KR100347426B1 - 자동 플루오르 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

가스방전 레이저 챔버에 있어서 플루오르 농도를 F2"스위트 스폿" 안에서 정확하게 제어하는 것이 가능하도록 하는 자동 플루오르 제어 시스템을 구비한 엑시머 레이저 시스템. 이것은 펄스 에너지와 전압의 변화인 △E/△V를 결정하는 레이저 파라미터를 모니터링하며, 플루오르 농도를 실질적으로 측정할 필요가 없이 △E/△V를 근거로 하여 플루오르 농도를 자동으로 정확하게 제어하는 컴퓨터 제어 시스템을 사용하여 행해진다.

Description

자동 플루오르 제어 시스템{AUTOMATIC FLUORINE CONTROL SYSTEM}
본 출원은 1998년 3월 4일 출원된 일련번호 09/034,870를 갖는 "엑시머 레이저용 펄스 에너지 제어"의 부분계속 출원이다. 본 발명은 엑시머 레이저에 관한 것으로, 특히 엑시머 레이저에서 레이저 가스를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
엑시머 레이저는 잘 알려져 있다. 엑시머 레이저의 중요한 사용은 집적회로 리소그래피용 광원을 제공하는 것이다. 현재, 집적회로 리소그래피용의 실질적인 제품에 공급되고 있는 엑시머 레이저의 형태는 248nm의 파장에서 자외선을 만드는 KrF 레이저이다. 유사한 엑시머 레이저로서, ArF 레이저는 193nm에서 자외선을 제공한다. 전형적으로, 이들 레이저는 1000Hz 내지 4000Hz와 같은 펄스율에서 펄스모드로 동작한다. 레이저 빔은 약 5/8인치만큼 이격되고, 길이가 약 28인치가 되는 두개의 가늘고 긴 전극 사이에서 레이저 가스를 통한 방전에 의해 형성된 이득 매체를 포함하는 레이저 챔버내에서 만들어진다. 방전은 전극을 가로질러 약 20,000볼트정도의 고전압을 부가함으로써 만들어진다. KrF 레이저에 대하여, 레이저 가스는 전형적으로 약 1%의 크립톤, 0.1%의 플루오르 및 약 99%의 네온이다. ArF 레이저에 대하여, 가스는 전형적으로 약 3 내지 4%의 아르곤, 0.1%의 플루오르 및 96 내지 97%이 네온이다. 두 경우에, 약 1000Hz 내지 4000Hz의 고펄스율을 얻기 위해서, 가스는 초당 약 500 내지 2000인치의 속도로 가스가 전극사이를 순환해야 된다.
플루오르는 가장 반응성있는 요소이며, 전기방전동안 이온화될 때, 더욱 반응성있게 된다. 플루오르와 적절하게 양립가능한 니켈 코팅된 알루미늄과 같은 레이저 챔버 재료에서 사용할 때 특별한 주의가 요구된다. 추가로, 레이저 챔버는 레이저 챔버 벽의 내측에 있는 보호층을 형성하도록 플루오르로 사전처리된다. 그러나, 이러한 특별한 주의에도 불구하고, 플루오르는 벽 및 다른 구성요소와 반응하여, 플루오르의 상대적으로 정기적인 소모를 야기시킨다. 소모율은 다른 요인에 영향을 받지만, 사용가능한 수명에서의 특정시간에 주어진 레이저에 대하여, 소모율은 레이저가 동작중이면 펄스율 및 부하요인에 주로 영향을 준다. 만약 레이저가 동작중이 아니면, 소모율은 실질적으로 감소된다. 소모율은 가스가 순환되지 않으면, 추가로 감소된다. 이러한 소모를 보상하기 위하여, 전형적으로, 새로운 플루오르가 약 1 내지 3 시간의 간격으로 주입되어야 한다. 전형적으로, 순수한 플루오르를 주입하는 것보다, 약 1%의 크립톤, 1%의 플루오르 및 약 99%의 네온 혼합물을 KrF 레이저내에 주입하는 것이 실용적이다. 예를 들면, 리소그래피에 사용되는 전형적인 1000Hz KrF 엑시머 레이저에서, 레이저가 동작중이 아닐 때, 그리고 레이저가 1000Hz에서 연속적으로 동작시 레이저 가스가 시간당 약 500scc로 순환되지 않을 때, 플루오르 소모를 보상하도록 주입된 플루오르, 크립톤, 네온 혼합물의 양은 시간당 약 10scc로 변한다. 챔버팬이 레이저가스를 순환시키지만 레이저가 발사되지 않을 때, 전형적인 주입률은 시간당 약 120scc이다.
단위 "scc"는 표준 세제곱 센티미터이다. 특정한 체적에 있는 플루오르의 양을 표현하는 다른 공통적으로 사용되는 단위는 퍼센트(%) 플루오르, ppm 및 킬로파스칼이 있으며, 때로는 뒤에 기술된 용어로 플루오르 가스 혼합물의 부분압으로 불리운다. (이것은 레이저 챔버내에 주입된 플루오르의 양이, 1% 플루오르 가스 혼합물이 주입되는 동안 측정된 챔버압력에 의해서 (직접 또는 간접으로) 결정되기 때문이다) 1% 플루오르 혼합물의 시간당 320scc 주입률은 2 시간동안 약 0.10 퍼센트 내지 약 0.087 퍼센트의 플루오르 농도 소모에 대응한다. 순수한 플루오르의 그램으로 측정될 때 두 시간에서 소모된 플루오르의 실제적인 농도는 상기 320scc/시간의 플루오르 가스 혼합물 주입률(즉, 2 시간간격에서 주입된 1% 플루오르 혼합물의 640scc)에 대응하여 2 시간주기동안 약 10 밀리그램이 된다.
집적회로 리소그래피에 대해, 전형적인 동작모드는 1초의 몇분의 1 동안 내지 수 초의 부동시간을 갖는 약 300 펄스(1000Hz에서 약 300밀리초의 지속시간)와 같은 버스트로 웨이퍼에 적용되는 약 1000Hz 내지 4000Hz에서 10mJ/펄스와 같은 일정한 펄스에너지의 레이저 펄스를 요구한다. 동작 모드는 유지보수를 위한 시간으로 예를 들면, 주당 한 번 또는 2주당 한번 8 시간과 함께, 수 개월동안 연속적으로 하루에 24시간, 주에 7일이 될 수 있다. 따라서, 이들 레이저는 실질적으로 문제 없이 매우 신뢰가능하다.
리소그래피에서 사용되는 전형적인 KrF 및 ArF 엑시머 레이저에서, 약 10 mJ/펄스의 바람직한 펄스에너지를 갖는 고성능 재생가능한 펄스가 약 0.08퍼센트(플루오르 가스 혼합물의 800ppm 또는 약 24kPa 부분압) 내지 0.12퍼센트(1200ppm 또는 약 36kPa)의 플루오르 농도의 실질적인 범위에 걸쳐 얻어질 수 있다. 노멀 레이저동작 범위에 걸쳐, 바람직한 펄스 에너지를 만들기 위해 요구되는 방전 전압은 플루오르 농도가 감소될 때 증가하게 된다(다른 레이저 파라미터는 대략 일정하다고 가정할 때). 도 1은 10 mJ 및 14 mJ의 일정한 펄스 에너지에 대한 플루오르 농도 및 방전전압 사이의 전형적인 관계를 도시한다. 15kv 내지 20kv의 범위에 있는 방전전압은 바람직한 레이저 펄스 에너지를 만들기 위해 요구되는 방전전압을 만들기 위해 요구되는 (550볼트 내지 800볼트의 범위에 있는) 충전전압을 (펄스 압축-증폭 회로에서) 순환시키는 피드백 시스템에 의해서 전형적으로 제어되며, 충전전압에 대략적으로 비례한다. 따라서, 이러한 피드백 회로는 충전 전압펄스를 제공하도록, (550볼트 내지 800볼트)의 범위에 있는 "커맨드 전압"을 전력공급장치에 보낸다.
종래 기술은 연속적인 플루오르 소모에도 불구하고 일정한 펄스에너지를 유지시키기 위해 플루오르 농도와 방전전압 사이의 관계를 전형적으로 사용한다. 종래기술의 엑시머 레이저의 방전전압은 매우 빠르고 정확하게 변화될 수 있으며, 일정한 펄스 에너지를 유지시키도록 전자 피드백으로 조절될 수 있다. 과거에, 플루오르 농도의 정확하고 정밀한 제어는 매우 어려웠다. 따라서, 전형적인 종래기술의 KrF 및 ArF 레이저 시스템에서, 충전 전압 및 그에 따른 방전 전압이, 대략적으로 일정한 펄스 에너지 출력을 유지시키도록 피드백 제어 시스템에 의해 제어되는 동안, 플루오르 농도는 약 1 내지 4 또는 5시간의 시간주기동안 감소되게 된다. 주기적으로, 약 1 내지 수 시간의 간격에서, 플루오르는 수 초의 짧은 주입주기동안 주입된다. 따라서, 노멀 동작에서, 플루오르 농도는 약 1 내지 수 시간주기에 걸쳐 (예를 들면) 약 0.10 퍼센트에서 약 0.09 퍼센트로 점차적으로 감소하는 반면, 방전전압은 예를 들면, 약 600 볼트 내지 약 640 볼트로 동일한 주기에 걸쳐 증가하게 된다. 1 내지 수 시간주기의 끝에 플루오르의 주입은 (전압이 약 640 볼트까지 될때) 플루오르 농도가 약 0.10 퍼센트로 되돌아가고, (일정한 펄스 에너지를 유지하는) 피드백 제어는 전압을 600볼트로 다시 감소시킨다. 이러한 기본 프로세스는 수일동안 전형적으로 반복된다. 수 일의 주기에 걸쳐 오염물질이 레이저 가스에 쌓이기 때문에, 약 5 내지 10일의 간격에서 레이저에 있는 모든 가스를 새로운 레이저 가스로 실질적으로 교체하는 것이 보통 바람직하다. 도 2는 상기 설명된 종래의 플루오르 주입기술을 도시한다. 평균값은 제어 전압 커멘드의 평균값을 도시하며, 실질적인 충전전압의 평균값을 간접적으로 도시한다.
상기 종래 기술은 오늘날 제조환경에서 이들 엑시머 레이저의 신뢰성 있는 동작을 오랜기간동안 제공하도록 효과적으로 사용된다. 그러나, 대역폭, 빔 프로파일 및 파장과 같은 수개의 레이저 파라미터는 방전전압 및 플루오르 농도에서의 실질적인 스윙에 의해 역효과를 받는다.
상기 종래 기술하에 제공된 것 보다 더 협소한 범위내에서 엑시머 레이저에 있는 플루오르 농도를 제어하고 측정하는 실질적으로 많은 기술이 제안되고 특허화되어 왔다. 일반적으로 이들 기술은 상업적으로 추구화되지는 않았다.
레이저 가스에서의 F2변화량을 최소화시켜서, F2변화량으로 생기는 빔 특성에서의 변화를 최소화시키는 경제적인 방법이 요구된다.
(발명의 개요)
본 발명은 가스 방전 레이저 챔버에서의 플루오르 농도의 정확한 제어를 할 수 있도록 엑시머 레이저 시스템을 자동 플루오르 제어 시스템에 제공하는 것이다.
출원인은 펄스 에너지 안정도, 파장 안정도, 대역폭과 같은 빔 파라미터가 플루오르 농도에서의 변화에 매우 민감함을 발견하였다. 그들은 또한 레이저가 노화됨에 따라서 빔 파라미터의 가장 바람직한 조합을 제공하는 플루오르 농도가 변하는 경험을 했다. 또한, 종래기술에서 설명된 바와 같이, 플루오르 농도에서의 감소는 방전전압에서의 증가를 야기시키고 레이저 수명이 고방전전압 및 고 플루오르 농도에 의해서 단축된다고 공지되어 왔다. 따라서, 좋은 빔 파라미터 및 긴 레이저 수명을 얻는 목적을 위하여 플루오르 농도의 조심스런 선택이 요구된다. 이러한 선택은 지적인 트레이드오프 결정을 포함하며, 일단 트레이드오프가 결정되면, 플루오르 농도의 "스위트 스폿(sweet spot)"이 플루오르 농도의 가장 바람직한 범위를 결정하게 된다. 이러한 스위트 스폿이 결정될 때, 플루오르 농도의 스위트 스폿내에서 레이저가 동작되는 것이 중요하다. 이것은 (펄스 에너지와 전압의 변화) △E/△V를 결정하는 레이저 파라미터를 모니터링하며, 플루오르 농도를 실질적으로 측정할 필요가 없이 △E/△V를 근거로 하여 플루오르 농도를 자동으로 정확하게 제어하는 컴퓨터 제어 시스템을 사용하여 행해진다.
바람직한 실시예에서, 연속적인 플루오르 주입에 근접한 속도로 작은 양의 정확한 주입("미세 주입")을 할 수 있도록 사용될 수 있는 매니폴드 시스템이 제공된다.
도 1은 전형적으로 상업적인 KrF 또는 ArF 엑시머 레이저에서의 방전전압 및 플루오르 농도 사이의 전형적인 관계를 도시하는 그래프,
도 2는 폭 넓게 사용된 플루오르 농도 제어의 종래기술 방법을 도시하는 그래프,
도 3a 및 3b는 충전전압의 함수로서 펄스 에너지 및 △E/△V의 그래프,
도 4는 F2제어 알고리즘을 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 블록도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예를 사용한 테스트 결과를 도시하는 한 세트의 차트.
(실시예)
본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조로 설명될 수 있다.
△E/△V에 의거한 미세주입
도 3a는 28 kPa 및 24 kPa의 F2농도를 갖는 KrF 레이저에 대한 펄스 에너지 대 충전전압의 전형적인 그래프이다. 도 3b는 두개의 F2농도값에 대한 충전전압을 갖는 △E/△V의 변화량을 도시하는 그래프이다. 그래프에서 도시된 바와 같이, △E/△V(일정한 펄스 에너지(E)에 대응)의 절대값은 충전전압이 변하는 것보다 F2를 갖는 것이 일관되게 더욱 변한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 충전전압값의 큰 범위에 걸쳐서 24 kPa 내지 28 kPa의 F2농도에서의 변화에 의해 만들어진 △E/△V의 값에서 약 25%의 상대적으로 일관된 변화가 있다.
이러한 발견에 의거하여, 출원인은 충전전압과 펄스에너지의 변화를 나타내는 파라미터(△E/△V)를 모니터링함으로써 원하는 스위트 스폿내에서 레이저동작이 유지되도록 설계된 플루오르 제어 기술을 발견하였다.
배경기술에서 설명된 바와 같이, 집적회로 제조를 위한 스테퍼 및 스캐너 장치에 있는 광원으로서 사용되는 엑시머 레이저에 대한 바람직한 동작 모드는 "버스트 모드" 로 불린다. 이러한 모드에서, 레이저는 1000Hz 내지 4000Hz의 펄스율에서 약 300 펄스와 같은 "버스트"로 동작되고, 각각의 300 펄스 버스트는 2 또는 4제곱 센티미터의 단일노출사이트를 직경이 8인치가 되는 웨이퍼상에 비춘다. 전형적으로 많은 (약 85개와 같은) 노출 사이트가 단일 웨이퍼상에 있으며, 각 사이트는 하나 이상의 집적회로에 대응한다. 각 버스트는 예를 들면, 0.3초의 느슨한 주기만큼 떨어져 있다. 예를 들면, 85 노출사이트를 커버하는 85"버스트" 후에, 레이저는 약 9초의 더 긴 주기동안 느슨해지는 동시에, 새로운 웨이퍼가 스테퍼 및 스캐너옆에있는 위치로 이동된다. 종래 에너지 제어 알고리즘은 각 펄스에 대한 충전전압을 조절하도록 시도하여, 버스트내의 전체에너지가 버스트내에서 최소한의 펄스 에너지 변화율로 일정하게 된다. 특정 충전전압, 및 각 펄스에 대한 펄스 에너지는 컴퓨터 제어 시스템에 의해 모니터링된다. 비록 레이저 제어가 펄스 에너지 상수를 유지하도록 (또한 전체 버스트 에너지 상수를 유지하도록) 시도되고 있지만, 각 버스트동안 펄스 에너지 및 특정 충전전압의 상당한 펄스 대 펄스 변화율이 존재한다. 따라서, 컴퓨터는 펄스 에너지(E) 및 충전전압(V)의 평균값을 결정하도록 쉽게 프로그래밍될 수 있으며, △E/△V의 값을 계산할 수 있다. 이들은 전형적으로 초당 1000 내지 4000 펄스의 속도로 오는 버스트당 약 300펄스이기 때문에, △E 및 △V의 상당히 큰 값은 우수한 통계로 단시간주기내에 합계가 되고 평균화될 수 있으며, 따라서, △E/△V의 값은 매우 정확하게 결정될 수 있다.
스위트 스폿 찾기
원하는 F2스위트 스폿을 찾기 위해, 레이저는 다양한 F2농도에서 동작되면서, 원하는 레이저 펄스 에너지에 요구되는 에너지 안정도, 대역폭, 및 충전전압과 같은 성능 파라미터를 측정한다. 파라미터의 가장 바람직한 조합을 만드는 F2농도 범위가 결정된다. 펄스 에너지 값(E), 충전전압(V), 및 스위트 스폿에 대응하는 △E/△V가 측정된다. (△E/△V)i의 F2주입값이 결정된다. 컴퓨터는 레이저 생성동작동안 (△E/△V)i이하로 (△E/△V)의 측정값이 감소될 때마다, F2미세 주입으로 불리는 알고리즘이 제공된다. 바람직한 실시예에서, 또한 알고리즘은 다른 특정 레이저 파라미터를 모니터링하고, 임의의 값이 명세값 밖에 있다면, 경보가 시동되고/시동되거나 F2주입 교체 공정이 구성될 수 있다.
도 4는 레이저 동작동안 측정값(△E/△V)에 의거하여 F2미세주입을 제공하는, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 플로차트이다. 본 실시예에서, 블록 (60,62,64)에 도시된 바와 같이, 레이저는 원하는 최적의 동작 영역을 결정하도록 다양한 F2농도에서 동작된다. 그러한 스위트 스폿은 △E/△V 및 △E/△V범위(△E/△V범위는 F2단일미세주입으로부터 생긴 △E/△V에서의 변화에 대략적으로 일치한다)의 바람직한 값에 의해 정의된다. △E/△V범위의 최소값을 나타내는 (△E/△V)i로 불리는 값이 결정되고 컴퓨터 메모리내에 저장된다. 바람직한 실시예에서, (△E/△V)i값은 또한 E/V의 최저값을 나타낼 수 있지만, E/V범위는 미세주입으로 생긴 △E/△V범위보다 (예를 들면 2배정도 크기)상당히 더 크게 만들어 진다. 도 4의 블록의 나머지부분은 레이저가 집적 회로 리소그래피에 대한 광원으로서 생성 모드에서 동작중인 동안 F2제어에 관한 것이다. E/V 및 △E/△V의 값은 컴퓨터 제어에 의해 결정되며, 미세 주입은 △E/△V가 (△E/△V)i아래로 떨어지는 경우에 요구된다. 주입후, 제어 프로세스가 다시 시작하기 전에, 안정화되도록 2분간의 시간주기가 레이저에 대해 제공된다. △E/△V가 최적의 범위내에 있는 한, 레이저 제어는 △E/△V를 계속해서 모니터링할 것이다. 또한 알고리즘은 E/V를 체크하고 파라미터가 (E/V)i이하로 떨어지면, 주입을 요구할 것이다. 이것은 보통 발생하지 않으며, 조작자는 66에 도시된 바와 같은 보통과는 다른 경우가 발생된 것을 경고한다. 도시되지 않았지만, 레이저 제어가 V의 과다하게 높은 값과 같은 바람직한 상황에 있는 알고리즘의 범위밖으로 루프화하도록 추가적인 루틴이 알고리즘내에 삽입될 수 있다.
제어 프로그램에서의 사용을 위한 △E/△V의 값을 결정하는데 수개의 기술이 사용될 수 있다. 출원인은 (부정적인 값이 없어진다)1000 값의 평균을 사용하는, 그리고, 1000값의 모드를 사용하는 것을 포함하는 수개의 기술을 경험하였다. 또한 출원인은 △E 및 △V의 더 큰 단일값을 얻기 위해 약 2 볼트만큼의 전압을 디더링함으로써 △E/△V의 측정을 행하였다. 각각의 기술은 대략적으로 동일한 결과를 만들어냈다.
프로토타입 △E/△V의 F2제어 알고리즘의 사용으로 얻은 테스트 결과는 도 6에 도시되어 있다. 이러한 논증동안에, 전압은 약 20 볼트내로 제어되고, 약 1 시간의 간격으로 주입이 발생한다. 레이징이 주입동안에 계속된다. 도면에 도시된 바와 같이, 모든 특정 파라미터가 한계값내에 있다. 미세주입이 작을수록 제어가 더욱 정확해진다. (예를 들면, 아래 설명된 바와 같이, 극소의 주입은 동작의 긴주기에 걸쳐서 충전전압 및 대략 일정한 F2의결과를 낳는 약 3 내지 5분의 간격으로 만들어질 수 있다.)
플루오르 주입장치
플루오르 소모
도 5에 도시된 레이저 챔버(1)는 20.3 리터의 레이저 가스를 포함한다. 명목상, KrF 레이저에 대해 상기한 바와 같이, 구성물질은 1.0퍼센트의 크립톤, 및 0.1 퍼센트의 플루오르와 나머지의 네온으로 되어있다. 0.1 퍼센트의 플루오르는 3기압의 플루오르의 약 0.0020 리터 또는 2ml의 부피를 나타낸다. 질량의 면에서, 레이저 챔버내에 있는 플루오르의 공칭양은 약 8 그램(81mg)이다. 플루오르의 부분압력은 약 280Pa 순수 플루오르(1% 플루오르 혼합물의 약 28kPa에 대응)이다. 약 40 퍼센트(이것은 전형적인 리소그래피 레이저에 대한 것임) 플루오르의 충격계수에서 레이저 동작으로 인한 노멀 동작동안, 시간당 약 3.3mg의 비율(이것은 시간당 챔버내에 있는 플루오르의 약 5%에 대응한다)로 소모된다. 플루오르의 정상 소모율은 시간당 약 1.45 Pa이다. 1%의 플루오르 가스 혼합물을 사용하여 이러한 소모를 보상하기 위해, 시간당 약 1.15 kPa에 대응하는 부피의 혼합물이 챔버내에 첨가된다.
배경기술에서 설명한 바와 같이, 플루오르 소모율은 일정하지 않다. 레이저 팬이 동작중이고, 레이징이 발생되지 않으면, 플루오르 소모율은 대략 절반으로 절감된다. 만약 팬이 닫혀지면, 플루오르 소모율은 40%의 충격계수의 소모율의 약 1/4로 절감된다.
도 5는 약 3 내지 5분으로 낮은 간격에서 주기적인 플루오르 주입이 정확하게 제어되도록 설계되고 자동제어를 제공하는 시스템을 도시한다. 상기와 같이, 전형적인 최신의 1000Hz 10mJ 리소그래피 KrF 엑시머 레이저에 대해, 40% 부하계수에서 동작하는 동안의 플루오르의 소모율은 시간당 약 3.3mg 또는 분당 55미크로그램이 될 수 있다. 이러한 플로오르 농도에서의 감소는 각 5 분 동안 약 66 볼트 또는시간당 800 볼트의 방전전압의 증가를 요구한다(첨가된 플루오르가 없다고 가정할 때). 예를 들면, 5분주기동안 약 18000볼트 내지 약 18066 볼트의 전압증가는 전형적인 것이다. 이러한 방전전압의 증가는 대응 증가분(568 볼트 내지 582 볼트와 같은)만큼 충전전압을 고전압으로 증가시킴으로써 수행된다. 따라서, 스위트 스폿이 10 mJ의 펄스에너지에서 575 볼트 충전전압에 대응한다면, 도 5에 도시된 시스템은 측정된 △E/△V값이 플루오르 소모의 결과로서 (△E/△V)i로 감소될 때까지, 펄스에너지를 펄스당 10mJ로 제어하는데 필요한 정도로 제어하도록 충전전압을 조절하도록 프로그래밍된다. 이러한 점에서, 약 290미크로그램의 플루오르가 주입되어 레이저의 효율이 향상되므로, 펄스 에너지 방전 전압 피드백 회로는 자동적으로 전압이 약 568 볼트로 감소하도록 하게 하여, 추가의 플루오르 소모가 발생할 때, 전압이 다시 582 볼트로 점차 증가되고, 이때 다른 주입이 요구된다. 이러한 스위트 스폿은 도 6에 도시된 바와 같이 약 2 퍼센트의 공칭전압이 되고, 이것은 전압 스윙이 약 8 퍼센트가 되는 도 2에 도시된 바와 같은 종래기술보다 더욱 향상된 것이다. 상기와 같이, 주입이 작게 될수록 V 및 F2의 스윙이 추가로 감소하게 된다.
가스 교체
상기 설명된 공정은 기본적으로 소모된 플루오르를 거의 계속적인 기준선상으로 교체한다. 플루오르 가스원은 단지 1%의 플루오르이기 때문에, 이것은 챔버내에서 또한 Kr 또는 Ne의 일부분을 거의 계속적인 기준선상으로 교체한다. 그럼에도 불구하고, 레이저 가스의 일부분이 실질적으로 계속적으로 교체되더라도, 이러한모드에서의 동작은 레이저 가스의 효율을 저하시키는 레이저가스의 오염물질을 쌓게 한다. 효율상의 이러한 저하는 원하는 펄스에너지를 유지시키기 위해 전압 또는 플루오르 농도에서의 매우 점차적인 장기간의 증가를 요구한다. 이러한 이유로, 종래 시스템에서의 정상적인 실행은 실질적으로 완전하게 가스가 교환되는 동안 주기적으로 레이저가 정지될 것을 제안하고 있다. 이러한 실질적으로 안전한 가스 교환을 리필이라고 한다. 이들 주기는 리필 사이에 100,000,000펄스와 같은 레이저 펄스의 수를 근거로 하여 결정되거나, 리필 시간은 최종 리필 또는 펄스 및 예정시간의 조합 이후부터의 예정시간을 근거로 하여 결정될 수 있다. 또한 리필 시간은 특정한 플루오르 농도에서의 원하는 출력에 요구되는 충전전압의 양에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게, 리필 후, "스위트 스폿"에 대한 새로운 테스트가 실행되어야 한다. 또한, 주기적으로 채움사이에, 스위트 스폿 테스트가 수행되어서, 스위트 스폿이 변했다면, 조작자는 새로운 스위트 스폿이 어디인지를 알아야 한다.
리필은 다음과 같이, 도 5에 도시된 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 밸브(10,6,15,12,17,4)가 닫혀지자마자, 밸브(6,12)가 열리고, 진공펌프(13)가 동작되고, 레이저 챔버가 13kPa 미만의 절대압력으로 낮게 펌핑된다. (선아래의 직접펌프는 빠른 펌핑이 가능하도록 챔버(1) 및 진공펌프(13) 사이에 제공될 수 있다.) 밸브(16)가 열리고, 1%Kr, 완충가스보틀(16)로부터의 99% Ne 완충가스가 50℃에서 262kPa에 상당하는 압력으로 채워지도록 챔버내에 첨가된다. (이러한 20.3 리터 레이저 챔버에 대해, 온도 보정은 50℃에서부터의 챔버 온도 편차에 대해 1kPa/℃의 △P/△T를 사용하여 대략화된다. 따라서, 챔버의 온도가 23℃라면, 247kPa로 채워질 것이다.) 밸브(17)가 닫히고, 밸브(15)가 열리며, 할로겐 풍부 가스 보틀(14)로부터의 1%의 Fl, 1%의 Kr, 98%의 Ne 혼합물의 양이 50℃에서 290kPa에 상당하는 압력으로 채워지도록 챔버(1)에 첨가된다. (상기 설명된 것과 동일한 온도보정이 사용될 수 있다) 이것은 대략적으로 0.1%의 Fl, 1%의 Kr, 98.9%의 Ne가스의 챔버안의 혼합물을 제공할 것이다. 챔버가 약 50℃로 가열될 때, 압력은 약 3atm 또는 290kPa가 될 것이다.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명되었지만, 많은 변경 및 변조가 당업자에 의해 수행될 수 있다. 당업자는 KrF 엑시머 레이저에 대한 상기 설명된 원리가 ArF 엑시머 레이저에도 동등하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 엑시머 레이저 설계에 관한 당업자는 피드백 제어 시스템이 시간 변화량을 갖는 레이저 빔을 제공하는 목적으로 실질적인 실시간 기준에서 플루오르 농도가 변하는 목적에 맞게, 또는 빔 출력에서의 시간 변화량을 제공하는 일부 효과를 보상하기 위해 플루오르 변화량이 선택되는 경우에 빔 파라미터를 일정하게 유지시키는 목적에 맞게 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 및 진의내에 있는 모든 이러한 변경 및 변조가 첨부된 청구항에 의해 커버될 것이다.
본 발명에 의해서, 가스방전 레이저 챔버에 있어서 플루오르 농도를 F2" 스위트 스폿" 안에서 정확하게 제어하는 것이 가능하도록 하는 자동 플루오르 제어 시스템을 구비한 엑시머 레이저 시스템이 구현될 수 있다.

Claims (16)

  1. A) 1) 이격되어 있는 두개의 가늘고 긴 전극: 및
    2) 불활성 가스, 플루오르, 및 완충가스를 포함하는 레이저 가스:를 포함하고 있는 레이저 챔버;
    B) 레이저 가스를 이격된 두개의 전극사이에 흐르게 하는 블로워;
    C) 플루오르 공급원;
    D) △E/△V를 결정하는 수단; 및
    E) 레이저 챔버의 플루오르 농도에 의해 결정된 바람직한 스위트 스폿내에서 상기 레이저가 동작하도록, 결정된 △E/△V 값을 기초로 하여 플루오르 주입 흐름을 자동으로 제어하기 위해 배치된 플루오르 제어 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 불활성 가스는 크립톤인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 불활성 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 크립톤은 약 1 퍼센트의 레이저 가스를 포함하고, 플루오르는 약 0.1 퍼센트의 레이저 가스를 포함하며, 완충가스는 약 98.9 퍼센트의 레이저 가스를 포함하는 네온인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 제어 시스템은 온도 및 압력 센서를 포함하고, 프로세서는 기준 온도로부터의 온도편차를 기초로 하여 플루오르 주입을 조절하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 피드백 제어 시스템은 상기 레이저가 소정의 스위트 스폿내에서 동작을 유지하기 위해 플루오르 흐름을 제어하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스위트 스폿은 플루오르 농도의 범위로서 정의되는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 스위트 스폿은 전압 대 F2농도의 커브의 기울기에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 피드백 제어 시스템은 스위트 스폿으로 정의된 전압이 공칭 스위트 스폿 전압의 약 2 퍼센트보다 크지 않기 위해, 연속적인 주입을 시뮬레이션할 정도로 충분하게 서로 가까운 간격으로 플루오르를 주입하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 주입 매니폴드로부터 떨어져 있는 배기 라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 주입보틀은 0.5 리터보다 큰 가스 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 0.3 리터보다 큰 체적을 갖는 블리드 보틀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 상대적으로 높은 압력위치에서 상기 주입보틀로, 및 상기 주입보틀에서 상기 챔버의 상대적으로 낮은 압력위치로 가스가 흐르도록 하는 가스배관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저 시스템.
  14. 가스 방전 레이저에서 플루오르 농도를 제어하는 프로세스에 있어서,
    A) 바람직한 동작 범위를 결정하기 위해, 레이저를 다양한 F2농도 레벨에서 동작시키고, 레이저 파라미터를 결정하는 단계;
    B) △E/△V를 상기 바람직한 동작범위내에서 결정하는 단계;
    C) △E/△V 주입값((△E/△V)i)을 결정하는 단계; 및
    D) △E/△V가 (△E/△V)i이하로 감소할 때, F2의 양을 레이저 동작동안 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  15. 제 14 항에 있어서, 주입된 F2의 양은 5 밀리그램보다 적은 것을 특징으로 하는 프로세스.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 프로세스는 자동이며, F2제어 알고리즘으로 프로그래밍된 컴퓨터 프로세서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
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