KR20010012447A - 엑시머 레이저용 파장 시스템 - Google Patents

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Abstract

협대역 레이저의 파장을 측정하고 조절하는 파장 시스템. 시스템은 파장에서의 증분 변화를 측정하는 웨이브미터(120)와 웨이브미터(120)를 측정하는 원자 파장 기준(190)을 포함한다. 원자 파장 기준(190)은 원하는 동작 파장에 가까운 적어도 하나의 흡수선을 가진 증기를 제공하는 증기셀(194)을 포함한다. 시스템은 웨이브미터(120)를 측정하기 위해 흡수선의 파장에서 동작하는 레이저를 조정하기에 충분한 조정 범위를 가진 파장 조정 장치(36)를 포함한다. 바람직한 실시예에서 레이저는 ArF 레이저이고 증기는 백금이며 흡수선은 193,224.3pm이거나 293,436.9이다. 종래의 기술 장치에 대한 개선점은 엘라스토머를 사용하지 않고 에탈론에 대한 저응력 3점 현수 지지부를 제공하는 지지 플랜지를 가진 개선된 에탈론을 포함한다.

Description

엑시머 레이저용 파장 시스템{WAVELENGTH SYSTEM FOR AN EXCIMER LASER}
레이저의 파장 조정에 대한 여러가지 방법이 알려져 있다. 통상적으로 선폭 감소 패키지 또는 선폭 감소 모듈이라고 일컫는 장치에서 행해진다. 엑시머 레이저의 선폭 감소나 조정에 사용되는 통상적인 기술은 레이저 빔의 한 부분이 선폭 감소 패키지을 통과하여 방사 공동의 후면에 창을 제공한다. 빔의 상기 부분은 확장되고, 레이저의 광역 스펙트럼의 좁게 선택된 부분은 그것이 증폭되는 방사실로 반사시키는 격자로 지향된다. 레이저는 통상적으로 빔이 격자를 비추는 각을 변경시킴으로써 조정된다. 이것은 격자의 위치를 조절하거나 빔 경로에 거울 조절을 함으로써 행해질 수 있다. 격자 위치나 거울 위치의 조절은 파장 조정 메카니즘이라고 우리가 일컫는 메카니즘으로 이루어 질 수 있다. 많은 응용에서 레이저는 미세하게 조절되는 것 뿐만 아니라 빔의 파장이 정확한 절대치, 가령 예컨대 193.3500nm±0.0001nm로 매우 작은 편차로 맞추어지는 것이 중요하다. 이것은 파장 조절 메카니즘의 매우 정밀한 측정을 요한다.
파장 측정은, 통상적으로 파장의 함수인 공간 강도 분포를 발생시키기 위해 스펙트럼적으로 레이저 빔을 분광시키는 격자 그리고/또는 에탈론을 사용하여 이루어진다. 이들 장치는 통상적으로 파장에서의 변화만을 결정할 수 있다. 그러므로 이들 장치가 절대 파장들을 측정하기 위해 사용되도록, 그것들은 알려진 기준 파장을 사용하여 측정되어야 한다.
본 양수인인 Igor Fomenkov에게 할당되고 여기서 참조로 구체화된 “레이저 파장 제어 메카니즘을 측정하는 방법과 장치”라는 제목의 미국 특허 번호 5,450,207호는 KrF 엑시머 레이저에 대한 파장 조정 메카니즘을 측정하는 방법을 기술하고 있다. 상기 특허에서 레이저에 의해 방출된 빛의 적은 부분은 흡수 기체로 사용되는 FeNe 증기를 함유하는 셀을 통해 통과한다. 이 증기를 빠져나온 빛은 광검출기에 의해 검출되고 검출된 빛의 강도는 분석된다. FeNe 증기는 248.3271nm의 파장에서 레이저광 부분을 흡수한다. 레이저는 249.7nm와 248.7nm의 조정가능한 범위를 갖는다. 빔의 파장은 조정 거울을 중심으로 회전함으로써 범위의 어느 곳에서나 조정될 수 있다. 거울이 각의 범위에 걸쳐 비틀어져 있을 때, 증기를 통과하는 레이저 빛의 강도에 있어서 하나 이상의 저하(dip)가 발견되고 이것은 레이저 파장 측정 시스템(이하 웨이브미터라 함)을 측정하는데 사용된다. 웨이브미터는 일단 측정되면 다른 파장들에서 레이저광의 절대 파장을 정확하게 측정할 수 있다. 이러한 웨이브미터는 본 양수인에게 할당되고 여기서 참조에 의해 구체화된 미국 특허 번호 5,025,445호에 기술되어 있다.
국립 표준 및 기술 협회는 백금의 스펙트럼 휘선이 193,224.33pm과 193,436.9pm이라고 공표하였다.
만약 레이저가 웨이퍼 제조 시스템에서 스테퍼에 사용된다면 스테퍼 광학과 제조 공정은 특정 레이저 파장에 대해서 최적화된다. 따라서 레이저 에너지의 최대량이 원하는 파장에서 발생하도록 정확히 조절되는 것이 중요하다.
필요한 것은 ArF 엑시머 레이저의 파장을 측정하고 제어하는 더 좋은 장치이다.
본 발명은 레이저, 특히 엑시머 레이저의 출력 파장 조정을 정확하게 측정하는 기술에 관한 것이다. 이 출원은 1998년 3월 11일 출원된, 일부 계속 출원중인 일련 번호 09/041,474호의 건이다.
도 1은 ArF 엑시머 레이저의 광대역 스펙트럼의 그래프,
도 2는 ArF 협대역 스펙트럼,
도 3은 조정 거울 위치와 ArF 엑시머 레이저의 출력 파장 사이의 관계를 도시하는 도면,
도 4는 엑시머 레이저의 파장을 제어하는 주요 소자를 도시하는 블록도,
도 5는 1024-화소 광 다이오드 어레이를 도시하는 도면,
도 6은 파장을 대략 및 미세하게 측정하는데 사용되는 도 5의 광 다이오드 어레이 상의 빛 패턴을 도시하는 도면,
도 7a와 7b는 에탈론의 도면,
도 8은 에탈론 어셈블리의 도면,
도 9a와 9b는 도 5의 광 다이오드의 출력을 사용하여 대역폭과 가장자리( fringe) 직경이 측정되는 방법을 증명하는 도면,
도 10은 ArF 레이저의 파장을 측정하는 광학 장치의 바람직한 배치도,
도 11은 증기 셀의 도면,
도 12는 증기 셀에서의 흡수를 나타내는 그래프.
본 발명은 협대역 레이저의 파장을 측정하고 제어하는 파장 시스템을 제공하는 것이다. 시스템은 파장에서의 증분 변화를 측정하는 웨이브미터와 웨이브미터를 측정하는 원자 파장 레퍼런스를 포함한다. 원자 파장 레퍼런스는 적어도 원하는 동작 파장 근처의 한 흡수 라인을 가진 증기를 제공하는 증기 셀을 포함한다. 시스템은 웨이브미터를 측정하기 위해 흡수선의 파장에서 동작하는 레이저를 조정하기에 충분한 조정 범위를 가진 파장 조정 장치를 포함한다.
바람직한 실시예에서 레이저는 그 증기가 백금이고 흡수선이 193,224.3pm이거나 193,436.9인 ArF 레이저이다. 종래의 기술 장치에 대한 개선점은 엘라스토머를 사용하지 않고 에탈론에 대한 저응력 3점 현수 지지부를 제공하는 지지 플랜지를 가진 개선된 에탈론을 포함한다.
상기 바람직한 실시예는 회절 격자 기초 불균등한 파장 측정과 에탈론 기초 미세 측정을 포함하며, 둘다 단일 광 다이오드 어레이에 광학 신호를 나타내는 파장을 발생시킨다.
본 발명은 불균등하고 미세한 측정과 백금 기준을 사용하여 협대역 ArF 엑시머 레이저의 절대 파장을 측정하고 제어하는 기술을 제공한다.
ArF 천연 스펙트럼
도 1은 고펄스율을 가진 ArF 엑시머 레이저의 개략적인 천연 광대역 스펙트럼을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, FWHM 대역폭은 약 472pm이다. 이 특별한 레이저는 1000MHz까지의 속도로 동작할 수 있고 통상적인 펄스 에너지는 펄스당 약 25mJ이다. 이 광대역 스펙트럼은 일반적으로 1.0pm보다 적은 대역폭을 요구하는 집적 회로 리소그래피(lithography)에는 유용하지 않다.
ArF 협대역 스펙트럼
레이저는 널리 알려진 종래의 기술을 사용하여 협대역화될 수 있다. 협대역화는 도 2에 나타낸 바와 같은 출력 스펙트럼을 발생시킨다. 이러한 경우 FWHM 대역폭은 약 0.6pm으로 크게 감소(거의 800의 인수 만큼)되며, 펄스 에너지는 약 5mJ로 감소된다(약 5의 인수 만큼). 그 결과, 원하는 협대역에서의 펄스 강도는 도 2에 나타난 바와 같이, 크게 증가한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 레이저(30)는 선폭 감소 모듈(31)에서의 조정 거울(36)을 사용하여 ArF 광대역 스펙트럼 내에서의 어떠한 파장에서도 동작하도록 조정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 격자(38) 상에 입사하는 레이저빔(프리즘 (37A,37B,37C)에 의해 확장된)에서의 각을 약간 변경시키도록 레이저는 스테퍼 모터(39)로 거울(36)을 돌림으로써 조정될 수 있다. 파장과 스테퍼 모터(39)의 스텝에 의해 측정된 거울 위치와의 관계가 도 3에 나타나 있으며 스테퍼 모터의 하나의 완전한 과정은 명목상의 협대역 출력 중심 파장에서 약 0.15pm의 변화를 발생시킨다. 수 밀리미터의 스테퍼 모터 주사는 레이저의 출력 파장을 약 193,100pm에서 193,600pm의 조정 범위에서 30∼500pm으로 레이저의 출력 파장을 주사하기에 충분하다. 거울 위치와 파장 사이의 관계는 정확히 선형이지 않고, 이 레이저의 좁은 조정 범위에서 선형 관계가 가정될 수 있으며, 이 바람직할 실시예에서 선형성은 요구되지 않는다.
빔 파라미터 측정
도 10은 바람직한 웨이브미터 유닛(120)과 절대 파장 기준 측정 유닛(190) 및 웨이브미터 프로세서(197)의 배치도를 보여준다.
이들 유닛에서의 광학 기구는 펄스 에너지와 파장 및 대역폭을 측정한다. 이들 측정은 펄스 에너지와 요구되는 제한치 내에서 펄스 에너지와 파장을 유지하기 위해 귀환 회로와 함께 사용된다. 기구는 레이저 시스템 제어 프로세서에서의 명령에 따라 원자 기준 소스를 참조하여 스스로를 측정한다.
도 10에 나타난 바와 같이, 출력 연결기(32)(도 4에 나타남)에서 출력빔이 반사 거울(170)을 부분적으로 가로지르고 출력빔(33)으로서 빔 에너지의 95.5%를 통과시키고 펄스 에너지, 파장 및 대역폭 측정에 대해 약 4.5%를 반사시킨다.
펄스 에너지
반사된 빔의 약 4%가, 거울(171)에 의해 초당 1000의 비율로 발생하는 각각의 펄스들의 에너지를 측정할 수 있는 매우 빠른 광 다이오드(69)로 구성되는 에너지 감지기(172)로 반사된다. 펄스 에너지는 5mJ이고, 개개의 펄드들의 에너지의 변화와 펄스들의 분출로 인한 통합된 에너지를 제한하도록 저장된 에너지 데이터에 근거한 미래 펄스들의 펄스 에너지를 정확하게 제어하기 위해 레이저 충전 전압을 조절하기 위한 특별한 알고리즘을 사용하는 컴퓨터 제어기에 감지기(69)의 출력이 공급된다.
불균등한 파장 측정
거울(171)을 통과하는 빔의 약 4%는 슬릿(177)을 통해서 거울(173)에 의해 거울(174,175)로 반사되고 다시 거울(174)로 반사되며 에셸 회절 격자(176)로 반사된다. 빔은 초점 길이 458.4mm를 갖는 렌즈(178)에 의해 평행하게 된다. 렌즈(178)를 통해 통과한 회절 격자(176)로부터 반사된 빛은 재차 거울(174,175)로부터 반사되고, 다시 거울(174)로부터 반사된 다음 거울(179)로부터 반사되며 1024화소 선형 광 다이오드 어레이(180)의 좌측으로 초점이 모아진다. 광 다이오드 어레이 상에 빔이 공간에 존재하는 위치는 출력빔의 상대적인 명목상 파장의 불균등한 기준이다.
선형 광 다이오드 어레이
선형 광 다이오드 어레이(180)가 도 5에 좀더 자세히 나타나 있다. 어레이는 1024개의 개개의 광 다이오드 집적 회로와 관련된 샘플 및 보류 판독 출력 회로로 이루어지는 집적 회로칩이다. 광 다이오드는 총길이 25.6mm(약 1인치)인 25마이크로미터 핏치 상에 있다. 각각의 광 다이오드는 500마이크로미터 길이다. 이와 같은 광 다이오드 어레이는 여러가지 출처로부터 얻을 수 있다. 바람직한 공급원은 하마마쓰(Hamamatsu)이다. 우리의 바람직한 실시예에서는 FIFO 기반 상에서 초당 2×106화소의 비율로 판독될 수 있는 모델 S3903-1024를 사용하고 이것에서 완전한 1024화소들의 주사가 2000Hz 또는 그 이상의 비율로 판독될 수 있다.
불균등한 파장의 계산
웨이브미터 모듈(120)에서의 불균등한 파장 광학은 광 다이오드 어레이(180)의 좌측 상에 약 0.25mm×3mm의 직사각형 영상을 만든다. 10개 내지 11개의 발광된 광 다이오드는 받은 조명의 강도에 비례해서 신호를 발생시키고 그 신호들은 웨이브미터 제어기(197)에서의 프로세서에 의해 판독되고 계수화한다. 이들 정보와 보간 알고리즘 제어기(197)를 사용하여 이미지의 중심 위치를 계산한다.
이 위치(화소들에서 측정된)는 2개의 측정 계수를 사용하고 위치와 파장 사이의 선형 관계를 가정하여 불균등한 파장값으로 전환된다. 이들 조정 계수는 하기에 기술된 바와 같이, 원자 파장 레퍼런스 소스를 참조하여 결정된다. 예컨대, 영상 위치와 파장 사이의 관계는 다음 알고리즘에 의해 정해질 수 있다.
λ=(2.3pm/pixel)P+191,625pm
여기서 P=불균등한 영상 중심 위치.
균등한 파장의 측정
도 10에 나타난 바와 같이, 거울(173)을 지나 통과한 빔의 약 95%가 에탈론 어셈블리의 입력에서 분광기 상으로 렌즈(183)를 통해 거울(182)로 반사되어 버린다. 에탈론(184)을 나간 빔은 에탈론 어셈블리에서의 458.4mm의 초점 길이 렌즈에 의해 초점이 맞춰지고 도 10에 나타난 바와 같이, 2개의 거울에서 반사되어 버린 후에 선형 광 다이오드 어레이(180)의 중앙과 우측에서의 간섭 가장자리를 만든다.
스펙트로미터는 파장과 대역폭을 실질적으로 실시간으로 측정해야 한다. 왜냐하면, 레이저 반복율이 1000Hz 또는 그 이상이 될 수 있기 때문에, 경제적이고 소형인 전자 처리 장치로 원하는 성능을 달성하기 위해 정확하지만 치밀하게 계산적이지 않은 알고리즘을 사용하는 것이 필요하다. 그러므로 계산적인 알고리즘은 바람직하게는 부동 소숫점 수학과는 반대되는 정수를 사용해야 하고 수학적인 연산은, 바람직하게는 유효한 계산(제곱근, 사인, 로그 등을 사용하지 않는)이 되어야 한다.
이러한 바람직한 실시예에 사용된 바람직한 알고리즘의 상세한 설명이 기술된다. 도 9b는 선형 광 다이오드 어레이(180)에 의해 측정된 통상적인 에탈론 가장자리 신호를 나타내는 최대치가 5인 곡선이다. 중심 최대치는 다른 것보다 높이에 있어서 낮게 그려져 있다. 다른 파장의 빛이 에탈론으로 들어가므로 중심 최대치는 승/하강할 것이고 때때로 0으로 간다. 이러한 양상은 파장 측정에 있어서 중심 최대치를 부적당하게 만든다. 다른 최대치는 파장의 변화에 따라 중심 최대치로 향하거나 멀어져서 이들 최대치의 위치는 파장을 결정하는 데 있어서 사용될 수 있고 한편 그것들의 폭은 레이저의 폭을 측정한다. 각각 데이터 창이라고 라벨이 붙여진 2개의 영역들이 도 9b에 나타나 있다. 데이터 창은 중심 최대치에 가장 가까운 가장자리가 해석을 위해 보통 사용되도록 소재하고 있다. 그러나 가장자리가 중심 최대치(왜곡과 그에 따른 에러들을 발생시킬 것이다)에 너무 가깝게 이동하도록 파장이 변화할 때는 제 1 최대치가 창의 외부에 있게 되지만 제 2 최대치는 창의 내부에 있게 되고, 소프트 웨어는 제어 모듈(197)에서의 프로세서로 하여금 제 2 최대치를 사용하도록 한다. 역으로 현재의 최대치를 중심 최대치로부터 데이터 창의 외부로 이동시키기 위해 파장이 시프트할 때, 소프트 웨어는 데이터 창 내의 내부 가장자리로 점프할 것이다. 데이터 창들은 또한 도 6에 나타나 있다.
관련된 단계는 다음과 같다.
1. 레이저 발사 후에, 광 다이오드 어레이 출력은 전자적으로 판독되고 계수화한다. 데이터 포인트들은 광 다이오드 어레이 소자의 간격(이 경우 25 마이크로미터 피치)에 의해 물리적으로 결정된 간격에 의해 분리된다.
2. 디지털 데이터는 데이터 창에서 최대치 강도값을 찾기 위해 검색된다. 이전 최대치 위치는 시작포인트로 사용된다. 시작포인트의 좌우로 작은 영역이 검색된다. 검색 영역은 최대치가 발견될 때까지 작은 간격으로 확장된다. 만약 최대치가 데이터 창의 외부라면 검색은 자동적으로 다른 최대치가 발견될 때까지 계속될 것이다.
3. 최대치의 강도에 기초하여, 도 9a에 나타난 바와 같이 50% 레벨이 계산된다. 0% 레벨이 펄스들 사이에서 주기적으로 측정된다. 계산된 50% 레벨에 기초하여 50%레벨의 경계를 이루는 데이터 포인트들이 발견될 때까지 최대치의 좌우에서 포인트들이 검사된다. 선형 보간이 포인트들의 쌍들 사이에서 계산되고 이것은 좌우 1/2최대 위치들(도 9a에서 A,B라고 라벨이 붙여진)을 찾기 위한 50%레벨 경계를 이룬다. 이들 위치들은 정수 데이터 형식을 사용하여 가령 1/16과 같은 화소의 분수로 계산된다.
4. 2개의 데이터 창에 대해서 단계 2와 3이 반복되고 이것은 총 4개의 보간된 50%위치들을 발생시킨다. 도 9b에 지시된 바와 같이, 2개의 직경이 계산된다. D1은 내부 가장자리 직경이고 D2는 외부 가장자리 직경이다.
5. 파장에의 근사치가 앞서의 절인 “불균등한 파장 측정”에 기술된 바와 같이, 불균등한 파장 회로에 의해 결정된다.
균등한 파장 계산
내부와 외부의 가장자리 직경인 D1과 D2(화소의 단위에서)는 각각 다음의 등식에 의해 파장으로 변환된다.
λ=λ0+Cd(D2-D0 2)+N·FSR
여기서 λ=직경 D에 따른 파장
λ0=측정 파장
D0=파장 λ0에 따른 직경
Cd=광학 설계에 좌우되는 측정 상수
FSR=에탈론의 자유 스펙트럼의 범위
N=정수,=0,±1,±2,±3...
λ0,K1,FSR,D0의 값은 측정시에 결정되고 기억된다. N에 대한 값은 다음과 같이 정해진다.
｜λ-λc｜≤1/2 FSR
여기서 λc=불균등한 파장 결정.
예를 들어, 바람직한 실시예에서 기준 파장 λ0=193,436.9pm(백금 공동의 캐소드 램프의 흡수선에 따라)을 선택한다. 이 파장에서 가장자리 직경(D0)은 300화소들로 발견될 수 있다. Cd는 직접 측정되거나 광학 설계에서 계산될 수 있는 상수이다. 바람직한 실시예에서, Cd=-9.25×10-5pm/pixel2이다. 그러므로 예컨대, 서로 다른 파장에서 동작하는 레이저로 가장자리 직경은 405화소들로 측정될 수 있다. 등식(1)에 의해 계산된 가능한 파장들은
λ=193,436.9pm-9.25×10-5pm/pixel2[(405)2-(300)2]+N·FSR
=193,443,7+N·FSR이 된다.
만약 자유 스펙트럼의 범위인 FSR=20pm이라면, λ의 가능한 값은
193,403.7pm N=-2
193,423.7 N=-1
193,443.7 N=0
193,463.7 N=+1
193,483.7 N=+2가 된다
만약 불균등한 파장이 예컨대, λc=193,401.9로 결정되면 프로세서는 λc와 가장 가깝게 일치하는 해로서 값λc=193,403.7pm(N=-2)을 선택할 것이다.
도 9b에 나타난 내부 및 외부 가장자리 직경(D1 및 D2)은 각각 파장(λ1및 λ2)으로 변환된다. 레이저 파장으로 보고된 최종치는 이들 2계산의 평균이다.
λ=
대역폭 계산
레이저의 대역폭은 (λ2-λ1)/2로 계산된다. 고정된 정정 인자가 진짜 레이저 대역폭에 더해지는 에탈론 최대치의 고유폭을 설명하기 위해 응용된다. 수학적으로 디콘볼루션 알고리즘은 측정된 폭에서 에탈론 고유폭을 제거하는 형식이지만 이것은 너무 계산에 치중하는 것이므로 고정된 정정 Δλε가 감산되고 충분한 정확성이 제공된다. 그러므로 대역폭은
Δλ=-Δλε
이 된다.
Δλε는 에탈론 사양과 진짜 레이저 대역폭에 의존한다. 그것은 통상적으로 여기에 기술된 응용에서 0.1∼1PM의 범위에 놓여져 있다.
원자 레퍼런스 소스로 측정
이 바람직한 실시예에서 웨이브미터(120)는 도 10에 나타난 바와 같이, 원자파 기준 유닛(190)에 나타난 광학 기구로 측정된다.
거울(182)을 통과하는 빔의 대략 5%부분이 렌즈(188)를 통해 거울(186)로부터 반사되어 원자 파장 기준 유닛(190)으로 간다. 분광기(191)를 통해 통과하는 빛은 거울(192)에서 반사되어 버리고 증기셀(194) 중심의 초점에 렌즈(193)에 의해 초점이 맞추어지며 재차 렌즈(195)에 의해 광 다이오드(196)로 초점이 맞추어진다. 레이저(도 4에 나타난 조정 거울(36)로)의 파장을 스캐닝하고 에너지 감지기(69)에 의해 감시되고 제어되는 것처럼, 레이저 상수의 출력 에너지를 유지함으로써 측정이 행해진다. 바람직한 실시예에서 스캐닝하고 측정하는 절차는 자동화되고 레이저에 대한 제어 전자 장치에 프로그램된다. 스캔의 파장 범위는 백금 증기셀(194)의 흡수 파장을 포함하도록 선택된다. 예컨대, 이 바람직한 실시예에서 193,469.9pm에서 강한 흡수가 이용되고 레이저는 약 193,434pm에서 193,440pm까지 스캔하도록 프로그램된다. 레이저 파장이 흡수 파장과 일치할 때, 신호(10-50%)에서의 실질적인 감소가 광 다이오드(196)에 의해 나타난다. 스캔중에, 광 다이오드(196)로부터의 신호와 웨이브미터(120)에 의해 측정된 파장 등 2개 해당 데이터셋이 취해진다. 각각의 데이터셋이 도 12에 나타나 있고 광 다이오드(196)로부터의 신호는 웨이브미터(120)에 의해 보고된 파장에 대해 좌표로 나타내진다. 프로세서는 광 다이오드 데이터를 분석하고 흡수 저하의 중심에 해당하는 뚜렷한 파장(λ1)을 결정한다. 원자 흡수 레퍼런스의 진짜 파장(λ0)은 정확히 알려져 있고 측정 에러(λ1-λ0)는 계산될 수 있다. 이 에러는 불균일하고 균등한 파장 알고리즘 둘다에 사용되는 측정 상수를 자동적으로 정정하는 데 사용된다.
개선된 에탈론
종래의 에탈론 장착 구조는 통상적으로 주변 구조에 광학 소자를 설치하고 소자의 위치를 속박하지만 소자에 인가되는 힘을 최소화하기 위해 엘라스토머를 사용한다. 이것에 통상적으로 사용되는 화합물은 실온에서의 가황 실리콘(RTV)이다. 그러나 이들 엘라스토머에서 방출된 다양한 유기체의 증기들은 광학 표면상에 퇴적되어 성능을 저하시킬 수 있다. 에탈론 성능 수명시간을 연장하기 위해, 에탈론을 어떠한 엘라스토머 화합물을 함유하지 않는 밀봉된 봉입물에 장착하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예는 도 10에서 184에 보여진 개선된 에탈론 어셈블리를 포함한다. 도 7a와 7b에 자세히 나타난 에탈론 어셈블리에서, 용융된 실리카 에탈론(79) 자체는 플랜지(81)를 가진 상부판(80)과 하부판(82)으로 구성되어 있고 이들은 모두 우수한 등급의 용융된 실리카로 이루어져 있다. 에탈론은 굴절 지수가 1.0003이고 피네세가 25와 같거나 큰 가스에 의해 둘러쌓일 때 193.35nm에서 20.00pm의 자유 스펙트럼 범위를 갖는 가장자리를 만들어내도록 설계되어 있다. 극저온 팽창의 성질을 가진 3개의 용융된 실리카 스페이서는 판들을 분리시키고 934마이크로미터±1마이크로미터의 두께를 갖는다. 이들은 광학 제조 기술에서 잘 알려진 기술을 사용하여 광학적인 접촉에 의해 함께 에탈론을 가지고 있다. 에탈론의 내부 표면의 반사율은 각각 약 88%이고 외부 표면들은 비반사 코팅된다. 에탈론의 전송은 약 50%이다.
에탈론(79)은 오직 중력과, 도시되지는 않았지만 리더(85)에 의해 지시된 방사 위치에서 플랜지(81)의 바닥 가장자리 하에서 120°중심에 위치한 3개의 패드에 대항해서 플랜지를 누르는 3개의 저강 스프링(86)에 의해서만 알루미늄 하우징에서 제 자리에 놓여져 있다. 87에서 플랜지(81)의 상부 가장자리를 따라 오직 0.004인치만을 제거하면 에탈론이 거의 그것의 적절한 위치에 유지될 것이라는 것을 보증한다. 이 정밀한 오차 허용도 맞춤은 또한 만약 어떤 충격이나 충동이 설치대를 통하여 에탈론 시스템으로 이송된다면 광학 성분과 하우징 접촉점들 간의 상대적인 속도가 최소로 유지될 것이라는 것을 확신시킨다. 에탈론 어셈블리(184)의 다른 광학 성분은 분광기(88)와 창(89) 및 458.4mm의 초점 길이를 갖는 초점 렌즈(90)등을 포함한다.
분광기(88)는 에탈론의 적절할 동작에 필요한 입사각들의 다양성을 만들기 위해, 흐름에 거스르는 종래의 기술 분야에서 표준으로 흔히 사용되는 분광기의 에탈론이 될 수도 있다. 종래 기술의 분광기의 문제는 분광기를 지나가는 빛의 약 90%가 유용한 각에서가 아니어서 광 다이오드 어레이에 초점에 모아지지 않는다는 것이다. 그러나 이 낭비된 빛은 광학 시스템의 가열에 쓰이게 되고 광학 표면의 질의 저하를 야기시킬 수 있다. 또다른 실시예에서 회절성 렌즈 어레이가 분광기(88)로서 사용된다. 이러한 경우 빛을 철저히 그러나 오직 약 5도 정도의 각 내에서만 분산시키는 회절성의 렌즈 어레이에서의 패턴이 만들어진다. 결과는 에탈론에 떨어지는 빛의 약 90%가 유용한 각에 입사하고 에탈론에 입사하는 빛의 훨씬 더 많은 부분이 광 다이오드 어레이에 의해 궁극적으로 감지된다. 결과는 에탈론에 입사하는 빛은 광학 성분 수명을 크게 증가시키도록 크게 축소될 수 있다는 것이다. 출원자는 광 다이오드 어레이 상의 등가의 빛으로 종래 기술의 값의 10%보다 적게 입사광이 감소될 수 있다고 추정한다.
백금 증기셀
백금 증기셀(194)의 상세한 내용이 도 11을 참조하여 기술되어 있다. 이 셀은 미국 특허 번호 5,450,202에 기술된 것과 유사한 수정된 시리즈 L2783의 속이 빈 캐소드 램프 튜브이다. 자외선 이송 창(314,316)을 가진 유리 봉투는 질소 가스와 네온을 함유한다. 주요 차이점은 이 바람직한 실시예에서 셀의 속이 빈 캐소드는 애노드(318)와 속이 빈 캐소드(320)의 내부 표면과 마주보는 캐소드(320)의 표면을 덮는 매우 얇은 백금“속이 빈 T”형상의 슬리브(sleeve)로 이루어져 있다는 것이다. 약 150볼트의 DC원은 셀에 전류를 흘려서 도 11에 나타낸 증기를 발산하는 물질과 같이, 속이 빈 캐소드 내에 일반적으로 함유된 백금 이온을 함유하는 플라즈마를 만든다.
다른 바람직한 실시예
시스템의 또다른 바람직한 실시예에서 도 4에서의 레이저(30)는 불소 가스(F2)를 함유하고 157.639nm을 포함하는 파장의 범위에 걸쳐 조정 가능하고 흡수셀(194)은 브롬 원자를 포함하는 증기를 함유한다. 셀(194)은 상기와 같이, 그러나 브롬을 함유하는 캐소드로 속이 빈 캐소드 램프를 구성할 수 있다. 선택적으로 빔을 감지기(196)로 전송하기 위해 배치된 창을 갖는 다른 봉입된 용기가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 빔의 평행하게 된 부분이 캐소드(198)와 광학 소자(195)를 통해 감지기(196) 상으로 통과하도록 하는 적당한 틈새를 가진 초점 소자(193)가 사용될 수 있다. 이 실시예에서 셀(194)에서의 창들의 평행한 표면에서의 반사로 인한 광학 간섭 효과를 회피하기 위해 어떤 조치가 취해져야만 한다. 그러한 조치에는 셀(194)의 입구와 출구 창들 상의 내부와 외부 표면들 사이의 작은 쐐기각을 제공하는 것도 포함될 수 있다.
백금 증기가 ArF 레이저의 조정 범위 내에서 2개의 독특한 흡수선을 제공하므로 2선 모두 측정의 정확성을 향상시키기위해서 이용 가능하다. 각 측정 상의 양선을 이용하기 위한 절차가 만들어질 수도 있었다. 하지만 바람직하게는 만약 가끔씩 점검하여 한 선에서의 측정이 제 2 선에서 레이저를 정확하게 측정한다는 것을 보여준다면, 제 2 선은 가끔씩만 점검될 수 있었다.
레이저를 조정하는 다른 기술
도 4에 나타난 바와 같이 레이저를 광학적으로 조정하는 것이 바람직하지만, 수학적, 광학적 또는 화학적(레이저(30) 내의 가스 성분을 조절함으로써)일 수 있는 여러 공지된 방식으로 도 4의 레이저(30)를 소망 파장으로 조정할 수 있다. 제어 신호에 응답하여 레이저를 조정하는 이들 알려진 메카니즘의 어느 것이나 파장 조정 메카니즘으로 구성된다.
비록 백금 흡수선들을 감지하기 위해 특별한 구조가 보여졌지만 다른 적절한 실시예가 사용될 수 있다. 이 설명서를 검토한 후에 이 분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 이들은 상이한 광학 기구를 사용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 보여지고 묘사되었지만, 이것은 이 분야의 당업자들에 의해 그것의 광범위한 면에서 볼 때, 본 발명으로부터 벗어나지 않고 변경과 수정이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 그러므로 첨부된 청구항들은 본 발명의 참 취지와 범위 내에 속하므로 그것들의 범위내에서 그러한 변경과 수정을 달성할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 협대역 레이저에 의해 만들어지는 레이저빔의 파장을 측정하고 조절하는 파장 시스템에 있어서,
    A. 파장의 증분 변화를 측정하는 웨이브미터;
    B. 1) 상기 레이저의 원하는 동작 파장에 가까운 흡수선을 가진 증기를 포함하는 증기셀, 및
    2) 상기 증기셀을 통과하는 빛의 강도를 측정하는 측정용 광 감지기
    로 이루어지는, 상기 웨이브미터 측정용 원자 파장 레퍼런스;
    C. 상기 레이저를 상기 흡수선을 둘러싸는 파장의 범위로 조정하는데 충분한 조정 범위를 갖는 조정 장치;
    D. 상기 협대역 레이저빔의 부분을 (ⅰ)상기 웨이브미터로 그리고 (ⅱ)상기 증기셀을 통해 상기 측정용 광 감지기로 동시에 향하도록 배치된 광학 트레인; 및
    E. 상기 파장 범위에 걸쳐 상기 측정용 광 감지기와 상기 웨이브미터로부터 데이타를 수집하고 분석하고, 그러한 분석에 의거해 상기 웨이브미터를 눈금조정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 협대역 레이저빔의 펄스 에너지를 측정하는 펄스 에너지 감지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브미터가, 광 다이오드 어레이, 상기 광 다이오드 어레이의 제 1 부분 상에 불균등한 파장 표시를 제공하는 회절 격자 부 시스템, 및 상기 광 다이오드 어레이의 제 2 부분 상에 균등한 파장 표시를 제공하는 에탈론 부 시스템으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저가 ArF 엑시머 레이저이고, 상기 증기가 백금 증기로 이루어진 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 흡수선이, 193,224.3pm선과 193,436.9pm선으로 이루어진 백금 흡수선들의 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이브미터는 지지 플랜지를 가진 제 1 유리판과 제 2 유리판을 포함하는 에탈론을 포함하는 에탈론 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 유리판이 상기 플랜지에 의해 지지되고 상기 제 2 유리판이 상기 제 1 유리판에 부착된 복수의 얇은 스페이서에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 플랜지가 지지 구조체 상에 장착된 3개의 패드에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조정 장치가 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 조정 거울을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 회절 격자를 선회하는 선회 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  11. 레이저빔을 출력하는 조정식 엑시머 레이저;
    적어도 상기 레이저빔의 일부가 통과하고, 관련된 조정 범위에서 복수의 흡수선을 가진 하나 이상의 가스들을 함유하는 가스셀;
    상기 레이저에 연결된 파장 조절 메카니즘;
    상기 레이저의 파장을 검출하기 위해 상기 레이저빔의 적어도 일부를 수신하는 웨이브미터; 및
    상기 가스셀에서 상기 하나 이상의 흡수선의 파장을 정합시키는 상기 레이저빔의 파장 또는 협대역 파장들을 결정하기 위해서, 상기 가스셀을 통과하는 상기 레이저빔 에너지에서의 급격한 저하를 검출하고, 상기 하나 이상의 가스들의 상기 흡수선들중 적어도 하나에 대해서 상기 웨이브미터를 조정하는 프로그램된 프로세서
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저가 F2엑시머 레이저이고 상기 증기가 브롬 증기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 흡수선이 157,639pm에 있는 것을 특징으로 하는 파장 시스템.
KR1019997010401A 1998-03-11 1999-02-23 엑시머 레이저용 파장 시스템 KR100614500B1 (ko)

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