TW201409880A - 用於功率放大器之腔內損耗元件 - Google Patents

用於功率放大器之腔內損耗元件 Download PDF

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Abstract

一種再生環共振器在一光束的路徑中，包含一放電腔室具有電極等及一增益介質在該等電極之間；一光耦接器；及一衰減光系統。該光耦接器是部份反射的，因此由該放電腔室射至該光耦接器上之一光束的至少一部份會反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射至該光耦接器上之該光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器。該衰減光系統是在該共振器內的光束之路徑中，並具有多數個不同的衰減狀態。每個衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束來提供該光束之一能量的調整。

Description

用於功率放大器之腔內損耗元件 發明領域
所揭的主題內容係有關一種用於高功率深紫外線二級光源之功率放大器的腔內損耗元件。
發明背景
氣體放電雷射係使用於光微影術來製造半導體積體電路。因半導體製造已進展到需要愈來愈小的特徵細構尺寸(即是，用以製造該積體電路的最小細構尺寸)，故此等雷射的設計和性能曾被改良。例如，氣體放電雷射已被重設計成能提供較短的波長和較窄的頻寬來支持較高的解析度，及提供較高的功率來促成較高的產能，並穩定化性能參數，譬如劑量、波長和頻寬。
準分子雷射是一種使用於光微影術的氣體放電雷射，其能以高平均輸出功率在紫外線(UV)光譜區中操作而以縮減的光譜頻寬來產生奈秒脈衝。
在某些情況下，此等雷射係被設計成具有一雙腔室設計，而具有第一和第二腔室來分開提供窄光譜頻寬和產生高平均輸出脈衝能量的功能。該第一腔室係稱為一主振盪器(MO)，其會提供一種籽雷射束，而該第二腔室係稱 為一功率放大器(PA)或一功率振盪器(PO)。若該功率放大器被設計成一再生環共振器，則其係稱為一功率環放大器(PRA)。該功率放大器會由該MO接收該種籽雷射束。該MO腔室可行參數的微調，譬如在較低輸出脈衝能量的中心波長和頻寬。該功率放大器會由該主振盪器接收其輸出，並放大此輸出來獲得所需功率以供輸出使用於光微影術。該雙腔室設計可被視為如一MOPA、MOPO、或MOPRA、乃取決於該第二腔室係如何被使用。
發明概要
在某些概括態樣中，一深紫外線光源包含一再生環共振器及一控制系統連接於該再生環共振器。該再生環共振器包含一放電腔室具有電極等，及一增益介質在該等電極之間；一光耦接器其係部份反射的，因此一由該放電腔室射入該光耦接器上之光束的至少一部份會被反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射入該光耦接器上之光束的至少一部份會被透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統在該共振器內的光束路徑中，該衰減光系統具有多個不同的衰減狀態，且各衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束。該控制系統係連接於該衰減光系統，並構製成能選擇一施加於該光束的衰減狀態，而可調整一由該光源輸出的光束之能量。
各態樣可包含一或多個以下的特徵。例如，該再生環共振器可被由該光耦接器及一射束反向器來界定，該 反向器係在該放電腔室之相反於該光耦接器所面對之側的一側。
該再生環共振器可包含一射束放大和除放大級，其在該光束由該光耦接器朝該放電腔室沿一第一方向運行時會除放大該光束，且其在該光束由該放電腔室朝該光耦接器沿一第二方向運行離開時會放大該光束。該衰減光系統可在該放大和除放大級與該光耦接器之間。該衰減光系統可在該放大和除放大級內。該放大和除放大級可包含一組稜鏡。該稜鏡組可包含第一、第二及第三稜鏡等，被構製並排列成使該第一和第三稜鏡會縮減沿該第一方向運行穿過該放大和除放大級之光束輪廓的橫向尺寸，且該第三和第二稜鏡會增加沿該第二方向運行穿過該放大和除放大級之光束輪廓的橫向尺寸。
該衰減光系統可包含一板具有至少一網孔部份，該光束會運行穿過它，該網孔部份會施加該衰減係數於該光束。該網孔部份可包含界定於該板體中的開孔，該等開孔的尺寸和形狀會決定該光束的衰減係數。
施加於該光束的衰減係數可包含一施加於該光束的衰減量。施加於該光束的衰減量可為該光束的通量強度之一損耗。
該衰減光系統可在該光耦接器與該放電腔室之間。該衰減光系統可包含一板含有多數個衰減區域，每個區域會界定一衰減係數，該板係可在多數個位置之間移動，而每個位置會界定一衰減區域，該光束會運行穿過它。
在另一概括態樣中，一方法會被進行而來在一由一深紫外線光源輸出之光束的脈衝能量範圍之間切換，該光源包含一主振盪器會提供一種籽光束至一功率放大器之一再生環共振器。該方法包含由多數個脈衝能量範圍中選擇一用於該輸出光束的脈衝能量範圍；依據所選擇之用於該輸出光束的脈衝能量範圍，施加一電壓於該主振盪器之一氣體放電腔室的電極，所施加的電壓係選自該主振盪器之一可用電壓控制範圍，並施加一電壓於該再生環共振器之一氣體放電腔室的電極；在所擇的脈衝能量範圍操作該光源；且若決定該輸出光束的脈衝能量範圍要被改變，則為該輸出光束選擇另一脈衝能量範圍，乃藉於該再生環共振器內調整該光束之一衰減，並同時保持施加於該主振盪器電極之電壓的變化對該可用電壓控制範圍之一比率低於一預定值。
實施例可包含一或多個以下特徵。例如，該脈衝能量範圍可被改變，且維持該功率放大器的氣體放電腔室之一氣體配方。
該再生環共振器內的光束之衰減可藉吸收至少一些該光束的通量來被調整。該光束的衰減可藉吸收該光束之通量的至少20%來被調整。
施加於該主振盪器電極的電壓變化對該可用電壓控制範圍的比率可被保持低於0.10的預定值。
該再生環共振器內的光束之衰減可藉添加一損耗於該再生環共振器而被調整。
在另一概括態樣中，在一光束的路徑中之一再生環共振器包含一放電腔室具有電極等及一增益介質在該等電極之間；一光耦接器其係部份反射的，因此一由該放電腔室射至該光耦接器之光束的至少一部份會被反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射入該光耦接器上之光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統在該共振器內的光束路徑中，該衰減光系統具有多數個不同的衰減狀態，而各衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束來提供該光束之一能量的調整。
在另一概括態樣中，一種光微影系統包含一微影曝光裝置；及一深紫外線光源會供應光至該微影曝光裝置。該光源包含一再生環共振器及一控制系統連接於該光源。該再生環共振器包含一放電腔室具有電極等及一增益介質在該等電極之間；一光耦接器其係部份反射的，因此由該放電腔室射入該光耦接器上之光束的至少一部份會反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射入該光耦接器上之光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統在該共振器內的光束路徑中，該衰減光系統具有多數個不同的衰減狀態，而每個衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束。該控制系統係連接於該衰減光系統，並被構製成能選擇一施加於該光束的衰減狀態，俾可調整由該光源輸出的光束之一能量。
在另一概括態樣中，一衰減光系統係被設計來供用於一運行穿過一再生環共振器的光束之一光徑中。該衰 減光系統包含一致動器構製成能由一控制系統接收一電磁訊號；及一板安裝於該致動器而可在多個位置間移動，該各位置會定位該光徑中之一衰減區域，而使該射束輪廓會被該衰減區域涵蓋，且各衰減區域代表一施加於該光束的衰減係數，如由該衰減區域之一幾何形狀所決定者。至少一衰減區域包含多數個均勻相隔的伸長開孔於固體的能量吸收表面之間，且至少一衰減區域包含一開孔其係大於該光束的射束輪廓。
在某些概括態樣中，一深紫外線光源包含一再生環共振器及一控制系統。該再生環共振器包含一放電腔室具有電極等及一增益介質在該等電極之間；一光耦接器其係部份反射的，因此一由該放電腔室射至該光耦接器上之光束的至少一部份會被反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射至該光耦接器上之光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統具有一表面其對該光束係至少部份反射的，且係位於該共振器內的光束路徑中。該衰減光系統具有多數個不同的衰減狀態，而每個衰減狀態會界定一不同之施加於該光束的衰減係數。該控制系統係連接於該衰減光系統，且構製成能選擇一施加於該光束的衰減狀態，而來調整由該源輸出的光束之一能量。
實施例可包含一或多個以下的特徵。例如，該再生環共振器可由該光耦接器及一射束反向器來界定，該反向器係在該放電腔室之相反於該光耦接器所面對之側的一側。
該再生環共振器可包含一射束放大和除放大級，其當該光束沿一第一方向由該光耦接器朝該放電腔室運行時會除放大該光束，且其當該光束沿一第二方向由該放電腔室朝該光耦接器運行離開時會放大該光束。該衰減光系統可在該放大和除放大級內。該放大和除放大級可包含一組稜鏡。該稜鏡組可包含第一、第二及第三稜鏡等被構製且排列成，使該第一和第三稜鏡會縮減沿該第一方向運行穿過該放大和除放大級的光束之輪廓的橫向尺寸，且該第三和第二稜鏡會增加沿該第二方向運行穿過該放大和除放大級的光束之輪廓的橫向尺寸。
該衰減光系統可包含一板，其會界定該部份反射表面，並具有至少一網孔部份而該光束會運行穿過它，該網孔部份會施加該衰減係數於該光束。該網孔部份可包含貫穿開孔等界定於該部份反射表面中，該等開孔的尺寸和形狀及該部份反射表面的反射率會決定該光束的衰減係數。
施加於該光束的衰減係數可包含一施加於該光束的衰減量。該施加於光束的衰減量可為該光束的通量強度中之一損耗。
該衰減光系統可包含一板其上該反射表面會被敷設，該板具有開孔等而該光束會運行穿過它們，且該反射表面構製成能將該光束的一部份反射偏離該共振器內的光束路徑。該板可由銅製成，且該反射表面可被至少部份由一塗層於該銅板上的鋁來形成。該反射表面亦可在該鋁 塗層的頂上包含一氟化鎂的上覆層。
在其它概括態樣中，一方法會被進行來供在一由一深紫外線光源輸出的光束之脈衝能量範圍間切換。該深紫外線光源包含一主振盪器會提供一種籽光束至一功率放大器之一再生環共振器。該方法包含由多數個脈衝能量範圍中選擇一用於該輸出光束的脈衝能量範圍；依據所選擇之該輸出光束的脈衝能量範圍，施加一電壓於該主振盪器之一氣體放電腔室的電極，所施加的電壓係選自該主振盪器之一可用的電壓控制範圍，並施加一電壓於該再生環共振器之一氣體放電腔室的電極；在該所擇的脈衝能量範圍操作該光源；且若決定該輸出光束的脈衝能量範圍要被改變，則藉在該再生環共振器內調整該光束之一衰減，並保持施加於該主振盪器電極的電壓之一變化對該可用電壓控制範圍的比率低於一預定值，而來選擇另一用於該輸出光束的脈衝能量範圍。調整該再生共振器內之光束的衰減包含反射至少一些該光束的通量。
實施例可包含一或多個以下的特徵。例如，該光束的衰減可藉反射該光束在其中心波長之通量的至少50%來被調整。
施加於該主振盪器電極之電壓的變化對該可用電壓控制範圍的比率可藉保持該比率低於0.10而被保持低於該預定值。
在其它概括態樣中，一再生環共振器係在一光束的路徑中。該共振器包含一放電腔室具有電極等及一增益 介質在該等電極之間；一光耦接器其係部份反射的，因此一由該放電腔室射至該光耦接器上之光束的至少一部份會被反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射至該光耦接器上之光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統在該共振器內的光束路徑中，該衰減光系統具有多數個不同的衰減狀態，每個衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束來提供該光束之一能量調整，該衰減光束系統包含一反射表面具有貫穿開孔等。
在其它概括態樣中，一衰減光系統係在一運行穿過一再生環共振器的光束之一光徑中。該衰減光系統包含一致動器構製成能接收一電磁訊號；及一板安裝於該致動器而可在多數個位置間移動，每個位置會定位一衰減區域於該光徑中而使該射束輪廓會被該衰減區域涵蓋，且每個衰減區域代表一施加於該光束的衰減係數，如該衰減區域的幾何形狀所決定者。至少一衰減區域包含多數個均勻相隔的伸長開孔等在固體的能量反射表面之間，且至少一衰減區域包含一開放面積其係大於該光束的輪廓。
100‧‧‧光微影系統
110‧‧‧深紫外線光源
112‧‧‧主振盪器
114，140‧‧‧放電腔室
115，141‧‧‧電極
116‧‧‧線窄化模組
118‧‧‧輸出耦接器
120‧‧‧線中心分析模組
122，132‧‧‧射束調變光系統
124‧‧‧種籽光束
130‧‧‧功率放大器
150‧‧‧射束回轉光元件
152‧‧‧衰減光系統
160，1424‧‧‧光束
162‧‧‧頻寬分析模組
165‧‧‧微影曝光裝置
167‧‧‧光件
169‧‧‧晶圓
170‧‧‧控制系統
234‧‧‧光耦接器
236‧‧‧鏡
238‧‧‧射束放大/除放大系統
242，244，246，254‧‧‧稜鏡
953，1353‧‧‧致動器
954，1054，1154，1354，1454， 1554‧‧‧板
1052，1152，1352，1452‧‧‧衰減光系統
1056，1156，1456，1556‧‧‧開孔
1058，1158‧‧‧光束路徑
1062，1162，1462‧‧‧射束輪廓
1164‧‧‧中心軸
1280‧‧‧程序
1281~1285‧‧‧各步驟
1357‧‧‧射束轉集器
1459‧‧‧能量反射表面
1461‧‧‧反射光束
AR1，2‧‧‧衰減區域
OA‧‧‧光軸
S1~S4‧‧‧各衰減狀態
Φ‧‧‧角度
圖1為一包含一深紫外線光源及一腔內衰減光系統的光微影系統之一方塊圖；圖2A為圖2A之深紫外線光源之一舉例的功率環放大器之一方塊圖；圖2B為圖2A之功率環放大器之一舉例的射束調變光系統之一方塊圖； 圖3~圖8為圖2A之深紫外線光源之舉例的功率環放大器之方塊圖；圖9A和圖9B為包含一衰減光系統之一舉例的射束調變光系統之方塊圖；圖10A為一舉例的衰減光系統沿該光束之光軸的視圖，並示出當該衰減光系統在一第一衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖10B為圖10A之舉例的衰減光系統之一側視圖；圖10C為圖10A之衰減光系統沿該光束的光軸之一視圖，並示出當該衰減光系統在一第二衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖10D為圖10C的衰減光系統之一側視圖；圖11A為一舉例的衰減光系統沿該光束的光軸之一視圖，並示出當衰減光系統在一第一衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖11B為圖11A的衰減光系統之一側視圖；圖11C為圖11A的衰減光系統沿該光束的光軸之一視圖，並示出當該衰減光系統在一第三衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖11D為圖11C的衰減光系統之一側視圖；圖11E為圖11A之舉例的衰減光系統沿該光束的光軸之一視圖，並示出當該衰減光系統在一第四衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖11F為圖11E的衰減光系統之一側視圖； 圖12為一被該深紫外線光源進行來調整輸入圖1之一微影曝光裝置的光束之輸出功率的程序之一流程圖；圖13A和圖13B為一含有一反射式衰減光系統之舉例的射束調變光系統之方塊圖；圖14A為一舉例的反射式衰減光系統沿該光束的光軸之一視圖，並示出當該反射式衰減光系統在一第二衰減狀態時該光束的橫向輪廓之相對位置；圖14B為圖14A的反射式衰減光系統之一頂視圖；圖14C為圖14A的反射式衰減光系統之一側視圖；圖15A為沿一能被使用於圖13A~圖14C的反射式衰減光系統中之舉例的反射板之光束的光軸之一視圖；圖15B為該舉例的反射板沿圖15A中之B-B線的底截面圖；及圖15C為該舉例的反射板沿圖15A中之C-C線的側截面圖。
較佳實施例之詳細說明
請參閱圖1，一光微影系統100包含一深紫外線光源110譬如一激發光源，其會輸出一脈衝光束160(可為一雷射束)，該光束會被導至一微影曝光裝置165。當該光束160進入該裝置165時，會被導經光件167其會調變該光束，譬如一調制盤(或罩體)其會過濾該光束，且該調變的光束會投射於一備妥的晶圓169上。以此方式，一晶片設計會被圖案化於一光阻上，其嗣會被蝕刻和清潔，且該製程會重複進行。該微影曝光裝置165可為一液浸系統或一乾系統，乃視 用途而定。
該系統100亦包含一控制系統170，其係連接於該光源110及該微影曝光裝置165的部件來控制該系統100的各種操作。
該光源110可被設計成一雙腔室構態，其包含一主振盪器(MO)112會提供一種籽光束至一功率放大器(PA)130，其可被構製成一再生環共振器。該主振盪器112可行參數的微調，譬如在較低輸出脈衝能量的中心波長和頻寬。該功率放大器130會接收該主振盪器112的輸出，並放大該輸出來獲得該光束160中所須的功率以供輸出使用於該微影裝置165。
該主振盪器112包含一放電腔室114具有二伸長的電極115，一增益介質為一種氣體混合物，及一風扇用以循環該等電極之間的氣體。一共振器係形成於一在該放電腔室114之一側的線窄化模組116與一在該放電腔室114之一第二側的輸出耦接器118之間。該線窄化模組116可包含一繞射光件譬如一光柵，其會微調該放電腔室114的光譜輸出。該主振盪器112亦包含一線中心分析模組120會由該輸出耦接器118接收一輸出，及一射束調變光系統122會依需要調變該光束的尺寸或形狀來形成該種籽光束124。使用於該放電腔室114中的氣體混合物可為能造成一在所需波長(紫外線)和頻寬之光束的任何氣體。例如，就一激發光源而言，該氣體混合物除了氦及/或氖作為緩衝氣體外，典型含有一鈍氣(稀有氣體)(例如氬、氪、或氙)及一鹵素(例如氟或 氯)。該氣體混合物之特定例包含氟化氬(ArF)，其會發射在一約193nm波長的光，氟化氪(KrF)，其會發射在一約248nm波長的光，或氯化氙(XeCl)，其會發射在一約351nm波長的光。該激光增益介質(氣體混合物)會在一施加一電壓於該伸長電極115的高壓放電中被以短(例如奈秒)電流脈衝來泵抽。
該功率放大器130包含一射束調變光系統132，其會由該主振盪器112接收該種籽光束124，並將該光束導經一放電腔室140，再至一射束回轉光元件150，在該處該光束的方向會被調變而使其被送回至該放電腔室140中。若該功率放大器130被設計成一再生環共振器，則該光束會被導穿該功率放大器130來形成一循環路徑。
該放電腔室140包含一對伸長的電極141，一增益介質為一種氣體混合物，及一風扇用以循環該氣體混合物於該等電極141之間。在該再生環共振器設計中，該種籽光束124會因重複地通過該放電腔室140而被放大。該光系統132會提供一種方式(例如一光耦接器，譬如一部份反射鏡，如後所述)來接入該種籽光束124，並接出來自該環共振器之被放大輻射的一部份，以形成該輸出光束160。該輸出光束160會被導經一頻寬分析模組162，在該處該光束160的各種參數可被測量。該輸出光束160亦可被導經例如在一光延遲單元中之一脈衝延展器，在該處該輸出光束160的每個脈衝皆會被延展，用以針對射入該微影裝置165的光束之功能特性來調整。
該功率放大器130亦包含一衰減光系統152在被界定於該放大器130中的共振器內之光束的路徑中。如更詳細說明於後，該衰減光系統152具有多數個不同的衰減狀態，而每個衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束160。
該系統152是“在該光束的路徑中”，意指其係直接在該光束的路徑中而使該射束輪廓會射在該系統152之物上，或其係鄰近於該光束的路徑，而使該射束輪廓會自由地穿過該系統152或靠近該系統152但不會觸及該系統152之物。該系統152的各種部件可被移動，例如，繞該光束之光軸或繞一垂直於該光軸之軸線旋轉，或沿一垂直於該光束之光軸的直線路徑平移，如後所述，而來調整施加於該光束160的衰減係數。故，該衰減光系統152亦可包含一或多個致動器用以移動該系統152的部件來提供該調整。施加於該光束160之衰減係數的調整可為一逐步或分開的方式，或其可為一連續的方式。
由該主振盪器112和該功率放大器130輸出的脈衝能量係由各腔室中所施加的各別增益和損耗(其會造成穿過該增益介質之射束通量的強度之一損耗)來決定。該主振盪器中的增益和該功率放大器中的增益係由各別的操作電壓來決定，即是施加於各別的放電電極之電壓。故，由該功率放大器130輸出的脈衝能量可藉調整該功率放大器130中的損耗來被調整，而不必調整該主振盪器112或功率放大器130的操作電壓。因此該衰減光系統152係被提供於 該功率放大器130內來調整該功率放大器130中的損耗，俾可調整由該功率放大器130輸出的光束160之脈衝能量，而無須調整該等操作電壓，且不需要對該增益介質的其它調整(例如，不需要以一不同的充填壓力再充填一氣體來調整該增益)。此外，因為該衰減係施加於該功率放大器130中的光束124，故該主振盪器112腔穴損耗不會被調變，且因該主振盪器112的操作電壓保持在一可接受的標度內，故該主振盪器112輸出脈衝能量不會可查覺地改變。
該控制系統170係連接於該光源110的各種部件。例如，該控制系統170係分別耦接於該主振盪器112和功率放大器130內的電極115、141等，用以控制該主振盪器112和功率放大器130的各別脈衝能量，並亦可控制該等脈衝重複率，其範圍可在大約1000至12000Hz或更大之間。因此該控制系統170會以脈衝和劑量的反饋及前饋控制來提供該主振盪器112之腔室中的放電與該功率放大器130之腔室中的放電相對於彼此的重複觸發。該重複脈衝的光束160可具有一在數W與數百W之間的平均輸出功率，例如，由約40W至約200W。在該輸出的光束160之輻照度(即是，每單位面積的平均功率)可為至少約60W/cm2或至少約80W/cm2。
典型地，該光源110的輸出功率係在一標定脈衝重複率及一標定脈衝能量時以100%工作循環(即是，在該光源110的主振盪器112和功率放大器130中的電極連續地激發)來計算。故，例如，在一6000Hz之標定脈衝重複率及一 15mJ的標定脈衝能量時，該光源110的輸出功率(即是該光束160的功率)為90W。又如另一例，在一6000Hz之標定脈衝重複率及一20mJ的標定脈衝能量時，該光源110的輸出功率(即是該光束160的功率)為120W。
該控制系統170係連接於該衰減光系統152的致動器來移動該衰減光系統152的部件以調整該功率放大器130內的損耗(藉由調變施加於該光束的衰減係數)，而得以調整該光束160的平均輸出功率。
如上所述，該衰減會被施加於該光束160，並保持該主振盪器112的操作電壓在一可接受的標度內。該操作電壓係施加於該主振盪器112的電壓；且其亦可能當施加於該光束160的衰減被調整時，施加於該主振盪器112之電極115的電壓將會改變。但是，於此所施電壓的變化對一可用電壓控制範圍之比率係保持在一預定的可接受值以下。例如，當對該衰減係數作一調整時，該操作電壓可改變多達大約20V；而該可用電壓控制範圍係大約200V；在此例中，該比率係高達0.10。
請參閱圖2A和圖2B，一舉例的功率環放大器130係被示出，其中該衰減光系統152係位在功率環放大器130內之一普通位置。該衰減光系統152之特定的舉例配置係被描述並示於圖3~圖8中。
於此等例中，該功率環放大器130係被設計成一再生環共振器。在此一設計中，一穿過該放電腔室140之標準傾斜雙通光徑會被封閉，並使用一光耦接器234來形成一 再循環共振結構，其會促成來自該主振盪器112的種籽光束脈衝之再生放大。來自該主振盪器112的種籽光束124會被導經該光耦接器234，其係為一部份反射鏡(且可被視為一輸入/輸出耦接器)，並可兼作為進入該環共振器的入口和離開該環共振器的出口。該光耦接器234可具有一大約10%至60%之間的反射率；以形成一振盪腔穴，其容許該脈衝強度在振盪時藉由該放電腔室140中於該等電極之間的激發增益介質在該放電時來建立。
運行穿過該光耦接器234的光束會由一反射光件譬如一鏡236朝向該放電腔室140反射。該鏡236可具有一高反射率，例如在該光束的中心波長或附近大於約90%，以在所用的入射角度獲得所需的偏振，由該鏡反射的光束會被導經該放電腔室140，並朝向該射束回轉光元件150，其在本實施例中為一稜鏡254。由該稜鏡254之二表面反射的光束會沿另一路徑再進入該放電腔室140，並朝該光耦接器234射回，於該處，如前所述，該光束的一些部份會被反射回到該環共振器中，而該光束的一些部份會透射穿過該光耦接器234成該輸出光束160。
該射束回轉光系統150係為一種由一或更多精密裝置製成的光系統，該等裝置具有精密的光學材料譬如具有一晶體結構的材料比如氟化鈣(CaF2)，且亦含有精密光學加工面等。雖一稜鏡254係被示於此等例中，但該射束回轉光系統150可為一或多個光學裝置的任何組合，其會接收該光束並改變該光束的方向，而使它被傳回進入該放電腔室 140中。故，在其它實施例中，該射束回轉光系統150可包含多數個鏡被列設成能將該光束反射回到該放電腔室140中。
此外，被由該鏡236反射穿過該放電腔室140的光束在進入該放電腔室140之前通常會被壓縮，而使其能實質上匹配該放電腔室140中之增益介質的橫向尺寸。若該光束在進入該放電腔室140之前被壓縮，則其在離開該放電腔室140時亦會被擴張。為能進行該壓縮和擴張，一射束放大/除放大系統238係置設於該放電腔室140與該鏡236和光耦接器234之間。該射束放大/除放大系統238可包含任何數目的光學元件譬如稜鏡等來進行該射束的壓縮和擴張。
該射束放大/除放大系統238之一特別實施例係被示於圖2B中。此系統238包含第一稜鏡242、第二稜鏡244、和第三稜鏡246。該第一稜鏡242和第三稜鏡246會一起作用來壓縮射入光束124，且該第三稜鏡246亦會對準該射入光束與該放電腔室140之二窗。該第三稜鏡246會將射出光束140(其已被稜鏡254反射回來穿過該放電腔室140)轉移至該第二稜鏡244，其會將該光束轉移至該光耦接器234。該第三稜鏡246和第二稜鏡244會一起作用來放大或擴張該射出光束，離開該放電腔室140射向該光耦接器234的光束會匹配該射入光束124的橫向尺寸。該射出光束會射在該光耦接器234上，其在該處會透射穿過來形成該光束160，或會被反射回到該環共振器中。
所有的該等光學部件(譬如該光耦接器234、鏡 236、稜鏡242、244、246、254及該腔室窗等)典型皆為晶體結構，其能夠傳送非常高的脈衝能量光或非常短波長(深紫外線波長)的雷射脈衝，而只有很少的損耗。例如，該等部件可由氟化鈣(CaF2)、氟化鎂(MgF2)，或熔凝的二氧化矽來製成。
以下說明使用“射束輪廓”、“近場”、和“遠場”等用語來描述該功率環放大器130中所提及的一些光學效應。該“射束輪廓”係指在交叉一橫交於該射束傳送方向之方向的位置之能量分佈。該“近場”射束輪廓係指在一會改變該射束形狀的物體(例如一孔隙或一罩體)附近的電磁能量之分佈。該“遠場”射束輪廓係指遠離該物體的電磁能量之分佈。
請參閱圖3~圖8，在一實施例中，該衰減光系統152係被示出位在遍及該功率環放大器130的各種可能位置。例如，在圖3中，該衰減光系統152係設在該射束調變光系統132內，而在該光束由該鏡236朝向該射束放大/除放大系統238運行的路徑中。在圖4中，該衰減光系統152係設在該射束調變光系統132內，而在該光束由該射束放大/除放大系統238朝向該光耦接器234運行的路徑中。在圖5中，該衰減光系統152係設在該射束調變光系統132內，而在該光束由該放電腔室140朝向該射束放大/除放大系統238運行的路徑中。在圖6中，該衰減光系統152係設在該光束由該放電腔室140朝向該稜鏡254運行的路徑中。在圖7中，該衰減光系統152係設在該光束由該射束放大/除放大系統 238朝向該放電腔室140運行的路徑中。在圖8中，該衰減光系統152係設在該光束穿過該射束放大/除放大系統238朝向該放電腔室140運行的路徑中。
請參閱圖9A和圖9B，在一實施例中，該衰減光系統152可被設在該射束放大/除放大系統238內。於本例中，其係在該光束由該第一稜鏡242朝向第三稜鏡246運行的路徑中。如圖9A中所示，該衰減光系統152係被設定成一第一衰減狀態，其中該整個光束係被允許由該第一稜鏡242射向第三稜鏡246，而不會遭受任何損耗或衰減。如後所述，施加於該光束的衰減係數是1。如圖9B中所示，該衰減光系統152係被設定成一第二衰減狀態，其中該光束在由該第一稜鏡242朝向第三稜鏡246運行時會遭受一損耗，因穿過該系統152的一部份其會吸收至少一些該光束的通量，擴散地反射至少一些該通量，或兩者皆有。
該衰減光系統152包含一致動器953構製成能由該控制系統170接收一電磁訊號。及一板954安裝於該致動器而可被移動於多數個位置之間。在本例中，其係可在二個位置間移動。每個位置會在該光徑中定位一衰減區域，而使該射束輪廓被該衰減區域涵蓋，且每個衰減區域代表一施加於該光束的衰減係數，如該衰減區域的幾何形狀所決定者。至少一衰減區域包含多數個均勻相隔的伸長開孔等在固體的能量吸收表面之間，且至少一衰減區域包含一開孔其係比該光束的射束輪廓更大。
一般而言，該衰減係數是由該系統152的材料， 及該系統152相對於該光束的形狀和位置來決定。
一衰減光系統1052的舉例設計係被示於圖10A~圖10D。於此設計中，該系統1052包含一固體板1054具有多數個貫穿開孔1056，當該板1054被直接插入該光束路徑1058中時該光束的一些部份能穿過該等開孔1056。
在該系統1052中，該等貫穿開孔1056具有一伸長的矩形形狀。但是，其它的形狀亦有可能，如後所述。該等開孔1056的形狀可被選擇或構製成能提供特定的衰減係數。例如，施加於該光束的衰減係數可被決定成為一總開放面積對該光束射入之一總面積的比率。該總開放面積係為沿橫交於該光束光軸(其係沿該路徑1058的方向)之平面所採之被該射束輪廓1062所涵蓋的開孔1056等之總面積，而該總面積係為被該射束輪廓1062所涵蓋之該開放面積與該固體表面二者的總面積。故，該衰減係數可藉調整該開放面積與該固體面積的相對大小而來被調整，其係直接取決於該板1052的造形。例如，若該光束沒有任何損耗地通過該衰減光系統1052，則該總開放面積係等於被該射束輪廓1062涵蓋的總面積，因此該衰減係數是1。又如另一例，若該總開放面積為被該射束輪廓1062所涵蓋之總面積的一半，則該衰減係數是0.5。故，該衰減係數的範圍由0至1，0係為100%的損耗加諸於該光束(在此情況下該光束係完全被遮擋)，而1為0%損耗加諸於該光束(在此情況下該光束會完全地穿過沒有任何損耗)。
有兩種不同的衰減狀態與該系統1052相關聯。在 該第一狀態時，其係示於圖10A和圖10B中，並沒有衰減故一為1的衰減係數會被施加於該光束。該板1054係完全在該光束路徑1058外，因此整個光束輪廓1062會沿該路徑1058無阻地穿過該功率環放大器130。在第二狀態時，其係示於圖10C和圖10D中，有一約0.5的衰減係數施加於該光束。該板1054，且尤其是具有開孔1056的部份係被置於該光束路徑中，因此該光束的射束輪廓1062會照射在該板1054上。
此外，該等開孔1056的形狀可被選成能改良該射束輪廓的某些特性。故，例如伸長的矩形開孔譬如圖10A-圖10D中所示者可適用於保持該光束之近場射束參數的規格，或減少對該光束之遠場輪廓的射束調制作用。所選擇的實際形狀取決於該射束輪廓性質。
該等開孔1056可被排列成延伸超過該射束輪廓1062以確保該整個射束輪廓1062會被涵蓋。此外，該等開孔1056的排列和形狀可被選成能提供一均勻的形狀分佈遍及該射束輪廓1062，而不會對該射束的平面有額外的調制。但是，其亦可能以一不均勻或均勻的隨機方式來排列該等開孔1056，乃視該射束輪廓1062的用途和特性而定。
該板1054的材料係依據若干因素來選擇。當選擇該材料時之一考量因素為該材料吸收該光束之能量或通量的能力。同時，可被考量的其它因素係由該表面非擴散反射的減少及一低放射率。此等因素對該板1054的熱穩定性會很重要。例如，鎢是一種適合用以提供良好的熱傳導，低放射率，高吸收率，及較低量的非擴散反射之材料。
若熱穩定性係為該衰減光系統1052和152之一問題，則其可能會提供一專用的熱流路由該板至一散熱器。
一衰減光系統1152之另一舉例設計係示於圖11A~圖11F中。於此設計中，該系統1152包含一圓形且可旋轉的板1154，其會界定四種不同的衰減狀態S1、S2、S3、S4。各狀態係由該板1154之一區域所界定，其可藉繞該中心軸1164(係與該光徑1158平行)旋轉該板1154來相交該路徑1158而被選擇地移動，該所擇的區域係取決於要被施加於該光束的所需衰減係數。
該第一衰減狀態S1係示於圖11A和圖11B中；在此狀態時，其沒有衰減因為一1的衰減係數係施加於該光束。該板1154在該射束輪廓1162之路徑1158中的區域係完全開放，故該整個光束輪廓1162會沿該路徑1158無阻地穿過該在第一衰減狀態的功率環放大器130。
其餘的衰減狀態S2、S3、S4係由該板的實心區域與多數個貫穿開孔來界定，而每個該等狀態S2、S3、S4在該光束照射處皆具有一該總開放面積對該總面積之不同的比率。例如，在圖11C和圖11D中，該第三衰減狀態S3係被選擇，且與該狀態S3相關聯之0.5的衰減係數會被施加於該光束。該板1154，且特別是會界定該第三狀態S3之具有開孔1156的區域係被置於該光束路徑中，因此該光束的射束輪廓1162會在該區域中照射於該板1154上。
又如另一例，在圖11E和圖11F中，該第四衰減狀態S4係被選擇，且與該狀態S4相關聯之0.7的衰減係數(其係 不同於其它衰減狀態的衰減係數)會被施加於該光束。
在所述實施例中，該衰減光系統152是一固體板具有機製的貫孔或開孔等。但是，其它的設計亦有可能。例如，在其它實施例中，該衰減光系統152可包含一網孔結構，其係由譬如金屬之細長材料的連接股條所製成之一種半可穿透的阻隔物所構成。該網孔結構可類似於一網結構並具有織造股條。
在其它實施例中，該衰減光系統152可被設計成能擴散地折射該光束的一些部份，而來增加該功率環放大器中的損耗。在其它實施例中(例如示於圖13A~圖15C中者，如後所述)，該衰減光系統152可被設計成能反射掉該光束之一百分比並將該反射光導至一射束轉集器。
該功率環放大器130的其它部件會對該光束提供固有的衰減；但是，該衰減光系統152會提供可調整的衰減來促成該脈衝能量的調整，而不必調整該操作電壓或氣體壓力。
請參閱圖12，一流程圖之一程序1280會被該系統100執行而來在由該光源110輸出的光束之脈衝能量範圍間切換。該輸出光束的脈衝能量範圍會被由多數個脈衝能量範圍中選出(步驟1281)。依據所選擇的輸出光束之脈衝能量範圍，該控制系統170會施加一電壓於該主振盪器112之氣體放電腔室114的電極，並施加一電壓於該功率環放大器130之再生環共振器的氣體放電腔室140之電極(步驟1282)。所施加的電壓係選自該主振盪器112之一可用電壓 控制範圍。該光源110會在所擇的脈衝能量範圍操作(步驟1283)。嗣，若沒有指令被收到要改變該脈衝能量範圍(步驟1284)，則該光源110會維持在該所擇的脈衝能量範圍(步驟1283)。但是，若有指令被收到要改變該脈衝能量範圍(步驟1284)至另一脈衝能量範圍，則該控制系統170會發送一訊號至該衰減光系統152，以在該再生環共振器內調整該光束之一衰減，並保持施於該主振盪器電極的電壓之一變化對該可用電壓控制範圍之一比率低於一預定值(步驟1285)。
此外，該脈衝能量範圍可在步驟1285被改變，並維持該功率環放大器130的氣體放電腔室140之一氣體配方。
該光束的衰減可藉吸收大約20%的該光束之通量，而由一1的衰減係數(沒有衰減)被調整至一0.8的衰減係數。
請參閱圖13A和圖13B，如前所述，該衰減光系統1352可被設計成能由該光徑反射掉該光束之一百分比，並將該反射光導至一射束轉集器1357。該衰減光系統1352係設在該射束放大/除放大系統238內。於本例中，其係在該光束由該第一稜鏡242朝向第三稜鏡246運行的路徑中。
該衰減光系統1352包含至少一衰減區域AR1(圖13A)，其具有一開放面積係大於該光束的射束輪廓，以容許該光束完全通過而不會遭受衰減，及至少一衰減區域AR2(圖13B)具有多數個均勻相隔的伸長開孔在固體的能量反射表面之間(如更詳述於後)，而可藉朝該射束轉集器1357 反射一些該光束來減少該光束的通量。
在該第一衰減狀態時(示於圖13A中)，該整個光束係被允許由該第一稜鏡242朝向第三稜鏡246運行穿過該衰減區域AR1而不會遭受任何損耗或衰減。在該第一衰減狀態時施加於該光束的衰減係數為1。在該第一衰減狀態時，該板1354可被視為在一縮回狀態。在該第二衰減狀態時(示於圖13B中)，該光束當由該第一稜鏡242朝向第三稜鏡246運行時，會因通過該系統1352的區域AR2，其會朝該射束轉集器1357反射該光束的至少一些通量，而遭受一損耗。於該第二衰減狀態時，該板1354可被視為在一插入狀態(因該區域AR2在該光徑中)。
類似於前述的衰減光系統152，該衰減光系統1352包含一致動器1353構製成能由該控制系統170接收一電磁訊號，及一板1354安裝於該致動器而可在多數個位置間移動。於本例中，其係可在二位置間移動，且各位置會在該光徑中定位一衰減區域(AR1或AR2)，而使該射束輪廓會被該衰減區域涵蓋，且各衰減區域代表一施加於該光束的衰減係數，如該衰減區域的幾何形狀所決定者。至少一衰減區域包含多數個均勻相隔的伸長開孔在固體的能量反射表面之間，且至少一衰減區域包含一開放面積係大於該光束的射束輪廓。
一般而言，該衰減係數係由該系統1352和該板1354的材料，該板1354和開孔等的形狀，及該板1354相對於該光束的配置來決定。
請參閱圖14A~圖14C，一舉例的反射式衰減光系統1452(依據圖13A和圖13B中所述之原理設計者)係被示出於該第二衰減狀態，其中該光束1424的整個射束輪廓1462會朝該板1454的區域AR2運行，該板具有一能量反射表面1459其會朝向該射束轉集器1357反射至少一些該光束的通量(該反射光束1461)。該板1454亦包含多數個伸長的開孔1456被形成穿過該固體的能量反射表面1459。故，該光束1424的一些通量會穿過該等開孔1456並在該功率放大器130內。
如由圖14A和圖14B中可見，該等開孔1456具有一形狀或角度會與該光束1424的路徑對準，其中該等開孔1456的側壁係概與該射束1424的光軸OA平行，雖然該板1454係相對於該光軸OA被以一角度中設置。於圖14B所示之例中，該角度中係在該板1454之表面的法線與該光軸OA之間所測得者，但用以決定該角度中的其它習知方式亦可被使用。
藉著由該光徑和該功率放大器130反射掉該光束1424的通量而非吸收該通量，該板1354、1454及該衰減光系統1352、1452能被保持較冷些，因為該通量不是被吸收。又，藉著使用一網孔設計，其中開孔1456會遍佈一能量反射表面1459，則該光束1424不會因由一衰減狀態改變成另一狀態而移位。例如，若該衰減光系統被設計成具有一部份反射光件譬如一分光器，其中當由該光件反射時光束會通過該材料且當透射穿過該光件時亦會通過該材料。則當由一衰減改變至另一衰減時該光束將會移位，因為該光束在透射穿過此一光件時會折射。此一位移對該功率放大器 130中之操作會造成問題，尤其是再生環放大器。
在某些實施例中，該板1354、1454係由一金屬和傳導性基材製成，以改良由該板散除的熱傳導。例如，該基材可為銅。該銅基材可被拋光成為光滑的。且，一反射塗層可被塗敷於該拋光的銅基材。此外，一保護性覆層可被敷設於該反射塗層上來減少該塗層的氧化。該反射塗層可由會反射於該光束之中心波長的光之任何材料製成。例如，該反射塗層可為鋁。該保護覆層可為任何材料，其會反射或透射在該光束之中心波長的光。舉例的覆層可由介電層或氟化鎂製成。在上述之例中，針對在193nm的光，一鋁塗層能提供90%的反射率，且使用氟化鎂之覆層能增加該反射率至95%以上。該板1354、1454的反面若有需要亦可被塗層來反射於此面上的任何其它射束，譬如來自該功率放大器130內之其它光件的菲湼耳(Fresnel)射束。
請參閱圖15A~圖15C，一舉例的板1554係被呈平面圖示出如由該光束的統軸所見(圖15A)，及在圖15B中的B-B頂載面圖，和在圖15C中的C-C側截面圖。於此舉例的板1554中，該等開孔1556係沿一方向伸長，且該板1554被置於該光束之路徑內的角度Φ係約為9°。
其它的實施例係在以下申請專利範圍內。
例如，雖不同的衰減係數被討論及描述於上，但其亦可能連續地調整該光束的衰減，因此該衰減係數為一施加於該光束之一可連續改變值。此一連續調整可藉繞一垂直於該光束之光軸(或光徑)的軸線轉動該板之一角度來被進行。在其它實施例中，該板中的開孔可為多邊形或圓形或卵形等。其它的金屬或合金亦可被使用於該板或網， 只要該材料係能夠吸收該光束的能量而不會過熱或改變狀態。
100‧‧‧光微影系統
110‧‧‧深紫外線光源
112‧‧‧主振盪器
114，140‧‧‧放電腔室
116‧‧‧線窄化模組
118‧‧‧輸出耦接器
120‧‧‧線中心分析模組
122，132‧‧‧射束調變光系統
124‧‧‧種籽光束
130‧‧‧功率放大器
150‧‧‧射束回轉光元件
152‧‧‧衰減光系統
160‧‧‧光束
162‧‧‧頻寬分析模組
165‧‧‧微影曝光裝置
167‧‧‧光件
169‧‧‧晶圓
170‧‧‧控制系統

Claims (15)

  1. 一種在一光束之路徑中的再生環共振器，該共振器包含：一放電腔室具有電極等及一增益介質在該等電極之間：一光耦接器其係部份反射的，因此由該放電腔室射至該光耦接器上之一光束的至少一部份會反射回來穿過該放電腔室，且由該放電腔室射至該光耦接器上之該光束的至少一部份會透射穿過該光耦接器；及一衰減光系統在該共振器內的光束之路徑中，該衰減光系統具有多數個不同的衰減狀態，而每個衰減狀態會界定一不同的衰減係數施加於該光束來提供該光束之一能量的調整，施加於該光束的衰減係數包含一施加於該光束的衰減量。
  2. 一種深紫外線光源，包含請求項1的再生環共振器，及一控制系統連接於該衰減光系統並構製成能選擇一施加於該光束的衰減狀態，而來調整由該光源輸出的光束之一能量。
  3. 如請求項1之再生環共振器，其中該再生環共振器係由該光耦接器及一射束反向器所界定，該反向器在該放電腔室之相反於該光耦接器所面對之側的一側。
  4. 如請求項1之再生環共振器，包含一射束放大和除放大級，其會在該光束沿一第一方向由該光耦接器朝該放電腔室運行時除放大該光束，且其會在該光束沿一第二方 向由該放電腔室朝該光耦接器運行離開時放大該光束。
  5. 如請求項4之再生環共振器，其中該衰減光系統是在該放大和除放大級與該光耦接器之間；或係在該放大和除放大級內。
  6. 如請求項1之再生環共振器，其中該衰減光系統包含一板具有至少一網孔部份該光束會運行穿過它，該網孔部份會施加該衰減係數於該光束，該網孔部份包含開孔等界定於該板體中，該等開孔的尺寸和形狀會決定該光束的衰減係數。
  7. 如請求項1之再生環共振器，其中施加於該光束的衰減量為該光束的通量強度之一損耗。
  8. 如請求項1之再生環共振器，其中該衰減光系統包含一板含有多數個衰減區域，而每個衰減區域會界定一衰減係數，該板係可移動於多數個位置之間，而每個位置會界定一衰減區域該光束會運行穿過它。
  9. 如請求項1之再生環共振器，其中該衰減光系統包含一表面其對該光束係至少部份反射的，該部份反射表面係敷設於一板其具有開孔等可供該光束運行穿過，該反射表面構製成能將該光束的一部份反射偏離該共振器內的光束路徑。
  10. 一種光微影系統，包含：一微影曝光裝置；及一深紫外線光源會供應光至該微影曝光裝置，該光源包含請求項1的再生環共振器，及一控制系統連接於 該衰減光系統並構製成能選擇一衰減狀態施加於該光束，而來調整由該光源輸出的光束之一能量。
  11. 一種在一由一深紫外線光源輸出的光束之脈衝能量範圍間切換的方法，該光源包含一主振盪器會提供一種籽光束至一功率放大器之再生環共振器；該方法包含：由多數個脈衝能量範圍中選擇一用於該輸出光束的脈衝能量範圍；依據所擇之該輸出光束的脈衝能量範圍，施加一電壓於該主振盪器之一氣體放電腔室的電極，所施加的電壓係選自用於該主振盪器之一可用電壓控制範圍，並施加一電壓於該再生環共振器之一氣體放腔室的電極；在所擇的脈衝能量範圍操作該光源；及若決定該輸出光束的脈衝能量範圍要被改變，則藉於該再生環共振器內調整該光束之一衰減，來選擇該輸出光束之另一脈衝能量範圍，並同時保持施加於該主振盪器電極的電壓之一變化對該可用電壓控制範圍之一比率低於一預定值。
  12. 如請求項11之方法，其中於該再生環共振器內調整該光束的衰減包含：反射至少一些該光束的通量；吸收至少一些該光束的通量；或添加一損耗於該再生環共振器。
  13. 如請求項11之方法，其中改變該脈衝能量範圍包含如此而為並同時保持該功率放大器的放電腔室之一氣體配方。
  14. 如請求項11之方法，其中保持施加於該主振盪器電極的電壓之變化對該可用電壓控制範圍的比率低於該預定值包含保持該比率低於0.10。
  15. 一種供用於一進行穿過一再生環共振器的光束之一射束路徑中的衰減光系統，該系統包含：一致動器構製成能接收一電磁訊號；及一板安裝於該致動器而可在多數個位置間移動，且每個位置會在該射束路徑中定位一衰減區域，而使該射束輪廓會被該衰減區域涵蓋，且每個衰減區域代表一如該衰減區域之一幾何形狀所決定之施加於該光束的衰減係數；其中至少一衰減區域包含多數個均勻相隔的伸長開孔等在固體的能量吸收表面之間，且至少一衰減區域包含一開孔其係大於該光束的射束輪廓。
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