KR20010023805A - 더블 듀티 격자를 갖춘 라인 내로우잉 디바이스 - Google Patents

Abstract

확대된 빔의 광이 추가의 증폭을 위해 레이저 이득 매체(3)로 복귀하기 이전에 라인 내로우잉 시스템을 통하는 각각의 경로에서 적어도 두번 상기 레이저 이득 매체로부터 격자(16)를 조사하도록 편광 빔 스플리터(22), 편광 로테이터(24) 및 광학기구(14)가 구성된 라인 내로우잉 시스템이 개시되었다. 본 실시예에서, 격자는 리트로우 구성으로 배열된 에쉘 격자이다.

Description

더블 듀티 격자를 갖춘 라인 내로우잉 디바이스{LINE NARROWING DEVICE WITH DOUBLE DUTY GRATING}

레이저의 출력 대역폭을 감소시키는 기술은 공지되어 있다. 이러한 기술중 엑시머 레이저에 사용되는 여러기술이 John F. Reintjes에 의해 Laser Handbook, Vol. 5, North-Holland Physics Publishing, Elsevier Science Publishers B.V.의 페이지 44-50에 설명되었다. 이들 기술은 파장 선택을 위해 에쉘 격자를 포함하는 격자의 이용을 포함한다. 격자 앞에 빔 확대 프리즘을 사용하는 것은 격자의 효율을 향상시킬 수 있다.

KrF 엑시머 레이저의 대역폭을 감소시키는 종래기술은 도 1에 부재번호 6으로 나타낸, 구성성분을 갖춘 라인 내로우잉(narrowing) 모듈을 이용한다. 엑시머 레이저(2)의 공동 공진기(resonance cavity)는 출력 커플러(4)(10% 부분 반사경)와 에쉘(echelle) 격자(16)에 의해 형성된다. 레이저 빔(20)(약 3mm의 수평방향 직경과 20mm의 수직방향 직경을 갖는)은 레이저 챔버(3)의 후방을 빠져나간다. 빔의 이부분은 프리즘(8,10 및 12)에 의해 수평방향으로 확대되고 미러(14)에서 에쉘 격자(16)로 반사된다. 미러(14)는 레이저(2)를 위한 협대역 출력을 선택하기 위해 피벗팅된다. 격자(16)는 파장의 선택된 협대역이 미러(14)에서 반대로 반사되어 증폭을 위해 프리즘(12, 10, 8)을 통과하여 레이저 챔버(3)로 향하도록 리트로우(Littrow) 구성으로 배열된다. 선택된 협대역이외의 파장에서 광은 분산되어 이렇게 분산된 대역외 광은 레이저 챔버로 반사되지 않는다. 펄스 모드에서 동작하는 통상적인 KrF 레이저는 길이가 약 28인치인 이득 영역을 가지며 약 15 내지 30ns의 듀레이션을 갖는 펄스를 생성한다. 따라서, 공동 공진기내의 포톤은 공동 공진기에서 평균적으로 약 2 내지 4 왕복하게 된다. 각각의 왕복에서 빔의 약 90%가 출력 커플러에서 빠져나가고 약 10%가 추가의 증폭과 라인 내로우잉을 위해 반송된다. 이 빔은 라인 내로우잉 모듈을 통과함에 따라 반복적으로 라인 내로우잉된다.

이러한 종래 기술의 배열로, KrF 레이저의 대역폭은 약 300pm인 본래의 대역폭(전체 폭 반 최대(full width half maxixum) 또는 FWHM)으로 부터 약 0.8pm으로 축소된다. KrF 레이저의 몇몇 응용은 대역폭에 대한 더욱 큰 내로우잉을 필요로 한다. 이러한 응용은 예로서, 0.4 내지 0.6 pm의 대역폭을 필요로 하는 서브 0.25μ 집적회로 리소그래피를 포함한다.

필요로 되는 것은 종래 기술의 라인 내로우잉 유닛에 비해 레이저 빔의 대역폭에 대한 더욱 큰 내로우잉을 제공하는, 종래 기술의 라인 내로우잉 유닛에 대한 개량이다.

본 발명은 라인 내로우잉 레이저용 디바이스에 관한 것으로 특히 격자-기반 라인 내로우잉 디바이스에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 라인 내로우잉 기술을 나타낸 도.

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 도.

도 4는 대안적 격자 구성을 나타내는 도.

발명의 요약

본 발명은 확대된 빔의 광이 추가의 증폭을 위해 레이저 이득 매체로 복귀하기 이전에 라인 내로우잉 시스템을 관통할 때 마다 적어도 두번 상기 레이저 이득 매체로부터 격자를 조사하도록 편광 빔 스플리터, 편광 로테이터 및 반사 광학기구(optic)가 구성된 라인 내로우잉 시스템을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 이 격자는 리트로우 구성으로 배열된 에쉘 격자이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 도 2 및 3에 도시되어 있다.

제 1 바람직한 실시예

도 2에 나타난 장치는 프리즘(12)과 미러(14) 사이에 편광 빔 스플리터(22), 전반사경(26)과 1/4 파 플레이트(24)가 추가된 것 이외엔 도 1에 나타난 장치와 완전히 같다.

레이저 챔버(30)의 후방 윈도우는 수평방향에서 약 45도 경사져 있고 빔 확대 프리즘(8,10 및 12)의 전방면은 모두 수평방향에서 상당히 경사져 있다. 이들 경사진 광학 면의 효과는 미러(14)쪽을 향하는 방향으로 빔이 빠져나가는 프리즘(12)이 수평방향에서 상당히 편광 된다는 것이다.

편광 빔 스플리터(22)는 수평방향으로 편광된 광을 통과시키고 수직방향으로 편광된 광을 반사시키도록 방향을 이룬다. 그러므로, 편광 빔 스플리터(22)를 통과하는 레이저 챔버(3)로부터의 빔은 상당히 감소되지 않는다. 그후 광은 본 실시예에서 1/4파 플레이트인 편광 로테이터(24)를 지난다. 1/4파 플레이트(24)는 프리즘(12)을 빠져나오는 수평방향으로 편광된 광을 원편광으로 변환시킨다. 원편광된 빔은 미러(14)와 격자(16)를 반사하고 또다시 미러(14)를 반사하여 원편광된 광이 수직 편광으로 변환되는 1/4파 플레이트(24)로 되돌려 통과하여 전체적으로 반사경(22)을 향하여 편광 빔 스플리터(26)로부터 반사한다. 그후 빔은 미러(26)를 반사하고, 다시 편광 빔 스플리터(26)를 반사하며 또다시 원편광된 광으로 변환되는 1/4 파 플레이트(24)를 통과한다. 이전과 같이 빔은 또다시 미러(14), 격자(16) 및 미러(14)를 반사하며 1/4파 플레이트(24)를 통과한다. 그러나 이때 빔의 다른 1/4 파 회전은 이 빔을 추가의 증폭을 위해 편광 빔 스플리터(22), 프리즘(12,10 및 8)을 통과하여 레이저 챔버(3)로 통과하는 수평방향으로 편광된 광으로 변환한다.(격자(16)로부터의 각각의 반사에서, 빔은 파장에 따라 분광되고 미러(14)의 위치는 선택된 파장의 협대역만이 레이저 챔버(3)로 지향되도록 설정됨을 유의하라.) 이 장치에서, 출력 커플러의 반사도는 도 1의 종래의 레이저 보다 높으며 약 20%이고, 따라서 약 80%의 빔이 출력 커플러에서 빠져나가고 약 20%가 반사된다. 출력 커플러의 이와 같은 고반사도는 격자로부터의 이중 반사에 의해 야기된 광 손실의 증가를 보상한다. 따라서, 본 실시예로 빔은 도 1에 도시된 종래 기술의 장치에서와 같은 격자(16)에 의한 라인 내로우잉 보다 2배 많은 라인 내로우잉을 얻는다. 이 결과는 펄스 에너지에서의 감소가 거의 없이 대역폭에서의 상당한 추가 감소를 가져온다.

에쉘 회절 격자의 반사도는 편광에 민감하며, 수평 편광과 수직 편광과의 차는 약 10% 이다. 이것은 격자(16)로부터의 제 1 반사 후에 편광기(22)를 통해 빔의 일부분이 누설되는 것을 허용하는 격자로 부터 반사된 원편광된 광에서 약간의 왜곡을 일으키게 할 것이다. 이것은 중요하지 않은 사소한 결과이며 10% 이상인 이중 패스의 효율을 감소시키지 않을 것이다. 본 출원인은 대역폭이 종래 기술의 레이저에서의 0.8pm으로부터 본 발명의 레이저의 0.4-0.6pm으로 전체 대역폭이 감소되었다고 평가한다.

제 2 바람직한 실시예

본 발명의 제 2 바람직한 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 본 실시예는 편광 빔 스플리터(22), 전반사경(26)과 1/4 파 플레이트(24)가 프리즘(12)과 미러(14) 사이에 위치되지 않고 미러(14)와 격자(16) 사이에 위치된 것을 제외하곤 도 2에 도시된 것과 마찬가지이다.

제 1 실시예에 비한 제 2 실시예의 이점은 미러(14)로 부터의 반사가 1/2로 줄어든다는 것이다. 또한, 제 2 실시예에선 미러(14)에 의한 레이저의 파장 튜닝이 더욱 용이한 데 이는 미러(14)의 피벗 조정의 영향이 미러(14)로부터의 이중 반사에 의해 두배로 되지 않기 때문이다.

기타 격자 구성

본 바람직한 실시예에서 격자는 모두 리트로우 구성으로 배열되어있다. 당업자는 이 격자 구성이, 격자와 미러가 선택된 파장의 협대역을 반환하도록 정렬된 도 4에 도시된 바와 같은 그레이징 입사 격자 구성과 같은 기타 격자 구성으로 대치될 수 있음을 인식할 것이다.

본 초협대역 레이저가 특정 실시예를 참조하여 설명되었을 지라도, 이에 대한 다양한 수정 및 적응이 이루어 질 수 있음이 인식되어져야 한다. 예로서, 명목(nominal) 파장에서 작동하는 KrF 레이저에서의 사용에 대해 설명된 기술은 ArF 레이저에도 적용될 수 있지만, 광학기구는 반드시 193nm를 위한 설계가 되어야 한다. 1/4 파 플레이트는 패러데이 회전자로 대치될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (13)

1. 레이저용 라인 내로우잉 시스템에 있어서,

   A) 격자를 포함하는 분광 광학기구;

   B) 상기 격자를 조사하도록 방향을 이루고 빔의 순방향을 한정하는 경로를 갖는 확대된 레이저 빔을 생성하기 위해 좁은 레이저 빔을 확대시키는 빔 확대 광학기구;

   C) 상기 확대된 레이저 빔의 경로의 적어도 일부분을 가로질러 위치된 편광 빔 스플리터;

   D) 상기 편광 빔 스플리터와 상기 격자 사이의 상기 빔 경로의 한 구간에서 상기 확대된 레이저 빔의 적어도 일부분을 가로질러 위치된 편광 로테이터; 및

   E) 상기 편광 빔 스플리터에 의해 상기 확대된 레이저 빔의 경로로부터 광을 분할하는 상기 편광 빔 스플리터를 향하여 반사하도록 위치된 제 1 반사 광학기구를 포함하며, 여기서 상기 편광 빔 스플리터, 상기 편광 로테이터, 상기 분광 광학기구 및 상기 제 1 반사 광학기구는 상기 확대된 빔의 광의 적어도 일부분이 상기 레이저용 라인 내로우잉 시스템을 관통할 때 마다 적어도 두번 상기 격자를 조사하도록 배열된 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분광 광학기구는 리트로우 구성으로 방향을 이룬 에쉘 격자인 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분광 광학기구는 격자와 미러를 포함하며, 이 격자와 미러는 상기 빔의 순 방향과 반대 방향으로 선택된 파장 범위내의 상기 확대된 빔의 일부를 반사하도록 방향을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 로테이터는 1/4 파 플레이트인 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 로테이터는 패러데이 회전자인 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반사 광학기구는 미러인 것을 특징으로 하는 레이저용 라인 내로우잉 시스템.
7. A) 이득 매체를 포함하는 레이저 챔버;

   a) 격자를 포함하는 분광 광학기구,

   b) 상기 격자를 조사하도록 방향지워지고 빔의 순방향을 한정하는 경로를 갖는 확대된 레이저 빔을 생성하기 위해 좁은 레이저 빔을 확대시키는 빔 확대 광학기구,

   c) 상기 확대된 레이저 빔의 경로의 적어도 일부분을 가로질러 위치된 편광 빔 스플리터,

   d) 상기 편광 빔 스플리터와 상기 격자 사이의 상기 빔 경로의 한 구간에서 상기 확대된 레이저 빔의 적어도 일부분을 가로질러 위치된 편광 로테이터, 및

   e) 상기 편광 빔 스플리터에 의해 상기 확대된 레이저 빔의 경로로부터 광을 분할하는 상기 편광 빔 스플리터를 향하여 반사하도록 위치된 제 1 반사 광학기구을 포함하며, 여기서 상기 편광 빔 스플리터, 상기 편광 로테이터, 상기 분광 광학기구 및 상기 제 1 반사 광학기구는 상기 확대된 빔의 광의 적어도 일부분이 상기 레이저용 라인 내로우잉 시스템을 관통할 때 마다 적어도 두번 상기 격자를 조사하도록 배열된,

   B) 레이저용 라인 내로우잉 시스템; 및

   C) 출력 커플러를 포함하며,

   상기 레이저용 라인 내로우잉 시스템, 상기 레이저 챔버와 상기 출력 커플러는 공동 공진기를 형성하도록 배열되고 여기서 레이저 방사선은 상기 챔버에서 생성되고, 상기 라인 내로우잉 시스템에서 라인 내로우잉되어 상기 출력 커플러가 있음에도 불구하고 존재하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 분광 광학기구는 리트로우 구성으로 방향을 이룬 에쉘 격자인 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 분광 광학기구는 격자와 미러를 포함하며, 이 격자와 미러는 상기 빔의 순 방향과 반대 방향으로 선택된 파장 범위내에서 상기 확대된 빔의 일부를 반사하도록 방향을 이루는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 편광 로테이터는 1/4 파 플레이트인 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 편광 로테이터는 패러데이 회전자인 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 반사 광학기구는 미러인 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 이득 매체는 할로겐 가스, 노블 가스 및 버퍼 가스를 포함하고 상기 레이저는 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 시스템.