TW200400673A - High peak power optical resonator and combination of several of these optical resonators, particularly to excite a light generator in the extreme ultraviolet - Google Patents

Description

200400673 玖、發明說明 (發明說明應敍明·旅Ha & Η 發月所屬之技術領域 '先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 技術領域 本發明係有關於一種具有一高平均功率以及一高復現 5率的高峰值功率之光學共振器，其之成本及複雜性最低。 同時係有關於特別是在遠紫外線區激發一光產生器的數個 此等共振器的組合。 因此本發明係更特別地適用在遠紫外線範圍中的光產 生器。

1〇 於此範圍内的輻射亦稱為“遠紫外線輻射（EUV rachaUon)”，其之波長係在8奈米至25奈米的範圍内變化。 藉由本發明之裝置與一合適的目標物互相作用產生光 脈衝而能夠獲得的遠紫外線輻射，係應用在數種領域，特 別是在材料科學、顯微術並特定言之，係用以製造超大型 15積體電路的微影蝕刻術。就超大型積體電路而言，特別有 利地具有一高復現率，然對高峰值功率雷射而言係極難以 達到。 本發明係適用在，需要該微影蝕刻術中所必需之型式 的一激發雷射的任一領域上。 20 【先前技術】 先前技術之說明 遠紫外線微影技術在微電子學上係為必需的，用以製 造尺寸小於o.m米的積體電路。數種遠紫外線輻射來源 ’係使用利用雷射所產生的電漿。 200400673 玖、發明說明 特別地，需要藉由以一強烈雷射源激發一氙氣喷束， 而產生波長約等於13奈米的紫外線輕射。 針對此雷射源滿足經濟上的需求，必需結合三種狀況： -雷射光之峰值功率必需極高（大小為1〇11 w/cm2)，為 5 了產生一約為13奈来的充分發射電漿， -重複率必需高（數千赫），使每小時製造的半導體晶圓 儘可能地多，以及 -雷射源必需簡單，其必需具有一合理的投資成本以 及一低的操作成本。 因此，一產生冋峰值照度的雷射，必需可用以產生電 漿。如此係可利用一脈衝雷射而達成，例如每脈衝輸出一 大小為300 mJ或更高的能量。 應注意的是，例如，本發明可利用雜摻鈥磁 (neodyme)的亞格雷射（YAG lasers)，並且針對該等雷射於 15多種工業領域中，已進行多種發展。然而，於本發明中能 夠使用其他的固態雷射，換言之該等雷射其中的放大介質 係為固態。 吾等將於之後更為詳細地討論此觀點。 為了在每-觸發中獲得-極佳的能量穩定性，如何使 20用藉由雷射二極體激發係為所熟知的。 再者，如何使用脈衝二極體，用以達到產生光微影餘刻 術所使用的遠紫外線㈣所需之峰值功率係為所熟知的。 以下的文件係提供與此主題有關的進一步資料： 向梵度及功率 [1]由Rieger等人提出之論文，題目為 200400673 玖、發明說明 的鈥：紀石權石雷射（High brightness and power Nd:YAG laser)，發表於：先進固態雷射（Advanced solid-state lasers)，1999年，Boston MA，第 49至 53 頁。 此文件揭露一種光微影蝕刻術所使用的裝置，在一相 5 對低的復現率下產生高峰值振幅的雷射脈衝。 如何使用一振盪器以及放大器用以達到所需的峰值功率 ，亦係為所熟知的。如此導致該一雷射係為複雜且價昂。 以下的文件係提供與此主題有關的進一步資料： [2] 由G. Holleman等人提出之論文，題目為：模式化 10 高亮度 kW 固態雷射（Modeling High brightness kW solid- state lasers) ， 發表於 ： SPIE ， 卷 2989 ， 第 15 至 22 頁。 此文件提及針對與二相對技術相對應之功率雷射的二 需求： 首先，熔接、機械加工以及材料處理等應用，係需要 15 藉由極簡單技術所達到之放射長脈衝的雷射，以及 再者，如有可能光微影蝕刻術應用需要在一高復現率 下的短脈衝，其係藉由一極複雜且價昂的技術來完成，特 別是使用二光學放大級（optical amplification stages)。 同時參考以下的文件，其係說明一高峰值功率的雷射 20 裝置： [3] 由G. Kubiak等人提出之論文，題目為：用於遠紫 外線微影蝕刻術的叢聚喷射雷射電漿源的放大作用（8〇&化-up of a cluster jet laser plasma source)，發表於：SPIE，卷 3676，第 669至 678 頁。 200400673 砍、發明說明 此文件[3]中所說明的裝置，係使用雜摻歛磁 (noedyme)的亞格雷射（YAG iasers)，係藉由與光微影蝕刻 術相關之其餘的先前技術中的脈衝二極體所激發。亦使用 複雜且價昂的光學放大器。再者，於此文件[3]中，針對一 5 280 mJ的脈衝能量而言，該目標復現率係為6千赫（kHz)。 於以下所說明的文件[6]中，將說明此雷射的一改良形 式。 亦參考以下的文件： [4]由H. Rieger等人提出之論文，題目為：高亮度及功 10 率的鈦：紀石榴石雷射（High brightness and power Nd:YAG laser)，發表於：OSA編著之光學與光子學上的趨勢（trends in Optics and Photonics),卷2ό，於 1999年 1 月 3 1 曰舉行的 主題會議，於1999年2月3曰在Boston由美國光學協會發行 ，第49至53頁， 15 其中簡要地說明一裝置，其具有一極低功率的主振盪 為’在1千赫的最大頻率下輸出1 mJ脈衝（因此平均功率不 大於1 W)，並係藉由一複雜且價昂的放大系統所作動。此 文件的基本部分在於研究在此放大系統中，光束品質的降 低。所說明之裝置其具有的性能，就平均功率與重複頻率 20而言，係極低於在微影蝕刻術中所使用的一遠紫外線光源 所需的性能。 該一雷射裝置所需的特性在於，能夠激發一強烈的遠 紫外線輻射源’該輻射源係符合半導體工業之需求，該工 業就規格形式而言在世界規模上已標準化，且已有複數種 200400673 玖、發明說明 嘗試用以滿足此規格。 然而，迄今，所有的嘗試皆為失敗。 在規格上，該等嚴格的限制明顯地包括產生具有一極 高復現率的高峰值強度。但亦有需要獲得一良好品質的光 5 束，其之特徵在於由光束直徑、以及其之發散角度與一常 數所界定的最低可能數值M2。

M2的理論下限值係等於1，但當雷射功率增加時，則 M2的數值增加。典型地，就一雜摻鈥磁的亞格雷射而言， 亦稱為一鈥：釔鋁石榴石雷射，可達數十。 10 上述規格強制M2S10。 其他新近的文件揭露該等欲滿足此規格的裝置

[5]由K. Nicklaus等人提出之論文，題目為：利用具 kW平均功率的固態功率放大器激發的工業雷射基礎之短 脈衝二極體（Industry-Laser Based Short Pulse Diode 15 Pumped Solid State Power Amplifier With kW Average Power)，發表於：OSA編著之光學與光子學上的趨勢 (trends in Optics and Photonics)，卷 50，先進固態雷射 (Advanced solid-state lasers)，Christopher Marshall編著， 美國光學協會，2001年，第388至391頁， 20 其中所說明的該一裝置中，光學共振器在2 kHz下輸 出4 mJ脈衝（或是在1 kHz下輸出8 mJ脈衝）至一組二雙程前 置放大器。光束之回程係藉由一偏光立方體偏轉而與該二 放大器成一直線，其輸出76 mJ(該一裝置之結構係稱為一 主控振盪器功率放大器（ΜΟΡΑ))。 10 200400673 玖、發明說明 [6] 由D.A· Tichenor等人提出之論文’題目為··遠紫外 線工程測試臺，新興的微影蝕刻技術1ViEUV Engineering

Test Stand，Emerging Lithographic Technologies IV ) ’

Elisabeth A·，Dobisz 編著，發表於· SPIE 學報’卷 5 3997(2000)，第 48至 69 頁。 此文章所說明的一雷射設備所使用的三相同模組係並 聯配置，該三模組中的每一模組係由TRW公司所製成的雷 射裝置所組成，並於以下的文件中加以說明： [7] 由Randall St· Pierre等人提出之論文，題目為：主 10 動式追蹤器雷射（ATLAS)(Active Tracker Laser)，OSA編著 之光學與光子學上的趨勢（trends in Optics and Photonics) ，卷 10，先進固態雷射（Advanced solid-state lasers)，1997 年，第288至291頁。 於文件[7]中所說明的鈦：釔石榴石固態光學共振器， 15 在2.5 kHz下輸出1.6 mJ之脈衝，其係在產生276 mJ之輸出 脈衝的雙程結構中加以放大。此TRW雷射裝置之早先的形 式係於文件[3]中加以說明。 根據文件[5]及[6]，光脈衝係在一基本雷射裝置中產 生，該裝置包含一具有低平均功率（低於15 W)之極小的低 20 能量振盪器（每脈衝低於10 mJ)，並且在棒或平板放大級中 藉由數程加以放大，為了獲得具有一低M2值與極短脈衝的 一高功率。 問題接著產生，當入射光功率與所使用的雷射棒之飽 和累積通量相較係為低時（並特別係針對鈥··釔石榴石之 200400673 玖、發明說明 低於200緣心入射累積通量），由雷射棒所提供的放大 作用係極為微弱。因而需要大量的極為昂貴之放大棒以 及數十之亦極為昂貴的二極冑，而~導致的最終效率係為 極低的。 ' 5 為了限制設備成本，通常具有通過第一級之二程（前 進-返回路徑，稱作為雙程放大器的原因），其必需與一偏 極光束一同使用並使用一偏光鏡（例如一偏光鏡立方體）， 因此回程並未返回在振i器上，但係沿著另一光學路徑❿ Φ 切換，沿著該路徑持續進行放大作用。 10 此將光束偏光的需求導致一附加的問題，其中雙程放 大係使用一等向性材料，例如鈥：釔石榴石或是摻镱鉉釔 石榴石，作為放大棒。此類型材料的等向性係在激發時加 以修正，降低入射光束之偏光。 、 因此，假若未安裝複雜裝置用以限制此現象，則偏光 / 15热法充分地維持，並且大部分的光束能量（針對鉉：釔石 榴石係約為25%)當返回光束進入偏光鏡時將受損失，如此 · 將損壞該振盪器。 該等複雜的裝置，換言之實質上結合偏光轉體並明斷 · 地配置相位板，限制該返回至振盪器之光束的功率至一低 20 數值（針對鈥：釔石榴石係約為2.4%)。 因此，為了解決獲得一能夠激發符合半導體工業之需 求的一強烈遠紫外線輻射源的雷射裝置的問題，文件[5]之 作者以及產生具有極低功率的最佳可能脈衝的文件[6]及[7] 的作者，因而增加複數之放大器並集中其之心力，研究用 12 200400673 玖、發明說明 以限制在該等放大器中所造成的消偏光作用損失的裝置。 此方法造成裝置複雜且昂貴，並且其之能量效率低。 再者，針對在文件[5]及[7]中所說明的裝置而言，該等主 要元件係連續地配置。因此，該等元件中的任一元件的任 5 何故障，將對整個裝置造成影響。 於以下的文件中提出另一方法： [8]由Oliver Melh等人提出之：具有500 kW脈衝峰值 功率及外部頻率加倍的小型300-W二極體激發振盪器 (Compact 300-W diode-pumped oscillator with 500 kW 10 pulse peak power and external frequency doubling)，OSA編 著之光學與光子學上的趨勢（trends in Optics and Photonics ，TOPS)，卷56，2001年5月6-11日舉行的雷射與電光學領 域學術會議（Conference on Lasers and Electro-Optics， CLEO)，技術文摘（Technical Digest)，第 421 至 422 頁。 15 此文件中說明一鈥：釔石榴石雷射包括二鈥：釔石榴 石棒、一介於該等棒之間的偏光轉體、二聲光調制器係分 別位在該二棒的每一側邊上以及一發散透鏡係介於每一調 制器與對應棒之間，該所有元件皆位在光學共振器中。 光學共振器的平均輸出功率係為260 W，以及復現率 20 係為 10 kHz。 然而，於此文件中所說明的實施作業忽略了一與光脈 衝觸發（調Q(Q-switching))裝置，特別是在此文件中所說的 雷射中使用的聲光Q開關（Q-switch)，有關的一重要問題； 該問題在於其之操作係視雷射光束的發散而定。 200400673 玖、發明說明 聲光觸發器（Q開關）實質上包括一聲光晶體，以及一 控制裝置，並係如以下方式操作： 當其接受一電信號時，控制裝置在晶體中放射一射頻 激發波，在此晶體中產生一布拉格光栅（Bragg grating)。 5當無激發時，此晶體容許入射線通過，在標稱的操作狀況 下並未沿著與晶體之進入表面垂直的方向抵達，但是造成 一布拉格角（Bragg angle)。 當啟動控制裝置時，射頻波產生布拉格光栅並接著偏 轉入射光射線，该偏轉角係為足夠的，因此該等射線離開 10 光學共振器’其係相配合地切斷光束雷射。 當光射線係以一不等於布拉格角的角度下抵達進入至 晶體的表面時，其不再相配地偏轉，特別是假若其偏移一 接近限制或疋®品界角的角度，或是大於此限制角。 此限制角的數值於實務上，係與藉由當晶體受激發時 15構成在此晶體中的布拉格光柵繞射，介於第一與第二階光 束之方向間的角度值相同（典型地係為4 mrad)。 具有與此角度接近之一入射角的射線，當晶體受激發 時並未正確地攔截。入射角超過此角度的射線並不再相配 地偏轉，但由於其之入射角係位在此腔室之角度可接受範 20圍内’所以其同時返回朝向光學共振器之中心部分。 其接著以一無用的方式造成腔室放射，在輸出下產生 一些連續雷射光功率之放射。操作變得不穩定並且脈衝大 小與持續時間並不穩定的脈衝，在輸出下疊加在來自於共 振器之此連續雷射放射上。 14 200400673 玖、發明說明 就相同的光束發散而言，不穩定性係隨著腔室所需的 脈衝功率增加而增加。 【明内容】 發明的描述 5 本發明之目的係解決在文件[5]至[7]中所說明的具體 實施例中’所使用的主控振盪器功率放大器（M〇pa)結構 的固有問題，以及在文件[8]中所說明之具體實施例中，具 有一振盪器之結構的固有問題，若非穩定性係因對聲光觸 發器（Q開關）的限制而受影響，該振盪器輸出高功率。 10 本發明意欲利用一具有高峰值功率及高復現率的光學 共振裔，解決該等問題，並藉由將此腔室與其他相同腔室 結合用以構成一雷射裝置，達到較於文件[5]至[8]中所揭 露的裝置為高的峰值功率性能，同時其之複雜性低、價格 低廉且具有更為可靠的操作。 15 $時應注意的是，文件[5]所揭露的雷射裝置係經設計 ，用以獲得從5奈秒至2G奈秒之短持續時間的脈衝，其係 為…、去此技食之人士所熟知的獲得一極具放射性的電聚的 方法。 20 具體地，本發明的目的係為—具有-固態放大介質的 光學共振器，此光學共振器係藉由持續地操作二極體產生 脈衝並激發，並且其之特徵在於包括： -至少二雷射棒， 又的稱件，此觸發構件係位在共名 器之部分中，其中藉由共振器發散所產生的雷射光束最」 15 200400673 玖、發明說明 ，以及 反射而另一係部分地反射 於具有二雷射棒的一 it te哭+旦 /、振為之最簡單的狀況下，共恭 器之雷射發散最少的部分，係糸仏— 、 刀係為位在二棒之間的部分。 在相對側邊處，位在介於共振器之其中之一雷射棒座 其中-反射鏡之間之該等雷射棒外部的該共振器之部分 係為該等光束發散最大的部分。 10 15

於文件附所說明的實施方式將光脈衝觸發構件潑 置在該等部分巾，使其容㈣受針對先前技術所說明的女 能不良性。 假若雷射棒係以一等向性材料，諸如鈥：釔鋁石榴; 或摻镱祕石梅石，所製成，則其必需在每—藉由二心 棒所構成的空間巾的光束之路徑上，增加_偏光轉動们 ’此轉動較佳地係為90度’為了獲得針對微影蚀刻工業卢 具體需要的光束品質。

有利地，由一些雷射棒，特別是錢：紀石梅石，所產 生的些微會聚係藉由在光束路徑上，在介於二相鄰雷射棒 之間的每-間隔之中間位置配置一在會聚上具有反效果的 20 透鏡加以修正。 根據本發明之裝置的一較佳具體實施例，製造雷射棒 所用的雷射材料，係由以下所組成的群組中選出：

Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAL〇、Yb:YAG、耻Se〇3 以及 Yb:Y2〇3 〇 16 200400673 玖、發明說明 較佳地，本發明之共振器包括二較佳地實質上 同之雷射材料製成的棒、偏光轉動構件其係配置在介於該 -棒之間的共振器中、以及二觸發脈衝構件係配置在偏《 * 轉動構件之每一侧邊上的二棒之間。 - 5 較佳地，該觸發構件係為聲光型式。 根據一不同的具體實施例，本發明之光學共振器可與 一或數個藉由二極體激發的單程雷射放大器結合，每一放 大裔所用之棒係在或高於棒材料之飽和累積通量下，受到 _ 活化涵蓋於其之整個長度。 10 較佳地，此累積通量係至少為材料之飽和累積通量的 三倍。 功能上，光學共振器的特徵在於其之產生具有一高累 積通篁的穩定輸出，並且不需使光束產m涵蓋棒# 、 整個長度，其能夠維持此光束的平行性，並達到或超過此 - 15 飽和累積通量。 之後將詳述較佳的應用，此累積通量係約為材料之飽 · 和累積通量的十倍。 本發明亦有關於結合至少三上述類型的光學共振器， 其係並聯配置，但其所產生的光束係受導引朝向相同的目 20 標物。 由此該等腔室之組合所產生的雷射裝置，其之特徵在 於包括： -至少三具有固態放大介質的脈衝光學共振器，該等 共振器係符合本發明之光學共振器，以及 17 200400673 玖、發明說明 -用於將該等光脈衝傳輸至在—目標物上相同位置， 並且大體上係在相同時間傳輸至此位置的構件， 並且該裝置亦包括控制脈衝光學共振器的構件，該等 控制構件係經設計以致所有脈衝於實務上，抵達目標物所 5需的瞬間精度係較5奈秒為佳，並較佳地優於〗奈秒。 根據-變化形式，光學共振器係與一或數個單程放大 器結合。 根據本發明之裝置的一特定的具體實施例，每一脈衝 光學共振器所用的觸發構件，包括二觸發器咖關）配置 1〇在此共振器中，位在偏光轉動構件之每一側邊上，介於該 等構件與以一雷射材料製成的棒之間。 根據本發明之-特定的具體實施例，傳送光脈衝之構件 包括將該等光脈衝沿著相同路徑傳送至目標物上的構件。 根據本發明之裝置的一特定的具體實施例，此裝置亦 15包括修正因光學共振器的附加光脈衝輸出，所產生之光脈 衝的空間分佈的構件。 根據另一特定的具體實施例，控制光學共振器的構件 亦能夠修正因光學共振器的附加光脈衝輸出，所產生之光 脈衝的時間分佈，為了產生複合脈衝。 2〇 根據本發明之一特定的具體實施例，每一複合脈衝之 外形包括一第一電漿觸發脈衝，其係藉由光脈衝與目標物 相互影響所產生、一時間間隔其中藉由雷射的光能量輸出 ，在電漿成長期間係為最小、以及一第二脈衝係由根據視 電漿成長而定的一順序之數個基本脈衝所組成。 18 200400673 玖、發明說明 假若產生複合脈衝，則本發明之裝置較佳地能夠將一 第1度聚焦光束傳送至目標物上，並接著將光能量之剩 餘部分利用廣泛聚焦而施加在目標物上。 藉由在本發明之裝置中的光學共振器對其放射光脈衝 的目“物其係經设計用以藉由與該等光脈衝相互影響而 在遠紫外線域中輸出光線。 然而，本發明並未限制在獲得遠紫外線輻射。其係可 應用在需將高峰值功率的雷射光束導引到一目標物上的任 *^域上。 10 於本發明中使用一空間重疊，並且於一特定的具體實 施例中使用時間順序。 “空間重疊，，意即複數之雷射光束大體上在目標物之相 同位置，以及大體上在相同時間的重疊。 大體上在相同時間”意即在雷射裝置中由不同的光學 15共振器所供應的不同基本脈衝之間的時間差，係較該等光 學共振器之復現週期為小。此重疊致使每脈衝的能量與峰 值功率倍增。 於之後將見到，能夠利用在幾乎相同的位置以及幾乎 相同的時間，雷射光束之重疊而達到通用性。此通用性致 20使能夠導致雷射光束適於電漿的需求。 於本發明中，以下所說明的觀點⑷至⑷係為重要的。 a)空間重疊 空間重疊增加了峰值功率，並給予寬廣的自由度用以 修正因由光學共振器所放射增加的基本光脈衝，產生的光 200400673 玖、發明說明 脈衝的空間分佈。 例如’於本發明之一較佳的具體實施例中，使用一較 其他更為聚焦的一光脈衝，如第1及2圖中所概略地顯示帶 * 來一較大的照度，該二圖中僅顯示二光束，用以簡化該等 - 5 圖式。 第1圖中顯示一第一光束F1及一第二光束F2的斷面圖 ,其中一平面係藉由二垂直軸〇乂及〇y所界定，該二光束 之共同軸係為Oy軸。 φ 違一光束相關於此0y軸，近乎具有相同的旋轉對稱性

並係來焦接近该Q點，大體上係位在由〇y軸以及一與〇X 及〇y軸垂直並通過0點的一軸所界定的觀測平面中。 該二光束之聚焦係為不同的，第一光束F1係較第二光 束F2更為緊密地聚焦。 · 第2圖係顯示在觀測平面中照度I的變化，係為沿著〇x ^ 15 轴该橫座標的一函數。 假若光束F1之聚焦係為光束以的五倍，則在〇y軸上 鲁 由光束F1所產生的照度，當二光束具有相同功率時，係為 大於由光束F2所產生之照度的25倍。但應注意的是，利用 本發明，可使用具有相同功率的光束，或另一方面，光束 20可具有不同的功率，或是彼此間功率極為不同。 - 此在相同時間在相同目標物上具有複數光束的“空間 重疊”，在一較小的時標（time scale)上，使能達到每一基 本光學共振器之時間沖銷。 b)在不同雷射脈衝（“複合，，脈衝）之時間上定序 20 200400673 玖、發明說明 能夠產生脈衝爆發，其中來自二基本光學共振器之二 脈衝之間的時間沖銷，與在二爆發之間的復現時間相較係 為極小的。該等形式的爆發係可視為複合脈衝。 藉由該等光脈衝的一時間沖銷，亦可產生預脈衝。 5 關於此主題的進一步資料亦見於以下的文件中，提及 產生一帶電預脈衝用於觸發電漿的可能性：

[9]由M. Berglund等人提出之論文，題目為：用於增強 來自於微滴目標物式雷射電漿的X射線放射及亮度的紫外 線予頁脈衝（Ultraviolet prepulse for enhanced X-ray emission 10 and brightness from droplet-target laser plasma)，發表在 1996年之Applied Physics Letters，卷69，第 1683 頁。 本發明較佳地針對不同的雷射脈衝及時使用此順序。 例如，能夠用以獲得以下所說明的定序。

一第一脈衝高度地聚焦在目標物上（例如，此脈衝係 15 為第1圖中光束F1的型式）觸發一電漿，並接著當電漿成長 時，目標物承受最小或零的照度，並當電漿達到光束F2之 直徑時，將一最大的光功率施加在目標物上。如第3圖中 所示，對第一脈衝施以的能量係低於對複合脈衝之其餘部 分所施以之能量係為有利的。 20 於第3圖中，光脈衝之振幅A係顯示為一時間t的函數 。其中顯示一複合脈衝11的一實例。此複合脈衝包括一預 脈衝12，其之後係為一第一組之同時基本脈衝13，其間係 間隔著時間T係為電漿成長所需，接著係為一第二組基本 同時脈衝14，其接著該第一組之同時基本脈衝。 21 200400673 玖、發明說明 c)使用連續二極體用於激發雷射材料 假若所使用的利用雜摻鈦磁之釔鋁石榴石材料的一光 學共振器係連續激發，光學共振器之上層的壽命係接近 · 250微秒，致使其需在高於5 kHz的復現率下作業，用以實 · 5 際引出澱積的光功率。 不同於先前技術，使用本發明能夠獲得高峰值功率， 藉由結合對於此峰值功率之不利觀點（觀點c)以及一有利觀 點（觀點a)，其之重要性係隨著基本光學共振器之數目增加 · 而更為重要。 觀點（b)係為適用本發明的一簡單之可行方式。 針對一微影钱刻術的應用而言，此可行性使藉由雷射 裝置激發的遠紫外線源的性能最佳化，適於其他的電漿需 求。 / 然而，於目前之業界狀態而言，在5奈秒或甚至是較 - 15佳地在1奈秒内，致使所有脈衝在相同時間下抵達係視為 較佳的。 0 於本發日月中，觀點⑷、⑻及⑷皆可在相同的時間下 使用，並且此對於獲得高峰值功率之有利與無利觀點之組 . 合，係與先前技術相反的。 20 以下所說明係為本發明除了產生高功率與高速度㈣ ' 脈衝之外的優點。 對-固定平均功率而言，假若該等二極體係連續地運 作’則一極體成本係顯著地較低。 再者，本發明之-雷射裝置係較先前技術的一雷射裝 22 200400673 玖、發明說明 置更為簡單，因為此裝置能夠在不需將放大器串聯配置下 運作。 此辑射裝置的運轉及維修，由於使用的光學元件的數 量小所以較為價廉。 由複數的振蓋益係為並聯配置，所以能夠達到較大的 使用靈活性。 光學共振器之數目增加，致使本發明之裝置較不易受 對其中之一光學共振器的瞬時性能造成影響的入射光之影 響。 10 圖式簡單說明 在閱讀以下相關於附加的圖式對於示範性具體實施例 所作之說明之後，將對本發明有較佳的瞭解，該具體實施 例純粹係作為資料，決不具限制性，該等圖式中： -第1及2圖係概略地圖示並已經加以說明的局部地獲 15 得鬲照度之二不同聚焦的雷射光束之用途， -第3圖係概略地圖示一能夠於本發明中使用並已經加 以說明的複合光脈衝的一實例， -第4圖係為本發明之數個光學共振器的組合的一概略 視圖，為了產生一在遠紫外線區中供一光源所用的激發裝 20 置， -第5圖係概略地圖示本發明之光學共振器的一特別的 具體實施例，以及 -第6及7圖係概略地並部分地圖示本發明之其他的實 例，致使能夠藉由數個光學共振器個別地產生基本雷射光 200400673 玖、發明說明 束之空間多功（spatial multiplexing)。

C實施方式J 特別具體實施例之詳細說明 於第5圖中所示之係為一符合本發明之光學共振器， 並於之後更為詳細地加以說明。 第4圖中係概略地顯示，數個本發明之脈衝光學共振 為之組合，為了產生一激發裝置供在遠紫外線區中的一光 源使用。 第4圖中所不的裝置包括三個以上的脈衝光學共振器 ⑺’亦稱為脈衝雷射，例如十@，但在此第4圖中係僅顯示 其中的三個，其之代表符號係分別為2、4及6。 由"亥等脈衝光學共振器所供應的光束8、10及12(更明 確地係為光脈衝），係經由―組反射賴傳送至在_目標物 16上的近乎相同點P處，並在近乎相同的時間抵達此點卜 15 ㈣顯示能夠獲得雷射脈衝的雷射控制構件18。 、第4圖亦顯示聚焦構件2〇、22及24,例如，其係為消 色差雙合透鏡，其係設計用以將光束8、1〇及12分別地聚 焦在目標物16之點p上。 20 a 丨不仍7川从稭由光

束與此目標物相互作用而於φ ^ jfcb aL 户用而輸出一退紫外線輻射26。為了如

此進行’该目標物’例如 取隹+ A ”戈包括一聚集貰射28(例如 由一噴嘴30輸出。 飞^糸 例如 影钱刻術 此遠紫外線輻射26係可用 於第4圖中的塊件34係標 於一積體電路32的微 諸不同的光學構件， 24 200400673 玖、發明說明 用以在遠紫外線輻射抵達積體電路32之前塑造該遠紫外線 輻射。 雷射2、4及6係為相同的或是幾乎相同，並能夠供應 光脈衝。 5 每一雷射包括二激發結構36a及36b，其中像差及雙折 射係為低的。 結構36a包括一雷射棒38a其係由一組雷射二極體4〇a 所激發，而結構36b包括一雷射棒38b其係由一組雷射二極 體40b所激發，其係連續地運作。 10 針對此實驗所選定的材料係為歛：釔鋁石榴石，其之 飽和累積通量係為200 mJ/cm2。 然而，從其他實驗選定一不同的雷射，用以產生稱為 預脈衝的第一脈衝。 每一光學共振器直接地在1〇 kHz下產生3〇〇 w的功率 15 ，忒光束品質係符合多功（multiPlexing)，脈衝持續時間係 為50奈秒並且其之能量係為3〇〇 mJ。在腔室出口處光束的 累積通量係為2.3 JW，幾乎係為鉉：記銘石摘石材料之飽 和累積通量的十倍。 猎由每一雷射2、4及6所產生光束，聚焦在目標物之 2〇 一直徑為50微米的區域，接著導致一峰值功率3 χ 1〇10 W/cm2 至 6 X 1〇10 w/cm2。 數值5 X 1〇" WW係為一典型所達到的目標物數值， 為了在一液體氙目標物上獲得足夠的發射率。 因此’此係可藉由結合具有上述性能的切射而達成。 25 200400673 玖、發明說明 在第4圖中的實例中，並未有光放大器係與雷射2、4 及6 —同使用。 然而，假若發現需要將峰值功率調整至一藉由經驗而 決定之最佳狀態，則可在每一光學共振器之後增加該一放 5 大器或甚至是數個該等放大器。 考慮本發明之光學共振器的特性，該等放大器係以一 相對低的增益操作，但能以最佳狀況將澱積在此放大器棒 中的能量取回，其中累積通量係約大於此棒之材料的飽和 累積通量十倍。 1〇 第5圖係為本發明之一脈衝光學共振器的一概略視圖 。其係由共振器2、4及6中的任一共振器所組成，並因而 包括結構36a及36b以及反射鏡42及44、偏光轉體46及/或 透鏡46a以及觸發脈衝構件50及52，將於之後加以說明。 於一不同的具體實施例中，一光放大器36c係安置在 15 此光學共振器的輸出處。此放大器36c包括一單程雷射棒 3 8 c ’其係由"-組持續運作的雷射二極體4 0 c所激發。 接著配置控制構件18，用以控制此放大器36c。此放 大器大體上與結構36a及36b相同，以及其之雷射棒38c較 佳地係以與雷射棒38a及38b相同的雷射材料製成。 20 此雷射材料係由N土YAG(較佳的材料）、Nd:YLF、

Nd.YALO、Yb:YAG、Nd:Sc03以及 Yb:Y203間選出。 再次相關於第4圖，每一光學共振器係藉由一第一高 度反射之反射鏡42(例如，在1064奈米下，反射係數R等於 100%)以及一部分反射的第二反射鏡44(反射係數R大小為 26 200400673 玖、發明說明 70%至80%)所限定，容許由此光學共振器所產生的光束通 過。 該等反射鏡較佳地係為曲線的，並且其之曲率半徑係 經计异’因此光束發散係為小的，並且致使參數M2係約等 5 於 10 〇 再者，腔室之長度係經選定而為脈衝之持續時間的函 數。該二具曲線的反射鏡係可以二組鏡片加以替代，該每 一組中包括一發散透鏡以及一平面反射鏡。 鲁 較佳地，在每一雷射2、4及6中係使用相同的激發結 10 構，用以補償所發生之不同的熱效應。但於此狀況中，較 佳地在二雷射棒38a及38b之間的任一位置處使用一 90度的 偏光轉體46。 在介於該二棒之間的恰好中間路徑處，可使用一猶微 ’ 發散的透鏡46a取代該轉體46。 . 15 不同地，在此配置中，可使用此透鏡與轉體46，該轉 體仍位在與透鏡相鄰的該二棒之間。 _ 該等雷射棒的直徑係介於3公厘與6公厘之間。 本發明在實驗中使用以1 · 1 %雜摻之鈦：紀石權石所製 成之4公厘直徑的雷射棒。 2〇 再者，於第4圖中的實例中，每一鈦：釔石榴石棒係 藉由40雷射二極體所激發，該等之每一二極體的功率為30 W並且在808奈米下放射。 每一棒係較佳地為同質激發’為了將球面像差降至最 低0 27 200400673 玖、發明說明 為使每一雷射產生脈衝，將聲光脈衝觸發構件配置在 位於光束路徑上的腔室中’該位置發生的發散最小，換言 之，介於每一棒與偏光轉體之間，用以能夠在一高復現率 下觸發該等脈衝。 5 料之每—聲光觸發器或是Q開關使用-氧化石夕晶體 ’在壓縮模式下以在27 kHz下的-90 W之射頻功㈣作， 此功率係藉由一4公厘的轉換器施加在晶體上。

於第4圖中的實例中，使用二於上述界定型式的聲光 偏轉器50及52，並係藉由位在偏光轉體牝之每一侧邊上由 1〇雷射棒38a及38b限定的空間中之控制構件18加以控制。 該二聲光偏轉器50及52係用與和上述平均功率對應的 增益，堵塞該腔室。 控制構件18觸發遠紫外線源之運作，使其之特性適於 微影蚀刻術之需求。如為適用，其係確定在目標物上雷射 15 2、4及6之光脈衝的同時性。

假若光程具有顯著不同的長度，則特別地其係能夠補 償該等差異並致使第4圖中之裝置中所容納的所有聲光偏 轉器之觸發，因此達成光脈衝的同步性。 控制構件18包括： 2〇 -產生激發雷射二極體供電電流40a及40b(並可能包括 40c)的構件（未顯示）以及 產生調制射頻電流的構件（未顯示），用α控制每—對 幾乎同步的聲光偏轉器50及52,該等偏轉器之間的時間沖 銷較佳地係低於1奈秒。 28 200400673 玖、發明說明 再者，该等控制構件18係經設計用以控制雷射2、4及 6 ,其係為電漿輻射測量信號（藉由雷射光束與目標物“之 相互作用所產生）的一函數，該信號係由一或數個適合的 感應益，諸如感應器54，所提供，例如具有光頻過濾的一 或數個快速矽光電二極體，針對遠紫外線輻射，此過濾係 可藉由鍅而完成，並藉由一矽化鉬多層反射鏡，可能疊起 ，假若觀察到電漿成長率，則應修正此過濾作用，抑或是 增加較接近可見光譜之具有過濾的一或數個其他的快速光 電二極體。 同時提供控制構件18用以控制雷射2、4及6成為以下 的一函數： -用於測量來自雷射2、4及ό的光脈衝能量的信號，其 係分別由適當的感應器56、58及60所提供，例如具有整合 構件的快速矽光電二極體，以及 -用於測量來自雷射2、4及ό的光脈衝之時間形狀的信 號，該信號係分別地由三適合的感應器62、64及66所提供 ，例如可與感應器56、58及60為相同感應器的快速矽光電 一極體，所不同之處在於#號係在整合構件之輸入側上被 取走。 應注意的是’選定由偏轉反射鏡14及消色差聚焦雙合 透鏡20、22及24所組成的光學構件，使空間重疊的位置變 動小於一低百分比，例如大小為焦斑（點ρ)之直徑的1%至 10% 。 第4圖中的雷射裝置亦包括該等構件，係經設計用以 29 200400673 玖、發明說明 修改因增加分別由雷射2、4及6所放射的光脈衝，而導致 的脈衝之空間分佈。該等構件，係以箭頭Μ、％及Μ加以 標諸，例如可經設計用以移動該消色差雙合透鏡20、22及 24,俾便修改分別地藉由該等之每—雙合透鏡所輸出之焦 5 斑的尺寸。 控制構件18可經設計用以將由雷射2、4及6彼此及時 地所放射的光脈衝移位、藉由彼此間在一適合的方式下將 雷射觸發移位而將所放射的光脈衝移位。 應注意的是，第4圖中的雷射裝置並未偏光，與所熟 10知的其他雷射裝置不同，例如於文件[5]中所說明的裝置。 維持具有鈥：釔鋁石榴石基雷射的偏光係為困難的， 並使裝置更為複雜。然而，本發明之具有空間多功構件的 模組化設計，對於待偏光的雷射裝置而言並非為必要的。 假若需要較高的重複率，大於或等於10 kHz，則較佳 15地避免使用具時間多功的變化形式。由N雷射（例如1〇) 所衍生的脈衝，接著在恰好地相同時間抵達目標物。 第6圖係概略地圖示且部分地顯示本發明之不同的具 體實施例。於此不同的具體實施例中，雷射8、1〇及12之 空間多功係在其聚焦在目標物P上之前使用。 20 此係藉由將與光束10及12結合的最後二反射鏡14(第4 圖之頂部），以與和光束8結合的最後反射鏡14(第4圖的頂 部）對準的二鑽孔的反射鏡80及82取代。 因此，該鑽孔的反射鏡80容許部分的光束8通過目標 物，並將部分的光束10反射朝向目標物。配置一阻止光束 200400673 玖、發明說明 的構件84，用以阻止其餘的光束1〇(未朝向目標物反射）。 同樣地，鑽孔的反射鏡82，其中的鑽孔係大於在反射 鏡80中的鑽孔’容許部分的光束8及1〇通過朝向目標物， 並將β卩刀的光束12反射朝向此目標物。配置^一阻止光束的 5構件86，用以阻止其餘的光束12(未朝向目標物反射）。 一消色差聚焦雙合透鏡88係經設計，用以將從對準的 反射鏡14、80及82輸出的光束聚焦在目標物上。 第7圖係概略地且部分地顯示本發明之另一不同的具 體實施例。於此變化的具體實施例中，鑽孔的反射鏡8〇可 10以一邊緣尖銳的反射鏡90加以取代，其係經設計用以將部 为的光束8反射朝向此目標物。配置一阻止光束的構件9 4 ，用以阻止其餘的光束1〇(未朝向目標物反射 鑽孔的反射鏡82亦可以一邊緣尖銳的反射鏡92加以取 代，其係經δ又计用以將部分的入射光束12反射朝向此目標 15 物，容許部分的光束8及10在其之周圍通過朝向此目標物 。配置一阻止光束的構件96，用以阻止其餘的光束12(未 朝向目標物反射）。 消色差水焦雙合透鏡20、22、24及88係有利地經設計 ，用以將像差降至最低。但其係可藉由曲線的反射鏡加以 20 取代。 【圖式簡單說明】 -第1及2圖係概略地圖示並已經加以說明的局部地獲 得南照度之二不同聚焦的雷射光束之用途， -第3圖係概略地圖示一能夠於本發明中使用並已經加 31 200400673 玖、發明說明 以說明的複合光脈衝的一實例， -第4圖係為本發明之數個光學共振器的組合的一概略 視圖，為了產生一在遠紫外線區中供一光源所用的激發裝 置， 5 -第5圖係概略地圖示本發明之光學共振器的一特別的 具體實施例，以及 -第6及7圖係概略地並部分地圖示本發明之其他的實 例，致使能夠藉由數個光學共振器個別地產生基本雷射光 束之空間多功（spatial multiplexing)。 10 【圖式之主要元件代表符號表】 2、4、6…光學共振器 38a、38b、38c···雷射棒 8、10、12···光束 40a、40b、40c···雷射二 14、42 ' 44 ' 80、82 ' 90 極體 、92…反射鏡 46…偏光轉體 16…目標物 46a…透鏡 18…雷射控制構件 50、52···觸發脈衝構件 20、22、24···聚焦構件 54 、 56 ' 58 、 60 、 62 、 64 2 6…遠紫外線轄射 、66···感應器 28…聚集噴射 74、76、78···構件 30…喷嘴 84、86、94、96···阻止光 32…積體電路 束構件 34…光學構件 88···消色差聚焦雙合透鏡 36a、36b…激發結構 F1···第一光束 3 6 c…光放大器 F2…第二光束 32 200400673 玖、發明說明 I…照度 12…預脈衝 II…複合脈衝 13、14…基本脈衝 33

Claims (1)

1. 200400673 拾、申請專利範圍 1.種光學共振器，其具有—固態放大介質此光學共 振器係藉由持續地操作二極體產生脈衝並激發，並且 其之特徵在於包含： · -至少二雷射棒， · 5 —至少一觸發光脈衝的構件，此觸發構件係位在共 振杰之部分中，該部分係該共振器發散所產生的雷射 光束最少的部分，以及 _二反射鏡，其係限定此共振器，其中之一係高度 · 地反射而另一係部分地反射。 10 2·如中請專利範圍第i項之光學共振器其中該雷射棒係 以如Nd:YA(^Yb:YAG的等向性材料所製成，腔室同 時在由二連續棒所構成的每一空間中光束之路徑上包 括一偏光轉動構件，此轉動較佳為9〇度。 3. 如申請專利範圍第丨項之光學共振器，其亦包含一較佳 . 15 的發散透鏡，位在二相鄰棒之間的每一間隔的中間位 置。 秦 4. 如申請專利範圍第㈣之光學共振器，其中該製造雷射 棒所用的雷射材料，係由以下所組成的群組中選出： Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAL〇、Yb:YA(}、Nd:Sc〇3 以 ’ 20 及 Yb:Y203。 · 5·如申請專利範圍第1或2項之光學共振器，其包括二棒 (38a、38b)，其較佳地大體上係以相同的雷射材料所製 成，以及偏光轉動構件係配置在該二棒之間的腔室中。 6·如申請專利範圍第3項之光學共振器，其中配置在每一 34 200400673 拾、申請專利範圍 脈衝光學共振器中的觸發脈衝構件，包括二⑽關配置 在腔室中’位在偏光轉動構件之每一侧邊上，介於偏 光轉動構件與雷射棒之間。 · 7. 如申請專利範圍第!至4項中之任一項之光學共振器， . 5 其中該觸發構件（5〇、52)係為聲光型式。 8. 如申請專利範圍第旧之光學共振器，其係與一或數個 單程放大器。 9· 一種雷射裝置，其之特徵在於包括： · •至少三根據申請專利範圍第1至3及8項中之任一 10 項的脈衝光學共振器（2、4、6)，以及 -用於將該等光脈衝傳輸至在一目標物（16)上大體 上相同位置且大體上係在相同時間傳輸至此位置的構 件（14)， / 且4裝置之特徵在於亦包括控制脈衝光學共振器 15 的構件（18)，5亥4控制構件係經設計以致所有構成部分 之装置的觸發構件同步地作動。 ^ 10·如申請專利範圍第9項之裝置，包括至少十並聯配置的 脈衝光學共振器（2、4、6)。 m U•如申請專利範圍第9或10項之裝置，其中該傳送光脈衝 m 20 的構件包括將該等光脈衝沿著相同路徑傳送至目標物 (16)上的構件（8〇、82、90、92)。 12·如申請專利範圍第9至11項中之任一項之裝置，其亦包 括修正因光學共振器之附加光脈衝輸出，所產生之光 脈衝的空間分佈的構件（74、76、78)。 35 200400673 拾、申請專利範圍 i3·如申請專利範 制光學共振器 加光脈衝輪出 複合脈衝。 圍第9至12射之項之裝s，其中控 的構件⑽亦能夠修正因光學共振器之附 ，所產生之光脈衝的時間分佈，以產生 5 10 15 20 .專利範圍第13項之裝置，其中該每-複合脈衝 之外形包含-第一電漿觸發脈衝，其係藉由光脈衝盘 目標物相互影響所產生—時間間隔，其中在《成 長期間藉由雷射所輪出的光能量為、’·以及一第二 脈衝，係由根據視電漿成長而定的一順序之數個基： 脈衝所組成。 15·如申請專利範圍第9至14項中之任—項之裝置，其亦包 括由光學共振器所放射之光脈衝的復現率，或者是Z 光學共振器所放射之該等光脈衝的順序的構件〇8)。 16·如申請專利範圍第13項之裝置，其能夠將_第_高度 來焦光束（F1)傳送至目標物上，並接著將光能量的其餘 部分以廣泛聚焦的方式施加在目標物上。 、、 17·如申請專利範圍第9至16項中之任一項之裝置，其中誃 目標物（16)係經設計用以藉由與該等由光學共振器Q、 4、6)所放射之光脈衝相互影響而在遠紫外線域中輪出 光線。 36