JP3857236B2 - 高繰返しレートｕｖエキシマーレーザ - Google Patents
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Description
本出願は２００１年３月２日に出願された米国仮特許出願第６０/２７２８１４号の優先権を主張する。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
本発明は全般的には高繰返しレートＵＶエキシマーレーザに関する。
本明細書全体にわたって様々な文献が参照される。これらの文献のそれぞれの開示はその全体が本特許出願明細書に参照として含まれる。
エキシマーレーザは、超精密加工を可能にすることから、半導体製造装置用の縮小投影及び露光装置の光源として商業利用するためにこれまで開発されてきた。
エキシマーレーザからの発振光は、様々な波長成分を有し、中心波長が変化する。この結果、発振光のままの状態にあると、レンズなどの外部光学素子を光が通過するときに収差が生じ、よって加工精度が悪くなる。この理由により、レーザ発振波長のスペクトル幅を狭めるため及び中心波長を発振波長の中心値として安定化させるために、回折格子のような波長選択素子をエキシマーレーザに装備する挟帯域化技術が広く用いられている。
特許文献１はエキシマーレーザを開示している。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電の結果としてエネルギーが供給されて、レーザビームを発振させる。発振レーザビームは後部窓から出射し、第１のプリズム及び第２のプリズムを通過しながらビーム寸法が拡大され、次いでレーザビームは回折格子に入射する。回折格子において、アクチュエータによりレーザビームの光路に対する角度を制御して、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域が達成される。第１のプリズム、第２のプリズム及び回折格子である光学部品群は、まとめて挟帯域光学系と呼ばれる。波長が挟帯域光学系で制御されているレーザビームは、前部窓及び、半透ミラーである、前部ミラーを通過して、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
一般に、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムがエキシマーレーザ用光学部品の材料として用いられるが、これらの材料の使用には重大な欠点がある。半導体デバイスを高効率で大量に製造するため、単位時間当りのレーザ発振パルス数(繰返し周波数または繰返しレートとも呼ばれる)を大きくすることでレーザパワーを高めることが要求されてきた。しかし、レーザ共振器内のエネルギー密度は高く、さらに、レーザビームは共振器内を往復し、光学部品を何度も通過する。このため、レーザパワーが高くなると、材料内部の小さな歪または不均一性でさえも光学部品を劣化させる。光学部品の小さな劣化であっても、発振レーザビームの品質に大きな影響を及ぼす。
米国特許第６１８１７２４号明細書
米国特許第６２８２２２１号明細書
米国特許第６０６７３１１号明細書
米国特許第６０１４３９８号明細書
したがって、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムの光学部品は、エキシマーレーザのパワー増加時における耐久性が不十分であり、これらの光学部品が用いられるときには高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの高精度の波長制御が困難である。
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓を備える、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)ＵＶエキシマーレーザに関する。
本発明の別の態様は、レーザビーム源、フッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓、及び前記１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備える高繰返しレートＵＶエキシマーレーザを含む。
本発明のまた別の態様は、フッ化マグネシウムを含む高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ窓を含む。
本発明のまた別の態様は、既定の挟い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第１の窓から出射させる工程、１つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第２の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第１及び第２の窓はフッ化マグネシウムを含む。
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付図面と合せて読めば明らかであろう。
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓を備えるエキシマーレーザに関する。
エキシマーレーザ装置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に説明され、これらの明細書は本明細書に参照として含まれる。
一般に、エキシマーレーザは以下のように動作する。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電によりエネルギーがガスに供給される。これによりレーザビームの発振がおこる。発振レーザビームは後部窓を通ってレーザチャンバから出射し、プリズムを通過しながらレーザビームの寸法が拡大されて、レーザビームは回折格子に入射する。回折格子では、アクチュエータがレーザビームの光路に対する角度を制御し、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域幅が達成される。波長が制御されたレーザビームは前部窓及び前部ミラーを通過し、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
エキシマーレーザの動作に関する上記概要をふまえて、図１は本発明の高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの一実施形態を示す。図１に示されるように、高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置１０は、第１及び第２の(及び、必要に応じて第３の)プリズム１２などの複数のプリズム，第１のミラー１３，第２のミラー１５，回折格子１４，第１の窓１６及び第２の窓１８を備える。レーザチャンバ１７にある第１の窓１６及び第２の窓１８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム１１に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム１２，第１のミラー１３及び第２のミラー１５並びに第１の窓１６及び第２の窓１８などの構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓１６及び第２の窓１８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム１２，第１のミラー１３及び第２のミラー１５のようなその他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
本発明の別の態様は、既定の狭い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第１の窓から出射させる工程、１つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第２の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第１及び第２の窓はフッ化マグネシウムを含む。
図１を参照すれば、使用時、(Ａｒ，Ｋｒ，Ｎｅ及び／またはＦのような)レーザガスがレーザチャンバ１７に封入され、放電電極(図示せず)における放電によりエネルギーがレーザガスに供給される。これにより、レーザビーム１１が発振する。発振レーザビーム１１は、後部窓１６を通ってレーザチャンバ１７から出射する。レーザビーム１１は、プリズム１２を通過して、第２のミラー１５及び回折格子１４で反射される。第２のミラー１５において、レーザビーム１１の光路に対する角度がアクチュエータ１９により制御される。レーザビーム１１を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム１１に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム１１は回折格子１４及び第２のミラー１５により全反射されて、レーザビーム１１は元の光路を逆行し、前部窓１８からチャンバ１７を出て、第１のミラー１３から出射する。
図２は本発明の第２の実施形態を示す。高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置２０は、第１及び第２のプリズム２２などの複数のプリズム、ミラー２５，回折格子２４並びに第１の窓２６及び第２の窓２８を備える。レーザチャンバ２７にある第１の窓２６及び第２の窓２８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム２１に対して常ブルースター角をなす。本実施形態においては、レーザビーム２１の一部が、半透ミラーであるミラー２５で反射され、レーザビーム２１の一部がレーザチャンバ２７から出射する。複数のプリズム２２，第２のミラー２５並びに第１の窓２６及び第２の窓２８のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓２６及び第２の窓２８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム２２及びミラー２５のような他の構成部品はフッ化カルシウムなどの別の材料でつくられる。
本発明の別の態様はフッ化マグネシウムでつくられた高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ窓を含む。
フッ化マグネシウムでつくられた本発明のレーザ窓は高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの長い稼働寿命にわたり耐久性を維持する。本明細書で用いられる“耐久性を維持する”とは、フッ化マグネシウム窓には認め得る誘起吸収がないことを意味する。フッ化マグネシウム窓は、出力が１０ｍＪ以上であり、繰返しレートが約４ｋＨｚ以上のレーザに対して耐久性を維持する。さらに、本発明のフッ化マグネシウム窓は、出力が１０ｍＪ以上で繰返しレートが約４ｋＨｚ以上のレーザに対して、５億パルス以上、必要によっては９億パルス以上にわたり、耐久性を維持する。
本発明の別の態様は、レーザービーム源、フッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓、及びこれらの１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備えるエキシマーレーザを含む。
図３は、レーザチャンバの窓のためのアニール源を備える、本発明の実施形態を示す。図３に示されるように、エキシマーレーザ装置３０は、第１及び第２の(及び、必要に応じて第３の)プリズム３２のような複数のプリズム、第１のミラー３３，第２のミラー３５，回折格子３４並びに第１の窓３６及び第２の窓３８を備える。レーザチャンバ３７にある第１の窓３６及び第２の窓３８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム３１に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム３２，第１のミラー３３及び第２のミラー３５並びに第１の窓３６及び第２の窓３８のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのような、フッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓３６及び第２の窓３８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム３２，第１のミラー３３及び第２のミラー３５のような他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
一般に、(上述したような)第１のレーザビーム及び第２のレーザビームは、レーザチャンバ３７内の放電電極により生成される。図３を参照すれば、使用時、(Ａｒ，Ｋｒ，Ｎｅ及び／またはＦなどの)第２のレーザガスがレーザチャンバ３７に封入され、第２の放電電極(図示せず)における第２の放電によりエネルギーが第２のレーザガスに供給される。これにより、第２のレーザビーム３１が発振する。発振レーザビーム３１は、後部窓３６を通ってレーザチャンバ３７から出射する。レーザビーム３１はプリズム３２を通過して、第２のミラー３５及び回折格子３４で反射される。第２のミラー３５において、レーザビーム３１の光路に対する角度がアクチュエータ３９により制御される。レーザビーム３１を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム３１に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム３１は回折格子３４及び第２のミラー３５で全反射されて、レーザビーム３１は元の光路を逆行し、前部窓３８からチャンバ３７を出て、第１のミラー３３から出射する。
第２のレーザビーム３１は、エキシマーレーザの動作と同時に、第１の窓３６及び第２の窓３８をアニールするために用いられる。窓は、波長が約２５０ｎｍの光からなる第２のレーザビーム３１で照射される。この波長は誘起吸収帯の波長に相当する。あるいは、第２のレーザビーム３１は、エキシマーレーザの動作の後または前に第１の窓３６及び第２の窓３８をアニールするために用いられ、この間は、エキシマーレーザは使用されない。
あるいは、窓３６及び窓３８は熱アニールされる。熱アニールは、不活性ガスのような雰囲気内または真空下で、第１及び／または第２の窓を加熱することにより達成される。窓の加熱温度は誘起吸収のレベルに依存するが、約２００℃から約８００℃の温度が一般的である。
好ましい実施形態を本明細書で図示し、詳細に説明したが、当業者には、本発明の精神を逸脱することなく様々な改変、付加、置換等がなされ得ること、したがってそのような改変、付加、置換等が特許請求の範囲で定められるような本発明の範囲内にあると見なされることが明らかであろう。
１０ 高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置
１１ レーザビーム
１２ プリズム
１３，１５ ミラー
１４ 回折格子
１６，１８ 窓
１７ レーザチャンバ
１９ アクチュエータ
１１ レーザビーム
１２ プリズム
１３，１５ ミラー
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Claims (15)
- 繰返しレートが４ｋＨｚ以上の第１のレーザビームおよびレーザの光学構成部品をアニールするのに適した第２のレーザビームを生成する、エキシマーレーザの製造方法において、
繰返しレートが４ｋＨｚ以上の第１のレーザビームおよび前記レーザの光学構成部品をアニールするのに適した第２のレーザビームを生成するための、エキシマーレーザであって、前記エキシマーレーザがレーザチャンバおよび第１と第２の放電電極を備え、前記レーザチャンバが、第１の光学フッ化物結晶の窓および第２の光学フッ化物結晶の窓、並びに該第１と第２の光学フッ化物結晶の窓の間の該チャンバ内に密閉された、前記第１と第２のレーザビームを生成するためのレーザガスを有するものであるエキシマーレーザを提供する工程、
前記第１のレーザビームを発振させることによって該第１のレーザビームが前記チャンバの前記第１の光学フッ化物結晶の窓から出射し、該第１のレーザビームに前記チャンバの第２の光学フッ化物結晶の窓を通過させて、前記繰返しレートが４ｋＨｚ以上の第１のレーザビームを提供する工程、および
前記第２のレーザビームを発振させることによって該第２のレーザビームが前記チャンバの前記第１の光学フッ化物結晶の窓から出射し、該第２のレーザビームに前記チャンバの第２の光学フッ化物結晶の窓を通過させて、アニールするのに適した前記第２のレーザビームを提供する工程、
を有してなり、
前記第１の電極からの放電により、前記レーザガスにエネルギーが供給されて、前記繰返しレートが４ｋＨｚ以上の第１のレーザビームが生成され、前記第２の電極からの放電により、前記レーザガスにエネルギーが供給されて、前記光学構成部品をアニールするのに適した前記第２のレーザビームが生成され、
前記第1のレーザビームが４ｋＨｚ以上の繰返しレートおよび１０ｍＪ／パルス以上のパネルエネルギーを有することを特徴とする方法。 - フッ化アルゴンエキシマーレーザガスを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- フッ化クリプトンエキシマーレーザガスを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- レーザビーム源ガスおよび前記第２の放電電極を使用して、前記窓をアニールするための第２のレーザビームを生成する工程を含むことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
- 前記光学フッ化物としてフッ化カルシウムまたはフッ化バリウムを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。
- 前記光学フッ化物としてフッ化マグネシウムを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。
- 前記第２のレーザビームを、前記第１のレーザビームの動作の前、最中または後に前記光学構成部品をアニールするために生成し、使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
- エキシマーレーザにおいて、
光学フッ化物から構成された一つ以上の窓を有するチャンバ、
前記チャンバ内にある、第１のエキシマーレーザビームのための第１のレーザビーム源、および
前記チャンバ内にある、前記光学フッ化物から構成された一つ以上の窓をアニールするための第２のレーザビームのための第２のレーザビーム源、
を有してなり、
前記第１と第２のレーザビームが、それぞれ、第１と第２の放電電極により前記チャンバ内で生成され、
前記第２のレーザビームが、前記第１のレーザビームの動作の前、最中または後に、前記窓をアニールするために動作できることを特徴とするエキシマーレーザ。 - 前記第１のレーザビームが１０ｍＪ／パルス以上のパルスエネルギーを有することを特徴とする請求項８に記載のエキシマーレーザ。
- 前記第１のレーザビームが４ｋＨｚ以上の繰返しレートを有することを特徴とする請求項８または９に記載のエキシマーレーザ。
- 前記第１と第２のレーザビーム源がフッ化アルゴンであることを特徴とする請求項８から１０いずれか１項に記載のエキシマーレーザ。
- 前記第１と第２のレーザビーム源がフッ化クリプトンであることを特徴とする請求項８から１０いずれか１項に記載のエキシマーレーザ。
- 前記光学フッ化物がフッ化バリウムであることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載のエキシマーレーザ。
- 前記光学フッ化物がフッ化カルシウムであることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載のエキシマーレーザ。
- 前記光学フッ化物がフッ化マグネシウムであることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載のエキシマーレーザ。
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