JP2018525819A - 環状チャンバ構造を有するエキシマレーザシステム - Google Patents

Abstract

本発明のエキシマレーザシステムにおいて、主発振チャンバは、線幅狭窄モジュールによってローエネルギーの線幅の狭いレーザ光パルスをシード光として発生し、当該シード光は、主発振チャンバ波面工程ボックスによって屈折された後、前記スプリッタを通過して前記電力増幅チャンバに入射され、スプリッタと、第１の高反射ミラーと、第２の高反射ミラーと、第３の高反射ミラーとは、四角形の環状光路を構成し、電力増幅チャンバは第１のブルースタの窓ペアと第２のブルースタの窓ペアを有し、第１のブルースタの窓ペアは当該電力増幅チャンバの放電電極と共に前記環状光路の第１の光路に位置し、第２のブルースタの窓ペアは前記環状光路の前記第１の光増幅路に平行する第２の光路に位置する。本発明は、環状チャンバ構造であるエキシマレーザシステムの環状チャンバの長さを短縮させ、増幅回数を増加させることで、従来の構造よりも深い利得飽和増幅を実現し、エキシマレーザシステムの出力特性を改善する。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスレーザーの分野に属し、具体的に、エキシマレーザ及びその応用に関し、特に、環状チャンバ構造を有するエキシマレーザシステムに関する。

リソグラフィー産業で、光源の出力電力及び線幅への要求は高くなってきたが、シングルチャンバ構造のエキシマ装置は、構造特徴の制限で、ハイレベルの出力電力及び線幅に対する要求を同時に満足することができない。出力電力と線幅間の矛盾を解決するために、デュアルチャンバ構造の主発振・増幅技術が導入されている。この技術の基本的な思想は、シードチャンバによってローエネルギーの線幅の狭いシード光を発生して増幅チャンバに入射し、ハイエネルギーのパルスを出力することで、狭い線幅とハイ電力を持つ高品質のレーザ出力を提供することである。

現在、増幅メカニズムには、主として、ＭＯＰＡ、ＭＯＰＯ（Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ）、ＭＯＰＲＡ（Ｃｙｍｅｒ）、ＭＯＲＲＡ（Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ）などがある。Ｃｙｍｅｒ社のＸＬＡ１００シリーズ（２００２年に市場に進入）は、フォトリソグラフィの光源にＭＯＰＡメカニズムを最も早く導入して、従来のシングルチャンバ構造よりも高い稼動効率と指標出力を提供した。しかし、ＭＯＰＡ構造で、電力増幅チャンバ（電力増幅チャンバＰＡ）は、主発振チャンバ（ＭＯチャンバ）と電力増幅チャンバＰＡとの同期ジッターに影響されやすく、レーザ出力エネルギーの不安定をもたらすことになる。これに対して、環状チャンバの技術がデュアルチャンバ構造に導入されたが、ＭＯＰＡ技術に比べると、環状チャンバ構造によると、シード光が増幅チャンバに入射されて、より深い飽和利得状態でマルチパスによって増幅されるため、出力されるエネルギーの安定性がよりよく、出力ビームの品質が増幅チャンバによって変調され、出力ビームに対する制御性を向上させることができる。

増幅チャンバに入射されるパルス幅の一定であるシード光について、その増幅回数は増幅チャンバの長さによって決定されるが、増幅回数は、Ｎ＝ｃ・Δｔ／Ｌである。ただし、Ｌは、環状チャンバの長さであり、ｃは、光速であり、Δｔは、パルス幅である。Ｌが大きいほど増幅回数が小さくなるので、環状チャンバの長さを小さくすることによって、増幅回数を増加させ、より安定なレーザ出力を提供することができる。

典型的なＭＯＲＲＡ環状チャンバは、図１に示す通りである。レーザシステムは、主発振チャンバＭＯ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｃｈａｍｂｅｒ）と、電力増幅チャンバＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｃｈａｍｂｅｒ）と、線幅狭窄モジュールＬＮＭ（Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｎａｒｒｏｗｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅ）と、線幅解析モジュールＬＡＭ（Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍｏｄｕｌｅ）と、主発振チャンバ波面工程ボックスＭＯ ＷＥＢ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｏｘ）と、光パルス伸張器ＯＰＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｓｔｒｅｔｃｈｅｒ）と、オートシャッター（Ａｕｔｏ Ｓｈｕｔｔｅｒ）と、一部反射ミラーＰＲ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、第１の高反射ミラーＨＲ１と、第２の高反射ミラーＨＲ２と、第３の高反射ミラーＨＲ３と、を備える。主発振チャンバＭＯは、線幅狭窄モジュールＬＮＭによってローエネルギーの線幅の狭いレーザ光パルス（シード光）を発生し、当該シード光は、主発振チャンバ波面工程ボックスＭＯ ＷＥＢによって屈折された後、スプリッタを通過して電力増幅チャンバＰＡに入射される。３つの４５°角入射の高反射率のミラーＨＲ１、ＨＲ２、ＨＲ３とスプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）は、電力増幅チャンバＰＡの環状増幅チャンバにおけるミラーとして、シード光に対する環状のマルチパルスの増幅システムを形成する。当該システムの環状の光増幅路は、四角形と見なすことができ、当該四角形において、放電チャンバを通過する一辺のみがシード光の電力を増幅する機能を有し、他の三辺は放電チャンバ外に設けられている。放電チャンバのサイズが限られているため、環状チャンバの長さをさらに減少させることが不可能である。そのため、増幅回数が少なくなり、環状チャンバのマルチパスによる増幅の利点が良く適用されていない問題がある。

本発明は、エキシマレーザの環状チャンバの構造が物理的サイズに制限されて、環状チャンバの長さを更に短くすることができず、環状チャンバ構造のマルチパスに基づく増幅が高い利得の飽和効果を実現することの優位性を十分に利用できなかった課題を解決するために提案される。

上記した課題を解決するために、本発明は、主発振チャンバと、電力増幅チャンバと、線幅狭窄モジュールと、線幅解析モジュールと、主発振チャンバ波面工程ボックスと、光パルス伸張器と、オートシャッターと、一部反射ミラーと、スプリッタと、第１の高反射ミラーと、第２の高反射ミラーと、第３の高反射ミラーと、を備えるエキシマレーザシステムを提供し、前記主発振チャンバは、線幅狭窄モジュールによってローエネルギーの線幅の狭いレーザ光パルスをシード光として発生し、当該シード光は、主発振チャンバ波面工程ボックスによって屈折された後、前記スプリッタを通過して前記電力増幅チャンバに入射され、前記スプリッタと、第１の高反射ミラーと、第２の高反射ミラーと、第３の高反射ミラーとは、四角形の環状光路を構成し、前記電力増幅チャンバは、第１のブルースタの窓ペアと第２のブルースタの窓ペアとを有し、前記第１のブルースタの窓ペアは当該電力増幅チャンバの放電電極と共に前記環状光路における第１の光路に位置し、前記第２のブルースタの窓ペアは前記環状光路の前記第１の光増幅路に平行する第２の光路に位置する。

本発明の具体的な実施形態によれば、前記電力増幅チャンバは、平行する二つの放電電極を有し、環状光路における第１の光路と第２の光路は、それぞれ前記二つの放電電極を通過する。

本発明の具体的な実施形態によれば、前記第１の高反射ミラー、前記第２の高反射ミラー、および、前記第３の高反射ミラーは、４５°角反射ミラーである。

本発明は、環状チャンバ構造であるエキシマレーザシステムの環状チャンバの長さを短縮させ、増幅回数を増加させることで、従来の構造よりも深い利得飽和増幅を実現し、エキシマレーザシステムの出力特性を改善させる。

図１は、従来技術によるデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造を有するエキシマレーザシステムの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施例によるシングル電極のデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造を有するエキシマレーザシステムの構成を示す模式図である。 図３は、本発明の他の実施例によるダブル電極のデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造を有するエキシマレーザシステムの構成を示す模式図である。

本発明は、従来のエキシマレーザの環状チャンバが物理的サイズに制限されて環状チャンバの長さを更に短くすることができない問題に対して、環状チャンバの一部がチャンバ外に露出する従来デザインを変更して、環状構造全体を増幅チャンバ内に配置することによって、環状チャンバの長さの短縮で増幅回数を増加させ、出力の安定性を向上させる。

本発明は、従来の環状チャンバ外にあるループ部分を増幅チャンバ内に配置することによって、環状チャンバの長さを顕著に短縮する。増幅回数は、Ｎ＝ｃ・Δｔ／Ｌであるが、Ｌは、増幅チャンバの長さであり、ｃは、光速であり、Δｔは、パルス幅である。Ｌを短縮すると、増幅回数Ｎを増加させることができる。つまり、環状チャンバの長さを短縮することによって、増幅回数を増加させて、より安定的なレーザ出力を提供することができる。そして、ループ光路を増幅チャンバ内に配置すると、光ビームの伝送に対する外部からの不安定因素の悪い影響を低減することができる。

本発明の目的、課題を解決する手段及び効果をより明確にするため、以下、具体的な実施例に基づき、図面を参照しながら本発明を更に詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施例によるシングル電極のデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造を有するエキシマレーザシステムの構成を示す模式図である。図２に示すように、レーザシステムは、主発振チャンバＭＯと、電力増幅チャンバＰＡと、線幅狭窄モジュールＬＮＭと、線幅解析モジュールＬＡＭと、主発振チャンバ波面工程ボックスＭＯ ＷＥＢと、光パルス伸張器ＯＰＳと、オートシャッター（Ａｕｔｏ Ｓｈｕｔｔｅｒ）と、スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、を備える。

主発振チャンバＭＯは、線幅狭窄モジュールＬＮＭによって、シード光としてエネルギーが小さくで線幅が狭いレーザ光パルスを発生する。当該シード光は、主発振チャンバ波面工程ボックスＭＯ ＷＥＢによって屈折された後、スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を通過して電力増幅チャンバＰＡに入射される。３つの４５°角入射の高反射率ミラーＨＲ１、ＨＲ２、ＨＲ３とスプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）は、電力増幅チャンバＰＡの環状増幅チャンバのミラーとして、シード光に対する環状マルチパスの増幅システムを形成する。前記スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、第１の高反射ミラー（ＨＲ１）と、第２の高反射ミラー（ＨＲ２）と、第３の高反射ミラー（ＨＲ３）とは、四角形の環状光路を構成する。即ち、当該システムの環状の光増幅路を、四角形と見なすことができ、放電チャンバにおける放電電極間の光路によってシード光の電力を増幅する機能を有する。

図１に示す構成との相違点は、この実施例の電力増幅チャンバＰＡは、上下の二つのブルースタの窓ペアを有する。ここで、放電電極と同じ光増幅路に位置する二つのブルースタの窓を第１のブルースタの窓ペア（図面では符号Ｂ１、Ｂ１’で示す）とし、光増幅路に平行し且つ放電チャンバ内に配置された他方の光路上の二つのブルースタの窓を第２のブルースタの窓ペア（図面では符号Ｂ２、Ｂ２’で示す）とする。

前記第１のブルースタの窓ペア（Ｂ１、Ｂ１’）は、電力増幅チャンバ（ＰＡ）の放電電極と共に、前記環状光路の第１の光路に位置し、前記第２のブルースタの窓ペア（Ｂ２、Ｂ２’）は、環状光路の前記第１の光増幅路に平行する第２の光路に位置する。

図２に示すように、第１のブルースタの窓ペアＢ１、Ｂ１’のうち、ブルースタの窓Ｂ１’から出射されるレーザ光は、４５°角入射の高反射率ミラーＨＲ３、ＨＲ２を通過して、第２のブルースタの窓ペアＢ２、Ｂ２’におけるブルースタの窓Ｂ１’と共に電力増幅チャンバＰＡの同じ側に位置するブルースタの窓Ｂ２’に再び入射されて電力増幅チャンバＰＡ内に入射され、第２のブルースタの窓ペアＢ２、Ｂ２’のうち他方のブルースタの窓Ｂ２から出射される。また、従来の構成に比べて、図２に示す二つのブルースタの窓ペアを有する電力増幅チャンバＰＡは、レーザ光を通過させるＰ光の偏光度を向上させ、更に優れたレーザ光の偏光特性を提供することができる。放電光路に平行する光路が放電チャンバ内に配置され、放電光路に垂直する他の二つの光路が放電チャンバのサイズに制限されないため、環状増幅チャンバの長さを効果的に短縮することができる。

この実施例の構成において、増幅チャンバは、シングル電極構造であり、従来のデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造に比べると、環状チャンバの長さが効果的に短縮され、マルチパス増幅による深い利得飽和増幅を実現することができ、従来の構成よりも安定的な指標を出力することができる。

図３は、本発明の他の実施例によるダブル電極のデュアルチャンバＭＯＲＲＡ構造を有するエキシマレーザシステムの構成を示す模式図である。この構成で、増幅チャンバは、ダブル電極を有する。

図２に示す実施例との相違点は、本実施例の電力増幅チャンバＰＡは、平行する二つの放電電極を有し、環状光路における第１の光路と第２の光路は、それぞれ前記二つの放電電極を通過し、いずれもシード光に対する増幅機能を有する。このように、本実施例では、環状チャンバの長さを効果的に短縮するだけでなく、増幅率もシングル電極の構造に比べて一倍増加することができる。つまり、同様なシード光が増幅チャンバに入射された場合、本実施例の構成では、より高い出力エネルギーを提供することができる。そして、増幅率の増加は、増幅がより深い利得飽和状態で発生するようにするため、この構成で得られる出力ビームの安定性はより良い。

上記したように、本発明は、エキシマレーザシステムにおいて環状チャンバのエネルギー増幅構造に対して構造上の改良と性能の向上を行っている。シングル（ダブル）電極の設計によって、チャンバの長さに起因して増幅回数が低いという短所を改善して、チャンバ内の利得利用効率を効果的に向上させ、システムエネルギーを効果的に出力することができる。本発明の本質は、マルチパスであるチャンバの遷移によってエネルギー増幅特性を向上させることにある。そして、チャンバ内の環状構造は、光路が大気を通過することによる外部の不利な要因からの悪影響を低減することもできる。

以上に説明した具体的な実施例は、本発明の目的、技術案、および、有益な効果に対して詳細に説明したが、以上の内容は本発明の具体的な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の主旨と原則から逸脱しない範囲で行う修正、均等置換、改良などは、全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (3)

1. 主発振チャンバ（ＭＯ）と、電力増幅チャンバ（ＰＡ）と、線幅狭窄モジュール（ＬＮＭ）と、線幅解析モジュール（ＬＡＭ）と、主発振チャンバ波面工程ボックス（ＭＯ ＷＥＢ）と、光パルス伸張器（ＯＰＳ）と、オートシャッター（Ａｕｔｏ Ｓｈｕｔｔｅｒ）と、一部反射ミラー（ＰＲ）と、スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、第１の高反射ミラー（ＨＲ１）と、第２の高反射ミラー（ＨＲ２）と、第３の高反射ミラー（ＨＲ３）と、を備え、
   前記主発振チャンバ（ＭＯ）は、線幅狭窄モジュール（ＬＮＭ）によってローエネルギーの線幅の狭いレーザ光パルスをシード光として発生し、当該シード光は、主発振チャンバ波面工程ボックス（ＭＯ ＷＥＢ）によって屈折された後、前記スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を通過して前記電力増幅チャンバに入射され、
   前記スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、第１の高反射ミラー（ＨＲ１）と、第２の高反射ミラー（ＨＲ２）と、第３の高反射ミラー（ＨＲ３）は、四角形の環状光路を構成し、
   前記電力増幅チャンバ（ＰＡ）は、第１のブルースタの窓ペア（Ｂ１、Ｂ１’）と、第２のブルースタの窓ペア（Ｂ２、Ｂ２’）とを有し、前記第１のブルースタの窓ペア（Ｂ１、Ｂ１’）は当該電力増幅チャンバ（ＰＡ）の放電電極と共に前記環状光路の第１の光路に位置し、前記第２のブルースタの窓ペア（Ｂ２、Ｂ２’）は前記環状光路の前記第１の光増幅路に平行する第２の光路に位置するエキシマレーザシステム。
2. 前記電力増幅チャンバ（ＰＡ）は、平行する二つの放電電極を有し、環状光路における第１の光路と第２の光路は、それぞれ前記二つの放電電極を通過する請求項１に記載のエキシマレーザシステム。
3. 前記第１の高反射ミラー（ＨＲ１）、第２の高反射ミラー（ＨＲ２）、および、第３の高反射ミラー（ＨＲ３）は、４５°角反射ミラーである請求項１又は２に記載のエキシマレーザシステム。