(57)【要約】モジュラ高繰返し率ガス放電紫外線レーザのための自動Ｆ2レーザガス制御である。レーザガス制御は、レーザシステムの作動寿命にわたってＦ2消費速度を監視するための技術、モニタ及びプロセッサを含む。これらの消費速度は、レーザ光品質を伝達範囲内に維持するのに必要とされるＦ2注入を判断するアルゴリズムをもつようにプログラムされたプロセッサによって用いられる。好ましい実施形態には、２室ＭＯＰＡレーザシステムのためのＦ2制御がある。
2005524996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超狭帯域高繰返し率ガス放電レーザシステムであって、
Ａ）ａ）第１のレーザガスと、
ｂ）間隔をおいて配置されて第１の放電領域を形成する細長い第１の電極対と、
ｃ）４０００パルス毎秒又はそれ以上の範囲内の繰返し率で作動する際に、各パルスの後に前記第の１放電領域において前記第１のレーザガスの十分なガス速度を与えて、次のパルスより前に実質的に全ての放電により生じたイオンを前記第１の放電領域から取り除くための第１のファンと、
ｄ）前記第１のレーザガスから少なくとも１６ｋｗの熱エネルギーを除去することができる第１の熱交換システムと、
を含む放電室と、
Ｂ）前記第１の放電室において生じた光パルスのスペクトル帯域幅を狭幅化するための線幅狭小化ユニットと、
Ｃ）約４０００パルス毎秒又はそれ以上の繰返し率で約５ｍＪを超える精密に制御されたパルスエネルギーをもつレーザパルスを前記第１の電極対と前記第２の電極対に与えるように構成されたパルス電力系統と、
Ｄ）前記レーザシステム作動中のΔＥ／ΔＶ減少を監視し、かつ既知Ｆ2量のＦ2注入に起因するΔＥ／ΔＶ増加を監視するための１つ又はそれ以上のアルゴリズムをもつようにプログラムされた１つ又はそれ以上のプロセッサを備え、レーザ室内のフッ素ガス濃度を所望の範囲内に維持するフッ素注入システムと、
Ｅ）前記２室のレーザシステムによって生じたレーザ出力パルスのパルスエネルギー、波長及び帯域幅を計測し、かつ前記レーザ出力パルスをフィードバック制御構成で制御するためのレーザ光計測・制御システムと、
を備えるレーザシステム。
【請求項２】
前記１つ又はそれ以上のアルゴリズムは、能動的Ｆ2消費速度を監視する手段と、受動的消費速度を監視する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記ΔＥ／ΔＶ増加は、Ｆ2注入直前の及び直後の固定エネルギー出力に対応する放電電圧の変化から求められることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ΔＥ／ΔＶ増加は、Ｆ2注入直前の及び直後のΔＥ／ΔＶ計測値に基づくΔＥ／ΔＶの変化から求められることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ΔＶを求めるのに用いられる電圧値は、ＢＡＶを定義する前記１つ又はそれ以上のパルスのバーストの平均電圧値を有する複数のパルスにおける平均電圧値によって表わされることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アルゴリズムは、Ｎ−バースト移動窓を通じて前記ＢＡＶをフィルタリングする手段を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記値が、
ΔＶ注入＝ＢＡＶ注入前−ＢＡＶ注入後
であることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記アルゴリズムは、消費感度ファクタを用いて、Ｆ2消費推定を計算する際の低域フィルタを与える手段を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記低域フィルタは、
2005524996.tif 000012
の形態であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記アルゴリズムは、低域フィルタを用いて能動的Ｆ2消費速度の値を更新するための手段を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記低域フィルタは、
ＡＣＲ＝ＡＣＲ＋ｋ×（ＡＣＲ最後−ＡＣＲ）
の形態であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記作動中の電圧増加は、バースト平均電圧を表わす値と基準電圧との間の差を計算することによって求められ、前記基準電圧は、消費サイクルの開始時に求められることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アルゴリズムは、フッ素注入間の放電をカウントするための、及び注入間の持続時間を監視するための条件を与えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１制御アルゴリズムは、フッ素注入サイズ及び特定のフッ素注入に起因する電圧変化の関数である消費感度ファクタを計算するための条件を更に有することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記アルゴリズムは、フッ素注入サイズ及び電圧変化の平方根の関数である消費感度ファクタを計算するための条件を有することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項１６】
極狭帯域２室高繰返し率ガス放電レーザシステムであって、
Ａ）１）ｅ）第１のフッ素含有レーザガスと、
ｆ）間隔をおいて配置されて第の１放電領域を形成する細長い第１の電極対と、
ｇ）４０００パルス毎秒又はそれ以上の範囲内の繰返し率で作動する際に、各パルスの後に前記第１の放電領域において前記第１のレーザガスの十分なガス速度を与えて、次のパルスより前に実質的に全ての放電により生じたイオンを前記第１の放電領域から取り除くための第１のファンと、
ｈ）前記第１のレーザガスから少なくとも１６ｋｗの熱エネルギーを除去することができる第１の熱交換システムと、
を含む第１の放電室を備えた第１のレーザユニットと、
Ｂ）前記第１の放電室において生じた光パルスのスペクトル帯域幅を狭幅化するための線幅狭小化ユニットと、
Ｃ）１）第２のフッ素含有レーザガスと、
２）間隔をおいて配置されて第２の放電領域を形成する細長い第２の電極対と、
３）４０００パルス毎秒又はそれ以上の範囲内の繰返し率で作動する際に、各パルスの後に前記第２の放電領域において前記第２のレーザガスの十分なガス速度を与えて、次のパルスより前に実質的に全ての放電により生じたイオンを前記第２の放電領域から取り除くための第２のファンと、
４）前記第２のレーザガスから少なくとも１６ｋｗの熱エネルギーを除去することができる第２の熱交換システムと、
を含む第２の放電室と、
Ｄ）約４０００パルス毎秒の繰返し率で約５ｍＪを超える精密に制御されたパルスエネルギーをもつレーザパルスを、前記第１の電極対と前記第２の電極対に与えるように構成されたパルス電力系統と、
Ｅ）前記レーザシステム作動中のΔＥ／ΔＶ減少を監視し、かつ既知Ｆ2量のＦ2注入に起因するΔＥ／ΔＶ増加を監視するための１つ又はそれ以上のアルゴリズムをもつようにプログラムされた１つ又はそれ以上のプロセッサを備え、レーザ室内のフッ素ガス濃度を所望の範囲内に維持するフッ素注入システムと、
Ｆ）前記第１のレーザユニットにおいて生じたレーザ光を前記第２の放電室に通るように向けて、増幅された出力ビームを生じさせるためのリレー光学系と、
Ｇ）前記２室レーザシステムによって生じたレーザ出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域幅を計測し、かつ前記レーザ出力パルスをフィードバック制御構成で制御するためのレーザ光計測・制御システムと、
を備えるレーザシステム。
【請求項１７】
前記１つ又はそれ以上の制御アルゴリズムは、フッ素注入間の放電をカウントするための、及び注入間の持続時間を監視するための条件を与えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記１つ又はそれ以上の制御アルゴリズムは、フッ素注入サイズ及び特定のフッ素注入に起因する電圧変化の関数である消費感度ファクタを計算するための条件を更に有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ又はそれ以上の制御アルゴリズムは、フッ素注入サイズ及び電圧変化の平方根の関数である消費感度ファクタを計算するための条件を有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記１つ又はそれ以上の制御アルゴリズムは、前記第１の放電室及び前記第２の放電室におけるＦ2濃度を制御するのに用いられることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記１つ又はそれ以上の制御アルゴリズムは、前記第２の放電室とは別に前記第１の放電室内のフッ素濃度を制御することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１放電室内のフッ素濃度を監視するためのフッ素監視手段を更に備えることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記フッ素監視手段は分光計から構成されることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の放電室は線幅狭小化モジュールを備えた主発振器であり、前記第１の放電領域から放出され、線幅狭化モジュールの光学部品から反射された光を監視するための光収集手段をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記監視手段は、前記パルス電力系統の高電圧キャパシタにおける高電圧パルスと、前記第１の放電室において生じた光パルスとの間の時間差を表わす時間差を監視するためのタイミング手段を有することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記時間差は、前記高電圧キャパシタにおけるゼロ電圧交差と、前記光パルスにおける光強度レベル交差に基づくものであることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
レーザ光をリソグラフィデバイスに伝達するためのビーム伝達ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２８】
パルス伸張ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１１月２７日付の米国特許仮出願番号６０／４２９，４９３の利益を主張するものであり、かつ２００２年５月７日付けの米国特許出願番号１０／１４１，２１６、２００１年１２月２１日付の米国特許出願番号１０／０３６，６７６、２００１年１２月２１日付けの米国特許出願番号１０／０３６，７２７、２００１年１１月２９日付の米国特許出願番号１０／００６，９１３、及び２００１年８月２９日付の米国特許出願番号０９／９４３，３４３の利益を主張するものであり、これら全てを引用によりここに組み入れる。本発明は、集積回路製造用のリソグラフィ光源、特に、集積回路製造用のガス放電レーザリソグラフィ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガス制御技術
従来技術には、エキシマレーザのような放電レーザのレーザガスを自動制御するための幾つかの技術がある。例えば、米国特許第５，４４０，５７８号は、ＫｒＦレーザ中のＫｒを維持するためのガス制御技術を説明している。米国特許第５，９７８，４０６号は、Ｆ2レベルを監視し、そのレベルをフィードバック技術により制御するための技術を説明している。米国特許第６，０２８，８８０号は、少量の精密な注入を可能にするマニホルドを用いる技術を説明している。米国特許第６，１５１，３４９号は、ｄＥ／ｄＶの計測値に基づくＦ2注入技術を説明している。米国特許第６，２４０，１１７号は、Ｆ2モニタを用いる別のＦ2注入技術を説明している。
【０００３】
用途
エキシマレーザの重要な用途は、集積回路のリソグラフィ用の光源を与えることである。集積回路のリソグラフィ用に現在相当多く用いられている形式のエキシマレーザは、２４８ｎｍの波長における紫外線を発生させるＫｒＦレーザである。類似したエキシマレーザである、ＡｒＦレーザは１９３ｎｍにおける紫外線を発生させ、Ｆ2レーザは１５７ｎｍにおいて作動する。これらのレーザは、典型的には、１０００Ｈｚから４０００Ｈｚといったパルス繰返し率のパルスモードで作動する。レーザ光は、利得媒質の入ったレーザ室において発生し、長さが約２８インチであって約５／８インチだけ離間された２つの細長い電極の間のレーザガスを貫く放電によって生じる。放電は、電極にわたして約２０，０００ボルトといった高電圧をかけることによって生じる。ＫｒＦレーザにおいては、レーザガスは、典型的には約１％のクリプトン、０．１％のフッ素、及び約９９％のネオンである。ＡｒＦレーザにおいては、ガスは、典型的には約３から４％のアルゴン、０．１％のフッ素、及び９６から９７％のネオンである。Ｆ2レーザは、約０．１５％がＦ2で、残りはＨｅである。レーザガスは、放電間の放電領域を一掃するのに十分なだけ高い速度で電極間に循環されなければならない。
【０００４】
フッ素減損
フッ素は、知られているなかで最も反応性の元素であり、放電中にイオン化されたときには、より一層反応性になる。これらのレーザ室に、フッ素と適当に互換性のあるニッケルで被覆されたアルミニウムのような材料を用いるためには、特別な注意を払わなければならない。さらに、レーザ室は、レーザ室壁の内側に不活性化層を形成するためにフッ素で前処理される。しかしながら、この特別な注意をもってしても、フッ素は壁や他のレーザ部品と反応して、金属フッ化物汚染物質を生成し、結果としてフッ素ガスが比較的一定の割合で減損することになる。減損速度は多くの要因に依存するが、所与のレーザのその有効寿命における特定の時点での減損速度は、主に、レーザが作動している場合にはパルス繰返し数及び負荷率に依存する。レーザが作動していない場合には、減損速度は実質的に低下する。ガスが循環されていない場合には、減損速度はさらに低下する。この減損を補うために、新たなフッ素が、典型的には約１から３時間の間隔で注入される。純粋なフッ素を注入するのではなく、１％がフッ素、１％がクリプトン、及び９８％がネオンである混合物をＫｒＦレーザに注入するのが典型的に行われている。例えば、リソグラフィに用いられる特定の高品質の１０００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザにおいては、フッ素減損を補償するために注入される、そのフッ素、クリプトン、ネオン混合物の量は、レーザが作動していないとき及びレーザガスが循環されていないときの約５ｓｃｃ毎時から、レーザが１０００Ｈｚで連続的に稼動しているときの約１８０ｓｃｃ毎時まで変化する。チャンバファンがレーザガスを循環させているがレーザは発射されていないときの典型的な注入速度は、約１０ｓｃｃ毎時である。
【０００５】
単位「ｓｃｃ」は、「立方センチメートル」のことをいう。特定体積のフッ素の量を表すために一般的に用いられる他の単位は、パーセント（％）フッ素、ｐｐｍ及びキロパスカルであり、後者の用語は、フッ素ガス混合物の分圧と呼ばれることもある（これは、レーザ室へのフッ素注入量は、典型的には１％のフッ素ガス混合物が注入されている間に計測されるチャンバ圧の上昇によって（直接的に又は間接的に）決められるためである）。１％フッ素混合物の１９５ｓｃｃ毎時の注入速度は、２時間にわたる約０．１０パーセントから約０．０８７パーセントまでのフッ素濃度の減損に対応する。純フッ素のグラムで計測される２時間での実際のフッ素減損量は、その２時間の間に約１７ミリグラムとなり、上記のフッ素ガス混合物の３２０ｓｃｃ／時の注入速度（すなわち、３９０ｓｃｃの１％フッ素混合物が２時間間隔で注入される）に対応する。
【０００６】
作動モード
集積回路リソグラフィにおいて、典型的な作動モードは、約１０００Ｈｚにおいて１０ｍＪ／パルスといった一定パルスエネルギーのレーザパルスを要求し、それらはバースト間にほんの一瞬ないしは数秒のデッドタイムを有する約３００パルス（約３００ミリ秒の持続時間を有する）といったバーストとしてウエーハに適用される。作動モードは、１日２４時間、１週間７日、数ヶ月にわたって継続され、例えば１週間に又は２週間に８時間の、メンテナンス及び修理のためのスケジュール化されたダウンタイムを有してもよい。従って、これらのレーザは、非常に信頼性があり、かつ実質的にトラブルのないものでなければならない。
【０００７】
リソグラフィに用いられる典型的なＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザにおいては、ＫｒＦのとき約１０ｍＪ／パルス、ＡｒＦのとき５ｍＪ／パルスの所望のパルスエネルギーをもつ高品質の再現可能なパルスが、大幅なフッ素濃度範囲（例えば、ＫｒＦのとき約０．０８パーセントから約０．１２パーセント）にわたって得られる。通常のレーザ作動範囲において、所望のパルスエネルギーを発生させるために要求される放電電圧は、フッ素濃度の減少に伴って増大する（他のレーザパラメータがほぼ一定のままであることを前提として）。図１は、１０ｍＪ及び１４ｍＪの一定のパルスエネルギーのときの放電電圧とフッ素濃度との間の典型的な関連性を示す。１５ｋｖから２０ｋｖの範囲内の放電電圧は、典型的には、所望のレーザパルスエネルギーを発生させるのに必要とされる要求放電電圧を発生させる（パルス圧縮−増幅回路において）のに必要とされる充電電圧（約５５０ボルトから８００ボルトの範囲内）を計算するフィードバックシステムによって制御される。従って、このフィードバック回路は、「コマンド電圧」信号を電源装置に送って、充電電圧パルスを与える。
【０００８】
従来のＦ2制御技術
従来の技術は、典型的には、フッ素の連続的な減損に無関係に一定のパルスエネルギーを維持するために、放電電圧とフッ素濃度との間の関連性を利用するものである。従来のエキシマレーザの放電電圧は、非常に迅速且つ正確に変化させることができ、一定のパルスエネルギーを維持するために電子フィードバックにより制御することができる。これまで、フッ素濃度の正確かつ精密な制御は難しいことが分かっている。従って、典型的な従来のＫｒＦ及びＡｒＦレーザシステムにおいては、フィードバック制御システムによって放電電圧が調節されて一定のパルスエネルギー出力が維持されている間、フッ素濃度が約１から４ないしは５時間の間に減少することになる。周期的に、約１時間から数時間の間隔で、フッ素が数秒間の短い注入時間にわたって注入される。従って、通常の作動においては、例えば、ＡｒＦレーザからのフッ素濃度は、約１から数時間の間に約０．１０パーセントから約０．０９パーセントへと徐々に減少し、一方、充電電圧は、同じ時間の間に、例えば約６００ボルトから約６４０ボルトへと増加する。１から数時間周期の終了時（電圧が約６４０ボルトにまでドリフトしたとき）のフッ素の注入によって、フッ素濃度が約０．１０パーセントに引き戻され、フィードバック制御（一定のパルスエネルギーを維持する）によって、電圧が自動的に減少されて元の６００ボルトに戻される。この基本的プロセスは、典型的には、数日間にわたって繰り返される。注入は、典型的には、特に入念に作られた制御アルゴリズムに基づいてコントローラによって制御される際に自動的に行われる。図２に示すように、従来のエキシマレーザでは、典型的には、汚染物質を除去するために、チャンバガスの流れの一部が分流されて金属フッ化物トラップを通される。レーザ光２は、線幅狭小化モジュール８と出力カプラ１０とによって定められた空洞共振器のチャンバ６内の電極４（図２には上側電極のみが示されている）間の利得媒質において発生させられる。レーザガスは、横流ブロワ１２によって電極４間を循環させられる。循環する流れのうちの少量が、ブロワ１２の下流のポート１４で抜き取られ、金属フッ化物トラップの中に向けられ、クリーンなガスが窓ハウジング１８及び２０を通ってチャンバに戻るように循環されて、窓がレーザ残渣の無い状態に保たれる。各レーザパルスのうちほんの幾らかがビーム分割器２２及びパルスエネルギーモニタ２４によってサンプリングされ、極めて高速のフィードバック制御ループにおいては、高電圧充電回路２８が電圧圧縮・増幅回路３０に充電電流を与え、該電圧圧縮・増幅回路３０が電極４にわたって非常に高電圧の電気パルスを与え、コントローラ２６がその高電圧充電回路２８を調整することによって、電極放電電圧を制御してパルスエネルギーを所望の範囲内に維持する。また、長期間にわたって、コントローラ２６からガスコントローラ２７までは、制御弁３２でフッ素注入を調整することによって、チャンバ６内のフッ素濃度を制御する。特別な制御アルゴリズムが、所定量のフッ素を周期的に注入することになる。これらの注入は、高い電圧が所定の限度まで増大したときに要求されてもよいし、又は注入は、３００万パルスといった所定の数のパルスの後に、もしくは所定の時間（レイジングなしに６時間のような）又はパルス、時間及び電圧の組み合わせが経過した後に行われてもよい。典型的には、２つのガス供給が利用可能である。ＫｒＦレーザの典型的なフッ素供給源３４は、１％Ｆ2、１％Ｋｒ、及び９８％Ｎｅである。１％Ｋｒ及び９９％Ｎｅのバッファガス供給源３６はまた、最初のチャンバ又はチャンバのレフィルを与えるときに、もしくは幾つかの理由によりＦ2濃度が高くなりすぎる場合に、コントローラ２６によって弁３８を通じて引き出されてもよい。レーザガスは、弁４０を通って排出され、チャンバには真空ポンプ４２によって真空が引かれる。排出ガスは、Ｆ2トラップ４４によってＦ2が除去される。図３は、前述の従来のフッ素注入技術の結果を示す。電圧値は、制御電圧コマンドの平均値を表わし、間接的に充電電圧の平均値を表わす。数日間のうちに汚染物質がレーザガス中に徐々に堆積するので、約５−１０日間隔でレーザ中の実質的に全てのガスを新しいレーザガスと交換することが通常望ましい。
【０００９】
問題点及び提案される解決策
前述の従来の技術は、今現在、これらのエキシマレーザの長期間の信頼性のある作動を与えるために、製造環境において有効に用いられている。しかしながら、帯域幅、ビームプロファイル及び波長安定性といった幾つかのレーザパラメータは、放電電圧及びフッ素濃度の大きな変動によって悪影響を及ぼされる。エキシマレーザ中のフッ素濃度を計測し、前述の従来技術において与えられるものより狭い限度内に制御するための、顕著な数の技術が提案され、特許化されている。
これらの技術は、一般に、商業的に追求されているものではない。従来の商業的なエキシマレーザは、典型的には、フッ素モニタを備えていない。良好な、高価でない、信頼性のある、リアルタイムのフッ素モニタへの必要性が、長い間認識されている。光ビームの微量ガス濃度を計測するための技術が良く知られている。こうした技術の１つは、吸収セルを通過する際のビームの吸収を定量するために光検出器を用いる。アレキサンダーグラハムベルによって最初に発見されたので良く知られている別の技術は、激しく変調された光ビームに関する吸収セルにおける音波の生成に関係している。「Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎ」Ｌａｒｓ−Ｇｏｒａｎ  Ｒｏｓｅｎｇｒｅｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、第１４巻、Ｎｏ．８、１９７５年８月、及び「Ｂｒｅｗｓｔｅｒｓ  Ｗｉｎｄｏｗ  ａｎｄ  Ｗｉｎｄｏｗｌｅｓｓ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｎｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｃａｖｉｔｙ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ」、Ｒ．Ｇｅｒｌａｃｈ及びＮ．Ｍ．Ａｍｅｒ著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２３、ｐ３１９−３２６（１９８０年）を参照されたい。
【００１０】
シード光注入
ガス放電レーザシステムの帯域幅を減少させるための公知の技術（エキシマレーザシステムを含む）は、狭帯域「シード」光を利得媒質中に射出することに関係する。これらの幾つかのシステムにおいては、「主発振器」と呼ばれるシード光を発生させるレーザは、第１利得媒質中に非常に狭い帯域幅のビームを与えるように設計され、そのビームは、第２利得媒質においてシード光として用いられる。第２利得媒質が電力増幅器として機能する場合には、システムは、主発振器・電力増幅器（ＭＯＰＡ）システムと呼ばれる。第２利得媒質自体が空洞共振器（その中でレーザ振動が起こる）を有する場合には、システムは、注入シード発振器（ＩＳＯ）システム又は主発振器・電力発振器（ＭＯＰＯ）システムと呼ばれ、その場合、シードレーザが主発振器と呼ばれ、下流のシステムが電力発振器と呼ばれる。２つの個別のシステムからなるレーザシステムは、構築し、作動させるために、比較に値する単一室レーザシステムよりも、実質的により高価に、より大きく、より複雑になる傾向がある。従って、これらの２室レーザシステムの商業的用途は制限されている。
必要とされるのは、約４０００から６０００パルス毎秒の範囲内又はそれ以上の繰返し率で作動させるための、パルスガス放電レーザの良好な制御システムである。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、モジュラ高繰返し率２放電室ガス放電紫外線レーザのための、自動レーザガス制御を含む制御システムを提供するものである。レーザガス制御は、レーザシステムの作動寿命にわたってＦ2消費速度を監視するための技術、モニタ及びプロセッサを含む。これらの消費速度は、レーザ光品質を伝達範囲内に維持するために、いつＦ2が注入されるべきかを判断するアルゴリズムをもつようにプログラムされたプロセッサによって用いられる。
エキシマレーザの出力性能の計測基準である、特にΔＥ／ΔＶ及び帯域幅は、ＭＯチャンバ及びＰＡチャンバの両方におけるガス混合物の関数である。最適なガス混合物であるアルゴン又はクリプトン（Ａｒ／Ｋｒ）、フッ素（Ｆ2）、ネオン（Ｎｅ）などの相対的な分圧は、目標性能仕様に合うようにレーザ技術者によって決定される。エキシマレーザが発射されるとき、Ｆ2は、電極、チャンバ壁その他の内部部品との化学反応によって消費され、ガス中のＦ2分圧が変化する。Ｆ2が消費されるので、Ｆ2濃度を容認できる範囲内に維持するために、時折さらにＦ2をチャンバに注入する必要がある。これは、ガス混合物が、レーザによって全ての出力性能目標が適合されることを可能にするのに適切なものとなるように、Ｆ2の注入を判断する技術を与える。Ｆ2濃度は、この技術に従って直接的に計測されないが、他の計測された量、主にエネルギー出力及び印加電圧から求められる。従来技術と比較したときの本発明の利点は、各レーザの各チャンバについての、より安定した、しっかりしたＦ2消費推定を与えることである。Ｆ2消費速度のより正確な推定は、より正確に制御されたＦ2濃度範囲にわたってレーザが作動されることを可能にし、その結果として、重要なレーザ出力パラメータが良好に制御される。チャンバが老化するのに伴ってゆっくりと変化するＦ2消費速度が、各チャンバの寿命にわたって適応的に追跡されて、ショット１０，０００，０００，０００における性能と同じ性能（Ｆ2調整に関して）がショット１において発揮されるようにされる。
【００１２】
本発明は、Ｆ2減損とＦ2追加との間のレーザにおける仮定の平衡関係を利用するものである。すなわち、Ｆ2注入によって追加されたのと同じ量のＦ2がレーザ発射によって減損された場合には、Ｆ2減損に起因する出力エネルギー変化／電圧変化（ΔＥ／）、すなわち効率低下（Ｅ／Ｖ）は、Ｆ2追加に起因するΔＥ／ΔＶと同じであるべきである。計測が容易であり、注入サイズが正確に分かっている、作動中のΔＥ／ΔＶの減少、及び各注入にわたるΔＥ／ΔＶの増加を監視することによって、消費されたＦ2の量を推測することができる。
考慮すべき基本的なケースは３つのみである。
１．ΔＥ／ΔＶの低下が効率の上昇に等しい→消費されたＦ2は追加されたＦ2に等しい。
２．ΔＥ／ΔＶの低下が効率の上昇より大きい→追加されたＦ2より多くのＦ2が消費された。
３．ΔＥ／ΔＶの低下が効率の上昇より小さい→追加されたＦ2より少ないＦ2が消費された。
【００１３】
これらの３つのケースの各々は、レーザの真のＦ2消費速度が、それぞれ、前のサイクルからの推定に同じく等しい、それより大きい、又はそれより小さいことを示す。ここから、新しい消費速度推定をそれ相応に調節することができる。アルゴリズムは、平衡関係を満足させるように適応を進めていくことにより、最終的にはレーザの真の消費速度に収束する。２室レーザにおいては、各チャンバの効率は、単独で追跡され、調節されなければならず、それは同様の方法で行うことができる。
このアルゴリズムの１つの別個の利点は、各注入決定が、その特定の注入サイクルの相対的効率、顕著な計測ノイズを受ける計測値及び作動点変化ではなく、非常に安定でゆっくりと変化するフィルタリングされた信号である各チャンバの長期間の能動的消費速度推定に基づいていることである。
【００１４】
本発明のこのアルゴリズムは、本出願人及びその共同研究者らによって以前に開発され、米国特許第６，１５１，３４９号に記載された、傾きシーキング注入（ＳＳＩ）アルゴリズムと同じ基礎をなす物理的原理に頼るものである。しかしながら、固定のエネルギー出力における電圧上昇をＦ2減損の関数として監視することによって与えられる情報が、異なる形で用いられる。この新しいアルゴリズムにおいては、Ｆ2消費速度を適応的に決めるために、Ｆ2減損に起因するΔΣ／ΔＶの減少と、Ｆ2注入に起因するΔΣ／ΔＶの増加との比が用いられる。
２室ＭＯＰＡシステムにおいて非常に上手く実施される好ましい実施形態においては、出力エネルギーは、ＭＯチャンバ内のＦ2濃度を調整することによって、減少したレベルに維持される。Ｆ2注入は、（これらの好ましい実施形態における）ＭＯ放電電圧がＰＡ放電電圧と同じであることと関連付けながらＭＯ出力エネルギーを監視することによって判断される。これらのデータから、ＭＯに必要とされるΔＥ／ΔＶが得られる。
好ましい実施形態においては、レーザは、第２放電室において増幅される非常に狭帯域のシード光を発生させる主発振器を備えた製造ラインマシンである。このレーザシステムの別の重要な特徴は、フィードバックタイミング制御技術であり、それは、バーストモード作動時でも約２から５０億分の１秒の範囲内の精度で２つのチャンバにおける放電の相対的タイミングを制御するために与えられる。このＭＯＰＡシステムは、大きく改善されたビーム品質をもつ比較に値する単一室レーザシステムのほぼ２倍のパルスエネルギーを出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ＭＯＰＡレーザリソグラフィ光源
概要
本発明の第１の好ましい実施形態を組み込んだレーザシステムが図４に示されている。この実施形態においては、１９３ｎｍの紫外線レーザ光が、日本所在のキャノン社又はニコン社、もしくはオランダ所在のＡＳＭＬ社によって供給されるものの１つのようなステッパリソグラフィマシン２の入力ポートで与えられる。このレーザシステムは、４０００Ｈｚ又はそれ以上のパルス繰返し率におけるシステムのパルスエネルギー及び蓄積線量エネルギー出力の両方を制御するためのレーザエネルギー制御システムを含む。システムは、パルス及び線量エネルギーのフィードバック制御及びフィードフォワード制御の両方により、２つのレーザ室における、互いに対する放電の極めて正確なトリガを与える。
この場合には、レーザシステムの主部品４はデッキの下に設置され、デッキの上にはスキャナが設置される。しかしながら、このレーザシステムは、レーザ光をスキャナ２の入力ポートに伝達するための囲い込まれたビーム経路を与えるビーム伝達ユニット６を含む。この特定の光源システムは、主発振器１０と電力増幅器１２とを含み、ＭＯＰＡシステムとして知られている形式のレーザシステムである。光源はまた、パルス伸張器を含む。この光源は、単一レーザ発振器を用いてレーザ光を与える従来の技術を上回る、集積回路光源における重要な進歩を表わす。
【００１６】
主発振器及び電力増幅器の各々は、従来の単一室リソグラフィレーザシステムの放電室と同様の放電室を備える。これらのチャンバ（後で詳細に説明する）は、２つの細長い電極、レーザガス、電極間にガスを循環させるための横流ファン、及び水冷式フィン付熱交換器を含む。図４に示すように、主発振器は第１レーザ光１４Ａを発生させ、該ビームは電力増幅器を通る２つの経路によって増幅されて、レーザ光１４Ｂが発生する。主発振器１０は、その両方が概ね背景技術セクションに及び以下に引用した特許及び親出願においてより詳細に説明される出力カプラ１０Ｃと線幅狭小化パッケージ１０Ｂとによって形成された共振空洞を備える。主発振器１０の利得媒質は、主発振器放電室１０Ａ内に入れられた長さ５０ｃｍの２つの電極間に与えられる。電力増幅器１２は、基本的には放電室であり、この好ましい実施形態においては、利得媒質が２つの細長い電極間に与えられている主発振器放電室１０Ａとほとんど全く同じであるが、電力増幅器１２は共振空洞をもたない。このＭＯＰＡ構成は、主発振器が、波長安定性及び非常に狭い帯域幅といったビーム品質パラメータを最大にするように設計され、作動され、一方、電力増幅器が、パワー出力を最大にするように設計され、作動されることを可能にする。例えば、本出願人の雇主であるＣｙｍｅｒ，Ｉｎｃ．から入手可能な光源の分野の現状は、単一室５ｍＪ毎パルス、４ｋＨｚのＡｒＦレーザシステムである。図４に示されたシステムは、少なくとも２倍の平均紫外線パワーを発生させる１０ｍＪ毎パルス（必要であればそれ以上）、４ｋＨｚのＡｒＦレーザシステムであり、ビーム品質の顕著な改善を有する。この理由のために、ＭＯＰＡシステムは、非常に高い品質及び非常に高いパワーのレーザ光源である。図４Ａは、ＭＯＰＡモジュラレーザシステムの１つのバージョンにおける前述の部品の全体的な位置を示す。
【００１７】
主発振器
図４及び図４Ａに示されている主発振器１０は、‘８８４特許及び米国特許第６，１２８，３２３号に記載されるような従来のＡｒＦレーザに多くの点で類似しており、出力パルスエネルギーが約５ｍＪではなく典型的には約０．１ｍＪであること以外は、米国特許出願番号０９／８５４，０９７に記載されたＡｒＦレーザの特徴の多くを有する。‘０９７特許出願にかなり詳しく記載されるように、‘３２３特許のレーザを上回る主な改善は、４０００Ｈｚ又はそれ以上における作動を可能にするために与えられたものである。本発明の主発振器は、波長及び帯域幅の精密な制御を含むスペクトル性能のために最適化される。その結果として、帯域幅がより一層狭くされ、波長安定性及び帯域幅安定性が改善される。主発振器は、図４、図４Ａ及び図５に示すような放電室１０Ａを備え、該チャンバ内に、各々が長さ約５０ｃｍであり約０．５インチだけ離間される一対の細長い電極１０Ａ２及び１０Ａ４が配置される。アノード１０Ａ４は、流れ整形用アノード支持バー１０Ａ６上に取り付けられる。４つの個別のフィン付水冷式熱交換器ユニット１０Ａ８が与えられる。横流ファン１０Ａ１０は、電極間に約８０ｍ／ｓまでの速度でレーザガス流を与えるための２つのモータ（図示せず）によって駆動される。チャンバは、窓ユニット（図示せず）を含み、ＣａＦ2窓は、レーザ光に対して約４５度（又は約７０度）の角度をなして配置される。チャンバの中央に取り込み部を有する静電気フィルタユニットは、図５の１１で示されるようにガス流の幾らかをフィルタリングし、米国特許第５，３５９，６２０号（引用によりここに組み入れる）に記載された方法でクリーンにされたガスを窓ユニットの各々に向けて、放電残渣が窓から離れるようにする。主発振器のゲイン領域は、レーザガスが通る電極間の放電によって生じ、それはこの実施形態においては、約３％アルゴン、０．１％Ｆ2、及び残りがネオンからなる。ガス流は、次のパルスより前に、放電領域から各放電の残渣を除去する。共振空洞は、出力カプラ１０Ｃにより発振器の出力側に作られ（図４に示すように）、それは、ビーム方向に垂直に設置され、１９３ｎｍにおける光の約３０％を反射し、１９３ｎｍにおける光の約７０％を透過させるように被覆されたＣａＦ2ミラーからなる。共振空洞の反対側の境界は、米国特許第６，１２８，３２３号に記載された従来の線幅狭小化ユニットと同様の、図４に示すような線幅狭小化ユニット１０Ｂである。図５に示すようなこの線幅狭小化パッケージにおける重要な改善は、ビームを水平方向に４５倍に広げるための４つのＣａＦビーム拡大プリズム１１２ａ−ｄと、比較的大きいピボット運動のためのステッピングモータによって制御される調整ミラー１１４と、中心線波長の極めて微小なチューニングを与えるための圧電駆動装置とを含む。図６Ａは、ステッピングモータ８２と圧電駆動装置８３とを示す。ステッピングモータの力はレバーアーム８４を介してミラー１１４に付与され、圧電駆動装置８３は、その力をレバー系の支点８５にかける。ＬＮＰプロセッサ８９は、線中心解析モジュール（ＬＡＭ）７からのフィードバックコマンドに基づく、ステッピングモータと圧電駆動装置との両方のＬＮＰ制御部に配置される。１ｍｍあたり約８０ファセットを有するエシェル格子１０Ｃ３が、リトロー構成で設置され、ＡｒＦの幅約３００ｐｍの自然スペクトルから選択された非常に狭帯域のＵＶ光を反射させる。主発振器は、従来のリソグラフィ光源において典型的に用いられるものよりかなり低いＦ2濃度で作動する。その結果として帯域幅が顕著に減少され、それにより本出願人は、Ｆ2濃度の減少に伴って帯域幅が顕著に減少することを見出した。別の重要な改善は、発振器ビームの断面を、水平方向に１．１ｍｍ、及び垂直方向に７ｍｍに制限する狭い背部孔である。主発振器ビームの制御は後述する。
【００１８】
好ましい実施形態においては、ジッタ問題を減少させるために、主発振器と電力増幅器との両方の主充電キャパシタバンクが並行して充電される。これは、２つのパルス電力系統の各々のパルス圧縮回路におけるパルス圧縮時間が、充電キャパシタの充電レベルに非常に依存するので望ましい。パルスエネルギー出力は、充電電圧の調節によってパルス毎に制御されることが好ましい。これは、主発振器のビームパラメータを制御するための電圧の使用を制限する。しかしながら、レーザガス圧とＦ2濃度は、広範囲にわたるパルスエネルギーレベル及びレーザガス圧の望ましいビームパラメータを達成するように、２つのチャンバの各々において個別に容易に制御することができる。帯域幅は、Ｆ2濃度及びレーザガス圧の減少に伴って減少する。これらの制御特徴は、後で詳しく説明するＬＮＰ制御に追加されたものである。
【００１９】
電力増幅器
この好ましい実施形態における電力増幅器は、レーザ室で構成され、前述のような、その内部部品は、対応する主発振器の放電室と極めて類似している。２つの個別のチャンバを有することによって、パルスエネルギー及び線量エネルギー（すなわち、一連のパルスの総エネルギー）を、ほぼ波長及び帯域幅とは別に制御することが可能となる。これによって、電力をより高くし、かつ安定性をより良好にすることができる。チャンバの全ての部品は同一のものであり、製造工程中に交換可能である。しかしながら、作動時に、幅広い範囲にわたるＦ2濃度及びレーザガス圧と共にレーザ効率が上昇するので、ＰＡにおけるガス圧は、ＭＯのガス圧と比べて実質的に高くされる。また、この実施形態では、電力増幅器の圧縮ヘッド１２Ｂは、ＭＯの圧縮ヘッド１０Ｂと実質的に同一であり、圧縮ヘッドの部品も製造過程で交換可能である。このパルス電力系統のチャンバ及び電気部品の緊密な同一性は、パルス形成回路のタイミング特性が同じであるか又はほぼ同じであることを確実なものとする一助となり、ジッタ問題が最小限に抑えられる。１つの小さな相違点は、ＭＯ圧縮ヘッドキャパシタバンクのキャパシタが、より広範囲に配置されて、ＰＡに比べて実質的に高いインダクタンスをもたらすことである。
【００２０】
電力増幅器は、図４に示すように、２つのビーム経路が電力増幅器放電室の放電領域を通るように構成される。図１に示すように、ビームは、ＭＯ１０のＬＮＰ１０Ｂと出力カプラ１０Ｃ（３０パーセントの反射率を有する）との間のチャンバ１０Ａを通って数回振動され、ＬＮＰ１０Ｃを通過時に著しく線幅狭小化される。線幅狭小化されたシード光は、ＭＯ波長エンジニアリングボックス（ＭＯ  ＷＥＢ）２４のミラーによって下方に反射され、（電極の向きに対して）僅かに傾斜した角度をなして水平方向に反射されて、チャンバ１２を通過する。電力増幅器の後端で、ビーム逆転器２８がビームを後ろ向きに反射させて、水平方向に電極の向きと並んだＰＡチャンバ１２を通る第２経路に戻す。
充電電圧は、所望のパルス及び線量エネルギーを維持するために、パルス毎に選択されることが好ましい。Ｆ2濃度及びレーザガス圧は、充電電圧の所望の作動範囲を与えるように調節することができる（前述のように、充電電圧は、所与の出力パルスエネルギーのとき、Ｆ2濃度及びガス圧の増加に伴って減少するため）。電圧に伴うエネルギーの変化も、Ｆ2濃度及びレーザガス圧の関数であるので、この所望の範囲は、ｄＥ／ｄＶの所望の値を生じるように選択することができる。Ｆ2ガスは、時間と共にチャンバ内で減損され、その減損は、所望のパルスエネルギーを維持するための充電電圧の対応する増加によってほぼ提供される。好ましい注入技術の詳細な説明を後述する。注入頻度は、条件を比較的一定に保つために高く保たれることが好ましく（注入量は少量に保たれることが好ましく）、注入は、連続的又はほぼ連続的にすることができる。しかしながら、これらのレーザシステムの特定のユーザは、Ｆ2注入間の時間をより長く（２時間といった）することを好むことがある。特定のユーザは、Ｆ2注入の間はレーザが発射されないようにプログラムされることを好むことがある。
【００２１】
ＭＯＰＡ制御システム
図４Ｃは、本発明の好ましい実施形態の多くの重要な制御機能を示すブロック図である。制御システムは、幾つかの形式のリソグラフィマシン２（ステッパ又はスキャナマシンとすることができる）のいずれかからのレーザを制御することができる特別なソフトウェアを搭載したＲＳ２３２レーザスキャナインターフェースハードウェア６００か又はレーザ作動制御パドル６０２を含む。中央演算処理装置６０４は、ＭＯＰＡシステムの主制御部であり、リソグラフィマシン２及びオペレータコンソールパドル６０２から、４シリアルポート６０６及びインターフェースハードウェア６００を通してコマンドを受け取る。
レーザ制御ＣＰＵ６０４は、通信ＣＰＩバス６１０、６１２及び６１４を介して、発射制御ＣＰＵ６０８と通信する。発射制御プラットフォームＣＰＵ６０８は、共振充電器４９によって並行して充電されるＭＯとＰＡとの両方の充電キャパシタの充電を制御する。発射制御ＣＰＵ６０８は、各パルスについてのＨＶ目標を設定し、トリガを与えて充電を開始する（このＣＰＵはまた、後でさらに詳しく説明するタイミング制御及びエネルギー制御アルゴリズムを実装する）。タイミングエネルギーモジュール６１８は、ＭＯ及びＰＯ光検出器モジュール６２０及び６２２の光検出器から信号を受信し、これらの信号とコマンドモジュール６１６からのコマンドに基づいて、整流子５０Ａ及びＰＡ整流子５０Ｂにフィードバックトリガ信号を与え、それらがスイッチをトリガして、図５に示すようにＭＯ及びＰＡ充電キャパシタ４２からの放電を開始させ、パルス圧縮を開始させて、ピーキングキャパシタ８２において放電電圧を発生させ、ＭＯ及びＰＡにおける放電を生じさせる。ＴＥＭの更なる詳細は、図４Ｄに示されている。
【００２２】
好ましいタイミングプロセスは以下の通りである。所望の光がＭＯとＰＡとの両方のスイッチ４６をトリガする正確な時間を与えるより前に、コマンドモジュール６１６が、トリガコマンドをタイミングエネルギーモジュール６１８に２７マイクロ秒で送信する。ＴＥＭが、「ＴＥＭ基準」と呼ばれる基準時間を定めることによって、タイミング信号をその内部クロックと同期させ、次いで、トリガ及び光アウト信号をその基準時間と関連付ける。その後、ＴＥＭは、トリガ信号をＭＯ整流子５０ＡのＭＯスイッチ４６に約２５ピコ秒の精度で発信し、約３０から５０ｓｎ後に（コマンドモジュール６１６からのコマンドに従って）、トリガ信号をＰＡ整流子５０ＢのＰＡスイッチ４６に同じく約２５ｐｓの精度で発信する。次いで、ＴＥＭは、ＰＤモジュール６２０及び６２２からの光アウト信号の時間を、ＴＥＭ基準時間に対して１００ｐｓより良好な精度で監視する。次いで、これらの時間データが、ＴＥＭ６１８によってコマンドモジュール６１６に伝送され、該コマンドモジュールがこれらのデータを解析し、次のパルスのために適正なタイミングを計算し（後述のアルゴリズムに基づいて）、次のパルスより２７マイクロ秒前に、コマンドモジュール６１６が新しいトリガコマンドをタイミングエネルギーモジュール６１８に送信する。
【００２３】
従って、放電タイミングジョブは、ＴＥＭモジュール６１８とコマンドモジュール６１６との間で共有される。２つのモジュール間の通信は、図４Ｃの６１７で示された１０メガビット同期シリアルリンクに沿っている。モジュール６１８は、極めて速いトリガ生成及びタイミング方法を与え、モジュール６１６は、極めて速い計算を与える。同時に作動する両者は、その全てが２５０マイクロ秒より小さい時間窓内で、タイミングを監視し、フィードバックを与え、複雑なアルゴリズムを用いて次のタイミング信号を計算し、２つのトリガ信号を整流子に与えることができ、かつ、２０から５０億分の１秒より小さい２つの放電の相対トリガ精度を保証することができる。ＴＥＭモジュールはまた、光アウト信号をステッパ／スキャナ２に与える。このトリガプロセスは、ステッパ／スキャナ２からのコマンドによって、又はレーザオペレータがユーザインターフェースパドル６０２を用いることによって修正することができる。ＴＥＭモジュールに用いられる形式の高速監視及びトリガ回路は、米国カリフォルニア州サンフランシスコ、サンラファエル及びバークリー所在のハイランド・テクノロジーズ社のような供給業者から入手可能である。これらのタイミング回路の精度の重要性、並びにこれらのトリガ回路に関連する問題及び機能は、後でさらに詳しく説明する。
【００２４】
波長制御は、ＭＯの出力を監視する線中心解析モジュール７からのフィードバック信号に基づく制御プラットフォーム６０８からのコマンドを有する、ＬＮＭコントローラ６２４によって与えられる。線中心を計測するための好ましい技術を後述する。
レーザシステムの他の要素の制御は、図４Ｃに示すように、コントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）によって与えられる。ＣＡＮインターフェース６２６は、レーザ制御プラットフォーム６０４とインターフェースして、３つのＣＡＮクラスタ、すなわち、電力クラスタ６２８、左光学ベイクラスタ６３０、及び右光学ベイクラスタ６３２に制御情報を与える。このＣＡＮネットワークは、これらのモジュールとの双方向通信を与えて、レーザ制御プラットフォーム６０４から種々のモジュールに制御を与え、該モジュールからレーザ制御プラットフォームに作動データを戻し与える。
データ取得は、サイマー・オン・ライン・モジュール６３４のスイッチ６３６を通じて与えられ、該スイッチは、大量のデータを収集し保存することができ、該データを、引用によりここに組み入れる米国特許出願番号０９／７３３，１９４に全て記載されるようなインターネットシステムを通じて利用できるようにする。フィールドサービスポート６３８は、特別な解析及び試験のために、ＣＰＵ６０８及びＣＰＵ６０４へのアクセスを与える。また、特別なモニタのために、デジタル・アナログ変換器６４２を通じて８つのＢＮＣコネクタ６４０が利用可能である。
【００２５】
パルス電力回路
図４に示される好ましい実施形態においては、ＭＯとＰＡとの両方の基本的なパルス電力回路は、リソグラフィ用の従来のエキシマレーザ光源のパルス電力回路と同様のものである。充電キャパシタの下流の別個のパルス電力回路は、各放電室のために与えられる。単一共振充電器が、並列に接続された２つの充電キャパシタバンクを充電して、両方の充電キャパシタバンクが精密に同じ電圧に充電されることを保証することが好ましい。この好ましい構成が図７に示されている。パルス電力系統の詳細は、引用によりここに組み入れる２００２年７月３１日付の米国特許出願番号１０／２１０，７６１に記載されている。
【００２６】
パルス及び線量エネルギーの制御
パルスエネルギーと線量エネルギーは、引用によりここに組み入れる米国特許第６，０６７，３０６号に記載されるようなフィードバック制御システム及びアルゴリズムによって制御されることが好ましい。パルスエネルギーモニタは、リソグラフィツールにおいて、レーザに、又はウエーハの近くに位置させることができる。前述のように、ＰＡ及びＭＯの両方の同等の充電キャパシタは、並行して同じ電圧に充電される。充電電圧は、所望のパルスエネルギーを発生させるように選択される。本出願人は、この技術が非常に上手く作動し、タイミングジッタ問題を最低限度に抑えることを突き止めた。しかしながら、この技術は、レーザオペレータがＭＯをＰＡとは関係なく制御する能力を或る程度低下させる。しかしながら、各ユニットの性能を最適化させるために個別に制御することができる、ＭＯ及びＰＡの多くの作動パラメータが存在する。これらの他のパラメータには、レーザガス圧、Ｆ2濃度、及びレーザガス温度がある。これらのパラメータは、プロセッサ制御のフィードバック構成で、２つのチャンバの各々において単独で制御され、調整されることが好ましい。
【００２７】
ガス制御
本発明の好ましい実施形態は、図４Ａに「ガス」と付されたガス制御モジュールを有し、該モジュールは、各チャンバに適切な量のレーザガスを充填するように構成される。各チャンバへのガスの連続的な流れを維持して、レーザガス濃度を一定に又はほぼ一定に所望のレベルに維持するために、適切な制御及びプロセッサ装置が設けられることが好ましい。これは、米国特許第６，０２８，８８０号又は米国特許第６，１５１，３４９号もしくは米国特許第６，２４０，１１７号（これらの各々を引用によりここに組み入れる）に記載されるような技術を用いて達成可能である。１つの実施形態においては、約３ｋＰのフッ素ガス（例えば、ＡｒＦレーザの場合、１．０％がＦ2、３．５％がＡｒ、及び残りはネオン）が、１０００万パルス毎に各チャンバに追加される（４０００Ｈｚの連続作動においては、これは、ほぼ４２分毎の注入に対応し、２０パーセントの負荷時間率においては、注入は３．５時間毎となるであろう）。周期的に、レーザがシャットダウンされ、各チャンバ内のガスが排出され、チャンバに新たなガスが再充填される。典型的な再充填は、ＡｒＦの場合には約１００，０００，０００パルス、ＫｒＦの場合には約３００，０００，０００パルスのときである。
【００２８】
本出願人がバイナリ充填技術と呼んでいる、チャンバへのレーザガスの実質的に連続した流れを与える技術は、幾つかの（５といった）充填ラインを設けることであり、各々の連続するラインには、前のラインの流れを、遮断弁を有するラインの各々と重ねることができるようにするオリフィスが形成される。最低流量のラインには、最小平衡のガス流を可能にするオリフィスが形成される。開かれる弁の適切な組み合わせを選択することによって、ほぼあらゆる所望の流速を達成することができる。オリフィスが形成されたラインとレーザガス源との間に、レーザ室圧力の約２倍の圧力に維持されるバッファタンクが設けられることが好ましい。
また、ガス注入は、充電電圧レベルが所定の値に到達したときに自動的に行うことができる。これらの所定のレベルは、Ｆ2濃度及び全ガス圧の様々な値におけるレーザ効率を計測するレーザ効率試験の性能によって定めることができる。効率試験はまた、レーザが集積回路製造ラインの一部となった後のガス再充填の過程で行われても良い。Ｆ2濃度及び全ガス圧の初期値は、ＭＯ及びＰＡについて異なっていることが好ましい。ＭＯについてのＦ2濃度レベル及び全ガス圧は、最良帯域幅のＭＯエネルギー出力及びパルスエネルギー安定性のために選択され、ＰＡについての対応する値は、最良のパルスエネルギー安定性及び所望のレーザ効率のために選択される。後述するように、レーザガス条件は、レーザ効率を故意に低下させる値に設定されることがある。例えば、設計値より実質的に低い充電電圧での作動は、パルスエネルギー安定性のようなビーム品質の低下を招くことが多い。良好なパルスエネルギー安定性又は他のビームパラメータのために、幾らかの効率を引き換えにすることが望ましいこともある。
【００２９】
第１の好ましいＦ2注入アルゴリズムの作動理論
Ｆ2消費
図４に示すようなＭＯＰＡ電力増幅器チャンバ１２のための好ましいＦ2注入アルゴリズムを、図８Ａから図８Ｆを参照しながら説明する。このアルゴリズムはまた、チャンバ１０内のＦ2制御のために用いることができる。このアルゴリズムは、Ｆ2は、消費がパルス数に基づいている場合には「能動的速度」で消費され、消費が時間の経過に基づいている場合には「受動的速度」で消費されるという前提に基づいている。これらの２つの速度が正確に分かっている場合には、パルス数及び時間経過についての知識により、Ｆ2濃度をあらゆる所望の値に維持するために注入される必要があるＦ2の量が精密に求められる。
Ｆ2消費速度（能動的又は受動的）は、あらゆる所与のチャンバについて正確には分からないので、固定の能動的及び受動的消費速度に単に設定するだけでは不十分であり、ショット及び時間のカウントに依存する。以下に概説されるアルゴリズムは、作動寿命にわたって各レーザの能動的Ｆ2消費速度を適応的に求めて、この値を、Ｆ2消費を継続的に推定するためにパルスカウントと組み合わせて用いる機構を与える。消費されるＦ2の目標量は、各サイクルの開始時に設定され、消費推定値がこの閾値と交差したときに注入が行われる。全消費に対する受動的Ｆ2消費の寄与が比較的小さいことにより、受動的Ｆ2消費速度の固定値が全てのレーザにおいて用いられることになる。
【００３０】
重要な仮定
・Ｆ2消費速度は、作動条件とは無関係である（レプレート（ｒｅｐ  ｒａｔｅ）、電圧、負荷サイクルなど）
・Ｆ2消費速度は、チャンバの寿命にわたってゆっくりと変化する。
・［Ｆ2］は、システムにおける幾つかの再現可能な、計測可能な現象から推測することができる。
・Ｆ2濃度（［Ｆ2］と示されることもある）
・［Ｆ2］は、ガスの再充填時に正確に分かる。
・注入に起因する［Ｆ2］の変化は正確に分かる。
【００３１】
注入決定機構
このアルゴリズムの主な設計目標は、Ｆ2注入決定を、レーザ作動条件及び計測ノイズに対して敏感でない単一の明快な基準にまで減少させることであった。この目的のために、各Ｆ2消費サイクルの開始時に（すなわち、再充填又は注入のいずれかの直後に）、３つの値、すなわち、サイクルの間のＦ2消費量［ｋＰａ］、推定能動的消費速度（［ｋＰａ］／Ｍショット単位のＡＣＲ）、及び受動的消費速度（［ｋＰａ］／時単位のＰＣＲ）が固定される。これらの３つの値の各々の典型的な数値は、３．０ｋＰａ、０．３ｋＰａ／Ｍショット、及び０．０５ｋＰａ／時となるであろう。（前述のように、３．０ｋＰａは、１％のＦ2、３％のアルゴン及び９６％のネオンのＦ2ガス混合物の分圧を表わす分圧値である。３０１チャンバにおいては、これは約０．０２グラムのフッ素ガスを表わす。）
【００３２】
レーザが発射される際に、現在のサイクルにおいて消費されるＦ2の量の現行の推定は、ショットカウント及び経過時間から算出される。
2005524996.tif 000003
この値は、現在のサイクルの間に消費されるＦ2の目標量と比較され、目標量が消費されているときには、注入が要求される。
（［Ｆ2］消費＞［Ｆ2］目標）      ［２］
である場合には、注入を行う。
Ｆ2注入決定にその他の論理は入らない。
【００３３】
能動的消費速度推定（ＡＣＲＥ）
このアルゴリズムの興味深い部分は、能動的消費速度の推定にある。これは、時の試練に耐えた傾きシーキング注入（ＳＳＩ）アルゴリズムと、ＳＳＩを作動点変化に対してより頑強にする「連続性」との異名をとる新しいアルゴリズム的追加との組み合わせにより達成される。
【００３４】
傾きシーキング注入
傾きシーキング注入アルゴリズムは、Σ／Ｖ（所与の入力電圧における出力エネルギー）が、［Ｆ2］並びに幾つかの他の作動点パラメータの関数であるという認識に基づくものである。レーザの作動点（ここでの「作動点」は、目標エネルギー、レプレート、バースト長さ及び負荷サイクルの特定の組み合わせのことをいう）が固定されると一時仮定すると、所与の目標エネルギーを伝達するのに必要な電圧は、Ｆ2が消費されるのに伴って上昇することになる。この作用は、図４に示されるような電力増幅器チャンバ１２の実験データを表わす図８Ａに示されている。
慣習的なＳＳＩアルゴリズムは、Ｆ2消費に起因する電圧上昇を監視し、電圧上昇がある閾値を超えたときにＦ2注入を行うことによって機能する。閾値は、注入後に初期電圧が回復されるように各消費サイクル間で調節され、この電圧はまた、特定の出力エネルギーの初期［Ｆ2］に対応すると仮定される。［Ｆ2］とΔΣ／ΔＶとの間の関連性は非線形であるので、初期電圧を回復させるつじつまの合う電圧上昇目標に到達するのに多数の注入が必要とされる。１０Ｍショットに１注入のときの２つの消費サイクルを示す模擬データが、図８Ｂに示されている。
ＳＳＩ法は、現在のΔΣ／ΔＶ値だけではなく基準ΔΣ／ΔＶ値にも影響する作動点変化の存在下で壊れることがある。ΔΣ／ΔＶ推定を利用して基準電圧を調節することによって、エネルギー目標変化にはかなり合理的に対処することができるが、レプレート及び負荷サイクル変化は、従来のＳＳＩアルゴリズムを混乱させることが知られている。この問題は、後の「連続性」セクションで対処されることになる。
【００３５】
このアルゴリズムは、ＳＳＩの基本概念を利用するものであるが、或る点では、従来と異なっている。注入時間を判断するためにＦ2消費に起因する電圧上昇に頼るのではなく、このアルゴリズムは、各注入にわたる電圧降下を監視して、［Ｆ2］とレーザ効率との間の関連性を判断するものである。注入量が分かっており、注入時間が短いので、この方法は、消費推定のベースとなるかなり正確な数値を与える。この計算に用いられる電圧値は、繰返し率及び出力パルスエネルギーのような作動条件が同一であるとき（注入の前後）に取られる。短い時間スケールは、他のレーザ作動条件が顕著に変化して、電圧変化計測に誤差をもたらす恐れを低減させる。Ｆ2注入に対するチャンバ作動電圧の高速応答を保証するために、少量の希ガス混合物を注入して、ガスマニホルドとチャンバとの間のガスラインに残っているＦ2ガスをチャンバの中に移動させることができる。
【００３６】
全ての電圧変化は、バースト平均電圧（ＢＡＶ）との異名をとる量に基づいており、その名が示すように、初期一時及び再入可能スラグを含む、バーストのあらゆるパルスのただの平均電圧である。この定義は、作動点変化が起こるときのバースト境界にわたるＢＡＶの変化を観測するのが容易なので、ここでは１００００パルスを上回る移動平均であることが好ましい。作動点は中間のバーストを変化させないので、バースト平均は、このアルゴリズムの自然粒度である。ＢＡＶはさらに、Ｎ−バースト移動窓を通じてフィルタリングされ、Ｎは、設定可能であるが、良好なアルゴリズム性能のために、おそらくは約２０バースト（Ｏ［２０］）のオーダーとなるであろう。
アルゴリズムに戻ると、注入にわたる電圧降下は、注入開始前のＢＡＶを記憶し、注入を行い、次いでＢＡＶを新しい平衡状態に安定させることによって計算される。
ΔＶ注入＝ＢＡＶ注入前−ＢＡＶ注入後      ［３］
【００３７】
消費感度ファクタ
所定の注入サイズ及び計測された電圧降下が、以下のように［ｋＰａ］／Ｖ単位の消費感度ファクタを計算するのに用いられる。
2005524996.tif 000004
このスケールファクタの２つの形態が上記に与えられており、２つ目の方は、電圧降下の平方根がとられている。電圧と［Ｆ2］との間の関連性が、ほぼ二次式となるように観測されることを認識すると、上記の第２の形態は、後の線形補正段階において良好な数値挙動を与えることになるが、これはまだ実践で証明されておらず、未解決の問題として残ることになる。
【００３８】
固定サイズの注入に対する所与のレーザの応答は、全く一定かつ再現可能であるべきである。各注入が行われる際に、最も新しい消費感度値
2005524996.tif 000005
は、システムの現行の値を更新するのに用いられる。
2005524996.tif 000006
これは単純に、計測値の低域フィルタリングを与えて、１つの注入から次の注入へのノイズの影響を低減させる。このように、消費感度ファクタは、その寿命にわたるレーザのＡＣＲを適応的に推定し、追跡するのに用いられ、制御システムにおける持続的パラメータとして維持される。
【００３９】
消費推定
上記で概説したように、消費感度ファクタは、消費サイクル中の電圧上昇ではなく、注入にわたる電圧降下から求められる。しかしながら、この同じスケールファクタは、双方向に適用されると想定される。注入以来の電圧上昇、ΔＶ上昇を追跡し、この電圧（又は電圧の平方根、ＴＢＤ）に消費スケールファクタを適用することによって、消費されたおおよそのＦ2量の推定値が与えられる。
2005524996.tif 000007
式［４］から［６］を組み合わせて、式［５］の低域フィルタリングを少しの間無視すると、電圧と［Ｆ2］との間の単純な関連性が明らかとなる。
2005524996.tif 000008
消費に伴う電圧上昇と注入に伴う電圧降下が全く等しい場合には、Ｆ2消費量が注入量に全く等しかったことを意味する。既存のＳＳＩアルゴリズムは、結果として初期基準電圧に戻る目標ΔＶ上昇を調節することによって、暗黙的にこの平衡状態を探す。
【００４０】
能動的消費速度
実際には、式［６］と、式［５］からのフィルタリングされた［Ｆ2］ΔVの推定に頼れば、所与のサイクルの間の実Ｆ2消費量の全く正確な推定がもたらされる。ここから、消費量を、最後のサイクルで発射された実際の放出数で割ることによって、新しい能動的消費速度推定を行うことができる。
2005524996.tif 000009
もちろん、この値は、低域フィルタリングされて、ＡＣＲの現行値を更新することになる。
ＡＣＲ＝ＡＣＲ＋ｋ×（ＡＣＲ最後−ＡＣＲ）      ［９］
この値は、レーザ室の第１ガスの寿命内に、レーザの寿命全体にわたってゆっくり変化する値に収束する必要がある。
【００４１】
消費目標
各注入決定は、式［１］に示すように、純粋にショットカウントと経過時間に基づいていることを想起されたい。しかしながら、所与のサイクルのＦ2消費目標量は、式［２］において分かるように調節可能であり、この目標値は、注入サイズに全く等しいものである必要はない。ＡＣＲＥアルゴリズムは、所与のサイクルのＦ2消費量を正確に推定するように設計されるので、そのサイクルの終了時の残りのＦ2を推定するのは簡単なことである。
［Ｆ2］残り＝［Ｆ2］注入サイズ−［Ｆ2］消費      ［１０］
この「残り」は、余剰のＦ2（例えば、前のＡＣＲが高すぎた場合）であるか、又はそれどころか不足の場合があることに注意されたい。特定の顧客においては、Ｆ2注入は、必ずしも要求されるとすぐに行われるわけではなく、結果として目標量より多いＦ2が消費される。ＡＣＲと残りとの両方の計算は、注入が要求されたときではなく、注入が実際に行われたときに基づくものであり、異常に時間のかかった注入の存在の下で適切な［Ｆ2］を維持するための機構を与える。
【００４２】
所与のサイクルの消費目標は、設定可能な注入サイズと、式［１０］の残りの計算から直接求められる。
［Ｆ2］目標＝［Ｆ2］注入サイズ＋ｃ×［Ｆ2］残り      ［１１］
式［１１］は、消費目標の残り項に対して信頼スケールファクタｃを用いている。シミュレーションから、残りの計算への盲目的な依存は、Ｆ2消費目標の望ましくない変動をもたらすことが分かった。所与の推定の信頼を確立する簡単な方法は、システムの最後のＡＣＲ値を現行のＡＣＲ値と比較することである。これらの値の近接した合致性は、現在の消費推定が信頼性のあるものであることを示唆し、大きな偏差は、推定の信頼性が欠乏していることを意味する。現在のシミュレーションは、次の消費目標を設定するときに残りの計算を用いるための固定の誤差閾値と、０又は０．５のいずれかの信頼スケールファクタを与える。
【００４３】
作動点変化（「連続性」）
先の解析は、消費サイクルの間の電圧上昇とＦ2注入後の電圧降下との両方の正確な計測を行うことに頼るものである。作動点変化のないとき、電圧上昇は、単調に増加する関数であり、ショットカウントの二乗にほぼ比例する。しかしながら、レーザ効率は、特定の作動点パラメータ、特に、エネルギー目標、レプレート及び負荷サイクルの変化に伴って変化する。標準ＳＳＩアルゴリズムは、実際には［Ｆ2］が全く影響を及ぼさないときに、これらの変化を、効率が上昇したか又は低下したかにそれぞれ応じて、Ｆ2追加又は消費と解釈する。
連続性の概念は、Ｆ2消費に起因する電圧変化が、作動点変化に起因する電圧変化（分）より顕著に長い時間スケール（時間）で起こるという事実を利用するものである。作動点変化を検出し、変化前のバースト平均電圧値を保存し、レーザを新しい電圧に設定するために待ち、次いで変化後のＢＡＶ値を記録するのは簡単なことである。観測された電圧のデルタは、上記の時間スケール引数に起因する作動点変化に完全に帰するものである。この変化にわたる連続的な電圧上昇（初期基準値からの）を維持することによって、ＳＳＩ機構を維持することができる。
【００４４】
これが実際にはどのように作用するのかを知るために、ＢＡＶの現行値と、消費サイクル開始時に定められた基準電圧との間の単なる差である、ΔＶ上昇の基本定義から始める。
ΔＶ上昇＝ＢＡＶ現行−Ｖ基準      ［１２］
作動点変化の直後に、現行のＢＡＶは、変化前の値に対し、電圧の階段状変化を呈する。
ＢＡＶ変化後＝ＢＡＶ変化前＋ΔＶ作動点変化      ［１３］
作動点変化にわたる連続的な電圧上昇は、基準電圧に電圧を階段状に加えることによって維持することができる。
ΔＶ上昇＝ＢＡＶ変化前−Ｖ基準
＝（ＢＡＶ変化前＋ΔＶ作動点変化）−（Ｖ基準＋ΔＶ作動点変化）    ［１４］
＝ＢＡＶ変化後−（Ｖ基準＋ΔＶ作動点変化）
所与の消費サイクルにおける多くの作動点変化は、以下のように、元の基準値からの単一の電圧のオフセットに吸収させることができる。
2005524996.tif 000010
Ｆ2消費に起因する電圧上昇を計算する目的のために、各消費サイクルの開始時に、新しい基準電圧が定められる。基準からの電圧のオフセットは、同時に再びゼロにされる。
【００４５】
第１の好ましいアルゴリズムの仕様
目的
本セクションの目的は、各状態のトップレベル状態図及び詳細なフローチャートを提供して、作動理論のセクションで概説したアルゴリズムを実行するための全ての論理を定義することである。全ての式及び記号は、（望ましくは）２つのセクション間で一致している。適切な箇所で、既存のプロトタイプコード及びシミュレーションに基づいて、アルゴリズムがどのように実行されるかについての案内が与えられる。図８Ｃは、Ｆ2注入アルゴリズムの概要図を与えるトップレベル状態図である。各状態は、それぞれ以下のセクションで議論される。
【００４６】
基本的作動状態
Ｆ2注入アルゴリズムの目的上、３つのレーザ作動状態、すなわち、再充填／注入、固定作動点、及び新作動点のみが存在する。通常の作動の間に、レーザは、その時間のほとんどを固定作動点で費やし、幾つかの固定作動条件で稼動するが、Ｆ2注入アルゴリズムは、バースト平均電圧の移動平均を単純に監視する。この状態を最初に議論する。
【００４７】
固定作動点
この好ましいアルゴリズムの、固定作動点状態をカバーする部分の概要を、図８Ｄに示す。既に説明したように、作動条件がバースト内で固定されるので、このアルゴリズムの自然粒度はバーストレベルにある。各バースト間で、バースト平均電圧は、そのバーストの全てのパルスの個々の高電圧設定点から計算されなければならない。さらに、バースト平均エネルギーは、ＭＯ及びＰＡチャンバの両方に関して計算されることが提案される。この平均は、データの幾つかのフィルタリングを与え、バースト過渡電圧、終止電圧、又はバーストの電圧目標の間を区別する必要性を除外する。プロトタイプコードにおいては、バースト平均電圧は、他のパルス毎の処理へのオンライン追加として計算され、バースト間でのみ実行されるルーチンに送られる。バースト平均電圧は、データの付加的なスムージングを与える移動平均フィルタに通される。電圧上昇は、各バーストの終了時に計算され、作動点変化又は注入要求が生じる場合に、手動で又は自動的にその値を利用できるようにされる。
【００４８】
各バースト間で、Ｆ2注入が必要とされるかどうかを判断するために２つのステップがとられる。最初に、前の注入以来の推定［Ｆ2］消費量が、ショットカウント（能動的消費）と経過時間（受動的消費）との組み合わせから計算される。次いで、この値が消費目標と比較される。目標量より多いＦ2が消費された場合、注入が要求される。顧客に応じて、注入が直ちに開始される（結果として再充填／注入状態への移行が起こる）か、又は注入要求が受諾されるまでアルゴリズムが待つことになる。後者の場合、Ｆ2アルゴリズムは、「固定作動点」状態における正常状態として作動し続けることになり、電圧上昇と［Ｆ2］消費を監視する。顧客のハードウェアによって注入信号が与えられるとき、再充填／注入への移行が起こることになる。このようにして、消費されたＦ2と、消費に起因する電圧上昇の正確な計上が維持されることになる。
【００４９】
再充填／注入
この再充填／注入状態は、各Ｆ2消費サイクルの開始点を与える。この状態の始めに、能動的消費速度として用いられる値と共に、そのサイクルの［Ｆ2］消費目標が設定される。これらの値の両方は、全てのサイクルに関して固定される。
図８Ｅの状態フローチャートから分かるように、その状態に入った後に再充填と注入のどちらが要求されるかに応じて、異なるアクションがとられる。再充填の場合には、消費目標は、（固定）注入サイズに等しく、ＡＣＲは、持続的メモリから読み取られる。消費サイクルがちょうど完了し、この状態が注入に入る場合には、消費目標は、注入サイズと、前のサイクルからの残りの［Ｆ2］推定との組合せから計算される。前のサイクルの間の電圧上昇は、能動的消費速度を更新するのに用いられる。この新しいＡＣＲは、次のサイクルのために用いられる。
このアルゴリズムにおいては、消費量を計算するために２つの異なる方法が用いられることに注意されたい。消費サイクルの間、次の注入のタイミングをはかる目的のために、ＡＣＲ×ショットカウント＋ＰＣＲ×経過時間を用いてＦ2消費量が求められる。再充填／注入状態においては、代わりに、電圧上昇×注入感度が用いられる。アルゴリズムが収束するとき、これらの値は全て互いに一致する。しかしながら、これを実現するＡＣＲの値を見つけることが、注入状態のジョブである。
【００５０】
実際のＦ2注入は、状態入口コードブロックにおける小さな「Ｆ2注入を行う」ブロックによって示されるように、再充填／注入状態にあるときに起こる。この時点で、基本的な観点から、すなわち弁Ａを開き、管の中にガスを流し、弁Ａを閉じるといったことから、実際にＦ2注入をどのようにして行うかを説明する、別の文書の詳細な図を参照する。
次のサイクルの［Ｆ2］目標及びＡＣＲが決定された後、再充填／注入状態の主な目的は、それに対して電圧上昇が計測されることになる基準電圧を定めることである。これは、幾つかの数のバースト（設定可能であるが、恐らくはＯ［５０］）のバースト平均電圧の移動平均を監視することによって行われる。バーストが規定された数を超えたとき、基準電圧が設定され、状態出口コードが実行される。
注入後に、この状態の出口コードが、Ｆ2消費感度の内部推定、［Ｆ2］ΔVを更新する。この値は、追加されたＦ2と電圧降下とのただの比である。簡単な低域フィルタがデータに適用されて、１つの注入から次の注入への計測が滑らかにされる。
【００５１】
新作動点
図８Ｆに図示されるような新作動点状態の部分は、作動点、すなわち、エネルギー設定点、レプレート、バースト長さ及びバースト間隔の組み合わせの変化を取り扱い、それを消費速度推定器に投げ込むことができる。これらのパラメータのいずれか１つにおける変化によって、バースト平均電圧が階段状に変化することになるので、Ｆ2減損に起因する電圧上昇を適正に追跡するために、この作用を補正することが必要である。基本的な機構は、再充填／注入状態において基準電圧を求めるのに用いられるのと同じである。バースト平均電圧の移動平均は、規定された数のバーストに関して追跡される。この数を超えたとき、作動点変化に起因する電圧変化が計算され、この変化が基準電圧オフセットに加えられる。
【００５２】
トップレベル状態遷移図に立ち返ると、再充填／注入から新作動点への経路が存在する。この経路は、注入直後に基準電圧が定められるより前に作動点変化が起こる場合にたどることになる。その場合、正しい挙動は、収束された基準電圧を要求することになる消費感度ファクタを更新しないことであり、かつ新作動点ハンドルに新しいサイクルの基準電圧を定めさせることである。いずれにしても、出口条件を満たせば、新作動点は、常に固定作動点へと移行する。
【００５３】
実施上の注意
収束出口基準
現在のアルゴリズム仕様においては、再充填／注入状態と新作動点状態との両方は、新しいバースト平均電圧を定めるために固定のバーストカウントを要求する出口基準を有する。より洗練された出口条件チェックは、再充填／注入又は作動点変化のいずれかの後のバースト平均電圧の勾配を監視し、勾配が規定された閾値より下に落ちるときに、定められるべき適切な基準電圧を宣言することである。これは、アルゴリズムが、再充填／注入又は新作動点のいずれにおいても時間を長くかけ過ぎなかったことと、電圧が依然として整定されている間、電圧上昇を求めるのに用いられる基準電圧が定められなかったことを保証する。
【００５４】
作動点変化の検出
重要な作動点パラメータのいずれかがバースト間で変化したかどうかを判断するために、簡単な関数を用いることができる。偽検出を避けるために、プロトタイプコードが、呼び出される新作動点をトリガすることになるパーセント変化閾値を設定する。例えば、状態遷移が開始されるには、５％より大きいエネルギー設定点変化、２％より大きいレプレート変化、又は１０％より大きいバースト間隔変化が要求されるであろう。また、この変化は、それが一度きりの変化、校正バースト又はウエーハ変化ではなかったことを保証するために、幾つかのバーストに及ぶものであることが要求される。
【００５５】
状態共通コード
これらの全ての状態は、共通して、バースト平均電圧を計算し、バースト平均電圧の移動平均を更新するための、中間データ処理ループを有する。実施上の問題として、バースト平均の計算は、他の理由のために種々のパラメータの現行の平均が既に維持されているので、ＬＣＰのその他の部分によって行われてもよい。その場合、Ｆ2注入アルゴリズムは、単純に最も新しいＢＡＶ値を受け取り、移動平均を更新し、作動状態に基づいてその他のアクションが必要とされるかどうかを確認する。
【００５６】
コーナーケース
・顧客が注入を行う度に作動条件を変化させた場合、電圧感度ファクタが更新されることはない。
・新作動点状態は作動点変化をチェックしないので、立て続けに多数の作動点変化が見逃されることがある。正しい挙動は、作動点変化をチェックすることであろう。
【００５７】
第２の好ましいＦ2注入アルゴリズム
２室の場合
本出願人は、試験を通じて、前述の第１の好ましいアルゴリズムは、単一室レーザシステムにおいて非常に上手く機能することを突き止めた。しかしながら、このアルゴリズムは、Ｆ2を注入する目的のために主発振器を電力増幅器に従属させることができる２室ＭＯＰＡシステムも想定している。実際には、本出願人は、この想定は、主発振器Ｆ2注入の別個の制御を与えなければならないことを意味するので、良いものでもないことを突き止めた。
従って、本出願人は、以下に、２室ＭＯＰＡシステムに用いるための第２の好ましいアルゴリズム仕様を提供する。先の第１の好ましいアルゴリズム仕様の「作動理論」と題する概説は、この第２の仕様の説明にも当てはめることができる。
【００５８】
第２の好ましいアルゴリズムの仕様
目的
このセクションの目的は、各状態のトップレベル状態図及び詳細なフローチャートを提供して、作動理論のセクションで概説したアルゴリズムを実行するための全ての論理を定義することである。全ての式及び記号は、（望ましくは）２つのセクション間で一致している。適切な箇所で、既存のプロトタイプコード及びシミュレーションに基づいて、アルゴリズムがどのように実行されるかについての案内が与えられる。
図９Ａは、Ｆ2注入アルゴリズムの概要図を与えるトップレベル状態図である。各状態は、それぞれ以下で議論される。
【００５９】
共通コード
図９Ｂに示すように、この好ましいＦ2注入アルゴリズムは、各バースト間で行われる特定のアクションに頼るものである。これらのアクションは、バースト平均電圧及びエネルギー（ＭＯ及びＰＡの両方）、サイクルの間の現在のＦ2消費推定、作動点が変化したかどうか、及び手動注入が要求されるかどうかを監視する簿記機能に関連する。どんなＦ2注入モード（Ｃ１５２：自動、ＥＣＩ、手動）が設定されるかに関係なく、これらのタスクは、Ｆ２Ｉ関数が呼び出される度に行われるべきである。この共通コードを状態マシンの外に引き出すことによって、注入アルゴリズムを実行する必要なしに、レーザ制御パドルが関連するＦ2情報を与えることが保証される。
【００６０】
既に説明したように、作動条件がバースト内で固定されるので、このアルゴリズムの自然粒度はバーストレベルにある。各バースト間で、バースト平均電圧は、そのバーストの全てのパルスの個々の高電圧設定点から計算されなければならない。さらに、バースト平均エネルギーは、ＭＯ及びＰＡチャンバの両方に関して計算されることが提案される。この平均は、データの幾つかのフィルタリングを与え、バースト過渡電圧、終止電圧、又はバーストの電圧目標の間を区別する必要性を除外する。プロトタイプコードにおいては、バースト平均電圧は、他のパルス毎の処理へのオンライン追加として計算され、バースト間でのみ実行されるルーチンに送られる。バースト平均電圧は、データの付加的なスムージングを与える移動平均フィルタに通される。電圧上昇は、各バーストの終了時に計算され、作動点変化又は注入要求が生じる場合に、手動で又は自動的にその値を利用できるようにされる。バースト平均エネルギー及びＢＡＥ移動平均は、全く同じ方法で計算される。これらの値は、近い将来に、チャンバＦ2注入を独立して調節するハンドルに必要とされることになる。
【００６１】
各バースト間において、レーザ制御パドルか又はステッパ／スキャナインターフェースから手動注入が外部的に与えられたか否かを確認するためにチェックが行われる。これは、アルゴリズムからの注入要求に応答したものであり、その場合、自動注入実行の「ＯＫ」として取り扱われる。
前の注入以来の推定［Ｆ2］消費量が、放出カウント（能動的消費）と経過時間（受動的消費）との組み合わせから各バースト間で計算される。この値は、各チャンバについてパドル上で利用可能であり、自動注入が必要とされるかどうかを判断するためにＦ2注入状態マシンによって用いられる。
Ｆ2注入アルゴリズムの種々の作動状態は、ワンス・パー・バースト（ｏｎｃｅ  ｐｅｒ  ｂｕｒｓｔ）と呼ばれる単純な状態マシンによって取り扱われる。３つのＦ2レーザ作動状態、すなわち、再充填／注入、固定作動点、及び新作動点のみが存在する。通常の作動の間に、レーザは、その時間のほとんどを固定作動点で費やし、幾つかの固定作動条件で稼動するが、Ｆ2注入アルゴリズムは、バースト平均電圧の移動平均を単純に監視する。この状態を最初に議論する。
【００６２】
固定作動点
図９Ｃに示すようなアルゴリズムの「固定作動点」部分は、２つの条件をチェックすること以外にすることは非常に少ない状態である。最初に、作動点変化が検出された場合、「新作動点」への移行が起こる。この状態は、「作動理論」において説明された電圧上昇の「連続性」部分を取り扱う。第２に、最も新しい推定［Ｆ2］消費が、現在のサイクルの消費目標と比較される。目標量より多いＦ2が消費された場合、注入が要求される。顧客に応じて、注入が直ちに開始されるか（結果として再充填／注入状態への移行が起こる）、又は注入要求が受諾されるまでアルゴリズムが待つことになる。後者の場合、Ｆ2アルゴリズムは、「固定作動点」状態における正常状態として作動し続けることになり、電圧上昇と［Ｆ2］消費を監視する。顧客のハードウェアによって注入信号が与えられるとき、再充填／注入への移行が起こることになる。このようにして、消費されたＦ2と、消費に起因する電圧上昇の正確な計上が維持されることになる。
【００６３】
再充填／注入
図９Ｄ及び９Ｅに示されるようなアルゴリズムのこの再充填／注入状態は、各Ｆ2消費サイクルの開始点を与える。この状態の始めに、能動的消費速度として用いられる値と共に、そのサイクルの［Ｆ2］消費目標が設定される。これらの値の両方は、全てのサイクルに関して固定される。
実際のＦ2注入は、状態入口コードブロックにおける小さな「Ｆ2注入待ち」ブロックによって示されるように、再充填／注入状態にあるときに起こる。この時点で、基本的な観点から、すなわち弁Ａを開き、管の中にガスを流し、弁Ａを閉じるといったことから、実際にＦ2注入をどのようにして行うかを説明する、別の文書の詳細な図を参照する。
図９Ｄ及び９Ｅの状態フローチャートから分かるように、その状態に入った後に再充填と注入のどちらが要求されるかに応じて、異なるアクションがとられる。再充填の場合には、消費目標は、（固定）注入サイズに等しく、ＡＣＲは、持続的メモリから読み取られる。消費サイクルがちょうど完了し、この状態が注入に入る場合には、消費目標は、注入サイズと、前のサイクルからの残りの［Ｆ2］推定との組合せから計算される。前のサイクルの間の電圧上昇は、能動的消費速度を更新するのに用いられる。この新しいＡＣＲは、次のサイクルのために用いられる。
【００６４】
このアルゴリズムにおいては、消費量を計算するために２つの異なる方法が用いられることに注意されたい。消費サイクルの間、次の注入のタイミングをはかる目的のために、ＡＣＲ×ショットカウント＋ＰＣＲ×経過時間を用いてＦ2消費量が求められる。再充填／注入状態においては、代わりに、電圧上昇×注入感度が用いられる。アルゴリズムが収束するとき、これらの値は全て互いに一致する。しかしながら、これを実現するＡＣＲの値を見つけることが、注入状態のジョブである。
次のサイクルの［Ｆ2］目標及びＡＣＲが決定された後、再充填／注入状態の主な目的は、それに対して電圧上昇が計測されることになる基準電圧を定めることである。これは、幾つかの数のバースト（設定可能であるが、恐らくはＯ［５０］）のバースト平均電圧の移動平均を監視することによって行われる。バーストが規定された数を超えたとき、基準電圧が設定され、状態出口コードが実行される。
注入後に、この状態の出口コードが、Ｆ2消費感度の内部推定、［Ｆ2］ΔVを更新する。この値は、追加されたＦ2と電圧降下とのただの比である。簡単な低域フィルタがデータに適用されて、１つの注入から次の注入への計測が滑らかにされる。
【００６５】
新作動点
図９Ｆに図示されるようなアルゴリズムの新作動点状態の部分は、作動点、すなわち、エネルギー設定点、レプレート、バースト長さ及びバースト間隔の組み合わせの変化を取り扱い、それを消費速度推定器に投げ込むことができる。これらのパラメータのいずれか１つにおける変化によって、バースト平均電圧が階段状に変化することになるので、Ｆ2減損に起因する電圧上昇を適正に追跡するために、この作用を補正することが必要である。基本的な機構は、再充填／注入状態において基準電圧を求めるのに用いられるのと同じである。バースト平均電圧の移動平均は、規定された数のバーストに関して追跡される。この数を超えたとき、作動点変化に起因する電圧変化が計算され、この変化が基準電圧オフセットに加えられる。
【００６６】
トップレベル状態遷移図に立ち返ると、再充填／注入から新作動点への経路が存在する。この経路は、注入直後に基準電圧が定められるより前に作動点変化が起こる場合にたどることになる。その場合、正しい挙動は、収束された基準電圧を要求するであろう消費感度ファクタを更新しないことであり、かつ新作動点ハンドルに新しいサイクルの基準電圧を定めさせることである。いずれにしても、出口条件を満たせば、新作動点は、常に固定作動点へと移行する。
新作動点からそれ自体に戻る有効な経路も存在する。多数の相次ぐ作動点変化の場合には、バースト・イン・ステート・カウンタがリセットされ、電圧変化を計算する新しい試みがなされる。この場合の旧作動点は、最後の有効な固定作動点であり続ける。レーザが最終的に一貫した新作動点に行き着く限り、最後の電圧変化のみが重要となる。しかしながら、それに時間がかかりすぎる場合には、変化の間に消費されるＦ2の量は僅かであるという基礎的前提に背くことになる。この条件を検出するために、カウンタがインクリメントされるべきである。カウンタが立て続けに或る数を超える場合には、その注入サイクルについての電圧追跡を断念するべきである。
【００６７】
実施上の注意
収束出口基準
現在のアルゴリズム仕様においては、再充填／注入状態と、新作動点状態との両方は、新しいバースト平均電圧を定めるために固定のバーストカウントを要求する出口基準を有する。より洗練された出口条件チェックは、再充填／注入又は作動点変化のいずれかの後のバースト平均電圧の勾配を監視し、勾配が規定された閾値より下に落ちるときに、定められるべき適切な基準電圧を宣言することである。これは、アルゴリズムが、再充填／注入又は新作動点のいずれにおいても時間を長くかけ過ぎなかったことと、電圧が依然として整定されている間、電圧上昇を求めるのに用いられる基準電圧が定められなかったことを保証する。
【００６８】
作動点変化の検出
重要な作動点パラメータのいずれかがバースト間で変化したかどうかを判断するために、簡単な関数を用いることができる。偽検出を避けるために、プロトタイプコードが、呼び出される新作動点をトリガすることになるパーセント変化閾値を設定する。例えば、状態遷移が開始されるには、５％より大きいエネルギー設定点変化、２％より大きいレプレート変化、又は１０％より大きいバースト間隔変化が要求されるであろう。また、この変化は、それが一度きりの変化、校正バースト又はウエーハ変化ではなかったことを保証するために、幾つかのバーストに及ぶものであることが要求される。
【００６９】
信頼推定
レーザが長時間にわたって固定の作動条件で稼動しているとき、典型的なＦ2減損の電圧パターンは、能動的消費速度推定を適応的に調整する非常に一貫した方法を与える。しかしながら、レーザの作動条件が変わるか又はアイドル状態になる度に、より多くの誤差がアルゴリズムに導入される。これを考慮に入れる１つの可能な方法は、単純な信頼推定である。各作動点変化において、信頼度は、１００％の可能な開始時信頼度から、例えば１０％減少される。注入が行われるときに、最新のＡＣＲ推定に重み付けするために信頼度が用いられる。作動点変化が多い、オフタイムが長い、電圧パターンが一貫していない、といったように信頼度が低い場合には、システムＡＣＲを更新するときに、新しい推定には僅かに重み付けされる。信頼度が高い場合には、最新のＡＣＲが、より重く重み付けされる。この特徴は、アルゴリズムへの将来的な修正となるであろう。
コーナーケース
・顧客が注入を行う度に作動条件を変化させた場合、電圧感度ファクタが更新されることはない。
【００７０】
タイミングに基づくＦ2濃度の制御
本出願人は、図５Ａに示されるような主発振器Ｃｐキャパシタ８２のゼロ電圧交差間の時間差とＭＯ光アウトが、Ｆ2濃度のみに強く依存する関数であることを見出した。従って、この時間差は、主発振器のＭＯチャンバのＦ2濃度を監視し、その濃度を所望のレベルに又は所望の範囲内に制御するのに用いることができる。図１２Ａは、放電中のＭＯピーキングキャパシタ電圧の典型的なグラフ１００と、それに対応するＭＯ光アウト強度のグラフ１０２を示す。本出願人は、ゼロ交差時間１０４と、１０６で示されるような相対強度の交差時間（この場合には最大強度の１０％）との間の時間差を計測する。この遅延時間はΔＴと付されている。
図１２Ｂは、３４ｋＰａから４０ｋＰａまでの、ＰＡとＭＯとの両方のＦ2濃度の変化の影響を示す。図１２Ｃは、ＭＯのＦ2濃度が変化するがＰＡのＦ2濃度が一定に保たれているときの影響を示す。
【００７１】
これらのデータは、遅延データが、主発振器におけるＦ2濃度の良好な指標であり、ＰＡにおけるＦ2濃度の良好な指標ではないことを示している。本出願人は、実験を通じて、充電電圧（及びパルスエネルギー）、繰返し率、及び負荷率がΔＴに及ぼす影響は、ＭＯのＦ2濃度に比べて、比較的極めて小さいことを示した。従って、主発振器におけるＦ2濃度を制御する好ましい方法は、一連の試験を行って最も望ましいＭＯ出力特性をもたらすＦ2濃度を求め、目標濃度におけるゼロ交差点と光アウトについて計測されたΔＴ値を設定し、作動中にＦ2濃度をそのΔＴ値の所望の範囲内に制御することである。これは、公知の技術を用いて制御が十分に自動化されるようにプログラムすることができる。
【００７２】
原子放出Ｆ2モニタ
本出願人は、ＡｒＦ、ＫｒＦ及びＦ2レーザ中のフッ素濃度の分光学的計測方法を開発した。この技術は、ＭＯチャンバが最も望ましいＦ2濃度で作動することを保証するために、ＰＡとは無関係に、ＭＯ中のＦ2濃度を制御するのに用いることができる。
好ましい実施形態が図１０Ａに示されている。この場合には、普通は、逃げた光が、図６に示すようにＭＯ  ＬＮＭの第１ビーム拡大プリズム１１２ａの表面に反射して、ＬＮＭケーシングの小さな穴を通り、最大反射（２４８ｎｍにおいて）ミラーを通って、フィルタ光学系ピックアップによってピックアップされ、Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な小型フィルタ光学分光計のような小さな分光計に伝達される（特定の波長を反射させるように設計されたミラーは、その他の多くのスペクトルバンドを透過させる）。従って、分光計は、全放電領域からの光を見る。フッ素濃度は、好ましくは１つ又はそれ以上のネオン線である既知濃度のガスの１つ又はそれ以上の原子スペクトル線と比べたときの、１つ又はそれ以上の原子フッ素スペクトル線の強度の割合によって求められることが好ましい。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、利用可能なフッ素及びネオン線の幾つかの例を示す。図１０Ｂ及びＣのチャートにおいては、Ｆ2濃度は２６．５ｋＰａであり、図１０Ｃのチャートにおいては、Ｆ2濃度は２４ｋＰａである。６８５．６ｎｍの線を、６９２．９ｎｍのＮｅ線と比較した。図１０Ｄに示すように、比の比は、図１０Ｂの場合のフッ素が図１０Ｃの場合のフッ素より１．１１３多かったことを示した。実際の比は１．１０４であった。これは、約１パーセントの誤差を意味する。同じセットアップを、線幅狭小化ＡｒＦ主発振器チャンバにおけるＦ2濃度を監視するのに用いることができる。同様のセットアップを、Ｆ2ＭＯＰＡシステムにおける線選択された主発振器に用いることができる。この技術はまた、単一室レーザシステム線幅狭小化及びブロードバンドに用いることができる。
【００７３】
弱い線と強い線との比に基づく注入
前述のように、図４に示された基本的レーザシステムは、１５７．６３ｎｍビームを作動させるＦ2レーザシステムとして構成することができる。こうしたシステムの詳細な説明は、引用によりここに組み入れる米国特許出願番号１０／２４３，１０１において与えられる。その特許出願に記載されるように、本出願人は、Ｆ2ＭＯＰＡシステムの主発振器が、１５７．５２ｎｍにおける厄介な弱いフッ素スペクトル線を事実上除去して、１５７．６３ｎｍにおける実質的に純粋な出力ビームを生成させ、それと同時にＭＯＰＡシステムの電力増幅器を適切にシードするのに十分な出力を生成させるのに十分なだけ低いＦ2分圧で作動可能であることを見出した。従って、Ｆ2レーザシステムの場合には、ＭＯのＦ2分圧を制御するための好ましい技術は、２つのスペクトル線と出力エネルギーを継続的に又は周期的に監視することと、ＭＯにおける分圧を、強い線と弱い線との比が帯域幅要求を満たすのに十分なだけ大きくなり、かつＭＯパルスエネルギー出力が電力増幅器を適切にシードするのに十分なだけ大きくなるレベルに維持することである。
【００７４】
可変帯域幅制御
前述のように、本発明のこの好ましい実施形態は、従来のエキシマレーザ帯域幅より顕著に狭いレーザパルスを与える。或る場合には、帯域幅は、非常に短い焦点深度をもつ所望の焦点を与える場合よりもさらに狭い。或る場合には、良好なリソグラフィの結果は、より大きな帯域幅と共に得られる。従って、或る場合には、帯域幅を仕立てる技術が好ましいであろう。こうした技術は、引用によりここに組み入れる米国特許第０９／９１８，７７３号及び第０９／６０８，５４３号に詳細に記載されている。この技術は、コンピュータモデリングを使用して、特定のリソグラフィ結果のために好ましい帯域幅を求め、次いで、図１６Ｂ１及び図１６Ｂ２に示されるＰＺＴチューニングミラー制御と共に利用可能な非常に高速の波長制御を用いて、パルスのバーストの間のレーザ波長を迅速に変化させて、所望のスペクトル形状を模擬することに関係している。この技術は、集積回路に比較的深い穴を形成するのに特に有用である。
【００７５】
パルスエネルギー、波長、及び帯域幅の制御
集積回路リソグラフィに用いられる従来のエキシマレーザは、レーザ光パラメータの厳しい指定を受ける。これは、典型的には、全てのパルスについてのパルスエネルギー、帯域幅及び中央波長の計測と、パルスエネルギー及び帯域幅のフィードバック制御を要求する。従来のデバイスにおいては、パルスエネルギーのフィードバック制御は、パルス毎に行われている、すなわち、各パルスのパルスエネルギーは、結果として得られるデータをすぐ後のパルスのエネルギーを制御するための制御アルゴリズムに使用できるようにするのに十分なほど迅速に計測される。１０００Ｈｚのシステムでは、これは、次のパルスのための計測及び制御にかかる時間が、１／１０００秒より少なくなければならないことを意味する。４０００Ｈｚのシステムでは、速度が４倍速くされる必要がある。中心波長を制御し、波長及び帯域幅を計測する技術が、米国特許第５，０２５，４５５号及び米国特許第５，９７８，３９４号に記載されている。これらの特許を引用によりここに組み入れる。波長計の更なる詳細は、同じく引用によりここに組み入れる、同一出願人に譲渡された米国特許出願番号１０／１７３，１９０に記載されている。
【００７６】
この好ましい実施形態のビームパラメータの制御はまた、出力ビームの波長及び帯域幅が主発振器１０における条件によって設定され、一方、パルスエネルギーが電力増幅器１２における条件によって主に決定されるという点で、従来のエキシマ光源設計とは異なる。好ましい実施形態においては、波長帯域幅はＳＡＭ９において計測される。この帯域幅計測用のＳＡＭの装置は、上記で引用した特許及び特許出願において説明されるようなエタロンと線形ダイオードアレイを使用するものである。しかしながら、非常に良好な画像分解能を与えるために、非常に小さい重ならないスペクトル範囲を有するエタロンが用いられる。パルスエネルギーは、ＬＡＭとＳＡＭとの両方において監視され、また、スキャナで監視されてもよい。いずれの場合にも、上記の特許及び特許出願に記載されるようなパルスエネルギーモニタが用いられる。これらのビームパラメータはまた、電力増幅器の出力、主発振器の出力、及びステッパ／スキャナへの入力といった他の場所で計測することもできる。
【００７７】
パルス伸張器
集積回路スキャナマシンは、製作するのが難しく且つ何百万ドルものコストがかかる大きなレンズを備える。これらの非常に高価な光学部品は、何十億もの高強度の紫外線パルスによって劣化を起こす。光損傷は、レーザパルスの強度の増加に伴って増加することが知られている（すなわち、光パワー（エネルギー／時間）／ｃｍ2又はｍＪ／ｎｓ／ｃｍ2）。これらのレーザからのレーザ光の典型的なパルス長さは約２０ｎｓであるので、５ｍＪのビームは、約０．２５ｍＪ／ｎｓのパルスパワー強度を有することになる。パルス持続時間を変化させることなくパルスエネルギーを１０ｍＪまで増加させることによって、パルスパワーが約０．５ｍＪ／ｎｓまで倍増されることになり、それはこれらの高価な光学部品の有効寿命を著しく縮めることになる。本出願人は、パルス長を約２０ｎｓから５０ｎｓ以上にまで実質的に増加させて、スキャナ光学系の劣化速度の減少を与えることによって、この問題を回避した。このパルス伸張は、図４に示すようなパルス伸張ユニット１２と共に達成される。ビーム分割器１６は、約６０パーセントの電力増幅器出力ビーム１４Ｂを、４つの集束ミラー２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄによって作り出された遅延経路の中に反射させる。ビーム１４Ｂの各パルスの４０パーセント透過部分は、ビーム１４Ｃにおける対応する伸張されたパルスの第１ハンプとなる。伸張されたビーム１４Ｃは、ビーム分割器１６によってミラー２０Ａに向けられ、該ミラー２０Ａが反射部分を点２２に集束する。次いで、ビームが拡大され、ミラー２０Ｂから反射されて、拡大されたビームが平行ビームに変換され、ミラー２０Ｃに向けられて、該ビームが再び点２２に集束される。次いで、このビームは、２０Ｂのミラーと同様のミラー２０Ｄによって反射されて、拡大されたビームが平行光ビームに変化され、ビーム分割器１６に向けられて、そこで第１の反射光の６０パーセントが反射されて、この出力ビーム１４Ｃにおけるパルスの第１透過部分と完全に揃えられ、レーザパルスにおける第２ハンプのほとんどとなる。反射されたビームの４０パーセントは、ビーム分割器１４を透過し、第１の反射されたビームの経路を正確に追従して、伸張されたパルスにおける付加的な小さいハンプをもたらす。結果は、パルス長さにおいて約２０ｎｓから約５０ｎｓまで伸張された、伸張されたパルス１４Ｃである。
【００７８】
この実施形態における伸張されたパルス形状は、２つの大きなほぼ等しいピーク１３Ａ及び１３Ｂを有し、最初の２つのピークは時間とともより小さく漸減するピークとなる。伸張されたパルスの形状は、異なるビーム分割器を用いることによって修正することができる。本出願人は、約６０パーセントを反射させるビーム分割器が、「時間積分二乗（ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｑｕａｒｅ）」パルス長さ、すなわち「ＴＩＳ」として知られているパラメータによって計測されたときにパルスの最大伸張を与えることを突き止めた。このパラメータの用途は、異形パワーを有するパルスの有効なパルス持続時間ｖｓ時間の曲線を求める技術である。ＴＩＳは、以下のように定義され、
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式中、Ｉ（ｔ）は、時間の関数としての強度である。
【００７９】
ビームのプロファイル及び広がり特性を維持するために、ビームを遅延伝搬経路に通るように向けるミラーは、ユニット拡大焦点望遠鏡としても働くイメージングリレーシステムを形成しなければならない。この理由は、エキシマレーザ光に固有の広がりがあるためである。ビームがイメージングされることなく遅延経路を通るように向けられた場合には、ビームは、ビーム分割器において再結合されるとき、元のビームとは異なるサイズとなるであろう。パルス伸張器のイメージングリレー及び無限焦点望遠鏡機能をもたらすために、ミラーは、遅延経路の長さによって決まる特定の曲率半径をもつように設計される。ミラー２０Ａと２０Ｄとの間の隔離距離は、ミラーの凹面の曲率半径に等しく、全遅延経路の１／４に等しい。
伸張されたパルスにおける最初の２つのピークの相対的強度は、ビーム分割器の反射率設計によって修正することができる。また、ビーム分割器の設計、それによりパルス伸張器の出力ＴＩＳは、ビームリレーシステムの効率に依存し、それにより出力ＴＩＳも、イメージングリレーミラーの反射率の大きさ、及びビーム分割器における損失量に左右される。結像リレーミラーの反射率が９７％で、ビーム分割器における損失が２％である場合、ＴＩＳの最大の増幅は、ビーム分割器の反射率が６３％であるときに生じる。
【００８０】
パルス伸張器の位置合わせには、４つのイメージングリレーミラーのうち２つが調節可能であることが要求される。２つの調節可能なミラーの各々は、全部で４つの自由度を生み出すチップチルト調節を有する。システムの共焦点設計のために、２つの調節可能なミラーがシステムの両端に配置されることが必要とされる。自己位置合わせ式パルス伸張器を作るためには、必要とされる４つの自由度の自動調節と、位置合わせを特徴付けるフィードバック情報を与えることができる診断システムが要求される。位置合わせ特性を適格とすることができるこうした診断システムの設計は、パルス伸張器の近視野及び遠視野出力の両方を撮像することができる撮像システムを要求する。２つの平面（近視野及び遠視野）におけるサブパルスと元のパルスとの重なりを試験することによって、ミラーを自動調節して出力を生成するのに必要な情報を有することになり、サブパルスの各々は、元のパルスと共直線の形で伝搬する。
【００８１】
リレー光学系
この好ましい実施形態においては、主発振器８の出力ビーム１４Ａは、電力増幅器１０を通る２つのパスによって増幅されて、出力ビーム１４Ｂを生成する。これを達成する光学部品は、本出願人が名付けた主発振器波面エンジニアリングボックス、ＭＯ  ＷＥＢ、２４と、電力増幅器波面エンジニアリングボックス、ＰＡ  ＷＥＢ、２６と、ビーム反転器、ＢＲ、２８といった３つのモジュール内に収容される。これらの３つのモジュール、並びに線幅狭小化モジュール８Ｂ及び出力カプラ８Ａは、放電室８Ｃ及び電力増幅器１０の放電室とは関係なしに、単一の垂直光テーブル上に全て設置される。音響ショック及びファン回転によって引き起こされるチャンバ振動は、光部品から隔離されなければならない。
【００８２】
主発振器の線幅狭小化モジュールの光学部品と出力カプラは、この実施形態においては、背景技術セクションで言及した従来のリソグラフィレーザ光源のものと実質的に同一である。線幅狭小化モジュールは、３ないしは４つのプリズムビーム拡大器と、超高速応答調整ミラーと、リットロウ（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で配置された格子とを含む。出力カプラは、ＫｒＦシステムの場合には出力ビームの２０パーセント、ＡｒＦの場合には約３０パーセントを反射させ、残りを透過させる、部分反射ミラーである。主発振器８の出力は、線中心解析モジュール、ＬＡＭ７において監視され、ＭＯ  ＷＥＢ２４に通される。ＭＯ  ＷＥＢは、出力ビーム１４ＡをＰＡ  ＷＥＢに正確に向けるために、全反射（ＴＩＲ）プリズムと、位置合わせ部品とを備える。図４に示されるようなＴＩＲプリズムは、９０パーセントより高い効率で、高強度の紫外線放射の下では典型的には劣化する反射コーティングを必要とすることなく、レーザ光を９０度方向変換することができる。或いは、ＴＩＲプリズムの代わりに、耐久性のある高反射コーティングを有する第１表面ミラーを用いることができる。
【００８３】
ＰＡ  ＷＥＢ２６は、レーザ光１４Ａを、電力増幅器利得媒質を通る第１パスの中に向けるために、ＴＩＲプリズムと位置合わせ部品（図示せず）を備える。或いは、前述のように、高反射コーティングを有する第１表面ミラーを、ＴＩＲプリズムに置き換えることができる。ビーム逆転器モジュール２８は、全反射に依存し、それにより光コーティングを必要としない、２つの反射ビーム逆転プリズムを備える。Ｐ−偏光ビームがプリズムを出入りする面は、レーザ反射を最小にして、プリズムの効率をほぼ１００％にするために、ブルースター角をなすように配向される。
ビーム逆転モジュール２８において逆転された後に、部分的に増幅されたビーム１４Ａは、電力増幅器１０の利得媒質を通る別のパスを作り、電力増幅器出力ビーム１４Ｂとして、スペクトル解析モジュール９及びＰＡ  ＷＥＢ２６を通って出る。この実施形態においては、電力増幅器１０を通るビーム１４Ａの第２パスは、電力増幅器放電室内の細長い電極と正確に揃えられる。第１パスは、第２パスの経路に対して約６ミリラジアンの角度をなす経路に従い、第１パスの第１経路は、２つの利得媒質の端部間の中間地点において利得媒質の中心線と交差する。
【００８４】
ビーム拡大プリズム
ＰＡについて説明すると、ビームのフルエンスは、システム内の他のどこよりも高い（小さいビームサイズ及び高いパルスエネルギーに起因する）。こうした高いフルエンスがＯｐｕＳモジュールの光コーティングに入射して、その結果としてコーティングが損傷することを回避するために、ビーム拡大プリズムは、ＰＡ  ＷＥＢに設計された。水平方向のビーム幅を４倍に広げることにより、フルエンスは、前のレベルの１／４に減少する。
ビーム拡大は、２０度の頂角をもつ一対の同一のプリズムを用いて達成される。
プリズムは、ＡｒＦグレードのフッ化カルシウムから形成され、コーティングはされない。各プリズムに対して６８．６度の入射角を用いることによって、４．０のアナモルフィック倍率が達成され、その対の公称偏差角はゼロである。４つの表面からの全フレネル反射損失は、約１２％である。
【００８５】
ビーム伝達ユニット
この好ましい実施形態においては、スキャナマシン２のために特定された要件を満たすパルス状のレーザ光が、スキャナの光入口ポートに供給される。入来ビームを監視してレーザ制御システムにフィードバック信号を与え、スキャナに与えられた光が、所望の強度、波長、帯域幅であることを保証し、線量及び波長安定性といった全ての品質要求に準拠するようにするために、図４の３８で示されるようなＢＡＭと呼ばれるビーム解析モジュールが、スキャナの入口ポートに設けられる。波長、帯域幅及びパルスエネルギーは、ビーム解析モジュールにおける気象学的装置によって、引用によりここに組み入れる米国特許出願番号１０／０１２，００号に記載の技術を用いて、４０００Ｈｚまでのパルスレートでパルス毎に監視される。
偏光、プロファイル、ビームサイズ及びビーム照準といったこれらの他のパラメータが比較的安定しており、波長、帯域幅及びパルスエネルギーパラメータに比べてあまり頻繁に監視されないので、他のビームパラメータはまた、どんな所望の頻度で監視されてもよい。
この特定のＢＤＵは、２つのビーム照準ミラー４０Ａ及び４０Ｂを備え、その一方又は両方は、ビーム照準変動に対するチップチルト補正を与えるように制御することができる。ビーム照準は、照準ミラーの一方又は両方の照準のフィードバック制御を与えるＢＡＭにおいて監視することができる。好ましい実施形態においては、７ミリ秒より少ない照準応答を与えるために、圧電ドライバが設けられる。
【００８６】
特殊なＦ2レーザ機構
上記の説明のほとんどは、通常はＡｒＦレーザシステムに直接的に適用されるが、ほとんど全ての特徴は、本技術分野において公知である小さな修正を有するＫｒＦレーザにも等しく適用可能である。しかしながら、本発明のＦ2バージョンに対しては、幾つかの大幅な修正が要求される。これらの変更には、ＬＮＰの位置にある線セレクタ、及び／又は２つのチャンバの間にある、もしくは電力増幅器の下流にある線セレクタが含まれる。線セレクタは、プリズムの一種であることが好ましい。ビームに対して適切に方向付けられた透明な板をチャンバ間に用いて、出力ビームの偏光を改善することができる。チャンバ間にディフューザを追加して、出力ビームのコヒーレンスを減少させることができる。
【００８７】
本発明の範囲を変更することなく、本発明に種々の修正を行うことができる。当業者であれば、多くの他の可能な変形を認識するであろう。
リソグラフィのために、ＡｒＦ、ＫｒＦ又はＦ2システムのいずれかを用いることができる。本発明は、米国特許第６，１５１，３４９号に記載されたレーザシステムのような単一室レーザシステムにおけるＦ2注入のために用いることができる。図８Ａ−８Ｆに記載されたアルゴリズムは、単一室システムのために好ましい。本発明はまた、他の紫外波長が必要とされるリソグラフィ以外の用途に適用されてもよい。ここでの重要な改良点は、所望のビーム品質を有する紫外線レーザ光を伝達するレーザシステムを、紫外線レーザ光源を必要とする装置の入力ポートに追加したことである。ここで言及したもの以外の種々のフィードバック制御構成を用いることもできる。
【００８８】
極めて高いパルスレートにおけるパルスエネルギーのフィードバック制御は、必ずしも、直前のパルスを用いて特定のパルスのパルスエネルギーを制御するのに十分なだけ速くされる必要はないことを理解されたい。例えば、特定のパルスについて計測されたパルスエネルギーが、第２の又は第３の後続パルスの制御に用いられるような制御技術を提供することができる。図１に示されたもの以外の多くの他のレーザレイアウト構成を用いることができる。例えば、チャンバは、並行に又はＰＡが下側になるように設置することができる。また、第２レーザユニットは、部分反射ミラーのような出力カプラを含めることによって、従属発振器として構成することができる。他の変更も可能である。横流ファン以外のファンを用いることもできる。これは、４ｋＨｚより相当大きい繰返し率において要求される。ファンと熱交換器は、放電室の外部に配置することができる。
従って、上記の開示は、限定することを意図されたものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項及びそれらの法的均等物によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】放電電圧と、フッ素濃度と、パルスエネルギーとの間の典型的な関連性を示す。
【図２】従来のエキシマレーザシステムの概略図である。
【図３】作動しているレーザのパルスカウントの関数としてのフッ素濃度の従来技術のグラフ図である。
【図４】ＭＯＰＡレーザシステムのブロック図である。
【図４Ａ】図１のシステムの切り取り図である。
【図４Ｂ】レーザ部品の取り付け技術を示す図である。
【図４Ｃ】ＭＯＰＡ制御システムを示すブロック図である。
【図４Ｄ】制御システムの一部のブロック図である。
【図５】レーザ室の断面図である。
【図５Ａ】パルス電力供給システムの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａのパルス電力供給システムへの入力部である共振電力供給システムの概略図である。
【図５Ｃ１】主発振器と電力増幅器との両方に供給するための二パルス電力系統の概略図である。
【図５Ｃ２】多段パルス伝達システムの概略図である。
【図５Ｃ３】主発振器及び電力増幅器のパルスをトリガするタイミングを表わす。
【図６】狭帯域レーザ発振器の特徴を示す概略図である。
【図６Ａ】線幅狭小化ユニットの制御特徴を示す図である。
【図７】パルスパワー制御技術の特徴を示すブロック図である。
【図７Ａ】トリガ制御技術の結果を示す。
【図８Ａ】Ｅ、Ｆ2及びＶの間の関連性を示す。
【図８Ｂ】ショットカウントと電圧のグラフを示す。
【図８Ｃ】第１のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図８Ｄ】第１のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図８Ｅ】第１のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図８Ｆ】第１のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ａ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ｂ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ｃ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ｄ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ｅ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図９Ｆ】第２のＦ2制御アルゴリズムの特徴を示す。
【図１０Ａ】フッ素レベルをスペクトル的に監視する技術を示す。
【図１０Ｂ】スペクトル結果を示す。
【図１０Ｃ】スペクトル結果を示す。
【図１０Ｄ】スペクトル結果を示す。
【図１１Ａ】Ｆ2ＭＯＰＡシステムのＭＯのＦ2注入技術をサポートするデータを示す。
【図１１Ｂ】Ｆ2ＭＯＰＡシステムのＭＯのＦ2注入技術をサポートするデータを示す。
【図１２Ａ】ＭＯのＦ2濃度を監視し、制御する技術を示す。
【図１２Ｂ】ＭＯのＦ2濃度を監視し、制御する技術を示す。
【図１２Ｃ】ＭＯのＦ2濃度を監視し、制御する技術を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｃ−１】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｄ−１】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ１】
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【図５Ｃ３】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｅ−１】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｅ−１】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１２Ａ】
2005524996.tif 000052
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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