KR20010031030A - 협대역 엑시머 레이저 - Google Patents

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KR20010031030A
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Abstract

강화된 에너지량 제어 및 재생력을 갖고 약 500 내지 2000Hz의 범위에 있는 속도로 펄스를 만들 수 있는 초협대역 펄스 엑시머 레이저. 버스트의 펄스 개시 후, 1 가스 순환시간에 발생하는 종래기술의 버스트 모드 "슬러그 효과"는 미소량의 산소를 추가함으로써 제거될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 초협대역폭은 플루오르 부분압력을 0.10% 미만으로 줄이며, 출력 커플러의 반사율을 25%보다 크게 증가시킴으로써 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 종래기술의 라인 협소화 모듈에서 사용된 종래기술의 용화된 실리카는 플루오르화 칼슘 프리즘으로 대체된다.

Description

협대역 엑시머 레이저{NARROW BAND EXCIMER LASER}
엑시머 레이저는 현재 집적회로 리소그래피 산업을 위한 유용한 광원이 되고 있다. 전형적인 종래의 KrF 엑시머 레이저는 도 1 및 도 9에 도시되어 있다. 펄스 파워 모듈(AE)은 약 100ns를 지속하는 전기적 펄스를 방전 챔버(8)내에 위치되어 있는 전극(6)에 제공한다. 전극은 길이가 약 28인치이며, 약 3/5인치 이격되어 있다. 전형적인 리소그래피 레이저는 약 1000Hz의 고펄스율로 동작한다. 이러한 이유로, 전극사이의 공간을 통하여, 레이저가스(약 0.1% 플루오린, 1.3% 크립톤, 및 나머지는 완충가스로서 역활을 하는 네온)를 순환시키는 것이 필요하다. 이것은 레이저 방전 챔버내에 위치되어 있는 접선 블로워(10)로서 행해진다. 레이저 가스는 또한 챔버내에 위치된 열 교환기로 냉각된다. 전형적으로, 상업적인 엑시머 레이저 시스템은 나머지 시스템을 방해하는 일 없이, 빠르게 대체될 수 있는 수개의 모듈로 이루어져 있다. 주요 모듈은 도 2에 도시되어 있으며,
레이저 챔버(8)
펄스 파워 모듈(2)
출력 커플러(16)
라인 협소화 모듈(18)
파장계(20)
컴퓨터 제어 유닛(22)
주변 지지 서브 시스템
블로워(10)를 포함한다.
방전 챔버는 약 3 기압의 압력에서 동작된다. 약 600Hz 내지 약 1000Hz의 펄스 모드, 약 10mJ이 되는 펄스당 에너지, 및 약 15ns가 되는 레이저 펄스의 지속시간에서 이들 레이저 챔버는 동작한다. 따라서, 레이저 빔의 평균 전력은 약 6 내지 10 와트이며, 펄스의 평균 전력은 약 700KW의 범위내에 있다. 전형적인 동작모드는 "버스트 모드" 동작이라 한다. 이러한 모드에서, 레이저는 초당 1000 펄스의 속도에서 약 50 내지 150 펄스의 "버스트"를 제공한다. 따라서, 레이저의 지속시간은 약 50 내지 150 밀리초이다. 종래 기술의 리소그래프 엑시머 레이저는 바람직한 (항상 일정한) 출력 펄스 에너지를 유지하기 위해 출력 펄스 에너지를 측정하며 자동으로 방전 전압을 조정하는 피드백 전압 제어 회로로 장치되어 있다. 출력 펄스 에너지가 바람직한 레벨로 정확하게 제어된다는 것은 매우 중요한 일이다.
300nm 아래의 파장에서, 칩 리소그래피를 위해 사용되는 스테퍼 렌즈를 조립하기 위하여 유용한 단 하나의 적당한 광학 물질이 있다. 이러한 물질은 용화된 실리카이다. 모든 용화된 실리카 스테퍼 렌즈는 색채 보정 능력이 없다. KrF 엑시머 레이저는 대략 300pm(반치전폭)의 자연대역폭을 갖는다. (NA〉0.5를 갖는) 굴절 시스템-스테퍼 또는 스캐너-을 위하여, 대역폭은 1pm 아래로 감소되어야 한다. 현재 종래기술의 상업적으로 이용가능한 레이저 시스템은 약 0.8pm(0.0008nm)의 대역폭을 갖는 약 248nm의 공칭 파장에 있는 KrF 엑시머 레이저 빔을 제공할 수 있다. 최상의 상업적으로 이용가능한 레이저의 파장 안정도는 약 0.25pm이다. 이들 파라미터와 함께, 스테퍼 메이커는 약 0.3 미크론의 집적회로 분해능을 제공하기 위해 스테퍼 장치를 제공할 수 있다. 분해능을 향상시키기 위해, 더욱 협소한 대역폭이 요구된다. 예를 들면, 0.6pm 아래의 대역폭의 축소는 0.25 미크론 아래의 분해능으로 향상되게 한다. 레이저의 성능 및 효율을 안정화시키기 위해, 매우 적은 양의 산소를 엑시머 레이저 가스 혼합물에 첨가하는 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 미국특허 제5,307,364호를 참조하라.
다음, 집적회로 리소그래피 장치의 실질 성능은 집적회로 리소그래피 장치의동작수명에 전체에 걸쳐 레이저의 최소 대역폭을 유지시키는데 결정적인 영향을 준다.
따라서, 오랜기간의 공장 동작 능력, 및 정확하게 제어된 펄스 에너지, 파장, 및 대역폭을 갖는 신뢰성있는 제조특성의 요구가 존재한다.
본 발명은 레이저에 관한 것이며, 특히 협대역 레이저에 관한 것이다.
도 1은 집적회로 리소그래피에 사용되는 종래기술의 상업적인 KrF 엑시머 레이저의 주요 구성요소를 도시하는 도면,
도 2는 고체상태 펄스 전력 회로의 간략화된 전기적인 도면,
도 3은 고체상태 펄스 전력 회로의 결과를 종래기술의 사이라트론계 회로에 비교한 그래프,
도 4는 1 펄스동안에 동작 전압의 그래프,
도 5는 8억펄스 주기 이상에서 대역폭 및 동작 전압의 전형적인 변화율을 도시,
도 6은 KrF 레이저 시스템의 간략화된 스케치,
도 7은 라인 협소화 모듈의 주요구성요소의 스케치,
도 8은 레이저 파장이 어떻게 제어되는가를 도시,
도 9는 종래 기술의 상업적인 KrF 리소그래피 레이저의 도면,
도 10은 플루오르, 동작 전압, 및 펄스 에너지사이의 관계를 도시,
도 11은 플루오르 농도를 갖는 라인 폭의 변화율을 도시,
도 12A 및 12B는 다른 플루오르 농도를 갖는 펄스 모양을 도시,
도 13은 50버스트로부터의 데이터가 평균되어진 챔버내에 산소없이, 버스트 모드 동동작안에 있는 첫번째 125 펄스 동안의 평균 펄스 에너지의 차트,
도 14는 0ppm, 25ppm, 49ppm에 있는 산소를 갖는 평균 펄스 에너지를 도시하며 도 13에 유사한 차트,
도 15는 도 14에 플롯된 데이터의 3-시그마 통계를 도시하는 차트.
본 발명은 향상된 에너지량 제어 및 재생력을 가지며, 약 500 내지 2000Hz의 범위에 있는 속도로 펄스를 만들 수 있는 초협대역 펄스 엑시머 레이저를 제공한다. 버스트 펄스의 개시 후, 1 가스의 순환 시간에서 발생하는 종래 기술의 버스트 모드 "슬러그 효과"는 산소의 미소한 양의 첨가에 의해 제거된다. 바람직한 실시예에서, 극초대역폭은 플루오린 부분압을 0.10% 미만으로 줄이며 출력 커플러의 반사율을 25%보다 크게 증가시킴으로써 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 종래기술의 라인 협소화 모듈에서 사용된 종래기술의 용화된 실리카 빔 확장 프리즘은 플루오르화 칼슘 프리즘으로 대체된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 아래 설명한다. 도 1은 오늘날 집적회로 리소그래피에서 사용된 형태의 상업적인 엑시머 레이저 시스템의 주요 구성요소를 도시한다.
챔버
방전 챔버(10)는 용기이며, 수 기압의 부식성 가스를 담도록 설계되어 있다. 이들 용기는 ASME에 의해 특정된 것과 같은 종래의 안전 표준으로 설계되었다. 방전 영역은 1.2 내지 2.5cm의 갭에 의해 이격된 두개의 전극에 의해 구획형성된다. 캐소드는 고전압에 연결되기 때문에 절연구조에 의해 지지되는 반면, 애노드는 접지 전위에 있기 때문에 금속 챔버에 부착된다. 예비전리는 방전 영역의 다른 측에 위치되어 있는 코로나 방전 예비전리기에 의해서 행해진다. 가스의 부식성질로 인하여, 챔버는 플루오르 공격을 견디어낼 수 있도록 선택된 특정금속을 사용한다. 그러나, 플루오르가스는 챔버벽 및 전극과 같은 챔버 내부부분과 여전히 반응하며, 따라서, 플루오르를 소모하며, 플루오르화 금속 오염물질을 생성한다.
레이저는 (500 내지 2000Hz) 펄스화되기 때문에, 방전영역을 펄스사이에 제거하는 것-외부 구동 소스에 자기적으로 커플링된 접선 블로워에 의해 바람직하게 수행되는 작업-이 필수적이다. 챔버내측에 있는 수냉식 핀 열 교환기의 수단에 의해, 열은 레이저 가스로부터 뽑아내어진다. 플루오르화 금속 분진은 도시하지 않은 정전 침전제의 수단에 의해 트래핑된다. 적은 양의 레이저 가스는 분진을 트래핑하기위해 챔버로부터 뽑아내어지며 음으로 충전된 높은 필드 와이어로 전달된다. 다음, 무분진 가스는 가스를 깨끗하게 유지하기 위해 윈도상으로 배출된다. 가스는 고속의 플로로 인하여, 레이저챔버내에서 빌드업된 다른 압력에 의해 침전기를 통하여 구동된다.
펄스 전력 모듈
이 바람직한 실시예는 도 2에 도시된 고체상태 펄스전력 모듈(SSPPM) 회로를 사용한다. 종래 기술의 사이라트론 시스템의 20KV 전원장치는 1KV 전원장치에 의해 대체된다. 사이라트론 스위치는 직접 Cp를 공급하지 않는 SCR 스위치에 의해 대체되지만, 대신에, C0의 에너지를 C1, C2, C3, 승압 트랜스퍼머, 및 3개의 포화 인덕터에 의해 형성된 펄스 압축 회로로 스위칭한다. 이 회로의 동작은 다음과 같다. C0상에 저장된 DC전하는 SCR 및 인덕터(L0)를 통하여 C1으로 스위칭된다. 포화 인덕터(L1)는 대략 2.5s동안 C1상의 전압을 홀드오프시킨 후, C1에서 C2로 전하의 전송을 허용하여, 통전하게 된다. 제 2 포화 인덕터(L2)는 대략 500ns동안 C2상의 전압을 홀드오프시킨후, C2상의 전하가 제 1의 1:20 승압 트랜스퍼머를 통하여 흐르게 한다. 승압 트랜스퍼머에서의 출력은 포화 인덕터(L3)가 대략 100-150ns에서 통전할 때까지 C3상에 저장된다. 다음, 전하는 최종적으로 L3을 통하여 Cp로 전송되며, 레이저 방전이 발생한다. 도 3에 도시되어 있는 Cp상의 전압 파형은 SRC 파형이 호출후 거의 존재하지 않거나 또는 존재하지 않는 동등한 사이라트론-스위칭된 펄스 전력 모듈에 의해 만들어진 모양과 거의 일치한다. SSPPM의 증가된 복잡성은 비싸며, 단수명의 사이라트론을 제거함으로써 보상된다. SSPPM의 부가적이며 중요한 특징은 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 챔버로부터 반사된 에너지의 재생이다. SSPPM과 함께, 임피던스 부정합으로 인하여 레이저 챔버에 의해 반사된 에너지는 더이상 SSPPM 및 레이저 챔버사이를 이리저리 호출하지 않는다. SSPPM 회로는 네트워크를 C0로 형성한 펄스를 통하여 이러한 반사된 에너지를 뒤의 모든 방향으로 전송되도록 설계된다. C0상에서 에너지를 재생하자마자, SCR은 이러한 포획된 에너지가 C0에서 유지하는 것을 확실히 하기 위해, 스위치를 오프한다. 따라서, 동작 전압, 가스혼합, 또는 챔버 조건과 무관하게, 레이저전극을 가로지르는 전압 파형은 잘표현된 시스템의 양태를 보여준다. 이러한 성능은 모든 레이저 동작 조건에서 유지된다.
스펙트럼 협소화
앞에서 설명한 바와 같이, 프리러닝 KrF 엑시머 레이저의 대역폭(FWHM)은 대략 300pm이다. 현재, 엑시머 스테퍼는 렌즈의 NA에 영향을 주는 0.8 내지 3pm(FWHM)사이에 스펙트럼으로 협소화된 레이저를 사용한다. 95% 에너지의 스펙트럼폭, 및 일체식 에너지 스펙트럼은 FWHM 값보다 더 스테퍼 성능에 중요하다. 그러나 대부분의 사용자는 95% 에너지의 스펙트럼폭 대신에 FWHM을 말하는 것이 더욱 편리하다는 것을 알 것이다.
KrF 레이저의 스펙트럼 협소화는 그것의 단펄스 지속시간(10 내지 15ns,FWHM) 및 UV 파장에의해 완성될 수 있다. 단펄스는 매우 높은 내부중공 전력(∼1 MW/cm2)을 생기게 하며, 단파장은 248nm에서의 높은 흡수 계수로 인하여 광학물질을 열적으로 변형시킬 수 있다. 또한 공진기(라인 협소화 광학 구성요소를 포함)를 통하여, 전형적인 레이저에 대한 라운드 트립의 전체수는 약 3 내지 4로 작다. 만약 공진기를 통한 단일 경로 선폭이 △λ1으로 나타내어지면, n경로에 대한 △λf는
로 주어진다.
따라서, 광학 시스템의 단일 경로 선폭은 기껏해야 최종 선폭보다 더 큰 두개의 인자이어야 한다. 사실상, 출원인의 동료 작업자에 의한 시간 분해 스펙트럼 측정은 스펙트럼 선폭이, 2개의 인자에 의해 펄스의 시작에서 펄스의 꼬리로 감소될 수 있다. 따라서, 대역폭 스펙트럼을 광학 시스템의 라인 협소화 스펙트럼(즉, 300pm 내지 〈1pm)으로 변환하는 효율은 매우 높아야 한다.
라인 협소화 KrF 레이저의 일반적인 기술은 공진기에 있는 파장 분산 광학 구성요소를 도입하는 것이다. 프리즘, 에탈론, 및 회절격자, 3 종류의 분산 구성요소가 사용될 수 있다. Littrow 배치에 있는 높은 분산 회절격자의 사용이 가장 단순하며, 가장 효과적인 스펙트럼 라인 협소화 기술이다. 회절격자는 분산 구성요소이기 때문에, 선폭은 빔 발산에 비례한다. 좁은 선폭을 얻기 위해서, 작은 빔 수렴이 요구된다. 따라서, 2개의 슬릿, 3개의 프리즘 빔 익스팬더가 레이저 공진기에 삽입된다. 바람직한 라인 협소화 모듈의 주요 구성요소가 도 7에 도시되어 있다. 이들은 3개의 프리즘(30,32,34), 튜닝 미러(3C), 및 에쉘레 회절격자(38)를 포함한다. 미러는 레이저의 파장을 변화시키기위해 축을 중심으로 선회된다.
향상된 스펙트럼 성능
출원인 및 출원인의 동료 작업자들은 2pm내에 있는 레이저 빔의 95% 에너지를 가지며 FWHM에서 0.50pm의 선폭 명세화를 충족시킬 수 있는 KrF 레이저장치를 설계, 제작, 테스트하였다. 이들 결과는 시스템이, 이들 명세화내에서 보통 보수를 갖는 장치의 정상적인 수명이상으로 연속수행이 가능한지를 증명하기 위해 8000만 펄스에 대하여 새로운, 중간기간의, 및 오래된 방전 챔버상에서 논증되었다. 그 결과는 종래기술의 협대역 엑시머 레이저 기술보다 대략 50% 이상의 향상을 보여주었다.
이러한 향상된 성능을 이루기 위해, 출원인은 레이저의 동작 파라미터 및 레이저 장치를 향상시켰다.
플루오르 소모의 감소
출원인에 의해 제조되고 테스트된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 플루오르를 소모하는 방전챔버로부터 물질을 제거하는 것이 큰 관심이었다. 방전챔버에서의 플루오르 소모는 챔버내의 물질과 플루오르의 반응에 의한 것이다. 이들 반응은 일반적으로, 레이저성능을 열화시키는 오염물질을 만든다. 플루오르 오염물질을 최소화하기 위해서, 바람직한 실시예는 다음의 특정 기구를 포함한다.
챔버벽은 니켈로 코팅된 알루미늄이다.
전극은 황동이다.
모든 금속 O-링은 실로서 사용된다.
절연체는 모든 세라믹 및 플루오르가 양립가능하다.
알루미나는 출원인측의 바람직한 절연 물질이다.
모든 정전필터는 종래기술의 설계로서 동동작안에 만들어진 오염물질을 필터링하기 위해 제공된다.
팬 유닛은 종래기술을 사용하는 실링된 방전 챔버 외측에 위치된 기계적으로 커플링된 모터를 사용하여 구동된다.
제조동안에, 부품은 잠재적인 오염물질을 제거하기 위해 정밀하게 클리닝된다.
어셈블리 후, 챔버는 플루오르로 패시베이션된다.
공칭 플루오르 농도의 감소
바람직한 실시예는 바람직한 초협대역 출력을 얻기위해 동작 절차 및 레이저 시스템의 파라미터에서 실질적인 변화를 요구한다. 플루오르 농도는 0.1%(30kPa)에서 약 0.06%(18kPa)로 감소된다. 전체 가스압력은 약 300kPa이다.(Kr농도는 약 1.3%의 종래기술 레벨로 유지되며, 나머지 레이저 가스는 네온이다.) 동동작안에, 플루오르는 점차적으로 고갈된다. 일정한 펄스 에너지는 종래기술에 따라서 레이저동작 전압을 점차적으로 증가시킴으로서 얻어진다. 플루오르 및 네온 혼합물 주입은 엑시머 레이저 종래기술에서 잘 알려진 기술에 따라서 프루오린의 고갈을 보상하기 위해 주기적으로(전형적으로 약 1 내지 4 시간의 간격) 만들어진다. 이러한 절차 동안에, 플루오르 농도는 약 0.055% 및 0.065% 사이의 범위내에서 바람직하게 유지되며, 동작 전압은 일정 펄스 에너지를 유지하기에 적절한 대응범위내에서 유지된다. 예를 들면, 바람직한 실시예에서, 이 범위는 770 볼트 내지 790 볼트이다.
출력 커플러의 반사율 증가
본 발명의 바람직한 실시예에서, 출력 커플러의 반사율은 약 10%부터 증가하며, 전형적인 종래기술의 협대역 엑시머 레이저는 약 30%였다. 이것은 감소된 플루오르 농도로부터 생긴 레이저 효율 감소의 보상을 돕기 위해 행해진다.
플루오르화 칼슘 프리즘에 스위치
10% 내지 30%의 출력 커플러의 반사율에서의 변화는 라인 협소화 모듈을 통하여 전달한 광을 대략 이중화하는 효과를 갖는다. 종래기술의 용화된 실리카 프리즘에서의 추가 조도에 의해 생성된 추가열은 프리즘에 열 변형을 일으키게 한다. 이 문제를 해결하기 위해, 용화된 실리카 프리즘은 플루오르화 칼슘 프리즘으로 대체된다. 플루오르화 칼슘은 더 높은 열전도도를 가지며, 허용불가능한 변형없이 추가에너지를 조종할 수 있다.
버스트 모드 동작
본 명세서의 배경부분에서 설명한 바와 같이, KrF 레이저의 전형적인 모드 동작은 약 125 펄스의 버스트가 초당 1000 펄스의 속도로 만들어지는 "버스트 모드"이다. 버스트는 약 125 밀리초동안 지속하며, 전형적으로 버스트 사이에 아주 미소한 초의 "부동시간"이 있다. 출원인의 KrF 레이저는 약 0.017 세제곱미터이 레이저 가스를 포함하며, 블로워(10)에 의해 만들어진 전극사이의 가스 플로속도는 초당 약 0.228 세제곱미터이다. 이것은 약 75 밀리초의 전체 가스 순환 시간을 내포하지만; 챔버내에서의 플로는 전혀 균일하지 않으며, 부분적인 가스는 더 빠르게 순환한다. 전극사이의 가스의 속도는 초당 약 20 미터이며, 출원인은 가장 빠른 가스가 약 20밀리초로 움직일 수 있음을 추정해냈다. 출원인은 버스트에 있는 제 1 수개의 펄스 또는 제 1 펄스에 의해 생성된 "슬러그 효과"를 발견했다. 이러한 슬러그 효과는 펄스 에너지 대 50 버스트이상의 평균화된 123 펄스의 전형적인 펄스의 각 123 펄스의 플롯인 도 13에 도시되어 있다. 21번째 펄스후 즉, 제 1 펄스다음의 약 21 밀리초후의 다른 큰 급강하, 및 제 1 펄스 후의 큰 감소가 있다. 이러한 급강하는 극도로 감소가능하며, 급강하의 타이밍은 팬속도에 비례한다. 출원인은 첫번째 40초의 매우 재생가능한 엉뚱한 수행의 실질적인 원인을 알지 못했으나, 이것을 "슬러그 효과"로서 확인하였으며, 전극사이에 통과하는 "깨끗한" 레이저 가스가 제 1 펄스 또는 제 1 소수 펄스동안에 20,000 볼트로 폭파될 때 생성된 화학적 효과에 원인이 있는 것으로 믿고 있다. 30 밀리초동안에 전극사이를 통과한 가스는 실질적으로 모두 깨끗한 가스이지만, 약 20 밀리초후에는, 제 1 펄스동안 전기쇼크를 받은 가스는 전극사이를 되통과한다. 버스트까지 약 39 밀리초 후에, 레이저에 있는 가스는 완전히 혼합되며, 슬러그 효과가 사라진다.
결과
도 10은 동작 전압, 플루오르 농도 및 펄스 에너지 사이의 관계를 도시한다. 이 그래프는 플루오르 가스가 감소함에 따라서, 펄스당 10mJ의 원하는 출력을 유지하기 위해서는 전압을 증가시켜야 함을 보여준다. 그러나, 특정 실시예에서, 동작전압의 상한선은 800 볼트이다. 10% R 출력 커플러에 있어서는, 10mJ의 출력에 대응하는 최저의 플루오르 농도는 동작전압이 800 볼트로 상승하는 점에서 25kPa이다. 그러나, 30% R 출력 커플러에 있어서는, 플루오르 농도는 800 볼트 미만으로 미소한 동작 전압을 갖는 10mJ 펄스 에너지를 여전히 유지하면서, 약 20kPa만큼 낮게 감소될 수 있다. 도 11은 1000Hz에서의 연속 펄스, 및 1000Hz에서의 500 펄스 버스트 동안 (FWHM 및 95% 펄스 에너지에서 측정된) 선폭상에 있는 플루오르 농도를 감소시킨 실질적인 테스트 결과를 도시한다. 이러한 특정 테스트에 대해, 출력 커플러는 25% 반사율을 갖는다. 종래기술의 KrF 시스템 및 이들의 초협대역 KrF 레이저에 대한 전형적인 레이저 펄스 모양은 도 12A 및 12B에 비교되어 있다. 초협대역 레이저에 있어서는, 에너지는 라인 협소화 모듈을 통하여, 더많은 트립의 효과를 갖는 포톤을 나타내는 나중 부분의 펄스로 이동된다. 결과로서, 레이저의 일체식 펄스 스펙트럼 선폭은 감소된다.
산소 첨가-슬러그 효과의 감소
도 14 및 15는 미소한 양의 산소를 레이저 가스에 첨가한 슬러그 효과의 결과를 도시한다. 도 14는 버스트까지 약 22 내지 35 밀리초에서 발생한 에너지 감소에서의 극적인 감소를 도시한다. 도 15는 3-시그마 변화가, 약 25 내지 49 ppm의 범위에 있는 산소를 첨가함으로써 또한 극적으로 감소됨을 도시한다.
플루오르화 아르곤 레이저-가스 보충물 신드롬의 제거
출원인은 산소의 첨가가 초협대역 ArF 레이저의 성능을 또한 향상시킨다는 것을 알아냈다. 이들은 가스 보충물 신드롬으로 불린다. 이들은 ArF 초협대역 레이저에 있는 레이저 가스를 대체한 후 즉시, 레이저는 펄스 에너지가 본질적으로 감소되는 것에서 매우 열등하게 수행한다. 그러나, 전날 밤 세팅한 후, 다음 날 아침 레이저는 명세내에서 수행한다.
이러한 가스 보충물 신드롬은 약 2 내지 3 ppm과 같은 극도로 적은 양의 산소의 첨가로 제거된다. 따라서, 초협대역 ArF 엑시머 레이저에 대한 바람직한 레이저 가스 혼합물은:
3.5% 아르곤
0.1% 플루오르
2-3 ppm 산소
나머지는 네온 3 기압
추가량의 산소가 첨가되지만, 5ppm을 넘는 산소첨가는 상당히 이로운 효과를 가져오지 않는다.
파장 및 대역폭 측정
리소그래피 레이저 출력 방사의 중심 파장은 a) 초점을 웨이퍼 평면에 유지시키기 위해, b) 임의의 배율 변화를 최소화하기 위해 안정화되어야 한다. 그러나, 중심 파장에서의 드리프트는 배율보다 초점 평면의 안정도에 더 영향을 준다. 펄스의 버스트의 개시에서의 중심파장의 변화는 매우 중요하다. 다음 장에서, 우리는 리소그래피에 대한 대부분의 스펙트럼 필요조건을 측정하는 파장계를 설명할 것이다. 파장계는 파장을 측정하며, 목표 파장으로부터 임의의 편차를 보상하기 위해 라인 협소화 광학장치(에탈론 또는 회절격자)를 튜닝한다.
제품 리소그래피 레이저를 위하여 사용된 파장계는 소형이어야 하며, 우수한 상대 정확성, 작은 장기간 드리프트, 및 원자라인에 관한 우수한 절대 정밀도의 필요조건을 충족해야 한다. 각 경우에서의 필요조건은 〈±0.15pm이다. 추가로, 파장측정은 주변 온도 및 압력에서의 변화에 영향을 받지 말아야 한다. 추가로, 파장계는 스펙트럼 대역폭(FWHM)을 ±0.15pm의 정확도로 측정할 수 있어야 한다. 반면, 이러한 파장계의 동작 범위는 비교적 작은 248.35±0.30nm일 수 있다.
파장계는 회절격자 및 에탈론의 조합을 사용하여 측정된다. 이러한 파장계의 구조적 레이아웃은 도 8에 도시되어 있다. 회절격자 및 에탈론은 대충측정 및 미세 측정에 각각 사용된다. 회절격자 분광계로부터의 출력은 1024 구성요소 실리콘 포토다이오드 어레이의 중심영역에 이미지화되는 반면, 에탈론으로부터의 프린지 패턴은 두개의 측면에 이미지화된다. 파장계는 에탈론 프린지 패턴의 직경 및 대충적인 회절격자 출력의 위치를 측정함으로서 결정된다.
프린지 직경의 작은 변화는 파장계의 변화에 비례한다. 에탈론의 프리 스펙트럼 범위(FSR)보다 작은 파장 변화에 대해, 에탈론은 레이저의 파장을 추적할 수 있다. 대충적인 회절격자의 측정은 에탈론(20pm)의 프리 스펙트럼 범위(FSR)보다 더 큰 레이저 파장 드리프트에서의 상이함 또는 임의의 가능한 에러를 제거하기 위해 필요하다. 잘 알려진 바와 같이, 에탈론 프린지 패턴은 복수의 에탈론 프린지 패턴의 FSR에 의해 분리된 파장과 동일하다.
파장계는 248.3271nm의 흡수 피크를 갖는 공동 캐소드 Ne-Fe 램프에 관한 공장에서 측정된다. 실험은 이들 파장계가 ±0.5pm에서 안정화될 수 있음을 도시한다. 더우기, 주변 압력에 관계된 변화를 제거하기 위해, 회절격자 및 에탈론은 개별적으로 가압하우징에 수납된다. 온도 안정성은 에탈론 스페이서의 매우 낮은 열팽창 계수, 및 에탈론 하우징의 우수한 열유지를 사용함으로써 이루어진다.
최종적으로, 파장계에서 얻어진 파장 정보는 라인 협소화 모듈에 있는 회절격자상의 조도의 각을 변화시킴으로써 레이저 파장을 조절하기 위해 사용된다. 이것은 도 7에 도시된 미러(36)를 매우 미소하게 축을 중심으로 선회시킴으로써 행해진다.
비록 이러한 협대역 레이저가 특정실시예에 관하여 설명되었지만, 다양한 적용 및 변경이 본 발명에 만들어질 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 산소의 소스는 순수 산소 또는 미국특허 제5,307,364호에 개시된 임의의 산소가 될 수 있다. 또한 산소의 소스는 챔버환경에 포함될 수 있는 알루미늄 산화물 또는 칼륨과 같은 고체가 될 수 있으며, 산소의 방출은 온도로 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구항 및 이들의 법적인 동등물에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (9)

  1. A. 플루오로와 양립가능한 물질로 이루어지고,
    (1)가늘고 긴 두개의 전극;
    (2)적어도 하나의 예비전리기; 및
    (3)전체 압력을 한정하며, 불활성가스, 플루오르, 완충가스, 및 2 내지 50 ppm사이의 농도를 갖는 산소로 이루어진 레이저 가스;를 포함하는 레이저 챔버: 및
    B. (1)적어도 하나의 빔 확장 프리즘;
    (2)회절격자; 및
    (3)회절격자를 튜닝하는 튜닝수단;으로 구성된 라인 협소화 모듈:을 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플루오르는 전체 압력의 0.10 보다 낮은 부분압력을 갖는 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서, 적어도 25%의 반사율을 갖는 출력 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 크립톤인 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 산소인 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프리즘은 플루오르화 칼슘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  7. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 프리즘은 3개의 프리즘이며, 모두 플루오르화 칼슘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  8. 제 1 항에 있어서, 플루오르의 부분압력은 전체 가스압력의 0.06%보다 낮은 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저는 ArF 엑시머 레이저이며, 산소의 농도는 5 ppm보다 낮은 것을 특징으로 하는 초협대역 엑시머 레이저.
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