある。このパージプロセスは、酸素及び他の有機物の無ppmレベルに達するのに数時間を要す場合がある。BDUのスキャナへの最初の導入時にはこのパージ時間は容認できるが、通常の運転時には非常に長いと考えられる。図1のミラー40A等のミラーは保守点検を必要とすると仮定する。これには、BDUを空気に晒す可能性があるミラーのBDUからの取り外しを必要とするであろう。従って、短時間の保守点検手順(ミラーの交換)であるはずが非常に長いパージ手順となる。BDUにおけるビーム経路の品質を回復させるための長いパージ時間に関連する相当な遅延を回避するために、図7に示すように、BDU内の各々のミラーの両側にBDUシャッタユニット62が付加される。
スキャナの入口ポートにレーザ光を供給する別の利点は、ビーム伝達ユニットが、設計及び製造に対してだけではなく、停止時間を最小限に抑えてシステムの有用性を高めるための積極的な予防保守に対するレーザ納入業者側の責任となる点にある。
別の利点は、ビーム伝達ユニットが、リソグラフィマシンに対してレーザの位置に適合するように、レーザシステムの一部として設計できる点にある。図1は、一般的な構成を示すが、多くのリソグラフィ設備は独自のものであり、他の多くの構成が利用されることが予想される。図4A、図4B、図4C、及び図4Dは、可能性のあるレーザ−BDU−スキャナ構成の一部を示す。
本出願人が製作して試験した製造準備が完了した第2の試作ビーム伝達ユニットを図11Aに示す。レーザシステムの出力は、300で示す位置でBDUに入り、BDUは、ビームを302で示す位置のステッパモータに供給する。ビーム経路は完全に封じ込まれており窒素でパージされている。このユニットは、測定モジュール38及び2つの高速精密回転ミラー40A及び40Bを含む。ビーム安定化制御装置は39で示されている。試作ユニットの別の図を図11Bに示す。
このビーム伝達ユニットの優れた性能を示す実際の試験データを、図11K、図11L、図11M、図11Nに示す。図11Kは制御オン及びオフによる角度制御を示す。図11Lは位置制御を示す。図11Mは低出力エネルギーでの角度制御を示し、図11Nは低出力エネルギーでの位置制御を示す。全ての場合において、制御値は、点線で示す規格内の目標値に良好に維持され、非制御値は、全体的に規格を外れている。
主発振器空洞共振器において、2つの窓及び3つのプリズムを含む光学部品は、表面が垂直方向に向いた状態で配向され、レーザ光の成長と共に、ブルースター角に近い複数の入射角が得られる。従って、主発振器を出るビーム14Aは、強く偏光され、ビーム電場成分の約98パーセントが水平方向であり、約2パーセントが垂直方向である。
本出願人は、固有複屈折による偏光損失は、結晶窓製作時のCaF2インゴットからの結晶窓の適切なカットによって大幅に最小化できると判断している。
本出願人は、前述のCaF2複屈折の悪影響は、複屈折性として知られているMgF2光学部品に対して本出願人が数年前に開発した「クロッキング」技術を用いると大幅に最小化できることを発見している。
図3Aから図3Fに示すTIR回転プリズム及びビーム反転プリズムに関し、ビームは、光学部品内では相互に直交する2つの方向に進む。偏光シフトの悪い結果を最小限に抑えるために、CaF2結晶は、両方のビームが<100>、<010>、又は<001>の結晶軸線の方向に伝搬するようにカット及び配向されることが好ましい。また、ビーム偏光は、図3A(1)及び図3B(1)に示すこれらの軸線の1つに位置合わせされる必要がある。この構成において、ビームの位置合わせミスをモニタするための固有複屈折の感度は最小である(図14A及び図14Dを比較されたい、また、前述のBurnettの文献を参照されたい)。
ビームは、相互に直交しない2つの方向でパルス伸張器ビーム分割器を伝搬する。両方のビームの伝搬面を主立体結晶面の1つ(即ち、(100)、(010)又は(001))に平行に保って、入射ビームの偏光方向が主結晶方向の1つ(即ち、<100>、<010>又は<001>)と整列するように結晶を配向することによって、固有複屈折の悪影響を取り除くことができる。例えば、図3Hに示すように、ビーム分割器の前面は(100)面に平行にカットされており(<100>方向に垂直方向)、ビーム分割器は、結晶の<001>方向が入射ビームの偏光方向(即ち、水平方向)と一致するように配向される。この構成部品は回転対称なので、チャンバ窓に関する前述のクロッキング技術を適用でき、ビーム分割器を通るビームの各々のパスに対して、高い精度で伝搬面(即ち、ビーム下流側と偏光方向によって構成される面)を確実に(001)面と平行にできる。
ここ数年、本出願人が利用している一般的な従来技術による線幅狭小化モジュールにおいて、ビーム拡張に使用される3又は4つの直角プリズムが存在するが、ここでは、入射ビーム(レーザ室からに)は、各々のプリズム出口面に対して略垂直方向に出ていく。(線幅狭小化モジュールは、図1の8Bに示されている)。この出口面が(100)面である場合、ビームは、ほぼ<100>方向の結晶を通って伝搬する。前述のBurnettによれば、これによって、完全に位置合わせされていた場合には固有複屈折はゼロになり、また、角変動が最小である限り固有複屈折はゼロに近い。従って、好適な実施形態において、これらのプリズムの出口面は(100)面である必要がある。
CaF2チャンバ窓を方位角によって配向する必要性の発見により、即座にMgF2 C−カット材料で同じ作動を行わせるニーズが示された。本出願人は、MgF2の公知の複屈折性のために、材料がビーム伝搬方向に対して合成角にて配向される場合には、軸外カットのMgF2の「クロッキング」を慎重に配向するニーズに気付いていた。その後、本出願人は、C−カット材料を「クロック」する明確なニーズがあることを理解しており、これは製造時に無くすことが難しい結晶カットにおける小さな角度エラーに起因するものである。結果的に、全てのMgF2部は、C−軸に沿って完全にカットした場合を除き(実際的には保証することが難しいであろう)、高次位相差板として作動する。このような部分が方位角方向に正しく配向されていない場合、材料を通過する伝搬時の正味偏光回転は材料の熱状態に大きく左右され、このことは、本出願において非常に望ましくない負荷サイクル/光学的出力負荷に依存する偏光につながる可能性がある。
前述のように、CaF2光学部品は、主としてArFレーザ及びF2レーザ光経路の高強度部分で使用されている。しかしながら、やはり前述したように、超高フルエンスによる表面損傷は、これらのレーザシステムにおけるCaF2の使用を制限する場合がある。MgF2は、CaF2と同様の損傷は呈しないが、CaF2は非複屈折であり、MgF2は単軸複屈折である。偏光された紫外線は、単軸複屈折結晶のC軸線に対して平行であるか又は垂直である偏光面をもつ必要があり、そうでなければ、入射面からの偏光部の回転が存在することになる。さらに、プリズムは、プリズム面に対する偏光照射の入射角が位置合わせ及び光学系の最適化のために調整される用途でもって使用される場合が多い。これらの制約に対処するために、本出願人は、単軸複屈折MgF2結晶のC軸線が入射ビームと直交すると共に、プリズムの入射面及び出口面と平行である構成を提案している。この場合、図13Aに示すように入射角θを変更しても、偏光状態又はプリズム媒質の屈折率は変化しない。
図1に200で示す自動シャッタモジュールは、パルスエネルギー検出器、較正出力プローブ、及び高速軽量シャッタを含む。図16Aは、モジュールの図を示す。ビームは、202にてモジュールに入り、微量のビームがビーム分割器(図示せず)及びミラー(図示せず)によって光検出器204に反射され、光検出器204は、レーザシステム4を出る際のレーザ光の各々のパルスのパルスエネルギーを測定する。図16Aは、出力プローブのアクチュエータ及びシャッタが配置されるアクチュエータボリューム206を示す。また、図16Aには、アクチュエータシリンダ(Bimbaシリンダと呼ぶ)、タイロッド、リミットスイッチ、シール、プッシュロッド、及び5ポート3ポジション式電磁弁が示されている。
光検出器は、自動シャッタ内の静止位置に取り付けられる。ビーム分割器は、ビームの一部を光検出器に変向させるために使用される。光検出器はビームの一部のみを変向するので、放出間基準でビーム特性を捕捉することができる。検出器の性能は時間的に変わり、その変化を捕捉するために、出力プローブを用い一定間隔で較正が行われる。
図16B、図16E及び図16Fに示す出力プローブ208は、光検出器を較正するためにレーザの放出前にビームの出力を測定する。放出間基準の出力較正は必要ない。出力プローブは、所望であれば、常に出力を測定するためにビーム経路に挿入することができる。出力プローブは、米国オレゴシ州ポートランド所在のMolectron社製Molectron PM−1174が利用され、これはシャッタとの熱境界をもたらすハウジングに再パッケージされる。
シャッタ210は、光がレーザから放出されるのを停止するために使用される。光は、シャッタ内の空洞に入り、出力がニッケルメッキアルミナ表面に吸収される。ニッケルは、優れた出力吸収特性をもつと同時にこの表が本質的に清浄なので使用される。吸収された出力は熱に変換され、フィン境界を介して出力プローブハウジングに伝達される。熱放出を助けるために、フィンの間には穴が開けられており、パージガスが、図16Bの212で示されるN2パージからフィンを通って供給される。
シャッタ及び出力プローブは、図16Bに示すようにレール216及び218上を摺動し、プッシュロッドを介して空圧シリンダに接続される。シャッタには、3位置式Bimbaシリンダ(部品番号CTE−00425−A)を利用し、出力プローブには、2位置式Bimbaシリンダ(部品番号CTE−00426−A)を利用する(米国イリノイ州モニー所在のBimba社)。各々のシリンダにはリターンスプリングが組み込まれており、モジュールへの電力又はガスが供給されなくなった場合には確実に、プローブが挿入されている場合は該プローブを格納位置に戻し、シャッタを閉位置に戻すことでき、レーザの発射時であれば保護及びフェイルセーフ状態を満たすようになっている。
固定エネルギー出力
一般に、利得媒質からシリコンウェーハまでのビーム経路にある全ての光学部品は、各々のパルス及び複数のパルス内の光の強度の関数として経時的に劣化する。しかしながら、過去数年にわたる大きな改良により、その劣化が緩やかであり、一般的に何十億のパルスで測定される。それでも、劣化は、4000Hz、15パーセントの使用率での24時間運転では、リソグラフィシステムが約3週間で10億パルスを蓄積することになるので重要である。以上の理由から、一定のビーム品質を維持することが課題になる可能性がある。これまで、リソグラフィシステムの構成部品の耐用期間にわたって一定のビーム品質を維持しようとする努力は、大部分のレーザ制御機能のレーザ光品質が、出力カプラの直下流のレーザシステム出力部で測定されていたために複雑なものであった。本発明は、スキャナマシンの入力ポートで直接的なパルス間基準のフィードバック制御を行い、レーザシステムの一部としてビーム伝達ユニットを設けることによって、上記の問題を大幅に緩和するものである。好適な実施形態において、ビーム伝達ユニットは、パルス強度を低減すると共にビーム品質を実質的に改善して、最先端のレーザ光源のパルスエネルギーの2、3倍を生成する前述のMOPAシステムと組み合わされる。従って、本構成において本発明は、ビーム経路の長さにわたる光学部品の実質的な劣化にもかかわらず、リソグラフィシステムの耐用期間にわたって一定のビーム品質及び強度でステッパマシンのオペレータの要求を満足する照射を行う。これは、設備寿命の全ての段階で所望の公称性能を実現するように、意図的にレーザシステムを運転することによって達成できる。
意図的にパルスエネルギーを低減する技術としては、放電電圧を低減する、又は、ガス圧又はフッ素濃度を低減するという通常の技術を挙げることができる。特定のエネルギー低減は、これら2つの技術で行うことができるが、利得媒質が飽和範囲を下回る範囲でこれらの技術を利用すると、ビーム品質は悪影響を受けることになる。ビームの減衰は別の可能性である。これは、全ての構成部品が新しい設備寿命の初期の段階においては、最適な品質及び強度以下で照射を行うようにレーザを操作できるが、(所望であれば)品質及び強度値をリソグラフィシステムの耐用期間を通して一定に維持できることを意味している。このアプローチでは、非常に高価なレーザシステムだけではなく、更に高価なステッパマシンの耐用期間を実質的に延ばすことができる。図5は、本出願人が製造及び試験した試作MOPAレーザシステムの場合の充電電圧:パルスエネルギー出力のプロットである。このグラフでは、単に充電電圧を変更するだけで約7mJから30mJの間でレーザシステム出力を変更できることを示している。例えば、公称運転パラメータが15mJである場合、図5のグラフは、レーザシステムには、長い設備耐用期間にわたって光学部品の劣化を補償する余分な能力が十分にあることを示している。ビーム品質を維持しながら(向上さえさせながらが)パルスエネルギーを低減するための別の技術は、少量のキセノンをレーザガスに添加することである。また、本技術分野では、ビーム品質を向上させるために一部に酸素が使用されている。キセノン又は他の希ガス及び酸素といった添加物は、ビーム品質を向上させ、出力を安定化させることが知られているが(米国特許第5,982,800号、米国特許第6,014,398号、米国特許第6,188,710号を参照されたい。これらの特許の開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている)、これらの添加物は、従来、出力を低減するか又は所望のレベルに維持する目的には使用されていなかった。好適な実施形態における最大MOPA出力は、現在の最先端技術によるレーザシステムの最大出力が約10mJであるのに対して、30mJ/パルス(最大約40mJ/パルス)であり、前述の考えを用いれば大きな耐用期間の改善が予想される。
好適な実施形態において、レーザ室の外側のビーム経路の全ての部分は、N2でパージされるが3つの例外がある。(1)線幅狭小化パッケージ及びレーザ室8CとLNPとの間の経路の一部はヘリウムでパージされ、(2)波長及び帯域幅を測定するためのLAM、SAM、及びBAMのエタロン室は密封チャンバであり、(3)前述のように及び以下に説明するように、フッ素含有環境では高パルス強度に晒される一部の光学部品を封じ込める必要があるであろう。図1では、42にパージガス供給部を示すが、パージラインは示されていない。パージ済みビーム経路の優れた例は、米国特許出願番号10/000,991に詳細に説明されており、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。この技術には、振動室と高感度レーザ光学部品との間の接続部での金属ベローズ及び簡易密封式真空高品質シールと、モジュールの素早い分離を可能にして保守又は点検のための素早いモジュール取り外しを可能にする、全ての別個のモジュール間の接続部での真空高品質シールが含まれる。図8Aから図8Eは、LNPからスキャナまでのビーム経路における構成部品の接続を行うのに有用な部品93A、93B、及び93Cを有する、好適な簡易密封式ベローシールユニットを示す。図8C及び図8Eに示すクランプのいずれかを使用して、錫被覆金属Cシールを間に挟んだ状態で部品93A及び93Bを互いに固定できる。図8Dは、組み付けられたシールユニットの一部を切り取ったものを示す。シールユニット内のシールは、好ましくは錫接触層を有する金属「C」シールである。この金属シールは、紫外線を受けても劣化せず、ガスにより汚染されない。ビームラインに沿った全てのモジュールは、0.01sccs未満の全漏れ率にて封じ込められる。パージボリュームへの逆拡散を最小限に抑えるために、全ての排気ラインは、密封マニホールドに至り、密封マニホールドは、逆止弁によって排気を行う。この配置によって、パージボリュームの全体にわたる一定の超過気圧約115kPaが保証される。パージシステム内の「デッドボリューム」(未パージ又は不十分なパージボリューム)を防ぐために、図8Fに示すように、複数の入力/出力パージポートが選択位置に設けられている。レーザ作動時、ビーム経路全体は常に密封及びパージされたままである。ビームラインに沿った種々の場所での位置合わせプロセス時に確実に良好なパージを行うために、位置合わせターゲットは、シールを破壊することなく遠隔制御される公称ビーム位置において取り除くことができる。ビーム位置は、密封式のぞき窓から見ることができる。
酸素等の吸収ガスによる経路の汚染は実質的にビーム品質及びパルスエネルギーに影響を与える場合があるので、レーザ光の品質を確保するためにモニタを設けることが好ましい。複数のパージ経路を設けることが好ましい。流れモニタを使用してパージ流をモニタすることができるが、幾つかの納入業者から入手できるO2モニタ等の他のモニタを設けることもできる。別のビーム経路品質モニタとしては、米国オハイオ州デイトン所在のAudio Products社等の納入業者から入手できるエレクトレット電子マイクを利用する音響モニタを挙げることができる。この形式のモニタについは、米国特許第10,000,991号に説明されており、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。好適な実施形態において、これらのモニタを利用して、ビーム経路パージによってビーム経路の汚染が十分に除去されるまで、リソグラフィオペレータによって運転停止後に製造を遅らせるために使用できる信号を供給する。
集積回路製造の場合、レーザ光のコヒーレンスは望ましくない。特徴的に、エキシマレーザ光のコヒーレンスは弱く、このことはこの光源が集積回路製造に良好である多くの理由のひとつである。しかしながら、ビーム品質の他の面は向上し続けるので、これらのレーザからのレーザ光のコヒーレンスであっても十分に弱くない場合がある。そのことが事実であることが判明すると、コヒーレンス・スクランブラを追加することができる。ビーム経路内の数箇所に追加することができる。有効な場所は、ビーム伝達ユニットではどこでもよいであろう。
図1に示すシステムの数箇所において、光学部品は、所定位置に保持されるか又はOリング又は紫外線下で劣化する他の材料で密封される。レーザ光が光学素子を通過する際に、一部の光が光学部品内で数回内部反射して、最終的には紫外線感応材に吸収されて劣化が引き起こされる。このことは、感応材料と接触状態にある場所での光学部品上にUV遮光性被覆(紫外線による劣化が生じない)を施すことによって回避できる。保護被覆としては、アルミニウム、Al2O3、SCO2を挙げることができる。本出願人は、図1に8Bで示すLNM内でプリズムを所定位置に保持するエポキシ樹脂を保護するために、プリズム底部にアルミニウム被覆を使用した。図1に示すようなLAM7、SAM9、及びBAM38において、エタロンが波長及び帯域幅をモニタするために使用されている。エタロン板は、エタロンアルミニウム製ハウジング内でRTV接着剤の3つの小さな点でもって所定位置に保持される。この接着剤を劣化から保護するために、接着点の場所でのエタロン板の縁部を前述のように被覆する必要がある。
本発明の好適な実施形態において、パルスエネルギー検出器44はスキャナ内のウェーハ面46に設けられている。この検出器からのパルスエネルギー信号は、レーザのエネルギー出力を直接的に制御するためにフィードバックループで使用できる。もしくは、この信号は、ウェーハ面で必要な照射をもたらすことになるBAM又はSAMで測定される際にパルスエネルギーパラメータを決定する目的で使用できる。
本発明の好適な実施形態の出力パルスエネルギーは、現在使用されている最先端のリソグラフィレーザよりも約2倍以上のパルスエネルギーを生成する。繰返し率は、この最先端のレーザと少なくとも同じか又はそれ以上である。これらのパルスエネルギー及び繰返し率は、レーザシステム内及びその下流で使用されるミラー、レンズ、及びプリズムに対して潜在的な危険性をもたらす。これらの構成部品が劣化又は故障した場合、ビーム品質に悪影響を与える。しかしながら、多くのの光学部品がビーム内にある状態では劣化した光学部品を見つけることは難しいであろう。この問題の1つの好適な解決策は、構成部品の温度を簡単にモニタできるように熱電対を光学部品に取り付けることである。
Claims (87)
- 製造ラインマシンのためのモジュール式高フルエンス高繰返し率紫外線レーザシステムであって、
A)1)a)第1のレーザガスと、
b)放電領域を形成する、細長い間隔をあけて設けられた第1の電極対と、
を含む第1の放電室、
2)少なくとも2,000パルス/秒の範囲の繰返し率で作動する際に、各パルスの後で、放電によって生成された実質的に全てのイオンを、次のパルスの前に前記第1の放電領域から除去するために、前記第1の放電領域において前記第1のレーザガスの十分なガス速度を生成するためのガス循環手段、
3)前記第1のレーザガスからレーザガス温度を所望の範囲内に維持するために熱エネルギーを除去することができる熱交換器システム、
4)前記放電領域の直下流の位置で10mJを上回るパルスエネルギー及び1×10-6ワット/cm2を上回る平均パルス強度を生成するのに十分な電気パルスを、前記第1の電極対に供給するパルス出力システム、を備える200nm未満の波長で紫外線レーザ光を生成するためのレーザ源と、
B)パルスエネルギー密度を25×10-6J/cm3未満に低減するための少なくとも1つの結晶フッ素光学部品を有するパルスエネルギー密度低減光学部品と、
を備えることを特徴とするシステム。 - 前記パルス出力システムは、15mJを超えるレーザパルス平均パルスエネルギーを生成するのに十分な電気パルスを供給することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記放電領域の直下流の前記レーザパルスは、1.8×106ワット/cm2を上回る平均パルス強度を有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記放電領域の直下流の前記レーザパルスは、2.75×106ワット/cm2を上回る平均パルス強度を有することを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記放電領域の直下流の前記レーザパルスのパルス出力は、7.5×105ワット/cm2を超えることを特徴とする請求項4に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの結晶フッ素光学部品は、各々がフッ化カルシウムで構成された複数の光学部品であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、フッ素ガスを含む封入室に封じ込まれた少なくとも1つの結晶フッ素光学部品を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記封入室は、前記第1の放電室であることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 拡張器は、前記第1の放電室下流の下流側封入室に封じ込まれることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの結晶フッ素光学部品は、少なくとも1つのプリズムビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記フッ素ガスは、ガス混合体であり、前記混合体の0.1パーセント未満を占めることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記フッ素ガスは、前記混合体の4ppm未満を占めることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 前記フッ素ガスは、前記混合体の0.8ppm未満を占めることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、パルス伸張器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の放電領域において増幅用シード光を生成するための、第2の放電室及び光学部品を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記下流側封入室は、フッ素を含むパージガスでパージされることを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記フッ素は、F2ガスの形態であることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
- 前記フッ素は、フッ素を含むガス分子化合物の形態であることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
- 前記分子化合物は、NH4F.HF、SF6、CCl3F、C2C12F4、SiF4、SF4、NF3、及びCOF2から成るグループから選択されることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
- 前記分子化合物は、SiF4であることを特徴とする請求項19に記載のシステム。
- 前記SiF4は、ヘリウムと一緒に混合体に含有され、前記SiF4濃度は、1.0ppm又はそれ以上であることを特徴とする請求項20に記載のシステム。
- 前記結晶フッ素光学部品は、強い紫外線レーザパルスによって引き起こされる表面損傷を防ぐための保護被覆を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記被覆は、トラップされたフッ素原子を含むことを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記被覆は、酸化フッ素珪素から成ることを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記結晶フッ素光学部品は、第1の面がフッ素ガスに晒され、第2の表面はフッ素ガスに晒されず、前記保護被覆は、前記第2の表面に施され、前記第1の面には施されないことを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記結晶フッ素光学部品は、MgF2から成ることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの結晶フッ素光学部品は、レーザチャンバ窓ハウジング内に配置されているCaF2プリズムビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記プリズムビーム拡張器は、第1のプリズム及び第2のプリズムを形成する2プリズムビーム拡張器であることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- 前記第2のプリズムは、窓ユニットの一部であり、前記第2のプリズムは、前記放電室の出力窓として機能することを特徴とする請求項28に記載のシステム。
- 前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、前記第1の放電領域の第1の端部近傍に前記シード光を集束させるための光学部品を備え、前記放電領域を通って最終パスで増幅されながら拡張されるビームを生成するようになっていることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は、前記第1の放電領域の少なくとも20cm下流に配置される出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備えることを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は、前記第1の放電領域の約55cm下流に配置される出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備えることを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記第1の放電領域は、前記細長い第1の電極対の間の中央位置に沿って配置される放電方向を有し、前記シード光は、前記第1の放電領域を通る2つのパスを成し、前記第1のパスは、前記放電方向に対して傾斜して交差する経路を有し、前記放電領域を通る前記最終パスは、前記放電方向に沿うことを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は、下流面を形成するCaF2出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備え、前記ユニットは、前記出力ビームの十分な自然拡散を可能にするように細長く、前記出力チャンバ窓の前記下流面上の表面損傷を防止するのに十分なように、前記パルスエネルギー密度を十分低減するために前記ビーム断面を大きくするようになっていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの結晶フッ素光学部品は、前記窓の表面の法線が、前記第1の放電領域を出る前記レーザ光の方向に対して約70°の角度を成すように配向されたCaF2出力窓であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は、下流面を形成するMgF2出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備え、前記ユニットは、前記出力ビームの十分な自然拡散を可能にするように細長く、前記出力チャンバ窓の前記下流面上の表面損傷を防止するのに十分なように、前記パルスエネルギー密度を十分低減するために前記ビーム断面を大きくするようになっていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記結晶フッ素光学部品は、表面損傷を防止するのに十分なように結晶表面上の欠陥及び粗度を小さくするために、研磨化合物、研磨力、及び研磨工具を使用して研磨されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の室及び前記第2の室は、MOPAレーザシステムを形成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記第1の室及び前記第2の室は、MOPOレーザシステムを形成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも10mJのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも15mJのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも30mJのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも40mJのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 出力パルスの持続時間を長くして伸張パルスを形成するパルス伸張器を更に備え、前記伸張パルスのTISは、前記第1の放電領域からの伸張不可能なパルスに比べて少なくとも2倍になっていることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記パルス伸張器は、前記伸張パルスの異なる部分の変動拡散を最小限に抑えるための集束手段を備えることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記パルス伸張器は、ビーム分割器と、2つは集束ミラーであり2つは視準ミラーである4つミラーとを備えることを特徴とする請求項44に記載のシステム。
- 前記ビーム分割器は、入射レーザ光の約60パーセントを反射するように被覆され配向されることを特徴とする請求項46に記載のシステム。
- 前記ビーム分割器は、CaF2から成ることを特徴とする請求項45に記載のシステム。
- 前記ビーム分割器は、前面及び後面が主結晶立方面に対して平行にカットされ、前記ビーム分割器を通る全ての伝搬の方向が主結晶立方面に対して平行に配向されていることを特徴とする請求項46に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの結晶フッ素光学部品は、ビーム断面を4倍に拡大するための2プリズムCaF2ビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 少なくとも1つのTIRプリズムと、少なくとも1つのTIRビーム反転器を備えるリレー光学部品を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は電力増幅器であり、更に、前記電力増幅器の前記第1の放電領域を通る2つのパスの前記シード光を供給するためのリレー光学部品を備えることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記リレー光学部品は、少なくとも2つTIRプリズム及び少なくとも1つのTIRビーム反転器を備えることを特徴とする請求項51に記載のシステム。
- 前記少なくとも2つTIRプリズムの両方は、前記シード光の位置合わせのために、チップチルト調整が可能であることを特徴とする請求項53に記載のシステム。
- 前記TIRプリズムの少なくとも1つは、入射ビームに対して約1°だけ傾動されることを特徴とする請求項53に記載のシステム。
- 前記システムは、約193nmの波長で作動するArFレーザシステムであり、前記第1のレーザガスは、アルゴン、フッ素、及び少なくとも1つのバッファガスを含むことを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、約157nmの波長で作動するフッ素レーザシステムであり、前記第1のレーザガスは、フッ素及びバッファガスを含むことを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 製造ラインマシンのビーム入力ポートまでの封入ビーム経路を有するビーム伝達ユニットを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記製造ラインマシンは、集積回路製造ラインの一部であるリソグラフィマシンであることを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 前記製造ラインマシンは、スキャナマシンであることを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 前記ビーム伝達ユニットは、チップチルトでもってミラー位置を制御するための制御装置を有する2つのビーム照準ミラーユニットを備えることを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 前記制御装置は、各々のミラーに対して少なくとも1つの圧電駆動ユニットを備えることを特徴とする請求項61に記載のシステム。
- 前記2つのビーム照準ミラーの各々のための前記制御装置は、ピコモータステアリングユニットを更に備えることを特徴とする請求項61に記載のシステム。
- 前記圧電駆動ユニットの各々は、壁面にカットされた撓み部を有する金属ケーシング内に取り付けられることを特徴とする請求項62に記載のシステム。
- 前記ビーム伝達ユニットは、前記製造ラインマシンの前記ビーム入力ポート近傍に配置されるビーム安定化モジュールを更に備え、前記ビーム安定化モジュールは、前記レーザ光の水平角、垂直角、水平位置、垂直位置を前記入力ポートの位置又は前記入力ポート近傍でモニタするための、少なくとも1つのフォトダイオードアレイを備えることを特徴とする請求項62に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのフォトダイオードアレイは、4つの別個のフォトダイオードアレイであることを特徴とする請求項65に記載のシステム。
- 前記ビーム安定化モジュールからの信号は、前記ビーム照準ミラーユニットについての前記制御装置にフィードバック情報をもたらすことを特徴とする請求項65に記載のシステム。
- 前記レーザ光は、前記第1の放電室下流の全ての位置での偏光方向を規定し、前記パルス伸張器及び前記ビーム伝達ユニットの全てのミラーは、各々のミラーのS偏光方向が前記ミラーに入射する前記ビームの前記偏光方向に一致するように配向されることを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 前記システムは、少なくとも1つのCaF2結晶窓カットを備え、レーザ光が<100>、<010>、又は<001>方向に沿って前記窓を横切るようになっており、前記窓は、偏光面が<100>、<010>、又は<001>方向の1つと平行であるようにクロック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。
- 前記第1の放電領域を出射する前記レーザ光を操作するために利用される全てのCaF2及びMgF2光学部品は、取り付け前にクロック位置の関数としてその複屈折を決定するためにクロックされ、前記レーザ光の偏光回転が最小になるように選択された位置に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 少なくとも1つのTIR回転プリズムと少なくとも1つのビーム反転プリズムとを更に備え、各々は、前記レーザ光が<100>、<010>、又は<001>方向の結晶軸に沿って2つの方向で前記少なくとも1つのTIR回転プリズム及びビーム反転プリズムの各々を横切るように配向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。
- 前記ビーム分割器は、(100)、(010)、(001)結晶面に平行な前面及び後面カットを有するCaF2であり、前記ビーム分割器は、前記ビーム分割器を横切るレーザ光の各々の部分の伝搬面が(100)、(010)、又は(001)結晶面に平行に前記ビーム分割器を横切るように配向されることを特徴とする請求項46に記載のシステム。
- 前記第2の放電室で生成されたレーザ光のスペクトル帯域幅を狭くするための線幅狭小化ユニットを更に備え、前記線幅狭小化ユニットは、多重プリズムビーム拡張器を備え、前記多重プリズムビーム拡張器内の各々のプリズムは、(100)、(010)、又は(001)結晶面の少なくとも1つの表面カットを備え、前記第2の放電室から線幅狭小化格子に向かって横切るレーザ光が前記(100)、(010)、又は(001)面に対してほぼ垂直にプリズムを出ていくように配向されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記第1の放電室は、最小の偏光回転をもたらすクロック位置を決定するためにクロックされる、CカットMgF2から成る窓を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 少なくとも1つの単軸複屈折結晶プリズムを更に備え、前記プリズムのC軸は、前記入射ビーム方向が前記C軸と直交するように配向され、前記入射ビームの偏光状態は、前記プリズムの入射面に対してP−偏光又はS−偏光されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 高速水冷式シャッタ・エネルギー検出器モジュールを更に備え、前記モジュールは、検出器フィンを含む水冷式エネルギー検出器と、シャッタフィンを含む高速シャッタと、制御装置とを有し、前記制御装置は、
a)前記レーザ光のエネルギーをモニタするためにレーザ光の経路内に前記検出器を配置し、
b)前記レーザ光を阻止するためにレーザ光の経路に前記シャッタを配置する、
ようになっており、前記シャッタフィンは、前記検出器と組み合わされて、前記シャッタから、前記検出器を冷却している冷却水への熱伝達をもたらすようになっていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - ほぼ一定のエネルギー出力を何十億のレーザパルスにわたって供給するために、レーザシステム耐用期間全体にわたってほぼ減少する低減度で、レーザシステム耐用期間の初期に前記レーザ光の出力エネルギーを実質的に低減するための減衰手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザシステムの出力ビームのパルスエネルギーを低減するために、前記レーザガスに意図的に追加された不純物を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記密封されたビーム経路を1つ又はそれ以上のパージガスでパージするためのビーム経路パージシステムを更に備えることを特徴とする請求項58に記載のシステム。
- 前記パージガスは、窒素を含むことを特徴とする請求項79に記載のシステム。
- パージガスを排気して連続的なパージ超過気圧を保証するようになった逆止弁を備え、密封マニホールドにつながる複数の排気ラインを更に備えることを特徴とする請求項80に記載のシステム。
- 前記パージ超過気圧を失うことなくビーム位置合わせを行うための位置合わせ手段を更に備えることを特徴とする請求項80に記載のシステム。
- レーザ光吸収材をモニタするためのビーム経路モニタを更に備えることを特徴とする請求項79に記載のシステム。
- レーザ光コヒーレンスを低減するためのビームプロファイルフリップ手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記結晶フッ素光学部品の少なくとも1つは、UV劣化を受ける劣化性材料に接触する表面に施されるUV遮光性保護被覆を備え、前記保護被覆は、前記劣化性材料をUV照射から保護することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記保護被覆は、Al2O3、SCO2から成るグループから選択され、前記劣化性材料は、エポキシ樹脂又はOリングであることを特徴とする請求項85に記載のシステム。
- 光学素子に取り付けられた熱電対を備える光学部品モニタを更に備え、前記光学部品の異常な温度上昇を検出することによって光学素子不良を検出するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
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