TWI698677B - 用於隔離雷射系統中之增益元件之系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於保護一雷射產生電漿(LPP)極紫外線(EUV)光系統中之種子雷射之方法及裝置。定位於一光學路徑上之一隔離級使自該LPP EUV光系統中之另外組件反射之光轉向免於到達該種子雷射。該隔離級包含藉由一延遲線而分離之兩個聲光調變器(AOM)。該等AOM在開啟時將光導向至該光學路徑上，且在關閉時將光導向遠離該光學路徑。判定由該延遲線引入之延遲，使得該等AOM之該開啟及該關閉可經計時以將一前向移動脈衝導向至該光學路徑上且在其他時間使經反射光轉向。該隔離級可定位於增益元件之間以防止經放大之經反射光到達該種子雷射且防止其他潛在有害效應。

Description

用於隔離雷射系統中之增益元件之系統與方法
本申請案大體上係關於雷射產生電漿(LPP)極紫外線(EUV)光源，且更具體言之，係關於一種用以防止通過此等光源內之增益元件之回饋的方法及系統。
半導體工業不斷地開發能夠印刷愈來愈小之積體電路尺寸的微影技術。極紫外線(「EUV」)光(有時亦被稱為軟x射線)通常被定義為具有介於6與50奈米(nm)之間的波長之電磁輻射。EUV微影當前通常被視為包括處於在5至7奈米之範圍內之波長的EUV光，且用以在諸如矽晶圓之基板中產生極小特徵，例如，亞10奈米特徵。為了在商業上有用，需要使此等系統高度地可靠且提供具成本效益的產出率及合理的製程寬容度。
用以產生EUV光之方法包括但未必限於運用在EUV範圍內之一或多個發射譜線將具有一或多個元素(例如，氙、鋰、錫、銦、銻、碲、鋁等等)之材料轉換成電漿狀態。在常常被稱為雷射產生電漿(「LPP」)之一種此類方法中，可藉由在輻照位點處運用雷射射束來輻照目標材料(諸如具有所要譜線發射元素之材料之小滴、串流或叢集)而產生所需電漿。譜線發射元素可呈純形式或合金形式(例如，在所要溫度下為液體之合金)，或可與諸如液體之另一材料進行混合或分散。
在一些先前技術LPP系統中，由單獨雷射脈衝輻照呈小滴串流之小滴以由每一小滴形成一電漿。替代地，已揭示由一個以上光脈衝循序地照明每一小滴的一些先前技術系統。在一些狀況下，可將每一小滴曝露至所謂的「預脈衝(pre-pulse)」以加熱、擴展、氣化、汽化及/或離子化目標材料及/或產生弱電漿，接著曝露至所謂的「主脈衝(main pulse)」以產生強電漿且將受預脈衝影響之材料之大部分或全部轉換成電漿並藉此產生EUV光發射。將瞭解，可使用一個以上預脈衝且可使用一個以上主脈衝，且預脈衝之功能與主脈衝之功能在一定程度上可重疊。
由於LPP系統中之EUV輸出功率通常隨著輻照目標材料之驅動雷射功率而按比例調整，故在一些狀況下亦可認為需要使用包括相對低功率振盪器或「種子雷射」及一或多個放大器以放大來自種子雷射之脈衝的配置。使用大的放大器會允許使用種子雷射，同時仍提供用於LPP製程中之相對高功率脈衝。
然而，由雷射脈衝輻照小滴可引起反射，且因此引起光朝向種子雷射往回傳播通過增益元件。此可造成前向雷射脈衝之不當調變，以及前置放大器中之增益剝離(gain stripping)。另外，種子雷射可包括敏感光學件，且由於來自種子雷射之脈衝已被放大，故此往回傳播光可具有足夠大的強度以損害相對易損壞的種子雷射。
舉例而言，在一些狀況下，放大器可具有大約100,000(亦即，105)之信號增益。在此狀況下，諸如偏光鑑別光學隔離器的先前技術之典型保護器件(其可(例如)終止往回傳播光之大約93%至99%)可不足以保護種子雷射免於損害。
因此，需要具有一種用於隔離增益元件且保護此EUV光源中之種子雷射的改良型系統及方法。
如本文中所描述，使用AOM以藉由在一對AOM之間添加時間延遲而在一系列前置放大器之間提供隔離。
根據一些實施例，一種系統包含：一雷射種子模組，其用於在一光學路徑上產生雷射光；一第一增益元件，其沿著該光學路徑而定位；一第二增益元件，其沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件之後；及一隔離級，其沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件與該第二增益元件之間，該隔離級經組態以使自該第二增益元件沿著該光學路徑往回反射之光轉向，該隔離級包含：一第一聲光調變器(AOM)，其經組態以遍及一第一時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變；一第二AOM，其經組態以遍及一時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變，該第二AOM之該轉變發生於一時間延遲之後；及一延遲器件，其定位於該第一AOM與該第二AOM之間，且經組態以將該第一AOM與該第二AOM之間的該雷射射束之透射延遲達基於該等第一狀態兩者與該等第二狀態兩者之間的該轉變時間段及該第一AOM與該第二AOM兩者皆保持於該第一狀態的一預定時間段而選擇的一時間。
根據一些實施例，一種方法包含：在一光學路徑上產生雷射光；使自該雷射光產生之一雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位之一第一增益元件；使該雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件與一第二增益元件之間的一隔離級，該隔離級經組態以使自該第二增益元件沿著該光學路徑往回反射之光轉向，該隔離級包含：一第一聲光調變器(AOM)，其經組態以遍及一時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變；一第二AOM，其經組態以遍及該時間段而在光沿著該光學路徑被導向的該第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第 二狀態之間轉變，該轉變發生於一時間延遲之後；及一延遲器件，其定位於該第一AOM與該第二AOM之間，且經組態以將該第一AOM與一第二AOM之間的一雷射射束之透射延遲達基於該等第一狀態兩者與該等第二狀態兩者之間的該轉變時間段及該第一AOM與該第二AOM兩者皆保持於該第一狀態的一時間段而選擇的一時間；及使該雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件之後的一第二增益元件。
10:雷射產生電漿(LPP)極紫外線(EUV)光源
12:雷射源
14:腔室
16:輻照區
18:光學元件
20:中間區
22:聚焦單元
24:射束調節單元
26:目標材料遞送系統
30:種子雷射模組/種子脈衝產生系統
32:預脈衝種子雷射
34:主脈衝種子雷射
36:光學組件
38:電光調變器(EOM)
40:聲光調變器(AOM)
41:射束延遲器件/延遲線
42:聲光調變器(AOM)
44:射束組合器
46:共同光學路徑
48:射束延遲器件
50:前置放大器
52:射束擴展器
54:薄膜偏光器
56:光學組件
60:種子脈衝產生系統
62:種子雷射
64:電光調變器(EOM)
66:第一隔離級
68:第一聲光調變器(AOM)
70:延遲器件
72:第二聲光調變器(AOM)
74:第一前置放大器
76:第二隔離級
78:第一聲光調變器(AOM)
80:延遲器件
82:第二聲光調變器(AOM)
84:第二前置放大器
90:聲光調變器(AOM)
92:聲波
94:射束孔徑
102:脈衝
104:光學路徑
106:第一聲光調變器(AOM)
108:聲波傳播方向
110:延遲器件
112:第二聲光調變器(AOM)
114:經反射光
130:圖形
140:圖形
150:圖形
160:圖形
170:圖解
200:使經反射光轉向之方法
202:操作
204:操作
206:操作
208:操作
210:操作
212:操作
圖1為LPP EUV系統之一項實施例的組件中之一些的說明。
圖2為可用於LPP EUV系統中之種子雷射模組之一項實施例的組件中之一些的說明。
圖3為使用種子雷射模組之脈衝產生系統之一項實施例的簡化方塊圖。
圖4A至圖4E為聲光調變器之一項實施例的簡化方塊圖。
圖5A至圖5B為隔離級之一項實施例的簡化方塊圖。
圖6為描繪在一項實施例中如何由隔離級使光轉向的簡化時序圖。
圖7為使經反射光轉向之方法之一項實施例的流程圖。
在LPP EUV產生系統中，種子雷射通常產生在輻照目標材料之前由各種元件塑形、放大及以其他方式修改之種子脈衝。種子雷射可為易損壞的，且光可自目標材料反射且往回反射至種子雷射。沿著反向路徑，經反射光可被添加至修改種子脈衝之相同元件、由該等相同元件放大，且由該等相同元件修改。因此，聲光調變器(AOM)通常用作切換器以使在兩個方向上行進之光轉向或傳遞。
使用AOM時之一個挑戰為：布拉格(Bragg)AOM需要一時間段(例 如，1微秒)以自開啟狀態(使光沿著光學路徑偏轉)轉變至關閉狀態(使光自光學路徑轉向)。此時間可顯著地長於種子脈衝之長度，在此時間期間，經反射光可傳遞通過AOM，從而潛在地損害其他元件。
為了保護LPP EUV系統中之種子雷射以及其他元件，將隔離級定位於某些元件之間。隔離級包含定位於兩個AOM之間的延遲線。AOM經計時成使得各自允許由種子雷射產生之前向傳播脈衝沿著光學路徑而傳遞，且在其他時間使經反射光自光學路徑轉向。當第一AOM將脈衝偏轉至光學路徑上時，第二AOM使經反射光轉向，且反之亦然。延遲線用以延遲已傳遞通過AOM中之一者的光，而另一AOM轉變至所要狀態。
圖1為LPP EUV光源10之一項實施例的組件中之一些的簡化示意圖。如圖1所展示，EUV光源10包括雷射源12，其用於產生雷射脈衝射束，且使射束沿著一或多個光學路徑而自雷射源12遞送且遞送至腔室14中以照明輻照區16處之各別目標，諸如小滴。下文更詳細地描述可適合於用作圖1所展示之EUV光源10中之雷射源12的雷射配置之實例。
亦如圖1所展示，EUV光源10亦可包括目標材料遞送系統26，其(例如)將目標材料之小滴遞送至腔室14之內部中以到達輻照區16，其中小滴將與一或多個雷射脈衝相互作用以最終產生電漿且產生EUV發射。先前技術中已呈現各種目標材料遞送系統，且其相對優勢對於熟習此項技術者而言將顯而易見。
如上，目標材料為可包括但未必限於包括錫、鋰、氙或其組合之材料的EUV發射元素。目標材料可呈液體小滴之形式，或替代地可為液體小滴內含有之固體粒子。舉例而言，元素錫可被呈現為如純錫、如錫化合物(諸如SnBr4、SnBr2、SnH4)、如錫合金(例如，錫-鎵合金、錫-銦合金，或錫-銦-鎵合金)或其組合之目標材料，取決於所使用之材料，可在以下溫度下將目標材料呈現至輻照區16：在包括室溫或近室 溫之各種溫度下(例如，錫合金或SnBr4)、在高於室溫之溫度下(例如，純錫)，或在低於室溫之溫度下(例如，SnH4)。在一些狀況下，此等化合物可為相對揮發性的，諸如SnBr4。除了錫以外之EUV發射元素的相似合金及化合物以及此等材料與上文所描述之材料的相對優勢對於熟習此項技術者而言亦將顯而易見。
返回至圖1，EUV光源10亦可包括光學元件18，諸如近正入射收集器鏡面，其具有呈長橢球體(亦即，圍繞長軸而旋轉之橢圓體)之形式的反射表面，使得光學元件18具有在輻照區16內或附近之第一焦點及在所謂的中間區20處之第二焦點，其中可自EUV光源10輸出EUV光且將EUV光輸入至利用EUV光之器件，諸如積體電路微影工具(圖中未繪示)。如圖1所展示，光學元件18經形成有孔徑以允許由雷射源12產生之雷射光脈衝傳遞通過且到達輻照區16。
光學元件18應具有適當表面以用於收集EUV光且將其導向至中間區20以供隨後遞送至利用EUV光之器件。舉例而言，光學元件18可具有分級多層塗層，其具有鉬與矽之交替層，且在一些狀況下，具有一或多個高溫擴散障壁層、平滑層、罩蓋層及/或蝕刻終止層。
熟習此項技術者將瞭解，除了長橢球體鏡面以外之光學元件亦可用作光學元件18。舉例而言，光學元件18可替代地為圍繞長軸而旋轉之抛物面反射器，或可經組態以將具有環形橫截面之射束遞送至中間位置。在其他實施例中，光學元件18可利用除了本文中所描述之塗層及層以外或代替本文中所描述之塗層及層的塗層及層。熟習此項技術者將能夠在特定情形中選擇用於光學元件18之適當形狀及組合物。
如圖1所展示，EUV光源10可包括聚焦單元22，其包括一或多個光學元件以用於將雷射射束聚焦至輻照位點處之焦斑。EUV光源10亦可包括射束調節單元24，其具有一或多個光學元件且位於雷射源12與聚焦單元22之間，以用於使雷射射束擴展、轉向及/或塑形，及/或使雷射 脈衝塑形。各種聚焦單元及射束調節單元在此項技術中為吾人所知，且可由熟習此項技術者適當地選擇。
如上文所指出，在一些狀況下，LPP EUV系統使用一或多個種子雷射以產生雷射脈衝，該等雷射脈衝接著可被放大以變成輻照輻照位點16處之目標材料以形成產生EUV發射之電漿的雷射射束。圖2為種子雷射模組30之一項實施例的簡化示意圖，種子雷射模組30可用作LPP EUV系統中之雷射光源之部件。
如圖2所說明，種子雷射模組30包括兩個種子雷射：預脈衝種子雷射32及主脈衝種子雷射34。熟習此項技術者將瞭解，在使用含有兩個種子雷射之此實施例的情況下，目標材料可首先由來自預脈衝種子雷射32之一或多個脈衝輻照，且接著由來自主脈衝種子雷射34之一或多個脈衝輻照。
種子雷射模組30被展示為具有「摺疊」配置，而非以直線而配置組件。實務上，此配置為典型的，以便限制模組之大小。為了達成此情形，由複數個光學組件36將由預脈衝種子雷射32及主脈衝種子雷射34之雷射脈衝產生之射束導向至所要光學路徑上。取決於所需要之特定組態，光學組件36可為諸如可用以在所要方向上導向射束之透鏡、濾光器、稜鏡、鏡面或任何其他元件的元件。在一些狀況下，光學組件36亦可執行其他功能，諸如更改傳遞射束之偏光。
在圖2之實施例中，首先使來自每一種子雷射之射束傳遞通過電光調變器38(EOM)。將EOM 38與種子雷射一起用作脈衝塑形單元以將由種子雷射產生之脈衝修整成具有較短持續時間及較快下降時間之脈衝。較短脈衝持續時間及相對較快下降時間可增加EUV輸出及光源效率，此係由於脈衝與目標之間的相互作用時間短，且因為脈衝之不需要的部分不會耗盡放大器增益。雖然展示兩個單獨脈衝塑形單元(EOM 38)，但替代地可使用共同脈衝塑形單元以修整預脈衝種子及主脈衝種 子兩者。
接著使來自種子雷射之射束傳遞通過包含聲光調變器(AOM)40及42以及射束延遲器件41之隔離級。如下文將解釋，AOM 40及42充當「切換器」或「快門」，其操作以使來自目標材料之雷射脈衝之任何反射轉向免於到達種子雷射；如上，種子雷射通常含有敏感光學件，且AOM 40及42因此防止任何反射造成對種子雷射元件之損害。延遲器件41為如此項技術中所知之此等延遲器件；如在延遲器件48中更清楚地所見，延遲器件41具有包括諸如鏡面、稜鏡等等之光學組件的射束摺疊光學配置，使得傳遞通過單元之光行進光學延遲距離ddelay；在使用每秒約3×108公尺之經估計光速的情況下，每一公尺之射束延遲針對光學路徑上之光添加額外大約3.33奈米之行進時間。下文特別地結合圖3之第一隔離級33而更詳細地論述關於延遲器件41及隔離級之額外細節。在此處所展示之實施例中，來自每一種子雷射之射束傳遞通過兩個AOM。另外，如本文中在別處將論述，隔離級可在種子雷射模組30中定位於別處。
在傳遞通過AOM 42之後，兩個射束由射束組合器44「組合」。由於來自每一種子雷射之脈衝係在不同時間產生，故此實際上意謂兩個時間上分離射束置放於共同光學路徑46上以供進一步處理及使用。
在置放於共同光學路徑上之後，來自種子雷射中之一者的射束(再次，一次將存在僅一者)傳遞通過具有射束摺疊光學配置之另一射束延遲器件48。然後，射束被導向通過至少一個前置放大器50，且接著通過射束擴展器52。此後，射束傳遞通過薄膜偏光器54，且接著由光學組件56向前導向，光學組件56再次為將射束導向至LPP EUV系統中之下一級且亦可執行其他功能的元件。自光學組件56，射束通常傳遞至一或多個光學放大器及其他組件，如下文將說明。
適合於用作預脈衝種子雷射及主脈衝種子雷射兩者之各種波長 可調諧種子雷射在此項技術中為吾人所知。舉例而言，在一項實施例中，種子雷射可為具有包括在次大氣壓(例如，0.05至0.2大氣壓)下之CO2之經密封填充氣體的CO2雷射，且藉由射頻放電而泵浦。在一些實施例中，光柵可用以幫助界定種子雷射之光學腔，且光柵可經旋轉以將種子雷射調諧至選定旋轉譜線。
圖3為種子脈衝產生系統60之一項實施例的簡化方塊圖。類似於種子雷射模組30，種子脈衝產生系統60產生種子脈衝、使種子脈衝塑形，且放大種子脈衝。然而，種子脈衝產生系統60包括兩個前置放大器74及84，而非圖2之種子雷射模組30之一個前置放大器50。第二前置放大器之添加及由第二前置放大器提供之額外增益可引起超出種子脈衝產生系統60而定位之功率放大器將自我激發雷射(self lasing)的較高可能性，從而誘發前向雷射脈衝之調變且對種子脈衝產生系統60中之前置放大器74及84進行增益剝離。功率放大器中之所得自我激發雷射已被觀測為具有持續若干微秒之寬廣持續時間的脈衝。為了衰減添加第二前置放大器之此等效應，圖3之種子脈衝產生系統60包括定位於圖2之種子雷射模組30之元件之間以防止經反射光到達種子雷射以及第二前置放大器的額外隔離級。種子脈衝產生系統60之隔離級可添加至圖2之種子雷射模組30或實施於圖2之種子雷射模組30內，如對於熟習此項技術者而言將顯而易見。
在圖3中，儘管種子雷射62被描繪為單一單元，但其如結合圖2之預脈衝種子雷射32及主脈衝種子雷射34所描述而產生射束。再次如熟習此項技術者將理解，種子脈衝產生系統60可包括一個以上種子雷射62。EOM 64如上文結合圖2之EOM 38所描述而使脈衝塑形。
第一隔離級66定位於EOM 64與第一前置放大器74之間。第一隔離級66包含第一AOM 68、延遲器件70及第二AOM 72；延遲器件70再次具有射束摺疊光學配置。類似於圖2之AOM 40及42以及延遲線41，第 一隔離級66操作以使來自目標材料之雷射脈衝之任何反射轉向免於到達種子雷射62。如本文中進一步所詳述，隔離級66提供與已傳遞通過第一前置放大器74之經放大脈衝的改良型隔離。
為了放大由種子雷射62產生之種子脈衝，使種子脈衝傳遞通過兩個或兩個以上前置放大器，而非僅一個前置放大器，如圖2所展示。藉由使用一個以上前置放大器，可分級地放大種子脈衝，此具有數個益處。使用具有較小個別增益之單獨放大器會防止光學元件之自我激發雷射。自使用具有多個前置放大器之隔離級得出的另一益處為：在增益高得以致於在99%之經反射光被轉向之後而未轉向之1%之經反射光仍足夠強大以損害種子雷射62之前，經反射光可被轉向為中度放大。
在第一前置放大器74之後為第二隔離級76，其包含第一AOM 78、延遲器件80及第二AOM 82。第二隔離級76相較於第一隔離級能夠使起源於LPP EUV系統之其他部件中的經反射光轉向。由於第二前置放大器84跟隨第二隔離級76以供脈衝行進至輻照位點，故到達第二隔離級76之全部經反射光將亦已由第二前置放大器84放大。
雖然未描繪，但在將射束導向至LPP EUV產生系統之又另外元件之前，另外隔離級可跟隨第二前置放大器84。此另外隔離級可使自LPP EUV系統中之另外組件到達的經反射光轉向，之後，經反射光由第二前置放大器84放大。
圖4A至圖4E為AOM 90之一項實施例的簡化方塊圖，諸如圖2之種子脈衝產生系統30及圖3之種子脈衝產生系統60中所描繪的AOM。AOM 90可為熟習此項技術者將熟悉的布拉格AOM，且在其操作期間在五個時間點予以描繪。如上文關於圖2之AOM 40及42所描述，AOM 90充當「切換器」或「快門」以取決於其目前狀態而使光偏轉或轉向。AOM 90使用聲光效應，其中材料內之聲(acoustic或sound)波造成材料之光學特性改變，以使傳遞通過AOM 90之光的頻率繞射及移位。
如此項技術中所知，AOM 90通常係由附接至該AOM之一個端的壓電轉訊器(PZT)啟動。將電力(通常為射頻(RF)電力)施加至PZT作為振盪電信號，此致使PZT振動且在AOM中產生聲波92。當不施加電力時，因此不存在聲波92，且光直接地透射通過AOM；當施加電力時，存在聲波，且AOM在「偏轉模式」中操作，在該偏轉模式中，入射光射束偏轉至射束路徑上且發生頻移。在偏轉模式中施加至PZT之RF電力的振幅足以使光偏轉至射束路徑上。如對於熟習此項技術者而言顯而易見，該振幅僅需要將光導向達足夠程度以實現偏轉。歸因於所要切換速度，通常在處理器或控制器之指導下將電力施加至PZT。
如圖4A至圖4E所描繪，聲波92橫越AOM 90而行進。聲波92具有基於電力被施加至PZT之時間段T的已知長度，以及速度V。AOM 90定位於光學路徑上，以便在射束孔徑94處截取脈衝。射束孔徑94在該圖中被描繪為具有直徑「d」之圓，但未必為AOM 90之實體特徵。可藉由以下方程式自射束直徑及脈衝持續時間計算用以允許脈衝傳遞之時間量T，在時間量T期間，聲波92與射束孔徑94重疊(被稱為最小聲學封包大小)：T=D/V+dT
其中D為射束直徑，如上之V為聲波傳播通過AOM 90的速度(對於AOM為恆定的)，且dT為光學脈衝持續時間(對於AOM亦為恆定的)。當射束直徑為4毫米時，聲學封包之速度為每秒5500公尺，且光學脈衝持續時間為200奈秒，所得最小聲學封包大小為927奈秒。
一旦如圖4A所展示而起始，聲波92就在一個方向上橫越AOM 90而傳播。當聲波92與AOM 90之射束孔徑94重疊時(如圖4C所展示)，將射束偏轉至光學路徑上以便繼續至其他元件。當聲波92不與射束孔徑94重疊時，使來自種子產生系統60中之任一方向的光傳遞以便不遵循光學路徑。因而，當在射束孔徑94處不存在聲波時，經反射光較不可 能到達種子雷射32，如圖4A及圖4E所展示。
當聲波92如圖4B及圖4D所展示而與射束孔徑94部分地重疊時，射中具有聲波92之部分的光之部分被偏轉至光學路徑上，而剩餘部分傳遞通過AOM 90。因此，自腔室朝向種子脈衝產生器行進的經反射光之部分可傳遞通過聲波92與射束孔徑94重疊所處的部分且被導向至光學路徑上。經反射光之剩餘部分被防止遵循不存在聲波的光學路徑。在一些情況下，射束之經偏轉部分展現被稱為「射束成像」之現象，其中經偏轉部分在其偏轉時保持射束之部分的形狀。射束成像被觀測為射束自射束孔徑94之中心之移位，且可具有非圓形、卵形或半圓形形狀。
圖5A及圖5B為隔離級(諸如隔離級66及76)之一項實施例的簡化方塊圖。在圖5中，隔離狀態被展示為包含AOM 106及112以及延遲器件110。圖5A及圖5B一起將該等AOM之相對狀態描繪為種子脈衝及經反射光分別傳遞通過隔離級。如上文所描述，當聲波92與射束孔徑94重疊時，光被偏轉至經描繪為光學路徑104之光學路徑上。當聲波92不與射束孔徑94重疊時，光被導向遠離光學路徑104。如此項技術中所知，光在不存在聲波92時傳遞通過AOM，然而，出於簡單起見，圖5將光學路徑104描繪為直線。
如在圖5A中所見，在操作中，隨著在方向108上橫越AOM 106而傳播之聲波92到達射束孔徑94，由種子雷射62產生之脈衝102到達第一AOM 106。脈衝102沿著光學路徑104而傳遞至延遲器件110。當脈衝102傳遞通過AOM 106時，緊接地定位於延遲器件110之後的第二AOM 112處於使得其防止起源於超出隔離級之經反射光進入延遲器件110且往回前進至種子雷射62的狀態。
當脈衝102行進通過延遲器件110時，第一AOM 106及第二AOM 112中之聲波92繼續傳播。在第二AOM 112中，在第一AOM 106中產生 聲波92之後產生聲波92，使得其被延遲達預定時間量。協調聲波被產生時之間的延遲與由延遲器件110引入至光學路徑中之延遲量，使得當脈衝102到達第二AOM 112時，聲波92在射束孔徑94處，且經偏轉以便繼續進一步沿著光學路徑104。
當第二AOM 112正將脈衝102偏轉至光學路徑104上時，第一AOM 106處於防止光遵循光學路徑104之相對狀態。因此，如在圖5B中所見，若任何經反射光114在其正部分地或完全地將前向脈衝導向至光學路徑104上時傳遞通過第二AOM 112，則經反射光114在第一AOM 106中之聲波92自射束孔徑94中傳播出時繼續通過延遲器件110。在聲波92自第一AOM 106上之射束孔徑94中出來之後，防止經反射光114往回繼續至光學路徑104上之種子雷射。
圖6為描繪如何由隔離級(例如，隔離級66及76)使經反射光轉向的時序圖600。時序圖600描繪可使用之時序型樣之一項實施例。基於下文所提供之描述，熟習此項技術者將能夠產生及實施交替時序型樣以防止經反射光到達種子模組。
如圖形130及140中所描繪，RF電力被提供至第一AOM 106，且保持接通達等於使聲波覆蓋射束孔徑94所需要之時間(被標記為TRISE)與光學脈衝持續時間(被標記為TP)之總和的時間。在時間延遲(被標記為TDELAY)之後，在圖形150及160中，RF電力被提供至第二AOM 112，如結合第一AOM 106所描述。
被標記為「TP」之時間之間的延遲為由延遲器件110引入之延遲。舉例而言，延遲器件110可提供至少300奈秒之延遲。AOM之時序及由延遲線引入之延遲量根據射束之直徑、AOM內之聲波傳播方向及射束成像之存在而變化。可針對不同實施而以多種方式計算延遲。提供以下實例實施作為指南以說明可如何判定必要延遲量。
射束之直徑影響使聲波閉塞射束孔徑94所需要之時間量TRISE。 對於大小被界定為1/e2之高斯(Gaussian)射束，TRISE可被近似為用以橫穿其寬度之時間。如對於熟習此項技術者而言顯而易見，對於2.7毫米之射束，TRISE為610奈秒，且對於6.5毫米之射束，TRISE為1470奈秒。
當AOM內之聲波在相同方向上傳播時，如結合圖5所論述，應由在隔離級中定位於AOM之間的延遲器件提供之最小延遲量可被計算為：TDELAY>TRISE+TP/2
其中TDELAY為由延遲器件110提供之延遲，TRISE為使聲波閉塞AOM中之射束孔徑所需要的時間，且TP為光學脈衝持續時間。延遲至少為用以允許AOM在不同時間開啟之經計算時間，且各別閘極開啟時之間的時間差足夠長以確保兩個AOM以組合方式在經反射光到達隔離級時完全地或實質上關閉。如基於本發明而對於熟習此項技術者而言將顯而易見，時間延遲之上限受到延遲器件110之屬性束縛，該等屬性包括但不限於延遲器件110之長度、體積及損耗。
在AOM中之各別聲波在對置方向上傳播的情況下，AOM據稱為被交叉觸發(cross-firing)。藉由在第一AOM中之一個端處及在第二AOM中之相對端處起始聲波而實現AOM之交叉觸發。因為聲波在AOM被交叉觸發時在相對方向上行進，所以由在隔離級中定位於AOM之間的延遲器件提供之最小延遲量較短且可被計算為：TDELAY>(TRISE+TP)/2
在一些情況下，如由圖解170所描繪，可觀測到射束成像。如上文所解釋，可在聲波與AOM上之射束孔徑部分地重疊時發生射束成像。如圖6所描繪，亦可採用射束成像現象以縮減由延遲器件引入之延遲量，使得經反射光之第一部分在第二AOM 112處轉向且該光之剩餘部分由第一AOM 106轉向。因為僅需要將AOM部分地關閉以使經反射 光之部分轉向，所以可根據上文所描述的用於經交叉觸發AOM之同一方程式而縮短由延遲器件110引入之延遲。
圖7為使用隔離級而使經反射光轉向之方法200之一項實施例的流程圖。可在如本文中所描述之重疊時間點期間執行方法200之操作。
在操作202中，視情況使雷射脈衝傳遞通過第一增益元件。第一增益元件可為前置放大器，諸如圖3之前置放大器74。
然後，在操作204中，轉變第一AOM(諸如圖5之第一AOM 106)以將雷射脈衝傳遞至光學路徑(例如，圖5中之光學路徑104)上。如上文所論述，藉由產生橫越AOM而傳播以與射束孔徑(例如，圖5中之射束孔徑94)重疊之聲波而轉變第一AOM。
然後，在操作206中，使雷射脈衝傳遞通過延遲器件(例如，圖5之延遲器件110)。延遲器件增加隔離級中之第一AOM與第二AOM之間的行進時間量。
然後，在操作208中，轉變第二AOM(例如，圖5之第二AOM 112)以將雷射脈衝傳遞至光學路徑(例如，光學路徑104)上以到達選用之第二增益元件(例如，圖3之前置放大器84)。隨著聲波傳播經過AOM中之射束孔徑而相似地轉變第二AOM。
然後，在操作210中，轉變第一AOM以使傳遞通過第二AOM及延遲器件之經反射光轉向。隨著聲波傳播經過AOM中之射束孔徑而轉變第一AOM。實務上，操作210較佳地發生於操作204之後，且與操作206及208重疊。
然後，在操作212中，轉變第二AOM以使來自LPP EUV系統中之其他組件的經反射光轉向。在操作中，操作212較佳地發生於操作208之後且與操作210重疊而發生。
本文中所描述之隔離級允許脈衝在種子脈衝產生系統內行進一光學路徑，同時防止正沿著該光學路徑在相對方向上行進之經反射光 到達隔離級上游之敏感且易損壞的組件。隔離級在系統內之兩個AOM之間引入延遲。可藉由交叉觸發AOM或當觀測到射束成像現象時縮短延遲。
上文已參考若干實施例而解釋所揭示之方法及裝置。按照本發明，其他實施例對於熟習此項技術者而言將顯而易見。可使用除了以上實施例中所描述之組態以外的組態或結合除了上文所描述之元件以外的元件而容易地實施所描述之方法及裝置的某些態樣。舉例而言，可使用可能比本文中所描述之演算法及/或邏輯電路更複雜的不同演算法及/或邏輯電路，且可使用可能不同類型之驅動雷射及/或聚焦透鏡。
應注意，如本文中所使用，術語「光學組件」及其衍生詞包括但未必限於：反射及/或透射入射光及/或對入射光進行操作且包括但不限於以下各者之一或多個組件：一或多個透鏡、窗口、濾光器、楔狀物、稜鏡、稜柵、光柵、透射光纖、基準器、擴散器、均質機、偵測器及其他器具組件；孔徑；旋轉三稜鏡；及鏡面，其包括多層鏡面、近正入射鏡面、掠入射鏡面、鏡面反射器、擴散反射器及其組合。此外，除非另有指定，否則如本文中所使用之術語「光學」、「光學組件」及其衍生詞皆不意謂限於單獨地或有利地在一或多個特定波長範圍內(諸如在EUV輸出光波長、輻照雷射波長、適合於度量衡之波長或某一其他波長下)操作之組件。
如本文中所指出，各種變化係可能的。在一些狀況下可使用單一種子雷射，而非圖2所說明之兩個種子雷射。共同隔離級可保護兩個種子雷射，或該等種子雷射中之任一者或兩者可具有其自己的隔離級以供保護。隔離級可在種子產生系統60中定位於別處，諸如在前置放大器84之後。在一些情況下可使用單一布拉格AOM，或視需要可使用兩個以上布拉格AOM以保護單一種子雷射。亦可使用其他類型之AOM。
亦應瞭解，可以眾多方式實施所描述之方法及裝置，包括作為製程、裝置或系統。本文中所描述之方法可由用於指示處理器執行此等方法之程式指令實施，且此等指令被記錄於電腦可讀儲存媒體(諸如硬碟機、軟碟、光碟(諸如緊密光碟(CD)或數位多功能光碟(DVD))、快閃記憶體等等)上，或經由一電腦網路而被記錄，其中經由光學通信鏈路或電子通信鏈路而發送程式指令。此等程式指令可藉助於處理器或控制器而執行，或可併入至固定邏輯元件中。應注意，本文中所描述之方法之步驟的次序可被更改，且仍在本發明之範疇內。
對實施例之此等及其他變化意欲由本發明涵蓋，本發明僅受到所附申請專利範圍限制。
30‧‧‧種子雷射模組/種子脈衝產生系統
32‧‧‧預脈衝種子雷射
34‧‧‧主脈衝種子雷射
36‧‧‧光學組件
38‧‧‧電光調變器(EOM)
40‧‧‧聲光調變器(AOM)
41‧‧‧射束延遲器件/延遲線
42‧‧‧聲光調變器(AOM)
44‧‧‧射束組合器
46‧‧‧共同光學路徑
48‧‧‧射束延遲器件
50‧‧‧前置放大器
52‧‧‧射束擴展器
54‧‧‧薄膜偏光器
56‧‧‧光學組件

Claims (19)

  1. 一種雷射系統，其包含：一雷射種子模組，其用於在一光學路徑上產生一雷射光射束；一第一增益元件，其沿著該光學路徑而定位；一第二增益元件，其沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件之後；及一隔離級(stage)，其沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件與該第二增益元件之間，該隔離級經組態以使已通過該第二增益元件沿著該光學路徑往回反射之光轉向，該隔離級包含：一第一聲光調變器(AOM)，其經組態以遍及(over)一第一時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變，該第一時間段係基於該雷射射束之一直徑；一第二AOM，其經組態以遍及一第二時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變，該第二時間段係基於該雷射射束之該直徑且該第二AOM之該轉變發生於該第一AOM之該轉變之後的一時間；及一延遲器件，其定位於該第一AOM與該第二AOM之間且包含一射束摺疊光學配置，該射束摺疊光學配置包括光學組件，該等光學組件經組態以將該第一AOM與該第二AOM之間的光透射延遲達基於該等AOM之該第一轉變時間及該第二轉變時間而判定的一時間，使得傳遞通過該第二AOM的沿著該光學路徑往回反射之任何光將不傳遞通過該第一AOM及返回至該雷射種子模組。
  2. 如請求項1之系統，其中該延遲係進一步基於射束成像之一發生。
  3. 如請求項2之系統，其中，若發生射束成像，則進一步判定該延遲，使得該雷射射束之一第一部分由該第二AOM轉向且該雷射射束之一剩餘部分由該第一AOM轉向。
  4. 如請求項1之系統，其進一步包含超出該第二增益元件而定位之一或多個其他元件。
  5. 如請求項4之系統，其中該一或多個其他元件包含一極紫外線(EUV)電漿腔室。
  6. 如請求項4之系統，其中該一或多個其他元件包含一功率放大器。
  7. 如請求項1之系統，其中該第一增益元件及該第二增益元件包含前置放大器。
  8. 如請求項1之系統，其進一步包含沿著該光學路徑超出該第二增益元件而定位之一第二隔離級。
  9. 如請求項1之系統，其進一步包含沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件與該種子雷射之間的一第二隔離級。
  10. 如請求項1之系統，其中該隔離級經進一步組態以藉由使經反射光轉向而防止該第一增益元件中之自我激發雷射。
  11. 如請求項1之系統，其中該第一AOM及該第二AOM被交叉觸發。
  12. 如請求項1之系統，其中該系統經進一步組態以將電力施加至該第一AOM達一時間段，該時間段等於使該第一AOM中之一聲波覆蓋該第一AOM中之一射束孔徑之一時間加上一雷射脈衝傳遞通過該系統之一持續時間，及在俾致使該第一AOM傳遞該雷射脈衝之一時間。
  13. 如請求項12之系統，其中該系統經進一步組態以將電力施加至該第二AOM達一時間段，該時間段等於使該第二AOM中之一聲波覆蓋該第二AOM中之一射束孔徑之一時間加上該雷射脈衝之該持 續時間，及在自將電力供應至該第一AOM之一經延遲時間。
  14. 如請求項13之系統，其中該系統經進一步組態以在該延遲係等於由該延遲器件致使之該第一AOM與該第二AOM間之光透射之該延遲之一時間將電力供應至該第二AOM。
  15. 如請求項13之系統，其中該系統經進一步組態以在該延遲不少於使該聲波覆蓋該第一AOM中之該射束孔徑之一時間量加上該光學脈衝之該持續時間之一半之一時間將電力供應至該第二AOM。
  16. 如請求項13之系統，其中該第一AOM及該第二AOM經組態被交叉觸發且該系統經進一步組態以在該延遲不少於使該聲波覆蓋該第一AOM中之該射束孔徑之一時間量加上該光學脈衝之該持續時間之總和之一半之一時間將電力供應至該第二AOM。
  17. 如請求項1之系統，其中該等光學組件包含鏡面及/或稜鏡。
  18. 一種用於產生雷射光之方法，其包含：在一光學路徑上產生雷射光射束；使自該雷射光產生之一雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位之一第一增益元件；使該雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位於該第一增益元件之後的一隔離級，該隔離級經組態以使自超出該隔離級而定位之任何元件沿著該光學路徑往回反射之光轉向，該隔離級包含：一第一聲光調變器(AOM)，其經組態以遍及一第一時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的一第二狀態之間轉變，該第一時間段係基於該雷射射束之一直徑；一第二AOM，其經組態以遍及一第二時間段而在光沿著該光學路徑被導向的一第一狀態與光未沿著該光學路徑被導向的 一第二狀態之間轉變，該第二時間段係基於該雷射射束之該直徑且該第二AOM之該轉變發生於該第一AOM之該轉變之後的一時間；及一延遲器件，其定位於該第一AOM與該第二AOM之間且包含一射束摺疊光學配置，該射束摺疊光學配置包括光學組件，該等光學組件經組態以將該第一AOM與該第二AOM之間的光透射延遲達基於該等AOM之該第一轉變時間及該第二轉變時間而判定的一時間，使得傳遞通過該第二AOM的沿著該光學路徑往回反射之任何光將不傳遞通過該第一AOM及返回至雷射種子模組；及使該雷射脈衝傳遞通過沿著該光學路徑而定位於該隔離級之後的一第二增益元件。
  19. 如請求項18之方法，其中該等光學組件包含鏡面及/或稜鏡。
TW104138826A 2014-12-05 2015-11-23 用於隔離雷射系統中之增益元件之系統與方法 TWI698677B (zh)

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