KR100394397B1 - 신뢰성있고 모듈화되고 생성력이 우수한 협대역 ＫｒＦ엑시머 레이저 - Google Patents

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Abstract

약 0.6pm이하의 대역폭을 가지고 1000Hz에서 10mJ 레이저 펄스를 생성할 수 있는 신뢰성있고 모듈화되고 생성력이 우수한 협대역 KrF 엑시머 레이저. 본 발명은 특히 집적회로의 리소그래피 제조에서의 장기간의 24 시간 연속동작에 적합하다. 종래 레이저보다 향상된 것은 단일 업스트림 예비전리기 튜브 및 음향 배플을 포함하는 것이다. 바람직한 실시예는 감소된 플루오르 농도, 블로워 베이링 상에 공기역학적 반작용력을 감소시키도록 형상화된 애노드 지지바, 빠른 펄스 상승 시간을 제공하는 변형된 펄스 전력 시스템, 실질적으로 증가된 반사율을 갖는 출력 커플러, CaF 프리즘 빔 익스팬더를 구비한 라인 협소화 모듈, 더욱 정확한 파장계, 새롭고 향상된 펄스 에너지 제어 알고리즘으로 프로그래밍된 레이저 컴퓨터 컨트롤러를 포함한다.

Description

신뢰성있고 모듈화되고 생성력이 우수한 협대역 ＫｒＦ 엑시머 레이저{RELIABLE, MODULAR, PRODUCTION QUALITY NARROW-BAND KrF EXCIMER LASER}
KrF 엑시머 레이저는 현재 집적회로 리소그래피 산업에서 유용한 광원이다. 집적 회로 제조에 사용되는 일반적인 종래의 KrF 엑시머 레이저가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 이러한 종래 레이저의 레이저 챔버의 단면은 도 3에 도시된다. 고전압 전력공급장치(3)에 의해 전력화된 펄스 전력 모듈(2)은 방전 챔버(8)에 위치된 전극(6)에 전기 펄스를 공급한다. 전극은 약 28인치 길이를 가지며, 3/5인치정도 서로 이격되어 있다. 전형적인 리소그래피 레이저는 약 1000Hz의 고펄스율로 동작한다. 이러한 이유로, 전극사이의 공간을 통하여 (약 0.1% 플루오린, 1.3% 크립톤 및 나머지는 완충가스로서 기능을 하는 네온) 레이저 가스를 순환시키는 것이 필요하다. 이것은 레이저 방전 챔버내에 위치된 접선 블로워(10)에 의해 행해진다. 레이저 가스들은 챔버내에 위치된 열교환기(11) 및 챔버밖에 장착된 냉각판(13)에 의해 냉각된다. 냉각판(13) 및 열교환기(11)에 대한 냉각수는 물도입구(40)로 들어와 도 3에 도시된 물 배출구(42)로 나간다. KrF 레이저의 고유 대역폭은 라인 협소화 모듈(18)에 의해 협소화된다. 상업적인 엑시머 레이저 시스템은 일반적으로 나머지 시스템에 지장을 주는 일 없이 신속히 대체될 수 있는 수개의 모듈로 이루어져 있다. 주요 모듈은 도 2에 도시되어 있으며, 다음과 같다:
레이저 챔버(8),
펄스 전력 모듈(2),
출력 커플러(16),
라인 협소화 모듈(18),
파장계(20),
컴퓨터 제어 유닛(22).
이들 모듈은 레이저가 동작유지상태에 있을 때, 개별 유닛을 신속하게 대체하여 레이저에 대한 휴지시간을 최소화하도록 한다. 전극(6)은 캐소드(6A) 및 애노드(6B)로 구성된다. 종래 실시예에서, 애노드(6B)는 도 3의 단면으로 도시된 약 28인치의 길이를 갖는 애노드 지지바(44)에 의해 지지된다. 흐름은 도면상에서 시계방향이다. 애노드 지지바(44)의 하나의 코너 및 하나의 에지는 블로워(10)에서의 에어가 전극(6A 및 6B) 사이를 흐르도록 하는 가이드 베인(guide vane)으로 작용한다. 종래 레이저에서 다른 가이드 베인은 46, 48 및 50으로 도시된다. 구멍이 난 전류 복귀판(52)은 애노드(6B)를 챔버(8)에 접지되도록 돕는다. 상기 판은 레이저 가스 흐름경로에 위치된 큰 구멍(도 3에는 도시생략)이 나 있어 실제로 가스 흐름에 영향을 주지 않는다. 전극방전 커패시터(54)는 펄스 전력 모듈(2)에 의해 각 펄스 이전에 충전된다. 커패시터(54)상에 전압이 승압하는 동안, 높은 전기장이 두개의 예비전리기(56)에 의해 생성되며, 두 개의 예비전리기(56)는 전극(6A 및 6B) 사이에서 이온 필드를 생성하며, 커패시터상의 충전이 약 16000볼트에 도달할 때, 전극을 가로지른 방전이 엑시머 레이저 펄스를 만들면서 발생된다. 각각의 펄스에 따라, 블로워(10)에 의해 만들어진 가스흐름은 다음 펄스가 1.0 밀리초 후에 발생하는 사간내에 신선한 레이저 가스를 전극사이에 충분히 제공한다.
방전 챔버는 약 3기압에서 동작된다. 이들 레이저는 1000Hz와 같은 고반복율의 펄스모드로 동작한다. 펄스당 에너지는 약 10mJ이다.
300nm 미만의 파장에서, 수개의 광학 물질은 칩 리소그래피용으로 사용되는 스테퍼 렌즈를 만드는데 유용하다. 가장 일반적인 물질은 융화된 실리카이다. 융화된 모든 실리카 스테퍼 렌즈는 색채보정 능력을 가지고 있지 않다. KrF 엑시머 레이저는 대략 300pm(반치전폭)의 고유 대역폭을 가지고 있다. (NA>0.5를 갖는) 굴절 렌즈 시스템(스테퍼 또는 스캐너)에 대하여, 색체 수차를 피하도록 대역폭이 1pm 아래로 감소되어야 한다. 종래기술의 상업적으로 이용가능한 레이저 시스템은 약 248nm의 공칭 파장에서 약 0.8pm(0.0008nm)의 대역폭을 갖는 KrF 엑시머 레이저 빔을 제공할 수 있다. 최상의 상업적으로 이용가능한 레이저의 파장 안정도는 약 0.25pm이다. 이들 파라미터와 함께, 스테퍼 메이커는 약 0.3 미크론의 집적회로 분해능을 제공하는 스테퍼 장치를 제공할 수 있다.
엑시머 레이저와 같은 전기 방전 레이저는 고전압 전력 공급장치를 요구한다. 종래기술의 전형적으로 간략화된 엑시머 레이저용 전기 회로가 도 4에 도시되어 있다. 전기회로는 자기스위치회로, 및 자기스위치회로용 전력공급장치를 포함한다. 레이저용 종래의 1kV 전력공급장치를 나타내는 블록이 도 2 및 도 4에 3으로 도시되어 있다. 종래 전력공급장치의 더욱 상세한 설명은 도 5a에 도시된다. 전형적인 종래 레이저 시스템에서, 전력공급장치(2)는 1000Hz의 주파수에서 약 0.2 밀리초동안 지속하는 약 600 볼트의 고전압 펄스를 제공한다. 도 4에 도시된 자기스위치 회로는 도 4에 도시된 바와 같이 레이저의 전극사이에 걸쳐있는 전기 방전을 생성하도록 이들 펄스를 증폭시키거나 압축시킨다. 전극사이에 걸쳐있는 이들 방전 펄스는 전형적으로 약 70ns의 지속시간동안 약 16000볼트가 된다.
레이저가 1000Hz와 같은 특정 반복율에 연속동작될 때, 일정한 전력 공급 출력 전압의 유지는 레이저공급기에 대하여 해결될 문제이다. 이러한 과제는 레이저가 버스트 모드에서 동작될 때 더욱 어렵게 된다. 전형적인 버스트 모드는 1 초 내지 수초정도의 "휴지시간"에 의해 분리되는 버스트동안 1000Hz의 속도에서 약 110 펄스의 버스트를 생성하도록 요구되는 레이저 모드중의 하나이다. 연속모드에서 동작될 때, 상대적으로 일정한 출력 펄스 에너지를 유지하기 위한 출력전압 편차는 약 0.6%(약 3 내지 3.5 볼트)의 범위에 있다. 버스트 모드에서 동작시, 수개(약 40 펄스 이상)의 제 1 펄스동안의 편차는 약 2.5%(약 12 내지 15 볼트)이고, 펄스 에너지 편차의 정확한 제어로는 우수하지 못하다.
전형적인 리소그래피 엑시머 레이저에서, 피드백 제어 시스템은 각 펄스의 출력 레이저 에너지를 측정하고, 바람직한 펄스 에너지로부터의 편차정도를 결정하고, 전력공급 전압을 조정하도록 신호를 제어기에 전송하여, 결과적인 펄스 에너지가 바람직한 에너지에 더욱 가깝게 된다. 종래 시스템에서, 이러한 피드백 신호는 아날로그 신호이며, 이것은 레어저의 주변환경에 의해 생성된 노이즈의 영향을 받는다. 이러한 노이즈는 제공되는 전력 공급 전압에 에러를 생기게 하고, 결국 출력 레이저 펄스 에너지에서 편차를 증가시킬수 있다.
이들 엑시머 레이저는 전형적으로 예정된 유지보수를 위한 단지 짧은 시간의 운전정지 기간을 제외하고는 수개월 동안 하루에 24 시간, 주에 7일을 몇달동안 연속동작할 것을 요구받는다. 이들 종래 레이저에서 경험되는 하나의 문제는 블로워 베어링의 과다한 마모 또는 종종의 실패가 있다는 것이다.
도 2에 도시된 종래 파장계 모듈이 도 6에 도시되어 있다. 파장계는 파장의 대략적인 측정용으로 회절격자를, 미세한 파장 측정용으로 에탈론을 사용하며, 파장계에 대한 절대측정을 제공하도록 아이런 기상 흡수 셀을 포함한다. 이러한 종래의 디바이스는 회절격자로부터의 대략적인 신호를 에탈론에 의해 만들어진 한 세트의 프린지 링의 중심에 있는 선형 포토 다이오드 어레이상에 포커싱한다. 에탈론에 의해 만들어진 중심 프린지는 포토 다이오드 어레이가 대략적인 회절격자 신호를 검출하게 블록킹된다. 종래의 파장계는 파장측정에 요구되는 원하는 정확성을 충족시키지 못한다.
상기와 같은 종래 레이저는 주요 유지보수가 요구되기 전까지 매우 신뢰성 있게 수백만의 펄스를 생성하지만, 집적회로 제조자는 더욱 우수한 성능 및 신뢰성을 주장하고 있다. 따라서, 오랜기간의 공장 작동 능력, 0.2pm미만의 파장 안정도, 및 0.6pm의 대역폭을 가지고 있는 신뢰성있는 생성특성의 엑시머 레이저가 요구된다.
본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히 협대역 KrF 엑시머 레이저에 관한 것이다.
도 1은 종래 상업용 KrF 리소그래피 레이저의 도면,
도 2는 집적회로 리소그래피 용으로 사용된 종래 상업용 KrF 리소그래피 레이저의 주요구성요소를 도시한 도면,
도 3은 도 2 레이저의 레이저 챔버의 도면,
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예의 특징을 도시한 레이저 챔버의 도면,
도 4는 고체상태 펄스 전력 회로의 간략화된 전기적 도면,
도 5a는 전형적인 종래 전력공급장치의 회로도,
도 5b 및 5c는 종래 피드백 회로의 회로도,
도 6은 종래 파장계의 도면,
도 7은 바람직한 예비전리기의 특징을 도시한 도면,
도 8a 및 8b는 바람직한 피드백 회로도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예의 특징을 도시하는 회로도,
도 10은 향상된 파장계의 특징을 도시하는 도면,
도 11a 및 11b는 도 10 파장계의 기능을 설명하는 그래프.
(발명의 개요)
본 발명은 약 0.6pm이하의 대역폭을 가지고 1000Hz에서 10mJ 레이저 펄스를 생성할 수 있는 신뢰성있고 모듈화되고 생성력이 우수한 협대역 KrF 엑시머 레이저를 제공하는 것이다.
본 발명은 특히 집적회로의 리소그래피 제조에서의 장기간의 24 시간 연속동작에 적합하다. 종래 레이저보다 향상된 것은 단일 업스트림 예비전리기 튜브 및 음향 배플을 포함하는 것이다. 바람직한 실시예는 감소된 플루오르 농도, 블로워 베이링 상에 공기역학적 반작용력을 감소시키도록 형상화된 애노드 지지바, 빠른 펄스 상승 시간을 제공하는 변형된 펄스 전력 시스템, 실질적으로 증가된 반사율을 갖는 출력 커플러, CaF 프리즘 빔 익스팬더를 구비한 라인 협소화 모듈, 더욱 정확한 파장계, 새롭고 향상된 펄스 에너지 제어 알고리즘으로 프로그래밍된 레이저 컴퓨터 컨트롤러를 포함한다.
바람직한 실시예
본 발명의 바람직한 실시예는 도 1,2,3,4,5a,5b,5c,및 6에 도시된 향상된 버전의 레이저이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 다음과 같은 향상성을 포함한다.
향상된 효율, 우수한 이온화, 및 전극사이에 향상된 레이저 가스 흐름을 제공하도록 두개의 튜브 예비전리기의 종래기술의 조합을 대체한 더 큰 단일의 튜브 예비전리기;
전기방전으로부터 생긴 음향충격파의 역효과를 최소화하도록 제공된 음향 배플;
블로워 베어링상에 공기역학적 반작용력을 실질적으로 감소시키도록 변형된 종래 기술의 애노드 지지바;
펄스 특성을 향상시키도록 감소된 플루오르 농도;
더 높은 전압에서 향상된 레이저 효율 및 더욱 일관된 펄스를 제공하면서 더 빠른 상승 시간을 제공하도록 변형된 고체 상태펄스 전력 시스템;
펄스 전력 시스템의 충전전압의 더욱 정교한 제어;
출력 펄스의 대역폭을 실질적으로 감소시키면서 20%로 두배가 된 출력 커플러의 반사율;
더욱 우수한 열안정도를 제공하도록 CaF프리즘으로 대체된 융화된 실리카 프리즘;
공칭 파장 및 대역폭의 더욱 정확한 측정을 제공하는 향상된 파장계; 및
펄스 에너지 및 버스트 에너지의 더욱 향상된 제어를 제공하는 새로운 알고리즘으로 프로그래밍된 컴퓨터 컨트롤러.
챔버의 향상
단일 예비전리기 튜브
도 3a에 도시된 바와 같이, 큰 단일의 예비전리기(56A)가 도 3에 도시된 두개의 예비전리기 튜브(56)로 대체된다. 단일 튜브 예비전리기는 여기서 참조로 되어 있는 1996년 3월 29일 출원된 미국특허출원 일련번호 625,500에 개시된 바에 따라 제조된다. 출원인은 하나의 예비전리기 튜브로도 충분할 뿐만 아니라 매우 놀랍게도, 두개의 예비전리기 설계보다 향상된 성능을 제공한다는 것을 발견하였다. 본 실시예에서, 예비전리기는 전극의 상류에 위치된다. 출원인은 향상된 성능의 이유를 완전히 이해하지는 못했다. 그러나, 출원인은 종래 하류에 위치된 예비전리기는(kHz레이저에서) 약 1 밀리초후에 오는 다음 펄스와 이들 이온이 간섭하기에 충분하게 긴 하나의 펄스에서 생성된 이온의 제거를 유인하거나 지체시킬 수 있다고 믿고 있다. 또한 출원인은 하나의 튜브 예비전리기와 연관된 대칭성의 부족이 펄스 대 펄스 안정도에서 관찰된 향상성의 이유라고 믿고 있다.
도 7을 참조로, 예비전리기는 튜브의 진정한 전체구성요소로서, 이안에 편성된 안티-트래킹 홈(170)과 함께 버싱 요소(180)를 갖고 있는 일체식 튜브 설계를 사용한다. 종래 설계는 튜브 구성요소와 버싱 요소를 결합하는 본딩 프로세스의 제조 목적상 요하는 2-지름 설계를 사용한다. 일정한 지름을 갖는 더욱 두꺼운 튜브 설계는 낮은 커패시턴스로 인한 이온화의 감소가 예상되는 종래 설계규칙과 반대되는 것이다. 대부분의 설계에서, 튜브 두께는 선택된 물질의 절연내력에 의존한다. 당업자는 주어진 튜브의 기하학에 대한 최적의 성능이, 최고의 절연내력을 가진 물질을 선택함으로써, 그리고 이러한 능력을 매칭시키는 벽두께를 결정함으로써 습관적으로 결정되고 있음을 인정한다. 예를 들면, 사파이어 물질은 1200볼트/밀 내지 1700볼트/밀의 범위에 있는 절연내력을 갖는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 0.35인치 두께의 튜브에 대해, 레이저가 25kV에서 동작된다면, 2라는 안전계수를 가질 것이다. 본 발명에 따라서, 물질의 레이저 절연내력은 더 두꺼운 튜브벽을 요하는 단일 피스 구성요소에 사용된다. 이러한 설계는 이론적으로, 낮은 커패시턴스를 생기게 한다. 그러나, 레이저 동작상 이러한 감소된 커패시턴스의 실제적인 효과는 전극 갭의 측정된 기하학적 방사의 놀라운 증가로 인하여 무시할 수 있다. 일정한 지름의 더 두꺼운 튜브 벽으로 인하여, 전체적인 부싱설계인 단일 피스의 물질은 안티-트래킹홈(170)을 제공하도록 가공될 수 있다. 더우기, 단일 피스의 구성요소로 인하여, 초고순도(예를 들면, 99.9%)의 폴리크리스탈 투명 알루미늄 산화 세라믹을 사용할 필요가 없고, 버싱(180) 및 튜브(145)사이의 일체적인 관계를 인공적으로 만들도록 확산 본딩의 제조에 있어 튜브의 기하학적인 어려운 표면폴리싱을 수행할 필요가 없게 된다. 사실상, 고순도는 물질의 다공성 만큼 중요한 특성은 아니다. 다공성이 크면 클수록 절연내력은 더욱 감소한다. 결과로서, Coors Ceramics Company에 의해 제조된 물질번호 AD-998E와 같은, 바람직하게는 적어도 99.8%의 순도, 및 낮은 다공성을 가지고 300 볼트/밀의 절연내력을 가진 상업적으로 등급화된 세라믹이 사용될 수 있다. 그안에 배치된 안티-트랙킹 홈(170)을 가지고 있는 버싱(180)은 상기한 바와 같이, 캐소드에서 접지판(160)으로 튜브의 표면을 축을 따라 고전압이 트래킹하는 것을 막는 역활을 한다.
음향 배플
출원인은 협대역 1000Hz KrF엑시머 레이저에 의해 생성된 레이저 빔의 특성 왜곡의 주요원인이 1000Hz 레이저에서 1.0 밀리초후에 발생하여 다음 펄스의 레이저 빔을 왜곡하고, 전극 사이의 공간으로 되돌아 챔버구조의 요소로부터 반사하는 1 펄스의 전기방전에 의해 생긴 음향 충격파임을 발견하였다. 여기 도 3a에서 설명된 본 실시예는 레이저 챔버의 양측상에 앵글화되고 홈이 있는 음향 배플(60,62)을 제공함으로써 실질적으로 이러한 효과를 최소화한다. 이들 배플은 전극으로부터 떨어져 있는 레이저 챔버의 낮은 영역 아래로의 음향 에너지의 일부분을 흡수하고 음향에너지의 일부분을 반사한다. 본 바람직한 실시예에서, 배플은 0.2 밀리간격으로 이격된 0.3밀 깊이, 0.1밀 폭의 홈을 가진 가공된 금속 구조로 구성되며, 도 3a에 있는 배플(60)에서 61로 도시된다.
독자는 도 3a에 도시된 바와 같이, 좌측에 있는 배플이 가스 순수화 배출구구조(64)를 수용하도록 레이저의 가운데에서 가로막힌 것을 제외하고는 레이저 챔버의 좌측에 있는 배플이 우측상에 도시된 배플과 실질적으로 동일함을 이해해야 한다. 배출구는 65로서 도시된다. 이러한 배출구 구조는 레이저 챔버의 중심에 위치되어 있어서, 챔버의 중심 단면도인 도 3에서 두드러지게 도시된다. 이들 배플은 음향 충격파에 의해 생긴 펄스 특성 왜곡을 실질적으로 감소시키도록 실제 테스트함으로써 도시된다.
애노드 지지바
도 3에 도시된 바와 같이, 블로워(10)로부터의 가스 흐름은 애노드 지지바(44)에 의해 전극(6A,6B)사이를 흐르게 된다. 출원인은 도 3에 도시된 바와 같은 지지바(4)의 종래 설계는 챔버 진동을 일으키는 블로워 베어링에 전달되는 실질적인 공기역학적 반작용력을 블로워상에 만드는 것을 발견했다. 출원인은 이들 진동력이 블로워 베어링의 마모 및 가능한 종종의 베어링 실패를 초래한다고 짐작하였다. 출원인은 도 12a 내지 도 12 e에 도시된 수개의 다른 설계들도 테스트 했으며, 긴 시간주기에 걸쳐서 블레이드가 지지바(44)의 에지 근처에 통과하는 각 시간마다 생긴 반작용력을 분배함으로써 이들 모두가 공기역학적 반작용력이 감소되었다. 출원인은 도 3a에 도시된 바와같이 바람직하게 설계하였다.
낮아진 F 2 농도
본 발명의 본 실시예는 플루오르 농도의 폭넓은 범위에서 동작될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 바람직한 F2농도는 종래의 KrF 농도보다 실질적으로 낮아서, 향상된 레이저 펄스를 이룰 수 있다. 동작 범위를 선택하는 바람직한 방법은 여기에 참조로 되어 있고, 97년 8월 20일 출원된 미국 특허 일련번호08/915,030에 개시되어 있다.
출원인에 의해 만들어지고 테스트된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 방전챔버로부터의 플루오르를 소모하는 물질을 제거하는데 큰 주의를 기울였다. 방전 챔버에서의 플루오르 소모는 챔버내의 물질과 플루오르의 반응에 의한 것이다. 전형적으로 이들 반응은 오염물질을 생기게 하여, 레이저 성능을 저하시키고, 바람직한 출력 에너지를 유지시키기 위한 플루오르 농도(또는 방전전압)에서의 증가를 요구한다. 플루오르 소모를 줄이기 위해서는, 바람직한 실시예가 다음의 뚜렷한 특징을포함해야 된다.
챔버 벽은 니켈로 코팅된 알루미늄이다.
전극은 황동이다.
모든 금속 O링은 실(seal)로서 사용된다.
절연체는 모드 세라믹이며, 플루오르와 양립가능하다.
알루미나는 출원인의 바람직한 절연물질이다.
정전기필터는 동작동안 생성된 오염물질을 필터링하기 위해 종래 설계로서제공된다.
팬 장치는 종래 기술을 사용하여 실링된 방전 챔버 밖에 위치된 마그네틱-커플링 모터를 사용하여 구동된다.
제조동안, 부품은 잠재적인 오염물질을 제거하도록 정교하게 세척된다.
조립된 후, 챔버는 플루오르로 보호된다.
본 바람직한 실시예는 바람직한 초협대역 출력을 얻기 위하여 레이저 시스템의 동작절차 및 파라미터에 실질적인 변화를 요한다. 0.1%(30kPa) 내지 약 0.08%(24kPa)로 플루오르 농도가 감소된다. 전체 가스 압력은 약 300kPa이다.(Kr 농도는 약 1.3%의 종래의 농도로 유지되며, 나머지 레이저 가스는 네온이다) 동작하는 동안 플루오르는 점차적으로 소모될 것이다. 일정한 펄스 에너지는 종래 기술에 따라서 레이저 동작 전압을 점차적으로 증가시킴으로써 얻어진다. 플루오르의 혼합물(대략 1.0%의 플루오르, 1%의 크립톤, 및 98%의 네온) 주입이 주기적으로 만들어져(전형적으로 약 1 내지 4시간의 간격으로) 종래기술의 엑시머 레이저에서 공지된 기술에 따라서 플루오르 소모를 보상한다. 이러한 과정동안, 플루오르 농도는 약 0.08% 및 0.065%사이의 범위내로 유지되는 것이 바람직하며, 동작전압은 일정한 펄스 에너지를 유지하기에 적절한 대응 범위내에서 유지된다. 예를 들면, 바람직한 실시예에서, 이들 범위는 600 볼트 내지 640 볼트이다.
향상된 펄스 전력공급장치
본 실시예는 향상된 펄스 전력공급장치를 포함한다. 도 5a는 고주파, 고전압 펄스를 현재 상업용 리소그래피 엑시머 레이저의 전력에 제공하는데 유용한 종래기술의 전력공급장치의 블록다이어그램이다. 전력공급장치의 주요 구성요소는 300VDC까지의 출력으로 208VAC에서 전력화된 실리콘 제어식 정류기(110), DC 전압을 60kHz 주파수에 있는 전압으로 변환하는 제로 크로스 스위칭된 10kW 인버터(112), 1000VAC로 전압을 스텝업하는 10kW스텝업 트랜스포머(114), 및 분로 스위치를 구비한 10kW/1kV 출력 스테이지 다이오드 정류기(116)이다. 제어보드(118)는 전력 공급장치의 제어를 제공한다. 제어 보드(118)는 레이저 펄스 에너지를 근거로 한 피드백 제어 및 동작자로부터의 아날로그 신호를 제공하는 외부 제어 유닛(120)으로부터의 명령을 수신한다. 제어 보드(118)에 입력된 아날로그는 또한 도 5a의 124 및 126에서 도시된 바와 같이 전류 및 전압 피드백 신호에 의해 제공된다. 인터페이스 논리 회로(122)는 리소그래피 스테퍼 머신의 제어 프로세서에 의해 제공된 디지털 인터페이스 명령을 제공한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제어 보드(118)는 정류기(116)로부터의 피드백 전압 및 전류 출력 신호를 수신한다. 이들 신호는 제어 보드(118)에 의해 전력공급장치의 출력을 제어하는 피드백 신호로서 사용된다. Co가 원하는 레벨로 충전될 때, 제어 보드(118)의 회로는 도 9에 도시된 바와 같이, 인버터(112)의 동작을 인터럽트하고, 도 9에 도시된 바와 같이 정류기(116)에 있는 분로스위치(S2)를 시동한다.
회로 변경
출원인은 전류 피드백 회로에서의 공진주파수가 종래기술의 전력공급 유닛의 버스트 동작동안 실질적인 전압 과도현상을 만들어냄을 발견하였다. 이러한 과도 현상을 감소시키기 위해, 출원인은 도 8b의 비교예 및 도 5c의 종래기술에 의해 도시된 바와 같이, 전류 피드백 제어 회로에 있는 두개의 저항기를 바꾸었다. 특히, 10k-옴 저항기는 30k-옴으로, 그리고 4.75k-옴 저항기는 100옴으로 바꾸어진다. 이들 소수의 변경은 후에 설명될 바와 같이, 버스트 모드 동작동안 과도 전압 변동을 매우 실질적으로 감소시키게 한다.
디지털 커맨드 제어
출원인은 종래기술의 아날로그 전압 커맨드 회로는 레이저 시스템과 연관된 노이즈 소스에 의해 퇴보됨을 발견하였다. 이러한 문제에 대한 해결책으로, 커맨드 제어를 전력공급유닛에 전송된 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 도 8a에 도시된 바와 같이 디지털 대 아날로그 변환기(28)에 의해 아날로그 신호로 변환하여, 도 9에 도시된 바와 같이 전력공급 회로의 빠른 제어를 위한 다이오드 정류기(16) 분로 스위치(S2)를 동작시키는 것이다. 바람직한 실시예에서, Co상의 피드백 전압은 차동 수단 증폭기(32)를 통하여 프로세스되고, 전압 커맨드 유닛(120)으로부터 디지털로 수신된 전압 제어 신호를 비교되어, 정류기(16) 분로 스위치(S2)를 동작시키고 인버터(112)의 동작을 막는 트립 신호를 전달하는 것이다. 커맨드 전압은 0.025%의 정확도를 제공하는 12 비트 포맷으로 전력공급장치에 전송된다. 이러한 변경은 이하 설명될 바와 같이, 과도현상 편차의 다른 주요 감소를 제공한다.
차동 수단 증폭기
본 발명의 제 1 실시예에서 종래의 전력공급장치보다 향상된 다른 중요한 것은 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 종래기술의 디바이스의 단순 버퍼 회로는 차동 수단 증폭기로 대체된다. 피드백 전류 신호는 또한 차동 수단 증폭기를 통하여프로세스되고, 도 8b에 도시된 바와 같은 전류 설정점과 비교되어, 아날로그 커맨드 신호를 인버터 제어 회로에 제공한다. 이러한 콤팩터 회로는 펄스의 충전 사이클동안 원하는 "S" 커브 전류 흐름(즉, 시작 및 끝에서의 저전류 흐름, 및 중간 사이클에서의 고전류흐름)을 생성하는데 사용되는 종래의 표준 콤팩터 회로이다.
충전의 끝에서 충전 전류 기울기의 감소
Co의 충전률은 약 500 밀리초에서 약 600 볼트로 매우 빠르다. 따라서, 일정한 충전률을 위해, 분로 스위치(S2)의 시동 및 인버터(112)의 동작의 정지 타이밍이 매우 중요하다. 이러한 타이밍 요구를 완화시키기 위해, 출원인은 충전 사이클의 마지막 대략 5% 동안, Co를 충전하는 전류의 효과적인 주파수 및 진폭을 감소시키는 전력공급 회로를 변경하였다. 이를 행하기위해, 출원인은 정류기 회로(116)에, 저항기 회로를 추가했다. 20옴 비유도성 저항기(R*)는 정류기(116)에 있는 보통의 20 옴 분로 저항기를 대체한다. 또한 두번째 20옴 비유도성 저항기(R*)가 충전 사이클의 마지막 수 인버터 사이클동안 도 9에 도시된 바와 같이 스위치(S1)의 개방에 의해 회로에 삽입된다. 이것은 도 8a에 도시된 바와 실질적으로 동일한 제어 회로(도시생략)에 의해 수행된다. 이러한 회로는 또한 아날로그 및 Vfb신호로 변환된 후에 변환된 커맨드 신호를 사용하지만, 커맨드 신호는 저항기 분주기 회로로 인하여 약 5%정도로 감쇠되어, 전압이 커맨드 전압의 약 95%에 있을 때, 여분의 저항값이 추가된다. 결과적인 신호는 Co상의 전압이 원하는 값에 도달되기 전에, 수 마이크로초 S1을 개방하는데 사용된다. 이들 변동은 충전 사이클의 마지막 5% 동안 Co를 충전하는 전류의 주파수가 약 2 팩터정도 감소될 수 있고, 진폭이 약 3 내지 4 팩터정도로 감소될 수 있다는 점에서 입증된다. 주파수 및 진폭에서의 감소는 충전의 마지막 수 인버터 사이클 동안 충전 전류 흐름의 현저한 감소를 생기게 하고, 이것은 종래 회로와 비교할 때, 충전사이클의 정교한 차단을 할 수 있게 한다.
출력 커플러
본 발명의 바람직한 실시예에서, 출력 커플러의 반사율은 전형적인 초협대역 엑시머 레이저의 약 10%에서 약 20%로 대략 두배로 된다. 이것은 감소된 플루오르 농도로부터 생긴 레이저 효율의 손실을 보상하는데 도움을 주며, 레이저 대역폭을 감소시키는 레이저 공동내에 우수한 피드백을 제공한다.
플루오르화 칼슘 프리즘
10% 내지 20%의 출력커플러의 반사율의 변화는 라인 협소화 모듈을 통과하는 광을 대략 이중화하는 효과를 낳는다. 종래의 융화된 실리카 프리즘에서 추가 일루미네이션의해 생성된 추가 열은 프리즘에서의 열왜곡에 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 융화된 실리카 프리즘은 플루오르화 칼슘 프리즘으로 대체된다. 플루오르화 칼슘은 더 높은 열용량을 가지며, 허용되지 못할 왜곡 없이 추가 에너지를 조정할 수 있다.
향상된 파장계
본 발명은 정교화된 공칭 파장값, 파장의 안정도, 및 대역폭을 갖는 파장 특성에 주요 향상성을 제공한다. 이러한 빔특성에서의 향상은 더욱 우수한 파장계의필요성을 생기게 한다. 따라서, 더욱 우수한 파장계가 본 발명의 실시예에 포함된다. 본 파장계는 도 10을 참조로 설명될 수 있다. 본 파장계는 도 6에 도시된 종래 파장계와 유사하고 비슷할 수 있다.
레이저 챔버로부터의 출력 빔은 빔 에너지의 약 4.5%를 반사하고 약 95.5%는 통과하는 부분 반사 미러(70)를 가로지른다.
약 4%의 반사된 빔은 미러(71)에 의해 에너지 검출기(72)로 반사되고, 에너지 검출기는 초당 1000의 속도로 발생하는 개별 펄스의 에너지를 측정하는 초고속 포토 다이오드(69)를 포함한다. 펄스 에너지는 약 10mJ이며, 검출기(72)의 출력부는 특정 알고리즘(하기 설명)을 사용하는 컴퓨터 컨트롤러(22;도 2)에 공급되어, 이후 모두 설명될 바와 같이, 펄스의 버스트의 총 에너지 및 개별 펄스의 에너지의 변화량을 제한하도록 저장된 펄스 에너지 데이터를 근거로 하여 앞으로의 펄스의 펄스 에너지를 정교하게 제어하기 위해 레이저 충전 전압을 조절한다.
미러(71)를 통과하는 약 4%의 빔은 미러(73)에 의해 슬릿(77)을 통하여 미러(73)에, 미러(74)에, 미러(75)에, 다시 미러(74)에, 그리고 에셀레 회절격자(76)에 반사된다. 빔은 458.4mm의 초점길이를 갖는 렌즈(78)에 의해 종렬된다. 회절격자(76)로부터 반사된 광은 렌즈(78)를 통과하고, 미러(74,75)와, 다시 미러(74)로부터 다시 반사된 다음, 미러(79)로부터 반사되고, 선형 포토 다이오드 어레이(80)의 좌측상에 포커싱된다. 포토 다이오드 어레이상의 빔의 위치는 출력빔의 상대 공칭파장으로 대략적으로 측정된다. 미러(73)를 통과하는 약 90%의 빔은 미러(82)를 빗나가, 렌즈(83)를 통하여 에탈론(84)에 반사되고, 에탈론(84)에서 나온 빔은 에탈론(84)에 있는 458.4mm 초점길이 렌즈에 의해 포커싱되고, 도 10에 도시된 바와 같이 두개의 미러를 빗나가 반사된 후 선형 포토 다이오드 어레이(80)의 우측 및 중간부상에 있는 간섭 프린지를 만든다.
분광계는 실질적으로 실시간내에 파장 및 대역폭을 측정해야 된다. 레이저 반복률은 1kHz 이상이므로, 경제적이고 소형화된 프로세싱 전자기기로 원하는 성능을 얻도록 정확하지만 계산 집약적이지 않은 알고리즘을 사용할 필요가 있다. 이것은 부동점 수학에 상반되는 정수를 사용하여 양이 결정되고, 동작은 모두 선형(또는 자승근, 사인, 로그 등을 사용)이다.
바람직한 실시예에서 사용된 알고리즘의 특히 상세한 설명이 지금 설명될 것이다. 도 11b는 선형 포토다이오드 어레이에 의해 측정된 바와 같이, 전형적인 에탈론 프린지로 나타나는 5 피크를 가진 곡선이다. 중심 피크는 다른 것보다 높이에 있어 낮게 그려진다. 상이한 파장의 광이 에탈론에 진입될 때, 중심 피크는 상승하거나 떨어지고 때때로 0으로 된다. 이러한 태양은 본 발명의 목적에 적합하지 않은 중심피크를 나타낸다. 다른 피크는 파장에서의 변화에 응하여 중심피크로부터 멀어지거나 향하여 이동되어, 이들 피크의 위치는 파장을 결정하는 반면, 이들 폭은 레이저의 대역폭을 측정한다. 데이터 윈도로 레벨화된 영역은 도 11b에 도시된다. 데이터 윈도는 중심피크에서 가장 인접한 프린지가 분석용으로 일반적으로 사용되도록 위치된다. 그러나, 파장이 중심피크에 너무 가까이 프린지를 이동시키도록 변화될 때(이것은 왜곡을 생기게 하고, 에러를 낳는다), 제 2 최인접 피크가 데이터 윈도 내측에 있게 되고, 소프트웨어는 피크로 점프할 것이다. 역으로, 파장이 중심피크로부터 멀어져 데이터 윈도의 외측으로 전류 피크를 움직이도록 이동될 때, 소프트웨어는 데이터 윈도내의 내측 프린지로 점프할 것이다.
수반된 단계는 다음과 같다.
레이저 발사후, 포토다이오드 어레이가 전자적으로 판독되고 디지털화된다. 데이터 포인트는 포토다이오드 어레이 소자의 간격에 의해, 전형적으로 25 미크론, 물리적으로 결정된 간격만큼 분리된다.
디지털 데이터는 데이터 윈도의 피크값을 찾도록 검색된다. 이전의 피크 위치는 시작 점으로서 사용된다. 작은 영역은 시작점의 좌우측으로 검색된다. 검색 영역은 피크가 발견될 때까지 작은 간격으로 확장된다. 만약 피크가 데이터 윈도 밖에 있다면, 검색은 자동적으로 다른 피크가 찾아질 때까지 계속될 것이다.
피크의 높이에 의거하여, 50% 레벨이 계산된다. 이것은 그림의 상부에 도시된다. 0% 레벨은 피크사이에서 주기적으로 측정된다. 계산된 50% 레벨에 의거하여, 50%레벨에 근접한 데이터 포인트가 찾아질 때까지 포인트가 피크의 좌우측으로 검색된다. 선형 내삽법은 도 11a에 A,B로 레벨화된 좌우측 반최대 위치를 찾기 위해 50% 레벨에 근접한 포인트 쌍 사이에서 계산된다. 이들 위치는 여전히 정수 데이터 포맷을 사용하여 1/16과 같은 1 픽셀의 분수로 계산될 것이다.
1. 단계(2,3)는 전체 4개의 내삽된 50% 위치를 제공하는 두개의 데이터 윈도로 복사된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 두개의 지름이 계산된다. D1은 내측 프린지 지름인 반면, D2는 외측 프린지 지름이다.
2. (픽셀 인덱스 단위) D1,D2 값은 적절한 스케일 팩터만큼 곱한 만큼의 파장으로 변환된다.
3. 레이저의 대역폭은 (D2-D1)/2로서 계산된다. 선형 보정 팩터는 진정한 레이저 대역폭을 추가하여 에탈론 피크의 고유 폭을 계산하는데 적용된다. 수학적으로, 디콘볼루션 알고리즘은 측정된 폭으로부터 고유폭을 제거하기 위한 수식체계이지만, 너무 계산 집약적이여서, 충분한 정확도를 제공하는 것에 선형근사가 적용된다.
4. 레이저 파장은 (D2+D1)/2 MOD 20으로서 계산되며, MOD는 계수 연산자이며, 20은 (피크사이의 공간)에탈론의 자유 스펙트럼 범위(FSR)이다. 프린지 패턴이 매 20pm마다 반복되기 때문에, 또는 에탈론의 FSR이 사용되는 경우는 무엇이든지 간에 MOD 연산자가 적절하다.
5. 절대 파장을 계산하기 위해, 대략적인 파장 측정이 또한 +/- 10pm 정확도만이 요구되어 수행된다. 예를 들면, 대략적인 파장은 248.35nm 으로서 측정되는 반면, 에탈론 파장 표시는 X.X5731이 될수 있으며, X는 계수연산에 인하여 미결정되는 숫자를 나타낸다. 두개의 판독 모두에 대해서, 겹쳐지는 하나의 숫자는 이 경우에 5이다. 에탈론 계산 및 대략적인 계산 모두에 대해서, 겹쳐지는 숫자의 일치는 자기 모순이 없는 것을 입증하는데 사용된다.
미러(82)를 통과한 빔의 일부분중 10%는 미러(86)로부터 광섬유 입력부(88)에 반사되고, 광은 광섬유를 통과하여 원자 파장 레퍼런스(90)로 이동한다. 광섬유는 개구부(91)에서 원자 레퍼런스 장치(90)에 접속하고, 광섬유로부터 나온 광은 미러(92)를 빗나가 렌즈(93)에 의해 네온 아이언 기상 셀(94)의 중앙에 있는 포컬포인트에 퍼커싱되고, 렌즈(95)에 의해 다시 포토다이오드(96)상에 포커싱된다. 원자 파장 레퍼런스 유닛(90)은 파장(20A)을 측정하는데 사용된다. 이것은 레이저의 파장을 조절하고, 검출기(69)에 의해 도시된 바와 같이 출력 에너지를 일정하게 유지시키고, 포토다이오드(96)의 출력을 모니터링함으로써 행해진다. 포토다이오드 (96)가 출력에서의 실질적인 감소를 보여주면서, 포토다이오드(69)가 공칭 출력을 보여줄 때, 출력의 파장은 248.3271nm의 아이언 기상 흡수 라인에 대응되어야 한다. 에탈론 프린지에 대응하는 위치 데이터, 및 포토 다이오드(96)의 출력이 가장 낮을 때의, 선형 포토 다이오드(80)상의 회절격자(76)에 의해 생성된 이미지에 대응하는 위치 데이터는 컴퓨터 컨트롤러(22)에 의해 검출되고 기록되며, 이러한 데이터는 파장계(20A)를 측정하도록 컴퓨터 컨트롤러(22)에 의해 사용된다.
펄스 에너지 제어 알고리즘
동작 모드-칩 리소그래피
본 발명의 실시예는 새로운 알고리즘을 갖는 컴퓨터 컨트롤러 프로그램을 포함하며, 이는 펄스 에너지 및 전체 통합된 버스트 에너지의 종래의 편차를 실질적으로 감소시킨다. 에너지 시그마 및 버스트 선량 편차를 감소시키기 위한 개선된 장치 및 소프트웨어 및 바람직한 프로세스가 이하에 기술된다.
본 명세서의 배경 부분에서 기술한 바와 같이, 버스트 모드는 리소그래피 제조 집적 회로의 스테퍼 기계의 광원에 사용된 엑시머 레이저의 전형적인 동작 모드이다. 이러한 모드에서, 레이저는 약 110 밀리초 동안 1000 Hz의 속도로 펄스의 "버스트"를 발생하도록 동작하여, 웨이퍼의 섹션을 조사하도록 110 펄스를 발생한다. 버스트 후에, 스테퍼는 웨이퍼와 마스크를 이동시키고 통상 1초의 몇 분의 일이 소요되는 이동이 완결되면 레이저는 다른 110 펄스 버스트를 발생한다. 따라서, 정상 동작은 1초의 몇 분의 일의 부동시간에 이어지는 약 110 밀리초의 버스트이다. 다양한 시간에서, 여러 번, 보다 긴 부동시간이 제공되어 다른 동작이 실행될 수 있다. 이 기본 프로세스는 레이저가 통상 하루에 수백만 버스트를 발생하면서 하루에 24 시간, 일주일에 7 일간, 몇 달 동안 지속된다. 상기 버스트 모드에서, 웨이퍼의 각각의 섹션이 각각의 버스트에 대하여 동일한 조명 에너지를 받는 것이 중요하다. 또한, 칩 제조자는 펄스 대 펄스 편차가 최소화 되기를 원한다.
본 발명의 이러한 바람직한 실시예는 각각의 펄스(펄스 N-1)의 에너지를 모니터한 후,
1) 목표 펄스 에너지와 펄스(N-1)의 측정된 에너지의 비교, 및
2) 펄스(N-1)를 통한 목표 펄스 선량과 펄스(N-1)를 통한 버스트의 축적된 선량의 비교,
에 기초하여 다음 펄스(펄스 N)의 에너지를 제어하는 장치 및 소프트웨어로 이러한 목적을 달성한다.
전형적인 F2엑시머 레이저에서, 우리는 최초 30-40 ms의 버스트의 에너지가 레이저 가스내의 과도효과에 기인하여 나머지 버스트 보다 통상적으로 덜 안정적인 것을 검토해왔다. 제 1 펄스에 이어 약 40 ms 후에, 일정한 전압에서 펄스 에너지는 상대적으로 일정하다. 이러한 초기 섭동을 처리함에 있어, 출원인은 버스트를 2개의 시간폭 영역으로 분리하여, (다수의 초기 펄스로 이루어진, 예를 들면 40개의 펄스) 제 1 영역을 “K”영역이라 하고 (K 영역 다음의 펄스로 구성된) 제 2 영역을 본 출원인은 본 명세서에서 “L”영역이라 한다.
본 발명의 이러한 실시예는 펄스 에너지 제어를 위해 종래의 엑시머 레이저 장치를 사용한다. 각각의 버스트의 각 펄스의 펄스 에너지는 도 10에 도시된 바와 같이 포토다이오드(69)에 의해 측정된다. 이 포토다이오드 어레이의 응답 시간은 1밀리초 미만이다. 각각의 약 20 ns 펄스로부터 생긴 축적 신호가 저장되고, 이 신호는 펄스의 시작후 약 1.0 마이크로초에 컴퓨터 컨트롤러(22)에 의해 판독된다. 버스트에서의 이전의 개별 펄스의 축적 에너지를 버스트 선량 값으로 불린다. 컴퓨터 컨트롤러는 펄스(N+1)에 대한 고전압을 특정하도록 목표 펄스 에너지 및 버스트 선량 값과 함께 펄스(N)의 펄스 에너지를 나타내는 신호를 이용한다. 이러한 계산은 약 200 마이크로초가 요구된다. N+1을 위한 고전압값이 결정될 때, 컴퓨터 컨트롤러는 도 9에 도시된 바와 같이 신호를 고전압 전력공급장치의 고전압 커맨드(VCMD)에 송신하여 수 마이크로초가 걸리는 펄스(N+1)에 대한 충전 전압을 확정한다. 컴퓨터 콘트롤러(22)는 커패시터(Co)를 특정전압으로 충전하기 위해 고전압 전력공급장치에 명령한다.(고반복율에서, 계산이 완료되기 전에 충전을 개시하는 것이 바람직할 수도 있다.) 충전은 Co가 충분히 충전되고, 펄스(N)로부터의 트리거신호 후 1.0밀리초에서, 도 2에 도시된 바와 같이 트리거회로(13)로부터의 펄스(N＋1)에 대한 트리거신호를 수신할 때 충전 준비가 되도록 약 400마이크로초를 요한다. 트리거신호상에서, 커패시터(Co)는 약 5마이크로초의 주기에 걸쳐 도 4에 나타낸 자기압축회로로 대략 650볼트를 방전하고, 펄스는 지속시간에 약 10mJ 및 약 75ns(전체 95%)의 레이저 펄스를 발생하여 약 100ns에서 전극(6)을 가로질러 방전하는 약 16,000볼트의 커패시터(Cp)에 대한 방전전압을 생성하기 위해 자기압축 회로에 의해서 압축되고 증폭된다.
바람직한 알고리즘
버스트 모드로 동작할 때 실질적으로 원하는 펄스 에너지를 달성하기 위해 충전전압을 조절하는 특별히 바람직한 프로세스가 아래 설명되어 있다.
프로세스는 2가지 전압조절 알고리즘을 이용한다. 제 1 알고리즘은 제 1의 40펄스에 적용하며 KPI 알고리즘이라 부른다. 제 2 알고리즘은 PI 알고리즘이라 부르고 펄스수 40개후의 펄스에 적용한다. 40번째 펄스 후의 시간 주기는 여기서 버스트의 "L 영역"이라 부른다. 머리글자 "PI"는 "비례적분"을 말하고 "KPI"의 "K"는 버스트의 "K 영역"을 말한다.
KPI 알고리즘
K 영역은 펄스 l 내지 k를 포함하고, 이 바람직한 실시예에 대해 k = 40이다. 펄스(N)에 대한 충전전압을 설정하는 알고리즘은 다음과 같다:
여기서:
VN= N번째 펄스에 대한 충전전압
(VB)N= K영역에서의 N번째 펄스에 대한 목표 에너지 ET를 발생하는데 요구된 전압의 현재 최상 추정값을 나타내는 k저장전압의 어레이. 이 어레이는 이하의 식에 따라 각 버스트 후 갱신된다.
(VC)N-1= 펄스(N-1)까지 버스트에서의 이전 펄스에 대해 일어난 에너지 오차를 근거로 한 전압수정.
=
정의로써, (VC)O= O
A,B = 전형적으로 0 내지 1 사이의 분수, 이 바람직한 실시예에서 모두 0.5이다.
εi= i번째 펄스의 에너지 오차
= Ei-ET, 여기서, Ei는 i번째 펄스에 대한 에너지이고 ET는 목표 에너지이다.
Di= 1 내지 i의 모든 펄스를 포함한, 버스트의 누적 선량 오차
=
dE/dV = 충전전압과 펄스에너지의 변화율. (이 실시예에서, 하나 이상의 dE/dV 값이 각 버스트 동안에 경험적으로 결정되고, 이들 값의 실행 평균 값이 계산을 위해 사용된다.)
저장된 값(VB)N은 다음 식에 따라 각 버스트 동안에 또는 후에 갱신된다:
, 여기서 지수 M은 버스트 번호를 말한다.
C = 전형적으로 0 내지 1 사이의 분수, 이 바람직한 실시예에서 이것은 0.3이다.
PI 알고리즘
L 영역은 펄스 k＋1 내지 버스트의 끝(바람직한 실시예에서, 펄스 수 41이상)을 포함한다. 펄스(N)에 대한 충전전압을 설정하기 위한 알고리즘은 다음과 같다:
여기서:
VN= N번째 펄스에 대한 충전전압
VN-1= N-1번째(이전) 펄스에 대한 충전전압
변수 A,B,ε1, D1, 및 dE/dV는 앞과 같이 정의된다.
dE/dV의 결정
dE/dV에 대한 새로운 값을 주기적으로 결정하여, 레이저의 특성의 비교적 낮은 변화를 추적하도록 한다. 바람직한 실시예에서, dE/dV는 L 영역에서 두개의 연속펄스 동안에 제어된 방식으로 전압을 변화 또는 디더링하여 측정한다. 이들 두 펄스에 대해, 정상의 PI 에너지 제어 알고리즘은 일시적으로 중지되고 다음식으로 대체된다:
펄스(j)에 대해:
여기서, VDither= 고정된 전압증가분, 전형적으로 수 볼트
펄스(j＋1)에 대해:
펄스(j＋1)후에, dE/dV는 다음과 같이 계산된다:
dE/dV의 계산은 노이즈가 매우 존재할 수 있는데, 이는 디더링 전압으로 인해 예상된 에너지 변화가 레이저의 정상 에너지 변화량과 같은 크기일 수 있기 때문이다. 바람직한 실시예에서, 최종 50dE/dV 계산의 실행 평균은 PI 및 KPI 알고리즘에 실제로 사용된다.
VDither선택의 바람직한 방법은 원하는 에너지 디더링(EDither), 전형적으로 목표에너지(ET)의 수 퍼센트를 특정하는 것이고, 다음 dE/dV의 현재(평균)값을 사용하여 VDither를 계산한다:
펄스(j+2) (두개의 디더링된 펄스 바로 다음)는 디더링되지 않으나, 특정 값을 가진다:
Vj-2의 특정 값은 펄스(j+1)로부터의 예상된 에너지 디더링 및 적용된 전압 디더링을 위해 수정된다.
상기 알고리즘상의 많은 변경이 가능하다. 예를 들면, dE/dV는 K 뿐만 아니라 L 영역에서도 결정될 수 있다. 디더링은 버스트 당 한번 또는 여러번 수행될 수 있다. 디더링 시퀀스는 상기와 같이 고정된 펄스 번호(j)에서 실행될 수 있으며, 한 버스트에서 그 다음까지 변하는 무작위로 선택된 펄스 번호에서 개시될 수 있다.
독자는 A, B 및 C가 많은 다른 값을 가질 수 있는 수렴인자인 것을 인식해야 한다. 상기 특정 값보다 더 높은 값은 더 빠른 수렴을 제공하나, 불안정성이 증가될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, B는 A의 제곱근과 동일하다. 이러한 관계는 임계 댐핑을 만들기 위해 인정된 기술로부터 밝힌 것이다. B는 선량 수정이 없는 경우에는 0이 될 수 있다; 그러나, A는 0이 될 수가 없다.
만약 dE/dV의 결정 값이 너무 작게 되면, 상기 알고리즘은 과도 수정의 원인이 될 수 있다. 그러므로, 만약 에너지 시그마 값이 임계값을 초과한다면 바람직한 기술은 dE/dV를 임의로 두배로 할 수 있다. V 및 dE/dV의 디폴트 값은 버스트의 제 1 펄스에 제공된다. D는 각 버스트의 스타트에 0으로 세팅된다. 디폴트 dE/dV는 초기 과도 수정을 피하기 위해 약 3배의 예상된 dE/dV로 설정된다.
상기 디더링 없이 dE/dV를 결정하는 다른 방법은 레이저 동작 동안 에너지 및 전압값을 단순히 측정하고 저장하는 것이다.(측정된 전압값보다 특정된 전압값이 또한 사용될 수 있다.) 이들 데이타는 일정한 펄스 에너지에 대한 V의 함수로서 dE/dV를 결정하도록 사용될 수 있다. 성분의 값들은 상당한 불확정성을 가진 측정의 상이함이 있기 때문에, 독자는 dE/dV의 각 개별 값이, 큰 불확정성을 포함한다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 많은 수의 dE/dV의 값의 평균화는 이들 불확정성을 감소시킬 수 있다.
dE를 결정하는 디더링 실행은 각 버스트상에서 해야 할 필요는 없으나, 대신 모든 M 버스트당 한번과 같이 주기적으로 할 수 있다. 또는 dE/dV의 측정은 컴퓨터로 수행한 계산에 의해 대체될 수 있거나, 또는 dE/dV의 값은 레이저의 동작자에 의해 수동으로 삽입될 수 있다. 충전전압 동작 범위를 선택하는데 사용되는 방법은 상기 방법과 상이할 수 있으며, 동작 범위는 두 시간당 약 1 번 이상 더욱 빈번한 플루오르의 주입에 의해서 더욱 작아질 수 있다. 사실상, 동작 범위는 플루오르 소모와 매칭되는데 요구되는 속도로 연속적인 플루오르 주입에 의해 매우 작아질 수 있다. VN-1에 대한 값은 VN의 계산을 위한 이전 펄스에 대한 특정된 전압값으로부터 선택된다. 대안적인 접근은 이러한 제어 시스템을 위한 VN-1에 대한 실제 측정된 값을 사용하는 것이다. 또한 VBIN값은, 상기 실시예에서의 실제 측정 값이 아닌, 특정 값으로부터 계산된다. 분명한 대안은 측정된 전압값을 사용하는 것이다. ET는 일반적으로 10mJ 같은 일정한 값을 가지나 일정해야 할 필요는 없다. 예를 들면, 최종 10펄스의 ET는, 이들 펄스에 대한 목표 ET로부터의 백분율 편차가 적분된 펄스 선량에 적은 영향을 미칠수 있도록, 공칭 펄스 에너지보다 적을 수 있다. 또한, 버스트에서 버스트로 변하는 ET값을 제공하기 위해 컴퓨터 콘트롤러(22)를 프로그래밍하기 위한 임의의 상태에 있는 것이 바람직할 수 있다.
비록 초협대역 KrF 엑시머 레이저가 특정실시예를 참조로 설명되어 있지만, 다양한 수정 및 변경이 만들어질 수 있다. 예를 들면, 수개의 대안 실시예가 이 명세서의 제 1 문장에 리스트된 특허출원에 개시되어 있고, 모두 여기에 참조로 되어 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (16)

  1. A. (1) 가늘고 긴 두개의 전극;
    (2) 단일의 예비전리기 튜브;
    (3) 전체압력을 한정하고, 크립톤, 전체 압력의 0.08보 다 작은 부분압력을 갖는 플루오르, 및 완충가스로 이루어진 레이저 가스;
    (4) 상기 가늘고 긴 두개의 전극사이의 전기 방전에 의해 생성된 충격 파를 감쇠하도록 위치된 적어도 두개의 음향 배플;을 포함하는 레이저 챔버; 및
    B. (1) 적어도 하나의 빔 확장 프리즘;
    (2) 회절격자; 및
    (3) 회절격자를 튜닝하는 튜닝수단;으로 구성된 라인 협소화 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상류방향을 정의하기 위해 상기 가늘고 긴 두개의 전극 사이의 상기 레이저 가스를 순환시키는 블로워를 또한 포함하고, 상기 단일 예비전리기 튜브는 상기 전극의 상류에 위치된 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프리즘은 플루오르화 칼슘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프리즘은 3개의 프리즘이며, 모두가 플루오르화 칼슘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서, 플루오르의 부분압력은 전체 가스 압력의 0.06%보다 작은 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  6. 제 2 항에 있어서, 가늘고 긴 두개의 전극은 캐소드와 애노드를 정의하고, 상기 애노드는 상기 베어링상의 공기역학적 반작용력을 감소시키도록 위치된 테이퍼 면을 갖는 애노드 지지바에 의해 지지된 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전극을 통하여 고전압을 공급하는 고전압 전력공급장치를 더 포함하고, 상기 고전압 전력공급장치는,
    A. (1) 직류 출력을 공급하는 제 1 정류기;
    (2) 상기 제 1 정류기의 출력을 제 1 교류 전압의 고주파 제 1 교류로 변환하는 인버터;
    (3) 제 2 교류 전압의 제 2 교류를 공급하도록 상기 인버터의 출력전 압을 증폭하는 스텝 업 트랜스포머;
    (4) 상기 제 2 교류 전압을 정류하는 제 2 정류기;
    (5) 적어도 약 1000Hz 주파수의 고전압 펄스를 제공하도록 상기 전력 공급장치를 제어하는 전자 회로를 포함하는 제어 보드;
    (6) 상기 제 2 정류기의 전압 출력을 검출하고 전압출력신호를 상기 제어보드에 공급하는 전압 검출 회로를 포함하는 전압 피드백 회로;
    (7) 상기 제 2 정류기로부터 흐르는 충전전류를 검출하고 충전전류신 호를 상기 제어보드에 공급하는 전류 검출 회로를 포함하는 전류 피드 백 회로; 및
    (8) 커맨드 제어를 상기 제어보드에 공급하는 디지털 커맨드 제어부; 를 포함하고, 미세 디지털 레귤레이션을 가지고 있고 충전 사이클을 한정하는 펄스 전력공급장치; 및
    B. 상기 펄스 전력공급장치로부터의 출력 전기펄스를 압축 및 증폭하는 자기 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전압 피드백 회로는 차동 수단 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전류 피드백 회로는 차동 수단 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 교류는 공진 주파수를 한정하고, 각 충전 사이클의 끝부분 근처에서 공진 주파수를 감소시키기 위하여 상기 저항기 회로를 통하여 상기 충전 전류를 흐르게 하는 스위치 수단 및 저항기 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  11. 제 1 항에 있어서, 적어도 약 20%의 반사율을 갖는 출력커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  12. 제 1 항에 있어서, 파장계를 더 포함하고, 상기 파장계는 파장의 대략적인 측정을 제공하는 회절격자계 파장 모니터, 및 다이오드 어레이상의 제 1 위치에서 상대적인 파장의 광학표시를 포커싱하도록 정렬된 에탈론계 파장 모니터를 포함하고, 상기 에탈론계 파장 모니터는 상기 제 1 위치와 상이한 상기 다이오드상의 위치에서 광학 파장을 포커싱하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 회절격자계 파장 모니터 및 에탈론계 파장 모니터를 교정하는 원자 기준 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  14. 제 1 항에 있어서, 충전전압과 펄스 에너지의 변화율(∂E/∂V)을 측정하는 수단, 및 충전전압을 한정하는 고전압 충전 시스템을 포함하는 펄스 전력 시스템을 구비한 상기 레이저로부터 현재의 버스트 펄스(P1,P2... PN... Pk,Pk+1,Pk+2...Pk+N1...P1, P2...PN-1,PN)를 한정하는 펄스의 버스트의 집적 에너지 선량과 펄스 에너지를 제어하는 알고리즘으로 프로그래밍된 컴퓨터 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 알고리즘은,
    (1) 상기 버스트에 있는 적어도 하나의 이전 펄스의 측정된 에너지와 소정의 목표 펄스 에너지 값에 근거하여펄스 에너지 에러(ε)를 각 PN에 대하 여 결정하는 단계;
    (2) 상기 버스트에 있는 모든 이전 펄스(P1내지 PN1)의 집적된 선량 에러(D) 를 각 PN에 대하여 결정하는 단계; 및
    (3) i) 상기 ∂E/∂V,
    ii) 상기 ε,
    ⅲ) 상기 D,
    ⅳ) 복수의 이전 버스트에 있는 PN에 대한 특정전압에 근거한 기준 전압, 을 사용하여, 상기 제 1 복수의 펄스에 있는 각각의 상기 펄스(PN)에 대하여, 충전전압(VN)을 결정하는 단계;
    C. (1) 상기 버스트에 있는 적어도 하나의 이전 펄스의 측정된 에너지와 소 정 목표 펄스 에너지 값에 근거하여 펄스 에너지 에러(ε)를 각 PN에 대하여 결정하고,
    (2) 상기 버스트에 있는 모든 이전 펄스(P1내지 PN1)의 집적된 선량 에러(D)를 각 PN에 대하여 결정하고,
    (3) i) 상기 ∂E/∂V,
    ii) 상기 ε,
    ⅲ) 상기 D,
    ⅳ) 복수의 이전 버스트에 있는 PN에 대하여 특정 전압에 근거한 기 준 전압을 사용하여 상기 제 1 복수의 펄스에 있는 상기 각각의 펄스(PN)에 대하여 충전 전압(VN)을 결정하는 알고리즘으로 프로 그래밍된 컴퓨터 프로세서를 사용하여 레이저의 충전 전압을 조 정함으로써 상기 펄스의 버스트의 PK다음에 오는 펄스에 있는 각 펄스(Pk+N)의 펄스 에너지를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 블로워로부터 나가고 상기 애노드 지지 수단에 의해 다시 방향설정되는 레이저 가스로부터 생긴 공기역학적 반작용력의 크기를 감소시키는 테이퍼 면을 포함하는 애노드 지지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 플루오르는 전체압력의 약 0.08보다 작은 부분압력을 한정하는 것을 특징으로 하는 초협대역 KrF 엑시머 레이저.
KR10-2000-7009736A 1998-03-04 1999-02-16 신뢰성있고 모듈화되고 생성력이 우수한 협대역 ＫｒＦ엑시머 레이저 KR100394397B1 (ko)

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US9/034,870 1998-03-04
US9/041,474 1998-03-11
US09/041,474 US5991324A (en) 1998-03-11 1998-03-11 Reliable. modular, production quality narrow-band KRF excimer laser
US09/041,474 1998-03-11

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