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

Abstract

本発明は、製造ラインマシンへのビーム伝達手段を有するモジュール式高繰返し率紫外線ガス放電レーザ源を提供する。本システムは、レーザ光を製造ラインマシンの入口ポートといった所望の位置にレーザ光を伝達するための照準制御装置を有する封入されパージされたビーム経路を含む。好適な実施形態は、ビーム減衰のための装置、自動フィードバックビーム位置合わせのための装置、及び据え付け時及びメンテナンス時に光学モジュールを正確に位置決めするための装置を含む。好適な実施形態において、製造ラインマシンは、リソグラフィマシンであり、２つの別個の放電室が設けられており、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である。このＭＯＰＡシステムは、類似の１室レーザシステムの約２倍のパルスエネルギーを出力できビーム品質を大幅に向上させる。出力パルス長を２倍以上にするパルス伸張器によって、従来技術によるレーザシステムに比べてパルス出力（ｍＪ／ｎｓ）の低減がもたらされる。この好適な実施形態によれば、リソグラフィシステムのウェーハ面に、実質的な光学部品の劣化にもかかわらずリソグラフィシステムの耐用期間の全体にわたってほぼ一定の照射を行うことができる。

Description

本発明は、２００２年９月２５日に出願された米国特許出願番号１０／２２５，８０６、２００２年８月３０日に出願された米国特許出願番号１０／２３３，２５３、２００２年５月７日に出願された米国特許出願番号１０／１４１，２１６、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願番号１０／０３６，６７６、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願番号１０／０３６，７２７、米国特許第６，５３５，５３１号である２００１年１１月２９日に出願された米国特許出願番号１０／００６，９１３、２００１年１１月１４日に出願された米国特許出願番号１０／０００，９９１、２００１年８月２９日に出願された米国特許出願番号０９／９４３，３４３、２００１年５月１１日に出願された米国特許出願番号０９／８５４，０９７、米国特許第６，５４９，５５１号である２００１年５月３日に出願された米国特許出願番号０９／８４８，０４３、米国特許第６，５０４，８６０号である２００１年４月１８日に出願された米国特許出願番号０９／８３７，１５０、２００１年４月９日に出願された米国特許出願番号０９／８２９，４７５、及び２００１年１月２９日に出願された米国特許出願番号０９／７７１，７８９の一部継続出願である２００３年４月２９日に出願された米国特許出願番号 ／ の優先権を請求し、更に２００３年１月２８日に出願された米国仮出願番号６０／４４３，６７３の優先権を享受するものであり、これら全て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る。本発明は、半導体回路製造用光源、特に、半導体回路製造用ガス放電レーザリソグラフィ光源に関する。

放電ガスレーザ
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
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。

これらのエキシマレーザは、集積回路リソグラフィに使用する場合、一般的に、時間当たり何千個もの高価な集積回路を「２４時間体制」で製造する集積回路製造ラインで稼働するので、休止時間は非常に不経済なものになり兼ねない。この理由で、構成部品の大半は、数分以内に交換可能なモジュールにまとめられている。一般的に、リソグラフィに使用されるエキシマレーザは、出力ビームの帯域を１ピコメートルまで狭くする必要がある。この「線幅狭小化」は、一般的に、レーザの空洞共振器の背部を形成する線幅狭小化モジュール（ＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザの場合「線幅狭小化パッケージ」又は「ＬＮＰ」と呼ぶ）において達成される（線幅選択ユニット「ＬＳＵ」はＦ₂レーザにおいて狭スペクトル帯域幅を選択するために使用される）。ＬＮＰは、プリズム、ミラー、及び格子等の精巧な光学部品を備えている。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されている放電ガスレーザは、電気パルス出力システムを利用して２つの細長い電極間に放電を引き起こすようになっている。このような従来技術によるシステムにおいては、直流電源装置は、各々のパルスに関して、「充電コンデンサ」又は「Ｃ₀」と呼ばれるコンデンサバンクを「充電電圧」と呼ばれる所定の制御電圧まで充電する。この充電電圧値は、従来技術による装置では約５００ボルトから１０００ボルトの範囲である。Ｃ₀が所定電圧まで充電された後に、半導体スイッチを閉じると、Ｃ₀に蓄積された電気エネルギーは、一連の磁気圧縮回路及び変成器を通って瞬時にリンギングされ、各電極の両端に約１６，０００ボルト（又はそれ以上）の範囲の高電圧電位が生じ、約２０ｎｓから５０ｎｍ持続する放電を引き起こすようになっている。

リソグラフィ光源の大きな進展
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。

１９８９年から２００１年までの間に、これらのレーザの出力電力は徐々に大きくなり、パルスエネルギー安定性、波長安定性、及び帯域幅に関するビーム品質仕様もますます厳しくなってきている。集積回路製造で広く使用されている一般のリソグラフィレーザモデルの作動パラメータとしては、８ｍＪのパルスエネルギー、２，５００パルス／秒のパルス繰返し率（最大約２０ワットまでの平均ビーム電力を供給）、約０．５ｐｍ半値全幅（ＦＷＦＭ）の帯域幅、及び±０．３５パーセントでのパルスエネルギー安定性等を挙げることができる。

シード光注入
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。

リソグラフィマシンの光源からの隔離
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。

約４，０００パルス／秒又はそれ以上の範囲の繰返し率で作動し、リソグラフィマシンが必要とする波長、帯域幅、パルスエネルギー、ビーム照準角、ビーム位置、及び断面プロファイルを含むレーザ光品質パラメータを有するリソグラフィマシンの入口ポートでレーザ光を供給する、パルスガス放電レーザに関する優れたレーザ設計が必要とされる。

米国特許第５，０２３，８８４号公報 米国特許第６，４６６，３６５号公報

本発明は、製造ラインマシンへのビーム伝達手段を有するモジュール式高繰返し率紫外線ガス放電レーザ源を提供する。本システムは、レーザ光を製造ラインマシンの入口ポートといった所望の位置にレーザ光を伝達するための照準制御装置を有する封入されパージされたビーム経路を含む。好適な実施形態は、ビーム減衰のための装置、自動フィードバックビーム位置合わせのための装置、及び据え付け時及びメンテナンス時に光学モジュールを正確に位置決めするための装置を含む。好適な実施形態において、製造ラインマシンは、リソグラフィマシンであり、２つの別個の放電室が設けられており、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である。このＭＯＰＡシステムは、類似の１室レーザシステムの約２倍のパルスエネルギーを出力できビーム品質を大幅に向上させる。出力パルス長を２倍以上にするパルス伸張器によって、従来技術によるレーザシステムに比べてパルス出力（ｍＪ／ｎｓ）の低減がもたらされる。この好適な実施形態によれば、リソグラフィシステムのウェーハ面に、実質的な光学部品の劣化にもかかわらずリソグラフィシステムの耐用期間の全体にわたってほぼ一定の照射を行うことができる。

第１の好適な実施形態
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。

ＭＯＰＡ
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。

リレー光学部品
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。

好適な実施形態において、主発振器線幅狭小化モジュール及び出力カプラ内の光学部品は、背景技術の部分で言及されている従来技術に説明されている従来技術によるリソグラフィレーザ光源の構成部品と実質的に同一である。線幅狭小化モジュールは、３又は４プリズムビーム拡張器、超高速応答調整ミラー、及びリットロウ（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で配置された格子を含む。出力カプラは、ＫｒＦシステムの場合には出力ビームの２０パーセント、ＡｒＦの場合には約３０パーセントを反射して残りを通過させる部分反射ミラーである。主発振器８の出力は、ラインセンタ解析モジュールＬＡＭ７でモニタされ、ＭＯ ＷＥＢ２４に向かう。ＭＯ ＷＥＢは、完全内部反射（ＴＩＲ）プリズム及び出力ビーム１４ＡをＰＡ ＷＥＢに正確に導くための位置合わせ構成部品を含む。ＴＩＲプリズムは、一般に高強度紫外線の下で劣化する反射被覆を必要とすることなく、９０パーセントを超える効率でレーザ光を９０°回転させることができる。もしくは、図３Ｅに示すように、ＴＩＲプリズムの代わりに耐久性の高い高反射被覆を有する第１の表面ミラーを使用することもできる。

ＰＡ ＷＥＢ２６は、図３Ｃから図３Ｆに示すようなＴＩＲプリズム２６Ａ、及び電力増幅器利得媒質を通る第１のパスにレーザ光１４Ａを導くための位置合わせ構成部品（図示せず）を含む。もしくは、前述のように、高反射被覆を有する第１の表面ミラーをＴＩＲプリズムの代わりに使用することもできる。ビーム反転モジュール２８は、図３Ｂ−Ｄに示す２反射ビーム反転プリズム２６Ｂを含み、これは図３Ａに示す１反射プリズム２８と同様に、完全内部反射に依存するので光学的被覆は不要である。Ｐ偏光ビームがプリズムに出入りする面は、反射損失を最小限に抑えてプリズムをほぼ１００％の効率にするためにブルースター角で配向される。

ビーム反転モジュール２８での反転後、部分的に増幅されたビーム１４Ａは、電力増幅器１０内の利得媒質を通る別のパスを形成し、電力増幅器出力ビーム１４Ｂとしてスペクトル解析モジュール９及びＰＡ ＷＥＢ２６から出ていく。この実施形態において、電力増幅器１０を通るビーム１４Ａの第２のパスは、電力増幅器放電室内の細長い電極と正確に一直線になっている。第１のパスは、第２のパスの経路に対して約６ミリラジアンの角度の経路をたどり、第１のパスの第１の経路は、利得媒質の両端の間の中間点で利得媒質の中心線と交差する。図３Ｃ及び図３Ｄは、電力増幅器を通るビーム１４Ａの経路の側面図及び平面図である。ビーム反転プリズム２８Ａの設計及び位置決めは、図３Ｂに示すように角度β及び空間オフセットｄに対応する必要がある点に留意されたい。この実施形態において、βは６ミリラジアンであり、ｄは５ｎｍに等しい。

図３Ｅ（側面図）及び３Ｆ（平面図）は、電力増幅器ＷＥＢモジュール内の特定の光学部品の別の重要な特徴を示す。側面図において、「ＰＡへ」のビームは、「ＰＡから」のビームの上側に示されていることに留意されたい。これは両方のビームを側面図に示すために行われている。（実際には両ビームは同じ高さにあるので、「ＰＡから」のビームを正しい高さに図示すると「ＰＡから」のビームは「ＰＡへ」のビームを遮ることになる）。図３Ｆに示すように、「ＰＡから」のビームは、ＴＩＲプリズム２６近傍を通過し、出射孔２６Ｃを通過して、２プリズムビーム拡張器２６Ｄで水平方向に４倍に拡張され、パルス伸張モジュール２２に至る（光学的パルス伸張器の場合は本出願人は「ＯＰＵＳ」と呼ぶ）。出射孔２６Ｃ並びにリレー光学部品内の他の開口は随意的と考えるべきであり、代わりに一時的な位置合わせターゲットを使用できる。

ＴＩＲプリズムの他の検討
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。

ＰＡ ＷＥＢ内のＴＩＲプリズム２６Ａは、３つの光学面の各々の縁部が非常に接近した状態で使用される。これらのプリズムの光学面は、１ｍｍ以内又は臨界角以下まで正確に研磨する必要がある。

ＭＯ ＷＥＢ及びＰＡ ＷＥＢ内のＴＩＲプリズムの各々は、２自由度（２回転、「チップチルト」）で位置合わせ可能となる。ＭＯ ＷＥＢＴＩＲプリズムは、主反射ビームがＰＡ ＷＥＢ内の適切な位置に導かれるように位置合わせされる。ＰＡ ＷＥＢ ＴＩＲプリズムは、主反射ビームがビーム反転器の適切な位置に導かれるように位置合わせされる。各々のＴＩＲプリズムは、密封モジュールの外側からのチップチルト調整を可能にする機械式マウントに固定される。

最大反射波面エラーは、開口（１３ｍｍ×２１ｍｍ）を横切る６３３ｎｍ（即ち、１２７ｎｍ）での０．２０の波状曲線ピークバレーと定められている。非常に小さなビームを横切る波面エラーは、相当小さくなるはずであるが、正確な大きさは、存在する収差の種類に左右される。単純な曲率が主たるエラーである場合（全体的に研磨で平らにされた場合）、ビームに導入される最大拡散角エラーは、垂直方向で約０．０２ｍｒａｄ（水平方向では非常に小さい）になる。

耐用期間にわたる光学的被覆の劣化（特に１９３ｎｍにて）が懸念される場合、高反射誘電体被覆は、部分反射又はＡＲ被覆よりも損傷耐性が高い。また、このミラーの長い耐用期間の目標の助けとなることは、ＰＡから出てくるよりもＭＯから出てくる方が、はるかにパルスエネルギーが低いということである。ミラーは縁部に非常に接近して使用されることになるので、被覆は、通常よりも損傷を起こし易いであろう。被覆不良の一因となる縁部付近の表面粗度又は不規則な被覆が生じる場合がある。ミラーの縁部は、これらの潜在的な問題を回避するために試験されることが好ましい。図３Ｇは、間隔の問題を示す。ビームをビーム反転モジュールの適切な位置に導くために、回転ミラーは、２自由度で位置合わせできる（２回転、「チップチルト」）。ミラーマウントには、ミラーを所要の精度で位置合わせするために、密封モジュールの外側からアクセスできる調整機構を含む必要がある。

被覆ミラー２６Ａの別の実施形態は、誘電体被覆ミラーの代わりに被覆されていないＴＲＩプリズムを使用する。このデザインによって耐用期間にわたる被覆損傷に関するいずれの懸念点も解消される。

リレー光学部品の位置合わせ機構
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。

ビーム拡張プリズム
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。

プリズムは、ＡｒＦグレードのフッ化カルシウム製であり被覆されていない。各々のプリズム上で６８．６°の入射角を利用することで、４．０のアナモルフィック倍率が得られ、一対の公称偏差角はゼロである。４面からの全フレネル反射損失は約１２％である。

パルス伸張器
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。

本実施形態の伸張パルスの形状は、２つの大きなほぼ同じピーク１３Ｂ及び１３Ｂをもち、最初の２つのピークの後に時間と共に徐々に小さくなっていくピークが続く。伸張パルスの形状は、別のビーム分割器を使用することによって変えることができる。本出願人は、約６０パーセントを反射するビーム分割器は、「時間積分二乗」パルス長又は「ｔ_IS」として知られているパラメータで測定すると、パルスの最大伸張を引き起こすと考えている。このパラメータの使用は、奇妙な形状の出力−時間曲線を有するパルスの有効パルス持続時間を判断するための技術である。ｔ_ISは、以下のように定義される。

ただし、Ｉ（ｔ）は、時間の関数としての強度である。

ビームプロファイル及び拡散特性を維持するために、遅延伝搬経路を通るビームを導くミラーは、単倍率焦点望遠鏡としても機能する必要がある結像リレーシステムを形成する必要がある。この理由は、エキシマレーザ光の固有拡散のためである。ビーム各部が結像されることなく遅延経路を通って導かれた場合、ビームの各遅延部は、ビーム分割器で再結合される際に元のビーム部とは異なる大きさになるであろう。パルス伸張器の結像リレー及び焦点望遠鏡機能を与えるために、ミラーは、遅延経路の長さによって決定される特定の曲率半径をもつように設計される。ミラー２０Ａと２０Ｄとの間の間隔は、ミラーの凹面の曲率半径に等しく、全遅延経路の１／４に等しい。

伸張パルスの最初の２つのピークの相対強度は、ビーム分割器の反射率のデザインによって変更できる。また、ビーム分割器のデザイン、従ってパルス伸張器の出力ｔ_ISは、ビームリレーシステムの効率に左右され、結果的に、出力ｔ_ISは同様に、結像リレーミラーの反射量及びビーム分割器での損失量に支配される。９７％の結像リレーミラー反射率及びビーム分割器での２％の損失については、最大出力ｔ_IS倍率は、ビーム分割器の反射率が約６３％の場合に起こる。

パルス伸張器の位置合わせは、４つの結像リレーミラーのうち２つが調整可能であることが必要である。２つの調整可能ミラーの各々は、合計４自由度を与えるチップチルト調整が行われる。２つの調整可能ミラーは、システムが共焦点設計なのでシステムの反対側に配置する必要である。自動位置合わせパルス伸張器を作るには、所要の４自由度の自動調整装置、及び位置合わせを特徴づけるためのフィードバック情報を供給する診断システムが必要となる。位置合わせ性能を適格とすることができる診断システムの設計は、パルス伸張器の近視野及び遠視野の両方を撮像できる撮像システムを必要とするであろう。２つの平面（近視野及び遠視野）での元のパルスとサブパルスとの重なりを検査すれば、自動的にミラーを調整して、サブパルスの各々が元のパルスと同一線上を進むようになった出力を生じるのに必要な情報を得ることができる。

ビーム伝達ユニット
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。

他のビームパラメータも同様に任意の周期でモニタできる。偏光、プロファイル、ビーム寸法、及びビーム照準等のパラメータは比較的安定しているので、ユーザは、これらのパラメータを波長、帯域幅、及びパルスエネルギーのパラメータよりも少ない頻度でモニタすることを選択できる。

ビーム照準制御
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。

好適なビーム照準制御技術は、図１０Ａを参照しながら説明できる。ビーム解析モジュール（ＢＡＭ）３８は、ＢＤＵ出口に配置される。モジュール３８は、スキャナに到来したビームの照準及び位置エラーを測定するセンサ３８Ａを有する。エラー信号は、モジュール３８の近傍に配置された安定化制御装置３９に送られるが、安定化制御装置３９は生のセンサデータを処理して高速ステアリング回転ミラー４０Ａ及び４０Ｂを駆動するためのコマンドを生成するようになっている。それぞれ２本の制御軸を有する２つの高速ステアリング回転ミラーは、ＢＡＭの上流側に配置されている。回転ミラーの各々は、高速ステアリングモータに取り付けられている。モータはミラー角を２軸で駆動するので、レーザ光の経路を変更する。２本の制御軸を有する２つのモータによって、ＢＤＵ安定化制御装置は、独立して垂直方向及び水平方向のビーム照準及び位置エラーを調整することができる。制御システムは、パルス間基準でビームエラーを補正する。即ち、各々のレーザパルスからのビームエラーはフィードバック制御システムに供給され、ステアリングモータへのコマンドを生成するようになっている。フィードバック制御システムを運転するために使用される電子機器は、安定化制御モジュール３９内に配置される。また、このＢＤＵは、２つの固定式回転ミラーモジュール４０Ｃ及び４０Ｄ、ビーム拡張モジュール４１、及びビーム強度減衰器モジュール４３を備える。

垂直方向及び水平方向のビーム照準及び位置エラーは、レーザが生成したパルスビーム毎にＢＤＵ出口で評価される。全４個の独立したセンサ測定項目がある。
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

図１０Ｂに詳細に示すようなＢＡＭ３８は、ビームの照準、位置、及びエネルギーをＢＤＵの出口（スキャナ入口）で測定するのに必要なセンサ及び付随の光学部品を含む。ビームエネルギーの大半は、モジュール３８を通ってスキャナへ伝達されるが、一部は種々の測定のため流用される。
・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。

ブルースター窓６０により、ビームエネルギーの９５％がスキャナに伝達されて、ビーム測定センサでの使用に備えてモジュール３８の本体に５％を偏向させることが可能になる。測定用主ブルースター窓によって偏向された光は、別のブルースタート窓６２で再度分割され、偏向された光はスキャナに送られた光と同じ偏光ミックスを有するが、収束レンズ６４によってフォトセルエネルギーセンサ６６上に集束される。

ＰＤＭブルースタート窓で偏向されなかった残りの光は、垂直方向及び水平方向のビーム位置及び照準を測定するためのリニアＰＤＡセンサ６８１、６８Ｂ、６８Ｃ、及び６８Ｄ間で分配される。位置を測定するために、楔部６９Ａによって分割された２つのビームは、収束レンズを通過してＰＤＡセンサ６８Ａ及び６８Ｂの両方にビームの画像を形成する。レンズ及び経路長は、形成された画像が主ブルースター窓におけるビーム断面の１／２スケールの画像になるようなものである。２つのＰＤＡセンサは、一方が垂直方向のビームの強度プロファイルを測定し、他方が水平方向の強度プロファイルを測定するように、相互に９０°で配向される。従って、ブルースター窓におけるビームの位置の変化によってセンサ上の縮小プロファイル画像のずれが生じる。

位置センサに偏向されなかった光は、別の収束レンズ６９Ｃ及び楔部６９Ｂを通過して、同様に相互に９０°で配向される残りの２つのＰＤＡセンサ６８Ｃ及び６８Ｄ上に光点を形成する。この場合、ＰＤＳセンサは、レンズ６９Ｃの焦点面にあるので、ビームの照準角が変化すると、センサ上の光点の位置がずれる。

機械的シールド７０Ａ及び７０Ｂは、確実に意図した光強度の分布を検出するように、全ＰＤＡセンサの前方に配置される。

最後に、ビームダンプ７２は、全ての残光エネルギーを分散させる。このビームダンプは、診断に使用できる窓を露出させるように取り外し可能である。

供給される光強度の範囲が大きいので、飽和防止のためにＰＤＡ素子の上流側に可変減衰器７４を使用する。可変減衰器は、ビーム経路内に種々の減光フィルタを配置する電動装置であり、例えば、米国カリフォルニア州サンホセ所在のＮｅｗ Ｆｏｃｕｓ社の電動フリッパモデル８８９２バージョンがある。可変減衰器は、エネルギーセンサ及びフィードバック回路を備え、ＰＤＡ素子に到達する光の強度を自動的に調整するように電動式である。減衰器の設定は、エネルギーセンサデータを安定化制御装置に供給することによって調整される。安定化制御装置のアルゴリズムは、エネルギーセンサの読取値に基づいて減衰器の設定を調整する。１つの実施形態において、１つのフィルタのみを使用する。エネルギー設定が所定の閾値を超えた場合、ビームのエネルギーを減衰するためにビーム経路に配置される。光エネルギーが所定の閾値を下回った場合、フィルタが経路から取り除かれる。他の実施形態において、光の強度範囲及びセンサ電子部品のダイナミックレンジによって幾つかのフィルタが必要となる場合もある。

図１０Ｃ、図１０Ｄ１−３は、ＰＤＡ検出器から照準エラー測定値を生成するために行われる信号処理を示す。モジュール３８の測定部は、垂直方向及び水平方向の遠視野の光点をＰＤＡ素子上に形成する。図１０は、垂直方向及び水平方向の両方の光点が同一のＰＤＡ素子上に形成されるように測定部がビーム反射を一回転させる状況を示す。

照準エラーは、モジュール３８の出口に規定された目標位置から定義される。即ち、レーザユーザは、ビームがモジュール３８から出る場所を指示する。モジュール３８は、スキャナ２のビーム入口に簡単に取り付けることができる小型軽量なユニットである。保持できる全体的なモジュール寸法及び重量は、５０×２５×１５ｃｍ以内、約１５ｋｇ以内である。

照準エラーを算出するために、ＰＤＡ素子上の基準位置が指定される。ＰＤＡ上の対応する基準点は、スキャナによって指定された基準位置に対して規定される。即ち、モジュール３８内の測定部は、ゼロ照準エラーが基準画素位置に至る遠視野光点の中心に一致するように位置合わせされる。図１０Ｃでは、基準画素位置は、垂直方向の縞及び水平方向の縞に関してそれぞれｒ_v及びｒ_hで示されている。

ＰＤＡ素子の基準位置に対する遠視野縞の位置は、ビームがＢＤＵを出るときのビーム照準角を反映する。同様に、ＰＤＡ素子上の基準位置に対する画像プロファイルの相対位置は、ビームが出るモジュール３８の位置を反映する。ＰＤＡ上の遠視野光点又はプロファイルの位置は、閾値交点に関して定義されるものとする。（もしくは、この位置は、強度分布の中心位置に関して定義することができる）。各々のパルスについては、閾値（例えば、最大値の１／ｅ²）を超える第１の画素及び最後の画素が見出され、閾値交点自体は、図１０Ｄ１、図１０Ｄ２、及び図１０Ｄ３に示すように隣接画素との補間によって決定される。各閾値交点の間の中間点は縞の中心になり（垂直方向及び水平方向の中心を表すＣ_v及びＣ_h）、エラー信号は、縞の中心と基準位置（即ち、ｒ_v及びｒ_h）との間の距離である。例えば、垂直方向の照準エラーは、図１０Ｃに示すように、ｒｖとｃｖとの間の距離に正比例する。

試験結果
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。

図１０Ｅは、本出願人のＫｒＦ実験から得られた垂直方向の照準性能を示す。本出願人は、アクティブ安定化制御を用いた場合と用いない場合に、繰返し率を変えて測定した、垂直方向ビーム角の移動平均をプロットした。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。

図１０Ｆは、バースト間で０．５秒間隔にて２００パルスバーストのパルスに関する、同時に制御された水平方向及び垂直方向のビーム角の移動平均を示す。図１０Ｆに示すように、垂直方向のビーム角エラーは、１０倍以上低減される。

図１０Ｇにおいて、バースト内の各々の照射の実測角度が示されている。バースト開始時の照準角の変化は両者とも等しいが、センサが重大な角度エラーを測定すると、制御装置は、適切なコマンドを決定してアクチュエータに送り、アクチュエータは、素早くビーム角をほぼゼロに修正する。その結果は濃い線８１Ａ及び８１Ｂで示すような移動平均動作であり、制御を行わない場合から大幅に低減されている。

図１０Ｈにおいて、同じレーザは、ビーム角ではなくビーム位置を測定するように配置されたセンサ装置と併用される。

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、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。

レーザのＢＤＵ部
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。

種々のレーザ−ＢＤＵ−スキャナ構成
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。

減衰器
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。

図１７Ａに示すように、２組の２つの楔部６００Ａ及び６００Ｂ、６０２Ａ及び６０２Ｂを備え、これらは図１７Ｂの６０４で示すウォームギヤ機構を用いてそれぞれ反対の方向にピボット結合されている。楔部セットは、軸６０４Ａ及び６０４Ｂに取り付けられている。図１７Ｃに示すように、ウォーム軸６０５に取り付けられている磁石６０６によって軸６０５の一回転毎にリードスイッチ６０８が閉じ、その信号は制御ユニット６１０に送信されるので、楔部セット６００Ａ及び６００Ｂ、６０２Ａ及び６０２Ｂの半径方向の位置を知ることができる。

図１７Ａの６１２で示すように、左側からの入射光は、第１の楔部セット６００Ａ及び６００Ｂに衝突する。この楔部の面の角度に応じて、光は各々の面から部分的に反射され、部分的に透過される。つまり、第１の楔部セットは透過光の量を低減し、同時に透過光を屈曲させる。一方で、第２の楔部は、更に透過光の量を低減して、第１の楔部に対して等角かつ対頂角の楔角によってビーム照射を補正する。この時点では、出射ビームは非常に弱く、入射ビームに対してシフトされ、平行である。第２の楔部セット６０２Ａ及び６０２Ｂは、ビームに対して等しいが逆の幾何学的作用を行うので、入射ビームに対して平行かつその線上に出射する。

この概念は、出力でのビーム照射シフトを回避するための各々の楔部対の同一楔角に依存し、更に、照準シフトを回避するための２つの楔部組立体の間の等角かつ対頂角に依存する。

全透過出力は、ビームの大部分の偏光によって低減され、楔部表面の入射角が、光の特定の波長及び楔部の特定の材料に関するブルースター角に等しい場合、大半の光は（出力の９８％以上）減衰器組立体を通って伝達される。入射角が浅い場合、ビーム出力は入射角を変更することによって調整可能になり、出射ビーム出力は、入射ビーム出力の３％未満まで低減できる。

このデザインの２次的な効果は出力ビームの偏光に関連する。楔部組立体はビームの一方向に位置合わせされるが、他の方向とは角度を成すので、入射ビームのＳ偏光及びＰ偏光はこの組立体によって異なる影響を受ける。この装置の正確な位置合わせによって、この影響は偏光のクリーンアップにつながる。例えば、典型的なエキシマレーザ光は、最大約９８％Ｐ偏光し、減衰器システムの後ではできるだけ多数のＰ偏光数をもつことが望ましい。前述のデザインにより、ビームのＰ偏光成分は維持されるが、Ｓ偏光成分は低減されるので、出力ビームのＰ偏光の増加という正味の効果につながる。

ＢＤＵ光学モジュールの位置合わせ
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。

モジュール上の視覚的にアクセス可能な基準点は、光学部品又はモジュール構成部品の既知の軸又は他の特徴点に対して正確に位置合わせされる必要がある。光学経路がチューブ、ボックス、又は他の形状内に含まれる場合、基準点は、これらの容器の外面に位置する必要がある。従って、例えばトータルステーション転鏡儀は、外部の基準点を、光学部品のモデルから取得した既知の設計位置に位置合わせするのに使用できる。各々の光学モジュール又は他の光学部品の容器の位置及び回転を特定するには、３つの基準点が必要である。

図１２にはこの概念が示されている。図１２において、トータルステーション３９９は、光学経路３９７に沿って、光学部品（各々は別個の容器に収容されている）の包括的セットを位置合わせするのに使用される。光学モジュール３９３上の外部基準目標３９５の各々は、内部光学部品に対して予め位置合わせを行っておく必要があることに留意されたい。

図１２及び図１２Ａは、好適なＢＤＵに適用される方法を示す。この方法の概要は以下の通りである。
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。

前述の方法を行うのに使用される幾つかのツールを図１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、及び１２Ｆに示す。図１２Ｃは、モジュールの位置合わせに使用する３つの精密固定目標４０４の各々の２面図である。目標は、これらの３つの構成に関して、測量機器の納入業者から入手でき、種々の角度から目標を視認できるようになる。この目標は、ドリルで精密に穴開けされたモジュール上の基準穴に挿入できる（４面の各々の面に４又は５個の穴を設けることが好ましい）。図１２Ｄは、モジュール４０５の精密穴に挿入される目標４０４セットを示す。各々のモジュールを位置合わせするためには、全３つの目標点が必要である。トータルステーションは３つの目標の各々を認識する必要があるので、付加的な穴を設けると目標を配置する上での自由度が高くなる。

モジュール４０５の位置合わせ後、保守点検又は交換のためにモジュールを動かす必要があろう。モジュールを再度位置合わせするためにトータルステーションを使用するのではなく、モジュールの位置をマークする装置を使用することが望ましい。図１２Ｆは、位置合わせされた後にモジュール位置を捜し出すために使用される「記憶具」４０６を示す。これは基本的に２つのボルトスリット４０８及びＣ形ギャップを有する金属部品である。Ｃ形ギャップは、光学モジュールのコーナの回りにぴったりと合い、記憶具は、図１２Ｆに示すように、光学モジュールがセットされる位置合わせ板４１１にボルト４１２を用いてしっかりと固定される。モジュールの２隅の各々に２つの記憶具を設けることで、モジュールの位置は完全に決まる。モジュールをメンテナンスのために取り外す際に、交換モジュールは被交換モジュールと同じ位置に置かれた光学部品を有している場合は、交換モジュールは、手動での位置合わせを全く必要とすることなく、先にそこを占有していた被交換モジュールと全く同じ位置に配置することができる。この場合、前述の自動位置合わせ構成部品の位置合わせ範囲は十分に大きいので、システムは、精密位置合わせの最終ステップを自動的に完了する。

偏光に関する検討
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。

ビーム回転のために誘電体被覆ミラーを４５°で使用する場合、これらのミラーを用いてＳ偏光が約９７パーセント反射されるがＰ偏光は９０パーセントから９２パーセントしか反射されないので、偏光の影響を考慮することが重要である。（Ｐ偏光とは、ビーム方向と、ビーム方向と光学面との交差点での光学面に垂直なラインとによって定義される面にある光の電場成分である。Ｓ偏光とは、表面の面の光の電場成分の方向であり、Ｐ偏光に対して垂直方向である）。従って、回転ミラーからの反射を最大限にするためには、Ｓ偏光方向が入射ビームの偏光に一致することが重要である。ミラー４０Ａ及び４０Ｂの両者は、Ｓ偏光方向が水平方向であり、出力ビーム１４Ｃの光の約９８パーセントの電場方向に一致するように配向されていることが分かるはずである。従って、これらのミラーからの反射は約９７パーセントであるべきである。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示すＢＤＵのミラーの全ては、水平方向に偏光される光の最大の反射で適切に配向される。しかしながら、図４Ｄの５２に示すミラーは、このミラーによる反射がわずか約９０パーセントから９２パーセントとなるように、Ｐ偏光方向がビーム内の光の９８パーセントの電場方向の方向になるように配向される。この場合、本出願人の好適な解決策は、ビームを図４Ｄの５０の位置で９０°だけ回転させる２つのプリズムを使用することである。この技術を図６に示す。６７．２°の頂点角度（角度は重要）を有する２つのプリズム５２及び５４は、Ｓ偏光された光に関する入射角を９０°変更することができる。ビームは、ブルースター角でプリズムを出入りするので、水平方向では光の反射は全くない。ビームの垂直方向で偏光される部分のほとんどは第１のプリズムによって反射されることになる。このレイアウトは、１９２ｎｍプリズム及びＣａＦ₂プリズムについて行われる。（２４８ｎｍ又は１５７ｎｍについては若干の変更が必要となる）。被覆が施されていないのでこの組立体の寿命は非常に長い。

水平方向の偏光光が図４Ｄの位置５０で２つのプリズムを通過すると、電場成分の実質的に全ての偏光方向は、図６に示す矢印５３Ａ及び５３Ｂで示されるように、水平方向から垂直方向に方向が変わる。従って、ミラー５６において、ビームの電場成分は実質的に全てが垂直方向なので、垂直方向に取り付けられたミラー５６は、ビームに対してＳ偏光配向を行い、光の約９７パーセントは、ミラー５６によって反射される。

ミラー用パージシャッタ
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。

ここで、ＢＤＵ内には、ＢＤＵ内の他の領域を隔離するための保守点検シャッタを挿入できる幾つかの挿入部分が設けられている。これらのシャッタは、通常運転時には挿入されない。例えば、図６に示すように、隔離を必要とするミラー６０の間で２つのシャッタが摺動し、その後、ミラー自体が交換される。その後、この露出領域はここで数分間Ｎ₂パージされる。ここではパージの間隔は、空気に晒される容積がＢＤＵの全容積に比べて非常に少ないので非常に短くなる。保守点検中、パージが各シャッタの間の領域以外の全ての領域で継続されることが好ましい。

ビーム経路パージ
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。

ビーム経路モニタ
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。

ビームプロファイル・フリッピング
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９は、ビームプロファイル・フリッピング・コヒーレンス・スクランブラの一例を示す。これは、６０パーセントのビーム分割器６０、及び３つの最大反射ミラー６２、６４、及び６６で形成される。この配置によって、パルスは前述のパルス伸張器と類似の方法で各セグメントに分離される。しかし、この構成では、各々のセグメントのプロファイルは、先行セグメントに対して反転される。図９の例においては、入射パルス６８のプロファイルは、底辺に点がある三角形で表されている。第１のセグメントは、４０％のパルス強度で、６８Ａに示すのと同一のプロファイルで通過する。反射部分は各々のミラーで反射され、その６０パーセントがビーム分割器６０から反射され、そのセグメントは、プロファイル６８Ａに対して反転されている６８Ｂに示すプロファイルを有する。後続セグメントがコヒーレンス・スクランブラを通過すると、そのプロファイルの各々は、先行セグメントに対して反転される。従って、ビームの正味プロファイルはスクランブルされることになり、さらに重要な点は、いかなるコヒーレンスも同様にスクランブルされる点である。この実施形態において、底辺（ｌｅｇ）が第１のセグメントに続くセグメントの著しい遅延をもたらす程に十分な長さでない限り、著しいパルス伸張はない点に留意されたい。前述のように、パルスはすでに伸張されているので、ここでの底辺は数インチといった非常に短いものであり、その場合、セグメントは互いに重なり合うであろう。

ウェーハ面でのパルスエネルギー検出
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。

光学部品モニタ
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。

熱電対からの信号は、温度が所定の閾値を超えた場合に警告を行うようにプログラムできるデータ取得コンピュータによって定期的に読み取ることができる。ミラーをモニタする好適な技術は、熱電対をミラーの裏面に半田又はエポキシ樹脂で取り付けることである。熱電対は、レンズ及びプリズムの縁部、又はレンズ又はプリズムのマウント部に取り付けることもできる。

特殊なＦ ₂ レーザ機構
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。

試作ビーム伝達ユニット
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。

２つの高速精密回転ミラーのうちの１つを図１１Ｃに示す。このミラーユニットは３０４で示されている。このミラーは、１ミリラジアン範囲を有する超高速２軸圧電駆動装置高速ステアリングミラー３０５を含む。ミラー３０５及びその上でミラーが作動する基部３０６は、２つのピコモータ３０８及び３１０と枢軸玉継手（図示せず）とで構成されたピコモータステアリングユニット３０７によって駆動される。ピコモータステアリングユニットは、９ミリラジアンのチップチルト回転範囲をもたらす。

図１１Ｄは、高速ステアリングミラー３０５を駆動する圧電駆動ユニット３０５Ａの図である。駆動ユニットは、金属ケーシング３０５Ｂ内に取り付けられた４つの圧電駆動ユニットで構成される。ケーシング３０５Ｂの壁部に切り込まれた撓み機構３０５Ｃにより、ミラー３０５用のミラーユニットのきちんと制御された精密枢動が可能になる。

図１１Ｅは、ピコモータステアリングユニット３０７を示し、図１１Ｆは、２つのピコモータがこのユニットをどのように回転させてチップチルトをもたらすかを示す。モータは、スプリングユニット３０９に抗して作動する。高速ステアリングミラー３０５は、ユニット３０７の円形空洞に嵌合する。図１１Ｃに示すような高速ステアリングユニット駆動装置は、米国マサチューセッツ州アルバーン所在のＰｏｌｙｔｅｃ ＰＩ社等の納入業者から入手できる。

ビーム位置及びビーム方向は、ステッパマシンの入力ポートの安定化モジュール３８によってモニタされる。４つの５１２画素フォトダイオードアレイが、水平角度、垂直角度、水平位置、及び垂直位置をモニタするために使用される。図１１Ｇに示すように、レーザ光の一部は、３１２で取得されて縮小され、楔部３１４及びビーム分割器３１６を用いて４つの別個のビームに分割され、その後、４つのフォトダイオードアレイ３１８Ａ、３１８Ｂ、３１８Ｃ、及び３１８Ｄに導かれる。ビーム位置及び方向をモニタする技術は、「ビーム照準制御」のセクションで説明されている。図１１Ｈ及び図１１Ｊは、安定化モジュール３８によって収集されたデータに基づいてミラー４０Ａ及び４０Ｂを制御するための好適なアルゴリズムを示す。

この好適なアルゴリズムにおいては、回転ミラー４０Ａは、ビーム伝達ユニットの出力部にてビーム位置を制御するのに使用され、回転ミラー４０Ｂは、出力部にてビームを制御するのに使用される。

高速ステアリングミラーの応答性は高く、ピコモータユニットは、長期ドリフトを制御し、光学部品が再度位置合わせされる場合に補正を行う。

試験結果
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。

本発明は、その範疇を変えることなく種々の変更を行うことができる。当業者であれば多くの他の可能性のある変形例を理解できるはずである。

例えば、ビーム伝達ユニットの利用を含む本発明は、ＭＯＰＡレーザを使用して説明されているが、米国特許第６，７３０，２６１に説明されているような１室レーザシステムを利用することができる。リソグラフィの場合、ＡｒＦ、ＫｒＦ、又はＦ₂システムを利用することができる。また、本発明は、他の紫外線波長がより適切であろうリソグラフィ以外のユーザに適用できる。本明細書での重要な改良点は、レーザシステムに、所望のビーム品質をもつ紫外線シード光を紫外線レーザ光源が必要となる装置の入力ポートに伝達するための装置を付加する点にある。本明細書で言及した以外の種々のフィードバック制御方式を使用できる。

非常に高いパルス繰返し数では、パルスエネルギーに対するフィードバック制御は、必ずしも、即刻先行するパルスを用いて、特定のパルスのパルスエネルギーを制御するのに十分な高速で行う必要はない点を理解されたい。例えば、特定のパルスについて測定したパルスエネルギーを第２の又は第３の後続パルスの制御に使用する制御技術を用いることができる。図１に示したもの以外の多くの他のレーザレイアウト構成を使用できる。例えば、各チャンバは、並列に又はＰＡを下にして取り付けることができる。また、第２のレーザユニットは、部分反射ミラー等の出力カプラを含めることによって、スレーブ発振器として構成することができる。他の変形例も可能である。横流ファン以外のファンを使用することができる。これは４ｋＨｚよりも非常に大きな繰返し率で必要となるであろう。ファン及び熱交換器を放電室の外側に配置できる。

高強度レーザパルスに起因する損傷から光学部品を保護するための追加の特別な特徴を含むことが望ましいであろう。幾つかの特徴は（パージボリューム内のＦ２又はＦ２含有基材の追加を含む）、本出願の冒頭部分に参照した親出願に詳細に説明されている。

従って、以上の開示内容は制限的なものではなく、本発明の範疇は、特許請求項の範囲及びその均等物によって判断する必要がある。

ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。 パルス伸張器の特徴を示す。 パルス伸張器の特徴を示す。 パルス伸張器の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。 ビーム伝達の構成を示す。 ビーム伝達の構成を示す。 ビーム伝達の構成を示す。 パルスエネルギーｖｓ充電電圧のグラフである。 プリズムを用いてビームを９０度調整する方法を示す。 ビームがスキャナへ伝達されるレーザ光源を示す。 簡易密封式ベローシールを示す。 簡易密封式ベローシールを示す。 簡易密封式ベローシールを示す。 簡易密封式ベローシールを示す。 簡易密封式ベローシールを示す。 好適なパルス伸張器の特徴を示す。 ビーム伝達ユニットを示す。 ビーム角及びビーム位置をモニタするための測定モニタの詳細を示す。 照準エラーをモニタするための方法を示す。 照準エラーをモニタするための方法を示す。 照準エラーをモニタするための方法を示す。 照準エラーをモニタするための技術を示す図である。 ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。 ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。 ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。 ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ＢＤＵユニットの特徴を示す。 試作ユニットを用いた試験結果を示す。 試作ユニットを用いた試験結果を示す。 試作ユニットを用いた試験結果を示す。 試作ユニットを用いた試験結果を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 モジュール位置合わせ技術を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 ビーム偏光を制御するための構成部品及び特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 好適なシャッタの特徴を示す。 可変ビーム減衰器の特徴を示す。 可変ビーム減衰器の特徴を示す。 可変ビーム減衰器の特徴を示す。

Claims (45)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
25. 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。
26. 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。
27. 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。
28. 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。
29. 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。
30. 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。
31. 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。
32. 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。
33. 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。
34. 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。
35. 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。
36. 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。
37. 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。
38. 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。
39. 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。
40. 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。
41. 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。
42. 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。
43. 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。
44. 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。
45. 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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