KR101073940B1 - 초단파장 초협대역폭 고전력 레이저의 광스펙트럼 출력의대역폭을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

초단파장 초협대역폭 고전력 레이저의 광스펙트럼 출력의대역폭을 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 파라미터를 나타내는 측정 파라미터를 출력으로서 제공하도록 적용된 광 대역폭 측정 유닛; 및 공식: 보고 파라미터("RP") = A*(측정 파라미터("MP")) + C에 따라 측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 보고 파라미터를 계산하도록 적용된 보고 파라미터 계산 유닛;을 포함하고, 레이저로부터 방출된 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하도록 적용된 스펙트로미터를 포함할 수 있는 레이저 시스템을 제어하는 장치 및 방법이 개시되었다. 상기 RP 및 MP는 상이한 유형의 파라미터이고 A 및 C의 값은 RP의 공지된 값의 광에 대한 광 대역폭 측정 유닛 MP 응답값의 교정에 기초하여 결정된다. 광 대역폭 측정 유닛은 에탈론과 같은 간섭 또는 분산 광학 기기를 포함할 수 있다. RP는 예를 들어, FWXM에서의 파라미터일 수 있고 MP는 예를 들어, FWX'M에서의 파라미터일 수 있고, X≠X'이다. RP는 예를 들어, EX%에서의 파라미터일 수 있고 MP는 예를 들어, FWXM에서의 파라미터일 수 있다.
레이저 시스템, 대역폭, 스펙트로미터, 측정 파라미터, 보고 파라미터, 광 대역폭 측정 유닛, FWXM

Description

초단파장 초협대역폭 고전력 레이저의 광스펙트럼 출력의 대역폭을 측정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING BANDWIDTH OF AN OPTICAL SPECTRUM OUTPUT OF A VERY SMALL WAVELENGTH VERY NARROW BANDWIDTH HIGH POWER LASER}
본 발명은 소스의 대역폭, 예를 들어, 협대역폭의 광을 방출하는 레이저에 대한 레이저 방출광의 대역폭의 정확한 추정에 관한 것이다.
스펙트로미터는 광원, 예를 들어, 레이저의 파장 및 대역폭의 측정에 사용되는 것으로 잘 알려져 있다. 예를 들어, 이러한 대역폭 미터의 출력은 실제, 당업분야에서 잘 알려진 위치 감지 검출기, 예를 들어, 광다이오드 어레이("PDA")를 사용한 측정의 결과이다. 대역폭 미터는 대역폭의 측정 동안 측정되는 스펙트럼을 수정하는 자체 응답 함수를 가지고 있다.
그러나, 예를 들어, 극초대규모("ULSI") 집적 회로 제조에서의 보다 좁은 크리티컬 다이멘션 라인 특징에 대한 요구사항으로서, 중심 파장 주변의 보다 좁게 제어된 대역폭에 의해 한정된 순도를 가지고 특정 단파장(딥 자외선- "DUV" 및 극자외선- "EUV")에서의 순수 레이저광에 대한 요구가 계속 증가함에 따라, 이러한 측정을 위해 사용되는 에탈론은 사용되는 실제 에탈론과 동일한 대역필터에 접근하 는데 요구되는 레이저 대역폭으로 인한 에러에 보다 더 취약해지고 있다. 예를 들어, 최근에 공개된, 본원의 양도에 의해 양수인이 된 사이머 인코포레이티드의 제품, XLA 100에서, 온보드 대역폭 미터는 약 0.12 pm의 밴드패스를 가진 에탈론을 사용하였고 레이저는 대략 0.1 pm와 0.18 pm 사이의 출력을 제공하였는데, 이는 공진 대역폭을 감소시켰다. 그다음, 콘볼루션은 예를 들어, 적합하게 레이저 출력을 모니터링하는데 정확도가 불충분한 반치전폭("FWHM"; full width half maximum)을 측정하는 방식으로 측정된 레이저 광을 대역폭에 대해 왜곡시킨다.
현재, 측정된 레이저 광 대역폭의 대역폭의 표시로서 사용되는 대역폭 미터의 출력은 종종 에탈론 레졸루션("ER") 또는 에탈론 보정값("EC")으로 불리는 일정 에러값보다 적은 에탈론 광학기에 의해 생성된 프린지의 반치전폭("FWHM")에서의 프린지폭의 측정값이다. 이것은 스펙트럼 FWHM = A(프린지 FWHM) + C의 슬로프 및 인터셉트 공식을 사용하여, EIS 파장계를 사용하는 ELS 및 NL-7000의 이름으로 본원의 양수인에 의해 판매되는 레이저로 이루어졌고, A 및 C는 예를 들어, 제조시에, 보정 프로세스에서 계산되었다.
따라서, 향상된 방법이 필요하다.
측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 파라미터를 나타내는 측정 파라미터를 출력으로서 제공하도록 적용된 광 대역폭(optical bandwidth) 측정 유닛; 및 공식: 보고 파라미터("RP") = A*(측정 파라미터("MP")) + C에 따라 측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 보고 파라미터를 계산하도록 적용된 보고 파라미터 계산 유닛;을 포함하고, 레이저로부터 방출된 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하도록 적용된 대역폭 미터, 즉, 스펙트로미터를 포함할 수 있는 레이저 시스템을 모니터링하는 장치 및 방법이 개시되었다. 상기 RP 및 MP는 상이한 유형의 파라미터이고 A 및 C의 값은 RP의 공지된 값의 광에 대한 광 대역폭 측정 유닛 MP 응답값의 교정에 기초하여 결정된다. 광 대역폭 측정 유닛은 에탈론 또는 격자 스펙트로미터와 같은 간섭 또는 분산 광학 기기를 포함할 수 있다. RP는 예를 들어, FWXM에서의 파라미터일 수 있고 MP는 예를 들어, FWX'M에서의 파라미터일 수 있고, X≠X'이다. RP는 예를 들어, EX%에서의 파라미터일 수 있고 MP는 예를 들어, FWXM에서의 파라미터일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 대역폭 모니터링 시스템의 개략도이다.
본원인은 이러한 추정에서 상기 언급된 계수 A 및 C가 소스의 상세 스펙트럼 형상에서의 변화를 따라 변할 수 있고, 이러한 변화는 소스의 나이 또는 동작 상태에 의해 예측된다는 사실을 발견하였다.
도 1에 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 대역폭 제어 시스템(10)의 개략도가 도시되어 있다. 시스템(10)은 예를 들어, 레이저(12), 예를 들어, 엑시머 가스 방전 레이저, 예를 들어, 본 출원의 양수인에 의해 현재 판매되고 있는 XLA-100을 포함할 수 있다. 이 레이저는 예를 들어, 0.1 -0.3 pm의 대역폭을 갖는 통상적으 로 193.368nm의 광빔(14)을 방출할 수 있다.
이 광빔(14)은 예를 들어, 광빔(14)의 광의 거의 99%를 통과시킬 수 있어 빔(20)을 형성하고 빔(22)과 같이 빔의 광의 나머지를 반사할 수 있는 빔 스플리터(16)상에 입사될 수 있다. 빔(22)은 대역폭 검출기, 예를 들어 분산 또는 간섭 대역폭 검출기, 예를 들어, 에탈론(24)을 통과할 수 있고, 이것은 빔(20,22)의 스펙트럼내의 광의 파장의 함수인 집중 링에서의 피크("프린지")를 갖는 빔을 생성할 수 있고, 이 피트의 폭은 또한 빔(20,22)내의 광의 스펙트럼의 대역폭의 함수이다.
빔(28)은 광검출기, 예를 들어, 광다이오드("PDA")의 어레이(30)상에 입사될 수 있다. PDA(30)의 광다이오드(도시되지 않음)는 예를 들어, PDA(30)내의 각각의 광다이오드에 입사되는 광의 강도의 측정값인 전류를 생성할 수 있다. 전압의 값은 디지털 표시로 전환될 수 있고 버스(32)를 통해 프로세서(34)로 통과되거나, 각각의 광다이오드에 대한 전압의 아날로그 버전은 프로세서(34)로 통과되고 프로세서(34)내에서 또는 프로세서(34)로의 인터페이스(도시되지 않음)내에서 프로세서(34)에 의해 사용되기 위해 디지털 값으로 전환될 수 있다. 프로세서(34)는 빔(20,22)의 스펙트럼의 대역폭에 대한 측정된 값을 계산하기 위해 사용될 수 있다.
계산은, 피크의 어느 한측상의 화소, 예를 들어, ±10개의 화소에 대한 광다이오드 전류값을 사용하여, 예를 들어, 이전 화소가 피크이었음을 나타내는, 화소의 전류값이 이전 화소 전류값보다 적을 때까지 연속적으로 인접한 광다이오드(또한 "화소"로 불린다) 값을 비교함으로써 피크의 존재의 전압값으로부터 결정되는 형태를 취한다. 임의의 주지된 보간 알고리즘을 사용하여, 프로세서는 최대값의 각각의 사이드상의, 광다이오드에 의해 감지되는 스펙트럼내의 반치전값의 발생의 예를 들어, 서브 화소 피치에서의 광다이오드 어레이를 따른 위치이고 최대값 전압 값의 절반값인 값을 결정하여, PDA(30)에 의해 감지되는 FWHM을 이러한 서퍼레이션으로부터 결정할 수 있다. 이것은 종종 예를 들어, 예를 들어, FWHM에서의 프린지 측정값으로 불린다. 예를 들어, 이러한 FWHM 대역폭 측정값을 사용함으로써, 컨트롤러는 예를 들어, 명세서 밖에 있는, 빔(20,22)내의 광의 대역폭의 계산된 추정값을 나타내는 오퍼레이터 콘솔(도시되지 않음)에 신호를 전송할 수 있다.
컨트롤러(34)내의 프로세서(도시되지 않음)는 슬로프 및 인터셉트 공식 BW1(예를 들어, FWHM에서) = A*(프린지 측정값(예를 들어, FWHM에서)) + C에 따라, 예를 들어, 빔(20,22)내의 레이저에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 미지의 스펙트럼 대역폭을 계산할 수 있다. 슬로프 및 인터셉트 A 및 C는 예를 들어, 제조 시간에, 주어진 파장계에 대하여 결정될 수 있는 소정의 교정값일 수 있다. 이러한 A 및 C의 값은 예를 들어, FWHM이 매우 정확한 대역폭 미터에 의해 측정되는 광원에 의한 교정값에 의해 결정될 수 있다. 이러한 적용의 목적을 위해, 교정에 사용되는 값, 예를 들어, 교정 광의 스펙트럼의 FWHM은 보고 파라미터로 불릴 것이다. 대역폭 검출기/미터에 의해 측정되는 광의 스펙트럼에 대한 대역폭 검출기의 응답의 대역폭을 결정하기 위해 사용되는 값은 측정 파라미터로 불릴 것이다. 따라서, 측정 파라미터는 광이 올바른 대역폭인지 여부를 결정하고 레이저가 동작 상세내에 있지 않으면 레이저에 제어 명령을 제공하도록 사용된 PDA(30)로부터의 보고된 전압으로부터 계산된 값이다.
본 발명의 일실시예에 따라, 본원인은 상술된 대역폭 검출기의 향상된 성능이 교정값이 보고 파라미터("RP")가 아닌 측정 파라미터("MP")에 대하여 결정되는 경우에 달성될 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 레이저(12)의 사용자가 FWHM의 RP를 찾고 있다면, 시스템(10)은 다른 값, 예를 들어, X가 50%(최대 절반) 이외의, 예를 들어 FW75%M인 FWXM에서 교정될 수도 있고, 제조에서 대역폭 검출기의 교정은 이러한 다른 값 FWXM, 예를 들어, FW75%M에서 이루어질 수 있다. 이로 인해, FW75%M이 수명의 변화 또는 동작 환경의 변화로 인한 대역폭 미터 응답에서의 다른 변화에 덜 민감할 수 있거나, 레이저 수명 성장, 예를 들어, EX%, 예를 들어, E95%("E95")와 같은 레이저 수명의 스펙트럼의 다른 파라미터에서의 변화에 덜 민감할 수 있다는 유익한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 이것은 스펙트럼의 전체 에너지의 일부 퍼센트(또는 피크의 어느 한측상의 전체 에너지의 적어도 일부 합리적인 근사값, 예를 들어, ±10pm)를 포함하는 스펙트럼의 피크의 어느 한측상의 스펙트럼의 부분의 폭으로부터의 스펙트럼의 순도, 즉, 협대역의 측정값을 말하는 것이다. 이것은 예로서, E95%, 또는 E95.5% 또는 E93%일 수도 있다. 이것은 피크의 어느 한측상의 예를 들어, ±10pm에 존재하는 스펙트럼내의 에너지의 예로서, 각각 95%, 95.5% 또는 93%이다.
본 발명의 이러한 실시예에 따른 동작에서, 컨트롤러(34)내의 프로세서는 FW75%M, 즉, PDA(30)내의 광다이오드의 전류에 의해 지시되는 바와 같이, 최대값의 어느 한측상의 스펙트럼의 피크에서의 최대값의 75%에 해당하는 보간 값 사이의 예를 들어, 1/4 화소의 수를 계산하기 위해 동일한 보간 알고리즘을 사용하도록 프로 그램화될 수 있다. 그다음, 이러한 값은 예를 들어, 시스템(10)에 의해 측정되는 실제 빔에 대한 FWHM으로서 사용자에게 보고될 수 있다.
이와 마찬가지로, 보고 파라미터("RP")는 EX, 예를 들어 E95%일 수도 있고 측정 파라미터("MP")는 FWXM, 예를 들어, FWHM일 수도 있다. 그다음, 동작에서, 제조시 팩터에서의 교정은 광 스펙트럼에 대한 FWXM, 예를 들어, FWHM에서의 대역폭 검출기의 응답값을 E95의 매우 정확한 측정값과 비교하고, 프로세서(34)는 다음 공식에 기초하여 보고 파라미터를 출력할 것이다.
BP(E95%) = A*(프린지 측정값(FWXM)) + C
이와 같은 방식으로, 교정은 FW75%M에서 이루어지고 대역폭 검출기의 FW75%M에서의 응답값은 공지된 FWHM 대역폭의 광에 대하여 측정되고 컨트롤러(34)내의 프로세서는 다음의 공식에 따른 보고 파라미터를 보고하도록 사용된다.
RP(FWHM) = A*(프린지 측정값(FW75%M)) + C
본 발명의 다른 실시예에서, 공식은 다음일 수 있다.
RP(E95) = A*(프린지 측정값(FW25%M)) + C
본원인은 본원의 양수인에 의해 행해진 예를 들어 XLA-100상의 스펙트럼 분석 모듈("SAM")내의 대역폭 검출기에서 현재 사용되는 FW75%M에서 이루어진 슬로프 및 인터셉트 교정으로 대역폭 검출기내에서 측정된 FW75%M를 사용함으로써, 예를 들어, 스펙트럼 E955 블리드-스루우에 대한 감도에서의 감소가 레졸루션, 즉, 화소 스케일과 관련된 변화 없이 약 50%까지 될 수 있음을 발견하였다. 이 효과는 예를 들어, 공명 유도 대역폭 익스커전에 대하여 약 2인 팩터(a factor of two)만큼 FWHM 트래킹 에러를 감소시켜, 예를 들어, 레이저 광이 대역폭에 대한 명세내에 있을 때 명세 밖에 있는 대역폭을 보고할 가능성 및 다른 문제점들을 상당히 감소시키는 것으로 생각되어진다. 예를 들어, PDA(30)내의 광다이오드의 출력에 대한 보고 파라미터로서의 FWHM 및 FW75%M을 사용하는 측정 파라미터로서의 FW75%M의 특정 실시예에서, 예를 들어, FWHM이 PDA(30)의 광다이오드의 출력에 대해 실제 사용된 경우보다 측정되는 스펙트럼의 스펙트럼 윙내의 에너지에 덜 민감한 보고 파라미터를 산출할 수 있다. 예를 들어, 특정 스펙트럼 형상에 의존하여, 상세한 스펙트럼 형상에서의 예측되는 변화 및 최대 대역폭상의 최상의 성능(대역폭의 보고된 추정값의 정밀도)을 산출하는 것이 목적인 다른 대역폭 측정값이 예를 들어, PDA(30) 광다이오드의 출력에 기초한 측정 및 교정 프로세스에서 사용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 일실시예의 중용한 태양이 슬로프 및 인터셉트 공식의 2개의 사이드상에 사용되는 대역폭 미터법이 동일한 유형을 필요로 하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 교정이 각각의 MP 값에서 이루어지고 미지의 가능한 스펙트럼의 형상의 상세가 정의되고 합리적으로 개략적으로 또는 물리적으로 조정되어 RP 대 MP의 적합한 선택이 결정되고 사용되는 경우에는, 측정되는 실제 대역폭의 보다 양호한 추정법은 보고 파라미터에 대한 메트릭(미지의 대역폭을 갖는 스펙트럼의 대역폭을 보고하기 위해 필요한 미터법)이 (예를 들어, PDA(30)의 광다이오드로부터 출력 전압에 기초하여 프로세서에 의해 이루어지는) 검출기에서 실제로 측정되는 측정 파라미터와 상이한 기술에 의해 가능한데, 예를 들어, E95에서의 RP 및 FWHM에서의 MP 또는 FWHM에서의 RP 및 FW75%M에서의 MP가 있다.
본 발명의 상술된 실시예는 설명을 위한 것이고 한정하기 위한 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 의도 및 정신을 벗어남 없이 상술된 실시예에 많은 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 에탈론 이외의 다른 대역폭 검출 장치가 보고 파라미터를 계산하기 위해 측정 파라미터를 제공하도록 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 고려되어야만 한다.

Claims (72)

  1. 레이저 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 레이저로부터 방출된 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하도록 적용된 스펙트로미터를 포함하고, 상기 스펙트로미터는,
    측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 파라미터를 나타내는 측정 파라미터(MP)를 출력으로서 제공하도록 적용된 광 대역폭 측정 유닛; 및
    공식: RP = A*(MP) + C
    에 따라 측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 보고 파라미터(RP)를 계산하도록 적용된 보고 파라미터 계산 유닛;을 포함하고,
    상기 RP 및 MP는 상이한 파라미터이고, A 및 C의 값은 RP의 기지의 값을 가진 광 스펙트럼과 MP에서의 상기 대역폭 측정 유닛의 응답값을 비교하는 교정을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 대역폭 측정 유닛은 간섭 또는 분산 광학 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 대역폭 측정 유닛은 에탈론을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, RP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)이고, MP는 최대값의 백분율(X')에서의 전폭(FWX'M)이고, X≠X'인 것을 특징으로 하는 레이저 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, RP는 전체 에너지의 백분율(X)을 포함하는 폭(EX%)이고, MP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)인 것을 특징으로 하는 레이저 모니터링 시스템.
  6. 레이저 제어 방법에 있어서,
    측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 파라미터를 나타내는 측정 파라미터(MP)의 측정값을, 광 대역폭 측정 유닛에서, 제공하는 단계; 및
    공식: RP = A*(MP) + C
    에 따라 측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 보고 파라미터(RP)를, 계산 유닛에서, 계산하는 단계;에 의해, 레이저로부터 방출되는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 스펙트로미터 수단을 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 RP 및 MP는 상이한 파라미터이고, A 및 C의 값은 RP의 기지의 값을 가진 광 스펙트럼과 MP에서의 상기 대역폭 측정 유닛의 응답값을 비교하는 교정을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 미지의 대역폭 파라미터를 측정하기 위해 간섭 또는 분산 광학 기기를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미지의 대역폭 파라미터를 측정하기 위해 에탈론을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서, RP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)이고, MP는 최대값의 백분율(X')에서의 전폭(FWX'M)이고, X≠X'인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서, RP는 전체 에너지의 백분율(X)을 포함하는 폭(EX%)이고, MP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 방법.
  11. 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법에 있어서,
    측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 파라미터를 나타내는 측정 파라미터(MP)를 출력으로서 제공하도록 광 대역폭 측정 수단을 사용하는 단계; 및
    공식: RP = A*(MP) + C
    에 따라 측정되는 스펙트럼의 미지의 대역폭의 보고 파라미터(RP)를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 RP 및 MP는 상이한 파라미터이고, A 및 C의 값은 RP의 기지의 값을 가진 광 스펙트럼과 MP에서의 상기 대역폭 측정 유닛의 응답값을 비교하는 교정을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 미지의 대역폭 파라미터를 측정하기 위해 간섭 또는 분산 광학 기기를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 미지의 대역폭 파라미터를 측정하기 위해 에탈론을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, RP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)이고, MP는 최대값의 백분율(X')에서의 전폭(FWX'M)이고, X≠X'인 것을 특징으로 하는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, RP는 전체 에너지의 백분율(X)을 포함하는 폭(EX%)이고, MP는 최대값의 백분율(X)에서의 전폭(FWXM)인 것을 특징으로 하는 광의 스펙트럼의 미지의 대역폭을 측정하는 방법.
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