TW202245951A - 雷射系統 - Google Patents

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荷曼 菲力普 高德福萊德
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Abstract

一種雷射系統，其包含：一雷射，其可操作以產生一雷射光束；一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統；該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序行進至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端；其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有等於該第一焦距之一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開該第一焦距之兩倍的一距離。

Description

雷射系統
本發明係關於一種雷射系統。該雷射系統可應用於微影領域中且可將雷射光束提供至微影裝置。該雷射可例如包含準分子雷射。
微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如，遮罩)之圖案(亦常常被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如，晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
隨著半導體製造過程繼續進步，幾十年來，電路元件之尺寸已不斷地減小，而每器件的諸如電晶體之功能元件之量已在穩固地增加，此遵循通常被稱作「莫耳定律(Moore's law)」之趨勢。為了跟得上莫耳定律，半導體行業正追逐使能夠產生愈來愈小特徵的技術。為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定經圖案化至基板上之抗蝕劑中之特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。雷射(例如準分子雷射)可用以將呈雷射光束之形式的電磁輻射提供至微影裝置。雷射光束具有諸如光束形狀及光束大小之特性。
可需要提供一種用於提供具有諸如光束形狀及光束大小之受控特性之電磁輻射的系統及方法，其至少部分地解決與已知系統及方法相關聯之一或多個問題，無論在本文中或以其他方式識別。
根據所揭示主題之一第一態樣，提供一種雷射系統，其包含：雷射，其可操作以產生雷射光束；光學系統，其包含第一光學元件及第二光學元件；及輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統；該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端；其中該第一光學元件具有第一焦距，該第二光學元件具有等於該第一焦距之第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開該第一焦距之兩倍的距離。
由該雷射產生之該雷射光束一般而言將具有非零發散度。因此，雷射光束之橫截面大小將在輸出端處比在雷射處更大。發散度可隨著時間推移(例如，針對脈衝式雷射光束在不同脈衝之間)而變化。因此，輸出端處之雷射光束之橫截面大小可隨著時間推移而波動。輸出端處之雷射光束之此大小係藉由雷射光束之發散度及雷射光束在雷射與輸出端之間傳播的距離予以判定。此外，一般而言，由雷射產生之雷射光束之指向方向可隨著時間推移(例如，針對脈衝式雷射光束在不同脈衝之間)而變化。結果，雷射光束在輸出端處之位置將變化。雷射光束之位置之此變化係藉由雷射處之雷射光束之指向及雷射光束在雷射與輸出端之間傳播的距離予以判定。
光學系統可用以在第二平面中形成第一平面(位於第一光學元件與雷射之間)之影像。該第一平面與該第二平面以第一焦距之四倍的距離分離(在雷射光束之傳播方向上)。此光學系統將由雷射發射之雷射光束的有效傳播長度減小了等於焦距四倍的距離。藉由減小有效傳播長度，針對雷射系統之給定實際傳播長度(例如，相對於相同實體大小但省略光學系統的配置)，雷射光束(例如，在輸出端處)之一或多個特性得以改良。一或多個特性之改良可包含所要光束大小(例如，減小之光束大小)及/或所要光束形狀。藉由減小有效傳播長度，針對雷射系統之給定實際傳播長度(例如，相對於相同實體大小但省略光學系統的配置)，雷射光束(例如，在輸出端處)之穩定性得以改良。穩定性可表示一或多個雷射光束特性隨時間之變化(亦即，時間變化)。改良之穩定性可包含：更穩定光束形狀(亦即，光束形狀之減小之時間變化)、更穩定光束位置(亦即，光束位置之減小之時間變化)及/或更穩定光束大小(亦即，光束大小之減小之時間變化)。有益地，包括光學系統允許雷射光束遍及雷射與雷射系統之輸出端之間的較長路徑長度傳播，同時維持所要特性集合及/或改良之穩定性。又，此允許針對輸出端處之給定光束穩定性及/或給定特性，存在更多實體空間供光學組件定位於雷射與輸出端之間。光學系統可被稱作雷射光束穩定系統及/或有效傳播長度減小系統。
第一焦距及第二焦距可被稱作焦距f。焦距可為正焦距(例如，第一光學元件及第二光學元件可包含會聚光學元件)。
如現在所論述，根據所揭示主題之第一態樣的雷射系統之光學系統係有利的。本發明人已認識到，此光學系統可在共軛平面(其可被稱作影像平面)中形成在光學系統之前的任何平面(其可被稱作物件平面)之影像，該共軛平面處於距物件平面4f之距離處。如此處所使用，光學系統之前的平面可被理解為意謂光學系統上游之平面，亦即，安置於雷射與第一光學元件之間的任何平面。不論該等平面是否與第一或第二光學元件之焦平面重合，都會發生此成像。事實上，光學系統可同時對眾多共軛平面進行成像，例如，使第一物件平面成像至第一影像平面(距第一物件平面4f距離)且使第二物件平面成像至第二影像平面(距第二物件平面4f距離)。有利地，此允許以雷射與輸出端之間的較大靈活性定位光學系統之光學元件。有益地，此允許將光學元件置放於如藉由雷射系統之其他約束所准許儘可能遠的距離，藉此進一步減小雷射光束之有效傳播長度。此外，此允許光學元件定位於可定位於雷射系統中之其他組件周圍。
特定言之，光學系統相較於已知光學成像系統可以較大靈活性定位。在已知光學成像系統中，光學元件通常定位於距所關注物件平面及所關注影像平面特定的距離處。物件平面之特定位置通常可為光學系統之前焦平面之位置或光學元件之焦距。自此特定距離移動該等光學元件通常導致離焦影像及/或發散雷射光束。有利地，使用本文中所描述之光學系統會移除此類定位限制。
由於光學系統具有相等焦距且以兩個焦距間隔開的兩個光學元件，因此光學系統具有為1或-1之有效放大率。光學系統之長度可被認為第一光學元件及第二光學元件之焦距的兩倍。在給出雷射系統之空間要求的情況下，可選擇第一光學元件及第二光學元件之焦距以便最大化光學系統之長度。
應瞭解，依序傳播至第一光學元件、第二光學元件及輸出端之雷射光束意欲意謂雷射光束按次序傳播至第一光學元件、第二光學元件及輸出端。亦即，第一光學元件自雷射接收雷射光束，第二光學元件自第一光學元件接收雷射光束，且輸出端自第二光學元件接收雷射光束。每一元件(第一光學元件、第二光學元件及輸出端)可直接地自前一元件或間接地(例如，經由介入組件)接收雷射光束。較佳地，但並非必需地，第二光學元件可直接自第一光學元件接收雷射光束。
應瞭解，隨著雷射光束依序傳播至第一光學元件、第二光學元件及輸出端，且隨著雷射光束透過輸出端射出雷射系統，雷射光束僅傳播通過光學系統一次。亦即，雷射光束傳播至第一光學元件、第二光學元件及輸出端中之每一者僅一次(按次序)。亦即，雷射光束(或其任何重要部分)不傳播至第一光學元件、第二光學元件或輸出端兩次(例如，不存在雷射光束或其任何顯著部分通過光學系統之再循環)。此外，雷射光束不被分裂成經由不同路線傳遞通過光學系統之多個分量。此亦可被稱作雷射光束以線性方式(或線性地)傳播通過雷射系統。此亦可被稱作雷射光束逐一地傳播通過第一光學元件、第二光學元件及輸出端中之每一者。以線性方式傳播之雷射光束不同於圓形地或重複地傳播通過雷射系統之部分的雷射光束。
第一光學元件可經配置以接收實質上所有雷射光束。類似地，第二光學元件可經配置以接收實質上所有雷射光束。應理解，在任何雷射系統中都會經歷一些損失，因此當考量損失時實質上所有的損失可被認為表示「所有」雷射光束，但並不包括光束之一部分之顯著或規劃移除。亦即，在雷射光束由第一光學元件接收之前，不移除(例如使用光束分光器或以其他方式)雷射光束之相當大部分。換言之，不存在直接配置在第一光學元件之前的光束分光器。
雷射光束包含輻射。雷射光束可包含輻射脈衝或連續輻射。光學元件可包含透鏡及/或鏡面。
雷射可包含準分子雷射。已知準分子雷射產生具有指向誤差及/或波動及高發散度之雷射光束。前述光學系統在與準分子雷射一起使用時特別有益，此係歸因於該光學系統改良雷射光束特性及穩定性(例如改良及/或穩定光束位置、大小及形狀)之能力。
雷射系統可進一步包含用於增加雷射光束中之脈衝之脈衝長度的脈衝拉伸器。脈衝拉伸器可包含一或多個光束分光器及一或多個延遲線。脈衝拉伸器可經配置以接收輸入脈衝以將輸入脈衝轉換成脈衝串。增加脈衝長度可減小光斑之效應，例如，此係因為脈衝之不同時間部分可具有不同光斑圖案。脈衝拉伸器在與微影裝置組合使用時可為特別有益的，此係因為微影曝光可受到光斑不利地影響。在一些情形下，歸因於雷射系統中之空間約束，脈衝拉伸器不可能實體地安置於雷射與雷射系統之輸出端之間。因此，可有必要增加雷射傳播距離以便將雷射光束引導至例如歸因於雷射系統中之空間約束而安置於別處的脈衝拉伸器。根據第一態樣之光學系統之使用可有益地減小雷射光束之有效傳播長度，從而使得能夠使用諸如脈衝拉伸器之額外組件，同時與使用無光學系統之雷射系統相比，仍提供改良之光束穩定性及/或改良之光束特性。另外，其提供在諸如脈衝拉伸器之此類額外組件之定位時的較大靈活性，同時維持雷射系統之輸出端處之所要光束穩定性及/或雷射光束特性。
如上文所論述，光學系統減小雷射與輸出端之間的有效傳播距離。此允許在雷射與輸出端之間存在較大實體距離(為了輸出端處之給定光束穩定性/特性)。又，此允許容納用於脈衝拉伸器之更多實體空間。另外或替代地，其允許用於定位脈衝拉伸器之更大自由度。舉例而言，此可允許轉向光學器件將雷射光束引導至並未實體地安置於雷射與輸出端之間的脈衝拉伸器及自該脈衝拉伸器引導雷射光束，而不會由於此增加之實體光學路徑而犧牲輸出端處之雷射光束的穩定性或光束特性。
脈衝拉伸器可配置於雷射與第一光學元件之間。之間應相對於雷射光束之傳播路徑來解譯。亦即，雷射光束自雷射傳播至脈衝拉伸器，接著自脈衝拉伸器傳播至第一光學元件。在此佈置中，第一光學元件間接地自雷射接收雷射光束。脈衝拉伸器之輸出包含雷射光束之實質上所有脈衝(減去例如歸因於鏡面吸收之任何無意的損失)使得第一光學元件接收實質上所有脈衝。亦即，輸入脈衝之實質上所有(總)功率經傳送至脈衝串中，使得第一光學元件接收輸入脈衝之實質上所有(總)功率。脈衝拉伸器可不具有總聚焦倍率。脈衝拉伸器可具有為零之有效傳播長度。脈衝拉伸器之輸出可包含實質上經準直雷射光束。
脈衝拉伸器減小脈衝之峰值功率。在此配置中，較低峰值功率入射於光學系統之光學元件上。有益地，此配置可減少損壞且因此增加光學系統之壽命。
脈衝拉伸器可包含脈衝拉伸器輸出端，具有增加之脈衝長度的脈衝可透過該脈衝拉伸器輸出端射出脈衝拉伸器。第一光學元件可靠近脈衝拉伸器輸出端而定位。藉由將第一光學元件接近於脈衝拉伸器輸出端而定位，減小了雷射光束在光學系統外部傳播的距離。藉由減小雷射光束在光學系統外部傳播的距離，雷射光束之穩定性及/或特性得以改良。歸因於光學系統之成像屬性，此減小係可能的。
應瞭解，藉由將第一光學元件接近於脈衝拉伸器輸出端而定位，脈衝拉伸器輸出端可安置於第一光學元件之前焦平面與第一光學元件之間。歸因於發明人認識到，光學系統可在光學系統之後的共軛平面中形成光學系統之前的任何平面之影像，此情形係可能的。
脈衝拉伸器輸出端與第一光學元件之間的距離可小於第一焦距。歸因於光學系統之成像屬性(光學系統可使光學系統之前的任何平面成像至共軛平面，而不論該等平面是否與第一或第二光學元件之焦平面重合)，此配置係可能的。光學系統在配置雷射系統時提供更大靈活性。
第二光學元件可直接自第一光學元件接收雷射光束。亦即，第一光學元件與第二光學元件之間可能不存在介入組件。當雷射光束聚焦於第一光學元件與第二光學元件之間時，其之間的能通量(每單位面積能量)係高的。不具有介入組件可有益地減少組件損壞及/或減少雷射光束之吸收。
雷射系統可進一步包含一外殼，雷射及光學系統安置於該外殼內。該外殼可包含處於或靠近雷射系統之輸出端之出射孔徑。第二光學元件可靠近該出射孔徑而定位。可認為該外殼大體上環繞雷射及光學系統。藉由將第二光學元件接近於出射孔徑而定位，減小了雷射光束在射出雷射系統之前在光學系統外部行進的距離。藉由減小雷射光束在光學系統外部行進的距離，在出射孔徑處之雷射光束之穩定性及/或光束特性得以改良。歸因於光學系統之成像屬性，此減小係可能的。
出射孔徑與第二光學元件之間的距離可小於第一焦距。歸因於光學系統之成像屬性(光學系統可使光學系統之前的任何平面成像至共軛平面，而不論該等平面是否與第一或第二光學元件之焦平面重合)，此配置係可能的。
雷射系統可進一步包含第二光學系統，該第二光學系統包含第三光學元件及第四光學元件。該第三光學元件可具有第三焦距。該第四光學元件可具有等於第三焦距之第四焦距。該第四光學元件可與該第三光學元件沿著該光軸隔開第三焦距兩倍的距離。第三焦距可等於第一焦距或可不同。該第二光學系統可位於以下位置中之一者中：雷射與(第一)光學系統之間、雷射與脈衝拉伸器之間、第一光學系統與雷射系統之輸出端之間。雷射系統可包含其他光學系統，例如具有第五焦距之第三光學系統。
使用多於一個此類光學系統可有利地允許有效傳播距離進一步減小，同時仍允許額外組件(例如脈衝拉伸器)而不需要額外組件定位在光學系統之第一光學元件與第二光學元件之間(其中該等組件可歸因於高能通量而易於損壞)。
雷射系統可進一步包含第二脈衝拉伸器。該第二脈衝拉伸器可提供脈衝長度之進一步增加及/或以其他方式處理脈衝。該第二脈衝拉伸器可配置於(第一)光學系統與輸出端之間。亦即，第二光學元件可將雷射光束引導至第二脈衝拉伸器且第二脈衝拉伸器可將雷射光束輸出至雷射系統之輸出端。此配置有益地減小了脈衝在第一脈衝拉伸器與第二脈衝拉伸器之間行進的有效傳播距離。
根據所揭示之主題之第二態樣，提供一種微影裝置，其包含如前述技術方案中任一項之雷射系統。由該雷射系統提供之雷射光束的改良之穩定性及/或改良之特性可引起改良之微影效能。
在本發明文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射或深紫外線(DUV)輻射(例如具有為365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線輻射(EUV，例如具有在約5 nm至100 nm之範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化器件」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此內容背景中，亦可使用術語「光閥」。除經典遮罩(透射或反射；二元、相移、混合式等)之外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1A示意性地描繪微影裝置LA。該微影裝置LA包括：照明系統(亦被稱作照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；遮罩支撐件(例如遮罩台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如遮罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓臺) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。輻射源SO包含雷射系統。照明系統IL可包括用於引導、塑形及/或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」PS同義。
微影裝置LA可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如水)覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間-此亦被稱作浸潤微影。以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影裝置LA亦可屬於具有兩個或多於兩個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在該另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外，微影裝置LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統之部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。
在操作中，輻射光束B入射於被固持於遮罩支撐件MT上之圖案化器件(例如遮罩) MA上，且係由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)而圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便使不同目標部分C在輻射光束B之路徑中定位於經聚焦且對準之位置處。相似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2被稱為切割道對準標記。
為進行闡明，使用笛卡爾座標系。笛卡爾座標系具有三個軸，亦即，x軸、y軸及z軸。三個軸中之每一者與其他兩個軸正交。圍繞x軸之旋轉被稱作Rx旋轉。圍繞y軸之旋轉被稱作Ry旋轉。圍繞z軸之旋轉被稱作Rz旋轉。z軸可大體上與微影裝置之光軸重合(例如，在圖1中之豎直方向上)，而x軸及y軸可界定垂直於光軸之平面(例如，圖1中之水平面)。笛卡爾座標系不限制本發明，而僅用於闡明。替代地，另一座標系，諸如圓柱形座標系可用以闡明。笛卡爾座標系之定向可不同，例如，使得z軸具有沿著水平面之分量。
圖1B示意性地描繪根據所揭示主題之一態樣的已知雷射系統之視圖。圖1B展示可操作以產生脈衝式雷射光束110之已知雷射系統100的實例。特定言之，圖1B說明性地且以方塊圖展示氣體放電雷射系統100。雷射光束110可被稱作光束。
氣體放電雷射系統100包括固態或氣體放電種子雷射系統115、放大載物台，例如功率環放大器(「PRA」)載物台150、中繼光學器件140及雷射系統輸出子系統170。
種子雷射系統115包括：主控振盪器(「MO」)腔室125；主控振盪器輸出耦合器(「MO OC」) 130；及線窄化模組(「LNM」) 120。
主控振盪器輸出耦合器(「MO OC」) 130可包含部分反射鏡，且線窄化模組(「LNM」) 120可包含反射光柵。主控振盪器輸出耦合器(「MO OC」) 130及線窄化模組(「LNM」) 120一起界定其中種子雷射振盪以形成種子雷射輸出脈衝的振盪器空腔。該振盪器空腔可被稱作主控振盪器(「MO」)。
雷射系統100亦包括線中心分析模組(「LAM」) 135。LAM 135可包括用於精細波長量測之標準具光譜儀以及較粗略解析度光柵光譜儀。MO波前工程箱(「WEB」) 145可用以將MO種子雷射系統115之輸出重新導向放大載物台150，且可包括例如具有例如多稜鏡光束擴展器(圖中未繪示)的光束擴展件及例如呈光學延遲路徑(圖中未繪示)之形式的相干破壞件。
放大載物台150包括PRA雷射作用腔室160，該雷射作用腔室亦可為振盪器，其例如由種子光束注入及輸出耦合光學器件(圖中未繪示)形成，種子光束注入及輸出耦合光學器件併入至PRA WEB 165中且由光束反轉器155重新引導返回通過腔室160中之增益介質。PRA WEB 165可併有針對標稱操作波長(例如針對ArF系統處於約193 nm)的部分反射輸入/輸出耦合器(圖中未繪示)及最大反射鏡以及一或多個稜鏡。
固態或氣體放電種子雷射系統115、放大載物台150及中繼光學器件140可一起被認為係可操作以產生雷射光束之雷射。
放大載物台150之輸出端處的頻寬分析模組(「BAM」) 175自該放大載物台150接收輸出雷射脈衝光束且出於度量衡目的而拾取該光束之一部分，例如以量測輸出頻寬及脈衝能量。輸出脈衝光束接著傳遞通過光學脈衝拉伸器(「OPuS」) 180。OPuS 180之一個目的可為例如將單一輸出雷射脈衝轉換成脈衝串。自原始單一輸出脈衝產生之次級脈衝可相對於彼此延遲。藉由將原始雷射脈衝能量分配成次級脈衝串，雷射之有效脈衝長度可得以擴展且同時峰值脈衝強度得以減小。輸出脈衝光束接著傳遞通過輸出組合之自動遮光片度量衡模組(「CASMM」) 185，該輸出組合之自動遮光片度量衡模組亦可為脈衝能量計之位置。OPuS 180可因此自PRA WEB 165經由BAM 175接收雷射光束且將OPuS 180之輸出引導至CASMM 185。其他合適之配置可在其他實施例中使用。
如此項技術中已知，PRA雷射作用腔室160及MO 125經組態為腔室，其中電極之間的放電可致使雷射作用氣體中之雷射作用氣體放電以產生高能分子之反轉群體，包括例如Ar、Kr及/或Xe，以產生相對較寬頻帶輻射，其可經線窄化至線窄化模組(「LNM」) 120中選擇之相對極窄的頻寬及中心波長。
通常，調諧發生在LNM 120中。用於線窄化及雷射調諧之典型技術係在雷射之放電空腔的背部處提供窗口，雷射光束之一部分通過該窗口傳遞至LNM中。此處，光束之部分藉由稜鏡光束擴展器而擴展且經引導至光學元件，諸如將雷射之較寬光譜之窄的選定部分反射回至放電腔室中的光柵，在該放電腔室中雷射之較寬光譜之該窄的選定部分被放大。通常，藉由使用諸如(例如)壓電致動器之致動器來改變光束照明光柵之角度來調諧雷射。替代地，諸如稜鏡之透射光學元件可用以將雷射之較寬光譜之窄的選定部分透射回至放電腔室中，在該放電腔室中，雷射之較寬光譜之該窄的選定部分被放大。可藉由使用諸如(例如)壓電致動器之致動器來改變光束照明稜鏡之角度來調諧雷射。雷射系統100可為可操作的以產生具有一個波長之一或多個脈衝的叢發且接著能夠切換以產生具有不同波長之一或多個脈衝的叢發。
圖1A中所展示及上文所描述的輻射源SO可包含圖1B中所展示之雷射系統100。
本發明之實施例係關於新穎雷射系統。此等新穎雷射系統可通常屬於圖1B中所展示之雷射系統100之類型且可包含圖1B中所展示之雷射系統100之特徵中的一或多者。現在將參考圖2至圖5描述此類新穎雷射系統之實例。
圖2示意性地描繪新雷射系統200。雷射系統200可形成圖1A之輻射源SO的部分或全部。雷射系統200可形成圖1B中所展示及上文所描述之類型的雷射系統之部分或全部。如下文更充分地描述，雷射系統200包括可操作以產生雷射光束220之雷射210及包含第一透鏡231及第二透鏡232之光學系統230。雷射210可屬於圖1B中所描繪之類型，例如包含固態或氣體放電種子雷射系統115、放大載物台150及中繼光學器件140。
雷射光束220在傳播至輸出端240之前傳播至(及傳播通過)第一透鏡231及第二透鏡232，在該輸出端中，該雷射光束射出雷射系統200。
雷射光束220具有光束大小、光束形狀及光束剖面。光束剖面為在垂直於雷射光束220之傳播方向的平面中之空間強度剖面。光束剖面之類型之實例為高斯及頂帽(top-hat)。光束形狀為雷射光束220在垂直於雷射光束220之傳播方向之平面中的形狀。光束形狀之實例為圓形及矩形。光束大小為雷射光束220在垂直於雷射光束之傳播方向之平面中的大小或尺寸。光束大小可例如藉由半徑(例如針對旋轉對稱之光束形狀，諸如圓形光束)或沿著長軸及短軸之距離(例如針對具有減小之旋轉對稱性的光束形狀，諸如矩形光束)而特性化。光束大小可被稱作光束寬度。熟習此項技術者應瞭解，雷射光束通常不具有清晰界定之邊緣，且邊緣被界定為含有雷射光束中所含之一定量之強度的區。使用各種慣例來量測及表示光束寬度，例如1/e 2(光束之兩個完全相反點之間的距離，在該兩個完全相反點處，強度為光束之最大強度的1/e 2倍)，FWHM (至光束之完全相反點之間的距離，在該等完全相反點處，強度為光束之最大強度的50%)，D4σ (強度分佈之標凖偏差的四倍)。
雷射光束大體上沿著光軸傳播。亦即，光軸可被界定為雷射光束傳播所沿著的標稱或目標路徑。可發生小的偏差，即發散度及指向誤差，其使得雷射光束之一部分在未與光軸對準之方向上傳播，如下文更詳細地描述。
雷射光束220具有發散度，其量化隨著雷射光束220傳播(例如)通過自由空間，光束大小增加。各向同性發散導致雷射光束之光束大小在垂直於雷射光束之傳播方向的所有方向上各向同性地增加，從而導致雷射光束在其傳播通過自由空間時具有較大光束大小。發散之效應通常取決於由雷射光束220傳播之距離(傳播距離)結合雷射光束220之發散之量值。對於給定發散度，雷射光束220將隨著其距雷射210之距離增加而具有較大光束大小。各向異性發散可導致雷射光束之光束大小在垂直於雷射光束之傳播方向的第一方向上增加第一量，且在垂直於雷射光束之傳播方向的第二方向上增加第二量，因此導致雷射光束在其傳播通過自由空間時除了改變光束大小以外亦改變光束形狀(例如，圓形光束在其傳播時可變成橢圓形)。雷射光束220之發散度可固定，或其可隨著時間推移(例如，在運用脈衝雷射的情況下在不同脈衝之間)而變化。此可被稱作波動發散。波動發散通常引起隨著時間推移而變化的光束大小及/或形狀(亦即，波動光束大小及/或光束形狀)。
雷射光束220可經歷指向誤差，其中雷射光束200之一部分相對於光軸以非零角度發射。術語光軸在此項技術中係已知的且可界定用於雷射光束220之標稱或目標指向方向。遍及足夠大時段(例如足夠數目個脈衝)積分，雷射光束220可圍繞光軸大體上旋轉對稱。然而，遍及較短時段(例如在不同脈衝之間)，雷射光束220之指向方向可相對於光軸變化。指向誤差影響光束相對於光軸之位置。在無指向誤差之情況下，雷射光束220之每一部分大體上沿著光軸(或圍繞光軸旋轉對稱地)經引導，使得雷射光束220之中心可大體上與光軸重合。因而，在無指向誤差之情況下，隨著雷射光束220傳播(例如通過自由空間)，其將射中沿著光軸定位之任何虛擬目標，亦即，光束位置與光軸重合。在具有指向誤差之情況下，隨著雷射光束傳播(例如通過自由空間)，雷射光束之中心並不沿著光軸傳播而是與光軸成非零角度傳播。結果，隨著雷射光束220之傳播距離增加，雷射光束220之中心與光軸之間的距離增加。結果，雷射光束220可錯過(或部分錯過)沿著光軸定位(且以光軸為中心)之虛擬目標。亦即，由於指向誤差，光束位置可相對於光軸未對準。雷射光束之一部分之指向(亦即，相對於法向光軸之發射方向)可隨著時間推移而變化，從而導致指向之波動，其被稱作指向波動。特定言之，當雷射210為脈衝式雷射時，一般而言，每一脈衝之指向可變化。指向波動可導致光束位置隨著時間推移而變化。類似於發散度，指向誤差之效應取決於雷射之傳播距離結合指向誤差之量值。因此，對於給定指向誤差，光束位置將隨著雷射光束自雷射210進一步傳播而與光軸更未對準。
雷射系統200包含光學系統230，該光學系統減小發散度及/或指向誤差之效應。詳言之，光學系統230減小雷射光束220之有效傳播距離，藉此減小取決於傳播距離的發散度及指向誤差之效應。
光學系統230包含第一透鏡231及第二透鏡232。第一透鏡231與第二透鏡232具有相等焦距f且以2f之距離隔開。第一透鏡231及第二透鏡232具有正焦距(亦即，係會聚而非發散透鏡)。在此配置中，光學系統230形成總放大率為1 (或-1)之成像系統。
雷射光束220相當良好地準直，儘管如上文所描述雷射光束220具有非零發散度。當雷射光束220入射於第一透鏡231上時，其聚焦至第一透鏡231與第二透鏡232之間的平面。在此平面之後的發散雷射光束由第二透鏡232轉換回成相當良好準直之雷射光束220 (具有與入射雷射光束實質上相同的發散度)。
本發明者已認識到，此光學系統230在共軛平面(其可被稱作影像平面)中形成在光學系統230之前(亦即，在雷射210與第一透鏡231之間)的任何平面(其可被稱作物件平面)之影像。物件平面與影像平面之間的距離等於焦距的四倍，亦即，4f。因此，儘管雷射光束220在每一對物件平面與影像平面之間傳播距離4f，但雷射光束220之大小及位置在此兩個平面中將相同。因而，當雷射光束220在每一對物件平面與影像平面之間傳播時，發散度及指向誤差之效應實際上為零。因此，由光學系統230執行之成像使得自雷射210傳播至輸出端240之雷射光束220的有效傳播長度減小了焦距的四倍，亦即4f。
不論物件平面及/或影像平面是否與第一透鏡231或第二透鏡232之焦平面重合，都會發生此成像。此情形在配置例如透鏡231、232時允許大程度之靈活性，此係因為該等透鏡可置放於雷射210與輸出端240之間的任何位置，只要該等透鏡彼此隔開2f即可。可選擇第一透鏡231及第二透鏡232之焦距f，以便最大化正經成像之物件平面與影像平面之間的距離，且因此最大化雷射光束220之有效傳播長度的減小。雷射系統200內的雷射光束220之有效傳播長度等於雷射光束220在雷射210與輸出端240之間的實際路徑長度減去4f。
已知包含一或多個透鏡之光學系統可用作成像系統以在另一平面(其可被稱作影像平面)中形成一個平面(其可被稱作物件平面)之影像。通常，當使用此類光學成像系統進行成像時，隨著距影像平面之距離增加，影像會失去對比度且將變得散焦(亦即，光束發散)。因而，當將光束傳遞通過此項技術中已知之標準光學成像系統時，通常在影像平面之後需要額外光學器件來週期性地再聚焦光束。
如熟習此項技術者將理解，雷射光束通常良好地準直(儘管實務上如在別處所論述，其具有非零發散度)。此類雷射光束可被稱作接近準直或實質上準直。如本文所描述之光學系統230經配置以形成雷射光束220之影像，使得實質上準直光束經成像為實質上準直光束。因而，無需額外光學器件來再聚焦經成像光束。實情為，光學系統230可在無額外光學器件的情況下使用以得到改良之光束特性及/或改良之穩定性的優點。
第一透鏡231自雷射210接收實質上所有的雷射光束220。光學系統230經配置以使得雷射光束210依序(亦即，按次序)行進至第一透鏡231、第二透鏡232及輸出端240。亦即，第一透鏡231自雷射210接收雷射光束220，第二透鏡232自第一透鏡231接收雷射光束220，且輸出端240自第二透鏡232接收雷射光束220，此時雷射光束220 (例如，透過輸出端240處或接近輸出端240的孔徑(圖中未繪示))射出雷射系統200。隨著雷射光束220依序行進至第一透鏡231、第二透鏡232及輸出端240，且隨著雷射光束220透過輸出端240射出雷射系統200，雷射光束220僅行進一次通過光學系統200。此可被稱作雷射光束220線性地行進通過光學系統(亦即，不具有再循環)及/或雷射光束220逐一地行進通過第一透鏡231及第二透鏡232以及輸出端240 (亦即，不具有多個遍次)。以此方式，實質上所有雷射光束220係由光學系統230成像，而無任何不必要的損失(例如，由於光學元件中之吸收及/或光束之一部分之移除引起的不必要損失)。
第一透鏡231及第二透鏡232可被稱作光學元件。實際上，可使用除透鏡之外的聚焦光學元件來代替第一透鏡231及第二透鏡232中之任一者或兩者。舉例而言，可使用聚焦鏡面而非透鏡作為光學元件。應理解，當鏡面用作光學元件時，雷射光束220將傳播至該光學元件且與該光學元件相互作用(例如，自該光學元件散射)而非傳播通過該光學元件。光學元件通常會聚而非發散。
雷射系統通常具有空間約束，其至少部分地規定雷射系統及其中組件之大小、形狀及/或配置。歸因於雷射系統安置於外殼內例如為了易於輸送及/或為雷射系統附近的使用者屏蔽雷射光束，可出現空間約束。此類外殼可具有固定大小/形狀，且因此規定安置於其中之組件的置放。另外或替代地，歸因於使用者要求，例如使用者可置放雷射系統之佔據面積及/或體積，可出現空間約束。
雷射系統亦通常具有用以處理雷射光束之額外組件。舉例而言，雷射系統可包含一或多個光束擴展器、脈衝拉伸器、光束塑形器等。如上文所描述之圖1B為雷射系統100之實例，其包含額外組件，例如頻寬分析模組175、脈衝拉伸器180、度量衡模組185。
此類額外組件可置放於雷射與雷射系統輸出端之間(亦即，沿著雷射與雷射系統輸出端之間的雷射光束之路徑)。此類組件實體地置放於雷射與系統輸出端之間(例如以直線，不具有/幾乎不具有雷射光束之重新引導)可為困難的或不可能的，尤其在給出上文所論述之空間約束的情況下。因而，可需要使組件與雷射間隔開相當大的距離，且雷射光束在被重新導向雷射系統之輸出端之前被引導(例如使用鏡面)至組件。然而，運用此配置，相較於不具有額外組件之系統，雷射光束遍及較大距離(例如，數公尺或數十公尺)傳播，且藉此歸因於發散度及/或指向誤差而經歷較大效應。舉例而言，歸因於較大傳播距離，此類雷射系統可輸出具有以下各者中之一或多者的雷射光束：較大光束大小、波動光束大小、不合需要的光束形狀、波動光束形狀、波動光束位置。
圖3示意性地描繪具有額外組件之雷射系統300。該雷射系統300包含發射雷射光束320之雷射310。在此實例中，雷射310為發射脈衝式輻射之脈衝式雷射。亦即，雷射光束320包含雷射輻射之脈衝。使用鏡面315將雷射光束320引導至脈衝拉伸器360。脈衝拉伸器在此項技術中係已知的且用以增加輻射脈衝之脈衝長度。舉例而言，脈衝持續時間可自大約數十奈秒增加至大約數百奈秒。脈衝拉伸器360可屬於上文參考圖1B所描述之類型(亦即，可操作以將單一輸出雷射脈衝轉換成脈衝串之OPuS 180)。在傳遞通過脈衝拉伸器360之後，雷射光束320傳播至第一透鏡331及第二透鏡332，該等透鏡形成與上文所描述之光學系統相當的光學系統。在傳播通過第二透鏡332之後，雷射光束320透過與外殼350之出射孔徑重合的輸出端340射出雷射系統300。雷射310、脈衝拉伸器360及透鏡331、332安置於外殼350內。
光學系統330經配置以使得雷射光束310依序(亦即，按次序)行進至第一透鏡331、第二透鏡332及輸出端340。
脈衝拉伸器360位於並不直接在雷射光束310與輸出端340之間的位置中。舉例而言且如上文所描述，此可歸因於空間約束。因而，雷射光束320向著遠離輸出端340的方向傳播一段額外的距離，以便由脈衝拉伸器360處理，之後再朝向輸出端340傳播並傳播通過輸出端340。包含第一透鏡331及第二透鏡332之光學系統330經定位以便最小化雷射光束320之有效傳播長度，儘管該雷射光束之實際傳播長度增加。
第一透鏡331靠近脈衝拉伸器360之輸出端而定位。因為光學系統可對任何對共軛平面進行成像，所以第一透鏡331無需定位於距脈衝拉伸器360之輸出端(或脈衝拉伸器360之焦平面)一個焦距f處。事實上，在此配置中，藉由光學系統成像之物件平面位於雷射310與脈衝拉伸器360之間，例如，如由圖3中之點線370所指示。歸因於包含以2f隔開之第一透鏡331及第二透鏡332之光學系統的成像屬性，此情形係可能的。此允許將第一透鏡331置放成非常接近於脈衝拉伸器360之輸出端，例如在不到1焦距f內。
第二透鏡332靠近雷射系統300之輸出端340而定位。因為光學系統可對任何對共軛平面進行成像，所以第二透鏡332無需定位於距雷射系統之輸出端340一個焦距處。事實上，在此配置中，與由點線370表示之物件平面共軛之平面位於雷射系統300外部，如由點線380指示。應注意，圖3本質上為說明性的且未按比例繪製。
只要脈衝拉伸器360 (或在其位置中之其他額外組件)不影響雷射光束320之光束參數，完全靈活性配置(亦即，其中第一光學元件331可定位於距脈衝拉伸器360或其他額外組件之輸出端任何距離處)就係可能的。舉例而言，此可在脈衝拉伸器360具有為零之有效傳播長度的情況下達成。以此方式，在脈衝拉伸器360之前的雷射光束之任何光束參數(例如，由脈衝拉伸器360自雷射310接收到之單一雷射脈衝)都被複製於脈衝鏈中，無論光學系統330位於何處(相對於脈衝拉伸器360)。
替代地，在一些實施例中，可引入(例如，在雷射310與光學系統330之間)確實影響雷射光束320之參數之光學元件。對於此類實施例，若在該光學元件與第一透鏡331之間存在足夠距離，則光學系統330可被認為使光學系統330之前的真實物件平面成像至光學系統330之後的影像平面上。替代地，光學系統330可被認為使光學系統330之前的虛擬物件平面成像至光學系統330之後的影像平面上。
第一透鏡331及第二透鏡332經選擇以使得其焦距f允許其彼此相距2f而定位，同時分別靠近脈衝拉伸器360之輸出端及雷射系統300之輸出端340而定位。因而，雷射光束320之有效傳播長度所減小的4f距離被最大化。因此，減小了發散度及指向誤差之效應。舉例而言，當相較於如本文中所描述之不具有光學系統之雷射系統時，雷射系統300可輸出具有以下各者中之一或多者之雷射光束：較小光束大小、減小之光束大小波動、更合乎需要之光束形狀、減小之光束形狀波動、減小之光束位置波動。
在不具有如本文中所描述之光學系統的雷射系統中，次佳雷射光束特性及/或低光束穩定性可導致雷射光束至少部分地錯過外殼之出射孔徑。此可導致雷射光束之相當大部分被阻擋射出雷射系統，例如，此係因為雷射光束之部分可射中外殼而非透過出射孔徑射出。此類損失可影響雷射系統之效率，例如大約10%效率損失。當雷射系統與微影裝置一起使用時，此類損失之任何變化皆可影響該微影裝置之劑量控制，此如下文所描述係不合需要的。因此，圖3中所描繪之類型之雷射系統300可顯著改良雷射系統300之效率，此係因為雷射光束特性及/或穩定性得以改良，且因此雷射光束220可更好地射出出射孔徑而不被外殼350阻擋。此外，在此類次佳雷射光束特性/穩定性致使雷射光束至少部分地錯過外殼之出射孔徑的雷射系統中，可使用較高雷射功率來抵銷損失。較高雷射功率通常導致對雷射光束之路徑中之任何組件的磨損及/或損壞增加，從而導致組件之光學壽命減小。因此，具有如本文中所描述之光學系統330的雷射系統300可有益地增加雷射系統中之組件的壽命。
圖4A及圖4B分別說明不具有及具有圖2及圖3中所展示及如上文所描述之類型的光學系統230、330之雷射系統之輸出雷射光束的模擬。在兩個雷射系統中，雷射發射具有頂帽剖面及矩形形狀之雷射光束，其係經由選擇雷射及各種光束處理組件來達成。兩個雷射系統之輸出雷射光束之間的唯一顯著差異在於包括如本文中所描述之光學系統230、330。輸出雷射光束經展示為在垂直於雷射光束之傳播方向的平面中。
圖4A展示輪廓標繪圖410及影像標繪圖420，其說明在不具有光學系統之雷射系統之輸出端處的經模擬雷射光束(下文被稱作第一經模擬光束)之光束剖面。輪廓標繪圖410及影像標繪圖420兩者展示第一經模擬光束之形狀大體上為橢圓形，且具有實質上高斯剖面。該第一經模擬光束具有高度H1、寬度D1。
圖4B展示輪廓標繪圖430及影像標繪圖440，其說明在具有光學系統之雷射系統之輸出端處的經模擬雷射光束(下文被稱作第二經模擬光束)之光束剖面。輪廓標繪圖430及影像標繪圖420兩者展示第二經模擬光束之形狀比第一經模擬光束之形狀更為矩形。該矩形之「隅角」存在一些彎曲，但形狀與第一經模擬光束相比顯著地更為矩形。第二經模擬光束具有小於第一經模擬光束之高度H1的高度H2。第二經模擬光束具有小於第一經模擬光束之寬度D1的寬度D2。因此，第二經模擬光束相較於第一經模擬光束具有較小光束大小。在此實例中，此展現了具有光學系統230、330之雷射系統如何減小發散之效應，從而引起較小光束大小及較合乎需要之光束形狀。
雖然未在影像中表示，但相較於第一經模擬光束，第二經模擬光束之穩定性得以改良。亦即，相較於第一經模擬光束，第二經模擬光束之光束大小、光束剖面、光束位置及光束形狀之時間變化減小。此展現了發散波動及指向波動之效應得以減小。
圖5示意性地描繪具有額外光學系統之圖3之雷射系統。相似部件被相應地編號。在此配置中，雷射系統300包含第二光學系統530，該第二光學系統包含第三透鏡531及第四透鏡532。第三透鏡531及第四透鏡532具有相等焦距f 2，該等焦距在此配置中不同於第一透鏡331及第二透鏡332之焦距f。在其他配置中，可使用第二光學系統530，其包含具有與第一光學系統中之透鏡相等焦距之透鏡。
光學系統330經配置以使得雷射光束310依序(亦即，按次序)行進至第三透鏡531、第四透鏡532及輸出端340。
藉由為此第二光學系統530提供第三透鏡531及第四透鏡532，雷射光束320之有效傳播距離進一步減小了4f 2。提供此第二光學系統530會進一步減小發散度及指向誤差之效應。
本文中所描述之光學系統(例如230、330、530)可在使用雷射之應用範圍內與一系列雷射一起使用。本文中所描述之光學系統特別用於微影中，例如用於諸如參考圖1A所描述之微影裝置的微影裝置中。為了最佳微影曝光，對提供至基板之輻射劑量之準確控制係合乎需要的。此外，為了最佳微影曝光，提供至圖案化器件及隨後基板之輻射可經選擇為具有特定剖面(例如，光之角度分佈)。此剖面可被稱作照明模式或光瞳模式。次佳雷射光束特性可導致次佳劑量控制及/或次佳照明模式，且因此導致次佳微影曝光。為了實現微影中之高品質曝光，通常需要提供具有例如已知光束大小、已知光束形狀、已知光束位置之已知特性的輻射(例如在雷射光束中)。此外，為了實現微影中之高品質曝光，通常需要提供具有例如光束大小、光束形狀及光束位置之波動之高穩定性的輻射。因此，結合微影裝置而提供具有如本文中所描述之光學系統之雷射系統可最佳化特性且改良提供至微影裝置之雷射光束之穩定性。
在微影裝置中，自雷射系統輸出之雷射光束通常行進通過一或多個照明系統(例如，圖1A之照明器IL)，該一個或多個照明系統用以在微影裝置周圍傳播雷射光束及/或調節光束。雷射光束之不穩定性可影響此照明系統之成像特性。在已知微影裝置中，標準照明系統可能無法有效地或根本無法傳播及/或調節具有低穩定性之雷射光束。舉例而言，在給出不穩定雷射光束的情況下，照明系統可能無法達到所要照明模式。因而，包括增加雷射系統中之雷射光束之實際傳播距離(且因此增加雷射系統之輸出端處之雷射光束之不穩定性)的額外組件可需要對照明系統進行調整或替換照明系統。此類調整或替換可為成本高的及/或耗時的。提供如本文中所描述之雷射系統可允許實際傳播距離增加，同時保持足夠高的穩定性，使得原始照明系統仍可用以獲得最佳微影曝光。
一些雷射經歷光斑，其中可在光束剖面中看到光斑圖案(例如光束強度之隨機變化)。光斑圖案可作為至標稱光束剖面之擾動而疊置於光束剖面上，例如，光束剖面可具有大體上高斯標稱剖面，其中光斑變化疊置於強度之高斯分佈上。光斑在具有高相干性之雷射及/或發射具有窄頻寬(例如，小於一皮米)之輻射的雷射中特別常見。
此類窄頻寬雷射理想地用於微影裝置中。在微影中，雷射光束中之光斑可致使提供至基板之輻射之劑量顯著變化(例如相較於所要劑量變化百分之幾)。在微影中，雷射中之光斑可負面地影響照明系統有效地執行之能力，例如引起次佳照明模式及/或次佳劑量控制。此劑量變化及/或次佳照明模式可導致次佳微影曝光。舉例而言，此等劑量誤差及次佳照明模式可影響臨界尺寸均一性(CDU)。
脈衝拉伸器可用以在使用脈衝式雷射時減小光斑之效應。脈衝拉伸器將單一雷射脈衝轉化成次級脈衝之脈衝串。每一次級脈衝具有一不同光斑圖案，因此，整個脈衝之總光斑至少部分地經平均化。亦即，相較於初始脈衝，整個脈衝鏈之時間平均光斑圖案之量值較小。
如上文所描述，諸如脈衝拉伸器之額外組件的使用可需要雷射系統中之雷射光束的路徑長度(亦即，實際傳播距離)由於在定位脈衝拉伸器時之約束而增加。此增加之傳播距離將導致雷射系統之輸出端處及/或微影裝置之輸入端處的次佳雷射光束特性。因而，本文所描述之光學系統在用於具有脈衝拉伸器之雷射系統中時係特別有益的。
實例脈衝拉伸器包含光束分光器及延遲線，該延遲線包含界定自及返回至光束分光器之封閉迴路傳播路徑的光束轉向元件(例如，鏡面)之配置。特定言之，延遲線經配置以接收輻射之脈衝之一部分且在延遲時間之後將輻射脈衝之該部分返回至光束分光器。以此方式，延遲線可被認為形成至及自光束分光器之封閉迴路或圓形路徑。光束分光器接收初始脈衝且將其分離成第一部分(亦即，第一次級脈衝)及第二部分(亦即，第二次級脈衝)。第一次級脈衝經傳遞至脈衝拉伸器之輸出端。第二次級脈衝經傳遞至延遲線。延遲線沿著延遲路徑引導第二次級脈衝且隨後返回至光束分光器。當光束分光器接收第二次級脈衝時，其將該第二次級脈衝分離成第三及第四次級脈衝。第三次級脈衝經傳遞至脈衝拉伸器之輸出端，且在相對於第一次級脈衝延遲之時間到達輸出端(延遲時間係由延遲線之延遲路徑的長度予以判定)。第四次級脈衝經傳遞至延遲線，且隨後以與第二次級脈衝相同之方式沿著延遲路徑傳播。每當次級脈衝沿著延遲路徑傳播且返回至光束分光器時，次級脈衝就相對於前一次級脈衝延遲一延遲時間。藉由使用此配置，次級脈衝沿著延遲路徑循環多次，其中每一循環相對於第一較小脈衝添加額外時間延遲。脈衝拉伸器之後續輸出為次級脈衝鏈，每一次級脈衝自前一次級脈衝在時間上延遲由延遲線判定之延遲時間。
應理解，雖然次級脈衝鏈自身包含多個脈衝，但其被視為具有延伸之脈衝長度(相對於初始脈衝延伸)之單一脈衝。單一脈衝可被認為與相鄰單一脈衝在時間上分離達由雷射指定之時間(亦即，重複率)。可出現單一脈衝內之次級脈衝之間的間隙(時間分離)，但次級脈衝之間的間隙顯著地小於雷射之重複率。
延遲線被描述為包含光束轉向元件之封閉迴路或圓形配置。在此內容背景中所使用之術語圓形或迴路係為了說明雷射光束之部分(例如，次級脈衝)圍繞脈衝拉伸器中之元件循環一或多次。對於熟習此項技術者將顯而易見的是，光線性地傳播且因此圓形配置包含合作以圍繞封閉迴路引導雷射光束之一系列線性路徑。舉例而言，若延遲線包含第一、第二、第三及第四鏡面，則雷射光束之一部分可通過脈衝拉伸器傳播至以下組件，按以下次序：光束分光器、第一鏡面、第二鏡面、第三鏡面、第四鏡面、光束分光器(第二次)、第一鏡面(第二次)、第二鏡面(第二次)、第三鏡面(第二次)、第四鏡面(第二次)、光束分光器(第三次)、脈衝拉伸器輸出端。脈衝拉伸器之光束分光及圓形配置對於脈衝拉伸器之延遲脈衝之部分之目的係重要的。此與如本文中所描述之光學系統形成對比，該光學系統具有線性配置使得雷射光束在自雷射系統輸出之前傳播至光學系統之每一組件(亦即，第一光學元件及第二光學元件)僅一次。亦即，雷射光束依序(按次序)且線性地(非循環地)行進至第一光學元件、第二光學元件及輸出端。雷射光束線性地行進亦可被稱作逐一地行進，此係因為雷射光束不傳遞至/傳遞通過第一光學元件、第二光學元件或輸出端多於一次。
本文中所描述之光學系統沒有直接在第一光學元件之前的光束分光器，使得(自雷射或自光學系統之前的組件(例如脈衝拉伸器)接收的)實質上所有雷射光束係由光學系統之第一光學元件接收。應理解，因為光學系統中將始終存在一些損失，例如光學元件可吸收雷射光束之小部分(例如，0至2%)，所以使用術語「實質上」。
脈衝拉伸器可包含例如沿著延遲線定位之聚焦元件。然而，脈衝拉伸器之總聚焦倍率通常為零，亦即，其具有為1或-1之放大率。運用此配置，脈衝拉伸器可具有為零之有效傳播長度。
當使用脈衝拉伸器時，將光學系統定位在脈衝拉伸器之後(亦即，在脈衝拉伸器與輸出端之間而非在脈衝拉伸器與雷射之間)可為特別有利的。此配置在圖3中加以說明，其中光學系統320定位在脈衝拉伸器360之後(亦即，定位成使得其在雷射光束320已傳播通過脈衝拉伸器360之後接收雷射光束320)。此配置可導致對光學組件(例如透鏡331、332)之損壞減少，此係因為經拉伸脈衝之峰值功率(及峰值能量)小於初始(未拉伸)脈衝之峰值功率/能量。因此，藉由將光學系統320定位在脈衝拉伸器360之後，較低輻射峰值功率入射於光學系統320之光學元件331、332上。
在另一實例雷射系統中，使用第二脈衝拉伸器。在此雷射系統中，第一脈衝拉伸器定位於雷射與光學系統之間，且第二脈衝拉伸器定位於光學系統之後(亦即，光學系統與雷射系統之輸出端之間)。在此配置中，光學系統之第二光學元件靠近第二脈衝拉伸器之輸入端而定位。因為光學系統可使光學系統之前的平面成像至光學系統之後的共軛平面(此等相互共軛平面被分離兩個光學元件之焦距四倍的距離)，所以第二光學元件無需定位於距第二脈衝拉伸器之輸入端一個焦距處。實情為，第二光學元件可定位成距第二脈衝拉伸器之輸入端不到一個焦距處，藉此允許使4f距離最大化。在此配置中，雷射光束間接地在第二光學元件與雷射系統之輸出端之間行進，亦即，雷射光束行進至第二光學元件，行進至第二脈衝拉伸器且接著行進至輸出端。
在另一實例雷射系統中，脈衝拉伸器定位於雷射系統之第一光學元件與第二光學元件之間。對於一些要求，例如特定空間約束，此配置可為有益的。若額外組件不向雷射光束提供總聚焦倍率，例如若額外組件之總放大率為1 (或-1)，則脈衝拉伸器或其他額外組件可定位於第一光學元件與第二光學元件之間。
本文中已參考距離，例如影像平面與物件平面之間的距離。除非另外特定地描述，否則此類參考可被認為在雷射光束之傳播方向上的距離。應理解，可例如使用鏡面來重新引導雷射光束，使得雷射光束之傳播方向可改變。在雷射光束之傳播方向上量測之距離可因此追蹤由雷射光束傳播之路徑，包括任何重新引導。
在本文中所描述之一些配置中，據稱第二光學元件靠近雷射系統之輸出端。在此類配置中，第二光學元件可位於第一光學元件與雷射系統之輸出端之間。替代地，第二光學元件可與雷射系統之輸出端重合。在一些配置中，雷射系統可具有外殼及出射孔徑，雷射光束可透過該出射孔徑射出雷射系統。在此配置中，第二光學元件可位於外殼之外部，使得出射孔徑位於第一光學元件與第二光學元件之間。在此情況下，雷射系統之輸出端可被認為與雷射系統之輸出端重合，而非與對應於雷射系統之輸出端的出射孔徑重合。
本文中所提及之光學元件可包含透鏡及/或鏡面。可使用球面透鏡。在一些配置中，舉例而言，若雷射光束之僅一個維度(例如豎直部分)需要有效傳播距離減小，則可使用圓柱形透鏡。球面透鏡歸因於其低成本、易於實施及/或對雷射光束對稱效應而可為較佳的。
本文中所描述之雷射系統可允許雷射系統之輸出雷射光束具有一或多個所要特性。本文中已特定地參考在雷射系統之輸出端處提供減小之光束大小的益處。然而，應理解，在一些應用中，較大光束大小可為合乎需要的。本文中所描述之雷射系統亦提供在雷射系統之輸出端處之雷射光束的增加之穩定性。通常需要雷射系統提供穩定的輸出。
本文中所描述之雷射系統可包含雷射，該雷射產生具有在深紫外線(DUV)範圍內之波長(例如，具有248奈米(nm)或193 nm之波長)的輻射(亦即，在雷射光束230、330、530中)。雷射可包含準分子雷射，例如氟化氬ArF雷射或氟化氪KrF雷射。
已在本文中參考(例如參考圖3及圖5)脈衝拉伸器之使用。應理解，此組件係出於說明之目的而使用，且替代脈衝拉伸器或除了脈衝拉伸器以外，用以塑形、控制及/或以其他方式處理雷射光束之其他組件亦可與本文中所描述之光學系統230、330、530組合使用。可用於雷射系統中的此類其他組件之實例參考圖1B加以描述，例如頻寬分析模組175、脈衝拉伸器180、度量衡模組185。
已在本文中參考雷射光束之特性。雷射光束之特性之穩定性亦可被認為係雷射光束之特性。
已在本文中參考最佳或最佳化特性。熟習此項技術者應理解，最佳可取決於應用而具有不同含義。舉例而言，微影曝光中之最佳可意謂在給出微影曝光之要求的情況下的足夠高品質。一些應用中之最佳可被解譯為相較於次佳實例改良。
應瞭解，在雷射光束或輻射光束之內容背景中，術語行進(travel)與術語傳播(propagate)同義且此兩個術語(及其衍生詞，諸如行進(travelling)及傳播(propagating))可在本文中互換使用。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中之微影裝置之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之內容背景中之雷射系統之使用，但該雷射系統可用於其他裝置中。舉例而言，雷射系統可形成遮罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化器件)之物件的任何裝置之部分。此等裝置通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。替代地，本發明之實施例可用於使用雷射輻射(不管與微影相關抑或以其他方式相關)之任何裝置中。
可使用以下條項進一步描述實施例： 1.     一種雷射系統，其包含： 一雷射，其可操作以產生一雷射光束； 一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及 一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統； 該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端； 其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有等於該第一焦距之一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開該第一焦距之兩倍的一距離。 2.     如條項1之雷射系統，其中該雷射包含一準分子雷射。 3.     如條項1或2之雷射系統，其進一步包含用於增加該雷射光束中之一脈衝之一脈衝長度的一脈衝拉伸器。 4.     如條項3之雷射系統，其中該脈衝拉伸器配置於該雷射與該第一光學元件之間。 5.     如條項3或4之雷射系統，其中該脈衝拉伸器包含一脈衝拉伸器輸出端，具有增加之脈衝長度的一脈衝可透過該脈衝拉伸器輸出端射出該脈衝拉伸器，且其中該第一光學元件靠近該脈衝拉伸器輸出端而定位。 6.     如條項5之雷射系統，其中該脈衝拉伸器輸出端與該第一光學元件之間的距離小於該第一焦距。 7.     如任一前述條項之雷射系統，其中該第二光學元件直接自該第一光學元件接收該雷射光束。 8.     如任一前述條項之雷射系統，其進一步包含一外殼，該雷射及該光學系統安置於該外殼內，其中： 該外殼具有處於或靠近該雷射系統之該輸出端之一出射孔徑；且 該第二光學元件靠近該出射孔徑而定位。 9.     如條項8之雷射系統，其中該出射孔徑與該第二光學元件之間的距離小於該第一焦距。 10.   如任一前述條項之雷射系統，其進一步包含： 一第二光學系統，其包含一第三光學元件及一第四光學元件； 其中該第三光學元件具有一第三焦距，該第四光學元件具有等於該第三焦距之一第四焦距，且該第四光學元件沿著光軸與該第三光學元件隔開該第三焦距兩倍的一距離。 11.   如任一前述條項之雷射系統，其進一步包含一第二脈衝拉伸器。 12.   一種微影裝置，其包含如任一前述條項之雷射系統。 13.   一種雷射系統，其包含： 一雷射，其可操作以產生一雷射光束； 一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及 一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統； 該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端； 其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開實質上等於該第一焦距與該第二焦距之總和的一距離。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
100:已知雷射系統/氣體放電雷射系統 110:脈衝式雷射光束 115:固態或氣體放電種子雷射系統 120:線窄化模組(「LNM」) 125:主控振盪器(「MO」)腔室 130:主控振盪器輸出耦合器(「MO OC」) 135:線中心分析模組(「LAM」) 140:中繼光學器件 145:主控振盪器(MO)波前工程箱(「WEB」) 150:功率環放大器(「PRA」)載物台/放大載物台 155:光束反轉器 160:功率環放大器(「PRA」)雷射作用腔室 165:功率環放大器(「PRA」)波前工程箱(WEB) 170:雷射系統輸出子系統 175:頻寬分析模組(「BAM」) 180:光學脈衝拉伸器(「OPuS」) 185:自動遮光片度量衡模組(「CASMM」) 200:新雷射系統 210:雷射 220:雷射光束 230:光學系統 231:第一透鏡 232:第二透鏡 240:輸出端 300:雷射系統 310:雷射 315:鏡面 320:雷射光束 330:光學系統 331:第一透鏡 332:第二透鏡 340:輸出端 350:外殼 360:脈衝拉伸器 370:物件平面 380:共軛平面 410:輪廓標繪圖 420:影像標繪圖 430:輪廓標繪圖 440:影像標繪圖 530:第二光學系統 531:第三透鏡 532:第四透鏡 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 C:目標部分 D1:寬度 D2:寬度 H1:高度 H2:高度 IF:位置量測系統 IL:照明系統/照明器 LA:微影裝置 M1:遮罩對準標記 M2:遮罩對準標記 MA:圖案化器件/遮罩 MT:遮罩支撐件 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 PM:第一定位器 PS:投影系統 PW:第二定位器 SO:輻射源 W:基板 WT:基板支撐件
現在將參考隨附圖式而僅作為實例來描述系統及方法之各種版本，在該等圖式中：
圖1A示意性地描繪微影裝置；
圖1B示意性地描繪根據所揭示主題之一態樣的已知雷射系統之視圖；
圖2示意性地描繪新雷射系統；
圖3示意性地描繪具有額外組件之第二新雷射系統；
圖4A說明無如本文中所描述之光學系統的雷射系統之輸出雷射光束之模擬；
圖4B說明具有如本文中所描述之光學系統的雷射系統之輸出雷射光束之模擬；
圖5示意性地描繪具有額外光學系統之圖3之雷射系統。
300:雷射系統
310:雷射
315:鏡面
320:雷射光束
330:光學系統
331:第一透鏡
332:第二透鏡
340:輸出端
350:外殼
360:脈衝拉伸器
530:第二光學系統
531:第三透鏡
532:第四透鏡

Claims (19)

  1. 一種雷射系統，其包含： 一雷射，其可操作以產生一雷射光束； 一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及 一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統； 該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端； 其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有等於該第一焦距之一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開該第一焦距之兩倍的一距離。
  2. 如請求項1之雷射系統，其中該雷射包含一準分子雷射。
  3. 如請求項2之雷射系統，其進一步包含用於增加該雷射光束中之一脈衝之一脈衝長度的一脈衝拉伸器。
  4. 如請求項3之雷射系統，其中該脈衝拉伸器配置於該雷射與該第一光學元件之間。
  5. 如請求項4之雷射系統，其中該脈衝拉伸器包含一脈衝拉伸器輸出端，具有增加之脈衝長度的一脈衝可透過該脈衝拉伸器輸出端射出該脈衝拉伸器，且其中該第一光學元件靠近該脈衝拉伸器輸出端而定位。
  6. 如請求項1之雷射系統，其進一步包含用於增加該雷射光束中之一脈衝之一脈衝長度的一脈衝拉伸器。
  7. 如請求項6之雷射系統，其中該脈衝拉伸器配置於該雷射與該第一光學元件之間。
  8. 如請求項7之雷射系統，其中該脈衝拉伸器包含一脈衝拉伸器輸出端，具有增加之脈衝長度的一脈衝可透過該脈衝拉伸器輸出端射出該脈衝拉伸器，且其中該第一光學元件靠近該脈衝拉伸器輸出端而定位。
  9. 如請求項8之雷射系統，其中該脈衝拉伸器輸出端與該第一光學元件之間的一距離小於該第一焦距。
  10. 如請求項1之雷射系統，其中該第二光學元件直接自該第一光學元件接收該雷射光束。
  11. 如請求項1之雷射系統，其進一步包含一外殼，該雷射及該光學系統安置於該外殼內，其中： 該外殼具有處於或靠近該雷射系統之該輸出端之一出射孔徑；且 該第二光學元件靠近該出射孔徑而定位。
  12. 如請求項11之雷射系統，其中該出射孔徑與該第二光學元件之間的距離小於該第一焦距。
  13. 如請求項1之雷射系統，其進一步包含： 一第二光學系統，其包含一第三光學元件及一第四光學元件； 其中該第三光學元件具有一第三焦距，該第四光學元件具有等於該第三焦距之一第四焦距，且該第四光學元件沿著光軸與該第三光學元件隔開該第三焦距兩倍的一距離。
  14. 如請求項8之雷射系統，其進一步包含一第二脈衝拉伸器。
  15. 一種微影裝置，其包含： 一雷射系統，該雷射系統包含： 一雷射，其可操作以產生一雷射光束； 一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及 一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統； 該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端； 其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有等於該第一焦距之一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開該第一焦距之兩倍的一距離。
  16. 如請求項15之微影裝置，其進一步包含用於增加該雷射光束中之一脈衝之一脈衝長度的一脈衝拉伸器，其中 該脈衝拉伸器配置於該雷射與該第一光學元件之間，且該脈衝拉伸器包含一脈衝拉伸器輸出端，具有增加之脈衝長度的一脈衝可透過該脈衝拉伸器輸出端射出該脈衝拉伸器，且其中該第一光學元件靠近該脈衝拉伸器輸出端而定位。
  17. 如請求項15之微影裝置，其進一步包含一外殼，該雷射及該光學系統安置於該外殼內，其中： 該外殼具有處於或靠近該雷射系統之該輸出端之一出射孔徑；且 該第二光學元件靠近該出射孔徑而定位。
  18. 如請求項17之微影裝置，其中該出射孔徑與該第二光學元件之間的距離小於該第一焦距。
  19. 一種雷射系統，其包含： 一雷射，其可操作以產生一雷射光束； 一光學系統，其包含一第一光學元件及一第二光學元件；及 一輸出端，該雷射光束透過該輸出端射出該雷射系統； 該雷射、該光學系統及該輸出端經配置以使得該雷射光束依序傳播至該第一光學元件、該第二光學元件及該輸出端； 其中該第一光學元件具有一第一焦距，該第二光學元件具有一第二焦距，且該第二光學元件與該第一光學元件隔開實質上等於該第一焦距與該第二焦距之總和的一距離。
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