JP2005525001A - ビーム伝達及びビーム照準制御を備えるリソグラフィレーザ - 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。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に対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2003年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ている。現在、2000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、
(1)各電極の両端に約100パルスから2500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)、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、狭帯域「シード」光が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、第1の利得媒質内に超狭帯域光をもたらすように設計され、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、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の部屋に設置することができる。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、これは、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よく知られている技術である。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。
図1は本発明の第1の好適な実施形態を示す。本実施形態において、193nm紫外線レーザ光は、日本のキャノン社又はニコン社、又はオランダのASML社から供給されるものの1つといったスキャナリソグラフィマシン2の入口ポートに供給される。この場合、レーザシステム4の主構成部品は、スキャナが設置されたデッキの下側に設置される。本実施形態は、特殊なリレー光学部品、パルス伸張器、及びビーム伝達ユニット6を備えたMOPAレーザシステムを含み、ビーム伝達ユニットは、レーザ光をスキャナの入口ポートに伝達するための封入ビーム経路を備える。ビーム伝達ユニットは、ビーム減衰器、フィードバック制御をもつ自動ビーム位置合わせ手段、及び据え付け時及びメンテナンス時の構成部品の位置合わせを行う特殊な位置合わせ機構に関する装置を含む。
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を含み、MOPAシステムとして知られているレーザシステムの一種である。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1つ又はそれ以上の水冷フィン付き熱交換器を備える。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、空洞共振器がなく主発振器のものよりもガス圧力が高い。このMOPA構成により、主発振器は、波長安定性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、超狭帯域幅をもたらすことができるが、電力増幅器は、出力を最大にする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から最大30mJ/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、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。
ビーム経路
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。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OPuSモジュール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が示されている。
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。光学部品の損傷は、レーザパルスの強度(即ち、光出力(エネルギー/時間)/cm2又はmJ/ns−cm2)の増大に伴って大きくなることが知られている。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20nmであり、5mJビームであれば約0.25mJ/ns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0.5mJ/ns(約0.5×106ワット/秒と同じ)になるが、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。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の伸張部分は、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。
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、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、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られる。
本出願人は試作BDUを実際に製作して試験した。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及び図10F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、エネルギー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約2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が同時にガス圧又はフッ素濃度を低減する通常の技術を挙げることができる。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。好適な実施形態におけるMOPA出力は、現在の最先端技術によるレーザシステムの出力が約10mJであるのに対して、30mJ/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。
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。
好適な実施形態において、特殊な減衰器はビーム伝達ユニットに収容されており、任意の場所で3%から90%伝達の範囲でビームの減衰を制御する。減衰器は、ビーム伝達ユニット6の好都合な任意の場所に配置することができる。パージビームラインの所定位置に固定できるモジュール式ユニットとして配置されることが好ましい。
光学モジュール内の光学部品を位置合わせする、従来の光学位置合わせ技術は、光学顕微鏡又は類似のツールを用いて光学経路を直接観測して、光学部品の位置合わせを行うものであった。本出願人は、ビーム経路に進入することなく光学部品の位置合わせを可能にする技術を開発した。光学モジュール内の光学部品は、モジュール外面の特定の基準点又は目標に対して正確に位置合わせされる。光学モジュールは基準目標に固定され、光学モジュールは、トータルステーション形式測量機器又は他の経緯儀等の精密な測量機器を用いて予め構築された光学系レイアウトに基づいて、約0.25mmの精度でもって正確位置合わせされる。
1.最初に、トータルステーション399をレーザの光学上の出口位置に配置する。この位置は、トータルステーションを用いて記録し、図12Aに400で示すように、大域座標系において点(0,0,0)と定義する。
2.3個又はそれ以上の固定基準目標の位置を、トータルステーションを用いて位置付けして測定する。これらの固定基準目標は、図12Aの402A、402B、及び402Cに示すように、室内で恒久的な不動の目標(典型的に直接、壁、床、又は天井)である必要がある。基準目標位置を記録した状態で、トータルステーションは必要であれば移動させて再設定することができる。
3.位置合わせが必要なモジュール上の目標点の位置を、システムの3D CADモデルから取り込む。モデルの基点(即ち、点(0,0,0))は、ステップ1で定義した光学上の出口位置に対応する必要がある。
4.図12Bに示すように、モジュール目標点の空間上の実位置を、トータルステーションで計測する。
5.各々の目標点の測定点(ステップ4から)を、トータルステーションのソフトウェアを用いて対応する点(ステップ3から)の設計位置と比較する。
6.測定位置と設計位置との間のいかなる差異も、モジュールを移動させることで補正する。移動距離はトータルステーションのソフトウェアから得る。
7.モジュールが所定の精度内(典型的に0.25mm)に位置合わせされるまで、ステップ4から6を繰り返す。
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。
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4のミラー60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6のミラー60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。
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2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ること、及び(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ることである。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。
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。
本発明の好適な実施形態において、図1に示すように、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。
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。
本出願人が製作して試験した製造準備が完了した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。
Claims (45)
- 製造ラインマシン用モジュール式狭帯域高繰返し率紫外線レーザ光源であって、
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/秒又はそれ以上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第1の熱交換器システム、
4)約5mJを超える正確に制御されたパルスエネルギーでもって、約2,000パルス/秒又はそれ以上の繰返し数でレーザパルス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ように構成されているパルス出力システム、を備える第1のレーザユニットと、
B)前記レーザ光出力ポートから前記製造ラインマシンのレーザ光入力ポートまでのビーム経路をもたらすビーム経路エンクロージャ構造体を有する、ビーム伝達ユニットと、
C)前記入力ポートで前記レーザ光の位置及び角度を制御するためのフィードバック制御を有するビーム照準手段と、
D)前記2室レーザシステムで生成されたレーザ出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域を測定し、前記フィードバック制御装置における前記レーザ出力パルスを制御するための、レーザ光測定及び制御システムと、
E)前記ビーム経路エンクロージャ構造体をパージするためのパージ手段と、
を備えることを特徴とするレーザ光源。 - 前記繰返し率は、4,000Hz又はそれ以上であり、前記レーザパルスの繰返し数は、4,000Hz又はそれ以上であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 前記光源は、第2の放電室を更に備え、前記第1の放電室及び前記第2の放電室MOPA構成でもって構成されていることを特徴とする請求項2に記載のレーザ光源。
- レーザパルス継続時間を延ばすパルス伸張器を更に備えることを特徴とする請求項3に記載のレーザ光源。
- 前記パルス継続時間は、少なくとも2倍に延ばされることを特徴とする請求項4に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム伝達ユニットは、前記ビーム経路の一部を隔離して光学部品の保守点検を可能にするが、ビーム経路の別の部分を実質的に清浄状態に保つようになっている、隔離シャッタユニットを備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- プロファイルフロッピング・コヒーレント・スクランブラを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム照準手段は、2つの高速ステアリングミラーを備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 前記高速ステアリングミラーは、PZT駆動モータであることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、ビーム角を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と、ビーム位置を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とを備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム位置及び垂直方向のビーム位置の両方をモニタするための単一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1に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム角及び垂直方向のビーム角の両方をモニタするための単一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1に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、可変減衰器を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 前記可変減衰器は、自動制御のためのフィードバック制御を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源。
- 超狭帯域2室高繰返し率ガス放電レーザシステムであって、
A)1)c)第1のレーザガスと、
d)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4,000パルス/秒又はそれ以上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、第1のファン、
3)前記第1のレーザガスから少なくとも16kwの熱エネルギーを除去することができる第1の熱交換器システム、
4)前記第1の放電室で生成された光パルスのスペクトル帯域幅を狭小化するための線幅狭小化ユニット、を備える第1のレーザユニットと、
B)1)第2のレーザガスと、
2)放電領域を形成する、細長い間隔をあけて設けられた第2の電極対と、
3)少なくとも4,000パルス/秒又はそれ以上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2の放電領域から除去するために、前記第2の放電領域において前記第2のレーザガスの十分なガス速度を生成するための、第2のファンと、
4)前記第2のレーザガスから少なくとも16kwの熱エネルギーを除去することができる第2の熱交換器システムと、を備える第2の放電室と、
C)約5mJを超える正確に制御されたパルスエネルギーでもって、約4,000パルス/秒又はそれ以上の繰返し数でレーザパルスを生成するのに十分な電気パルスを前記第1の電極対及び第2の電極対に供給するように構成されているパルス出力システム、
D)前記増幅された出力ビームにおける前記レーザパルスのパルス継続時間を延ばすためのパルス伸張器と、
E)前記第1のレーザユニットによって生成されたレーザビームを、前記第2の放電室を経由して導き、増幅された出力ビームを生成するようになっているリレー光学部品と、
F)前記パルス伸張器から前記リソグラフィマシンのレーザ光入力ポートまでのビーム経路をもたらすビーム経路エンクロージャ構造体を有し、前記入力ポートで前記レーザ光の位置及び角度を制御するためのフィードバック制御を有するビーム照準手段を備える、ビーム伝達ユニットと、
G)前記2室レーザシステムで生成されたレーザ出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域を測定し、前記フィードバック制御における前記レーザ出力パルスを制御するための、レーザ光測定及び制御システムと、
を備えることを特徴とするシステム。 - 前記ビーム伝達ユニットを窒素でパージするためのパージ手段を更に備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム伝達ユニットは、前記ビーム経路の一部を隔離して光学部品の保守点検を可能にするが、ビーム経路の別の部分を実質的に清浄状態に保つようになっている、複数のビーム経路の隔離シャッタを更に備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム伝達ユニットは、レーザ光の97%のS偏光反射をもたらすように配置されたミラーを備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム伝達ユニットは、約90°だけレーザ光の方向を変更するように構成された2つのプリズムを備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 結合ビーム経路は、前記第1のレーザユニットに形成されるレーザ光の経路の結合によって形成され、前記リレー光学部品によって導かれ、前記第2のレーザユニットで増幅され、前記パルス伸張器でパルス伸張され、前記ビーム伝達ユニットによって伝達され、更に、さもなければ露出される前記ビーム経路の各部を取り囲むビーム経路エンクロージャ構成部品を備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 1つ又はそれ以上のパージガスを用いて、前記密封構造体にて封じ込まれていない前記ビーム経路の全ての部分のパージするパージシステムを更に備えることを特徴とする請求項13に記載のレーザ光源。
- 前記リレー光学部品は、前記第1のレーザユニットから前記第2の放電室を通る、出力パルスの2つのパスをもたらす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。
- プロファイルフロッピング・コヒーレント・スクランブラを更に備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ光源。
- 前記ビーム照準手段は、2つの高速ステアリングミラーを備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ光源。
- 前記高速ステアリングミラーは、PZT駆動モータであることを特徴とする請求項24に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、ビーム角を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と、ビーム位置を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とを備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム位置及び垂直方向のビーム位置の両方をモニタするための単一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15に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム角及び垂直方向のビーム角の両方をモニタするための単一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15に記載のレーザ光源。
- 前記フィードバック制御は、可変減衰器を備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ光源。
- 前記可変減衰器は、自動制御のためのフィードバック制御を備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ光源。
- 光源から製造ラインマシンに光ビームを伝達するためのビーム伝達ユニットであって
A)レーザ光出力ポートから製造ラインマシンのレーザ光入力ポートからまでのビーム経路をもたらすビーム経路エンクロージャ構造体と、
B)前記入力ポートで前記レーザ光の位置及び角度を制御するためのフィードバック制御を有するビーム照準手段
C)前記2室レーザシステムで生成されたレーザ出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域を測定し、前記フィードバック制御装置における前記レーザ出力パルスを制御するための、レーザ光測定及び制御システムと、
D)前記ビーム経路エンクロージャ構造体をパージするためのパージ手段と、
を備えることを特徴とするユニット。 - 前記光源はガス放電レーザシステムであることを特徴とする請求項31に記載のユニット。
- 前記光源はMOPAレーザシステムであることを特徴とする請求項32に記載のユニット。
- 前記ビーム伝達ユニットは、前記ビーム経路の一部を隔離して光学部品の保守点検を可能にするが、ビーム経路の別の部分を実質的に清浄状態に保つようになっている、隔離シャッタユニットを備えることを特徴とする請求項31に記載のユニット。
- プロファイルフロッピング・コヒーレント・スクランブラを更に備えることを特徴とする請求項31に記載のユニット。
- 前記ビーム照準手段は、2つの高速ステアリングミラーを備えることを特徴とする請求項31に記載のユニット。
- 前記高速ステアリングミラーは、PZT駆動モータであることを特徴とする請求項36に記載のユニット。
- 前記フィードバック制御は、ビーム角を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と、ビーム位置を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とを備えることを特徴とする請求項36に記載のユニット。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム位置及び垂直方向のビーム位置の両方をモニタするための単一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36に記載のユニット。
- 前記フィードバック制御は、水平方向のビーム角及び垂直方向のビーム角の両方をモニタするための単一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36に記載のユニット。
- 前記フィードバック制御は、可変減衰器を備えることを特徴とする請求項36に記載のユニット。
- 前記可変減衰器は、作動方向に枢動可能な2組の櫛部セットを備えることを請求項14に記載の光源。
- 前記2組の櫛部デットの枢軸を制御するためのフィードバック制御要素を更に備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ。
- 前記ビーム伝達ユニットは、ビーム回転モジュール内に配置されている少なくとも2組の光学ビーム回転要素セットを備え、前記ビーム回転要素の各々は、少なくとも3つの測量基準目標を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。
- 前記ビーム回転モジュールを位置合わせするための測量機器を更に備えることを特徴とする請求項17に記載のレーザ。
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