KR20010014430A - 불안정한 공진공동을 가진 초 협대역 레이저 - Google Patents

Abstract

초 협대역 레이저. 초 협대역은 빔 팽창기와 휘어진 회절 격자를 가지는 선 폭줄임 모듈과 공동으로, 출력 결합기를 제공하는 원통형 부분 반사 거울을 사용하여 불안정한 공진공동을 만듦으로써 얻을 수 있다.

Description

불안정한 공진공동을 가진 초 협대역 레이저{VERY NARROW BAND LASER WITH UNSTABLE RESONANCE CAVITY}

선 폭줄임 기술

레이저 출력 대역폭을 감소시키는 기술은 잘 알려져 있다. 엑시머 레이저에 사용된 몇가지 그런 기술은 Elsevier Science Publishers B.V, North-Holland Physics Publishing, John F. Reintjes가 저술한 레이저 핸드북, 5권의 44-50 페이지에 의해 논의되었다. 이 기술은, 파장 선택의 에셀레 회절 격자를 포함하는, 회절격자의 활용을 포함한다. 모든 주파수 선택소자들은, 회절격자를 포함하여, 선택성에 대한 각 분산에 의존한다. 그러므로 이 주파수 선택 시스템의 스펙트럼의 분해능은 빔 발산을 감소시킴으로써 향상된다. 발산은 작은 구멍을 사용하여 감소시킬 수 있다. 공지기술 중의 하나는, 주파수 선택소자의 망원 업스트림 같은 빔 팽창기로 그것을 확대시킴으로서 빔의 발산을 감소시키는 것이다. 빔 팽창은 빔 팽창기의 확대 인자에 의해 발산각을 감소시킨다. 주파수 선택 소자와 이득 매체 사이에 삽입된 프리즘은 빔을 한 방향으로 확대하는데 사용되었다. 불안정한 공진기는 잘 알려져 있고, 불안정한 공진기가 감소된 빔 발산을 제공하기 위해 설계되었을 것이라고 알려져 있다.

굽은 회절 격자

휘어진 파면을 보상하는 굽은 회절 격자는 알려져 있다. 본 발명의 양수인에게 양도되어진 미국특허 번호5095492는, 광로상의 광 요소들에 의해 야기된 왜곡을 보정하기 위한, 평평한 출력 결합기를 가지는 레이저 공진기에 사용되는 그런 회절 격자를 설명한다. 특허 번호 5095492는 참고자료로 여기에 합쳤다.

엑시머 레이저

KrF 엑시머 레이저는 집적회로 석판 산업에서 쓸모있는 광원 기계가 되어가고 있다. 전형적인 선행 KrF 엑시머 레이저는 도 1과 도 2에 도시된다. 펄스 파워 모듈(2)은 약100ns 동안 전기 펄스지속을, 방전 챔버(8)에 위치한 전극(6)에 공급한다. 전극은 길이가 약28inch이고, 약3/5inch 떨어져 위치한다. 전형적인 석판 레이저는 약1000Hz의 높은 펄스범위에서 동작한다. 이 이유로 하여 레이저 가스(전형적인 예로, 0.1%불소, 1.3%크립톤, 그리고 버퍼개스로 작용하는 나머지 네온)를 전극사이의 공간을 통해 회전시키는 것이 필요하다. 이것은 레이저 방전 챔버에 위치한 접선 송풍기(10)로 행해진다. 레이저 개스는 챔버에 역시 위치한 열 교환기로 식혀진다. 상업적인 엑시머 레이저 시스템은, 시스템의 나머지 부분을 교란함이 없이 쉽게 교체되어질수 있는 몇 가지 모듈을 전형적으로 포함한다. 주요한 모듈은 도1에서 보여지고 그리고 다음을 포함한다.

레이저 챔버(8)

펄스 파워 모듈(2)

출력 결합기(16)

선 폭줄임 모듈(18)

파장계(20)

컴퓨터 제어부(22)

주변 지지 서브 시스템

방전 챔버는 약 3대기압의 압력하에서 작동한다. 이 선행 레이저는 전형적으로, 약600Hz에서 1000Hz사이의 펄스 모드에서 작동하고, 각 펄스의 에너지는 약10mJ이고 레이저 펄스의 지속 시간은 약15ns이다. 따라서, 레이저 빔의 평균 전력은 약6 내지 10watts이고, 펄스의 평균 전력은 약 700KW의 범위에 있다.

300nm 아래 파장에서는 색채 보정의 굴절 시스템을 제공하는 활용 가능한 기술이 없다. 그러므로, 스텝퍼 렌즈는 색채 보정력을 가지지 않을 것이다. KrF 레이저는 약 248nm 의 공칭 파장에서 작동하고, 약300pm 의 자연 대역폭(최대 출력 절반 전체 폭, FWHM)을 가진다. 굴절 시스템에서는(수치구멍 >0.5)-스텝퍼나 스캐너- 광원의 파장이 실제적으로 끊임없이 변하고, 피코미터 범위로 최소화되어 퍼져야 할 것이다. 상업적으로 이용할 수 있는 현재의 선행 레이저 시스템은 약248nm의 공칭 파장에서, 0.8pm(0.0008nm)의 대역폭을 가진 KrF 레이저를 제공한다. 가장 상업적인 레이저의 파장 안정은 약 0.25pm 이다. 이 파라미터로 스텝퍼 제작자는 약 0.3미크론의 분해능을 가진 집적 회로 제조를 위한 스텝퍼 설비를 제공할 수 있다.

분해능을 향상시키기 위하여는 초 협대역폭이 필요하다. 예를 들어, 0.6pm 아래로 대역폭을 감소시킨 것은 분해능을 0.25미크론 아래로 향상시킬 것이다. 상기에 지적한 바와 같이, 대역폭은 (펄스 전력 대 파장의 표에서) 펄스 최대 전력 절반의 전체 폭으로 측정된 펄스 넓이로 일반적으로 규정된다. 펄스 특질의 또 다른 중요한 척도는 "95%상수"로 언급된다. 이것은 95%의 펄스 에너지를 포함하는 펄스 부분의 스펙트럼 폭이다. 바람직한 95%대역폭은 약 1.5pm 내지 2.0pm 보다 작다. 그러나, 선행 KrF 레이저는, 레이저를 사용하는 동안, 단지 3pm의 "95%상수"값을 제공할 수 있다.

이 출원은 1997.6.4 일 출원된, 초 협대역 레이저로 명명된, USSN_의 일부 계속 출원이다. 본 발명은 협대역 레이저, 특히나 협대역 KrF 레이저에 관한 것이다.

도 1은 집적회로 석판술에 사용되는 선행 상용 KrF 엑시머 레이저의 주요 요소를 보여주는 블럭도이다.

도 2는 상기 선행 KrF 레이저의 구성도이다.

도 3은 본 발명을 이용하는 엑시머 레이저를 보여주는 블럭도이다.

도 4는 고체 상태 펄스 파워 회로의 간단한 전기 회로도이다.

도 5는 선행 사이러트론에 기초한 회로와 고체 상태 펄스 파워 회로의 결과를 비교하는 그래프이다.

도 6은 펄스하는 동안 작동 전압의 그래프이다.

도 7은 적당한 곡률을 가진 회절격자를 가진 선 폭줄임 모듈의 주요 요소들의 스케치이다.

도 8은 레이저 출력 빔의 파장이 어떻게 측정되는지 보여준다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에서의 실험 결과를 보여주는 실험 데이타의 그래프이다.

도 12는 선행 불안정한 공진 공동의 스케치이다.

도 13은 본 발명의 주요 요소를 보여주는 스케치이다.

도 14는 바람직한 출력 결합기의 스케치이다.

본 발명은 초 협대역폭 레이저를 제공한다. 초 협대역폭은, 원통형의 거울에 의해 제공된 파면 왜곡을 보정하기 위하여 약간 휘어진, 회절 격자와 빔 팽창기를 포함하는 선 폭줄임 시스템과 공동하여, 출력 결합기를 제공하는 원통형의 부분 반사 거울을 사용하는 불안정한 공진 공동을 만듦으로써 이루어진다. 실시예에서 프리즘은 빔을 팽창시키는데 사용된다.

본 발명의 실시예는 그림을 참조하여 기술될 것이다.

기본원리

전형적인 선행 불안정한 공진공동은 도 12에 표현되었다. 이 예에서, 공진공동은 볼록 거울(62)(전 반사 또는 부분 반사하는)과 큰 직경을 가진, 전반사하는 오목거울(64)을 포함하는 출력 결합기 조합(60)에 의해 형성된다. 이득매질로부터의 출력 빔의 단면(출력 결합기의 중앙에서 전 반사 거울을 가정하여)은 66에 보여진다. 본 발명의 예가 도13에 표현되었다. 출력 결합기는 20% 부분 반사하는 볼록 원통형 거울(68)을 포함한다. 이득 매질(65)의 출력은 원통형 거울(68)에 의해 제공된 파면 왜곡을 보정하기 위한 적용된 그리고 적용될 수 있는 곡률을 가진 회절 격자(74), 피벗하는 전반사 거울(72), 그리고 원통거울(68)의 축에 수직한 한 방향으로 빔을 팽창시키는 프리즘 빔 팽창기(70)를 포함하는 선 폭줄임 모듈에서 선의 폭이 줄어든다. 실시예에서, 회절 격자(74)의 곡률은 회절격자(74)의 양 끝으로 부터 연장된 다리(78,80) 안쪽에 대하여 압축력을 제공하는 홈을 낸 마이크로미터 푸쉬 로드(76)와 압축된 스프링에 의해 생산된다. 구멍(82,84)은 빔의 교차면 차원을 제한한다.

본 발명의 또 다른 예는 부분 반사 오목거울을, 출력 결합기와 볼록 반사면을 제공하기 위해 약간 굽은 회절 격자로 이용하는 것이다.

초 협대역 KrF 레이저

본 발명의 특징을 활용하는 초 협대역 KrF 레이저가 아래에 기술된다.

챔버

도 3에서 보여진 본 발명 실시예의 방전 챔버(8)는 선행 방전 챔버와 같은 종류의 것이다. 챔버(8)는 부식 개스의 여러 가지 대기를 잡아둘 수 있도록 고안된 용기이다. 방전 구역은 1.2 내지 2.5cm의 틈에 의해 분리된 2개의 전극(6)에 의해 제한된다. 음극은 높은 전압에 연결되기 때문에 절연 구조로 되어 있고, 반면에 양극은 접지 전위인 금속 챔버에 붙어 있다. 미리 이온화는 방전구역 어느 한쪽에 위치한 코로나 방전 이온화기에 의해 행해진다. 레이저 개스의 부식성 때문에, 챔버는 불소 침식에 저항하도록 선택되어진 특별한 금속을 사용한다. 불소개스는 그러나, 챔버 벽과 전극 같은 챔버의 내부와 여전히 반응한다. 따라서 불소를 소비하여 금속 불화 오염물질을 생성한다. 보이지 않는 정전 침전기의 방법으로 금속 불화 찌꺼기는 트랩된다. 적은 양의 레이저 개스가 챔버로부터 추출되고, 찌꺼기를 트랩하기 위한, 음으로 하전된 높은 전계 와이어로 넘어간다. 찌꺼기가 제거된 개스는 그것들을 깨끗하게 유지하기 위해 창문으로 방출된다.

펄스 파워 모듈

실시예는 도4에서 보여진 고체 상태 펄스 파워 모듈(SSPPM)회로를 이용한다. 선행 사이러트론 시스템의 20kV 전력 공급은 1kV로 대체된다. 사이러트론 스위치는, 직접적으로 Cp에 공급하지 않는 SCR 스위치로 대체되고, 그러나 대신, C0의 에너지를 C1, C2, C3, 승압 변압기, 그리고 3개의 포화할 수 있는 인덕터에 의해 형성된 펄스 압축 회로로 스위치 된다. 이 회로의 작동은 아래와 같다. C0에 저장된 DC 전하가 SCR과 인덕터L0를 통해 C1에 스위치 된다. 포화할 수 있는 인덕터L1은 약 2.5s동안 C1의 전압을 막고 그리고 전도하며, C1으로부터 C2로 전하를 이동시킨다. 두번째 포화할 수 있는 인덕터L2는 약 500ns 동안 C2의 전압을 막고, 그 후 C2의 전하를 일차 1:20승압 변압기를 통해 흐르도록 한다. 승압 변압기로부터 나온 출력은 포화할 수 있는 인덕터L3이 약100-150ns 내에 전도될 때까지, C3에 저장된다. 전하는 마침내 L3을 통하여 Cp로 옮겨지고 레이저 방전이 일어난다. 도5의 하단에 보여진 Cp의 전압 파형은, 동등한 사이러트론 스위치 펄스 파워 모듈에 의해 생산된 그것의 모양과, SRC파형이 후울림이 거의 또는 전혀 보이지 않는 것을 제외하고는 거의 일치한다. 증가된 SSPPM의 복잡성은 비싸고, 짧은 수명의 사이러트론의 제거로 보상받는다. 펄스 제어에서의 향상이 도5에서 보여진다. SSPPM의 또 다른 중요한 특징은 도6에서 보여진 것과 같이 레이저 챔버로부터 반사된 에너지의 회복이다. SSPPM에서는 저항 부정합에 기인한, 레이저 챔버에 의해 반사된 에너지가 SSPPM과 레이저 챔버 사이에서 앞뒤로 더 이상 울리지 않는다. SSPPM회로는 펄스 형성 회로망을 통하여, 반사된 에너지를 C0에 보내도록 고안되었다. 이 에너지를 C0에 회복할 때, 잡혀진 에너지를 C0에 머무르게 하는 것을 보장하기 위해 SCR은 스위치를 끈다. 따라서, 동작 전압, 개스 혼합물, 또는 챔버상태에 관계없이, 레이저 전극을 가로지르는 전압 파형은 잘 조정된 시스템의 움직임을 보인다. 이 작업은 모든 레이저 동작 상태을 통하여 유지된다.

스펙트럼 폭 줄임

KrF레이저의 스펙트럼 폭줄임은 짧은 펄스 지속시간(10내지15ns, FWHM)과 자외선 파장으로 인해 복잡해진다. 짧은 펄스는 매우 높은 내부공동전력(~1MW/cm)의 결과로 나타나고, 그리고 짧은 파장은 248nm에서 높은 흡수 계수에 기인하여, 광학 물질을 열적으로 왜곡시킬 수 있다. 또한, 전형적인 레이저의 공진기를(선 폭줄임 광학 요소를 포함하는) 통해 일주운동한 총 횟수는 작다. 약 3과 4이다. 공진기를 통해 한번 통과한 선폭을 △λ₁로 표시한다면, n번 통과한 후의 선폭 △λ_f은 이렇게 주어진다.

그러므로, 광학 시스템에서 한번 통과 선폭은 기껏해야 최종 선폭보다 두배 더 높은 인자이다. 그러므로, 넓은 대역 스펙트럼을 광학시스템의 좁혀진 선 스펙트럼으로(즉,3pm에서 <1pm까지)으로 변환하는 효율은 매우 높아야 한다.

공진공동

본 실시예에서, 도 3에 보여진 20% 부분 반사하는 볼록 원통형 거울(68)을 사용한다. 공진공동의 맞은 편은 도 3에 보여진 선 폭줄임 모듈이다. 모듈(18)은 도7에 자세하다. 도 7에 보여진 3개의 프리즘 빔 팽창기(30,32,34)는, 약 20인자로 수평 방향으로 빔을 팽창하고 그리하여 그 방향으로 발산을 감소하기 위하여, 선 폭줄임 모듈 사이에 삽입된다. 레이저 양끝의 두개 구멍은 발산을 더 감소시키는데 사용된다. 그 팽창된 빔은 반사 거울(36)에서, 구부리는 매카니즘(40)에 의해, 도 7에 보여진 원통형의 오목 회절 격자 면을 생산하기 위해 휘어진, 회절격자(38)로 완전히 반사된다. 구부리는 매카니즘(40)은, 회절 격자(38)의 회절 면에 원통형의 오목 곡선을 제공하기 위하여, 압축력을 다리(78,80) 안쪽면에 인가시키는데 사용된다. 홈을 판 푸시 볼트(84)는, 스프링 (88) 에 대한 원통 피팅(86), 워시어(86)에 대한 압축 스프링(88), 베어링(92), 워시어(94), 푸시 로드 하우징(98), 그리고 다리(78)를 정열하기 위해 다리(80)안에 대응하는 나사 홈에서 회전한다. 원통형 피팅(86)은 푸시로드(100)에 탑재되어 있다. 스프링(88), 워시어(90,94), 베어링(92), 푸시로드 하우징(98)은 푸시로드(100)에 미끄러진다. 따라서 푸시 볼트(84)의 머리(85)의 회전으로부터 발생하는 스프링(88)의 압축력은, 회절 격자(38)의 회절 격자면을 원통 오목형으로 만들기 위해, 그것들을 조금 펼치는 다리 (78,80) 안쪽에 인가된다. 곡률은 바람직하게 조금 작다. 예를 들어, 반경 5미터에 대응하는 표면 볼록 곡률을 가지는 원통거울(68)에 의해 야기된 파면 왜곡을 보정하기 위하여, 회절 격자(38)의 보상 오목 곡률은 회절 격자로부터 1400미터 떨어진 곳에 초점을 형성하는 곡률이 되어야 한다. 우리 실험은 적당한 곡률이 다리(78,80)안쪽에 인가된 몇 파운드의 압축력으로 제공되어질 수 있다는 것을 보여준다. 출력 결합기에 비교하여, 매우 감소한 회절 격자 곡률은 실시예의 프리즘 빔 팽창기 배열의 확대로부터 기인한다. 이 매카니즘에 의해 제공된 조정은, 프리즘 가열에 의해 야기되는 의도되지 않은 왜곡같은, 출력 결합기에 의해 제공된 것과 다른 왜곡을 보상하는 데 역시 사용되어질 수 있다(회절격자의 곡률은 도7에서 매우 과장되었다). 왜곡이 시의존적인 응용품에서는, 홈을 판 푸시 볼트(84)를 돌리기 위해 모터 제어가 더해 질 수 있고, 다양한 왜곡에 의존하는 이 시간을 최소화하기 위하여 실시간 피드백 제어가 제공되어질 수 있다.

실험 결과

아래에 기술된 모든 실험은 도3에 보여진 수정을 가한, 도1과2에서 보여진 사이머 모델 ELS5400레이저로 행해졌다. 사용된 출력 결합기(68)는 볼록 원통형 거울이다(반경 곡률 r=5m). 거울의 볼록면은 R=20%반사하도록 코팅되었고, 평면은 AR코팅되었다. 도 7에서 보여지듯이, 회절 격자(38)는 원통형 거울(68)에 의해 야기된 레이저 광 파면 왜곡을 보상하기 위해, 원통 오목 회절 격자면을 형성하도록 굽었다. 이 조절은 다리(78,80)에 압축력을 인가하기 위한 홈을 판 푸시로드 머리(85)를 돌림으로써 이루어 졌다. 제로돌림은 임의적이고 이 실험에서는 볼트(84)의 돌림이 출력 빔에 영향을 주는 시작이라는 첫번째 도수에 대응한다. 어떤 의미에서, 이 시스템은 표준적인 망원 공동에 유사하다. 주요한 차이는, 우리 예에서는 회절격자가 휘어진 백 미러와 동시에 선 폭줄임 요소로 사용된다는 것이다. 또한 우리 예에서 구형 망원 공동에 비교될 수 있는 원통형 망원 공동을 가지고, 그래서 일차원, 다시 말해 수평의 "망원적인"성질만을 가진다. 테스트에 사용된 레이저는, 3억 펄스의 작동 히스토리를 가진 녹인 실리카 프리즘을 가진 선 폭줄임 모듈을 포함한다. 테스트에 사용된 챔버는 전에 9억 펄스를 위해 사용되었다. 도 9는 λ_FWHM과 λ_95%조정의 의존성을 보여준다. 개스 혼합물은 0.28kPa F2( 약 3.9kPa 크림톤, 개스 나머지는 버퍼개스 네온, 전 개스 압력 290kPa)이었다. 레이저는 1000Hz 반복률에서 파열사이가 0.2s인 50펄스 파열에 작동했다. λ_FWHM는 볼트 머리(85)의 1/2회전에 약 0.35pm이고, 4회전까지 0.4pm아래로 머문다. 그리고 모이기 시작한다. 95%상수(λ_95%)는 반면에 1/2회전에 가장 높고, 그리고 6회전까지 단계적으로 감소한다. 도 9의 점선은 선행기술의 출력 결합기를 사용하는 동일한 레이저에 의해 획득된 최선의 결과를 보여준다.

독자는 부분 반사 거울(65)이 그것을 통과하는 빔 일부와 관련하여 렌즈로 작용하는 것을 알아야 한다. 이 효과는 각 응용에서 고려되어야 한다. 거울의 후면은 바람직하게는 오목이거나 평면이다. 그 이후의 경우에서, 출력 결합기가 출력되어 나오는 빔을 약간 집중시키는 렌즈로 작용할 것이다. 그러므로, 선행기술에서 잘 알려진 적당한 광학 기구가 이 초점 효과를 보상하도록 제공 될 것이다.

출력 결합기 (65)의 뒷면으로부터의 반사가 고려되어야 하고, 뒷면에서부터 나오는 어떤 반사도 활동 레이저 매질 밖으로 방향지워지게 하기 위하여, 비반사 코팅, 그리고 뒷면을 어떤 각도로 움직이거나 부분 반사 거울을 축을 벗어나거나 보상각에 위치시키는 것과 같은, 잘 알려진 선행기술을 사용하여 다루어 져야 한다.

본 발명의 중요한 특징은, 부분 반사 거울을 활용하는 불안정한 공진 공동이 레이저 작동기간 동안 더 나은 빔 폭 제어를 생산한다는 것이다. 이것은 이득 매질의 중앙 측 근처에 발생한 광자는 공진공동에 남아 있고 더 큰 증폭을 받는 반면, 이득매질의 에지에서 발생한 광자는 이득매질 밖으로 밀려나는 경향이 있기 때문이다.

상기의 실시예는 출력 결합기에 20%를 균일하게 반사하는 부분 반사거울을 사용한다. 반사가 원통 거울 중앙에서 더 크고 에지 쪽으로 갈수록 감소하기 때문에 반사의 경사를 완만하게 하기 위하여 변화가 있을 것이다. 예를 들어, 거울 에지의 1%보다 더 적게 단계적인 감소를 가진, 중심에서 약 30%반사를 제공하기 위한 가능한 디자인이 가능할 것이다. 스펙트럼에서 변화는, 머리(85)의 1/2회전과 4회전의 스펙트럼을 보여주는 도10에서 보여진다. 1/2회전에서, 우리는 λ_95%값을 증가시키는 스펙트럼에서 단파 테일(tale)을 가진다. 4회전에서, 주요하게 테일의 감소와 그에 따른 λ_95%감소 때문에 더욱 대칭적이다.

주요한 관심사의 하나는 레이저의 공간 응집이다. 석판 레이저빔의 응집은 감광 수지의 노출동안에 반점 구조를 피하기 위해 일반적으로 매우 작을 것이 요구된다. 도 11은 더블 핀 홀 기술에 의해 측정된 공간 응집 결과를 보여준다. 이 기술에서, 알려진 거리로 분리된 2개의 핀홀을 통하여 빔을 통과시킴으로써 창조된 간섭 주름의 변조 깊이를 측정하였다. 변조 깊이는 우리에게 빔의 공간 응집에 대한 정보를 제공한다. 주름 변조는 약300에서 약 절반으로 떨어지고, 이것은 표준 ELS 5000 레이저 수행 결과와 매우 가깝고, 스텝퍼에 받아들일 만하다.

파장 제어 기술

최소한의 선 폭을 이루어내기 위한 선행 제어 기술은, 파장계(20)로터 획득된 실시간 파장 측정에 기초한 조절 가능한 선 폭줄임 모듈(18)을 제어하기 위해 도3에 보여진 컴퓨터(22)를 사용하는 것이다. 이것은 레이저빔이 회절 격자(38)를 비추는 각을 변화시키는 거울(36)의 위치를 잘 조정함으로써 바람직하게 얻어질 수 있다.

파장과 대역폭 측정

석판 레이저 출력 방사선의 중앙 파장은, a)웨이퍼 판에 초점을 맞추기 위해 b)확대에서 어떤 변화를 최소화 하기 위해 안정되어야 한다. 석판 레이저 생산에 사용되는 파장계는 바람직하게는 작고 그리고 좋은 상대 정확성, 작은 긴 기간의 드리프트, 원자선과 관련하여 좋은 절대 정확성 요구를 만족시켜야 한다. 게다가, 파장 측정은 주위 온도나 압력 변화에 무관해야 한다. 또한 파장계는 스페트럼 대역폭을 ±0.15pm의 정확성을 가지고 측정할 수 있어야 한다. 파장계의 작동 범위는 상대적으로 작을수 있다, 248.35 ±0.30nm. 파장은 격자와 에탈론 조합을 사용하여 측정한다. 이 파장계의 레이 아웃은 도8에 보여진다. 격자와 에탈론은 제각각 대충 그리고 미세 측정에 사용된다. 에탈론의 주름 부분이 양 측면에 이미지 되는 반면에, 회절 격자 분광계로부터 나온 출력은 1024 실리콘 광 다이오드 어레이의 중앙 지역에 이미지 된다. 파장은 에탈론 주름 패턴과 거친 회절 격자 출력 위치를 측정함으로써 결정된다.

주름 지름의 작은 변화는 파장 변화에 비례한다. 에탈론의 자유 스펙트럼 범위 (FSR) 보다 적은 파장 변화에서는 에탈론은 레이저 파장을 추적할 수 있다. 회절 격자 대충 측정은, 에탈론의 FSR 보다 더 큰 레이저 파장 드리프트에서, 어떤 가능한 실수 또는 불일치를 제거하는데 필요하다. 상기 에탈론은 10pm 또는 그보다 더 적은 FSR을 가진다; 또 다른 대안 적인 방법은 2개의 에탈론, 20pm FSR을 가진 것과 그리고 5pm FSR 을 가진 것을 사용할 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 에탈론 주름 패턴은 그것의 FSR의 배수로 분리된 파장과 동일하다.

파장계는 248.3271nm에서 흡수 최고치를 가지는 할로우 음극 Ne-Fe 램프와 관련하여 공장에서 눈금이 정해진다. 실험은 이 파장계가 ±0.5pm 내에서 안정하게 만들어 질수 있다는 것을 보여준다. 게다가, 변화에 의존하는 주변 압력을 제거하기 위하여, 회절 격자와 에탈론은 각각의 하우징속에 저장된다. 온도 안정성은 매우 낮은 열 팽창 계수 에탈론 스페이서(spacer)의 사용과 에탈론 하우징의 좋은 열 관리로 획득된다. 결국, 파장계로부터 얻어진 파장 정보는 선 폭줄임 모듈에서 회절 격자의 조도각을 변화시킴으로써 레이저 파장을 조절하는 데 사용된다. 이것은 도 7에서 보여진 매우 약간 피벗된 거울(36)에 의해 이루어졌다.

다른 실시예

상기에서 제안된 것처럼, 출력 결합기(68)는 부분 반사 오목 거울이 될 수 있다. 이 경우에, 회절 격자는 바람직하게 보상 볼록 원통 반사면을 제공하기 위해 휘어진다. 이것은 다리(78,80)를 안으로 당기는 조절할 수 있는 응력을 제공하기 위해, 도7에 보여진 조절 매카니즘을 조정함으로써 이루어진다. 오목거울이 출력 결합기로 사용될 때, 레이저 출력은 발산할 것이고, 따라서 부가적인 적당한 광학 요소가 발산을 감소시키기 위해 필요할 것이다.

회절 격자 (38)의 면 곡률은, 원통 오목면을 제공하기 위하여 두개의 회절 격자 후면 에지가 막히고 중앙 부분이 뒤로 당겨진, 특허 번호 5095492 에 기술된 방법같은 다른 명백한 방법에 따라 조절될 수 있다.

초 협대역 레이저가 특별한 예와 관련하여 기술되었을지라도, 그것은 다양한 응용과 수정이 이루어 질 수 있다고 생각되어야 한다. 예를 들어, 공칭 파장에서 작동하는 KrF 레이저 사용을 위해 기술된 기술들은 또한 ArF 레이저에 적용될 수 있다; 그러나, 광학기는 193nm로 고안되어야 한다. 부가적으로, 압축 로드(35) 손 조정은, 파장이나 다른 빔 파라미터의 실시간 측정에 기인한 수정이 이루어질 수 있기 위하여, 피드백 제어를 가진 모타 구동이 될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 단지 제한된다.

스텝퍼 설비의 완성도는, 설비의 작동기간 동안, 최소한의 대역폭을 유지하는 데 있다. 그러므로, 오랜 기간 공장 가동을 할 수 있고, 향상된 파장 안정성과 감소된 대역폭을 가진 엑시머 레이저 시스템의 믿을만한 생산 특질에 대한 요구가 존재한다.

Claims (20)

1. A.이득 매체, 및

   B.불안정한 공진 공동을 포함하고 있으며,

   상기 불안정한 공진 공동은,

   (1)부분 반사 원통 거울을 포함하는 출력 결합기, 및

   (2)선 폭줄임 모듈을 포함하고,

   상기 폭줄임 모듈은,

   (a)빔 팽창기, 및

   (b)원통형 곡면을 가진 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통 거울은 볼록하고 상기 회절격자 표면은 오목한 것을 특징으로 하는 레이저.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 원통 거울은 오목하고 상기 회절격자 표면은 볼록한 것을 특징으로 하는 레이저.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 원통 거울이 바람직한 파장에서, 빛의 약 20%를 반사하도록 설계된 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 원통 거울이 바람직한 파장에서, 빛의 약 20%를 반사하도록 설계된 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 원통 거울이 1m 내지 10m사이의, 바람직하게는 5m의 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 원통 거울이 중앙선을 규정하고, 상기 레이저가 상기 거울의 활동 영역을 규정하며, 상기 활동 영역의 에지가, 상기 활동 범위의 다른 지역보다 상기 중앙선을 따라 더 큰 반사도를 제공하는 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
8. 제 7 항에 있어서, 2개의 에지가 상기 중앙선에 평행하고, 상기 반사도가 중앙선으로 부터 상기 활동에지 각각으로 단조롭게 감소하는 것을 특징으로 하는 레이저.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 회절 격자의 곡면이 곡률을 규정하고, 상기 선 폭줄임 모듈이 상기 곡률을 조절하기 위한 곡률 조절 매카니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 조절 매카니즘이 스프링과 나사조절 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 거울이 빔에 관하여 경사가 지고 축을 벗어나 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 빔축을 규정하는 레이저.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 부분 반사 거울이 중앙선과 2개의 에지를 제한하고, 중앙선에서 더 크고 2개의 에지 근처에서는 줄어드는, 완만한 반사도를 제공하는 반사코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
13. A.(1) 2개의 연장된 전극,

    (2) 적어도 하나의 프리이오나이저, 및

    (3) 레이저 개스를 포함하는 레이저 챔버;

    B.원통형 거울을 포함하는 출력 결합기; 및

    C.원통형 오목 선 표면을 가진 회절 격자를 포함하는 선 폭줄임 유닛을 포함하고 있으며,

    상기 회절 격자와 상기 출력 결합기는 불안정한 공진 공동을 규정하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 선 폭줄임 유닛이, 적어도 하나의 빔 팽창 프리즘; 및 회절격자를 튜닝하기 위한 회절 격자 튜닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 개스가 불소 및 크립톤과 아르곤 중의 어느 하나를 포함하고, 레이저 챔버는 불소와 호환 가능한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저
16. 제 14 항에 있어서, 파장계와 회절 격자 튜닝 수단을 제어하기 위한 파장 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 선 폭줄임 유닛이, 적어도 하나의 프리즘 및 전반사 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.
18. A. 불소와 호환 가능한 물질을 포함하고 있고:

    (1)2개의 연장된 전극,

    (2)적어도 하나의 프리이오나이저,및

    (3)불소,할로겐,및 버퍼 개스를 포함하는 레이저 개스를 포함하는 레이저 챔버;

    B.(1)적어도 하나의 빔 팽창 프리즘, 및

    (2)튜닝 가능한 회절 격자를 포함하는 튜닝 가능한 선 폭줄임 유닛; 및

    C. 원통 거울을 포함하는 출력 결합기;를 포함하고,

    상기 원통 거울과 상기 튜닝 가능한 회절 격자가 불안정한 공진 공동을 규정하는 것을 특징으로 하는 초 협대역 엑시머 레이저.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 출력 레이저 빔의 파장을 측정하는 파장계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.
20. 제 18 항에 있어서, 선 폭줄임 모듈을 튜닝할 수 있는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저.