KR100965770B1 - 초협대역이고 2챔버를 갖는 고반복율 가스 방전 레이저시스템 - Google Patents

초협대역이고 2챔버를 갖는 고반복율 가스 방전 레이저시스템 Download PDF

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노울레스데이비드에스.
더블유. 브라운다니엘제이.
베사첼레허브에이.
마이어스데이비드더블유.
어쇼프알렉산더아이.
파르틀로윌리암엔.
샌드스트롬리차드엘.
다스플래쉬피.
앤더슨스튜어트엘.
포멘코프이고르브이.
우자즈도우스키리차드씨.
온켈스에커하드디.
네스리차드엠.
스미스스코트티.
헐버드윌리암지.
오이클레스제프리
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Abstract

약 4,000Hz이상의 펄스율과 약 5mJ이상의 펄스에너지로 고품질의 펄스된 레이저빔을 산출할 수 있는 주입 시딩된 모듈러 가스 방전 레이저 시스템이 개시되었다. 두 개의 개별 방전 챔버가 제공되고, 하나는 제2 방전 챔버에서 증폭되는, 초협대역 시드 빔을 산출하는 마스터 오실레이터의 일부분이다. 챔버는 챔버 증폭에서 펄스 에너지 파라미터의 최적화 및 마스터 오실레이터에서 파장 파라미터의 개별 최적화를 개별적으로 허용하도록 제어된다. MOPA로서 구성된 ArF 엑시머 레이저 시스템의 바람직한 실시예는 집적회로 리소그래피를 위한 광원으로서의 사용을 위해 설계된다. 바람직한 MOPA 실시예에서, 각각의 챔버는 펄스간에 약 0.25 밀리초 미만의 시간으로 충전 영역으로부터의 잔해를 클리어시킴으로써 4,000Hz이상의 펄스율로 동작하는 것을 허용하기 위해 충분한 가스 흐름을 제공하는 단일 탄젠셜 팬을 포함한다. 마스터 오실레이터에는 0.2pm미만의 정밀도로 4,000Hz이상의 반복율로 펄스 기준에서 중심라인 파장을 제어할 수 있는 초고속 튜닝 미러를 갖는 라인 협소화 패키지가 구비된다.
펄스율, 광원, 파장, 가스 방전 레이저, 펄스, 미러, 방전 챔버, 전극

Description

초협대역이고 2챔버를 갖는 고반복율 가스 방전 레이저 시스템{VERY NARROW BAND, TWO CHAMBER, HIGH REP RATE GAS DISCHARGE LASER SYSTEM}
본 발명은 전기 방전 가스 레이저에 관한 것으로 특히 초협대역 고 반복율 주입 시딩된(seeded) 가스 방전 레이저에 관한 것이다.
전기 방전 가스 레이저
전기 방전 가스 레이저는 공지되어 있고 1960년대에 레이저가 발명된 이후 줄곧 이용되어 왔다. 두 전극간의 고전압 방전은 가스형태 이득 매체를 산출하도록 레이저 가스를 여기시킨다. 이득 매체를 함유하는 공진 캐비티는 레이저 빔의 형태로 캐비티로부터 추출되는 광의 스티뮬레이트된 증폭을 허용한다. 이들 전기 방전 가스 레이저의 대부분은 펄스 모드로 동작된다.
엑시머 레이저
엑시머 레이저는 전기 방전 가스 레이저의 특정 유형이고 1970년대 중반 이후 알려져 왔다. 집적회로 리소그래피에 유용한 엑시머 레이저에 대한 설명은 발명의 명칭이 "컴팩트 엑시머 레이저"이고 1991년 6월 11일 특허허여된 미국 특허 제 5,023,884호에 설명되어있다. 이 특허는 본원인의 고용자에게 양도되었고 본 명세서에 참조문헌으로 통합되어 있다. '884호에 설명된 엑시머 레이저는 고 반복율 펄스 레이저이다. 엑시머 레이저는, 집적회로 리소그래피에 사용될 경우, 통상적으로 시간당 수천개의 값비싼 집적회로를 쉬지않고 생산하는 집적회로 제조라인에서 동작하고, 따라서, 중단시간이 있게 되면 비용이 많이 들 수 있다. 따라서 대부분의 컴포넌트는 수분안에 대치될 수 있는 모듈들로 구성된다. 리소그래피에 사용되는 엑시머 레이저는 피코초의 수분의 일로 대역폭이 감소된 그 출력빔을 가져야만 한다. 이 "라인-협소화"는 레이저의 공진 캐비티의 후방을 형성하는 라인 협소화 모듈("라인 협소화 패키지" 또는 "LNP")에서 달성된다. 이 LNP는 프리즘, 미러 및 회절격자를 포함하는 민감한 광학 요소들로 이루어 진다. '884호에 설명된 전기 방전 가스 레이저의 유형은 두 전극간에 전기 방전을 일으키는 전기 펄스 전력시스템을 이용한다. 이 종래 시스템에서, 직류 전력은 각각의 펄스에 대해 "충전 전압"으로 칭하는 소정의 제어 전압까지 "충전 커패시터" 또는 "C0"로 칭하는 커패시터 뱅크에 전하를 공급한다. 이 충전 전압의 크기는 이들 종래 유닛에선 500 내지 1000 볼트의 범위이다. C0가 소정 전압으로 충전된 후, 고체상태 스위치는 클로우즈되어 C0에 저장된 전기 에너지가 일련의 자기압축회로와 전압 변압기를 통하여 매우 빠르게 전달될 수 있게 하여, 약 20 내지 50 ns 지속하는 방전을 일으키는 전극에 걸쳐 약 16,000 볼트(또는 그 이상)의 범위로 고전압전위를 산출할 수 있게 한다.
리소그래피 광원에서의 주요한 발전
'884호에 설명된 엑시머 레이저는 1989 내지 2001년사이에 집적회로 리소그래피를 위한 주 광원이 되어왔다. 이들 레이저의 1000개 이상이 대부분의 현대 집적회로 제조 공장에서 사용된다. 이들 레이저의 대부분은 '884호에 설명된 기본 설계 특징을 갖는다.
그것은:
(1) 초당 100 내지 2500 펄스의 펄스율로 전극에 걸쳐 전기 펄스를 공급하는 단일, 펄스 전력 시스템;
(2) 프리즘 빔 확대기, 조정 미러 및 회절격자로 이루어 진 라인 협소화 유닛 및 부분 반사 미러형 출력 커플러로 구성된 단일 공진 캐비티;
(3) 펄스간의 방전 영역을 소거시키기에 충분한 고속으로 두 전극간에 레이저 가스를 순환시키는 탄젠셜 팬, 두 개의 신장된 전극 및 레이저 가스(KrF 또는 ArF)를 함유하는 단일 방전 챔버; 및
(4) 펄스-펄스 기준에 의한 펄스 에너지, 에너지 선량(dose) 및 파장을 제어하는 피드백 제어 시스템으로 출력 펄스의 대역폭 및 파장 및 펄스 에너지를 모니터링하는 빔 모니터이다.
1989-2001년 사이에, 이들 레이저의 출력 전력은 점진적으로 증대되어왔고 펄스 에너지 안정도, 파장 안정도 및 대역폭을 위한 빔 퀄리티 규격도 점점 엄격해져 왔다. 집적회로 제조에 널리 이용되는 리소그래피 레이저 모델을 위한 동작 파라미터는 8mJ의 펄스 에너지, 초당 2,500 펄스(최대 약 20와트의 평균 빔 파워를 제공), 약 0.5pm의 대역폭(FWHM) 및 +/-0.35%의 펄스 에너지 안정도를 포함한다.
이들 빔 파라미터에 추가의 개선점이 요구된다. 집적회로 제조자는 펄스 에너지에 대한 더욱 정밀한 제어로 파장, 대역폭 및 고 빔 파워에 대한 양호한 제어를 소망한다. 몇몇 개선점이 '884 특허에 설명된 기본 디자인에 제공될 수 있지만 기본 디자인에 의한 주요 개선은 실행불가능할 수 있다. 예로서, 펄스 에너지의 단일 방전 챔버 정밀 제어는 파장 및/또는 대역폭에 역영향을 미치고 역으로 초고속 펄스 반복율에 역영향을 미칠 수 있다.
주입 시딩
가스 방전 레이저 시스템(엑시머 레이저 시스템을 포함하는)의 대역폭을 감소시키기 위한 공지된 기술은 이득 매체에 협대역 "시드(seed)" 빔의 주입을 포함한다. 이러한 시스템에서, "마스터 오실레이터"로 불리는 시드 빔을 산출하는 레이저는 제1 이득 매체에 초 협소화 빔을 제공하고, 이 빔이 제2 이득 매체에 시드 빔으로서 사용되도록 설계된다. 제2 이득 매체가 전력 증폭기로서 기능하는 경우, 시스템은 마스터 오실레이터, 전력 증폭기(MOPA) 시스템으로 불리운다. 제2 이득 매체가 공진 캐비티(레이저 발진이 일어나는)를 갖는 경우, 시스템은 주입 시딩된 오실레이터(ISO) 시스템 또는 마스터 오실레이터, 파워 오실레이터(MOPO) 시스템으로 불리우고 이 경우 시드 레이저는 마스터 오실레이터로 불리우고 다운스트림 시스템은 파워 오실레이터로 불리운다. 두 개별 시스템으로 구성된 레이저 시스템은 단일 챔버 레이저 시스템 보다 실질적으로 고가이고, 더욱 대형이고 복잡하게 되는 경향이 있다. 그러므로, 이들 두 챔버 시스템의 상업적 응용은 한정적으로 되어 왔다.
요구되는 시스템은, 파장, 대역폭 및 펄스 에너지를 포함하는 모든 빔 퀄리티 파라미터에 대한 정밀 제어를 허용하는, 초당 4,000 펄스 이상의 반복율로 동작하기 위한 펄스 가스 방전 레이저를 위한 양호한 레이저 설계이다.
발명의 요약
본 발명은 약 20 내지 40 와트이상의 집적 출력을 위한 약 5 내지 10 mJ의 펄스 에너지 및 4,000 Hz 이상의 펄스율의 고 품질 펄싱된 레이저 빔을 산출할 수 있는 주입 시딩된 모듈러 가스 방전 레이저 시스템을 제공하는 것이다. 두 개의 개별 방전 챔버가 제공되는 데, 하나는 제2 방전 챔버에서 증폭되는 초 협대역 시드 빔을 산출하는 마스터 오실레이터의 부분이다. 챔버들은 증폭 챔버에서의 펄스 에너지 파라미터의 최적화와 마스터 오실레이터의 최적화를 허용하여 개별적으로 달성될 수 있다. 바람직한 실시예는 MOPA로 구성된 ArF 엑시머 레이저 시스템이고 상세히는 집적회로 리소그래피에서 광원으로서 사용되도록 설계된다. 본 바람직한 실시예에서, 두 챔버 및 광학기기는 레이저 인클로우저내의 수직 광학 테이블에 장착된다. 바람직한 MOPA 실시예에서, 각각의 챔버는, 펄스간에 약 0.25 밀리초 보다 작은 시간에 방전영역으로부터 잔해를 제거시킴으로써 4000Hz 이상의 펄스율로 동작할 수 있도록하기에 충분한 가스 흐름을 제공하는 단일 탄젠셜 팬을 포함한다. 마스터 오실레이터는 4000Hz 이상의 반복율에서 펄스-펄스 기준으로 중심라인 파장을 제어할 수 있는 초고속 조정 미러를 가지며 0.2pm 미만의 대역폭(FWHM)을 제공 하는 라인 협소화 패키지가 구비된다. 본 바람직한 실시예는 또한 리소그래피 광학기기의 열화율을 감소시키기 위해 전력 증폭기로부터의 각각의 펄스를 2 또는 4 펄스로 분주하는 펄스 체배 모듈을 포함한다. 기타 바람직한 실시예는 KrF, F2 MOPA 시스템으로서 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 "3 파장 플랫폼"을 이용한다. 이것은 21세기 초반에 집적회로 제조에 유용할 것으로 예상되는 방전 레이저 시스템의 3유형, 즉 KrF, ArF, 및 F2 레이저 각각에 대해 동일한 일반적인 장비 레이아웃과 인클로우저 광학 테이블을 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 사시도.
도 1a 및 1b는 U-형상 광학 테이블을 나타낸 도.
도 1c 및 1c1은 제2 바람직한 실시예를 나타낸 도.
도 1d는 제3 바람직한 실시예를 나타낸 도.
도 2 및 도 2a는 챔버 특징을 나타낸 도.
도 3a 및 3b는 2-패스 MOPA를 나타낸 도.
도 4, 4a, 4b, 4c, 4d는 바람직한 펄스 전력 시스템의 특징을 나타낸 도.
도 5a, 5b, 5c1, 5c2, 5c3, 5d는 추가의 펄스 전력 특징을 나타낸 도.
도 6a1, 6a2는 여러 MOPA 구성 및 테스트 결과를 나타낸 도.
도 6b, 6c, 6d, 및 6e는 프로토타입 MOPA 시스템의 테스트 결과를 나타낸 도.
도 7, 7a, 8, 9a, 9b, 10, 10a, 11, 12, 12a, 12b는 펄스 전력 컴포넌트를 나타낸 도.
도 13은 지터 문제를 최소화하기 위한 기술을 나타낸 도.
도 14는 파장계의 요소를 나타낸 도.
도 14a, 14b, 14c, 14d는 대역폭을 측정하기 위한 기술을 나타낸 도.
도 14e-h는 대역폭 측정에 사용된 에탈론의 특징을 나타낸 도.
도 15는 광다이오드 어레이의 고속 판독을 위한 기술을 나타낸 도.
도 16은 마스터 오실레이터의 미세 라인 협소화를 위한 기술을 나타낸 도.
도 16a, 16b는 PZT 제어된 LNP를 나타낸 도.
도 16c는 PZT 제어된 LNP의 사용 결과를 나타낸 도.
16d, 16e는 LNP 제어를 위한 기술을 나타낸 도.
도 17, 17a, 17b, 17c는 회절격자면을 퍼징하기 위한 기술을 나타낸 도.
도 18은 팬 모터 구동 장치를 나타낸 도.
도 18a는 바람직한 팬 블레이드를 나타낸 도.
도 19, 19a 내지 19g는 퍼지 시스템의 특징을 나타낸 도.
도 20, 20a, 20b는 바람직한 셔터의 특징을 나타낸 도.
도 21,21a는 열 교환기 특징을 나타낸 도.
도 22a 내지 22d는 펄스 체배기 유닛의 특징을 나타낸 도.
도 23, 23a, 23b는 시드 빔을 공간적으로 필터링하기 위한 기술을 나타낸 도.
제1 바람직한 실시예
3 파장 플랫폼
제1 개괄 레이아웃
도 1은 본 발명의 제1 바람직한 실시예의 사시도이다. 이 실시예는 MOPA 레이저 시스템으로서 구성된 주입 시딩된 협대역 엑시머 레이저 시스템이다. 이것은 특히 집적회로 리소그래피를 위한 광원으로서 설계되었다. 종래기술의 리소그래피 레이저에 대한 본 실시예에 예시된 주 개선점은 주입 시딩을 이용하는 것이고 특히 두 개의 개별 방전 챔버를 갖춘 마스터 오실레이터-파워 증폭기(MOPA)이다.
본 제1 바람직한 실시예는 아르곤-플루오라이드(ArF)레이저 시스템이지만, 이 시스템은 크립톤-플루오라이드(KrF), ArF 또는 플루오르(F2) 레이저 컴포넌트를 수용하도록 설계된 모듈러 플랫폼 구성을 이용한다. 이 플랫폼 설계는 3개 유형의 레이저중의 하나를 위한 컴포넌트 및 대다수의 레이저 시스템 모듈 및 동일한 기본 캐비닛을 사용할 수 있게 한다. 본원인은 이 플랫폼을 "3 파장 플랫폼"으로 칭하는 데 이는 이 3 레이저 설계가 KrF에 대해 약 248nm, ArF에 대해 약 193nm 및 F2에 대해 157.63의 파장을 갖춘 레이저 빔을 산출하기 때문이다. 이 플랫폼은 3 파장 각각의 레이저 시스템이 현대 리소그래피 툴의 모든 주요 제조자의 그러한 툴과 양립할 수 있게 하는 인터페이스 컴포넌트를 갖추어 설계된다. 바람직한 ArF 제품 옵션은 다음 사항을 포함한다.
반복율 펄스 에너지 펄스 지속시간
4kHz 7mJ 60ns
4kHz 7mJ 100ns
4kHz 10mJ 60ns
4kHz 12mJ 30ns
본 바람직한 레이저 시스템(2)의 주요 컴포넌트는 도 1에 나타나 있다. 이것들은:
(1) AC/DC 전력 공급 모듈을 제외한 레이저의 모든 모듈을 수용하도록 설계된 레이저 시스템 프레임(4),
(2) AC/DC 고 전압 전력 공급 모듈(6)
(3) 초당 4000 전하의 충전율로 약 1000볼트로 두 충전 커패시터 뱅크를 충전시키는 공진 충전기 모듈(7),
(4) 두 개의 정류자 모듈로서, 그 각각이 상기 언급된 충전 커패시터 뱅크중의 하나를 포함하고, 각각이 충전 커패시터 뱅크에 저장된 에너지로부터 약 1㎲ 지속시간과 16,000 볼트를 갖는 매우 짧은 고전압 전기 펄스를 형성하는 정류자 회로를 포함하는, 두 개의 정류자 모듈(8A 및 8B),
(5) 마스터 오실레이터 모듈(10) 및 전력 증폭기 모듈(12)로 된 프레임(4)에 최상부 바닥부 구성으로 장착된 두 개의 방전 챔버 모듈로서, 각각의 모듈은 챔버의 최상부에 장착된 압축 헤드(10B 및 12B) 및 방전 챔버(10A 및 12A)를 포함하고, 압축 헤드는 전류의 대응하는 증가로 약 1㎲ 내지 50ns로부터 정류자 모듈로부터 전기 펄스를 압축(시간-방식)시키는, 두 개의 방전 챔버 모듈,
(6) 라인 협소화 패키지(10C) 및 출력 커플러 유닛(10D)을 포함하는 마스터 오실레이터 광학기기,
(7) 시드 빔을 형성하여 전력 증폭기에 지향시키고, MO 출력 파워를 모니터 링하기 위한 광학기기 및 계기를 포함하는 파면 엔지니어링 박스(14),
(8) 파장, 대역폭 및 에너지 모니터를 포함하는 빔 안정화기 모듈(16),
(9) 셔터 모듈(18),
(10) 가스 제어 모듈(20), 냉각수 분배 모듈(22) 및 통기 모듈(24)이 위치된 보조 캐비넷,
(11) 고객 인터페이스 모듈(26)
(12) 레이저 제어 모듈(28) 및
(13) 상태 램프(30)
를 포함한다.
본 명세서에 상세히 설명된 바람직한 실시예는 상기한 바와 같은 ArF MOPA 구성이다. 이 특정한 구성을 다른 구성으로 변환시키기 위한 몇몇 변경은 다음과 같다. MOPA 설계는 제2 방전 챔버 둘레에 공진 캐비티를 생성함으로써 MOPO 설계로 변환될 수 있다. 여러기술이 이를위해 이용될 수 있는 데 그 몇몇은 본명세서에 참조문헌으로 통합되어 설명되어 있다. KrF 레이저 설계는 ArF 설계와 매우 유사하므로, 설명된 대부분의 특징은 KrF에 직접 응용가능하다. 사실상, ArF 동작에 유용한 회절격자는 KrF에 대해서도 작용하는 데 이는 두 레이저의 파장이 회절격자의 라인 간격의 정수배에 해당하기 때문이다.
이 설계가 MOPA 또는 MOPO 설계 중 F2 레이저에 유용한 경우, 라인 셀렉터 유닛이 LNP 대신에 사용되는 데, 이는 고유 F2 스펙트럼은 하나가 선택되고 다른 하 나는 선택해제되는 두 주요 라인을 포함한다.
U-형상 광학 테이블
MO 및 PA의 광학기기는 도 1a 및 도1b에 도시된 바와 같이 U-형상 광학 테이블에 장착된다. U-형상 광학 테이블은 본 명세서에 참조문헌으로 통합된 미국특허 제5,863,017호에 설명된 방식으로 레이저의 베이스에 역학적으로 장착된다. MO 및 PA의 두 챔버는 테이블에 장착되지만 각각은 챔버(2)의 바닥부 프레임으로부터 지지된 레일상에 3개 휠(두 개는 한측에 다른 하나는 다른측)에 의해 지지된다. (휠 및 레일은 본 명세서에 참조문헌으로 통합된 미국특허 제6,109,574호에 설명된 바와 같이 배열된다). 이 배열은 진동을 야기하는 챔버로부터 광학기기가 분리될 수 있게 한다.
제2 개괄 레이아웃
도 1c에 도시된 제2 개괄 레이아웃은 상기한 제1 개괄 레이아웃과 유사하지만 다음 특징을 포함한다.
(1) 두 챔버 및 레이저 광학기기가 레이저 캐비닛(4)내부에 역학적으로 장착된(다음 절에 설명되는 바와 같이) 수직 광학 테이블(11)상에 장착된다. 챔버는 광학 테이블에 볼트로 고정된 단단한 급격경사의 캔틸레버 아암상에 지지된다. 이 설계에서 마스터 오실레이터(10)는 전력 증폭기(12) 위에 장착된다.
(2) 고 전압 전력 공급부(6b)는 레이저 캐비닛(4)내부에 포함된다. 이 두 챔버-ArF 4000 Hz는 단지 1200 볼트 전력 공급만을 필요로 한다. 레이저 캐비닛에는 두 챔버, 6000 Hz, F2 레이저 시스템을 위해 필요로 되는 두 개의 추가 고 전압 전력 공급부를 위한 공간이 구비된다. 하나의 추가 HVPS가 6000 Hz ArF 시스템을 위해 이용된다.
(3) 두 레이저 챔버의 각각 및 챔버를 위한 펄스 전력 공급부는 본 명세서에 참조문헌으로 통합된 미국특허 출원 제 09/854,097호에 설명된 4000Hz 단일 챔버 레이저 시스템에 이용된 챔버 및 펄스 전력 공급부와 실질적으로 동일하다.
(4) 광학 테이블(11) 뒤에 위치된 펄스 체배기 모듈(13)은 전력 증폭기를 빠져나가는 펄스의 지속시간을 늘이기 위해 본 실시예에서 포함된다.
(5) 마스터 오실레이터 빔 출력 광학기기(14A)는 MO로부터 전력 증폭기 입력-출력 광학기기(14B)로 출력 빔을 지향시키고 전력 증폭기 후방 광학기기(14C)를 통해 전력 증폭기(12)를 통하는 두 패스를 위한 것이다. 아래에 설명되는 바와 같이, 제1 패스는 전극에 대해 작은 각이고 제2 패스는 전극과 정렬된다. 펄스 스트레처(stretcher)를 포함하는 레이저 시스템을 통하는 전체 빔 경로는 진공 컴패터블 인클로우저(도시되지 않음)에 봉입되고 이 인클로우저는 질소 또는 헬륨으로 퍼지(purge)된다.
제3 개괄 레이아웃
제3 개괄 레이아웃의 부분이 도 1d에 도시되어 있다. 이 레이아웃은 전극간의 방전영역의 길이가 처음 두 실시예에서의 전극간의 길이의 약 반인 레이저 챔버를 이용하는 본 발명의 실시예를 수용한다. 즉, 방전영역 길이는 통상적으로 약 53cm인 길이에 비해 약 26.5cm이다. 이 경우, 마스터 오실레이터(10(1))의 공진 캐비티는 출력 커플러(10D)와 LNP(10C)간의 방전영역을 통하는 두 패스에 의해 정의된다. 이 레이아웃에서, 빔은 전력 증폭기(12(1))를 통해 4개 패스를 만든다. 미러(15A)로부터의 반사후 제1 패스는 그것으로부터(예를 들어 약 10밀리라디안의 각도에 대해 수직인 하부의 절반 좌측부에서) 각을 이루는 전극의 정렬과 일정각으로 방전영역의 하부 절반부를 통한다. 미러(15B)로부터의 반사후 제2 패스는 약 4도의 각도인 좌측에 대해 수직인 각도로 상부 절반부를 통한다. 두 미러(15C)로부터의 반사후 제3 패스는 방전영역의 상부 절반부를 통해 전극과 정렬되고 미러(15D)로부터의 반사후 최종 패스는 방전영역의 하부 절반부를 통해 전극과 정렬된다. 이 최종 패스는 전력 증폭기 출력 빔을 수립한다. 그것은 미러(15C)를 통과하고 미러(도시되지 않은)에 의해 펄스 체배기 유닛(도시되지 않은)에 지향된다.
상기 레이아웃의 각각은 주요 설계 변경없이 고객 선호사항을 수용하기 위해 인클로우저의 우측 또는 인클로우저의 좌측을 출력 빔이 빠져나갈 수 있게 한다.
상기 레이아웃의 각각에서의 성능면의 개선은 정류자와 압축헤드를 단일 모듈에 결합함으로써 달성될 수 있었다. 본원인은 임의 컴포넌트 고장이 전체 모듈의 대체를 요하기 때문에 상기 결합에 반대해왔다. 그러나, 본원인은 이들 유닛이 매우 신뢰성있고 따라서 결합 모듈이 매우 적합함을 알게 되었다. 실제로, 펄스 파워 유닛에서의 여러 고장 원인중의 하나는 두 모듈을 연결하는 전기 케이블의 고장이었다. 이 케이블은 결합 모듈에 필요치 않다.
바람직한 레이저 시스템 및 상기한 모듈의 설계 및 동작은 하기에 상세히 설명된다.
마스터 오실레이터
도 1 및 1C에 도시된 마스터 오실레이터(10)는 상기한 '884호 특허 및 US 제6,128,323호에 설명된 종래기술의 ArF 레이저와 여러면에서 유사하고 출력 펄스 에너지가 약 5mJ 대신 약 0.1mJ인 것을 제외하곤 미국 특허출원 09/854,097호에 설명된 ArF 레이저와 실질적으로 등가물이다. 그러나, '323 레이저에 대한 주요 개선점은 4000Hz 이상으로 동작할 수 있도록 하는 것이다. 마스터 오실레이터는 대역폭 제어를 포함한 스펙트럼 성능에 대해 최적화되었다. 이 결과는 더욱 좁은 대역폭 및 개선된 대역폭 안정성이다. 마스터 오실레이터는 각각이 50cm길이이고 약 0.5 인치 이격된, 한 쌍의 신장된 전극((10A-2) 및 (10A-4))이 위치된 도1, 도2 및 도 2a에 도시된 바와 같이 방전 챔버(10A)를 포함한다. 아노드(10A-4)는 아노드 지지 바(10A-6)를 형성하는 플로우상에 장착된다. 4개의 핀형상 수냉식 열교환기 유닛(10A-8)이 제공된다. 탄젠셜 팬(10A-10)은 전극간에 약 80m/s의 속도로 레이저 가스 흐름을 공급하기 위해 두 개의 모터(도시되지 않음)에 의해 구동된다. 챔버는 레이저 빔에 대해 약 45도로 위치된 CaF2 윈도우를 갖춘 윈도우 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 챔버의 중앙에 흡입부를 갖는 정전 필터 유닛은 도2의 11로 지시된 가스 흐름의 작은 부분을 필터링하고 세정된 가스는 윈도우로부터 잔해를 방출시키기 위해 미국특허 제5,359,629호(본원에 참조 통합됨)에 설명된 방식으로 윈도우 유닛에 보내진다. 마스터 오실레이터의 이득 영역은 본 실시예에서 약 3% 아르곤, 0.1%의 F2 및 나머지는 네온으로 된 레이저 가스를 통해 전극간의 방전에 의해 생성된다. 가스 흐름은 다음 펄스 이전에 방전 영역으로부터 각각의 방전의 잔해를 제거한다. 공진 캐비티는 빔 방향에 수직으로 장착되고 193nm의 광의 약 30%를 반사하고 193nm의 광의 약70%를 통과시키도록 코팅된 CaF2미러로 구성된 출력 커플러(10D)에 의해 출력측에 생성된다. 공진 캐비티의 대향측 경계는 미국특허 제6,128,323호에 설명된 종래기술의 라인 협소화 유닛과 유사한 도1에 도시된 바와 같은 라인 협소화 유닛(10C)이다. LNP는 도 16,16a,16b1,16b2에 도시된 바와 같이 하기에 설명된다. 이 라인 협소화 유닛에서 주요 개선은 45배 정도 수평방향의 빔을 확대시키기 위한 4개의 CaF 빔 확대 프리즘(10C1)과 상대적으로 큰 피벗을 위한 스테퍼 모터에 의해 제어된 조정 미러(10C2)와 약 300pm 폭 ArF 고유 스펙트럼으로부터 선택된 UV광의 초협대역을 반사하는 리트로우 구성으로 장착된 mm당 약 80 패싯을 갖는 미러에쉘격자(10C3)의 초미세 조정을 제공하는 압전 드라이버를 포함한다. 마스터 오실레이터는 종래 리소그래피 광원에 사용되는 것 보다 더욱 낮은 F2 농도로 동작된다. 이것은 대역폭 보다 상당한 감소를 가져온다. 다른 주요 개선은 오실레이터 빔의 단면을 수평방향에서 1.1mm 및 수직방향에서 7mm로 제한하는 좁은 후방 애퍼어처이다. 오실레이터 빔의 제어는 하기에 설명된다.
바람직한 실시예에서 마스터 오실레이터 및 전력 증폭기를 위한 주 충전 커패시터 뱅크는 지터 문제를 감소시키기 위해 나란히 충전된다. 이것은 두 펄스 파워 시스템의 펄스 압축회로에서의 펄스 압축을 위한 시간이 충전 커패시터의 충전 레벨에 의해 좌우되므로 바람직하다. 펄스 에너지 출력은 충전 전압의 조정에 의해 펄스-펄스 기준으로 제어된다. 이것은 마스터 오실레이터의 빔 파라미터를 제어하기 위해 전압의 사용을 약간 제한한다. 그러나, 레이저 가스 압력 및 F2 농도는 광범위 펄스 에너지 증가 및 레이저 가스 압력에 대한 소망하는 빔 파라미터를 달성하기 위해 용이하게 제어될 수 있다. 대역폭은 레이저 가스 압력 및 F2 농도를 감소시킨다. 이들 제어 특징은 하기에 설명된 LNP 제어에 부가된다. 마스터 오실레이터를 위해 방전과 광-아웃간의 시간은 F2 농도(1ns/kPa)의 함수이고, 따라서 F2 농도는 타이밍을 변동시키도록 변경될 수 있다.
전력 증폭기
세가지 실시예의 각각의 전력 증폭기는 대응하는 마스터 오실레이터 방전 챔버에 유사한 레이저 챔버로 구성된다. 두개의 개별 챔버를 갖기 때문에 펄스 에너지와 일련의 펄스(선량(dose)이라 칭함)의 집적 에너지가 파장과 대역폭과는 별개로, 큰 정도로, 제어될 수 있다. 이 때문에 양호한 선량 안정성이 가능하다. 챔버의 모든 컴포넌트는 동일하고 제조 프로세스 동안 상호변경가능하다. 그러나, 동작시에, 가스 압력은 PA에 비해 MO에서 상당히 낮다. 전력 증폭기의 압축헤드(12B)는 본 실시예에서 압축헤드(10B)와 유사하고 압축헤드의 컴포넌트는 제조 프로세스 동안 상호변경가능하다. 한 차이점은 압축헤드 커패시터 뱅크의 커패시터는 PA에 비해 상당히 높은 인덕턴스를 산출하기 위해 MO에 대해 더욱 널리 위치된다. 펄스 전력 증폭기의 전기 컴포넌트와 챔버의 밀접한 동질성은 펄스 형성 회로의 타이밍 특성은 지터 문제가 최소화되도록 실질적으로 동일한 것을 보장한다.
전력 증폭기는 도 1 및 도1c의 전력 증폭기 방전 챔버의 방전 영역을 통한 두 빔 패스를 위해 그리고 상기한 바와 같은 도1d에서의 4개 패시지를 위해 구성된다. 도 3a 및 3b는 도1을 위한 전력 증폭기와 마스터 오실레이터를 통하는 빔 경로를 도시한다. 빔은 도 3a에 도시된 바와 같은 MO(10)의 LNP(10C) 및 챔버(10A)를 통해 여러번 발진하고 LNP(10C)를 통해 그 통로상에서 매우 크게 라인 협소화된다. 라인 협소화된 시드 빔은 미러(14A)에 의해 상향으로 반사되고 미러(14B)에 의해 챔버(12A)를 통해(전극방향에 대해) 약간 스큐잉된 각도로 수평방향으로 반사된다. 전력 증폭기의 후방단에 두 미러(12C 및 12D)는 도 3b에 도시된 전극방향과 나란한 수평방향으로 PA 챔버(12A)를 통하는 제2 패스를 위해 빔을 되반사시킨다.
충전 전압은 소망 펄스 및 선량 에너지를 유지하기 위해 펄스-펄스 기반으로 선택된다. F2 농도 및 레이저 가스 압력은 소망하는 충전 전압 범위를 공급하기 위해 조정될 수 있다. 이 소망 범위는 dE/dV의 소망값을 산출하도록 선택될 수 있는 데 이는 전압에 의한 에너지의 변화가 F2 농도 및 레이저 가스 압력의 함수이기 때문이다. 주입 타이밍은 충전 전압에 기초한다. 주입 빈도는 상태를 비교적 일정하게 유지하고 연속적일 수 있고 거의 연속적일 수 있다. 이들 실시예의 몇몇 사용자들은 F2 주입간에 더욱 큰 지속시간(2시간 정도와 같은)을 선호할 수 있다.
테스트 결과
본원인은 도 6a1에 도시된 바와 같은 다양한 광 경로를 갖춘 도 1에 도시된 기본 MOPA 구성으로 여러 테스팅을 행하였다. 도 6a2 내지 6e는 주요 테스팅의 입증 결과를 나타낸다.
도 6a는 스큐잉된 더블 패스 증폭기 설계가 다른 증폭기 설계에 비한 수행하는 성능을 도시한다. 테스팅된 기타 설계는 단일 패스, 스트레이트 더블 패스, 분할된 증폭기 전극을 갖춘 단일 패스, 경사진 더블 패스이다. 도 6b 는 650V 내지 1100V범위의 충전 전압으로 스큐잉된 더블 패스 구성을 위한 PA 입력 에너지의 함수로서 시스템 출력 펄스 에너지를 도시한다. 도 6c는 4개 입력 에너지를 위한 증폭기 펄스와 오실레이터의 시작간의 시간 지연의 함수로서 출력 펄스의 형성을 도시한다. 도 6d는 출력 빔 대역폭상의 펄스간의 시간 지연의 효과를 나타낸다. 이 그래프는 출력 펄스 에너지상에서의 지연의 효과를 나타낸다. 도 6e는 레이저 펄스 지속시간이 펄스 에너지의 희생으로 약간 확장될 수 있음을 도시한다.
펄스 파워 회로
도 1, 1c, 1d에 도시된 실시예에서, 기본 펄스 파워 회로는 종래의 리소그래피를 위한 엑시머 레이저 광원의 펄스 파워 회로와 유사하다. 그러나, 출력 커패시터의 개별 펄스 파워 회로 다운스트림은 각각의 방전 챔버를 위해 제공된다. 바람직하게 단일 공진 충전기는 두 충전 커패시터 뱅크가 정밀하게 동일 전압으로 충전되는 것을 보장하기 위해 병렬로 연결된 두 충전 커패시터 뱅크를 충전한다. 펄스 파워 회로의 컴포넌트의 온도를 조절하기 위해 중요 개선점이 또한 제공된다. 바람직한 실시예에서, 포화 인덕터의 자기 코어의 온도는 모니터링되고 온도 신호는 두 챔버의 상대적 방전 타이밍을 조절하기 위해 피드백 회로에 이용된다. 도 5a, 5b는 MO를 위해 사용되는 기본 펄스 파워 회로의 주 요소를 도시한다.
공진 충전기
도 5b에 바람직한 공진 충전기 시스템이 도시되어 있다. 주 회로 요소는:
I1 - 정 DC 전류원을 구비한 3상 파워 공급부(300).
C-1 - 기존 C0 커패시터(42) 보다 큰 크기 정도의 소스 커패시터(302).
Q1, Q2 및 Q3 - C0 상에 조절 전압을 충전 및 유지하기 위한 전류 흐름을 제어하는 스위치.
D1, D2 및 D3 - 전류 단일 방향 흐름을 제공한다.
R1 및 R2 - 제어 회로에 전압 피드백을 제공한다.
R3 - 작은 초과 충전인 이벤트의 경우에 C0상에 전압의 고속 방전을 허용한다.
L1 - 전류 흐름 및 셋업 충전 전송 타이밍을 제한하기 위해 C0 커패시터 뱅크(42) 와 C-1 커패시터(302)간의 공진 인덕터.
제어 보드(304) - Q1, Q2 Q3가 회로 피드백 파라미터에 기초하여 개방 및 폐쇄하도록 명령함.
이 회로는 드-킹(De-Qing)으로 알려진 스위치와 함께, 다이오드(D3) 및 스위치(Q2)를 포함한다. 이 스위치는 공진 충전 프로세스 동안 제어 유닛이 인덕터를 단락시킬 수 있도록 함으로써 회로의 조절을 개선시킨다. 이 "드-킹"은 충전 인덕터(L1)의 전류에 저장된 추가 에너지가 커패시터(C0)로 전송되는 것을 방지한다.
레이저 펄스를 위한 필요 이전에 C-1상의 전압은 600-800 볼트로 충전되고 스위치(Q1-Q3)는 개방된다. 레이저로부터의 명령시, Q1는 폐쇄된다. 이 시점에서 전류는 충전 인덕터(L1)를 통하여 C-1으로부터 C0로 흐른다. 이전 단락에서 설명한 바와 같이, 제어보드상의 캘큐레이터는 레이저로부터의 명령 전압 셋트 포인트에 대한 L1에 흐르는 전류 및 C0상의 전압을 평가하게 된다. Q1은 CO 커패시터 뱅크상의 전압과 인덕터(L1)에 저장된 등가 에너지를 더한것이 소망 커맨드 전압과 같을 경우 개방한다. 그 계산은:
Vf = [ VC0s 2 + ((L1 * ILIs 2 ) / C 0) ]0.5이고
여기서,
Vf = Q1 개방과 L1의 전류가 제로로 간 후의 C0상의 전압.
VC0s = Q1 개방 경우 C0상의 전압.
ILIs = Q1 개방 경우 L1을 통해 흐르는 전류.
Q1 개방 후 L1에 저장된 전류는 CO 커패시터 뱅크상의 전압이 코맨드 전압과 대략 동일할 때 까지 D2를 통해 CO 커패시터 뱅크에 전송되기 시작한다. 이 시점에 Q2는 폐쇄되고 CO로의 전류 흐름은 중지되고 D3를 통해 보내진다. "드-킹"에 추가하여, 블리드다운 회로로부터의 R3 및 Q3는 CO상에서 추가의 미세 조정을 허용한다.
인덕터(L1)를 통해 흐르는 전류가 중지되는 경우 블리드다운(bleed down) 회로(216)의 스위치(Q3)가 제어 보드에 의해 폐쇄되도록 명령되고 C0상의 전압은 소망 제어 전압으로 블리드다운되고; 그후 스위치(Q3)는 개방된다. 커패시터(C0)의 시간상수 및 레지스터(R3)는 전체 충전 사이클에서 인식가능한 정도가 되지 않은 채 커패시터(C0)를 코맨드 전압으로 블리드다운시키기에 충분한 고속이어야 한다.
결과적으로, 공진 충전기는 조절 제어의 3레벨로 구성될 수 있다. 몇몇 거친 조절이 충전 사이클 동안 스위치(Q1)의 개방 및 에너지 캘큐레이터에 의해 제공된다. CO 커패시터 뱅크상의 전압이 타겟값에 근접함에 따라, 드-킹 스위치는 폐쇄되고, C0상의 전압이 타겟값 또는 악간 그 이상인 경우 공진 충전을 중지시킨다. 바람직한 실시예에서, 스위치(Q1) 및 드-킹 스위치는 +/-0.1% 보다 양호한 정확도를 갖춘 조절을 제공하기 위해 사용된다. 추가 조절이 필요로 되는 경우, 전압 조절에 대한 3 제어가 이용될 수 있다. 이것은 CO들을 정밀한 타겟값으로 방전다운시키는 R3(도 5b에 216으로 도시된) 및 스위치(Q3)로 된 블리드다운 회로이다.
CO의 다운스트림에 대한 개선
상기한 바와 같이, 본발명의 PA 및 MO의 펄스 파워 시스템은 각각의 종래기술의 시스템에 사용된 바와 같은 동일 기본 설계(도 5a)를 이용한다. 그러나, 매우 증가된 반복율에 의한 결과인 열 로드(heat load)에서의 3 증가 인수에 대해 상기 기본 설계에 대한 몇몇 주요 개선점이 요구되었다. 이들 개선은 하기에 설명된다.
정류자 및 압축 헤드에 대한 상세한 설명
본 단락에서, 정류자 및 압축 헤드에 대해 상세히 설명된다.
고체상태 스위치
고체상태 스위치(46)는 펜실베이니아 영우드 소재의 Powerex, Inc.사에 의해 제공된 P/N CM 800 HA-34H IGBT이다. 실시예에서, 그러한 두 스위치가 병렬로 사용된다.
인덕터
인덕터(48,54 및 64)는 미국특허 제5,448,580호 및 5,315,611호에 설명된 종래 시스템의 그것들과 유사한 포화 인덕터이다. 도 7은 L0인덕터(48)의 설계를 나타낸다. 이 인덕터에서 두 개의 IGBT 스위치(46B)로부터의 4개 컨덕터는 약 1인치의 ID와 약 1.5인치의 OD를 갖춘 초고투자율 재료로 된 파트(48A) 8인치 길이의 중공을 형성하기 위해 16개 페라이트 토로이드(49)를 통과한다. 4개 컨덕터의 각각은 파트(48B)를 형성하기 위해 절연성 도넛 형상 코어 둘레를 두번 감싼다. 4개 컨덕터는 그후 플레이트에 연결되고 차례로 C1커패시터 뱅크(52)의 고전압측에 연결된다.
포화 인덕터에 대한 바람직한 모습이 도 8에 도시되어 있다. 이 경우, 인덕터는 단일 권선의 기하학 형태를 가지며 여기서 최상부 및 최하부 리드(541 및 542)와 중앙 맨드렐(mandrel)(543)은 모두 고전압이고 인덕터 자기 코어를 통해 단일 권선을 형성한다. 외부 하우징(545)은 접지 전위에 있다. 자기 코어는 캘리포니아의 아델란토의 내셔널 아놀드 또는 펜실베이니아의 마그네틱스 오브 버틀러에 의해 제공된 50-50% Ni-Fe 합금을 감는 0.0005" 두께 테이프이다. 인덕터 하우징상의 핀(546)은 내부 발산열이 강제 공랭에 전송되는 것을 촉진시킨다. 또한, 세라믹 디스크(도시되지 않음)는 어셈블리의 중앙부로부터의 열이 모듈 섀시 베이스 플레이트로 전송되는 데 조력하기 위해 리액터 하부 리드 밑에 장착된다. 도 8은 C1 커패시터 뱅크(52)의 커패시터 중의 하나에의 고전압 연결과 1:25 스텝업 펄스 변압기(56)의 인덕션 유닛중의 하나의 고전압 리드에의 연결을 도시한다. 하우징(545)은 유닛(56)의 접지 리드에 연결된다.
도 9a 및 9b에는 포화 인덕터(64)의 최상부도 및 단면도가 도시되어 있다. 본 실시예의 인덕터에서, 금속편(301,302,303 및 304)을 제외한 플럭스가 인덕터의 누설 자속을 감소시키기 위해 도 9b에 도시된 바와 같이 추가되어 있다. 금속편을 제외한 이들 플럭스는 자속을 관통할 수 있고 이에따라 인덕터의 포화 인덕턴스를 최소화하는 데에 조력하는 영역을 상당히 감소시킨다. 전류는 자기 코어(307) 둘레에 인덕터 어셈블리의 수직 컨덕터 로드를 통하는 5개 루프를 만든다. 305로 들어가는 전류는 도 9a에 도시된 바와 같이 중앙부에 "1"로 표기된 대직경의 컨덕터를 따라 하강하고 원주부에 "1"로 표기된 6개 소형 컨덕터를 따라 상승한다. 전류는 그후 내부의 2로 표기된 2개의 컨덕터로 하강하고 그후 외부에 2로 표기된 6개의 컨덕터를 따라 상승하고, 그후 내부의 플럭스 격리 금속(flux exclusion metal)을 따라 하강한 뒤 외부의 3으로 표기된 6개 컨덕터로 상승하고, 그후 내부의 3으로 표기된 2개의 컨덕터로 하강한 뒤 외부의 4로 표기된 6개 컨덕터로 상승하고, 내부의 4로 표기된 컨덕터로 하강한다. 플럭스 격리 금속의 컴포넌트는 컨덕터에 걸리는 최대 펄스 전압의 절반으로 유지되어 플럭스 격리 금속 부분과 기타 권선의 금속 로드(rod) 사이의 안전 홀드-오프 간격이 감소될 수 있도록 한다. 자기 코어(307)는 캘리포니아의 내셔널 아놀드 오브 아델란토 또는 펜실베이니아의 마그네틱스 오브 버틀러에 의해 제공된 80-20% Ni-Fe 합금으로 된 0.0005" 두께 테이프의 권선에 의해 형성된 3개 코일(307A,B 및 C)로 이루어 진다. 독자는 일본의 히타치 금속의 FINEMETTM 및 독일 VACUUM SCHITELZE GmbH의 VITROPERMTM과 같은 나노-크리스탈린 재료가 인덕터(54, 64)로 사용될 수 있음을 주목해야 한다.
종래기술의 펄스 파워 시스템에서, 전기 컴포넌트로부터의 오일 누설은 큰 문제이었다. 본 실시예에서, 오일 절연 컴포넌트는 포화 인덕터로 한정된다. 더우기, 도 9b에 도시된 포화 인덕터(64)는 오일 누설의 가능성을 제거하기 위해 오일 레벨 이상으로 모든 시일 연결부가 위치된 포트형 오일 함유 하우징에 수용된다. 예로서, 인덕터(64)의 최하부 시일은 도 8b에 308도 도시되어 있다. 정규 오일 레벨은 하우징(306)의 최상부 입구보다 아래이므로, 하우징이 직립 상태에 있는 한 어셈블리 외부로 오일이 누설될 가능성은 없다.
커패시터
도 5에 도시된 커패시터 뱅크(42,52,62 및 82)(즉, C0, C1, Cp-1,및 Cp)는 모두 병렬로 연결된 기성품인(off-the-shelf) 커패시터의 뱅크로 구성된다. 커패시터(42 및 52)는 독일의 Wima 또는 노쓰 캐롤라이나의 스테이츠빌 소재의 비샤이 로에더스타인과 같은 공급자로부터 구입가능한 필름형이다. 본원인은 커패시터 및 인덕터의 바람직한 연결 방법은 미국특허 제5,448,580호에 설명된 것과 유사한 방식으로 두텁게 니켈 코팅된 구리 리드를 갖는 특수 인쇄회로기판상의 포지티브 및 네거티브 단자에 납땜하는 방법이 바람직하다고 생각한다. 커패시터 뱅크(62 및 64)는 일본의 TDK 및 무라타과 같은 판매자로부터의 고전압 세라믹 커패시터의 병렬 어레이로 구성된다. 이 ArF 레이저에서의 사용을 위한 실시예에서 커패시터 뱅크(82; 즉 Cp)는 9.9nF 커패시턴스를 위한 33개의 0.3nF 커패시터의 뱅크로 구성되고; Cp-1는 전체 9.6nF 커패시턴스를 위한 24개의 0.40nF 커패시터의 뱅크로 구성되고; C1는 5.7㎌ 커패시터 뱅크이고 C0는 5.3㎌커패시터 뱅크이다.
펄스 변압기
펄스 변압기(56)는 미국특허 제5,448,580호 및 제5,313,481호에 설명된 펄스 변압기와 유사하다. 그러나 본 실시예의 펄스 변압기는 제2 권선부에서 단일 권선을 갖고 승압 비 1:24를 위해 제1 권선부의 1/24와 등가인 24 인덕션 유닛을 갖는다. 도 10에 펄스 변압기(56)가 도시되어 있다. 24 인덕션 유닛의 각각은 도 10의 하부 에지를 따라 도시된 바와 같은 인쇄회로 보드(56B)상의 포지티브 및 네거티브 단자에 볼트결합된 두 플랜지(각각은 나사산 볼트 구멍을 갖춘 편평 에지를 갖춤)를 갖는 알루미늄 스풀(56A)로 구성된다. (네거티브 단자는 24개 주권선부의 고전압 단자이다). 절연체(56C)는 각 스풀의 포지티브 단자를 인접 스풀의 네거티브 단자로부터 분리한다. 스풀의 플랜지간에는 약 1/32 인치의 벽두께를 갖는 0.875OD를 갖춘 1 1/16 인치 길이의 중공 실린더가 있다. 스풀은 절연 된 MetglasTM로 감싼 OD가 2.24인치가 될 때 까지 1인치 폭이고, 0.1 밀 두께 미라(mylar) 필름과 0.7 밀 두께 MetglasTM 2605 S3A로 감싸여진다. 하나의 주권선을 형성하는 단일 감싼 스풀의 사시도가 도 10a에 도시되어 있다.
변압기의 제2권선은 PTFE(Teflon®)으로 된 기밀 피팅 절연 튜브 내부에 장착된 단일한 OD 스테인리스강 로드이다. 권선부는 도 10에 도시된 바와 같이 4부분이다. 도 10의 56D로 도시된 스테인리스강 제2 권선부의 하부 전압단은 인쇄회로보드(56B)상의 56E인 주 HV 리드에 결합되고, 고전압은 56F로 도시되어 있다. 결과적으로, 변압기는 자동 변압기 구성을 가정하고 승압비는 1:24 대신 1:25가 된다. 따라서, 인덕션 유닛의 +와 - 단자간의 -1400볼트 펄스는 제2 측상에 단자 56F에 약 -35,000 볼트 펄스를 산출한다. 이 단일 권선 제2 권선부 설계는 초고속 출력 상승 시간을 허용하는 초저 누설 인덕턴스를 제공한다.
레이저 챔버 전기 컴포넌트의 상세사항
Cp 커패시터(82)는 챔버 압력 베셀의 상부에 장착된 33개 0.3nf 커패시터의 뱅크로 구성된다. (통상적으로 ArF 레이저는 3.5% 아르곤, 0.1% 플루오르 및 나머지는 네온인 레이징 가스로 동작된다) 전극은 0.5 내지 1.0 인치 바람직하게는 5/8 인치로 분리된 약 28인치 길이이다. 바람직한 전극이 하기에 기술된다. 본 실시예에서, 상부 전극은 캐소드로 하고 하부 전극은 도 5에 도시된 바와 같이 그라운드에 연결되며 아노드라고 한다.
방전 타이밍
ArF, KrF F2 전기 방전 레이저에서, 전기 방전은 약 50ns(즉, 1초의 10억분의 50) 지속한다. 이 방전은 레이징 작용에 필요한 밀도 반전(population inversion)을 생성하지만 이 반전은 방전 시간 동안만 존재한다. 그러므로, 주입 시딩된 ArF, KrF F2 레이저를 위한 주요 필요조건은, 밀도가 레이저 가스에서 반전될 때의 일초의 10억분의 50 동안 마스터 오실레이터로부터의 시드 빔이 전력 증폭기의 방전 영역을 통과함으로써 시드 빔의 증폭이 일어날 수 있도록 하는 것이다. 방전의 정밀 타이밍에 대한 주요 장해는 약 40-50ns 만 지속하는 방전의 시작과 클로우즈되도록 트리거링된 시간 스위치(42)(도 5에 도시된 바와 같은)간에 약 5 마이크로초의 지연이 있다는 사실이다. C0들과 전극간의 회로를 통해 링시키기 위해 펄스에 대해 약 5 마이크로초의 시간간격이 걸린다. 이 시간 간격은 충전 전압과 회로의 인덕터의 온도의 크기에 따라 상당히 변동한다.
본 명세서에 설명된 바람직한 실시예에서, 본원인은 약 2ns(즉, 일초의 10억분의 2) 미만의 상대 정확도로 두 방전 챔버의 방전에 대한 타이밍 제어를 제공하는 전기 펄스 파워 회로를 개발하였다. 두 회로의 블록도가 도 4에 도시되어 있다.
본원인은 타이밍이 약 5-10ns/볼트만큼 충전 전압으로 변동하는 테스트를 핸하였다. 이것은 충전 커패시터를 충전하는 고전압 전력 공급부의 정확도 및 반복가능성에 대한 엄격한 필요조건을 제시한다. 예로서, 5ns의 타이밍 제어가 소망되는 경우, 볼트당 10ns의 시프트 민감도로, 레졸루션 정확도는 0.5 볼트가 될 것이다. 1000V의 정격 충전 전압에 대해, 이것은 커패시터가 초당 4000회 특정값으로 충전되어야만 하는 경우 달성하기가 매우 곤란한 0.05%의 충전 정확도를 필요로 한다.
이 문제에 대한 본원인의 해결책은 상기한 바와 같이 및 도1 및 4에 지시된 바와 같이 단일 공진 충전기(7)로부터 병렬로 MO 및 PA의 충전 커패시터를 충전시키는 것이다. 또한 시간 지연 대 충전 전압 곡선은 도 4a에 도시된 바와 매칭되도록 두 시스템에 대해 2 펄스 압축/증폭 회로를 설계하는 것이 중요하다. 이것은 각각의 회로에 어느정도 가능한 동일 컴포넌트를 이용하여 용이하게 행해질 수 있다.
따라서, 본 실시예의 타이밍 변동(지터로서 참조된 변동)을 최소화하기 위해, 본원인은 유사한 컴포넌트를 갖춘 방전 챔버를 위한 펄스 전력 컴포넌트를 설계하고 시간 지연 대 전압 곡선이 도 4에 지시된 바와 같이 서로 추적한다는 사실을 확인하였다. 본원인은 충전 전압의 정규 동작 범위에 걸쳐, 전압에 따른 시간 지연의 상당한 변화 및 전압에 따른 변화가 두 회로 모두에 대해 거의 동일함을 확 인하였다. 따라서, 병렬 충전된 두 충전 커패시터로 충전 전압은 방전의 상대 타이밍의 변화없이 넓은 동작 범위에서 변동될 수 있다.
펄스 전력 시스템에서의 전기 컴포넌트의 온도 제어는 온도 변동이 펄스 압축 타이밍(특히, 포화 인덕터에서의 온도 변화)에 영향을 미칠 수 있으므로 또한 중요하다. 그러므로, 설계목표는 온도 변동을 최소화하는 것이고 다른 연구법은 온도 감지 컴포넌트의 온도를 모니터하는 것이고 트리거 보상하기 위해 트리거 타이밍을 조정하는 피드백 제어를 사용하는 것이다. 공지된 동작 이력으로 과거 타이밍 변동에 관한 이력 데이터에 기초한 조정을 하기 위해 인식 알고리즘으로 프로그래밍된 프로세서에 제어가 구비될 수 있다. 이력 데이터는 그후 레이저 시스템의 현재 동작에 기초하여 타이밍 변화를 예상하기 위해 적용된다.
트리거 제어
두 챔버의 각각의 방전의 트리거링은 미국특허 제6,016,325호에 설명된 것과 같은 트리거 회로를 위해 개별적으로 이용하여 달성된다. 이들 회로는 트리거와 방전간의 시간이 가능한한 일정하게 유지되도록 펄스 전력의 전기 컴포넌트에서의 온도 변화와 충전 전압에서의 변동을 보정하기 위해 타이밍 지연을 추가한다. 상기한 바와 같이, 두 회로는 기본적으로 동일하므로, 보정 후의 변동은 거의 동일하다(즉, 서로에 대해 약 2ns 이내이다).
도 6c,d 및 e에 지시된 바와 같이, 이 실시예의 성능은 전력 증폭기에서의 방전이 마스터 오실레이터의 방전 후에 약 40 내지 50 ns동안 발생하면 상당히 향 상된다. 이것은 마스터 오실레이터에서 발전하는 레이저 펄스를 위한 수 나노초 가 걸리고 및, 마스터 오실레이터로부터의 레이저 빔의 전방부가 증폭기에 도달하는 데에 필요한 또다른 수 밀리초가 걸리고 및 마스터 오실레이터로부터의 레이저 빔의 후방부가 전방부 보다 훨씬 협대역임이기 때문이다. 이러한 이유로, 개별 트리거 신호는 각가의 챔버에 대해 트리거 시스템(46)에 제공된다. 실제 지연은 도 6c,d 및 e에 도시된 바와 같은 실제 성능 곡선에 기초하여 소망하는 빔 품질을 달성하기 위해 선택된다. 독자는 협대역폭 및 긴 펄스가 MO 트리거와 PA 트리거간의 지연을 증가시킴으로써 펄스 에너지를 희생하고 획득될 수 있음을 알아야 한다.
방전 타이밍을 제어하기 위한 기타 기술
방전의 상대적 타이밍은 도 6c,d 및 e 그래프에 지시된 바와 같은 빔 품질에 중요 영향을 미칠 수 있으므로, 추가 단계들이 방전 타이밍을 제어하기 위해 정당화될 수 있다. 예로서, 레이저 동작의 몇몇 모드는 충전 전압에서의 넓은 스윙 또는 인덕터 온도에서의 넓은 스윙을 야기할 수 있다. 이들 넓은 스윙은 방전 타이밍 제어를 정교하게 할 수 있다.
모니터 타이밍
방전의 타이밍은 펄스-펄스 기준으로 모니터될 수 있고 시간 차는 스위치(42)를 닫는 트리거 신호의 타이밍을 조절하기 위해 피드백 제어 시스템에 사용될 수 있다. 바람직하게, PA 방전은 어떠한 레이저 빔도 PA에서 산출되지 않 는다면 매우 열악한 타이밍이 될 수 있으므로 레이저 펄스 보단 방전 형광(ASE로 칭함)를 준수하기 위해 광전셀을 사용하여 모니터된다. MO를 위해 ASE 또는 시드 레이저 펄스가 사용될 수 있다.
바이어스 전압 조정
펄스 타이밍은 도 5에 도시된 바와 같이 인덕터(48,54 및 64)를 위한 바이어스를 제공하는 인덕터(LB1,LB2 및 LB3)를 통하는 바이어스 전류를 조정함으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 기타 기술이 이들 인덕터를 포화시키는 데에 필요한 시간을 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 예로서, 코어 재료는 펄스 타이밍 모니터로부터의 피드백 신호에 기초하여 제어된 피드백일 수 있는 초고속 응답 PZT 요소와 기계적으로 분리될 수 있다.
조정가능한 기생 부하
조정가능한 기생 부하는 CO들의 펄스 파워 회로 다운스트림중의 하나 또는 모두에 추가될 수 있다.
추가의 피드백 회로
충전 전압 및 인덕터 온도 신호는 펄스 모니터 신호에 추가하여, 상기한 트리거 타이밍의 조정에 추가하여 상기한 바이어스 전압 또는 코어 기계적 분리를 조 정하기 위해 피드백 제어에 사용될 수 있다.
버스트 유형 동작
타이밍의 피드백 제어는 레이저가 연속적 기준으로 동작하는 경우 비교적 용이하고 효과적이다. 그러나, 리소그래피 레이저는 다수의 웨이퍼의 각각상에 20 영역을 프로세싱하기 위해 다음과 같은 버스트 모드에서 동작한다.
웨이퍼를 제위치로 이동시키기 위해 1분 동안 오프상태에 둠.
영역 1을 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
영역 2로 이동시키기 위해 0.3초 동안 오프상태에 둠.
영역 2를 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
영역 3으로 이동시키기 위해 0.3초 동안 오프상태에 둠.
영역 3을 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
................
영역 199를 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
영역 200으로 이동시키기 위해 0.3초 동안 오프상태에 둠.
영역 200을 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
웨이퍼를 변경하기 위해 1분 동안 오프상태에 둠.
다음 웨이퍼상의 영역 1을 조명하기 위해 0.2초 동안 4000Hz로 함.
이 프로세스는 수 시간 동안 반복될 수 있지만, 1분 보다 긴 주기에 대해 시 간-시간으로부터 인터럽트될 수 있다.
다운 시간의 길이는 MO 및 PA의 펄스 파워 시스템간의 상대 타이밍에 영향을 미치고 조정은 MO로부터의 시드빔이 소망 위치에 있는 경우 PA에서 방전이 일어나는 것을 보장하도록 트리거 제어에 필요로 될 수 있다. 각가의 챔버로부터 나오는 광의 타이밍 및 방전을 모니터링함으로써 레이저 동작은 최선의 성능을 달성하기 위해 트리거 타이밍( 약 2ns 내로 정확한)을 조정할 수 있다.
바람직하게 레이저 제어 프로세서는 타이밍 및 빔 품질을 모니터링하고 최선의 성능을 위한 타이밍을 조정하도록 프로그래밍된다. 다양한 동작 모드 셋트에 적용가능한 빈 값(bin values)의 셋트를 발전시키는 타이밍 알고리즘은 본발명의 실시예에서 이용된다. 이들 알고리즘은 전류 펄스를 위한 타이밍 값이 하나이상의 이전 펄스(바로 이전 펄스와 같은)를 위해 수집된 피드백 데이터에 기초하여 설정되는 경우 연속 동작 동안 피드백 제어로 스위칭되도록 설계된다.
어떠한 출력 방전도 없음
상기한 바와 같은 타이밍 알고리즘은 연속 및 규칙적 반복 동작을 위해 잘 동작된다. 그러나, 타이밍의 정확도는 레이저가 5분과 같은 비통상적 시간 주기 동안 오프된 후에 제1 펄스와 같은 비통상적 상황에 좋지 않을 수 있다. 몇몇 상황에서 버스트의 제1 하나 또는 두 펄스를 위한 비정밀 타이밍은 문제를 일으키지 않는다. 바람직한 기술은 MO로부터의 시드 빔의 증폭이 불가능하도록 일 또는 이 펄스 동안 MO 및 PA의 방전이 의도적으로 시퀀스를 벗어나도록 레이저를 프리프로그래밍하는 것이다. 예로서, 레이저는 MO의 트리거 이전에 PA 80ns의 방전을 트리거하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 경우, 레이저로부터 중요한 출력은 없지만 레이저 도량학 센서는 타이밍 파라미터를 결정할 수 있어서 제1 출력 펄스를 위한 타이밍 파라미터는 정밀하게 된다.
컴포넌트에 대한 수냉
커다란 열 로드를 수용하기 위해 펄스 파워 컴포넌트가 고 평균 파워 모드에서의 동작을 지원하기 위해 레이저 캐비닛 내에 팬을 냉각시킴으로써 제공된 정규 강제된 공냉에 더하여 제공된다.
수냉에 의한 한 단점은 전기 컴포넌트 또는 고전압 배선부 근방에서의 누설 가능성이 있어왔다는 것이다. 이 특정 실시예는, 모듈내에 있는 대부분의 열을 발산시키는 컴포넌트들을 냉각시키기 위해 모듈내부에 루팅된 냉각 튜빙의 단일 고체편을 이용함으로써 잠재적 문제들을 방지한다. 모듈 인클로우저 내부에 어떠한 조인트 및 연결부도 존재하지 않고 냉각 튜빙이 고체금속(예, 구리 스테인리스강등)의 연속 편이므로, 모듈내부에서 발생하는 누설 경우는 상당히 감소된다. 냉각수에의 모듈 연결은 그러므로 냉각 튜빙이 고속 연결해제 유형 커넥터와 정합되는 경우 어셈블리 시트 금속 인클로우저 외부에 만들어 진다.
포화 인덕터
정류자 모듈에서 수냉 포화 인덕터(54A)는 도 11에 도시된 바와 같이 제공되고 이것은 54인 핀이 도 11에 도시된 수냉 재킷(54A1)으로 대체된 것을 제외하곤 도 8에 도시된 인덕터(54)와 유사하다. 냉각 라인(54A2)은 알루미늄 베이스 플레이트를 통하고 재킷(54A1)을 둘러싸기 위해 모듈내에 루팅되고 여기서 IGBT 스위치및 직렬 다이오드가 장착된다. 이들 세 컴포넌트는 모듈내에 대부분의 전력 소산을 일으킨다. 열을 소산시키는 기타 아이템(스너버 다이오드 및 레지스터, 커패시터등)도 모듈의 후방의 두 개 핀에 의해 제공된 공기에 의해 강제로 냉각된다.
재킷(54A1)은 접지 전위로 유지되기 때문에, 냉각 튜빙을 리액터 하우징에 직접 부착하는 어떠한 전압 절연 문제도 없다. 이것은 54A3로 나타낸 하우징의 외측부의 도우브테일형상 그루브 커트부에 튜빙을 가압 피팅시킴으로써 그리고 냉각 튜빙과 하우징간에 양호한 콘택트를 이루는 데에 조력하기 위해 열 전도성 화합물을 사용하여 행해진다.
고 전압 컴포넌트의 냉각
고 전압에서의 "플로트"를 IGBT 스위치가 스위칭한다해도, 스위치로부터 전기적으로 절연된 1/16 인치 두께 알루미늄 플레이트인 알루미늄 베이스상에 장착된다. 알루미늄 베이스 플레이트는 히트 싱크로서 기능하고 접지 전위에서 동작하고 고전압 절연이 냉각 회로에 필요치 않으므로 냉각시키는 것이 더욱 쉽다.
수냉된 알루미늄 베이스 플레이트가 도 7a에 도시되어 있다. 이 경우, 냉각 튜빙이 IGBT가 장착된 알루미늄 베이스의 홈에 압착된다. 인덕터(54a)에서와 같이 열도전성 화합물이 베이스 플레이트와 냉각 튜빙사이의 전체 조인트를 개선시키기 위해 사용된다.
일련의 다이오드는 정상 동작 동안 고전위로 "플로팅"된다. 이 경우, 다이오드 하우징은 어떠한 고전압 분리도 제공하지 않는 설계에 사용된다. 이 필요한 분리를 제공하기 위해, 다이오드 "하키 퍽" 패키지는 히트 싱크 어셈블리내에 클램핑되고 그후 세라믹 베이스의 상부에 장착되고 그후 수냉 알루미늄 베이스 플레이트의 상부에 장착된다. 세라믹 베이스는 필요한 전기절연을 제공하기에 충분한 두께이지만 필요한 열 임피던스를 발생시키기에 충분한 두께는 아니다. 이 특정 설계를 위해, 세라믹은, 베릴리아와 같은 기타 재료가 다이오드 접합과 냉각수간에 열 임피던스를 감소시키는 데 사용될 수 있을 지라도, 1/16" 두께이다.
수냉 정류자의 제2 실시예는 IGBT 및 다이오드를 위한 섀시 베이스 플레이트에 부착된 단일 냉각 플레이트 어셈블리를 이용한다. 냉각 플레이트는 단일편 니켈 튜빙을 두 개의 알루미늄 "상부" 및 "하부" 플레이트로 브레이징시킴으로써 제조된다. 상기한 바와 같이, IGBT 및 다이오드는 이전에 설명된 어셈블리 하부에 있는 세라믹 디스크의 사용에 의해 그들의 열을 냉각 플레이트에 전달하도록 설계되었다. 바람직한 실시예에서, 냉각 플레이트 냉각 방법은 공진 충전기의 IGBT 및 다이오드를 냉각시키는 데에 사용된다. 열 전도성 로드 또는 열 파이프도 열을 외부 하우징으로부터 섀시 플레이트에 전달하는 데에 사용될 수 있다.
압축 헤드에 대한 상세한 설명
수냉식 압축 헤드는 종래기술의 공랭식에 대해 전기설계면에서 유사하다(동일 유형 커패시터가 사용되고 유사한 재료가 리액터 설계에 사용된다). 이 경우 큰 차이는 모듈은 고반복율로 구동되어야하며 따라서 고 평균 전력이어야 한다. 압축 헤드 모듈의 경우, 대부분의 열은 포화 인덕터(64a)내에서 소산된다. 서브어셈블리를 냉각시키는 것은 전체 하우징이 초고전압의 짧은펄스로 동작하기 때문에 중요 사항이 아니다. 도 12, 12a 및 12b에 도시된 바와 같이 이에 대한 해결책은 하우징을 접지전위로부터 유도적으로 분리하는 것이다. 이 인덕턴스는 페라이트 자기 코어를 포함하는 두 실린더 형상부 둘레를 냉각 튜비으로 감싸므로서 제공된다. 입력 및 출력 냉각 라인은 도 12, 12a 및 12b에 도시된 바와 같은 두 페라이트 블록과 두 실린더 부로 형성된 페라이트 코어의 실린더부 둘레에 코일로 감겨진다.
페라이트편은 뉴저지 페어필드의 세라믹 마그네틱스사에의해 제조된 CN-20 재료로 제조된다. 구리 튜빙의 단일편(0.187" 직경)은 가압 맞춤되고 인덕터(64A)의 하우징(64A1) 둘레에 및 제2 권선 형상부 둘레에, 제1 권선 형상부에 감긴다. 어떠한 냉각 튜빙 조인트도 섀시내에 존재하지 않도록 압축 헤드 시트 금속 커버의 피팅을 통해 신장되도록 충분한 길이가 단부에 남아있게 된다.
인덕터(64a)는 수냉식 정류자 제1 스테이지 리액터 하우징에 사용된 것과 유사한 64A2로 도시된 도브테일 홈으로 구성된다. 이 하우징은 도브테일 홈을 제외하곤 이전의 공랭식과 매우 동일하다. 구리 냉각수 튜빙은 하우징과 냉각수 튜빙간에 양호한 열적 연결을 제공하기 위해 상기 홈에 압착된다. 열 전도성 화합물은 열 임피던스를 최소화하기 위해 추가된다.
인덕터(64a)의 전기설계는 도 9a 및 9b에 도시된 64의 것과 약간 변경되었다. 인덕터(64a)는 테이프의 4개(3개 대신) 코일로 된 자기 코어(64a3) 둘레에 단지 두개 루프(5개 루프 대신)를 제공한다.
출력전위로부터 접지로 이러한 수냉식 튜빙 전도경로의 결과로 인해, 바이어스본 전류회로가 약간 상이하다. 이전에서와 같이, 바이어스 전류는 압축 헤드로의 케이블을 통해 정류자의 dc-dc 컨버터에 의해 공급된다. 전류는 "포지티브" 인덕터(LB2)를 통과하고 Cp-1전압 노드에 연결된다. 그후 전류는 HV 케이블(변압기의 2차부분이 접지로 통과하고 다시 dc-dc 컨버터로 통과함)을 통해 정류자로 복귀하는 부분으로 분할된다. 다른 부분은 압축 헤드 리액터를 통과하고(자기 스위치를 바이어스시키기 위해) 수냉식 튜빙 "네거티브" 바이어스 인덕터 LB3를 통과하고 다시 접지 및 dc-dc 컨버터를 통과한다. 각각의 레그에서 저항을 밸런싱함으로써, 설계자는 충분한 바이어스 전류가 압축 헤드 리액터 및 정류자 변압기 모두에 이용가능하도록 할 수 있다.
"포지티브" 바이어스 인덕터(LB2)는 "네거티브" 바이어스 LB3와 매우 유사하다. 이 경우, 동일한 페라이트 바아 및 블록이 자기 코어로 사용된다. 그러나, 두 개의 0.125"두께 플라스틱 스페이서가 에어갭을 생성하기 위해 사용되고 따라서 코어는 dc 전류를 포화시키지 않는다. 인덕터를 냉각 튜빙으로 감는 대신에 18AWG 테프론 와이어가 그 형상부 둘레에 감겨진다.
고속 연결부
본 바람직한 실시예에서, 3개의 펄스 파워 전기 모듈은 전기연결부와 블라인드 결합되어 레이저 시스템으로의 모든 연결은 그 모듈을 단지 레이저 캐비닛의 그 제위치에 슬라이딩시킴으로써 만들어진다. 이들은 AC 배분 모듈, 전력공급부 모듈 및 공진 충전 모듈이다. 이 경우 모듈상의 암 또는 수 플러그는 캐비닛의 후방에 장착된 반대 성 플러그와 정합된다. 이 경우 모듈상의 두 개의 대략 3-인치 단부 테이퍼링된 핀은 이 모듈을 정밀 위치로 안내하여 전기 플러그가 단지 정합되게 한다. 펜실베이니아 해리스버그 소재의 AMP Inc.로부터의 AMO 모델 No. 194242-1과 같은 블라인드 결합 커넥터가 상용가능하다. 본 실시예에서 커넥터는 208 볼트DC, 400볼트DC 및 1000볼트 DC(전력 공급 출력 및 공진 충진) 및 여러 신호 전압과 같은 다양한 전력회로를 위한 것이다. 이들 블라인드 결합 연결은 이들 모듈이 수 초 또는 수분으로 서비스 및 대체를 위해 제거될 수 있게 된다. 본 실시예에서 블 라인드 결합 연결은 정류자 모듈을 위해 사용되지 않고 모듈의 출력전압은 20 내지 30,000 볼트의 범위에 있다. 대신에, 대표적 고전압 커넥터가 사용된다.
방전 컴포넌트
도 2 및 2a는 바람직한 실시예에 이용된 개선된 방전 구성의 상세사항을 도시한다. 이 구성은 본원인 블레이드-유전체 전극으로 칭하는 전극 구성을 포함한다. 이 설계에서, 애노드(10A4)는 방전 영역의 가스 흐름을 개선시키기 위해 도시된 바와 같은 애노드의 양측에 장착된 유전 간격을 갖춘 무딘 블레이드 형상 전극으로 구성된다.
애노드는 26.4인치 길이 및 0.439 인치 높이이다. 하부에서 0.284 인치 폭이고 상부에서 0.141 인치 폭이다. 이것은 그 중심위치로부터 전극의 차동 열 팽창될 수 있게 하는 소켓을 통해 스쿠루를 갖춘 흐름 형성 애노드 지지 바아에 부착된다. 애노드는 구리기초 합금 바람직하게는 C36000, C95400 또는 C19400 으로 구성된다. 캐소드(10A2)는 애노드 대면 위치에 약간 포인팅된 도 2a에 도시된 바와 같은 단면을 갖는다. 바람직한 캐소드 재료는 C36000이다. 이 블레이드 유전체 구성의 상세사항은 본원에 참조된 미국특허출원 제 09/768,753호에 제공된다. 이 구성의 전류귀환(10A8)은, 그 단면이 도 2 및 2a에 도시된, 전극 길이를 따라 등간격으로 이격된 27개 리브(rib)를 가지며 웨일 본(whale bone)으로 형성된 얇은(약 1/16" 직경) 구리 또는 황동 와이어의 단일 길이부로 구성된다. 와이어는 챔버 최상부 내면의 반원형 홈 및 애노드의 바닥부의 홈에 클램핑된다.
대안 펄스 파워 회로
제2 바람직한 펄스 파워 회로는 도 5c1, 5c2 및 5c3에 도시되어 있다. 이 회로는 C0를 높은값으로 충전시키기 위한 고전압 파워 공급부를 이용하지만 상기 설명된 것과 유사한다. 상기한 바람직한 실시예에서, 공장전력 230 또는 460 볼트 AC로 동작하는 고전압 펄스 파워 공급 유닛은 상기한 고속 충전 공진 충전기이고 4000 내지 6000 Hz의 주파수로 두 개의 2.17㎌를 약 1100V 내지 2500V 범위의 전압으로 정밀하게 충전되도록 설계되었다. 마스터 오실레이터를 위한 정류자와 압축헤드의 전기 컴포넌트는 전력 증폭기의 대응 컴포넌트에 실행가능하도록 동일하다. 이것은 시간 응답을 두 회로에 유지하도록 실행할 수 있을 정도로 동일하게 행해진다. 스위치(46)는 각각이 병렬로 배열되고 3300V로 정격되어 있는 두 개의 IGBT 스위치의 뱅크이다. C0 커패시터 뱅크(42)는 2.17㎌ C0 뱅크를 제공하기 위해 64 병렬 레그로 배열된 128개 0.068㎌ 1600V 커패시터로 구성된다. C1 커패시터 뱅크(52)는 2.33㎌의 뱅크 커패시턴스를 제공하기 위해 68개 병렬 레그로 배열된 136개 0.068㎌ 1600V 커패시터로 구성된다. Cp 및 Cp-1 커패시터 뱅크는 도 5를 참조하여 설명된 것과 동일하다. 54개 포화 인덕터는 4.9인치 OD 및 3.8인치 ID를 갖춘 0.5인치 두께 50%-50% Ni-Fe로 구성된 5개 코어를 갖춘 약 3.3nH의 포화 인덕턴스를 제공하는 단일 권선 인덕터들이다. 64개 포화 인덕터는 각각이 5인치 OD 및 2.28인치 ID를 갖춘 0.5인치 두께이고 80%-20% Ni-Fe로 구성된 5개 코어를 갖춘 약 38nH의 포화 인덕턴스를 제공하는 이권선 권선 인덕터들이다. 트리거 회로에는 2 나노초의 타이밍 정확도를 갖춘 폐쇄 IGBT(46)가 제공된다. 마스터 오실레이터는 전력 증폭기를 위해 IGBT(46)의 트리거링 이전에 약 40ns 트리거링된다. 그러나, 정밀한 타이밍은 마스터 오실레이터의 출력과 전력 증폭기 방전의 타이밍을 측정하는 센서로부터 피드백 신호에 의해 결정된다.
타이밍 제어를 위한 대안 기술
상기한 바와 같이, 펄싱된 파워 시스템의 자기 펄스 압축의 스루풋 타이밍은 재료 온도의 기능등이 될 수 있는 자기재료 특성에 좌우된다. 정밀한 타이밍을 유지하기 위해, 이들 재료 특성을 직간접적으로 모니터 및/또는 예측하는 것이 매우 중요하다. 상기한 한 방법은 타이밍을 예측하기 위해 이전에 수집된 데이터(온도의 함수로서 지연 시간)와 함께 온도 모니터를 이용한다.
대안 연구법은 마그네틱스가 펄스간에(또는 제1 펄스 이전에) 역 바이어싱되는 바와 같이 자기특성(포화 시간)을 정확하게 측정하기 위해 자기 스위치 바이어스 전류를 이용한다. 바이어스 회로는 레이저 타이밍이 정확하게 제어되도록 동일 시간 측정 포화 시간에 그리고 재료를 역 바이어싱시키기 위해 자기 스위치에 충분한 전압을 공급한다. 스위치를 역 바이어싱시키는 데에 이용된 볼트-초 곱은 순방향에서의 정규 방전 동작 동안 필요로 되는 것과 등가이어야 하고 펄싱된 파워 시스템의 스루풋 지연시간은 업커밍 펄스의 동작전압을 알도록 용이하게 계산될 수 있다.
도 5d에 제안된 연구법이 도시되어 있다. 초기 동작은 자기 스위치(L1)는 이미 순방향으로 포화되어있고, 두 개의 바이어스 인덕터, L바이어스, 및 스위치(S4)를 통해 전력 공급부(BT1)에 의해 제공된다. 이 전류는 ~100V를, ~30us후에 포화하는 자기 스위치(L1)에 인가하는 개방 S4 및 폐쇄 S2에 의해 인터럽트된다. 타이머는 S2를 폐쇄하는 경우 트리거링되고 전류 프로브가 L1의 포화를 탐지하는 경우 카운팅을 중지하고, 따라서 인가된 전압 100V에 대해 L1의 포화 타이밍을 계산한다. L1은 이제 역 바이어싱되고 잔여 전압이 S3 및 기타 컴포넌트에 의해 회로로부터 누출되면, 주요 펄스 방전 시퀀스에 대해 준비된다.
펄스 길이
도 6e에 지시된 바와 같이, 본원인에 의해 행해진 테스트에서 측정된 출력 펄스 길이는 약 20ns범위이고 어느 정도는 두 방전의 상대 타이밍의 함수이다. 긴 펄스 길이(같지 않은)는 리소그래피 장비의 광학 컴포넌트의 수명을 증대시킬 수 있다.
본원인은 펄스 길이를 증가시키기 위한 여러 기술을 알게 되었다. 상기한 바와 같이, 방전간의 상대 시간은 펄스 길이에 대해 최적화될 수 있다. MO 및 PA의 펄스 전력 회로는 본원에 참조된 미국 특허 출원 제 09/451,995호에 설명된 바와 같은 기술을 이용하여 긴 펄스를 위해 최적화될 수 있다. 본원에 참조된 미국 특허 제 6,067,311호에 설명된 것 중 하나는 광학 펄스 체배기 시스템이 개별 펄스의 강도를 감소시키기 위해 PA의 다운스트림이 추가될 수 있다. 바람직한 펄스 체배기 유닛이 다음 절에 설명된다. 이 펄스 체배기는 리소그래피 툴의 렌즈 컴포넌트에 빔 경로의 일부분을 만들 수 있다. 챔버는 길게 만들어 질 수 있고 전극은 긴 펄스 길이를 위해 설계된 주행 파 방전을 산출하도록 구성될 수 있다.
펄스 체배기 유닛
도 22a에 바람직한 펄스 체배기 유닛이 도시되어 있다. 레이저(50)로 부터의 광 빔은 빔 스플리터(22)를 가격한다. 빔 스플리터는 약 40%의 반사율을 갖는다. 광의 약 40%는 출력 빔(30)의 제1부분을 반사한다. 입사빔의 나머지는 빔(24)으로서 빔스플리터(22)를 통해 전송된다. 빔은, 빔 스플리터(22)로부터 미러까지의 거리와 동일한 초점길이를 갖춘 구형 미러인, 미러(26)에 의해 작은 각도로 되반사된다. 따라서, 빔은 빔 스플리터(22) 가까이의 포인트(27)에 포커싱되지만 그것을 약간 벗어난다. 이 빔은 다시 확산되고 이 미러로부터 포인트(27)까지의 거리와 동일한 초점길이를 갖춘 구형 미러인 미러(28)에 의해 반사된다. 미러(28)는 작은 각도로 빔을 반사하고 반사된 빔을 시준시킨다. 이 반사된 빔(32)은 우측으로 전파되고 미러(29)에 의해 빔 스플리터(22)로 반사되고 여기서 빔의 약 60%가 빔 스플리터를 투과하여 병합되고 출력 빔(30)의 제2 부분이 된다. 빔의 일부(40%)는 빔(32)의 반복 트립을 위해 빔(24) 방향으로 빔 스플리터(22)에 의해 반사된다. 결과적으로, 짧은 입력 펄스는 여러 부분으로 분할되어, 빔의 전체 지속시간은 증가되고 그 피크치 강도는 감소된다. 미러(26 및 28)은 서로에 대해 외부로 나가는 빔의 일부를 이미지화하는 릴레이 시스템을 생성한다. 이 이미지화로 인해, 출력 빔의 각 부분은 거의 동일하다.(미러(26 및 28)가 편평하면, 빔 분기는 각각의 후속 반복 동안 빔을 확산시키고, 따라서 빔 사이즈는 각각의 반복에 대해 상이하다). 빔 스플리터(22)로 부터 미러(26)까지, 미러(28)까지, 미러(27)까지 그리고 최종적으로는 빔 스플리터(22)까지의 전체 광 경로 길이는 반복들 간의 시간 지연을 결정한다. 도 22b1은 ArF 엑시머 레이저에 의해 산출된 통상적인 펄스의 펄스 프로파일을 도시한다. 도 22b2는 도 6에 따라 구축된 펄스 스트렛처에서 확산 된 후 유사한 ArF 엑시머 레이저 펄스의 시뮬레이팅된 출력 펄스 프로파일을 도시한다. 이 예에서, 펄스 Tis는 18.16ns로부터 45.78ns로 증가되었다.(Tis는 레이저 펄스를 설명하는 펄스 지속시간의 측정치이다. 이것은 적분 스퀘어 펄스 지속시간을 말한다.)
도 22c는 추가 지연 경로를 갖춘 것으로 도22a와 유사한 레이아웃을 나타낸다. 이 경우, 제1 빔 스플리터(22a)는 25퍼센트 반사를 위해 설계되고 제2 빔 스플리터(22B)는 40퍼센트 반사를 위해 설계되었다. 도 22d에 컴퓨커 시뮬레이션에 의해 산출된 최종 결과 빔 형태가 도시되어있다. 스트렛칭된 펄스를 위한 Tis는 약 73.2ns이다. 도 22c에서, 빔 스플리터(22B)를 투과한 빔의 일부는 그것들이 복귀되어 출력 빔(30)에 합쳐지는 경우 일정방향으로 플립된다. 이것은 빔의 공간 간섭을 상당히 감소시킨다.
도 22e 및 f는 코팅되지 않은 광학 요소를 사용하는 빔 스플리터 설계를 도시한다. 도 22e는 방향잃은 내부 반사의 이점을 취하도록 설계되도 22f는 소망하는 반사-투과 비를 달성하기 위해 플레이트의 양측으로부터 프레스넬 반사를 산출하기 위해 경사진 투명성의 비코팅된 플레이트를 도시한다.
펄스 스트렛처 유닛은 상기 제안된 바와 같이 수직 광학 테이블(11)에 설치될 수 있고 또는 테이블의 상부 또는 그것의 내부에도 설치될 수 있다.
펄스 및 선량 에너지 제어
펄스 에너지 및 선량 에너지는 상기한 바와 같은 알고리즘 및 피드백 제어 시스템으로 제어된다. 펄스 에너지 모니터는 리소그래피 툴에서 웨이퍼에 가까운 레이저에 있을 수 있다. 이 기술을 이용하여 충전 전압은 소망 펄스 에너지를 산출하기 위해 선택된다. 바람직한 실시예에서, MO 및 PA에는 CO가 병렬로 충전되므로 동일한 충전 전압이 공급된다.
본원인은 이 기술이 타이밍 지터 문제를 매우 감소시키고 양호하게 동작함을 알았다. 이 기술은 그러나 레이저 조작자의 능력을 PA와 무관하게 MO를 제어할 수 있을 정도로 감소시킨다. 그러나 각 유닛의 성능 최적화를 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 MO 및 PA의 동작 파라미터가 있다. 이들 기타 파라미터는, 레이저 가스 압력, F2 농도 및 레이저 가스 온도를 포함한다. 이들 파라미터는 두 챔버의 각각에서 독립적으로 제어되고 프로세서 제어 피드백 장치로 조절된다.
추가의 광학 품질 개선
본 발명은 종래 단일 챔버 고반복율 가스 방전 레이저 보다 큰 펄스 에너지 및 출력 파워일 수 있는 레이저 시스템을 제공한다. 이 시스템으로 마스터 오실레이터는 파장 및 대역폭을 대부분 결정하고 전력 증폭기는 주로 펄스 에너지를 제어한다. 전력 증폭기의 효과적인 시딩에 필요한 펄스 에너지는 도 6b에 도시된 바와 같이 수분의 일 mJ만큼 작을 수 있다. 마스터 오실레이터 유형의 레이저는 5mJ 펄스를 산출할 수 있으므로, 예비할 수 있는 에너지를 갖는다. 이 추가 펄스 에너지는 일정 기술을 사용하여 에너지가 효율적이지 않은 빔 품질을 개선시키기 위한 기회를 제공한다.
이들 기술은:
* 본원에 참조된 미국 특허 제 5,852,621호에 설명된 펄스 트리밍. 이 펄스 에너지는 모니터링되고, 펄스는 지연되고 지연 펄스의 일부는 포켓 셀과 같은 초고속 광 스위치를 이용하여 트리밍된다.
* 본원의 나중 단락에서 설명되는, 매우 높은 빔 확대 및 소형 애퍼어처를 구비한 라인 협소화 모듈의 사용.
* 파면 엔지니어링
미국 특허 제 6,094,448호에 나타난 격자의 단일 벤드에 추가한 캐비티간 파면 보정이 마스터 오실레이터에 추가될 수 있다. 이것은 본원에 참조된 미국 특허 출원 09/703,317에 설명된 바와 같은 다수의 격자를 포함하고, 파면 보정은 공지된 파면 왜곡을 보정하도록 구성된 비플랫 프리즘과 같은 정적 보정일 수 있다.
* 빔 필터링
본원에 참조된 미국 특허 출원 09/309,478호에 설명되고 도 23에 11로 나타낸 바와 같은 공간 필터와 같은 빔 필터가 대역폭을 감소시키기 위해 추가될 수 있다. MO 공진 캐비티내의 또는 MO와 PA사이에 빔 필터가 있을 수 있다. 이것은 또한 PA의 다운스트림에 추가될 수 있다. 초점을 통해 빔을 전파할 것을 요하지 않는 공간 필터는 전체 내부 공간 필터이고 다음 단락에서 설명된다.
*간섭성 제어
레이저 빔의 간섭성은 집적회로 제조자에게 문제점일 수 있다. 가스 반사 레이저는 낮은 간섭성을 갖는 레이저 빔을 산출한다. 그러나, 대역폭이 매우 좁게 됨에 따라, 그 결과는 출력 빔이 간섭성이 크게 된다는 것이다. 이러한 이유로, 일부 유도 된 공간 인-간섭은 MO 공진 캐비티내의 또는 MO와 PA사이에 추가될 것이다. 여러 광학 컴포넌트가 음향 광학 디바이스 또는 이동 위상 플레이트와 같은 간섭성 감소를 위해 공지되어 있다.
* 애퍼어처링
시드 빔의 빔 품질도 빔을 더욱 엄격하게 애퍼어처링함으로써 개선될 수 있다.
전체 내부 공간 필터
공간 필터링은 집적된 95% 대역폭을 감소시키는 데에 효과적이다. 모든 직접적 공간 필터링 기술은 대부분의 경우 실제로 빔을 포커싱하고 적어도 빔을 집중시키는 데에 필요로 되는 것으로 이미 제안되었다. 추가적으로, 모든 이전 설계는 복수의 광학 요소를 필요로 한다. 포커싱된 빔을 필요로 하지 않는 간명하고 컴팩트한 공간 필터는 레이저 공진기내에의 통합이 용이하게 될 것이다.
필터는 길이가 2인치인 단일 프리즘이다. 프리즘의 입구면 및 출구면은 서로 평행하고 입사 빔에 대해 수직이다. 두 개의 다른 면은 서로 평행하고 입구면 및 출구면에 대해 임계각도와 동일한 각도로 방향을 이룬다. 193.35nm의 파장에서 CaF2의 임계각도는 41.77도이다. 요구되는 코팅은 단지 프리즘의 입구면 및 출구면상의 수직인 입사 반반사 코팅으로 된다.
공간 필터는 다음 방식으로 작동한다. 빔은 프리즘의 입구면에 수직 입사로 입력된다. 빔은 그후 프리즘의 임계각도면으로 전파된다. 빔이 시준되었다면 모든 광선은 이 제2 면에서 임계각도로 입사될 것이다. 그러나, 빔이 수렴 또는 발산하는 경우 일부 광선은 임계각도 미만 및 그 보다 큰 각도로 상기 면을 충돌할 것이다. 임계각도 또는 그 보다 큰 각도로 상기 면을 충돌하는 광선은 100% 미만의 값으로 반사되어 감쇠된다. 반사된 모든 광선은 동일 각도에서 프리즘의 대향면에 입사하게 되고 여기서 이것들은 동일양만큼 감쇠된다. 제안된 설계에서 각각의 패스 동안 전체 6번 반사가 일어난다. 임계각도 미만인 1mrad인 각도로 P-편광된 광의 반사는 약 71%이다. 그러므로, 1mrad 이상 만큼 임계각도와 상이한 입사각을 지닌 모든 광선은 그 본래 강도의 13% 미만으로 출구면에 투과되어 진다.
그러나, 이 필터의 단일 패스는 일방으로만 될 것이다. 임계각도 보다 큰 각도로 입사하는 모든 광선은 100% 반사한다. 공간 필터를 빠져나가면, 빔은 미러에 입사한다. 레이저 공진기 내부에 이 미러는 LNP내의 회절격자 또는 출력 커플러일 수 있다. 미러의 반사 후에, 광선은 공간 필터 프리즘에 재입사하게 된다. 임계각도 보다 큰 각도로 공간 필터를 빠져나간 모든 광선은 미러를 반사한 후 반전된다. 이들 광선은 임계각도 보다 작은 각도로 프리즘에 재입사하고 감쇠된다. 제2 패스는 일방을 이룬 필터로부터 프리즘의 투과함수를 진정한 대역통과 필터로 변경하는 프리즘을 통한다. 도 23a는 193.35nm로 CaF2로 제조된 전체 내부 반사 공간 필터를 위한 이론적 투과 함수를 도시한다.
도 23b는 공간 필터의 설계를 도시한다. 프리즘의 입력 및 출력면은 1/2 인치이다. 임계각도면은 약 2인치이다. 입력 빔 폭은 2.6mm이고 단축에서 빔의 폭을 나타낸다. 프리즘은 도면의 평면에서 높이가 1인치이다. 도면은 3개 광선을 도시한다. 제1셋트의 광선은 시준되고 임계각도로 표면을 충돌한다. 이들은 녹색 광선이다. 제2셋트의 광선은 임계각도 미만의 표면에 입사하고 제1 반사에서 종료한다. 이들은 청색 광선이다. 이들 광선은 확대단면에서 더욱 가시적이다. 이것들은 제1 패스에서 감쇠된 광선을 나타낸다. 최종 광선 셋트는 임계 각도 보다 큰 각도로 입사한다. 이들 광선은 전체 제1 패스를 통해 전파하지만 제2 패스의 제1 반사에서 종료된다. 그것들은 제2 패스에서 감쇠된 광선을 나타낸다.
챔버간의 텔리스코우프
바람직한 실시예에서 실린더형 굴절성 텔리스코우프는 전력증폭기의 입력과 마스터 오실레이터의 출력사이에 제공된다. 이것은 전력증폭기로 입력되는 빔의 수평 사이즈를 제어한다. 이 텔리스코우프는 수평 발산을 제어하기 위해 공지 기술을 이용하여 설계될 수 있다.
가스 제어
본원의 바람직한 실시예에서 도 1에 도시된 가스 제어 모듈을 갖고 이것은 적당한 양의 레이저 가스로 각각의 챔버를 채우도록 구성된다. 적절한 제어 및 프로세서 장비는 소망하는 레벨의 일정한 양으로 레이저 가스 농도를 유지하기 위해 가스를 각각의 챔버내로의 연속 흐름을 유지하기위해 제공된다. 이것은 미국특허 제6,028,880호, 제6,151,349호 및 제6,240,117호(본 명세서에 모두 참조됨)에 설명된 것과 같은 기술을 사용하여 달성된다.
챔버내부로 레이저 가스의 연속 흐름을 제공하는 다른 기술(본원인이 바이너리 채움 기술이라 칭함)은, 각각의 라인이 셧오프 밸브를 구비한 다수의(5개) 채움 라인을 제공하는데, 각각의 연속 라인은 이전 라인의 흐름을 두 배로 될 수 있게하도록 오리피스되어 있다. 최하위 라인은 최소의 평형 가스 흐름을 허용하기 위해 오리피스가 형성된다. 대부분의 임의의 소망 흐름율은 개방되어야 할 밸브의 적당한 조합을 선택함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게 버퍼 탱크는 레이저 챔버의 약 두 배의 압력으로 유지되는 레이저 가스 소스와 오리피스된 라인간에 제공된다.
가변 대역폭 제어
상기한 바와 같이, 본원의 바람직한 실시예는 종래 엑시머 레이저 대역폭 보다 좁은 레이저 펄스를 산출한다. 몇몇 경우에, 대역폭은 매우 짧은 깊이를 갖춘 초점 보다 훨씬 좁다. 몇몇 경우에, 양호한 리소그래피 결과가 큰 대역폭으로 획득된다. 그러므로 대역폭을 조정하기 위한 기술이 바람직하다. 그러한 기술은 본 명세서에 모두 참조된 미국특허 출원 제09/918,773호 및 제09/608,543호에 상세히 설명되어 있다. 이 기술은 특정 리소그래피 결과를 위한 바람직한 대역폭을 결정하기 위해 컴퓨터 모델링의 사용을 포함하고 그후 소망 스펙트럼 형태를 시뮬레이팅하기 위한 펄스 버스트 동안 레이저 파장를 고속으로 변경시키기 위해 도 16B1, 16B2에 도시된 PZT 튜닝 미러 제어로 이용가능한 초고속 파장 제어를 사용하는 것을 포함한다. 이 기술은 집적회로에서 비교적 깊은 홀을 산출하는 데에 유용하다.
수직 광학 테이블
바람직한 실시예에서 두 챔버 및 레이저 광학기기가 수직방향 광학 테이블에 장착된다. 이 테이블은 3-포인트 역학 마운트로 레이저 프레임에 지지된다. 도 1c1에 한 바람직한 배치가 도시되어 있다. 금속 스트랩이 위치 A, B, C에 테이블(11)상에 제공되고 여기서 테이블은 레이저 프레임(4)(도 1c1에 도시되지 않은)에 장착된다. 스위블 조인트가 위치 A에 제공되고 이것은 테이블을 고정시키지만 스위블될 수 있게 한다. 볼 및 V-홈은 위치 B에 제공되고 이것은 테이블 전방면의 플레인에서의 회전과 테이블의 바닥면의 플레인에서의 회전을 제한한다. 볼 및 슬롯 홈은 위치 C에 제공되고 이것은 A-B 축 둘레로의 회전을 제한한다.
고속 제어 알고리즘을 갖춘 초고속 파장계
펄스 에너지, 파장 및 대역폭 제어
집적회로 리소그래피에 사용된 종래 엑시머 레이저는 레이저 빔 파라미터에 대한 엄격한 규격에 종속된다. 이것은 펄스 에너지 및 대역폭의 피드백 제어 및 모든 펄스에 대한 펄스 에너지, 대역폭 및 중심파장의 측정치를 필요로 하였다. 종래기술 디바이스에서 펄스 에너지의 피드백 제어는 펄스-펄스 기준 즉, 각 펄스의 에너지는 최종 데이터가 바로 다음 펄스의 에너지를 제어하기 위해 제어 알고리즘에 사용될 수 있도록 충분히 고속으로 측정된다. 1,000Hz 시스템에 대해, 이것은 다음 펄스에 대한 측정 및 제어가 1/1000 초 미만이어야 한다는 것을 의미한다. 4,000Hz 시스템에 대해 4배 고속일 것을 필요로 한다. 중심 파장 제어 및 파장 및 대역폭 제어를 위한 기술은 미국특허 제5,025,455호 및 제5,978,394호에 설명되어 있다. 이들 특허는 본원에 통합되어 있다.
본 바람직한 실시예를 위한 빔 파라미터의 제어는 출력 빔의 파장 및 대역폭이 마스터 오실레이터(10)의 상태에 따라 설정되고 반면에 펄스 에너지는 대부분 전력 증폭기(12)의 상태에 따라 결정된다는 점에서 종래의 엑시머 광원 설계와 상이하다. 바람직한 실시예에서, 파장 대역폭 및 펄스 에너지는 펄스 체배기의 출력에서 펄스기준으로 측정되고 그 측정치는 파장과 펄스 에너지를 제어하기 위해 피드백 제어 시스템에 사용된다. 이들 빔 파라미터는 마스터 오실레이터의 출력과 전력 증폭기의 출력과 같은 기타 위치에서 측정된다.
전력 모니터(p-셀)는 전력이 증폭되고 펄스가 체배된 후, 마스터 오실레이터의 출력에서 제공되어야 한다. p-셀은 마스터 오실레이터내의 임의의 반사를 모니터링하기 위해 제공되어야 한다. 이러한 되반사는 오실레이터에서 증폭될 수 있고 LNP 광학 컴포넌트를 손상시킨다. 또한, 시스템은 임의의 심각한 되반사를 야기할 수 있는 빔 경로에서 임의의 글린트를 방지하도록 설계되어야 한다.
빔 파라미터의 고속 측정 및 제어
본 레이저를 위한 빔 파라미터 측정 및 제어는 하기에 설명된다. 본 실시예에 사용된 파장계는 미국특허 제5,978,394호에 설명된 것과 유사하고 그 일부가 본발명을 위해 하기에 추출 설명되었다.
빔 파라미터 측정
도 14는 파장계 유닛(120), 절대 파장 기준 교정 유닛(190) 및 파장계 프로세서(197)의 레이아웃을 나타낸다.
이들 유닛의 광학 요소는 펄스 에너지, 파장 및 대역폭을 측정한다. 이들 측정치는 소망 한계내에서 파장 및 펄스 에너지를 유지하기 위해 피드백 회로에 사용된다. 장비는 레이저 시스템 제어 프로세서로부터의 명령에 원자 기준 소스를 참조하여 교정한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 레이저 출력 빔은 펄스 에너지, 파장 및 대역폭측정치에 대한 약 4.5%를 반사하고 출력 빔(33)으로서 빔 에너지의 약 95.5%를 통과시키는 부분적 반사 미러(170)를 가로지른다.
펄스 에너지
반사된 빔의 약 4%는 초 당 4,000 펄스의 속도로 발생하는 개별 펄스의 에너지를 측정할 수 있는 초고속 광 다이오드(69)를 포함하는 에너지 검출기(172)로 미러(171)에 의해 반사된다. 펄스 에너지는 약 10mJ이고, 검출기(69)의 출력은 펄스의 버스트의 집적 에너지 및 개별 펄스의 에너지의 변동을 제한하기 위해, 저장된 펄스 에너지 데이터에 기초하여 미래 펄스의 펄스 에너지를 정밀하게 제어하도록 레이저 충전 전압을 조정하는 특정 알고리즘을 사용하는 컴퓨터 제어기에 공급된다.
선형 광 다이오드 어레이
선형 광 다이오드 어레이(180)의 감광면이 도 14a에 상세히 도시되어 있다. 이 어레이는 1024개의 개별 광 다이오드 집적회로 및 연관된 샘플홀드 판독 회로(도시되지 않음)를 포함하는 집적회로이다. 광 다이오드는 전체 25.6mm길이(약 1인치)에 대해 25 마이크로미터 핏치이다. 각 광 다이오드는 500 마이크로미터 길이이다.
이와 같은 광 다이오드 어레이는 여러소스로부터 이용가능하다. 바람직한 공급자는 Hamamatsu이다. 바람직한 실시예에서, 전체 1024 픽셀 스캔이 4,000Hz 이상의 속도로 판독될 수 있는 FIFO 기준으로 4x106 픽셀/초의 속도까지 판독될 수 있는 모델 S3903-1024Q이다. PDA는 2x106 픽셀/초 동작을 위해 설계되었지만 본원인은 최대 4x106 픽셀/초 까지 더욱 고속으로 구동될 수 있기 위해 오버 클록킹될 수 있음을 알았다. 4,000Hz 이상의 펄스율에 대해, 본원인은 동일한 PDA를 사용할 수 있지만, 픽셀의 일부(예를 들면 60%)만이 보통 각 스캔에서 판독할 수 있다.
코어스 파장 측정
미러(171)를 통과하는 약 4%의 빔은 슬릿(177)을 통하여 미러(173)에 미러(174)에, 미러(175)에 그리고 미러(174) 및 에쉘 격자(176)에 반사된다. 빔은 458.4mm의 초점길이를 갖는 렌즈(178)에 의해 시준된다. 격자(176)로부터 반사된 광은 렌즈(178)을 통과하고, 미러(174,175)로부터 반사되고 다시 미러(174)로부터 반사되고, 그후 미러(179)로부터 반사되어 도 14b의 상부에 도시된 바와 같은 픽셀 600-픽셀 950 영역의 1024-픽셀 선형 광 다이오드 어레이(180)의 좌측에 포커싱된다. (픽셀 0-599는 파인 파장 및 대역폭을 위해 반전된다) 광 다이오드 어레이상의 빔의 공간 위치는 출력 빔의 상재적 정규 파장의 코어스 수단이다.
예로서 도 14b에 도시된 바와 같이, 약 193.350pm의 파장 범위는 픽셀 750 및 그 이웃에 포커싱된다.
코어스 파장 계산
파장계 모듈(120)의 코어스 파장 광학기기는 광 다이오드 어레이(180)의 좌측상에 0.25mm x 3mm의 장방형 이미지를 산출한다. 10 또는 11 조명된 광 다이오드는 수신된 조명강도(도 14c에 도시된 바와 같이)에 비례하여 신호를 발생시키고 신호들은 파장계 제어기(197)의 프로세서에 의해 판독되어 디지털화된다. 이 정보 및 보간 알고리즘을 이용하여 제어기(197)는 이미지의 중심 위치를 계산한다.
위치(픽셀로 측정된)는 두 교정 계수를 이용한 코어스 파장 값으로 변환되고 위치와 파장간의 관계는 선형인 것으로 가정한다. 이들 교정 계수는 하기설명과 같이 원자 파장 기준 소스에 대한 참조에 의해 결정된다. 예로서, 이미지 위치와 파장간의 관계는 다음 알고리즘일 수 있다.
λ=(2.3pm / 픽셀)P + 191,625 pm
여기서, P = 코어스 이미지 중심 위치이다.
대안으로, 추가 정밀도가, "+()P2"와 같은 2차 항의 추가가 소망되는 경우 추가될 수 있다.
파인 파장 측정
도 14에 도시된 미러(173)를 통과하는 빔의 약 95%는 미러(182)를 반사하고 렌즈(183)를 통하여 에탈론 어셈블리(184)에 대한 입력에 있는 확산기(바람직하게는 "개선된 에탈론"으로 명명된 다음 단락에서 설명된 회절 확산기이다)로 간다. 빔이 나가는 에탈론(184)는 458.4mm 에탈론 어셈블리의 초점길이 렌즈에 의해 포커싱되고 도 14에 도시된 바와 같이 두 미러를 반사한 후 선형 광 다이오드 어레이(180)의 중간 및 우측상에 간섭 프린지를 산출한다.
스펙트로미터는 파장과 대역폭을 실시간으로 측정하여야 한다. 레이저 반복율은 4,000 Hz 내지 6,000Hz 이상이므로, 경제적 및 컴팩트한 프로세싱 전자기기에 의한 소망하는 성능을 달성하기 위해 정확하지만 연산집중적이지 않은 알고리즘을 사용한다. 계산 알고리즘은 따라서 부동소수점 대신 정수를 사용하여야 하고, 수학적 연산은 계산 효율적(제곱근, 정현 및 로그들이 사용되지 않는)이어야 한다.
본 바람직한 실시예에 사용된 알고리즘의 상세사항이 하기에 설명된다. 도 14d는 광 다이오드 어레이(180)에 의해 측정된 에탈론 프린지 신호를 나타내는 5 피크를 구비한 커브이다. 중앙 피크는 다른 것 보다 높이가 낮게 도시되어 있다. 상이한 파장의 광이 에탈론에 입사함에 따라, 중앙 피크는 상승 및 하강하고 때때로 제로로 간다. 이러한 측면은 중앙 피크가 파장 측정에 적합하지 않음을 나타낸다. 다른 피크는 파장의 변화에 따라 중앙 피크를 향하여 또는 멀어지는 방향으로 이동하고, 따라서 이들 피크 부분은 파장을 결정하기 위해 사용되고, 반면에 그들의 폭은 레이저의 대역폭을 측정하기 위해 사용된다. 도 14d에 각각 데이터 윈도우로 표기된 두 영역이 도시되어있다. 데이터 윈도우는 중앙 피크에 가장 근사한 프린지가 통상적으로 분석을 위해 사용되도록 위치된다. 그러나, 프린지를 중앙 피크(왜곡 및 오차를 야기함)에 너무 가깝게 이동시키기 위해 파장이 변화하는 경우, 제1 피크는 윈도우 외부에 있지만, 제2 피크는 윈도우의 내부에 있게 되고, 소프트웨어는 제어 모듈(197)내의 프로세서로 하여금 제2 피크를 사용하게 한다. 역으로, 중앙 피크로부터 멀어져 데이터 윈도우 외부로 현재 피크를 이동시키기 위해 파장 시프트를 행하는 경우, 소프트웨어는 데이터 윈도우의 내부의 내부 프린지로 점프한다. 데이터 윈도우는 또한 도 14b에 도시되어 있다.
4,000 Hz 내지 6,000Hz 이상 범위 까지의 반복율로 각 펄스에 대한 대역폭의 초고속 연산을 위해 도 15에 도시된 바와 같은 하드웨어를 사용한다. 이 하드웨어는 애리조나 피닉스 소재의 모토롤라사에 의해 공급된 마이크로프로세서(400) 모델 MPC 823, 캘리포니아 산 호세 소재의 알터라사에 의해 공급된 프로그래머블 로직 디바이스(402), 모델 EP 6016QC240, 실행 및 데이터 메모리 뱅크(404), 테이블 형태의 광 다이오드 어레이 데이터의 임시 저장을 위한 특수 초고속 RAM(406), 메모리 버퍼로서 동작하는 제3 4X1024 픽셀 RAM 메모리 뱅크(408), 및 아날로그-디지털 변환기(410)를 포함한다.
미국특허 제 5,025,446호 및 제 5,978,394호에 설명된 바와 같이, 종래 디바이스는 중심 라인 파장 및 대역폭을 결정하기 위해 광 다이오드 어레이(180) 및 에탈론(184)에 의해 산출된 간섭 프린지를 표현하는 대량의 PDA 데이터 픽셀 강도 데이터를 분석하는 데에 필요로 되었다. 파장 및 대역폭에 대한 각각의 계산을 위한 에탈론 프린지를 탐색하고 설명하기 위해 약 400 픽셀 강도 값이 분석되어져야 하므로, 이것은 컴퓨터 프로세서에 의해서도 상대적으로 시간을 소비하는 프로세스였다. 본원의 바람직한 실시예는 파장정보를 계산하는 프로세서와 병렬로 동작하는 중요한 프린지를 발견하기 위한 프로세서를 제공함으로써 이 프로세스를 상당히 고속화시킨다.
기본 기술은 픽셀 데이터가 산출됨에 따라 PDA 픽셀 데이터로부터 프린지 데이터 테이블을 연속적으로 산출하기 위해 프로그래머블 로직 디바이스(402)를 사용하는 것이다. 로직 디바이스(402)는 관련 프린지 데이터를 나타내는 프린지 데이터 셋트를 식별한다. 중심 파장 및 대역폭의 계산이 필요로 되는 경우, 마이크로프로세서는 단지 식별된 관련 픽셀 데이터로부터 데이터를 추출하고 중심 파장 및 대역폭의 필요한 값을 계산한다. 이 프로세스는 약 10인 인수 만큼 마이크로프로세서를 위한 계산시간을 감소시킨다.
중심 파장 및 대역폭을 계산하기 위해 바람직한 특정 단계들은 다음과 같다.
1) 2,5MHz로 동작하는 PDA(180)로, PDA(180)는 4,000 Hz의 스캐닝 속도로 1 내지 600 픽셀로부터 데이터를 수집하기 위해 그리고 100 Hz의 속도로 1 내지 1028 픽셀을 판독하도록 프로세서(400)에 의해 지시된다.
2) PDA(180)에 의해 산출된 아날로그 픽셀 강도 데이터는 아날로그-디지털 변환기에 의해 아날로그 강도 값으로부터 디지털 8비트 값(0 내지 255)으로 변환되고 디지털 데이터는 광 다이오드 어레이(180)의 각각의 픽셀의 강도 값을 나타내는 8 비트 값으로서 RAM 버퍼(408)에 임시로 저장된다.
3) 프로그래머블 로직 디바이스(402)는 프린지를 찾기 위해 거의 실시간 기준으로 연속적으로 RAM 버퍼(408)를 통과하는 데이터를 분석하고, 모든 데이터를 RAM 메모리(406)에 저장하고, 각 펄스를 위한 모든 프린지를 식별하고, 추가 분석을 위해 각 펄스에 대해 두 프린지로 된 하나의 최선의 셋트를 분석한다.
로직 디바이스(402)에 의해 사용된 기술은 다음과 같다.
A) PLD(402)는 최소 픽셀 강도값을 추적하면서 강도 임계값을 초과하는 지를 결정하기 위해 버퍼(408)로부터 나오는 각각의 픽셀 값을 분석한다. 임계값이 초 과되면 이것은 프린지 피크치가 다가옴을 지시하는 것이다. PLD는 임계값을 초과하는 제1 픽셀을 "상승 에지" 픽셀 번호로서 식별하고 "상승 에지" 픽셀에 앞서는 픽셀의 최소 픽셀값을 저장한다. 이 픽셀의 강도값은 프린지의 "최소"로서 식별된다.
B) PLD(402)는 프린지의 피크를 탐색하기 위헤 후속 픽셀 강도값을 모니터링한다. 강도가 임계값 강도 이하로 떨어질 때 까지 최고치 강도값을 추적함으로써 행해진다.
C) 임계값 이하를 갖는 픽셀이 발견되면, PLD는 그것을 하강 에지 픽셀 번호로서 식별하고 최대 값을 저장한다. PLD는 하강 에지 픽셀 번호로부터 상승 에지 픽셀 번호를 감산함으로써 프린지의 "폭"을 계산한다.
D) 상승 에지 픽셀 번호, 최대 프린지 강도, 최소 프린지 강도 및 프린지의 폭으로 된 4개 값이 RAM 메모리 뱅크(406)의 프린지부의 원형 테이블에 저장된다. 최대 15 프린지까지 나타내는 데이터는 대부분의 프린지가 두 개의 윈도우에서 2 내지 5 프린지를 산출한다 해도 각각의 펄스에 대해 저장될 수 있다.
E) PLD(402)는 각각의 펄스에 대한 "최선의" 두 프린지를 각각의 펄스에 대해 식별하도록 프로그래밍된다. 이것은 0 내지 199 윈도우내에 최종 프린지를 식별하고 400 내지 599 윈도우내에 제1 프린지를 식별함으로써 행해진다.
(1) 픽셀 데이터의 수집을 위한 펄스 후에 필요한 시간, 및 (2) 펄스를 위한 프린지의 원형 테이블의 형성은 약 200 마이크로초이다.
본 기술의 주요 시간 절약 이점은 프린지를 위한 탐색이 프린지 데이터가 판독되고, 디지털화되고 저장되는 것으로 발생된다는 것이다. 두 개의 최선 프린지가 특정 펄스를 위해 식별되면, 마이크로프로세서(400)는 RAM 메모리 뱅크(406)로부터의 두 프린지의 영역에 미가공 데이터를 보관하고 이 데이터로부터 대역폭 및 중심 파장을 계산한다. 그 계산은 다음과 같다:
에탈론 프린지의 주요 형태는 도 14d에 도시되어 있다. PLD(402)의 종래 작업에 기초하여 약 픽셀 180 에서 최대를 갖는 프린지 및 약 픽셀 450 에서 최대를 갖는 프린지는 마이크로프로세서(400)에 식별되어진다. 이들 최대의 주변에 있는 픽셀 데이터는 프린지의 위치 및 형태를 정의하기 위해 마이크로프로세서(400)에 분석되어진다. 이것은 다음과 같이 행해진다:
A) 반 최대값은 프린지 최대로부터 프린지 최소를 감산하고 그 차이를 2로 나누고 그 결과를 프린지 최소에 가산함으로써 결정된다. 두 프린지의 각각의 상승 에지 및 하강 에지에 대해 반 최대값 이하에 가장 근사하고 이상에 가장 근사한 값을 갖는 두 픽셀이 계산된다. 마이크로프로세서는 1/32 픽셀의 정확도를 갖춘 도 18b에 도시된 종료점 D1 및 D2를 정의하기 위해 각각의 경우에 두 픽셀값간에 외삽을 행한다. 이러한 값으로부터 원형 프린지의 내경 D1과 외경 D2가 결정된다.
파인 파장 계산
파인 파장 계산은 코어스 파장 측정 값과 D1 및 D2의 측정 값을 이용하여 행해진다.
파장에 대한 기본 등식은:
λ = (2*n*d/m)cos(R/f) (1)
이고 여기서,
λ는 피코미터단위의 파장,
n은 약 1.0003인 에탈론의 내부 굴절율,
d는 +/-1㎛로 제어된 KrF 레이저에 대해 약 1542㎛이고 ArF 레이저에 대해 약 934㎛인 에탈론 간격,
m은 KrF 레이저에 대해 약 12440이고 ArF레이저에 대해 9,664이고, 프린지 피크에서 파장에 대한 정수인 차수,
R은 프린지 반경으로, 25미크론으로 된 픽셀로서 138 내지 280 PDA 픽셀,
f는 렌즈로부터 PDA 평면까지의 초점거리이다.
cos 항 및 무시할 수 있을 정도로 작은 고차항을 폐기하면 다음 식을 산출한다.
λ = (2*n*d/m)[1 - (1/2)(R/f)2] (2)
상기 식을 직경 D = 2*R에 대해 다시쓰면 다음 식을 산출한다.
λ = (2*n*d/m)[1 - (1/8)(D/f)2] (3)
파장계의 주요 목적은 D로부터 λ를 계산하는 것이다. 이것은 n, d, m, 및 f를 알것이 요구된다. n 및 d는 에탈론에 대해 내재적 값이므로 이것들을 ND로 명명된 단일 교정 상수로 조합한다. f를 순 비율에 대해 D의 유닛을 매칭시키기 위해 픽셀 유닛을 갖춘 FD로 명명된 다른 교정 상수이도록 정한다. 정수 차수 m은 파장에 좌우되고 그 프린지 쌍을 선택한다. m은 목적에 충분히 정확한, 코어스 프린지 파장을 사용하여 결정된다.
이들 등식에 좋은 점은 모든 큰 수가 포지티브 값이라는 것이다. WCM사의 마이크로컨트롤러는 32비트의 정도를 유지하면서 상기 식을 계산할 수 있다. 이것을 FRAC로서 대괄호로 나타내었다.
FRAC = [1 - (1/8)(D/FD)2] (4)
내부적으로 FRAC는 그 라딕스 포인트가 최상위 유효비트의 좌측인 부호화되지 않은 32비트 값으로서 표현된다. FRAC는 항상 1 보다 약간 작으므로, 이것으로부터 최대 정밀도를 얻을 수 있다. FRAC는 {560~260} 픽셀의 D 범위에 대해 [1 - 120E-6] 내지 [1 - 120E-6] 범위이다.
ND 교정이 입력되면, 파장계는 펨토미터(fm) = 10^-15미터 = 0.001pm의 내부 파장 유닛을 갖춘 2ND = 2*ND로 명명된 내부 부호화되지 않은 64비트 값을 계산한다. 내부적으로 파장 λ을 파인 파장을 위한 FWL로서, 또한 fm 유닛으로 표현한다. 등식을 이들 변수에 대해 다시 쓰면:
FWL = FRAC*2ND/m (5)
수학은 fm 으로 FWL을 산출하는 FRAC에 라딕스 포인트 시프트를 다룬다. fm 유닛을 이용하고, CWL인 공지된 파장으로 플러깅하고 등식을 약간 변환함으로써 m에 대해 해를 구할 수 있다.
m = 최근사 정수(FRAC*2ND/CWL) (6)
최근사 정수를 취하는 것은 최근사 파인 파장이 최근사 코어스 파장에 도달될 때 까지 오래된 방식으로 FSRs를 감하거나 가간하는 것과 등가이다. 식 (4) 식(6)과 식(5)를 순서대로 풀어서 파장을 계산한다. WL을 내부 및 외부 직경에 대해 개별적으로 계산한다. 그 평균은 라인 중심 파장이고, 그 차는 라인폭이다.
대역폭 계산
레이저의 대역폭은 (λ2-λ1)/2로 계산된다. 고정 보정 인수는 에탈론 피크의 내재(intrinsic) 폭을 트루 레이저 대역폭에 추가하는 것을 설명하기 위해 적용된다. 수학적으로, 디컨볼루션 알고리즘은 측정 폭으로부터 에탈론 내재폭을 제거하기 위한 형식이고, 이것은 매우 계산 집중적이 될 수 있으므로, 고정된 보정(Δλε)이 감해지고, 이것은 충분한 정확도를 제공한다.
따라서, 대역폭은:
Figure 112004008305701-pct00001

λε는 에탈론 규격 및 트루 레이저 대역폭 모두에 좌우된다. 통상적으로 본원에서 0.1-1 pm 범위에 있다.
개량된 에탈론
본 실시예는 개량된 에탈론이다. 종래 에탈론 장착 체계는 광학 요소의 위치를 억제하고 이 광학 요소에 가해진 힘을 최소화하기 위해, 주변 구조체에 광학 요소를 장착시키는 엘라스토머를 채용한다. 이를위해 사용된 화합물은 실온 가황 실리콘(RTV)이다. 그러나, 이들 엘라스토머로부터 방출된 여러 유기물 증기가 광학표면에 증착되어 그 성능을 열화시킬 수 있다. 에탈론 성능 수명을 늘이기 위해, 어떠한 엘라스토머 화합물도 포함하지 않는 시일링된 인클로우저에 에탈론을 장착하는 것이다.
바람직한 실시예는 도 14 및 14e에 도시된 개량된 에탈론 어셈블리를 포함한다. 도 14g에 도시된 용융 실리카 에탈론(79)은 플랜지(81)를 갖는 상부 플레이트(80)와 하부 플레이트(82)로 구성되고, 이들 두 플레이트는 모두 프리미엄급 용융 실리카로 구성된다. 에탈론은 가스에 의해 포위되는 경우 굴절율 1.0003과 25 보다 큰 피네스를 갖춘 193.35nm에서 20.00pm의 자유 스펙트럽 범위를 갖는 프린지를 산출하도록 설계된다. 매우 낮은 열 팽창을 갖는 이들 용융 실리카 스페이서는 플레이트를 분리하고 934 마이크로미터 ±1 마이크로미터 두께이다. 이것들은 광학 콘택트에 의해 에탈론을 함께 유지시키고, 이 기술은 광학계에서 공지된 기술이다. 에탈론의 내부 표면의 반사율은 각각 약 92 퍼센트이고 외부표면은 반반사 코팅된다. 에탈론의 투과율은 약 50 퍼센트이다.
에탈론(79)은 리더(85)로 지시된 방사상 위치에서 플레이트(81)의 바닥 에지 하부에 120도 정도 중심에 위치되고 도시되지 않은 3 패드에 대해 프린지를 가압하는 3개의 작은 힘 스프링(86)과 중력에 의해서만 알루미늄 하우징(84)내의 제위치에 유지된다. 87로 표기된 프린지(81)의 상부 에지를 따라 0.004 길이의 클리어런스는 에탈론이 그 적절한 위치에 있도록 보장한다. 이와 같은 근사한 허용오차 피트는 임의의 쇼크 또는 임펄스가 장착부를 통해 에탈론 시스템에 전달된다면 광학 컴포넌트와 하우징 콘택트간의 상대 속도는 최고로 유지된다. 에탈론 어셈블리(184)를 위한 기타 광학 컴포넌트는 458.4mm의 초점길이를 갖는 포커싱 렌즈(90), 윈도우(89) 및 디퓨저(88)를 포함한다.
디퓨저(88)는 에탈론의 적절한 동작을 위해 필요한 다양한 입사각을 산출하기 위해 에탈론의 업스트림이 흔히 사용되는 표준 종래기술 디퓨저이다. 종래 기술의 디퓨저에 의한 문제점은 디퓨저를 통과하는 약 90퍼센트의 광이 유용한 각도가 아니고 이에따라 결과적으로 광 다이오드 어레이에 포커싱되지 않는다는 것이다. 이 낭비된 광은 광학 시스템의 가열에 추가되고 광학 표면의 열화에 기여한다. 본 바람직한 실시예에서, 회절 렌즈는 디퓨저(88)로서 사용된다. 이 유형의 디퓨저로, 광을 완전히 산란시키지만 약 5도의 각도범위내로 산란시키는 회절 렌즈 어레이에 패턴이 산출된다. 그 결과는 에탈론에 떨어지는 광의 90퍼센트가 유용한 각도로 입사하고 에탈론에 입사하는 광의 대부분이 궁극적으로 광 다이오드 어레이에 의해 검출된다. 그 결과는 에탈론상에 입사하는 광은 광학 컴포넌트 수명을 상당히 증대시키도록 감소된다. 본원인은 입사광이 광 다이오드 어레이상에 등가의 광을 갖춘 종래 값의 약 5% 또는 10% 미만으로 감소될 수 있다고 추정한다.
회절 디퓨저에 의한 양호한 시준
도 14h는 에탈론을 통과하는 광 감도의 추가 감소를 제공하는 실시예의 특징을 도시한다. 이 실시예는 상기 실시예와 유사하다. 미러(182)(대략 15mm x 3mm)로부터의 샘플 빔은 콘덴싱 렌즈(400)를 상향으로 통과하고 렌즈(402)에 의해 재시준된다. 시준되어 5mm x 1mm의 치수로 감소된 빔은 에탈론 하우징 윈도우(404)를 통과하고 이 경우에 알라바마, 헌츠빌 소재의 Mems Optical, Inc에 의해 공급된 회절성 디퓨징 요소인 (ArF레이저)를 위한 회절성 디퓨징 요소(406)을 통과한다. 이 요소는 부품번호 D023-193이고 이것은 임의 단면 구성의 유입 시준 빔의 거의 모든 193nm 광을 약 4°인 제1 방향에 수직인 제2 방향에서 약 2°로 확대하는 빔으로 변환시킨다. 렌즈(410)는 확대하는 빔을 도 14에 도시된 광 다이오드 어레이(180)를 커버링하는 장방형 패턴에 "포커싱"한다. 광 다이오드 어레이의 액티브 영역은 0.5mm 폭에 25.6mm 길이이고 렌즈(410)에 의해 형성된 스폿 패턴은 약 15mm x 30mm이다. 회절성 디퓨징 요소는 빔의 공간 컴포넌트를 혼합하지만 약 2° 내지 4°범위의 모든 빔 에너지를 제한하고 따라서 에탈론을 통과하는 광은 상당히 감소되어 효율적으로 이용된다. 에탈론을 통과하는 광의 추가 감소가 광학의 짧은 치수로 스폿 패턴을 감소시킴으로써 실현될 수 있음을 알아야 한다. 그러나, 15mm 미만으로의 추가 감소는 광학 정렬을 더욱 곤란케 한다. 그러므로, 설계자는 스폿 패턴 사이즈를 타협의 여지가 있는 것으로 고려해야 한다.
약 248.327nm에서 동작하는 KrF 레이저를 위한 다른 시스템에서 파장을 위한 조정이 제공된다. 이 실시예에서, 렌즈(401)는 약 50mm의 초점길이를 갖는다.(렌즈는 Melles Griot Corporation 부품번호 OILQP001이다.) 시준 렌즈(402)는 -20mm의 초점길이를 갖는다(EVI Laser Corporation 부품번호 PLCC-10.0-10.3-UV.) 회절성 디퓨징 요소(406)는 Mems Optical Corporation 부품번호 DO23-248이다.) 이 실시예 및 ArF 레이저에서, 두 렌즈간의 간격은 스페이서(416)로 적절히 위치될 수 있다. 본원인은 이 설계범위에서 동작하는 레이저로 에탈론을 통과하는 빔의 에너지가 에탈론에서 중요한 열 문제를 야기시키는 데에 충분하지 않음을 알았다.
다른 실시예에서, 빔은 렌즈(400 및 402)간에 초점이 올 수 있게 될 수 있다. 적절한 렌즈가 공지된 광학 기술을 사용하여 선택될 수 있다.
펄스 에너지 및 파장의 피드백 제어
상기한 바와 같이 각각의 펄스의 펄스 에너지의 측정에 기초하여, 후속 펄스의 펄스 에너지는 소망하는 펄스 에너지를 유지하고 본원에 참조된 엑시머 레이저를 위한 펄스 에너지 제어인 미국특허 제 6,005,879호에 설명된 특정 수의 펄스에 의한 전체 통합 선량이다.
레이저의 파장은 본원에 참조된 엑시머 레이저를 위한 파장 시스템인 미국특허 제 5,978,394호에 설명된 기술과 같은 종래기술의 기술 및 파장의 측정값을 사용하여 피드백 배열로 제어될 수 있다. 본원인은 튜닝 미러의 초고속 이동을 제공하기 위해 압전 구동기를 이용하는 파장 튜닝을 위한 기술을 최근 개발하였다. 이러한 기술들 중 일부는 본문에 참조로 통합된 2000년 6월 30일 출원된, 미국특허출원 제 608,543, 레이저용 대역폭 제어기술에 기술되어 있다. 다음 단락은 이들 기술에 대한 기본 설명을 제공한다. 압전 스택은 레버 아암의 받침점의 위치를 조정한다.
PZT-스텝퍼 모터 구동 튜닝 미러 조합을 갖춘 새로운 LNP
압전 드라이브를 갖춘 설계 상세사항
도 16은 출력 레이저 빔의 펄스 에너지 및 파장을 제어하는 데에 주요한 레이저 시스템의 특징을 도시하는 블록도이다.
라인 협소화는 4개의 프리즘 빔 익스팬더(112a-112d), 튜닝 미러(114), 회절격자(10C3)를 포함하는 라인 협소화 유닛(110)에 의해 행해진다. 초협대역 스펙트럼을 달성하기 위해, 매우 큰 빔 확대는 라인 협소화 유닛에 사용된다. 이 빔 확대는 종래의 마이크로리소그래피 엑시머 레이저에 사용되는 20X-25X에 비해 45X이다. 또한, 전방(116a) 및 후방(116B) 애퍼어처의 수평 사이즈는 종래의 3mm 및 2mm에 비해 적은 즉, 1.6 및 1.1mm로 만들어 진다. 빔의 높이는 7mm로 제한된다. 이들 측정은 대역폭을 약 0.5pm(FWHM) 로부터 약 0.2pm(FWHM)으로 감소시킬 수 있게 한다. 레이저 출력 펄스 에너지는 또한 약 5mJ로부터 1mJ로 감소된다. 이것은, 이 광이 10mJ의 소망 출력을 얻기 위해 증폭기에서 증폭되기 때문에, 문제를 나타내지는 않는다. 출력 커플러(118)의 반사도는 30%이고, 이것은 종래기술이 레이저와 매우 근사하다.
도 16b는 본 실시예의 상세한 특징을 도시한다. 미러(14)의 위치의 큰 변화는 26. 5 내지 1 레버 아암(84)을 통해 스테퍼 모터에 의해 산출된다. 이 경우 압전 드라이브의 단부에 있는 다이아몬드 패드(81)는 레버 아암(84)의 받침대에서 구형 툴 베아링을 접촉하도록 제공된다. 미러 장착부(86)와 레버 아암(84)의 최상부간의 접촉은 85로 나타낸 미러 장착부상에 (단지 두 개가 도시된) 장착된 4개의 구형 볼 베어링과 레버 아암상에 실린더형 도월 핀이 구비된다. 압전 드라이브(80)는 압전 장착부(80A)를 갖추어 LNP 프레임에 장착되고 스테퍼 모터는 스테퍼 모터 장착부(82A)를 갖추어 그 프레임에 장착된다. 미러(14)는 도 16b1에 하나가 도시된, 3개 알루미늄 구를 사용하여 3개 포인트 장착으로 미러(86)에 장착된다. 3개 스프링(14A)은 구에 대해 미러를 유지하도록 압축력을 인가한다. 이 실시예는 LNP내부의 환경으로부터 압전 드라이브를 분리시키는 벨로우(87)(캔으로서 기능함)를 포함한다. 이 분리는 압전 요소에의 UV 충격을 방지하고 압전 재료로부터 아웃-개싱에 의해 야기된 가능한 오염을 방지한다.
프리튜닝 및 액티브 튜닝
상기 실시예는 처프 보정 이외의 목적을 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에 집적회로 리소그래피 머신의 조작자는 소정 기준으로 파을 변경시키는 것이 바람직하다. 타겟 중심 파장(λT)은 고정된 파일 수 없지만 소정 패턴을 따라 소망하는 대로 또는 초기 이력 파 데이터 또는 기타 파라미터를 이용하는 인식 알고리즘을 갱신함으로써 연속적으로 또는 주기적 결과로서 변경될 수 있다.
적응성 피드포워드
본원의 실시예는 피드포워드 알고리즘을 포함한다. 이들 알고리즘은 공지된 버스트 동작 패턴에 기초한 레이저 조작자에 의해 코드화될 수 있다. 대안으로, 이 알고리즘은 적응성일 수 있고 따라서 레이저 제어는 상기 차트에 도시된 바와 같은 버스트 패턴을 탐지하고 시프트를 방지 및 최소화하기 위해 파장 시프트를 예상하여 미러(14)의 조정을 제공하도록 제어 파라미터를 수정한다. 적응성 피드포워드 기술은 하나이상의 이전 버스트로부터의 데이터로부터 소프트웨어에서 주어진 반복율로 처프의 모델을 구축하고 처프의 효과를 반전시키도록 PZT 스택을 이용하는 것을 포함한다.
처프 반전을 적절히 설계하기 위해, 두 피스의 정보가 필요하다: (1) PZT 스택의 펄스 응답, 및 (2) 처프의 형태. 각각의 반복율에 대해, PZT 스택의 펄스 응답에 의한 처프 파형의 디컨볼루션(적절한 사인으로)은 처프를 상쇄시킬 것이다. 이 연산은 반복율 집합에서 동작에 대한 조사로 오프라인으로 행해질 수 있다. 데이터 시퀀스는 펄스 번호 및 반복율에 의해 인덱싱된 테이블에 저장될 수 있다. 이 테이블은 적응성 피드포워드 반전에 사용되는 적절한 파형 데이터를 추출하기 위해 동작 동안 참조될 수 있다. 또한 각각의 시점에 반복율이 변경되는 동작의 시작시에 몇개의 버스트의 데이터를 사용하여 거의 실시간으로 처프 형태 모델을 획득하는 것이 가능하다. 처프 형태 모델, 및 가능한 PZT 펄스 응답 모델은 마찬가지로, 모델과 데이터간의 누적된 측정 오차에 기초하여 N-버스트 마다 갱신될 수 있다. 도 16e에 바람직한 알고리즘이 설명되어 있다.
버스트의 펄스의 시작에서 처프는 도 16e에 나타낸 알고리즘을 사용하여 제어될 수 있다. k문자는 버스트내의 펄스 번호를 칭한다. 이 버스트는 k영역 및 l영역으로 분리된다. k영역은 kth(처프를 포함하는 데에 충분한 시간 주기 길이를 정의) 보다 작은 펄스 번호를 위한 것이다. 별개의 비례상수 Pk, 정수 상수 Ik 및 라인 중심 에러의 적분합 ΣLCEk은 각각의 펄스 번호를 위해 사용된다. 다음 펄스의 k영역의 대응 펄스 번호를 위한 PZT 전압은 상기 상수 및 합에 의해 결정된다. k번째 펄스 후에, 종래 비례 적분 루틴은 PZT 전압을 제어한다. 버스트내의 다음 펄스를 위한 이 전압은 전류와 전압을 더한 P*LCE + I*ΣLCE로 된다. 이 알고리즘의 주요 단계를 설명하는 흐름도는 도 16e에 나타나 있다.
진동 제어
바람직한 실시예에서 액티브 진동 제어는 진동에 의해 발생된 챔버에 기인한 역 충격을 감소시키도록 적용된다. 한 기술은 추가 제어 함수를 Rmax미러에 제공하기 위해 사용된 피드백 신호를 제공하도록 LNP 진동을 모니터링하는 압전 로드 셀을 이용한다. 이 기술은 미국특허 출원 제 09/794,782호에 설명된다.
기타 대역폭 측정 기술
본원의 바람직한 실시예로부터의 레이저 빔의 대역폭은 종래 리소그래피 레이저에 비해 상당히 감소된다. 그러므로, 상기 시스템에 의해 제공된 것 보다 대역폭 측정에서 더욱 큰 정확도를 제공하는 메트롤로지 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 그 한 방법은 본원에 참조된 "High Resolution Etalon Grating Spectrometer" ,2001년 10월 31일 출원된 미국특허 출원 제 10/003,513호에 설명되어 있다. 대역폭 측정을 위한 기타 고 정확도 방법은 모두 반 최대치 및 95% 통합 대역폭이 테스트 장비로서 제공되거나 또는 레이저 컴포넌트로서 통합될 수 있다.
레이저 챔버
열 교환기
초당 4,000 펄스의 펄스 반복율로 동작하도록 설계되었다. 펄스간의 방전 영향을 입은 가스의 방전 영역을 클리어시키는 것은 약 67 m/s 까지의 전극(18A 및 20A)간의 가스 흐름이 요구된다. 이 속도를 달성하기 위해, 탄제셜 팬 유닛의 직경은 5인치로 설정되고(블레이드 구조체의 길이는 26인치) 그 회전속도는 약 3500rpm으로 증가되었다. 이 성능을 달성하기 위해 본 실시예는 약 4kw의 드라이브파워를 팬 블레이드 구조체에 함께 전달하기 위해 두 개의 모터를 이용한다. 4000Hz의 펄스 율로, 방전은 레이저 가스에 약 12kw의 열 에너지를 추가하게 된다. 팬에 추가된 열과 함께 방전에 의해 산출된 열을 제거하기 위해 4개 개별 수냉식 핀형상 열 교환기 유닛(58A)이 제공된다. 모터 및 열 교환기가 하기에 설명된다.
본원의 바람직한 실시예는 도 4에 도시된 4개의 핀형상 수냉식 열 교환기(58A)를 이용한다. 이들 열 교환기의 각각은 실질적 개량을 갖는 도 1의 58 로 나타난 단일 열 교환기와 약간 유사하다.
열 교환기 컴포넌트
열 교환기중의 하나의 단면이 도 21에 도시되어 있다. 열 교환기의 중간부분은 절결되어 있지만 두 단부가 도시되어 있다. 도 21a는 열 팽창 및 수축을 수용하는 열 교환기의 단부에 대한 확대도이다.
열 교환기의 컴포넌트는 인치 당 12개 핀(303)을 포함하고 고체 구리(CU 11000)로부터 기계가공된 핀 형상 구조체(302)를 포함한다. 워터 흐름은 0. 33 인치의 보어 직경을 갖는 축상 패시지를 통하여 흐른다. 축상 패시지에 위치된 플라스틱 튜불레이터(306)는 패시지에서의 워터의 층상화를 방지하고 패시지의 내면상에서 핫 경계층의 형성을 방지한다. 가요성 플랜지 유닛(304)는 내부 플랜지 (304A), 벨로우(304B) 및 외부 플랜지(304C)로 이루어 진 웰딩된 유닛이다. 열 교환기 유닛은 레이저 가스로부터 열 교환기에 흐르는 워터 흐름을 시일링하기 위해 3개 C-시일(308)을 포함한다. 벨로우(304B)는 챔버에 대한 열 교환기의 팽창 및 수축을 허용한다. 더블 포트 너트(400)는 열 교환기 패시지를, 워터소스에 연결된 표준 5/26인치 위치 엘보우 파이프 피팅에 연결시킨다. O-링(402)은 너트(400)와 핀형상 구조체(302)간에 시일을 제공한다. 바람직한 실시예에서 두 개 유닛의 냉각 흐름 방향은 다른 두 개 최소화 축 온도 그래디언트와 반대이다.
튜불레이터
바람직한 실시예에서, 튜불레이터는 3M 사로부터 이용가능하고 에폭시 컴포넌트를 혼합시키는 데에 사용되는 4개의 기성품, 긴 인-라인 혼합 요소로 구성된다(스태틱 믹서, 부품번호 06-D1229-00). 인-라인 믹서는 도 21 및 21a에 306으로 도시되어있다. 인-라인 믹서는 핏치간격 마다 시계방향으로 역전시키는 나선형을 따라 워터가 흐르도록 강제한다. 튜불레이터는 열 가스 성능을 개선시킨다. 본원인에 의한 테스트는, 튜불레이터의 추가가 상당한 가스 온도 조건을 유지시키기 위해 약 5인 인수 만큼 요구되는 워터 흐름을 감소시킨다는 것을 보여준다.
흐름 경로
바람직한 실시예에서, 방전 영역 내외로의 가스 흐름은 종래기술의 레이저 챔버에 비해 상당히 개선되었다. 크로스 흐름 팬의 출구에 인접하고 방전의 업스트림에 있는 영역은 방전의 큰 교차 영역으로부터 작은 교차 영역으로의 유연한 천이가 형성되어지게 하는 형태를 갖는다. 방전의 직접적 다운스트림에 있는 영역의 단면은, 가스가 열 교환기 내로 90도 터닝되어 강제로 들어가기 이전에, 방전의 작은 값을 더욱 큰 값으로 원활하게 증대시킨다. 이 배열은 압력 강하를 최소로 하고 샤프 스텝 동안 고속 흐름에 의해 야기된 관련 터블런스(turbulence)를 최소화시킨다.
블로우어 모터 및 대형 블로우어
본원의 제1 바람직한 실시예는 레이저 가스를 순환시키기 위해 듀얼 모터에 의해 구동되는 대형 탄젠셜 팬을 제공한다. 도 24에 도시된 바와 같은 바람직한 배열은 4,000Hz 펄스간의 방전 영역에서 약 1.7cm의 공간을 클리어시키는 데에 충분한 67m/초의 가스 흐름을 제공한다.
팬의 단면 블레이드 구조체가 도 4에 64A로 도시되어 있다. 그 사시도는 도 18a에 도시되어 있다. 블레이드 구조체는 5인치 직경을 갖고 고체 알루미늄 합금 6061-T6 바아 스톡으로부터 기계가공된다. 각 섹션의 개별 블레이드는 도 18a에 도시된 바와 같이 인접 섹션으로부터 약간 오프셋트된다. 이 오프셋트는 임의의 압력 파면 생성을 방지하기 위해 비균일하게 만들어진다. 대안으로, 개별 블레이드는 블레이드 축에 대해 약간 각도를 이룰 수 있다(또다시 압력 파면의 생성을 방지하기 위해). 블레이드는 또한 방전 영역을 대면하는 블레이드의 에지로부터의 음향 반사를 감소시키는 샤프한 리딩 에지를 갖는다.
도 18에 도시된 바와 같은 본 실시예는 각각이 미국특허 제 4,950,840호에 설명된 레이저 가스 환경으로부터 모터의 정류자부분을 분리하는 금속 압력컵 내부에 수용된 자기 모터를 갖춘 두 개의 3상 브리시리스 DC 모터를 이용한다. 본 실시예에서, 압력컵은 레이저 가스 장벽으로서 기능하는 얇은 벽형태 니켈 합금 400, 0.016인치 두께이다. 두 모터(530 및 532)는 동일 샤프트를 구동하고 반대 방향으로 회전하도록 프로그램된다. 두 모터는 센서리스 모터이다(즉, 위치 센서없이 동작하는 모터이다). 우측 모터를 제어하는 우측 모터 컨트롤러(534)는 시작/중지, 전류 명령, 전류 피드백등을 구성하도록 아날로그 및 디지털 신호를 통해 슬레이브 모터를 제어하는 마스터 컨트롤러로서 기능한다. 레이저 컨트롤러(24A)와의 통신은 RS-23 직렬 포트를 통해 마스터 컨트롤러(534)내부로 행해진다.
하이 듀티 사이클 LNP
라인 협소화 패키지를 퍼지시키는 것이 공지되어 있지만, 종래기술은 퍼지가 격자면에 직접 흐르게하여 퍼지 흐름에 격자면의 후방 위치에 위치된 포크를 통해 제공되도록 하는 기술을 설명한다. 그러나, 본원인은 매우 높은 반복율로 핫 가스층(질소)이 파장을 왜곡하는 격자 면에서 발전한다는 것을 알았다. 이 왜곡은 상기한 바와 같이 액티브 파장 제어에 의해 적어도 부분적으로 보정될 수 있다. 또다른 연구방법은 도 17에 도시된 바와 같은 격자 면을 퍼지시키는 것이다. 도 17에서, 10-인치 길이 3/8 인치 직경 퍼지 튜브(61)의 작은 홀(1/4 인치 간격으로 1mm)이 퍼지 흐름을 제공한다. 퍼지 가스는 다음 절에 설명된 바와 같이 퍼지 질소 공급으로부터의 질소일 수 있다. 그러나, LNP에 대해 헬륨이 바람직한 퍼지 가스인 데 이는 그것이 LNP 컨트롤러로부터 열을 제거하는 데에 효율적이기 때문이다. 기타 기술은 도 17a, 17b 및 17c에 도시되어있다.
퍼지 시스템
본원의 제1 실시예는 매우 개선된 성능을 제공하고 실질적으로 컴포넌트 수명을 증대시키는 초순수 N2 퍼지 시스템을 포함한다.
도 19는 본발명의 제1 실시예의 주요 특징을 도시하는 블록도이다. 실시예에서 질소 가스에 의해 퍼지된 5개 엑시머 레이저 컴포넌트는 LNP 2P, 레이저 챔버6P 상에 장착된 고전압 컴포넌트 4P, 고전압 컴포넌트 4P를 업스트림 펄스 파워 컴포넌트 10P에 연결하는 고전압 케이블8P, 출력 커플러 12P 및 파장계14P이다. 2P, 4P, 8P 12P 및 14P는 각각이 N2 유입 포트 및 N2 출구 포트인 두 포트를 갖는 챔버 또는 시이링된 컨테이너에 수용된다. 통상적으로 N2 소스(16P)는 집적회로 제조 플랜트에서 대형 N2 탱크이다. N2 소스 가스는 N2 소스(16P)를 빠져나가, N2흐름이 퍼지된 컴포넌트에 흐르도록 제어하기 위해 흐름 제어 밸브를 포함하는 분배 패널(20P)에 퍼지 모듈(17P) 내부로 통과하고 N2필터(18P)를 통한다. 각각의 컴포넌트에 대해, 퍼지 흐름은 모듈(17P)로 보내지고 흐름 모니터 유닛(22P)로 보내지며 여기서 각각의 퍼지 유닛으로부터 복귀하는 흐름은 모니터되고 이 경우 모니터된 흐름은 알람(도시되지 않음)이 발생되는 소정 값 미만이다.
도 19a는 본발명의 퍼지 특징에 특정하게 관련되지 않은 몇몇 추가 N2 특징을 포함하는 실시예의 특정 컴포넌트를 도시하는 라인 다이어그램이다.
N2 필터
본발명의 주요 특징은 N2 필터(18)를 포함한다. 과거에, 집적회로 리소그래피를 위한 엑시머 레이저의 제조자는, 상용 N2 를 위한 N2 가스 규격이 거의 항상 양호하고 따라서 가스 충족 규격이 충분히 완전하므로, N2 퍼지 가스를 위한 필터가 필수적이지 않다고 믿어왔다.
본원인은 소스 가스가 규격을 벗어나거나 퍼지 시스템으로 가는 N2 라인이 오염물을 포함한다는 것을 알게 되었다. 또한 라인은 유지보수 또는 동작 동안 오염될 수 있다. 본원인은 필터의 비용이 손상을 입히는 낮은 가능성의 오염물에 대해서도 양호한 보장이 된다고 판단하였다.
바람직한 N2 필터는 캘리포니아 샌디에고 소재의 Aeronex로부터 이용가능한 모델 500K 불활성 가스 정화기이다. 이 필터는 H2O, O2 ,CO2, H2 및 비-메탄 하이드로카보네이트를 10억개당 서브 파트(sun-parts-per-billion) 레벨로 감소시킨다. 이것은 0.003 미크론 이상의 모든 입자의 99.9999999퍼센트 제거한다.
흐름 모니터
유닛(22)의 흐름 모니터는 5개 퍼지된 컴포넌트의 각각을 위해 제공된다. 이들은 낮은 흐름에 대해 알람 특징을 갖는 사용가능한 유닛이다.
파이핑
바람직하게 모든 파이핑은 전자 연마된 내부를 갖는 스테인리스강(316SST)로 구성된다. PFA 400 또는 초고 순도 Teflon으로 구성된 특정한 유형의 플라스틱 튜빙이 또한 사용될 수 있다.
재순환 및 정화
퍼지 가스의 일부 또는 전부는 도 19b에 도시된 바와 같이 재순환될 수 있다. 이 경우, 블로우어 및 수냉식 열 교환기는 퍼지 모듈에 추가될 수 있다. 예를들어, 광학 컴포넌트로부터의 퍼지 흐름은 재순환될 수 있고 전기 컴포넌트로부터의 퍼지 흐름은 배기될 수 있거나 조합된 흐름의 부분은 배기될 수 있다. 또한, 오존 정화 요소는 인클로우징된 빔 경로로부터의 오존을 제거하도록 추가될 수 있따. 이것은 O3 에 반응하는 여러 물질중의 하나로 만들어 진 필터를 포함할 수 있다.
LNP의 헬륨 퍼지
바람직한 실시예에서 LNP는 헬륨으로 퍼지되고 빔 경로의 나머지는 질소로 퍼지된다. 헬륨은 질소 보다 작은 굴절율을 가지고 있어서 LNP에서의 열 효과는 헬륨의 사용으로 최소화된다. 그러나, 헬륨은 질소 보다 약 1000배 정도 비싸다.
개선된 시일
빔 경로를 인클로우징하기 위한 바람직한 기술은 본원에 참조된, "개선된 빔 경로를 갖는 가스 방전 레이저"인, 2001년 11월 14일 출원된 미국 특허 출원 제10/000991호에 설명되어 있다. 도 19c, d,e 및 f는 상기 출원으로부터 발췌되었다. 도 19c는 상기한 마스터 오실레이터와 유사한 가스 방전 시스템의 여러 컴포넌트간의 벨로우 시일을 도시하는 도면이다. 도 19d는 모니터와 LNP 인클로우저간의 인터페이스를 시일링하기 위해 LNP 스테퍼 모니터에의 벨로우 장치를 포함하는 수정예를 도시한다. 도 19e는 LNP내의 가열을 최소화하고 LNP 입구를 인클로우징하여 헬륨으로 퍼지될 수 있는, LNP를 위한 열적으로 디커플된 애퍼어처를 도시한다. 헬륨은 도 19c에 95로 나타낸 챔버 윈도우 유닛을 통해 LNP를 빠져나간다. 도 19f에서 1, 2, 3, 4 및 5는 레이저 모듈간에 시일을 제공하는 데에 사용되고 고속 모듈 교체를 허용하는 모듈의 쉽고 빠른 디커플링을 허용하는 용이한 시일링 벨로우를 도시한다. 도 19g는 파장계의 고강도부분을 퍼지시키기 위해 특수 퍼지 장치를 도시한다.
시스템의 이점
본원에 설명된 시스템은 ArF 및 F2 레이저를 위한 장기 엑시머 레이저 성능에서의 주요 개량을 설명한다. 오염 문제는 컴포넌트 수명의 실질적 증대 및 빔 품질의 증대를 일으키는 것을 제거하여왔다. 또한, 누설은 출구 포트를 통하는 것을 제외하곤 제거되기 때문에 흐름은 약 50퍼센트 정도의 N2 필요조건을 감소시키는 효과를 갖는 소망 값이 되도록 제어될 수 있다.
파워 미터를 갖춘 시일링된 셔터 유닛
본 제1 실시예는 도 20, 20a 및 20b에 도시된 바와 같은 전력계가 구비된 시일링된 셔터 유닛(500)을 포함한다. 이 중요한 개량으로, 셔터는 레이저 빔을 차단하는 셔터로서의 제1기능과, 측정이 필요할 때 마다 빔 파워를 모니터링하는 풀 빔 파워미터로서의 제2기능을 갖는다.
도 20은 셔터 유닛의 주요 컴포넌트를 도시한다. 이들은 셔터(502), 빔 덤프(504) 및 파워 유닛(506)이다. 셔터가 폐쇄 위치에 있는 레이저 출력 빔의 경로는 도 20에 510로 나타나 있다. 빔이 개방된 경로는 512로 나타나 있다. 빔 스톱 요소(516)의 셔터 활성면은 챔버를 나가는 빔의 방향에 대해 45도를 이루고 셔터가 폐쇄된 경우 빔은 셔터 표면에 흡수되고 빔 덤프(504)에 반사된다. 빔 덤프 활성면 및 셔터 활성 면은 레이저 빔의 고흡수를 위해 크롬 플레이팅된다. 본 실시예에서, 빔 스톱 요소(516)는 가요성 스프링강 아암(518)에 장착된다. 셔터는 출력 레이저 빔의 경로로부터 빔 스톱 요소(516)를 제거하는 코일에 빔 스톱 요소(516) 및 가요성 아암(518)을 당기는 도 20b에 도시된 바와 같은 코일(514)에 전류를 인가함으로써 개방된다. 셔터는 영구 자석이 빔 스톱 요소(516)와 가요성 아암(518)을 폐쇄 위치에 당길 수 있게 하는 코일(514)을 통하는 전류 흐름을 중지시킴으로써 폐쇄된다. 바람직한 실시예에서 전류 흐름은 주의깊게 조절되어 개방 과 폐쇄 위치들간의 요소와 아암의 용이한 이송이 될 수 있게 한다.
파워미터(506)는 도 20 및 20a에 도시된 바와 같이 출력 레이저 빔의 경로에 피로일렉트릭 광 검출기를 위치시키기 위해 유사한 방식으로 동작된다. 이 경우, 코일(520) 및 자석(522)은 검출기 유닛(524) 및 그 가요성 아암(526)을 출력 파워 측정을 위한 빔 경로의 내외부에 당긴다. 이 파워미터는 셔터 개방 및 셔터 폐쇄로 동작될 수 있다. 코일로의 전류는 셔터에 의해서와 같이 유닛(524)를 빔 경로의 내외부로의 용이한 이송을 제공한다.
특수 F2 레이저 특징
상기 설명은 ArF 레이저 시스템에 직접 적용되지만 대부분의 특징은 업계에 공지된 최소한의 수정으로 KrF 레이저에 적용될 수 있다. 몇몇 중요 수정사항은 본 발명의 F2 버전에 대해 필요하다. 이들 변경은 두 챔버간의 라인 선택기 및/또는 LNP의 위치내의 라인 선택기 또는 전력 증폭기의 다운스트림에서도 포함할 수 있다. 라인 선택기는 바람직하게 프리즘 계열이다. 빔에 대하여 각도를 이룬 투명 플레이트는 출력 빔의 편광화를 개선시키기 위해 챔버간에 사용될 수 있다. 디퓨저는 출력 빔의 간섭성을 감소시키기 위해 챔버간에 추가될 수 있다.
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다양한 변형이 본발명의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 당업자는 다수의 기타 가능한 변형을 알 것이다. 예로서, 펄스 파워 회로는 도 5에 도시된 펄스 변압기(56)의 출력까지 공통회로일 수 있다. 이 연구법은 미국특허출원 제 09/848,043호에 설명된 바와 같이 지터에서의 추가 감소를 제공한다. 본원의 도 3b는 독자의 편의를 위해 도 13에 도시된 바와 같은 펄스 변압기로의 입출력을 도시한다. 대역폭의 액티브 피드백 제어는 도22a에 도시된 벤딩 매커니즘을 조정하기 위해 모터 구동기를 사용하여 라인 협소화 유닛의 커버추어를 조정함으로써 행해질 수 있다. 또는 대역폭에 대한 더욱 고속 제어가 격자의 커버추어를 제어하기 위해 압전 디바이스를 사용함으로써 행해질 수 있다. 기타 열 교환기 설계가 본원에 도시된 하나의 구성에 수정물임이 분명하다. 예로서, 전체 4개 유닛이 단일 유닛에 조합될 수 있다. 레이저의 버스트 모드 동작의 결과로 발생하는 가스 온도의 급격한 변화 결과를 조정하기 위해 열 교환기상에 더욱 핀을 사용하는 것은 커다란 장점이다. 독자는 고 펄스율로 펄스 에너지에 대한 피드백 제어는 바로 이전 펄스를 사용하여 특정 펄스의 펄스 에너지를 제어하기에 충분할 정도로 고속일 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 예로서,제어기술은 특정 펄스에 대해 측정된 펄스 에너지가 뒤따르는 제2 또는 제3 펄스의 제어에 사용되는 경우 제공될 수 있다. 파장계 에탈론 및 격자 데이터를 파장 값으로 변환시키기 위한 알고리즘에서의 대부분의 변경 및 수정이 가능하다. 예로서, 본원인은 측정된 라인 폭이 실제 보다 크게되게 하는 에탈론 광학 시스템에서의 포커싱 오차로부터의 결과 최소 오차를 발견하였다. 오차는 측정되는 에탈론 프린지의 직경이 크게 됨에 따라 약간 증가한다. 이것은 측정 프린지가 윈도우를 벗어남에 따라 단계 변화를 감시하고 파장의 범위 및 레이저를 스캐닝함으로써 보정될 수 있다. 보정 인수는 윈도우내부의 측정 프린지의 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 도 1에 도시된 구성이외의 대부분의 레이아웃이 사용될 수 있다. 예로서, 챔버는 나란히 장착될 수 있고 바닥부상에 PA에 장착될 수 있다. 또한, 제2 레이저 유닛은 부분 반사 미러와 같은 출력 커플러를 포함하는 슬레이브 오실레이터로서 구성될 수 있다. 기타 변형도 가능하다. 탄젠셜 팬 이외의 팬도 가능하다. 이것은 4KHz 이상의 반복율에 요구된다. 팬 및 열 교환기는 방전 챔버의 외부에 위치될 수 있다. 미국 특허 출원 제09/837, 035호(본원에 참조된)에 설명된 펄스 타이밍 기술도 이용될 수 있다. 바람직한 실시예의 대역폭은 0.2pm미만일 수 있으므로 추가 정밀도에 의한 대역폭의 측정도 바람직할 수 있다. 이것은 상기한 에탈론 보다 작은 자유 스펙트럼 범위를 갖는 에탈론의 사용으로 행해질 수 있다. 공지된 기타 기술은 대역폭을 정밀하게 측정하기 위해 응용될 수 있다. 따라서, 상기한 발명의 개시는 본발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (78)

  1. 초 협대역이고 2 챔버를 갖는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템에 있어서,
    A) 1) a) 제1 레이저 가스와, b) 제1 방전 영역을 형성하는 연장된 이격형의 제1 전극쌍(a first pair of elongated spaced apart electrodes)을 포함하는, 제1 방전 챔버,
    2) 초당 4,000 펄스 내지 6,000 펄스 범위의 반복율로 동작하는 경우, 각각의 펄스에 뒤이어지는, 다음 펄스 이전에 모든 방전 산출된 이온을 상기 제1 방전 영역으로부터 클리어시킬 수 있도록 하는 상기 제1 레이저 가스의 속도를 상기 제1 방전 영역에 발생시키기 위한 제1 팬,
    3) 상기 제 1 레이저 가스로부터 열 에너지를 제거하는 제1 열 교환기 시스템, 및
    4) 상기 제1 방전 챔버에 산출된 광 펄스의 스펙트럼 대역폭을 협소화하기 위한 라인 협소화 유닛을 포함하는,
    제1 레이저 유닛;
    B) 1) a) 제2 레이저 가스와, b) 제2 방전 영역을 형성하는 연장된 이격형의제2 전극쌍을 포함하는, 제2 방전 챔버,
    2) 초당 4,000 펄스 내지 6,000 펄스 범위의 반복율로 동작하는 경우, 각각의 펄스에 뒤이어지는, 다음 펄스 이전에 모든 방전 산출된 이온을 상기 제2 방전 영역으로부터 클리어시킬 수 있도록 하는 상기 제2 레이저 가스의 속도를 상기 제2 방전 영역에 발생시키기 위한 제2 팬, 및
    3) 상기 제 2 레이저 가스로부터 열 에너지를 제거하는 제2 열 교환기 시스템을 포함하는,
    제2 레이저 유닛;
    C) 7mJ 내지 12mJ의 정밀하게 제어된 펄스 에너지로 초당 4,000 펄스 내지 6,000 펄스의 율로 레이저 펄스를 생성할 수 있도록 하는 상기 제2 전극쌍과 상기 제1 전극쌍에 전기 펄스를 공급하도록 구성된 펄스 파워 시스템; 및
    D) 상기 2 챔버 레이저 시스템에 의해 산출된 레이저 출력 펄스의 펄스 에너지, 파장 및 대역폭을 측정하고 상기 레이저 출력 펄스를 피드백 제어 장치에서 제어하기 위한 레이저 빔 측정 및 제어 시스템을 포함하고,
    상기 제1 레이저 유닛은 마스터 오실레이터로서 구성되고 상기 제2 레이저 유닛은 전력 증폭기로서 구성되며,
    상기 마스터 오실레이터에서의 방전 후 20 ns 내지 60ns 사이에 발생하도록 상기 전력 증폭기내의 방전을 트리거링시키기 위한 방전 타이밍 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 레이저 가스는 아르곤, 플루오라이드 및 네온으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 레이저 가스는 크립톤, 플루오르 및 네온으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 레이저 가스는 네온, 헬륨 또는 네온과 헬륨의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 버퍼 가스와 플루오르로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 2개의 빔이 제2 방전 영역을 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 4개의 빔이 제2 방전 영역을 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 마스터 오실레이터는 상기 제1 방전 영역을 통하는 두 패스를 만드는 공진 경로를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 마스터 오실레이터는 상기 제1 방전 영역을 통하는 두 패스를 만드는 공진 경로를 제공하도록 구성되고 상기 전력 증폭기는 4개의 빔이 제2 방전 영역을 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 방전 챔버에 독립적인 상기 제 1 레이저 유닛의 공진 캐비티 광학기기를 지지하기 위한 광학 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 광학 테이블은 전체적으로 U자 형상이고 U자 형상 캐비티를 형성하며 상기 제1 방전 챔버는 U자 형상 캐비티내에 장착되는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방전 챔버를 구비한 수직으로 장착된 광학 테이블을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 방전 챔버는 상기 수직 광학 테이블 상에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방전 챔버의 각각은 방전 영역에서 발생하는 정적 압력을 복구할 수 있도록, 상기 전극의 점진적으로 증가하는 단면 다운스트림을 갖춘 가스 흐름 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 제1 방전 챔버는 또한 상기 제1 방전 영역의 가스 속도 업스트림을 정상화하기 위한 상기 제1 방전 영역의 베인 구조 업스트림을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 제 1 팬 및 상기 제 2 팬은 각각 탄젠셜 팬이고 각각은 두 개의 브러시리스 DC 모터에 의해 구동되는 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 모터는 수냉식 모터인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 모터의 각각은 정류자를 포함하고 상기 모터의 각각은 상기 정류자를 상기 레이저 가스로부터 분리하는 압력 컵내에 포함된 자기 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 제 1 팬 및 제 2 팬은 각각 탄젠셜 팬이고 각각은 알루미늄 스톡으로부터 기계가공된 블레이드 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 블레이드 구조는 5인치인 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 블레이드 구조는 가장자리가 예리한 블레이드 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  21. 제15 항에 있어서, 상기 모터는 센서리스 모터이고 상기 모터중의 하나를 제어하기 위한 마스터 모터 컨트롤러와 다른 하나의 모터를 제어하기 위한 슬레이브 모터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  22. 제15 항에 있어서, 상기 탄젠셜 팬의 각각은 상기 축에 대해 각을 이룬 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  23. 제1 항에 있어서, 각각의 열 교환기 시스템은 수냉식인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  24. 제23 항에 있어서, 각각의 열 교환기 시스템은 적어도 4개의 개별적인 수냉식 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  25. 제23 항에 있어서, 각각의 열 교환기 시스템은 적어도 하나의 튜불레이터가 경로에 위치되어 있는, 하나의 관 형상 워터 흐름 패시지를 갖는 적어도 하나의 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 4개의 열 교환기의 각각은 튜불레이터를 포함하는 관 형상 워터 흐름 패시지를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  27. 제1 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 수냉식 전기 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  28. 제27 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 수냉식 전기 컴포넌트는 12,000볼트를 초과하는 고전압으로 동작되는 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  29. 제28 항에 있어서, 상기 고전압은 냉각수가 그를 통과해 흐르는 인덕터를 이용하여 접지로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  30. 제1 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 충전 커패시터를 정밀하게 제어된 전압으로 충전시키는 공진 충전 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  31. 제30 항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 디-킹(De-Qimg) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  32. 제30 항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 블리드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  33. 제30 항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 디-킹 회로 및 블리드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  34. 제1 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 병렬로 배열된 적어도 3개의 전력 공급부로 구성된 충전 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  35. 제1 항에 있어서, 상기 레이저 빔 측정 및 제어 시스템은 에탈론 유닛, 광 다이오드 어레이, 프로그램가능한 로직 디바이스, 및 레이저 광을 상기 에탈론 유닛으로부터 상기 광 다이오드 어레이로 레이저 광을 포커싱하는 광학기기를 포함하고, 상기 프로그램가능한 로직 디바이스는 에탈론 프린지의 상기 광 다이오드 어레이상에서의 위치를 결정하기 위해 상기 광 다이오드 어레이로부터의 데이터를 분석하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  36. 제35 항에 있어서, 상기 측정 및 제어 시스템은 또한 상기 프로그램가능한 로직 디바이스에 의해 위치된 프린지 데이터로부 파장 및 대역폭을 계산하도록 프 로그램된 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  37. 제35 항에 있어서, 상기 프로그램가능한 로직 디바이스는 상기 프린지의 측정에 기초하여 파장 및 대역폭을 계산하기 위한 알고리즘으로 프로그램된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  38. 제37 항에 있어서, 상기 프로그램가능한 로직 디바이스는 1/4,000 초 보다 고속으로 파장 및 대역폭을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  39. 제35 항에 있어서, 상기 에탈론 유닛은 굴절성 산란 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  40. 제1 항에 있어서, 적어도 부분적으로 PZT 드라이브에 의해 구동되는 튜닝 미러를 포함하는 라인 협소화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  41. 제40 항에 있어서, 상기 튜닝 미러는 부분적으로 스테퍼 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  42. 제40 항에 있어서, 프리튜닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  43. 제40 항에 있어서, 인식 알고리즘을 포함하는 액티브 튜닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  44. 제40 항에 있어서, 적응성 피드포워드 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  45. 제40 항에 있어서, 상기 라인 협소화 유닛은 퍼지 가스를 강제적으로 회절격자 면에 인접하여 있도록 하기 위한 퍼지 수단 및 회절격자 면을 형성하는 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  46. 제1 항에 있어서, 상기 라인 협소화 유닛은 빔을 45인 인수만큼 단일 방향으로 확대시키도록 구성된 4-프리즘 빔 익스팬더를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  47. 제45 항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  48. 제1 항에 있어서, 질소 필터를 포함하는 질소 퍼지 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  49. 제1 항에 있어서, 흐름 모니터를 구비한 퍼지 모듈을 포함하는 질소 퍼지 시스템을 더 포함하고, 또한 상기 레이저는 상기 레이저로부터 배기 퍼지 가스를 이송 배출하기 위한 퍼지 배기 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  50. 제1 항에 있어서, 전기적으로 작동되는 셔터와 명령 신호로 레이저 출력 빔 경로에 위치될 수 있는 파워미터를 포함하는 셔터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  51. 제1 항에 있어서, 상기 제1 챔버의 제1 윈도우와 라인 협소화 유닛간에 제1 빔 시일을 제공하고 상기 제1 챔버의 제2 윈도우와 출력 커플러 유닛간에 제2 빔 시일을 제공하는 빔 인클로우저 시스템을 더 포함하고, 상기 빔 시일의 각각은 금속 벨로우를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  52. 제51 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 빔 시일의 각각은 상기 방전 챔버가 용이하게 교체되도록 하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  53. 제51 항에 있어서, 상기 빔 시일의 각각은 어떠한 엘라스토머도 함유하지 않으며 상기 챔버로부터의 진동 절연을 제공하고, 대기 가스로부터 빔 트레인 절연을 제공하고, 상기 라인 협소화 유닛 또는 상기 출력 커플러 유닛에 장애를 유발하지 않고서 상기 방전 챔버의 비제한적 교체를 허용하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  54. 제51 항에 있어서, 상기 빔 인클로우저 시스템은 진공 컴패터블 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  55. 제54 항에 있어서, 복수 개의 상기 시일은 손으로 용이하게 제거할 수 있는 시일링 벨로우 시일인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  56. 제1 항에 있어서, 상기 측정 및 제어 시스템은 상기 레이저로부터 출력 펄스의 일부를 스플릿시키기 위한 주 빔 스플리터, 상기 출력 펄스의 일부를 상기 펄스 에너지 검출기에 보내기 위한 부 빔 스플리터, 및 상기 주 빔 스플리터에 바운딩된 볼륨을 분리시키기 위한 수단을 포함하고, 상기 부 빔 스플리터 및 상기 측정 및 제어 시스템의 다른 부분으로부터의 상기 펄스 에너지 검출기의 윈도우는 분리 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  57. 제56 항에 있어서, 상기 분리 영역을 퍼지 가스로 퍼징하기 위한 퍼지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  58. 제57 항에 있어서, 상기 레이저는 출력 커플러 유닛 및 출력 윈도우 유닛을 더 포함하고 상기 퍼지 수단은 상기 분리 영역으로부터의 배기가 상기 출력 커플러 유닛과 상기 출력 윈도우 유닛을 퍼지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  59. 제1 항에 있어서, 상기 시스템은 3파장 플랫폼을 사용하여 KrF 레이저 시스템, ArF 레이저 시스템 또는 F2 레이저 시스템 중의 하나를 동작시키는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  60. 제1 항에 있어서, 모든 컴포넌트가 레이저 인클로우저에 포함되지만 상기 시스템은 인클로우저로부터 물리적으로 분리하는 AC/DC 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  61. 제1 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 커패시터 뱅크를 충전하는 마스터 오실레이터와 커패시터 뱅크를 충전하는 전력 증폭기와 두 충전 커패시터 뱅크를 동시에 충전하도록 구성된 공진 충전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  62. 제61 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 적어도 2000V를 상기 공진 충전기에 공급하도록 구성된 전력 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  63. 제1 항에 있어서, 마스터 오실레이터 빔 파라미터를 제어하기 위해 상기 제 1 레이저 가스내의 F2 농도를 제어하기 위한 가스 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  64. 제1 항에 있어서, 마스터 오실레이터 빔 파라미터를 제어하기 위해 상기 제 1 레이저 가스내의 레이저 가스 압력을 제어하기 위한 가스 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  65. 삭제
  66. 제1 항에 있어서, 임의의 커다란 출력 펄스 에너지를 방지하기 위해 방전이 타이밍되도록 프로그램된 방전 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  67. 제66 항에 있어서, 상기 방전 컨트롤러는 상기 마스터 오실레이터에서의 방전 이전의 적어도 20 ns에서 상기 전력 증폭기에서의 방전을 야기시키도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  68. 제1 항에 있어서, 상기 레이저로부터 출력 펄스의 지속시간을 증가시키기 위한 펄스 체배기 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  69. 제68 항에 있어서, 펄스 체배기 유닛은 상기출력 펄스 레이저 빔을 수신하고 레이저 출력 펄스에 비해 감소된 강도 값을 갖춘 다수의 펄스로 구성된 단일 체배기 출력 펄스 빔을 산출하도록 적어도 2인 인수를 초 당 펄스의 수에 곱하도록 구성되고, 펄스 체배기 유닛은:
    (1) 상기 출력 빔의 일부분을 분리하도록 배열된 제1 빔 스플리터;
    (2) 상기 제1 빔 스플리터에서 시작하고 종료하는 제1 지연 경로를 포함하고, 분리된 일부분은 지연부를 형성하고, 출력 빔은 상기 제1 빔 스플리터에서의 각도 확산과 빔 사이즈를 형성하고, 상기 제1 지연 경로는 적어도 두 개의 포커싱 미러를 포함하고, 상기 미러는 상기 제1 지연 경로내의 초점에 상기 지연부를 포커싱하고, 상기 제1 빔 스플리터에서의 출력 빔의 각도 확산 및 빔 사이즈와 동일한 각도 확산 및 빔 사이즈를 갖추어 상기 제1 빔 스플리터에 상기 지연부를 복귀시키도록 배열된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  70. 제69 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 포커싱 미러는 구형 미러인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  71. 제69 항에 있어서, 적어도 두 개의 구형 미러를 포함하는 제2 지연 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  72. 제69 항에 있어서, 상기 제1 지연 경로는 4개의 포커싱 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  73. 제72 항에 있어서, 상기 제1 지연 경로에 위치된 제2 빔 스플리터에 의해 형성된 상기 제2 지연 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  74. 제69 항에 있어서, 상기 제1 지연 경로는 제2 빔 스플리터를 더 포함하고 적어도 두 개의 포커싱 미러를 포함하는 제2 지연 경로를 더 포함하며, 상기 미러는 상기 제1 지연 경로내의 초점에 상기 지연부를 포커싱하고, 상기 제1 빔 스플리터에서의 출력 빔의 각도 확산 및 빔 사이즈와 동일한 각도 확산 및 빔 사이즈를 갖추어 상기 제1 빔 스플리터에 상기 지연부를 복귀시키도록 배열된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  75. 제69 항에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터는 소산된 내부 반사의 광학 특성을 이용하여 적어도 두 방향으로 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  76. 제69 항에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터는 두 개의 투명 광학 요소로 구성되고 각각의 투명 광학 요소는 편평면을 갖고, 상기 두 개의 투명 광학 요소는 상기 편평면이 서로에 대해 평행하게 되어 있는 상태로 위치되어 있고, 상기 두 개의 투명 광학 요소는 200nm 미만의 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  77. 제69 항에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터는 소망하는 반사-투과비를 달성하기 위해 상기 출력 레이저 빔으로 일정 각도로 방향지워진 코팅되지 않은 광학 요소인 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
  78. 제1 항에 있어서, 상기 펄스 파워 시스템은 전기 펄스를 상기 제1 전극쌍에 공급하기 위한 제1 펄스 압축회로와 제1 충전 커패시터 뱅크, 및 제1 충전 커패시터 뱅크와 제2 충전 커패시터 뱅크를 정밀 제어 전압으로 병렬로 충전시키기 위한 공진 충전 시스템과 상기 제2 전극쌍에 전기 펄스를 공급하기 위한 제2 펄스 압축회로와 상기 제2 충전 커패시터 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템.
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