KR100997399B1 - 가스 방전 레이저를 위한 자동 가스 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

모듈러 고반복율 자외선 가스 방전 레이저를 위한 자동 레이저 가스제어가 개시되었다. 이 레이저 가스는 레이저 시스템의 동작 수명을 통해 F2 소비율을 모니터링하기 위한 기술, 모니터 및 프로세서를 포함한다. 이들 소비율은 소망하는 범위내에 레이저 반사 품질을 유지하기 위해 필요한 F2 주입을 결정하기 위해 알고리즘으로 프로그램된 프로세서에 의해 사용된다. 바람직한 실시예는 2-챔버 MOPA 레이저 시스템을 위한 F2 제어를 포함한다.
레이저, 가스, 방전, 주입, 반사

Description

가스 방전 레이저를 위한 자동 가스 제어 시스템{AUTOMATIC GAS CONTROL SYSTEM FOR A GAS DISCHARGE LASER}
본 발명은 집적회로제조를 위한 리소그래피 광원에 관한 것으로 특히 집적회로제조를 위한 가스방전 레이저 리소그래피 광원에 관한 것에 관한 것이다.
종래기술 가스 제어 기술
종래기술은 엑시머 레이저와 같은 방전 레이저를 위한 레이저 가스의자동 제어를 위한 여러 기술을 포함한다. 예로서, 미국특허 제 5,440,578호는 KrF 레이저에서 Kr을 유지하기 위한 가스 제어기술을 설명한다. 미국특허 제 5,978,406호는 레벨을 모니터링하고 피드백 기술로 F2 레벨을 제어하기 위한 미국특허 제 5,978,406호는 F2 레벨을 모니터링하고 피드백 기술로 이 레벨을 제어하기 위한 기술을 설명한다. 미국특허 제 6,028,880호는 작은 정밀 주입이 되도록 매니폴드를 사용하는 기술을 설명한다. 미국특허 제 6,151,349호는 de/dV의 측정값에 기초한 F2 주입 기술을 설명한다.
용례
엑시머 레이저의 주 사용은 집적회로 리소그래피를 위한 광원을 제공하는 것 이다. 집적회로 리소그래피를 위 상당수의 현재 사용되는 엑시머 레이저의 유형은 KrF 레이저이고, 이것은 248nm의 파장에서 자외선 광을 제공한다. 유사한 엑시머 레이저인 ArF 레이저는 193nm의 파장에서 자외선 광을 제공하고, F2 레이저는 157nm에서 동작한다. 이들 레이저는 1,000Hz 내지 4000Hz과 같은 펄스율의 펄스 모드로 동작한다. 레이저 빔은 약 28인치의 길이이고 약 5/8인치로 이격된 두 신장된 전극간의 레이저 가스를 통한 전기 방전에 의해 생성된 이득 매체를 포함한다. 이 방전은 전극에 걸쳐 약 20,000볼트의 고전압을 걸어서 발생한다. KrF 레이저에 대해, 레이저 가스는 약 1% 크립톤, 0.1%의 플루오르 및 약 99%의 네온이다. ArF 레이저에 대해, 레이저 가스는 약 3 내지 4 % 아르곤, 0.1%의 플루오르 및 96 내지 97% 의 네온이다. F2 는 0.15% F2 및 나머지는 He이다. 레이저 가스는 방전간에 방전 영역을 클리어시키기에 충분한 속도로 전극간에 순환되어야 한다.
플루오르 공핍
플루오르는 공지된 활성 원소이고 전기 방전 동안 이온화된 경우 더욱 활성으로 된다. 플루오르와 양립할 수 있는 니켈 코팅된 알루미늄과 같은 이들 레이저 챔버를 이용하는 데에는 특별한 주의가 취해져야 한다. 또한, 레이저 챔버는 레이저 챔버 벽의 내측에 패시화된 층을 형성하기 위해 플루오르로 선처리된다. 그러나, 이러한 특별한 주의에도, 플루오르는 금속 플루오라이드 오염물을 생성하는 기타 레이저 컴포넌트 및 벽화 반응하고 그 결과비교적 정상적인 플루오르 가스의 공핍이 된다. 공핍율은 여러 인자에 좌우되지만, 그 유효 수명에서의 특정 시간에 주어진 레이저에 대해, 공핍율은 레이저가 동작되고 있으면 펄스율과 부하 요인에 주로 좌우된다. 공핍율은 가스가 순환되지 않으면 더욱 감소된다. 이 공핍을 보상하기 위해, 새로운 플루오르가 1 내지 3 시간의 간격으로 주입된다. 순 플루오르를 주입하기 보단 1% 플루오르, 1% 크립톤 및 98% 네온의 혼합물을 KrF 레이저에 주입하는 것이 통상적이다. 예로서, 리소그래피에서 사용을 위한 고 품질 1000Hz KrF 엑시머 레이저에서, 플루오르 공핍을 보상하기 위해 주입된 플루오르, 크립톤 및 네온의 혼합물의 양은 레이저가 동작하지 않는 경우 시간 당 5scc 범위에서 변동하고 레이저 가스는 레이저가 1000Hz에서 연속 동작하는 경우 시간 당 180 scc 범위에서 순환하지 않는다. 통상적인 주입률은 챔버 팬이 레이저 가스를 순환시키지만 레이저는 화이어되지 않는 경우 시간 당 약 10 scc이다.
단위 "scc"는 표준 입방 센티미터이다. 특정 용적에서 플루오르의 양을 설명하는 데에 사용된 단위는 퍼센트(%) 플루오르, 백 만 당 파트 및 킬로 파스칼이고; 후자는 플루오르 가스 혼합물의 부분 압력을 칭한다. (이것은 레이저 챔버에 주입된 플루오르의 양이 1% 플루오르 가스 혼합물이 주입되는 동안 측정된 챔버 압력의 증가에 의해 (직간접적으로) 결정되기 때문이다.) 1% 플루오르 혼합물의 시간 당 주입률 195scc는 약 0.10 퍼센트 내지 0.087퍼센트에서 2시간 이상의 플루오르 농도에서의 공핍에 대응하게 된다. 순 플루오르의 그램으로 측정된 2시간에서의 플루오르 공핍의 실제 양은 약 320scc/시간 주입률(즉, 2시간 간격에서 주입된 1% 플루오르 혼합물의 390scc)에 대응하는 2시간 동안 약 17 밀리그램이 된다.
동작 모드
집적회로 리소그래피에 대해, 통상적인 동작 모드는 버스트간에 일초의 수분의 내지 수 초의 데드 타임을 갖춘 약 300 펄스(약 300 밀리초의 지속시간)와 같은 버스트에서 웨이퍼에 인가된 약 1000Hz에서 10mJ/펄스와 같은 일정한 펄스 에너지의 레이저 펄스를 필요로 한다. 동작 모드는 유지보수를 위해 예정된 다운시간으로, 수 개월에 대해 일주일 당 칠일, 하루 당 24시간 연속으로 예를들어 이주일 달 한번 또는 일주일 당 한번 8시간, 연속적일 수 있다. 그러므로, 이들 레이저는 매우 신뢰성있고 거의 문제가 없다.
리소그래피에 사용되는 통상적인 KrF 레이저 및 ArF 레이저는, KrF에 대해 약 10mJ/펄스 및 ArF에 대해 약 5mJ/펄스의 펄스 에너지가 플루오르 농도(예로서, KrF에 대해 0.08 내지 0.12 퍼센트)의 실제 범위에 걸쳐 획득된다. 정상 레이저 동작 범위에 걸쳐 소망 펄스 에너지를 발생시키기 위해 필요한 방전 전압은 플루오르 농도가 감소함에 따라 증가한다(기타 레이저 파라미터가 거의 일정하다고 가정하면). 도 1은 10mJ 및 14mJ의 일정한 펄스 에너지에 대한 플루오르 농도 및 방전 전압간의 관계를 나타낸다. 15kv 내지 20kv 범위의 방전 전압은 소망 펄스 에너지를 발생시키기 위해 필요한 방전 전압을 발생(펄스 압축-증폭 회로에서)시키는 데에 필요한 방전 전압(약 550 볼트 내지 800 볼트)을 계산하는 피드백 시스템에 의해 제어된다. 피드백 회로는 충전 전압 펄스를 제공하기 위해 "명령 신호"를 파워 서플라이에 전송한다.
종래 F2 제어 기술
종래 기술은 플루오르의 연속 공핍에도 불구하고 일정한 펄스 에너지를 유지하기 위해 플루오르 농도 및 방전 전압간의 관계를 이용한다. 종래 엑시머 레이저의 방전 전압은 고속 및 정확하게 변화될 수 있고 일정한 펄스 에너지를 유지하기 위해 전자 피드백으로 제어될 수 있다. 과거에 정확하고 정밀한 플루오르 농도의 제어는 곤란한 것으로 증명되었다. 종래 KrF 레이저 및 ArF 레이저 시스템에서, 플루오르 농도는 방전 전압이 일정 펄스 에너지 출력을 유지하기 위해 피드백 제어 시스템에 의해 조정되는 한편 약 1 내지 4 또는 5 시간의 주기 동안 감소될 수 있게 한다. 1 내지 수 시간의 간격에서 주기적으로, 플루오르는 수 초의 짧은 주기 동안 주입된다. 따라서, 정상 동작에서 플루오르 농도는 1 내지 수 시간의 간격의 주기 동안 약 0.10 퍼센트 내지 약 0.09 퍼센트, ArF 레이저로부터 점차 감소하는 한편 방전 전압은 동일 주기에서 예로서 약 600 볼트 내지 약 640 볼트증가한다. 1 내지 수 시간주기의 끝(전압이 약 640 볼트까지 표류하는 경우)에서 플루오르의 주입은 플루오르 농도가 약 0.10 퍼센트로 되돌아오게 하고 피드백 제어(일정 펄스 에너지를 유지하는)는 600 볼트로 자동적으로 감소한다. 이 기본 프로세스는 수일동안 반복된다. 주입은 특수한 제어 알고리즘에 기초하여 제어기에 의해 자동으로 수행된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 엑시머 레이저는 오염을 제거하기 위해 금속 플루오라이드 트랩을 통한 챔버 가스 흐름의 일부를 변환시킨다. 레이저 빔(2)은 라인 내로우잉 모듈(8) 및 출력 커플러(10)에 의해 정의된 공진 캐비티 의 챔버(6)내의 전극(4)(도 2에 도시된 최상부 전극)간의 이득 매체에 산출된다. 레이저 가스는 탄젠셜 블로우어(12)에 의해 전극(4)간에 순환된다. 순환 흐름의 일부분은 블로우어(12)의 다운스트림에 있는 포트(14)에서 추출되고 금속 플루오라이드 트랩(16)을 통해 보내지고 클린 가스는 윈도우 하우징(18 및 20)을 통해 챔버내로 순환되고 레이저 잔해물이 윈도우에 없도록 한다. 각각의 레이저 펄스의 작은 부분은 빔 스플리터(22)와 펄스 에너지 모니터(24)에 의해 샘플링되고, 초고속 피드백 제어 루프에서, 제어기(26)는 전극(4)에 걸리는 초고 전압 전기 펄스를 제공하는 전압 압축 및 증폭 회로(30)에 충전 전류를 공급하는 고전압 충전회로(28)를 조절함에 의해 소망 범위내에서 펄스 에너지를 유지시키기 위해 전극 방전 전압을 제어한다. 장기간에 걸쳐 제어기(26) 내지 가스 제어기(27)는 제어 밸브(32)에서 플루오르 주입을 조절함에 의해 챔버(6)의 플루오르 농도를 제어한다. 특수한 제어 알고리즘은 소정 플루오르 양을 주기적으로 주입한다. 이들 주입은 고 전압이 소정 한계치로 증가하거나 주입이 3백만 펄스와 같은 소정 펄스 수 이후에 행해지거나 소정 시간 주기(레이징 없는 6 시간과 같은)의 패시지 이후에 또는 펄스, 시간, 및 전압의 조합후에 행해지는 경우 행해질 수 있다. 통상적으로 두 가스 공급이 가능하다. KrF 레이저에 대한 버퍼 가스 소스(36)는 1% F2, 1% Kr 및 98% Ne이다. 1% Kr 및 99% Ne의 버퍼 가스 소스(36)도 초기에 공급되거나 챔버를 채우는 경우 또는 몇몇 이유로 F2 농도가 지나치게 높은 경우 밸브(38)를 통해 제어기)26)에 의해 트랩된다. 레이저 가스는 밸브(40)를 통해 배기될 수 있고 챔버는 진 공 펌프(42)에 의해 진공으로 될 수 있다. 배기 가스는 F2 트랩(44)에 의해 F2 클린 된다. 도 3은 상기한 종래 플루오르 주입 기술의 결과를 나타낸다. 전압 값은 제어 전압 명령의 평균 값을 나타내고 충전 전압의 평균 값을 나타낸다. 오염은 수일 주기에 걸쳐 점차 레이저 가스에서 구축되므로, 약 5-10일 간격으로 레이저내의 모든 가스를 새로운 가스로 대체하는 것이 바람직하다.
문제점 및 제안된 해결책
상기한 종래 기술은 제조 환경에서 이들 엑시머 레이저의 장기간 신뢰성있는 동작을 제공하기 위해 효과적으로 사용된다. 그러나, 대역폭, 빔 프로파일 및 파장 신뢰도와 같은 이들 여러 레이저 파라미터는 방전 전압 및 플루오르 농도에서의 상당한 스윙에 의해 역영향을 입는다.
상당수의 기술이 상기한 종래 기술하에서 제공된 이상의 좁은 범위에서 엑시머 레이저내의 플루오르 농도를 제어하고 측정하기 위해 제안되고 특허되었다. 이들 기술은 상용적으로 추구되지 못했다. 종래 상용 엑시머 레이저는 통상적으로 플루오르 모니터를 갖지 못한다. 양호하고, 저렴하며 신뢰성있고 실시간형 플루오르 모니터에 대한 필요가 장기간 있어왔다. 광 빔으로 트레이스 가스 농도를 측정하기 위한 기술이 공지되어 있다. 그 한 기술은 흡수 셀을 통과함에 따라 빔의 흡수를 판정하기 위해 광 검출기를 사용하는 것이다. 다른 기술은 알렉산더 그라함 벨에 의해 발견된, 고강도 변조된 광 빔으로 흡수 셀내에 음파의 생성을 포함하는 것으로 공지되어 있다. Optomal Optoacoustic Detector Design, Laser-Goran Rosengren, Applied Optics Vol.14, No.8/August 1975 Brewsters Window and Windowless Resonance Spectrophones for Intercavity Operations, R. Gerlacj and N.M. Amer, Appl.Phys.23,319326(1980)을 참조하라.
주입 시딩
가스 방전 레이저 시스템(엑시머 레이저 시스템을 포함하는)의 대역폭을 감소시키기 위한 공지된 기술은 이득 매체에 협대역 "시드" 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 참조된다. 제2 이득 매체가 공진 캐비티(레이저 발진이 일어나는)를 갖는 경우, 시스템은 주입 시딩된 오실레이터(ISO) 시스템 또는 마스터 오실레이터, 파워 오실레이터(MOPO) 시스템으로 참조되고 이 경우 시드 레이저는 마스터 오실레이터로 참조되고 다운스트림 시스템은 파워 오실레이터로 참조된다. 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 퀄리 티 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 모듈러 고반복율 두 개의 방전 자와선 가스 방전 레이저를 위한, 자동 레이저 가스 제어를 포함하는 제어 시스템을 제공한다. 레이저 가스 제어는 레이저 시스템의 동작 수명을 통해 F2 소비를 모니터링하는 프로세서, 모니터 및 기술을 포함한다. 이들 소비율은 F2 가 전달 범위내에 레이저 빔 품질을 유지시키도록 주입되는 시점을 결정하기 위해 알고리즘으로 프로그램된 프로세서에 의해 사용된다.
엑시머 레이저 출력 성능 메트릭-ΔE/ΔV 및 대역폭-는 MO 및 PA 챔버의 가스 혼합물의 함수이다. 최적 가스 혼합물-아르곤 또는 크립톤(Ar/Kr), 플루오르(F2), 네온(Ne)등의 상대 부분 압력- 은 타겟 성능 상세사항을 충족시키기 위해 레이저 과학자에 의해 결정된다. 엑시머 레이저가 화이어하는 경우, 는 전극, 챔버 벽 및 기타 내부 컴포넌트와 화학반응을 통해 소비되고, 가스내의 F2 부분 압력을 변화시킨다. F2 가 소비됨에 따라, F2 농도를 허용 범위에 유지시키기 위해 더 많은 F2 를 챔버에 때때로 주입하는 것이 필요하다. 이것은 가스 혼합물이 모든 출력 성능 타겟이 레이저에 의해 충족되어 질 수 있도록 하는 적절한 F2 주입을 결정하는 기술을 제공한다. 이 기술에 따라 F2 농도는 직접 측정되지 않고; 기타 측정된 양, 주로 에너지 출력 및 인가 전압으로 참조된다. 본 발명의 장점은 각각의 레이저로 각각의 챔버에 대해 더욱 신뢰성있고, 정밀한 F2 소비 평가치를 제공하는 견이다. F2 소비율의 더욱 정밀한 평가치는 레이저가, 임계 레이저 출력 파라미터에 대해 양호한 제어가 되는, F2 농도의 더욱 정밀 제어된 밴드에 걸쳐 동작될 수 있게한다. F2 소비율-챔버가 오래됨에 따라 저속으로 변화하는-는 각각의 챔버의 수명 도안 적응성있게 추적되고, 따라서 동일 성능(F2 조절에 대해)이 숏 10,000,000,000 숏상에서 숏 1로 전달된다.
본 발명은 F2 공핍 및 F2 첨가사이에 레이저에서의 추정된 평형 관계를 사용한다. 즉, F2 공핍에 기인한 전압 변화(ΔE/) 효율 강하(V 당 E) 당 출력 에너지 변화는 동일양의 F2 가 F2 주입에 의해 첨가됨에 따라 레이저를 파이어링함에 의해 공핍되면 F2 첨가에 기인하여 ΔE/ΔV와 동일하여야 한다. 동작 동안 ΔE/ΔV 감소 및 각각의 주입에서 ΔE/ΔV 상승, 측정하기 용이한, 을 모니터링하고 주입의 사이즈를 정확히 아는 것에 소비된 F2 양을 추정할 수 있다.
다음과 같은 고려되어야 할 3가지 기본 경우가 있다.
1. ΔE/ΔV 강하는 효율 상승과 동일 -> 소비된 F2는 첨가된 F2와 동일.
2. ΔE/ΔV 강하는 효율 상승 보다 크다 -> 첨가된 F2 보다 더 많은 F2 가 소비됨.
3. ΔE/ΔV 강하는 효율 상승 보다 작다-> 첨가된 F2 보다 더 적은 F2 가 소비됨.
3가지 기본 경우 각각은 레이저의 소비율이 이전 사이클로부터의 평가치 보와 같거나, 보다 크거나 보다 작다. 이로부터, 새로운 소비율 평가치가 적절히 조정될 수 있다. 알고리즘은 평형관계를 충족시키는 방향으로 적절히 구동됨으로써 레이저의 소비율에 수렴하게 된다. 두 챔버로된 레이저에 대해, 각각의 챔버의 효율은 독립적으로 추적 및 조정될 수 있다.
이 알고리즘의 하나의 구별되는 장점은 각각의 주입 결정이 각각의 챔버의 장기간 액티브 소비율 평가치에 기초하고-이것은 매우 안정하고 저속으로 변동하는 필터링된 신호이다- 실제적 측정 노이즈 및 동작 포인트 변화에 영향을 받는 측정, 특정 주입 사이클의 상대 효율에 의하지 않는다.
본 발명의 알고리즘은 미국특허 제 6,151,349호에 설명되고 본 출원인에 의해 이미 개발된 슬로프 시킹 인젝션(SSI)와 동일한 물리적 원리에 의존한다. 그러나, F2 공핍의 함수로서 고정된 에너지 출력에서 전압 상승을 모니터링함에 의해 제공된 정보는 상이한 방식으로 사용된다. F2 공핍에 기인한 ΔΣ/ΔV의 감소비율 및 F2 첨가에 기인한 ΔΣ/ΔV의 증가비율은 F2 소비율을 적응적으로 결정하기 위해 새로운 알고리즘에 사용된다.
두 챔버 MOPA 시스템에서 매우 양호하게 수행하는 본 실시예에서, 출력 에너지는 MO 챔버에 F2 농도를 조절함에 의해 감소된 레벨로 유지된다. F2 주입은 PA 방전 전압과 동일한 MO 방전 전압(본 실시예에서)에 대한 MO 출력 에너지를 모니터링함에 의해 결정된다. 이들 데이터로부터 MO를 위한 필요한 ΔE/ΔV가 획득된다.
바람직한 실시예에서, 레이저는 제2 방전 챔버에서 증폭된 초협대역 시드 빔을 발생하는 마스터 오실레이터를 갖춘 제조 라인 머신이다. 이 레이저 시스템의 다른 주요 특징은 버스트 모드 동작에서 기록의 약 2 내지 5 수십억분의 일인 범위의 정확도로 두 챔버에서의 방전의 상대 타이밍을 제어하기 위해 제공된다. 이 MOPA 시스템은 상당히 개선된 빔 품질로 비교가능한 단일 챔버 레이저 시스템을 거의 두 배 증배시키는 챔버 펄스 에너지를 발생할 수 있다.
도 1은 방전 전압 플루오르 농도 및 펄스 에너지간의 관계를 나타낸 도.
도 2는 종래기술의 엑시머 레이저 시스템의 개략도.
도 3은 동작 레이저의 펄스 수의 함수로서 플루오르 농도의 종래기술의 그래픽 디스플레이를 나타낸 도.
도 4는 MOPA 레이저 시스템의 블록도.
도 4a는 도 1 시스템의 절결도.
도 4b는 레이저 컴포넌트를 위한 장착기술을 나타낸 도.
도 4c는 MOPA 제어 시스템을 도시하는 블록도.
도 4d는 제어 시스템의 일부의 블록도.
도 5는 레이저 챔버의 단면도.
도 5a는 펄스 파워 서플라이 시스템의 개략도.
도 5b는 도 5a의 펄스 파워 서플라이 시스템에 대한 공진 파워 서플라이 시스템 입력의 개략도.
도 5c1은 마스터 오실레이터 및 전력 증폭기를 공급하기 위한 듀얼 펄스 파워 시스템의 개략도.
도 5c2는 멀티-스테이지 펄스 전달 시스템의 개략도.
도 5c3는 마스터 오실레이터 및 전력 증폭기를 위한 펄스를 트리거시키기 위한 타이밍을 나타낸 도.
도 6은 협대역 레이저 오실레이터의 특징을 나타내는 개략도.
도 6a는 라인 내로우잉 유닛의 제어 특징을 나타내는 개략도.
도 7은 펄스 파워 제어 기술의 특징을 도시하는 블록도.
도 7a는 트리거 제어 기술의 결과를 나타낸 도.
도 8a는 E, F2 및 V간의 관계를 나타낸 도.
도 8b는 숏 수 및 전압의 그래프를 나타낸 도.
도 8c-8f는 제1 F2 제어 알고리즘의 특징을 나타낸 도.
도 9a-9f는 제2 F2 제어 알고리즘의 특징을 나타낸 도.
도 10a는 스펙트럼 모니터링하는 플루오르 레벨을 위한 기술을 나타낸 도.
도 10b,10c, 10d는 스펙트럼 결과를 나타낸 도.
도 11a 및 11b는 F2 MOPA 시스템을 위한 MO에 대한 F2 주입 기술을 지지하는 데이터를 나타낸 도.
도 12b,12b, 12c는 MO F2농도를 모니터링 및 제어하기 위한 기술을 나타낸 도.
MOPA 레이저 리소그래피 광원
개괄
본원의 제1 바람직한 실시예를 통합하는 레이저 시스템은 도 4에 도시되어 있다. 이 실시예에서 193nm 자외선 레이저 빔이 네덜란드에 소재한 ASML 또는 일본에 소재한 캐논 또는 니콘사에 의해 공급되는 스테퍼 리소그래피 머신(2)의 입력 포트에 제공된다. 이 레이저 시스템은 4,000Hz 이상의 펄스 반복율로 시스템의 축적된 도우즈 에너지 출력 및 펄스 에너지를 제어하기 위한 레이저 에너지 제어 시스템을 포함한다. 이 시스템은 펄스 및 도우즈 에너지의 피드백 및 피드포워드 제어로 서로에 대해 두 레이저 챔버내의 방전의 극히 정확한 트리거링을 제공한다.
이 경우 레이저 시스템(4)의 주 컴포넌트는 스캐너가 설치되는 데크의 하부에 설치된다. 이 레이저 시스템은 레이저 빔을 스캐너(2)의 입력 포트에 전달하는 인클로우징된 빔 경로를 제공하는, 빔 전달 유닛(6)을 포함한다. 이 특정한 광원 시스템은 마스터 오실레이터(10) 및 전력 증폭기(12)를 포함하고 MOPA 시스템으로서 공지된 레이저 시스템의 유형이다. 광원은 펄스 스트레처를 포함한다. 광원은 레이저 광을 제공하기 위해 단일 레이저 오실레이터를 사용하여 종래기술을 넘는 집적회로 광원에서의 중요한 진보를 나타낸다.
마스터 오실레이터 및 전력 증폭기는 각각 종래기술 단일 챔버 리소그래피 레이저 시스템의 방전 챔버와 유사한 방전 챔버를 포함한다. 이들 챔버는 두 개의 신장된 전극, 레이저 가스, 전극과 수냉식 핀 열 교환기간에 가스를 순환시키는 탄젠셜을 포함한다. 마스터 오실레이터는 도 4에 도시된 레이저 빔(14B)를 발생하기 위해 전력 증폭기를 통하는 두 패스에 의해 증폭된 제1 레이저 빔(14A)을 발생한다. 마스터 오실레이터(10)는 하기에 설명되는 특허에 설명되고 발명의 배경 단락에 개괄된 챔버 커플러(10C) 및 라인 내로우잉 유닛(10B)에 의해 형성된 공진 캐비티를 포함한다. 마스터 오실레이터(10)에 대한 이득 매체는 마스터 오실레이터 방전 챔버(10A)내에 포함된 두 개의 50cm 길이 전극간에 발생된다. 전력 증폭기(12)는 방전 챔버이고 본 실시예에서 두 신장된 전극간에 이득 매체를 제공하는 마스터 오실레이터 방전 챔버(10A)와 거의 동일하지만 전력 증폭기(12)는 공진 캐비티를 갖지 않는다. 이 MOPA 구성은 마스터 오실레이터가 파장 안정도 및 초협대역과 같은 빔 품질 파라미터를 최대화하도록 동작 및 디자인될 수 있게 하고; 반면에 전력 증폭는 전력 출력을 최대화하도록 동작 및 디자인된다. 예로서, 본원인의 사이머사로부터 상용구입가능한 현재기술의 광원은 단일 챔버 펄스당 5mJ, 4kHz, ArF 레 이저 시스템이다. 도 4에 도시된 시스템은 펄스당 10mJ(소망하면 그 이상), 4kHz, ArF 레이저 시스템으로 빔 품질에서 상당한 개선을 이룬 적어도 두 배의 평균 자외선 파워를 발생시킨다. 이러한 이유로 MOPA 시스템은 더욱 고 품질 및 거 파워 레이저 광원을 나타낸다. 도 4a는 MOPA 모듈러 레이저 시스템의 한 버전의 컴포넌트의 개괄적인 위치를 도시한다.
마스터 오실레이터
도 4 및 4a에 도시된 마스터 오실레이터(10)는 상기한 '884호 특허 및 US 제6,128,323호에 설명된 종래기술의 ArF 레이저와 여러면에서 유사하고 챔버 및 공진 캐비티 광학기기가 157.63nm 스펙트럼 범위에서의 F2 레이저 동작을 위해 구성된 것을 제외하곤 미국 특허출원 09/854,097호에 설명된 것과 실질적으로 등가물이다. 또한 출력 펄스 에너지는 약 5mJ 대신 약 0.1mJ 내지 1mJ 이다. 그러나, '323 레이저에 대한 주요 개선점은 4000Hz 이상으로 동작할 수 있도록 하는 것이다. 마스터 오실레이터는 라인폭 제어를 포함한 스펙트럼 성능에 대해 최적화되었다. 마스터 오실레이터는 각각이 50cm길이이고 약 12mm 이격된, 한 쌍의 신장된 전극((10A2) 및 (10A3))이 위치된 도4 및 도 4a에 도시된 바와 같이 방전 챔버(10A)를 포함한다. 아노드(10A4)는 아노드 지지 바(10A6)를 형성하는 플로우상에 장착된다. 4개의 핀형상 수냉식 열교환기 유닛(10A8)이 제공된다. 탄젠셜 팬(10A10)은 전극간에 약 80M/S의 속도로 레이저 가스 흐름을 공급하기 위해 두 개의 모터(도시되지 않 음)에 의해 구동된다. 챔버는 레이저 빔에 대해 약 47도로 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 0.5% F2 및 나머지는 네온, 헬륨, 또는 네온과 헬륨의 조합으로 된 레이저 가스를 통해 전극간의 방전에 의해 생성된다. 가스 흐름은 다음 펄스 이전에 방전 영역으로부터 각각의 방전의 잔해를 제거한다. 공진 캐비티는 LSP(10C)에 위치된 출력 커플러에 의해 출력측에 생성된다. 출력 커플러는 약 157nm의 레이저 광의 약 5%를 반사하고 약 157nm의 레이저 광의 약 95%를 통과시키기 위해 빔 방향에 수직으로 장착된 비코팅된 CaF2 반사 광학 미러로 구성된다. 공진 캐비티의 대향측 경계는 도 4에 도시된 최대 반사 미러(100)이다. 이 라인 선택 패키지(10c)는 도 16을 참조하여 하기에 더욱 상세히 설명된다.
바람직한 실시예에서 마스터 오실레이터 및 전력 증폭기를 위한 주 충전 커패시터 뱅크는 지터 문제를 검소시키기 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 농도 는 광범위 펄스 에너지에 대한 소망하는 빔 파라미터를 달성하기 위해 용이하게 제어될 수 있다. 대역폭은 레이저 가스 압력 및 F2 농도를 감소시킨다. 마스터 오실레이터를 위해 방전과 광-아웃간의 시간은 F2 농도(1ns/kPa)의 함수이고, 따라서 F2 농도는 타이밍을 변동시키도록 변경될 수 있지만 이것은 레이저 빔 제어의 다른 면을 복잡하게 할 수 있으므로 바람직하지 않을 수 있다.
전력 증폭기
실시예의 각각의 전력 증폭기는 대응하는 마스터 오실레이터 방전 챔버에 유사한 레이저 챔버로 구성된다. 두 개별적인 챔버를 갖는 것은 펄스 에너지와 일련의 펄스(도우즈라 칭함)의 집적 에너지가 파장과 대역폭과 별개로, 큰 정도로, 제어될 수 있게 한다. 이것은 양호한 도우즈 안정성이 될 수 있게 한다. 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. 또한 PA에서의 전극 간격은 바람직하게 약 8mm이다(MO에 대해 약 12mm에 비해)펄스 전력 증폭기의 전기 컴포넌트와 챔버의 밀접한 동질성은 펄스 형성 회로의 타이밍 특성은 지터 문제가 최소화되도록 실질적으로 동일한 것을 보장한다.
전력 증폭기는 도 4에 도시된 전력 증폭기 방전 챔버의 방전 영역을 통한 두 빔 패스를 위해 그리고 상기한 바와 같은 도1d에서의 4개 패시지를 위해 구성된다. 도 1의 실시예에서, 라인 선택은 F2 레이저에서의 이득이 KrF 및 ArF 레이저에 비해 높으므로 MO의 이득 매체의 다운스트림이다. 라인 선택된 시드 빔은 미러(14A)에 의해 반사되고 상기한 바와 같이 전력 증폭기를 통하는 하나를 위해 수평방향으로 반사된다.
충전 전압은 소망 펄스 및 도우즈 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.
MOPA 제어 시스템
도 4c는 본 발명의 실시예의 다수의 중요 제어 특징을 도시하는 블록도이다. 이 제어 시스템은 임의 유형의 리소그래피 머신(2)(스테퍼 머신 또는 스캐너 머신일 수 있음) 또는 레이저 동작 제어 패들(602)로부터 레이저 제어를 할 수 있게 하는 특수한 소프트웨어를 포함한다. 중앙처리장치(604)는 MOPA 시스템을 위한 마스터 제어이고 리소그래피 머신(2) 및 오퍼레이터 제어 패들(602)로부터, 인터페이스 하드웨어(600) 및 4개 직렬 포트(606)를 통해 명령을 수신한다.
레이저 제어 CPU(604)는 통신 CPI 베이스(610,612,614)를 통해 제어 CPU(608)를 파이어링하도록 통신한다. 파이어 제어 플랫폼 CPU(608)는 공진 충전기(49)에 의해 병렬로 충전된 MO 및 PA내의 충전 커패시터의 충전을 제어한다. 파이어 제어 CPU(608)는 각 펄스에 대한 HV 타겟을 설정하고 충전개시하도록 트리거를 제공한다(이 CPU는 하기에 설명되는 타이밍 제어 및 에너지 제어 알고리즘을 구현한다). 타이밍 에너지 모듈(618)은 MO 및 PA 광 검출기 모듈(620 및 622)의 광 검출기로부터의 신호를 수신하고 명령 모듈(616)로부터의 신호 및 명령에 기초하여 도 5에 도시된 MO 및 PA 충전 커패시터(42)로부터의 방전을 개시시키는 스위치를 트리거하는 정류자(50A) 및 PA 정류자(50B)에 피드백 트리거 신호를 제공하고 MO 및 PA 에 방전을 발생하기 위해 피킹 커패시터(82)에서의 방전 전압이 발생되는 결과로 되는 펄스 압축을 개시시킨다. TEM에 대한 추가 상세사항은 도 4d에 도시되어 있다.
타이밍 프로세스는 다음과 같다: 명령 모듈(616)은 타이밍 에너지 모듈(618)에 트리거 명령을 전송하고 소망하는 광 이전 27 마이크로초는 MO 및 PA내의 스위치(46)를 트리거링하기 위한 정밀한 시간을 제공한다. TEM은 "TEM 기준"이라 칭하는 기준시간을 수립함에 의해 타이밍 신호와 내부 클록을 동기화하고 트리거와 광 출력신호를 그 기준시간에 상관시킨다. TEM은 트리거 신호를 약 25피코초의 정밀도로 MO 스위치(46) 및 MO 정류자(50A)에 발행하고 약 30 내지 50 ns 후(명령 모듈(616)로부터의 명령어에 따라) 약 25ps의 정밀도로 PA 스위치(46) 및 PA 정류자 (50)에 발행한다. TEM은 그후 TEM 기준 시간에 대해 약 100ps의 정밀도로 PA 모듈(620 및 622)로부터의 광 출력 신호의 시간을 모니터한다. 이들 시간 데이터는 TEM에 의해 이들 데이터를 분석하는 명령 모듈(616)에 전송되고 다음 펄스에 대한 적절한 타이밍을 계산하며(하기의 알고리즘을 기초로 하여) 다음 펄스 이전 27 마이크로초에서, 명령 모듈(616)은 샐운 트리거 명령어를 타이밍 에너지 모듈(618)에 전송한다.
따라서 방전 타이밍 작업은 TEM 모듈(618)과 명령 모듈(616)간에 공유된다. 두 모듈간의 통신은 도 4c에 617로 나타낸 10 메가비트 동기 직렬 링크를 따른다. 모듈(618)은 초고속 트리거 발생 및 타이밍 방법론을 제공하고 모듈(616)은 초고속 계산을 제공한다. 함께 작업하는 것에 의해 타이밍을 모니터할 수 있고, 피드백을 제공하고, 정교한 알고리즘을 사용하여 다음 타이밍 신호를 계산하고 250 마이크로초 미만의 타임 윈도우내의 모든 정류자에 두 트리거 신호를 제공하고 일 초의 약 2 내지 5 수십억분의 일 미만의 두 방전의 상대 트리거링 정확도를 보장한다. TEM 모듈은 또한 광출력 신호를 스테퍼/스캐너(2)에 제공한다. 이 트리거링 프로세스는 스테퍼/스캐너(2)로부터의 명령어에 의해 또는 사용자 인터페이스 패들(602)을 통해 레이저 오퍼레이터에 의해 수정될 수 있다. 고속 모니터링 및 TEM 모듈에 사용된 유형의 트리거 회로는 캘리포니아 산호세, 샌프란시스코 및 버클리 소재의 하이랜드 테크놀로지와 같은 공급자로부터 상용구입가능하다. 이들 트리거 회로에 관한 이들 타이밍 회로, 이슈 및 특징의 정확도에 관한 중요성은 하기에 설명된다.
파장 제어가 MO의 출력을 모니터하는 라인 중심 분석 모듈(7)로부터의 피드 백 신호를 기초로 파이어 제어 플랫폼(608)로부터의 명령어로 LNM 제어기(624)에 의해 제공된다. 라인 센터를 측정하기 위한 기술이 하기에 설명된다.
레이저 시스템의 기타 엘리먼트에 대한 제어는 도 4c에 지시된 제어 영역 네트워크(CAN)에 의해 제공된다. CAN 인터페이스(626)는 레이저 제어 플랫폼(604)과 인터페이스하고 파워 클러스터(628), 좌측 옵틱 베이 클러스터(630) 및 우측 옵틱 베이 클러스터(632)들인 3개의 CAN 클러스터에 제어 정보를 제공한다. 이 CAN 네트워크는 레이저 제어 플랫폼(604)으로부터 여러 모듈에 제어를 제공하고 모듈로부터의 동작 데이터를 레이저 제어 플랫폼에 제공하는 모듈들과 쌍-방향 통신을 제공한다.
데이터 획득은 본원에 참조된 미국특허출원 제 09/733,194호에 설명된 인터넷 시스템을 통해 이용가능하고 대량의 데이터를 수집하여 저장할 수 있는 스위치 (636) 사이머-온-라인 모듈(634)을 통해 제공될 수 있다. 필드 서비스 포트(638)는 특수한 분석 및 테스트를 위해 CPU(608) 및 CPU(604)에 대한 액세스를 제공한다. 또한 8개 BNC 커넥터(640)는 특수 모니터를 위해 디지털-아날로그 컨버터(642)를 통해 이용가능하다.
펄스 파워 회로
도 4에 도시된 실시예에서, MO 및 PA 모두에 대한 기본 펄스 파워 회로는 종래의 리소그래피를 위한 엑시머 레이저 광원의 펄스 파워 회로와 유사하다. 그러나, 충전 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. 이러한 바람직한 구성은 도 7에 도시된다.
펄스 및 도우즈 에너지 제어
펄스 에너지 및 도우즈 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 전업은 소망 펄스 에너지를 산출하기 위해 선택된다. 바람직한 실시예에서, MO 및 PA에는 CO가 나란히 충전되므로 동일한 충전 전압이 공급된다.
상기한 바와 같이, 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 장 치로 조절된다.
가스 제어
본원의 바람직한 실시예에서 도 4A에 "가스"라고 표시된 가스 제어 모듈을 갖고 이것은 적당항 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, 제6,151,849호 및 제6,240,117호(본 명세서에 모두 참조됨)에 설명된 것과 같은 기술을사용하여 달성된다.
본 출원인이 그 바이너리 채움 기술이라 칭하는 레이저 가스를 챔버내부로의 연속 흐름을 제공하기 위한 다른 기술이 각각의 라인이 셧오프 밸브를 갖는 이전 라의 흐름을 두 배로 될 수 있게하는 연속 라인 오리피스를 각각 갖는 다수의(5개) 채움 라인을 제공하는 것이다. 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.
제1 바람직한 F2 주입 알고리즘
동작 이론
F2 소비
도 4에 도시된 MOPA 전력 증폭기 챔버(12)에 대한 F2 주입 알고리즘은 도 8a 내지 8f를 참조하여 설명될 수 있다. 이 알고리즘은 챔버(10)내의 F2 제어를 위해 사용된다. 이 알고리즘은 F2 소비가 펄스의 수에 기초하는 "능동 비율"로 소비가 시간의 경과에 기초하는 "수동 비율"로 소비된다는 가정을 기초로 한다. 이들 두 비율이 정확히 알려지면, 펄스의 수 및 시간의 경과는 임의 소망 값으로 농도를 유지하기 위해 주입되어야 할 시간의 F2 양을 정밀하게 결정하게 된다.
소비율(능동 또는 수동)은 임의의 주어진 챔버에 대해 정확히 알려지지 않으므로, 단순히 고정된 능동 및 수동 비율을 설정하는 것은 불충분하고 숏 및 시간 카운팅에 의존한다. 하기에 개괄된 알고리즘은 레이저의 동작 수명 동안 각각의 레이저에 대한 능동 F2 소비율을 적응적으로 결정하고, 연속적으로 F2 소비를 평가하기 위해 펄스 수와의 조합으로 상기 값을 사용하는 매커니즘을 제공한다. 소비될 F2 의 타겟양은 각각의 사이클의 시작시에 설정되고, 주입은 소비가 상기 임계치를 넘는 경우 수행된다. 전체 소비에 대해 수동 F2 소비의 작은 기여로 인해, 수동 F2 소비율에 대한 고정값이 모든 레이저에 대해 사용되어 진다.
주요 가정사항
· F2 소비율은 동작 조건(반복율, 전압, 듀티 사이클등)에 무관하다
· F2 소비율은 챔버의 수명에 걸쳐 저속으로 변동한다.
· [F2]는 시스템의 일부 반복가능하고 측정가능한 현상으로 부터 유추될 수 있다.
· F2 농도([F2]로 지정됨)
· [F2]는 가스 재충전시 정확히 알려짐
· [F2] 주입에 따른 의 변화는 정확히 알려짐
주입 결정 매커니즘
이 알고리즘의 주 목적은 F2 주입 조건을 레이저 동작 조건 및 측정 노이즈에 무관한 단일, 모호하지않은 기준으로 축소시키는 것이었다. 이를 위해, 각각의 F2 소비 사이클의 시작시(즉, 재충전 또는 주입 직후)에 3개의 값들이 고정된다: 사이클 동안 소비되어야 할 F2 주입양[kPa], 평가된 능동 소비율([kPa]/Mshot에서의 ACR), 및 수동 소비율([kPa]/시간에서의 PCR). 이들 세 값의 각각에 대한 통상적인 수치는 3.0kPa, 0.3[kPa]/Mshot, 및 0.05[kPa]/시간이다. (상기한 바와 같이 3.0kPa는 1% F2, 3% 아르곤 및 96% 네온의 F2 가스 혼합물의 부분 압력을 나타내는 것이다. 301챔버에 대해 이것은 플루오르 가스의 약 0.02그램을 나타낸다.)
레이저가 파이어됨에 따라, 현재 사이클에서 소비된 F2 양의 실행 추정치는 숏 카운트 및 경과 시간으로 계산된다.
[1]
Figure 112004051431811-pct00001
이 값은 현재 사이클 동안 소비될 F2의 타겟 양과 비교되고, 타겟 양이 소비되면, 주입이 요구된다.
[2]
Figure 112004051431811-pct00002
기타 로직이 F2 주입 결정에 입력되지 않는다.
능동 소비율 추정(ACRE)
이 알고리즘의 흥미있는 점은 능동 소비율의 추정에 있다. 이것은 시간-시험된 슬로프 시킹 인젝트(SSI) 알고리즘과 SSI를 동작 포인트 변경에 더욱 견고하게하는 "연속성" 추가된 새로운 알고리즘의 조합을 통해 달성된다.
슬로프 시킹 인젝트
슬로프 시킹 인젝트 알고리즘은 여러 기타 동작 파라미터, 및 Σ/V(주어진 입력 전압에서 출력 에너지)가 [F2]의 함수라는 인식에 기초한다. 레이저의 동작 포인트가 고정된 시점을 가정하면("동작 포인트"는 타겟 에너지, 반복율, 버스트 길이 및 듀티 사이클등)주어진 타겟 에너지에 필요한 전압은 F2가 소비됨에 따라 증가된다. 이 효과는 도 4에 도시된 전력 증폭기 챔버(12)에 대한 실험 데이터를 설명하는 도 8a에 예시되어 있다.
SSI 알고리즘은 F2 소비에 의한 전압 상승을 모니터링하고 전압 상승이 어떤 임계값을 초과하는 경우 F2 주입을 수행함에 의해 수행된다. 임계값은, 상기 전압이 특정 출력 에너지를 위한 초기 [F2]에 대응한다는 가정으로, 주입에 뒤이어 초기 전압이 복구되도록 각각의 소비 사이클 사이에 조정된다. [F2]과 ΔΣ/ΔV의 관계는 비선형이므로, 초기 전압을 복구하는 모순없는 전압 상승 타겟에 도달하기 위해선 다수의 주입을 행하게 된다. 10M 숏에서 한 주입으로 두 소비 사이클을 도시하는 시뮬레이션 데이터는 도 8b에 도시되어 있다.
SSI 방법은 동작 포인트 변경의 존재하에 분해되고, 이것은 현재 ΔΣ/ΔV 값 및 기준 ΔΣ/ΔV 값에 영향을 미친다. 에너지 타겟 변화는 기준 전압을 조정하기 위해 ΔΣ/ΔV의 추정치를 사용함에 의해 양호하게 처리될 수 있지만, 반복율 및 듀티 사이클 변화는 종래 SSI 알고리즘을 혼란스럽도록 알려졌다. 이 문제는 "연속성" 단락에서 나중에 설명된다.
이 알고리즘은 기본 SSI 개념을 이용하지만, 어떤 면에선 종래기술과는 상이하다. 주입 시간을 결정하기 위해 F2 소비에 기인한 전압 상승에 의존하기 보단, 이 알고리즘은 [F2] 와 에너지 효율간의 관계를 결정하기 위해 각각의 주입에 걸친 전압을 모니터한다. 주입양은 공지되고 주입시간은 짧으므로, 이 방법은 기본 소비 추정치에 더욱 정확한 수를 제공한다. 이 계산에 사용된 전압 값은 반복율 및 출력 펄스 에너지와 같은 동작 조건이 동일한(주입 이전 및 이후) 경우 취해진다. 짧은 시간 스케일은, 전압 변화 측정에서 에러를 유도하는, 기타 레이저 동작 조건이 크게 변경될 가능성을 감소시킨다. 소량의 희가스 혼합물은 F2 주입에 대한 챔버 동작 전압의 고속 응답을 보장하기 위해 가스 매니폴드와 챔버간의 가스 라인에 남아있는 를 챔버에 강제주입하도록 주입될 수 있다.
모든 전압 변화는 버스트 평균 전압(BAV)이라 칭하는 양에 기초하고, 이 명칭은 버스트내의 모든 펄스의 평균 전압을 나타내고, 초기 일시적 및 재입력하는 슬러그를 포함한다. 이 정의는 10,000 펄스 이동 평균동안 바람직하고 이는 동작 포인트 변경이 이루어지는 경우 버스트 경계에 걸쳐 BAV에서의 변화를 관측하는 것이 용이하다. 동작 포인트가 중간-버스트를 변경시키지 않으므로, 버스트 평균은 이 알고리즘에 대해 자연적인 그래뉼러리티이다. BAV는 N-버스트 이동 윈도우에 걸쳐 필터링되고, N은 구성가능하지만 양호한 알고리즘 성능을 위해 약 20 버스트(O[20]) 정도일 수 있다.
알고리즘으로 돌아가서, 주입에 걸친 전압 강하는 주입 전에 BAV를 저장함에 의해 계산되고, 주입을 수행하고, BAV가 새로운 평형으로 된다.
[3]
Figure 112004051431811-pct00003

소비 감도 인자
규정된 주입 사이즈 및 측정된 전압 강하는 단위 [kPa]/V로, 소비 감도 인자를 계산하는 데에 사용된다.
[4]
Figure 112004051431811-pct00004

이 스케일 인자의 두 형태는 전압 강하의 자승근을 취하는 것에 의해, 상기와 같이 제공된다. 전압과 [F2]간의 관계는 거의 이차방정식 관계인 것으로 관측된다는 인식으로, 상기한 제2 형태는 후속하는 선형 보정단계에서 양호한 수치 동작을 제공하고, 이것은 실제적으로 아직 증명되진 않았지만, 제기된 문제로 존재하게 된다.
고정된 사이즈에 대한 주어진 레이저의 응답은 매우 일정하고 반복가능하다. 각각의 주입이 행해짐에 따라, 최근 소비 감도 값, [F2]ΔV last 는 시스템에 대한 실행값을 갱신하는데에 사용된다.
[5]
Figure 112004051431811-pct00005

이것은 한 주입으로부터 다음으로의 노이즌의 충격을 감소시키기 위해 측정의 로우 패스 필터링을 제공한다. 이 방식으로, 소비 감도 인자는 그 수명 동안 레이저의 ACR을 적응적으로 추정 및 추적하고, 제어 시스템내의 일관된 파라미터로서 유지된다.
소비 추정
개괄한 바와 같이, 소비 감도 인자는 소비 사이클 동안 전압 상승 보단 주입에 걸쳐 전압 강하로부터 결정된다. 이 동일 스케일 인자는 두 방향에 모두 적용되는 것으로 가정된다. 주입 이후의 전압상승, ΔVrise, 를 추적함에 의해그리고 이 전압(또는 전압의 자승근, TBD)에 소비 스케일 인자를 적용함에 의해, 추정치는 소비된 F2의 적절한 양에 대해 주어진다.
[6]
Figure 112004051431811-pct00006

등식 [4] 내지 [6]을 조합하고, 순간적으로 등식 [5]를 로우 패스 필터링을 무시하면, 전압과 [F2]간의 관계는 단순히,
[7]
Figure 112004051431811-pct00007

소비에 의해 상승된 전압과 주입에 의해 강하된 전압이 등가이면, 소비된 F2의 양은 전압된 양과 정확히 등가이다. 기존 SSI 알고리즘은 초기 기준 전압에 복귀하는 결과가되는 타겟,ΔVrise, 를 조정함에 의해 이 평형상태를 탐색한다.
능동 소비율
실제로, 등식 [5]로부터의 [F2]ΔV 인 필터된 추정치와 등식 [6]에 의존하여 주어진 사이클 동안 소비된 F2의 실제양의 정확한 추정치를 산출해야 한다. 이로부터, 새로운 능동 소비율 추정치는 소비양을 최종 사이클에서 파이어된 숏의 실제 수로 나눔에 의해 행해질 수 있다.
[8]
Figure 112004051431811-pct00008
물론, 이 값은 ACR에 대해 실행값을 갱신하기 위해 로우-패스 필터된다.
[9]
Figure 112004051431811-pct00009

이 값은 레이저의 전체 수명에 걸쳐 저속으로 변동하는 값으로 레이저 챔버의 제1 가스 수명내에서 수렴되어야 한다.
소비 타겟
각각의 주입 결정은 등식 [1]에 나타난 바와 같이, 숏 수 및 경과 시간에 의존한다. 주어진 사이클에서 F2의 타겟양은 등식 [2]에 나타난 바와 같이 조정가능하고, 이 타겟 값은 주입 사이즈와 정확히 동일할 필요는 없다. ACRE 알고리즘은 주어진 사이클에서 소비된 F2의 양을 추정하도록 디자인되었으므로, 그 사이클의 끝에서 F2 나머지를 추정하는 것은 단순한 문제이다.
[10]
Figure 112004051431811-pct00010

"나머지"는 F2 의 초과 분(예로서 이전 ACR이 높았던 경우), 또는 부족분일 수 있다. 어떤 소비자에겐, 주입은 그것이 요구될 때 마다 곧 반드시 발생하지는 않고, 소비되는 F2 의 타겟양 보다 많게 된다. ACR 및 나머지 계산은 그것이 요구 된 경우 보단, 주입이 실제 발생한 경우에 기초하고, 이것은 홀수 시간 주입의 존재하에서 적절한 [F2 ] 를 유지하기 위한 매커니즘을 제공한다.
주어진 사이클에 대한 소비 타겟은 구성가능한 주입 사이즈 및 등식 [10]의 나머지로부터 직접 결정된다.
[11]
Figure 112004051431811-pct00011
등식 [11]은 소비 타겟의 나머지 항으로, 신뢰 스케일 인자,c,를 채용한다. 시뮬레이션을 통해 나머지 계산에 대한 무조건적 의존은 F2 소비 타겟에서 바람직하지 않은 요동이 되게함을 알았다. 주어진 추정치에서 신뢰를 수립하는 단순한 방법은 최종 ACR 값과 실행중인 ACR 값을 비교하는 것이다. 이들 값의 근사한 매치는 현재 소비 추정치가 신뢰성있고, 큰 편차가 추정치에서 신뢰 부족을 일으킨다는 것을 의미한다. 현재 시뮬레이션은 다음 소비 타겟을 설정하는 경우 나머지 계산을 이용하기 위해 고정된 에러 임계치, 및 0 또는 0.5인 신뢰 스케일 인자를 적용한다.
동작 포인트 변경("연속성")
이전 분석은 소비 사이클 동안 전압 상승과 F2 주입에 이어지는 전압 강하에 대한 정확한 측정에 의존한다. 동작 포인트 변경의 부존재하에, 전압상승은 숏 카 운트 자승에 대략 비례하는 단조 증가 함수이다. 그러나, 레이저 효율은 에너지 타겟, 반복율 및 듀티 사이클과 같은 일정한 동작 포인트 파라미터에서의 변화에 의해 변환한다. 표준 SSI 알고리즘은 이들 변화를, [F2]가 전혀 영향받지 않는 경우, 각각, 효율이 상승 또는 하강하는 지에 좌우되어, 추가 또는 소비로서의 변화로 해석한다.
연속성 개념은 전압 변화가 동작 포인트 변경에 기인한 전압 변화 보단 더욱 긴 시간 스케일에서 발생하는 F2 소비에 기인한다는 사실의 이점을 취한다. 동작 포인트 변경을 탐지하고, 이전변화 버스트 평균 전압 값을 저장하고, 새로운 전압으로 레이저가 설정되는 것을 대기한 후 이후변화 BAV 값을 주목하는 것이 실제적인 방법이다. 전압에서의 관측된 델타는 상기한 시간 스케일 인수에 기인하여 동작 포인트 변경에 전체적으로 기인한다. 이 변화에 걸쳐 연속 전압 상승을 유지함에 의해(초기 기준 전압으로부터), SSI 매커니즘은 유지될 수 있다.
이것이 어떻게 작용하는 지를 알기 위해, 소비 사이클의 시작시에 수립된 기준 전압과 BAV간의 단순한 차이인, ,ΔVrise, 의 정의로부터 시작한다.
[12]
Figure 112004051431811-pct00012

동작 포인트 변화에 곧이어, 실행 BAV는 선변화 값에 대한 기준 전압의 변경 단계를 나타나게 된다.
[13]
Figure 112004051431811-pct00013
동작 포인트 변화에 걸친 연속 전압 상승은 기준 전압에 전압을 추가하는 단계에 의해 유지될 수 있다.
[14]
Figure 112004051431811-pct00014

주어진 소비 사이클내에서의 다수의 동작 포인트 변화는 최초 기준 값으로부터의 단일 전압 오프셋내로 흡수될 수 있다.
[15]
Figure 112004051431811-pct00015
소비에 기인한 F2 전압을 계산하는 목적은, 새로운 기준 전압이 각 소비 사이클의 시작시에 수립되는 것이다. 기준으로부터의 전압 오프셋은 동일시점에 다시 제로화된다.
제1 바람직한 알고리즘 상세사항
목적
본 단락의 목적은 동작 이론 단락에 개괄된 알고리즘을 구형하기 위해 모든 로직을 정의하는 각가의 상태에 대한 상세 흐름도 및 최상위 레벨 상태를 제공하는 것이다. 모든 등식 및 기호는 두 단락간에 일치한다. 적절한 경우, 알고리즘이 종래 프로토타입 코드 및 시뮬레이션에 기초하여 구현되어야 하는 법을 제공하게 된다. 도 8c는 F2 주입 알고리즘에 대한 요약을 제공하는, 최상위 레벨 상태도이다. 각각의 상태는 다음 단락에서 개별적으로 설명된다.
기본 동작 상태
F2 주입 알고리즘의 목적을 위해, 재채움/주입, 고정 동작 포인트(Fixed Op Point), 및 새로운 동작 포인트인, 레이저에 대한 단지 세개 동작 상태가 있다. 정상 동작 동안, 레이저는 그 대부분의 시간을 고정 동작 포인트에 소비하고, F2 주입 알고리즘이 단순히 모니터하고 버스트 평균 전압을 이동시키는 동안 일부 고정 동작 포인트를 실행한다. 이 상태가 먼저 설명된다.
고정 동작 포인트(Fixed Op Point)
고정 동작 포인트를 나타내는 바람직한 알고리즘의 일부에 대한 개괄이 도 8d에 설명되어 있다. 상기한 바와 같이, 이 알고리즘에 대한 자연 그래뉼러리티는 버스트 레벨인 데, 이는 동작 조건이 버스트내에 고정되어 있기 때문이다. 각각의 버스트간에, 버스트 평균 전압은 그 버스트의 모든 펄스에 대한 고 전압 설정 포인트로부터 계산되어져야 한다. 또한, 버스트 평균 전압은 MO 및 PA 챔버에 대해 계산되어져야 한다. 이 평균화는 데이터의 일부 필터링을 제공하고 버스트 순시 전압, 최종 전압 또는 버스트에 대한 전압 타겟간을 구별할 필요를 제거한다. 프로토타입 코드에서, 버스트 평균 전압은 다른 펄스-펄스 프로세싱에 대한 추가 한-라인으로서 계산되고, 버스트간에만 실행되는 루틴에 전달된다. 버스트 평균 전압은 데이터의 추가 평활을 제공하는, 이동 평균 필터를 통해 실행된다. 전압 상승은 수동으로 또는 자동으로, 동작 포인트 변화 또는 주입 요구가 발행되면 그 값이 이용가능하도록, 각 버스트의 끝에서 계산된다.
각각의 버스트간에, F2 주입이 필요한지를 결정하기 위해 두 단계가 취해진다. 먼저, 이전 주입 이후의 추정된 [F2] 소비량이 숏 카운트(능동 소비) 및 경과 시간(수동 소비)의 조합으로부터 계산된다. 이 값은 그후 소비 타겟과 비교된다. F2 타겟양보다 많이 소비되었으면, 주입이 요구된다. 소비자에 좌우되어, 주입은 즉시 시작(재채움/주입 상태로 전이하는 결과로 됨)될 수 있거나, 알고리즘은 주입 요구가 수용될 때 까지 대기한다. 후자의 경우, 알고리즘은 "고정 동작 포인트"에서 정상으로 동작을 계속하고, 전압 상승 및 F2 소비를 모니터한다. 주입에 대한 신호가 고객 하드우에어에 의해 주어지면, 재채움/주입 상태로의 전이가 발생하게 된다. 이 방식으로, 소비된 F2에 대한 올바른 양 및 소비에 따른 전압 상승이 유지된다.
재채움/주입
이 재채움/주입 상태는 각각의 F2 소비 사이클에 대한 시작점에서 제공된다. 이 상태의 진입시, F2 소비 타겟은, 능동 소비율로서 사용된 값과 함께 사이클에 대해 설정된다. 이들 값 모두는 전체 사이클에 대해 고정된다.
도 8e의 상태 흐름도로부터 알 수 있는 바와 같이, 상이한 동작이 상태가 재채움 또는 주입 요구에 뒤이어 들어갔는 지에 좌우되어 취해진다. 재채움의 경우에, 소비 타겟은 주입 사이즈와 등가이고 ACR은 일관된 메모리로부터 판독된다. 소비 사이클이 완료되고 이 상태가 주입을 위해 되면, 소비 타겟은 전압 사이즈 및 이전 사이클로부터의 추정된 [F2] 나머지의 조합으로부터 계산된다. 이전 사이클 동안의 전압 상승은 능동 소비율을 갱신하는 데에 사용된다. 새로운 ACR은 다음 사이클을 위해 사용된다.
두 상이한 방법이 본 알고리즘에서 소비양을 계산하기 위해 사용된다. 소비 사이클 동안, ACR 곱하기 숏 카운트 더하기 PCR 곱하기 경과 시간이 다음 주입을 타이밍하기 이해 소비된 F2 양을 결정하는 데에 사용된다. 재채움/주입 상태에서, 전압 상승 곱하기 주입 감도가 그 대신 사용된다. 알고리즘이 수렴되면, 이들 값 은 상호 일치되어야 한다. 그러나, 이것을 참으로 만드는 ACR의 값을 찾는 것이 주입 상태의 요건이다.
실제 F2 주입은, 상태 엔트리 코드 블록에서 "Do F2 주입" 블록에 의해 지시된 바와 같이, 재채움/주입 상태인 동안 발생한다. 이 시점에서, 너트 및 볼트 관점으로부터 주입을 실제 수행하는 법-즉, 개방 밸브 A, 튜브에 가스를 주입, 폐쇄 밸브 A-을 설명한다.
다음 사이클에 대한 ACR 및 [F2] 타겟이 결정된 후, 재채움/주입 상태의 주 목적은 측정되는 전압 상승에 대한 기준 전압을 수립하는 것이다. 이것은 몇몇 버스트(구성가능한, 아마도 O[50])에 대한 버스트 평균 전압의 이동 평균을 모니터링함에 의해 행해진다. 소정 수의 버스트가 초과되면, 기준 전압이 설정되고, 상태 출구 코드가 실행된다.
주입에 뒤이어, 이 상태에 대한 출구 코드는 F2 소비 감도의 내부 추정치, [F2]ΔV last,를 갱신한다. 이 값은 전압 강하에 추가된 F2 의 비율이다. 단순한 로우-패스 필터가 하나의 주입으로부터 다른 것으로의 측정을 평활하기 위해 데이터에 적용된다.
새로운 동작 포인트
도 8f에 그래픽으로 나타낸, 새로운 동작 포인트는 소비율 평가기를 버릴 수 있는-에너지 설정 포인트, 반복율, 버스트 길이, 및 버스트간 간격의 조합-동작 포인트에서의 변화를 취급한다. 이들 파라미터중 하나의 변화는 버스트 평균 전압에서의 단계 변화로 되기 때문에, F2 공핍에 기인한 전압 상승을 적절히 추적하기 위해 상기 효과를 보정하는 것이 필요하다. 기본 매커니즘은 재채움/주입 상태에서의 기준 전압을 결정하는 데에 사용된 것과 동일하다. 버스트 평균 전압의 이동 평균이 소정 수의 버스트에 대해 추적된다. 이 수가 초과되면, 동작 포인트 변화에 기인한 전압 변화는 계산되고, 이 변화는 기준 전압 오프셋에 추가된다.
최상위-레벨 상태 전이 알고리즘으로 돌아가면, 재채움/주입으로부터 새로운 동작 포인트로의 경로가 있다. 이 경로는 기준 전압이 주입에 바로 뒤이어 수립되기 이전에 동작 포인트 변화가 발생하면 취해지게된다. 이 경우, 보정 동작은 소비 감고 인자를 갱신하지 않으며-이것은 수렴된 기준 전압을 필요로 한다-새로운 사이클에 대한 기준 전압을 수립하는 새로운 동작 포인트가 취급할 수 있게 한다. 그 어느 경우에, 새로운 동작 포인트는 그 출구 조건이 충족됨에 따라 고정된 동작 포인트로 전이하게 된다.
구현 주요 특징
수렴 출구 기준
현재 알고리즘 상세사항에서, 재채움/주입 및 새로운 동작 포인트는 새로운 버스트 평균 전압을 수립하기 위해 고정된 버스트 카운트를 필요로 하는 출구 기준을 갖는다. 더욱 정제된 출구 조건 검사는 재채움/주입 또는 동작 포인트 변화중 하나에 뒤이어 버스트 평균 전압의 경사도를 모니터하게 되고, 경사도가 소정 임계치이하로 강하하는 경우 수립되어야 할 적절한 기준 전압을 공표한다. 이것은 알고리즘이 재채움/주입 또는 새로운 동작 포인트에 지나치게 오래 소비되어지도록 하지 않고, 전압이 설정되는 동안 전압 상승을 결정하에 사용된 기준 전압이 수립되어지지 않도록 한다.
동작 포인트 변화 검출
임의의 주요 동작 포인트 파라미터가 버스트간에 변화되었는 지를 결정하기 위해 단순한 함수가 사용될 수 있다. 의사 검출을 방지하기 위해, 프로토타입 코드 설정 백분율은 새로운 동작 포인트가 호출되어지도록 트리거하는 임계치를 변화시킨다. 예로서, 5% 이상의 에너지 설정 포인트 변화, 5% 이상의 반복율 변화, 또는 10% 이상의 버스트간 간격 변화는 상태 전이를 일으키는 데에 필요로 된다. 또한, 변화는 일 타임 변화, 교정 버스트, 또는 웨이퍼 변화가 아닌 것을 보장하기 위해, 여러 버스트에 대해 일관되게 필요로 된다.
상태 공통 코드
모든 세 개 상태는 공통적으로 중간 데이터 처리 루프를 포함하는 데, 이는 버스트 평균 전압을 갱신하고 버스트 평균 전압의 이동 평균을 갱신하는 데에 이용된다. 구현 문제에 있어서, 버스트 평균의 연산은 LCP의 기타 부분에 의해 행해지 는 데, 이는 다양한 파라미터의 실행 평균이 이미 다른 이유로 유지되기 때문이다. 이 경우, F2 주입 알고리즘은 최신 BAV 값을 수신하고, 이동 평균을 갱신하고, 임의의 기타 작용이 동작 상태를 기초로 필요한지를 알기 위해 검사한다.
곤란한 상황들
· 고객이 주입이 발생할 때 마다 동작 조건을 변화시키려하면, 전압 감도 인자는 절대 갱신되지 않는 경우.
· 새로운 동작 포인트 상태가 동작 포인트 변화에 대한 검사가 행해지지 않기 때문에, 행에서 다수의 동작 포인트 변화가 상실되는 경우. 보정 동작은 동작 포인트 변화에 대한 검사로 될 수 있다.
제2 바람직한 F2 주입 알고리즘
2 챔버에 대해
본원인은 테스트를 통해 상기한 제1 알고리즘이 단일 챔버 레이저 시스템을 양호하게 수행시킨다고 판정했다. 그러나 이 알고리즘은 마스터 오실레이터가 F2 주입을 위한 목적으로 전력 증폭기에 슬레이브로될 수 있는 2-챔버 MOPA 시스템을 가정한다. 실제로 본원인은 이러한 가정이 마스터 오실레이터 F2 주입에 대한 개별 제어가 제공되어야 한다는 양호한 것이 아닌 것으로 판정했다.
본원인은 따라서 2-챔버 MOPA 시스템에 사용을 위한 하기와 같은 제2 바람직 한 알고리즘 상세사항을 제공한다. 이에 대한 개괄은 이전의 제1 바람직한 알고리즘 상세사항의 "동작 이론"이 본 제2 알고리즘 상세사항에 적용될 수 있다.
제2 바람직한 알고리즘 상세사항
목적
본 단락의 목적은 동작 이론 단락에 개괄된 알고리즘을 구현하기위해 모든 로직을 정의하기 위해 각각의 상태에 대한 상세흐름도 및 최상위-레벨 상태도를 제공하는 것이다. 모든 등식 및 기호는 두 단락간에 일관된다. 적절한 경우, 알고리즘이 기존 프로토타입 코드 및 시뮬레이션을 기초로 구현되어야 하는 법에 관해 가이드가 제공된다.
도 9a는 F2 주입 알고리즘의 요약을 제공하는 최상위-레벨 상태도이다. 각각의 상태는 다음 페이지에서 개별적으로 설명된다.
공통 코드
도 9b에 나타난 바와 같이, F2 주입 알고리즘은 각각의 버스트간의 어떤 작용에 의존한다. 이들 작용은 동작 포인트가 변경되었는 지, 및 수동 주입이 요구되었는 지의 여부를, 사이클 동안 현재 소비된 F2 추정치, 버스트 평균 전압 및 에너지(MO & PA 모두)를 모니터하는 보관기능에 관한 것이다. 설정된 F2 주입 모드(C152:, 자동,ECI, 수동)에 무관하게, 이들 타스크는 F2I 기능이 호출될 때 마다 수행되어야 한다. 이 공통 코드를 상태기로부터 꺼냄으로써, 레이저 제어 패들이 실행되어야 할 주입 알고리즘을 요구할 필요없이 관련 F2 정보를 제공함을 보장할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 알고리즘의 자연적 그래뉼러리티는 버스트 레벨에 있는 데, 이는 동작 조건이 버스트내에서 고정되기 때문이다. 각각의 버스트간에, 버스트 평균 전압은 그 버스트내의 모든 펄스에 대한 개별 전압 설정 포인트로부터 계산되어져야 한다. 또한, 버스트 평균 에너지는 MO 및 PA 챔버 모두로부터 계산되어진다는 것이 제안된다. 이 평균화는 데이터에 대한 몇몇 필터링을 제공하고 버스트 순시 전압, 최종 전압, 또는 버스트에 대한 최종 전압간에 구별할 필요를 제거한다. 프로토타입 코드에서, 버스트 평균 전압은 다른 펄스-펄스 프로세싱에 대한 추가 한-라인으로서 계산되고, 버스트간에만 실행되는 루틴에 전달된다. 버스트 평균 전압은 데이터의 추가 평활을 제공하는, 이동 평균 필터를 통해 실행된다. 전압 상승은 수동으로 또는 자동으로, 동작 포인트 변화 또는 주입 요구가 발행되면 그 값이 이용가능하도록, 각 버스트의 끝에서 계산된다. 버스트 평균 에너지 및 BAV 이동 평균은 정확히 동일 방식으로 계산된다. 이들 값은 가까운 장래에 챔버 F2 주입을 독립적으로 취급할 것이 필요로 된다.
각각의 버스트간에, 레이저 제어 패들 또는 스테퍼/스캐너 인터페이스로부터, 수동 주입이 외부적으로 발행되었는 지를 알기위해 행해진다. 이것은 알고리즘으로부터 주입 요구에 대한 응답일 수 있고, 이 경우 자동 주입을 수행하기 위해 "OK"로서 취급되어야 한다.
이전 주입이후의 소비된 [F2]의 추정양은 숏 카운트(능동 소비)와 경과 시간(수동 소비)의 조합으로부터 각각의 버스트간에 계산된다. 이 값은 패들상의 각각의 챔버에 대해 이용가능하고, 자동 주입이 필요한 지를 결정하기 위해 F2 주입 상태기에 의해 사용된다.
F2 주입 알고리즘을 위한 다양한 동작 상태가 버스트 당 한번인, 단순한 상태기에 의해 취급된다. 재채움/주입, 고정 동작 포인트(Fixed Op Point), 및 새로운 동작 포인트인, 레이저에 대한 단지 세개 동작 상태가 있다. 정상 동작 동안, 레이저는 그 대부분의 시간을 고정 동작 포인트에 소비하고, F2 주입 알고리즘이 단순히 모니터하고 버스트 평균 전압을 이동시키는 동안 일부 고정 동작 포인트를 실행한다. 이 상태가 먼저 설명된다.
고정 동작 포인트
도 9c에 도시된 바와 같은 알고리즘의 고정 동작 포인트 부분("고정 동작 포인트로 참조되는)은 도우즈가 두 조건에 대한 검사이외의 것에 대해선 매우 적은 상태이다. 첫째, 동작 포인트 변경이 검출되면, 전이는 "새로운 동작 포인트"에 대해 행해진다. 이 상태는 동작의 이론에 설명된 전압 상승의 연속성 부분을 취급한다. 둘째, 최근 소비된 [F2] 추정치는 현재 사이클에 대한 소비 타겟과 비교된 다. F2 타겟양보다 많이 소비되었으면, 주입이 요구된다. 소비자에 좌우되어, 주입은 즉시 시작(재채움/주입 상태로 전이하는 결과로 됨)될 수 있거나, 알고리즘은 주입 요구가 수용될 때 까지 대기한다. 후자의 경우, 알고리즘은 "고정 동작 포인트"에서 정상으로 동작을 계속하고, 전압 상승 및 F2 소비를 모니터한다. 주입에 대한 신호가 고객 하드우에어에 의해 주어지면, 재채움/주입 상태로의 전이가 발생하게 된다. 이 방식으로, 소비된 F2에 대한 올바른 양 및 소비에 따른 전압 상승이 유지된다.
재채움/주입
도 9d 및 9e에 도시된 바와 같은 재채움/주입 상태는 각각의 F2 소비 사이클에 대한 시작점에서 제공된다. 이 상태의 진입시, F2 소비 타겟은, 능동 소비율로서 사용된 값과 함께 사이클에 대해 설정된다. 이들 값 모두는 전체 사이클에 대해 설정된다.
실제 F2 주입은, 상태 엔트리 코드 블록에서 "F2 주입을 위한 대기" 블록에 의해 지시된 바와 같이, 재채움/주입 상태인 동안 발생한다. 이 시점에서, 너트 및 볼트 관점으로부터 주입을 실제 수행하는 법-즉, 개방 밸브 A, 튜브에 가스를 주입, 폐쇄 밸브 A-을 설명한다.
도 9d 및 9e의 상태 흐름도로부터 알 수 있는 바와 같이, 상이한 동작이 상 태가 재채움 또는 주입 요구에 뒤이어 들어갔는 지에 좌우되어 취해진다. 재채움의 경우에, 소비 타겟은 주입 사이즈(고정된)와 등가이고 ACR은 일관된 메모리로부터 판독된다. 소비 사이클이 완료되고 이 상태가 주입을 위해 되면, 소비 타겟은 전압 사이즈 및 이전 사이클로부터의 추정된 [F2] 나머지의 조합으로부터 계산된다. 이전 사이클 동안의 전압 상승은 능동 소비율을 갱신하는 데에 사용된다. 새로운 ACR은 다음 사이클을 위해 사용된다.
두 상이한 방법이 본 알고리즘에서 소비양을 계산하기 위해 사용된다. 소비 사이클 동안, ACR 곱하기 숏 카운트 더하기 PCR 곱하기 경과 시간이 다음 주입을 타이밍하기 이해 소비된 F2 양을 결정하는 데에 사용된다. 재채움/주입 상태에서, 전압 상승 곱하기 주입 감도가 그 대신 사용된다. 알고리즘이 수렴되면, 이들 값은 상호 일치되어야 한다. 그러나, 이것을 참으로 만드는 ACR의 값을 찾는 것이 주입 상태의 요건이다.
다음 사이클에 대한 ACR 및 [F2] 타겟이 결정된 후, 재채움/주입 상태의 주 목적은 측정되는 전압 상승에 대한 기준 전압을 수립하는 것이다. 이것은 몇몇 버스트(구성가능한, 아마도 O[50])에 대한 버스트 평균 전압의 이동 평균을 모니터링함에 의해 행해진다. 소정 수의 버스트가 초과되면, 기준 전압이 설정되고, 상태 출구 코드가 실행된다.
주입에 뒤이어, 이 상태에 대한 출구 코드는 F2 소비 감도, ???,의 내부 추 정치를 갱신한다. 이 값은 전압 강하에 추가된 F2 의 비율이다. 단순한 로우-패스 필터가 하나의 주입으로부터 다른 것으로의 측정을 평활하기 위해 데이터에 적용된다.
새로운 동작 포인트
도 9f에 그래픽으로 나타낸, 새로운 동작 포인트는 소비율 평가기를 버릴 수 있는-에너지 설정 포인트, 반복율, 버스트 길이, 및 버스트간 간격의 조합-동작 포인트에서의 변화를 취급한다. 이들 파라미터중 하나의 변화는 버스트 평균 전압에서의 단계 변화로 되기 때문에, F2 공핍에 기인한 전압 상승을 적절히 추적하기 위해 상기 효과를 보정하는 것이 필요하다. 기본 매커니즘은 재채움/주입 상태에서의 기준 전압을 결정하는 데에 사용된 것과 동일하다. 버스트 평균 전압의 이동 평균이 소정 수의 버스트에 대해 추적된다. 이 수가 초과되면, 동작 포인트 변화에 기인한 전압 변화는 계산되고, 이 변화는 기준 전압 오프셋에 추가된다.
최상위-레벨 상태 전이 알고리즘으로 돌아가면, 재채움/주입으로부터 새로운 동작 포인트로의 경로가 있다. 이 경로는 기준 전압이 주입에 바로 뒤이어 수립되기 이전에 동작 포인트 변화가 발생하면 취해지게된다. 이 경우, 보정 동작은 소비 감도 인자를 갱신하지 않으며-이것은 수렴된 기준 전압을 필요로 한다-새로운 사이클에 대한 기준 전압을 수립하는 새로운 동작 포인트가 취급할 수 있게 한다. 그 어느 경우에, 새로운 동작 포인트는 그 출구 조건이 충족됨에 따라 고정된 동작 포인트로 전이하게 된다.
새로운 동작 포인트로부터 그 자체로의 유효 경로도 있다. 목수의 백-투-백 동작 포인트 변경의 경우에, 버스트-인-상태 카운터는 리세트로되고, 전압 변화를 계산하기 위해 새로운 시도가 행해진다. 이 경우 오래된 동작 포인트는 최종 유효 고정 동작 포인트로 계속된다. 레이저가 궁극적으로 새로운 동작 포인트에 도착되는 한, 됨에 따라, 최종 전압 변화만이 다루어야 할 문제이어야 한다. 그러나, 이것이 시간이 많이 걸리면, 상당양의 F2가 변화 동안 소비된다는 가정이 위반되어진다. 카운터는 이 상태를 탐지하도록 증가되어야 한다. 카운터가 행에서 일정 수를 초과하면, 전압 추적은 그 주입 사이클 동안 포기되어야 한다.
구현 주요특징
수렴 출구 기준
현재 알고리즘 상세사항에서, 재채움/주입 및 새로운 동작 포인트는 새로운 버스트 평균 전압을 수립하기 위해 고정된 버스트 카운트를 필요로 하는 출구 기준을 갖는다. 더욱 정제된 출구 조건 검사는 재채움/주입 또는 동작 포인트 변화중 하나에 뒤이어 버스트 평균 전압의 경사도를 모니터하게 되고, 경사도가 소정 임계치이하로 강하하는 경우 수립되어야 할 적절한 기준 전압을 공표한다. 이것은 알고리즘이 재채움/주입 또는 새로운 동작 포인트에 지나치게 오래 소비되어지도록 하지 않고, 전압이 설정되는 동안 전압 상승을 결정하는 데에 사용된 기준 전압이 수립되어지지 않도록 한다.

동작 포인트 변화 검출
임의의 주요 동작 포인트 파라미터가 버스트간에 변화되었는 지를 결정하기 위해 단순한 함수가 사용될 수 있다. 의사 검출을 방지하기 위해, 프로토타입 코드 설정 백분율은 새로운 동작 포인트가 호출되어지도록 트리거하는 임계치를 변화시킨다. 예로서, 5% 이상의 에너지 설정 포인트 변화, 5% 이상의 반복율 변화, 또는 10% 이상의 버스트간 간격 변화는 상태 전이를 일으키는 데에 필요로 된다. 또한, 변화는 일 타임 변화, 교정 버스트, 또는 웨이퍼 변화가 아닌 것을 보장하기 위해, 여러 버스트에 대해 일관되게 필요로 된다.
신뢰 추정
레이저가 긴 시간 주기 동안 고정된 동작 조건에서 실행하는 경우, F2 공핍전압 패턴은 능동 소비율 추정치를 적응적으로 튜닝하기 위해 매우 일관된 방식을 제공한다. 그러나, 레이저가 동작 조건을 변화시키거나 유휴상태에 있을 때 마다 더 많은 에러가 알고리즘에 도입된다. 이를 해결하기 위한 한 가능한 방법은 단순한 신뢰 추정을 통하는 것이다. 각각의 동작 포인트에 대해, 신뢰는 100%의 가능한 시작 신뢰로부터 10%만큼 감소된다. 주입이 행해지면, 신뢰는 최신 ACR 추정치를 가중하기 위해 사용된다. 신뢰가 작으면-닷의 동작 포인트 변화, 긴 오프 시간, 일관되지 않은 전압 패턴- 시스템 ACR을 갱신하는 경우 가중치가 거의 없는 새 로운 추정치가 주어진다. 신뢰가 크면, 최신 ACR은 더욱 가중된다. 이 특징은 이 알고리즘에 대한 미래의 개정판이 된다.
곤란한 상황들
· 고객이 주입이 발생할 때 마다 동작 조건을 변화시키려하면, 전압 감도 인자는 절대 갱신되지 않는 경우.
타이밍에 기초한 F2 농도의 제어
본원인은 도 5a에 도시된 마스터 오실레이터 Cp 커패시터(82)의 제로 전압 크로싱과 MO 광 출력간의 시간차가 단지 F2 농도의 함수인 것을 알게되었다. 그러므로 이 시간 차이는 마스터 오실레이터에서 MO 챔버 F2 농도를 모니터하고 소망하는 범위 또는 소망하는 레벨로 농도를 제어하는 데에 사용될 수 있다. 도 12a는 방전 동안 MO 피킹 커패시터 전압의 그래프를 100으로 그리고 MO 광 출력의 강도에 대한 대응 그래프를 102로 나타내었다. 본원인은 106으로 도시한 바와 같이 상대 강도(이 경우 강도 최대치의 10%)의 크로싱에 대한 전압과 제로 크로싱(104)간의 시간 차를 측정한다.
도 12b는 34 kPa 로부터 40 kPa로의 PA 및 MO의 F2 농도의 변화에 의한 효과를 도시한다. 도 12c는 PA F2 농도를 일정하게 유지하면서 MO의 F2 농도가 변화하는 효과를 도시한다.
이들 데이터는 마스터 오실레이터에서의 F2 농도의 양호한 지시와 PA 에서의 F2 농도의 양호하지 못한 지시이다. 본원인은 이들 실험을 통해 충전 전압(및 펄스 에너지), 반복율 및 부하 인자가 MO의 F2 농도에 비해 ΔT에 대해 매우 작은 효과를 갖는다는 것을 증명하였다. 따라서 마스터 오실레이터에서의 F2 농도를 제어하기 위한 바람직한 방법은 가장 바람직한 MO 출력 특성을 신출하는 F2 농도를 결정하기 위해 일련의 테스트를 수행하고 타겟 농도를 광출력하기 위해 제로 Cp 에 대한 측정값(ΔT)를 설정하고 그후 동작 동안 그 값의 소망하는 범위내로 F2 농도를 제어하는 것이다. 이것은 제어가 공지된 기술을 이용하여 완전히 자동화되도록 프로그래밍될 수 있다.
F2 모니터의 원자 방사
본 출원인은 ArF, KrF 및 F2 레이저에서의 플루오르 농도를 측정하기 위한 스펙트로메틱 방법을 개발하였다. 이 기술은 MO 챔버가 가장 바람직한 F2 농도로 동작하도록 하기 위해 PA와 독립적으로 MO에서의 F2 농도를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
도 10a에 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이 경우 정규적으로 소비된 광은 LNM 케이싱의 작은 홀과 최대 반사(248nm의) 미러를 통과하는 도 6에 도시된 바와 같은 MO LNM에서의 제1 빔 확대 프리즘(112A)의 표면을 반사하고 필터 옵틱 픽업에 의해 포획되고 오션 옵틱사로부터 상용구입가능한 미니어처 필터 옵틱 스펙트로미터과 같은 소형 스펙트로미터에 투과된다. (특정 파장을 반사하도록 디자인된 미러는 다스의 기타 스펙트럼 대역을 통과한다). 따라서 스펙트로미터는 전체 방전 영역으로부터의 광을 본다. 플루오르 농도는 공지된 농도를 갖는 가스의 하나이상의 원자라인, 바람직하게는 하나이상의 네온 라인과 비교되어 하나이상의 원자 플루오르 스펙트럼 라인의 강도비에 의해 결정된다. 도 10b 및 10c는 이용가능한 플루오르 및 네온 라인의 몇몇 예를 도시한다. 도 10b 및 10c에서 F2 농도는 26.5 kPa이고 10c에 대해 F2 농도는 24 kPa 이다. 685.6nm 라인은 692.9nm 네온 라인과 비교된다. 도 10d에 도시된 바와 같이, 비율은 도 10b에서의 플루오르는 도 10c 경우에서의 플루오르보다 큰 1.113인 것을 지시한다. 실제 비율은 1.104이었다. 이것은 약 일 퍼센트의 에러를 나타낸다. 동일 셋업은 라인 내로우잉된 ArF 마스터 오실레이터 챔버에서의 F2 농도를 모니터하는 데에 사용될 수 있다. 마찬가지의 셋업은 F2 MOPA 시스템에서의 라인 선택된 마스터 오실레이터에 대해 사용될 수 있다. 이 기술은 라인 내로우잉된 및 광대역 단일 챔버 레이저 시스템에도 사용될 수 있다
약한-라인, 강한-라인 비율에 기초한 주입
상기한 바와 같이 도 4에 도시된 기본 레이저 시스템은 157.63mm 빔으로 동 작하는 F2 레이저 시스템으로서 구성될 수 있다. 이 시스템은 본원에 참조문헌으로 통합된 미국특허출원 제 10/243,102호에 설명되어 있다. 본원에서, 본원인은 F2 MOPA 시스템에서의 마스터 오실레이터는, MOPA 시스템의 전력증폭기를 적응적으로 시드하기 위해 충분한 출력을 산출하면서, 실제적으로 순 출력 빔이 157.63nm에서 산출되도록 157.52nm의 약한(weak) 플루오르 라인을 거의 제거할 수 있도록 하기에 충분히 낮은 F2 부분 압력에서 동작될 수 있음을 발견하였다. 이 경우의 F2 레이저 시스템에서; 따라서 MO F2 부분 압력을 제어하기 위한 기술은 두 스펙트럼 라인 및 출력 에너지를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터하고 일정 레벨에서 MO에서의 부분 압력을 유지시켜서 약한-라인에 대한 강한-라인의 비율이 대역폭 필요조건을 충족시키도록 충분히 크고 MO 펄스 에너지 출력이 전력 증폭기를 적응적으로 시드하도록 충분히 크게된다.
가변 대역폭 제어
상기한 바와 같이, 본원의 바람직한 실시예는 종래 엑시머 레이저 대역폭 보다 좁은 레이저 펄스를 산출한다. 몇몇 경우에, 대역폭은 포커스의 매우 짧은 초점 깊이를 갖춘 초점을 부여하는 소망하는 것 보다 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 리소그 래피 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.
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 제어는 1/1000 초 미만이 걸려야 한다. 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.
펄스 스트레처
집적회로 리소그래피 스캐너 머신은 제조하기 곤란하고 비용이 수백만 달러나되는 대형 렌즈를 포함한다. 이들 초고가 광학 컴포넌트는 고강도인 수십억개의 자외선 펄스로 인한 결과로 열화된다. 이들 레이저로부터의 전형적인 레이저 빔의 펄스 길이는 약 25ns이고 따라서 5 mJ 빔은 약 0.2mJ/ns 또는 0.2 x 106 와트/㎠ 의 펄스 파워를 갖는다. 펄스 지속시간을 변경하지 않고 펄스 에너지를 10 mJ로 증가시키는 것은 종래 기술 ArF 레이저 시스템에 비해 이들 고가의 광학 컴포넌트의 수명을 상당히 감소시킬 수 있는 약 0.4 x 106 와트/㎠로 펄스의 전력을 2배 증배시키 게된다. 본원인은 스캐너 광학기구 열화를 감소시키는 약 20ns로부터 약 50ns로 펄스 길이를 상당히 증가시킴으로써 상기 문제를 최소화한다. 펄스의 스트레칭은 빔 운반 유닛(6)과 BAM 유닛(38)의 광학기구에 대한 손상에 대한 잠재력을 최소화한다. 이 펄스 스트레칭은 도 1에 도시된 펄스 스트레처 유닛(12)으로 달성된다. 펄스 스트레처(12)를 를 통하는 빔 경로를 도시하는 확대도가 도 2에 도시되어 있다. 빔 스플리터(16)는 전력 증폭기 출력 빔의 약 60%를 4개의 포커싱 미러(20A,20B,20C, 20D)에 의해 생성된 지연 경로에 반사한다. 빔(14B)의 각각의 펄스의 40% 투과 부분은 빔(14C)의 도 2b에 도시된 대응 스트레칭된 펄스(13)의 제1 험프(13A)로 된다. 빔(14C)의 제1 반사부는 빔 스플리터(16)에 의해 반된 부분을 지점(22)에 포커싱하는 미러(20A)에 보낸다. 빔은 그후 확대되고 확대하는 빔을 병렬 빔으로 변환하는 미러(20B)로부터 반사되고 그것을 빔을 다시 지점(22)에 포커싱하는 미러(20C)에 보낸다. 이 빔은 미러(20B)와 같이 확대하는 빔을 병렬 빔으로 변경하고 그것을 다시 되돌려 빔 스플리터(16)에 보내는 미러(20D)에 의해 반사되고 여기서 제1 반사된 빔의 60%는 도 2b에 도시된 바와 같은 펄스(13)의 대부분의 험프(13B)가 되도록 하기 이해 출력 빔(14C)에서의 상기 펄스의 제1 투과부분과 완전히 일치되도록 반사된다. 반사된 빔의 40%는 빔 스플리터(14)를 투과하고 스트레칭된 펄스(13)에서 추가의 작은 험프를 산출하는 제1 반사된 빔의 경로를 정확히 따른다. 그 결과는 약 20ns로부터 약 50ns까지의 펄스 길이로 스트레칭된 스트레칭된 펄스(14C)이다. 스트레치 펄스(14C)는 도 2b에 강도 대 시간으로 나타내어 졌고 도 2a에 마찬가지로 나타난 전력 증폭기 출력 펄스(14B)의 형태와 비교될 수 있다. 이와같이, 펄스 스트레처는 10mJ 내지 15mJ의 펄스 강도를 거의 종래 기술의 5mJ의 펄스의 강도로 감소시킨다.
본 실시예에 따른 스트레칭된 펄스의 형태는 시간에 따라 더욱 작게 감소하는 피크들인 제1의 두 피크를 갖춘 두 개의 큰 거의 동일한 피크(13A 및 13B)를 갖는다. 스트레칭된 펄스의 형태는 60% 이상 또는 이하를 반사하는 빔 스플리터를 이용하여 수정될 수 있다. 본원인은 약 60% 를 반사하는 빔 스플리터는 "시간 집적된 자승" 펄스 길이인 또는 "tIS"로 알려진 파라미터에 의해 측정된 펄스의 최대 스트레칭을 산출한다. 이 파라미터의 사용은 홀수로 형성된 파워 대 시간 커브를 갖는 펄스의 유효 펄스 지속시간을 결정하기 위한 기술이다. 즉, tIS는 아래와 같이 정의된다.
Figure 112004051431811-pct00016

여기서 I(t)는 시간의 함수로서 강도이다.
빔 프로파일 및 발산 특성을 유지하기위해, 지연 전달 경로를 통하는 빔은 단일 확대, 초점 텔레스코프로서 기능해야하는 이미징 릴레이 시스템을 생성해야 한다. 그 이유는 엑시머 레이저 빔의 인트린직 발산에 의하기 때문이다. 빔이 이미징되지 않고 지연 경로를 통해 보내지면, 빔의 지연된부분은 그것이 빔 스플리터에서 재조합되는 겨우 오리지널 빔과는 상이한 사이즈로 된다. 펄스 스트레처의 초점 텔레스코프 기능 및 이미징 릴레이를 생성하기 위해 미러는 지연 경로의 길이에 의해 결정된 특정 반경의 곡선부로 디자인된다. 미러(20A 및 20D)간의 간격은 미러의 오목면의 곡선부의 반경과 같고 전체 지연 전달 경로의 1/4 이다.
상기한 바와 같이 스트레칭된 펄스의 맨처음의 두 피크의 상대 강도는 빔 스플리터의 반사도를 변경시킴으로써 수정될 수 있다. 펄스 스트레처의 출력(tIS)는 빔 릴레이 시스템의 효율에 종속한다. 출력(tIS)은 빔 스플리터에서의 손실양 및 이미징 릴레이 미러의 반사도의 양에 종속한다. 빔 스플리터에서의 2%의 손실과 97%의 이미징 릴레이 미러 반사도를 위해, 최대 tIS 확대는 빔 스플리터의 반사도가 약 63%일 경우 발생한다.
펄스 스트레처의 정렬은 4 이미징 릴레이 미러가 조정가능할 것이 요구된다. 두 조정가능 미러의 각각은 전체 4 자유도를 생성하는 팁/틸트 조정으 갖게된다. 두 조정가능 미러 시스템의 공동초점(cofocal) 디자인으로 인해 시스템의 대향 단부에 위치될 것이 필요하다. 이 실시예는 수동으로 정렬된다. 자기-정렬 펄스 스트레처를 생성하는 것은 4 자유도를 필요로하는 자동 조정 및 피드백 정보를 정렬을 특징화하기 위해 제공할 수 있는 진단 시스템을 필요로 한다. 정렬 성능을 규정할 수 있는 이러한 진단 시스템의 디자인은 펄스 스트레처의 근거리 필드 및 원거리 필드 출력을 이미징할 수 있는 이미징 시스템을 필요로 한다. 두 평면(근거리 필드 및 원거리 필드)에서 오리지널 펄스로 서브-펄스의 오버레일 검사함으로써 서브-펄스의 각각이 오리지널 펄스와 공동-선형(co-linear)방식으로 전파하는 출력 을 생산하도록 미러를 자동으로 조정하기 위한 필요 정보를 갖게된다.
릴레이 광학기구
본 실시예에서 마스터 오실레이터(8)의 출력 빔(14A)은 출력 빔(14B)을 산출하기 위해 전력 증폭기(10)를 통하는 두 패스에 의해 증폭된다. 이를 달성하기 위한 광학 컴포넌트는 본원인이 명명한 3개의 모듈인, 마스터 오실레이터 파면 엔지니어링 박스 "MO WEB"(24), 전력 증폭기 파면 엔지니어링 박스 "PA WEB"(26) 및 빔 리버서"BR"(28)에 수용된다. 이들 3 모듈은 라인 협소화 모듈(8B) 및 출력 커플러(8A)와 함께 전력 증폭기(10)의 방전 챔버 및 방전 챔버(8C)와 독립적으로 단일 수직 광학 테이블상에 모두 장착된다. 방전 및 팬 회전에 의한 음향 충격에 의한 챔버 진동은 광학 컴포넌트와 분리되어야 한다.
마스터 오실레이터 라인 협소화 모듈 및 출력 커플러의 광학 컴포넌트는 본 실시예에서 일부 특허출원에 상세히 설명되고 발명의 배경 단락에 참조된 종래기술의 리소그래피 레이저 광원의 그것들과 실질적으로 동일하다. 라인 협소화 모듈은 리트로우 구성으로, 3 또는 4개 프리즘 빔 확대기, 초고속 응답 튜닝미러 및 회절격자를 포함한다. 출력 커플러는 KrF 시스템에 대한 출력 빔의 약 20% 및 ArF에 대해 약 30%를 반사하고 나머지는 통과시키는 부분 반사 미러이다. 마스터 오실레이터(8)의 출력은 라인 중심 분석 모듈(LAN;7)에서 모니터링되고 MO WEB(24) 내부로 전달된다. MO WEB(24)은 출력 빔(14A)을 PA WEB에 정밀하게 보내기 위한 정렬 컴포넌트와 전체 내부 반사(TIR) 프리즘을 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같은 TIR 프리즘은 고강도 자외 방사선하에서 열화시키는 반사 코팅을 필요로 하지 않고 90 퍼센트 이상의 효율로 레이저 빔을 90도 방향을 바꿀 수 있다. 대안으로, 내구성 고 반사 코팅을 갖춘 제1 표면 미러가 도 3e에 도시된 바와 같은 TIR 프리즘 대신에 사용될 수 있다.
PA WEB(26)은 도 3c-f에 도시된 바와 같은 TIR 프리즘(26A) 및 레이저 빔(14A)을 전력 증폭기 이득 매체를 통하는 제1 패스에 보내기 위한 정렬 컴포넌트(도시되지 않음)를 포함한다. 대안으로, 고 반사 코팅을 갖춘 제1 표면 미러는 TIR 프리즘을 대체할 수 있다. 빔 리버서 모듈(28)은 도 3b에 도시된 2-반사 빔 리버싱 프리즘(28A)을 포함하고 도 3a에 도시된 1-반사 프리즘과 같이 전체 내부 반사에 의존하고 따라서 어떠한 광학 코팅도 필오 하지 않는다. P-편광 빔이 입력되고 프리즘을 빠져나오는 면은 반사 손실을 최소화하기 위해 브루스터의 각도로 방향지워지고, 프리즘이 거의 100% 효율이 되어지게 한다.
빔 리버서 모듈(28)에서의 리버싱 후, 부분 증폭된 빔(14A)은 전력 증폭기 이득 매체를 통하는 다른 패스를 만들고 전력 증폭기 출력 빔(14B)으로서 PA WEB(26)과 스펙트럼 분석 모듈(9)을 통해 빠져나간다. 이 실시예에서 전력 증폭기 를 통하는 빔(14A)의 제2 패스는 전력 증폭기 방전 챔버내에서 시장된 전극과 정렬된다. 제1 패스는 제2 패스에 대해 약 6 밀리라디안의 각도로 한 경로를 따르고 제1 패스의 제1 경로는 이득 매체의 두 단부 사이의 절반인 지점에서 이득 매체의 중심라인을 가로지른다.
빔 전달 유닛
본원의 바람직한 실시예에서 스캐너 머신(2)에 대해 특정된 필요조건을 만족하는 펄싱된 레이저 빔은 레이저 시스템의 일부로서 공급된 빔 운반 유닛(BDU;beam delivery unit)이 스캐너의 광 입력 포트에 구비된다. BAM으로 칭하는 도1의 38로 나타낸 빔 분석 모듈은, 스캐너에 제공된 광이 소망하는 강도, 파장 및 대역폭이고 도우즈 및 파장 안정도와 같은 모든 품질 필요조건에 부합되는 것을 보장하기 위해, 유입 빔을 모니터하고 피드백 신호를 레이저 제어 시스템에 제공하도록 스캐너의 입력 포트에 제공된다. 파장, 대역폭 및 펄스 에너지는 본원에 참조문헌으로 통합된 미국 특허출원 10/012,002호에 설명된 기술을 이용하여 4,000Hz까지의 펄스율에서 펄스간 기준으로 빔 분석 모듈내의 메티오롤로지 장비에 의해 모니터된다.
기타 빔 파라미터는 임의 소망 주파수로 모니터되는 이는 편광, 프로파일, 빔 사이즈 및 빔 포인팅과 같은 기타 파라미터가 비교적 안정하기 때문이고, 파장, 대역폭 및 펄스 에너지 파라미터 보다 통상적으로 덜 빈번하게 모니터된다.
특수 F2 레이저 특징
상기 설명은 대부분 ArF 레이저 시스템에 적용도지만 대부분의 모든 특징은 업계에 공지된 기술로 최소한의 수정으로 KrF 레이저에 마찬가지로 적용될 수 있다. 본 발명의 F2 버전에 대해 약간의 중요한 수정이 필요하다. 이들 변경은 전력 증폭기의 다운스트림 또는 두 챔버간의 라인 선택기 및/또는 LNP의 위치에 있는 라인 선택기를 포함한다. 라인 선택기는 프리즘의 패밀리이다. 빔에 대해 적절히 위치된 투명 플레이트는 출력 빔의 편광을 개선하기 위해 두 챔버간에 사용될 수 있었다. 디퓨저는 출력 빔의 코히어런스를 감소시키기 위해 두 챔버간에 추가될 수 있다.
------------------------------------------------------------------
다양한 변형이 본발명의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 당업자는 다수의 기타 가능한 변형을 알 것이다.
ArF, KrF 또는 F2 리소그래피 시스템이 이용될 수 있다. 본 발명은 미국특허 제6,151,349호에 설명된 레이저 시스템과 같은 단일 챔버 레이저 시스템에서의 F2 주입을 위해 이용될 수 있다. 도 8a-f에 설명된 알고리즘은 단일 챔버 레이저 시스템을 위한 것이다. 본 발명은 기타 자외선 파장이 필요로 될 수 있는 리소그래피외에도 이용될 수 있다. 본원의 주요 개선사항은 소망 빔 품질을 갖는 자외선 레이저 빔을 자외선 레이저 광원을 필요로 하는 장비의 입력 포트에 전달하기 위해 레이저 시스템의 장비를 추가하는 것이다. 본원에 참조된 이외의 다양한 피드백 제어 장치가 사용될 수 있다.
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. 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 이외의 팬도 사용가능하다. 이것은 4KHz 이상의 반복율에 요구된다. 팬 및 열 교환기는 방전 챔버의 외부에 위치될 수 있다.
따라서, 상기한 발명의 개시는 본발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 결정되어야 한다.





Claims (28)

  1. 초협대역 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템에 있어서,
    A) 방전 챔버로서;
    a) 제1 레이저 가스,
    b) 제1 방전 영역을 정의하는 제1 쌍의 신장되고 이격된 전극,
    c) 초당 4,000 펄스 이상의 범위의 반복율로 동작하는 경우, 각각의 펄스에 뒤이어, 다음 펄스 이전에 거의 모든 방전 발생된 이온을, 상기 제1 방전 영역으로부터 클리어시키기 위해 상기 제1 방전 영역에 상기 제1 레이저 가스의 충분한 가스 이동을 발생시키기 위한 제1 팬, 및
    d) 상기 제1 레이저 가스로부터 적어도 16kw의 열 에너지를 제거시킬 수 있는 제1 열 교환기 시스템,
    을 포함하는 방전 챔버;
    B) 상기 제1 방전 챔버에서 발생된 광 펄스의 스펙트럼 대역폭을 내로우잉하기 위한 라인 내로우잉 유닛;
    C) 약 5mJ을 초과하는 정밀하게 제어된 펄스 에너지로 초당 4,000 펄스 이상의 비율로 레이저 펄스를 발생시키기에 충분한 전기 펄스를 상기 제1 쌍의 전극에 공급하도록 구성된 펄스 파워 시스템;
    D) 상기 레이저 챔버에 함유된 플루오르 가스 농도를 소망하는 범위내로 유지시키고, 레이저 시스템의 동작 동안 ΔE/ΔV 감소를 모니터링하고 공지된 F2 양의 F2주입의 결과로서의 ΔE/ΔV 증가를 모니터링하기 위한 하나이상의 알고리즘으로 프로그램된 하나이상의 프로세서를 포함하는, 플루오르 주입 시스템; 및
    E) 상기 레이저 시스템에 의해 발생된 레이저 출력 펄스의 대역폭, 파장 및 펄스 에너지를 측정하고 피드백 제어 장치에서의 상기 레이저 출력 펄스를 제어하기 위한 레이저 빔 측정 및 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 하나이상의 알고리즘은 능동 F2 소비율을 모니터링하기 위한 수단을 포함하고 수동 소비를 모니터링하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 ΔE/ΔV 증가는 F2주입 직전 및 직후, 고정 에너지 출력에 대응하는 방전 전압의 변화로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 ΔE/ΔV 증가는 F2 주입 직전 및 직후, 측정된 ΔE/ΔV 값에 기초하여 ΔE/ΔV의 변화로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  5. 제1 항에 있어서, ΔV 를 결정하기 위해 사용된 전압 값은 펄스의 하나 이상의 버스트를 포함하는 복수의 펄스에서의 평균 전압 값으로 표현되고 상기 평균 전압 값은 BAV를 정의하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 알고리즘은 N-버스트 이동 윈도우를 통해 상기 BAV를 필터링하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 값은,
    Figure 112004051431811-pct00017
    인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 알고리즘은 F2 소비의 추정치를 계산하는 데 있어 로우 패스 필터를 제공하기 위해 소비 감도 인자를 이용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 로우 패스 필터는,
    Figure 112004051431811-pct00018
    의 형태인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 알고리즘은 능동 F2 소비율의 값을 갱신하기 위해 로우 패스 필터를 이용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 로우 패스 필터는,
    Figure 112004051431811-pct00019
    의 형태인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제1 항에 있어서, 동작 동안 전압 증가는 기준 전압과 버스트 평균 전압을 나타내는 값간의 차이를 계산함에 의해 결정되고 기준 전압은 소비 사이클의 시작시에 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  13. 제2 항에 있어서, 상기 알고리즘은 플루오르 주입간의 방전을 카운팅하기 위한 그리고 주입간의 시간 지속시간을 모니터링하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  14. 제3 항에 있어서, 상기 제1 제어 알고리즘은 또한 특정 플루오르 주입으로부터 생기는 전압 변화와 플루오르 주입 사이즈의 함수인 소비 감도 인자를 계산하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  15. 제3 항에 있어서, 상기 알고리즘은 전압 변화의 자승근과 플루오르 주입 사이즈의 함수인 소비 감도 인자를 계산하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  16. 초협대역이고 2챔버를 갖는 고 반복율 가스 방전 레이저 시스템에 있어서,
    A) 제 1 레이저 유닛으로서,
    1) 제1 방전 챔버,
    e) 제1 플루오르 함유 레이저 가스,
    f) 제1 방전 영역을 정의하는 제1 쌍의 신장되고 이격된 전극,
    g) 초당 4,000 펄스 이상의 범위의 반복율로 동작하는 경우, 각각의 펄스에 뒤이어, 다음 펄스 이전에 거의 모든 방전 발생된 이온을, 상기 제1 방전 영역으로부터 클리어시키기 위해 상기 제1 방전 영역에 상기 제1 레이저 가스의 충분한 가스 이동을 발생시키기 위한 제1 팬, 및
    h) 상기 제1 레이저 가스로부터 적어도 16kw의 열 에너지를 제거시킬 수 있는 제1 열 교환기 시스템,을 구비하는 제 1 방전챔버
    를 포함하는 제1 레이저 유닛;
    B) 상기 제1 방전 챔버에서 발생된 광 펄스의 스펙트럼 대역폭을 내로우잉하기 위한 라인 내로우잉 유닛;
    C) 제2 방전 챔버로서,
    1) 제2 플루오르 함유 레이저 가스,
    2) 제2 방전 영역을 정의하는 제2 쌍의 신장되고 이격된 전극,
    3) 초당 4,000 펄스 이상의 범위의 반복율로 동작하는 경우, 각각의 펄스에 뒤이어, 다음 펄스 이전에 거의 모든 방전 발생된 이온을, 상기 제2 방전 영역으로부터 클리어시키기 위해 상기 제 2 방전 영역에 상기 제2 레이저 가스의 충분한 가스 속도를 발생시키기 위한 제2 팬, 및
    4) 상기 제2 레이저 가스로부터 적어도 16kw의 열 에너지를 제거시킬 수 있는 제2 열 교환기 시스템,
    을 포함하는 제 2 방전 챔버;
    D) 약 5mJ을 초과하는 정밀하게 제어된 펄스 에너지로 초당 4,000 펄스 정도의 비율로 레이저 펄스를 발생시키기에 충분한 전기 펄스를 상기 제1 쌍의 전극 및 상기 제2 쌍의 전극에 공급하도록 구성된 펄스 파워 시스템;
    E) 상기 레이저 챔버에 함유된 플루오르 가스 농도를 소망하는 범위내로 유지시키고, 레이저 시스템의 동작 동안 ΔE/ΔV 감소를 모니터링하고 공지된 F2의 양의 F2 주입의 결과로서의 ΔE/ΔV 증가를 모니터링하기 위한 알고리즘으로 프로그램된 하나이상의 프로세서를 포함하는, 플루오르 주입 시스템;
    F) 증폭된 출력 빔을 발생하기 위해 상기 제2 방전 챔버를 통해 상기 제1 레이저 유닛에 발생된 레이저 빔을 보내기 위한 릴레이 광학기구; 및
    G) 상기 두 챔버 레이저 시스템에 의해 발생된 레이저 출력 펄스의 대역폭, 파장 및 펄스 에너지를 측정하고 피드백 제어 장치에서의 상기 레이저 출력 펄스를 제어하기 위한 레이저 빔 측정 및 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 하나이상의 제어 알고리즘은 플루오르 주입들간의 방전을 카운팅하기 위한 그리고 주입간의 시간 지속시간을 모니터링하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 하나이상의 제어 알고리즘은 또한 특정 플루오르 주입의 결과로부터 생기는 전압 변화와 플루오르 주입 사이즈의 함수인 소비 감도 인자를 계산하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  19. 제17 항에 있어서, 상기 하나이상의 제어 알고리즘은 전압 변화의 자승근과 플루오르 주입 사이즈의 함수인 소비 감도 인자를 계산하기 위한 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  20. 제18 항에 있어서, 상기 하나이상의 제어 알고리즘은 상기 제1 및 제2 방전 챔버내의 F2 농도를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  21. 제16 항에 있어서, 상기 하나이상의 제어 알고리즘은 상기 제2 방전 챔버와 분리된 제1 방전 챔버내의 플루오르 농도를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 제1 방전 챔버내의 플루오르 농도를 모니터링하기 위해 사용되는 플루오르 모니터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 플루오르 모니터링 수단은 스펙트로미터인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  24. 제23 항에 있어서, 상기 제1 방전 챔버는 라인 내로우잉 모듈을 포함하는 마스터 오실레이터이고 상기 제1 방전 챔버로부터의 소모된 광과 라인 내로우잉 모듈의 광학 컴포넌트로부터 반사된 광을 모니터링하기 위한 광 수집 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  25. 제22 항에 있어서, 상기 모니터링 수단은 상기 펄스 파워 시스템의 고전압 커패시터상의 고전압 펄스와 상기 제1 방전 챔버에 발생된 광 펄스간의 시간 차이를 표현하는 시간 차동을 모니터링하기 위한 타이밍 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 시간 차이는 상기 고전압 커패시터내의 제로 전압 크로싱과 상기 광 펄스내의 광 강도 레벨 크로싱에 기초하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  27. 제16 항에 있어서, 레이저 빔을 리소그래피 디바이스에 전달하기 위한 빔 전달 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  28. 제16 항에 있어서, 펄스 스트레처 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
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